JP2005139516A - Plating method and plating device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce chloride ions taken into a copper plating film. <P>SOLUTION: In the copper plating method using a leveller containing a nitrogen-containing polymer compound, the leveller is beforehand subjected to dechlorination treatment before plating treatment. The dechlorination treatment at this time is performed in such a manner that the weight ratio of chloride ions to 1g of the nitrogen-containing polymer compound is controlled to ≤0.1 g. Further, the plating device provided with: a plating liquid control tank; a dechlorination apparatus for subjecting the leveller to chlorination treatment; a leveller feed part for feeding the leveller subjected to the dechlorination treatment to the plating liquid control tank; and a plating treatment part is used. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、銅めっき方法、さらに詳しくは、脱塩素処理されたレベラを用いる銅めっき方法およびそれに用いるレベラ、めっき装置に関する。   The present invention relates to a copper plating method, and more particularly to a copper plating method using a dechlorinated leveler, and a leveler and a plating apparatus used therefor.

従来、半導体基板上に配線する回路の形成材料としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられている。しかし、集積度の向上に伴い、より高い導電性を有する材料が求められるようになってきた。そして、この要求を満たす材料として銅が注目され、めっき処理により銅を基板上に形成することが行われている。   Conventionally, aluminum or an aluminum alloy is used as a material for forming a circuit to be wired on a semiconductor substrate. However, as the degree of integration increases, a material having higher conductivity has been demanded. Copper is attracting attention as a material that satisfies this requirement, and copper is formed on a substrate by plating.

そして、均一なめっき膜を得るために、銅めっきにおいては、界面活性剤、不飽和有機化合物、塩素イオン等の種々の添加剤が用いられている。これらの添加剤の中で、塩素イオンは、アノードの溶解と光沢剤の作用を助けるために必要であると言われている(非特許文献1)。また、添加剤の中には、めっき成長を平坦化させるレベラと呼ばれるものがあり、これらのレベラとしては、含窒素高分子化合物が一般的に用いられている。そして、これらの含窒素高分子化合物は、溶解性を向上させるために、3級窒素、または4級窒素の塩として塩酸塩の形態で供給されるものが多く、したがってレベラには、含窒素高分子化合物の他に塩素イオンが含まれることとなる。   In order to obtain a uniform plating film, various additives such as surfactants, unsaturated organic compounds, and chlorine ions are used in copper plating. Among these additives, chlorine ions are said to be necessary to aid the dissolution of the anode and the action of the brightener (Non-patent Document 1). Some additives are called levelers that flatten plating growth, and nitrogen-containing polymer compounds are generally used as these levelers. Many of these nitrogen-containing polymer compounds are supplied in the form of hydrochloride as tertiary nitrogen or a salt of quaternary nitrogen in order to improve the solubility. Chlorine ions will be included in addition to molecular compounds.

上記のように、塩素イオンは、めっき液において重要な役割を果たすものである一方、銅めっきされためっき膜中に塩素イオンが取り込まれた場合、導電性が低下するという問題があった。さらに塩素イオンは、腐食性を有しているため、めっきされた配線の腐食、劣化が生じるという問題もあった。
「めっき教本」 電気鍍金研究会編、日刊工業新聞社、p76
As described above, chlorine ions play an important role in the plating solution. On the other hand, when chlorine ions are taken into a copper-plated plating film, there is a problem that conductivity is lowered. Furthermore, since chlorine ions have corrosivity, there is a problem that corrosion and deterioration of the plated wiring occur.
“Plating textbook” edited by the Electric Plating Society, Nikkan Kogyo Shimbun, p.76

本発明の課題は、めっき膜中に取り込まれる塩素イオンを減少させることにある。   An object of the present invention is to reduce chlorine ions taken into the plating film.

本発明者らは、後述するように、めっき膜中に取り込まれる塩素イオンは、めっき液に意図して添加される塩素イオンに由来するものではなく、レベラに含まれる微量の塩素イオンに由来するものであることを見出し、かかる知見に基づいて本発明を完成するに至った。   As will be described later, the inventors of the present invention are not derived from chlorine ions intentionally added to the plating solution, but from trace amounts of chlorine ions contained in the leveler. As a result, the present invention has been completed based on this finding.

即ち、本発明は、含窒素高分子化合物を含むレベラを用いる銅めっき方法において、めっき処理前にあらかじめレベラを脱塩素処理することを特徴とする銅めっき方法である。   That is, the present invention is a copper plating method using a leveler containing a nitrogen-containing polymer compound, wherein the leveler is dechlorinated in advance before the plating treatment.

また、本発明は、含窒素高分子化合物1gに対する塩素イオンの重量比が0.1g以下である、含窒素高分子化合物を含む銅めっき用レベラである。   Moreover, this invention is a leveler for copper plating containing the nitrogen-containing polymer compound whose weight ratio of the chlorine ion with respect to 1 g of nitrogen-containing polymer compound is 0.1 g or less.

さらに、本発明は、めっき液調整槽、レベラを脱塩素処理する脱塩素装置、脱塩素処理されたレベラをめっき液調整槽に供給するレベラ供給部、およびめっき処理部を備えためっき装置である。   Furthermore, the present invention is a plating solution adjustment tank, a dechlorination device for dechlorinating the leveler, a leveler supply unit for supplying the dechlorinated leveler to the plating solution adjustment vessel, and a plating apparatus comprising a plating treatment unit. .

また、本発明は、基板表面のシード層上に電気めっきにより金属膜を成膜するめっき装置であって、ロード・アンロード部、基板搬送装置、洗浄ユニット、めっき槽、めっき槽へめっき液を供給するめっき液調整槽、添加剤の濃度を測定する濃度測定部、レベラを脱塩素処理する脱塩素装置、脱塩素処理されたレベラをめっき液へ供給するレベラ供給部を備え、該濃度測定部はめっき液中のレベラ濃度を測定し、その測定された結果に基づいて該レベラ供給部が脱塩素処理されたレベラをめっき液に添加することを特徴とするめっき装置である。   The present invention also relates to a plating apparatus for depositing a metal film on a seed layer on a substrate surface by electroplating, wherein a plating solution is applied to a load / unload unit, a substrate transfer device, a cleaning unit, a plating tank, and a plating tank. A plating solution adjusting tank to be supplied, a concentration measuring unit for measuring the concentration of the additive, a dechlorination device for dechlorinating the leveler, and a leveler supplying unit for supplying the dechlorinated leveler to the plating solution, the concentration measuring unit Is a plating apparatus characterized in that the leveler concentration in the plating solution is measured, and based on the measurement result, the leveler supply unit adds the leveler that has been dechlorinated to the plating solution.

本発明の銅めっき方法、レベラ、またはめっき装置を用いることにより、銅めっき膜中に取り込まれる塩素イオンを減少させることができ、銅めっき配線の腐食、劣化を少なくすることができる。   By using the copper plating method, the leveler, or the plating apparatus of the present invention, chlorine ions taken into the copper plating film can be reduced, and corrosion and deterioration of the copper plating wiring can be reduced.

通常銅めっきに用いられるレベラは、めっき成長を平坦化させるために用いられるものであり、一般的に含窒素高分子化合物を含むものである。ここで用いられる含窒素高分子化合物としては、分子内に窒素分子を含んだ高分子化合物であれば特に制限はないが、例えば、ポリジアルキルアミノエチルアクリレート、ポリジアリルジメチルアンモニウム、ポリエチレンイミン、ポリビニルピリジン、ポリビニルアミジン、ポリアリルアミン、ポリアミンスルホン酸等を挙げることができる。これらの含窒素高分子化合物は、水への溶解性を向上させるために、3級窒素または4級窒素の塩として、塩酸塩の形態とされている。したがって、レベラには、含窒素高分子化合物と塩素イオンが含まれることとなる。   The leveler usually used for copper plating is used for flattening the plating growth and generally contains a nitrogen-containing polymer compound. The nitrogen-containing polymer compound used here is not particularly limited as long as it is a polymer compound containing a nitrogen molecule in the molecule. For example, polydialkylaminoethyl acrylate, polydiallyldimethylammonium, polyethyleneimine, polyvinylpyridine , Polyvinylamidine, polyallylamine, polyaminesulfonic acid and the like. These nitrogen-containing polymer compounds are in the form of hydrochlorides as tertiary nitrogen or quaternary nitrogen salts in order to improve the solubility in water. Therefore, the leveler contains a nitrogen-containing polymer compound and chloride ions.

通常これらのレベラは、水溶液として提供され、その中には、一般的に含窒素高分子化合物が5〜20g/L、塩素イオンが3〜10g/L程度含まれている。   Usually, these levelers are provided as an aqueous solution, which generally contains about 5 to 20 g / L of a nitrogen-containing polymer compound and about 3 to 10 g / L of chlorine ions.

そして、これらのレベラをめっき液に添加し、めっき液中に含まれる含窒素高分子化合物が通常5〜20mg/Lとなるように調整される。このとき、レベラに含まれる塩素イオンもめっき液中にキャリーオーバーとして溶解することとなり、その濃度は、通常数mg/Lとなる。   Then, these levelers are added to the plating solution, and the nitrogen-containing polymer compound contained in the plating solution is usually adjusted to 5 to 20 mg / L. At this time, the chlorine ions contained in the leveler are also dissolved in the plating solution as carry-over, and the concentration is usually several mg / L.

一方、銅めっきに用いられる他の添加剤として、塩素イオンがある。この塩素イオンは、アノードの溶解と光沢剤の作用を助けるために必要であると言われており、めっき液中に通常40〜80mg/L添加される。   On the other hand, there is a chlorine ion as another additive used for copper plating. This chloride ion is said to be necessary to aid the dissolution of the anode and the action of the brightener, and is usually added in an amount of 40 to 80 mg / L in the plating solution.

このように、レベラからのキャリーオーバーとしてめっき液に持ち込まれる塩素イオンの量は、アノードの溶解と光沢剤の作用を助けるためにめっき液に添加される塩素イオンの量と比べ非常に少なく、これらのキャリーオーバーとして持ち込まれる塩素イオンは、めっき処理に影響を及ぼさないと考えられてきた。   In this way, the amount of chlorine ions brought into the plating solution as carryover from the leveler is very small compared to the amount of chlorine ions added to the plating solution to aid the dissolution of the anode and the action of the brightener. It has been considered that the chlorine ions brought in as carry-over of the metal does not affect the plating process.

しかし、後述する実施例に示すように、レベラからのキャリーオーバーとしてめっき液に持ち込まれる塩素イオンが、めっき膜中に優先的に取り込まれることが本発明者らの研究により明らかとなった。したがって、レベラに含まれる塩素イオンを脱塩素処理することにより、めっき膜に取り込まれる塩素イオンを減少させることができることとなる。   However, as shown in the examples described later, it has been clarified by the present inventors that chlorine ions brought into the plating solution as carry-over from the leveler are preferentially taken into the plating film. Therefore, chlorine ions taken into the plating film can be reduced by dechlorinating chlorine ions contained in the leveler.

本発明に用いるレベラの脱塩素処理方法としては、塩素イオンを減少させることができるものであれば特に制限はないが、沈殿または電気分解によるものが好ましい。   The leveler dechlorination treatment method used in the present invention is not particularly limited as long as chlorine ions can be reduced, but precipitation or electrolysis is preferred.

沈殿による脱塩素処理方法としては、例えば、式(I)で示されるように、硝酸銀などの塩素イオンと難溶性の塩を形成する物質をレベラに添加することにより行うことができる。

Figure 2005139516
As a dechlorination treatment method by precipitation, for example, as shown by the formula (I), it can be performed by adding a substance that forms a hardly soluble salt with chlorine ions such as silver nitrate to the leveler.
Figure 2005139516

電気分解による脱塩素処理方法としては、例えば、式(II)で示されるように、アノードにおいて塩素ガスとして除去するものを挙げることができる。

Figure 2005139516
As a dechlorination treatment method by electrolysis, for example, as shown in the formula (II), a method of removing chlorine gas at the anode can be mentioned.
Figure 2005139516

本発明に用いる脱塩素処理後のレベラに含まれる塩素イオンの濃度としては、含窒素高分子化合物1gに対して、0.1g以下であることが好ましく、0.05g以下であることがより好ましく、0.01g以下であることが最も好ましい。塩素イオンの濃度が、含窒素高分子化合物1gに対して0.1gを超えると、めっき膜中に取り込まれる塩素イオンが多くなる場合がある。   The concentration of chlorine ions contained in the leveler after the dechlorination treatment used in the present invention is preferably 0.1 g or less, more preferably 0.05 g or less, with respect to 1 g of the nitrogen-containing polymer compound. And most preferably 0.01 g or less. When the concentration of chlorine ions exceeds 0.1 g with respect to 1 g of the nitrogen-containing polymer compound, chlorine ions taken into the plating film may increase.

また、本発明に用いる脱塩素処理後のレベラに含まれる塩素イオンの濃度としては、1g/L以下であることが好ましい。この濃度を超えると、めっき膜中に取り込まれる塩素イオンが多くなる場合がある。   Moreover, it is preferable that it is 1 g / L or less as a density | concentration of the chlorine ion contained in the leveler after the dechlorination process used for this invention. When this concentration is exceeded, chlorine ions taken into the plating film may increase.

以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、これらの図面に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these drawings.

本発明のめっき方法、めっき用レベラおよびめっき装置は、主として、半導体基板のめっき面に電解銅めっきを施して、銅層からなる配線を形成するために使用される。まず、ここでめっき工程の一例を図1を参照して説明する。   The plating method, the plating leveler and the plating apparatus of the present invention are mainly used for forming a wiring made of a copper layer by performing electrolytic copper plating on a plating surface of a semiconductor substrate. First, an example of the plating process will be described with reference to FIG.

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基板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、さらにその上に電解めっきの供給層としてシード層7が形成されている。 The semiconductor the substrate W, as shown in FIG. 1 (a), a contact on a conductive layer 1a on the substrate 1 on which semiconductor devices are formed, an insulating film 2 made of SiO 2 is deposited by lithographic etching technique A hole 3 and a trench 4 for wiring are formed, a barrier layer 5 made of TiN or the like is formed thereon, and a seed layer 7 is formed thereon as a supply layer for electrolytic plating.

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、基板1のコンタクトホール3および溝4内に銅を充填させると共に、絶縁膜2上に銅層6を堆積させる。その後、化学的機械研磨(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。   Then, as shown in FIG. 1B, the surface of the semiconductor substrate W is plated with copper so that the contact holes 3 and the grooves 4 of the substrate 1 are filled with copper, and a copper layer is formed on the insulating film 2. 6 is deposited. Thereafter, the copper layer 6 on the insulating film 2 is removed by chemical mechanical polishing (CMP), and the surface of the copper layer 6 filled in the contact hole 3 and the wiring groove 4 and the surface of the insulating film 2 are separated. Make them almost coplanar. As a result, a wiring made of the copper layer 6 is formed as shown in FIG.

図2は、本発明のめっき装置10の一例を示す図である。図2に示すように、本発明のめっき装置10は、めっき液14を収容するめっき液調整槽12、めっき液調整槽12にそれぞれ、配管15を介してつながる濃度測定部16、配管48を介してつがなるキャリア供給部40、配管58を介してつながる界面活性剤供給部50、配管38を介してつながるレベラ供給部30を備え、さらにレベラ供給部30に配管67を介してつながる脱塩素装置60、脱塩素装置60に配管94を介してつながるレベラ原料槽90を備え、また、濃度測定部16、レベラ供給部30、キャリア供給部40、界面活性剤供給部50にそれぞれつながる制御部18を備え、さらに、めっき液調整槽12と配管100、ポンプ102、フィルタ104、および、配管108、ポンプ106をそれぞれ介してつながるめっき処理部70から構成されている。
また、図2に示すように、レベラ供給部30は、脱塩素されたレベラ34を収容したレベラ槽32、制御部18と接続するポンプ36を、キャリア供給部40は、キャリア44を収容したキャリア槽42、制御部18と接続するポンプ46を、界面活性剤供給部50は、界面活性剤54を収容した界面活性剤槽52、制御部18と接続するポンプ56を、それぞれ備えている。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the plating apparatus 10 of the present invention. As shown in FIG. 2, the plating apparatus 10 of the present invention includes a plating solution adjustment tank 12 that contains a plating solution 14, a concentration measurement unit 16 that is connected to the plating solution adjustment tank 12 via a pipe 15, and a pipe 48. A dechlorination apparatus 60 is provided that includes a carrier supply unit 40 to be connected, a surfactant supply unit 50 connected through a pipe 58, and a leveler supply unit 30 connected through a pipe 38, and further connected to the leveler supply unit 30 through a pipe 67. And a leveler raw material tank 90 connected to the dechlorination device 60 through a pipe 94, and a control unit 18 connected to the concentration measuring unit 16, the leveler supply unit 30, the carrier supply unit 40, and the surfactant supply unit 50, respectively. Further, the plating solution adjusting tank 12 and the pipe 100, the pump 102, the filter 104, and the pipe 108 and the pump 106 are connected to each other. And a can processing unit 70.
Further, as shown in FIG. 2, the leveler supply unit 30 includes a leveler tank 32 that stores a dechlorinated leveler 34, a pump 36 that is connected to the control unit 18, and the carrier supply unit 40 includes a carrier that stores a carrier 44. The tank 42 and the pump 46 connected to the control unit 18 are provided, and the surfactant supply unit 50 includes a surfactant tank 52 containing the surfactant 54 and a pump 56 connected to the control unit 18.

図3は、脱塩素装置60およびレベラ原料槽90の一例を示す図である。図3に示すように、脱塩素装置60は、脱塩素槽62、カソード64、アノード65、撹拌子66を備えている。また、レベラ原料槽90は、レベラ原料92を収容し、配管94、ポンプ96を介して脱塩素槽62とつながっている。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the dechlorination apparatus 60 and the leveler raw material tank 90. As shown in FIG. 3, the dechlorination apparatus 60 includes a dechlorination tank 62, a cathode 64, an anode 65, and a stirrer 66. The leveler raw material tank 90 accommodates the leveler raw material 92 and is connected to the dechlorination tank 62 through a pipe 94 and a pump 96.

図4は、めっき処理部70の一例を示す図である。図4に示すように、めっき槽76には、めっき液14が収容され、めっき液14には、治具に装着された基板Wとアノード72とが対向して配置され、基板Wとアノードとの間には電源74が接続され、めっき槽76は、配管100および配管108につながっている。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the plating processing unit 70. As shown in FIG. 4, the plating solution 14 is accommodated in the plating tank 76, and the substrate W and the anode 72 mounted on the jig are arranged to face each other in the plating solution 14. A power source 74 is connected between them, and the plating tank 76 is connected to the pipe 100 and the pipe 108.

図5は、めっき処理部50の一例の全体平面図である。図5に示すように、このめっき処理部70は、内部に複数の基板Wを収納する四基のロード・アンロード部80と、めっき処理およびその付帯処理を行う四基のめっき施工装置82と、ロード・アンロード部80とめっき施工装置82との間で基板Wの受渡を行う二基の搬送ロボット84、85と、二基のベベル・裏面洗浄ユニット86、86と、一基の膜厚測定装置87と、基板仮置台88とを備えている。ここで、めっき施工装置82は、一部図示を省略するが、各々配管100および108につながっている。なお、図5において、搬送ロボット84、85は、本発明の基板搬送装置を構成する。   FIG. 5 is an overall plan view of an example of the plating processing unit 50. As shown in FIG. 5, the plating processing unit 70 includes four load / unload units 80 that house a plurality of substrates W therein, and four plating application apparatuses 82 that perform the plating process and its ancillary processes. , Two transfer robots 84 and 85 for transferring the substrate W between the load / unload unit 80 and the plating apparatus 82, two bevel / back surface cleaning units 86 and 86, and one film thickness. A measuring device 87 and a temporary substrate mounting table 88 are provided. Here, the plating apparatus 82 is connected to the pipes 100 and 108, respectively, although a part of the illustration is omitted. In FIG. 5, transfer robots 84 and 85 constitute the substrate transfer apparatus of the present invention.

なお、図2に記載のめっき液調製に関するすべての装置を図5のめっき処理部の枠内に収容し、一体となるように構成してもよい。   Note that all the apparatuses relating to the preparation of the plating solution shown in FIG. 2 may be accommodated in the frame of the plating processing unit shown in FIG.

本発明のめっき装置は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。
レベラ原料槽90に保持されている脱塩素処理前のレベラ原料92は、配管94を介してポンプ96により脱塩素装置60に送られ、脱塩素処理が行われる。脱塩素槽62に投入されたレベラ原料92は、撹拌子66により均一に撹拌される。そして、アノード65、カソード64に電圧が印加されると、式(II)で示す反応がアノード65で起こり、塩素ガス(Cl2)が発生する。これにより、レベラの脱塩素処理が行われる。脱塩素処理後のレベラ34は、配管67を介してポンプ69により、レベラ供給部30のレベラ槽32に送られる。

Figure 2005139516
The plating apparatus of the present invention is configured as described above, and the operation thereof will be described below.
The unsealed leveler raw material 92 held in the leveler raw material tank 90 is sent to the dechlorination device 60 by a pump 96 through a pipe 94, and dechlorinated. The leveler raw material 92 charged into the dechlorination tank 62 is uniformly stirred by the stirring bar 66. When a voltage is applied to the anode 65 and the cathode 64, the reaction represented by the formula (II) occurs at the anode 65, and chlorine gas (Cl 2 ) is generated. Thereby, the dechlorination process of a leveler is performed. The leveler 34 after the dechlorination treatment is sent to the leveler tank 32 of the leveler supply unit 30 by the pump 69 through the pipe 67.
Figure 2005139516

めっき液調整槽12に収容されているめっき液14は、濃度測定部16に送られ、レベラ、キャリア、界面活性剤の各々の添加剤の濃度が測定される。次に、各々の添加剤の測定結果は、制御部18に送られ、ここであらかじめ設定した管理濃度よりも各々のめっき液成分の濃度が低い場合は、対応するレベラ供給部30、キャリア供給部40、界面活性剤供給部50からそれぞれ脱塩素処理されたレベラ34、キャリア44、界面活性剤54がめっき液調整槽12に、それぞれポンプ36、46、56により、配管38、48、58を介して供給され、各々の添加剤が管理濃度範囲内になるように制御部18により制御される。   The plating solution 14 accommodated in the plating solution adjusting tank 12 is sent to the concentration measuring unit 16 to measure the concentration of each additive of the leveler, carrier, and surfactant. Next, the measurement result of each additive is sent to the control unit 18, and when the concentration of each plating solution component is lower than the management concentration set in advance here, the corresponding leveler supply unit 30, carrier supply unit 40, the leveler 34, the carrier 44, and the surfactant 54 that have been dechlorinated from the surfactant supply unit 50 are respectively supplied to the plating solution adjusting tank 12 through the pipes 38, 48, and 58 by the pumps 36, 46, and 56, respectively. And are controlled by the control unit 18 so that each additive is within the control concentration range.

そして、このように添加剤濃度が管理されためっき液14は、配管100を介してポンプ102により、フィルタ104を通過して、めっき処理部70に送られ、めっき槽76またはめっき施工装置82において基板Wのめっき処理に用いられる。めっき処理により、界面活性剤、キャリア、レベラが消費されて、これらの濃度が低下しためっき液が、再び、配管108を介してポンプ106により、めっき液調整槽12に戻される。   Then, the plating solution 14 in which the additive concentration is controlled in this way passes through the filter 100 by the pump 102 through the pipe 100 and is sent to the plating processing unit 70, and in the plating tank 76 or the plating apparatus 82. It is used for the plating process of the substrate W. Surfactant, carrier, and leveler are consumed by the plating process, and the plating solution whose concentration is lowered is returned to the plating solution adjusting tank 12 by the pump 106 through the pipe 108 again.

次に、めっき処理部70の作用について説明する。まず、めっき処理部70の一例として、図4において、添加剤濃度の管理されためっき液14が配管100を介して、ポンプ102により、フィルタ104を通過してめっき槽76に供給される。そして、電源74によりアノード72および基板W間に電圧が印加されることにより、基板W表面に銅めっきが形成される。そして、めっき処理後のめっき液は、配管108を介してポンプ106により、再びめっき液調製槽12に戻される。   Next, the operation of the plating processing unit 70 will be described. First, as an example of the plating processing unit 70, in FIG. 4, the plating solution 14 in which the additive concentration is controlled is supplied to the plating tank 76 through the pipe 100 through the filter 104 by the pump 102. Then, when a voltage is applied between the anode 72 and the substrate W by the power source 74, copper plating is formed on the surface of the substrate W. Then, the plating solution after the plating treatment is returned again to the plating solution preparation tank 12 by the pump 106 through the pipe 108.

また、めっき処理部70の他の例として、図5において、何れかのロード・アンロード部80に装着したウエハカセットからめっき処理前の基板Wを搬送ロボット84が取り出し、この基板Wを膜厚測定装置87に搬送することでめっき前の基板Wのめっき膜厚を測定する。次に膜厚測定装置87内の基板Wを搬送ロボット84が取り出して基板仮置台88に載置する。次にもう一方の搬送ロボット85のハンドが基板仮置台88上の基板Wを取り出して被めっき面を上向きにした状態で、何れかのめっき施工装置82に設けた基板搬出入口からその内部に搬入する。そして、めっき液調整槽12から添加剤濃度の管理されためっき液14が、配管100を介してポンプ102により、フィルタ104を通過してめっき施工装置88に供給され、めっき処理が行われる。めっき処理後のめっき液は、配管108を介してポンプ106により、再びめっき液調整槽12に戻される。   As another example of the plating processing unit 70, in FIG. 5, the transfer robot 84 takes out the substrate W before plating processing from the wafer cassette mounted on any of the load / unload units 80, and the substrate W is formed into a film thickness. By conveying to the measuring device 87, the plating film thickness of the substrate W before plating is measured. Next, the transfer robot 84 takes out the substrate W in the film thickness measuring device 87 and places it on the temporary substrate table 88. Next, with the other transfer robot 85 hand taking out the substrate W on the temporary substrate mounting table 88 and with the surface to be plated facing upward, it is carried into the inside through the substrate carry-in / out port provided in one of the plating apparatuses 82. To do. Then, the plating solution 14 whose additive concentration is controlled is supplied from the plating solution adjustment tank 12 through the pipe 100 to the plating apparatus 88 through the filter 104 by the pump 102, and the plating process is performed. The plating solution after the plating treatment is returned again to the plating solution adjusting tank 12 by the pump 106 through the pipe 108.

めっき処理が終了後、搬送ロボット85によって基板Wをめっき施工装置85から取り出される。取り出された基板Wは、何れか一方のベベル・裏面洗浄ユニット86に搬送されて洗浄・乾燥された後、搬送ロボット85によって基板仮置台88に載置され、搬送ロボット84によって膜厚測定装置87に搬送されてめっき後の基板Wのめっき膜厚を測定した後、搬送ロボット84によって何れかのロード・アンロード部80に取り付けたウエハカセットに収納される。これによって、一枚の基板Wのめっき工程がすべて完了する。   After the plating process is completed, the substrate W is taken out from the plating apparatus 85 by the transfer robot 85. The taken-out substrate W is transported to one of the bevel / back surface cleaning units 86, cleaned and dried, and then placed on the temporary substrate mounting table 88 by the transport robot 85, and the film thickness measuring device 87 is transported by the transport robot 84. After the film thickness of the substrate W after plating is measured, the film is stored in a wafer cassette attached to any load / unload unit 80 by the transfer robot 84. As a result, the plating process for one substrate W is completed.

めっき膜中に取り込まれる塩素イオンがレベラ由来であることを確認するために、以下の試験を行った。   In order to confirm that the chlorine ions taken into the plating film are derived from the leveler, the following test was performed.

まず、CuSO4・5H2Oを200g、H2SO4を10g、塩素イオンを60mg、ポリエチレングリコール(分子量約3000)を200mg、ビス(3−スルホプロピル)ジスルフィドを5mg含むめっき液1Lを調製した。 First, 1 g of a plating solution containing 200 g of CuSO 4 .5H 2 O, 10 g of H 2 SO 4 , 60 mg of chloride ions, 200 mg of polyethylene glycol (molecular weight of about 3000) and 5 mg of bis (3-sulfopropyl) disulfide was prepared. .

これに、レベラとして脱塩素処理前のポリビニルピリジン4級アンモニウム塩酸塩を用い、めっき液中にポリビニルピリジンが10mg/Lとなるようにめっき液に添加した。なお、脱塩素処理前のレベラには、ポリビニルピリジンが16g/L、塩素イオンが4g/L含まれていた。このめっき液を用いてシリコンウエハに銅めっきを施した。
同様にして、レベラを添加しないめっき液を用いてシリコンウエハに銅めっきを施した。
To this, polyvinyl pyridine quaternary ammonium hydrochloride before dechlorination treatment was used as a leveler, and added to the plating solution so that polyvinyl pyridine was 10 mg / L in the plating solution. The leveler before dechlorination treatment contained 16 g / L of polyvinyl pyridine and 4 g / L of chlorine ions. Copper plating was performed on the silicon wafer using this plating solution.
Similarly, copper plating was performed on the silicon wafer using a plating solution to which no leveler was added.

次に、銅めっきを施したシリコンウエハをSIMS(2次イオン質量分析装置)により、銅めっき膜中に取り込まれた塩素イオンを測定した。この結果、塩素イオンを含むレベラを用いた場合の銅めっき膜中に含まれる塩素イオンの量は、レベラを用いない場合とくらべ、約10倍多いことが確認された。   Next, chlorine ions taken into the copper plating film were measured by SIMS (secondary ion mass spectrometer) on the silicon wafer subjected to copper plating. As a result, it was confirmed that the amount of chlorine ions contained in the copper plating film when a leveler containing chlorine ions was used was about 10 times higher than that when no leveler was used.

したがって、レベラからのキャリーオーバーとしてめっき液に持ち込まれる塩素イオンが、めっき膜中に優先的に取り込まれることが明らかとなった。   Therefore, it has been clarified that chlorine ions brought into the plating solution as carry-over from the leveler are preferentially taken into the plating film.

次に、実施例1で用いたレベラを脱塩素処理し、塩素イオン濃度を1g/Lに減少させたレベラを製造した。   Next, the leveler used in Example 1 was dechlorinated to produce a leveler having a chlorine ion concentration reduced to 1 g / L.

この脱塩素処理後のレベラを用いて、実施例1と同様のめっき液を用いて、シリコンウエハに銅めっきを施した。   Using this leveler after dechlorination, copper plating was applied to the silicon wafer using the same plating solution as in Example 1.

この銅めっき膜中に取り込まれた塩素イオンを、実施例1と同様にSIMSにより測定することにより、銅めっき膜中の塩素イオン量が減少していることが確認できる。   It can be confirmed that the amount of chlorine ions in the copper plating film is reduced by measuring the chlorine ions taken into the copper plating film by SIMS in the same manner as in Example 1.

図1は、めっき工程の一例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a plating process. 図2は、本発明のめっき装置の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the plating apparatus of the present invention. 図3は、本発明に用いる脱塩素装置およびレベラ原料槽の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a dechlorination apparatus and a leveler raw material tank used in the present invention. 図4は、本発明に用いるめっき処理部の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a plating processing unit used in the present invention. 図5は、本発明に用いるめっき処理部の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a plating processing unit used in the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

W 基板
1 基板
1a 導電層
2 絶縁膜
3 コンタクトホール
4 溝
5 バリア層
6 銅層
7 シード層
10 めっき装置
12 めっき液調整槽
14 めっき液
15 配管
16 濃度測定部
18 制御部
30 レベラ供給部
32 レベラ槽
34 脱塩素されたレベラ
36、46、56 ポンプ
38、48、58 配管
40 キャリア供給部
42 キャリア槽
44 キャリア
50 界面活性剤供給部
52 界面活性剤槽
54 界面活性剤
60 脱塩素装置
62 脱塩素槽
64 カソード
65 アノード
66 撹拌子
67 配管
69 ポンプ
70 めっき処理部
72 アノード
74 電源
76 めっき槽
80 ロード・アンロード部
82 めっき施工装置
84、85 搬送ロボット
86 洗浄ユニット
87 膜厚測定装置
88 基板仮置台
90 レベラ原料槽
92 レベラ原料
94 配管
96 ポンプ
100、108 配管
102、106 ポンプ
104 フィルタ
W substrate 1 substrate 1a conductive layer 2 insulating film 3 contact hole 4 groove 5 barrier layer 6 copper layer 7 seed layer 10 plating apparatus 12 plating solution adjustment tank 14 plating solution 15 piping 16 concentration measuring unit 18 control unit 30 leveler supply unit 32 leveler Tank 34 Dechlorinated levelers 36, 46, 56 Pumps 38, 48, 58 Piping 40 Carrier supply section 42 Carrier tank 44 Carrier 50 Surfactant supply section 52 Surfactant tank 54 Surfactant 60 Dechlorination device 62 Dechlorination Tank 64 Cathode 65 Anode 66 Stirrer 67 Pipe 69 Pump 70 Plating treatment section 72 Anode 74 Power supply 76 Plating tank 80 Load / unload section 82 Plating equipment 84, 85 Transport robot 86 Cleaning unit 87 Film thickness measuring apparatus 88 Temporary substrate mounting table 90 Leveler material tank 92 Leveler material 94 Piping 96 Pump 100 , 108 Piping 102, 106 Pump 104 Filter

Claims (7)

含窒素高分子化合物を含むレベラを用いる銅めっき方法において、めっき処理前にあらかじめレベラを脱塩素処理することを特徴とする銅めっき方法。 A copper plating method using a leveler containing a nitrogen-containing polymer compound, wherein the leveler is dechlorinated in advance before the plating treatment. 前記脱塩素処理により、含窒素高分子化合物1gに対する塩素イオンの重量比を0.1g以下とすることを特徴とする、請求項1に記載の銅めっき方法。 2. The copper plating method according to claim 1, wherein a weight ratio of chlorine ions to 1 g of the nitrogen-containing polymer compound is set to 0.1 g or less by the dechlorination treatment. 前記脱塩素処理により、レベラに含まれる塩素イオン濃度を1g/L以下とすることを特徴とする、請求項1または2に記載の銅めっき方法。 The copper plating method according to claim 1 or 2, wherein a chlorine ion concentration contained in the leveler is set to 1 g / L or less by the dechlorination treatment. 脱塩素処理が、沈殿もしくは電気分解により行われる、請求項1ないし3のいずれかに記載の銅めっき方法。 The copper plating method according to claim 1, wherein the dechlorination treatment is performed by precipitation or electrolysis. 含窒素高分子化合物1gに対する塩素イオンの重量比が0.1g以下である、含窒素高分子化合物を含む銅めっき用レベラ。 Leveler for copper plating containing a nitrogen-containing polymer compound, wherein the weight ratio of chlorine ions to 1 g of the nitrogen-containing polymer compound is 0.1 g or less. めっき液調整槽、レベラを脱塩素処理する脱塩素装置、脱塩素処理されたレベラをめっき液調整槽に供給するレベラ供給部、およびめっき処理部を備えためっき装置。 A plating apparatus comprising a plating solution adjustment tank, a dechlorination device for dechlorinating the leveler, a leveler supply unit for supplying the dechlorinated leveler to the plating solution adjustment tank, and a plating treatment unit. 基板表面のシード層上に電気めっきにより金属膜を成膜するめっき装置であって、ロード・アンロード部、基板搬送装置、洗浄ユニット、めっき槽、めっき槽へめっき液を供給するめっき液調整槽、添加剤の濃度を測定する濃度測定部、レベラを脱塩素処理する脱塩素装置、脱塩素処理されたレベラをめっき液へ供給するレベラ供給部を備え、該濃度測定部はめっき液中のレベラ濃度を測定し、その測定された結果に基づいて該レベラ供給部が脱塩素処理されたレベラをめっき液に添加することを特徴とするめっき装置。


A plating apparatus for depositing a metal film on a seed layer on a substrate surface by electroplating, and a plating solution adjusting tank for supplying a plating solution to a load / unload unit, a substrate transfer device, a cleaning unit, a plating tank, and a plating tank A concentration measuring unit that measures the concentration of the additive, a dechlorination device that dechlorinates the leveler, and a leveler supply unit that supplies the dechlorinated leveler to the plating solution, the concentration measuring unit being a leveler in the plating solution A plating apparatus characterized by measuring a concentration and adding a leveler from which the leveler supply section has been dechlorinated based on the measured result to a plating solution.


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