JP2004526050A - 電気化学堆積の装置および方法 - Google Patents

Abstract

電気化学堆積ツール用プラットフォーム上を流れる堆積用液のより大きな流れから堆積用液のより小さな流れを迂回させるシステムを提供する。より小さな流れは迂回して別のプラットフォーム上にあってもよい投与装置へ向かう。一実施例において投与装置は加圧されたフローラインを含む。

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は、一般的には、ウエハ又は他の基板の上への金属層の堆積に関する。更に詳しくは、本発明は、基板の上に金属層を形成するための電気化学堆積システムに関する。
【０００２】
【関連技術の背景】
４分の１ミクロン以下のマルチレベルの金属化は、次世代型の超大規模集積化（ＵＬＳＩ）の鍵となる技術である。この技術の中心にあるマルチレベルの連結は、縦横比の大きな開口に形成された連結形状体、例えばコンタクト、ビア、ラインその他の形状体の平面化を必要とする。これらの内部連絡形状体を信頼性よく形成することはＵＬＳＩの成功にとり、また個々の基板及びダイの上の集積密度と品質を向上するのに重要である。
【０００３】
回路密度が増加すると、ビア、コンタクト等の形状体の幅が、それらの間に挟まる誘電体材料と共に２５０ナノメーター未満に小さくなるが、誘電体層の厚さは実質的には変わらず、結果的には形状体の縦横比、即ち高さ÷幅の値は増加する。従来の多くの堆積プロセス、例えば物理蒸着（ＰＶＤ）及び化学蒸着（ＣＶＤ）では、縦横比が４：１を越える場合、特に１０：１を越える場合にはその構造体を充填することは困難である。そこで空隙の無い、ナノメーターサイズの形状体であって、縦横比が大きく、形状体幅に対する形状体高の比が４：１以上のものを形成することに多大の努力が目下払われている。また形状体幅が小さくなると、素子電流は一定のまま、又は増加するので、形状体の電流密度は増大する。
【０００４】
アルミニウム元素（Ａｌ）とその合金は、電気抵抗が低く、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）への接着に優れ、成形が容易であり、純度の高い形態で取得できるので、半導体プロセッシングでのラインとプラグの生産に従来から使用されている。しかし、アルミニウムは銅のような他の導電性金属に比べれば電気抵抗はより高く、またエレクトロマイグレーションにより導体内に空隙を生ずる問題がある。
【０００５】
銅とその合金は、アルミニウムより抵抗は低く、エレクトロマイグレーションに対する抵抗性はアルミニウムに比較すれば有意に高い。これらの特徴は高レベルの集積回路で遭遇する高電流密度を可能にするので重要であり、これによって素子の速度は増大する。銅はまた良好な熱導電性があり、より純度の高い状態で入手可能である。従って、銅は、半導体基板上の、４分の１ミクロン以下の縦横比の高い内部接続形状体を充填するための金属として選択されつつある。
【０００６】
しかし、銅を半導体素子の加工に使用したいにもかかわらず、縦横比の非常に高い形状体、例えば幅０．３５ミクロン（以下）で比が４：１のビアを構築するために銅を堆積させるとなると、その加工方法は限られる。上記のようにプロセスに制限がある結果、メッキは、以前は回路板上のラインの加工に限定されていたが、現在では半導体素子上のビア及びコンタクトの充填に使用されつつある。
【０００７】
金属の電気メッキは公知であり、各種の技術で達成できる。典型的な方法は、形状体表面を覆ってバリアー層を物理蒸着し、このバリアー層を覆って導電性金属のシード層、好ましくは銅を物理蒸着し、次にこのシード層を覆って導電性金属を電気メッキして構造体／形状体を充填することを含む。最終的には、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）により堆積層と絶縁層が平面化され、導電性内部接続形状体を画成する。
【０００８】
図１は、銅又は他の金属をウエハ又は他の基板に堆積する、従来技術による電気化学メッキシステム１００の模式的なフロー回路図である。メッキシステム１００には、電気メッキ用ツールのプラットフォーム１０２があり、これには堆積させる金属を含む電解質が循環している一以上の電気メッキ用小室１０４があり、堆積物質を小室１０４内に設置したウエハの上に堆積する。堆積材料は、典型的には例えば硫酸銅のような化学組成物の形で電解質に加えられる。堆積化学物質を電解質に加えるプロセスは、しばしば「投与」と呼ばれ、１０６に示すような電解質補充プラットフォームにより通常は行われる。
【０００９】
電解質補充プラットフォーム１０６は、しばしば「化学キャビネット」とも呼ばれ、典型的には大型タンク１０８があり、この中で堆積化学物質は電解質と混合される。分析器１１０は電解質の化学組成を分析し、電解質を所望の組成に維持するためにタンク１０８の電解質に堆積化学物質又は又は他の化学物質を加えるべきか否かを指示する。
【００１０】
電解質補充プラットフォーム１０６には典型的にはポンプ１１２があり、電解質を主タンク１０８から汲み出して、供給ライン１１４を介して電気メッキ用ツールのプラットフォーム１０２に送る。電気メッキ用ツールのプラットフォーム１０２の小室１０４に電解質を十分に流すために、供給ライン１１４は比較的に大きい。例えば、電解質補充プラットフォーム１０６から電気メッキ用ツールのプラットフォーム１０２に毎分３０ガロンを流すには、供給ライン１１４の内直径は多くのシステムにおいて、しばしば１インチ（２５ｍｍ）である。更に、電気メッキ用ツールのプラットフォーム１０２に隣接するクリーンルームの貴重な空間を節約するために、電解質補充プラットフォーム１０６は、しばしばプラットフォーム１０２から比較的大きく離れた位置に設置され、例えば工場の別の階に配置される場合がある。そこで、多くのシステムでは第二のブースターポンプ１１６を電気メッキ用ツールのプラットフォーム１０２の上に設置し、十分な頭部圧力を電解用小室１０４に架けている。
【００１１】
多くの電気メッキ用ツールプラットフォームでは、一以上のフィルター１１８が小室１０４への入口の上流に設置されており、電解質補充プラットフォーム１０６からの電解質は小室１０４の中に入る前にろ過される。小室１０４の下流に、電気メッキ用ツールのプラットフォームには一以上の中間的な収容タンク１２０が設置されており、小室１０４からの電解質の流れを集めている。電解質は更に別のポンプ１２２によって汲み出され、帰還ライン１２４を介して電解質補充プラットフォーム１０６の主タンク１０８に戻り、分析され必要であれば投与を受ける。しばしば、別のフィルター又はフィルターセット１２６が電解質補充プラットフォーム１０６の上に設置されており、電解質はろ過されてから電解質補充プラットフォーム１０６の主タンク１０８に入る。
【００１２】
小室中の基板上への堆積の品質を維持するためには、電解質温度を厳密に制御し所望の化学反応を電解質小室１０４の中で容易に進展せしめることがしばしば好ましい。図１に示すような多くのシステムでは、典型的には電解質補充プラットフォーム１０６の主収容タンク１０８には、そのタンク１０８の中に冷却装置が搭載されており、電解質を所望の温度に冷却してから小室１０４に還流している。
【００１３】
また、中間収容タンク１２０と主収容タンクには通常各種の感知器があり、タンク内の電解質の水位を監視している。危険な電解質がタンクから溢れ出る恐れを回避するために、各種ポンプ１１２、１１６、１２２の流量は、あるタンクで電解質が過剰レベルであればそれを低下させるように、過剰分を他のタンクに汲み出すように制御されている。
【００１４】
【図解した実施例の概要】
本発明の図解した一実施例では半導体基板を電気メッキする方法と装置が提供されており、この方法と装置は、電解質を電解質容器と少なくとも一つの電解メッキ用小室の間に再循環させるにあたり、電気メッキ用ツールのプラットフォームに設置した容器−小室間流体再循環回路を経由させること、及び電解質を電解質容器と投与装置の間に再循環させるにあたり、投与システムプラットフォームを電気メッキ用ツールプラットフォームに結合している容器−投与装置間流体再循環回路を経由させること、を含んでいる。電解質は添加剤と共に投与システムプラットフォームで投与装置を使用して投与される。
【００１５】
以下に一実施例で更に詳細に説明すると、大部分の電気化学堆積溶液は、この実施例では電解質だが、電気メッキ用ツールのプラットフォームを局所的に再循環する。比較的に小さな電解質の流れだけが投与システムプラットフォームに迂回して分析され、必要により投与を受けてもよい。また、投与は、加圧されていない容器ないし収容タンクの中でなく、流れが加圧されているラインで達成可能である。以下に述べるいろいろな特徴により、全体システムの複雑さは実質的に軽減しており、信頼性が増加している。
【００１６】
了解されるべき事項であるが、前記したものは本発明の一実施例の単なる概要であって、開示した実施例に対する多数の変形が本発明の思想と範囲を離脱することなく開示に基づいて作成可能である。従って、前記概要は本発明の範囲を限定する意図ではない。そうではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲及びそれの均等事項によって決定されるべきである。
【００１７】
【図面の詳細な説明】
図２は、本発明の実施例による電気化学堆積システム１５０の斜視図である。図３は、図２の電気メッキシステムの模式的な機械構成図である。図２と図３によると、電気化学堆積システム１５０には電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２と投与システムプラットフォーム１５４が存在し、１５４によって電気化学堆積溶液が電気メッキ用ツールプラットフォーム１５２用として投与される。以下に一実施例で更に詳細に説明する様に、大部分の電気化学堆積溶液は、この一実施例では電解質だが、電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２において局所的に再循環する。比較的に小さな電解質の流れだけが投与システムプラットフォーム１５４に迂回して分析され、必要により投与を受ける。また、投与は、加圧されていない容器ないし収容タンクの中ではなく、流れが加圧されているラインで達成可能である。以下に述べるいろいろな特徴の結果として、全体システムの複雑さは実質的に軽減しており、信頼性が増加している。
【００１８】
図解の実施例では、電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２は通常は搭載用ステーション２１０、焼きなましチャンバ２１１、スピン洗浄乾燥（ＳＲＤ）ステーション２１２、主フレーム２１４を構成要素とする。電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２は、プレキシガラス製パネルのようなパネルを使用して清浄な環境に閉じ込めるのが好ましい。主フレーム２１４は、通常は、主フレーム転送ステーション２１６と複数のプロセッシング ステーション２１８を構成要素とする。プロセッシング ステーション２１８には一以上のプロセッシング用小室２２０が存在する。
【００１９】
本発明の構成システムと方法は、各種の電気化学堆積システムと電気化学堆積プロセスに応用可能である。従って、この電気化学堆積システムは各種の異なる電気化学堆積小室を利用してよい。噴泉型の好適な電気メッキ用小室の一例は、１９９９年３月５日出願、名称「その場焼きなまし可能な電気化学堆積銅金属化装置」、本出願の出願人に譲渡された、同時係属出願の出願番号０９／２６３，１２６号に記載されている。同様に、この電気化学堆積システムは、電解質を含む各種の異なる電気化学堆積溶液を利用してもよい。
【００２０】
投与システムプラットフォーム１５４は、流れライン２２２を介して電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２から比較的小さな流れの電解質を受入れ、適切な化学物質を投与し、この電解質を電気メッキ用ツールプラットフォーム１５２に返還する。投与システムプラットフォーム１５４は、電気メッキ用ツールプラットフォーム１５２に隣接して、あるいは電気メッキ用ツールプラットフォーム１５２から相当の距離を置いた位置、例えば工場の別の階に設置されてよい。また電気メッキ用ツールプラットフォーム１５２には、典型的にはプログラム化可能なマイクロプロセッサを含む制御システム２２３ａが存在している。制御システム２２３ａは、完全な制御器としてあるいは投与システムプラットフォーム１５４上に設置された他の制御器２２３ｂと組になって投与システムプラットフォーム１５４も同様に制御してもよい。制御器２２３ｂは制御器２２３ａの様に典型的にはプログラム化可能なマイクロプロセッサを含む。
【００２１】
搭載用ステーション２１０には、好ましくは一以上のウエハカセット受容エリア２２４、一以上の搭載用ステーション転送ロボット２２８、少なくとも一つのウエハオリエンタ２３０が存在する。搭載用ステーション２１０に含まれるウエハカセット受容エリア、搭載用ステーション転送ロボット２２８、ウエハオリエンタの個数と位置は、このシステムの所望の処理能力に応じて設定することができる。図２と３の実施例で示すと、搭載用ステーション２１０には２個のウエハカセット受容エリア２２４、２個の搭載用ステーション転送ロボット２２８、１個のウエハオリエンタ２３０が含まれている。ウエハ２３４を含有するウエハカセット２３２はウエハカセット受容エリア２２４の上に搭載され、ウエハ２３４を電気メッキ用ツールのプラットフォームに誘導する。搭載用ステーション転送ロボット２２８は、ウエハカセット２３２とウエハオリエンタ２３０の間にウエハ２３４を転送する。搭載用ステーション転送ロボット２２８は、当該技術分野で公知の典型的な転送ロボットを含む。ウエハオリエンタ２３０は、各ウエハ２３４を所望の位置に配置し、ウエハが適切なプロセスに供されるのを確実にする。また搭載用ステーション転送ロボット２２８は、ウエハ２３４を搭載用ステーション２１０とスピン洗浄乾燥（ＳＲＤ）ステーション２１２の間、及び搭載用ステーション２１０と焼きなましチャンバ２１１の間にも転送する。
【００２２】
図４は、図２と３の電気化学堆積システム１５０における模式的な流体フロー回路図である。図２〜４から、電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２には主容器又は収容タンク２５０が存在する。主容器２５０には第一の流体再循環回路２５２が結合しており、この回路は電解質を容器２５０から電解質小室２２０に、また逆に電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２の主容器２５０に再循環させる。理解すべき事項であるが、この実施例では電解質は主容器とプロセッシング用小室２２０の間を再循環しているが、大部分は電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２に居留している。この容器−小室間再循環回路２５２の中を局所的に再循環しているに過ぎないので、全システムの複雑さは実質的に軽減されている。
【００２３】
以上を達成するために、本発明者らは、比較的に小さな電解質の流れが迂回して電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２から、第二の流体再循環回路２６０に沿って投与システムプラットフォーム１５４に向かい、そこで投与を受けてから電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２の容器２５０に帰還可能なことを認知している。この手法では、プロセッシング用小室２２０を経由して流れる電解質は、大部分が電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２の容器−小室間再循環回路２５２に沿って循環する。しかし、比較的に小さな流れだけが迂回して容器−投与システム間再循環回路２６０に沿って投与システムプラットフォーム１５４を流れるので、プロセッシング用小室２２０を経由して流れる電解質は投与システムプラットフォーム１５４からの補充によって所望の化学組成に維持可能である。
【００２４】
図解する実施例の別の機構では、投与システムプラットフォーム１５４に投与装置２６２があり、この装置は通常の投与操作の進行中に、投与のための容器を投与システムプラットフォーム１５４上に必要としない。その代わりに、以下に詳細に説明する通り、図解実施例の投与装置２６２は主として加圧された流れライン２６４であって、これに、投与装置２６２の流れライン２６４を流れる電解質の流れに添加される各流体化学物質用の複数の入口２６６がある。この結果、システムの複雑さは実質的に軽減される。
【００２５】
例えば、図解の実施例の電気化学堆積システム１５０にはシングルポンプ２８０だけがあり、これは電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２に配置されている。投与システムプラットフォーム１５４は、投与にあたり、加圧されてない容器を使用しないので、そのような投与用容器から電解質を汲み出すのに使用するポンプは除去してよい。電解質を電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２の主再循環回路２５２に沿って再循環させ、かつ電解質の小さな流れを、投与システムプラットフォーム１５４と電気メッキ用ツールプラットフォーム１５２に結ぶ二次的再循環回路２６０に沿って再循環させるのには、電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２に配置したシングルポンプ２８０だけで十分である。
【００２６】
容器−投与システム間再循環回路２６０を流れる電解質の流れは比較的に小さくてよい（例えば、毎分０．１−５ガロン（０．３８−１８．９リットル））ので、再循環回路２６０の供給と帰還のラインは比較的に小さく造られて良い（例えば、内直径３／４インチ（１９ｍｍ））。これに比べ、主再循環回路２５２の供給と帰還のラインは、例えば、毎分３０ガロン（１１３．５リットル）の電解質の流れを得る様に、ツールプラットフォーム１５２のプロセッシング用小室のサイズと個数に応じて、内直径１／２インチ（３８ｍｍ）以上のオーダーにあるのがよい。
【００２７】
例えば、主再循環回路２５２は、平均流量が容器−投与システム間再循環回路２６０よりも６００−３０００％大きくなる様に、平均流れ断面積を容器−投与システム間再循環回路２６０よりも１００−３００％大きくするのがよい。再循環回路の相対的なサイズが個別の用途に応じて変わるのは当然であるが、しかし再循環回路２６０の供給と帰還のサイズを縮減することは、投与システムプラットフォーム１５４が電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２から大きな距離（例えば、２０フィート（６メータ））離れた場所、あるいは更に別の階に配置されている場合には、特に有利となる。
【００２８】
例えば、投与システムプラットフォーム１５４は、電気メッキ用ツールのプラットフォームから１−５０メータ（３．３−１６４フィート）以上離れていてもよい。投与システムプラットフォーム１５４と電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２の間がたとえ大きく離れていても、化学キャビネットから電解質を汲み出すための追加的なブーストポンプ、例えば従来システムのポンプ１１６は、本発明による電気メッキシステムの多くの用途においては除去してよい。しかし、いくつかの用途、特に二つのプラットフォームが非常に大きく離れているような用途では、ブーストポンプの使用は適切である。
【００２９】
また、投与プラットフォームから投与用容器を除去することによって、その投与用容器の電解質水準をツールプラットフォームの容器の電解質水準にバランスさせる複雑な制御の必要が縮減又は消去される。代わりに、所望するならば、電気化学堆積システム１５０にてメッキ作業中は１個の容器２５０を利用し、システムの容積を特定の水準に手軽に固定してもよい。この結果、制御は実質的に単純化される。
【００３０】
更に、容器−小室間再循環回路２５２には、電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２に配置したフィルター又はフィルターセット２８２及び３２４がある。電解質をろ過するのにはこれらのフィルターで十分であるので、第二の再循環回路２６０に沿って流れる電解質をろ過するために投与システムプラットフォーム１５４に配置された他のフィルターセットは、望むならば取り外してもよいと思われる。
【００３１】
図５Ａと５Ｂは電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２の容器−小室間再循環回路２５２を更に詳細に示す模式図である。図示の通り、容器−小室間再循環回路２５２は主供給ライン３００（図５Ａ）を含み、このラインは主容器２５０の廃液出口２５０ａをポンプ２８０の入口に結び付けており、このポンプは電解質の流れを主容器２５０から供給ライン３００に沿ってプロセッシング用小室２２０の列に送る。ポンプの速度と活動時間は制御器２２３ａ（図２及び３）によって制御され、制御器は供給ライン３００に沿う流れを監視する。供給ライン３００に結合された圧力感知器３０２と流量計３０４は、供給ライン３００に沿う電解質の流れの圧力と流量をそれぞれ示す出力信号を制御器２２３ａに供給する。主フィルター２８２も主供給ラインに設置され、プロセッシング用小室２２０の列にポンプで送られている電解質をろ過する（図５Ｂ）。一般的に３０６の周辺に示したブリードは、フィルター２８２から泡を取り出して主容器２５０の中に吐出する。主供給ライン３００は適切な遮断と制御のバルブ３１０ａも含み、このバルブは手動又は制御器２２３ａによって制御してもよい。
【００３２】
図５Ｂによると、図解の実施例において、電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２の容器−小室間再循環回路２５２の主供給ライン３００は２個の枝分かれした供給ライン３００ａを含み、それらの各々は２個の枝分かれした供給ライン３００ｂを含む。各供給ライン３００ａには制御及び／又は遮断のバルブ３１０ｂがある。各供給ライン３００ｂは列を成すプロセッシング用小室２２０の各１個の入口に電解質の流れを供給する。各プロセッシング用小室の入口２２０ａへの電解質の流量を制御するために、各プロセッシング用小室供給ライン３００ｂは制御ループを含み、これは制御バルブ３１２と流量計３１４を含んでいる。各プロセッシング用小室２２０に対する流量制御ループは、望むならば制御器２２３ａ又は手動で制御してもよい。
【００３３】
容器−小室間再循環回路２５２は、更に複数の帰還ライン３２０を含み、それらの各々は関連するプロセッシング用小室２２０の電解質放出出口２２０ｂに結合されている。各帰還ライン３２０には、関連するプロセッシング用小室２２０から放出中の電解質をろ過するために、遮断及び／又は制御バルブ３１０ｃ及びフィルター３２４があってもよい。各フィルター３２４の出口は主容器２５０に結合されている。このようにして、再循環回路２５２によって、電解質を主容器２５０からプロセッシング用小室の列に、及び逆に主容器に再循環させるための完全な循環が提供される。図解の実施例では、電解質の流れは、容器−小室間再循環回路２５２を流れながら、電気メッキ用ツールプラットフォーム１５２内に居留しており、実質的に局在化している。
【００３４】
帰還ライン３２０に加え、他の帰還ラインも主容器２５０に供給する。更に具体的には、プロセッシング用小室２２０の列の各フィルター３２４には、それぞれ関連する遮断制御バルブ３１０ｄを備えているバイパスライン３２６があり、望ましい場合にはそのバイパスによって電解質の流れはフィルター３２４を避けて主容器２５０に帰還することができる。陽極側バイパスライン２２０ｂによって新鮮な電解質が小室の陽極面を横断して交換される。各プロセッシング用小室２２０の供給ライン３００ｂは、それぞれ関連する遮断制御バルブ３１０ｅを備えているバイパスライン３２８に結び付いており、そのバイパスによって電解質の流れは関連するプロセッシング用小室を避けて主容器２５０に帰還することができる。また、主供給ライン３００は、それぞれ関連する圧力降下バルブ３１０ｆを備えているバイパスライン３３０に結び付いており、そのバイパスによって電解質の流れは関連するプロセッシング用小室を避けて主容器２５０に帰還することができる。
【００３５】
容器−投与システム間再循環回路２６０は、容器−小室間再循環回路２５２の主供給ライン３００の出口３５２に結合された入口を持つ投与システム供給ライン３５０（図５Ａ）を含む。図５Ｃに示す通り、投与システム供給ライン３５０は電解質の小さな流れを供給ライン３００から投与装置２６２の投与システムライン２６４の入口２６４ａに迂回させ、その結果電解質は投与システムライン２６４に沿う加圧された流れとなる。投与装置２６２は、複数の添加剤供給ライン３６０が存在し、それらの各々は投与システムライン２６４の複数の入口２６６の一つに結合されている。各添加剤供給ライン３６０は複数の供給源タンク３６４（図３）の一つに結合されており、所望の電解質の各種構成化学物質を投与システムライン２６４に与える。図解した実施例では、添加剤供給ライン３６０は、構成物質である硫酸銅ＣｕＳＯ_４、硫酸Ｈ_２ＳＯ_４、塩酸ＨＣｌの各々に対して用意されている。特定の添加剤は所望する電気化学溶液及び所望する電気化学堆積プロセスに応じて変化してよい。
【００３６】
容器−投与システム間再循環回路２６０は、更に、投与システムフローライン２６５の出口２６４ｂに結合された入口を持つ投与システム帰還ライン３８０を含む。図５Ａに示す通り、投与システム帰還ライン３８０は、電気メッキ用ツールのプラットフォーム１０２の主容器２５０に結合さている。このようにして、再循環回路２６０によって、電解質を主容器２５０から投与システムプラットフォーム１５４の投与装置２６２に、及び逆に主容器に再循環させるための完全な回路が得られる。図解の実施例では、電解質は、投与装置２６２を流れながら投与システムプラットフォーム１５４内に加圧されて留まっている。電解質は、電気メッキ用ツールのプラットフォーム１０２の加圧されない主容器２５０に還流して初めて加圧を解かれる。容器−投与システム間再循環回路２６０内の電解質は、容器−小室間再循環回路２５２と共有するポンプ２８０によってを加圧される。
【００３７】
図５Ｃに示す通り、容器−投与システム間再循環回路２６０に沿って流れる電解質の化学組成は、投与システムプラットフォーム１５４に配置した分析器４００によって分析される。容器−投与システム間再循環回路２６０は、制御器４０３を介して供給ライン３５０に結合された分析試料供給ライン４０２を含み、このラインは電解質試料の小さな流れを化学分析のために供給ライン３５０から分析器４００に迂回させる。分析試料帰還ライン４０４によって電解質試料の流れは投与装置２６２の下流地点で帰還ライン３８０に帰還する。図解の実施例では、電解質試料の流れは、試料供給ライン４０２、分析器４００、及び試料帰還ラインに沿って流れる間は加圧されたままである。
【００３８】
供給ライン３００には降圧器４０６があり、特定の値（例えば、毎分１ガロン（３．８リットル））に設定することにより、試料供給ライン４０２への所望の流れが得られる。加圧された電解質は、バイパスライン４０８により試料帰還ライン４０４に継続的に流れる。
【００３９】
図解した実施例の分析器４００は、滴定法によるＣＢＳ型分析器（「バンタム」モデル）で、パーカーテクノロジー製である。他の市販の分析器も同様に使用可能である。分析器４００には試料の流れから分析用試料を採取する注射器がある。分析器４００は一以上の制御器２２３ａ及び２２３ｂに電気的に結合されており、適切な制御器に電気信号が与えられる。分析器を通して流れる電解質から採取した試料の化学分析結果がその信号によって表示される。それに応じて、制御器は必要により適切な制御バルブ４１０（図３）を開く。このバルブは添加剤入口２６６に結合されているので、適切な量の添加剤が、投与装置２６２の投与ライン２６４に沿って流れる電解質の流れに混合され、システム１５０において電解質の所望の化学組成が達成される。制御バルブ４１０に適切な流量計を設けて関連する添加剤入口での添加剤の流量を測定し、添加剤入口２６６毎に適切な流量制御ループが得られるようにしてもよい。
【００４０】
投与を行うには、大きな容器よりも加圧されたフローラインを使用するので、投与システムプラットフォーム１５４の大きさ又は占有面積は、従来の多数の化学キャビネットに比較すると実質的に縮減してよい。また、単一の投与システムプラットフォーム１５４’を使用して、比較的に小さな占有面積を維持しながら、図６に示す複数の電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２ａ−１５２ｃからの電解質への投与及び／又はその分析を行うことができる。投与システムプラットフォーム１５４’では添加剤供給源３６４（図３）の一セットを使用してプラットフォーム１５４’の投与装置毎に添加剤を供給することができる。単一の分析器４００を使用して各ツールプラットフォームからの電解質を分析してもよいし、あるいはフローラインのより完全な分離を望む場合にはそれぞれの分析器をプラットフォーム１５４’の上に設置して、各ツールからの電解質に使用してもよい。
【００４１】
ツールプラットフォーム１５２の容器２５０には、更に、供給及び帰還ライン５０２によって冷却装置５０４に結合された熱交換機５００がある。電解質に好ましくない加熱が生ずる主原因はシステムのポンプ又は複数のポンプだと思われる。本発明のシステムでは、大部分の電解質は電気メッキ用ツールのプラットフォーム１５２の上を局所的に循環しているので、ポンプのサイズと個数は減らしてよい。大部分の又は全てのシステム内電解質が遠隔の化学キャビネットを往復することによって生ずる大きなヘッドロスを克服する必要は、縮減又は除去することができる。結果的には、システムが必要とするポンプの馬力を下げることにより、同時に、システムを冷却する必要を減らすことができる。また、熱交換器はプロセッシング用小室への運搬地点の近くに配置されているので、多くの事例では電解質温度を更に効果的に制御できると考えられる。一実施例では、容器２５０（及び関連する熱交換器５００）はプロセッシング用小室２２０に直接に隣接していてよい。また、容器２５０をプロセッシング用小室から１又は２メートル（３．３又は６．６フィート）未満間隔を空ける、好ましくはプロセッシング用小室から５メートル（１６．４フィート）未満間隔を空けることにより、ポンプの必要性を減らし温度制御の精度を増大することができる。もちろん実際の距離は個別の事例に応じて変化してよい。
【００４２】
投与システムプラットフォーム１５４には保守用容器６００（図５Ｃ）と６０２の周辺に示す関連する保守用鉛管がある。容器６００の目的は、投与中での使用ではなく廃液受器の提供であり、投与システムの修理又は動作していない時の保守が可能になる。同様にメッキ用ツールのプラットフォーム１５２には６０４、６０６、６０８の周辺に示す保守用鉛管があり、これは通常はメッキ中に使用されず、廃液システムを提供しており、動作していない時のメッキ用プラットフォームを保守する。
【００４３】
本発明の技術を援用している各種実施例をここに詳細に記述したが、これら技術を援用した他の変形した実施例を当業者が多数工夫することは容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による電気化学メッキシステムの模式的な再循環回路図である。
【図２】本発明の一実施例による電気メッキシステムの斜視図である。
【図３】図２の電気メッキシステムにおける模式的な機械構成図である。
【図４】図２及び図３の電気メッキシステムにおける模式的な流体再循環回路図である。
【図５Ａ】模式的な流体再循環回路図であって、図４の電気メッキ用ツールのプラットフォームにおける容器−小室間の再循環回路をより詳細に示す。
【図５Ｂ】模式的な流体再循環回路図であって、図４の電気メッキ用ツールのプラットフォームにおける容器−小室間の再循環回路をより詳細に示す。
【図５Ｃ】模式的な流体再循環回路図であって、図４の容器−投与システム間の再循環回路をより詳細に示す。
【図６】別の実施例による投与システムプラットフォームの模式的な流体再循環回路図である。
【符号の説明】
１５０：電気化学堆積システム、１５２：電気メッキ用ツールのプラットフォーム、１５４：投与システムプラットフォーム、２１０：搭載用ステーション、２１１：焼きなましチャンバ、２１２：スピン洗浄乾燥ステーション、２１４：メインフレーム、２１６：メインフレーム転送ステーション、２１８：プロセッシング ステーション、２２０：プロセッシング用小室、２２０ｂ：陽極側バイパスライン、２２２：流れライン、２２３ａ：制御システム、制御器２２３ｂ：制御器２２３ｂ、２２４：ウエハカセット受容エリア、２２８：搭載用ステーション転送ロボット、２３０：ウエハオリエンタ、２３４：ウエハ、２３２：ウエハカセット、２５０：主容器または収容タンク、２５０ａ：廃液出口、２５２：流体再循環回路、２６０：第二の流体再循環回路、２６２：投与装置、２６４：流れライン、２６４ａ：入口、２６４ｂ：出口、２６５：投与システムフローライン、２６６：添加剤入口、２８０：シングルポンプ、２８２及び３２４：フィルターまたはフィルターセット、３００：主供給ライン、３００ａ及び３００ｂ：枝分かれした供給ライン、３０２：圧力感知器、３０４：流量計、３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ及び３１０ｅ：バルブ、３１２：制御バルブ、３１４：流量計、３２０：帰還ライン、３２４：フィルター、３２６、３２８及び３３０：バイパスライン、３５０：投与システム供給ライン、３５２：出口、３６０：添加剤供給ライン、３６４：供給源タンク、３８０：投与システム帰還ライン、４００：分析器、４０２：分析試料供給ライン、４０３：制御器、４０４：分析試料帰還ライン、４０６：降圧器、４０８：バイパスライン、４１０：制御バルブ、５００：熱交換機、５０２：供給及び帰還ライン、５０４：冷却装置、６００：保守用容器。

Claims (46)

1. 半導体基板を電気メッキする、複数の添加剤の供給源と共に使用される電気メッキシステムであって：
   少なくとも一つの電解メッキ用小室と；
   電解質容器と；
   前記容器及び前記小室に流体的に結合され、前記容器と前記小室の間に電解質を再循環するように構成された、容器−小室間流体再循環回路と；
   前記複数の供給源に結合され、電解質に前記添加剤を投与するように構成された投与装置と；
   前記容器及び前記投与装置に流体的に結合され、前記容器と前記投与装置の間に電解質を再循環するように構成された、容器−投与装置間流体再循環回路と、
   を備えるシステム。
2. 前記投与装置が、前記容器−投与装置間流体再循環回路に結合され、圧力下で電解質の流れを提供するように構成された流体ラインを備え、前記投与装置の流体ラインは複数の入口を有し、各入口は添加剤の供給源に結合されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記容器−小室間流体再循環回路は、前記容器を流体的に前記小室に結合し、前記容器から前記小室に電解質の流れを提供するように構成された容器−小室間供給ラインを含み、前記容器−小室間流体再循環回路は、前記小室を流体的に前記容器に結合し、前記小室から前記容器に電解質の流れを提供するように構成された容器−小室間帰還ラインを更に含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記容器−投与装置間流体再循環回路は、前記容器を流体的に前記投与装置に結合し、前記容器から前記投与装置に電解質の流れを提供するように構成された容器−投与装置間供給ラインを含み、前記容器−投与装置間流体再循環回路は、前記投与装置を流体的に前記容器に結合し、前記投与装置から前記容器に電解質の流れを提供するように構成された投与装置−容器間帰還ラインを更に含む、請求項３に記載のシステム。
5. 前記容器−小室間供給ラインは流体的に前記小室に結合された第一の出口を有し、前記容器−小室間供給ラインは流体的に前記容器−投与装置間流体再循環回路の容器−投与装置間供給ラインに接続された第二の出口を有する、請求項４に記載のシステム。
6. 更に、前記容器に結合して前記電解質の化学組成を分析するように構成された分析装置と；前記容器及び前記分析装置に流体的に結合し、前記容器と前記分析装置の間に電解質が再循環するように構成された容器分析装置間流体再循環回路とを備える、請求項４に記載のシステム。
7. 前記容器−分析装置間流体再循環回路は、前記容器を流体的に前記分析装置に結合し、前記容器から前記分析装置に電解質の流れを提供するように構成された供給ラインを含み、前記容器−分析装置間流体再循環回路は、前記分析装置を流体的に前記容器に結合し、前記分析装置から前記容器に電解質の流れを提供するように構成された帰還ラインを含む、請求項６に記載のシステム。
8. 前記容器−投与装置間流体再循環回路の前記容器−投与装置間供給ラインは、前記投与装置に結合する第一の出口と、前記容器−分析器間流体再循環回路の前記供給ラインに結合する第二の出口とを有し、前記容器−投与装置間流体再循環回路の前記容器−投与装置間帰還ラインは、前記容器−分析装置間流体再循環回路の前記帰還ラインに結合する入口を有する、請求項７に記載のシステム。
9. 前記投与装置に結合する前記容器−投与装置間供給ラインの第一の出口は、前記容器−分析装置間流体再循環回路の前記供給ラインに結合する前記容器−投与装置間供給ラインの出口の下流にあり、また前記容器−分析装置間流体再循環回路の前記帰還ラインに結合する前記容器−投与装置間複路ラインの入口は、前記投与装置に結合する前記容器−投与装置間供給ラインの出口の上流にある、請求項８に記載のシステム。
10. 前記容器に熱的に結合し、前記容器内の電解質を冷却するように構成された熱交換器を更に備える、請求項１に記載のシステム。
11. 前記熱交換器が前記容器内に設置され、前記容器内で前記電解質に接触する、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記容器−小室間流体再循環回路は、第一の平均流れ断面積を画成し、前記容器−投与装置間流体再循環回路は、前記第一の平均流れ断面積より小さい第二の平均流れ断面積を画成する、請求項１に記載のシステム。
13. 前記第一の平均流れ断面積が前記第二の平均流れ断面積よりも１００−３００％大きい、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記容器−小室間流体再循環回路は、第一の平均流量を規定し、前記容器−投与装置間流体再循環回路は、前記第一の平均流量より小さい第二の平均流量を規定する、請求項１に記載のシステム。
15. 前記第一の平均流量が前記第二の平均流量よりも６００−３０００％大きい、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記容器は電解質出口を有し、前記小室は電解質入口を有し、前記容器−小室間流体再循環回路は、前記容器出口を流体的に前記小室入口に連結し、前記容器出口から前記小室入口に電解質の流れを提供するように構成された容器−小室間供給ラインを含み、前記容器−小室間供給ラインが５メートルを越えない、請求項１に記載のシステム。
17. 前記容器−小室間供給ラインが２メートルを越えない、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記容器は出口を有し、前記投与装置は入口を有し、前記容器−投与装置間流体再循環回路は、前記容器出口を流体的に前記投与装置入口に連結し、前記容器出口から前記投与装置入口に電解質の流れを提供するように構成された容器−投与装置間供給ラインを含み、前記容器−投与装置間供給ラインが１メートルを越える、請求項１に記載のシステム。
19. 前記容器−投与装置間供給ラインが５０メートルを越える、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記容器−小室間流体再循環回路及び前記容器−投与装置間流体再循環回路が共有するシングルポンプを更に含む、請求項１に記載のシステム。
21. 前記電解メッキ用小室、前記電解質容器、及び前記容器−小室間流体再循環回路はツールプラットフォームに配置され、前記投与装置は遠隔の投与プラットフォームに配置され、前記容器−投与装置間流体再循環回路が前記遠隔のプラットフォームを流体的に前記第一のプラットフォームに結合する、請求項１に記載のシステム。
22. 前記システムは第二のツールプラットフォームを更に含み、前記遠隔のプラットフォームは第二の投与装置を有し、前記システムは、前記遠隔の投与プラットフォームにある前記第二の投与装置を流体的に前記第二のツールプラットフォームの容器に結合する第二の容器−投与装置間流体回路を更に備える、請求項２１に記載のシステム。
23. 半導体基板を電気メッキする方法であって：
    電解質容器と少なくとも一つの電解メッキ小室に流体的に結合される容器−小室間流体再循環回路を介して、前記容器と前記小室の間で電解質を再循環させるステップと；
    前記容器と投与装置に流体的に結合される容器−投与装置間流体再循環回路を介して、前記容器と前記投与装置の間で電解質を再循環させるステップと；
    前記投与装置を用いて前記容器−投与装置間流体再循環回路の電解質に添加剤を投与するステップと；
    を含む方法。
24. 前記投与ステップが、前記容器−投与装置間流体再循環回路に結合している加圧流体ラインを介して電解質を流動させるステップと、複数の入口を介して前記投与装置流体ラインに添加剤を加えるステップ、とを備える、請求項２３に記載の方法。
25. 前記容器−小室間流体再循環ステップが、容器−小室間供給ラインを介して前記容器から前記小室に電解質を流動させるステップを含み、前記容器−小室間流体再循環ステップが、前記小室から小室−容器間帰還ラインを介して前記容器に電解質を流動させるステップを更に含む、請求項２３に記載の方法。
26. 前記容器−投与装置間流体再循環ステップが、容器−投与装置間供給ラインを介して前記容器から前記投与装置に電解質を流動させるステップを含み、前記容器−投与装置間流体再循環ステップが、前記投与装置から投与装置−容器間帰還ラインを介して前記容器に電解質を流動させるステップを更に含む、請求項２５に記載の方法。
27. 前記容器−投与装置間流体再循環ステップが、電解質の流れを前記容器−小室間供給ラインから、前記容器−投与装置間流体再循環回路の前記容器−投与装置間供給ラインに迂回させるステップを更に含む、請求項２６に記載の方法。
28. 電解質試料の流れを、試料供給ラインを介して前記容器−投与装置供給ラインから分析装置に迂回させるステップと、前記分析装置を使用して前記電解質試料の流れから試料の化学組成を分析するステップと、前記電解質試料の流れを、前記分析装置から試料帰還ラインを介して前記容器−投与装置帰還ラインに帰還させるステップとを更に備える、請求項２６に記載の方法。
29. 前記試料の流れを迂回させるステップは、前記試料の流れを前記投与装置の上流の前記容器−投与装置間供給ラインから迂回させ、前記試料の流れを帰還させるステップは、前記試料の流れを前記投与装置の下流の前記投与装置−容器帰還ラインに帰還させる、請求項２８に記載の方法。
30. 前記容器に熱的に結合した熱交換器を用いて前記容器内の前記電解質を冷却するステップを更に備える、請求項２３に記載の方法。
31. 前記熱交換器が前記容器内に配置され、前記容器内の前記電解質に接触する、請求項３０に記載の方法。
32. 前記容器−小室間流体再循環回路は第一の平均流れ断面積を画成し、また前記容器−投与装置間流体再循環回路は、第一の平均流れ断面積より小さい第二の平均流れ断面積を画成す、請求項２３に記載の方法。
33. 前記第一の平均流れ断面積が前記第二の平均流れ断面積よりも１００−３００％大きい、請求項３２に記載の方法。
34. 前記容器−小室間流体再循環が第一の平均流量で循環し、前記容器−投与装置間流体再循環が前記第一の平均流量より小さい第二の平均流量で循環する、請求項２３に記載の方法。
35. 前記第一の平均流量が前記第二の平均流量よりも６００−３０００％大きい、請求項３４に記載の方法。
36. 前記容器−小室間流体再循環ステップが５メートルを越えない距離で電解質を再循環する、請求項２３に記載の方法。
37. 前記容器−小室間供給ラインが２メートルを越えない、請求項３６に記載の方法。
38. 前記容器−投与装置間流体再循環ステップが１メートルを越える距離で電解質を再循環する、請求項２３に記載の方法。
39. 前記容器−投与装置間供給ラインが５０メートルを越える、請求項３８に記載の方法。
40. 前記容器−小室間流体再循環及び前記容器−投与装置間流体再循環ステップが、前記容器−小室間流体再循環回路及び前記容器−投与装置間流体再循環回路が共有するシングルポンプを利用する、請求項２３に記載の方法。
41. 前記容器が電気メッキ及び投与操作中に使用される唯一の容器である、請求項２３に記載の方法。
42. 複数の添加剤の供給源に連結して使用され、少なくとも一つの電解メッキ用小室と電解質容器とを有する電気メッキシステムにおいて電解質を投与する投与システムであって、前記システムは：
    前記容器に結合し、圧力下で電解質の流れを提供するように構成された流体ラインであって、前記流体ラインは複数の入口を有し、各入口は添加剤の供給源に結合し、添加剤は前記流体ラインを介して前記電解質の流れに加えられる、流体ライン
    を備えるシステム。
43. 前記容器に結合し、電解質の化学組成を分析するように構成された分析装置と；複数の制御バルブとを更に備え、各制御バルブは、前記分析装置に応答して、流体ライン入口を介して前記電解質の流れへの添加剤の流れを制御するように構成された、請求項４２に記載のシステム。
44. 半導体基板を電気メッキする電解質投与方法であって、前記方法は：
    電解質容器に結合した加圧された流れラインを介して、加圧された電解質の流れを方向付けるステップと；
    前記加圧された流れラインに結合した複数の入口を介して、前記加圧された流れライン中の電解質の加圧された流れに添加剤を投与するステップと、
    を含む方法。
45. 電解質試料の流れを電解質の前記加圧された流れから分析装置に迂回させるステップと、前記分析装置を使用して前記電解質試料の流れの化学組成を分析するステップと、前記電解質試料の流れを前記分析装置から電解質の前記加圧された流れに戻すステップとを更に含む、請求項４４に記載の方法。
46. 前記投与ステップが、前記分析装置に応答して、流れラインの入口に結合する入口バルブを制御して添加剤を通過させるステップを備える、請求項４５に記載の方法。

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