DE102016116411B4

DE102016116411B4 - Hochohmige virtuelle Anode für eine Galvanisierungszelle

Info

Publication number: DE102016116411B4
Application number: DE102016116411.9A
Authority: DE
Inventors: Po-Wei Wang; Chun-Lin Chang
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2023-08-31
Anticipated expiration: 2036-09-03
Also published as: CN106811791B; US11608566B2; US20200325592A1; US20190100854A1; DE102016116411A1; TW201718956A; US10167567B2; TWI607118B; CN106811791A; US10697084B2; KR101860216B1; KR20170063346A; US20170152607A1

Abstract

Hochohmige virtuelle Anode für eine Galvanisierungszelle, umfassend:eine erste Schicht (100), die mehrere erste Löcher (110) durch die erste Schicht (100) umfasst; undeine zweite Schicht (200) über der ersten Schicht (100) und umfassend mehrere zweite Löcher (210) durch die zweite Schicht (200),wobei die erste Schicht (100) einen drehbaren Mittelabschnitt (100a) und einen drehbaren Randabschnitt (100b), der den drehbaren Mittelabschnitt (100a) umgibt, umfasst, und ein erster Abschnitt (110a) der ersten Löcher (110) durch den drehbaren Mittelabschnitt (100a) der ersten Schicht (100) geht und ein zweiter Abschnitt (110b) der ersten Löcher (110) durch den drehbaren Randabschnitt (100b) der ersten Schicht (100) geht.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht Priorität gegenüber der vorläufigen US Anmeldung, Seriennummer 62/261,209, eingereicht am 30. November, 2015, die hier zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird.
HINTERGRUND
Die Herstellung von Halbleitervorrichtungen bedarf oft der Bildung von elektrischen Leitern auf Halbleiterwafern. Zum Beispiel werden elektrisch leitfähige Leitungen oft durch Galvanisieren (Ablagern) einer elektrisch leitfähigen Schicht, wie etwa Kupfer, auf dem Wafer und in strukturierte Gräben gebildet.
Galvanisieren beinhaltet die Herstellung eines elektrischen Kontakts mit der Waferoberfläche, auf der die elektrisch leitfähige Schicht abzulagern ist (nachfolgend die „Waferplattierungsfläche“). Dann wird Strom zwischen einer Anode und der Waferplattierungsfläche (wobei die Waferplattierungsfläche die Kathode ist) durch eine Plattierungslösung (d.h. eine Lösung, die Ionen des Elements, das abgelagert wird, beinhaltet, zum Beispiel eine Lösung, die Cu²⁺ beinhaltet) durchgeleitet. Dies bewirkt eine elektrochemische Reaktion auf der Waferplattierungsfläche, die zur Ablagerung der elektrisch leitfähigen Schicht führt Zur Minimierung von Variationen in Eigenschaften der Vorrichtungen, die auf dem Wafer gebildet sind, ist es wichtig, dass die elektrisch leitfähige Schicht gleichförmig (mit einer gleichförmigen Dicke) über der Waferplattierungsfläche abgelagert wird. Jedoch erzeugen übliche Galvanisierungsprozesse aufgrund des „Kanteneffekts“ eine Ungleichförmigkeit in der elektrisch leitfähigen Schicht. Der Kanteneffekt ist die Tendenz der abgelagerten elektrisch leitfähigen Schicht, nahe der Waferkante dicker zu sein als beim Mittelpunkt des Wafers. Dementsprechend werden noch immer Verbesserungen in Verfahren zur Vermeidung des Kanteneffekts gesucht.
Die Druchschrift US 6 106 687 A offenbart eine Vorrichtung zum Steuern der Querschnittsströmungsverteilung innerhalb eines fließenden Stroms in einem elektrolytischen Kupferabscheidungsprozess, wobei die Strömungsverteilung durch ein Prallblech gesteuert wird, das aus zwei übereinander liegenden Platten besteht. Die Druckschrift US 2004 / 0 000 487 A1 offenbart ein System zum Steuern der Ionenverteilung während des Plattierens eines Metalls auf einer Werkstückoberfläche, wobei der Fluss von Elektrolyt und/oder Ionen durch ein Diffusorelement gesteuert wird, das in einem Plattierungsreaktor vorgesehen ist.
Figurenliste
Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung am besten verständlich, wenn diese mit den beiliegenden Figuren gelesen wird. Es wird betont, dass gemäß der Standardpraxis in der Industrie verschiedene Merkmale nicht im Maßstab gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale der deutlichen Besprechung wegen beliebig vergrößert oder verkleinert sein.

1 ist eine Draufsicht einer ersten Schicht gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine Draufsicht einer zweiten Schicht gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
3A ist eine Draufsicht einer ersten Schicht und einer zweiten darüberliegenden Schicht gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
3B ist eine Schnittansicht der ersten Schicht und der zweiten Schicht, entlang einer Trennlinie AA' von 3A, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
4 ist eine Draufsicht einer ersten Schicht gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
5 ist eine Draufsicht einer zweiten Schicht gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
6 ist eine Querschnittsansicht einer Galvanisierungszelle, die eine hochohmige virtuelle Anode enthält, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
7 ist ein veranschaulichendes Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Behandlung einer Oberfläche eines Substrats unter Verwendung einer Galvanisierungszelle gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜRHLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Offenbarung sieht viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zur Implementierung verschiedener Merkmale des bereitgestellten Gegenstands bereit. Konkrete Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind unten beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind, selbstverständlich, lediglich Beispiele und nicht angedacht einschränkend zu sein. Zum Beispiel kann die Bildung eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen enthalten, in denen die ersten und zweiten Merkmale in direktem Kontakt gebildet sind, und kann auch Ausführungsformen enthalten, in denen zusätzliche Merkmale zwischen den ersten und zweiten Merkmalen gebildet sind, sodass die ersten und zweiten Merkmale nicht in direktem Kontakt sein könnten. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugszahlen und/oder -zeichen in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Vereinfachung und Klarheit und gibt selbst keine Beziehung der verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen an.
Ferner können raumbezogene Begriffe, wie „unterhalb“, „unter“, „niedriger“, „oberhalb“, „oberer“ und dergleichen hier zur einfachen Beschreibung verwendet werden, um ein Verhältnis eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Element(en) oder Merkmal(en) zu beschreiben, die in den Figuren dargestellt sind. Die raumbezogenen Begriffe sollen unterschiedliche Orientierungen der Vorrichtung in Verwendung oder Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung beinhalten. Die Galvanisierungszelle kann anders (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) ausgerichtet sein und die raumbezogenen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können ebenso dementsprechend interpretiert werden.
Wie zuvor erwähnt ist es zur Minimierung von Variationen der Eigenschaften der Vorrichtungen, die auf dem Wafer gebildet sind, wichtig, dass die elektrisch leitfähige Schicht gleichförmig (mit einer gleichförmigen Dicke) über der Waferplattierungsfläche abgelagert wird. Jedoch erzeugen herkömmliche Galvanisierungsprozesse aufgrund des „Kanteneffekts“ eine Ungleichförmigkeit in der elektrisch leitfähigen Schicht. Der Kanteneffekt ist die Tendenz der abgelagerten elektrisch leitfähigen Schicht, nahe der Waferkante dicker zu sein als beim Mittelpunkt des Wafers.
Dementsprechend stellt die vorliegende Offenbarung eine hochohmige virtuelle Anode (HRVA) (auch als Flussdiffusorplatte bezeichnet) für eine Galvanisierungszelle bereit, die eine erste Schicht und eine zweite Schicht, die miteinander gestapelt sind, enthält. Die erste Schicht und die zweite Schicht haben erste Löcher bzw. zweite Löcher, und die erste Schicht und/oder die zweite Schicht können gedreht werden, um eine Durchlasslochgröße anzupassen. Mit anderen Worten, die hochohmige virtuelle Anode, die die erste Schicht und die zweite Schicht enthält, hat eine Pfefferstreuer-ähnliche Struktur, um die Durchlasslochgröße anzupassen. Zusätzlich können die erste Schicht und/oder die zweite Schicht mehrere Bereiche haben, und jeder der Bereiche kann unabhängig gedreht werden, um die Durchlasslochgröße an verschiedenen Positionen anzupassen, um einen elektrischen Stromfluss und Plattierungslösungsfluss zu modifizieren, und dadurch ein gewünschtes Dickenprofil einer elektrisch leitfähigen Schicht, die auf dem Substrat (z.B., Halbleiterwafer) abzulagern ist, zu bilden. Deshalb kann die hochohmige virtuelle Anode der vorliegenden Offenbarung weitgehend im Galvanisierungsprozess angewendet werden. Genauer kann zum Beispiel die hochohmige virtuelle Anode der vorliegenden Offenbarung nicht nur bei einem 300mm Wafer, sondern auch größeren Wafer, wie etwa einem 450mm Wafer, aber nicht darauf begrenzt, angewendet werden, um eine gleichförmige elektrisch leitfähige Schicht während des Galvanisierungsprozesses zu bilden.
1 ist eine Draufsicht einer ersten Schicht 100, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1 gezeigt, enthält die erste Schicht 100 mehrere erste Löcher 110 durch die erste Schicht 100. In einigen Ausführungsformen hat jedes der ersten Löcher 110 einen im Wesentlichen oder gesamtheitlich gleichen Durchmesser. In praktischen Anwendungen jedoch können eine Größe und Verteilung der ersten Löcher 110 angepasst werden, um Anforderungen zu erfüllen, und sind nicht auf die in 1 gezeigten begrenzt. In einigen Ausführungsformen besteht die erste Schicht 100 aus einem elektrisch isolierenden Material.
In einigen Ausführungsformen ist die erste Schicht 100 drehbar. In einigen Ausführungsformen enthält die erste Schicht 100 einen drehbaren Mittelabschnitt 100a und einen drehbaren Randabschnitt 100b. Der drehbare Randabschnitt 100b umgibt den drehbaren Mittelabschnitt 100a. In einigen Ausführungsformen sind der drehbare Mittelabschnitt 100a und der drehbare Randabschnitt 100b konfiguriert, die Durchlasslochgröße der hochohmigen virtuellen Anode zu steuern und dadurch einen elektrischen Widerstand und elektrischen Stromfluss des Galvanisierungsprozesses zu modifizieren. In anderen Ausführungsformen enthält die erste Schicht einen nicht drehbaren Mittelabschnitt und einen drehbaren Randabschnitt, der den nicht drehbaren Mittelabschnitt umgibt.
In einigen Ausführungsformen enthält der drehbare Randabschnitt 100b mehrere drehbare ringförmige Abschnitte 102b, 104b, 106b, die den drehbaren Mittelabschnitt 100a koaxial umgeben. In praktischen Anwendungen können eine Menge und eine Größe (z.B. Breite in Draufsicht) der ringförmigen Abschnitte angepasst werden, um Anforderungen zu erfüllen, und sind nicht auf die in 1 gezeigten begrenzt.
In einigen Ausführungsformen geht ein erster Abschnitt 110a der ersten Löcher 110 durch den drehbaren Mittelabschnitt 100a der ersten Schicht 100 und ein zweiter Abschnitt 100b der ersten Löcher 100 geht durch den drehbaren Randabschnitt 100b der ersten Schicht 100. In praktischen Anwendungen können Größe und Verteilung des ersten Abschnitts 110a der ersten Löcher 110 und jene des zweiten Abschnitts 110b der ersten Löcher 110 gleich oder verschieden sein, um Anforderungen zu erfüllen, und sind nicht auf die in 1 gezeigten begrenzt.
2 ist eine Draufsicht einer zweiten Schicht 200 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 2 gezeigt, enthält die zweite Schicht 200 mehrere zweite Löcher 210 durch die zweite Schicht 200. In einigen Ausführungsformen hat jedes der zweiten Löcher 210 einen im Wesentlichen oder gesamtheitlich gleichen Durchmesser. In praktischen Anwendungen können jedoch Größe und Verteilung der zweiten Löcher 210 angepasst werden, um Anforderungen zu erfüllen, und sind nicht auf die in 2 gezeigten begrenzt. In einigen Ausführungsformen besteht die zweite Schicht 200 aus einem elektrisch isolierenden Material.
In einigen Ausführungsformen ist eines der ersten Löcher 110 von 1 konfiguriert, mit einem der zweiten Löcher 210 von 2 teilweise oder vollständig zu überlappen. In einigen Ausführungsformen haben die zweiten Löcher 210 von 2 eine gleiche Lochverteilung wie die Lochverteilung der ersten Löcher 110 von 1. In praktischen Anwendungen kann sich jedoch die Lochverteilung der ersten Schicht 100 von der Lochverteilung der zweiten Schicht 200 unterscheiden und ist nicht auf die in 1 und 2 gezeigten begrenzt.
3A ist eine Draufsicht einer ersten Schicht 100 und einer zweiten darüber liegenden Schicht gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 3A gezeigt, ist die zweite Schicht 200 über der ersten Schicht 100 abgelagert und der drehbare Mittelabschnitt 100a der ersten Schicht 100 und der drehbare Randabschnitt 100b (z.B. die drehbaren ringförmigen Abschnitte 102b, 104b, 106b) können unabhängig gedreht werden. Die Plattierungslösung fließt während des Galvanisierungsprozesses durch mehrere überlappte Abschnitte der ersten Löcher 110 und der zweiten Löcher 210 und dadurch wird das gewünschte Dickenprofil der elektrisch leitfähigen Schicht, die auf dem Substrat abzulagern ist, gebildet.
In einigen Ausführungsformen, wie in 3A gezeigt, hat das Durchlassloch (d.h., der überlappte Abschnitt des ersten Lochs 110 und des zweiten Lochs 210) beim Mittelpunkt eine größere Fläche als das am Rand, und dadurch wird ein Prozentsatz des elektrischen Stromflusses, der durch den Mittelpunkt der hochohmigen virtuellen Anode durchgeleitet wird, höher sein als ein Prozentsatz des elektrischen Stromflusses, der durch den Rand der hochohmigen virtuellen Anode durchgeleitet wird, um den „Kanteneffekt“ zu vermeiden.
3B ist eine Querschnittsansicht der ersten Schicht 100 und der zweiten Schicht 200 entlang einer Trennlinie AA` von 3A gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 3B gezeigt, hat der Mittelpunkt der ersten Schicht 100 (z.B. der drehbare Mittelabschnitt 100a) eine Dicke t1, die kleiner oder gleich einer Dicke t2 des Rands der ersten Schicht 100 (z.B. des drehbaren Randabschnitts 100b) ist. In einigen Ausführungsformen ist die Dicke t1 oder t2 im Bereich von 2 cm bis 15 cm. In einigen Ausführungsformen ist die Dicke t1 oder t2 im Bereich von 2 cm bis 5 cm, 5 cm bis 8 cm, 8 cm bis 12 cm oder 12 cm bis 15 cm. In einigen Ausführungsformen ist die Dicke t1 im Bereich von 2 cm bis 8 cm. In einigen Ausführungsformen ist die Dicke t2 im Bereich von 8 cm bis 15 cm. In einigen Ausführungsformen. In einigen Ausführungsformen wird die Dicke der ersten Schicht 100 schrittweise vom Mittelpunkt zum Rand erhöht. In einigen Ausführungsformen ist die erste Schicht 100 in der Schnittansicht plankonkav-ähnlich geformt.
In einigen Ausführungsformen geht ein erster Abschnitt 110a der ersten Löcher durch den drehbaren Mittelabschnitt 100a der ersten Schicht 100 und ein zweiter Abschnitt 100b der ersten Löcher geht durch den drehbaren Randabschnitt 100b der ersten Schicht 100. In einigen Ausführungsformen hat ein erster Abschnitt 110a der ersten Löcher eine maximale Tiefe md1 kleiner oder gleich einer maximalen Tiefe md2 eines zweiten Abschnitts 110b der ersten Löcher.
In einigen Ausführungsformen hat die zweite Schicht 200 eine gleichförmige Dicke. In einigen Ausführungsformen hat die zweite Schicht eine Dicke im Bereich von 2 cm bis 15 cm. In einigen Ausführungsformen hat die zweite Schicht 200 eine Dicke im Bereich von 2 cm bis 5 cm, 5 cm bis 8 cm, 8 cm bis 12 cm oder 12 cm bis 15 cm. In einigen Ausführungsformen ist ein zweites Loch 210 der zweiten Schicht 200 im Wesentlichen oder gesamtheitlich mit einem ersten Abschnitt 110a der ersten Löcher der ersten Schicht 100 ausgerichtet. In einigen Ausführungsformen ist ein zweites Loch 210 der zweiten Schicht 200 mit einem zweiten Abschnitt 110b der ersten Schicht 100 fehlausgerichtet.
In anderen Ausführungsformen hat der Mittelpunkt der zweiten Schicht eine Dicke, die kleiner ist als eine Dicke des Rands der zweiten Schicht. In anderen Ausführungsformen wird die Dicke der zweiten Schicht allmählich vom Mittelpunkt zum Rand erhöht. In anderen Ausführungsformen ist die zweite Schicht in der Schnittansicht plankonkav-ähnlich geformt.
In einigen Ausführungsformen enthält eine hochohmige virtuelle Anode drei Schichten oder mehr als drei Schichten. In einigen Ausführungsformen, unter Bezug auf 3B, enthält eine hochohmige virtuelle Anode nicht nur die erste Schicht 100 und die zweite Schicht 200, sondern auch eine dritte Schicht (nicht gezeigt). In einigen Ausführungsformen liegt die dritte Schicht über der zweiten Schicht 200 oder unterhalb der ersten Schicht 100.
4 ist eine Draufsicht einer ersten Schicht 100 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 4 gezeigt, enthält die erste Schicht 100 mehrere erste Löcher 110 durch die erste Schicht 100. In einigen Ausführungsformen haben die ersten Löcher 110 bei verschiedenen Bereichen unterschiedliche Durchmesser.
In einigen Ausführungsformen enthält die erste Schicht 100 einen drehbaren Mittelabschnitt 100a und einen drehbaren Randabschnitt 100b. Der drehbare Randabschnitt 100b umgibt den drehbaren Mittelabschnitt 100a. In einigen Ausführungsformen sind der drehbare Mittelabschnitt 100a und der drehbare Randabschnitt 100b konfiguriert, die Durchlasslochgröße der hochohmigen virtuellen Anode zu steuern, und dadurch den elektrischen Widerstand und elektrischen Stromfluss des Galvanisierungsprozesses zu modifizieren. In einigen Ausführungsformen enthält der drehbare Randabschnitt 100b mehrere drehbare ringförmige Abschnitte 102b, 104b, 106b, die den drehbaren Mittelabschnitt 100a koaxial umgeben.
In einigen Ausführungsformen geht ein erster Abschnitt 110a der ersten Löcher 110 durch den drehbaren Mittelabschnitt 100a der ersten Schicht 100 und ein zweiter Abschnitt 110b der ersten Löcher 110 geht durch den drehbaren Randabschnitt 100b der ersten Schicht 100. In einigen Ausführungsformen hat ein erster Abschnitt 110a der ersten Löcher 110 einen Durchmesser d1, der größer ist als ein Durchmesser d2 eines zweiten Abschnitts 110b der ersten Löcher 110. In einigen Ausführungsformen hat der drehbare Mittelabschnitt 100a ein Öffnungsverhältnis, das höher als ein Öffnungsverhältnis des drehbaren Randabschnitts 100b ist. Der Ausdruck „Öffnungsverhältnis“ bezieht sich auf eine lochbesetzte Fläche gegenüber der Fläche.
5 ist eine Draufsicht einer zweiten Schicht 200 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 5 gezeigt, enthält die zweite Schicht 200 mehrere zweite Löcher 210 durch die zweite Schicht 200. In einigen Ausführungsformen haben die zweiten Löcher 210 bei verschiedenen Bereichen unterschiedliche Durchmesser. In einigen Ausführungsformen ist eines der ersten Löcher 110 von 4 konfiguriert, teilweise oder vollständig mit einem der zweiten Löcher 210 von 5 zu überlappen.
6 ist eine Querschnittsansicht einer Galvanisierungszelle, die eine hochohmige virtuelle Anode gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält. In einigen Ausführungsformen enthält die Galvanisierungszelle einen Substrathalter 300 zum Halten eines Substrats 300a (z.B. Halbleiterwafers), ein Plattierungsbad 400, eine Anode 500 (d.h., tatsächliche Anode) und eine hochohmige virtuelle Anode, wie etwa die hochohmige virtuelle Anode von 3B, die die erste Schicht 100 und die zweite Schicht 200 enthält. In einigen Ausführungsformen enthält die Galvanisierungszelle des Weiteren andere funktionelle Elemente, wie etwa einen Diffusor, eine Galvanisierungslösungseinlassröhre, eine Spülungsablassleitung, eine Galvanisierungslösungsrückleitung, jedes andere funktionelle Element oder eine Kombination davon.
In einigen Ausführungsformen ist die Galvanisierungszelle in einem Galvanisierungswerkzeug (nicht gezeigt) zum Galvanisieren von Substraten (z.B. Halbleiterwafern) enthalten. Die Substrate können in das Galvanisierungswerkzeug gespeist werden. Ein Roboter kann einfahren und die Substrate in mehreren Richtungen von einer Station zu einer anderen Station bewegen. Das Galvanisierungswerkzeug kann auch andere Module enthalten, die konfiguriert sind, andere notwendige Galvanisierungsunterprozesse auszuführen, wie etwa Schleuderspülen und Trocknen, Metall- und Siliziumnassätzen, Vorbenetzen und chemische Vorbehandlung, Fotolackabtragung, Oberflächenvoraktivierung, etc.
Der Substrathalter 300 ist konfiguriert, das Substrat 300a während einer Galvanisierungsablagerung zu empfangen und zu halten (tragen). Der Ausdruck „Substrathalter“ kann auch als Waferhalter, Werkstückhalter, Klapphalter, Klappanordnung und Klappgehäuse bezeichnet werden. In einigen Ausführungsformen ist der Substrathalter 300 das Sabre® Werkzeug von Novellus Systems. In einigen Ausführungsformen kann der Substrathalter 300 vertikal entweder nach oben oder unten bewegt werden, um das Substrat 300a mittels eines Stellglieds in das Plattierungsbad 400 in der Galvanisierungszelle einzutauchen. In einigen Ausführungsformen befindet sich auf dem Substrat 300a eine elektrisch leitfähige Saatschicht (nicht gezeigt).
In einigen Ausführungsformen enthält der Substrathalter (das Klappgehäuse) 300 zwei Hauptkomponenten, die ein Konus 310 und ein Becher 320 sind. In einigen Ausführungsformen ist der Becher 320 konfiguriert, einen Träger bereitzustellen, auf dem das Substrat 300a ruht. In einigen Ausführungsformen befindet sich der Konus 310 über dem Becher 320 und ist konfiguriert, auf eine Rückseite des Substrats 300a nach unten zu drücken, um dieses in Position zu halten. In einigen Ausführungsformen wird der Substrathalter 300 mittels einer Spindel 330 durch einen Motor (nicht gezeigt) angetrieben, wie in 6 gezeigt. In einigen Ausführungsformen überträgt die Spindel 330 ein Drehmoment vom Motor zu dem Substrathalter 300, was eine Drehung des Substrats 300a bewirkt, das während des Galvanisierungsprozesses darin gehalten wird. In einigen Ausführungsformen stellt ein Luftzylinder innerhalb der Spindel 330 auch eine vertikale Kraft zum Einrasten des Bechers 320 mit dem Konus 310 bereit.
In einigen Ausführungsformen ist die hochohmige virtuelle Anode konfiguriert, den elektrischen Stromfluss und Plattierungslösungsfluss zwischen der tatsächlichen Anode 500 und der Oberfläche des Substrats 300a zu modifizieren. In einigen Ausführungsformen ist der Rand der hochohmigen virtuellen Anode, die die erste Schicht 100 und die zweite Schicht 200 enthält, an einer Wand (nicht eingezeichnet) des Plattierungsbads 400 (auch als Galvanisierungskammer bezeichnet) gesichert (abgedichtet) und ist mit Abstand zum Substrat 300a positioniert. Der Abstand ist durch das erwünschte Dickenprofil der elektrisch leitfähigen Schicht bestimmt, die auf dem Substrat 300a abzulagern ist. Umso näher die hochohmige virtuelle Anode dem Substrat 300a ist, desto größeren Einfluss hat die hochohmige virtuelle Anode auf das resultierende Dickenprofil der elektrisch leitfähigen Schicht, die auf dem Substrat 300a abzulagern ist. Da die hochohmige virtuelle Elektrode an der Wand des Überzugbads 400 gesichert ist, fließt die Plattierungslösung durch die ersten Löcher 110 und die zweiten Löcher 210 der hochohmigen virtuellen Anode.
In einigen Ausführungsformen hat eine Energieversorgung (nicht gezeigt), wie etwa eine Gleichstromenergieversorgung, eine negative Ausgangsleitung (nicht gezeigt), die elektrisch mit dem Substrat 300a verbunden ist. In einigen Ausführungsformen ist die positive Ausgangsleitung der Energieversorgung elektrisch mit der tatsächlichen Anode 500 verbunden, die im Plattierungsbad 400 gelegen ist. Während der Verwendung spannt die Energieversorgung das Substrat 300a vor, um ein negatives Potential relativ zu der tatsächlichen Anode 500 zu haben, was bewirkt, dass ein elektrischer Strom von der tatsächlichen Anode 500 durch die hochohmige virtuelle Anode zum Substrat 300a fließt. Wie hierin verwendet, fließt elektrischer Strom in derselben Richtung wie der positive Netto-Ionenfluss und entgegen dem Netto-Elektronenfluss, in dem elektrischer Strom als die Ladungsmenge definiert ist, die pro Zeiteinheit durch eine Fläche fließt. Dies verursacht auch einen elektrischen Stromfluss von der tatsächlichen Anode 500 durch die hochohmige virtuelle Anode zum Substrat 300a, in dem der elektrische Stromfluss als die Zahl von Kraftlinien (Feldlinien) durch eine Fläche definiert ist. Dies verursacht eine elektrochemische Reaktion (z.B. Cu²⁺+2e^-→Cu) auf dem Substrat 300a, die zur Ablagerung der elektrisch leitfähigen Schicht (z.B. Kupfer) auf dem Substrat 300a führt. Die Ionenkonzentration der Plattierungslösung wird während des Plattierungskreislaufs durch Auflösen eines Metalls (z.B. Cu→Cu²⁺+2e^-) in der tatsächlichen Anode 500 wieder aufgestockt.
Die tatsächliche Anode 500 befindet sich im Plattierungsbad 400. In einigen Ausführungsformen wird die Plattierungslösung durch eine Pumpe (nicht gezeigt) fortlaufend dem Plattierungsbad 400 bereitgestellt. In einigen Ausführungsformen fließt die Plattierungslösung durch mehrere Löcher (nicht gezeigt) in der tatsächlichen Anode 500 nach oben, in Richtung dem Substrat 300a.
In einigen Ausführungsformen enthält die tatsächliche Anode 500 einen Anodenbecher (nicht gezeigt), Ionenquellmaterial (nicht gezeigt) und eine Membran (nicht gezeigt). In einigen Ausführungsformen besteht der Anodenbecher aus einem elektrisch isolierenden Material, wie etwa Polyvinylchlorid (PVC). In einigen Ausführungsformen enthält der Anodenbecher einen scheibenförmigen Basisteil mit mehreren auseinanderliegenden Öffnungen darin, durch die Plattierungslösung fließt. Während der Verwendung löst sich das Ionenquellmaterial elektrochemisch auf, wodurch die Ionenkonzentration der Plattierungslösung wieder aufstockt wird. In einigen Ausführungsformen ist das Ionenquellmaterial in einer Einhausung enthalten, die durch den Anodenbecher und die Membran gebildet wird. Die Membran deckt das Ionenquellmaterial ab und hat einen hohen elektrischen Widerstand, der einen Spannungsabfall über die Membran erzeugt. Dies verringert vorteilhaft Variationen im elektrischen Feld vom Ionenquellmaterial, wenn es sich auflöst und seine Form ändert.
Die hochohmige virtuelle Anode, die die erste Schicht 100 und die zweite Schicht 200 enthält, liegt zwischen der Oberfläche des Substrats 300a und der tatsächlichen Anode 500. In einigen Ausführungsformen zeigt die erste Schicht 100 zur tatsächlichen Anode 500 und die zweite Schicht 200 zeigt zur Oberfläche des Substrats 300a. In einigen Ausführungsformen hat die erste Schicht 100 eine ebene Oberfläche 100c und eine gebogene Oberfläche 100d, die einander gegenüberliegen, und die gebogene Oberfläche 100d der ersten Schicht 100 zeigt zur tatsächlichen Anode 500. In einigen Ausführungsformen zeigt die ebene Oberfläche 100c der ersten Schicht 100 zur zweiten Schicht 200. In einigen Ausführungsformen steht die ebene Oberfläche 100c der ersten Schicht 100 in Kontakt mit der zweiten Schicht 200. In einigen Ausführungsformen hat der Mittelpunkt der hochohmigen virtuellen Anode eine Dicke t3, die geringer ist als eine Dicke t4 des Rands der hochohmigen virtuellen Anode; deshalb ist der elektrische Widerstand der hochohmigen virtuellen Anode beim Mittelpunkt geringer als jener beim Rand, und ein Prozentsatz des elektrischen Stromflusses, der durch den Mittelpunkt der hochohmigen virtuellen Anode geht, ist höher als ein Prozentsatz des elektrischen Stromflusses, der durch den Rand der hochohmigen virtuellen Anode geht, um den Kanteneffekt zu vermeiden.
7 ist ein veranschaulichendes Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Behandlung einer Oberfläche eines Substrats gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
In Arbeitsschritt 702, wie in 6 gezeigt, wird eine Galvanisierungszelle empfangen, die einen Substrathalter 300 zum Halten eines Substrats 300a (z.B. Halbleiterwafers), ein Plattierungsbad 400, eine Anode 500 (d.h., tatsächliche Anode) im Plattierungsbad 400 und eine hochohmige virtuelle Anode (z.B. die hochohmige virtuelle Anode von 3A und 3B, die die erste Schicht 100 und die zweite Schicht 200 enthält) im Plattierungsbad 400 enthält.
In einigen Ausführungsformen, wie in den 3A und 3B gezeigt, enthält die erste Schicht 100 mehrere erste Löcher 110 durch die erste Schicht 100, in denen die erste Schicht 100 einen drehbaren Mittelabschnitt 100a und einen drehbaren Randabschnitt 100b, der den drehbaren Mittelabschnitt 100a umgibt, enthält. In einigen Ausführungsformen, wie in 3A und 3B gezeigt, liegt die zweite Schicht 200 über der ersten Schicht 100 und enthält mehrere zweite Löcher durch die zweite Schicht 200.
In Arbeitsschritt 704, wie in 3A gezeigt, wird zumindest einer von dem drehbaren Mittelabschnitt 100a und dem drehbaren Randabschnitt 100b der hochohmigen virtuellen Anode gedreht, um die Durchlasslochgröße der hochohmigen virtuellen Anode abzustimmen. In einigen Ausführungsformen wird zumindest einer von dem drehbaren Mittelabschnitt 100a und den drehbaren ringförmigen Abschnitten 102b, 104b, 106b gedreht, um die Durchlasslochgröße der hochohmigen virtuellen Anode abzustimmen. In einigen Ausführungsformen wird das Drehen des zumindest einen von dem drehbaren Mittelabschnitt 100a und dem drehbaren Randabschnitt 100b durch ein programmierbares Steuergerät ausgeführt. In einigen Ausführungsformen wird das Drehen des zumindest einen von dem drehbaren Mittelabschnitt 100a und dem drehbaren Randabschnitt 100b unter Verwendung eines Rezepts ausgeführt. In einigen Ausführungsformen erfolgt das Drehen des zumindest einen von dem drehbaren Mittelabschnitt 100a und dem drehbaren Randabschnitt 100b gemäß einer Größe (z.B. einem Durchmesser) des Substrats 300a, dem gewünschten Dickenprofil der elektrisch leitfähigen Schicht, die auf dem Substrat 300a abzulagern ist, und jedem anderen passenden Parameter.
In Arbeitsschritt 706, wie in 6 gezeigt, ist das Substrat 300a im Substrathalter 300 montiert, wenn der Substrathalter 300 ausgerückt ist. Genauer ist das Substrat 300a im Becher 320 montiert. Nachdem das Substrat 300a geladen wurde, wird der Konus 310 mit dem Becher 320 eingerastet, um das Substrat 300a gegen den Rand des Bechers 320 einzurasten.
In Arbeitsschritt 708, wie in 6 gezeigt, werden der Substrathalter 300 und das Substrat 300a im Plattierungsbad 400 platziert, das Plattierungslösung beinhaltet, sodass die hochohmige virtuelle Anode zwischen der Oberfläche des Substrats 300a und der Anode 500 liegt. In einigen Ausführungsformen findet das Platzieren des Substrathalters 300 und des Substrats 300a im Plattierungsbad 400 nach dem Drehen des zumindest einen von dem drehbaren Mittelabschnitt 100a und dem drehbaren Randabschnitt 100b der hochohmigen virtuellen Anode statt.
In Arbeitsschritt 710, wie in 6 gezeigt, wird ein elektrischer Stromfluss zwischen dem Substrat 300a und der tatsächlichen Anode 500 und durch die hochohmige virtuelle Anode erzeugt, um den elektrischen Stromfluss zu formen und eine Galvanisierungsschicht (nicht gezeigt) über der Oberfläche des Substrats 300a zu bilden. In einigen Ausführungsformen ist ein elektrischer Widerstand der hochohmigen virtuellen Anode beim Mittelpunkt geringer als jener beim Rand, da eine Dicke t3 des Mittelpunkts der hochohmigen virtuellen Anode geringer ist als eine Dicke t4 des Rands der hochohmigen virtuellen Anode. Deshalb wird ein Prozentsatz des elektrischen Stromflusses, der durch den Mittelpunkt der hochohmigen virtuellen Anode geht, höher sein als ein Prozentsatz des elektrischen Stromflusses, der durch den Rand der hochohmigen virtuellen Anode geht, um den Kanteneffekt zu vermeiden und dadurch eine gleichförmige elektrisch leitfähige Schicht über dem Substrat 300a abzulagern.
In einigen speziellen Ausführungsformen, für einen 450 mm Wafer, hat eine elektrisch leitfähige Schicht, die unter Verwendung einer handelsüblichen hochohmigen virtuellen Anode gebildet wird, eine Dickengleichförmigkeit (gleich einer Standardabweichung von Dicke/Mittelwert der Dicke) von 10%. In einigen speziellen Ausführungsformen hat eine elektrisch leitfähige Schicht, die unter Verwendung der hochohmigen virtuellen Anode der vorliegenden Offenbarung gebildet ist, eine Dickengleichförmigkeit von 2,5%, was bedeutet, dass die hochohmige virtuelle Anode der vorliegenden Offenbarung durchaus das Problem des Kanteneffekts lösen kann.
Gemäß einigen Ausführungsformen enthält eine hochohmige virtuelle Anode für eine Galvanisierungszelle eine erste Schicht und eine zweite Schicht. Die erste Schicht enthält mehrere erste Löcher durch die erste Schicht. Die zweite Schicht liegt über der ersten Schicht und enthält mehrere zweite Löcher durch die zweite Schicht, wobei die erste Schicht einen drehbaren Mittelabschnitt und einen drehbaren Randabschnitt, der den drehbaren Mittelabschnitt umgibt, umfasst, und ein erster Abschnitt der ersten Löcher durch den drehbaren Mittelabschnitt der ersten Schicht geht und ein zweiter Abschnitt der ersten Löcher durch den drehbaren Randabschnitt der ersten Schicht geht.
Gemäß einigen Ausführungsformen enthält eine Galvanisierungszelle zur Behandlung einer Oberfläche eines Substrats einen Substrathalter, ein Plattierungsbad, eine Anode und eine hochohmige virtuelle Anode. Der Substrathalter dient zum Halten des Substrats. Die Anode ist im Plattierungsbad. Die hochohmige virtuelle Anode liegt zwischen der Oberfläche des Substrats und der Anode. Die hochohmige virtuelle Anode enthält eine erste Schicht und eine zweite Schicht. Die erste Schicht enthält mehrere erste Löcher durch die erste Schicht. Die zweite Schicht liegt über der ersten Schicht und enthält mehrere zweite Löcher durch die zweite Schicht, wobei die erste Schicht einen drehbaren Mittelabschnitt und einen drehbaren Randabschnitt, der den drehbaren Mittelabschnitt umgibt, umfasst.
Gemäß einigen Ausführungsformen enthält ein Verfahren ein Empfangen einer Galvanisierungszelle, wobei die Galvanisierungszelle enthält: einen Substrathalter zum Halten des Substrats; ein Plattierungsbad; eine Anode im Plattierungsbad; und eine hochohmige virtuelle Anode im Plattierungsbad, wobei die hochohmige virtuelle Anode enthält: eine erste Schicht, die mehrere erste Löcher durch die erste Schicht enthält, wobei die erste Schicht einen drehbaren Mittelabschnitt und einen drehbaren Randabschnitt, der den drehbaren Mittelabschnitt umgibt, enthält; und eine zweite Schicht über der ersten Schicht, die mehrere zweite Löcher durch die zweite Schicht enthält; Drehen zumindest eines von dem drehbaren Mittelabschnitt und dem drehbaren Randabschnitt; Montieren des Substrats im Substrathalter; Platzieren des Substrathalters und des Substrats im Plattierungsbad, sodass die hochohmige virtuelle Anode zwischen der Oberfläche des Substrats und der Anode liegt; und Erzeugen eines elektrischen Stromflusses zwischen dem Substrat und der Anode und durch die hochohmige virtuelle Anode, um den elektrischen Stromfluss zu formen und eine Galvanisierungsschicht über der Oberfläche des Substrats zu bilden.
Das Vorangehende umreißt Merkmale von einigen Ausführungsformen, sodass Fachkundige die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Fachkundige sollten begrüßen, dass sie die vorliegende Offenbarung bereits als Basis zum Gestalten oder Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen zur Umsetzung derselben Zwecke und/oder Erzielen derselben Vorteile der hierin vorgestellten Ausführungsformen verwenden können. Fachkundige sollten auch erkennen, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht vom Wesen und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass sie verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen hierin machen können, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims

Hochohmige virtuelle Anode für eine Galvanisierungszelle, umfassend: eine erste Schicht (100), die mehrere erste Löcher (110) durch die erste Schicht (100) umfasst; und eine zweite Schicht (200) über der ersten Schicht (100) und umfassend mehrere zweite Löcher (210) durch die zweite Schicht (200), wobei die erste Schicht (100) einen drehbaren Mittelabschnitt (100a) und einen drehbaren Randabschnitt (100b), der den drehbaren Mittelabschnitt (100a) umgibt, umfasst, und ein erster Abschnitt (110a) der ersten Löcher (110) durch den drehbaren Mittelabschnitt (100a) der ersten Schicht (100) geht und ein zweiter Abschnitt (110b) der ersten Löcher (110) durch den drehbaren Randabschnitt (100b) der ersten Schicht (100) geht.
Hochohmige virtuelle Anode für die Galvanisierungszelle nach Anspruch 1, wobei eines der ersten Löcher (110) konfiguriert ist, teilweise oder vollständig mit einem der zweiten Löcher (210) zu überlappen.
Hochohmige virtuelle Anode für die Galvanisierungszelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei der drehbare Mittelabschnitt (100a) der ersten Schicht (100) und der drehbare Randabschnitt (100b) der ersten Schicht (100) unabhängig gedreht werden.
Hochohmige virtuelle Anode für die Galvanisierungszelle nach Anspruch 3, wobei der drehbare Randabschnitt (100b) mehrere drehbare ringförmige Abschnitte (102b, 104b, 106b) umfasst, die den drehbaren Mittelabschnitt (100a) koaxial umgeben.
Hochohmige virtuelle Anode für die Galvanisierungszelle nach Anspruch 3 oder 4, wobei ein erster Abschnitt (110a) der ersten Löcher (110) eine maximale Tiefe hat, die geringer ist als eine jene des zweiten Abschnitts (110b) der ersten Löcher (110).
Hochohmige virtuelle Anode für die Galvanisierungszelle nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei ein erster Abschnitt (110a) der ersten Löcher (110) einen Durchmesser hat, der größer ist als ein Durchmesser des zweiten Abschnitts (110b) der ersten Löcher (110).
Hochohmige virtuelle Anode für die Galvanisierungszelle nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der drehbare Mittelabschnitt (100a) ein Öffnungsverhältnis hat, das höher ist als ein Öffnungsverhältnis des drehbaren Randabschnitts (100b).
Hochohmige virtuelle Anode für die Galvanisierungszelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes der ersten Löcher (110) einen gleichen Durchmesser hat.
Hochohmige virtuelle Anode für die Galvanisierungszelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Mittelpunkt von einer der ersten Schicht (100) und der zweiten Schicht (200) eine Dicke hat, die geringer ist als eine Dicke des Rands der einen der ersten Schicht (100) und der zweiten Schicht (200).
Hochohmige virtuelle Anode für die Galvanisierungszelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Dicke von einer der ersten Schicht (100) und der zweiten Schicht (200) allmählich vom Mittelpunkt zum Rand erhöht ist.
Galvanisierungszelle zur Behandlung einer Oberfläche eines Substrats, umfassend: einen Substrathalter (300) zum Halten des Substrats (300a); ein Plattierungsbad (400); eine Anode (500) im Plattierungsbad (400); und eine hochohmige virtuelle Anode zwischen der Oberfläche des Substrats (300a) und der Anode (500), wobei die hochohmige virtuelle Anode umfasst: eine erste Schicht (100), die mehrere erste Löcher (110) durch die erste Schicht (100) umfasst; und eine zweite Schicht (200) über der ersten Schicht (100) und umfassend mehrere zweite Löcher (210) durch die zweite Schicht (200), wobei die erste Schicht (100) einen drehbaren Mittelabschnitt (100a) und einen drehbaren Randabschnitt (100b), der den drehbaren Mittelabschnitt (100a) umgibt, umfasst.
Galvanisierungszelle zur Behandlung einer Oberfläche nach Anspruch 11, wobei die erste Schicht (100) zur Anode (500) zeigt und die zweite Schicht (200) zur Oberfläche des Substrats (300a) zeigt.
Galvanisierungszelle zur Behandlung einer Oberfläche nach Anspruch 12, wobei die erste Schicht (100) eine ebene Oberfläche und eine gebogene Oberfläche hat, die einander gegenüberliegen, und die gebogene Oberfläche der ersten Schicht (100) zur Anode (500) zeigt.
Galvanisierungszelle zur Behandlung einer Oberfläche nach Anspruch 13, wobei die ebene Fläche der ersten Schicht (100) zur zweiten Schicht (200) zeigt.
Galvanisierungszelle zur Behandlung einer Oberfläche nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Mittelpunkt der hochohmigen virtuellen Anode eine Dicke hat, die geringer ist als eine Dicke des Rands der hochohmigen virtuellen Anode.
Galvanisierungszelle zur Behandlung einer Oberfläche nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der drehbare Mittelabschnitt (100a) der ersten Schicht (100) und der drehbare Randabschnitt (100b) der ersten Schicht (100) unabhängig gedreht werden können.
Galvanisierungszelle zur Behandlung einer Oberfläche nach Anspruch 16, wobei der drehbare Randabschnitt (100b) mehrere drehbare ringförmige Abschnitte (102b, 104b, 106b) umfasst, die den drehbaren Mittelabschnitt (100a) koaxial umgeben.
Verfahren, umfassend: Empfangen (702) einer Galvanisierungszelle, wobei die Galvanisierungszelle umfasst: einen Substrathalter (300) zum Halten des Substrats (300a); ein Plattierungsbad (400); eine Anode (500) im Plattierungsbad (400); und eine hochohmige virtuelle Anode im Plattierungsbad (400), wobei die hochohmige virtuelle Anode umfasst: eine erste Schicht (100), die mehrere erste Löcher (110) durch die erste Schicht (100) umfasst, wobei die erste Schicht (100) einen drehbaren Mittelabschnitt (100a) und einen drehbaren Randabschnitt (100b), der den drehbaren Mittelabschnitt (100a) umgibt, umfasst; und eine zweite Schicht (200) über der ersten Schicht (100) und umfassend mehrere zweite Löcher (210) durch die zweite Schicht (200); Drehen (704) zumindest eines von dem drehbaren Mittelabschnitt (100a) und dem drehbaren Randabschnitt (100b); Montieren (706) des Substrats (300a) im Substrathalter (300); Platzieren (708) des Substrathalters (300) und des Substrats (300a) im Plattierungsbad (400), sodass die hochohmige virtuelle Anode zwischen der Oberfläche des Substrats (300a) und der Anode (500) liegt; und Erzeugen (710) eines elektrischen Stromflusses zwischen dem Substrat (300a) und der Anode (500) und durch die hochohmige virtuelle Anode, um den elektrischen Stromfluss zu formen und eine Galvanisierungsschicht über der Oberfläche des Substrats (300a) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei ein Prozentsatz des elektrischen Stromflusses, der durch die hochohmige virtuelle Anode geht, höher ist als ein Prozentsatz des elektrischen Stromflusses, der durch die Peripherie der hochohmigen virtuellen Anode geht.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei ein Drehen des zumindest einen von dem drehbaren Mittelabschnitt (100a) und dem drehbaren Randabschnitt (100b) durch ein programmierbares Steuergerät ausgeführt wird.