JP2016114391A - Electric copper plating solution analysis device and electric copper plating solution analysis method - Google Patents

Electric copper plating solution analysis device and electric copper plating solution analysis method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric copper plating solution analysis device capable of more accurately and quantitatively managing a state of an electric copper plating solution containing additives using a constant current electrolysis method.SOLUTION: An electric copper plating solution analysis device 10, which analyzes an electric copper plating solution 13 containing additives including a promoter, an inhibitor and a leveler, comprises an analyzing container 12, a working electrode 18, a reference electrode 19, a counter electrode 21, a rotation driving part 23, a current generating part 26, a potential measuring part 28, and an analysis part 31. The analysis part 31 calculates parameters representing conditions of the electric copper plating solution 13 and specifies the conditions of the electric copper plating solution 13, based on a reaction mechanism in which Cu(I) produced on a surface of the working electrode 18 substitutes the inhibitor positioned on the surface of the working electrode 18, the leveler substitutes the Cu(I) positioned on the surface of the working electrode 18, and the Cu(I) forms a complex with at least the promoter to exhibit a promotion effect.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電気銅めっき液分析装置、及び電気銅めっき液分析方法に関する。特に、高密度実装基板、半導体基板、及び半導体パッケージ用基板に形成されたコンタクトホールやスルーホール(以下「ホール」と称する))内に、電気銅めっき膜を析出成長させることで、この電気銅めっき膜よりなるコンタクト電極やスルーホール電極(ビア)を形成する際に使用する電気銅めっき液を分析する電気銅めっき液分析装置、及び電気銅めっき液分析方法に関する。   The present invention relates to an electrolytic copper plating solution analyzer and an electrolytic copper plating solution analysis method. In particular, the electrolytic copper plating film is deposited and grown in contact holes and through holes (hereinafter referred to as “holes”) formed in high-density mounting substrates, semiconductor substrates, and semiconductor package substrates. The present invention relates to an electrolytic copper plating solution analyzing apparatus and an electrolytic copper plating solution analyzing method for analyzing an electrolytic copper plating solution used when forming a contact electrode or a through-hole electrode (via) made of a plating film.

従来、電気銅めっき液を用いた電解めっき法により、高密度実装基板、半導体基板、及び半導体パッケージ用基板に形成されたホール内に、電気銅めっき膜を析出成長させ、この電気銅めっき膜よりなるコンタクト電極やスルーホール電極(ビア)を形成することが行われている。   Conventionally, an electrolytic copper plating film is deposited and grown in holes formed in a high-density mounting substrate, a semiconductor substrate, and a semiconductor package substrate by an electrolytic plating method using an electrolytic copper plating solution. A contact electrode and a through-hole electrode (via) are formed.

めっき皮膜の物性や析出性を改善するため、上記電気銅めっき液には、促進作用、抑制作用を有する添加剤が添加されている。
促進作用のある、すなわち促進効果を示す促進剤としては、例えば、SPS(bis(sodiumsulfopropyl)disulfide)などが用いられる。
抑制作用のある、すなわち抑制効果を示す添加剤として、抑制作用が強く、すなわち抑制効果が強く、ビア内の銅めっき形成への影響が大きいものは抑制剤であり、抑制作用が小さく、すなわち抑制効果が小さく、銅めっきの平滑性を向上させるものはレベラーである。
抑制剤としては、例えば、PEG(poly(ethylene glycol))などが用いられる。
レベラーとしては、例えば、ポリアミンなどが用いられる。
In order to improve the physical properties and precipitation of the plating film, an additive having an accelerating action and a suppressing action is added to the electrolytic copper plating solution.
As a promoter having a promoting action, that is, showing a promoting effect, for example, SPS (bis (sodiumsulfopropyl) disulfide) is used.
As an additive having an inhibitory effect, that is, an inhibitory effect, the inhibitory action is strong, that is, the inhibitory effect is strong and the influence on the copper plating formation in the via is large, and the inhibitor is small, that is, the inhibitory action is small. A leveler has a small effect and improves the smoothness of copper plating.
For example, PEG (poly (ethylene glycol)) is used as the inhibitor.
For example, polyamine is used as the leveler.

めっき膜の品質安定化のためには、上記電気銅めっき液に含まれる添加剤の量(促進剤、抑制剤、及びレベラーの濃度)を管理、調整することが重要である。しかし、めっき反応開始時点から時間が経過するにつれて、添加剤は分解或いは変質されるため、それらも含めた管理が必要である。   In order to stabilize the quality of the plating film, it is important to manage and adjust the amount of additive (concentration of accelerator, inhibitor, and leveler) contained in the electrolytic copper plating solution. However, since the additives are decomposed or altered as time elapses from the start of the plating reaction, management including them is necessary.

添加剤の管理としては、CVS(Cyclic Voltammetry Stripping)法が一般的に用いられている。CVS法では、めっき液中で、白金回転円盤電極の電位を一定速度で繰返し変化させることにより、金属めっき膜の析出及び溶解が電極の表面で繰り返し起こるようにしている。   As a management of the additive, a CVS (Cyclic Voltammetry Stripping) method is generally used. In the CVS method, the potential of the platinum rotating disk electrode is repeatedly changed at a constant rate in the plating solution, so that the deposition and dissolution of the metal plating film repeatedly occur on the surface of the electrode.

CVS法では、電位走査速度が一定であるため、ボルタムグラム上の溶解ピーク面積は平均析出速度に比例し、その平均析出速度はめっき液中の添加剤濃度と密接に関係している。
CVS法は、標準めっき液の検量線を作ることにより、サンプルめっき液中の添加剤の定量分析を行うことが可能である。
In the CVS method, since the potential scanning rate is constant, the dissolution peak area on the voltamgram is proportional to the average deposition rate, and the average deposition rate is closely related to the additive concentration in the plating solution.
The CVS method can perform a quantitative analysis of additives in a sample plating solution by creating a calibration curve of a standard plating solution.

CVS法を用いた従来のCVS装置には技術上のいくつかの問題がある。例えば、めっき反応開始時点からの経過時間に応じて電気銅めっき液中の添加剤が分解、変質していくことにより添加剤が劣化しても、劣化した添加剤の分量も含めて添加剤濃度として分析してしまう点が挙げられる。   The conventional CVS apparatus using the CVS method has several technical problems. For example, even if the additive deteriorates due to decomposition and alteration of the additive in the electrolytic copper plating solution according to the elapsed time from the start of the plating reaction, the additive concentration including the amount of the deteriorated additive The point that will be analyzed.

このような添加剤の劣化(言い換えれば、電気銅めっき液中の添加剤の分解、変質)を考慮した分析方法として、特許文献1に記載の技術が知られている。
特許文献1にはCVS法を用いて、促進剤として添加されたSPSの分解物であるMPSA(3-mercaptopropylsulfonic acid)を分析することが開示されている。
また特許文献2には、ボルタンメトリック法を用いてレベラー成分の分解物の分析を行うことが開示されている。
しかしながら、特許文献1、2に開示された分析方法は、従来のCVS装置で実施可能ではあるが、複雑な操作が必要となる問題があった。具体的には、電位走査を何度も繰返してその変化を調べたり、異なる希釈率で用意された2種のめっき液について測定したりする操作などが必要となっていた。
As an analysis method considering such deterioration of the additive (in other words, decomposition and alteration of the additive in the electrolytic copper plating solution), the technique described in Patent Document 1 is known.
Patent Document 1 discloses that MPSA (3-mercaptopropylsulfonic acid), which is a decomposition product of SPS added as an accelerator, is analyzed using the CVS method.
Patent Document 2 discloses that a decomposition product of a leveler component is analyzed using a voltammetric method.
However, although the analysis methods disclosed in Patent Documents 1 and 2 can be implemented with a conventional CVS apparatus, there is a problem that a complicated operation is required. Specifically, it is necessary to repeat the potential scanning many times to examine the change or to measure two types of plating solutions prepared at different dilution rates.

特許文献1、2に記載の方法に比べて、より簡便な方法で電気銅めっき液に含まれる添加剤の分解物の影響を分析する方法として、特許文献3、4に記載の技術が知られている。
特許文献3には、添加剤として光沢剤およびレベラーを含む電気銅めっき液に定電流電解を行って時間−電位曲線を得ることで、添加剤量を求める分析方法が開示されている。
特許文献4には、添加剤を含む電気銅めっき液に対して定電流電解を行い、得られた時間−電位曲線から電気銅めっき液の状態を判断する分析方法が開示されている。
特許文献3、4の分析方法を行う場合には、回転電極を使用する。
As compared with the methods described in Patent Documents 1 and 2, the techniques described in Patent Documents 3 and 4 are known as methods for analyzing the effects of the decomposition products of additives contained in the electrolytic copper plating solution by a simpler method. ing.
Patent Document 3 discloses an analysis method for obtaining an additive amount by performing constant current electrolysis on an electrolytic copper plating solution containing a brightener and a leveler as additives to obtain a time-potential curve.
Patent Document 4 discloses an analysis method in which constant current electrolysis is performed on an electrolytic copper plating solution containing an additive, and the state of the electrolytic copper plating solution is determined from the obtained time-potential curve.
When performing the analysis methods of Patent Documents 3 and 4, a rotating electrode is used.

米国特許第7291253号明細書US Pat. No. 7,291,253 米国特許第7879222号明細書US Pat. No. 7,879,222 米国特許第5223118号明細書US Pat. No. 5,223,118 米国特許第8440555号明細書U.S. Pat. No. 8,440,555

しかしながら、特許文献3で開示された分析方法では、得られた結果に基づいて銅めっき析出の電極反応に関わるパラメータを求めるアプローチを行っておらず、定量的な解析ができない。
特許文献4に開示された分析方法では、データをボルツマン関数に近似して定量化している点は実用的であるが、理論的裏付けが充分とは言えないため、分析結果を解析することで得られるパラメータは必ずしも銅めっき析出の電極反応を理論に基づいて正確に指し示すものとは言えない。
However, the analysis method disclosed in Patent Document 3 does not perform an approach for obtaining parameters related to the electrode reaction of copper plating deposition based on the obtained results, and cannot perform quantitative analysis.
In the analysis method disclosed in Patent Document 4, it is practical that the data is approximated by a Boltzmann function and quantified. However, since the theoretical support is not sufficient, it is obtained by analyzing the analysis result. These parameters are not necessarily an accurate indication of the electrode reaction of copper plating deposition based on theory.

このため、特許文献3、4に開示された分析方法では、銅めっき析出の電極反応に関わるパラメータを理論に基づいた定量値として把握することが困難であった。
ここで言う「銅めっき析出の電極反応に関わるパラメータ」とは、電気銅めっき液中に含まれる促進剤、抑制剤、及びレベラーのそれぞれの効果のバランスによって変化し、測定でえられたグラフの形状の特徴を示すものであり、グラフの形状からめっき液の状態(例えば、促進剤、抑制剤、及びレベラーの状態)を把握するための定量値である。
For this reason, with the analysis methods disclosed in Patent Documents 3 and 4, it has been difficult to grasp the parameters related to the electrode reaction of copper plating deposition as quantitative values based on the theory.
The “parameters related to the electrode reaction of copper plating deposition” as referred to herein vary depending on the balance of the effects of the accelerator, the inhibitor, and the leveler contained in the electrolytic copper plating solution. It shows the feature of the shape, and is a quantitative value for grasping the state of the plating solution (for example, the state of the accelerator, the inhibitor, and the leveler) from the shape of the graph.

つまり、特許文献3、4に開示された分析方法から得られた結果を用いて、例えば、促進剤、抑制剤、及びレベラー等の電気銅めっき液に含まれる添加剤の調整を行った場合、添加剤の管理を高精度に行うことができないという問題がある。   That is, using the results obtained from the analysis methods disclosed in Patent Documents 3 and 4, for example, when adjusting the additive contained in the electrolytic copper plating solution such as an accelerator, an inhibitor, and a leveler, There is a problem that the additive cannot be managed with high accuracy.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、定電流電解法を用いて添加剤を含む電気銅めっき液の状態を管理する際に、より精度よく定量的に管理することができる電気銅めっき液分析装置及び電気銅めっき液分析方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and more accurately and quantitatively manage the state of the electrolytic copper plating solution containing the additive using the constant current electrolysis method. It is an object of the present invention to provide an electrolytic copper plating solution analyzing apparatus and an electrolytic copper plating solution analyzing method capable of performing the same.

上記の課題を解決するために、本発明の第1の態様の電気銅めっき液分析装置は、定電流電解法を用いて、促進剤、抑制剤、及びレベラーを含む添加剤を含有する電気銅めっき液のコンディションを特定するための分析及び解析を行う電気銅めっき液分析装置であって、前記電気銅めっき液の一部を分析用サンプルとして収容する分析用容器と、該分析用容器に収容された前記電気銅めっき液に浸漬され、電子の授受を行う作用電極と、前記分析用容器に収容された前記電気銅めっき液に浸漬され、前記作用電極の電位を決定する際の基準となる参照電極と、前記分析用容器に収容された前記電気銅めっき液に浸漬されたカウンター電極と、前記作用電極を一定の速度で回転させる回転駆動部と、前記作用電極と前記カウンター電極との間に、電流密度が一定とされた電流を流す電流発生部と、前記作用電極と前記参照電極との間の電位を測定する電位測定部と、前記電流を流し出してからの経過時間と前記電位との関係を解析する解析部と、を有し、前記解析部は、前記経過時間と前記電位との関係を解析する際に、銅めっき膜の析出反応の過程で前記作用電極の表面に生じたCu(I)種が、前記銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、前記作用電極の表面に位置する前記抑制剤を置換していき、また前記レベラーが、前記銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、前記作用電極の表面に位置する前記Cu(I)種を置換していき、前記Cu(I)種が少なくとも前記促進剤と錯体を形成して促進効果を示すという反応機構に基づいて、前記電気銅めっき液のコンディションを表すパラメータを算出し、該パラメータを用いて前記電気銅めっき液のコンディションを特定する構成とする。
なお、前記促進剤は、単体では促進効果を示さず、前記Cu(I)種と錯体を形成して化学的に不安定な前記Cu(I)種の安定化を担う。化学的に不安定な前記Cu(I)種は、少なくとも前記促進剤と錯体を形成して促進効果を示す。
なお、本明細書において「電気銅めっき液のコンディション」とは、その電気銅めっき液を電解したときに、対象物上に析出される銅の物性や析出性に影響するめっき液成分に関わる因子のことをいう。
In order to solve the above-mentioned problems, the electrolytic copper plating solution analyzer according to the first aspect of the present invention uses an electrolysis method, and includes electrolytic copper containing an additive including an accelerator, an inhibitor, and a leveler. An electrolytic copper plating solution analyzer for performing analysis and analysis for specifying the condition of a plating solution, wherein an analytical container for accommodating a part of the electrolytic copper plating solution as an analytical sample, and accommodated in the analytical container The working electrode immersed in the electroplated copper plating solution for transferring electrons, and immersed in the electroplated copper plating solution housed in the analytical container, serve as a reference for determining the potential of the working electrode. A reference electrode, a counter electrode immersed in the electrolytic copper plating solution accommodated in the analysis container, a rotation drive unit for rotating the working electrode at a constant speed, and between the working electrode and the counter electrode In A current generating unit for supplying a current having a constant current density, a potential measuring unit for measuring a potential between the working electrode and the reference electrode, an elapsed time after flowing out the current, and the potential An analysis unit that analyzes the relationship, and the analysis unit analyzes the relationship between the elapsed time and the potential when Cu formed on the surface of the working electrode in the course of the deposition reaction of the copper plating film (I) As the deposition reaction of the copper plating film progresses, the seed replaces the inhibitor located on the surface of the working electrode, and the leveler proceeds the deposition reaction of the copper plating film. Accordingly, the Cu (I) species located on the surface of the working electrode are replaced, and the Cu (I) species forms a complex with at least the promoter and exhibits a promoting effect. Display the condition of the copper electroplating solution. Calculating a parameter, a configuration for specifying a condition of the copper electroplating solution by using the parameters.
In addition, the said promoter does not show a promotion effect by itself, but forms a complex with the said Cu (I) seed | species and bears stabilization of the said Cu (I) seed | species which is chemically unstable. The chemically unstable Cu (I) species forms a complex with at least the promoter and exhibits a promoting effect.
In this specification, “condition of electrolytic copper plating solution” means a factor related to the plating solution component that affects the physical properties and depositability of copper deposited on the object when the electrolytic copper plating solution is electrolyzed. I mean.

上記電気銅めっき液分析装置においては、前記解析部は、前記電位測定部で測定された前記経過時間と前記電位との関係を、下記式(1)〜(4)に基づいて解析し、前記パラメータとして、i、i、i、C /T、及びk・C/Tを算出することが好ましい。

Figure 2016114391
但し、ηは前記電位、Tは前記一定の温度、Iは前記電流密度、tは前記経過時間、iは前記抑制剤が存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iは前記Cu(I)種が存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iは前記レベラーが存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、Cは溶液バルクにおける前記促進剤の濃度、Cは溶液バルクにおける前記レベラーの濃度、Tは銅めっき膜の表面における前記抑制剤の飽和被覆量、kは吸着速度の相違によって前記抑制剤が前記Cu(I)種により経時的に置換される反応速度、kは吸着速度の相違によって前記Cu(I)種が前記レベラーにより経時的に置換される反応速度、Rはガス定数、αは移動係数、Fはファラディ定数、dは銅のモル密度、nは銅の価数である。 In the electrolytic copper plating solution analyzer, the analysis unit analyzes the relationship between the elapsed time measured by the potential measurement unit and the potential based on the following formulas (1) to (4), and It is preferable to calculate i i , i a , i l , C a * / T i , and k 2 · C l / T i as parameters.
Figure 2016114391
Where η is the potential, T is the constant temperature, I is the current density, t is the elapsed time, i i is the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film when the inhibitor is present, i a is the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film in the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film when there is the Cu (I) species, the i l said leveler is present, C a is the concentration of the accelerator in the solution bulk, C l is the concentration of the leveler in the solution bulk, T i is the saturated coating amount of the inhibitor on the surface of the copper plating film, and k is the inhibitor depending on the difference in adsorption rate. Is the reaction rate at which the Cu (I) species is replaced with time by the Cu (I) species, k 2 is the reaction rate at which the Cu (I) species are replaced by the leveler with time due to the difference in adsorption rate, R is the gas constant, α Is a mobile , F is Faraday constant, d is the molar density of copper, n represents a valence of copper.

本発明の第2の態様の電気銅めっき液分析装置は、定電流電解法を用いて、促進剤、抑制剤、及びレベラーを含む添加剤を含有する電気銅めっき液のコンディションを特定するための分析及び解析を行う電気銅めっき液分析装置であって、前記電気銅めっき液の一部を分析用サンプルとして収容する分析用容器と、該分析用容器に収容された前記電気銅めっき液に浸漬され、電子の授受を行う作用電極と、前記分析用容器に収容された前記電気銅めっき液に浸漬され、前記作用電極の電位を決定する際の基準となる参照電極と、前記分析用容器に収容された前記電気銅めっき液に浸漬されたカウンター電極と、前記作用電極を一定の速度で回転させる回転駆動部と、前記作用電極と前記カウンター電極との間に、電流密度が一定とされた電流を流す電流発生部と、前記作用電極と前記参照電極との間の電位を測定する電位測定部と、前記電流を流し出してからの経過時間と前記電位との関係を解析する解析部と、を有し、前記解析部は、前記経過時間と前記電位との関係を解析する際に、銅めっき膜の析出反応の過程で前記作用電極の表面に生じたCu(I)種が、前記銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、前記作用電極の表面に位置する前記抑制剤を置換していき、また前記レベラーが、前記銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、前記作用電極の表面に位置する前記抑制剤を置換していき、前記Cu(I)種が少なくとも促進剤と錯体を形成して促進効果を示すという反応機構に基づいて、前記電気銅めっき液のコンディションを表すパラメータを算出し、該パラメータを用いて前記電気銅めっき液のコンディションを特定する構成とする。
なお、前記促進剤は、単体では促進効果を示さず、前記Cu(I)種と錯体を形成して化学的に不安定な前記Cu(I)種の安定化を担う。化学的に不安定な前記Cu(I)種は、少なくとも前記促進剤と錯体を形成して促進効果を示す。
The electrolytic copper plating solution analyzer of the second aspect of the present invention uses a constant current electrolysis method to specify the condition of an electrolytic copper plating solution containing an additive including an accelerator, an inhibitor, and a leveler. An electrolytic copper plating solution analyzer for performing analysis and analysis, wherein the electrolytic copper plating solution is stored in an analytical container containing a part of the electrolytic copper plating solution as an analytical sample, and immersed in the electrolytic copper plating solution contained in the analytical container A working electrode that transfers electrons, a reference electrode that is immersed in the electrolytic copper plating solution housed in the analytical container and determines the potential of the working electrode, and the analytical container The current density is constant between the counter electrode immersed in the accommodated electrolytic copper plating solution, the rotation drive unit that rotates the working electrode at a constant speed, and the working electrode and the counter electrode. Current A current generator for flowing, a potential measuring unit for measuring a potential between the working electrode and the reference electrode, and an analyzing unit for analyzing a relationship between an elapsed time after flowing out the current and the potential. And the analysis unit analyzes the relationship between the elapsed time and the potential, and the Cu (I) species generated on the surface of the working electrode in the course of the deposition reaction of the copper plating film is the copper plating. As the deposition reaction of the film proceeds, the inhibitor located on the surface of the working electrode is replaced, and as the deposition reaction of the copper plating film proceeds, the surface of the working electrode is replaced with the leveler. Based on a reaction mechanism in which the Cu (I) species forms a complex with at least an accelerator and exhibits a promoting effect, a parameter representing the condition of the electrolytic copper plating solution is substituted. Calculate and use this parameter A configuration for identifying the condition of the copper electroplating solution Te.
In addition, the said promoter does not show a promotion effect by itself, but forms a complex with the said Cu (I) seed | species and bears stabilization of the said Cu (I) seed | species which is chemically unstable. The chemically unstable Cu (I) species forms a complex with at least the promoter and exhibits a promoting effect.

上記電気銅めっき液分析装置においては、前記解析部は、前記電位測定部で測定された前記経過時間と前記電位との関係を、下記式(5)〜(8)に基づいて解析し、前記パラメータとして、i、i、i、C /T、及びk・C/Tを算出することが好ましい。

Figure 2016114391
但し、ηは前記電位、Tは前記一定の温度、Iは前記電流密度、tは前記経過時間、iは前記抑制剤が存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iは前記Cu(I)種が存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iは前記レベラーが存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、Cは溶液バルクにおける前記促進剤の濃度、Cは溶液バルクにおける前記レベラーの濃度、Tは前記銅めっき膜の表面における前記抑制剤の飽和被覆量、kは吸着速度の相違によって前記抑制剤が前記Cu(I)種により経時的に置換される反応速度、kは吸着速度の相違によって前記抑制剤が前記レベラーにより経時的に置換される反応速度、Rはガス定数、αは移動係数、Fはファラディ定数、dは銅のモル密度、nは銅の価数である。 In the electrolytic copper plating solution analyzer, the analysis unit analyzes the relationship between the elapsed time measured by the potential measurement unit and the potential based on the following formulas (5) to (8), and It is preferable to calculate i i , i a , i l , C a * / T i , and k 3 · C l / T i as parameters.
Figure 2016114391
Where η is the potential, T is the constant temperature, I is the current density, t is the elapsed time, i i is the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film when the inhibitor is present, i a is the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film in the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film when there is the Cu (I) species, the i l said leveler is present, C a is the concentration of the accelerator in the solution bulk, C l is the concentration of the leveler in the solution bulk, T i is the saturation coating amount of the inhibitor on the surface of the copper plating film, and k is the suppression due to the difference in adsorption rate. the reaction rate, k 3 is the reaction rate, R represents the gas constant, wherein the inhibitor by the difference in adsorption rate is over time replaced by the leveler agent is over time replaced by the Cu (I) species, alpha movement coefficient F is Faraday constant, d is the molar density of copper, n represents a valence of copper.

本発明の第3の態様の電気銅めっき液分析方法は、定電流電解法を用いて、促進剤、抑制剤、及びレベラーを含む添加剤を含有する電気銅めっき液のコンディションを特定する電気銅めっき液分析方法であって、一定の温度に保持された前記電気銅めっき液に対して、作用電極、参照電極、及びカウンター電極を浸漬させ、前記作用電極を一定の速度で回転させる準備工程と、前記作用電極と前記カウンター電極との間に、電流密度が一定とされた電流を流して、前記作用電極と前記参照電極との間の電位を測定する電位測定工程と、前記電流を流し出してからの経過時間と前記電位との関係を解析する解析工程と、
を有し、前記解析工程では、前記経過時間と前記電位との関係を解析する際に、銅めっき膜の析出反応の過程で前記作用電極の表面に生じたCu(I)種が、前記銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、前記作用電極の表面に位置する前記抑制剤を置換していき、また前記レベラーが、前記銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、前記作用電極の表面に位置する前記Cu(I)種を置換していき、前記Cu(I)種が少なくとも前記促進剤と錯体を形成して促進効果を示すという反応機構に基づいて、前記電気銅めっき液のコンディションを表すパラメータを算出し、該パラメータを用いて前記電気銅めっき液のコンディションを特定する方法とする。
なお、前記促進剤は、単体では促進効果を示さず、前記Cu(I)種と錯体を形成して化学的に不安定な前記Cu(I)種の安定化を担う。化学的に不安定な前記Cu(I)種は、少なくとも前記促進剤と錯体を形成して促進効果を示す。
The electrolytic copper plating solution analysis method of the third aspect of the present invention is an electrolytic copper that specifies the condition of an electrolytic copper plating solution containing an additive including an accelerator, an inhibitor, and a leveler using a constant current electrolysis method. A plating solution analysis method, wherein a working electrode, a reference electrode, and a counter electrode are immersed in the electrolytic copper plating solution maintained at a constant temperature, and the working electrode is rotated at a constant speed; A potential measurement step of measuring a potential between the working electrode and the reference electrode by passing a current having a constant current density between the working electrode and the counter electrode; An analysis process for analyzing the relationship between the elapsed time from the current and the potential;
In the analyzing step, when analyzing the relationship between the elapsed time and the potential, Cu (I) species generated on the surface of the working electrode in the course of the deposition reaction of the copper plating film are the copper As the deposition reaction of the plating film progresses, the inhibitor located on the surface of the working electrode is replaced, and as the deposition reaction of the copper plating film progresses, the leveler Based on a reaction mechanism in which the Cu (I) species located on the surface are substituted, and the Cu (I) species forms a complex with at least the accelerator and exhibits a promoting effect, the electrolytic copper plating solution A parameter representing a condition is calculated, and the condition of the electrolytic copper plating solution is specified using the parameter.
In addition, the said promoter does not show a promotion effect by itself, but forms a complex with the said Cu (I) seed | species and bears stabilization of the said Cu (I) seed | species which is chemically unstable. The chemically unstable Cu (I) species forms a complex with at least the promoter and exhibits a promoting effect.

上記電気銅めっき液分析方法においては、前記解析工程では、前記電位測定工程で測定された前記経過時間と前記電位との関係を、下記式(1)〜(4)に基づいて解析し、前記パラメータとして、i、i、i、C /T、及びk・C/Tを算出することが好ましい。

Figure 2016114391
但し、ηは前記電位、Tは前記一定の温度、Iは前記電流密度、tは前記経過時間、iは前記抑制剤が存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iは前記Cu(I)種が存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iは前記レベラーが存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、Cは溶液バルクにおける前記促進剤の濃度、Cは溶液バルクにおける前記レベラーの濃度、Tは前記銅めっき膜の表面における前記抑制剤の飽和被覆量、kは吸着速度の相違によって前記抑制剤が前記Cu(I)種により経時的に置換される反応速度、kは吸着速度の相違によって前記Cu(I)種が前記レベラーにより経時的に置換される反応速度、Rはガス定数、αは移動係数、Fはファラディ定数、dは銅のモル密度、nは銅の価数である。 In the electrolytic copper plating solution analysis method, in the analysis step, the relationship between the elapsed time measured in the potential measurement step and the potential is analyzed based on the following formulas (1) to (4), It is preferable to calculate i i , i a , i l , C a * / T i and k 2 · C l / T i as parameters.
Figure 2016114391
Where η is the potential, T is the constant temperature, I is the current density, t is the elapsed time, i i is the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film when the inhibitor is present, i a is the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film in the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film when there is the Cu (I) species, the i l said leveler is present, C a is the concentration of the accelerator in the solution bulk, C l is the concentration of the leveler in the solution bulk, T i is the saturation coating amount of the inhibitor on the surface of the copper plating film, and k is the suppression due to the difference in adsorption rate. The reaction rate at which the agent is displaced with time by the Cu (I) species, k 2 is the reaction rate at which the Cu (I) species are replaced with time by the difference in adsorption rate, R is the gas constant, α is a shift Coefficient, F is Faraday constant, d is the molar density of copper, n represents a valence of copper.

本発明の第4の態様の電気銅めっき液分析方法は、定電流電解法を用いて、促進剤、抑制剤、及びレベラーを含む添加剤を含有する電気銅めっき液のコンディションを特定する電気銅めっき液分析方法であって、一定の温度に保持された前記電気銅めっき液に対して、作用電極、参照電極、及びカウンター電極を浸漬させ、前記作用電極を一定の速度で回転させる準備工程と、前記作用電極と前記カウンター電極との間に、電流密度が一定とされた電流を流して、前記作用電極と前記参照電極との間の電位を測定する電位測定工程と、前記電流を流し出してからの経過時間と前記電位との関係を解析する解析工程と、を有し、前記解析工程では、前記経過時間と前記電位との関係を解析する際に、銅めっき膜の析出反応の過程で前記作用電極の表面に生じたCu(I)種が、前記銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、前記作用電極の表面に位置する前記抑制剤を置換していき、また前記レベラーが、前記銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、前記作用電極の表面に位置する前記抑制剤を置換していき、前記Cu(I)種が少なくとも前記促進剤と錯体を形成して促進効果を示すという反応機構に基づいて、前記電気銅めっき液のコンディションを表すパラメータを算出し、該パラメータを用いて前記電気銅めっき液のコンディションを特定する方法とする。
なお、前記促進剤は、単体では促進効果を示さず、前記Cu(I)種と錯体を形成して化学的に不安定な前記Cu(I)種の安定化を担う。化学的に不安定な前記Cu(I)種は、少なくとも前記促進剤と錯体を形成して促進効果を示す。
The electrolytic copper plating solution analysis method according to the fourth aspect of the present invention uses a constant current electrolysis method to specify the condition of an electrolytic copper plating solution containing an additive including an accelerator, an inhibitor, and a leveler. A plating solution analysis method, wherein a working electrode, a reference electrode, and a counter electrode are immersed in the electrolytic copper plating solution maintained at a constant temperature, and the working electrode is rotated at a constant speed; A potential measurement step of measuring a potential between the working electrode and the reference electrode by passing a current having a constant current density between the working electrode and the counter electrode; An analysis step for analyzing the relationship between the elapsed time and the potential, and in the analysis step, when analyzing the relationship between the elapsed time and the potential, the process of the deposition reaction of the copper plating film In the working electrode The Cu (I) species generated on the surface replaces the inhibitor located on the surface of the working electrode as the precipitation reaction of the copper plating film proceeds, and the leveler is provided with the copper plating film. As the precipitation reaction proceeds, the inhibitor located on the surface of the working electrode is replaced, and the Cu (I) species forms a complex with at least the promoter and exhibits a promoting effect. Based on the above, a parameter representing the condition of the electrolytic copper plating solution is calculated, and the condition of the electrolytic copper plating solution is specified using the parameter.
In addition, the said promoter does not show a promotion effect by itself, but forms a complex with the said Cu (I) seed | species and bears stabilization of the said Cu (I) seed | species which is chemically unstable. The chemically unstable Cu (I) species forms a complex with at least the promoter and exhibits a promoting effect.

上記電気銅めっき液分析方法においては、前記解析工程では、前記電位測定工程で測定された前記経過時間と前記電位との関係を、下記式(5)〜(8)に基づいて解析し、前記パラメータとして、i、i、i、C /T、及びk・C/Tを算出することが好ましい。

Figure 2016114391
但し、ηは前記電位、Tは前記一定の温度、Iは前記電流密度、tは前記経過時間、iは前記抑制剤が存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iは前記Cu(I)種が存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iは前記レベラーが存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、Cは溶液バルクにおける前記促進剤の濃度、Cは溶液バルクにおける前記レベラーの濃度、Tは前記銅めっき膜の表面における前記抑制剤の飽和被覆量、kは吸着速度の相違によって前記抑制剤が前記Cu(I)種により経時的に置換される反応速度、kは吸着速度の相違によって前記抑制剤が前記レベラーにより経時的に置換される反応速度、Rはガス定数、αは移動係数、Fはファラディ定数、dは銅のモル密度、nは銅の価数である。 In the electrolytic copper plating solution analysis method, in the analysis step, the relationship between the elapsed time measured in the potential measurement step and the potential is analyzed based on the following formulas (5) to (8), It is preferable to calculate i i , i a , i l , C a * / T i , and k 3 · C l / T i as parameters.
Figure 2016114391
Where η is the potential, T is the constant temperature, I is the current density, t is the elapsed time, i i is the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film when the inhibitor is present, i a is the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film in the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film when there is the Cu (I) species, the i l said leveler is present, C a is the concentration of the accelerator in the solution bulk, C l is the concentration of the leveler in the solution bulk, T i is the saturation coating amount of the inhibitor on the surface of the copper plating film, and k is the suppression due to the difference in adsorption rate. the reaction rate, k 3 is the reaction rate, R represents the gas constant, wherein the inhibitor by the difference in adsorption rate is over time replaced by the leveler agent is over time replaced by the Cu (I) species, alpha movement coefficient F is Faraday constant, d is the molar density of copper, n represents a valence of copper.

本発明の電気銅めっき装置および電気銅めっき液分析方法によれば、電気銅めっき液の分析用サンプルに浸漬した作用電極と参照電極との間の電位を測定し、経過時間と電位との関係を解析する際に、銅めっき膜の析出反応の進行に伴ってレベラーがCu(I)種、あるいは抑制剤を置換していき、Cu(I)種が少なくとも促進剤と錯体を形成して促進効果を示すという反応機構に基づいて、電気銅めっき液のコンディションを表すパラメータを算出するため、定電流電解法を用いて添加剤を含む電気銅めっき液の状態を管理する際に、より精度よく定量的に管理することができるという効果を奏する。   According to the electrolytic copper plating apparatus and the electrolytic copper plating solution analysis method of the present invention, the potential between the working electrode immersed in the electrolytic copper plating solution sample and the reference electrode is measured, and the relationship between the elapsed time and the potential is measured. As the copper plating film deposition reaction proceeds, the leveler replaces the Cu (I) species or the inhibitor, and the Cu (I) species forms a complex with at least the accelerator and accelerates. Based on the reaction mechanism that shows the effect, in order to calculate the parameters representing the condition of the electrolytic copper plating solution, when controlling the state of the electrolytic copper plating solution containing additives using the constant current electrolysis method, it is more accurate There is an effect that it can be managed quantitatively.

本発明の第1の実施形態の電気銅めっき液分析装置の構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the electrolytic copper plating solution analyzer of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の電気銅めっき液分析装置に用いる作用電極の先端部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the front-end | tip part of the working electrode used for the electrolytic copper plating solution analyzer of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の電気銅めっき装置を用いた実施例1、2における測定データおよび解析結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the measurement data in Example 1, 2 using the electrolytic copper plating apparatus of the 1st Embodiment of this invention, and an analysis result. 本発明の第2の実施形態の電気銅めっき装置を用いた実施例3、4における測定データおよび解析結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the measurement data in Example 3, 4 using the electrolytic copper plating apparatus of the 2nd Embodiment of this invention, and an analysis result. 参考例の電気銅めっき装置を用いた参考例1、2おける測定データおよび解析結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the measurement data and analysis result in the reference examples 1 and 2 using the electrolytic copper plating apparatus of a reference example.

以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法は、実際の電気銅めっき液分析装置の寸法関係とは異なる場合がある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In all the drawings, even if the embodiments are different, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and common description is omitted.
The drawings used in the following description are for explaining the configuration of the embodiment of the present invention, and the sizes, thicknesses and dimensions of the respective parts shown in the drawings are different from the dimensional relationship of an actual electrolytic copper plating solution analyzer. There is a case.

[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態の電気銅めっき液分析装置について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態の電気銅めっき液分析装置の構成の一例を示す概略図である。図2は、本発明の第1の実施形態の電気銅めっき液分析装置に用いる作用電極の先端部の一例を示す図である。
[First Embodiment]
The electrolytic copper plating solution analyzer of the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the electrolytic copper plating solution analyzer according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a tip portion of a working electrode used in the electrolytic copper plating solution analyzer according to the first embodiment of the present invention.

図1に示すように、本実施形態の電気銅めっき液分析装置10は、スタンド11と、分析用容器12と、温度保持部15と、電極支持部16と、作用電極18と、参照電極19と、カウンター電極21と、回転駆動部23と、電流発生部26と、電位測定部28と、コントローラ25と、解析部31と、を有する。   As shown in FIG. 1, the electrolytic copper plating solution analyzer 10 of this embodiment includes a stand 11, an analysis container 12, a temperature holding unit 15, an electrode support unit 16, a working electrode 18, and a reference electrode 19. A counter electrode 21, a rotation drive unit 23, a current generation unit 26, a potential measurement unit 28, a controller 25, and an analysis unit 31.

スタンド11は、分析用容器12及び温度保持部15が搭載されるステージ部11Aを有する。
分析用容器12は、分析対象の電気銅めっき液13の一部を分析用サンプルとして収容するための容器である。分析用容器12は、スタンド11のステージ部11A上に配置されている。
分析対象の電気銅めっき液13としては、例えば、図示しない適宜のめっき装置で使用された電気銅めっき液13を挙げることができる。ただし、分析対象は、使用済みの電気銅めっき液13には限定されず、例えば、コンディションが良好な場合の比較データを取得するなどの目的で未使用の電気銅めっき液13を分析することも可能である。
The stand 11 includes a stage unit 11A on which the analysis container 12 and the temperature holding unit 15 are mounted.
The analysis container 12 is a container for accommodating a part of the electrolytic copper plating solution 13 to be analyzed as an analysis sample. The analysis container 12 is disposed on the stage portion 11 </ b> A of the stand 11.
Examples of the electrolytic copper plating solution 13 to be analyzed include an electrolytic copper plating solution 13 used in an appropriate plating apparatus (not shown). However, the object of analysis is not limited to the used electrolytic copper plating solution 13. For example, the unused electrolytic copper plating solution 13 may be analyzed for the purpose of obtaining comparison data when conditions are good. Is possible.

ここで、電気銅めっき液13について説明する。
電気銅めっき液13は、少なくともCu(II)イオンと、添加剤と、を含む構成を採用することができる。
添加剤は、促進剤、抑制剤、及びレベラーの作用を示す成分が混合されている。これらの成分は促進剤、抑制剤、及びレベラーとして別々の化合物として添加されることが多いが、複数の官能基で複数の作用を示す化合物を用いてもよい。
促進剤としては、例えば、SPS[bis(sodiumsulfopropyl)disulfide]等の含イオウ化合物を用いることができる。
抑制剤としては、例えば、ポリエチレンオキシドやポリプロピレンオキシド等の水溶性ポリマー、PEG[poly(ethylene glycol)]などを用いることができる。
レベラーとしては、例えば、ポリアミン、ポリアクリルアミン、ポリ(N−メチルジアリルアミン)、ポリ(N−ビニルピロリドン)、ポリ(N−ビニル−N’−メチルイミダゾリウムクロライド)などの有機化合物を用いることができる。
電気銅めっき液13に含まれる上記添加剤は多くのサプライヤーから単体または種々の組合せにて供給されている。
Here, the electrolytic copper plating solution 13 will be described.
The electrolytic copper plating solution 13 can employ a configuration including at least Cu (II) ions and an additive.
In the additive, an accelerator, an inhibitor, and a component exhibiting the action of a leveler are mixed. These components are often added as separate compounds as accelerators, inhibitors, and levelers, but compounds that exhibit multiple actions with multiple functional groups may be used.
As the accelerator, for example, a sulfur-containing compound such as SPS [bis (sodiumsulfopropyl) disulfide] can be used.
As the inhibitor, for example, a water-soluble polymer such as polyethylene oxide or polypropylene oxide, PEG [poly (ethylene glycol)], or the like can be used.
As the leveler, for example, an organic compound such as polyamine, polyacrylamine, poly (N-methyldiallylamine), poly (N-vinylpyrrolidone), poly (N-vinyl-N′-methylimidazolium chloride) is used. it can.
The additive contained in the electrolytic copper plating solution 13 is supplied from many suppliers as a single substance or in various combinations.

電気銅めっき液13は、Cu(II)イオンの対イオンとなる陰イオン(例えば、硫酸イオン)、酸(例えば、硫酸)、及び塩素イオンを含んでもよい。
電気銅めっき液13に含まれるCu(II)イオンの量は、例えば、2g/L〜70g/Lの範囲で設定することができる。また硫酸の量は、例えば、10g/L〜200g/Lの範囲内で設定することができる。また塩素の量は、例えば、1g/L〜150mg/Lの範囲内が適当な範囲である。
それぞれの最適な量は電気銅めっき液13の性能評価を行うなどして決めればよい。また、添加剤成分の濃度も同様である。
The electrolytic copper plating solution 13 may contain an anion (for example, sulfate ion), an acid (for example, sulfuric acid), and a chlorine ion, which are counter ions of Cu (II) ions.
The amount of Cu (II) ions contained in the electrolytic copper plating solution 13 can be set, for example, in the range of 2 g / L to 70 g / L. The amount of sulfuric acid can be set, for example, within a range of 10 g / L to 200 g / L. The amount of chlorine is, for example, within a range of 1 g / L to 150 mg / L.
Each optimum amount may be determined by performing performance evaluation of the electrolytic copper plating solution 13 or the like. The concentration of the additive component is also the same.

温度保持部15は、分析用容器12の外周側面を囲むように、ステージ部11A上に載置されている。温度保持部15は、分析用容器12内に収容された電気銅めっき液13の温度を一定の温度に保持するためのものである。
電気銅めっき液13の温度として、例えば、20℃〜35℃のうちから選ぶことが好ましい。また、一定と見なしうる温度変動としては、±1Kである。
温度保持部15としては、例えば、恒温水槽を用いることができる。
このような、温度保持部15を有することで、分析の精度を安定させることができる。
なお、図1では、一例として、分析用容器12の外周側面を囲む温度保持部15を図示したが、温度保持部15は、分析用容器12の外周側面だけでなく、分析用容器12の底面を覆う構成も可能である。
The temperature holding unit 15 is placed on the stage unit 11 </ b> A so as to surround the outer peripheral side surface of the analysis container 12. The temperature holding unit 15 is for holding the temperature of the electrolytic copper plating solution 13 accommodated in the analysis container 12 at a constant temperature.
The temperature of the electrolytic copper plating solution 13 is preferably selected from, for example, 20 ° C to 35 ° C. The temperature fluctuation that can be regarded as constant is ± 1K.
For example, a constant temperature water tank can be used as the temperature holding unit 15.
By having such a temperature holding unit 15, the accuracy of analysis can be stabilized.
In FIG. 1, as an example, the temperature holding unit 15 surrounding the outer peripheral side surface of the analysis container 12 is illustrated. It is also possible to have a configuration covering.

電極支持部16は、スタンド11の上端部に固定されている。電極支持部16は、分析用容器12に収容された電気銅めっき液13の液面と対向するように配置されている。
電極支持部16は、後述する作用電極18、参照電極19、及びカウンター電極21の後端を支持するための部材である。
The electrode support portion 16 is fixed to the upper end portion of the stand 11. The electrode support portion 16 is arranged so as to face the liquid surface of the electrolytic copper plating solution 13 accommodated in the analysis container 12.
The electrode support part 16 is a member for supporting the rear ends of a working electrode 18, a reference electrode 19, and a counter electrode 21, which will be described later.

本実施形態において、作用電極18、参照電極19、及びカウンター電極21を用いて測定される電位は、作用電極18、参照電極19、及びカウンター電極21の位置関係で変化する。
このため、作用電極18、参照電極19、及びカウンター電極21の位置が、常に固定された状態で電位の測定が行われることが好ましい。例えば、電気銅めっき液13(分析用サンプル)を入れ替える度に、作用電極18、参照電極19、及びカウンター電極21の位置関係を調節する必要がある構成は好ましくない。
そこで、より再現性の良い電位のデータを測定するためには、電極支持部16として、作用電極18、参照電極19、及びカウンター電極21の位置関係が固定可能な構成を採用することが好ましい。
In the present embodiment, the potential measured using the working electrode 18, the reference electrode 19, and the counter electrode 21 changes depending on the positional relationship among the working electrode 18, the reference electrode 19, and the counter electrode 21.
For this reason, it is preferable that the potential measurement is performed in a state where the positions of the working electrode 18, the reference electrode 19, and the counter electrode 21 are always fixed. For example, a configuration in which the positional relationship among the working electrode 18, the reference electrode 19, and the counter electrode 21 needs to be adjusted every time the electrolytic copper plating solution 13 (analysis sample) is replaced is not preferable.
Therefore, in order to measure potential data with better reproducibility, it is preferable to adopt a configuration in which the positional relationship among the working electrode 18, the reference electrode 19, and the counter electrode 21 can be fixed as the electrode support portion 16.

作用電極18は、その先端部が電気銅めっき液13に浸漬されるように、後述する回転駆動部23を介して、電極支持部16に支持されている。
作用電極18は、電気銅めっき液13内の化学種との電子の授受を行う電極である。
The working electrode 18 is supported by the electrode support 16 via a rotation driving unit 23 described later so that the tip of the working electrode 18 is immersed in the electrolytic copper plating solution 13.
The working electrode 18 is an electrode that exchanges electrons with the chemical species in the electrolytic copper plating solution 13.

図2に示すように、作用電極18は、外装部材35と、作用電極本体37と、導線39と、を有する。
外装部材35は、円柱形状とされた絶縁部材である。
外装部材35の先端部には、平坦な先端面35aが形成されている。先端面35aの中心部には、作用電極本体37を収容する凹部からなる作用電極本体収容部35Aが形成されている。
As shown in FIG. 2, the working electrode 18 includes an exterior member 35, a working electrode body 37, and a conductive wire 39.
The exterior member 35 is an insulating member having a cylindrical shape.
A flat distal end surface 35 a is formed at the distal end of the exterior member 35. A working electrode main body accommodating portion 35A including a concave portion for accommodating the working electrode main body 37 is formed at the center of the distal end surface 35a.

作用電極本体37は、導電性を有する材料で構成されており、作用電極本体収容部35Aに収容されている。
作用電極本体37は、外装部材35から露出された表面37aを有する。これにより、作用電極本体37が電気銅めっき液13に浸漬されると、作用電極本体37は、表面37aにおいて、電気銅めっき液13と接触可能である。
作用電極本体37の形状としては、例えば、円盤状の電極が好ましいが、これに限定されない。
表面37aの表面積は、例えば、0.01cm〜1cmの範囲内で設定することが好ましい。
作用電極本体37の材料としては、例えば、電気的に安定な白金等の貴金属材料を用いることができる。
なお、外装部材35、作用電極本体37、及び表面37aの形状は、上記形状、あるいは図示の形状には限定されない。
The working electrode body 37 is made of a conductive material, and is accommodated in the working electrode body housing portion 35A.
The working electrode body 37 has a surface 37 a exposed from the exterior member 35. Thereby, when the working electrode body 37 is immersed in the electrolytic copper plating solution 13, the working electrode body 37 can contact the electrolytic copper plating solution 13 on the surface 37 a.
As the shape of the working electrode body 37, for example, a disk-shaped electrode is preferable, but is not limited thereto.
The surface area of the surface 37a, for example, is preferably set in the range of 0.01 cm 2 1 cm 2.
As a material of the working electrode body 37, for example, an electrically stable noble metal material such as platinum can be used.
In addition, the shape of the exterior member 35, the working electrode body 37, and the surface 37a is not limited to the above shape or the illustrated shape.

導線39は、一端が作用電極本体37と接続されると共に、電流発生部26と電気的に接続されている。   One end of the conducting wire 39 is connected to the working electrode main body 37 and is electrically connected to the current generator 26.

図1に示すように、参照電極19は、その先端部が電気銅めっき液13に浸漬されるように、電極支持部16に支持されている。
参照電極19は、作用電極18の電位を決定する際の基準となる電極である。
参照電極19の材料としては、例えば、飽和カロメル(Hg/HgCl)や銀/塩化銀(Ag/AgCl)等を用いることができる。
As shown in FIG. 1, the reference electrode 19 is supported by the electrode support 16 so that the tip of the reference electrode 19 is immersed in the electrolytic copper plating solution 13.
The reference electrode 19 is an electrode serving as a reference when determining the potential of the working electrode 18.
As a material of the reference electrode 19, for example, saturated calomel (Hg / Hg 2 Cl 2 ), silver / silver chloride (Ag / AgCl), or the like can be used.

カウンター電極21は、その先端部が電気銅めっき液13に浸漬されるように、電極支持部16に支持されている。
カウンター電極21は、作用電極18との間で、電気銅めっき液13に電流を流して、電極と電気銅めっき液13との界面で反応を生じさせるための電極である。
カウンター電極21としては、例えば、溶性電極である銅電極、または、不溶性電極である白金被覆チタン電極等を用いることができる。
カウンター電極21の表面積は、全電流がこの電極上での反応で律速されることがないように、電気銅めっき液13に浸漬可能な表面積が、作用電極18の作用電極本体37の表面37aの表面積以上であることが好ましい。カウンター電極21において電気銅めっき液13に浸漬可能な表面積は、具体的には、例えば、作用電極本体37の表面37aの1倍以上50倍以下であることが好ましい。
カウンター電極21は、対極、或いは補助電極とも呼ばれることがある。
The counter electrode 21 is supported by the electrode support 16 so that the tip of the counter electrode 21 is immersed in the electrolytic copper plating solution 13.
The counter electrode 21 is an electrode for causing a current to flow through the electrolytic copper plating solution 13 between the working electrode 18 and causing a reaction at the interface between the electrode and the electrolytic copper plating solution 13.
As the counter electrode 21, for example, a copper electrode that is a soluble electrode or a platinum-coated titanium electrode that is an insoluble electrode can be used.
The surface area of the counter electrode 21 is such that the surface area of the working electrode body 37 of the working electrode 18 can be immersed in the electrolytic copper plating solution 13 so that the total current is not limited by the reaction on this electrode. The surface area is preferably greater than or equal to the surface area. Specifically, the surface area that can be immersed in the electrolytic copper plating solution 13 in the counter electrode 21 is preferably, for example, 1 to 50 times the surface 37 a of the working electrode body 37.
The counter electrode 21 may be called a counter electrode or an auxiliary electrode.

回転駆動部23は、電極支持部16内に収容され、作用電極18の後端と接続されている。
回転駆動部23は、作用電極18を一定の速度で回転させる装置部分である。
回転駆動部23による作用電極18の回転数(回転速度)は、例えば、10rpm〜8000rpmの範囲内で、設定できるようになっている。
回転駆動部23によって作用電極18の回転数を変えると電気銅めっき液13における添加剤の拡散状態が変化する。このため、回転数の大きさによって、添加剤の各成分の濃度差に応じて、後述の電位の測定データの差の現れやすさも変化する。
そこで、回転数を変えた実験を行うなどして事前検討を行うことで、添加剤の各成分の構成により比較的測定データの変化が見やすい回転数を予め見つけ出しておき、この回転数を用いて後述する電位の測定を行うとよい。
回転駆動部23による作用電極18の回転数は、回転の効果が現れる10rpm以上が好ましい。一方、回転駆動部23による作用電極18の回転数が8000rpmよりも大きいと、機械的に回転数の制御が難しいので好ましくない。
The rotation drive unit 23 is accommodated in the electrode support unit 16 and connected to the rear end of the working electrode 18.
The rotation drive unit 23 is a device part that rotates the working electrode 18 at a constant speed.
The number of rotations (rotation speed) of the working electrode 18 by the rotation drive unit 23 can be set, for example, within a range of 10 rpm to 8000 rpm.
When the rotation speed of the working electrode 18 is changed by the rotation driving unit 23, the diffusion state of the additive in the electrolytic copper plating solution 13 changes. Therefore, depending on the difference in concentration of each component of the additive, the ease of appearance of a difference in potential measurement data, which will be described later, also changes depending on the rotation speed.
Therefore, by conducting a preliminary study such as by changing the number of revolutions, the number of revolutions that are relatively easy to see changes in the measurement data can be found in advance depending on the composition of each component of the additive. It is preferable to measure the potential described later.
The number of rotations of the working electrode 18 by the rotation driving unit 23 is preferably 10 rpm or more in which the effect of rotation appears. On the other hand, if the rotation speed of the working electrode 18 by the rotation drive unit 23 is greater than 8000 rpm, it is not preferable because it is difficult to control the rotation speed mechanically.

電流発生部26は、作用電極18及びカウンター電極21と電気的に接続されている。
電流発生部26は、作用電極18とカウンター電極21との間に、作用電極18における電流密度Iが一定とされた電流を流すための装置部分である。
電流発生部26としては、例えば、10A以下かつ10V以下の直流電流を、設定電圧に対して±10mV以下の範囲内かつ設定電流に対して±10mA以下の範囲内で制御可能なものを用いることが好ましい。
電流発生部26としては、例えば、直流安定化電源を用いることができる。
The current generator 26 is electrically connected to the working electrode 18 and the counter electrode 21.
The current generator 26 is a device part for allowing a current having a constant current density I in the working electrode 18 to flow between the working electrode 18 and the counter electrode 21.
As the current generator 26, for example, a DC current that is 10 A or less and 10 V or less can be controlled within a range of ± 10 mV or less with respect to a set voltage and within a range of ± 10 mA or less with respect to the set current. Is preferred.
As the current generator 26, for example, a DC stabilized power supply can be used.

作用電極18における電流密度Iは、0.1A/dm〜20A/dmの範囲内が好ましく、0.5A/dm〜5A/dmの範囲内がより好ましい。
電流密度Iが0.1A/dmよりも小さいと、電位の測定結果に違いが現れにくい。また、電流密度Iが5A/dmよりも大きいと、電位が安定しにくい。
The current density at the working electrode 18 I is preferably in the range of 0.1A / dm 2 ~20A / dm 2 , in the range of 0.5A / dm 2 ~5A / dm 2 is more preferable.
If the current density I is smaller than 0.1 A / dm 2 , the difference in the measurement result of the potential hardly appears. If the current density I is greater than 5 A / dm 2 , the potential is difficult to stabilize.

電位測定部28は、作用電極18、参照電極19、及び後述する解析部31と通信可能に接続されている。
電位測定部28は、作用電極18とカウンター電極21での間に電流密度Iが一定とされた電流を流した状態で、作用電極18と参照電極19との間の電位ηを測定する装置部分である。電位測定部28によって測定された電位ηに関するデータは、解析部31に送信される。
電位測定部28としては、例えば、電位測定時における電位の精度が±10mV程度で計測可能な電位差計、電圧計、マルチメータ等を用いることができる。
なお、電位ηの測定を開始する前には、一定の回転速度で作用電極18を回転させた状態にする。
The potential measurement unit 28 is communicably connected to the working electrode 18, the reference electrode 19, and an analysis unit 31 described later.
The potential measuring unit 28 measures the potential η between the working electrode 18 and the reference electrode 19 in a state where a current having a constant current density I flows between the working electrode 18 and the counter electrode 21. It is. Data relating to the potential η measured by the potential measuring unit 28 is transmitted to the analyzing unit 31.
As the potential measuring unit 28, for example, a potentiometer, a voltmeter, a multimeter, or the like that can be measured with a potential accuracy of about ± 10 mV during potential measurement can be used.
Before starting the measurement of the potential η, the working electrode 18 is rotated at a constant rotational speed.

電位ηを測定する時間(以下「測定時間t」と称する)は、電位ηの値が安定する範囲内で、できるだけ短時間であることが好ましい。
測定時間tが、例えば、10秒以下のように、あまり短すぎると、作用電極18の表面37aに析出する銅めっき膜が安定していないため、信頼できるパラメータを取得することが困難となる。
測定時間tは、例えば、1分〜40分の範囲内で適宜設定することが好ましい。
The time for measuring the potential η (hereinafter referred to as “measurement time t m ”) is preferably as short as possible within the range where the value of the potential η is stable.
If the measurement time t m is too short, for example, 10 seconds or less, the copper plating film deposited on the surface 37a of the working electrode 18 is not stable, and it is difficult to obtain reliable parameters. .
The measurement time t m is preferably set as appropriate within a range of 1 minute to 40 minutes, for example.

コントローラ25は、回転駆動部23、電流発生部26、及び電位測定部28と通信可能に接続されている。
コントローラ25は、回転駆動部23、電流発生部26、及び電位測定部28を制御するためのものである。
なお、コントローラ25、電流発生部26、及び電位測定部28は、図1に示すように、別体とされていてもよいし、複数のユニットを一体として構成してもよい。
また、コントローラ25は、後述する解析部31と一体に構成してもよい。
The controller 25 is communicably connected to the rotation drive unit 23, the current generation unit 26, and the potential measurement unit 28.
The controller 25 is for controlling the rotation drive unit 23, the current generation unit 26, and the potential measurement unit 28.
As shown in FIG. 1, the controller 25, the current generator 26, and the potential measurement unit 28 may be separated, or a plurality of units may be integrated.
The controller 25 may be configured integrally with an analysis unit 31 described later.

解析部31は、解析部本体42と、解析結果を表示するディスプレイ43と、キーボード44と、マウス(図示せず)と、を有する。解析部31の装置構成としては、CPU、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などを備えるコンピュータ、例えば、パーソナルコンピュータなどを用いることができる。
解析部本体42は、コントローラ25、電流発生部26、電位測定部28、ディスプレイ43、キーボード44、及びマウス(図示せず)と通信可能に接続されている。
また、解析部本体42は、作用電極18の回転速度を制御することができるように、回転駆動部23と通信可能に接続されていてもよい。
The analysis unit 31 includes an analysis unit main body 42, a display 43 that displays the analysis result, a keyboard 44, and a mouse (not shown). As a device configuration of the analysis unit 31, a computer including a CPU, a memory, an input / output interface, an external storage device, and the like, for example, a personal computer can be used.
The analysis unit main body 42 is communicably connected to the controller 25, the current generation unit 26, the potential measurement unit 28, the display 43, the keyboard 44, and a mouse (not shown).
Moreover, the analysis part main body 42 may be connected so that communication with the rotation drive part 23 is possible so that the rotational speed of the working electrode 18 can be controlled.

解析部本体42には、コントローラ25、電流発生部26、電位測定部28、及びディスプレイ43を制御するためのプログラム、後述する本実施形態の電気銅めっき液分析方法を実施するためのプログラム等が格納されている。
解析部本体42は、これらのプログラムを実行することによって、各種の制御やデータ解析を行うことができる。
例えば、解析部本体42によって行われるデータ解析の一例としては、電位測定部28によって測定された電位ηのデータに基づいて、電気銅めっき液13のコンディションを表すパラメータを算出し、このパラメータを用いて電気銅めっき液13のコンディションを特定するデータ解析を挙げることができる。
解析部本体42は、電位ηの測定から解析に関わる各機能を統括して、一連の測定及び解析をコントロールする機能を有することが好ましい。
また、解析部本体42が回転駆動部23と通信可能に接続されている場合には、解析部本体42に回転駆動部23を制御するプログラムが格納されていてもよい。
解析部31が行う制御やデータ解析の詳細は、電気銅めっき液分析装置10の動作説明とともに説明する。
The analysis unit main body 42 includes a program for controlling the controller 25, the current generation unit 26, the potential measurement unit 28, and the display 43, a program for performing the electrolytic copper plating solution analysis method of the present embodiment, which will be described later, and the like. Stored.
The analysis unit main body 42 can perform various controls and data analysis by executing these programs.
For example, as an example of data analysis performed by the analysis unit main body 42, a parameter representing the condition of the electrolytic copper plating solution 13 is calculated based on the data of the potential η measured by the potential measurement unit 28, and this parameter is used. Data analysis for specifying the condition of the electrolytic copper plating solution 13 can be given.
The analysis unit main body 42 preferably has a function of controlling each series of measurement and analysis by integrating each function related to the analysis from the measurement of the potential η.
When the analysis unit main body 42 is connected to the rotation drive unit 23 so as to be communicable, a program for controlling the rotation drive unit 23 may be stored in the analysis unit main body 42.
Details of control and data analysis performed by the analysis unit 31 will be described together with an explanation of the operation of the electrolytic copper plating solution analyzer 10.

次に、本実施形態の電気銅めっき液分析装置10の動作について、本実施形態の電気銅めっき液分析方法を中心に説明する。
電気銅めっき液分析装置10によって、適宜のめっき装置(図示せず)で使用された電気銅めっき液13のコンディションを特定するには、本実施形態の電気銅めっき液分析方法における準備工程、電位測定工程、および解析工程をこの順に行う。
Next, operation | movement of the electrolytic copper plating solution analyzer 10 of this embodiment is demonstrated centering on the electrolytic copper plating solution analysis method of this embodiment.
In order to specify the condition of the electrolytic copper plating solution 13 used in an appropriate plating apparatus (not shown) by the electrolytic copper plating solution analyzer 10, the preparation process, potential in the electrolytic copper plating solution analysis method of the present embodiment The measurement process and the analysis process are performed in this order.

準備工程は、一定の温度に保持された電気銅めっき液13に対して、作用電極18、参照電極19、およびカウンター電極21を浸漬させ、作用電極18を一定の速度で回転させる工程である。
具体的には、電気銅めっき液13を分析用容器12に収容して、温度保持部15に保持させる。そして、電気銅めっき液13に、作用電極18、参照電極19、およびカウンター電極21を浸漬させる。
電気銅めっき液13の温度が一定の温度Tになったら、コントローラ25を操作して、回転駆動部23を、分析用に予め決められた一定の回転速度で回転させる。これにより、回転駆動部23に支持された作用電極18が一定の回転速度で回転し始める。
なお、解析部31の解析部本体42が回転駆動部23を制御できるようになっている場合には、この操作は解析部本体42を通して行うこともできる。
以上で、準備工程が終了する。
The preparation step is a step in which the working electrode 18, the reference electrode 19 and the counter electrode 21 are immersed in the electrolytic copper plating solution 13 maintained at a constant temperature, and the working electrode 18 is rotated at a constant speed.
Specifically, the electrolytic copper plating solution 13 is accommodated in the analysis container 12 and held in the temperature holding unit 15. Then, the working electrode 18, the reference electrode 19, and the counter electrode 21 are immersed in the electrolytic copper plating solution 13.
When the temperature of the electrolytic copper plating solution 13 reaches a constant temperature T, the controller 25 is operated to rotate the rotational drive unit 23 at a constant rotational speed that is predetermined for analysis. Thereby, the working electrode 18 supported by the rotation driving unit 23 starts to rotate at a constant rotational speed.
In addition, when the analysis part main body 42 of the analysis part 31 can control the rotation drive part 23, this operation can also be performed through the analysis part main body 42.
This completes the preparation process.

次に、電位測定工程を行う。本工程は、作用電極18とカウンター電極21との間に、電流密度Iが一定とされた電流を流して、作用電極18と参照電極19との間の電位ηを測定する工程である。
本工程は、キーボード44あるいはマウスなどを操作することにより、解析部本体42によって、データ解析プログラムを起動し、電位測定を開始させる。
これにより、解析部本体42から電流発生部26、電位測定部28に制御信号が送出され、電流発生部26、電位測定部28が動作し、電位測定が開始される。或いは解析部本体42からコントローラ25を経由して、電流発生部26、電位測定部28に制御信号が送出され、電流発生部26、電位測定部28が動作し、電位測定が開始されてもよい。
すなわち、電流発生部26によって、作用電極18とカウンター電極21との間に電流密度Iが一定の電流が流されるとともに、電位測定部28によって電位ηが測定される。
電位ηは、予め決められた測定時間tの間、適宜の測定間隔をあけて測定され、電流を流し始めてからの経過時間tにおける電位ηの測定データが取得される。
取得された経過時間tごとの電位ηは、解析部31に送出される。
解析部31は、電位ηの測定データを受信すると、ディスプレイ43に測定データのグラフを表示する。
以上で、電位測定工程が終了する。
Next, a potential measurement step is performed. This step is a step of measuring the potential η between the working electrode 18 and the reference electrode 19 by passing a current having a constant current density I between the working electrode 18 and the counter electrode 21.
In this step, by operating the keyboard 44 or mouse, the analysis unit main body 42 activates a data analysis program and starts potential measurement.
As a result, a control signal is sent from the analysis unit main body 42 to the current generation unit 26 and the potential measurement unit 28, the current generation unit 26 and the potential measurement unit 28 operate, and potential measurement is started. Alternatively, the control signal may be sent from the analysis unit main body 42 to the current generation unit 26 and the potential measurement unit 28 via the controller 25, and the current generation unit 26 and the potential measurement unit 28 may operate to start the potential measurement. .
That is, a current having a constant current density I flows between the working electrode 18 and the counter electrode 21 by the current generator 26 and the potential η is measured by the potential measuring unit 28.
The potential η is measured at an appropriate measurement interval during a predetermined measurement time t m , and measurement data of the potential η at an elapsed time t after the current starts flowing is acquired.
The acquired potential η for each elapsed time t is sent to the analysis unit 31.
Upon receiving the measurement data of the potential η, the analysis unit 31 displays a measurement data graph on the display 43.
This completes the potential measurement process.

次に、解析工程を行う。本工程は、作用電極18とカウンター電極21との間に電流を流し出してからの経過時間tと電位ηとの関係を解析する工程である。
本工程は、測定時間tが経過して、測定時間t間に電位測定部28によって測定されたすべての測定データが解析部31に送出されると、解析部31によって自動的に開始される。
電位ηの時間変化は、電気銅めっき液13における銅めっき膜の析出反応の進行状況を表しており、電気銅めっき液13中の添加剤等による析出反応の促進効果および抑制効果の経時変化が反映されている。
したがって、電位ηの時間変化から、例えば、析出反応の促進効果を表す因子、抑制効果を表す因子などを定量的なパラメータとして求めることができれば、電気銅めっき液13のコンディションを特定することが可能になる。
電気銅めっき液分析装置10では、パラメータ(i、i、i、C */T、k・C/T)で、めっき液の各成分(促進剤、抑制剤、及びレベラー)の効果を数値化しており、めっき液の状態を特定することを可能としている。
電位ηの時間変化から電気銅めっき液13のコンディションを表すパラメータを算出するため、本発明者は、析出反応の反応機構に基づいて、析出反応の促進効果を表す因子、抑制効果を表す因子などを表すパラメータを定係数として含む理論的な関係式を導き、この関係式を電位ηの時間変化に当て嵌めて、パラメータを特定することに想到し、本発明に到った。
そこで、解析部31の動作を説明する前に、解析部31が実行する本実施形態の解析工程に用いる反応機構および関係式について説明する。
Next, an analysis process is performed. This step is a step of analyzing the relationship between the elapsed time t and the potential η after the current is flown between the working electrode 18 and the counter electrode 21.
This process is automatically started by the analysis unit 31 when the measurement time t m elapses and all measurement data measured by the potential measurement unit 28 is sent to the analysis unit 31 during the measurement time t m. The
The time change of the potential η represents the progress of the precipitation reaction of the copper plating film in the electrolytic copper plating solution 13, and the temporal change in the effect of promoting and suppressing the precipitation reaction due to the additive in the electrolytic copper plating solution 13. It is reflected.
Therefore, the condition of the electrolytic copper plating solution 13 can be specified if, for example, a factor representing the precipitation reaction promotion effect, a factor representing the suppression effect, and the like can be obtained as quantitative parameters from the time change of the potential η. become.
In the electrolytic copper plating solution analyzer 10, each component of the plating solution (accelerator, inhibitor, parameter) (i i , i a , i l , C a * / T i , k 2 · C l / T i ) And the leveler) are quantified, and the state of the plating solution can be specified.
In order to calculate a parameter representing the condition of the electrolytic copper plating solution 13 from the time change of the electric potential η, the present inventor is based on the reaction mechanism of the precipitation reaction, a factor representing the precipitation reaction promoting effect, a factor representing the suppression effect, etc. The inventors have derived a theoretical relational expression that includes a parameter representing the constant as a constant coefficient, and applied the relational expression to the time change of the potential η to identify the parameter, and have reached the present invention.
Therefore, before describing the operation of the analysis unit 31, a reaction mechanism and relational expressions used in the analysis process of the present embodiment executed by the analysis unit 31 will be described.

まず、本発明者が考えた銅めっき膜の析出の反応機構について説明する。
電気銅めっき液13にはCu(II)イオンと、抑制剤、促進剤及びレベラーの作用を示す成分が混合された添加剤と、Cu(II)イオンの対イオンとなる陰イオン(例えば、硫酸イオン)と、酸(例えば、硫酸)と、塩素イオンと、が含まれている。
但し、促進剤は、単体では促進効果を示さず、図2に示される作用電極本体37の表面37aに生じるCu(I)種と錯体を形成して化学的に不安定なCu(I)種の安定化を担う。化学的に不安定なCu(I)種は、少なくとも促進剤と錯体を形成して促進効果を示す。例えば、化学的に不安定なCu(I)種は、促進剤、促進剤の分解物、および塩素などと錯体を形成して促進効果を示す。
First, the reaction mechanism of copper plating film deposition considered by the present inventor will be described.
The copper electroplating solution 13 includes Cu (II) ions, an additive in which components that act as inhibitors, accelerators and levelers are mixed, and an anion (for example, sulfuric acid) which is a counter ion of Cu (II) ions. Ion), an acid (for example, sulfuric acid), and a chlorine ion.
However, the promoter alone does not show a promoting effect, and forms a complex with the Cu (I) species generated on the surface 37a of the working electrode body 37 shown in FIG. 2 to form a chemically unstable Cu (I) species. Responsible for stabilization. A chemically unstable Cu (I) species forms a complex with at least an accelerator and exhibits a promoting effect. For example, a chemically unstable Cu (I) species forms a complex with a promoter, a decomposition product of the promoter, chlorine, and the like, and exhibits a promoting effect.

電解によって陰極(カソード電極)上に銅めっき膜が析出し始めた直後において、陰極上には添加剤である抑制剤、促進剤、及びレベラーが吸着して銅めっき膜の表面を覆う。
銅めっき膜は、陰極の表面に吸着した添加剤薄膜層と陰極との間に析出し、金属皮膜として取込まれていく。なお銅めっき膜が析出し始めた直後において、添加剤の吸着効果が強い順は、抑制剤、促進剤、レベラーの順である。
Immediately after the copper plating film starts to deposit on the cathode (cathode electrode) by electrolysis, the additive, the inhibitor, the accelerator, and the leveler are adsorbed to cover the surface of the copper plating film.
The copper plating film is deposited between the additive thin film layer adsorbed on the surface of the cathode and the cathode and is taken in as a metal film. Immediately after the copper plating film starts to deposit, the order in which the additive adsorption effect is strong is the order of the inhibitor, the accelerator, and the leveler.

Cu(II)イオンの金属銅(言い換えれば、0価のCu)への還元反応は、中間体としてCu(I)イオンを経る。ほとんどのCu(I)イオンは金属銅まで還元されるが、一部のCu(I)イオンは副生成物として塩素または促進剤成分と結びついてCu(I)種を形成して安定化し、その一部が析出している金属銅表面に留まる。
このため、銅めっき膜の析出反応の進行に伴い、銅めっき膜の表面におけるCu(I)種の表面濃度は増大していく。このCu(I)種としては、例えば、電気銅めっき液13中の促進剤成分と電極との反応で生じたCu(I)イオンから生成する、例えば、Cu(I)錯体などが該当し、これが電極反応の触媒作用を有するため、促進効果が現れる。
The reduction reaction of Cu (II) ions to metallic copper (in other words, zero-valent Cu) passes through Cu (I) ions as an intermediate. Most Cu (I) ions are reduced to metallic copper, but some Cu (I) ions combine with chlorine or promoter components as by-products to form and stabilize Cu (I) species, Some remain on the surface of the deposited copper metal.
For this reason, as the precipitation reaction of the copper plating film proceeds, the surface concentration of the Cu (I) species on the surface of the copper plating film increases. As this Cu (I) seed | species, for example, it produces | generates from the Cu (I) ion produced by reaction with the promoter component and the electrode in the electrolytic copper plating solution 13, for example, Cu (I) complex etc. correspond, Since this has a catalytic action of electrode reaction, an accelerating effect appears.

さらに、銅めっき膜の析出反応の進行に伴い、陰極の表面近傍におけるCu(I)種(例えば、Cu(I)錯体)の濃度が増大し、銅めっき膜が析出し始めた直後においてこのCu(I)種が陰極上に吸着した抑制剤を置換する。また、銅めっき膜が析出していく過程で、レベラーが陰極上に吸着したCu(I)種を置換する。
銅めっき膜の析出においては、電気銅めっき液13からCu(II)イオンと共に、抑制剤成分、レベラー成分、及びCu(I)イオンと錯形成していない促進剤成分が陰極表面に供給され、その一方で陰極表面に存在していた抑制剤成分、レベラー成分、及び促進剤成分の脱着も発生する。これらの生成、吸着、及び脱着によって、陰極表面の添加剤成分のバランスは平衡に向かう。
Further, as the deposition reaction of the copper plating film proceeds, the concentration of Cu (I) species (for example, Cu (I) complex) in the vicinity of the surface of the cathode increases and immediately after the copper plating film starts to deposit, this Cu (I) Species replace the inhibitor adsorbed on the cathode. Further, in the process of depositing the copper plating film, the leveler replaces the Cu (I) species adsorbed on the cathode.
In the deposition of the copper plating film, an inhibitor component, a leveler component, and an accelerator component that is not complexed with Cu (I) ions are supplied from the electrolytic copper plating solution 13 to the cathode surface together with Cu (II) ions. On the other hand, desorption of the inhibitor component, leveler component, and accelerator component that existed on the cathode surface also occurs. These generations, adsorptions, and desorptions bring the balance of additive components on the cathode surface toward equilibrium.

後述の「参考文献−2」によれば、陰極表面のCu(I)種錯体が促進効果を示すという反応機構において、Cu(I)種は、上記で説明したように陰極表面で生成されかつ陰極表面に付着しているものの他に、陰極表面で生成された後に陰極から脱着したもの、電気銅めっき液で生成されたものなどがある。
このような陰極表面にないCu(I)種は、陰極表面のCu(I)種とは異なる促進効果を示すことが考えられる。この陰極表面にないCu(I)種が拡散によって陰極表面に移動すると、陰極の銅めっき析出反応に関与して促進効果を示す。
According to “Reference-2” described later, in the reaction mechanism in which the Cu (I) species complex on the cathode surface exhibits a promoting effect, the Cu (I) species are produced on the cathode surface as described above, and In addition to those adhered to the cathode surface, there are those produced on the cathode surface and then desorbed from the cathode, and those produced with an electrolytic copper plating solution.
It is conceivable that such Cu (I) species not present on the cathode surface exhibit an accelerating effect different from that of the Cu (I) species on the cathode surface. When this Cu (I) species not present on the cathode surface moves to the cathode surface by diffusion, it participates in the copper plating deposition reaction of the cathode and exhibits an accelerating effect.

以上に説明した析出反応の反応機構を、電気銅めっき液分析装置10の分析用容器12における反応に当て嵌めると、電位ηの測定時における銅析出反応の過程で、陰極である作用電極18の表面37aに生じたCu(I)種が、析出反応の進行に従って表面37aの抑制剤を置換していき、またレベラーがこのCu(I)種を置換していき、このCu(I)種が、少なくとも促進剤と錯体を形成して促進効果を示すという反応機構になる。例えば、Cu(I)種は、促進剤、促進剤の分解物、塩素などと錯体を形成して促進効果を示す。
このような反応機構における電位ηの時間変化を表す関係式として、本実施形態では、下記式(1)〜(4)を採用している。
When the reaction mechanism of the precipitation reaction described above is applied to the reaction in the analytical container 12 of the electrolytic copper plating solution analyzer 10, the working electrode 18 which is the cathode in the process of the copper precipitation reaction during the measurement of the potential η. The Cu (I) species generated on the surface 37a replaces the inhibitor on the surface 37a as the precipitation reaction proceeds, and the leveler replaces the Cu (I) species. The reaction mechanism is to form a complex with at least an accelerator and exhibit a promoting effect. For example, Cu (I) species forms a complex with a promoter, a decomposition product of the promoter, chlorine, and the like, and exhibits a promoting effect.
In the present embodiment, the following formulas (1) to (4) are adopted as the relational expressions representing the time change of the potential η in such a reaction mechanism.

Figure 2016114391
Figure 2016114391

ここで、expは指数関数、lnは自然対数関数を表す。また、ηは電位、Tは電気銅めっき液13の温度、Iは電流密度、tは経過時間、iは抑制剤が存在する際の銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iはCu(I)種が存在する際の銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iはレベラーが存在する際の銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、Cは溶液バルクにおける促進剤の濃度、Cは溶液バルクにおけるレベラーの濃度、Tは銅めっき膜の表面における抑制剤の飽和被覆量、kは吸着速度の相違によって抑制剤がCu(I)種により経時的に置換される反応速度、kは吸着速度の相違によってCu(I)種がレベラーにより経時的に置換される反応速度、Rはガス定数、αは移動係数、Fはファラディ定数、dは銅のモル密度、nは銅の価数である。
なお、交換電流密度i、i、iは、作用電極18の表面37aにおける交換電流密度である。
Here, exp represents an exponential function, and ln represents a natural logarithmic function. Further, eta potential, T is the temperature of the copper electroplating solution 13, I is the current density, t is the elapsed time, i i is the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film due to presence of the inhibitor, i a in exchange current density, i l exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film due to presence of levelers, C a is the solution bulk during the deposition reaction of the copper plating film when there is Cu (I) species the concentration of the promoter, C l is the concentration of the leveler in the solution bulk, T i is the saturation coverage of inhibitors on the surface of the copper plating film, k is the time the inhibitor is Cu (I) species by the difference in adsorption rate The reaction rate to be substituted, k 2 is the reaction rate at which Cu (I) species are displaced by the leveler over time due to the difference in adsorption rate, R is the gas constant, α is the transfer coefficient, F is the Faraday constant, and d is the copper Molar density, n is the valence of copper A.
The exchange current densities i i , i a and i l are exchange current densities on the surface 37 a of the working electrode 18.

次に、上記(1)〜(4)を得た経緯について説明する。
電気銅めっき法を用いた半導体基板への配線形成は、既に広く普及した技術であり、抑制剤と促進剤のめっき表面への作用に関する考察も既に多数報告されている。
例えば、Journal of The Electrochemical Society(2009年)、156(9)のD351−D359に記載された「Mechanistic Analysis of the Bottom-Up Fill in Copper Interconnect Metallization(Rohan Akolkarz and Uziel Landau)」(以下、この文献を「参考文献」という)には、半導体基板に形成されたビアホール及びトレンチに対する銅めっき膜のボトムアップ析出による埋め込み性をシミュレーションするために、抑制剤及び促進剤よりなる添加剤の拡散、及びその吸着挙動を解析した結果について記載されている。
例えば、「表面技術」 Vol.59,No.12,2008 P857−P862に記載された「電気化学手法による実験的銅めっきモニタリング」(以下、この文献を「参考文献−2」という)には、電気銅めっき液において、促進剤とCu(I)との反応生成物であるCu(I)錯体が促進効果を示すことが記載されている。
Next, the background of obtaining the above (1) to (4) will be described.
The formation of wiring on a semiconductor substrate using an electrolytic copper plating method is already a widely used technique, and many studies on the action of inhibitors and accelerators on the plating surface have already been reported.
For example, “Mechanistic Analysis of the Bottom-Up Fill in Copper Interconnect Metallization (Rohan Akolkarz and Uziel Landau)” described in D351-D359 of Journal of The Electrochemical Society (2009), 156 (9) (hereinafter referred to as this document) In order to simulate the embedding property by bottom-up deposition of the copper plating film with respect to the via hole and the trench formed in the semiconductor substrate, the diffusion of the additive composed of the inhibitor and the accelerator, and its The result of analyzing the adsorption behavior is described.
For example, “Surface Technology” Vol. 12, 2008, P857-P862, “Experimental Copper Plating Monitoring by Electrochemical Technique” (hereinafter referred to as “Reference 2”), in an electrolytic copper plating solution, an accelerator and Cu (I It is described that the Cu (I) complex which is a reaction product with) exhibits an accelerating effect.

上記参考文献では、抑制剤は、促進剤に比べて拡散が遅く、吸着が速いと考えられており、促進剤は逆に拡散が速く、吸着が遅いと考えられている。
また、上記参考文献では、ビアホールの内面及び外面における抑制剤成分及び促進剤成分の吸着挙動から、局部的な銅めっき膜の析出の速度をシミュレートしている。
その際、ビアホールの内面及び外面における銅めっき膜の析出の速度は、全体の電流が電極の表面の添加剤成分の吸着挙動、すなわち抑制剤及び促進剤の被覆率に応じて分布するとして求められている。
さらに、参考文献では、前述の拡散及び吸着の速度が、抑制剤と促進剤とで異なるため、経過時間に伴って、促進剤が前もって吸着していた抑制剤を置換すると考えている。これによって、ビアホールの底面に促進剤が優先的に吸着してボトムアップ析出が生じる機構を解釈している。
In the above reference, it is considered that the inhibitor has a slower diffusion and faster adsorption than the accelerator, and the accelerator has a faster diffusion and slower adsorption.
Moreover, in the said reference document, the speed | rate of precipitation of a local copper plating film | membrane is simulated from the adsorption | suction behavior of the inhibitor component and promoter component in the inner surface and outer surface of a via hole.
At that time, the rate of deposition of the copper plating film on the inner and outer surfaces of the via hole is determined as the total current is distributed according to the adsorption behavior of the additive component on the electrode surface, that is, the coverage of the inhibitor and the accelerator. ing.
Furthermore, in the reference literature, since the speed of diffusion and adsorption described above differs between the inhibitor and the accelerator, it is considered that the accelerator replaces the inhibitor previously adsorbed with the passage of time. This interprets the mechanism in which the accelerator is preferentially adsorbed on the bottom surface of the via hole and bottom-up precipitation occurs.

促進剤、抑制剤に関するこれらの参考文献の考え方は、本実施形態における回転する作用電極18の表面37aで起こる現象についても同様に適用できる。
ただし、本実施形態では、上記参考文献で想定している抑制剤及び促進剤のいずれにも覆われていない領域は考慮する必要がない。
また、本実施形態では、回転する作用電極18を使用するため、電気銅めっき液13に含まれる添加剤成分の電極の表面への供給は十分と考えられるため、拡散速度の差異については考慮する必要はない。
The concept of these references regarding the accelerator and the inhibitor can be similarly applied to the phenomenon occurring on the surface 37a of the rotating working electrode 18 in the present embodiment.
However, in this embodiment, it is not necessary to consider the area | region which is not covered by any of the inhibitor and promoter which are assumed by the said reference.
In this embodiment, since the rotating working electrode 18 is used, it is considered that the additive component contained in the electrolytic copper plating solution 13 is sufficiently supplied to the surface of the electrode. There is no need.

電気化学の基本式であるTafelの式より、表面37aのうち抑制剤で占められた領域の電流Iは、下記式(9)で表され、表面37aのうち促進剤で占められた領域の電流Iは、下記式(10)で表され、表面37aのうちレベラーで占められた領域の電流Iは、下記式(11)で表される。 The current I i in the region occupied by the suppressor in the surface 37a is expressed by the following formula (9) from the Tafel equation which is the basic formula of electrochemistry, and the current I i in the region occupied by the promoter in the surface 37a is current I a is represented by the following formula (10), the current I l of the area occupied by the leveler of the surface 37a is expressed by the following equation (11).

Figure 2016114391
Figure 2016114391

ここで、αは抑制剤の移動係数、αは促進剤の移動係数、αはレベラーの移動係数、θは表面37aにおける抑制剤の被覆率、θは表面37aにおける促進剤の被覆率、θは表面37aにおけるレベラーの被覆率である。 Here, transfer coefficient alpha i are inhibitors, alpha a movement coefficient of promoter, alpha l is transfer coefficient leveler, theta i is the coverage of the inhibitor on the surface 37a, theta a the promoter at the surface 37a The coverage, θ l, is the leveler coverage on the surface 37a.

表面37aにおける電流密度Iは、電流密度I、I、Iの和になるため、電流密度Iは、下記式(12)のように表すことができる。 Since the current density I on the surface 37a is the sum of the current densities I i , I a , and I l , the current density I can be expressed as the following formula (12).

Figure 2016114391
Figure 2016114391

移動係数α、α、αの値は略等しい。この様な銅めっき反応では、可逆反応であるため、移動係数α、α、αはいずれも略0.5と考えられる。このため、移動係数α、α、αを移動係数αに置き換えることが可能である。
そこで、移動係数αを用いると、上記式(12)から、下記式(13)、(14)が得られる。
The values of the movement coefficients α i , α a and α l are substantially equal. Since such a copper plating reaction is a reversible reaction, the transfer coefficients α i , α a , and α l are all considered to be approximately 0.5. For this reason, it is possible to replace the movement coefficients α i , α a , and α l with the movement coefficient α.
Therefore, when the movement coefficient α is used, the following expressions (13) and (14) are obtained from the above expression (12).

Figure 2016114391
Figure 2016114391

被覆率θ、θ、θの変化については、上記のような本実施形態の反応機構に基づいて、表面37aへの銅めっき膜の析出の初期の段階では表面37aに抑制剤が吸着するが、吸着した抑制剤は経時的に促進剤によって置き換えられていき、表面37aに吸着した促進剤はレベラーによって置き換えられていくと考える。
促進剤の被覆率θはレベラーの被覆率θへと置き換わっていくことから、レベラーに置き換わる分量を加えた促進剤の被覆率(言い換えれば、被覆率θと被覆率θの和)を被覆率θ’とする。
被覆率θ、θは、上記参考文献のモデルによれば、拡散式に基づいて、下記式(15)、(16)のように表すことができる。
Regarding the changes in the coverages θ i , θ a , and θ l , the inhibitor is adsorbed on the surface 37a at the initial stage of deposition of the copper plating film on the surface 37a based on the reaction mechanism of the present embodiment as described above. However, it is considered that the adsorbed inhibitor is replaced by the accelerator with time, and the accelerator adsorbed on the surface 37a is replaced by the leveler.
Since the accelerator coverage θ a is replaced with the leveler coverage θ l , the accelerator coverage with the amount replaced by the leveler added (in other words, the sum of the coverage θ a and the coverage θ l ). Is the coverage θ a ′.
The coverages θ i and θ l can be expressed by the following equations (15) and (16) based on the diffusion equation, according to the model of the above-mentioned reference.

Figure 2016114391
Figure 2016114391

被覆率θと被覆率θ’との合計は「1」となるため、被覆率θ’は下記式(17)で表すことができる。 Since the sum of the coverage ratio θ i and the coverage ratio θ a ′ is “1”, the coverage ratio θ a ′ can be expressed by the following formula (17).

Figure 2016114391
Figure 2016114391

また、被覆率θ は被覆率θと被覆率θとの和であるため、被覆率θは下記式(18)で表すことができる。 Further, since the coverage θ a is the sum of the coverage θ a and the coverage θ l , the coverage θ a can be expressed by the following formula (18).

Figure 2016114391
Figure 2016114391

上記式(14)に、上記式(15)〜(18)を代入すると、下記式(19)が得られる。   When the above formulas (15) to (18) are substituted into the above formula (14), the following formula (19) is obtained.

Figure 2016114391
Figure 2016114391

上記式(19)は、抑制剤、促進剤、およびレベラーが含まれる場合に、各成分の吸着速度の相違によって、表面37aに吸着した抑制剤が促進剤により経時に置換され、表面37aに吸着した促進剤がレベラーにより経時に置換されるというモデルに基づいて導出された電位ηの時間変化を表す関係式である。
しかしながら、実際の測定で得られる電位と、上記式(19)で算出される電位ηとは、差が大きいことが分かった。
そこで、本発明者は、種々の検討を行った結果、促進剤が電気銅めっき液13から拡散によってもたらされると考えるよりも、他の反応機構を想定する方がよいことが分かった。
すなわち、銅めっき膜の析出反応の過程において、作用電極18の表面37aに生じたCu(I)種が、銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、作用電極18の表面37aの抑制剤を置換していき、レベラーが作用電極18の表面37aのCu(I)種を置換していき、Cu(I)種自体が少なくとも促進剤と錯体を形成して促進効果を示すという反応機構を想定する方が、よりよく測定結果を説明できることが分かった。
銅析出反応で陰極表面に生じたCu(I)種が、析出反応の進行に従い陰極表面の抑制剤を置換していき、それ自体が少なくとも促進剤と錯体を形成して促進効果を示すという反応機構を考慮し、上記式(19)のkを電流密度を含む因子で置き換える。つまり、電流密度に比例して、反応するCu(I)種が増加する、すなわち反応速度が増加すると考えた。
よって、そこで、上記式(1)では、上記式(19)における反応速度kを、下記式(20)に示すような電流密度Iを含む因子に置き換えた。
In the above formula (19), when an inhibitor, an accelerator, and a leveler are included, the inhibitor adsorbed on the surface 37a is replaced by the accelerator over time due to the difference in adsorption speed of each component, and adsorbed on the surface 37a. It is a relational expression showing the time change of electric potential (eta) derived | led-out based on the model that the promoted accelerator is substituted with time by the leveler.
However, it was found that there is a large difference between the potential obtained by actual measurement and the potential η calculated by the above equation (19).
Therefore, as a result of various studies, the present inventor has found that it is better to assume another reaction mechanism than to think that the accelerator is brought from the electrolytic copper plating solution 13 by diffusion.
That is, in the course of the deposition reaction of the copper plating film, the Cu (I) species generated on the surface 37a of the working electrode 18 becomes an inhibitor of the surface 37a of the working electrode 18 as the deposition reaction of the copper plating film proceeds. Assuming a reaction mechanism in which the leveler replaces the Cu (I) species on the surface 37a of the working electrode 18, and the Cu (I) species itself forms a complex with at least an accelerator and exhibits a promoting effect. It was found that the measurement results can be explained better.
The reaction that Cu (I) species generated on the cathode surface by the copper deposition reaction replaces the inhibitor on the cathode surface as the deposition reaction progresses, and itself forms a complex with at least the promoter to show a promoting effect. Considering the mechanism, k in the above equation (19) is replaced with a factor including the current density. That is, it was considered that the reacting Cu (I) species increased in proportion to the current density, that is, the reaction rate increased.
Therefore, in the above formula (1), the reaction rate k in the above formula (19) is replaced with a factor including the current density I as shown in the following formula (20).

Figure 2016114391
Figure 2016114391

電流密度Iにおいて、銅還元反応の過程で生成したCu(I)が、濃度Cの溶液バルクの促進剤と作用して新たに生じたCu(I)種が電極表面に存在していた抑制剤層を置換する。ところが、このCu(I)種は単一のものではなく、それぞれで発揮される促進効果が異なる。しかし、それぞれのCu(I)種濃度を求めることは実質的に不可能なので、ここでは、濃度Cも含めて全体としてのCu(I)種の促進効果を表す因子C *を定義し、測定から得られるパラメータとして用いる。これは、Cに促進度を表す係数を乗じたものとも考えられる。
係数Bは次元を合わせるため導入した係数であり、上記式(3)で表される。
Cu(I)種は、促進効果が異なる複数の組成により成り立っているため、各組成の濃度を求めることは実質不可能である。
しかし、促進効果因子C は、溶液バルクにおける促進剤の濃度Cに比例して、全体としてのCu(I)種の促進効果を表す因子になっている。すなわち、添加剤の分解及び変質を考慮した上での電気銅めっき液13中における促進効果の合計を示す値になっている。
In the current density I, Cu (I) produced in the process of copper reduction reaction acts as a solution bulk accelerator with a concentration Ca, and the newly produced Cu (I) species was present on the electrode surface. Replace the agent layer. However, this Cu (I) species is not a single species, and the promoting effect exhibited by each species is different. However, since it is practically impossible to determine the concentration of each Cu (I) species, here, a factor C a * that represents the promotion effect of the Cu (I) species as a whole including the concentration C a is defined. Used as a parameter obtained from the measurement. This is also considered to be obtained by multiplying C a by a coefficient representing the degree of promotion.
The coefficient B is a coefficient introduced for matching the dimensions, and is expressed by the above equation (3).
Since the Cu (I) species is composed of a plurality of compositions having different promoting effects, it is practically impossible to determine the concentration of each composition.
However, the promotion effect factor C a * is a factor representing the promotion effect of the Cu (I) species as a whole in proportion to the concentration C a of the promoter in the solution bulk. That is, it is a value indicating the total acceleration effect in the electrolytic copper plating solution 13 in consideration of the decomposition and alteration of the additive.

次に、解析工程における上記式(1)を用いた解析部31の動作について説明する。
本実施形態では、解析部本体42に、上記式(1)中のパラメータを算出する解析プログラムが記憶されている。解析プログラムは、電位測定部28から送出された電位ηの測定データに対して、上記式(1)による当て嵌めを行って、パラメータを算出する。
解析プログラムに用いる解析方法は、特に限定されない。例えば、最小二乗法を用いたカーブフィッティング、測定電位の傾き、及び測定電位の平均値などの解析方法などを採用することができる。
本実施形態では、一例として、最小二乗法を用いたカーブフィッティングを採用している。
また、解析に用いる定数、例えば、上記式(2)、(3)の計算に必要な定数は、予め解析部本体42に記憶されている。
Next, operation | movement of the analysis part 31 using the said Formula (1) in an analysis process is demonstrated.
In the present embodiment, the analysis unit main body 42 stores an analysis program for calculating the parameters in the above equation (1). The analysis program calculates the parameters by fitting the measurement data of the potential η sent from the potential measuring unit 28 according to the above equation (1).
The analysis method used for the analysis program is not particularly limited. For example, it is possible to employ analysis methods such as curve fitting using the least square method, the gradient of the measured potential, and the average value of the measured potential.
In the present embodiment, curve fitting using a least square method is employed as an example.
Further, constants used for analysis, for example, constants necessary for the calculations of the above formulas (2) and (3) are stored in the analysis unit main body 42 in advance.

解析部本体42が解析プログラムを実行すると、パラメータとして下記式(21)〜(25)で表されるp、p、p、p、p(以下、「パラメータp〜p」と略称する場合がある。)が算出される。
本実施形態では、最小二乗法を用いるため、解析部本体42は、パラメータp〜pに適当な初期値を設定し、解析プログラムを実行することで、測定データとの偏差が最小二乗法において最小となるよう、収束するまでパラメータp〜pを変えて繰り返し計算を行う。また、本実施形態では、残差二乗和Sも併せて算出する。
When the analysis unit body 42 executes the analysis program, p 1, p 2, p 3 represented by the following formula as a parameter (21) ~ (25), p 4, p 5 ( hereinafter, "parameter p 1 ~p 5 Is sometimes abbreviated as “.”).
In the present embodiment, since the least square method is used, the analysis unit main body 42 sets an appropriate initial value for the parameters p 1 to p 5 and executes the analysis program, so that the deviation from the measurement data is the least square method. The parameters p 1 to p 5 are changed repeatedly until convergence so as to be minimized. In the present embodiment, the residual sum of squares S is also calculated.

Figure 2016114391
Figure 2016114391

算出されたパラメータp〜pと、カーブフィッティングによって決まった関数η(t)と、残差二乗和Sとは、測定データのグラフとともに、ディスプレイ43に表示される。 The calculated parameters p 1 to p 5 , the function η (t) determined by curve fitting, and the residual square sum S are displayed on the display 43 together with the graph of the measurement data.

これらパラメータp〜pは、電気銅めっき液13のコンディション、言い換えれば、抑制剤、Cu(I)種、およびレベラーの状態を知ることができるパラメータになっている。
このため、パラメータp〜pの組み合わせは、電気銅めっき液13のコンディションを特定する数値群になっている。
These parameters p 1 to p 5 are parameters that allow the condition of the electrolytic copper plating solution 13, in other words, the state of the inhibitor, the Cu (I) species, and the leveler to be known.
For this reason, the combination of the parameters p 1 to p 5 is a numerical value group that specifies the condition of the electrolytic copper plating solution 13.

パラメータp、p、pは、それぞれ交換電流密度i、i、iである。抑制剤、Cu(I)種、およびレベラーのそれぞれの効果が大きくなると、交換電流密度i、i、iの大きさが変化する。
パラメータpは、C /Tであるため、促進効果と抑制効果との比を表すパラメータになっている。
パラメータpが大きくなると、促進効果が抑制効果に対して相対的に増大していることが分かる。また、パラメータpが小さくなると、抑制効果が促進効果に対して相対的に増大していることが分かる。
パラメータpは、k・C/Tであるため、促進剤とレベラーの置換反応速度と、平滑効果と、抑制効果と、の関係を表すパラメータになっている。
パラメータpが大きくなると、平滑効果が増大する。またパラメータpが小さくなると、平滑効果は減少する。そして、パラメータpがある範囲を逸脱するとそれぞれの効果が過剰となり、不具合が発生する。
例えば、ビアフィリングめっきではビアホール内の銅めっき膜の充填度の低下といった現象が現れる。
The parameters p 1 , p 2 and p 3 are the exchange current densities i i , i a and i l , respectively. Inhibitors, Cu (I) species, and the respective effects of the leveler is large, the magnitude of the exchange current density i i, i a, i l is changed.
Since the parameter p 4 is C a * / T i , the parameter p 4 is a parameter representing the ratio between the promotion effect and the suppression effect.
If the parameter p 4 is increased it can be seen that the promoting effect is relatively increased with respect to suppressing effect. Further, the parameter p 4 is reduced, it can be seen that the inhibitory effect is relatively increased with respect to promoting effect.
Parameter p 5 are the k 2 · C l / T i , the substitution reaction rate of the accelerator and leveler, which is a parameter representing a smoothing effect, a suppressive effect, the relationship.
If the parameter p 5 increases, the smoothing effect increases. Further, when the parameter p 5 becomes small, smooth effect is reduced. When the parameter p 5 deviates from a certain range, each effect becomes excessive and a problem occurs.
For example, in the via filling plating, a phenomenon such as a decrease in the filling degree of the copper plating film in the via hole appears.

これらパラメータp〜pによって特定される電気銅めっき液13のコンディションは、予め判定条件を設定しておくことにより、コンディションの良否の判定が可能である。
判定条件は、例えば、各パラメータを振った電気銅めっき液13のサンプルを用いて、めっき液としての性能の評価実験を行い、各パラメータの値と評価結果との対応に基づいて設定することができる。
判定条件としては、例えば、性能が良好となる各パラメータの許容範囲を求めておくことが可能である。
また、パラメータごとの許容範囲ではなく、複数のパラメータを組み合わせたり、重み付けたりした評価式の数値によって、許容範囲を定めることも可能である。
このような判定は、ディスプレイ43に表示された各パラメータを見て測定者が行ってもよいが、解析部本体42に判定条件を記憶しておき、解析部本体42が各パラメータの値と判定条件とを比較して自動的に判定を行うようにしてもよい。解析部本体42が判定を行う場合には、各パラメータの数値とともに、判定結果もディスプレイ43に表示される。
The condition of the electrolytic copper plating solution 13 specified by these parameters p 1 to p 5 can be determined as to whether the condition is good or not by setting determination conditions in advance.
The determination condition may be set based on the correspondence between the value of each parameter and the evaluation result, for example, by performing a performance evaluation experiment as a plating solution using a sample of the electrolytic copper plating solution 13 in which each parameter is shaken. it can.
As the determination condition, for example, it is possible to obtain an allowable range of each parameter for which the performance is good.
In addition, the allowable range can be determined not by the allowable range for each parameter but by a numerical value of an evaluation formula obtained by combining or weighting a plurality of parameters.
Such a determination may be made by the measurer by looking at each parameter displayed on the display 43, but the determination condition is stored in the analysis unit main body 42, and the analysis unit main body 42 determines the value of each parameter. The determination may be made automatically by comparing the conditions. When the analysis unit main body 42 performs the determination, the determination result is also displayed on the display 43 together with the numerical value of each parameter.

また、本実施形態では、残差二乗和Sも算出されるため、残差二乗和Sの大きさによって、カーブフィッティングの精度を判定することができる。例えば、残差二乗和Sが大きすぎる場合、例えば、電位ηの測定データのバラツキが大きすぎる等の測定誤差の影響が考えられる。このため、残差二乗和Sの大きさに応じて、電位測定をやり直したり、明らかな異常データを除去して解析をやり直したりする等の処置が可能である。
以上で、解析工程が終了する。
In the present embodiment, since the residual square sum S is also calculated, the accuracy of curve fitting can be determined based on the magnitude of the residual square sum S. For example, when the residual sum of squares S is too large, for example, the influence of measurement error such as variation in measured data of the potential η may be considered. For this reason, it is possible to take measures such as re-measurement of the electric potential according to the magnitude of the residual sum of squares S, or re-analysis by removing obvious abnormal data.
This completes the analysis process.

本実施形態の電気銅めっき液分析装置10によれば、電気銅めっき液13の分析用サンプルに浸漬した作用電極18と参照電極19との間の電位ηを測定し、経過時間tと電位ηとの関係を解析して、電気銅めっき液13のコンディションを表すパラメータを算出することができる。
その解析を行う際に、銅めっき膜の析出反応の過程で作用電極18の表面37aに生じたCu(I)種が、銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、表面37aに位置する抑制剤を置換していき、またレベラーが、銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、表面37aに位置するCu(I)種を置換していき、Cu(I)種が少なくとも促進剤と錯体を形成して促進効果を示すという反応機構に基づいて、電気銅めっき液13のコンディションを表すパラメータを得ることができる。
このようにして特定されたパラメータは、上記式(1)で表される析出反応における反応機構のモデルに基づいて算出されるため、精度よく、定量的に電気銅めっき液13のコンディションを特定することができる。
また、このようにして得られたパラメータを用いて、めっき装置(図示せず)で使用する電気銅めっき液13のコンディションを管理し、保持することで、銅めっき皮膜の物性や析出性を安定的に保つことが可能となる。
According to the electrolytic copper plating solution analyzer 10 of the present embodiment, the potential η between the working electrode 18 and the reference electrode 19 immersed in the analysis sample of the electrolytic copper plating solution 13 is measured, and the elapsed time t and the potential η are measured. Can be calculated, and a parameter representing the condition of the electrolytic copper plating solution 13 can be calculated.
When performing the analysis, the Cu (I) species generated on the surface 37a of the working electrode 18 in the process of the deposition reaction of the copper plating film is restrained from being positioned on the surface 37a as the deposition reaction of the copper plating film proceeds. The leveler replaces the Cu (I) species located on the surface 37a as the deposition reaction of the copper plating film progresses, and the Cu (I) species is at least an accelerator and a complex. A parameter representing the condition of the electrolytic copper plating solution 13 can be obtained on the basis of a reaction mechanism that forms an accelerating effect and exhibits a promoting effect.
Since the parameters specified in this way are calculated based on the reaction mechanism model in the precipitation reaction represented by the above formula (1), the condition of the electrolytic copper plating solution 13 is specified accurately and quantitatively. be able to.
Moreover, using the parameters obtained in this manner, the physical properties and precipitation of the copper plating film can be stabilized by managing and maintaining the condition of the electrolytic copper plating solution 13 used in the plating apparatus (not shown). Can be maintained.

[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態の電気銅めっき液分析装置について説明する。
図1に示すように、本実施形態の電気銅めっき液分析装置60は、上記第1の実施形態の電気銅めっき液分析装置10の解析部31に代えて、解析部81を備える。
解析部81は、解析部31の解析部本体42に代えて、解析部本体92を備えたものである。
以下、上記第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
[Second Embodiment]
An electrolytic copper plating solution analyzer according to a second embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the electrolytic copper plating solution analyzer 60 of the present embodiment includes an analysis unit 81 instead of the analysis unit 31 of the electrolytic copper plating solution analyzer 10 of the first embodiment.
The analysis unit 81 includes an analysis unit main body 92 instead of the analysis unit main body 42 of the analysis unit 31.
Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.

解析部本体92は、上記式(1)〜(4)に代えて、下記式(5)〜(8)を用いて、電位ηの測定データの解析を行う点が、上記第1の実施形態と異なる。
なお、上記式(6)、(7)、(8)は、上記第1の実施形態における上記式(2)、(3)、(4)と同様である。また、各数式に用いられる定数、変数のうち、上記第1の実施形態と共通するものは説明を省略する。
The analysis unit main body 92 uses the following formulas (5) to (8) instead of the above formulas (1) to (4) to analyze the measurement data of the potential η, as described in the first embodiment. And different.
The formulas (6), (7), and (8) are the same as the formulas (2), (3), and (4) in the first embodiment. In addition, among the constants and variables used in each mathematical expression, the description common to the first embodiment is omitted.

Figure 2016114391
Figure 2016114391

ここで、kは吸着速度の相違によって抑制剤がレベラーにより経時的に置換される反応速度である。 Here, k 3 is the reaction rate inhibitor by the difference in adsorption rate is over time replaced by leveler.

上記式(5)は、電気銅めっき液13における析出反応の反応機構として、上記第1の実施形態と異なる反応機構を想定した場合の、電位ηの時間変化を表す式である。
上記式(5)に関して、本発明者が考えた銅めっき膜の析出の反応機構について説明する。
電気銅めっき液13に通電すると、電解によって陰極(カソード電極)上に銅めっき膜が析出し始めた直後において、陰電極上には添加剤である抑制剤、促進剤、及びレベラーが吸着して銅めっき膜の表面を覆う。
銅めっき膜は、陰極表面に吸着した添加剤薄膜層と該陰極表面との間に析出し、金属皮膜として取り込まれていく。なお、銅めっき膜が析出し始めた直後において、添加剤の吸着効果が強い順は、抑制剤、促進剤、レベラーの順である。
The above formula (5) is a formula representing the change over time of the potential η when a reaction mechanism different from that of the first embodiment is assumed as the reaction mechanism of the precipitation reaction in the electrolytic copper plating solution 13.
Regarding the above formula (5), the reaction mechanism of the copper plating film deposition considered by the present inventor will be described.
When the copper electroplating solution 13 is energized, immediately after the copper plating film starts to be deposited on the cathode (cathode electrode) by electrolysis, the additive, the inhibitor, the accelerator, and the leveler are adsorbed on the negative electrode. Cover the surface of the copper plating film.
The copper plating film is deposited between the additive thin film layer adsorbed on the cathode surface and the cathode surface, and is taken in as a metal film. Note that immediately after the copper plating film starts to deposit, the order in which the additive adsorption effect is strong is the order of the inhibitor, the accelerator, and the leveler.

Cu(II)イオンの金属銅(言い換えれば、0価のCu)への還元反応では、中間体としてCu(I)イオンを経る。ほとんどのCu(I)は金属銅まで還元されるが、一部は副生成物として塩素または促進剤成分と結びついてCu(I)種を形成して安定化し、その一部が析出している金属銅表面に留まる。
このため、銅めっき膜の析出反応の進行に伴い、銅めっき膜の表面におけるCu(I)種の表面濃度は増大していく。例えば、このCu(I)種としては、電気銅めっき液13中の促進剤成分と電極との反応で生じたCu(I)イオンから生成するCu(I)錯体が該当し、これが電極反応の触媒作用を有するため、促進効果が現れる。
In the reduction reaction of Cu (II) ions to metallic copper (in other words, zero-valent Cu), Cu (I) ions are passed as an intermediate. Most Cu (I) is reduced to metallic copper, but some are combined with chlorine or promoter components as by-products to form and stabilize Cu (I) species, some of which are precipitated Stays on the metal copper surface.
For this reason, as the precipitation reaction of the copper plating film proceeds, the surface concentration of the Cu (I) species on the surface of the copper plating film increases. For example, this Cu (I) species corresponds to a Cu (I) complex formed from Cu (I) ions generated by the reaction between the promoter component in the electrolytic copper plating solution 13 and the electrode, and this is the electrode reaction. Since it has a catalytic action, a promoting effect appears.

さらに銅めっき膜の析出反応の進行に伴い、陰極の表面近傍におけるCu(I)種(例えば、Cu(I)錯体)の濃度が増大し、銅めっき膜が析出し始めた直後においてこのCu(I)種が陰極上に吸着した抑制剤を置換する。また、銅めっき膜が析出する過程で、レベラーが陰極上に吸着した抑制剤を置換する。
銅めっき膜の析出においては、電気銅めっき液13からCu(II)イオンと共に、抑制剤成分、レベラー成分、及びCu(I)イオンと錯形成していない促進剤成分が陰極の表面に供給され、その一方で陰極表面に存在していた抑制剤成分、レベラー成分、及び促進剤成分の脱着も発生する。これらの生成、吸着、及び脱着によって電極表面の添加剤成分のバランスは平衡に向かう。
Further, as the deposition reaction of the copper plating film proceeds, the concentration of Cu (I) species (for example, Cu (I) complex) in the vicinity of the surface of the cathode increases and immediately after the copper plating film starts to deposit, this Cu ( I) Displace the inhibitor with the species adsorbed on the cathode. Further, in the process of depositing the copper plating film, the leveler replaces the inhibitor adsorbed on the cathode.
In the deposition of the copper plating film, together with Cu (II) ions, an inhibitor component, a leveler component, and an accelerator component not complexed with Cu (I) ions are supplied from the electrolytic copper plating solution 13 to the surface of the cathode. On the other hand, desorption of the inhibitor component, leveler component, and accelerator component that existed on the cathode surface also occurs. The balance of the additive components on the electrode surface is balanced by these generation, adsorption, and desorption.

「参考文献−2」によれば、陰極表面のCu(I)種錯体が促進効果を示すという反応機構において、Cu(I)種は、上記説明したように陰極表面で生成され、かつ陰極表面に付着しているものの他に、陰極表面で生成された後に陰極から脱着したもの、電気銅めっき液13中(例えば、電気銅めっき液13中のアノード電極表面)で生成されたものなどがある。
このような陰極表面にないCu(I)種は、陰極表面のCu(I)種とは異なる促進効果を示すと考えられる。この陰極表面にないCu(I)種が拡散によって陰極表面に移動すると、陰極の銅めっき析出反応に関与して促進効果を示す。
According to “Reference-2”, in the reaction mechanism in which the Cu (I) species complex on the cathode surface exhibits a promoting effect, the Cu (I) species are generated on the cathode surface as described above, and the cathode surface In addition to those adhered to the surface, there are those produced on the cathode surface and then desorbed from the cathode, and those produced in the electrolytic copper plating solution 13 (for example, the anode electrode surface in the electrolytic copper plating solution 13). .
Such a Cu (I) species not present on the cathode surface is considered to exhibit a different acceleration effect from the Cu (I) species on the cathode surface. When this Cu (I) species not present on the cathode surface moves to the cathode surface by diffusion, it participates in the copper plating deposition reaction of the cathode and exhibits an accelerating effect.

以上に説明した析出反応の反応機構を、電気銅めっき液分析装置60の分析用容器12における反応に当て嵌めると、電位ηの測定時における銅析出反応の過程で、陰極である作用電極18の表面37aに生じたCu(I)種が、析出反応の進行に従って表面37aの抑制剤を置換していき、またレベラーが抑制剤を置換していき、このCu(I)種が少なくとも促進剤と錯体を形成して促進効果を示すという反応機構になる。
なお、促進剤は、単体では促進効果を示さず、Cu(I)種と錯体を形成して化学的に不安定なCu(I)種の安定化を担う。化学的に不安定なCu(I)種は、少なくとも促進剤と錯体を形成して促進効果を示す。例えば、化学的に不安定なCu(I)種は、促進剤、促進剤の分解物、および塩素などと錯体を形成して促進効果を示す。
When the reaction mechanism of the precipitation reaction described above is applied to the reaction in the analytical container 12 of the electrolytic copper plating solution analyzer 60, the working electrode 18 which is the cathode in the process of the copper precipitation reaction during the measurement of the potential η. The Cu (I) species generated on the surface 37a replace the inhibitor on the surface 37a as the precipitation reaction progresses, and the leveler replaces the inhibitor, and this Cu (I) species is at least an accelerator. It becomes a reaction mechanism of forming a complex and showing a promoting effect.
In addition, a promoter does not show a promoting effect by itself, but forms a complex with a Cu (I) species and is responsible for stabilizing a chemically unstable Cu (I) species. A chemically unstable Cu (I) species forms a complex with at least an accelerator and exhibits a promoting effect. For example, a chemically unstable Cu (I) species forms a complex with a promoter, a decomposition product of the promoter, chlorine, and the like, and exhibits a promoting effect.

上記式(5)〜(8)を得た経緯について、上記第1の実施形態における上記式(1)〜(4)と異なる点について説明する。
上記第1の実施形態で説明したように、電気銅めっき液13における析出反応では、電流密度I、および電位ηは、上記式(13)、(14)が成り立つ。
About the background which obtained said Formula (5)-(8), a different point from said Formula (1)-(4) in the said 1st Embodiment is demonstrated.
As described in the first embodiment, in the precipitation reaction in the electrolytic copper plating solution 13, the above formulas (13) and (14) are established for the current density I and the potential η.

被覆率θ,θ,θの変化については、上記のような本実施形態の反応機構に基づいて、表面37aへの銅めっき膜の析出の初期の段階では表面37aに抑制剤が吸着するが、吸着した抑制剤は経時的に促進剤によって置き換えられていき、表面37aに吸着した抑制剤はレベラーによって置き換えられていくと考える。
抑制剤の被覆率θは促進剤の被覆率θとレベラーの被覆率θへと置き換わっていくことから、レベラーに置き換わる分量を加えた抑制剤の被覆率(言い換えれば、θとθの和)をθ’とする。被覆率θ’は促進剤に置換される前の抑制剤の被覆率になっている。
被覆率θ’、θは、上記参考文献のモデルによれば、拡散式に基づいて、下記式(26)、(27)のように表すことができる。
Regarding changes in the coverages θ i , θ a , and θ l , the inhibitor is adsorbed on the surface 37a at the initial stage of deposition of the copper plating film on the surface 37a based on the reaction mechanism of the present embodiment as described above. However, it is considered that the adsorbed inhibitor is replaced by the accelerator with time, and the inhibitor adsorbed on the surface 37a is replaced by the leveler.
Since the inhibitor coverage θ i is replaced with the accelerator coverage θ a and the leveler coverage θ l , the inhibitor coverage with the amount replaced by the leveler (in other words, θ i and θ l ) is defined as θ i ′. The coverage θ i ′ is the coverage of the inhibitor before being replaced by the accelerator.
The coverages θ i ′ and θ l can be expressed as the following formulas (26) and (27) based on the diffusion formula, according to the model of the above-mentioned reference.

Figure 2016114391
Figure 2016114391

被覆率θ’と被覆率θとの合計は「1」となるため、被覆率θは下記式(28)で表すことができる。 Since the sum of the coverage rate θ i ′ and the coverage rate θ a is “1”, the coverage rate θ a can be expressed by the following equation (28).

Figure 2016114391
Figure 2016114391

また、被覆率θ’は被覆率θと被覆率θの合計であるため、被覆率θは下記式(29)で表すことができる。 Further, since the coverage ratio θ i ′ is the sum of the coverage ratio θ i and the coverage ratio θ l , the coverage ratio θ i can be expressed by the following formula (29).

Figure 2016114391
Figure 2016114391

上記式(14)に、上記式(26)〜(29)を代入すると、下記式(30)が得られる。   Substituting the above formulas (26) to (29) into the above formula (14), the following formula (30) is obtained.

Figure 2016114391
Figure 2016114391

上記式(30)は、抑制剤、促進剤、およびレベラーが含まれる場合に、各成分の吸着速度の相違によって、表面37aに吸着した抑制剤が促進剤により経時に置換され、表面37aに吸着した抑制剤がレベラーにより経時に置換されるというモデルに基づいて導出された電位ηの時間変化を表す関係式である。
しかしながら、実際の測定で得られる電位と、上記式(30)で算出される電位ηとは、差が大きいことが分かった。
そこで、本発明者は、種々の検討を行った結果、促進剤が電気銅めっき液13から拡散によってもたらされると考えるよりも、他の反応機構を想定する方がよいことが分かった。
例えば、銅めっき膜の析出反応の過程において、作用電極18の表面37aに生じたCu(I)種が、銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、作用電極18の表面37aの抑制剤を置換していき、レベラーが作用電極18の表面37aの抑制剤を置換していき、Cu(I)種自体が促進効果を示すという反応機構を想定する方が、よりよく測定結果を説明できることが分かった。
そこで、上記式(5)では、上記式(30)における反応速度kを、上記第1の実施形態と同様、上記式(20)に示すような電流密度Iを含む因子に置き換えている。
In the above formula (30), when an inhibitor, an accelerator, and a leveler are included, the inhibitor adsorbed on the surface 37a is replaced by the accelerator over time due to the difference in adsorption speed of each component, and adsorbed on the surface 37a. It is a relational expression showing the time change of electric potential (eta) derived | led-out based on the model that the suppressed inhibitor was substituted by time by the leveler.
However, it has been found that there is a large difference between the potential obtained by actual measurement and the potential η calculated by the above equation (30).
Therefore, as a result of various studies, the present inventor has found that it is better to assume another reaction mechanism than to think that the accelerator is brought from the electrolytic copper plating solution 13 by diffusion.
For example, Cu (I) species generated on the surface 37a of the working electrode 18 in the process of the deposition reaction of the copper plating film may cause an inhibitor on the surface 37a of the working electrode 18 as the deposition reaction of the copper plating film proceeds. It is possible to explain the measurement results better by assuming a reaction mechanism in which the leveler replaces the inhibitor on the surface 37a of the working electrode 18 and the Cu (I) species itself exhibits a promoting effect. I understood.
Therefore, in the above formula (5), the reaction rate k in the above formula (30) is replaced with a factor including the current density I as shown in the above formula (20), as in the first embodiment.

次に、本実施形態の電気銅めっき液分析装置60の動作について、本実施形態の電気銅めっき液分析方法を中心に説明する。
電気銅めっき液分析装置60によって、適宜のめっき装置(図示せず)で使用された電気銅めっき液13のコンディションを特定するには、本実施形態の電気銅めっき液分析方法における準備工程、電位測定工程、および解析工程をこの順に行う。
Next, operation | movement of the electrolytic copper plating solution analyzer 60 of this embodiment is demonstrated centering on the electrolytic copper plating solution analysis method of this embodiment.
In order to specify the condition of the electrolytic copper plating solution 13 used in an appropriate plating apparatus (not shown) by the electrolytic copper plating solution analyzer 60, the preparation process, potential in the electrolytic copper plating solution analysis method of the present embodiment The measurement process and the analysis process are performed in this order.

本実施形態の準備工程、電位測定工程は、電気銅めっき液分析装置10に代えて、電気銅めっき液分析装置60を用いる点を除いて、上記第1の実施形態の準備工程、電位測定工程と同様の工程である。   The preparation process and potential measurement process of the first embodiment are the same as the preparation process and potential measurement process of the first embodiment except that the electrolytic copper plating solution analyzer 60 is used instead of the electrolytic copper plating solution analyzer 10. It is the same process.

次に、本実施形態の解析工程を行う。本工程は、上記第1の実施形態の解析部31に代えて、解析部81によって行われる点が、上記第1の実施形態と異なる。
本工程は、測定時間tが経過して、測定時間t間に電位測定部28によって測定されたすべての測定データが解析部81に送出されると、解析部81によって自動的に開始される。
本実施形態では、解析部本体92に、上記式(5)中のパラメータを算出する解析プログラムが記憶されている。解析プログラムは、電位測定部28から送出された電位ηの測定データに対して、上記式(5)による当て嵌めを行って、パラメータを算出する。
電気銅めっき液分析装置では、パラメータ(i、i、i、C */T、k・C/T)で、めっき液の各成分(促進剤、抑制剤、及びレベラー)の効果を数値化しており、めっき液の状態を特定することを可能としている。
解析プログラムに用いる解析方法は、特に限定されない。例えば、最小二乗法を用いたカーブフィッティング、測定電位の傾き、測定電位の平均値などの解析方法などを採用することができる。
また、解析に用いる定数、例えば、上記式(6)、(7)の計算に必要な定数は、予め解析部本体92に記憶されている。
Next, the analysis process of this embodiment is performed. This step is different from the first embodiment in that it is performed by the analysis unit 81 instead of the analysis unit 31 of the first embodiment.
This process is automatically started by the analysis unit 81 when all the measurement data measured by the potential measurement unit 28 is transmitted to the analysis unit 81 during the measurement time t m after the measurement time t m has passed. The
In the present embodiment, the analysis unit main body 92 stores an analysis program for calculating parameters in the above equation (5). The analysis program calculates the parameters by fitting the measured data of the potential η sent from the potential measuring unit 28 by the above equation (5).
In copper electroplating solution analyzer, parameter (i i, i a, i l, C a * / T i, k 3 · C l / T i) , each component of the plating solution (accelerator, inhibitor, and The effect of the leveler is quantified, and the state of the plating solution can be specified.
The analysis method used for the analysis program is not particularly limited. For example, it is possible to employ analysis methods such as curve fitting using the least square method, the gradient of the measured potential, and the average value of the measured potential.
In addition, constants used for analysis, for example, constants necessary for calculation of the above formulas (6) and (7) are stored in the analysis unit main body 92 in advance.

解析部本体92が解析プログラムを実行すると、パラメータとして下記式(31)から(35)で表されるp11、p12、p13、p14、p15(以下、「パラメータp11〜p15」と略称する場合がある。)が算出される。
本実施形態では、最小二乗法を用いるため、解析部本体92は、パラメータp11〜p15に適当な初期値を設定し、解析プログラムを実行することで、測定データとの偏差が最小二乗法において最小となるよう、収束するまでパラメータp11〜p15を変えて繰り返し計算を行う。また、本実施形態では、残差二乗和Sも併せて算出する。
When the analysis unit body 92 executes the analysis program, p 11 represented by the following formula as a parameter from (31) (35), p 12, p 13, p 14, p 15 ( hereinafter, "parameter p 11 ~p 15 Is sometimes abbreviated as “.”).
In this embodiment, since the least square method is used, the analysis unit main body 92 sets an appropriate initial value for the parameters p 11 to p 15 and executes the analysis program, so that the deviation from the measurement data is the least square method. The parameters p 11 to p 15 are changed until it converges so as to be the smallest in FIG. In the present embodiment, the residual sum of squares S is also calculated.

Figure 2016114391
Figure 2016114391

算出されたパラメータp11〜p15と、カーブフィッティングによって決まった関数η(t)と、残差二乗和Sとは、測定データのグラフとともに、ディスプレイ43に表示される。 The calculated parameters p 11 to p 15 , the function η (t) determined by curve fitting, and the residual sum of squares S are displayed on the display 43 together with the graph of the measurement data.

これらパラメータp11〜p15は、電気銅めっき液13のコンディション、言い換えれば、抑制剤、Cu(I)種、およびレベラーの状態を知ることができるパラメータになっている。
このため、パラメータp11〜p15の組み合わせは、電気銅めっき液13のコンディションを特定する数値群になっている。
These parameters p 11 ~p 15 is Condition copper electroplating solution 13, in other words, has a parameter that may be known inhibitor, Cu (I) species, and the state of the leveler.
For this reason, the combination of the parameters p 11 to p 15 is a numerical value group that specifies the condition of the electrolytic copper plating solution 13.

パラメータp11、p12、p13は、それぞれ交換電流密度i、i、iである。抑制剤、Cu(I)種、およびレベラーのそれぞれの効果が大きくなると、交換電流密度i、i、iの大きさが変化する。
パラメータp14は、C /Tであるため、促進効果と抑制効果との比を表すパラメータになっている。
パラメータp14が大きくなると、促進効果が抑制効果に対して相対的に増大していることが分かる。また、パラメータp14が小さくなると、抑制効果が促進効果に対して相対的に増大していることが分かる。
パラメータp15は、k・C/Tであるため、促進剤とレベラーの置換反応速度と、平滑効果と、抑制効果と、の関係を表すパラメータになっている。
パラメータp15が大きくなると、平滑効果が増大する。またパラメータp15が小さくなると、平滑効果は減少する。そして、パラメータp15がある範囲を逸脱するとそれぞれの効果が過剰となり、不具合が発生する。
例えば、ビアフィリングめっきではビアホール内の銅めっき膜の充填度の低下といった現象が現れる。
The parameters p 11 , p 12 and p 13 are the exchange current densities i i , i a and i l , respectively. Inhibitors, Cu (I) species, and the respective effects of the leveler is large, the magnitude of the exchange current density i i, i a, i l is changed.
Parameter p 14 are the C a * / T i, which is a parameter representing the ratio between the promoting effect and suppressing effect.
If the parameter p 14 increases, it can be seen that the promoting effect is relatively increased with respect to suppressing effect. Further, the parameter p 14 is reduced, it can be seen that the inhibitory effect is relatively increased with respect to promoting effect.
Parameter p 15 are the k 3 · C l / T i , the substitution reaction rate of the accelerator and leveler, which is a parameter representing a smoothing effect, a suppressive effect, the relationship.
If the parameter p 15 increases, the smoothing effect increases. Further, when the parameter p 15 is reduced, smoothing effect is reduced. The respective effects when departing from the range of the parameter p 15 becomes excessive, problems occur.
For example, in the via filling plating, a phenomenon such as a decrease in the filling degree of the copper plating film in the via hole appears.

これらパラメータp11〜p15によって特定される電気銅めっき液13のコンディションは、上記第1の実施形態と同様にして、予め判定条件を設定しておくことにより、コンディションの良否の判定が可能である。
このような判定は、ディスプレイ43に表示された各パラメータを見て測定者が行ってもよいが、解析部本体92に判定条件を記憶しておき、解析部本体92が各パラメータの値と判定条件とを比較して自動的に判定を行うようにしてもよい。解析部本体92が判定を行う場合には、各パラメータの数値とともに、判定結果もディスプレイ43に表示される。
以上で、解析工程が終了する。
The condition of the electrolytic copper plating solution 13 specified by these parameters p 11 to p 15 can be determined whether the condition is good or not by setting determination conditions in advance in the same manner as in the first embodiment. is there.
Such a determination may be made by the measurer by looking at each parameter displayed on the display 43, but the determination condition is stored in the analysis unit main body 92, and the analysis unit main body 92 determines the value of each parameter The determination may be made automatically by comparing the conditions. When the analysis unit main body 92 makes the determination, the determination result is displayed on the display 43 together with the numerical values of the respective parameters.
This completes the analysis process.

本実施形態の電気銅めっき液分析装置60によれば、電気銅めっき液13の分析用サンプルに浸漬した作用電極18と参照電極19との間の電位ηを測定し、経過時間tと電位ηとの関係を解析して、電気銅めっき液13のコンディションを表すパラメータを算出することができる。
その解析を行う際に、銅めっき膜の析出反応の過程で作用電極18の表面37aに生じたCu(I)種が、銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、表面37aに位置する抑制剤を置換していき、またレベラーが、銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、表面37aに位置する抑制剤を置換していき、Cu(I)種が少なくとも促進剤と錯体を形成して促進効果を示すという反応機構に基づいて、電気銅めっき液13のコンディションを表すパラメータを得ることができる。
このようにして特定されたパラメータは、上記式(5)で表される析出反応における反応機構のモデルに基づいて算出されるため、精度よく、定量的に電気銅めっき液13のコンディションを特定することができる。
また、このようにして得られたパラメータを用いて、めっき装置(図示せず)で使用する電気銅めっき液13のコンディションを管理し、保持することで、銅めっき皮膜の物性や析出性を安定的に保つことが可能となる。
According to the electrolytic copper plating solution analyzer 60 of the present embodiment, the potential η between the working electrode 18 immersed in the analytical sample of the electrolytic copper plating solution 13 and the reference electrode 19 is measured, and the elapsed time t and the potential η are measured. Can be calculated, and a parameter representing the condition of the electrolytic copper plating solution 13 can be calculated.
When performing the analysis, the Cu (I) species generated on the surface 37a of the working electrode 18 in the process of the deposition reaction of the copper plating film is restrained from being positioned on the surface 37a as the deposition reaction of the copper plating film proceeds. The leveler replaces the inhibitor located on the surface 37a as the deposition reaction of the copper plating film proceeds, and the Cu (I) species forms a complex with at least the promoter. On the basis of the reaction mechanism indicating the acceleration effect, a parameter representing the condition of the electrolytic copper plating solution 13 can be obtained.
Since the parameters specified in this way are calculated based on the reaction mechanism model in the precipitation reaction represented by the above formula (5), the condition of the electrolytic copper plating solution 13 is specified accurately and quantitatively. be able to.
Moreover, using the parameters obtained in this manner, the physical properties and precipitation of the copper plating film can be stabilized by managing and maintaining the condition of the electrolytic copper plating solution 13 used in the plating apparatus (not shown). Can be maintained.

以上、本発明の好ましい実施形態について、第1の実施形態および第2の実施形態を詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   As mentioned above, although 1st Embodiment and 2nd Embodiment were explained in full detail about preferable embodiment of this invention, this invention is not limited to this specific embodiment, and is described in the claim. Various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention.

例えば、上記各実施形態では、めっき装置(図示せず)とは別体とされた電気銅めっき液分析装置を用いる場合を例に挙げて説明したが、例えば、めっき装置のめっき槽(図示せず)と図1に示す分析用容器12とをライン(図示せず)で接続し、このラインを介して、めっき槽内の電気銅めっき液を分析用容器12内に導くような構成としてもよい。   For example, in each of the above embodiments, the case of using an electrolytic copper plating solution analyzer separated from a plating apparatus (not shown) has been described as an example. For example, a plating tank (not shown) of a plating apparatus is used. 1) and the analytical container 12 shown in FIG. 1 are connected by a line (not shown), and the electrolytic copper plating solution in the plating tank is guided into the analytical container 12 through this line. Good.

上記各実施形態の説明では、解析工程における反応機構の想定において、レベラーの置換対象が異なる。すなわち、第1の実施形態では、電気銅めっき液13を用いた銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、電気銅めっき液13中のレベラーが、作用電極18の表面37aに位置するCu(I)種を置換する反応機構を想定する。これに対して、第2の実施形態では、レベラーが表面37aに位置する抑制剤を置換する反応機構を想定する。
電気銅めっき液に用いられるレベラーでは、いずれの置換も起こしていると考えられるが、レベラーの種類と電気銅めっき液13における各成分の種類とに応じて、各置換が発生する割合は異なると考えられる。
したがって、電気銅めっき液13のコンディションをより高精度に特定するには、上記式(1)、(5)のうち、パラメータを算出した際のフィッティング曲線と測定データとの間のフィッティング誤差が小さくなる関係式を選べる構成とすることが好ましい。
例えば、解析部に、上記式(1)、(5)の両方に基づく解析プログラムを内蔵し、どちらを用いるか選択できるようにすることが好ましい。
その際、選択の判断基準としては、残差二乗和の大きさが小さい方を選択するという基準を採用することができる。
また、分析および解析する電気銅めっき液13の種類が決まっている場合には、予め、評価実験を行い、電気銅めっき液13により適する解析プログラムを格納しておくことも可能である。
In the description of each of the above embodiments, the leveler replacement target is different in the assumption of the reaction mechanism in the analysis step. That is, in the first embodiment, as the deposition reaction of the copper plating film using the electrolytic copper plating solution 13 proceeds, the leveler in the electrolytic copper plating solution 13 is Cu (positioned on the surface 37a of the working electrode 18). I) Assume a reaction mechanism to replace the species. On the other hand, in 2nd Embodiment, the reaction mechanism in which a leveler substitutes the inhibitor located in the surface 37a is assumed.
In the leveler used for the copper electroplating solution, it is considered that any substitution occurs, but depending on the type of the leveler and the type of each component in the copper electroplating solution 13, the rate at which each substitution occurs is different. Conceivable.
Therefore, in order to specify the condition of the electrolytic copper plating solution 13 with higher accuracy, the fitting error between the fitting curve and the measurement data when the parameters are calculated among the above formulas (1) and (5) is small. It is preferable that the relational expression can be selected.
For example, it is preferable that the analysis unit incorporates an analysis program based on both the formulas (1) and (5) so that the user can select which one to use.
At this time, as a selection criterion, a criterion of selecting a smaller residual sum of squares can be employed.
When the type of electrolytic copper plating solution 13 to be analyzed and analyzed is determined, an evaluation experiment can be performed in advance and an analysis program more suitable for the electrolytic copper plating solution 13 can be stored.

上記各実施形態の説明では、電気銅めっき液分析装置および電気銅めっき液分析方法について説明したが、本発明は、電気銅めっきの分析には限定されない。例えば、定電流電解法を用いて、促進剤、抑制剤、及びレベラーを含む添加剤を含有する銅めっき以外の電気めっき液の分析に適用可能である。例えば、電気ニッケルめっき液分析装置および電気ニッケルめっき液分析方法にも同様にして適用可能である。ただし、電気銅めっきの反応機構とは異なり、電気ニッケルめっきの場合は、添加された促進剤が促進効果を示すという反応機構に基づいて、電気ニッケルめっき液のコンディションを特定するためのパラメータを算出する。この場合、上記式(1)〜(8)の係数は、「銅めっき膜の析出反応時」を「ニッケルめっき膜の析出反応時」に読み替えればよい。   In the description of the above embodiments, the electrolytic copper plating solution analyzer and the electrolytic copper plating solution analysis method have been described, but the present invention is not limited to the analysis of electrolytic copper plating. For example, it can be applied to the analysis of electroplating solutions other than copper plating containing additives including accelerators, inhibitors, and levelers using a constant current electrolysis method. For example, the present invention can be similarly applied to an electro nickel plating solution analyzer and an electro nickel plating solution analysis method. However, unlike the reaction mechanism of electrolytic copper plating, in the case of electrolytic nickel plating, the parameters for specifying the condition of the electrolytic nickel plating solution are calculated based on the reaction mechanism in which the added accelerator exhibits a promoting effect. To do. In this case, the coefficients of the above formulas (1) to (8) may be read as “during the precipitation reaction of the copper plating film” as “during the precipitation reaction of the nickel plating film”.

以下、上記各実施形態の実施例、参考例について説明するが、本発明は、下記実施例により何ら限定されるものではない。
実施例1〜4、および参考例1、2では、主にカーブフィッティング性の比較を行う。
また、実施例5〜14、参考例3〜7では、めっき液の状態を特定する比較を行う。
図3は、本発明の第1の実施形態の電気銅めっき装置を用いた実施例1、2における測定データおよび解析結果の一例を示すグラフである。図4は、本発明の第2の実施形態の電気銅めっき装置を用いた実施例3、4における測定データおよび解析結果の一例を示すグラフである。図5は、参考例の電気銅めっき装置を用いた参考例1、2における測定データおよび解析結果の一例を示すグラフである。
各グラフとも、横軸は経過時間t(sec)、縦軸は電位η(V)を示す。なお、電位ηは、銅の酸化還元電位基準に換算した値を示す。
Examples of the above embodiments and reference examples will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.
In Examples 1 to 4 and Reference Examples 1 and 2, the curve fitting properties are mainly compared.
Moreover, in Examples 5-14 and Reference Examples 3-7, the comparison which specifies the state of a plating solution is performed.
FIG. 3 is a graph showing an example of measurement data and analysis results in Examples 1 and 2 using the electrolytic copper plating apparatus of the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph showing an example of measurement data and analysis results in Examples 3 and 4 using the electrolytic copper plating apparatus of the second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a graph showing an example of measurement data and analysis results in Reference Examples 1 and 2 using the electrolytic copper plating apparatus of the Reference Example.
In each graph, the horizontal axis represents elapsed time t (sec), and the vertical axis represents potential η (V). The potential η is a value converted to the copper redox potential standard.

実施例1〜14および参考例1〜7では、複数のめっき装置(図示せず)で使用中の電気銅めっき液13を用いて、下記の方法で電気銅めっき液の分析を行った。   In Examples 1 to 14 and Reference Examples 1 to 7, the electrolytic copper plating solution was analyzed by the following method using the electrolytic copper plating solution 13 being used in a plurality of plating apparatuses (not shown).

<測定サンプル>
測定用サンプルとして、第1のめっき装置(図示せず)の使用中の電気銅めっき液13から、測定用サンプルP、Pを採取した。測定用サンプルP、Pは別々の時間に採取した電気銅めっき液13である。したがって、測定用サンプルP、Pの添加剤のコンディションの状態は同一ではない。
第1のめっき装置とは別の第2のめっき装置(図示せず)で使用中の電気銅めっき液13から、測定用サンプルP〜Pを採取した。第1および第2のめっき装置のめっき液の組成は異なる。
測定用サンプルP〜Pのうち、P、Pはめっき液の状態が悪かったサンプル、P〜Pは良かったサンプルである。
ここで、めっき液の状態の良い、悪いは、ビアホールのボトムアップ析出による埋め込み性穴埋め性が良いか、悪いかで判定した。具体的には、めっきを行った後のビアホールの断面を観察し、ビアホールが50%以上埋まっている場合は「良い」、ビアホールが50%未満しか埋まっていない場合は「悪い」、と判定した。
各測定では、測定用サンプルP〜Pから、電気銅めっき液13を取り分けて、測定に用いた。
測定用サンプルPからは、試料1−1、1−2、1−3を取り分けた。このため、試料1−1、1−2、1−3の電気銅めっき液としてのコンディションは同一である。
同様に、測定用サンプルP(n=2,…,7)からは、試料n−1、n−2、n−3を取り分けた。このため、試料n−1、n−2、n−3の電気銅めっき液としてのコンディションは同一である。
<Measurement sample>
As measurement samples, measurement samples P 1 and P 2 were taken from the electrolytic copper plating solution 13 in use of a first plating apparatus (not shown). Samples for measurement P 1 and P 2 are electrolytic copper plating solutions 13 collected at different times. Therefore, the condition of the additives in the measurement samples P 1 and P 2 is not the same.
Measurement samples P 3 to P 7 were collected from the electrolytic copper plating solution 13 in use in a second plating apparatus (not shown) different from the first plating apparatus. The compositions of the plating solutions of the first and second plating apparatuses are different.
Among the measurement samples P 3 to P 7 , P 3 and P 4 are samples in which the state of the plating solution is bad, and P 5 to P 7 are samples in which the state is good.
Here, whether the state of the plating solution was good or bad was determined based on whether the filling property by bottom-up deposition of via holes was good or bad. Specifically, by observing the cross-section of the via hole after plating, it was determined that “good” when the via hole was filled 50% or more, and “bad” when the via hole was filled less than 50%. .
In each measurement, the electrolytic copper plating solution 13 was separated from the measurement samples P 1 to P 7 and used for measurement.
Samples 1-1, 1-2, and 1-3 were separated from the measurement sample P1. Therefore, the conditions of the samples 1-1, 1-2, and 1-3 as the electrolytic copper plating solution are the same.
Similarly, samples n-1, n-2, and n-3 were separated from the measurement samples P n (n = 2,..., 7). For this reason, the conditions as an electrolytic copper plating solution of the samples n-1, n-2, and n-3 are the same.

[実施例1、2]
実施例1、2では、電気銅めっき液分析装置10を用いて、それぞれ試料1−1、2−1を解析した。
作用電極18としては、白金円盤電極を用いた。表面37aの面積は、4πmmとした。
参照電極19としては、銀/塩化銀(Ag/AgCl)よりなる電極を用いた。カウンター電極21としては、直径8mmの円柱形状の銅よりなる電極を用いた。
電位測定部28における電位ηの測定条件は、作用電極18における電流密度Iが1A/dm、作用電極18の回転数が2500rpm、電位ηの測定時における試料1−1、2−1の温度は30℃(303.15K)とした。
実施例1、2の測定データは、図3のグラフにおいて、□印(試料1−1)、△印(試料2−1)で示す。なお、図3では、見易さのため測定データを間引いて表示しているが、実際の測定は、1秒間隔で測定している。
このような測定データのうち、経過時間tが50秒〜1200秒の範囲の電位データを用いて、解析部31により、試料1−1、2−1のコンディションの解析を行った。
[Examples 1 and 2]
In Examples 1 and 2, Samples 1-1 and 2-1 were analyzed using an electrolytic copper plating solution analyzer 10, respectively.
A platinum disk electrode was used as the working electrode 18. The area of the surface 37a was 4πmm 2 .
As the reference electrode 19, an electrode made of silver / silver chloride (Ag / AgCl) was used. As the counter electrode 21, an electrode made of cylindrical copper having a diameter of 8 mm was used.
The measurement conditions of the potential η in the potential measurement unit 28 are as follows: the current density I at the working electrode 18 is 1 A / dm 2 ; Was 30 ° C. (303.15 K).
The measurement data of Examples 1 and 2 are indicated by □ (sample 1-1) and Δ (sample 2-1) in the graph of FIG. In FIG. 3, the measurement data is thinned and displayed for easy viewing, but the actual measurement is performed at intervals of 1 second.
Among such measurement data, the conditions of samples 1-1 and 2-1 were analyzed by the analysis unit 31 using potential data in which the elapsed time t was in the range of 50 seconds to 1200 seconds.

上記式(1)を用いて当て嵌められたフィッティング曲線を、図3に曲線101、102として示す。曲線101(実線)は、試料1−1の測定データのフィッティング曲線であり、曲線102(破線)は試料2−1の測定データのフィッティング曲線である。
電気銅めっき液分析装置10において、図3に示すグラフは、ディスプレイ43に逐次表示される。
解析部31によって算出されたパラメータp〜pを、下記表1に示す。
ただし、パラメータp〜pの単位は、いずれもmA/cm、pの単位は、1/cm、pの単位は、1/secである(実施例5〜9も同じ)。
計算に使用した定数としては、ガス定数Rは8.314J/(mol・K)、移動係数αは0.5eq/mol、ファラディ定数Fは96480C/eq、銅のモル密度dは0.141mol/cm、銅の価数nは2eq/molを採用している(実施例3〜14も同じ)。
The fitting curves fitted using the above equation (1) are shown as curves 101 and 102 in FIG. A curve 101 (solid line) is a fitting curve of measurement data of the sample 1-1, and a curve 102 (dashed line) is a fitting curve of measurement data of the sample 2-1.
In the electrolytic copper plating solution analyzer 10, the graph shown in FIG. 3 is sequentially displayed on the display 43.
The parameters p 1 to p 5 calculated by the analysis unit 31 are shown in Table 1 below.
However, the units of parameters p 1 to p 3 are all mA / cm 2 , the unit of p 4 is 1 / cm, and the unit of p 5 is 1 / sec (the same applies to Examples 5 to 9).
As constants used for the calculation, the gas constant R was 8.314 J / (mol · K), the transfer coefficient α was 0.5 eq / mol, the Faraday constant F was 96480 C / eq, and the molar density d of copper was 0.141 mol / mol. The valence n of cm 3 and copper is 2 eq / mol (the same applies to Examples 3 to 14).

Figure 2016114391
Figure 2016114391

[実施例3、4]
実施例3、4では、電気銅めっき液分析装置60を用いて、それぞれ試料1−2、2−2を解析した。作用電極18、参照電極19、カウンター電極21の条件、電位の測定条件は、上記実施例1と同様とした。
実施例3、4の測定データは、図4のグラフにおいて、□印(試料1−2)、△印(試料2−2)で示す。なお、図4では、見易さのため測定データを間引いて表示しているが、実際の測定は、1秒間隔で測定している。
このような測定データのうち、経過時間tが50秒〜1200秒の範囲の電位データを用いて、解析部81により、試料1−2、2−2のコンディションの解析を行った。
[Examples 3 and 4]
In Examples 3 and 4, samples 1-2 and 2-2 were analyzed using the electrolytic copper plating solution analyzer 60, respectively. The conditions for the working electrode 18, the reference electrode 19, and the counter electrode 21 and the conditions for measuring the potential were the same as in Example 1.
The measurement data of Examples 3 and 4 are indicated by □ (sample 1-2) and Δ (sample 2-2) in the graph of FIG. In FIG. 4, the measurement data is thinned and displayed for easy viewing, but the actual measurement is performed at intervals of 1 second.
Among such measurement data, the analysis of the condition of the samples 1-2 and 2-2 was performed by the analysis unit 81 using potential data having an elapsed time t in the range of 50 seconds to 1200 seconds.

上記式(5)を用いて当て嵌められたフィッティング曲線を、図4に曲線103、104として示す。曲線103(実線)は、試料1−2の測定データのフィッティング曲線であり、曲線104(破線)は試料2−2の測定データのフィッティング曲線である。
電気銅めっき液分析装置60において、図4に示すグラフは、ディスプレイ43に逐次表示される。
解析部81によって算出されたパラメータp11〜p15を、下記表2に示す。
ただし、パラメータp11〜p13の単位は、いずれもmA/cm、p14の単位は、1/cm、p15の単位は、1/secである(実施例10〜14も同じ)。
The fitting curves fitted using the above equation (5) are shown as curves 103 and 104 in FIG. A curve 103 (solid line) is a fitting curve of the measurement data of the sample 1-2, and a curve 104 (broken line) is a fitting curve of the measurement data of the sample 2-2.
In the electrolytic copper plating solution analyzer 60, the graph shown in FIG. 4 is sequentially displayed on the display 43.
The parameters p 11 to p 15 calculated by the analysis unit 81 are shown in Table 2 below.
However, the units of parameters p 11 to p 13 are all mA / cm 2 , the unit of p 14 is 1 / cm, and the unit of p 15 is 1 / sec (the same applies to Examples 10 to 14).

Figure 2016114391
Figure 2016114391

[参考例1、2]
参考例1、2では、参考例の電気銅めっき液分析装置を用いて、それぞれ試料1−3、2−3を解析した。
参考例の電気銅めっき液分析装置は、上記実施例1、2に用いた電気銅めっき液分析装置10および上記実施例3、4に用いた電気銅めっき液分析装置60と、解析部の解析プログラムのみが異なる。
すなわち、参考例の電気銅めっき液分析装置の装置構成および分析条件において、作用電極、参照電極、作用電極における電流密度I、作用電極の回転数、および電位ηの測定時における試料1−3、2−3の温度の条件は、上記実施例1、2の場合と共通とした。
参考例の電気銅めっき液分析装置の解析プログラムは、析出反応においてレベラーの影響を考慮しない反応機構を想定した電位ηの時間変化を表す関係式として、下記式(36)用いた解析を行った。
[Reference Examples 1 and 2]
In Reference Examples 1 and 2, Samples 1-3 and 2-3 were analyzed using the electrolytic copper plating solution analyzer of the Reference Example, respectively.
The electrolytic copper plating solution analyzer of the reference example includes the electrolytic copper plating solution analyzer 10 used in Examples 1 and 2 above, the electrolytic copper plating solution analyzer 60 used in Examples 3 and 4 above, and the analysis of the analysis unit. Only the program is different.
That is, in the apparatus configuration and analysis conditions of the electrolytic copper plating solution analyzer of the reference example, the working electrode, the reference electrode, the current density I at the working electrode, the rotational speed of the working electrode, and the sample 1-3 at the time of measuring the potential η, The temperature conditions of 2-3 were the same as those in Examples 1 and 2.
The analysis program of the electrolytic copper plating solution analyzer of the reference example performed an analysis using the following formula (36) as a relational expression representing the time change of the potential η assuming a reaction mechanism that does not consider the influence of the leveler in the precipitation reaction. .

Figure 2016114391
Figure 2016114391

上記式(36)は、上記式(1)の第3項および上記式(5)の第3項を削除したものと同様の関係式になっている。   The above equation (36) is a relational expression similar to that obtained by deleting the third term of the above equation (1) and the third term of the above equation (5).

参考例1、2の測定データは、図5のグラフにおいて、□印(試料1−3)、△印(試料2−3)で示す。なお、図5では、見易さのため測定データを間引いて表示しているが、実際の測定は、1秒間隔で測定している。
このような測定データのうち、経過時間tが50秒〜1200秒の範囲の電位データを用いて、解析部により、試料1−3、2−3のコンディションの解析を行った。
The measurement data of Reference Examples 1 and 2 are indicated by □ (sample 1-3) and Δ (sample 2-3) in the graph of FIG. In FIG. 5, the measurement data is thinned and displayed for easy viewing, but the actual measurement is performed at intervals of 1 second.
Among such measurement data, the conditions of samples 1-3 and 2-3 were analyzed by the analysis unit using potential data in which the elapsed time t was in the range of 50 seconds to 1200 seconds.

上記式(36)を用いて当て嵌められたフィッティング曲線を、図5に曲線201、202として示す。曲線201(実線)は、試料1−3の測定データのフィッティング曲線であり、曲線202(破線)は試料2−3の測定データのフィッティング曲線である。   The fitting curves fitted using the above equation (36) are shown as curves 201 and 202 in FIG. A curve 201 (solid line) is a fitting curve of measurement data of the sample 1-3, and a curve 202 (dashed line) is a fitting curve of measurement data of the sample 2-3.

試料のコンディションが対応する実施例1、3、参考例1の解析結果(図3の曲線101、図4の曲線103、図5の曲線201)と、実施例2、4、参考例2の解析結果(図3の曲線102、図4の曲線104、図5の曲線202)とを比較するため、下記表3にそれぞれの解析における残差二乗和S(V)を示す。 Analysis results of Examples 1 and 3 and Reference Example 1 (curve 101 in FIG. 3, curve 103 in FIG. 4, curve 201 in FIG. 5) corresponding to the condition of the sample, and analysis in Examples 2 and 4 and Reference Example 2 In order to compare the results (curve 102 in FIG. 3, curve 104 in FIG. 4, curve 202 in FIG. 5), the following table 3 shows the residual sum of squares S (V 2 ) in each analysis.

Figure 2016114391
Figure 2016114391

<実施例1〜4、参考例1、2の解析結果の考察>
表1に示すように、パラメータp、pは、実施例1の方が実施例2よりも大きい値となった。
これは、抑制剤に対して少なくとも促進剤と錯体を形成して促進効果を示すCu(I)種の働きが、実施例1では過剰となったためと考えられる。「参考文献−2」によれば、少なくとも促進剤と錯体を形成して促進効果を示すCu(I)種の働きが過剰になった場合、ビアホールの埋め込み特性が悪くなる。このことから、電気銅めっき液分析装置10を用いた解析によれば、電気銅めっき液Pを用いると、ビアホールの埋め込み特性が悪くなることが判る。
表2に示すように、パラメータp12、p14は、実施例3の方が実施例4よりも大きい値となった。
これは、抑制剤に対して促進剤などと錯体を形成して促進効果を示すCu(I)種の働きが、実施例3では過剰となったためと考えられる。「参考文献−2」によれば、促進剤などと錯体を形成して促進効果を示すCu(I)種の働きが過剰になった場合、ビアホールの埋め込み特性が悪くなる。このことから、電気銅めっき液分析装置60を用いた解析によれば、電気銅めっき液Pを用いると、ビアホールの埋め込み特性が悪くなることが判る。
<Consideration of analysis results of Examples 1 to 4 and Reference Examples 1 and 2>
As shown in Table 1, the parameters p 2 and p 4 were larger in Example 1 than in Example 2.
This is presumably because the action of the Cu (I) species, which forms a complex with at least the accelerator with respect to the inhibitor and exhibits a promoting effect, was excessive in Example 1. According to “Reference 2”, when the function of Cu (I) species that forms a complex with at least an accelerator and exhibits an acceleration effect becomes excessive, the filling characteristics of the via hole are deteriorated. Therefore, according to the analysis using a copper electroplating solution analyzing device 10, the use of copper electroplating solution P 1, it is seen that the filling characteristics of the via hole deteriorates.
As shown in Table 2, the parameters p 12 and p 14 were larger in Example 3 than in Example 4.
This is presumably because the action of the Cu (I) species, which forms a complex with the accelerator and the like with respect to the inhibitor and exhibits a promoting effect, was excessive in Example 3. According to “Reference 2”, when the function of Cu (I) species that forms a complex with an accelerator or the like and exhibits a promoting effect becomes excessive, the filling characteristics of the via hole are deteriorated. Therefore, according to the analysis using a copper electroplating solution analyzing device 60, the use of copper electroplating solution P 1, it is seen that the filling characteristics of the via hole deteriorates.

表3に示すように、同一のコンディションを有する測定用サンプルPから取り分けた試料1−1、1−2、1−3を用いた実施例1、3、参考例1における残差二乗和Sを比べると、実施例1、3の残差二乗和Sは略一致しており、参考例1の残差二乗和Sはこれらよりも約10%大きい。
残差二乗和Sは、小さいほどフィッティング曲線が、測定データをよく近似していると言えるため、算出されたパラメータが、電気銅めっき液13のコンディションをよりよく表していると言える。このため、残差二乗和Sが小さいほど、精度良く添加剤を管理できる。
このため、実施例1、3では、レベラーの効果を考慮した電気銅めっき液分析装置10、60よる解析の方が、参考例の電気銅めっき液分析装置のようにレベラーの効果を考慮しない解析に比べて、添加剤の管理を精度良くできることを確認した。
また、同一のコンディションを有する測定用サンプルPから取り分けた試料2−1、2−2、2−3を用いた実施例2、4、参考例2における残差二乗和Sを比べると、実施例4、2、参考例1の順に大きくなっている。特に、参考例1は、実施例4、2に比べてそれぞれ約22%、約10%大きくなっている。
このため、実施例2、4では、レベラーの効果を考慮した電気銅めっき液分析装置10、60よる解析の方が、参考例の電気銅めっき液分析装置のようにレベラーの効果を考慮しない解析に比べて、添加剤の管理を精度良くできることを確認した。
As shown in Table 3, the residual sum of squares S in Examples 1 and 3 and Reference Example 1 using samples 1-1, 1-2, and 1-3 separated from the measurement sample P1 having the same condition , The residual sum of squares S of Examples 1 and 3 are substantially the same, and the residual sum of squares S of Reference Example 1 is about 10% larger than these.
It can be said that the smaller the residual sum of squares S is, the better the fitting curve approximates the measurement data, so that the calculated parameter represents the condition of the electrolytic copper plating solution 13 better. For this reason, the additive can be managed more accurately as the residual sum of squares S is smaller.
Therefore, in Examples 1 and 3, the analysis using the electrolytic copper plating solution analyzers 10 and 60 in consideration of the effect of the leveler is an analysis in which the effect of the leveler is not considered as in the electrolytic copper plating solution analyzer of the reference example. It was confirmed that the additive can be managed with higher accuracy than
Further, embodiments using Sample 2-1, 2-2, 2-3, which aside from the measurement sample P 2 having the same conditions Examples 2 and 4, when comparing the residual sum of squares S in Reference Example 2, implemented Examples 4 and 2 and Reference Example 1 increase in this order. In particular, Reference Example 1 is about 22% and about 10% larger than Examples 4 and 2, respectively.
Therefore, in Examples 2 and 4, the analysis using the electrolytic copper plating solution analyzers 10 and 60 in consideration of the effect of the leveler is an analysis in which the effect of the leveler is not considered as in the electrolytic copper plating solution analyzer of the reference example. It was confirmed that the additive can be managed with higher accuracy than

[実施例5〜9]
実施例5〜9では、電気銅めっき液分析装置10を用いて、それぞれ試料3−1、4−1、5−1、6−1、7−1を解析した。作用電極18、参照電極19、カウンター電極21の条件、電位の測定条件は、上記実施例1と同様とした。
このような測定データのうち、経過時間tが50秒〜1200秒の範囲の電位データを用いて、解析部31により、試料3−1、4−1、5−1、6−1、7−1のコンディションの解析を行った。
[Examples 5 to 9]
In Examples 5 to 9, Samples 3-1, 4-1, 5-1, 6-1 and 7-1 were analyzed using the electrolytic copper plating solution analyzer 10. The conditions for the working electrode 18, the reference electrode 19, and the counter electrode 21 and the conditions for measuring the potential were the same as in Example 1.
Among such measurement data, the sample data 3-1, 4-1, 5-1, 6-1, 7- is analyzed by the analysis unit 31 using potential data in which the elapsed time t is in the range of 50 seconds to 1200 seconds. The condition 1 was analyzed.

解析部31によって算出されたパラメータp〜p、およびめっき液の状態の判定結果を下記表4、表5に示す。 Tables 4 and 5 below show the parameters p 1 to p 5 calculated by the analysis unit 31 and the determination results of the state of the plating solution.

Figure 2016114391
Figure 2016114391

Figure 2016114391
Figure 2016114391

[実施例10〜14]
実施例10〜14では、電気銅めっき液分析装置60を用いて、それぞれ試料3−2、4−2、5−2、6−2、7−2を解析した。作用電極18、参照電極19、カウンター電極21の条件、電位の測定条件は、上記実施例1と同様とした。
このような測定データのうち、経過時間tが50秒〜1200秒の範囲の電位データを用いて、解析部81により、試料3−2、4−2、5−2、6−2、7−2のコンディションの解析を行った。
[Examples 10 to 14]
In Examples 10 to 14, samples 3-2, 4-2, 5-2, 6-2, and 7-2 were analyzed using the electrolytic copper plating solution analyzer 60, respectively. The conditions for the working electrode 18, the reference electrode 19, and the counter electrode 21 and the conditions for measuring the potential were the same as in Example 1.
Among such measurement data, using the potential data in which the elapsed time t is in the range of 50 seconds to 1200 seconds, the analysis unit 81 causes the samples 3-2, 4-2, 5-2, 6-2, 7- The condition of 2 was analyzed.

解析部81によって算出されたパラメータp11〜p15、およびめっき液の状態の判定結果を、下記表6、表7に示す。 Tables 6 and 7 below show the parameters p 11 to p 15 calculated by the analysis unit 81 and the determination results of the state of the plating solution.

Figure 2016114391
Figure 2016114391

Figure 2016114391
Figure 2016114391

[参考例3〜7]
参考例3〜7では、参考例1、2と同様に、参考例の電気銅めっき液分析装置を用いて、それぞれ試料3−3、4−3、5−3、6−3、7−3を解析した。
測定データのうち、経過時間tが50秒〜1200秒の範囲の電位データを用いて、解析部により、試料3−3、4−3、5−3、6−3、7−3のコンディションの解析を行った。
[Reference Examples 3 to 7]
In Reference Examples 3 to 7, Samples 3-3, 4-3, 5-3, 6-3, and 7-3, respectively, using the electrolytic copper plating solution analyzer of Reference Example, as in Reference Examples 1 and 2, respectively. Was analyzed.
Among the measurement data, the potential data of the elapsed time t in the range of 50 seconds to 1200 seconds is used to analyze the condition of the samples 3-3, 4-3, 5-3, 6-3, 7-3 by the analysis unit Analysis was performed.

参考例の電気銅めっき液分析装置では、上記式(36)の解析プログラムを実行すると、パラメータとして下記式(37)〜(39)で表されるp21、p22、p23が算出される。 In the electrolytic copper plating solution analyzer of the reference example, when the analysis program of the above formula (36) is executed, p 21 , p 22 and p 23 represented by the following formulas (37) to (39) are calculated as parameters. .

Figure 2016114391
Figure 2016114391

解析部によって算出されたパラメータp21〜p23、およびめっき液の状態の判定結果を、下記表8、9に示す。 Tables 8 and 9 below show the parameters p 21 to p 23 calculated by the analysis unit and the determination results of the state of the plating solution.

Figure 2016114391
Figure 2016114391

Figure 2016114391
Figure 2016114391

<めっき液の状態の判定>
実施例5〜9では、パラメータp〜pを特定し、パラメータp〜pの組み合わせによって、解析対象のめっき液の状態の「良い」、「悪い」を判定した。このため、パラメータp〜pのそれぞれに、解析対象のめっき液の状態を「良い」と判定する個別判定基準を設けた。さらに、パラメータp〜pの組み合わせ判定基準として、パラメータp〜pのすべての個別判定基準が「良い」場合に限って、めっき液の状態を「良い」と判定することにした。すなわち、パラメータp〜pのうち、個別判定基準を満たさないパラメータが1以上あれば、めっき液の状態を「悪い」と判定した。
表5に示すように、パラメータpの個別判定基準における「良い」範囲は、1.5mA/cm以上、4.0mA/cm以下とした。
パラメータpの個別判定基準における「良い」範囲は、0.08mA/cm以上、0.20mA/cm以下とした。
パラメータpの個別判定基準における「良い」範囲は、0.07mA/cm以上、0.15mA/cm以下とした。
パラメータpの個別判定基準における「良い」範囲は、20.0cm−1以上、60.0cm−1以下とした。
パラメータpの個別判定基準における「良い」範囲は、0.01sec−1以上、0.1sec−1以下とした。
表5では、各実施例における個別判定基準に対する「範囲内」、「範囲外」の評価を示すとともに、組み合わせ判定結果による「良い」、「悪い」の評価を「解析判定結果」欄に示した。
「実測判定結果」欄に示す「良い」、「悪い」は、予め試料ごとに、実測に基づいてビアホールの埋め込み特性を判定した結果を示した。
<Determination of plating solution state>
In Examples 5 to 9, the parameters p 1 to p 5 were specified, and “good” and “bad” of the state of the plating solution to be analyzed were determined by the combination of the parameters p 1 to p 5 . For this reason, individual determination criteria for determining that the state of the plating solution to be analyzed is “good” is provided for each of the parameters p 1 to p 5 . Further, as a combination criterion parameter p 1 ~p 5, only if all of the individual criteria parameters p 1 ~p 5 is "good", and the state of the plating solution to be determined as "good". That is, if there is one or more parameters that do not satisfy the individual determination criteria among the parameters p 1 to p 5 , the state of the plating solution is determined to be “bad”.
As shown in Table 5, "good" range in the individual criteria parameters p 1 is, 1.5 mA / cm 2 or more, was 4.0 mA / cm 2 or less.
The “good” range in the individual determination criterion of the parameter p 2 was set to 0.08 mA / cm 2 or more and 0.20 mA / cm 2 or less.
"Good" range in the individual criteria parameter p 3 is, 0.07 mA / cm 2 or more, it was 0.15 mA / cm 2 or less.
"Good" range in the individual criteria parameter p 4 is, 20.0 cm -1 or more, and a 60.0cm -1 or less.
The “good” range in the individual determination criterion of the parameter p 5 is set to 0.01 sec −1 or more and 0.1 sec −1 or less.
Table 5 shows the evaluation of “within range” and “out of range” with respect to the individual determination criteria in each example, and the “good” and “bad” evaluations based on the combination determination results are shown in the “analysis determination result” column. .
“Good” and “Bad” shown in the “Measurement determination result” column indicate the results of determining the via hole filling characteristics based on the measurement for each sample in advance.

実施例10〜14では、パラメータp11〜p15を特定し、パラメータp11〜p15の組み合わせによって、解析対象のめっき液の状態の「良い」、「悪い」を判定した。このため、パラメータp11〜p15のそれぞれに、解析対象のめっき液の状態を「良い」と判定する個別判定基準を設けた。さらに、パラメータp11〜p15の組み合わせ判定基準として、パラメータp11〜p15のすべての個別判定基準が「良い」場合に限って、めっき液の状態を「良い」と判定することにした。すなわち、パラメータp11〜p15のうち、個別判定基準を満たさないパラメータが1以上あれば、めっき液の状態を「悪い」と判定した。
表7に示すように、パラメータp11の個別判定基準における「良い」範囲は、0.20mA/cm以上、0.38mA/cm以下とした。
パラメータp12の個別判定基準における「良い」範囲は、0.35mA/cm以上、0.46mA/cm以下とした。
パラメータp13の個別判定基準における「良い」範囲は、0.07mA/cm以上、0.12mA/cm以下とした。
パラメータp14の個別判定基準における「良い」範囲は、10.0cm−1以上、30.0cm−1以下とした。
パラメータp15の個別判定基準における「良い」範囲は、−5.0×10−5sec−1以上、−1.5×10−5sec−1以下とした。
表7では、各実施例における個別判定基準に対する「範囲内」、「範囲外」の評価を示すとともに、組み合わせ判定による「良い」、「悪い」の評価を「解析判定結果」欄に示した。
「実測判定結果」欄に示す「良い」、「悪い」は、予め試料ごとに、実測に基づいてビアホールの埋め込み特性を判定した結果を示した。
In Examples 10 to 14, the parameters p 11 to p 15 were specified, and “good” and “bad” of the state of the plating solution to be analyzed were determined by the combination of the parameters p 11 to p 15 . For this reason, an individual determination criterion for determining that the state of the plating solution to be analyzed is “good” is provided for each of the parameters p 11 to p 15 . Further, as a combination criterion parameter p 11 ~p 15, only if all of the individual criteria parameters p 11 ~p 15 is "good", and the state of the plating solution to be determined as "good". That is, if there is one or more parameters that do not satisfy the individual determination criteria among the parameters p 11 to p 15 , the state of the plating solution is determined to be “bad”.
As shown in Table 7, "good" range in the individual criteria parameters p 11 is, 0.20mA / cm 2 or more, was 0.38mA / cm 2 or less.
"Good" range in the individual criteria parameters p 12 is, 0.35 mA / cm 2 or more, it was 0.46 mA / cm 2 or less.
The “good” range in the individual determination criterion of the parameter p 13 is set to 0.07 mA / cm 2 or more and 0.12 mA / cm 2 or less.
"Good" range in the individual criteria parameters p 14 is, 10.0 cm -1 or more, was 30.0 cm -1 or less.
The “good” range in the individual determination criterion of the parameter p 15 is set to be −5.0 × 10 −5 sec −1 or more and −1.5 × 10 −5 sec −1 or less.
Table 7 shows the evaluation of “within range” and “out of range” with respect to the individual determination criteria in each example, and the evaluation of “good” and “bad” by the combination determination is shown in the “analysis determination result” column.
“Good” and “Bad” shown in the “Measurement determination result” column indicate the results of determining the via hole filling characteristics based on the measurement for each sample in advance.

参考例3〜7では、パラメータp21〜p23を特定し、パラメータp21〜p23の組み合わせによって、解析対象のめっき液の状態の「良い」、「悪い」を判定した。このため、パラメータp21〜p23のそれぞれに、解析対象のめっき液の状態を「良い」と判定する個別判定基準を設けた。さらに、パラメータp21〜p23の組み合わせ判定基準として、パラメータp21〜p23のすべての個別判定基準が「良い」場合に限って、めっき液の状態を「良い」と判定することにした。すなわち、パラメータp21〜p23のうち、個別判定基準を満たさないパラメータが1以上あれば、めっき液の状態を「悪い」と判定した。
表9に示すように、パラメータp21の個別判定基準における「良い」範囲は、0.015mA/cm以上、0.023mA/cm以下とした。
パラメータp22の個別判定基準における「良い」範囲は、0.08mA/cm以上、0.20mA/cm以下とした。
パラメータp33の個別判定基準における「良い」範囲は、15.0cm−1以上、30.0cm−1以下とした。
表9では、各参考例における個別判定基準に対する「範囲内」、「範囲外」の評価を示すとともに、組み合わせ判定による「良い」、「悪い」の評価を「解析判定結果」欄に示した。
「実測判定結果」欄に示す「良い」、「悪い」は、予め試料ごとに、実測に基づいてビアホールの埋め込み特性を判定した結果を示した。
In Reference Examples 3 to 7, the parameters p 21 to p 23 were specified, and “good” and “bad” of the state of the plating solution to be analyzed were determined by the combination of the parameters p 21 to p 23 . For this reason, individual determination criteria for determining that the state of the plating solution to be analyzed is “good” is provided for each of the parameters p 21 to p 23 . Further, as a combination criterion parameter p 21 ~p 23, only if all of the individual criteria parameters p 21 ~p 23 is "good", and the state of the plating solution to be determined as "good". That is, if there is one or more parameters that do not satisfy the individual determination criteria among the parameters p 21 to p 23 , the state of the plating solution is determined to be “bad”.
As shown in Table 9, the “good” range in the individual determination criterion of the parameter p 21 was set to 0.015 mA / cm 2 or more and 0.023 mA / cm 2 or less.
The “good” range in the individual determination criterion of the parameter p 22 is set to 0.08 mA / cm 2 or more and 0.20 mA / cm 2 or less.
The “good” range in the individual determination criterion of the parameter p 33 is set to 15.0 cm −1 or more and 30.0 cm −1 or less.
Table 9 shows “in range” and “out of range” evaluations for the individual determination criteria in each reference example, and “good” and “bad” evaluations by combination determination are shown in the “analysis determination result” column.
“Good” and “Bad” shown in the “Measurement determination result” column indicate the results of determining the via hole filling characteristics based on the measurement for each sample in advance.

<判定結果の考察>
表5によれば、実施例5〜9において、各実施例の解析判定結果は、実測判定結果と一致している。したがって、実施例5〜9によれば、パラメータp〜pを特定することにより、めっき液の状態が「良い」場合と、「悪い」場合と分離できている。
表7によれば、実施例10〜14において、各実施例の解析判定結果は、実測判定結果と一致している。したがって、実施例10〜14によれば、パラメータp11〜p15を特定することにより、めっき液の状態が「良い」場合と、「悪い」場合と分離できている。
表9によれば、参考例3〜7において、各参考例の解析判定結果は、参考例3〜6は実測判定結果と一致しているが、参考例7では、実測判定結果と一致していない。参考例7においては、「良い」状態のめっき液を、「悪い」と誤判定した結果になった。
このように、参考例では、レベラーを考慮していない反応機構に基づいたパラメータを特定しているため、めっき液の状態を精度良く特定できていない。
しかし、悪い状態のめっき液を「良い」と誤判定しているわけではないため、安全側の評価になっている。
<Consideration of judgment results>
According to Table 5, in Examples 5-9, the analysis determination result of each Example corresponds with the measurement determination result. Therefore, according to Examples 5 to 9, by specifying the parameters p 1 to p 5 , the case where the state of the plating solution is “good” and the case where it is “bad” can be separated.
According to Table 7, in Examples 10-14, the analysis determination result of each Example is in agreement with the actual measurement determination result. Therefore, according to Examples 10 to 14, by specifying the parameters p 11 to p 15 , the case where the state of the plating solution is “good” and the case where it is “bad” can be separated.
According to Table 9, in Reference Examples 3 to 7, the analysis determination results of each Reference Example are the same as the actual measurement determination results in Reference Examples 3 to 6, but in Reference Example 7 are the same as the actual measurement determination results. Absent. In Reference Example 7, the plating solution in the “good” state was erroneously determined as “bad”.
Thus, in the reference example, since the parameter based on the reaction mechanism that does not consider the leveler is specified, the state of the plating solution cannot be specified with high accuracy.
However, since the plating solution in a bad state is not erroneously determined as “good”, the evaluation is on the safety side.

本発明は、装飾、銅箔製造、電子部品等の多様な用途で使用される電気銅めっき液、特に、高密度実装基板、半導体パッケージ用基板、及び半導体基板に形成されたコンタクトホールやビアホールに導体を形成する際に使用する電気銅めっき液の分析装置である電気銅めっき液分析装置、及び電気銅めっき液分析方法に適用できる。   The present invention relates to an electrolytic copper plating solution used in various applications such as decoration, copper foil manufacturing, electronic parts, etc., particularly for high-density mounting substrates, semiconductor package substrates, and contact holes and via holes formed in semiconductor substrates. The present invention can be applied to an electrolytic copper plating solution analyzer and an electrolytic copper plating solution analysis method, which are analysis devices for an electrolytic copper plating solution used when forming a conductor.

10、60 電気銅めっき液分析装置
11 スタンド
11A ステージ部
12 分析用容器
13 電気銅めっき液
18 作用電極
19 参照電極
21 カウンター電極
23 回転駆動部
25 コントローラ
26 電流発生部
28 電位測定部
31、81 解析部
35 外装部材
35a 先端面(外装部材の先端)
35A 作用電極本体収容部(先端面の中心部の凹部)
37 作用電極本体
37a 表面(作用電極の表面)
39 導線
42、92 解析部本体
43 ディスプレイ
44 キーボード
t 経過時間
η 電位
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 60 Electro copper plating solution analyzer 11 Stand 11A Stage part 12 Analytical container 13 Electro copper plating solution 18 Working electrode 19 Reference electrode 21 Counter electrode 23 Rotation drive part 25 Controller 26 Current generation part 28 Electric potential measurement part 31, 81 Analysis Part 35 Exterior member 35a Front end surface (front end of exterior member)
35A Working electrode body housing (recessed at the center of the tip surface)
37 working electrode body 37a surface (working electrode surface)
39 Lead wires 42 and 92 Analysis unit main body 43 Display 44 Keyboard t Elapsed time η Potential

Claims (8)

定電流電解法を用いて、促進剤、抑制剤、及びレベラーを含む添加剤を含有する電気銅めっき液のコンディションを特定するための分析及び解析を行う電気銅めっき液分析装置であって、
前記電気銅めっき液の一部を分析用サンプルとして収容する分析用容器と、
該分析用容器に収容された前記電気銅めっき液に浸漬され、電子の授受を行う作用電極と、
前記分析用容器に収容された前記電気銅めっき液に浸漬され、前記作用電極の電位を決定する際の基準となる参照電極と、
前記分析用容器に収容された前記電気銅めっき液に浸漬されたカウンター電極と、
前記作用電極を一定の速度で回転させる回転駆動部と、
前記作用電極と前記カウンター電極との間に、電流密度が一定とされた電流を流す電流発生部と、
前記作用電極と前記参照電極との間の電位を測定する電位測定部と、
前記電流を流し出してからの経過時間と前記電位との関係を解析する解析部と、
を有し、
前記解析部は、
前記経過時間と前記電位との関係を解析する際に、銅めっき膜の析出反応の過程で前記作用電極の表面に生じたCu(I)種が、前記銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、前記作用電極の表面に位置する前記抑制剤を置換していき、また前記レベラーが、前記銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、前記作用電極の表面に位置する前記Cu(I)種を置換していき、前記Cu(I)種が少なくとも前記促進剤と錯体を形成して促進効果を示すという反応機構に基づいて、前記電気銅めっき液のコンディションを表すパラメータを算出し、該パラメータを用いて前記電気銅めっき液のコンディションを特定する、
電気銅めっき液分析装置。
An electrolytic copper plating solution analyzer for performing analysis and analysis for specifying the condition of an electrolytic copper plating solution containing an additive including an accelerator, an inhibitor, and a leveler using a constant current electrolysis method,
A container for analysis containing a part of the electrolytic copper plating solution as a sample for analysis;
A working electrode that is immersed in the electrolytic copper plating solution contained in the analytical container and receives and receives electrons;
A reference electrode that is immersed in the electrolytic copper plating solution housed in the analytical container and serves as a reference when determining the potential of the working electrode;
A counter electrode immersed in the electrolytic copper plating solution housed in the analytical container;
A rotation drive unit for rotating the working electrode at a constant speed;
Between the working electrode and the counter electrode, a current generating unit for passing a current having a constant current density,
A potential measuring unit for measuring a potential between the working electrode and the reference electrode;
An analysis unit for analyzing a relationship between an elapsed time from the flow of the current and the potential;
Have
The analysis unit
When analyzing the relationship between the elapsed time and the electric potential, the Cu (I) species generated on the surface of the working electrode during the deposition reaction of the copper plating film is accompanied by the progress of the deposition reaction of the copper plating film. Then, the inhibitor located on the surface of the working electrode is replaced, and the Cu (I) located on the surface of the working electrode as the leveler progresses in the deposition reaction of the copper plating film. A parameter representing the condition of the copper electroplating solution is calculated based on a reaction mechanism in which the Cu (I) species forms a complex with at least the promoter and exhibits a promoting effect. Identify the condition of the electrolytic copper plating solution using parameters,
Electrolytic copper plating solution analyzer.
前記解析部は、
前記電位測定部で測定された前記経過時間と前記電位との関係を、下記(1)〜(4)式に基づいて解析し、
前記パラメータとして、i、i、i、C /T、及びk・C/Tを算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の電気銅めっき液分析装置。
Figure 2016114391
但し、ηは前記電位、Tは前記一定の温度、Iは前記電流密度、tは前記経過時間、iは前記抑制剤が存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iは前記Cu(I)種が存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iは前記レベラーが存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、Cは溶液バルクにおける前記促進剤の濃度、Cは溶液バルクにおける前記レベラーの濃度、Tは銅めっき膜の表面における前記抑制剤の飽和被覆量、kは吸着速度の相違によって前記抑制剤が前記Cu(I)種により経時的に置換される反応速度、kは吸着速度の相違によって前記Cu(I)種が前記レベラーにより経時的に置換される反応速度、Rはガス定数、αは移動係数、Fはファラディ定数、dは銅のモル密度、nは銅の価数である。
The analysis unit
Analyzing the relationship between the elapsed time measured by the potential measuring unit and the potential based on the following formulas (1) to (4),
2. The electrolytic copper plating solution analyzer according to claim 1, wherein i i , i a , i 1 , C a * / T i , and k 2 · C 1 / T i are calculated as the parameters.
Figure 2016114391
Where η is the potential, T is the constant temperature, I is the current density, t is the elapsed time, i i is the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film when the inhibitor is present, i a is the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film in the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film when there is the Cu (I) species, the i l said leveler is present, C a is the concentration of the accelerator in the solution bulk, C l is the concentration of the leveler in the solution bulk, T i is the saturated coating amount of the inhibitor on the surface of the copper plating film, and k is the inhibitor depending on the difference in adsorption rate. Is the reaction rate at which the Cu (I) species is replaced with time by the Cu (I) species, k 2 is the reaction rate at which the Cu (I) species are replaced by the leveler with time due to the difference in adsorption rate, R is the gas constant, α Is a mobile , F is Faraday constant, d is the molar density of copper, n represents a valence of copper.
定電流電解法を用いて、促進剤、抑制剤、及びレベラーを含む添加剤を含有する電気銅めっき液のコンディションを特定するための分析及び解析を行う電気銅めっき液分析装置であって、
前記電気銅めっき液の一部を分析用サンプルとして収容する分析用容器と、
該分析用容器に収容された前記電気銅めっき液に浸漬され、電子の授受を行う作用電極と、
前記分析用容器に収容された前記電気銅めっき液に浸漬され、前記作用電極の電位を決定する際の基準となる参照電極と、
前記分析用容器に収容された前記電気銅めっき液に浸漬されたカウンター電極と、前記作用電極を一定の速度で回転させる回転駆動部と、
前記作用電極と前記カウンター電極との間に、電流密度が一定とされた電流を流す電流発生部と、
前記作用電極と前記参照電極との間の電位を測定する電位測定部と、
前記電流を流し出してからの経過時間と前記電位との関係を解析する解析部と、
を有し、
前記解析部は、
前記経過時間と前記電位との関係を解析する際に、銅めっき膜の析出反応の過程で前記作用電極の表面に生じたCu(I)種が、前記銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、前記作用電極の表面に位置する前記抑制剤を置換していき、また前記レベラーが、前記銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、前記作用電極の表面に位置する前記抑制剤を置換していき、前記Cu(I)種が少なくとも前記促進剤と錯体を形成して促進効果を示すという反応機構に基づいて、前記電気銅めっき液のコンディションを表すパラメータを算出し、該パラメータを用いて前記電気銅めっき液のコンディションを特定する、
電気銅めっき液分析装置。
An electrolytic copper plating solution analyzer for performing analysis and analysis for specifying the condition of an electrolytic copper plating solution containing an additive including an accelerator, an inhibitor, and a leveler using a constant current electrolysis method,
A container for analysis containing a part of the electrolytic copper plating solution as a sample for analysis;
A working electrode that is immersed in the electrolytic copper plating solution contained in the analytical container and receives and receives electrons;
A reference electrode that is immersed in the electrolytic copper plating solution housed in the analytical container and serves as a reference when determining the potential of the working electrode;
A counter electrode immersed in the electrolytic copper plating solution housed in the analysis container; a rotation drive unit that rotates the working electrode at a constant speed;
Between the working electrode and the counter electrode, a current generating unit for passing a current having a constant current density,
A potential measuring unit for measuring a potential between the working electrode and the reference electrode;
An analysis unit for analyzing a relationship between an elapsed time from the flow of the current and the potential;
Have
The analysis unit
When analyzing the relationship between the elapsed time and the electric potential, the Cu (I) species generated on the surface of the working electrode during the deposition reaction of the copper plating film is accompanied by the progress of the deposition reaction of the copper plating film. Then, the inhibitor located on the surface of the working electrode is replaced, and the leveler replaces the inhibitor located on the surface of the working electrode as the deposition reaction of the copper plating film proceeds. Then, based on a reaction mechanism in which the Cu (I) species forms a complex with at least the promoter and exhibits a promoting effect, a parameter representing the condition of the electrolytic copper plating solution is calculated, and the parameter is used. To identify the condition of the copper electroplating solution,
Electrolytic copper plating solution analyzer.
前記解析部は、
前記電位測定部で測定された前記経過時間と前記電位との関係を、下記(5)〜(8)式に基づいて解析し、
前記パラメータとして、i、i、i、C /T、及びk・C/Tを算出する
ことを特徴とする請求項3に記載の電気銅めっき液分析装置。
Figure 2016114391
但し、ηは前記電位、Tは前記一定の温度、Iは前記電流密度、tは前記経過時間、iは前記抑制剤が存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iは前記Cu(I)種が存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iは前記レベラーが存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、Cは溶液バルクにおける前記促進剤の濃度、Cは溶液バルクにおける前記レベラーの濃度、Tは前記銅めっき膜の表面における前記抑制剤の飽和被覆量、kは吸着速度の相違によって前記抑制剤が前記Cu(I)種により経時的に置換される反応速度、kは吸着速度の相違によって前記抑制剤が前記レベラーにより経時的に置換される反応速度、Rはガス定数、αは移動係数、Fはファラディ定数、dは銅のモル密度、nは銅の価数である。
The analysis unit
Analyzing the relationship between the elapsed time measured by the potential measuring unit and the potential based on the following formulas (5) to (8),
4. The electrolytic copper plating solution analyzer according to claim 3, wherein i i , i a , i l , C a * / T i , and k 3 · C l / T i are calculated as the parameters. 5.
Figure 2016114391
Where η is the potential, T is the constant temperature, I is the current density, t is the elapsed time, i i is the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film when the inhibitor is present, i a is the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film in the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film when there is the Cu (I) species, the i l said leveler is present, C a is the concentration of the accelerator in the solution bulk, C l is the concentration of the leveler in the solution bulk, T i is the saturation coating amount of the inhibitor on the surface of the copper plating film, and k is the suppression due to the difference in adsorption rate. the reaction rate, k 3 is the reaction rate, R represents the gas constant, wherein the inhibitor by the difference in adsorption rate is over time replaced by the leveler agent is over time replaced by the Cu (I) species, alpha movement coefficient F is Faraday constant, d is the molar density of copper, n represents a valence of copper.
定電流電解法を用いて、促進剤、抑制剤、及びレベラーを含む添加剤を含有する電気銅めっき液のコンディションを特定する電気銅めっき液分析方法であって、
一定の温度に保持された前記電気銅めっき液に対して、作用電極、参照電極、及びカウンター電極を浸漬させ、前記作用電極を一定の速度で回転させる準備工程と、
前記作用電極と前記カウンター電極との間に、電流密度が一定とされた電流を流して、前記作用電極と前記参照電極との間の電位を測定する電位測定工程と、
前記電流を流し出してからの経過時間と前記電位との関係を解析する解析工程と、
を有し、
前記解析工程では、
前記経過時間と前記電位との関係を解析する際に、銅めっき膜の析出反応の過程で前記作用電極の表面に生じたCu(I)種が、前記銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、前記作用電極の表面に位置する前記抑制剤を置換していき、また前記レベラーが、前記銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、前記作用電極の表面に位置する前記Cu(I)種を置換していき、前記Cu(I)種が少なくとも前記促進剤と錯体を形成して促進効果を示すという反応機構に基づいて、前記電気銅めっき液のコンディションを表すパラメータを算出し、該パラメータを用いて前記電気銅めっき液のコンディションを特定する、
電気銅めっき液分析方法。
An electrolytic copper plating solution analysis method for specifying a condition of an electrolytic copper plating solution containing an additive including a promoter, an inhibitor, and a leveler using a constant current electrolytic method,
A preparation step of immersing the working electrode, the reference electrode, and the counter electrode in the electrolytic copper plating solution maintained at a constant temperature, and rotating the working electrode at a constant speed;
A potential measuring step of measuring a potential between the working electrode and the reference electrode by passing a current having a constant current density between the working electrode and the counter electrode;
An analysis step for analyzing a relationship between an elapsed time from the flow of the current and the electric potential;
Have
In the analysis step,
When analyzing the relationship between the elapsed time and the electric potential, the Cu (I) species generated on the surface of the working electrode during the deposition reaction of the copper plating film is accompanied by the progress of the deposition reaction of the copper plating film. Then, the inhibitor located on the surface of the working electrode is replaced, and the Cu (I) located on the surface of the working electrode as the leveler progresses in the deposition reaction of the copper plating film. A parameter representing the condition of the copper electroplating solution is calculated based on a reaction mechanism in which the Cu (I) species forms a complex with at least the promoter and exhibits a promoting effect. Identify the condition of the electrolytic copper plating solution using parameters,
Electrolytic copper plating solution analysis method.
前記解析工程では、
前記電位測定工程で測定された前記経過時間と前記電位との関係を、下記(1)〜(4)式に基づいて解析し、
前記パラメータとして、i、i、i、C /T、及びk・C/Tを算出する
ことを特徴とする請求項5に記載の電気銅めっき液分析方法。
Figure 2016114391
但し、ηは前記電位、Tは前記一定の温度、Iは前記電流密度、tは前記経過時間、iは前記抑制剤が存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iは前記Cu(I)種が存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iは前記レベラーが存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、Cは溶液バルクにおける前記促進剤の濃度、Cは溶液バルクにおける前記レベラーの濃度、Tは前記銅めっき膜の表面における前記抑制剤の飽和被覆量、kは吸着速度の相違によって前記抑制剤が前記Cu(I)種により経時的に置換される反応速度、kは吸着速度の相違によって前記Cu(I)種が前記レベラーにより経時的に置換される反応速度、Rはガス定数、αは移動係数、Fはファラディ定数、dは銅のモル密度、nは銅の価数である。
In the analysis step,
Analyzing the relationship between the elapsed time measured in the potential measurement step and the potential based on the following formulas (1) to (4),
The electrolytic copper plating solution analysis method according to claim 5, wherein i i , i a , i l , C a * / T i , and k 2 · C l / T i are calculated as the parameters.
Figure 2016114391
Where η is the potential, T is the constant temperature, I is the current density, t is the elapsed time, i i is the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film when the inhibitor is present, i a is the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film in the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film when there is the Cu (I) species, the i l said leveler is present, C a is the concentration of the accelerator in the solution bulk, C l is the concentration of the leveler in the solution bulk, T i is the saturation coating amount of the inhibitor on the surface of the copper plating film, and k is the suppression due to the difference in adsorption rate. The reaction rate at which the agent is displaced with time by the Cu (I) species, k 2 is the reaction rate at which the Cu (I) species are replaced with time by the difference in adsorption rate, R is the gas constant, α is a shift Coefficient, F is Faraday constant, d is the molar density of copper, n represents a valence of copper.
定電流電解法を用いて、促進剤、抑制剤、及びレベラーを含む添加剤を含有する電気銅めっき液のコンディションを特定する電気銅めっき液分析方法であって、
一定の温度に保持された前記電気銅めっき液に対して、作用電極、参照電極、及びカウンター電極を浸漬させ、前記作用電極を一定の速度で回転させる準備工程と、
前記作用電極と前記カウンター電極との間に、電流密度が一定とされた電流を流して、前記作用電極と前記参照電極との間の電位を測定する電位測定工程と、
前記電流を流し出してからの経過時間と前記電位との関係を解析する解析工程と、
を有し、
前記解析工程では、
前記経過時間と前記電位との関係を解析する際に、銅めっき膜の析出反応の過程で前記作用電極の表面に生じたCu(I)種が、前記銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、前記作用電極の表面に位置する前記抑制剤を置換していき、また前記レベラーが、前記銅めっき膜の析出反応の進行に伴って、前記作用電極の表面に位置する前記抑制剤を置換していき、前記Cu(I)種が少なくとも前記促進剤と錯体を形成して促進効果を示すという反応機構に基づいて、前記電気銅めっき液のコンディションを表すパラメータを算出し、該パラメータを用いて前記電気銅めっき液のコンディションを特定する
ことを特徴とする電気銅めっき液分析方法。
An electrolytic copper plating solution analysis method for specifying a condition of an electrolytic copper plating solution containing an additive including a promoter, an inhibitor, and a leveler using a constant current electrolytic method,
A preparation step of immersing the working electrode, the reference electrode, and the counter electrode in the electrolytic copper plating solution maintained at a constant temperature, and rotating the working electrode at a constant speed;
A potential measuring step of measuring a potential between the working electrode and the reference electrode by passing a current having a constant current density between the working electrode and the counter electrode;
An analysis step for analyzing a relationship between an elapsed time from the flow of the current and the electric potential;
Have
In the analysis step,
When analyzing the relationship between the elapsed time and the electric potential, the Cu (I) species generated on the surface of the working electrode during the deposition reaction of the copper plating film is accompanied by the progress of the deposition reaction of the copper plating film. Then, the inhibitor located on the surface of the working electrode is replaced, and the leveler replaces the inhibitor located on the surface of the working electrode as the deposition reaction of the copper plating film proceeds. Then, based on a reaction mechanism in which the Cu (I) species forms a complex with at least the promoter and exhibits a promoting effect, a parameter representing the condition of the electrolytic copper plating solution is calculated, and the parameter is used. A method for analyzing an electrolytic copper plating solution, wherein the condition of the electrolytic copper plating solution is specified.
前記解析工程では、
前記電位測定工程で測定された前記経過時間と前記電位との関係を、下記(5)〜(8)式に基づいて解析し、
前記パラメータとして、i、i、i、C /T、及びk・C/Tを算出する
ことを特徴とする請求項7に記載の電気銅めっき液分析方法。
Figure 2016114391
但し、ηは前記電位、Tは前記一定の温度、Iは前記電流密度、tは前記経過時間、iは前記抑制剤が存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iは前記Cu(I)種が存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、iは前記レベラーが存在する際の前記銅めっき膜の析出反応時における交換電流密度、Cは溶液バルクにおける前記促進剤の濃度、Cは溶液バルクにおける前記レベラーの濃度、Tは前記銅めっき膜の表面における前記抑制剤の飽和被覆量、kは吸着速度の相違によって前記抑制剤が前記Cu(I)種により経時的に置換される反応速度、kは吸着速度の相違によって前記抑制剤が前記レベラーにより経時的に置換される反応速度、Rはガス定数、αは移動係数、Fはファラディ定数、dは銅のモル密度、nは銅の価数である。
In the analysis step,
Analyzing the relationship between the elapsed time measured in the potential measuring step and the potential based on the following formulas (5) to (8),
The electrolytic copper plating solution analysis method according to claim 7, wherein i i , i a , i l , C a * / T i , and k 3 · C l / T i are calculated as the parameters.
Figure 2016114391
Where η is the potential, T is the constant temperature, I is the current density, t is the elapsed time, i i is the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film when the inhibitor is present, i a is the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film in the exchange current density during the deposition reaction of the copper plating film when there is the Cu (I) species, the i l said leveler is present, C a is the concentration of the accelerator in the solution bulk, C l is the concentration of the leveler in the solution bulk, T i is the saturation coating amount of the inhibitor on the surface of the copper plating film, and k is the suppression due to the difference in adsorption rate. the reaction rate, k 3 is the reaction rate, R represents the gas constant, wherein the inhibitor by the difference in adsorption rate is over time replaced by the leveler agent is over time replaced by the Cu (I) species, alpha movement coefficient F is Faraday constant, d is the molar density of copper, n represents a valence of copper.
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