JP6170938B2 - 電気めっき溶液内のレベラー濃度の監視 - Google Patents
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Description
本出願は、参照によってその全体を本明細書に組み込まれる、2011年12月12日に出願された発明の名称を「MONITORING LEVELER CONCENTRATIONS IN ELECTROPLATING SOLUTIONS(電気めっき溶液内のレベラー濃度の監視)」とする米国仮特許出願第61/569,741号に基づく優先権を主張する。
本出願では、「半導体ウエハ」、「ウエハ」、「基板」、「ウエハ基板」、及び「一部作成された集積回路」という用語が、区別なく使用される。当業者ならば、「一部作成された集積回路」という用語が、集積回路を上に作成される多数の段階のうちの任意にあるときのシリコンウエハを指しうることを理解することができるだろう。以下の詳細な説明は、本発明を、ウエハ上で具現化されるものと想定している。しかしながら、本発明は、そのように限定はされず、被加工物は、形状、サイズ、及び材料が様々であってよい。半導体ウエハ以外に、本発明を活かせるだろうその他の被加工物として、プリント回路基板などの様々な物品が挙げられる。
めっき浴内のレベラーの低濃度を検出する方法及び関連の装置が説明される。便宜上、これらの技術は、事前促進−回復−分極(PARP)方法及び装置と呼ぶことができる。本明細書では、シリコン貫通電極構造(TSV)をめっきするために使用される銅めっき浴との関連のもとで、検出方法の1つが説明されるが、その概念は、その用途又は金属に限定されない(その他の用途及びめっき材料として、例えば、ダマシン、バンプ、パッド、及びコネクタタブのめっき、並びに錫、銀、ニッケル、金などの金属が挙げられる)。通常は、作用電極への質量移動対流を再現可能に維持するのに適した電気化学めっき装置が使用される。この装置は、制御された温度と、質量移動境界層とを提供するだろう。このようなめっき装置の一例は、回転する環/円盤/円柱電極、又は衝突噴流若しくは衝突噴水と、動くパドル(パドルプレータ)とを含むものである。
様々な実施形態において、レベラー濃度は、ex−situで(すなわち、めっきのために使用されるツール及び浴の外で)測定される。このような実施形態では、浴サンプルは、浴タンクから抽出され、別個のテスト装置において処理され、主めっき装置の外で濃度を測定される。それでもなお、目標は、通常、めっき装置の浴内に又は被加工物が処理されるめっきセルにめっき溶液を供給する貯蔵器内に目下存在している(又はごく最近存在していた)ときのレベラー濃度を測定することである。この目標を達成するために、貯蔵器から、又はめっき装置の流体系のその他の構成要素から、めっき溶液のテストサンプルが抽出されてよい。
本明細書で以上に説明された装置/方法は、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、LED、光起電性パネルなどの加工又は製造のために、リソグラフィパターニングのツール又はプロセスと併用されてよい。必ずしもそうとは限らないが、総じて、このようなツール/プロセスは、共通の加工施設のなかで併せて使用される又は実施される。膜のリソグラフィパターニングは、一般に、(1)スピンオンツール又は噴き付けツールを使用して、被加工物にフォトレジストを塗布する工程、(2)加熱板又は加熱炉又は紫外線硬化ツールを使用して、フォトレジストを硬化させる工程、(3)ウエハステッパなどのツールによって、可視光又は紫外線又はX線にフォトレジストを暴露させる工程、(4)レジストを選択的に除去してパターン化するために、ウェットベンチなどのツールを使用して、レジストを現像する工程、(5)ドライ又はプラズマ強化式のエッチングツールを使用することによって、レジストパターンをその下の膜又は被加工物に転写する工程、並びに(6)RF又はマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを使用して、レジストを除去する工程の、幾つか又は全部を含み、各工程は、考えられる幾つかのツールによってそれぞれ可能にされる。
適用例1:テスト溶液内のレベラー濃度を決定する方法であって、(a)金属表面を有する電極を提供すること、(b)少なくとも1種の促進剤化合物を含む事前促進溶液に前記電極を暴露し、前記電極の前記表面が前記少なくとも1種の促進剤化合物で実質的に飽和されることを可能にすること、(c)レベラーの濃度が未知のテスト溶液内で前記電極をめっきしながら電気化学応答を測定すること、(d)操作(c)で得られた前記電気化学応答を、レベラー濃度を既知の電気化学応答に関係付けるモデルと比較することによって、前記テスト溶液内のレベラー濃度を決定すること、を備える方法。
適用例2:適用例1に記載の方法であって、前記電極は、回転円盤電極である、方法。
適用例3:適用例2に記載の方法であって、前記回転円盤電極は、操作(c)中に、約100〜5000毎分回転数で回転する、方法。
適用例4:適用例2に記載の方法であって、前記回転円盤電極は、操作(c)中に、約400を超える毎分回転数で回転する、方法。
適用例5:適用例1に記載の方法であって、前記電極は、金属でめっきされる、方法。
適用例6:適用例5に記載の方法であって、前記電極は、銅でめっきされる、方法。
適用例7:適用例1に記載の方法であって、操作(d)における前記モデルは、既知のレベラー濃度を有する溶液で操作(a)〜(c)を実施することによって形成される、方法。
適用例8:適用例1に記載の方法であって、前記電気化学応答は、ガルバノメトリックスイープ、剥離、又はACインピーダンスを通じて測定される、方法。
適用例9:適用例1に記載の方法であって、前記測定される電気化学応答は、ボルタンメトリ応答又はポーラログラフィ応答である、方法。
適用例10:適用例1に記載の方法であって、操作(c)は、更に、(i)定電流で前記電極を分極させること、(ii)前記電極の電位を経時的に測定すること、を備える、方法。
適用例11:適用例1に記載の方法であって、操作(c)は、更に、(i)定電位で前記電極を分極させること、(ii)前記電極への電流又は電流密度を経時的に測定すること、を備える、方法。
適用例12:適用例1に記載の方法であって、前記事前促進溶液は、脱イオン水内又は弱酸内に0.05〜10g/Lの促進剤化合物を含む、方法。
適用例13:適用例1に記載の方法であって、前記促進剤化合物は、メルカプトプロパンスルホン酸、ジメルカプトプロパンスルホン酸、メルカプトエタンスルホン酸、ジメルカプトエタンスルホン酸、及びビス−(3−スルホプロピル)−ジスルフィドからなる群より選択される、方法。
適用例14:適用例1に記載の方法であって、前記電極は、前記テスト溶液内に存在するのと同じ金属イオンを含む事前めっき溶液内でめっきされる、方法。
適用例15:適用例1に記載の方法であって、前記事前めっき溶液は、いかなるレベラーも含まない、方法。
適用例16:適用例1に記載の方法であって、前記事前めっき溶液は、操作(d)において濃度が特徴付けられるレベラーと同じ種のレベラーは含まない、方法。
適用例17:適用例1に記載の方法であって、前記事前めっき溶液は、硫酸銅及び酸の補給溶液である、方法。
適用例18:適用例1に記載の方法であって、前記事前めっき溶液は、硫酸銅及び塩化物イオンの補給溶液である、方法。
適用例19:適用例1に記載の方法であって、更に、操作(b)の前に、前記金属めっき電極を脱イオン水ですすぐことを備える方法。
適用例20:適用例1に記載の方法であって、更に、操作(b)中に、約5mA/cm 2 を超える電流密度の電流を前記電極に印加することを備える方法。
適用例21:適用例1に記載の方法であって、操作(d)において、前記電極の近くの前記溶液内の境界層厚さは約60ミクロン未満である、方法。
適用例22:適用例1に記載の方法であって、更に、前記電極をその開始状態に回復させることを備える方法。
適用例23:適用例22に記載の方法であって、前記金属めっき電極は、機械的技術、化学的技術、又は電気化学的技術を通じてその開始状態に回復される、方法。
適用例24:適用例23に記載の方法であって、前記金属めっき電極は、化学的エッチングを通じてその開始状態に回復される、方法。
適用例25:適用例23に記載の方法であって、前記金属めっき電極は、ボルタンメントリ陽極酸化を通じてその開始状態に回復される、方法。
適用例26:適用例1に記載の方法であって、主めっき装置の外部で実施される方法。
適用例27:適用例1に記載の方法であって、テスト溶液ごとに1日に1〜10回繰り返される方法。
適用例28:適用例1に記載の方法であって、更に、(c)吸着されなかった促進剤化合物を除去するために、操作(c)の前に前記電極をすすぐことを備える方法。
適用例29:溶液内のレベラー濃度を決定する方法であって、(a)金属表面を有する電極を提供すること、(b)少なくとも1種の促進剤化合物を含む事前促進溶液に前記電極を暴露し、前記電極の表面が前記少なくとも1種の促進剤化合物で実質的に飽和されることを可能にすること、(c)レベラーの濃度が既知の第1の溶液と、レベラーの濃度が未知の第2の溶液とを提供すること、(d)第2の溶液を第1の溶液に加えることによって、第3の溶液を調製すること、(e)前記第3の溶液内で前記電極をめっきしながら電気化学応答を測定すること、(f)操作(e)で得られた前記電気化学応答を、レベラー濃度を既知の電気化学応答に関係付けるモデルと比較することによって、前記第3の溶液内のレベラー濃度を決定すること、(g)前記第1の溶液内の前記既知のレベラー濃度と、前記決定された前記第3の溶液内のレベラー濃度と、操作(d)で加えられた前記第2の溶液の量とを関係付けることによって、前記第2の溶液内のレベラー濃度を決定すること、を備える方法。
適用例30:適用例29に記載の方法であって、前記第2の溶液は、電気めっき装置からとられた溶液のサンプルを含む、方法。
適用例31:適用例29に記載の方法であって、前記第2の溶液内のレベラー濃度は、前記第1の溶液内の前記レベラー濃度と、操作(d)において加えられた前記第2の溶液の量と、操作(e)で得られた前記電気化学応答とに基づいて前記第2の溶液内のレベラー濃度を計算するための命令でプログラムされた、コントローラによって決定される、方法。
適用例32:適用例29に記載の方法であって、更に、吸着されなかった促進剤化合物を除去するために、操作(c)の前に前記電極をすすぐことを備える方法。
適用例33:適用例29に記載の方法であって、前記方法で使用される2種以上の溶液は、異なる容器に入れて提供される、方法。
適用例34:適用例33に記載の方法であって、前記容器は、運搬メカニズム搭載されて提供される、方法。
適用例35:適用例33に記載の方法であって、前記容器は、不動であり、前記電極は、前記容器に相対的に可動である、方法。
適用例36:電気めっき溶液内のレベラー濃度を監視するための装置であって、金属表面を有する電極と、溶液内における前記電極の電気化学応答を、前記電極にカソード電流が供給されるのに伴って測定するように構成された1つ以上の電気化学セルと、前記測定された前記電極の電気化学応答に基づいて、前記溶液内のレベラー濃度を決定するように構成されているコントローラと、を備える装置。
適用例37:適用例36に記載の装置であって、前記コントローラは、更に、前記金属めっき電極への既定の電流又は電位の送達を生じるように設計又は構成されている、装置。
適用例38:適用例36に記載の装置であって、前記コントローラは、更に、1つ以上の容器への1種以上の流体の投入を生じるように設計又は構成されている、装置。
適用例39:適用例36に記載の装置であって、前記コントローラは、更に、前記テスト溶液内に存在するとして決定されたレベラー濃度に応答してめっき溶液にレベラーを投与することによって、電気めっきシステムにおけるレベラーのレベルを調整するように設計又は構成される、装置。
適用例40:電気めっき溶液内のレベラー濃度を監視するための装置であって、
金属表面を有する電極と、前記電極の電気化学応答を測定するように構成された測定装置と、前記電極が少なくとも1種の促進化合物によって飽和され次いでテスト溶液内でめっきされた後に測定された前記電極の電気化学応答を、レベラー濃度を既知の電気化学応答に関係付けるモデルに適用することによって、前記テスト溶液内に存在するレベラー濃度を決定するように設計又は構成されているコントローラと、を備える装置。
適用例41:適用例40に記載の装置であって、前記コントローラは、更に、前記金属めっき電極への既定の電流又は電位の送達を生じるように設計又は構成されている、装置。
適用例42:適用例40に記載の装置であって、前記コントローラは、更に、1つ以上の容器への1種以上の流体の投入を生じるように設計又は構成されている、装置。
適用例43:適用例40に記載の装置であって、前記コントローラは、更に、前記テスト溶液内に存在するとして決定されたレベラー濃度に応答してめっき溶液にレベラーを投与することによって、電気めっきシステムにおけるレベラーのレベルを調整するように設計又は構成される、装置。
適用例44:適用例40に記載の装置であって、前記コントローラは、更に、めっき溶液内のレベラー濃度を既定の範囲内に維持するように設計又は構成される、装置。
適用例45:適用例44に記載の装置であって、前記レベラー濃度の既定の範囲は、約1〜1000ppmである、装置。
Claims (35)
- テスト溶液内のレベラー濃度を決定する方法であって、
(a)金属表面を有する電極を提供すること、
(b)少なくとも1種の促進剤化合物を含む事前促進溶液に前記電極を暴露し、前記電極を前記事前促進溶液から取り出す前に前記電極の前記表面が前記少なくとも1種の促進剤化合物で実質的に飽和されることを可能にすること、
(c)前記実質的に飽和された電極をレベラーの濃度が未知のテスト溶液に暴露し、前記テスト溶液内で前記実質的に飽和された電極をめっきしながら電気化学応答を測定すること、
(d)操作(c)で得られた前記電気化学応答を、レベラー濃度を既知の電気化学応答に関係付けるモデルと比較することによって、前記テスト溶液内のレベラー濃度を決定すること、
を備える方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記電極は、回転円盤電極である、方法。 - 請求項2に記載の方法であって、
前記回転円盤電極は、操作(c)中に、約100〜5000毎分回転数で回転する、方法。 - 請求項2に記載の方法であって、
前記回転円盤電極は、操作(c)中に、約400を超える毎分回転数で回転する、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
操作(a)で提供された電極は、金属でめっきされる、方法。 - 請求項5に記載の方法であって、
操作(a)で提供された電極は、銅でめっきされる、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
操作(d)における前記モデルは、既知のレベラー濃度を有する溶液で操作(a)〜(c)を実施することによって形成される、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記電気化学応答は、ガルバノメトリックスイープ、剥離、又はACインピーダンスを通じて測定される、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記測定される電気化学応答は、ボルタンメトリ応答又はポーラログラフィ応答である、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
操作(c)は、更に、
(i)定電流で前記実質的に飽和された電極を分極させること、
(ii)前記実質的に飽和された電極の電位を経時的に測定すること、
を備える、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
操作(c)は、更に、
(i)定電位で前記実質的に飽和された電極を分極させること、
(ii)前記実質的に飽和された電極への電流又は電流密度を経時的に測定すること、
を備える、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記事前促進溶液は、脱イオン水内又は弱酸内に0.05〜10g/Lの促進剤化合物を含む、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記促進剤化合物は、メルカプトプロパンスルホン酸、ジメルカプトプロパンスルホン酸、メルカプトエタンスルホン酸、ジメルカプトエタンスルホン酸、及びビス−(3−スルホプロピル)−ジスルフィドからなる群より選択される、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記電極は、前記テスト溶液内に存在するのと同じ金属イオンを含む事前めっき溶液内でめっきされる、方法。 - 請求項14に記載の方法であって、
前記事前めっき溶液は、いかなるレベラーも含まない、方法。 - 請求項14に記載の方法であって、
前記事前めっき溶液は、操作(d)において濃度が特徴付けられるレベラーと同じ種のレベラーは含まない、方法。 - 請求項14に記載の方法であって、
前記事前めっき溶液は、硫酸銅及び酸の補給溶液である、方法。 - 請求項14に記載の方法であって、
前記事前めっき溶液は、硫酸銅及び塩化物イオンの補給溶液である、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、更に、
操作(b)の前に、前記電極を脱イオン水ですすぐことを備える方法。 - 請求項1に記載の方法であって、更に、
操作(b)中に、約5mA/cm2を超える電流密度の電流を前記電極に印加することを備える方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
操作(c)において、前記実質的に飽和された電極の近くの前記溶液内の境界層厚さは約60ミクロン未満である、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、更に、
前記電極をその開始状態に回復させることを備える方法。 - 請求項22に記載の方法であって、
前記電極は、機械的技術、化学的技術、又は電気化学的技術を通じてその開始状態に回復される、方法。 - 請求項23に記載の方法であって、
前記電極は、化学的エッチングを通じてその開始状態に回復される、方法。 - 請求項23に記載の方法であって、
前記電極は、ボルタンメントリ陽極酸化を通じてその開始状態に回復される、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
主めっき装置の外部で実施される方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
テスト溶液ごとに1日に1〜10回繰り返される方法。 - 請求項1に記載の方法であって、更に、
(e)吸着されなかった促進剤化合物を除去するために、操作(c)の前に前記実質的に飽和された電極をすすぐことを備える方法。 - 溶液内のレベラー濃度を決定する方法であって、
(a)金属表面を有する電極を提供すること、
(b)少なくとも1種の促進剤化合物を含む事前促進溶液に前記電極を暴露し、前記電極の表面が前記少なくとも1種の促進剤化合物で実質的に飽和されることを可能にすること、
(c)レベラーの濃度が既知の第1の溶液と、レベラーの濃度が未知の第2の溶液とを提供すること、
(d)第2の溶液を第1の溶液に加えることによって、第3の溶液を調製すること、
(e)前記第3の溶液内で前記電極をめっきしながら電気化学応答を測定すること、
(f)操作(e)で得られた前記電気化学応答を、レベラー濃度を既知の電気化学応答に関係付けるモデルと比較することによって、前記第3の溶液内のレベラー濃度を決定すること、
(g)前記第1の溶液内の前記既知のレベラー濃度と、前記決定された前記第3の溶液内のレベラー濃度と、操作(d)で加えられた前記第2の溶液の量とを関係付けることによって、前記第2の溶液内のレベラー濃度を決定すること、
を備える方法。 - 請求項29に記載の方法であって、
前記第2の溶液は、電気めっき装置からとられた溶液のサンプルを含む、方法。 - 請求項29に記載の方法であって、
前記第2の溶液内のレベラー濃度は、前記第1の溶液内の前記レベラー濃度と、操作(d)において加えられた前記第2の溶液の量と、操作(e)で得られた前記電気化学応答とに基づいて前記第2の溶液内のレベラー濃度を計算するための命令でプログラムされた、コントローラによって決定される、方法。 - 請求項29に記載の方法であって、更に、
吸着されなかった促進剤化合物を除去するために、操作(c)の前に前記電極をすすぐことを備える方法。 - 請求項29に記載の方法であって、
前記方法で使用される2種以上の溶液は、異なる容器に入れて提供される、方法。 - 請求項33に記載の方法であって、
前記容器は、運搬メカニズム搭載されて提供される、方法。 - 請求項33に記載の方法であって、
前記容器は、不動であり、前記電極は、前記容器に相対的に可動である、方法。
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