JP2004534909A - 電気化学槽の化学成分の量を制御する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロエレクトロニクス製品の表面に材料を堆積させるために使用される電気化学槽の薬品の成分を管理するための自動薬品管理システム（１００）について記述される。
【解決手段】自動薬品管理システムは、少なくとも１以上の所定の薬注方程式に従って所定の電気化学槽の成分を補充するために所定量の１つ以上の薬品を薬注する薬注システムと、所定の時間間隔で電気化学槽内の所定の成分の量を示す測定結果を提供する分析測定システム（１２２）とを備える。薬品管理システムは、薬注システムの薬注方程式を修正するために測定結果を使用する。この方式では、薬品管理システムによって実行される補充オペレーションは時間が経過するにつれて精度が増加し、電気化学槽中の目標成分量がより正確に制御される。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
マイクロエレクトロニクス製品の表面に材料を堆積させるために使用される電気化学槽の薬品の成分を管理するための自動薬品管理システムについて記述される。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ電子デバイスおよびそのコンポーネントを形成するための最先端技術として急速に台頭しつつある技術の一つが電気化学堆積であり、これは、マイクロエレクトロニクス製品のマイクロエレクトロニクス・デバイスを形成するために、電気メッキおよび無電界めっき法の両方で金属をめっきする方法を含んでいる。電気化学堆積は、多層のプリント基板の成形加工の基礎のステップとして長く使用されて来たが、電気化学堆積を適用してサブミクロンの相互接続特性を満たす事が出来るようになったのは比較的最近であり、しかも、電解槽の組成をより厳密に制御する必要がある等、さらなる問題を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電気化学堆積は、複数の成分を含む電解槽で行われる複雑なプロセスである。該電解槽によって基板表面上に高品質の膜（ベタ膜またはパターン膜）を堆積して形成する場合、槽内の数種の成分の濃度が維持されるべきである。よって、槽の組成を監視・制御し得ると言う事は、均一かつ再現可能な膜の特性を保証するための重要な要素である。半導体およびマイクロエレクトロニクス・デバイスにおいて、金属膜の電子的および形態学的な特性は、デバイス性能および信頼性を最終的に決定する際に最も重要となる。同様に、生産シーケンス中において後続する微細加工プロセスの安定性は、堆積する材料の引張応力、延性、硬度および表面組織等の、反復性のある機械的性質にしばしば依存する。これらの堆積の特性の全ては、電解槽内の成分の組成によって制御されるか、または大きく影響を受ける。
【０００４】
例えば電気メッキ中における陰極表面への吸着および陰極表面からの脱離を通じて堆積特性を変える役目をするプロプラエタリな有機化合物を測定および制御する事は、核形成および成長サイトに対する金属カチオンの拡散率に影響するので、重要である。一般に、これらの化合物は、薬品ベンダーから複合成分のパッケージとして提供される。該添加剤パッケージの機能のうちの１つは、電気メッキ槽の均一電解性、即ち、ウェーハーを横断する、または斑（むら）の近傍におけるカソード電流密度の変動に対するめっき率の相対的な鈍感度に影響を及ぼす、という事である。電解質の均一電解性は、堆積する膜の厚さをウェーファー全体に渡って均一化するのに効果的であり、微細なトレンチおよびバイア（穴）をシームやボイド無く塞ぐことが出来る。また、有機添加剤が機械的な膜特性に対して大きな効果を持つ事が示されている。これらの槽内における成分は、電解質中において例えば数ｐｐｍ以下といった非常に低い濃度で効果を発揮するので、これらの槽内における成分の検出および定量化は複雑なものとなる。
【０００５】
最適化されたプロセス・パラメータの保守を通じて、変動性を抑制し、デバイスの歩留りを保つ必要性があるので、マイクロエレクトロニクス・デバイス用の槽の分析が強力に推進されている。電気メッキ槽内の該成分を制御する１つの方法は、経験によって確立された経験則に基づいて、ある特定の成分を定期的に添加することである。しかしながら、特定の成分の減少は、運転中に常に一定とは限らない。従って、成分の濃度を実際に知る事が出来ず、槽の中のレベルが許容濃度範囲外に達するまで減少または増加してしまう。添加剤の濃度が目標値から大きくずれた場合、堆積物の質が劣化する。また、堆積物の外観が鈍となり得、および／または、構造的に脆くなり得る。また、均一電解性が低くなり、レベリング不良によるしわの寄っためっき等の結果をもたらす場合もある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記の課題を解決することが可能な、マイクロエレクトロニクス製品の表面に材料を堆積させるために使用される電気化学槽の薬品の成分を管理するための自動薬品管理システムを提供する。
【０００７】
自動薬品管理システムは、少なくとも１以上の所定の薬注方程式に従って所定の電気化学槽の成分を補充するために所定量の１つ以上の薬品を薬注する薬注システムと、所定の時間間隔で電気化学槽内の所定の成分の量を示す測定結果を提供する分析測定システムとを備える。薬品管理システムは、薬注システムの薬注方程式を修正するために測定結果を使用する。
【発明の効果】
【０００８】
この方式では、薬品管理システムによって実行される補充オペレーションは時間が経過するにつれて精度が増加し、電気化学槽中の目標成分量がより正確に制御される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
前述された本発明の形態および本発明の多数の効果は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を参照することで確実に認識され、またよりよく理解されるであろう。
【００１０】
マイクロエレクトロニクス加工産業において、電気化学堆積、特に微細構造の電気化学堆積が広範囲に使用されるようになりつつあり、電気化学槽の様々な成分を補充する非常に正確な薬注システムの必要性が増加している。この目的のために、薬注システムは、マイクロエレクトロニクス加工設備で使用される電気化学堆積ツールと共に使用するために開発されて来た。しかしながら、ほとんどの従来のシステムは、開ループ、即ち、経験によって決定されたデータに基づいて槽の構成成分を補充するための所定のモデルのみを使用して薬注を行っていた。このようなシステムは、ある種の電気化学堆積プロセスに適用し得るが、電気化学槽のメークアップにおけるより正確な基準の適用が要求される新規のデバイスに対する適応性が低い。
【００１１】
本発明の発明者は、有機、および／または、無機成分の自動分析測定の実行に基づいて薬注パラメーターの精度を高めるような自動薬品管理システムを使用して、電気化学槽の構成成分をより正確に制御し得る事を認めた。例えば、経過した時間に基づいた薬注、および／または、経過したアンペア−時間に基づいた薬注、および／または、めっきツールが運転中か運転中で無いかに基づいた薬注が、１以上の薬注の方程式／パラメーターのそれぞれの設定と調和した自動薬品管理システムによって実行され得る。薬注の方程式／パラメーターは、自動分析測定に応じてそれら自身を修正されることによって改善され得、これによって、特定の構成成分をより正確に測定する事が出来る。従って、自動薬品管理システムは、これらの方程式／パラメーターの改善によって今まで開ループモデルで決定されていた値をより正確に決定し、これによって、より正確な経過した時間に基づいた薬注、および／または、経過したアンペア−分に基づいた薬注、および／または、他の種類の薬注が実現される。
【００１２】
上記の薬注オペレーションを実行するのに適している自動薬品管理システムの典型的な例が、図１に示される。図示されるように、複数の電気化学堆積ツール１０５ａ〜１０５ｄに供される電気化学槽の構成成分を分析・制御するために、単一の薬品管理システム１００が接続される。図示された本実施形態において、薬品管理システム１００は４つの異なる電気化学堆積ツールと共に使用されるために接続されているが、より多い、またはより少ない数の電気化学槽を、単一のシステムによって管理し得る事が認識されるであろう。
【００１３】
電気化学堆積ツール１０５Ａ〜１０５Ｄのそれぞれは複数の配線によって自動薬品管理システム１００に接続される。配線１１０Ａ〜１１０Ｄは通信リンクであって、対応する電気化学堆積ツールと自動薬品管理システム１００の間のデータの交換を可能にするために提供されている。これらの配線は、無線データ接続、１以上の電線、１以上の光伝送路、または上記の組み合わせによって形成されていても良い。
【００１４】
電気化学堆積ツール１０５Ａ〜１０５Ｄのそれぞれの電気化学槽からの電解質の流れがスリップストリームとして自動薬品管理システム１００に供される。電気化学堆積ツール１０５Ａ〜１０５Ｄの電解質のサンプルが、槽の有機・無機の構成成分の自動分析のために、対応するスリップストリームから抽出され得る。若しくは、槽またはスリップストリームからサンプルを抽出する必要の無い「インシトゥー」技術が数多く存在し、槽を分析するのに適用され得る。この技術は、ｐＨ測定（システムに挿入されたｐＨプローブ）、ＯＲＰ（酸化還元電位）測定（システムに挿入されたＯＲＰプローブ）、伝導率測定（システムに挿入された伝導率プローブ）、フオトメータ（槽内の成分によって吸収される光量を測定するシステム）、およびめっき槽に（または少なくともスリップストリームから薬注ラインに）直接挿入する事が出来るその他のプローブを含むが、上記の例に限定されない。同様に、槽内の構成成分の補充は、それぞれの電気化学堆積ツールの電気化学槽への戻り用のスリップストリームに適切な量の構成成分を薬注することによりなされ得る。図示された実施形態において、各スリップストリームは、それぞれの電気化学堆積ツールから薬品管理システム１００に電解質の流れを供給する流体入口配管１１５ａ〜１１５ｄ、および、任意の添加剤が添加された電解質の流れを、それぞれの電気化学堆積ツール１０５ａ〜１０５ｄの電気化学槽に伝達する流体出口配管１２０ａ〜１２０ｄで構成される。補充薬品が配管１１５Ａ〜１１５Ｄ中を逆流する事を防ぐために、それぞれの配管中には、補充薬品がそれぞれのスリップストリームに注入される際に閉止されるバルブ装置１１７が設置される。そのため、スリップストリームに注入された補充薬品はすべて、それぞれの出口配管１２０Ａ〜１２０Ｄへ導かれる。
【００１５】
自動薬品管理システム１００は、複数の独立した閉領域内に構成され得る。例えば、管理システム１００によって使用される制御システム１３０および他の電子機器が通常第２閉領域１３５に収容され得る一方で、分析モジュール、分析に必要な試薬、薬注モジュールおよび薬注する薬品（上記の全てが通常１２２で示される）が、第１閉領域１２５に通常収容され得る。領域１２５および１３５は同一ハウジング中にある物理的に隔離された領域や、物理的に相互に接続された個別のハウジング等であって良い。容易な保守点検が可能になるように、各システムの様々な部分および領域１２５・１３５は、摺動可能なモジュールに設置され得る。保守と定期補修の必要な部分は、特にアクセスを容易にするためにシステム１００の正面部分においてアクセス出来るように配置され得る。
【００１６】
上述されたように、電気化学堆積ツール１０５Ａ〜１０５Ｄのそれぞれが薬品管理システム１００に情報を伝えるために接続される。より詳細には、配線１１０ａ〜１１０ｄにおける信号が、監視および／または処理のために制御システム１３０に供給される。例えば、電気化学堆積ツール１０５ａ〜１０５ｄのそれぞれから受け取られた信号は、アンペア−分データ、および／または、対応する電気化学槽が堆積のために使用された程度を示す基体処理データ（例：処理したウェーハーの数）、および、該ツール中にある電気化学槽の液量を示すめっき槽の液面データ、および電気化学槽に関係する他の情報を含み得る。さらに各ツールは、薬品管理システム１００に対してオフラインであるという（例：停止中）信号、および／または、補充不可能であると言う信号（例：電気化学槽の液面が満位であるか、薬品受入可能レベルを越えている場合）を供給しても良い。薬品管理システム１００から電気化学堆積ツール１０５Ａ〜１０５Ｄのそれぞれに送信される信号は、例えば以下のものを含む。
【００１７】
【表１】

【００１８】
制御システム１３０も同様に、複数の配線１４０によって分析測定／薬注システム１２２に接続される。配線１４０によって提供される信号によって、制御システム１３０が、以下の機能の遂行において必要なオペレーションの実行に際して分析測定／薬注システム１２２を制御することが可能になる。（１）必要に応じて、スリップストリームから、分析されるべき電気化学槽のサンプルを抽出し、（２）電気化学槽のサンプルを分析し、（３）分析結果、またはサンプル中の構成成分の量を示す同様の有用な測定結果をもたらすものに基づいて、サンプル中に存在する電気化学槽の構成成分の量を計算し、（４）今回の分析測定と次回の分析測定の間に構成成分を薬注するために用いられる１以上の方程式に使用されるパラメーターを修正するために測定結果を使用し、（５）電気化学槽を補充する構成成分の量の供給を自動制御するために測定結果を使用する（任意）。
【００１９】
自動薬品管理システム１００は、様々な運転パラメーターや、薬注配合表等を操作員が選択出来るようにプログラムされても良い。このような操作員とのインタラクションを達成するために、図示された実施形態において、総合ユーザインターフェース１４５が制御システム１３０と通信する様に接続される。総合ユーザインターフェース１４５は、様々な形式のうちの任意の形態であり得る。例えば、総合ユーザインターフェース１４５は、めっきツール上の標準ＣＲＴ／キーボード配置、タッチ・スクリーン、インシトゥーのパーソナルコンピュータ、リモートコンピューター、アクセス・スクリーン等として実現され得る。同様に、制御システム１３０と総合ユーザインターフェース１４５の間の通信リンク１５０は、様々な方式で実現され得る。例えば、リンク１５０は、標準のハードワイヤードの配線、無線リンク、光結合あるいは前記した物の組み合わせで構成され得る。
【００２０】
図２は、自動薬品管理システム１００の物理的構造の一例を示した図である。ここで、図１に示される領域１２５および１３５は、共通ハウジング２００内に設置される。本実施形態において、領域１３５が共通ハウジング２００の右側に配置されている一方、領域１２５は共通ハウジング２００の左側に配置される。通常、領域１２５は扉２１０からアクセス可能であり、小扉２１５および２２０をさらに備える。小扉２１５は、領域１２５内の様々な薬品コンテナに接続される充填ポートにアクセスするために使用され得る。小扉２２０は、図１に示されるマニュアル・サンプル・インターフェース１５３に、薬品管理システム１００によって分析される電解質のサンプルを手動で供給するために使用され得る。この方式において、システム１００はスリップストリームから抽出された電解質、または、システム中のスリップストリームを通過する電解質を分析するのと同様に、オペレータによって手動で提供される電解質を分析するためにも使用され得る。一列に並んだスリップストリーム・コネクター２２５が、ハウジング２００の左側パネルに配置される。本実施形態において、ハウジング２００の上部パネル上の２３０の位置からスリップストリームに対して供給を行ったり、余剰に供給された分を締め切ったりすることが出来る。
【００２１】
図示された実施形態における領域１３５は２個の扉２３５および２４０よりアクセス可能である。扉２３５は、操作員がシステム１００から情報を得たり、インタラクトしたりするための様々な通路を供する複数のパネルを備える。例えば、パネル２４５は、操作員がユニットから主電源を分離し、または／および、非常時電源切断手順を開始することを可能にするインターフェースを含んでいても良い。パネル２５０および２５５は、無機成分分析および有機成分分析にそれぞれ関連する状態を表示するため、および／または、様々な運転を開始するために用いられても良い。しかしながら、オペレータとシステム１００の間のほとんどのインタラクションは、タッチ・スクリーン２６０およびキーボード２６５の組み合わせとして示されている総合ユーザインターフェース１４５を通じて行われる。
【００２２】
システム１００の物理的な構造の特定の例について説明したが、システム１００が、本願明細書において開示されるさまざまな発明の特徴を備えつつ、任意の数の広範囲にわたる物理的な構成を取り得る事が認識されるであろう。例えば、以下の運転方法および装置を、上述された物理的構造に対応していない自動薬品管理システムに組み込んでも良い。他の構成において、分析測定システム、薬注システム、制御システム１３０、または前記の要素の任意の組み合わせを、電気化学堆積ツール内に備えても良い。
【００２３】
図１を再び参照して、自動薬品管理システム１００は、操作員が所定の電気化学槽の構成成分の所定の補充用の薬品を薬注するために１つ以上の薬注モードを選択することが出来る様にプログラムされる。例えば、制御システム１３０は、操作員が以下説明される薬注モードから１つ以上のモードを総合ユーザインターフェース１４５上において選択出来る様にプログラムされ得る。
【００２４】
マニュアル：マニュアル薬注モードにおいて、自動薬品管理システム１００は、操作員の指令に応じて、操作員が指定した量の薬品を選択されたスリップストリームに供給する。
【００２５】
分析ベース：一般的に、分析に基づく薬注は、電気化学槽の所定の構成成分がシステム１００によって自動的に分析される分析測定のサイクルが終了した後に行われる。分析のためのスケジュールは操作員によって決められ、総合ユーザインターフェース１４５から入力され得る。一旦分析結果が得られれば、結果は所定の値または値域と比較される。結果が所定の値未満の場合、槽内の構成成分が不足している事を示し、薬品管理システム１００は、構成成分を目標値（通常は測定値が比較される対象となる所定の値と同一の値）まで回復させるためにそれぞれのスリップストリームへ薬注されなければならない薬品の量を計算する。そして、計算された量がそれぞれのスリップストリームを通して槽へ導入される。計測結果が所定の値を超えていた場合、槽内の構成成分が超過している事を示し、構成成分の濃度が目標値まで低下するために必要な期間、他の同時に行われる薬注モードに基づく更なる薬注を中断しても良い。この期間は、操作員によって入力される固定値、他の薬注モードを制御するのに用いられる減少率から計算される値、分析結果が所定の値未満であることを分析が示した時にセットされる期間等であって良い。
【００２６】
測定値は相互に異なる所定の上限値および下限値と比較されても良い。この場合、ヒステリシスの度合が、システム全体の安定性を増強するために分析薬注モードに取り入れられる。
【００２７】
以下さらに詳細に説明されるように、分析から得られた値は、他の薬注モードにおいて電気化学槽に所定の薬品を薬注するために制御システム１３０によって使用される方程式を変更するために使用されてもよい。従って、薬注が有効であるとみなされる前においては、対応する薬注に先立って分析計測サイクルを実行する必要は無い。むしろ、ここに記述されたシステムにおいて、分析を通じて得られた値は、システムの他の薬注モードにおける薬注を制御するのに使用される方程式を改善するために有益に使用される。この場合、他のモードにおける薬注が分析結果に依存するので、分析ベースの薬注は間接的な様態で他の薬注モードにおいても実質的に適用される。
【００２８】
経過時間ベース：この補充方法は、構成成分の時間経過による濃度の減少を補償するために使用され得る。これは、単独で使用されても良いし、あるいは他の薬注モードと組み合わせて使用されても良い。単独で使用される場合、補充されるべき薬品の量がある閾値に達するまでに、ある時間内に累積される薬品の減少量が計算され、その時間に達した時に所定量の薬品が対応するスリップストリームに投入され、対応する電気化学槽に導入されることによって機能する。一般に、計算の中で使用される時間は、最後に経過時間ベースの補充を行ってから以降の経過時間に相当する。
【００２９】
他の薬注モードと共に使用された場合、各薬注モードにおいて計算される統合された濃度の減少によって累積濃度減少値が得られ、累積濃度減少値は１つ以上の補充のための閾値と定量的に比較される。例えば、補充のための閾値は、システムによって投入する事の出来る最小薬注量の２倍に設定されて良い （例えば、システムによって投入する事の出来る最小量が５ｍｌである場合、システムは累積濃度減少値が１０ｍｌに相当する場合に薬品を投入するようにプログラムされて良い）。
【００３０】
経過時間による濃度減少を計算するために用いられる方程式の係数の初期値が総合ユーザインターフェース１４５から操作員によって入力された後、分析結果に応じてシステムによって自動的に調節される方程式の一部として調節されても良い。
【００３１】
経過アンペア−時間ベース：この補充モードは実質的に経過時間ベースのモードと同一の様態で機能するが、このモードの方程式は槽の使用に起因する槽内の構成成分の減少を補うために使用される。例えば、このモードは、槽に加えられためっき電気量（アンペア−分）に基づいた槽の構成成分の減少を補償するために使用されてもよい。
【００３２】
経過アンペア−分による濃度減少を計算するために用いられる方程式の係数の初期値が総合ユーザインターフェース１４５から操作員によって入力された後、分析結果に応じてシステムによって自動的に調節される方程式の一部として調節されても良い。
【００３３】
基板処理ベース：この補充モードは実質的に経過アンペア−時間ベースのモードと同一の様態で機能するが、このモードの方程式はめっき電流が処理ステップの一部でない場合の、槽の使用に起因する槽の構成成分の減少を補うために使用される。例えば、このモードは、めっき電流（アンペア−分）が処理中に使用されない無電界めっき法において、槽内で処理される基板（通常は半導体ウェーハー）の数に基づいた槽の構成成分の減少を補償するために使用されてもよい。
【００３４】
基板処理による濃度減少を計算するために用いられる方程式の係数の初期値が総合ユーザインターフェース１４５から操作員によって入力された後、分析結果に応じてシステムによって自動的に調節される方程式の一部として調節されても良い。
【００３５】
攪拌要因ベース：この補充モードは実質的に経過時間ベースのモードと同一の様態で機能するが、このモードの方程式は、槽の攪拌または流れに起因する槽の構成成分の減少を補償するために使用される。例えば、このモードは、槽内の増加した流れまたは攪拌に起因する槽の構成成分の減少を補償するために使用されてもよい。この攪拌要因は、電気化学堆積ツールの異なる運転状態、即ち、停止（低ポンピング・低流量の状態）、待機（一定の処理流量があるが、処理されているウェーハーがない状態）、または運転（ウェーハー処理中の状態、標準状態）の状態を反映しても良い。
【００３６】
攪拌要因による濃度減少を計算するために用いられる方程式の係数の初期値が総合ユーザインターフェース１４５から操作員によって入力された後、分析結果に応じてシステムによって自動的に調節される方程式の一部として調節されても良い。
【００３７】
他の補充方法は、任意の数のその他のめっきツールおよび処理要因に起因する槽の構成成分の消費量、または消費量の変化に対する補償を含んでも良いが、それに限定されるものではない。例えば、「稼動中」のチャンバの数であっても良い。めっき溶液に露出されたアノード材料の数に起因する槽の構成成分の減少を扱う要因が存在し得る。「稼動中」のめっきチャンバの数は、どれだけのアノード表面がめっき溶液に露出されるかに影響するであろう。
【００３８】
サンプル損失ベース：この補充モードは、分析用のシステム１００によってスリップストリームから取り除かれた電気化学槽内の量を補充するために使用され得る。様々な分析のために実際に除かれた量が、例えばシステム初期化中に操作員によって投入されても良い。このモードにおいて、電気化学槽の中の取り除かれた量に対応する量の未使用の電解質がボリューム補充用のスリップストリームに注入される。また、他の薬品が補充のために使用されても良い。例えば、未使用の電解質の代わりとして、槽内に存在する他の成分の混合物が使用されても良い。
【００３９】
槽のメークアップ：この補充モードは、新しい槽が電気化学堆積ツール１０５ａ〜１０５ｄのうちの１つに供給されることになっている場合のみ使用される。このモードにおいて、所定量の未使用の電解質（つまり有機物が添加されていない電解質）は、薬品供給システムのロットから電気化学堆積ツールの電気化学槽のリザーバに移送される。リザーバが所定の液面レベルまで満たされると、操作員は所定の混合比の有機成分を加えるように自動薬品管理システム１００を操作する。この時点において、槽は時間０の状態であり、また、アンペア−分は加えられていない。時間およびアンペア−分に基づいた補充は、分析結果のための適切な調整とともにこの時点より開始される。
【００４０】
経過時間および経過アンペア−分カウンタのリセットは、一般インターフェース１４５から操作員にアクセス可能な機能によって遂行されても良いし、または薬品管理システムによって自動的に遂行されても良い。従って、電気化学堆積ツールに新しい電気化学槽が設置される場合、その旨が対応する通信リンク１１０ａ〜１１０ｄを通じて制御システム１３０に伝達されても良い。
【００４１】
図３は、槽内の構成成分を制御するために、分析ベースの補充、経過時間補充および経過アンペア−時間補充の組み合わせを使用する自動薬品管理システム１００を実現する様態の一例を示す流れ図である。図示されるように、電気化学堆積ツールはステップ３０５において新しい電気化学槽が設置される。槽はツールに供給され、上述された槽メークアップモードに従って必要な濃度になるように混合され得る。電気化学堆積ツールは新しい槽を使用しているので、経過時間および経過アンペア−分カウンタがリセットされる。
【００４２】
ステップ３１０および３１５は、総合ユーザインターフェース１４５から操作員によってシステム１００に供給される情報に対して向けられている。該情報は、経過時間および経過アンペア−分に基づいた濃度減少を計算するために使用される方程式（単純化のために、該方程式をオペレーティング・システムのコードに組み込んで、操作員による選択を省略する事も出来る）と、経過時間および経過アンペア−分に基づいた濃度減少を計算する１つ以上の方程式のための係数もしくは他の補充のための要因と、計算された濃度の減少が所定の閾値を下回るか、所定の閾値域から外れる場合にスリップストリームに供給される薬品の量と、構成成分を分析するために用いられるべき分析手法（クロノアンペロメトリー、ＣＶＳ、ＣＰＶＳ等）および分析用のパラメーターと、分析スケジュールと、分析値に基づいて、スリップストリームに供給されるべき薬品の量（あるいは、量を計算するために使用される対応する方程式）とを含んで良い。
【００４３】
前述のステップが完了すると、自動薬品管理システム１００は、所定の濃度レベルに電気化学槽の構成成分を維持するために行われる補充の判断と運転のシーケンスを繰返し実行する準備が完了する。図示された具体例において、システム１００は、ステップ３２０および３２５における経過時間および経過アンペア−分の結果として槽内から減少する構成成分の量をそれぞれ計算する。その後、減少値の合計を得るために、計算された値がステップ３３０において累積される。
【００４４】
ステップ３３５において、薬注が必要かどうかを決定するために、ステップ３３０で得られた減少値の合計が分析される。例えば、薬注の決定のために、減少値の合計は所定の閾値または所定の閾値域と比較され得る。分析によって薬注が必要であると決定された場合、自動薬品管理システム１００は、前述されたように、ステップ３４０においてそれぞれのスリップストリームに所定の分量の補充薬品を供給する。所定の分量の補充薬品が供給された後、もしくは減少値の分析によって薬注が必要でないと判断された場合、分析測定サイクルを実行する時間に到達したかどうか判断するために、薬品管理システム１００はステップ３４５で分析スケジュールをチェックする。その時点において分析が必要でない場合、運転シーケンスがステップ３２０から繰り返される。分析を実行する時間に到達している場合、電解質のサンプルがそれぞれのスリップストリームから取り除かれ、システム初期化中に操作員によって提供される手法および対応するパラメーターを使用して分析される。分析結果が得られた後、薬品管理システム１００は薬注が必要であるかどうかを判断する。この決定はステップ３５５で示される。薬注が必要な場合、それぞれのスリップストリームに注入されるべき薬品の量はステップ３６０で計算される。若しくは、分配される薬品の量は、システム初期化プロセスの間に操作員によって設定された所定の量であっても良い。いずれの場合においても、必要な量の補充薬品はステップ３６５で供給される。補充が完了した後、または分析ベースの薬注が必要でない場合、薬品管理システム１００は、最後に補充してからの経過時間および経過アンペア−分に基づく構成成分の減少を計算するために使用される方程式を修正するために分析測定結果を使用する。例えば、ステップ３７０に示されるように、該計算の中で使用される方程式の係数が修正され得る。このような修正によって、目標となる構成成分の濃度に対するより正確な制御を保証するために、薬品管理システム１００によって実行される補充運転を有効に改善する事が出来る。修正が終了した後、薬品管理システム１００はステップ３２０に再び戻り、修正済みの方程式を利用して前述のシーケンスを繰り返す。
【００４５】
自動薬品管理システム１００の詳細な実施形態は、銅の電気メッキ槽を管理する際の使用に関連して以下に記述される。しかしながら、ここに記載される教示の観点から、マイクロエレクトロニクス製品の表面上に様々な材料を堆積させるために使用される広範囲の電解質の構成成分を制御するために自動薬品管理システム１００を使用し得る事が認識されるであろう。
【００４６】
銅の電気メッキ槽の管理に関して、自動薬品管理システム１００は、以下に記される電気メッキ槽の構成成分を分析し、かつ必要に応じて補充のためにそれらを使用するために構成されることが出来る。
【００４７】
電解質：銅めっきのための電解質は、一般に目標濃度で予め混合された銅、硫酸および塩化物イオンを含む溶液である。ここで記載される例において、この成分は分析結果ベースの濃度制御には使用されず、むしろ、加工品のすくい出しおよび分析サンプル抽出によって槽から除かれた電解質を補充するために使用される。そのため、該電解質は、サンプル損失ベースのモードおよび／または槽メークアップ・モードにおける補充のためだけに使用される。さらに、電解質の薬注は、電気化学堆積ツールによって処理される加工品の数に基づいて生じる加工品のすくい出しの量を推定する方程式に従って実行されても良い。処理される加工品の数は対応する通信リンクによって電気化学堆積ツールからシステム１００まで伝達されても良い。
【００４８】
また、所定量の電解質を薬注するのではなくて、システム１００は、支持電解質を形成するために使用されるそれぞれの独立した成分を薬注しても良い。そのような成分は、例えば銅、酸および水を含んで良い。
【００４９】
促進剤：促進剤は、堆積する銅に所定の特性を得るためにめっき槽に供給される有機添加剤である。この成分は通常、１００％の濃度で薬品ベンダーから供給される。促進剤は、分析装置によって伝達される槽内の光沢剤の濃度を制御するために使用されても良い。分析結果と、最後に促進剤が補充されてから以降の経過アンペア−分と、最後に促進剤が補充されてから以降の経過時間との組み合わせに基づいて、電気化学堆積ツール１０５Ａ〜１０５Ｄのそれぞれの電気メッキ槽への促進剤の薬注がなされる。
【００５０】
抑制剤：抑制剤は、堆積する銅に所定の特性を得るためにめっき槽に含まれている他の有機添加剤である。通常は、この成分も１００％の濃度で薬品ベンダーから供給される。分析結果と、最後に抑制剤を補充してから以降の経過アンペア−分と、最後に抑制剤を補充してから以降の経過時間に基づいて抑制剤を薬注して良い。
【００５１】
塩酸：塩酸は、堆積する銅の所定の特性に影響を及ぼすためにめっき槽に含まれている電解質溶液の無機成分である。図示された実施形態においては、この成分は低濃度（約０．０１〜０．１Ｎ）で供給され、めっき槽の中の塩化物イオン濃度を制御するために使用される。この成分の薬注はもっぱら塩化物イオン濃度の分析結果に基づいてなされる。
【００５２】
上記の４つの薬品が同一の薬注モードに従って薬注されるとは限らないとしても、各薬注チャネルおよび分析測定／薬注システム１２２は、前述されたモードのそれぞれにおいて薬注が可能なように構成され得る。これによって、システムの汎用性が高まる。例えば、薬品管理システム１００が開ループ方式で作動する時のように、操作員は抑制剤および／または促進剤の槽成分の調整のために、時間ベースの薬注を行うが分析ベースの薬注を行わないようにする事も出来る。
【００５３】
光沢剤濃度制御の例：以下に、めっき槽の光沢剤成分が前述の原則に従ってどのように制御され得るかの例を示す。実験による分析によって、経過時間および経過アンプ−分の両方に対して光沢剤の濃度が減少することが解っており、したがって両方の薬注モードが使用される。さらに、光沢剤の補充は、電気メッキ槽に所定量の促進剤を加えることにより行われる。さらに本例において、光沢剤は５時間毎の分析測定サイクルの対象となり得る。
【００５４】
図４は、複数回の補充および分析オペレーションが行われる際の、光沢剤の濃度と時間の関係を例証するグラフである。時間０において、光沢剤の濃度は既知であり、１０単位である。時間が経過するとともに、経過時間および経過アンペア−分の両方に起因する光沢剤濃度の減少を補償するために、自動薬品管理システム１００は所定量の促進剤を槽に補充する。補充は、操作員によって設定された初期値に基づいて行われる。しかしながら、図４に示される光沢剤濃度の相当量の揺らぎによって明らかなように、操作員によって設定された初期値は低すぎるので、光沢剤を所望の目標濃度に維持することが出来ない。従って、５時間経過後における分析時に、めっき槽の中の光沢剤の実際の濃度が８ユニットであることが分析結果によって示される。その後、薬品管理システム１００は、槽の光沢剤濃度を目標値まで上昇させるのに十分な量の促進剤を薬注する（分析ベース補充）。分析測定を使用して、システムはさらに、次回の分析測定サイクルまでの間において目標値に近い光沢剤濃度を維持するために、時間およびアンペア−時間ベース補充のための補充率を計算するために使用される方程式を自動的に調節し始める。１０時間目の次回の分析まで、新たに設定された新しい率で補充を継続する。図示された実施形態において、促進剤の濃度が８．５ユニットである事が分析結果によって示される。自動薬品管理システム１００は、電気化学槽の光沢剤濃度を目標濃度に調整するために所定量の促進剤を再び薬注し、さらに、補充率に関連したパラメーターを調節する。上記の運転シーケンスは無制限に繰り返され、計算による槽内の光沢剤の濃度が実際の濃度と対応するため、および計算の結果にもとづいて行われる補充によって濃度値をオーバーシュートする事無く目標値に確実に維持するために必要な正確な薬注のための方程式／パラメーターを収束させる。方程式／パラメーターを修正する事によって、多数の添加物、特に有機添加物の消費率が一般的にめっき槽のライフ期間中に変化するという現象が補償される。分析測定オペレーションによって目標値よりも高い濃度になった場合、経過時間および経過アンペア−分に対するその時点における濃度減少率および他の使用可能な減少率によって計算される目標値まで促進剤の濃度を減少させるために、一定の時間が経過する期間、および／または一定のアンペア−分が経過する期間、および／または一定の量の基体が処理される期間、槽への薬注を停止するか、分析結果が目標値以下の値を示すようになるまでの間、槽への薬注を停止するような運転が操作員によって選択し得る。
【００５５】
最も単純な形式のうちの１つにおいて、経過時間および経過アンプ−分に基づく所定の槽内の成分の濃度減少の合計は、以下の方程式により決定される。ここで、以下の方程式は濃度減少に関して利用可能な多数の因子のうち２つのみを扱っている事に注意されるべきである。
【００５６】
【数１】

【００５７】
ここで、Ａは時間ベースの補充率係数（単位：ｍｌ／分）であり、Δｔは最後の補充が行われてから経過した時間（単位：分）であり、Ｂはアンペア−分の補充率係数（単位：ｍｌ／アンペア分）であり、Δａｍは、最後の補充が行われてから経過した時間中に加えられたアンペア−分の値である。
【００５８】
このシナリオにおいて、方程式の係数は分析測定サイクル中に得られた測定値に応じて修正され得る。
【００５９】
係数の自動調整は、最後の分析測定サイクル以降に経過した時間およびアンプ−分の量を評価する事によって遂行され得る。例えば、以下の公式は、分析測定サイクルの終了後に使用されるべき新しい係数を計算するために使用し得る。時間ベースの係数調整は以下の通り。
【００６０】
【数２】

【００６１】
アンペア−分ベースの係数調整は以下の通り。
【００６２】
【数３】

【００６３】
ここで、Ａ_ｉは新しい時間ベース補充率（単位：ｍｌ／分）である。Ａ_ｉ−１は過去の時間ベース補充率（単位：ｍｌ／分）である。Ｂ_ｉは新しいアンペア−分の補充率（単位：ｍｌ／アンペア分）である。Ｂ_ｉ−１は過去のアンペア−分の補充率（単位：ｍｌ／アンペア分）である。Ｃは確信度であり（必ずしも必要ではない）、０−１００％の間で操作員により定義され、操作員が係数調整の大きさに影響を及ぼすことができる。０を選択した場合、時間によって係数が変化しないという事になる。Ｄはアンペア−分ベースの補充に用いられる操作員が選択する確信度であり、パラメーターＣと同様の作用をする。Δ［ｍｌ／Ｌ］は目標値と計測値の差（単位：ｍｌ／Ｌ）である。これは、負の値を取り得（目標値−計測値）、その場合は補充率が減少する。Ｖはめっき槽の容積である（単位：リットル）。この値は、システム初期化中に操作員によってセットされても良い。ΔＴは最後の分析が行われてから経過した時間（単位：分）である。ΔＡＭは、最後の分析が行われて以降に加えられたアンペア−分の量である。Ｙは、１分間に加えられ得る最大のアンペア−分の量であり（単位：アンペア分／分）ユーザによって定義可能な値である。 もしΔＡＭ＜０であれば、ΔＡＭ＝０とする。もしΔＡＭ＞Ｙ＊ΔＴであれば、ΔＡＭ＝Ｙ＊ΔＴとする。
【００６４】
パラメーター調整例：例として、図４を参照して説明された槽の制御におけるイベントのシーケンスの一例に次の対応するパラメーター値を与える。Ａ_０＝１ｍｌ／分。Ｂ_０＝１ｍｌ／アンペア分。Ｃ＝５０％。Ｄ＝５０％。ΔＡＭ＝５００アンペア分。Ｙ＝３６アンペア分／分。ΔＴ＝３００分。
【００６５】
５時間経過時において、Δ［ｍｌ／Ｌ］の最初の値は、２ｍｌ／Ｌ（目標値１０ｍｌ／Ｌ−分析値８ｍｌ／Ｌ）である。Ａ_１を解くことによって、新しい時間ベースの補充率は１．４３ｍｌ／分に設定される。同様にＢ_１をとくことによって、新しいアンペア−分の補充率は１．００ｍｌ／アンペア分に設定される。これらの新しい補充率は、濃度減少を計算するために、次回の分析測定サイクルまでの補充の決定に使用される。１０時間経過時において、Δ［ｍｌ／Ｌ］は１．５ｍｌ／Ｌであり、他の全てのパラメーターが同一であるとして、Ａ_２は１．７５ｍｌ／分に設定され、Ｂ_２は１．００ ｍｌ／アンペア分に設定される。薬品管理システム１００は、これらの補充率（方程式の係数）を、操作員が総合ユーザインターフェース１４５を通じて監視・調整出来る様にプログラムされても良い。さらに、システム１００に用いられる監視プログラムによって、これらの値がシステム・パラメータとして追跡・記録されても良い。
【００６６】
多数の変更が、基本的な教示から逸脱することなく、前述のシステムになされ得る。本発明は１つ以上の特定の実施例に関して相当に詳細に記載されたが、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲と精神から逸脱する事無く、これに対する修正がなされ得るということが当業者に認識されるであろう。
【００６７】
本発明の好ましい実施例が図示され、記載されたが、本発明の精神と範囲から逸脱する事無く多様な修正がなされ得ることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】複数の電気化学堆積装置を保守するために接続される自動薬品管理システムのブロック図である。
【図２】自動薬品管理システムの一例における物理的レイアウトの平面図である。
【図３】自動薬品管理システムにおいて、複数のモードの補充が実行される様態の一例を示した流れ図である。
【図４】複数回の補充および分析オペレーションが行われる際の、槽内の成分の濃度と時間の関係を例証するグラフである。

Claims (28)

1. マイクロエレクトロニクス製品の表面に材料を堆積させるために使用される電気化学槽の薬品の内容物を管理するための自動薬品管理システムであって、
   少なくとも１以上の所定の薬注方程式に従って所定の電気化学槽の成分を補充するために所定量の１つ以上の薬品を薬注する薬注システムと、
   電気化学槽内の所定の成分の量を示す測定結果を提供する分析測定システムとを備え、
   前記少なくとも１以上の所定の薬注方程式は前記測定結果に応じて修正される、自動薬品管理システム。
2. 前記所定の電気化学槽の成分は有機添加剤である、請求項１に記載の自動薬品管理システム。
3. 前記分析測定システムは、前記測定結果を得るために電気分析を行う、請求項２に記載の自動薬品管理システム。
4. 前記測定結果が前記電気化学槽の前記所定の成分の濃度を示す、請求項１に記載の自動薬品管理システム。
5. 前記所定の薬注方程式は変数部分と１つ以上の定数から構成され、前記所定の薬注方程式の前記定数は、前記分析測定システムによって得られた前記測定結果に応じて修正される、請求項１に記載の自動薬品管理システム。
6. 前記薬注システムは、１つ以上の薬品の先回の薬注時より経過した時間に基づいて、所定量の前記１つ以上の薬品を薬注する、請求項１に記載の自動薬品管理システム。
7. 前記薬注システムは、前記１つ以上の薬品の先回の薬注時より経過したアンペア−時間に基づいて、所定量の前記１つ以上の薬品を薬注する、請求項１に記載の自動薬品管理システム。
8. 前記薬注システムは、前記分析測定システムによって提供される前記測定結果に対して直接反応して、所定量の前記１つ以上の薬品を薬注する、請求項１に記載の自動薬品管理システム。
9. 前記薬注システムは、電気メッキ槽を補充するために使用される所定量の１つ以上の薬品を薬注し、
   前記分析測定システムは、前記電気メッキ槽の中の所定の成分の量を示す測定結果を提供する、
   請求項１に記載の自動薬品管理システム。
10. 所定の時間間隔がシステム操作員によってセットされる、請求項１に記載の自動薬品管理システム。
11. 前記薬注システムおよび前記分析測定システムの運用上のパラメーターを操作員が設定するためのユーザインターフェースをさらに備える、請求項１に記載の自動薬品管理システム。
12. 前記運用上のパラメーターの設定は、前記所定の電気化学槽の成分に関して同時に使用される２つ以上の薬注モードの選択を含む、請求項１１に記載の自動薬品管理システム。
13. 前記運用上のパラメーターの設定は、前記所定の電気化学槽の成分を分析する際に使用するための解析技法の選択を含む、請求項１１に記載の自動薬品管理システム。
14. 電気化学槽の薬品の構成成分を管理するための自動薬品管理システムであって、
    薬注システムを備え、
    前記薬注システムは、
    １つ以上の電気化学槽の成分の補充のために用いられる所定量の１つ以上の薬品の薬注が、所定の経過時間方程式に従って実行される、所定経過時間ベース薬注運転モードと、
    １つ以上の電気化学槽の成分の補充のために用いられる所定量の１つ以上の薬品の薬注が、所定のアンペア−時間方程式に従って実行される、所定経過アンペア−時間ベース薬注運転モードと、
    前記電気化学槽の中の前記所定量の前記１つ以上の成分を示す測定結果を提供する分析測定システムとを備え、
    前記所定の経過時間方程式および前記所定の経過アンペア−時間方程式は、前記測定結果に応じて、前記自動薬品管理システムによって修正される、
    自動薬品管理システム。
15. 前記電気化学槽の前記１つ以上の成分は有機添加剤を含む、請求項１４に記載の自動薬品管理システム。
16. 前記分析測定システムは、前記有機添加物の測定結果を得るために電気分析を行う、請求項１５に記載の自動薬品管理システム。
17. 前記測定結果が前記電気化学槽の前記１つ以上の成分の濃度を示す、請求項１４に記載の自動薬品管理システム。
18. 前記所定の経過時間方程式は変数部分と１つ以上の定数から構成され、前記所定の経過時間方程式の前記定数は、前記分析測定システムによって得られた前記測定結果に応じて修正される、請求項１４に記載の自動薬品管理システム。
19. 前記所定の経過アンペア−時間方程式は変数部分と１つ以上の定数から構成され、前記所定のアンペア−経過時間方程式の前記定数は、前記分析測定システムによって得られた前記測定結果に応じて修正される、請求項１４に記載の自動薬品管理システム。
20. 前記薬注システムは、前記分析測定システムによって提供される前記測定結果に直接反応して、所定量の前記１つ以上の薬品を薬注する分析補充モードをさらに備える、請求項１に記載の自動薬品管理システム。
21. 所定の時間間隔がシステム操作員によってセットされる、請求項１４に記載の自動薬品管理システム。
22. 前記薬注システムおよび前記分析測定システムの運用上のパラメーターを操作員が設定するためのユーザインターフェースをさらに備える、請求項１４に記載の自動薬品管理システム。
23. 前記運用上のパラメーターの設定は、前記電気化学槽の前記１つ以上の成分に関して同時に使用される２つ以上の薬注モードの選択を含む、請求項２２に記載の自動薬品管理システム。
24. 前記運用上のパラメーターの設定は、前記電気化学槽の前記１つ以上の成分を分析する際に使用するための解析技法の選択を含む、請求項２２に記載の自動薬品管理システム。
25. 電気化学槽の薬品の構成成分を管理するための自動薬品管理システムであって、
    同時に運転される複数の薬注モードに従って所定量の１つ以上の薬品を薬注するためのプログラム可能な薬注システムと、
    所定の時間間隔で電気化学槽の成分の濃度を測定するための分析測定システムとを備え、
    前記複数のモードは、経過時間ベース薬注モードと、経過アンペア−時間ベース薬注モードと、分析ベース薬注モードを備え、
    前記分析ベース薬注モードは、所定量の前記１つ以上の薬品を薬注するために前記濃度測定値に応じて運転され、
    前記経過時間ベース薬注モードおよび前記経過アンペア−時間ベース薬注モードの運転は、分析ベースの薬注の間に得られた前記濃度測定値に応じて修正される、
    自動薬品管理システム。
26. 前記薬注システムおよび前記分析測定システムの運用上のパラメーターを操作員が設定するためのユーザインターフェースをさらに備える、請求項２５に記載の自動薬品管理システム。
27. 前記運用上のパラメーターの設定は、前記電気化学槽の前記１つ以上の成分に関して同時に使用される２つ以上の薬注モードの選択を含む、請求項２５に記載の自動薬品管理システム。
28. 前記運用上のパラメーターの設定は、前記電気化学槽の前記１つ以上の成分を分析する際に使用するための解析技法の選択を含む、請求項２５に記載の自動薬品管理システム。

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