(57)【要約】【課題】電気めっき装置のハードウェアトラブルを低減しながら、銅めっき膜の均一性を保つ。【解決手段】自動分析器１４は、電極１６，１７間に印加されている電圧を検出し、その電圧値が設定電圧範囲内であるか否かを判断する。検出した電圧値が、設定電圧範囲の下限値よりも低い場合、自動分析器１４は、検出した電圧値に基づいて、基本液の不足量を算出し、バルブ１１を制御して不足分の基本液を補充した後、めっき液タンク６内のめっき液が規定量を保つようにバルブ１３の動作制御を行い、めっき液を廃液する。また、検出した電圧値が設定電圧範囲の上限値よりも高い場合、検出した電圧値に基づいて基本液の超過量を算出し、バルブ１２を制御して基本液の濃度が規定範囲内となるように純水をめっき液タンク６に補充してめっき液を薄めた後、バルブ１３を制御して規定量を保つようめっき液を廃液する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラグが埋め込まれた層間絶縁膜が形成された半導体ウエハを準備する工程と、
前記層間絶縁膜上に、絶縁膜を形成する工程と、
ドライエッチングにより、前記絶縁膜の任意の領域に配線溝を形成する工程と、
前記配線溝を含む前記絶縁膜上に銅のシード膜を形成する工程と、
電気めっき装置による電気めっき法を用いて前記シード膜上に銅めっき膜を形成する工程と、
前記配線溝以外の領域の前記銅めっき膜、および前記シード膜を除去し、前記配線溝に埋め込まれた前記銅めっき膜の配線を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記電気めっき装置によって前記銅めっき膜を形成する工程において、
前記半導体ウエハをめっき液に浸漬させて銅めっき膜を形成する際に、陽極と陰極との間に印加されるめっき電圧を検出し、検出した前記めっき電圧が予め設定されている設定電圧範囲内であるか否かを判定し、前記判定結果において、前記めっき電圧が前記設定電圧範囲内でない場合、前記めっき電圧の電圧値が前記設定電圧範囲内となるように、前記めっき液中の無機成分の濃度を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記めっき電圧が前記設定電圧範囲の上限値よりも高い場合には、
前記めっき電圧に応じて前記めっき液中の無機成分の濃度が高くなるように調整し、前記判定結果において、前記めっき電圧が前記設定電圧範囲の下限値よりも低い場合には、前記めっき電圧の電圧値に応じて前記めっき液中の無機成分の濃度が低くなるように調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
前記めっき液中の無機成分の濃度調整は、
前記めっき電圧が前記設定電圧範囲の上限値よりも高い場合には、塩酸を前記めっき液中に補充することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
前記めっき電圧が前記設定電圧範囲の上限値よりも高い場合には、前記めっき液を構成する基本液を補充し、
前記基本液は、
硫酸銅、硫酸、および塩酸を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記めっき電圧が前記設定電圧範囲の下限値よりも低い場合には、純水を補充することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記無機成分の濃度調整は、
前記半導体ウエハの銅めっき膜の形成中に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記無機成分の濃度調整は、
前記めっき電圧を検出した際に銅めっき膜が形成される半導体ウエハの処理が終了し、新たな半導体ウエハへの銅めっき膜を形成する前に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
プラグが埋め込まれた層間絶縁膜が形成された半導体ウエハを準備する工程と、
前記層間絶縁膜上に、絶縁膜を形成する工程と、
ドライエッチングにより、前記絶縁膜の任意の領域に配線溝を形成する工程と、
前記配線溝を含む前記絶縁膜上に銅のシード膜を形成する工程と、
電気めっき装置による電気めっき法を用いて前記シード膜上に銅めっき膜を形成する工程と、
前記配線溝以外の領域の前記銅めっき膜、および前記シード膜を除去し、前記配線溝に埋め込まれた前記銅めっき膜の配線を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記電気めっき装置によって前記銅めっき膜を形成する工程において、
前記半導体ウエハをめっき液に浸漬させて銅めっき膜を形成する際に、前記めっき液中の無機成分の濃度を検出し、前記無機成分の濃度が予め設定されている設定濃度範囲内であるか否かを判定し、前記判定結果において、前記無機成分の濃度が前記設定濃度範囲内でない場合、前記無機成分の濃度が前記設定濃度範囲内となるように、前記めっき液中の無機成分の濃度を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の半導体装置の製造方法において、
検出する前記無機成分の濃度は、前記めっき液中の塩酸の濃度であって、前記無機成分の濃度が前記設定濃度範囲の上限値よりも高い場合、塩酸を前記めっき液中に補充することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項８記載の半導体装置の製造方法において、
検出する前記無機成分の濃度は、前記めっき液中の塩酸の濃度であって、前記無機成分の濃度が前記設定濃度範囲の上限値よりも高い場合、前記めっき液を構成する基本液を補充し、
前記基本液は、
硫酸銅、硫酸、および塩酸を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記無機成分の濃度が前記設定濃度範囲の下限値よりも低い場合には、純水を補充することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記無機成分濃度の調整は、
前記半導体ウエハの銅めっき膜の形成中に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項８〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記無機成分濃度の調整は、
前記無機成分の濃度を検出した際に銅めっき膜が形成される半導体ウエハの処理が終了し、新たな半導体ウエハへの銅めっき膜を形成する前に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、電気めっき装置による銅めっき膜の形成に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造プロセスにおいて、配線を電気めっき法を用いて形成する成膜技術が用いられている。この電気めっき法と呼ばれる成膜プロセスは、電気めっき装置を用いることにより、電子デバイスを接続する銅（Ｃｕ）配線を形成するプロセスである。
【０００３】
電気めっき装置は、カソードが設けられた半導体ウエハをめっき槽に対して下向きに設置してめっき液に浸漬させ、カソードと該半導体ウエハに対向するように設けられたアノードとに電圧を印加し、半導体ウエハ外周部からシード膜（導電薄膜）を通して電流を流し、半導体ウエハ全面に銅めっき膜を成長させる。
【０００４】
めっきの成膜時には、めっき液中の銅の析出量が積算電流量で決定されるために、アノード−カソード間に流れる電流が一定となるように電圧制御を行い、銅めっき膜厚の均一性を維持している。
【０００５】
この種のめっき成膜技術については、たとえば、ダマシン配線などをめっき成膜する際に配線内のボトムアップ量や銅めっき膜中に含まれる不純物量を一定に保持することにより、半導体装置の電気的特性のばらつきを抑制するもの（たとえば、特許文献１参照）や、メッキ液中の促進剤、抑制剤、および塩素の濃度を検出し、該メッキ液中の促進剤濃度、抑制剤濃度、および塩素濃度を所定の濃度にすることにより、所定の濃度のメッキ液を維持するもの（たとえば、特許文献２参照）などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３０３４１７号公報
【特許文献２】特開２００４−１９７１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記のような半導体装置の配線工程における電気めっきによる成膜技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
【０００８】
銅めっき膜厚の均一性を妨げる要因として、いわゆるターミナル効果(Terminal Effect)がある。めっき成膜の前工程において、半導体ウエハには、カソード電極として作用するシード膜が形成される。シード膜は、たとえば、スパッタ法などによって形成される銅などの金属薄膜からなる。
【０００９】
ターミナル効果は、めっき成膜時において、シード膜の抵抗から生じる電圧降下によって、該半導体ウエハの中心部、およびその近傍の電流量が、半導体ウエハの外周部近傍に比べて少なくなり、半導体ウエハの中心部近傍の銅めっき膜厚が外周部近傍よりも薄くなってしまう現象である。
【００１０】
このターミナル効果を低減させる対策としては、たとえば、めっき液中のアノードとカソードとの間に、たとえば、セラミックなどの高抵抗材料を配置し、実質的にめっき液抵抗を大きくすることによってシード膜の抵抗を低減させる技術が知られている。
【００１１】
しかしながら、めっき液中に高抵抗材料を配置した場合、前述したようにめっき液抵抗が大きくなるので、ターゲットとなる電流値を流すためには、高抵抗材料を設置しない場合と比較して、アノード−カソード間により高い電圧印加が必要となってしまう。
【００１２】
それにより、アノード、カソード、ならびに印加電圧を生成する電源回路などに大きな負荷がかかり、ハードウェアマージンが減少し、突発的なトラブルが発生してしまうという問題がある。
【００１３】
本発明の目的は、電気めっき装置のハードウェアトラブルを低減しながら、銅めっき膜の均一性を保つことのできる技術を提供することにある。
【００１４】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１６】
一実施の形態によれば、半導体装置の製造方法は、プラグが埋め込まれた層間絶縁膜が形成された半導体ウエハを準備する工程と、層間絶縁膜上に、絶縁膜を形成する工程と、ドライエッチングにより、絶縁膜の任意の領域に配線溝を形成する工程と、配線溝を含む絶縁膜上に銅のシード膜を形成する工程と、電気めっき装置による電気めっき法を用いてシード膜上に銅めっき膜を形成する工程と、配線溝以外の領域の銅めっき膜、およびシード膜を除去し、配線溝に埋め込まれた銅めっき膜の配線を形成する工程とを有する。
【００１７】
そして、めっき装置によって銅めっき膜を形成する工程において、半導体ウエハをめっき液に浸漬させて銅めっき膜を形成する際に、陽極と陰極との間に印加されるめっき電圧を検出し、検出しためっき電圧が予め設定されている設定電圧範囲内であるか否かを判定する。
【００１８】
この判定結果において、めっき電圧が設定電圧範囲の上限値よりも高い場合には、めっき液中の無機成分の濃度を調整し、めっき電圧の電圧値が設定電圧範囲内となるように制御する。
【００１９】
さらに、本願のその他の概要を簡単に示す。
【００２０】
他の実施の形態によれば、めっき装置によって銅めっき膜を形成する工程において、半導体ウエハをめっき液に浸漬させて銅めっき膜を形成する際に、めっき液中の無機成分の濃度を検出し、無機成分の濃度が予め設定されている設定濃度範囲内であるか否かを判定する。
【００２１】
その判定結果において、無機成分の濃度が設定濃度範囲内でない場合には、めっき液中の無機成分の濃度が設定濃度範囲内となるように調整する制御を行う。
【発明の効果】
【００２２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２３】
電気めっき装置のハードウェアトラブルを低減しながら、銅めっき膜の均一性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１による電気めっき装置における構成の一例を示す説明図である。
【図２】一般的な銅めっきの原理の説明図である。
【図３】図１の電気めっき装置に設けられた自動分析器によるめっき液中の添加剤の濃度調整処理の一例を示したフローチャートである。
【図４】図１の電気めっき装置に設けられた自動分析器によるめっき液中の基本液の濃度調整処理の一例を示したフローチャートである。
【図５】基本液を構成する無機成分と電気めっき装置の電極間に印加されるめっき電圧との相関関係の一例を示した説明図である。
【図６】図５の結果に基づいて求めたピアソンの積率相関関係係数の説明図である。
【図７】めっき電圧と膜厚均一性、およびめっき電圧と電気めっき装置のハードウェアトラブルの相関関係の一例をそれぞれ示した説明図である。
【図８】図１の電気めっき装置が用いられる銅配線プロセスの一例を示すフローチャートである。
【図９】図８におけるステップＳ３０４の処理が行われた際の配線層における断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による電気めっき装置における構成の一例を示す説明図である。
【図１１】図１０の電気めっき装置に設けられた自動分析器によるめっき液中の基本液の濃度調整処理の一例を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による電気めっき装置における構成の一例を示す説明図、図２は、一般的な銅めっきの原理の説明図、図３は、図１の電気めっき装置に設けられた自動分析器によるめっき液中の添加剤の濃度調整処理の一例を示したフローチャート、図４は、図１の電気めっき装置に設けられた自動分析器によるめっき液中の基本液の濃度調整処理の一例を示したフローチャート、図５は、基本液を構成する無機成分と電気めっき装置の電極間に印加されるめっき電圧との相関関係の一例を示した説明図、図６は、図５の結果に基づいて求めたピアソンの積率相関関係係数の説明図、図７は、めっき電圧と膜厚均一性、およびめっき電圧と電気めっき装置のハードウェアトラブルの相関関係の一例をそれぞれ示した説明図、図８は、図１の電気めっき装置が用いられる銅配線プロセスの一例を示すフローチャート、図９は、図８におけるステップＳ３０４の処理が行われた際の配線層における断面図である。
【００２７】
〈実施の形態の概要〉
本実施の形態の第１の概要は、プラグが埋め込まれた層間絶縁膜が形成された半導体ウエハ（半導体ウエハＷ）を準備する工程と、層間絶縁膜上に、絶縁膜（絶縁膜１８）を形成する工程と、ドライエッチングにより、絶縁膜の任意の領域に配線溝を形成する工程と、配線溝を含む絶縁膜上に銅のシード膜（シード膜１９）を形成する工程と、電気めっき装置（電気めっき装置１）による電気めっき法を用いてシード膜上に銅めっき膜（銅めっき膜２０）を形成する工程と、配線溝以外の領域の銅めっき膜、およびシード膜を除去し、配線溝に埋め込まれた銅めっき膜の配線を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法である。
【００２８】
そして、めっき装置によって銅めっき膜を形成する工程において、半導体ウエハをめっき液に浸漬させて銅めっき膜を形成する際に、陽極（電極１６）と陰極（電極１７）との間に印加されるめっき電圧を検出する。
【００２９】
検出しためっき電圧が予め設定されている設定電圧範囲内であるか否かを判定し、その判定結果において、めっき電圧が設定電圧範囲内でない場合に、めっき液中の無機成分（基本液）の濃度を調整し、めっき電圧の電圧値が設定電圧範囲内となるように調整する。
【００３０】
以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。
【００３１】
〈電気めっき装置の構成、およびめっき液の構成〉
本実施の形態１において、電気めっき装置１は、半導体ウエハなどの基板に対して湿式法により金属被膜を生成する装置である。電気めっき装置１には、図１に示すように、バスタブ状のめっきチャンバ２が設けられている。めっきチャンバ２内には、バスタブ形状のめっき槽３が設けられている。
【００３２】
めっき槽３は、被処理基板となる半導体ウエハＷを浸漬させるのに十分な量のめっき液を滞留させるバスタブ状の液槽である。めっきチャンバ２は、めっき槽３からオーバフローしためっき液を回収する。
【００３３】
めっきチャンバ２には、排液管４が接続されており、めっき槽３には、送液管５が接続されている。排液管４は、めっき槽３からオーバフローして、めっきチャンバ２に貯まっためっき液をめっき液タンク６に排出する配管である。送液管５には、ポンプ７が設けられている。ポンプ７は、送液管５を介してめっき液タンク６に貯まっためっき液をめっき槽３に供給する。
【００３４】
また、めっき液タンク６には、基本液補充管８、純水補充管９、および排液管１０がそれぞれ設けられている。めっき液タンク６は、めっき液を貯蔵するタンクである。基本液補充管８には、バルブ１１が設けられている。基本液補充管８は、後述するめっき基本液をバルブ１１の開度に応じてめっき液タンク６に供給する。
【００３５】
純水補充管９には、バルブ１２が設けられている。この純水補充管９は、純水をバルブ１２の開度に応じてめっき液タンク６に供給する。排液管１０には、バルブ１３が設けられている。排液管１０は、バルブ１３の開度に応じてめっき液タンク６の貯まっためっき液を排出する。
【００３６】
ここで、電気めっき装置１に用いられるめっき液について説明する。
【００３７】
半導体ウエハＷに銅の成膜を行うめっき液は、前述した基本液と添加剤とを混合した液体である。基本液は、例えば、銅膜の原材料となる硫酸銅（ＣｕＳＯ4）、電解液となる硫酸（Ｈ2ＳＯ4）、および後述する添加剤に含まれる抑制剤を吸着促進させる塩酸（ＨＣｌ）などの無機物質からなる。
【００３８】
また、添加剤は、スルホプロピルジスルフィドなどの促進剤、ポリエチレングリコールなどの抑制剤、および窒素化合物などの平滑剤などの有機物質からなる。
【００３９】
促進剤は、銅膜成長を促進し、埋め込み性能を向上させる。抑制剤は、銅膜成長を抑制し、例えば、半導体ウエハＷにおけるパターン開口部の閉塞を防止する。平滑剤は、銅膜成長を抑制し、銅膜成長の平坦性を向上させる。
【００４０】
さらに、めっき液タンク６には、自動分析器１４が接続されている。この自動分析器１４は、めっき液タンク６に貯まっているめっき液（基本液、および添加剤）の成分分析を行い、その結果に基づいて、該自動分析器１４に接続されている添加剤補給器１５、およびバルブ１１〜１３を制御する。
【００４１】
添加剤補給器１５は、自動分析器１４の判定結果に基づいて、めっき液タンク６に各種成分の添加剤を補給する。例えば、自動分析器１４は、めっき液中の平滑剤が不足していることを検出すると、平滑剤が最適な量（最適な濃度）となるように添加剤補給器１５に制御信号を出力する。添加剤補給器１５は、制御信号に基づいて平滑剤をめっき液タンク６に補給する。
【００４２】
また、自動分析器１４は、電極１６，１７間に印加されている電圧値をモニタし、そのモニタ結果に基づいて、基本液が任意の設定濃度範囲を保つようにバルブ１１〜１３の開閉制御を行う。
【００４３】
ここで、バルブ１１〜１３は、自動分析器１４による開閉制御ではなく、該自動分析器１４が算出した結果に基づいて、作業者がバルブ１１〜１３を開閉して、基本液の濃度を任意の設定濃度に保つようにしてもよい。
【００４４】
例えば、自動分析器１４は、検出した電圧値から、基本液が設定濃度の上限を超えている（設定濃度範囲よりも濃い）と判断した際、自動分析器１４は、めっき液タンク６に純水を補給するとともに、めっき液タンク６内のめっき液が略一定となるように、めっき液タンク６内のめっき液を廃液し、めっき液タンク６内の基本液が任意の設定濃度となるようにバルブ１２，１３の動作制御を行う。
【００４５】
基本液が設定濃度の下限以下（設定濃度範囲よりも薄い）の場合には、めっき液タンク６に基本液を補給し、めっき液タンク６内の基本液が任意の設定濃度となるようにバルブ１１，１３の動作制御を行う。
【００４６】
また、めっき槽３の底部には、陽極の電極１６が設けられており、この電極１６と対向するように、陰極の電極１７が設けられている。電極１６，１７には、任意の電圧を印加する低電流電源などからなる電源装置（図示せず）が接続されている。
【００４７】
また、電極１７には、半導体ウエハＷを保持する保持機構（図示せず）が設けられている。半導体ウエハＷは、保持機構に保持された際に、該半導体ウエハに形成されたシード膜のうち、半導体ウエハＷの外周部に形成されているシード膜が電気コンタクトを介して電極１７に接続される。
【００４８】
シード膜は、電気めっき装置１によるめっき成膜の前工程において、半導体ウエハＷに形成される金属薄膜であり、例えば、銅などの材料が用いられる。シード膜は、前述したようにコンタクトを介して電極１７に接続され、カソード電極として作用する。
【００４９】
〈銅めっきの原理〉
ここで、一般的な銅めっきの原理について、図２の説明図を用いて説明する。
【００５０】
硫酸銅溶液に浸した２つの銅電極Ｄｋ，Ｄａに外部電源装置ＰＳから一定の電圧Ｖを印加すると、次のような反応が起きる。
【００５１】
陰極（銅電極Ｄｋ)：Ｃｕ2+＋２ｅ-  →Ｃｕ
陽極（銅電極Ｄａ）：Ｃｕ →Ｃｕ2+ ＋２ｅ-
この時、陰極（銅電極Ｄｋ）に析出する銅（Ｃｕ）の量は、銅電極間に流れた電流値と時間の積（電気量）で決定される。銅めっきにて半導体ウエハＷ上に銅を成膜する場合、銅シード膜を被着した半導体ウエハを陰極として、上記の電気化学反応を用いる。
【００５２】
〈自動分析器による添加剤の濃度調整例〉
次に、本実施の形態の電気めっき装置１によるめっき液の濃度調整技術について説明する。
【００５３】
図３は、自動分析器１４によるめっき液中の添加剤（有機成分）の濃度調整を行う場合の一例を示したフローチャートである。
【００５４】
まず、自動分析器１４がめっき液タンク６のめっき液における各添加剤（促進剤、抑制剤、および平滑剤）の濃度を分析し、各添加剤の濃度が予め設定されている基準濃度値以下か否かを判断する（ステップＳ１０１）。また、このステップＳ１０１の処理において、各添加剤の濃度が予め設定されている基準濃度値よりも高い場合には、そのまま処理が終了となる。
【００５５】
各添加剤の濃度が基準濃度値以下の場合、自動分析器１４は、基準濃度値以下となっている添加剤の不足量を計算し（ステップＳ１０２）、添加剤補給器１５に制御信号を出力する。添加剤補給器１５は、自動分析器１４からの制御信号を受けて、めっき液タンク６に該当する添加剤を供給し、添加剤濃度が基準濃度値程度となるように添加剤を補充する（ステップＳ１０３）。
【００５６】
〈自動分析器による基本液の濃度調整例〉
続いて、電気めっき装置１の自動分析器１４による基本液の濃度調整技術について説明する。
【００５７】
図４は、自動分析器１４によるめっき液中の基本液（無機成分）の濃度調整の一例を示したフローチャートである。
【００５８】
まず、自動分析器１４は、電極１６，１７間に印加されている電圧（めっき電圧）を検出し、その電圧値が予め設定されている設定電圧範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ２０１）。
【００５９】
検出した電圧値が、設定電圧範囲の下限値よりも低い場合、自動分析器１４は、検出した電圧値に基づいて、基本液の不足量を算出し（ステップＳ２０２）、不足分の基本液を補充するようにバルブ１１の動作制御を行う（ステップＳ２０３）。
【００６０】
続いて、自動分析器１４は、めっき液タンク６内のめっき液が規定量を保つように、バルブ１３の動作制御を行い、めっき液タンク６内のめっき液を廃液する（ステップＳ２０４）。
【００６１】
また、ステップＳ２０１の処理において、検出した電圧値が設定電圧範囲の上限値よりも高い場合、自動分析器１４は、検出した電圧値に基づいて、基本液の超過量を算出し（ステップＳ２０５）、バルブ１２の動作制御を行い、基本液の濃度が規定範囲内となるように純水をめっき液タンク６に補充して（ステップＳ２０６）めっき液を薄めた後、ステップＳ２０４の処理を実行する。
【００６２】
また、ステップＳ２０１の処理において、電極１６，１７間に印加されている電圧（めっき電圧）が、予め設定されている設定電圧範囲内である場合には、そのまま処理が終了となる。
【００６３】
以上の処理により、めっき液タンク６内の基本液における無機成分の濃度が略一定となるように管理される。
【００６４】
この図４におけるステップＳ２０３，Ｓ２０４，Ｓ２０６の処理は、どのようなタイミングにて行ってもよく、例えば、半導体ウエハのロット単位の銅めっき処理が終了する毎に行うようにしてもよいし、あるいは、銅めっき処理中に行うようにして、リアルタイム制御を行うようにしてもよい。
【００６５】
〈めっき液の基本液とめっき電極との関係〉
次に、めっき液における基本液とめっき電圧との相関関係について説明する。
【００６６】
図５は、基本液を構成する無機成分の濃度と電極１６，１７間に印加されるめっき電圧との相関関係の一例を示した説明図である。
【００６７】
図５（ａ）は、めっき液中の塩酸（Ｃｌ-）濃度とめっき電圧との相関関係を示した図であり、図５（ｂ）は、めっき液中の硫酸濃度とめっき電圧との相関関係を示した図であり、図５（ｃ）は、めっき液中の硫酸銅（Ｃｕ2+）濃度とめっき電圧との相関関係を示した図である。
【００６８】
図示するように、塩酸、硫酸、および硫酸銅いずれも、濃度が低くなるとめっき電圧が高くなる傾向となっている。このことから、めっき液中の無機成分濃度を増減させる（無機成分濃度を略一定に管理する）ことにより、めっき電圧を略一定に保つことができることがわかる。
【００６９】
特に、塩酸においては、塩酸の濃度が低い場合にめっき電圧が高くなる傾向が強くなっている。これら図５（ａ）〜図５（ｃ）の結果から、以下の計算式を用いて、ピアソンの積率相関関係係数を求めた結果を図６に示す。
【００７０】
【数１】
2013077619.tif 000003
【００７１】
その結果、塩酸の場合に、相関関係係数は、図６に示すように、−０．９４３程度となり、強い相関関係があることが明らかとなった。そこで、図４にて説明したように、めっき電圧をモニタし、めっき電圧が設定電圧範囲内となるように基本液を補充して基本液中の塩酸濃度を規定範囲に保つ制御を行う。
【００７２】
これにより、めっき電圧を略一定（設定電圧範囲内）に保つことができるので、めっき品質を向上させながら、電気めっき装置１におけるハードウェアトラブルの確率を低下させることができる。
【００７３】
〈基本液中の塩酸濃度例〉
めっき電圧の設定電圧範囲は、直径３００ｍｍの半導体ウエハの場合、例えば、４２Ｖ〜４５Ｖ程度であり、このときの電流値は例えば、３０Ａ程度の低電流となる。そして、めっき電圧を４２Ｖ〜４５Ｖ程度とするには、めっき液中の塩酸（Ｃｌ-）を、例えば４０ｇ／Ｌ〜４５ｇ／Ｌ程度の濃度に保つように制御すればよい。
【００７４】
〈めっき電圧と膜厚均一性／ハードウェアトラブルの相関例〉
図７は、めっき電圧（電極１６，１７間に印加される電圧）と膜厚均一性、およびめっき電圧とハードウェアトラブルの相関関係の一例をそれぞれ示した説明図である。
【００７５】
図７において、横軸は、めっき電圧値を示しており、左側縦軸には、膜厚の均一性を示している。また、図７の右側縦軸には、一般的な電気めっき装置におけるハードウェアトラブル発生率を示している。
【００７６】
図７の実線に示すように、めっき電圧が高くなるにしたがって、半導体ウエハに形成される銅めっきの膜厚均一性が向上しており、逆に、めっき電圧が低くなると銅めっきの膜厚均一性が悪化する傾向にある。
【００７７】
これは、めっき電圧が高くなることによって、「発明が解決しようとする課題」にて述べたターミナル効果が低減するためである。
【００７８】
一方、めっき電圧と電気めっき装置におけるハードウェアトラブル発生率では、図７の点線に示すように、めっき電圧が高くなるほど、ハードウェアトラブルの発生率が高くなり、めっき電圧が低くなるとハードウェアトラブルの発生率は低くなっている。
【００７９】
このように、めっき電圧を高めて膜厚の均一性が高くなるようにした場合には、ハードウェアトラブルを防止するために、電気めっき装置のメンテナンス（例えば、電極の交換など）頻度が増加することにより、コスト増などの問題が発生してしまう。また、コスト増を抑制するために、めっき電圧を下げると、銅めっき膜の膜厚均一性が悪化してしまい、半導体装置の品質を低下させてしまう恐れがある。
【００８０】
よって、電気銅めっき処理においては、メンテナンスを頻繁に行うことなく、電気めっき装置のハードウェアトラブルを防止しながら、膜厚均一性を維持するために、最適なめっき電圧を設定して管理することが重要となる。
【００８１】
そこで、電気めっき装置１において、上述したように、めっき電圧が設定電圧範囲内となるように基本液を補充し、めっき電圧の強い相関関係を持つ塩酸（Ｃｌ-）の濃度を規定範囲に保つ制御を行うことにより、最適なめっき電圧を管理することができる。
【００８２】
〈銅配線プロセス例〉
次に、電気めっき装置１が用いられる銅配線プロセス（配線の形成）について、図８のフローチャート、および図９の断面図を用いて説明する。また、図９は、図８におけるステップＳ３０４の処理が行われた際の断面図を示している。
【００８３】
ここでは、プラグ（図示せず）が埋め込まれた層間絶縁膜（図示せず）上に第１層目の配線である配線（配線層）をダマシン技術によって形成する場合について説明する。
【００８４】
まず、プラグが埋め込まれた層間絶縁膜上に、絶縁膜１８を形成する（ステップＳ３０１）。絶縁膜１８は、複数の絶縁膜の積層膜で形成することもできる。
【００８５】
続いて、フォトレジストパターン（図示せず）をエッチングマスクとしたドライエッチングによって絶縁膜１８の所定の領域に配線溝を形成した後（ステップＳ３０２）、配線溝の底部および側壁上を含む絶縁膜１８上にバリア導体膜（例えば窒化チタン膜、タンタル膜または窒化タンタル膜など）を形成する。
【００８６】
それから、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法またはスパッタリング法などにより、バリア導体膜上に銅のシード膜（シード層）１９を形成し（ステップＳ３０３）、電解めっき法などを用いてシード膜１９上に銅めっき膜２０を形成して（ステップＳ３０４）、銅めっき膜２０により配線溝の内部を埋め込む。このステップＳ３０４の処理において、電気めっき装置１を用いて電気めっきを施し、銅めっき膜２０を形成する。
【００８７】
その後、配線溝以外の領域の主導体膜（銅めっき膜およびシード膜）とバリア導体膜をＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)法により除去して（ステップＳ３０５）、配線溝に埋め込まれた銅を主導電材料とする第１層目の配線を形成する。なお、図９では、図面の簡略化のために、バリア導体膜、シード膜を一体化して示してある。
【００８８】
以上のようにして、本実施の形態の半導体装置における配線が製造される。
【００８９】
それにより、本実施の形態１によれば、電気めっき装置１のハードウェアトラブルを低減させながら、均一な銅めっきを形成することができる。
【００９０】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２による電気めっき装置における構成の一例を示す説明図、図１１は、図１０の電気めっき装置に設けられた自動分析器によるめっき液中の基本液の濃度調整処理の一例を示したフローチャートである。
【００９１】
〈実施の形態の概要〉
本実施の形態の第２の概要は、プラグが埋め込まれた層間絶縁膜が形成された半導体ウエハ（半導体ウエハＷ）を準備する工程と、層間絶縁膜上に、絶縁膜（絶縁膜１８）を形成する工程と、ドライエッチングにより、絶縁膜の任意の領域に配線溝を形成する工程と、配線溝を含む絶縁膜上に銅のシード膜（シード膜１９）を形成する工程と、電気めっき装置（電気めっき装置１）による電気めっき法を用いてシード膜上に銅めっき膜（銅めっき膜２０）を形成する工程と、配線溝以外の領域の銅めっき膜、およびシード膜を除去し、配線溝に埋め込まれた前記銅めっき膜の配線を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法である。
【００９２】
そして、めっき装置によって銅めっき膜を形成する工程において、半導体ウエハをめっき液に浸漬させて銅めっき膜を形成する際に、めっき液中の無機成分の濃度を検出し、無機成分の濃度が予め設定されている設定濃度範囲内であるか否かを判定する。
【００９３】
この判定結果において、無機成分の濃度（塩酸）が設定濃度範囲内でない場合に、無機成分の濃度が設定濃度範囲内となるように、めっき液中の無機成分（基本液）の濃度を調整し、めっき電圧を略一定に管理する。
【００９４】
以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。
【００９５】
本実施の形態２において、電気めっき装置１は、図１０に示すように、めっきチャンバ２、めっき槽３、排液管４、送液管５、めっき液タンク６、ポンプ７、基本液補充管８、純水補充管９、排液管１０、バルブ１１〜１３、自動分析器１４、添加剤補給器１５、ならびに電極１６，１７間から構成されており、これらの構成は、前記実施の形態１の図１と同様である。
【００９６】
前記実施の形態１の図１における電気めっき装置と異なる点は、自動分析器１４における分析動作である。この場合、図１０の自動分析器１４は、めっき液における添加剤だけではなく、基本液の成分分析を行い、その分析結果に基づいて、添加剤、および基本液の濃度調整を行う。よって、図１０に示すように、自動分析器１４には、電極１６，１７間の電圧(めっき電圧)を検出する機構が設けられていない。なお、自動分析器１４による添加剤の濃度調整は、前記実施の形態１の図３に示した処理と同様である。
【００９７】
次に、本実施の形態２による電気めっき装置１の自動分析器１４における基本液の濃度調整技術について、図１１のフローチャートを用いて説明する。
【００９８】
まず、自動分析器１４は、めっき液タンク６のめっき液における塩酸（Ｃｌ-）の濃度を分析し、塩酸（Ｃｌ-）の濃度が予め設定されている設定濃度範囲内か否かを判断する（ステップＳ４０１）。
【００９９】
塩酸（Ｃｌ-）の濃度が設定濃度範囲の下限を下回っている場合、自動分析器１４は、検出した塩酸（Ｃｌ-）の濃度に基づいて、基本液の不足量を計算し（ステップＳ４０２）、バルブ１１の動作制御を行い、不足分の基本液を補充して基本液中の塩酸（Ｃｌ-）の濃度が設定濃度範囲内となるように処理する（ステップＳ４０３）。
【０１００】
続いて、自動分析器１４は、めっき液タンク６内のめっき液が規定量を保つように、バルブ１３の動作制御を行い、めっき液タンク６内のめっき液を廃液する（ステップＳ４０４）。
【０１０１】
また、ステップＳ４０１の処理において、検出した塩酸（Ｃｌ-）の濃度が設定濃度範囲の上限値を上回った場合、自動分析器１４は、検出した塩酸（Ｃｌ-）の濃度に基づいて、基本液の超過量を算出し（ステップＳ４０５）、バルブ１２の動作制御を行い、基本液の濃度が規定範囲内となるように純水をめっき液タンク６に補充する（ステップＳ４０６）。その後、ステップＳ４０４の処理を実行する。
【０１０２】
また、ステップＳ４０１の処理において、塩酸（Ｃｌ-）の濃度が、設定濃度範囲内である場合には、そのまま処理が終了となる。
【０１０３】
以上の処理により、めっき液タンク６内の基本液の濃度が略一定となるように管理される。
【０１０４】
なお、ここでは、塩酸（Ｃｌ-）の濃度を検出し、その検出結果に応じて、基本液を補充、あるいは純水を補充する場合について説明したが、図５（ｂ）、図５（ｃ）に示したように、めっき液中の硫酸濃度とめっき電圧、あるいはめっき液中の硫酸銅（Ｃｕ2+）濃度とめっき電圧においても、相関関係を有しているので、例えば、塩素濃度の代わりに硫酸、あるいは硫酸銅のいずれかの濃度を検出し、その濃度に応じて硫酸、または硫酸銅を補充するようにしてもよい。
【０１０５】
この図１１における処理は、どのようなタイミングにて行ってもよく、例えば、ロット単位の銅めっき処理が終了する毎に行うようにしてもよいし、あるいは、銅めっき処理中（リアルタイム）に行うようにしてもよい。
【０１０６】
このように、図１０の電気めっき装置１では、めっき電圧ではなく、基本液中の塩酸（Ｃｌ-）濃度を検出し、該塩酸（Ｃｌ-）濃度を設定範囲内に保つ制御を行うことにより、めっき電圧を略一定に保つことができる。
【０１０７】
それにより、本実施の形態２においても、めっき品質を向上させながら、電気めっき装置１におけるハードウェアトラブルの確率を低下させることができる。
【０１０８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、半導体装置の製造プロセスにおいて電気めっき法を用いて配線などを形成する技術に適している。
【符号の説明】
【０１１０】
１  電気めっき装置
２  めっきチャンバ
３  めっき槽
４  排液管
５  送液管
６  めっき液タンク
７  ポンプ
８  基本液補充管
９  純水補充管
１０  排液管
１１  バルブ
１２  バルブ
１３  バルブ
１４  自動分析器
１５  添加剤補給器
１６  電極
１７  電極
１８  絶縁膜
１９  シード膜
２０  銅めっき膜
Ｗ  半導体ウエハ
Ｄｋ  銅電極
Ｄａ  銅電極
ＰＳ  外部電源装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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