(57)【要約】      （修正有）【課題】シリコン貫通ビア（ＴＳＶ）及びスルーレジストウエハレベルパッケージング（ＷＬＰ）電気接続技術として一般に知られている高度なパッケージングおよびマルチチップ相互接続の技術のために、電気化学析出が行われ、前記電気化析出（電気メッキ）中における電気メッキセル内の電気メッキ浴の品質を監視する為の方法及び装置の提供。【解決手段】電気メッキ処理中にリアルタイムの電圧読み取り値を取得する工程と、電圧読み取り値が所与の時間に予測電圧読み取り値の逸脱閾値内にあるか否かを判定する工程と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気メッキ浴の状態を監視することによって電気メッキセルを制御する方法であって、
（ａ）第１の電極としての基板と第２の電極との間の初期電圧を読み取る工程と、
（ｂ）前記電気メッキセル内での前記基板に対する電気メッキ中に、前記基板と前記第２の電極との間の電圧を繰り返し読み取る工程と、
（ｃ）前記電圧の前記繰り返された読み取り値の各々を、前記電気メッキ中に前記初期電圧からドリフトする対応する予測電圧と比較する工程であって、
前記ドリフトは、満足な電気メッキ結果を生み出す基板電気メッキ動作から決定される、工程と、
（ｄ）前記電圧の前記繰り返された読み取り値の内の１以上が、逸脱閾値よりも大きい値だけ前記対応する予測電圧から逸脱していると判定する工程と、
（ｅ）前記電圧の前記繰り返された読み取り値の内の前記１以上が、前記逸脱閾値よりも大きい値だけ前記対応する予測電圧から逸脱していると判定したことに応じて、通知を送信する、および／または、前記電気メッキセルの動作を一時停止する工程と、
を備える、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、工程（ｅ）は、さらに、前記電気メッキセルをエラー状態に置く工程を含む、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記電圧の前記繰り返された読み取り値の内の前記１以上は、前記電気メッキセルが工程（ｅ）でエラー状態に置かれるか否かを判定するために用いられる唯一の電圧読み取り値である、方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法であって、工程（ｅ）において、前記電気メッキセルをエラー状態に置くことは、前記電圧の前記１以上の繰り返された読み取り値が、前記逸脱閾値より大きい値だけ前記対応する予測電圧から逸脱すると判定したことに応じてのみ決定される、方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法であって、前記繰り返された読み取り値の大きさは、前記電気メッキセルが工程（ｅ）でエラー状態に置かれるか否かを判定するために用いられない、方法。
【請求項６】
請求項２に記載の方法であって、電流は、前記電気メッキセルが工程（ｅ）でエラー状態に置かれるか否かを判定するために用いられない、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、さらに、定電流を印加し始めた後、前記基板と前記第２の電極との間の前記電圧を繰り返し読み取る前に、遅延期間だけ待機する工程を備える、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記電気メッキ中に変化するドリフトパラメータに前記初期電圧を加えることにより、前記対応する予測電圧を決定する工程を備え、
前記基板と前記第２の電極との間の前記初期電圧は、前記基板と前記第２の電極との間の前記電圧を繰り返し読み取る前に読み取られ、
前記ドリフトパラメータは、前記基板と前記第２の電極との間の電圧の前記繰り返された読み取り値の大きさの合計から独立しており、
前記ドリフトパラメータは、満足な電気メッキ結果を生み出す基板電気メッキ動作から決定された前記ドリフトに対応する、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、前記ドリフトは、時間の線形関数である、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、前記ドリフトは、時間の対数関数である、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、前記ドリフトは、前記電気メッキ中に３つの部分のドリフトプロファイルを備え、前記プロファイルは、（ｉ）漸進的な電圧の低下、（ｉｉ）急速な電圧の上昇、および、（ｉｉｉ）電圧の安定した期間、を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記基板は、凹部フィーチャを備え、（ｉｉ）における前記急速な上昇は、前記フィーチャが完全に充填される少し前に起きる、方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法であって、前記逸脱閾値は、前記ドリフトプロファイルに依存し、１または複数の逸脱閾値を含み、（ｉｉ）に対応する逸脱閾値は、（ｉ）に対応する逸脱閾値より大きい、方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、前記電気メッキは、１または複数の電気メッキステップを含み、前記１または複数のステップの各々中に定電流が印加される、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、ステップの電流は、直前のステップの電流と同じである、方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であって、ステップの電流は、直前のステップの電流と異なる、方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法であって、前記予測電圧のドリフトは、前記満足な電気メッキ結果を有すると判定された１または複数の基板について得られた電圧読み取り値からモデル化された直線断片を含む、方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法であって、前記予測電圧は、前記満足な電気メッキ結果を有すると判定された１または複数の基板の正規化および平均された電圧読み取り値を含む、方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法であって、前記電圧の前記繰り返された読み取り値の各々を、前記電気メッキ中に前記初期電圧からドリフトする対応する予測電圧と比較する工程は、前記繰り返された読み取り値の１または複数の導関数を取る工程と、前記導関数を、前記満足な電気メッキ結果を有すると判定された１または複数の基板に対応する電圧読み取り値の１または複数の平均された導関数と比較する工程と、を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１ないし１９のいずれかに記載の方法であって、前記第２の電極はアノードである、方法。
【請求項２１】
請求項１ないし１９のいずれかに記載の方法であって、前記第２の電極は、前記基板に近接した参照電極である、方法。
【請求項２２】
請求項１ないし１９のいずれかに記載の方法であって、前記電気メッキセルは、前記基板と前記第２の電極との間の電圧の前記繰り返される読み取りを行うよう構成された電源に接続される、方法。
【請求項２３】
請求項１ないし１９のいずれかに記載の方法であって、前記基板は、凹部フィーチャを備え、前記基板に対する前記電気メッキは、前記凹部フィーチャを選択的に充填するように前記基板上に金属層を堆積させることを含む、方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法であって、前記凹部フィーチャは、前記基板上のシリコン貫通ビア構造内のビアである、方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の方法であって、前記電気メッキ浴は、前記凹部フィーチャを選択的に充填するための添加剤を含む、方法。
【請求項２６】
請求項２３に記載の方法であって、前記電圧の前記繰り返された読み取り値の内の１以上の読み取り値すべてが、前記基板と前記第２の電極との間に定電流を印加している間に読み取られる、方法。
【請求項２７】
１または複数の凹部フィーチャを備えた基板の電気メッキ中にメッキ溶液の状態を監視するための装置であって、
（ａ）前記メッキ溶液を保持するよう構成されたメッキ容器であって、前記装置は、前記メッキ溶液から前記基板上に金属を電着させるよう構成されている、メッキ容器と、
（ｂ）電源と、
（ｃ）電極と、
（ｄ）プログラム命令および／またはロジックを備えたコントローラと、
を備え、
前記プログラム命令および／またはロジックは、
（ｉ）前記基板と前記電極との間の初期電圧を検出し、
（ｉｉ）前記メッキ溶液内で前記基板上に金属層を電気メッキし、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）の間に、前記基板と前記電極との間の電圧を繰り返し読み取り、
（ｉｖ）（ｉｉｉ）における電圧読み取り値が、逸脱閾値より大きい値だけ、対応する予測電圧よりも大きいか否かを判定し、
（ｖ）（ｉｖ）における前記逸脱が前記逸脱閾値よりも大きいとの判定に応じて、通知を送信する、および／または、前記メッキ容器の動作を一時停止するためのプログラム命令および／またはロジックであり、
前記逸脱閾値は、予測電圧に基づき、
前記対応する予測電圧は、前記初期電圧からドリフトし、
前記ドリフトは、満足な電気メッキ結果を生み出す電気メッキ処理での電圧読み取り値から決定されたものである、装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の装置であって、前記通知を送信する、および／または、前記メッキ容器の動作を一時停止することは、前記メッキ容器をエラー状態に置くことを含む、装置。
【請求項２９】
請求項２７に記載の装置であって、前記予測電圧のドリフトは、前記満足な電気メッキ結果を有すると判定された１または複数の基板について得られた電圧読み取り値からモデル化された直線断片を含む、装置。
【請求項３０】
請求項２７に記載の装置であって、前記予測電圧は、前記満足な電気メッキ結果を有すると判定された１または複数の基板の正規化および平均された電圧読み取り値を含む、装置。
【請求項３１】
請求項２７に記載の装置であって、（ｉｉｉ）における電圧読み取り値が、前記逸脱閾値より大きい値だけ、前記対応する予測電圧よりも大きいか否かを判定することは、前記繰り返された電圧読み取り値の１または複数の導関数を取り、前記導関数を、前記満足な電気メッキ結果を有すると判定された１または複数の基板に対応する電圧読み取り値の１または複数の平均された導関数と比較することを含む、装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
シリコン貫通ビア（ＴＳＶ）およびウエハレベルパッケージング（ＷＬＰ）電気接続技術として一般に知られている高度なパッケージングおよびマルチチップ相互接続の技術のために、電気化学析出が利用される。これらの技術には、重大な課題が存在する。
【０００２】
一般に、ＴＳＶを形成する処理は、大まかにはダマシン処理と類似しているが、より大きく、より高いアスペクト比を有する凹部フィーチャに対して実行される。ＴＳＶ処理では、最初に、空洞または凹部が基板（例えば、シリコンウエハ）にエッチングされ；次に、誘電体ライナが凹部フィーチャの内面および基板のフィールド領域の両方に形成されてよく；次いで、凹部フィーチャの内面および基板のフィールド領域の両方が、拡散バリアおよび／または接着層（例えば、Ｔａ、Ｔｉ、ＴｉＷ、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ）ならびに「電気メッキ可能なシード層」（例えば、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、または、無電解メッキ処理によって蒸着されうるＣｕ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｃｏ）で金属化される。次に、金属化された凹部フィーチャは、例えば、「ボトムアップ」銅電気メッキを用いて金属で満たされる。誘電体ライナは、ガラス、サファイア、または、ポリマ基板など、導電性のない基板については、蒸着されなくてよいことに注意されたい。
【０００３】
対照的に、スルーレジストＷＬＰフィーチャ形成は、通例、異なった方法で進行する。その処理は、通例、いくつかの低アスペクト比ビアまたはパッドを備えうる実質的に平坦な基板から始まる。実質的に平坦な誘電体基板は、接着層、その後に、（通例、ＰＶＤによって蒸着される）シード層で被覆される。次いで、フォトレジスト層が、シード層上に蒸着され、シード層が露出したオープン領域のパターンを形成するようにパターニングされる。次に、金属が、ピラー、ライン、または、別のフィーチャを基板上に形成するために、オープン領域に電気メッキされ、それにより、フォトレジストを剥離し、エッチングによってシード層を除去した後、電気的に隔離された様々なエンボス構造が基板上に残る。
【０００４】
これらの技術（ＴＳＶおよびスルーレジストメッキ）は共に、ダマシン応用例よりも著しく大きいサイズスケールで電気メッキすることを必要とする。パッケージングフィーチャ（例えば、スルーチップ接続ＴＳＶ、相互接続再分配配線、もしくは、フリップチップピラーなどのチップ−ボードまたはチップ−チップボンディング）のタイプおよび用途に応じて、メッキされるフィーチャは、しばしば、直径が約２マイクロメートルより大きくなり、直径が約５〜約１００マイクロメートルになりうる（例えば、ピラーは、直径が約５０マイクロメートルになりうる）。一部のオンチップ構造（電力バスなど）については、メッキされるフィーチャは、１００マイクロメートルを超えうる。スルーレジストＷＬＰフィーチャのアスペクト比は、典型的に、約２：１（高さ対幅）以下であり、より典型的には１：１以下であるが、ＴＳＶ構造は、非常に高いアスペクト比（例えば、約１０：１または２０：１）を有しうる。
【発明の概要】
【０００５】
電気充填処理中に電気メッキ電源からの電圧読み取り値を監視することによって電気メッキ浴の品質をテストするための方法および装置が提供されている。いくつかの態様は、個々のウエハについてメッキ処理中に、電圧を監視する、電気メッキ浴の状態を監視する、および／または、電気メッキセルハードウェアの状態を監視することにより、電気メッキセルを制御する方法を含む。
【０００６】
一態様は、電気メッキ浴の状態を監視することによって電気メッキセルを制御する方法を含み、その方法は：（ａ）第１の電極としての基板と第２の電極との間の初期電圧を読み取る工程と；（ｂ）電気メッキセル内での基板に対する電気メッキ中に、基板と第２の電極との間の電圧を繰り返し読み取る工程と；（ｃ）電圧の繰り返された読み取り値の各々を、電気メッキ中に初期電圧からドリフトする対応する予測電圧と比較する工程であって、ドリフトは、満足な電気メッキ結果を生み出す基板電気メッキ動作から決定される、工程と；（ｄ）電圧の繰り返された読み取り値の内の１以上が、逸脱閾値よりも大きい値だけ、対応する予測電圧から逸脱していると判定する工程と；（ｅ）電圧の繰り返された読み取り値の内の１以上が、逸脱閾値よりも大きい値だけ、対応する予測電圧から逸脱していると判定したことに応じて、通知を送信する、および／または、電気メッキセルの動作を一時停止する工程と、を備える。いくつかの実施形態において、工程（ｅ）は、電気メッキセルをエラー状態に置く工程を含む。いくつかの実施形態において、工程（ｅ）で、電気メッキセルは、潜在的に不良なメッキ浴内でまたは正常に動作しないハードウェアでさらなる基板のさらなる自動処理を行うことを防止するために、エラー状態に置かれる。いくつかの実施形態において、工程（ｅ）で電気メッキセルをエラー状態に置くことは、閾値を超えた同じ浴を用いる特定の電気メッキセルおよびすべての関連するメッキセルをエラー状態に置くことを含む。
【０００７】
様々な実施形態において、第２の電極は、アノード対電極である。いくつかの実施形態において、第２の電極は、（例えば、オンウエハ均一性の操作のための「主要な」アノードとは別個に利用および動作される）補助的な副アノードである。いくつかの実施形態において、第２の電極は、基板に近接した参照電極である。電気メッキセルは、基板と第２の電極との間の電圧の読み取りを繰り返し行うよう構成された電源に接続されてよい。
【０００８】
基板は、凹部フィーチャを備えてよく、基板に対する電気メッキは、凹部フィーチャを選択的に充填するように基板上に金属層を堆積させることを含んでよい。凹部フィーチャは、基板上のシリコン貫通ビア構造内のビアであってよい。凹部フィーチャは、ダマシンビアおよび／またはラインであってよい。凹部フィーチャは、スルーフォトレジストパターン内のラインまたはビアであってもよい。電気メッキ浴は、凹部フィーチャを選択的に充填するための添加剤を含んでもよい。
【０００９】
様々な実施形態において、電圧の繰り返された読み取り値の内の１以上の読み取り値すべてが、基板と第２の電極との間に定電流を印加している間に読み取られる。電圧の繰り返された読み取り値の内の１以上は、電気メッキセルが工程（ｅ）でエラー状態に置かれるか否かを判定するために用いられる唯一の電圧読み取り値であってよい。いくつかの実施形態において、工程（ｅ）で、電気メッキセルをエラー状態に置くことは、電圧の１以上の繰り返された読み取り値が、逸脱閾値より大きい値だけ対応する予測電圧から逸脱すると判定したことに応じてのみ決定される。繰り返された読み取り値の大きさは、電気メッキセルが工程（ｅ）でエラー状態に置かれるか否かを判定するために用いられなくてよい。電流の代わりに電圧が処理制御パラメータであるいくつかの実施形態では、電流応答の読み取り値が、本明細書の他の箇所に記載したのと実質的に同じ方法で監視される。
【００１０】
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、定電流を印加し始めた後、基板と第２の電極との間の電圧を繰り返し読み取る前に、遅延期間だけ待機する工程を備える。
【００１１】
方法は、さらに、電気メッキ中に変化するドリフトパラメータに初期電圧を加えることにより、対応する予測電圧を決定する工程を備えてもよく、基板と第２の電極との間の初期電圧は、基板と第２の電極との間の電圧を繰り返し読み取る前に読み取られ、ドリフトパラメータは、基板と第２の電極との間の電圧の繰り返された読み取り値の大きさの合計から独立しており、ドリフトパラメータは、満足な電気メッキ結果を生み出す基板電気メッキ動作から決定されたドリフトに対応する。
【００１２】
様々な実施形態において、方法は、さらに、電圧の繰り返された読み取り値の各々を、電気メッキ中に初期電圧からドリフトする対応する予測電圧と比較する時に、初期電圧を正規化する工程を備えてもよく、基板と第２の電極との間の初期電圧は、基板と第２の電極との間の電圧を繰り返し読み取る前に読み取られる。正規化は、電圧の繰り返された読み取り値を、対応する予測電圧と比較する前に、電圧の繰り返された読み取り値から初期電圧を減算することを含んでよい。
【００１３】
いくつかの実施形態において、ドリフトは、時間の線形関数である。いくつかの実施形態において、ドリフトは、時間の対数関数である。ドリフトは、電気メッキ中に３つの部分のドリフトプロファイルを備えてよく、プロファイルは、（ｉ）漸進的な電圧の低下、（ｉｉ）急速な電圧の上昇、および、（ｉｉｉ）電圧の安定した期間、を含む。様々な実施形態において、基板は、凹部フィーチャを備え、（ｉｉ）における急速な上昇は、フィーチャが完全に充填される少し前に起きる。逸脱閾値は、ドリフトプロファイルに依存してよく、１または複数の逸脱閾値を含んでよく、（ｉｉ）に対応する逸脱閾値は、（ｉ）に対応する逸脱閾値より大きい。
【００１４】
様々な実施形態において、電気メッキは、１または複数の電気メッキステップを含み、１または複数のステップの各々中に定電流が印加される。ステップの電流は、直前のステップの電流と同じであってもよいし、異なってもよい。
【００１５】
いくつかの実施形態において、予測電圧のドリフトは、満足な電気メッキ結果を有すると判定された１または複数の基板について得られた電圧読み取り値からモデル化された直線断片を含む。予測電圧は、満足な電気メッキ結果を有すると判定された１または複数の基板の正規化および平均された電圧読み取り値を含んでもよい。
【００１６】
様々な実施形態において、電圧の繰り返された読み取り値の各々を、電気メッキ中に初期電圧からドリフトする対応する予測電圧と比較する工程は、繰り返された読み取り値の１または複数の導関数を取る工程と、導関数を、満足な電気メッキ結果を有すると判定された１または複数の基板に対応する電圧読み取り値の１または複数の平均された導関数と比較する工程と、を含む。
【００１７】
別の態様は、１または複数の凹部フィーチャを備えた基板の電気メッキ中にメッキ溶液の状態を監視するための装置を含んでよく、装置は：（ａ）メッキ溶液を保持するよう構成されたメッキ容器であって、装置は、メッキ溶液から基板上に金属を電着させるよう構成されている、メッキ容器と；（ｂ）電源と；（ｃ）電極と；（ｄ）プログラム命令および／またはロジックを備えたコントローラであって、プログラム命令および／またはロジックは：（ｉ）基板と電極との間の初期電圧を検出し；（ｉｉ）メッキ溶液内で基板上に金属層を電気メッキし；（ｉｉｉ）（ｉｉ）の間に、基板と電極との間の電圧を繰り返し読み取り；（ｉｖ）（ｉｉｉ）における電圧読み取り値が、逸脱閾値より大きい値だけ、対応する予測電圧よりも大きいか否かを判定し；（ｖ）（ｉｖ）における逸脱が逸脱閾値よりも大きいとの判定に応じて、通知を送信する、および／または、メッキ容器の動作を一時停止するためのプログラム命令および／またはロジックであり、逸脱閾値は、予測電圧に基づき、対応する予測電圧は、初期電圧からドリフトし、ドリフトは、満足な電気メッキ結果を生み出す電気メッキ処理での電圧読み取り値から決定されたものである。
【００１８】
いくつかの実施形態において、通知を送信する、および／または、メッキ容器の動作を一時停止することは、メッキ容器をエラー状態に置くことを含む。
【００１９】
いくつかの様々な実施形態において、予測電圧のドリフトは、満足な電気メッキ結果を有すると判定された１または複数の基板について得られた電圧読み取り値からモデル化された直線断片を含む。
【００２０】
予測電圧は、満足な電気メッキ結果を有すると判定された１または複数の基板の正規化および平均された電圧読み取り値を含んでもよい。
【００２１】
いくつかの実施形態において、（ｉｉｉ）における電圧読み取り値が、逸脱閾値より大きい値だけ、対応する予測電圧よりも大きいか否かを判定することは、繰り返された電圧読み取り値の１または複数の導関数を取り、導関数を、満足な電気メッキ結果を有すると判定された１または複数の基板に対応する電圧読み取り値の１または複数の平均された導関数と比較することを含む。
【００２２】
これらの態様および他の態様について、図面を参照しつつ以下でさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】電気メッキ溶液と接触したＴＳＶを有する基板の概略断面図。
【００２４】
【図２】開示された実施形態に従って、凹部フィーチャを充填するのに適した電気メッキ装置を示す概略図。
【００２５】
【図３】様々な電気メッキ浴の電圧読み取り値を示すグラフの一例を示す図。
【００２６】
【図４Ａ】開示された実施形態に従って、電気メッキ浴の電圧読み取り値と障害バンドとを示すグラフの例を示す図。
【図４Ｂ】開示された実施形態に従って、電気メッキ浴の電圧読み取り値と障害バンドとを示すグラフの例を示す図。
【図４Ｃ】開示された実施形態に従って、電気メッキ浴の電圧読み取り値と障害バンドとを示すグラフの例を示す図。
【００２７】
【図５】開示された実施形態に従って実行される動作を示す処理フローチャート。
【００２８】
【図６Ａ】開示された実施形態に従って、マルチステップ電気メッキ処理について電流のグラフの一例を示す図。
【００２９】
【図６Ｂ】開示された実施形態に従って、マルチステップ電気メッキ処理について電圧読み取り値のグラフの一例を示す図。
【００３０】
【図７Ａ】開示された実施形態に従って、良好な電気メッキ浴の電圧読み取り値と障害バンドとを示すグラフ。
【図７Ｂ】開示された実施形態に従って、良好な電気メッキ浴の電圧読み取り値と障害バンドとを示すグラフ。
【図７Ｃ】開示された実施形態に従って、良好な電気メッキ浴の電圧読み取り値と障害バンドとを示すグラフ。
【００３１】
【図８Ａ】開示された実施形態に従って、悪い電気メッキ浴の電圧読み取り値と障害バンドとを示すグラフ。
【図８Ｂ】開示された実施形態に従って、悪い電気メッキ浴の電圧読み取り値と障害バンドとを示すグラフ。
【図８Ｃ】開示された実施形態に従って、悪い電気メッキ浴の電圧読み取り値と障害バンドとを示すグラフ。
【図８Ｄ】開示された実施形態に従って、悪い電気メッキ浴の電圧読み取り値と障害バンドとを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下の説明では、提示した実施形態の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。開示された実施形態は、これらの具体的な詳細事項の一部またはすべてがなくとも実施可能である。また、開示した実施形態が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の詳細な説明は省略した。開示した実施形態は、具体的な実施形態に関連して説明されているが、開示した実施形態を限定する意図はないことを理解されたい。
【００３３】
ダマシン処理は、集積回路上に金属ラインを形成するための方法である。垂直に配列された電子デバイスの内部配線による相互接続を提供することによって、三次元（３Ｄ）パッケージおよび３Ｄ集積回路を生成するために、シリコン貫通ビア（ＴＳＶ）がダマシン処理と共に利用されることがある。かかる３Ｄパッケージおよび３Ｄ集積回路は、マルチチップ電子回路の複雑性および全体寸法を大幅に低減しうる。ダマシン処理中に形成された集積回路の表面上の導電経路またはＴＳＶ内の導電経路には、一般に銅が充填される。
【００３４】
ＴＳＶは、半導体ワークピース（シリコンウエハまたはダイなど）を完全に貫通する電気接続のためのビアである。本開示では、様々な用語が、半導体ワークピースの記述に用いられている。例えば、「ウエハ」および「基板」が、交換可能に用いられている。典型的なＴＳＶ処理は、ＴＳＶホールを形成し、共形拡散バリアおよび導電シード層を基板上に蒸着した後に、ＴＳＶホールに金属を充填することを含む。ＴＳＶホールは、通例、高アスペクト比を有するため、かかる構造内にボイドなしに銅を堆積させるのは困難な作業である。ＴＳＶは、通例、５：１以上のアスペクト比（１０：１以上、さらには２０：１以上（例えば、約３０：１）など）を有しており、約０．１μｍ以上（５μｍ以上など）の開口部の幅と、約５μｍ以上（約５０μｍ以上および約１００μｍ以上など）の深さとを有する。ＴＳＶの例は、５×５０μｍおよび１０×１００μｍのフィーチャを備える。かかる大型の凹部フィーチャは、酸に弱いシード層で被覆された場合、従来技術を用いて充填するのは特に困難である。銅の化学蒸着（ＣＶＤ）には、複雑で高価な前駆体が必要であり、物理蒸着（ＰＶＤ）は、しばしば、ボイドを生じ、段差被覆性に限界がある。電気化学反応で導電面上に金属を堆積させる（すなわち、メッキする）処理は、一般に、電気メッキ、メッキ、または、電気充填（ｅｌｅｃｔｒｏｆｉｌｌｉｎｇ）と呼ばれる。電気メッキが、ＴＳＶ構造に銅を堆積させるより一般的な方法であるが、電気メッキにも、ＴＳＶの大きいサイズおよび高アスペクト比のために、一連の課題がある。３Ｄパッケージおよび３Ｄ集積回路など、複雑な集積化で経験される高電流密度をサポートするので、ＴＳＶ充填では通例、銅が導電性金属として用いられる。銅は、高デバイス速度もサポートする。さらに、銅は、良好な熱伝導率を有しており、非常に純粋な状態で入手できる。
【００３５】
本明細書で議論する銅含有金属を「銅」と呼ぶこととし、純銅金属、他の金属との銅合金、ならびに、電気充填動作中に用いられる有機および無機化合物（例えば、平滑剤、促進剤、抑制剤、界面活性剤）などの非金属種を含浸された銅金属を含むが、これらに限定されない。
【００３６】
主に、銅メッキ、より具体的には、ＴＳＶ銅ダマシンメッキを参照しつつ、電気メッキ処理について説明するが、本明細書に提供される方法およびそれに関連する装置構成は、他の金属および合金（Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｉｎ、および、これらのいずれかの合金（Ｓｎ／ＡｇまたはＳｎ／Ｉｎ合金など）など）のメッキを実行するために用いられてもよいし、スルーレジストメッキに用いられてもよいことがわかる。メッキ電解液は、必要とされる金属イオン（金属塩）の供給源と、通例は、電解液の電導度を高めるための酸と、を含む。
【００３７】
開示されている方法および装置は、様々な凹部フィーチャを電気メッキするために利用できるが、特に、ＴＳＶの充填に有利であり、ＴＳＶは、比較的大きいサイズおよび高いアスペクト比を有する凹部フィーチャである。いくつかの実施形態において、凹部フィーチャは、ダマシンビアおよび／またはラインであってよい。凹部フィーチャは、スルーフォトレジストパターン内のラインまたはビアであってもよい。
【００３８】
図１は、凹部フィーチャすなわちビア１０３を有する基板１００がメッキ溶液１２０に接触した時のメッキ溶液成分の分布を示す。基板１００の概略断面図が図示されている。基板１００は、シリコン層１０１と、シリコン１０１にエッチングされたビア１０３と、を備える。誘電体ライナ（図示せず）が、いくつかの実施形態において、シリコン１０１上に蒸着されてもよい。拡散バリア層１０５（Ｗ／ＷＮ  ２原子層など）が、誘電体層上にある。シード層１０７（銅またはニッケルのシード層など）が、バリア層１０５の上にあり、電気メッキ溶液１０２に暴露される。いくつかの実施形態では、共形膜スタックが、基板上に存在してもよい。電気メッキ溶液１２０は、金属塩と、酸と、添加剤（促進剤および抑制剤など）と、を含む。図１に示すように、典型的なＴＳＶ電気充填処理では、基板１００が、電気的に負バイアスされ、一般に、金属塩（銅イオン源としての硫酸銅またはメタンスルホン酸銅など）と、酸（電導度を制御するための硫酸またはスルホン酸など）とを、添加剤（抑制剤、促進剤、および、平滑剤として知られる様々な機能区分の塩化物イオンおよび有機添加剤など）と共に含むメッキ槽内のメッキ溶液１２０に暴露される。
【００３９】
添加剤
ＴＳＶ用途のため、および、一部の例ではＷＬＰ用途のための電気メッキは、ピンチオフボイドの形成を避けると共に、高アスペクト比フィーチャにおける銅の拡散に対応するために、低電流で実行されうる。基板上での電気メッキ溶液の挙動を変えることによってフィーチャのボトムアップ充填を可能にするために、添加剤が電気メッキ溶液に含まれてよい。添加剤の例は、抑制剤、促進剤、および、平滑剤を含む。いくつかの実施形態において、抑制剤は、抑制剤および平滑剤の両方として作用する（例えば、抑制剤が「平滑化特性」を有してもよい）。添加剤パッケージの一例は、６０ｇ／Ｌ銅、６０ｇ／Ｌ硫酸、および、５０ｐｐｍ塩化物をＨＳＬ−Ａ促進剤およびＨＳＬ−Ｂ抑制剤と共に含んでよく、それは、ウェスタンオーストラリア州、モスレイクのＭｏｓｅｓ  Ｌａｋｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社から入手できる。
【００４０】
電気メッキ中、ウエハ面上の添加剤の変化が、定電流電気メッキステップの電圧ドリフトを引き起こしうる。例えば、特定の理論に縛られることなく、ウエハ面上に吸着された抑制剤の表面濃度が、促進剤の吸着によって置き換えられるにつれて時間と共に減少し、それにより、分極が減少し、電極間の電圧が減少すると考えられる。ビアの底部に吸着された促進剤の局所的に高い表面濃度が、ビア内でのメッキ速度を高め、ボトムアップ充填につながる。ビアがほぼ完全な充填に近づくと、部分的には抑制剤および／または平滑剤がビアの中で促進剤に取って代わるために、局所的な促進効果が減少し、分極が高まる。この促進剤活性の減少は、ビアにおける大きいバンプの形成を削減し、一般に、「平滑化」と呼ばれる。本明細書で用いられる抑制剤は、平滑化特性を有してよい。
【００４１】
抑制剤
作用の理論にも機序にも縛られることは望まないが、抑制剤（単独またはその他の浴添加剤との組み合わせのいずれか）は、特に、表面化学吸着ハロゲン化物（例えば、塩化物または臭化物）と組み合わせて存在する場合に、基板−電解液界面での電圧降下の著しい増大につながる表面分極化合物（ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）であると考えられている。ハロゲン化物は、抑制剤分子と基板表面との間で化学吸着ブリッジとして機能しうる。抑制剤は、（１）抑制剤がない領域に比べて抑制剤が存在する領域で基板表面の局所的分極を増大させると共に、（２）全体的に基板表面の分極を増大させる。分極（局所的および／または全体的）の増大は、抵抗率／インピーダンスの増大に対応し、ひいては、特定の印加電位でのメッキが遅くなることに対応する。
【００４２】
抑制剤は、堆積膜に著しく組み込まれることはないが、時間が経つと浴内で電気分解または化学分解によってゆっくりと分解しうると考えられている。抑制剤は、しばしば、比較的大きい分子であり、多くの例では、重合体の性質を持っている（例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなど）。抑制剤のその他の例は、Ｓおよび／またはＮ含有官能基を持つポリエチレンおよびポリプロピレンオキシド、ポリエチレンオキシドおよびポリプロピレンオキシドのブロック重合体などを含む。抑制剤は、直鎖構造または分枝構造またはその両方を有しうる。様々な分子量の抑制剤分子が、市販の抑制剤溶液中に共存するのが一般的である。部分的には抑制剤のサイズが大きいことにより、これらの化合物の凹部フィーチャ内への分散は、他の浴成分に比べて遅い可能性がある。
【００４３】
一部の抑制剤は、平滑化特性を備える。平滑剤が、抑制剤および／または促進剤と併用されてもよいが、一部の抑制剤は、開示された実施形態にとって十分な平滑化作用を備えうる。
【００４４】
作用の理論にも機序にも縛られることは望まないが、平滑剤（単独またはその他の浴添加剤との組み合わせのいずれか）は、抑制剤として作用して、一部の例では、特に、処理中の基板のフィールド領域など基板の露出部分およびフィーチャの側壁で、促進剤に関連する脱分極効果を和らげると考えられている。平滑剤は、基板の分極／表面抵抗を局所的に高めることにより、平滑剤が存在する領域の局所的な電着反応を遅くしうる。平滑剤の局所的な濃度は、物質移行によって或る程度決定される。したがって、平滑剤は、基本的に、表面から突出した形状を有する表面構造に作用する。この作用は、電着層の表面を「滑らかにする」。多くの場合、平滑剤は、拡散律速速度またはその付近の速度で基板表面で反応すなわち消費されるため、しばしば、平滑剤の連続的な供給が、経時的に均一なメッキ条件を維持するのに有益であると考えられる。
【００４５】
平滑剤化合物は、一般に、それらの電気化学的機能および影響に基づいて平滑剤として分類されており、特定の化学構造または組成を有する必要はない。ただし、平滑剤は、しばしば、１または複数の窒素、アミン、イミド、または、イミダゾールを含んでおり、硫黄官能基も含みうる。特定の平滑剤は、１または複数の五員環および六員環および／または共役有機化合物誘導体を含む。窒素基が、環状構造の一部を形成しうる。アミン含有平滑剤において、アミンは、第一級、第二級、または、第三級アルキルアミンであってよい。さらに、アミンは、アリルアミンまたは複素環アミンであってよい。アミンの例としては、以下が挙げられるが、これらに限定されない：ジアルキルアミン、トリアルキルアミン、アリルアルキルアミン、トリアゾール、イミダゾール、トリアゾール、テトラゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ピペリジン、モルホリン、ピペラジン、ピリジン、オキサゾール、ベンゾオキサゾール、ピリミジン、キノリン、および、イソキノリン。イミダゾールおよびピリジンは、特に有用でありうる。平滑剤の一例は、ヤヌスグリーンＢである。平滑剤化合物は、エトキシド基も含みうる。例えば、平滑剤は、ポリエチレングリコールまたはポリエチレンオキシドに見られるのと同様の一般的な骨格と、鎖上に機能的に挿入されたアミンの断片（例えば、ヤヌスグリーンＢ）とを備えてよい。エポキシドの例は、以下を含むがこれらに限定されない：エピハロヒドリン（エピクロロヒドリンおよびエピブロモヒドリンなど）ならびにポリエポキシド化合物。エーテル含有結合によって結合された２以上のエポキシド部分を有するポリエポキシド化合物が、特に有用でありうる。重合体の平滑剤化合物もあるが、そうでないものもある。重合体平滑剤化合物の例は、以下を含むがこれらに限定されない：ポリエチレンイミン、ポリアミドアミン、および、様々な酸素エポキシドまたは硫化物とアミンの反応生成物。非重合体平滑剤の一例は、６−メルカプト−ヘキサンである。平滑剤の他の例は、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）である。
【００４６】
促進剤
作用の理論にも機序にも縛られることは望まないが、促進剤（単独またはその他の浴添加剤との組み合わせのいずれか）は、抑制剤の存在に関連する分極効果を局所的に低減する傾向があり、それにより、電着速度を局所的に増大させると考えられている。分極低減の効果は、吸着された促進剤の濃度が最も高い領域で最も顕著である（すなわち、分極は、吸着された促進剤の局所的な表面濃度の関数として低減される）。促進剤の例は、以下を含むが、これらに限定されない：ジメルカプトプロパンスルホン酸、ジメルカプトエタンスルホン酸、メルカプトプロパンスルホン酸、メルカプトエタンスルホン酸、ビス−（３−スルホプロピル）ジスルフィド（ＳＰＳ）、および、それらの誘導体。促進剤は、基板表面に強く吸着され、一般に、メッキ反応の結果として側方に表面上を動かなくなるが、一般には、著しく膜内に組み込まれることがない。したがって、促進剤は、金属が堆積されると、表面上に残る。凹部が充填されると、局所的な促進剤の濃度が、凹部内の表面で高くなる。促進剤は、抑制剤と比べて、小さい分子であり、凹部フィーチャ内に速く拡散する傾向がある。
【００４７】
ボトムアップ充填
ボトムアップ充填メカニズムでは、メッキ面上の凹部フィーチャが、フィーチャの底部から上部へ、かつ、フィーチャの側壁から中心へと内側に向かって、金属でメッキされる傾向がある。均一な充填を達成すると共に、フィーチャ内へのボイドの組み込みを避けるために、フィーチャ内およびフィールド領域での析出速度が制御されてよい。上述した３つのタイプの添加剤は、ボトムアップ充填を達成するのに有益であり、各々、基板表面での分極を選択的に増大または減少させるよう機能する。
【００４８】
メッキの後期段階では、特に余剰な堆積物として、促進剤が、特定の領域（例えば、充填されたフィーチャの上方）に不必要に蓄積することで、局所的に所望よりも速くメッキが進む。平滑剤が、この効果を抑えるために利用されうる。平滑剤がなければ、フィーチャが、過充填されてバンプを形成する傾向がありうる。したがって、ボトムアップ充填メッキの後期段階において、平滑剤は、比較的平坦な堆積物を生成するのに有益である。
【００４９】
抑制剤、促進剤、および、平滑剤を組み合わせて利用することにより、底部から上部および側壁から内向きにボイドなしにフィーチャを充填すると共に、比較的平坦な堆積面を生成することが可能になる。添加化合物の正確な正体／組成は、通例、添加剤供給業者によって企業秘密として保持されているため、これらの化合物の正確な性質についての情報は、公には入手できない。
【００５０】
メッキ浴の監視
これらのメッキ浴成分の濃度は、成分がメッキ対象の基板に取り込まれる、経時的に劣化するなどの理由で、通例、処理の間に変化する。劣化の速度および程度は、予測不可能に変化しうる。したがって、一貫して満足な充填結果を達成するには、経時的に浴の組成を監視する必要がある。このように、例えば、メッキ浴添加剤の濃度が低すぎることがわかった時に、浴中の添加剤の濃度を高めるように適切な工程を取ることができる。
【００５１】
メッキ浴の監視に広く用いられる従来の方法は、通例、走査型ボルタンメトリ電量分析（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｉｃ  ｃｏｕｌｏｍｅｔｒｙ）、電気化学滴定、分光法（例えば、可視光、ＩＲ、および、ＵＶ溶液分析）、および、様々な形態のＨＰＬＣを利用して、目標動作濃度に近い濃度の様々な既知の浴成分（例えば、金属、酸、および、各添加剤）の濃度を独立的に評価することを試みる。例えば、ボルタンメトリ電量分析法では、プラチナ製の回転ディスク電極（ＲＤＥ）が、作用電極として用いられる。サイクリックボルタモグラムのアノーディックストリッピング波の間に通過した電荷を積分することによって、信号が生成される。通例、一連の同様の実験が行われ、溶液中の標的となる種の濃度が修正される。溶液は、一般に、他の（非標的の）浴種の濃度には非常に反応しにくい。
【００５２】
個々の基板内での充填処理の質およびメッキツールで複数の基板をメッキする際の充填処理の質に対するロバストな管理が望まれる。かかる方法は、特定のメッキセルが、任意の特定の添加成分、添加濃度、または、組成の仕様に依存せず、様々な種の存在について個々に検査を行う必要がない規定の電気メッキ仕様を満たす（例えば、ボトムアップ充填を成功させる）のか（または、満たさないのか）を示しうる。開示されている技術は、溶液中に存在しうる特定の種の正体を知ることなしに実行できる。この処理は、低濃度であるために従来の方法で検出されない副生成物または汚染物質にも敏感でありうる。例えば、従来の方法では、測定された添加剤の濃度が仕様の範囲内であっても、未検出の汚染により、浴の性能が悪い場合がある。
【００５３】
電気メッキ中に電気メッキ浴の質を監視するための方法および装置が、本明細書に提供されている。いくつかの開示された実施形態は、既存のハードウェアの交換も変更もすることなしに、電気メッキ装置に実装されうる。例えば、開示された実施形態に従った処理が、電気メッキ装置の動作（基板およびアノードに電流を供給する動作など）を制御するよう構成されたコントローラにプログラムされてよい。
【００５４】
本明細書に記載の電気メッキ処理は、ボトムアップ充填を最適化するために電解液に添加剤を含んでよい。しかしながら、添加剤を含む電解液は、望ましくない方法でアノードと反応しうる。したがって、時に、メッキセルのアノード領域およびカソード領域は、異なる組成のメッキ溶液が各領域で用いられうるように、膜で分離される。カソード領域のメッキ溶液は陰極液と呼ばれ；アノード領域のメッキ溶液は陽極液と呼ばれる。メッキ装置に陽極液および陰極液を導入するために、多くの工学設計を利用できる。基板を電気メッキするための装置の一例を図２に示す。装置は、中で基板を処理する１または複数の電気メッキセルを備える。分かりやすくするために、図２では１つの電気メッキセルを図示している。
【００５５】
図２を参照すると、一実施形態に従った電気メッキ装置２０１の断面図が示されている。メッキ槽２０３は、（促進剤、抑制剤、および、時に平滑剤を含んでよい）メッキ溶液を含んでおり、メッキ溶液は、図によると液位２０５にある。この容器の陰極液部分が、陰極液の中に基板を受け入れるように適合されている。基板２０７が、メッキ溶液に浸漬され、回転可能なスピンドル２０８に取り付けられた、例えば、「クラムシェル」保持固定具２０９によって保持されており、スピンドル２０８は、基板２０７と一緒にクラムシェル２０９を回転させることを可能にする。開示された実施形態の利用に適した態様を有するクラムシェル型のメッキ装置の概要については、Ｐａｔｔｏｎ  ｅｔ  ａｌ．に発行された米国特許第６，１５６，１６７号およびＲｅｉｄ  ｅｔ  ａｌ．に発行された米国特許第６，８００，１８７号に詳細に記載されており、これらの特許は、すべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【００５６】
アノード２１３が、メッキ槽２０３内で基板の下方に配置されており、イオン選択膜であってよい膜２１５によって基板領域から分離されている。例えば、Ｎａｆｉｏｎ（商標）陽イオン交換膜（ＣＥＭ）が用いられてよい。アノード膜２１５の下の領域は、しばしば、「アノードチャンバ」と呼ばれる。イオン選択性のアノード膜２１５は、メッキセルのアノード領域およびカソード領域の間でイオンの行き来を可能にしつつ、アノードで生成された粒子が基板に近づいて汚染することを防ぐ。アノード膜は、メッキ処理中に電流を再分配することによってメッキの均一性を改善することにも有効である。適切なアノード膜の詳細な説明が、Ｒｅｉｄ  ｅｔ  ａｌ．に発行された米国特許第６，１２６，７９８号および第６，５６９，２９９号に提供されており、共に、すべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。陽イオン交換膜などのイオン交換膜が、これらの用途に特に適している。これらの膜は、通例、スルホン酸基を含む全フッ化コポリマ（例えば、Ｎａｆｉｏｎ（商標））、スルホン化ポリイミド、および、陽イオン交換に適したその他の材料など、アイオノマ材料で製造される。適切なＮａｆｉｏｎ（商標）膜の選択例は、Ｄｕｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ社製のＮ３２４およびＮ４２４膜を含む。
【００５７】
メッキ中、メッキ溶液からのイオンが、基板上に堆積される。金属イオンは、拡散境界層を通ってＴＳＶホール内に拡散する。拡散を助ける典型的な方法は、ポンプ２１７によって提供される電気メッキ溶液の対流による方法である。さらに、振動撹拌または音波撹拌部材が、ウエハ回転と共に利用されてもよい。例えば、振動変換器２０８が、ウエハチャック２０９に取り付けられてよい。
【００５８】
メッキ溶液は、ポンプ２１７によってメッキ槽２０３に連続的に供給される。一般に、メッキ溶液は、矢印で示すように、アノード膜２１５および拡散プレート２１９を通して基板２０７の中央に向かって上方へ流れ、その後、半径方向外向きに基板２０７にわたって流れる。メッキ溶液は、メッキ槽２０３の側面から槽のアノード領域に供給されてもよい。次いで、メッキ溶液は、メッキ槽２０３からオーバーフロー容器２２１に溢れる。次いで、メッキ溶液は、フィルタリングされて（図示せず）、ポンプ２１７に戻され、メッキ溶液の再循環が完了する。特定の構成のメッキセルでは、異なる電解液が、アノードの含まれるメッキセルの部分を通して循環されるが、主要なメッキ溶液との混合が、難透過性の膜またはイオン選択膜を用いて防止される。
【００５９】
装置は、さらに、メッキ溶液の温度を特定のレベルに維持するためのヒータ２４５を備えてよい。メッキ溶液は、メッキ槽２０３の他の要素に熱を伝達するために用いられてもよい。例えば、基板２０７がメッキ槽２０３内にロードされると、装置２０１全体の温度が実質的に均一になるまで、電気メッキ装置２０１にメッキ浴を循環させるために、ヒータ２４５およびポンプ２１７がオンにされてよい。一実施形態において、ヒータ２４５は、システムコントローラ２４７に接続されている。システムコントローラ２４７は、電気メッキ装置２０１内のメッキ溶液温度のフィードバックを受信して、さらなる加熱の必要性を判定するために、熱電対に接続されてよい。
【００６０】
図の実施形態では、参照電極２３１が、別個のチャンバ２３３のメッキ槽２０３の外側で別個のチャンバ２３３内に配置されており、このチャンバ２３３は、主要なメッキ槽２０３から溢れた溶液で補充される。あるいは、いくつかの実施形態において、参照電極は、基板に近接するように、可能な限り基板表面の近くに配置されており、参照電極チャンバは、キャピラリチューブまたは別の方法でウエハ基板の側面またはウエハ基板の直下に接続される。好ましい実施形態の一部では、装置は、さらに、ウエハ周囲に接続し、ウエハの周囲で金属シード層の電位を検知するがウエハに全く電流を送らないよう構成された接触検知リードを備える。
【００６１】
参照電極２３１は、水銀、硫酸水銀、塩化銀、飽和カロメル、または、銅金属など、一般に用いられる様々なタイプの１つであってよい。いくつかの実施形態では、基板２０７と直接接触する接触検知リードが、より正確な電位測定のために参照電極に加えて用いられてもよい（図示せず）。
【００６２】
ＤＣ電源２３５が、基板２０７に流れる電流を制御するために用いられてよい。電源２３５は、１または複数のスリップリング、ブラシ、および、コンタクト（図示せず）を通して基板２０７に電気接続された負出力リード２３９を有する。電源２３５の正出力リード２４１は、メッキ槽２０３内に配置されたアノード２１３に電気接続される。電源２３５、参照電極２３１、および、接触検知リード（図示せず）は、システムコントローラ２４７に接続されてよく、コントローラ２４７は、機能の中でも特に、電気メッキセルの要素に供給される電流および電位の変調を可能にする。例えば、コントローラは、電位制御および電流制御されたレジームでの電気メッキ（１または複数のステップでの電気メッキなど）を可能にしうる。なお、各ステップは、定電流で実行される。コントローラは、メッキセルの電極に印加される必要のある電流および電圧レベルと、これらのレベルが変更される必要がある時とを指定するプログラム命令を備えてよい。コントローラは、開示された実施形態に記載されているように、電流を制御して電圧を計算してよい。順方向電流が印加される時、電源２３５は、アノード２１３に対して負の電位を有するように基板２０７をバイアスする。これにより、電流がアノード２１３から基板２０７に流れ、電気化学的還元（例えば、Ｃｕ２＋＋２ｅ−＝Ｃｕ０）が、基板表面（カソード）で起き、その結果、基板２０７の表面上に導電層（例えば、銅）が析出する。活性または不活性アノード２１４が、メッキ槽２０３内の基板２０７の下に設置され、膜２１５によってウエハ領域から分離されてよい。
【００６３】
説明したように、ＴＳＶ電気充填処理は、充填性能を劣化させ、現在利用可能な浴の計測技術では容易に検出されない特定の電解液条件に敏感である。多くの設計において、かかる条件は、充填処理が失敗した時にのみ発見可能であり、その時点で、以前にメッキされた基板は廃棄される。例えば、少量の促進剤の分解により、充填が不完全な製品につながりうる。さらに、長い時間間隔にわたって抑制の維持に関与する特定成分の喪失が、不完全な充填を引き起こしうる。微量の平滑剤成分の追加も、同様に、不完全なＴＳＶ充填を引き起こしうる。さらに、様々な未認識の材料の存在が、充填の失敗につながりうる。これら問題の各々は、従来の方法で容易に検出できない濃度の変化／レベルで起こりうる。ＴＳＶ充填処理は、浴組成の変化に特に敏感である。要するに、従来の測定方法は、特定のメッキ浴が、許容可能なボトムアップ充填結果を生み出すか否かを正確に予測することができず、不良デバイスの生産、さらには、貴重な基板の完全な損失にもつながりうる。
【００６４】
本明細書では、電気メッキ浴が許容可能なボトムアップ充填結果を生み出すか否かを判定し、ひいては、通知を送信するか否かおよび／または電気メッキセルの動作を一時停止するか否かを決定するための方法が提供されている。例えば、方法は、電気メッキ浴または電気メッキセルを「エラー状態」に置くか否か、もしくは、実際のまたは潜在的な浴の問題にその他の方法で対処するか否か、を決定してよい。エラー状態に置かれた電気メッキセルは、潜在的に不良のメッキ浴内でまたは正常に動作しないハードウェアでさらなる基板のさらなる自動処理を行うことを防止されうる。いくつかの実施形態において、電気メッキセルをエラー状態に置くことは、閾値を超えた同じ浴を用いる特定の電気メッキセルおよびすべての関連するメッキセルをエラー状態に置くことを含む。方法は、電気充填処理中にメッキ電源からの電圧読み取り値を監視して、メッキ浴品質の「継続／中止」テストを提供することを含む。「継続／中止」テストは、基板が電気メッキ浴内に配置されるべき（継続）か、電気メッキ浴内に配置されないべき（中止）かを判定するためのテストである。
【００６５】
図２に示すように、電源２３５は、基板２０７と対電極との間に、制御された電力を供給する。基板２０７が電気メッキされている時、基板２０７はカソードとして機能してよく、対電極はアノード２１３として機能する。いくつかの実施形態において、このアノードは、（例えば、オンウエハ均一性の操作のための「主要な」アノードとは別個に利用および動作される）補助的な副アノードである。いくつかの開示された実施形態は、基板表面付近の電位のさらなる測定を提供することによって感度を高めるために、参照電極と組み合わせて実行されてよい。電源２３５は、基板２０７とアノード２１３との間の電圧および／または電流を読み取って、電力を制御する。これらの読み取りは、本明細書では「電圧読み取り」とも呼ばれうる。電源２３５は、電圧を読み取るための従来の内蔵型電圧計を備えてよい。電圧の読み取りは、２つの電極の各々のためのコンタクト（またはバス）の間で行われる。いくつかの実施形態において、電圧読み取り値は、「検知」リードからの入力値に基づいて読まれてよい。電源２３５は、内部回路における損失を考慮しえないが、得られた電圧読み取り値は、所望の電流出力を供給するのに十分である。
【００６６】
ソフトウェアおよび／または制御回路（コントローラ２４７など）は、供給電力を制御して、測定電圧または定電流を規定の仕様内に維持する。電源２３５は、基板２０７およびアノード２１３間の供給電流および／または電圧を制御してよい。いくつかの実施例において、セルは、参照電極２３１を備えてよく、電源２３５は、基板２０７および参照電極２３１の間の電位差を監視する。
【００６７】
電圧読み取り値は、メッキ浴に接触する基板の分極が変わりうることから、メッキ処理の過程にわたって変化しうる。さらに、電圧読み取り値は、同じ状態で動作する同じ構成のセルの間で異なりうる。同じ電解液、基板、カソード、および、形状、ならびに、電気メッキ性能に関して通常考慮されるその他の特徴を有する２つのセルが、非常に異なる抵抗を有することがある。抵抗の変動は、電源と電極との間の回路の電子部分で生じうる。例えば、回転ウエハチャックに用いられるブラシ接点の抵抗は、基板と係合する周囲の接点の抵抗と同様に、セルの間で異なりうる。定電流では、かかる抵抗の変動が、電源での電圧読み取り値の変動につながる。電気メッキ処理で実行される工程は定電流で実行されるので、電圧読み取り値の変動は、浴が許容可能なＴＳＶギャップ充填性能を提供するのに十分良好であるか否かを判定するために利用できる浴化学物質の状態に関する情報を提供する。電圧は、浴化学物質の品質に関連しない他の要因（例えば、メッキ回路の印加電流およびオーム抵抗）にも依存するが、ベースライン電圧からの逸脱が、メッキ浴の品質を監視するために用いられてよい。
【００６８】
メッキ処理中のメッキ回路の抵抗の変動およびウエハの分極の変動が、異なるタイムスケールで作用することに注意されたい。例えば、定電流メッキ処理中のオーム電圧降下は、効果的に一定であり、電気メッキ中に観察される電圧ドリフトには基本的に寄与しない。オーム電圧降下の任意の変化は、メッキ電流の変化および／またはメッキ回路の抵抗の漸進的な変動に起因しうるが、メッキステップ中の分極の変動は可変であり、メッキ浴の品質を監視するために用いられる。メッキ回路の抵抗は時間と共に徐々に変動しうるが、変動は、数ヶ月または数年などの長期間にわたって生じるため、抵抗は、メッキ処理中には一定として扱うことができる。
【００６９】
劣化した浴内での電気メッキは、メッキ処理中の電圧読み取り値における観察可能な変化につながる。メッキ中の電圧読み取り値の変動は、わずかな変動でありえ、本明細書で提供される方法および装置は、電圧読み取り値に基づいて浴の品質を判定する。様々な実施形態において、電圧の大きさは、メッキ浴の品質を判定するために用いられないことに注意されたい。
【００７０】
一部の電気メッキツールにおいて、電圧の監視は、電圧読み取り値の予測された大きさまたは範囲に基づいて、ツールハードウェアが正確に一貫して機能していることを確認しうる。既存の方法は、電圧読み取り値に対するツールハードウェアおよび浴化学物質の影響が複雑であり、電圧読み取り値に対する浴の品質の影響が比較的わずかであることから、浴の品質を正確に判定できない。既存の方法とは対照的に、本明細書に記載の方法は、電圧読み取り値に対する浴の品質の影響を分離し、ツールハードウェアによって引き起こされる影響を排除するよう構成されうる。
【００７１】
図３は、ブランケットウエハ（名目上は、フィーチャのない平坦な面）に実行された３つの電気メッキ処理について測定された電圧読み取り値を時間に対して示したグラフである。線３０５および３０７は、異なるセル内の良好な浴についての電圧読み取り値を示す。電圧読み取り値は、２つのメッキ回路の合計抵抗の差のために異なっており；線３０５は、より高い抵抗を備えたセルからの電圧読み取り値を示し、それらの電圧読み取り値は、より低い抵抗を備えたセルから得られた線３０７によって示された読み取り値よりも高い。これらのセルの両方は、良好なＴＳＶ充填が可能であり、３０５および３０７の間の変動は、セル間で観察される通常のオーム抵抗の変動の典型であることに注意されたい。線３０９は、線３０５によって示された読み取り値と同じセルからの低性能の浴についての電圧読み取り値を示す。約４０００秒のメッキ時間の後に生じる電圧読み取り値の変化は、低い浴性能を示す。線３０３は、線３０５および３０９を得るために用いられた電気メッキセルについての予測電圧を示す。簡単なセル監視技術では、障害バンド３０１が生成されてよく、それにより、障害レンジを外れた電圧読み取り値（線３０９など）が不良の電気メッキ浴とフラグ付けされ、障害レンジ内の電圧読み取り値（線３０５など）が良好とフラグ付けされる。しかしながら、線３０７は良好な浴について取得されたが、図３で用いたシステムは、不良の浴であると不正確に３０７をフラグ付けすることに注意されたい。これは、用いた方法が、同一に見えるメッキセルの間の抵抗の差を考慮していないからである。
【００７２】
対照的に、図４Ａ、図４Ｂ、および、図４Ｃは、本明細書に記載の方法を用いて評価した場合の同じ３セットの電圧読み取り値を示しており、各ケースにおいて、障害バンド４０１（予測電圧４０３に基づく）が、浴を正確に分類する。図４Ａは、図３の線３０５に対応し、良好な浴として検出されている。図４Ｂは、線３０７に対応し、今回は良好な浴として正確に分類されている。図４Ｃは、線３０９に対応し、不良の浴として検出されている。図４Ａ、図４Ｂ、および、図４Ｃに示した本明細書に記載のアプローチは、電気メッキセル間での電圧の大きさの差の影響を除去するように、実際の電圧読み取り値および予測電圧読み取り値の間の比較を用いる。
【００７３】
開示された方法は、メッキ処理中に生じる電圧読み取り値の変化に基づいており、電圧の大きさがセルの間で幅広く変動しても、ユーザが任意のセルに有効な予測電圧プロファイルを設定することを可能にする。予測電圧プロファイルは、電気メッキ浴が十分に良好な品質であるか否かを判定するために電気メッキセルを監視する所定のセットの命令として定義される。開示された実施形態は、メッキ浴の品質を判定して劣化した浴の中でメッキを継続したことによるウエハの廃棄を防ぐための継続／中止テストを作成するのに十分な感度を可能にする。
【００７４】
本明細書に記載したように、開示した実施形態は、レシピ主体であってよい。電気メッキレシピは、ツールまたは装置が基板をメッキするために用いるパラメータを含む命令のセットである。ハードウェア主体の従来のメッキ浴監視方法と異なり、開示された実施形態は、異なるセルでメッキされる同じタイプの基板および同じセルでメッキされる異なるタイプの基板の監視を可能にするレシピに関係するパラメータを利用する。結果として、開示された実施形態は、異なるタイプの基板がメッキセルで処理されるたびに、メッキセルのための制御限界またはベースラインパラメータが更新されないように、基板タイプから独立しうる。メッキレシピ内で特定されるパラメータの例は、メッキ基板条件（例えば、基板サイズ、シード層の組成またはシート抵抗、ならびに、凹部の密度、直径などパターン特性）、電解液特性（例えば、組成、イオン導電率、および、添加剤パッケージ）、ならびに、印加電流および電圧（例えば、基板とアノードとの間の印加電流レベル、印加電流の持続時間、および、補助電極によって印加される電流）を含む。各レシピは、アルゴリズムのための測定処理を特徴付ける独自のドリフト、障害レンジなどを有する。
【００７５】
図５は、開示されている実施形態に従った方法を実行するための動作を示す処理フローチャート図である。動作５０２で、電気メッキ処理が始まる。処理は、１または複数のステップで実行され、例えば、１処理が、ｎ個のステップで実行されてよい。処理を、より多くのステップを有するマルチステップ処理に分割することによって、より複雑性の高い予測電圧プロファイルが生成されうる。ステップが多いほど、より細かい分解能が可能になる。
【００７６】
ステップは、電流が一定である所定の持続時間として規定されてよい。一部の例では、同じ電流で実行される連続したステップ（すなわち、１つのステップが別のステップの直後に実行される）が、２以上のステップとして扱われてもよい。本明細書で用いられるｎ番目のステップは、時刻ｔｎ−１に始まり、時刻ｔｎに終わる。ｎ番目のステップの持続時間は、以下の式で決定される：
ｎ番目のステップの持続時間＝ｔｎ−ｔｎ−１      （１）
【００７７】
図６Ａは、２つのステップと３番目のステップの一部とについて電流を経時的に示す。ここで、ｔ０は、最初のステップの電気メッキが開始する時刻である。ｔ１で、最初のステップの電気メッキは停止する。最初のステップの持続時間は、以下の式で決定される：
Δｔｓｔｅｐ  １＝ｔ１−ｔ０      （２ａ）
【００７８】
最初のステップ中には、電流がＩ１で一定であることに注意されたい。
【００７９】
また、２番目のステップもが図６Ａに図示されている。２番目のステップにおいて、ｔ１は電気メッキが始まる時刻であり、ｔ２は電気メッキが停止する時刻である。２番目のステップの持続時間は、以下の式で決定されうる：
Δｔｓｔｅｐ  ２＝ｔ２−ｔ１      （２ｂ）
【００８０】
２番目のステップ中には、電流がＩ２で一定であることに注意されたい。図に示すように、電流Ｉ２は、電流Ｉ１と異なるが、上述のように、いくつかの実施形態では、処理が２つの異なるステップとして扱われる場合でも、電流Ｉ２が電流Ｉ１と等しくてもよい。
【００８１】
１ステップ中に経過する時間は、ステップ部分ごとに測定されてよく、ステップ部分は、特定の時刻に完了した電気メッキステップの一部として定義される。ステップ中、ステップ部分は、その時刻にメッキ処理がどれだけ実行されたのかを表す。時刻ｔでのｎ番目のステップのステップ部分は、以下の式で決定されうる：
ステップ部分＝（ｔ−ｔｎ−１）／（ｔｎ−ｔｎ−１）      （３）
【００８２】
特定の開示された実施形態において、所与の時刻の電気メッキセルの電圧は、ステップ部分（例えば、どれだけのメッキ処理が所与のステップで実行されたか）に依存する。図６Ｂにおいて、電圧曲線の一例が、時間ｔでの測定電圧読み取り値と共に図示されている。ｔ０で、最初のステップの電気メッキが始まる。電圧が時間と共に降下することに注意されたい。時刻ｔｘで最初のステップの終わりに向かって上昇しているのは、ビアがほぼ完全に充填された時に同じ定電流を維持するために電気メッキ処理ステップ中に生じる電圧上昇の一例である（すなわち、フィーチャがほぼ完全に充填された時に、抑制剤と促進剤を圧倒するその平滑化特性とによって電気メッキ速度が低下する場合）。時刻ｔ１で、最初の電気メッキステップが完了し、２番目の電気メッキステップが開始する。２以上のステップを有する電気メッキ処理では、監視が一時停止し、ユーザ指定の遅延期間（Δｔｄｅｌａｙ，２）後に再開してよい。したがって、いくつかの実施形態において、（ｎ＋１）番目のステップの電気メッキ処理は、ｔｎの少し後の時刻に始まりうる。
【００８３】
図５に戻ると、動作５０４において、特定の開示された実施形態は、遅延期間Δｔｄｅｌａｙだけ待機することを含む。電源がセルの電極に電流を流し始めた時、電源が対応する電圧を電気メッキセルに供給し、電圧が安定するまでに、いくらかの時間が掛かりうる。遅延期間は、電気メッキセルで電圧を読み取る前に電圧が安定することを許容するために実装されてよく、それにより、システムの信頼性が向上する。遅延期間だけ待機することは、測定された電圧が、システムが電圧の監視を開始する前にステップ中に実施される電流に対するものであることを保証する。
【００８４】
いくつかの実施形態において、遅延期間Δｔｄｅｌａｙは、ステップごとに異なる。例えば、Δｔｄｅｌａｙは、マルチステップの電気メッキ処理の開始時および各ステップの開始時に指定されてよい。いくつかの実施形態において、遅延期間は、ステップ間で同一である。遅延期間は、約２秒から約５００秒までの間であってよく、例えば、約３００秒であってよい。ｎ番目のステップにおける遅延期間は、電圧読み取りが始まる時間ｔ０，ｎと、電気メッキが始まる時間ｔｎ−１との間の差によって示されてよく、ｎ番目のステップの遅延期間は、以下のように決定される：
Δｔｄｅｌａｙ，ｎ＝ｔ０，ｎ−ｔｎ−１      （４）
【００８５】
図６Ａにおいて、最初のステップの遅延期間がｔ０，１に示され、２番目のステップの遅延期間がｔ０，２に示されている。１つのステップ中は電流が一定なので、遅延期間Δｔｄｅｌａｙ，ｎでの電流は、図６Ａに示すように、ｎ番目のステップの期間中の電流と等しい。
【００８６】
図６Ｂでは、最初のステップの遅延期間Δｔｄｅｌａｙ，１が、ｔ０，１に示されている。ｔ０とｔ０，１との間の不安定な電圧読み取り値は、電気メッキがｔ０で始まっても、電圧読み取り値がｔ０，１まで考慮されないことを示すために、誇張されていることに注意されたい。同様に、２番目のステップの遅延期間Δｔｄｅｌａｙが、電気メッキが始まる時間ｔ１と、電圧読み取りが始まる時間ｔ０，２との間に示されている。図６Ｂに図示された電圧曲線は、時刻ｔ１（ステップ１の終わり、すなわち、ステップ２の始まり）で不連続性を示すが、実際の測定電圧曲線は連続的であることに注意されたい。図６Ｂについては、２番目のステップの遅延期間Δｔｄｅｌａｙ，２は、最初のステップの遅延期間Δｔｄｅｌａｙ，１と同じであるが、様々な実施形態において、遅延期間Δｔｄｅｌａｙは、ステップごとに様々であってよい。
【００８７】
図５に戻ると、動作５０６において、最初の電圧読み取り値が、遅延期間Δｔｄｅｌａｙの後に測定される。図６Ｂに示すように、電圧Ｖ０，１は、遅延期間Δｔｄｅｌａｙ，１が経過した後に最初のステップ中に測定された電圧読み取り値である（例えば、Ｖ０，１は、時刻ｔ０，１での電圧読み取り値である）。同様に、２番目のステップにおいて、電圧Ｖ０，２は、遅延期間Δｔｄｅｌａｙ，２の後に２番目のステップ中に測定された電圧読み取り値である（例えば、Ｖ０，２は、時刻ｔ０，２での電圧読み取り値である）。
【００８８】
動作５０８で、予測開始電圧Ｖｅｘｐが、Ｖ０，１に等しく設定される。これは、電圧読み取り値の変動が測定される基準となるベースラインを効果的に設定する。上述の理由から、同じ状態で動作する異なるセルが、異なる値の開始電圧を有してもよい。各セルの各ステップのための初期電圧を設定することは、異なるセルの異なる初期抵抗を考慮することなしに監視を進めることを可能にする。動作５１０において、ドリフトＤが、時刻の関数Ｖｅｘｐ（ｔ）として予測電圧を確立するためにＶ０に適用される。ドリフトは、所与のステップにおける電気メッキプロセス中の予測電圧の総変化として定義されてよい。ドリフトの程度は、電気メッキセルでの以前の電気メッキ処理から得られた経験的データによって決定されてよい。ドリフトプロファイルは、（ｉ）漸進的な電圧の低下、（ｉｉ）急速な電圧の上昇、および、（ｉｉｉ）電圧の安定した期間、を含む。ｎ番目のステップのための時間の関数としての予測電圧は、以下によって決定されてよい：
Ｖｅｘｐ，ｓｔｅｐ  ｎ（ｔ）＝Ｖ０＋（ステップ部分×Ｄ）＝Ｖ０＋（（ｔ−ｔｎ−１）／（ｔｎ−ｔｎ−１））×Ｄ      （５）
【００８９】
式５において、時刻ｔの電圧読み取り値は、Ｖｅｘｐ，ｓｔｅｐ  ｎ（ｔ）である。Ｖ０は、（例えば、遅延期間Δｔｄｅｌａｙ後の）監視開始時に測定された電圧読み取り値であり、ｔｎ−１は、ｎ番目のステップのための電気メッキが始まる時刻であり、ｔｎは、ｎ番目のステップが終了し、ｎ番目のステップのための電気メッキが終了する時刻であり、Ｄはドリフトである。ドリフトパラメータ（例えば、ドリフト量および遅延時間）は、良好な基板であることがわかっている基板のメッキ中に観察された電圧読み取り値を用いて決定されてよい。良好な基板は、仕様の範囲内の満足な電気メッキの結果（物理的特性および電気的特性など）を有する基板として特定されてよい。さらに、これらの基板は、ＦＩＢ−ＳＥＭ、ポストＣＭＰ欠陥レビュー、および、Ｘ線画像化の断面を用いて特定されてよい。様々な実施形態において、ドリフトパラメータは、図６Ｂに示したものなど、メッキ処理またはサブ処理のための予測電圧の直線の断片を決定することによって近似される。障害バンドが、良好な基板のメッキ処理の電圧プロファイルを用いて近似されてもよい。以下に詳述するように、予測電圧の「ゴールデンウエハプロファイル」が、特定の時刻の電圧読み取り値を用いて、または、特定の時刻で予測電圧読み取り値の導関数をとることによって、生成されてよい。「ゴールデンウエハプロファイル」は、セルの具体的な内部抵抗にかかわらず、様々な電気メッキセルでプロファイルを利用できるように、正規化されたプロファイルから生成されたプロファイルである。
【００９０】
マルチステップ処理において、指定されたドリフトが、関数Ｖｅｘｐ（ｔ）の部分を所望のプロファイルにまとめるために各ステップに適用されてよい。さらに、マルチステップ処理において、各ステップの開始は、予測電圧が（電圧読み取り値）＋（予測電圧と前の処理ステップの終わりの電圧読み取り値との間の差）に等しく設定されるように、監視を再開してよい。
【００９１】
例えば、図６Ｂに示すように、２番目のステップの開始が、監視を再開してよい。これは、２番目のステップの予測電圧がメッキ電流の変化に適合することを可能にする。２番目のステップの予測電圧Ｖｅｘｐは、以下の式で決定されうる：
Ｖｅｘｐ＝Ｖ０，２＋（Ｖｅｘｐ（ｔ１）−Ｖ（ｔ１））      （６）
【００９２】
式６において、Ｖｅｘｐ（ｔ１）は、ステップ１の終わりでの予測電圧（図６Ｂには図示せず）を表し、Ｖ（ｔ１）は、ステップ１の終わりでの測定電圧（図６Ｂに、時刻ｔ１での下側の曲線として図示）を表す。この式は、ステップ１の終わりでの電圧読み取り値を考慮して、ステップ２の間の予測電圧Ｖｅｘｐを決定する。動作５１２において、障害バンドが、Ｖｅｘｐおよび±逸脱に基づいて提供される。障害バンドは、許容電圧の範囲として定義されてよい。障害バンドの最大および最小許容電圧は、電圧の逸脱閾値を構成する。逸脱閾値は、パーセンテージ（±１０％など）であってもよいし、絶対値（±０．０１Ｖなど）であってもよい。
【００９３】
特定の実施形態において、逸脱閾値は、任意の所与の時刻ｔでの予測電圧読み取り値の約±２０％である。一部の例では、逸脱閾値は、予測電圧読み取り値の約±１０％または予測電圧読み取り値の約±５％である。障害バンドは、ステップ内で変化してもよく、ステップごとに変化してもよい。例えば、ビアがほぼ完全に充填された時の（図６Ｂに示したような時刻ｔｘなどの）電圧の予測上昇中の逸脱閾値は、±１０％より大きくてよく、ステップの残りの間の逸脱閾値は、約１０％であってよい。障害バンドの逸脱閾値は、以下の式で決定されうる：
逸脱閾値＝Ｖｅｘｐ（ｔ）±（逸脱パーセント×Ｖｅｘｐ（ｔ））      （７ａ）
【００９４】
例えば、障害バンドの±１０％の逸脱閾値が、以下の式で決定されうる：
逸脱閾値＝Ｖｅｘｐ（ｔ）±（０．１０×Ｖｅｘｐ（ｔ））      （７ｂ）
【００９５】
動作５１４において、実際の測定電圧Ｖｔが読み取られ、時刻ｔでの測定電圧Ｖｔと予測電圧Ｖｅｘｐとの間の差が以下の式で決定される：
差＝｜Ｖｔ−Ｖｅｘｐ（ｔ）｜      （８）
【００９６】
動作５１６で、動作５１４における差が、障害バンドの逸脱閾値よりも大きいか否かが判定される。差が障害バンドの逸脱閾値よりも大きい場合、電気メッキセルは、「エラー状態」に置かれる。結果として、電気メッキセルが「エラー状態」に置かれることは、その電気メッキ浴内でさらなる基板が処理されないことを示す。
【００９７】
差が障害バンドの逸脱閾値よりも小さい場合、電気メッキセルは動作可能である。次いで、動作５１８で、電気メッキ処理が完了したか否かが判定される。完了した場合、処理は終了する。完了していない場合、システムは、動作５１４および５１６が繰り返される次の電圧読み取り値のための時間まで待機する。動作５１４、５１６、および、５１８は電気メッキ処理が完了するまで繰り返される。
【００９８】
上述のように、様々な実施形態において、「ゴールデンウエハプロファイル」が、開示された処理で利用するために作成される。「ゴールデンウエハプロファイル」は、電気メッキ処理中の特定の時刻での電圧読み取り値を用いて確立されてもよいし、電気メッキ処理中の特定の時刻での電圧読み取り値の導関数を用いて確立されてもよい。これらの電圧読み取り値は、良好な基板を生じた以前のメッキ処理から記録されて格納される。
【００９９】
例えば、「ゴールデンウエハプロファイル」を確立するために、システムは、メッキ処理の過程で任意の数の時点の任意の数の良好な基板の電圧読み取り値を記録および格納してよい。各基板のプロファイルは、最初に記録された電圧を後に記録されたすべての電圧から減算することによって正規化されてよく、「ゴールデンウエハプロファイル」は、これらの正規化されたプロファイルの平均値から作成される。このアプローチにおいて、メッキ処理またはサブ処理のドリフトは、線形である必要はない。処理またはサブ処理中の任意の数の時刻に、複数の良好な基板から取られた電圧の平均すなわち平均値が、その時刻の予測電圧として用いられる。後続の基板のメッキ中、電圧読み取り値は、同じ方法で観察および正規化されてよく、電気メッキセルは、正規化された電圧読み取り値が特定の制限よりも大きくゴールデンプロファイルから逸脱した場合に、「エラー状態」に置かれてよい。障害バンドが、ゴールデンウエハプロファイルを生成するために、取得されたデータから作成されてよい。例えば、電圧読み取り値は、分布の標準偏差、分散、および、その他の統計的尺度を有する。かかる尺度は、電気メッキ処理中の対応する時刻での各予測電圧に対する障害バンドを設定するために利用できる。
【０１００】
別の例において、「ゴールデンウエハプロファイル」は、既知の良好な基板の電圧読み取り値の導関数を平均することによって作成されてもよい。後続の基板の電圧読み取り値の導関数が、ゴールデンプロファイルと比較されてよく、電気メッキセルは、導関数が指定の制限よりもゴールデンプロファイルから逸脱した場合に、「エラー状態」に置かれてよい。
【０１０１】
電流の代わりに電圧が処理制御パラメータであるいくつかの実施形態では、電流応答の読み取り値が、本明細書の他の箇所に記載したのと実質的に同じ方法で監視される。
【０１０２】
装置
上述のように、図２は、開示された実施形態を実行するのに適した電気メッキ装置の一例を提供する。電気メッキ装置２０１は、様々な動作を実行するためのコントローラ２４７を備える。コントローラ２４７は、ウエハ回転、電気メッキ溶液の流量、温度および圧力、電流、ならびに、その他の条件を制御するために用いられるコントローラの一例である。いくつかの実施形態において、各電気メッキセルは、独自のコントローラを有する。
【０１０３】
コントローラ２４７は、通例、１または複数のメモリデバイスと、様々な処理制御装置（例えば、バルブ、ウエハ操作システムなど）と通信可能に接続され、装置が開示の実施形態に従った技術（例えば、図５の電気メッキ動作で提供されたような技術）を実行するように命令を実行するよう構成された１または複数のプロセッサと、を備える。プロセッサは、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入力／出力接続、ステッパモータコントローラボードなどを備えてよい。特定の実施形態において、コントローラは、電気メッキ装置および／またはプレウェッティングチャンバの動作すべてを制御する。本開示に従った処理動作を制御するための命令を含むマシン読み取り可能な媒体が、コントローラ２４７に接続されてよい。コントローラ２４７は、本明細書に記載した電気メッキ動作に関連する様々な処理パラメータの制御を円滑にするために、様々なハードウェアデバイス（例えば、マスフローコントローラ、バルブ、真空ポンプなど）と通信可能に接続されてよい。
【０１０４】
例えば、コントローラ２４７は、上述した任意の方法に従った、または、添付の特許請求の範囲における、電気メッキを実行して電気メッキ浴を監視するための命令を備えてよい。開示された実施形態に従った処理動作を制御するための命令を含む非一時的なマシン読み取り可能媒体が、システムコントローラ２４７に接続されてよい。通例は、コントローラ２４７に関連するユーザインターフェースがある。ユーザインターフェースは、表示スクリーン（装置および／または処理条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ）と、ポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクなどのユーザ入力デバイスと、を含みうる。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトが、プラグラム内に特定されたタスクを実行するために、プロセッサによって実行される。いくつかの実施形態において、本明細書に記載の方法は、電気メッキ装置およびステッパを備えるシステムで実施される。
【０１０５】
いくつかの実施形態において、コントローラ２４７は、装置２０１の動作すべてを制御してよい。コントローラ２４７は、マスストレージデバイスに格納され、メモリデバイスにロードされ、プロセッサ上で実行されるシステム制御ソフトウェアを実行してよい。プロセッサは、中央処理装置（ＣＰＵ）またはコンピュータと、アナログおよび／またはデジタル入力／出力接続と、ステッパモータコントローラボードと、その他の同様の構成要素とを備えてよい。適切な制御動作を実施するための命令が、プロセッサで実行される。これらの命令は、コントローラ２４７に関連付けられたメモリデバイスに格納されてもよいし、ネットワークを介して提供されてもよい。特定の実施形態において、コントローラ２４７は、システム制御ソフトウェアを実行する。
【０１０６】
システム制御ソフトウェアは、電気メッキセルの電圧を測定するための命令、メッキ溶液の流量、ウエハ移動、ウエハ移送などを制御するための命令と、添加剤を含むメッキ溶液の混合、チャンバおよび／またはステーションの圧力、チャンバおよび／またはステーションの温度、ウエハ温度、目標電流レベル、基板支持体、チャック、および／または、サセプタの位置、メッキ溶液の温度、ならびに、装置２０１によって実行される特定の処理の他のパラメータを制御するための命令と、を備えてよい。システム制御ソフトウェアは、任意の適切な方法で構成されてよい。例えば、様々な処理ツールの処理を実行するために必要な処理ツール構成要素の動作を制御するために、様々な処理ツール構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトが書かれてよい。システム制御ソフトウェアは、例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎなど、任意の適切なコンピュータ読み取り可能プログラミング言語でコードされてよい。
【０１０７】
いくつかの実施形態において、システム制御ソフトウェアは、上述の様々なパラメータを制御するための入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンシング命令を備える。例えば、１または複数の電気メッキステップが、コントローラ２４７による実行のための１または複数の命令を備えてよい。例えば、電圧を読み取り、電圧読み取り値が逸脱閾値内にあるか否かを判定するための命令が、コントローラ２４７に実装されてよい。いくつかの実施形態において、レシピ段階は、連続的に配列されてよく、その結果、マルチステップ処理内のステップが、その処理段階のための特定の順序で実行される。例えば、コントローラ２４７は、２以上のステップで電気メッキを行うための命令を備えてよく、各命令が、電気メッキセルに定電流を送る。
【０１０８】
いくつかの実施形態において、他のコンピュータソフトウェアおよび／またはプログラムが用いられてもよい。このためのプログラムまたはプログラムセクションの例は、ウエハ配置プログラム、電気メッキ浴組成制御プログラム、圧力制御プログラム、および、ヒータ制御プログラムを含む。
【０１０９】
いくつかの実施例において、コントローラ２４７は、システムの一部であり、システムは、上述の例の一部であってよい。かかるシステムは、１または複数の処理ツール、１または複数のチャンバ、処理のための１または複数のプラットフォーム、および／または、特定の処理構成要素（ウエハペデスタル、電気メッキ浴フローシステムなど）など、半導体処理装置を備えうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および、処理後に、システムの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれてもよく、システムの様々な構成要素または副部品を制御しうる。コントローラ２４７は、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、電気メッキ溶液の供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、添加剤濃度設定、流量設定、ウエハ回転設定、位置および動作設定、ツールおよび他の移動ツールおよび／または特定のシステムと接続または結合されたロードロックの内外へのウエハ移動など、本明細書に開示の処理のいずれを制御するようプログラムされてもよい。
【０１１０】
概して、コントローラ２４７は、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、電気メッキ動作を可能にする、電圧測定を可能にすることなどを行う様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１または複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含みうる。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形態でコントローラ２４７に伝えられて、半導体ウエハに対するまたは半導体ウエハのための特定の処理を実行するための動作パラメータ、もしくは、システムへの動作パラメータを定義する命令であってよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、基板の１または複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ダイの加工中に１または複数の処理工程を達成するために処理エンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
【０１１１】
コントローラ２４７は、いくつかの実施例において、システムと一体化されるか、システムに接続されるか、その他の方法でシステムとネットワーク化されるか、もしくは、それらの組み合わせでシステムに結合されたコンピュータの一部であってもよいし、かかるコンピュータに接続されてもよい。例えば、コントローラ２４７は、「クラウド」内にあってもよいし、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全部または一部であってもよい。コンピュータは、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に従って処理工程を設定する、または、新たな処理を開始するために、システムへのリモートアクセスを可能にして製造動作の現在の進捗を監視する、過去の製造動作の履歴を調べる、複数の製造動作からの傾向または性能指標を調べうる。例えば、コンピュータは、開示された実施形態に従って、予測電圧曲線および障害バンドを生成してよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）が、ネットワーク（ローカルネットワークまたはインターネットを含みうる）を介してシステムに処理レシピを提供してよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを備えてよく、パラメータおよび／または設定は、リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例において、コントローラ２４７は、データの形式で命令を受信し、命令は、１または複数の動作中に実行される処理工程の各々のためのパラメータを指定する。パラメータは、実行される処理のタイプならびにコントローラ２４７がインターフェース接続するまたは制御するよう構成されたツールのタイプに固有であってよいことを理解されたい。したがって、上述のように、コントローラ２４７は、ネットワーク化されて共通の目的（本明細書に記載の処理および制御など）に向けて動作する１または複数の別個のコントローラを備えることなどによって分散されてよい。かかる目的のための分散コントローラ２４７の一例は、チャンバでの処理を制御するために協働するリモートに配置された（プラットフォームレベルにある、または、リモートコンピュータの一部として配置されるなど）１または複数の集積回路と通信するチャンバ上の１または複数の集積回路である。
【０１１２】
限定はしないが、システムの例は、金属メッキチャンバまたはモジュール、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、蒸着チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層蒸着（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、ならびに、半導体ウエハの加工および／または製造に関連するかまたは利用されうる任意のその他の半導体処理システムを含みうる。
【０１１３】
上述のように、ツールによって実行される１または複数の処理工程に応じて、コントローラ２４７は、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近くのツール、工場の至る所に配置されるツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、もしくは、半導体製造工場内のツール位置および／またはロードポートに向かってまたはそこからウエハのコンテナを運ぶ材料輸送に用いられるツール、の内の１または複数と通信してもよい。
【０１１４】
いくつかの実施形態において、コントローラ２４７に関連したユーザインターフェースがあってよい。ユーザインターフェースは、表示スクリーン（装置および／または処理条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ）と、ポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクなどのユーザ入力デバイスと、を含みうる。
【０１１５】
処理を監視するための信号が、様々な処理ツールセンサから、コントローラ２４７のアナログおよび／またはデジタル入力接続によって提供されてよい。処理を制御するための信号が、処理ツールのアナログおよびデジタル出力接続で出力されてよい。監視されうる処理ツールセンサの非限定的な例は、マスフローコントローラ、圧力センサ（圧力計など）、熱電対などを含む。適切にプログラムされたフィードバックアルゴリズムおよび制御アルゴリズムが、処理条件を維持するためにこれらのセンサからのデータと共に用いられてよい。
【０１１６】
実験
実験１
様々な電気メッキ処理の測定電圧および予測電圧を示したグラフの例を、図７Ａ〜図７Ｃおよび図８Ａ〜図８Ｄに提供する。図７Ａ〜図７Ｃは、良好な電気メッキ浴内での電気メッキ処理に由来する電圧読み取り値であり、その結果、電気メッキセルはエラー状態に置かれない。図７Ａ〜図７Ｃの各々は、電流設定点がすべての３つのステップで同じである３ステップ電気メッキ処理を示している。図７Ａ〜図７Ｃにおいて、予測電圧は、黒い実線で示すように、式５に従って決定されている。障害バンドは、網掛けのバンドで示すように、黒い実線の上下に逸脱閾値まで広がっている。２番目のステップ（約２２００秒から約３０００秒までの間）の予測電圧の上昇中、障害バンドが、最初のステップおよび３番目のステップ中の障害バンドよりも広いことに注意されたい。上述のように、ビアがほぼ充填され、添加剤の平滑化特性が実施され、より高い電圧が電気メッキセルに同じ定電流を生成するために用いられるステップの時間中に予測される逸脱を許容するために、異なるサイズの障害バンドが用いられてよい。ボトムアップ充填中の負のドリフトから正のドリフトへの移行のタイミングにいくらかの不確実性があり、正のドリフトの傾きに関するいくらかの不確実性がある。結果として、電圧の予測上昇中の障害バンドは、ステップの残りの間の障害バンドよりも大きくてよい。図７Ａ−〜図７Ｃのすべてで、電気メッキ浴は良好な浴を構成し、開示された実施形態を実行すると、これら３つの処理は、（例えば、エラー状態に置かれていない）動作可能な電気メッキ浴であると正確に分類された。
【０１１７】
図８Ａ〜図８Ｄは、悪い電気メッキ浴内での電気メッキ処理からの電圧読み取り値であり、その結果、図５の動作５１４で決定された差は、動作５１６で決定された逸脱閾値よりも大きく、それにより、電気メッキ浴は「障害」状態に置かれる。
【０１１８】
結び
理解を深めるために、本実施形態について、ある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内でいくらかの変更および変形を行ってもよいことは明らかである。本発明の処理、システム、および、装置を実施する多くの他の方法が存在することに注意されたい。したがって、本実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、実施形態は、本明細書に示した詳細に限定されない。
【図１】
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【図２】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図３】
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【外国語明細書】
2016199807000001.pdf