电镀方法以及电镀装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体设备的配线形成技术，尤其涉及在形成于晶圆等基板的表面的导通孔的内部填充铜等金属的电镀方法以及电镀装置。
【背景技术】
[0002]半导体设备的配线形成技术中，镀铜工艺正被广泛地采用。随着半导体设备的高集成化的发展，电路的配线细微化，在二维方向上的细微化等级也正接近极限。因此，作为使设备性能进一步提高的技术，TSV(through silicon via(娃通孔))技术备受期待。该TSV技术是在导通孔内埋入铜等导电材料而形成贯通电极，通过该贯通电极来连接半导体芯片彼此的的三维堆叠技术。
[0003]在导通孔的内部不形成空隙(所谓的孔隙(void))地埋入金属的重要的关键点是抑制基板的场部(7 4 —少卜''部)表面上的金属的析出，且促进导通孔的底部的金属的析出。因此，电镀液中一般添加有促进金属的析出的促进剂、以及抑制金属的析出的抑制剂(例如PEG(聚乙二醇(polyethylene glycol)))或整平剂(平滑剂)等抑制成分含有剂。尤其是，为了在具有50 μπι?200 μπι的深度的导通孔的内部埋入铜，必须使用抑制作用非常强的抑制成分含有剂。这些促进剂以及抑制成分含有剂被统称为添加剂。
[0004]为了不形成孔隙地以金属来填充导通孔内，电镀中的添加剂的浓度管理很重要。添加剂的浓度分析以往都采用CVS(循环伏安剥离(Cyclic Voltammetric Stripping))技术。但是，电镀液中的添加剂伴随着电镀的进行而生成副产物，该副产物有时会对浓度分析结果造成不良的影响。其结果，添加剂的浓度未被正确地管理，可能会在金属内形成孔隙。进一步地，由于添加剂的作用，被电镀了的铜的结晶粒径、配向性等膜质发生变化，因此没有进行添加剂的适当的浓度管理的话，每个基板的膜质恐怕会有偏差。尤其是，在使用抑制作用非常强的抑制成分含有剂的情况下，以CVS技术对抑制成分含有剂的浓度进行适当的测定由于副产物影响到分析而比较困难。
[0005]以快速将金属填充于导通孔内为目的，在基板的电镀中使基板上的电流密度提升的技术一直以来都被采用。为了防止孔隙且快速地将金属填充于导通孔内，在金属被埋入至导通孔的大部分时，需要使电流密度上升。但是，以往，电镀的进度是根据电镀时间来判断的，所以难以正确地确定导通孔内的金属的填充率。其结果，有时不能在适当的时机提高电流密度。使电流密度提高的时机过早的话，则会在导通孔内形成孔隙，相反，使电流密度提高的时机过晚的话，则不能缩短电镀所需要的时间。
[0006]通常，电镀的终点仅根据电镀时间来管理。但是，电镀的进度的管理方法根据电镀工艺的不同而不同，所以如果仅根据电镀时间来管理电镀的终点的话，则可能会变成电镀不足或者电镀过剩。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2006 - 317197号公报
【发明内容】
[0010]本发明正是鉴于上述的现有的问题点而做出的，以提供能够在基板的电镀中将添加剂的浓度控制在适当范围内的电镀方法以及电镀装置为第一目的。
[0011]进一步地，本发明以提供能够正确地确定基板的电镀的进度并缩短电镀时间的电镀方法以及电镀装置为第二目的。
[0012]进一步地，本发明以提供能够正确地确定电镀的终点的电镀方法以及电镀装置为第三目的。
[0013]第一形态为一种电镀方法，其特征在于，使阳极和表面上形成有导通孔的基板相互相对地配置在含有添加剂的电镀液中，在所述阳极和所述基板之间施加电压并将金属填充到所述导通孔内，对被施加于所述基板的电压进行测定，对每规定时间的电压的变化量进行计算，对所述电镀液的所述添加剂的浓度进行调整，以使得所述电压的变化量被维持在规定的管理范围内。
[0014]另外，电压的测定并不限定于对基板和阳极之间的电压进行测定，也可以采用对被浸渍在电镀液中的参照电极和基板之间的电压进行测定等、能够检测基板上的电位的变化的其他手段。
[0015]第二形态为一种电镀方法，其特征在于，从用于对基板进行电镀的电镀槽中抽取包含添加剂的电镀液，使第一电极以及第二电极浸渍在所述抽取的电镀液中，在所述第一电极以及所述第二电极之间施加电压，对施加于正析出金属的所述第二电极的电压进行测定，对每规定时间的电压的变化量进行计算，对所述电镀液的所述添加剂的浓度进行调整，以使得所述电压的变化量被维持在规定的管理范围内。
[0016]第三形态为一种电镀方法，其特征在于，使阳极和表面上形成有导通孔的基板相互相对地配置在含有添加剂的电镀液中，在所述阳极和所述基板之间施加电压并将金属填充到所述导通孔内，对被施加于所述基板的电压进行测定，对每规定时间的电压的变化量进行计算，在所述电压的变化量超出规定的变动幅度地增加时，使所述基板上的电流密度增加。
[0017]第四形态为一种电镀方法，其特征在于，使阳极和表面上形成有导通孔的基板相互相对地配置在含有添加剂的电镀液中，在所述阳极和所述基板之间施加电压并将金属填充到所述导通孔内，对被施加于所述基板的电压进行测定，对每规定时间的电压的变化量进行计算，在所述电压的变化量超出规定的变动幅度地减少时，使所述电压的施加停止。
[0018]第五形态为一种电镀方法，其特征在于，使阳极和表面上形成有导通孔的基板相互相对地配置在含有添加剂的电镀液中，在所述阳极和所述基板之间施加电压并将金属填充到所述导通孔内，对被施加于所述基板的电压进行测定，对每规定时间的电压的变化量进行计算，确定所述电压的变化量大于规定的第一阈值的时刻，然后在从所述电压的变化量低于规定的第二阈值的时刻起经过了预先设定的时间时，使所述电压的施加停止。
[0019]第六形态为一种电镀方法，其特征在于，使阳极和表面上形成有导通孔的基板相互相对地配置在含有添加剂的电镀液中，在所述阳极和所述基板之间施加电压，并以第一电流密度进行使金属从所述导通孔的底部向上方析出的第一电镀工序，对被施加于所述基板的电压进行测定，对每规定时间的电压的变化量进行计算，在所述电压的变化量超出规定的变动幅度地增加的时刻，使被施加于所述阳极和所述基板之间的电压增加，以比所述第一电流密度高的第二电流密度进行将金属填充到所述导通孔内的第二电镀工序。
[0020]第七形态为一种电镀装置，其特征在于，包括:用于保持包含添加剂的电镀液的电镀槽；对表面上形成有导通孔的基板进行保持的基板保持架；与被保持于所述基板保持架上的所述基板相对配置的阳极；在所述基板和所述阳极之间施加电压的电源；对被施加于所述基板的电压进行测定的电压测定器；基于所述电压的测定值，对所述电镀液中的添加剂的浓度进行控制的电镀控制部；以及按照来自所述电镀控制部的指令，对所述电镀液中的所述添加剂的浓度进行调整的浓度调整部，所述电镀控制部对每规定时间的电压的变化量进行计算，并对所述浓度调整部发出指令使该浓度调整部调整所述电镀液的所述添加剂的浓度，以使得所述电压的变化量被维持在规定的管理范围内。
[0021]第八形态为一种电镀装置，其特征在于，包括:用于保持包含添加剂的电镀液的电镀槽；对表面上形成有导通孔的基板进行保持的基板保持架；与被保持于所述基板保持架上的所述基板相对配置的阳极；在所述基板和所述阳极之间施加电压的第一电源；对所述电镀液进行分析的电镀液分析部；以及对所述电镀液中的所述添加剂的浓度进行调整的浓度调整部，所述电镀液分析部包括:蓄积从所述电镀槽抽取的电镀液的分析槽；被浸渍在所述分析槽内的所述电镀液中的第一电极以及第二电极；在所述第一电极以及所述第二电极之间施加电压的第二电源；对被施加于析出金属的所述第二电极的电压进行测定的电压测定器；以及基于所述电压的测定值对所述电镀槽内的所述电镀液中的添加剂的浓度进行控制的电镀控制部，所述电镀控制部对每规定时间的电压的变化量进行计算，并对所述浓度调整部发出指令使该浓度调整部调整所述电镀液的所述添加剂的浓度，以使得所述电压的变化量被维持在规定的管理范围内。
[0022]第九形态为一种电镀装置，其特征在于，包括:用于保持包含添加剂的电镀液的电镀槽；对表面上形成有导通孔的基板进行保持的基板保持架；与被保持于所述基板保持架上的所述基板相对配置的阳极；在所述基板和所述阳极之间施加电压的电源；对被施加于所述基板的电压进行测定的电压测定器；以及电镀控制部，所述电镀控制部对每规定时间的电压的变化量进行计算，在所述电压的变化量超出规定的变动幅度地增加时对所述电源发出指令使所述电压增加，从而使所述基板上的电流密度上升。
[0023]第十形态为一种电镀装置，其特征在于，包括:用于保持包含添加剂的电镀液的电镀槽；对表面上形成有导通孔的基板进行保持的基板保持架；与被保持于所述基板保持架上的所述基板相对配置的阳极；在所述基板和所述阳极之间施加电压的电源；对被施加于所述基板的电压进行测定的电压测定器；以及电镀控制部，所述电镀控制部对每规定时间的电压的变化量进行计算，在所述电压的变化量超出规定的变动幅度地减少时对所述电源发出指令以使所述电压的施加停止。
[0024]第十一形态为一种电镀装置，其特征在于，包括:用于保持包含添加剂的电镀液的电镀槽；对表面上形成有导通孔的基板进行保持的基板保持架；与被保持于所述基板保持架上的所述基板相对配置的阳极；在所述基板和所述阳极之间施加电压的电源；对被施加于所述基板的电压进行测定的电压测定器；以及基于所述电压的测定值，对每规定时间的电压的变化量进行计算的电镀控制部，所述电镀控制部确定所述电压的变化量大于规定的第一阈值的时刻，然后在从所述电压的变化量低于规定的第二阈值的时刻起经过了预先设定的时间时，对所述电源发出指令以使所述电压的施加停止。
[0025]第十二形态为一种电镀装置，其特征在于，包括:用于保持包含添加剂的电镀液的电镀槽；对表面上形成有导通孔的基板进行保持的基板保持架；与被保持于所述基板保持架上的所述基板相对配置的阳极；在所述基板和所述阳极之间施加电压的电源；对被施加于所述基板的电压进行测定的电压测定器；以及基于所述电压的测定值，对每规定时间的电压的变化量进行计算的电镀控制部，所述电镀控制部对所述电源发出指令以对所述基板和所述阳极之间施加电压，以第一电流密度使金属从所述导通孔的底部向上方析出，在所述电压的变化量超出规定的变动幅度地增加时刻，对所述电源发出指令以使被施加于所述基板和所述阳极