配線形成方法及び装置
【課題】 例えデザインルールが厳しくなっても、十分な密着性を有する配線材料を電解めっきによって基板の全面に均一に形成して、信頼性の高い埋込み配線を形成できるようにする。
【解決手段】 絶縁膜内に配線用凹部を形成した基板表面に、配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜を形成し、前記導電膜をシード膜として、電解めっき法により該導電膜の表面に配線材料を前記配線用凹部内に埋込みつつ成膜し、前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去して前記配線用凹部内に埋込んだ配線材料で配線を形成する。
【解決手段】 絶縁膜内に配線用凹部を形成した基板表面に、配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜を形成し、前記導電膜をシード膜として、電解めっき法により該導電膜の表面に配線材料を前記配線用凹部内に埋込みつつ成膜し、前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去して前記配線用凹部内に埋込んだ配線材料で配線を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線形成方法及び装置に係り、特に半導体ウエハ等の基板の表面に設けた配線用凹部に銅や銀等の導電体（配線材料）を埋込んで埋込み配線を形成したり、更にはこの埋込み配線の表面を金属膜（保護膜）で選択的に覆って多層構造としたりするのに使用される配線形成方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の配線形成プロセスとして、トレンチ及びビアホールからなる配線用凹部に配線材料（金属）を埋込むようにしたプロセス（いわゆる、ダマシンプロセス）が使用されつつある。これは、層間絶縁膜に予め形成したトレンチやビアホール等の配線用凹部に、アルミニウム、近年では銅や銀等の配線材料（金属）を埋め込んだ後、余分な金属を化学機械的研磨（ＣＭＰ）によって除去し平坦化するプロセス技術である。
【０００３】
この種の配線、例えば配線材料として銅を使用した銅配線にあっては、層間絶縁膜への銅の拡散を防止するため、層間絶縁膜の表面にタングステン、タンタルまたはチタンのいずれかを含むバリア膜を、該バリア膜の表面に電解めっきの際の通電層となる銅のシード膜をＰＶＤ法やＡＬＤ法で順次成膜し、しかる後に、例えば硫酸銅電解めっきによって基板（バリア膜）の全面に銅を成膜し、基板表面に成膜した余剰の銅ならびにバリア膜をＣＭＰ法などにより除去して前記配線用凹部内に埋込んだ配線材料で配線を形成するようにしている。
【０００４】
更に、このようにして形成した埋込み配線の表面を、無電解めっき法によって得られるコバルト合金やニッケル合金で、あるいはＣＶＤ法によって得られるバナジウム化合物などで選択的に覆って多層構造とすることが行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
デザインルールが厳しくなるにつれて、バリア膜の表面により膜厚の薄いシード膜を形成することが求められており、このような要求を満たすシード膜を均一な膜厚で成膜することが次第に困難となってきている。また、仮に均一なシード膜が成膜できたとしても、シード層を酸性のめっき液に浸漬すると同時にシード層が溶解してしまい、安定的なめっき膜の成膜が困難となると考えられる。このため、例えば４５ｎｍノード以降の配線形成技術においては、バリア膜の表面にシード膜を形成することなく、電解めっきにより銅を直接成膜することも考えられている。しかし、従来のバリア膜は、一般にタングステン、タンタルまたはチタン系で形成されており、このため、バリア膜の表面に電解めっきにより銅を直接成膜すると、バリア膜の電気抵抗が高すぎて、基板の全面に渡って銅を均一に成膜できないばかりでなく、バリア膜の表面に酸化膜が存在している場合があり、バリア膜と銅（めっき膜）との充分な密着性が得られなくなることがある。
【０００６】
また同時に、例えば４５ｎｍノード以降において、いわゆるＲＣ遅延を改善する方策として、層間絶縁膜にＬｏｗ−ｋ材料を導入することが考えられている。しかし、Ｌｏｗ−ｋ材料は、一般に脆弱な材料であり、このため、層間絶縁膜にＬｏｗ−ｋ材料を導入するに際しては、従来のＣＭＰをそのまま適用することが難しく、より低圧で研磨できるようにすることが求められている。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、例えデザインルールが厳しくなっても、十分な密着性を有する配線材料を電解めっきによって基板の全面に均一に形成して、信頼性の高い埋込み配線を形成でき、更には余剰の配線材料をより低圧で除去できるようにした配線形成方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、絶縁膜内に配線用凹部を形成した基板表面に、配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜を形成し、前記導電膜をシード膜として、電解めっき法により該導電膜の表面に配線材料を前記配線用凹部内に埋込みつつ成膜し、前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去して前記配線用凹部内に埋込んだ配線材料で配線を形成することを特徴とする配線形成方法である。
【０００９】
配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜を電解めっきのシード膜として使用して、この導電膜の表面に配線材料を直接成膜することで、薄い導電膜（シード膜）であっても、導電膜がめっき液に溶解することをなくして、導電膜とめっき液とを十分に接触させてから成膜することが可能となる。これにより、導電膜と十分な密着性を有する配線材料（めっき膜）を電解めっきによって基板（導電膜）の全面に均一に形成して、信頼性の高い埋込み配線を再現性良く形成することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記不溶性の導電膜の形成後に、前記導電膜に対して次に行う電解めっきの前処理を施すことを特徴とする請求項１記載の配線形成方法である。基板サイズが大きくなるにつれて、また導電膜の膜厚が薄くなるにつれて、下地の導電膜を基板全面に対して均一に成膜を施すことが次第に困難となってくる。このため電解めっきを施すに際しても、不均一な下地に対して基板全面に対して均一に成膜を施すことが求められる。これを改善するため前記導電膜に対して適切なめっき前処理を行い、めっき下地の均一性を事前に改善する必要がある。この前処理としては、例えば水洗、界面活性剤処理などによる濡れ性の均一化や、薬液処理、プラズマ処理などによる不均一酸化膜の除去ないし還元などがある。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記配線を形成した後に、更に前記配線用凹部内以外の前記導電膜を除去することを特徴とする請求項１または２記載の配線形成方法。
絶縁膜上の導電膜の除去方法としては、研磨、薬液によるエッチングまたはプラズマエッチングなどがあり、導電膜の材料特性、前後の工程との整合性、あるいは導電膜除去後の表面モフォロジーなどを勘案して選択することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、絶縁膜内に配線用凹部を形成した基板表面に密着膜を形成し、前記密着膜の表面に配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜を形成し、前記導電膜をシード膜として、電解めっき法により該導電膜の表面に配線材料を前記配線用凹部内に埋込みつつ成膜し、前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去して前記配線用凹部内に埋込んだ配線材料で配線を形成することを特徴とする配線形成方法である。
【００１３】
基板（絶縁膜）の表面に形成した密着膜の表面に導電膜を形成することで、導電膜と絶縁膜（層間絶縁膜）との密着膜を介した充分な密着性を確保して、導電膜と絶縁膜の密着性が不十分となって、信頼性の上で問題となることを防止することができる。この密着膜は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法あるいはＡＬＤ法等の任意の方法で形成される。
請求項５に記載の発明は、前記不溶性の導電膜の形成後に、前記導電膜に対して次に行う電解めっきの前処理を施すことを特徴とする請求項４記載の配線形成方法である。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記配線を形成した後に、更に前記配線用凹部内以外の前記導電膜及び前記密着膜を除去することを特徴とする請求項４または５記載の配線形成方法である。
導電膜及び密着膜の除去方法には、研磨、薬液によるエッチングまたはプラズマエッチングなどがあり、導電膜のみの除去の場合と同様に、材料特性、前後の工程との整合性、あるいは除去後の表面モフォロジーなどを勘案して選択することができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、前記密着膜は、タングステン、タンタルまたはチタンのいずれかを含むことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の配線形成方法である。
請求項８に記載の発明は、前記導電膜は、パラジウム、ロジウムまたはルテニウムのいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の配線形成方法である。
導電膜には、薄膜形成が可能で、比較的導電性が高く、かつ表面に酸化膜ができにくいか、例え酸化膜ができたとしてもそれが導電性であることなどが求められる。パラジウム、ロジウムまたはルテニウムのいずれかを含む導電膜は、これらの要求に応えることができる。導電膜は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、あるいはＡＬＤ法等の任意の方法で形成される。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料の除去を、リン酸またはヒドロキシエタンビスホスホン酸のいずれかを含み砥粒を含まない研磨液を用いた電解研磨法で行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の配線形成方法である。
基板（導電膜）の表面に成膜した余剰の配線材料を電解研磨で除去することにより、形成後の配線構造に対するダメージを最小とし、これにより、例えば４５ｎｍノード以降の配線形成技術に対する要求を満足させることができる。
【００１７】
例えば、銅の不溶性錯体を形成する錯体形成剤と砥粒を含む研磨液を用いて、配線材料としての銅を電解研磨法で除去する場合がある。この場合、配線表面に形成された銅の不溶性錯体を砥粒で研磨除去する際に、銅表面そのものにスクラッチなどのダメージを与える可能性がある。配線寸法が小さくなるにつれて、僅かなダメージであっても配線抵抗の増加に繋がるなど、例えば４５ｎｍ以降の世代においては、平坦化後の配線表面のモフォロジー管理が重要になるとみられている。その場合には、砥粒を含まずに平坦化を実現できる電解研磨液が必要となる。リン酸またはヒドロキシエタンビスホスホン酸のような高粘性の酸を含み、砥粒を含まない研磨液を用いることで、このような要請に応えることができる。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、前記配線材料が銅、銅合金、銀または銀合金からなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の配線形成方法である。
例えば高集積化された半導体装置の配線材料として、銅、銅合金、銀または銀合金を使用することで、半導体装置の高速化、高密度化を図ることができる。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、前記配線の表面に金属膜を選択的に成膜することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の配線形成方法である。
埋め込み配線構造を有する基板の全表面に、窒化シリコンなどの、密着性がよく上層の層間絶縁膜への配線材料の拡散防止性能の高い絶縁膜を形成することに代えて、配線表面のみに金属膜を選択的に形成し、配線の酸化防止、上層膜との密着性改善、上層の層間絶縁膜への配線材料の拡散防止などを図ることで、例えば４５ｎｍ以降の世代において、配線間容量をより低下させたり、信頼性をより向上させたりすることができる。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、配線用凹部を有する基板の表面に、配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜を形成する導電膜形成装置と、前記導電膜の表面に配線材料を成膜する電解めっき装置と、前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去する研磨装置を有することを特徴とする配線形成装置である。
導電膜形成装置は、例えばＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置またはＡＬＤ装置からなる。
【００２１】
請求項１３に記載の発明は、前記配線用凹部内以外の前記導電膜を除去する導電膜除去装置を更に有する特徴とする請求項１２記載の配線形成装置である。
導電膜除去装置は、例えば研磨装置、薬液によるエッチング装置またはプラズマエッチング装置からなる。導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去する研磨装置に導電膜除去装置を兼用させてよい。
【００２２】
請求項１４に記載の発明は、配線用凹部を有する基板の表面に密着膜を形成する密着膜形成装置を更に有することを特徴とする請求項１２または１３記載の配線形成装置である。
密着膜形成装置は、例えばＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置またはＡＬＤ装置からなる。
【００２３】
請求項１５に記載の発明は、前記配線用凹部内以外の前記密着膜を除去する密着膜除去装置を更に有することを特徴とする請求項１４記載の配線形成装置である。
密着膜除去装置は、例えば研磨装置、薬液によるエッチング装置またはプラズマエッチング装置からなる。導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去する研磨装置や、導電膜を除去する導電膜除去装置に密着膜除去装置を兼用させてよい。
【００２４】
請求項１６に記載の発明は、前記電解めっき装置は、めっきの際にアノードと基板との間に配置されるダミー抵抗体を有することを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれかに記載の配線形成装置である。
【００２５】
導電膜として使用されるパラジウム、ロジウムまたはルテニウムは、いずれも導電性があるといっても、膜厚が薄いこともあって、従来の銅シード膜等と比較すると格段にシート抵抗が高くなる。例えば厚さ６０ｎｍの銅のシート抵抗は約０．３Ω／ｓｑであるが、ルテニウムであれば、同じ厚さでシート抵抗が約８Ω／ｓｑと大幅に高くなる。電解めっきで基板上に銅等の配線材料を成膜する場合、一般に基板の周縁部に給電用のコンタクトを取るが、下地の電気抵抗が高くなると基板の外周部に電流が集中し、その部分でのめっき膜厚が厚くなるターミナル効果と呼ばれる現象が発生する。アノードと基板との間に、例えば多孔質のセラミックスからなるダミー抵抗体を位置させてめっきを行うようにすることで、めっき液側の抵抗を下地の電気抵抗の影響を緩和できる程度に高くすることができ、これによって、ターミナル効果と呼ばれる現象の発生を抑制することができる。めっき液の導電率を下げるため酸濃度や銅イオン濃度を下げることで、ターミナル効果と呼ばれる現象の発生を抑制することも考えられるが、いずれもめっき液の埋込み性などのめっき性能に影響を与えるので、ダミー抵抗体を入れるほうが好ましい。
【００２６】
請求項１７に記載の発明は、前記研磨装置は、電解研磨装置からなることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれかに記載の配線形成装置である。
請求項１８に記載の発明は、前記配線の表面に金属膜を選択的に成膜する金属膜形成装置を更に有することを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれかに記載の配線形成装置である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、基板の表面に予め形成した導電膜と十分な密着性を有する配線材料（めっき膜）を電解めっきによって基板（導電膜）の全面に均一に形成して、信頼性の高い埋込み配線を再現性良く形成することができる。しかも、前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料の除去を電解研磨法で行うことで、形成後の配線構造に対するダメージを最小とし、これにより、例えば４５ｎｍノード以降の配線形成技術に対する要求を満足させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の例では、半導体ウエハ等の基板に、銅からなる配線（銅配線）を形成し、この配線の表面にＣｏＷＰ合金からなる金属膜（保護膜）を選択的に形成して該配線を保護するようにした例を示す。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態における配線形成装置の全体配置図を示す。図１に示すように、この配線形成措置は、基板を収納したカセットを搬入し、一連の処理後の基板を収納したカセットを搬出するロード・アンロード室１０，１２と、ロード・アンロード室１０，１２に連通する矩形状の装置フレーム１４を有している。
【００３０】
装置フレーム１４の内部には、密着膜形成装置３６、導電膜形成装置３８、電解めっき装置４０、熱処理装置４２、研磨装置４４、導電膜兼密着膜除去装置４６及び金属膜（保護膜）形成装置４８が、基板の搬送経路に沿って配置されて収容されており、これらの装置で囲まれた位置に、搬送装置としての搬送ロボット５０が走行自在に配置されている。
【００３１】
密着膜形成装置３６は、基板（絶縁膜）の表面に、例えばタングステン、タンタルまたはチタンを含む密着膜を形成するためのもので、この例では、真空排気可能なプロセスチャンバ５２とロードロック室５８を有するＰＶＤ装置からなる。この密着膜形成装置３６は、ＣＶＤ装置やＡＬＤ装置であってもよい。
【００３２】
この密着膜形成装置３６は、基板（絶縁膜）の表面に予め密着膜を形成しておき、この密着膜の表面に下記の導電膜を形成することで、密着膜を介して、絶縁膜（層間絶縁膜）と導電膜との充分な密着性を確保し、これによって、導電膜と絶縁膜の密着性が不十分となって、信頼性の上で問題となることを防止するためのものである。基板（絶縁膜）の表面に導電膜を十分な密着性をもって形成できる場合には、この密着膜形成装置３６を省略してもよい。
【００３３】
導電膜形成装置３８は、密着膜形成装置３６で基板（絶縁膜）の表面に形成した密着膜の表面に、配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の、例えばパラジウム、ロジウムまたはルテニウムのいずれかを含む導電膜を形成するためのもので、この例では、真空排気可能なプロセスチャンバ６０とロードロック室６２を有するＰＶＤ装置からなる。この導電膜形成装置３８は、ＣＶＤ装置やＡＬＤ装置であってもよい。
【００３４】
この導電膜には、薄膜形成が可能で、比較的導電性が高く、かつ表面に酸化膜ができにくいか、例え酸化膜ができたとしてもそれが導電性であることなどが求められる。パラジウム、ロジウムまたはルテニウムのいずれかを含む導電膜は、これらの要求に応えることができる。
なお、前述のように、密着膜形成装置３６を省略した場合には、導電膜形成装置３８で基板（絶縁膜）の表面に導電膜を直接形成する。
【００３５】
電解めっき装置４０は、基板の表面に電解めっきを施すことで、前記導電膜をシード膜として、該導電膜の表面に配線材料（銅）をトレンチやビアホール等の配線用凹部内に埋込みつつ成膜するためのものである。
【００３６】
この電解めっき装置４０として、めっきの際にアノードと基板との間にダミー抵抗体が配置されるようにしたものを使用することが好ましい。このめっき装置４０の一例を図２乃至図７に示す。
【００３７】
この電解めっき装置４０には、図２に示すように、めっき処理及びその付帯処理を行う基板処理部２−１が設けられ、この基板処理部２−１に隣接して、めっき液を溜めるめっき液トレー２−２が配置されている。また、回転軸２−３を中心に揺動する揺動アーム２−４の先端に保持され、基板処理部２−１とめっき液トレー２−２との間を揺動する電極部２−５を有する電極アーム部２−６が備えられている。
【００３８】
更に、基板処理部２−１の側方に位置して、プレコート・回収アーム２−７と、純水やイオン水等の薬液、更には気体等を基板に向けて噴射する固定ノズル２−８が配置されている。この例では、３個の固定ノズル２−８が配置され、その内の１個を純水供給用に用いている。基板処理部２−１は、図３及び図４に示すように、被めっき面を上にして基板Ｗを保持する基板保持部２−９と、この基板保持部２−９の上方で該基板保持部２−９の周縁部を囲むように配置されたカソード部２−１０が備えられている。更に基板保持部２−９の周囲を囲んで処理中に用いる各種薬液の飛散を防止する有底略円筒状のカップ２−１１が、エアシリンダ２−１２を介して上下動自在に配置されている。
【００３９】
ここで、基板保持部２−９は、エアシリンダ２−１２によって、下方の基板受け渡し位置Ａと、上方のめっき位置Ｂと、これらの中間の前処理・洗浄位置Ｃとの間を昇降するようになっている。また基板保持部２−９は、回転モータ２−１４及びベルト２−１５を介して任意の加速度及び速度で前記カソード部２−１０と一体に回転するように構成されている。この基板受け渡し位置Ａに対向して、フレーム側面には、基板搬出入口（図示せず）が設けられ、基板保持部２−９がめっき位置Ｂまで上昇したときに、基板保持部２−９で保持された基板Ｗの周縁部に、下記のカソード２−１０のシール部材２−１６とカソード２−１７が当接するようになっている。一方、カップ２−１１は、その上端が前記基板搬出入口の下方に位置し、図３の仮想線で示すように、上昇したときにカソード部２−１０の上方に達するようになっている。
【００４０】
基板保持部２−９がめっき位置Ｂまで上昇した時に、この基板保持部２−９で保持した基板Ｗの周縁部にカソード２−１７が押し付けられ基板Ｗに通電される。これと同時に、シール部材２−１６の内周端部が基板Ｗの周縁上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板Ｗの上面に供給されるめっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止すると共に、めっき液がカソード２−１７を汚染するのを防止している。
【００４１】
電極アーム部２−６の電極部２−５は、図５に示すように、揺動アーム２−４の自由端に、ハウジング２−１８と、このハウジング２−１８の周囲を囲む中空の支持枠２−１９と、ハウジング２−１８と支持枠２−１９で周縁部を挟持して固定したアノード２−２０を有している。アノード２−２０は、ハウジング２−１８の開口部を覆っており、ハウジング２−１８の内部には、吸引室２−２１が形成されている。そして吸引室２−２１には、図６及び図７に示すように、めっき液を導入排出するめっき液導入管２−２８及びめっき液排出管（図示せず）が接続されている。さらにアノード２−２０には、その全面に亘って上下に連通する多数の通孔２−２０ｂが設けられている。
【００４２】
この例にあっては、アノード２−２０の下面に該アノード２−２０の全面を覆う保水性材料からなる高抵抗構造体２−２２が取付けられている。この高抵抗構造体２−２２は、この内部にめっき液を複雑に入り込ませることで、ダミー抵抗体として役割を果たす。
つまり、この高抵抗構造体（ダミー抵抗体）２−２２は、例えば、アルミナ，ＳｉＣ，ムライト，ジルコニア，チタニア，コージライト等の多孔質セラミックスまたはポリプロピレンやポリエチレンの焼結体等の硬質多孔質体、あるいはこれらの複合体、更には織布や不織布で構成される。例えば、アルミナ系セラミックスにあっては、ポア径３０〜２００μｍ、ＳｉＣにあっては、ポア径３０μｍ以下、気孔率２０〜９５％、厚み１〜２０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍ、更に好ましくは８〜１５ｍｍ程度のものが使用される。この例では、例えば気孔率３０％、平均ポア径１００μｍでアルミナ製の多孔質セラミックス板から構成されている。そして、この内部にめっき液を含有させることで、つまり多孔質セラミックス板自体は絶縁体であるが、この内部にめっき液を複雑に入り込ませ、厚さ方向にかなり長い経路を辿らせることで、めっき液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有するように構成されている。
【００４３】
このように高抵抗構造体（ダミー抵抗体）２−２２をアノード２−２０の下面に配置し、この高抵抗構造体２−２２によって大きな抵抗を発生させることで、導電膜１０８（図１２参照）の抵抗の影響を無視できる程度となし、基板Ｗの表面の電気抵抗による電流密度の面内差を小さくして、めっき膜の面内均一性を向上させることができる。
【００４４】
導電膜として使用されるパラジウム、ロジウムまたはルテニウムは、いずれも導電性があるといっても、膜厚が薄いこともあって、従来の銅シード膜等と比較すると格段にシート抵抗が高くなる。例えば厚さ６０ｎｍの銅のシート抵抗は約０．３Ω／ｓｑであるが、ルテニウムであれば、同じ厚さでシート抵抗が約８Ω／ｓｑと大幅に高くなる。そして、基板の周縁部に給電用のコンタクトを取った場合に、下地の電気抵抗が高くなると基板の外周部に電流が集中し、その部分でのめっき膜厚が厚くなるターミナル効果と呼ばれる現象が発生する。
【００４５】
この例によれば、アノード２−２０と基板Ｗとの間に、例えば多孔質のセラミックスからなる高抵抗構造体（ダミー抵抗体）２−２２を位置させてめっきを行うようにすることで、めっき液側の抵抗を下地の電気抵抗の影響を緩和できる程度に高くすることができ、これによって、ターミナル効果と呼ばれる現象の発生を抑制することができる。めっき液の導電率を下げるため酸濃度や銅イオン濃度を下げることで、ターミナル効果と呼ばれる現象の発生を抑制することも考えられるが、いずれもめっき液の埋込み性などのめっき性能に影響を与えるので、ダミー抵抗体を入れるほうが好ましい。
【００４６】
更に、高抵抗構造体２−２２にめっき液を含ませて、アノード２−２０の表面を湿潤させることで、ブラックフィルムの基板の被めっき面への脱落を防止し、同時に基板の被めっき面とアノード２−２０との間にめっき液を注入する際に、空気を外部に抜きやすくしている。
【００４７】
高抵抗構造体２−２２のアノード２−２０への取付けは、次のように行っている。即ち、下端に頭部を有する多数の固定ピン２−２５を、この頭部を高抵抗構造体２−２２の内部に上方に脱出不能に収納し軸部をアノード２−２０の内部を貫通させて配置し、この固定ピン２−２５をＵ字状の板ばね２−２６を介して上方に付勢させることで、アノード２−２０の下面に高抵抗構造体２−２２を板ばね２−２６の弾性力を介して密着させて取付けている。このように構成することにより、めっきの進行に伴って、アノード２−２０の肉厚が徐々に薄くなっても、アノード２−２０の下面に高抵抗構造体２−２２を確実に密着させることができる。したがって、アノード２−２０の下面と高抵抗構造体２−２２との間に空気が混入してめっき不良の原因となることが防止される。
【００４８】
そして、前記電極部２−５は、基板保持部２−９がめっき位置Ｂ（図４参照）にある時に、基板保持部２−９で保持された基板Ｗと高抵抗構造体２−２２との隙間が、０．１〜１０ｍｍ程度、好ましくは０．３〜３ｍｍ、より好ましくは０．５〜１ｍｍ程度となるまで下降し、この状態で、めっき液供給管からめっき液を供給して、高抵抗構造体２−２２にめっき液を含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード２−２０との間にめっき液を満たし、基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード２−２０との間にめっき電源から電圧を印加することで基板Ｗの被めっき面にめっきが施される。
【００４９】
次に、この電解めっき装置４０によるめっき処理について説明する。
先ず、基板受け渡し位置Ａにある基板保持部２−９にめっき処理前の基板Ｗを搬入し、基板保持部２−９上に載置する。次にカップ２−１１を上昇させ、同時に基板保持部２−９を前処理・洗浄位置Ｃに上昇させる。この状態で退避位置にあったプレコート・回収アーム２−７を基板Ｗの対峙位置へ移動させ、その先端に設けたプレコートノズルから、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板Ｗの被めっき面に間欠的に吐出する。この時、基板保持部２−９は回転しているため、プレコート液は基板Ｗの全面に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム２−７を退避位置に戻し、基板保持部２−９の回転速度を増して、遠心力により基板Ｗの被めっき面のプレコート液を振り切って乾燥させる。
【００５０】
続いて、基板保持部２−９をめっき位置Ｂ（図４参照）まで上昇させた後、電極アーム部２−６を水平方向に旋回させ、電極部２−５がめっき液トレー２−２上方からめっきを施す位置の上方に位置させ、この位置で電極部２−５をカソード部２−１０に向かって下降させる。電極部２−５の下降が完了した時点で、アノード２−２０とカソード部２−１０にめっき電圧を印加し、めっき液を電極部２−５の内部に供給して、アノード２−２０を貫通しためっき液供給口より高抵抗構造体２−２２にめっき液を供給する。この時、高抵抗構造体２−２２は、基板Ｗの被めっき面に接触せず、０．１〜１０ｍｍ程度、好ましくは０．３〜３ｍｍ、より好ましくは０．５〜１ｍｍ程度に接近した状態となっている。
【００５１】
めっき液の供給が続くと、高抵抗構造体２−２２から染み出した銅イオンを含んだめっき液が、高抵抗構造体２−２２と基板Ｗの被めっき面との間の隙間に満たされ、基板Ｗの被めっき面に銅めっきが施される。この時、基板保持部２−９を低速で回転させてもよい。
【００５２】
めっき処理が完了すると、電極アーム部２−６を上昇させた後に旋回させて、電極部２−５をめっき液トレー２−２の上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、プレコート・回収アーム２−７を退避位置から基板Ｗに対峙する位置へ移動させて下降させ、めっき液回収ノズル（図示せず）から基板Ｗ上のめっき液の残部を回収する。このめっき液の残部の回収が終了した後、プレコート・回収アーム２−７を待避位置に戻し、基板Ｗの中央部に純水を吐出し、同時に基板保持部２−９のスピードを増して回転させ基板Ｗの表面のめっき液を純水に置換する。
【００５３】
上記リンス終了後、基板保持部２−９をめっき位置Ｂから前処理・洗浄位置Ｃへ下降させ、純水用の固定ノズル２−８から純水を供給しつつ基板保持部２−９及びカソード部２−１０を回転させて水洗を実施する。この時、カソード部２−１０に直接供給した純水、又は基板Ｗの面から飛散した純水によってシール部材２−１６、カソード２−１７も基板Ｗと同時に洗浄することができる。
【００５４】
水洗完了後に、固定ノズル２−８からの純水の供給を停止し、更に基板保持部２−９及びカソード部２−１０の回転スピードを増して、遠心力により基板Ｗの表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シール部材２−１６及びカソード２−１７も乾燥される。上記乾燥が終了すると基板保持部２−９及びカソード部２−１０の回転を停止させ、基板保持部２−９を基板受渡し位置Ａまで下降させる。
【００５５】
なお、この例では、内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換可能なプロセスチャンバ６４とロードロック室６６とを有している。そして、めっき前処理、電解めっき処理及びめっき後処理からなる一連の電解めっき処理を、Ｎ２ガス等の不活性ガス雰囲気の下でも連続して行えるようになっている。
【００５６】
熱処理装置４２は、前述の電解めっき装置４０で成膜した配線材料（銅）に、例えば１００〜６００℃で熱処理（アニール）を施すためのもので、この例では、内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換可能なプロセスチャンバ（ランプアニール炉）６８とロードロック室７０とを有するランプアニール装置からなる。なお、この熱処理装置４２として、輻射熱炉、反射熱炉、ホットプレート炉または熱対流炉を有するもので構成するようにしてもよい。
【００５７】
研磨装置４４は、電解めっき装置４０で導電膜上に成膜した余剰な配線材料（銅）を除去して、トレンチやビアホール等の配線用凹部の内部に埋込んだ配線材料で配線を形成するためのものである。この例では、内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換可能なプロセスチャンバ７２とロードロック室７４とを有する電解研磨装置からなる。
このように、基板（導電膜）の表面に成膜した余剰の配線材料（銅）を電解研磨で除去することにより、形成後の配線構造に対するダメージを最小とし、これにより、例えば４５ｎｍノード以降の配線形成技術に対する要求を満足させることができる。
【００５８】
この研磨装置（電解研磨装置）４４として、リン酸またはヒドロキシエタンビスホスホン酸のいずれかを含み砥粒を含まない研磨液を用いものを使用することが好ましい。この研磨装置（電解研磨装置）４４の一例を図８に示す。
この研磨装置（電解研磨装置）４４は、上方に開口して内部に研磨液７１２を保持する有底円筒状の電解槽７１４と、電解槽７１４の上方に配置され基板Ｗを着脱自在に下向きに保持する基板保持部７１６ａとを有している。この研磨液７１２として、リン酸またはヒドロキシエタンビスホスホン酸のいずれかを含み砥粒を含まないものが用いられる。
【００５９】
電解槽７１４は、モータ等の駆動に伴って回転する主軸７１８に直結され、底部には、例えばＳＵＳ，Ｐｔ／Ｔｉ，Ｉｒ／Ｔｉ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂなど研磨液に対して安定でかつ電解により不動体化しない金属からなり、研磨液７１２中に浸漬されてカソードとなる平板状の陰極板７２０が水平に配置されている。この陰極板７２０の上面には、縦及び横方向に面内の全長に亘って直線状に延びる格子状の長溝７２０ａが設けられている。更に、陰極板７２０の上面には、例えば、連続発泡体式で不織布タイプの硬度研磨パッド（例えば：ロデールニッタ社 ＳＵＢＡ８００）からなる研磨具７２２が貼り付けられている。この研磨具７２２は、必要に応じて備えられる。
【００６０】
これによって、主軸７１８の回転に伴って電解槽７１４が研磨具７２２と一体に回転し、研磨液７１２の供給に伴って研磨液７１２が長溝７２０ａを通って流れ、しかも電解研磨に伴って生成される生成物や、水素ガス、酸素ガス等も長溝７２０ａを通って基板Ｗと研磨具７２２の間から外方に排出される。
【００６１】
基板保持部７１６ａは、回転速度が制御可能な回転機構と研磨圧力が調整可能な上下動機構を備えた支持ロッド７２４の下端に連結され、この下面に、例えば真空吸着方式で基板Ｗを吸着保持するようになっている。
【００６２】
基板保持部７１６ａの下面外周部には、基板保持部７１６ａで基板Ｗを吸着保持した時、基板Ｗの周縁部乃至ベベル部と接触して、基板Ｗの表面に成膜した配線材料（銅）をアノードにする電気接点７２６が設けられている。この電気接点７２６は、支持ロッド７２４に内蔵されたロール摺動コネクタおよび配線７２８ａにより、外部に配置した電源としての整流器７３０の陽極端子へ結線され、前記陰極板７２０は、配線７２８ｂを介して整流器７３０の陰極端子に結線される。
【００６３】
更に、電解槽７１４の上方に位置して、この内部に研磨液７１２を供給する研磨液供給ユニット７３２が配置され、更に各機器及び運転全般を調節し管理する制御ユニット７３４および安全装置（図示せず）などが備えられている。
【００６４】
この研磨装置（電解研磨装置）４４にあっては、電解槽７１４内に、リン酸またはヒドロキシエタンビスホスホン酸のいずれかを含み砥粒を含まない研磨液７１２を供給し、この研磨液７１２が電解槽７１４をオーバフローする状態で、電解槽７１４と研磨具７２２を一体に回転させる。一方、配線材料（銅）を表面に成膜した基板Ｗを基板保持部７１６ａで下向きに吸着保持しておく。この状態で、基板Ｗを前記電解槽７１４とは反対方向に回転させながら下降させ、この基板Ｗの表面（下面）を、必要に応じて、研磨具７２２の表面に接触させ、同時に、整流器７３０により陰極板７２０と電気接点７２６との間に電流を流す。すると、配線材料（銅）は、効果的に平坦化されながら研磨される。
【００６５】
例えば、銅の不溶性錯体を形成する錯体形成剤と砥粒を含む研磨液を用いて、配線材料としての銅を電解研磨法で除去すると、配線表面に形成された銅の不溶性錯体を砥粒で研磨除去する際に、銅表面そのものにスクラッチなどのダメージを与える可能性がある。配線寸法が小さくなるにつれて、僅かなダメージであっても配線抵抗の増加に繋がるなど、例えば４５ｎｍ以降の世代においては、平坦化後の配線表面のモフォロジー管理が重要になるとみられている。その場合には、砥粒を含まずに平坦化を実現できる電解研磨液が必要となる。リン酸またはヒドロキシエタンビスホスホン酸のような高粘性の酸を含み、砥粒を含まない研磨液を用いることで、このような要請に応えることができる。
【００６６】
導電膜兼密着膜除去装置４６は、導電膜形成装置３８で形成した配線用凹部内以外の余剰な導電膜及び密着膜形成装置３６で形成した配線用凹部内以外の余剰な密着膜を連続して除去するためのものである。この例では、内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換可能なプロセスチャンバ７６とロードロック室７８とを有する研磨装置からなる。この導電膜兼密着膜除去装置４６は、薬液によるエッチング装置またはプラズマエッチング装置であってもよく、導電膜や密着膜の材料特性、前後の工程との整合性、あるいは除去後の表面モフォロジーなどを勘案して選択することができる。
【００６７】
なお、密着膜を形成しない場合、導電膜兼密着膜除去装置４６は、導電膜のみを除去する導電膜除去装置として機能する。また、この例では、単一の研磨装置（導電膜兼密着膜除去装置）４６で導電膜と密着膜とを連続して除去するようにしているが、導電膜や密着膜の材料等に応じて、余剰な導電膜を除去する導電膜除去装置と、余剰な密着膜を除去する密着膜除去装置を個別に備えるようにしてもよい。更に、前述の余剰な配線材料（銅）を除去する研磨装置４４で導電膜及び／または密着膜を除去するようにしてもよい。
【００６８】
金属膜（保護膜）形成装置４８は、余剰な配線材料（銅）を除去することで、基板の表面に露出した配線（銅配線）の表面に、ＣｏＷＰ合金膜等からなる金属膜（保護膜）を選択的に形成して、配線を保護するためのものである。この例では、内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換可能なプロセスチャンバ８０とロードロック室８２とを有する無電解めっき装置からなる。そして、この無電解めっき装置（金属膜形成装置）４８には、プロセスチャンバ８０の内部に位置して、前処理槽、めっき処理槽及び後処理槽がそれぞれ備えられ、一連のめっき処理を連続して行うことができるようになっている。
【００６９】
なお、図示しないが、装置フレーム１４内に、金属膜形成装置４８で金属膜を選択的に形成した基板の表面に、ＳｉＮ等からなる層間バリア膜を形成する層間バリア膜形成装置を配置してもよい。層間バリア膜形成装置は、例えばＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置または湿式めっき装置で構成される。
【００７０】
また、本装置のロード・アンロード室１０の入口及び装置フレーム側出口には、一対のゲートバルブ１６ａ，１６ｂが備えられ、ロード・アンロード室１２の入口及び装置フレーム側出口にも、一対のゲートバルブ１８ａ，１８ｂが備えられている。そして、ロード・アンロード室１０，１２には、不活性ガス供給ライン２０及び排気ライン２２がそれぞれ接続され、ロード・アンロード室１０，１２は、開閉弁を介して独自に給排気できるように構成されている。
【００７１】
装置フレーム１４は、密閉可能に構成されており、装置フレーム１４には、不活性ガス供給源２６から延び、途中に給気ポンプ２８及び該ポンプ２８を挟んで一対の開閉弁を介装した不活性ガス供給ライン３０と、大気圧より高い所定の圧力で開く排気弁３２を途中に介装した排気ライン３４がそれそれぞれ接続されている。これにより、給気ポンプ２８の作動に伴って、例えばＮ２ガス等の不活性ガスを装置フレーム１４内に供給し、この装置フレーム１４内の圧力が、大気圧より高い所定の圧力に達した時に、排気ライン３４の排気弁３２が開いて、装置フレーム１４内を、大気圧より高い所定の圧力の不活性ガス雰囲気に維持できるようになっている。
【００７２】
このように、装置フレーム１４の内部圧力を、大気圧より高い圧力（陽圧）に維持することで、不活性ガス雰囲気に置換した装置フレーム１４内に大気が流入してしまうことを防止することができる。
以上のように装置フレーム１４内を不活性ガス雰囲気にすることで、基板Ｗを上記の各装置間で搬送する際に大気に曝さずにすみ、配線形成途中の基板表面の酸化等を防ぐことができる。
【００７３】
次に、この配線形成装置による一連の配線形成処理を、図９乃至図１６を更に参照して説明する。
先ず、図１０に示すように、例えばＰＶＤ、ＣＶＤまたは湿式塗布法でＳｉＯ２等からなる絶縁膜（層間絶縁膜）１００を形成し、この絶縁膜１００の内部に、例えばＲＩＥ、ＣＤＥ、スパッタエッチングまたは湿式エッチングでトレンチ１０２及びビアホール１０４等の配線用凹部を有する配線パターンを形成した基板Ｗを用意し、この基板Ｗをカセット内に収納してロード・アンロード室１０内に搬入する。同時に、空のカセットをロード・アンロード室１２内に搬入する。これらの搬入後に、ロード・アンロード室１０，１２の内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換する。
【００７４】
つまり、ロード・アンロード室１０，１２の入口側のゲートバルブ１６ａ，１８ａを開き、出口側のゲートバルブ１６ｂ，１８ｂを開いた状態で、ロード・アンロード室１０，１２内にカセットを搬入し、しかる後、入口側のゲートバルブ１６ａ，１８ａを閉じる。そして、ロード・アンロード室１０，１２の内部を、排気ライン２２を通して排気するとともに、不活性ガス供給ライン２０を通してＮ２ガス等の不活性ガスを供給して、ロード・アンロード室１０，１２の内部を、大気圧より高い圧力（陽圧）の不活性ガス雰囲気に置換する。
【００７５】
装置フレーム１４の内部にあっても同様に、排気ライン３４を通して排気するとともに、不活性ガス供給ライン３０を通してＮ２ガス等の不活性ガスを供給して、装置フレーム１４の内部を、大気圧より高い圧力の不活性ガス雰囲気に置換する。この状態で、ロード・アンロード室１０，１２の装置フレーム１４側出口のゲートバルブ１６ｂ，１８ｂを開く。なお、ここでは配線形成前の基板Ｗをロード・アンロード室１０から搬入し、配線形成後の基板Ｗをロード・アンロード室１２から搬出する例を示しているが、一つのロード・アンロード室を利用し、あるカセットから基板Ｗを搬入して配線形成処理を行った後、配線が形成された基板Ｗを同一のカセットに戻すようにしてもよいことは勿論である。
【００７６】
次に、配線パターンを形成した基板Ｗを、搬送ロボット５０で、ロード・アンロード室１０内のカセットから一枚ずつ取出し、密着膜形成装置３６の内部に搬入する。この密着膜形成装置３６では、図１１に示すように、絶縁膜１００の表面に、スパッタリング等によって、タングステン、タンタルまたはチタンを含む密着膜１０６を形成する。
【００７７】
この密着膜１０６を形成した基板Ｗを導電膜形成装置３８内に搬入する。そして、この導電膜形成装置３８で、図１２に示すように、密着膜１０６の表面に、配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の、例えばパラジウム、ロジウムまたはルテニウムのいずれかを含む導電膜１０８を形成する。なお、前述のように、密着膜１０６は、これを介して、絶縁膜１００と導電膜１０８との充分な密着性を確保するためのもので、絶縁膜１００の表面に導電膜１０８を十分な密着性をもって形成できる場合には、密着膜を形成することなく、絶縁膜１００の表面に導電膜１０８を直接形成するようにしてもよい。
【００７８】
この導電膜１０８を形成した基板Ｗを電解めっき装置４０内に搬入する。この電解めっき装置４０では、導電膜１０８とアノード２−２０との間に所定の電圧を印加しつつ、導電膜１０８を電解銅めっき液に接触させることで、図１３に示すように、導電膜１０８の表面に、配線材料としての銅１１０を成膜して、トレンチ１０２及びビアホール１０４内への銅の埋込みを行う。そして、めっき後の基板Ｗを高速回転させてスピン乾燥させる。
【００７９】
このように、配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜１０８を電解めっきのシード膜として使用して、この導電膜１０８の表面に配線材料（銅）１１０を直接成膜することで、薄い導電膜（シード膜）１０８であっても、導電膜１０８がめっき液に溶解することをなくして、導電膜１０８とめっき液とを十分に接触させてから成膜することが可能となる。これにより、導電膜１０８と十分な密着性を有する配線材料（銅）１１０を電解めっきによって導電膜１０８の全面に均一に形成して、信頼性の高い埋込み配線を再現性良く形成することができる。電解めっき装置４０内の雰囲気は、大気でも不活性ガスでもよく、プロセスや装置全体の構成に応じて選べばよい。
【００８０】
そして、この銅１１０を形成した基板Ｗを、熱処理装置（ランプアニール装置）４２内に搬入する。この熱処理装置４２では、例えば、Ｎ２環境化で、基板Ｗに３５０℃で５分間の熱処理（ランプアニール）を施す。
【００８１】
このアニール後の基板Ｗを、研磨装置（電解研磨装置）４４内に搬入する。この熱処理後の基板Ｗを膜厚測定器に搬送し、ここで銅の膜厚を測定し、この測定値によって、例えば次に基板に対するめっき時間を調整し、また膜厚が不足する場合には、再度めっきによる銅の追加の成膜を行うようにしてもよい。
【００８２】
この研磨装置４４で、導電膜１０８の表面に成膜した不要な銅１１０、すなわちトレンチ１０２及びビアホール１０４内以外の銅１１０を除去する。導電膜１０８の表面に成膜した余剰の配線材料（銅）１１０を電解研磨で除去することにより、形成後の配線構造に対するダメージを最小とすることができる。この時、例えば、膜厚や基板の仕上がり具合をモニタで検査し、このモニタで終点（エンドポイント）を検知した時に、研磨を終了する。そして、この平坦化後の基板Ｗの表面を薬液で洗浄し、更に純水で洗浄（リンス）した後、高速回転させてスピン乾燥させる。
【００８３】
この不要な銅１１０を除去した基板Ｗを導電膜兼密着膜除去装置４６内に搬入し、この導電膜兼密着膜除去装置４６で、トレンチ１０２及びビアホール１０４内以外の余剰な導電膜１０８及び密着膜１０６を除去する。これによって、図１４に示すように、絶縁膜１００の内部に、銅からなる配線（銅配線）１１２を形成する。
なお、研磨装置４４で導電膜１０８及び密着膜１０６も除去するようにすることで、配線材料（銅）１００、導電膜１０８及び密着膜１０６の除去を研磨装置４４で連続して行うことができる。
【００８４】
この配線材料（銅）１００、導電膜１０８及び密着膜１０６を除去した基板Ｗを金属膜形成装置（無電解めっき装置）４８に搬送する。この金属膜形成装置４８では、先ず前処理槽内で基板表面を前処理液に接触させ、これによって、配線１１２の表面の清浄化処理（ＣＭＰ残渣除去処理）及びＰｄ等の触媒を担持させる触媒担持処理等の前処理を行う。そして、前処理後の基板Ｗをめっき槽内に保持した、例えば８０℃の無電解ＣｏＷＰめっき液に３分間浸漬させ、しかる後、めっき後の基板Ｗの表面を後洗浄槽内で後洗浄液に接触させて基板Ｗの後洗浄等の後処理を行い、基板Ｗを高速で回転させてスピン乾燥させる一連の無電解めっき処理を施す。
【００８５】
これにより、図１５に示すように、絶縁膜１００に形成した配線１１２の表面に、例えば膜厚が２０ｎｍのＣｏＷＰからなる金属膜（保護膜）１１４を選択的に形成して配線１１２を保護する。この金属膜１１４の膜厚は、０．１〜５００ｎｍ、好ましくは、１〜２００ｎｍ、更に好ましくは、１０〜１００ｎｍ程度である。この時、例えば、金属膜１１４の膜厚をモニタして、この膜厚が所定の値に達した時、つまり終点（エンドポイント）を検知した時に、無電解めっきを終了する。
【００８６】
このように、配線１１２の表面のみに金属膜１１４を選択的に形成し、配線１１２の酸化防止、上層膜との密着性改善、上層の層間絶縁膜への配線材料の拡散防止などを図ることで、例えば４５ｎｍ以降の世代において、配線間容量をより低下させたり、信頼性をより向上させたりすることができる。
【００８７】
そして、装置フレーム１４内に層間バリア膜形成装置が備えられている場合には、この保護膜１１４を形成した基板Ｗを層間バリア膜形成装置に搬送し、この層間バリア膜形成装置で、図１６に示すように、例えばＣＶＤによって、基板Ｗの表面に、例えば３０ｎｍ程度の膜厚のＳｉＮ等からなる層間バリア膜１１６を形成する。
そして、この層間バリア膜１１６を形成した基板Ｗを搬送ロボット５０でロード・アンロード室１２内のカセットに搬入する。
【００８８】
なお、上記の例では、配線材料として、銅を使用した例を示しているが、この銅の他に、銅合金、銀または銀合金を使用するようにしてもよい。また、保護膜１１４として、ＣｏＷＰ合金膜を使用した例を示しているが、ＣｏＷＰ合金の他に、Ｃｏ単体やＣｏＷＢ合金、ＣｏＰ合金またはＣｏＢ等のＣｏ合金を使用してもよく、更に、Ｎｉ単体や、ＮｉＷＰ合金、ＮｉＷＢ合金、ＮｉＰ合金またはＮｉＢ合金等のＮｉ合金を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施の形態における配線形成装置の全体構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す配線形成装置に使用される電解めっき装置の一例を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２に示す電解めっき装置の基板保持部及びカソード部の断面図である。
【図５】図２に示す電解めっき装置の電極アーム部の断面図である。
【図６】図２に示す電解めっき装置の電極アーム部のハウジングを除いた平面図である。
【図７】図２に示す電解めっき装置のアノードとめっき液含浸材を示す概要図である。
【図８】図１に示す配線形成装置に使用される研磨装置（電解研磨装置）の概要を示す図である。
【図９】図１に示す配線形成装置で配線を形成する工程を示すブロック図である。
【図１０】絶縁膜の内部に配線パターンを形成した基板を示す概要図である。
【図１１】図１０に示す基板（絶縁膜）の表面に密着膜を形成した状態を示す概要図である。
【図１２】図１１に示す密着膜の表面に導電膜を形成した状態を示す概要図である。
【図１３】図１２に示す基板の表面に銅めっきを施して配線材料（銅）を埋め込んだ状態を示す概要図である。
【図１４】図１３に示す基板から不要な配線材料、導電膜及び密着膜を除去した状態を示す概要図である。
【図１５】図１４に示す基板の配線の表面に保護膜を選択的に形成した状態を示す概要図である。
【図１６】図１５に示す基板の表面に層間バリア層を形成した状態を示す概要図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０，１２ ロード・アンロード室
１４ 装置フレーム
３６ 密着膜形成装置
３８ 導電膜形成装置
４０ 電解めっき装置装置
４２ 熱処理装置
４４ 研磨装置（電解研磨装置）
４６ 導電膜兼密着膜除去装置
４８ 金属膜形成装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線形成方法及び装置に係り、特に半導体ウエハ等の基板の表面に設けた配線用凹部に銅や銀等の導電体（配線材料）を埋込んで埋込み配線を形成したり、更にはこの埋込み配線の表面を金属膜（保護膜）で選択的に覆って多層構造としたりするのに使用される配線形成方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の配線形成プロセスとして、トレンチ及びビアホールからなる配線用凹部に配線材料（金属）を埋込むようにしたプロセス（いわゆる、ダマシンプロセス）が使用されつつある。これは、層間絶縁膜に予め形成したトレンチやビアホール等の配線用凹部に、アルミニウム、近年では銅や銀等の配線材料（金属）を埋め込んだ後、余分な金属を化学機械的研磨（ＣＭＰ）によって除去し平坦化するプロセス技術である。
【０００３】
この種の配線、例えば配線材料として銅を使用した銅配線にあっては、層間絶縁膜への銅の拡散を防止するため、層間絶縁膜の表面にタングステン、タンタルまたはチタンのいずれかを含むバリア膜を、該バリア膜の表面に電解めっきの際の通電層となる銅のシード膜をＰＶＤ法やＡＬＤ法で順次成膜し、しかる後に、例えば硫酸銅電解めっきによって基板（バリア膜）の全面に銅を成膜し、基板表面に成膜した余剰の銅ならびにバリア膜をＣＭＰ法などにより除去して前記配線用凹部内に埋込んだ配線材料で配線を形成するようにしている。
【０００４】
更に、このようにして形成した埋込み配線の表面を、無電解めっき法によって得られるコバルト合金やニッケル合金で、あるいはＣＶＤ法によって得られるバナジウム化合物などで選択的に覆って多層構造とすることが行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
デザインルールが厳しくなるにつれて、バリア膜の表面により膜厚の薄いシード膜を形成することが求められており、このような要求を満たすシード膜を均一な膜厚で成膜することが次第に困難となってきている。また、仮に均一なシード膜が成膜できたとしても、シード層を酸性のめっき液に浸漬すると同時にシード層が溶解してしまい、安定的なめっき膜の成膜が困難となると考えられる。このため、例えば４５ｎｍノード以降の配線形成技術においては、バリア膜の表面にシード膜を形成することなく、電解めっきにより銅を直接成膜することも考えられている。しかし、従来のバリア膜は、一般にタングステン、タンタルまたはチタン系で形成されており、このため、バリア膜の表面に電解めっきにより銅を直接成膜すると、バリア膜の電気抵抗が高すぎて、基板の全面に渡って銅を均一に成膜できないばかりでなく、バリア膜の表面に酸化膜が存在している場合があり、バリア膜と銅（めっき膜）との充分な密着性が得られなくなることがある。
【０００６】
また同時に、例えば４５ｎｍノード以降において、いわゆるＲＣ遅延を改善する方策として、層間絶縁膜にＬｏｗ−ｋ材料を導入することが考えられている。しかし、Ｌｏｗ−ｋ材料は、一般に脆弱な材料であり、このため、層間絶縁膜にＬｏｗ−ｋ材料を導入するに際しては、従来のＣＭＰをそのまま適用することが難しく、より低圧で研磨できるようにすることが求められている。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、例えデザインルールが厳しくなっても、十分な密着性を有する配線材料を電解めっきによって基板の全面に均一に形成して、信頼性の高い埋込み配線を形成でき、更には余剰の配線材料をより低圧で除去できるようにした配線形成方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、絶縁膜内に配線用凹部を形成した基板表面に、配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜を形成し、前記導電膜をシード膜として、電解めっき法により該導電膜の表面に配線材料を前記配線用凹部内に埋込みつつ成膜し、前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去して前記配線用凹部内に埋込んだ配線材料で配線を形成することを特徴とする配線形成方法である。
【０００９】
配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜を電解めっきのシード膜として使用して、この導電膜の表面に配線材料を直接成膜することで、薄い導電膜（シード膜）であっても、導電膜がめっき液に溶解することをなくして、導電膜とめっき液とを十分に接触させてから成膜することが可能となる。これにより、導電膜と十分な密着性を有する配線材料（めっき膜）を電解めっきによって基板（導電膜）の全面に均一に形成して、信頼性の高い埋込み配線を再現性良く形成することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記不溶性の導電膜の形成後に、前記導電膜に対して次に行う電解めっきの前処理を施すことを特徴とする請求項１記載の配線形成方法である。基板サイズが大きくなるにつれて、また導電膜の膜厚が薄くなるにつれて、下地の導電膜を基板全面に対して均一に成膜を施すことが次第に困難となってくる。このため電解めっきを施すに際しても、不均一な下地に対して基板全面に対して均一に成膜を施すことが求められる。これを改善するため前記導電膜に対して適切なめっき前処理を行い、めっき下地の均一性を事前に改善する必要がある。この前処理としては、例えば水洗、界面活性剤処理などによる濡れ性の均一化や、薬液処理、プラズマ処理などによる不均一酸化膜の除去ないし還元などがある。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記配線を形成した後に、更に前記配線用凹部内以外の前記導電膜を除去することを特徴とする請求項１または２記載の配線形成方法。
絶縁膜上の導電膜の除去方法としては、研磨、薬液によるエッチングまたはプラズマエッチングなどがあり、導電膜の材料特性、前後の工程との整合性、あるいは導電膜除去後の表面モフォロジーなどを勘案して選択することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、絶縁膜内に配線用凹部を形成した基板表面に密着膜を形成し、前記密着膜の表面に配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜を形成し、前記導電膜をシード膜として、電解めっき法により該導電膜の表面に配線材料を前記配線用凹部内に埋込みつつ成膜し、前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去して前記配線用凹部内に埋込んだ配線材料で配線を形成することを特徴とする配線形成方法である。
【００１３】
基板（絶縁膜）の表面に形成した密着膜の表面に導電膜を形成することで、導電膜と絶縁膜（層間絶縁膜）との密着膜を介した充分な密着性を確保して、導電膜と絶縁膜の密着性が不十分となって、信頼性の上で問題となることを防止することができる。この密着膜は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法あるいはＡＬＤ法等の任意の方法で形成される。
請求項５に記載の発明は、前記不溶性の導電膜の形成後に、前記導電膜に対して次に行う電解めっきの前処理を施すことを特徴とする請求項４記載の配線形成方法である。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記配線を形成した後に、更に前記配線用凹部内以外の前記導電膜及び前記密着膜を除去することを特徴とする請求項４または５記載の配線形成方法である。
導電膜及び密着膜の除去方法には、研磨、薬液によるエッチングまたはプラズマエッチングなどがあり、導電膜のみの除去の場合と同様に、材料特性、前後の工程との整合性、あるいは除去後の表面モフォロジーなどを勘案して選択することができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、前記密着膜は、タングステン、タンタルまたはチタンのいずれかを含むことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の配線形成方法である。
請求項８に記載の発明は、前記導電膜は、パラジウム、ロジウムまたはルテニウムのいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の配線形成方法である。
導電膜には、薄膜形成が可能で、比較的導電性が高く、かつ表面に酸化膜ができにくいか、例え酸化膜ができたとしてもそれが導電性であることなどが求められる。パラジウム、ロジウムまたはルテニウムのいずれかを含む導電膜は、これらの要求に応えることができる。導電膜は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、あるいはＡＬＤ法等の任意の方法で形成される。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料の除去を、リン酸またはヒドロキシエタンビスホスホン酸のいずれかを含み砥粒を含まない研磨液を用いた電解研磨法で行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の配線形成方法である。
基板（導電膜）の表面に成膜した余剰の配線材料を電解研磨で除去することにより、形成後の配線構造に対するダメージを最小とし、これにより、例えば４５ｎｍノード以降の配線形成技術に対する要求を満足させることができる。
【００１７】
例えば、銅の不溶性錯体を形成する錯体形成剤と砥粒を含む研磨液を用いて、配線材料としての銅を電解研磨法で除去する場合がある。この場合、配線表面に形成された銅の不溶性錯体を砥粒で研磨除去する際に、銅表面そのものにスクラッチなどのダメージを与える可能性がある。配線寸法が小さくなるにつれて、僅かなダメージであっても配線抵抗の増加に繋がるなど、例えば４５ｎｍ以降の世代においては、平坦化後の配線表面のモフォロジー管理が重要になるとみられている。その場合には、砥粒を含まずに平坦化を実現できる電解研磨液が必要となる。リン酸またはヒドロキシエタンビスホスホン酸のような高粘性の酸を含み、砥粒を含まない研磨液を用いることで、このような要請に応えることができる。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、前記配線材料が銅、銅合金、銀または銀合金からなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の配線形成方法である。
例えば高集積化された半導体装置の配線材料として、銅、銅合金、銀または銀合金を使用することで、半導体装置の高速化、高密度化を図ることができる。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、前記配線の表面に金属膜を選択的に成膜することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の配線形成方法である。
埋め込み配線構造を有する基板の全表面に、窒化シリコンなどの、密着性がよく上層の層間絶縁膜への配線材料の拡散防止性能の高い絶縁膜を形成することに代えて、配線表面のみに金属膜を選択的に形成し、配線の酸化防止、上層膜との密着性改善、上層の層間絶縁膜への配線材料の拡散防止などを図ることで、例えば４５ｎｍ以降の世代において、配線間容量をより低下させたり、信頼性をより向上させたりすることができる。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、配線用凹部を有する基板の表面に、配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜を形成する導電膜形成装置と、前記導電膜の表面に配線材料を成膜する電解めっき装置と、前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去する研磨装置を有することを特徴とする配線形成装置である。
導電膜形成装置は、例えばＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置またはＡＬＤ装置からなる。
【００２１】
請求項１３に記載の発明は、前記配線用凹部内以外の前記導電膜を除去する導電膜除去装置を更に有する特徴とする請求項１２記載の配線形成装置である。
導電膜除去装置は、例えば研磨装置、薬液によるエッチング装置またはプラズマエッチング装置からなる。導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去する研磨装置に導電膜除去装置を兼用させてよい。
【００２２】
請求項１４に記載の発明は、配線用凹部を有する基板の表面に密着膜を形成する密着膜形成装置を更に有することを特徴とする請求項１２または１３記載の配線形成装置である。
密着膜形成装置は、例えばＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置またはＡＬＤ装置からなる。
【００２３】
請求項１５に記載の発明は、前記配線用凹部内以外の前記密着膜を除去する密着膜除去装置を更に有することを特徴とする請求項１４記載の配線形成装置である。
密着膜除去装置は、例えば研磨装置、薬液によるエッチング装置またはプラズマエッチング装置からなる。導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去する研磨装置や、導電膜を除去する導電膜除去装置に密着膜除去装置を兼用させてよい。
【００２４】
請求項１６に記載の発明は、前記電解めっき装置は、めっきの際にアノードと基板との間に配置されるダミー抵抗体を有することを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれかに記載の配線形成装置である。
【００２５】
導電膜として使用されるパラジウム、ロジウムまたはルテニウムは、いずれも導電性があるといっても、膜厚が薄いこともあって、従来の銅シード膜等と比較すると格段にシート抵抗が高くなる。例えば厚さ６０ｎｍの銅のシート抵抗は約０．３Ω／ｓｑであるが、ルテニウムであれば、同じ厚さでシート抵抗が約８Ω／ｓｑと大幅に高くなる。電解めっきで基板上に銅等の配線材料を成膜する場合、一般に基板の周縁部に給電用のコンタクトを取るが、下地の電気抵抗が高くなると基板の外周部に電流が集中し、その部分でのめっき膜厚が厚くなるターミナル効果と呼ばれる現象が発生する。アノードと基板との間に、例えば多孔質のセラミックスからなるダミー抵抗体を位置させてめっきを行うようにすることで、めっき液側の抵抗を下地の電気抵抗の影響を緩和できる程度に高くすることができ、これによって、ターミナル効果と呼ばれる現象の発生を抑制することができる。めっき液の導電率を下げるため酸濃度や銅イオン濃度を下げることで、ターミナル効果と呼ばれる現象の発生を抑制することも考えられるが、いずれもめっき液の埋込み性などのめっき性能に影響を与えるので、ダミー抵抗体を入れるほうが好ましい。
【００２６】
請求項１７に記載の発明は、前記研磨装置は、電解研磨装置からなることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれかに記載の配線形成装置である。
請求項１８に記載の発明は、前記配線の表面に金属膜を選択的に成膜する金属膜形成装置を更に有することを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれかに記載の配線形成装置である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、基板の表面に予め形成した導電膜と十分な密着性を有する配線材料（めっき膜）を電解めっきによって基板（導電膜）の全面に均一に形成して、信頼性の高い埋込み配線を再現性良く形成することができる。しかも、前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料の除去を電解研磨法で行うことで、形成後の配線構造に対するダメージを最小とし、これにより、例えば４５ｎｍノード以降の配線形成技術に対する要求を満足させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の例では、半導体ウエハ等の基板に、銅からなる配線（銅配線）を形成し、この配線の表面にＣｏＷＰ合金からなる金属膜（保護膜）を選択的に形成して該配線を保護するようにした例を示す。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態における配線形成装置の全体配置図を示す。図１に示すように、この配線形成措置は、基板を収納したカセットを搬入し、一連の処理後の基板を収納したカセットを搬出するロード・アンロード室１０，１２と、ロード・アンロード室１０，１２に連通する矩形状の装置フレーム１４を有している。
【００３０】
装置フレーム１４の内部には、密着膜形成装置３６、導電膜形成装置３８、電解めっき装置４０、熱処理装置４２、研磨装置４４、導電膜兼密着膜除去装置４６及び金属膜（保護膜）形成装置４８が、基板の搬送経路に沿って配置されて収容されており、これらの装置で囲まれた位置に、搬送装置としての搬送ロボット５０が走行自在に配置されている。
【００３１】
密着膜形成装置３６は、基板（絶縁膜）の表面に、例えばタングステン、タンタルまたはチタンを含む密着膜を形成するためのもので、この例では、真空排気可能なプロセスチャンバ５２とロードロック室５８を有するＰＶＤ装置からなる。この密着膜形成装置３６は、ＣＶＤ装置やＡＬＤ装置であってもよい。
【００３２】
この密着膜形成装置３６は、基板（絶縁膜）の表面に予め密着膜を形成しておき、この密着膜の表面に下記の導電膜を形成することで、密着膜を介して、絶縁膜（層間絶縁膜）と導電膜との充分な密着性を確保し、これによって、導電膜と絶縁膜の密着性が不十分となって、信頼性の上で問題となることを防止するためのものである。基板（絶縁膜）の表面に導電膜を十分な密着性をもって形成できる場合には、この密着膜形成装置３６を省略してもよい。
【００３３】
導電膜形成装置３８は、密着膜形成装置３６で基板（絶縁膜）の表面に形成した密着膜の表面に、配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の、例えばパラジウム、ロジウムまたはルテニウムのいずれかを含む導電膜を形成するためのもので、この例では、真空排気可能なプロセスチャンバ６０とロードロック室６２を有するＰＶＤ装置からなる。この導電膜形成装置３８は、ＣＶＤ装置やＡＬＤ装置であってもよい。
【００３４】
この導電膜には、薄膜形成が可能で、比較的導電性が高く、かつ表面に酸化膜ができにくいか、例え酸化膜ができたとしてもそれが導電性であることなどが求められる。パラジウム、ロジウムまたはルテニウムのいずれかを含む導電膜は、これらの要求に応えることができる。
なお、前述のように、密着膜形成装置３６を省略した場合には、導電膜形成装置３８で基板（絶縁膜）の表面に導電膜を直接形成する。
【００３５】
電解めっき装置４０は、基板の表面に電解めっきを施すことで、前記導電膜をシード膜として、該導電膜の表面に配線材料（銅）をトレンチやビアホール等の配線用凹部内に埋込みつつ成膜するためのものである。
【００３６】
この電解めっき装置４０として、めっきの際にアノードと基板との間にダミー抵抗体が配置されるようにしたものを使用することが好ましい。このめっき装置４０の一例を図２乃至図７に示す。
【００３７】
この電解めっき装置４０には、図２に示すように、めっき処理及びその付帯処理を行う基板処理部２−１が設けられ、この基板処理部２−１に隣接して、めっき液を溜めるめっき液トレー２−２が配置されている。また、回転軸２−３を中心に揺動する揺動アーム２−４の先端に保持され、基板処理部２−１とめっき液トレー２−２との間を揺動する電極部２−５を有する電極アーム部２−６が備えられている。
【００３８】
更に、基板処理部２−１の側方に位置して、プレコート・回収アーム２−７と、純水やイオン水等の薬液、更には気体等を基板に向けて噴射する固定ノズル２−８が配置されている。この例では、３個の固定ノズル２−８が配置され、その内の１個を純水供給用に用いている。基板処理部２−１は、図３及び図４に示すように、被めっき面を上にして基板Ｗを保持する基板保持部２−９と、この基板保持部２−９の上方で該基板保持部２−９の周縁部を囲むように配置されたカソード部２−１０が備えられている。更に基板保持部２−９の周囲を囲んで処理中に用いる各種薬液の飛散を防止する有底略円筒状のカップ２−１１が、エアシリンダ２−１２を介して上下動自在に配置されている。
【００３９】
ここで、基板保持部２−９は、エアシリンダ２−１２によって、下方の基板受け渡し位置Ａと、上方のめっき位置Ｂと、これらの中間の前処理・洗浄位置Ｃとの間を昇降するようになっている。また基板保持部２−９は、回転モータ２−１４及びベルト２−１５を介して任意の加速度及び速度で前記カソード部２−１０と一体に回転するように構成されている。この基板受け渡し位置Ａに対向して、フレーム側面には、基板搬出入口（図示せず）が設けられ、基板保持部２−９がめっき位置Ｂまで上昇したときに、基板保持部２−９で保持された基板Ｗの周縁部に、下記のカソード２−１０のシール部材２−１６とカソード２−１７が当接するようになっている。一方、カップ２−１１は、その上端が前記基板搬出入口の下方に位置し、図３の仮想線で示すように、上昇したときにカソード部２−１０の上方に達するようになっている。
【００４０】
基板保持部２−９がめっき位置Ｂまで上昇した時に、この基板保持部２−９で保持した基板Ｗの周縁部にカソード２−１７が押し付けられ基板Ｗに通電される。これと同時に、シール部材２−１６の内周端部が基板Ｗの周縁上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板Ｗの上面に供給されるめっき液が基板Ｗの端部から染み出すのを防止すると共に、めっき液がカソード２−１７を汚染するのを防止している。
【００４１】
電極アーム部２−６の電極部２−５は、図５に示すように、揺動アーム２−４の自由端に、ハウジング２−１８と、このハウジング２−１８の周囲を囲む中空の支持枠２−１９と、ハウジング２−１８と支持枠２−１９で周縁部を挟持して固定したアノード２−２０を有している。アノード２−２０は、ハウジング２−１８の開口部を覆っており、ハウジング２−１８の内部には、吸引室２−２１が形成されている。そして吸引室２−２１には、図６及び図７に示すように、めっき液を導入排出するめっき液導入管２−２８及びめっき液排出管（図示せず）が接続されている。さらにアノード２−２０には、その全面に亘って上下に連通する多数の通孔２−２０ｂが設けられている。
【００４２】
この例にあっては、アノード２−２０の下面に該アノード２−２０の全面を覆う保水性材料からなる高抵抗構造体２−２２が取付けられている。この高抵抗構造体２−２２は、この内部にめっき液を複雑に入り込ませることで、ダミー抵抗体として役割を果たす。
つまり、この高抵抗構造体（ダミー抵抗体）２−２２は、例えば、アルミナ，ＳｉＣ，ムライト，ジルコニア，チタニア，コージライト等の多孔質セラミックスまたはポリプロピレンやポリエチレンの焼結体等の硬質多孔質体、あるいはこれらの複合体、更には織布や不織布で構成される。例えば、アルミナ系セラミックスにあっては、ポア径３０〜２００μｍ、ＳｉＣにあっては、ポア径３０μｍ以下、気孔率２０〜９５％、厚み１〜２０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍ、更に好ましくは８〜１５ｍｍ程度のものが使用される。この例では、例えば気孔率３０％、平均ポア径１００μｍでアルミナ製の多孔質セラミックス板から構成されている。そして、この内部にめっき液を含有させることで、つまり多孔質セラミックス板自体は絶縁体であるが、この内部にめっき液を複雑に入り込ませ、厚さ方向にかなり長い経路を辿らせることで、めっき液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有するように構成されている。
【００４３】
このように高抵抗構造体（ダミー抵抗体）２−２２をアノード２−２０の下面に配置し、この高抵抗構造体２−２２によって大きな抵抗を発生させることで、導電膜１０８（図１２参照）の抵抗の影響を無視できる程度となし、基板Ｗの表面の電気抵抗による電流密度の面内差を小さくして、めっき膜の面内均一性を向上させることができる。
【００４４】
導電膜として使用されるパラジウム、ロジウムまたはルテニウムは、いずれも導電性があるといっても、膜厚が薄いこともあって、従来の銅シード膜等と比較すると格段にシート抵抗が高くなる。例えば厚さ６０ｎｍの銅のシート抵抗は約０．３Ω／ｓｑであるが、ルテニウムであれば、同じ厚さでシート抵抗が約８Ω／ｓｑと大幅に高くなる。そして、基板の周縁部に給電用のコンタクトを取った場合に、下地の電気抵抗が高くなると基板の外周部に電流が集中し、その部分でのめっき膜厚が厚くなるターミナル効果と呼ばれる現象が発生する。
【００４５】
この例によれば、アノード２−２０と基板Ｗとの間に、例えば多孔質のセラミックスからなる高抵抗構造体（ダミー抵抗体）２−２２を位置させてめっきを行うようにすることで、めっき液側の抵抗を下地の電気抵抗の影響を緩和できる程度に高くすることができ、これによって、ターミナル効果と呼ばれる現象の発生を抑制することができる。めっき液の導電率を下げるため酸濃度や銅イオン濃度を下げることで、ターミナル効果と呼ばれる現象の発生を抑制することも考えられるが、いずれもめっき液の埋込み性などのめっき性能に影響を与えるので、ダミー抵抗体を入れるほうが好ましい。
【００４６】
更に、高抵抗構造体２−２２にめっき液を含ませて、アノード２−２０の表面を湿潤させることで、ブラックフィルムの基板の被めっき面への脱落を防止し、同時に基板の被めっき面とアノード２−２０との間にめっき液を注入する際に、空気を外部に抜きやすくしている。
【００４７】
高抵抗構造体２−２２のアノード２−２０への取付けは、次のように行っている。即ち、下端に頭部を有する多数の固定ピン２−２５を、この頭部を高抵抗構造体２−２２の内部に上方に脱出不能に収納し軸部をアノード２−２０の内部を貫通させて配置し、この固定ピン２−２５をＵ字状の板ばね２−２６を介して上方に付勢させることで、アノード２−２０の下面に高抵抗構造体２−２２を板ばね２−２６の弾性力を介して密着させて取付けている。このように構成することにより、めっきの進行に伴って、アノード２−２０の肉厚が徐々に薄くなっても、アノード２−２０の下面に高抵抗構造体２−２２を確実に密着させることができる。したがって、アノード２−２０の下面と高抵抗構造体２−２２との間に空気が混入してめっき不良の原因となることが防止される。
【００４８】
そして、前記電極部２−５は、基板保持部２−９がめっき位置Ｂ（図４参照）にある時に、基板保持部２−９で保持された基板Ｗと高抵抗構造体２−２２との隙間が、０．１〜１０ｍｍ程度、好ましくは０．３〜３ｍｍ、より好ましくは０．５〜１ｍｍ程度となるまで下降し、この状態で、めっき液供給管からめっき液を供給して、高抵抗構造体２−２２にめっき液を含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード２−２０との間にめっき液を満たし、基板Ｗの上面（被めっき面）とアノード２−２０との間にめっき電源から電圧を印加することで基板Ｗの被めっき面にめっきが施される。
【００４９】
次に、この電解めっき装置４０によるめっき処理について説明する。
先ず、基板受け渡し位置Ａにある基板保持部２−９にめっき処理前の基板Ｗを搬入し、基板保持部２−９上に載置する。次にカップ２−１１を上昇させ、同時に基板保持部２−９を前処理・洗浄位置Ｃに上昇させる。この状態で退避位置にあったプレコート・回収アーム２−７を基板Ｗの対峙位置へ移動させ、その先端に設けたプレコートノズルから、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板Ｗの被めっき面に間欠的に吐出する。この時、基板保持部２−９は回転しているため、プレコート液は基板Ｗの全面に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム２−７を退避位置に戻し、基板保持部２−９の回転速度を増して、遠心力により基板Ｗの被めっき面のプレコート液を振り切って乾燥させる。
【００５０】
続いて、基板保持部２−９をめっき位置Ｂ（図４参照）まで上昇させた後、電極アーム部２−６を水平方向に旋回させ、電極部２−５がめっき液トレー２−２上方からめっきを施す位置の上方に位置させ、この位置で電極部２−５をカソード部２−１０に向かって下降させる。電極部２−５の下降が完了した時点で、アノード２−２０とカソード部２−１０にめっき電圧を印加し、めっき液を電極部２−５の内部に供給して、アノード２−２０を貫通しためっき液供給口より高抵抗構造体２−２２にめっき液を供給する。この時、高抵抗構造体２−２２は、基板Ｗの被めっき面に接触せず、０．１〜１０ｍｍ程度、好ましくは０．３〜３ｍｍ、より好ましくは０．５〜１ｍｍ程度に接近した状態となっている。
【００５１】
めっき液の供給が続くと、高抵抗構造体２−２２から染み出した銅イオンを含んだめっき液が、高抵抗構造体２−２２と基板Ｗの被めっき面との間の隙間に満たされ、基板Ｗの被めっき面に銅めっきが施される。この時、基板保持部２−９を低速で回転させてもよい。
【００５２】
めっき処理が完了すると、電極アーム部２−６を上昇させた後に旋回させて、電極部２−５をめっき液トレー２−２の上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、プレコート・回収アーム２−７を退避位置から基板Ｗに対峙する位置へ移動させて下降させ、めっき液回収ノズル（図示せず）から基板Ｗ上のめっき液の残部を回収する。このめっき液の残部の回収が終了した後、プレコート・回収アーム２−７を待避位置に戻し、基板Ｗの中央部に純水を吐出し、同時に基板保持部２−９のスピードを増して回転させ基板Ｗの表面のめっき液を純水に置換する。
【００５３】
上記リンス終了後、基板保持部２−９をめっき位置Ｂから前処理・洗浄位置Ｃへ下降させ、純水用の固定ノズル２−８から純水を供給しつつ基板保持部２−９及びカソード部２−１０を回転させて水洗を実施する。この時、カソード部２−１０に直接供給した純水、又は基板Ｗの面から飛散した純水によってシール部材２−１６、カソード２−１７も基板Ｗと同時に洗浄することができる。
【００５４】
水洗完了後に、固定ノズル２−８からの純水の供給を停止し、更に基板保持部２−９及びカソード部２−１０の回転スピードを増して、遠心力により基板Ｗの表面の純水を振り切って乾燥させる。併せて、シール部材２−１６及びカソード２−１７も乾燥される。上記乾燥が終了すると基板保持部２−９及びカソード部２−１０の回転を停止させ、基板保持部２−９を基板受渡し位置Ａまで下降させる。
【００５５】
なお、この例では、内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換可能なプロセスチャンバ６４とロードロック室６６とを有している。そして、めっき前処理、電解めっき処理及びめっき後処理からなる一連の電解めっき処理を、Ｎ２ガス等の不活性ガス雰囲気の下でも連続して行えるようになっている。
【００５６】
熱処理装置４２は、前述の電解めっき装置４０で成膜した配線材料（銅）に、例えば１００〜６００℃で熱処理（アニール）を施すためのもので、この例では、内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換可能なプロセスチャンバ（ランプアニール炉）６８とロードロック室７０とを有するランプアニール装置からなる。なお、この熱処理装置４２として、輻射熱炉、反射熱炉、ホットプレート炉または熱対流炉を有するもので構成するようにしてもよい。
【００５７】
研磨装置４４は、電解めっき装置４０で導電膜上に成膜した余剰な配線材料（銅）を除去して、トレンチやビアホール等の配線用凹部の内部に埋込んだ配線材料で配線を形成するためのものである。この例では、内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換可能なプロセスチャンバ７２とロードロック室７４とを有する電解研磨装置からなる。
このように、基板（導電膜）の表面に成膜した余剰の配線材料（銅）を電解研磨で除去することにより、形成後の配線構造に対するダメージを最小とし、これにより、例えば４５ｎｍノード以降の配線形成技術に対する要求を満足させることができる。
【００５８】
この研磨装置（電解研磨装置）４４として、リン酸またはヒドロキシエタンビスホスホン酸のいずれかを含み砥粒を含まない研磨液を用いものを使用することが好ましい。この研磨装置（電解研磨装置）４４の一例を図８に示す。
この研磨装置（電解研磨装置）４４は、上方に開口して内部に研磨液７１２を保持する有底円筒状の電解槽７１４と、電解槽７１４の上方に配置され基板Ｗを着脱自在に下向きに保持する基板保持部７１６ａとを有している。この研磨液７１２として、リン酸またはヒドロキシエタンビスホスホン酸のいずれかを含み砥粒を含まないものが用いられる。
【００５９】
電解槽７１４は、モータ等の駆動に伴って回転する主軸７１８に直結され、底部には、例えばＳＵＳ，Ｐｔ／Ｔｉ，Ｉｒ／Ｔｉ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂなど研磨液に対して安定でかつ電解により不動体化しない金属からなり、研磨液７１２中に浸漬されてカソードとなる平板状の陰極板７２０が水平に配置されている。この陰極板７２０の上面には、縦及び横方向に面内の全長に亘って直線状に延びる格子状の長溝７２０ａが設けられている。更に、陰極板７２０の上面には、例えば、連続発泡体式で不織布タイプの硬度研磨パッド（例えば：ロデールニッタ社 ＳＵＢＡ８００）からなる研磨具７２２が貼り付けられている。この研磨具７２２は、必要に応じて備えられる。
【００６０】
これによって、主軸７１８の回転に伴って電解槽７１４が研磨具７２２と一体に回転し、研磨液７１２の供給に伴って研磨液７１２が長溝７２０ａを通って流れ、しかも電解研磨に伴って生成される生成物や、水素ガス、酸素ガス等も長溝７２０ａを通って基板Ｗと研磨具７２２の間から外方に排出される。
【００６１】
基板保持部７１６ａは、回転速度が制御可能な回転機構と研磨圧力が調整可能な上下動機構を備えた支持ロッド７２４の下端に連結され、この下面に、例えば真空吸着方式で基板Ｗを吸着保持するようになっている。
【００６２】
基板保持部７１６ａの下面外周部には、基板保持部７１６ａで基板Ｗを吸着保持した時、基板Ｗの周縁部乃至ベベル部と接触して、基板Ｗの表面に成膜した配線材料（銅）をアノードにする電気接点７２６が設けられている。この電気接点７２６は、支持ロッド７２４に内蔵されたロール摺動コネクタおよび配線７２８ａにより、外部に配置した電源としての整流器７３０の陽極端子へ結線され、前記陰極板７２０は、配線７２８ｂを介して整流器７３０の陰極端子に結線される。
【００６３】
更に、電解槽７１４の上方に位置して、この内部に研磨液７１２を供給する研磨液供給ユニット７３２が配置され、更に各機器及び運転全般を調節し管理する制御ユニット７３４および安全装置（図示せず）などが備えられている。
【００６４】
この研磨装置（電解研磨装置）４４にあっては、電解槽７１４内に、リン酸またはヒドロキシエタンビスホスホン酸のいずれかを含み砥粒を含まない研磨液７１２を供給し、この研磨液７１２が電解槽７１４をオーバフローする状態で、電解槽７１４と研磨具７２２を一体に回転させる。一方、配線材料（銅）を表面に成膜した基板Ｗを基板保持部７１６ａで下向きに吸着保持しておく。この状態で、基板Ｗを前記電解槽７１４とは反対方向に回転させながら下降させ、この基板Ｗの表面（下面）を、必要に応じて、研磨具７２２の表面に接触させ、同時に、整流器７３０により陰極板７２０と電気接点７２６との間に電流を流す。すると、配線材料（銅）は、効果的に平坦化されながら研磨される。
【００６５】
例えば、銅の不溶性錯体を形成する錯体形成剤と砥粒を含む研磨液を用いて、配線材料としての銅を電解研磨法で除去すると、配線表面に形成された銅の不溶性錯体を砥粒で研磨除去する際に、銅表面そのものにスクラッチなどのダメージを与える可能性がある。配線寸法が小さくなるにつれて、僅かなダメージであっても配線抵抗の増加に繋がるなど、例えば４５ｎｍ以降の世代においては、平坦化後の配線表面のモフォロジー管理が重要になるとみられている。その場合には、砥粒を含まずに平坦化を実現できる電解研磨液が必要となる。リン酸またはヒドロキシエタンビスホスホン酸のような高粘性の酸を含み、砥粒を含まない研磨液を用いることで、このような要請に応えることができる。
【００６６】
導電膜兼密着膜除去装置４６は、導電膜形成装置３８で形成した配線用凹部内以外の余剰な導電膜及び密着膜形成装置３６で形成した配線用凹部内以外の余剰な密着膜を連続して除去するためのものである。この例では、内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換可能なプロセスチャンバ７６とロードロック室７８とを有する研磨装置からなる。この導電膜兼密着膜除去装置４６は、薬液によるエッチング装置またはプラズマエッチング装置であってもよく、導電膜や密着膜の材料特性、前後の工程との整合性、あるいは除去後の表面モフォロジーなどを勘案して選択することができる。
【００６７】
なお、密着膜を形成しない場合、導電膜兼密着膜除去装置４６は、導電膜のみを除去する導電膜除去装置として機能する。また、この例では、単一の研磨装置（導電膜兼密着膜除去装置）４６で導電膜と密着膜とを連続して除去するようにしているが、導電膜や密着膜の材料等に応じて、余剰な導電膜を除去する導電膜除去装置と、余剰な密着膜を除去する密着膜除去装置を個別に備えるようにしてもよい。更に、前述の余剰な配線材料（銅）を除去する研磨装置４４で導電膜及び／または密着膜を除去するようにしてもよい。
【００６８】
金属膜（保護膜）形成装置４８は、余剰な配線材料（銅）を除去することで、基板の表面に露出した配線（銅配線）の表面に、ＣｏＷＰ合金膜等からなる金属膜（保護膜）を選択的に形成して、配線を保護するためのものである。この例では、内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換可能なプロセスチャンバ８０とロードロック室８２とを有する無電解めっき装置からなる。そして、この無電解めっき装置（金属膜形成装置）４８には、プロセスチャンバ８０の内部に位置して、前処理槽、めっき処理槽及び後処理槽がそれぞれ備えられ、一連のめっき処理を連続して行うことができるようになっている。
【００６９】
なお、図示しないが、装置フレーム１４内に、金属膜形成装置４８で金属膜を選択的に形成した基板の表面に、ＳｉＮ等からなる層間バリア膜を形成する層間バリア膜形成装置を配置してもよい。層間バリア膜形成装置は、例えばＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置または湿式めっき装置で構成される。
【００７０】
また、本装置のロード・アンロード室１０の入口及び装置フレーム側出口には、一対のゲートバルブ１６ａ，１６ｂが備えられ、ロード・アンロード室１２の入口及び装置フレーム側出口にも、一対のゲートバルブ１８ａ，１８ｂが備えられている。そして、ロード・アンロード室１０，１２には、不活性ガス供給ライン２０及び排気ライン２２がそれぞれ接続され、ロード・アンロード室１０，１２は、開閉弁を介して独自に給排気できるように構成されている。
【００７１】
装置フレーム１４は、密閉可能に構成されており、装置フレーム１４には、不活性ガス供給源２６から延び、途中に給気ポンプ２８及び該ポンプ２８を挟んで一対の開閉弁を介装した不活性ガス供給ライン３０と、大気圧より高い所定の圧力で開く排気弁３２を途中に介装した排気ライン３４がそれそれぞれ接続されている。これにより、給気ポンプ２８の作動に伴って、例えばＮ２ガス等の不活性ガスを装置フレーム１４内に供給し、この装置フレーム１４内の圧力が、大気圧より高い所定の圧力に達した時に、排気ライン３４の排気弁３２が開いて、装置フレーム１４内を、大気圧より高い所定の圧力の不活性ガス雰囲気に維持できるようになっている。
【００７２】
このように、装置フレーム１４の内部圧力を、大気圧より高い圧力（陽圧）に維持することで、不活性ガス雰囲気に置換した装置フレーム１４内に大気が流入してしまうことを防止することができる。
以上のように装置フレーム１４内を不活性ガス雰囲気にすることで、基板Ｗを上記の各装置間で搬送する際に大気に曝さずにすみ、配線形成途中の基板表面の酸化等を防ぐことができる。
【００７３】
次に、この配線形成装置による一連の配線形成処理を、図９乃至図１６を更に参照して説明する。
先ず、図１０に示すように、例えばＰＶＤ、ＣＶＤまたは湿式塗布法でＳｉＯ２等からなる絶縁膜（層間絶縁膜）１００を形成し、この絶縁膜１００の内部に、例えばＲＩＥ、ＣＤＥ、スパッタエッチングまたは湿式エッチングでトレンチ１０２及びビアホール１０４等の配線用凹部を有する配線パターンを形成した基板Ｗを用意し、この基板Ｗをカセット内に収納してロード・アンロード室１０内に搬入する。同時に、空のカセットをロード・アンロード室１２内に搬入する。これらの搬入後に、ロード・アンロード室１０，１２の内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換する。
【００７４】
つまり、ロード・アンロード室１０，１２の入口側のゲートバルブ１６ａ，１８ａを開き、出口側のゲートバルブ１６ｂ，１８ｂを開いた状態で、ロード・アンロード室１０，１２内にカセットを搬入し、しかる後、入口側のゲートバルブ１６ａ，１８ａを閉じる。そして、ロード・アンロード室１０，１２の内部を、排気ライン２２を通して排気するとともに、不活性ガス供給ライン２０を通してＮ２ガス等の不活性ガスを供給して、ロード・アンロード室１０，１２の内部を、大気圧より高い圧力（陽圧）の不活性ガス雰囲気に置換する。
【００７５】
装置フレーム１４の内部にあっても同様に、排気ライン３４を通して排気するとともに、不活性ガス供給ライン３０を通してＮ２ガス等の不活性ガスを供給して、装置フレーム１４の内部を、大気圧より高い圧力の不活性ガス雰囲気に置換する。この状態で、ロード・アンロード室１０，１２の装置フレーム１４側出口のゲートバルブ１６ｂ，１８ｂを開く。なお、ここでは配線形成前の基板Ｗをロード・アンロード室１０から搬入し、配線形成後の基板Ｗをロード・アンロード室１２から搬出する例を示しているが、一つのロード・アンロード室を利用し、あるカセットから基板Ｗを搬入して配線形成処理を行った後、配線が形成された基板Ｗを同一のカセットに戻すようにしてもよいことは勿論である。
【００７６】
次に、配線パターンを形成した基板Ｗを、搬送ロボット５０で、ロード・アンロード室１０内のカセットから一枚ずつ取出し、密着膜形成装置３６の内部に搬入する。この密着膜形成装置３６では、図１１に示すように、絶縁膜１００の表面に、スパッタリング等によって、タングステン、タンタルまたはチタンを含む密着膜１０６を形成する。
【００７７】
この密着膜１０６を形成した基板Ｗを導電膜形成装置３８内に搬入する。そして、この導電膜形成装置３８で、図１２に示すように、密着膜１０６の表面に、配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の、例えばパラジウム、ロジウムまたはルテニウムのいずれかを含む導電膜１０８を形成する。なお、前述のように、密着膜１０６は、これを介して、絶縁膜１００と導電膜１０８との充分な密着性を確保するためのもので、絶縁膜１００の表面に導電膜１０８を十分な密着性をもって形成できる場合には、密着膜を形成することなく、絶縁膜１００の表面に導電膜１０８を直接形成するようにしてもよい。
【００７８】
この導電膜１０８を形成した基板Ｗを電解めっき装置４０内に搬入する。この電解めっき装置４０では、導電膜１０８とアノード２−２０との間に所定の電圧を印加しつつ、導電膜１０８を電解銅めっき液に接触させることで、図１３に示すように、導電膜１０８の表面に、配線材料としての銅１１０を成膜して、トレンチ１０２及びビアホール１０４内への銅の埋込みを行う。そして、めっき後の基板Ｗを高速回転させてスピン乾燥させる。
【００７９】
このように、配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜１０８を電解めっきのシード膜として使用して、この導電膜１０８の表面に配線材料（銅）１１０を直接成膜することで、薄い導電膜（シード膜）１０８であっても、導電膜１０８がめっき液に溶解することをなくして、導電膜１０８とめっき液とを十分に接触させてから成膜することが可能となる。これにより、導電膜１０８と十分な密着性を有する配線材料（銅）１１０を電解めっきによって導電膜１０８の全面に均一に形成して、信頼性の高い埋込み配線を再現性良く形成することができる。電解めっき装置４０内の雰囲気は、大気でも不活性ガスでもよく、プロセスや装置全体の構成に応じて選べばよい。
【００８０】
そして、この銅１１０を形成した基板Ｗを、熱処理装置（ランプアニール装置）４２内に搬入する。この熱処理装置４２では、例えば、Ｎ２環境化で、基板Ｗに３５０℃で５分間の熱処理（ランプアニール）を施す。
【００８１】
このアニール後の基板Ｗを、研磨装置（電解研磨装置）４４内に搬入する。この熱処理後の基板Ｗを膜厚測定器に搬送し、ここで銅の膜厚を測定し、この測定値によって、例えば次に基板に対するめっき時間を調整し、また膜厚が不足する場合には、再度めっきによる銅の追加の成膜を行うようにしてもよい。
【００８２】
この研磨装置４４で、導電膜１０８の表面に成膜した不要な銅１１０、すなわちトレンチ１０２及びビアホール１０４内以外の銅１１０を除去する。導電膜１０８の表面に成膜した余剰の配線材料（銅）１１０を電解研磨で除去することにより、形成後の配線構造に対するダメージを最小とすることができる。この時、例えば、膜厚や基板の仕上がり具合をモニタで検査し、このモニタで終点（エンドポイント）を検知した時に、研磨を終了する。そして、この平坦化後の基板Ｗの表面を薬液で洗浄し、更に純水で洗浄（リンス）した後、高速回転させてスピン乾燥させる。
【００８３】
この不要な銅１１０を除去した基板Ｗを導電膜兼密着膜除去装置４６内に搬入し、この導電膜兼密着膜除去装置４６で、トレンチ１０２及びビアホール１０４内以外の余剰な導電膜１０８及び密着膜１０６を除去する。これによって、図１４に示すように、絶縁膜１００の内部に、銅からなる配線（銅配線）１１２を形成する。
なお、研磨装置４４で導電膜１０８及び密着膜１０６も除去するようにすることで、配線材料（銅）１００、導電膜１０８及び密着膜１０６の除去を研磨装置４４で連続して行うことができる。
【００８４】
この配線材料（銅）１００、導電膜１０８及び密着膜１０６を除去した基板Ｗを金属膜形成装置（無電解めっき装置）４８に搬送する。この金属膜形成装置４８では、先ず前処理槽内で基板表面を前処理液に接触させ、これによって、配線１１２の表面の清浄化処理（ＣＭＰ残渣除去処理）及びＰｄ等の触媒を担持させる触媒担持処理等の前処理を行う。そして、前処理後の基板Ｗをめっき槽内に保持した、例えば８０℃の無電解ＣｏＷＰめっき液に３分間浸漬させ、しかる後、めっき後の基板Ｗの表面を後洗浄槽内で後洗浄液に接触させて基板Ｗの後洗浄等の後処理を行い、基板Ｗを高速で回転させてスピン乾燥させる一連の無電解めっき処理を施す。
【００８５】
これにより、図１５に示すように、絶縁膜１００に形成した配線１１２の表面に、例えば膜厚が２０ｎｍのＣｏＷＰからなる金属膜（保護膜）１１４を選択的に形成して配線１１２を保護する。この金属膜１１４の膜厚は、０．１〜５００ｎｍ、好ましくは、１〜２００ｎｍ、更に好ましくは、１０〜１００ｎｍ程度である。この時、例えば、金属膜１１４の膜厚をモニタして、この膜厚が所定の値に達した時、つまり終点（エンドポイント）を検知した時に、無電解めっきを終了する。
【００８６】
このように、配線１１２の表面のみに金属膜１１４を選択的に形成し、配線１１２の酸化防止、上層膜との密着性改善、上層の層間絶縁膜への配線材料の拡散防止などを図ることで、例えば４５ｎｍ以降の世代において、配線間容量をより低下させたり、信頼性をより向上させたりすることができる。
【００８７】
そして、装置フレーム１４内に層間バリア膜形成装置が備えられている場合には、この保護膜１１４を形成した基板Ｗを層間バリア膜形成装置に搬送し、この層間バリア膜形成装置で、図１６に示すように、例えばＣＶＤによって、基板Ｗの表面に、例えば３０ｎｍ程度の膜厚のＳｉＮ等からなる層間バリア膜１１６を形成する。
そして、この層間バリア膜１１６を形成した基板Ｗを搬送ロボット５０でロード・アンロード室１２内のカセットに搬入する。
【００８８】
なお、上記の例では、配線材料として、銅を使用した例を示しているが、この銅の他に、銅合金、銀または銀合金を使用するようにしてもよい。また、保護膜１１４として、ＣｏＷＰ合金膜を使用した例を示しているが、ＣｏＷＰ合金の他に、Ｃｏ単体やＣｏＷＢ合金、ＣｏＰ合金またはＣｏＢ等のＣｏ合金を使用してもよく、更に、Ｎｉ単体や、ＮｉＷＰ合金、ＮｉＷＢ合金、ＮｉＰ合金またはＮｉＢ合金等のＮｉ合金を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施の形態における配線形成装置の全体構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す配線形成装置に使用される電解めっき装置の一例を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２に示す電解めっき装置の基板保持部及びカソード部の断面図である。
【図５】図２に示す電解めっき装置の電極アーム部の断面図である。
【図６】図２に示す電解めっき装置の電極アーム部のハウジングを除いた平面図である。
【図７】図２に示す電解めっき装置のアノードとめっき液含浸材を示す概要図である。
【図８】図１に示す配線形成装置に使用される研磨装置（電解研磨装置）の概要を示す図である。
【図９】図１に示す配線形成装置で配線を形成する工程を示すブロック図である。
【図１０】絶縁膜の内部に配線パターンを形成した基板を示す概要図である。
【図１１】図１０に示す基板（絶縁膜）の表面に密着膜を形成した状態を示す概要図である。
【図１２】図１１に示す密着膜の表面に導電膜を形成した状態を示す概要図である。
【図１３】図１２に示す基板の表面に銅めっきを施して配線材料（銅）を埋め込んだ状態を示す概要図である。
【図１４】図１３に示す基板から不要な配線材料、導電膜及び密着膜を除去した状態を示す概要図である。
【図１５】図１４に示す基板の配線の表面に保護膜を選択的に形成した状態を示す概要図である。
【図１６】図１５に示す基板の表面に層間バリア層を形成した状態を示す概要図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０，１２ ロード・アンロード室
１４ 装置フレーム
３６ 密着膜形成装置
３８ 導電膜形成装置
４０ 電解めっき装置装置
４２ 熱処理装置
４４ 研磨装置（電解研磨装置）
４６ 導電膜兼密着膜除去装置
４８ 金属膜形成装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜内に配線用凹部を形成した基板表面に、配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜を形成し、
前記導電膜をシード膜として、電解めっき法により該導電膜の表面に配線材料を前記配線用凹部内に埋込みつつ成膜し、
前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去して前記配線用凹部内に埋込んだ配線材料で配線を形成することを特徴とする配線形成方法。
【請求項２】
前記不溶性の導電膜の形成後に、
前記導電膜に対して、前記電解めっき法による配線材料の成膜の前処理を施すことを特徴とする請求項１記載の配線形成方法。
【請求項３】
前記配線を形成した後に、更に前記配線用凹部内以外の前記導電膜を除去することを特徴とする請求項１または２記載の配線形成方法。
【請求項４】
絶縁膜内に配線用凹部を形成した基板表面に密着膜を形成し、
前記密着膜の表面に配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜を形成し、
前記導電膜をシード膜として、電解めっき法により該導電膜の表面に配線材料を前記配線用凹部内に埋込みつつ成膜し、
前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去して前記配線用凹部内に埋込んだ配線材料で配線を形成することを特徴とする配線形成方法。
【請求項５】
前記不溶性の導電膜の形成後に、
前記導電膜に対して、前記電解めっき法による配線材料の成膜の前処理を施すことを特徴とする請求項４記載の配線形成方法。
【請求項６】
前記配線を形成した後に、更に前記配線用凹部内以外の前記導電膜及び前記密着膜を除去することを特徴とする請求項４または５記載の配線形成方法。
【請求項７】
前記密着膜は、タングステン、タンタルまたはチタンのいずれかを含むことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の配線形成方法。
【請求項８】
前記導電膜は、パラジウム、ロジウムまたはルテニウムのいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の配線形成方法。
【請求項９】
前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料の除去を、リン酸またはヒドロキシエタンビスホスホン酸のいずれかを含み砥粒を含まない研磨液を用いた電解研磨法で行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の配線形成方法。
【請求項１０】
前記配線材料が銅、銅合金、銀または銀合金からなることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の配線形成方法。
【請求項１１】
前記配線の表面に金属膜を選択的に成膜することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の配線形成方法。
【請求項１２】
配線用凹部を有する基板の表面に、配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜を形成する導電膜形成装置と、
前記導電膜の表面に配線材料を成膜する電解めっき装置と、
前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去する研磨装置を有することを特徴とする配線形成装置。
【請求項１３】
前記配線用凹部内以外の前記導電膜を除去する導電膜除去装置を更に有する特徴とする請求項１２記載の配線形成装置。
【請求項１４】
配線用凹部を有する基板の表面に密着膜を形成する密着膜形成装置を更に有することを特徴とする請求項１２または１３記載の配線形成装置。
【請求項１５】
前記配線用凹部内以外の前記密着膜を除去する密着膜除去装置を更に有することを特徴とする請求項１４記載の配線形成装置。
【請求項１６】
前記電解めっき装置は、めっきの際にアノードと基板との間に配置されるダミー抵抗体を有することを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれかに記載の配線形成装置。
【請求項１７】
前記研磨装置は、電解研磨装置からなることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれかに記載の配線形成装置。
【請求項１８】
前記配線の表面に金属膜を選択的に成膜する金属膜形成装置を更に有することを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれかに記載の配線形成装置。
【請求項１】
絶縁膜内に配線用凹部を形成した基板表面に、配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜を形成し、
前記導電膜をシード膜として、電解めっき法により該導電膜の表面に配線材料を前記配線用凹部内に埋込みつつ成膜し、
前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去して前記配線用凹部内に埋込んだ配線材料で配線を形成することを特徴とする配線形成方法。
【請求項２】
前記不溶性の導電膜の形成後に、
前記導電膜に対して、前記電解めっき法による配線材料の成膜の前処理を施すことを特徴とする請求項１記載の配線形成方法。
【請求項３】
前記配線を形成した後に、更に前記配線用凹部内以外の前記導電膜を除去することを特徴とする請求項１または２記載の配線形成方法。
【請求項４】
絶縁膜内に配線用凹部を形成した基板表面に密着膜を形成し、
前記密着膜の表面に配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜を形成し、
前記導電膜をシード膜として、電解めっき法により該導電膜の表面に配線材料を前記配線用凹部内に埋込みつつ成膜し、
前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去して前記配線用凹部内に埋込んだ配線材料で配線を形成することを特徴とする配線形成方法。
【請求項５】
前記不溶性の導電膜の形成後に、
前記導電膜に対して、前記電解めっき法による配線材料の成膜の前処理を施すことを特徴とする請求項４記載の配線形成方法。
【請求項６】
前記配線を形成した後に、更に前記配線用凹部内以外の前記導電膜及び前記密着膜を除去することを特徴とする請求項４または５記載の配線形成方法。
【請求項７】
前記密着膜は、タングステン、タンタルまたはチタンのいずれかを含むことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の配線形成方法。
【請求項８】
前記導電膜は、パラジウム、ロジウムまたはルテニウムのいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の配線形成方法。
【請求項９】
前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料の除去を、リン酸またはヒドロキシエタンビスホスホン酸のいずれかを含み砥粒を含まない研磨液を用いた電解研磨法で行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の配線形成方法。
【請求項１０】
前記配線材料が銅、銅合金、銀または銀合金からなることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の配線形成方法。
【請求項１１】
前記配線の表面に金属膜を選択的に成膜することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の配線形成方法。
【請求項１２】
配線用凹部を有する基板の表面に、配線材料成膜用の電解めっき液に対して不溶性の導電膜を形成する導電膜形成装置と、
前記導電膜の表面に配線材料を成膜する電解めっき装置と、
前記導電膜の表面に成膜した余剰の配線材料を除去する研磨装置を有することを特徴とする配線形成装置。
【請求項１３】
前記配線用凹部内以外の前記導電膜を除去する導電膜除去装置を更に有する特徴とする請求項１２記載の配線形成装置。
【請求項１４】
配線用凹部を有する基板の表面に密着膜を形成する密着膜形成装置を更に有することを特徴とする請求項１２または１３記載の配線形成装置。
【請求項１５】
前記配線用凹部内以外の前記密着膜を除去する密着膜除去装置を更に有することを特徴とする請求項１４記載の配線形成装置。
【請求項１６】
前記電解めっき装置は、めっきの際にアノードと基板との間に配置されるダミー抵抗体を有することを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれかに記載の配線形成装置。
【請求項１７】
前記研磨装置は、電解研磨装置からなることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれかに記載の配線形成装置。
【請求項１８】
前記配線の表面に金属膜を選択的に成膜する金属膜形成装置を更に有することを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれかに記載の配線形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−１２０８７０（Ｐ２００６−１２０８７０Ａ）
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３０７３５４（Ｐ２００４−３０７３５４）
【出願日】平成１６年１０月２１日（２００４．１０．２１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２１日（２００４．１０．２１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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