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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung hochentwickelter Halbleitervorrichtungen, und insbesondere eine einstellbare Stromabschirmung, die in galvanischen Prozessen, die zum Bilden eines leitenden Metallmaterials durchgeführt werden, verwendbar ist.
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2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Die Herstellung von Halbleiterbauelementen erfordert häufig die Bildung von elektrischen Leitern auf Halbleiterwafern. Zum Beispiel werden elektrisch leitende Leitungen auf dem Wafer häufig durch galvanisches Aufbringen (Abscheiden) einer elektrisch leitfähigen Schicht, wie Kupfer, auf den Wafer und in strukturierte Gräben gebildet. Es gibt zwei Arten von Galvanisierungsvorrichtungen: eine Fontänengalvanisierungsvorrichtung und eine Vertikalgalvanisierungsvorrichtung. Beide weisen ihre jeweiligen Vorteile bei gewissen Anwendungen auf. Obwohl sich die Ausrichtung der Oberfläche des zu plattierenden Wafers in den beiden verschiedenen Verfahren unterscheidet – horizontal in der Fontänengalvanisierungsvorrichtung und vertikal in der Vertikalgalvanisierungsvorrichtung – sind die Prozessabläufe sehr ähnlich.
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Im Allgemeinen umfasst das Elektroplattieren (Galvanisieren) das Herstellen eines elektrischen Kontakts mit einer sogenannten leitfähigen ”Keim”-Schicht, die auf der Wafer-Oberfläche gebildet wird, auf der die elektrisch leitfähige Schicht, beispielsweise Kupfer, abgeschieden werden soll. Anschließend wird Strom durch eine galvanische Lösung (d. h., eine Lösung, die Ionen des abgeschiedenen Elements aufweist, beispielsweise eine Cu++ enthaltende Lösung) zwischen einer Anode und der leitfähigen Keimschicht auf der als eine Kathode wirkende Plattierungsoberflache des Wafers geleitet. Die Keimschicht leitet den elektrischen Metallisierungsstrom vom Rand des Wafers, an dem der elektrische Kontakt hergestellt wird, zur Mitte des Wafers, der aufgrund eingebetteter Strukturen Gräben und Durchkontaktierungen aufweist. Dies bewirkt eine elektrochemische Reaktion auf der Plattierungsoberfläche des Wafers, die zur Abscheidung der elektrisch leitfähigen Schicht führt. Idealerweise sollte die letzte Materialschicht, die auf der Keimschicht galvanisch abgeschieden wird, die eingebetteten Strukturen vollständig füllen, und sie sollte ein bestimmtes Dickenprofil über der Oberfläche des Wafers aufweisen. Im Allgemeinen sollte in Elektroplattierungsprozessen, das Dickenprofil des abgeschiedenen Metalls möglichst häufig überprüft werden.
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Bei einem Versuch, die Schwankungen in dem abgeschiedenen Material zu minimieren, ist es wichtig, dass die elektrisch leitfähige Keimschicht eine gleichmäßige Dicke über der Plattierungsoberfläche des Wafers aufweist. Doch selbst mit sehr gleichmäßigen Keimschichten erzeugen herkömmliche galvanische Verfahren eine ungleichmäßige Abscheidung aufgrund des sogenannten ”Kanteneffekts”, der mit einem solchen Beschichtungsverfahren zusammenhängt. Im Allgemeinen bezieht sich der Kanteneffekt darauf, dass die abgeschiedene elektrisch leitfähige Schicht die Tendenz aufweist, in der Nähe der Waferkante dicker zu sein als in der Wafermitte, d. h., ein ”kantendickes”-Profil hat. Dieses kantendicke Profil in der letzten Schicht wird unter anderem durch eine Verringerung des Stromflusses durch die Keimschicht in dem mittleren Bereich des Wafers, verglichen mit dem Strom, der in der Nähe des Randbereichs des Wafers fließt, verursacht. Das heißt, da die leitfähige Keimschicht am Rand des Wafers kontaktiert wird, und die durch die Keimschicht fließende Stromstärke von der Kante des Wafers zur Mitte des Wafers abfällt, wird im Vergleich zum Randbereich des Wafers weniger leitendes Material, beispielsweise Kupfer, in der Mitte des Wafers plattiert.
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Die Bildung solcher kantendicker Materialschichten erschwert die nachfolgende Verarbeitung. Zum Beispiel sind aufgrund solcher kantendicken Materialschichten nachfolgende chemisch-mechanische Poliervorgänge schwieriger durchzuführen, das heißt, es ist schwieriger, nach Durchführung des Poliervorgangs eine im Wesentlichen ebene Oberfläche zu erhalten. Als weiteres Beispiel können verschiedene Prozessparameter des Elektroplattierungsprozesses bei einem Versuch, diese Tendenz, dass leitende Materialschichten mit einem kantendicken Profil erzeugt werden, zu bekämpfen, eingestellt werden. Jedoch können derartige Prozessänderungen dazu führen, dass eine leitfähige Schicht hergestellt wird, die im mittleren Bereich des Wafers zu dünn ausgebildet ist, wodurch es zur Bildung von fehlerhaften Verdrahtungsstrukturen kommt, die nicht so dick sind, wie es durch den Entwurfsprozess geplant war. Solche fehlerhaften Verdrahtungsstrukturen können die nutzbare Lebensdauer eines integrierten Schaltungsprodukts reduzieren und im schlimmsten Fall zu einem vollständigen Geräteausfall führen.
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Ein Verfahren, das in einem Versuch zur Vermeidung oder Verringerung der Produktionsmenge derartiger kantendicker leitfähiger Schichten verwendet wurde, umfasst die Verwendung einer sogenannten Stromabschirmung. Stromabschirmungen sind typischerweise zwischen der Anode und dem Wafer angeordnet, und sie dienen dazu, das elektrische Feld im Kantenbereich des Wafers zu reduzieren, wodurch die Menge des leitfähigen Materials das sich am Randbereich des Wafers bildet, verringert wird. Die Stromabschirmungen können aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt sein, wie nicht leitende, inerte Materialien, wie Kunststoff. Die Stromabschirmungen können in Bezug auf ihre Fläche, die zwischen der Anode und dem Wafer angeordnet ist, fest angebracht oder verstellbar sein. In einem Beispiel weist eine fest angebrachte Stromabschirmung eine radiale Breite von etwa 20–30 mm und eine Dicke von in etwa 2–3 mm auf. Solche fest angebrachten Stromabschirmungen werden in der Regel durch ein Versuchs- und Irrtumsverfahren für einen bestimmten Prozessablauf und/oder Gerät bemessen und konfiguriert. Sobald akzeptable Ergebnisse erzielt werden, wird die speziell konstruierte Stromabschirmung in der Produktion eingesetzt. Wenn es bedauerlicherweise eine Änderung in der Konstruktion der Wafer- oder in den Verfahrensbedingungen gibt, kann die bestehende Stromabschirmung keine geeigneten Ergebnisse erzielen. In diesem Fall muss ein neuer Entwurf einer Stromabschirmung ermittelt werden (durch Versuch und Irrtum), und dann in den Produktionsbetrieb integriert werden. Alternativ können die Verfahrensingenieure versuchen, mit der weniger wünschenswerten ursprünglichen Stromabschirmung „zurechtzukommen”, die zur Herstellung von leitfähigen Schichten, die nicht das gewünschte Profil oder Zieldickenprofil aufweisen, und zu den Problemen, die mit derartigen Schichten, wie zuvor erläutert, zusammenhängen, führen kann.
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Die vorliegende Erfindung ist auf eine neue einstellbare Stromabschirmung gerichtet, die ein oder mehrere der oben identifizierten Probleme lösen oder verringern kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Das Folgende stellt eine vereinfachte Zusammenfassung der Erfindung dar, um ein grundlegendes Verständnis einiger Aspekte der Erfindung zu bereitzustellen. Diese Zusammenfassung ist keine vollständige Übersicht über die Erfindung. Es ist nicht beabsichtigt, wesentliche oder entscheidende Elemente der Erfindung zu identifizieren oder den Schutzumfang der Erfindung abzugrenzen. Ihr einziger Zweck ist es, einige Konzepte in vereinfachter Form als Einleitung auf die detailliertere Beschreibung, die später beschrieben wird, aufzuzeigen.
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Im Allgemeinen ist die vorliegende Erfindung auf eine Plattierungsvorrichtung gerichtet, die eine einstellbare Stromabschirmung aufweist, die in galvanischen Prozessabläufen eingesetzt werden kann. Eine hierin offenbarte veranschaulichende Plattierungsvorrichtung umfasst einen Substrathalter, der geeignet ist, ein Substrat aufzunehmen, eine Anode und eine einstellbare Stromabschirmung, die zwischen dem Substrathalter und der Anode angeordnet ist. In dieser veranschaulichenden Ausführungsform umfasst die einstellbare Stromabschirmung ein feststehendes (nicht bewegliches) Element, ein bewegliches Element, das geeignet ist, relativ zu dem nicht beweglichen Element bewegt zu werden, und eine Vielzahl von Stromabschirmungselementen, die wirksam mit entweder dem nicht beweglichen Element oder dem beweglichen Element verbunden sind, wobei jedes der Stromabschirmelemente drehbar an entweder das unbewegliche Element oder das bewegliche Element befestigt ist, und wobei jedes der Stromabschirmungselemente dazu geeignet ist, sich zu drehen, wenn eine Relativbewegung zwischen dem beweglichen Element und dem nicht beweglichen Element gibt.
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Eine weitere hierin offenbarte veranschaulichende Plattierungsvorrichtung umfasst einen Substrathalter, der geeignet ist, ein Substrat aufzunehmen, eine Anode und eine einstellbare Stromabschirmung, die zwischen dem Substrathalter und der Anode angeordnet ist. In dieser veranschaulichenden Ausführungsform umfasst die einstellbare Stromabschirmung einen feststehenden (nicht beweglichen) Ring, einen beweglichen Ring, der geeignet ist, relativ zu dem nicht beweglichen Ring bewegt zu werden, und eine Vielzahl von Stromabschirmungselementen, die wirksam mit dem nicht beweglichen Ring und dem beweglichen Ring verbunden sind, wobei jedes der Vielzahl von Stromabschirmelementen drehbar an entweder dem nicht beweglichen Ring oder dem beweglichen Ring befestigt ist, und wobei jedes der Stromabschirmelemente geeignet ist, sich zu drehen, wenn es eine Relativbewegung zwischen dem beweglichen Ring und dem nicht beweglichen Ring gibt, wodurch ein Abschnitt jedes der Stromabschirmelemente in Abhängigkeit von der Richtung der Relativbewegung radial nach innen oder nach außen bewegt wird.
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Eine noch weitere hierin offenbarte veranschaulichende Plattierungsvorrichtung umfasst einen Substrathalter, der geeignet ist, ein Substrat aufzunehmen, eine Anode und eine einstellbare Stromabschirmung, die zwischen dem Substrathalter und der Anode angeordnet ist, wobei die einstellbare Stromabschirmung eine Vielzahl von unterteilten (segmentierten) Abschirmungselementen aufweist, die bewegbar ist, um eine Größe einer Öffnung der einstellbaren Stromabschirmung effektiv zu ändern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Offenbarung kann anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, verstanden werden, und in denen:
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1 und 1A vereinfachte und schematische Ansichten von verschiedenen veranschaulichenden Ausführungsformen einer Galvanisiervorrichtung mit einer hierin offenbarten einstellbaren Stromabschirmung darstellen;
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2A–2E verschiedene veranschaulichende Aspekte einer veranschaulichenden Ausführungsform einer hierin offenbarten einstellbaren Stromabschirmung zeigen, und
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3A–3B eine veranschaulichende Ausführungsform einer Vielzahl von Stromabschirmungselementen, die in der hierin offenbarten einstellbaren Stromabschirmung verwendbar ist, zeigen.
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Während der hierin offenbarte Gegenstand verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen unterworfen werden kann, wurden spezielle Ausführungsformen davon beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und werden hierin im Detail beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Beschreibung spezieller Ausführungsformen nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die besonderen offenbarten Formen zu beschränken, sondern es ist vielmehr die Absicht, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen zu umfassen, die in den Geist und den Umfang der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, fallen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nachfolgend werden verschiedene veranschaulichende Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Im Interesse der Übersichtlichkeit sind nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung in dieser Beschreibung beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass bei der Entwicklung einer derartigen tatsächlichen Ausführungsform zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Ziele der Entwickler, wie die Übereinstimmung mit systembezogenen und geschäftsbezogenen Einschränkungen, die von einer Implementierung zur anderen variieren, zu erreichen. Darüber hinaus versteht es sich, dass ein derartiger Entwicklungsaufwand komplex und zeitaufwendig sein kann, jedoch nichtsdestotrotz eine Routinemaßnahme für den Fachmann darstellt, der von dieser Erfindung profitiert.
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Der vorliegende Gegenstand wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Verschiedene Strukturen, Systeme und Vorrichtungen sind zum Zwecke der Erläuterung lediglich schematisch in den Zeichnungen dargestellt, um die vorliegende Erfindung nicht mit Details, die dem Fachmann bekannt sind, unklar zu machen. Dennoch sind die angehängten Zeichnungen beigefügt, um die veranschaulichenden Beispiele der vorliegenden Offenbarung zu beschreiben und zu erklären. Die hierin verwendeten Wörter und Sätze sollen so verstanden und interpretiert werden, dass deren Bedeutung mit dem Verständnis jener Worte und Sätze durch den Fachmann konsistent ist. Keine spezielle Definition eines Begriffs oder eines Satzes, d. h., eine Definition, die sich von der gewöhnlichen und gebräuchlichen Bedeutung, die von Fachleuten verstanden wird, unterscheidet, soll durch die konsequente Nutzung des Begriffs oder des Satzes hierin impliziert werden. In dem Maße, dass ein Begriff oder Satz eine besondere Bedeutung haben soll, das heißt, eine andere als vom Fachmann vorausgesetzte Bedeutung, wird eine derartige spezielle Definition ausdrücklich in der Beschreibung in einer definitorischen Weise festgelegt, die direkt und unmissverständlich die spezielle Definition für den Begriff oder den Satz angibt.
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Die vorliegende Offenbarung ist auf eine Galvanisiervorrichtung (Plattierungsvorrichtung) gerichtet, die eine einstellbare Stromabschirmung, die in galvanischen Prozessabläufen verwendet werden kann, umfasst. Wie leicht für den Fachmann nach vollständigem Lesen der vorliegenden Anmeldung ersichtlich wird, können die hierin offenbarten Verfahren und Vorrichtungen in einer Vielzahl von verschiedenen Herstellungsanwendungen und -verfahren verwendet werden, z. B., Standardplattierungsvorgänge, um eine einheitliche leitfähige Schicht zu bilden, strukturierte Plattierungsanwendungen, usw. Darüber hinaus können die hierin offenbarten Verfahren und Vorrichtungen auch bei der Herstellung einer Vielzahl von verschiedenen Vorrichtungen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Logikbauelemente, Speichergeräte usw., eingesetzt werden. Bezug nehmend auf die beigefügten Figuren werden im Nachfolgenden verschiedene veranschaulichende Ausführungsformen der hierin offenbarten Verfahren und Vorrichtungen detailliert beschrieben.
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1 zeigt in schematischer und vereinfachter Form eine Fontänengalvanisiervorrichtung 10 gemäß einer hierin offenbarten veranschaulichenden Ausführungsform, wobei die hierin offenbarte einstellbare Stromabschirmung 100 im Wesentlichen horizontal in der Vorrichtung 10 ausgerichtet und vertikal über der Anode angeordnet ist. Wie jedoch vom Fachmann erkannt wird, kann die hierin offenbarte einstellbare Stromabschirmung auch in Vertikalplattierungsvorrichtungen eingesetzt werden, wobei die hierin offenbarte einstellbare Stromabschirmung 100 in einer derartigen Vertikalplattierungsvorrichtung im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist, wie in 1A schematisch dargestellt. Die offenbarte Elektroplattierungsvorrichtung 10 umfasst einen Hauptgalvanisierungsbadbehälter 12, der ein herkömmliches galvanisches Bad 14, das eine elektrolytische Galvanisierungsflüssigkeit enthält, umfasst. Eine zylindrische Behälterwand 16 bestimmt die Höhe 18 des galvanischen Bades 14. Die Elektroplattierungsvorrichtung 10 umfasst ferner einen Substrat/Wafer-Halter 20 und eine schematisch dargestellte Anode 30. Der Substrathalter 20 ist geeignet, ein integriertes Schaltungssubstrat 22 zu halten. Ein Motor (nicht dargestellt) treibt eine Spindel 26 an, die den Substrathalter 20 und das Substrat 22 während der Plattierungsvorgänge um eine Mittelachse dreht. Das Substrat 22 weist eine Substratrückseite 22B und eine Substratplattierungsvorderfläche 22F auf. Die Plattierungsvorderfläche 22F weist typischerweise eine darauf ausgebildete leitende Keimschicht (nicht gezeigt) zur Erleichterung der Plattierungsvorgänge auf, wie z. B., eine leitende Kupferkeimschicht oder eine Tantal- oder Titannitrid-Barrierenschicht. Die Form und der Aufbau des Substrathalters 20 können sich je nach Art der verwendeten Plattierungsvorrichtung ändern. In einigen Fällen kann der Substrathalter 20 eine elastische O-Ringdichtung (nicht gezeigt) und einen Satz elektrischer Kontakte (nicht gezeigt) zum elektrischen Verbinden des negativen Anschlusses einer Stromquelle 24 an die leitfähige Keimschicht (nicht gezeigt) an der Kante des Substrats 20 aufweisen. Der positive Anschluss der Stromquelle 24 ist mit der Anode 30 leitfähig verbunden. Das Substrat 22 kann aus einem beliebigen Halbleitermaterial, wie Silizium, Silizium/Germanium, Rubin, Quarz, Saphir oder Galliumarsenid gebildet sein. Die Anode 30 ist als veranschaulichendes Beispiel zu verstehen, da sie mehrere Teile, die in einer Vielzahl von Konfigurationen angeordnet sein können, umfassen und mehrere Öffnungen aufweisen kann.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst die Elektroplattierungsvorrichtung zudem eine hierin offenbarte, schematisch dargestellte, einstellbare Stromabschirmung 100. Im Allgemeinen ist die einstellbare Stromabschirmung 100 zwischen der Anode 30 und dem Substrat 22 oder dem Substrathalter 20 angeordnet. Die einstellbare Stromabschirmung 100 kann an der Behälterwand 16 durch eine beliebige technische Ausführung, z. B., Klammern, Ösen, Verschraubungen, etc., befestigt werden. Der Umfang der einstellbaren Stromabschirmung 100 muss nicht gegen die Innenfläche der Behälterwand 16 abgedichtet werden. Die einstellbare Stromabschirmung 100 kann in jedem gewünschten Abstand von dem Substrat 22 angeordnet sein, und dieser Abstand kann je nach spezieller Anwendung variieren. Beispielsweise kann die Position der einstellbaren Stromabschirmung 100 zumindest teilweise auf Grundlage des gewünschten Dickenprofils der elektrisch leitfähigen Schicht, die auf dem Substrat 22 abgeschieden werden soll, bestimmt werden. Je näher für gewöhnlich die einstellbare Stromabschirmung 100 an dem Substrat 22 positioniert ist, desto größer ist der Einfluss der einstellbaren Stromabschirmung 100 auf das resultierende Dickenprofil der elektrisch leitenden Schicht, die auf dem Wafer 22 abgeschieden werden soll. Die einstellbare Stromabschirmung 100 sowie die Behälterwand 16 können aus Materialien gebildet sein, die Einflüssen durch die elektrolytische Plattierungsflüssigkeit in dem Bad 14 widerstehen können. Diese Strukturen können aus einem dielektrischen Material oder einem Verbundmaterial, das eine dielektrische Beschichtung aufweist, gebildet sein, um während des Galvanisierprozesses eine Elektroplattierung von Metall auf diese Strukturen zu verhindern. Diese Strukturen können auch aus verschiedenen Kunststoffen, wie Polypropylen, Polyethylen und Fluorpolymeren, insbesondere Polyvinylidenfluorid, oder Keramiken wie Aluminiumoxid oder Zirkonoxid gebildet sein. Die in der 1 dargestellte Vorrichtung 10 ist eine vereinfachte und schematische Darstellung einer veranschaulichenden Fontänengalvanisiervorrichtung, deren Grundkonstruktion dem Fachmann gut bekannt ist. Wie bereits erwähnt, kann die hierin offenbarte einstellbare Stromabschirmung 100 ebenso in sogenannten Vertikalplattierungsvorrichtungen eingesetzt werden, deren Grundkonstruktion ebenfalls dem Fachmann gut bekannt ist. 1A stellt eine vereinfachte und schematische Darstellung einiger der Hauptkomponenten einer solchen Vertikalplattierungsvorrichtung dar. Insbesondere können, wie in 1A gezeigt, in einigen Ausführungsformen der Substrathalter 20, das Substrat 22, die einstellbare Stromabschirmung 100 und die Anode 30 alle im Wesentlichen vertikal ausgerichtet sein, wobei die einstellbare Stromabschirmung 100 seitlich zwischen dem Substrathalter 20 und der Anode 30 angeordnet ist.
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Das veranschaulichende galvanische Bad 14 ist ein herkömmliches Bad, das für gewöhnlich das zu plattierende Metall, zusammen mit den entsprechenden Anionen, in einer sauren Lösung aufweist. Die Verkupferung wird üblicherweise unter Verwendung einer Lösung aus CuSO4, das in einer wässrigen Lösung aus Schwefelsäure gelöst ist, durchgeführt. Zusätzlich zu diesen Hauptbestandteilen des galvanischen Bades 14 ist es üblich, dass das Bad 14 mehrere Zusätze enthält, die jeden Verbindungstyp umfassen und zur Änderung des Plattierungsverhaltens dem Plattierungsbad 14 hinzugefügt werden können. Allgemein werden drei Arten von Zusätzen für ein galvanisches Bad verwendet, die der Entwurfsauswahl durch den Fachmann unterliegen: Suppressoren, Beschleuniger und Gleichmacher. Suppressorzusätze verzögern die Plattierungsreaktion und erhöhen die Polarisierung der Zelle. Beschleuniger sind in der Regel Katalysatoren, die die Plattierungsreaktion unter Unterdrückungseinfluss oder -kontrolle beschleunigen. Gleichmacher verhalten sich wie Suppressoren, sind jedoch elektrochemisch sehr aktiv (d. h., sind leichter elektrochemisch umwandelbar), wobei sie ihre suppressive Eigenschaft bei der elektrochemischen Reaktion verlieren. Gleichmacher neigen auch dazu, die Plattierung in vertieften Bereichen der Oberfläche, die einer Plattierung unterzogen wird, zu beschleunigen, und neigen somit dazu, die plattierte Oberfläche zu ebnen. Wie der Fachmann nach einem vollständigen Studium der vorliegenden Anmeldung erkennt, sind die hierin offenbarten Erfindungen selbstverständlich nicht auf die Verwendung mit irgendeiner Art von Plattierungsbad beschränkt, da die hierin offenbarten Erfindungen mit einer Vielzahl unterschiedlicher Badchemien verwendet werden können.
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Im Nachfolgenden werden nun allgemeine Aspekte eines typischen Plattierungsverfahrens beschrieben. Wie der Fachmann erkennen wird, dient die Behälterwand 16 der Plattierungsvorrichtung 10 als ein Überlaufwehr. Während üblicher Vorgänge wird der Substrathalter 20 teilweise in das galvanische Bad 14 eingetaucht, so dass das elektrolytische Plattierungsfluid die Plattierungsoberfläche 22f des Substrats 22 benetzt, aber nicht die oberen Abschnitte des Substrathalters 20 benetzt. Im Allgemeinen fließt das Plattierungsfluid über den Behälter/das Wehr 16, wie durch die Pfeile 32 angedeutet, in den Raum zwischen den Hauptgalvanisierungsbadbehälter 12 und die Behälterwand 16. Danach fließt das Plattierungsfluid, wie durch die Pfeile 34 angedeutet, zum Einlass 36 einer Umwälzpumpe 38. Während des Betriebs, zirkuliert die Umwälzpumpe 38 in der Regel kontinuierlich Plattierungsfluid zum galvanischen Bad 14, wie durch den Pfeil 26 angedeutet. Auf diese Weise kann die Höhe 18 des Bades während der Plattierungsvorgänge beibehalten werden. Im Allgemeinen fließt die Plattierungslösung nach oben durch Öffnungen (nicht gezeigt) in der Anode 30 und um die Anode 30 herum in Richtung des Substrats 22. Während der Verwendung beaufschlagt die Stromversorgung 24 den Wafer 22 mit einer Vorspannung, um ein negatives Potential gegenüber der Anode 30 zu haben, wodurch ein elektrischer Strom von der Anode 30 zu dem Substrat 22 fließt. Dies erzeugt zudem einen elektrischen Stromfluss von der Anode 30 zu dem Substrat 22, wobei der elektrische Stromfluss als eine Anzahl von Kräftelinien (Feldlinien) durch eine Fläche definiert ist. Dies erzeugt eine elektrochemische Reaktion (z. B., Cu++ + 2e = Cu), die zur Abscheidung der elektrisch leitfähigen Schicht (z. B., Kupfer) auf der Vorderfläche 22F des Substrats 22 führt. Die Ionenkonzentration des gewünschten Metalls in der Plattierungslösung kann während des Plattierungszyklus durch Auflösen eines Metalls der Anode 30, wie beispielsweise Kupfer, in der Plattierungslösung wieder aufgefüllt werden.
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2A bis 2E zeigen verschiedene Aspekte des veranschaulichenden Beispiels einer hierin offenbarten einstellbaren Stromabschirmung 100. 3A–3B zeigen ein veranschaulichendes Beispiel einer Vielzahl von Stromabschirmungselementen, die in der hierin offenbarten veranschaulichenden, einstellbaren Stromabschirmung 100 verwendet werden kann. Im Allgemeinen umfasst in dem offenbarten Beispiel die einstellbare Stromabschirmung 100 einen nicht beweglichen Ring 102 (siehe 2A–2B), einen verstellbaren oder beweglichen Ring 112 (siehe 2C–2D) und eine Vielzahl von Stromabschirmungselementen 130 (siehe 3A–3B). Im Betrieb, wie im Nachfolgenden ausführlicher beschrieben, ist der bewegliche Ring 112 geeignet, relativ zu dem nicht beweglichen Ring 102 bewegt zu werden. Diese Relativbewegung des beweglichen Rings 112 bewirkt, dass sich ein Teil (136) von jedem der Stromabschirmungselemente 130 radial nach innen bewegt, wodurch sich die ”Größe” der Abschirmungselemente 130 und ihre Abschirmungsfähigkeit effektiv verändert.
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2A–2B zeigen verschiedene Aspekte eines veranschaulichenden Beispiels des nicht beweglichen Rings 102. In dem dargestellten Beispiel weist der nicht bewegliche Ring 102 eine Innenfläche 104, eine Außenfläche 106 und einen Vorsprung 110 auf, der eine Ausnehmung 111 definiert, die ausgebildet ist, um den beweglichen Ring 112 aufzunehmen. Eine Vielzahl von Stiften 108 ist an dem nicht beweglichen Ring 102 angebracht. Der nicht bewegliche Ring 102 kann an der Behälterwand 16 der Plattierungsvorrichtung 10 durch jede beliebige technische Ausführung, z. B. Klammern, Ösen, Verschraubungen, etc., befestigt werden (nicht gezeigt). Die Außenfläche 106 des nicht beweglichen Rings 102 muss nicht gegen die Innenfläche der Behälterwand 16 abgedichtet werden. Die Baugröße des nicht beweglichen Rings 102 kann aufgrund unterschiedlicher Faktoren, einschließlich der Größe der Plattierungsvorrichtung 10, in der dieser verwendet wird, und der mechanischen Last, die dieser im Betrieb erfahren wird, variieren. In einem erläuternden Beispiel kann der nicht bewegliche Ring 102 eine radiale Dicke (Außendurchmesser minus Innendurchmesser) von etwa 5–50 mm, und eine Gesamtdicke von etwa 5–25 mm aufweisen. Der nicht bewegliche Ring 102 kann aus einem dielektrischen Material oder einem Verbundmaterial, das eine dielektrische Beschichtung, verschiedene Kunststoffe, wie Polypropylen, Polyethylen und Fluorpolymeren, insbesondere Polyvinylidenfluorid, oder Keramik wie Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid umfasst, gebildet sein. Die Anzahl, Größe und Lage der Gelenkstifte 108 kann je nach spezieller Anwendung und Anzahl der in der einstellbaren Stromabschirmung 100 verwendeten Stromabschirmungselemente 130 ebenfalls variieren.
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2C bis 2D zeigen verschiedene Aspekte eines erläuternden Beispiels eines beweglichen Rings 112, der in der hierin offenbarten einstellbaren Stromabschirmung 100 verwendet werden kann. In dem dargestellten Beispiel weist der bewegliche Ring 112 eine Innenfläche 114 und eine Außenfläche 116 auf. Eine Vielzahl von Stiften 118 ist an den nicht beweglichen Ring 102 angebracht. Wie in 2E gezeigt, ist der bewegliche Ring 112 ausgebildet, in der in dem nicht beweglichen Ring 102 ausgebildeten Ausnehmung 111 angeordnet zu werden. Um eine Bewegung des beweglichen Rings 112 relativ zu dem nicht beweglichen Ring 102 zu bewirken, kann eine beliebige Vielzahl von Mitteln bereitgestellt werden. In dem dargestellten Beispiel kann ein derartiges Mittel eine Vielzahl einer schematisch dargestellten Verzahnung 113 umfassen, die mit dem beweglichen Ring 112 verbunden ist. Die Verzahnung 113 ist zum Eingreifen durch ein Antriebselement oder eine Vorrichtung (in 2C nicht gezeigt) ausgebildet, um eine relative Bewegung des beweglichen Rings 112 zu bewirken. Alternativ kann ein solches Mittel einen schematisch dargestellten Hebel 115 umfassen, der mit dem beweglichen Ring 112 verbunden ist. Der Hebel 115 ist zum Eingreifen durch ein Antriebselement oder eine Vorrichtung (in 2C nicht gezeigt) oder zum manuellen Eingriff ausgebildet, um eine relative Bewegung des beweglichen Rings 112 zu bewirken. Die Baugröße des beweglichen Rings 112 kann aufgrund unterschiedlicher Faktoren, einschließlich der Größe der Plattierungsvorrichtung 10, in der dieser verwendet wird, und der mechanischen Last, die dieser im Betrieb erfahren wird, variieren. In einem erläuternden Beispiel kann der bewegliche Ring 112 eine radiale Dicke (Außendurchmesser minus Innendurchmesser) von etwa 5–30 mm und eine Gesamtdicke von etwa 5–20 mm aufweisen. Der bewegliche Ring 112 kann aus einem dielektrischen Material oder einem Verbundmaterial, das eine dielektrische Beschichtung, verschiedene Kunststoffe, wie Polypropylen, Polyethylen und Fluorpolymeren, insbesondere Polyvinylidenfluorid, oder eine Keramik wie Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid umfasst, gebildet sein. Die Anzahl, Größe und Lage der Gelenkstifte 118 kann je nach spezieller Anwendung und Anzahl der in der einstellbaren Stromabschirmung 100 verwendeten Stromabschirmungselemente 130 ebenfalls variieren.
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3A–3B zeigen ein veranschaulichendes Beispiel einer Vielzahl von Stromabschirmungselementen 130, die mit der hierin offenbarten einstellbaren Stromabschirmung 100 verwendet werden können. 3B stellt in etwa eine Montagezeichnung der einstellbaren Stromabschirmung 100 mit dem nicht beweglichen Ring 102 und dem beweglichen Ring 112, die in gestrichelten Linien dargestellt sind, dar. Wie der Fachmann nach vollständigem Studium der vorliegenden Anmeldung erkennen wird, können die Größe, Anzahl, Form und Anordnung der Stromabschirmungselemente 130, die mit der hierin offenbarten einstellbaren Stromabschirmung 100 verwendet werden, abhängig von der bestimmten Anwendungen variieren. In dem in der 3A gezeigten Beispiel, weist jeder der Stromabschirmungselemente 130 eine im Allgemeinen längliche, gekrümmte Konfiguration auf. In der hierin offenbarten Ausführungsform umfasst jedes der Stromabschirmungselemente 130 eine Schwenköffnung 132 und einen Schlitz 134. In diesem Beispiel ist die Schwenköffnung 132 zum Aufnehmen und wirksamem Zusammenwirken mit einem der Stifte 108 auf dem nicht beweglichen Ring 102 ausgebildet, während der Schlitz 134 zum Aufnehmen und wirksamem Zusammenwirken mit einem der Stifte 118 auf dem beweglichen Ring 112 ausgebildet ist. Falls gewünscht, können die Positionen der Öffnung 132 und des Schlitzes 134 auf der Stromabschirmungselement 130 miteinander vertauscht werden, jedoch müsste die Ausrichtung des Schlitzes 134 im Vergleich zu der Ausrichtung des Schlitzes 134, der in den Zeichnungen dargestellt ist, um neunzig Grad gedreht werden. In einigen Ausführungsformen können die Schlitze 134 einen gewissen Krümmungsgrad aufweisen, obwohl dies nicht in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist. Die Anzahl und Baugröße der Stromabschirmungselemente 130 können aufgrund unterschiedlicher Faktoren, einschließlich der Größe der Plattierungsvorrichtung 10, in der diese verwendet werden, und der mechanischen Last, die die Stromabschirmungselemente 130 im Betrieb erfahren werden, variieren. In einem erläuternden Beispiel können die Stromabschirmungselemente 130 eine Breite 130W von etwa 10–30 mm und eine Gesamtdicke von ungefähr 1–3 mm aufweisen. Die Stromabschirmungselemente 130 können aus einem dielektrischen Material oder einem Verbundmaterial, das eine dielektrische Beschichtung, verschiedener Kunststoffe, wie Polypropylen, Polyethylen und Fluorpolymere, insbesondere Polyvinylidenfluorid, oder eine Keramik wie Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid umfasst, gebildet werden.
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Mit Bezug auf die 3B ist in einer Ausführungsform die Verzahnung 113 auf dem beweglichen Ring 112 zum Eingriff durch die Zähne 142 an einem veranschaulichenden Antriebsmotor 140, wie beispielsweise einen Schrittmotor, ausgebildet. In einer Ausführungsform ist der Antriebsmotor 140 dazu geeignet, eine Drehung des beweglichen Rings 112 in die durch die Pfeile 150 (im Uhrzeigersinn) oder 152 (im Gegenuhrzeigersinn) angegebenen Richtungen zu bewirken. Dementsprechend bildet in dieser Ausführungsform der Antriebsmotor 140 einen Teil der Mittel zum Erzeugen einer Relativbewegung des beweglichen Rings 112. Der veranschaulichende Hebel 115 kann auch in die Richtungen 160, 162 bewegt werden, um eine Relativbewegung des beweglichen Rings 112 zu erzeugen. Die Bewegung des Hebels 115 kann von Hand oder durch elektromechanische Mittel, wie beispielsweise durch einen Elektromotor (nicht gezeigt), der durch eine geeignete mechanische Verbindung mit dem Hebel 115 verbunden ist, durchgeführt werden.
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In dem in 3B dargestellten Beispiel sind acht der veranschaulichenden Stromabschirmungselemente 130 als Teil der hierin offenbarten veranschaulichenden einstellbaren Stromabschirmung 100 verwendet. Natürlich kann, wie oben erwähnt, die Anzahl solcher Stromabschirmungselemente 130, die in einer bestimmten Plattierungsvorrichtung 10 verwendet werden, je nach bestimmter Anwendung variieren. Die einstellbare Stromabschirmung 100 ist in 3B in ihrer vollständig geschlossenen Position dargestellt, wobei die Stromabschirmungselemente 130 ihre kleinste effektive Breite mit Blick auf die Funktion als Stromabschirmung während der Plattierungsvorgänge aufweisen. In dem hierin gezeigten bestimmten Beispiel ist ein distaler Abschnitt 136 (siehe 3A) von jedem der Stromabschirmungselemente 130 über einem Abschnitt eines benachbarten Stromabschirmungselements 130 angeordnet, und kann in einigen Fällen das benachbarte Stromabschirmungselement 130 berühren.
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Der Umfang oder das Ausmaß, mit dem der distale Abschnitt 136 ein benachbartes Stromabschirmungselement 130 überlappt, kann je nach bestimmter Anwendung variieren. In einigen Ausführungsformen kann es vorkommen, dass keine derartige Überlappung vorhanden ist.
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Die effektive Breite der Stromabschirmungselemente 130 kann wie folgt eingestellt werden. Eine Drehung des beweglichen Rings 112 relativ zu dem unbeweglichen Ring 102 (mittels des Hebels 115 oder des Motors 140/Verzahnung 113/142) in die durch den Pfeil 150 angezeigte Richtung bewirkt, dass sich ein Teil der Stromabschirmungselemente 130 radial nach innen ausbreitet, in die durch den Pfeil 150A angezeigte Richtung, um dadurch die effektive Breite der einstellbaren Stromabschirmung 100 zu erhöhen. Während dieses Vorgangs drehen sich die Stromabschirmungselemente 130 um den Stift 108 auf dem nicht beweglichen Ring 102. Der Schlitz 134 wirkt mit dem Stift 118 auf dem beweglichen Ring 112 zusammen, um die Bewegung des Stromabschirmungselements 130 zu ermöglichen. Das Ausmaß oder der Umfang, um den sich die Stromabschirmungselemente 130 radial nach innen bewegen können, hängt von der gewünschten effektiven Breite der einstellbaren Stromabschirmung 100 und der konkreten Ausgestaltung der Plattierungsvorrichtung ab. Normalerweise wird die einstellbare Stromabschirmung 100 eine Obergrenze aufweisen, die anzeigt, wie weit der bewegliche Ring 112 relativ zu dem nicht beweglichen Ring 102 gedreht werden kann, was einer maximalen Verschiebung der Stromabschirmelemente 130 (nicht dargestellt) in der radial nach innen gerichtete Richtung 150A entspricht. In einigen Fällen, in dem Umfang, in dem jedes der Stromabschirmungselemente 130 mit einem angrenzenden Stromabschirmungselement 130 überlappte, wenn sich die einstellbare Stromabschirmung 100 in ihrer vollständig geschlossenen Position befand (wie in 3B gezeigt), kann eine derartige überlappende Beziehung beim nach innen Verschieben der Stromabschirmungselemente 130 fehlen. Die Drehung des beweglichen Rings 112 relativ zu dem nicht beweglichen Ring 102 mittels des Hebels 115 oder des Motors 140/Verzahnung 113/142) in der durch den Pfeil 152 angedeutete Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) bewirkt, dass sich die Stromabschirmungselemente 130 in einer Richtung radial nach außen bewegen, wie durch den Pfeil 152A angezeigt, um dadurch die effektive Breite der einstellbaren Stromabschirmung 100 zu verringern. Sobald die einstellbare Stromabschirmung 100 ist so eingestellt, dass die Stromabschirmungselemente 130 so angeordnet sind, um das gewünschte Maß an Stromabschirmung während der Plattierungsvorgänge bereitzustellen, kann die einstellbare Stromabschirmung 100 durch geeignete Mittel in dieser gewünschten Position gesichert oder befestigt werden.
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Wie vom Fachmannnach nach vollständigem Lesen der vorliegenden Anmeldung erkennen wird, bietet die einstellbare Stromabschirmung 100 mehrere Vorteile mit Blick auf die Durchführung von Plattierungsvorgängen. Beispielsweise in dem Maß, in dem es eine Änderung in der Gestaltung der zu verarbeitenden Substrate durch die Plattierungsvorrichtung 10 oder eine Änderung der Verarbeitungsparameter gibt, stellt die einstellbare Stromabschirmung 100 ein leicht einstellbares Mittel bereit, anhand dessen ein Verfahrensingenieur versuchen kann, die Probleme bei der Herstellung von plattierten Metallschichten mit einem kantendicken Profil zu reduzieren oder zu beseitigen. Darüber hinaus hat ein Verfahrensingenieur durch Einstellen der Form, Größe und/oder Anzahl der Stromabschirmungselemente 130, und auch inwieweit welche Teile der Stromabschirmungselemente 130 radial nach innen angeordnet sein können, eine größere Flexibilität bei der Verarbeitung, um die Plattierungsvorgänge nach Bedarf „anzupassen”. In einer Ausführungsform ist der hierin offenbarte Gegenstand auf eine Plattierungsvorrichtung gerichtet, die mehrere unterteilte (segmentierte) Abschirmungselemente aufweist, die gleichzeitig oder einzeln betätigt werden können, um die Größe (den effektiven Durchmesser) der Öffnung oder des Lochs einer im Wesentlichen kreisförmig Stromabschirmung effektiv zu ändern.
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Die oben offenbarten jeweiligen Ausführungsformen dienen lediglich der Veranschaulichung, da die Erfindung modifiziert und auf unterschiedliche, aber äquivalente Weisen ausgeübt werden kann. wie dies für den Fachmann, der den Vorteil der Lehren hierin erkennt, offensichtlich ist. Zum Beispiel können die zuvor dargelegten Verfahrensschritte in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden. Ferner sind keine Einschränkungen hinsichtlich der Details des Aufbaus oder der hierin gezeigten Gestaltung beabsichtigt, sofern diese nicht in den folgenden Ansprüchen beschrieben sind. Es ist daher offensichtlich, dass die zuvor offenbarten speziellen Ausführungsformen geändert oder modifiziert werden können, und alle derartigen Änderungen im Umfang und Geist der Erfindung berücksichtigt sind. Dementsprechend ist der Schutzbereich in den folgenden Ansprüchen dargelegt.
