JP2007507615A - Method and system for automatically controlling the distribution of current to a multi-anode structure during metal plating on a substrate surface - Google Patents
Method and system for automatically controlling the distribution of current to a multi-anode structure during metal plating on a substrate surface Download PDFInfo
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Abstract
電気メッキツールは、電気メッキツールのマルチアノード構造の個々の電流を自動的に決定するコントローラと協働して動作する。アノード電流の算出は、処理変動に対する素早い応答を、複数のプロセスチェンバを含むメッキツールに対しても実現することができるように、感度データ及び測定データの他に所望のターゲットプロファイルに基づいている。The electroplating tool operates in conjunction with a controller that automatically determines the individual currents of the multi-anode structure of the electroplating tool. The calculation of the anode current is based on the desired target profile in addition to the sensitivity data and the measurement data so that a quick response to process variations can also be realized for a plating tool including a plurality of process chambers.
Description
本発明は、電気メッキ用のリアクタ(reactor)を使用して基板表面に金属をデポジット(蒸着)する処理に関し、特に、メッキツールのマルチアノード構造に供給された電流を調整して、基板表面全体わたって金属の所望の厚さプロファイルを得る処理に関する。 The present invention relates to a process for depositing metal on the surface of a substrate using a reactor for electroplating, and more particularly, by adjusting the current supplied to the multi-anode structure of the plating tool. It relates to a process for obtaining the desired thickness profile of the metal.
多くの技術分野において、基板表面に金属層を蒸着することは、頻繁に使用される技術である。基板表面に比較的厚さのある金属層を効率よく蒸着するための電気メッキ若しくは無電解メッキ形式のメッキは、実行可能な費用効果のある方法として実績がある。従って半導体産業では、メッキは魅力的な蒸着方法になっている。 In many technical fields, depositing a metal layer on the surface of a substrate is a frequently used technique. Electroplating or electroless plating type plating for efficiently depositing a relatively thick metal layer on a substrate surface has proven to be a viable and cost effective method. Therefore, plating has become an attractive vapor deposition method in the semiconductor industry.
現在、高度な集積回路に金属被覆層(金属層:metallization layers)を形成するために、銅が好ましい金属であると考えられている。その理由は、例えば一般的に使用されるアルミニウムと比較して、銅及び銅合金は、導電性及びエレクトロマイグレーションに対する抵抗の点で優れた特性を持つためである。銅は、1μm若しくはそれ以上のオーダの層厚で物理蒸着法、例えばスパッタ蒸着によって非常に非効率的に蒸着されるため、銅及び銅合金の電気メッキは、現在のところ金属層を形成するのに好ましい蒸着法である。銅の電気メッキは既に周知の技術であるが、トレンチ及びビアを含むパターンが形成された表面を有する直径の大きな基板上に銅を確実に蒸着させることは、プロセスエンジニアたちにとって困難な仕事である。例えば、超大規模な集積デバイスの金属層を形成するには、数ミクロンのオーダの幅で幅広のトレンチを確実に充填することが求められ、また、0.2μm若しくはそれ未満の直径を有するビア及びトレンチも確実に充填することが求められる。基板の直径は大きくなる傾向にあるので、状況はさらに複雑になる。現在のところ、半導体のプロセスラインでは、8インチ若しくは10インチのウェハが一般的に使用されている。従って、基板表面にわたって所望のプロファイルの銅層を提供すべく、銅メッキの技術分野では大きな努力が払われている。一見したところ、基板表面にわたっての金属の厚さプロファイルは、できる限り不均一に形成される点で有利なようである。しかし、メッキ後の処理(post-plating process)においては、完成した集積回路の適切なデバイス機能性を保証することができるように、様々に形作られたプロファイルが必要とされる。例えば、銅ベースの金属層の形成中に余分な銅は除去される。銅の除去は、現在のところ、金属表面の化学機械研磨(CMP:chemical mechanical polishing)によって実現されることが多い。CMP処理は、固有の処理の不均一性、つまり基板表面にわたっての不均一な除去速度をしばしば示す、それ自体が非常に複雑な処理であるので、金属の厚さプロファイルをメッキ後の処理に適用して、そのメッキ後の処理の完了後に、全体的に改善された処理の均一性を達成するのが望ましい。従って電気メッキツールは、多くの場合、金属プロファイルの変形を許容するように構成されるが、現在のところ、最終的に得られるプロファイルの制御は、煩わしく、時間のかかるものである。 Currently, copper is considered the preferred metal for forming metallization layers in advanced integrated circuits. This is because, for example, copper and copper alloys have superior characteristics in terms of conductivity and resistance to electromigration, compared to commonly used aluminum. Since copper is deposited very inefficiently by physical vapor deposition, eg sputter deposition, with a layer thickness on the order of 1 μm or more, electroplating of copper and copper alloys currently forms metal layers It is a preferable vapor deposition method. Although copper electroplating is a well known technique, it is a difficult task for process engineers to reliably deposit copper on a large diameter substrate having a patterned surface including trenches and vias. . For example, forming a metal layer in an ultra-large scale integrated device requires that a wide trench with a width on the order of a few microns be filled, and a via having a diameter of 0.2 μm or less and The trench is also required to be filled surely. The situation is further complicated as the diameter of the substrate tends to increase. At present, 8-inch or 10-inch wafers are generally used in semiconductor process lines. Therefore, great efforts are being made in the technical field of copper plating to provide a copper layer of the desired profile across the substrate surface. At first glance, the metal thickness profile across the substrate surface seems advantageous in that it is formed as non-uniformly as possible. However, in the post-plating process, variously shaped profiles are required to ensure proper device functionality of the finished integrated circuit. For example, excess copper is removed during the formation of the copper-based metal layer. Copper removal is currently often achieved by chemical mechanical polishing (CMP) of metal surfaces. Because CMP processes are themselves very complex processes that often exhibit inherent process non-uniformities, ie, non-uniform removal rates across the substrate surface, the metal thickness profile is applied to post-plating processes. Thus, it is desirable to achieve overall improved process uniformity after completion of the post-plating process. Thus, electroplating tools are often configured to allow deformation of the metal profile, but at present, controlling the final profile is cumbersome and time consuming.
図1を参照すると、一般的な従来技術の電気メッキシステムが説明されており、銅を金属メッキする場合に伴う問題点が更に詳細に例示される。 Referring to FIG. 1, a general prior art electroplating system is described, illustrating the problems associated with metal plating copper in more detail.
図1aは、一般的な従来の電気メッキシステム100を示す。このシステムは、第1電極102を備えた反応器(reactor vessel)101を有する。第1電極102は、この場合、アノード(陽極)であり、個々にドライブ可能(drivable)な複数のアノード部102A、...、102Nを備えており、マルチアノード構造(multi anode arrangement)が定義される。本例では、いわゆる噴水型のリアクタ(fountain type reactor)が考慮される。この噴水型リアクタでは、電解質溶液が反応器101の底部から上側に方向付けられ、排水口104を貯蔵タンク107に接続しているパイプ103によって再循環される。貯蔵タンクは、通路として与えられている注入口105を介してアノード102に接続される。システム100は、対象となる表面を電解質溶液に曝すことができるように、半導体ウェハなどの基板109をサポートするように構成される基板ホルダ108を含む。更に基板ホルダ108は、第2電極、この場合はカソード(陰極)として機能し、また、電源110に電気的接続を与えるように構成されてもよい。電源110は、所定の大きさの各電流を、アノード部102A、...102Nの各々に供給することができるように構成される。
FIG. 1 a shows a typical
図1bは、4つの各アノード部のマルチアノード構造102A、...102Nを含む、電極102の俯瞰図を概略的に示す。
FIG. 1b schematically shows an overhead view of the
基板ホルダ108に基板109を取り付ける前に、シード層(seed layer)を含むことができる薄い電流分布層が、金属層を受け取る基板109の表面にスパッタ蒸着によって形成される。その後、基板109は基板ホルダ108に取り付けられ、小さな接触領域(簡素化のために図示せず)が、基板ホルダ108を介して電源110に電気的な接触を与える。ポンプ(図示せず)を起動させ、アノード102、つまりマルチアノード構造102A、...102Nと各々の電流を生成する基板ホルダ108との間に適切な電圧を印加することで、反応器101内に電解質溶液の流れ(electrolyte flow)が生成される。注入口105から反応器101に入る電解質溶液は、基板109に向けて方向付けられ、電解質溶液の流れとマルチアノード構造102A、...102Nの配置によって、基板109上の金属の蒸着が決定される。基板109の表面の特定領域上の局所的な金属の蒸着速度が、この領域に到達するイオン数によって決定するからである。従って、マルチアノード構造102A、...102Nに供給される電流セットを選択することによって、最終的に得られる厚さプロファイルが決定され、イオン及び/又は電解質溶液の流れに影響を与えるための、任意の追加手段が、例えば拡散メッキなどの形態で挿入されてよい。
Prior to attaching the
電源110により適切な電流セットが調整されると、その結果生じる厚さプロファイルが、反応器101、電解質溶液、電流セット、及びメッキ時間、の各特性によって決定される。従って、これらの特性のうちの1つが変動すると、最終的に得られる厚さプロファイルのドリフトを発生させ得る。複数のマルチアノード構造102A、...102Nに対応する複数の反応器101を含む電気メッキツール100において、状況はさらに複雑になる。これは、これらの反応器におけるすべての微妙な処理の変動が、関連する処理特性の非常に複雑な相互作用を発生させ、若しくは非常に複雑な相互作用の結果を招き、その結果、処理の安定性が損なわれるためである。従って、複数のテスト基板実行(run)は、一般的に定期的に実行されるので、時間及び労働力が求められ、その結果、メッキ処理の歩留まり及び質が低下する。
When the appropriate current set is adjusted by the
更に、ダマシン技術と呼ばれる技術によって金属層を形成する場合、ビア及びトレンチは金属で充填される。このビア及びトレンチを確実に充填することができるように、ある程度の余剰金属を与える必要がある。続いて、隣接するトレンチ及びビアの間の電気的絶縁を保証し、更なる金属層の形成のために平坦な面を与えるように、余剰金属を除去する必要がある。余剰金属を除去し且つ基板表面を平坦化するための好ましい技術には、化学機械研磨(CMP)が挙げられる。CMP技術において除去される基板材料は、化学反応に曝され、同時に機械的に除去される。既に説明したように、CMP処理は非常に複雑であり、また、不均一性を示し得る。この不均一性は、電気メッキ処理の厚さプロファイルをCMPの不均一性に適合させることによって、少なくとも部分的に補償することができる。しかし、厚さプロファイルの生成に伴う、特に、複数の反応器を有するメッキツールの複数の処理パラメータは、所望の厚さプロファイルから非常に外れ得るために、CMPの不均一性が効率的に補償されない。 Further, when the metal layer is formed by a technique called damascene technique, the via and the trench are filled with metal. Some extra metal must be provided to ensure that the vias and trenches can be filled. Subsequently, excess metal must be removed to ensure electrical isolation between adjacent trenches and vias and to provide a flat surface for further metal layer formation. A preferred technique for removing excess metal and planarizing the substrate surface includes chemical mechanical polishing (CMP). The substrate material that is removed in the CMP technique is exposed to a chemical reaction and simultaneously mechanically removed. As already explained, the CMP process is very complex and can exhibit non-uniformity. This non-uniformity can be at least partially compensated by adapting the electroplating process thickness profile to the CMP non-uniformity. However, the process parameters associated with the generation of the thickness profile, particularly the plating tool with multiple reactors, can deviate significantly from the desired thickness profile, thus effectively compensating for CMP non-uniformities. Not.
上述の問題点を考慮して、これらの問題点のいくつか或いはすべてをなくすか、若しくは少なくとも減らすことができる、厚さプロファイルを迅速に且つ効率的に調節する技術が、メッキツールにおいて求められている。 In view of the above-mentioned problems, there is a need in the plating tool for a technique to quickly and efficiently adjust the thickness profile that can eliminate or at least reduce some or all of these problems. Yes.
一般的に本発明は、電気メッキツールにおけるマルチアノード構造の各アノードに供給される、個々の電流を制御するための技術に関する。電流セットとも称されるマルチアノード構造に対する個々の電流は、所望の厚さプロファイルを考慮して自動的に算出される。その結果、検討中のメッキツールが複数のマルチアノード構造を備えた複数のプロセスチェンバを含む場合であっても、メッキ処理自体の処理変動及び/又はメッキ後の処理及び/又はメッキ前の処理(pre-plating process)に、実質的に遅延しない方法で応答することが可能になる。 In general, the present invention relates to techniques for controlling individual currents supplied to each anode of a multi-anode structure in an electroplating tool. The individual currents for the multi-anode structure, also called current set, are automatically calculated taking into account the desired thickness profile. As a result, even if the plating tool under consideration includes a plurality of process chambers with a plurality of multi-anode structures, process variations of the plating process itself and / or post-plating and / or pre-plating processes ( It is possible to respond to the pre-plating process in a manner that does not substantially delay.
本発明の例示的な実施形態によれば、方法は、電気メッキツールのマルチアノード構造の電流セットを電気メッキによって基板に形成された金属層の厚さに定量的に関連付けるための感度データ(sensitivity data)を決定するステップを含む。この方法は更に、電気メッキツールにおいて処理される第2基板の感度データに基づいて、マルチアノード構造のアップデートされた電流セットを決定するステップを含む。 According to an exemplary embodiment of the present invention, a method includes sensitivity data for quantitatively relating a current set of a multi-anode structure of an electroplating tool to a thickness of a metal layer formed on a substrate by electroplating. data) is included. The method further includes determining an updated current set of the multi-anode structure based on the sensitivity data of the second substrate processed in the electroplating tool.
更なる実施形態では、方法は、アップデートされた電流セットの各電流の許容範囲を決定するステップを更に含む。 In a further embodiment, the method further includes determining an acceptable range for each current in the updated current set.
更なる実施形態では、アップデートされた電流セットは、アップデートされたセットの各電流がそれぞれの許容範囲内である、という第2の条件のもとで決定される。 In a further embodiment, the updated current set is determined under a second condition that each current in the updated set is within a respective tolerance range.
更なる実施形態では、方法は、蒸着される所望量の金属を選択するステップと、この所望量の金属を基板に実際に蒸着するために必要とされる合計の電流値及び処理時間を決定するステップとを更に含む。 In a further embodiment, the method selects the desired amount of metal to be deposited and determines the total current value and processing time required to actually deposit the desired amount of metal on the substrate. A step.
更なる実施形態では、アップデートされた電流セットは、アップデートされたセットの各電流の総量が合計の電流値に等しい、という第2の条件のもとで決定される。 In a further embodiment, the updated current set is determined under a second condition that the total amount of each current in the updated set is equal to the total current value.
更なる実施形態では、アップデートされた電流セットは、厚さプロファイルデータ及び所望のプロファイルの差の最小値を算出することによって決定される。 In a further embodiment, the updated current set is determined by calculating the minimum thickness profile data and the desired profile difference.
更なる実施形態では、方法は、最小値を算出する場合に、金属の厚さの位置非依存部(position independent portion)を決定するステップと、第2基板のアップデートされた処理時間を決定するためにその位置非依存部を使用するステップとを更に含む。 In a further embodiment, the method determines a position independent portion of the metal thickness and calculates an updated processing time for the second substrate when calculating the minimum value. And using the position-independent portion.
更なる実施形態では、方法は、アップデートされた電流セットに基づいて、複数の第2基板の厚さプロファイルを制御するステップを更に含む。 In a further embodiment, the method further includes controlling a thickness profile of the plurality of second substrates based on the updated current set.
更なる実施形態では、方法は、アップデートされた電流セットで第2基板を処理した後の第2基板から、厚さプロファイルを取得するステップと、第2基板の厚さプロファイルデータに基づいて、新たにアップデートされた電流セットを決定するステップと、を更に含む。 In a further embodiment, the method obtains a thickness profile from the second substrate after processing the second substrate with the updated current set, and based on the thickness profile data of the second substrate. Determining an updated current set.
更なる実施形態では、電気メッキツールは、少なくとも1つの更なるマルチアノード構造を含んでおり、アップデートされた電流セットが、少なくとも1つの更なるマルチアノード構造に対して決定される。 In a further embodiment, the electroplating tool includes at least one additional multi-anode structure, and an updated current set is determined for the at least one additional multi-anode structure.
更なる実施形態では、所望の厚さプロファイルは、電気メッキ処理の完了後に第2基板が曝される処理の、少なくとも1つの処理の具体的な特徴に基づいて選択される。 In a further embodiment, the desired thickness profile is selected based on the specific characteristics of at least one process of the process to which the second substrate is exposed after completion of the electroplating process.
更なる実施形態では、少なくとも1つの処理の具体的な特徴は、化学機械研磨処理による基板全体にわたる除去速度分布(removal rate distribution)である。 In a further embodiment, a specific feature of the at least one process is a removal rate distribution across the substrate by a chemical mechanical polishing process.
更なる実施形態では、方法は、第2基板の研磨後に、第2基板から除去速度分布データを取得するステップと、その除去速度分布データに基づいて、所望の厚さプロファイルを選択するステップと、を更に含む。 In a further embodiment, the method obtains removal rate distribution data from the second substrate after polishing the second substrate, and selects a desired thickness profile based on the removal rate distribution data; Is further included.
更なる実施形態では、所望の厚さプロファイルは、電気メッキ処理前に第2基板が曝される処理の、少なくとも1つの処理の具体的な特徴に基づいて選択される。 In a further embodiment, the desired thickness profile is selected based on the specific characteristics of at least one process of the process to which the second substrate is exposed prior to the electroplating process.
更なる実施形態では、少なくとも1つの処理の具体的な特徴は、バリア(barrier)層及びシード層のうちの少なくとも1つのスパッタ蒸着に関連する。 In a further embodiment, the specific feature of the at least one process relates to sputter deposition of at least one of a barrier layer and a seed layer.
本発明の更なる例示的実施形態によれば、マルチアノード構造を含む少なくとも1つのプロセスチェンバを有する電気メッキツールにより金属を蒸着する方法が提供される。この方法は、所望の厚さプロファイル、電気メッキツールにおいて処理された少なくとも1つの基板から取得した厚さプロファイルデータ、及びマルチアノード構造に供給された電流と厚さプロファイルとの間の関係を定量的に説明したモデルに基づいて、マルチアノード構造の電流セットを決定するステップを含む。最後に金属は、決定された電流セットを使用する間に、1又は複数の金属に蒸着される。 According to a further exemplary embodiment of the present invention, a method is provided for depositing metal with an electroplating tool having at least one process chamber comprising a multi-anode structure. This method quantifies the relationship between the desired thickness profile, thickness profile data obtained from at least one substrate processed in an electroplating tool, and the current and thickness profile supplied to the multi-anode structure. And determining a current set of the multi-anode structure based on the model described in (1). Finally, the metal is deposited on one or more metals while using the determined current set.
更なる実施形態では、方法は、少なくとも1つの基板から厚さプロファイルを取得し、取得した少なくとも1つの基板の厚さプロファイルを、電気メッキツールにおいて処理される基板の電流セットを決定するための厚さプロファイルデータとして使用するステップを更に含む。 In a further embodiment, the method obtains a thickness profile from at least one substrate and uses the obtained thickness profile of the at least one substrate to determine a current set of substrates to be processed in the electroplating tool. The method further includes the step of using the data as profile data.
更なる実施形態では、方法は、1又は複数の基板に金属を蒸着するために、アップデートされたメッキ処理時間を決定するステップを更に含む。 In a further embodiment, the method further comprises determining an updated plating process time for depositing metal on the one or more substrates.
更なる実施形態では、アップデートされた処理時間は、以前に使用された処理時間、及びメッキされた金属の厚さの変化を生成するのに必要なメッキ時間にわたってメッキされた金属の厚さの変化を表す感度因子、に基づいて決定される。 In a further embodiment, the updated processing time is a change in the thickness of the plated metal over the processing time previously used and the plating time required to produce a change in the thickness of the plated metal. It is determined based on a sensitivity factor representing
本発明の更に別の例示的実施形態によると、マルチアノード構造を有する複数のプロセスチェンバを含む電気メッキツールを制御する方法が提供される。この方法は、各マルチアノード構造の電流セットを算出するステップと、決定した電流セットを用いて複数のプロセスチェンバの各々において、少なくとも1つの基板を処理するステップと、を含む。 According to yet another exemplary embodiment of the present invention, a method is provided for controlling an electroplating tool that includes a plurality of process chambers having a multi-anode structure. The method includes calculating a current set for each multi-anode structure and processing at least one substrate in each of the plurality of process chambers using the determined current set.
更なる実施形態では、各セットの総電流量は、所定のターゲット値に実質的に等しい。 In a further embodiment, the total amount of current in each set is substantially equal to a predetermined target value.
更なる実施形態では、方法は、マルチアノード構造の基準電流セットを、少なくとも1つのプロセスチェンバにおいて処理された基板に形成される金属層の厚さに、定量的に関連付ける感度データを決定するステップと、プロセスチェンバにおいて処理される複数の第2基板の感度データに基づいて、マルチアノード構造の電流セットを決定するステップと、を更に含む。 In a further embodiment, the method determines sensitivity data that quantitatively relates the reference current set of the multi-anode structure to the thickness of a metal layer formed on a substrate processed in at least one process chamber; and Determining a current set of the multi-anode structure based on sensitivity data of a plurality of second substrates processed in the process chamber.
更なる実施形態では、方法は、電気メッキツールにおいて処理された少なくとも1つの基板から厚さプロファイルデータを取得するステップと、その厚さプロファイルデータに基づいて、電流セットを決定するステップとを更に含む。 In a further embodiment, the method further includes obtaining thickness profile data from at least one substrate processed in the electroplating tool and determining a current set based on the thickness profile data. .
更なる実施形態では、方法は、所望の厚さプロファイルを選択するステップと、その所望の厚さプロファイルに基づいて電流セットを決定するステップとを更に含む。 In a further embodiment, the method further includes selecting a desired thickness profile and determining a current set based on the desired thickness profile.
更なる実施形態では、方法は、複数のプロセスチェンバにおいて既に処理された複数の基板から基準電流データセットを取得するステップと、その基準電流データに基づいて電流セットを決定するステップとを更に含む。 In a further embodiment, the method further includes obtaining a reference current data set from a plurality of substrates already processed in the plurality of process chambers and determining a current set based on the reference current data.
更なる実施形態では、方法は、各電流セットのそれぞれの電流の許容範囲を決定するステップを更に含む。 In a further embodiment, the method further comprises determining a respective current tolerance for each current set.
更なる実施形態では、電流セットは、そのセットの各電流が、それぞれ許容範囲内であるという第2の条件のもとで決定される。 In a further embodiment, the current set is determined under a second condition that each current in the set is within an acceptable range.
更なる実施形態では、方法は、蒸着される所望量の金属を選択するステップと、基板に所望量の金属を蒸着するために実際に必要な総電流量と処理時間とを決定するステップとを更に含む。 In a further embodiment, the method comprises selecting a desired amount of metal to be deposited and determining a total amount of current and processing time actually required to deposit the desired amount of metal on the substrate. In addition.
本発明の更に別の例示的実施形態によると、電気メッキツールのコントローラは、電気メッキツールにより処理される基板に対して、少なくとも1つのマルチアノード構造の電流セットを決定するように構成された演算ユニットを含む。この演算ユニットによる演算は、所望の厚さプロファイルに基づく。 According to yet another exemplary embodiment of the present invention, the controller of the electroplating tool is configured to determine at least one multi-anode structure current set for a substrate processed by the electroplating tool. Includes units. The calculation by this calculation unit is based on the desired thickness profile.
更なる実施形態では、この演算ユニットは、複数のマルチアノード構造の各々において基板を処理する前に、複数のマルチアノード構造の複数の電流セットを決定するように構成される。 In a further embodiment, the computing unit is configured to determine a plurality of current sets of the plurality of multi-anode structures before processing the substrate in each of the plurality of multi-anode structures.
本発明の更なる利点、目的、及び本発明の実施形態は添付の請求項において定義されており、添付の図面と併せて参照すると、以下の詳細な説明とともに、より明らかになるであろう。 Further advantages, objects and embodiments of the present invention are defined in the appended claims and will become more apparent with the following detailed description when taken in conjunction with the accompanying drawings.
本発明は、図面と併せて以下の詳細な説明において表される実施形態を参照しながら記載される一方で、以下の詳細な説明が図面と同様に開示された特定的な実施形態に制限されることを意図したものではなく、むしろ記載された例示的な実施形態は本発明の種々の態様を単に例示したものであり、本発明の趣旨は添付の請求項において限定されるものであることが理解されよう。 While the invention will be described with reference to the embodiments presented in the following detailed description in conjunction with the drawings, the following detailed description will be limited to the specific embodiments disclosed in the same manner as the drawings. Rather, the exemplary embodiments described are merely illustrative of various aspects of the invention, and the spirit of the invention is limited only by the appended claims. Will be understood.
本発明は、CMPなどの高感度なメッキ後の各処理を備えた処理シーケンスにおいて特に有用であることから、詳細な説明では、半導体製造において一般的に使用されるような基板に銅などの金属を電気メッキすることについて言及する。しかし本発明は、基板表面又はその一部に特定の蒸着プロファイルを要求するあらゆるタイプの基板の、外部に印加された電流を使うどのようなメッキ処理(電気メッキ)にも応用できることは容易に分かる。更に本明細書では、例えば図1aに概略的に例示されているような噴水型のメッキリアクタについて言及しているが、電解質バスやその他同様のものなどの、その他のタイプのリアクタに同様に使用されてよい。従って本発明は、電気メッキリアクタについての制限が請求項において説明されていない限りは、特定のタイプの電気メッキリアクタに制限されないものとして理解される。 Since the present invention is particularly useful in processing sequences with sensitive post-plating processes such as CMP, the detailed description will be directed to a metal such as copper on a substrate as commonly used in semiconductor manufacturing. Reference is made to electroplating. However, it is readily apparent that the present invention can be applied to any plating process (electroplating) using an externally applied current on any type of substrate that requires a specific deposition profile on the substrate surface or part thereof. . In addition, the present specification refers to a fountain-type plating reactor, for example as schematically illustrated in FIG. 1a, but is similarly used for other types of reactors such as electrolyte baths and the like. May be. Accordingly, the present invention is to be understood as not limited to a particular type of electroplating reactor, unless limitations on the electroplating reactor are set forth in the claims.
本発明が提供する1つの際立った特徴は、電気メッキツール内又はメッキ処理前後のあらゆる処理における処理条件の変化に、短時間で応答可能なことである。そのような処理条件の変化として、例えばメッキ溶液に含まれる高感度添加物の特性の微妙な変動による、メッキ溶液の特性の変動、若しくは、メッキツール又はメッキ後のCMPツールにおけるあらゆる消耗品の劣化、などが挙げられる。処理条件の変化は、予め周知の、例えばCMPツールの消耗の変化であってよく、或いはいずれかの適切なセンサー素子によって検出されてよい。その他の処理条件の変化は、それ自体が“目に見え”ないものであり、従来のメッキツールを用いて、実効的な方法で補償することができない。これは、プロセスドリフト(process drift)の認識後に、後続の試験期間を含む一般的に時間のかかる再調整(a time-consuming readjustment with a subsequent test period)が、必要とされるからである。図1a及び図1bに関してこれまでに説明した問題点を考慮して、本発明は所定の制御方式を提供する。この制御方式において、1又は複数のマルチアノード構造のオペレーションを行うために、1又は複数の電流セットが所定のタイムスケールで再計算され得る。このタイムスケールは、電気メッキツールにおいて基板を処理し、加工するのに必要な時間に比べると無視できるほどであるので、実質的に遅延なく処理変動に応答することができる。ある実施形態では、様々なマルチアノード構造の対応する電流セットが、容易に検出可能ないずれかの処理変動の発生に基づいて再計算され得る。例えば以下の条件、つまり、複数のマルチアノード構造の各々に供給される電流の総量(総電流量)が実質的に同量である、という条件で計算が行われ、その結果、蒸着された金属の総量は、処理時間が同じ場合に、実質的に同量であることを確実にする。その一方で、アノード電流を自動的に再計算することで、所望のターゲットプロファイルからの偏差でしか識別され得ないあらゆる目に見えない変化に、実効的且つ所望に応じて実質的に連続応答も可能になる。 One distinguishing feature provided by the present invention is that it can respond in a short time to changes in processing conditions within the electroplating tool or in any process before or after the plating process. Such changes in processing conditions include, for example, variations in the properties of the plating solution due to subtle variations in the properties of the sensitive additive contained in the plating solution, or degradation of any consumables in the plating tool or post-plating CMP tool. , Etc. The change in processing conditions may be a well-known change in wear of the CMP tool, for example, or may be detected by any suitable sensor element. Other changes in processing conditions are themselves "invisible" and cannot be compensated in an effective manner using conventional plating tools. This is because, after recognition of process drift, a time-consuming readjustment with a subsequent test period is generally required, including subsequent test periods. In view of the problems described above with respect to FIGS. 1a and 1b, the present invention provides a predetermined control scheme. In this control scheme, one or more current sets can be recalculated on a predetermined time scale to perform operation of one or more multi-anode structures. Since this time scale is negligible compared to the time required to process and process the substrate in the electroplating tool, it can respond to process variations with virtually no delay. In certain embodiments, corresponding current sets of various multi-anode structures can be recalculated based on the occurrence of any readily detectable process variation. For example, the calculation is performed under the following conditions, that is, the total amount of current supplied to each of the multiple multi-anode structures (total current amount) is substantially the same, and as a result, the deposited metal Ensures that the total amount is substantially the same for the same processing time. On the other hand, the automatic recalculation of the anode current allows an effective and, if desired, substantially continuous response to any invisible change that can only be identified by deviations from the desired target profile. It becomes possible.
従って他の実施形態では、電気メッキ処理の制御方式は、所定の許容範囲内に所望の厚さプロファイルからの偏差を維持するという概念に基づく。基板表面に蒸着される金属層の所望の厚さプロファイルは、関数T(r)で表され、Tは基板表面の位置rにおける厚さの値を表すものとされる。変数rは、平坦又は平坦でない基板表面上の所定の位置を表し得るが、以下の説明で、このrは、実質的にディスク形の基板、例えば半導体産業においてはウェハなどの中心部からの距離を表す。従って、所望の厚さプロファイルT(r)は軸対称を有すると想定されるが、本発明の原理では、任意関数T(r)も適用されることを理解されたい。同様に、金属層の実際の厚さプロファイルは、M(r)と示され、Mは、位置rにおける金属の厚さを表す。従って、本発明のいくつかの実施形態により、電気メッキ処理若しくはいずれかのメッキ前の処理及びメッキ後の処理の変動に関係なく、所望の厚さプロファイルT(r)からの実際の厚さプロファイルM(r)の偏差を、所定の許容範囲に維持することが適切であると考えられる。 Thus, in other embodiments, the electroplating control scheme is based on the concept of maintaining a deviation from the desired thickness profile within a predetermined tolerance. The desired thickness profile of the metal layer deposited on the substrate surface is represented by the function T (r), where T represents the thickness value at position r on the substrate surface. The variable r may represent a predetermined position on a flat or non-flat substrate surface, but in the following description, this r is the distance from the center of a substantially disk-shaped substrate, such as a wafer in the semiconductor industry. Represents. Thus, although it is assumed that the desired thickness profile T (r) is axisymmetric, it should be understood that in the principles of the present invention, an arbitrary function T (r) also applies. Similarly, the actual thickness profile of the metal layer is denoted M (r), where M represents the thickness of the metal at location r. Thus, according to some embodiments of the present invention, the actual thickness profile from the desired thickness profile T (r), regardless of variations in the electroplating process or any pre-plating and post-plating processes. It is considered appropriate to maintain the deviation of M (r) within a predetermined tolerance.
図1a及び図1bに関連して既に説明したように、実際の厚さプロファイルM(r)は、特定のアノード部102A、...、102Nに供給される電流により影響を受ける。その影響は、電気メッキツールのわずかな処理変動による無視できるものに過ぎないとの前提で、その影響の程度、つまりアノード部102A、...、102Nの各々の感度が予め決定される。各アノード部102A、...、102Nに供給された電流の影響は、以下に、「感度」と称され、対応のデータは、「感度データ(sensitivity data)」と称され得る。特定の電気メッキツール、例えば図1a及び図1bに関連して説明したツール100などの感度データを決定することによって、対応のアノード電流セットは、所望の厚さプロファイルT(r)及び既に処理した基板から個々の測定データ形式で取得され得る実際の厚さプロファイルM(r)に基づいて計算され得る。一般的に、少なくとも基板の所定の代表部分のメッキ後の厚さ測定が実施される。これは、本発明によれば、構造102などの1又は複数のマルチアノード構造のアップデートされた電流セットを決定するために使用され得る。補間、データ適合処理、及び従来技術で周知のあらゆるデータ操作技術によって、実際の厚さプロファイルの個々の測定データを、実質的な連続関数M(r)に、容易に変換することができる。感度データにも同様のことが当てはまる。感度データは、複数の位置及び個々のアノード部102A、...、102Nによる複数の異なる電流値に対する、個々の測定値として提供される。例えば、対応の感度データは、特定のアノード部の電流を変動させることによって及び特定の蒸着時間後に取得した実際の金属の厚さを測定することによって、得ることができる。その後、蒸着処理は、別のアノード部102A、...102Nを使用して再開又は再始動される。複数の測定値の各々から、Si(r)と呼ばれる個々のアノード部の感度に対する連続関数が、上述したデータ操作法の1つによって与えられる。インデックスiはアノード部102A、...102Nの1つを表す。従って、実際の厚さプロファイルM(r)を生成するために使用される電流セットに基づいてアップデートされた電流セットは、メッキツール100によって処理される基板の期待した厚さプロファイルが、明確な許容範囲内にある所望の厚さプロファイルT(r)からの偏差を有するように、算出され得る。
As already described in connection with FIGS. 1a and 1b, the actual thickness profile M (r) is affected by the current supplied to the
このために、取得される実際の厚さプロファイルM(r)及び所望の厚さプロファイルT(r)間の差を、以下の等式によって、所望の理想的な金属層に対し、実際の金属層の一定のオフセットを表す、位置依存項(position-dependent term)及び位置非依存項(position-independent term)によって示すのが便利である。
M(r)−T(r)=E(r)+MOffset (1)
E(r)は位置依存偏差(position dependent deviation)又は過剰材料を表し、MOffsetは位置非依存偏差を表す。従って、基板表面A全体にわたっての位置依存部E(r)の総和はゼロである。
M (r) -T (r) = E (r) + M Offset (1)
E (r) represents position dependent deviation or excess material, and M Offset represents position independent deviation. Therefore, the sum of the position-dependent portions E (r) over the entire substrate surface A is zero.
実質的に一定のメッキ時間を仮定したものと、アノード部102A、...、102Nに供給される各電流の総量を表す実質的に一定の総電流量ISUMとともに、
このために、アップデートされた電流セットは、Iupdated=(I102A updated、...I102N updated)と表され、既に処理された基板の実際の厚さプロファイルを生成するために使用される電流セットは、IO=(I102A O、...I102N O)と表される。同様に、既に処理された基板の厚さプロファイルを表す対応の関数は、MO(r)と表される。既に説明したように、関数MO(r)は、標準的な厚さ測定手順(standard thickness measurement procedures)に従い複数の異なる位置rの取り得る対応の測定値セットによって取得され得る。連続関数又は準連続関数MO(r)は、補間、データ適合、及びあらゆる周知のデータ操作処理によって取得されてもよい。厚さプロファイルMO(r)の取得において、実質的に一定のメッキ処理のメッキ時間を仮定すると、ゼロに近づくことが期待されている位置依存項MOffset(等式(1)を参照)は、等式(1)を用いて、MO(r)及びT(r)の差からの基板領域全体にわたっての総和、つまり積分値として計算されてよい。その理由は、等式(1)に関して既に説明しているように、位置依存部分E(r)の総和はゼロであるからである(等式(1’)参照)。従って、比較的小さな位置非依存部MOffsetは、以下の方法で、等式(3)によって取得され得る。
位置依存偏差E(r)を表す許容関数類(a class of allowable function)に対して等式3によってMOffsetが求められるので、M(r)として示される後続の基板に対する対応する厚さプロファイルは、等式(1)に基づいて算出されてよい。 Since M Offset is determined by Equation 3 for a class of allowable function representing the position-dependent deviation E (r), the corresponding thickness profile for the subsequent substrate denoted as M (r) is , May be calculated based on equation (1).
メッキ処理の制御変数は、感度関数S102A(r)、...、S102N(r)によって厚さプロファイルM(r)に関連付けられる電流セットI102A、...、I102Nであることから、個々のアノード電流I102A、...、I102Nの関数としてアップデートされた厚さプロファイルM(r)が取得できるように、既に処理された基板MO(r)及び感度関数S102A(r)、...、S102N(r)の間の相関関係を確立することによって、このメッキ処理がモデル化されてよい。一実施形態では、例えば以下の等式(4)によって与えられているような形式で、メッキモデルに対して直線関係が使用され得る。
しかし他の実施形態では、平均化した測定データ及び/又は所定の試験に基づかないデータなどに基づいて、関数MO(r)を選択するのが適切であると考えられる。例えば、測定データが利用できないメッキ処理の第一段階において、適切な基準データが関数MO(r)又は所望のターゲットプロファイルT(r)に対して使用されてもよい。 However, in other embodiments, it may be appropriate to select the function M O (r), such as based on averaged measurement data and / or data that is not based on a predetermined test. For example, in the first stage of the plating process where measurement data is not available, appropriate reference data may be used for the function M O (r) or the desired target profile T (r).
1つの特定の実施形態では、各アノード電流I102A、...、I102Nの許容範囲が適切に選択されることで、制御処理の安定性が高められる。つまり、結果として生じる厚さプロファイルM(r)がそれぞれのアノード電流がその許容範囲内にある電流セットによって取得されるように、アノード電流I102A、...、I102Nの各々に対して上限と下限が選択され得る。例えば、以前のメッキ処理から集めた経験に基づいて、各アノード電流のターゲット値が決定され、各アノード電流の許容範囲が設定されてもよい。その他の場合では、メッキツールの動作段階において、各アノード電流の影響が都合よく調査され得るので、それぞれのターゲット値及び関連付けられた許容範囲は、感度関数を決定する間に取得した測定データに基づいて決定されてよい。ターゲット値及び各アノード部102A、...、102Nの対応する許容範囲は、また、ツールの規格及びツール及び/又は処理要件に基づいて決定されてもよい。一般的に、各アノード電流の目標値に対する約10〜20%の変動は、結果として十分な制御安定性をもたらす。
In one particular embodiment, the stability of the control process is increased by appropriately selecting the acceptable range of each anode current I 102A ,..., I 102N . That is, an upper limit for each of the anode currents I 102A ,..., I 102N so that the resulting thickness profile M (r) is obtained by a current set in which the respective anode current is within its tolerance. And the lower limit can be selected. For example, a target value for each anode current may be determined based on experience gathered from previous plating processes and an acceptable range for each anode current may be set. In other cases, the influence of each anode current can be conveniently investigated during the operation phase of the plating tool, so that the respective target values and associated tolerances are based on measured data acquired while determining the sensitivity function. May be determined. Target values and corresponding tolerances for each
以下の記載において、各アノード電流Ii、I=102A、...、102Nの上限及び下限は、Ii L及びIi Hで表される。従って、所定の許容位置依存偏差E(r)に対応するアップデートされた電流セットは、等式(1)、(3)、(4)に基づいて計算され得る。 In the following description, the upper and lower limits of each anode current I i , I = 102A,..., 102N are represented by I i L and I i H. Thus, an updated current set corresponding to a predetermined allowable position dependent deviation E (r) can be calculated based on equations (1), (3), (4).
1つの特定の実施形態では、アップデートされた電流セットは、最小の偏差E(r)を備えた所要の厚さプロファイルM(r)を決定することによって取得することができる。つまり、Iupdated=I102A updated、...、I102N updatedと表されるアップデートされた電流セットは、以下の等式(5)を解くことによって得られる。
一実施形態では、各アノード電流に対して第2の条件が用いられ、それらの電流が、例えば上記に定められたような許容可能な動作範囲内になるように、及び/又は、各アノード電流の総量が所定の値に実質的に等しくなるように、設定される。従って、これらの第2の条件は、以下の等式(6)及び(7)によって表される。
等式(5)において、基板の中心部からDと示される基板の端部までの1次元積分として、或いは基板の表面全体にわたっての2次元積分として、積分が行われてよい。等式(5)に示している1つの実施形態では、基板中心部の寄与が1次元の表示(one-dimensional representation)において強調されて、基板中心部付近においてクリティカルな厚さプロファイルに有利であるので、1次元積分が用いられる。例えば、メッキ後のCMP処理は、対応して高感度に適応されたメッキプロファイルが有利となるように、基板中心部付近において著しい除去速度の変動を示し得る。 In equation (5), the integration may be performed as a one-dimensional integration from the center of the substrate to the end of the substrate denoted D, or as a two-dimensional integration over the entire surface of the substrate. In one embodiment, shown in equation (5), the substrate center contribution is highlighted in a one-dimensional representation, favoring critical thickness profiles near the substrate center. Therefore, one-dimensional integration is used. For example, post-plating CMP processing may exhibit significant removal rate fluctuations near the center of the substrate so that a correspondingly sensitive plating profile is advantageous.
等式(5)に等式(4)を挿入して様々な積分法を用いることで、アップデートされたアノード電流が算出され得る。例えば適切な命令セットが、例えばMatlab(登録商標)プラグイン形式でインストールされているパーソナルコンピュータは、アップデートされたアノード電流の数値を取得するために使用されてよい。対応の制御ユニットのハードウェア要件及び実行された計算の所望の正確度に応じて、あらゆる適切な実装品、例えば対応するプログラムされたマイクロコンピュータが使用されてもよく、またアナログ及び/又はデジタル設計を含むあらゆる適切に配置された回路が使用されてもよい。図2に関して説明されるように、算出されてアップデートされた電流セットを、所望の制御動作を行うことができるほど十分なタイムスパン内にメッキツールに送ることが出来るように、対応のメッキツールに動作可能に接続される遠隔装置が使用されてもよい。 The updated anode current can be calculated by inserting equation (4) into equation (5) and using various integration methods. For example, a personal computer with the appropriate instruction set installed, for example in the form of a Matlab® plug-in, may be used to obtain updated anode current values. Depending on the hardware requirements of the corresponding control unit and the desired accuracy of the calculations performed, any suitable implementation may be used, for example a corresponding programmed microcomputer, and analog and / or digital design Any suitably arranged circuit may be used including: As described with respect to FIG. 2, the calculated and updated current set can be sent to the corresponding plating tool so that it can be sent to the plating tool within a time span sufficient to perform the desired control action. An operably connected remote device may be used.
既に説明したように、電気メッキツール100によって処理される基板へのメッキ時間は、実質的に一定であると仮定するのが便利であり得る。他の実施形態では、メッキ時間の一定の変動が、既に決定された位置非依存偏差MOffsetを用いてアップデートされたメッキ時間Tupdatedを、その変動に合わせて再計算することによって考慮され得る。例えば、アップデートされたメッキ時間Tupdatedは、予め確立された関係を用いて既に処理された基板のメッキ時間TOから算出され得る。1つの例では、アップデートされたメッキ時間Tupdatedが、以下の等式(8)に示すように、位置非依存偏差MOffset及び以前のメッキ時間TOに線形に関連してよい。
図1a及び図2を参照すると、1又は複数の上記の識別された制御方式を、あるメッキツールに実装したものが、以下に更に詳細に説明される。 Referring to FIGS. 1a and 2, the implementation of one or more of the above identified control schemes in a plating tool is described in further detail below.
図2は、メッキツール200を概略的に示す。メッキツール200は、図1a及び図1bに関して既に説明したような、マルチアノード構造を含む1又は複数の反応器を含み得る。従って、対応の反応器は101として示されており、その説明は、図1においてなされている。反応器101a、101b、...は、各々の制御可能な電源201a、201b、...に接続されており、それらの電源は、電流セットを、反応器101、101b、...内の対応するマルチアノード構造に供給するように構成されている。便宜上、対応する反応器101a、101b、...に供給される各電流セットは、I102A、...、I102N、と表され、反応器の各アノード部の数はメッキツール200の設計によって決められる。図1a及び図1bに関して説明したように、4つのアノード部102A、...、102Nは軸対称を有して与えられ、その他のメッキツールではアノード部の数が2以下或いは4以上であってよい。メッキツール200は、各々が異なる設計の反応器を有する複数の異なるメッキツールのシステムとして考慮されてもよく、アノード部の数も、複数のメッキツールのうちのいくつかで異なってよい。同様に反応器101a、101bは、その反応器設計、アノード部の数などにおいて、互いに異なっていてもよい。各反応器101a、101b、...、のマルチアノード構造は、必ずしも軸対称を示す必要はないが、適切であると考えられる任意の幾何学的配置を有することができる。例えば、ある場合では、軸対称ではない厚さプロファイルが望ましいので、対応するマルチアノード構造が提供されてよい。例えば、図1a及び図1bに示されているように、マルチアノード構造102A、...、102Nの設備(provision)は、円の断面形状(sections)で提供されてよく、各断面は相互に分離しており、また、マルチアノード構造の一部分を表す。このような場合に、既に説明した制御方式を同様に使用することができ、対応する位置依存関数及び項は、1次元ラジカルコンポーネント(one-dimensional radical component)ではなく、2次元座標で表される必要がある。
FIG. 2 schematically illustrates a
メッキツール200は、コントローラ250に動作可能に接続される。この動作可能接続は251により示され、これは、少なくともコントローラ250からメッキツール200へのデータ転送を可能にするすべての接続を表すことを意味する。特定の実施形態において接続251は、有線又は無線形式のデータ通信線を表し、適切な制御信号を各電源210a、210b、...、に送る。これにより電源210a、210b、...、は、コントローラ250において実行された計算結果に応じた反応器101a、101bへの各電流セットI102A、...、I102Nを出力する。コントローラ250は、ワークステーション、PC、又はファシリティマネージメントシステム内に実装され得る。それらには、アップデートされた電流セットを確立するために、1又は複数の上述した実施形態を実施することができるように、対応する演算ユニットが提供されている。コントローラ250は、アップデートされた電流セットに関する情報を、動作可能接続251を介して電源210a、210b、...、に与えるために必要なインターフェース部及び通信部も含み得る。他の実施形態では、コントローラ250は、例えば適切にプログラムされたマイクロプロセッサ、ASIC(特定用途向け集積回路:application specific integrated circuit)などの形態で、一般的にオペレーションを制御するために、従来の電気メッキツールに含まれる制御ユニット(図示せず)に実装若しくは付加されて提供されてもよい。コントローラ250の演算能力によって、例えば等式(5)を解く場合の数値計算の正確さ及び速度が決定されるが、コントローラ250は、一般的に、メッキツール200の基板の処理に関連するすべての時間間隔と比較すると、無視できるほどの時間間隔内で結果を供給する。コントローラ250は更に、アップデートされたアノード電流の計算に基づく環境から、データを受信するように構成されている。1つの特定の実施形態では、コントローラ250は、オペレータ、コンピュータ、測定デバイスなどの外部ソースから、感度データを受信するように構成される。この結果、感度データは、個々の測定値、個々の理論値、数学関数の形式で提供されてもよい。或いは、感度データは、いくつかのアノード部102A、...102Nにそれぞれのアノード電流I102A、...、I102Nを備えたオペレーション上の厚さプロファイルに対する影響を関連付ける他の適切な情報形式で提供されてよい。コントローラ250は、感度データの形式に応じて、いずれの適切な形式で感度データを記録及び変換するように構成されてもよく、コントローラ250の演算ユニットにおいてその感度データが使用可能になり、アップデートされたアノード電流が確立される。
The
他の実施形態では、コントローラ250は、個々の測定値、実質的な連続関数などの形式で、厚さプロファイルデータを受信するように構成されてよく、厚さプロファイルデータの形式は、上記に説明した計算を実行する場合に必要な、すべての適切な表示に変換され得る。同様にコントローラ250は、所望の厚さプロファイルを表す外部から供給されたプロファイルデータを受信するように構成されてよく、及び/又はコントローラ250が便利な表示の1又は複数の所望の厚さプロファイルを含んでもよく、制御動作の要求に応じて使用される。1つの特定の実施形態では、コントローラ250は、既に処理された基板から測定データを直接受け取り、その結果、閉ループ制御機能(closed loop control function)を与えることができるように厚さプロファイル測定システム(図示せず)に動作可能に接続される。閉ループの応答時間は、厚さ測定データをコントローラ250に与えるための時間遅延によって、実質的に決定される。先に指摘したように、アップデートされたアノード電流が自動的に計算されるために、アノード電流を確立するための時間は、メッキツール200、若しくは、制御動作に必要なあらゆる測定システムで基板を処理するあらゆる時間と比較すると、無視してよいほどの時間である。先に指摘したように、アップデートされたアノード電流が自動的に計算されるために、アノード電流を確立するための時間は、メッキツール200又は制御動作に必要なあらゆる測定システムで、基板を処理するあらゆる時間と比較すると無視してよいほどの時間である。
In other embodiments, the
他の実施形態では、コントローラ250は、更なる情報を受信するように構成され得る。更なる情報には、一般的に銅ベースの金属層の製造に使用されるCMP処理などの、後続処理の処理特徴を表すメッキ後の処理データ、或いは、電流分布層、シード層などの蒸着のような、メッキ処理前の処理についての情報に関するメッキ前の処理データ、が挙げられる。更に、メッキツール200のステータス情報は、コントローラ250に供給されて新たなアノード電流を確立する場合に使用されてもよい。一実施形態では、感度データは、ツールステータスに対する感度データのドリフトを減らすために、メッキツール200のステータス情報に関連付けられてもよい。例えば、感度データは、例えば、時間とともにメッキ溶液の特性が変化するなど特定の特性が変化するために、全体の処理時間に依存し得ることは周知である。従って、その変化に応じて感度データを適応させることにより、上記の制御方式に対応する周知の依存度を容易に組み込むことができ、その結果、制御動作の安定性を更に高めることができる。
In other embodiments, the
コントローラ250と協働してツール200が動作する間、アップデートされた電流セットは、コントローラ250により、1又は複数の上記の制御方式に従って決定され得る。ツール200の構造に応じて、複数の各アップデートした電流セットは、各マルチアノード構造に供給される。その結果、一般的に複数の実質的に同一の反応器に同じ電流セットが使用される従来のツールと比較すると、製品の歩留まりを非常に高めることができる。本発明によれば、アップデートされた電流セットは、所定の時間間隔で、各反応器101a、101b、...、に対して、個々に決定される。この所定の時間間隔は、個々に決定されたアップデートされたアノード電流に基づいて、各反応器101a、101b、...、を同時に動作させることができる時間間隔である。特定の実施形態では、制御動作は、感度関数S102A(r)、...、S102N(r)及び個々の厚さプロファイルデータに基づく。この厚さプロファイルデータは、以前にMO(r)と示され、各反応器101a、101b、...、に対して確立され、取得され得る。
While the
他の実施形態では、所望の厚さプロファイルは、例えば、メッキ前の処理又はメッキ後の処理に基づいて選択されてよい。またコントローラ250は、各反応器101a、101b...の全体の処理時間に対して時間遅延なく、つまり、例えば、基板を反応器101a、101b、...の各々にローディングする場合に必要な時間間隔と比較すると無視できるほどの時間内で、対応するアップデートされた電流セットを与える。例えば、基板周辺領域よりも基板中心部の除去速度のほうが変化が速いことをメッキ後のCMP処理が示す場合、対応する新たな所望の厚さプロファイルが選択されてもよく、コントローラ250は、複数の反応器101a、101b、...に、対応するアップデートされたアノード電流を即座に与えることができる。
In other embodiments, the desired thickness profile may be selected based on, for example, a pre-plating process or a post-plating process. Further, the
図3は、ツール200において処理された複数の基板の、測定された厚さプロファイルデータMO(r)を表す。この実施形態では、等式(5)、(6)、及び(7)に関して説明した制御方式に基づいて銅を蒸着しており、200mmの基板が処理済である。所望のターゲット厚さプロファイルは、基板中心部において増加した除去速度を示すメッキ後のCMP処理要件を満たすことができるように、ドーム型のプロファイルによって表される。使用された制御方式では、メッキ時間が一定に保たれた。図3のカーブCは、反応器101aで処理された基板を表し、カーブB及びカーブAは、約2時間のタイムスパンで反応器101bで処理された基板を表す。図3の残りの符号のないカーブは、ツール200の更なる反応器(図示せず)で処理された基板を表す。図3に示すようにコントローラ250は、所望の厚さプロファイルを実質的に維持し、本例の偏差は、最大の厚さで蒸着される基板中心部において約200Å以内である。各プロファイルA、B、及びCの系統誤差(systematic shift)は、例えば、等式(8)で説明した制御動作によってメッキ時間もアップデートされる場合に、低減される。
FIG. 3 represents measured thickness profile data M O (r) for a plurality of substrates processed in the
その結果、本発明は、電気メッキツールの一般的な処理時間に対して実質的に遅延することなく、個々のアノード電流及び/又はアップデートされたメッキ時間が特定の基準に基づいて計算される。その結果、どのような処理変動にも素早い応答を可能にして、電気メッキツールのマルチアノード構造の実効的制御を可能にする技術を提供する。上記に説明した制御方式によって、コントローラ250は、先行する基板の測定結果に基づいて制御動作を実行して、処理される1又は複数の基板のアップデートされたアノード電流を計算する。実質的に遅延しない方法でアノード電流を決定することができるので、複数のマルチアノード構造は制御され、その結果メッキされた基板の質が高まるので、歩留まりを非常に高めることができる。更に、1又は複数のメッキツールの各反応器は、消耗品、例えば、ウエットリングコンタクト(wet ring contact)、アノードなどの寿命が延び、それによって処理ツールの休止時間を減らすことができるように、同時に制御されてよく、また、各々の反応器内の処理条件は自動的に最適化されてよい。更に、本発明の概念は、従来のメッキツールに容易に実装することができるので、必要以上に更なる支出を発生させずに、これらのツールの効率及びスループットを高めることができる。他の実施形態では、アノード電流及びメッキ時間は、測定データを参照して又は参照せずに、定期的にアップデートされてもよい。このアップデートされたアノード電流は、各マルチアノード構造に供給される一定の総電流量などの、様々な基準に基づいて確立されてよい。
As a result, the present invention calculates individual anode currents and / or updated plating times based on specific criteria without substantially delaying the typical processing time of the electroplating tool. As a result, a technique is provided that enables a quick response to any process variation and enables effective control of the multi-anode structure of the electroplating tool. According to the control scheme described above, the
本発明の更なる変更及び変形は、この説明を考慮すると、当業者にとっては明らかであろう。従ってこの説明は、例示的なものであると解釈され、また、本発明を実施する一般的な方法を当業者に教えることを目的とする。本文中に示され、説明された発明の形式は、現在のところ好ましい実施形態と理解される。 Further modifications and variations of the present invention will be apparent to those skilled in the art in view of this description. Accordingly, this description is to be construed as illustrative and is for the purpose of teaching those skilled in the art the general manner of carrying out the invention. The form of the invention shown and described herein is to be understood as the presently preferred embodiment.
本発明は、マイクロ電子デバイスを製造するために使用される処理に関する。従って、産業上の利用可能性は明らかである。 The present invention relates to processes used to manufacture microelectronic devices. Therefore, industrial applicability is clear.
Claims (9)
前記電気メッキツールで処理される第2基板の前記感度データに基づいて、前記マルチアノード構造のアップデートされた電流セットを決定するステップと、を含む、
方法。 Determining sensitivity data that quantitatively relates the current set for the multi-anode structure of the electroplating tool to the thickness of the metal layer formed on the substrate by electroplating;
Determining an updated current set of the multi-anode structure based on the sensitivity data of a second substrate processed with the electroplating tool.
Method.
請求項1に記載の方法。 Obtaining a thickness profile from at least one substrate processed with the electroplating tool; and determining the updated current set based on the thickness profile data.
The method of claim 1.
請求項1に記載の方法。 Based on the sensitivity data, determining a second updated current set for a second multi-anode structure such that the total amount of updated current is equal to the total amount of second updated current. Further including
The method of claim 1.
この所望の厚さプロファイルに基づいて、前記アップデートされた電流セットを決定するステップと、更に含む、
請求項1に記載の方法。 Selecting a desired thickness profile;
Determining the updated current set based on the desired thickness profile; and
The method of claim 1.
この基準電流データセットに基づいて、前記アップデートされた電流セットを決定するステップと、を更に含む、
請求項4に記載の方法。 Obtaining a reference current data set from the at least one substrate;
Determining the updated current set based on the reference current data set;
The method of claim 4.
所望の厚さプロファイル、前記電気メッキツールにより処理された少なくとも1つの基板から取得した厚さプロファイル、及び前記マルチアノード構造に供給された電流と厚さプロファイルとの間の関係を定量的に説明するモデル、に基づいて前記マルチアノード構造用の電流セットを決定するステップと、
前記決定された電流セットを使用する間に1又は複数の基板に金属を蒸着するステップと、を含む、
方法。 A method of depositing metal with an electroplating tool having at least one process chamber comprising a multi-anode structure, comprising:
Quantitatively describe the relationship between the desired thickness profile, the thickness profile obtained from at least one substrate processed by the electroplating tool, and the current and thickness profile supplied to the multi-anode structure Determining a current set for the multi-anode structure based on a model;
Depositing metal on one or more substrates while using the determined current set;
Method.
請求項7に記載の方法。 The model is based on sensitivity data relating current variations to thickness profiles during the deposition of the metal with the electroplating tool.
The method of claim 7.
更なる電流セットは、所望の厚さプロファイル、前記電気メッキツールにより処理された少なくとも1つの基板から取得した厚さプロファイル、及び前記マルチアノード構造に供給された電流と厚さプロファイルとの間の関係を定量的に示すモデル、に基づいて少なくとも更なる1つの前記プロセスチェンバにおいて、少なくとも1つの基板を処理する前に決定される、
請求項7に記載の方法。 The electroplating tool includes at least one further process chamber having a multi-anode structure;
Further current sets include a desired thickness profile, a thickness profile obtained from at least one substrate processed by the electroplating tool, and a relationship between the current supplied to the multi-anode structure and the thickness profile. Determined prior to processing at least one substrate in at least one further said process chamber based on a model that quantitatively represents
The method of claim 7.
各マルチアノード構造用の電流セットを計算するステップと、
前記決定された電流セットにより前記複数のプロセスチェンバの各々の基板を同時に処理するステップと、を含む、
方法。 A method for controlling an electroplating tool comprising a plurality of process chambers having a multi-anode structure, comprising:
Calculating a current set for each multi-anode structure;
Simultaneously processing each substrate of the plurality of process chambers with the determined current set;
Method.
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