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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Diese Anmeldung betrifft und beansprucht Anmeldungs-Vorrang von US-Patentanmeldung mit der Seriennummer
15/194.086 , eingereicht am 27. Juni 2016, veröffentlicht als
US 20170370017 A1 , deren gesamter Inhalt hier als Referenz mit aufgenommen ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zur elektrochemischen Abscheidung, einschließlich Galvanisieren verschiedener Werkstücke, wie Halbleitersubstrate.
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Systeme zur elektrochemischen Abscheidung oder Konditioniersysteme zur Nassbearbeitung von Werkstück-Oberflächen sind sowohl für Geometrien vom Scheiben-Typ (z.B. Halbleiter-Wafer), gekennzeichnet durch relativ starre Silizium-Kreisscheiben, und für Geometrien vom Platten-Typ, gekennzeichnet durch viel größere und biegsamere rechteckig geformte Substrate. Es besteht in der Industrie ein Bedarf an Anlagen, die ein Platten-Werkstück mit einer resultierenden Präzision des abgeschiedenen Metalls verarbeiten können, die vergleichbar zu der ist, die aus den verschiedenen Wafer-Anlagen resultiert, und doch die wirtschaftliche Produktivität aufweisen, die zu der vorhandener Platten-Verarbeitungs-Anlagen vergleichbar oder besser ist.
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Elektrochemische Abscheidung (ECD) wird unter anderen Prozessen als Herstellungsverfahren zum Aufbringen von Schichten auf verschiedene Strukturen und Oberflächen, wie etwa Halbleiter-Wafer und Silizium-Werkstücke oder Substrate verwendet. Solche Schichten können Metall und Metalllegierungen, wie Zinn, Silber, Nickel, Kupfer oder andere Metallschichten oder Legierungen davon umfassen. Elektrochemische Abscheidung umfasst das Positionieren eines Substrats in einer Lösung, die Metallionen enthält, und dann Anlegen eines elektrischen Stroms, um zu bewirken, dass Metallionen aus der Lösung auf dem Substrat abgeschieden werden. Normalerweise fließt elektrischer Strom zwischen zwei Elektroden, nämlich zwischen einer Kathode und einer Anode. Wenn ein Substrat als Kathode benutzt wird, kann Metall darauf abgeschieden werden. Eine Beschichtungslösung kann ein oder mehrere Arten von Metallionen, Säuren, Chelatbildner, Komplexbildner und jeden von mehreren anderen Typen von Additiven, die beim Beschichten mit einem bestimmten Metall unterstützen, enthalten. Solche Additive können neben anderen Vorteilen dabei helfen, die Adhäsion und eine gleichmäßige Beschichtung zu ermöglichen und Spannungen in der Schicht zu verringern. Beim Beschichten wird Metall aus der Beschichtungslösung verbraucht und muss daher ersetzt werden, um die elektrochemische Abscheidung fortzusetzen.
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Bei der Verarbeitung von Platten, wird bei herkömmlichen Systemen ein Handhabungssystem eines Typs mit kontinuierlichem oder seriellem Prozess-Förderband verwendet, wobei die Orientierung der Platten entweder horizontal oder vertikal ist. Wie oben angegeben haben Platten-Verarbeitungs-Systeme den Nachteil, teilweise als Folge ihrer Förderbandsysteme, eine schlechte Prozess-Einheitlichkeit und Partikelerzeugung aufzuweisen. Allgemeiner gesagt haben diese Systeme den Nachteil einer schlechten Umgebungskontrolle. Daher haben die Erfinder erkannt, dass ein Bedarf an einer verbesserten Platten-Handhabung und Abscheidungs-Einheitlichkeit besteht.
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Zusam menfassung
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Ausführungsformen betreffen Verfahren und Systeme zur elektrochemischen Abscheidung, einschließlich Galvanisieren verschiedener Werkstücke, wie Halbleitersubstrate und Platten.
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Eine wichtige Eigenschaft von für eine elektrochemische Abscheidung benutzten Systemen ist ihre Fähigkeit, Schichten mit einheitlichen und wiederholbaren Eigenschaften, wie etwa Schichtdicke, Zusammensetzung und Profil bezüglich eines Profils eines darunter liegenden Werkstücks zu erzeugen. Systeme zur elektrochemischen Abscheidung können einen primären Elektrolyten (Prozess-Elektrolyten) verwenden, der beim Aufbrauchen nachgefüllt werden muss. Zum Beispiel kann es in Metall-Anwendungen erforderlich sein, beim Aufbrauchen eine Metall-Kationen-Lösung nachzufüllen. Und wenn ein solches Nachfüllen nicht in situ durchgeführt werden kann, kann die Nachfüll-Prozedur abhängig von der Anwendung teuer sein und eine beträchtliche Stillstandszeit des Werkzeugs oder Unter-Moduls zur elektrochemischen Abscheidung für Service und Prozess-Requalifikation erfordern, was die Betriebskosten des Abscheidungs-Werkzeugs negativ beeinflusst.
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Hier offenbarte Verfahren umfassen unter anderem eine Vorrichtung zur elektrochemischen Abscheidung, die eine robuste Werkstück-Handhabung, eine verbesserte Umgebungs-Kontrolle, ein vereinfachtes Elektrolyt-Zirkulations-System, einschließlich einer verbesserten Chemikalien-Verwaltung für eine zuverlässigere und gleichmäßige Beschichtung, sowie kurze Wartungszeiten für eine größere Werkzeug-Verfügbarkeit vorsieht.
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Gemäß einer Ausführungsform wird ein System zur elektrochemischen Abscheidung, das zwei oder mehrere Module zur elektrochemischen Abscheidung aufweist, die auf einer gemeinsamen Plattform angeordnet sind und gestaltet sind, in oder mehrere Metalle auf einem Substrat abzuscheiden, beschrieben. Jedes Modul zur elektrochemischen Abscheidung umfasst einen Anodenraum, der gestaltet ist, ein Volumen einer Anolyt-Flüssigkeit zu enthalten, einen Kathodenraum, der gestaltet ist, ein Volumen einer Katholyt-Flüssigkeit zu enthalten und eine Membran, die den Anodenraum von dem Kathodenraum trennt. Jedes Modul zur elektrochemischen Abscheidung umfasst ferner eine Lade-Öffnung, die gestaltet ist, einen Satz biegsamer Werkstücke aufzunehmen, wobei jedes biegsame Werkstück Durchgangsbohrungen definiert, die mit Metall zu füllen sind, und ein Lader-Modul, das gestaltet ist, ein biegsames Werkstück aus der Lade-Öffnung aufzunehmen und das biegsame Werkstück in einem Werkstückhalter zu positionieren, während es das biegsame Werkstück unter Verwendung eines Luftkissens auf jeder gegenüberliegenden ebenen Oberfläche des biegsamen Werkstücks hält. Der Werkstückhalter weist ein Kopfelement auf, das erste und zweite Schenkel-Elemente trennt, wobei der Werkstückhalter gestaltet ist, gegenüberliegende Kanten des biegsamen Werkstücks mittels eines Klemmmechanismus zwischen dem ersten und zweiten Schenkel-Element zu halten, der elektrische Kontakte an die gegenüberliegenden ebenen Oberflächen des biegsamen Werkstücks anlegt, wobei die elektrischen Kontakte von einer elastomeren Dichtung umgeben sind, und das Kopfelement eine Zugkraft auf das biegsame Werkstück ausübt, wenn es vom Werkstückhalter gehalten wird. Weiterhin umfasst jedes Modul zur elektrochemischen Abscheidung einen Transportmechanismus, der gestaltet ist, biegsame Werkstücke mittels Werkstückhaltern von dem Lader-Modul zu einem gegebenen Modul zur elektrochemischen Abscheidung zu transportieren und ein gegebenes Werkstück in das gegebene Modul zur elektrochemischen Abscheidung abzusenken. Ein elektrisches System ist gestaltet, einen elektrischen Strom an jede gegenüberliegende ebene Oberfläche des biegsamen Werkstücks zu liefern, wenn es in dem gegebenen Modul zur elektrochemischen Abscheidung gehalten wird, so dass jede gegenüberliegende ebene Oberfläche mit Metall beschichtet wird und die Durchgangslöcher mit Metall gefüllt werden. Ein Entlader-Modul ist gestaltet, das biegsame Werkstück aus dem Werkstückhalter zu entnehmen und das biegsame Werkstück zu einer Entlade-Öffnung zu befördern, die gestaltet ist, den Satz biegsamer Werkstücke aufzunehmen.
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Die hier offenbarten Systeme und Verfahren sehen mehrere Vorteile vor. Robuste Werkstück-Handhabung und Umgebungs-Kontrolle, sowie effiziente Werkstück-Flüsse ermöglichen eine verbesserte Prozess-Leistung und verringerte Verschmutzung durch Partikel, einschließlich Prozess-Einheitlichkeit und Ausbeute. Eine vereinfachte Chemikalien-Fluss-Verwaltung verringert Kosten und Komplexität. Außerdem wird dadurch, dass chemische Erzeugungssysteme innerhalb und außerhalb vorhanden sind, durch das Verarbeitungssystem eine einfachere Verwaltung der chemischen Konzentration vorgesehen.
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Natürlich wurde die Reihenfolge der Besprechung der verschiedenen Schritte und Eigenschaften, wie hier beschrieben, aus Gründen der Übersichtlichkeit präsentiert. Im Allgemeinen können diese Schritte in jeder geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden. Darüber hinaus ist es, obwohl jede der verschiedenen Eigenschaften, Verfahren, Konfigurationen, usw. hier an verschiedenen Stellen dieser Offenbarung erläutert sein kann, beabsichtigt, dass jedes der Konzepte unabhängig voneinander oder in Kombination miteinander ausgeführt werden kann. Folglich kann die vorliegende Erfindung auf viele verschiedene Arten verkörpert und betrachtet werden.
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Es ist zu beachten, dass dieser zusammenfassende Abschnitt nicht jede Ausführungsform und/oder jeden schrittweise neuen Aspekt der vorliegenden Offenbarung oder der beanspruchten Erfindung aufführt. Stattdessen sieht diese Zusammenfassung nur eine einleitende Behandlung verschiedener Ausführungsformen und entsprechender, gegenüber herkömmlichen Verfahren neuer Punkte vor. Für zusätzliche Einzelheiten und/oder mögliche Perspektiven der Erfindung und Ausführungsformen wird der Leser auf den Abschnitt mit der genauen Beschreibung und auf die entsprechenden Figuren der vorliegenden Offenbarung verwiesen, wie nachstehend weiter erläutert.
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Figurenliste
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Ein vollständigeres Verständnis verschiedener Ausführungsformen der Erfindung und vieler der begleitenden Vorteile davon werden leicht mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgerecht, wobei stattdessen der Schwerpunkt auf der Verdeutlichung der Eigenschaften, Prinzipien und Konzepte liegt.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur elektrochemischen Abscheidung gemäß einer Ausführungsform.
- Die 2A und 2B zeigen Ansichten eines Moduls zur elektrochemischen Abscheidung gemäß einer anderen Ausführungsform.
- 3 zeigt eine Querschnitts-Ansicht eines Moduls zur elektrochemischen Abscheidung gemäß einer anderen Ausführungsform.
- 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Systems zur elektrochemischen Abscheidung gemäß noch einer anderen Ausführungsform.
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Genaue Beschreibung
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Hier offenbarte Verfahren umfassen eine Vorrichtung zur elektrochemischen Abscheidung, die eine robuste Werkstück-Handhabung, ein vereinfachtes Elektrolyt-Zirkulations-System, ein verbessertes Chemikalien-Verwaltungssystem für eine zuverlässigere und gleichmäßige Beschichtung, sowie kurze Wartungszeiten für eine größere Werkzeug-Verfügbarkeit vorsieht.
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Hier offenbarte Systeme und Verfahren können als Systeme zur elektrochemischen Abscheidung oder ein Modul eines Systems oder ein Konditioniersystem zur Nassbearbeitung von Werkstück-Oberflächen verkörpert sein. Beispiel-Systeme umfassen ein Nassverarbeitungssystem, das in der Lage ist, Werkstücke unterschiedlicher Typen und Größen zu behandeln oder zu konditionieren, einschließlich sowohl Geometrien vom Scheiben-Typ (z.B. Halbleiter-Wafer), gekennzeichnet durch relativ starre Silizium-Kreisscheiben, und Geometrien vom Platten-Typ, gekennzeichnet durch viel größere und biegsamere rechteckig geformte Substrate. Eine Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung zur elektrochemischen Abscheidung von Metall auf einem Substrat. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 100 zur elektrochemischen Abscheidung gemäß einer Ausführungsform. Das System 100 zur elektrochemischen Abscheidung umfasst zwei oder mehrere Verarbeitungs-Module, die nachstehend beschrieben werden, wie etwa Module zur elektrochemischen Abscheidung, die auf einer gemeinsamen Plattform angeordnet sind und gestaltet sind, ein oder mehrere Metalle auf einem Werkstück abzuscheiden. Jedes Verarbeitungs-Modul, z.B. jedes Modul zur elektrochemischen Abscheidung, umfasst einen Anodenraum, der gestaltet ist, ein Volumen einer Anolyt-Flüssigkeit zu enthalten, einen Kathodenraum, der gestaltet ist, ein Volumen einer Katholyt-Flüssigkeit zu enthalten und eine Membran, die den Anodenraum von dem Kathodenraum trennt.
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Das System 100 zur elektrochemischen Abscheidung weist eine Lade-Öffnung auf, um einen Satz von Werkstücken aufzunehmen, einschließlich eines Lader-Moduls 110 zum Aufnehmen der Werkstücke, die in das System 100 zur elektrochemischen Abscheidung durch die Lade-/Eingabe-Stufe 112 hineinkommen, und zum Laden jedes aufgenommenen Werkstücks in einen Werkstückhalter 125, wie einen Halter für biegsame Platten (PH). Jedes Werkstück kann eine biegsame Platte umfassen, z.B. eine biegsame rechteckige Platte mit verschiedenen Abmessungen. Das Werkstück kann ein oder mehrere Sacklöcher oder ein oder mehrere Durchgangslöcher umfassen, die mit Material, wie etwa Metall, zu füllen sind. Das Füllen des einen oder der mehreren Löcher kann eine einseitige Abscheidung, d.h. eine Abscheidung von einer Seite des Werkstücks, oder eine zweiseitige Abscheidung, d.h. eine Abscheidung von beiden Seiten des Werkstücks (z.B. in dem Fall, dass das Loch ein Durchgangsloch ist) umfassen.
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Um die Umgebung zu kontrollieren, die jedes Werkstück beim Laden in den Werkstückhalter umgibt, kann der Lader eine Vorrichtung verwenden, um eine im Wesentlichen kontaktlose Handhabung des Werkstücks durchzuführen, indem beim Bewegen und beim Laden des Werkstücks ein Luftkissen gegen jede gegenüberliegende ebene Oberfläche des biegsamen Werkstücks angewendet wird. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Werkstückhalter 125 ein greifbares Kopfelement aufweisen, das erste und zweite Schenkel-Elemente trennt, wobei der Werkstückhalter gestaltet ist, gegenüberliegende Kanten des biegsamen Werkstücks mittels eines Klemmmechanismus zwischen dem ersten und zweiten Schenkel-Element zu halten, der optional elektrische Kontakte an die gegenüberliegenden ebenen Oberflächen des biegsamen Werkstücks anlegt, wobei die elektrischen Kontakte von einer elastomeren Dichtung umgeben sind. Das Kopfelement kann auch eine Zugkraft auf das biegsame Werkstück ausüben, wenn es vom Werkstückhalter 125 gehalten wird.
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Weiterhin umfasst das System 100 zur elektrochemischen Abscheidung einen Transportmechanismus, der gestaltet ist, biegsame Werkstücke mittels eines Werkstückhalters 125 von dem Lader-Modul 110 zu einem gegebenen Verarbeitungs-Modul, z.B. Modul zur elektrochemischen Abscheidung, zu transportieren und ein gegebenes Werkstück in das gegebene Verarbeitungs-Modul abzusenken. Zum Beispiel kann, wie in 1 gezeigt, sobald der Werkstückhalter 125, der zur Verarbeitung bestimmt ist, geladen ist, er entlang eines Verarbeitungspfades 115 voranschreiten (siehe PH-Verarbeitungspfad in 1), um nach Bedarf in einem oder mehreren Vorverarbeitungsmodulen 120 vorverarbeitet zu werden, in einem oder mehreren Verarbeitungsmodulen 130, 132, 134, 136, 138 verarbeitet zu werden, und nach Bedarf in einem oder mehreren Nachbearbeitungsmodulen 140 nachbearbeitet zu werden. Eine Vorverarbeitung kann Reinigen und/oder Befeuchten des zu verarbeitenden Werkstücks umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Eine Verarbeitung kann Abscheiden von Material, wie etwa Metall, auf dem Werkstück umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Und eine Nachbearbeitung kann Spülen und/oder Trocknen des Werkstücks umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt.
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Das System
100 zur elektrochemischen Abscheidung umfasst ferner ein Entlader-Modul, das gestaltet ist, das biegsame Werkstück aus dem Werkstückhalter zu entnehmen und das biegsame Werkstück zu einer Entlade-Öffnung zu befördern, die gestaltet ist, den Satz biegsamer Werkstücke aufzunehmen. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen, die in in
1 gezeigt sind, nach der Verarbeitung der Werkstückhalter
125, der ein verarbeitetes Werkstück trägt, zu einem Entlader-Modul
150 voranschreiten, in dem jedes Werkstück entladen und zu einer Entlade-/Ausgabe-Stufe
152 transportiert wird, um das System
100 zur elektrochemischen Abscheidung zu verlassen. Wenn er entladen ist, kann der Werkstückhalter
125 zum Lader-Modul
110 entlang dem Rückkehrpfad
155 zurückkehren (siehe PH-Rückkehrpfad in
1), um ein anderes Werkstück aufzunehmen. Es ist zu beachten, dass mehrere Werkstückhalter benutzt werden können, wobei einige Werkstückhalter in einem Reservelager gehalten werden. Eine detailliertere Beschreibung eines Beispiel-Werkzeughalters findet sich in der US-Patentanmeldung Nummer
15/193595 , eingereicht am 27. Juni 2016, die hier in ihrer Gesamtheit als Referenz mit aufgenommen ist. Eine detailliertere Beschreibung eines Beispiel-Werkzeug-Lader-Moduls findet sich in der US-Patentanmeldung Nummer
15/193890 , eingereicht am 27. Juni 2016, die hier in ihrer Gesamtheit als Referenz mit aufgenommen ist.
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Das System 100 zur elektrochemischen Abscheidung umfasst ferner ein Chemikalien-Verwaltungssystem 160 zur Verwaltung von Prozessflüssigkeiten in der einen oder in mehreren Verarbeitungs-Zellen, d.h. in den Modulen 120, 130, 132, 134, 136, 138, 140. Chemikalien-Verwaltung kann Liefern, Nachfüllen, Dosieren, Heizen, Kühlen, Umwälzen, Rückfördern, Lagern, Überwachen, Ablassen, Verringern, usw. umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Noch weiter umfasst das System 100 zur elektrochemischen Abscheidung ein Elektro-Verwaltungssystem 170 zur Kontrolle der Funktionsfähigkeit des Systems 100 zur elektrochemischen Abscheidung. Elektro-Verwaltung kann Disposition, Koordination, Überwachung, Einstellung, Kommunikation, usw. umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann das Elektro-Verwaltungssystem 170 Signale entsprechend computercodierten Anweisungen senden und empfangen, um die WerkstückBewegung durch das System 100 zur elektrochemischen Abscheidung zu steuern, oder um chemische Eigenschaften, wie chemische Zusammensetzung, Temperatur, Flussrate(n), usw. der mehreren Module 120, 130, 132, 134, 136, 138, 140 zu steuern. Zusätzlich kann das Elektro-Verwaltungssystem 170 gestaltet sein, einen elektrischen Strom an eine der beiden gegenüberliegenden planaren Oberflächen des biegsamen Werkstücks zu liefern, wenn es innerhalb des gegebenen Moduls zur elektrochemischen Abscheidung gehalten wird. Dabei können eine oder beide gegenüberliegende Oberflächen mit Metall beschichtet werden, und Sacklöcher und/oder Durchgangslöcher werden mit Metall gefüllt.
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Betrachtet man nun 2A, ist eine Ansicht eines Moduls zur elektrochemischen Abscheidung, das mehrere ECD-Zellen aufweist, gemäß einer anderen Ausführungsform vorgesehen. Wie gezeigt, sieht 2A eine Ansicht von oben eines Anolyt-Behälters 230 vor, der gestaltet ist, ein Volumen von Anolyt-Flüssigkeit 232 zu enthalten, mehrere Kathodenräume, die gestaltet sind, ein Volumen von Katholyt-Flüssigkeit zu enthalten, und eine Membran, die die Anolyt-Flüssigkeit 232 von den mehreren Kathodenräumen 200 trennt, zu enthalten. Der Anolyt-Behälter 230 umfasst einen Anolyt-Behälter, der die Anolyt-Flüssigkeit 232 enthält, in dem die mehreren Kathodenräume 200 angeordnet sind. Der Anolyt-Behälter 230 kann einen Anolyt-Versorgungs- und Vorratsbehälter 263 umfassen, in dem Anloyt im Kreislauf umgepumpt, nachgefüllt und/oder aufgefrischt werden kann und dann mit dem Anolyt-Behälter 230 unter Verwendung des Anolyt-Pumpsystems 264 ausgetauscht werden kann. Ferner kann der Anolyt-Behälter 230 einen Katholyt-Versorgungs- und Vorratsbehälter 266 umfassen, in dem Katholyt im Kreislauf umgepumpt, nachgefüllt und/oder aufgefrischt werden kann und dann mit den mehreren Katholyt-Behältern 200 unter Verwendung des Katholyt-Pumpsystems 268 ausgetauscht werden kann. Das Chemikalien-Verwaltungssystem 260 kann mit den Anolyt- und Katholyt-Versorgungs- und Vorratsbehältern 262, 266 gekoppelt sein und neben anderen Dingen Flüssigkeitsstände, chemische Zusammensetzung, chemische Qualität, chemische Temperatur, chemische Dosierung, usw. verwalten. Zum Beispiel kann das Chemikalien-Verwaltungssystem 260 die Anolyt- und/oder Katholyt-Lösung regenerieren, einschließlich Hinzufügen oder Wechseln von Wasser, Säure, Anionen-Lösung, Kathionen-Lösung, Chelatbildnern, Komplexbildnern, Verlaufmitteln, Beschleunigungs- oder Verzögerungsmitteln, usw.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Werkstück W ein biegsames rechteckiges Substrat umfassen, das Abmessungen aufweist, die im Bereich von ungefähr 50 cm mal 50 cm bis 100 cm mal 100 cm liegen. Folglich kann die Flüssigkeitstiefe im Anolyt-Behälter 230 im Bereich von 90 cm bis 150 cm Tiefe liegen, und die Breite des Anolyt-Behälters 230 kann im Bereich von 90 cm bis 150 cm liegen. Jedes ECD-Modul kann vergleichsweise schmal konstruiert sein, zum Beispiel kann die Breite konstruiert sein, weniger als 20 cm von Anode zu Anode oder Anode zu Kathode zu sein. Folglich können mehrere Kathodenräume 200 (ECD-Module) innerhalb des Anolyt-Behälters im Bereich bis zu 120 cm Länge angeordnet sein. Eintauchen oder teilweises Eintauchen mehrerer Kathodenräume 200 in den Anolyt-Behälter 230 sieht eine effiziente Raumnutzung vor. Und somit ist unter anderen ein Vorteil dieser Ausführungsform ein einziger Behälter mit Anolyt-Flüssigkeit 232 mit einem vereinfachten Chemikalien- und Flüssigkeitsverwaltungssystem, das mehrere ECD-Module in einer wirtschaftlichen Anordnung bedient, wodurch Aufwand für Anlagen, Chemikalien und Fabrikfläche gespart wird.
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2B zeigt eine Ansicht von oben eines Kathodenraums 200, der zwischen gegenüberliegenden Anoden-Baugruppen 240, 241 angeordnet ist. Ein Werkstückhalter 215, der ein Werkstück W enthält, ist in einem Rahmen 210 angeordnet, der den Werkstückhalter 215 vorteilhaft und wiederholt präzise innerhalb von plus oder minus 0,1 bis 1,0 mm, vorzugsweise innerhalb von plus oder minus 0,5 mm, bezüglich anderer wichtiger Elemente des ECD-Moduls positioniert, die die Gleichmäßigkeit des elektrischen Feldes und des Flüssigkeitsfluss-Feldes auf der Oberfläche des Werkstücks W beeinflussen. Der Kathodenraum 200 kann Elemente 201, 204 zur Gestaltung des elektrischen Feldes enthalten, die zwischen ungefähr 3 und 10 mm von den Oberflächen des Werkstücks W, vorzugsweise 4 mm von den Oberflächen des Werkstücks W angeordnet sind. Der Kathodenraum 200 kann ferner Elemente 202, 205 zum Mischen von Flüssigkeit enthalten, die in der Nähe der Oberflächen des Werkstücks W, vorzugsweise innerhalb von 10 mm von den Oberflächen des Werkstücks W angeordnet sind.
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Ionenaustausch-Membranen 203, 206 definieren die Grenzen zwischen dem Kathodenraum 200 und dem Anodenraum, der die gegenüberliegenden Anoden-Baugruppen 240, 241 enthält, und sehen eine Trennung zwischen der Anolyt-Flüssigkeit 232 im Anodenraum und dem Katholyten 220 im Kathodenraum 200 vor. Ein Vorteil unter anderen ist die kompakte Geometrie, die vorgesehen wird, indem die Grenzen zwischen der Anolyt-Flüssigkeit 232 und dem Katholyten 220 definiert werden, wobei während des Betriebs der Flüssigkeitsdruck der Anolyt-Flüssigkeit 232 und des Katholyten 220 über die biegsame lonenaustausch-Membran ausgeglichen wird, so dass es nicht erforderlich ist, eine umfangreiche Wandstruktur aufzunehmen, um den hydrostatischen Druck des Katholyten für jedes Werkstück W aufzunehmen.
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Jede gegenüberliegende Anoden-Baugruppe 240, 241 kann eine Mehrzonen-Anode 242 umfassen, z.B. Anoden, die als Ringe in einer radialen Richtung angeordnet sind, oder Anoden, die auf einem Gitter zum Beispiel in orthogonalen Richtungen angeordnet sind. In dieser Ausführungsform sind zwei gegenüberliegende Anoden-Baugruppen 240, 241 gegenüber dem Kathodenraum gezeigt. In anderen Ausführungsformen kann jedoch eine einzelne Anoden-Baugruppe dem Kathodenraum gegenüber liegen.
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3 zeigt eine detaillierte Querschnitts-Ansicht eines ECD-Moduls gemäß einer Ausführungsform. Der Werkstückhalter 315 positioniert das Werkstück W zwischen Elementen 330 zur Gestaltung des elektrischen Feldes, Elementen 310 zum Mischen von Flüssigkeit, lonenaustausch-Membranen 325, die von der Haltestruktur 320 gehalten werden, und Anoden-Baugruppen 340, die Anoden 342 halten. Wie gezeigt erstrecken sich die Elemente 330 zur Gestaltung des elektrischen Feldes in der Nähe der offen liegenden Oberflächen des Werkstücks W und sind angeordnet, die Gleichmäßigkeit des Abscheidungsprozesses zu verbessern. Zusätzlich erstrecken sich wie gezeigt die Elemente 310 zum Mischen von Flüssigkeit in der Nähe der offen liegenden Oberflächen des Werkstücks W und sind angeordnet, die Fluidscherung zu erhöhen und Masse, Moment und Wärmetransport in der Nähe der offen liegenden Oberflächen des Werkstücks W zu erhöhen.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Systems zur elektrochemischen Abscheidung gemäß noch einer anderen Ausführungsform. Das System 500 zur elektrochemischen Abscheidung umfasst ein Lader-Modul 510 und ein Entlader-Modul 550 mit mehreren Verarbeitungsmodulen 520, 530, 540, die dazwischen angeordnet sind. Verarbeitungsmodule 520 können Vorverarbeitungsmodule umfassen, wie etwa Vorspül-Module. Verarbeitungsmodule 530 können Module zur elektrochemischen Abscheidung umfassen. Und Verarbeitungsmodule 540 können Nachbearbeitungsmodule umfassen, wie etwa Module zum Spülen und Trocknen. Obwohl das Lader-Modul 510 und das Entlader-Modul 550 gezeigt sind, sich an distalen Enden des Systems 500 zur elektrochemischen Abscheidung zu befinden, können diese Module zum Laden und Entladen in der Nähe desselben Endes des Gesamtsystems angeordnet sein. Das Werkstück W kann in den Werkstückhalter 525 geladen, mittels des Werkstück-Transportsystems 560 befördert und zur Positionierung innerhalb der mehreren Verarbeitungsmodule 520, 530, 540 ausgerichtet werden.
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Durch Verwendung der Systeme hierin kann ein System zur elektrochemischen Abscheidung erzeugt werden, das die Beschichtungslösung effizient nutzt und im Vergleich zu herkömmlichen Abscheidungssystemen eine relativ kleine Stellfläche aufweist. Zum Beispiel kann jedes Modul zur elektrochemischen Abscheidung gestaltet sein, weniger als ungefähr dreißig Liter Beschichtungslösung zu enthalten. In manchen Ausführungsformen kann die gemeinsame Plattform weniger als ungefähr 16 Module zur elektrochemischen Abscheidung umfassen, und kann gestaltet sein, 100 biegsame Werkstücke pro Stunde zu beschichten. Die gemeinsame Plattform kann eine Bodenfläche von weniger als ungefähr 23,2258 m2 überdecken. Somit können Systeme hierin einen relativ großen Durchsatz mit einem relativ kleinen System und relativ wenig benutzter Beschichtungslösung pro Werkstück vorsehen.
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In der vorangehenden Beschreibung wurden spezielle Datails vorausgesetzt, wie etwa eine bestimmte Geometrie eines Verarbeitungssystems und Beschreibungen verschiedener hierin benutzter Komponenten und Prozesse. Es versteht sich jedoch, dass Verfahren hierin in anderen Ausführungsformen verwirklicht sein können, die von diesen speziellen Details abweichen, und dass solche Details nur zum Zweck der Erklärung und nicht als Einschrämkung dienen. Hier offenbarte Ausführungsformen wurden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Ebenso wurden zum Zweck der Erklärung spezielle Anzahlen, Materialien und Gestaltungen vorausgesetzt, um ein genaues Verständnis vorzusehen. Dennoch können Ausführungsformen ohne solche speziellen Details verwirklicht werden. Komponenten, welche im Wesentlichen dieselben funktionellen Gestaltungen aufweisen, sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und somit können alle redundanten Beschreibungen weggelassen werden.
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Verschiedene Verfahren wurden als mehrere einzelne Operationen beschrieben, um das Verständnis der verschiedenen Ausführungsformen zu unterstützen. Die Reihenfolge der Beschreibung darf nicht so ausgelegt werden, dass es impliziert, dass diese Operationen notwendigerweise von der Reihenfolge abhängen. In der Tat müssen diese Operationen nicht in der Reihenfolge der Präsentation ausgeführt werden. Beschriebene Operationen können in einer anderen Reihenfolge als die beschriebene Ausführungsform ausgeführt werden. Verschiedene zusätzliche Operationen können ausgeführt werden und/oder beschriebene Operationen können in zusätzlichen Ausführungsformen weggelassen werden.
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„Substrat“ oder „Ziel-Substrat“, wie hier benutzt, bezieht sich allgemein auf ein Objekt, das gemäß der Erfindung verarbeitet wird. Das Substrat kann einen beliebigen Materialteil oder eine Struktur einer Vorrichtung umfassen, insbesondere einen Halbleiter oder andere elektronische Vorrichtungen, und kann zum Beispiel eine Basis-Substrat-Struktur sein, wie etwa ein Halbleiter-Wafer, eine Fotomaske oder eine Schicht auf oder überlagernd eine Basis-Substrat-Struktur, wie etwa ein Dünnfilm. Somit ist Substrat nicht aus eine bestimmte Basis-Struktur, darunterliegende oder darüberliegende Struktur, mit Muster oder ohne Muster beschränkt, sondern es ist in Erwägung zu ziehen, dass es jede solche Schicht oder Basis-Struktur und jede Kombination von Schichten und/oder Basis-Strukturen umfasst. Die Beschreibung kann sich auf bestimmte Arten von Substraten beziehen, dies ist aber nur für Zwecke der Veranschaulichung.
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Fachleute werden auch verstehen, dass viele Änderungen der oben erklärten Operationen und Verfahren durchgeführt werden können, während weiter dieselben Ziele der Erfindung erreicht werden. Es ist beabsichtigt, dass solche Änderungen vom Umfang dieser Offenbarung abgedeckt sind. Als solches ist nicht beabsichtigt, dass die oben stehenden Beschreibungen von Ausführungsformen der Erfindung einschränkend sind. Vielmehr sind alle Einschränkungen der Ausführungsformen der Erfindung in den folgenden Ansprüchen dargestellt.
