DE102006018052B3 - Device for galvanic coating of non-magnetic silicon substrate wafer for microelectronics, has permanent- and/or electromagnets with magnetic stray field strengths arranged on a back side of the silicon surface/on the substrate holder - Google Patents

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Abstract

The device for galvanic coating of large non-magnetic surfaces of silicon substrate wafers (1) for microelectronics, has permanent- and/or electromagnets with different magnetic stray field strengths arranged on a parts of a back side of the substrate surface or on the substrate holder. The effective magnetic stray field strength is 10-100 T/m2>. The electromagnets are individually controllable. The permanent magnets are adjustably arranged in the direction of the substrate holder in its height over the backside. The device for galvanic coating of large non-magnetic surfaces of silicon substrate wafers (1) for microelectronics, has permanent- and/or electromagnets with different magnetic stray field strengths arranged on a parts of a back side of the substrate surface or on the substrate holder. The effective magnetic stray field strength is 10-100 T/m2>. The electromagnets are individually controllable. The permanent magnets are adjustably arranged in the direction of the substrate holder in its height over the backside. Ring shaped iron cores (3) and copper windings (2) are present in the device. An independent claim is included for a method for galvanic coating of non-magnetic silicon substrate wafer for microelectronics.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Mikroelektronik und betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur galvanischen Beschichtung von großen Substratflächen für die Mikroelektronik, wie beispielsweise bei der Beschichtung von Wafern und/oder auf planaren und/oder strukturierten Oberflächen.The This invention relates to the field of microelectronics and relates a device and a method for galvanic coating of big ones substrate surfaces for the Microelectronics, such as in the coating of wafers and / or on planar and / or structured surfaces.

Bei der galvanischen Beschichtung großer Substratflächen kommt es häufig zu Dickenschwankungen der Schicht über den Querschnitt der Fläche, z.B. aufgrund ungleichmäßiger Stromdichteverteilung, geometrischer Unstetigkeiten und Konzentrationsschwankungen der Elektrolyten. Dies ist z.B. bei der galvanischen Beschichtung von Wafern in der Mikroelektronik aufgrund der geringen Schichtdicke und der geringen zugelassenen Toleranzen der Schichtdicke problematisch. Die abgeschiedenen Schichten sind in Randbereichen und an Kanten, die Orte erhöhter elektrischer Feldlinien darstellen, meist höher. Das gleiche trifft für Orte geometrischer Erhebungen und große Rauhigkeiten zu.at the galvanic coating of large substrate surfaces comes it often to thickness variations of the layer over the cross-section of the area, e.g. due to uneven current density distribution, geometric discontinuities and concentration fluctuations of Electrolyte. This is e.g. in the galvanic coating of Wafers in microelectronics due to the small layer thickness and the low permissible tolerances of the layer thickness problematic. The deposited layers are in edge areas and at edges, the places increased represent electric field lines, usually higher. The same is true for places more geometric Elevations and great Roughness too.

Durch üblicherweise einer parallele Anordnung der Elektroden, d.h. der zu beschichtenden Arbeitselektrode und der Gegenelektrode oder durch gezielte Konvektion oder Strömung des Elektrolyten wird technologisch versucht, eine homogene Schicht mit geringen Schichtdickenunterschieden zu erhalten. Zwischen den Elektroden befindet sich der Elektrolyt mit den entsprechenden Metallionen. Eine Optimierung der Elektrodenanordnung, des Elektrolyten, der Konvektion und Fließgeschwindigkeit des Elektrolyten an der Oberfläche setzt aufwändige numerische Berechnungen und Modellierung der Stromdichteverteilungen voraus (G. Nelissen, u.a., J. of Appl. Electrochem. 33 (2003) 863–873).By convention a parallel arrangement of the electrodes, i. the one to be coated Working electrode and the counter electrode or by targeted convection or flow The electrolyte is technologically tried to use a homogeneous layer to obtain small differences in layer thickness. Between the electrodes the electrolyte is with the corresponding metal ions. An optimization of the electrode assembly, the electrolyte, the Convection and flow rate of the electrolyte at the surface sets elaborate numerical calculations and modeling of current density distributions Nelissen, et al., J. of Appl. Electrochem., 33 (2003) 863-873).

Insbesondere bei Schichten von nur wenigen μm oder innerhalb von Strukturen ist dies nur bedingt erfolgreich.Especially for layers of only a few μm or within structures, this is only partially successful.

Standardmäßig werden z.B. bei der Cu-Abscheidung spezielle Additive dem Elektrolyten zugesetzt, die bevorzugt an geometrischen Erhebungen adsorbieren und die Abscheidung an diesen Stellen vermindern. Damit kann dem Effekt des bevorzugten Wachstums an Stellen höherer Felddichte entgegengewirkt werden.By default e.g. during Cu deposition special additives to the electrolyte added, which preferentially adsorb to geometric elevations and reduce deposition at these sites. This can be the Effect of the preferred growth counteracted in places higher field density become.

Additive haben den Nachteil, dass sie teilweise in die Schicht eingebaut werden und insbesondere bei nanoskaligen Schichten und Strukturen die Funktionseigenschaften der Schichten negativ beeinflussen können.additives have the disadvantage that they are partially incorporated into the layer and especially in nanoscale layers and structures can negatively influence the functional properties of the layers.

In DE 102 61 396 A1 wird eine Behandlungsstation für die galvanische Beschichtung von elektrisch leitenden, bandförmigen Substratträgern, insbesondere für die Herstellung von Solarzellen, beschrieben, wobei bei der Beschichtung durch Anbringung von Elektromagneten an speziellen Haltevorrichtungen eine erhöhte Elektrolytbewegung durch Aufprägen von Gleich- oder Wechselströmen verursacht wird, die eine bessere Schichtverteilung in Querrichtung der Bänder gewährleistet. Die Elektromagneten befinden sich dabei über dem bandförmigen Substratträger in keinem direkten Kontakt mit diesem.In DE 102 61 396 A1 describes a treatment station for the electroplating of electrically conductive, band-shaped substrate carriers, in particular for the production of solar cells, wherein the coating caused by attachment of electromagnets to special holding devices increased electrolyte movement by imposing DC or AC currents, the better Ensures layer distribution in the transverse direction of the bands. The electromagnets are located above the band-shaped substrate carrier in no direct contact with this.

In DE 100 40 935 C2 wird ein Verfahren zur galvanischen Beschichtung von Hochtemperatur-Supraleitern mit Cu und Cu-Legierungen beschrieben. Dabei wird in einer galvanischen Zelle zwischen dem Hochtemperatur-Supraleiter und der elektrischen und/oder thermischen Kupplung mindestens Kupfer und/oder eine Kupferlegierung aufgebracht. Während der galvanischen Abscheidung wird ein permanentes und/oder wechselndes Magnetfeld überlagert. Dazu werden in die Nähe der Anode und/oder der Kathode Permanentmagneten und/oder wechselnden Magnetfelder außerhalb der galvanischen Zelle angebracht, durch die die Konvektion im Elektrolyten erhöht und ein feinkörnigeres Gefüge der Schichten erzeugt wird.In DE 100 40 935 C2 describes a process for the electroplating of high temperature superconductors with Cu and Cu alloys. In this case, at least copper and / or a copper alloy is applied in a galvanic cell between the high-temperature superconductor and the electrical and / or thermal coupling. During the galvanic deposition, a permanent and / or alternating magnetic field is superimposed. For this purpose, in the vicinity of the anode and / or the cathode permanent magnets and / or alternating magnetic fields outside the galvanic cell attached, increased by the convection in the electrolyte and a finer grain structure of the layers is generated.

In der DE 103 55 571 A1 werden eine Vorrichtung zur elektrolytischen Beschichtung eines Metallstranges und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung beschrieben. Dabei wird ein Metallstrang vertikal zwischen mehrere, parallel zueinander und paarweise angeordnete Elektroden hindurchgeführt, wobei der Abstand zwischen Elektroden und Metallstrang mittels eines Aktuators im Wesentlichen konstant gehalten wird. Die Anordnung der Elektroden erzeugt ein Magnetfeld immer in Bandlaufrichtung, wodurch die Wirkung des Magnetfeldes zwischen Metallstrang und Elektroden minimiert oder möglichst ganz eliminiert wird.In the DE 103 55 571 A1 For example, a device for the electrolytic coating of a metal strand and a method for operating such a device are described. Here, a metal strand is passed vertically between a plurality of mutually parallel and arranged in pairs electrodes, wherein the distance between the electrodes and metal strand is kept substantially constant by means of an actuator. The arrangement of the electrodes always generates a magnetic field in the strip running direction, whereby the effect of the magnetic field between the metal strand and the electrodes is minimized or eliminated as far as possible.

Weiterhin ist aus der DE 102 29 001 A1 ein Verfahren und System zum Steuern der Ionenverteilung während des galvanischen Auftragens eines Metalls auf eine Werkstückoberfläche bekannt. Danach werden die Bahnen der Ionen in einem Galvanisierungsreaktor durch ein elektromagnetisch angesteuertes Verteilerelement gesteuert, so dass ein gefordertes Dickenprofil auf der Werkstückoberfläche erhalten wird. Die Steuerung des Ionenstromes durch das Verteilerelement erfolgt durch die darin befindlichen elektromagnetischen Elemente, die in der Nähe des Verteilerelementes ein magnetisches Feld erzeugen, welches die hindurchgehenden Ionen entsprechend des elektrischen Feldes ablenkt.Furthermore, from the DE 102 29 001 A1 discloses a method and system for controlling ion distribution during electrodeposition of a metal onto a workpiece surface. Thereafter, the orbits of the ions are controlled in a Galvanisierungsreaktor by an electromagnetically driven distributor element, so that a required thickness profile is obtained on the workpiece surface. The control of the ion current through the distributor element is effected by the electromagnetic elements therein, which generate a magnetic field in the vicinity of the distributor element, which deflects the ions passing through in accordance with the electric field.

Der Nachteil des bekannten Standes der Technik besteht darin, dass zwar bei der Beschichtung von Bändern oder Substraten ein Magnetfeld eingesetzt wird, damit aber nur eine Konvektion im Elektrolyten erzeugt und dadurch die Qualität der Schichten verbessert wird.The disadvantage of the known prior art is that although in the coating of tapes or substrates, a magnetic field is used, but so that only generates convection in the electrolyte and thereby the quality of the layers is improved.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur galvanischen Beschichtung von großen Substratflächen für die Mikroelektronik und ein einfaches und preiswertes Verfahren zur Herstellung anzugeben, mit der eine weitgehend gleichmäßige Schichtdicke auf einer großen Substratfläche oder eine definiert strukturierte, und innerhalb der Strukturen auch weitgehend gleichmäßige Schichtdicke in Bereichen von großen Substratflächen realisiert wird.task The invention is a device for electroplating of large substrate areas for microelectronics and to provide a simple and inexpensive method of production, with a largely uniform layer thickness on a big one substrate surface or a defined structured, and within the structures also largely uniform layer thickness in areas of large substrate surfaces is realized.

Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The The object is achieved by the invention specified in the claims. advantageous Embodiments are the subject of the dependent claims.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur galvanischen Beschichtung von großen unmagnetischen Substratflächen für die Mikroelektronik sind direkt an die Rückseite einer zu beschichtenden Substratfläche oder an den Substrathalter ein oder mehrere Permanent- und/oder Elektromagnete positioniert, deren magnetischen Streufelder so bemessen sind, dass die magnetischen Streufelder an, auf oder unmittelbar über der zu beschichtenden Substratoberfläche wirksam sind.at the device according to the invention for galvanic coating of large non-magnetic substrate surfaces for microelectronics are right at the back a substrate surface to be coated or to the substrate holder one or more permanent and / or electromagnets positioned whose Magnetic stray fields are dimensioned so that the magnetic Stray fields on, on or immediately above the substrate surface to be coated effectively are.

Vorteilhafterweise sind ein oder mehrere Permanent- und/oder Elektromagnete direkt auf der Rückseite der zu beschichtenden Substratfläche angeordnet.advantageously, are one or more permanent and / or electromagnets directly on the back side the substrate surface to be coated arranged.

Vorteilhaft ist es, wenn ein oder mehrere Permanent- und/oder Elektromagnete auf dem Substrathalter angeordnet sind.Advantageous it is when one or more permanent and / or electromagnets are arranged on the substrate holder.

Auch vorteilhaft ist es, wenn die magnetische Streufeldstärke an der Substratoberfläche zwischen 10 und 100 T/m2 beträgt.It is also advantageous if the stray magnetic field intensity at the substrate surface is between 10 and 100 T / m 2 .

Von Vorteil ist es auch, wenn mehrere Permanent- und/oder Elektromagneten eine unterschiedliche magnetische Streufeldstärke aufweisen.From It is also an advantage if several permanent and / or electromagnets have a different stray magnetic field strength.

Weiterhin vorteilhafterweise sind als Permanentmagnete NdFeB-Magnete eingesetzt. Auch vorteilhaft ist es, wenn die zu beschichtenden Substratflächen Wafer für die Mikroelektronik sind.Farther Advantageously, NdFeB magnets are used as permanent magnets. It is also advantageous if the substrate surfaces to be coated are wafers for the Are microelectronics.

Ebenfalls vorteilhafterweise sind ringförmige Eisenkerne und Kupferwicklungen vorhanden.Also Advantageously, annular iron cores and copper windings available.

Und auch vorteilhaft ist es, wenn nur an Teilen der Rückseite der zu beschichtenden Substratfläche oder des Substrathalters ein oder mehrere Permanent- und/oder Elektromagneten angeordnet sind.And It is also advantageous if only on parts of the back the substrate surface to be coated or the substrate holder one or more permanent and / or electromagnets are arranged.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Permanentmagnete in Richtung des Substrathalters in ihrer Höhe über der Rückseite verstellbar angeordnet sind.Farther It is advantageous if the permanent magnets in the direction of the substrate holder in height above the back are arranged adjustable.

Von Vorteil ist es auch, wenn die Elektromagnete an dem Substrathalter oder an der Rückseite des Substrates einzeln steuerbar sind.From It is also advantageous if the electromagnets on the substrate holder or at the back of the Substrates are individually controllable.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur galvanischen Beschichtung von großen unmagnetischen Substratflächen für die Mikroelektronik werden direkt an die Rückseite einer zu beschichtenden Substratfläche oder an den Substrathalter ein oder mehrere Permanent- und/oder Elektromagnete positioniert, deren magnetische Streufelder so bemessen sind, dass die magnetischen Streufelder an, auf oder unmittelbar über der zu beschichtenden Substratoberfläche wirksam sind.at the method according to the invention for galvanic coating of large non-magnetic substrate surfaces for microelectronics be right to the back a substrate surface to be coated or to the substrate holder one or more permanent and / or electromagnets positioned, whose magnetic stray fields are dimensioned so that the magnetic Stray fields on, on or immediately above the substrate surface to be coated effectively are.

Vorteilhafterweise werden zur Erzeugung einer gleichmäßigen galvanischen Beschichtung der gesamten Substratfläche direkt an die gesamte Rückseite der zu beschichtenden Substratfläche ein oder mehrere Permanent- und/oder Elektromagneten positioniert.advantageously, be used to produce a uniform galvanic coating the entire substrate surface directly to the entire back the substrate surface to be coated one or more permanent and / or electromagnets positioned.

Ebenfalls vorteilhafterweise werden mehrere Permanent- und/oder Elektromagneten eingesetzt, die eine gleiche magnetische Streufeldstärke aufweisen.Also Advantageously, several permanent and / or electromagnets used, which have a same stray magnetic field strength.

Weiterhin vorteilhafterweise werden zur Erzeugung einer strukturierten galvanischen Beschichtung einer Substratfläche ein oder mehrere Permanent- und/oder Elektromagnete an der Rückseite an den Stellen der Substratfläche, die strukturiert beschichtet werden sollen, positioniert.Farther Advantageously, to produce a structured galvanic Coating of a substrate surface one or more permanent and / or electromagnets on the back at the locations of the substrate surface, the structured to be coated, positioned.

Von Vorteil ist es, wenn zur Erzeugung einer strukturierten galvanischen Beschichtung einer Substratfläche ein oder mehrere Permanent- und/oder Elektromagnete an der Rückseite der Substratfläche positioniert werden, wobei an den Stellen, die strukturiert beschichtet werden sollen, die an der Rückseite befindlichen Permanent- und/oder Elektromagnete eine größere magnetische Streufeldstärke aufweisen, als die Permanent- und/oder Elektromagneten an den nicht oder nicht strukturiert zu beschichtenden Stellen der Substratfläche.From Advantage is when to produce a structured galvanic Coating of a substrate surface one or more permanent and / or electromagnets on the back the substrate surface positioned be, where at the points that are patterned coated supposed to be located at the back Permanent and / or electromagnets have a larger stray magnetic field strength, as the permanent and / or electromagnets to the not or not structured to be coated areas of the substrate surface.

Vorteilhafterweise werden an oder auf der zu beschichtenden Substratoberfläche lokale magnetische Streufelder erzeugt.advantageously, become local on or on the substrate surface to be coated generated magnetic stray fields.

Und auch vorteilhafterweise wird über die Anzahl, Positionierung und magnetische Streufeldstärke der Permanent- und/oder Elektromagnete die Schichtdicke der galvanisch aufgebrachten Schicht lokal beeinflusst.And also advantageously becomes over the number, positioning and stray magnetic field strength of Permanent and / or electromagnets the layer thickness of the galvanic applied layer locally influenced.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es möglich, eine über den Querschnitt weitgehend gleichmäßige Schichtdicke auf einer vergleichsweise großen Substratfläche für die Mikroelektronik zu erreichen. Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es aber auch möglich, eine gezielt strukturierte Beschichtung hinsichtlich Ort und Schichtdicke auf vergleichsweise großen Substratflächen zu erzeugen, wobei auch wieder die Schichtdicke der strukturiert beschichteten Bereiche der Substratflächen im gesamten Bereich der Beschichtung gleichmäßig ist.With the device according to the invention and the method of the invention It will be possible to get one over the Cross section largely uniform layer thickness on a comparatively large scale substrate surface for the To reach microelectronics. With the solution according to the invention but it is also possible a specifically structured coating with regard to location and layer thickness on comparatively large substrate surfaces to produce, again the layer thickness of the structured coated areas of the substrate surfaces in the entire area of Coating is uniform.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird es möglich, eine deutlich gleichmäßigere Beschichtung von Wafern für die Mikroelektronik zu realisieren. Nach dem Stand der Technik weisen die Beschichtungen derartiger Wafer im Randbereich und/oder in der Mitte des Wafers eine deutlich größere Schichtdicke als in den dazwischen liegenden Bereichen auf. Mit der erfindungsgemäßen Lösung beschichtete Wafer zeigen bei Untersuchung mit den Methoden des Standes der Technik keine Schichtdickenschwankungen über den gesamten Querschnitt des Wafers.By the solution according to the invention is it is possible a much more uniform coating of Wafers for to realize the microelectronics. According to the state of the art the coatings of such wafers in the edge region and / or in the Center of the wafer, a significantly greater layer thickness than in the in between areas. Wafers coated with the solution according to the invention show when examined by the methods of the prior art no layer thickness variations over the entire cross-section of the wafer.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden lokale magnetische Streufelder an, auf oder unmittelbar über der zu beschichtenden Substratfläche erzeugt und wirksam. Vorteilhafterweise werden die Permanent- und/oder Elektromagnete so angeordnet und weisen eine solche magnetische Streufeldstärke auf, dass die lokalen Streufelder unmittelbar an der Oberfläche der Substratfläche wirken.By be the device of the invention local magnetic stray fields at, on or immediately above the to be coated substrate surface generated and effective. Advantageously, the permanent and / or Electromagnets arranged and have such a magnetic Stray field strength on that the local stray fields directly on the surface of the substrate surface Act.

Um dieses zu erreichen werden der magnetohydrodynamische Effekt, der eine Konvektion im Elektrolyten erzeugt und die Wirkung von Feldgradienten in direkter Elektrodennähe genutzt. Dabei ist die Substratfläche gleichzeitig die Elektrode. Durch ein Magnetfeld das parallel und/oder in einem Winkel zu den elektrischen Feldlinien ausgerichtet ist, wird die Konvektion im Elektrolyten und in der Nähe der Elektrode durch eine induzierte Lorentzkraft erhöht. Ein zusätzlicher Effekt unmittelbar an der Elektrode wird bei der Abscheidung paramagnetischer Ionen mit relativ hoher magnetischer Suszeptibilität (z.B. Co2+, Fe3+,Ni2+, Cu2+) ausgenutzt. Diese werden bei der Existenz von magnetischen Feldgradienten bekanntermaßen in Bereiche hoher magnetischer Flussdichte, d.h. zu den magnetischen Polen hin gezogen. Dadurch wird die Abscheiderate lokal erhöht.To achieve this, the magnetohydrodynamic effect, which generates convection in the electrolyte and uses the effect of field gradients in the direct vicinity of the electrodes. The substrate surface is at the same time the electrode. By a magnetic field which is aligned parallel and / or at an angle to the electric field lines, the convection in the electrolyte and in the vicinity of the electrode is increased by an induced Lorentz force. An additional effect directly at the electrode is used in the deposition of paramagnetic ions with relatively high magnetic susceptibility (eg Co 2+ , Fe 3+ , Ni 2+ , Cu 2+ ). These are known in the existence of magnetic field gradients in areas of high magnetic flux density, that is drawn to the magnetic poles out. As a result, the deposition rate is increased locally.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird an Stellen der Substratfläche, die nach den bekannten Verfahren eine geringere Schichtdicke aufweisen, die Abscheiderate lokal erhöht und eine Schicht gleicher Dicke auf der gesamten Substratfläche abgeschieden.With the method according to the invention is in places of the substrate surface, which have a smaller layer thickness according to the known methods, increases the deposition rate locally and depositing a layer of equal thickness over the entire substrate surface.

Erfindungsgemäß könne auch gezielt Bereiche dickerer Schichten erzeugt und/oder Vertiefungen in strukturierten Oberflächen gefüllt werden. Permanent- und/oder Elektromagnete werden dazu so angeordnet, dass sich hohe Feldgradienten in diesen Bereichen befinden.Also according to the invention selectively creates areas of thicker layers and / or depressions in structured surfaces filled become. Permanent and / or electromagnets are arranged to that there are high field gradients in these areas.

Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass durch gezielte Positionierung der Permanent- und/oder Elektromagnete Änderungen der Abscheiderate und damit der Dicke der abgeschiedenen Schicht lokal erzielt werden. Damit kann vollständig oder teilweise auf den Einsatz von Additiven verzichtet werden.Of the Advantage of the method is that by targeted positioning the permanent and / or electromagnet changes the deposition rate and thus the thickness of the deposited layer can be achieved locally. This can be done completely or partly dispensed with the use of additives.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Permanentmagnete und/oder Elektromagnete auf der Rückseite der Substrathalter verstellbar angeordnet.In An advantageous embodiment of the invention are the permanent magnets and / or electromagnets on the back of the substrate holder arranged adjustable.

Zur Realisierung der Erfindung können handelsübliche galvanische Beschichtungseinrichtungen prinzipiell verwendet werden. In diesen Beschichtungszellen werden die zu beschichtenden Substratflächen und die Gegenelektrode horizontal und planparallel zueinander gehaltert und zum Elektrolytgefäß hin abgedichtet. Der Elektrolyt strömt von unten an die zu beschichtende Substratfläche. Die Zusammensetzung des Elektrolyten richtet sich nach der gewünschten Beschichtung.to Realization of the invention can commercial Galvanic coating facilities are used in principle. In these coating cells to be coated substrate surfaces and the counterelectrode supported horizontally and plane-parallel to one another and sealed to the electrolyte vessel. The electrolyte flows from below to the substrate surface to be coated. The composition of the Electrolyte depends on the desired coating.

Nachfolgend wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.following The invention is explained in more detail in several embodiments.

Dabei zeigtthere shows

1 Draufsicht und Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur gleichmäßigen Beschichtung einer runden Substratfläche 1 Top view and cross section of a device according to the invention for the uniform coating of a round substrate surface

2 Draufsicht und Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur strukturierten Beschichtung einer runden Substratfläche Die Figuren stellen Prinzipdarstellungen dar und geben keinen Aufschluss über tatsächliche Anordnungen und tatsächliche Abmessungen. 2 Top view and cross section of a device according to the invention for the structured coating of a round substrate surface The figures represent schematic diagrams and give no information about actual arrangements and actual dimensions.

Beispiel 1example 1

1 zeigt die Draufsicht und den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung einer gleichmäßigen Schichtdicke auf einem planaren, runden Siliciumwafer 1. Auf der gesamten Rückseite des horizontal angeordneten unmagnetischen Substratträgers mit dem Siliciumwafers 1 mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Dicke von 0,5 mm, werden abwechselnd Kupfenwicklungen 2 und Eisenkerne 3 angeordnet. Die Anzahl der Kupferwicklungen und die Höhe der angelegten Ströme hängen von der Zielstellung und gewünschten Dicke der Schichten ab und müssen durch Vorversuche ermittelt werden. Der zu beschichtende Wafer zeigt nach unten und wird auf bekannte Weise gehalten. Die Kupferwicklungen 2 stehen mit einer regelbaren Spannungsquelle (Ui) in Verbindung. Durch Anlegen der Spannungen U1 bis U5 an die Kupferwicklungen 2 wird ein Magnetfeld induziert, das die höchste Flussdichte im Zentrum des Eisenkernes 3 aufweist. Die Stärke der Flussdichte wird durch die angelegten Spannungen bestimmt. Mit dem Elektromagneten werden lokale Streufelder an der Waferoberfläche erzeugt, die den oben beschriebenen MHD-Effekt und Feldgradienteneffekt und somit eine größere Schichtdicke bewirken. 1 shows the plan view and the cross section of an apparatus according to the invention for producing a uniform layer thickness on a planar, round silicon wafer 1 , On the entire back of the horizontally arranged non-magnetic substrate carrier with the silicon wafer 1 with a diameter of 100 mm and a thickness of 0.5 mm, alternately turns copper 2 and iron cores 3 arranged. The number of copper windings and the magnitude of the applied currents depend on the target position and ge desired thickness of the layers and must be determined by preliminary tests. The wafer to be coated faces down and is held in a known manner. The copper windings 2 are connected to a controllable voltage source (U i ) in connection. By applying the voltages U 1 to U 5 to the copper windings 2 a magnetic field is induced which has the highest flux density in the center of the iron core 3 having. The strength of the flux density is determined by the applied voltages. With the electromagnet local stray fields are generated on the wafer surface, which cause the above-described MHD effect and field gradient effect and thus a greater layer thickness.

Zum Ausgleich einer nach dem Stand der Technik ungleichmäßigen Schichtdicke über den Querschnitt eines Siliciumwafers, bei dem die Schichtdicke am Rande und in der Mitte der Scheibe höher ist als in den dazwischen liegenden Bereichen, ist es erforderlich an die Spannungsquellen U2 und U3 eine höhere Spannung als an die Spannungsquellen U1, U4 und U5 anzulegen. Die Höhe der Spannung und des fließenden Stromes sind von der jeweiligen Aufgabenstellung und der Kupferwicklungen abhängig. In jedem Fall wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine höhere Abscheiderate in dem Bereich der Eisenkerne an den Kupferwicklungen, die mit den Spannungsquellen U2 und U3 verbunden sind, erreicht und somit die Schichtdicke vergleichmäßigt.To compensate for an uneven according to the prior art coating thickness over the cross section of a silicon wafer in which the layer thickness is higher on the edge and in the center of the disc than in the regions lying therebetween, it is necessary to the voltage sources U 2 and U 3 a higher Voltage as applied to the voltage sources U1, U4 and U5. The magnitude of the voltage and the current flowing depend on the particular task and the copper windings. In any case, a higher deposition rate is achieved in the region of the iron cores on the copper windings, which are connected to the voltage sources U 2 and U 3 , according to the inventive method, and thus uniformizes the layer thickness.

Die Anordnung der Elektromagneten hat den Vorteil einer einfachen Steuerung, und kann beispielsweise über handelsübliche Mehrkanalregler und entsprechender handelsüblicher Software erfolgen. Nach einer Schichtdickenkalibrierung kann das System schnell an die gewünschten Schichtdickenanforderungen angepasst werdenThe Arrangement of electromagnets has the advantage of simple control, and can be over, for example commercial Multi-channel controller and appropriate commercial software done. After a layer thickness calibration, the system can turn on quickly the desired Layer thickness requirements are adjusted

Beispiel 2Example 2

2 zeigt einen Aufbau in Draufsicht und Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Verwendung von ringförmigen Permanentmagneten, in diesem Falle NdFeB-Magnete. 2 shows a construction in plan view and cross section of a device according to the invention using annular permanent magnets, in this case NdFeB magnets.

An dem Substrathalter aus nichtmagnetischem Material sind an der Rückseite Ringe aus Messing 5 und NdFeB-Permanentmagnete 4 verstellbar angebracht. Dabei ist auf je einem Messingring 5 (Innenring) ein NdFeB-Ring 4 (Außenring) aufgeklebt. Bei größeren Ringdurchmessern kann der Permanentmagnetring 4 aus Segmenten aufgebaut werden. Diese Ringpaare sind durch Stellschrauben 6 gegeneinander verschiebbar. Die Einstellung der Schichtdicke erfolgt durch Verstellung der Ringpaare in Richtung der Rückseite der Substratfläche des Wafers 1 mittels der Stellschrauben 6. Je näher ein Ringpaar an die Rückseite des Wafers angenähert wird, desto stärker wird das Streufeld an der zu beschichtenden Waferoberfläche. Im Streufeld der Permanentmagneten wird aufgrund der oben beschriebenen Effekte die Abscheidung lokal erhöht, so dass die Schichtdicke an diesen Stellen zunimmt. Der Einsatz von Permanentmagneten hat den Vorteil, dass keine zusätzliche Energie aufgewendet werden muss.On the substrate holder made of non-magnetic material rings are made of brass on the back 5 and NdFeB permanent magnets 4 adjustable. It is on each a brass ring 5 (Inner ring) a NdFeB ring 4 (Outer ring) glued on. For larger ring diameters, the permanent magnet ring 4 be built from segments. These pairs of rings are by adjusting screws 6 slidable against each other. The adjustment of the layer thickness is effected by adjusting the ring pairs in the direction of the rear side of the substrate surface of the wafer 1 by means of the adjusting screws 6 , The closer a pair of rings approaches the back of the wafer, the stronger the stray field becomes on the wafer surface to be coated. In the stray field of the permanent magnets, the deposition is increased locally due to the effects described above, so that the layer thickness increases at these locations. The use of permanent magnets has the advantage that no additional energy has to be expended.

Beispiel 3Example 3

Wie in Beispiel 1 und 2 angegeben, können durch eine geometrische Anordnung von Permanent- und/oder Elektromagneten auf der Rückseite einer planaren dünnen Substratfläche während der Beschichtung unterschiedliche Dicken auf flachen Elektroden eingestellt werden. Durch den Einsatz kleiner Dauermagnete mit einem großen Streufeld wird die Oberflächenschicht strukturiert, wobei die strukturierten Bereiche keine geometrisch scharfen Kanten aufweisen. Die Strukturierung ist abhängig von der Größe der Magneten und entspricht etwa deren geometrischer Form.As in Example 1 and 2, can by a geometric arrangement of permanent magnets and / or electromagnets on the back side a planar thin one substrate surface while the coating different thicknesses on flat electrodes be set. By using small permanent magnets with a huge Stray field becomes the surface layer structured, where the structured areas are not geometric have sharp edges. The structuring depends on the size of the magnets and corresponds approximately to their geometric shape.

Beispiel 4Example 4

Ausgehend von den Angaben in den Beispielen 2 und 3 können durch die Anordnung von Permanent- und/oder Elektromagnete auf der Rückseite des Probenhalters die Streufelder so eingestellt werden, dass die größten Streufelder in Gräben und Vertiefungen wirksam werden. Damit werden diese Gräben und Vertiefungen gefüllt, ohne dass beispielsweise ein erhöhter Additivzusatz erforderlich ist.outgoing from the information in Examples 2 and 3 can be determined by the arrangement of Permanent and / or electromagnets on the back of the sample holder the Stray fields are set so that the largest stray fields in trenches and Deepening become effective. This will be these trenches and Wells filled, without, for example, an elevated Additive additive is required.

11
Probenhaltersample holder
22
Cu-WicklungCu winding
33
Fe-KernFe-core
44
NdFeB-MagnetringeNdFeB magnetic rings
55
Messingringebrass rings
66
Messingstellschraubebrass screw

Claims (18)

Vorrichtung zur galvanischen Beschichtung von großen unmagnetischen Substratflächen für die Mikroelektronik, bei der direkt an die Rückseite einer zu beschichtenden Substratfläche oder an den Substrathalter ein oder mehrere Permanent- und/oder Elektromagnete positioniert sind, deren magnetische Streufelder so bemessen sind, dass die magnetischen Streufelder an, auf oder unmittelbar über der zu beschichtenden Substratoberfläche wirksam sind.Device for the galvanic coating of huge non-magnetic substrate surfaces for microelectronics, at the directly to the back a substrate surface to be coated or to the substrate holder one or more permanent and / or electromagnets positioned are whose magnetic stray fields are dimensioned so that the magnetic Stray fields on, on or immediately above the substrate surface to be coated effectively are. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein oder mehrere Permanent- und/oder Elektromagnete direkt auf der Rückseite der zu beschichtenden Substratfläche angeordnet sind.Apparatus according to claim 1, wherein one or more Permanent and / or electromagnets directly on the back the substrate surface to be coated are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein oder mehrere Permanent- und/oder Elektromagnete auf dem Substrathalter angeordnet sind.Apparatus according to claim 1, wherein one or more Permanent and / or electromagnets arranged on the substrate holder are. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die magnetische Streufeldstärke an der Substratoberfläche zwischen 10 und 100 T/m2 beträgt.Apparatus according to claim 1, wherein the stray magnetic field intensity at the substrate surface is between 10 and 100 T / m 2 . Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der mehrere Permanent- und/oder Elektromagneten eine unterschiedliche magnetische Streufeldstärke aufweisen.Apparatus according to claim 1, wherein several permanent and / or electromagnets have a different stray magnetic field strength. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der als Permanentmagnete NdFeB-Magnete eingesetzt sind.Apparatus according to claim 1, wherein as permanent magnets NdFeB magnets are used. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die zu beschichtenden Substratflächen Wafer für die Mikroelektronik sind.Apparatus according to claim 1, wherein the to be coated substrate surfaces Wafers for the microelectronics are. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der ringförmige Eisenkerne und Kupferwicklungen vorhanden sind.Apparatus according to claim 1, wherein the annular iron cores and copper windings are present. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der nur an Teilen der Rückseite der zu beschichtenden Substratfläche oder des Substrathalters ein oder mehrere Permanent- und/oder Elektromagneten angeordnet sind.Apparatus according to claim 1, in which only parts the back the substrate surface to be coated or the substrate holder one or more permanent and / or electromagnets are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Permanentmagnete in Richtung des Substrathalters in ihrer Höhe über der Rückseite verstellbar angeordnet sind.Apparatus according to claim 1, wherein the permanent magnets are arranged adjustable in height in the direction of the substrate holder over the back. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Elektromagnete an dem Substrathalter oder an der Rückseite des Substrates einzeln steuerbar sind.Apparatus according to claim 1, wherein the electromagnets on the substrate holder or on the back of the substrate individually are controllable. Verfahren zur galvanischen Beschichtung von großen unmagnetischen Substratflächen für die Mikroelektronik, bei dem direkt an die Rückseite einer zu beschichtenden Substratfläche oder an den Substrathalter ein oder mehrere Permanent- und/oder Elektromagnete positioniert werden, deren magnetische Streufelder so bemessen sind, dass die magnetischen Streufelder an, auf oder unmittelbar über der zu beschichtenden Substratoberfläche wirksam sind.Process for electroplating of large non-magnetic substrate surfaces for microelectronics, at the directly to the back a substrate surface to be coated or to the substrate holder one or more permanent and / or electromagnets positioned whose magnetic stray fields are dimensioned so that the magnetic stray fields, on or immediately above the coating substrate surface are effective. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem zur Erzeugung einer gleichmäßigen galvanischen Beschichtung der gesamten Substratfläche direkt an die gesamte Rückseite der zu beschichtenden Substratfläche ein oder mehrere Permanent- und/oder Elektromagneten positioniert werden.The method of claim 12, wherein for generating a uniform galvanic Coating the entire substrate surface directly to the entire back the substrate surface to be coated one or more permanent and / or Electromagnets are positioned. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem mehrere Permanent- und/oder Elektromagneten eingesetzt werden, die eine gleiche magnetische Streufeldstärke aufweisen.Method according to claim 12, in which several permanent and / or electromagnets are used which have a same magnetic Stray field strength exhibit. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem zur Erzeugung einer strukturierten galvanischen Beschichtung einer Substratfläche ein oder mehrere Permanent- und/oder Elektromagnete an der Rückseite an den Stellen der Substratfläche, die strukturiert beschichtet werden sollen, positioniert werden.The method of claim 12, wherein for generating a structured galvanic coating of a substrate surface or more permanent and / or Electromagnets on the back at the locations of the substrate surface, which are to be coated in a structured manner. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem zur Erzeugung einer strukturierten galvanischen Beschichtung einer Substratfläche ein oder mehrere Permanent- und/oder Elektromagnete an der Rückseite der Substratfläche positioniert werden, wobei an den Stellen, die strukturiert beschichtet werden sollen, die an der Rückseite befindlichen Permanent- und/oder Elektromagnete eine größere magnetische Streufeldstärke aufweisen, als die Permanent- und/oder Elektromagneten an den nicht oder nicht strukturiert zu beschichtenden Stellen der Substratfläche.The method of claim 12, wherein for generating a structured galvanic coating of a substrate surface or more permanent and / or Electromagnets on the back the substrate surface be positioned, being coated at the points that structured that should be at the back located permanent and / or electromagnets a larger magnetic Stray field strength have, as the permanent and / or electromagnets to the not or not structured to be coated areas of the substrate surface. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem an oder auf der zu beschichtenden Substratoberfläche lokale magnetische Streufelder erzeugt werden.The method of claim 12, wherein on or the substrate surface to be coated local magnetic stray fields be generated. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem über die Anzahl, Positionierung und magnetische Streufeldstärke der Permanent- und/oder Elektromagnete die Schichtdicke der galvanisch aufgebrachten Schicht lokal beeinflusst wird.A method according to claim 12, wherein over the Number, positioning and stray magnetic field strength of Permanent and / or electromagnets the layer thickness of the galvanic applied layer is influenced locally.
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