(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成された配線用の窪みに銅をめっきにより充填するめっき槽に収容しためっき液を循環槽に循環させ、
前記循環槽の近傍には滴定セルが配置され、
サンプリングノズルが前記循環槽と前記滴定セルとの間を往復動して、前記循環槽内のめっき液を前記滴定セル内に滴下し、
前記滴定セル内に滴下しためっき液を自動分析してその成分を測定し、
前記自動分析によって分析された結果に基づいて、前記めっき液の成分を補給して、めっき液を正常な組成に保ち、
前記滴定セルには、この内部に洗浄液を供給する洗浄液ラインと校正液を供給する校正液ラインと廃液ラインが接続され、分析終了後のめっき液廃液は、前記廃液ラインから排出され、前記洗浄液ライン及び前記校正液ラインから供給される洗浄液及び校正液で前記滴定セル内の洗浄及び校正が行われることを特徴とする基板のめっき方法。
【請求項２】
半導体基板に形成された配線用の窪みに銅を充填するめっき液を収容するめっき槽と、これに連通して前記めっき液を前記めっき槽から循環する循環槽と、前記循環槽の近傍に配置された滴定セルと、前記循環槽と滴定セルとの間を往復動して、循環槽内のめっき液を前記滴定セル内に滴下するサンプリングノズルとを備え、
前記滴定セル内に滴下しためっき液を自動分析した結果に基づいて、前記めっき液の不足成分を補給して、めっき液を正常な組成に保ち、
前記滴定セルには、この内部に洗浄液を供給する洗浄液ラインと校正液を供給する校正液ラインと廃液ラインが接続され、分析終了後のめっき液廃液は、前記廃液ラインから排出され、前記洗浄液ライン及び前記校正液ラインから供給される洗浄液及び校正液で前記滴定セル内の洗浄及び校正が行われることを特徴とする基板のめっき装置。
【請求項３】
自動分析された結果を表示するディスプレイをさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の基板のめっき装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板のめっき方法および装置に係り、特に半導体基板に形成された配線用の窪みに銅等の金属を充填する等の用途の基板のめっき方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基板上に配線回路を形成するためには、基板面上にスパッタリング等を用いて導体の成膜を行った後、さらにレジスト等のパターンマスクを用いたケミカルドライエッチングにより膜の不要部分を除去していた。
【０００３】
配線回路を形成するための材料としては、アルミニウム（Ａｌ）又はアルミニウム合金が用いられていた。しかしながら、半導体の集積度が高くなるにつれて配線が細くなり、電流密度が増加して熱応力や温度上昇を生じる。これはストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーションによってＡｌ等が薄膜化するに従いさらに顕著となり、ついには断線或いは短絡等のおそれが生じる。
【０００４】
そこで、通電による過度の発熱を避けるため、より導電性の高い銅などの材料を配線形成に採用することが要求されている。しかしながら、銅又はその合金はドライエッチングが難しく、全面を成膜してからパターンを形成する上記の方法の採用は困難である。そこで、予め所定パターンの配線用の溝を形成しておき、その中に銅又はその合金を充填する工程が考えられる。これによれば、膜をエッチングにより除去する工程は不要で、表面段差を取り除くための研磨工程を行えばよい。また、多層回路の上下を連絡するプラグと呼ばれる部分も同時に形成することができる利点がある。
【０００５】
しかしながら、このような配線溝あるいはプラグの形状は、配線幅が微細化するに伴いかなりの高アスペクト比（深さと直径又は幅の比）となり、スパッタリング成膜では均一な金属の充填が困難であった。また、種々の材料の成膜手段として気相成長（ＣＶＤ）法が用いられるが、銅又はその合金では、適当な気体原料を準備することが困難であり、また、有機原料を採用する場合には、これから堆積膜中へ炭素（Ｃ）が混入してマイグレーション性が上がるという問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、基板をめっき液中に浸漬させて無電解又は電解めっきを行なう方法が提案されている。係るめっきによる成膜では、高アスペクト比の配線溝を均一に金属で充填することが可能となる。しかしながら、このようなめっきを安定して行うためには、めっき加工と同時に時々刻々数値が変動するめっき液中の各成分の濃度を分析し、この分析結果を基に不足分を適量補給して、めっき液を正常な組成に保つ必要がある。特に、無電解銅めっきのような触媒を用いた還元めっきでは、各成分の管理幅が一般に狭く、成分のバランスが崩れるとめっき液が自己分解してしまうため、特にこのような管理が必要となる。
【０００７】
このため、めっき加工に使用されているめっき液を定期的にサンプリングして手作業でその成分を分析することが考えられるが、これでは分析結果を得るまでに時間がかかりすぎるばかりでなく、分析項目が多くなると、この欠点が助長されてしまう。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、その時々におけるめっき液の組成を自動的に分析して迅速にモニタ表示できるようにした基板のめっき方法および装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の基板のめっき装置は、半導体基板に形成された配線用の窪みに銅を充填するめっき液を収容するめっき槽と、これに連通して前記めっき液を前記めっき槽から循環する循環槽と、前記循環槽の近傍に配置された滴定セルと、前記循環槽と滴定セルとの間を往復動して、循環槽内のめっき液を前記滴定セル内に滴下するサンプリングノズルとを備え、前記滴定セル内に滴下しためっき液を自動分析した結果に基づいて、前記めっき液の不足成分を補給して、めっき液を正常な組成に保ち、前記滴定セルには、この内部に洗浄液を供給する洗浄液ラインと校正液を供給する校正液ラインと廃液ラインが接続され、分析終了後のめっき液廃液は、前記廃液ラインから排出され、前記洗浄液ライン及び前記校正液ラインから供給される洗浄液及び校正液で前記滴定セル内の洗浄及び校正が行われることを特徴とする。
【００１０】
これにより、めっき加工に使用されているめっき液を一定の周期でサンプリングしてその成分を自動的に分析し、この分析結果を迅速にモニタ表示することができる。
【００１１】
また、前記めっき液として電解銅めっき液を使用し、前記自動分析手段で、銅イオン濃度、硫酸濃度、塩素イオン濃度、添加剤濃度のうち少なくとも１つ以上を測定してもよい。
【００１２】
更に、前記めっき液として無電解銅めっき液を使用し、前記自動分析手段で、溶存酸素濃度を測定することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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。
この実施の形態のめっき装置は、半導体基板の表面に銅めっきを施して、銅層からなる配線が形成された半導体装置を得るのに使用されるのであるが、この工程を図１を参照して説明する。
【００１４】
即ち、半導体基板Ｗには、図１（ａ）に示すように、半導体素子が形成された半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ2からなる絶縁膜２が堆積され、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４が形成され、その上にＴｉＮ等からなるバリア層５が形成されている。
【００１５】
そして、図１（ｂ）に示すように、前記半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基材１のコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜２上に銅層６を堆積させる。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅層６を除去して、コンタクトホール３および配線用の溝４に充填させた銅層６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように銅層６からなる配線が形成される。
【００１６】
以下、半導体基板Ｗに銅めっきを施すめっき装置を図２を参照して説明する。同図に示すように、このめっき装置には、めっき液１０を収容するめっき槽１１が備えられ、このめっき槽１１は、オーバーフロー槽１２で囲繞されている。そして、前記めっき槽１１の底部には、めっき液を連続的に供給する図示しないめっき液供給管が、オーバーフロー槽１１の底部には、めっき槽１１から流出しためっき液を回収して貯留槽に循環させる図示しないめっき液排出管がそれぞれ接続されている。
【００１７】
前記めっき槽１１の内部に位置して、前記基板Ｗを載置保持するサセプタ１５が上下動自在に配置され、基板Ｗは、このサセプタ１５上に保持された状態で、前記めっき槽１１内のめっき液１０に浸漬されてめっき処理が施されるようになっている。
【００１８】
このめっき装置においては、図３に示すめっき液の成分の自動分析・表示装置を備えている。前記めっき槽１１内のめっき加工に使用されているめっき液１０は、例えば６時間毎の一定の周期でサンプル循環槽１７内にサンプリングされる。これはめっき槽１１に連通する配管１３，１４から、所定の時間、めっき槽１１のめっき液１０をサンプル循環槽１７内に循環させることにより行われる。サンプル循環槽１７の近傍には滴定セル２１が配置され、サンプリングノズル２０は、前記サンプル循環槽１７と滴定セル２１との間を往復動して、サンプル循環槽１７内のめっき液１０を滴定セル２１内に滴下するようになっている。
【００１９】
更に、前記滴定セル２１内に滴下されためっき液の成分を自動分析する自動分析手段２２が備えられている。この実施の形態にあっては、前記滴定セル２１に接続された純水ライン２３、試薬Ａライン２４及び試薬Ｂライン２５により、この自動分析手段２２が構成され、これらの試薬がプログラムに沿って自動的に滴定セル２１内に供給されて、この内部のめっき液１０の成分が自動分析される。
【００２０】
なお、前記滴定セル２１には、この内部に洗浄液を供給する洗浄液ライン２６と校正液を供給する校正液ライン２７が接続されているとともに、廃液ライン２８が接続されている。これにより、分析終了後のめっき液（廃液）は、廃液ライン２８から排出され、洗浄液ライン２６及び校正液ライン２７から供給される洗浄液及び校正液で滴定セル２１内の洗浄・校正が行われる。
【００２１】
そして、前記自動分析手段２２で自動分析された結果をモニタ表示するモニタ表示手段としてのディスプレイ３０が備えられ、この分析結果及び前記純水ライン２３、試薬Ａライン２４及び試薬Ｂライン２５からの滴定量が逐次ディスプレイ３０に表示される。これによって、めっき液１０の成分の変化を事前に予測し、不足成分を適量補給して、めっき液を常に正常な組成に保つことができる。
【００２２】
ここに、前記めっき液として、電解銅めっきにあっては、電解銅めっき液が、無電解めっきにあっては、無電解銅めっき液がそれぞれ使用されるのであるが、これらのめっき液の組成の一例を表１に示す。
【表１】
0003897439.tif 000002
また、めっき条件の一例を表２に示す。
【表２】
0003897439.tif 000003
【００２３】
そして、電解銅めっきにあっては、電解銅めっき液を正常に保つための各成分、即ち、銅イオン濃度、硫酸濃度、塩素イオン濃度、添加剤濃度等が前記自動分析手段２２で測定され、無電解銅めっきにあっては、無電解銅めっき液を正常に保つための各成分、即ち、銅イオン濃度、還元剤濃度、ｐＨ、キレート濃度、溶存酸素、溶存水素、添加剤濃度等が前記自動分析手段２２で測定されて、ディスプレイ３０に逐次表示される。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、めっき加工に使用されているめっき液を一定の周期でサンプリングしてその成分を自動的に分析し、この分析結果を迅速にモニタ表示することができ、これによって、めっき液の組成の濃度等を事前に確認し、めっき液を常に正常な組成に保って、めっき処理を安定に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のめっき装置によってめっきを行なう工程の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態のめっき装置のめっき槽の断面図である。
【図３】同じく、めっき液の成分の自動分析・表示装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
１０    めっき液
１１    めっき槽
１５    サセプタ
１７    サンプル循環槽
２０    サンプリングノズル
２１    滴定セル
２２    自動分析手段
３０    ディスプレイ（モニタ表示手段）
【図１】
0003897439.tif 000004
【図２】
0003897439.tif 000005
【図３】
0003897439.tif 000006