JPH08239800A - 金属をメッキする方法および装置 - Google Patents
金属をメッキする方法および装置Info
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- JPH08239800A JPH08239800A JP7339865A JP33986595A JPH08239800A JP H08239800 A JPH08239800 A JP H08239800A JP 7339865 A JP7339865 A JP 7339865A JP 33986595 A JP33986595 A JP 33986595A JP H08239800 A JPH08239800 A JP H08239800A
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- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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- C25D21/12—Process control or regulation
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S204/00—Chemistry: electrical and wave energy
- Y10S204/09—Wave forms
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- Materials Engineering (AREA)
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- Organic Chemistry (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属をメッキする方法および装置を提供す
る。 【解決手段】 この方法および装置は、電流大きさ特性
が大きく変化する可能性のある電圧パルスを、並列抵抗
および容量について大きな電気リアクタンスを有するメ
ッキ電極１２および対象物１４に印加し、その目的は、
電極１２と対象物１４との間の電位をプログラム済みメ
ッキ電圧過電位および不足電位に増加することである。
プログラム済みメッキ電圧過電位は、電気化学反応が拡
散層においてどの程度速く進行できるかを決定し、プロ
グラム済み電圧不足電位は、拡散層の電気化学反応がど
の程度速く遅くなるかを決定する。
る。 【解決手段】 この方法および装置は、電流大きさ特性
が大きく変化する可能性のある電圧パルスを、並列抵抗
および容量について大きな電気リアクタンスを有するメ
ッキ電極１２および対象物１４に印加し、その目的は、
電極１２と対象物１４との間の電位をプログラム済みメ
ッキ電圧過電位および不足電位に増加することである。
プログラム済みメッキ電圧過電位は、電気化学反応が拡
散層においてどの程度速く進行できるかを決定し、プロ
グラム済み電圧不足電位は、拡散層の電気化学反応がど
の程度速く遅くなるかを決定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、金属をメッキ
する装置および方法に関し、さらに詳しくは、電子製品
上の相互接続(interconnects) をメッキする装置および
方法を提供する。
する装置および方法に関し、さらに詳しくは、電子製品
上の相互接続(interconnects) をメッキする装置および
方法を提供する。
【０００２】
【従来の技術】メッキ処理とは電気化学的な処理で、被
着対象の表面と電極との間に電位を生成することにより
金属の層を表面に被着する。電子産業では、このメッキ
装置および方法は、半導体ウェハの一部上に金属層をメ
ッキして、相互接続，ワイヤ・ボンディング部位，フリ
ップ・チップ・ボンディング部位またはテープ自動化ボ
ンディング部位を形成する。
着対象の表面と電極との間に電位を生成することにより
金属の層を表面に被着する。電子産業では、このメッキ
装置および方法は、半導体ウェハの一部上に金属層をメ
ッキして、相互接続，ワイヤ・ボンディング部位，フリ
ップ・チップ・ボンディング部位またはテープ自動化ボ
ンディング部位を形成する。
【０００３】従来利用されたメッキ・システムには、電
気化学拡散層(electrochemical diffusion layer) の充
電および放電の不定制御(indeterminate control) とい
う問題があり、その結果、ウェハ上の不均等な被着特性
および非平坦なバンプ被着が生じた。図１は、従来の製
造方法を用いたかかるメッキ・バンプ被着の走査電子顕
微鏡写真図を示す。
気化学拡散層(electrochemical diffusion layer) の充
電および放電の不定制御(indeterminate control) とい
う問題があり、その結果、ウェハ上の不均等な被着特性
および非平坦なバンプ被着が生じた。図１は、従来の製
造方法を用いたかかるメッキ・バンプ被着の走査電子顕
微鏡写真図を示す。
【０００４】従来、不均等な被着は、従来のメッキ・シ
ステムが拡散層のイオン空乏を最小限に抑えるために必
要な高周波数および高電流で動作できなかったために生
じた。従来技術の別の問題点は、電圧および電流印加モ
ード(forcing mode)の制御に関するメッキ・パラメータ
の不正確な制御や、プログラムされたデューティ・サイ
クルおよび周波数応答の精度および帯域幅であった。さ
らに、従来のシステムは、メッキ液の有効製造寿命中に
必要とされる高パルス・メッキ周波数において一貫した
ピーク動作電流分布を維持できなかった。
ステムが拡散層のイオン空乏を最小限に抑えるために必
要な高周波数および高電流で動作できなかったために生
じた。従来技術の別の問題点は、電圧および電流印加モ
ード(forcing mode)の制御に関するメッキ・パラメータ
の不正確な制御や、プログラムされたデューティ・サイ
クルおよび周波数応答の精度および帯域幅であった。さ
らに、従来のシステムは、メッキ液の有効製造寿命中に
必要とされる高パルス・メッキ周波数において一貫した
ピーク動作電流分布を維持できなかった。
【０００５】従来の方法は、パルス期間の長さに比べて
比較的長い時間期間中に電流需要を検出するオペアンプ
に依存する。従来のオペアンプは、約２０秒の積分時定
数を有する積分回路として構成される。すなわち、短い
時間期間の電流需要の瞬時変化に対してあまり高速に対
応できない。従来のオペアンプ集積回路の出力は、ＭＯ
ＳＦＥＴ電圧制御デバイスのゲートに接続される。ＭＯ
ＳＦＥＴは、ゲート電圧が増加すると、ＭＯＳＦＥＴが
より「オン」にバイアスされるという点で電流レギュレ
ータとして機能し、この動作により、ブリッジ回路を介
してより多くの電流を電気化学的反応セルに流すことが
できる。このゲート電圧は、オペアンプ集積回路によっ
て影響を受けるのに長い時間がかかる。
比較的長い時間期間中に電流需要を検出するオペアンプ
に依存する。従来のオペアンプは、約２０秒の積分時定
数を有する積分回路として構成される。すなわち、短い
時間期間の電流需要の瞬時変化に対してあまり高速に対
応できない。従来のオペアンプ集積回路の出力は、ＭＯ
ＳＦＥＴ電圧制御デバイスのゲートに接続される。ＭＯ
ＳＦＥＴは、ゲート電圧が増加すると、ＭＯＳＦＥＴが
より「オン」にバイアスされるという点で電流レギュレ
ータとして機能し、この動作により、ブリッジ回路を介
してより多くの電流を電気化学的反応セルに流すことが
できる。このゲート電圧は、オペアンプ集積回路によっ
て影響を受けるのに長い時間がかかる。
【０００６】従来の回路の総合効果は、メッキ対象物
（実質的に、並列コンデンサおよび抵抗器）上の電気化
学的な拡散層の電気リアクタンスを充電する能力は、周
波数の増加によって制限される。周波数が３０Ｈｚ以上
に増加すると、拡散層の電気化学的な時定数は、従来の
回路が電気化学拡散層を充電する能力を無効にする。電
荷移動(charge transfer) の量は、電圧および電流制御
モードの両モードにおいて、ただし主に電圧制御モード
において、従来の回路の立ち上がりおよび立ち下がりで
電気化学拡散層に制限されるので、従来の装置を利用す
ると、不安定で予測できない金属被着が形成される。
（実質的に、並列コンデンサおよび抵抗器）上の電気化
学的な拡散層の電気リアクタンスを充電する能力は、周
波数の増加によって制限される。周波数が３０Ｈｚ以上
に増加すると、拡散層の電気化学的な時定数は、従来の
回路が電気化学拡散層を充電する能力を無効にする。電
荷移動(charge transfer) の量は、電圧および電流制御
モードの両モードにおいて、ただし主に電圧制御モード
において、従来の回路の立ち上がりおよび立ち下がりで
電気化学拡散層に制限されるので、従来の装置を利用す
ると、不安定で予測できない金属被着が形成される。
【０００７】特に電子産業界では、従来利用されてきた
システムの他の問題点の他に、上記の問題により、ウェ
ハ毎におよびウェハ内の相互接続ボンディング部位間
で、金属被着肉厚，平坦性，粒子構造および被着硬度の
許容できないプロセス変化が生じた。理解されるよう
に、電気化学処理の制御および金属被着の最適化を高度
に制御するシステムが必要とされる。
システムの他の問題点の他に、上記の問題により、ウェ
ハ毎におよびウェハ内の相互接続ボンディング部位間
で、金属被着肉厚，平坦性，粒子構造および被着硬度の
許容できないプロセス変化が生じた。理解されるよう
に、電気化学処理の制御および金属被着の最適化を高度
に制御するシステムが必要とされる。
【０００８】
【実施例】本発明は、均等な厚さおよび平坦な形状の導
電メタライゼーション・シード層を有する半導体ウェハ
基板上に金属被着をメッキすることを可能にする。本発
明は、融解金属および化学水溶液からさまざまな金属物
質を、半導体ウェハのシード層上に電気化学的に被着す
ることを促進する。これは、単一ウェハ上に数千または
数万もの超小型形状(microfeature)からなる半導体ウェ
ハ上で、超小型形状の均等性および平坦性がデバイス毎
に必要される電子産業界で特に有利である。均等性およ
び平坦性は、精密半導体最終製造および組立機器をあま
り調整せずに、製造中に適切な組立歩どまりを維持する
ために必要である。メッキ・システムは、金属を被着す
る代わりに金属をエッチングするシステムに容易に変換
できることは当技術分野で周知である。
電メタライゼーション・シード層を有する半導体ウェハ
基板上に金属被着をメッキすることを可能にする。本発
明は、融解金属および化学水溶液からさまざまな金属物
質を、半導体ウェハのシード層上に電気化学的に被着す
ることを促進する。これは、単一ウェハ上に数千または
数万もの超小型形状(microfeature)からなる半導体ウェ
ハ上で、超小型形状の均等性および平坦性がデバイス毎
に必要される電子産業界で特に有利である。均等性およ
び平坦性は、精密半導体最終製造および組立機器をあま
り調整せずに、製造中に適切な組立歩どまりを維持する
ために必要である。メッキ・システムは、金属を被着す
る代わりに金属をエッチングするシステムに容易に変換
できることは当技術分野で周知である。
【０００９】電気化学拡散層の充電および放電特性の確
定制御，パルス・メッキ・パラメータの正確な制御，本
格的な電圧印加および電流印加，広範囲のメッキ電圧お
よび電流における正確なキャリブレーション，電圧およ
び電流の本格的なＡＣおよびＤＣ印加，各メッキ反応セ
ルの独立した制御，パルス波形および反応時間の正確な
タイミング，およびシステム・ハードウェアの簡単で再
現可能なキャリブレーションが不可能であった従来のシ
ステムの問題点を解決するメッキ・システムについて以
下で開示する。
定制御，パルス・メッキ・パラメータの正確な制御，本
格的な電圧印加および電流印加，広範囲のメッキ電圧お
よび電流における正確なキャリブレーション，電圧およ
び電流の本格的なＡＣおよびＤＣ印加，各メッキ反応セ
ルの独立した制御，パルス波形および反応時間の正確な
タイミング，およびシステム・ハードウェアの簡単で再
現可能なキャリブレーションが不可能であった従来のシ
ステムの問題点を解決するメッキ・システムについて以
下で開示する。
【００１０】図２は、本発明の実施例を示す。電気化学
液１１を有するメッキ・セル１０が設けられ、その中に
は電極１２およびメッキ対象物（対象物）１４が配置さ
れる。水晶微量天秤(Quartz Crystal Microbalance) １
６は、対象物１４に被着される際の金属の肉厚を検出す
るために、電気化学液１１に浸漬される。一例では、対
象物１４は半導体ウェハからなる。また、ソフトウェア
１９に結合されたアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
１８に信号を供給するため、導電性センサ(conductivit
y sensor) １７も電気化学液１１に浸漬される。センサ
１９は、電極１２と対象物１４との間で電気化学液１１
の抵抗を判定するため、導電性信号を受信・処理する。
液１１を有するメッキ・セル１０が設けられ、その中に
は電極１２およびメッキ対象物（対象物）１４が配置さ
れる。水晶微量天秤(Quartz Crystal Microbalance) １
６は、対象物１４に被着される際の金属の肉厚を検出す
るために、電気化学液１１に浸漬される。一例では、対
象物１４は半導体ウェハからなる。また、ソフトウェア
１９に結合されたアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
１８に信号を供給するため、導電性センサ(conductivit
y sensor) １７も電気化学液１１に浸漬される。センサ
１９は、電極１２と対象物１４との間で電気化学液１１
の抵抗を判定するため、導電性信号を受信・処理する。
【００１１】メッキ・セル・ドライバ回路（ドライバ回
路）３０は、入力２０および電極１２に結合される。メ
ッキ・セル・ドライバ回路３０は、波形発生器２０から
制御信号を受信する。制御信号は、波形発生器ソースま
たは他の手段によって生成できる。電圧印加モード(vol
tage forcing mode)では、メッキ・セル・ドライバ回路
３０は、電気化学反応をシミュレーションするコンピュ
ータ・システム４００によって制御されるソフトウェア
・アルゴリズムから応答して、みっき・セルに印加され
る複数の電圧レベルおよびデューティ・サイクルに関す
る印加電圧パルス特性を変更して、メッキ・セル１０に
おいて所望の金属被着特性を生成する。電流印加モード
(current forcing mode)では、メッキ・セル・ドライバ
回路３０は、電気化学反応をシミュレーションするコン
ピュータ・システム４００によって制御されるソフトウ
ェア・アルゴリズムから応答して、メッキ・セル１０に
印加される複数の電流レベルおよびデューティ・サイク
ルに関する印加電流パルス特性を変更して、メッキ・セ
ル１０において所望の金属被着特性を生成する。
路）３０は、入力２０および電極１２に結合される。メ
ッキ・セル・ドライバ回路３０は、波形発生器２０から
制御信号を受信する。制御信号は、波形発生器ソースま
たは他の手段によって生成できる。電圧印加モード(vol
tage forcing mode)では、メッキ・セル・ドライバ回路
３０は、電気化学反応をシミュレーションするコンピュ
ータ・システム４００によって制御されるソフトウェア
・アルゴリズムから応答して、みっき・セルに印加され
る複数の電圧レベルおよびデューティ・サイクルに関す
る印加電圧パルス特性を変更して、メッキ・セル１０に
おいて所望の金属被着特性を生成する。電流印加モード
(current forcing mode)では、メッキ・セル・ドライバ
回路３０は、電気化学反応をシミュレーションするコン
ピュータ・システム４００によって制御されるソフトウ
ェア・アルゴリズムから応答して、メッキ・セル１０に
印加される複数の電流レベルおよびデューティ・サイク
ルに関する印加電流パルス特性を変更して、メッキ・セ
ル１０において所望の金属被着特性を生成する。
【００１２】スイッチ６０は、システムの動作モードを
選択する。ディフォルト位置では、スイッチ６０は電圧
印加モードを選択し、それによりドライバ３０はプログ
ラム可能なデューティ・サイクルおよびプログラム可能
な周波数で複数の電圧レベルのプログラム可能なパルス
列を出力する。スイッチ６０は、コンピュータ化制御素
子７５からのデジタル信号ソースによって制御される検
出点選択器(sense point selector)である。スイッチ６
０は、電極１２から検出された電圧を配線のフィードバ
ック・ネットワークを介してドライバ３０および波形発
生器２０の入力に送出する。電極１２において検出され
た電圧は、ドライバ回路３０および波形発生器２０に対
して、フィードバック・ループを閉じる手段を提供し、
増幅器３０を介して、および電極１２において、小さい
信号波形発生器２０からのプログラムされた電圧に対す
る安定性およびコンプライアンスを保証する。
選択する。ディフォルト位置では、スイッチ６０は電圧
印加モードを選択し、それによりドライバ３０はプログ
ラム可能なデューティ・サイクルおよびプログラム可能
な周波数で複数の電圧レベルのプログラム可能なパルス
列を出力する。スイッチ６０は、コンピュータ化制御素
子７５からのデジタル信号ソースによって制御される検
出点選択器(sense point selector)である。スイッチ６
０は、電極１２から検出された電圧を配線のフィードバ
ック・ネットワークを介してドライバ３０および波形発
生器２０の入力に送出する。電極１２において検出され
た電圧は、ドライバ回路３０および波形発生器２０に対
して、フィードバック・ループを閉じる手段を提供し、
増幅器３０を介して、および電極１２において、小さい
信号波形発生器２０からのプログラムされた電圧に対す
る安定性およびコンプライアンスを保証する。
【００１３】第２位置では、スイッチ６０は電流印加モ
ードを選択し、それによりドライバ３０は、プログラム
可能なデューティ・サイクルおよびプログラム可能な周
波数で複数の電流レベルのプログラム可能なパルス列を
出力する。スイッチ６０は、メッキ・セル１０を介して
検出された電流をドライバ回路３０および波形発生器２
０の入力に送出する。メッキ・セル１０を介して検出さ
れた電流は、ドライバ回路３０および波形発生器２０に
対してフィードバック・ループを閉じる手段を提供し、
ドライバ回路３０を介して、およびメッキ・セル１０を
介して、小さい信号波形発生器２０からのプログラムさ
れた電流に対する増幅器安定性およびコンプライアンス
を保証する。
ードを選択し、それによりドライバ３０は、プログラム
可能なデューティ・サイクルおよびプログラム可能な周
波数で複数の電流レベルのプログラム可能なパルス列を
出力する。スイッチ６０は、メッキ・セル１０を介して
検出された電流をドライバ回路３０および波形発生器２
０の入力に送出する。メッキ・セル１０を介して検出さ
れた電流は、ドライバ回路３０および波形発生器２０に
対してフィードバック・ループを閉じる手段を提供し、
ドライバ回路３０を介して、およびメッキ・セル１０を
介して、小さい信号波形発生器２０からのプログラムさ
れた電流に対する増幅器安定性およびコンプライアンス
を保証する。
【００１４】ＱＣＭ１６は、メッキ工程中に金属被着の
肉厚を監視するために、電気化学液１１に浸漬される。
ＱＣＭ１６は、ドライバ回路３０が電圧印加モードのと
き、電極１２および対象物１４と電気的に並列である。
電圧印加モードは、ドライバ３０が設定周波数およびデ
ューティ・サイクルの電圧パルスの固定レベルを電極１
２に供給して、それによりメッキ・セル１０に印加され
る電流が、対象物１４にメッキされる表面積，メッキ面
に流れる流体の流体力学，金属電気化学液１１のイオン
濃度などに依存して変化するときの、ドライバ３０の状
態と定義される。それにより、ＱＣＭ１６は、半導体ウ
ェハメッキ工程中にメッキされる追加領域となり、メッ
キ対象物１４に比例して電流を消費する。
肉厚を監視するために、電気化学液１１に浸漬される。
ＱＣＭ１６は、ドライバ回路３０が電圧印加モードのと
き、電極１２および対象物１４と電気的に並列である。
電圧印加モードは、ドライバ３０が設定周波数およびデ
ューティ・サイクルの電圧パルスの固定レベルを電極１
２に供給して、それによりメッキ・セル１０に印加され
る電流が、対象物１４にメッキされる表面積，メッキ面
に流れる流体の流体力学，金属電気化学液１１のイオン
濃度などに依存して変化するときの、ドライバ３０の状
態と定義される。それにより、ＱＣＭ１６は、半導体ウ
ェハメッキ工程中にメッキされる追加領域となり、メッ
キ対象物１４に比例して電流を消費する。
【００１５】好適な実施例では、ＱＣＭの水晶は直径
１．０インチで肉厚０．０１５インチの平坦な円形プレ
ートである。水晶は、一般に発振回路の一部として、そ
の共振周波数で電気的に励起される。水晶は、数ＭＨｚ
のレートで厚さ剪断モード(thickness shear mode)にお
いて振動する。水晶は、電気化学液１１に挿入されるプ
ローブの端部に装着される。コネクタ９０に接続される
電気ケーブルは、ＱＣＭ１６の信号を信号調整器(signa
l conditioner)９１に送信する。信号調整器９１は、シ
ュミット・トリガ回路(Schmitt trigger circuitry) を
利用して、ＱＣＭ１６の信号の非対称パルス特性を調整
(square up) する。信号調整器９１からのＱＣＭ１６の
信号は、周波数検出器９２に結合され、デジタル・カウ
ンタ９３にも結合される。
１．０インチで肉厚０．０１５インチの平坦な円形プレ
ートである。水晶は、一般に発振回路の一部として、そ
の共振周波数で電気的に励起される。水晶は、数ＭＨｚ
のレートで厚さ剪断モード(thickness shear mode)にお
いて振動する。水晶は、電気化学液１１に挿入されるプ
ローブの端部に装着される。コネクタ９０に接続される
電気ケーブルは、ＱＣＭ１６の信号を信号調整器(signa
l conditioner)９１に送信する。信号調整器９１は、シ
ュミット・トリガ回路(Schmitt trigger circuitry) を
利用して、ＱＣＭ１６の信号の非対称パルス特性を調整
(square up) する。信号調整器９１からのＱＣＭ１６の
信号は、周波数検出器９２に結合され、デジタル・カウ
ンタ９３にも結合される。
【００１６】メッキ水晶の周波数感度は極めて高い。Ｑ
ＣＭ１６にメッキされる１ミクロンの肉厚は、基本送信
周波数に約１６０，０００Ｈｚの周波数変化を生じさせ
る。この周波数変化を解決することは高速デジタル・カ
ウンタ９３により比較的簡単なことがわかる。さらに、
間欠的にＱＣＭ１６をイネーブルし、発振周波数を判定
し、ＱＣＭをディセーブルし、プログラム可能な確定時
間期間だけ待ち、発振周波数を再測定し、それにより周
波数の差を判定することにより、対象物１４に金属が被
着されるレートを検出することは簡単な概念である。こ
の方法は、２またはそれ以上のサンプル期間の間のメッ
キ・レートが得られる。
ＣＭ１６にメッキされる１ミクロンの肉厚は、基本送信
周波数に約１６０，０００Ｈｚの周波数変化を生じさせ
る。この周波数変化を解決することは高速デジタル・カ
ウンタ９３により比較的簡単なことがわかる。さらに、
間欠的にＱＣＭ１６をイネーブルし、発振周波数を判定
し、ＱＣＭをディセーブルし、プログラム可能な確定時
間期間だけ待ち、発振周波数を再測定し、それにより周
波数の差を判定することにより、対象物１４に金属が被
着されるレートを検出することは簡単な概念である。こ
の方法は、２またはそれ以上のサンプル期間の間のメッ
キ・レートが得られる。
【００１７】半導体メッキ工程中にＱＣＭ１６を常にイ
ネーブルする必要はない。上記の方法は、ＱＣＭ１６の
水晶は限られた寿命を有するので、ＱＣＭ１６の水晶を
経済的に利用し、寿命がきたら交換しなければならな
い。ＱＣＭ１６の寿命は、発振微量天秤構造に被着され
る金属の質量に依存する。
ネーブルする必要はない。上記の方法は、ＱＣＭ１６の
水晶は限られた寿命を有するので、ＱＣＭ１６の水晶を
経済的に利用し、寿命がきたら交換しなければならな
い。ＱＣＭ１６の寿命は、発振微量天秤構造に被着され
る金属の質量に依存する。
【００１８】周波数検出器９２およびデジタル・カウン
タ９３は、ともにソフトウェア９４に結合される。ソフ
トウェア９４は、メッキ中の電気化学反応のメッキ・レ
ートを判定し、ビデオ・ディスプレイ９５上に表示し、
記録して、ユーザがプログラムしたメッキ肉厚に達した
らメッキ処理を終了する。メッキ処理は、波形発生器２
０およびドライバ回路３０にデジタル結合された制御素
子９６にソフトウェア９４がデジタル信号を送信したと
きに停止する。制御素子９６は、波形発生器２０にドラ
イバ回路３０への出力をトライステート化するように指
示し、また制御素子９６はドライバ回路３０に「スリー
プ」モードになるように指示して、それによりドライバ
回路３０の出力は電極１２から効果的に電気的に分離さ
れ、そのためメッキ・セル１０にほとんど電流は流れな
い。 電圧印加モード 図２を参照して、メッキ・セル１０に印加される電圧
は、電圧検出フィードバック回路４０によって監視さ
れ、電圧検出フィードバック回路４０は、好ましくは、
ドライバ回路３０が電極１２に取り付けられた位置に極
めて近い点に結合される。互いに物理的に近接したこれ
ら２つの点を設ける目的は、電圧検出フィードバック回
路４０の検出点と、ドライバ回路３０の高電力接続との
間のＩＲまたは電圧降下誤差を最小限に抑えることであ
る。
タ９３は、ともにソフトウェア９４に結合される。ソフ
トウェア９４は、メッキ中の電気化学反応のメッキ・レ
ートを判定し、ビデオ・ディスプレイ９５上に表示し、
記録して、ユーザがプログラムしたメッキ肉厚に達した
らメッキ処理を終了する。メッキ処理は、波形発生器２
０およびドライバ回路３０にデジタル結合された制御素
子９６にソフトウェア９４がデジタル信号を送信したと
きに停止する。制御素子９６は、波形発生器２０にドラ
イバ回路３０への出力をトライステート化するように指
示し、また制御素子９６はドライバ回路３０に「スリー
プ」モードになるように指示して、それによりドライバ
回路３０の出力は電極１２から効果的に電気的に分離さ
れ、そのためメッキ・セル１０にほとんど電流は流れな
い。 電圧印加モード 図２を参照して、メッキ・セル１０に印加される電圧
は、電圧検出フィードバック回路４０によって監視さ
れ、電圧検出フィードバック回路４０は、好ましくは、
ドライバ回路３０が電極１２に取り付けられた位置に極
めて近い点に結合される。互いに物理的に近接したこれ
ら２つの点を設ける目的は、電圧検出フィードバック回
路４０の検出点と、ドライバ回路３０の高電力接続との
間のＩＲまたは電圧降下誤差を最小限に抑えることであ
る。
【００１９】電圧検出フィードバック回路４０の出力
は、電気ケーブルを介してコネクタ８０に結合される。
コネクタ８０は、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
８１に結合される。Ａ／Ｄ変換器８１は、差動検出され
た電圧を信号に変換し、この信号はデジタル手段によっ
てコンピュータ・インタフェースからデジタル信号プロ
セッサ（ＤＳＰ）８２に送信できる。ＤＳＰ８２は、メ
ッキ・セル１０において測定された電圧を表す符号化パ
ルス波形を受信する。この波形は、２５０×１０3 サン
プル／秒のレートでＡ／Ｄ８１によってデジタル化され
る。ＤＳＰ８２は、デジタル・フィルタ方法によるソフ
トウェア・アルゴリズムおよびパルス・パラメータ特性
判定方法とともに、メッキ・セル１０において差動検出
された電圧に関する以下の特性を利用する。
は、電気ケーブルを介してコネクタ８０に結合される。
コネクタ８０は、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
８１に結合される。Ａ／Ｄ変換器８１は、差動検出され
た電圧を信号に変換し、この信号はデジタル手段によっ
てコンピュータ・インタフェースからデジタル信号プロ
セッサ（ＤＳＰ）８２に送信できる。ＤＳＰ８２は、メ
ッキ・セル１０において測定された電圧を表す符号化パ
ルス波形を受信する。この波形は、２５０×１０3 サン
プル／秒のレートでＡ／Ｄ８１によってデジタル化され
る。ＤＳＰ８２は、デジタル・フィルタ方法によるソフ
トウェア・アルゴリズムおよびパルス・パラメータ特性
判定方法とともに、メッキ・セル１０において差動検出
された電圧に関する以下の特性を利用する。
【００２０】
【表１】 スルー・レート デューティ・サイクル オーバシュート 第１誘導体 立ち上がり時間 オフセット誤差 上 最大ピーク電圧 振幅 最小ピーク電圧 ベース ＲＭＳ電圧 アンダシュート 平均電圧 立ち下がり時間 雑音余裕 幅 スペクトル解析 遅延 パルス変化 ソフトウェア８３は、これらの導出されたパラメータを
利用して、ビデオ・ディスプレイ８４を更新し、符号化
制御信号を制御素子８５に送信する。制御素子８５は、
電圧フィードバック回路４０，波形発生器２０およびド
ライバ回路３０にインタフェースするデジタル回路を内
蔵する。制御素子８５の第１の目的は、電圧フィードバ
ック回路４０の出力におけるオフセット誤差を検出し、
電圧フィードバック回路４０に内蔵されるデジタル・ポ
テンショメータを用いてこの誤差をゼロにする制御信号
を与えることである。この電圧検出フィードバック回路
のオフセットに影響を及ぼす制御信号は、Ａ／Ｄ８１，
ＤＳＰ８２およびソフトウェア８３の相互作用から導出
される。
利用して、ビデオ・ディスプレイ８４を更新し、符号化
制御信号を制御素子８５に送信する。制御素子８５は、
電圧フィードバック回路４０，波形発生器２０およびド
ライバ回路３０にインタフェースするデジタル回路を内
蔵する。制御素子８５の第１の目的は、電圧フィードバ
ック回路４０の出力におけるオフセット誤差を検出し、
電圧フィードバック回路４０に内蔵されるデジタル・ポ
テンショメータを用いてこの誤差をゼロにする制御信号
を与えることである。この電圧検出フィードバック回路
のオフセットに影響を及ぼす制御信号は、Ａ／Ｄ８１，
ＤＳＰ８２およびソフトウェア８３の相互作用から導出
される。
【００２１】制御素子８５の第２の目的は、差動検出さ
れた電圧パルス波形をパルス・パラメータ特性判定方法
とともに解析した結果を利用して、デジタル制御フィー
ドバックをドライバ回路３０に与えることであり、ドラ
イバ回路３０はドライバ回路３０の増幅器のループ安定
性を制御する追加内部制御素子を内蔵する。制御素子８
５からの同じデジタル制御フィードバック信号は、ドラ
イバ回路３０が電圧印加モードのときに、ドライバ回路
３０に対してオフセット誤差制御を行い、制御素子８５
からの同じデジタル制御フィードバック信号は、ドライ
バ回路３０に内蔵される内部回路を介してスルー・レー
ト，立ち上がり時間，立ち下がり時間，オーバシュート
およびアンダシュートの制御を行い、そうすることで、
ドライバ回路３０に対して電子的な調整を行い、その目
的は、ドライバ回路３０が波形発生器２０からの刺激に
対して安定性を維持し、かつドライバ回路３０が所望の
スルー・レート，立ち上がり時間，立ち下がり時間，オ
ーバシュートおよびアンダシュートの正確な波形を電極
１２に与えることを保証することである。
れた電圧パルス波形をパルス・パラメータ特性判定方法
とともに解析した結果を利用して、デジタル制御フィー
ドバックをドライバ回路３０に与えることであり、ドラ
イバ回路３０はドライバ回路３０の増幅器のループ安定
性を制御する追加内部制御素子を内蔵する。制御素子８
５からの同じデジタル制御フィードバック信号は、ドラ
イバ回路３０が電圧印加モードのときに、ドライバ回路
３０に対してオフセット誤差制御を行い、制御素子８５
からの同じデジタル制御フィードバック信号は、ドライ
バ回路３０に内蔵される内部回路を介してスルー・レー
ト，立ち上がり時間，立ち下がり時間，オーバシュート
およびアンダシュートの制御を行い、そうすることで、
ドライバ回路３０に対して電子的な調整を行い、その目
的は、ドライバ回路３０が波形発生器２０からの刺激に
対して安定性を維持し、かつドライバ回路３０が所望の
スルー・レート，立ち上がり時間，立ち下がり時間，オ
ーバシュートおよびアンダシュートの正確な波形を電極
１２に与えることを保証することである。
【００２２】従って、本発明の方法および装置は、瞬時
に変化する被メッキ領域から独立して一定の電流密度を
維持するため、電圧制御モードにおいて供給電流を瞬時
に変化させることにより、被メッキ領域の寸法の変化を
補償し、また本発明はメッキ反応セル１０に対して厳密
なプログラム電圧パルスを維持することにより、メッキ
領域の変化に応答して供給されるメッキ電流を変化させ
る。
に変化する被メッキ領域から独立して一定の電流密度を
維持するため、電圧制御モードにおいて供給電流を瞬時
に変化させることにより、被メッキ領域の寸法の変化を
補償し、また本発明はメッキ反応セル１０に対して厳密
なプログラム電圧パルスを維持することにより、メッキ
領域の変化に応答して供給されるメッキ電流を変化させ
る。
【００２３】電圧印加モードにおいて、本発明は、プロ
グラムされた電圧がプログラムされた過電位(overpoten
tial) 値とプログラムされた不足電位(underpotential)
値との間の差を変えることを可能にし、そのためプログ
ラム過電位値とプログラム不足電位値との間の差を手動
またはコンピュータ・アルゴリズムによって調整するこ
とにより、対応するメッキ電流分布を監視・調整でき、
従って本発明を利用して一定の表面形態応答(surface m
orphology response) が実現される。
グラムされた電圧がプログラムされた過電位(overpoten
tial) 値とプログラムされた不足電位(underpotential)
値との間の差を変えることを可能にし、そのためプログ
ラム過電位値とプログラム不足電位値との間の差を手動
またはコンピュータ・アルゴリズムによって調整するこ
とにより、対応するメッキ電流分布を監視・調整でき、
従って本発明を利用して一定の表面形態応答(surface m
orphology response) が実現される。
【００２４】電圧印加モードにおいて、本発明は、電極
１２および対象物１４における厳密なプログラム電圧を
維持して所望の形態応答を生成しつつ、変化するメッキ
領域から独立して一定の電流密度を維持するのに十分な
電流で、半導体ウェハ製造中に生じる電気化学拡散層を
高速に充電および放電する方法を提供する。半導体ウェ
ハ・メッキに存在する電気化学拡散層に対する本発明の
効果は、電極１２および対象物１４を高速に充電するた
め、電気化学反応は高速に進行して、電解液のイオン濃
度がイオン不足モード(ion starvation mode) に空乏化
する前に高速に停止することである。この作用を達成す
るためには、必要なより高い周波数およびスルー・レー
トで動作するために極めて高い電力の高速電子素子が必
要である。 電流印加モード 図２を参照して、メッキ・セル１０に印加される電流
は、電流検出フィードバック回路５０によって監視さ
れ、電流検出フィードバック回路５０は、好ましくはア
ナログ・グランド１５よりも上の点に結合され、かつ対
象物１４の下の電流検出フィードバック回路５０の接続
とアナログ・グランド１５との間に配置された低オーム
の精密抵抗器の間に結合される。電流検出フィードバッ
ク回路５０は、対象物１４とアナログ・グランド５０と
の間に差動結合される。電流検出フィードバック回路５
０の出力は、好ましくは、電気ケーブルを介してコネク
タ７０に結合される。コネクタ７０は、アナログ／デジ
タル変換器（Ａ／Ｄ）７１に結合される。Ａ／Ｄ変換器
７１は、差動検出された電流を信号に変換し、この信号
はデジタル手段によってコンピュータ・インタフェース
を介してデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）７２に送信
できる。ＤＳＰ７２は、メッキ・セル１０に流れる電流
を表す符号化パルス波形を受信する。好適な実施例で
は、この波形は、メッキ・セル１０に流れる電流を正確
に表すため、２５０×１０3 サンプル／秒のレートでＡ
／Ｄ７１によってデジタル化される。
１２および対象物１４における厳密なプログラム電圧を
維持して所望の形態応答を生成しつつ、変化するメッキ
領域から独立して一定の電流密度を維持するのに十分な
電流で、半導体ウェハ製造中に生じる電気化学拡散層を
高速に充電および放電する方法を提供する。半導体ウェ
ハ・メッキに存在する電気化学拡散層に対する本発明の
効果は、電極１２および対象物１４を高速に充電するた
め、電気化学反応は高速に進行して、電解液のイオン濃
度がイオン不足モード(ion starvation mode) に空乏化
する前に高速に停止することである。この作用を達成す
るためには、必要なより高い周波数およびスルー・レー
トで動作するために極めて高い電力の高速電子素子が必
要である。 電流印加モード 図２を参照して、メッキ・セル１０に印加される電流
は、電流検出フィードバック回路５０によって監視さ
れ、電流検出フィードバック回路５０は、好ましくはア
ナログ・グランド１５よりも上の点に結合され、かつ対
象物１４の下の電流検出フィードバック回路５０の接続
とアナログ・グランド１５との間に配置された低オーム
の精密抵抗器の間に結合される。電流検出フィードバッ
ク回路５０は、対象物１４とアナログ・グランド５０と
の間に差動結合される。電流検出フィードバック回路５
０の出力は、好ましくは、電気ケーブルを介してコネク
タ７０に結合される。コネクタ７０は、アナログ／デジ
タル変換器（Ａ／Ｄ）７１に結合される。Ａ／Ｄ変換器
７１は、差動検出された電流を信号に変換し、この信号
はデジタル手段によってコンピュータ・インタフェース
を介してデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）７２に送信
できる。ＤＳＰ７２は、メッキ・セル１０に流れる電流
を表す符号化パルス波形を受信する。好適な実施例で
は、この波形は、メッキ・セル１０に流れる電流を正確
に表すため、２５０×１０3 サンプル／秒のレートでＡ
／Ｄ７１によってデジタル化される。
【００２５】ＤＳＰ７２は、デジタル・フィルタ方法に
よるソフトウェア・アルゴリズム７３およびパルス・パ
ラメータ特性判定方法とともに、メッキ・セル１０にお
いて差動検出された電流に関する以下の特性を利用す
る。
よるソフトウェア・アルゴリズム７３およびパルス・パ
ラメータ特性判定方法とともに、メッキ・セル１０にお
いて差動検出された電流に関する以下の特性を利用す
る。
【００２６】
【表２】 スルー・レート デューティ・サイクル オーバシュート 第１誘導体 立ち上がり時間 オフセット誤差 上 最大ピーク電流 振幅 最小ピーク電流 ベース ＲＭＳ電流 アンダシュート 平均電流 立ち下がり時間 総合電流 幅 スペクトル解析 遅延 パルス変化 ソフトウェア７３は、これらの導出されたパラメータを
利用して、ビデオ・ディスプレイ７４を更新し、符号化
制御信号を制御素子７５に送信する。制御素子７５は、
電流フィードバック回路５０，波形発生器２０およびド
ライバ回路３０にインタフェースするデジタル回路を内
蔵する。
利用して、ビデオ・ディスプレイ７４を更新し、符号化
制御信号を制御素子７５に送信する。制御素子７５は、
電流フィードバック回路５０，波形発生器２０およびド
ライバ回路３０にインタフェースするデジタル回路を内
蔵する。
【００２７】制御素子７５の第１の目的は、電流検出フ
ィードバック回路５０の出力におけるオフセット誤差を
検出し、電流検出フィードバック回路５０に内蔵される
デジタル・ポテンショメータを利用してこの誤差をゼロ
にする制御信号を与えることである。電流検出フィード
バック回路５０のオフセットに影響を及ぼす制御信号
は、Ａ／Ｄ７１，ＤＳＰ７２およびソフトウェア７３の
相互作用から導出される。
ィードバック回路５０の出力におけるオフセット誤差を
検出し、電流検出フィードバック回路５０に内蔵される
デジタル・ポテンショメータを利用してこの誤差をゼロ
にする制御信号を与えることである。電流検出フィード
バック回路５０のオフセットに影響を及ぼす制御信号
は、Ａ／Ｄ７１，ＤＳＰ７２およびソフトウェア７３の
相互作用から導出される。
【００２８】制御素子７５の第２の目的は、差動検出さ
れた電流パルス波形をパルス・パラメータ特性判定方法
とともに解析した結果を利用して、デジタル制御フィー
ドバックをドライバ回路３０に与えることであり、ドラ
イバ回路３０はドライバ回路３０の増幅器のループ安定
性を制御する追加内部制御素子を内蔵する。制御素子７
５からの同じデジタル制御フィードバック信号は、ドラ
イバ回路３０が電流印加モードのときに、ドライバ回路
３０に対してオフセット誤差制御を行い、制御素子７５
からの同じデジタル制御フィードバック信号は、ドライ
バ回路３０に内蔵される内部回路を介してスルー・レー
ト，立ち上がり時間，立ち下がり時間，オーバシュート
およびアンダシュートの制御を行う。メッキ・セル１０
に流れる電流を表す差動検出信号と、Ａ／Ｄ１８および
ソフトウェア１９とともに導電性センサ１７を利用して
判定された抵抗とがＤＳＰ７２を用いて処理されると、
ソフトウェア７３は、メッキ・セル１０の電気リアクタ
ンスを判定できる。
れた電流パルス波形をパルス・パラメータ特性判定方法
とともに解析した結果を利用して、デジタル制御フィー
ドバックをドライバ回路３０に与えることであり、ドラ
イバ回路３０はドライバ回路３０の増幅器のループ安定
性を制御する追加内部制御素子を内蔵する。制御素子７
５からの同じデジタル制御フィードバック信号は、ドラ
イバ回路３０が電流印加モードのときに、ドライバ回路
３０に対してオフセット誤差制御を行い、制御素子７５
からの同じデジタル制御フィードバック信号は、ドライ
バ回路３０に内蔵される内部回路を介してスルー・レー
ト，立ち上がり時間，立ち下がり時間，オーバシュート
およびアンダシュートの制御を行う。メッキ・セル１０
に流れる電流を表す差動検出信号と、Ａ／Ｄ１８および
ソフトウェア１９とともに導電性センサ１７を利用して
判定された抵抗とがＤＳＰ７２を用いて処理されると、
ソフトウェア７３は、メッキ・セル１０の電気リアクタ
ンスを判定できる。
【００２９】要するに、コンピュータ・システム４００
は、Ａ／Ｄ７１およびＤＳＰ７２からの入力を利用し
て、メッキ・セル１０において進行中の電気化学反応の
厳密な抵抗および厳密な容量を判定し、そうすること
で、ドライバ回路３０に対して電子的な調整を行い、そ
の目的は、ドライバ回路３０が波形発生器２０からの刺
激に対して安定性を維持し、かつドライバ回路３０が所
望のスルー・レート，立ち上がり時間，立ち下がり時
間，オーバシュートおよびアンダシュートの正確な波形
を電極１２に与えることを保証することである。
は、Ａ／Ｄ７１およびＤＳＰ７２からの入力を利用し
て、メッキ・セル１０において進行中の電気化学反応の
厳密な抵抗および厳密な容量を判定し、そうすること
で、ドライバ回路３０に対して電子的な調整を行い、そ
の目的は、ドライバ回路３０が波形発生器２０からの刺
激に対して安定性を維持し、かつドライバ回路３０が所
望のスルー・レート，立ち上がり時間，立ち下がり時
間，オーバシュートおよびアンダシュートの正確な波形
を電極１２に与えることを保証することである。
【００３０】電流印加モードにおいて、本発明は、プロ
グラムされた電流がプログラムされた過電流値とプログ
ラムされた不足電流値との間の差を変えることを可能に
し、そのためプログラム過電流値とプログラム不足電流
値との間の差を手動またはコンピュータ・アルゴリズム
によって調整することにより、対応するメッキ電圧分布
を監視・調整でき、従って本発明を利用して一定の表面
形態応答が実現される。
グラムされた電流がプログラムされた過電流値とプログ
ラムされた不足電流値との間の差を変えることを可能に
し、そのためプログラム過電流値とプログラム不足電流
値との間の差を手動またはコンピュータ・アルゴリズム
によって調整することにより、対応するメッキ電圧分布
を監視・調整でき、従って本発明を利用して一定の表面
形態応答が実現される。
【００３１】ここで図３を参照して、ドライバ回路３０
の好適な実施例の回路図を示す。ドライバ３０は、単位
利得複合反転増幅器(unity gain composite inverting
amplifier)であり、小信号入力オフセット最小化オペア
ンプ３０４に結合された高電力高電圧のパワー・オペア
ンプ３０２（以下オペアンプ３０２という）からなる。
対象物１４上の拡散層境界を効果的に制御するために
は、オペアンプ３０２は５アンペア以上のピーク動作電
流を供給しなければならない。より好ましくは、オペア
ンプ３０２は、半導体製造において一般的な領域をメッ
キするため１５アンペア以上を供給できなければならな
い。パワー・オペアンプではない１０ミリアンプ以下を
供給できる一般的なオペアンプは、本発明で用いるには
適していない。ドライバ回路３０は、活性反応期間およ
び不活性反応期間中に電圧または電流印加をイネーブル
する。
の好適な実施例の回路図を示す。ドライバ３０は、単位
利得複合反転増幅器(unity gain composite inverting
amplifier)であり、小信号入力オフセット最小化オペア
ンプ３０４に結合された高電力高電圧のパワー・オペア
ンプ３０２（以下オペアンプ３０２という）からなる。
対象物１４上の拡散層境界を効果的に制御するために
は、オペアンプ３０２は５アンペア以上のピーク動作電
流を供給しなければならない。より好ましくは、オペア
ンプ３０２は、半導体製造において一般的な領域をメッ
キするため１５アンペア以上を供給できなければならな
い。パワー・オペアンプではない１０ミリアンプ以下を
供給できる一般的なオペアンプは、本発明で用いるには
適していない。ドライバ回路３０は、活性反応期間およ
び不活性反応期間中に電圧または電流印加をイネーブル
する。
【００３２】複合増幅の目的は、波形発生器２０からオ
ペアンプ３０２に送信されるプログラム可能な入力信号
値からの出力電圧および電流差の誤差を最小限に抑え、
かつ一般的な高電力オペアンプ上に存在する特徴的に大
きい（＞５ｍＶ）入力オフセット電圧を最小限に抑える
ことである。小信号入力オフセット最小化オペアンプ３
０４は、アナログ・グランド３０５に結合される。
ペアンプ３０２に送信されるプログラム可能な入力信号
値からの出力電圧および電流差の誤差を最小限に抑え、
かつ一般的な高電力オペアンプ上に存在する特徴的に大
きい（＞５ｍＶ）入力オフセット電圧を最小限に抑える
ことである。小信号入力オフセット最小化オペアンプ３
０４は、アナログ・グランド３０５に結合される。
【００３３】小信号入力オフセット最小化オペアンプ３
０４の入力オフセット・トリミングを利用することによ
り、オペアンプ３０２は、電流印加モードにおいて±３
０アンペアの駆動電流範囲、また電圧印加モードにおい
て±２．５ボルトの範囲で、ドライバ３０までの入力と
メッキ・セル１０までの出力との間で１ミリボルト以下
の誤差の、入力から出力までの信号コンプライアンスを
維持できる。オフセット・トリム・デジタル・ポテンシ
ョメータ３０５は、デジタル・インタフェース３３０に
結合され、デジタル・インタフェース３３０は、コンピ
ュータ・システム４００に結合される。コンピュータ・
システム４００は、図１に示される素子４０，８０，８
１，８２，８３，８５を利用して、複合増幅器システム
の出力の電圧オフセットを判定できる。次に、コンピュ
ータ・システム４００は、複合増幅器ネットワーク（３
０２，３０４）の入力オフセット誤差を調整し、最小限
にするため、デジタル制御信号をオフセット・デジタル
・トリム・ポテンショメータ３０５に送出する。
０４の入力オフセット・トリミングを利用することによ
り、オペアンプ３０２は、電流印加モードにおいて±３
０アンペアの駆動電流範囲、また電圧印加モードにおい
て±２．５ボルトの範囲で、ドライバ３０までの入力と
メッキ・セル１０までの出力との間で１ミリボルト以下
の誤差の、入力から出力までの信号コンプライアンスを
維持できる。オフセット・トリム・デジタル・ポテンシ
ョメータ３０５は、デジタル・インタフェース３３０に
結合され、デジタル・インタフェース３３０は、コンピ
ュータ・システム４００に結合される。コンピュータ・
システム４００は、図１に示される素子４０，８０，８
１，８２，８３，８５を利用して、複合増幅器システム
の出力の電圧オフセットを判定できる。次に、コンピュ
ータ・システム４００は、複合増幅器ネットワーク（３
０２，３０４）の入力オフセット誤差を調整し、最小限
にするため、デジタル制御信号をオフセット・デジタル
・トリム・ポテンショメータ３０５に送出する。
【００３４】入力オーバドライブ保護ネットワーク３０
８は、オペアンプ３０４の出力とアナログ・グランド３
０５とに結合され、システム起動中に過剰な入力オーバ
ドライブを防ぐ。入力オーバドライブ保護ネットワーク
３０８は、スルー・レート補償ネットワーク３１０に結
合される。スルー・レート補償ネットワーク３１０は、
オペアンプ３０２への電圧入力がどれだけ速くスルーす
るかを判定する。スルー・レート補償ネットワーク３１
０は、ハイブリッド回路３１１に結合され、ハイブリッ
ド回路３１１はコンピュータ・システム４００に結合さ
れる。
８は、オペアンプ３０４の出力とアナログ・グランド３
０５とに結合され、システム起動中に過剰な入力オーバ
ドライブを防ぐ。入力オーバドライブ保護ネットワーク
３０８は、スルー・レート補償ネットワーク３１０に結
合される。スルー・レート補償ネットワーク３１０は、
オペアンプ３０２への電圧入力がどれだけ速くスルーす
るかを判定する。スルー・レート補償ネットワーク３１
０は、ハイブリッド回路３１１に結合され、ハイブリッ
ド回路３１１はコンピュータ・システム４００に結合さ
れる。
【００３５】素子４００，３１１，３１０の相互作用の
目的は、デジタル化された波形情報を利用して、複合増
幅器（３０２，３０４）が安定するようにどのように補
償するかを判定することであり、そのためメッキ・セル
１０に印加されるパルスにおいて適切な波形特性が維持
される。コンピュータ・システム４００は、好ましく
は、「雑音利得補償(noise gain compensation) 」とい
う方法を利用してこれを達成する。この方法は、複合増
幅器システムの「過去状態」安定性分布を特徴づけて、
次にスルー・レート補償ネットワーク３１０およびハイ
ブリッド回路３１１内に内蔵される直列ＲＣネットワー
クを、フィードバック補償ネットワーク３１６両端のフ
ィードバック抵抗とスルー・レート補償ネット尾ワーク
３１０およびハイブリッド回路３１１の組み合わせ両端
のフィードバック抵抗との比率が十分大きく、システム
利得が安定点でオープン・ループ利得分布に交差するこ
とを保証するような値に設定する。ハイブリッド回路３
１１内のコンデンサは、コンピュータ・システム４００
により、オープン・ループ利得クロスオーバ周波数の
０．１に相当するコーナ周波数に設定される。
目的は、デジタル化された波形情報を利用して、複合増
幅器（３０２，３０４）が安定するようにどのように補
償するかを判定することであり、そのためメッキ・セル
１０に印加されるパルスにおいて適切な波形特性が維持
される。コンピュータ・システム４００は、好ましく
は、「雑音利得補償(noise gain compensation) 」とい
う方法を利用してこれを達成する。この方法は、複合増
幅器システムの「過去状態」安定性分布を特徴づけて、
次にスルー・レート補償ネットワーク３１０およびハイ
ブリッド回路３１１内に内蔵される直列ＲＣネットワー
クを、フィードバック補償ネットワーク３１６両端のフ
ィードバック抵抗とスルー・レート補償ネット尾ワーク
３１０およびハイブリッド回路３１１の組み合わせ両端
のフィードバック抵抗との比率が十分大きく、システム
利得が安定点でオープン・ループ利得分布に交差するこ
とを保証するような値に設定する。ハイブリッド回路３
１１内のコンデンサは、コンピュータ・システム４００
により、オープン・ループ利得クロスオーバ周波数の
０．１に相当するコーナ周波数に設定される。
【００３６】スルー・レート補償ネットワーク３１０の
入力は、入力オーバドライブ保護ネットワーク３０８の
出力と、フィードバック補償ネットワーク３１６の出力
とに結合される。スルー・レート補償ネットワーク３１
０の出力は、入力保護ネットワーク３１２の入力に結合
される。
入力は、入力オーバドライブ保護ネットワーク３０８の
出力と、フィードバック補償ネットワーク３１６の出力
とに結合される。スルー・レート補償ネットワーク３１
０の出力は、入力保護ネットワーク３１２の入力に結合
される。
【００３７】入力保護ネットワーク３１２は、オペアン
プ３０２両端の過剰な電圧差を防ぐ。また、入力保護ネ
ットワーク３１２は、過剰な出力遷移も防ぐ。入力保護
ネットワーク３１２は、好ましくは、６つの高速回復ダ
イオード(fast recovery diode) からなり、３つは背面
結合保護ネットワーク(back-to-back protection netwo
rk) に結合され、デュアル逆極性構成(dual reverse po
larity confiugration) で構成される。入力保護ネット
ワーク３１２の出力は、オペアンプ３０２の入力に結合
される。オペアンプ３０２は、高電流出力をメッキ・セ
ル１０に与える。
プ３０２両端の過剰な電圧差を防ぐ。また、入力保護ネ
ットワーク３１２は、過剰な出力遷移も防ぐ。入力保護
ネットワーク３１２は、好ましくは、６つの高速回復ダ
イオード(fast recovery diode) からなり、３つは背面
結合保護ネットワーク(back-to-back protection netwo
rk) に結合され、デュアル逆極性構成(dual reverse po
larity confiugration) で構成される。入力保護ネット
ワーク３１２の出力は、オペアンプ３０２の入力に結合
される。オペアンプ３０２は、高電流出力をメッキ・セ
ル１０に与える。
【００３８】オペアンプ３０２の出力は、電流制限回路
３１４の入力に結合される。電流制限回路３１４は、オ
ペアンプ３０２からのピーク電流出力を監視する。電流
制限回路３１４は、ピーク電流が所定の電流、本実施例
では１５アンペアを越えるときに、出力電流検出抵抗器
３１５の両端で発生する電圧フィードバック信号を利用
して、オペアンプ３０２を遮断する。電流制限回路３１
４の出力は、フィードバック補償ネットワーク３１６の
入力に結合される。フィードバック補償ネットワーク３
１６は、オペアンプ３０２の応答を選択的に濾波し、デ
ジタル・インタフェース３１８（これはハイブリッド回
路３１７に結合される）に結合されたコンピュータ・シ
ステム４００から信号を受信することによってこの選択
的濾波を行う。ハイブリッド回路３１７は、フィードバ
ック補償ネットワーク３１６とともに、コンデンサをフ
ィードバック経路に入れて、フィードバックにおいて位
相の進みを生じさせて、これが動作中にメッキ・セル１
０において生じる電気化学反応１１の容量負荷性質によ
る位相遅れを相殺する。また、フィードバック補償ネッ
トワーク３１６は、必要な電圧フィードバックを出力と
して与え、これはスルー・レート補償ネットワーク３１
０および加算接合部３１８に結合される。好ましくは、
加算接合部３１８は、同じ値を有する３つの高精度の１
０，０００Ω薄膜抵抗器からなる。
３１４の入力に結合される。電流制限回路３１４は、オ
ペアンプ３０２からのピーク電流出力を監視する。電流
制限回路３１４は、ピーク電流が所定の電流、本実施例
では１５アンペアを越えるときに、出力電流検出抵抗器
３１５の両端で発生する電圧フィードバック信号を利用
して、オペアンプ３０２を遮断する。電流制限回路３１
４の出力は、フィードバック補償ネットワーク３１６の
入力に結合される。フィードバック補償ネットワーク３
１６は、オペアンプ３０２の応答を選択的に濾波し、デ
ジタル・インタフェース３１８（これはハイブリッド回
路３１７に結合される）に結合されたコンピュータ・シ
ステム４００から信号を受信することによってこの選択
的濾波を行う。ハイブリッド回路３１７は、フィードバ
ック補償ネットワーク３１６とともに、コンデンサをフ
ィードバック経路に入れて、フィードバックにおいて位
相の進みを生じさせて、これが動作中にメッキ・セル１
０において生じる電気化学反応１１の容量負荷性質によ
る位相遅れを相殺する。また、フィードバック補償ネッ
トワーク３１６は、必要な電圧フィードバックを出力と
して与え、これはスルー・レート補償ネットワーク３１
０および加算接合部３１８に結合される。好ましくは、
加算接合部３１８は、同じ値を有する３つの高精度の１
０，０００Ω薄膜抵抗器からなる。
【００３９】フィードバック補償ネットワーク３１６
は、選択的に構成可能な並列ＲＣネットワークからな
る。波形発生器２０は、フィードバック補償ネットワー
ク３１６に結合され、波形発生器２０がそのプログラム
された電圧値とドライバ３の駆動電圧値との間の誤差を
検出することを可能にし、そうすることで、波形発生器
２０は、５ｍｖ内で、複合増幅器回路（３０２，３０
４）への入力から複合増幅器回路（３０２，３０４）か
らの出力までの誤差を補償できる。追加入力信号オフセ
ット誤差は、デジタル・オフセット・トリム・ポテンシ
ョメータ３０５によって補償される。
は、選択的に構成可能な並列ＲＣネットワークからな
る。波形発生器２０は、フィードバック補償ネットワー
ク３１６に結合され、波形発生器２０がそのプログラム
された電圧値とドライバ３の駆動電圧値との間の誤差を
検出することを可能にし、そうすることで、波形発生器
２０は、５ｍｖ内で、複合増幅器回路（３０２，３０
４）への入力から複合増幅器回路（３０２，３０４）か
らの出力までの誤差を補償できる。追加入力信号オフセ
ット誤差は、デジタル・オフセット・トリム・ポテンシ
ョメータ３０５によって補償される。
【００４０】高／低周波数電源バイパス・ネットワーク
３２０，３２２は、高周波数雑音がオペアンプ３０２に
結合されるのを防ぎ、また低周波数雑音がオペアンプ３
０２に結合されるのを防ぐ。高／低周波数電源バイパス
・ネットワーク３２０，３２２は、オペアンプ３０２と
グランド３０５とに結合される。
３２０，３２２は、高周波数雑音がオペアンプ３０２に
結合されるのを防ぎ、また低周波数雑音がオペアンプ３
０２に結合されるのを防ぐ。高／低周波数電源バイパス
・ネットワーク３２０，３２２は、オペアンプ３０２と
グランド３０５とに結合される。
【００４１】電流制限回路３１４の出力は、メッキ・セ
ル１０の入力に結合され、対象物１４の表面における電
気化学反応１３中に電気化学液１１を介して、および対
象物１４とアナログ・グランド１５との間に配置される
低オームの電流検出抵抗器を介して、アナログ・グラン
ド３０５への低インピーダンス電気接続を完成する。本
発明は、メッキ・セル１０の変化する時定数の問題を解
決する。メッキ・セル１０は短いＲＣ時定数で開始し、
副生物の濃度が増加すると増加する。本発明のシステム
は、電極１２および対象物１４に流れる電流を電気化学
反応１３のために存在する自然発生ＲＣ時定数によって
減衰させるのではなく、減衰電流(decaycurrent) を手
動判定レベルまたはコンピュータ・システム４００によ
って達成されるプログラム済みレベルまで印加する。減
衰電流は、ドライバ回路３０の電圧または電流印加作用
によって制御される。減衰電流は、波形発生器２０の刺
激とメッキ・セルからの信号のフィードバックとに応答
して、ドライバ回路３０によって確定または不定レベル
に印加される。
ル１０の入力に結合され、対象物１４の表面における電
気化学反応１３中に電気化学液１１を介して、および対
象物１４とアナログ・グランド１５との間に配置される
低オームの電流検出抵抗器を介して、アナログ・グラン
ド３０５への低インピーダンス電気接続を完成する。本
発明は、メッキ・セル１０の変化する時定数の問題を解
決する。メッキ・セル１０は短いＲＣ時定数で開始し、
副生物の濃度が増加すると増加する。本発明のシステム
は、電極１２および対象物１４に流れる電流を電気化学
反応１３のために存在する自然発生ＲＣ時定数によって
減衰させるのではなく、減衰電流(decaycurrent) を手
動判定レベルまたはコンピュータ・システム４００によ
って達成されるプログラム済みレベルまで印加する。減
衰電流は、ドライバ回路３０の電圧または電流印加作用
によって制御される。減衰電流は、波形発生器２０の刺
激とメッキ・セルからの信号のフィードバックとに応答
して、ドライバ回路３０によって確定または不定レベル
に印加される。
【００４２】また、本発明は、拡散境界層を制御する。
拡散境界層分布は、電気化学反応の付近の流体力学条件
によって設定され、表面欠陥三次電流(surface impairi
ng tertiary current)で変化できる。三次電流は、活性
化および質量移動(mass transfer) 効果の両方が分極抵
抗(polarization resistance) に寄与するときに存在す
る。被着反応は質量移動によって制御され、三次電流は
拡散層肉厚の均等性に主に依存する。パルス・サイクル
のオン・サイクル（または活性反応期間）およびオフ・
サイクル（または不活性反応期間）における本発明のシ
ステムの電圧または電流印加能力により、高周波数で拡
散領域層の反応時間を制御できる。拡散層は、均等な金
属層を被着でき、かつ所望の形態金属被着を達成するの
に十分な長さだけ強制的に「オン」される。
拡散境界層分布は、電気化学反応の付近の流体力学条件
によって設定され、表面欠陥三次電流(surface impairi
ng tertiary current)で変化できる。三次電流は、活性
化および質量移動(mass transfer) 効果の両方が分極抵
抗(polarization resistance) に寄与するときに存在す
る。被着反応は質量移動によって制御され、三次電流は
拡散層肉厚の均等性に主に依存する。パルス・サイクル
のオン・サイクル（または活性反応期間）およびオフ・
サイクル（または不活性反応期間）における本発明のシ
ステムの電圧または電流印加能力により、高周波数で拡
散領域層の反応時間を制御できる。拡散層は、均等な金
属層を被着でき、かつ所望の形態金属被着を達成するの
に十分な長さだけ強制的に「オン」される。
【００４３】図４は、浴薬剤の充電および放電特性の正
確な制御により製造される一般的なバンプ被着を、走査
電子顕微鏡写真を用いて示す。以下のデータは、本発明
を利用することによる一般的な均等かつ再現可能な超小
型形状(microfeature)成長を示す。このデータは、異な
る製造ロットから採取した２つの異なる半導体ウェハか
ら測定された。高さ分布データは、半導体製造業界で一
般的な校正済みDekTakprofilemeter から記録された。
確な制御により製造される一般的なバンプ被着を、走査
電子顕微鏡写真を用いて示す。以下のデータは、本発明
を利用することによる一般的な均等かつ再現可能な超小
型形状(microfeature)成長を示す。このデータは、異な
る製造ロットから採取した２つの異なる半導体ウェハか
ら測定された。高さ分布データは、半導体製造業界で一
般的な校正済みDekTakprofilemeter から記録された。
【００４４】
【表３】 ウェハ・シリアル番号 ウェハ上の測定位置 高さ測定値［μ］ Ｃ７ 最上部ダイ ２０．７０μ Ｃ７ 中央ダイ １９．５９μ Ｃ７ 底部ダイ ２１．０２μ Ｃ７ 左ダイ ２０．９８μ Ｃ７ 右ダイ ２０．６８μ Ｇ４ 最上部ダイ ２０．８４μ Ｇ４ 中央ダイ ２０．０６μ Ｇ４ 底部ダイ ２１．２７μ Ｇ４ 左ダイ ２０．６２μ Ｇ４ 右ダイ ２０．６１μ Ｇ４ ２つのウェハ上のバンプ ０．４９μ 高さの標準偏差［μ］ わかるように、本発明は、高い分解能および高い再現精
度でメッキ処理パラメータを制御する。メッキ・システ
ムは、メッキ処理パラメータの高度な制御を有し、その
結果、平坦でより均等な被着が得られ、金属被着形態応
答(metallic deposits morphological response)は正確
に制限でき、本発明を電気化学液および適切に構成され
た電極１２と対象物１４とともに用いることにより、メ
ッキ液の有効製造寿命中に、ウェハ内で、ウェハ毎に、
またウェハ・ロット毎に、半導体ウェハ相互接続超小型
形状の被着特性のばらつきが低減される。
度でメッキ処理パラメータを制御する。メッキ・システ
ムは、メッキ処理パラメータの高度な制御を有し、その
結果、平坦でより均等な被着が得られ、金属被着形態応
答(metallic deposits morphological response)は正確
に制限でき、本発明を電気化学液および適切に構成され
た電極１２と対象物１４とともに用いることにより、メ
ッキ液の有効製造寿命中に、ウェハ内で、ウェハ毎に、
またウェハ・ロット毎に、半導体ウェハ相互接続超小型
形状の被着特性のばらつきが低減される。
【００４５】さらに、本発明は、処理パラメータを高度
の分解能および精度で維持することにより、充電浴濃度
および対応する浴導電性ならびにメッキ容量変化が、金
属被着形態、例えば、被着分布，硬度，平坦性および粒
径特性に及ぼす影響を低減する。
の分解能および精度で維持することにより、充電浴濃度
および対応する浴導電性ならびにメッキ容量変化が、金
属被着形態、例えば、被着分布，硬度，平坦性および粒
径特性に及ぼす影響を低減する。
【００４６】さらに、本発明は、電流大きさ特性が大き
く変化する可能性のある電圧パルスを、電気化学液が有
する並列抵抗および容量について大きな電気リアクタン
スを有するメッキ電極１２および対象物１４に正確に印
加する方法を提供し、その目的は、電極１２と対象物と
の間の電位を、拡散層において電気化学反応がどの程度
速く進行できるかを決定するプログラム済みメッキ電圧
過電位まで増加し、また装置が拡散層の電気化学反応を
どの程度速く遅くするかを決定するプログラム済み電圧
不足電位まで増加することである。
く変化する可能性のある電圧パルスを、電気化学液が有
する並列抵抗および容量について大きな電気リアクタン
スを有するメッキ電極１２および対象物１４に正確に印
加する方法を提供し、その目的は、電極１２と対象物と
の間の電位を、拡散層において電気化学反応がどの程度
速く進行できるかを決定するプログラム済みメッキ電圧
過電位まで増加し、また装置が拡散層の電気化学反応を
どの程度速く遅くするかを決定するプログラム済み電圧
不足電位まで増加することである。
【図１】従来の方法を利用したメッキ・バンプの走査電
子顕微鏡写真の側面図である。
子顕微鏡写真の側面図である。
【図２】本発明の実施例のブロック図である。
【図３】本発明の実施例で用いられる回路素子の回路図
である。
である。
【図４】本発明の実施例を利用したメッキ・バンプの走
査電子顕微鏡写真の側面図である。
査電子顕微鏡写真の側面図である。
１０ メッキ・セル １１ 電気化学液 １２ 電極 １３ 電気化学反応 １４ メッキ対象物 １５ アナログ・グランド １６ 水晶微量天秤（ＱＣＭ） １７ 導電性センサ １８ アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ） １９ ソフトウェア ２０ 波形発生器 ３０ メッキ・セル・ドライバ回路 ４０ 電圧検出フィードバック回路 ５０ 電流検出フィードバック回路 ６０ スイッチ ７０ コネクタ ７１ アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ） ７２ デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ） ７３ ソフトウェア ７４ ビデオ・ディスプレイ ７５ 制御素子 ８０ コネクタ ８１ アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ） ８２ デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ） ８３ ソフトウェア ８４ ビデオ・ディスプレイ ８５ 制御素子 ９０ コネクタ ９１ 信号調整器 ９２ 周波数検出器 ９３ デジタル・カウンタ ９４ ソフトウェア ９５ ビデオ・ディスプレイ ９６ 制御素子 ３０２ 高電力高電圧のパワー・オペアンプ ３０４ 小信号入力オフセット最小化オペアンプ ３０５ オフセット・トリム・デジタル・ポテンショメ
ータ（アナログ・グランド） ３０８ 入力オーバドライブ保護ネットワーク ３１０ スルー・レート補償ネットワーク ３１１ ハイブリッド回路 ３１２ 入力保護ネットワーク ３１４ 電流制限回路 ３１５ 出力電流検出抵抗器 ３１６ フィードバック補償ネットワーク ３１７ ハイブリッド回路 ３１８ デジタル・インタフェース（加算接合部） ３２０ 高／低周波数電源バイパス・ネットワーク ３２２ 高／低周波数電源バイパス・ネットワーク ３３０ デジタル・インタフェース ４００ コンピュータ・システム
ータ（アナログ・グランド） ３０８ 入力オーバドライブ保護ネットワーク ３１０ スルー・レート補償ネットワーク ３１１ ハイブリッド回路 ３１２ 入力保護ネットワーク ３１４ 電流制限回路 ３１５ 出力電流検出抵抗器 ３１６ フィードバック補償ネットワーク ３１７ ハイブリッド回路 ３１８ デジタル・インタフェース（加算接合部） ３２０ 高／低周波数電源バイパス・ネットワーク ３２２ 高／低周波数電源バイパス・ネットワーク ３３０ デジタル・インタフェース ４００ コンピュータ・システム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レイ・ピン・ライ アメリカ合衆国アリゾナ州グレンデール、 ウェスト・アロゥヘッド・レイクス・ドラ イブ5720
Claims (5)
- 【請求項１】 電気化学液（１１）に配置される電極
（１２）；前記電極（１２）に結合され、電圧または電
流印加を可能にするパワー・オペアンプ（３０２）から
なるドライバ回路（３０）；前記ドライバ回路（３０）
に結合された電圧フィードバック回路（４０）；および
前記ドライバ回路（３０）に結合された電流フィードバ
ック回路（５０）；によって構成されることを特徴とす
る回路。 - 【請求項２】 電気化学液（１１）；前記電気化学液に
配置される電極（１２）；前記電気化学液に配置される
メッキ対象物（１４）であって、グランド（１５）に結
合される対象物（１４）；前記電極に結合され、電圧パ
ルスを前記電極に供給するパワー・オペアンプ（３０
２）からなるドライバ回路（３０）であって、前記パワ
ー・オペアンプ（３０２）は、少なくとも５アンペアの
デバイスからなる、ドライバ回路（３０）；および前記
ドライバ回路（３０）に結合された入力（２０）；によ
って構成されることを特徴とするメッキ・システム。 - 【請求項３】 活性反応期間および不活性反応期間を有
するメッキ方法であって：電気化学液（１１）を設ける
段階；前記電気化学液（１１）に電極（１２）を設ける
段階；前記電気化学液（１１）内に反応対象物（１４）
を設ける段階であって、前記対象物（１４）は拡散層か
らなる、段階；および前記活性反応期間および前記不活
性反応期間中に、電圧または電流印加する段階；によっ
て構成されることを特徴とする方法。 - 【請求項４】 金属層をメッキする方法であって：メッ
キ・セル（１０）を設ける段階であって、電気化学反応
が前記メッキ・セル（１０）内で生じ、前記電気化学反
応はＲＣ時定数を有する、段階；減衰電流が前記ＲＣ時
定数の唯一の関数とはならないように、前記メッキ・セ
ル（１０）における減衰電流を制御する段階；によって
構成されることを特徴とする方法。 - 【請求項５】 電気化学液（１１）を設ける段階；前記
電気化学液（１１）内に表面（１４）を設ける段階であ
って、前記表面（１４）は拡散層からなる、段階；前記
電気化学液（１１）内に電極（１２）を設ける段階；前
記表面（１４）と前記電極（１２）との間に電位を生成
する段階；および前記拡散層において電気化学処理がど
の程度速く進行するかを決定するプログラム済みメッキ
電圧過電位に電位が設定され、かつ電気化学処理がどの
程度速く前記拡散層における電気化学処理を遅くするか
を決定するプログラム済み電圧不足電位に電位が設定さ
れるように、電圧または電流パルスを前記電極（１２）
に印加する段階；によって構成されることを特徴とする
電気化学処理。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US349590 | 1989-05-09 | ||
| US08/349,590 US5605615A (en) | 1994-12-05 | 1994-12-05 | Method and apparatus for plating metals |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08239800A true JPH08239800A (ja) | 1996-09-17 |
| JP4162272B2 JP4162272B2 (ja) | 2008-10-08 |
Family
ID=23373083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33986595A Expired - Fee Related JP4162272B2 (ja) | 1994-12-05 | 1995-12-05 | 金属をメッキする方法および装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5605615A (ja) |
| JP (1) | JP4162272B2 (ja) |
| GB (1) | GB2295829B (ja) |
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