JP2006328537A - 電気メッキ処理におけるイン・シトゥープロファイル測定 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板が電解液に接触するときに電気メッキを始めるステップと;その電解液で一連のセル電流分布を測定するステップと;一連のセル電流分布からリアルタイム厚さプロファイルを作成するステップと;そのプロファイルに従い処理パラメータを調整するステップを備える。
【選択図】なし
Description
[0001]本発明の実施形態は、電気化学的メッキセル内部の微分電圧をイン・シトゥー(原位置で、本来の位置で)測定することにより表わされる空間メッキセル電流分布測定に関する。
[0002]半導体処理において、電気化学的メッキ(ECP)は、一般に、基板上に形成された特徴部を導電性材料で充填する為に好ましい技術である。典型的なECP処理は、導電性材料(通常、銅)のイオンが豊富な電解溶液中に基板を浸すステップ、その後、基板表面上に形成された導電性シード層と電解液中に位置するアノードとの間に電気的バイアスを印加するステップを含む。シード層とアノード間の電気的バイアスは、電気化学的反応を促進させ、導電性材料のイオンがシード層上にメッキされる。
前述したように、メッキ表面215Aは、内部に導電層が堆積される。メッキ表面215Aに形成される導電層は、ある状況では、一般に非常に薄く、高抵抗の導電性シード層である場合がある。シード層の抵抗性特性は、アノード205とメッキ表面215Aとの間に形成される電気力線を、メッキ表面215Aとの電気的接触が一般に行われるメッキ表面215Aの周辺近くで、高密度にさせる。電気力線220は、本来的に、高電圧(カソードバイアス)が接触素子213に近い導電層内に形成される電圧降下の結果、電気接触素子213に向かって収束する。その後、接触素子213近くの高電圧は、最小抵抗経路を形成する。メッキセルの幾つかの製造は、実質的に増加する電解液の抵抗により収束問題を解決しようと試みたが、これは、許容できないメッキ速度の減少を引き起こし、十分に電界収束効果を減少させないことが示されてきた。
一態様において、各列のセンサ331Bは、センサアセンブリ330Bの高い部分の長さに沿って均一に分布され、互いに距離D3で離間されている。一態様において、第1列のセンサ331Bは、センサアセンブリの高い部分の最上縁に近く位置決めされており、これにより、センサ331Aは、メッキ表面に非常に近い領域を測定可能である。第2列及び第3列のセンサ331Bの各々は、第1列の各センサ331Bの真下に位置決めされ、上の列の各センサから距離D4だけ離間されている。一態様において、距離D3は、約3.75mm、距離D4は、約3.75mmでもよい。他の図示されていない実施形態において、各列のセンサ331Bは、センサアセンブリ330Bの長さに沿って不規則に分布されてもよい。一態様において、複数の接点341Bは、一般に、センサアセンブリ330Aの短い部分に配置されている。各々の接点341Bは、一つのセンサ331Bと電気的に接続されており、他の回路(例えば、図3の信号サンプリング及び処理回路332)に接続するように構成されている。
局部電圧密度=(センサ間の微分電圧)/{(幾何学的係数)×(電解液抵抗)×(センサ間の距離)}…(式1)
この場合、メッキセル400Aが均一の電気力線を有するとき、電解液容積416内で2つのセンサを位置決めすることにより、センサ間の電圧降下の測定は、局部電流密度の推定を可能にする。その後、局部電流密度は、全電荷および局部メッキ厚さに、相互に関連可能である。
水平成分dVhは、以下の式で計算可能である。dVh=4315の電圧レベル−4317の電圧レベル垂直成分dVnは、以下の式で計算可能である。
dVn=4318の電圧レベル−4317の電圧レベル
その後、4317の微分電圧dVは、図3Cに示されるように、dVnとdVhのベクトル総和により計算可能である。その後、局部電流密度は、式1を使用して計算可能である。
ΣdV=√{C1dVh)2+(C2dVn)2}…(式2)
不平等電界の微分電圧を獲得する際に幾何学係数を行使することは効果的であることを証明された、そして、幾何学係数を識別する方法は記載される。
全電荷(t)=Σ{i(t)・Δt}ΔA…(式3)
ここで、ΔAは、各々のサンプリング地点に対する半径に沿った距離または基板上の対応領域を表示し、iは、各々のサンプリング地点における局部電流密度である。
銅結晶に対し、a=b=c=361.49pm=3.6149Åであることが知られている。このように、単一のセルの容積は、47.23Å3である。単一のセルには、4つの原子、一つの原子当たり2つの電荷があるので、単一のセルを堆積するに必要な全電荷は:4つの原子*2つの電荷*1.6e−19クーロンである。サンプリング領域において、3.6149Åの厚さ(例えば、単一のセルの層)を堆積するのに必要な全電荷は、4つの原子*2つの電荷*1.6e−19*サンプリング領域/3.6149Åクーロンである。
厚さ=当初の厚さ+メッキされた材料の厚さ…(式4)
[0064]厚さプルファイルは、メッキ時間で電解液中の電流を積分することにより作成可能である。現在値は、電解液中の微分電圧から計算可能である。微分電圧は、微分電圧デバイスを使用しセンサ間の電圧差を測定することにより得ることができる。図5に示されるように微分電圧測定器の一実施は、センサ間の電圧差を感知し増幅させ、その後、増幅された微分電圧をデジタル信号に変換する。この実施において、複数の高入力インピーダンス微分増幅器503が、センサ間の電圧差を測定及び増幅するために使用される。各々の高入力インピーダンス微分増幅器503にとって、2つの入力ピンの各々は、抵抗器501に接続され、抵抗器501は、センサに接続しており;抵抗器5021は、503のマイナス入力ピンを503の出力ピンに接続し;503のプラス入力ピン503は、抵抗器5022を介してグランドに接続している。入力ピンに対応する、センサ331間の電圧差は、R502/R501倍だけ増幅される。たとえば、抵抗器502は、100kΩの抵抗、抵抗器501は、1kΩの抵抗を有する場合がある。入力ピン間の電圧差は、100倍に増幅可能である。図5で示されるように、高入力インピーダンス微分増幅器503は、微分電圧の水平成分と垂直成分を感知及び増幅する為に使用可能である。高入力インピーダンス微分増幅器503の出力は、それから、一以上のマルチプレクサ504の入力ピンに接続され、A/Dコンバータ505に対し配列されて入力される。一態様において、A/Dコンバータ505は、12ビットA/Dコンバータでもよい。A/Dコンバータ506は、それから、データバスを介してコンピュータ506に接続されている。コンピュータ506は、リアルタイム厚さプロファイルを作成する為に測定された微分電圧を使用可能なプログラムを有し、一連の幾何学的係数を識別し、メッキ処理を制御し、メッキ処理を最適化する。電気化学的処理における微分電圧を利用する方法及び装置の実施形態は、図6〜図11に示されている。
基板の当初の固有抵抗は、また、幾何学的係数への影響は小さいかもしれない。このように、一旦識別されると、一連の幾何学的係数は、同一の電解液導電率と同様の基板初期抵抗を有するメッキ処理に対する厚さプロファイルを作成する為に適用可能である。
図7は、メッキ処理中にリアルタイム厚さプロファイルを作成する為の、本発明の実施形態を例示する。ステップ710において記述されたように、メッキ処理前にプローブにより、当初の厚さプロファイルが測定可能である。一態様において、ステップ710は、後に続く層が、あまり変わらない場合、基板の一括処理の為に一度だけ行うことができる。ステップ720において、電気化学的メッキ処理は、電解液中に配置されたセンサ列を有するメッキセル内で始められる。メッキ処理を始めた後、ステップ730〜ステップ780は、周期的あるいは、処理パラメータに依存した変更可能な回数で実施可能である。ステップ730は、例えば、水平微分電圧(dVh)および垂直微分電圧(dVn)のような微分電圧データをサンプリングすることを伴う。ステップ740は、一連の幾何学的係数を使用して微分電圧データから実際の微分電圧を計算すること、更に、実際の微分電圧から電流密度を計算することを備えてもよい。ステップ750は、一般に、全電荷を得る為にサンプリング時間にわたり電流密度を積分することを含む。ステップ760は、一般に、全電荷の値をメッキされた厚さの値に関連付けることを含む。ステップ770は、一般に、メッキされた厚さの値を加えることにより、厚さプロファイルを更新することを含む。ステップ780において、更新された厚さプロファイルは、プロットまたは他の方法で提示可能であるので、自動または対話的にメッキ処理を調整することができる。
誤差または差が予め定められた許容範囲の限界の範囲内であるとき、メッキ処理は止まる。ステップ960は、処理パラメータの調整が必要かを決定する。一態様において、決定する処理は、エラープロファイルを分析することを含んでもよい。ステップ970において、一以上の処理パラメータは、エラープロファイルに応じて調整可能である。調整する処理パラメータは、電流設定点、アノードタイミング、すて材電流、ヘッド間隔、アノード素子の電流及びタイミングのうち一つ以上でもよい。
特性試験工具1200は、ウエハ1200の異なる半径で金属パッチ1201を有する特殊なウエハである。各々のパッチ1201は、ウエハ上の金属トレース1202によりウエハ1200の周辺の接触点1203に接続される。ウエハ1200が電解液と接触しているとき、金属トレース1202は、電解液と接触しないように、金属トレース1202は、誘電材料により覆われている。一態様において、電気メッキセルの接触リング上で接触ピンに整列された接触点1203を備えた電気メッキセル内でメッキされるようにウエハ1200は配置可能である。各々の金属パッチ1201上の電流は、対応する接触リングより下流側で測定可能である。一態様において、接触リングから測定された電流値は、同一半径に沿った対応センサにより測定された電流値と比較可能である。一態様において、センサ精度は、特徴付けられてもよい。一態様において、比較結果は、センサの読みを較正および訂正する為に使用可能である。ウエハ1200は、同様に、メッキセルまたはアノードアセンブリを特徴付ける為にも使用可能である。一実施形態において、パッチ1201、トレース1202、接触点1203は、銅で形成される。一態様において、パッチ1201は、2mm2の大きさでもよい。パッチ1201と接触点1203は、異なる方式で配列可能である。
[0030]
Claims (44)
- 電解液中で行われる電気化学的メッキ処理中に、リアルタイム厚さプロファイルを作成する方法であって:
前記電解液中に配列されたセンサ列を使用して一連の電流を測定するステップと;
一連の電荷データを得る為に一定の時間間隔で前記一連の電流を積分するステップと;
前記一連の電荷データを、メッキされた厚さの値と関連付けるステップと;
前記メッキされた厚さの値から前記リアルタイム厚さプロファイルを作成するステップと;
を備える、前記方法。 - 基板は、当初の厚さプロファイルを有し、前記リアルタイム厚さプロファイルを作成するステップは、前記メッキされた厚さの値を前記当初の厚さプロファイルに加える工程を更に備える、請求項1に記載の方法。
- 前記一連の電流を測定するステップは:
前記センサ列を使用して一連の微分電圧を測定する工程と;
前記一連の微分電圧から前記一連の電流を計算する工程と;を備える、請求項1に記載の方法。 - 前記一連の微分電圧の各々は、第1座標の第1成分と第2座標の第2成分を備える、請求項3に記載の方法。
- 前記第1座標は、水平であり、前記第2座標は垂直である、請求項4に記載の方法。
- 前記一連の電流を計算するステップは:
前記一連の微分電圧の各々に対し、第1係数で前記第1成分を掛け算する工程と;
前記一連の微分電圧の各々に対し、第2係数で前記第2成分を掛け算する工程と;
を備える、請求項4に記載の方法。 - 前記基板は、当初の厚さプロファイルを有し、前記リアルタイム厚さプロファイルを作成するステップは、メッキされた厚さの値を前記当初の厚さプロファイルに加える工程を更に備える、請求項6に記載の方法。
- 電気化学的処理中に電解液中でメッキされる材料のリアルタイム局部厚さを測定する方法であって:
前記電解液中に配置された第2センサと第1センサを使用して局部電流を測定するステップと;
電荷を得る為に一定時間間隔で前記局部電流を積分するステップと;
前記一定時間間隔中にメッキされた厚さに前記電荷を関連付けるステップと;
前記一定時間間隔中にメッキされた厚さから前記リアルタイム局部厚さを作成するステップと;
を備える、前記方法。 - 前記リアルタイム局部厚さを作成するステップは、前記一定時間間隔中にメッキされた厚さに当初の厚さを加える工程を備える、請求項8に記載の方法。
- 前記局部電流を測定するステップは:
前記第1センサと第2センサ間の第1微分電圧を測定する工程と;
前記第1微分電圧から前記局部電流を計算する工程と;を備える、請求項8に記載の方法。 - 前記局部電流を測定するステップは:
前記第1センサと第2センサとの間の第1微分電圧を測定する工程と;
前記電解液中に配置された第3センサと前記第1センサとの間の第2微分電圧を測定する工程と;
所定の第1係数を前記第1微分電圧に掛け算する工程と;
所定の第2係数を前記第2微分電圧に掛け算する工程と;
を備える、請求項8に記載の方法。 - 前記リアルタイム局部厚さを作成するステップは、前記時間間隔中にメッキされた厚さに当初の厚さを加える工程を備える、請求項11に記載の方法。
- 電気化学的メッキにより基板上に均一プロファイルを作り出す方法であって:
電解液に接触している前記基板上で前記電気メッキ処理を始めるステップと;
リアルタイム厚さプロファイルを作成するステップと;
前記リアルタイムプロファイルに応じて一以上の処理パラメータを調整するステップと;を備える、前記方法。 - 前記リアルタイム厚さプロファイルを作成するステップは:
前記電解液中に配置されたセンサ列を使用して前記電解液中で一連の電流を測定する工程と;
一連の電荷データを得る為に一定の時間間隔で前記一連の電流を積分する工程と;
メッキされた厚さの値に、前記一連の電荷データを関連付ける工程と;
を更に備える、請求項13に記載の方法。 - 前記一連の電流を測定するステップは、前記電解液中に配置されたセンサ列を使用して微分電圧を測定する工程を備える、請求項14に記載の方法。
- 前記一以上の処理パラメータは、電流設定点、アノードのタイミング、すて材電流(thief current)、ヘッド間隔のうち少なくとも一つを備える、請求項13に記載の方法。
- 前記一以上の処理パラメータを調整するステップは、前記リアルタイム厚さプロファイルで反映される局部厚さに対応した局部電圧設定点を調整する工程を備える、請求項13に記載の方法。
- 前記一以上の処理パラメータを調整するステップは、前記一以上の処理パラメータの調整を決定する為に予示するアルゴリズムを使用する工程を備える、請求項13に記載の方法。
- 電気化学的メッキにより基板上に所望の厚さプロファイルを作り出す方法であって:
電解液と接触している前記基板上で電気メッキ処理を始めるステップと;
リアルタイム厚さプロファイルを作成するステップと;
エラープロファイルを得る為に、前記所望の厚さプロファイルと前記リアルタイム厚さプロファイルとを比較するステップと;
前記エラープロファイルに応じて一以上の処理パラメータを調整するステップと;
前記エラープロファイルが所定の許容範囲プロファイル内にあるとき、前記電気メッキ処理を終了させるステップと;
を備える、前記方法。 - 前記リアルタイム厚さプロファイルを作成するステップは:
前記電解液中に配置されたセンサ列を使用して前記電解液中で一連の電流を測定する工程と;
一連の電荷データを得る為に、一定の時間間隔で前記一連の電流データを積分する工程と;
メッキされた厚さの値を前記一連の電荷データと関連付ける工程と;を備える、請求項19に記載の方法。 - 一連の電流を測定する工程は、前記電解液中に配置されたセンサ列間の微分電圧を測定することを備える、請求項20に記載の方法。
- 前記一以上の処理パラメータは、電流設定点、アノードのタイミング、すて材電流、ヘッド間隔のうち少なくとも一つを備える、請求項19に記載の方法。
- 前記一以上の処理パラメータを調整するステップは、前記リアルタイム厚さプロファイルで反映される局部厚さに対応した局部電流設定点を調整する工程を備える、請求項19に記載の方法。
- 前記一以上の処理パラメータを調整するステップは、前記一以上の処理パラメータの調整を決定する為に予示的アルゴリズムを使用する工程を備える、請求項19に記載の方法。
- 電気化学的メッキ用電解液へ基板を浸す為の方法であって:
前記電解液中に配置されたアノードアセンブリと前記基板との間にバイアス電圧を印加するステップと;
前記電解液中に配置されたセンサ列を使用して前記電解液の電流をモニタすると同時に前記電解液中に前記基板を浸すステップと;
前記電流から液浸状態を決定するステップと;
前記液浸状態に対応した前記バイアス電圧を調整するステップと;を備える、前記方法。 - 前記アノードアセンブリは、区分され、前記バイアス電圧を調整するステップは、区分された前記アノードアセンブリの各々を調整する工程を備える、請求項25に記載の方法。
- 電気化学的メッキセル内の電流分布を特徴付ける方法において:
パターン化された基板をメッキするステップであって、前記パターン化された基板は、互いに絶縁され前記パターン化された基板の半径を横切って分布された複数の導電性パッチと、互いに絶縁され前記パターン化された基板の縁に沿って分布された複数の接触点とを備え、前記複数の接触点の各々は、電気化学的メッキ処理中に電源に接続するように構成された電気化学的メッキセルの接触ピンに整列可能であり、前記複数の導電性パッチの各々は、保護されたトレースを介して前記複数の接触点の対応する接触点と電気的に通じている、前記ステップと;
前記接触ピンより下流側で電流を測定するステップと;
を備える、前記方法。 - 電気化学的メッキセル中で電流を測定する為のセンサを較正する方法であって:
メッキセル中にセンサを配置するステップと;
パターン化された基板をメッキするステップであって、前記パターン化された基板は、
導電性パッチであって、前記パターン化された基板の中心を通る中心軸まで前記センサと前記導電性パッチが同一距離を有するように位置決めされた、前記導電性パッチ、
電気化学的メッキ処理中に電源と接触するように構成された電気化学的メッキセルの接触ピンに整列された前記パターン化された基板の縁上の接触点であって、前記導電性パッチは、保護されたトレースを介して前記接触点と電気的に通じている、前記接触点、を備える、前記ステップと;
前記接触ピンより下流側でセル電流を測定するステップと;
前記センサを使用してセンサ電流を測定するステップと;
前記センサ電流と前記セル電流とを比較することにより前記センサ電流を較正するステップと;
を備える、前記方法。 - 電気化学的メッキシステムであって:基板が電解液と接触する場合に前記基板に接触するように構成された接触ピンと;
前記電解液中に配置されたアノードと;
前記接触ピンと前記アノード間にバイアスを印加するように構成された電源と;
センサアセンブリが少なくとも第1センサおよび第2センサを備える場合に前記電解液中に配置されるセンサアセンブリと;
前記センサに接続された制御ユニットであって、前記第1センサ及び前記第2センサ間の第1微分電圧を決定するように構成されている、前記制御ユニットと;
を備える、前記システム。 - 前記センサアセンブリは、第3センサを更に備え、前記制御ユニットは、前記第1センサ及び前記第3センサ間の第2微分電圧を決定するように構成されている、請求項29に記載のシステム。
- 前記第1センサ及び前記第2センサは、前記基板に対し垂直なラインで位置決めされ、前記第1センサ及び前記第3センサは、前記基板に対し平行なラインで位置決めされる、請求項30に記載のシステム。
- 前記センサアセンブリは、センサ列を備え、前記センサ列は、前記基板の中心点の近くから前記基板の縁点の近くまでに分布されている、請求項29に記載のシステム。
- 前記センサ列は、プリント回路板上に配置されている、請求項32に記載のシステム。
- 前記センサ列は、前記基板の中心点から放射方向に分布された複数のプリント回路板上に配置されている、請求項32に記載のシステム。
- 前記センサ列は、螺旋パターンで配置されている、請求項32に記載のシステム。
- 前記制御ユニットは、前記接触ピンに接続され、前記接触ピンと少なくとも前記第1センサ間の電圧差を測定するように構成されている、請求項29に記載の電気化学的メッキシステム。
- 前記電解液中に配置された拡散プレートを更に備え、前記センサアセンブリは、前記拡散プレート内に組み込まれている、請求項29に記載のシステム。
- 前記制御ユニットは:
前記センサアセンブリに接続された電気回路と;
前記電気回路に接続されたコンピュータであって、前記電気回路は、前記センサアセンブリの入力をサンプリングし処理するように構成され、前記コンピュータは、前記センサアセンブリの前記入力からメッキ厚さを計算する為のソフトウェアを備える、前記コンピュータと;
を備える、請求項29に記載のシステム。 - 電気化学的処理システムであって:
複数のセンサを備える電気化学的メッキセルと;
前記複数のセンサから入力を受けるように構成された制御ユニットであって、
前記複数のセンサからの入力を処理するように構成された電気デバイス、
複数の入力変数と複数の出力変数を有する処理最適化モジュール、を備える、前記制御ユニットと;
を備える、前記システム。 - 前記複数のセンサは、電気化学的メッキセル内に含まれる電解液中に配置されたセンサ列を備え、前記センサ列は、前記電解液中の微分電圧を測定するように構成され、前記制御ユニットは、プロファイル作成装置を更に備え、前記プロファイル作成装置は、前記微分電圧からリアルタイムメッキ厚さプロファイルを作成するように構成されている、請求項39に記載のシステム。
- 電気化学的メッキセルを特徴付ける為のパターン化された基板であって:
第1導電性パッチと;
前記パターン化された基板の縁に位置決めされ、前記電気メッキセルの接触ピンに接触するように構成された第1接触点であって、前記第1導電性パッチは、保護されたトレースを介して前記第1接触点と電気的に通じている、前記第1接触点と;を備える、前記パターン化された基板。 - パターン化された基板であって:
互いに絶縁された複数の導電性パッチと;
互いに絶縁され、前記パターン化された基板の前記縁に位置決めされた、複数の接触点であって、
前記複数の接触点の各々は、前記電気メッキセルの個々の接触ピンに整列可能であり、前記複数の導電性パッチの各々は、前記複数の接触点の対応する接触点と電気的に通じている、前記複数の接触点と;
を更に備える、請求項41に記載のパターン化された基板。 - 前記複数のパッチは前記パターン化された基板の半径を横切って分布されている、請求項42に記載のパターン化された基板。
- 前記複数のパッチは、前記パターン化された基板の半径を横切って直線に分布されている、請求項42に記載のパターン化された基板。
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