KR100691201B1 - 무전해 도금 및 전기 도금을 사용하는 구리 도금 방법 및그 장치 - Google Patents

무전해 도금 및 전기 도금을 사용하는 구리 도금 방법 및그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따라, 가공품(25)의 표면 상으로 금속을 도금하기 위한 반응기(20)가 개시된다. 이 반응기(20)는 내부에 배치된 전기 도금 용액을 포함하는 반응기 보울(35) 및 전기 도금 용액과 접촉하는 반응기 보울 내에 배치된 양극(55)을 포함한다. 콘택트 조립체(85)는 반응기 보울(35) 내의 양극(55)으로부터 일정 간격을 유지하고 있다. 이 콘택트 조립체는 가공품에 전기 도금력을 제공하기 위해 가공품의 표면의 주변 에지와 접촉하도록 배치된 복수개의 콘택트(도시하지 않음)를 포함한다. 접시 고리 또는 불연속 요곡부 형태일 수 있는 콘택트들은 가공품이 그와 접촉하게 됨에 따라 가공품 표면에 반하여 와이핑 작업을 수행한다. 콘택트 조립체는 복수개의 콘택트 내부에 배치된 배리어(도시하지 않음)를 포함하기도 한다.
반응기 보울, 양극, 콘택트 조립체, 배리어, 접시 고리, 퍼지 가스

Description

무전해 도금 및 전기 도금을 사용하는 구리 도금 방법 및 그 장치{Method and apparatus for copper plating using electroless plating and electroplating}
본 발명은 일반적으로 웨이퍼상에 1개 이상의 금속층의 형성을 요하는 반도체 웨이퍼 등의 가공품으로부터 유도되는 반도체 집적 회로 및 기타 마이크로일렉트로닉 장치에 관한 것이다. 이들 금속층은 예를 들면 집적 회로의 여러 디바이스들을 전기적으로 상호 접속시키는 데 사용된다. 더욱이, 금속층들로부터 형성된 구조물은 판독/기입 헤드 등의 마이크로일렉트로닉 장치를 구성할 수 있다.
이러한 마이크로일렉트로닉 제조업은 그러한 구조물을 형성하기 위해 광범위한 금속을 적용하고 있다. 이들 금속으로는, 예를 들면 니켈, 텅스텐, 땜납, 백금 및 구리를 들 수 있다. 더욱이, 그러한 금속을 용착시키기 위해 광범위한 처리 기술이 사용되고 있다. 이들 기술로는 예를 들면 화학 증착(CVD), 물리적 증착(PVD), 전기 도금 및 무전해 도금(electroless plating)을 들 수 있다. 이들 기술 중에서, 전기 도금 및 무전해 도금이 가장 경제적이고 가장 바람직한 경향이 있다. 전기 도금 및 무전해 도금은 패턴화된 금속층 뿐만 아니라 블랭킷(blanket) 금속층의 용착에 사용될 수 있다.
반도체 웨이퍼상으로 금속을 용착시키기 위해 마이크로일렉트로닉 제조업이 사용하는 가장 대중적인 프로세스 시퀀스 중의 하나는 "상감(damascene)" 처리라 칭한다. 통상적으로 "비아(vias)"라 칭하는 그러한 처리 구멍에는, 트렌치(trench) 및(또는) 리세스가 가공품상에 형성되고 구리 등의 금속으로 충전된다. 상감 공정에서, 웨이퍼는 먼저 후속하는 금속 도금 단계 동안 전류를 전도시키기 위해 사용되는 금속 시드층(metallic seed layer)을 제공받는다. 구리 등의 금속이 사용되는 경우, 상기 시드층은 Ti, TiN 등의 배리어층 물질상으로 배치된다. 시드층은 여러 공정 중 하나 이상을 사용하여 도포될 수 있는 매우 박층의 금속층이다. 예를 들면, 금속의 시드층은 물리 증착 또는 화학 증착 공정을 사용하여 아래 놓여 1,000Å 두께 치수의 층을 형성할 수 있다. 시드층은 구리, 금, 니켈, 팔라듐 또는 기타 금속으로 형성되는 것이 유리할 수 있다. 시드층은 비아, 트렌치 또는 기타 리세스된 디바이스 피처의 존재 하에 둘둘 말린 표면상으로 형성된다.
이어서, 금속층은 블랭킷 층의 형태로 시드층상으로 전기 도금된다. 블랭킷층은 판금되어 오버라잉층(overlying layer)을 형성하고, 단, 그 목표는 트렌치 및 비아를 충전시키고 이들 피처 위로 특정 양만큼 확장하는 금속층을 제공하는 것이다. 그러한 블랭킷층은 전형적으로 10,000 내지 15,000Å(1-1.5 μ) 치수의 두께를 가질 것이다.
블랭킷층이 반도체 웨이퍼상으로 전기 도금된 후, 비아, 트렌치 또는 기타 리세스 밖에 존재하는 초과량의 금속 물질이 제거된다. 금속이 제거되어 형성되는 반도체 집적 회로 내에 금속층의 패턴을 제공한다. 초과량 도금된 물질은 예를 들면 기계 화학적 평탄화(planarization)를 사용하여 제거될 수 있다. 기계 화학적 평탄화는 전기 도금 단계에서 도포된 금속층의 바람직하지 못한 부분을 제거하기 위해 노출된 금속 표면을 연삭 및 연마하는 연마재 및 화학제거 제거제의 조합 작용을 이용하는 처리 단계이다.
반도체 웨이퍼의 전기 도금은 반응기 조립체에서 일어난다. 그러한 조립체에서, 양극 전극은 도금조에 배치되고, 그 위에 시드층을 갖는 웨이퍼가 음극으로서 사용된다. 웨이퍼의 하위 표면 만이 도금조의 표면과 접촉한다. 웨이퍼는 이 웨이퍼에 필수적인 전기 도금력(예, 음극 전류)을 유도하기도 하는 지지체 시스템에 의해 유지된다. 지지체 시스템은 웨이퍼를 제 위치에 고정시키고, 도금 과정 동안 전류를 유도하기 위해 웨이퍼와 시드층을 접촉시키기도 하는 도전성 핑거를 포함할 수 있다. 반응기 조립체의 일 예는 "말단 콘택트부 및 유전체 커버를 갖는 가공품-결합 전극을 갖는 반도체 도금 시스템가공품 지지체(Semiconductor Plating System Workpiece Support Having Workpiece - Engaging Electrodes With Distal Contact Part and Dielectric Cover)"라는 표제로 1997년 9월 30일자로 출원된 미합중국 특허 제08/988,333호에 개시되어 있다.
여러 가지 기술적 문제점들은 반도체 웨이퍼의 전기 도금에 사용된 설계되는 반응기에서 극복되어야 한다. 웨이퍼 주변 둘레에 시드층을 갖는 적은 수의 불연속 전기 콘택트(예, 6개의 콘택트)를 이용함으로써 통상적으로 웨이퍼의 다른 부분들보다 콘택트 근처에 보다 큰 전류 밀도를 생성한다. 다시, 웨이퍼를 가로질러 전류의 이러한 불균일한 분포는 도금된 금속 물질의 불균일한 용착을 유발한다. 시드층과 접촉하는 것들 이외의 전기 도전성 소자들을 제공함으로써 수행되는 강탈 전류는 그러한 불균일도를 최소화시키기 위해 웨이퍼 콘택트 근처에서 사용될 수 있다. 그러나, 그러한 강탈 기술(thieving technique)은 전기 도금 장비에 복잡성을 더하고, 보수 요건을 증가시킨다.
웨이퍼의 전기 도금이 갖는 다른 문제점은, 전기 도금 공정 동안 전기 콘택트들 자체가 도금되는 것을 방지하기 위한 노력에 관련한다. 전기 콘택트에 도금되는 임의의 물질은 콘택트 성능의 변화를 방지하기 위해 제거되어야 한다. 불연속 전기 콘택트에 대한 시일링 메커니즘을 제공할 수 있지만, 그러한 배열은 전형적으로 웨이퍼 표면의 유효 영역을 커버하고, 전기 콘택트 디자인에 복잡성을 더할 수 있다.
추가의 문제점을 다루는 데 있어서, 반도체 웨이퍼의 에지 근처에 노출된 배리어(barrier layer)층상에서 전기 도금을 방지하는 것이 때로 바람직할 수 있다. 전기 도금된 물질은 노출된 배리어층 물질에 잘 부착될 수 없고, 따라서, 후속하는 웨이퍼 처리 단계에서 완전히 박리되는 경향이 있다. 더욱이, 반응기 내에서 배리어층상으로 전기 도금된 금속은 전기 도금 공정 동안 박편될 수 있고, 그에 따라 전기 도금조에 특정 오염물을 부가할 수 있다. 그러한 오염물은 전체적인 전기 도금 공정에 부작용을 미칠 수 있다.
전기 도금될 특정 금속은 전기 도금 공정을 수행할 수도 있다. 예를 들면, 특정 금속의 전기 도금은 전형적으로 비교적 큰 전기 저항을 갖는 시드층의 사용을 필요로 한다. 결과적으로, 전형적으로 복수개의 전기 웨이퍼 콘택트(예, 6개의 불연속 콘택트)를 사용함으로써 웨이퍼상에 도금된 금속층의 적절한 균일도를 제공할 수 없다.
위에서 고찰한 콘택트 관련 문제점들 외에, 전기 도금 반응기와 연관된 다른 문제점들도 존재한다. 디바이스 크기가 증가함에 따라, 가공 환경에 대한 보다 치밀한 제어의 필요성이 증가한다. 이는 전기 도금 공정 후 오염물에 대한 제어를 포함한다. 따라서 그러한 오염물을 발생시키는 경향이 있는 반응기의 이동 부품들을 엄격한 단리 요건에 적용시켜야 한다.
또 다른 현존하는 전기 도금 반응기는, 종종 상이한 전기 도금 공정을 유지 및(또는) 재구성하기 곤란하다. 그러한 곤란점은 전기 도금 반응기 디자인이 대량 생산되어야 하는 경우에 극복되어야 한다.
본 발명의 일 국면은 다음 특징: 즉, 개선된 가공품 콘택트 조립체, 신속한-단락 콘택트 조립체 구조를 갖는 처리 헤드 및(또는) 처리 환경으로부터 이동하는 부품의 효과적인 단리를 수행하는 처리 헤드 중의 하나를 갖는 개선된 전기 도금 장치에 관한 것이다.
전기 도금에 의한 구리 용착과 관련한 한가지 결점은 마이크로일렉트로닉 가공품상의 매우 작은 피처(feature)(0.1μ 이하의 피처)에 대해, 전기 도금에 의한 구리 용착이 큰 애스펙트비(aspect ratio)의 비아 및 트렌치의 측벽과의 등각성을 결여할 수 있고, 형성된 상호접속부 및 플러그(비아)에 공극을 형성할 수 있다는 것이다. 이는 종종 PVD 또는 CVD에 의해 결과로써 용착된 구리 시드층의 불균일도에 기인하고, 시드층은 큰 애스펙트비의 피처의 바닥으로 전류를 전달하기에 충분한 두께일 수 없다.
마이크로일렉트로닉 가공품상으로 구리를 용착시키는 대체 공정은, "무전해" 도금으로서 공지되어 있다. 마이크로일렉트로닉 가공품상으로 구리 금속화의 무전해 도금법은 V.M. 듀빈 등에 의해 문헌 "(서브-하프 미크론 무전해 Cu 금속화(Sub-Half Micron Electroless Cu Metallization)"에 개시되어 있고, 또한 재료 연구회 심포지움 회보(Materials Research Society Symposium Proceedings), 제427권, 미래 ULSI에 대한 진보된 금속화(Advances Metallization For Future ULSI), 1996년에 출판되었으며, 이들을 참고 문헌으로 인용한다. 이들 문헌은 보다 낮은 도구 단가, 보다 낮은 처리 온도, 보다 높은 품질의 용착, 우수한 도금 균일도, 및 양호한 비아/트렌치 충전 가능성을 포함하는 무전해 Cu 금속화의 잠재적인 장점을 개시하고 있다.
개시된 공정에 따라, 블랭킷 무전해 Cu 용착은 Cu 시드층을 갖는 가공품상으로 충전되는 비아 및 트렌치에 대해 수행되었다. Cu 시드층은 스퍼터링 또는 콘택트 치환(습식 활성화 공정)에 의해 미리 용착되었다. 알루미늄 희생층(sacrificial layer)은 Cu 시드층상으로 스퍼터링되었다. 조준된 Ti/N, 조준되지 않은 Ti 및 조준되지 않은 Ta는 확산 배리어/접착 촉진제층으로서 사용되었다. Cu층의 무전해 용착 후에, 상감 세공된 구리 금속화를 얻기 위해 구리층의 화학/기계적 연마가 수행되었다. 선택적인 무전해 CoW 패시베이션층이 상감 세공된 Cu 금속화층상으로 용착되었다.
상기 문헌에 개시된 방법에 따라, 웨이퍼의 이송 없이 동일한 무전해 Cu 도금조 내의 Al 희생층의 에칭은 촉매된 Cu 표면이 공기에 노출되지 않게 한다. 이는 무전해 Cu 용착이 착수되기 전에 산화를 피하는 것으로 알려져 있다. Al 희생 시드층의 에칭 후, 촉매된 시드층은 무전해 Cu 용착의 촉매 물질로서 작용한다. 또한, 개시된 방법에 따라, 진공 중에서 300℃에서 시드배리어층 시스템의 어니일링은 시드층의 접착을 개선시켰다.
또한, 용액 안정성을 증가시킬 뿐만 아니라 표면 인장을 제어하고, 용착물 내의 수소 포함을 지연시키기 위해 소량의 계면활성제 및 안정제가 구리 도금 용액에 부가되었다. 계면활성제의 예는 RE 610, 폴리에틸렌글리콜, NCW-601A, 트리톤 X-100이다. 개시된 안정제의 예는 네오쿠프로인, 2,2'-디피리딜, CN-, 로다닌이다.
무전해 금속화 기술을 개시 및 교시하는 다른 특허로는 미합중국 특허 제5,500,315호; 동 제5.310,580호; 동 제5,389,496호; 및 동 제5,139, 818호를 들 수 있으며 이들을 모두 참고 문헌으로서 인용한다.
마이크로일렉트로닉 가공품상의 구리의 무전해 도금은 양호한 등각성 등의 장점을 제공하는 한편, 구리의 무전해 용착율은 일반적으로 전기 도금에 의해 생성되는 것보다 일반적으로 더 낮다. 따라서, 본 발명의 또 다른 일면은 비아 및 트렌치 등의 크고 작은 애스펙트비의 피처 내의 용착된 구리의 유리한 등각성을 달성하는 바람직함을 인식하는 한편, 동시에 증가된 마이크로일렉트로닉 생산 처리량에 대해 증가된 전체적인 용착율을 갖는다. 본 발명의 이러한 특징은 자동화된 마이크로일렉트로닉 처리 기구로 혼입될 수 있는 무전해 도금 반응기를 제공하는 바람직함을 인식하기도 한다.
본 발명에 따라, 가공품의 표면상으로 금속을 도금하기 위한 반응기가 개시된다. 이 반응기는 내부에 배치된 전기 도금 용액을 포함하는 반응기 보울(reactor bowl); 및 전기 도금 용액과 접촉하는 반응기 보울에 배치된 양극을 포함한다. 콘택트 조립체(contact assembly)는 반응기 보울 내의 양극으로부터 일정 간격을 유지한다. 이 콘택트 조립체는 가공품의 표면에 전기 도금력을 제공하기 위해 가공품의 표면의 주변 에지와 접촉하도록 배치된 복수개의 콘택트를 포함한다. 이들 콘택트는 가공품이 그와 결합하게 됨에 따라 가공품의 표면에 반하여 와이핑 작업을 수행한다. 콘택트 조립체는 복수개의 콘택트의 내부에 배치된 배리어(barrier)를 포함하기도 한다. 배리어는 전기 도금 용액으로부터 복수개의 콘택트를 단리시키는 데 조력하는 가공품의 표면을 결합시키도록 배치된 부재를 포함한다. 일 실시예에서, 복수개의 콘택트는 불연속 요곡부 형태인 한편, 다른 실시예에서, 복수개의 콘택트는 접시 고리(Belleville ring) 콘택트 형태이다. 플로우 경로는 복수개의 콘택트 및 가공품의 주변 에지에 퍼지 가스를 제공하기 위해 콘택트 조립체 내에 제공될 수 있다. 퍼지 가스(purging gas)는 콘택트 조립체의 배리어의 형성에 조력하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 추가의 특징에 따라, 콘택트 조립체는 1개 이상의 래치 메커니즘(latching mechanism)에 의해 반응기 조립체 내에 접속된다. 래치 메커니즘은 콘택트 조립체를 동일하거나 또는 상이한 유형의 다른 콘택트 조립체로 용이하게 치환시킨다. 개시된 콘택트 조립체의 구조가 주어짐에 따라, 동일한 유형의 콘택트 조립체에 의한 치환은 도금 시스템의 재검정 필요성을 감소시키거나 또는 그렇지 않으면 제거함으로써 반응기의 다운 타임을 감소시킨다.
본 발명의 반응기의 추가의 특징에 따라, 이 반응기는 콘택트 조립체를 포함하는 처리 헤드를 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 처리 헤드는 고정자부 및 회전자부를 포함할 수 있고, 회전자부는 콘택트 조립체를 포함한다. 콘택트 조립체는 적어도 하나의 래치 메커니즘에 의해 회전자부에 분리 가능하게 접속될 수 있다.
상기 반응기는 조립체 내에 배킹 부재(backing member) 및 구동 메커니즘을 추가로 포함할 수도 있고, 여기서 배킹 부재 및 콘택트 조립체는 가공품 로딩 상태와 가공품 처리 상태 사이의 구동 메커니즘에 의해 서로 상대적으로 이동한다. 가공품 처리 상태에서, 상기 가공품은 배킹 부재에 의해 콘택트 조립체의 복수개의 콘택트에 반하여 돌출한다. 구동 메커니즘에 의해 방출된 입자들로부터 오염물의 위험을 제거하기 위해, 구동 메커니즘은 벨로즈 부재(bellows member)로 실질적으로 포위될 수 있다.
가공품을 도금하기 위한 집적 기구(integrated tool)도 또한 포함된다. 이 집적 기구는 무전해 도금 공정을 사용하여 가공품을 도금하기 위한 제 1 처리 챔버 및 전기 도금 공정을 사용하여 가공품을 도금하기 위해 제 2 처리 챔버를 포함한다. 그의 무전해 도금을 위해 제 1 처리 챔버로 가공품을 이송하고, 후속 작동에서 그의 전기 도금을 위해 제 2 처리 챔버로 가공품을 이송하도록 프로그램된 로봇식 이송 메커니즘이 사용된다. 상기 기구상에서 구현될 수 있는 도금 공정이 개시되었지만, 개시된 공정은 처리 기구와 독립적이다.
도 1은 본 발명의 여러 교시(teaching)에 따라 구축된 전기 도금 반응기의 단면도.
도 2는 도 1에 예시된 조립체에 사용하기 적절한 반응기 보울의 일 실시예의 특정 구조를 예시하는 도면.
도 3은 도 1에 예시된 조립체에 사용하기 적절한 고정자 조립체 및 회전자 조립체로 구성된 회전자 헤드의 일 실시예를 예시하는 도면.
도 4-10은 도 1에 예시된 반응기 조립체에 사용하기 적절한 요곡부 콘택트를 사용하는 콘택트 조립체의 일 실시예를 예시하는 도면.
도 11-15는 도 1에 예시된 회전자 조립체에 사용하기 적절한 요곡부 콘택트를 사용하는 콘택트 조립체의 다른 실시예를 예시하는 도면.
도 16a, 16b-17은 "접시 고리(Belleville ring)" 콘택트 구조물의 2가지 다른 실시예를 예시하는 도면.
도 18-20은 도 1에 예시된 반응기 조립체에 사용하기 적절하고, 도 15-17에 예시된 것들 중의 하나와 같은 "접시 고리" 콘택트 구조물을 사용하여 콘택트 조립체의 일 실시예를 예시하는 도면.
도 21-23은 도 1에 예시된 반응기 조립체에 사용하기 적절하고, 도 15-17에 예시된 것들 중의 하나와 같은 "접시 고리" 콘택트 구조물을 사용하여 콘택트 조립체의 다른 실시예를 예시하는 도면.
도 24는 도 1에 예시된 반응기 조립체에 사용하기 적절하고, 도 15-17에 예시된 것들 중의 하나와 같은 "접시 고리" 콘택트 구조물을 사용하여 콘택트 조립체의 다른 실시예를 예시하는 도면.
도 25는 도 1에 예시된 조립체에 사용하기 적절하고, 도 15-17에 예시된 것들 중의 하나와 같은 "접시 고리" 콘택트 구조물을 사용하여 콘택트 조립체의 또 다른 실시예를 예시하는 도면.
도 26 및 27은 도 1에 예시된 반응기 조립체에 사용하기 적절하기 적절한 콘택트 조립체의 다른 실시예를 예시하는 도면.
도 28-32는 신속한-부착(quick-attach) 메커니즘의 일 실시예의 여러 특징을 예시하는 도면.
도 33은 가공품을 수용할 수 있는 조건 하에 반응기 헤드의 배치를 예시하는 반응기 헤드의 단면도.
도 34는 반응기 보울에 가공품을 제공하기 용이한 조건 하에 반응기 헤드의 배치를 예시하는 반응기 헤드의 단면도.
도 35는 회전자 조립체의 일 실시예의 전개도.
도 36은 본 발명에 관련하여 사용하기 적절한 무전해 도금 반응기의 일 실시예의 단면도.
도 37-42는 도 36의 무전해 도금 반응기에 사용하기 적절한 가공품 홀더의 여러 가지 실시예를 예시하는 도면.
도 44-46은 질소 등의 퍼지 가스가 개시된 실시예에 따라 구축되는 가공품 홀더 또는 콘택트 홀더에 공급될 수 있는 한가지 방식을 예시하는 도면.
도 47-49는 무전해 도금 반응기 및 전기 도금 반응기를 조합하여 통합시킬 수 있는 집적 처리 기구의 상부 평면도.
도 50은 무전해 도금 단계와 전기 도금 단계 모두를 포함하는 가공품의 도금 공정을 예시하는 흐름도.
기본 반응기 부품
도 1-3을 참조하여, 반도체 웨이퍼(25) 등의 마이크로일렉트로닉 가공품을 전기 도금하기 위한 반응기 조립체(20)가 도시된다. 일반적으로 말하자면, 이러한 유형의 반응기 조립체는 반도체 웨이퍼 등의 가공품의 전기 도금을 수행하는 데 특히 적합하고, 여기서 전기 도전성의 박막층의 웨이퍼가 블랭킷 또는 패턴화된 금속층으로 전기 도금된다.
반응기 조립체(20)에 사용하기 적절한 반응기 보울(35)의 일 실시예의 특정 구조가 도 2에 예시된다. 전기 도금하는 반응기 보울(35)은 전기 도금 용액을 포함하고, 용액을 도금될 관련 가공품(25)의 일반적으로 아래쪽 대향 표면에 반하여 지향시키는 반응기 조립체(20)의 일부이다. 이 때문에, 전기 도금 용액은 반응기 보울(35)을 통해 순환된다. 용액 순환에 부수적으로, 용액은 보울의 둑같이 생긴 주변상으로 반응기 보울(35)로부터 반응기 조립체(20)의 하위 오버플로우 챔버(40)로 플로우된다. 용액은 반응기를 통해 재순환하도록 오버플로우 챔버로부터 전형적으로 인출된다.
반응기 보울(35)은 라이저 튜브(riser tube; 45)를 포함하고, 그 내부에 인렛 콘딧(inlet conduit; 50)이 반응기 보울(35)로 전기 도금 용액을 도입하기 위해 배치된다. 인렛 콘딧(50)은 도전성이고, 전기 도금 양극(55)을 지지하고 그와 전기적 콘택트를 만드는 것이 바람직하다. 양극(55)은 양극 쉴드(60)를 구비할 수 있다. 전기 도금 용액은 인렛 콘딧(50)으로부터 양극(55)에 관하여 그의 상위 부분의 오프닝을 통해서 그리고 양극과 공동으로 동작하도록 배치된 임의의 확산 플레이트(65)를 통해 유동한다. 양극(55)은 소모될 수 있고, 그에 따라 양극의 금속 이온들은 전기 도금 용액에 의해 음극으로서 작용하는 연관된 가공품의 전기 전도성 표면으로 이송된다. 대안으로, 양극(55)은 불활성화될 수 있고, 그에 따라 양극 쉴드(60)에 대한 필요성을 없앨 수 있다.
도 1 및 3에 나타낸 바와 같이, 전기 도금 반응기(20)의 반응기 헤드(30)는 고정자 조립체(70) 및 회전자 조립체(75)로 구성되는 것이 바람직하다. 회전자 조립체(75)는 관련 웨이퍼(25) 등의 가공품을 수용 및 전달하고, 반응기 보울(35) 내의 프로세스측 하향 방향으로 웨이퍼를 배치하고, 반응기 조립체(20)의 도금 회로에 그의 전기 도전성 표면을 결합시키면서 가공품을 회전 또는 스핀시키도록 구성된다. 상기 반응기 헤드(30)는 전형적으로 리프트/회전 장치(80)상에 설치되고, 상향 대향 배치로부터 반응기 헤드(30)를 회전시키도록 구성되고, 여기서 이는 도금될 웨이퍼를 하향 대향 배치로 수용하고, 도금될 웨이퍼의 표면은 일반적으로 확산 플레이트(diffusion plate; 65)에 대해 직면하는 관계로 반응기 보울(35)에서 아래쪽으로 위치한다. 상기 로봇 팔(415)(때로 말단 작동체를 포함하는 것이라 칭함)은 전형적으로 회전자 조립체(75)상의 제 위치에 웨이퍼(25)를 배치하고 도금된 웨이퍼를 회전자 조립체 내에서 제거하기 위해 사용된다.
기타 반응기 조립체 구성이 개시된 반응기 헤드의 진보적인 양상에 따라 사용될 수 있고, 상기한 바는 단지 예시적인 것임을 인식할 수 있을 것이다. 상기 구성에 사용하기 적절한 다른 반응기 조립체는 1998년 7월 9일자로 출원된 미합중국 특허 제09/112,300호에 예시되어 있으며, 이를 참고 문헌으로 인용한다. 상기 구성에 사용하기 적절한 또 다른 반응기 조립체는 1999년 4월 13일자로 출원된 미합중국 특허 제60/120,955호에 예시되어 있으며, 이를 참고 문헌으로 인용한다.
개선된 콘택트 조립체
상기한 바와 같이, 전기 도금력이 웨이퍼로 그의 주변 에지에 공급되는 방식은 용착되는 금속의 전체적인 필름 품질에 있어서 매우 중요하다. 이러한 전기 도금력을 제공하기 위해 사용된 콘택트 조립체의 보다 바람직한 특성의 일부로는 예를 들면 다음: 즉,
· 용착된 필름의 균일도를 최대화시키기 위한 웨이퍼의 주변 둘레로의 전기 도금력의 균일한 분포;
· 웨이퍼-웨이퍼 균일도를 보장하기 위한 일관된 접촉 특성;
· 장치 생산을 위한 유효 영역을 최대화시키기 위해 웨이퍼 주변부상의 콘택트 조립체의 최소 돌출; 및
· 박리 및(또는) 박편을 억제하기 위해 웨이퍼 주변부 둘레의 배리어 층상의 최소 도금.
상기 특성 중 1개 이상을 만족시키기 위해, 반응기(20)는 웨이퍼(25)와의 연속적인 전기 콘택트 또는 많은 수의 불연속 전기 콘택트를 제공하는 고리 콘택트 조립체(85)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 반도체 웨이퍼(25)의 외부 주변 에지와, 이 경우 반도체 웨이퍼의 외부 원조 둘레에 보다 균일한 콘택트를 제공함으로써, 보다 균일한 전류 밀도를 조장하는 반도체 웨이퍼(25)에 보다 균일한 전류가 공급된다. 보다 균일한 전류 밀도는 용착된 물질의 깊이로 균일도를 증강시킨다.
바람직한 실시예에 따라, 콘택트 조립체(85)는 시드층과 일관된 콘택트를 동시에 제공하면서 웨이퍼 주변 둘레에 최소 돌출부를 제공하는 콘택트 부재를 포함한다. 시드층과의 콘택트는 웨이퍼가 콘택트 조립체와 결합하게 됨에 따라 시드층에 반하여 와이핑 작업을 제공하는 콘택트 부재 구조물에 의해 강화된다. 이러한 와이핑 작업은 시드층 표면에서 임의의 산화물을 제거하는 데 조력하고, 그에 따라 콘택트 구조물과 시드층 간의 전기적 접촉을 증진시킨다. 결과적으로, 웨이퍼 주변 둘레의 전류 밀도의 균일성은 증가하고, 생성된 필름은 보다 균일하다. 더욱이, 전기 콘택트에 있어서 그러한 일관성은 웨이퍼-웨이퍼로부터 전기 도금 공정에 있어서 보다 큰 일관성을 조장하고, 그에 따라 웨이퍼-웨이퍼 균일성을 증가시킨다.
아래에 보다 상세히 기재하게 될 콘택트 조립체(85)는 개별적으로 또는 다른 구조물과 협력하여 배리어를 제공하는 1개 이상의 구조물을 포함하고, 도금 용액으로부터 반도체 웨이퍼(25)의 콘택트/콘택트들, 주변 에지부 및 배면을 분리하는 것이 바람직하다. 이는 개개의 콘택트들상으로 금속의 도금을 방지하고, 더욱이, 반도체 웨이퍼(25)의 에지 근처의 배리어층의 임의의 노출된 부분들이 전기 도금 환경에 노출되는 것을 방지하는 데 조력한다. 결과적으로, 배리어층의 도금 및 임의의 느슨하게 접착된 전기 도금된 물질의 박편으로 인한 관련된 오염 가능성은 실질적으로 제한된다.
요곡부 콘택트(flexure contact)를 사용하는 고리 콘택트 조립체
조립체(20)에 사용하기 적절한 콘택트 조립체의 일 실시예는 일반적으로 도 4-10에서 85로 나타낸다. 상기 콘택트 조립체(85)는 회전자 조립체(75)의 일부를 형성하고, 반도체 웨이퍼(25)와 전기 도금력의 소스 사이에 전기적 콘택트를 제공한다. 예시된 실시예에서, 상기 반도체 웨이퍼(25)와 콘택트 조립체(85) 간의 전기적 콘택트는 반도체 웨이퍼(25)가 회전자 조립체(75)에 의해 유지 및 지지될 때 반응기 보울(35) 내부의 전기 도금 환경으로부터 효과적으로 분리되는 복수개의 많은 불연속 요곡부 콘택트에서 발생한다.
상기 콘택트 조립체(85)는 여러 가지 불연속 부품으로 구성될 수 있다. 도 4를 참조하면, 전기 도금될 가공품이 환상 반도체 웨이퍼일 때, 콘택트 조립체(85)의 불연속 부품들은 함께 결합하여 바운드된(bounded) 중심 개방 영역(95)을 갖는 일반적인 환상 부품을 형성한다. 이와 같이 바운드된 중심 개방 영역(95) 내에서, 전기 도금될 반도체 웨이퍼의 표면이 노출된다. 특히 도 6을 참조하면, 콘택트 조립체(85)는 외부 몸체 부재(100), 환상 쐐기부(wedge)(105), 복수개의 요곡부 콘택트(90), 콘택트 장착 부재(110) 및 내부 웨이퍼 가이드(115)를 포함한다. 바람직하게는, 환상 쐐기부(105), 요곡부 콘택트(90), 및 콘택트 장착 부재(110)는 백금 입힌 티탄으로 형성되는 한편, 웨이퍼 가이드(115) 및 외부 몸체 부재(100)는 도금 환경과 호환될 수 있는 유전 물질로 형성된다. 환상 쐐기부(105), 요곡부 콘택트(90), 장착 부재(110) 및 웨이퍼 가이드(115)는 함께 결합되어 외부 몸체 부재(100)에 의해 함께 고정되는 단일 조립체를 형성한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 콘택트 장착 부재(110)는 그의 주변부 둘레에 배치된 제 1 환상 홈(120) 및 제 1 환상 홈(120)의 내부로 방사상으로 배치된 제 2 환상 홈(125)을 포함한다. 제 2 환상 홈(125)은 요곡부 콘택트(90)의 수와 동일한 수의 복수개의 요곡부 채널(130)로 개방된다. 도 4에서 알 수 있듯이, 전체 36개의 요곡부 콘택트(90)가 사용되고, 각각 약 10도 각도로 서로 일정 간격을 유지한다.
다시 도 6을 참조하면, 각각의 요곡부 콘택트(90)는 업스탠딩부(upstanding portion; 135), 횡단부(140), 수직 트랜지션부(145), 및 웨이퍼 콘택트부(150)로 구성되어 있다. 마찬가지로, 쐐기(105)는 업스탠딩부(155) 및 횡단부(160)를 포함한다. 쐐기의 업스탠딩부(155) 및 각각의 요곡부 콘택트(90)의 업스탠딩부(135)는 각각의 요곡부 채널(130) 사이트의 콘택트 장착 부재(110)의 제 1 환상 홈(120) 내에 고정된다. 전체적인 콘택트 조립체(85) 내에서 이들의 적절한 위치에 대한 요곡부 콘택트(90)의 자기-조절은 그의 각각의 요곡부 채널(130) 내의 개개의 요곡부 콘택트(90) 각각을 먼저 배치함으로써 조장되어, 업스탠딩부(135)는 콘택트 장착 부재(110)의 제 1 환상 홈(120) 내에 배치되는 한편 트랜지션부(145) 및 콘택트부는 각각의 요곡부 채널(130)을 통해 나아간다. 쐐기 부재(105)의 업스탠딩부(155)는 제 1 환상 홈(120)으로 돌출한다. 이러한 결합을 조력하기 위해, 업스탠딩부(155)의 상단부가 테이퍼된다. 요곡부 콘택트(90)의 업스탠딩부(135)와 쐐기(105)의 업스탠딩부(155)의 조합된 폭은 이들 부품이 콘택트 장착 부재(110)에 의해 확고하게 고정되게 한다.
상기 쐐기(105)의 횡단부(160)는 각각의 요곡부(90)의 횡단부(140)의 길이의 일부를 따라 확장한다. 예시된 실시예에서, 쐐기부(105)의 횡단부(160)는 콘택트 장착 부재(110)의 제 2 환상 홈(125)의 에지를 종료시킨다. 아래의 요곡부 콘택트 작동의 설명으로부터 보다 명백히 알 수 있듯이, 쐐기(105)의 횡단부(160)의 길이는 목적하는 정도의 강성 요곡부 콘택트(90)를 제공하도록 선택될 수 있다.
웨이퍼 가이드(115)는 요곡부(90)의 콘택트부(150)가 확장하는 복수개의 슬롯(165)을 갖는 환상 고리 형태이다. 환상 확장부(170)는 웨이퍼 가이드(115)의 외부 벽으로부터 나가고 콘택트 장착 부재(110)의 내벽에 배치된 대응하는 환상 홈(175)을 결합시킴으로써 웨이퍼 가이드(115)를 콘택트 장착 부재(110)로 고정시킨다. 예시된 바와 같이, 상기 웨이퍼 가이드 부재(115)는 그의 상위부로부터 그의 하위부까지 가까운 콘택트부(150)를 감소시키는 내부 직경을 갖는다. 콘택트 조립체(85)에 삽입된 웨이퍼는 웨이퍼 가이드(115) 내부에 형성된 테이퍼된 가이드벽에 의해 콘택트부(150)와 제 위치로 안내된다. 바람직하게는, 환상 확장부(170) 아래로 확장하는 웨이퍼 가이드(115)의 일부(180)가 주어진 웨이퍼 크기의 허용 범위 내에서 상이한 직경을 갖는 웨이퍼를 수용하도록 탄력있게 변형되는 박막의 유연한 벽으로서 형성된다. 더욱이, 그러한 엘라스토머(elastomer) 변형은 웨이퍼를 요곡부(90)의 콘택트부(150)와 결합시키기 위해 사용되는 부품에서 발생하는 웨이퍼 삽입 허용 오차의 범위를 수용한다.
도 6을 참조하면, 외부 몸체 부재(100)는 업스탠딩부(185), 횡단부(190), 수직 트랜지션부(195) 및 전복된 립(upturned lip; 205)에서 종료하는 추가의 횡단부(200)를 포함한다. 업스탠딩부(185)는 콘택트 장착 부재(110)의 외부 벽에 배치된 대응하는 환상 노치(215)를 결합시키기 위해 내부로 방사상으로 확장하는 환상 확장부(210)를 포함한다. V-형상의 노치(220)는 업스탠딩부(185)의 하위부에 형성되고, 그의 외부 주변부를 우회한다. V-형상의 노치(220)는 업스탠딩부(185)가 조립 동안 탄력있게 변형되게 한다. 이 때문에, 업스탠딩부(185)는 환상 확장부(210)가 환상 노치(215)를 결합시키기 위해 콘택트 장착 부재(110)의 외부 둘레로 활주함에 따라 탄력적으로 변형된다. 일단 그와 같이 결합되면, 콘택트 장착 부재(110)는 외부 몸체 부재(100)의 횡단부(190)의 내벽과 환상 확장부(210) 사이에 클램프된다.
추가의 횡단부(200)는 요곡부 콘택트(90)의 콘택트부(150)의 길이 너머로 확장하고, 25 등의 웨이퍼가 그들에 반하여 구동됨에 따라 탄력적으로 변형되는 치수이다. V-형상의 노치(220)는 횡단부(200)의 탄력있는 변형을 조력하는 치수로 배치될 수 있다. 콘택트부(150)와 적절히 결합된 웨이퍼(25)에 의해, 전복된 립(205)은 웨이퍼(25)와 결합하고 요곡부 콘택트(90)를 포함하여, 웨이퍼(25)의 배면 및 외부 주변 에지와 전기 도금 용액 사이에 배리어를 제공하는 데 조력한다.
도 6에 예시된 바와 같이, 요곡부 콘택트(90)는 웨이퍼(25)가 그들에 반하여 구동됨에 따라 탄력있게 변형된다. 바람직하게는, 콘택트부(150)는 예시된 방식으로 초기에 상향으로 일정 각을 이룬다. 따라서, 웨이퍼(25)가 콘택트부(150)에 반하여 돌출함에 따라, 요곡부(90)는 탄력있게 변형됨으로써 콘택트부(150)는 웨이퍼(25)의 표면(230)에 반하여 효과적으로 와이핑한다. 예시된 실시예에서, 콘택트부(150)는 웨이퍼(25)의 표면(230)에 반하여 235로 지정된 수평 거리만큼 효과적으로 와이핑한다. 이러한 와이핑 작업은 웨이퍼(25)의 표면(230)으로부터 임의의 산화물을 제거 및(또는) 침투시키는 데 조력함으로써, 웨이퍼(25)의 표면(230)에 있는 시드층과 요곡부 콘택트(90) 사이에 보다 효과적인 전기적 콘택트를 제공한다.
도 7 및 8을 참조하면, 콘택트 장착 부재(110)는 질소 소스 등의 퍼지 가스의 소스에 접속될 수 있는 1개 이상의 포트(240)를 구비한다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 퍼지 포트(240)는 제 2 환상 홈(125)으로 개방되고, 이는 다시 도 6에 나타낸 바와 같이 모든 요곡부 채널(130)에 퍼지 가스를 분배하기 위한 분기관으로서 작동한다. 이어서, 퍼지 가스는 요곡부(90)의 전체 콘택트부(150)를 실질적으로 포위하도록 요곡부 채널(130) 및 슬롯(165) 각각을 통해 나아간다. 콘택트부(150)를 포위하는 영역을 퍼지하는 것 외에, 퍼지 가스는 전기 도금 용액에 대한 배리어를 만들기 위해 외부 몸체 부재(100)의 전복된 립(205)과 협력한다. 퍼지 가스의 추가의 순환은 콘택트 장착 부재(110)의 내벽의 일부와 웨이퍼 가이드(115)의 외부 벽의 일부 사이에 형성된 환상 채널(250)에 의해 조장된다.
도 4, 5 및 10에 나타낸 바와 같이, 콘택트 장착 부재(110)는 대응하는 접속 플러그(260)를 수용하기 위한 치수의 1개 이상의 나사산 개구(255)를 구비한다. 도 5 및 10을 참조하면, 상기 접속 플러그(260)는 콘택트 조립체(85)에 전기 도금력을 제공하고, 바람직하게는 각각 백금 입힌 티탄으로 형성된다. 플러그(260)의 바람직한 형태에서, 각각의 플러그(260)는 중심에 배치된 보어 홀(270)을 갖는 몸체(265)를 포함한다. 제 1 플랜지(275)는 몸체(265)의 상위부에 배치되고, 제 2 플랜지(280)는 몸체(265)의 하위부에 배치된다. 나사산 확장부(285)는 플랜지(280)의 중심부로부터 아래쪽으로 나가고 나사산 보어 홀(270)에 의해 고정된다. 플랜지(280)의 하위 표면은 사이의 전기적 접속의 보전을 증가시키기 위해 콘택트 장착 부재(110)의 상위 표면과 직접적으로 접경한다.
요곡부 콘택트(90)는 불연속 부품으로서 형성되지만, 이들은 집적 조립체로서 서로 연결될 수 있다. 이 때문에, 예를 들면, 요곡부 콘택트(90)의 업스탠딩부(135)는 백금 입힌 티탄 등의 물질의 웹(web)에 의해 서로 결합될 수 있고, 이는 별개의 조각으로서 형성되거나 또는 그렇지 않으면 단일 조각의 물질로부터 요곡부에 의해 형성된다. 물질의 웹은 모든 요곡부 콘택트 사이에 또는 요곡부 콘택트의 선택 군 사이에 형성될 수 있다. 예를 들면, 물질의 제 1 웹은 요곡부 콘택트(예, 예시된 실시예에서 18개의 요곡부 콘택트의 절반을 결합시키기 위해 사용될 수 있는 한편, 물질의 제 2 웹은 요곡부 콘택트(예, 예시된 실시예에서 나머지 18개의 요곡부 콘택트)의 제 2의 절반을 결합시키기 위해 사용된다. 상이한 그룹화 역시 가능하다.
상기한 바 등의 요곡부 콘택트를 사용하는 콘택트 조립체의 추가의 실시예는 도 11-15에 예시된다. 도 11에 예시된 바와 같이, 콘택트 조립체(85b)는 다시 반도체 웨이퍼를 수용하도록 채택되고, 많은 경우에 도 4-10의 콘택트 조립체(85)와 유사하다. 따라서, 콘택트 조립체(85b)의 부품들은 콘택트 조립체(85b)의 부품들이 "b" 접미어를 포함하는 것을 제외하고는, 콘택트 조립체(85)와 연관된 동일한 참조 번호를 사용하여 참고된다.
이 실시예에서, 도 15를 참조하면, 외부 몸체 부재(100b)는 전기적으로 비도전성이고, 전기 도금 환경과 화학적으로 호환성인 플라스틱 물질등으로부터 형성된다. 외부 몸체 부재(100b)는 O-링(295b)이 제공되는 환상 홈(290b)을 구비한다. 아래에 보다 상세히 설명하는 바와 같이, O-링(295b)은 반응기 보울(35) 내의 전기 도금 환경과 요곡부 콘택트(90) 간의 접촉을 방지하는 데 조력하기 위해 반도체 웨이퍼(25)의 대향면(230b)에 반하여 시일링한다.
상기 콘택트 조립체(85b)는 환상 강성 고리(300b), 콘택트 장착 부재(110b) 및 복수개의 요곡부 콘택트(90b)를 포함하기도 한다. 콘택트 장착 부재(110b)는 요곡부(90b)의 콘택트부(150b)가 그를 통해 확장하는 복수개의 슬롯(165b)을 갖는 환상 고리의 형태이다. 예시된 바와 같이, 상기 콘택트 장착 부재는 내부 직경 근접 콘택트부(150b)보다 더 큰 내부 직경 말단 콘택트부(150b)를 갖는다. 따라서, 콘택트 조립체(85b)에 삽입된 웨이퍼는 콘택트 장착 부재(110b)의 내부에 형성된 테이퍼된 가이드 벽에 의해 콘택트부(150b)와 함께 제 위치로 안내된다.
상기한 바와 같이, 예시된 실시예의 요곡부 콘택트(90)는 각각 업스탠딩부(135b), 횡단부(140b), 수직 트랜지션부(145b), 및 콘택트부(150b)를 갖는 불연속 부품으로서 형성된다. 콘택트부(150b)는 복수개의 슬롯(165b) 각각을 통해 돌출한다.
콘택트 조립체의 작동 뿐만 아니라, 콘택트 조립체(85b)를 형성하기 위한 상기 부품들의 집적은 도 15를 다시 참조하면 가장 잘 이해될 것이다. 예시된 실시예에서, 여러 가지 부품들이 외부 몸체 부재(100b)에 의해 함께 클램프된다. 예시된 바와 같이, 콘택트 장착 부재(110b) 및 외부 몸체 부재(100b)는 일반적으로 130b로 나타낸 복수개의 요곡부 챔버를 한정한다. 각각의 요곡부 챔버는 내부 몸체 부재(110b)로부터 바깥쪽으로 방사상으로 확장하는 모따기된 부재(300b)에 의해 각각의 측면상에 한정되는 상향 확장하는 부분(120b)을 포함한다. 모따기된 부재(300b)는 캠 작업을 통해 외부 몸체 부재(100b)의 노즈부(210b)에 의해 결합되도록 디자인됨으로써 노즈부(210b)는 외부 몸체 부재(100b)의 측면으로 확장하는 부분(190b)에 반하여 요곡부(90b)의 콘택트 장착 부재(110b), 횡단부(140b) 및 환상 강성 고리(300b)를 클램프한다. 외부 몸체 부재(100b)가 형성되는 물질에 따라, 1개 이상의 모따기된 부재(160)상으로 노즈부(215b)의 캠 작업, 및 필요할 경우, 웨이퍼(25)가 전체적인 콘택트 조립체(85b)와 작동 관계로 돌출할 때 외부 몸체 부재(100b)의 탄력있는 변형을 조장하도록 외부 몸체 부재(100b) 내에 노치(notch; 220b)를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 임의로, 질소 등의 비반응성 가스는 웨이퍼(25)의 배면 및 요곡부 콘택트(90b)를 퍼지하기 위해 사용될 수 있다. 이 때문에, 웨이퍼 가이드(115b)는 환상 분기관(125b)에 그리고 그로부터 콘택트부(150b)를 실질적으로 포위하도록 요곡부 챔버(130b)를 통해 퍼지 가스의 유체 소통을 제공하도록 작용하는 1개 이상의 퍼지 포트(240b)를 구비할 수 있다. 이어서, 퍼지 가스는 오프닝(opening; 165b)을 통해 반도체 웨이퍼(25)의 주변 에지로 및 반도체 웨이퍼의 배면으로 유동한다. 이러한 척도는 처리 환경으로부터 반도체 웨이퍼의 배면 및 요곡부 콘택트(90b)의 단리를 증강시킨다.
작동 중에, 상기 반도체 웨이퍼(25)는 요곡부 콘택트(90b)에 반하여 구동됨으로써, 반도체 웨이퍼(25)의 대향면(230b)은 O-링 및 외부 몸체 부재(100b)의 대응 부분에 반하여 시일링된다. 이러한 방식으로 구동될 때, 각각의 요곡부 콘택트(90)는 수직 거리 및 수평 거리(235b)로 구동된다. 이러한 움직임은 반도체 웨이퍼(25)의 측면(230b)에 반하여 요곡부 콘택트(90b)를 와이핑시킴으로써 시드층 산화물 등의 제거 또는 침투에 조력하고, 요곡부 콘택트(90b)와 반도체 웨이퍼(25) 사이의 전기적 콘택트를 증강시킨다. 편향 및 바이어스 양은 환상 강성 고리(300b)의 방사상 폭의 함수로서 변경될 수 있다. 큰 편향은 큰 제조 허용 편차를 수용하도록 사용될 수 있는 한편, 반도체 웨이퍼(25)에 반하여 콘택트 조립체(85)의 스케일링 뿐만 아니라 적절한 전기적 콘택트를 제공한다.
콘택트 조립체(85b)의 실시예에서, 반도체 웨이퍼(25)에 인가된 축력은 요곡부 콘택트(90)를 편향시키는 데 필요한 힘과 시일에 전류를 가하는 데 필요한 힘 사이로 분할된다. 이는 시일을 포함하는 구조물과 독립적인 로드 경로를 제공함으로써 시일을 형성하도록 O-링(105)의 편향에 의한 의존도로부터 콘택트의 편향을 단리시킨다.
접시 고리 콘택트 조립체
대안의 콘택트 조립체가 도 16-25에 예시된다. 각각의 이들 콘택트 조립체에서, 콘택트 부재는 대응한 공통 고리와 함께 집적되고, 이들의 대응하는 조립체 내에 설치될 때, 웨이퍼 또는 기타 기판이 콘택트 부재상에 수용되는 방향으로 상향 치우쳐진다. 그러한 구조물의 일 실시예의 정면도는 도 16a에 예시되어 있지만, 그의 사시도는 도 16b에 예시되어 있다. 예시된 바와 같이, 일반적으로 610으로 나타낸 고리 콘택트는 복수개의 콘택트 부재(665)를 결합시키는 공통 고리부(630)로 구성되어 있다. 공통 고리부(630) 및 콘택트 부재(655)는 대응하는 조립체에 설치될 때, 통상의 접시 스프링의 절반과 외관이 유사하다. 이러한 이유 때문에, 상기 고리 콘택트(610)는 이하 "접시 고리 콘택트"라 칭할 것이고 및 그것이 배치되는 전체적인 콘택트 조립체는 "접시 고리 콘택트 조립체"라 칭할 것이다.
도 16a 및 16b에 예시된 접시 고리 콘택트(610)의 실시예는 72개의 콘택트 부재(655)를 포함하고, 백금 입힌 티탄으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 콘택트 부재(655)는 아치형 섹션(657)을 백금 입힌 티탄 고리의 내부 직경으로 절단함으로써 형성될 수 있다. 소정의 수의 콘택트 부재(658)는 예를 들면 특정한 평탄한 측면 웨이퍼를 수용하도록 나머지 콘택트 부재(655)보다 더 큰 길이를 갖는다.
접시 고리 콘택트(610)의 추가의 실시예는 도 17에 예시되어 있다. 상기한 바와 같이, 이 실시예는 백금 입힌 티탄으로 형성되는 것이 바람직하다. 모든 콘택트 부재(655)가 구조물의 중심부를 향하여 내부로 방사상으로 확장하는 도 16a 및 16b의 실시예와 달리, 이 실시예는 일정 각도로 배치된 콘택트 부재(659)를 포함한다. 이 실시예는 제조하기 용이한 일체-성형 디자인을 구성하고, 도 16a 및 16b의 실시예를 동일한 청사진으로 수행하는 것보다 순응하는 콘택트를 제공한다. 이러한 콘택트 실시예는 콘택트 조립체에서 "접시" 형태로 고정될 수 있고, 영구적인 형성을 필요로 하지 않는다. 이 실시예의 접시 고리 콘택트(610)가 제 위치에 고정되는 경우, 완전한 원주 구조물이 필요치 않다. 오히려, 콘택트는 세그먼트 내에서 형성되고 설치됨으로써 세그먼트의 전기적 특성의 독립적인 제어/감지를 인에이블시킨다.
접시 고리 콘택트 조립체의 제 1 실시예는 도 18-20에서 일반적으로 도면부호 600으로 예시된다. 예시된 바와 같이, 상기 콘택트 조립체(600)는 도전성 콘택트 장착 부재(605), 접시 고리 콘택트(610), 유전체 웨이퍼 가이드 고리(615) 및 외부 몸체 부재(625)를 포함한다. 접시 고리 콘택트(610)의 외부 공통부(630)는 도전성 베이스 고리(605)의 노치(675) 내에 결합된 제 1 측면을 포함한다. 많은 경우에, 이 실시예의 접시 고리 콘택트 조립체는 상기 요곡부 콘택트 조립체(85)와 구조가 유사하다. 그러한 이유 때문에, 콘택트 조립체(600)의 많은 구조물의 기능성은 명백하며, 여기서 반복되지 않을 것이다.
바람직하게는, 상기 웨이퍼 가이드 고리(615)는 유전 물질로 형성되는 반면에, 콘택트 장착 부재(605)는 단일의 완전한 조각의 도전성 물질로부터 또는 그의 외부에 있는 도전성 물질로 코팅되는 유전 물질 또는 기타 물질로 형성된다. 보다 바람직하게는, 도전성 고리(605) 및 접시 고리 콘택트(610)는 백금 입힌 티탄으로 형성되거나 또는 그렇지 않으면 백금층으로 코팅된다.
웨이퍼 가이드 고리(615)는 콘택트 장착 부재(605)의 내부 직경 내에 부합되는 치수이다. 상기 웨이퍼 가이드 고리(615)는 콘택트 조립체(85 및 85b) 각각과 관련하여 상기한 웨이퍼 가이드(115 및 115b)와 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. 바람직하게는, 웨이퍼 가이드 고리(615)는 이 웨이퍼 가이드 고리(615) 및 콘택트 장착 부재(605)가 함께 스냅되도록 도전성 베이스 고리(605)의 대응하는 환상 슬롯(650)을 결합시키는 그의 주변부 둘레의 환상 확장부(645)를 포함한다.
외부 몸체 부재(625)는 업스탠딩부(627), 횡단부(629), 수직 트랜지션부(632) 및 방사상으로 확장하고, 전복된 립(730)에서 종료하는 추가의 횡단부(725)를 포함한다. 상기 전복된 립(730)은 그것이 처리 중인 가공품(25)의 측면의 표면과 결합할 때 전기 도금 환경에 대해 배리어를 형성하는 데 있어서 조력한다. 예시된 실시예에서, 립(730)과 가공품(25)의 표면 간의 결합은 접시 고리 콘택트(610)를 보호하도록 형성된 유일한 기계적 시일이다.
접시 고리 콘택트(610)의 영역 근접 콘택트(655)는 접시 고리 콘택트(610), 웨이퍼(25)의 주변부 및 배면, 및 전기 도금 환경 사이에 배리어를 제조하기 위해 립(730)과 협력하는 질소 가스 등의 불활성 유체에 의해 퍼지되는 것이 바람직하다. 특히, 도 19 및 20에 나타낸 바와 같이, 외부 몸체 부재(625) 및 콘택트 장착 부재(605)는 환상 공동(765)을 형성하기 위해 서로 일정 간격을 유지한다. 환상 공동(765)은 콘택트 장착 부재(605)를 통해 배치된 1개 이상의 퍼지 포트(770)를 통해 질소 등의 불활성 유체를 공급받는다. 퍼지된 포트(770)는 환상 공동(765)으로 개방되고, 이는 콘택트 조립체의 주변부 둘레에 불활성 가스를 분배하기 위한 분기관으로서 작용한다. 상기 콘택트 부재(655)의 수에 대응하는 780과 같은 주어진 수의 슬롯이 제공되고, 환상 공동(765)으로부터 영역 근접 콘택트 부재(655)로 불활성 유체의 루트(route)를 정하는 통로를 형성한다.
도 19 및 20은 접시 고리 콘택트 조립체의 실시예에서 퍼지 유체의 흐름을 예시하기도 한다. 화살표로 예시한 바와 같이, 상기 퍼지 가스는 퍼지 포트(770)로 도입되고, 환상 공동(765) 내에서 조립체(600)의 원주 둘레에 분포한다. 이어서, 퍼지된 가스는 슬롯(780)을 통해, 콘택트 장착 부재(605)의 하위 단부 아래쪽으로 영역 근접 접시형 콘택트(610)까지 유동한다. 이 지점에서, 가스는 콘택트 부재(655)를 실질적으로 포위하도록 유동하고, 더욱이 웨이퍼의 주변부 위에서 그의 배면으로 나아갈 수 있다. 퍼지 가스는 웨이퍼 가이드 고리(615)의 하위부에 형성된 유연한 벽의 내부 및 콘택트 장착 부재(605)에 의해 제한된 환상 채널(712)을 통해 나아갈 수도 있다. 또한, 콘택트 부재(655) 둘레의 가스 흐름은 전기 도금 용액이 그를 통해 진행되는 것을 방지하는 립(730)에 배리어를 형성하는 전복된 립(730)과 협력한다.
웨이퍼 또는 기타 가공품(25)이 콘택트 조립체(600)와 결합하도록 돌출할 때, 가공품(25)은 먼저 콘택트 부재(655)와 콘택트를 형성한다. 가공품(25)이 제 위치로 추가로 돌출함에 따라서, 콘택트 부재(655)는 가공품(25)이 전복된 립(730)에 반하여 압박될 때까지 가공품(25)의 표면을 편향시키고 효과적으로 와이핑한다. 퍼지 가스의 흐름과 함께 이러한 기계적 결합은 도금 용액과의 콘택트로부터 접시 고리 콘택트(610) 뿐만 아니라 가공품(25)의 외부 주변부 및 배면을 효과적으로 단리시킨다.
접시 고리 콘택트 조립체의 추가의 실시예는, 도 21-23의 600b로 일반적으로 나타낸다. 이 실시예에서, 별개의 배리어 부재(620b)가 사용된다. 가장 다른 점으로, 접시 고리 콘택트 조립체(600b)는 상기 접시 고리 콘택트 조립체(600)와 실질적으로 유사하다. 따라서, 조립체(600b)의 유사한 부품은 조립체(600b)의 유사한 부품이 "b" 접미사를 포함하는 것을 제외하고는 상기 조립체(600)와 동일한 참조 번호로 라벨링된다.
특히 도 22에 예시된 바와 같이, 배리어 부재(620b)는 횡단 섹션(632b), 각진 섹션(637b) 및 전복된 립(642b)을 포함한다. 배리어 부재(620b)의 횡단 섹션(632b)은 외부 몸체 부재(625b)에 배치된 환상 홈(720b)에 배치된다. 환상 홈(720b)은 각진 섹션(637b)과 부합되는 횡단 섹션(632b)의 단부에서 배리어 부재(620b)와 콘택하는 각진 벽(685b)을 갖는 횡단 확장 플랜지(710b)에 의해 그의 하위 단부에서 한정된다. 이는 웨이퍼(25)의 하위 대향면과의 적절한 결합을 보장하기 위해 배리어 부재(620b)를 강화시키는 데 조력한다.
조립체(600)와 마찬가지로, 조립체(600b)는 그를 통해 퍼지 가스를 분배시키도록 채택되는 것이 바람직하다. 도 23은 퍼지 가스의 흐름이 접시 고리 콘택트 조립체(600b)를 통해 제공될 수 있는 한가지 방식을 예시한다. 예시된 바와 같이, 외부 몸체 부재(625b) 및 콘택트 장착 부재(605b)는 필요한 흐름 통로를 제한하기 위해 결합된다.
특히 도 22를 참조하면, 접시 고리 콘택트(610b)의 콘택트 부재(655b)는 배리어 부재(620b) 너머로 돌출한다. 웨이퍼 또는 기타 가공품(25)이 콘택트 조립체(600b)와 결합하도록 돌출할 때에, 가공품(25)은 먼저 콘택트 부재(655b)와 콘택트를 만든다. 가공품이 추가로 돌출됨에 따라, 콘택트 부재(655b)는 가공품(25)이 배리어 부재(620b)에 반하여 압박될 때까지 가공품(25)의 표면을 편향시키고 효과적으로 와이핑한다. 퍼지 가스의 흐름과 함께 이러한 기계적 결합은 접촉하는 도금 용액으로부터 접시 고리 콘택트(610b) 뿐만 아니라 가공품(25)의 외부 주변부 및 배면을 효과적으로 단리시킨다.
상기 접시 고리 콘택트 조립체의 다른 실시예는 도 24의 600c로 일반적으로 나타낸다. 이 실시예는 콘택트 조립체(600b)와 실질적으로 유사하고, 그와 같이 유사한 참고 번호 일반은 콘택트 조립체(600c)의 부품들이 "c" 접미사를 포함하는 것을 제외하고는 유사한 부분을 지정하기 위해 사용된다.
콘택트 조립체(600c와 600b) 간의 주요 차이는, 도 22와 도 24 간의 비교를 참조함으로써 가장 잘 이해할 수 있다. 예시된 바와 같이, 주요 차이는 플랜지(710c) 및 엘라스토머 시일 부재(620c)의 형상에 관련한다. 콘택트 조립체(600c)의 실시예에서, 플랜지(710c) 및 엘라스토머 시일 부재(620c)는 서로 공동 확장된다. 그와 같이, 웨이퍼(25)의 바닥 표면에 반하는 시일은 유연하지 않다. 뿐만 아니라, 이러한 구조물은 특히 퍼지 가스와 관련하여 사용될 때 도금 용액에 반하여 배리어를 효과적으로 형성하기 위해 웨이퍼의 바닥과 접경한다.
접시 고리 콘택트 조립체의 또 다른 실시예의 단면도는 도 25의 도면부호 600d로 일반적으로 나타낸다. 이 실시예에서, O-링(740)은 외부 몸체 부재(625d)의 대응하는 노치에 배치되어 가공품이 콘택트(655d) 및 접시 고리 콘택트(610d)에 반하여 돌출할 때 가공품(25)의 표면에 반하여 시일링 배치를 형성한다. O-링(740d)은 외부 몸체 부재(625d)의 립(730d) 너머로 돌출하는 치수이다. 그에 따라 외부 몸체 부재(625d)의 립(730d)은 O-링 시일을 백업하는 데 조력한다.
상기 다른 콘택트 조립체와 달리, 접시 고리 콘택트 조립체(600d)는 반드시 웨이퍼 가이드 고리를 포함할 필요는 없다. 오히려, 조립체(600d)는 여러 부품을 서로 고정시키기 위해 사용된 1개 이상의 안전물(750)의 사용을 예시하고, 콘택트 장착 부재(605d)의 내벽은 웨이퍼 가이드 표면을 제공하도록 경사진다.
기타 콘택트 조립체
도 26 및 27은 도금 콘택트 및 주변 시일 부재의 추가의 실시예를 예시한다. 도 26을 참조하면, 그 배치는 전기 도금 장치의 회전자 조립체상에 설치하기 위한 환상 콘택트 부재 또는 고리(834) 형태로 제공되는 도금 콘택트를 포함한다. 환상 콘택트 링은 구조에 있어서 순환되는 것으로서 예시되어 있지만, 환상 콘택트 고리는 구조에 있어서 비순환형일 수 있음을 이해할 것이다. 환상 시일 부재(836)는 환상 콘택트 고리와 작동 관계로 제공되고, 추가로 기재하는 바와 같이 환상 콘택트 고리와 전기 전도성 콘택트에 배치되는 가공품의 주변 영역의 연속적인 시일링을 제공하도록 콘택트 고리와 협력한다.
환상 콘택트 고리(834)는 콘택트 링이 전기 도금 장치의 회전자 조립체상에 회전을 위해 설치됨으로써 설치부(838)를 포함한다. 상기 콘택트 고리는 회전자 조립체에 제공된 적절한 회로와 전기적으로 결합되기도 함으로써, 콘택트 고리는 전기 도금을 실시하기 위해 웨이퍼(25)의 표면(음극)에서 필요한 전기적 전위를 생성하는 전기 도금 장치의 회로에서 전기적으로 결합된다. 환상 콘택트 고리는 설치부(838) 내부로 확장하는 환상 콘택트부(842) 및 의존하는 지지체부(840)를 추가로 포함한다. 상기 환상 콘택트부(842)는 콘택트 고리와 웨이퍼의 시드층 간의 전기적 콘택트를 확립하기 위해 웨이퍼(25)에 의해 결합되는 일반적인 상향 대향 콘택트 표면(844)을 제한한다. 콘택트 고리의 환상 콘택트부(842)는 연관된 웨이퍼 또는 기타 가공품의 주변 영역과 실질적으로 연속적인 전기 도전성 콘택트를 제공하는 것으로 숙고된다.
환상 콘택트 고리(834)는 콘택트 고리 및 그의 연관된 시일 부재상에 가공품(25)의 집중을 조장하도록 구성되는 것이 바람직하다. 콘택트 고리는 이 콘택트 고리 및 연관된 시일 부재와 집중(즉, 동심) 관계로 가공품을 안내하도록 내부로 대향하는 원추형 가이드 표면(835)을 포함하는 것이 바람직하다. 원추형 가이드 표면(835)은 콘택트 직경상에 가공품의 외부 직경을 정확하게 배치하기 위해(즉, 가공품이 콘택트 고리상에서 가능한 한 집중하는 것을 보장하기 위해) 콘택트 고리상의 내부 직경에 대해 각지게(바람직하게는 수직선으로부터 약 2˚내지 15˚각지게) 도입되는 것으로서 작용한다. 이는 가공품의 표면상으로 콘택트 및 그의 연관된 시일의 오버랩(overlap)을 최소화하는 데 중요하고, 이는 그것이 반도체 웨이퍼를 포함하는 경우에 상당히 값질 수 있다.
본 발명의 구조의 환상 시일 부재(836)는 환상 콘택트 고리(834)와 작동 관계로 배치됨으로써, 웨이퍼(25)의 주변 영역은 전기 도금 장치에서 전기 도금 용액으로부터 시일된다. 상기 웨이퍼(25)는 연관된 역행 부재(846)에 의해 환상 콘택트 고리(834)와 전기적 콘택트를 위해 제 위치에 유지될 수 있고, 단 이러한 형식의 웨이퍼의 배치는 주변 시일 부재(36)와의 탄력있는 시일링(sealing ring) 결합으로 웨이퍼의 위치를 정하도록 작용한다.
주변 시일 부재(836)는 중합체 또는 엘라스토머 물질, 바람직하게는 3M 회사로부터 입수할 수 있는 AFLAS 등의 형광엘라스토머(fluoroelastomer)로부터 형성되는 것이 바람직하다. 상기 시일 부재(836)는 실질적으로 J-형상의 단면 구성을 갖는 부분을 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 시일 부재(836)는 환상 콘택트 고리(34)의 지지부(840) 둘레에 일반적으로 부합되는 원통형 설치부(848)를 일반적으로 포함하고, 콘택트 고리의 설치부(38) 둘레에 일반적으로 부합되는 스커트부(skirt portion)(49)를 포함할 수 있다. 시일 부재는 일반적으로 내부로 확장하는 탄력있고 변형 가능한 시일 립(850)을 추가로 포함하고, 단 시일 립(850)의 설치부(838)는 함께 J-형상의 단면 구조를 갖는 시일 부재의 일부를 제공한다. 도 26에 예시된 바와 같이, 환상 시일 립(850)은 초기에 웨이퍼(25) 또는 기타 가공품쪽의 방향으로 환상 콘택트 고리의 콘택트부(842) 너머로 돌출한다. 결과적으로, 변형 가능한 시일 립은 웨이퍼가 콘택트 고리의 콘택트부와 전기 도전성 콘택트로 배치될 때 웨이퍼의 주변 영역과 연속적인 시일링 결합으로 탄력있게 편향된다.
도 26에 예시된 본 발명의 실시예에서, 환상 시일 립(850)은 환상 콘택트 고리(834)의 콘택트부(842)의 내부 치수(즉, 내부 직경)보다 적은 내부 치수(즉, 내부 직경)를 갖는다. 이러한 배치에 의해서, 시일 립(850)은 콘택트부(842)의 내부로 방사상으로 웨이퍼를 결합시키고, 그에 따라 전기 도금 장치에서 도금 용액으로부터 콘택트부를 단리시킨다. 이러한 배치는 그것이 전기 도금 용액으로부터 웨이퍼 또는 기타 가공품의 주변 영역을 단리시키는 것뿐만 아니라, 용액으로부터 환상 콘택트 고리를 단리시킴으로써, 전기 도금하는 동안 환상 콘택트 고리상의 금속의 용착을 최소화시킬 때 바람직하다.
시일 부재(836)는 환상 콘택트 고리(834)상의 제 위치에 방출 가능하게 보유되는 것이 바람직하다. 이 때문에, 적어도 하나의 보유 돌출은 시일 부재 및 콘택트 고리 중의 하나상에 제공되고, 단, 시일 부재 및 콘택트 링의 나머지는 보유 돌출부를 방출 가능하게 유지하기 위해 적어도 하나의 리세스를 제한한다. 예시된 실시예에서, 시일 부재(836)는 연속적인 환상 보유 돌출부(852)를 구비하고, 이는 환상 콘택트 고리(834)에 의해 제한된 환상 리세스(854) 내에 부합된다. 시일 부재(836)가 형성되는 것이 바람직한 중합체 또는 엘라스토머 물질은 리세스(854) 내에 돌출부(852)를 배치함으로써 콘택트 고리상으로 시일 부재의 편리한 조립체를 조장한다.
도 27은 본 발명의 원리를 실시하는 환상 콘택트 고리(934)를 예시하고, 그리고 그것은 설치부(938), 의존형 지지체부(940) 및 내부로 확장하는 환상 콘택트부(942)를 포함하고, 이는 연관된 웨이퍼(25) 또는 기타 가공품의 주변 영역과의 전기 도전성 콘택트를 위해 구성된 콘택트 표면(944)을 갖는다. 이 실시예는 936으로 지정된 연관된 주변 시일 부재가 연관된 환상 콘택트 고리의 (내부로보다는 오히려) 바깥쪽으로 가공품을 결합시키는 시일 립을 포함한다는 점에서 이미 기재된 실시예와 상이하다.
환상 시일 부재(934)는 일반적으로 J-형상의 단면 구조이고, 일반적인 원통형 설치부(948) 및 설치부의 내부로 방사상으로 확장하는 탄력있게 변형 가능한 환상 시일 립(950)을 포함한다. 상기 실시예에서와 같이, 변형 가능한 시일 립은 웨이퍼(25)쪽의 방향으로 콘택트부(942) 너머로 초기에 돌출함으로써, 시일 립(950)은 웨이퍼가 콘택트 고리(934)의 콘택트부(942)와 전기 도전성 콘택트로 배치될 때 웨이퍼의 주변 영역과 연속적인 결합으로 탄력있게 편향된다. 이 실시예에서, 시일 고리(950)는 환상 콘택트부(934)의 내부 치수(즉, 내부 직경)보다 큰 내부 치수(즉, 내부 직경)를 갖는다. 이러한 배치에 의해, 환상 콘택트부는 시일 립의 내부로 방사상으로 가공품을 결합시킨다. 환상 콘택트부(942)와 전기 도전성 콘택트로 웨이퍼(25)를 배치하는 것에 부수적으로, 주변 시일 부재의 변형 가능한 시일 립(950)은 그의 원통형 설치부(948)의 축상으로 일반적으로 변형된다. 따라서, 시일 부재는 웨이퍼의 주변부와 시일링 콘택트로 유지되고, 그에 따라 웨이퍼의 에지 및 배후 표면은 전기 도금 장치 내에서 도금 용액으로부터 단리된다.
이전 실시예에서와 같이, 상기 주변 시일 부재(936)는 환상 콘택트 고리(934) 내에서 일반적으로 방출 가능한 보유를 위해 구성된다. 이 때문에, 환상 시일 부재(936)는 환상 콘택트 고리(934)에 의해 한정된 연속적인 환상 리세스(954) 내에 방출 가능하게 보유된 연속적인 환상 보유 돌출부(952)를 포함한다. 이러한 배치는 시일 부재 및 콘택트 고리의 효율적인 조립체를 조장한다.
회전자 콘택트 접속 조립체
많은 경우에, 광범위한 범위의 전기 도금 처방을 수행하기 위해 주어진 반응기 조립체(20) 기능을 갖는 것이 바람직하다. 광범위한 범위의 전기 도금 및 무전해 도금 처방의 수행은 난해할 수 있지만, 공정 설계자는 단일 콘택트 조립체 구조를 사용하는 것으로 제한된다. 더욱이, 주어진 콘택트 조립체 구조에 사용된 도금 콘택트는 빈번하게 검사되고, 때때로 대체되어야 한다. 이는 종종 현존하는 전기 도금 반응기 기구에서 수행하기 곤란하고, 콘택트 조립체를 제거 및(또는) 검사하는 수많은 작동을 빈번히 포함한다. 본 발명자는 이러한 문제점을 인식하고, 콘택트 조립체(85)가 회전자 조립체(75)의 다른 부품으로부터 용이하게 부착 및 분리되는 메커니즘을 제공함으로써 이를 다루었다. 더욱이, 주어진 콘택트 조립체 타입은 시스템의 재검정 또는 재조정 없이 동일한 콘택트 조립체로 대체될 수 있다.
제조 환경에서 작동을 존속시키기 위해, 그러한 메커니즘은 다음: 즉,
1. 회전자 조립체의 다른 부분에 콘택트 조립체의 안전하고, 우발 방지된 기계적 연결 장치를 제공하고;
2. 콘택트 조립체의 콘택트와 전기 도금력의 소스 사이에 전기적 상호 접속을 제공하고;
3. 처리 환경(예를 들어, 습식 화학적 환경)에 반하여 보호하기 위해 전기적 상호 접속 인터페이스에서 시일을 제공하고;
4. 콘택트 조립체에 대해 요청된 바를 퍼지시키기 위해 시일된 경로를 제공하고;
5. 전기 도금 장비를 손상시키는 방식으로 상실되거나, 잘못 놓이거나 또는 사용될 수 있는 기구 또는 잠금쇠의 사용을 최소화시키는 것을 포함하는 여러 기능을 수행해야 한다.
도 28 및 29는 상기 요건에 부합하는 신속-부착 메커니즘의 일 실시예를 예시한다. 간단히 하기 위해, 신속-부착 메커니즘의 여러 양상을 이해하는 데 필요한 회전자 조립체(75)의 부분들만이 이들 도면에 예시된다.
예시된 바와 같이, 상기 회전자 조립체(75)는 회전자 베이스 부재(205) 및 제거 가능한 콘택트 조립체(1210)로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 제거 가능한 콘택트 조립체(1210)는 상기한 바의 방식들 중의 하나로 구축된다. 그러나, 예시된 실시예는 도 26에 나타낸 바의 연속적인 고리 콘택트를 사용한다.
상기 회전자 베이스 부재(1205)는 반도체 웨이퍼(25)의 형상과 부합하는 형상으로 환상인 것이 바람직하다. 한쌍의 래치 메커니즘(1215)은 회전자 베이스 부재(1205)의 반대 측면에 배치된다. 래치 메커니즘(1215) 각각은 제거 가능한 콘택트 조립체(1210)로부터 아래로 확장하는 대응하는 전기 도전축(1225)을 수용하는 치수의 그의 상위부를 통해 배치된 개구(1220)를 포함한다.
제거 가능한 콘택트 조립체(1210)는 도 28에 분리된 상태로 도시되어 있다. 제거 가능한 콘택트 조립체(1210)를 회전자 베이스 부재(1205)에 고정시키기 위해서, 오퍼레이터(operator)는 래치 메커니즘(1215)의 대응하는 개구(1220)와 전기 도전축(1225)을 정렬시킨다. 이러한 방식으로 정렬된 축(1225)에 의해, 오퍼레이터는 제거 가능한 콘택트 조립체(1210)를 회전자 베이스 부재(1205)쪽으로 돌출시킴으로써 축(1225)은 대응하는 개구(1220)와 결합한다. 일단 제거 가능한 콘택트 조립체(1210)가 회전자 베이스 부재(1205)상에 배치되면, 래치 암(1230)은 래치 압축(1235) 둘레로 선회함으로써 래치 암(1230)의 래치 암 채널(1240)은 도전축(1235)의 축부(1245)를 결합시키면서, 동시에 플랜지부(1247)에 반하여 하향 압력을 인가한다. 이러한 하향 압력은 회전자 베이스 부재(1205)에 의해 제거 가능한 콘택트 조립체(1210)를 고정시킨다. 또한, 아래 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 이러한 결합은 회전자 베이스 부재(1205)의 전기 도전성부와 콘택트 조립체(1210)의 전기 도금 콘택트 사이에 전기 도전성 경로의 생성을 초래한다. 이러한 경로를 통해서 콘택트 조립체(1210)의 전기 도금 콘택트는 도금력 공급단으로부터 힘을 수용하도록 접속된다.
도 30a 및 30b는 래치 메커니즘(1215) 및 전기 도전성축(1225)의 보다 세부 사항을 예시한다. 예시된 바와 같이, 각각의 래치 메커니즘(1215)은 개구(1220)를 갖는 래치 몸체(1250), 래치 암 선회 기둥(1255) 둘레의 선회 운동을 위해 배치된 래치 암(1230) 및 안전한 래치 선회 기둥(1265) 둘레의 비교적 적은 선회 운동을 위해 고정된 안전한 래치(1260)로 구성되어 있다. 래치 몸체(1250)는 제거 가능한 콘택트 조립체(1210)의 대응하는 개구를 통해 퍼지 유체의 흐름을 전도하기 위해 내부에 배치된 퍼지 포트(270)를 가질 수도 있다. O-링(1275)은 도전축(1225)의 플랜지부의 바닥에 배치된다.
도 31a-31c는 래치 메커니즘(1215)의 작동을 예시하는 단면도이다. 예시된 바와 같이, 래치 암 채널(1240)은 도전축(1225)의 축부(1245)를 결합시키는 치수이다. 래치 암(1230)이 축부(1245)를 결합시키기 위해 회전함에 따라, 래치 암(1230)의 노즈부(1280)는 그것이 채널(1290)과 부합될 때까지 안전 래치(1260)의 표면(1285)에 반하여 캠 운동한다. 정합 관계(mating relationship)의 노즈부(1280) 및 대응하는 채널(1290)에 의해, 래치 암(1230)은 회전자 베이스 부재(1205)와의 고정 결합으로부터 제거 가능한 콘택트 조립체(1210)를 방출할 수 있는 부주의한 선회 운동에 반하여 고정된다.
도 32a-32d는 결합된 상태의 회전자 베이스 부재(1205) 및 제거 가능한 콘택트 조립체(1210)의 단면도이다. 이들 단면도로부터 알 수 있듯이, 전기 도전축(1225)은 대응하는 전기 도전성 신속-접속 핀(1300)을 수용하는 중심 배치된 보어(1295)를 포함한다. 이러한 결합을 통해, 전기 도전 경로는 회전자 베이스 부재(1205)와 제거 가능한 콘택트 조립체(1210) 사이에 확립된다.
이들 단면도로부터 명백하듯이, 각각의 래치 암(1230)의 내부는 축(1225)의 플랜지부(1247)를 결합시키는 형상의 대응하는 채널(305)을 포함한다. 채널(1305)은 표면(1310)에 반하여 축(1225)을 구동시키고, 다시 O-링(1275)에 의한 시일을 수행하기 위해 플랜지부(1247)의 대응하는 표면에 반하여 캠 운동한다.
회전자 콘택트 구동
도 33 및 34에 예시된 바와 같이, 상기 회전자 조립체(75)는 발동 배치를 포함함으로써, 웨이퍼 또는 기타 가공품(25)은 제 1 방향의 운동에 의해 회전자 조립체에 수용되고, 이후 제 1 방향에 수직인 방향으로 콘택트 조립체쪽으로 후퇴 부재(1310)의 운동에 의해 콘택 조립체 콘택과의 전기적 콘택트를 위해 돌출한다. 도 35는 반응기 헤드(30)의 회전자 조립체(75) 및 고정자 조립체(70)의 여러 가지 부품의 전개도이다.
예시된 바와 같이, 상기 반응기 헤드(30)의 고정자 조립체(70)는 회전자 조립체(75)의 축(1360)과 협력하는 모터 조립체(1315)를 포함한다. 회전자 조립체(75)는 회전자 베이스 부재(1205) 및 내부 하우징(1320)을 포함하는 일반적인 환상 하우징 조립체를 포함한다. 상기한 바와 같이, 콘택트 조립체는 회전자 베이스 부재(1205)에 고정된다. 이러한 배치에 의해, 하우징 조립체 및 콘택트 조립체(1210)는 그를 통해 가공품(125)이 회전자 조립체(175) 내에 가공품을 배치하기 위해 제 1 방향으로 횡단 이동할 수 있는 오프닝(1325)을 함께 한정한다. 회전자 베이스 부재(1205)는 가공품이 오프닝(1325)을 통한 운동에 의해 회전자 조립체로 횡적으로 이동한 후 로봇식 팔에 의해 배치됨에 따라 복수개의 가공품 지지체(1330) 뿐만 아니라 로봇식 팔을 위한 클리어런스 오프닝을 한정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 지지체(1330)는 후퇴 부재가 가공품을 결합시키고 콘택트 고리에 반하여 그것을 돌출시키기 전에 콘택트 조립체(1210)와 후퇴 부재(1310) 사이에 가공품(25)을 지원한다.
콘택트 조립체(1210)에 대해 상대적인 후퇴 부재(1310)의 왕복 운동은 콘택트 조립체쪽으로 후퇴 부재를 편향시키는 적어도 하나의 스프링 및 스프링 반대쪽으로 후퇴 부재를 이동시키기 위한 적어도 하나의 액추에이터에 의해 수행된다. 예시된 실시예에서, 발동 배치는 후퇴 부재(1310)에 의해 작동 가능하게 접속된 발동 고리(1335)를 포함하고, 복수개의 스프링에 의해 편향되고, 복수개의 액추에이터에 의해 스프링의 반대쪽으로 이동한다.
특히 도 33을 참조하면, 발동 고리(1335)는 복수개(3개)의 축(1340)에 의해 후퇴 부재(1310)에 작동 가능하게 접속된다. 다시, 발동 고리는 각각 이 발동 고리와 각각의 리테이너 캡(1350) 사이에서 포획 유지되는 3개의 압축 코일 스프링(1345)에 의해 하우징 조립체쪽으로 편향된다. 각각의 리테이너 캡(1350)은 각각의 리테이너 축(1355)에 의해 하우징 조립체에 대해 고정 관계로 유지된다. 이러한 배치에 의해 편향 스프링(1345)의 작용은 하우징쪽의 방향으로 발동 고리(actuation ring; 1335)를 돌출시키고, 따라서, 편향 스프링의 작용은 축(1340)을 통해 후퇴 부재(1335)를 콘택트 조립체(1210)쪽의 방향으로 돌출시키도록 작용한다.
상기 발동 고리(1335)는 내부 중지되는 커플링 플랜지(1365)를 포함한다. 발동 고리(1335)의 발동은 고정자 조립체(70)의 발동 커플링(3170)(도 34)에 의해 수행되고, 그것은 발동 고리(1335)로부터 선택적으로 결합되고 결합되지 않을 수 있다. 발동 커플링(1370)은 그들 사이의 제한된 상대적 회전에 의해 발동 고리(1335)의 커플링 플랜지(1365)와 상호 결합될 수 있는 한쌍의 플랜지부(1375)를 포함한다. 이러한 배치에 의해, 회전자 조립체(75)의 발동 고리(1335)는 반응기 헤드(30)의 고정자 조립체(70)의 발동 커플링(1370)에 결합되거나 또는 그로부터 결합이 풀어질 수 있다.
다시 도 33 및 34를 참조하면, 발동 커플링(1370)은 고정자 조립체(70)의 정지한 상위 플레이트(1381)(도 1 참조)상에 설치된 복수개의 공기 액추에이터(1380)(개략적으로 나타냄)에 의해 편향 스프링(1345)과 반대 방향으로 이동할 수 있다. 각각의 액추에이터(1380)는 각각의 선형 구동 부재(1385)에 의해 발동 커플링(1370)과 작동 가능하게 접속되고, 이들 각각은 일반적으로 고정자 조립체(70)의 상위 플레이트(381)를 통해 확장한다. 반응기 조립체(20)의 다른 부분으로부터 상기 기계적 부품들을 단리시킬 필요가 있다. 그에 실패하는 것은 처리 환경(여기서, 습식의 화학적 전기 도금 환경)의 오염을 초래한다. 또한, 반응기(20)에서 구현된 특정 공정에 따라, 상기 부품들은 처리 환경에 의해 부작용을 가질 수 있다.
그러한 단리를 수행하기 위해, 벨로즈 조립체(1390)는 상기 부품들을 포위하도록 배치된다. 벨로즈 조립체(1390)는 벨로즈 부재(395), 바람직하게는 테플론으로 제조되고, 도면부호 1400으로 고정된 그의 제 1 단부 및 도면부호 1405로 고정된 그의 제 2 단부를 갖는 것을 포함한다. 그러한 안전물은 예시된 방액체 홈 이음 시일링 배치를 사용하여 구현되는 것이 바람직하다. 벨로즈 부재(1395)의 포선체(convolute; 1410)는 후퇴 플레이트(1310)의 발동 중에 굽혀진다.
도 34는 가공품을 수용할 수 있는 조건에서 반응기 헤드(30)의 배치를 예시하는 한편, 도 33은 반응기 보울(35)에서 가공품을 처리하기 용이한 조건의 반응기 헤드의 배치를 예시한다.
반응기 헤드(30)의 작동은 상기 설명으로부터 인식될 것이다. 가공품(25)의 회전자 조립체(75)로의 로딩은 도 34에 나타낸 조건의 처리 헤드에 의해 도 2에 예시된 바와 같이 일반적으로 상향 대향하는 배향으로 회전자 조립체에 의해 수행된다. 가공품(25)은 회전자 조립체(75)에 의해 한정된 오프닝(325)을 통해 가공품이 일반적으로 지지체(330)상에 일정 간격을 유지하는 관계로 배치되는 위치까지 횡단 이동한다. 로봇식 팔(415)은 (그러한 운동을 수용하는 클리어런스 오프닝(325)에 의해) 저하됨으로써, 가공품은 지지체(330)상에 배치된다. 이어서, 로봇식 팔(415)은 회전자 조립체(75) 내로부터 철회될 수 있다.
이하 상기 가공품(25)은 그것이 회전자 조립체로 이동하는 제 1 방향으로 수직으로 이동한다. 그러한 운동은 일반적으로 콘택트 조립체(1210)쪽으로 후퇴 부재(1310)를 이동시킴으로써 수행된다. 현재 공기 액추에이터(1380)는 후퇴 부재(1310)의 스프링 플레이트(1311)와 내부 하우징(1320) 사이에 개입된 편향 스프링(1345)과 반대로 작용하는 것이 바람직하다. 따라서, 액추에이터(1380)는 액추에이터 커플링(1370) 및 액추에이터 고리(1335)의 공동 운동이 스프링(1345)을 편향시키고 후퇴 부재(1310)를 콘택트(1210)쪽으로 돌출시키도록 작동한다.
바람직한 형태에 있어서, 축(1340)에 의한 발동 고리(1335)와 후퇴 부재(1310) 간의 접속은 일부 "부유(float)"를 허용한다. 즉, 발동 고리 및 후퇴 부재는 서로 단단히 결합되지 않는다. 이러한 바람직한 배치는 공기 액추에이터(1380)를 약간 상이한 속도로 이동시키는 공통 경향을 수용하고, 따라서 가공품이 콘택트 조립체(210)의 전기 도금 콘택트와 실질적으로 균일한 콘택트로 돌출하면서 가공품의 과도한 압박 또는 발동 메커니즘의 바인딩을 피하는 것을 보장한다.
후퇴 부재(310)와 콘택트 조립체(210) 사이에 확고하게 유지되는 가공품(25)에 의해, 도 2의 리프트 및 회전 장치(80)는 반응기 헤드(30)를 회전시키고, 반응기 헤드를 반응기 보울(35)과 협력 관계로 하강시킴으로써 가공품의 표면은 반응 용기 내의 도금 용액의 표면(도금 용액의 메니스커스)과 접촉하게 배치된다.
구현된 특정 전기 도금 공정에 따라, 가공품의 표면상에 누적되는 임의의 가스는 환기 및 누출되도록 보장하는 것이 유용할 수 있다. 따라서, 가공품의 표면은 반응 용기 내의 용액의 표면에 대하여 수평에서 2˚정도 등의 실제 각도로 배치될 수 있다. 이는 가공품 및 관련 후퇴 및 콘택트 부재가 가공 중에 회전함에 따라 도금 공정 중에 가공품의 표면으로부터 가스의 환기를 조장한다. 전류가 가공품 및 도금 용액을 통해 통과함에 따라 반응기 보울(35) 내의 도금 용액의 순환은 가공품의 표면상의 금속층의 목적하는 전기 도금을 수행한다.
후퇴 부재(1310)의 발동은 간단한 선형 운동에 의해 수행되는 것이 바람직하고, 따라서, 가공품의 정확한 배치 및 콘택트 조립체(1210)의 콘택트와의 콘택트의 균일성을 조장한다. 벨로즈 시일 부재를 사용하는 이동 부품의 단리는 무전해 도금 공정의 보전성을 추가로 증가시킨다.
본 발명의 반응기의 피처(feature)의 수는 반도체 웨이퍼 등의 가공품의 효율적이고 비용-효과적인 전기 도금을 조장한다. 많은 수의 시일된 유연한 불연속 콘택트 영역 형태의 실질적으로 연속적인 콘택트를 갖는 콘택트 조립체를 사용함으로써, 많은 수의 도금 콘택트가 제공되면서 필요한 부품 수를 최소화시킨다. 후퇴 부재(310)의 발동은 단순한 직선 운동에 의해 수행되는 것이 바람직하고, 따라서 가공품의 정확한 배치 및 콘택트 고리와의 콘택트의 균일성을 조장한다. 벨로즈 시일 배치를 사용하는 이동 부품의 단리는 전기 도금 공정의 보전성을 추가로 증가시킨다.
보수 및 구성 변화는 분리 가능한 콘택트 조립체(1210)의 사용을 통해 용이하게 조장된다. 더욱이, 보수는 반응기 헤드의 고정자 조립체(70)로부터 회전자 조립체(75)의 분리 가능한 구성에 의해 조장되기도 한다. 콘택트 조립체는 가공품의 표면으로 전기 도금력의 우수한 분배를 제공하면서, 주변 시일의 바람직한 제공은 도금 환경(예, 도금 용액과의 콘택트)으로부터 콘택트를 보호하고, 그에 따라 전기 콘택트상으로 도금된 물질의 축적을 방지하는 것이 바람직하다. 주변 시일은 가공품의 주변부상으로 도금을 방지하는 것이 바람직하다.
무전해 도금 반응기
도 36을 참조하면, 마이크로일렉트로닉 가공품 또는 반도체 웨이퍼(25) 등의 가공품상의 무전해 도금을 위한 반응기 조립체(20b)가 도시된다. 일반적으로 말하자면, 반응기 조립체(20b)는 반응기 헤드 또는 처리 헤드(30b) 및 대응하는 반응기 보울(35b)로 구성되어 있다. 이러한 유형의 반응기 조립체는 반도체 웨이퍼 등의 가공품의 무전해 도금을 수행하는 데 특히 적절하고, 여기서 미리 도포된 박막 시드층 웨이퍼는 블랭킷 금속층으로 도금된다.
무전해 도금 반응기 보울(35b)은 무전해 도금 용액을 포함하고 도금될 가공품(25b)의 일반적인 하향 대향 표면에 반하여 용액을 지향시키는 반응기 조립체(20b)의 부분이다. 이 때문에, 무전해 도금 용액 S는 반응기 보울(35b)로 도입된다. 용액 S는 반응기 보울(35b)로부터 보울의 둑형 내벽(36b)상으로, 반응기 조립체(20)의 하위 오버플로우 채널(40b)에 이르기까지 유동한다. 용액 S는 출구 노출(41)을 통해 채널(40b) 밖으로 배출된다. 출구 노즐(41b)은 1개 또는 2개의 출구 통로(44b)를 통해 용액 S를 지향시킬 수 있는 출구 밸브 블록(43b)으로 콘딧(42b)에 의해 접속된다. 배기 통로(45b)는 수집, 처리 및(또는) 재순환을 위해 배기 노즐(46b)로 가스를 지향시킨다. 용액은 반응기를 통해 다시 재순환시키기 위해 오버플로우 챔버로부터 인출되고 수집될 수 있다.
무전해 도금 용액은 밸브 블록(54b)을 통해서 그리고 반응기 보울(35b)의 바닥 오프닝(55b)을 통해 1개 이상의 입구 콘딧(50b)으로부터 유동한다. 용액 S는 웨이퍼(25)의 하향 대향하는 처리 측면과 콘택한다.
반응기(20b)의 반응기 헤드(30b)는 도 1의 전기 도금 반응기(20)와 동일한 방식으로 구축되고 고정자 조립체(70b) 및 회전자 조립체(75b)로 구성되는 것이 바람직하다. 회전자 조립체(75b)는 웨이퍼(25) 등의 가공품을 수용 및 전달하고, 반응기 보울(35b) 내에 처리측 하향 배향으로 웨이퍼를 배치하고, 처리하는 동안 가공품을 회전 또는 스핀시키도록 구성된다. 반응기 헤드(30b)는 전형적으로 상향 대향 배치(도 2 참조)로부터 반응기 헤드(30)를 회전시키도록 구성된 리프트/회전 장치(80b)상에 설치되고, 여기서, 그것은 도 35에 나타낸 바와 같이 하향 대향 위치로 도금될 웨이퍼를 수용하고, 여기서 도금될 웨이퍼의 표면은 반응기 보울(35b) 내에 하향 배치된다. 말단 효과기를 포함하는 로봇식 팔(415)은 전형적으로 웨이퍼(25)를 회전자 조립체(75b)상의 제 위치에 배치하고 도금된 웨이퍼를 회전자 조립체로부터 제거하기 위해 사용된다.
전기 도금 반응기(20)와 달리, 무전해 도금 반응기(20b)는 웨이퍼(25)의 표면에 전력을 전달하지 않는다. 그와 같이, 가공품 지지체는 전기 콘택트 조립체(85) 대신에 사용된다. 이 때문에, 가공품 지지체는 도전성 구조물(즉, 백금 입힌 티탄 또는 기타 도전성 금속으로 구축된 것)이 전기 도금 환경에 필적하는 유전 물질로 구축된 것을 제외하고는, 상기 콘택트 조립체 중 임의의 것과 동일한 형식으로 구축될 수 있다. 상기한 바와 같이, 그러한 가공품 홀더는 웨이퍼의 주변 영역 및 배면으로 질소 등의 불활성 유체의 흐름을 제공하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
특히 도 37 내지 41에 예시한 바와 같이, 가공품 홀더 조립체(2085)는 일반적으로 여러 가지 불연속 부품으로 구성될 수 있다. 외부 고리(2095)는 전기 비도전성인 플라스틱 물질 등으로 형성되고, 무전해 도금 환경에 화학적으로 필적하는 물질로 형성된다. 외부 고리(2095)는 예를 들면 PVDF로 구성될 수 있다. 도금될 가공품이 원형 반도체 웨이퍼일 때, 가공품 홀더 조립체(2085)의 외부 뿐만 아니라 외부 고리(2095)는 함께 결합될 때 도금되어야 하는 반도체 웨이퍼의 표면을 노출시키는 바운드된 중심 개방 영역(2093)을 형성하는 환상 부품으로 형성된다.
외부 고리(2095)는 환상 시일 소자(2098)가 제공되는 환상 내부 표면(2096)을 형성하는 비스듬한 말단 영역(2095b)을 갖는 방사상으로 확장하는 말단 벽(95a)을 구비한다. 시일 소자는 내부 표면에 끈끈하게 접착되거나 또는 몰딩되거나 또는 그렇지 않으면 부착된다. 아래에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 시일 소자(2098)는 반응기 보울(35) 내의 도금 환경이 도금될 웨이퍼 표면(25a) 너머로 침투하는 것을 방지하는 데 조력하기 위해 반도체 웨이퍼(25)의 대향면(2025a)에 반하여 시일링한다. 환상 시일 소자는 AFLAS 엘라스토머로 구성되는 것이 바람직하다.
외부 고리(2095)는 내부 홈(2100b) 및 외부 홈(2100c)을 제공하는 큰 몸체부(2100a)를 갖는 베이스 고리(2100)를 포위한다. 베이스 고리는 스테인레스 강으로 구성되는 것이 바람직하다. 큰 몸체부는 내부 표면(2096)쪽을 확장하는 칼라부(2100d)에 접속된다. 칼라부(2100d)는 립(100c)에서 내부로 향한다. 바람직하게는 폴리프로필렌으로 구성된 리테이너 고리(2102)는 베이스 고리(2100) 내에 위치한다. 리테이너 고리(2102)는 중심 플랜지(2102a), 원추형으로 확장하는 벽(2102b), 및 베이스 고리(2100)의 내부 홈(2100b)에 들어맞는 외부 리브(2102c)를 포함한다.
중심 플랜지(21OSa)상에, 그리고 시일 소자(2098) 아래에 "접시" 스프링(2104)이 배치된다. 접시 스프링은 전체적인 형상이 환상이고, 일반적으로 단면은 직사각형이며, 피상적인 프러스토원추 형상을 갖도록 형성된다. 스프링(2104)은 리테이너 고리(2102)에 의해 제 위치에 유지되고, 시일 소자(2098)에 반하여 리테이너 고리(2102)에 의해 약간 예비-로드(약간 평탄화)될 수 있다. 스프링(2104)은 외부 환상 노치(2104a) 및 내부 환상 노치(2104b)를 포함한다. 스프링(2104)은 플라스틱으로 구성되는 것이 바람직하다.
2개의 연결자 축(2225)은 가공품 홀더 조립체(2085)를 가로질러 직경으로 배향된 나사산 구멍(226)으로 가늘어지고 베이스 고리(2100)로 형성된다. 축(2225)은 이 축(2225)을 베이스 고리(100)에 고정시키기 위해 기구 결합 숄더(2227)를 포함한다.
바람직하게는, 가공품 지지체(2085)는 웨이퍼(25)의 배면으로 뿐만 아니라 시일 소자(2098)의 방사상으로 외부인 웨이퍼의 주변 영역에 퍼지 가스를 제공하는 복수개의 통로를 포함한다. 이 때문에, 도 40 및 41에 예시된 바와 같이, 가공품 지지체(2085)는 퍼지 포트(도시하지 않음)와 유체 소통하고 분기관으로서 효과적으로 작용하는 환상 채널(2137)을 포함한다. 복수개의 슬롯(2139)은 환상 채널(2137)과 웨이퍼(25)의 주변 에지 영역에 근사하는 영역(2141) 사이에 유체 소통을 제공하도록 외부 고리(2095)와 베이스 고리(2100) 사이의 틈 영역 내에 형성된다. 시일 소자(2098) 및 퍼지 가스의 흐름은 함께 웨이퍼(25)의 주변 영역 및 배면과 전기 도금 환경 사이에 배리어를 형성하는 데 조력한다. 퍼지 가스의 추가의 분포는 리테이너 고리(2102) 외부와 베이스 고리(2100) 사이에 형성된 환상 채널(2143)을 통해 영향을 받는다.
웨이퍼(25)를 가공품 홀더 조립체(2085)로 로딩하는 동안, 웨이퍼(25)는 도 40에 나타낸 위치까지 Y1 방향으로 상향 진행된다. 웨이퍼는 도 40에 나타낸 그의 위치까지 원추 형상의 벽(2102b)에 의해 방사상으로 가이드되거나 또는 집중된다. 도 40에 나타낸 위치에서, 웨이퍼(25)는 스프링(2104)의 내부 환상 노치(2104b)를 결합시킨다. 상기 후퇴 부재(310)를 작용시킴으로써, 웨이퍼(25)는 상향 압박되어 도 41에 나타낸 위치로 스프링(2104)을 굽히도록 작용한다.
도 41에 나타낸 바와 같이 스프링(2104)의 굽힘 또는 평탄화는 웨이퍼(25)가 노치(2104b) 내에 부분적으로 수용되게 하고, 립(2100C)이 노치(2104a)의 외부에 수용되게 한다. 웨이퍼 대향면(25a)은 시일 소자(2098)에 반하여 압박되고, 이는 다시 외부 고리(2095)에 의해 환상 내부 표면(2096)에 의해 제 위치에 유지된다. 후퇴 부재(310)가 방출될 때, 그 자신의 탄력있는 스프링 에너지의 영향하에 있는 스프링(2104)은 도 40에 나타낸 그의 구조로 복원되고 웨이퍼(25)를 부분적으로 Y2 방향으로 밀어낸다. 후퇴 부재(310)에 의해 가해지는 힘이 없는 도 40에 나타낸 위치로부터, 웨이퍼(25)는 Y2 방향을 따라 철회하는 후퇴 부재(310)상에 지원된 중력에 의해 처리될 것이다.
가공품 홀더의 또 다른 실시예는 도 42 및 43의 도면부호 2085b로 예시되어 있다. 예시된 바와 같이, 가공품 지지체(2085b)는 도 37-41의 가공품 지지체(2085)와 실질적으로 유사하다. 그러나, 3가지 두드러진 차이가 존재한다. 먼저, 별개의 시일 소자(2098)가 이 실시예에서 사용되지 않는다. 오히려, 외부 고리(2095b)는 웨이퍼(25)의 표면(25a)을 결합시키는 전복된 립(2149)을 종료시키는 환상 확장부(2146)를 포함한다. 둘째, 전복된 립(2149)은 후퇴 부재(310)가 웨이퍼(25)로부터 결합 해제될 때 화살표 X 방향으로 편향력을 제공함으로써 웨이퍼 홀더(2085b)로부터 웨이퍼(25)를 제거하는 데 조력한다. 결과적으로, 접시 고리 부재(2104)는 이 실시예에 사용되지 않는다. 마지막으로, 환상 립(2151)은 웨이퍼(25)가 웨이퍼 홀더(2085b)와 결합하도록 이동할 수 있는 한계를 설정하는 제한 부재로서 리테이너 고리(2102b)상에 제공된다.
웨이퍼 홀더(2085)와 마찬가지로 도 42 및 43에 예시된 실시예는 퍼지 가스를 제공하기 위한 복수개의 플로우 채널을 포함하기도 한다. 웨이퍼 홀더(2085)와 웨이퍼 홀더(2085b) 사이에 실질적인 유사성이 제공됨에 따라, 유사한 구조물은 웨이퍼 홀더(2085b)의 실시예에서 유사한 참조 번호로 라벨링된다.
콘택트 및 홀더 조립체로의 퍼지 가스 공급단
상기 콘택트 조립체 또는 가공품 홀더 중 임의의 것이 질소 등의 퍼지 가스를 제공하는 유체 소통 네트워크를 포함할 때, 그것은 콘택트 조립체 또는 가공품 홀더 외부의 소스로부터 공급되어야 한다. 도 44-46은 유체 소통 네트워크가 퍼지 가스에 의해 공급될 수 있는 한가지 방식을 예시한다.
도 44 및 45를 참조하면, 회전자 조립체(75)는 퍼지 가스를 수용하고, 이를 여기서 조립체(85a)로서 나타낸 가공품 홀더 또는 콘택트 조립체의 주변 영역에 근사하게 배치된 1개 이상의 퍼지 포트(725)에 소통시키는 입구를 도면부호 720에 갖는 유체 소통 채널 또는 튜브(710)를 구비할 수 있다. 예시된 실시예에서, 튜브(710)는 그러한 유체 소통을 위해 사용된다. 튜브(710)는 구동축(360)의 중공 중심부를 통해 확장하고, 이어서 적어도 하나의 퍼지 포트(725)로 가공품 홀더 또는 콘택트 조립체를 근사시키는 구동축(360)의 영역으로부터 진행된다(2개의 퍼지 포트가 예시된 실시예에서 사용됨). 대안으로, 튜브(710)에 의해 본 명세서에 나타낸 유체 소통 경로는 회전자 조립체(75)의 충실한 몸체부의 중공 영역으로서 형성된 1개 이상의 채널을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기한 바와 같이, 퍼지 가스는 중간 튜브와 반대로 구동축(360)의 중공 영역을 통해 직접적으로 공급될 수 있다. 회전자 조립체(75)의 특정 구현에 따라, 퍼지 가스의 소통은 대응하는 튜브를 통해서 또는 이들 사이에 걸쳐 실질적으로 충실한 몸체 부재에 형성된 중공 채널을 통해 진행될 수 있다.
퍼지 포트(725)로부터 대응하는 가공품 홀더 또는 콘택트 조립체의 단리된 영역에 이르는 퍼지 가스의 소통은 도 46에 예시된다. 도시된 바와 같이, 퍼지 포트(725)는 회전자 조립체(75)의 외부 하우징을 통해 배치된 퍼지 통로(735)로 개방된다. 퍼지 통로(735)는 가공품 홀더 또는 콘택트 조립체의 입구 포트(740)로 개방된다(그러한 입구 포트는 상기 가공품 홀더 및 콘택트 조립체의 실시예에 예시되어 있다). 그러한 입구 포트로부터, 퍼지 가스는 상기 방식으로 특정 홀더 또는 콘택트 조립체를 통해 유동한다.
집적 도금 기구
도 47 내지 49는 반도체 웨이퍼 등의 마이크로일렉트로닉 가공품상에서 도금을 위한 조합으로서 무전해 도금 반응기 및 전기 도금 반응기를 혼입할 수 있고 일반적으로 1450, 1455 및 1500으로 나타낸 집적 처리 기구의 정면 평면도이다. 처리 기구(1450 및 1455) 각각은 몬타나주 칼리스펠 소재 세미툴, 인크가 개발한 툴 플랫폼에 기초한다. 기구(450)의 처리 기구 플랫폼은 상표명 LT-210TM으로 시판되고 있고, 기구(1455)의 처리 기구 플랫폼은 상표명 LT-210CTM으로 시판되고 있고, 처리 기구 1500은 상표명 EQUINOXTM로 시판되고 있다. 기구(1450, 1455) 간의 주요 차이는 각각에 대해 필요한 청사진에 있다. 기구(1450)가 베이스되는 플랫폼은 기구(1455)가 베이스되는 플랫폼보다 작은 청사진을 갖는다. 또한, 기구(1450)가 베이스되는 플랫폼은 모듈화되고, 용이하게 팽창될 수 있다. 처리 기구(1450, 1455 및 1500) 각각은 사용자가 떠올린 처리 처방을 구현하기 위해 컴퓨터 프로그램될 수 있다.
처리 기구(1450, 1455 및 1500) 각각은 입출력 섹션(1460), 처리 섹션(1465) 및 1개 이상의 로봇(1470)을 포함한다. 기구(1450, 1455)에 대한 로봇(1470)은 선형 트랙을 따라 이동한다. 기구(1500)에 대한 로봇(1470)은 중심에 설치되고 입출력 섹션(1460) 및 처리 섹션(1465)을 액세스하도록 회전한다. 각각의 입출력 섹션(1460)은 1개 이상의 가공품 카세트 내에 반도체 웨이퍼 등의 복수개의 가공품을 유지하도록 채택된다. 처리 섹션(1465)은 반도체 웨이퍼상에서 1개 이상의 제조 공정을 수행하기 위해 사용되는 복수개의 처리국(1475)을 포함한다. 로봇(1470)은 처리국(1475) 사이에서 뿐만 아니라 입출력 섹션(1460)에서 가공품 카세트로부터 처리국(1475)으로 개개의 웨이퍼를 이송하기 위해 사용된다.
1개 이상의 처리국(1475)이 지금까지 기재된 것 등의 무전해 도금 반응기(1475a)로서 구성될 수 있고, 1개 이상의 처리국이 상기 전기 도금 반응기 등의 전기 도금 조립체(1475b)로서 구성될 수 있다. 예를 들면, 처리 기구(1450 및 1455) 각각은 3개의 무전해 도금 반응기, 3개의 전기 도금 반응기 및 1개 이상의 예비-습식/헹굼 스테이션 또는 기타 처리 용기를 포함할 수 있다. 예비-습식/헹굼 스테이션은 세미툴, 인크사로부터 입수할 수 있는 유형 중의 하나인 것이 바람직하다. 이하, 매우 다양한 처리국 구성이 무전해 도금 및 전기 도금 공정을 수행하기 위해 개개의 처리 기구(450, 455 및 500) 각각에서 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 그와 같이, 상기 구성은 단지 사용될 수 있는 변화의 예시일 뿐이다.
무전해 도금 및 전기 도금을 사용한 도금 방법
본 발명의 방법에 따라, 먼저 위에 도포된 시드층을 갖도록 처리된 반도체 웨이퍼 등의 가공품은 무전해 도금되고, 이어서 전기 도금된다. 이 방법은 도 50에 개략적으로 기재되어 있다.
배리어층이 먼저 가공품의 표면상의 피처에 도포된다(단계 1). 배리어층은 PVD 또는 CVD 공정에 의해 도포될 수 있다. 이어서 시드층이 배리어층상으로 도포된다(단계 2). 시드층은 PVD 또는 CVD 공정에 의해 도포된 Cu 시드층인 것이 바람직하다. 시드층이 도포된 후, 가공품은 아래 기재되는 바와 같이 무전해 도금 반응기에 배치될 수 있다. 무전해 도금조는 반응기 내에 제공되고, 가공품은 도전층, 바람직하게는 구리를 그 위에 도금하기 위해 도금조에 노출된다(단계 3). 도전층은 크고 작은 애스펙트비의 비아 및 트렌치가 충전되는 정도까지, 그러나 큰 비아 및 트렌치가 완전히 충전되지는 않는 정도까지 블랭킷으로서 도포된다. 이 시점에서 무전해 도금을 종료함으로써, 전체적인 공정에 있어서 보다 단축된 기간이 얻어질 수 있다. 그 위에 무전해 도금된 도전층을 갖는 가공품은 무전해 도금 반응기로부터 제거되고, 추가의 도전층, 바람직하게는 구리가 무전해 도금된 도전층상으로 도포되는 전기 도금 반응기로 이송된다(단계 4). 전기 도금 공정은 보다 큰 용착율을 갖고, 보다 큰 트렌치 및 비아를 충전시키기에 적절한 충전 등각성을 갖는다.
무전해 도금 처방은 V.M. 듀빈 등의 문헌에서 본 출원의 배경 기술 부분에 개시된 것 또는 미합중국 특허 제5,500,315호; 동 제5,310,580호; 동 제5,389,496 호; 또는 5.139.818호에 개시된 것 등의 공지된 처방일 수 있고, 이들 모두를 참고 문헌으로 인용한다. 더욱이, 상기 처리 시퀀스는 도 47-49에 예시된 임의의 기구에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 기본적인 교시에서 벗어나지 않는 수많은 변형이 상기 시스템에 대해 이루어질 수 있다. 본 발명은 1개 이상의 특정 실시예에 관하여 실질적으로 상세히 기재하였지만, 당업계의 숙련자라면 첨부된 특허 청구의 범위에 기재된 바의 본 발명의 범위 및 정신에서 벗어나지 않는 그에 대한 변화가 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.

Claims (52)

  1. 가공품의 표면상에 금속을 도금하기 위한 반응기로서,
    내부에 배치된 전기 도금 용액을 포함하도록 형성된 반응기 보울(reactor bowl)과;
    상기 전기 도금 용액과 접촉시키기 위해 상기 반응기 보울에 배치된 양극(anode); 및
    상기 반응기 보울 내에서 상기 양극으로부터 이격된 콘택트 조립체를 포함하고, 상기 콘택트 조립체는,
    상기 가공품보다 큰 개구를 한정하는 콘택트 장착 부재, 및
    상기 콘택트 장착 부재에 대해 고정되는 제 1 단부, 및 내벽으로부터 일반적으로 방사상 내향으로 연장하고 상기 가공품의 표면의 주변 에지와 접촉하도록 배치된 상기 제 1 단부로부터 상향으로 각진 제 2 단부를 갖는 복수개의 콘택트를 포함하며,
    상기 복수개의 콘택트는 상기 가공품이 결합 됨에 따라 상기 가공품의 표면에 대항하여 와이핑 작업을 수행하는 금속 도금용 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 콘택트는 불연속 요곡부(discrete flexure) 형태인 금속 도금용 반응기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 콘택트는 접시(Belleville) 고리 콘택트 형태인 금속 도금용 반응기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 콘택트 및 상기 가공품의 주변 에지에 퍼지 가스를 제공하기 위해 콘택트 조립체 내에 배치된 플로우 경로(flow path)를 추가로 포함하는 금속 도금용 반응기.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 콘택트 조립체는,
    유전체 물질로 형성된 외부 몸체 부재를 포함하고,
    상기 콘택트 장착 부재는 상기 외부 몸체 부재를 지지하고, 상기 콘택트 장착 부재는 도전성 물질로 형성되는 금속 도금용 반응기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 콘택트 장착 부재 및 상기 복수개의 콘택트는 백금 입힌 티탄(platinized titanium)으로 구성되는 금속 도금용 반응기.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 복수개의 콘택트는 불연속 요곡부 형태이고, 상기 각각의 불연속 요곡부는 상기 콘택트 장착 부재와 상기 외부 몸체 부재 사이에 한정된 대응 요곡부 채널 내에 배치되는 금속 도금용 반응기.
  9. 제 8 항에 있어서, 쐐기 부재(wedge member)를 추가로 포함하며, 상기 쐐기 부재는 상기 불연속 요곡부와 함께 상기 콘택트 장착 부재 내의 대응 홈에 결합함으로써, 상기 불연속 요곡부를 상기 콘택트 장착 부재에 고정시키는 금속 도금용 반응기.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 쐐기 부재의 적어도 일부는, 가공품이 상기 콘택트 조립체와 결합하게 됨에 따라서, 상기 요곡부 콘택트들의 가요성을 강화시키는 데 조력하는 금속 도금용 반응기.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 복수개의 콘택트는 상기 콘택트 장착 부재의 내부면의 노치 내에 배치된 공통부를 갖는 접시 고리 콘택트 형태인 금속 도금용 반응기.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 콘택트 장착 부재의 방사상 내부에 배치된 가공품 가이드를 추가로 포함하는 금속 도금용 반응기.
  13. 제 6 항에 있어서, 상기 외부 몸체 부재는 상기 콘택트 장착 부재에 연결된 외부를 포함하며, 상기 외부로부터 방사상 내향으로 돌출하는 립(lip)은 상기 가공품의 표면을 결합시키는 금속 도금용 반응기.
  14. 제 6 항에 있어서, 상기 외부 몸체 부재에 의해 지지되는 엘라스토머 시일 부재(elastomeric seal member)를 추가로 포함하고, 상기 엘라스토머 시일 부재는 상기 가공품의 표면을 결합하는 금속 도금용 반응기.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 콘택트 조립체는 적어도 하나의 래치 메커니즘을 사용하여 상기 반응기에 해제 가능하게 부착되는 금속 도금용 반응기.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 콘택트 조립체를 포함하는 처리 헤드를 추가로 포함하고, 상기 처리 헤드는 고정자부 및 회전자부를 포함하고, 상기 회전자부는 상기 콘택트 조립체를 포함하는 금속 도금용 반응기.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 콘택트 조립체는 적어도 하나의 래치 메커니즘에 의해 상기 회전자부에 분리 가능하게 접속되는 것인 금속 도금용 반응기.
  18. 제 16 항에 있어서, 배킹 부재(backing member) 및 구동 메커니즘을 추가로 포함하고, 상기 배킹 부재 및 콘택트 조립체는 가공품 로딩 상태와 가공품 처리 상태 사이에서 구동 메커니즘에 의해 서로 상대적으로 이동하고, 상기 가공품은 가공품 처리 상태에서 배킹 부재에 의해 상기 콘택트 조립체의 복수개의 콘택트에 대하여 가압되는 금속 도금용 반응기.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 구동 메커니즘은 벨로즈 부재에 의해 둘러싸이는 금속 도금용 반응기.
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  43. 가공품의 표면상에 금속을 도금하기 위한 반응기 조립체로서,
    전기 도금 용액을 포함하도록 형성된 보울(bowl)과;
    상기 보울에 배치된 양극(anode); 및
    콘택트 조립체와 배킹 플레이트(backing plate)를 포함하는 처리 헤드를 포함하며,
    상기 콘택트 조립체는 상기 가공품을 수용할 수 있는 크기를 갖는 개구를 구비한 지지 고리와 상기 지지 고리에 대해 고정된 제 1 단부 및 상기 제 1 단부로 부터 방사상 내향 및 상향으로 돌출하는 제 2 단부를 갖는 복수개의 콘택트를 포함하며, 상기 배킹 플레이트는 처리 위치에서 상기 가공품을 상기 콘택트들의 제 2 단부에 대항하여 구동하기 위해 상기 콘택트 조립체에 대해 이동될 수 있는 반응기 조립체.
  44. 제 43 항에 있어서, 상기 콘택트들은 상기 지지 고리에 부착되는 제 1 단부와 상기 제 1 단부로부터 상향으로 및 상기 지지 고리로부터 내향으로 돌출하는 제 2 단부를 갖는 개별 요곡부 부재들을 포함하는 반응기 조립체.
  45. 제 43 항에 있어서, 상기 콘택트들은 도전성 아치형 섹션과 일체로 형성된 핑거들을 포함하며, 상기 도전성 아치형 섹션은 상기 지지 고리에 부착되는 반응기 조립체.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 콘택트들 및 아치형 섹션은 도전성 접시 고리를 한정하는 반응기 조립체.
  47. 제 43 항에 있어서, 상기 처리 헤드는 고정자와 회전자를 추가로 포함하며, 상기 콘택트 조립체 및 상기 배킹 플레이트는 상기 회전자에 의해 지지되는 반응기 조립체.
  48. 제 43 항에 있어서, 상기 처리 헤드는 고정자, 회전자 및 상기 회전자에 결합된 벨로즈 시일을 추가로 포함하며, 상기 콘택트 조립체는 상기 회전자에 의해 지지되고 상기 배킹 플레이트는 상기 벨로즈 시일에 결합되는 반응기 조립체.
  49. 제 43 항에 있어서, 상기 콘택트들은 상기 지지 고리의 반경에 대해 각도를 이루며 내향으로 돌출하는 반응기 조립체.
  50. 제 43 항에 있어서, 상기 지지 고리에 결합된 배리어를 추가로 포함하며, 상기 배리어는 상기 가공품을 결합하기 위해 상기 콘택트들의 제 2 단부의 방사상 내향으로 위치한 립에서 종결되는 횡단 섹션을 갖는 반응기 조립체.
  51. 제 43 항에 있어서, 상기 지지 고리에 결합된 배리어를 추가로 포함하며, 상기 배리어는 상기 콘택트들의 제 2 단부의 방사상 내향으로 위치한 립에서 종결되는 횡단 섹션을 가지며, 상기 립은 상기 가공품을 결합하도록 형성된 엘라스토머 시일을 갖는 반응기 조립체.
  52. 제 43 항에 있어서, 상기 처리 헤드는 상기 콘택트 조립체에 결합된 래치 메커니즘(latching mechanism)을 추가로 포함하며, 상기 래치 메커니즘은 체결 위치와 해제 위치 사이에서 이동하는 액추에이터를 가지며, 상기 래치 메커니즘은 상기 콘택트 조립체를 상기 처리 헤드에 보유하기 위해 상기 체결 위치에서 상기 콘택트 조립체를 결합하고, 또한 상기 래치 메커니즘은 상기 콘택트 조립체를 상기 처리 헤드로부터 제거하기 위해 상기 해제 위치에서 상기 콘택트 조립체를 단속시키는 반응기 조립체.
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