(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学液（１１）、
前記電気化学液（１１）中に配置される電極（１２）、
前記電気化学液（１１）中に配置されるメッキ対象物（１４）であって、グランド（１５）に結合されるメッキ対象物（１４）、
前記電極（１２）に結合され、電圧パルスを前記電極（１２）に供給するパワー・オペアンプ（３０２）と、小信号補正最小化差動オペアンプ（３０４）と、からなるドライバ回路（３０）であって、前記パワー・オペアンプ（３０２）は、５アンペア以上の動作電流を供給し、前記小信号補正最小化差動オペアンプ（３０４）は、パワー・オペアンプ（３０２）に送信される小信号入力の入力補正の微調整を行い、それによって、パワー・オペアンプ（３０２）は、電流印加モードにおいてはプラス３０アンペアとマイナス３０アンペアとの間の駆動電流範囲において、電圧印加モードにおいてはプラス２．５ボルトとマイナス２．５ボルトとの電圧範囲において、入力信号と出力信号とを整合させて、ドライバ回路（３０）への入力とメッキ浴（１０）中の電極（１２）への出力との間の誤差を１ミリボルト以下にする、ドライバ回路（３０）、
前記ドライバ回路（３０）に結合された電圧値フィードバック回路（４０）、
前記ドライバ回路（３０）に結合された電流値フィードバック回路（５０）、
および、前記ドライバ回路（３０）に結合された入力電源（２０）、
によって構成されることを特徴とするメッキ・システム。
【請求項２】
活性反応期間および不活性反応期間を有するメッキ方法であって：
電気化学液（１１）を設ける段階、
前記電気化学液（１１）中に電極（１２）を設ける段階、
前記電気化学液（１１）中に拡散層を有するメッキ対象物（１４）を設ける段階、
パワー・オペアンプ（３０２）から、５アンペア以上の動作電流を供給する段階、および前記活性反応期間および前記不活性反応期間中に、電圧駆動または電流駆動させて動作電流を供給する段階が更に、
前記小信号補正最小化差動オペアンプ（３０４）によって、パワー・オペアンプ（３０２）に送信される小信号入力の入力補正の微調整を行い、それによって、パワー・オペアンプ（３０２）は、電流印加モードにおいてはプラス３０アンペアとマイナス３０アンペアとの間の駆動電流範囲において、電圧印加モードにおいてはプラス２．５ボルトとマイナス２．５ボルトとの電圧範囲において、入力信号と出力信号との整合させて、ドライバ回路（３０）への入力とメッキ浴（１０）中の電極（１２）への出力との間の誤差を１ミリボルト以下にする段階、
によって構成されることを特徴とする方法。
【請求項３】
金属層をメッキする方法であって：
メッキ・セル（１０）を設ける段階であって、電気化学反応が前記メッキ・セル（１０）内で生じ、前記電気化学反応はＲＣ時定数を有する段階、および
減衰電流が前記ＲＣ時定数の唯一の関数とはならないように、前記メッキ・セル（１０）における減衰電流を制御する段階、
によって更に構成される請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に、金属をメッキする装置および方法に関し、さらに詳しくは、電子製品上の相互接続(interconnects) をメッキする装置および方法を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
メッキ処理とは電気化学的な処理で、被着対象の表面と電極との間に電位を生成することにより金属の層を表面に被着する。電子産業では、このメッキ装置および方法は、半導体ウェハの一部上に金属層をメッキして、相互接続，ワイヤ・ボンディング部位，フリップ・チップ・ボンディング部位またはテープ自動化ボンディング部位を形成する。
【０００３】
従来利用されたメッキ・システムには、電気化学拡散層(electrochemical diffusion layer) の充電および放電の不定制御(indeterminate control) という問題があり、その結果、ウェハ上の不均等な被着特性および非平坦なバンプ被着が生じた。図１は、従来の製造方法を用いたかかるメッキ・バンプ被着の走査電子顕微鏡写真図を示す。
【０００４】
従来、不均等な被着は、従来のメッキ・システムが拡散層のイオン空乏を最小限に抑えるために必要な高周波数および高電流で動作できなかったために生じた。従来技術の別の問題点は、電圧および電流印加モード(forcing mode)の制御に関するメッキ・パラメータの不正確な制御や、プログラムされたデューティ・サイクルおよび周波数応答の精度および帯域幅であった。さらに、従来のシステムは、メッキ液の有効製造寿命中に必要とされる高パルス・メッキ周波数において一貫したピーク動作電流分布を維持できなかった。
【０００５】
従来の方法は、パルス期間の長さに比べて比較的長い時間期間中に電流需要を検出するオペアンプに依存する。従来のオペアンプは、約２０秒の積分時定数を有する積分回路として構成される。すなわち、短い時間期間の電流需要の瞬時変化に対してあまり高速に対応できない。従来のオペアンプ集積回路の出力は、ＭＯＳＦＥＴ電圧制御デバイスのゲートに接続される。ＭＯＳＦＥＴは、ゲート電圧が増加すると、ＭＯＳＦＥＴがより「オン」にバイアスされるという点で電流レギュレータとして機能し、この動作により、ブリッジ回路を介してより多くの電流を電気化学的反応セルに流すことができる。このゲート電圧は、オペアンプ集積回路によって影響を受けるのに長い時間がかかる。
【０００６】
従来の回路の総合効果は、メッキ対象物（実質的に、並列コンデンサおよび抵抗器）上の電気化学的な拡散層の電気リアクタンスを充電する能力は、周波数の増加によって制限される。周波数が３０Ｈｚ以上に増加すると、拡散層の電気化学的な時定数は、従来の回路が電気化学拡散層を充電する能力を無効にする。電荷移動(charge transfer) の量は、電圧および電流制御モードの両モードにおいて、ただし主に電圧制御モードにおいて、従来の回路の立ち上がりおよび立ち下がりで電気化学拡散層に制限されるので、従来の装置を利用すると、不安定で予測できない金属被着が形成される。
【０００７】
特に電子産業界では、従来利用されてきたシステムの他の問題点の他に、上記の問題により、ウェハ毎におよびウェハ内の相互接続ボンディング部位間で、金属被着肉厚，平坦性，粒子構造および被着硬度の許容できないプロセス変化が生じた。理解されるように、電気化学処理の制御および金属被着の最適化を高度に制御するシステムが必要とされる。
【０００８】
【実施例】
本発明は、均等な厚さおよび平坦な形状の導電メタライゼーション・シード層を有する半導体ウェハ基板上に金属被着をメッキすることを可能にする。本発明は、融解金属および化学水溶液からさまざまな金属物質を、半導体ウェハのシード層上に電気化学的に被着することを促進する。これは、単一ウェハ上に数千または数万もの超小型形状(microfeature)からなる半導体ウェハ上で、超小型形状の均等性および平坦性がデバイス毎に必要される電子産業界で特に有利である。均等性および平坦性は、精密半導体最終製造および組立機器をあまり調整せずに、製造中に適切な組立歩どまりを維持するために必要である。メッキ・システムは、金属を被着する代わりに金属をエッチングするシステムに容易に変換できることは当技術分野で周知である。
【０００９】
電気化学拡散層の充電および放電特性の確定制御，パルス・メッキ・パラメータの正確な制御，本格的な電圧印加および電流印加，広範囲のメッキ電圧および電流における正確なキャリブレーション，電圧および電流の本格的なＡＣおよびＤＣ印加，各メッキ反応セルの独立した制御，パルス波形および反応時間の正確なタイミング，およびシステム・ハードウェアの簡単で再現可能なキャリブレーションが不可能であった従来のシステムの問題点を解決するメッキ・システムについて以下で開示する。
【００１０】
図２は、本発明の実施例を示す。電気化学液１１を有するメッキ・セル１０が設けられ、その中には電極１２およびメッキ対象物（対象物）１４が配置される。水晶微量天秤(Quartz Crystal Microbalance) １６は、対象物１４に被着される際の金属の肉厚を検出するために、電気化学液１１に浸漬される。一例では、対象物１４は半導体ウェハからなる。また、ソフトウェア１９に結合されたアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１８に信号を供給するため、導電性センサ(conductivity sensor) １７も電気化学液１１に浸漬される。センサ１９は、電極１２と対象物１４との間で電気化学液１１の抵抗を判定するため、導電性信号を受信・処理する。
【００１１】
メッキ・セル・ドライバ回路（ドライバ回路）３０は、入力２０および電極１２に結合される。メッキ・セル・ドライバ回路３０は、波形発生器２０から制御信号を受信する。制御信号は、波形発生器ソースまたは他の手段によって生成できる。電圧印加モード(voltage forcing mode)では、メッキ・セル・ドライバ回路３０は、電気化学反応をシミュレーションするコンピュータ・システム４００によって制御されるソフトウェア・アルゴリズムから応答して、みっき・セルに印加される複数の電圧レベルおよびデューティ・サイクルに関する印加電圧パルス特性を変更して、メッキ・セル１０において所望の金属被着特性を生成する。電流印加モード(current forcing mode)では、メッキ・セル・ドライバ回路３０は、電気化学反応をシミュレーションするコンピュータ・システム４００によって制御されるソフトウェア・アルゴリズムから応答して、メッキ・セル１０に印加される複数の電流レベルおよびデューティ・サイクルに関する印加電流パルス特性を変更して、メッキ・セル１０において所望の金属被着特性を生成する。
【００１２】
スイッチ６０は、システムの動作モードを選択する。ディフォルト位置では、スイッチ６０は電圧印加モードを選択し、それによりドライバ３０はプログラム可能なデューティ・サイクルおよびプログラム可能な周波数で複数の電圧レベルのプログラム可能なパルス列を出力する。スイッチ６０は、コンピュータ化制御素子７５からのデジタル信号ソースによって制御される検出点選択器(sense point selector)である。スイッチ６０は、電極１２から検出された電圧を配線のフィードバック・ネットワークを介してドライバ３０および波形発生器２０の入力に送出する。電極１２において検出された電圧は、ドライバ回路３０および波形発生器２０に対して、フィードバック・ループを閉じる手段を提供し、増幅器３０を介して、および電極１２において、小さい信号波形発生器２０からのプログラムされた電圧に対する安定性およびコンプライアンスを保証する。
【００１３】
第２位置では、スイッチ６０は電流印加モードを選択し、それによりドライバ３０は、プログラム可能なデューティ・サイクルおよびプログラム可能な周波数で複数の電流レベルのプログラム可能なパルス列を出力する。スイッチ６０は、メッキ・セル１０を介して検出された電流をドライバ回路３０および波形発生器２０の入力に送出する。メッキ・セル１０を介して検出された電流は、ドライバ回路３０および波形発生器２０に対してフィードバック・ループを閉じる手段を提供し、ドライバ回路３０を介して、およびメッキ・セル１０を介して、小さい信号波形発生器２０からのプログラムされた電流に対する増幅器安定性およびコンプライアンスを保証する。
【００１４】
ＱＣＭ１６は、メッキ工程中に金属被着の肉厚を監視するために、電気化学液１１に浸漬される。ＱＣＭ１６は、ドライバ回路３０が電圧印加モードのとき、電極１２および対象物１４と電気的に並列である。電圧印加モードは、ドライバ３０が設定周波数およびデューティ・サイクルの電圧パルスの固定レベルを電極１２に供給して、それによりメッキ・セル１０に印加される電流が、対象物１４にメッキされる表面積，メッキ面に流れる流体の流体力学，金属電気化学液１１のイオン濃度などに依存して変化するときの、ドライバ３０の状態と定義される。それにより、ＱＣＭ１６は、半導体ウェハメッキ工程中にメッキされる追加領域となり、メッキ対象物１４に比例して電流を消費する。
【００１５】
好適な実施例では、ＱＣＭの水晶は直径１．０インチで肉厚０．０１５インチの平坦な円形プレートである。水晶は、一般に発振回路の一部として、その共振周波数で電気的に励起される。水晶は、数ＭＨｚのレートで厚さ剪断モード(thickness shear mode)において振動する。水晶は、電気化学液１１に挿入されるプローブの端部に装着される。コネクタ９０に接続される電気ケーブルは、ＱＣＭ１６の信号を信号調整器(signal conditioner)９１に送信する。信号調整器９１は、シュミット・トリガ回路(Schmitt trigger circuitry) を利用して、ＱＣＭ１６の信号の非対称パルス特性を調整(square up) する。信号調整器９１からのＱＣＭ１６の信号は、周波数検出器９２に結合され、デジタル・カウンタ９３にも結合される。
【００１６】
メッキ水晶の周波数感度は極めて高い。ＱＣＭ１６にメッキされる１ミクロンの肉厚は、基本送信周波数に約１６０，０００Ｈｚの周波数変化を生じさせる。この周波数変化を解決することは高速デジタル・カウンタ９３により比較的簡単なことがわかる。さらに、間欠的にＱＣＭ１６をイネーブルし、発振周波数を判定し、ＱＣＭをディセーブルし、プログラム可能な確定時間期間だけ待ち、発振周波数を再測定し、それにより周波数の差を判定することにより、対象物１４に金属が被着されるレートを検出することは簡単な概念である。この方法は、２またはそれ以上のサンプル期間の間のメッキ・レートが得られる。
【００１７】
半導体メッキ工程中にＱＣＭ１６を常にイネーブルする必要はない。上記の方法は、ＱＣＭ１６の水晶は限られた寿命を有するので、ＱＣＭ１６の水晶を経済的に利用し、寿命がきたら交換しなければならない。ＱＣＭ１６の寿命は、発振微量天秤構造に被着される金属の質量に依存する。
【００１８】
周波数検出器９２およびデジタル・カウンタ９３は、ともにソフトウェア９４に結合される。ソフトウェア９４は、メッキ中の電気化学反応のメッキ・レートを判定し、ビデオ・ディスプレイ９５上に表示し、記録して、ユーザがプログラムしたメッキ肉厚に達したらメッキ処理を終了する。メッキ処理は、波形発生器２０およびドライバ回路３０にデジタル結合された制御素子９６にソフトウェア９４がデジタル信号を送信したときに停止する。制御素子９６は、波形発生器２０にドライバ回路３０への出力をトライステート化するように指示し、また制御素子９６はドライバ回路３０に「スリープ」モードになるように指示して、それによりドライバ回路３０の出力は電極１２から効果的に電気的に分離され、そのためメッキ・セル１０にほとんど電流は流れない。
電圧印加モード
図２を参照して、メッキ・セル１０に印加される電圧は、電圧検出フィードバック回路４０によって監視され、電圧検出フィードバック回路４０は、好ましくは、ドライバ回路３０が電極１２に取り付けられた位置に極めて近い点に結合される。互いに物理的に近接したこれら２つの点を設ける目的は、電圧検出フィードバック回路４０の検出点と、ドライバ回路３０の高電力接続との間のＩＲまたは電圧降下誤差を最小限に抑えることである。
【００１９】
電圧検出フィードバック回路４０の出力は、電気ケーブルを介してコネクタ８０に結合される。コネクタ８０は、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）８１に結合される。Ａ／Ｄ変換器８１は、差動検出された電圧を信号に変換し、この信号はデジタル手段によってコンピュータ・インタフェースからデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）８２に送信できる。ＤＳＰ８２は、メッキ・セル１０において測定された電圧を表す符号化パルス波形を受信する。この波形は、２５０×１０3 サンプル／秒のレートでＡ／Ｄ８１によってデジタル化される。ＤＳＰ８２は、デジタル・フィルタ方法によるソフトウェア・アルゴリズムおよびパルス・パラメータ特性判定方法とともに、メッキ・セル１０において差動検出された電圧に関する以下の特性を利用する。
【００２０】
【表１】
スルー・レート                デューティ・サイクル
オーバシュート                第１誘導体
立ち上がり時間                オフセット誤差
上                            最大ピーク電圧
振幅                          最小ピーク電圧
ベース                        ＲＭＳ電圧
アンダシュート                平均電圧
立ち下がり時間                雑音余裕
幅                            スペクトル解析
遅延                          パルス変化
ソフトウェア８３は、これらの導出されたパラメータを利用して、ビデオ・ディスプレイ８４を更新し、符号化制御信号を制御素子８５に送信する。制御素子８５は、電圧フィードバック回路４０，波形発生器２０およびドライバ回路３０にインタフェースするデジタル回路を内蔵する。制御素子８５の第１の目的は、電圧フィードバック回路４０の出力におけるオフセット誤差を検出し、電圧フィードバック回路４０に内蔵されるデジタル・ポテンショメータを用いてこの誤差をゼロにする制御信号を与えることである。この電圧検出フィードバック回路のオフセットに影響を及ぼす制御信号は、Ａ／Ｄ８１，ＤＳＰ８２およびソフトウェア８３の相互作用から導出される。
【００２１】
制御素子８５の第２の目的は、差動検出された電圧パルス波形をパルス・パラメータ特性判定方法とともに解析した結果を利用して、デジタル制御フィードバックをドライバ回路３０に与えることであり、ドライバ回路３０はドライバ回路３０の増幅器のループ安定性を制御する追加内部制御素子を内蔵する。制御素子８５からの同じデジタル制御フィードバック信号は、ドライバ回路３０が電圧印加モードのときに、ドライバ回路３０に対してオフセット誤差制御を行い、制御素子８５からの同じデジタル制御フィードバック信号は、ドライバ回路３０に内蔵される内部回路を介してスルー・レート，立ち上がり時間，立ち下がり時間，オーバシュートおよびアンダシュートの制御を行い、そうすることで、ドライバ回路３０に対して電子的な調整を行い、その目的は、ドライバ回路３０が波形発生器２０からの刺激に対して安定性を維持し、かつドライバ回路３０が所望のスルー・レート，立ち上がり時間，立ち下がり時間，オーバシュートおよびアンダシュートの正確な波形を電極１２に与えることを保証することである。
【００２２】
従って、本発明の方法および装置は、瞬時に変化する被メッキ領域から独立して一定の電流密度を維持するため、電圧制御モードにおいて供給電流を瞬時に変化させることにより、被メッキ領域の寸法の変化を補償し、また本発明はメッキ反応セル１０に対して厳密なプログラム電圧パルスを維持することにより、メッキ領域の変化に応答して供給されるメッキ電流を変化させる。
【００２３】
電圧印加モードにおいて、本発明は、プログラムされた電圧がプログラムされた過電位(overpotential) 値とプログラムされた不足電位(underpotential)値との間の差を変えることを可能にし、そのためプログラム過電位値とプログラム不足電位値との間の差を手動またはコンピュータ・アルゴリズムによって調整することにより、対応するメッキ電流分布を監視・調整でき、従って本発明を利用して一定の表面形態応答(surface morphology response) が実現される。
【００２４】
電圧印加モードにおいて、本発明は、電極１２および対象物１４における厳密なプログラム電圧を維持して所望の形態応答を生成しつつ、変化するメッキ領域から独立して一定の電流密度を維持するのに十分な電流で、半導体ウェハ製造中に生じる電気化学拡散層を高速に充電および放電する方法を提供する。半導体ウェハ・メッキに存在する電気化学拡散層に対する本発明の効果は、電極１２および対象物１４を高速に充電するため、電気化学反応は高速に進行して、電解液のイオン濃度がイオン不足モード(ion starvation mode) に空乏化する前に高速に停止することである。この作用を達成するためには、必要なより高い周波数およびスルー・レートで動作するために極めて高い電力の高速電子素子が必要である。
電流印加モード
図２を参照して、メッキ・セル１０に印加される電流は、電流検出フィードバック回路５０によって監視され、電流検出フィードバック回路５０は、好ましくはアナログ・グランド１５よりも上の点に結合され、かつ対象物１４の下の電流検出フィードバック回路５０の接続とアナログ・グランド１５との間に配置された低オームの精密抵抗器の間に結合される。電流検出フィードバック回路５０は、対象物１４とアナログ・グランド５０との間に差動結合される。電流検出フィードバック回路５０の出力は、好ましくは、電気ケーブルを介してコネクタ７０に結合される。コネクタ７０は、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）７１に結合される。Ａ／Ｄ変換器７１は、差動検出された電流を信号に変換し、この信号はデジタル手段によってコンピュータ・インタフェースを介してデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）７２に送信できる。ＤＳＰ７２は、メッキ・セル１０に流れる電流を表す符号化パルス波形を受信する。好適な実施例では、この波形は、メッキ・セル１０に流れる電流を正確に表すため、２５０×１０3 サンプル／秒のレートでＡ／Ｄ７１によってデジタル化される。
【００２５】
ＤＳＰ７２は、デジタル・フィルタ方法によるソフトウェア・アルゴリズム７３およびパルス・パラメータ特性判定方法とともに、メッキ・セル１０において差動検出された電流に関する以下の特性を利用する。
【００２６】
【表２】
スルー・レート                デューティ・サイクル
オーバシュート                第１誘導体
立ち上がり時間                オフセット誤差
上                            最大ピーク電流
振幅                          最小ピーク電流
ベース                        ＲＭＳ電流
アンダシュート                平均電流
立ち下がり時間                総合電流
幅                            スペクトル解析
遅延                          パルス変化
ソフトウェア７３は、これらの導出されたパラメータを利用して、ビデオ・ディスプレイ７４を更新し、符号化制御信号を制御素子７５に送信する。制御素子７５は、電流フィードバック回路５０，波形発生器２０およびドライバ回路３０にインタフェースするデジタル回路を内蔵する。
【００２７】
制御素子７５の第１の目的は、電流検出フィードバック回路５０の出力におけるオフセット誤差を検出し、電流検出フィードバック回路５０に内蔵されるデジタル・ポテンショメータを利用してこの誤差をゼロにする制御信号を与えることである。電流検出フィードバック回路５０のオフセットに影響を及ぼす制御信号は、Ａ／Ｄ７１，ＤＳＰ７２およびソフトウェア７３の相互作用から導出される。
【００２８】
制御素子７５の第２の目的は、差動検出された電流パルス波形をパルス・パラメータ特性判定方法とともに解析した結果を利用して、デジタル制御フィードバックをドライバ回路３０に与えることであり、ドライバ回路３０はドライバ回路３０の増幅器のループ安定性を制御する追加内部制御素子を内蔵する。制御素子７５からの同じデジタル制御フィードバック信号は、ドライバ回路３０が電流印加モードのときに、ドライバ回路３０に対してオフセット誤差制御を行い、制御素子７５からの同じデジタル制御フィードバック信号は、ドライバ回路３０に内蔵される内部回路を介してスルー・レート，立ち上がり時間，立ち下がり時間，オーバシュートおよびアンダシュートの制御を行う。メッキ・セル１０に流れる電流を表す差動検出信号と、Ａ／Ｄ１８およびソフトウェア１９とともに導電性センサ１７を利用して判定された抵抗とがＤＳＰ７２を用いて処理されると、ソフトウェア７３は、メッキ・セル１０の電気リアクタンスを判定できる。
【００２９】
要するに、コンピュータ・システム４００は、Ａ／Ｄ７１およびＤＳＰ７２からの入力を利用して、メッキ・セル１０において進行中の電気化学反応の厳密な抵抗および厳密な容量を判定し、そうすることで、ドライバ回路３０に対して電子的な調整を行い、その目的は、ドライバ回路３０が波形発生器２０からの刺激に対して安定性を維持し、かつドライバ回路３０が所望のスルー・レート，立ち上がり時間，立ち下がり時間，オーバシュートおよびアンダシュートの正確な波形を電極１２に与えることを保証することである。
【００３０】
電流印加モードにおいて、本発明は、プログラムされた電流がプログラムされた過電流値とプログラムされた不足電流値との間の差を変えることを可能にし、そのためプログラム過電流値とプログラム不足電流値との間の差を手動またはコンピュータ・アルゴリズムによって調整することにより、対応するメッキ電圧分布を監視・調整でき、従って本発明を利用して一定の表面形態応答が実現される。
【００３１】
ここで図３を参照して、ドライバ回路３０の好適な実施例の回路図を示す。ドライバ３０は、単位利得複合反転増幅器(unity gain composite inverting amplifier)であり、小信号入力オフセット最小化オペアンプ３０４に結合された高電力高電圧のパワー・オペアンプ３０２（以下オペアンプ３０２という）からなる。対象物１４上の拡散層境界を効果的に制御するためには、オペアンプ３０２は５アンペア以上のピーク動作電流を供給しなければならない。より好ましくは、オペアンプ３０２は、半導体製造において一般的な領域をメッキするため１５アンペア以上を供給できなければならない。パワー・オペアンプではない１０ミリアンプ以下を供給できる一般的なオペアンプは、本発明で用いるには適していない。ドライバ回路３０は、活性反応期間および不活性反応期間中に電圧または電流印加をイネーブルする。
【００３２】
複合増幅の目的は、波形発生器２０からオペアンプ３０２に送信されるプログラム可能な入力信号値からの出力電圧および電流差の誤差を最小限に抑え、かつ一般的な高電力オペアンプ上に存在する特徴的に大きい（＞５ｍＶ）入力オフセット電圧を最小限に抑えることである。小信号入力オフセット最小化オペアンプ３０４は、アナログ・グランド３０５に結合される。
【００３３】
小信号入力オフセット最小化オペアンプ３０４の入力オフセット・トリミングを利用することにより、オペアンプ３０２は、電流印加モードにおいて±３０アンペアの駆動電流範囲、また電圧印加モードにおいて±２．５ボルトの範囲で、ドライバ３０までの入力とメッキ・セル１０までの出力との間で１ミリボルト以下の誤差の、入力から出力までの信号コンプライアンスを維持できる。オフセット・トリム・デジタル・ポテンショメータ３０５は、デジタル・インタフェース３３０に結合され、デジタル・インタフェース３３０は、コンピュータ・システム４００に結合される。コンピュータ・システム４００は、図１に示される素子４０，８０，８１，８２，８３，８５を利用して、複合増幅器システムの出力の電圧オフセットを判定できる。次に、コンピュータ・システム４００は、複合増幅器ネットワーク（３０２，３０４）の入力オフセット誤差を調整し、最小限にするため、デジタル制御信号をオフセット・デジタル・トリム・ポテンショメータ３０５に送出する。
【００３４】
入力オーバドライブ保護ネットワーク３０８は、オペアンプ３０４の出力とアナログ・グランド３０５とに結合され、システム起動中に過剰な入力オーバドライブを防ぐ。入力オーバドライブ保護ネットワーク３０８は、スルー・レート補償ネットワーク３１０に結合される。スルー・レート補償ネットワーク３１０は、オペアンプ３０２への電圧入力がどれだけ速くスルーするかを判定する。スルー・レート補償ネットワーク３１０は、ハイブリッド回路３１１に結合され、ハイブリッド回路３１１はコンピュータ・システム４００に結合される。
【００３５】
素子４００，３１１，３１０の相互作用の目的は、デジタル化された波形情報を利用して、複合増幅器（３０２，３０４）が安定するようにどのように補償するかを判定することであり、そのためメッキ・セル１０に印加されるパルスにおいて適切な波形特性が維持される。コンピュータ・システム４００は、好ましくは、「雑音利得補償(noise gain compensation) 」という方法を利用してこれを達成する。この方法は、複合増幅器システムの「過去状態」安定性分布を特徴づけて、次にスルー・レート補償ネットワーク３１０およびハイブリッド回路３１１内に内蔵される直列ＲＣネットワークを、フィードバック補償ネットワーク３１６両端のフィードバック抵抗とスルー・レート補償ネット尾ワーク３１０およびハイブリッド回路３１１の組み合わせ両端のフィードバック抵抗との比率が十分大きく、システム利得が安定点でオープン・ループ利得分布に交差することを保証するような値に設定する。ハイブリッド回路３１１内のコンデンサは、コンピュータ・システム４００により、オープン・ループ利得クロスオーバ周波数の０．１に相当するコーナ周波数に設定される。
【００３６】
スルー・レート補償ネットワーク３１０の入力は、入力オーバドライブ保護ネットワーク３０８の出力と、フィードバック補償ネットワーク３１６の出力とに結合される。スルー・レート補償ネットワーク３１０の出力は、入力保護ネットワーク３１２の入力に結合される。
【００３７】
入力保護ネットワーク３１２は、オペアンプ３０２両端の過剰な電圧差を防ぐ。また、入力保護ネットワーク３１２は、過剰な出力遷移も防ぐ。入力保護ネットワーク３１２は、好ましくは、６つの高速回復ダイオード(fast recovery diode) からなり、３つは背面結合保護ネットワーク(back-to-back protection network) に結合され、デュアル逆極性構成(dual reverse polarity confiugration) で構成される。入力保護ネットワーク３１２の出力は、オペアンプ３０２の入力に結合される。オペアンプ３０２は、高電流出力をメッキ・セル１０に与える。
【００３８】
オペアンプ３０２の出力は、電流制限回路３１４の入力に結合される。電流制限回路３１４は、オペアンプ３０２からのピーク電流出力を監視する。電流制限回路３１４は、ピーク電流が所定の電流、本実施例では１５アンペアを越えるときに、出力電流検出抵抗器３１５の両端で発生する電圧フィードバック信号を利用して、オペアンプ３０２を遮断する。電流制限回路３１４の出力は、フィードバック補償ネットワーク３１６の入力に結合される。フィードバック補償ネットワーク３１６は、オペアンプ３０２の応答を選択的に濾波し、デジタル・インタフェース３１８（これはハイブリッド回路３１７に結合される）に結合されたコンピュータ・システム４００から信号を受信することによってこの選択的濾波を行う。ハイブリッド回路３１７は、フィードバック補償ネットワーク３１６とともに、コンデンサをフィードバック経路に入れて、フィードバックにおいて位相の進みを生じさせて、これが動作中にメッキ・セル１０において生じる電気化学反応１１の容量負荷性質による位相遅れを相殺する。また、フィードバック補償ネットワーク３１６は、必要な電圧フィードバックを出力として与え、これはスルー・レート補償ネットワーク３１０および加算接合部３１８に結合される。好ましくは、加算接合部３１８は、同じ値を有する３つの高精度の１０，０００Ω薄膜抵抗器からなる。
【００３９】
フィードバック補償ネットワーク３１６は、選択的に構成可能な並列ＲＣネットワークからなる。波形発生器２０は、フィードバック補償ネットワーク３１６に結合され、波形発生器２０がそのプログラムされた電圧値とドライバ３の駆動電圧値との間の誤差を検出することを可能にし、そうすることで、波形発生器２０は、５ｍｖ内で、複合増幅器回路（３０２，３０４）への入力から複合増幅器回路（３０２，３０４）からの出力までの誤差を補償できる。追加入力信号オフセット誤差は、デジタル・オフセット・トリム・ポテンショメータ３０５によって補償される。
【００４０】
高／低周波数電源バイパス・ネットワーク３２０，３２２は、高周波数雑音がオペアンプ３０２に結合されるのを防ぎ、また低周波数雑音がオペアンプ３０２に結合されるのを防ぐ。高／低周波数電源バイパス・ネットワーク３２０，３２２は、オペアンプ３０２とグランド３０５とに結合される。
【００４１】
電流制限回路３１４の出力は、メッキ・セル１０の入力に結合され、対象物１４の表面における電気化学反応１３中に電気化学液１１を介して、および対象物１４とアナログ・グランド１５との間に配置される低オームの電流検出抵抗器を介して、アナログ・グランド３０５への低インピーダンス電気接続を完成する。本発明は、メッキ・セル１０の変化する時定数の問題を解決する。メッキ・セル１０は短いＲＣ時定数で開始し、副生物の濃度が増加すると増加する。本発明のシステムは、電極１２および対象物１４に流れる電流を電気化学反応１３のために存在する自然発生ＲＣ時定数によって減衰させるのではなく、減衰電流(decay current) を手動判定レベルまたはコンピュータ・システム４００によって達成されるプログラム済みレベルまで印加する。減衰電流は、ドライバ回路３０の電圧または電流印加作用によって制御される。減衰電流は、波形発生器２０の刺激とメッキ・セルからの信号のフィードバックとに応答して、ドライバ回路３０によって確定または不定レベルに印加される。
【００４２】
また、本発明は、拡散境界層を制御する。拡散境界層分布は、電気化学反応の付近の流体力学条件によって設定され、表面欠陥三次電流(surface impairing tertiary current)で変化できる。三次電流は、活性化および質量移動(mass transfer) 効果の両方が分極抵抗(polarization resistance) に寄与するときに存在する。被着反応は質量移動によって制御され、三次電流は拡散層肉厚の均等性に主に依存する。パルス・サイクルのオン・サイクル（または活性反応期間）およびオフ・サイクル（または不活性反応期間）における本発明のシステムの電圧または電流印加能力により、高周波数で拡散領域層の反応時間を制御できる。拡散層は、均等な金属層を被着でき、かつ所望の形態金属被着を達成するのに十分な長さだけ強制的に「オン」される。
【００４３】
図４は、浴薬剤の充電および放電特性の正確な制御により製造される一般的なバンプ被着を、走査電子顕微鏡写真を用いて示す。以下のデータは、本発明を利用することによる一般的な均等かつ再現可能な超小型形状(microfeature)成長を示す。このデータは、異なる製造ロットから採取した２つの異なる半導体ウェハから測定された。高さ分布データは、半導体製造業界で一般的な校正済みDekTak
profilemeter から記録された。
【００４４】
【表３】
0004162272.tif 000002
わかるように、本発明は、高い分解能および高い再現精度でメッキ処理パラメータを制御する。メッキ・システムは、メッキ処理パラメータの高度な制御を有し、その結果、平坦でより均等な被着が得られ、金属被着形態応答(metallic deposits morphological response)は正確に制限でき、本発明を電気化学液および適切に構成された電極１２と対象物１４とともに用いることにより、メッキ液の有効製造寿命中に、ウェハ内で、ウェハ毎に、またウェハ・ロット毎に、半導体ウェハ相互接続超小型形状の被着特性のばらつきが低減される。
【００４５】
さらに、本発明は、処理パラメータを高度の分解能および精度で維持することにより、充電浴濃度および対応する浴導電性ならびにメッキ容量変化が、金属被着形態、例えば、被着分布，硬度，平坦性および粒径特性に及ぼす影響を低減する。
【００４６】
さらに、本発明は、電流大きさ特性が大きく変化する可能性のある電圧パルスを、電気化学液が有する並列抵抗および容量について大きな電気リアクタンスを有するメッキ電極１２および対象物１４に正確に印加する方法を提供し、その目的は、電極１２と対象物との間の電位を、拡散層において電気化学反応がどの程度速く進行できるかを決定するプログラム済みメッキ電圧過電位まで増加し、また装置が拡散層の電気化学反応をどの程度速く遅くするかを決定するプログラム済み電圧不足電位まで増加することである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の方法を利用したメッキ・バンプの走査電子顕微鏡写真の側面図である。
【図２】本発明の実施例のブロック図である。
【図３】本発明の実施例で用いられる回路素子の回路図である。
【図４】本発明の実施例を利用したメッキ・バンプの走査電子顕微鏡写真の側面図である。
【符号の説明】
１０  メッキ・セル
１１  電気化学液
１２  電極
１３  電気化学反応
１４  メッキ対象物
１５  アナログ・グランド
１６  水晶微量天秤（ＱＣＭ）
１７  導電性センサ
１８  アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
１９  ソフトウェア
２０  波形発生器
３０  メッキ・セル・ドライバ回路
４０  電圧検出フィードバック回路
５０  電流検出フィードバック回路
６０  スイッチ
７０  コネクタ
７１  アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
７２  デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
７３  ソフトウェア
７４  ビデオ・ディスプレイ
７５  制御素子
８０  コネクタ
８１  アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
８２  デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
８３  ソフトウェア
８４  ビデオ・ディスプレイ
８５  制御素子
９０  コネクタ
９１  信号調整器
９２  周波数検出器
９３  デジタル・カウンタ
９４  ソフトウェア
９５  ビデオ・ディスプレイ
９６  制御素子
３０２  高電力高電圧のパワー・オペアンプ
３０４  小信号入力オフセット最小化オペアンプ
３０５  オフセット・トリム・デジタル・ポテンショメータ（アナログ・グランド）
３０８  入力オーバドライブ保護ネットワーク
３１０  スルー・レート補償ネットワーク
３１１  ハイブリッド回路
３１２  入力保護ネットワーク
３１４  電流制限回路
３１５  出力電流検出抵抗器
３１６  フィードバック補償ネットワーク
３１７  ハイブリッド回路
３１８  デジタル・インタフェース（加算接合部）
３２０  高／低周波数電源バイパス・ネットワーク
３２２  高／低周波数電源バイパス・ネットワーク
３３０  デジタル・インタフェース
４００  コンピュータ・システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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