特許 6803926 ヘッドルーム制御とＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースを有するめっき電源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6803926

(24)【登録日】2020年12月3日

(45)【発行日】2020年12月23日

(54)【発明の名称】ヘッドルーム制御とＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースを有するめっき電源

(51)【国際特許分類】

   C25D 21/00 20060101AFI20201214BHJP

   G05F 1/56 20060101ALI20201214BHJP

   C25D 21/12 20060101ALI20201214BHJP

【ＦＩ】

   C25D21/00 A

   G05F1/56 310C

   C25D21/12 J

【請求項の数】12

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2018-560938(P2018-560938)

(86)(22)【出願日】2017年5月18日

(65)【公表番号】特表2019-521247(P2019-521247A)

(43)【公表日】2019年7月25日

(86)【国際出願番号】US2017033337

(87)【国際公開番号】WO2017205182

(87)【国際公開日】20171130

【審査請求日】2019年1月21日

(31)【優先権主張番号】15/163,097

(32)【優先日】2016年5月24日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】カミングズ， チャールズ エー．

(72)【発明者】

【氏名】ボージェソン， ミカエル アール．

【審査官】 菅原 愛

(56)【参考文献】

【文献】 中国実用新案第２０２５９５３０４（ＣＮ，Ｕ）

【文献】 欧州特許出願公開第０２３１５４９７（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００３５５０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０９−００３６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−１４６８９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２５Ｄ２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気めっき装置の動作を制御する方法であって、
目標電気めっきプロセスから、出力電気制御信号の目標値および対応する持続時間の出力電気制御信号スケジュールを生成することと、
少なくとも２つのモードで、前記出力電気制御信号スケジュールに従ってＤＣ電圧を生成するように、交流（ＡＣ）−直流（ＤＣ）電源ブロックを動作させることであって、
高動作モードにおいて、前記ＡＣ−ＤＣ電源ブロックが、電気めっきチャネルへの前記出力電気制御信号を直接供給し、
低動作モードにおいて、前記ＡＣ−ＤＣ電源ブロックが、ヘッドルーム電圧信号を供給して、低域制御トランジスタをバイアスし、低域制御トランジスタが、前記電気めっきチャネルへの前記出力電気制御信号を制御するポストレギュレータとして働くように、
前記ＡＣ−ＤＣ電源ブロックを動作させることと、
前記低動作モードから前記高動作モードへの遷移中の前記出力電気制御信号の急な変動を制御し、前記低域制御トランジスタの電力消費を最小限にするように、ヘッドルーム電圧を調整することと
を含む方法。

【請求項2】

１つ以上のセンサを使用して、前記電気めっきチャネルに出力される出力電気制御信号のフィードバックを供給することを、さらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記出力電気制御信号が、電圧信号である、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記ＡＣ−ＤＣ電源ブロックを動作させることが、前記ＡＣ−ＤＣ電源ブロックの動作を制御するメッセージを、コンピュータからＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースを介して通信することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記メッセージが、前記出力電気制御信号が電圧であるか電流であるかを指定し、アナログ制御メッセージが、前記出力電気制御信号の目標値および前記対応する持続時間を含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記ＡＣ−ＤＣ電源ブロックの動作を制御するメッセージを前記出力電気制御信号から電気的に分離するように、電気的分離回路を動作させることを、さらに含む、請求項４に記載の方法。

【請求項7】

較正テーブルを調べて、前記ＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースで受信された前記メッセージから、前記出力電気制御信号を生成する電気回路の対応する動作点を取得することを、さらに含む、請求項４に記載の方法。

【請求項8】

前記ＡＣ−ＤＣ電源ブロックが、複数の個別に動作可能な電源ユニットを含み、前記方法が、前記電源ユニット間の電気的相互作用を防止するダイオードを設けることを、さらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記高動作モードと前記低動作モードとの間の遷移を、それより下では前記ＡＣ−ＤＣ電源ブロックが非線形の動作を示す前記ＡＣ−ＤＣ電源ブロックの動作点で生じるように、選択することを、さらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

１つ以上のめっきサブシステムであって、前記１つ以上のめっきサブシステムの各々が、スケジュールに従って半導体を電気めっきするために使用されるめっきチャンバの個々のゾーンの電気めっき工程を駆動する制御された量の電気制御信号を生成する１つ以上のチャネルを含む、１つ以上のめっきサブシステムと、
ＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースを介して前記１つ以上のめっきサブシステムと結合されためっき制御コンピュータであって、前記スケジュールを供給するめっき制御コンピュータと、
各チャネルにめっき電位を供給する調整可能な出力を有する交流（ＡＣ）−直流（ＤＣ）電源ブロックと、
前記ＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースと前記ＡＣ−ＤＣ電源ブロックとの間の電気的インターフェースを提供して、前記ＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースから受信した前記スケジュールに従った前記ＡＣ−ＤＣ電源ブロックの動作を可能にする制御回路であって、１つ以上の電流センサ、１つ以上の電流スイッチング素子、および前記めっき制御コンピュータと前記ＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースとの間の電気的相互作用を防止するように配置された分離回路を含む制御回路と
を備える電気めっき制御装置であって、
前記１つ以上のめっきサブシステムが、前記ＡＣ−ＤＣ電源ブロックが第１の出力電気制御信号を直接供給している高動作モードと、前記ＡＣ−ＤＣ電源ブロックが低域制御トランジスタをバイアスし、前記低域制御トランジスタが、前記ＡＣ−ＤＣ電源ブロックに対するポストレギュレータとして働き、前記第１の出力電気制御信号よりも大きさが小さい第２の出力電気制御信号を供給する、低動作モードで動作可能である、電気めっき制御装置。

【請求項11】

前記めっき制御コンピュータが、較正テーブルを格納したメモリを含み、前記較正テーブルが、前記ＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースからのメッセージと前記制御回路の対応する動作設定値との間の変換のためのエントリを含む、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

前記ＡＣ−ＤＣ電源ブロックが、複数の個別に動作可能な電源ユニットを含み、前記装置が、動作中に前記電源ユニット間の電気的相互作用を防止する１つ以上のダイオードを、さらに含む、請求項１０に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［０００１］本発明の分野は、シリコンウェハおよび類似の基板などの基板を電気めっきするための装置、ならびに基板電気めっき装置内の電極に電力を供給する電源およびコントローラである。

【背景技術】

【0002】

［０００２］マイクロスケールの半導体および類似のデバイスを製造する際に、プロセス制御機器は、他の大多数の産業と比較してより厳しい要求を満たす必要がある。これは主に、マイクロ電子デバイスを首尾よく製造するために、プロセスパラメータを非常に厳密に制御しなければならないことに、起因する。例えば、ある用途においては、基板上にめっきされた金属層が基板の全領域にわたって均一な厚さを有することが、重要である。均一なめっきプロファイルまたは厚さを達成するためには、電気めっき装置内の電極を介して供給される電流を正確に制御する必要がある。

【0003】

［０００３］半導体製造における電気めっき装置は、他のめっき産業において使用されているものと同様の制御システムを使用してきた。一般に、これらの制御システムは、プロセスパラメータを読み取ってフィードバックループを閉じるために、アナログ回路と、マイクロコントローラ、またはＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）との組み合わせを含み、システムが所望のめっきプロファイルを生成することを可能にする。これらの既知の制御システムは、様々な程度の成功を収めてきた。したがって、改良された制御システムおよび制御方法が必要とされている。

【0004】

［０００４］各図面において、同一の参照番号は、同一の要素を示す。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】電気めっき装置の電気制御システムの一例のブロック図である。

【図2】図１に示すシステムの追加の要素を示すブロック図である。

【図3】電気めっき工程を制御する例示的な方法のフローチャートである。

【図4】電気めっき工程を制御するための例示的な装置のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

［０００９］電気めっきは、電流または電圧信号を用いて、基板の表面上への金属または金属化合物の堆積を制御するプロセスである。電気めっきは、例えば集積回路の製造を含む多くの用途で使用されている。そのような用途では、高精度の金属堆積速度および形状寸法が望ましい。これは、特に半導体基板構成要素上のマイクロ電子構成要素がより小さくなり続けるので、電気めっき電流を正確に制御することを必要とする。

【0007】

［００１０］電気めっき電流は、有利には、デジタル的に、すなわちプログラマブルコントローラを介して制御することができる。プログラム可能な出力が、めっき速度を最適化するために使用されてもよい。半導体製造機器を使用して、様々な製品を製造することができる。プログラマブルコントローラは、異なる製品を電気めっきするために機器が容易に使用されることを可能にする。いくつかの製造機器は、２つ以上のアノード、ウェハまたは基板に接続されたカソード、および任意選択で補助電極を有する。この機器では、プログラマブルコントローラは、複数のチャネルを同時に制御しなければならず、さらなる技術的課題を提示する。

【0008】

［００１１］電気めっき機器はまた、好ましくは、出力電流の広いダイナミックレンジを正確に制御する能力を有する。電気めっきシステムは、電気めっきを効果的に制御するために、広範囲の出力電流を供給することが期待されることが多い。めっきプロセスに必要な電流は、例えばミリアンペアから数十アンペアまでの広い範囲にわたって変化する。

【0009】

［００１２］図１に示すように、電気めっき装置１０は、ユーザインターフェースコンピュータ１２と、ＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェース２４およびイーサネットインターフェース２２を有するめっき制御コンピュータ２０とを含む。単一のめっき制御コンピュータが、ＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースを介して１つ以上のめっきサブシステム６０と通信することができる。イーサネットインターフェースは、別のユーザインターフェースコンピュータへの通信など、それほどタイムクリティカルではない機器通信に使用される。各めっきサブシステムは、めっきチャンバ内の１つ以上のアノードを制御する。

【0010】

［００１３］各めっきサブシステム６０は、１つ以上のチャネル３０を有し、各チャネル３０は、めっきチャンバ７０内のゾーンに接続されている。基板上の半径方向のめっき均一性を制御するために、複数のめっきチャンバゾーンが、使用されてもよい。簡潔にするために、めっきサブシステム６０の構成要素は、本明細書ではＰＰＳ（めっき電源アセンブリ）と呼ばれる。図１は、３つの異なるＰＰＳ構成のサンプルを示す。第１のＰＰＳ構成は、４つのチャネルを示し、これらは、１つのめっきチャンバにつき２つのチャネルを使用して、２つのめっきチャンバ７０をサポートするように接続されている。第２の例は、単一のめっきチャンバをサポートするための２つのチャネルを有するＰＰＳ構成を示す。第３のサンプルは、１つのめっきチャンバにつき３つのチャネルでめっきチャンバをサポートするための３つのチャネルを有するＰＰＳ構成を示す。

【0011】

［００１４］各チャネルのめっき電位は、調整可能なＤＣ出力を有するＡＣ−ＤＣ電源ブロック３２によって生成される。これらは、大電流での効率を良くするためにスイッチモード出力を使用する。通常、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックは、０Ｖまでずっと動作することが困難であるため、低電流での動作が問題になる。

【0012】

［００１５］制御盤４０は、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックとＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースとの間をインターフェース接続する回路を含む。ＡＣ−ＤＣ電源ブロックを動作させることは、めっき制御コンピュータ２０から、ＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースを介して、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックの動作を制御するための制御メッセージを通信することを含むことができる。制御メッセージは、出力電気制御信号が電圧であるか電流であるかを指定するデジタル制御メッセージと、目標出力電気制御信号値および対応する持続時間を指定するアナログ制御メッセージとを含むことができる。

【0013】

［００１６］図２は、１つのめっきチャネル３０のブロック図を示す。制御盤は、１つより多いめっきチャネルのための構成要素を含んでもよい。制御盤上の要素は、以下であり得る。

【0014】

［００１７］［ａ］１つ以上の電流センサ。より広い範囲のめっき電流を達成するために、別々の高域電流センサ４１および低域電流センサ４２を設けてもよいが、単一の電流センサまたは２つより多い電流センサを使用してもよい。

【0015】

［００１８］［ｂ］高域電流センサ４１を通って電流を送るための１つ以上の電流スイッチング素子４３。電流スイッチング素子４３は、スイッチング素子における低電力消費のためにトランジスタをしっかりとオンにするデジタル出力ＤＯ２ｐによって制御されるＭＯＳＦＥＴであってもよい。

【0016】

［００１９］［ｃ］低域電流センサ４２を通って電流を送るための１つ以上の電流スイッチング素子４４。これらは、アナログ出力と、トランジスタをＡＣ−ＤＣ電源ブロック３２と直列にする制御回路とによって制御することができる。このトランジスタは、リニア降圧レギュレータとして機能する。

【0017】

［００２０］［ｄ］ＥｔｈｅｒＣＡＴデジタルおよびアナログ入出力回路４５。めっき制御コンピュータ２０で実行されるソフトウェアは、デジタル出力をオンにし、めっき電流または電圧の設定値を制御するようにアナログ出力を設定し、電流および電圧などのめっきプロセスセンサ測定値を報告および記録するためにデジタル入力およびアナログ入力をリードバックすることによって、めっきサブシステム６０を制御する。

【0018】

［００２１］［ｅ］分離回路４６。この任意選択の回路は、電気めっき電力供給回路と他のインターフェースおよび制御回路との間の電気的相互作用を防止するために使用される。

【0019】

［００２２］［ｆ］閉ループ制御を提供するためのオペアンプ回路４７および４８。回路４７は、ＡＣ−ＤＣ電源ブロック３２を制御する。回路４８は、低域トランジスタ４４を制御する。ＡＣ−ＤＣ電源ブロックは、通常、オン／オフ制御を有し、これは、デジタル出力ＤＯ１ｐを使用して、めっき制御コンピュータ２０で実行されるソフトウェアによって制御することができる。

【0020】

［００２３］装置１０は、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックがめっきチャンバ内で互いに接続されているときに、それらの間の相互作用を防止するために、ブロッキングダイオード３３をさらに含むことができる。同時に、いくつかのゾーンでめっきし、異なるゾーンでめっき除去（ｄｅ−ｐｌａｔｅ）することが、時には望ましい。ゾーンがめっき除去されるように設計されている場合、ダイオード３３は逆になり、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックから来る電圧の極性は逆になる。

【0021】

［００２４］システム動作例

【0022】

［００２５］オペレータが、所望のまたは目標のめっきプロセスをユーザインターフェースコンピュータ１２に入力する。これは、一般に、めっきシステムのチャネルによって使用されるべき所望のモード（電圧または電流など）、設定値（２．５アンペアなど）および持続時間（１分など）を含む。所望のプロセスは、めっき制御コンピュータ２０に送られ、めっき制御コンピュータ２０は、電気めっきを含む、機器の時間的制約のある電気めっき工程を制御する。

【0023】

［００２６］半導体処理機器は、典型的にはロボットによって、基板をめっきチャンバ７０に持ってきて、めっき溶液に浸す。めっき制御コンピュータのソフトウェアは、ＥｔｈｅｒＣＡＴコマンドを送信して、ＰＰＳのデジタルおよびアナログ出力をオンにして、所望の設定値を通信することによって、ＰＰＳを制御する。デジタル出力ＤＯは、動作モード（電流または電圧）、範囲（例えば、高域または低域電流）、および電力供給状態（オンまたはオフ）を制御する。アナログ出力ＡＯは、ＰＰＳが供給すべき所望の設定値電流または電圧を表す。めっき制御コンピュータ２０は、各特定のチャネルに対する較正結果を考慮して、所望の設定値（例えば、アンペアでのめっき電流）を通信するために使用される、各チャネル、各ＰＰＳのモード、および範囲に対する較正テーブルを有する。記載された方法は、ＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェース上で受信された制御メッセージから、出力電気制御信号を生成する電気回路のための対応する動作点を取得するために、較正テーブルを調べることを、含んでもよい。めっき制御コンピュータまたはめっきサブシステム６０のいずれかに格納されている較正テーブルは、アンペアまたはボルトでのユーザプログラムされた設定値を、制御回路の対応する動作設定値に変換するために、使用される。この変換は、ＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースメッセージが、校正された設定値（例えばＤＡＣカウント）であるめっき制御コンピュータで行われてもよいし、ＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースメッセージが目標アンペアまたはボルトであるめっきサブシステムで行われてもよい。

【0024】

［００２７］ＰＰＳが、複数の電流センサを有する場合、めっき制御コンピュータ２０内で動作するソフトウェアは、所望の設定値およびＡＣ−ＤＣ電源ブロックの最小動作範囲に基づいて、プロセスの各ステップにどの範囲を使用すべきかを決定する。例えば、高域を用いることが適切である場合には、高域センサ４１を通って電流を送る制御が選択され、低域センサ４２を通って電流を送る制御入力が、オフにされる。

【0025】

［００２８］制御盤上の回路は、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックの制御ピンを駆動して、フィードバック信号を設定値信号に一致させるために、確立された技術（比例、積分および微分制御、すなわちＰＩＤ制御など）を使用する。例えば、高域電流制御モードにおいてＰＩＤ制御のＩ項を実施するために、回路４７は、制御出力０２ｉ＝ｋ_２ｆ（Ａ０−ＦＢｉ）を生成するように構成される。ここで、ＦＢｉ＝ＦＢ２ｉ、高域電流センサ４１からの高域電流フィードバック信号であり、Ａ０は、めっき制御コンピュータ２０からの設定値信号である。デジタル出力（ＤＯ）が、電流モードの代わりに電圧制御モードを使用すべきであることを知らせる場合、ＦＢｉ＝ＦＢ３ｉ、フィードバック検知回路５０からの電圧フィードバック信号ＦＢ３ｉである。回路４７は、演算増幅器およびアナログマルチプレクサを使用して、所望の制御信号を生成することができる。第１および第２、または高域および低域電流センサは、それぞれ、高域および低域動作中に出力電気制御信号の大きさを示すフィードバック信号を生成することができる。

【0026】

［００２９］回路４７および４８は、分離回路４６のどちらの側に実装することもできる。最初の実装では、それらは、分離された側にあった。

【0027】

［００３０］ＰＰＳが、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックの最小動作範囲を下回る電流を有する電流モード、または低域電流制御回路がより正確なめっき結果を提供すると予想される電流モードを供給するように要求される場合、低域センサ４２を通って電流を送るＰＰＳ制御信号が選択され、高域センサ４１を通って電流を送る制御信号ＤＯ２ｐがオフにされる。

【0028】

［００３１］このモードでは、２つの別々の制御ループが使用される。 １つのループが回路４７にあり、これは、固定されたドレイン−ソース間電圧（「ヘッドルーム電圧」）を低域トランジスタ４４に供給するように、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックを制御する。このモードでは、回路４７は、ヘッドルーム電圧検知回路４９を使用して、出力０２ｉ＝ｋ_ｈｒｆ（ｋ_{ＨＲｎｏｒｍ}−ＨＲｉ）制御信号をＡＣ−ＤＣ電源ブロック３２に供給する。ｋ_{ＨＲｎｏｒｍ}＝トランジスタの通常動作における所望のヘッドルーム電圧であり、ＨＲｉ＝測定されたヘッドルーム電圧である。

【0029】

［００３２］回路４８からの第２のループは、低域トランジスタ４４を制御し、それは、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックに対するポストレギュレータとして働き、その出力を、低い電流に対して最適化された電流センサに向ける。

【0030】

［００３３］回路４８は、制御のために十分に確立された制御技術を使用する。そのため、例えば、低域電流制御モードにおいてＰＩＤ制御のＩ項を実施するために、０１ｉ＝ｋ_１ｆ（Ａ０−ＦＢｉ）であり、ここで、ＦＢｉ＝ＦＢ１ｉ、低域電流センサの読み取り値であり、Ａ０は、めっき制御コンピュータ２０からの設定値信号である。

【0031】

［００３４］制御盤は、範囲間のシフト時の過渡事象を最小限に抑えるための回路を含む。めっきプロセス中に速度が変化する半導体めっきの場合、処理は通常、低いめっき電流で始まり、その後に、高いめっき電流にシフトする。ＡＣ−ＤＣ電源ブロックは、両方の範囲で電力を生成するが、低域トランジスタは、適切な動作のためにいくらかの電圧降下（「ヘッドルーム」）を必要とする。低域で動作している間、これにより、トランジスタは、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックが所望の出力で正確に（または全く）動作できない場合でも、電流を所望の値に調節するように調整を行うことができる。ＡＣ−ＤＣ電源ブロックの調整速度は通常、低域トランジスタよりも遅いため、低域から高域にスイッチするときに、低域動作にとって望ましいヘッドルームが、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックが、その後の高域ステップにとって望ましい電流よりも高い電流を生成するように、設定されることが、可能である。例えば、１オームの負荷と３ボルトのヘッドルームで、低域電流が２．０アンペア、高域電流が２．５アンペアの場合、必要なＰＰＳ出力電圧は、２ｘ１＝２Ｖである。３Ｖのヘッドルームを実現するためのＡＣ−ＤＣ電源ブロックの出力は、２＋３＝５Ｖになる。この装置が直ちに高域にスイッチした場合、予想される電流は、５Ｖ／１オーム＝５Ａとなり、所望の２．５Ａの設定値より高くなる。これは、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックが、その出力を高域電流ステップに必要なレベルまで下げて調整するまで、所望の設定値を超える電流スパイクをもたらすであろう。

【0032】

［００３５］多くの半導体電気めっきプロセスは、設定値より下の電流より、設定値より上の電流に対して、より敏感である。範囲遷移中に電流が所望の設定値を超える可能性を低減するために、高域および低域の電流制御のために別々の制御ＤＡＣおよび回路が、使用されてもよい。また、低域モードのために所望のヘッドルームを選択するための回路が、設けられてもよい。通常のヘッドルーム設定値ｋ_{ＨＲｎｏｒｍ}は、低域トランジスタが出力を制御するためのより多くのマージンを提供する。高域モードに変化する直前に、より低いヘッドルーム設定値ｋ_{ＨＲｍｉｎ}を選択することができる。これにより、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックの出力が、最小のヘッドルームレベルまで減少する（低域トランジスタが負荷の変化に応じて出力を制御するためのマージンが、減少する）。この場合、ＰＰＳコントローラが、高域に変化するとき、システムが所望の設定値をオーバーシュートする可能性が低くなる。

【0033】

［００３６］低域モードにおいて、低域トランジスタは、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックよりも変化により早く反応することができる。回路は、「設定値より下」の条件よりも「設定値より上」の条件により早く反応するように設計されてもよく、多くの場合これは、プロセスの観点からも望ましく、また低域トランジスタを電力消費限界による損傷から保護するためにも望ましい。さらに、ヘッドルームが閾値レベルを下回ると、制御回路の応答速度のＩ項（積分項）が、自動的に遅くなる。これにより、十分なヘッドルームがある場合は高速応答が可能になるが、ヘッドルームが不十分な場合は、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックの応答に追従するために応答が遅くなる。

【0034】

［００３７］これにより、低域制御回路でＩ項が蓄積するのを防ぎ、この機能がないと生じるであろうその後のオーバーシュートを防ぐことができる。

【0035】

［００３８］利点の例

【0036】

［００３９］記載されたアーキテクチャは、たとえその出力がその用途に必要とされる全範囲にわたって調整可能ではないとしても、低コストで、より容易に入手可能な市販のＡＣ−ＤＣ電源ブロックの使用を可能にする。これにより、カスタムのＡＣ−ＤＣ電源ブロックが不要になり、システムコストが削減される。

【0037】

［００４０］リニアポストレギュレータとともにスイッチモードのＡＣ−ＤＣ電源ブロックを使用すると、特性の好ましい組み合わせを持つシステムが生成される。大電流が必要な場合、スイッチモード設計により、高い効率が得られ、サイズ、コスト、および熱が削減される。低効率のリニアポストレギュレータは、低電流が必要な場合にのみ使用され、０Ｖまたは０Ａ出力への調整と、この設計の選択されたヘッドルーム電圧内でのより速い応答時間を可能にする。

【0038】

［００４１］低域制御トランジスタの上に既知のヘッドルーム電圧を維持することによって、低域制御トランジスタ内の電力消費が低減され、それによってトランジスタおよびヒートシンクをより小さくすることができる。これにより、システムサイズとコストが削減される。また、低い温度によりトランジスタの寿命が延び、信頼性が向上する。

【0039】

［００４２］ＥｔｈｅｒＣＡＴプロトコルは、既知の時間遅延でデータが送受信されることを保証するため、断続的な遅延変動が発生する可能性のある他の通信プロトコルと比較した場合、タイミングの不確実性が減少する。これにより、より再現性のあるプロセス結果が得られる。

【0040】

［００４３］ＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースはまた、大規模システム内での複数のＰＰＳコントローラとの通信を非常に簡単にする。ＰＰＳコントローラ内の回路が、閉ループ制御を担当するので、ソフトウェアは、プロセス設定値とモードのシーケンスを制御するだけでよい。

【0041】

［００４４］ＰＰＳコントローラが内部マイクロプロセッサを持たない実施形態では、開示された技術は、ＰＰＳコントローラとめっき制御コンピュータとの間の通信プロトコルの問題を除去する。これにより、ソフトウェア開発が簡素化され、ソフトウェアの複雑さが軽減され、開発時間が短縮され、信頼性が向上し、トラブルシューティング時間が短縮される。ソフトウェアの複雑さが軽減されるので、めっき制御コンピュータが、より多くのチャネルを制御することができるか、またはより低い性能のめっき制御コンピュータを利用することができ、システムコストが削減される。

【0042】

［００４５］図３は、半導体基板を電気めっきする工程を制御する方法３００の例示のフローチャートを示す。

【0043】

［００４６］方法３００は、３０２において、目標電気めっきプロセスから、目標出力電気制御信号値および対応する持続時間の出力電気制御信号スケジュールを生成することを含む。

【0044】

［００４７］方法３００は、３０４において、少なくとも２つのモードで、出力制御スケジュールに従ってＤＣ電圧を生成するように、交流（ＡＣ）−直流（ＤＣ）電源ブロックを動作させることを含む。

【0045】

［００４８］方法３００は、高動作モードで、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックが、電気めっきチャネルへの出力電気制御信号を直接供給し、低動作モードで、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックが、低域制御トランジスタ段をバイアスするためのヘッドルーム電圧信号を供給し、低域制御トランジスタが、電気めっきチャネルへの出力電気制御信号を制御するためのポストレギュレータとして働くように、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックの動作を制御すること３０６を含む。

【0046】

［００４９］方法３００は、３０８において、低動作モードから高動作モードへの遷移中における出力電気制御信号の急な変動を制御するためにヘッドルーム電圧を調整することを含む。ヘッドルーム電圧の選択的制御は、例えば、必要とされる高域電圧が、前の低域ステップ＋通常のヘッドルームよりも小さい場合に、潜在的なオーバーシュートを低減するために、低動作モードから高動作モードへスイッチする前に瞬間的にヘッドルーム電圧を低減することであってもよい。

【0047】

［００５０］図４は、半導体基板の電気めっきを制御するために使用され得る例示的な電気めっき制御装置４００を示す。

【0048】

［００５１］装置４００は、１つ以上のめっきサブシステム（４０２）を含み、１つ以上のめっきサブシステムの各々が、スケジュールに従って半導体ウェハを電気めっきするために使用されるめっきチャンバの個々のゾーン（典型的にはアノード）の電気めっき工程を駆動する制御された量の電気制御信号を生成する１つ以上のチャネルを含む。いくつかの実施形態において、めっきサブシステム４０２は、上述のめっきサブシステム６０と同様であってもよい。

【0049】

［００５２］装置４００は、ＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースを介して１つ以上のめっきサブシステムと結合されためっき制御コンピュータ４０４を含み、めっき制御コンピュータが、スケジュールを提供する。いくつかの実施形態において、めっき制御コンピュータ４０４は、上述のめっき制御コンピュータ２０と同様であってもよい。

【0050】

［００５３］装置４００は、各チャネルにめっき電位を供給する調整可能な出力を有する交流（ＡＣ）−直流（ＤＣ）電源ブロック（４０６）を含む。いくつかの実施形態において、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックは、本明細書に記載のＡＣ−ＤＣ電源ブロック３２と同様であってもよい。

【0051】

［００５４］装置４００は、ＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースとＡＣ−ＤＣ電源ブロックとの間に電気的インターフェースを提供して、ＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースから受信したスケジュールに従ってＡＣ−ＤＣ電源ブロックの動作を可能にする制御回路４０８を含み、制御回路は、１つ以上の電流センサ、１つ以上の電流スイッチング素子、およびめっき制御コンピュータとＥｔｈｅｒＣＡＴインターフェースとの間の電気的相互作用を防止するために、すなわちそれらを互いに分離するために配置された分離回路を含む。いくつかの実施形態において、制御回路４０８は、本明細書に記載の制御盤４０として具現化されてもよい。

【0052】

［００５５］１つ以上のめっきサブシステムは、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックが第１の出力電気制御信号を直接供給している高動作モードと、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックが、ＡＣ−ＤＣ電源ブロックに対するポストレギュレータとして働き、第１の出力電気制御信号よりも大きさが小さい第２の出力電気制御信号を供給する低域制御トランジスタをバイアスする低動作モードで動作可能である。

【0053】

［００５６］いくつかの実施形態において、電気めっき装置を制御する方法は、それぞれ高域および低域で線形可変電気出力信号を出力するために、高域回路および低域回路の一方を選択的に動作させる電気的スイッチを使用して、閾値を超える電圧を出力するときに線形動作を示し、閾値未満の電圧を出力するときに非線形動作を示す可変出力直流（ＤＣ）電源から線形可変電気出力信号を生成することを含む。高域では、ＤＣ電源の出力を直接使用することによって、線形可変電気出力信号が生成される。低域では、トランジスタへの一定のドレイン−ソース間電圧を維持するようにＤＣ電源を制御して、そのトランジスタをＤＣ電源のためのポストレギュレータとして使用することによって、線形可変電気出力信号が生成される。この方法は、出力電気制御信号の急な変動を制御するために、低域回路から高域回路にスイッチする前に瞬間的にこの一定値を減少させることを、さらに含むことができる。

【0054】

［００５７］全範囲にわたって線形とは限らない可能性がある既製の電源ブロックを使用して電気めっき電流を正確かつ線形に制御するための様々な実施形態および技術が説明されてきた。いくつかの実施形態において、正確な制御は、少なくとも２つの動作モード、すなわちＤＣ電源ブロックの線形動作範囲に対応する高モードと、可変線形低域出力電流を生成するためにトランジスタ回路を使用して、ＤＣ電源ブロックの出力が線形に調節される低モードとの間の電気的スイッチングを使用することによって、達成される。低モードと高モードとの間の遷移は、遷移中の電流変動を最小限に抑えるために、スイッチングの前に瞬間的にＤＣ電源ブロック出力を調整することによって、慎重に制御することができる。高動作モードと低動作モードとの間の遷移は、それより下ではＡＣ−ＤＣ電源ブロックが非線形の動作を示すＡＣ−ＤＣ電源ブロックの動作点で生じるように選択され得る。高域および低域を有するシステムは、有利なことには、単一の範囲のみを有するシステムよりも、低い設定値におけるより良好な精度および応答を有する。

【0055】

［００５８］ＡＣ−ＤＣ電源ブロックは、複数の個別に動作可能な電源ユニットを含むことができ、電源ユニット間の電気的相互作用を防止するためにダイオードを設けることができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】