JP2008524847A - 電気メッキ処理のためのウエハ支持装置およびその利用方法 - Google Patents

電気メッキ処理のためのウエハ支持装置およびその利用方法 Download PDF

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Abstract

【解決手段】半導体ウエハ(「ウエハ」)に電気メッキ処理を実行するための多層ウエハ支持装置が提供されている。多層ウエハ支持装置は、下側膜層と、上側膜層とを備える。下側膜層は、ウエハ配置領域と、ウエハ配置領域を取り囲む犠牲アノードとを備える。上側膜層は、下側膜層の上に配置されるよう構成されている。上側膜層は、処理(すなわち、電気メッキ)されるウエハの表面の上に配置される開口領域を備える。上側膜層は、開口領域の周辺部の周りで、上側膜層とウエハとの間に、液体シールを提供する。上側膜層は、さらに、ウエハの周りの互いに正反対の位置で、ウエハの周辺部の上面に電気的に接触するよう構成された第1および第2の電気回路を備える。
【選択図】図1A

Description

本発明は、半導体の製造に関する。
集積回路、メモリセルなど、半導体素子の製造では、一連の製造動作を実行して、半導体ウエハ上に形状を設ける。半導体ウエハは、シリコン基板上に設けられた多層構造の形態の集積回路素子を備える。基板レベルには、拡散領域を有するトランジスタ素子が形成される。それに続くレベルには、相互接続メタライゼーション配線が、パターニングされてトランジスタ素子に電気的に接続されており、それによって、所望の集積回路素子が構成されている。また、パターニングされた導電層は、誘電材料によって他の導電層から絶縁されている。
半導体ウエハ上に形状を設けるための一連の製造動作は、半導体ウエハの表面に材料を追加するための電気メッキ処理を含みうる。電気メッキ処理では、アノードと、電気メッキされるウエハ表面との間に、電解質が配置される。さらに、電気メッキされるウエハ表面は、アノードよりも低い電位に維持される。電流が電解質を通してアノードからウエハ表面まで流れると、ウエハ表面で起きる電気メッキ反応により、ウエハ表面上に材料が析出される。
ウエハ表面にわたっての材料の析出特性は、個々の電気メッキシステムおよび処理に関連する多くのパラメータに依存する。例えば、ウエハにわたる電流プロファイルに影響するパラメータは、材料の析出特性に影響しうる。また、ウエハとの電気的接触の確立に関連するパラメータも、材料の析出特性に影響しうる。
以上の点から、半導体ウエハ製造の際の材料析出に利用できる電気メッキ技術の改良が求められている。
一実施形態では、電気メッキ処理で用いる多層ウエハ操作システムが開示されている。多層ウエハ操作システムは、下側膜層と、上側膜層とを備える。下側膜層は、ウエハ配置領域と、ウエハ配置領域を取り囲む犠牲アノードとを備える。上側膜層は、下側膜層の上に配置されるよう構成されている。上側膜層は、処理(すなわち、電気メッキ)されるウエハの表面の上に配置される開口領域を備える。上側膜層は、開口領域の周辺部の周りで、上側膜層とウエハとの間に、液体シールを提供するよう構成されている。上側膜層は、さらに、互いに正反対の位置でウエハの上面の周辺部に電気的に接触するよう構成された第1および第2の電気回路を備える。
別の実施形態では、電気メッキ処理で用いられるウエハ支持装置が開示されている。ウエハ支持装置は、処理されるウエハを受け入れるための領域を有する第1の材料層を備える。ウエハ支持装置は、さらに、第1の材料層の上に形成された犠牲アノードを備える。ウエハ支持装置は、さらに、ウエハの周辺領域と、ウエハの周辺領域の外側の第1の材料層との両方を覆うよう構成された第2の材料層を備える。第2の材料層は、処理(すなわち、電気メッキ)されるウエハの表面を露出させるための切り抜き部を備える。第2の材料層は、さらに、第2の材料層と、ウエハの周辺領域との間に、シールを形成するよう構成されている。さらに、ウエハ支持装置は、第2の材料層内に一体化された一対の回路を備える。一対の回路の内の各回路は、処理されるウエハの表面と電気的に接続するよう構成された電気接点を備える。さらに、一対の回路は、犠牲アノードから電気的に絶縁されている。
別の実施形態では、電気メッキ処理の際にウエハを支持するための方法が開示されている。その方法は、下側膜層と上側膜層との間にウエハを配置する工程を備え、その際、処理されるウエハの表面は、上側膜層の開口部を通して露出される。その方法は、さらに、上側膜層と、ウエハの周辺部との間に、液体シールを形成する工程を備える。さらに、その方法は、第1の電気回路と、ウエハの第1の周辺位置との間に、電気接続を確立する工程を備える。第1の電気回路は、上側膜層と一体化されている。その方法は、さらに、第2の電気回路と、ウエハの第2の周辺位置との間に、電気接続を確立する工程を備える。第2の周辺位置は、ウエハに関して第1の周辺位置の正反対に位置する。また、第2の電気回路も、上側膜層と一体化されている。ウエハを間に配置した下側膜層および上側膜層は、電気メッキシステムのプラテン上に配置される。次いで、電気メッキシステムの処理ヘッドの下方を横切ってプラテンを移動させる。プラテンの移動により、上側膜層の開口部を通して露出されたウエハの表面が電気メッキされる。
本発明のその他の態様および利点については、本発明を例示した添付図面との関連で行う以下の詳細な説明から明らかになる。
以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てを特定しなくても実施することが可能である。また、本発明が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の説明は省略した。
図1Aは、本発明の一実施形態に従って、半導体ウエハを電気メッキするための装置を示す図である。その装置は、ウエハ107をしっかりと保持するよう構成されたプラテン109を備える。プラテン109は、矢印111で示すように水平面内で移動可能である。その装置は、さらに、第1の位置において電源106をウエハ107に接続するための第1の電気接続104aを備える。その装置は、さらに、第2の位置において電源106をウエハ107に接続するための第2の電気接続104bを備える。第1の電気接続104aに対応するウエハ107上の第1の位置は、ウエハ107の直径に関して、第2の電気接続104bに対応するウエハ107上の第2の位置のほぼ正反対の位置に配置されている。第1および第2の電気接続104a/104bは、それぞれ、スイッチ108a/108bを備える。スイッチ108a/108bは、第1および第2の電気接続104a/104bが、互いに独立して制御されることを可能にする。一実施形態では、ある時点において、第1の電気接続104aと第2の電気接続104bの内、処理ヘッド103から遠い方に対して、電力が供給される。
処理ヘッド103は、剛体の部材101に固定されているウエハ107を上に配置されたプラテン109は、ウエハ107が、処理ヘッド103の下面とほぼ平行に近接するように、処理ヘッド103の下方に配置される。処理ヘッド103は、ウエハ107に近接する処理ヘッド103の下面の主要部を構成するアノード102を備える。
一実施形態では、ウエハ107と向かい合うアノード102の水平面は、ウエハ107に対してほぼ平行な略長方形の表面領域を有するよう構成されている。アノード102の長方形の表面領域は、ウエハ107の直径と少なくとも等しい第1の寸法を有するよう構成されている。図1Aでは、アノード102の長方形表面領域の第1の寸法は、紙面に対して垂直な方向を向いている。アノード102の長方形表面領域は、さらに、ウエハ107の直径よりも小さい第2の寸法を備える。一実施形態では、この第2の寸法は、ウエハ107の直径よりも大幅に小さい。図1Aでは、アノード102の長方形表面領域の第2の寸法は、上述の第1の寸法に直交しプラテン109に平行な方向を向いている。
アノード102が、ウエハ107の上に配置されている時には、アノード102の長方形表面領域の第1の寸法すなわち長い方の寸法は、ウエハ107を横切って規定された第1の弦に沿っており、アノード102は、第1の弦の方向に完全にウエハ全体に架かっている。また、アノード102の長方形表面領域の第2の寸法すなわち短い方の寸法は、ウエハ107を横切って規定された第2の弦の方向に沿っており、第2の弦は、第1の弦と直交している。したがって、ウエハ107は、第2の弦が、接続104aに対応するウエハ107上の第1の位置と接続104bに対応するウエハ107上の第2の位置との間に伸びる直線とほぼ平行になるように、プラテン109上に配置される。ウエハ107上方でのアノード102の位置に関わらず、アノード102は、第2の弦の方向では、完全にウエハ107全体に架かることはないことを理解されたい。
プラテン109は、プラテン109とアノード102との間でほぼ一定の距離が維持されるように、処理ヘッド103の下方で水平方向111に移動されるよう構成されている。一実施形態では、プラテン109とアノード102との間のほぼ一定の距離は、プラテン109の全横断距離にわたって変動が0.200インチ未満となるように維持される。別の実施形態では、プラテン109とアノード102との間のほぼ一定の距離は、プラテン109の全横断距離にわたって変動が0.002インチ未満となるように維持される。プラテン109とアノード102との間で維持されるほぼ一定の距離は、ウエハ107とアノード102との間で維持される同じく一定の距離に対応することを理解されたい。さらに、ウエハ107は、プラテン109が処理ヘッド103の下方で移動された時に、アノード102が、上述のように第2の弦に対応する方向にウエハ107を横切るように、プラテン109の上に配置される。したがって、アノード102は、プラテン109が水平に移動されると、ウエハ107の上面全体にわたって横切ることができる。
アノード102の長方形表面領域とウエハ107との間の距離は、ウエハ107がアノード102の下方で移動する際に、電気メッキ溶液のメニスカス105が、アノード102とウエハ107の上面との間で維持されることを可能にするのに十分な距離である。さらに、メニスカス105は、アノード102の真下の体積内に閉じ込められることが可能である。メニスカス105の閉じ込めは、様々な方法で実現可能である。
一実施形態では、アノード102は、多孔質の抵抗材料として表される仮想アノードとして構成される。この実施形態では、電気メッキ溶液のメニスカス105は、多孔質の仮想アノード102を通して陽イオンを含む電気メッキ溶液を流すことにより、仮想アノード102の真下の体積に供給されてよい。一実施形態では、多孔質の仮想アノード102は、Al23などのセラミックからなってよい。ただし、他の多孔質の抵抗材料をアノード102として用いてもよいことを理解されたい。
図1Aの装置の動作中に、アノード102と、第1および第2の電気接続104aおよび104bとは、それらの間に電位が存在するように、電源に対して電気的に接続されることを理解されたい。したがって、電気メッキ溶液のメニスカス105が、アノード102とウエハ107との間に存在し、第1および第2の電気接続104a/104bのいずれかに電力が供給されている時には、アノード102と、電力を供給されている方の電気接続104a/104bとの間に電流が流れる。この電流により、電気メッキ溶液のメニスカス105に対して露出されたウエハ107の上面の部分で、電気メッキ反応が起きる。
図1Bは、図1Aで示したのと同様に、プラテン109およびウエハ107に対して処理ヘッド103およびアノード102を示す上面図である。上述のように、アノード102は、その長手方向では、完全にウエハ107全体に架かっている。したがって、ウエハ107が、アノード102の下方で方向111に横断すると、ウエハ107の上面全体が、アノード102の下に存在する電気メッキ溶液のメニスカス105にさらされる。さらに、図1Bからわかるように、アノード102は、上述のように、第2の弦に対応する方向、すなわち、ウエハ107の上面と向かい合うアノード102の長方形表面領域の短手方向に、ウエハ107を横切る。また、図1Bからわかるように、第2の弦は、電気接続104aに対応するウエハ107上の第1の位置と、電気接続104bに対応するウエハ107上の第2の位置との間に伸びる直線と、ほぼ平行である。
電気メッキ処理中に、析出される材料の均一性は、メッキされているウエハの領域、すなわち、電気メッキ溶液のメニスカス105とウエハ107との間の界面、における電流分布に左右される。メッキされている領域の電流分布は、ウエハ107に接続して電力を供給されている電気接続104a/104bに対するアノード102の近接性に強く影響されうる。また、電流分布は、ウエハ107との間で確立した電気接続104a/104bの質に影響されうる。さらに、電気メッキ溶液に電気接続104a/104bがさらされることにより、電気接続104a/104bの近傍で、ウエハ表面からの材料の除去が引き起こされうる。また、電気メッキ溶液に電気接続104a/104bがさらされることにより、材料析出の結果に関して、ウエハ間での非均一性が生じうる。
以上の点から、以下の点を考慮しつつ、電気メッキ処理中のウエハ107を支持することが望ましい。
考慮する点とは、
アノード102に近い方の電気接続104a/104bに電力を供給しないで、アノード102から遠い方の電気接続104a/104bに電力を供給できるように、独立して制御可能な電気接続104a/104bを確立することと、
ウエハとの間で確立した電気接続104a/104bが、電気メッキ溶液にさらされることを防止することと、
ウエハとの間で確立された電気接続104a/104bの物理特性が、ウエハ間で一様になるよう保証すること、である。
本発明は、電気メッキ処理に関連する上述の点に対処するウエハ支持装置および利用方法を提供する。具体的には、本発明のウエハ支持装置は、多層薄膜構造に埋め込まれた接点回路を用いて、上述の点に対処する。図2A−2Cおよび3A−3Cを参照して後述するように、多層薄膜の各層は、
電源への接続のために外部からアクセス可能な部分を有する別個の銅回路(露出または埋め込み)と、
ウエハを露出させるための開放領域と、
ウエハへの電極の接続が電気メッキ溶液によって腐食することを防止するために液体シールを提供するためのマスク領域(導電性または非導電性)と、
適切なウエハおよび膜の配置を容易にするためのインデックス点(すなわち、位置決め対象)と、を備える。
図2Aは、本発明の一実施形態に従って、多層ウエハ支持装置の下側層201を示す上面図である。下側層201は、主に薄膜205によって構成される。様々な実施形態において、薄膜205は、Ajedium社のVictrex PEEK、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスルホン(PSU)、または、ポリフェニルスルフィド(PPS)など、非晶質膜材料によって形成される。一実施形態では、薄膜205は、熱可塑化処理を用いて形成される。
多層ウエハ支持装置の下側層201は、ウエハ107の直径よりもやや小さい直径を有する円形の切り抜き部211を備えた連続的な部材として構成されている。参照のため、図2Aに、ウエハ107の直径215を点線で示した。切り抜き部211の周囲には、ほぼウエハ107の直径215まで半径方向に広がるように、下側マスク領域214が形成されている。一実施形態では、下側マスク領域214の半径方向の厚さは、約2mmである。別の実施形態では、下側マスク領域214の半径方向の厚さは、約0.5mmから約5.0mmの範囲に規定される。本明細書で用いているように、用語「約」は、特定の値の±10%以内の範囲を意味する。
ウエハ107は、下側層201の上で、切り抜き部211に対してほぼ中心が合う位置に配置される。したがって、下側マスク領域214は、ウエハ107の底面の周辺領域をマスクするよう機能する。また、下側マスク領域214は、ウエハ設置領域とも呼ばれる。電気メッキ溶液が、多層ウエハ支持装置の膜層の間の領域に浸入するのを防止するために、下側マスク領域214は、シーラント領域213を備える。シーラント領域213は、ウエハ107および電気メッキ溶液に対する化学的適合性を有するよう適切に構成された接着剤を備えてよい。一実施形態では、接着剤は、さらに、電気メッキ処理の後にウエハ107から接着剤を除去/洗浄できるように構成される。
下側層201は、電気メッキ処理中に、処理ヘッド103に対する多層ウエハ支持装置およびウエハ107の適切な配置を保証するためのインデックス点203a−203dを備える。図2Aの実施形態は、4つのインデックス点(203a−203d)を示している。ただし、インデックス点の数および位置は、プラテン109上での多層ウエハ支持装置およびウエハ107の適切な位置決めを実現するために必要な構成であればよい。例えば、別の実施形態では、下側層201の片側に2つのインデックス点が設けられ、下側層201の反対側に1つのインデックス点が設けられる。インデックス点は、下側層201にウエハ107を適切に配置する、すなわち、下側マスク領域214の範囲に配置することを補助するために設けられてもよい。また、下側層201のインデックス点に適合するように、プラテン109上に、位置決めピンが設けられてもよいことを理解されたい。
ウエハ107がアノード102の下を横切る時に、アノード102の一部が、ウエハ107の周辺部の外側、かつ、プラテンの下側層201の上に配置されることになる。下側層201が、ウエハ107の電位と近い電位に維持されていない場合には、ウエハ107の周辺部の外側に位置するアノード102の部分から生じる電流が、ウエハ107に伝わり、それによって、ウエハ107の縁部付近に、電流の不均一(すなわち、過剰)が引き起こされる。ウエハ107の縁部付近の過剰な電流は、ウエハ107の縁部付近で過剰な銅の析出、すなわち、フリンジング効果(fringing effect)、を引き起こしうる。したがって、ウエハ全体にわたる材料の析出が、不均一になる。ウエハ107を取り囲む領域が、ウエハ107と同じ電位もしくは近い電位に維持された場合には、アノード102から生じる電流は、ウエハと、ウエハを取り囲む領域との両方に対して均一に伝わるため、フリンジング効果が最小限に抑えられる。
フリンジング効果を抑えるためには、ウエハ107を取り囲む下側層201の領域に、電流を引きつける必要がある。したがって、下側層201は、さらに、パターニングされて下側層201上に配置された銅の層として構成された犠牲アノード(207a/207b)を備える。犠牲アノード(207a/207b)は、第1の部分207aおよび第2の部分207bとして構成され、図3Aを参照して後述するように、下側層201上に配置される他の電気回路からの分離を実現する。一実施形態では、犠牲アノードの部分207a/207bは、ウエハの縁部の約0.005インチ以内に接近することができる。別の実施形態では、犠牲アノード207a/207bが、ウエハ107の周辺縁部の下に広がることができるように、下側マスク領域214の範囲内で、ウエハ107から犠牲アノードの部分207a/207bを分離するために、誘電材料を用いてよい。犠牲アノードの部分207a/207bは、アノード102の下方をウエハ107が横切る際に、アノード102とウエハ107の周辺部との間で、電流の均一性を確実に維持するために、下側マスク領域214の周辺部を十分に超えて広がっていることが好ましい。一実施形態では、犠牲アノードの部分207a/207bは、下側層201の上で、アノード102が電気メッキ処理の開始時に存在する位置と終了時に存在する位置との間にわたっている。
一実施形態では、犠牲アノードの部分207a/207bは、接着剤付きの銅テープを下側層201に貼り付けることにより形成されている。別の実施形態では、犠牲アノードの部分207a/207bは、下側層201の製造時に、下側層201内に設けられる。別の実施形態では、下側層201は、2層の非晶質膜材料から形成されており、犠牲アノードの部分207a/207bは、2層の非晶質膜材料の間に配置された銅の層として形成される。さらに別の実施形態では、下側層201は、銅で被覆した非晶質膜から形成されており、非晶質膜は、導電性を有するのに十分な量の銅を含浸されている。さらに、犠牲アノードの部分207aおよび207bへの電力供給のために、それぞれ、電気接点208aおよび208bが設けられる。これらの犠牲アノード用の電気接点208a/208bは、多層ウエハ支持装置および電気メッキシステムの他の要素との調和を考慮して、下側層201の周辺部の周りの任意の位置に配置されてよい。
犠牲アノード用の電気接点208a/208bは、共通の犠牲アノード用電源209に接続されるよう構成される。犠牲アノード(207a/207b)とウエハ107との電位を制御するために、それぞれ、別個の電源を用いてよいことを理解されたい。したがって、犠牲アノード(207a/207b)の電位は、ウエハ107の電位とは別個に制御することができる。そのため、ウエハ107の電位に対して、犠牲アノード(207a/207b)の電位を独立制御することで、フリンジング効果を抑制できる。
図2Bは、本発明の一実施形態に従って、図2AのA−Aに沿って示した下側層201の断面図である。したがって、図2Bは、円形の切り抜き部211の中心を通って下側層201の長手方向に直交して垂直に広がる平面に対応する断面図である。ウエハ107の下の円形の切り抜き部211は、ウエハ107が、直接プラテン109(図示せず)の上に保持されることを可能にする。直接プラテン109の上にウエハ107を保持することにより、下側層201が、処理ヘッド103およびアノード102に対するウエハ107の位置決めの際に不均一を引き起こさないのを保証することに関連する問題を避けることができる。下側マスク領域214は、ウエハ107とプラテン109との間に分離のための厚さを導入するため、プラテン109は、円形の切り抜き部211の中でウエハ107の底面に向かってはまり込むように構成されてよい。一実施形態では、プラテン109は、ウエハ107の底面に対して接触および分離するように上下動できる複数の高さ調節可能なピンを備える。別の実施形態では、プラテン109は、円形の切り抜き部211内にはまり込みウエハ107の底面に接触するよう規定された隆起した領域を備えてよい。
図2Cは、本発明の一実施形態に従って、図2AのB−Bに沿って示した下側層201の断面図である。したがって、図2Cは、円形の切り抜き部211の中心を通って下側層201の短手方向に直交して垂直に広がる平面に対応する断面図である。図2Cに示した下側層201の各構成要素は、図2Aを参照して上述したものと同一であることを理解されたい。
図3Aは、本発明の一実施形態に従って、多層ウエハ支持装置の上側層301を示す底面図である。上側層301は、主に薄膜305によって形成される。様々な実施形態において、薄膜305は、Ajedium社のVictrex PEEK、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスルホン(PSU)、または、ポリフェニルスルフィド(PPS)など、非晶質膜材料によって形成される。一実施形態では、薄膜305は、熱可塑化処理を用いて形成される。
多層ウエハ支持装置の上側層301は、ウエハ107の直径よりもやや小さい直径を有する円形の切り抜き部311を備えた連続的な部材として構成されている。参照のため、図3Aに、ウエハ107の直径215を点線で示した。一実施形態では、切り抜き部311の直径は、+0.0025インチから−0の公差を有するよう規定される。切り抜き部311の周囲には、ほぼウエハ107の直径215まで半径方向に広がるように、上側マスク領域314が形成されている。一実施形態では、上側マスク領域314の半径方向の厚さは、ウエハ107の周辺の約0.5mmから約5.0mmの間、すなわち、ウエハの周辺縁部に規定された排除部分の範囲を覆うように規定されている。
上側層301は、切り抜き部311が、ウエハ107に対してほぼ中心が合うように、ウエハ107の上に配置される。このように、電気メッキ処理を受けるウエハ107の上面は、切り抜き部311を通してアクセス可能になっている。したがって、上側マスク領域314は、ウエハ107の上面の周辺領域をマスクするよう機能する。電気メッキ溶液が、多層ウエハ支持装置の膜層の間の領域に浸入するのを防止するために、上側マスク領域314は、シーラント領域313を備える。シーラント領域313は、ウエハ107および電気メッキ溶液に対する化学的適合性を有するよう適切に構成された接着剤を備えてよい。一実施形態では、接着剤は、さらに、電気メッキ処理の後にウエハ107から接着剤を除去/洗浄できるように構成される。
上側層301は、電気メッキ処理中に、処理ヘッド103に対する多層ウエハ支持装置およびウエハ107の適切な配置を保証するためのインデックス点303a−303dを備える。図3Aの実施形態は、4つのインデックス点(303a−303d)を示している。ただし、インデックス点の数および位置は、プラテン109上での多層ウエハ支持装置およびウエハ107の適切な位置決めを実現するために必要な構成であればよい。例えば、別の実施形態では、上側層301の片側に2つのインデックス点が設けられ、上側層301の反対側に1つのインデックス点が設けられる。インデックス点は、ウエハ107の上に上側層301を適切に配置する、すなわち、上側マスク領域314の範囲に配置することを補助するために設けられてもよい。また、上側層301のインデックス点に適合するように、プラテン109上に、位置決めピンが設けられてもよいことを理解されたい。
上側層301は、さらに、第1の電気回路307aと第2の電気回路307bとを備える。第1の電気回路307aは、シーラント領域313の外側かつ上側マスク領域314の範囲内にある第1の位置310aで、ウエハ107の上面に接触するように設けられている。第2の電気回路307bは、シーラント領域313の外側かつ上側マスク領域314の範囲内にある第2の位置310bで、ウエハ107の上面に接触するように設けられている。第1および第2の電気回路(307aおよび307b)は、それぞれ、電気接点(308aおよび308b)を備える。電気接点308a/308bは、多層ウエハ支持装置および電気メッキシステムの他の要素との調和を考慮して、上側層301の周辺部の周りの任意の位置に配置されてよい。電気接点308aおよび308bは、それぞれ、電源309および317に接続されている。
電源309および317の各々は、独立して制御可能であり、そのため、第1および第2の電気回路を通してウエハ接点位置310aおよび310bに対して、独立して電力を供給することができる。電気メッキ処理中に、接点位置310aおよび310bにおいてウエハ107の縁部に印加される電流は、ウエハ107にわたって特定の電流プロファイルを確立するよう制御可能である。例えば、ウエハ107が、アノード102の下方を横切る時に、アノード102に近い方の接点位置(310a/310b)に電力を供給せずに、アノード102から遠い方の接点位置(310a/310b)に電力を供給することができる。
一実施形態では、第1および第2の電気回路307a/307bは、接着剤付きの銅テープを上側層301に貼り付けることにより形成されている。別の実施形態では、第1および第2の電気回路307a/307bは、上側層301の製造時に、上側層301内に設けられる。別の実施形態では、上側層301は、2層の非晶質膜材料から形成されており、第1および第2の電気回路307a/307bは、2層の非晶質膜材料の間に配置された銅の層として設けられる。さらに別の実施形態では、第1および第2の電気回路307a/307bは、銅で被覆した非晶質膜から形成されており、非晶質膜は、導電性を有するのに十分な量の銅を含浸されている。さらに、一実施形態では、接点位置310a/310bでウエハ107に接触する第1および第2の電気回路307a/307bの部分は、ウエハ107との間で適切な電気接触を実現および維持できる導電性の接着剤として形成される。また、導電性の接着剤を用いると、ウエハ間で一貫した電気接触を確立できる。
図3Aの実施形態は、2つの電気回路307aおよび307bを備えるよう図示されている。ただし、ウエハ107の周辺部の周りの多数の位置に、任意の数の電気回路が、ウエハ107と電気的に接触するように設けられてよいことを理解されたい。また、他の実施形態において、特定の電気回路とウエハの上面との間に設けられる接点領域は、より大きくても小さくてもよい。ウエハ107と接触する電気回路の数、および、各電気回路とウエハ107との間の接点領域のサイズは、対応する影響を、アノード102に対するウエハ107にわたる電流プロファイルに与える。したがって、電気回路の数および特性は、ウエハ107の上でのアノード102の所与の位置に対して、ウエハ102にわたる所望の電流プロファイルを実現するよう最適化されてよい。例えば、ウエハ107がアノード102に対して移動するにつれて、異なる電気回路の電源をオンオフすることで、アノード102に対して、ウエハ107にわたる電流プロファイルを有効に操作することができる。
図3Bは、本発明の一実施形態に従って、図3AのC−Cに沿って示した上側層301の断面図である。したがって、図3Bは、円形の切り抜き部311の中心を通って上側層301の短手方向に直交して垂直に広がる平面に対応する断面図である。図3Bに示した上側層301の各構成要素は、図3Aを参照して上述したものと同一であることを理解されたい。
図3Cは、本発明の一実施形態に従って、図3AのD−Dに沿って示した上側層301の断面図である。したがって、図3Cは、円形の切り抜き部311の中心を通って上側層301の長手方向に直交して垂直に広がる平面に対応する断面図である。図3Cに示した上側層301の各構成要素は、図3Aを参照して上述したものと同一であることを理解されたい。
一実施形態では、下側層201にウエハ107を配置する前の下側マスク領域214を保護するために、使い捨てフィルム(消耗層)が備えられる。また、消耗層は、ウエハ107/下側層201の上に上側層301を配置する前の上側マスク領域314を保護するために提供されてもよい。消耗層を下側層/上側層からはがすことにより、下側/上側マスク領域を露出させることができる。上側マスク領域314を保護する消耗層は、ウエハ107と接触する前の上側マスク領域における電気回路307a/307bを保護することを理解されたい。消耗層は、薄膜205/305に用いられたのと同様の非晶質膜材料で形成されてよい。
図4Aは、本発明の一実施形態に従って、多層ウエハ支持装置の組み立て品を示す図である。図4Aに示す断面は、図2Bに示した下側層201の断面A−Aと、図3Bに示した上側層301の断面C−Cとに対応する。図4Aに示した下側層201および上側層301の各構成要素は、図2Aおよび3Aをそれぞれ参照して上述したものと同一であることを理解されたい。図に示すように、ウエハ107は、下側層201と上側層301との間に挟まれている。下側層201および上側層301は、独立して互いに対して位置決め可能であることを理解されたい。さらに、上述のように、下側層201および上側層301の各々は、ウエハ107およびプラテン109に対する適切な位置決めを容易にするために、複数のインデックス点を備える。
一実施形態では、多層ウエハ支持装置の各層は、約0.002インチから約0.030の範囲の厚さを有する。さらに、下側層201は、上側層301と異なる厚さを有してよい。一実施形態では、ウエハ107および多層ウエハ支持装置の厚さの合計が、0.5mm未満である。さらなる実施形態では、多層ウエハ支持装置の厚さの合計は、ウエハ107の厚さ以下である。組み立て済みの多層ウエハ支持装置は、半剛体であるよう構成されてよい。ただし、上側層301は、上側マスク領域314におけるウエハ107との十分に密着した接触と、ウエハ107の周辺部の外側における下側層201との十分に密着した接触とを可能にするために、十分な柔軟性を有するよう構成されることを理解されたい。
図4Bは、本発明の一実施形態に従って、多層ウエハ支持装置の組み立て品を示す図である。図4Bに示す断面は、図2Cに示した下側層201の断面B−Bと、図3Cに示した上側層301の断面D−Dとに対応する。図4Bに示した下側層201および上側層301の各構成要素は、図2Aおよび3Aをそれぞれ参照して上述したものと同一であることを理解されたい。
図5A−5Dは、本発明の一実施形態に従って、多層ウエハ支持装置を用いて、図1Aを参照して上述したように、電気メッキ装置の動作を示す一連の図である。図5Aは、電気メッキ処理の開始直後の装置を示している。図5Aでは、ウエハ107は、方向111にアノード102の下方を横切って移動されている。アノード102の下には、メニスカス105が形成されている。図5Aに示すように、上側マスク領域314のシーラント領域313は、アノード102が上を横切る際に、電気メッキ溶液のメニスカス105から電気接点位置310bを保護するよう機能する。また、第2の電気回路307bは、アノード102およびメニスカス105が電気接点位置310bの上を横切る際には、矢印501で示すように、電源317から切り離されている。さらに、第1の電気回路307aは、電源309に接続されている。したがって、生じた電流は、メニスカス105を通して、アノード102と電気接点位置310aとの間のウエハ107の上面を流れる。
図5Bは、図5Aに示した位置からアノード102の下方を横切り続けるウエハ107を示す図である。電気接点位置310bが、アノード102から離れて移動しているが、第2の電気回路307bは、まだ、電源317から切り離されたままである。一実施形態では、電気接点位置310bが電気メッキ溶液の近傍に確実に存在しないほど十分な距離だけ、アノード102およびメニスカス105が電気接点位置310bから離れるまでは、第2の電気回路307bは、切断状態に維持される。
また、第1および第2の電気回路307a/307bの電力供給は、メニスカス105と接触するウエハ107の上面の部分に存在する電流分布を最適化するように管理される。一実施形態では、ウエハ107が、アノード102の下方を横切る時に、メニスカス105とウエハ107との間の界面において、ほぼ均一な電流密度を維持することが望ましい。電力供給されている電気接点位置310a/310b(すなわち、カソード)からアノード102が十分な距離だけ離れている状態を維持することで、メニスカス105とウエハ107との間の界面における電流密度を、より均一にすることができることを理解されたい。したがって、一実施形態では、アノード102が、ウエハ107の上面の中央線に十分に近づいた時に、第1の電気回路307aへの電力供給から、第2の電気回路307bへの電力供給に移行される。ここで、中央線は、方向111と直交する方向に向いている。
第1の電気回路307aへの電力供給から、第2の電気回路307bへの電力供給に移行する際には、第2の電気回路307bへの電力が確立するまで、第1の電気回路307aへの電力が維持される。第2の電気回路307bに電力が供給されると、第1の電気回路307aは、電源309から切り離される。少なくとも一方の電気回路307a/307bへの電力を維持することにより、電気メッキ処理によって引き起こされる材料の析出におけるギャップや逸脱の可能性が最小限に抑えられる。
図5Cは、第1の電気回路307aへの電力供給から、第2の電気回路307bへの電力供給に移行した後に、アノード102の下方を横切り続けるウエハ107を示す図である。図に示すように、第2の電気回路307bは、電源317に接続されている。第1の電気回路307aは、矢印503で示すように、電源309から切り離されている。電流は、メニスカス105を通して、アノード102と電気接続310bとの間のウエハ107の上面を横切って、第2の電気回路307bに流れる。
図5Dは、電気メッキ処理の終了が近い時点で、アノード102の下方を横切り続けるウエハ107を示す図である。上側マスク領域314のシーラント領域313は、アノード102が上を横切る際に、電気メッキ溶液のメニスカス105から電気接点位置310aを保護するよう機能する。また、アノード102およびメニスカス105が上を横切る時には、第1の電気回路307aは、矢印503で示すように、電源309から切り離されている。
図5A−5Dによると、多層ウエハ支持装置は、電気メッキ処理中に、プラテン109の上に配置および保持されている。プラテン109は、真空ポートとインデックス点とを備えた平面を有するよう構成されている。プラテン109は、多層ウエハ支持装置、ウエハ107、および、電気メッキ溶液に対して、化学的適合性を有する材料から形成される。様々な実施形態では、プラテン109は、ステンレス鋼、または、PETやPVDFなどの工業用プラスチックで形成されてよい。
プラテン109の真空ポートは、電気メッキ処理中に、プラテン109に対してぴったりと、多層ウエハ支持装置を保持するよう機能する。一実施形態では、真空ポートは、多層ウエハ支持装置を均一に保持できるように、プラテン109全体に一様な間隔で配置される。多層ウエハ支持装置は、柔軟であることが予期されるため、真空ポートは、多層ウエハ支持装置の部分によって分布が不均一にならないように、一様な分布の固定力を提供するよう構成されることが重要である。
電気メッキ処理の後、さらなる処理のためにウエハ107を操作できるように、ウエハ107から上側層301をはがしてよい。一実施形態では、処理ヘッドに隣接して、リンス/乾燥バーを配置することができる。この実施形態では、リンス/乾燥バーは、利用した電気メッキ溶液の除去、ウエハ107の洗浄、および、ウエハ107の乾燥を行う。さらに、多層ウエハ支持装置は、繰り返し利用できるように、電気メッキ処理の後に再生可能であると考えられる。
図6は、本発明の一実施形態に従って、電気メッキ処理の際にウエハを支持する方法を示すフローチャートである。動作601において、下側膜層と上側膜層との間にウエハを配置する。この時、処理(すなわち、電気メッキ)されるウエハの表面は、上側膜層の開口部を通して露出される。一実施形態では、下側膜層および上側膜層は、それぞれ、非晶質膜として形成される。動作603において、上側膜層とウエハの周辺部との間に、液体シールが確立される。動作605において、第1の電気回路と、ウエハの第1の周辺位置との間に、電気接続が確立される。一実施形態では、第1の電気回路は、上側膜層と一体化されている。動作607において、第2の電気回路と、ウエハの第2の周辺位置との間に、電気接続が確立される。第2の周辺位置は、ウエハに関して第1の周辺位置の正反対に位置する。一実施形態では、第2の電気回路は、上側膜層と一体化されている。さらに、動作609において、ウエハを間に配置された下側膜層および上側膜層を、電気メッキシステムのプラテンの上に配置する。次いで、動作611において、プラテンは、電気メッキシステムの処理ヘッドの下方を横切って移動される。プラテンを横切らせることにより、上側膜層の開口部を通して露出されたウエハの表面が電気メッキされる。
一実施形態において、電気メッキ処理の際にウエハを支持する方法は、さらに、
第1の周辺位置から離れたウエハの部分が処理されている時に、第1の電気回路に電力を供給する動作と、
第1の周辺位置に近いウエハの部分が処理されている時に、第1の電気回路に電力を供給しない動作と、
第2の周辺位置から離れたウエハの部分が処理されている時に、第2の電気回路に電力を供給する動作と、
第2の周辺位置に近いウエハの部分が処理されている時に、第2の電気回路に電力を供給しない動作と、
ウエハの周辺縁部において均一な電流密度を維持するために、ウエハを取り囲む領域内に配置された犠牲アノードに電力を供給する動作であって、犠牲アノードは、下側膜層と一体化されている動作と、を備えてよい。
本発明は、いくつかの実施形態に沿って説明されているが、当業者が、これまでの明細書および図面から、様々な変更、追加、置き換え、および等価物を実現することは明らかである。したがって、本発明は、本発明の真の趣旨および範囲内での変更、追加、置き換え、および等価物の全てを含むよう意図されている。
本発明の一実施形態に従って、半導体ウエハを電気メッキするための装置を示す図。 図1Aで示したのと同様に、プラテンおよびウエハに対して処理ヘッドおよびアノードを示す上面図。 本発明の一実施形態に従って、多層ウエハ支持装置の下側層を示す上面図。 本発明の一実施形態に従って、図2AのA−Aに沿って示した下側層の断面図。 本発明の一実施形態に従って、図2AのB−Bに沿って示した下側層の断面図。 本発明の一実施形態に従って、多層ウエハ支持装置の上側層を示す底面図。 本発明の一実施形態に従って、図3AのC−Cに沿って示した上側層の断面図。 本発明の一実施形態に従って、図3AのD−Dに沿って示した上側層の断面図。 本発明の一実施形態に従って、多層ウエハ支持装置の組み立て品を示す図。 本発明の一実施形態に従って、多層ウエハ支持装置の組み立て品を示す図。 本発明の一実施形態に従って、多層ウエハ支持装置を用いて、図1Aを参照して上述したように、電気メッキ装置の動作を示す図。 本発明の一実施形態に従って、多層ウエハ支持装置を用いて、図1Aを参照して上述したように、電気メッキ装置の動作を示す図。 本発明の一実施形態に従って、多層ウエハ支持装置を用いて、図1Aを参照して上述したように、電気メッキ装置の動作を示す図。 本発明の一実施形態に従って、多層ウエハ支持装置を用いて、図1Aを参照して上述したように、電気メッキ装置の動作を示す図。 本発明の一実施形態に従って、電気メッキ処理の際にウエハを支持する方法を示すフローチャート。

Claims (20)

  1. 電気メッキ処理で用いる多層ウエハ操作システムであって、
    ウエハ配置領域と、前記ウエハ配置領域を取り囲む犠牲アノードとを備えた下側膜層と、
    前記下側膜層の上に配置されるよう構成された上側膜層と、を備え、前記上側膜層は、処理される前記ウエハの表面の上に配置される開放領域を備え、前記上側膜層は、前記開放領域の周辺部の周りで、前記上側膜層と処理される前記ウエハとの間に、液体シールを提供するよう構成され、前記上側膜層は、互いに正反対の位置で、処理される前記ウエハの上面の周辺部に電気的に接触するよう構成された第1および第2の電気回路を備える、多層ウエハ操作システム。
  2. 請求項1に記載の多層ウエハ操作システムであって、前記第1および第2の電気回路は、それぞれ、独立して制御可能であり、前記下側膜層の前記犠牲アノードから分離されている、多層ウエハ操作システム。
  3. 請求項1に記載の多層ウエハ操作システムであって、前記犠牲アノード、前記第1の電気回路、および、前記第2の電気回路の各々は、外部からアクセス可能なそれぞれの電気接点を介して、それぞれの電源に接続するよう構成されている、多層ウエハ操作システム。
  4. 請求項1に記載の多層ウエハ操作システムであって、前記下側膜層の前記ウエハ配置領域は、処理される前記ウエハの直径よりも小さい直径を有する円形の開放領域として形成され、前記開放領域の縁部の周りには、マスク領域が形成されており、前記マスク領域は、前記下側膜層と、処理される前記ウエハとの間に、液体シールを形成するよう構成されたシーラント領域を備える、多層ウエハ操作システム。
  5. 請求項1に記載の多層ウエハ操作システムであって、前記下側膜層および前記上側膜層は、それぞれ、非晶質膜として形成される、多層ウエハ操作システム。
  6. 請求項5に記載の多層ウエハ操作システムであって、前記非晶質膜は、Ajedium社のVictrex PEEK、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスルホン(PSU)、ポリフェニルスルフィド(PPS)、または、それらの非晶質膜のいずれかに銅を被覆または含浸させたもの、の内のいずれかである、多層ウエハ操作システム。
  7. 請求項1に記載の多層ウエハ操作システムであって、前記下側膜層および前記上側膜層は、それぞれ、電気メッキシステム内での前記多層ウエハ操作システムの配置および位置決めを容易にするための複数の位置合わせされたインデックス点を備える、多層ウエハ操作システム。
  8. 電気メッキ処理で用いるウエハ支持装置であって、
    処理されるウエハを受け入れるための領域を有する第1の材料層と、
    前記第1の材料層の上に形成された犠牲アノードと、
    前記ウエハの周辺領域と、前記ウエハの前記周辺領域の外側の前記第1の材料層とを覆うよう構成された第2の材料層であって、処理される前記ウエハの表面を露出させるための切り抜き部を備え、さらに、前記第2の材料層と、前記ウエハの前記周辺領域との間に、シールを形成するよう構成されている、第2の材料層と、
    前記第2の材料層内に一体化された一対の回路であって、前記一対の回路の内の各回路は、処理される前記ウエハの前記表面と電気的に接続するよう構成された電気接点を備え、前記一対の回路は、前記犠牲アノードから電気的に絶縁されている、一対の回路と、を備える、ウエハ支持装置。
  9. 請求項8に記載のウエハ支持装置であって、前記犠牲アノードは、前記第1の材料層内に埋め込まれている、ウエハ支持装置。
  10. 請求項8に記載のウエハ支持装置であって、さらに、
    前記第2の材料層と、処理される前記ウエハの前記周辺領域との間に、シールを形成するよう構成された接着剤を備える、ウエハ支持装置。
  11. 請求項8に記載のウエハ支持装置であって、前記第1および第2の材料層は、電気メッキシステム内での前記第1および第2の材料層の配置および位置決めを容易にするための位置合わせされたインデックス点を備える、ウエハ支持装置。
  12. 請求項8に記載のウエハ支持装置であって、前記一対の回路の内の各回路は、前記ウエハの周辺部の周りの互いに正反対の位置において、処理される前記ウエハの前記表面と接続するよう構成されている、ウエハ支持装置。
  13. 請求項8に記載のウエハ支持装置であって、前記犠牲アノードは、第1の電源と接続するよう構成されており、前記一対の回路は、第2の電源と接続するよう構成されており、前記第1および第2の電源は、独立して制御可能である、ウエハ支持装置。
  14. 請求項8に記載のウエハ支持装置であって、前記第1の材料層は、さらに、
    処理されるウエハの直径よりも小さい直径を有する円形の切り抜き部と、
    前記切り抜き部の周りに形成されたマスク領域と、を備え、前記マスク領域は、前記切り抜き部の縁部と、前記切り抜き部の上に中心を合わせた位置に配置される前記ウエハの縁部との間に配置され、前記マスク領域は、前記第1の材料層と前記ウエハとの間にシールを形成するよう構成された接着剤を備える、ウエハ支持装置。
  15. 請求項8に記載のウエハ支持装置であって、前記第1および第2の材料層は、それぞれ、非晶質膜として形成される、ウエハ支持装置。
  16. 請求項15に記載のウエハ支持装置であって、前記非晶質膜は、Ajedium社のVictrex PEEK、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスルホン(PSU)、ポリフェニルスルフィド(PPS)、または、それらの非晶質膜のいずれかに銅を被覆または含浸させたもの、の内のいずれかである、ウエハ支持装置。
  17. 電気メッキ処理の際にウエハを支持するための方法であって、
    下側膜層と上側膜層との間にウエハを配置する工程であって、処理される前記ウエハの表面が、前記上側膜層の開口部を通して露出される、工程と、
    前記上側膜層と、前記ウエハの周辺部との間に、液体シールを確立する工程と、
    第1の電気回路と、前記ウエハの第1の周辺位置との間に、電気接続を確立する工程であって、前記第1の電気回路は、前記上側膜層と一体化されている、工程と、
    第2の電気回路と、前記ウエハの第2の周辺位置との間に、電気接続を確立する工程であって、前記第2の周辺位置は、前記ウエハに関して、前記第1の周辺位置の正反対に位置し、前記第2の電気回路は、前記上側膜層と一体化されている、工程と、
    前記ウエハを間に配置した前記下側膜層および前記上側膜層を、電気メッキシステムのプラテン上に配置する工程と、
    前記電気メッキシステムの処理ヘッドの下方を横切って前記プラテンを移動させる工程であって、前記上側膜層の前記開口部を通して露出された前記ウエハの前記表面に対する電気メッキを引き起こす、工程と、を備える、方法。
  18. 請求項17に記載の電気メッキ処理の際にウエハを支持するための方法であって、さらに、
    前記第1の周辺位置から離れた前記ウエハの部分が処理されている時に、前記第1の電気回路に電力を供給する工程と、
    前記第1の周辺位置に近い前記ウエハの部分が処理されている時に、前記第1の電気回路に電力を供給しない工程と、
    前記第2の周辺位置から離れた前記ウエハの部分が処理されている時に、前記第2の電気回路に電力を供給する工程と、
    前記第2の周辺位置に近い前記ウエハの部分が処理されている時に、前記第2の電気回路に電力を供給しない工程と、を備え、
    電力は、ある時点において、前記第1の電気回路と前記第2の電気回路とのいずれかに供給される、方法。
  19. 請求項17に記載の電気メッキ処理の際にウエハを支持するための方法であって、さらに、
    前記ウエハの周辺縁部において均一な電流密度を維持するために、前記ウエハを取り囲む領域内に配置された犠牲アノードに電力を供給する工程を備え、前記牲アノードは、下側膜層と一体化されている、方法。
  20. 請求項17に記載の電気メッキ処理の際にウエハを支持するための方法であって、前記下側膜層および上側膜層は、それぞれ、非晶質膜として形成される、方法。
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