JP2021017654A

JP2021017654A - 電気化学的堆積システム

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Publication number: JP2021017654A
Application number: JP2020122754A
Authority: JP
Inventors: アーサー・キーグラー; Keigler Arthur; デイヴ・グアルナシア; Guarnaccia Dave; デメトリウス・パパパナイヤトウ; Papapanaiyatou Demetrius; ジョン・ハンダー; Hander Jon; ロバート・ムーン; moon Robert
Original assignee: ASM Nexx Inc
Current assignee: ASMPT Nexx Inc
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2021-02-15
Anticipated expiration: 2040-07-17
Also published as: JP2022167917A; KR102485544B1; JP7184849B2; US11608563B2; KR20210010397A; US20210017661A1; TW202104674A; CN112239881B; CN112239881A; TWI743872B

Abstract

【課題】ワークピースに十分な撹拌を提供し、近パターニングシールドとワークピースとの間の正確な位置合わせを維持し、システムの利用可能性の損失を最小にしてシールドを交換できるECDシステムを提供すること。【解決手段】ワークピース上へ金属を堆積させる電気化学的堆積システムが、めっき溶液を受け取る堆積チャンバと、第1の面でワークピースを保持するためのワークピースホルダと、第1の面に平行な第2の面でシールドを保持するシールドホルダと、めっき溶液を撹拌するプロファイル表面を有する攪拌プレートとを含み、ワークピースホルダ、シールドホルダおよび攪拌プレートはすべて、堆積チャンバ内への挿入およびそこからの除去のために適合され、ワークピースホルダとシールドホルダとの間の相対距離を、堆積チャンバ内に配置される間、第1および第2の面に垂直な方向において変化させるように動作可能なアクチュエータをさらに含む。【選択図】図14

Description

本発明は、電気化学的堆積システムおよび電気化学的堆積システムに用いるためのカートリッジに関する。

進歩したパッケージングのために用いられる、はるかに大きな、そしてより柔軟な長方形の基板によって特徴付けられる、比較的強固なシリコン円形ディスク、またはパネルによって特徴付けられる、ウエハ、特に半導体ウエハのようなワークピース上の相互接続フィーチャ寸法が小さくなるにつれて、そして電気的要件が厳しくなるにつれて、空間的および厚さの均一性が特に重要である用途が多くなっている。本発明は、このような用途のための正確なパターンにおける金属の電気化学的堆積(ECD)に関する。今後、「ワークピース」という用語は、ECDプロセスに適した、このようなウエハ、パネルおよび基板を包含するように用いる。

図1は、基板上へ金属を堆積させるための既知のECDシステム500を概略的に示しており、これは米国特許出願公開第2017/0370017号に詳細に説明されている。ECDシステム500は、共通のプラットフォーム上に配置されて、ワークピース上へ1つまたは複数の金属を堆積させるために構成された、少なくとも1つのECDモジュールを含む、以下に説明する、2つ以上の処理モジュールを含む。各ECDモジュールは、ある容量の陽極流体を含むように構成された陽極室、ある容量の陰極流体を含むように構成された陰極室、および陽極室を陰極室から分離する膜を含む。ECDシステム500は、ロード/入力段512を通ってECDシステム500に入るワークピースのセットを受け取って、柔軟なパネルホルダ(PH)のようなワークピースホルダ525内へ、それぞれの受け取られたワークピースをロードするためのローダモジュール510を含む、ワークピースのセットを受け取るローディングポートを有する。

システム500は、ワークピースホルダ525を介して、ローダモジュール510から所与の処理モジュール、たとえば、ECDモジュールまで、柔軟なワークピースを輸送し、この所与の処理モジュール内へ所与のワークピースを下げるように構成された輸送機構を含む。たとえば、処理のために指定されたワークピースホルダ525は、ロードされると、プロセス経路515(PHプロセス経路参照)に沿って進み、必要に応じて、1つまたは複数の前処理モジュール520において前処理、1つまたは複数の処理モジュール530、532、534、536、538において処理、そして必要に応じて、1つまたは複数の後処理モジュール540において後処理することができる。前処理はたとえば、処理されるべきワークピースを洗う、および/または濡らすことを含むことができる。処理はたとえば、ワークピース上へ、金属のような材料を堆積させることを含むことができる。一方、後処理はたとえば、ワークピースをすすぐ、および/または乾かすことを含むことができる。

アンローダモジュール550が、柔軟なワークピースをワークピースホルダから除去し、柔軟なワークピースを、柔軟なワークピースのセットを受け取るように構成されたアンローディングポートへ運ぶように構成されている。いったんアンロードされると、ワークピースホルダ525は、戻り経路555(PH戻り経路参照)に沿ってローダモジュール510に戻って他のワークピースを受け取ることができる。複数のワークピースホルダを用いることができ、いくつかのワークピースホルダは保管バッファに保持される。

ECDシステム500は、1つまたは複数の処理セル、すなわち、モジュール520、530、532、534、536、538、540における処理流体を管理するための化学的管理システム560をさらに含む。化学的管理は、供給、補充、投与、加熱、冷却、循環、再循環、保管、監視、排出、損減などを含むことができるが、これらに限定されない。システム500はまた電気的管理システム570を含み、これは、コンピュータエンコード命令に従って信号を送信および受信して、ECDシステム500を通るワークピースの移動を制御、または複数のモジュール520、530、532、534、536、538、540の化学組成、温度、流量などのような、化学的特性を制御することができる。加えて、電気的管理システム570は、所与のECDモジュール内に保持されているときの柔軟なワークピースの一方または両方の対向する平面に電流を印加するように構成することができる。こうすることにおいて、一方または両方の対向する表面を金属でめっきすることができ、ブラインドホールおよび/またはスルーホールが金属で充填される。

図2は、このようなECDシステムの斜視図を概略的に示す。ECDシステム500は、ローダモジュール510およびアンローダモジュール550と、これらの間に配置された複数のモジュール520、530、540と、を含む。ローダモジュール510およびアンローダモジュール550は、ECDシステム500の遠位端にあるように示されているが、これらのローディングおよびアンローディングモジュールは、システム全体の同じ端部に近接して配置することもできる。ワークピースWをワークピースホルダ525内へロードし、ワークピース転送システム560を介して移動させ、そして複数のモジュール520、530、540内に配置するために配向することができる。

当該技術において理解されているように、陽極と陰極との間に配置された開領域を備えた誘電体シールドまたはワークピースをECDに用いて、ワークピースの近くの電界を全体的に変化させ、これによって均一性制御のための堆積電流を変化させ、たとえば末端効果または他の1次元めっき効果を補償する。

米国特許第7445697号から知られている、このようなシールド100の例を図3に概略的に示す。シールド100はここで、使用中に、ワークピース縁部の近くの電界を遮断する外側リング114を含む。外側リング114は、めっきモジュール(図示せず)内のハウジング(図示せず)にシールドを接続するための留め穴112を含む。これらのボルトにより、めっき中、外側リング114を円形のワークピース(図示せず)と位置を合わせる。外側リング114内の、シールド100の実質的に平面の本体120が、複数のアパーチャ116を画定する。アパーチャ116は大きさの分布を有することができ、たとえば図3に示すように、アパーチャ116は、シールド100の中心に向かって直径が大きくなる。シールド100におけるアパーチャパターンおよびリング114の内径の両方とも、たとえばミリメータスケールで、ワークピースパターンの詳細にではなく、ワークピースの大きさ(シールド100のようなシールドは通常、ワークピースの全長に延在し得る)、「浴伝導性」(すなわち堆積チャンバ内のめっき溶液の伝導性)、めっき速度または何らかの他の全体的なパラメータに依存し得る。

このようなシールドは一般に、ワークピースから遠く、穴の間の間隔よりもかなり大きな距離で配置される。図4は、断面図において、シールド100およびワークピース101の一部を概略的に示す。シールド100のアパーチャ116はピッチHで間隔が空いている。ワークピース101の領域106が相互接続フィーチャを含む。フィーチャはたとえば隆起、柱、ビア、再分布層などであり得る。フィーチャは均一であっても不均一であってもよい。領域106は、高めっき可能エリアとしても知られている高電流密度の少なくとも1つの副領域、および/または少数の相互接続フィーチャがまばらに集合して低めっき可能エリアである少なくとも1つの副領域を含むことができる。

シールド100およびワークピース101の対向表面はギャップ距離Gによって分離されている。領域106におけるめっきの均一性は、ギャップGのアパーチャピッチHに対する比率に関係する。図4に示すG/Hの比率は3:1である。シミュレーションおよび実験的測定により、領域106において許容可能なめっき均一性を達成するため、比率G/Hが3:1以上である必要があることが示されている。領域106における堆積の均一性は、フォトレジスト開口パターン密度のような、多くの要因に依存するであろう。まばらな、および密なパターンが両方とも存在するなら、「電流集中」と呼ばれる効果により、まばらなエリアにおいて堆積速度が速くなり得る。この効果はフォトレジスト開口パターン密度のエリアと純粋なフォトレジストのエリアとの間の境界の近くで特に強い。

図3および図4に示す遠均一性シールド(far uniformity shield: FUS)における穴パターンはワークピース上の所望のめっきパターンとは関係ないことが分かる。

ECDシステム、流体撹拌および先行技術の遠均一性シールドの態様に関する背景情報を含む他の先行技術は、米国特許出願公開第2005/0167275号、米国特許出願公開第2012/0305404号、米国特許出願公開第2012/0199475号、米国特許第9631294号、米国特許第9816194号、米国特許第10014170号、および米国特許第10240248号を含む。

出願人は、使用中、ワークピースに十分に近く、フィーチャパターニングの長さスケールでの均一性制御を可能にするシールドの代替形態であれば、厳しい均一性制御が要求される用途に有利であろうことを提案する。このようなシールドであれば、特定のワークピースパターンで特に用いるために設計された開口のパターンを有するであろう。

しかしながら、ECDシステムにこのような「近パターニングシールド(close patterning shield)」(CPS)を実装することに対して多くの困難がある。たとえば、いくつかのECDシステムは、ワークピース表面で流体を撹拌および分配するためにワークピースを回転させる。シールドのワークピースとの位置合わせにはシールドをワークピースと並行して回転させることが要求されるので、このようなシステムにおいてCPSを実装することは困難である。このようなシステムにおけるシールドとワークピースとの間のめっき流体もまた回転することになり、基板表面での流体撹拌を減らし、反応種の物質輸送を限定し、そしてめっき速度が許容不可能に低くなる。

また、いくつかのECDシステムは、ワークピースを静止させて保持し、流体撹拌のためにパドルまたは撹拌プレートを用いる。このようなシステムにおいては、流体撹拌の効果のため、近パターニングシールドとワークピースとの間に正確な位置合わせを搭載および保持することは困難である。

さらに、近パターニングシールドは、特定のワークピースパターンで用いるために設計されているので、新たなパターンのワークピースがめっきされるたびに交換する必要がある。シールドの交換および再配置は一般に、撹拌運動駆動システムの再接続および再配置が要求される複雑な仕事である。駆動システムを接続および配置する必要性により、システムの利用可能性が減少することがある。

米国特許出願公開第2017/0370017号米国特許第7445697号米国特許出願公開第2005/0167275号米国特許出願公開第2012/0305404号米国特許出願公開第2012/0199475号米国特許第9631294号米国特許第9816194号米国特許第10014170号米国特許第10240248号米国特許第10,283,396号

本発明は、ワークピースに十分な撹拌を提供し、近パターニングシールドとワークピースとの間の正確な位置合わせを維持し、システムの利用可能性の損失を最小にしてシールドを交換することができるECDシステムを提供しようとしている。

本発明によれば、この目的は、第1に、ワークピースおよびシールドを、堆積チャンバに配置されている間、相対移動させることを可能にするECDシステムによって、第2に、モジュラーカートリッジ内の堆積チャンバ内へ挿入されるべき構成要素を提供し、これらの構成要素の配置および交換に大いに役立つことによって達成される。

本発明の第1の態様によれば、ワークピース上へ金属を堆積させるための電気化学的堆積システムであって、
使用中、めっき溶液を受け取るように適合された堆積チャンバと、
第1の面においてワークピースを保持するためのワークピースホルダと、
第1の面に実質的に平行な第2の面においてシールドを保持するためのシールドホルダと、
使用中、めっき溶液を撹拌するプロファイル表面を有する攪拌プレートと、
を含み、
ワークピースホルダ、シールドホルダおよび攪拌プレートはすべて、堆積チャンバ内への挿入およびそこからの除去のために適合され、
電気化学的堆積システムは、ワークピースホルダとシールドホルダとの間の相対距離を、それらが堆積チャンバ内に配置されている間、第1および第2の面に垂直な方向において変化させるように動作可能なアクチュエータをさらに含む、
電気化学的堆積システムが提供される。

本発明の第2の態様によれば、
使用中、液体を撹拌するプロファイル表面を有する攪拌プレートと、
シールドを保持するためのシールドホルダと、
を含む、ワークピース上へターゲット材料を堆積させるための電気化学的堆積システムに用いるカートリッジが提供される。

本発明の第3の態様によれば、第2の態様のカートリッジを含む電気化学的堆積のためのシステムが提供される。

本発明の他の具体的な態様および特徴が添付の請求項に規定されている。

本発明を次に添付の図面(一定の縮尺ではない)を参照して説明する。

既知のECDシステムを概略的に示す。図1のECDシステムの斜視図を概略的に示す。既知の遠均一性シールドの主要表面を概略的に示す。ワークピースに対して配置された遠均一性シールドの拡大断面図を概略的に示す。近パターニングシールドおよび非均一堆積領域を備えたワークピースの拡大断面図を概略的に示す。ワークピースのダイレベルでのフィーチャパターン領域の例示的なセットを、上から、概略的に示す。図6のワークピースとともに用いるための近パターニングシールドの一部を、上から、概略的に示す。図7の一部を含む長方形の近パターニングシールドを、上から、概略的に示す。図7の一部を含む円形の近パターニングシールドを、上から、概略的に示す。遠均一性および近配置シールドを用いたときの図6のまばらに集合した相互接続領域についての均一性対シールドとワークピースとのギャップのグラフを示す。遠均一性および近配置シールドを用いたときの図6の密に集合した相互接続領域についての均一性対シールドとワークピースとのギャップのグラフを示す。本発明の実施形態による電気めっきモジュールのワークピースを含むワークピースホルダ、カートリッジおよび構成要素を分解等角図で概略的に示す。ワークピースホルダが部分的に挿入された図11の電気化学的めっきモジュールを斜視図で概略的に示す。カートリッジが部分的に挿入された図11の電気化学的めっきモジュールを斜視図で概略的に示す。ワークピースホルダおよび2つのカートリッジが完全に挿入された図11の電気化学的めっきモジュールの一部の等角断面図を概略的に示し、カートリッジのための支持フィーチャを示す。挿入後のワークピースホルダおよびカートリッジを示す図14の電気化学的めっきモジュールの等角断面図を概略的に示す。カートリッジ作動に続く、図15と同様の図である。図11から図16のカートリッジおよびワークピースホルダに関する線運動駆動コンポーネントを等角図で概略的に示す。撹拌プレートに結合する線運動を示す2つのカートリッジの拡大等角図を概略的に示す。本発明の他の一実施形態による水平な電気化学的めっきモジュールの上面等角図を、断面で、概略的に示し、ワークピースと近接して並べられた均一性シールドを備えたカートリッジを示す。カートリッジが部分的に挿入された、図19のモジュールの分解等角図を、断面で、概略的に示す。

一貫性および明確性のため、次の説明全体を通して同様の参照数字を同様の構成要素のために維持する。

図5は、「近パターニング」シールド(「CPS」)200、および非均一堆積領域107を備えたワークピース101の拡大断面図を概略的に示す。図4に示す配置との比較のため、図示のシールドの範囲におけるシールド200のアパーチャ116'がピッチHで間隔を空けている一方、シールド200およびワークピース101の対向表面はギャップ距離Gによって分離されている。ここで、ギャップGの間隔Hに対する比率は0.5である。好ましくは、G、シールド200およびワークピース101の対向表面間の距離は、2から6mmの範囲内にある。ワークピース101上の領域107はアパーチャ116'を通してめっき電流を受け取るが、シールド領域117によって電流が阻止されるので、領域107の中間のギャップエリア108はそうならない。パターニングレジームはしたがって、図2および図3の遠シールド技術と図5の近シールディング技術との間では非常に異なる。

電気めっきにおいて近いシールドを有することに対しては利点がある。1つの利点は、電流集中効果を補償し、まばらな、および密に集合した領域が適切な電流密度を受け取るようにする能力である。アパーチャのパターンが中に形成された実質的に平らなプレートをシールドが含むことが、めっきにおけるCPSの使用にとって重要であり、アパーチャのパターンは、使用中、ワークピース上に配置されたフィーチャの場所に実質的に対応している。アパーチャ116はしたがって、適切に大きさが定められ、ワークピース101上のフィーチャと位置を合わせなければならない。アパーチャ116は、丸、楕円、正方形または長方形を含むさまざまな形状とすることができる。近いシールドについてのギャップGの開口Hに対する比率は、2:1未満、通常およそ1:1のギャップであり、図3に示すもののような先行技術の遠均一性シールド(「FUS」)と比較して改善された均一性を達成する。

図6は、ワークピースのダイレベルでのフィーチャパターン領域の例示的なセットを、上から、概略的に示す。ここで50mm×50mmである単一のダイ210が、2つのタイプのフィーチャパターン領域211および212を含む。中央正方形領域212は、20mm×20mmの寸法を有し、30パーセントのめっき可能エリアを備えた比較的まだらなパターンフィーチャを有する。長方形領域211は、5mm×10mmの寸法を有し、パターンフィーチャが比較的密に集合している。領域211についてのめっき可能エリアは55パーセントである。領域211および212内のフィーチャは、これらの領域の大きさよりはるかに小さくてもよく、たとえば10〜100μmの範囲の直径の円形開口または2〜10μmの範囲の幅の線である。

図7は、図6のワークピースとともに用いる、プレート状の、実質的に平らな近パターニングシールド200の一部220を、上から、概略的に示す。CPS部分220は、図6に示す相互接続フィーチャのワークピースのパターンのための均一な堆積のために最適化されたアパーチャ221および222を有する。点線領域211'および212'は、CPS部分220がダイ210と位置を合わせているときのダイ210の相互接続領域211および212の大きさおよび相対位置を示す。この例において、アパーチャ221および222の中心間の距離は20mmである。

アパーチャ221および222は、対応するパターン領域211および212より大きさが小さい。開口長さのめっき領域に対する比率はここで「減損率」と呼ぶ。たとえば、アパーチャ221の大きさが2.5mm×5mmであり、パターン領域211の大きさが5mm×10mmであれば、減損率は0.5である。

図8Aおよび図8Bは、近パターニングシールドの2つの代替形態、すなわちそれぞれ長方形および円形のシールドを、上から、概略的に示しており、これらはそれぞれ図7に示すようなCPS部分220の周期的な繰り返しを含む。各場合において、シールドはその中にアパーチャのパターンが形成されており、このパターンは、シールドプレートの平らな範囲にわたって周期的に繰り返す複数のサブパターン(すなわち部分220に含まれるアパーチャのあの配置)を含むことが分かる。その周期はたとえば、シールドの両方の主要方向、すなわち図8A、図8Bに示すような上下および左右において、5から100mmの範囲とすることができる。図8Aに示す長方形のシールド200Rが長方形のワークピースをめっきするのに適しているのに対し、図8Bに示す円形のシールド200Cは円形のワークピースをめっきするのに適している。各部分220またはサブパターンは、対応する基板101上の1つのダイに対応する。これらの図において例示するように、近配置シールドは、長方形、正方形、または円形を含む任意の形状とすることができる。これらの実施形態に示すアパーチャ221および222は長方形および正方形であるが、他の実施形態においてCPSアパーチャは、たとえば円形、楕円および長方形を含む、任意の形状とすることができる。

アパーチャのCPS200のパターンは、ワークピース101に関するフォトレジストフィーチャパターンについての情報、ならびにめっきモジュールについての幾何学的および電気的情報を含む電気化学的モデリングソフトウェアを用いて、ワークピース表面での電界および堆積速度を解決するように設計することができる。このようなソフトウェア内へ組み込まれるめっきモジュールの幾何学的特徴は、陽極アセンブリ(以下に説明するような)のCADモデル、シールド200、撹拌プレート(以下参照)、および電界に影響を与え得る任意の追加の電極または表面を用いることができる。このようなシミュレーションにおける電気的情報は、陽極およびワークピース表面での化学的効果、存在していれば、膜の効果、および1つまたは複数のめっき浴の導電性のためのモデルを含む。モデリングソフトウェアの一例が、マサチューセッツ州バーリントンのCOMSOL Inc.から入手可能なElectrodeposition Module of COMSOL Multiphysicsである。このようなソフトウェアを用いて最適化されたCPS200のフィーチャは、シールド内のアパーチャの数、場所、形状および大きさ、ならびにシールドプレート厚を含むことができる。このようなソフトウェアを用いて最適化することができるめっきモジュールフィーチャは、シールドとワークピースとのギャップ105、ならびに分割された陽極、膜、撹拌プレート、ワークピースおよびシールドホルダ、膜、モジュール表面および任意の追加の電極の形状および位置を含む。

図9は、遠均一性および近配置シールドを用いたときの図6のダイのまばらに集合した相互接続領域212についての、均一性対シールドとワークピースとのギャップGのグラフを示す。グラフは、COMSOL Multiphysicsソフトウェアを用いたシミュレーションの結果を示している。プロット縦座標は、1シグマ均一性としても知られている、めっき堆積速度の正常化された標準偏差である。プロットには4つの曲線が示されている。「FUS」という曲線は、2mmのグリッド上に均一に間隔を空けた直径1mmの円形の開口を備えたシールドについての均一性である。FUSについての均一性は、1:10のG/H比に対応している2〜20mmのギャップについて6.2〜8%の範囲にある。「CPS」という3つの曲線は、減損率(「SF」)が0.5、0.6および0.7のシールド220についての均一性である。グラフは、FUSと比較してはるかに良好な均一性がCPSで達成可能であることを示す。これはまた、最適なギャップは減損率に依存することを示す。0.7の減損率では、最適なギャップは4mmであり、1.4%の1シグマ均一性という結果をもたらす。この均一性はFUSよりもかなり良好である。

図10は、遠均一性および近配置シールドを用いたときの図6のダイの密に集合した相互接続領域211についての均一性対シールドとワークピースとのギャップGのグラフを示す。グラフは、COMSOL Multiphysicsソフトウェアを用いたシミュレーションの結果を示している。FUSという曲線は、2mmのグリッド上に均一に間隔を空けた直径1mmの円形の開口を備えたシールドについての隆起高さの正常化された標準偏差である。FUSについての均一性は、1:10のG/H比に対応する2〜20mmのギャップについて4.5〜6.2%の範囲にある。最適な減損率は0.6であるが、均一性は、まばらな領域より密な領域の方が減損率に対して感度が低い。4mmの最適なギャップで、図7に示す開口を備えたCPS200についてのG/H比は(4mm/20mm)=0.2である。

図11は、本発明の一実施形態によるECDシステムの電気めっきモジュールのワークピースを含むワークピースホルダ、カートリッジおよび構成要素を分解等角図で概略的に示す。電気めっきモジュール300が、以下でさらに詳細に説明するように、ECDシステムの構成要素の多くを保持するための、使用中、ワークピースの面に実質的に平行な2つの対向する主要表面を備えた略直方体形状のハウジング301を含む。特に、ハウジング301は、めっき溶液を受け取り、以下に詳細に説明するように、ワークピースホルダ310によって第1の面に保持されたワークピース311を受け取るように適合された少なくとも1つの堆積チャンバまたはめっき浴と、第1の面に実質的に平行な第2の面において、それぞれのシールドホルダ、ここではカートリッジフレーム321によって保持された少なくとも1つの近パターニングシールド(CPS)200と、使用中、めっき溶液を撹拌するプロファイル表面を有する撹拌プレート312と、を収容する。図示のように、CPS200、撹拌プレート312およびカートリッジフレーム321は、堆積チャンバ内への一体の挿入およびそこからの除去のためにカートリッジ320として一緒に組み立てられている。少なくとも1つの追加のカートリッジを、堆積チャンバ内への挿入およびそこからの除去のために提供することができ、図11において、2つのこのようなカートリッジ320を示している。

関連する電気的接続部313によって動力が供給される、複数のセグメントを備えた陽極アセンブリ302が、ハウジング301の一方または両方の主要外部表面に設けられており、この構成は当該技術において知られている。

モジュール300はまた、使用中、ワークピースの面に平行な方向に、すなわち図11に示すように垂直方向に撹拌プレート312を駆動するように動作可能なリニアモータ303を含み、この動作は以下でより詳細に説明する。

ECDシステムは全体として、複数のこのようなモジュール300、ならびに、図1および図2に示すとともにこれらを参照して上述した既知のシステムと同一または同様の方法で、ワークピース(およびそれらのワークピースホルダ)を正しいモジュールへ移動させ、これを挿入および除去し、そしてワークピースをシステムから出すための輸送および制御機構を含むことができるということが留意されるべきである。このような装置は当該技術において知られており、当業者によってよく理解されているであろうから、これらのシステムのこのような特徴はさらに詳細に議論する必要がない。

図12は、図11の電気化学的めっきモジュールを斜視図で概略的に示しており、ワークピースホルダ310およびそのワークピース311がモジュール300の堆積チャンバ内へ部分的に挿入されている。例示的なワークピースホルダ310が米国特許第10,283,396号に記載されている。処理の前に、図1および図2に示すとともにこれらを参照して上述したもののような輸送システムを用いて、ハウジング301内へワークピースホルダ310を下げる。電気めっきに続いて、輸送システムは、ワークピースホルダ310を引き上げて、さらなる処理、たとえばワークピース311を洗って乾かすために他のモジュール(図示せず)へワークピースホルダ310を運ぶように動作する。

図13は、図11の電気化学的めっきモジュールを斜視図で概略的に示しており、各カートリッジ320がモジュール300の堆積チャンバ内へ部分的に挿入されている。各カートリッジ320は、CPS200、撹拌プレート312およびカートリッジフレーム321を含み、カートリッジフレーム321は、この実施形態において、ワークピースの面に実質的に平行な面においてCPS200を維持するシールドホルダとして作用するとともに、堆積チャンバからの挿入および除去の間、ワークピースとの平行な配置にそれぞれの撹拌プレート312を保持する。

図14は、ワークピースホルダ310および2つのカートリッジ320が完全に挿入された図11の電気化学的めっきモジュール300のべース部分を等角断面図で概略的に示し、カートリッジのための支持フィーチャを示す。各カートリッジ320内で、撹拌プレート312のベース314が、ハウジング301の底部に向かって下方へ、カートリッジフレーム321の最低限度を越えて、撹拌支持プレート332まで延在する。各陽極アセンブリ302は、陽極支持体326によって支持された陽極324を含むことも分かる。膜327が、それらの境界でハウジングに取り付けられ、ハウジング301を、内側キャビティ304および外側キャビティ323の2つの区画に分離しており、それぞれ異なる化学組成のめっき浴を含む。各膜327は膜支持体328によって保持されている。ワークピース311の両側にめっきすることには、図示のように2つの陽極324、2つのCPS200、および2つの撹拌プレート312が要求されることが理解されるべきである。しかしながら、ワークピース311の片面めっきのための代替実施形態においては、単一の陽極324、CPS200および撹拌プレート312のみが要求される。

図15は、挿入後のワークピースホルダ310およびカートリッジ320を示す図14の電気化学的めっきモジュール300の等角断面図を概略的に示す。各カートリッジ320において、カートリッジフレーム321は、移動ガイド322の対応する垂直のみぞ付きフィーチャと噛み合う噛合フィーチャを含み、移動ガイド322は次にCPS200を搬送してこれを挿入中に支持する。挿入後、ガイド322におけるみぞ付きフィーチャにより、CPS200とワークピース311との間の平行な配置が維持される。ハウジング301の内部の表面に、カートリッジフレーム321に近接して、アクチュエータ325が設けられ、これは、カートリッジフレーム321、移動ガイド322、CPS200および撹拌プレート312をハウジング301に対して移動させ、CPS200とワークピース311との間の距離を変化させるように動作可能である。図15は、カートリッジ320を後退位置で示しており、堆積チャンバの内側キャビティ304内へのワークピースホルダ310の挿入のために撹拌プレート312とワークピース311との間に十分な間隙を提供する一方、撹拌プレート312とワークピース311との間の干渉の可能性を最小にしている。この間隙は、ワークピース311が柔軟でわずかに曲がり得る場合において特に有利である。当業者には明白であろうように、アクチュエータ325は空気圧、機械的または電気的タイプであり得る。

図16は、カートリッジ作動に続く、図15と同様の図である。ガイド322およびしたがってカートリッジ320のアクチュエータ325による移動に続き、CPS200はワークピース311に密接してこれと位置を合わせる。カートリッジ320がこの近い配置になると、ワークピース311に電気めっきのために電流を提供することができる。ワークピースホルダ310への電気的接続が接点の作動によって確立され、これは、当業者に理解されるであろうように、1つまたは複数の空気圧ピストンまたはクランプ(図示せず)を用いて行うことができる。

図17は、図11から図16のカートリッジ320およびワークピースホルダ310に関する線運動駆動コンポーネントを等角図で概略的に示す。リニアモータ303が垂直駆動運動を生成するように動作可能であり、これは撹拌支持プレート332にそれぞれの駆動シャフト317を介して結合され、これらは使用中、ワークピースの面に平行に、および実質的にこの中を、その各横側に延在する。撹拌支持プレート332は、2つの駆動シャフト317の遠位端の間を走る細長い梁であり、使用中、撹拌プレートベース314の突出拡張部333と撹拌支持プレート332への突出ベースプレート拡張部331との間のカップリングを介して撹拌プレート312に垂直駆動運動を加え、拡張部333およびベースプレート拡張部331は、カートリッジ320がハウジング301内へ挿入されているとき揃えられ隣接している。

図18は、2つのカートリッジ320の拡大等角図を概略的に示し、これらの撹拌プレート312に結合する線運動を示しており、各カートリッジ320はハウジング301内へ挿入され、そのそれぞれのCPS200はワークピース311に対して近接して並べられ、それぞれのカートリッジフレーム321によって支持されている。各撹拌プレート312の撹拌プレートベース314はそれぞれのカートリッジフレーム321を越えて下方に延在し、共通の撹拌支持プレート332と当接する。撹拌支持プレート332は、上方撹拌駆動力(リニアモータ303によって作成される、図17参照)を撹拌プレート312に結合する。撹拌プレート拡張部333とベースプレート拡張部331との間の結合により、下方撹拌駆動力が撹拌プレート312に提供される。撹拌プレート拡張部333とベースプレート拡張部331との間の結合は機械的であっても磁気的であってもよい。好ましい一実施形態において撹拌プレート拡張部333とベースプレート拡張部331との間の結合は磁気的であり、これにより撹拌駆動力の転送を自動調心とすることが可能になる。拡張部333および331に設けられる磁石は、撹拌支持プレート332と撹拌プレート拡張部333との間の結合力が、撹拌中の慣性および粘着力に打ち勝つのに十分であるが、それでもカートリッジ320が手で除去可能であるような大きさとすることができる。

図19は、本発明の他の一実施形態による水平な電気化学的めっきモジュール300'の上面等角図を、断面で、概略的に示し、ワークピース311と近接して並べられたCPS200を備えたカートリッジ320を示す。ここで、「水平モジュール」という用語は、図11から図18において説明した「垂直の」装置とは対照的に、平らなワークピース311、ならびにCPS200および撹拌プレート312がすべて、堆積中、水平な配向に保持されることを意味する。簡素化のため、単一のカートリッジ320のみを含む配置を示しているが、当業者には明白なように、ワークピース311の各側に1つのカートリッジを備えた、2カートリッジ構成も等しく可能である。

図19に示すように、モジュール300'は、3つのハウジング部分、すなわち上部ハウジング301A、中央ハウジング301Bおよび下方ハウジング301Cを有するハウジング301によって画定されており、これらはスタック構成で設けられ、使用中、めっき溶液を受け取るように適合された中央堆積チャンバを封入している。カートリッジ320はCPS200を含み、これは図示のようにワークピース311、および撹拌プレート312と近接して並べられている。下方ハウジング301C上の、モジュール300'のベースに近接して配置された陽極アセンブリ302が、複数の陽極片324を含む。膜支持体328によって保持された膜327が、中央ハウジング301B内の上方キャビティ344における流体から下方ハウジング301C内の下方キャビティ343におけるめっき流体(めっき溶液)を分離している。カートリッジ320は、ワークピース311との近配置を維持するため、中央ハウジング301Bに設けられたプロファイルフィーチャによって支持される。ワークピース311は、中央ハウジング301B内に支持されたキャリア338によって保持され、これにより、ワークピース311の縁部での電気的接続および流体封止の両方が提供される。上部ハウジング301Aは、使用済み流体のための排出マニフォールド329を支持する。

図20は、図19のモジュール300'の分解等角図を、断面で、概略的に示しており、カートリッジ320が部分的に挿入されている。図示のように、カートリッジ320は、上部ハウジング301Aと中央ハウジング301Bとの間に挿入可能である。上部ハウジング301Aはたとえば、カートリッジ320の挿入を可能にするのに十分な間隙を提供するように垂直に作動させることができ、または代替実施形態(図示せず)において、アクチュエータが、たとえばクラムシェル方式で、中央ハウジング301Bに対して上部ハウジング301Aを開き、カートリッジ320を受け入れることができる。すべての実施形態において、カートリッジ320が堆積チャンバ内へ挿入されると、アクチュエータは、ワークピースホルダとシールドホルダとの間の相対距離を減少させるように動作することになる。

上述の実施形態は単なる例示であり、本発明の範囲内の他の可能性および代替例が当業者には明白であろう。

100 遠均一性シールド
101 ワークピース
106 ワークピース領域
107 エリア
108 ギャップエリア
112 留め穴
114 外側リング
116、116' アパーチャ
117 シールド領域
120 平面の本体
200 近パターニングシールド(CPS)
220 シールド部分
300 モジュール
300' 水平モジュール
301 ハウジング
301A 上部ハウジング
301B 中央ハウジング
301C 下方ハウジング
302 陽極アセンブリ
303 リニアモータ
304 内側キャビティ
310 ワークピースホルダ
311 ワークピース
312 撹拌プレート
314 撹拌プレートベース
313 電気的接続部
320 カートリッジ
321 カートリッジフレーム
322 移動ガイド
323 外側キャビティ
324 陽極
325 アクチュエータ
326 陽極支持体
328 膜支持体
329 排出マニフォールド
331 ベースプレート拡張部
332 撹拌支持プレート
333 撹拌プレート拡張部
343 下方キャビティ
344 上方キャビティ
338 キャリア
G ギャップ距離
H アパーチャ間隔
500 既知のECDシステム
510 ローダモジュール
512 ロード/入力段
515 プロセス経路
520 前処理モジュール
525 ワークピースホルダ
530、532、534、536、538 処理モジュール
540 後処理モジュール
550 アンローダモジュール
555 戻り経路
560 化学的管理システム
570 電気的管理システム
PH パネルホルダ

Claims

ワークピース上へ金属を堆積させるための電気化学的堆積システムであって、
使用中、めっき溶液を受け取るように適合された堆積チャンバと、
第1の面においてワークピースを保持するためのワークピースホルダと、
前記第1の面に実質的に平行な第2の面においてシールドを保持するためのシールドホルダと、
使用中、めっき溶液を撹拌するプロファイル表面を有する攪拌プレートと、
を含み、
前記ワークピースホルダ、前記シールドホルダおよび前記攪拌プレートはすべて、前記堆積チャンバ内への挿入およびそこからの除去のために適合され、
前記電気化学的堆積システムは、前記ワークピースホルダと前記シールドホルダとの間の相対距離を、それらが前記堆積チャンバ内に配置されている間、前記第1および第2の面に垂直な方向において変化させるように動作可能なアクチュエータをさらに含む、
電気化学的堆積システム。
前記撹拌プレートおよび前記シールドホルダは、前記堆積チャンバ内への挿入およびそこからの除去のため、カートリッジとして一緒に組み立てられている、請求項1に記載のシステム。
前記撹拌プレートは前記シールドホルダに取り付けられている、請求項2に記載のシステム。
前記撹拌プレートは、前記シールドホルダに可動に取り付けられ、前記第1の面に平行な方向において、その間の相対移動が可能である、請求項3に記載のシステム。
前記堆積チャンバ内への挿入およびそこからの除去のための少なくとも1つの追加のカートリッジを含む、請求項2に記載のシステム。
前記シールドホルダによって保持されたシールドを含む、請求項1に記載のシステム。
前記シールドは、アパーチャのパターンが中に形成された実質的に平らなプレートを含み、前記アパーチャのパターンは、使用中、前記ワークピース上に配置されたフィーチャの場所に実質的に対応している、請求項6に記載のシステム。
前記シールドは、アパーチャのパターンが中に形成された実質的に平らなプレートを含み、前記パターンは、前記プレートの平らな範囲にわたって周期的に繰り返す複数のサブパターンを含む、請求項6に記載のシステム。
前記周期は5から100mmの範囲にある、請求項8に記載のシステム。
前記アクチュエータは、前記シールドおよび前記ワークピースの対向表面が、使用中、前記堆積チャンバ内で2から6mmの範囲の距離内にくるように、前記ワークピースホルダと前記シールドホルダとの間の相対距離を変化させるように動作可能である、請求項1に記載のシステム。
前記アクチュエータは、電気アクチュエータ、空気圧アクチュエータおよび水圧アクチュエータからなる群の1つを含む、請求項1に記載のシステム。
攪拌アクチュエータを含み、前記攪拌アクチュエータは、前記堆積チャンバに前記攪拌プレートが挿入されているとき、これに動作可能に接続され、前記第1の面に平行な方向において前記挿入された攪拌プレートの相互線状移動をもたらす、請求項1に記載のシステム。
前記攪拌プレートと前記攪拌アクチュエータとの間にカップリングを含み、前記カップリングは、前記攪拌プレートが前記堆積チャンバ内へ挿入されるときに係合し、前記攪拌プレートが前記堆積チャンバから除去されるときに外れる、請求項12に記載のシステム。
前記カップリングは磁気的カップリングを含む、請求項13に記載のシステム。
使用中、液体を撹拌するプロファイル表面を有する攪拌プレートと、
シールドを保持するためのシールドホルダと、
を含む、ワークピース上へターゲット材料を堆積させるための電気化学的堆積システムに用いるカートリッジ。
前記シールドホルダによって保持されたシールドを含む、請求項15に記載のカートリッジ。
前記シールドは、アパーチャのパターンが中に形成された実質的に平らなプレートを含み、前記アパーチャのパターンは、使用中、前記ワークピース上に配置されたフィーチャの場所に実質的に対応している、請求項16に記載のカートリッジ。
前記シールドは、アパーチャのパターンが中に形成された実質的に平らなプレートを含み、前記パターンは、前記プレートの平らな範囲にわたって周期的に繰り返す複数のサブパターンを含む、請求項16に記載のカートリッジ。
前記周期は5から100mmの範囲にある、請求項18に記載のカートリッジ。
請求項15に記載のカートリッジを含む電気化学的堆積のためのシステム。