KR101246838B1 - 반도체 기판들 상으로의 금속들의 무전해 증착을 위한 장치 - Google Patents

반도체 기판들 상으로의 금속들의 무전해 증착을 위한 장치 Download PDF

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KR101246838B1
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Abstract

무전해 증착 시스템 및 무전해 증착 스테이션들이 제공된다. 상기 시스템은 프로세싱 메인프레임, 상기 메인프레임 상에 위치된 적어도 하나의 기판 세정 스테이션, 및 상기 메인프레임 상에 위치된 무전해 증착 스테이션을 포함한다. 상기 무전해 증착 스테이션은 환경적으로 제어되는 프로세싱 인클로저, 기판의 표면을 세정하고 활성화시키도록 구성되는 제 1 프로세싱 스테이션, 상기 기판의 표면에 층을 무전해 증착시키도록 구성되는 제 2 프로세싱 스테이션, 및 상기 제 1 및 제 2 프로세싱 스테이션 사이에서 기판들을 전달하도록 위치되는 기판 셔틀을 포함한다. 상기 무전해 증착 스테이션은 또한 오염물이 없고 균일한 무전해 증착 프로세스를 수행하기 위해 다양한 유체 전달 및 기판 온도 제어 장치들을 포함한다.

Description

반도체 기판들 상으로의 금속들의 무전해 증착을 위한 장치{APPARATUS FOR ELECTROLESS DEPOSITION OF METALS ONTO SEMICONDUCTOR SUBSTRATES}
도 1은 예시적인 기판 프로세싱 시스템의 평면도이다.
도 2는 기판 프로세싱 시스템에 포함된, 예시적인 무전해 증착 시스템 및 인클로저(enclosure)의 투시도이다.
도 3은 인클로저가 제거된 예시적인 무전해 증착 시스템의 투시도이다.
도 4는 예시적인 무전해 증착 시스템 및 인클로저의 수직 단면도이다.
도 5a는 예시적인 유체 프로세싱 스테이션의 수직 단면도이다.
도 5b는 도 5a에서 예시된 유체 프로세싱 스테이션 내에 위치된 예시적인 플래튼 어셈블리의 단면도이다.
도 5c는 도 5b에서 예시된 예시적인 플래튼 어셈블리의 일부의 확대된 수직 단면도이다.
도 5d는 유체 프로세싱 스테이션 내에 위치된 예시적인 플래튼 어셈블리의 단면도의 다른 실시예의 일부의 확대된 수직 단면도이다.
도 5e는 도 5a에서 예시된 유체 프로세싱 스테이션 내에 위치된 예시적인 플래튼 어셈블리의 수직 단면도이다.
도 5f는 예시적인 유체 프로세싱 스테이션의 수직 단면도이다.
도 6은 예시적인 기판 지지 어셈블리의 등각투상도이다.
도 7은 예시적인 유체 프로세싱 스테이션의 수직 단면도이다.
도 8a는 예시적인 유체 프로세싱 스테이션의 확대된 수직 단면도이다.
도 8b는 도 8a에서 예시된 유체 프로세싱 스테이션 내에 위치된 예시적인 에지 격벽의 수직 단면도이다.
도 8c는 도 8a에서 예시된 유체 프로세싱 스테이션 내에 위치된 에지 격벽의 다른 실시예의 단면도이다.
도 8d는 에지 격벽이 기판과 접촉하고 있는 도 8c에서 예시된 예시적인 에지 격벽의 단면도이다.
도 8e는 도 8a에서 예시된 유체 프로세싱 스테이션 내에 위치된 웨이퍼 홀더 어셈블리의 예시적인 핑거(finger)의 팁(tip)의 단면도이다.
도 8f는 도 8a에서 예시된 유체 프로세싱 스테이션 내에 위치된 웨이퍼 홀더 어셈블리의 핑거의 팁의 다른 실시예의 단면도이다.
도 9는 챔버 내의 유체 전달 암 상에 배치된 노즐들을 이용하는 페이스-업(face-up) 무전해 프로세싱 챔버의 수직 단면도이다.
도 9a는 기판 지지 어셈블리가 기판 지지 어셈블리의 상승된 위치에 있는 도 9에서 도시된 무전해 프로세싱 챔버의 수직 단면도이다.
도 9b는 도 9의 무전해 프로세싱 챔버의 대안적인 실시예의 수직 단면도이다.
도 10은 도 9의 무전해 프로세싱 챔버의 수평 단면도이다.
도 11은 무전해 프로세싱 챔버의 대안적인 실시예의 수직 단면도이다.
도 11a는 챔버 내에 가스 흐름 디버터(gas flow diverter)가 위치된 도 11의 무전해 프로세싱 챔버의 단면도이다.
도 11b는 가스 흐름 디버터가 가스 흐름 디버터의 상승된 위치에 있는 도 11a의 무전해 프로세싱 챔버의 다른 수직 단면도이다.
도 12는 챔버 리드 어셈블리(chamber lid assembly)가 이동 가능한 무전해 프로세싱 챔버의 다른 실시예의 수직 단면도이다.
도 13 및 도 14는 여기서 설명된 무전해 프로세싱 챔버들과 함께 채용될 수 있는 노즐들의 2개의 실시예들의 단면도들을 포함하는, 프로세싱 유체 전달 시스템의 실시예이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
401: 기판 402, 404: 프로세싱 스테이션들
403: 플래튼 어셈블리 445D, 446D: 베이스 부재
405: 유체 확산 부재 405A: 업스트림 측면
406, 408: 유체 분배 암 411: 링
412: 기판 지지 핑거 413: 리프트 어셈블리
414: 기판 지지 어셈블리 417: 베이스 플레이트 부재
본 발명의 실시예들은 일반적으로, 반도체 프로세싱을 위한 무전해 증착 시스템에 관한 것이다.
100 나노미터 이하 크기의 피쳐들의 금속화(metallization)는 집적 회로 제조 프로세스들의 현재 및 미래의 세대들을 위한 기초적인 기술이다. 특히, 극초대규모 집적―타입(ultra large scale integration-type) 디바이스들, 즉 수백만개의 논리 게이트들을 갖는 집적 회로들을 갖는 디바이스들과 같은 디바이스들에서, 이들 디바이스들의 핵심에 놓여 있는 다중레벨 상호접속들은 일반적으로, 고 종횡비, 즉 약 25:1보다 더 큰 종횡비의 상호접속 피쳐들을 구리와 같은 전도성 재료로 충전(fill)함으로써 형성된다. 이들 치수들에서, 화학적 기상 증착 및 물리적 기상 증착과 같은 통상의 증착 기술들은 상호접속 피쳐들을 신뢰성 있게 충전하기 위해 사용될 수 없다. 결과적으로, 집적 회로 제조 프로세스들에서 100 나노미터 이하 크기의 고 종횡비 상호접속 피쳐들을 공극 없이 충전하기 위한 유망한 프로세스들로서 도금 기술들, 즉 전기 화학적 도금 및 무전해 도금이 알려졌다. 부가적으로, 전기 화학적 및 무전해 도금 프로세스들은 또한, 캡핑(Capping) 층들과 같은 다른 층들을 증착하기 위한 유망한 프로세스로서 알려졌다.
그러나, 무전해 도금 프로세스들에 대하여, 통상의 무전해 프로세싱 시스템들 및 방법들은, 증착 프로세스를 정확하게 제어하는 것 및 결과적인 증착 층들에서의 결함률들과 같은 몇몇의 문제들에 직면하였다. 특히, 통상의 무전해 셀들에 대해 사용되는 저항성 히터들 및 가열 램프들이 무전해 증착 프로세스들의 균일성에 대해 중요한, 기판의 표면에 걸쳐 균일한 온도를 일관되게 제공하지 않았으므로, 통상의 시스템들은 불량한 기판 온도 제어를 겪었다. 부가적으로, 통상의 무전해 시스템들은 무전해 증착 챔버 내부의 환경에 대한 제어를 구현하지 않았으며, 이는, 최근에 결함률들에 대해 실질적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
또한, 환경 및 소유비용(CoO:cost-of-ownership) 고려사항들로 인해, 기판의 수용하는 표면 상에서 충분히 균일한 커버리지를 얻기 위한 요구되는 흐름을 감소시킴으로써, 고가의 무전해 도금 프로세싱 화학물들의 낭비를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 무전해 프로세싱 용액들이 기판 표면에 전달되는 속도 및 균일성이 증착 프로세스 결과들에 영향을 미칠 수 있으므로, 다양한 프로세싱 용액들을 균일하게 전달하기 위한 장치 및 방법이 요구된다. 또한, 기판과 지지 베이스 플레이트 부재에 액체가 접촉하고 그 사이에서 흐르고 있는 경우에, 기판의 후면 상의 전도 및 대류 열 전달의 사용에 의해, 기판 온도를 제어하는 것이 바람직하다.
추가로, 최소의 결함들을 갖는 균일한 층들을 증착할 수 있는 무전해 증착 프로세스들을 위한 기능적인 그리고 효율적인 통합된(integrated) 플랫폼이 개발되지 않았다. 따라서, 최소의 결함들을 갖는 균일한 층들을 증착할 수 있는 통합된 무전해 증착 장치에 대한 필요성이 존재한다.
따라서, 최소의 결함들을 갖는 균일한 층들을 증착할 수 있는 통합된 무전해 증착 장치에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 실시예들은, 프로세싱 영역 내에 위치된 플래튼(platen) 어셈블리 ― 플래튼 어셈블리는, 유체 개구(aperture)가 관통되게 형성된 베이스 부재; 베이스 부재에 밀봉 가능하게 위치되고 업스트림 측면(upstream side) 및 다운스트림 측면(downstream side)을 가지며, 업스트림 측면 및 다운스트림 측면과 유체 소통하는 복수의 유체 통로들을 갖는 유체 확산 부재(fluid diffusion member); 베이스 부재와 유체 확산 부재의 업스트림 측면 사이에 형성된 유체 볼륨(fluid volume); 확산 부재의 다운스트림 측면 위에서 제 1 거리만큼 돌출하는 피쳐(feature)를 포함함 ― ; 및 프로세싱 영역 내에 위치되고, 기판 지지 표면을 가지는 회전식 기판 지지 어셈블리 ― 상기 회전식 기판 지지부는 플래튼 어셈블리에 대하여 회전하도록 적응됨 ― 를 포함하는, 기판을 프로세싱하도록 적응된 무전해 프로세싱 챔버를 제공한다.
본 발명의 실시예들은 또한, 프로세싱 영역 내에 위치된 플래튼 어셈블리 ― 플래튼 어셈블리는, 유체 개구가 관통되게 형성된 베이스 부재; 베이스 부재에 밀봉 가능하게 위치되고 업스트림 측면 및 다운스트림 측면을 갖는 유체 확산 부재; 베이스 부재와 유체 확산 부재의 업스트림 측면 사이에 형성된 유체 볼륨; 및 유체 확산 부재 내에 형성되고 유체 확산 부재의 다운스트림 측면 및 업스트림 측면과 유체 소통하는 복수의 유체 통로들을 포함하며, 복수의 유체 통로들 중 적어도 하나는 업스트림 측면과 유체 소통하고 제 1 단면적을 갖는 제 1 피쳐 및 제 2 단면적을 갖는 제 2 피쳐를 더 포함하고, 제 1 피쳐 및 제 2 피쳐는 유체 소통함 ―; 및 프로세싱 영역 내에 위치되고, 기판 지지 표면을 가지는 회전식 기판 지지 어셈블리 ― 상기 회전식 기판 지지부는 플래튼 어셈블리에 대하여 회전하도록 적응됨 ― 를 포함하는, 기판을 프로세싱하도록 적응된 무전해 프로세싱 챔버를 제공한다.
본 발명의 실시예들은 또한, 무전해 프로세싱 챔버의 프로세싱 영역 내에 위치되고, 하나 이상의 기판 지지 표면들을 갖는 회전식 기판 지지 어셈블리; 프로세싱 영역 내에 위치되고 제 1 표면을 갖는 에지 격벽(edge dam) ― 상기 에지 격벽 및/또는 하나 이상의 기판 지지 표면들 상에 위치된 기판은 제 1 표면과 기판의 에지 사이에 갭을 형성하도록 위치될 수 있음 ― ; 및 기판 지지부 상에 위치된 기판의 표면에 무전해 프로세싱 용액을 전달하도록 적응된 유체 소스를 포함하는, 기판을 프로세싱하도록 적응된 무전해 프로세싱 챔버를 제공한다.
본 발명의 실시예들은 또한, 무전해 프로세싱 챔버의 프로세싱 영역 내에 위치되고, 각각이 기판 지지 표면을 갖는 하나 이상의 방사상으로 이격된 기판 지지 피쳐들을 갖는 회전식 기판 지지 어셈블리; 프로세싱 영역 내에 위치되고, 하나 이상의 방사상으로 이격된 기판 지지 피쳐들 및 그 내부에 위치된 유체를 수용하도록 적응된 유체 볼륨을 형성하는 하나 이상의 벽들을 갖는 보울(bowl) 어셈블리; 하나 이상의 기판 지지 표면들 상에 위치된 기판 및 유체 볼륨과 유체 소통하는 유체 소스; 및 유체 볼륨 내에 위치된 유체와 열적으로 소통하는 유체 히터를 포함하는, 기판을 프로세싱하도록 적응된 무전해 프로세싱 챔버를 제공한다.
본 발명의 실시예들은 또한, 프로세싱 영역 내에 위치된 플래튼 어셈블리 ― 플래튼 어셈블리는, 업스트림 측면 및 다운스트림 측면을 갖는 유체 확산 부재, 및 업스트림 측면과 다운스트림 측면 사이에서 유체 소통하는 복수의 유체 통로들을 포함함― ; 제 1 유체 개구가 관통되게 형성된 제 1 베이스 부재 ― 제 1 베이스 부재는 유체 확산 부재에 밀봉 가능하게 위치되고, 제 1 유체 개구는 유체 확산 부재 내에 형성된 복수의 유체 통로들 중 적어도 하나와 유체 소통함 ― ; 및 제 2 유체 개구가 관통되게 형성된 제 2 베이스 부재 ― 제 2 베이스 부재는 유체 확산 부재에 밀봉 가능하게 위치되고, 제 2 유체 개구는 유체 확산 부재 내에 형성된 복수의 유체 통로들 중 적어도 하나와 유체 소통함 ―; 및 프로세싱 영역 내에 위치되고 기판 지지 표면을 갖는 회전식 기판 지지 어셈블리 ― 상기 회전식 기판 지지부는 플래튼 어셈블리에 대하여 회전하도록 적응됨 ― 를 포함하는, 기판을 프로세싱하도록 적응된 무전해 프로세싱 챔버를 제공한다.
본 발명의 상술된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략하게 요약된 본 발명의 더 특정한 설명이 실시예들을 참조하여 포함될 수 있으며, 이들 실시예들 중 일부는 첨부된 도면들에서 예시된다. 그러나, 본 발명들이 다른 동등하게 유효한 실시예들을 인정할 수 있기 때문에, 첨부된 도면들은 본 발명들의 전형적인 실시예들만을 예시하고, 따라서, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않는다는 것이 주의되어야 한다.
도 1은 시스템(100)의 일 실시예를 예시한다. 시스템(100)은 기판 수납 카세트들과 인터페이스하도록 구성된 복수의 기판 로딩 스테이션들(134)을 포함하는 팩토리 인터페이스(130)를 포함한다. 팩토리 인터페이스(130) 내에 팩토리 인터페이스 로봇(132)이 위치되며, 기판들(126)에 액세스하고, 기판 로딩 스테이션들(134) 상에 위치된 카세트들의 내부 및 외부로 기판들(126)을 이송하도록 구성된다. 팩토리 인터페이스 로봇(132)은 또한, 메인프레임(113)에 팩토리 인터페이스(130)를 연결시키는 링크 터널(115) 내로 연장한다. 팩토리 인터페이스 로봇(132)의 위치는, 기판 로딩 스테이션들(134)로부터 기판들을 회수하고(retrieve), 그 후, 기판들(126)을 메인프레임(113) 상에 위치된 프로세싱 셀 로케이션들(114, 116) 중 하나에, 또는 대안적으로, 어닐링 챔버(135)에 전달하기 위한, 기판 로딩 스테이션들(134)로의 액세스를 허용한다. 유사하게, 팩토리 인터페이스 로봇(132)은, 기판 프로세싱 시퀀스가 완료된 후에 프로세싱 셀 로케이션들(114, 116) 또는 어닐링 챔버(135)로부터 기판(126)을 회수하기 위해 사용될 수 있다. 이 상황에서, 팩토리 인터페이스 로봇(132)은, 기판(126)을 시스템(100)으로부터의 제거를 위해 기판 로딩 스테이션들(134) 상에 위치된 카세트들 중 하나로 되돌아 가게 전달할 수 있다.
팩토리 인터페이스(130)는 또한, 시스템(100)에서의 프로세싱 전 및/또는 후에 기판들을 검사하기 위해 사용될 수 있는 계측 검사 스테이션(metrology inspection station)(105)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 계측 검사 스테이션(105)은, 예컨대 기판 상에 증착된 재료들의 두께, 평탄도(planarity), 입자 구조(grain structure), 지형(topography) 등과 같은 특성들을 분석하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 예시적인 계측 검사 스테이션들은, BX-30 어드밴스드 상호접속 측정 시스템(BX-30 Advanced Interconnect Measurement System), 및 CD-SEM 또는 DR-SEM 검사 스테이션들을 포함하며, 이들 모두는 캘리포니아, 산타 클라라의 어플라이드 머티어리얼스 사로부터 상업적으로 입수 가능하다. 발명의 명칭이 "Plating System with Integrated Substrate Inspection"이고 2003년 10월 21일자로 출원된 공동 양도된 미국 특허 출원 제 60/513,310 호에서 예시적인 계측 검사 스테이션이 또한 예시되며, 그 미국 특허 출원은 본 발명과 불일치하지 않는 정도까지 그 전체가 참조로써 여기에 통합된다.
어닐링 챔버(135)는 일반적으로, 2위치 어닐링 챔버를 포함하며, 여기서, 냉각 플레이트(136) 및 가열 플레이트(137)가 서로 인접하게 위치되고, 기판 이송 로봇(140)이 냉각 플레이트(136) 및 가열 플레이트(137)에 근접하게, 예컨대 2개의 스테이션들 사이에 위치된다. 기판 이송 로봇(140)은 일반적으로, 가열 플레이트(137)와 냉각 플레이트(136) 사이에서 기판들을 이동시키도록 구성된다. 시스템(100)은 복수의 어닐링 챔버들(135)을 포함할 수 있으며, 여기서, 어닐링 챔버들(135)은 적층된 구성일 수 있다. 추가로, 링크 터널(115)로부터 어닐링 챔버(135)가 액세스되도록 위치되는 것으로 어닐링 챔버(135)가 예시되지만, 본 발명의 실시예들은 어닐링 챔버(135)의 임의의 특정한 구성 또는 배치에 제한되지 않는다. 따라서, 어닐링 챔버(135)가 메인프레임(113)과 직접적으로 소통하게 위치될 수 있거나(즉, 메인프레임 로봇(120)에 의해 액세스될 수 있거나), 또는 대안적으로, 어닐링 챔버(135)가 메인프레임(113)과 소통하게 위치될 수 있지만(즉, 어닐링 챔버가 메인프레임(113)과 동일한 시스템 상에 위치될 수 있지만), 메인프레임(113)과 직접적으로 접촉할 수 없거나 또는 메인프레임 로봇(120)으로부터 액세스 가능하지 않을 수 있다. 예컨대, 도 1에서 예시된 바와 같이, 어닐링 챔버(135)는 링크 터널(115)과 직접적으로 소통하게 위치될 수 있으며, 이는, 로봇들(132 및/또는 120)을 통한 메인프레임(113)으로의 액세스를 허용한다. 어닐링 챔버(135) 및 어닐링 챔버(135)의 동작의 부가적인 설명은, 발명의 명칭이 "Two Position Anneal Chamber"이고 2004년 4월 13일자로 출원된 공동 양도된 미국 특허 출원 제10/823,849 호에서 발견될 수 있으며, 그 미국 특허 출원은 본 발명과 불일치하지 않는 정도까지 그 전체가 참조로써 여기에 통합된다.
메인프레임(113)은 중심에 위치된 메인프레임 로봇(120)을 포함한다. 메인프레임 로봇(120)은 일반적으로, 기판들을 지지 및 이송하도록 구성된 하나 이상의 블레이드들(122, 124)을 포함한다. 부가적으로, 메인프레임 로봇(120) 및 수반된 블레이드들(122, 124)은 일반적으로, 메인프레임 로봇(120)이 메인프레임(113) 상에 위치된 복수의 프로세싱 셀 로케이션들(102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116)로/로부터 기판들을 동시에 삽입 및 제거할 수 있게, 독립적으로 연장, 회전, 피봇(pivot), 및 수직으로 이동하도록 구성된다. 유사하게, 팩토리 인터페이스 로봇(132)은 또한, 팩토리 인터페이스 로봇(132)의 기판 지지 블레이드를 회전, 연장, 피봇, 및 수직으로 이동시키면서 또한 팩토리 인터페이스(130)로부터 메인프레임(113)까지 연장하는 로봇 트랙(150)을 따라 선형 이동을 허용하는 능력을 포함한다.
일반적으로, 프로세싱 셀 로케이션들(102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116)은 기판 프로세싱 시스템에서 이용되는 임의의 수의 프로세싱 셀들일 수 있다. 특히, 프로세싱 셀들 또는 로케이션들은, 전기 화학적 도금 셀들, 린싱 셀(rinsing cell)들, 베벨 세정 셀(bevel clean cell)들, 스핀 린스 건조 셀들, (일괄적으로 세정, 린싱, 및 에칭 셀들을 포함하는) 기판 표면 세정 셀들, (사전 및 사후 세정 셀들, 활성화(activation) 셀들, 증착 셀들 등을 포함하는) 무전해 도금 셀들, 계측 검사 스테이션들, 및/또는 증착 프로세싱 시스템 및/또는 플랫폼과 함께 유익하게 사용될 수 있는 다른 프로세싱 셀들로서 구성될 수 있다.
각각의 프로세싱 셀 로케이션들(102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116)의 각각 및 로봇들(132, 120)은 일반적으로, 시스템 제어기(111)와 소통하며, 시스템 제어기(111)는, 사용자 및/또는 시스템(100) 상에 위치된 다양한 센서들 양자 모두로부터 입력들을 수신하고, 입력들 및/또는 미리 결정된 프로세싱 레시피(recipe)에 따라 시스템(100)의 동작을 적절하게 제어하도록 구성된 마이크로프로세서-기반 제어 시스템일 수 있다. 제어기(111)는 일반적으로, 다양한 프로그램들을 보유하고, 프로그램들을 프로세싱하며, 필요한 경우에 프로그램들을 실행하기 위해 제어기(111)에 의해 이용되는, 메모리 디바이스(미도시) 및 CPU(미도시)를 포함한다. 메모리는 CPU에 접속되며, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 로컬 또는 원격인 임의의 다른 형태의 디지털 스토리지(storage)와 같은 쉽게 이용 가능한 메모리 중 하나 이상일 수 있다. 소프트웨어 명령들 및 데이터는 CPU에게 명령하기 위해, 코딩될 수 있고 메모리 내에 저장될 수 있다. 지지 회로들(미도시)은 또한, 통상의 방식으로 프로세서를 지지하기 위해 CPU에 접속된다. 지지 회로들은, 당업계에 전부 잘 알려져 있는, 캐시, 전원 공급기들, 클럭 회로들, 입/출력 회로, 서브시스템들 등을 포함할 수 있다. 제어기(111)에 의해 판독 가능한 프로그램(또는 컴퓨터 명령들)은 프로세싱 챔버에서 어떤 태스크들이 수행 가능한지를 결정한다. 바람직하게, 프로그램은 제어기(111)에 의해 판독 가능한 소프트웨어이고, 정의된 규칙들 및 입력 데이터에 기초하여 무전해 프로세스를 모니터링 및 제어하기 위한 명령들을 포함한다.
부가적으로, 프로세싱 셀 로케이션들(102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116)은 또한, 프로세싱 동안에 각각의 프로세싱 셀 로케이션들로 필요한 프로세싱 유체들을 공급하도록 구성된 아래에서 논의되는 유체 유입구 시스템(1200)과 같은 유체 전달 시스템과 소통한다. 일반적으로, 유체 전달 시스템(들)은 시스템 제어기(111)에 의해 제어된다. 예시적인 프로세싱 유체 전달 시스템은, 발명의 명칭이 "Multi-Chemistry Electrochemical Processing System"이고 2003년 5월 14일자로 출원된 공동 양도된 미국 특허 출원 제 10/438,624 호에서 발견될 수 있으며, 그 미국 특허 출원은 본 발명과 불일치하지 않는 정도까지 그 전체가 참조로써 여기에 통합된다.
도 1에서 예시된 바와 같은 예시적인 시스템(100)에서, 프로세싱 셀 로케이션들(102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116)은 다음과 같이 구성될 수 있다. 프로세싱 셀 로케이션들(114 및 116)은, 메인프레임(113) 상의 습식(wet) 프로세싱 스테이션들과, 링크 터널(115), 어닐링 챔버(135), 및 팩토리 인터페이스(130) 내의 일반적인 건식 프로세싱 스테이션들 또는 영역들 사이의 인터페이스로서 구성될 수 있다. 인터페이스에 로케이트된 프로세싱 셀 로케이션들(114, 116)은 예컨대, 스핀 린스 건조 셀들 및/또는 기판 세정 셀들일 수 있다. 프로세싱 셀 로케이션들(114 및 116)의 각각은, 스핀 린스 건조 셀 및 기판 세정 셀을 적층된 구성으로 포함할 수 있다. 대안적으로, 프로세싱 셀 로케이션(114)이 스핀 린스 건조 셀을 포함할 수 있는 한편, 프로세싱 셀 로케이션(116)은 기판 세정 셀을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 셀 로케이션들(114, 116)의 각각은 스핀 린스 건조 셀 및 기판 세정 셀의 조합을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 예시적인 스핀 린스 건조 셀의 상세한 설명은, 발명의 명칭이 "Spin Rinse Dry Cell"이고 2003년 10월 6일자로 출원된 공동 양도된 미국 특허 출원 제 10/680,616 호에서 발견될 수 있으며, 그 미국 특허 출원은 본 발명과 불일치하지 않는 정도까지 그 전체가 참조로써 여기에 통합된다.
프로세싱 셀 로케이션들(106, 108)은 기판 세정 셀들로서 구성될 수 있으며, 특히, 프로세싱 셀 로케이션들(106, 108)은 기판 베벨 세정 셀들, 즉 증착 프로세스가 완료된 후에 기판의 주변부 그리고 선택적으로는 후면으로부터 과도한 증착을 제거하도록 구성된 셀들로서 구성될 수 있다. 예시적인 베벨 세정 셀은, 발명의 명칭이 "Integrated Bevel Clean Chamber"이고 2004년 4월 16일자로 출원된 공동 양도된 미국 특허 출원 제 10/826,492 호에서 설명되며, 그 미국 특허 출원은 본 발명과 불일치하지 않는 정도까지 그 전체가 참조로써 여기에 통합된다. 본 발명의 실시예들은 원하는 경우에, 시스템(100)으로부터 프로세싱 셀 로케이션들(106, 108)이 생략될 수 있다는 것을 추가로 고려한다. 부가적으로, 프로세싱 셀 로케이션들(106, 108)은, 여기서 더 논의될 바와 같은 무전해 프로세싱 셀들 또는 셀 쌍들로서 구성될 수 있다.
프로세싱 셀 로케이션들(102, 104, 및 110, 112)은 무전해 프로세싱 셀들로서 구성될 수 있다. 무전해 프로세싱 셀 로케이션들(102, 104, 110, 112)은, 각각의 프로세싱 인클로저(302) 내에 2개의 프로세싱 셀들이 위치되는 구성으로 프로세싱 인클로저들(302) 내에서 메인프레임(113) 상에 위치될 수 있으며, 즉, 프로세싱 셀 로케이션들(110 및 112)은 제 1 프로세싱 인클로저(302) 내의 제 1 및 제 2 프로세싱 셀들로서 동작할 수 있고, 프로세싱 셀 로케이션들(102 및 104)은 제 2 프로세싱 인클로저(302) 내의 제 3 및 제 4 프로세싱 셀들로서 동작할 수 있다. 부가적으로, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 원하는 경우에, 프로세싱 셀 로케이션들(106 및 108)이 프로세싱 셀 로케이션들(106, 108) 위에 위치된 프로세싱 인클로저(302)를 가질 수 있고, 이들 프로세싱 셀 로케이션들(106, 108)이 프로세싱 셀 로케이션들(102, 104, 110, 112)과 유사한 방식으로 동작하도록 구성될 수 있다는 것을 고려한다.
프로세싱 인클로저들(302) 내에 위치된 무전해 프로세싱 셀들은 도금 또는 도금 지지 셀들, 예컨대 전기 화학적 도금 셀들, 무전해 도금 셀들, 무전해 활성화 셀들, 및/또는 기판 린스 또는 세정 셀들을 포함할 수 있다. 예시적인 무전해 시스템(100)에서, 시스템(100) 상의 셀들의 각각의 쌍에서의 하나의 유체 프로세싱 셀은 활성화 셀일 것이고, 쌍의 다른 프로세싱 셀은 무전해 증착 셀일 것이다. 이 구성은 일반적으로, 대향하는 프로세싱 인클로저(302)에서 시스템(100)의 대향하는 측 상에서 동일하게 될 것이다. 예컨대, 본 발명이 임의의 특정한 구성으로 제한되지 않지만, 프로세싱 셀 로케이션(102)이 무전해 활성화 셀로서 구성될 수 있는 한편, 프로세싱 셀 로케이션(104)은 무전해 증착 셀로서 구성된다. 유사하게, 프로세싱 셀 로케이션(112)이 무전해 활성화 셀로서 구성될 수 있는 한편, 프로세싱 셀 로케이션(110)은 무전해 증착 셀로서 구성된다. 각각의 프로세싱 인클로저들(302) 내의 프로세싱 셀들은 일반적으로, 시스템 제어기(111)의 제어 하에서 서로 독립적으로 동작한다.
도 2는, 예컨대 프로세싱 셀 로케이션들(110, 112)에서 도시된, 예시적인 무전해 증착 시스템(100) 및 인클로저(302)의 투시도이다. 명료함을 위해 도 2에서 프로세싱 셀 로케이션들(110, 112)의 하드웨어는 생략되었다. 프로세싱 인클로저(302)는 프로세싱 셀 로케이션들(110, 112)의 쌍 주위에서, 제어되는 프로세싱 환경을 정의한다. 프로세싱 인클로저(302)는, 일반적으로 2개의 실질적으로 동등한 크기의 프로세싱 볼륨들(312, 313)로 프로세싱 볼륨을 양분하는 중앙 내벽(308)을 포함할 수 있다. 중앙 내벽(308)이 선택적이지만, 중앙 내벽(308)이 구현되는 경우에, 중앙 내벽(308)은 일반적으로, 프로세싱 셀 로케이션(110) 위의 제 1 프로세싱 볼륨(312) 및 프로세싱 셀 로케이션(112) 위의 제 2 프로세싱 볼륨(313)을 생성한다. 제 1 및 제 2 프로세싱 볼륨들(312, 313)은 중앙 내벽(308)에 의해 실질적으로 서로 격리되지만, 중앙 내벽(308)의 하측 부분은 중앙 내벽(308)의 하측 부분에 형성된 노치(notch) 또는 슬롯(310)을 포함한다. 슬롯(310)은 프로세싱 셀 로케이션들(110, 112) 사이에 위치된 기판 이송 셔틀(305)을 수용하도록 크기설정된다. 기판 이송 셔틀(305)은 일반적으로, 메인프레임 로봇(120)의 사용을 요구하지 않으면서 각각의 프로세싱 셀들 사이에서 기판들을 이송(110 ↔ 112)하도록 구성된다. 기판 이송 셔틀(305)의 말단의 기판 지지 단부가 각각의 프로세싱 셀 로케이션들(110, 112) 사이에서 기판들을 이송하기 위해 화살표(303)(도 1에 도시됨)의 방향으로 이동하도록, 기판 이송 셔틀(305)은 포인트를 중심으로 피봇하도록 구성된 진공 척-타입 기판 지지 부재일 수 있다. 각각의 프로세싱 볼륨들(312, 313)의 각각은 또한, 메인프레임 로봇(120)과 같은 로봇으로 하여금 각각의 프로세싱 볼륨들(312, 313)에 액세스하여 기판들을 삽입하고 각각의 프로세싱 볼륨들(312, 313)로부터 기판들을 제거하게 허용하도록 구성되며 밀봉 가능한 액세스 포트(304)를 포함할 수 있다.
각각의 프로세싱 볼륨들(312, 313)의 각각은 또한, 각각의 프로세싱 볼륨들(312, 313)의 상측 부분 상에 위치된 환경 제어 어셈블리(315)(명료함을 위해 도 2에서 프로세싱 인클로저와의 접촉으로부터 제거되어 도시됨)를 포함한다. 환경 제어 어셈블리(315)는, 프로세싱 볼륨들(312, 313)과 유체 소통하고 각각의 프로세싱 볼륨들(312, 313)에 프로세싱 가스를 제공하도록 구성된 프로세싱 가스 소스(미도시)를 포함한다. 프로세싱 가스 소스는 일반적으로, 각각의 프로세싱 볼륨들(312, 313)에 질소, 헬륨, 수소, 아르곤 및/또는 이들의 혼합물들과 같은 불활성 가스, 또는 반도체 프로세싱에서 통상적으로 사용되는 다른 가스들의 제어되는 흐름을 제공하도록 구성된다. 환경 제어 어셈블리(315)는, HEPA(high efficiency particulate air) 타입 여과(filtration) 시스템과 같은 입자 여과 시스템을 더 포함한다. 입자 여과 시스템은 프로세싱 볼륨들(312, 313)에 진입하는 가스 흐름으로부터 미립자 오염물들을 제거하기 위해 사용된다. 입자 여과 시스템은 또한, 아래의 프로세싱 셀 로케이션들을 향하는 프로세싱 가스의 일반적으로 선형이고 동등한 흐름을 생성하기 위해 사용된다. 환경 제어 어셈블리(315)는 각각의 프로세싱 볼륨들(312, 313)에서 습도, 온도, 압력 등을 제어하도록 구성된 디바이스들을 더 포함할 수 있다. 시스템 제어기(111)는, 프로세싱 볼륨들(312, 313) 내에 위치된 센서들 또는 검출기들(미도시)로부터 수신된 입력들 또는 프로세싱 레시피 중 하나에 따라, 프로세싱 볼륨들(312, 313) 내의 산소 함량을 제어하기 위해, 시스템(100)의 다른 컴포넌트들과 함께, 환경 제어 어셈블리 및 배기 포트(314)의 동작을 조절하기 위해 사용될 수 있다.
동작 시에, 프로세싱 가스는 일반적으로, 환경 제어 어셈블리(315)에 의해 프로세싱 볼륨들(312, 313)에 제공된다. 각각의 프로세싱 볼륨들(312, 313) 내로의 프로세싱 가스의 도입은, 밀폐된 프로세싱 환경의 내부를 불활성 가스로 충전하도록 동작하고, 따라서, 무전해 도금 프로세스를 열화시킬 수 있는 예컨대 산소와 같은 가스들을 프로세싱 볼륨들(312, 313)의 내부로부터 제거한다. 일반적으로, 프로세싱 가스 소스는 프로세싱 셀 로케이션들(110, 112) 위의 프로세싱 볼륨들(312, 313)의 상측 또는 최상부 부분 근처, 및 각각의 프로세싱 볼륨들(312, 313)의 중심 근처에서, 프로세싱 볼륨들(312, 313) 내로 프로세싱 가스를 도입한다. 프로세싱 가스는 일반적으로, 프로세싱 셀 로케이션들(110, 112)을 향하여 가스가 연속적인 유량으로 균일하게 흘러 가도록 프로세싱 가스의 유량 및 방향 양자 모두를 등화 시키고 공중에 떠있는 입자들을 최소화시키도록 구성된 HEPA―타입 여과 시스템을 통해 프로세싱 볼륨들(312, 313) 내로 도입된다.
프로세싱 셀 로케이션들(110, 112)의 각각은 또한, 환경 제어 어셈블리(315) 내의 가스 공급기로부터 프로세싱 셀 로케이션들(110, 112)을 향하는 프로세싱 가스의 균일한 흐름을 용이하게 하도록 위치된 적어도 하나의 배기 포트(314)(또는 원하는 경우에 다수의 방사상 위치된 배기 포트들(314))를 포함한다. 배기 포트(314)는 각각의 프로세싱 셀 로케이션들(110, 112)에서 프로세싱되고 있는 기판 아래에 위치될 수 있거나, 또는 대안적으로, 배기 포트(314)는 각각의 프로세싱 셀 로케이션들(110, 112)로부터 방사상으로 외측을 향하여 위치될 수 있다. 위치설정과 무관하게, 배기 포트(314)는 각각의 프로세싱 셀 로케이션들(110, 112)로부터 유체 및 화학적 증기들을 선택적으로 배출시키면서, 프로세싱 가스의 균일한 흐름을 용이하게 하도록 구성된다.
프로세싱 볼륨들(312, 313)에 불활성 가스를 공급하기 위한 전형적인 프로세스는 약 10 slm 내지 약 300 slm, 또는 특히, 약 12 slm 내지 약 80 slm 의 유량으로 불활성 가스를 공급하는 것을 포함한다. 일반적으로, 유량은 생성되거나, 존재하거나, 또는 프로세싱 볼륨들 내로 누설되는 원하지 않는 가스들의 양을 최소화시키기에 충분해야 한다. 불활성 가스의 유량은 각각의 프로세싱 볼륨들(312, 313)이 폐쇄되는 경우에, 즉, 액세스 포트들(304)이 폐쇄되는 경우에, 감소될 수 있다. 액세스 포트들(304)이 개방되는 경우에, 즉, 기판들이 프로세싱 인클로저(302) 내부 또는 외부로 이송되는 경우에, 프로세싱 인클로저(302)로부터의 가스의 유출을 생성하기 위해 프로세싱 가스 유량이 증가된다. 이러한 가스의 유출은 주위 가스들(ambient gas), 특히 산소가 프로세싱 인클로저의 내부 내로 진입하는 것을 방지하도록 구성된다. 액세스 포트들(304)이 폐쇄되면, 프로세싱 가스 유량은 기판 프로세싱을 수용하는 유량으로 감소될 수 있다. 이러한 유량은, 프로세싱 시퀀스를 개시하기 전에 프로세싱 볼륨들(312, 313)로부터 임의의 인입하는 산소가 제거될 수 있도록, 기판 프로세싱을 개시하기 전의 시간의 기간 동안 유지될 수 있다. 배기 포트(314)는 프로세싱 볼륨들(312, 313)로부터 산소를 제거하기 위해 프로세싱 가스 공급기와 협력하여 작동한다. 배기 포트(314)는 일반적으로, 표준 제조 설비 배기 시스템과 소통하고, 프로세싱 볼륨들(312, 313)로부터 프로세싱 가스들을 제거하기 위해 사용된다. 본 발명의 대안적인 실시 예들에서, 프로세싱 볼륨들(312, 313)은 프로세싱 볼륨들(312, 313)과 유체 소통하게 위치된 진공 펌프를 포함할 수 있다. 진공 펌프는 프로세싱 볼륨들(312, 313) 내의 원하지않는 가스들의 존재를 추가로 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 배기 또는 펌프 구성들과 무관하게, 환경 제어 어셈블리들(315)은 일반적으로 기판 프로세싱 동안에 약 500 ppm 미만, 특히, 기판 프로세싱 동안에 약 100 ppm 미만으로 프로세싱 볼륨들(312, 313)의 내부에서 산소 함량을 유지하도록 구성된다.
환경 제어 어셈블리(315), 배기 포트(314), 및 시스템 제어기(111)의 조합은 또한, 시스템(100)으로 하여금 특정 프로세싱 단계들 동안에 프로세싱 볼륨들(31, 313)의 산소 함량을 제어하게 허용하며, 여기서, 하나의 프로세싱 단계는 최적의 결과들을 위한 제 1 산소 함량을 요구할 수 있고, 제 2 프로세싱 단계는 최적의 결과들을 위한 제 2 산소 함량을 요구할 수 있으며, 제 1 및 제 2 산소 함량들은 서로 상이하다. 산소 함량에 부가하여, 시스템 제어기(111)는 특정한 프로세싱 시퀀스에 대해 원하는 바에 따라, 온도, 습도, 압력 등과 같은, 프로세싱 인클로저의 다른 파라미터들을 제어하도록 구성될 수 있다. 이들 특정 파라미터들은, 히터들, 냉각기들, 습윤기들, 제습기들, 진공 펌프들, 가스 소스들, 에어 필터들, 팬들 등에 의해 변형될 수 있으며, 이들 전부는 환경 제어 어셈블리(315) 내에 포함될 수 있고, 프로세싱 볼륨들(312, 313)과 유체 소통하게 위치될 수 있으며, 시스템 제어기(111)에 의해 제어될 수 있다.
프로세싱 볼륨들(312, 313)은 일반적으로, 무전해 도금 프로세스들을 용이하게 하도록 크기설정되며, 즉, 환경 제어 어셈블리(315)의 가스 공급기가 프로세싱 단계 동안에 낮은 산소 함량(일반적으로 약 500ppm 미만, 또는 특히 약 100ppm 미만)을 유지할 수 있으면서 또한 프로세싱 볼륨들(312, 313)의 증기 포화 없이 볼륨 내의 유체 용액들의 증발을 지지하기에 충분한 볼륨을 허용할 수 있도록, 프로세싱 볼륨들(312, 313)은 크기설정된다. 일반적으로 증기 포화를 방지하기 위해 요구되는 헤드 스페이스의 볼륨에 관하여, 본 발명자들은 각각의 프로세싱 로케이션(110, 112)에 대한 헤드 스페이스가 일반적으로, 300 mm 기판 프로세싱 로케이션에 대해 약 1000 in3 내지 약 5000 in3 일 것을 발견하였다. 따라서, 300mm 기판 프로세싱에 대해 구성되는 경우에, 본 발명의 프로세싱 볼륨들(312, 313)에 대한 헤드 스페이스는 예컨대, 일반적으로 약 1500 in3 내지 약 5000 in3, 또는 약 2000 in3 내지 약 4000 in3, 또는 약 2000 in3 내지 약 3000 in3 일 것이다. 따라서, 프로세싱 셀 로케이션들(110, 112) 중 하나에 위치된 기판의 상측 표면으로부터 프로세싱 로케이션의 영역에 걸친 프로세싱 볼륨(312, 313)의 최상부까지의 수직 거리(이러한 볼륨은 일반적으로 헤드 스페이스라고 지칭됨)는 일반적으로, 약 6 인치 내지 약 40 인치의 높이이고, 프로세싱 로케이션(110, 112)의 직경 또는 단면을 갖는다. 특히, 헤드 스페이스는 높이가 약 12 인치 내지 약 36 인치일 수 있고, 프로세싱 볼륨들(312, 313)의 수평 치수는 일반적으로, 각각의 프로세싱 셀 로케이션들(110, 112)의 주변부에 근사하여, 이는 각각의 프로세싱 셀 로케이션들(110, 112)에서 프로세싱되고 있는 기판들의 직경보다 약 10 % 내지 약 50% 더 크게 일반적으로 크기설정된다. 더 작은 프로세싱 볼륨들이 무전해 도금 프로세스들에 대해 악영향을 미치는 증기 포화가 쉽게 되는 경향을 나타내므로, 이들 치수들은 본 발명의 장치의 동작에 중요하다. 따라서, 본 발명자들은 적절한 헤드 스페이스(기판으로부터 인클로저 최상부의 거리에 대한 프로세싱 로케이션의 단면 영역)가 증기 포화 및 증기 포화와 연관될 수 있는 결함들을 방지하는데 중요하다고 결정하였다.
프로세싱 볼륨들(312, 313)이 일반적으로 서로 격리되지만, 슬롯(310)은 하나의 프로세싱 볼륨 내의 가스들이 인접한 프로세싱 볼륨 내로 지나가는 것을 허용한다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 인접한 프로세싱 볼륨에서보다 하나의 프로세싱 볼륨에서 더 높은 압력을 제공한다. 압력차가 유지된다면, 프로세싱 볼륨들 사이의 가스 흐름이 동일한 레이트로 그리고 동일한 방향을 가질 것이므로, 이러한 압력차는 각각의 프로세싱 볼륨들(312, 313) 사이의 혼선(cross talk)의 제어를 허용한다. 따라서, 프로세싱 셀들 중 하나는 활성화 셀과 같은 냉각 프로세싱 셀로서 구성될 수 있고, 다른 프로세싱 셀은 무전해 증착 셀과 같은 가열된 프로세싱 셀로서 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 가열된 프로세싱 셀은 더 높은 압력으로 가압되고, 따라서, 가열된 유체 프로세싱 셀은 항상, 슬롯(310)을 통해, 더 차가운 유체 프로세싱 셀 내로 가스들을 흘려보낸다. 가열된 프로세싱 셀, 즉 무전해 증착 셀이 일반적으로 냉각된 유체 프로세싱 셀, 즉 활성화 셀보다 온도 변화의 결과로서 결함들에 영향받기 더 쉬우므로, 이러한 구성은, 더 차가운 프로세싱 셀이 가열된 프로세싱 셀의 온도를 감소시키는 것을 방지한다.
다른 실시예에서, 각각의 프로세싱 볼륨들(312, 313)은 중앙 내벽(308)에 의해 서로 완전히 격리될 수 있으며, 즉, 기판 이송 셔틀(305) 및 슬롯(310)이 제거된다. 이 실시예에서, 메인프레임 로봇(120)은 개별적으로 각각의 액세스 포트들(304)을 통해 격리된 프로세싱 볼륨들(312, 313)의 각각을 서비스하거나 또는 액세스하기 위해 사용될 수 있고, 각각의 프로세싱 볼륨들(312, 313) 사이에서 기판들을 이송하도록 동작할 수 있다.
도 3은 예시적인 증착 스테이션(400)으로부터 프로세싱 인클로저(302)가 제거된 예시적인 증착 스테이션(400)의 투시도이다. 증착 스테이션(400)은 일반적으로 도 1 및 도 2에서 예시된 프로세싱 셀들의 실시예를 표현한다. 증착 스테이션(400)에서 예시된 프로세싱 셀들은 무전해 활성화 스테이션(402) 및 무전해 증착 스테이션(404)일 수 있다. 기판 이송 셔틀(305)은 스테이션들(402, 404) 사이에 위치되고, 각각의 스테이션들(402, 404) 사이에서 기판들을 이송하도록 구성된다. 스테이션들(402, 404)의 각각은 페이스업 배향으로 각각의 스테이션에서의 프로세싱을 위해 기판(401)을 지지하도록 구성된 회전식 기판 지지 어셈블리(414)를 포함하며, 즉, 기판(401)의 프로세싱 표면은 기판 지지 어셈블리(414)의 반대방향을 향한다. 도 3에서, 로딩된 상태 및 빈 상태 양자 모두에서 각각의 스테이션들을 도시하기 위해, 스테이션(402)이 기판 지지 어셈블리(414) 상에서 예시된 기판(401)을 갖지 않는 한편, 스테이션(404)은 기판 지지 어셈블리(414) 상에 지지된 기판(401)을 갖는다. 일반적으로, 각각의 스테이션들(402, 404)의 하드웨어 구성은 동일할 것이지만, 본 발명의 실시예들은 스테이션들(402, 404)이 내부에 동일한 하드웨어를 갖는 구성들로 제한되지 않는다. 예컨대, 본 발명자들은 증착 스테이션(404)이 여기서 추가로 설명되는 플래튼 어셈블리(403)를 가질 수 있는 한편, 무전해 활성화 스테이션(402)이 플래튼 어셈블리(403) 없이 구성될 수 있다는 것을 고려한다.
도 4의 단면도에서 또한 도시된 기판 지지 어셈블리(414)는 기판 지지 어셈블리(414)로부터 연장하는 복수의 수직 연장 기판 지지 핑거들(412)을 갖는 링(411)을 포함한다. 기판 지지 핑거들(412)은 일반적으로 도 3 및 도 4의 단면도에서 프로세싱 로케이션(404)에서 일반적으로 예시된 바와 같이, 기판(401)의 에지 또는 베벨을 지지하도록 구성된 상측 수평 표면을 포함한다. 기판 지지 핑거들(412)은 각각의 지지 핑거들(412) 상에서 기판(401)을 중심에 놓기 위해 위치된 수직 포스트(post) 부재(415)를 더 포함할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(414)는 도 4에 대하여 예시되고 여기서 추가로 설명된 리프트 어셈블리(413)를 더 포함하며, 리프트 어셈블리(413)는 각각의 스테이션들(402, 404)로부터 기판들(401)을 로딩 및 언로딩하기 위해, 링(411) 및 따라서 지지 핑거들(412)을 수직으로 작동시키도록 구성된다.
각각의 스테이션들(402, 404) 각각은 분배 암(406, 408)을 포함하며, 분배 암(406, 408)은 기판(401)의 정면 측 또는 생산 표면 상에 프로세싱 유체를 분배하기 위해, 프로세싱 동안에 기판(401) 위에서 피봇하도록 구성된다. 유체 분배 암들(406, 408)은 또한, 기판에 대하여 수직으로 위치되도록 구성될 수 있으며, 즉, 분배 암들(406, 408)의 유체 분배 부분은 프로세싱되고 있는 기판(401)의 표면으로부터 약 0.5mm 내지 약 30mm, 또는 특히 약 5mm 내지 약 15mm, 또는 약 4mm 내지 약 10mm 떨어져 위치될 수 있다. 분배 암들(406, 408)의 유체 분배 부분의 수직 및/또는 각(angular) 위치는 원하는 경우에 기판의 프로세싱 동안에 조정될 수 있다. 분배 암들(406, 408)은 내부에 1개 초과의 유체 도관을 포함할 수 있고, 따라서 분배 암들(406, 408)은 기판(401) 상에 분배 암들(406, 408)로부터의 다수의 프로세싱 유체들을 분배하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 도 9 및 도 9a―도 9b와 함께 아래에서 논의되는 하나 이상의 유체 유입구 시스템들(1200)이 기판(401) 표면으로 프로세싱 유체를 전달하기 위해 분배 암(406 및/또는 408)에 연결된다.
분배 암(406) 또는 분배 암(408) 중 하나에 의해 분배될 수 있는 예시적인 용액들은 린스 용액들, 세정 용액들, 활성화 용액들, 무전해 도금 용액들 및 무전해 증착 프로세스를 지지하는데 필요할 수 있는 다른 유체 용액들을 포함한다. 부가적으로, 각각의 분배 암들(406, 408) 내의 유체 도관들(미도시)은 그 유체 도관들로부터 분배되는 유체들의 온도를 제어하도록 가열/냉각될 수 있다. 암 도관들에서의 가열/냉각은 이점들, 즉, 유체가 기판 상에 분배되기 전에 냉각하기 위한 시간을 갖지 않는다는 이점들을 제공한다. 따라서, 이러한 구성은 온도에 의존되는 무전해 증착 균일성을 개선하도록 동작한다. 추가로, 유체 분배 암들(406, 408)의 종단부, 즉, 프로세싱 유체가 분배되는 로케이션은 본 발명의 실시예들에서 이동가능하게 위치된다. 따라서, 분배 암들(406, 408)의 유체 분배 부분과 기판 표면 사이의 간격이 조정될 수 있다. 이러한 간격은 프로세싱 용액들의 스플레싱(splashing)을 최소화시키도록 동작하고, 기판의 생산 표면 상으로의 유체 분배 동작들의 위치설정에 대한 제어를 허용한다.
도 4는 프로세싱 스테이션들(402, 404)의 예시적인 쌍의 단면도이다. 도 4의 단면도는 또한, 도 2에 대하여 위에서 설명된 바와 같이, 중앙 내벽(308)에 의해 분할된 제 1 및 제 2 프로세싱 볼륨들(312, 313)을 정의하는 프로세싱 인클로저(302)를 도시한다. 프로세싱 스테이션들(402, 404)의 각각은, 프로세싱 동안에 기판 바로 아래에 위치되도록 구성된 실질적으로 수평한 상측 표면을 형성하는 기판 프로세싱 플래튼 어셈블리(403)를 포함한다. 도 5a의 상세 단면도에서 또한 예시된 플래튼 어셈블리(403)는 일괄적으로, 유체 확산 부재(405)와 베이스 플레이트 부재(417)가 그 사이에 유체 볼륨(410)을 형성하도록 베이스 플레이트 부재(417) 위에 위치된 유체 확산 부재(405)를 포함한다.
도 4 및 도 5a를 참조하면, 유체 공급 도관(409)은 유체 볼륨(410) 및 유체 확산 부재(405)와 유체 소통하게 위치된다. 일 양상에서, 탈이온수(deionized(DI) water) 소스 또는 불활성 가스 소스와 같은 유체 소스(409B)가 유체 공급 도관(409)을 통해 유체 볼륨(410) 내로 유체를 전달하도록 적응된다. 다른 양상에서, 유체 소스(409B)로부터 전달된 유체는 그 유체가 유체 볼륨(410)에 진입하기 전에 유체 히터(409A)를 통해 유체를 지나가게 함으로써 가열될 수 있다. 유체 히터(409A)는 유체 볼륨(410)에 전달되는 유체의 온도를 제어하기 위해 사용된다. 유체 히터(409A)는 온도 제어된 유체에 에너지를 부여하는 임의의 타입의 디바이스일 수 있다. 히터는 침지 타입(immersion type) 히터(예컨대, 용액과 접촉하는 히터 엘리먼트)보다는 피복 타입(jacketed type) 저항성 히터(예컨대, 유입구 튜브의 벽을 통해 유체를 가열하는 히터)인 것이 바람직하다. 제어기(111) 및 온도 프로브(미도시)와 함께 사용되는 유체 히터(409A)는 유체 볼륨(410)에 진입하는 유체의 온도가 원하는 온도가 되도록 보장하기 위해 이용될 수 있다.
일 양상에서, 선택적인 유체 흐름 배플(baffle)(416)이 베이스 플레이트 부재(417)에 부착되고, 유체 공급 도관(409)의 종단부와 유체 확산 부재(405)의 하측 표면 사이의 유체 볼륨(410) 내에 위치된다. 유체 배플(416)은 유체 소스(409B) 및 유체 히터(409A)로부터 전달되는 온도 제어된 유체가 유체 확산 부재(405)에 균일하게 전달되게 허용하도록 적응된다.
베이스 플레이트 부재(417) 및 유체 확산 부재(405)는 세라믹 재료(완전 압착된 알루미늄 질화물, 알루미나 Al2O3, 실리콘 카바이드(SiC)와 같은), 폴리머 코팅된 금속(TeflonTM 폴리머 코팅된 알루미늄 또는 스테인레스 스틸과 같은), 폴리머 재료, 또는 반도체 유체 프로세싱에 적합한 다른 재료들로부터 제조될 수 있다. 바람직한 폴리머 코팅들 또는 폴리머 재료들은 테프젤(Tefzel)(ETFE), 할라(Halar)(ECTFE), 퍼플루오로알콕시 수지(PFA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오르에틸렌―퍼플루오르프로필렌(FEP), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 등과 같은 불소화 폴리머들이다. 본 발명의 유체 프로세싱 셀(500)의 구성, 컴포넌트들, 및 동작의 더 상세한 설명은, 발명의 명칭이"Apparatus to Improve Wafer Temperature Uniformity for Face-Up Wet Processing"이고 2003년 10월 6일자로 출원된 공동 양도된 미국 특허 출원 제 10/680,325 호에서 발견될 수 있으며, 그 미국 특허 출원은 본 발명과 불일치하지 않는 정도까지 그 전체가 참조로써 여기에 통합된다.
도 5a를 참조하면, 동작 시에, 기판(401)은 지지 핑거들(412)에 의해 고정되고 유체 확산 부재(405) 바로 위에서 수직으로 위치된다. 유체 확산 부재(405)와 기판(401) 사이의 공간(450)은 유체 소스(409B) 및 유체 히터(409A)로부터 전달되는 온도 제어된 유체로 충전되고, 유체 공급 도관(409) 및 유체 확산 부재(405)를 통해 분배된다. 온도 제어된 유체는 기판을 가열하기 위해 기판(401)의 후면에 접촉하고 기판의 후면에 열을 전달한다. 이러한 실시예에서, 기판은 일반적으로, 유체 확산 부재(405)의 상측 표면으로부터 약 0.1mm 내지 약 15mm 떨어져서, 특히, 유체 확산 부재(405)의 상측 표면으로부터 약 0.5mm 내지 약 2 mm 떨어져서, 유체 확산 부재(405)의 상측 표면에 평행한 관계로 위치된다. 일 양상에서, 기판(401)은 기판 지지 어셈블리(414)에 부착된 지지 모터(443)(도 4)의 사용에 의해, 확산 부재(405) 및 확산 부재(405)로부터 흐르는 온도 제어된 유체에 대하여 회전된다. 유체 확산 부재(405) 및 온도 제어된 유체에 대한 기판(401)의 회전은 온도 제어된 유체와 기판(401) 사이의 열 전달을 개선하는데 유리할 수 있다.
다른 실시예에서, 플래튼 어셈블리(403)의 내부는, 프로세싱되고 있는 기판(401)에 열을 전달하기 위하여 플래튼 어셈블리(403)의 온도를 증가시키도록 구성된 저항-타입 히터일 수 있는 히터(433)를 포함할 수 있다. 일 양상에서, 유체 공급기(409B) 및 유체 히터(409A)는, 유체가 지지 핑거들(412) 상에 위치된 기판(401)에 유체 접촉하기 전에, 유체 공급 도관(409)을 통해 지나가는 온도 제어된 유체를 전달하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 히터들(예컨대, 엘리먼트들(433 및 409A))은, 시스템 제어기(111)가 프로세싱되고 있는 기판 및 온도 제어된 유체의 온도를 제어하기 위하여 각각의 히터들의 동작을 조절할 수 있도록 시스템 제어기(111)와 소통할 수 있다.
유체 확산 부재(405)는 유체 확산 부재(405)를 관통하여 형성된 복수의 홀들(407)을 포함하며, 복수의 홀들(407)은 유체 확산 부재(405)의 다운스트림 측면 또는 최상부 표면(453)을 유체 확산 부재(405)의 하측 표면 또는 업스트림 측면(405A)에 연결시킨다. 유체 확산 부재(405)의 주변 부분은 일반적으로, 베이스 플레이트 부재(417)와 밀봉 소통하며, 따라서, 유체는 유체 공급 도관(409)에 의하여 유체 볼륨(410) 내로 도입될 수 있고, 유체 도입으로 인하여 밀봉된 유체 볼륨(410)에서 생성된 유체 역압 압력의 결과로서 유체 확산 부재(405) 내에 형성된 홀들(407)을 통해 균일하게 흐르게 될 수 있다. 따라서, 유체 볼륨(410)은 유체 확산 부재(405)의 업스트림 측면(405A) 및 베이스 플레이트 부재(417)의 내부 표면(417A)에 의하여 밀폐된다.
일 실시예에서, 유체 확산 부재(405)는, 일반적으로 약 0.5mm 내지 약 15mm의 직경, 또는 특히 약 0.7mm 내지 약 3mm의 직경을 가진 약 10개 내지 약 200개의 홀들(407)을 포함할 수 있다. 홀들(407)은 유체 확산 부재(405)의 최상부 표면(453)에 대하여 수직으로 또는 대안적으로 소정의 각으로 위치될 수 있다. 홀들(407)은 유체 확산 부재(405)의 표면을 가로질러 외측으로 향하는 유체 흐름 패턴을 용이하게 하도록 수직으로부터 약 5° 내지 약 45°의 각으로 위치될 수 있다. 추가로, 각을 갖는 홀들(407)은 유체 난류를 감소시키도록 구성될 수 있다.
도 5b는 지지 핑거들(412) 상에 위치된 기판의 표면에 걸친 온도 제어된 유체 분배 균일성을 개선하기 위하여 복수의 다면 홀들(452) 및 격벽(451)을 가진 유체 확산 부재(405)의 다른 실시예를 예시한다. 일 실시예에서, 도 5b―5d에서 도시된 바와 같이, 다면 홀들(452)은 배출구 섹션(452B)의 직경(도 5c에서 엘리먼트들 D2)보다 직경(도 5c에서 엘리먼트 D1)이 더 작은 유입구 섹션(452A)을 가진다. 이러한 구성에서, 다면 홀들(452)의 더 작은 유입구 섹션(452A)은 기판 및 유체 확산 부재(405)의 표면에 걸친 흐름 균일성을 개선하기 위하여 다면 홀들(452)을 통한 흐름을 제약하도록 크기설정된다. 배출구 섹션(452B)(항목 번호 D2)은 배출구 섹션(452B)으로부터 나오는 온도 제어된 유체의 속도를 감소시키고 또한 유체 확산 부재(405)의 다운스트림 측면 또는 최상부 표면(453)(도 5c)의 표면 영역을 감소시키기 위하여, 유입구 섹션(452A)(항목 번호 D1)보다 더 크다. 최상부 표면(453)의 표면 영역을 감소시키는 것은, 이러한 감소가 흐르는 온도 제어된 유체와 접촉하지 않는 기판의 후면 상의 영역들 또는 "건조 영역들"의 형성의 기회를 감소시키기 때문에, 유리한 것으로 발견되었다. 이들 "건조 영역들"의 형성은, 흐르는 온도 제어된 유체의 표면 장력 및 유체 확산 부재(405)의 최상부 표면(453) 및/또는 기판 표면을 "웨팅(wet)하기 위한" 온도 제어된 유체의 능력에 의하여 영향을 받는다고 여겨진다. 일 양상에서, 최상부 표면을 웨팅하기 위한 유체의 능력을 개선하기 위하여 약 1.6 마이크로미터(㎛) 내지 약 20 마이크로미터(㎛)의 표면 거칠기(Ra)로 유체 확산 부재(405)의 최상부 표면(453)을 거칠게 하는 것이 바람직할 수 있다. "건조 영역들"이 충분히 큰 경우에, 기판에 걸친 온도 균일성은 온도 제어된 유체로부터 기판에 전달되는 열의 부족에 의하여 영향을 받을 것이며 따라서 증착 프로세스 결과들에 영향을 미칠 것이다. 일 양상에서, 최상부 표면(453)은 비드 블래스팅(bead blasting) 또는 그리트(grit) 블래스팅 프로세스의 사용에 의하여 거칠게 된다. 위의 논의가 "직경"을 가진 홀들의 사용을 설명하는 한편, 다면 홀의 다른 실시예들은 확산 부재(405)를 통한 일정한 또는 변화하는 단면적을 가지는 다른 형상의 영역들(예컨대, 정사각형, 팔각형 등)의 사용을 고려한다. 본 발명의 일 양상에서, 다면 홀들(452)의 크기 및 형상은 원하는 유체 커버리지, 열 전달 프로파일 및/또는 프로세스 결과를 달성하기 위하여 확산 부재(405)의 표면에 걸쳐 변화될 수 있다.
격벽(451) 또는 "상승된 부분"은, 유체 확산 부재(405)의 최상부 표면(453)위로 돌출하며, 흐르는 온도 제어된 유체(도 5b에서 항목 "A")가 기판과 최상부 표면(453) 사이에 형성된 공간(450)에서 떠나감에 따라, 흐르는 온도 제어된 유체의 흐름을 수집 및 억제하기 위하여 일반적으로 사용되는 환형(annular) 링이다. 따라서, 격벽(451)이 다면 홀들(452)로부터 나오는 온도 제어된 유체로 하여금 유체가 격벽(451)을 넘어 흐르기 전에 모이도록 하므로, 격벽(451)은 "건조 영역들"의 형성을 최소화하거나 또는 제거하기 위하여 사용된다. 따라서, 격벽(451)은 온도 제어된 유체를 보유하거나 또는 온도 제어된 유체로 하여금 유체 확산 부재(405)의 최상부 표면(453) 상에 "풀링하게(pool)" 하는 경향이 있다. 도 5c를 참조하면, 일 양상에서, 격벽(451)은 최상부 표면(453) 위에서 거리 "X" 만큼 돌출하며, 여기서 거리 "X"는 약 0.5mm 내지 약 25mm이다.
도 5c는 또한 도 5b에서 도시된 단면도의 에지의 클로즈-업 도면(close-up view)을 예시한다. 플래튼 어셈블리(403)의 일 양상에서, 격벽(451) 및 유체 확산 부재(405)의 외측 직경 D3(즉, 외측 표면)은 기판의 직경(항목 번호 D4) 미만이다. 이러한 구성이 기판의 최상부 표면(항목 번호 W1)상에 분배된 유체가 온도 제어된 유체에 접촉하는 기회를 최소화시키고 기판의 최상부 표면 상에 분배된 유체 내의 컴포넌트들이 기판의 후면(항목 번호 W2)을 오염시키는 것을 방지하므로, 이러한 구성은 바람직하다.
도 5c는 2 개의 피쳐들을 갖는 다면 홀들(452), 위에서 설명된 바와 같은 거리 "L"로 동일하게 이격된 유입구 섹션(452A) 및 배출구 섹션(452B)을 포함하는 플래튼 어셈블리(403)의 일 실시예를 예시한다. 도 5c에서 도시된 바와 같이, 유입구 섹션(452A)은 깊이가 H1 이고, 배출구 섹션(452B)은 깊이가 H2 이다. 도 5d는 유입구 섹션(452A)으로부터 배출구 섹션(452B)으로의 더 완만한 천이를 갖도록 서로에 대해 직각이 아닌 표면들(항목 번호 454A―C)을 갖는 다면 홀들(542)을 가진 유체 확산 부재(405)의 다른 실시예를 예시한다. 예컨대, 일 실시예에서, 홀들의 중심 라인과 표면(454B) 사이의 각을 약 60도로 만드는 것이 유리할 수 있다. 도 5d에서 도시된 바와 같이, 표면들(도시된 항목 번호 454A―C)의 수 및 표면들의 형상(즉, 선형 또는 비선형(예컨대, 지수 곡선, 2차 곡선 등))은 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 도 5c―5d가 동축인 피쳐들, 예컨대 일치하는 대칭축들을 갖는 피쳐들을 갖는 다면 홀들을 예시하지만, 본 발명의 기본 범위로부터 변화하지 않으면서, 다른 실시예들은 대칭이 아니거나 또는 일치하는 대칭 중심들을 갖지 않는 피쳐들을 가질 수 있다.
도 5e는 유체 확산 부재(405)에 걸친 다면 홀 패턴의 일 실시예를 예시하는 플래튼 어셈블리(403)의 등축 단면도를 예시한다. 일 실시예에서, 도 5e에서 도시된 바와 같이, 다면 홀(452) 패턴은 정사각형 타입의 홀 패턴(예컨대, L1×L1)으로 배열된다. 다른 실시예들에서, 유체 확산 부재(405)는 섹터들, 사분면들, 또는 홀들의 어레이를 가진 전체 표면을 가질 수 있으며, 홀들은 6각형 폐쇄 팩 패턴(즉, 6개의 동등하게 이격된 홀들에 의하여 둘러싸인 단일 홀의 순환 패턴), 직사각형 홀 패턴, 방사 대칭형 홀 패턴, 및/또는 기판 표면 상에서 수행되는 무전해 증착 프로세스의 균일성을 개선하기 위하여 기판에 걸친 온도 프로파일을 개선 또는 조정하는 다른 불균일한 홀 패턴으로 배열된다.
도 5f는 유체 확산 부재(405) 와 기판(401) 사이의 공간(450) 내에 상이한 온도들에서 하나 이상의 온도 제어된 유체들을 전달할 수 있는, 2 개의 존들 내로 유체 볼륨(410)을 분할하는 플래튼 어셈블리(403)의 일 실시예의 단면도를 예시한다. 이러한 구성은 기판에 걸친 원하는 온도 프로파일을 달성하기에 유용할 수 있고, 따라서 바람직한 무전해 증착 프로세스 결과들을 달성할 수 있다. 이러한 구성에서, 플래튼 어셈블리(403)는 제 1 존 하드웨어 어셈블리(447) 및 제 2 존 하드웨어 어셈블리(448)를 포함할 수 있다. 제 1 존 하드웨어 어셈블리(447)는 제 1 유체 공급 도관(446A), 제 1 유체 히터(446B), 제 1 유체 소스(446C), 및 제 1 베이스 부재(446D)를 포함할 수 있다. 제 2 존 하드웨어 어셈블리(447)는 제 2 유체 공급 도관(445A), 제 2 유체 히터(445B), 제 2 유체 소스(445C) 및 제 2 베이스 부재(445D)를 포함할 수 있다. 도 5f에서 도시된 구성에서, 제 2 베이스 부재(445D)는 도 5a 및 도 7에서 도시된 베이스 부재(417)이다. 일 양상에서, 지지 핑거들(412) 상에 위치된 기판(401)으로, 제 1 존 하드웨어 어셈블리(447)는 제 1 온도 제어된 유체(엘리먼트 "B")를 전달하도록 구성되고, 제 2 존 하드웨어 어셈블리(448)는 제 2 온도 제어된 유체(엘리먼트 "A")를 전달하도록 구성되며, 여기서, 제 1 및 제 2 온도 제어된 유체들은 상이한 온도들에 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 플래튼 어셈블리(403)의 내부는 제 1 존 하드웨어 어셈블리(447)의 제 1 베이스 부재(446D) 및/또는 제 2 존 하드웨어 어셈블리(448)의 제 2 베이스 부재(445D) 내의 유체의 온도를 증가시키도록 적응된 하나 이상의 저항성 타입 히터들(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 히터들(예컨대, 저항성 히터들, 엘리먼트(445B), 엘리먼트(446B))은, 시스템 제어기(111)가 온도 제어된 유체 및 따라서 프로세싱되고 있는 기판의 온도를 제어하기 위하여 각각의 히터들의 동작을 조절할 수 있도록 시스템 제어기(111)와 소통한다. 도 5f가 2 개의 존들을 포함하는 플래튼 어셈블리(403)의 일 실시예를 예시하지만, 본 발명의 다른 실시예들에서는 기판에 접촉하는 유체의 온도를 별개로 제어할 수 있는 3개 이상의 존들로 유체 볼륨(410)을 분할하는 것이 바람직할 수 있다. 일 양상에서, 별개의 가열된 유체들은 개별적인 홀(407) 또는 홀들(407)의 그룹들을 통해 기판의 후면의 상이한 영역들에 공급되며, 따라서 개별적인 홀들(407)을 통해 흐르는 가열된 유체의 온도 및 개별적인 홀들(407)의 위치의 결과로서의 기판에 걸친 온도 변화의 제어를 제공한다. 이러한 실시예는 예컨대, 프로세싱 동안에 기판의 중심 또는 에지 근처에서 증가된 온도들을 생성하기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 유체 확산 부재(405)는, 예컨대 유체로 하여금 유체 확산 부재(405)를 통해 흐르게 허용하도록 구성된 다공성 세라믹과 같은 다공성 재료를 포함할 수 있다. 일 양상에서, 다공성 세라믹 재료는 예컨대 알루미나 산화물 재료이다. 이러한 실시예에서, 홀들(407)은 일반적으로 요구되지 않지만, 본 발명자들은 필요한 경우에 유체 흐름을 증가시키기 위하여 다공성 유체 확산 부재(405)와 함께 몇몇 홀들(407)을 구현하는 것을 고려하였다. 일 양상에서, 유체 확산 부재(405)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVDF, PTFE, 테플론 또는 다른 융화 가능한 다공성 플라스틱 재료와 같은 다공성 플라스틱 재료를 포함할 수 있다. 친수성 표면을 가진 플라스틱 재료는 유체 확산 부재(405) 표면들의 "웨팅"을 촉진하기에 유리할 수 있다.
일 실시예에서, 유체 확산 부재(405)는 약 0.1 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터의 치수들을 가진 기공들로 설계된다. 유체 확산 부재(405)를 통한 유체 흐름 저항이 유체가 흐름 유체 확산 부재(405)를 통해 이동하는 거리의 함수이므로, 유체 확산 부재(405)의 수직 높이는 원하는 유체 흐름 특성들을 제공하기 위하여 변경될 수 있다.
도 4 및 도 7을 참조하면, 프로세싱하기 위한 기판의 위치의 설정의 프로세스는 일반적으로 로딩 위치 및 프로세싱 위치 사이에서 리프트 어셈블리(413)를 이동시키는 것을 수반한다. 리프트 어셈블리(413)는 도 4의 좌측 프로세싱 스테이션(402)의 로딩 위치에서 예시되며, 여기서 리프트 어셈블리는 지지 핑거들(412)이 상측 캐치 링(catch ring)(418) 위에서 연장하도록 수직 위치에 있다. 이러한 위치에서, 분배 암(406)은 기판(401)의 로딩을 허용하기 위하여 지지 핑거들(412) 위에서 수직으로 이격된다. 분배 암(406)(및 무전해 증착 시스템의 다른 유체 분배 암들)은 상측 암 부재(425)를 텔레스코픽 방식으로(telescopically) 수용하는 고정 베이스 부재(426)를 포함한다. 구동 모터는 분배 암(406)의 수직 위치를 조정하기 위하여 베이스 부재(426)에 대하여 그 상측 암 부재(425)를 텔레스코픽 방식으로 이동시킨다. 기판(401)은 메인프레임 로봇(120) 또는 기판 이송 셔틀(305)에 의하여 지지 핑거들(412) 위에 위치되며, 그 후, 지지 핑거들(412)은 각각의 로봇/셔틀(120, 305)로부터 기판(401)을 제거하도록 수직으로 작동될 수 있다. 기판(401)이 로봇/셔틀(120, 305) 위에서 지지 핑거들(412)에 의하여 지지되면, 로봇/셔틀(120, 305)은 기판(401) 아래로부터 제거될 수 있으며, 지지 핑거들(412)은 프로세싱 위치로 하강될 수 있다.
리프트 어셈블리(413)는 도 4의 우측 프로세싱 스테이션(404)의 프로세싱 위치에서 예시되며, 여기서 리프트 어셈블리(413)는, 지지 핑거들(412)이 캐치 링들(418, 419) 중 하나에 근접하게 수직 위치에 기판(401)을 위치시키도록 수직으로 위치된다. 프로세싱 위치에서, 유체 분배 암(408)은 도 4에서 프로세싱 스테이션(404)에서 예시된 바와 같이 기판(401)의 상측 표면에 근접하게 하강 및 위치된다. 리프트 어셈블리(413)는 리프트 어셈블리(413) 및 리프트 어셈블리(413)에 부착된 컴포넌트들을 수직으로 작동시키도록 구성된 전력공급된 잭 스크루 어셈블리(427)에 의하여 일반적으로 작동된다. 특히, 유체 프로세싱 셀의 하측 부분은 리프트 어셈블리(413)에 부착되고, 리프트 어셈블리(413)와 협력하여 이동한다. 프로세싱 셀의 하측 부분은 일반적으로 기판 지지 어셈블리(414)(지지 핑거들(412) 및 링(411)을 포함함), 하측 인터리빙 벽들(424) 및 배기 포트(314)를 포함한다.
도 4 및 도 7를 참조하면, 일 실시예에서, 플래튼 어셈블리(403)는 고정 상태를 유지하며, 리프트 어셈블리(413) 컴포넌트들(예컨대, 지지 핑거들(412), 링(411))과 함께 이동하지 않는다. 이러한 구성에서, 베이스 플레이트 부재(417) 및 유체 확산 부재(405)에 연결된 베이스 플레이트 지지부(442)는 하나 이상의 구조적인 지지부들(미도시)을 통해 메인프레임(113)에 장착된다. 따라서, 이 실시예에서, 베이스 플레이트 지지부(442), 베이스 플레이트 부재(417) 및 유체 확산 부재(405)는 기판 리프트 어셈블리(413)가 기판 지지 어셈블리(414)를 리프트하는 경우에 병진 이동하지 않거나, 또는 지지 모터(443)가 기판 지지 어셈블리(414)를 회전시키는 경우에 회전하지 않는다. 일 양상에서, 기판 지지 어셈블리(414)는 베이스 플레이트 지지부(442)에 대하여 기판 지지 어셈블리(414) 컴포넌트들을 또한 지지 및 안내하는 하나 이상의 베어링들(미도시; 도 9의 엘리먼트들(1054A―B) 참조)을 사용하여 베이스 플레이트 지지부(442)에 정렬된다. 베이스 플레이트 부재(417) 및 유체 확산 부재(405)에 회전하도록 요구하는 것이, 디바이스 수율 성능에 해로울 수 있는 입자들을 생성하고 일반적으로 신뢰성이 없는 회전 유체 밀봉부(미도시)의 사용을 요구할 것이므로, 이러한 실시예는 유리하다. 일 양상에서, 베이스 플레이트 지지부(442)는 또한 전기 와이어들(미도시) 및 유체 공급 도관(들)(409)(도 5a 및 도 7)을 하우징한다.
도 6을 참조하면, 기판 지지 어셈블리(414)는 일반적으로 지지 핑거들(412), 수직 포스트 부재(415), 기판 지지 표면(415A) 및 링(411)을 포함한다. 기판 지지 표면(415A) 상에 배치된 기판은 수직 포스트 부재들(415)에 의하여 캡처링되거나 또는 유지된다. 본 발명의 일 양상에서, 기판 지지 어셈블리(414)는, 다양한 컴포넌트들의 열팽창이 기판 지지 표면(415A)상에 놓인 기판을 보유하기 위한 기판 지지 어셈블리(414)의 능력에 영향을 미치지 않도록 설계된다. 기판 지지 어셈블리(414)의 열팽창은 수직 포스트 부재들(415) 사이에 배치된 기판들을 잘못 배치하고/하거나 그 기판들을 손상시키게 할 수 있다. 열팽창을 감소시키는 하나의 방법은 낮은 열팽창 계수를 가진 재료들, 예컨대 텅스텐, 알루미나 또는 붕소 카바이드를 사용하여 기판 지지 어셈블리(414)를 설계하는 것이다. 다른 양상에서, 링(411)은 지지 핑거들(412) 및 수직 포스트 부재들(415)의 이동을 최소화할 기하형상을 갖도록 설계될 수 있다.
도 4 및 도 7를 참조하면, 각각의 프로세싱 스테이션들(402, 404) 각각의 하측 부분은 복수의 인터리빙 벽 어셈블리(422)를 각각 포함한다. 인터리빙 벽 어셈블리(422)는 도 4의 로케이션(402)에서 예시된 로딩 위치와 도 4의 로케이션(404)에서 예시된 프로세싱 위치 사이에서 리프트 어셈블리(413)와 협력하여 이동하도록 구성된다. 인터리빙 벽 어셈블리(422)는 일반적으로, 메인프레임(113)에 견고하게 부착된 상측 인터리빙 벽들(423), 및 리프트 어셈블리(413)에 부착되고 리프트 어셈블리(413)와 함께 이동하도록 구성된 하측 인터리빙 벽들(424)을 포함한다. 하측 인터리빙 벽들(424)(구체적으로 셀에 가장 근접하게 위치된 인터리빙 벽들(424)의 가장 내측의 쌍)은 밀폐된 환경의 외부의 환경으로부터 프로세싱 스테이션들(402, 404)의 하측 부분을 밀봉하도록 동작하는 탈이온수와 같은 유체로 충전될 수 있다. 탈이온수는 일반적으로, 예컨대 통상의 "드립(drip)" 메커니즘을 통해 하측 인터리빙 벽들(424) 사이의 공간에 연속적으로 공급된다. 유체 밀봉 인터리빙 벽 어셈블리(422)의 사용은 본 발명의 프로세싱 스테이션들(402, 404)로 하여금 신뢰성 있는 밀봉을 형성하게 허용하고 또한 구조가 회전하고 선형 방식으로 이동하면서 단일 밀봉부(428)가 밀봉할 필요성을 제거한다. 통상의 애플리케이션들에서, 공통 안내 샤프트(shaft) 상에 위치된 회전 및 선형 밀봉부 양자 모두로서 작용하는 밀봉부를 사용하는 것이 통상적이다. 인터리빙 벽 어셈블리(422)는 도 7에서 예시된 밀봉부(428)로 하여금 종종 유체 프로세싱 시스템들에서 신뢰성 있게 동작하기 어려운 수직 슬라이딩 밀봉부 및 회전 밀봉부의 조합이 아니라, 오직 회전 밀봉부이도록 허용한다.
상술된 바와 같이, 스테이션들(402, 404)의 각각은 또한, 도 4, 도 5 및 도 7에서 예시된 바와 같이, 상측 캐치 링(418) 및 하측 유체 캐치 링(419)을 포함할 수 있다. 각각의 캐치 링들(418, 419)은 일반적으로, 각각의 스테이션들(402, 404)의 내측 벽으로부터 내측으로 및 외측으로 연장하는 환상 형상 부재들을 포함한다. 링들(418, 419)은 셀들의 내측 벽에 부착될 수 있거나 또는 셀들의 내측 벽의 일체형 부분일 수 있다. 캐치 링들(418, 419)의 내측 종단 에지(421a, 421b)는 일반적으로, 프로세싱되고 있는 기판(401)의 직경보다 약 5mm 내지 약 50mm 더 큰 직경을 갖도록 크기설정된다. 따라서, 기판(401)은 프로세싱 동안에 각각의 링들(418, 419)을 통해 수직으로 상승 및 하강될 수 있다. 부가적으로, 캐치 링들(418, 419)의 각각은 또한 유체 캐치 링들(418, 419)(도 7) 상에 놓여지는 프로세싱 유체들을 모으도록 구성된 유체 배수구(420a, 420b)를 각각 포함한다. 유체 배수구들(420a, 420b)은 도 7에서 도시된 바와 같이, 배기 포트(314)와 유체 소통한다. 배기 포트(314)는 가스들 및 유체들이 서로 분리될 수 있는 분리 박스(429)(도 4)에 연결된다. 분리 박스(429)는 분리 박스(429)의 상측 부분 상에 위치된 가스 배기 포트(430) 및 박스의 하측 부분 상에 위치된 유체 배수구(431)를 포함한다. 분리 박스(429)는 캐치 링(418)의 유체 배수구(420a) 또는 캐치 링(419)의 유체 배수구(420b)에서 수집된 프로세싱 유체들을, 수집 및 재사용을 위한 재활용(reclamation) 장치(미도시)에 전달하도록 구성된 재획득(recapture) 포트(432)를 더 포함한다.
도 7을 참조하면, 캐치 링들(418, 419)은 프로세싱 스테이션들(402, 404)의 각각 내의 다수의 수직 위치들에서 기판(401)의 유체 프로세싱을 고려하도록 구성된다. 예컨대, 하나의 위치에서, 기판(401)은, 기판(401)의 상측 표면이 제 1 유체 프로세싱 단계 동안에 상측 캐치 링(418)의 종단 에지(421a) 약간 위에 위치되도록 놓여질 수 있다. 이러한 구성에서, 기판 지지 어셈블리(414) 및 따라서 기판(401)이 지지 모터(443)를 사용하여 약 5rpm 내지 약 120rpm의 속도로 회전되면서, 제 1 프로세싱 유체가 분배 암(406, 408)에 의하여 기판(401) 상에 분배될 수 있다. 기판(401)의 회전은 기판 상에 분배된 유체로 하여금 기판의 방사상 외측으로 흐르게 한다. 기판의 에지 상에서 유체가 흐름에 따라, 유체는 외측으로 그리고 아래쪽으로 이동하고 상측 캐치 링(418) 상에서 수용된다. 유체는 유체 배수구(420a)에 의하여 캡처링될 수 있고 재획득 포트(432)로 전달될 수 있거나 또는 원하는 경우에 후속하는 프로세싱을 위하여 재순환될 수 있다. 제 1 유체 프로세싱 단계가 완료되면, 기판(401)은, 기판(401)의 상측 표면이 제 2 유체 프로세싱 단계 동안에 하측 유체 캐치 링(419)의 종단부(421b) 약간 위에 위치되는 제 2 프로세싱 위치로 수직으로 이동될 수 있다. 기판(401)은 제 1 유체 프로세싱 단계와 유사한 방식으로 이 구성에서 프로세싱되며, 프로세스에서 사용된 유체는 유체 배수구(420b)에 의하여 수집될 수 있다. 이러한 구성의 장점은 다수의 유체 프로세싱 화학물들이 단일 프로세싱 스테이션에서 사용될 수 있다는 점이다. 부가적으로, 유체 프로세싱 화학물들은 독립적 유체 배수구들(420a, 420b)을 각각 가지는 개별 유체 캐치 링들(418, 419)이 융화 가능하지 않은 프로세싱 유체들의 개별 수집을 허용하기 때문에 융화 가능하거나 또는 융화 가능하지 않을 수 있다.
도 8a는 본 발명의 다양한 양상들을 수행하도록 적응될 수 있는 예시적인 유체 프로세싱 챔버(800)의 단면도를 예시한다. 유체 프로세싱 챔버(800)는 도 1에서 예시된 프로세싱 셀 로케이션들(102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116) 중 임의의 하나에 위치될 수 있다. 대안적으로, 유체 프로세싱 챔버(800)는 독립형 도금 셀(plating cell)로서 또는 다른 기판 프로세싱 플랫폼과 함께 구현될 수 있다. 유체 프로세싱 챔버(800)는 일반적으로, 최상부(선택적임, 미도시), 측벽들(10), 및 베이스(27)를 포함하는 프로세싱 구획(28)을 포함한다. 원형 측벽들 및 보울(4)의 저부(4C)의 중앙에서 개구(4A)를 갖는 보울(4)이 일반적으로, 베이스(27)의 중앙 로케이션에 배치된다. 스핀들(13)은 일반적으로 보울(4)의 개구(4A) 내에 배치된다. 다수의 기판 지지 핑거들(18)이 보울(4)의 개구(4A) 내부에 위치되는 스핀들(13)에 연결된다. 기판 지지 핑거들(18)은 기판(W)의 기판 후면(W2)에 진공을 공급함으로써, 기판을 "척킹하는 것(chucking)" 및/또는 마찰의 수단에 의해 기판(W)을 보유하도록 구성된다. 스핀들(13) 및 기판 지지 핑거들(18)은 선형 슬라이드(30)의 사용에 의해 보울(4)에 대하여 상승 또는 하강될 수 있다. 프로세싱 위치에 있는 경우에, 도 8a에서 도시된 바와 같이, 기판 지지 핑거들(18)상에 보유된 기판(W)은 보울(4)의 측벽 최상부(4D)와 기판(W)의 기판 후면(W2) 사이에 조정 가능한 갭(33)을 형성하기 위해, 선형 슬라이드(30)의 사용에 의해 위치된다. 갭(33)은 일반적으로, 기판 후면(W2)과 보울(4) 사이에 형성된 유체 볼륨(25)으로부터 온도 제어된 유체의 흐름을 제약 및 제어하도록 조정된다. 유체 소스(3)는 유체 볼륨(25)에 온도 제어된 유체를 전달한다.
일 실시예에서, 에지 격벽(1)은 기판(W)의 주변부의 외측에 방사상으로 위치된다. 에지 격벽(1)은 일반적으로 기판(W)을 둘러싸는 연속적인 환상 링이며, 에지 격벽(1)은 에지 격벽(1)을 수직으로 상승 및 하강시킬 수 있는 수직 리프트 어셈블리(2)에 부착될 수 있거나 또는 측벽(10)에 직접적으로 부착(도 8b에 도시된 바와 같이)될 수 있다. 에지 격벽(1)은 일반적으로, 유체 분배 포트(26)로부터 기판(W)의 프로세싱 표면(W1) 상에 전달되는 유체의 양을 보유하도록 구성된다. 일 양상에서, 기판(W)의 프로세싱 표면(W1)과 에지 격벽(1)의 내측벽(1A)은 프로세싱 표면(W1) 상에 보유되는 유체가 수집되는 유체 볼륨 영역(29)을 정의한다. 일 양상에서, 에지 격벽(1)은, 기판(W)의 주변부와 에지 격벽(1)의 내측벽 사이에 갭(32)이 형성되게, 기판(W)의 외경보다 더 큰 내경을 갖도록 구성된다. 갭(32)은 일반적으로, 기판(W), 에지 격벽(1) 및 유체 볼륨 영역(29) 내에 보유된 유체 사이에 생성되는 표면 장력 및 갭(32)의 크기로 인해, 갭(32)을 통해 흐르는 유체의 양을 최소화하도록 크기설정된다.
일 양상에서 에지 격벽(1)은, 유체로 하여금 기판의 프로세싱 표면(W1) 상에서 모이게 허용하고, 유체가 기판(W)의 기판 후면(W2)을 오염시키는 것을 방지하며, 유체 볼륨 영역(29) 내로 분배되는 프로세싱 용액들의 소비를 제한하기 위해 사용된다. 일 양상에서, 갭(32)은 약 0.5mm 내지 약 2mm일 수 있다.
일 실시예에서 에지 격벽(1)은, 에지 격벽(1)을 2개 이상의 수직 위치들에 위치시키도록 적응된 수직 리프트 어셈블리(2)에 의해 상승 또는 하강될 수 있다. 수직 리프트 어셈블리(2)는 리드 스크루(미도시)에 부착된 통상의 공압 액추에이터 또는 DC 서보 모터일 수 있다. 일 양상에서, 에지 격벽(1)을 상승 또는 하강시키는 것은, 유체 볼륨 영역(29) 내에 보유된 프로세싱 유체의 양, 및 따라서 기판(W)의 프로세싱 표면(W1) 상에 존재하는 유체의 양을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 다른 양상에서 에지 격벽(1)은, 기판을 회전시킴으로써 생성되는 중력 또는 원심력으로 인해 기판(W)상에 보유된 유체가 기판(W) 표면의 외측으로 방사상으로 흐르고 기판(W) 표면에서 벗어나게 흐르게 허용되도록, 에지 격벽(1)의 최상부가 기판(W)보다 더 낮게 소정의 위치로 하강될 수 있거나, 또는 에지 격벽(1)의 저부가 기판(W)보다 더 높게 소정의 위치로 상승될 수 있다. 린싱 프로세스 및 건조 프로세스와 같은 다른 프로세스들이 또한 에지 격벽(1)이 상승 또는 하강되는 경우에 수행될 수 있다.
도 8c 및 도 8d는 기판(W) 아래에 위치된 신장된 부분(1C)을 갖는 에지 격벽(1)의 일 실시예를 예시한다. 일 양상에서, 신장된 부분(1C)은 에지 격벽(1)의 내측벽(1A)으로부터 내측으로 연장하며, 따라서 에지 격벽(1)에 "L" 형상 단면을 제공한다. 신장된 부분(1C)은 일반적으로, 기판(W)의 외경보다 더 작은 내경을 갖도록 구성된다. 일 양상에서, 도 8c에서 도시된 바와 같이, 에지 격벽(1)은 프로세싱 동안에 유체 볼륨 영역(29) 내에 보유된 유체의 흐름을 제약하기 위해 갭(32)을 형성하도록 위치된다.
일 양상에서, 도 8d에서 도시된 바와 같이, 에지 격벽(1)의 신장된 부분(1C)이 기판(W)의 표면에 접촉하여 분배된 유체의 정적인 "풀(pool)"로 하여금 기판(W) 상에 형성되게 허용하도록, 에지 격벽(1)이 충분히 높이 상승된다(도 8d). 다른 양상에서, 기판 후면(W2)이 유체 볼륨(25) 내에 포함된 온도 제어된 유체에 의해 가열되지 않으면서, 기판(W)이 프로세싱되게 허용하도록, 신장된 부분(1C)이, 기판 지지 핑거들(18)로부터 기판(W)을 리프트하기 위해 사용될 수 있다. 다른 양상에서, 기판의 중력 또는 회전으로 인해, 기판상에 보유된 프로세싱 유체가 방사상으로 기판(W)의 외측으로 흐를 수 있고, 기판(W)에서 벗어나게 흐를 수 있게, 수직 리프트 어셈블리(2)의 사용에 의해, 격벽(1)의 최상부가 기판(W)보다 더 낮도록, 에지 격벽(1)이 소정의 위치로 하강될 수 있다. 에지 격벽(1)이 하강되는 경우에, 린싱 프로세스 및 건조 프로세스와 같은 다른 프로세스들이 또한 수행될 수 있다.
도 8a를 참조하면, 일반적으로, 3개 이상의 기판 지지 핑거들(18)이 그 기판 지지 핑거들(13) 상에 기판을 지지하기 위해 스핀들(13)의 최상부에 방사상으로 부착될 수 있다. 일 양상에서, 3개의 기판 지지 핑거들(18)이 방사상 배향으로 균등하게 배열되며, 즉, 핑거들 사이의 각은 120도 이격된다. 기판 지지 핑거들(18)은 일반적으로, 스핀들(13) 내에 형성된 스핀들 포트(13A)와 유체 소통하는 중앙 채널(17)을 갖는다. 일 양상에서, 스핀들 포트(13A) 및 중앙 채널(17)은 진공 벤투리(venturi)와 같은 진공 소스(15)와 유체 소통한다. 이러한 구성에서, 기판 프로세싱 표면(W1) 위의 대기압과 중앙 채널(17) 내의 진공 소스(15)에 의해 생성되는 진공 사이에서 압력 강하를 생성함으로써, 기판 지지 핑거들(18) 상의 밀봉부들(16)(예컨대, O―링(16A), 탄성 중합체의 다이어프램(elastomeric diaphragm)(16B)) 상에 기판이 보유될 수 있다. 기판을 보유하기 위한 진공의 사용은, 기판(W)과 지지 핑거들(18)이 기판 지지 핑거 모터(20)에 의해 회전되고 있고/있거나 기판 지지 리프트 어셈블리(50)에 의해 수직으로 이동되고 있는 경우에, 기판 지지 핑거들(18)로부터 기판이 미끄러져 벗어나는 것(slip off)을 방지하기 위해 사용될 수 있다.
도 8e는 기판(W)을 지지하기 위해 O―링(16A)이 위에 위치된 기판 지지 핑거들(18)의 팁의 더 상세한 도면을 예시한다. 반도체 웨이퍼들에서 종종 발견되는 평탄도 문제들 및 표면 불규칙들을 보상하기 위해, O―링(16A)의 형상 및 재료 경도는, 기판 지지 핑거들(18)의 각각에 대해 최적화될 수 있다. 큰 단면적을 갖고 "미끄럽지 않은(non-slippery)" 재료들(예컨대, VitonTM, buna―N 등)로 이루어진 부드러운 탄성 중합체의 밀봉부들은 O―링(16A)에 대한 바람직한 선택들이다. 이러한 구성에서, 핑거들(18)에 대해 기판(W)을 홀딩하도록 진공 소스(15)에 의해 진공이 인가된 경우에, 밀봉부(16A)는 주 밀봉부로서 작용한다. O―링(16A)은 또한, 유체 볼륨(25) 내에 보유된 유체의 중앙 채널(17) 내로의 누설을 방지할 수 있다.
도 8f는 탄성 중합체의 다이어프램(16B)상에 보유된 기판을 갖는 기판 지지 핑거들(18)의 다른 실시예를 예시한다. 이 구성에서, 탄성 중합체의 다이어프램(16B)은, 유체가 진공 소스(15)로 유체의 행로를 정하는 것을 방지하기 위해, 기판 지지 핑거들(18)의 단부 위에 유체 기밀형 밀봉부(fluid tight seal)를 제공하도록, 기판 지지 핑거들(18)의 각각 상에 위치될 수 있다. 탄성 중합체의 다이어프램(16B)은, 기판 후면(W2)과 탄성 중합체의 다이어프램(16B)의 상측 표면(16C) 사이에 형성된 영역(16F) 내에 생성된 대기압-이하 압력 또는 진공의 사용에 의해, 탄성 중합체의 다이어프램(16B) 상에 위치된 기판을 보유하도록 적응된다. 진공 소스(15)의 사용에 의한 탄성 중합체의 다이어프램(16B)의 후면(16D) 뒤에서 대기-이하 압력의 생성에 의해 탄성 중합체의 다이어프램(16B)이 변위되는(예컨대, 늘어나거나 또는 비틀어지는) 경우에 대기-이하 압력 또는 진공이 형성된다. 탄성 중합체의 다이어프램(16B)의 변위는 "진공"으로 하여금 탄성 중합체의 다이어프램(16B)의 상측 표면(16C) 상의 접촉 포인트들(16E) 사이에 형성된 밀봉부와 기판 후면(W2) 사이에 형성되게 한다. 일반적으로, 탄성 중합체의 다이어프램(16B)이 VitonTM 및 buna―N 과 같은 부드럽고 미끄럽지 않은 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 8a를 참조하면, 유체 프로세싱 챔버(800)는, 스핀들(13)에 연결되고, 일반적으로 기판 지지 핑거들(18) 및 스핀들(13)을 회전 및 지지하도록 구성된 기판 지지 핑거 모터(20)를 더 포함한다. 회전식 밀봉 어셈블리(14)가 스핀들(13)과 진공 소스(15) 사이에 회전 밀봉부를 제공하도록 위치될 수 있다. 모터(20)로부터 스핀들(13) 및 기판 지지 핑거들(18)을 통해 기판(W)에 회전 이동이 전해진다. 기판 지지 핑거들 및 스핀들(13)의 회전 속도는, 증착, 린싱, 및 건조와 같은 수행되고 있는 특정한 프로세스에 따라 변화될 수 있다. 증착의 경우에, 기판 지지 핑거들은 프로세싱 유체들의 점도(viscosity)에 따라 약 5rpm 내지 약 150rpm 와 같은 비교적 낮은 속도들로 회전하도록 적응될 수 있다. 린싱 프로세스 동안에, 기판 지지 핑거들(18)은 약 5rpm 내지 약 1000rpm 와 같은 비교적 중간의 속도들로 스핀하도록 적응될 수 있다. 건조의 경우에, 기판 지지 핑거들은 기판 지지 핑거들 위에 위치된 기판(W)을 스핀 건조하기 위해, 약 500rpm 내지 약 3000rpm 와 같은 비교적 높은 속도들로 스핀하도록 적응될 수 있다.
기판 지지 핑거 모터(20)는, 리드 스크루(31) 및 기판 지지 리프트 모터(19)에 커플링된 선형 슬라이드(30)를 일반적으로 포함하는 기판 지지 리프트 어셈블리(50)에 연결될 수 있다. 일 배열에서, 기판 지지 리프트 모터(19)는 리드 스크루(31)에 기판 지지 리프트 모터(19)의 회전 이동을 전하는 정밀 모터이다. 리드 스크루(31)의 회전 이동은 스핀들(13)의 이동으로 옮겨지는 선형 슬라이드(30)의 선형 운동으로 전환된다.
도 8a를 참조하면, 보울(4)은 복수의 볼트 어셈블리들(12)을 이용하여 베이스(27)에 장착될 수 있다. 보울(4)의 형상은 보울(4)의 저부상의 하나 이상의 유입구들(4B)을 통해 유체 소스(3)와 유체 소통하는 유체 볼륨(25)을 형성한다. 유체 소스(3)는 가열된 DI 수(DI water)와 같은 유체를 전달하도록 적응될 수 있다. 일 양상에서 유체 소스(3)는 유체로 하여금 하나 이상의 유입구들(4B)을 통해 흐르고, 그 후 유체 볼륨(25)을 통해 흐르며, 그 후 보울(4)의 측벽 최상부(4D) 위로 흐르게 하도록 적응된다. 일 양상에서, 기판(W)은, 기판 후면(W2)과 유체 소스(3)로부터 전달되거나 또는 흐르는 유체 사이의 접촉을 보장하기 위해, 기판 후면(W2)과 보울(4)의 측벽 최상부(4D) 사이에 갭(33)이 형성되도록 위치된다. 갭(33)의 크기는 유체로 하여금 측벽 최상부(4D) 위로 흐르고("A"로 마킹된 화살표들 참조), 기판 후면(W2)에 대한 유체 접촉을 보장하게 허용하도록 구성된다. 일 양상에서, 보울(4)은 유체 볼륨(25) 내에서, 특히 기판 후면(W2) 근처에서, 균일한 온도로 유체를 생성 및 유지하도록 구성된다. 일반적으로, 이는, 유체 볼륨(25)의 크기 및 형상을 최적화하고/하거나 하나 이상의 유입구들을 기판 후면(W2)으로부터 떨어지게 위치시킴으로써 달성된다. 균일한 기판 온도를 달성하기 위한 유체 볼륨(25)의 최적의 크기는, 유체 볼륨(25)에 전달되는 유체의 타입, 유체 볼륨(25)을 통한 유체의 흐름, 유체의 설정점 온도, 기판 지지 핑거들(18)의 물리적인 크기, 및 기판 지지 핑거들(18)의 회전 속도에 따라 변화할 수 있다. 층류(laminar flow) 방식들이 불량한 열 전달 특성들을 나타내는 것으로 알려져 있으므로, 기판 지지 핑거들(18)의 회전이 또한, 유체 볼륨(25)에서 난류를 유지하도록 적응될 수 있다. 일 양상에서, 유체 볼륨(25)에 전달되는 유체는 유체 히터(41)의 사용에 의해 온도 제어된다. 유체 히터(41)는 유체 소스(3)에 부착된 인-라인(in―line) 유체 히터(42) 및/또는 보울(4)에 부착 또는 매립된 가열 엘리먼트들(43)을 포함할 수 있다.
일 양상에서, 유체 소스(3)로부터 그리고 갭(33)을 통하는 유체의 외향류는 유체 볼륨 영역(29) 밖으로 흐르는 프로세싱 유체가 기판(W)의 후면과 바람직하지 않게 접촉하는 것을 방지 또는 최소화하도록 설계된다. 기판의 후면과 프로세싱 유체 사이의 접촉을 방지하는 것은, 입자들 또는 원하지 않는 재료들이 반도체 디바이스 수율에 영향을 미칠 수 있는 기판의 후면상에 증착하는 것을 방지할 것이다.
일 실시예에서, 보울(4)에 대한 스핀들(13)의 회전 이동을 허용하기 위해, 스핀들(13)과 보울(4)의 개구(4A) 사이에 갭(5)이 구성될 수 있다. 갭(5)은 약 0.1mm 내지 약 0.5mm 사이의 폭일 수 있다. 그러나, 더 크거나 또는 더 작은 갭들이 사용될 수 있다. 개구(9A)를 갖는 캐칭 부재(9)는 보울(4) 아래 그리고 스핀들(13) 주위에 위치된다. 캐칭 부재(9)의 내부에는, 실드(7)와 캐칭 부재(9) 사이에 미로(labyrinth) 밀봉부가 형성된다. 미로 밀봉부는 일반적으로, 오버 랩핑 피쳐들의 기하형상 및 구성으로 인해, 유체가 밀봉부를 통해 유체의 행로를 정하는 것을 방지하는 오버 랩핑 피쳐들(즉, 도 8a에서의 엘리먼트 7 및 9)의 그룹으로서 정의된다. 갭(5)을 통해 흐르는 유체는 캐칭 부재(9)에 의해 수집 영역(8)에서 수집되고 그 후 캐칭 부재(9)의 저부 근처에서 위치된 배수구(6)로 안내된다. 대안적으로, 밀봉부들은 스핀들(13)과 보울(4)의 개구(4A) 사이에서 사용될 수 있고, 따라서 미로 밀봉부에 대한 필요성을 제거한다.
에지 격벽(1), 보울(4), 기판 지지 핑거들(18), 및 스핀들(13)은 (완전히 압착된 알루미늄 질화물, 알루미나 Al2O3, 실리콘 카바이드(SiC)와 같은) 세라믹 재료, (TeflonTM 폴리머 코팅된 알루미늄 또는 스테인레스 스틸과 같은) 폴리머 코팅된 금속, 폴리머 재료, 또는 반도체 유체 프로세싱에 적합한 다른 재료로부터 제조될 수 있다. 바람직한 폴리머 코팅들 또는 폴리머 재료들은 테프젤(ETFE), 할라(ECTFE), 퍼플루오로알콕시 수지(PFA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오르에틸렌―퍼플루오르프로필렌(FEP), PVDF 등과 같은 불소화 폴리머들이다.
유체 프로세싱 챔버(800)는 베이스(27) 위에 그리고 보울(4)의 외부벽(4E)과 측벽(10)의 내부 사이에 위치될 수 있는 천공된 플레이트(11)를 더 포함한다. 보울(4)의 측벽(4E), 베이스(27), 측벽(10), 및 천공된 플레이트(11)는 구획(34)을 정의한다. 구획(34)은 천공된 플레이트(11) 내의 복수의 홀들(11A)을 통해 프로세싱 구획(28)과 유체 소통한다. 배수구 포트(24)는 일반적으로, 베이스(27) 내에 위치되고, 통상의 스크러빙된(scrubbed) 배기 시스템(23) 및 유체 배수구(22)에 연결될 수 있는 배기 포트(21)에 연결된다.
일 양상에서, 증착 프로세스 동안에, 프로세싱 구획(28) 내의 산소 또는 다른 가스들의 양은, 질소, 헬륨, 수소, 아르곤, 및/또는 이들의 혼합물들과 같은 프로세싱 가스 또는 반도체 프로세싱에서 통상 사용되는 다른 가스들을 전달함으로써 제어된다. 프로세싱 가스는 헤파 타입(HEPA―type) 여과 시스템(도2의 엘리먼트(313) 참조)을 통해 프로세싱 구획(28)으로 도입될 수 있고, 배기 포트(21)로부터 제거될 수 있다. 복수의 홀들(11A)이 관통되게 형성된 천공된 플레이트(11)의 존재는 프로세싱 구획(28)을 통한 프로세싱 가스 흐름의 균일성을 개선한다.
유체 프로세싱 챔버(800)는 기판이 기판 지지 핑거들(18) 상에 위치되는 동안, 기판(W) 상에 프로세싱 유체를 분배하도록 구성된 유체 분배 포트(26)를 더 포함한다. (도 9, 9a, 9b 등에서 아래에 논의되는) 유체 유입구 시스템(1200)과 유사한 유체 분배 포트(26)는 일반적으로, 적어도 하나의 유체 공급 밸브들(예컨대, 도 9에서 도시된 밸브들(1209))을 통해 적어도 하나의 유체 공급 소스들(예컨대, 도 9에서 도시된 용액 소스들(1202, 1204, 1206))과 유체 소통한다. 따라서, 아래에서 논의되는 다양한 무전해 도금 프로세스들을 수행하기 위해 다수의 화학물들이 유체 분배 포트(26)로부터 혼합 및 공급될 수 있다.
시스템 동작
동작시에, 본 발명의 시스템(100)의 실시예들은 무전해 사전 세정(preclean) 프로세스, 무전해 활성화 프로세스, 무전해 도금 프로세스, 무전해 사후 세정(postclean) 프로세스, 및/또는 무전해 프로세스에서 사용될 수 있는 다른 프로세싱 단계들을 실시하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예들을 사용하여 무전해 도금 프로세스를 실시하기 위한 예시적인 프로세스 시퀀스가 이제, 여기서 논의된 본 발명의 실시예들에 대하여 설명될 것이다. 무전해 도금 프로세스는 일반적으로, 밀폐된 프로세싱 인클로저(302)(도2 참조)로의 기판의 삽입과 함께 시작한다. 삽입 프로세스는 일반적으로, 밸브형 액세스 포트(304)를 개방하는 것 및 메인프레임 로봇(120)을 이용하여 프로세싱 인클로저(302) 내로 기판(401)을 삽입하는 것을 포함한다. 기판(401)은 페이스업 배향으로 삽입되며, 즉, 도금될 기판(401)의 표면이 상측을 향하고 있다.
밀폐된 프로세싱 인클로저(302)내로 기판이 삽입되면, 메인프레임 로봇(120)은 프로세싱 스테이션(404) 내의 지지 핑거들(412)상에 기판을 위치시키고, 메인프레임 로봇은 프로세싱 인클로저(302)로부터 수축한다(retract). 그 후, 밸브형 액세스 포트(304)가 폐쇄되면서, 지지 핑거들(412)은 프로세싱을 위해 기판(401)을 수직으로 위치시킬 수 있다. 삽입 프로세싱 동안에, 즉 밸브형 액세스 포트(304)가 개방된 시간 기간 동안에, 환경 제어 어셈블리(315) 내의 가스 공급기가 "온(on)"되고, 밀폐된 프로세싱 인클로저(302)를 불활성 프로세싱 가스로 충전하게 된다. 프로세싱 볼륨 내로 불활성 가스를 흘려보내는 프로세스는, 산소가 도금된 재료, 특히 구리에 대해 악영향(산화)을 미치는 것으로 알려져 있으므로, 주변 가스들, 특히 산소가 밀폐된 프로세싱 인클로저(302)에 진입하는 것을 방지하도록 구성된 액세스 포트들(304)을 통한 프로세싱 가스의 외향류를 야기한다. 프로세싱 가스의 흐름은 밸브형 액세스 포트(304)가 폐쇄된 후에 계속되고, 일반적으로, 밸브형 액세스 포트(304)가 개방되기 전에 지속된다. 프로세싱 가스의 흐름은 무전해 세정, 활성화, 및 도금 시퀀스 동안에 계속되고, 밸브형 액세스 포트(304)가 폐쇄되면, 배기 포트(314), 가스 벤트(vent), 및/또는 진공 펌프가 밀폐된 프로세싱 인클로저(302)에서 원하는 프로세싱 압력을 유지하기 위해 사용될 수 있다. 가스 공급기, 헤파(HEPA) 필터, 및 배기 포트(314)의 조합은 특정한 프로세싱 단계들 동안에 밀폐된 프로세싱 인클로저(302) 내의 산소 함량을 제어하기 위해 사용되며, 즉, 프로세싱 인클로저(302) 내의 산소 함량은 원하는 경우에 각각의 개별적인 프로세싱 단계에 대해 제어 및 최적화될 수 있다.
프로세싱 셀 내에 기판이 위치되면, 본 발명의 무전해 도금 프로세스들이 일반적으로 기판 사전 세정 프로세스와 함께 시작된다. 사전 세정 프로세스는, 기판의 상측 표면이 상측 캐치 링(418)의 종단 에지(421a) 약간 위에, 일반적으로 약 2mm 내지 약 10mm 위에 위치되면서 시작한다. 세정 프로세스는 세정 용액이 분배 암(406)에 의해 기판 표면상에 분배되는 것을 통해 달성된다. 세정 용액은, 프로세스 시간을 절약하고 셀의 스루풋을 증가시키기 위해 하강 프로세스 동안에 기판 표면상에 분배될 수 있다. 세정 용액은 원하는 세정 특성들에 따라 산성(acidic) 또는 염기성(basic) 용액일 수 있고, 세정 용액의 온도는 프로세싱 레시피에 따라 제어(가열 또는 냉각)될 수 있다. 부가적으로, 세정 용액은 계면 활성제 첨가물을 포함할 수 있다. 일반적으로 약 10rpm 내지 약 60rpm인 기판의 회전은 세정 용액으로 하여금 방사상으로 기판에서 벗어나게 외측으로 및 상측 캐치 링(418) 상으로 흐르게 하고, 여기서 세정 용액이 캡쳐링되고, 배수구(420a)로 전해지며, 그 후, 원하는 경우에 분리 및 재순환을 위해 배기 포트(314)를 통해 분리 박스(429)와 소통된다.
기판이 세정되면, 기판 표면이 일반적으로 린싱된다. 린싱 프로세스는 기판을 회전시키면서 탈이온수와 같은 린싱 용액을 기판 표면 상에 분배하는 것을 포함한다. 린싱 용액은 기판 표면으로부터 임의의 잔류 세정 유체를 효과적으로 제거하도록 구성된, 유량 및 온도에서 분배된다. 기판은 기판의 표면에서 벗어나게 린싱 용액을 몰아내기에 충분한 속도, 즉, 예컨대 약 5rpm 내지 약 120rpm 사이의 속도로 회전된다.
기판이 린싱되면, 제 2 린싱 단계가 채용될 수 있다. 특히, 일반적으로 기판 표면에 대한 산성 활성화 용액의 도포를 포함하는 활성화 단계 전에, 기판 표면이 우선, 산성 컨디셔닝(conditioning) 린스 용액으로 처리될 수 있다. 컨디셔닝 린스 용액은 일반적으로, 산성 활성화 용액의 도포를 위해 기판 표면을 컨디셔닝하도록 동작하는 예컨대 활성화 용액에서 사용되는 산과 같은 산을 포함한다. 컨디셔닝 용액들에 대해 사용될 수 있는 예시적인 산들은, 질산, 염화물계의 산들, 메틸 술폰산들, 및 무전해 활성화 용액들에서 통상적으로 사용되는 다른 산들을 포함한다. 사전-세정 프로세스에 대해 사용되는 화학물과 컨디셔닝 프로세스에 대해 사용되는 화학물의 융화성에 따라, 기판 컨디셔닝 프로세스는 상측 캐치 링(418)에 인접한 프로세싱 위치에서 실시될 수 있거나, 또는 기판이 하측 캐치 링(419)에 인접한 프로세싱 위치로 하강될 수 있다.
기판이 컨디셔닝 되면, 기판이 하측 캐치 링(419)에 근접하게 위치되면서, 활성화 용액이 기판 표면에 도포된다. 활성화 용액은 일반적으로, 후속하는 증착 프로세스들을 위한 촉매 층으로서 작용하고/하거나 기판 표면과 후속하여 증착되는 층들 사이의 접착을 촉진시키기 위해 사용된다. 활성화 용액은 암(408)에 의해 기판상에 분배되고, 기판이 회전되는 것의 결과로서 기판의 에지 너머로 방사상으로 외측으로 그리고 캐치 링(419) 상에 흐르게 된다. 활성화 용액은 그 후, 재순환을 위해 유체 배수구(420)에 의해 수집된다. 활성화 용액은 일반적으로, 산 기초(acid foundation)를 갖는 팔라듐계의 용액을 포함한다. 활성화 단계 동안에, 일반적으로 원형이며 직경이 유체 확산 부재(405)와 유사한 후면 기판 표면은 일반적으로, 유체 확산 부재(405)의 상측 표면으로부터 약 0.5mm 내지 약 10 mm 떨어져 위치된다. 기판의 후면과 유체 확산 부재(405) 사이의 공간은 유체 확산 부재(405) 내에 형성된 홀들(407)로부터 분배된 탈이온수일 수 있는 온도 제어된 유체로 충전된다.
홀들(407)로부터 분배되는 온도 제어된 유체(일반적으로는 가열된 유체이지만 또한 냉각된 유체일 수 있음)가 기판의 후면에 접촉하고, 프로세싱을 위해 기판을 가열/냉각시키기 위해 유체로부터 기판으로 열을 전달하거나 열을 유체로 전달한다. 온도 제어된 유체는 계속적으로 공급될 수 있거나, 또는, 대안적으로, 유체의 미리 결정된 볼륨이 공급될 수 있고, 그 후, 유체 공급이 중단될 수 있다. 기판의 후면에 접촉하는 온도 제어된 유체의 흐름은 활성화 프로세스 동안에 일정한 기판 온도를 유지하기 위해 제어될 수 있다. 부가적으로, 기판은 균등한 가열/냉각 및 유체 확산을 용이하게 하기 위하여 활성화 프로세스 동안에 약 10rpm 내지 약 100rpm로 회전될 수 있다.
기판 표면이 활성화되면, 부가적인 린싱 및/또는 세정 용액이 기판으로부터 활성화 용액을 세정하기 위해 기판 표면에 도포될 수 있다. 활성화 후에 사용될 수 있는 제1 린싱 및/또는 세정 용액은 바람직하게는 활성화 용액의 산에 매칭하도록 선택된 다른 산을 포함한다. 산 사후 린스(acid post rinse) 후에, 기판은 또한, 기판 표면으로부터 임의의 잔류 산을 제거하기 위해, 탈이온수와 같은 중성 용액으로 린싱될 수 있다. 사후 활성화 세정 및 린싱 단계들은 화학물들의 융화성에 따라, 상측 프로세싱 위치 또는 하측 프로세싱 위치 중 하나에서 실시될 수 있다.
활성화 단계들이 완료된 경우에, 기판은 무전해 활성화 스테이션(402)으로부터 증착 스테이션(404)으로 기판 이송 셔틀(305)에 의해 이송될 수 있다. 이송 프로세스는, 지지 핑거들(412)을 이용하여 무전해 활성화 스테이션(402) 밖으로 기판을 상승시키고, 기판 아래로 기판 이송 셔틀(305)을 이동시키고, 기판 이송 셔틀(305) 상으로 기판을 하강시키며, 무전해 활성화 스테이션(402)으로부터 증착 스테이션(404)으로 기판을 이송하는 것을 포함한다. 기판이 증착 스테이션(404) 내에 있으면, 증착 스테이션(404)을 위한 기판 지지 핑거들(412)이 기판 이송 셔틀(305)로부터 기판을 제거하고, 프로세싱을 위해 기판을 위치시키기 위해 사용될 수 있다.
기판의 위치설정은 일반적으로, 사전 세정 프로세스를 위해 상측 캐치 링(418)에 근접하게 기판을 위치시키는 것을 포함한다. 사전 세정 프로세스는 암(408)을 이용하여 기판 상에 사전 세정 용액을 분배하는 것을 포함하며, 여기서 사전 세정 용액은 일반적으로, 사전 세정 용액이 기판 표면을 증착 용액의 pH로 컨디셔닝할 수 있도록, 후속하여 도포되는 무전해 도금 용액과 유사한 pH를 갖도록 선택된다. 사전 세정 용액은 컨디셔닝 단계 후에 도포될 무전해 증착 용액을 위한 기초와 동일한 염기성 용액일 수 있다. 도금 용액과 동일한 pH를 갖는 용액을 이용하는 기판 표면의 사전 세정은 또한, 증착 프로세싱을 위해 기판 표면의 친수성(wetability)을 개선한다. 사전 세정 용액은 프로세싱 레시피에 의해 요구되는 바와 같이, 냉각 또는 가열될 수 있다.
기판 표면이 염기성 용액에 의해 컨디셔닝된 경우에, 무전해 증착 프로세스에서의 다음 단계는 기판 표면에 도금 용액을 도포하는 것이다. 도금 용액은 일반적으로, 순수한 금속 또는 수개의 금속들의 합금의 형태로 기판 표면 상에 증착될, 코발트, 텅스텐, 및/또는 인(phosphorous) 등과 같은 금속을 포함한다. 도금 용액은 일반적으로, pH상 염기성이고, 무전해 도금 프로세스를 용이하게 하도록 구성된, 계면 활성제 및/또는 환원제를 포함할 수 있다. 기판은 일반적으로, 증착 단계 동안에, 하측 유체 캐치 링(419) 약간 위의 위치로 하강된다. 따라서, 암(408)에 의해 도포되는 증착 용액이 기판의 에지 위로 바깥쪽으로 흐르고, 캐치 링(419)에 의해 수용되며, 여기서 가능한 재순환을 위해 배수구(420b)에 의해 수집될 수 있다. 부가적으로, 기판의 후면은 일반적으로, 증착 단계 동안에 유체 확산 부재(405)의 상측 표면으로부터 약 0.5mm 내지 약 10mm, 또는 약 1mm 내지 약 5mm 떨어져 위치된다. 기판의 후면과 유체 확산 부재(405) 사이의 공간은, 유체 확산 부재(405) 내에 형성된 홀들(407)을 통하여 분배되는 탈이온수일 수 있는, 온도 제어된(일반적으로는 가열된) 유체로 충전된다. 홀들(407)로부터 분배되는 온도 제어된 유체는 기판의 후면에 접촉하고 유체로부터 기판에 열을 전달하여 증착 프로세스 동안에 기판을 가열한다. 온도 제어된 유체는 일반적으로, 증착 프로세스 전반에 걸쳐 계속적으로 공급된다. 증착 프로세스 동안에 기판의 후면에 접촉하는 온도 제어된 유체의 흐름은 증착 프로세스 동안에 일정한 기판 온도를 유지시키기 위해 제어된다. 부가적으로, 기판 표면에 도포되는 증착 용액의 균등한 가열 및 확산을 용이하게 하기 위해 증착 프로세스 동안에 약 10rpm 내지 약 100rpm 사이로 기판이 회전될 수 있다.
증착 프로세스가 완료되면, 기판 표면은 일반적으로 사후 증착 세정 용액을 기판에 도포하는 것을 포함하는 사후 증착 세정 프로세스에서 세정된다. 사후 증착 세정 프로세스는 프로세스 화학물들의 융화성에 따라, 상측 또는 하측 프로세싱 위치 중 하나에서 실시될 수 있다. 사후 증착 세정 용액은 일반적으로, 도금 용액과 거의 동일한 pH를 갖는 염기성 용액을 포함한다. 기판 표면에서 벗어나게 세정 용액을 몰아내기 위해 세정 프로세스 동안에 기판이 회전된다. 세정 프로세스가 완결되면, 예컨대, 기판 표면으로부터 임의의 잔류 화학물을 제거하기 위해, 기판 표면이 탈이온수로 린싱될 수 있고, 스핀 건조될 수 있다. 대안적으로, 기판은 아세톤, 알코올 등과 같은 높은 증기압을 갖는 용제의 도포를 통해 증기 건조될 수 있다.
본 발명의 예시적인 시스템(100)에서, 프로세싱 셀 로케이션들(102 및 112)이 무전해 사전 세정 프로세스, 무전해 활성화 프로세스, 및 무전해 사후 활성화 세정 프로세스를 실시하도록 구성될 수 있는 한편, 프로세싱 셀 로케이션들(104, 110)은 무전해 증착 셀들 및 무전해 사후 증착 세정 셀들로서 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 각각의 활성화 및 증착 화학물들이 각각의 프로세싱 로케이션들에서 분리되므로, 각각의 프로세스로부터의 화학물들의 재활용이 가능하다. 이러한 구성의 다른 이점은, 유체 프로세싱 셀 로케이션들(102, 104, 110, 112)을 위한 프로세싱 공간이 밀폐된 프로세싱 인클로저(302) 내에 있으므로, 불활성 환경에서 기판이 활성화 용액으로부터 무전해 증착 용액으로 이송된다는 것이다. 추가로, 프로세싱 인클로저가 로딩 및 프로세싱 동안에 불활성 가스로 채워지며(flood), 따라서, 밀폐된 프로세싱 인클로저(302)의 내부가 산소의 실질적으로 감소된 퍼센티지, 예컨대, 약 100ppm 미만의 산소, 또는 특히 약 50ppm 미만의 산소, 보다 더욱, 약 10ppm 미만의 산소를 갖는다. 활성화 및 도금 셀들 사이의 밀접한 근접성 및 신속한 이송 시간들(일반적으로 약 10초 미만)과 함께 실질적으로 감소된 산소 함량의 조합은, 통상적인 무전해 시스템들에 대한 상당한 어려움이었던 활성화 및 증착 단계들 사이의 기판 표면의 산화를 방지하도록 동작한다.
본 발명의 유체 프로세싱 단계들 전반에 걸쳐, 기판 위치가 변화될 수 있다. 특히, 유체 확산 부재(405)에 대한 기판의 수직 위치가 변화될 수 있다. 유체 확산 부재(405)로부터의 거리는 원하는 경우에, 프로세싱 동안에, 예컨대 기판의 온도를 낮추도록 증가될 수 있다. 유사하게, 유체 확산 부재(405)에 대한 기판의 근접성은 프로세싱 동안에 기판의 온도를 증가시키도록 감소될 수 있다.
본 발명의 실시예들의 다른 이점은, 시스템(100)이 융화가능한 화학물 또는 융화 가능하지 않은 화학물과 함께 사용될 수 있다는 것이다. 예컨대, 융화 가능하지 않은 화학물들, 예컨대, 산성 활성화 용액들 및 염기성 도금 용액들을 이용하는 프로세싱 시퀀스에서, 산성 용액들이 일반적으로, 하나의 셀 또는 스테이션에서 배타적으로 사용될 것인 한편, 염기성 용액들은 다른 셀에서 배타적으로 사용된다. 셀들은 인접하게 위치될 수 있으며, 기판들은 셔틀들(305) 중 하나에 의하여 각각의 셀들 사이에서 이송될 수 있다. 기판들은 일반적으로, 인접한 셀로 이송되기 전에 각각의 셀에서 세정되며, 이는 하나의 셀로부터의 화학물이 다른 셀을 오염시키는 것을 방지한다. 부가적으로, 각각의 화학물들이 상이한 캐치 링들(418, 419)에 의해 수집될 수 있고 서로 분리되어 유지될 수 있으므로, 각각의 프로세싱 스테이션 또는 셀 내의 다수의 프로세싱 로케이션들, 예컨대 캐치 링들(418, 419)의 위치설정은 단일 셀 또는 스테이션에서의 융화 가능하지 않은 화학물들의 사용을 허용한다.
본 발명의 실시예들은 또한, 단일 사용 타입(use type) 화학물 셀들로서 구성될 수 있으며, 즉, 프로세스 화학물의 단일 도즈(dose)가 단일 기판에 대해 사용될 수 있고, 그 후, 용액 재활용 없이, 즉 부가적인 기판들을 프로세싱하기 위해 사용되지 않고 폐기될 수 있다. 예컨대, 시스템(100)은 기판을 활성화, 세정, 및/또는 사후 프로세싱하기 위해 공통 셀들을 이용할 수 있으면서, 무전해 증착 및/또는 사후―증착 세정 프로세스를 실시하기 위해 다른 셀들을 사용할 수 있다. 이들 프로세스들의 각각이 상이한 화학물을 이용할 수 있으므로, 셀은 일반적으로, 필요한 경우에, 기판에 요구되는 화학물들의 각각을 공급하고, 프로세스가 완료되면 사용된 화학물을 셀로부터 배수하도록 구성된다. 그러나 단일 셀로부터 상이한 화학물들을 재획득함으로써 상당한 오염 문제들이 제시되므로, 셀들은 일반적으로, 화학물들을 재획득하도록 구성되지 않는다.
본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 부가적인 프로세싱 셀들은, 발명의 명칭이 "In-Situ Electroless Copper Seed Layer Enhancement in an Electroplating System"이고 2001년 7월 10일자로 발행된 공동 양도된 미국 특허 제 6,258,223 호, 및 발명의 명칭이 "Electroless Plating System"이고 2001년 12월 26일자로 출원된 공동 양도된 미국 특허 출원 제 10/036,321 호에서 발견될 수 있으며, 이들 2개의 문헌은 본 발명과 불일치하지 않는 정도까지 그 전체가 참조로써 여기에 통합된다.
스프레이 분배 시스템
도 9는 위에서 설명된 각각의 스테이션들(402, 404)과 유사한 페이스업 유체 프로세싱 셀(1010)의 일 실시예의 단면도를 예시한다. 페이스업 배향된 기판(1250)이 도 9에서 도시된다. 여기서 예시된 다양한 실시예들이 페이스업 프로세싱을 완성하도록 구성된 프로세싱 셀(1010)을 예시하지만, 본 발명의 다양한 양상들에 대해 기판의 배향이 제한되도록 의도되지 않는다. "무전해 프로세스"(또는 무전해 증착 프로세스)라는 용어는, 일반적으로 예컨대, 사전 세정 프로세싱 단계들(기판 준비 단계들), 무전해 활성화 프로세스 단계들, 무전해 증착 단계들, 및 사후 증착 세정 및/또는 린싱 단계들 중 하나 이상을 포함하는, 기판 상에 무전해 증착된 막을 증착하기 위해 행해지는 모든 프로세스 단계들을 커버하도록 의미된다.
유체 프로세싱 셀(1010)은 셀 몸체(1015)를 포함한다. 셀 몸체(1015)는 유체 프로세싱 (무전해 또는 전기 화학적 도금) 용액들과 비반응성인 것으로 알려진 다양한 물질들로부터 제조될 수 있다. 이러한 물질들은 플라스틱들, 폴리머들, 및 세라믹들을 포함한다. 도 9의 배열에서, 셀 몸체(1015)는 셀(1010)에 대한 측벽을 형성하는 원형 또는 직사각형 몸체를 정의한다. 셀 몸체(1015)는 셀 몸체(1015)의 상측 단부에서 리드 어셈블리(1033)를 수용 및 지지한다. 셀 몸체의 저부 단부를 따라 셀 몸체(1015)에 일체형 저부 벽(1016)이 제공된다. 저부 벽(1016)은 기판 지지 어셈블리(1299)를 수용하기 위한 구멍을 갖는다. 기판 지지 어셈블리(1299)의 피쳐들은 아래에서 설명된다.
일 실시예에서, 기판 지지 어셈블리(1299)는 일반적으로, 베이스 플레이트 부재(1304) 및 베이스 플레이트 부재(1304)에 부착된 유체 확산 부재(1302)를 포함한다. 도 9 내지 도 12에서 도시된 기판 지지 어셈블리(1299)는 상술된 플래튼 어셈블리(403)의 다른 실시예를 예시한다. O―링 타입 밀봉부와 같은 환상 밀봉부(1121)가 유체 확산 부재(1302)의 주변부 근처에 위치된다. 환상 밀봉부(1121)는 일반적으로 유체 전달 프로세스를 용이하게 하도록, 유체 확산 부재(1302)와 베이스 플레이트 부재(1304) 사이에 유체 기밀형 밀봉부를 생성하기 위해, 베이스 플레이트 부재(1304)의 최상부 외측 에지에 맞물리도록 구성된다.
베이스 플레이트 부재(1304)는 일반적으로, 베이스 플레이트 부재(1304)의 중앙 부분을 통해 형성되거나 또는 베이스 플레이트 부재(1304) 상의 다른 로케이션을 통해 형성된 유체 유입구(1308)를 갖는, 솔리드(solid) 디스크 형상의 부재를 정의한다. 베이스 플레이트 부재(1304)는 세라믹 재료 또는 코팅된 금속으로부터 바람직하게 제조된다. 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 재료가 또한 이용될 수 있다. 유체 볼륨(1310)은 베이스 플레이트 부재(1304) 위와 유체 확산 부재(1302) 아래에서 형성된다. 이러한 방식으로, 유체 확산 부재(1302)는 베이스 플레이트 부재(1304) 위에 위치된다. 유체 볼륨(1310)은 일반적으로, 유체 확산 부재(1302)와 베이스 플레이트 부재(1304) 사이의 약 2mm 내지 약 15mm의 간격을 가질 수 있지만, 더 크거나 또는 더 작은 간격들이 사용될 수 있다.
유체 확산 부재(1302)는 도 4, 도 5a 내지 도 5e, 도 7과 함께 위에서 논의된 바와 같이, 유체 확산 부재(1302)를 관통하여 형성된 복수의 유체 통로들(1306)을 포함한다. 사용 시에, 유체는, 유체 유입구(1308)로부터 밀봉된 유체 볼륨(1310) 내로, 그 후, 유체 확산 부재(1302) 내에 형성된 유체 통로들(1306)을 통해, 그리고 기판(1250)의 후면과 유체 확산 부재(1302) 사이의 열 전달 영역(1312) 내로 흐르게 된다. 일 양상에서, 유체 소스(1203)로부터 열 전달 영역(1312)에 진입하는 유체의 온도가 원하는 온도인 것을 보장하기 위해, 유체 히터(1164)가 제어기(111) 및 온도 프로브(미도시)와 함께 사용된다. 일 양상에서, 유체 소스(1203)는 탈이온수(DI water)를 전달하도록 적응된다. 기판(1250) 뒤에 따뜻하게 된 유체의 존재는, 이어서, 기판(1250)의 후면을 따뜻하게 한다. 균일하고 상승된 기판 온도는 무전해 도금 동작들을 용이하게 한다. 복수의 가열 코일들(1112)이 베이스 플레이트 부재(1304) 내에 선택적으로 매립될 수 있으며, 원하는 경우에는, 프로세싱 동안에 열 전달 영역(1312) 내로 흐르는 탈이온수 온도 및 따라서 기판 온도를 더 정확하게 제어하도록 개별적으로 제어될 수 있다. 특히, 가열 코일들(1112)에 대한 개별적인 제어는 무전해 도금 프로세스들에 중요한, 기판 표면에 대한 정밀한 제어를 허용한다.
도 9b를 참조하면, 위에서 설명된 가열 배열에 대안적으로, 선택적인 가열 코일들(1112)이 베이스 플레이트 부재(1304)로부터 제거될 수 있고, 유체 확산 부재(1302) 내에 설치될 수 있다. 이러한 재설계를 수용하기 위해, 베이스 플레이트 부재(1304)가 얇아질 수 있는 한편, 유체 확산 부재(1302)의 기하형상이 증가된다. 탈이온수가 유체 유입구(1308)를 통해 흐를 때, 탈이온수는 가열된 유체 확산 부재(1302) 아래에서, 유체 통로들(1306)을 통해, 그리고 그 후, 기판(1250)의 후면과 유체 확산 부재(1302) 사이의 열 전달 영역(1312) 내로 지나간다. 이러한 배열에서, 별개의 유체 히터(1164)가 선택적으로 제거될 수 있다. 유체 통로들(1306)이 기판(1250)의 후면에 대하여 탈이온수를 안내하도록 구성될 수 있다는 것이 부가되어야 한다. 기판(1250)의 후면 상의 물의 존재는, 기판(1250)을 따뜻하게 할 뿐만 아니라, 또한 무전해 유체들이 바람직하지 않게 기판(1250)의 후면에 접촉하는 것을 방지한다.
베이스 플레이트 부재(1304) 및 유체 확산 부재(1302)는 세라믹 재료(완전 압착된 알루미늄 질화물, 알루미나(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC)와 같은), 폴리머 코팅된 금속(Teflon ™ 폴리머 코팅된 알루미늄 또는 스테인레스 스틸과 같은), 폴리머 재료, 또는 반도체 유체 프로세싱에 적합한 다른 재료로부터 제조될 수 있다. 바람직한 폴리머 코팅들 또는 폴리머 재료들은 테프젤(Tefzel)(ETFE), 할라(Halar)(ECTFE), 퍼플루오로알콕시 수지(PFA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오르에틸렌―퍼플루오르프로필렌(FEP), PVDF 등과 같은 불소화 폴리머들이다.
복수의 기판 지지 핑거들(1300)은 일반적으로, 유체 확산 부재(1302)의 주변부에 인접하여 위치된다. 기판 지지 핑거들(1300)은 열 전달 영역(1312)을 형성하기 위해 유체 확산 부재(1302)로부터 원하는 거리 위에서 기판(1250)을 지지하도록 구성된다. 기판 제거 및/또는 삽입 프로세스 동안에 기판(1250)을 리프트 및 제거하기 위해, 로봇 블레이드(미도시)가 기판 지지 핑거들(1300) 사이에, 그리고 기판(1250) 아래에 삽입될 수 있다. 대안적인 구성에서, 기판 지지 핑거들(1300) 대신에 연속 링(미도시)이 기판을 지지하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 구성에서, 리프트 핀 어셈블리(미도시)가 또한, 연속 링으로부터 기판을 리프트하기 위해 채용될 수 있다. 이러한 방식으로, 기판(1250)이 셀(1010) 내외로 전달될 수 있도록, 로봇 블레이드가 다시 기판(1250)의 저부에 액세스할 수 있다. 유체 프로세싱 셀(1010)은 슬롯(1108)을 더 포함한다. 슬롯은, 셀(1010)로 그리고 셀(1010)로부터 기판(1250)을 전달 및 회수하기 위해, 로봇(미도시)에 대한 액세스를 제공하도록, 측벽(1015)을 관통하여 형성된 구멍을 정의한다.
도 9의 셀(1010) 구성에서, 기판 지지 어셈블리(1299)는 상측 베어링(1054A) 및 하측 베어링(1054B)의 사용에 의해, 선택적으로, 축 방향으로 병진 운동될 수 있고 베이스 플레이트 지지부(1301)를 중심으로 회전될 수 있다. 이러한 목적들로, 기판 리프트 어셈블리(1060)가 먼저 제공된다. 기판 리프트 어셈블리(1060)는 기판 지지 어셈블리 모터(1062)를 포함한다. 일 배열에서, 기판 지지 어셈블리 모터(1062)는 리드 스크루(1061)를 회전시키는 정밀 모터이다. 지지 어셈블리 모터(1062)의 회전 움직임은 핑거 슬라이드(1064)의 선형 운동으로 전환된다. 핑거 슬라이드(1064)는 홈이 있는 하우징(1066)을 따라 움직여서 슬라이드를 위아래로 구동한다. 이 경우에, 지지 어셈블리 모터(1062)가 바람직하게 전기적으로 작동된다. 대안적으로, 기판 지지 어셈블리 모터(1062)는 공압식으로 작동되는 공기 실린더일 수 있다.
기판 리프트 어셈블리(1060)는 또한, 기판 지지 핑거 모터(1052)를 포함한다. 핑거 모터(1052)는 기판 지지 핑거들(1300) 및 지지된 기판(1250)을 회전시킨다. 기판 지지 핑거들(1300)은 비회전 베이스 플레이트 지지부(1301)에 의해 형성된 축을 중심으로 회전한다. 기판 지지 핑거들(1300)의 회전 속도는 수행되고 있는 특정한 프로세스(예컨대, 증착, 린싱, 건조)에 따라 변화될 수 있다. 증착의 경우에, 기판 지지 부재는, 유체 관성(inertia)의 효력에 의해 기판(1250)의 표면에 걸쳐 유체를 확산시키기 위해, 유체의 점성에 따라 약 5rpm 내지 약 150rpm 와 같은 비교적 낮은 속도들로 회전하도록 적응될 수 있다. 린싱의 경우에, 기판 지지 핑거들(1300)은 약 5rpm 내지 약 1000rpm 와 같은 비교적 중간 속도들로 스핀하도록 적응될 수 있다. 건조의 경우에, 기판 지지부는 기판(1250)을 스핀 건조시키기 위해 약 500rpm 내지 약 3000rpm 와 같은 비교적 높은 속도들로 스핀하도록 적응될 수 있다.
베이스 플레이트 지지부(1301)는 베이스 부재들(1013 및 1014)을 통해 챔버 베이스 또는 플랫폼(1012)에 장착된다. 따라서, 바람직한 실시예에서, 베이스 플레이트 부재(1304)는 기판 리프트 어셈블리(1060)에 의해 병진 운동되지 않지만, 기판 지지 핑거들(1300)을 위한 가이드로서 기능한다. 상측 베어링(1054A) 및 하측 베어링(1054B)이 이러한 지지를 가능하게 하기 위해 제공된다. 베이스 플레이트 지지부(1301)는 또한, 전기적 와이어들을 위한 도관(미도시) 및 튜브(1166)에 의해 공급되는 유체 유입구(1308)로서 작용한다. 베이스 부재(1014) 내의 베이스 플레이트 도관(1305)을 통해 와이어들 및 튜빙이 지나가게 된다.
도 9a는 도 9의 페이스업 무전해 프로세싱 챔버의 측단면도이다. 이 도면에서, 기판 리프트 어셈블리(1060)는 기판 리프트 어셈블리(1060)의 상승된 위치에 있다. 기판이 유체 볼륨(1310) 및 베이스 플레이트 부재(1304)에 접촉하는 유체에 의해 따뜻하게 되지 않으므로, 유체 프로세싱 셀(1010)의 주변 온도에서의 프로세싱을 허용하기 위해 기판(1250)이 베이스 플레이트 부재(1304)의 표면으로부터 떨어지게 리프트된다. 이는 또한, 프로세싱된 기판(1250)을 픽업하기 위해 로봇이 인입하기 전에 기판(1250)이 전형적으로 배치될 위치이다.
유체 프로세싱 셀(1010)은 또한, 유체 유입구 시스템(1200)을 포함한다. 유체 유입구 시스템(1200)은 다양한 프로세싱 유체들(예컨대, 용액 소스(1202), 용액 소스(1204), 및 용액 소스(1206) 등)을 기판(1250)의 수용 표면에 전달하도록 동작한다. 유체 프로세싱 셀(1010)에서 사용될 수 있는 프로세싱 유체들의 수는 애플리케이션에 따라 변화될 것이며, 도 9에서 도시된 바와 같은 3개보다 더 많을 것이다. 미터링(metering) 펌프(1208)가 각각의 용액 소스들(1202, 1204, 1206)과 관련하여 제공된다. 부가하여, 각각의 배관(foreline; 1210) 내로의 각각의 용액 소스들(1202, 1204, 1206)의 방출을 제어하기 위해 분배 밸브(1209)가 제공된다. 용액 소스들(1202, 1204, 1206)로부터의 프로세싱 유체가 배관들(1210)로부터 유입 튜빙(1225)을 통해 셀(1010) 내로 선택적으로 도입된다. 도 9에서 일반적으로 도시된 바와 같이, 분배 밸브(1209)는, 분배 밸브(1209)의 업스트림의 프로세스 유체 소스들부터 화학물이 전달된 후에, 배관(1210)을 린싱하도록 구성될 수 있다. 일 양상에서, 유입 튜빙(1225)에 연결된 가스 소스(1207)로부터의 가스의 주입에 의해 임의의 잔류 유체가 유입 튜빙(1225)에서 제거될 수 있다.
필터(1162)는, 필터(1162)로부터 업스트림에서 생성된 입자들이 유체 프로세싱 셀(1010) 및 궁극적으로 기판(1250)을 오염시키는 것을 방지하기 위해 유체 유입구 시스템(1200)에 선택적으로 통합된다. 유입 튜빙(1225)이 기판을 제거하기 전에 또는 프로세스 단계들 사이에서 린싱될 필요가 있는 경우들에서, 필터의 부가는, 필터 맴브레인(membrane)들의 큰 표면 면적으로 인해, 라인을 린싱하는데 걸리는 시간을 크게 증가시킬 수 있고, 따라서 사용되지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 양상에서, 유체가 프로세싱 영역(1025)에 진입하기 전에, 유체를 가열하기 위해 히터(1161)가 유체 유입구 시스템(1200) 내에 통합된다. 본 발명에서 고려되는 히터(1161)는 프로세싱 유체에 에너지를 주는 임의의 타입의 디바이스일 수 있다. 바람직하게는, 히터(1161)는 침지 타입 히터(예컨대, 용액과 접촉하는 히터 엘리먼트)보다는 피복 타입 저항성 히터(예컨대, 히터가 유입 튜빙의 벽을 통해 유체를 가열하는 히터)이다. 제어기(111)와 함께 사용되는 히터(1161)는 유체 프로세싱 셀(1010)의 프로세싱 영역(1025)에 진입하는 프로세싱 유체의 온도가 원하는 온도가 되도록 보장하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에서, 히터(1161)는 마이크로웨이브(microwave) 전력 소스이고, 프로세싱 유체에 급격히 에너지를 제공하기 위해 사용되는 마이크로웨이브 캐비티(cavity)를 통하여 흐른다. 일 실시예에서, 마이크로웨이브 전력 소스는 약 500W 내지 약 2000W의 전력에서 2.54GHz로 동작된다. 인-라인 마이크로웨이브 캐비티의 일 실시예에서, 프로세싱 셀에 진입하기 직전에 히터는 다양한 용액들(예컨대, 세정 화학물, 린싱 용액, 및 사후 세정 용액)의 온도를 최적의 레벨까지 증가시킨다. 일 실시예에서, 2개 이상의 별개의 마이크로웨이브 히터들이 유체 유입구 시스템(1200)으로부터 들어오는 별개의 유체 라인들에서 전달되는 별개의 유체들을 선택적으로 가열하기 위해 채용될 수 있다. 따라서, 사용 시에, 용액 소스들(1202, 1204, 1206)의 각각으로부터 전달되는 상이한 유체들이 상이한 온도들에서 기판의 표면에 전달될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에서, 프로세싱 유체가 프로세싱 영역(1025)에 진입하기 전에, 프로세싱 유체 내의 임의의 포획된 또는 비용해된 가스를 제거하기 위해, 유체 유입구 시스템(1200) 내에 유체 탈기(degassing) 유닛(1170)이 통합될 수 있다. 비용해된 산소가 무전해 증착 반응들을 억제하고, 노출된 금속 표면들을 산화시키고, 무전해 세정 프로세스들 동안에 에칭 레이트에 영향을 미치는 경향이 있으므로, 유체 탈기 유닛의 사용은 프로세싱 유체들 내에 존재하는 비용해된 산소에 의해 야기되는 임의의 부식 및/또는 프로세스 가변성을 감소시키도록 보조할 수 있다. 유체 탈기 유닛은 일반적으로, 예컨대 가스 침투성 맴브레인 및 진공 소스의 사용에 의해, 용액으로부터 비용해된 가스를 추출할 수 있는 임의의 유닛으로서 정의된다. 유체 탈기 유닛은 예컨대 매사추세츠 빌러리카(Billerica)의 Mykrolis Corporation에서 구매될 수 있다.
도 9, 도 9a, 및 도 9b에서 도시된 바와 같이, 유체 프로세싱 셀(1010)의 일 실시예에서, 유체 유입구 시스템(1200)은 하나 이상의 스프레이 노즐들(1402)을 통해 프로세싱 유체(들)를 기판(1250)의 표면에 전달하도록 적응된다. 더 구체적으로, 용액 소스들(1202, 1204, 1206)로부터의 프로세싱 유체들은 유체 전달 암(1406)을 통해 기판(1250)의 수용 표면에 선택적으로 전달된다. 복수의 노즐들(1402)이 유체 전달 암(1406)을 따라 형성된다. 노즐들(1402)은 유입 튜빙(1225)으로부터 유체를 수용하고, 기판(1250)의 수용 표면으로 프로세싱 유체를 향하게 한다. 노즐들(1402)은 전달 암(1406)의 단부에서 또는 유체 전달 암(1406)의 길이를 따르는 것 중 하나로 배치될 수 있다. 도 9, 도 9a, 및 도 9b의 배열에서, 노즐들(1402)의 쌍이 동일한 거리로 이격된 배열로 배치된다. 일 실시예에서, 하나 이상의 유체 유입구 시스템들(1200) 및/또는 노즐들(1402)이 도 3 및 도 4에서 예시된 분배 암(406) 및/또는 분배 암(408)에 연결된다.
도 9의 구성에서, 유체 전달 암(1406)은 말단부로 하여금 기판(1250)의 중심 위에서 연장할 수 있게 하는 길이를 갖는다. 노즐들(1402) 중 적어도 하나가 유체 전달 암(1406)의 말단부에 위치되는 것이 바람직하다. 또한, 유체 전달 암(1406)으로 하여금 기판(1250)의 중심으로부터 및 중심으로 피봇하게 하도록 적응된 분배 암 모터(1404)에 대해 유체 전달 암(1406)이 이동 가능한 것이 바람직하다. 도 9, 9a 및 9b에서, 유체 전달 암(1406)은 분배 암 모터(1404)의 이동에 응답하여 피봇한다. 분배 암 모터(1404)는 챔버 프로세싱 영역(1025)으로부터 분배 암 모터(1404)를 부분적으로 격리시키기 위해, 보호(guard) 부재(1410) 뒤에 배치되는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 유체 전달 암(1406)은 피봇할 뿐만 아니라 또한 축 방향으로 이동하도록 적응된다(도 9). 도 9b는 대안적인 실시예에서 도 9의 페이스업 무전해 프로세싱 챔버의 측단면도를 제시한다. 여기서, 유체 전달 암(1406)은 축상 모터(1080)(예컨대, 선형 모터)에 연결된다. 축 방향으로의 유체 전달 암(1406)의 이동은 원하는 경우에, 유체 전달 암(1406)으로 하여금 기판(1250)에 더 근접하게 선택적으로 위치되게 허용한다.
도 10은 도 9의 페이스업 무전해 프로세싱 챔버의 상면도를 예시한다. 여기서, 유체 유입구 시스템(1200)의 유체 전달 암(1406)은 장착된 기판(1250)에 대해 도시된다. 4개의 예시적인 지지 핑거들(1300)이 기판(1250)을 지지하는 것으로 도시된다. 유체 전달 암(1406)은 본 도면에서 기판(1250)으로부터 떨어져 회전된다. 이러한 위치는 상술된 기판 리프트 어셈블리(1060)의 사용에 의해 리프트 핑거들(1300)을 사용하여 기판(1250)이 리프트되게 허용한다. 그러나, 화살표(1004)는 유체 전달 암(1406)에 대한 회전 이동 경로를 표시하며, 이는 유체 전달 암(1406)이 프로세싱 동안에 기판(1250) 위에서 노즐들(1402)을 회전시킬 수 있다는 것을 입증한다. 일 양상에서, 유체 전달 암(1406)의 회전 이동 및/또는 수직 이동은, 기판 표면에 걸친 프로세싱 용액의 균일한 또는 원하는 분포를 달성하도록, 기판 표면 상에 프로세싱 유체들을 분배하는 프로세스 동안에 완료된다. 회전 이동 및/또는 수직 이동은 분배 암 모터(1404) 및 축상 모터(1080)의 사용에 의해 완료될 수 있다. 기판(1250) 위의 유체 전달 암(1406)의 이동은 기판(1250)의 원하는 표면의 유체 커버리지의 균일도 및 속도를 개선하는 것을 보조할 수 있다. 바람직하게는, 기판 지지 핑거들(1330) 및 기판(1250)은 시스템의 유체 분포 균일도 및 스루풋을 증가시키기 위해 노즐(1402)로부터의 유체의 분배 동안에 회전한다.
다른 실시예에서, 프로세싱 유체들이 유체 전달 암(1406) 상에 배치되고 기판에 대한 회전축에 근접한 하나 이상의 노즐들을 통해 전달되는 동시에, 캐리어 가스(예컨대, N2 또는 아르곤)가 기판의 외측 에지 근처에 위치된, 유체 전달 암(1406) 상에 배치된 노즐들을 통해 전달된다. 유체 전달 동작 동안에, 기판이 바람직하게 회전된다. 기판(1250)의 에지 주위에서의 캐리어 가스의 주입은 프로세싱 영역(1025) 주위에 가스 블랭킷을 형성한다. 가스 블랭킷은 프로세싱 영역 내에 남아 있을 수 있는 임의의 잔류 O2를 변위시킨다. 무전해 증착 프로세싱의 당업자는 산소가 화학적 활성화 단계와 같은 특정 프로세싱 단계에 대해 악영향을 미칠 수 있다는 것을 인식할 것이다.
일 실시예에서, 노즐들(1402)은 초음파 스프레이 노즐들, 또는 "공기 분무 노즐들"이다. 도 13은 하나의 설계에서 공기 분무 노즐(1402)의 단면도를 도시한다. 이는 내부 유체 혼합 타입 노즐이다. 이는 유체들이 완전히 분무된 스프레이 또는 프로세싱 유체의 미스트(mist)를 생성하기 위해 내부적으로 혼합된다는 것을 의미한다. 따라서, 이러한 구성에서 캐리어 가스는 기판 표면을 향해 안내되는 프로세싱 용액의 작은 액적들을 함유한다. 일 실시예에서, 캐리어 가스는 기판 표면으로 분무된 프로세싱 유체를 전달하는데 사용되는, 아르곤, 질소, 또는 헬륨과 같은 불활성 가스이다.
도 13의 노즐 설계에서, 노즐(1402)은 몸체(1426) 및 팁(1424)을 포함한다. 팁(1424)은 일반적으로, 직경이 약 10㎛ 내지 약 200㎛이다. 일 실시예에서, 팁(1424)은 직경이 약 10㎛ 내지 약 50㎛이다. 유체들은, 높은 압력 가스가 노즐 가스 공급기(1244)로부터 전달될 때 생성되는 벤투리 효과에 의해 생성되는 흡입으로 인해 팁(1424)을 통해 전달된다. 도 13의 배열에서, 몸체(1426)는 별개의 액체 및 가스 스트림들을 각각 수용하기 위한 별개의 채널들(1422, 1420)을 제공한다. 유체 채널(1422) 및 가스 채널(1420)은 팁(1424)에서 병합되어 2개의 스트림들이 블랜딩되게 허용한다. 이는 "동심 벤투리 설계"로서 지칭될 수 있다. 이러한 배열에서, 노즐(1402)로부터 분배되는 유체는 완전 분무된 스프레이를 생성하기 위해 사전에 혼합된다. 도 13의 특정한 팁(1424) 설계는 라운드 스프레이 패턴을 생성한다. 그러나, 다른 팁 구성들이 평면 또는 팬 스프레이 패턴과 같은 다른 스프레이 패턴들을 생성하는데 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 14는 상이한 설계의 공기 분무 노즐(1402)의 단면도를 제공한다. 이는 외부 유체 혼합 노즐이다. 도 14의 노즐 설계에서, 노즐(1402)은 다시 몸체(1426) 및 팁(1424)을 포함한다. 팁(1424)은 다시, 일반적으로, 직경이 약 10㎛ 내지 약 200㎛이거나, 또는 다른 실시예에서, 직경이 약 10㎛ 내지 약 50㎛이다. 도 14의 배열에서, 몸체(1426)는 다시, 별개의 유체 및 가스 스트림들을 각각 수용하기 위한 별개의 채널들(1422, 1420)을 제공한다. 그러나, 이러한 배열에서 유체 채널(1422)은, 2개의 스트림들이 몸체(1426) 내에서 블랜딩되지 않고 팁(1424)의 외부에서 혼합되도록, 가스 채널(1420)과 독립적으로 노즐(1402)을 통해 액체를 전달한다. 이는 "병렬 벤투리 설계"라고 지칭될 수 있다. 이러한 배열은 가스 및 액체 흐름이 독립적으로 제어될 수 있다는 이익을 갖고, 이는 더 높은 점성의 액체들 및 연마 현탁액(suspension)들에 대해 유효하다. 이는 가스 흐름의 변화가 액체 흐름에 영향을 미치는 내부 혼합 타입 노즐(1402)과 대조적이다.
일 양상에서, 도 13 및 도 14의 노즐들과 유사한 통상의 초음파 노즐의 사용은 기판의 수용 표면에서 안내되는 프로세싱 유체의 분무된 미스트를 생성하도록 적응된다. 액체 스트림과 반대되는 미스트의 방향은 고가의 무전해 프로세싱 유체들을 보존하도록 기능한다. 이는 또한, 수용 표면에 걸쳐 더 균일한 커버리지를 제공한다. 또한, 기판(1250)이 기판 지지 핑거 모터(1052)의 사용에 의해 회전될 때 생성되는 유체 동적 경계층은, 회전 디스크의 표면에서의 난류 경계층의 형상이 임의의 방향의 기판의 표면에 일반적으로 평탄하거나 또는 평행하기 때문에, 기판(1250)의 표면 상의 분무된 프로세싱 유체의 분포를 개선할 수 있다. 하나 이상의 노즐들에 의해 생성되는 임의의 불균일한 스프레이 패턴들이 기판의 표면으로의 분무된 유체의 전달에 대한 경계층의 제어에 의해 최소화될 수 있기 때문에, 분무된 프로세싱 유체에 의해 나타나는 경계층 효과는 유체의 스트림이 기판의 표면에 영향을 미치게 하는 통상의 스프레이 설계들에 비해 이점을 가질 수 있다.
유체 공급기는 노즐들(1402)에 전달되는 유체들을 위해 제공된다. 도 13 및 14에서, 탱크(1212)가 도시된다. 탱크(1212)는 유체 유입구(1218) 및 벤트(1214)를 포함한다. 벤트(1214)는 대기압과 유체 소통한다. 부가하여, 유체 배출구(1216)가 제공된다. 유체 전달 동안에, 노즐 가스 공급기(1244)로부터의 가스들은 높은 속도들에서 노즐(1402)로 전달된다. 이는 벤트(1214)를 통해 대기압과 소통되기 때문에 유체 채널(1422)에서 상대적 부압(negative pressure)을 생성한다. 그 후, 유체들은 유체 배출구(1216)를 통해 그리고 노즐(1402) 내로 몰아진다.
일반적으로, 유체 유입구 시스템(1200)으로부터 전달되는 프로세싱 유체는 프로세싱 동안에 기판 표면 상에 분배되는 활성화 용액, 무전해 증착 용액, 및/또는 세정 용액일 수 있다. 일 실시예에서, 프로세싱 유체는 활성화 용액이다. 활성화 용액들의 예들은 클로라이드들, 브롬화물들, 플루오라이드들, 플루오보레이트들, 요오드화물들, 질산염들(nitrates), 황산염들, 카보닐들, 금속 산들의 염들, 및 이들의 조합물들을 포함하는 팔라듐 염들을 포함한다. 일 실시예에서, 팔라듐 염들은 팔라듐 클로라이드(PdCl2)와 같은 클로라이드들이다. 다른 실시예에서, 팔라듐 염은 질산염, 알카네설포네이트, 또는 용액 내에 또는 금속 표면 상에 클러스터를 형성하기 쉽지 않은 비-혼합 음이온을 함유한 Pd+2의 다른 용해 가능한 유도체이다. 일 실시예에서, 구리 세정 용액이 도포되는 종료 시간과 활성화 용액이 도포되는 시작 시간 사이의 대기 시간(또는 지연 시간)은 일반적으로 약 15초 미만이고, 바람직하게는 약 5초 미만이다. 활성화 용액은 일반적으로, 노출된 피쳐들의 노출된 구리 상에 활성화된 금속 시드 층을 증착시키도록 동작한다. 구리층의 노출된 부분의 세정 이후 구리층의 노출된 부분의 산화는, 구리 산화물들이 구리보다 더 높은 전기 저항도를 갖는 것으로 알려져 있기 때문에, 후속하는 프로세스 단계들에 유해할 수 있다. 구리 세정과 활성화 사이의 짧은 대기 시간은 산화를 최소화시키는 한편, 유체 프로세싱 셀 주위의 캐리어 가스 환경의 사용은 또한, 상술된 바와 같이 구리층의 노출된 부분의 산화를 방지하도록 보조할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세싱 유체는 무전해 증착 용액이다. 일 실시예에서, CoP, CoWP, CoB, CoWB, CoWPB, NiB, 또는 NiWB를 함유한 합금, 및 바람직하게는 CoWP 또는 CoWPB를 포함한 합금인 무전해 증착된 캡핑층이 증착된다. 캡핑층을 형성하는데 사용되는 무전해 증착 용액은 증착될 캡핑층 재료에 따라, 하나 이상의 금속 염들 및 하나 이상의 환원제들을 포함할 수 있다. 무전해 증착 용액은 또한, 당업계에 일반적으로 알려진 바와 같은 산들 또는 염기들과 같은 pH 조정자들을 포함할 수 있다. 선택된 캡핑층이 코발트를 함유할 때, 무전해 증착 용액은 일반적으로 코발트 염을 포함한다. 코발트 염들의 예들은 클로라이드들, 브롬화물들, 플루오라이드들, 아세테이트들, 플루오보레이트들, 요오드화물들, 질산염들, 황산염들, 다른 강산 또는 약산들의 염들, 및/또는 이들의 조합물들을 포함한다. 바람직하게는, 코발트 염은 황산 코발트, 염화 코발트 또는 이들의 조합물들을 포함한다. 텅스텐-함유 캡핑 재료가 증착되는 경우에, 무전해 증착 용액은 텅스텐산염을 포함한다. 바람직하게는, 텅스텐산염은 텅스텐산 암모늄 또는 텅스텐산 테트라메틸 암모늄과 같은 텅스텐 산의 염을 포함하거나, 또는 텅스텐산의 중화를 통해 생성될 수 있다. 니켈-함유 캡핑 재료가 증착되는 경우에, 무전해 용액은 일반적으로, 니켈 염을 포함한다. 니켈 염들의 예들은 클로라이드들, 브롬화물들, 플루오라이드들, 아세테이트들, 플루오로보레이트들, 요오드화물들, 질산염들, 황산염들, 카보닐들, 강산 또는 약산의 염들, 및/또는 이들의 조합물들을 포함한다.
선택된 캡핑층 재료가 CoP, CoWP 또는 CoWPB와 같은 인을 포함하는 경우에, 환원제는 하이포아인산염 음이온(H2PO2)과 같은 인 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 캡핑 재료가 CoB, CoWB, CoWPB와 같이 붕소를 포함하는 경우에, 환원제는 일반적으로, 붕소 화합물, 디메틸아민-보레인(DMAB), 보로하이드라이드(BH4) 음이온의 비―알칼리 금속 염, 또는 이들의 조합물들을 포함한다. 위의 환원제들에 부가하여 또는 이들을 대체하는 히드라진과 같은 다른 환원제들이 또한 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 보란 공동-환원제가 구리 상에 개시되는 프로세스들을 위해 사용된다.
상술한 것처럼, 무전해 증착 용액(프로세싱 유체) 및/또는 기판은 소정의 온도로 가열될 수 있다. 예시적인 온도들은 약 40℃ 내지 약 95℃이다. 일 양상에서, 무전해 증착 용액 및/또는 기판 구조물을 가열하는 것은 무전해 증착 레이트를 증가시킨다. 이는 프로세싱 유체가 노즐들(1402)을 나올 때 프로세싱 유체에 의해 경험되는 오프셋 온도 강하를 보조한다. 일 실시예에서, 캡핑 재료의 증착 레이트는 약 100 Å/min 이상이다. 일 실시예에서, 캡핑 재료는 약 100Å 내지 300Å의 두께로, 바람직하게는 약 150Å 내지 200Å의 두께로 증착된다. 그러나, 무전해 프로세스의 증착 레이트가 온도에 의존하는 것으로 알려져 있기 때문에, 균일한 온도에서 기판에 걸친 온도를 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, 도 9에서 예시된 베이스 플레이트 부재(1304)의 가열 코일들(1112) 및/또는 히터(1164)가 사용될 수 있다.
유체 프로세싱 셀(1010)은 또한, 유체 배출구 시스템(1240)을 포함한다. 유체 배출구 시스템(1240)은 일반적으로, 유체 배수구(1249)에 연결된 배출구 라인(1227)을 함유한다. 선택적으로, 셀(1010)을 통해 더 균일하게 유체들을 끌어들이기 위해 1개 초과의 배출구 라인(1227)이 셀(1010)에 대해 배치될 수 있다. 도 10에서, 일반적으로 등거리로 이격된 4개의 배출구 라인들(1227)이 제공됨을 알 수 있다. 다수의 배출구 라인들(1227)은 단일 배기 플래넘 및 유체 배수구(1249)에 결합될 수 있다. 유체 배수구(1249)는 이어서, 챔버 배출액을 폐수 수집 배수구(미도시)로 전달한다. 요약하면, 프로세싱 유체들은 일반적으로, 유입 튜빙(1225)을 통해 흐르고, 그 후 유체 전달 암(1406) 상에 장착된 노즐들(1402)을 통해 흐르며, 그 후 기판(1250)을 향하여 프로세싱 영역(1025)을 통해 외측으로 흐르며, 그 후 하나 이상의 유체 라인들(1227) 외부로 흐를 것이다.
유체 배출구 시스템(1240)은 가스 배기구를 포함한다. 배기 유입구(1246)는 측벽(1015)을 통해 연장된다. 배기 시스템(1248)은 프로세싱 영역(1025) 외부로 가스들을 배출한다. 일 실시예에서, 배기 유입구(1246)는 기판(1250)의 표면 근처의 가스 흐름을 개선하기 위해 기판(1250)의 표면 아래에서 가스를 균등하게 끌어당기는 링/플래넘이다.
도 11은, 대안적인 실시예에서, 페이스업 유체 프로세싱 셀(1010)의 측단면도를 제공한다. 유체 흡입(intake) 시스템(1200)은 다시, 기판(1250)의 수용 표면에 유체들을 전달하기 위해 제공된다. 프로세싱 유체들은 다시, 하나 이상의 노즐들(1402)을 통해 전달된다. 그러나, 이 실시예에서, 노즐들(1402)은 챔버 리드 어셈블리(1033) 내의 다공성 플레이트(1030) 내에 배치된다.
도 9, 9a―9b, 11 및 11a―11b를 참조하면, 챔버 리드 어셈블리(1033)는 먼저 다공성 플레이트(1030)를 포함한다. 바람직하게는, 다공성 플레이트(1030)는 유체가 통하여 이동하도록 허용하기 위해 내부에 형성된 홀들 또는 기공(pore)들을 갖는 플레이트이다. 다공성 플레이트를 위한 예시적인 재료들은 유체 소통을 허용하기 위해 내부에 형성된 기공들 또는 내부에 제조된 홀들을 갖는 세라믹 재료들(예컨대, 알루미나), 폴리에틸렌(PE), 및 폴리프로필렌, PVDF를 포함한다. 일 실시예에서, HEPA 필터 배열이 채용될 수 있다. 일반적으로, HEPA 필터들은 페이퍼형 재료로 롤링되는 유리 섬유를 이용한다. 도 9, 9a―9b, 11 및 11a―11b의 다공성 플레이트(1030)는 상측 지지 링(1031)에 의해 지지된다. 다음으로, 챔버 리드 어셈블리(1033)는 일반적으로, 리드(1032), 상측 지지 링(1031), 및 다공성 플레이트(1030)를 포함한다. 리드(1032)는 리드 어셈블리(1033)와 다공성 플레이트(1030) 사이의 볼륨에서 플래넘(1034)을 형성한다. 일 양상에서, 다공성 플레이트(1030)는 2개의 o-링 밀봉부들(엘리먼트들(1036 및 1037))의 사용에 의해 리드(1032)에 밀봉된다. 리드(1032)는 다공성 플레이트(1030) 및 상측 지지 링(1031) 양자 모두에 의해 도 11의 배열로 지지된다.
도 11에서 도시된 바와 같이, 리드 어셈블리(1033)의 일 실시예에서, 프로세싱 용액은, 리드(1032) 그리고 그 후 매니폴드들을 통해 다공성 플레이트(1030) 내의 하나 이상의 노즐들(1402)로 연장하며 프로세싱 용액을 기판 표면으로 향하게 하는 유입 튜빙(1225)을 통해, 용액 소스들(1202, 1204, 1206)로부터 기판(1250)으로 전달된다. 일 양상에서, 프로세싱 영역(1025)에 균일한 가스 흐름을 제공하기 위해, 라인(1040)은 플래넘(1034) 및 다공성 플레이트(1030)를 통해 가스 공급기(1038)로부터 프로세싱 영역(1025) 내로 가스를 전달하기 위한 흐름 경로를 제공하는데 사용된다. 밸브들(1035)은 플래넘(1034) 및 가스 공급기(1038) 사이의 유체 소통을 선택적으로 개방 및 폐쇄하도록 적응된다. 일 양상에서, 가스 공급기(1038)는 아르곤, 질소, 헬륨, 또는 이들의 조합물과 같은 불활성 가스를 프로세싱 영역(1025)에 제공한다. 다른 양상에서, 가스 공급기(1038)는 프로세싱 영역(1025)에 산소 함유 가스를 제공한다. 산소는 무전해 증착 프로세스들의 몇몇 페이즈들에서 부적당하지 않을 수 있으며, 예컨대 산소는 활성화 단계 동안 부가될 수 있다는 것이 주의되어야 한다. 이러한 구성에서, 다공성 플레이트(1030)를 통해 프로세싱 영역(1025) 내로의 원하는 비율로 수소 및 산소를 함유하는 캐리어 가스를 형성 또는 전달하는 것이 바람직할 수 있다.
플래넘(1034) 및 다공성 플레이트(1030)는 기판(1250) 위에 전달될 캐리어 가스의 층류를 허용하기 위해 기판(1250) 위에 위치된다. 가스 층류는 기판(1250) 상으로의 균일하고 수직인 가스 흐름을 생성한다. 이러한 방식으로, 균일한 경계층이 기판(1250)의 반경을 따라 제공된다. 이는 이어서, 웨이퍼 반경에 걸친 더 균일한 열 손실을 허용하고, 웨이퍼 상부 및 웨이퍼 위에서 물 및 화학적 증기들의 응축을 감소시키도록 기능한다. 다공성 플레이트(1030)는 가스 흐름 확산기로서 작용한다. 따라서, 다공성 플레이트(1030)를 통해 흐르는 가스는 노즐들(1402)로부터 기판(1250)의 수용 표면 상으로 흐르는 프로세싱 유체 미스트를 안내 및 균등하게 분포시키는 것을 보조할 수 있다. 마지막으로, 배기 시스템(1248)에 의해 배기 유입구(1246)를 통해 가스가 배기된다. 배기 시스템(1248)은 일반적으로 유체 프로세싱 셀(1010)로부터 가스를 끌어내기 위한 진공 펌프 또는 배기 팬을 포함할 수 있다. 배기 유입구(1246)는 기판(1250)을 지나는 가스 흐름이 층류가 되는 것을 보장하도록 보조한다는 것이 주의된다.
일 실시예에서, 가열 엘리먼트(미도시)는 플래넘(1034)에 근접하게 리드 어셈블리(1033) 내에 배치된다. 예컨대, 가열 코일들(미도시)은 다공성 플레이트(1030) 내에 배치될 수 있다. 이는 라인(1040)으로부터 전달되는 가스들의 가열을 제공하고, 그 가열은 이어서 기판(1250) 위의 응축 및 액적들 형성을 최소화한다.
일 실시예에서, 라인(1040)은 다공성 플레이트(1030)를 통해 가스 대신 유체(예컨대, 프로세싱 유체들)가 푸시되게 허용하기 위한 유체 유입구 시스템(1200)에 연결된다. 이러한 방식으로, 다공성 플레이트(1030)는 기판(1250)의 표면에 프로세싱 유체를 전달하기 위해 샤워헤드와 같이 작용한다.
일 실시예에서, 라인(1040)은 진공 소스(1039)의 사용에 의해 플래넘(1034)에서의 진공 압력의 생성을 통해 유체 전달 라인 및 또한 유체 제거 라인으로서 기능할 수 있다. 진공 소스(1039)는 셀(1010)의 외부로 기판(1250)을 이송하기 직전에 다공성 플레이트(1030) 상에 존재하는 임의의 유체의 드립핑(dripping)을 방지하는데 사용될 수 있다. 이러한 점에서, 진공 벤투리와 같은 진공 소스(1039)는 플래넘(1034)에서 진공을 생성하도록 작용되고, 그 진공은 이어서, 다공성 플레이트(1030)의 하측 표면 상의 임의의 유체가 플래넘(1034) 내로 "흡수(sucked up)"되게 한다.
도 11a는 도 11의 페이스업 무전해 프로세싱 챔버의 측단면도를 제시한다. 본 도면에서, 가스 흐름 디버터(diverter)(1102)가 셀(1010) 내에 제공된다. 가스 흐름 디버터(1102)는 통상의 리프트 메커니즘(미도시)의 사용에 의해 선택적으로 상승 및 하강된다. 도 11a에서 예시된 바와 같이, 가스 흐름 디버터(1102)는 가스 흐름 디버터(1102)의 하강된 위치에 있고, 이는 기판(1250)으로 하여금 유체 프로세싱 셀(1010) 내부 및/또는 외부로 이송되게 허용할 수 있다.
도 11b는 가스 흐름 디버터(1102)를 갖는 도 11의 페이스업 무전해 프로세싱 챔버의 다른 단면도를 도시한다. 여기서, 가스 흐름 디버터(1102)는, 프로세싱 동안에, 프로세싱 용액의 흐름이 노즐들(1402)로부터 지나감에 따라 프로세싱 용액(예컨대, 프로세싱 용액 미스트)의 흐름을, 그리고 가스의 흐름이 가스 공급기(1038) 및 다공성 플레이트(1030)로부터 지나감에 따라 가스의 흐름을, "직선화" 및/또는 기판(1250)을 향해 안내하는데 사용될 수 있도록, 가스 흐름 디버터(1102)의 상승된 위치에 있다. 따라서, 가스 흐름 디버터(1102)는 장애물들의 수를 제한하고 도달하는 유체의 흐름 패턴을 제어함으로써, 프로세싱 동안에 프로세싱 유체 및 가스 흐름 패턴 반복성 및 입자 성능을 개선하는데 사용된다.
셀(1010) 외부에서, 기판(1250) 상에 분배되는 유체의 진행을 시각적으로 검사하기 위한 수단을 제공하는 것이 바람직하다. 도 11의 배열에서, 카메라(1360)가 셀(1010) 내부에 제공된다. 카메라는, 측벽(1015)을 따라 배치되거나, 다공성 플레이트(1030) 아래에서 배치되거나, 상측 지지 링(1031)을 따라 배치되거나, 기판(1250)의 적절한 시각화가 획득될 수 있는 임의의 다른 장소에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 카메라(1360)는 리드의 고정 부분 상에 배치된다. 도 11의 실시예에서, 카메라(1360)는 상측 지지 링(1031)에 부착된다. 카메라(1360)는 제어기(111)와 소통하고 디지털 영상을 기록하는 일련의 픽셀들을 채용하는 전하 결합된 디스플레이 카메라("CCD 카메라")인 것이 바람직하다. 모니터(미도시)는 기판(1250)의 표면의 광학적 시각화를 제공하도록 셀(1010) 외부에 셋업된다. 이러한 방식으로, 프로세싱 유체 분배 프로세스 동안에 또는 증착 프로세스 동안 기판(1250)의 무전해 프로세싱 유체들의 커버리지의 타당성 및 타이밍에 대해 시각화 확인이 제공될 수 있다.
카메라(1360)를 보조하기 위해, 광원(미도시)을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 광원이 또한 리드의 고정 부분 상에 배치되는 것이 바람직할 것이지만, 광원은 프로세싱 영역(1025)에 인접한 임의의 위치에 위치될 수 있다. 광원은 프로세싱 동안에 기판(1250)을 조명하도록 기능한다. 일 양상에서, 카메라(1360)는 가시광선 스펙트럼에서 광을 검출하는데 사용된다.
시각적 확인은 사람의 모니터링을 통해 제공되는 것이 바람직하다. 그러나, 일 배열에서, 시각적 확인 프로세스는 머신 비전 제어 타입 프로세스를 통해 제공된다. 이러한 배열에서, 적절하게 커버되는 기판(1250)의 영상은 제어기(111)(위의 엘리먼트(111) 참조)로 프로그래밍된다. 일 양상에서, 제어기(111)는 그 후, 유체 분배 프로세스 동안 카메라(1360)에 의해 생성되는 픽셀 영상들을 모니터링하고, 영상들을 미리 기록된 영상들 또는 다른 데이터와 비교하여 프로세스에 대한 다양한 결정들이 제어기(111)에 의해 이루어질 수 있도록 한다. 예컨대, 유체 분배 프로세스는 카메라(1360)에서 픽셀들에 의해 검출된 실제 기판 영상이 미리-기록된 영상과 적어도 매칭할 때까지 "타임 아웃" 또는 종료되도록 허용되지 않는다.
일 양상에서, 카메라(1360)는 적외선 카메라이다. 적외선 카메라는 시각적 파장들을 필터링할 것이지만 열적 파장들을 인식한다. 온도 차이는 대상물, 즉 기판(1250)의 온도 차이들의 표시로서 검출된 영상 내에서 검출된 신호의 색상 또는 세기로 변환될 수 있다. 분배되는 유체가 기판(1250)의 표면과 상이한 온도에 있는 경우, 온도 차이는 색상 차이로서 기록될 것이다. 유체 분배는 온도 차이가 사라질 때까지 계속될 것이며, 기판(1250)의 완전한 커버리지의 표시를 제공한다. 바람직하게는, 온도 차이는 제어기 및 카메라(1360)의 사용에 의해 생성되는 머신 비전 타입 제어를 통해 다시 모니터링될 것이다. 따라서, 기판의 완전한 커버리지가 보장될 수 있다.
다른 양상에서, 카메라(1360)는 인입 광을 수신하고 다양한 광 파장들 및 그 세기를 표시하는 데이터를 출력하는데 사용되는 분광계(spectrometer)일 수 있다. 예컨대, 적색광은 가시광선 스펙트럼의 더 낮은 파장들 내에서 그룹화되는 더 큰 광 컴포넌트 세기들을 가질 것이다. 분광계는 전형적으로, 선형 CCD 검출기 어레이 상에 차례로 투사되는, 신호의 컴포넌트들로 인입 신호를 광학적으로 분할하기 위한 광학 프리즘(또는 격자) 인터페이스를 포함한다. 분광계의 일 실시예는 프리즘(또는 격자)으로부터 결과적인 스펙트럼을 수신하기 위한 수천개의 개별적인 검출기 엘리먼트들(예컨대, 픽셀들)을 포함하는 CCD 검출기 어레이를 포함할 수 있다. 파장 대 세기의 데이터를 수집하면, 카메라(1360)와 소통하는 제어기(111)는 그 후, 무전해 증착 프로세스 단계들 및 프로세스 변수들(예컨대, 유체 커버리지, 프로세싱 시간, 기판 온도, 기판 회전 속도)이 프로세스 결과들을 최적화하도록 제어될 수 있도록, 현재 수신된 정보와 과거 또는 사용자 정의된 값들을 비교할 수 있다.
일 배열에서, 카메라(1360)는, 기판(1250)의 표면이 연속적인 화학적 커버리지를 갖도록 보장하기 위해, 화학적 노즐들(1402)로부터의 흐름 체제 및 유체 전달 암(1406)의 운동의 소프트웨어 최적화를 통한 폐루프 제어 하에서 동작할 수 있다. 폐루프 제어는 제어기(111)에 의해 모두 연결되고 제어되는, 카메라(1360), 분배 암 모터(1404), 및 유체 유입구 시스템(1200)의 컴포넌트들의 사용에 의해 수행될 수 있다.
도 12는 또한 부가적인 대안적 실시예에서, 페이스업 유체 프로세싱 셀(1010)의 단면도를 제시한다. 여기서, 프로세싱 유체들은 다시, 다공성 플레이트(1030) 내에 배치된 노즐들(1402)을 통해 유체들을 스프레잉함으로써 기판(1250)의 수용 표면에 도포된다. 이러한 실시예에서, 다공성 플레이트(1030)는 기판(1250)에 대해 선택적으로 상승 및 하강된다. 보다 구체적으로, 챔버 리드 어셈블리(1033)는 기판(1250)에 대해 축 방향으로 이동한다. 이러한 축상 이동을 달성하기 위해, 챔버 리드 리프트 어셈블리(1079)가 채용된다. 챔버 리드 어셈블리(1033)에 연결된 챔버 리드 액추에이터(항목 1080'로 도식적으로 나타냄)는 챔버 리드 리프트 어셈블리(1079)의 부분으로서 사용될 수 있다. 액추에이터(1080')는 전기 액추에이터인 것이 바람직하고, 일 실시예에서 선형 DC 서보 모터이다. 그러나, 액추에이터(1080')는 대안적으로 공압식으로 작동되는 공기 실린더일 수 있다. 이러한 구성에서, 모터(1080')를 작동시킴으로써, 챔버 리드 리프트 어셈블리(1079)는 다공성 플레이트(1030)와 그 아래의 기판(1250) 사이의 프로세싱 영역(1025)의 볼륨을 제어한다. 이와 같은 배열은 기판(1250)의 표면 근처의 가스 흐름 및 산소 레벨을 제어하는데 유용하다.
상술된 페이스업 무전해 플레이트 셀에 대한 다양한 실시예들이 기판(1250)을 프로세싱하는 범주에서 설명되었다. 그러나, 몇몇 유지 동작들 동안에, 지지 핑거들(1300)(또는 지지 링) 상에 기판 없이 프로세싱 셀(1010)을 동작시키는 것이 바람직할 수 있다. 보다 구체적으로, 유체 유입구 시스템(1200) 및 유체 배출구 시스템(1240)은 프로세싱 영역(1025) 내의 기판의 배치 없이 동작될 수 있다. 예컨대, 탈이온수, 또는 다른 세정 또는 린싱 유체가 유체 전달 암(예컨대, 도 9의 유체 전달 암(1406)) 또는 유체 전달 플레이트(예컨대, 도 11의 다공성 플레이트(1030))를 통해 기판 지지 핑거들(1300) 및 다른 챔버 컴포넌트들 상에 주입될 수 있다. 이러한 단계는 프로세싱 셀(1010)에서 입자 레벨들을 감소시키기 위해 기판 지지 핑거들(1300) 및 다른 챔버 부분들을 세정하도록 완료될 수 있다. 이러한 세정 단계에서 추가적인 보조를 위해, 유체 전달 암이 하강될 수 있거나(도 9b), 유체 전달 헤드가 하강될 수 있거나(도 12) 또는 기판 지지 어셈블리가 상승될 수 있다(도 9a).
전술한 바는 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가적인 실시예들이 본 발명의 기본 범주를 벗어남이 없이 고안될 수 있으며, 본 발명의 범주는 이하의 청구범위에 의해 결정된다.
따라서, 최소의 결함들을 갖는 균일한 층들을 증착할 수 있는 통합된 무전해 증착 장치에 대한 필요성이 존재한다.

Claims (22)

  1. 기판을 프로세싱하도록 적응되는 프로세싱 영역을 가진 무전해(electroless) 프로세싱 챔버로서,
    상기 프로세싱 영역에 위치된 플래튼 어셈블리(platen assembly); 및
    상기 프로세싱 영역에 위치되고 기판 지지 표면을 갖는 회전식 기판 지지 어셈블리
    를 포함하고,
    상기 플래튼 어셈블리는,
    유체 개구가 관통되게 형성된 베이스 부재,
    상기 베이스 부재에 밀봉 가능하게 위치되고 업스트림 측면(upstream side)과 다운스트림 측면(downstream side)을 가지며, 상기 업스트림 측면과 상기 다운스트림 측면 사이에서 유체 소통되는 다수의 유체 통로들을 갖는 유체 확산 부재,
    상기 베이스 부재와 상기 유체 확산 부재의 업스트림 측면 사이에 형성되는 유체 볼륨(fluid volume), 및
    상기 유체 확산 부재의 다운스트림 측면 상부에서 제 1 거리만큼 돌출되는 피쳐(feature)를 포함하고,
    상기 회전식 기판 지지 어셈블리는 상기 플래튼 어셈블리에 결합되고 상기 플래튼 어셈블리에 대해 회전하도록 적응되고,
    상기 유체 확산 부재는 디스크 형상이고, 상기 피쳐의 표면은 상기 디스크 형상의 유체 확산 부재의 외부 에지와 일치하는, 무전해 프로세싱 챔버.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 거리는 0.5mm 내지 25mm인 무전해 프로세싱 챔버.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 확산 부재의 다운스트림 표면은 1.6㎛ 내지 20㎛의 표면 거칠기(Ra)를 갖는 무전해 프로세싱 챔버.
  5. 기판을 프로세싱하도록 적응되는 프로세싱 영역을 갖는 무전해 프로세싱 챔버로서,
    상기 프로세싱 영역에 위치된 플래튼 어셈블리; 및
    상기 프로세싱 영역에 위치되고 기판 지지 표면을 갖는 회전식 기판 지지 어셈블리
    를 포함하고,
    상기 플래튼 어셈블리는,
    유체 개구가 관통되게 형성된 베이스 부재,
    상기 베이스 부재에 밀봉 가능하게 위치되고 업스트림 측면과 다운스트림 측면을 갖는 유체 확산 부재,
    상기 베이스 부재와 상기 유체 확산 부재의 업스트림 측면 사이에 형성되는 유체 볼륨, 및
    상기 유체 확산 부재에 형성된 다수의 유체 통로들
    을 포함하고,
    상기 다수의 유체 통로들은 상기 유체 확산 부재의 다운스트림 측면과 업스트림 측면 사이에서 유체 소통되고, 상기 다수의 유체 통로들 중 적어도 하나는 상기 업스트림 측면과 유체 소통되고 제 1 단면적을 갖는 제 1 피쳐, 및 제 2 단면적을 갖는 제 2 피쳐를 더 포함하고 상기 제 1 피쳐 및 상기 제 2 피쳐는 유체 소통되고,
    상기 회전식 기판 지지 어셈블리는 상기 플래튼 어셈블리에 결합되고 상기 플래튼 어셈블리에 대해 회전하도록 적응되는,
    무전해 프로세싱 챔버.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 단면적은 상기 제 1 단면적보다 더 넓은 무전해 프로세싱 챔버.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 다수의 유체 통로들은,
    상기 다운스트림 측면에 대해 균일하게 분포되는 적어도 4개의 유체 통로들의 어레이; 및
    상기 다운스트림 표면 상부에서 제 1 거리만큼 돌출되는 환형 형상의 피쳐
    를 포함하고,
    상기 제 1 거리는 0.5mm 내지 25mm인,
    무전해 프로세싱 챔버.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 유체 통로들의 어레이는 정사각형, 직사각형, 방사형 또는 육각형 폐쇄 팩킹된 배향으로 배치되는 무전해 프로세싱 챔버.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 다수의 유체 통로들 중 적어도 2개 이상은 그것의 길이 부분이 상기 업스트림 측면으로부터 연장되는 제 1 원통 형상, 및 상기 제 1 원통 형상과 유체 소통되는 제 2 원통 형상을 더 포함하고, 상기 제 2 원통 형상은 상기 제 1 원통 형상보다 더 넓은 단면적을 갖는 무전해 프로세싱 챔버.
  10. 기판을 프로세싱하도록 적응되는 무전해 프로세싱 챔버로서,
    상기 무전해 프로세싱 챔버의 프로세싱 영역에 위치되고 하나 이상의 기판 지지 표면들을 갖는 회전식 기판 지지 어셈블리;
    상기 프로세싱 영역에 위치되고 제 1 표면을 갖는 에지 격벽(edge dam); 및
    상기 기판 지지 표면들 상에 위치된 기판의 표면에 무전해 프로세싱 용액을 전달하도록 위치되는 유체 소스
    를 포함하고,
    상기 에지 격벽 및 상기 하나 이상의 기판 지지 표면들 상에 위치된 기판 중 적어도 하나는 상기 에지 격벽의 제 1 표면 및 상기 기판의 에지 사이에 갭을 형성하도록 위치될 수 있는,
    무전해 프로세싱 챔버.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유체 소스는 상기 유체 소스로부터 전달되는 상기 무전해 프로세싱 용액과 열적 소통되는 유체 히터를 더 포함하는 무전해 프로세싱 챔버.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 에지 격벽은 상기 하나 이상의 기판 지지 표면들 상에 위치된 상기 기판의 표면에 대해 상기 에지 격벽을 위치시키도록 적응되는 리프트 어셈블리를 더 포함하는 무전해 프로세싱 챔버.
  13. 기판을 프로세싱하도록 적응되는 무전해 프로세싱 챔버로서,
    상기 무전해 프로세싱 챔버의 프로세싱 영역에 위치되는 회전식 기판 지지 어셈블리;
    상기 프로세싱 영역에 위치되고 유체 볼륨을 형성하는 하나 이상의 벽들을 갖는 보울 어셈블리(bowl assembly); 및
    상기 유체 볼륨 및 상기 하나 이상의 기판 지지 표면들 상에 위치된 기판과 유체 소통되는 유체 소스
    를 포함하고,
    상기 회전식 기판 지지 어셈블리는 각각이 기판 지지 표면을 갖는 하나 이상의 기판 지지 피쳐들을 가지고,
    상기 유체 볼륨은 상기 하나 이상의 기판 지지 피쳐들이 상기 유체 볼륨에 위치된 유체에 침지(immerse)될 수 있도록 하는 크기를 가지는,
    무전해 프로세싱 챔버.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 무전해 프로세싱 챔버는 상기 유체 볼륨에 위치된 상기 유체와 열적 소통되는 유체 히터를 더 포함하는 무전해 프로세싱 챔버.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 무전해 프로세싱 챔버는 상기 보울 어셈블리의 하나 이상의 벽들에 대해 상기 회전식 기판 지지 어셈블리를 위치시키도록 적응되는 리프트 어셈블리를 더 포함하는 무전해 프로세싱 챔버.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 회전식 기판 지지 어셈블리는,
    상기 기판 지지 표면과 유체 소통되는 플래넘(plenum); 및
    상기 플래넘 및 상기 기판 지지 표면 상에 위치된 기판과 유체 소통되는 진공 소스를 더 포함하는 무전해 프로세싱 챔버.
  17. 기판을 프로세싱하도록 적응되는 무전해 프로세싱 챔버로서,
    상기 무전해 프로세싱 챔버의 프로세싱 영역에 위치된 기판 지지 어셈블리;
    상기 프로세싱 영역에 위치되고 유체 볼륨을 형성하는 하나 이상의 벽들을 갖는 보울 어셈블리;
    하나 이상의 이격된 기판 지지 피쳐들을 회전시키도록 적응되는 모터;
    상기 하나 이상의 이격된 기판 지지 피쳐들 상에 위치된 기판의 표면 및 상기 보울의 하나 이상의 벽들의 표면 사이에 형성된 갭; 및
    하나 이상의 기판 지지 표면들 상에 위치되는 기판의 표면 및 상기 유체 볼륨과 유체 소통되는 유체 소스
    를 포함하고,
    상기 기판 지지 어셈블리는 각각이 상기 기판 지지 표면을 갖는 상기 하나 이상의 이격된 기판 지지 피쳐들을 가지고,
    상기 유체 볼륨은 상기 하나 이상의 이격된 기판 지지 피쳐들이 상기 유체 볼륨에 위치된 유체에 침지될 수 있도록 하는 크기를 가지는,
    무전해 프로세싱 챔버.
  18. 기판을 프로세싱하도록 적응되는 무전해 프로세싱 챔버로서,
    프로세싱 영역에 위치된 플래튼 어셈블리; 및
    상기 프로세싱 영역에 위치되고 기판 지지 표면을 갖는 회전식 기판 지지 어셈블리
    를 포함하고,
    상기 플래튼 어셈블리는,
    업스트림 측면과 다운스트림 측면을 갖는 유체 확산 부재 및 상기 업스트림 측면과 상기 다운스트림 측면 사이에서 유체 소통을 제공하도록 적응되는 다수의 유체 통로들,
    제 1 유체 개구가 관통되게 형성된 제 1 베이스 부재, 및
    제 2 유체 개구가 관통되게 형성된 제 2 베이스 부재
    를 포함하고,
    상기 제 1 베이스 부재는 상기 유체 확산 부재에 밀봉 가능하게 위치되고, 상기 제 1 유체 개구는 상기 유체 확산 부재에 형성된 상기 다수의 유체 통로들 중 적어도 하나와 유체 소통되고,
    상기 제 2 베이스 부재는 상기 유체 확산 부재에 밀봉 가능하게 위치되고, 상기 제 2 유체 개구는 상기 유체 확산 부재에 형성된 상기 다수의 유체 통로들 중 적어도 하나와 유체 소통되고,
    상기 회전식 기판 지지 어셈블리는 상기 플래튼 어셈블리에 결합되고 상기 플래튼 어셈블리에 대해 회전하도록 적응되는,
    무전해 프로세싱 챔버.
  19. 무전해 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법으로서,
    기판 지지부 상의 기판 수용 표면에 기판을 위치시키는 단계;
    상기 기판 지지부를 확산 부재로부터 거리를 두고 위치시키는 단계;
    온도 제어된 유체가 상기 기판의 제 1 표면에 접촉하도록 상기 확산 부재에 형성된 다수의 유체 통로들을 통해 상기 온도 제어된 유체를 유동시키는 단계;
    상기 확산 부재에 대해 상기 기판 및 기판 지지부를 회전시키는 단계; 및
    상기 기판의 제 2 표면 상에 무전해 층을 증착시키도록 상기 기판의 제 2 표면 상에 무전해 증착 프로세싱 유체를 분배시키는 단계
    를 포함하는 무전해 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 무전해 증착 프로세싱 유체를 분배시키는 단계는,
    무전해 증착 프로세싱 유체를 소스로부터 유동시키는 단계;
    이동식 암 어셈블리를 이용하여 상기 기판의 제 2 표면 상부에 노즐을 위치시키는 단계; 및
    상기 노즐로부터 상기 기판 상에 상기 무전해 증착 프로세싱 유체를 분배시키는 단계를 더 포함하는 무전해 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 기판의 제 2 표면 상에 상기 무전해 증착 프로세싱 유체를 분배시키기 이전에 상기 무전해 증착 프로세싱 유체를 가스 제거하는 단계를 더 포함하는 무전해 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 방법.
  22. 프로세싱 영역을 갖는 무전해 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법으로서,
    상기 프로세싱 영역에서 유지되는 기판 지지부의 기판 수용 표면 상에 기판을 위치시키는 단계;
    상기 프로세싱 영역에서 유지되는 확산 부재로부터 거리를 두고 상기 기판 수용 표면을 위치시키는 단계;
    상기 확산 부재에 대해 상기 기판 및 기판 지지부를 회전시키는 단계;
    프로세싱 가스 소스로부터 상기 프로세싱 영역으로 가스를 유동시키는 단계;
    상기 확산 부재에 형성된 다수의 유체 통로들을 통해 유체를 유동시키는 단계;
    상기 기판의 제 1 표면이 상기 유동 유체와 접촉하도록 상기 확산 부재로부터 거리를 두고 상기 기판 수용 표면을 위치시키는 단계; 및
    상기 기판의 제 2 표면 상에 제 1 무전해 증착 프로세싱 유체를 분배시키는 단계
    를 포함하는 무전해 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 방법.
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