KR100764272B1

KR100764272B1 - Material replenishment method and apparatus for precision plating system

Info

Publication number: KR100764272B1
Application number: KR1020017014316A
Authority: KR
Inventors: 치우 에이치. 팅; 피터 조; 프랑크 린; 탄야 앤드류쉬센코
Original assignee: 컷텍 리서치, 인코포레이티드
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2007-10-05
Also published as: EP1194616A4; KR20020001871A; CN1371432A; EP1194616A1; JP2003502495A; CN1253609C

Abstract

구리 보충 시스템(10)은 구리 도금 용액(15)으로부터 고갈된 구리를 보충하기 위해 설계된다. 용액을 위해 재순환 루프(12) 내에 삽입된 소형 필터 카트리지(30)를 사용하여 보충된다. 필터 카트리지(30)는 상기 용액과 반응할 때 상기 구리를 용액 내에 보충하는 화학물질을 포함한다. 필터 카트리지(30)는 용이하게 처리되고 보충 화학물질의 존재에 의해 유입될 수 있는 오염물의 양을 감소시킬 수 있는 소형 유닛이다.The copper replenishment system 10 is designed to replenish depleted copper from the copper plating solution 15. The solution is replenished using a small filter cartridge 30 inserted into the recycle loop 12. The filter cartridge 30 contains a chemical that replenishes the copper into the solution when reacting with the solution. The filter cartridge 30 is a small unit that can be easily processed and can reduce the amount of contaminants that can be introduced by the presence of supplemental chemicals.

Description

Material replenishment method and apparatus for precision plating system {MATERIAL REPLENISHMENT METHOD AND APPARATUS FOR PRECISION PLATING SYSTEM}

본 발명은 구리 도금 시스템 분야, 보다 구체적으로 도금 용액 내의 구리를 보충하는 기술에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the field of copper plating systems, and more particularly to techniques for replenishing copper in plating solutions.

도금 용액 내에 대상물을 함침시켜 대상물 상에 금속을 도금하는 도금 시스템은 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지되어 있다. 전극이 용액 내에 도입될 때 다양한 금속이 단순 함침에 의해 도금되거나 전기도금될 수 있다. 구리 도금에서, 황산동(CuSO₄)과 황산(H₂SO₄)의 혼합물과 같은 도금 용액이 대상물 상에 구리를 도금하기 위한 구리 공급원으로서 사용된다. 일반적으로, 캐소드는 도금될 대상물에 연결되며(대상물이 캐소드 전극(cathode electrode)으로 작용하도록) 캐소드와 애노드(anode) 사이에 걸쳐 전위가 형성된다. 용액 내의 구리 이온은 그 후 캐소드 전극 상에서 환원된다(즉, 대상물이 도금됨).Plating systems for plating a metal on an object by impregnating the object in a plating solution are known in the art. Various metals can be plated or electroplated by simple impregnation when the electrode is introduced into solution. In copper plating, a plating solution such as a mixture of copper sulfate (CuSO ₄ ) and sulfuric acid (H ₂ SO ₄ ) is used as the copper source for plating copper on the object. In general, the cathode is connected to the object to be plated (so that the object acts as a cathode electrode) and a potential is formed between the cathode and the anode. Copper ions in the solution are then reduced on the cathode electrode (ie, the object is plated).

통상의 구리 도금법에서, 애노드 전극(anode electrode)은 일반적으로 구리 이온이 고갈될 때 구리 이온을 보충할 수 있도록 도금 용액 내에서 용해되는 구리로 제조된다. 그러나, 정밀한 도금의 경우에, 애노드가 도금 공정 중에 형상이 변하지 않도록 불활성 애노드가 이용된다. 애노드 재료로부터 산화되는 구리 이온 대신, 소정의 다른 구리 공급원이 필요하다. 이러한 경우에, 구리 함유 재료가 도금 용액 내로 유입된다. 즉, 구리 이온이 도금 작용으로 인해 용액으로부터 고갈될 때 용액 내에 구리 이온을 보충하기 위한 소정의 외부 공급원이 사용된다.In a conventional copper plating method, an anode electrode is generally made of copper which is dissolved in a plating solution so that copper ions can be replenished when copper ions are depleted. However, in the case of precise plating, an inert anode is used so that the anode does not change shape during the plating process. Instead of the copper ions oxidized from the anode material, some other source of copper is needed. In this case, the copper containing material is introduced into the plating solution. That is, a predetermined external source for replenishing copper ions in the solution is used when the copper ions are depleted from the solution due to the plating action.

많은 구리 보충 기술이 선행기술로 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 4,324,623 호, 제 5,516,414 호 및 제 5,609,747호를 참조. 그러나, 공지된 보충 기술은 액체 배스(bath) 내로의 CuSO₄ 및 Cu(OH)₂와 같은 구리 공급 재료의 유입에 좌우된다. 소정의 경우에, 구리 공급 재료가 용액 내로 단순히 쏟아져 들어가지 않도록 중간 콘테이너(또는 배스)가 사용된다.Many copper replenishment techniques are known in the art. See, for example, US Pat. Nos. 4,324,623, 5,516,414, and 5,609,747. However, known replenishment techniques rely on the introduction of copper feed materials such as CuSO ₄ and Cu (OH) ₂ into the liquid bath. In some cases, an intermediate container (or bath) is used to prevent the copper feed material from simply pouring into the solution.

상기 기술은 가장 일반적인 도금 응용에 적합하고 수용될 수 있지만, 매우 청정한 환경이 필요한 곳에서는 바람직하지 않다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼(규소 웨이퍼와 같은) 상에 집적 회로를 제조할 때, 소자가 제조되는 청정실 내에 오염 입자가 있는 것은 바람직하지 않다. 많은 적용예에서 구리 공급 재료는 분말 또는 입상 형태이기 때문에, 상기 재료가 청정실 내에 존재할 때 오염 원인이 된다. 유사하게, 용액 내에 고체 재료를 첨가하였을 때 발생할 수 있는 소정의 용해되지 않은 입자는 도금될 웨이퍼 상에 유해한 영향을 준다. 따라서, 구리 도금 용액 내에 구리 공급 재료를 유입하는 개선된 방법이 바람직하다고 평가된다.The technique is suitable and acceptable for the most common plating applications, but is not desirable where a very clean environment is required. For example, when manufacturing an integrated circuit on a semiconductor wafer (such as a silicon wafer), it is undesirable to have contaminating particles in the clean room where the device is manufactured. In many applications the copper feed material is in powder or granular form, which causes contamination when the material is present in a clean room. Similarly, any undissolved particles that may occur when the solid material is added to the solution have a deleterious effect on the wafer to be plated. Therefore, it is appreciated that an improved method of introducing a copper feed material into the copper plating solution is desirable.

본 발명은 도금 공정 중에 용액으로부터 고갈되는 도금 재료를 보충하는 보충 시스템에 관한 것이다. 용액을 위한 재순환 루프 내로 삽입되는 소형 카트리지를 사용함으로써 보충이 이루어진다. 보충 시스템은 일반적으로 도금 용액을 유지(holding)하기 위한 용기와 용액을 재순환하기 위한 루프를 갖는다. 재료 보충 카트리지를 유지하는 콘테이너(카트리지 통)가 상기 루프 내에 삽입된다. 카트리지는 화학물질을 포함하며, 용액과 반응할 때, 도금 재료를 용액 내로 유입시켜 도금 재료의 농도가 소정의 수준에 이르도록 한다.The present invention relates to a replenishment system that replenishes plating material depleted from solution during the plating process. Replenishment is achieved by using a small cartridge that is inserted into the recycle loop for the solution. The replenishment system generally has a vessel for holding the plating solution and a loop for recycling the solution. A container (cartridge barrel) holding the material replenishing cartridge is inserted into the loop. The cartridge contains chemicals and, when reacting with the solution, introduces the plating material into the solution so that the concentration of the plating material reaches a predetermined level.

카트리지는 중공 코어를 갖는 다공성 필터 조립체이다. 도금 재료를 보충하기 위해 사용되는 화학물질은 필터 부재 내에 포함된다. 카트리지의 수송, 처리 및 저장 중에 필터 카트리지는 내장된 유닛 내에 화학물질을 유지시킨다. 도금 재료는 상기 화학물질이 도금 용액과 반응할 때 방출된다. 단일 패키징과 단순성으로 인해 카트리지를 시스템 내에 단순히 삽입함으로써 보충 화학물질은 도금 시스템 내에 유입된다. 더욱이, 필터 내의 화학물질이 소모되었을 때 카트리지를 교체하기만 하면 된다.The cartridge is a porous filter assembly having a hollow core. Chemicals used to replenish the plating material are contained within the filter element. The filter cartridge retains chemicals in the built-in unit during transportation, processing and storage of the cartridge. The plating material is released when the chemical reacts with the plating solution. Single packaging and simplicity allow supplemental chemicals to enter the plating system by simply inserting the cartridge into the system. Moreover, the cartridges only need to be replaced when the chemicals in the filters are exhausted.

바람직한 실시예에서, 본 발명은 구리 도금 시스템내로 구리를 보충하는데사용된다. 상기 시스템은 구리를 반도체 웨이퍼 상에 도금하는데 사용된다. 다양한 구리 보충 화학물질이 사용될 수 있지만, 바람직한 실시예의 필터 카트리지는 도금 용액내로 구리 이온을 보충하기 위해 산화구리 또는 수산화구리를 사용한다.In a preferred embodiment, the present invention is used to supplement copper into a copper plating system. The system is used to plate copper onto semiconductor wafers. Although various copper supplemental chemistries may be used, the filter cartridge of the preferred embodiment uses copper oxide or copper hydroxide to replenish copper ions into the plating solution.

바람직한 실시예에서, 센서는 용액 내의 구리 농도를 모니터링하는데 사용되며 밸브는 구리 농도가 소정의 수준 이하로 떨어질 때 필터 카트리지를 재순환 루프 내로 삽입한다. 센서는 도금 공정에서 사용되는 암페어-분(또는 쿨롱)을 모니터링하는 장치일 수 있으며 또는 도금 변수를 모니터링하는 다양한 다른 센서일 수 있다. 다른 실시예에서, 프로세서는 필요에 따라 도금 용액 내의 구리 농도를 자동적으로 모니터링하고 조절하는데 사용된다.In a preferred embodiment, a sensor is used to monitor the copper concentration in the solution and the valve inserts the filter cartridge into the recycle loop when the copper concentration drops below a predetermined level. The sensor may be a device for monitoring the amper-minute (or coulomb) used in the plating process or may be various other sensors for monitoring the plating parameters. In another embodiment, a processor is used to automatically monitor and adjust the copper concentration in the plating solution as needed.

도 1은 본 발명의 도금액 보충 시스템의 개략적 선도이다.1 is a schematic diagram of a plating liquid replenishment system of the present invention.

도 2는 도금 용액에 도금 재료를 보충하는데 사용되는 필터 카트리지와 콘테이너 쉘의 도면이다.2 is a view of a filter cartridge and a container shell used to replenish the plating material in the plating solution.

도 3은 도 2에 도시된 필터 카트리지의 상세도면이다.3 is a detailed view of the filter cartridge shown in FIG.

도 4는 프로세서 제어하에 있는 도 1의 도금액 보충 시스템이다.4 is the plating liquid replenishment system of FIG. 1 under processor control.

본 발명에는 구리 도금 시스템에 사용되는 구리 보충 기술이 개시된다. 이하에서, 본 발명을 충분히 이해할 수 있도록, 특정 화학물질, 구조, 재료, 공정 등에 대해 구체적으로 설명한다. 그러나, 당업자는 이러한 구체적인 설명없이도 본 발명을 실시할 수 있을 것이다. 다른 경우에, 본 발명을 불명료하게 하지 않도록 공지된 기술, 구조 및 화학물질은 설명되지 않는다.The present invention discloses copper supplementation techniques used in copper plating systems. Hereinafter, specific chemicals, structures, materials, processes, and the like will be described in detail so that the present invention can be fully understood. However, those skilled in the art will be able to practice the invention without these specific details. In other instances, well-known techniques, structures and chemicals have not been described in order not to obscure the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예는 구리 도금 시스템용 구리 보충 시스템을 참조하여 설명되며, 상기 구리 보충 시스템에서 구리산화물 또는 수산화구리는 용액 내의 구리 이온을 보충하는데 사용된다는 것을 주목해야 한다. 그러나, 본 발명은 다른 구리 보충 화학물질에 의해 실행될 수도 있으며, 산화구리 또는 수산화구리에 한정되는 것은 아니다. 더욱이, 본 발명은 다른 금속의 도금에 사용되기 위해 용이하게 적용될 수 있으며 구리 도금에 한정되는 것은 아니다.Preferred embodiments of the present invention are described with reference to a copper replenishment system for a copper plating system, wherein it should be noted that copper oxide or copper hydroxide is used to replenish copper ions in solution. However, the invention may be practiced with other copper supplemental chemicals, and is not limited to copper oxide or copper hydroxide. Moreover, the present invention can be easily applied for use in the plating of other metals and is not limited to copper plating.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 구리 보충 시스템(10)이 도시된다. 시스템(10)은 용기(11), 재순환 루프(12), 구리 보충 공급원(13) 및 도금 용액(15)을 재순환하기 위한 다양한 펌프, 밸브 및 필터를 포함한다. 용기(11)는 일반적으로 액체 도금 용액을 유지하는데 사용되는 탱크, 콘테이너, 또는 소정의 다른 하우징일 수 있다. 이러한 경우에, 용기(11)는 구리 도금 용액(15)을 유지시킨다. 도금 용액(15)의 특정 화학적 성분은 수행될 도금 공정에 좌우된다.Referring to FIG. 1, a copper replenishment system 10 in accordance with the present invention is shown. System 10 includes various pumps, valves, and filters for recycling vessel 11, recycle loop 12, copper make-up source 13, and plating solution 15. The container 11 may generally be a tank, container, or some other housing used to hold a liquid plating solution. In this case, the container 11 holds the copper plating solution 15. The particular chemical component of the plating solution 15 depends on the plating process to be performed.

용기(11)는 도금 공정 자체를 위해 이용될 수 있으며, 이러한 경우에 도금될 대상물은 용기(11) 내에 위치된다. 도시되진 않지만, 구리를 전기도금하기 위한 전극이 또한 용기(11) 내에 유입될 수 있다. 그 대신에, 도금 공정이 용기(11) 외부에서 수행될 수도 있다. 이러한 경우에, 용기(11)는 도금 용액(15)을 위한 공급 탱크로서 작용하며 소정의 연결 수단이 도금 공정이 수행되는 곳으로 용액(15)을 수송하는데 사용된다.The container 11 can be used for the plating process itself, in which case the object to be plated is located in the container 11. Although not shown, electrodes for electroplating copper may also be introduced into the vessel 11. Instead, the plating process may be performed outside the container 11. In this case, the container 11 serves as a supply tank for the plating solution 15 and a predetermined connecting means is used to transport the solution 15 to where the plating process is performed.

도 1의 실시예에서, 공급 라인(16)은 용액(15)을 용기(11)로부터 도금 위치로 수송한다. 예를 들어, 도금 용액(15)이 구리를 반도체 웨이퍼 상에 도금하는데 사용될 때, 공급 라인(16)은 구리를 웨이퍼 상에 증착 또는 도금하는 처리 챔버로 용액(15)을 수송한다. 웨이퍼 처리 챔버로부터 처리 용액이 재순환되면, 회수 라인(라인 17로 도시됨)은 액체를 용기(11)로 회수하는데 사용된다. 도금 용액(15)을 유지하거나 공급하는데 용기가 사용될 수 있는 많은 적용 분야가 있을 것이다. 본 발명은 용액에 의해 수행되는 공정에 그 요지가 있는 것이 아니고, 본 발명은 용액(15)이 구리를 도금하는데 사용될 때 용액(15)으로부터 고갈되는 구리의 보충에 그 요지가 있다.In the embodiment of FIG. 1, supply line 16 transports solution 15 from vessel 11 to the plating position. For example, when plating solution 15 is used to plate copper onto a semiconductor wafer, supply line 16 transports solution 15 to a processing chamber that deposits or plated copper onto the wafer. Once the processing solution is recycled from the wafer processing chamber, a recovery line (shown in line 17) is used to recover the liquid to the vessel 11. There will be many applications where a container can be used to hold or supply the plating solution 15. The present invention is not subject to the process carried out by the solution, and the present invention is directed to the replenishment of copper depleted from the solution 15 when the solution 15 is used to plate copper.

재순환 루프(12)는 용기(11)로부터 용액(15) 표본을 끌어당기는데 사용되며 용액(15)을 용기(11) 내로 재순환시킨다. 이러한 재순환 루프(12) 내에서 용액(15)은 두 경로 중 어느 하나를 따를 수 있다. 펌프(20)는 용기(11)로부터 밸브(22)로 용액(15)을 펌핑한다. 액체 경로는 이 지점에서 분리되며 보충 경로(18) 또는 우회 경로(19) 중 어느 하나를 따른다. 두 경로(18 및 19)는 밸브(23)에서 다시 통합된다. 제 2 펌프(21)는 구리 보충 공급원(13)을 통해 액체를 펌핑하도록 보충 경로(18)에 포함된다. 그러나, 경로(19)가 완전히 차단된다면, 펌프(20)는 액체를 경로(18)를 통해 펌핑하기 때문에 제 2 펌프(21)는 불필요하다고 이해된다. 따라서, 밸브(22 및 23)의 작동에 따라, 용기(11)로부터의 액체는 보충 경로(18)를 통해 펌핑될 수 있거나 우회될 수 있다.Recirculation loop 12 is used to pull solution 15 sample from vessel 11 and recycle solution 15 into vessel 11. In this recycle loop 12 the solution 15 can follow either of two paths. The pump 20 pumps the solution 15 from the vessel 11 to the valve 22. The liquid path is separated at this point and follows either the replenishment path 18 or the bypass path 19. Both paths 18 and 19 are again integrated at the valve 23. The second pump 21 is included in the replenishment path 18 to pump the liquid through the copper replenishment source 13. However, if path 19 is completely shut off, it is understood that second pump 21 is unnecessary because pump 20 pumps liquid through path 18. Thus, depending on the operation of the valves 22 and 23, the liquid from the vessel 11 can be pumped or bypassed through the replenishment path 18.

일반적으로 시스템(10)과 함께 이용되는 필터와 센서가 또한 도 1에 도시된다. 상기 실시예에서, 두 개의 필터(25 및 26, 하나는 예비 필터 단계이고 다른 하나는 최종 필터 단계임)는 액체를 여과하는데 사용된다. 사용되는 필터의 실제 개체수는 설계시 선택사항이다. 센서는 다양한 단계에서 액체를 모니터링하는데 사용되며, 따라서 이러한 센서의 사용, 위치 및 개체수는 또한 특정 용도의 필요에 의해 정해지는 설계시의 선택사항이다. 상기 실시예에서, 센서(S1)는 구리 보충 단계 전의 용액을 모니터링하기 위해 배열된다. 센서(S2)는 보충 단계 후의 액체를 모니터링하기 위해 배열된다. 그러므로, 구리 보충 공급원(13)을 통해 펌핑되기 전 및 후의 구리 농도가 모니터링될 수 있다.Filters and sensors generally used with the system 10 are also shown in FIG. 1. In this embodiment, two filters (25 and 26, one is the preliminary filter stage and the other is the final filter stage) are used to filter the liquid. The actual population of filters used is optional at design time. Sensors are used to monitor liquids at various stages, so the use, location, and population of these sensors are also optional in design, which are determined by the needs of the particular application. In this embodiment, the sensor S1 is arranged to monitor the solution before the copper replenishment step. The sensor S2 is arranged to monitor the liquid after the replenishment step. Therefore, the copper concentration before and after pumping through the copper replenishment source 13 can be monitored.

제 3 센서(S3)가 또한 도시된다. 센서(S3)는 용기(11) 내의 용액을 모니터링하기 위해 배열된다. 센서(S3)는 센서(S2)와 동일한 작용을 제공할 수 있다고 평가된다. 더욱이, 단순성을 위해, 바람직하다면 단지 센서(S3)를 사용하여 보다 단순하게 구리 이온 농도의 모니터링을 달성할 수 있다. 중요한 점은, 필요에 따라 추가적인 구리가 용액(15)에 첨가될 수 있도록, 소정 형태의 모니터링이 용액(15) 내의 구리 이온의 농도 수준을 감지하고 모니터링하는데 이용될 수 있다는 것이다. 하나의 센서는 도금 공정에 사용되는 암페어-분(또는 쿨롱)을 모니터링하는 장치일 수 있다고 평가된다. 쿨롱(또는 전하)의 양은 도금 공정으로부터 고갈된 구리의 양(입자 또는 중량)으로 직접 해석될 수 있다. 다시, 사용되는 센서의 형태는 수행될 도금 공정에 따라 달라질 수 있는 설계상의 선택사항이다.The third sensor S3 is also shown. The sensor S3 is arranged to monitor the solution in the vessel 11. It is estimated that sensor S3 can provide the same action as sensor S2. Moreover, for the sake of simplicity, monitoring of the copper ion concentration can be achieved more simply using the sensor S3, if desired. Importantly, some form of monitoring can be used to detect and monitor the concentration level of copper ions in the solution 15 so that additional copper can be added to the solution 15 as needed. It is appreciated that one sensor may be a device for monitoring the amper-minute (or coulomb) used in the plating process. The amount of coulomb (or charge) can be interpreted directly as the amount (particle or weight) of copper depleted from the plating process. Again, the type of sensor used is a design option that can vary depending on the plating process to be performed.

정상 유동 모드에서, 우회 경로(19)는 유체 유동을 위해 이용된다. 액체는 용액 내의 구리 이온의 양을 추적하기 위한 센서(들)에 의해 모니터링된다. 구리 농도 수준이 소정 값 이하로 떨어질 때, 액체는 보충 경로(18)를 통해 펌핑되며, 추가적인 구리 이온이 시스템 내에 유입될 수 있다.In normal flow mode, bypass path 19 is used for fluid flow. The liquid is monitored by the sensor (s) to track the amount of copper ions in the solution. When the copper concentration level drops below a predetermined value, the liquid is pumped through the replenishment path 18 and additional copper ions may be introduced into the system.

소정의 경우에, (라인 16 및 17의) 처리 유동 루프가 재순환 루프(12)와 결합될 수 있을 것이다. 이러한 경우에, 도금 용액(15)은 밸브(23)를 통과한 후에 처리 설비로 공급되며 회수 라인은 필터(25)의 입구에 연결된다. 즉, 개략적인 도 1에서, 처리 설비는 필터(25, 26)와 용기(11) 사이의 루프(12) 내에 삽입된다. 따라서, 정상 처리 작동하에서, 우회 경로(19)는 도금 용액을 용기(11)로부터 처리 설비로 공급하는데 사용된다. 용기 내의 구리 농도 수준이 소정 값 이하로 떨어질 때, 카트리지는 구리를 보충하기 위해 루프 내에 삽입된다. 하나 또는 두 개의 순환 루프의 사용은 처리 설비 및 수행될 공정의 필요에 의해 결정되는 선택사항이다.In some cases, a process flow loop (of lines 16 and 17) may be combined with the recycle loop 12. In this case, the plating solution 15 is fed to the treatment facility after passing through the valve 23 and the recovery line is connected to the inlet of the filter 25. That is, in schematic FIG. 1, the processing facility is inserted in the loop 12 between the filters 25, 26 and the container 11. Thus, under normal processing operation, the bypass path 19 is used to supply the plating solution from the vessel 11 to the processing facility. When the copper concentration level in the container drops below a predetermined value, the cartridge is inserted into the loop to replenish copper. The use of one or two circulation loops is an option that is determined by the needs of the treatment plant and the process to be performed.

추가적인 구리 이온을 유입시키기 위한 수단은 구리 보충 공급원(13)에 의해 제공된다. 본 발명은 콘테이너 쉘(또는 카트리지 통; 29) 내에 삽입된 보충 카트리지를 사용한다. 카트리지 통(29)으로의 유동 입구는 상부에 있으며 출구는 바닥에 있어서, 도금 용액은 주변부를 따라 카트리지 통(29) 내로 유동하고, 카트리지(30)를 가로지르며 중앙 중공 코어(출구 개구가 위치됨)를 통해 나간다. 카트리지 통(29)과 카트리지(30)의 보다 상세한 설명은 도 2 및 도 3에 도시된다.Means for introducing additional copper ions are provided by the copper supplemental source 13. The present invention uses a replenishment cartridge inserted into a container shell (or cartridge barrel) 29. The flow inlet to the cartridge barrel 29 is at the top and the outlet is at the bottom so that the plating solution flows along the periphery into the cartridge barrel 29, across the cartridge 30 and the central hollow core (outlet opening is located). Get out through). More details of the cartridge barrel 29 and cartridge 30 are shown in FIGS. 2 and 3.

도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 바람직한 실시예의 카트리지(30)는 원통형이다. 카트리지(30)의 형태는 설계시 선택사항이라고 이해된다. 카트리지(30)는 외측 필터 부재(31)와 내측 코어(32)를 포함한다. 필터(31)는 카트리지 통(29)을 통해 통과하는 액체 내로 도금 화학물질(본원에서 구리)을 유입시키기 위해 필요한 화학물질로 충진된다. 내측 코어(32)는 카트리지(30)를 통한 유체 유동을 개선시키기 위해 비어 있다. 내측 코어(32)는 카트리지 통(29)의 유동 출구 개구와 맞춰져 있어, 필터를 통한 유체 유동이 보장된다.As shown in Figures 2 and 3, the cartridge 30 of the preferred embodiment is cylindrical. It is understood that the shape of the cartridge 30 is optional in design. The cartridge 30 includes an outer filter member 31 and an inner core 32. The filter 31 is filled with the chemicals necessary to introduce the plating chemical (copper here) into the liquid passing through the cartridge barrel 29. The inner core 32 is empty to improve fluid flow through the cartridge 30. The inner core 32 is fitted with the flow outlet opening of the cartridge barrel 29 to ensure fluid flow through the filter.

필터 부재(31)는 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 일반적으로, 필터는 액체가 필터를 통과하도록 다공성 재료로 형성된다. 필터는 화학물질이 두 벽 사이에 존재하거나 여과 재료가 횡단면을 가로질러 존재할 수 있는 이중벽 필터(외측 및 내측 스킨 또는 구조를 가짐)로서 형성되며, 여과 재료가 횡단면을 가로질러 존재하는 경우에 화학물질은 여과 재료 내에 분포된다. 실린더의 상부 및 바닥은 일반적으로 밀봉되며(여과 재료 등에 의해), 여기서 일반적으로 보충 화학물질은 분말 형태이다. 실제 필터의 구성은 설계상의 선택사항이라고 평가된다. 중요한 것은, 액체의 통과를 위해 소정 형태의 여과기가 필요하며 보충 화학물질이 카트리지(30) 내에 분포되어 액체가 필터(31)를 통해 통과할 때 화학물질이 용액 내로 유입된다는 것이다.The filter member 31 may be formed in various ways. In general, the filter is formed of a porous material such that liquid passes through the filter. The filter is formed as a double wall filter (with outer and inner skins or structures) in which the chemical is present between the two walls or the filtration material can be present across the cross section, and the chemical is present if the filtration material is present across the cross section. Is distributed in the filtration material. The top and bottom of the cylinder are generally sealed (by filtration material, etc.), where generally the supplemental chemical is in powder form. The construction of the actual filter is considered a design option. Importantly, some form of filter is required for the passage of the liquid and supplemental chemicals are distributed in the cartridge 30 so that the chemical enters the solution as the liquid passes through the filter 31.

또한, 본 발명에 있어서, 카트리지(30)는 취급의 편의를 제공하기 위해 패키지 유닛으로 제조된다. 카트리지의 일체화된 패키징 때문에, 카트리지(30)는 사용될 때까지 간편하게 수송되고 저장될 수 있다. 시스템(10)에의 사용 준비시, 패키징이 카트리지(30)로부터 제거되고 카트리지(30)가 카트리지 통(29) 내에 삽입된다. 카트리지가 카트리지 통(29)내에 수납되어 밀봉되면, 도금 용액(15)은 카트리지(30) 내의 화학물질과 반응하기 위해 카트리지 통 내로 유동한다. 일반적으로, 충분한 높이의 카트리지(30)를 갖는 것이 바람직하며, 카트리지(30)의 두 단부는 카트리지 통(29)의 바닥 및 상부 덮개에 대해 밀봉된다.In addition, in the present invention, the cartridge 30 is manufactured in a package unit to provide convenience of handling. Because of the integrated packaging of the cartridge, the cartridge 30 can be conveniently transported and stored until used. In preparation for use in the system 10, the packaging is removed from the cartridge 30 and the cartridge 30 is inserted into the cartridge barrel 29. Once the cartridge is contained within the cartridge barrel 29 and sealed, the plating solution 15 flows into the cartridge barrel to react with the chemicals in the cartridge 30. In general, it is desirable to have a cartridge 30 of sufficient height, with the two ends of the cartridge 30 being sealed against the bottom and top cover of the cartridge barrel 29.

필터 부재(31) 내의 화학물질은 도금 용액 내의 구리 이온을 보충하는 다양한 공지된 화학물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 보충 화학물질은 수산화구리(Cu(OH)₂) 또는 산화구리(CuO)로 구성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 코어(32)는 CuO로 구성된다. 따라서, 분말 형태의 CuO가 필터 부재(31)의 개방 영역을 충진하기 위해 삽입된다. 카트리지(30)의 상부 및 바닥은 필터 부재(31) 내의 CuO를 밀봉하기 위해 밀봉된다.The chemical in the filter element 31 may be composed of various known chemicals that replenish copper ions in the plating solution. For example, the supplemental chemical may consist of copper hydroxide (Cu (OH) ₂ ) or copper oxide (CuO). In a preferred embodiment, the core 32 is composed of CuO. Thus, CuO in powder form is inserted to fill the open area of the filter member 31. The top and bottom of the cartridge 30 are sealed to seal CuO in the filter member 31.

카트리지(30)가 카트리지 통(29) 내에 삽입되면, 도금 용액(15)은 구리 보충이 요구될 때 카트리지 통 내로 유동한다. 도금 용액이 황산동(CuSO₄)과 황산(H₂SO₄)의 혼합물로 구성될 때, 산화구리는 구리 이온을 용액 내로 유입시켜 고갈된 구리를 보충하기 위해 다음의 화학 반응에 의해 용액 내에서 반응할 것이다.When the cartridge 30 is inserted into the cartridge barrel 29, the plating solution 15 flows into the cartridge barrel when copper replenishment is required. When the plating solution consists of a mixture of copper sulfate (CuSO ₄ ) and sulfuric acid (H ₂ SO ₄ ), copper oxide reacts in solution by the following chemical reaction to introduce copper ions into the solution to replenish the depleted copper something to do.

CuO + 2H⁺→Cu⁺⁺+ H₂OCuO + 2H ⁺ → Cu ⁺⁺ + H ₂ O

본 발명의 카트리지(30)를 사용함으로써 상당한 장점이 얻어진다. 현재 사용되고 있는 벌크형(bulk) 화학물질과 달리, 소형으로 패키지화된 유닛은 패키지 유닛으로서 용이하게 수송되고, 취급되며 저장될 수 있다. 카트리지(30)는 시스템(10) 내에 용이하게 삽입될 수 있고 필터(31) 내에 존재하는 보충 화학물질이 소모되었을 때 용이하게 제거될 수 있다. 청정한 환경(청정실과 같은) 내에서 사용될 때, 카트리지 내로의 화학물질 격리는 오염물로서 화학물질을 환경 내에 유입시키는 잠재성을 상당히 감소시킨다. 카트리지 내의 구리는 카트리지 통(29) 내의 도금 용액과 반응할 때에만 카트리지 외부로 용해된다. 따라서, 바람직한 실시예의 구리 보충 카트리지(또는 필터 카트리지로 지칭됨)는 도금 용액 내로 구리 함유 화학물질을 쏟아 붓는 공지된 기술에 비해 상당한 개선점이다.Significant advantages are obtained by using the cartridge 30 of the present invention. Unlike bulk chemicals currently in use, compactly packaged units can be easily transported, handled and stored as package units. The cartridge 30 can be easily inserted into the system 10 and easily removed when the supplemental chemicals present in the filter 31 have been consumed. When used in a clean environment (such as a clean room), chemical sequestration into the cartridge significantly reduces the potential for introducing chemical into the environment as contaminants. Copper in the cartridge dissolves out of the cartridge only when it reacts with the plating solution in the cartridge barrel 29. Thus, the copper supplement cartridge (or filter cartridge) of the preferred embodiment is a significant improvement over known techniques for pouring copper containing chemicals into the plating solution.

도 4를 참조하면, 또 다른 구리 보충 시스템(40)이 도시된다. 시스템(40)은 CPU(41)로 지칭되는 프로세서(컴퓨터와 같음)를 부가적으로 포함하는 시스템(10)이다. 시스템(40)에서, 재순환 루프(12)의 모니터링 및 제어 작용은 프로세서에 의해 제어된다. 따라서, 센서, 펌프 및 밸브는 CPU(41)에 연결된다. CPU(41)는 도금 용액(15)의 구리 농도 수준을 모니터링하며 구리 보충이 필요할 때, 시스템(40) 내에 보충 경로(18)를 삽입한다. 적절한 정도의 구리가 저장되면, 보충 경로(18)는 밀폐되며 용액은 우회 경로(19)를 통해 유동한다. CPU(41)는 도금이 용기(11)내에서 수행되든 또는 다른 소정의 위치에서 수행되든, 도금 공정을 제어하는데 사용되는 동일한 처리 유닛일 것이다.Referring to FIG. 4, another copper replenishment system 40 is shown. System 40 is system 10 additionally including a processor (like a computer) referred to as CPU 41. In system 40, the monitoring and control action of recycle loop 12 is controlled by a processor. Thus, sensors, pumps and valves are connected to the CPU 41. The CPU 41 monitors the copper concentration level of the plating solution 15 and inserts the replenishment path 18 into the system 40 when copper replenishment is needed. Once the appropriate amount of copper is stored, the replenishment path 18 is closed and the solution flows through the bypass path 19. The CPU 41 will be the same processing unit used to control the plating process, whether the plating is performed in the container 11 or at another predetermined position.

이와 같이, 본 발명에서는 구리 보충 시스템이 개시된다. 본 발명은 구리 외의 다른 금속의 도금에도 용이하게 수행될 수 있을 것이다.As such, the present invention discloses a copper replenishment system. The present invention may be easily carried out for the plating of metals other than copper.

Claims

An apparatus for replenishing plating material removed from a solution used for plating,

A container for holding the solution,

A replenishment container containing the solution and connected to the container so that the solution can be recycled to the container, and

A cartridge inserted in the replenishing container to introduce a plating material into the solution,

And the cartridge has an outer support structure for retaining chemical therein, wherein the chemical replenishes the plating material removed from the solution when reacting with the solution.

The method of claim 1,

An outer support structure of the cartridge is made of a porous material that is made of a porous material that allows the solution to flow through easily while retaining the chemical in the cartridge until the chemical reacts with the solution. .

The method of claim 1,

Further includes a valve and a sensor,

The sensor monitors the concentration of the plating material in the solution and the valve controls the flow of the solution into the replenishing container.

The method of claim 3, wherein

And a processor for activating or deactivating the valve to monitor the sensor and automatically adjust the concentration of plating material in the solution in response to the sensor.

The method of claim 1,

Plating material replenishment device wherein the plating material comprises copper.

The method of claim 5,

Plating material replenishment device, wherein the chemical is copper oxide (CuO).

The method of claim 5,

Plating material replenishment device, wherein the chemical is copper hydroxide (Cu (OH) ₂ ).

An apparatus for replenishing copper removed from a copper plating solution used to plate copper on a semiconductor wafer,

A container for holding the plating solution,

A replenishment container connected to the vessel to receive the plating solution and retain the plating solution recycled to the container, and

A filter cartridge inserted into said replenishing container to introduce copper into said plating solution,

Wherein said filter cartridge has an outer support structure for retaining copper supplemental chemicals therein, said copper supplemental chemicals supplementing copper removed from said solution when reacting with said plating solution.

The method of claim 8,

The outer support structure of the filter cartridge permits the plating solution to flow through easily while still having a porosity capable of retaining the chemical in powder form within the filter cartridge until the chemical reacts with the plating solution. Made of material, copper replenishment device.

The method of claim 8,

Further includes a valve and a sensor,

The sensor monitors the concentration of copper in the plating solution and the valve controls the flow of the plating solution into the replenishing container.

The method of claim 10,

And a processor for activating or deactivating the valve to monitor the sensor and to automatically adjust the concentration of copper in the plating solution in response to the sensor.

The method of claim 9,

Wherein said copper supplemental chemical is copper oxide (CuO).

The method of claim 9,

Wherein said copper supplemental chemical is copper hydroxide (Cu (OH) ₂ ).

A method of replenishing a plating material removed from a plating solution used for plating,

Pumping the plating solution from a container holding the plating solution to a replenishing container connected to the container,

Pumping the plating solution through a filter cartridge inserted into the replenishing container,

Introducing a plating material into the plating solution when the plating solution flows through the filter cartridge, and

Recycling the supplemented plating solution into the vessel,

The filter cartridge has an outer support structure for retaining the chemical therein,

Wherein the chemical replenishes the plating material removed from the solution when reacting with the solution.

The method of claim 14,

Pumping the plating solution through the filter cartridge retains the chemical in the cartridge until the chemical reacts with the plating solution while allowing the chemical to readily flow through the filter cartridge. And pumping the solution through a porous filter cartridge.

The method of claim 14,

Monitoring the concentration of plating material in the plating solution and controlling the flow of the plating solution into the filter cartridge to adjust the amount of plating material replenished into the plating solution. .

The method of claim 16,

Using a processor to monitor the concentration of plating material in the plating solution and to control the flow of the plating solution to the filter cartridge.

The method of claim 14,

And replenishing the plating material is replenishing copper in the plating solution used to plate the copper.

The method of claim 18,

And the chemical used to replenish the copper is copper oxide (CuO).

The method of claim 18,

The chemical used to replenish the copper is copper hydroxide (Cu (OH) ₂ ).

A cartridge used to replenish plating material removed from a solution used for plating,

An outer support structure formed of filter material that allows the plating material to flow therethrough;

A supplemental chemical present in the outer support structure,

Wherein the replenishment chemical introduces a plating material into the solution when reacted with the solution flowing through the filter material.

The method of claim 21,

Wherein the outer support structure includes a porous filter that allows the solution to flow easily therethrough and has a hollow core, wherein the replenishment chemical is contained within the porous filter.

The method of claim 22,

The supplementary chemical agent is copper oxide (CuO).

The method of claim 22,

The supplementary chemicals are copper hydroxide (Cu (OH) ₂ ).