CVS 技术在监控电镀铜槽液的运用

发布日期:2016-07-26

  一、引言:

  电镀是电子技术的基础工艺。近几年半导体产业逐渐采用电镀铜作为芯片上的导线,由于镀层需要均匀填充内嵌式结构中极细微的通孔、盲孔以及填孔等,更确定了有机添加剂的重要性。众所周知酸性电镀铜槽液中的基本成分有Cu2+、SO42-、Cl-和有机添加剂,前三种成分可通过化学分析对其进行管控;至于有机添加剂的分析,早先一向以经验导向的HULL-CELL试镀片,作为管理与添加的工具。但由于哈氏槽仅提供槽液有机成分的定性参考,而不能提供有效的定量信息,给槽液中有机添加剂的添加带来不便。为此Rockwell Science Center的Dr.Tench等发明了CVS (Cyclic Voltammetric Stripping,循环电位剥离),用来分析电镀液有机添加剂有效浓度以及镀液中杂质含量的一项电化学技术。我司于2011年导入瑞士万通CVS-797后,已经为我司广大的电镀客户群提供检测服务,并得到了客户端的广泛好评。

  二、CVS分析技术:

  2.1 CVS分析原理:

  CVS 分析仪有一个带有 3个电极(铂金电极,参比电极,以及辅助电极)的电化学槽。在 CVS 分析过程中,铂金电极的电位(相对于参比电极的电位)由分析仪的自动程序所控制,以固定的速度在负电位极限和正电位极限之间扫描,从得到电位图(图1)。

  在CVS分析仪的电位图中分几个重要的区段(参照图1):

A、电镀区段(由点1到点2,再由点2回到点3)

  在这个区段电流是负的,表示金属被电镀到铂金电极上(还原反应)。从电位扫描的速度可以很精

  确的计算出电镀的时间,再对电流和时间做积分可以估算出电镀在铂金电极上金属的总量。

  B、剥离区段(由点3到点4)

  电位扫描时,电流随着电位逐渐转正,当电流为正时,金属从铂金电极上剥离。在电位图中剥离区

  段的面积(在曲线以下的部分。分析仪会自动作积分计算面积,这个面积,称作Peak Area,表示为AR)代表将原先电镀在铂金电极上的金属剥离所需要的总电量。电位图上剥离区段的面积会较计算电镀区段的面积更能精确反映出镀液中有机添加物对电镀速度的影响。

  C、清洁区段(由点4到点5)

  随着电位逐渐加高,铂金电极上的正电位可以帮原先已附着在电极上的有机物脱离并且清洁电极。

  这个区段也可以用来检测酸性铜镀液中的有机污染物和氯离子的浓度。

  D、吸收区段(由点5到点6)

  在这个区段有机添加剂重新附着到铂金电极的表面,这对CVS的敏感度是很重要的。

2.2有机添加剂对电镀速度的影响:

  由y轴上的AR值所表示,基本上,抑制剂会减缓电镀的速度(如图2),光亮剂会增加电镀的速度(如图3),整平剂是一种比较弱的抑制剂(如图4)。

  需要注意的是业界对抑制剂并没有一个统一的名称,对光亮剂也是如此。

  在经多次使用的槽液中,有机添加剂会经历多种化学变化,包括氧化、还原、裂解和聚合等。经过这些化学变化后,大多数的有机添加物的活性会有所改变,与未经使用前的新槽液不同,因此会对电镀的速度有不同的影响。CVS分析这些有机添加物的有效浓度(实际的活性),而非绝对浓度。因此,CVS分析技术一般测量添加物的活性而有效地回报对电镀品质有直接关联的有效浓度。

  三、CVS在我司的运用:

  3.1对客户进行正常的生产管控。对如A、B、C等用我司CB-203A光剂客户,每月进行一次光剂含量的监测,测量出光亮剂、抑制剂、整平剂在槽液中的含量,从而确定电镀添加剂的补加量,或减少量,

  保持光剂的含量在我司所要求的管控范围内,确保镀层品质的同时也控制了光剂的耗量;

  3.2碳处理的时机。众所周知,电镀添加剂在多次发挥其职能作用后会分解,其分解产物对电镀效率和镀铜延展性有极大的负作用,这时我们需要对槽液做碳处理。早先一向以经验为导向,半年做一次碳处理,没有定量的判断,存在很大的品质隐患。而CVS,可以精确的分析出镀铜槽液中的“污染度”,设定槽液“污染度的容忍标准”后,我们可以准确的找到碳处理的时机,消除隐患;

  3.3查找问题的根源。今年4月份我司电镀客户D发生了严重的孔口发白问题,打HULL-CELL片找不

  到发生品质异常的根源。后来每天用CVS进行添加剂三大组份的检测,发现光亮剂,抑制剂,整平

  剂消耗不平衡,调整自动加药器的添加量后,问题解决。

  四、结论:

  本文介绍了CVS的分析原理,也列举说明了CVS在电镀铜槽液的管控中所发挥的作用。与传统的HULL-CELL相比较,CVS能够精确地测量个别添加剂的浓度,让工程师们随时补充槽液中耗损的成分,更科学的管理来达到电镀的品质,并且可以通过对污染度的测试,找到碳处理的最佳时机。

Copyright ©深圳市正天伟科技有限公司 All Rights Reserved.粤ICP备15101661号-1 技术支持:汇鑫科技