KR102265226B1 - 도금 방법 및 도금 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명의 과제는 기판의 도금 중에 첨가제의 농도를 적정한 범위 내로 제어할 수 있는 도금 방법을 제공하는 것이다.
도금 방법은, 표면에 비아 홀을 갖는 기판(W)과 애노드(2)를 첨가제를 포함하는 도금액 내에 서로 대향시켜서 배치하고, 기판(W)과 애노드(2) 사이에 전압을 인가하여 비아 홀 내에 금속을 충전하고, 기판(W)에 인가되는 전압을 측정하고, 소정 시간당의 전압의 변화량을 계산하고, 전압의 변화량이 소정의 관리 범위 내로 유지되도록, 도금액의 첨가제 농도를 조정한다.

Description

도금 방법 및 도금 장치 {PLATING METHOD AND PLATING APPARATUS}
본 발명은 반도체 디바이스의 배선 형성 기술에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 등의 기판 표면에 형성된 비아 홀의 내부에, 구리 등의 금속을 충전하는 도금 방법 및 도금 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 배선 형성 기술에 있어서, 구리 도금 프로세스가 널리 채용되고 있다. 반도체 디바이스의 고집적화가 진행됨에 따라서 회로의 배선이 미세화되고, 이차원 방향에 있어서의 미세화 레벨은 한계에 가까워지고 있다. 따라서, 디바이스 성능을 더욱 향상시키는 기술로서, TSV(through silicon via) 기술이 기대되고 있다. 이 TSV 기술은, 비아 홀 내에 구리 등의 도전 재료를 매립하여 관통 전극을 형성하고, 이 관통 전극을 통하여 반도체 칩끼리를 접속하는 삼차원 적층 기술이다.
비아 홀의 내부에 공극(소위 보이드)을 형성하지 않고 금속을 매립하기 위한 중요한 포인트는, 기판의 필드부 표면에 있어서의 금속의 석출을 억제하면서, 비아 홀의 저부에 있어서의 금속의 석출을 촉진시키는 것이다. 따라서, 도금액에는 금속의 석출을 촉진하는 촉진제, 및 금속의 석출을 억제하는 서프레서[예를 들어 PEG(폴리에틸렌글리콜)]나 레벨러(평활화제) 등의 억제 성분 함유제가 일반적으로 첨가되어 있다. 특히, 50㎛ 내지 200㎛ 깊이를 갖는 비아 홀의 내부에 구리를 매립하기 위해서는, 억제 작용이 매우 강한 억제 성분 함유제를 사용해야만 한다. 이들 촉진제 및 억제 성분 함유제는 총칭하여 첨가제라고 불린다.
보이드를 형성하지 않고 비아 홀 내를 금속으로 충전시키기 위해서는, 도금 중에 있어서의 첨가제의 농도 관리가 중요하다. 첨가제의 농도 분석에는, CVS(Cyclic Voltammetric Stripping) 기술이 종래부터 사용되고 있다. 그러나, 도금액 내의 첨가제는 도금의 진행에 따라 부생성물을 발생하고, 이 부생성물은 농도 분석 결과에 악영향을 미치는 경우가 있다. 그 결과, 첨가제의 농도가 정확하게 관리되지 않아, 금속 내에 보이드가 형성되어 버리는 경우가 있다. 또한, 첨가제의 작용에 의해, 도금된 구리의 결정 입경이나 배향성 등의 막질이 변화되므로, 첨가제의 적정한 농도 관리가 행하여지지 않으면 기판마다 막질이 변동되어 버릴 우려가 있다. 특히, 억제 작용이 매우 강한 억제 성분 함유제를 사용한 경우에는, CVS 기술로 억제 성분 함유제의 농도를 적절하게 측정하는 것은 부생성물이 분석에 영향을 주기 때문에 곤란하다.
비아 홀 내에 금속을 빠르게 충전하는 것을 목적으로 하여, 기판의 도금 중에 기판 상에서의 전류 밀도를 상승시키는 것이 종래부터 행하여지고 있다. 보이드를 방지하면서 비아 홀 내에 금속을 빠르게 충전하기 위해서는, 비아 홀의 대부분에 금속이 매립되었을 때에, 전류 밀도를 상승시킬 필요가 있다. 그러나, 종래에는 도금의 진척은 도금 시간에 의해 판단되고 있으므로, 비아 홀 내에서의 금속의 충전율을 정확하게 결정하는 것이 어렵다. 결과적으로, 적절한 타이밍에서 전류 밀도를 상승시킬 수 없는 경우가 있었다. 전류 밀도를 상승시키는 타이밍이 너무 빠르면, 비아 홀 내에 보이드가 형성되어 버리고, 반대로 전류 밀도를 상승시키는 타이밍이 너무 늦으면, 도금에 필요로 하는 시간을 단축할 수 없다.
통상, 도금의 종점은 도금 시간에만 의해 관리되고 있다. 그러나, 도금의 진척 방법은 도금의 프로세스마다 다르기 때문에, 도금의 종점을 도금 시간에만 의해 관리하면, 도금 부족 또는 도금 과잉이 되는 경우가 있었다.
일본 특허 공개 제2006-317197호 공보
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 기판의 도금 중에 첨가제의 농도를 적정한 범위 내로 제어할 수 있는 도금 방법 및 도금 장치를 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.
또한 본 발명은 기판의 도금 진척을 정확하게 결정하고, 도금 시간을 단축할 수 있는 도금 방법 및 도금 장치를 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.
또한 본 발명은 도금의 종점을 정확하게 결정할 수 있는 도금 방법 및 도금 장치를 제공하는 것을 제3 목적으로 한다.
제1 형태는, 애노드와, 표면에 비아 홀이 형성된 기판을, 첨가제를 포함하는 도금액 내에 서로 대향시켜서 배치하고, 상기 애노드와 상기 기판 사이에 전압을 인가하여 상기 비아 홀 내에 금속을 충전하고, 상기 기판에 인가되는 전압을 측정하고, 소정 시간당의 상기 전압의 변화량을 계산하고, 상기 전압의 변화량이 소정의 관리 범위 내로 유지되도록, 상기 도금액의 상기 첨가제의 농도를 조정하는 것을 특징으로 하는 도금 방법이다.
또한, 전압의 측정은, 기판과 애노드 사이의 전압을 측정하는 것에 한정되지 않고, 도금액에 침지된 참조 전극과 기판 사이의 전압을 측정하는 등, 기판 상의 전위 변화를 검출할 수 있는 다른 수단을 사용해도 된다.
제2 형태는, 기판을 도금하기 위한 도금조로부터 첨가제를 포함하는 도금액을 추출하고, 상기 추출된 도금액 내에 제1 전극 및 제2 전극을 침지시켜, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전압을 인가하고, 금속이 석출되고 있는 상기 제2 전극에 인가되는 전압을 측정하고, 소정 시간당의 상기 전압의 변화량을 계산하고, 상기 전압의 변화량이 소정의 관리 범위 내로 유지되도록, 상기 도금액의 상기 첨가제의 농도를 조정하는 것을 특징으로 하는 도금 방법이다.
제3 형태는, 애노드와, 표면에 비아 홀이 형성된 기판을, 첨가제를 포함하는 도금액 내에 서로 대향시켜서 배치하고, 상기 애노드와 상기 기판 사이에 전압을 인가하여 상기 비아 홀 내에 금속을 충전하고, 상기 기판에 인가되는 전압을 측정하고, 소정 시간당의 상기 전압의 변화량을 계산하고, 상기 전압의 변화량이 소정의 변동폭을 초과하여 증가되었을 때에 상기 기판 상에서의 전류 밀도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 도금 방법이다.
제4 형태는, 애노드와, 표면에 비아 홀이 형성된 기판을, 첨가제를 포함하는 도금액 내에 서로 대향시켜서 배치하고, 상기 애노드와 상기 기판 사이에 전압을 인가하여 상기 비아 홀 내에 금속을 충전하고, 상기 기판에 인가되는 전압을 측정하고, 소정 시간당의 상기 전압의 변화량을 계산하고, 상기 전압의 변화량이 소정의 변동폭을 초과하여 감소되었을 때에 상기 전압의 인가를 정지시키는 것을 특징으로 하는 도금 방법이다.
제5 형태는, 애노드와, 표면에 비아 홀이 형성된 기판을, 첨가제를 포함하는 도금액 내에 서로 대향시켜서 배치하고, 상기 애노드와 상기 기판 사이에 전압을 인가하여 상기 비아 홀 내에 금속을 충전하고, 상기 기판에 인가되는 전압을 측정하고, 소정 시간당의 상기 전압의 변화량을 계산하고, 상기 전압의 변화량이 소정의 제1 임계값을 상회한 시점을 결정하고, 그 후, 상기 전압의 변화량이 소정의 제2 임계값을 하회한 시점으로부터, 미리 설정된 시간이 경과되었을 때에 상기 전압의 인가를 정지시키는 것을 특징으로 하는 도금 방법이다.
제6 형태는, 애노드와, 표면에 비아 홀이 형성된 기판을, 첨가제를 포함하는 도금액 내에 서로 대향시켜서 배치하고, 상기 애노드와 상기 기판 사이에 전압을 인가하여, 제1 전류 밀도로 상기 비아 홀의 저부로부터 상방을 향하여 금속을 석출시키는 제1 도금 공정을 행하고, 상기 기판에 인가되는 전압을 측정하고, 소정 시간당의 전압의 변화량을 계산하고, 상기 전압의 변화량이 소정의 변동폭을 초과하여 증가한 시점에서, 상기 애노드와 상기 기판 사이에 인가되는 전압을 증가시켜서, 상기 제1 전류 밀도보다도 높은 제2 전류 밀도로 상기 비아 홀 내에 금속을 충전하는 제2 도금 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 도금 방법이다.
제7 형태는, 첨가제를 포함하는 도금액을 보유 지지하기 위한 도금조와, 표면에 비아 홀이 형성된 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와, 상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판에 대향하도록 배치된 애노드와, 상기 기판과 상기 애노드 사이에 전압을 인가하는 전원과, 상기 기판에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정기와, 상기 전압의 측정값에 의거하여, 상기 도금액 내의 첨가제의 농도를 제어하는 도금 제어부와, 상기 도금 제어부로부터의 지령에 따라, 상기 도금액 내의 상기 첨가제의 농도를 조정하는 농도 조정부를 구비하고, 상기 도금 제어부는, 소정 시간당의 상기 전압의 변화량을 계산하고, 상기 전압의 변화량이 소정의 관리 범위 내로 유지되도록, 상기 농도 조정부에 지령을 보내어 해당 농도 조정부에 상기 도금액의 상기 첨가제의 농도를 조정시키는 것을 특징으로 하는 도금 장치이다.
제8 형태는, 첨가제를 포함하는 도금액을 보유 지지하기 위한 도금조와, 표면에 비아 홀이 형성된 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와, 상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판에 대향하도록 배치된 애노드와, 상기 기판과 상기 애노드 사이에 전압을 인가하는 제1 전원과, 상기 도금액을 분석하는 도금액 분석부와, 상기 도금액 내의 상기 첨가제의 농도를 조정하는 농도 조정부를 구비하고, 상기 도금액 분석부는, 상기 도금조로부터 추출된 도금액을 저류하는 분석조와, 상기 분석조 내의 상기 도금액에 침지되는 제1 전극 및 제2 전극과, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전압을 인가하는 제2 전원과, 금속이 석출되는 상기 제2 전극에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정기와, 상기 전압의 측정값에 의거하여, 상기 도금조 내의 상기 도금액 내의 첨가제의 농도를 제어하는 도금 제어부를 구비하고, 상기 도금 제어부는, 소정 시간당의 상기 전압의 변화량을 계산하고, 상기 전압의 변화량이 소정의 관리 범위 내로 유지되도록, 상기 농도 조정부에 지령을 보내어 해당 농도 조정부에 상기 도금액의 상기 첨가제의 농도를 조정시키는 것을 특징으로 하는 도금 장치이다.
제9 형태는, 첨가제를 포함하는 도금액을 보유 지지하기 위한 도금조와, 표면에 비아 홀이 형성된 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와, 상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판에 대향하도록 배치된 애노드와, 상기 기판과 상기 애노드 사이에 전압을 인가하는 전원과, 상기 기판에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정기와, 소정 시간당의 상기 전압의 변화량을 계산하고, 상기 전압의 변화량이 소정의 변동폭을 초과하여 증가되었을 때에 상기 전원에 지령을 보내어 상기 전압을 증가시켜서 상기 기판 상에서의 전류 밀도를 상승시키는 도금 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 도금 장치이다.
제10 형태는, 첨가제를 포함하는 도금액을 보유 지지하기 위한 도금조와, 표면에 비아 홀이 형성된 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와, 상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판에 대향하도록 배치된 애노드와, 상기 기판과 상기 애노드 사이에 전압을 인가하는 전원과, 상기 기판에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정기와, 소정 시간당의 상기 전압의 변화량을 계산하고, 상기 전압의 변화량이 소정의 변동폭을 초과하여 감소되었을 때에 상기 전원에 지령을 보내어 상기 전압의 인가를 정지시키는 도금 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 도금 장치이다.
제11 형태는, 첨가제를 포함하는 도금액을 보유 지지하기 위한 도금조와, 표면에 비아 홀이 형성된 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와, 상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판에 대향하도록 배치된 애노드와, 상기 기판과 상기 애노드 사이에 전압을 인가하는 전원과, 상기 기판에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정기와, 상기 전압의 측정값에 의거하여, 소정 시간당의 전압의 변화량을 계산하는 도금 제어부를 구비하고, 상기 도금 제어부는, 상기 전압의 변화량을 계산하고, 상기 전압의 변화량이 소정의 제1 임계값을 상회한 시점을 결정하고, 그 후, 상기 전압의 변화량이 소정의 제2 임계값을 하회한 시점으로부터, 미리 설정된 시간이 경과되었을 때에 상기 전원에 지령을 보내어 상기 전압의 인가를 정지시키는 것을 특징으로 하는 도금 장치이다.
제12 형태는, 첨가제를 포함하는 도금액을 보유 지지하기 위한 도금조와, 표면에 비아 홀이 형성된 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와, 상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판에 대향하도록 배치된 애노드와, 상기 기판과 상기 애노드 사이에 전압을 인가하는 전원과, 상기 기판에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정기와, 상기 전압의 측정값에 의거하여, 소정 시간당의 전압의 변화량을 계산하는 도금 제어부를 구비하고, 상기 도금 제어부는, 상기 전원에 지령을 보내어 상기 기판과 상기 애노드 사이에 전압을 인가시켜, 제1 전류 밀도로 상기 비아 홀의 저부로부터 상방을 향하여 금속을 석출시키고, 상기 전압의 변화량이 소정의 변동폭을 초과하여 증가한 시점에서, 상기 전원에 지령을 보내어 상기 기판과 상기 애노드 사이에 인가되는 전압을 증가시켜서, 상기 제1 전류 밀도보다도 높은 제2 전류 밀도로 상기 비아 홀 내에 금속을 충전하는 것을 특징으로 하는 도금 장치이다.
소정 시간당의 전압의 변화량은, 도금액 내의 첨가제의 농도에 의존하여 변화된다. 따라서, 제1, 제2, 제7, 제8 형태에 의하면, 전압의 변화량에 의거하여 첨가제의 농도를 적정한 범위 내로 제어할 수 있다. 그 결과, 보이드 등의 결함을 발생하지 않고, 또한 막질이 균일한 기판을 얻을 수 있다.
기판과 애노드 사이의 전기 저항은, 금속막의 성장에 따라서 변화된다. 이것은, 금속막의 두께 변화 및 첨가제의 금속막에의 부착 방법의 변화에 의한 것이다. 따라서, 제3, 제6, 제9, 제12 형태에 의하면, 전압의 변화에 의거하여 도금의 진척을 정확하게 파악하고, 적정한 타이밍에서 전류 밀도를 올림으로써 도금 시간을 단축할 수 있다.
상술한 바와 같이, 기판과 애노드 사이의 전기 저항은, 금속막의 성장에 따라서 변화된다. 제4, 제5, 제10, 제11 형태에 의하면, 전압의 변화에 의거하여 도금의 종점을 정확하게 결정할 수 있다.
도 1은, 도금 장치의 일 실시 형태를 도시하는 개략도이다.
도 2는, 기판 홀더를 도시하는 사시도이다.
도 3은, 도 2에 도시한 기판 홀더의 평면도이다.
도 4는, 도 2에 도시한 기판 홀더의 우측면도이다.
도 5는, 도 4에 도시한 기호 A로 둘러싸인 부분을 나타내는 확대도이다.
도 6a 내지 도 6d는, 기판의 비아 홀 내에 구리가 충전되는 공정을 도시하는 도면이다.
도 7은, 도 1에 도시한 도금 장치의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 8은, 도 1에 도시한 도금 장치의 다른 변형예를 도시하는 도면이다.
도 9는, 전압 측정기에 의해 측정된 전압의 시간 변화의 일례를 모식적으로 도시하는 그래프이다.
도 10은, 전압 측정기에 의해 측정된 전압의 시간 변화의 다른 예를 모식적으로 도시하는 그래프이다.
도 11은, 전압 측정기에 의해 측정된 전압의 시간 변화의 또 다른 예를 모식적으로 도시하는 그래프이다.
도 12는, 억제 성분 함유제의 농도에 따라 다른 전압의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13a 내지 도 13d는 억제 성분 함유제의 농도에 따라 변하는 구리의 석출 상태를 도시하는 도면이다.
도 14는, 기판을 도금 처리했을 때의 전압의 시간 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 15는, 도금 제어부의 제어 시퀀스의 일례를 나타내는 도면이다.
도 16은, 도금 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 개략도이다.
도 17은, 도 16에 나타내는 도금 장치의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 18은, 도 16에 나타내는 도금 장치의 다른 변형예를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1 내지 도 18에 있어서, 동일 또는 상당하는 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다. 또한, 이하의 실시 형태에서는, 기판의 표면에 형성된 비아 홀의 내부에 구리를 충전하는 예를 나타낸다.
도 1은, 도금 장치의 일 실시 형태를 도시하는 개략도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 도금 장치는 도금조(1)를 구비하고 있고, 도금조(1)는 도금액을 저류하는 내조(7)와, 내조(7)에 인접하여 배치된 오버플로우조(8)를 구비하고 있다. 내조(7)의 상단부를 오버플로우한 도금액은, 오버플로우조(8) 내로 유입하도록 되어 있다. 오버플로우조(8)의 저부에는, 도금액을 순환시키는 도금액 순환 라인(12)의 일단부가 접속되고, 타단부는 내조(7)의 저부에 접속되어 있다. 오버플로우조(8) 내로 유입한 도금액은, 도금액 순환 라인(12)을 통해 내조(7) 내로 복귀된다.
또한, 도금 장치는 구리 등의 금속으로 구성되는 애노드(2)를 보유 지지하고, 또한 애노드(2)를 내조(7) 내의 도금액에 침지시키는 애노드 홀더(3)와, 웨이퍼 등의 기판(W)을 착탈 가능하게 보유 지지하고, 또한 기판(W)을 내조(7) 내의 도금액에 침지시키는 기판 홀더(6)를 구비하고 있다. 애노드(2) 및 기판(W)은 도금액 중에서 서로 대향하도록 배치된다. 애노드(2)는 애노드 홀더(3)를 통하여 전원(10)의 정극에 접속되고, 기판(W)의 표면에 형성된 시드층 등의 도전층은, 기판 홀더(6)를 통하여 전원(10)의 부극에 접속되어 있다.
또한, 도금 장치는 내조(7) 내의 기판 홀더(6)에 보유 지지된 기판(W)의 표면에 근접하여 도금액을 교반하는 교반 패들(14)과, 기판(W) 상의 전위 분포를 조정하는 조정판(레귤레이션 플레이트)(15)을 구비하고 있다. 조정판(15)은 도금액 내의 전기장을 제한하기 위한 개구(15a)를 구비하고 있으며, 교반 패들(14)은 기판 홀더(6)에 보유 지지된 기판(W)의 표면 근방에 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 교반 패들(14)은 기판 홀더(6)와 애노드 홀더(3) 사이에 배치되어 있다. 교반 패들(14)은 연직으로 배치되어 있고, 기판(W)과 평행하게 왕복 운동함으로써 도금액을 교반하고, 기판(W)의 도금 중에, 충분한 금속 이온을 기판(W)의 표면에 균일하게 공급할 수 있다. 조정판(15)은 교반 패들(14)과 애노드 홀더(3) 사이에 배치되어 있다.
기판(W)을 보유 지지하는 기판 홀더(6)에 대하여 설명한다. 기판 홀더(6)는 도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 직사각형 평판 형상의 제1 보유 지지 부재(40)와, 이 제1 보유 지지 부재(40)에 힌지(42)를 통하여 개폐 가능하게 설치된 제2 보유 지지 부재(44)를 갖고 있다. 다른 구성예로서, 제2 보유 지지 부재(44)를 제1 보유 지지 부재(40)에 대치한 위치에 배치하고, 이 제2 보유 지지 부재(44)를 제1 보유 지지 부재(40)를 향하여 전진시키고, 또한 제1 보유 지지 부재(40)로부터 이격시킴으로써 제2 보유 지지 부재(44)를 개폐하도록 해도 된다.
제1 보유 지지 부재(40)는, 예를 들어 염화비닐제이다. 제2 보유 지지 부재(44)는 기초부(46)과, 링 형상의 시일 홀더(48)를 갖고 있다. 시일 홀더(48)는 예를 들어 염화비닐제이며, 하기의 누름 링(50)과의 미끄럼을 좋게 하고 있다. 시일 홀더(48)의 상부에는 링 형상의 기판측 시일 부재(52)(도 4 및 도 5 참조)가 내측으로 돌출되어서 설치되어 있다. 이 기판측 시일 부재(52)는 기판 홀더(6)가 기판(W)을 보유 지지했을 때, 기판(W)의 표면 외주부에 압접하여 제2 보유 지지 부재(44)와 기판(W)의 간극을 시일하도록 구성되어 있다. 시일 홀더(48)의 제1 보유 지지 부재(40)와 대향하는 면에는, 링 형상의 홀더측 시일 부재(58)(도 4 및 도 5 참조)가 설치되어 있다. 이 홀더측 시일 부재(58)는 기판 홀더(6)가 기판(W)을 보유 지지했을 때, 제1 보유 지지 부재(40)에 압접하여 제1 보유 지지 부재(40)와 제2 보유 지지 부재(44)의 간극을 시일하도록 구성되어 있다. 홀더측 시일 부재(58)는 기판측 시일 부재(52)의 외측에 위치하고 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 기판측 시일 부재(52)는 시일 홀더(48)와 제1 고정 링(54a) 사이에 끼움 지지되어서 시일 홀더(48)에 설치되어 있다. 제1 고정 링(54a)은 시일 홀더(48)에 나사 등의 체결구(56a)를 통하여 설치된다. 홀더측 시일 부재(58)는 시일 홀더(48)와 제2 고정 링(54b) 사이에 끼움 지지되어서 시일 홀더(48)에 설치되어 있다. 제2 고정 링(54b)은 시일 홀더(48)에 나사 등의 체결구(56b)를 통하여 설치된다.
시일 홀더(48)의 외주부에는 단차부가 설치되어 있고, 이 단차부에는 누름 링(50)이 스페이서(60)를 통하여 회전 가능하게 장착되어 있다. 누름 링(50)은 제1 고정 링(54a)의 외주부에 의해 탈출 불가능하게 장착되어 있다. 이 누름 링(50)은 산이나 알칼리에 대하여 내식성이 우수하고, 충분한 강성을 갖는 재료로 구성된다. 예를 들어, 누름 링(50)은 티타늄으로 구성된다. 스페이서(60)는 누름 링(50)이 원활하게 회전할 수 있도록, 마찰 계수가 낮은 재료, 예를 들어 PTFE로 구성되어 있다.
누름 링(50)의 외측에는, 복수의 클램퍼(62)가 누름 링(50)의 원주 방향을 따라 등간격으로 배치되어 있다. 이들 클램퍼(62)는 제1 보유 지지 부재(40)에 고정되어 있다. 각 클램퍼(62)는, 내측으로 돌출된 돌출부를 갖는 역L자 형상을 갖고 있다. 누름 링(50)의 외주면에는, 외측으로 돌출된 복수의 돌기부(50b)가 설치되어 있다. 이들 돌기부(50b)는 클램퍼(62)의 위치에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 클램퍼(62)의 내측 돌출부의 하면 및 누름 링(50)의 돌기부(50b)의 상면은, 누름 링(50)의 회전 방향을 따라서 서로 반대 방향으로 경사지는 경사면으로 되어 있다. 누름 링(50)의 원주 방향을 따른 복수 개소(예를 들어 3 개소)에는, 상방으로 돌출되는 볼록부(50a)가 설치되어 있다. 회전 핀(도시하지 않음)을 회전시켜서 볼록부(50a)를 옆에서 눌러 돌림으로써, 누름 링(50)을 회전시킬 수 있다.
제2 보유 지지 부재(44)를 개방한 상태에서, 제1 보유 지지 부재(40)의 중앙부에 기판(W)이 삽입되고, 힌지(42)를 통하여 제2 보유 지지 부재(44)가 폐쇄된다. 누름 링(50)을 시계 방향으로 회전시키고, 누름 링(50)의 돌기부(50b)를 클램퍼(62)의 내측 돌출부의 내부로 미끄러져 들어가게 한다. 누름 링(50) 및 클램퍼(62)에 각각 설치된 경사면을 통하여, 제1 보유 지지 부재(40)와 제2 보유 지지 부재(44)가 서로 체결되면, 제2 보유 지지 부재(44)는 제1 보유 지지 부재(40)에 고정된다. 누름 링(50)을 반시계 방향으로 회전시켜서 누름 링(50)의 돌기부(50b)를 클램퍼(62)로부터 제거함으로써, 제2 보유 지지 부재(44)는 제1 보유 지지 부재(40)로부터 해방된다.
제2 보유 지지 부재(44)가 제1 보유 지지 부재(40)에 고정되었을 때, 기판측 시일 부재(52)의 하방 돌출부는 기판(W)의 표면 외주부에 압접된다. 기판측 시일 부재(52)는 균일하게 기판(W)에 가압되고, 이에 의해 기판(W)의 표면 외주부와 제2 보유 지지 부재(44)의 간극을 시일한다. 마찬가지로, 제2 보유 지지 부재(44)가 제1 보유 지지 부재(40)에 고정되었을 때, 홀더측 시일 부재(58)의 하방 돌출부는 제1 보유 지지 부재(40)의 표면에 압접된다. 홀더측 시일 부재(58)는 균일하게 제1 보유 지지 부재(40)에 가압되고, 이에 의해 제1 보유 지지 부재(40)와 제2 보유 지지 부재(44) 사이의 간극을 시일한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제1 보유 지지 부재(40)의 단부에는, 한 쌍의 대략 T자형의 홀더 행거(64)가 설치되어 있다. 제1 보유 지지 부재(40)의 상면에는, 기판(W)의 크기에 거의 동등한 링 형상의 돌출부(66)가 형성되어 있다. 이 돌출부(66)는 기판(W)의 주연부에 접촉하여 상기 기판(W)을 지지하는 링 형상의 지지면(68)을 갖고 있다. 이 돌출부(66)의 원주 방향을 따른 소정 위치에 배치부(70)가 설치되어 있다.
배치부(70) 내에는 복수(도시에서는 12개)의 도전체(전기 접점)(72)가 각각 배치되어 있다. 이들 도전체(72)는 홀더 행거(64)에 설치된 접속 단자(76)로부터 연장되는 복수의 배선에 각각 접속되어 있다. 제1 보유 지지 부재(40)의 지지면(68) 상에 기판(W)을 적재했을 때, 이 도전체(72)의 단부가 도 5에 도시한 전기 접점(74)의 하부에 탄성적으로 접촉한다.
도전체(72)에 전기적으로 접속되는 전기 접점(74)은, 나사 등의 체결구(78)에 의해 제2 보유 지지 부재(44)의 시일 홀더(48)에 고정 부착되어 있다. 이 전기 접점(74)은 판 스프링 형상으로 형성되어 있다. 전기 접점(74)은 기판측 시일 부재(52)의 외측에 위치한, 내측에 판 스프링 형상으로 돌출하는 접점부를 갖고 있다. 전기 접점(74)은 이 접점부에 있어서, 용이하게 굴곡하도록 되어 있다. 제1 보유 지지 부재(40)와 제2 보유 지지 부재(44)로 기판(W)을 보유 지지했을 때에, 전기 접점(74)의 접점부가, 제1 보유 지지 부재(40)의 지지면(68) 상에 지지된 기판(W)의 외주면에 탄성적으로 접촉하도록 구성되어 있다.
제2 보유 지지 부재(44)의 개폐는, 도시하지 않은 에어 실린더와 제2 보유 지지 부재(44)의 자중에 의해 행하여진다. 즉, 제1 보유 지지 부재(40)에는 통과 구멍(40a)이 마련되고, 에어 실린더(도시 생략)의 피스톤 로드에 의해, 통과 구멍(40a)을 통하여 제2 보유 지지 부재(44)의 시일 홀더(48)를 상방으로 밀어 올림으로써 제2 보유 지지 부재(44)를 개방하고, 피스톤 로드를 수축시킴으로써, 제2 보유 지지 부재(44)를 그 자중에 의해 폐쇄되도록 되어 있다.
도 6a 내지 도 6d는, 기판(W)에 형성된 비아 홀(20) 내에 구리(22)가 충전되는 공정을 도시하는 도면이다. 도 6a에 도시한 바와 같이, 기판(W)에는, 예를 들어 비아 직경이 1㎛ 내지 20㎛이고, 깊이가 50㎛ 내지 200㎛인 비아 홀(20)이 형성되어 있고, 이 비아 홀(20)의 내면을 포함하는 기판(W)의 표면에는 전해 도금의 전기 공급층으로서의 도전층(21)이 형성되어 있다. 교반 패들(14)은 기판(W)의 표면과 평행하게 왕복 운동하고, 애노드(2)와 기판(W) 사이에 존재하는 도금액을 교반하고 있다. 이 상태에서, 애노드(2)와 도전층(21) 사이에 전압이 인가되고, 기판(W)의 도금이 개시된다. 구리(22)는 일례이며, 다른 금속을 비아 홀(20)에 매립해도 된다.
도금액에 포함되는 첨가제는 구리(22)의 석출에 영향을 미친다. 이 첨가제는, 구리(22)의 석출을 촉진하는 촉진제, 및 구리(22)의 석출을 억제하는 서프레서나 레벨러(즉 평활화제) 등의 억제 성분 함유제를 포함하고 있다. 촉진제로서는, 예를 들어 비스(3-술포프로필)디술피드(SPS) 또는 메르캅트프로판술폰산나트륨(MPS) 등의 유황계 화합물이 사용된다. 서프레서로서는, 예를 들어 폴리에틸렌글리콜 등의 고분자 계면 활성제가 사용되고, 레벨러로서는, 예를 들어 폴리에틸렌이민(PEI), 또는 야누스그린 B(JGB) 등의 질소계 화합물이 사용된다. 도금액은, 황산구리액 등의 베이스액에 첨가제를 첨가함으로써 생성된다.
도금액을 교반하면서 기판(W)의 도금을 행하면, 도금액의 흐름이 빠른 기판(W)의 필드부(23) 및 비아 홀(20)의 개구부 부근에서는, 억제 성분 함유제가 작용하여 구리(22)의 석출이 억제된다. 이에 반해, 도금액의 흐름이 느린 비아 홀(20)의 저부에서는, 억제 성분 함유제의 공급이 적어, 촉진제가 효과적으로 작용한다. 이와 같이, 도금액의 흐름이 빠른 영역에서 구리(22)의 석출이 억제되고, 도금액의 흐름이 느린 영역에서 구리(22)의 석출이 촉진되는 것은, 촉진제보다도 분자량이 큰 억제 성분 함유제가 확산에 의해 비아 홀(20)의 저부에 도달하기 어렵기 때문이다. 이로 인해, 도 6b에 도시한 바와 같이, 비아 홀(20)의 저부로부터 상방으로 구리(22)가 우선적으로 석출된다. 그 결과, 도 6c에 도시한 바와 같이, 구리(22)에 의한 비아 홀(20)의 입구 폐색을 방지하면서, 비아 홀(20)에 구리(22)를 매립할 수 있게 된다.
그리고, 도 6d에 도시한 바와 같이, 비아 홀(20) 내가 완전히 구리(22)로 채워지고, 다시 필드부(23) 내의 도전층(21) 상에 소정의 막 두께의 구리(22)가 석출되면, 애노드(2)와 기판(W) 사이로의 전압의 인가를 정지하고, 교반 패들(14)의 왕복 운동을 정지하여 도금을 종료한다.
첨가제를 포함한 도금액을 사용하면, 주로 도금 처리량(도금한 기판의 매수)에 따라 첨가제의 농도가 변화된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 도금 장치는 기판(W)과 애노드(2) 사이의 전압을 측정하는 전압 측정기(24)와, 전압의 측정값에 의거하여 도금액 내의 첨가제의 농도를 제어하는 도금 제어부(25)와, 도금 제어부(25)로부터의 지령에 따라서 도금액 내의 첨가제의 농도를 조정하는 농도 조정부(28)를 구비한다. 전압 측정기(24)는 전원(10) 및 도금 제어부(25)에 접속되어 있고, 기판(W)에 인가되는 전압의 측정값, 보다 구체적으로는 기판(W)과 애노드(2) 사이의 전압 측정값을 도금 제어부(25)로 보내도록 구성되어 있다. 전압 측정기(24)는 mV 또는 그 이하 오더의 세밀한 분해 능력을 갖고 있으며, 1매의 기판을 도금하는 동안의 전압의 미소한 변화를 검출할 수 있다.
도 7은, 도 1에 도시한 도금 장치의 변형예를 도시하는 도면이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 기판(W)과 애노드(2) 사이의 전압을 측정하는 대신에, 전압을 측정할 때의 전위 기준이 되는 참조 전극(기준 전극)(30)을 내조(7) 내의 도금액에 침지시키고, 이 참조 전극(30)과 기판(W) 사이의 전압을 측정해도 된다. 참조 전극(30)은 도금액의 교반이나 도금액 내의 전기장의 제어 방해가 되지 않도록 기판(W)의 근방에 배치하는 것이 바람직하다. 도 7의 일점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 참조 전극(30) 및 기판(W)은 전압 측정기(24)에 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 참조 전극(30)과 기판(W) 사이의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 전압의 측정 방법은, 기판(W)과 애노드(2) 사이의 전압을 측정하는 방법 또는 기판(W)과 참조 전극(30) 사이의 전압을 측정하는 방법에 한정되지 않고, 기판(W)의 표면 전위의 변화를 검출할 수 있는 방법이라면 다른 수단을 사용해도 된다.
도 8은, 도 1에 도시한 도금 장치의 다른 변형예를 도시하는 도면이다. 도 8에 있어서, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 도금 제어부(25) 및 농도 조정부(28)는 생략되어 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 도금 장치는 참조 전극조(31)와, 참조 전극조(31) 내의 전해액 및 내조(7) 내의 도금액에 침지되는 염다리(32)를 더 구비하고 있다. 전해액으로서, 예를 들어, 참조 전극(30)의 내부액으로서 사용되는 염화칼륨(KCl) 수용액 또는 황산칼륨(K2SO4) 수용액 등이 사용된다. 참조 전극(30)은 참조 전극조(31) 내의 전해액 중에 침지된다. 도 8의 일점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 참조 전극(30) 및 기판(W)은 전압 측정기(24)에 전기적으로 접속되어 있다.
염다리(32)는 내조(7) 내의 도금액과 참조 전극조(31) 내의 전해액을 전기적으로 접속하면서, 전해액이 도금액에 혼입되는 것을 방지하는 접속관이다. 염다리(32)는 참조 전극조(31) 내의 전해액에 침지되는 연직관(33)과, 내조(7) 내의 도금액에 침지되는 루긴 세관(34)과, 이들 연직관(33) 및 루긴 세관(34)을 연결하는 연결관(35)으로 구성된다. 루긴 세관(34)은 도금액의 교반이나 도금액 내의 전기장의 제어 방해가 되지 않도록 기판(W)의 근방에 배치하는 것이 바람직하다. 루긴 세관(34)의 선단부는 가늘고, 기판(W)을 향하여 만곡하고 있으므로, 기판(W) 근방의 전위를 측정할 수 있다.
도금 제어부(25)는 전압 측정기(24)로부터 보내진 전압의 측정값에 의거하여, 소정 시간당의 전압의 변화량을 계산하도록 구성되어 있다. 농도 조정부(28)는 도금 제어부(25)에 접속되어 있고, 도금 제어부(25)로부터의 지령을 따라서 도금조(1) 내의 도금액의 첨가제 농도를 조정하도록 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 첨가제의 농도를 높일 때는, 농도 조정부(28)는 오버플로우조(8)로부터 도금액의 일부를 추출하고, 추출된 도금액 또는 첨가제를 포함하지 않은 새로운 도금액에 첨가제를 추가하여, 첨가제를 추가한 도금액을 오버플로우조(8)에 복귀시킨다. 또는, 내조(7)에 인접하는 오버플로우조(8) 내에 첨가제를 추가해도 된다. 첨가제의 농도를 낮출 때는, 농도 조정부(28)는 오버플로우조(8)로부터 도금액의 일부를 추출하고, 첨가제를 포함하지 않은 새로운 도금액을 오버플로우조(8)에 추가한다. 이러한 도금액의 농도 조정 방법은, 블리드·앤드·피드법으로서 잘 알려져 있다. 첨가제의 농도를 낮추기 위해서, 더미 전해를 행해도 된다.
도 9는 전압 측정기(24)에 의해 측정된 전압의 시간 변화의 일례를 모식적으로 도시하는 그래프(전압 곡선)이다. 횡축은 시간을 나타내고 있고, 종축은 전압을 나타내고 있다. 기판(W)은 도금액에 침지되기 전에 전처리되어(프리웨트 공정이라고 불림), 비아 홀(20) 내가 순수로 채워진다. 그 후, 기판(W)은 도금액에 침지된다. 애노드(2)와 기판(W) 사이에 전압을 인가하기 전에, 교반 패들(14)에 의해 애노드(2)와 기판(W) 사이의 도금액이 교반된다. 이 교반에 의해, 비아 홀(20) 내의 순수가 도금액으로 치환된다. 전압을 인가하기 전에 도금액을 교반하는 시간은 무통전 시간이라고 불린다. 소정의 무통전 시간이 경과된 후, 애노드(2)와 기판(W) 사이에 전압이 인가되고, 기판(W)의 도금이 개시된다(도 9의 시각 T1). 도 9의 시각 T1 시에 있어서의 기판(W)의 상태는, 도 6a에 나타낸다.
본 실시 형태에 있어서는, 도금을 개시한 후 종료될 때까지의 동안, 기판(W)에 흐르는 전류는 일정하게 제어된다. 도금을 개시한 직후에서는, 비아 홀(20)의 저부에 억제 성분 함유제는 거의 존재하지 않고, 그 대신에 많은 촉진제가 존재하고 있다. 이로 인해, 도금의 진행에 수반하여, 구리(22)는 비아 홀(20)의 저부로부터 상방을 향하여 우선적으로 석출된다. 즉, 구리(22)는 비아 홀(20)의 저부로부터 상방을 향하여 석출되지만, 비아 홀(20)의 개구부 부근에서는 대부분 석출되지 않는다. 이러한 금속 석출 속도의 차이에 의해, 소위 보텀업 성장이 실현된다.
구리(22)의 석출량이 증가됨에 따라, 기판(W)과 애노드(2) 사이의 전기 저항은 도금 시간과 함께 감소된다. 기판(W)에 흐르는 전류는 일정해지도록 전원(10)에 의해 제어되고 있으므로, 전기 저항의 감소에 수반하여, 전압도 시간 경과와 함께 감소된다(도 9의 시각 T2). 도 9의 시각 T2 시에 있어서의 기판(W)의 상태는, 도 6b에 나타낸다.
구리(22)의 석출이 더욱 진행되어, 비아 홀(20) 내의 구리(22)의 충전율이 30% 내지 90%에 달하면, 본 실시 형태에 있어서는, 전압은 하강 경향으로부터 상승 경향으로 돌아선다(도 9의 시각 T3). 이것은, 비아 홀(20)에 석출된 구리(22)의 석출량이 증가함에 따라, 비아 홀(20) 내에 공급되는 억제 성분 함유제가 증가하고, 비아 홀(20) 내의 전기 저항이 상승하기 때문이다. 전기 저항의 상승에 수반하여, 전압도 상승한다. 도 9의 시각 T3 시에 있어서의 기판(W)의 상태는 도 6c에 나타낸다.
도 9의 시각 T3 시에 있어서의 전압 파형의 변화로 나타낸 바와 같이, 소정 시간당의 전압의 변화량(이하, 전압 레이트라고 함)이 마이너스로부터 플러스로 변했을 때, 즉 전압이 하강 경향으로부터 상승 경향으로 바뀌었을 때는, 도 6c에 도시한 바와 같이, 비아 홀(20) 내의 30% 내지 90%가 구리(22)로 충전되어 있다. 즉, 비아 홀(20)의 미충전 부분의 애스펙트비는, 비아 홀(20)의 초기 애스펙트비보다도 작게 되어 있다. 따라서, 구리(22)의 충전 속도를 올리기 위해서, 전압 레이트가 상승하는 시각 T3에서 전압을 올려서 기판(W)에서의 전류 밀도를 올려도 된다. 일례로서, 전류 밀도는 1.5배 내지 5배로 상승된다. 이렇게 전류 밀도를 올림으로써, 도금 개시부터 도금 종료까지 일정한 전류 밀도로 도금하는 경우에 비하여, 효과적으로 도금 시간을 단축할 수 있다. 통상, 전류 밀도를 도금 중에 올리는 타이밍은 수많은 실험에 의해 결정할 필요가 있지만, 본 실시 형태에서는 전류 밀도를 올리는 타이밍을, 실제 도금의 진척을 반영한 전압 파형에 의해 결정할 수 있다. 이로 인해, 도금 조건을 결정하는 부담을 저감시키고, 또한 다양한 편차 요인의 영향을 배제할 수 있다.
또한, 전압 레이트가 마이너스부터 플러스로 변했을 때에, 억제 성분 함유제의 작용을 저하되게 하기 위해서, 교반 패들(14)에 의한 도금액의 교반 강도를 전압 레이트가 마이너스로 변화되고 있을 때보다도 약화시킨다. 그 결과, 보이드라고 불리는 공극을 형성하지 않고, 기판(W)의 도금에 필요로 하는 시간을 보다 단축할 수 있다.
구리(22)의 석출이 더욱 진행되어 비아 홀(20) 내가 완전히 구리(22)로 채워지면, 전압은 상승 경향으로부터 다시 하강 경향으로 돌아선다(도 9의 시각 T4). 이것은, 구리(22)의 막 두께가 두꺼워짐에 따라, 전기 저항이 감소되기 때문이다. 도 9의 시각 T4 시에 있어서의 기판(W)의 상태는, 도 6d에 나타낸다. 따라서, 전압이 상승 경향으로부터 하강 경향으로 바뀌었을 때(즉, 전압 레이트가 플러스로부터 마이너스로 변화되었을 때)에 도금을 종료하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 전압의 변화에 의거하여 도금의 종점을 정확하게 결정할 수 있다. 전압이 상승 경향으로부터 하강 경향으로 돌아선 시점으로부터, 미리 설정된 시간이 경과된 후에 도금을 종료해도 된다. 기판(W)의 도금을 종료할 때는, 전압의 인가를 정지하고, 교반 패들(14)의 왕복 운동을 정지한다. 전압의 감시, 및 전압의 변화에 의거하는 도금 종점의 결정은, 도금 제어부(25)에 의해 실행된다.
지금까지 도 9를 참조하여 도금의 진행과 전압 파형의 변화에 대하여 설명했지만, 도금 중의 전압은 다양한 조건에 따라 변화될 수 있다. 즉, 도금 중은 기판(W) 표면의 구리(22)의 막 두께가 증가됨에 따라 전기 저항이 감소된다. 또한, 구리(22)의 매립이 완료될 때까지는, 비아 홀(20) 내의 구리(22)의 매립 진행에 따라 비아 홀(20)의 애스펙트비가 작아짐으로써 억제 성분 함유제가 확산되기 쉬워져, 전기 저항은 상승한다.
도금 중의 전압 변화는, 구리(22)의 막 두께의 증가 또는 억제 성분 함유제의 확산량의 증가 중, 어느 쪽이 우세한지에 따라 결정된다. 즉, 구리(22)의 막 두께의 증가에 의한 전기 저항의 감소가 우세하면 전압은 저하되고, 억제 성분 함유제의 확산량의 증가에 의한 전기 저항의 상승이 우세하면 전압은 상승한다. 막 두께의 증가 및 억제 성분 함유제의 확산은 어느 쪽도 다양한 조건에 따라 변화될 수 있다. 예를 들어, 억제 성분 함유제의 확산량은 억제 성분 함유제의 종류나 농도에 따라 다르다. 그 종류나 농도는, 비아 홀(20)의 사이즈나 개구율에 의거하여 최적화된다. 또한, 억제 성분 함유제의 확산량은, 온도, 교반 강도, 전류 밀도 등의 도금 조건에 따라서도 변화되므로, 전압은 도금 조건에 의해 상승하는 경우도 있으면 하강하는 경우도 있다.
또한, 구리(22)의 매립이 완료된 시각 T4 이후에 있어서도, 비아 홀(20)의 상부에 남아 있는 촉진제가 억제 성분 함유제로 치환됨으로써 전기 저항은 상승한다. 그러나, 억제 성분 함유제의 확산량은 먼저 예로 든 도금 조건에 따라 변화될 수 있으므로, 전압은 상승, 또는 하강될 수 있다.
이러한 상황에 있어서, 시각 T3으로부터 시각 T4까지의 시간대는 비아 홀(20) 내로의 구리(22)의 매립이 완료되기 직전의 기간이며, 이 시간대에서는 비아 홀(20) 내로의 억제 성분 함유제의 확산량이 급증한다. 이로 인해, 시각 T3으로부터 시각 T4까지의 전압 레이트는, 도금 시간에 있어서의 다른 시간대에서의 전압 레이트와 비교하여 커진다. 즉, 시각 T1로부터 시각 T3까지의 전압 레이트를 g1, 시각 T3으로부터 시각 T4까지의 전압 레이트를 g3, 시각 T4로부터 도금 종료까지의 전압 레이트를 g4로 하면, 전압 레이트의 증감은 g1<g3, g3>g4로 표현할 수 있다. 그로 인해, 후술하는 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같은 전압의 변화도 일어날 수 있고, 전압 레이트가 g1<g3의 조건을 만족하면서, 전압 레이트 g3이 마이너스인 값이 되는 경우도 있을 수 있다.
지금까지 도 9를 참조하여 도금의 진행과 전압 파형의 변화에 대하여 설명했지만, 도금 중의 전압의 변화 방법은, 첨가제의 종류, 비아 홀의 사이즈, 비아 홀의 개구율 등, 여러 가지 조건에 의해 바뀔 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시한 바와 같이, 도금 개시로부터 전압이 상승하는 경우도 있을 수 있다. 도 10에 있어서는, 시각 T1'로부터 시각 T3'까지의 기간에서 전압이 상승하고 있다. 도금의 진행에 수반하여, 억제 성분 함유제가 비아 홀(20) 내에 작용하면, 다시 전기 저항이 상승하므로, 시각 T3' 이후, 전압은 더 상승한다.
또한, 도 9는 비아 홀(20) 내가 완전히 구리(22)로 채워진 후, 전압이 감소 경향으로 바뀌는 예를 나타내고 있지만, 첨가제의 종류, 첨가제의 분포 상태에 따라서는, 도 11에 도시한 바와 같이, 시각 T4" 이후도 전압이 계속해서 상승하는 경우도 있다.
도 9로부터 도 11의 경우를 종합하면, 비아 홀(20) 내에서의 억제 성분 함유제의 작용에 의해 보텀업 성장이 약해지는 시점(도 9의 시각 T3, 도 10의 시각 T3', 도 11의 시각 T3")은 전압 레이트(전압 곡선의 기울기)가 소정의 변동폭을 초과하여 증가하는 시점이라 표현할 수 있다. 또한, 비아 홀(20) 내가 완전히 구리(22)로 채워지는 시점(도 9의 시각 T4, 도 10의 시각 T4', 도 11의 시각 T4")은 전압 레이트(전압 곡선의 기울기)가 소정의 변동폭을 초과하여 감소하는 시점이라고 표현할 수 있다. 상기 변동폭이란, 전압 레이트의 변화점을 결정하기 위한 전압 레이트의 변화 정도를 나타내는 소정의 기준폭이며, 전압 레이트가 변동폭을 초과한 시점은, 전압 레이트의 변화점으로서 결정된다.
전압 레이트가 소정의 변동폭을 초과하였는지 여부를 판단하는 대신에, 도금 제어부(25)는 전압 레이트를 소정의 임계값과 비교해도 된다. 구체적으로는, 보텀 업 성장이 약해지는 시점(도 9의 시각 T3, 도 10의 시각 T3', 도 11의 시각 T3")을 결정하기 위한 제1 임계값과, 비아 홀(20) 내가 완전히 구리(22)로 채워지는 시점(도 9의 시각 T4, 도 10의 시각 T4', 도 11의 시각 T4")을 결정하기 위한 제2 임계값을 미리 마련해도 된다. 보텀 업 성장이 약해지는 시점(도 9의 시각 T3, 도 10의 시각 T3', 도 11의 시각 T3")은 전압 레이트가 증가하여 제1 임계값을 상회한 시점이다. 또한, 비아 홀(20) 내가 완전히 구리(22)로 채워지는 시점(도 9의 시각 T4, 도 10의 시각 T4', 도 11의 시각 T4")은 전압 레이트가 상기 제1 임계값을 상회한 후에 감소되어, 제2 임계값을 하회한 시점이다. 도 9에 도시한 바와 같은 전압 파형의 경우, 제1 임계값 및 제2 임계값은, 예를 들어 0(제로)으로 설정된다. 도금 제어부(25)는 전압 레이트가 증가하여 제1 임계값을 상회했을 때에 전원(10)에 지령을 보내어 전류 밀도를 증가시키고, 전압 레이트가 감소되어 제2 임계값을 하회했을 때에 전원(10)에 지령을 보내어 전압의 인가를 정지하여 도금을 종료시킨다.
비아 홀(20) 내에 금속의 매립이 적절하게 행하여지고 있는지를 판단하기 위해서, 전압 레이트가 제1 임계값에 도달해야 할 시간(시간 폭 또는 시간대라도 됨)을 미리 정해 두어도 된다. 즉, 전압 레이트가 소정의 시간보다도 빨리 제1 임계값에 도달한 경우, 또는 소정의 시간이 경과해도 전압 레이트가 제1 임계값에 도달하지 않은 경우에는, 비아 홀(20) 내의 금속 매립에 어떠한 이상이 발생하고 있다고 생각된다. 이 경우, 도금 제어부(25)는 전원(10)에 지령을 보내어 전압의 인가를 정지시키고 도금을 종료시켜, 이상 경보를 발해도 된다. 또한, 전압 레이트가 제2 임계값에 도달해야 할 시간(시간 폭 또는 시간대라도 됨)을 미리 정해 두고, 이 소정의 시간을, 비아 홀(20) 내의 금속 매립에 어떠한 이상이 발생한 것을 검지하는 지표로서 사용해도 된다.
본 발명자들은, 도금 중의 전압 레이트(소정 시간당의 전압 변화량)에 의거하여, 도금액 내의 첨가제의 농도 변화를 판단할 수 있는 것을 실험에 의해 확인하였다. 다시 직접적으로 말하면, 본 발명자들은, 비아 홀 내의 바람직한 금속 매립을 실현하기 위해서, 첨가제가 효과적으로 기능하고 있는지의 여부를 전압 레이트로부터 판단할 수 있는 것을 실험에 의해 확인하였다.
도금 제어부(25)에는, 전압 레이트의 소정의 관리 범위가 기억(저장)되어 있다. 도금 제어부(25)에 의해 계산된 전압 레이트가 관리 범위 밖일 경우, 도금 제어부(25)는 전압 레이트가 관리 범위 내가 되도록 농도 조정부(28)에 지령을 발한다. 이 지령을 받아, 농도 조정부(28)는 상술한 바와 같이, 도금조(1) 내의 도금액의 첨가제 농도를 조정한다.
전압 레이트는, 도금액 내의 첨가제의 농도에 따라 바뀔 수 있다. 이 일례를 도 12 및 도 13a 내지 도 13d를 참조하여 설명한다. 도 12는 첨가제 중 하나인 억제 성분 함유제의 농도에 따라 변하는 전압의 시간 변화를 나타내는 그래프이다. 도 13a 내지 도 13d는 억제 성분 함유제의 농도에 따라 변하는 구리(22)의 석출 상태를 도시하는 도면이다.
도 12의 그래프 (1)에 도시한 바와 같이, 전압 레이트(전압 곡선의 기울기)가 소정의 관리 범위(도 12에서는 α로 표현됨) 내일 때, 도 13a에 도시한 바와 같이, 구리(22)는 보이드가 형성되는 일 없이 비아 홀(20)의 전체에 충전된다. 도 12의 그래프 (2)는 관리 범위를 초과한 전압 레이트를 나타내고 있다. 이 그래프 (2)는 도금액 내의 억제 성분 함유제의 농도가 어떠한 이유로 바람직한 농도 범위를 초과하여 증가되었을 때에, 전압 레이트가 커지는 경우를 나타내고 있다. 이러한 경우, 도 13b에 도시한 바와 같이, 비아 홀(20) 내에 보이드가 형성된다. 이것은, 농도가 높은 억제 성분 함유제가 비아 홀(20)의 저부에 공급됨으로써, 구리(22)가 비아 홀(20) 내의 저부로부터 상방을 향하여 석출되기 어려워져, 결과적으로 비아 홀(20)의 개구 부근이 구리(22)에 의해 폐색되기 때문이다.
도 12의 그래프 (3)은 소정의 관리 범위 α를 하회하는 경우의 전압 레이트를 나타내고 있다. 이 그래프(3)는 도금액 내의 억제 성분 함유제의 농도가 어떠한 이유로 바람직한 농도 범위를 초과하여 감소되었을 때에, 시간 경과와 함께 전압이 크게 감소되는 경우를 나타내고 있다. 이러한 경우, 도 13c에 도시한 바와 같이, 기판(W)의 필드부(23)에서는 구리(22)가 과잉으로 석출되고, 소정 시간 이내에 비아 홀(20) 내에 구리(22)가 충전되지 않는다.
도금액 내의 억제 성분 함유제의 농도가 더 저하되면, 도 12의 그래프 (4)에 나타낸 바와 같이, 전압 레이트가 더 저하된다. 이 경우, 도 13d에 도시한 바와 같이, 기판(W)의 필드부(23)에서는 구리(22)가 과잉으로 석출되고, 비아 홀(20) 내에 보이드가 형성된다. 이것은, 비아 홀(20)의 측벽에서의 구리(22)의 석출 억제 작용이 약해져, 구리(22)가 비아 홀(20) 내에 충전되기 전에 비아 홀(20)의 입구가 구리(22)에 의해 폐색되기 때문이다.
도 12의 그래프 (2), 그래프 (3), 및 그래프 (4)로부터 알 수 있는 바와 같이, 억제 성분 함유제의 농도 증감에 따라 전압 레이트가 변화된다. 이러한 전압 레이트의 변화의 이유 중 하나로서, 다음의 것을 생각할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전압 레이트는 기판(W) 표면의 구리(22)의 막 두께의 증가에 의한 전기 저항의 저하와, 억제 성분 함유제의 확산량의 증가에 의한 전기 저항의 상승의 2개의 요인에 의존하여 결정된다. 억제 성분 함유제의 농도가 증가하면 기판(W)의 표면에서 구리(22)가 석출되기 어려워져, 구리(22)의 막 두께 증가가 억제된다. 따라서, 억제 성분 함유재의 농도가 높은 경우에는 전압 레이트가 커진다.
억제 성분 함유제의 농도가 높은 경우에서는, 전압 레이트는 도금 초기보다도 도금 후반에서 보다 증가하는 경향이 있다. 그 이유로서 다음의 것을 생각할 수 있다. 도금 초기에서는 비아 홀(20)의 애스펙트비가 크고, 분자량이 큰 억제 성분 함유제는 확산에 의해 비아 홀(20)의 저부에 도달하기 어렵다. 도금액 전체의 억제 성분 함유제의 농도가 높아도, 비아 홀(20) 내의 억제 성분 함유제의 확산량은 크게 변함이 없다. 따라서, 필드부(23)에서의 도금 반응의 억제 효과가 증가한 것에 의한 전압의 상승만이 발생한다. 이로 인해, 억제 성분 함유제의 약간의 농도 변화는 전압 레이트의 변화에 영향을 주기 어렵다.
이에 반해, 도금 후반에서는 비아 홀(20)의 애스펙트비가 작게 되어 있으므로, 억제 성분 함유제가 확산에 의해 비아 홀(20)의 저부에 도달하기 쉬워진다. 그리고, 도금액 내의 억제 성분 함유제의 농도가 높을수록 억제 성분 함유제의 확산량은 증가한다. 따라서, 억제 성분 함유제의 농도가 적정한 경우에 비해 전기 저항의 상승이 현저해지고, 전압 레이트는 크게 상승한다.
억제 성분 함유제의 농도가 낮은 경우, 필드부(23)에서의 도금 반응을 억제하는 능력이 부족하므로 기판(W)의 필드부(23)에서의 구리(22)의 막 두께는 두꺼워지기 쉽고, 또한 비아 홀(20) 내로의 억제 성분 함유제의 확산량은 적다. 이로 인해, 전압 레이트는 저하된다.
또한, 도 12의 그래프 (1)은 시간의 경과와 함께 전압이 저하되는 예를 나타냈지만, 상술한 바와 같이 첨가제의 종류나 비아 홀의 사이즈 등의 조건에 따라서는 전압이 시간의 경과와 함께 상승하는 경우도 있다.
도금 제어부(25)는 기판(W)의 도금 중에, 전압 측정기(24)로부터 보내져 오는 전압의 측정값으로부터 전압 레이트를 산출하고, 그 전압 레이트가 소정의 관리 범위를 벗어났을 때에, 농도 조정부(28)에 지령을 발한다. 농도 조정부(28)는 도금 제어부(25)로부터의 지령에 따라서 도금조(1) 내의 도금액의 억제 성분 함유제의 농도를 조정한다. 보다 구체적으로는, 전압 레이트가 소정의 관리 범위보다도 작을(즉, 관리 범위의 하한값보다도 작은) 때는, 도금 제어부(25)는 도금액 내의 억제 성분 함유제의 농도를 높이기 위한 지령을 발한다. 농도 조정부(28)는, 이 지령을 받아, 도금조(1)[내조(7)에 인접하는 오버플로우조(8) 내]에 억제 성분 함유제를 추가함으로써, 도금액 내의 억제 성분 함유제의 농도를 높인다. 또는, 농도 조정부(28)는 도금조(1)[오버플로우조(8)]로부터 도금액의 일부를 추출하고, 추출된 도금액 또는 첨가제를 포함하지 않는 새로운 도금액에 첨가제를 추가하고, 첨가제를 추가한 도금액을 도금조(1)[오버플로우조(8)]로 복귀시켜, 도금액 내의 억제 성분 함유제의 농도를 높여도 된다.
첨가제를 도금액에 첨가하는 또 다른 방법으로서는, 전압 레이트의 관리 범위로부터의 어긋남과 첨가제의 첨가량과의 관계를 미리 정해 두고, 이 관계로부터 결정된 양의 첨가제를 도금조(1)[오버플로우조(8)]의 도금액에 첨가하도록 해도 된다.
전압 레이트가 소정의 관리 범위보다도 큰(즉, 관리 범위의 상한값보다도 큰) 때는, 도금 제어부(25)는 도금액 내의 억제 성분 함유제의 농도를 낮추기 위한 지령을 발한다. 농도 조정부(28)는, 이 지령을 받아, 오버플로우조(8)로부터 도금액의 일부를 추출하고, 억제 성분 함유제를 포함하지 않는 새로운 도금액을 오버플로우조(8)에 추가함으로써, 도금액 내의 억제 성분 함유제의 농도를 낮춘다. 이와 같이, 기판(W)의 도금 중에 얻을 수 있는 전압 레이트에 의거하여 첨가제의 농도를 조정할 수 있다. 결과적으로, 보이드가 없는 금속을 비아 홀에 충전할 수 있다.
CVS 기술에 의한 첨가제의 농도 관리 방법에서는, 억제 성분 함유제의 부생성물이 측정 결과에 영향을 주기 때문에, 억제 성분 함유제의 농도를 관리하는 것은 곤란하다. 이에 반해, 본 실시 형태에 따르면, 도금 중에 있어서의 비아 홀(20) 내의 금속 매립의 진행 상황을 파악할 수 있는 동시에, 첨가제의 농도가 높은지 낮은지를 실시간으로 모니터링할 수 있어, 그 결과에 의거하여 첨가제의 농도를 조정할 수 있다.
도 14는, 기판(W)을 도금했을 때의 전압의 시간 변화의 일례를 나타내는 그래프이다. 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 전압을 나타낸다. 도 14에서는, 시간의 경과와 함께 전압은 감소되고, 60분 부근에서 상승 경향으로 바뀌고 있다. 이 초기의 도금 공정은, 비아 홀(20)의 저부로부터 상방을 향하여 금속을 석출시키는 제1 도금 공정이다. 이 제1 도금 공정에서는, 비아 홀(20) 내의 구리(22)의 충전율은 80% 내지 90%에 달한다. 본 예에 있어서는, 전압이 하강 경향으로부터 상승 경향으로 바뀌었을 때에(즉, 전압 레이트가 소정의 변동폭을 초과하여 증가되었을 때), 기판(W)과 애노드(2) 사이에 인가되는 전압을 상승시켜서 기판(W)에서의 전류 밀도를 상승시키는 것이 바람직하다. 그 이유는 2가지이다. 제1 이유는, 전압이 상승 경향으로 바뀐 뒤에는 억제 성분 함유제가 비아 홀(20)의 저부로도 확산되어 해당 저부에 부착되고 있고, 보텀 업 효과가 약해져 있으므로, 비아 홀(20) 내의 구리(22)의 미충전 부분을 매립하는데 시간이 걸리기 때문이다. 제2 이유는, 비아 홀(20) 내의 구리(22)의 충전율이 상승하고 있으므로, 전류 밀도를 상승시켜도 소위 핀치오프가 발생하기 어렵기 때문이다. 결과적으로, 도 14의 굵은 선으로 나타낸 바와 같이, 기판(W)을 도금하는 시간을 단축할 수 있다. 본 예에서는, 도금에 필요로 하는 시간은 약 20분간 단축된다.
이렇게 전압을 상승시킨 상태에서 행하여지는 도금 공정은, 비아 홀(20) 내에 금속을 충전시키는 제2 도금 공정이다. 이 제2 도금 공정에서는, 상술한 바와 같이, 제1 도금 공정에서의 전류 밀도(제1 전류 밀도)보다도 높은 전류 밀도(제2 전류 밀도)로 행하여진다. 본 실시 형태에 따르면, 전압의 변화에 의거하여 도금의 진척을 정확하게 파악하여, 적정한 타이밍에서 전류 밀도를 올림으로써 도금 시간을 단축할 수 있다. 이러한 전압의 컨트롤은, 도금 제어부(25)에 의해 실행된다. 즉, 전압 레이트가 소정의 변동폭을 초과하여 증가되었을 때, 도금 제어부(25)는 전원(10)에 지령을 보내어 기판(W)과 애노드(2) 사이에 인가되는 전압을 상승시킨다.
구리(22)의 석출이 더욱 진행되어, 비아 홀(20) 내가 완전히 구리(22)로 채워지면, 전압은 상승 경향으로부터 다시 하강 경향으로 바뀐다. 도 14에서는, 전압은 시간 t4 부근에서 하강 경향으로 바뀌고 있다. 이 단계에서, 도금은 대략 종료되고 있다. 따라서, 본 예에 있어서는, 전압이 상승 경향으로부터 하강 경향으로 바뀌었을 때(즉, 전압 레이트가 소정의 변동폭을 초과하여 증가한 후, 이 변동폭을 초과하여 감소되었을 때)에 도금을 정지해도 된다. 구체적으로는, 전압 레이트가 소정의 변동폭을 초과하여 증가한 후, 이 변동폭을 초과하여 감소되었을 때에, 도금 제어부(25)는 전원(10)에 지령을 보내어 기판(W)과 애노드(2) 사이에 인가되는 전압을 정지시킨다. 이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 도금 제어부(25)는 전압의 변화에 의거하여 도금의 종점을 정확하게 결정할 수 있다. 전압 레이트가 변동폭을 초과하여 감소된 시점으로부터, 미리 설정된 시간이 경과된 후에 도금을 종료해도 된다.
도 14를 참조하여, 도금 제어부(25)에 의해 행하여지는 전압 측정기(24)로부터의 전압 신호(전압값)의 처리에 대하여 설명한다. 도금 개시 후, 도금 제어부(25)는 소정의 시각 t1에서의 전압값 V1과, 소정의 시각 t2에서의 전압값 V2로부터, 전압 레이트(=(V2-V1)/(t2-t1))를 계산한다. 도금욕을 마련한 후, 도금된 기판의 매수가 증가됨에 따라, 억제 성분 함유제가 소모, 변질되므로, 전압 레이트는 서서히 저하된다. 이 전압 레이트가 소정의 설정값을 하회한 경우, 도금 제어부(25)는 농도 조정부(28)에, 도금액 내의 억제 성분 함유제의 농도를 높이기 위한 지령을 발한다. 농도 조정부(28)는 이 지령을 받아, 오버플로우조(8)로부터 도금액의 일부를 추출하고, 추출된 도금액 또는 첨가제를 포함하지 않는 새로운 도금액에 첨가제를 추가하여, 첨가제를 추가한 도금액을 오버플로우조(8)로 복귀시켜, 도금액 내의 억제 성분 함유제의 농도를 높인다.
상기에서는 소정의 시각 t1, t2에 있어서의 전압 변화에 의거하여 전압 레이트를 계산하는 예를 설명했지만, 본 발명은 본 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도금 제어부(25)는 전압 측정기(24)로부터 보내지는 전압의 측정값으로부터, 미소시간당의 전압의 변화량, 즉 시시각각 바뀔 수 있는 제1 전압 레이트를 산출하고, 또한 제1 전압 레이트로부터, 도금 개시 직후에 전압값이 극대가 되는 시각 tm과, 전압이 하강 경향으로부터 상승 경향으로 바뀌는 시각 t3을 결정하고, 그리고 시각 tm에서의 전압값 Vm과 시각 t3에서의 전압값 V3으로부터 제2 전압 레이트(=(V3-Vm)/(t3-tm))를 계산해도 된다. 시각 t3에서 전류 밀도를 상승시키도록 도금 조건을 설정해도 된다.
시각 t3이 결정된 후, 도금 제어부(25)는 제1 전압 레이트에 의거하여 전압이 상승 경향으로부터 하강 경향으로 바뀐 시각 t4를 결정해도 된다. 시각 t4는, 비아 홀(20)의 상방 구리(22)의 높이와 필드부(23) 상의 구리(22)의 높이가 거의 동일해진 것을 나타내고 있으므로, 시각 t4로부터 미리 설정된 시간이 경과된 후에 도금을 종료해도 된다. 이 미리 설정된 시간은 0(제로)초를 포함하므로, 시각 t4에서 전압의 인가를 멈추고 도금을 종료해도 된다.
도 15는 도금 제어부(25)의 처리 시퀀스의 일례를 나타내는 도면이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 도금 개시 후, 도금 제어부(25)는 전압 측정기(24)로부터 보내진 전압의 측정값을 사용하여, 시시각각 바뀔 수 있는 제1 전압 레이트를 산출한다(스텝 1). 도금 제어부(25)는 소정의 제1 시각 t1에서의 제1 전압값 V1을 기억하고(스텝 2), 그 후, 소정의 제2 시각 t2에서의 제2 전압값 V2를 기억한다(스텝3). 그리고, 도금 제어부(25)는 이들 값으로부터 제2 전압 레이트(=(V2-V1)/(t2-t1))를 산출한다(스텝 4).
제2 전압 레이트가 소정의 관리 범위보다도 작을 때는, 도금 제어부(25)는 도금액 내의 억제 성분 함유제의 농도를 높이기 위한 지령을 발한다. 농도 조정부(28)는 이 지령을 받아, 도금액 내의 억제 성분 함유제의 농도를 높인다. 제2 전압 레이트가 소정의 관리 범위보다도 클 때는, 도금 제어부(25)는 도금액 내의 억제 성분 함유제의 농도를 낮추기 위한 지령을 발한다. 농도 조정부(28)는 이 지령을 받아, 도금액 내의 억제 성분 함유제의 농도를 낮춘다.
도금 제어부(25)는 제1 전압 레이트가 소정의 변동폭을 초과하여 증가한 제3 시각 t3을 결정하고(스텝 5), 전원(10)에 지령을 보내어 제3 시각 t3에서 기판(W)의 전류 밀도를 올린다(스텝 6). 또한, 도금 제어부(25)는 제1 전압 레이트가 변동폭을 초과하여 증가된 후에, 제1 전압 레이트가 변동폭을 초과하여 감소된 제4 시각 t4를 결정한다(스텝 7). 제4 시각 t4는, 비아 홀(20) 상방의 구리(22)의 높이와 필드부(23) 상의 구리(22)의 높이가 거의 동일해진 시점이며, 제4 시각 t4로부터 미리 설정된 시간이 경과된 후에 도금을 종료한다(스텝 8). 이 미리 설정된 시간은 0(제로)초를 포함해도 된다. 따라서, 제4 시각 t4에서 전압의 인가를 멈추고 도금을 종료해도 된다.
본 실시 형태에 대하여 도 14에 도시한 전압 파형을 참조하여 설명했지만, 도 10이나 도 11에 도시한 바와 같은 전압 파형이라도, 마찬가지로 하여 첨가제의 농도 관리, 도금 전류 상승의 타이밍, 및 도금 종료의 타이밍을 결정할 수 있다. 즉, 전압의 측정값에 의거하여 전압 레이트를 산출하고, 적절한 관리 범위를 미리 정해 둠으로써, 첨가제의 농도 관리 등을 결정할 수 있다.
도 16은 도금 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 개략도이다. 상술한 실시 형태에 있어서, 애노드(2)와 기판(W) 사이의 전압을 측정하는 도금 장치에 대하여 설명했지만, 도 16에 도시한 바와 같이, 도금조(1)로부터 도금액을 뽑아내어, 도금액 분석부(80)로 도금조(1) 내의 도금액을 이송해도 된다. 구체적인 도금 장치의 구성에 대해서, 도 16을 참조하여 설명한다.
도 16에 도시한 바와 같이, 도금 장치는, 도금액 내의 첨가제의 농도를 측정하는 도금액 분석부(80)를 구비하고 있다. 도금액 분석부(80)는 도금조(1)로부터 추출된 도금액을 저류하는 분석조(82)와, 전원(84)의 정극에 접속되는 제1 전극(애노드)(86)과, 전원(84)의 부극에 접속되는 제2 전극(캐소드)(88)을 구비하고 있다. 이들 제1 전극(86) 및 제2 전극(88)은 분석조(82) 내의 도금액 내에 침지된다. 이들 전극(86, 88)은 예를 들어, Pt(백금), Au(금), Ag(은), Pd(팔라듐), C(카본), 또는 SUS(스테인리스강) 등으로 구성되어 있다.
또한, 도금액 분석부(80)는 제1 전극(86)과 제2 전극(88) 사이의 전압을 측정하는 전압 측정기(90)와, 전압 측정기(90)에 의해 취득된 전압의 측정값에 의거하여 도금조(1) 내의 도금액 중의 첨가제의 농도를 제어하는 도금 제어부(92)를 구비하고 있다. 전압 측정기(90)는 도금 제어부(92)에 접속되어 있고, 제1 전극(86)과 제2 전극(88) 사이에 인가되는 전압의 측정값을 도금 제어부(92)로 보내도록 구성되어 있다.
도금액 순환 라인(12)에는 도금액 유입 라인(94)의 일단부가 접속되고, 도금액 유입 라인(94)의 타단부는 분석조(82)의 저부에 접속되어 있다. 도금액 순환 라인(12) 내의 도금액의 일부는 도금액 유입 라인(94)을 통하여 분석조(82)로 이송된다. 분석조(82)로의 도금액의 이송이 완료되면, 제1 전극(86)과 제2 전극(88) 사이에 전압이 인가된다.
제1 전극(86)과 제2 전극(88) 사이에 전압을 인가하면, 제2 전극(88)에 금속(구리)이 석출된다. 전압 측정기(90)는 제2 전극(88)에 인가되는 전압을 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 전압 측정기(90)는 제1 전극(86)과 제2 전극(88) 사이에 인가되는 전압을 측정한다. 도금 제어부(92)는 전압의 측정값에 의거하여, 소정 시간당의 전압의 변화량, 즉 전압 레이트를 계산하도록 구성되어 있다. 농도 조정부(28)는 도금 제어부(92)에 접속되어 있고, 도금 제어부(92)로부터의 지령에 따라서 도금조(1) 내의 도금액의 첨가제 농도를 조정하도록 구성되어 있다.
분석조(82)의 저부에는 도금액을 도금조(1)의 내조(7)로 복귀시키기 위한 도금액 유출 라인(96)의 일단부가 접속되어 있고, 도금액 유출 라인(96)의 타단부는 도금액 순환 라인(12)에 접속되어 있다. 또한, 분석조(82)의 저부에는 도금액을 배출하기 위한 액체 배출관(98)이 접속되어 있다. 분석조(82) 내의 도금액을, 도금액 유출 라인(96) 및 도금액 순환 라인(12)을 통하여 내조(7) 내로 복귀시켜도 되고, 또한 액체 배출관(98)을 통하여 외부로 배출해도 된다.
제2 전극(88)에 비아 홀은 존재하지 않으므로, 전압 레이트는 비아 홀을 갖는 기판에 도금을 행하는 경우와 다르다. 그러나, 첨가제의 양에 의존한 전압 레이트의 변화 경향은 동일하다. 따라서, 미리 적정한 전압 레이트의 관리 범위를 정해 두면, 상기의 경우와 마찬가지로 첨가제 농도의 관리를 행할 수 있다. 첨가제를 도금액에 첨가하는 방법으로서는, 전압 레이트의 관리 범위로부터의 어긋남과 첨가제의 첨가량 관계를 미리 정해 두고, 이 관계로부터 결정된 양의 첨가제를 도금조(1) 내의 도금액에 첨가하도록 해도 된다. 이 대신에, 첨가제를 도금액에 첨가하는 방법으로서, 도금조(1)로부터 도금액을 뽑아내어 분석조(82)로 이송하고, 분석조(82)의 도금액에 소정량의 첨가제를 첨가한 후에 전압 레이트를 산출하여 첨가제의 적정한 첨가량을 결정하고, 결정된 양의 첨가제를 도금조(1) 내의 도금액에 첨가하도록 해도 된다. 이와 같이, 도금액 분석부(80)를 사용하여 첨가제의 농도가 판정되므로, 기판(W)을 도금하고 있지 않을 때라도 전압 레이트의 변화로부터 첨가제의 양이 많은지 적은지를 판단할 수 있다.
도 17은, 도 16에 도시한 도금 장치의 변형예를 도시하는 도면이다. 도 17에 도시한 바와 같이, 도금액 분석부(80)는 제1 전극(86)과 제2 전극(88) 사이의 전압을 측정하는 대신에, 참조 전극(30)과 제2 전극(88) 사이의 전압을 측정해도 된다. 참조 전극(30)은 분석조(82) 내의 도금액에 침지되고, 또한 제2 전극(88)의 근방에 배치되어 있다. 도 17의 일점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 참조 전극(30) 및 제2 전극(88)은 전압 측정기(90)에 전기적으로 접속되어 있으므로, 전압 측정기(90)는 참조 전극(30)과 제2 전극(88) 사이의 전압을 측정할 수 있다. 도금 제어부(92)는 전압의 측정값에 의거하여, 전압 레이트를 계산한다.
도 18은, 도 16에 도시한 도금 장치의 다른 변형예를 도시하는 도면이다. 도 18에 도시한 바와 같이, 도금액 분석부(80)는 참조 전극조(31)와, 참조 전극조(31) 내의 전해액에 침지되는 참조 전극(30)과, 참조 전극조(31) 내의 전해액 및 분석조(82) 내의 도금액에 침지되는 염다리(32)를 더 구비하고 있다. 염다리(32)는 도 8에 있어서 설명한 염다리(32)와 동일한 구성을 가지고 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다. 도 18의 일점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 참조 전극(30) 및 제2 전극(88)은 전압 측정기(90)에 전기적으로 접속되어 있으므로, 전압 측정기(90)는 참조 전극(30)과 제2 전극(88) 사이의 전압을 측정할 수 있다. 도금 제어부(92)는 전압의 측정값에 의거하여, 전압 레이트를 계산한다.
도금액 내에서 관리해야 할 억제 성분 함유제 이외의 첨가제 성분의 농도, 즉 촉진제의 농도는, CVS 기술에 의해 측정, 관리할 수 있다. 그러나, 본 발명은 전압 레이트의 변화에 의거하여 억제 성분 함유제의 농도를 관리하는 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 전압 레이트의 변화에 의거하여 촉진제의 농도를 관리하는 기술에도 적용할 수 있다.
지금까지 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 기술 사상의 범위 내에 있어서, 다양한 다른 형태에서 실시되어도 되는 것은 물론이다.

Claims (28)

  1. 애노드와, 표면에 비아 홀이 형성된 기판을, 첨가제를 포함하는 도금액 내에 서로 대향시켜서 배치하고,
    상기 애노드와 상기 기판 사이에 전압을 인가하여 상기 비아 홀 내에 금속을 충전하고,
    상기 기판에 인가되는 전압을 측정하고,
    소정 시간당의 전압의 변화량을 계산하고,
    상기 전압의 변화량이 소정의 관리 범위 내로 유지되도록, 상기 도금액의 상기 첨가제의 농도를 조정하고,
    상기 첨가제는 금속의 석출을 억제하는 억제 성분 함유제이고,
    상기 전압의 변화량이 상기 소정의 관리 범위보다도 작을 때에, 상기 억제 성분 함유제를 상기 도금액에 첨가하는 것을 특징으로 하는, 도금 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전압의 측정은, 상기 애노드와 상기 기판 사이의 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는, 도금 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전압의 측정은, 상기 도금액에 침지된 참조 전극과 상기 기판 사이의 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는, 도금 방법.
  4. 삭제
  5. 기판을 도금하기 위한 도금조로부터 첨가제를 포함하는 도금액을 추출하고,
    상기 추출된 도금액 내에 제1 전극 및 제2 전극을 침지시켜,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전압을 인가하고,
    금속이 석출되고 있는 상기 제2 전극에 인가되는 전압을 측정하고,
    소정 시간당의 전압의 변화량을 계산하고,
    상기 전압의 변화량이 소정의 관리 범위 내로 유지되도록, 상기 도금액의 상기 첨가제의 농도를 조정하고,
    상기 첨가제는 금속의 석출을 억제하는 억제 성분 함유제이고,
    상기 전압의 변화량이 상기 소정의 관리 범위보다도 작을 때에, 상기 억제 성분 함유제를 상기 도금액에 첨가하는 것을 특징으로 하는, 도금 방법.
  6. 삭제
  7. 애노드와, 표면에 비아 홀이 형성된 기판을, 첨가제를 포함하는 도금액 내에 서로 대향시켜서 배치하고,
    상기 애노드와 상기 기판 사이에 전압을 인가하여 상기 비아 홀 내에 금속을 충전하고,
    상기 기판에 인가되는 전압을 측정하고,
    소정 시간당의 전압의 변화량을 계산하고,
    상기 전압의 변화량이 소정의 변동폭을 초과하여 증가되었을 때에 상기 기판 상에서의 전류 밀도를 증가시키는 것을 특징으로 하는, 도금 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 첨가제는 상기 금속의 석출을 억제하는 억제 성분 함유제인 것을 특징으로 하는, 도금 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 전류 밀도를 증가시킨 후, 상기 전압의 변화량이 상기 소정의 변동폭을 초과하여 감소되었을 때에 상기 전압의 인가를 정지하는 것을 특징으로 하는, 도금 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 전류 밀도를 증가시킨 후, 상기 전압의 변화량이 상기 소정의 변동폭을 초과하여 감소된 시점으로부터 미리 설정된 시간이 경과된 후에 상기 전압의 인가를 정지하는 것을 특징으로 하는, 도금 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 전류 밀도는, 상기 전압의 변화량이 상기 소정의 변동폭을 초과하여 증가하기 직전의 전류 밀도보다도 1.5배에서 5배로 상승되는 것을 특징으로 하는, 도금 방법.
  12. 애노드와, 표면에 비아 홀이 형성된 기판을, 첨가제를 포함하는 도금액 내에 서로 대향시켜서 배치하고,
    상기 애노드와 상기 기판 사이에 전압을 인가하여 상기 비아 홀 내에 금속을 충전하고,
    상기 기판에 인가되는 전압을 측정하고,
    소정 시간당의 전압의 변화량을 계산하고,
    상기 전압의 변화량이 소정의 변동폭을 초과하여 감소된 시점으로부터, 미리 설정된 시간이 경과한 때에 상기 전압의 인가를 정지시키고,
    상기 첨가제는 금속의 석출을 억제하는 억제 성분 함유제인 것을 특징으로 하는, 도금 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 애노드와, 표면에 비아 홀이 형성된 기판을, 첨가제를 포함하는 도금액 내에 서로 대향시켜서 배치하고,
    상기 애노드와 상기 기판 사이에 전압을 인가하여 상기 비아 홀 내에 금속을 충전하고,
    상기 기판에 인가되는 전압을 측정하고,
    소정 시간당의 전압의 변화량을 계산하고,
    상기 전압의 변화량이 소정의 제1 임계값을 상회한 시점을 결정하고, 그 후,
    상기 전압의 변화량이 소정의 제2 임계값을 하회한 시점으로부터, 미리 설정된 시간이 경과되었을 때에 상기 전압의 인가를 정지시키는 것을 특징으로 하는, 도금 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 미리 설정된 시간은 0초를 포함하는 것을 특징으로 하는, 도금 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 전압의 변화량이 상기 소정의 제1 임계값을 상회했을 때에 상기 기판 상에서의 전류 밀도를 상승시키는 것을 특징으로 하는, 도금 방법.
  18. 애노드와, 표면에 비아 홀이 형성된 기판을, 첨가제를 포함하는 도금액 내에 서로 대향시켜서 배치하고,
    상기 애노드와 상기 기판 사이에 전압을 인가하여, 제1 전류 밀도로 상기 비아 홀의 저부로부터 상방을 향하여 금속을 석출시키는 제1 도금 공정을 행하고,
    상기 기판에 인가되는 전압을 측정하고, 소정 시간당의 전압의 변화량을 계산하고,
    상기 전압의 변화량이 소정의 변동폭을 초과하여 증가된 시점에서, 상기 애노드와 상기 기판 사이에 인가되는 전압을 증가시켜서, 상기 제1 전류 밀도보다도 높은 제2 전류 밀도로 상기 비아 홀 내에 금속을 충전하는 제2 도금 공정을 행하는 것을 특징으로 하는, 도금 방법.
  19. 첨가제를 포함하는 도금액을 보유 지지하기 위한 도금조와,
    표면에 비아 홀이 형성된 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와,
    상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판에 대향하도록 배치된 애노드와,
    상기 기판과 상기 애노드 사이에 전압을 인가하는 전원과,
    상기 기판에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정기와,
    상기 전압의 측정값에 의거하여, 상기 도금액 내의 상기 첨가제의 농도를 제어하는 도금 제어부와,
    상기 도금 제어부로부터의 지령에 따라, 상기 도금액 내의 상기 첨가제의 농도를 조정하는 농도 조정부를 구비하고,
    상기 도금 제어부는,
    소정 시간당의 전압의 변화량을 계산하고,
    상기 전압의 변화량이 소정의 관리 범위 내로 유지되도록, 상기 농도 조정부에 지령을 보내어 해당 농도 조정부에 상기 도금액의 상기 첨가제의 농도를 조정시키고,
    상기 첨가제는 금속의 석출을 억제하는 억제 성분 함유제이고,
    상기 도금 제어부는, 상기 전압의 변화량이 상기 소정의 관리 범위보다도 작을 때에 상기 농도 조정부에 지령을 보내고,
    상기 농도 조정부는, 상기 지령을 받아서 상기 억제 성분 함유제를 상기 도금액에 첨가하는 것을 특징으로 하는, 도금 장치.
  20. 삭제
  21. 첨가제를 포함하는 도금액을 보유 지지하기 위한 도금조와,
    표면에 비아 홀이 형성된 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와,
    상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판에 대향하도록 배치된 애노드와,
    상기 기판과 상기 애노드 사이에 전압을 인가하는 제1 전원과,
    상기 도금액을 분석하는 도금액 분석부와,
    상기 도금액 내의 상기 첨가제의 농도를 조정하는 농도 조정부를 구비하고,
    상기 도금액 분석부는,
    상기 도금조로부터 추출된 도금액을 저류하는 분석조와,
    상기 분석조 내의 상기 도금액에 침지되는 제1 전극 및 제2 전극과,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전압을 인가하는 제2 전원과,
    금속이 석출되는 상기 제2 전극에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정기와,
    상기 전압의 측정값에 의거하여, 상기 도금조 내의 상기 도금액 중의 상기 첨가제의 농도를 제어하는 도금 제어부를 구비하고,
    상기 도금 제어부는,
    소정 시간당의 전압의 변화량을 계산하고,
    상기 전압의 변화량이 소정의 관리 범위 내로 유지되도록, 상기 농도 조정부에 지령을 보내어 해당 농도 조정부에 상기 도금액의 상기 첨가제의 농도를 조정시키고,
    상기 첨가제는 금속의 석출을 억제하는 억제 성분 함유제이고,
    상기 도금 제어부는, 상기 전압의 변화량이 상기 소정의 관리 범위보다도 작을 때에 상기 농도 조정부에 지령을 보내고,
    상기 농도 조정부는, 상기 지령을 받아서 상기 억제 성분 함유제를 상기 도금조 내의 도금액에 첨가하는 것을 특징으로 하는, 도금 장치.
  22. 삭제
  23. 첨가제를 포함하는 도금액을 보유 지지하기 위한 도금조와,
    표면에 비아 홀이 형성된 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와,
    상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판에 대향하도록 배치된 애노드와,
    상기 기판과 상기 애노드 사이에 전압을 인가하는 전원과,
    상기 기판에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정기와,
    소정 시간당의 전압의 변화량을 계산하고, 상기 전압의 변화량이 소정의 변동폭을 초과하여 증가되었을 때에 상기 전원에 지령을 보내어 상기 전압을 증가시켜서 상기 기판 상에서의 전류 밀도를 상승시키는 도금 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는, 도금 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 첨가제는 금속의 석출을 억제하는 억제 성분 함유제인 것을 특징으로 하는, 도금 장치.
  25. 첨가제를 포함하는 도금액을 보유 지지하기 위한 도금조와,
    표면에 비아 홀이 형성된 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와,
    상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판에 대향하도록 배치된 애노드와,
    상기 기판과 상기 애노드 사이에 전압을 인가하는 전원과,
    상기 기판에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정기와,
    소정 시간당의 전압의 변화량을 계산하고, 상기 전압의 변화량이 소정의 변동폭을 초과하여 감소된 시점부터, 미리 설정된 시간이 경과한 때에 상기 전원에 지령을 보내어 상기 전압의 인가를 정지시키는 도금 제어부를 구비하고,
    상기 첨가제는 금속의 석출을 억제하는 억제 성분 함유제인 것을 특징으로 하는, 도금 장치.
  26. 삭제
  27. 첨가제를 포함하는 도금액을 보유 지지하기 위한 도금조와,
    표면에 비아 홀이 형성된 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와,
    상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판에 대향하도록 배치된 애노드와,
    상기 기판과 상기 애노드 사이에 전압을 인가하는 전원과,
    상기 기판에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정기와,
    상기 전압의 측정값에 의거하여, 소정 시간당의 전압의 변화량을 계산하는 도금 제어부를 구비하고,
    상기 도금 제어부는,
    상기 전압의 변화량이 소정의 제1 임계값을 상회한 시점을 결정하고, 그 후,
    상기 전압의 변화량이 소정의 제2 임계값을 하회한 시점으로부터, 미리 설정된 시간이 경과되었을 때에 상기 전원에 지령을 보내어 상기 전압의 인가를 정지시키는 것을 특징으로 하는, 도금 장치.
  28. 첨가제를 포함하는 도금액을 보유 지지하기 위한 도금조와,
    표면에 비아 홀이 형성된 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와,
    상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판에 대향하도록 배치된 애노드와,
    상기 기판과 상기 애노드 사이에 전압을 인가하는 전원과,
    상기 기판에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정기와,
    상기 전압의 측정값에 의거하여, 소정 시간당의 전압의 변화량을 계산하는 도금 제어부를 구비하고,
    상기 도금 제어부는,
    상기 전원에 지령을 보내어 상기 기판과 상기 애노드 사이에 전압을 인가시켜, 제1 전류 밀도로 상기 비아 홀의 저부로부터 상방을 향하여 금속을 석출시키고,
    상기 전압의 변화량이 소정의 변동폭을 초과하여 증가된 시점에서, 상기 전원에 지령을 보내어 상기 기판과 상기 애노드 사이에 인가되는 전압을 증가시켜서, 상기 제1 전류 밀도보다도 높은 제2 전류 밀도로 상기 비아 홀 내에 금속을 충전하는 것을 특징으로 하는, 도금 장치.
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