電解メッキ装置および電解メッキ方法
【課題】メッキ液中に添加剤を均一に分散または溶解させることが可能な電解メッキ装置およびこれを用いた電解メッキ方法を提供する。
【解決手段】メッキ液を満たした状態で、基板Ｗの被処理面に電解メッキ処理を行う電解メッキ槽１１と、電解メッキ槽１１にメッキ液Ｍを供給するメッキ液供給管２２と、メッキ液供給管２２に接続されるとともに、メッキ液供給管２２にメッキ液Ｍの主成分となる電解質溶液を供給する電解質溶液供給部２３と、メッキ液供給管２２の電解メッキ槽１１と電解質溶液供給部２３との間の位置に接続されるとともに、メッキ液供給管２２に添加剤を供給する添加剤供給部２４とを備え、メッキ液供給管２２には、添加剤供給部２４と接続される位置またはこの位置よりも電解メッキ槽１１側に、電解質溶液Ｅと添加剤Ａ、Ｂ、Ｃとを混合してメッキ液Ｍを調製する混合機構３１が設けられている電解メッキ装置およびこれを用いた電解メッキ方法である。
【解決手段】メッキ液を満たした状態で、基板Ｗの被処理面に電解メッキ処理を行う電解メッキ槽１１と、電解メッキ槽１１にメッキ液Ｍを供給するメッキ液供給管２２と、メッキ液供給管２２に接続されるとともに、メッキ液供給管２２にメッキ液Ｍの主成分となる電解質溶液を供給する電解質溶液供給部２３と、メッキ液供給管２２の電解メッキ槽１１と電解質溶液供給部２３との間の位置に接続されるとともに、メッキ液供給管２２に添加剤を供給する添加剤供給部２４とを備え、メッキ液供給管２２には、添加剤供給部２４と接続される位置またはこの位置よりも電解メッキ槽１１側に、電解質溶液Ｅと添加剤Ａ、Ｂ、Ｃとを混合してメッキ液Ｍを調製する混合機構３１が設けられている電解メッキ装置およびこれを用いた電解メッキ方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の被処理面に電解メッキ方法によりメッキ膜を形成するための電解メッキ装置およびこの電解メッキ装置を用いた電解メッキ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳ半導体デバイスの多層配線構造において、近年のデバイスの高速化・低消費電力化の要求に伴い、信号伝播遅延の問題が顕著になってきている。このため、従来用いられてきたアルミニウム合金配線と比較して、低抵抗である銅（Ｃｕ）配線を用いた半導体装置が実用化されている。
【０００３】
Ｃｕ配線の形成では、一般的に電解メッキ方法による埋め込み配線技術が行われている。具体的には、基板上の絶縁膜に設けられた配線溝パターンを、Ｃｕを主成分とする配線材料膜（Ｃｕメッキ膜）で埋めこんだ後、化学的機械研磨（Chemical Mechanical Polishing（ＣＭＰ）法により絶縁膜の表面が露出するまで、Ｃｕメッキ膜を除去する。これにより、Ｃｕ配線を形成する
【０００４】
この電解メッキ方法に用いるメッキ液は、硫酸と銅を含む主成分となる電解質溶液と種々の添加剤とで構成されている。そして、従来の電解メッキ装置では、上記電解質溶液と種々の添加剤とをメッキ液タンクの中で混合し、このメッキ液を電解メッキ槽に供給するように構成されていた。
【０００５】
一方、上記埋め込み配線技術において、配線溝パターンをＣｕメッキ膜で埋めこむ場合には、配線溝パターンへのＣｕメッキ膜の埋め込み工程と、ＣＭＰ法より研磨するための削りしろを形成するＣｕメッキ膜の積み増し工程とがある。この際、埋めこみ工程で形成されるＣｕメッキ膜には、ボイド等の欠陥のない埋め込み特性が要求され、積み増し工程で形成されるＣｕメッキ膜には、その後に行うＣＭＰ工程で研磨残りが発生するのを防ぐために、平坦性が要求される。このようなＣｕメッキ膜の特性は、メッキ液の組成比、特に種々の添加剤の組成比を調整することで、変更することができる。
【０００６】
しかし、上述したようなメッキ液タンク内で電解質溶液と種々の添加剤とを混合する電解メッキ装置では、工程によって各添加剤の添加量を変更することは難しく、異なる組成のメッキ液を貯留した複数のメッキ液タンクを用いる必要がある。また、メッキ液中に添加剤を混合した状態で保存すると、添加剤が劣化し、所望のプロセス性能が得られなくなってしまう可能性がある。
【０００７】
そこで、メッキ液の主成分となる電解質溶液を電解メッキ槽に供給する流路の途中で、添加剤供給部からの添加剤を電解質溶液に添加することで、工程毎にメッキ液の組成を切り換える電解メッキ装置の例が報告されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１９４５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、電解質溶液に添加する添加剤は、主として高分子材料からなるため、メッキ液の主成分となる電解質溶液と混ざり難い傾向にある。このため、上述したように電解メッキ槽への流路の途中で添加剤を添加する電解メッキ装置では、流路内で電解質溶液と添加剤とが十分に混合されていない状態で、電解メッキ槽内にメッキ液が供給される。
【００１０】
これにより、上述したような基板上の絶縁膜に設けられた配線溝パターンを、メッキ膜で埋め込む工程において、埋め込み特性が向上するように添加剤の組成比が調製されたメッキ液を用いたとしても、メッキ液中に添加剤が十分に溶解または分散されていないことから、基板の被処理面内で配線溝パターンへの埋め込み特性が悪くなる領域が生じる。これにより、この領域の配線溝パターン内に形成される配線にボイドが生じ、エレクトロマイグレーション耐性が悪くなるといった問題がある。
【００１１】
また、上記配線溝パターンに埋め込まれたメッキ膜上に、メッキ膜を積み増す工程において、平坦性が向上するように添加剤の組成比が調製されたメッキ液を用いたとしても、メッキ液中に添加剤が十分に溶解または分散されていないことから、メッキ膜の平坦性が得られない領域が生じるため、被処理面全域に渡って平坦性が悪くなる。これにより、その後に行うメッキ膜のＣＭＰ工程において研磨残りが発生し、配線のショートを引き起こすという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の電解メッキ装置は、電解メッキ処理により基板の被処理面にメッキ膜を形成する電解メッキ装置であって、メッキ液を満たした状態で、基板の被処理面に電解メッキ処理を行う電解メッキ槽と、電解メッキ槽にメッキ液を供給するメッキ液供給管と、メッキ液供給管に接続されるとともに、メッキ液供給管にメッキ液の主成分となる電解質溶液を供給する電解質溶液供給部と、メッキ液供給管の電解メッキ槽と電解質溶液供給部との間の位置に接続されるとともにメッキ液供給管に添加剤を供給する添加剤供給部とを備え、メッキ液供給管には、添加剤供給部と接続される位置またはこの位置よりも電解メッキ槽側に、電解質溶液と添加剤とを混合してメッキ液を調製する混合機構が設けられていることを特徴としている。
【００１３】
このような電解メッキ装置によれば、電解メッキ槽にメッキ液を供給するメッキ液供給管に混合機構が設けられていることから、メッキ液供給管に供給される電解質溶液と添加剤とが十分に混合された状態のメッキ液が調製される。このため、メッキ液中の添加剤が均一に溶解または分散された状態で電解メッキ槽内にメッキ液が供給される。これにより、メッキ液中の添加剤を基板の被処理面全域で作用させることが可能となる。
【００１４】
このため、例えば埋め込み特性が向上するように添加剤の組成比が調製されたメッキ液を用いて、配線溝パターンをメッキ膜で埋め込む工程に、この電解メッキ装置を用いる場合には、添加剤がメッキ液中に均一に分散されることで、基板の被処理面全域で埋め込み特性が向上する。また、例えば、平坦性が向上するように添加剤の組成比が調製されたメッキ液を用いて、上記配線溝パターンに埋め込まれたメッキ膜上にメッキ膜を積み増す工程にこの電解メッキ装置を用いる場合には、基板の被処理面全域で平坦性を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明の電解メッキ方法は、基板の被処理面にメッキ膜を形成する電解メッキ方法であって、次のような工程を順次行うことを特徴としている。まず、第１工程では、電解メッキ槽にメッキ液を供給するメッキ液供給管に、メッキ液の主成分となる電解質溶液と添加剤とをそれぞれ供給する工程を行う。次に、第２工程では、メッキ液供給管に設けられた混合機構で、電解質溶液と添加剤とを混合してメッキ液を調製する工程を行う。続いて、第３工程では、メッキ液を電解メッキ槽に供給する工程を行う。その後の第４工程では、電解メッキ槽に供給されたメッキ液に、基板の被処理面を浸漬させて電解メッキ処理を行うことを特徴としている。
【００１６】
このような電解メッキ方法によれば、メッキ液供給管に設けられた混合機構で電解質溶液と添加剤とを混合することで調製されたメッキ液を、電解メッキ槽に供給し、このメッキ液に、基板の被処理面を浸漬させて電解メッキ処理を行う。これにより、メッキ液中に添加剤が均一に溶解または分散されることから、メッキ液中の添加剤を基板の被処理面全域で作用させることが可能となる。
【００１７】
このため、例えば埋め込み特性が向上するように添加剤の組成比が調製されたメッキ液を用いて、配線溝パターンをメッキ膜で埋め込む場合には、添加剤がメッキ液中に均一に分散されることで、基板の被処理面全域で埋め込み特性が向上する。また、例えば平坦性が向上するように添加剤の組成比が調製されたメッキ液を用いて、上記配線溝パターンに埋め込まれたメッキ膜上に、メッキ膜を積み増す場合には、基板の被処理面全域でメッキ膜の平坦性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明の電解メッキ装置およびこれを用いた電解メッキ方法によれば、基板の被処理面全域でメッキ液中の添加剤を作用させることができることから、配線溝パターンをメッキ膜で埋め込んで配線を形成する場合に、被処理面全域でメッキ膜の埋め込み特性や平坦性を向上させることができる。これにより、埋め込み特性が向上することで、被処理面全域にボイドの抑制された配線を形成することができるため、エレクトロマイグレーション耐性が向上する。また、平坦性が向上することで、このメッキ膜を研磨して平坦化する際の研磨残り等によるショートを防止することができる。したがって、この配線構造を用いたデバイスの歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。ここでは、電解メッキ処理によりＣｕメッキ膜を形成するのに用いる電解メッキ装置および電解メッキ方法を例にとって説明する。
【００２０】
＜電解メッキ装置＞
図１は、本発明の一実施形態における電解メッキ装置１の断面構成図である。この電解メッキ装置１は、例えば半導体ウェハからなる基板Ｗの被処理面に電解メッキ処理を行う電解メッキ槽１１と、この電解メッキ槽１１にメッキ液Ｍを供給するためのメッキ液供給部２１とを備えている。
【００２１】
電解メッキ槽１１は、上面側が開口された外槽１１ａの中に、この外槽１１ａよりも一回り小さく構成されるとともに、上面側が開口された内槽１１ｂを同軸に収容した二重槽構造となっている。内槽１１ｂは、電解メッキ処理を行う電解メッキ浴槽としてメッキ液Ｍを満たした状態で用いられ、外槽１１ａは、内槽１１ｂからオーバーフローさせたメッキ液Ｍを回収後、廃棄するように構成されている。
【００２２】
また、電解メッキ槽１１の内槽１１ｂの中には内槽１１ｂの中央部底面を貫通して所定の高さ位置まで垂直上方に延びる噴出管１３が設けられている。この噴出管１３は、後述するメッキ液供給管２２と接続されており、この噴出管１３の上端開口よりメッキ液Ｍが湧き出るようになっている。また噴出管１３の周囲には環状のリン含有Ｃｕ板からなるアノード１４が設けられている。アノード１４の表面はブラックフィルム１５で覆われている。
【００２３】
そして、噴出管１３の上端外周縁と内槽１１ｂの内壁面との間にはメンブレンフィルター１６が張設されている。このメンブレンフィルター１６により、電解メッキ処理中にアノード１４から異物が発生したとしても、メッキ液浴槽（内槽１１ｂ）の上面側への異物の移動または拡散が防止されるように構成されている。
【００２４】
また、上記アノード１４と対向する位置には、アノード１４と対向する装着面に基板Ｗを保持する基板保持部１２が設けられている。この基板保持部１２には、電解メッキ槽１１内に満たされたメッキ液Ｍに、被処理面をフェイスダウン方式で浸漬させた状態で基板Ｗが保持される。また、基板保持部１２には、基板Ｗの表面に形成されたカソードとなる導電層（図示省略）に電力を供給する電極（図示省略）が設けられている。
【００２５】
一方、メッキ液供給部２１は、電解メッキ槽１１にメッキ液Ｍを供給するためのメッキ液供給管２２と、このメッキ液供給管２２に、メッキ液Ｍの主成分となる、例えば硫酸（Ｈ2ＳＯ4）とＣｕと塩酸（ＨＣｌ）と水（Ｈ2Ｏ）とを含む電解質溶液Ｅを供給する電解質溶液供給部２３と、このメッキ液供給管２２に添加剤を供給するための添加剤供給部２４とを備えている。
【００２６】
電解質溶液供給部２３は、メッキ液供給管２２の例えば上流端に接続されており、電解質溶液Ｅを貯留するタンク２３ａと、このタンク２３ａから電解質溶液Ｅを汲み出してメッキ液供給管２２に圧送するポンプ２３ｂとを備えている。電解メッキ処理中は、ポンプ２３ｂがタンク２３ａ内の電解質溶液Ｅをメッキ液供給管２２に所定の流量で流し続けるように構成されている。
【００２７】
添加剤供給部２４は、各添加剤、ここでは例えば３種類の添加剤Ａ、Ｂ、Ｃをそれぞれ貯留した複数の貯留タンク２４ａ、２４ｂ、２４ｃを備えていることとする。この貯留タンク２４ａ、２４ｂ、２４ｃには、市販のメッキ液用の添加剤がそのまま貯留されていてもよく、メッキ液の添加剤となる薬液が原液で、または希釈された状態で貯留されていてもよい。添加剤供給部２４は、この添加剤Ａ、Ｂ、Ｃを所定の濃度に希釈した状態で供給可能に構成されることとする。
【００２８】
具体的に、添加剤Ａの供給機構を例にとり説明すると、添加剤供給部２４は、添加剤Ａが貯留された貯留タンク２４ａの他に、添加剤Ａが希釈された状態の添加剤Ａ’が貯留される希釈タンク２４ａ’を備えていることとする。この貯留タンク２４ａと希釈タンク２４ａ’との間には、ポンプ２５ａが介装され、貯留タンク２４ａからポンプ２５ａによって希釈タンク２４ａ’に添加剤Ａが供給されることとする。また、希釈タンク２４ａ’には、例えば水等からなる希釈用の溶媒が希釈タンク２４ａ’内に供給されるように構成されている。そして、添加剤Ａは、希釈タンク２４ａ’内に所定の濃度に希釈された状態の添加剤Ａ’として貯留され、希釈タンク２４ａ’とメッキ液供給管２２との間に介装されるポンプ２６ａによって、希釈された状態の添加剤Ａ’がメッキ液供給管２２に供給されることとする。添加剤Ｂ、Ｃについても同様の供給機構が設けられており、添加剤Ｂ、Ｃも所定濃度に希釈された状態の添加剤Ｂ’、Ｃ’として供給されることとする。
【００２９】
この所定の濃度とは、この添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’と上述した電解質溶液Ｅとを後述する混合機構内で混合し、メッキ液Ｍを調製する場合に、添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’と上述した電解質溶液Ｅとが十分に混合され、メッキ液Ｍ中に添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’が均一に溶解または分散されるような濃度であることとする。好ましくは、添加剤Ａ、Ｂ、Ｃを１０倍から５０倍程度に希釈する、またはメッキ液１Ｌに対して１００ｍＬ程度の添加量となるように希釈することとする。ただし、添加剤Ａ、Ｂ、Ｃが原液でも十分に混合可能であり、メッキ液Ｍ中に均一に溶解または分散可能である場合には、希釈せずに貯留タンク２４ａ、２４ｂ、２４ｃから直接メッキ液供給管２２に供給されるように構成されていてもよい。
【００３０】
そして、添加剤供給部２４の各供給機構には、所定濃度に希釈された状態の添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’をそれぞれ所定の流量に調整可能な流量調整機構（図示省略）が設けられていることとする。
【００３１】
なお、ここでは、貯留タンク２４ａの他に希釈タンク２４ａ’が設けられた例について説明したが、貯留タンク２４ａが希釈タンク２４ａ’を兼ねていてもよい。この場合には、貯留タンク２４ａ内に希釈用の溶媒が供給されるように構成されることとする。これにより、装置の設置面積を縮小することが可能となる。また、ここでは３種の添加剤Ａ、Ｂ、Ｃを供給する供給機構について説明したが、添加剤の数は特に限定されるものではない。
【００３２】
メッキ液供給管２２は、その一端が上記電解メッキ槽１１に接続されるとともに、他端が上記電解質溶液供給部２３に接続される状態で設けられており、この電解質溶液供給部２３と電解メッキ槽１１との間の位置に、上記添加剤供給部２４が接続されることとする。そして、メッキ液供給管２２の添加剤供給部２４と接続される位置、すなわち、添加剤Ａ’、Ｂ’，Ｃ’が供給される位置よりも電解メッキ槽１１側には、電解質溶液供給部２３から供給された電解質溶液Ｅと、添加剤供給部２４から供給された希釈された状態の添加剤Ａ’、Ｂ’，Ｃ’とを混合するための混合機構３１が設けられている。
【００３３】
図２（ａ）に示すように、この混合機構３１は、例えばメッキ液供給管２２内を閉塞する障壁３２が、電解メッキ槽１１に向かって所定の間隔を有して複数配置された構成であることとする。この障壁３２の数は適宜調整されることとする。この複数の障壁３２は、要部拡大図に示すように、例えば全域に複数の孔部３３が設けられた障壁３２ａと、中央部に一つの大きな孔部３３が設けられた障壁３２ｂとからなり、障壁３２ａと障壁３２ｂとが、電解メッキ槽１１に向かって交互に配置されるように構成されている。これにより、混合機構３１に導入された電解質溶液Ｅと添加剤Ａ’、Ｂ’，Ｃ’とは障壁３２ａに衝突することで混合され、この障壁３２ａの孔部３３を通過する。そして、通過した電解質溶液Ｅと添加剤Ａ’、Ｂ’，Ｃ’とは次の障壁３２ｂに再び衝突して混合し、その障壁３２ｂの孔部３３を通過するといった過程を繰り返すことにより、混合機構３１内で電解質溶液Ｅと添加剤Ａ’、Ｂ’，Ｃ’とが十分に混合されたメッキ液Ｍが調製される。そして、メッキ液Ｍ中に添加剤Ａ、Ｂ、Ｃが、均一に溶解または分散された状態で、電解メッキ槽１１に供給される。
【００３４】
なお、ここでは、全域に複数の孔部３３が設けられた障壁３２ａと、中央部に一つの大きな孔部３３とが設けられた障壁３２ｂとが交互に配置されるように構成されることとしたが、各障壁３２の孔部３３を、電解メッキ槽１１の近くに配置されるほど開口面積が小さくかつ開口数が多くなるように配置してもよい。このような混合機構３１であっても、電解質溶液Ｅと添加剤Ａ’、Ｂ’，Ｃ’とが十分に混合される。
【００３５】
また、混合機構３１として、図２（ｂ）に示すように、メッキ液供給管２２に、攪拌羽根が内蔵されたマニホールド３４が設けられていてもよい。ここでは、マニホールド３４の電解メッキ槽１１側には、図２（ａ）を用いて説明した、中央部に１つの孔部３３を備えた障壁３２ｂが配置されていることとする。ここでは、障壁３２ｂが設けられる構成としたが、全域に複数の孔部３３が設けられた障壁３２ａであってもよく、マニホールド３４で、電解質溶液Ｅと添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’とが十分に混合されれば、マニホールド３４のみであってもよい。この場合には、マニホールド３４内に希釈された状態の添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’が直接供給されることとする。
【００３６】
さらに、本実施形態の電解メッキ装置１のおいては、噴出管１３から供給され、電解メッキ槽の内槽１１ｂに満たされたメッキ液Ｍに、基板保持部１２に装着された基板Ｗを浸漬させた状態で電解メッキ処理が行われる電解メッキ装置の例について説明したが、内槽１１ｂのメンブレンフィルター１６よりも基板保持部１２側に、基板保持部１２の基板装着面と対向する状態で、複数の孔部が全域に渡って設けられた分散板（図示省略）が配置されていてもよい。この場合には、混合機構３１で均一に混合されたメッキ液Ｍが分散板の各孔部を介して、基板保持部１２に保持された基板Ｗに供給されるため、メッキ液Ｍの均一な状態を確実に維持した状態で、メッキ液Ｍを基板Ｗに供給することが可能となる。
【００３７】
＜電解メッキ方法＞
次に、上述したような電解メッキ装置１を用いた電解メッキ方法について説明する。
【００３８】
まず、図３（ａ）に示すように、基板Ｗ上に設けられた絶縁膜４１には、複数の配線溝パターン４２が設けられている。そして、この配線溝パターン４２の内壁を覆う状態で、例えばＴａからなるバリア層４３が設けられており、バリア層４３上にはＣｕシード層（図示省略）が設けられていることとする。
【００３９】
この状態の基板Ｗに、電解メッキ処理工程を２段階で行うこととする。第１工程としては、配線溝パターン４２をＣｕメッキ膜で埋めこむ工程を行い、第２工程としては、この埋め込まれたＣｕメッキ膜上にその後の工程で行うＣＭＰ工程の削りしろを積み増しする工程を行う。そして、それぞれの工程で、メッキ液の組成を変えることとする。
【００４０】
ここでメッキ液Ｍは硫酸（Ｈ2ＳＯ4）とＣｕと塩酸（ＨＣｌ）と水（Ｈ2Ｏ）とを含む電解質溶液Ｅと３種類の添加剤Ａ、Ｂ、Ｃとを含有している。ここでは、例えば添加剤Ａに埋め込み特性を向上させるメッキ促進剤（Accelerator)、添加剤Ｂにメッキ抑制剤（Suppressor）、添加剤Ｃに平坦化剤（Leveler）を用いることとする。
【００４１】
そして、配線溝パターン４２を埋め込む第１工程に用いる第１のメッキ液Ｍ１（前記図１参照）は、埋め込み特性を向上させるため、Acceleratorの組成比が他の添加剤と比較して高くなるように調整される。第１のメッキ液Ｍ１の組成比の一例としては、Ｃｕ：Ｈ2ＳＯ4：ＨＣｌ：Accelerator：Suppressor：Leveler＝５０（ｇ／Ｌ）：１０（ｇ／Ｌ）：６０ｐｐｍ：１０（ｍＬ／Ｌ）：２（ｍＬ／Ｌ）：２（ｍＬ／Ｌ）であることとする。
【００４２】
上述したような条件で電解メッキ処理を行う場合には、図１を用いて説明した電解メッキ装置１の電解質溶液供給部２３のタンク２３ａ内に、上述したように、第１のメッキ液Ｍ１の主成分となる硫酸銅と塩酸と水とからなる電解質溶液Ｅが貯留されている。この電解質溶液Ｅの濃度は、後述する添加剤Ａ、Ｂ、Ｃの希釈濃度により調整し、第１工程と第２工程とで同濃度の電解質溶液Ｅを用いることができるように調整することとする。そして、ポンプ２３ｂにより電解質溶液Ｅをメッキ液供給管２２に供給する。なお、ここでは、塩酸が電解質溶液Ｅに含まれることとしたが、塩酸は後述する添加剤として供給してもよい。
【００４３】
また、添加剤供給部２４には３種類の添加剤Ａ、Ｂ、Ｃがそれぞれ別の貯留タンク２４ａ、２４ｂ、２４ｃに貯留されており、添加剤Ａ、Ｂ、Ｃは希釈用タンク２４ａ’、２４ｂ’、２４ｃ’に移送されて、それぞれ所定の濃度に希釈される。そして、希釈された添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’の流量を、添加剤Ａ，Ｂ、Ｃが上述した第１のメッキ液Ｍ１の組成比となるように、流量調整機構（図示省略）により調整し、メッキ液供給管２２に所定の流量でそれぞれ供給する。これにより、メッキ液供給管２２内を流動する電解質溶液Ｅに、所定の濃度に希釈された添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’が添加されることから、添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’と電解質溶液Ｅとが混ざり易くなる。
【００４４】
このメッキ液供給管２２に導入された電解質溶液Ｅと添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’とは、メッキ液供給管２２に設けられた混合機構３１内で十分に混合されることで、上述した組成比の第１のメッキ液Ｍ１が調製される。そして、この第１のメッキ液Ｍ１は均一に混合された状態で、電解メッキ槽１１の噴出管１３に導入されることで、噴出管１３から電解メッキ槽１１の内槽１１ｂに第１のメッキ液Ｍ１が供給され、内槽１１ｂ内に第１のメッキ液Ｍ１がオーバーフロー状態で満たされる。この状態の電解メッキ槽１１の内槽１１ｂに、上述した状態の基板Ｗを基板保持部１２にフェイスダウン状態で保持させて、基板Ｗの被処理面が第１のメッキ液Ｍ１に浸漬されるようにする。
【００４５】
その後、図３（ｂ）に示すように、電解メッキ処理を行い、配線溝パターン４２をＣｕメッキ膜４４で埋め込む。この工程に用いる第１のメッキ液Ｍ１には、添加剤Ａとして埋め込み特性を向上させるAcceleratorが多く含まれていることから、配線溝パターン４２内に埋め込まれるＣｕメッキ膜４４は基板Ｗの全面に渡ってボイドが生じることなく形成される。
【００４６】
次に、この後に行うＣＭＰ工程の削りしろとなるＣｕメッキ膜をＣｕメッキ膜４４上に積み増す第２工程を行うため、図１に示す内槽１１ｂ内の第１のメッキ液Ｍ１を第２工程に用いる第２のメッキ液Ｍ２に置換する。この際、一度電源を切り、基板Ｗの被処理面にメッキ膜が形成されない状態とした後、第２のメッキ液Ｍ２に置換することとする。ここで、第２のメッキ液Ｍ２は、ＣＭＰ法により研磨する際のＣｕメッキ膜の平坦性を高めるように、Levelerの組成比が他の添加剤と比較して高くなるように調製される。第２のメッキ液Ｍ２の組成比の一例としては、Ｃｕ：Ｈ2ＳＯ4：ＨＣｌ：Accelerator：Suppressor：Leveler＝５０（ｇ／Ｌ）：１０（ｇ／Ｌ）：６０ｐｐｍ：２（ｍＬ／Ｌ）：２（ｍＬ／Ｌ）：１０（ｍＬ／Ｌ）であることとする。
【００４７】
この場合には、添加剤供給部２４において、それぞれ所定の濃度に希釈された状態の添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’の流量を、流量調整機構（図示省略）により調整し、添加剤Ａ、Ｂ、Ｃが上述した組成比となるようにメッキ液供給管２２に所定の流量でそれぞれ供給する。これにより、メッキ液供給管２２を流動する電解質溶液Ｅと、それぞれの流量が変化した状態で供給された添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’とが、メッキ液供給管２２に設けられた混合機構３１内で十分に混合される。これにより、上述した組成比の第２のメッキ液Ｍ２となり、第２のメッキ液Ｍ２は、メッキ液中に添加剤Ａ、Ｂ、Ｃを均一に溶解または分散された状態で電解メッキ槽１１の内槽１１ｂに供給され、内槽１１ｂ内に第２のメッキ液Ｍ２がオーバーフロー状態で満たされる。
【００４８】
これにより、基板保持部１２に保持された基板Ｗの被処理面が、第２のメッキ液Ｍ２に浸漬された状態となり、この状態で電解メッキ処理の第２工程を行う。すなわち、図３（ｃ）に示すように、配線溝パターン４２に埋め込まれたＣｕメッキ膜４４上に、ＣＭＰ工程での削りしろとなるＣｕメッキ膜４５を形成する。この工程で用いる第２のメッキ液Ｍ２には、添加剤ＣとしてLevelerが多く含まれていることから、Ｃｕメッキ膜４５は基板Ｗの被処理面内全域にわたって平坦性よく形成される。
【００４９】
この後の工程は、通常と同様に行い、図３（ｄ）に示すように、ＣＭＰ法により絶縁膜４１の表面が露出するまで研磨して、Ｃｕメッキ膜４５およびＣｕメッキ膜４４（前記図３（ｃ）参照）を除去し、配線溝パターン４２内にＣｕ配線４６を形成する。
【００５０】
このような電解メッキ装置１およびこれを用いた電解メッキ方法によれば、メッキ液供給管２２に設けられた混合機構３１で、電解質溶液Ｅと添加剤Ａ、Ｂ、Ｃとを十分に混合することでメッキ液Ｍ（第１メッキ液Ｍ１、第２メッキ液Ｍ２）を調製する。これにより、メッキ液Ｍ中に添加剤Ａ、Ｂ、Ｃが均一に溶解または分散される。そして、このメッキ液Ｍを、電解メッキ槽１１に供給し、電解メッキ槽１１に満たされたメッキ液Ｍに、基板Ｗの被処理面を浸漬させて電解メッキ処理を行う。
【００５１】
これにより、図３（ｂ）を用いて説明したように、基板Ｗ上の絶縁膜４１に設けられた配線溝パターン４２を、第１のメッキ液Ｍ１を用いて、Ｃｕメッキ膜４４で埋め込む場合には、添加剤Ａ、Ｂ、Ｃが第１のメッキ液Ｍ１中に均一に溶解または分散されることで、基板Ｗの被処理面全域で埋め込み特性が向上する。したがって、基板Ｗの被処理面全域にボイドの抑制されたＣｕ配線４６を形成することができるため、エレクトロマイグレーション耐性が向上する
【００５２】
また、図３（ｃ）を用いて説明したように、上記配線溝パターン４２に埋め込まれたＣｕメッキ膜４４上に、第２のメッキ液Ｍ２を用いて、Ｃｕメッキ膜４５を積み増す場合には、基板Ｗの被処理面全域でＣｕメッキ膜４５の平坦性を向上させることができる。これにより、Ｃｕメッキ膜４５、Ｃｕメッキ膜４４をＣＭＰ法による研磨により除去して、Ｃｕ配線４６を形成する工程で、研磨残りを生じることなくＣｕ配線４６を形成することができる。したがって、研磨残り等によるＣｕ配線４６のショートを防止することができる。
【００５３】
以上のことから、このＣｕ配線構造を用いたデバイスの歩留まりが向上することができる。
【００５４】
なお、本実施形態では、添加剤供給部２４が、例えば水等の溶媒により所定濃度に希釈された状態の添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’を供給する各添加剤の供給機構を備えた例について説明したが、添加剤供給部２４が、添加剤の供給機構の他に水等の溶媒をメッキ液供給管２２に直接供給する供給機構を備えていてもよい。そして、この供給機構から供給される水により、メッキ液Ｍの組成比を調製してもよく、この場合には、供給される水の量および、供給される添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’の濃度に応じて、電解質溶液供給部２３内の電解質溶液Ｅの硫酸、Ｃｕ、塩酸の濃度を濃くする等、電解質溶液Ｅの濃度を適宜変更することとする。また、本実施形態ではＣｕ電解メッキ処理を例にとり説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば銀等の他の電解メッキ処理でも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の電解メッキ装置に係る実施形態を説明するための断面構成図である。
【図２】本発明の電解メッキ装置に係る実施形態の混合機構を説明するための断面構成図および要部拡大図である。
【図３】本発明の電解メッキ方法に係る実施形態を説明するための工程断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１１…電解メッキ槽、２２…メッキ液供給管、２３…電解質溶液供給部、２４…添加剤供給部、３１…混合機構、Ａ，Ｂ，Ｃ…添加剤、Ｅ…電解質溶液、Ｍ…メッキ液、Ｗ…基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の被処理面に電解メッキ方法によりメッキ膜を形成するための電解メッキ装置およびこの電解メッキ装置を用いた電解メッキ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳ半導体デバイスの多層配線構造において、近年のデバイスの高速化・低消費電力化の要求に伴い、信号伝播遅延の問題が顕著になってきている。このため、従来用いられてきたアルミニウム合金配線と比較して、低抵抗である銅（Ｃｕ）配線を用いた半導体装置が実用化されている。
【０００３】
Ｃｕ配線の形成では、一般的に電解メッキ方法による埋め込み配線技術が行われている。具体的には、基板上の絶縁膜に設けられた配線溝パターンを、Ｃｕを主成分とする配線材料膜（Ｃｕメッキ膜）で埋めこんだ後、化学的機械研磨（Chemical Mechanical Polishing（ＣＭＰ）法により絶縁膜の表面が露出するまで、Ｃｕメッキ膜を除去する。これにより、Ｃｕ配線を形成する
【０００４】
この電解メッキ方法に用いるメッキ液は、硫酸と銅を含む主成分となる電解質溶液と種々の添加剤とで構成されている。そして、従来の電解メッキ装置では、上記電解質溶液と種々の添加剤とをメッキ液タンクの中で混合し、このメッキ液を電解メッキ槽に供給するように構成されていた。
【０００５】
一方、上記埋め込み配線技術において、配線溝パターンをＣｕメッキ膜で埋めこむ場合には、配線溝パターンへのＣｕメッキ膜の埋め込み工程と、ＣＭＰ法より研磨するための削りしろを形成するＣｕメッキ膜の積み増し工程とがある。この際、埋めこみ工程で形成されるＣｕメッキ膜には、ボイド等の欠陥のない埋め込み特性が要求され、積み増し工程で形成されるＣｕメッキ膜には、その後に行うＣＭＰ工程で研磨残りが発生するのを防ぐために、平坦性が要求される。このようなＣｕメッキ膜の特性は、メッキ液の組成比、特に種々の添加剤の組成比を調整することで、変更することができる。
【０００６】
しかし、上述したようなメッキ液タンク内で電解質溶液と種々の添加剤とを混合する電解メッキ装置では、工程によって各添加剤の添加量を変更することは難しく、異なる組成のメッキ液を貯留した複数のメッキ液タンクを用いる必要がある。また、メッキ液中に添加剤を混合した状態で保存すると、添加剤が劣化し、所望のプロセス性能が得られなくなってしまう可能性がある。
【０００７】
そこで、メッキ液の主成分となる電解質溶液を電解メッキ槽に供給する流路の途中で、添加剤供給部からの添加剤を電解質溶液に添加することで、工程毎にメッキ液の組成を切り換える電解メッキ装置の例が報告されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１９４５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、電解質溶液に添加する添加剤は、主として高分子材料からなるため、メッキ液の主成分となる電解質溶液と混ざり難い傾向にある。このため、上述したように電解メッキ槽への流路の途中で添加剤を添加する電解メッキ装置では、流路内で電解質溶液と添加剤とが十分に混合されていない状態で、電解メッキ槽内にメッキ液が供給される。
【００１０】
これにより、上述したような基板上の絶縁膜に設けられた配線溝パターンを、メッキ膜で埋め込む工程において、埋め込み特性が向上するように添加剤の組成比が調製されたメッキ液を用いたとしても、メッキ液中に添加剤が十分に溶解または分散されていないことから、基板の被処理面内で配線溝パターンへの埋め込み特性が悪くなる領域が生じる。これにより、この領域の配線溝パターン内に形成される配線にボイドが生じ、エレクトロマイグレーション耐性が悪くなるといった問題がある。
【００１１】
また、上記配線溝パターンに埋め込まれたメッキ膜上に、メッキ膜を積み増す工程において、平坦性が向上するように添加剤の組成比が調製されたメッキ液を用いたとしても、メッキ液中に添加剤が十分に溶解または分散されていないことから、メッキ膜の平坦性が得られない領域が生じるため、被処理面全域に渡って平坦性が悪くなる。これにより、その後に行うメッキ膜のＣＭＰ工程において研磨残りが発生し、配線のショートを引き起こすという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の電解メッキ装置は、電解メッキ処理により基板の被処理面にメッキ膜を形成する電解メッキ装置であって、メッキ液を満たした状態で、基板の被処理面に電解メッキ処理を行う電解メッキ槽と、電解メッキ槽にメッキ液を供給するメッキ液供給管と、メッキ液供給管に接続されるとともに、メッキ液供給管にメッキ液の主成分となる電解質溶液を供給する電解質溶液供給部と、メッキ液供給管の電解メッキ槽と電解質溶液供給部との間の位置に接続されるとともにメッキ液供給管に添加剤を供給する添加剤供給部とを備え、メッキ液供給管には、添加剤供給部と接続される位置またはこの位置よりも電解メッキ槽側に、電解質溶液と添加剤とを混合してメッキ液を調製する混合機構が設けられていることを特徴としている。
【００１３】
このような電解メッキ装置によれば、電解メッキ槽にメッキ液を供給するメッキ液供給管に混合機構が設けられていることから、メッキ液供給管に供給される電解質溶液と添加剤とが十分に混合された状態のメッキ液が調製される。このため、メッキ液中の添加剤が均一に溶解または分散された状態で電解メッキ槽内にメッキ液が供給される。これにより、メッキ液中の添加剤を基板の被処理面全域で作用させることが可能となる。
【００１４】
このため、例えば埋め込み特性が向上するように添加剤の組成比が調製されたメッキ液を用いて、配線溝パターンをメッキ膜で埋め込む工程に、この電解メッキ装置を用いる場合には、添加剤がメッキ液中に均一に分散されることで、基板の被処理面全域で埋め込み特性が向上する。また、例えば、平坦性が向上するように添加剤の組成比が調製されたメッキ液を用いて、上記配線溝パターンに埋め込まれたメッキ膜上にメッキ膜を積み増す工程にこの電解メッキ装置を用いる場合には、基板の被処理面全域で平坦性を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明の電解メッキ方法は、基板の被処理面にメッキ膜を形成する電解メッキ方法であって、次のような工程を順次行うことを特徴としている。まず、第１工程では、電解メッキ槽にメッキ液を供給するメッキ液供給管に、メッキ液の主成分となる電解質溶液と添加剤とをそれぞれ供給する工程を行う。次に、第２工程では、メッキ液供給管に設けられた混合機構で、電解質溶液と添加剤とを混合してメッキ液を調製する工程を行う。続いて、第３工程では、メッキ液を電解メッキ槽に供給する工程を行う。その後の第４工程では、電解メッキ槽に供給されたメッキ液に、基板の被処理面を浸漬させて電解メッキ処理を行うことを特徴としている。
【００１６】
このような電解メッキ方法によれば、メッキ液供給管に設けられた混合機構で電解質溶液と添加剤とを混合することで調製されたメッキ液を、電解メッキ槽に供給し、このメッキ液に、基板の被処理面を浸漬させて電解メッキ処理を行う。これにより、メッキ液中に添加剤が均一に溶解または分散されることから、メッキ液中の添加剤を基板の被処理面全域で作用させることが可能となる。
【００１７】
このため、例えば埋め込み特性が向上するように添加剤の組成比が調製されたメッキ液を用いて、配線溝パターンをメッキ膜で埋め込む場合には、添加剤がメッキ液中に均一に分散されることで、基板の被処理面全域で埋め込み特性が向上する。また、例えば平坦性が向上するように添加剤の組成比が調製されたメッキ液を用いて、上記配線溝パターンに埋め込まれたメッキ膜上に、メッキ膜を積み増す場合には、基板の被処理面全域でメッキ膜の平坦性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明の電解メッキ装置およびこれを用いた電解メッキ方法によれば、基板の被処理面全域でメッキ液中の添加剤を作用させることができることから、配線溝パターンをメッキ膜で埋め込んで配線を形成する場合に、被処理面全域でメッキ膜の埋め込み特性や平坦性を向上させることができる。これにより、埋め込み特性が向上することで、被処理面全域にボイドの抑制された配線を形成することができるため、エレクトロマイグレーション耐性が向上する。また、平坦性が向上することで、このメッキ膜を研磨して平坦化する際の研磨残り等によるショートを防止することができる。したがって、この配線構造を用いたデバイスの歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。ここでは、電解メッキ処理によりＣｕメッキ膜を形成するのに用いる電解メッキ装置および電解メッキ方法を例にとって説明する。
【００２０】
＜電解メッキ装置＞
図１は、本発明の一実施形態における電解メッキ装置１の断面構成図である。この電解メッキ装置１は、例えば半導体ウェハからなる基板Ｗの被処理面に電解メッキ処理を行う電解メッキ槽１１と、この電解メッキ槽１１にメッキ液Ｍを供給するためのメッキ液供給部２１とを備えている。
【００２１】
電解メッキ槽１１は、上面側が開口された外槽１１ａの中に、この外槽１１ａよりも一回り小さく構成されるとともに、上面側が開口された内槽１１ｂを同軸に収容した二重槽構造となっている。内槽１１ｂは、電解メッキ処理を行う電解メッキ浴槽としてメッキ液Ｍを満たした状態で用いられ、外槽１１ａは、内槽１１ｂからオーバーフローさせたメッキ液Ｍを回収後、廃棄するように構成されている。
【００２２】
また、電解メッキ槽１１の内槽１１ｂの中には内槽１１ｂの中央部底面を貫通して所定の高さ位置まで垂直上方に延びる噴出管１３が設けられている。この噴出管１３は、後述するメッキ液供給管２２と接続されており、この噴出管１３の上端開口よりメッキ液Ｍが湧き出るようになっている。また噴出管１３の周囲には環状のリン含有Ｃｕ板からなるアノード１４が設けられている。アノード１４の表面はブラックフィルム１５で覆われている。
【００２３】
そして、噴出管１３の上端外周縁と内槽１１ｂの内壁面との間にはメンブレンフィルター１６が張設されている。このメンブレンフィルター１６により、電解メッキ処理中にアノード１４から異物が発生したとしても、メッキ液浴槽（内槽１１ｂ）の上面側への異物の移動または拡散が防止されるように構成されている。
【００２４】
また、上記アノード１４と対向する位置には、アノード１４と対向する装着面に基板Ｗを保持する基板保持部１２が設けられている。この基板保持部１２には、電解メッキ槽１１内に満たされたメッキ液Ｍに、被処理面をフェイスダウン方式で浸漬させた状態で基板Ｗが保持される。また、基板保持部１２には、基板Ｗの表面に形成されたカソードとなる導電層（図示省略）に電力を供給する電極（図示省略）が設けられている。
【００２５】
一方、メッキ液供給部２１は、電解メッキ槽１１にメッキ液Ｍを供給するためのメッキ液供給管２２と、このメッキ液供給管２２に、メッキ液Ｍの主成分となる、例えば硫酸（Ｈ2ＳＯ4）とＣｕと塩酸（ＨＣｌ）と水（Ｈ2Ｏ）とを含む電解質溶液Ｅを供給する電解質溶液供給部２３と、このメッキ液供給管２２に添加剤を供給するための添加剤供給部２４とを備えている。
【００２６】
電解質溶液供給部２３は、メッキ液供給管２２の例えば上流端に接続されており、電解質溶液Ｅを貯留するタンク２３ａと、このタンク２３ａから電解質溶液Ｅを汲み出してメッキ液供給管２２に圧送するポンプ２３ｂとを備えている。電解メッキ処理中は、ポンプ２３ｂがタンク２３ａ内の電解質溶液Ｅをメッキ液供給管２２に所定の流量で流し続けるように構成されている。
【００２７】
添加剤供給部２４は、各添加剤、ここでは例えば３種類の添加剤Ａ、Ｂ、Ｃをそれぞれ貯留した複数の貯留タンク２４ａ、２４ｂ、２４ｃを備えていることとする。この貯留タンク２４ａ、２４ｂ、２４ｃには、市販のメッキ液用の添加剤がそのまま貯留されていてもよく、メッキ液の添加剤となる薬液が原液で、または希釈された状態で貯留されていてもよい。添加剤供給部２４は、この添加剤Ａ、Ｂ、Ｃを所定の濃度に希釈した状態で供給可能に構成されることとする。
【００２８】
具体的に、添加剤Ａの供給機構を例にとり説明すると、添加剤供給部２４は、添加剤Ａが貯留された貯留タンク２４ａの他に、添加剤Ａが希釈された状態の添加剤Ａ’が貯留される希釈タンク２４ａ’を備えていることとする。この貯留タンク２４ａと希釈タンク２４ａ’との間には、ポンプ２５ａが介装され、貯留タンク２４ａからポンプ２５ａによって希釈タンク２４ａ’に添加剤Ａが供給されることとする。また、希釈タンク２４ａ’には、例えば水等からなる希釈用の溶媒が希釈タンク２４ａ’内に供給されるように構成されている。そして、添加剤Ａは、希釈タンク２４ａ’内に所定の濃度に希釈された状態の添加剤Ａ’として貯留され、希釈タンク２４ａ’とメッキ液供給管２２との間に介装されるポンプ２６ａによって、希釈された状態の添加剤Ａ’がメッキ液供給管２２に供給されることとする。添加剤Ｂ、Ｃについても同様の供給機構が設けられており、添加剤Ｂ、Ｃも所定濃度に希釈された状態の添加剤Ｂ’、Ｃ’として供給されることとする。
【００２９】
この所定の濃度とは、この添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’と上述した電解質溶液Ｅとを後述する混合機構内で混合し、メッキ液Ｍを調製する場合に、添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’と上述した電解質溶液Ｅとが十分に混合され、メッキ液Ｍ中に添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’が均一に溶解または分散されるような濃度であることとする。好ましくは、添加剤Ａ、Ｂ、Ｃを１０倍から５０倍程度に希釈する、またはメッキ液１Ｌに対して１００ｍＬ程度の添加量となるように希釈することとする。ただし、添加剤Ａ、Ｂ、Ｃが原液でも十分に混合可能であり、メッキ液Ｍ中に均一に溶解または分散可能である場合には、希釈せずに貯留タンク２４ａ、２４ｂ、２４ｃから直接メッキ液供給管２２に供給されるように構成されていてもよい。
【００３０】
そして、添加剤供給部２４の各供給機構には、所定濃度に希釈された状態の添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’をそれぞれ所定の流量に調整可能な流量調整機構（図示省略）が設けられていることとする。
【００３１】
なお、ここでは、貯留タンク２４ａの他に希釈タンク２４ａ’が設けられた例について説明したが、貯留タンク２４ａが希釈タンク２４ａ’を兼ねていてもよい。この場合には、貯留タンク２４ａ内に希釈用の溶媒が供給されるように構成されることとする。これにより、装置の設置面積を縮小することが可能となる。また、ここでは３種の添加剤Ａ、Ｂ、Ｃを供給する供給機構について説明したが、添加剤の数は特に限定されるものではない。
【００３２】
メッキ液供給管２２は、その一端が上記電解メッキ槽１１に接続されるとともに、他端が上記電解質溶液供給部２３に接続される状態で設けられており、この電解質溶液供給部２３と電解メッキ槽１１との間の位置に、上記添加剤供給部２４が接続されることとする。そして、メッキ液供給管２２の添加剤供給部２４と接続される位置、すなわち、添加剤Ａ’、Ｂ’，Ｃ’が供給される位置よりも電解メッキ槽１１側には、電解質溶液供給部２３から供給された電解質溶液Ｅと、添加剤供給部２４から供給された希釈された状態の添加剤Ａ’、Ｂ’，Ｃ’とを混合するための混合機構３１が設けられている。
【００３３】
図２（ａ）に示すように、この混合機構３１は、例えばメッキ液供給管２２内を閉塞する障壁３２が、電解メッキ槽１１に向かって所定の間隔を有して複数配置された構成であることとする。この障壁３２の数は適宜調整されることとする。この複数の障壁３２は、要部拡大図に示すように、例えば全域に複数の孔部３３が設けられた障壁３２ａと、中央部に一つの大きな孔部３３が設けられた障壁３２ｂとからなり、障壁３２ａと障壁３２ｂとが、電解メッキ槽１１に向かって交互に配置されるように構成されている。これにより、混合機構３１に導入された電解質溶液Ｅと添加剤Ａ’、Ｂ’，Ｃ’とは障壁３２ａに衝突することで混合され、この障壁３２ａの孔部３３を通過する。そして、通過した電解質溶液Ｅと添加剤Ａ’、Ｂ’，Ｃ’とは次の障壁３２ｂに再び衝突して混合し、その障壁３２ｂの孔部３３を通過するといった過程を繰り返すことにより、混合機構３１内で電解質溶液Ｅと添加剤Ａ’、Ｂ’，Ｃ’とが十分に混合されたメッキ液Ｍが調製される。そして、メッキ液Ｍ中に添加剤Ａ、Ｂ、Ｃが、均一に溶解または分散された状態で、電解メッキ槽１１に供給される。
【００３４】
なお、ここでは、全域に複数の孔部３３が設けられた障壁３２ａと、中央部に一つの大きな孔部３３とが設けられた障壁３２ｂとが交互に配置されるように構成されることとしたが、各障壁３２の孔部３３を、電解メッキ槽１１の近くに配置されるほど開口面積が小さくかつ開口数が多くなるように配置してもよい。このような混合機構３１であっても、電解質溶液Ｅと添加剤Ａ’、Ｂ’，Ｃ’とが十分に混合される。
【００３５】
また、混合機構３１として、図２（ｂ）に示すように、メッキ液供給管２２に、攪拌羽根が内蔵されたマニホールド３４が設けられていてもよい。ここでは、マニホールド３４の電解メッキ槽１１側には、図２（ａ）を用いて説明した、中央部に１つの孔部３３を備えた障壁３２ｂが配置されていることとする。ここでは、障壁３２ｂが設けられる構成としたが、全域に複数の孔部３３が設けられた障壁３２ａであってもよく、マニホールド３４で、電解質溶液Ｅと添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’とが十分に混合されれば、マニホールド３４のみであってもよい。この場合には、マニホールド３４内に希釈された状態の添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’が直接供給されることとする。
【００３６】
さらに、本実施形態の電解メッキ装置１のおいては、噴出管１３から供給され、電解メッキ槽の内槽１１ｂに満たされたメッキ液Ｍに、基板保持部１２に装着された基板Ｗを浸漬させた状態で電解メッキ処理が行われる電解メッキ装置の例について説明したが、内槽１１ｂのメンブレンフィルター１６よりも基板保持部１２側に、基板保持部１２の基板装着面と対向する状態で、複数の孔部が全域に渡って設けられた分散板（図示省略）が配置されていてもよい。この場合には、混合機構３１で均一に混合されたメッキ液Ｍが分散板の各孔部を介して、基板保持部１２に保持された基板Ｗに供給されるため、メッキ液Ｍの均一な状態を確実に維持した状態で、メッキ液Ｍを基板Ｗに供給することが可能となる。
【００３７】
＜電解メッキ方法＞
次に、上述したような電解メッキ装置１を用いた電解メッキ方法について説明する。
【００３８】
まず、図３（ａ）に示すように、基板Ｗ上に設けられた絶縁膜４１には、複数の配線溝パターン４２が設けられている。そして、この配線溝パターン４２の内壁を覆う状態で、例えばＴａからなるバリア層４３が設けられており、バリア層４３上にはＣｕシード層（図示省略）が設けられていることとする。
【００３９】
この状態の基板Ｗに、電解メッキ処理工程を２段階で行うこととする。第１工程としては、配線溝パターン４２をＣｕメッキ膜で埋めこむ工程を行い、第２工程としては、この埋め込まれたＣｕメッキ膜上にその後の工程で行うＣＭＰ工程の削りしろを積み増しする工程を行う。そして、それぞれの工程で、メッキ液の組成を変えることとする。
【００４０】
ここでメッキ液Ｍは硫酸（Ｈ2ＳＯ4）とＣｕと塩酸（ＨＣｌ）と水（Ｈ2Ｏ）とを含む電解質溶液Ｅと３種類の添加剤Ａ、Ｂ、Ｃとを含有している。ここでは、例えば添加剤Ａに埋め込み特性を向上させるメッキ促進剤（Accelerator)、添加剤Ｂにメッキ抑制剤（Suppressor）、添加剤Ｃに平坦化剤（Leveler）を用いることとする。
【００４１】
そして、配線溝パターン４２を埋め込む第１工程に用いる第１のメッキ液Ｍ１（前記図１参照）は、埋め込み特性を向上させるため、Acceleratorの組成比が他の添加剤と比較して高くなるように調整される。第１のメッキ液Ｍ１の組成比の一例としては、Ｃｕ：Ｈ2ＳＯ4：ＨＣｌ：Accelerator：Suppressor：Leveler＝５０（ｇ／Ｌ）：１０（ｇ／Ｌ）：６０ｐｐｍ：１０（ｍＬ／Ｌ）：２（ｍＬ／Ｌ）：２（ｍＬ／Ｌ）であることとする。
【００４２】
上述したような条件で電解メッキ処理を行う場合には、図１を用いて説明した電解メッキ装置１の電解質溶液供給部２３のタンク２３ａ内に、上述したように、第１のメッキ液Ｍ１の主成分となる硫酸銅と塩酸と水とからなる電解質溶液Ｅが貯留されている。この電解質溶液Ｅの濃度は、後述する添加剤Ａ、Ｂ、Ｃの希釈濃度により調整し、第１工程と第２工程とで同濃度の電解質溶液Ｅを用いることができるように調整することとする。そして、ポンプ２３ｂにより電解質溶液Ｅをメッキ液供給管２２に供給する。なお、ここでは、塩酸が電解質溶液Ｅに含まれることとしたが、塩酸は後述する添加剤として供給してもよい。
【００４３】
また、添加剤供給部２４には３種類の添加剤Ａ、Ｂ、Ｃがそれぞれ別の貯留タンク２４ａ、２４ｂ、２４ｃに貯留されており、添加剤Ａ、Ｂ、Ｃは希釈用タンク２４ａ’、２４ｂ’、２４ｃ’に移送されて、それぞれ所定の濃度に希釈される。そして、希釈された添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’の流量を、添加剤Ａ，Ｂ、Ｃが上述した第１のメッキ液Ｍ１の組成比となるように、流量調整機構（図示省略）により調整し、メッキ液供給管２２に所定の流量でそれぞれ供給する。これにより、メッキ液供給管２２内を流動する電解質溶液Ｅに、所定の濃度に希釈された添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’が添加されることから、添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’と電解質溶液Ｅとが混ざり易くなる。
【００４４】
このメッキ液供給管２２に導入された電解質溶液Ｅと添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’とは、メッキ液供給管２２に設けられた混合機構３１内で十分に混合されることで、上述した組成比の第１のメッキ液Ｍ１が調製される。そして、この第１のメッキ液Ｍ１は均一に混合された状態で、電解メッキ槽１１の噴出管１３に導入されることで、噴出管１３から電解メッキ槽１１の内槽１１ｂに第１のメッキ液Ｍ１が供給され、内槽１１ｂ内に第１のメッキ液Ｍ１がオーバーフロー状態で満たされる。この状態の電解メッキ槽１１の内槽１１ｂに、上述した状態の基板Ｗを基板保持部１２にフェイスダウン状態で保持させて、基板Ｗの被処理面が第１のメッキ液Ｍ１に浸漬されるようにする。
【００４５】
その後、図３（ｂ）に示すように、電解メッキ処理を行い、配線溝パターン４２をＣｕメッキ膜４４で埋め込む。この工程に用いる第１のメッキ液Ｍ１には、添加剤Ａとして埋め込み特性を向上させるAcceleratorが多く含まれていることから、配線溝パターン４２内に埋め込まれるＣｕメッキ膜４４は基板Ｗの全面に渡ってボイドが生じることなく形成される。
【００４６】
次に、この後に行うＣＭＰ工程の削りしろとなるＣｕメッキ膜をＣｕメッキ膜４４上に積み増す第２工程を行うため、図１に示す内槽１１ｂ内の第１のメッキ液Ｍ１を第２工程に用いる第２のメッキ液Ｍ２に置換する。この際、一度電源を切り、基板Ｗの被処理面にメッキ膜が形成されない状態とした後、第２のメッキ液Ｍ２に置換することとする。ここで、第２のメッキ液Ｍ２は、ＣＭＰ法により研磨する際のＣｕメッキ膜の平坦性を高めるように、Levelerの組成比が他の添加剤と比較して高くなるように調製される。第２のメッキ液Ｍ２の組成比の一例としては、Ｃｕ：Ｈ2ＳＯ4：ＨＣｌ：Accelerator：Suppressor：Leveler＝５０（ｇ／Ｌ）：１０（ｇ／Ｌ）：６０ｐｐｍ：２（ｍＬ／Ｌ）：２（ｍＬ／Ｌ）：１０（ｍＬ／Ｌ）であることとする。
【００４７】
この場合には、添加剤供給部２４において、それぞれ所定の濃度に希釈された状態の添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’の流量を、流量調整機構（図示省略）により調整し、添加剤Ａ、Ｂ、Ｃが上述した組成比となるようにメッキ液供給管２２に所定の流量でそれぞれ供給する。これにより、メッキ液供給管２２を流動する電解質溶液Ｅと、それぞれの流量が変化した状態で供給された添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’とが、メッキ液供給管２２に設けられた混合機構３１内で十分に混合される。これにより、上述した組成比の第２のメッキ液Ｍ２となり、第２のメッキ液Ｍ２は、メッキ液中に添加剤Ａ、Ｂ、Ｃを均一に溶解または分散された状態で電解メッキ槽１１の内槽１１ｂに供給され、内槽１１ｂ内に第２のメッキ液Ｍ２がオーバーフロー状態で満たされる。
【００４８】
これにより、基板保持部１２に保持された基板Ｗの被処理面が、第２のメッキ液Ｍ２に浸漬された状態となり、この状態で電解メッキ処理の第２工程を行う。すなわち、図３（ｃ）に示すように、配線溝パターン４２に埋め込まれたＣｕメッキ膜４４上に、ＣＭＰ工程での削りしろとなるＣｕメッキ膜４５を形成する。この工程で用いる第２のメッキ液Ｍ２には、添加剤ＣとしてLevelerが多く含まれていることから、Ｃｕメッキ膜４５は基板Ｗの被処理面内全域にわたって平坦性よく形成される。
【００４９】
この後の工程は、通常と同様に行い、図３（ｄ）に示すように、ＣＭＰ法により絶縁膜４１の表面が露出するまで研磨して、Ｃｕメッキ膜４５およびＣｕメッキ膜４４（前記図３（ｃ）参照）を除去し、配線溝パターン４２内にＣｕ配線４６を形成する。
【００５０】
このような電解メッキ装置１およびこれを用いた電解メッキ方法によれば、メッキ液供給管２２に設けられた混合機構３１で、電解質溶液Ｅと添加剤Ａ、Ｂ、Ｃとを十分に混合することでメッキ液Ｍ（第１メッキ液Ｍ１、第２メッキ液Ｍ２）を調製する。これにより、メッキ液Ｍ中に添加剤Ａ、Ｂ、Ｃが均一に溶解または分散される。そして、このメッキ液Ｍを、電解メッキ槽１１に供給し、電解メッキ槽１１に満たされたメッキ液Ｍに、基板Ｗの被処理面を浸漬させて電解メッキ処理を行う。
【００５１】
これにより、図３（ｂ）を用いて説明したように、基板Ｗ上の絶縁膜４１に設けられた配線溝パターン４２を、第１のメッキ液Ｍ１を用いて、Ｃｕメッキ膜４４で埋め込む場合には、添加剤Ａ、Ｂ、Ｃが第１のメッキ液Ｍ１中に均一に溶解または分散されることで、基板Ｗの被処理面全域で埋め込み特性が向上する。したがって、基板Ｗの被処理面全域にボイドの抑制されたＣｕ配線４６を形成することができるため、エレクトロマイグレーション耐性が向上する
【００５２】
また、図３（ｃ）を用いて説明したように、上記配線溝パターン４２に埋め込まれたＣｕメッキ膜４４上に、第２のメッキ液Ｍ２を用いて、Ｃｕメッキ膜４５を積み増す場合には、基板Ｗの被処理面全域でＣｕメッキ膜４５の平坦性を向上させることができる。これにより、Ｃｕメッキ膜４５、Ｃｕメッキ膜４４をＣＭＰ法による研磨により除去して、Ｃｕ配線４６を形成する工程で、研磨残りを生じることなくＣｕ配線４６を形成することができる。したがって、研磨残り等によるＣｕ配線４６のショートを防止することができる。
【００５３】
以上のことから、このＣｕ配線構造を用いたデバイスの歩留まりが向上することができる。
【００５４】
なお、本実施形態では、添加剤供給部２４が、例えば水等の溶媒により所定濃度に希釈された状態の添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’を供給する各添加剤の供給機構を備えた例について説明したが、添加剤供給部２４が、添加剤の供給機構の他に水等の溶媒をメッキ液供給管２２に直接供給する供給機構を備えていてもよい。そして、この供給機構から供給される水により、メッキ液Ｍの組成比を調製してもよく、この場合には、供給される水の量および、供給される添加剤Ａ’、Ｂ’、Ｃ’の濃度に応じて、電解質溶液供給部２３内の電解質溶液Ｅの硫酸、Ｃｕ、塩酸の濃度を濃くする等、電解質溶液Ｅの濃度を適宜変更することとする。また、本実施形態ではＣｕ電解メッキ処理を例にとり説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば銀等の他の電解メッキ処理でも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の電解メッキ装置に係る実施形態を説明するための断面構成図である。
【図２】本発明の電解メッキ装置に係る実施形態の混合機構を説明するための断面構成図および要部拡大図である。
【図３】本発明の電解メッキ方法に係る実施形態を説明するための工程断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１１…電解メッキ槽、２２…メッキ液供給管、２３…電解質溶液供給部、２４…添加剤供給部、３１…混合機構、Ａ，Ｂ，Ｃ…添加剤、Ｅ…電解質溶液、Ｍ…メッキ液、Ｗ…基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解メッキ処理により基板の被処理面にメッキ膜を形成する電解メッキ装置であって、
メッキ液を満たした状態で、基板の被処理面に電解メッキ処理を行う電解メッキ槽と、
前記電解メッキ槽に前記メッキ液を供給するメッキ液供給管と、
前記メッキ液供給管に接続されるとともに、前記メッキ液供給管に前記メッキ液の主成分となる電解質溶液を供給する電解質溶液供給部と、
前記メッキ液供給管の前記電解メッキ槽と前記電解質溶液供給部との間の位置に接続されるとともに、前記メッキ液供給管に前記添加剤を供給する添加剤供給部とを備え、
前記メッキ液供給管には、前記添加剤供給部と接続される位置またはこの位置よりも前記電解メッキ槽側に、前記電解質溶液と前記添加剤とを混合して前記メッキ液を調製する混合機構が設けられている
ことを特徴とする電解メッキ装置。
【請求項２】
前記添加剤供給部は、所定の濃度に希釈された状態の前記添加剤を前記メッキ液供給管に供給するように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の電解メッキ装置。
【請求項３】
基板の被処理面にメッキ膜を形成する電解メッキ方法であって、
電解メッキ槽にメッキ液を供給するメッキ液供給管に、前記メッキ液の主成分となる電解質溶液と添加剤とをそれぞれ供給する第１工程と、
前記メッキ液供給管に設けられた混合機構で、前記電解質溶液と前記添加剤とを混合して前記メッキ液を調製する第２工程と、
前記メッキ液を前記電解メッキ槽に供給する第３工程と、
前記電解メッキ槽に供給された前記メッキ液に、基板の被処理面を浸漬させて電解メッキ処理を行う第４工程とを有する
ことを特徴とする電解メッキ方法。
【請求項４】
前記第１工程では、前記添加剤を所定の濃度に希釈した状態で、前記メッキ液供給管に供給する
ことを特徴とする請求項３記載の電解メッキ方法。
【請求項１】
電解メッキ処理により基板の被処理面にメッキ膜を形成する電解メッキ装置であって、
メッキ液を満たした状態で、基板の被処理面に電解メッキ処理を行う電解メッキ槽と、
前記電解メッキ槽に前記メッキ液を供給するメッキ液供給管と、
前記メッキ液供給管に接続されるとともに、前記メッキ液供給管に前記メッキ液の主成分となる電解質溶液を供給する電解質溶液供給部と、
前記メッキ液供給管の前記電解メッキ槽と前記電解質溶液供給部との間の位置に接続されるとともに、前記メッキ液供給管に前記添加剤を供給する添加剤供給部とを備え、
前記メッキ液供給管には、前記添加剤供給部と接続される位置またはこの位置よりも前記電解メッキ槽側に、前記電解質溶液と前記添加剤とを混合して前記メッキ液を調製する混合機構が設けられている
ことを特徴とする電解メッキ装置。
【請求項２】
前記添加剤供給部は、所定の濃度に希釈された状態の前記添加剤を前記メッキ液供給管に供給するように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の電解メッキ装置。
【請求項３】
基板の被処理面にメッキ膜を形成する電解メッキ方法であって、
電解メッキ槽にメッキ液を供給するメッキ液供給管に、前記メッキ液の主成分となる電解質溶液と添加剤とをそれぞれ供給する第１工程と、
前記メッキ液供給管に設けられた混合機構で、前記電解質溶液と前記添加剤とを混合して前記メッキ液を調製する第２工程と、
前記メッキ液を前記電解メッキ槽に供給する第３工程と、
前記電解メッキ槽に供給された前記メッキ液に、基板の被処理面を浸漬させて電解メッキ処理を行う第４工程とを有する
ことを特徴とする電解メッキ方法。
【請求項４】
前記第１工程では、前記添加剤を所定の濃度に希釈した状態で、前記メッキ液供給管に供給する
ことを特徴とする請求項３記載の電解メッキ方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−８３４４５（Ｐ２００６−８３４４５Ａ）
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７１０４５（Ｐ２００４−２７１０４５）
【出願日】平成１６年９月１７日（２００４．９．１７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月１７日（２００４．９．１７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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