(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体の電気メッキ処理において、基板状に形成される導電性シード層の厚さをリアルタイムに測定し、基板状に均一なプロファイルを作り出す方法を提供する。【解決手段】基板が電解液に接触するときに電気メッキを始めるステップと；その電解液で一連のセル電流分布を測定するステップと；一連のセル電流分布からリアルタイム厚さプロファイルを作成するステップと；そのプロファイルに従い処理パラメータを調整するステップを備える。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液中で行われる電気化学的メッキ処理中に、リアルタイム厚さプロファイルを作成する方法であって：
前記電解液中に配列されたセンサ列を使用して一連の電流を測定するステップと；
一連の電荷データを得る為に一定の時間間隔で前記一連の電流を積分するステップと；
前記一連の電荷データを、メッキされた厚さの値と関連付けるステップと；
前記メッキされた厚さの値から前記リアルタイム厚さプロファイルを作成するステップと；
を備える、前記方法。
【請求項２】
基板は、当初の厚さプロファイルを有し、前記リアルタイム厚さプロファイルを作成するステップは、前記メッキされた厚さの値を前記当初の厚さプロファイルに加える工程を更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記一連の電流を測定するステップは：
前記センサ列を使用して一連の微分電圧を測定する工程と；
前記一連の微分電圧から前記一連の電流を計算する工程と；を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記一連の微分電圧の各々は、第１座標の第１成分と第２座標の第２成分を備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１座標は、水平であり、前記第２座標は垂直である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記一連の電流を計算するステップは：
前記一連の微分電圧の各々に対し、第１係数で前記第１成分を掛け算する工程と；
前記一連の微分電圧の各々に対し、第２係数で前記第２成分を掛け算する工程と；
を備える、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記基板は、当初の厚さプロファイルを有し、前記リアルタイム厚さプロファイルを作成するステップは、メッキされた厚さの値を前記当初の厚さプロファイルに加える工程を更に備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
電気化学的処理中に電解液中でメッキされる材料のリアルタイム局部厚さを測定する方法であって：
前記電解液中に配置された第２センサと第１センサを使用して局部電流を測定するステップと；
電荷を得る為に一定時間間隔で前記局部電流を積分するステップと；
前記一定時間間隔中にメッキされた厚さに前記電荷を関連付けるステップと；
前記一定時間間隔中にメッキされた厚さから前記リアルタイム局部厚さを作成するステップと；
を備える、前記方法。
【請求項９】
前記リアルタイム局部厚さを作成するステップは、前記一定時間間隔中にメッキされた厚さに当初の厚さを加える工程を備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記局部電流を測定するステップは：
前記第１センサと第２センサ間の第１微分電圧を測定する工程と；
前記第１微分電圧から前記局部電流を計算する工程と；を備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記局部電流を測定するステップは：
前記第１センサと第２センサとの間の第１微分電圧を測定する工程と；
前記電解液中に配置された第３センサと前記第１センサとの間の第２微分電圧を測定する工程と；
所定の第１係数を前記第１微分電圧に掛け算する工程と；
所定の第２係数を前記第２微分電圧に掛け算する工程と；
を備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記リアルタイム局部厚さを作成するステップは、前記時間間隔中にメッキされた厚さに当初の厚さを加える工程を備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
電気化学的メッキにより基板上に均一プロファイルを作り出す方法であって：
電解液に接触している前記基板上で前記電気メッキ処理を始めるステップと；
リアルタイム厚さプロファイルを作成するステップと；
前記リアルタイムプロファイルに応じて一以上の処理パラメータを調整するステップと；を備える、前記方法。
【請求項１４】
前記リアルタイム厚さプロファイルを作成するステップは：
前記電解液中に配置されたセンサ列を使用して前記電解液中で一連の電流を測定する工程と；
一連の電荷データを得る為に一定の時間間隔で前記一連の電流を積分する工程と；
メッキされた厚さの値に、前記一連の電荷データを関連付ける工程と；
を更に備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記一連の電流を測定するステップは、前記電解液中に配置されたセンサ列を使用して微分電圧を測定する工程を備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記一以上の処理パラメータは、電流設定点、アノードのタイミング、すて材電流（thief current）、ヘッド間隔のうち少なくとも一つを備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記一以上の処理パラメータを調整するステップは、前記リアルタイム厚さプロファイルで反映される局部厚さに対応した局部電圧設定点を調整する工程を備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記一以上の処理パラメータを調整するステップは、前記一以上の処理パラメータの調整を決定する為に予示するアルゴリズムを使用する工程を備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
電気化学的メッキにより基板上に所望の厚さプロファイルを作り出す方法であって：
電解液と接触している前記基板上で電気メッキ処理を始めるステップと；
リアルタイム厚さプロファイルを作成するステップと；
エラープロファイルを得る為に、前記所望の厚さプロファイルと前記リアルタイム厚さプロファイルとを比較するステップと；
前記エラープロファイルに応じて一以上の処理パラメータを調整するステップと；
前記エラープロファイルが所定の許容範囲プロファイル内にあるとき、前記電気メッキ処理を終了させるステップと；
を備える、前記方法。
【請求項２０】
前記リアルタイム厚さプロファイルを作成するステップは：
前記電解液中に配置されたセンサ列を使用して前記電解液中で一連の電流を測定する工程と；
一連の電荷データを得る為に、一定の時間間隔で前記一連の電流データを積分する工程と；
メッキされた厚さの値を前記一連の電荷データと関連付ける工程と；を備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
一連の電流を測定する工程は、前記電解液中に配置されたセンサ列間の微分電圧を測定することを備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記一以上の処理パラメータは、電流設定点、アノードのタイミング、すて材電流、ヘッド間隔のうち少なくとも一つを備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記一以上の処理パラメータを調整するステップは、前記リアルタイム厚さプロファイルで反映される局部厚さに対応した局部電流設定点を調整する工程を備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記一以上の処理パラメータを調整するステップは、前記一以上の処理パラメータの調整を決定する為に予示的アルゴリズムを使用する工程を備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
電気化学的メッキ用電解液へ基板を浸す為の方法であって：
前記電解液中に配置されたアノードアセンブリと前記基板との間にバイアス電圧を印加するステップと；
前記電解液中に配置されたセンサ列を使用して前記電解液の電流をモニタすると同時に前記電解液中に前記基板を浸すステップと；
前記電流から液浸状態を決定するステップと；
前記液浸状態に対応した前記バイアス電圧を調整するステップと；を備える、前記方法。
【請求項２６】
前記アノードアセンブリは、区分され、前記バイアス電圧を調整するステップは、区分された前記アノードアセンブリの各々を調整する工程を備える、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
電気化学的メッキセル内の電流分布を特徴付ける方法において：
パターン化された基板をメッキするステップであって、前記パターン化された基板は、互いに絶縁され前記パターン化された基板の半径を横切って分布された複数の導電性パッチと、互いに絶縁され前記パターン化された基板の縁に沿って分布された複数の接触点とを備え、前記複数の接触点の各々は、電気化学的メッキ処理中に電源に接続するように構成された電気化学的メッキセルの接触ピンに整列可能であり、前記複数の導電性パッチの各々は、保護されたトレースを介して前記複数の接触点の対応する接触点と電気的に通じている、前記ステップと；
前記接触ピンより下流側で電流を測定するステップと；
を備える、前記方法。
【請求項２８】
電気化学的メッキセル中で電流を測定する為のセンサを較正する方法であって：
メッキセル中にセンサを配置するステップと；
パターン化された基板をメッキするステップであって、前記パターン化された基板は、
導電性パッチであって、前記パターン化された基板の中心を通る中心軸まで前記センサと前記導電性パッチが同一距離を有するように位置決めされた、前記導電性パッチ、
電気化学的メッキ処理中に電源と接触するように構成された電気化学的メッキセルの接触ピンに整列された前記パターン化された基板の縁上の接触点であって、前記導電性パッチは、保護されたトレースを介して前記接触点と電気的に通じている、前記接触点、を備える、前記ステップと；
前記接触ピンより下流側でセル電流を測定するステップと；
前記センサを使用してセンサ電流を測定するステップと；
前記センサ電流と前記セル電流とを比較することにより前記センサ電流を較正するステップと；
を備える、前記方法。
【請求項２９】
電気化学的メッキシステムであって：基板が電解液と接触する場合に前記基板に接触するように構成された接触ピンと；
前記電解液中に配置されたアノードと；
前記接触ピンと前記アノード間にバイアスを印加するように構成された電源と；
センサアセンブリが少なくとも第１センサおよび第２センサを備える場合に前記電解液中に配置されるセンサアセンブリと；
前記センサに接続された制御ユニットであって、前記第１センサ及び前記第２センサ間の第１微分電圧を決定するように構成されている、前記制御ユニットと；
を備える、前記システム。
【請求項３０】
前記センサアセンブリは、第３センサを更に備え、前記制御ユニットは、前記第１センサ及び前記第３センサ間の第２微分電圧を決定するように構成されている、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記第１センサ及び前記第２センサは、前記基板に対し垂直なラインで位置決めされ、前記第１センサ及び前記第３センサは、前記基板に対し平行なラインで位置決めされる、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記センサアセンブリは、センサ列を備え、前記センサ列は、前記基板の中心点の近くから前記基板の縁点の近くまでに分布されている、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３３】
前記センサ列は、プリント回路板上に配置されている、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記センサ列は、前記基板の中心点から放射方向に分布された複数のプリント回路板上に配置されている、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３５】
前記センサ列は、螺旋パターンで配置されている、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３６】
前記制御ユニットは、前記接触ピンに接続され、前記接触ピンと少なくとも前記第１センサ間の電圧差を測定するように構成されている、請求項２９に記載の電気化学的メッキシステム。
【請求項３７】
前記電解液中に配置された拡散プレートを更に備え、前記センサアセンブリは、前記拡散プレート内に組み込まれている、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３８】
前記制御ユニットは：
前記センサアセンブリに接続された電気回路と；
前記電気回路に接続されたコンピュータであって、前記電気回路は、前記センサアセンブリの入力をサンプリングし処理するように構成され、前記コンピュータは、前記センサアセンブリの前記入力からメッキ厚さを計算する為のソフトウェアを備える、前記コンピュータと；
を備える、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３９】
電気化学的処理システムであって：
複数のセンサを備える電気化学的メッキセルと；
前記複数のセンサから入力を受けるように構成された制御ユニットであって、
前記複数のセンサからの入力を処理するように構成された電気デバイス、
複数の入力変数と複数の出力変数を有する処理最適化モジュール、を備える、前記制御ユニットと；
を備える、前記システム。
【請求項４０】
前記複数のセンサは、電気化学的メッキセル内に含まれる電解液中に配置されたセンサ列を備え、前記センサ列は、前記電解液中の微分電圧を測定するように構成され、前記制御ユニットは、プロファイル作成装置を更に備え、前記プロファイル作成装置は、前記微分電圧からリアルタイムメッキ厚さプロファイルを作成するように構成されている、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
電気化学的メッキセルを特徴付ける為のパターン化された基板であって：
第１導電性パッチと；
前記パターン化された基板の縁に位置決めされ、前記電気メッキセルの接触ピンに接触するように構成された第１接触点であって、前記第１導電性パッチは、保護されたトレースを介して前記第１接触点と電気的に通じている、前記第１接触点と；を備える、前記パターン化された基板。
【請求項４２】
パターン化された基板であって：
互いに絶縁された複数の導電性パッチと；
互いに絶縁され、前記パターン化された基板の前記縁に位置決めされた、複数の接触点であって、
前記複数の接触点の各々は、前記電気メッキセルの個々の接触ピンに整列可能であり、前記複数の導電性パッチの各々は、前記複数の接触点の対応する接触点と電気的に通じている、前記複数の接触点と；
を更に備える、請求項４１に記載のパターン化された基板。
【請求項４３】
前記複数のパッチは前記パターン化された基板の半径を横切って分布されている、請求項４２に記載のパターン化された基板。
【請求項４４】
前記複数のパッチは、前記パターン化された基板の半径を横切って直線に分布されている、請求項４２に記載のパターン化された基板。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、電気化学的メッキセル内部の微分電圧をイン・シトゥー（原位置で、本来の位置で）測定することにより表わされる空間メッキセル電流分布測定に関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]半導体処理において、電気化学的メッキ（ＥＣＰ）は、一般に、基板上に形成された特徴部を導電性材料で充填する為に好ましい技術である。典型的なＥＣＰ処理は、導電性材料（通常、銅）のイオンが豊富な電解溶液中に基板を浸すステップ、その後、基板表面上に形成された導電性シード層と電解液中に位置するアノードとの間に電気的バイアスを印加するステップを含む。シード層とアノード間の電気的バイアスは、電気化学的反応を促進させ、導電性材料のイオンがシード層上にメッキされる。
【０００３】
[0003]しかし、従来のＥＣＰ処理及びシステムを使用すると、基板上に形成される導電性シード層は、一般に非常に薄く、そのため、電気抵抗が高い。シード層の抵抗特性は、シード層との電気接触が一般に行われる基板周辺付近で、メッキ処理におけるアノードとシード層との間を通る電界密度を高くする。基板周辺付近の電界密度が高いと、基板の周辺付近のメッキ速度が比例して高くなる。この現象は、「ターミナル効果」として一般に知られており、従来のメッキシステムに伴う望ましくない特性である。
【０００４】
[0004]ターミナル効果は、半導体処理において特別な懸念事項である。なぜなら、特徴部の大きさが減少し続けるにつれて、シード層の厚さも減少するからである。シード層の厚さが減少すると層の抵抗が増加するので、シード層の厚さの減少によりターミナル効果も更に増加する。
【０００５】
[0005]電気化学的処理における他の難題は、メッキ槽に基板を浸す間、基板の一部の特徴部が、望ましくなく充填または完全に充填されてしまうことである。液浸処理中の順方向又はメッキバイアスは、一般に酸性溶液であるメッキ溶液による基板上のシード層のエッチングを打ち消す為に一般に印加される。わずか０．２５秒であるかもしれないが、この時間間隔中、基板上の一定領域内の一部の特徴部は、充填されるかもしれず、これが、貧弱な均一性および変動デバイス歩留まり性能になる場合がある。
【０００６】
[0006]したがって、メッキの厚さプロファイルがモニタされ、リアルタイムで制御される導電性材料の半導体基板上のメッキ用電気化学的メッキセル及び方法が必要である。
【発明の概要】
【０００７】
[0007]本発明の実施形態は、電解液中にセンサアセンブリが配置された電気化学的メッキシステム、そのセンサに接続された制御ユニットを一般に提供する。
【０００８】
[0008]本発明の実施形態は、電気化学的処理中に原位置でメッキの厚さプロファイルを測定する為の方法を更に提供可能である。メッキ槽内の空間微分電圧は、そのメッキ槽内に配置されたセンサ列を介して測定される。その後、微分電圧値を伴う電流値を積分することにより、リアルタイムメッキプロファイルが作成される。
【０００９】
[0009]本発明の実施形態は、電気化学的メッキ処理中に原位置でメッキの厚さプロファイルを作成する為の方法および装置を更に提供可能である。この方法は、電解液中の微分電圧により表されるメッキセル電流分布を測定するステップと、その電流値を時間で積分することによりリアルタイム厚さプロファイルを作成するステップを備える。銅の厚さは、時間で積分された電流値と正比例する。
【００１０】
[0010]本発明の実施形態は、電気化学的メッキにより基板上に均一なプロファイルを作り出す方法を更に提供可能である。この方法は：基板が電解液に接触するときに電気メッキを始めるステップと；上記電解液で一連のセル電流分布を測定するステップと；一連のセル電流分布からリアルタイム厚さプロファイルを作成するステップと；上記リアルタイム厚さプロファイルに従い一以上の処理パラメータを調整するステップと；を一般に備える。
【００１１】
[0011]本発明の実施形態は、電気メッキにより基板上に所望のプロファイルを作り出す為の方法を更に提供可能である。この方法は：基板が電解液に接触しているとき、電気メッキを始めるステップと；上記電解液で一連のセル電流分布を測定するステップと；上記一連のセル電流分布からリアルタイム厚さプロファイルを作成するステップと；上記リアルタイム厚さプロファイルと所望の厚さプロファイルとを比較し、エラープロファイルを得るステップと；上記リアルタイム厚さプロファイルに応じて一以上の処理パラメータを調整するステップと；上記エラープロファイルが所定誤差プロファイル内であるとき上記電気メッキ処理を終了するステップと；を一般的に備える。
【００１２】
[0012]本発明の実施形態は、電気化学的メッキの為に電解液への基板の液浸をモニタする為の方法を更に提供可能である。この方法は：基板と、電解液中に配置されたアノードアセンブリとの間にバイアス電圧を印加するステップと；その電解液に上記基板を浸すステップと；液浸中、その電解液のセル電流分布をモニタするステップと；セル電流分布から液浸状態を決定するステップと；その液浸状態に対応したバイアス電圧を調整するステップと；を一般に備える。
【００１３】
[0013]一以上の実施の詳細は、添付図面と説明書に記載されている。本発明の他の特徴と利点は、その説明書と図面から明らかである。
【００１４】
[0014]本発明の上記特徴が詳細に理解できるように、簡単に前述された本発明の具体的な説明は、一部が添付図面で参照される実施形態を参考にしてもよい。しかし、添付図面は、本発明の典型的な実施形態だけを例示するので、本発明の範囲を限定するものではなく、他の同様に有効な実施形態を許容することに留意されたい。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００１５】
[0038]本発明は、半導体基板上に金属をメッキするように構成された電気化学的メッキセルを一般に提供する。本発明のメッキセルは、流体容積セル、接触リング、アノード、流体容積内に配置されたセンサ列を一般に含む。流体容積中に位置するセンサ列は、メッキ中、セル電流分布を測定するように構成される。メッキされた金属の厚さプロファイルは、本発明により提供された方法を使用して、セル電流分布から作成可能である。
【００１６】
[0039]図１は、典型的なメッキセル１００の概略図を例示する。メッキセル１００は、外部槽１０１、外部槽１０１内に位置する内部槽１０２を一般に含む。内部槽１０２は、電気化学的メッキ処理中、基板上に、金属（例えば、銅）をメッキする為に使用されるメッキ溶液を含むように一般に構成されている。メッキ処理中、メッキ溶液は、内部槽１０２に一般に連続して（例えば、１ガロン／分で）供給されるので、メッキ溶液は、内部槽１０２の（一般に「堰」と呼ばれる）最下点を連続して溢れだし、外部槽１０１により集められる。外部槽１０１により集められた溶液は、その後、再循環および／または化学処理の為、そこから排出される。
【００１７】
[0040]図１で例示されたように、メッキセルは、ある傾斜角度で一般に位置決めされる（例えば、メッキセル１００のフレーム部分１０３は、メッキセル１００の構成要素が約３度から約３０度で傾斜するように一側部で一般に持ち上げられる）。したがって、メッキ作業中、内部槽１０２内に十分な深さのメッキ溶液を含む為に、内部槽１０２の最上点は、メッキセル１００の一側部で上方に延びることができ、内部槽１０２の最上点が一般に水平になり、そこに供給されるメッキ溶液は、内部槽１０２の周辺付近で溢れ続ける。しかし、本発明の実施形態は、傾斜されたメッキセルに限定されるものではなく、例えばゼロを含む水平に対する角度でメッキセル１００を位置決めすることも本発明の範囲内であることが意図されている。
【００１８】
[0041]メッキセル１００のフレーム部材１０３は、フレーム部材１０３に固着された環状ベース部材１０４を一般に含む。フレーム部材１０３は、一側部で持ち上げられるので、ベース部材１０４の上面は、水平位置に対して、フレーム部材１０３の角度で水平から一般に傾斜される。ベース部材１０４は、内部に形成された環状又は円盤状の凹部を含み、環状凹部は、円盤状アノード部材１０５を受容するように構成されている。ベース部材１０４は、その下面に位置決めされる複数の流体入口／ドレイン１０９を更に含む。流体入口／ドレイン１０９の各々は、一般に、メッキセル１００のアノードコンパーメント又はカソードコンパーメントのいずれか一方に／から、別個に流体を供給／排出するように構成されている。アノード部材１０５は、一般に、貫通して形成された複数のスロット１０７を含み、ここで、スロット１０７は、アノード１０５の表面を横切り、互いに平行配向で位置する。平行配向により、アノード表面で生成される濃密な流体を、アノード表面を横切って下方に、スロット１０７の一つに流すことができる。
【００１９】
[0042]メッキセル１００は、更に膜支持体アセンブリ１０６を含む。膜支持体アセンブリ１０６は、一般に、その外部周辺部でベース部材１０４に固着され、流体を通過させるように構成された内側領域を含む。膜１０８は、支持体１０６を横切って伸ばされ、一般に（メッキされる基板付近に位置する）陰極液室と（セル内のアノード電極付近に位置する）陽極液室とを流体的に分離するように動作する。膜支持体アセンブリ１０６は、膜１０８の周辺近くに位置するＯリング型シールを含んでもよく、シールは、流体が、膜支持体１０６に固着された膜１０８の一側部から膜１０８の他の側部まで移動することを妨げるように構成されている。このように、膜１０８は、一般に、メッキセル１００のアノード部分とカソード部分との間で流体分離を提供する。２００３年７月２４日に出願され、"Electrochemical Processing Cell"と題し、全体が参考として組み入れられる、共通に譲渡された米国特許第１０／６２７３３６号には、陰極液から陽極液を流体的に分離する為に使用可能な典型的な膜が例示されている。また、膜１０８は、流体を通過させる浸透性フィルタ型膜でもよい。一実施形態において、メッキセルの費用や複雑性を減じる為に、どの膜又はフィルタ型膜もメッキセルに使用されない。
【００２０】
[0043]通常、多孔性セラミックディスク部材又は他の流体浸透性電気抵抗性部材である拡散プレート１１０は、膜１０８の上方に位置する。いったん、メッキ溶液がカソードプレート１１０内に導入されると、メッキ溶液は、拡散プレート１１０を通って上方に移動する。通常、セラミック又は他の多孔性ディスク状部材である拡散プレートは、一般に、流体の流れの絞り弁として作動し、基板の表面を横切る流体パターンを均等にする。さらに、拡散プレート１１０は、メッキ均一性を減じることが知られている膜１０８の表面またはアノード１０５の電気化学的に活性な領域における電気的変動を、抵抗的に減衰させるように作動する。
【００２１】
[0044]２００２年７月２４日に出願された米国仮出願第６０／３９８３４５号の優先権を主張し、２００２年１０月９日に発明の名称"Electrochemical Processing Cell"で出願され、共通に譲渡された米国特許出願第１０／２６８２８４号に、図１に例示された典型的なメッキセルの追加の実施形態は例示されているが、両出願の全ては参考の為に本願に組み入れられている。２００３年７月２４日に発明の名称"Electrochemical Processing Cell"で出願され、共通に譲渡された米国特許出願第１０／６２７３３６号にも、メッキセルの追加の実施形態が例示されているが、その全体は本願に参考の為に組み入れられる。
【００２２】
[0045]図２は、電気化学的メッキセル２００およびメッキ処理が基板２１５上で実施されているときに内部で生成される電気力線の概略図を例示するが、電気化学的メッキセル２００は、図１に示された電気化学的メッキセル１００に類似する。メッキセル２００は、一般に流体槽アセンブリ２０１を含むが、流体槽アセンブリ２０１は、流体容積２１６を含むように構成され、流体容積２１６は、一般に、電解液メッキ溶液である。アノード２０５は、流体槽アセンブリ２０１の下部に位置決めされるが、メッキされる基板２１５は、一般に、セル２００の上部開口部を横切って位置決めされる。基板２１５は、接触リング２１４により支持されているが、接触リング２１４は、一以上の電気接触素子２１３を介して基板２１５の周辺付近で、基板２１５のメッキ表面２１５Ａと電気的に接触するように構成されている。基板のメッキ表面２１５Ａは、内部に導電性シード層が堆積されている。電気接触素子２１３は、電源２２１の第１端子と電気的に接続されており、電源２２１の第２端子２２１Ｂは、アノード２０５と電気的に接続されている。環状形状のコリメータ２１２は、一般に、拡散プレート２１０の上方、接触リング２１４の下方に配置される。コリメータ２１２は、一般に、基板２１５の直径より小さい直径を有し、流体容積２１６内の電界を導く。
【００２３】
[0046]図２も、メッキセル２００内のメッキ処理中に生成される電気力線を例示する。
前述したように、メッキ表面２１５Ａは、内部に導電層が堆積される。メッキ表面２１５Ａに形成される導電層は、ある状況では、一般に非常に薄く、高抵抗の導電性シード層である場合がある。シード層の抵抗性特性は、アノード２０５とメッキ表面２１５Ａとの間に形成される電気力線を、メッキ表面２１５Ａとの電気的接触が一般に行われるメッキ表面２１５Ａの周辺近くで、高密度にさせる。電気力線２２０は、本来的に、高電圧（カソードバイアス）が接触素子２１３に近い導電層内に形成される電圧降下の結果、電気接触素子２１３に向かって収束する。その後、接触素子２１３近くの高電圧は、最小抵抗経路を形成する。メッキセルの幾つかの製造は、実質的に増加する電解液の抵抗により収束問題を解決しようと試みたが、これは、許容できないメッキ速度の減少を引き起こし、十分に電界収束効果を減少させないことが示されてきた。
【００２４】
[0047]図３は、本発明の典型的なメッキセル３００の概略断面図である。メッキセル３００は、一般に電解液メッキ溶液である流体容積３１６を含むように構成された流体槽アセンブリ３０１を含む。アノード３０５は、流体槽アセンブリ３０１の下部に位置決めされ、メッキされる基板３１５は、一般に、セル３００の上部開口部を横切って位置決めされている。基板３１５は、接触リング３１４により支持され、接触リング３１４は、一以上の電気接触素子３１３を介して基板３１５の周辺近くで基板３１５のメッキ表面３１５Ａと電気的に接触するように構成されている。電気接触素子３１３は、電源３２１の第１端子３２１Ａと電気的に接続されており、電源３２１の第２端子３２１Ｂは、アノード３０５と電気的に接続されている。拡散プレート３１０は、一般に、基板３１５とアノード３０５との間に位置している。環状形状を有するコリメータ３１２は、一般に、拡散プレート３１０の上方、接触リング３１４の下方に配置されている。コリメータ３１２は、一般に、基板３１５の直径より小さい直径を有し、流体容積３１６内の電界を導くように構成されている。一態様において、拡散プレート３１０は、基板に密接して（例えば、２〜３ミリ以内に）置かれてもよいが、コリメータは、その必要はない。
【００２５】
[0048]図３を参照すると、センサ３３１の列を有するセンサアセンブリ３３０は、一般に、メッキセル３００内に配置される。センサ３３１は、基準電極と接続されていないので、それらは、メッキセル３００内でフロート状態にある。センサ３３１は、銅または貴金属（例えば、白金、金、パラジウム、イリジウム、ルテニウムまたは貴金属上にメッキされた銅）で形成されたワイヤでもよい。２以上のセンサ３３１は、メッキ容積３１６内に位置決めされるセンサ３３１間の局部電圧レベルを感知するように構成可能である。センサアセンブリ３３０は、センサアセンブリ３３０が配置される流体容積３１６内の局部セル電流分布を得るように構成された信号サンプリング及び処理回路３３２に適合されている。図３は、処理回路３３２の一実施形態の概略構成であるが、処理回路３３２は、複数の高入力インピーダンス微分増幅器３３３、一以上のマルチプレクサ３３４，Ａ／Ｄコンバータ３３５を備えている。複数の高入力インピーダンス微分増幅器は、一般にセンサ３３１の列に接続され、各々の高入力インピーダンス微分増幅器の２つの入力ピンが２つの異なるセンサ３３１と電気的に接続されている。このように、高入力インピーダンス微分増幅器３３３は、２つのセンサ３３１の間の微分電圧を出力する。高入力インピーダンス微分増幅器３３３は、一以上のマルチプレクサ３３４に接続可能であり、これらは、複数の入力ラインの任意の一つを選択し、選択された入力を出力ライン３３４Ａに供給する機能を実施する。マルチプレクサ３３４の出力ライン３３４Ａは、Ａ／Ｄコンバータ３３５に接続可能であり、Ａ／Ｄコンバータ３３５は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータ３３５は、コンピュータ３３６に接続可能であり、コンピュータ３３６は、微分電圧データを処理し、流体容積３１６内の電界の情報を提供するプログラムを有する。一態様において、リアルタイム厚さプロファイルは、微分電圧に伴う電流値を積分することにより作成可能である。コンピュータ３３６は、測定された微分電圧データとメッキ溶液の特性の知識から電流値を計算し、厚さプロファイルを得る為にメッキ時間に関して電流値を積分し、その後、厚さプロファイルをプロット又は／及び表示するように構成可能である。流体容積３１６内の微分電圧を受けて処理するとき、コンピュータ３３６は、電界の局所化された強度を調整する為に電源３２１及び／又はメッキセル３００内の他の構成要素に制御信号を更に出力可能であるので、メッキ処理の閉回路制御を実施する。
【００２６】
[0049]図３を参照すると、一実施形態において、センサアセンブリ３３０は、全長を横切って分布したセンサ３３１の列を備えた矩形プリント回路板である。センサアセンブリ３３０は、メッキ表面３１５Ａに対し垂直に位置決め可能である。センサアセンブリ３３０の一端は、メッキ表面３１５Ａの中心近くに位置決めされ、センサアセンブリ３３０の他端はメッキ表面３１５Ａの周辺近くに位置している。一態様において、センサ３３１は、メッキ表面３１５Ａの半径を横切って分布しているので、基板３１５の半径を横切るメッキ厚さに対応する電界がモニタ可能である。図３に示されるように、一態様において、センサアセンブリ３３０は、拡散プレート３１０の上方、メッキ表面３１５Ａの下方に位置決め可能である。一態様において、センサアセンブリ３３１は、一定位置に配置可能であり、センサ３３１は、約１ｍｍから約１５ｍｍだけメッキ表面３１５Ａから離れている。
【００２７】
[0050]図示されていない一態様において、センサアセンブリ３３０は、プリント回路板に形成されるというより、拡散プレート３１０内に組み込み可能である。他の実施形態において、センサは、堅い要素から既知の距離だけ離れて位置しており、そこに取り付けられていない。一つの実施形態において、センサは、陰極液室及び陽極液室の両方を含むメッキセル全体の、どこにでも配置可能である。一態様において、センサは、メッキセル内にアノード又はカソード（すなわち、接触ピン）を含んでもよい。一実施態様において、センサは接触ピンを含み、その接触ピンと電解液中の他のセンサとの間の微分電圧が測定可能である。
【００２８】
[0051]図３Ａは、図３に示されるメッキセル３００の典型的なセンサアセンブリ３３０Ａの正面図を例示する。センサアセンブリ３３０Ａは、一般に、高さが異なる延長部分を備えたプリント回路板である。センサアセンブリ３３０Ａの高い部分は、２列のセンサ３３１Ａを有する。一態様において、各列のセンサ３３１Ａは、センサアセンブリ３３０Ａの高い部分の長さに沿って均一に分布され、互いに距離Ｄ１を有する。この構成において、第１列のセンサ３３１Ａは、センサアセンブリの高い部分の最上縁に近く位置決めされ、これにより、メッキ表面に非常に近い領域を測定可能になる。第２列のセンサ３３１Ａの各々は、第１列のセンサ３３１Ａの真下に位置決めされ、第１列の、各センサ３３１Ａから距離Ｄ２を有する。一態様において、距離Ｄ１は、約７．５ｍｍであり、距離Ｄ２は、約７．５ｍｍである。他の図示されない実施形態において、各列のセンサ３３１Ａは、センサアセンブリ３３０Ａの長さに沿って不規則に分布可能である。一態様において、複数の接点３４１Ａは、センサアセンブリ３３０Ａの短い部分に配置可能である。各々の接点３４１Ａは、一つのセンサ３３１Ａと電気的に接続されており、対応するセンサを他の回路（例えば、図３の信号サンプリング及び処理回路３３２）に接続するように構成されている。
【００２９】
[0052]一態様において、センサ３３１Ａとセンサ３３１Ｂは、互いに他の配置で位置決め可能であり、例えば、一定角度（垂直または水平でなく）、基板またはメッキセルの他の要素に関して、これらの場所に応じて、垂直、水平、角度配置の任意の組合せがある。一態様において、センサアセンブリは、座標系で形成可能であり、例えば、３Ｄ座標系、極座標系、楕円座標系があり、これらは、メッキセル内の電界を記述可能である。
【００３０】
[0053]図３Ｂは、図３に示されるメッキセル３００の典型的センサアセンブリ３３０Ｂの正面図を例示する。センサアセンブリ３３０Ｂは、一般に、高さが異なる延長部を備えたプリント回路板である。センサアセンブリ３３０Ｂは、３列のセンサ３３１Ｂを有する。
一態様において、各列のセンサ３３１Ｂは、センサアセンブリ３３０Ｂの高い部分の長さに沿って均一に分布され、互いに距離Ｄ３で離間されている。一態様において、第１列のセンサ３３１Ｂは、センサアセンブリの高い部分の最上縁に近く位置決めされており、これにより、センサ３３１Ａは、メッキ表面に非常に近い領域を測定可能である。第２列及び第３列のセンサ３３１Ｂの各々は、第１列の各センサ３３１Ｂの真下に位置決めされ、上の列の各センサから距離Ｄ４だけ離間されている。一態様において、距離Ｄ３は、約３．７５ｍｍ、距離Ｄ４は、約３．７５ｍｍでもよい。他の図示されていない実施形態において、各列のセンサ３３１Ｂは、センサアセンブリ３３０Ｂの長さに沿って不規則に分布されてもよい。一態様において、複数の接点３４１Ｂは、一般に、センサアセンブリ３３０Ａの短い部分に配置されている。各々の接点３４１Ｂは、一つのセンサ３３１Ｂと電気的に接続されており、他の回路（例えば、図３の信号サンプリング及び処理回路３３２）に接続するように構成されている。
【００３１】
[0054]センサのグループ及び／又は個々のセンサの場所に対する他の配列も使用可能である。
【００３２】
[0055]図３Ｃは、メッキされる基板３１５Ｃに関するセンサアセンブリ３３０Ｃの典型的配列の平面図を例示する。一実施形態において、センサアセンブリ３３０Ｃの一端は、基板３１５Ｃの中心近くに位置し、センサアセンブリ３３０Ｃの他端は、基板３１５Ｃの周辺近くに位置している。センサアセンブリ３３１Ｃ内のセンサは、基板３１５Ｃの半径を横切って直線に分布され、基板３１５Ｃを横切るメッキ厚さに対応する電界がモニタ可能である。図３Ｄに示されるように、他の実施形態において、複数のセンサアセンブリ３３０Ｄは、基板３１５Ｄを横切って螺旋パターンで分布されている。この配列は、基板３１５Ｄの半径を横切る電界と、メッキ流体の異なる区分内の電界との両方のモニタを可能にする。図３Ｃで示される配列と比較して、この配列も、特に基板３１５Ｄの周辺付近で、高いセンサ密度を可能にする。図３Ｅは、本発明のセンサアセンブリ３３０Ｅの他の典型的配列の平面図を例示する。図３Ｅで５つだけが示されるように、複数のセンサアセンブリ３３０Ｅは、基板３１５Ｅの中心から半径方向に分布されている。この配列は、基板３１５Ｅの半径を横切る電界と、メッキ溶液の異なる区分内の電界との両方のモニタを可能にする。
【００３３】
[0056]図４Ａは、均一な電界を有するメッキセル４００Ａの概略図を例示する。メッキセル４００Ａは、一般に、アノード４０５、導電性シード層４２５を有する基板、電解液容積４１６、電源４２１、電解液容積４１６内で局部電圧レベルを測定するように構成されたセンサ４３１１−４の列を備える。電源４２１は、導電性シード層４２５とアノード４０５とに結合されている。アノード４０５と導電層４２５の両方は、電解液容積４１６内に保持されたメッキ溶液と接触している。均一な電界は、電源４２１が導電層４２５とアノード４０５との間に電圧を供給するとき、電解液容積４１６内で生成される。電界の強さは、ｉｓｏ-電圧ラインＶ１、Ｖ２、Ｖ３と電気力線４２０により表される。ｉｓｏ-電圧ラインＶ１、Ｖ２、Ｖ３は、電解液容積４１６内の電圧レベルを表示し、シード層４２５に対し平行である。電気力線は、電解液容積４１６内のイオン・フラックスまたは電流を表示する電圧ラインに対し垂直に移動する。開示している電圧ラインに、垂直に通っている。図４Ａに示されるように、センサ４３１１，４３１３は、同一の電圧ラインＶ２に位置決めされているので、電圧差ΔＶはＶ２−Ｖ２であることから、一般に、４３１１と４３１３間で測定された電圧は、ゼロに等しい。他方、センサ４３１１と４３１２は、それぞれｉｓｏ-電圧ラインＶ２、Ｖ３、内に位置決めされるので、一般に、Ｖ２−Ｖ３を反映する電圧値を出力する。センサ４３１１と４３１２は、同一の電気力線４２０１内に位置し、４３１１と４３１２との間の微分電圧は、式１の形式で電気力線４２０Ａの電流値を伴う。
【００３４】
局部電圧密度＝（センサ間の微分電圧）／｛（幾何学的係数）×（電解液抵抗）×（センサ間の距離）｝…（式１）
この場合、メッキセル４００Ａが均一の電気力線を有するとき、電解液容積４１６内で２つのセンサを位置決めすることにより、センサ間の電圧降下の測定は、局部電流密度の推定を可能にする。その後、局部電流密度は、全電荷および局部メッキ厚さに、相互に関連可能である。
【００３５】
[0057]図２に関して説明されるように、メッキセル内の電界は、特にメッキ表面の周辺近くで、不均一電界であるかもしれない。図４Ｂは、不均一電界を有するメッキセル４００Ｂの概略図を例示する。メッキセル４００Ｂは、一般に、アノード４０５Ｂ、導電性シード層４２５Ｂを有する基板４１５Ｂ、電解液容積４１６Ｂ、電源４２１Ｂ、電解液容積４１６Ｂ内で局部電圧レベルを測定するように構成されたセンサ４３１５−１２の列を備える。電源４２１Ｂは、導電性シード層４２５Ｂとアノード４０５Ｂとに結合されている。アノード４０５Ｂと導電層４２５Ｂの両方は、電解液容積４１６Ｂ内に保持されたメッキ溶液と接触している。ある状況で不均一になるかもしれない電界は、電源４２１が導電層４２５Ｂとアノード４０５Ｂとの間に電圧を供給するとき、電解液容積４１６Ｂ内で生成される。電界は、ｉｓｏ-電圧ラインＶ１Ｂ−Ｖ６Ｂおよび電気力線４２０Ｂにより表される。この実施例において、基板の表面から一定距離離れた電気力線４２０Ｂは、導電層４２５Ｂに対し垂直ではない。このように、局部電流密度は、導電層４２５Ｂに垂直なセンサの電圧測定から簡単に予測できない場合がある。微分電圧の付加的水平成分は、電流密度を計算する為に測定可能である。図４Ｂに示されるように、センサ４３１５，４３１７，４３１９，４３１１１は、メッキ表面４２５Ｂに対し平行な水平線に位置決めされ、これらの位置間で測定された電圧レベルは、電界の不均一性に起因して異なる。このように、微分電圧の水平成分は、２つのセンサ間の電圧差を測定することにより得られる。たとえば、センサ４３１５とセンサ４３１７間、更に、センサ４３１８とセンサ４３１７間で測定された電圧レベルは、この領域内の電流密度の大きさと方向を計算する為に使用可能である。
水平成分ｄＶｈは、以下の式で計算可能である。ｄＶｈ＝４３１５の電圧レベル−４３１７の電圧レベル垂直成分ｄＶｎは、以下の式で計算可能である。
【００３６】
ｄＶｎ＝４３１８の電圧レベル−４３１７の電圧レベル
その後、４３１７の微分電圧ｄＶは、図３Ｃに示されるように、ｄＶｎとｄＶｈのベクトル総和により計算可能である。その後、局部電流密度は、式１を使用して計算可能である。
【００３７】
[0058]しかし、図４Ｃに示されるように、ｄＶｎとｄＶｈから計算される微分電圧ｄＶは、センサ間の有限距離のため、不均一電界内の実際の微分電圧ΣｄＶと比較して部分的に変化し得る。一態様において、このバラツキは、一連の幾何学的係数（例えば、水平幾何学的係数Ｃ１，垂直幾何学的係数Ｃ２）を導入することにより補償可能である。水平成分ｄＶｈと垂直成分ｄＶｎは、最初にＣ１とＣ２により、それぞれが掛け算され、その後、一緒に合計されて実際の微分電圧ΣｄＶを得る。式２は、この計算の数量形式を与える：
ΣｄＶ＝√｛Ｃ１ｄＶｈ）２＋（Ｃ２ｄＶｎ）２｝…（式２）
不平等電界の微分電圧を獲得する際に幾何学係数を行使することは効果的であることを証明された、そして、幾何学係数を識別する方法は記載される。
【００３８】
[0059]図４Ｂを参照すると、電解液容積４１６Ｂの中間部における局部電流密度は、導電層４２５Ｂ付近の局部電流密度と著しく異なっているかもしれない。そのため、センサ４３１により測定される微分電圧からメッキ厚さを計算する為に、導電層４２５Ｂに密接してセンサ４３１を位置決めすることが望ましい。
【００３９】
[0060]図４Ｄは、測定された微分電圧から厚さプロファイル測定値を作成する方法の典型的実施形態を例示する。厚さプロファイル測定値は、２次元曲線を使用することにより描写可能であり、Ｘ軸は、基板の中心部または縁部を表示し、ｙ軸は、メッキされる材料の厚さを表示する。ステップ４５４では、測定された微分電圧から、ｘ軸にわたる電流が計算される。このステップは、２つの部分で接触可能である。最初に、各々のサンプリング地点に対し、２以上のセンサ間の、測定された水平電圧および垂直電圧から実際の微分電圧が計算され、一連の幾何学的係数が、数学的モデル（例えば、式２）を使用することにより計算される。その後、式１を使用して局部電流密度が計算される。各々のサンプリング地点における電圧レベルは、メッキ処理の経過中、周期的にサンプリングされる。このように、一連の局部電流密度値が、各々のサンプリング地点に対して得られる。
【００４０】
[0061]図４Ｄのステップ４５６において、各々のサンプリング地点に対し、局部電流をメッキ時間で積分することにより、全電荷が得られる。その積分は、合計により近似可能である。
【００４１】
全電荷（ｔ）＝Σ｛ｉ（ｔ）・Δｔ｝ΔＡ…（式３）
ここで、ΔＡは、各々のサンプリング地点に対する半径に沿った距離または基板上の対応領域を表示し、ｉは、各々のサンプリング地点における局部電流密度である。
【００４２】
[0062]ステップ４５８において、各々のサンプリング地点における全電荷は、計算により、或いは、経験的なルックアップテーブルを介して、メッキされた材料の厚さに関連付けられる。たとえば、Ｃｕ2+イオンは、一定処理で基板上にメッキされている。
銅結晶に対し、ａ＝ｂ＝ｃ＝３６１．４９ｐｍ＝３．６１４９Åであることが知られている。このように、単一のセルの容積は、４７．２３Å3である。単一のセルには、４つの原子、一つの原子当たり２つの電荷があるので、単一のセルを堆積するに必要な全電荷は：４つの原子＊２つの電荷＊１．６ｅ−１９クーロンである。サンプリング領域において、３．６１４９Åの厚さ（例えば、単一のセルの層）を堆積するのに必要な全電荷は、４つの原子＊２つの電荷＊１．６ｅ−１９＊サンプリング領域／３．６１４９Åクーロンである。
【００４３】
[0063]ステップ４６０において、厚さプロファイルは、ステップ４５８からメッキされた材料の、計算された厚さから作成される。一態様において、厚さプロファイルは、当初の厚さに、メッキされた厚さを加えることにより計算可能である。
【００４４】
厚さ＝当初の厚さ＋メッキされた材料の厚さ…（式４）
[0064]厚さプルファイルは、メッキ時間で電解液中の電流を積分することにより作成可能である。現在値は、電解液中の微分電圧から計算可能である。微分電圧は、微分電圧デバイスを使用しセンサ間の電圧差を測定することにより得ることができる。図５に示されるように微分電圧測定器の一実施は、センサ間の電圧差を感知し増幅させ、その後、増幅された微分電圧をデジタル信号に変換する。この実施において、複数の高入力インピーダンス微分増幅器５０３が、センサ間の電圧差を測定及び増幅するために使用される。各々の高入力インピーダンス微分増幅器５０３にとって、２つの入力ピンの各々は、抵抗器５０１に接続され、抵抗器５０１は、センサに接続しており；抵抗器５０２１は、５０３のマイナス入力ピンを５０３の出力ピンに接続し；５０３のプラス入力ピン５０３は、抵抗器５０２２を介してグランドに接続している。入力ピンに対応する、センサ３３１間の電圧差は、Ｒ５０２／Ｒ５０１倍だけ増幅される。たとえば、抵抗器５０２は、１００ｋΩの抵抗、抵抗器５０１は、１ｋΩの抵抗を有する場合がある。入力ピン間の電圧差は、１００倍に増幅可能である。図５で示されるように、高入力インピーダンス微分増幅器５０３は、微分電圧の水平成分と垂直成分を感知及び増幅する為に使用可能である。高入力インピーダンス微分増幅器５０３の出力は、それから、一以上のマルチプレクサ５０４の入力ピンに接続され、Ａ／Ｄコンバータ５０５に対し配列されて入力される。一態様において、Ａ／Ｄコンバータ５０５は、１２ビットＡ／Ｄコンバータでもよい。Ａ／Ｄコンバータ５０６は、それから、データバスを介してコンピュータ５０６に接続されている。コンピュータ５０６は、リアルタイム厚さプロファイルを作成する為に測定された微分電圧を使用可能なプログラムを有し、一連の幾何学的係数を識別し、メッキ処理を制御し、メッキ処理を最適化する。電気化学的処理における微分電圧を利用する方法及び装置の実施形態は、図６〜図１１に示されている。
【００４５】
[0065]図６は、一連の幾何学係数を識別する典型的な実施形態を例示する。この実施形態において、（シード層の）当初の厚さは、（例えば、表面抵抗率またはＸ線反射率測定を介して）厚さ測定装置を使用して測定可能である。その後、電解液中に配置されたセンサ列を備えたメッキセル内でメッキ処理が始まる。微分電圧は、メッキ処理の最後まで、図３〜図５との関係で前述されたデータ収集装置とセンサを使用して、周期的に測定される。最終的な厚さプロファイルは、その後、厚さ測定装置を使用して測定可能である。初期値は、その後、一連の幾何学的係数の為に選択可能である。次に、ステップ６２０において、図４Ｄに記述されたように、当初の厚さプロファイル、幾何学的係数、測定された微分電圧から、作成された厚さプロファイルを得ることができる。ステップ６２２において、作成された厚さプロファイルは、ステップ６１６で得られた、測定された厚さプロファイルと比較される。作成された厚さプロファイルと測定された厚さプロファイルとの間の差を表示するパラメータ又はエラープロファイルは、ステップ６２４で評価される。エラー又は差が、所定の許容範囲（たとえば最大エラー）の限界を超えるならば、ステップ６２６が実行され、新たな幾何学的係数が与えられる。エラー又は差が所定の許容範囲の限界以内になるまで、ステップ６２０，６２２，６２４，６２６が反復的に実行される。その後、処理は停止し、幾何学的係数が識別される。観察結果は、幾何学的係数が、主に電解液の導電率に依存することを示した。
基板の当初の固有抵抗は、また、幾何学的係数への影響は小さいかもしれない。このように、一旦識別されると、一連の幾何学的係数は、同一の電解液導電率と同様の基板初期抵抗を有するメッキ処理に対する厚さプロファイルを作成する為に適用可能である。
【００４６】
[0066]
図７は、メッキ処理中にリアルタイム厚さプロファイルを作成する為の、本発明の実施形態を例示する。ステップ７１０において記述されたように、メッキ処理前にプローブにより、当初の厚さプロファイルが測定可能である。一態様において、ステップ７１０は、後に続く層が、あまり変わらない場合、基板の一括処理の為に一度だけ行うことができる。ステップ７２０において、電気化学的メッキ処理は、電解液中に配置されたセンサ列を有するメッキセル内で始められる。メッキ処理を始めた後、ステップ７３０〜ステップ７８０は、周期的あるいは、処理パラメータに依存した変更可能な回数で実施可能である。ステップ７３０は、例えば、水平微分電圧（ｄＶｈ）および垂直微分電圧（ｄＶｎ）のような微分電圧データをサンプリングすることを伴う。ステップ７４０は、一連の幾何学的係数を使用して微分電圧データから実際の微分電圧を計算すること、更に、実際の微分電圧から電流密度を計算することを備えてもよい。ステップ７５０は、一般に、全電荷を得る為にサンプリング時間にわたり電流密度を積分することを含む。ステップ７６０は、一般に、全電荷の値をメッキされた厚さの値に関連付けることを含む。ステップ７７０は、一般に、メッキされた厚さの値を加えることにより、厚さプロファイルを更新することを含む。ステップ７８０において、更新された厚さプロファイルは、プロットまたは他の方法で提示可能であるので、自動または対話的にメッキ処理を調整することができる。
【００４７】
[0067]図８は、電気化学的メッキ処理中に均一な厚さを達成する為の、本発明の実施形態を例示する。ステップ８１０において、電気化学的メッキ処理は、センサ列が内部に配置されたメッキセル内で実施される。メッキ処理が始められると、ステップ８２０〜ステップ８５０は、周期的に、或いは、処理パラメータに依存して変更し得る回数で実施可能である。ステップ８２０は、微分電圧（例えば、水平微分電圧、垂直微分電圧）をサンプリングすることを伴う。ステップ８３０では、リアルタイム厚さプロファイルが作成される。一態様において、このステップは、図７におけるステップ７４０〜ステップ７７０で説明されたように実施可能である。ステップ８４０は、一般に、リアルタイム厚さプロファイルを分析すること、更に、メッキされた表面の均一性を決定することを含む。均一性を決定する際に、厚さプロファイルの幾何学的特徴部（例えば平坦度）が計算可能であり、プロファイルの高低地点に印が付けられてもよい。ステップ８５０において、一以上の処理パラメータは、表面の均一性に応じて調整されてもよい。均一性が満足できる場合、処理パラメータは調整不要であることに注意されたい。調整し得る処理パラメータは、電流設定点、アノードのタイミング、すて材電流(thief current)、ヘッド間隔、アノード素子の電流とタイミングに限定されてないが、これらの一つ以上を含む。アノード素子の詳細な情報は、"Electroplating apparatus based on an array of anodes"と題する２００５年５月２５日に出願された米国特許出願に説明されており、その全部が本願に参考の為に取り入れられる。
【００４８】
[0068]図９は、電気化学的処理中に所望の厚さプロファイルを達成する為の、本発明の実施形態を例示する。ステップ９１０において、電気化学的メッキ処理は、センサ列が内部に配置されたメッキセル内で実施される。メッキ処理が始まった後、ステップ９２０〜ステップ９６０は周期的に、或いは、処理パラメータに応じて変更し得る回数で実施可能である。ステップ９２０は、微分電圧（例えば、水平微分電圧、垂直微分電圧）データのサンプリングを伴う。ステップ９３０では、リアルタイム厚さプロファイルが作成される。一態様において、このステップは、図７のステップ７４０〜ステップ７７０に説明されたように実施可能である。ステップ９４０において、得られた所望の厚さプロファイルとリアルタイム厚さプロファイルが比較され、リアルタイムプロファイル及び所望の厚さプロファイルの差を表示するパラメータ又はエラープロファイルが得られる。エラー又は差が所定の許容範囲の限界（例えば、決定的エラー）を超える場合、ステップ９６０が実際される。
誤差または差が予め定められた許容範囲の限界の範囲内であるとき、メッキ処理は止まる。ステップ９６０は、処理パラメータの調整が必要かを決定する。一態様において、決定する処理は、エラープロファイルを分析することを含んでもよい。ステップ９７０において、一以上の処理パラメータは、エラープロファイルに応じて調整可能である。調整する処理パラメータは、電流設定点、アノードタイミング、すて材電流、ヘッド間隔、アノード素子の電流及びタイミングのうち一つ以上でもよい。
【００４９】
[0069]図１０は、メッキセルのメッキ溶液中に基板を浸す処理をモニタする為の、本発明の実施形態を例示する。ステップ１０１０の間、カソード電圧バイアスは、一般に、基板とアノードバイアス電極（アノード）との間に印加される。ステップ１０２０の間、基板は、内部にセンサ列が配置されたメッキセル内で浸される。ステップ１０３０において、メッキ溶液の微分電圧は、センサからの信号をサンプリングし処理することによりモニタされる。ステップ１０４０は、一般に、基板の液浸状態を決定すること、更に／又は、厚さプロファイルを作成することを含む。基板はメッキ溶液中に浸されるので、電気的通信が確立され、センサ列内の一以上のセンサは、基板の様々な領域間の差が処理中に補償可能であるように注意深く観察される。また、リアルタイムプロファイルは、例えば、ステップ７４０〜ステップ７７０で説明された処理により作成可能である。ステップ１０５０において、液浸状態に応じてバイアスは調整可能である。アノードが区分される場合、アノードの各区分のバイアスは、独立して調整されてもよい。図１０で説明された処理は、図７〜図９で説明された処理に追加されてもよい。
【００５０】
[0070]図１１は、本発明の電気化学的メッキシステム１１００の典型的な実施形態を例示する。システム１１００は、一般に、電気化学的メッキセル１１１０と、メッキセル１１１０に結合された制御ユニット１１２０を備え、様々な処理変数が制御ユニット１１２０によりモニタ可能であり、制御ユニット１１２０は、制御信号をメッキセル１１１０に送信可能であり、メッキの結果を制御する為に処理変数を調整する。制御ユニット１１２０は、一般に、データサンプリングおよび処理デバイス１１３０、リアルタイム厚さプロファイル作成装置１１２２、処理最適化モジュール１１２４を備える。メッキセル１１１０は、複数のセンサ、制御ユニット１１２０のデータサンプリングおよび処理デバイス１１３０を有することができる。複数のセンサは、メッキセル１１１０の電解液中に配置され電解液中の微分電圧を測定するように構成されたセンサ列を含んでもよい。データサンプリングおよび処理デバイス１１３０は、複数のセンサからの信号をサンプリングおよび処理し、処理された処理変数を処理最適化モジュール１１２４に出力するように構成されている。処理変数は、微分電圧、槽温度、ウエハの高さ、酸性、ヘッド回転、傾斜角度、アノードの状態を備えてもよいが、これらに限定されない。一態様において、データサンプリングおよび処理デバイス１１３０は、リアルタイム厚さプロファイルを作成し処理最適化モジュール１１２４に出力するように構成されたリアルタイム厚さプロファイル作成装置１１２２に微分電圧測定値を出力してもよい。リアルタイム厚さプロファイル作成装置１１２２は、図７〜図１０に説明された処理を実施する為のソフトウェア及び／又はハードウェアを備えてもよい。処理最適化モジュール１１２４は、例えば、電流設定点、アノードのタイミング、アノード区分制御信号、すて材電流、ヘッド間隔を含み得る複数の制御信号を送信することにより、メッキセル１１１０内で行われるメッキ処理を最適化する為のソフトウェア及び／又はハードウェアを含めてもよい。図１１Ａは、図１１に示される電気化学的メッキシステムの処理最適化モジュールの典型的な実施形態を例示する。処理最適化モジュール１１２４Ａは、複数の入力変数と複数の出力変数を有してもよい。入力変数は、たとえば、リアルタイム厚さプロファイル、槽の温度、ウエハの高さ、酸性、ヘッドの回転、傾斜角度、アノードの状態を含んでもよい。出力変数は、たとえば、電流設定点、アノードのタイミング、アノード区分制御信号、すて材電流、ヘッド間隔を含んでもよい。一実施形態において、処理最適化モジュール１１２４Ａは、複数の入力変数に応じて所望のメッキ結果に収束するために必要な複数の出力変数を決定する予報的なアルゴリズムを使用する複数入力複数出力ソフトウェアモデルでもよい。
【００５１】
[0071]図１２は、本発明の特性試験工具１２００の典型的な実施形態を例示する。
特性試験工具１２００は、ウエハ１２００の異なる半径で金属パッチ１２０１を有する特殊なウエハである。各々のパッチ１２０１は、ウエハ上の金属トレース１２０２によりウエハ１２００の周辺の接触点１２０３に接続される。ウエハ１２００が電解液と接触しているとき、金属トレース１２０２は、電解液と接触しないように、金属トレース１２０２は、誘電材料により覆われている。一態様において、電気メッキセルの接触リング上で接触ピンに整列された接触点１２０３を備えた電気メッキセル内でメッキされるようにウエハ１２００は配置可能である。各々の金属パッチ１２０１上の電流は、対応する接触リングより下流側で測定可能である。一態様において、接触リングから測定された電流値は、同一半径に沿った対応センサにより測定された電流値と比較可能である。一態様において、センサ精度は、特徴付けられてもよい。一態様において、比較結果は、センサの読みを較正および訂正する為に使用可能である。ウエハ１２００は、同様に、メッキセルまたはアノードアセンブリを特徴付ける為にも使用可能である。一実施形態において、パッチ１２０１、トレース１２０２、接触点１２０３は、銅で形成される。一態様において、パッチ１２０１は、２ｍｍ2の大きさでもよい。パッチ１２０１と接触点１２０３は、異なる方式で配列可能である。
【００５２】
[0072]前述したことは、本発明の実施形態に関するが、本発明の他の更なる実施形態は、添付請求項により決定される範囲と基本的範囲から逸脱することなく案出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】[0015]図１は、典型的なメッキセルの概略図を例示する。
【図２】[0016]図２は、典型的なメッキセルおよび内部に作成される電気力線の概略図を例示する。
【図３】[0017]図３は、本発明の典型的なメッキセルの概略断面図を例示する。
【図３Ａ】[0018]図３Ａは、図３に示されたメッキセルの典型的なセンサアセンブリを例示する。
【図３Ｂ】[0019]図３Ｂは、図３で示されたメッキセルの典型的なセンサアセンブリを例示する。
【図３Ｃ】[0020]図３Ｃは、本発明のセンサアセンブリの典型的な配列の平面図を例示する。
【図３Ｄ】[0021]図３Ｄは、本発明のセンサアセンブリの典型的な配列の平面図を例示する。
【図３Ｅ】[0022]図３Ｅは、本発明のセンサアセンブリの典型的な配列の平面図を例示する。
【図４Ａ】[0023]図４Ａは、均一な電解と共に典型的なメッキセルの断面図を例示する。
【図４Ｂ】[0024]図４Ｂは、不均一な電解と共に典型的なメッキセルの断面図を例示する。
【図４Ｃ】[0025]図４Ｃは、典型的な幾何学的要素の集団を例示する。
【図４Ｄ】[0026]図４Ｄは、セル電流分布から厚さプロファイルを作成する典型的な実施形態を例示する。
【図５】[0027]図５は、本発明におけるセンサ列の為の処理回路およびデータサンプリングの典型的な実施形態を例示する。
【図６】[0028]図６は、幾何学的な要素を識別する典型的な実施形態を例示する。
【００５４】
[0029]
[0030]
【図７】[0031]図７は、リアルタイム厚さプロファイルの典型的な実施形態を例示する。
【図８】[0032]図８は、電気化学的メッキ処理中に均一な厚さを達成する典型的な実施形態を例示する。
【図９】[0033]図９は、電気化学的メッキ処理中に所望の厚さプロファイルを達成する典型的な実施形態を例示する。
【図１０】[0034]図１０は、メッキ溶液への基板の液浸をモニタする典型的な実施形態を例示する。
【図１１】[0035]図１１は、本発明の電気化学的メッキシステムの典型的な実施形態を例示する。
【図１１Ａ】[0036]図１１Ａは、図１１に示された電気化学的メッキシステムの最適化ソフトウェアの典型的な実施形態を例示する。
【図１２】[0037]図１２は、本発明の特性試験工具の典型的な実施形態を例示する。
【符号の説明】
【００５５】
１００…メッキセル、１０１…外部槽、１０２…内部槽、１０３…フレーム部分、１０４…環状ベース部材、１０５…円盤状アノード部材、１０６…支持体、１０７…スロット、１０８…膜、１０９…流体入口／ドレイン、１１０…拡散プレート、２００…電気化学的メッキセル、２０１…流体槽アセンブリ、２０５…アノード、２１０…拡散プレート、２１２…コリメータ、２１３…電気接触素子、２１４…接触リング、２１５…基板、２１５Ａ…メッキ表面、２１６…流体容積、２２０…電気力線、２２１…電源、２２１Ａ…第１端子、２２１Ｂ…第２端子、３００…メッキセル、３０１…流体槽アセンブリ、３１０…拡散プレート、３１２…コリメータ、３１３…電気接触素子、３１４…接触リング、３１５…基板、３１５Ａ…メッキ表面、３１６…流体容積、３２１…電源、３２１Ａ…第１端子，３２１Ｂ…第２端子、３３０…センサアセンブリ、３３１…センサ、３３３…高入力インピーダンス微分増幅器、３３４…マルチプレクサ、３３４Ａ…出力ライン、３３５…Ａ／Ｄコンバータ、３４１Ａ、Ｂ…接点、４００Ａ、Ｂ…メッキセル、４０５、４０５Ｂ…アノード、４１５、４１５Ｂ…基板、４１６Ｂ…電解液容積、４２０、４２０Ｂ、４２０Ｃ…電気力線、４２１…電源、４２５、４２５Ｂ…導電性シード層、４３１…センサ、５０１、５０２…抵抗器、５０３…微分増幅器、１２００…特性試験工具、１２０１…金属パッチ、１２０２…金属トレース、１２０３…接触点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１１Ａ】
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【図１２】
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【外国語明細書】
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