(57)【要約】【課題】めっき液中の有機成分から生成された副生成物を、選択的に除去する。【解決手段】めっき装置において、有機成分と無機成分を含むめっき液が導入され、基板のめっき処理が行われるめっき槽１１と、有機成分と無機成分の各薬液を供給する薬液供給部１２と、めっき液中に配置され、有機成分から生成される副生成物を選択的に吸着するための電極１６ａと、電極１６ａに所定の電流を印加する電流印加ユニット１７と、を備える。【選択図】図１
2012062550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機成分と無機成分を含むめっき液が導入され、基板のめっき処理が行われるめっき槽と、
前記有機成分と前記無機成分の各薬液を供給する薬液供給部と、
前記めっき液中に配置され、前記有機成分から生成される副生成物を選択的に吸着するための電極と、
前記電極に所定の電流を印加する電流印加ユニットと、
を備えることを特徴とするめっき装置。
【請求項２】
前記薬液供給部より前記薬液が供給されるめっき液タンクと、
前記めっき槽と前記めっき液タンクとの間に設けられるめっき液循環ラインと、
前記めっき液循環ラインに設けられ、前記電極が配置される副生成物吸着部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載のめっき装置。
【請求項３】
前記電極を回転させる回転制御ユニットを備えることを特徴とする請求項1又は請求項２に記載のめっき装置。
【請求項４】
前記電極は、表面に凹凸形状を有することを特徴とする請求項1から請求項３のいずれか１項に記載のめっき装置。
【請求項５】
めっき液中の無機成分及び有機成分が所定の濃度となるようにめっき液を調製し、
前記めっき液に基板を投入し、めっき処理を行い、
前記めっき液中に設けられる電極に所定の電流を印加して、前記電極に、前記有機成分から生成される副生成物を選択的に吸着することを特徴とするめっき方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、めっき装置及びめっき方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の製造工程において、半導体基板にダマシン配線などを形成するために、基板上に配線溝を形成し、めっき法により配線溝内にＣｕ膜を堆積させる方法が用いられている。
【０００３】
このようなＣｕめっき工程において、めっき槽中に導入されるめっき液は、所定の無機成分、有機成分の濃度となるように調製される。そして、めっき液を循環しながら、順次基板がめっき槽に投入され、埋め込み電流が印加されてめっき処理が行われる。
【０００４】
このとき、めっき液中の無機成分、有機成分は、めっき処理が行われるにつれて消費されるため、補充が必要となる。そこで、これらの濃度は、滴定等の方法を用いて定期的に測定、監視され、その結果に基づいて、所定の成分濃度に保持されるように、めっき液に各成分を含む薬液がそれぞれ補充されるとともに、一部が排液される。
【０００５】
このようにして、基板に順次めっき処理が行われるが、最初に導入された当初のめっき液の有機成分以外に、めっき処理やめっき液の循環により、有機成分から分解・派生した副生成物がめっき液中に生成、蓄積される。
【０００６】
この副生成物は、検出が困難であるとともに、配線溝内にＣｕ膜が堆積される際に、有機成分と同様に基板表面に吸着し、Ｃｕ膜中に取り込まれる。そのため、定電流めっきでは、ボトムアップ量の低下、埋め込み性能の劣化、不純物量の変動など、配線溝内でのめっき成膜特性に影響が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２４０９９８号公報
【特許文献２】特開２００１−７３２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
めっき液中の有機成分から生成された副生成物を、選択的に除去する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、めっき装置が提供される。このめっき装置においては、有機成分と無機成分を含むめっき液が導入され、ウェーハのめっき処理が行われるめっき槽と、有機成分と無機成分の各薬液を供給する薬液供給部と、めっき液中に配置され、有機成分から生成される副生成物を選択的に吸着するための電極と、電極に所定の電流を印加する電流印加ユニットと、を備える。
【００１０】
また、本発明の実施形態によれば、めっき方法が提供される。このめっき方法においては、めっき液中の無機成分及び有機成分が所定の濃度となるようにめっき液を調製し、めっき液にウェーハを投入し、めっき処理を行い、めっき液中に設けられる電極に所定の電流を印加して、電極に、有機成分から生成される副生成物を選択的に吸着する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るめっき装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るレベラー及びその副生成物における電極間の印加電圧と電流（膜厚）との関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るめっき積算枚数に対するボトムアップ量の変化を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るめっき装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るめっき装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る有機成分の吸着状態の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
＜第１の実施形態＞
図１に、本実施形態のめっき装置の構成を示す。図１に示すように、めっき液が導入され、基板１０にめっき処理が行われるめっき槽１１と、めっき液の各成分の薬液を供給する薬液供給部１２と、薬液供給部１２から薬液が投入されるめっき液タンク１３が設けられている。
【００１４】
めっき槽１１とめっき液タンク１３間には、めっき液を循環させるめっき液循環ライン１４が設けられており、めっき液循環ライン１４中に、副生成物吸着部１５が設置されている。
【００１５】
副生成物吸着部１５には、めっき液循環ライン１４よりめっき液が導入され、対向した負極１６ａ、正極１６ｂから構成される一対の平板電極が配置されている。負極１６ａ、正極１６ｂは、例えばＣｕ、Ｐｔ、Ｔｉ合金などめっき液に対して不溶である材料から構成され、電源などの電流印加ユニット１７と接続されている。
【００１６】
このようなめっき装置において、基板１０として、例えばダマシン配線溝が形成されたウェーハを用いて、めっき処理が行われる。
【００１７】
先ず、薬液供給部１２より、例えば硫黄系有機化合物などのアクセレーター、例えばポリエーテル系有機化合物などのサプレッサー、例えば窒素系有機化合物などのレベラーといった有機成分、硫酸銅溶液などの無機成分をそれぞれ含む各薬液を、各成分が所定の濃度となるように、めっき液タンク１３に投入する。
【００１８】
次いで、投入されためっき液を、めっき液循環ライン１４を介してめっき槽１１に導入した後、めっき槽１１中に順次基板１０を投入し、所定の埋め込み電流を印加することにより、めっき処理を行う。めっき液は、めっき処理の行われためっき槽１１から、めっき液循環ライン１４、副生成物吸着部１５を経てめっき液タンク１３へと循環される。
【００１９】
このようにして、めっき液を循環しながら、順次基板１０にめっき処理が行われることにより、めっき液中にアクセレーター、サプレッサー、レベラーなどの有機成分よりそれぞれ分解・派生した副生成物が生成される。そして、上述したように、薬液補充に伴う排液とともに、その一部が排出されるものの、めっき液中に蓄積される。
【００２０】
このように生成、蓄積される副生成物、例えば窒素系有機化合物からなるレベラーの副生成物が、所定の濃度を超えると、ボトムアップ量を低下させ、埋め込みを阻害してしまう。そこで、めっき液中に添加されたレベラーと、その副生成物の吸着特性が異なることを利用して、レベラーの副生成物を選択的に吸着・除去することにより、めっき液中のレベラーの副生成物の濃度を低下させる。
【００２１】
そのため、副生成物吸着部１５において、対向した負極１６ａ、正極１６ｂ間に、電流印加ユニット１７により所定の電流を印加する。
【００２２】
このとき、めっき成膜特性に影響を与えるレベラーの副生成物を選択的に吸着する条件で、電流が印加される。図２に、レベラー及びその副生成物における電極間の印加電圧と電流（膜厚）との関係を示す。印加電圧がａからｂのとき、レベラーにおいては電流（膜厚）変動がないのに対し、副生成物においては電流（膜厚）が大きく変動している。すなわち、負極１６ａ、正極１６ｂ間の印加電圧がａからｂとなるように、電流を印加することにより、レベラーの吸着を抑え、副生成物を選択的に負極１６ａに吸着させることができる。
【００２３】
また、このとき印加される電流は、レベラーより副生成物の方が、分子量が小さいため、めっき成長の際に印加される埋め込み電流より若干低い値でよく、１〜１０ｍＡ／ｃｍ２の範囲で設定することができる。１ｍＡ／ｃｍ２未満であると、副生成物の吸着が困難となり、１０ｍＡ／ｃｍ２を超えると、埋め込み電流と同等あるいは大きくなり、レベラーも吸着されてしまうことから、副生成物を選択的に吸着させることが困難となる。より好ましくは２〜５ｍＡ／ｃｍ２である。
【００２４】
なお、副生成物吸着部１５における電流印加による副生成物の吸着除去は、めっき液の循環の際、連続的に行われても、所定の周期で行われてもよい。例えば、めっき液を投入してからの処理枚数、処理時間などが所定の値を超えたときに行ってもよい。また、副生成物の濃度が、めっき成膜特性に影響する濃度を超えたときに行うことも可能である。
【００２５】
また、吸着される副生成物は、レベラーの副生成物に限定されるものではなく、めっき成膜特性に影響を与える副生成物であれば、同様にして吸着・除去することができる。
【００２６】
このように、副生成物を選択的に吸着・除去しながら、めっき液を循環させ、順次基板１０にめっき処理が行われる。そして、従来と同様に、めっき液は定期的に抽出され、ケミカル・モニタリングシステムにより、めっき液中の無機成分、有機成分の濃度が、滴定等の方法を用いて測定、監視される。
【００２７】
そして、その結果を、薬液供給部１２にフィードバックし、所定の成分濃度に保持されるように、不足する成分について、めっき液に薬液がそれぞれ補充されるとともに、一部が排液される。
【００２８】
このようにして、補充・排液が繰り返され、所定期間、或いは所定の処理枚数、所定の処理時間の経過後、新たにめっき液が調製される。
【００２９】
図３に、本実施形態におけるめっき積算枚数に対するボトムアップ量の変化を示す。なお、比較例として、従来の副生成物を選択的に除去しない時のめっき積算枚数に対するボトムアップ量の変化を併せて示す。図３に示すように、本実施形態においては、ボトムアップ量の低下は若干認められるものの、めっき膜表面に取り込まれる副生成物量が抑えられるため、従来のものより低下が抑えられていることがわかる。
【００３０】
本実施形態によれば、めっき成膜特性に影響を与える副生成物を選択的に吸着・除去することができるため、安定しためっき成膜特性を得ることが可能となる。そして、特に、半導体装置の配線を形成するために配線溝内にＣｕ膜を堆積させる際、ボトムアップ量の変動、埋め込み性能の劣化、不純物量の変動を抑え、一定に保持することが可能となる。さらに、有効成分の排液を抑えることができるため、めっき液を効率的に用いることができ、めっき液の長寿命化が可能となる。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
本実施形態は、第１の実施形態と同様のめっき装置が用いられるが、副生成物の吸着・除去に用いられる電極が、回転可能となっている点で、実施形態１と異なっている。
【００３２】
図４に、本実施形態のめっき装置の構成を示す。図４に示すように、副生成物吸着部４５において、負極４６ａ、正極４６ｂは、電流印加ユニット４７と接続されるとともに、回転制御ユニット４８に接続されている。
【００３３】
このようなめっき装置において、実施形態１と同様に、基板１０として、例えばダマシン配線溝が形成されたウェーハを用いて、めっき処理が行われる。そして、実施形態１と同様に、副生成物吸着部４５において、対向した負極４６ａ、正極４６ｂ間に、電流印加ユニット４７により所定の電流を印加するとともに、回転制御ユニット４８により回転させることにより、負極４６ａに副生成物を吸着させて除去する。
【００３４】
このようにして、電極を回転させることにより、電極表面における反応層を薄くすることができるため、副生成物が吸着されやすくすることができる。
【００３５】
なお、必ずしも負極４６ａ、正極４６ｂを共に回転させる必要はなく、少なくとも副生成物が吸着される側の電極（本実施形態における負極４６ａ）が回転可能であればよい。
【００３６】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、電極を回転させることにより、より副生成物が吸着されやすくなり、副生成物の除去効率を向上させることが可能となる。
【００３７】
＜第３の実施形態＞
本実施形態は、第１の実施形態と同様のめっき装置が用いられるが、副生成物の吸着・除去に用いられる電極の表面が、凹凸形状である点で、実施形態１と異なっている。
【００３８】
図５に、本実施形態のめっき装置の構成を示す。図５に示すように、副生成物吸着部５５において、負極５６ａ、正極５６ｂは、対向する面の表面にそれぞれ凹凸形状を有しており、電流印加ユニット５７と接続されている。
【００３９】
このようなめっき装置において、実施形態１と同様に、基板１０として、例えばダマシン配線溝が形成されたウェーハを用いて、めっき処理が行われる。そして、実施形態１と同様に、副生成物吸着部５５において、対向した負極５６ａ、正極５６ｂ間に、電流印加ユニット５７により所定の電流を印加することにより、負極５６ａに副生成物を吸着させて除去する。
【００４０】
図６に、負極５６ａにおける有機成分の吸着状態の模式図を示す。図６に示すように、負極５６ｂの凹部６１において、アクセレーター６２、サプレッサー６３は、比較的表面に均一に吸着されやすいのに対し、レベラー６４は、高電界部となる凹部６１の肩部分に多く吸着される。副生成物についても同様であり、電極表面を凹凸形状とすることにより、より電界集中しやすいエリアを多くし、レベラーの副生成物をより吸着させやすくすることができる。
【００４１】
このとき、凹凸の形状は、より高電界部を多く形成するために、狭ピッチとすることが好ましいが、例えば、めっき処理により形成される配線幅と同程度の幅の凹部とすることが好ましい。深さ方向は、レベラーの副生成物を選択性高く吸着するため深い方が好ましいが、例えば、形成される配線の深さと同程度の深さの凹部とすることが好ましい。
【００４２】
なお、必ずしも負極５６ａ、正極５６ｂの表面を共に凹凸形状とする必要はなく、少なくとも副生成物が吸着される側の電極（本実施形態における負極５６ａ）の表面が凹凸形状であればよい。
【００４３】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、電極表面を凹凸形状とすることにより、より副生成物が吸着されやすくなり、副生成物の除去効率を向上させることが可能となる。
【００４４】
さらに、併せて、第２の実施形態と同様に、電極を回転させてもよく、より副生成物の除去効率を向上させることが可能となる。このとき、少なくとも負極５６ａを回転させればよい。
【００４５】
なお、これら実施形態は例示であり、本発明の技術的範囲はこれら実施形態に限定されるものではない。本発明は半導体装置の配線形成のみならず、その他のめっき成膜に適用可能である。その他要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１０…基板、１１…めっき槽、１２…薬液供給部、１３…めっき液タンク、１４…めっき液循環ライン、１５、４５、５５…副生成物吸着部、１６ａ、４６ａ、５６ａ…負極、１６ｂ、４６ｂ、５６ｂ…正極、１７、４７、５７…電流印加ユニット、４８…回転制御ユニット
【図１】
2012062550.tif 000003
【図２】
2012062550.tif 000004
【図３】
2012062550.tif 000005
【図４】
2012062550.tif 000006
【図５】
2012062550.tif 000007
【図６】
2012062550.tif 000008