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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Substratplattiervorrichtung
zum Plattieren eines Substrats und insbesondere bezieht sich die
Erfindung auf eine Substratplattiervorrichtung zur Bildung einer
Metall-Zwischenverbindungsschicht
in einer Zwischenverbindungszone oder -region aufgebaut aus feinen
Nuten und/oder einem feinen Loch definiert in einem Substrat, wie
beispielsweise einem Halbleiterwafer oder dgl.
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Beschreibung verwandter Technik
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Zur
Bildung einer Zwischenverbindungsschaltung auf einem Halbleitersubstrat
war es üblich, eine
leitende Schicht oder einen leitenden Film auf einer Oberfläche des
Halbleitersubstrats abzuscheiden, und zwar durch Sprühen oder
dgl., wobei sodann unerwünschte
Gebiete (oder Flächen)
des leitenden Films durch chemisches Trockenätzen entfernt wurden, und zwar
unter Verwendung einer Mustermaske, wie beispielsweise einem Resistmaterial oder
dgl.
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Das
Material der Zwischenverbindungsschaltung war im allgemeinen Aluminium
(Al) oder eine Aluminiumlegierung. Hochintegrierte Halbleiterschaltungen
besitzen dünnere
Zwischenverbindungen, was zur Folge hat, dass erhöhte Stromdichten auftreten,
die dafür
verantwortlich sind, dass erhöhte thermische
Beanspruchen und Temperaturanstiege stattfinden. Wenn die Aluminiumschichten
oder -filme dünner
und dünner
werden, und zwar infolge von Beanspruchungsmigration oder Elektromigration,
so werden diese Probleme stärker
eine Rolle spielen bis zu dem Punkt, wo die Zwischenverbindungen
brechen oder kurzgeschlossen werden.
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Es
besteht daher der Wunsch, besser leitende Materialien, wie beispielsweise
Kupfer an Stelle von Aluminium oder Aluminiumlegierungen, für diese Zwischenverbindungen
zu verwenden, um die niedrigere Leitfähigkeit auszunutzen und Elektromigrationen
infolge von da hindurch fließenden
Strömen
zu vermeiden. Zur Erzeugung von Zwischenverbindungen auf Substraten
kann nicht auf das Trockenätzen einer
durch konventionellen Prozess abgeschiedenen Kupferschicht und darauf
folgende Musterung vertraut werden. Eine Lösung besteht darin, ein gewünschtes
Muster von Zwischenverbindungsnuten in einer Substratoberfläche auszubildend
und die Zwischenverbindungsnuten mit Kupfer oder seiner Legierung
aufzufüllen.
Dieses Verfahren erfordert keinerlei Ätzprozess, um das unerwünschte Kupfer
oder seine Legierung zu entfernen. Stattdessen werden Oberflächenunregelmäßigkeiten
oder Stufen von der Substratoberfläche entfernt, und zwar durch
ein Polierverfahren. Der Prozess ist auch vorteilhaft insofern,
als Zwischenverbindungslöcher
zur Zwischenverbindung vertikaler Schaltungsschichten ebenfalls gleichzeitig
ausgebildet werden können.
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Wenn
jedoch die Breite der Zwischenverbindungen dünner wird, so besitzen die
Zwischenverbindungsnuten oder Löcher
ein höheres
Aspektverhältnis,
d. h. ein höheres
Verhältnis
von deren Tiefe zum Durchmesser oder der Breite und es kann keine gleichförmige Anfüllung mit
Kupfer oder seiner Metalllegierung gemäß der Sprühschichtbildung erfolgen.
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Die
chemische Dampfabscheidung (CVD) wird im großen Umfang zur Bildung von
Schichten oder Filmen aus verschiedenen Materialien verwendet. Nichtsdestoweniger
ist die Anwendung der CVD zur Bildung von Schichten oder Filmen
aus Kupfer oder seiner Legierung nicht Erfolg versprechend, da es
schwierig ist, ein geeignetes gasförmiges Material als eine Quelle
des Kupfers oder seiner Legierung vorzusehen. Wenn ein organisches
Material verwendet wird, so besitzt Kohlenstoff C die Tendenz, aus dem
organischen Material in einen abgeschiedenen Film oder Schicht eingeführt zu werden,
was einen größeren elektrischen
Widerstandswert bedeutet.
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Es
wurde ein Plattierprozess vorgeschlagen, um eine Kupferschicht auf
einem Substrat abzuscheiden. Gemäß dem vorgeschlagenen
Plattierprozess wird ein Substrat in eine Plattierlösung eingetaucht,
um das Substrat beispielsweise mit Kupfer zu plattieren, und zwar
entsprechend dem elektrolosen Plattieren oder dem Elektroplattieren,
und sodann wurden unerwünschte
Gebiete (oder Flächen)
der plattierten Kupferschicht durch chemisch-mechanisches Polieren
entfernt. Der Plattierprozess macht es möglich, die Zwischenverbindungsnuten
mit hohen Aspektverhältnissen
gleichförmig
anzufüllen,
und zwar mit einem hoch leitenden Kupfermetall. Wenn der Plattierprozess
kontinuierlich innerhalb einer reinen Atmosphäre in einer Halbleiter-Herstellungsanlage
ausgeführt
wird, werden jedoch Chemikalien oder Lösungen, die in einem Vorbehandlungsprozess
und dem Plattierprozess verwendet werden, in einem chemischen Nebel
oder Gas ausgebreitet, was die Tendenz zur Anhaftung an den Substraten
hat, die in der Halbleiter-Herstellungsanlage verarbeitet werden.
Dieses Problem ergibt sich selbst dann, wenn Vorbehandlungsprozess
und der Plattierprozess in einer abgedichteten Prozess- oder Verarbeitungskammer
gebildet werden. Da insbesondere die abgedichtete Prozesskammer
zum Laden oder Entladen von Substraten geöffnet werden muss, kann der
chemische Nebel oder das Gas, erzeugt im Plattierbad oder dem Vorbehandlungsbad
oder der Kammer, nicht daran gehindert werden, sich in die Halbleiter-Fabrikationsanlage
auszubreiten.
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Es
ist erwünscht,
eine einzige Vorrichtung oder Kammer vorzusehen, um eine plattierte
Kupferschicht auf einer Halbleiteroberfläche einschließlich Zwischenverbindungsregionen
oder -zonen vorzusehen, wobei diese Schicht feine Nuten oder Gräben aufweist
und feine Löcher,
und zwar entsprechend dem elektrolosen Plattieren oder Elektroplattieren, wobei
dann die unerwünschten
Kupferschichtteile entfernt werden müssen, um die plattierte Kupferschicht
nur in den Zwischenverbindungsregionen oder -zonen zurückzulassen,
und zwar entsprechend dem chemisch-mechanischen Polieren. Eine derartige
einzige Vorrichtung oder Kammer wurde bisher nicht praktisch verwendet.
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Wenn
eine Substratplattiervorrichtung und eine chemisch-mechanische Poliervorrichtung
gesondert voneinander sind, so muss ein Halbleiterwafer, plattiert
mit einer Kupferschicht, getrocknet werden und aus der Substratplattiervorrichtung
entladen werden und sodann wird ein getrockneter Halbleiter in die
chemisch-mechanische Poliervorrichtung eingebracht, um unerwünschte Kupferteile
zu entfernen. Es werden daher zwei gesonderte Trockenvorrichtungen
oder Kammern benötigt.
In einigen Anwendungsfällen
wird eine schutzplattierte Schicht auf einer plattierten Kupferzwischenschicht
zum Schutz von deren Oberfläche
abgeschieden. Da jedoch die Substratplattiervorrichtung gesondert
von der chemisch-mechanischen Poliervorrichtung vorgesehen ist,
hat die Oberfläche
der schutzplattierten Schicht die Tendenz, während des Wafertransfers von
der Substratplattiervorrichtung zu der chemisch-mechanischen Poliervorrichtung
oxydiert zu werden.
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Die
Substratplattiervorrichtung weist im Allgemeinen ein Lade- und Entladegebiet
oder eine entsprechende Fläche
auf, und zwar zum Transfer der Kassetten, die die Substrate speichern,
und wobei ferner eine Plattierfläche
oder ein Plattiergebiet vorgesehen ist zum Plattieren der Substrate,
und schließlich
ist eine Reinigungs- und Trockenfläche oder ein solches Gebiet
vorgesehen, und zwar zum Reinigen oder Trocknen der plattierten
Substrate. Wenn die Substratplattiervorrichtung, d. h. eine nasses
Verarbeitungsbad, welches in einer Kammer untergebracht ist, in
einem Reinraum für
Halbleiter-Fabrikationsanlagen platziert wird, dann ist es notwendig,
Teilchen, Nebel und Gase, erzeugt aus der Plattierlösung oder
Reinigungslösung,
in der Substratplattiervorrichtung daran zu hindern, dass diese
auf die Halbleiterwafer, die verarbeitet und getrocknet wurden durch
die anderen Halbleiter-Herstellungsprozesse, aufgebracht werden.
Anders ausgedrückt, wenn
die verarbeiteten Halbleiterwafer aus der Substratplattiervorrichtung
ausgeladen werden und zu einem nächsten Prozess
transferiert werden, so sollten die Teilchen, Nebel und Gase aus
der Plattierlösung oder
aus der Reinigungslösung
in der Substratplattiervorrichtung nicht in den Reinraum gelangen
oder dort ausgebreitet werden, wo der andere Herstellungsprozess
ausgeführt
wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Substratplattiervorrichtung
vorzusehen, die frei von den verschiedenen konventionellen Problemen ist
und zwar selbst dann, wenn die Platzierung in einen Reinraum erfolgt,
der Halbleiter-Herstellungsanlagen enthält, wobei die Vorrichtung in
der Lage ist, in einer einzigen Anordnung verschiedene Prozesse auszuführen, und
zwar einschließlich
eines Verfahrens der Herstellung einer plattierten Schicht auf einer
Oberfläche
eines Substrats einschließlich
Zwischenverbindungszonen oder -regionen bestehend aus feinen Zwischenverbindungsnuten
und feinen Zwischenverbindungslöchern,
definiert in dem Substrat, wobei die Erfindung ferner einen Prozess
der Entfernung unerwünschter
Schichtteile vom Substrat vorsieht, wobei die plattierte Schicht
in den Zwischenverbindungszonen oder -regionen als eine Zwischenverbindungsschicht
auf dem Substrat zurückbleibt.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Substratplattiervorrichtung
vorzusehen, die in effektiver Weise verhindert, dass Teilchen oder
Nebel der Plattierlösung
und der Reinigungslösung
sich in einen Reinraum ausbreiten, wo die Halbleiter-Herstellungsvorrichtungen
stehen, und ebenfalls in ein Reinigungs- und Trockengebiet der Substratplattiervorrichtung,
wenn die die plattierten Halbleiterwafer aus der Substratplattiervorrichtung
ausgeladen werden und zu einem nächsten
Prozess transferiert werden. Es sei auf die
JP 10 163 208 A hingewiesen,
die eine Plattiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zeigt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Substratplattiervorrichtung nach Anspruch 1 vorgesehen.
Weitere Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in abhängigen
Ansprüchen
beansprucht.
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Die
Vorrichtung kann Folgendes aufweisen: Eine erste Plattiereinheit
zur Bildung einer plattierten Schicht auf einer Oberfläche des
Substrats einschließlich
der Zwischenverbindungsregion, eine erste chemisch-mechanische Poliereinheit
zum chemisch-mechanischen Polieren des Substrats zum Entfernen der
plattierten Schicht von der Oberfläche des Substrats unter Zurücklassung
eines Teils der plattierten Schicht in der Zwischenverbindungsregion (Zwischenverbindungszone),
eine Reinigungseinheit zum Reinigen des Substrats, nachdem die plattierte Schicht
gebildet ist oder das Substrat chemisch-mechanisch poliert ist,
eine Trockeneinheit zum Trocknen des Substrats, nachdem das Substrat
gereinigt ist und eine Substrattransfervorrichtung zum Transfer des
Substrats zu und von der ersten Plattiereinheit, der ersten chemisch-mechanischen
Poliereinheit, der Reinigungseinheit und der Trockeneinheit, wobei die
erste Plattiereinheit, die erste chemisch-mechanische Poliereinheit,
die Reinigungseinheit und die Trockeneinheit und die Substrattransfervorrichtungen
in eine einzige einheitliche Anordnung kombiniert sind.
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Die
Substratplattiervorrichtung kann ferner eine zweite Plattiereinheit
aufweisen, und zwar zur Ausbildung einer schützenden plattierten Schicht über dem
Teil der ersten plattierten Schicht in der Zwischenverbindungszone
oder -region, nachdem der unerwünschte
plattierte Teil durch chemisch-mechanisches
Polieren von der Oberfläche
des Substrats entfernt wurde, wobei die zweite Plattiereinheit in der
einzigen einheitlichen Anordnung enthalten ist.
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Die
Substratplattiervorrichtung kann ferner eine zweite chemisch-mechanische Poliereinheit
aufweisen zum chemisch-mechanischen Polieren des Substrats zur Planarisierung
der schützenden
plattierten Schicht, die über
dem Teil der plattierten Schicht in der Zwischenverbindungsregion
oder Zwischenverbindungszone ausgebildet ist, wobei die zweite chemisch-mechanische Poliereinheit
in der einzigen unitären
(einheitlichen) Anordnung enthalten ist.
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Die
Substratplattiervorrichtung kann ferner eine Abgabeanlage aufweisen,
und zwar zum Abgeben einer Reinigungslösung, die durch die Reinigungseinheit
verwendet wurde, und zwar zur Reinigung des Substrats, wobei die
Abgabeanlage in der einzigen unitären Anordnung enthalten ist.
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Dies
Substrattransfervorrichtung kann ferner Folgendes aufweisen: einen
Roboter mit einem Arm, die erste Plattiereinheit, die erste chemisch-mechanische Poliereinheit,
die Reinigungseinheit und die Trockeneinheit, und zwar angeordnet
innerhalb der Reichweite des Arms.
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Die
Substratplattiervorrichtung kann ferner Konzentrations-Analysevorrichtungen
aufweisen zum Analysieren der Konzentration der Komponenten der
Plattierlösung,
die durch die erste Plattiereinheit verwendet wird, um die plattierte
Schicht zu bilden, und wobei ferner Plattierlösungszubereitungs-Vorrichtungen
vorgesehen sind zum Zubereiten einer Plattierlösung basierend auf den analysierten
Konzentrationen von den Konzentrations-Analysevorrichtungen, wobei
die Konzentrations-Analysevorrichtungen
und die Plattierlösungs-Herstellvorrichtungen
in der einzigen unitären
Anordnung enthalten sind.
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Wenn
mindestens die erste Plattiereinheit, die erste chemisch-mechanische
Poliereinheit, die Reinigungseinheit, die Trockeneinheit und die
Substrattransfervorrichtung in einer einzigen einheitlichen (unitären) Anordnung
kombiniert sind, so bietet die Substratplattiervorrichtung die folgenden
Vorteile:
Die Schritte des Ausbildens einer plattierten Schicht auf
einer Oberfläche
eines Halbleitersubstrats, welches eine Zwischenverbindungszone
oder -region aufweist, und zwar bestehend aus einer feinen Nut und
einem feinen Loch und wobei die plattierte Schicht von der Oberfläche des Halbleitersubstrats entfernt
wird, und zwar unter Zurücklassung
eines Teils der plattierten Schicht in der Zwischenverbindungsregion,
um dadurch eine Zwischenverbindungsschicht auf dem Halbleitersubstrat
zu bilden, wobei diese Vorgänge
durch die Substratplattiervorrichtung der einheitlichen Einzelanordnung
ausgeführt
werden.
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Wenn
die verschiedenen Einheiten voneinander unabhängig wären, würde eine Vielzahl von unterschiedlichen
Trockenprozessen erforderlich sein, um die Substrate, die in Assoziation
mit diesen verschiedenen Einheiten stehen, zu trocknen. Die Substratplattiervorrichtung
der einzelnen einheitlichen Anordnung braucht nicht derartige unterschiedliche
Trocknungsprozesse. Die Wartezeiten für die in einer Vorrichtung
zu verarbeitenden Substrate und das Warten auf den nächsten Prozess
gemäß einer anderen
Vorrichtung kann zwischen verschiedenen Einheiten verkürzt werden.
Beispielsweise kann das Substrat chemisch-mechanisch unmittelbar
nach dem Plattieren durch das Plattierlösungsbad poliert werden. Infolgedessen
wird eine plattierte Schicht daran gehindert, auf natürliche Weise
oxydiert zu werden und die Teilchen werden daran gehindert, in unmäßiger Weise
auf die plattierte reine Schicht aufgebracht zu werden, und zwar
zwischen den Plattier- und Polierschritten.
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Die
Substratplattiervorrichtung kann ferner einen ersten und einen zweiten
Verschluss aufweisen, wobei der erste Verschluss beweglich gelagert ist,
und zwar zum Öffnen
und Schließen
des durch die erste Unterteilung definierten Durchlasses und wobei
ferner der zweite Verschluss beweglich angebracht ist, und zwar
zum Öffnen
und Schließen
der in der zweiten Unterteilung definierten Passage oder des Durchlasses.
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Wie
oben beschrieben, ist das Reinigungs- und Trocknungsgebiet oder
die entsprechende Fläche
angeordnet zwischen dem Lade- und Entladegebiet und dem Plattiergebiet.
Die erste Unterteilung ist zwischen dem Ladegebiet und dem Entladegebiet und
dem Reinigungs- und Trocknungsgebiet oder der entsprechenden Fläche angeordnet
und die zweite Unterteilung ist zwischen der Reinigungs- und Trockenfläche und
der Plattierfläche
angeordnet. Daher gilt Folgendes: Ein in einem trockenen Zustand
eingeladenes Substrat wird plattiert und gereinigt in der Substratplattiervorrichtung
und in der Substratreinigungsvorrichtung und in einem trockenen
Zustand aus der Substratplattiervorrichtung herausgeladen. Infolgedessen
gilt Folgendes: Selbst wenn die Substratplattiervorrichtung in einem
Reinraum angeordnet ist, wird der Reinraum daran gehindert, mit
Teilchen kontaminiert zu werden und mit Nebel von der Plattiervorrichtung
und der Reinigungsvorrichtung.
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Die
Substratplattiervorrichtung wird in einem reinen Raum eingebaut
und die Drücke
in der Lade- und Entladefläche
oder in dem Entlade- und Ladegebiet, der Plattierfläche und
der Reinigungs- und Trockenfläche
werden derart ausgewählt,
dass der Druck in dem Lade- und Entladegebiet höher ist als der Druck in dem
Reinigungs- und Trocknungsgebiet (oder Fläche), wobei der Druck hier
höher ist
als der Druck in der Plattierfläche
bzw. dem Plattiergebiet und der Druck in dem Lade- und Entladegebiet
niedriger ist als der Druck in dem Reinraum.
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Da
der Druck in der Lade- und Entladefläche höher ist als der Druck in der
Reinigungs- und Trockenfläche,
der höher
ist als der Druck in der Plattierfläche, und wobei der Druck in
der Lade- und Entladefläche
niedriger ist als der Druck in dem Reinraum, so strömt Luft
in die Substratplattiervorrichtung und wird daran gehindert, in
den Reinraum zu lecken und somit wird die Kontaminierung des Reinraums
unterbunden.
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Die
obigen sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den
beigefügten
Zeichnungen, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
beispielhaft veranschaulichen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 und 6 stellen
Hintergrundinformation der vorliegenden Erfindung dar.
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1 ist
eine Draufsicht auf eine Substratplattiervorrichtung zur Bildung
von Zwischenverbindungen in einem Halbleiterwafer;
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2A und 2B sind
Teilquerschnittsansichten, welche einen Zwischenverbindungsplattierprozess
veranschaulichen, der durch die Substratplattiervorrichtung gemäß 1 ausgeführt wird;
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3 ist
eine Draufsicht auf eine weitere Substratplattiervorrichtung zur
Bildung von Zwischenverbindungen in einem Halbleiterwafer;
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4A bis 4D sind
Teilquerschnittsansichten, welche einen Zwischenverbindungsplattierprozess
veranschaulichen, der durch die Substratplattiervorrichtung gemäß 3 ausgeführt wird;
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5 ist
eine Draufsicht auf eine weitere Substratplattiervorrichtung zur
Bildung von Zwischenverbindungen auf einem Halbleiterwafer;
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6 ist
eine Draufsicht auf eine weitere Substratplattiervorrichtung zur
Bildung von Zwischenverbindungen auf einem Halbleiterwafer;
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7 ist
eine Draufsicht auf eine Substratplattiervorrichtung zur Bildung
von Zwischenverbindungen auf einem Halbleiterwafer gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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8 ist
eine schematische Ansicht, die den Luftfluss in einer Substratplattiervorrichtung
gemäß 7 veranschaulicht;
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9 ist
eine Querschnittsansicht, die die Luftströmungen zwischen Flächen oder
Gebieten in der Substratplattiervorrichtung gemäß 7 veranschaulicht;
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10 ist
eine perspektivische Ansicht einer Substratplattiervorrichtung gemäß 7,
und zwar angeordnet in einem Reinraum;
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11 ist
eine Draufsicht auf eine weitere Substratplattiervorrichtung zur
Bildung von Zwischenverbindungen auf einem Halbleiterwafer;
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12 ist
ein Querschnitt längs
Linie XII-XII der 11;
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13 ist
eine Draufsicht auf eine Ladestufe und eine Grobreinigungskammer
der Substratplattiervorrichtung gemäß 11;
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14 ist
eine Querschnittsansicht längs
Linie XIV-XIV der 13; und
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15 ist
eine Querschnittsansicht längs
Linie XV-XV der 13.
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Detaillierte Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels.
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Wie
in 1 gezeigt, weist eine Substratplattiervorrichtung
zur Bildung von Zwischenverbindungen auf einem Halbleiterwafer im
Allgemeinen Folgendes auf: Eine Ladeeinheit 1 zum Einladen
eines Halbleiterwafers, eine Kupferplattierkammer 2 zum
Plattieren eines Halbleiterwafers mit Kupfer; ein Paar von Wasserreinigungskammern 3, 4 zum
Reinigen eines Halbleiterwafers mit Wasser, eine chemisch-mechanische
Poliereinheit 5 zum chemisch-mechanischen Polieren eines Halbleiterwafers,
ein Paar von Wasserreinigungskammern 6, 7 zum
Reinigen eines Halbleiterwafers mit Wasser, eine Trockenkammer zum
Trocknen eines Halbleiterwafers und eine Entladeeinheit 9 zum
Entladen eines Halbleiterwafers mit einer Zwischenverbindungsschicht
darauf. Die Substratplattiervorrichtung besitzt ferner einen Wafertransfermechanismus
(nicht gezeigt) zum Transfer oder zur Übertragung von Halbleiterwafern
zu den Kammern 2, 3, 4, der mechanischen
Poliereinheit 5, den Kammern 6, 7, 8 und
der Entladeeinheit 9. Die Ladeeinheit 1, die Kammern 2, 3, 4,
die chemisch-mechanische Poliereinheit 5, die Kammern 6, 7, 8 und
die Entladeeinheit 9 sind in eine einzige einheitliche
Anordnung als eine Vorrichtung kombiniert.
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Die
Substratplattiervorrichtung arbeitet wie folgt: Der Wafer-Transfermechanismus
transferiert ein Halbleiterwafer W, auf dem eine Zwischenverbindungsschicht
noch nicht ausgebildet ist, von einer Waferkassette 1-1,
platziert in der Ladeeinheit 1, zu der Kupferplattierkammer 2.
In der Kupferplattierkammer 2 wird, wie in 2A gezeigt,
eine plattierte Kupferschicht 103 auf einer Oberfläche des
Halbleiterwafers W mit einer Zwischenverbindungsregion oder -zone
gebildet, und zwar bestehend aus einer Zwischenverbindungsnut 101 und
einem Zwischenverbindungsloch (Kontaktloch) 102.
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Nachdem
die plattierte Kupferschicht 103 auf dem Halbleiterwafer
W in der Kupferplattierkammer 2 gebildet ist, wird der
Halbleiterwafer W zu den Wasserreinigungskammern 3, 4 transferiert,
und zwar durch den Wafer- Transfermechanismus
und die Reinigung erfolgt durch das Wasser in den Wasserreinigungskammern 3, 4.
Der gereinigte Halbleiterwafer W wird zu der chemisch-mechanischen
Poliereinheit 3 transportiert oder transferiert, und zwar
durch den Wafer-Transfermechanismus. Wie in 2B gezeigt,
entfernt die chemisch-mechanische Poliereinheit 5 die unerwünschte plattierte
Kupferschicht 103 von der Oberfläche des Halbleiterwafers W,
wobei ein Teil der plattierten Kupferschicht 103 in der
Zwischenverbindungsnut 101 und dem Zwischenverbindungsloch 102 verbleibt.
In den 2A und 2B wird
eine Barriereschicht 104, hergestellt aus TiN oder dgl.,
auf der Oberfläche
des Halbleiterwafers W gebildet, und zwar einschließlich innerer
Oberflächen der
Zwischenverbindungsnut 101 und des Zwischenverbindungslochs 102,
und zwar geschieht dies bevor die plattierte Kupferschicht 103 abgeschieden wird.
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Sodann
wird der Halbleiterwafer W mit der verbliebenen plattieren Kupferschicht 103 zu
den Wasserreinigungskammern 6, 7 transferiert,
und zwar durch den Wafer-Transfermechanismus und die Reinigung erfolgt
durch Wasser in den Wasserreinigungskammern 6, 7.
Der gereinigte Halbleiterwafer W wird sodann in der Trockenkammer 8 getrocknet, worauf
dann der getrocknete Halbleiterwafer W mit der verbleibenden plattierten
Kupferschicht 103 als eine Zwischenverbindungsschicht dienend
in einer Waferkassette 9-1 in der Entladeeinheit 9 platziert wird.
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3 zeigt
eine Draufsicht einer Substratplattiervorrichtung zur Bildung von
Zwischenverbindungen auf einem Halbleiterwafer gemäß einem
unterschiedlichen Design. Die Substratplattiervorrichtung gemäß 3 unterscheidet
sich von der Substratplattiervorrichtung gemäß 1 insofern,
als sie zusätzlich
Folgendes aufweist: Eine Kupferplattierkammer 2', eine Wasserreinigungskammer 10,
eine Vorbehandlungskammer 11 und eine Schutzschichtplattierkammer 12 zur
Ausbildung einer schützenden plattierten
Schicht auf einer plattierten Kupferschicht eines Halbleiterwafers.
Die Ladeeinheit 1, die Kammern 2, 2', 3, 4,
die chemisch-mechanische Poliereinheit 5, die Kammern 6, 7, 8, 10, 11, 12 und
die Entladeeinheit 9 sind in eine einzige einheitliche
Anordnung als eine Vorrichtung kombiniert.
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Diejenigen
Teile, die in den 3 und 4A bis 4D gezeigt
sind, sind identisch zu denjenigen gemäß den 1 und 2A, 2B und
werden durch identische Bezugszeichen bezeichnet und nicht im Einzelnen
beschrieben.
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Die
Substratplattiervorrichtung gemäß 3 arbeitet
wie folgt: Ein Halbleiterwafer W wird von der Waferkassette 1-1,
platziert in der Ladeeinheit 1, sukzessiv in die Kupferplattierkammer 2, 2' eingegeben. In
der Kupferplattierkammer 2, 2' wird, wie in der 4A gezeigt,
eine plattierte Kupferschicht 103 auf einer Oberfläche des
Halbleiterwafers W ausgebildet, und zwar mit einer Zwischenverbindungszone, bestehend
aus einer Zwischenverbindungsnut 101 und einem Zwischenverbindungsloch
(Kontaktloch) 102. Die zwei Kupferplattierkammern 2, 2' gestatten, dass
der Halbleiterwafer W mit einer Kupferschicht für eine lange Zeitperiode plattiert
werden kann. Speziell kann der Halbleiterwafer W mit einer primären Kupferschicht
gemäß dem Elektroplattieren
in der Kupferplattierkammer 2 plattiert werden und sodann kann
die Plattierung mit einer sekundären
Kupferschicht erfolgen, und zwar entsprechend dem elektrolosen Plattieren
in der Kupferplattierkammer 2'. Die Substratplattiervorrichtung
kann mehr als zwei Kupferplattierkammern aufweisen.
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Der
Halbleiterwafer W mit der plattierten Kupferschicht 103 darauf
ausgebildet wird sodann durch Wasser in den Wasserreinigungskammern 3, 4 gereinigt.
Sodann erfolgt, wie in 4B gezeigt, in der mechanischen
Poliereinheit 5 die Entfernung des unerwünschten
Teils der plattierten Kupferschicht 103 von der Oberfläche des
Halbleiterwafers W, und zwar unter Zurücklassung eines Teils der plattierten Kupferschicht 103 in
der Zwischenverbindungsnut 101 und dem Zwischenverbindungsloch 103.
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Sodann
wird der Halbleiterwafer W mit der verbleibenden plattierten Kupferschicht 103 zu
der Wasserreinigungskammer 10 transferiert, in der der Halbleiterwafer
W mit Wasser gereinigt wird. Sodann wird der Halbleiterfwafer W
zu der Vorbehandlungskammer 11 transferiert und darinnen
für die
Abscheidung einer schützenden
plattierten Schicht vorbehandelt. Der vorbehandelte Halbleiterwafer
W wird zu der Plattierkammer 12 transferiert. In der Schutzschichtplattierkammer 12 wird,
wie in 4C gezeigt, eine schützende plattierte
Schicht 105 auf der plattierten Kupferschicht 103 in
der Zwischenverbindungszone auf dem Halbleiterwafer W ausgebildet. Beispielsweise
wird die schützende
plattierte Schicht 105 aus einer Legierung von Nickel (Ni)
und Bor (B) durch elektroloses Plattieren gebildet. Nachdem die schützende plattierte
Schicht 105 abgeschieden ist, wird der Halbleiterwafer
W durch Wasser in den Wasserreinigungskammern 6, 7 gereinigt,
in der Trockenkammer 8 getrocknet und sodann zu der Waferkassette 9-1 in
der Entladeeinheit 9 transferiert.
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5 zeigt
eine Draufsicht einer Substratplattiervorrichtung zur Bildung von
Zwischenverbindungen auf einem Halbleiterwafer gemäß einem
weiteren Design. Die Substratplattiervorrichtung gemäß 5 unterscheidet
sich von der Substratplattiervorrichtung gemäß 3 insofern,
als zusätzlich
eine chemisch-mechanische Poliereinheit 15 und Wasserreinigungskammern 13, 14 vorgesehen
sind. Die Ladeeinheit 1, die Kammern 2, 2', 3, 4, 14,
die chemisch-mechanische Poliereinheit 5, 15,
die Kammern 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13 und
die Entladeeinheit 9 werden in eine einzige einheitliche
Anordnung als eine Vorrichtung kombiniert. Diejenigen Teile gemäß 5,
die identisch zu denen der der 3 sind, werden
mit identischen Bezugszeichen versehen und hier nicht im Einzelnen
beschrieben.
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In
der chemisch-mechanischen Poliereinheit 15 wird ein oberer
Teil der schützenden
plattierten Schicht 105 auf der plattierten Kupferschicht 103 abgeschieden,
wegpoliert, um die schützende
plattierte Schicht 105 zu planarisieren, wie dies in 4D gezeigt
ist. Die Wasserreinigungskammern 13, 14 reinigen
zusätzlich
den Halbleiterwafer W mit Wasser.
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6 zeigt
in einer Draufsicht eine Substratplattiervorrichtung zur Bildung
von Zwischenverbindungen auf einem Halbleiterwafer gemäß einer
weiteren Konstruktion. Wie in 6 gezeigt,
weist die Substratplattiervorrichtung Folgendes auf: einen Roboter 16,
der an seiner Mitte einen Roboterarm 16' besitzt, ferner eine Kupferplattierkammer 2,
Wasserreinigungskammern 3, 4, eine chemisch-mechanische
Poliereinheit 5, eine Vorbehandlungskammer 11,
eine Schutzschichtplattierkammer 12, eine Trockenkammer 8 und
eine Lade- und eine
Entladestation, die um den Roboter 16 herum angeordnet
sind und wobei innerhalb der Reichweite des Roboterarms 16-1 diese
angeordnet sind. Eine Ladeeinheit 1 zum Laden von Halbleiterwafern
und eine Entladeeinheit 9 zum Entladen von Halbleiterwafern
ist benachbart zu der Lade- und Entladestation 17 angeordnet.
Der Roboter 16, die Kammern 2, 3, 4,
die chemisch-mechanische Poliereinhzeit 5, die Kammern 8, 11, 12,
die Lade- und Entladestation 17,
die Ladeeinheit 1 und die Entladeeinheit 9 sind
in einer einzigen einheitlichen Anordnung als eine Vorrichtung kombiniert.
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Dies
Substratplattiervorrichtung gemäß 6 arbeitet
wie folgt:
Ein zu plattierenden Halbleiterwafer wird von einer Ladeeinheit 1 zu
der Lade- und Entladestation 17 transferiert,
von wo aus der Halbleiterwafer durch den Roboterarm 16-1 aufgenommen
wird und dadurch zu der Kupferplattierkammer 2 transferiert wird.
In der Kupferplattierkammer 2 wird, wie in 4A gezeigt,
eine plattierte Kupferschicht 103 auf einer Oberfläche des
Halbleiterwafers ausgebildet, die eine Zwischenverbindungszone aufweist,
und zwar bestehend aus einer Zwischenverbindungsnut 101 und
einem Zwischenverbindungsloch 102. Der Halbleiterwafer
mit der plattierten Kupferschicht 103 darauf ausgebildet
wird durch den Roboterarm 16-1 zur chemisch-mechanischen
Poliereinheit 5 transferiert. In der chemisch-mechanischen Poliereinheit 5 wird,
wie in 4B gezeigt, die plattierte Kupferschicht 103 von
der Oberfläche
des Halbleiterwafers W entfernt, und zwar unter Zurücklassung
eines Teils der plattierten Kupferschicht 103 in der Zwischenverbindungsnut 101 und
dem Zwischenverbindungsloch 102.
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Der
Halbleiterwafer wird sodann durch den Roboterarm 16-1 zu
der Wasserreinigungskammer 4 transferiert, in der der Halbleiterwafer
durch das Wasser gereinigt wird. Sodann wird der Halbleiterwafer
durch den Roboterarm 16-1 zu der Vorbehandlungskammer 11 transferiert,
in der der Halbleiterwafer vorbehandelt wird, und zwar für die Abscheidung der
schützenden
plattierten Schicht. Der vorbehandelte Halbleiterwafer wird durch
den Roboterarm 16-1 zu der Schutzschichtplattierkammer 12 transferiert.
In der Schutzschichtplattierkammer 12 wird eine schützende plattierte
Schicht 105 auf der plattierten Kupferschicht 103 in
der Zwischenverbindungszone oder -region auf dem Halbleiterwafer
W ausgebildet, wie dies in 4C gezeigt
ist. Der Halbleiterwafer mit der schützenden plattierten Schicht 105 darauf
ausgebildet wird sodann durch den Roboterarm 16-1 zu der
Wasserreinigungskammer 4 transferiert, in der der Halbleiterwafer
durch Wasser gereinigt wird. Der gereinigte Halbleiterwafer wird
durch den Roboterarm 16' zu
der Trockenkammer 8 transferiert, in der der Halbleiterwafer
getrocknet wird. Der getrocknete Halbleiterwafer wird durch den
Roboterarm 16-1 zu der Lade- und Entladestation 17 transferiert,
von wo aus der plattierte Halbleiterwafer durch die Entladeeinheit 9 transferiert
wird.
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Wenn
die Kupferplattierkammer 2, 2' der Substratplattiervorrichtung
gemäß den 1, 3, 5, 6 Kupferelektroplattierkammern
sind, sodann kann die Substratplattiervorrichtung ein Kupfer-Ionen-Konzentrationsanalysator,
einen Sauerstoff-Konzentrationsanalysator, einen Plattieradditiv-Konzentrationsanalysator
und eine Plattierlösungsbereitungseinheit
aufweisen zum Bereiten einer Plattierlösung basierend auf analysierten
Ergebnissen von den Analysatoren. Diese Analysatoren und die Plattierlösungsbereitungseinheit
können
integral mit den anderen Komponenten der Substratplattiervorrichtung
in eine einzige Anordnung kombiniert werden. Die Substratplattiervorrichtung
kann auch nur einige der oben erwähnten Analysatoren an Stelle
von allen aufweisen.
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Wenn
die Kupferplattierkammern 2, 2' kupferelektrolose Plattierkammern
sind, dann kann die Substratplattiervorrichtung einen Kupfer-Ionen-Konzentrationsanalysator,
einen Oxydationsagens-Konzentrationsanalysator, einen Reduktionsagens-Konzentrationsanalysator,
eine pH-Meßeinheit
und eine Plattierlösungsbereitungseinheit
zum Bereiten einer Plattierlösung
aufweisen, und zwar basierend auf den analysierten Ergebnissen von
den Analysatoren und einer pH-Messung gemessen durch die pH-Messeinheit.
Diese Analysatoren, die pH-Messeinheit und die Plattierlösungsbereitungseinheit
können
integral mit anderen Komponenten der Substratplattiervorrichtung
in einer einzigen Anordnung kombiniert sein. Die Substratplattiervorrichtung
kann auch nur einige der oben genannten Analysatoren und die ph-Messeinheit
aufweisen, und zwar an Stelle von allen.
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Wenn
die Schutzschichtplattierkammer 12 eine Ni-B-elektrolose
Plattierkammer ist, sodann kann die Substratplattiervorrichtung
Folgendes aufweisen: Einen Nickel-Ionen-Konzentrationsanalysator,
einen Oxydationsagens-Konzentrationsanalysator, einen Reduktionsagens-Konzentrationsanalysator,
eine pH-Messeinheit und eine Plattierlösungsbereitungseinheit zum
Bereiten einer Plattierlösung
basierend auf analysierten Resultaten von den Analysatoren und einer
ph-Messung durch die pH-Messeinheit. Diese Analysatoren, die pH-Messeinheit
und die Plattierlösungsbereitungseinheit
können
integral mit den anderen Komponenten der Substratplattiervorrichtung
kombiniert sein, und zwar in eine einzige Anordnung. Die Substratplattiervorrichtung
kann auch nur einige der obigen Analysatoren und die pH-Messeinheit
an Stelle von allen aufweisen.
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Die
Substratplattiervorrichtung kann Folgendes aufweisen: Einen Ionen-Austauschturm für die Ionen-Wiedergewinnung,
einen aktivierten Kohlenstoffextraktionsturm für die organische Materialwiedergewinnung,
einen Scrubber oder Reiniger zum Verarbeiten von Abgasen und einen
Verfestiger zum Verfestigen und Entfernen von abgegebenen Flüssigkeiten.
Die Türme,
der Scrubber und der Verfestiger können integral mit den anderen
Komponenten der Substratplattiervorrichtung in eine einzige Anordnung
kombiniert sein.
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Die
Anzahl der Plattierkammern, der Wasserreinigungskammern und der
Vorbehandlungskammern in der Substratplattiervorrichtung gemäß den 1, 3, 5, 6 sind
nur veranschaulichend anzusehen und diese Kammern sind nicht auf die
gezeigten Zahlenwerte beschränkt.
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Die
chemisch-mechanische Poliereinheit kann mit einer Aufschlämmungs-Versorgungseinheit kombiniert
sein, ferner mit einer Verarbeitungseinheit für die abgegebene Flüssigkeit
und mit einer Konstanttemperatur-Kammer, wobei diese kombiniert sein
können
in integraler Weise mit der chemisch-mechanischen Poliereinheit in eine einzige einheitliche
Anordnung.
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Wenn
eine der veranschaulichten Substratplattiervorrichtungen in einen
reinen Raum angeordnet wird, dann ist es notwendig, dass die verarbeiteten
und getrockneten Halbleiterwafer entladen und transferiert werden
sollten zu dem nächsten
Prozess ohne Ausgesetztsein gegenüber Nebeln, Teilchen, der Plattierlösung und
der Reinigungslösung
in der Vorrichtung. Daher sollten Teilchen und Nebel in dem Plattiergebiet
und dem Reinigungs- und Trockengebiet der Substratplattiervorrichtung
nicht aufgebracht werden auf die verarbeiteten und getrockneten
Halbleiterwafern, die in einer Kassette gespeichert sind, welche
in einem Entladegebiet der Substratplattiervorrichtung angeordnet
ist.
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7 zeigt
eine Draufsicht einer Substratplattiervorrichtung zur Bildung von
Zwischenverbindungen auf einem Halbleiterwafer gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Substratplattiervorrichtung gemäß 7 weist
im Allgemeinen Folgendes auf: ein Lade- und Entladegebiet bzw. Fläche 20,
und zwar zum Transfer von Waferkassetten, die Wafer speichern, ein
Plattiergebiet bzw. Fläche 30 zum
Plattieren der Halbleiterwafer und eine Reinigungs- und Trocknungsgebiet
bzw. Fläche 40,
und zwar zum Reinigen und Trocknen der plattierten Halbleiterwafer.
Das Reinigungs- und Trocknungsgebiet 40 ist zwischen dem
Lade- und Entladegebiet 20 des Plattiergebiets 30 angeordnet. Eine
Unterteilung 21 ist zwischen dem Lade- und Entladegebiet 20 angeordnet
und das Reinigungs- und
Trocknungsgebiet 40 und die Unterteilung 23 sind
zwischen Reinigungs- und
Trocknungsgebiet 40 und dem Plattiergebiet 30 angeordnet.
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Die
Unterteilung 21 besitzt einen (nicht gezeigten) Durchlass
definiert darinnen, und zwar zum Transfer von Halbleiterwafern da
hindurch, zwischen dem Lade- und Entladegebiet 20 und dem
Reinigungs- und Trocknungsgebiet 40 und diese trägt einen
Verschluss 22 zum Öffnen
und Schließen
des Durchlasses. Die Unterteilung 23 besitzt (nicht gezeigten)
Durchlass definiert darinnen zum Transfer der Halbleiterwafer da
hindurch zwischen dem Reinigungs- und Trocknungsgebiet 40 und
dem Plattiergebiet 30, und die Unterteilung 23 trägt ferner
einen Verschluss 24 zum Öffnen und Schließen des
Durchlasses. Das Reinigungs- und Trocknungsgebiet bzw. Fläche 40 und
die Plattierfläche
(bzw. Gebiet) 30 können
unabhängig
mit Luft beliefert werden und diese abgeben.
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Die
Substratplattiervorrichtung gemäß 7 wird
in einem Reinraum angeordnet, der Halbleiter-Herstellungsanlagen
enthält.
Die Drücke
in dem Lade- und Entladegebiet 20, dem Plattiergebiet 30 und
dem Reinigungs- und Trocknungsgebiet 40 werden wie folgt
ausgewählt:
Der
Druck in dem Lade- und Entladegebiet 20 ist größer als
der Druck in der Reinigungs- und Trocknungsgebiet bzw. Fläche 40 und
dieser wiederum ist größer als
der Druck in der Plattierfläche 30.
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Der
Druck in dem Lade- und Entladegebiet 20 ist niedriger als
der Druck im Reinraum. Daher strömt
Luft nicht von der Plattierfläche 30 in
die Reinigungs- und
Trocknungsfläche 40 und
Luft fließt nicht
von der Reinigungs- und Trocknungsfläche 40 in die Lade-
und Entladefläche 20.
Fernerhin fließt Luft
nicht von der Lade- und Entladefläche 20 in den Reinraum.
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Die
Lade- und Entladefläche
bzw. Gebiet 20 bringt eine Ladeeinheit 20a und
eine Entladeeinheit 20b unter, wobei jede eine Waferkassette
aufnimmt, die zum Speichern der Halbleiterwafer dient. Die Reinigungs-
und Trocknungsfläche 40 bringt
zwei Wasserreinigungseinheiten 41 unter zum Reinigen der plattierten
Halbleiterwafer mit Wasser und zwei Trocknungseinheiten 42 zum
Trocknen der plattierten Halbleiterwafer. Jede der Wasserreinigungseinheiten 41 kann
einen bleistiftförmigen
Reiniger aufweisen mit einer Schwammschicht angebracht an einem Vorder-Ende
davon und einer Rolle mit einer Schwammschicht angebracht an einer
Außenumfangsoberfläche davon.
Jede der Trockeneinheiten 42 kann einen Trockner aufweisen
zum Drehen eines Halbleiterwafers mit hoher Geschwindigkeit oder Drehzahl,
um die Feuchtigkeit zu beseitigen und zu trocknen. Die Reinigungs-
und Trocknungsfläche 40 besitzt
auch eine Transfereinheit (Transferroboter) 43 zum Transferieren
oder zum Transport von Halbleiterwafern.
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Die
Plattierfläche 30 bringt
eine Vielzahl von Vorbehandlungskammern 31 unter, und zwar
zur Vorbehandlung der Halbleiterwafer vor der Plattierung, und ferner
wird eine Vielzahl von Plattierkammern 32 zum Plattieren
der Halbleiterwafer mit Kupfer untergebracht. Jede der Vorbehandlungskammern 31 enthält ein Vorbehandlungs-Lösungsbad einschließlich Schwefelsäure. Ein
Halbleiterwafer kann bei seinem Eintauchen in das Vorbehandlungs-Lösungsbad vorbehandelt werden,
und zwar geschieht dies in der Vorbehandlungskammer 31. Jede
der Plattierkammern 32 enthält ein Plattierlösungsbad
einschließlich
Kupfersulfat. Ein Halbleiterwafer kann mit Kupfer plattiert werden,
wenn er eingetaucht ist in das Plattierlösungsbad in der Plattierkammer 32.
Die Plattierfläche
oder das Plattiergebiet 30 weist auch eine Transfereinheit
(Transferroboter) auf, und zwar zum Transferieren und Transportieren der
Halbleiterwafer.
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8 zeigt
in einer Seitendarstellung den Luftstrom in der Substratplattiervorrichtung.
Wie in 8 gezeigt, wird frische Luft von außen her
durch einen Kanal 46 eingeführt und durch Hochleistungsfilter 44 durch
Gebläse
von einer Decke 40a in die Reinigungstrocknungsfläche 40 eingebracht,
wo die nach unten gerichtete Reinigungsluft um die Wasserreinigungseinheiten 41 und
die Trocknungseinheiten 42 herum fließt. Der größte Teil der gelieferten Reinluft
wird von einem Boden 40b durch einen Zirkulationskanal 45 zur
Decke 40a zurückgebracht,
von wo aus die Reinluft wiederum durch die Filter 44 durch die
Gebläse
in die Reinigungs- und Trocknungsfläche 40 gedrückt wird.
Ein Teil der Reinluft oder Reinigungsluft wird von den Wasserreinigungseinheit 41 und
den Trocknungseinzeiten 42 durch einen Kanal 52 aus
der Reinigungs- und Trocknungsfläche 40 heraus
abgegeben.
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In
der Plattierfläche
bzw. dem Plattiergebiet 30, welches die Vorbehandlungskammern 31 und
die Plattierkammern 32 unterbringt, können Teilchen nicht an die
Oberflächen
der Halbleiterwafer auftreffen, obwohl das Plattiergebiet oder die
Plattierfläche 30 eine
nasse Zone ist. Um zu verhindern, dass Teilchen an die Halbleiterwafer
angelegt werden, strömt Reinluft
um die Vorbehandlungskammern 31 und die Plattierkammern 32 herum.
Frischluft wird von außen her
durch einen Kanal 39 zugeführt und durch die Hoch-Performance-Filter 33 durch
Gebläse
von einer Decke 30a in das Plattiergebiet 30 gedrückt.
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Wenn
die gesamte Menge an Reinluft als nach unten in das Plattiergebiet
fließend
stets von außen
her geliefert würde,
dann würde
eine große Luftmenge
zur Einführung
in das Plattiergebiet und zur Herausführung aus dem Plattiergebiet
stets erforderlich sein. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel wird
die Luft von dem Plattiergebiet 30 durch einen Kanal abgegeben
mit einer Rate, die ausreichend ist, um den Druck im Plattiergebiet 30 niedriger
zu halten als den Druck in dem Reinigungs- und Trocknungsgebiet 40 und
der größte Teil
der nach unten gerichteten Reinluft, eingeführt in das Plattiergebiet 30,
wird durch die Zirkulationskanäle 34, 35 zirkuliert.
Der Zirkulationskanal 34 erstreckt sich von der Reinigungs- und
Trocknungsfläche
bzw. dem Reinigungs- und Trocknungsgebiet 40 und ist durch
Filter 33 verbunden, und zwar über der Decke 30a.
Der Zirkulationskanal 35 ist in dem Reinigungs- und Trocknungebiet 40 positioniert
und verbunden mit dem Rohr 34 in dem Reinigungs- und Trocknungsgebiet 40.
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Die
zirkulierende Luft, die um die Vorbehandlungskammern 31 und
die Plattierkammern 32 gelaufen ist, enthält chemischen
Dampf und Gase aus den Lösungsbädern. Der
chemische Dampf und die Gase werden aus der Zirkulationsluft durch
einen Scrubber 36 und Dampftrennvorrichtungen 37, 38 entfernt;
diese sind in dem Rohr 34 angeordnet, welches mit dem Rohr 35 verbunden
ist. Die Luft, die von dem Reinigungs- und Trocknungsgebiet 40 durch
den Scrubber 36 und die Dampftrennvorrichtungen 37, 38 zirkuliert, wird
in den Zirkulationskanal 34 über der Decke 30a zurückgeführt und
ist frei von jedweden chemischen Dämpfen und Gasen. Die Reinluft
wird sodann durch die Filter 33 durch die Gebläse gedrückt, um
zurück in
das Plattiergebiet 30 zu zirkulieren.
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Ein
Teil der Luft wird aus dem Plattiergebiet 30 durch den
Kanal 43 verbunden mit einem Boden 30b des Plattiergebiets 30 abgegeben.
Luft, die einen chemischen Dampf oder Nebel und Gase enthält, wird
auch von dem Plattierlösungszirkulationstank 50 und
einem H2SO4-Zirkulations-Tank 31 im
Plattiergebiet durch den Kanal 53 abgegeben. Eine Menge
an Frischluft, die der Menge an durch den Kanal 53 abgegebenen
Luft entspricht, wird von dem Kanal 39 in die Plattierkammer 30 geliefert,
und zwar unter negativem Druck entwickelt darin bezüglich des
Drucks im Reinraum.
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Wie
oben beschrieben, ist der Druck in dem Lade- und Entladegebiet 20 höher als
der Druck in dem Reinigungs- und Trocknungsgebiet, der höher ist
als der Druck in dem Plattiergebiet. Wenn die Verschlüsse 22, 24 (vgl. 7)
geöffnet
sind, so fließt Luft
sukzessiv durch das Lade- und Entladegebiet 20, das Reinigungs-
und Trocknungsgebiet 40 und das Plattiergebiet 30,
wie dies in 9 gezeigt ist. Luft, abgegeben
von dem Reinigungs- und Trocknungsgebiet 40 und dem Plattiergebiet 30,
fließt durch
die Kanäle 52, 53 in
einen gemeinsamen Kanal 54 (vgl. 10), der
sich aus dem Reinraum heraus erstreckt.
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10 zeigt
in einer perspektivischen Darstellung die Substratplattiervorrichtung
gemäß 7,
die in dem Reinraum angeordnet ist. Das Lade- und Entladegebiet 20 weist
eine Seitenwand auf, die einen Kassettentransferanschluss 55 darinnen definiert
aufweist und ferner eine Steuertafel 56, die einer Arbeitszone 58 ausgesetzt
ist, die durch eine Unterteilungswand 57 im Reinraum unterteilt
ist. Die Unterteilungswand 57 unterteilt auch eine „Utility"-Zone 59 im
Reinraum, in dem die Substratplattiervorrichtung installiert ist.
Andere Seitenwände
der Substratplattiervorrichtung sind der „Utility"-Zone ausgesetzt, deren Luftreinheit
niedriger ist als die Luftreinheit in der Arbeitszone 58.
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Wie
oben beschrieben, ist das Reinigungs- und Trocknungsgebiet 40 zwischen
dem Lade- und Entladegebiet 20 und dem Plattiergebiet 30 angeordnet.
Die Unterteilung 21 ist zwischen dem Lade- und Entladegebiet 20 und
dem Reinigungs- und Trocknungsgebiet 40 angeordnet und
die Unterteilung 23 ist zwischen dem Reinigungs- und Trocknungsgebiet 40 und
dem Plattiergebiet 30 angeordnet. Ein trockener Halbleiterwafer
wird von der Arbeitszone 58 durch den Kassettentransferanschluss 55 in
die Substratplattiervorrichtung eingeladen und sodann in der Substratplattiervorrichtung
plattiert. Der plattierte Halbleiterwafer wird gereinigt und getrocknet
und sodann von der Substratplattiervorrichtung durch den Kassettentransferanschluss 51 in
die Arbeitszone 58 herausgeladen. Infolgedessen werden
keinerlei Teilchen und Nebel auf die Oberfläche des Halbleiterwafers aufgebracht
und die Arbeitszone 58, die eine höhere Luftreinheit besitzt als
die "Utility"-Zone 57 wird daran
gehindert durch Teilchen chemische Dämpfe oder Nebel und Reinigungslösungsnebel
kontaminiert zu werden.
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In
dem in 7 und 8 gezeigten Ausführungsbeispiel
der Erfindung besitzt die Substratplattiervorrichtung das Lade-
und Entladegebiet 20, das Reinigungs- und Trockungsgebiet 40 und
das Plattiergebiet 30. Ein Gebiet zur Unterbringung einer chemisch-mechanischen
Poliereinheit kann jedoch in oder benachbart zu dem Plattiergebiet 30 angeordnet
sein und das Reinigungs- und Trocknungsgebiet 40 kann in
dem Plattiergebiet 30 oder zwischen dem Gebiet zur Unterbringung
der chemisch-mechanischen Poliereinheit und dem Lade- und Entladegebiet 20 untergebracht
sein. Irgendwelche Veränderungen
anderer geeigneter Layouts des Gebiets oder von Einheiten können eingesetzt
werden solange ein trockener Halbleiterwafer in die Substratplattiervorrichtung
eingebracht werden kann und ein plattierter Halbleiterwafer gereinigt
und getrocknet werden kann und danach aus der Substratplattiervorrichtung herausgeladen
werden kann.
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Die 11 bis 15 zeigen
eine Substratplattiervorrichtung zur Bildung von Zwischenverbindungen
auf einem Halbleiterwafer gemäß einer
weiteren Konstruktion.
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Wie
in 11 gezeigt, besitzt die Substratplattiervorrichtung,
die allgemein mit 110 bezeichnet ist, eine kontaminierte
Zone 112 und eine Reinzone 113 unterteilt durch
eine Unterteilung 111. Die kontaminierte Zone 112 und
die Reinzone 113 können
unabhängig
mit Luft beliefert werden und diese abgeben. Der Druck in der Reinzone 113 ist
höher als
der Druck in der kontaminierten Zone 112.
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Die
Reinzone dient zur Unterbringung einer Ladeeinheit 114a,
einer Entladeeinheit 114b, von zwei Wasserreinigungs- und
Trocknungseinheiten 160 zum Reinigen und Trocknen von plattierten
Halbleiterwafern und schließlich
zur Unterbringung einer Transfereinheit (Transferroboter) 161 zum
Transfer von Halbleiterwafern. Die kontaminierte Zone 112 dient
zur Unterbringung von zwei Vorbehandlungskammern 118 zur
Vorbehandlung von Halbleiterwafern durch Vorbehandlungslösungsbäder, einer
Vielzahl von Plattierkammern 119 zum plattieren von Halbleiterwafern
mit Kupfer durch Plattierlösungsbäder und
eine Transfereinheit (Transferroboter) 162 zum Transfer
von Halbleiterwafern.
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Die
Vorbehandlungskammern 118 und die Plattierkammern 119 sind ähnlich im
Aufbau und im Betrieb denjenigen der vorherigen Ausführungsbeispielen.
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Wie
in 12 gezeigt, ist die Transfereinheit 162 in
der kontaminierten Zone 112 untergebracht und weist einen
Sechsachsenroboter auf, und zwar beispielsweise mit einer Vielzahl
von zwischenverbundenen Armen 163 mit einem öffenbaren
und einem schließbaren
Handgriff angebracht am spitzen Ende der Arme 163. Der
Greifarm 164 hat die Form eines Rings mit einer Vielzahl
von drehbaren Rollen 163, die an einer Innenumfangsoberfläche davon
angebracht sind.
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Wie
in den 11 und 13 gezeigt,
besitzt eine Ladestufe 167 eine Vielzahl (vier sind gezeigt)
von Tragbasen 166, und zwar ist die Ladestufe 167 in
der Reinzone 113 benachbart zu der Unterteilung 111 angeordnet.
Die Transfereinheit 161 in der Reinzone 113 hält einen
Halbleiterwafer 4, der plattiert werden soll und platziert
den Halbleiterwafer W auf den Tragbasen 166 der Ladestufe 167 und
sodann erfolgt die Aufnahme des Halbleiterwafers W von den Tragbasen 166 durch
die Transfereinheit 162 in der kontaminierten Zone 112.
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Wie
in 13 gezeigt, ist eine Unterteilungswand 170 zwischen
der Ladestufe 167 und der Unterteilung 111 angeordnet.
Die Unterteilungswand 170 besitzt eine Öffnung 170a definiert
darin und zwar für den
Durchgang des Handgriff 164 der Transfereinheit 162 da
hindurch und ferner ist ein Verschluss 172 vorgesehen,
der durch einen Zylinder betätigbar
ist, und zwar zum Öffnen
und Schließen
der Öffnung 170a.
Die Unterteilung 111 besitzt auch eine Öffnung 111a definiert
darin, und zwar für
den Durchgang des Handgriffs 164 der Transfereinheit 162.
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Eine
Grobreinigungskammer 163 ist benachbart zur Unterteilung 111 in
gegenüberliegender
Beziehung zur Ladestufe 167 angeordnet. Die Grob- oder
Rohreinigungskammer 183 wird als ein Kasten definiert,
und zwar durch eine Rückunterteilungswand 180,
angrenzend an die Unterteilungswand 170, eine vordere Unterteilungswand 181 von
im Wesentlichen C-Form verbunden mit der hinteren Unterteilungswand 180 und
ferner durch einen Deckel 182, was in 15 gezeigt
ist. Die Großreinigungskammer 163 bringt
eine Entladestufe 185 unter, und zwar mit einer Vielzahl
von (vier sind gezeigt) Tragbasen 184. Die Entladestufe 185 ist
identisch im Aufbau zur Ladestufe 167.
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Wie
in 15 gezeigt, sind in der Grobreinigungskammer 183 zwei
vertikal beabstandete Anordnungen von Ausstoßdüsen 186 zum Ausstoßen einer
Reinigungslösung
angeordnet.
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Wie
in den 13 und 15 gezeigt,
besitzt die hintere Unterteilungswand 180 eine Öffnung 180a zum
Durchtritt der Greifhand 164 der Transfereinheit 162 in
der kontaminierten Zone 112 und einen Verschluss 188,
der durch einen Zylinder 187 betätigbar ist, um die Öffnung 180a zu öffnen und
zu schließen.
Die vordere Unterteilungswand 181 besitzt eine Öffnung 181 definiert
darinnen, und zwar für
den Durchtritt einer Greifhand der Transfereinheit 161 in die
Reinzone 113, und ferner ist ein Verschluss 180 durch
einen Zylinder 189 betätigbar
und zwar zum Öffnen
und Schließen
der Öffnung 181a.
Die Öffnung 111a und
die Unterteilung 111 erstrecken sich von einer Position
hinter der Ladestufe 167 den ganzen Weg zu einer Position
hinter der Grobreinigungskammer 183, um zu gestatten, dass
die Greifhand 164 der Transfereinheit sich frei zu und
von den Öffnung 170a, 170b hinwegbewegt.
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Wie
in der 14 gezeigt, besitzt der Verschluss 188 eine
Ausnehmung 188a definiert an einer oberen Kante davon,
und zwar für
den Durchtritt von nur den Armen 163 der Transfereinheit 162.
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Die
Greifhand 164 der Transfereinheit 162 in der kontaminierten
Zone 112 kann durch die Ausnehmung 188a in die
Grobreinigungskammer 183 eingesetzt werden. Daher können die
Greifhand 114 und der dadurch ergriffene plattierte Halbleiterwafer
W in der Grobreinigungskammer grob gereinigt werden. Nachdem die
Greifhand 164 und der ergriffene plattierte Halbleiterwafer
grob gereinigt sind, platziert die Greifhand 164 den Halbleiterwafer
W auf den Tragbasen 184 der Entladestufe 185.
Der Halbleiterwafer W, platziert auf den Tragbasen 184,
ist wiederum grob gereinigt und wird danach durch die Transfereinheit 161 in
der Reinzone 113 aufgenommen.
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Insbesondere
gilt Folgendes: Der Verschluss 188 wird durch Absenken
durch den Zylinder 187 geöffnet und ein plattierter Halbleiterwafer
W, ergriffen durch die Greifhand 164 der Transfereinheit 162,
wird in die Grobreinigungskammer 183 eingesetzt. Der Verschluss 188 wird
sodann angehoben und mit den Armen 163 der Transfereinheit 162 eingesetzt
durch die Ausnehmung 188a werden die Ausstoßdüsen 186 eine
Reinigungslösung
zum Halbleiterwafer W hin ausstoßen, um dadurch eine Grobreinigung
der Greifhand 164 und des Halbleiterwafers W auszuführen. Sodann
wird der grob gereinigte Halbleiterwafer W auf den Tragbasen 184 platziert,
und die Greifhand 164 wird aus der Grobreinigungskammer 183 zurückgezogen.
Sodann wird der Verschluss 188 vollständig geschlossen. Sodann stoßen die
Ausstoßdüsen 186
wiederum eine Reinigungslösung
zum Halbleiterwafer W auf den Tragbasen 184 hin, und zwar
zur Grobreinigung des Halbleiterwafers W in erneutem Maße. Sodann
wird der Verschluss 190 geöffnet und die Greifhand der
Transfereinheit 161 in der Reinzone 113 wird in
die Grobreinigungskammer 183 eingesetzt. Nachdem die Greifhand
der Transfereinheit 161 den Halbleiterwafer W aufgenommen
hat und den Halbleiterwafer W aus der Grobreinigungskammer 183 entfernt
hat, wird der Verschluss 190 geschlossen.
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Da
die Greifhand 164 der Transfereinheit 162 in der
kontaminierten Zone 112 zusammen mit dem plattierten Halbleiterwafer
grob gereinigt wurde, wird die Plattierlösung daran gehindert auf die
Greifhand aufgebracht zu werden und darauf abgeschieden zu werden.
Infolgedessen überträgt die Greifhand 164 keinerlei
substantielle Verunreinigungen zur Transfereinheit 161 in
der Reinzone 113.
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Wie
gezeigt, ist in der Reinzone 113 die Ladestufe 167 und
die Grobreinigungskammer 163, die die Entladestufe 185 enthält, untergebracht.
Die Ladestufe 167 und die Grobreinigungskammer 163,
die die Entladestufe 185 unterbringt, kann jedoch in der kontaminierten
(verunreinigten) Zone 112 angeordnet werden.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird
die Erfindung angewandt auf die Substratplattiervorrichtung zum
Plattieren eines Halbleiterwafers. Die Prinzipien der vorliegenden
Erfindung können aber
auch auf eine Substratplattiervorrichtung angewandt werden, die
zum Plattieren eines Substrats dient, welches nicht ein Halbleiterwafer
ist. Fernerhin ist eine Zone auf einem Substrat plattiert durch
die Substratplattiervorrichtung nicht begrenzt auf eine Zwischenverbindungszone
auf dem Substrat. Die Substratplattiervorrichtung kann verwendet
werden, um Substrate mit einem anderen Metall als Kupfer zu plattieren.
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Obwohl
bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, und zwar im Einzelnen,
erkennt man, dass verschiedenen Änderungen
und Modifikationen möglich sind,
die in den Rahmen der beigefügten
Ansprüche fallen.