TW201925546A - 鍍覆解析方法、鍍覆解析系統及鍍覆解析用的電腦可讀取記憶媒體 - Google Patents

鍍覆解析方法、鍍覆解析系統及鍍覆解析用的電腦可讀取記憶媒體 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種能夠求出電鍍膜的膜厚分布的鍍覆解析方法、鍍覆解析系統、及用於鍍覆解析的電腦可讀取記憶媒體。
鍍覆解析方法包含：在電鍍裝置中進行電化學測定的步驟；從上述電化學測定的結果導出電化學參數的步驟；對進行鍍覆處理時的鍍覆條件進行特定的步驟；依據上述電化學參數及上述鍍覆條件來確定作為鍍覆處理對象的基板的表面的電流密度分布的步驟，其中，上述電流密度分布係藉由將上述基板上的位置設為變數的規定函數式來表述；和依據上述電流密度分布來計算出會被鍍覆在上述基板上的膜厚的步驟。

Description

鍍覆解析方法、鍍覆解析系統及鍍覆解析用的電腦可讀取記憶媒體
本發明涉及鍍覆解析方法、鍍覆解析系統、及用於鍍覆解析的電腦可讀取記憶媒體。
以往，利用依據有限元件等數值解析方法的模擬未求出藉由電鍍處理成膜的鍍膜的膜厚(例如參照專利文獻1)。藉由將鍍覆條件改變成各種各樣未進行模擬，而能夠事前導出最佳的鍍覆條件，並將其適用於實際的鍍覆處理。
在對半導體基板或印刷配線基板等鍍覆對象基板(以下稱為基板)實施電鍍的情况下，預先在基板的表面上作為供電層而形成有具有導電性的晶種層(seed layer)，鍍膜在該晶種層上生長。通常，被鍍覆的基板在其周緣部具有電接點。因此，在基板的中央部，有與鍍覆液的電阻值和從基板的中央部到電接點為止的晶種層的電阻值的合成電阻相對應的電流流動。另一方面，在基板的 周緣部(電接點附近)，有大致與鍍覆液的電阻值相對應的電流流動。亦即，在基板的中央部，難以有與從基板的中央部到電接點為止的晶種層的電阻值相應的量的電流流動。該電流集中於基板的周緣部的現象被稱為終端效應(terminal effect)。由於終端效應，基板的中央部處的鍍覆速度降低，基板的中央部處的鍍膜的膜厚變得比基板的周緣部處的鍍膜薄，膜厚的面內均勻性降低(例如參照專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2001-152397號公報
專利文獻2：日本特開2016-098399號公報
因終端效應引起的鍍膜厚的面內不均勻性在基板的抗蝕開口率(resist opening ratio)(在保護膜外緣相接的區域的面積中之沒有被保護膜覆蓋的部分(保護膜的開口部分)的面積的比例)小的情況下會變得尤其顯著。換言之，鍍膜厚的面內均勻性很大程度上依存於基板的抗蝕開口率。因此，對於具有與實際製品相同的抗蝕開口率的圖案基板，使鍍覆條件最佳化是重要的。為了將其實現，能夠採用藉由針對與實際製品相同的多張帶保護膜的圖案基板以各種條件進行鍍覆並對在各條件下形成的鍍膜厚進行評價未進行最佳化這一方法。但是，為了得出這樣的條件而使用帶保護膜的圖案基板的成本較高。另外，在專利 文獻2的例子中，需要對調整板或陽極遮罩等電場調整體的開口直徑及位置進行調整，也具有用於最佳化的作業花費工夫這一問題。於是藉由利用專利文獻1那樣的數值解析模擬，而能夠削減鍍覆條件最佳化的成本及工夫。但是，考慮了終端效應的鍍膜厚分布的數值解析方法並沒有被公知，沒有實現能夠得到與形成在實際的帶保護膜的圖案基板上的鍍膜厚分布具有良好一致性的結果的模擬。
本發明是鑒於上述課題而研創者，其目的之一在於提供一種能夠求出電鍍膜的膜厚分布的數值解析方法。
[方案1]根據方案1，提供一種鍍覆解析方法，包含：在電鍍裝置中進行電化學測定的步驟；從上述電化學測定的結果導出電化學參數的步驟；對進行鍍覆處理時的鍍覆條件進行特定的步驟；依據上述電化學參數及上述鍍覆條件未確定作為鍍覆處理對象的基板的表面的電流密度分布的步驟，其中，上述電流密度分布係以將上述基板上的位置設為變數的規定函數式未表述；以及依據上述電流密度分布未計算出會被鍍覆在上述基板上的膜厚的步驟。根據方案1的鍍覆解析方法，使用電化學參數將基板表面的電流密度作為基板上的位置的函數導出。由此，能夠以數值解析方式求出電鍍膜的膜厚分布。
[方案2]根據方案2，在方案1的鍍覆解析方法中，上述規定函數式是在上述基板的中心部提供較小的電流密度且在上述基板的周緣部提供較大的電流密度的 函數式。方案2中的規定函數式反映了依據終端效應的電流密度的位置依存性。因此，根據方案2的鍍覆解析方法，能夠藉由數值解析再現因終端效應引起的鍍膜厚的面內不均勻性。
[方案3]根據方案3，在方案1或方案2的鍍覆解析方法中，確定上述電流密度分布的上述步驟包含至少依據上述電化學參數未確定上述規定函數式的變數的步驟。根據方案3的鍍覆解析方法，藉由依據電化學參數未確定規定函數式的係數，而能夠確定基板表面的電流密度分布。
[方案4]根據方案4，在方案1至方案3中任一方案的鍍覆解析方法中，上述電化學參數包含極化電阻、交換電流密度及平衡電位。根據方案4的鍍覆解析方法，能夠使用根據電化學測定得到的極化電阻、交換電流密度及平衡電位未確定規定函數式。
[方案5]根據方案5，提供一種鍍覆解析系統，具有電鍍裝置和電腦，在該鍍覆解析系統中，上述電腦構成為，從上述電鍍裝置中的電化學測定的結果導出電化學參數，對進行鍍覆處理時的鍍覆條件進行特定，依據上述電化學參數及上述鍍覆條件，將作為鍍覆處理對象的基板的表面的電流密度分布確定為將上述基板上的位置設為變數的規定函數式，依據上述電流密度分布，計算出會被鍍覆在上述基板上的膜厚。根據方案5的鍍覆解析系統，使用電化學參數將基板表面的電流密度作為基板上的 位置的函數導出。由此，能夠以數值解析方式求出電鍍膜的膜厚分布。
[方案6]根據方案6，在方案5的鍍覆解析系統中，上述電鍍裝置和上述電腦被設置在相互離開的場所，經由通信機構而能夠相互通信地連接。根據方案6的鍍覆解析系統，能夠在與電鍍裝置離開的場所使用電腦未進行鍍膜厚的解析。
[方案7]根據方案7，提供一種電腦可讀取記憶媒體，儲存有用於鍍覆解析的電腦可執行命令，當上述電腦可執行命令被電腦的處理器執行時，會使上述處理器實施下列步驟：從電鍍裝置中的電化學測定的結果導出電化學參數的步驟；對進行鍍覆處理時的鍍覆條件進行特定的步驟；依據上述電化學參數及上述鍍覆條件將作為鍍覆處理對象的基板的表面的電流密度分布確定為將上述基板上的位置設為變數的規定函數式的步驟；和依據上述電流密度分布未計算出會被鍍覆在上述基板上的膜厚的步驟。根據方案7的用於鍍覆解析的電腦可讀取記憶媒體，使用電化學參數將基板表面的電流密度作為基板上的位置的函數導出。由此，能夠以數值解析方式求出電鍍膜的膜厚分布。
10‧‧‧電鍍裝置
20‧‧‧陽極保持架
21‧‧‧陽極
23‧‧‧電端子
25‧‧‧陽極遮罩
25a‧‧‧第1開口
30‧‧‧調整板
30a‧‧‧第2開口
40‧‧‧基板保持架
42‧‧‧電接點
43‧‧‧電端子
50‧‧‧鍍覆槽
52‧‧‧鍍覆處理槽
54‧‧‧鍍覆液排出槽
55‧‧‧分隔壁
56‧‧‧鍍覆液供給口
57‧‧‧鍍覆液排出口
58‧‧‧鍍覆液循環裝置
60‧‧‧控制單元
65‧‧‧GUI
70‧‧‧恆電位儀
71‧‧‧直流電源
72‧‧‧電流測定電路
73‧‧‧電位測定電路
80‧‧‧參照電極
100‧‧‧鍍覆解析系統
120‧‧‧電腦
122‧‧‧處理器
124‧‧‧記憶體
126‧‧‧鍍覆解析程式
130‧‧‧網際網路
300‧‧‧鍍覆解析方法
302、304、306、308、310、312、314、316、318‧‧‧步驟
Q‧‧‧鍍覆液
W‧‧‧基板
W1‧‧‧被鍍面
第1圖是本發明的一個實施形態的鍍覆解析系統的結構圖。
第2圖是電鍍裝置的概略側剖視圖。
第3圖是表示本發明的一個實施形態的鍍覆解析方法的流程圖。
以下，一邊參照附圖一邊詳細地說明本發明的實施形態。在附圖中，對相同或類似的元件標注相同或類似的附圖標記，在各實施方式的說明中有時會省略與相同或類似的元件相關的重複說明。另外，各實施方式中示出的特徵只要相互不矛盾就也能夠適用於其他實施形態。
第1圖是本發明的一個實施形態的鍍覆解析系統100的結構圖。鍍覆解析系統100具有電鍍裝置10及電腦120。電鍍裝置10和電腦120被設置在相互離開的場所，經由例如LAN(區域網路)、WAN(廣域網路)或網際網路等網路(通信機構)130而能夠相互通信地連接。但是，也可以是，電鍍裝置10及電腦120被設置在相同的場所，並相互連接。或者還可以是，在電鍍裝置10中安裝有後述的鍍覆解析程式126。
第2圖是電鍍裝置10的概略側剖視圖。如圖示那樣，電鍍裝置10具有：以保持陽極21的方式構成的陽極保持架20；以保持基板W的方式構成的基板保持架40；和將陽極保持架20和基板保持架40收納在內部的鍍覆槽50。另外，電鍍裝置10具有用於控制電鍍裝置10中的鍍覆處理及電化學測定的控制單元60。電鍍裝置10還 具有用於提供能夠進行各種資料的輸入輸出的GUI(圖形用戶界面)65的顯示部及用戶輸入部。
陽極21係經由設在陽極保持架20上的電端子23而與恆電位儀70電連接。基板W係經由與基板W的周緣部接觸的電接點42及設在基板保持架40上的電端子43而與恆電位儀70電連接。恆電位儀70具有直流電源71、電流測定電路72和電位測定電路73。直流電源71係在陽極21與基板W之間供給電流。電流測定電路72係測定在陽極21與基板W之間流動的電流。在基板W的被鍍面W1附近配置有與電位測定電路73電連接的參照電極80。電位測定電路73係測定將參照電極80的電位作為基準的、基板W的被鍍面W1的電位(參照電極80與基板W的被鍍面W1之間的電位差)。
保持陽極21的陽極保持架20和保持基板W的基板保持架40係被浸漬在鍍覆處理槽52內的鍍覆液Q中，以陽極21和基板W的被鍍面W1大致平行的方式相對地設置。陽極21和基板W係在被浸漬於鍍覆處理槽52的鍍覆液Q中的狀態下，藉由直流電源71被施加電壓。由此，金屬離子在基板W的被鍍面W1被還原，而在被鍍面W1上形成膜。
陽極保持架20具有用於調節陽極21與基板W之間的電場的陽極遮罩25。陽極遮罩25是例如由電介質材料構成的大致板狀的部件，設在陽極保持架20的前表面。在此，陽極保持架20的前表面是指與基板保持 架40相對的一側的面。即，陽極遮罩25配置在陽極21與基板保持架40之間。陽極遮罩25在大致中央部具有供在陽極21與基板W之間流動的電流藉由的第1開口25a。較佳者為第1開口25a的直徑比陽極21的直徑小。也可以是陽極遮罩25構成為能夠調節第1開口25a的直徑。
電鍍裝置10還具有用於調節陽極21與基板W之間的電場的調整板30。調整板30是例如由電介質材料構成的大致板狀的部件，配置在陽極遮罩25與基板保持架40(基板W)之間。調整板30具有供在陽極21與基板W之間流動的電流藉由的第2開口30a。較佳者為第2開口30a的直徑比基板W的直徑小。調整板30也可構成為能夠調節第2開口30a的直徑。
如第2圖所示，鍍覆槽50具有：收納包含添加劑在內的鍍覆液Q的鍍覆處理槽52；承接並排出從鍍覆處理槽52溢出的鍍覆液Q的鍍覆液排出槽54；和將鍍覆處理槽52和鍍覆液排出槽54分隔的分隔壁55。
鍍覆處理槽52具有用於向槽內部供給鍍覆液Q的鍍覆液供給口56。鍍覆液排出槽54具有用於排出從鍍覆處理槽52溢出的鍍覆液Q的鍍覆液排出口57。鍍覆液供給口56配置在鍍覆處理槽52的底部，鍍覆液排出口57配置在鍍覆液排出槽54的底部。
當鍍覆液Q被從鍍覆液供給口56供給到鍍覆處理槽52時，鍍覆液Q係從鍍覆處理槽52溢出，越過分隔壁55而流入到鍍覆液排出槽54中。流入到鍍覆液 排出槽54中的鍍覆液Q係從鍍覆液排出口57排出，藉由鍍覆液循環裝置58所具有的過濾器等除去雜質。被除去了雜質的鍍覆液Q係藉由鍍覆液循環裝置58經由鍍覆液供給口56而被供給到鍍覆處理槽52。
再次參照第1圖，鍍覆解析系統100的電腦120具有處理器122及記憶體124。在記憶體124中儲存有用於實現本發明的一個實施形態的鍍覆解析方法的鍍覆解析程式126。處理器122係從記憶體124讀出並執行鍍覆解析程式126。
第3圖是表示本發明的一個實施方式的鍍覆解析方法300的流程圖。
首先在步驟302中，在電鍍裝置10的基板保持架40上設置基板W。能夠使基板W例如為其表面整體中的、除了應藉由鍍覆處理形成細微配線等圖案的部分以外的部分形成有保護膜的、帶保護膜的圖案基板。換言之，在該例中，基板W係在其表面上具有保護膜，該保護膜以與應藉由鍍覆處理形成的細微配線等圖案相對應的形狀具有保護膜開口。如上述那樣，在這樣的基板W中，終端效應有可能會顯著地發生。
接著在步驟304中，使用電鍍裝置10對基板W進行電化學測定。針對基板W的電化學測定藉由由電鍍裝置10的控制單元60控制恆電位儀70未進行。具體地說，控制單元60以藉由恆電位儀70的電位測定電路73測定的基板W的被鍍面W1的電位成為規定的固定值 的方式，控制未自直流電源71的輸出電壓(陽極21與基板W之間的電壓)。由此，金屬離子在基板W的被鍍面W1被還原，與之相隨地在陽極21與基板W之間產生電子的移動、亦即電流。並且控制單元60係記錄此時由恆電位儀70的電流測定電路72測定的電流值、與被控制成固定值的基板W的被鍍面W1的電位(由電位測定電路73測定出的測定電位)所成的組。控制單元60將基板W的被鍍面W1的電位改變成各種各樣未重複測定這樣的電位與電流的組。由此，能夠得到表示基板W的被鍍面W1的電位、和在陽極21與基板W之間流動的電流之間的關係的極化曲線(電流-電位曲線)。
接著在步驟306中，經由電鍍裝置10的GUI65，由用戶輸入在後述的數值解析中使用的規定的鍍覆條件。規定的鍍覆條件係包含以在陽極21-基板W之間流動的電流除以基板W的保護膜開口部分的面積而得到的電流密度、鍍覆液Q的溫度、進行鍍覆處理的時間長度(或作為目標的鍍膜厚)、陽極遮罩25的第1開口25a的直徑、調整板30的第2開口30a的直徑、電極間距離(即陽極21與基板W之間的距離)、設在基板W的被鍍面W1上的晶種層的膜厚、調整板30的通道長度(第2開口30a的深度)、基板W與調整板30之間的距離等。規定的鍍覆條件中的鍍覆液Q的溫度、電極間距離、晶種層的膜厚是會給極化曲線造成影響的參數，因此期望使用在步驟304中針對基板W進行了電化學測定時的條件。
接著在步驟308中，將針對基板W進行的電化學測定的結果(極化曲線的資料)及由用戶輸入的鍍覆條件從電鍍裝置10向電腦120發送。
接著在步驟310中，藉由在電腦120上執行鍍覆解析程式126，從針對基板W的電化學測定的結果導出電化學參數。電化學參數係包含極化電阻(塔菲爾斜率)、交換電流密度及平衡電位。這些各參數係能夠根據在電化學測定中得到的極化曲線的塔菲爾曲線求出。此外，也可藉由電鍍裝置10的控制單元60未進行電化學參數的導出，並將導出的電化學參數從電鍍裝置10向電腦120發送。
接著在步驟312中，藉由鍍覆解析程式126的執行，依據上述電化學參數未確定基板W的表面的電流密度分布。確定出的電流密度分布反映了在步驟306中輸入到電鍍裝置10中的規定的鍍覆條件。基板W的表面的電流密度分布被表示為模擬了終端效應的具有位置依存性的規定函數式。依據上述的電化學參數未計算出該函數式的各係數，由此確定基板W的表面的電流密度分布。
作為一個例子，基板W上的位置r處的電流密度Ip(r)及過電壓ηp(r)係能夠分別如下式那樣表示。其中，基板W上的位置r係在將從基板W的中心到該位置為止的距離設為x、將基板W的電接點42與基板W的中心之間的距離設為L後表示為r=x/L。
在此，無量綱極化參數ξ、電流突變點rt、及電流突變點rt中的過電壓定額(overvoltage norm)分別如下式那樣被定義。
ξ=bR s I 0 L 2 (3)
其中，關於上式中的各變數的定義，I0是交換電流密度，b是極化電阻，η0是相對於陽極21-基板W之間的施加電流的過電壓，是基板W的電位，是鍍覆液Q中的電位，Eeq是平衡電位，Rs是基板W上的晶種層的表面電阻。另外，k是任意的修正係數。這些變數係 根據針對基板W的電化學測定的結果、或者另行的測定或解析未求出。
如式(1)所示，電流密度Ip(r)越接近基板W的中心部則越變小，越接近基板W的周緣部則越變大。因此，藉由式(1)的電流密度Ip(r)表示的基板W的表面的電流密度分布反映了終端效應的位置依存性。
接著在步驟314中，藉由鍍覆解析程式126的執行，依據如上述那樣確定出的基板W的表面的電流密度分布，計算出會被鍍覆在基板W上的鍍膜的膜厚。作為一個例子，鍍膜的膜厚Th(r)能夠使用電流密度Ip(r)並遵照下式計算出。其中，Mw是鍍覆金屬的原子量，t是進行鍍覆處理的時間長度，ρ是鍍覆金屬的密度，n是反應電子數，F是法拉第常數。
如此，能夠藉由數值解析未求出反映了終端效應的鍍膜的膜厚分布。
接著在步驟316中，將上述計算出的鍍膜的膜厚Th(r)的資料從電腦120向電鍍裝置10發送。
接著在步驟318中，在電鍍裝置10的GUI65上顯示數值解析結果、亦即膜厚Th(r)的資料。用戶確認膜厚Th(r)的資料係根據需要，能夠為了進行使用了新的其他鍍覆條件的鍍膜的膜厚的再計算，而再次實施 步驟306以後的工序。膜厚的再計算係能夠重複任意次數直至得到所期望的膜厚分布為止。由此用戶能夠得到實現該期望的膜厚分布而需要的最終的鍍覆條件。
藉由使用實施形態之鍍覆解析系統100，能夠在與電鍍裝置10離開的場所使用電腦120未進行鍍膜厚的解析。無需在電鍍裝置10中安裝鍍覆解析程式126，另外能夠藉由一台電腦120進行與多個電鍍裝置10相對應的鍍膜厚的解析。為了得到所期望的膜厚分布而設定其他鍍覆條件的作業可由對電鍍裝置10進行操作的操作員進行，也可由對電腦120進行操作的操作員進行。
根據實施形態之鍍覆解析方法，使用要將鍍膜厚分布最佳化的對象基板，首先進行電化學測定。由此，能夠得到反映了抗蝕開口率等基板特徵之、基板固有的極化曲線(電流-電位曲線)。由此能夠藉由解析未求出準確的鍍膜厚分布。
以上，依據幾個例子說明了本發明的實施形態，但上述發明的實施形態是為了使本發明容易理解，並不限定本發明。本發明係能夠不脫離其主旨地進行變更、改良，並且本發明當然包含其等效物。另外，在能夠解决上述課題的至少一部分課題的範圍、或起到至少一部分效果的範圍內，能夠進行申請專利範圍及說明書中記載的各構成元件的任意組合或省略。

Claims (7)

  1. 一種鍍覆解析方法，係包含：在電鍍裝置中進行電化學測定的步驟；從前述電化學測定的結果導出電化學參數的步驟；對進行鍍覆處理時的鍍覆條件進行特定的步驟；依據前述電化學參數及前述鍍覆條件來確定作為鍍覆處理對象的基板的表面的電流密度分布的步驟，其中前述電流密度分布係以將前述基板上的位置設為變數的規定函數式來表述；以及依據前述電流密度分布來計算出會被鍍覆在前述基板上的膜厚的步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的鍍覆解析方法，其中，前述規定函數式是在前述基板的中心部提供較小的電流密度且在前述基板的周緣部提供較大的電流密度的函數式。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的鍍覆解析方法，其中，確定前述電流密度分布的前述步驟係包含至少依據前述電化學參數來確定前述規定函數式的變數的步驟。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的鍍覆解析方法，其中，前述電化學參數係包含極化電阻、交換電流密度及平衡電位。
  5. 一種鍍覆解析系統，係具有電鍍裝置和電腦，前述鍍覆解析系統的特徵在於， 前述電腦構成為，從前述電鍍裝置中的電化學測定的結果導出電化學參數，對進行鍍覆處理時的鍍覆條件進行特定，依據前述電化學參數及前述鍍覆條件，將作為鍍覆處理對象的基板的表面的電流密度分布確定為將前述基板上的位置設為變數的規定函數式，依據前述電流密度分布，計算出會被鍍覆在前述基板上的膜厚。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的鍍覆解析系統，其中，前述電鍍裝置和前述電腦係設置在相互離開的場所，經由通信機構而能夠相互通信地連接。
  7. 一種電腦可讀取記憶媒體，係儲存有用於鍍覆解析的電腦可執行命令，前述電腦可讀取記憶媒體的特徵在於，當前述電腦可執行命令被電腦的處理器執行時，會使前述處理器實施下列步驟：從電鍍裝置中的電化學測定的結果導出電化學參數的步驟；對進行鍍覆處理時的鍍覆條件進行特定的步驟；依據前述電化學參數及前述鍍覆條件，將作為鍍覆處理對象的基板的表面的電流密度分布確定為將前述基板上的位置設為變數的規定函數式的步驟；以及依據前述電流密度分布來計算出會被鍍覆在前述基板上的膜厚的步驟。
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