CN109753676B - 镀敷解析方法、镀敷解析系统、及用于镀敷解析的计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够求出电镀膜的膜厚分布的镀敷解析方法、镀敷解析系统、及用于镀敷解析的计算机可读存储介质。镀敷解析方法包含：在电镀装置中进行电化学测定的步骤；从上述电化学测定的结果导出电化学参数的步骤；对进行镀敷处理时的镀敷条件进行特定的步骤；基于上述电化学参数及上述镀敷条件来确定作为镀敷处理对象的基板的表面的电流密度分布的步骤，其中上述电流密度分布通过将上述基板上的位置设为变量的规定函数式来表述；和基于上述电流密度分布来计算出会被镀敷在上述基板上的膜厚的步骤。

Description

镀敷解析方法、镀敷解析系统、及用于镀敷解析的计算机可读 存储介质

技术领域

本发明涉及镀敷解析方法、镀敷解析系统、及用于镀敷解析的计算机可读存储介质。

背景技术

以往，利用基于有限元法等数值解析方法的模拟来求出通过电镀处理成膜的镀膜的膜厚(例如参照专利文献1)。通过将镀敷条件改变成各种各样来进行模拟，而能够事前导出最佳的镀敷条件，并将其适用于实际的镀敷处理。

在对半导体基板或印刷布线基板等镀敷对象基板(以下称为基板)实施电镀的情况下，预先在基板的表面上作为供电层而形成有具有导电性的种籽层(seed layer)，镀膜在该种籽层上生长。通常，被镀敷的基板在其周缘部具有电接点。因此，在基板的中央部，有与镀敷液的电阻值和从基板的中央部到电接点为止的种籽层的电阻值的合成电阻相对应的电流流动。另一方面，在基板的周缘部(电接点附近)，有大致与镀敷液的电阻值相对应的电流流动。即，在基板的中央部，难以有与从基板的中央部到电接点为止的种籽层的电阻值相应的量的电流流动。该电流集中于基板的周缘部的现象被称为终端效应(terminaleffect)。由于终端效应，基板的中央部处的镀敷速度降低，基板的中央部处的镀膜的膜厚变得比基板的周缘部处的镀膜薄，膜厚的面内均匀性降低(例如参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-152397号公报

专利文献2：日本特开2016-098399号公报

发明内容

因终端效应引起的镀膜厚的面内不均匀性在基板的抗蚀开口率(resist openingratio)(在保护膜外缘相接的区域的面积中的、没有被保护膜覆盖的部分(保护膜的开口部分)的面积的比例)小的情况下会变得尤其显著。换言之，镀膜厚的面内均匀性很大程度上依存于基板的抗蚀开口率。因此，对于具有与实际制品相同的抗蚀开口率的图案基板，使镀敷条件最佳化是重要的。为了将其实现，能够采用通过针对与实际制品相同的多张带保护膜的图案基板以各种条件进行镀敷并对在各条件下形成的镀膜厚进行评价来进行最佳化这一方法。但是，为了得出这样的条件而使用带保护膜的图案基板的成本较高。另外，在专利文献2的例子中，需要对调整板或阳极掩模等电场调整体的开口直径及位置进行调整，也具有用于最佳化的作业花费工夫这一问题。于是通过利用专利文献1那样的数值解析模拟，而能够削减镀敷条件最佳化的成本及工夫。但是，考虑了终端效应的镀膜厚分布的数值解析方法并没有被公知，没有实现能够得到与形成在实际的带保护膜的图案基板上的镀膜厚分布具有良好一致性的结果的模拟。

本发明是鉴于上述方面而做出的，其目的之一在于提供一种能够求出电镀膜的膜厚分布的数值解析方法。

[方案1]根据方案1，提供一种镀敷解析方法，包含：在电镀装置中进行电化学测定的步骤；从上述电化学测定的结果导出电化学参数的步骤；对进行镀敷处理时的镀敷条件进行特定的步骤；基于上述电化学参数及上述镀敷条件来确定作为镀敷处理对象的基板的表面的电流密度分布的步骤，其中上述电流密度分布通过将上述基板上的位置设为变量的规定函数式来表述；和基于上述电流密度分布来计算出会被镀敷在上述基板上的膜厚的步骤。根据方案1的镀敷解析方法，使用电化学参数将基板表面的电流密度作为基板上的位置的函数导出。由此，能够以数值解析方式求出电镀膜的膜厚分布。

[方案2]根据方案2，在方案1的镀敷解析方法中，上述规定函数式是在上述基板的中心部提供较小的电流密度且在上述基板的周缘部提供较大的电流密度的函数式。方案2中的规定函数式反映了基于终端效应的电流密度的位置依存性。因此，根据方案2的镀敷解析方法，能够通过数值解析再现因终端效应引起的镀膜厚的面内不均匀性。

[方案3]根据方案3，在方案1或方案2的镀敷解析方法中，确定上述电流密度分布的上述步骤包含至少基于上述电化学参数来确定上述规定函数式的变量的步骤。根据方案3的镀敷解析方法，通过基于电化学参数来确定规定函数式的系数，而能够确定基板表面的电流密度分布。

[方案4]根据方案4，在方案1至方案3中任一方案的镀敷解析方法中，上述电化学参数包含极化电阻、交换电流密度及平衡电位。根据方案4的镀敷解析方法，能够使用根据电化学测定得到的极化电阻、交换电流密度及平衡电位来确定规定函数式。

[方案5]根据方案5，提供一种镀敷解析系统，具有电镀装置和计算机，在该镀敷解析系统中，上述计算机构成为，从上述电镀装置中的电化学测定的结果导出电化学参数，对进行镀敷处理时的镀敷条件进行特定，基于上述电化学参数及上述镀敷条件，将作为镀敷处理对象的基板的表面的电流密度分布确定为将上述基板上的位置设为变量的规定函数式，基于上述电流密度分布，计算出会被镀敷在上述基板上的膜厚。根据方案5的镀敷解析系统，使用电化学参数将基板表面的电流密度作为基板上的位置的函数导出。由此，能够以数值解析方式求出电镀膜的膜厚分布。

[方案6]根据方案6，在方案5的镀敷解析系统中，上述电镀装置和上述计算机被设置在相互离开的场所，经由通信机构而能够相互通信地连接。根据方案6的镀敷解析系统，能够在与电镀装置离开的场所使用计算机来进行镀膜厚的解析。

[方案7]根据方案7，提供一种计算机可读存储介质，存储有用于镀敷解析的计算机可执行命令，当上述计算机可执行命令被计算机的处理器执行时，会使上述处理器实施以下步骤：从电镀装置中的电化学测定的结果导出电化学参数的步骤；对进行镀敷处理时的镀敷条件进行特定的步骤；基于上述电化学参数及上述镀敷条件将作为镀敷处理对象的基板的表面的电流密度分布确定为将上述基板上的位置设为变量的规定函数式的步骤；和基于上述电流密度分布来计算出会被镀敷在上述基板上的膜厚的步骤。根据方案7的用于镀敷解析的计算机可读存储介质，使用电化学参数将基板表面的电流密度作为基板上的位置的函数导出。由此，能够以数值解析方式求出电镀膜的膜厚分布。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的镀敷解析系统的结构图。

图2是电镀装置的概略侧剖视图。

图3是表示本发明的一个实施方式的镀敷解析方法的流程图。

附图标记说明

10 电镀装置

20 阳极保持架

21 阳极

23 电端子

25 阳极掩模

25a 第1开口

30 调整板

30a 第2开口

40 基板保持架

42 电接点

43 电端子

50 镀敷槽

52 镀敷处理槽

54 镀敷液排出槽

55 分隔壁

56 镀敷液供给口

57 镀敷液排出口

58 镀敷液循环装置

60 控制单元

65 GUI

70 恒电位仪

71 直流电源

72 电流测定电路

73 电位测定电路

80 参照电极

100 镀敷解析系统

120 计算机

122 处理器

124 存储器

126 镀敷解析程序

130 网络

Q 镀敷液

W 基板

W1 被镀面

具体实施方式

以下，一边参照附图一边详细地说明本发明的实施方式。在附图中，对相同或类似的要素标注相同或类似的附图标记，在各实施方式的说明中有时会省略与相同或类似的要素相关的重复说明。另外，各实施方式中示出的特征只要相互不矛盾就也能够适用于其他实施方式。

图1是本发明的一个实施方式的镀敷解析系统100的结构图。镀敷解析系统100具有电镀装置10及计算机120。电镀装置10和计算机120被设置在相互离开的场所，经由例如LAN(局域网)、WAN(广域网)或英特网等网络(通信机构)130而能够相互通信地连接。但是，也可以是，电镀装置10及计算机120被设置在相同的场所，并相互连接。或者还可以是，在电镀装置10中安装有后述的镀敷解析程序126。

图2是电镀装置10的概略侧剖视图。如图示那样，电镀装置10具有：以保持阳极21的方式构成的阳极保持架20；以保持基板W的方式构成的基板保持架40；和将阳极保持架20和基板保持架40收纳在内部的镀敷槽50。另外，电镀装置10具有用于控制电镀装置10中的镀敷处理及电化学测定的控制单元60。电镀装置10还具有用于提供能够进行各种数据的输入输出的GUI(图形用户界面)65的显示部及用户输入部。

阳极21经由设在阳极保持架20上的电端子23而与恒电位仪70电连接。基板W经由与基板W的周缘部接触的电接点42及设在基板保持架40上的电端子43而与恒电位仪70电连接。恒电位仪70具有直流电源71、电流测定电路72和电位测定电路73。直流电源71在阳极21与基板W之间供给电流。电流测定电路72测定在阳极21与基板W之间流动的电流。在基板W的被镀面W1附近配置有与电位测定电路73电连接的参照电极80。电位测定电路73测定将参照电极80的电位作为基准的、基板W的被镀面W1的电位(参照电极80与基板W的被镀面W1之间的电位差)。

保持阳极21的阳极保持架20和保持基板W的基板保持架40被浸渍在镀敷处理槽52内的镀敷液Q中，以阳极21和基板W的被镀面W1大致平行的方式相对地设置。阳极21和基板W在被浸渍于镀敷处理槽52的镀敷液Q中的状态下，通过直流电源71被施加电压。由此，金属离子在基板W的被镀面W1被还原，而在被镀面W1上形成膜。

阳极保持架20具有用于调节阳极21与基板W之间的电场的阳极掩模25。阳极掩模25是例如由电介质材料构成的大致板状的部件，设在阳极保持架20的前表面。在此，阳极保持架20的前表面是指与基板保持架40相对的一侧的面。即，阳极掩模25配置在阳极21与基板保持架40之间。阳极掩模25在大致中央部具有供在阳极21与基板W之间流动的电流通过的第1开口25a。优选的是第1开口25a的直径比阳极21的直径小。也可以是阳极掩模25构成为能够调节第1开口25a的直径。

电镀装置10还具有用于调节阳极21与基板W之间的电场的调整板30。调整板30是例如由电介质材料构成的大致板状的部件，配置在阳极掩模25与基板保持架40(基板W)之间。调整板30具有供在阳极21与基板W之间流动的电流通过的第2开口30a。优选的是第2开口30a的直径比基板W的直径小。调整板30也可以构成为能够调节第2开口30a的直径。

如图2所示，镀敷槽50具有：收纳包含添加剂在内的镀敷液Q的镀敷处理槽52；承接并排出从镀敷处理槽52溢出的镀敷液Q的镀敷液排出槽54；和将镀敷处理槽52和镀敷液排出槽54分隔的分隔壁55。

镀敷处理槽52具有用于向槽内部供给镀敷液Q的镀敷液供给口56。镀敷液排出槽54具有用于排出从镀敷处理槽52溢出的镀敷液Q的镀敷液排出口57。镀敷液供给口56配置在镀敷处理槽52的底部，镀敷液排出口57配置在镀敷液排出槽54的底部。

当镀敷液Q被从镀敷液供给口56供给到镀敷处理槽52时，镀敷液Q从镀敷处理槽52溢出，越过分隔壁55而流入到镀敷液排出槽54中。流入到镀敷液排出槽54中的镀敷液Q被从镀敷液排出口57排出，通过镀敷液循环装置58所具有的过滤器等除去杂质。被除去了杂质的镀敷液Q通过镀敷液循环装置58经由镀敷液供给口56而被供给到镀敷处理槽52。

再次参照图1，镀敷解析系统100的计算机120具有处理器122及存储器124。在存储器124中存储有用于实现本发明的一个实施方式所涉及的镀敷解析方法的镀敷解析程序126。处理器122从存储器124读出并执行镀敷解析程序126。

图3是表示本发明的一个实施方式的镀敷解析方法300的流程图。

首先在步骤302中，在电镀装置10的基板保持架40上设置基板W。能够使基板W例如为其表面整体中的、除了应通过镀敷处理形成细微布线等图案的部分以外的部分形成有保护膜的、带保护膜的图案基板。换言之，在该例中，基板W在其表面上具有保护膜，该保护膜以与应通过镀敷处理形成的细微布线等图案相对应的形状具有保护膜开口。如上述那样，在这样的基板W中，终端效应有可能会显著地发生。

接着在步骤304中，使用电镀装置10对基板W进行电化学测定。针对基板W的电化学测定通过由电镀装置10的控制单元60控制恒电位仪70来进行。具体地说，控制单元60以通过恒电位仪70的电位测定电路73测定的基板W的被镀面W1的电位成为规定的固定值的方式，控制来自直流电源71的输出电压(阳极21与基板W之间的电压)。由此，金属离子在基板W的被镀面W1被还原，与之相随地在阳极21与基板W之间产生电子的移动、即电流。并且控制单元60记录此时由恒电位仪70的电流测定电路72测定的电流值、与被控制成固定值的基板W的被镀面W1的电位(由电位测定电路73测定出的测定电位)所成的组。控制单元60将基板W的被镀面W1的电位改变成各种各样来重复测定这样的电位与电流的组。由此，能够得到表示基板W的被镀面W1的电位、和在阳极21与基板W之间流动的电流之间的关系的极化曲线(电流-电位曲线)。

接着在步骤306中，经由电镀装置10的GUI65，由用户输入在后述的数值解析中使用的规定的镀敷条件。规定的镀敷条件包含以在阳极21-基板W之间流动的电流除以基板W的保护膜开口部分的面积而得到的电流密度、镀敷液Q的温度、进行镀敷处理的时间长度(或作为目标的镀膜厚)、阳极掩模25的第1开口25a的直径、调整板30的第2开口30a的直径、电极间距离(即阳极21与基板W之间的距离)、设在基板W的被镀面W1上的种籽层的膜厚、调整板30的通道长度(第2开口30a的深度)、基板W与调整板30之间的距离等。规定的镀敷条件中的镀敷液Q的温度、电极间距离、种籽层的膜厚是会给极化曲线造成影响的参数，因此期望使用在步骤304中针对基板W进行了电化学测定时的条件。

接着在步骤308中，将针对基板W进行的电化学测定的结果(极化曲线的数据)及由用户输入的镀敷条件从电镀装置10向计算机120发送。

接着在步骤310中，通过在计算机120上执行镀敷解析程序126，从针对基板W的电化学测定的结果导出电化学参数。电化学参数包含极化电阻(塔菲尔斜率)、交换电流密度及平衡电位。这些各参数能够根据在电化学测定中得到的极化曲线的塔菲尔曲线求出。此外，也可以通过电镀装置10的控制单元60来进行电化学参数的导出，并将导出的电化学参数从电镀装置10向计算机120发送。

接着在步骤312中，通过镀敷解析程序126的执行，基于上述电化学参数来确定基板W的表面的电流密度分布。确定出的电流密度分布反映了在步骤306中输入到电镀装置10中的规定的镀敷条件。基板W的表面的电流密度分布被表示为模拟了终端效应的具有位置依存性的规定函数式。基于上述的电化学参数来计算出该函数式的各系数，由此确定基板W的表面的电流密度分布。

作为一个例子，基板W上的位置r处的电流密度I_p(r)及过电压η_p(r)能够分别如下式那样表示。其中，基板W上的位置r在将从基板W的中心到该位置为止的距离设为x、将基板W的电接点42与基板W的中心之间的距离设为L后表示为r＝x/L。

在此，无量纲极化参数ξ、电流突变点r_t、及电流突变点r_t中的过电压定额(overvoltage norm)分别如下式那样被定义。

ξ＝bR_sI₀L² (3)

其中，关于上式中的各变量的定义，I₀是交换电流密度，b是极化电阻，η₀是相对于阳极21-基板W之间的施加电流的过电压，是基板W的电位，/>是镀敷液Q中的电位，E_eq是平衡电位，R_s是基板W上的种籽层的表面电阻。另外，k是任意的修正系数。这些变量根据针对基板W的电化学测定的结果、或者另行的测定或解析来求出。

如式(1)所示，电流密度I_p(r)越接近基板W的中心部则越变小，越接近基板W的周缘部则越变大。因此，通过式(1)的电流密度I_p(r)表示的基板W的表面的电流密度分布反映了终端效应的位置依存性。

接着在步骤314中，通过镀敷解析程序126的执行，基于如上述那样确定出的基板W的表面的电流密度分布，计算出会被镀敷在基板W上的镀膜的膜厚。作为一个例子，镀膜的膜厚Th(r)能够使用电流密度I_p(r)并遵照下式计算出。其中，Mw是镀敷金属的原子量，t是进行镀敷处理的时间长度，ρ是镀敷金属的密度，n是反应电子数，F是法拉第常数。

像这样，能够通过数值解析来求出反映了终端效应的镀膜的膜厚分布。

接着在步骤316中，将上述计算出的镀膜的膜厚Th(r)的数据从计算机120向电镀装置10发送。

接着在步骤318中，在电镀装置10的GUI65上显示数值解析结果即膜厚Th(r)的数据。用户确认膜厚Th(r)的数据，根据需要，能够为了进行使用了新的其他镀敷条件的镀膜的膜厚的再计算，而再次实施步骤306以后的工序。膜厚的再计算能够重复任意次数直至得到所期望的膜厚分布。由此用户能够得到实现该期望的膜厚分布而需要的最终的镀敷条件。

通过使用实施方式所涉及的镀敷解析系统100，能够在与电镀装置10离开的场所使用计算机120来进行镀膜厚的解析。无需在电镀装置10中安装镀敷解析程序126，另外能够通过一台计算机120进行与多个电镀装置10相对应的镀膜厚的解析。为了得到所期望的膜厚分布而设定其他镀敷条件的作业可以由对电镀装置10进行操作的操作员进行，也可以由对计算机120进行操作的操作员进行。

根据实施方式所涉及的镀敷解析方法，使用要将镀膜厚分布最佳化的对象基板，首先进行电化学测定。由此，能够得到反映了抗蚀开口率等基板特征的、基板固有的极化曲线(电流-电位曲线)。由此能够通过解析来求出准确的镀膜厚分布。

以上，基于几个例子说明了本发明的实施方式，但上述发明的实施方式是为了使本发明容易理解，并不限定本发明。本发明能够不脱离其主旨地进行变更、改进，并且本发明当然包含其均等物。另外，在能够解决上述课题的至少一部分课题的范围、或起到至少一部分效果的范围内，能够进行权利要求书及说明书中记载的各结构要素的任意组合或省略。

Claims (6)

1.一种镀敷解析方法，其特征在于，包含：

在电镀装置中进行电化学测定的步骤；

从所述电化学测定的结果导出电化学参数的步骤，其中所述电化学参数包含极化电阻、交换电流密度及平衡电位；

基于所述电化学参数来确定作为镀敷处理对象的基板的表面的电流密度分布的步骤，其中所述电流密度分布通过将所述基板上的位置设为变量的规定函数式来表述；和

基于所述电流密度分布来计算出会被镀敷在所述基板上的膜厚的步骤，

其中，所述规定函数式以下式提供：

在所述规定函数式中，I_p(r)是所述基板上的位置r处的电流密度，无量纲极化参数ξ、电流突变点r_t、及电流突变点r_t中的过电压定额分别以下式定义：

ξ＝bR_sI₀L² (3)

其中，I₀是交换电流密度，b是极化电阻，η₀是相对于施加电流的过电压，是所述基板的电位，/>是镀敷液中的电位，E_eq是平衡电位，R_s是所述基板上的种籽层的表面电阻，κ是任意的修正系数，L是所述基板的电接点与所述基板的中心之间的距离。

2.如权利要求1所述的镀敷解析方法，其特征在于，

所述规定函数式是在所述基板的中心部提供较小的电流密度且在所述基板的周缘部提供较大的电流密度的函数式。

3.如权利要求1所述的镀敷解析方法，其特征在于，

确定所述电流密度分布的步骤包含至少基于所述电化学参数来确定所述规定函数式的变量的步骤。

4.一种镀敷解析系统，具有电镀装置和计算机，所述镀敷解析系统的特征在于，

所述计算机构成为，

从所述电镀装置中的电化学测定的结果导出电化学参数，

基于所述电化学参数，将作为镀敷处理对象的基板的表面的电流密度分布确定为将所述基板上的位置设为变量的规定函数式，

基于所述电流密度分布，计算出会被镀敷在所述基板上的膜厚，

所述电化学参数包含极化电阻、交换电流密度及平衡电位，

所述规定函数式以下式提供：

在所述规定函数式中，I_p(r)是所述基板上的位置r处的电流密度，无量纲极化参数ξ、电流突变点r_t、及电流突变点r_t中的过电压定额分别以下式定义：

ξ＝bR_sI₀L² (3)

其中，I₀是交换电流密度，b是极化电阻，η₀是相对于施加电流的过电压，是所述基板的电位，/>是镀敷液中的电位，E_eq是平衡电位，R_s是所述基板上的种籽层的表面电阻，κ是任意的修正系数，L是所述基板的电接点与所述基板的中心之间的距离。

5.如权利要求4所述的镀敷解析系统，其特征在于，

所述电镀装置和所述计算机被设置在相互离开的场所，经由通信机构而能够相互通信地连接。

6.一种计算机可读存储介质，存储有用于镀敷解析的计算机可执行命令，所述计算机可读存储介质的特征在于，

当所述计算机可执行命令被计算机的处理器执行时，会使所述处理器实施以下步骤：

从电镀装置中的电化学测定的结果导出电化学参数的步骤，其中所述电化学参数包含极化电阻、交换电流密度及平衡电位；

基于所述电化学参数，将作为镀敷处理对象的基板的表面的电流密度分布确定为将所述基板上的位置设为变量的规定函数式的步骤；和

基于所述电流密度分布来计算出会被镀敷在所述基板上的膜厚的步骤，

其中，所述规定函数式以下式提供：

在所述规定函数式中，I_p(r)是所述基板上的位置r处的电流密度，无量纲极化参数ξ、电流突变点r_t、及电流突变点r_t中的过电压定额分别以下式定义：

ξ＝bR_sI₀L² (3)

其中，I₀是交换电流密度，b是极化电阻，η₀是相对于施加电流的过电压，是所述基板的电位，/>是镀敷液中的电位，E_eq是平衡电位，R_s是所述基板上的种籽层的表面电阻，κ是任意的修正系数，L是所述基板的电接点与所述基板的中心之间的距离。