(57)【要約】  浴組成が電気メッキ、化学メッキ、電気化学エッチング、電解研磨及び化学エッチングプロセスの性能に与える影響をスクリーニングするシステム及び方法を開示する。本システム及び方法は、電極表面上の異なる位置で複数の浴組成にさらしてエッチング又はメッキの研究を可能にするマイクロ流体チャネルを用いる。堆積又はエッチング後に、堆積された又はエッチングされた膜の特性を分析するために、前記電極表面をデバイスから高速に且つ容易に取り外すことができる。
2010512455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電解浴組成が基板上に配置された第１の電極構造に与える影響を同時にスクリーニングするシステムであって、該システムは、
複数のマイクロ流体チャネルを有するデバイスであって、各マイクロ流体チャネルが前記複数の浴組成の一つに対応する流体を受け入れる入口を持つデバイスを備え、
動作中、前記複数のマイクロ流体チャネルに受け入れられた前記複数の浴組成に対応する異なる流体が前記第１の電極構造の異なる部分に作用するように前記デバイスを前記基板上に取り外し可能に配置して、前記複数の電解浴組成が前記基板上に配置された前記第１の電極構造に与える影響の同時スクリーニングを可能にしたことを特徴とするスクリーニングシステム。
【請求項２】
前記第１の電極構造がその様々な部分で前記複数のマイクロ流体チャネルに結合して、前記複数のマイクロ流体チャネルに受け入れられた前記複数の浴組成に対応する異なる流体が前記第１の電極構造の様々な部分に作用するようにしたことを特徴とする請求項１記載のスクリーニングシステム。
【請求項３】
前記複数のマイクロ流体チャネルに結合された第２の電極構造を備え、前記第１の電極構造が前記入口と前記第２電極との間に位置することを特徴とする請求項１記載のスクリーニングシステム。
【請求項４】
前記第２の電極構造は複数の第２の電極を備え、各第２の電極は前記複数のマイクロ流体チャネルの一つに対応し、それに結合されていることを特徴とする請求項３記載のスクリーニングシステム。
【請求項５】
前記複数のマイクロ流体チャネルが少なくとも一つの合流マイクロ流体チャネルに至り、前記少なくとも一つの合流マイクロ流体チャネルに結合された第２の電極構造を更に備えることを特徴とする請求項２記載のスクリーニングシステム。
【請求項６】
前記複数のマイクロ流体チャネルは少なくとも一つの合流マイクロ流体チャネルに至り、前記第１の電極構造が前記少なくとも一つの合流マイクロ流体チャネルに結合されていることを特徴とする請求項１記載のスクリーニングシステム。
【請求項７】
前記少なくとも一つの合流マイクロ流体チャネルに結合された第２の電極構造を更に備え、前記第１の電極構造が前記入口と前記第２の電極構造との間に位置することを特徴とする請求項６記載のスクリーニングシステム。
【請求項８】
前記複数のマイクロ流体チャネルを有する前記デバイスは、前記複数のマイクロ流体チャネルの少なくとも一つを前記第１の電極構造に結合するための開口を有するマスク層を更に備えることを特徴とする請求項６記載のスクリーニングシステム。
【請求項９】
前記デバイスは前記基板上の前記第１の電極構造と接触するための導電性先端を有する電流コレクタを更に備えることを特徴とする請求項１記載のスクリーニングシステム。
【請求項１０】
複数の電解浴組成が基板上に配置された第１の電極構造に与える影響を同時にスクリーニングする方法であって、該方法は、
前記基板上に配置された前記第１の電極構造の異なる部分を前記複数の浴組成に対応する異なる流体の影響にさらし、前記複数の電解浴組成が前記基板上に配置された前記第１の電極構造に与える影響を同時スクリーニングすることを特徴とするスクリーニング方法。
【請求項１１】
前記複数の電解浴組成に対応する異なる流体により影響された前記第１の電極構造の異なる部分の特性を決定することを特徴とする請求項１０記載のスクリーニング方法。
【請求項１２】
前記基板上に配置された前記第１の電極構造の異なる部分を前記複数の浴組成に対応する異なる流体の影響にさらすステップは、
複数のマイクロ流体チャネルを有するデバイスであって、各マイクロ流体チャネルが前記複数の浴組成の一つに対応する流体を受け入れる入口を持つデバイスを前記基板上に取り外し可能に配置して、前記複数のマイクロ流体チャネルに受け入れられた前記複数の浴組成に対応する異なる流体を前記第１の電極構造の異なる部分に作用させることを特徴とする請求項１０記載のスクリーニング方法。
【請求項１３】
前記複数のマイクロ流体チャネルを有するデバイスを前記基板上に取り外し可能に配置するステップは、前記第１の電極構造をその様々な部分で前記複数のマイクロ流体チャネルに結合して、前記複数のマイクロ流体チャネルに受け入れられた前記複数の浴組成に対応する異なる流体を前記第１の電極構造の様々な部分に作用させることを特徴とする請求項１２記載のスクリーニング方法。
【請求項１４】
前記複数のマイクロ流体チャネルを有するデバイスとして、前記複数のマイクロ流体チャネルが少なくとも一つの合流マイクロ流体チャネルに至るデバイスを前記基板上に取り外し可能に配置し、前記第１の電極構造を前記少なくとも一つの合流マイクロ流体チャネルに結合させることを特徴とする請求項１２記載のスクリーニング方法。
【請求項１５】
前記複数のマイクロ流体チャネルを有するデバイスとして、第２の電極構造を有するデバイスを前記基板上に取り外し可能に配置し、前記第２の電極構造を前記複数のマイクロ流体チャネルに結合させることを特徴とする請求項１２記載のスクリーニング方法。
【請求項１６】
前記複数のマイクロ流体チャネルを有するデバイスとして、前記複数のマイクロ流体チャネルが少なくとも一つの合流マイクロ流体チャネルに至るデバイスを前記基板上に取り外し可能に配置し、前記第２の電極構造を前記少なくとも一つの合流マイクロ流体チャネルに結合させることを特徴とする請求項１５記載のスクリーニング方法。
【請求項１７】
前記複数のマイクロ流体チャネルを有するデバイスとして、前記複数のマイクロ流体チャネルの少なくとも一つを前記第１の電極構造に結合するための開口を有するマスク層を有するデバイスを前記基板上に取り外し可能に配置することを特徴とする請求項１２記載のスクリーニング方法。
【請求項１８】
前記複数のマイクロ流体チャネルを有するデバイスとして、導電性先端を有する電流コレクタを有するデバイスを前記基板上に取り外し可能に配置し、前記基板上に配置された前記第１の電極構造を前記導電性先端と接触させることを特徴とする請求項１２記載のスクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本発明は、２００６年１２月６日に出願された米国仮特許出願第６０／８６８，８６９号に関連し、その優先権の恩恵を主張するものであることを、参考としてここに付記する。
【背景技術】
【０００２】
金属及び合金の電気メッキ、化学メッキ、化学エッチング、電気化学エッチング及び電解研磨に使用される電解浴は一般に多数の化学成分を含んでいる。浴の各化学成分の種類及び量がメッキ又はエッチング速度及び得られる表面又は堆積の特性に影響を与える。多くの科学的研究にもかかわらず、エッチング及び堆積用の電解浴の最適組成は多くの場合実験的に選定されている。多くの場合、電解浴に含める添加剤の種類及び量が、所望のメッキ又はエッチングを達成するための浴組成の決定において考慮すべき重要な事柄である。合金堆積のような他の場合には、所望の組成の堆積膜を生じる塩の比が浴組成の決定において考慮すべき重要な事柄である。
【０００３】
電解浴の組成をそれらがメッキ又はエッチング性能に与える影響に関してスクリーニングする場合には、得られる膜の品質（例えば微細構造、組成、表面粗さ、表面汚染）が考慮すべき重要な事柄である。堆積又はエッチング速度に及ぼす浴組成の影響も考慮すべき重要な事柄である。一時に一つの電解質組成又は成分をスクリーニングすることはコストと時間がかかる。
メッキ及びエッチング浴組成をスクリーニングするシステム及び方法を改善することが検討されている。所望の浴組成スクリーニングシステム及び方法は多数の浴組成が所望のメッキ及びエッチングプロセス特性に与える影響を高速に正確に決定できるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１２７５６；「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ  ＰＬＡＴＩＮＧ  ＡＮＤ  ＥＴＣＨＩＮＧ  ＢＡＴＨＳ」；Ｗｅｓｔ他、２００６年６月４日出願
【発明の概要】
【０００５】
電解浴の組成を基板への影響（例えば、電気メッキ、化学メッキ、電気化学エッチング及び化学エッチング）に関してスクリーニングするシステム及び方法を提供する。本システム及び方法は、電解質組成がよく制御された流体力学的及び電気的条件の下でメッキ又はエッチングプロセスにどのぐらい影響又は変更を与えるかをスクリーニング又は測定するように構成される。
【０００６】
本システム及び方法は、マイクロ流体チャネルを有するスクリーニングデバイスと、該デバイス上に基板を容易に着脱する機構と、制御された流体運動と、メッキ及びエッチングプロセスの電気化学的制御又は特性決定とを用いる。スクリーニングデバイスは、単一の試験セットアップで、多数の浴組成の調査ができるように構成される。
【０００７】
基板を浴組成を試験するためにスクリーニングデバイスに取り付ける。基板の一部分をマイクロ流体チャネル内の電解質液の作用にさらす。スクリーニングデバイスに取り付けられた基板への堆積又はエッチング後に、基板を（スクリーニングデバイスから）取り外し、その特性（例えば、膜厚、組成、微小構造、表面汚染など）を決定する。取り外した基板の特性決定は、種々の特性決定機器又はツールにより種々の位置で実行することができる。
【０００８】
単一の試験セットアップで多数の浴組成の調査を可能にすることによって、ここに開示するスクリーニング方法及びシステムは浴組成のスクリーニングに要する時間を低減するとともに、一測定当たりの使用電解質量を最小にする利点をもたらす。更に、システムは安価に製造でき、総合処理コストを低減することができる。
開示された本発明の他の特徴、その性質及び種々の利点は以下に記載される実施例の説明及び添付図面から明らかになる。全図を通して、同等の要素は同等の符号で示されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明によるスクリーニングデバイス１００の概略図である。
【図２】２つの浴組成に対して基板上に堆積された銅膜の厚さのグラフを示す。
【図３】本発明の原理に係る基板１０６の概略図である。
【図４】本発明によるスクリーニングデバイス部分４００の概略図である。
【図５】本発明によるスクリーニングデバイス５００の概略図である。
【図６】本発明の原理による模範的なスクリーニングデバイス６００の概略側面図である。
【図７】サイドスリットを経て基板を容易に挿入できるように設計された本発明の原理による模範的な２ユニットのスクリーニングデバイス７００の概略図である。
【図８】本発明の原理による模範的なスクリーニングデバイス８００の概略側面図である。
【図９】多数のカウンタ電極９０３を有する本発明の原理による模範的なスクリーニングデバイス９００の概略図である。
【００１０】
図１は、本発明によるスクリーニングデバイス１００の概略図である。スクリーニングデバイス１００は、モノリシック単一部分とすることができ、入口１０１、マイクロチャネル１０２、カウンタ電極１０３及び基準電極１０４を有する。動作状態において、単一部分は作用電極１０５を有する基板１０６上に配置される。スクリーニングデバイス１００は、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含む適切な材料で作ることができる。
【００１１】
図２は、２つの浴組成に対して基板１０６上に堆積された銅膜の厚さのグラフを示す。膜の厚さは、本発明の原理に従って、銀／塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）基準電極に対して−０．１２５Ｖの印加電位で１００秒間銅堆積した後にプロフィロメトリ（表面形状測定法）により測定されたものである。両浴において、硫酸銅濃度は２４０ｍＭ、硫酸濃度は１．８Ｍ、塩化物イオン濃度は５０ｐｐｍとした。第２の浴は更に１０ｐｐｍのポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を含み、この浴成分をスクリーニングした。
【００１２】
図３は、酸化されたシリコン（Ｓｉ）ウェハ３００上にプラチナ（Ｐｔ）作用電極３０１を熱堆積することにより製造された本発明の原理に係る基板１０６の概略図である。チタン（Ｔｉ）膜を接着層として使用した。適切な電子回路への電気接続を容易にするために作用電極３０１はパッド３０２に接続されている。
【００１３】
図４は、本発明によるスクリーニングデバイス部分４００の概略図であり、入口４０１、２つのマイクロチャネル４０２、カウンタ電極４０３及び基準電極４０４を有する。
【００１４】
図５は、本発明によるスクリーニングデバイス５００の概略図であり、Ａはデバイス５００の側面図、Ｂはデバイス５００の上面図である。デバイスの底面部（５０１）が、窓又は開口５０２の横断部分を除いて、基板をデバイス内のマイクロ流体チャネルを流れる電解液から有効に遮蔽する。
【００１５】
図６は、本発明の原理による模範的なスクリーニングデバイス６００の概略側面図であり、このデバイス６００は基板への電気的接触をもたらす集積化電流コレクタを含む。
【００１６】
図７は、サイドスリットを経て基板を容易に挿入できるように設計された本発明の原理による模範的な２ユニットスクリーニングデバイス７００を示し、Ａはデバイス７００の上面図、Ｂはデバイス７００の側面図である。
【００１７】
図８は、本発明の原理による模範的なスクリーニングデバイス８００の概略側面図であり、このデバイス８００はフォトレジスト材料からなるトポグラフィック特徴部８０２がその上に形成された金属箔８０１を含む。
【００１８】
図９は、多数のカウンタ電極９０３を有する本発明の原理による模範的なスクリーニングデバイス９００の概略図である。多数のカウンタ電極９０３は、デバイス内の各マイクロ流体チャネルを流れる電流の個別の制御を可能にし、浴組成に加えて供給電流密度の影響のスクリーニングを可能にする。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
電解浴の組成をスクリーニングするシステム及び方法を提供する。電解浴は、例えば電気メッキ、化学メッキ、化学エッチング、電気化学研磨、又は電気化学エッチングプロセスに用いることができる。ここに記載するスクリーニングシステム及び方法は複数の浴組成の同時スクリーニングを単一の試験セットアップ又は実験で実行できる。
【００２０】
ここでは説明の便宜上、用語「メッキ」、「電気メッキ」及び「化学メッキ」は、当技術分野において常識であるように、等価な用語「堆積」、「電気堆積」及び「化学堆積」と交換可能に使用される。また、酸化を達成するために基板を陰極に対して電気的に制御することが行われる電気化学エッチング及び電解研磨のようなプロセスは、用途に応じて、例えば電気エッチング、電気化学加工又は電気化学研磨と呼ばれることもある。これらのプロセスのすべてに対して電解浴の組成をスクリーニングする必要があるという理解に基づいて、これらの用語はここでは交換可能であるとする。
【００２１】
ここに記載するスクリーニングシステム及び方法は、浴組成をウェハ洗浄への影響についてスクリーニングするのに使用することもできる。ウェハ洗浄は現代の半導体製造の本質的なプロセスであり、例えば化学機械平坦化（ＣＭＰ）のようなウェハ製造プロセスの前又は後に使用することができる。例えばＣＭＰの浴組成は変化するので、浴液の有効組成についてスクリーニングを行う必要がある。
【００２２】
多くのメッキ又はエッチング浴は、無機の酸又は塩に加えて、極めて低濃度の有機添加剤の多種多様な合わせを含む。塩化物イオンのような無機添加物を極めて低濃度で含めることもできる。メッキ浴では、有機添加剤（例えば、平滑剤、抑圧剤、抑制剤、促進剤、スーパーフィリング剤、界面活性剤、湿潤剤等）が堆積特性に劇的な影響を与え、またメッキ速度にも影響を及ぼす。エッチング浴に対しては、腐食抑制剤のような有機添加剤及び塩化物イオンのような無機添加剤がエッチング特性を変更するために添加される。
【００２３】
ここに記載するスクリーニングシステム及び方法は、例えば電解浴に使用する有機添加剤（例えば促進剤）の量についてスクリーニング及び調整を行うために使用することができる。例えば、酸−銅浴の場合には、浴内の硫酸及び第２銅塩の量を一定に保つことができ、例えば添加促進剤の量のみをスクリーニングすることができる。例えば、電解質内におけるＣｕの電解研磨のような他の場合には、電解質内の種々の腐食抑制剤をスクリーニングすることができる。種々の腐食抑制剤（例えば、微小構造分子群を有するベンゾトリアゾールのような周知の抑制剤）を単一の実験又は試験セットアップでスクリーニングすることができる。例えば、Ａｕ−Ａｇ合金の堆積の場合には、堆積浴内に含まれるＡｕ塩とＡｇ塩との比をスクリーニングすることができる。
【００２４】
ここに記載するシステム及び方法を用いてスクリーニングすることによって与えられる浴組成情報を使用すれば、ユーザは、ほぼ完全に新規な浴組成を開発することができ、また浴組成を手近で特定の処理要求に簡単に合わせることができる。重要な現在の例として、コンピュータ産業で使用されるデバイス（チップ）を製造するために半導体ウェハ上に銅を堆積するのに電気メッキが使用されている。チップ製造の経済学はチップ製造の各処理ステップごとに極めて高い歩留まりを必要とする。浴処理ステップの歩留まりは、電解浴組成を規定の動作窓内に維持することにより大きく改善することができる。更に、デバイスフィーチャは縮小され、また材料が変化するので、添加剤組成を再度最適化して新しい添加剤を導入する必要がある。従って、この要求は、費用効率が高いスクリーニング方法のために重要である。本発明の要旨は多数の浴組成を同時にスクリーニングすることを可能にすることにある。
【００２５】
ここに記載するシステム及び方法は、マイクロ流体工学、科学及び技術の学際領域を利用するスクリーニングデバイスを用いて高速のスクリーニングを達成し、このデバイスにおいては、マイクロ加工法を用いて微小デバイス構造（例えば流体を低い体積流量でポンピングすることができる電気化学セル及びチャネル）を生成する。ポンピング機構はマイクロ加工デバイスの一体部分とすることができ、またシステムの「外部(off-device)」部分として存在させることもできる。一つの低コスト例では、ポンピングは１つ以上のシリンジポンプにより達成することができ、各ポンプは１つ以上のシリンジを駆動して流体をマイクロチャネルに送ることができる。
【００２６】
マイクロ流体技術は、既に、既存のメッキ及びエッチング浴組成がエージングにより経時的にどのくらい悪化するかをモニタリングするために適用されている（例えば、特許文献１参照）。
【００２７】
先の出願と異なり、ここに開示するシステム及び方法においては、電解質組成がメッキ又はエッチングプロセスにどのくらいの改善又は影響を与えるかを、電気化学セルの良好に制御された電気的及び流体力学的条件を維持しながら、スクリーニング又は測定するツールとしてマイクロ流体技術が使用されている。
【００２８】
良好に制御された電気的条件は電気化学スクリーニング方法の良好な適用のために必要とされる。これらは、電気化学セルとの組み合わせで２又は３電極測定を可能にするために、再現可能な電極表面及び適切な電子回路を必要とする。適切な電子回路は、代表的には、ポテンシオスタット、ガルバノスタット、及び／又は電源を含み、マルチメータ、電圧計、電量計等のような適切な補助装置と組み合わせることができる。
【００２９】
更に、電気化学セル内に再現可能で制御可能な流体フローが必要とされる。回転ディスク電極は再現可能なフロー状態を生成する公知の簡単な方法である。しかし、回転ディスク方法は、一時に一つの浴組成しか調査できない欠点がある。ここに開示するシステム及び方法は、マイクロ流体技術を用いて、１つ以上の浴組成をスクリーニングするために電気化学セル内に極めて再現可能で制御可能な流体フローを与えるものである。
【００３０】
図１は、単一モノリシックコンポーネント又は本体１００’からなる典型的なマイクロ流体スクリーニングデバイス１００を示し、このデバイスは基板１０６の表面に取り外し可能に保持されたとき少なくとも電気化学セルを構成する。基板１０６はその上に配置された作用電極１０５を有する。作用電極とは、ここでは、その上に金属又は合金が堆積される又はそこから金属又は合金がエッチ除去される基板部分であるものと広く定義される。基板１０６と本体１００’とを互いに取り外し可能に保持するために任意の適切な機構を使用することができる。基板１０６と本体１００’とを保持するために使用し得る適切な機構は、機械的クランプ、おもり及び空気圧を含む。空気圧を用いる場合には、本体１００’を貫通するよう加工された孔（図示せず）を介して吸引力を供給して基板１０６を保持することができる。空気圧は本体１００’からの基板１０６の開放を容易にするために調整することもできる。
【００３１】
本体１００’は、入口１０１及びオプションである出口（図示せず）を有するマイクロ流体チャネル１０２と、オプションである基準電極１０４とを含む。図１は、例えば８個の入口１０１を示す。スクリーニングデバイス１００は８個の入口に限定されず、任意の適切な数及び構成の入口１０１及びマイクロチャネル１０２を含んでよい。好ましくは、各マイクロ流体チャネル１０２は５００ミクロン以下の少なくとも１つの断面寸法を有する。図１に示すデバイス１００は、オプションである基準電極１０４を含み、この電極は所定のタイプの電気化学測定に有用であることが当業界において知られている。基準電極１０４はマイクロ加工技術によりデバイス１００内に集積化することができ、また慣例の基準電極を使用してもよい。
【００３２】
浴組成スクリーニングのセットアップにおいて、デバイス１００を、作用電極１０５がその上に配置された基板１０６に押し当ててクランプする。作用電極１０５はマイクロチャネル１０２に充填された流体に結合され、あるいは、さらされる。組立て後、異なる組成の電解液を入口１０１から流入し、マイクロ流体チャネル１０２に導き、マイクロチャネル１０２に結合された基板１０６の部分に作用させることができる。
【００３３】
動作状態において、作用電極とカウンタ電極との間の電位を適切な電子回路を用いて制御して、基板と８個のマイクロチャネルの１０２の各々を流れる流体との間の電気化学的反応を達成させる。電気化学的反応は作用電極のエッチング又はメッキとすることができる。エッチング又はメッキは各マイクロチャネル１０２内の異なる流体に対応する作用電極上の異なる位置で相違し得る。図１に示す例では、マイクロ流体チャネル１０２は単一のチャネル１０２’に合流し、カウンタ電極１０３はここに位置する。この合流は作用電極の上流で行っても下流で行ってもよい。マイクロ流体チャネルが作用電極の上流（即ちその前）で合流する場合には、異なる組成の流体領域間の過剰な混合が小サイズのチャネルにより抑制される。
【００３４】
スクリーニング反応が行われたら、基板１０６／作用電極１０５を本体１００’から取り外し、基板１０６上のメッキ又はエッチング反応への浴組成の影響を原位置外（ｅｘ  ｓｔｉｕ）で任意の適切な方法により分析することができる。
【００３５】
電子デバイス製造に一般に使用されているシリコン基板を用いるエッチング及び堆積（例えばＣｕ堆積）に対しては、基板１０６は金属膜が配置されたシリコンウェハ又はシリコンウェハの一部分とすることができる。金属膜は１つ以上の金属層の全面フィルムとすることができる。例えば、金属膜は、その上にＲｕ層が存在するＴａＮの比較的平坦な薄い層とすることができる。スクリーニングは、浴添加剤がＲｕ上におけるＣｕ堆積特性（例えば核生成及び成長速度）にどのくらい影響を与えるかを検査することが望ましい。この例では、次の原位置外（ｅｘ  ｓｉｔｕ）における特性決定は基板上の異なる位置における光学又は電子顕微鏡分析又はプロフィロメトリ分析を用いて、たとえば堆積Ｃｕフィルムの厚さを決定することができる。興味のある他の処理反応に対しては、基板１０６はマイクロ加工フィーチャを含むシリコンウェハとすることができ、欠陥を生ずることなくこれらのフィーチャを充填する際の添加剤の有効性をスクリーニングすることができる。このようなスクリーニングにおいては、シリコン基板を断面化し、フィーチャ充填品質を適切な顕微鏡で特性決定することができる。
【００３６】
ここに開示するスクリーニングシステム及び方法によれば、ＰＶＰのような添加剤の濃度を小さい増分でシステマチックに変化させることによって、１つの実験又は試験セットアップにおいて、ＰＶＰ濃度が堆積又はエッチ速度に与える影響の詳細な特性を得ることができ、ＰＶＰのような添加剤の影響を有利にスクリーニングすることができる。
【００３７】
図２は、銀／塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）基準電極に対して０．１２５Ｖの供給電圧で２つの浴組成から基板１００上に銅を１００秒間堆積させたスクリーニング実証後の基板１０６上のＣｕ膜の厚さの代表的なプロフィロメトリ測定を示す。両浴とも、硫酸銅濃度は２４０ｍＭとし、硫酸濃度は１．８Ｍとし、塩化物イオンは５０ｐｐｍとした。第２の浴は１０ｐｐｍのポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を更に含み、この浴組成をスクリーニングした。図２に示す厚さの結果は、ＰＶＰは堆積速度に影響を与えることを証明している。
【００３８】
図３は、直径２インチの酸化シリコンウェハから製造された代表的な基板３００を示す。基板３００はシリコンウェハ表面にＰｔをスパッタ堆積して作用電極３０１を形成して製造した。作用電極３０１用に堆積したＰｔの下に金属膜（例えばＲｕ，Ｔａ又は他のバリヤ金属）を堆積した。作用電極３０１はシステム電子回路への電気的接続を容易にするために電気接点パッド３０２に接続した。例えば、作用電極をシステム電子回路に接続する電流コレクタ（図示せず）はワイヤを接点パッド３０２に半田付けすることにより製造することができる。
【００３９】
図４は代表的なスクリーニングデバイス４００を示す。スクリーニングデバイス４００は１つの大きなチャネル４０２’に合流する２つのマイクロ流体チャネル４０１に接続された２つの入口４０１を含む。スクリーニングデバイス４００は、更にカウンタ電極４０３及び基準電極４０４を含む。基板（例えば３００）に取り付けられたとき、作用電極はマイクロ流体チャネルの合流点の下流であるがカウンタ及び基準電極の上流に位置する。マイクロ流体チャネルは作用電極の後で合流させる方が望ましいとすることもできる。このような場合には、堆積又はエッチングはライン電極上の異なる点でのみ起こる（図１参照）。
【００４０】
代表的なスクリーニングデバイス４００では、カウンタ電極は作用電極の下流に置かれ、その表面上で起る反応が作用電極上で起る反応を妨害しないようにしている。幾つかの用途に対しては、カウンタ電極は、スクリーニングデバイス上の、作用電極からマイクロ流体チャネルを直接横断する位置に位置させるのが望ましい。このような場合には、作用電極の寸法に応じて、カウンタ電極反応の成分が作用電極に達する前にこの成分を下流に一掃することができる。これは、カウンタ電極で発生し得る気泡が大きく成長しすぎない場合に特に起り得る。
【００４１】
スクリーニングデバイス（１００及び４００）とともに使用する基板はシリコンベース基板とする必要はない。例えば、基板はエポキシのような絶縁材料に埋め込まれた薄い金属箔からなるものとしてもよい。このような薄い金属箔／エポキシ基板はエッチング研究に特に有利である。例えば、シリコン加工片上のＣｕ，Ｔａ，Ｒｕのような金属の電気化学研磨又は電気化学−機械研磨のための電解液の開発においては、金属膜があまりに薄いために実際のシリコンベース基板を用いる電解液のスクリーニングは実用的でない。このような場合には、スクリーニングデバイス（例えば１００）に容易に着脱しうる他の絶縁基板に埋め込まれた金属箔を用いることによってエッチング研究を容易にすることができる。エッチング研究のための次の原位置外（ｅｘ  ｓｉｔｕ）特性決定方法は、シリコンベース基板の場合と同様に金属箔／絶縁基板状の種々の位置における顕微鏡又はプロフィロメトリ分析を用いることができる。
【００４２】
図３の新たな参照によれば、基板３００は慣例のフォトリソグラフィを含む複数の処理ステップを適用することによって製造することができる。フォトリソグラフィは作用電極３０１の幅を、例えば対応するスクリーニングデバイス上のマイクロ流体チャネルの高さの１０倍以下、好ましくは３倍以下の寸法に制限するために使用することができる。
【００４３】
ここに記載するスクリーニングデバイスとともに使用するのに好適な基板の構造及びこのような基板を製造する製造ステップは、マイクロ流体チャネル内を流れる流体を、規定された開口又は窓の位置を除いて、基板から遮蔽する薄いマスク層をスクリーニングデバイスに含めることによって簡単化することができる。図５Ａ及び５Ｂは、底面層５０１が基板を、窓５０２の位置を除いて、チャネル５０３内を流れる流体から有効に遮蔽する代表的なスクリーニングデバイス５００の側面図及び上面図をそれぞれ示す。電気化学セル空洞内の低い質量移動に起因するスクリーニング試験結果の解釈に対する複雑化を避けるにはマスク層５０１の厚さを最小にするのが望ましい。共通の経験則は、マスク層の厚さは作用電極の幅の半分以下、好ましくは作用電極幅の１０−２０％にすべきである。しかし、比較的厚いマスク層を有するスクリーニングデバイスも有効に使用できる。実際に、ある場合には、スルーマスクメッキを反復する手段として厚いマスク層が好ましい。
【００４４】
いくつかの応用では、作用電極の電流コレクタをデバイスの本体内に集積化することによってスクリーニングデバイス（例えばデバイス１００及び４００）の使用を更に容易にすることができる。図6は、例えば電流コレクタ６００が導電性先端を有するばね加重ピンであるスクリーニングデバイス６００を示す。スクリーニングデバイス６００が基板（例えば基板３００）に組み付け又は取り付けられると、導電性先端が作用電極（例えば電極３０１）に電気的に接続された基板上の領域（例えばパッド３０２）に接触する。電流コレクタの他端はシステムの電子回路に接続される。集積化された電流コレクタを有するデバイス６００のようなデバイスは全面被覆基板に対して使用するのに特に都合がよい。
【００４５】
図7Ａ及び７Ｂは更に他の代表的なマイクロ流体浴スクリーニングデバイス７００の側面図及び上面図をそれぞれ示す。スクリーニングデバイス７００は、デバイス１００，４００及び５００と同様に、入口及び出口、マイクロ流体チャネル、カウンタ電極及び場合により基準電極を含む。しかし、スクリーニングデバイス７００は２つの嵌め合いユニット７０１及び７０２として製造される。入口及び出口、チャネル、カウンタ電極及び基準電極は一つにユニット（例えば７０２）にのみ存在させることができ、また両ユニットに分布させることもできる。本例では、ユニット７０１は、デバイスの片側から基板を容易に挿入し、取り外すことができるスリットを有する。これは２つの嵌め合いユニット７０１及び７０２を分離することなく達成できるため、いくつかの用途に対してはユニット７０１及び７０２を永久に結合するのが望ましい。
【００４６】
使用するデバイス７００とともに基板は、チャネル（例えばチャネル７０３）内における基板の適正なアライメントが保証されるように加工することができることが理解されよう。電解液が作用する電極（例えば作用電極）は平坦にでき、また顕著なトポグラフィックフィーチャを有するものとすることもできる。例えば、電極は標準のプリント回路製造方法によりメッキすることが難しい高いアスペクト比を有するものとすることができる。このような場合には、添加剤の量を変化させて電解液組成をスクリーニングすることができる。スクリーニング試験後に、断面化及び顕微鏡により決定されるいわゆる投入電力を浴選択のキーメトリックとすることができる。
【００４７】
ある用途に対しては、基板はスルーマスク構造を有するものとすることもできる。図８は、例えば金属箔８０１上にリソグラフィにより形成されたフォトレジストフィーチャを含む基板８００を示す。ここに記載するシステム及び方法は、電解液組成が基板８００のような基板上のエッチング異方性に与える影響のスクリーニングのために使用することができる。前述の例と同様に、制御された条件の下での電解液作用後に、基板特性を顕微鏡及びプロフィロメトリにより決定することができる。
【００４８】
ここに記載するシステム及び方法は添加剤組成のスクリーニングのために有利に使用されることが期待される。合金堆積に対しては、Ｎｉ−Ｆｅ堆積のための無機塩（ＮｉＣｌ２及びＦｅＣｌ２）の比をスクリーニングすることができることが望ましい。このスクリーニングは、使用すべき基板のタイプを考慮して、上述した代表的なデバイス（例えばデバイス１００及び４００）の何れかによって達成することができる。スクリーニング実行後に、基板を堆積厚さ及び構造に関して特性決定し、更に堆積合金組成を決定する。金合金の電気鍍金の場合には、ここに記載するシステム及び方法は電解液組成の経済的なスクリーニングのために有利に使用されることが期待される。記載のシステム及び方法は慣例の試験方法に比較して少量のメッキ溶液を使用し、この特徴は金の価額のために大きなコスト削減になる。
【００４９】
ここではスクリーニングデバイス及び方法をスクリーニングデバイス及び基板の構造ならびに種々の電解液浴組成のフローに関して記載した。浴組成がエッチング又はメッキプロセスに与える影響はカウンタ電極と作用電極との間の供給電位又は電流密度にも依存することが理解されよう。従って、適正又は完全なスクリーニングのためには、複数の試験セットアップにおいて電解液−基板反応及び特性決定（例えばデバイス１００を用いる）をカウンタ電極と作用電極との間を流れる異なる電流に対して繰り返す必要がある。
【００５０】
図９は、単一の試験ステップにおいて異なる供給電流に対して電解液をスクリーニングするために使用できる代表的なデバイス９００を示す。デバイス９００は、デバイス１００と同様に、８個の入口１０１及び８個のマイクロチャネル１０２を有する。しかし、デバイス９００では、デバイス１００のカウンタ電極１０３が８個の個別の電極９０３と置き換えられ、各電極は周知のように適切な電子回路により個別にアドレス可能である。各カウンタ電極に流れる電流は系統的に変えることができる。各マイクロ流体チャネル内の電解液組成も変えることができ、よって単一試験において組成と供給電流又は電位の両方をスクリーニングすることができる。
【００５１】
種々のマイクロチャネル及び電極構成をスクリーニングデバイスに配置して、単一の試験セットアップにおいて電解液組成及び電位条件の種々の組み合わせのスクリーニングを可能にすることができることが理解されよう。例えば、４つの浴組成を単一のスクリーニングデバイスにより４つの電流密度で試験することができる。各浴組成流体のフローを外部又はオンチップマニフォルドを介して４つの別々のストリームに分離することができる。
【００５２】
電気メッキ及び電気化学エッチングプロセスは陽極及び陰極を必要とするため、ここではスクリーニングデバイス及び方法をカウンタ電極及び適切な電子回路を含むものとして記載した。しかし、ここに記載するスクリーニングデバイス及び方法は、化学メッキ浴、化学エッチング浴又はウェハ洗浄浴の組成をスクリーニングする場合にはカウンタ電極は必要としない。従って、上述したデバイスはそれらなしで製造することができるが、いくつかの研究に対しては、カウンタ電極及び場合により基準電極を設けるのが望ましい。
【００５３】
以上、本発明の原理を説明したにすぎない。ここに記載の教えを考慮すれば、上述の実施例に対する種々の変更及び変形が当業者に明らかである。また、当業者であれば、ここに明示されていなくても、本発明の原理を具体化する多くの変形例を考案することができ、それらも本発明の範囲に含まれることが理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【国際調査報告】
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