電鍍方法以及電鍍裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體設備的配線形成技術，尤其涉及在形成于晶圓等基板的表面的導通孔的內(nèi)部填充銅等金屬的電鍍方法以及電鍍裝置。
【背景技術】
[0002]半導體設備的配線形成技術中，鍍銅工藝正被廣泛地采用。隨著半導體設備的高集成化的發(fā)展，電路的配線細微化，在二維方向上的細微化等級也正接近極限。因此，作為使設備性能進一步提高的技術，TSV(through silicon via(娃通孔))技術備受期待。該TSV技術是在導通孔內(nèi)埋入銅等導電材料而形成貫通電極，通過該貫通電極來連接半導體芯片彼此的的三維堆疊技術。
[0003]在導通孔的內(nèi)部不形成空隙(所謂的孔隙(void))地埋入金屬的重要的關鍵點是抑制基板的場部(7 4 —少卜''部)表面上的金屬的析出，且促進導通孔的底部的金屬的析出。因此，電鍍液中一般添加有促進金屬的析出的促進劑、以及抑制金屬的析出的抑制劑(例如PEG(聚乙二醇(polyethylene glycol)))或整平劑(平滑劑)等抑制成分含有劑。尤其是，為了在具有50 μπι?200 μπι的深度的導通孔的內(nèi)部埋入銅，必須使用抑制作用非常強的抑制成分含有劑。這些促進劑以及抑制成分含有劑被統(tǒng)稱為添加劑。
[0004]為了不形成孔隙地以金屬來填充導通孔內(nèi)，電鍍中的添加劑的濃度管理很重要。添加劑的濃度分析以往都采用CVS(循環(huán)伏安剝離(Cyclic Voltammetric Stripping))技術。但是，電鍍液中的添加劑伴隨著電鍍的進行而生成副產(chǎn)物，該副產(chǎn)物有時會對濃度分析結果造成不良的影響。其結果，添加劑的濃度未被正確地管理，可能會在金屬內(nèi)形成孔隙。進一步地，由于添加劑的作用，被電鍍了的銅的結晶粒徑、配向性等膜質(zhì)發(fā)生變化，因此沒有進行添加劑的適當?shù)臐舛裙芾淼脑挘總€基板的膜質(zhì)恐怕會有偏差。尤其是，在使用抑制作用非常強的抑制成分含有劑的情況下，以CVS技術對抑制成分含有劑的濃度進行適當?shù)臏y定由于副產(chǎn)物影響到分析而比較困難。
[0005]以快速將金屬填充于導通孔內(nèi)為目的，在基板的電鍍中使基板上的電流密度提升的技術一直以來都被采用。為了防止孔隙且快速地將金屬填充于導通孔內(nèi)，在金屬被埋入至導通孔的大部分時，需要使電流密度上升。但是，以往，電鍍的進度是根據(jù)電鍍時間來判斷的，所以難以正確地確定導通孔內(nèi)的金屬的填充率。其結果，有時不能在適當?shù)臅r機提高電流密度。使電流密度提高的時機過早的話，則會在導通孔內(nèi)形成孔隙，相反，使電流密度提高的時機過晚的話，則不能縮短電鍍所需要的時間。
[0006]通常，電鍍的終點僅根據(jù)電鍍時間來管理。但是，電鍍的進度的管理方法根據(jù)電鍍工藝的不同而不同，所以如果僅根據(jù)電鍍時間來管理電鍍的終點的話，則可能會變成電鍍不足或者電鍍過剩。
[0007]現(xiàn)有技術文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特開2006 - 317197號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明正是鑒于上述的現(xiàn)有的問題點而做出的，以提供能夠在基板的電鍍中將添加劑的濃度控制在適當范圍內(nèi)的電鍍方法以及電鍍裝置為第一目的。
[0011]進一步地，本發(fā)明以提供能夠正確地確定基板的電鍍的進度并縮短電鍍時間的電鍍方法以及電鍍裝置為第二目的。
[0012]進一步地，本發(fā)明以提供能夠正確地確定電鍍的終點的電鍍方法以及電鍍裝置為第三目的。
[0013]第一形態(tài)為一種電鍍方法，其特征在于，使陽極和表面上形成有導通孔的基板相互相對地配置在含有添加劑的電鍍液中，在所述陽極和所述基板之間施加電壓并將金屬填充到所述導通孔內(nèi)，對被施加于所述基板的電壓進行測定，對每規(guī)定時間的電壓的變化量進行計算，對所述電鍍液的所述添加劑的濃度進行調(diào)整，以使得所述電壓的變化量被維持在規(guī)定的管理范圍內(nèi)。
[0014]另外，電壓的測定并不限定于對基板和陽極之間的電壓進行測定，也可以采用對被浸漬在電鍍液中的參照電極和基板之間的電壓進行測定等、能夠檢測基板上的電位的變化的其他手段。
[0015]第二形態(tài)為一種電鍍方法，其特征在于，從用于對基板進行電鍍的電鍍槽中抽取包含添加劑的電鍍液，使第一電極以及第二電極浸漬在所述抽取的電鍍液中，在所述第一電極以及所述第二電極之間施加電壓，對施加于正析出金屬的所述第二電極的電壓進行測定，對每規(guī)定時間的電壓的變化量進行計算，對所述電鍍液的所述添加劑的濃度進行調(diào)整，以使得所述電壓的變化量被維持在規(guī)定的管理范圍內(nèi)。
[0016]第三形態(tài)為一種電鍍方法，其特征在于，使陽極和表面上形成有導通孔的基板相互相對地配置在含有添加劑的電鍍液中，在所述陽極和所述基板之間施加電壓并將金屬填充到所述導通孔內(nèi)，對被施加于所述基板的電壓進行測定，對每規(guī)定時間的電壓的變化量進行計算，在所述電壓的變化量超出規(guī)定的變動幅度地增加時，使所述基板上的電流密度增加。
[0017]第四形態(tài)為一種電鍍方法，其特征在于，使陽極和表面上形成有導通孔的基板相互相對地配置在含有添加劑的電鍍液中，在所述陽極和所述基板之間施加電壓并將金屬填充到所述導通孔內(nèi)，對被施加于所述基板的電壓進行測定，對每規(guī)定時間的電壓的變化量進行計算，在所述電壓的變化量超出規(guī)定的變動幅度地減少時，使所述電壓的施加停止。
[0018]第五形態(tài)為一種電鍍方法，其特征在于，使陽極和表面上形成有導通孔的基板相互相對地配置在含有添加劑的電鍍液中，在所述陽極和所述基板之間施加電壓并將金屬填充到所述導通孔內(nèi)，對被施加于所述基板的電壓進行測定，對每規(guī)定時間的電壓的變化量進行計算，確定所述電壓的變化量大于規(guī)定的第一閾值的時刻，然后在從所述電壓的變化量低于規(guī)定的第二閾值的時刻起經(jīng)過了預先設定的時間時，使所述電壓的施加停止。
[0019]第六形態(tài)為一種電鍍方法，其特征在于，使陽極和表面上形成有導通孔的基板相互相對地配置在含有添加劑的電鍍液中，在所述陽極和所述基板之間施加電壓，并以第一電流密度進行使金屬從所述導通孔的底部向上方析出的第一電鍍工序，對被施加于所述基板的電壓進行測定，對每規(guī)定時間的電壓的變化量進行計算，在所述電壓的變化量超出規(guī)定的變動幅度地增加的時刻，使被施加于所述陽極和所述基板之間的電壓增加，以比所述第一電流密度高的第二電流密度進行將金屬填充到所述導通孔內(nèi)的第二電鍍工序。
[0020]第七形態(tài)為一種電鍍裝置，其特征在于，包括:用于保持包含添加劑的電鍍液的電鍍槽；對表面上形成有導通孔的基板進行保持的基板保持架；與被保持于所述基板保持架上的所述基板相對配置的陽極；在所述基板和所述陽極之間施加電壓的電源；對被施加于所述基板的電壓進行測定的電壓測定器；基于所述電壓的測定值，對所述電鍍液中的添加劑的濃度進行控制的電鍍控制部；以及按照來自所述電鍍控制部的指令，對所述電鍍液中的所述添加劑的濃度進行調(diào)整的濃度調(diào)整部，所述電鍍控制部對每規(guī)定時間的電壓的變化量進行計算，并對所述濃度調(diào)整部發(fā)出指令使該濃度調(diào)整部調(diào)整所述電鍍液的所述添加劑的濃度，以使得所述電壓的變化量被維持在規(guī)定的管理范圍內(nèi)。
[0021]第八形態(tài)為一種電鍍裝置，其特征在于，包括:用于保持包含添加劑的電鍍液的電鍍槽；對表面上形成有導通孔的基板進行保持的基板保持架；與被保持于所述基板保持架上的所述基板相對配置的陽極；在所述基板和所述陽極之間施加電壓的第一電源；對所述電鍍液進行分析的電鍍液分析部；以及對所述電鍍液中的所述添加劑的濃度進行調(diào)整的濃度調(diào)整部，所述電鍍液分析部包括:蓄積從所述電鍍槽抽取的電鍍液的分析槽；被浸漬在所述分析槽內(nèi)的所述電鍍液中的第一電極以及第二電極；在所述第一電極以及所述第二電極之間施加電壓的第二電源；對被施加于析出金屬的所述第二電極的電壓進行測定的電壓測定器；以及基于所述電壓的測定值對所述電鍍槽內(nèi)的所述電鍍液中的添加劑的濃度進行控制的電鍍控制部，所述電鍍控制部對每規(guī)定時間的電壓的變化量進行計算，并對所述濃度調(diào)整部發(fā)出指令使該濃度調(diào)整部調(diào)整所述電鍍液的所述添加劑的濃度，以使得所述電壓的變化量被維持在規(guī)定的管理范圍內(nèi)。
[0022]第九形態(tài)為一種電鍍裝置，其特征在于，包括:用于保持包含添加劑的電鍍液的電鍍槽；對表面上形成有導通孔的基板進行保持的基板保持架；與被保持于所述基板保持架上的所述基板相對配置的陽極；在所述基板和所述陽極之間施加電壓的電源；對被施加于所述基板的電壓進行測定的電壓測定器；以及電鍍控制部，所述電鍍控制部對每規(guī)定時間的電壓的變化量進行計算，在所述電壓的變化量超出規(guī)定的變動幅度地增加時對所述電源發(fā)出指令使所述電壓增加，從而使所述基板上的電流密度上升。
[0023]第十形態(tài)為一種電鍍裝置，其特征在于，包括:用于保持包含添加劑的電鍍液的電鍍槽；對表面上形成有導通孔的基板進行保持的基板保持架；與被保持于所述基板保持架上的所述基板相對配置的陽極；在所述基板和所述陽極之間施加電壓的電源；對被施加于所述基板的電壓進行測定的電壓測定器；以及電鍍控制部，所述電鍍控制部對每規(guī)定時間的電壓的變化量進行計算，在所述電壓的變化量超出規(guī)定的變動幅度地減少時對所述電源發(fā)出指令以使所述電壓的施加停止。
[0024]第十一形態(tài)為一種電鍍裝置，其特征在于，包括:用于保持包含添加劑的電鍍液的電鍍槽；對表面上形成有導通孔的基板進行保持的基板保持架；與被保持于所述基板保持架上的所述基板相對配置的陽極；在所述基板和所述陽極之間施加電壓的電源；對被施加于所述基板的電壓進行測定的電壓測定器；以及基于所述電壓的測定值，對每規(guī)定時間的電壓的變化量進行計算的電鍍控制部，所述電鍍控制部確定所述電壓的變化量大于規(guī)定的第一閾值的時刻，然后在從所述電壓的變化量低于規(guī)定的第二閾值的時刻起經(jīng)過了預先設定的時間時，對所述電源發(fā)出指令以使所述電壓的施加停止。
[0025]第十二形態(tài)為一種電鍍裝置，其特征在于，包括:用于保持包含添加劑的電鍍液的電鍍槽；對表面上形成有導通孔的基板進行保持的基板保持架；與被保持于所述基板保持架上的所述基板相對配置的陽極；在所述基板和所述陽極之間施加電壓的電源；對被施加于所述基板的電壓進行測定的電壓測定器；以及基于所述電壓的測定值，對每規(guī)定時間的電壓的變化量進行計算的電鍍控制部，所述電鍍控制部對所述電源發(fā)出指令以對所述基板和所述陽極之間施加電壓，以第一電流密度使金屬從所述導通孔的底部向上方析出，在所述電壓的變化量超出規(guī)定的變動幅度地增加時刻，對所述電源發(fā)出指令以使被施加于所述基板和所述陽極