KR102614373B1

KR102614373B1 - 도금 장치

Info

Publication number: KR102614373B1
Application number: KR1020230016072A
Authority: KR
Inventors: 즈바사 이시이; 마사시 시모야마; 마사시 오부치; 고이치 마스야; 료스케 히와타시
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 2022-04-22
Filing date: 2023-02-07
Publication date: 2023-12-19
Also published as: JP2023160356A; CN116397303A; TW202347460A; JP7135234B1; TWI819975B; US20230340688A1; KR20230150718A

Abstract

도금 처리 중에, 실시간으로 정확하게 도금막 두께를 파악한다.
도금 장치는, 도금액을 수용하기 위한 도금조와, 기판을 보유 지지하기 위한 기판 홀더와, 상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판과 대향하도록 상기 도금조 내에 배치된 애노드와, 상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판의 근방에 배치되며, 상기 도금액의 전위를 측정하도록 구성된 전위 센서와, 상기 전위 센서에 의한 상기 도금액의 전위의 측정값에 기초하여, 상태 방정식 및 관측 방정식을 사용하여 상기 기판의 외연부를 흐르는 전류 밀도를 추정하도록 구성된 상태 공간 모델을 구비한다.

Description

도금 장치{PLATING APPARATUS}

본 발명은, 도금 장치에 있어서 도금막 두께를 측정하는 기술에 관한 것이다.

전해 처리되는 대상물의 근방에 자기 센서를 배치하고, 상기 자기 센서에 의해 전해 처리 중의 자속 밀도의 분포를 계측하고, 상기 자속 밀도의 분포로부터 상기 대상물의 표면 전류 밀도를 구하고, 상기 표면 전류 밀도로부터 상기 대상물의 막 두께를 산출하는 방법이 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2008-014699호 공보

도금 처리 중에, 실시간으로 정확하게 도금막 두께를 파악할 것이 요망된다.

[형태 1] 형태 1에 의하면, 도금액을 수용하기 위한 도금조와, 기판을 보유 지지하기 위한 기판 홀더와, 상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판과 대향하도록 상기 도금조 내에 배치된 애노드와, 상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판의 근방에 배치되며, 상기 도금액의 전위를 측정하도록 구성된 전위 센서와, 상기 전위 센서에 의한 상기 도금액의 전위의 측정값에 기초하여, 상태 방정식 및 관측 방정식을 사용하여 상기 기판의 외연부를 흐르는 전류 밀도를 추정하도록 구성된 상태 공간 모델을 구비하는 도금 장치가 제공된다.

[형태 2] 형태 2에 의하면, 형태 1의 도금 장치에 있어서, 상기 상태 공간 모델의 상기 상태 방정식은, 상기 기판의 외연부를 흐르는 상기 전류 밀도에 관한시간 발전을 기술한다.

[형태 3] 형태 3에 의하면, 형태 2의 도금 장치에 있어서, 상기 상태 공간 모델의 상기 관측 방정식은, 상기 기판의 외연부를 흐르는 상기 전류 밀도와 상기 전위 센서의 위치에 있어서의 상기 도금액의 전위의 관계를 기술한다.

[형태 4] 형태 4에 의하면, 형태 3의 도금 장치에 있어서, 상기 도금조, 상기 기판 홀더, 상기 애노드 및 상기 전위 센서를 적어도 포함하는 도금 모듈을 구비하고, 상기 전류 밀도와 상기 도금액의 전위의 상기 관계는, 상기 도금 모듈의 3D 모델을 나타내는 함수에 기초한다.

[형태 5] 형태 5에 의하면, 형태 1의 도금 장치에 있어서, 상기 상태 공간 모델은, 상기 전위 센서의 상기 측정값에 기초하여, 상기 기판의 외연부를 흐르는 상기 전류 밀도의 추정 결과를 보정하도록 구성된 칼만 필터를 더 구비한다.

[형태 6] 형태 6에 의하면, 형태 1의 도금 장치에 있어서, 상기 상태 공간 모델에 의해 추정된 전류 밀도에 기초하여, 상기 도금액으로부터 상기 기판에 유입되는 도금 전류 밀도를 산출하도록 구성된 전류 밀도 산출부를 더 구비한다.

[형태 7] 형태 7에 의하면, 형태 6의 도금 장치에 있어서, 상기 전류 밀도 산출부에 의해 산출된 상기 도금 전류 밀도에 기초하여, 상기 기판 상에 형성되는 도금의 막 두께를 산출하도록 구성된 막 두께 산출부를 더 구비한다.

[형태 8] 형태 8에 의하면, 형태 6의 도금 장치에 있어서, 상기 기판의 상기 외연부는, 상기 기판의 상기 기판 홀더에 의해 파지되는 부분이다.

[형태 9] 형태 9에 의하면, 형태 8의 도금 장치에 있어서, 상기 전류 밀도 산출부에 의해 산출되는 상기 도금 전류 밀도는, 상기 기판의 상기 외연부보다도 내측의 영역에 있어서의 전류 밀도이다.

도 1은 본 실시 형태의 도금 장치의 전체 구성을 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 실시 형태의 도금 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다.
도 3은 일 실시 형태에 있어서의 도금 모듈의 구성을 개략적으로 도시하는 종단면도이다.
도 4는 도금 모듈의 도관 주변을 확대하여 도시하는 모식도이다.
도 5는 본 실시 형태의 도금 장치에 있어서의 제어 모듈의 기능적 구성을 도시하는 블록도이다.
도 6은 기판의 평면도이다.
도 7은 다른 실시 형태에 의한 도금 모듈의 구성을 개략적으로 도시하는 종단면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 이하에서 설명하는 도면에 있어서, 동일 또는 상당하는 구성 요소에는, 동일한 부호를 붙이고 중복된 설명을 생략한다.

<제1 실시 형태>

도 1은 본 실시 형태의 도금 장치의 전체 구성을 도시하는 사시도이다. 도 2는 본 실시 형태의 도금 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다. 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 도금 장치(1000)는, 로드 포트(100), 반송 로봇(110), 얼라이너(120), 프리웨트 모듈(200), 프리소크 모듈(300), 도금 모듈(400), 세정 모듈(500), 스핀 린스 드라이어(600), 반송 장치(700) 및 제어 모듈(800)을 구비한다.

로드 포트(100)는, 도금 장치(1000)에 도시하지 않은 FOUP 등의 카세트에 수납된 기판을 반입하거나, 도금 장치(1000)로부터 카세트에 기판을 반출하기 위한 모듈이다. 본 실시 형태에서는 4대의 로드 포트(100)가 수평 방향으로 나란히 배치되어 있지만, 로드 포트(100)의 수 및 배치는 임의이다. 반송 로봇(110)은, 기판을 반송하기 위한 로봇이며, 로드 포트(100), 얼라이너(120) 및 반송 장치(700) 사이에서 기판을 전달하도록 구성된다. 반송 로봇(110) 및 반송 장치(700)는, 반송 로봇(110)과 반송 장치(700) 사이에서 기판을 전달할 때는, 도시하지 않은 임시 적재대를 통해 기판의 전달을 행할 수 있다.

얼라이너(120)는, 기판의 오리엔테이션 플랫이나 노치 등의 위치를 소정의 방향으로 맞추기 위한 모듈이다. 본 실시 형태에서는 2대의 얼라이너(120)가 수평 방향으로 나란히 배치되어 있지만, 얼라이너(120)의 수 및 배치는 임의이다. 프리웨트 모듈(200)은, 도금 처리 전의 기판의 피도금면을 순수 또는 탈기수 등의 처리액으로 적심으로써, 기판 표면에 형성된 패턴 내부의 공기를 처리액으로 치환한다. 프리웨트 모듈(200)은, 도금 시에 패턴 내부의 처리액을 도금액으로 치환함으로써 패턴 내부에 도금액을 공급하기 쉽게 하는 프리웨트 처리를 실시하도록 구성된다. 본 실시 형태에서는 2대의 프리웨트 모듈(200)이 상하 방향으로 나란히 배치되어 있지만, 프리웨트 모듈(200)의 수 및 배치는 임의이다.

프리소크 모듈(300)은, 예를 들어 도금 처리 전의 기판의 피도금면에 형성한 시드층 표면 등에 존재하는 전기 저항이 큰 산화막을 황산이나 염산 등의 처리액으로 에칭 제거하여 도금 하지 표면을 세정 또는 활성화하는 프리소크 처리를 실시하도록 구성된다. 본 실시 형태에서는 2대의 프리소크 모듈(300)이 상하 방향으로 나란히 배치되어 있지만, 프리소크 모듈(300)의 수 및 배치는 임의이다. 도금 모듈(400)은, 기판에 도금 처리를 실시한다. 본 실시 형태에서는, 상하 방향으로 3대 또한 수평 방향으로 4대 나란히 배치된 12대의 도금 모듈(400)의 세트가 2개 있고, 합계 24대의 도금 모듈(400)이 마련되어 있지만, 도금 모듈(400)의 수 및 배치는 임의이다.

세정 모듈(500)은, 도금 처리 후의 기판에 남는 도금액 등을 제거하기 위해 기판에 세정 처리를 실시하도록 구성된다. 본 실시 형태에서는 2대의 세정 모듈(500)이 상하 방향으로 나란히 배치되어 있지만, 세정 모듈(500)의 수 및 배치는 임의이다. 스핀 린스 드라이어(600)는, 세정 처리 후의 기판을 고속 회전시켜 건조시키기 위한 모듈이다. 본 실시 형태에서는 2대의 스핀 린스 드라이어가 상하 방향으로 나란히 배치되어 있지만, 스핀 린스 드라이어의 수 및 배치는 임의이다. 반송 장치(700)는, 도금 장치(1000) 내의 복수의 모듈간에서 기판을 반송하기 위한 장치이다. 제어 모듈(800)은, 도금 장치(1000)의 복수의 모듈을 제어하도록 구성되고, 예를 들어 오퍼레이터와의 사이의 입출력 인터페이스를 구비하는 일반적인 컴퓨터 또는 전용 컴퓨터로 구성할 수 있다.

도금 장치(1000)에 의한 일련의 도금 처리의 일례를 설명한다. 먼저, 로드 포트(100)에 카세트에 수납된 기판이 반입된다. 계속해서, 반송 로봇(110)은, 로드 포트(100)의 카세트로부터 기판을 취출하여, 얼라이너(120)에 기판을 반송한다. 얼라이너(120)는, 기판의 오리엔테이션 플랫이나 노치 등의 위치를 소정의 방향으로 맞춘다. 반송 로봇(110)은, 얼라이너(120)에서 방향을 맞춘 기판을 반송 장치(700)에 전달한다.

반송 장치(700)는, 반송 로봇(110)으로부터 수취한 기판을 프리웨트 모듈(200)로 반송한다. 프리웨트 모듈(200)은, 기판에 프리웨트 처리를 실시한다. 반송 장치(700)는, 프리웨트 처리가 실시된 기판을 프리소크 모듈(300)로 반송한다. 프리소크 모듈(300)은, 기판에 프리소크 처리를 실시한다. 반송 장치(700)는, 프리소크 처리가 실시된 기판을 도금 모듈(400)로 반송한다. 도금 모듈(400)은, 기판에 도금 처리를 실시한다.

반송 장치(700)는, 도금 처리가 실시된 기판을 세정 모듈(500)로 반송한다. 세정 모듈(500)은, 기판에 세정 처리를 실시한다. 반송 장치(700)는, 세정 처리가 실시된 기판을 스핀 린스 드라이어(600)로 반송한다. 스핀 린스 드라이어(600)는, 기판에 건조 처리를 실시한다. 반송 장치(700)는, 건조 처리가 실시된 기판을 반송 로봇(110)에 전달한다. 반송 로봇(110)은, 반송 장치(700)로부터 수취한 기판을 로드 포트(100)의 카세트로 반송한다. 마지막으로, 로드 포트(100)로부터 기판을 수납한 카세트가 반출된다.

또한, 도 1이나 도 2에서 설명한 도금 장치(1000)의 구성은, 일례에 지나지 않고, 도금 장치(1000)의 구성은, 도 1이나 도 2의 구성에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 도금 모듈(400)의 구성을 설명한다. 본 실시 형태에 있어서의 24대의 도금 모듈(400)은 동일한 구성이므로, 1대의 도금 모듈(400)만을 설명한다. 도 3은 제1 실시 형태에 있어서의 도금 모듈(400)의 구성을 개략적으로 도시하는 종단면도이다. 도금 모듈(400)은, 도금액을 수용하기 위한 도금조를 구비한다. 도금조는, 상면이 개구된 원통형의 내조(412)와, 내조(412)의 상연으로부터 오버플로한 도금액을 저류할 수 있도록 내조(412)의 주위에 마련된 도시하지 않은 외조를 포함하여 구성된다.

도금 모듈(400)은, 피도금면 Wf-a를 하방으로 향하게 한 상태에서 기판 Wf를 보유 지지하기 위한 기판 홀더(440)를 구비한다. 또한, 기판 홀더(440)는, 도시하지 않은 전원으로부터 기판 Wf에 급전하기 위한 급전 접점을 구비한다. 도금 모듈(400)은, 기판 홀더(440)를 승강시키기 위한 승강 기구(442)를 구비한다. 또한, 일 실시 형태에서는, 도금 모듈(400)은, 기판 홀더(440)를 연직축 주위로 회전시키는 회전 기구(448)를 구비한다. 승강 기구(442) 및 회전 기구(448)는, 예를 들어 모터 등의 공지의 기구에 의해 실현할 수 있다.

도금 모듈(400)은, 내조(412)의 내부를 상하 방향으로 이격하는 멤브레인(420)을 구비한다. 내조(412)의 내부는 멤브레인(420)에 의해 캐소드 영역(422)과 애노드 영역(424)으로 칸막이된다. 캐소드 영역(422)과 애노드 영역(424)에는 각각 도금액이 충전된다. 또한, 본 실시 형태에서는 멤브레인(420)이 마련되는 일례를 나타냈지만, 멤브레인(420)은 마련되지 않아도 된다.

애노드 영역(424)의 내조(412)의 저면에는 애노드(430)가 마련된다. 또한, 애노드 영역(424)에는, 애노드(430)와 기판 Wf 사이의 전계를 조정하기 위한 애노드 마스크(426)가 배치된다. 애노드 마스크(426)는, 예를 들어 유전체 재료로 이루어지는 대략 판상의 부재이며, 애노드(430)의 전방면(도 3에 있어서 애노드(430)의 상방)에 마련된다. 애노드 마스크(426)는, 애노드(430)와 기판 Wf 사이에 흐르는 전류가 통과하는 개구를 갖는다. 애노드 마스크(426)는, 개구 치수를 변경 가능하게 구성되고, 제어 모듈(800)에 의해 개구 치수가 조정되어도 된다. 개구 치수는, 개구가 원형인 경우에는 직경을 의미하고, 개구가 다각형인 경우에는 한 변의 길이 또는 최장이 되는 개구 폭을 의미한다. 애노드 마스크(426)에 있어서의 개구 치수의 변경은, 공지의 기구를 채용할 수 있다. 본 실시 형태에서는 애노드 마스크(426)가 마련되는 일례를 나타냈지만, 애노드 마스크(426)는 마련되지 않아도 된다. 또한, 상기한 멤브레인(420)은, 애노드 마스크(426)의 개구에 마련되어도 된다.

캐소드 영역(422)에는, 멤브레인(420)에 대향하도록 저항체(450)가 배치된다. 저항체(450)는, 기판 Wf의 피도금면 Wf-a에 있어서의 도금 처리의 균일화를 도모하기 위한 부재이다. 일 실시 형태에서는, 저항체(450)는, 구동 기구(452)에 의해, 도금조 내에서 상하 방향으로 이동 가능하게 구성되고, 제어 모듈(800)에 의해 저항체(450)의 위치가 조정된다. 단, 도금 모듈(400)은, 저항체(450)를 갖지 않아도 된다. 저항체(450)의 구체적인 재질은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 일례로서, 폴리에테르에테르케톤 등의 다공질의 수지를 사용할 수 있다.

캐소드 영역(422)의 기판 Wf의 표면 근방에는, 도금액을 교반하기 위한 패들(456)이 마련되어 있다. 패들(456)은 예를 들어 티타늄(Ti) 또는 수지로 구성되어 있다. 패들(456)은, 기판 Wf의 표면과 평행으로 왕복 운동함으로써, 기판 Wf의 도금 중에 충분한 금속 이온이 기판 Wf의 표면에 균일하게 공급되도록 도금액을 교반한다. 단, 이러한 예에 한정되지는 않고, 패들(456)은, 예를 들어 기판 Wf의 표면에 수직으로 이동하도록 구성되어도 된다. 또한, 도금 모듈(400)은, 패들(456)을 갖지 않아도 된다.

또한, 캐소드 영역(422)에는, 도관(462)이 마련되어 있다. 도관(462)은, 중공관이며, 일례로서, PP(폴리프로필렌), PVC(폴리염화비닐)와 같은 수지로 형성할 수 있다. 또한, 캐소드 영역(422)에 저항체(450)가 구비되어 있는 경우, 도관(462)은, 기판 Wf와 저항체(450) 사이에 마련되면 된다. 또한, 패들(456)이 구비되어 있는 경우, 도관(462)은, 패들(456)과 간섭하지 않도록 배치되면 되고, 일례로서, 패들(456)과 동일한 높이이며 패들(456)의 외주측(도 3에 있어서 좌우 방향의 외측)에 배치되는 것이 바람직하다.

도 4는 도금 모듈(400)의 도관(462) 주변을 확대하여 도시하는 모식도이다. 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 도관(462)은, 기판 Wf와 애노드(430) 사이의 영역에 배치된 개구단(464)을 갖는다. 즉, 개구단(464)은, 기판 Wf의 판면에 수직인 방향에 있어서 기판 Wf와 애노드(430) 사이에 위치하고, 기판 Wf의 판면에 수직인 방향으로부터 보았을 때 기판 Wf와 겹치는 위치에 배치된다. 개구단(464)은, 피도금면 Wf-a에 접근하여 배치되는 것이 바람직하고, 피도금면 Wf-a에 면하도록 구성되는 것이 바람직하다. 일례로서, 개구단(464)과 피도금면 Wf-a의 거리는, 수백 마이크로미터 내지 수십 밀리미터의 범위여도 된다. 또한, 개구단(464)은, 기판 Wf와 애노드(430)를 연결하는 방향에 수직인 방향(도 3 및 도 4에 있어서 좌우 방향)으로 개구되어도 되고, 기판 Wf의 피도금면 Wf-a를 향하여 경사져서 개구되어도 된다. 또한, 도관(462)은, 기판 Wf와 애노드(430) 사이의 영역으로부터 이격된 영역까지 연장된다. 따라서, 도관(462)은, 기판 Wf와 애노드(430) 사이의 영역에 배치되는 제1 부분(462a)과, 기판 Wf와 애노드(430) 사이의 영역으로부터 이격된 영역에 배치되는 제2 부분(462b)을 갖는다. 도관(462)은, 기판 Wf와 애노드(430)를 연결하는 방향(도 3 및 4에 있어서의 상하 방향)에 대하여 수직인 방향(도 3 및 도 4에 있어서의 좌우 방향)으로 연장되는 것이 바람직하다. 일 실시 형태에서는, 도관(462)은, 도금조의 외부까지 연장된다. 단, 이 예에 한정되지는 않고, 도관(462)은, 임의의 방향으로 연장되어도 된다.

도관(462)의 내부는, 캐소드 영역(422)과 마찬가지로 도금액으로 채워진다. 도관(462)에는, 도관(462) 내를 도금액으로 채우기 위한 충전 기구(468)가 마련되어도 된다. 충전 기구(468)로서는, 공지의 다양한 기구를 채용할 수 있고, 일례로서, 공기 배출 밸브, 또는 도금액을 공급하기 위한 기구 등을 채용할 수 있다. 충전 기구(468)는, 일례로서, 도관(462)의 제2 부분(462b)에 마련된다.

또한, 도 3 및 도 4에서는, 보기 쉽게 하기 위해, 1개의 도관(462)이 도시되어 있지만, 도금조에는 복수의 도관(462)이 마련되어도 된다. 복수의 도관(462)을 마련하는 경우, 각각의 도관(462)의 개구단(464)이 기판 Wf의 중심으로부터 다른 거리에 배치되는 것으로 해도 된다. 또한, 복수의 도관(462)을 마련하는 경우, 각각의 도관(462)의 개구단(464)은, 기판 Wf의 피도금면 Wf-a로부터의 거리가 동등한 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

도관(462)의 제2 부분(462b)에는, 전위 센서(470)가 마련된다. 또한 전위 센서(470)는, 도 3 및 도 4에서는 도금조의 외부에 배치되어 있지만, 도금조 내부에 배치되어도 된다. 전위 센서(470)는, 도관(462) 내에 채워진 도금액의 전위를 검출한다. 여기서, 도관(462) 내의 도금액은 개구단(464)의 도금액과 대략 동일한 전위를 갖고, 그 때문에, 전위 센서(470)에 의한 검출 전위는, 개구단(464)에 있어서의 도금액의 전위와 대략 동등하다. 따라서, 개구단(464) 근방은, 전위 센서(470)에 의한 의사적인 전위 검출 위치로 간주할 수 있다. 따라서, 도관(462)의 제2 부분(462b)에 마련된 전위 센서(470)를 사용하여, 피도금면 Wf-a 근방의 전위를 측정할 수 있다. 전위 센서(470)에 의한 검출 신호는, 제어 모듈(800)에 입력된다.

일 실시 형태에 있어서, 도금조 내의 비교적 전위 변화가 작은 장소에, 참조용의 전위 센서(도시하지 않음)가 마련되어도 되고, 참조용의 전위 센서에 의한 검출 전위와, 전위 센서(470)에 의한 검출 전위의 차가 취득되는 것이 바람직하다. 전위 센서(470)에 의해 측정되는 전위의 변화는 매우 작은 것이므로, 노이즈의 영향을 받기 쉽다. 노이즈를 저감시키기 위해, 도금액 중에 독립된 전극을 설치하고, 그것을 직접 그라운드에 접속하는 것이 바람직하다.

제어 모듈(800)은, 전위 센서(470)에 의한 전위의 검출값에 기초하여, 기판 Wf에 형성된 도금의 막 두께를 추정할 수 있다. 일례로서, 제어 모듈(800)은, 전위 센서(470)로부터의 검출 신호에 기초하여, 도금 처리 중의 기판면 내에 있어서의 도금 전류의 분포를 추정하고, 추정한 도금 전류의 분포에 기초하여, 기판 상의 도금막의 막 두께 분포를 추정할 수 있다.

또한, 제어 모듈(800)은, 전위 센서(470)의 검출값에 기초하여, 도금 처리의 종점 검출을 해도 되고, 도금 처리의 종점까지의 시간을 예측해도 된다. 일례로서, 제어 모듈(800)은, 전위 센서(470)의 검출값에 기초하여 추정한 도금막의 막 두께가 원하는 두께가 되었을 때, 도금 처리를 종료해도 된다. 또한, 일례로서, 제어 모듈(800)은, 전위 센서(470)의 검출값에 기초하여 추정한 도금막의 막 두께로부터 막 두께 증가 속도를 산출하고, 얻어진 막 두께 증가 속도에 기초하여, 도금막이 원하는 두께가 될 때까지의 시간, 즉 도금 처리의 종점까지의 시간을 예측해도 된다.

도금 모듈(400)에 있어서의 도금 처리에 대하여 설명한다. 승강 기구(442)를 사용하여 기판 Wf를 캐소드 영역(422)의 도금액에 침지시킴으로써, 기판 Wf가 도금액에 폭로된다. 도금 모듈(400)은, 이 상태에서 애노드(430)와 기판 Wf 사이에 전압을 인가함으로써, 기판 Wf의 피도금면 Wf-a에 도금 처리를 실시할 수 있다. 또한, 일 실시 형태에서는, 회전 기구(448)를 사용하여 기판 홀더(440)를 회전시키면서 도금 처리가 행해진다. 도금 처리에 의해, 기판 Wf의 피도금면 Wf-a에 도전막(도금막)이 석출된다. 도금 처리 중에, 도관(462)에 마련된 전위 센서(470)에 의한 전위의 측정이 행해진다. 기판 홀더(440)(기판 Wf)의 회전을 수반하여 전위 센서(470)에 의한 측정을 행함으로써, 전위 센서(470)의 측정 위치를 변경 가능하고, 기판 Wf의 둘레 방향에 있어서의 복수 지점에 대하여, 또는 둘레 방향 전체에 걸쳐, 전위를 측정할 수 있다. 그리고, 제어 모듈(800)은, 전위 센서(470)에 의한 전위의 검출값에 기초하여, 도금막의 막 두께를 추정한다. 이에 의해, 도금 처리에 있어서 기판 Wf의 피도금면 Wf-a에 형성되는 도금막의 막 두께 변화를, 실시간으로 파악할 수 있다.

도 5는 본 실시 형태의 도금 장치(1000)에 있어서의 제어 모듈(800)의 기능적 구성을 도시하는 블록도이다. 제어 모듈(800)은, 상태 공간 모델(804)을 이용하여, 도금 처리 중에 기판 Wf를 흐르는 전류 밀도의 분포를 추정하도록 구성된다. 상태 공간 모델(804)은, 상태 추정부(806)와, 관측값 산출부(808)와, 칼만 필터(810)를 포함한다. 제어 모듈(800)은, 상태 공간 모델(804)에 더하여, 3D 모델 작성부(802), 전류 밀도 산출부(812), 막 두께 산출부(814) 및 종점 판정부(816)를 구비한다. 제어 모듈(800)은, 입출력 장치, 연산 장치, 기억 장치 등을 구비하는 컴퓨터로서 구성할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(800)은, 기억 장치에 저장된 컴퓨터 프로그램을 연산 장치(예를 들어 프로세서)가 읽어내어 실행함으로써, 각 부(802, 806, 808, 810, 812, 814, 816)의 기능을 실현하도록 구성된다.

3D 모델 작성부(802)는, 도금 모듈(400)의 삼차원(3D) 모델을 작성한다. 도금 모듈(400)의 3D 모델은, 도금 모듈(400)에 있어서의 다양한 구성 요소의 형상, 배치, 물성값 등을 모델화하여 기술한 데이터이다. 이 3D 모델에는, 적어도, 도금 모듈(400)의 도금조(내조(412))의 내부의 전계에 영향을 주는 구성 요소가 포함된다. 그와 같은 구성 요소는, 예를 들어 애노드(430), 애노드 마스크(426), 멤브레인(420), 저항체(450), 기판 Wf, 기판 Wf 상에 마련된 시드층, 도금조에 수용된 도금액, 도관(462) 및 전위 센서(470)를 포함한다. 도금 모듈(400)의 3D 모델은, 이들 각 구성 요소에 대한 형상, 배치 및 물성값(예를 들어 전도율, 유전율 등)의 정보에 의해 구성할 수 있다. 일례로서, 이들 정보는, 도금 장치(1000)의 오퍼레이터에 의해, 제어 모듈(800)의 입출력 인터페이스를 통해 제어 모듈(800)에 입력 되어도 되고, 3D 모델 작성부(802)는, 입력된 정보에 기초하여, 도금 모듈(400)의 3D 모델을 작성하는 것이어도 된다. 상기 정보의 일부, 예를 들어 몇 가지의 물성값은, 제어 모듈(800)의 기억 장치에 미리 기억되어 있어도 되고, 오퍼레이터가 그 중에서 적절한 값을 선택하는 것이어도 된다.

상태 추정부(806)는, 상태 방정식을 사용하여, 도금 모듈(400)의 「상태」를 추정하도록 구성된다. 구체적으로, 상태 추정부(806)는, 도금 모듈(400)의 「상태」로서, 기판 Wf의 외연부에 있어서의 도금 전류의 전류 밀도를 추정한다.

도 6은 기판 Wf의 평면도를 도시한다. 기판 Wf의 외연부(62)는, 기판 홀더(440)에 의해 기판 Wf가 파지되는 부분이며, 도금액에는 폭로되지 않는 부분이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 기판 Wf는, 외연부(62)에 1개 또는 복수의 전기 접점(441)을 갖는다. 도 6의 예에서는, 기판 Wf는 외연부(62)에 등간격으로 6개의 전기 접점(441)을 갖고 있다. 전기 접점(441)은, 기판 홀더(440)에 내장된 전기 배선(도시하지 않음)을 통해 전원(도시하지 않음)의 부단자에 접속되어 있어, 전기 접점(441)을 통해, 기판 Wf에 도금 전류가 흐른다.

이하에 있어서, 기판 Wf의 외연부(62)에 있어서의 도금 전류의 전류 밀도를 「외연부 전류 밀도」라 칭하고, 시각 t에 있어서의 외연부 전류 밀도를 j_t(θ)로 기술한다. 단, θ는 기판 Wf의 중심 주위의 각도(도 6 참조)로 측정한 기판 Wf의 외연부(62) 내의 위치를 나타낸다. 여기서, 외연부 전류 밀도 j_t(θ)를 다음과 같이 푸리에 급수로 표현한다.

외연부 전류 밀도 j_t(θ)의 추정은, 푸리에 계수 a_{i, t} 및 b_i _{, t}의 추정에 귀착된다. 일 실시 형태에 있어서, 상태 추정부(806)는, 다음 식의 상태 방정식을 사용하여, 시각 t-1에 있어서의 외연부 전류 밀도 j_t _-1(θ)로부터 시각 t에 있어서의 외연부 전류 밀도 j_t(θ)를 추정(예측)한다.

단, 행렬 Fi는 다음 식으로 주어지며, 회전 기구(448)를 사용한 기판 Wf의 회전을 나타낸다. 또한 벡터 v_t는 노이즈이다. 이 모델에서는, 시각 t에 있어서의 외연부 전류 밀도가, 시각 t-1에 있어서의 외연부 전류 밀도를 기판 Wf의 회전에 수반하여 회전시킨 것에 의해 부여된다고 하는 것을 가정하고 있다. 또한, 다음 식에 있어서, ω는 기판 Wf의 회전의 각속도, Δt는 시간 스텝(즉 시각 t와 시각 t-1의 시간차)이다.

또한, 외연부 전류 밀도를 추정하기 위해, 상기 식과는 다른 상태 방정식이 사용되어도 된다.

관측값 산출부(808)는, 관측 방정식을 사용하여, 도금 모듈(400)의 「상태 」로부터 「관측값」을 추정하도록 구성된다. 구체적으로, 관측값 산출부(808)는, 도금 모듈(400)에 있어서의 「관측값」과, 전위 센서(470)에 의해 측정된다고 기대되는 도금조 중의 도금액의 전위의 값을 외연부 전류 밀도 j_t(θ)로부터 추정(산출)한다. 이하에 있어서, 이 관측값 산출부(808)에 의해 산출되는 값을 「전위 추정값」이라 칭하고, 시각 t에 있어서의 전위 추정값을 φ_t로 기술한다.

전술한 바와 같이, 전위 센서(470)에 의해 측정되는 전위는, 도금 처리가 실시되어 있는 기판 Wf의 피도금면 Wf-a 근방에 있어서의 전위이다. 이 전위는, 도금조 중의 도금액으로부터 기판 Wf에 흐르는 도금 전류의 분포에 의해 결정된다. 그리고, 이 도금 전류의 분포는, 도금 모듈(400)의 물리적인 구조에 의존하고 있다. 따라서, 전위 추정값 φ_t는, 3D 모델 작성부(802)에 있어서 작성된 도금 모듈(400)의 3D 모델을 이용하여 계산하는 것이 가능하다. 즉, 전위 추정값 φ_t는 다음 식과 같이 표현할 수 있다.

여기서, F는 도금 모듈(400)의 3D 모델을 나타내는 함수이며, a_{i, t}, b_i _{, t} 등은 상술한 외연부 전류 밀도 j_t(θ)의 푸리에 계수이다. 또한, 함수 F는, 3D 모델 작성부(802)로부터 취득되는 3D 모델에 기초하여 수치적으로 결정할 수 있다. 상기 식의 함수 F를, 또한 다음과 같이, a_{i, t}=0 및 b_i _{, t}=0의 주위에서 테일러 전개한다. 또한, 다음 식은 1차의 항까지의 근사식이지만, 2차 이상의 항을 고려해도 된다.

일 실시 형태에 있어서, 관측값 산출부(808)는, 다음 식의 관측 방정식을 사용하여, 시각 t에 있어서의 외연부 전류 밀도 j_t(θ)로부터 시각 t에 있어서의 전위 추정값 φ_t를 산출한다. 단 w_t는 노이즈이다.

이 관측 방정식은, 위에서 나타낸, 도금 모듈(400)의 3D 모델을 나타내는 함수 F의 테일러 전개의 식에 기초하고 있다. 또한, 전위 추정값 φ_t를 얻기 위해, 이것과는 다른 관측 방정식이 사용되어도 된다.

칼만 필터(810)는, 상태 추정부(806)에 의해 추정된 도금 모듈(400)의 「상태」를, 도금 모듈(400)에 있어서의 실제의 측정 결과를 사용하여 보정하도록 구성된다. 구체적으로, 칼만 필터(810)는, 전위 센서(470)로부터 얻어지는 실제의 전위의 측정값을 보정에 사용한다. 일 실시 형태에 있어서, 칼만 필터(810)는, 전위 센서(470)로부터 얻어진 전위의 측정값과, 관측값 산출부(808)에 의해 산출된 전위 추정값 φ_t의 차분에 따라서, 상태 추정부(806)에 의해 추정된 외연부 전류 밀도 j_t(θ)(즉 푸리에 계수 a_{i, t} 및 b_{i, t})를 보정한다.

또한, 전술한 바와 같이 기판 Wf는 회전 기구(448)에 의해 회전되므로, 전위 센서(470)로부터는, 기판 Wf의 둘레 방향을 따른 다수의 측정점에 있어서의 전위의 측정값이 얻어지게 된다. 따라서, 이들 복수의 측정점에 있어서의 측정값에 의해 보정이 이루어짐으로써, 정확한 외연부 전류 밀도를 구할 수 있다.

이와 같이 하여 상태 공간 모델(804)을 사용하여 추정 및 보정된 외연부 전류 밀도 j_t(θ)는, 전류 밀도 산출부(812)로 출력된다. 전류 밀도 산출부(812)는, 상태 공간 모델(804)로부터 얻어진 외연부 전류 밀도에 기초하여, 기판 Wf의 외연부(62)보다도 내측의 영역(64)(도 6 참조)에 있어서의 도금 전류의 전류 밀도를 산출한다. 영역(64)은, 기판 Wf의 외연부(62)와 달리, 기판 홀더(440)에 의해 파지되어 있지 않고, 도금액에 폭로되어 있다. 영역(64)으로는 도금조 중의 도금액으로부터 전류가 유입된다. 즉, 전류 밀도 산출부(812)는, 도금조 중의 도금액으로부터 도금액과 기판 Wf의 계면을 통해 기판 Wf에 유입되는 전류의 전류 밀도를 산출한다. 기판 Wf 상에 형성되는 도금의 막 두께는, 이 전류 밀도에 의존한다. 이하에 있어서, 이 전류 밀도를 간단히 「도금 전류 밀도」라 칭하고, 기판 Wf(영역(64)) 상의 위치 k, 시각 t에 있어서의 도금 전류 밀도를 j_{k, t}로 기술한다.

도금 전류 밀도 j_k _{, t}는, 외연부 전류 밀도 j_t(θ)와 특정 관계로 결부되어 있다. 구체적으로는, 도금 전류 밀도는, 외연부 전류 밀도와, 도금 모듈(400)의 물리적인 구조에 의해 결정된다. 따라서, 도금 전류 밀도 j_k _{, t}는, 전술한 전위 추정값 φ_t와 마찬가지로, 도금 모듈(400)의 3D 모델을 사용하여 다음 식과 같이 표현할 수 있다.

여기서, G_k는 도금 모듈(400)의 3D 모델을 나타내는 함수이며, a_{i, t}, b_i _{, t} 등은 외연부 전류 밀도 j_t(θ)의 푸리에 계수이다. 함수 G_k는, 3D 모델 작성부(802)로부터 취득되는 도금 모듈(400)의 3D 모델에 기초하여 수치적으로 결정할 수 있다. 상기 식의 함수 G_k를, 또한 다음과 같이, a_{i, t}=0 및 b_i _{, t}=0의 주위에서 테일러 전개한다. 또한, 다음 식은 1차의 항까지의 근사식이지만, 2차 이상의 항을 고려해도 된다.

일 실시 형태에 있어서, 전류 밀도 산출부(812)는, 상기 식을 사용하여 도금 전류 밀도 j_{k, t}를 산출할 수 있다.

막 두께 산출부(814)는, 전류 밀도 산출부(812)로부터 얻어지는 도금 전류 밀도 j_k _{, t}에 기초하여, 기판 Wf 상에 형성되는 도금의 막 두께를 산출하도록 구성된다. 일 실시 형태에 있어서, 막 두께 산출부(814)는, 다음 식을 사용하여, 기판 Wf 상의 위치 k, 시각 t에 있어서의 도금의 성막 속도 v_k _{, t} 및 막 두께 w_{k, t}를 산출한다.

단, M 및 ρ는 기판 Wf 상에 석출되는 도금의 분자량과 밀도, z는 도금 반응의 가수, F는 패러데이 상수이다. 막 두께 산출부(814)는, 위에서 설명한 상태 방정식을 사용하여 장래의 도금 전류 밀도 및 성막 속도를 예측함으로써, 현재의 막 두께 w_{k, t}가 아니라 도금 처리의 종료 시점(시각 t=T)에 있어서의 막 두께 w_{k, T}를 산출해도 된다.

종점 판정부(816)는, 막 두께 산출부(814)에 의해 얻어진 도금막 두께에 기초하여, 기판 Wf에 대한 도금 처리의 종점을 판정한다. 예를 들어, 종점 판정부(816)는, 추정된 현재의 막 두께 w_{k, t}가 원하는 두께가 되었을 때 도금 처리를 종료해도 되고, 혹은, 추정된 현재의 막 두께 w_{k, t}와 예측된 장래의 성막 속도 v_k _{, s}(s=t, …, T)에 기초하여, 도금 처리의 종점까지의 시간을 예측해도 된다.

이상과 같이, 본 실시 형태의 도금 장치(1000)에 의하면, 상태 공간 모델을 사용함으로써, 전위 센서(470)의 측정값에 기초하여 도금막의 막 두께를 추정할 수 있다. 이에 의해, 도금 처리에 있어서 기판 Wf의 피도금면 Wf-a에 형성되는 도금막의 막 두께 변화를 실시간으로 파악할 수 있다.

<제2 실시 형태>

도 7은 다른 실시 형태에 의한 도금 모듈(400A)의 구성을 개략적으로 도시하는 종단면도이다. 이 실시 형태에서는, 기판 Wf는 연직으로 배치된다. 즉 기판 Wf는, 그 판면이 수평 방향을 향하도록 보유 지지된다. 도 7에 도시한 바와 같이, 도금 모듈(400A)은, 내부에 도금액을 보유하는 도금조(410A)와, 도금조(410A) 내에 배치된 애노드(430A)와, 기판 홀더(440A)를 구비하고 있다. 기판 Wf는, 각형 기판, 원형 기판 중 어느 것이어도 된다.

애노드(430A)는, 도금조 내에서 기판 Wf의 판면과 대향하도록 배치된다. 애노드(430A)는 전원(90)의 정극에 접속되고, 기판 Wf는 기판 홀더(440A)를 통해 전원(90)의 부극에 접속된다. 애노드(430A)와 기판 Wf 사이에 전압을 인가하면, 기판 Wf에 전류가 흘러, 도금액의 존재 하에서 기판 Wf의 표면에 금속막이 형성된다.

도금조(410A)는, 기판 Wf 및 애노드(430A)가 내부에 배치되는 내조(412A)와, 내조(412A)에 인접하는 오버플로조(414A)를 구비하고 있다. 내조(412A) 내의 도금액은 내조(412A)의 측벽을 월류하여 오버플로조(414A) 내에 유입되도록 되어 있다.

오버플로조(414A)의 저부에는, 도금액 순환 라인(58a)의 일단이 접속되고, 도금액 순환 라인(58a)의 타단은 내조(412A)의 저부에 접속되어 있다. 도금액 순환 라인(58a)에는, 순환 펌프(58b), 항온 유닛(58c) 및 필터(58d)가 설치되어 있다. 도금액은, 내조(412A)의 측벽을 오버플로하여 오버플로조(414A)에 유입되고, 또한 오버플로조(414A)로부터 도금액 순환 라인(58a)을 통해 내조(412A)로 되돌려진다. 이와 같이, 도금액은, 도금액 순환 라인(58a)을 통해 내조(412A)와 오버플로조(414A) 사이를 순환한다.

도금 모듈(400A)은, 기판 Wf 상의 전위 분포를 조정하는 조정판(레귤레이션 플레이트)(454)을 더 구비하고 있다. 조정판(454)은, 기판 Wf와 애노드(430A) 사이에 배치되어 있고, 도금액 중의 전기장을 제한하기 위한 개구(454a)를 갖고 있다.

또한, 도금 모듈(400A)은, 도금조(410A) 내에 도관(462A)이 마련되어 있다. 도관(462A)은, 일례로서, PP(폴리프로필렌), PVC(폴리염화비닐)와 같은 수지로 형성할 수 있다. 도관(462A)은, 상기한 실시 형태의 도관(462)과 마찬가지로, 기판 Wf와 애노드(430A) 사이의 영역에 배치된 개구단(464A)을 포함하는 제1 부분(462Aa)과, 기판 Wf와 애노드(430A) 사이의 영역으로부터 이격된 영역에 배치된 제2 부분(462Ab)을 갖는다. 또한, 도관(462A)의 제2 부분(462Ab)에는, 전위 센서(470A)가 마련된다. 전위 센서(470A)에 의한 검출 신호는, 제어 모듈(800)에 입력된다. 이 제어 모듈(800)은, 도 5를 참조하여 전술한 것과 동일한 것이다.

이러한 제2 실시 형태에 있어서의 도금 모듈(400A)에서는, 제1 실시 형태의 도금 모듈(400)과 마찬가지로, 도금 처리 중에 전위 센서(470A)에 의한 실시간의 검출을 행할 수 있다. 그리고, 제어 모듈(800)은, 전위 센서(470A)에 의한 검출값에 기초하여 도금막의 막 두께를 측정한다. 이에 의해, 도금 처리에 있어서 기판 Wf의 피도금면에 형성되는 도금막의 막 두께 변화를 실시간으로 측정할 수 있다. 또한, 제어 모듈(800)은, 도금막의 막 두께에 기초하여, 제1 실시 형태에서 설명한 것과 마찬가지로, 도금 조건을 조정할 수도 있다.

이상, 몇 가지의 예에 기초하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명해 왔지만, 상기한 발명의 실시 형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은, 그 취지를 일탈하지 않고, 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는, 그 균등물이 포함되는 것은 물론이다. 또한, 상술한 과제의 적어도 일부를 해결할 수 있는 범위, 또는 효과의 적어도 일부를 발휘하는 범위에 있어서, 특허 청구 범위 및 명세서에 기재된 각 구성 요소의 임의의 조합, 또는 생략이 가능하다.

1000: 도금 장치
100: 로드 포트
110: 반송 로봇
120: 얼라이너
200: 프리웨트 모듈
300: 프리소크 모듈
400: 도금 모듈
500: 세정 모듈
600: 스핀 린스 드라이어
700: 반송 장치
800: 제어 모듈
412: 내조
420: 멤브레인
422: 캐소드 영역
424: 애노드 영역
426: 애노드 마스크
430: 애노드
440: 기판 홀더
442: 승강 기구
448: 회전 기구
450: 저항체
452: 구동 기구
456: 패들
462: 도관
464: 개구단
468: 충전 기구
470: 전위 센서
802: 3D 모델 작성부
804: 상태 공간 모델
806: 상태 추정부
808: 관측값 산출부
810: 칼만 필터
812: 전류 밀도 산출부
814: 막 두께 산출부
816: 종점 판정부
62: 외연부
441: 전기 접점
90: 전원

Claims

도금액을 수용하기 위한 도금조와,
기판을 보유 지지하기 위한 기판 홀더와,
상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판과 대향하도록 상기 도금조 내에 배치된 애노드와,
상기 기판 홀더에 보유 지지된 상기 기판의 근방에 배치되며, 상기 도금액의 전위를 측정하도록 구성된 전위 센서와,
상기 전위 센서에 의한 상기 도금액의 전위의 측정값에 기초하여, 상태 방정식 및 관측 방정식을 사용하여 상기 기판의 외연부를 흐르는 전류 밀도를 추정하도록 구성된 상태 공간 모델을 구비하고,
상기 상태 방정식은, 시각 t-1에 있어서의 상기 기판의 외연부를 흐르는 상기 전류 밀도로부터 시각 t에 있어서의 상기 기판의 외연부를 흐르는 상기 전류 밀도를 추정하는 방정식이고, 상기 관측 방정식은, 시각 t에 있어서의 상기 기판의 외연부를 흐르는 상기 전류 밀도와 상기 전위 센서의 위치에 있어서의 상기 도금액의 전위의 관계를 기술하는 방정식인, 도금 장치.
제1항에 있어서,
상기 도금조, 상기 기판 홀더, 상기 애노드 및 상기 전위 센서를 적어도 포함하는 도금 모듈을 구비하고,
상기 전류 밀도와 상기 도금액의 전위의 상기 관계는, 상기 도금 모듈의 3D 모델을 나타내는 함수에 기초하는, 도금 장치.
제1항에 있어서,
상기 상태 공간 모델은, 상기 전위 센서의 상기 측정값에 기초하여, 상기 기판의 외연부를 흐르는 상기 전류 밀도의 추정 결과를 보정하도록 구성된 칼만 필터를 더 구비하는, 도금 장치.
제1항에 있어서,
상기 상태 공간 모델에 의해 추정된 전류 밀도에 기초하여, 상기 도금액으로부터 상기 기판에 유입되는 도금 전류 밀도를 산출하도록 구성된 전류 밀도 산출부를 더 구비하는, 도금 장치.
제4항에 있어서,
상기 전류 밀도 산출부에 의해 산출된 상기 도금 전류 밀도에 기초하여, 상기 기판 상에 형성되는 도금의 막 두께를 산출하도록 구성된 막 두께 산출부를 더 구비하는, 도금 장치.
제4항에 있어서,
상기 기판의 상기 외연부는, 상기 기판의 상기 기판 홀더에 의해 파지되는 부분인, 도금 장치.
제6항에 있어서,
상기 전류 밀도 산출부에 의해 산출되는 상기 도금 전류 밀도는, 상기 기판의 상기 외연부보다도 내측의 영역에 있어서의 전류 밀도인, 도금 장치.