KR102112881B1 - 전자도금 기판 홀더들을 세정하기 위한 방법들 및 장치들 - Google Patents

전자도금 기판 홀더들을 세정하기 위한 방법들 및 장치들 Download PDF

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브라이언 엘. 부캘루
스티븐 티. 메이어
토마스 폰누스와미
차드 마이클 호삭크
로버트 라쉬
리 펭 추아
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Abstract

이전 전기도금 동작들에서 축적된 금속 디포지션물들을 제거함으로써 전기도금 디바이스의 립씰 및/또는 컵 하단부를 세정하는 방법들이 본 명세서에 개시된다. 이 방법들은 실질적으로 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지로 향하도록 노즐을 배향시키는 단계, 및 립씰 및/또는 컵 하단부를 회전시키는 동안, 세정 용액의 스트림이 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지와 컨택트하도록 노즐로부터 세정 용액의 스트림을 분사하여 금속 디포지션물들을 제거하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 스트림은 립씰 및/또는 컵 하단부의 회전 방향에 대항하는 속도 성분을 갖는다. 일부 실시예들에서, 디포지션물들은 주석/은 합금을 포함할 수도 있다. 전기도금 디바이스 내에 장착하고 전기도금 디바이스의 립씰들 및/또는 컵 하단부들로부터 전기도금된 금속 디포지션물들을 제거하기 위한 세정 장치들이 또한 본 명세서에 개시된다. 일부 실시예들에서, 세정 장치들은 제트 노즐을 포함할 수도 있다.

Description

전자도금 기판 홀더들을 세정하기 위한 방법들 및 장치들{METHODS AND APPARATUSES FOR CLEANING ELECTROPLATING SUBSTRATE HOLDERS}
관련된 출원들의 교차 참조
본 출원은 2012년 3월 28일에 출원된 제목이 "Methods and Systems for Cleaning Electroplating Substrate Holders"인 미국 특허 가 출원 번호 제 61/616,909 호 및 2012년 7월 27일에 출원된 제목이 "Methods, Apparatus, and Systems for Cleaning Electroplating Substrate Holders"인 미국 특허 가 출원 번호 제 61/676,841 호의 우선권을 주장하고, 이들 모두는 전체 내용이 모든 목적들을 위해 참조로서 본원에 통합되었다.
2011년 8월 1일에 출원된 제목이 "Automated Cleaning of Wafer Plating Assembly"인 미국 특허 가 출원 번호 제 61/513,993 호 (대리인 사건 번호 NOVLP432PUS/NVLS003700P1US) 및 2011년 11월 28일에 출원된 제목이 "Electroplating Apparatus and Process for Wafer Level Packaging"인 미국 특허 가 출원 번호 제 13/305,384 호 (대리인 사건 번호 NOVLP368US/NVLS003623US) 의 전체 내용이 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 또한 통합되었다.
본 개시는 전자 디바이스들의 제조, 반도체 기판들의 전기도금, 및 전기도금 프로세스들 및 디바이스들과 연관된 다양한 세정 장치들 및 방법들에 관한 것이다.
반도체 제조 및 프로세싱에서의 최근의 진보는 전기도금된 주석-은 합금들의 사용 증가로 이끌었다. 주석-은 합금들의 일부 예시적인 애플리케이션들은 전체가 참조 및 모든 목적들을 위해 본 명세서에 통합된 제목이 "ELECTROPLATING APPARATUS AND PROCESS FOR WAFER LEVEL PACKAGING"인 미국 공개 특허 제 2012/0138471 호 (미국 특허 출원 번호 제 13/305,384 호) 에 개시된다. 많은 이들 애플리케이션들에서, 주석-은 합금들은 적어도 부분적으로, 주석 위스커 형성에 대한 우수한 내성, 이용가능한 상당히 안정한 도금 욕들 및 프로세스들, 보다 낮은 땜납 융점, 및 충격력들 하에서 향상된 땜납 볼 접속 파괴 내성으로부터 이들의 유용성을 도출한다. 그러나, 반도체 기판들 상으로의 주석-은 합금들의 전기도금은 전기도금 장치 자체 상의 스퓨리어스 (spurious) 주석-은 디포지션물들 (deposits) 의 축적으로 인해 종종 문제가 된다는 것을 발견하였다. 특히, 전기도금 디바이스의 기판 홀더 -또는 클램쉘 어셈블리 (clamshell assembly)- 의 립씰 및/또는 컵 하단부 상 그리고 주변에 축적된 주석-은은 상당한 프로세싱 어려움들을 야기할 수도 있다는 것을 발견하였다. 본 명세서에서 일반적으로 "립씰 도금 (lipseal plating)" 이라고 하는 이러한 스퓨리어스 금속 축적은 심지어 일부 환경들에서, 기판과 립씰 사이에 형성된 씰이 실패하게 할 수도 있다. 그 결과 클램쉘 어셈블리의 내측 부분들은 잠재적으로 유해하고 부식성인 전기도금 용액들로 오염된다.
"립씰 도금"은 립씰 실패를 야기할 수 있기 때문에, 통상적으로 전기도금 동작들의 시퀀스 과정에 걸쳐, 주기적으로 립씰 및/또는 컵 하단부 영역들로부터 스퓨리어스 주석/은 디포지션물들을 제거하거나 세정할 필요가 있다. 현재 세정 기법들은 질산 용액을 적신 파지형 면봉 (swab) 으로 립씰 영역을 수동으로 닦음으로써 질산 용액을 사용한 규칙적이고 주기적인 세정을 수반한다. 일단 질산으로 닦이면, 립씰 및/또는 컵 하단부 상의 디포지션물들은 용해되고, 이들 영역들은 후속하여 산성 용액 및 용해된 디포지션물들을 제거하기 위해 린스된다. 그러나, 이들 절차들은 모든 디포지션물들이 제거되지 않기 때문에, 또는 면봉이 비교적 깨지기 쉬운 립씰 컨택트 영역을 손상시키는 너무 큰 힘이 인가되기 때문에, 에러를 발생하기 쉽다. 게다가, 스퓨리어스 디포지션물이 상당할 때, 수동으로 닦아내는 기법은 단순히 불충분할 수도 있고, 전기도금 장치의 일부 컴포넌트들이 제거되거나 대체될 필요가 있을 수도 있다. 종종, 이들 예방 동작들은 매일 수행될 필요가 있고, 이는 다수의 툴들을 활용하고 고 생산량이 요구되는 생산 환경들에서 상당한 도전이 된다. 따라서, 전기도금 디바이스들의 립씰 및/또는 컵 하단부 영역들로부터 스퓨리어스 금속 디포지션물들을 제거하기 위한 현재 기법들은 비효율적이고 부적절하다.
본 명세서에서 이전 전기도금 동작들에서 립씰 및/또는 컵 하단부 상에 축적된 금속 디포지션물들을 제거함으로써 전기도금 디바이스의 립씰 및/또는 컵 하단부를 세정하는 방법이 개시된다. 일부 실시예들에서, 제 1 노즐이 실질적으로 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지로 향하도록 립씰 및/또는 컵 하단부에 대해 제 1 노즐을 배향시키는 단계, 립씰 및 컵 하단부를 제 1 회전 방향으로 회전시키는 단계, 및 립씰 및 컵 하단부를 제 1 회전 방향으로 회전시키는 동안, 세정 용액의 스트림이 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지와 컨택트하도록 제 1 노즐로부터 약 5 내지 40 m/초의 유체 속도를 갖는 세정 용액의 스트림을 분사하여 립씰 및/또는 컵 하단부로부터 금속 디포지션물들을 제거하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 금속 디포지션물들은 주석/은 합금을 포함한다. 일부 실시예들에서, 세정 용액은 실질적으로 증류되고 탈이온화된 물이다. 일부 실시예들에서, 제 1 노즐로부터 분사된 세정 용액의 스트림은 제 1 회전 방향에 대항하는 속도 성분을 갖는다. 일부 실시예들에서, 제 1 노즐은 약 -45 내지 +45 도의 수직 각 (normal angle) 으로 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지에 대해 배향되고, 일부 실시예들에서, 제 1 노즐은 약 -30 내지 +10 도의 수평 각 (horizontal angle) 으로 립씰 및/또는 컵 하단부의 수평인 플레인에 대해 배향된다. 일부 실시예들에서, 세정 방법은 세정 용액이 제 1 노즐로부터 분사되기 때문에 제 1 노즐 내에서 세정 용액 내에 메가소닉 파형들을 생성시키는 단계를 더 포함할 수도 있다.
립씰 및 컵 하단부를 갖는 전기도금 장치를 사용하여 복수의 반도체 기판들 상에 금속을 전기도금하는 방법이 또한 본 명세서에 개시된다. 일부 실시예들에서, 이 방법들은, 하나 이상의 기판들의 제 1 세트 상에 금속을 전기도금하는 단계, 기판들의 제 1 세트를 전기도금하는 동안 립씰 및/또는 컵 하단부 상에 축적된 금속 디포지션물들을 제거하는 세정 동작을 수행할지 여부를 결정하는 단계, 세정 동작이 요구된다고 결정되면, 세정 동작을 수행하는 단계, 및 그 후 하나 이상의 기판들의 제 2 세트 상에 금속을 전기도금하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 결정하는 단계는 립씰 및/또는 컵 하단부 상에 세정을 요구할 만큼 충분한 금속 디포지션물들이 축적되었는지 여부의 평가를 포함한다. 일부 실시예들에서, 세정 방법은 선행하는 문단들에 기술된 하나 이상의 세정 방법들에 따라 수행된다.
전기도금 디바이스 내에 장착하고 전기도금 디바이스의 립씰 및/또는 컵 하단부로부터 전기도금된 금속 디포지션물들을 제거하기 위한 세정 장치가 또한 본 명세서에 개시된다. 일부 실시예들에서, 세정 장치는 제 1 노즐, 제 1 노즐과 유체 연통하는 제 1 세정 유체 공급 도관, 및 제 1 노즐이 부착된 노즐 암 (arm) 을 포함한다. 일부 실시예들에서, 세정 장치는 노즐 암에 기계적으로 커플링되고 세정 장치가 전기도금 디바이스 내에 장착될 때, 후퇴 (retract) 위치와 세정 위치 사이에서 제 1 노즐과 노즐 암을 이동시키도록 구성된 노즐 암 액추에이터를 더 포함한다. 특정한 이들 실시예들에서, 후퇴 위치에서, 제 1 노즐 및 노즐 암은, 반도체 기판이 립씰 상에 위치될 수도 있고 제 1 노즐 또는 노즐 암과 물리적으로 컨택트하지 않고 전기도금 욕 (electroplating bath) 을 홀딩하도록 구성된 전기도금 디바이스의 볼륨 내로 하강될 수도 있도록 위치된다. 특정한 이들 실시예들에서, 세정 위치에서, 제 1 노즐은 실질적으로 전기도금 디바이스의 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지로 향하도록 위치된다. 특정한 실시예들에서, 노즐 암 액추에이터는 후퇴 위치와 세정 위치 사이에서 노즐 암이 운동하는 회전 축을 중심으로 노즐 암을 회전시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 금속 디포지션물들은 주석/은 합금을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제 1 노즐은 제트 노즐 (jet nozzle) 이다.
패터닝된 반도체 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치가 또한 본 명세서에 개시된다. 일부 실시예들에서, 전기도금 장치는, 기판 홀더, 전기도금 욕 유체를 홀딩하기 위한 볼륨을 갖는 전기도금 셀, 전기적 컨택트 핑거들에 전하를 공급하도록 구성된 전력 공급부, 및 선행하는 문단에 개시된 바와 같은 기판 홀더 세정 장치를 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 기판 홀더는, 컵 하단부를 갖는 컵, 컵 내에 장착된 립씰, 복수의 전기적 컨택트 핑거들, 및 컵 및 립씰에 대해 이동가능하고 립씰 내로 기판을 누름으로써 기판 홀더 내에 기판을 고정하도록 구성된 콘을 포함할 수도 있다. 특정한 이들 실시예들에서, 전기도금 장치의 전력 공급부는 컨택트 핑거들에 전하를 공급한다. 일부 실시예들에서, 전기도금 장치는 기판 홀더가 세정 위치에 위치될 때 전기도금 욕을 홀딩하는 전기도금 셀의 볼륨 위이고 제 1 노즐 및 기판 아래에 위치된 후퇴 가능한 세정 쉴드를 더 포함할 수도 있다.
도 1a-1 및 도 1a-2는 일련의 주석-은 전기도금 동작들 후에 립씰 및 컵 하단부의 내측 원형 에지의 사진들을 디스플레이한다.
도 1b-1 내지 도 1b-3은 전기도금 기판 홀더의 립씰 및 컵 하단부 상의 원치 않는 주석-은 디포지션을 개략적으로 도시한다.
도 1c 및 도 1c-1은 전기도금 기판 홀더의 컵 하단부 상의 원치 않는 주석-은 디포지션의 일 메커니즘을 개략적으로 도시한다.
도 1d-1 내지 도 1d-4는 원치 않는 주석-은 디포지션에 의해 유발된 심각한 손상을 도시하는 컵 하단부의 사진을 디스플레이한다.
도 2a는 전기도금 장치의 개략적인 사시도를 나타낸다.
도 2b는 전기도금 기판 홀더의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 3a는 후퇴 위치에서 노즐을 갖는 빌트인 세정 장치를 갖는 전기도금 장치의 개략적인 단면도를 제공한다.
도 3b는 세정 위치에서 노즐을 갖는 빌트인 세정 장치를 갖는 전기도금 장치의 개략적인 단면도를 제공한다.
도 3c는 전기도금 기판 홀더의 내측 원형 에지의 법선 벡터에 상대적인 등각 및 대각을 갖는 노즐들의 쌍을 개략적으로 도시한다.
도 3d는 전기도금 기판 홀더의 내측 원형 에지에 상대적인 상이한 수직 위치들을 갖는 노즐들의 쌍을 개략적으로 도시한다.
도 3e는 전기도금 기판 홀더의 내측 원형 에지의 수평인 플레인에 대해 아래쪽으로 기울어진 노즐을 개략적으로 도시한다.
도 4a는 세정 위치에서 노즐을 갖는 빌트인 세정 장치를 갖는 전기도금 장치의 절단된 도면을 개략적으로 도시한다.
도 4b는 90 도 회전된 도 4a의 전기도금 장치 및 빌트인 장치의 절단된 도면을 개략적으로 도시한다.
도 5a는 후퇴 위치에서 전기도금 장치의 빌트인 세정 장치를 도시하는 도 4a 및 도 4b의 전기도금 장치의 절단된 도면을 제공한다.
도 5b는 세정 위치에서 전기도금 장치의 빌트인 세정 장치를 도시하는 도 4a 및 도 4b의 전기도금 장치의 상면도를 제공한다.
도 5c는 후퇴 위치에서 노즐 및 노즐 암을 갖는 도 4a, 도 4b, 도 5a, 및 도 5b에 개략적으로 제공된 세정 장치의 노즐 및 노즐 암의 사진을 제공한다.
도 5d는 세정 위치에서 노즐 및 노즐 암을 갖는 도 4a, 도 4b, 도 5a, 및 도 5b에 개략적으로 제공된 세정 장치의 노즐 및 노즐 암의 사진을 제공한다.
도 6은 빌트인 세정 디바이스 및 또한 빌트인 후퇴 가능한 세정 쉴드를 갖는 전기도금 장치의 개략적인 단면도를 제공한다.
도 7은 기판 홀더로부터 금속 디포지션물들을 제거하기 위한 방법을 주기적으로 채택하는 일련의 반도체 기판들을 전기도금하는 일 실시예의 방법들 예시하는 흐름도를 제공한다.
도 8a는 로딩 위치에서 기판 홀더를 갖는 도 4a 및 도 4b의 전기도금 장치 및 빌트인 세정 장치의 절단된 도면을 개략적으로 예시한다.
도 8b는 전기도금 위치에서 기판 홀더를 갖는 도 4a 및 도 4b의 전기도금 장치 및 빌트인 세정 장치의 절단된 도면을 개략적으로 예시한다.
도 8c는 린스 위치에서 기판 홀더를 갖는 도 4a 및 도 4b의 전기도금 장치 및 빌트인 세정 장치의 절단된 도면을 개략적으로 예시한다.
도 9a는 기판 홀더 세정 장치에서 사용하기 위한 제트 노즐 실시예의 개략적인 정면도를 제공한다.
도 9b는 기판 홀더 세정 장치에서 사용하기 위한 제트 노즐 실시예의 개략적인 단면도를 제공한다.
도 10a 내지 도 10c는 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지에 대한 다양한 각도의 노즐의 배향을 개략적으로 예시한다.
도 11a는 본 명세서에서 제공된 마라톤 테스트에서 사용된 주석-은 도금된 블랭킷 테스트 웨이퍼의 사진을 디스플레이한다.
도 11b-1 내지 도 11b-4는 본 명세서에서 제공된 마라톤 테스트 이전에 전기도금 기판 홀더의 사진들을 디스플레이한다.
도 11c-1 내지 도 11c-4는 5 개의 웨이퍼들의 세정 간격으로 본 명세서에서 기술된 세정 방법들을 채택하는 본 명세서에서 제공된 마라톤 테스트에서 500 개의 블랭킷 테스트 웨이퍼들을 전기도금한 후의 전기도금 기판 홀더의 사진들을 디스플레이한다.
도 11d-1 내지 도 11d-4는 본 명세서에서 기술된 세정 방법들을 채택하지 않는 본 명세서에서 제공된 마라톤 테스트에서 200 개의 블랭킷 테스트 웨이퍼들을 전기도금한 후의 전기도금 기판 홀더의 사진들을 디스플레이한다.
도 11e-1 내지 도 11e-4는 본 명세서에 기술된 세정 방법들 및 장치들을 채택하지 않고 본 명세서에 제공된 마라톤 테스트에서 500 개의 블랭킷 테스트 웨이퍼들을 전기도금한 후의 전기도금 기판 홀더의 사진을 디스플레이한다.
도 11f-1 내지 도 11f-5는 본 명세서에 기술된 세정 방법들 및 장치들이 채택되지 않을 때, 0, 100, 300, 400, 및 500 개의 블랭킷 테스트 웨이퍼들을 각각 도금한 후에 그 위에 축적될 수도 있는 오염물을 예시하는 전기도금 장치의 고 저항 가상의 애노드의 사진을 디스플레이한다.
도 11g-1, 도 11g-3 및 도 11g-4는 본 명세서에 기술된 세정 방법들 및 장치들이 채택되지 않을 때 그 위에 축적될 수도 있는 오염물을 예시하는 전기도금 장치의 고 저항 가상의 애노드의 추가적인 사진을 디스플레이한다.
도 11g-2는 본 명세서에 개시된 세정 방법들 및 장치들을 채택하지 않음에도 불구하고 톱 햇 (top hat) 에 일부 오염물이 축적된 것을 예시하는 전기도금 장치의 톱 햇의 사진을 디스플레이한다.
도 11h-1 내지 도 11h-3은 본 명세서에 개시된 세정 방법들 및 장치들을 채택할 때 톱 햇에 축적될 수도 있는 오염물을 예시하는 전기도금 장치의 톱 햇의 사진을 디스플레이한다.
도 11i-1은 임의의 웨이퍼를 전기도금하기 전에 깨끗한, 전기도금 장치의 톱 햇의 린스 쉴드의 사진을 디스플레이한다.
도 11i-2 및 도 11i-3은 본 명세서에 개시된 세정 방법들 및 장치들을 채택할 때, 250 및 500 개의 웨이퍼들을 각각 전기도금한 후, 린스 쉴드에 축적될 수도 있는 오염물을 예시하는 전기도금 장치의 톱 햇의 린스 쉴드의 사진들을 디스플레이한다.
도입
반도체 제조 분야에서 다양한 전기충진 애플리케이션들에 대한 주석-은 합금들의 전기도금에 현재 강한 관심을 가지고 있지만, 주석-은 합금들의 스퓨리어스 립씰 디포지션 -또한 스퓨리어스 컵 하단부 디포지션- 은 문제가 되는 것으로 증명되었다. 이 문제는 도 1a-1 및 도 1a-2에 예시되었다. 도 1a-1은 120 개의 기판들 상에 일련의 주석-은 전기도금 동작들 후에 립씰 (10) 및 컵 하단부 (20) 의 내측 원형 에지의 사진을 디스플레이한다. 립씰 (10) 상에 상당한 주석-은 디포지션이 존재한다는 것이 사진에 도시되었다. 도 1a-2는 다른 일련의 전기도금 동작들 후에 다른 립씰 (10) 및 컵 하단부 (20) 의 내측 원형 에지의 유사한 사진을 디스플레이한다. 이 예에서, 립씰 (10) 에 더하여 컵 하단부 (20) 상에도 상당한 디포지션이 명백하다. 이러한 원치 않는 디포지션은 워크피스 또는 웨이퍼의 품질 및 수율의 하락, 또는 도금 장비에 대한 손상과 같은 비극적인 실패들을 방지하기 위해 주기적으로 제거되어야 한다.
특정한 이론으로 제한되지 않고, 적어도 부분적으로 스퓨리어스 주석-은 합금 디포지션의 근본 원인은 원자적 주석과 원자적 은 간의 크게 상이한 환원 전위라고 믿어진다. 또한 스퓨리어스 주석-은 디포지션물들의 성장은 매 주석 원자 (산화수 +2를 가짐) 를 2 개의 은 원자들 (산화수 +1을 가짐) 로 치환하는 립씰 및 컵 하단부의 표면 상의 치환 반응에 의해 발생한다고 믿어진다. 또 다시, 특정한 이론으로 제한되지 않고, 상당히 다른 환원 전위를 갖는 다른 금속들의 조합으로부터 형성된 다른 합금들이 또한 립씰들 및/또는 컵 하단부들 상에 스퓨리어스 금속성 디포지션을 수반하는 같거나 유사한 문제들을 야기할 수도 있다고 믿어진다. 일부 예들은 예를 들어, 구리-인듐 합금, 니켈-팔라듐 합금, 은-인듐 합금, 구리-주석 합금, 및 철-코발트 합금을 포함한다.
이들 디포지션물들의 형성, 이들이 핵생성하는 방식, 및 이들이 성장하는 방식의 다른 특징은 문제의 크기를 더 예시하기 위해 작동할 것이다. 종종, 의도되지 않은/스퓨리어스 디포지션은 전기도금 디바이스의 립씰 (물론 기판과 전기도금 디바이스의 컨택트 지점으로 기능함) 에서 시작하거나 개시되고 컵 하단부와 같은, 후속하여 기판 홀더의 다른 표면들로 진행한다. 예를 들어, 도 1b-1은 립씰 (143), 컵 하단부 (102), 컨택트 핑거들 (144), 및 콘 (103) (각각 이하에 보다 상세히 기술됨) 을 포함하는 전기도금 디바이스의 기판 홀더 내에 로딩된 기판 (145) 의 작업 (전면) 표면 상에 형성된 스퓨리어스 주석-은 디포지션물 (191) 을 예시한다. 도 1b-1은 디포지션물 (191) 이 립씰 (143) 과 물리적으로 컨택트하는 것을 도시한다. 기판의 에지 및 립씰의 주변에서의 이러한 스퓨리어스 디포지션물은 예를 들어, 에지 결함들, 기판 오정렬, 및 다른 잠재적인 원인들로 인해 이 영역에서의 포토레지스트의 국부화된 부재로 인한 것일 수도 있다. 게다가, 주석-은 도금된 피처 및 층은 포토레지스트 층 및 그 결과가 "범프-아웃 (bump-out)" 도금을 유발할 수도 있도록 더 두꺼울 수도 있다. "범프-아웃" 도금은 보다 적은 재료의 사용 (보다 얇은 포토레지스트 막) 을 가능하게 하기 때문에 때때로 비용을 절약하기 위해 사용되지만, 이러한 절약은 피처 대 피처 침식 및 단락을 제어하고 방지하는 것의 어려움, 및 보다 높은 립씰 도금 경향과 균형을 이루어야 한다. 어떠한 경우에서든, 도 1b-2에 도시된 바와 같이, 기판 홀더로부터 기판 (145) 의 제거가 가능하게 하기 위해 기판 홀더의 콘 (103) 이 상승될 때, 이러한 주석-은 디포지션물은 기판 (145) 과의 접속을 끊을 수도 있고 립씰 (143) 로의 접속을 유지할 수도 있고 -또는 컵 하단부 (102) 와 같은 일부 다른 컴포넌트들로의 접속을 유지할 수도 있다. (이 시나리오에서, 기판은 여전히 립씰 상에 일시적으로 얹혀질 수도 있고, 따라서 이와의 물리적인 컨택트 시 콘 (103) 의 상승은 기판이 더 이상 립씰 (143) 을 같은 정도로 압축하지 않도록 기판 (145) 의 후면 측 상의 압력을 풀어준다는 (release) 것을 주의한다. 따라서 기판 (145) 과 립씰 (143) 사이의 계면에서의 물리적 변화는 디포지션물이 서로, 이 경우에서, 기판과의 접속을 끊게 할 수도 있다.) 이러한 방식으로, 콘 (103) 을 풀어주는 것은 일부 잔여물 및 불연속 주석-은 디포지션물들 (192) 이 기판 (예를 들어, 웨이퍼) 제거 동안 립씰 (143) 내에 유지되게 할 수도 있다. 일단 립씰 또는 컵 하단부 상에 유지되면, 디포지션물들은 주석-은 추가 디포지션을 위해 활성 핵들 (nuclei) 로 기능할 수도 있다.
이들 활성 핵들이 다수의 전기도금 사이클들의 과정을 통해 웨이퍼로부터 또는 서로로부터 처음으로 접속해제되지만, 이들 핵생성 지점들에서의 추가 디포지션은 일부 핵들이 접속되게 하고 반연속 (semi-continuous) 도전성 표면을 형성할 수도 있다. 이 표면이 전기도금되는 기판의 일부와 컨택트하면 그리고 컨택트할 때, 이는 실제로 (적어도 부분적으로) 추가적인 시드 층이 될 수도 있고 따라서 이러한 추가적인 전기도금된 재료를 수용할 수도 있다. 게다가, 주로 주석으로 구성될 수도 있는, 처음에 비연속성인 핵들은 식 1 및 식 2에 따라 전해액 내의 보다 안정한 (noble) 은 이온들과의 치환 반응을 겪을 것이다:
Sn -> Sn+2 + 2e- (식 1),
2Ag+ + 2e- -> 2Ag (식 2).
상기에 언급된 바와 같이, 이는 디포지션된 금속에 상당한 순 볼륨 증가를 산출한다. 이들 핵들이 외부 전류 소스에 재접속되지 않고 시간에 따라 서로 또는 전류 소스로 다시 물리적이고 전기적으로 접속되지 않아도 크기가 성장하는 경향이 있다는 것이 효과이다. 상기 반응들 및 은과 주석의 상대 밀도를 고려하면, 주석/은 치환 반응은 스퓨리어스 주석-은 디포지션물들에서 약 40 ％의 순 볼륨 변화를 유발하는 것으로 추정된다. 따라서, 처음에 비연속성인 핵들은 시간에 따라 상당한 도금 표면이 된다. 핵들은 립씰 상에 형성될 수도 있지만, 이들은 또한 컵 하단부에 형성될 수도 있고, 또는 양쪽에 형성될 수도 있다. 유사하게, 도 1b-3에 도시된 바와 같이, 립씰 (143) 상의 최초의 디포지션물 (192) 은 컵 하단부 (102) 상에 디포지션물 (193) 을 형성하는 시간에 따라 성장 및 확장하는 핵생성 지점들로서 기능할 수도 있다. 본 개시가 주석-은 디포지션에 초점을 맞추지만, 식 1 및 식 2에 제공된 디포지션 메커니즘, 다른 타입들의 디포지션물 및 다른 디포지션 메커니즘들이 또한 주석-은 합금 전기도금 동안 발생할 수도 있다는 것을 주의한다. 관찰된 일부 예는 이종 콜로이드 (heterogeneous colloid) 를 함유하는 은 및/또는 주석 금속을 형성하는 것을 수반한다.
컵 하단부 상의 주석-은 디포지션은 도 1b-3에 도시된 바와 같이, 립씰 상의 핵생성 지점들의 연장을 통해 발생하는 것으로 믿어지지만, 컵 하단부 상에 직접적인 주석-은 디포지션이 발생할 수 있다는 것이 또한 믿어진다. 도 1c 및 도 1c-1에 예시된, 가능한 일 메커니즘은 전기도금되고 기판 상에 남아 있는 재료 이외의 일부 에지 재료가 기판으로부터 전기화학적으로 제거된 후 컵 하단부 상에 재-도금되는 프로세스이다. 임의의 특정한 이론으로 제한되지 않고, 립씰 및 컵 하단부 상의 이러한 종류의 축적의 통상적인 디포지션 레이트는 시간에서 비선형이라고 믿어지고, 전체 전기도금 프로세스의 나중 단계들을 향하여 증가한다. 도 1c 및 도 1c-1은 다시, 특정한 이론으로 제한되지 않고, 식 3 내지 식 7에 기술된 메커니즘에 따라 진행한다고 믿어지는 프로세스를 상세히 예시한다:
Sn2 + + 2e--> Sn (기판 상에 주석 디포지션) (식 3)
AgL+ + e- -> Ag + L (기판 상에 은 디포지션) (식 4)
L + e- -> L*- (L*에 의해 기판으로부터 전자들 제거) (식 5)
L*--> L + e- (L*로부터 컵 하단부 핵생성 지점으로 e-의 이동) (식 6)
Sn2 + + 2e--> Sn (컵 하단부 핵생성 지점에서 주석 디포지션) (식 7).
도 1c 및 도 1c-1의 개략도 및 식 3 내지 식 7은, 주석 및 은은 기판 상에 정상적인 방식으로 디포지션되지만 (도 1c) 남아있는 은 리간드들은 기판으로부터 립씰 및/또는 컵 하단부 상의 주석 이온들이 전자들을 수용하고 (도 1c-1) 용액을 석출 (plate out) 할 수 있는 위치들로 전자들을 감소 및 이동시키기 위한 수단으로서 작동할 수도 있다는 개념을 따른다.
기판으로부터 멀리 떨어진 스퓨리어스 금속 디포지션은 본질적으로 이들 디포지션물들이 전기도금을 위한 대안적인 지점들로서 거동할 수도 있어서 "캐소드 전류 티프 (cathode current thief)"으로 작동할 수도 있다는 것이 또한 믿어진다. 이렇게 하여, 스퓨리어스 디포지션이 전기도금 컵에서 전류 분포를 재지향시킬 수도 있고, 특히, 립씰과 기판 사이의 계면에서 또는 계면 근방에서 피처들로부터 멀리 재지향시켜, 결국 기판 에지들 근방에서 전기도금의 열화를 유발할 수도 있다. 이는 또한 디포지션 두께들 및 합금 조성들에서 불균일성을 유발할 수도 있다. 일단 스퓨리어스 디포지션 지점이 상당한 양의 커버리지를 가지면, "전류를 훔치는 것"은 패키징 및 웨이퍼 레벨 패키징 (WLP) 애플리케이션들에서 극심한 열화 및 결함들을 유발할만큼 충분히 커진다. 이와 같이, 의도되지 않은 디포지션은 통상적으로 갑작스러운 방식으로, 상대적으로 미미한 것으로부터 비극적인 실패들을 유발하는 것으로 확률적으로 천이할 수도 있다.
도 1d-1은 컵 하단부 상의 주요한 디포지션으로 인해 유발될 수도 있는 비극적인 실패의 종류의 예를 도시하고, 손상된 영역은 도 1d-2에서 확대되었다. 도 1d-3에 디스플레이된 전기도금 컵은 보다 큰 손상을 도시하고, 이는 도 1d-4에서 확대되었다. 후자의 경우에, 컵은 의도되지 않은 주석-은 디포지션의 결과로서, 영구적으로 손상되고, 흠집이 생기고 부식될 수도 있다. 립씰 및 컵 하단부에 대한 이러한 종류의 손상 및 보다 덜 가시적인 타입들의 손상은 이들 엘리먼트들이 기판 홀더 내에서 기판을 적절히 씰링하는 것을 예방할 수도 있다. 그 결과, 예를 들어, 도 1a-1 및 도 1a-2에 도시된 바와 같이, 전기도금 유체가 전기도금 디바이스의 정상적으로 씰링된 영역들로 침투하고 잠재적으로 다양한 센서티브 엘리먼트들-전기적 컨택트 핑거들 (30) 을 컨택트할 가능성이 증가된다. 극단적인 경우들에서, 손상은 이들 비싸고 정밀한 제작된 부품들을 고칠 수 없지만 (예를 들어, 분해 (disassembly), 디포지션된 금속들을 에칭하고, 재조립 (reassembly) 함으로써) 반드시 대체되어야 하여 매우 광대할 수도 있다.
어떠한 경우에서든, 반도체 프로세싱을 위한 금속화 및 땜납 재료들로서 주석-은 합금들의 사용에 있어서의 현재의 관심 및 전기도금 디바이스들의 립씰 및 컵 하단부 상에 이들 합금들을 축적하는 경향으로 인해, 스퓨리어스 주석-은 합금 디포지션물들의 제거를 위해 효과적인 립씰 세정 방법들 및 장치들이 필요하다. 일부 실시예들에서, 수동으로 립씰 세정을 담당하는 기술자들이 농축된 질산 용액들과 같은 잠재적으로 부식성이고/이거나 독성 화학 작용제들에 노출되는 것을 잠재적으로 방지하는, 자동화된 립씰 세정 프로세스 (컵 하단부의 세정을 또한 포함할 수도 있음) 가 바람직하다. 부가적으로, 이러한 "자동세정 (autoclean)" 프로세스는 수동 세정과 연관된 에러들 또는 하드웨어 손상을 잠재적으로 제거 (또는 적어도 감소) 한다. 게다가, 일부 실시예들에서, 자동세정 방법들 및 장치들은 립씰 및/또는 컵 하단부로부터 금속 디포지션물들 대부분 또는 전부를 효과적으로 제거할 수도 있고, 립씰을 금속 축적으로부터 실질적으로 깨끗하게 유지할 수도 있고, 립씰로부터 어떠한 깨진 막도 실질적으로 제거할 수도 있고, 그리고 컵 하단부 상의 금속 디포지션물들의 형성을 실질적으로 예방하고/하거나 방지할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 자동세정 방법들 및 장치들은 예를 들어, 농축된 질산과 같은, 잠재적으로 해롭고, 위험하고, 그리고/또는 비싼 화학적 작용제를 채택하는 대신 세정제로서 증류된/탈이온수를 사실상 사용할 수도 있다. 이러한 자동세정 방법들 및 장치들이 제거된 금속 디포지션물들 및 임의의 다른 금속이 전기도금 디바이스의 전기도금 욕 또는 다른 영역들에 진입하는 것을 실질적으로 예방하여, 희석 또는 화학적 오염을 통해 욕 조성에 영향을 거의 또는 전혀 주지 않으면 또한 유익하다. 이상적으로, 일부 실시예들에서, 전술한 모든 것이 거의 완전히 자동화된 방식으로 달성될 수도 있다.
집적 회로 제조 시 전기도금 프로세스들 및 오염
집적 회로 제조의 맥락에서 전기도금 프로세스들 및 오염의 소스들의 간략한 기술이 이제 제공된다. 전기화학 디포지션은 집적 회로 제조 및 패키징 프로세스의 여러 지점들에서 채택될 수도 있다. 트랜지스터들을 생성하는 제 1 단계는 FEOL (front end of the line) 프로세싱이라고 지칭된다. 금속 상호접속부들을 형성하는 것을 수반하는 프로세스들은 BEOL (back end of the line) 프로세싱으로 지칭된다. IC 칩 레벨에서, 다수의 상호접속된 금속화 층들을 형성하기 위해 비아들 및 트렌치들 내에 구리 또는 다른 충분히 도전성인 재료를 전기디포지션함으로써 BEOL 프로세싱 동안 다마신 피처들이 생성된다. 일반적으로, 트랜지스터 레벨로부터 멀어지는 보다 큰 상호접속 피처 스케일들의 계층이 증가한다. BEOL은 일반적으로 웨이퍼 패시베이션 층이라고 하는, 웨이퍼의 밀폐된 씰링 (예를 들어, SiN을 사용) 으로 종료된다. 다수의 패시페이션 전 (pre-passivation) 상호접속 금속화 층들 위에, 칩의 패키징이 발생한다. 패키징 -웨이퍼 레벨 패키징 (WLP) 을 포함- 은 일반적으로 패시베이션 층 아래에 있는 금속 패드들을 노출시키는 프로세스로 시작하고, 패키지 내의 칩에서 종료된다. 패키징은 (웨이퍼가 절단된 (diced) 후 프로세싱되는) 다이 상에서 또는 웨이퍼 레벨의 일부에서 수행될 수 있다. 보다 진보된 패키징은 웨이퍼 레벨 패키징이 되는 경향이 있고, 볼 배치 및 보다 통상적인 와이어본딩과 반대되는, 보다 미세한 범프 및 재분배 선들로/로부터 전기디포지션을 수반한다. 다양한 웨이퍼 레벨 패키징 구조체들이 채택될 수도 있고, 이들 중 일부는 2 이상의 금속들 또는 다른 컴포넌트들의 합금들 또는 다른 조합들을 함유할 수도 있다. 예를 들어, 패키징은 땜납 또는 관련된 재료들로부터 이루어진 하나 이상의 범프들을 포함할 수도 있다. 땜납 도금된 범프의 통상적인 예는 납 주석 땜납 도금된 필러 (pillar) 의 막 (예를 들어 약 50 내지 100 ㎛ 두께 및 약 80 내지 120 ㎛ 폭 또는 특히 약 100 ㎛ 폭) 아래에 제 1 도금된 층, 약 1 - 3 ㎛ 두께와 약 80 내지 120 ㎛ 폭 또는 특히 약 100 ㎛ 폭 사이의 도금된 니켈의 언더 범프 확산 배리어 층을 갖는, 도전성 기판 시드 층으로 시작한다. 도전성 기판 구리 시드 층의 도금, 포토레지스트 스트립핑, 및 에칭 후에, 땜납 필러는 언더 범프 금속에 부착된 땜납 범프 또는 볼을 생성하기 위해 신중하게 용융 또는 리플로우된다.
"구리 필러" 및/또는 "마이크로 필러"로 지칭될 수도 있는, 다른 방식에서, 도금된 금속의 비-땜납타입의 언더 범프 또는 필러, 구리, 니켈, 또는 이들의 조합과 같은 금속 필러는 통상적으로 보다 얇은 땜납 막 위보다는 아래에 생성된다. 이 방식에서, 타이트하고/정밀한 피처 피치 (pitch) 및 분리 제어를 달성할 필요가 있을 수도 있다. 구리 필러들은 예를 들어, 약 20 내지 50 마이크론 이하의 폭을 가질 수 있는 반면, 피처들은 서로 중심이 약 75 내지 100 ㎛만이 떨어져 있을 수도 있다. 구리 구조체들은 약 10 내지 40 ㎛의 높이일 수도 있다. 구리 필러의 상부에서, 자주 예를 들어, 약 1 내지 2 ㎛ 두께의 니켈 또는 코발트 배리어 막이 땜납 함유 주석으로부터 구리를 분리하기 위해 사용될 수도 있어서 다양한 기계적으로 바람직하지 않고 화학적으로 바람직하지 않은 청동 (bronze) 을 형성할 수 있는 고체 상태 반응을 잠재적으로 방지하지만 항상 그런 것은 아니다 (최종 칩의 예상된 동작 온도에 크게 의존함). 마지막으로, 통상적으로 10 내지 40 ㎛ 두께의 땜납 층이 추가된다. 이러한 방식은 또한 동일한 피처 크기에 대해 감소된 양의 땜납, 비용, 및/또는 칩 내에서 납 (땜납 함유 납) 의 총량의 감소를 가능하게 한다.
최근, 환경 및 건강-안전 우려들로 인해 이 분야에서 땜납 함유 납으로부터 멀어지는 움직임이 있다. 주석-은 땜납 합금 범프들이 특히 관심을 받는다. 납-주석 재료들은 패키징을 위해 양호한 품질의 "범프들"을 제공하고 도금하기 매우 쉽지만, 납의 나쁜 독성이 이 분야에서 이의 사용을 멀어지게 한다. 예를 들어, RoHS 계획 (유럽 의회의 훈령 2002/95/EC) 은 엔티티들에게 확립된 주석-납 프로세스로부터 납을 사용하지 않는 프로세스로 변화할 것을 요구한다. 논리적인 대체 범프 재료들은 인듐, 주석, 주석-은 이원계 재료들 (binary material), 주석-비스무스 이원계 재료들, 및 주석-은-구리 3원계 재료들을 포함한다. 그러나, 순수한 (unalloyed) 주석은 변화하는 결정 배향들 및 열 팽창 계수들을 갖는 큰 단일 입자의 볼들을 형성하는 경향 및 또한 상호접속-상호접속 단락을 야기할 수 있는 "주석 위스커들"을 형성하는 경향과 같은 애플리케이션 시 다수의 기초적인 제한들 및 어려움들을 겪을 수 있다. 상기에 열거된 것과 같은, 다양한 이원계 재료 및 3원계 재료가 일반적으로 양호하게 수행하고 퓨어, 순수한 주석의 사용과 연관된 일부 문제들을 완화시킨다. 특정한 이론으로 제한되지 않고, 이는 땜납 냉각 프로세스 -즉, 땜납 재료가 용융 상태로부터 고체 상태로 천이- 가 상당히 작은 입자의 침전 및 고체 상태 땜납으로 비-주석 컴포넌트의 포함을 유발하는 경향이 있다는 사실로 인해, 적어도 부분적으로 그럴 수도 있다. 주석 및 은의 합금들은 순수한 주석보다 향상된 특성들 및 성능을 갖는 조성들의 예들이다.
은-주석 합금들의 디포지션은 불활성 애노드 (잠재적으로 보다 바람직한 "활성" 또는 용해성 애노드 대신) 를 빈번하게 채택하는 프로세스에 의해 달성된다. 이 시스템 및 유사한 시스템에 활성 애노드를 사용하는 것의 일부 어려움은 은 및 주석의 매우 넓게 분리된 전기화학 디포지션 전위들로부터 기인하고, 금속들이 표준 전기화학 전위들 (Eos) 은 0.9 V 이상으로 분리된다 (Ag+/Ag: 0.8 V NHE, Sn+2/Sn: -0.15 V). 원소적인 은이 원소적인 주석보다 실질적으로 보다 안정하고 불활성이기 때문에, 주석 애노드 또는 주석/은 애노드의 표면 상으로 용액으로부터 전기도금 및 치환 반응을 겪을 것이다. 이 화학적 "단락 회로" 는 도금 용액으로부터 상대적으로 낮은 농도의 은을 연속적으로 제거 (스트립 또는 추출) 하고, 제어불가능한 프로세스 및 주석 애노드 상에 감소된 은 금속의 형성 모두를 유발한다.
전위가 상이한 금속들의 세트들을 사용할 때 효율적이고 고품질의 도금을 위한 방법들 및 장치들은 2011년 6월 29일에 출원된 제목이 "ELECTRODEPOSITION WITH ISOLATED CATHODE AND REGENERATED ELECTROLYTE"인 미국 특허 가 출원 번호 제 61/502,590 호; 2010년 12월 1일에 출원된 제목이 "ELECTROPLATING APPARATUS AND PROCESS FOR WAFER LEVEL PACKAGING"인 미국 특허 가 출원 번호 제 61/418,781 호 및 2011년 6월 29일 출원된 제목이 "CONTROL OF ELECTROLYTE HYDRODYNAMICS FOR EFFICIENT MASS TRANSFER DURING ELECTROPLATING"인 미국 특허 출원 번호 제 13/172,642 호에 개시되고, 이들 각각은 모든 목적들을 위해 전체가 본 명세서에 참조로서 통합되었다. 그러나, 고품질 도금 제도가 존재함에도 불구하고, 2 이상의 금속들을 도금할 때, 도금 전위들에 큰 차이가 있는 경우, 전기도금 컵 및 립씰의 표면 상의 원치 않는 금속 석출 및 이들 의도되지 않은 디포지션물들을 처리하는 방법에 대한 문제가 남는다. 본 명세서에서의 논의가 은-주석 도금에 관하여 말하지만, 임의의 다른 금속 디포지션 프로세스들에 동일하게 잘 적용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 기술된 방법들 및 장치들은 많은 타입들의 원치 않는 금속 또는 심지어 비-금속 디포지션물들 및 디포지션 프로세스들을 처리하기 위해 잠재적으로 사용될 수 있다.
전기도금 장치들
따라서, 반도체 기판 전기도금 디바이스들 특히, 이들 디바이스들의 기판 홀더들을 세정하기 위한 방법들 및 장치들이 본 명세서에 기술된다. 도 2a는 개시된 세정 방법들 및 장치들이 적용될 수도 있는 반도체 기판 전기도금 장치 (100) 의 사시도를 제공한다. 도 2a가 특정한 기판 전기도금 장치를 예시하지만, 본 명세서에 개시된 세정 방법들 및 장치들은 다양한 전기도금 디바이스들에 적용될 수도 있어서, 예시적인 개시는 도 2a에 개시된 애플리케이션으로 제한되지 않는다.
전기도금 장치 (100) 는 도 2a에 예시된 다양한 피처들을 갖고 또한 후속하는 도면들에 대해 기술된다. 전기도금 장치 (100) 는 "클램쉘"이라고 하는 반도체 기판 홀더를 포함한다. 클램쉘은 컵 (102) 그리고 또한 컵 (102) 내에 반도체 기판을 안전하게 클램프할 수도 있는 콘 (103) 을 포함한다.
도 2a에서, 컵 (102) 은 상단 플레이트 (105) 에 연결된 버팀대 (104) 로 지지된다. 이 어셈블리 (102 - 105), 집합적으로 컵/콘 어셈블리 (101) 는 때때로 클램쉘 어셈블리라고 하고, 스핀들 (spindle)(106) 을 통해 모터 (107) 로 구동된다. 모터 (107) 는 장착 브라켓 (109) 에 부착된다. 스핀들 (106) 은 기판이 처리 (예를 들어, 전기도금) 동안 회전하도록 컵/콘 어셈블리 (101) 에 의해 홀드/체결되는 반도체 기판 (이 도면에 미도시) 으로 토크를 전달한다. 스핀들 (106) 내부에 컵 (102) 과 콘 (103) 사이에 기판을 클램프하는 수직 힘을 제공하는 공기 실린더 (도 2a에서 보이지 않음) 가 있을 수도 있다. 도 2a에서 102 - 109 로 참조되는 컴포넌트들의 전체 어셈블리 (컵/콘 어셈블리 포함) 는 집합적으로 기판 홀더 (111) 라고 한다. 그러나, "기판 홀더"의 개념은 일반적으로 기판을 체결/홀드하기 위한 그리고/또는 이의 이동 및 위치시키기 위한 메커니즘을 제공하기 위해 컴포넌트들의 다양한 조합 및 서브-조합들로 확대된다는 것을 주의한다.
도 2a에 제 2 플레이트 (117) 에 슬라이드가능하게 연결된 제 1 플레이트 (115) 를 포함할 수도 있는 틸트 어셈블리 (tilting assembly)(112) 가 또한 도시된다. 제 1 플레이트 (115) 는 또한 기판 홀더 (111) 의 원위 (distal) 단부 상에 위치된 장착 브라켓 (109) 에 연결된다. 도 2a에 피봇 조인트들 (119 및 121) 에서 각각 제 1 플레이트 (115) 및 제 2 플레이트 (117) 모두에 연결된 구동 실린더 (113) 이 또한 도시된다. 따라서, 구동 실린더 (113) 는 플레이트 (117) 를 가로질러 플레이트 (115) 를 슬라이드하기 위한 구동력을 제공할 수도 있어서, 반도체 기판 홀더 (111) 를 포지셔닝 (positioning) 한다. 기판 홀더 (111) 의 원위 단부 (장착 브라켓 (109) 을 갖는 단부) 는 따라서 플레이트들 (115 및 117) 사이의 컨택트 영역으로 규정된 원호형 경로를 따라 이동될 수도 있어서, 컵/콘 어셈블리를 갖는 기판 홀더 (111) 의 근위 (proximal) 단부는 가상의 피봇 지점에 대해 틸트될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 이는 반도체 기판이 처리 용액 (예를 들어, 전기도금 욕) 에 기울어져 진입하게 한다.
전체 장치 (100) 는 기판 홀더 (111) 의 근위 단부를 다른 액추에이터 (미도시) 를 통해 처리 용액 내에 담그기 위해 위 또는 아래로 수직으로 리프트된다. 따라서, 2-컴포넌트 포지셔닝 메커니즘은 처리 용액 (예를 들어, 전해질 전기도금 욕) 에 수직인 궤적을 따르는 수직 이동 및 기판의 위치가 처리 용액에 대해 수평 배향으로부터 벗어나게 하여 기울어진 기판 담금 (immersion) 능력을 제공하는 틸트 이동을 제공한다. 장치 (100) 의 이동 능력들 및 연관된 하드웨어의 보다 상세한 기술은 2001년 5월 31일에 출원되고, 2003년 4월 22일 공표된 제목이 "METHODS AND APPARATUS FOR CONTROLLED-ANGLE WAFER IMMERSION"인 미국 특허 제 6,551,487 호에 개시되고, 이는 모든 목적들을 위해 전체가 참조로서 본 명세서에 통합되었다.
전기도금 동안, 장치 (100) 는 통상적으로 애노드 및 전해질을 하우징하는 도금 챔버를 갖는 특정한 도금 셀과 함께 사용된다. 도금 셀은 또한 도금 셀을 통해 그리고 전기도금되는 기판에 대항하여 전해질을 순환시키기 위한 배관 (plumbing) 또는 배관 연결부들을 포함할 수도 있다. 도금 셀은 또한 애노드 구획 (compartment) 대 캐소드 구획에 상이한 전해질 화학물질을 유지하도록 설계된 멤브레인들 또는 다른 세퍼레이터들을 포함할 수도 있다.
도 2b는 컵 (122) 과 콘 (103) 의 단면도를 포함하는 기판 홀더 (또한 컵/콘 어셈블리 또는 "클램쉘 어셈블리"라고 함) (101) 의 보다 상세한 도면을 제공한다. 도 2b에 도시된 컵/콘 어셈블리 (101) 는 비례적으로 정확하게 의도되지 않고, 오히려 이하의 기술의 명확성을 촉진하기 위해 양식화된 도면이라는 것을 주의한다. 컵 하단부 (102) 를 갖는 컵 (122) 은 립씰 (143), 컨택트 (144), 모선 (buss bar), 및 다른 엘리먼트들을 지지하고, 자체가 버팀대 (143) 를 통해 상단 플레이트 (105) 에 의해 지지된다. 일반적으로, 기판 (145) 은 립씰 (143) 상에 얹혀지고, 이를 지지하도록 구성된 컨택트 (144) 가 바로 위에 있다. 컵 (202) 은 또한 이를 통해 전기도금 욕 용액이 기판 (145) 과 컨택트할 수도 있는 개구 (도면에 라벨이 붙여진 대로) 를 포함한다. 전기도금은 기판 (145) 의 전면 측 (142) 에서 발생한다는 것을 주의한다. 따라서, 기판 (145) 의 주변부는 컵 (202) 의 하단 내측 돌출부 (예를 들어, "나이프-형상" 에지) 상에 또는 보다 구체적으로 컵 (202) 의 하단 내측 돌출부 상에 위치된 립씰 (143) 상에 얹혀진다.
콘 (103) 은 전기도금 동안 전기도금 욕으로의 기판의 침수 (submersion) 동안 기판을 체결하고 기판을 제자리에 홀드하고 립씰 (143) 에 대항하여 이를 씰링하기 위해 기판 (145) 의 후면 측 상에서 아래로 누른다. 기판 (145) 을 통해 전달되는 콘 (103) 으로부터의 수직 힘은 유체 밀봉 씰을 형성하기 위해 립씰 (143) 을 압축한다. 립씰 (143) 은 전해질이 기판 (145) 의 후면 측 (실리콘으로 오염 금속 원자들을 바로 도입할 수 있는) 과 컨택트하고, 기판 (145) 의 에지 부분들로의 전기 접속을 확립하는 컨택트 핑거들과 같은, 장치 (101) 의 센서티브 컴포넌트들에 이르는 것을 예방한다. 립씰에 의해 젖는 것으로부터 스스로 씰링하고 보호하는 이러한 전기 접속부 및 연관된 전기적 컨택트 (144) 는 전해질에 노출된 기판 (145) 의 도전성 부분들에 전류를 공급하도록 사용된다. 종합적으로, 립씰 (143) 은 기판 (145) 의 노출된 부분들로부터 기판 (145) 의 노출되지 않은 에지 부분들을 분리한다. 두 부분들은 서로 전자적으로 접속하는 도전성 표면들을 포함한다.
기판 (145) 을 컵/콘 어셈블리 (101) 내로 로딩하기 위해, 콘 (103) 은 컵 (102) 과 콘 (103) 사이에 컵/콘 어셈블리 (101) 내로 기판 (145) 의 삽입을 가능하게 할 만큼 충분한 간격이 있을 때까지 스핀들 (106) 을 통해 도시된 위치로부터 리프트된다. 그 후 일부 실시예들에서 로봇 암에 의해 기판 (145) 이 삽입되고, 립씰 및 컵 (202) 상 (또는 이하에 기술된 립씰 (143) 과 같이 컵에 부착된 관련된 컴포넌트 상) 에 살짝 얹혀지게 한다. 일부 실시예들에서, 콘 (103) 은 상단 플레이트 (105) 를 터치할 때까지 도시된 위치로부터 리프트된다. 후속하여, 콘 (103) 은 도 2b에 도시된 바와 같이 기판을 컵 (102) 또는 부착된 립씰 (143) 의 주변부에 대항하여 기판을 누르고 체결하기 위해 하강된다. 일부 실시예들에서, 스핀들 (106) 은 콘 (103) 이 기판 (145) 을 체결하게 하는 수직 힘 및 또한 컵/콘 어셈블리 (101) 및 컵/콘 어셈블리에 의해 홀드되는 기판 (145) 을 회전시키기 위한 토크를 전달한다. 도 2b는 수직 힘의 방향성 및 토크의 회전 배향을 각각 실선 화살표 (150) 및 점선 화살표 (152) 로 나타낸다. 일부 실시예들에서, 기판 (145) 의 전기도금은 통상적으로 기판 (145) 이 회전하는 동안 발생한다. 이들 특정한 실시예들에서, 전기도금 동안 기판 (145) 을 회전시키는 것은 균일한 도금을 달성하는 것을 돕고, 이하에 상세히 기술된 프로세스의 일부로서 금속성 축적 제거를 돕는다.
일부 실시예들에서, 컵 (102) 과 콘 (103) 사이에 위치된 추가적인 씰 (149) 이 있을 수도 있고, 이는 일반적으로 콘 (103) 이 기판 (145) 을 체결할 때 실질적으로 유체-밀봉 씰을 형성하도록 컵 (102) 과 콘 (103) 의 표면들을 체결한다. 컵/콘 씰 (149) 에 의해 제공된 추가적인 씰링은 기판 (145) 의 후면 측을 더 보호하도록 기능한다. 컵/콘 씰 (149) 은 컵 (102), 또는 콘 (103) 에 부착될 수도 있어, 콘 (103) 이 기판 (145) 을 체결할 때 대안적인 엘리먼트를 체결한다. 컵/콘 씰 (149) 은 단일 컴포넌트 씰일 수도 있고 또는 다수의 컴포넌트 씰일 수도 있다. 유사하게, 립씰 (143) 은 단일 컴포넌트 씰일 수도 있고 또는 다수의 컴포넌트 씰일 수도 있다. 게다가, 당업자에게 이해되는 바와 같이, 다양한 재료들이 씰들 (143 및 149) 을 구성하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 립씰은 탄성 재료, 이들 특정한 실시예들에서, 퍼플루오로폴리머로 구성된다.
빌트인 립씰 및/또는 컵 세정 장치들을 갖는 전기도금 장치들
전기도금 장치들의 기판 홀더 -특히 기판 홀더의 립씰 및/또는 컵 하단부- 로부터 스퓨리어스 금속 디포지션물들을 세정하기 위한 빌트인 세정 장치 (또는 다수의 세정 장치들) 를 포함하는 전기도금 장치들이 본 명세서에 개시된다. 일부 실시예들에서, 세정 장치들 자체가 이전에 존재하는 전기도금 디바이스 상에 장착 또는 부착되도록 설계된 독립적인 컴포넌트들일 수도 있다는 것을 주의한다. 기판 홀더 (320) 및 빌트인 세정 장치 (310) 를 갖는 이러한 전기도금 장치 (300) 의 특정한 예가 도 3a 및 도 3b에 도시된다. 빌트인 세정 장치 (310) 및 기판 홀더 (320) 에 더하여, 이러한 전기도금 장치 (300) 는 전기도금 욕 유체 (334) 를 홀딩하기 위한 볼륨 (332) 을 갖는 전기도금 셀 (330) 을 포함한다. 기판 홀더 (320) 는 일반적으로 컵 (324) 내에 장착된 립씰 (322), 컵 (324) 및 립씰 (322) 에 대해 이동가능하고 립씰 (322) 내로 기판 (340) 을 누름으로써 기판 홀더 (320) 내에 기판 (340) 을 고정하도록 구성된 콘 (326) 을 갖고, 또한 통상적으로 상기 기술된 바와 같이 기판 (340) 이 컵 (324) 내에 씰링될 때 립씰 (322) 에 의해 보호되고 전기도금 장치 (또한 도 3a 및 도 3b에 미도시) 의 전력 공급부에 의해 전하가 공급되는 복수의 컨택트 핑거들 (도 3a 및 도 3b에 미도시) 을 포함한다.
세정 장치 -도 3a 및 도 3b의 전기도금 장치에 빌트인, 또는 부착/장착된- 는 제 1 노즐 (314), 제 1 노즐 (미도시) 과 유체 연통하는 제 1 세정 유체 공급 도관, 및 제 1 노즐 (314) 이 부착된 노즐 암 (313) 을 포함한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 것과 같은, 일부 실시예들에서, 세정 장치 (310) 는 노즐 암 (313) 에 기계적으로 커플링되고 제 1 노즐 (314) 및 노즐 암 (313) 을 후퇴 위치와 세정 위치 사이에서 이동시키도록 구성된 노즐 암 액추에이터 (312) 를 포함한다. 도 3a는 후퇴 위치에서의 제 1 노즐 (314) 및 노즐 암 (313) 을 예시한다. 도면에 예시된 바와 같이, 후퇴 위치에서, 제 1 노즐 (314) 및 노즐 암 (313) 은 반도체 기판 (340) 이 립씰 (322) 상에 위치되고 제 1 노즐 (314) 또는 노즐 암 (313) 을 물리적으로 컨택트하지 않고 전기도금 욕 유체 (334) 를 홀딩하도록 구성된 전기도금 셀 (330) 의 볼륨 (332) 내로 하강되도록 위치된다. 유사하게, 도 3b는 세정 위치의 제 1 노즐 (314) 및 노즐 암 (313) 을 예시하고 도면에 도시된 바와 같이, 제 1 노즐 (314) 은 실질적으로 전기도금 디바이스 (300) 의 립씰 (322) 및/또는 컵 하단부 (325) 의 내측 원형 에지로 향하도록 위치된다.
도 3a 및 도 3b에 디스플레이된 실시예와 같은 일부 실시예들에서, 노즐 암 액추에이터 (312) 는 회전 축 (316) 을 중심으로 노즐 암 (313) 을 회전시킴으로써 후퇴 위치와 세정 위치 사이에서 노즐 (314) 을 이동시키도록 구성된다. 노즐 암 액추에이터 (312) 가 노즐 암 (313) 을 회전 축 (316) 을 중심으로 회전시킬 때, 노즐 (314) 은 도 3b에 도시된 바와 같이, 적어도 개구의 수직 주변부 내의 위치로 축 (316) 을 돌아 스윙한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 예들에서, 회전 축 (316) 은 실질적으로 수직이고, 이는 노즐 (314) 이 실질적으로 수평 플레인 내에서 이동한다는 것을 의미한다. 이 예에서, 립씰 (322) 및/또는 컵 하단부 (325) 의 내측 원형 에지에 대한 노즐 (314) 의 수직 배향은 세정 장치 (310), 또는 기판 홀더 (320), 또는 모두를 수직 방향으로 이동시킴으로써 달성될 수도 있다. 이 수직 방향은 전기도금 사이클들 동안 홀더의 운동에 대응할 수도 있다.
다른 예 (도 3a 및 도 3b에 미도시) 에서, 회전 축은 수직 방향에 대해 0이 아닌 각일 수도 있고 이 축을 중심으로의 회전은 노즐 또는 다른 세정 디바이스의 수평 운동 및 수직 운동 양자에 대응할 수도 있다. 특정한 실시예들에서, 전기도금 장치 (300) 는 노즐 암 (313) 의 회전만으로 노즐 (314) 을 내측 원형 에지에 대해 요구된 초기 위치로 가져 가기 충분한 방식으로 동작하도록 설계되고 구성된다. 다른 실시예들에서, 노즐 (314) 의 수직 운동은 노즐 암 액추에이터 (312) 를 통해 -예를 들어, 노즐 암 (313) 이 이의 회전 축을 따라 하우징 내에서 위-아래로 슬라이드하게 하는 노즐 암 액추에이터 (312) 에 의해서와 같이- 노즐 암 (313) 의 수직 운동을 통해 제공될 수도 있다. 이들 특정한 실시예들에서, 어떠한 상당한 회전 운동 없이도 노즐의 수직 운동은 세정 동작을 위해 내측 원형 에지에 충분히 가깝게 노즐을 가져가기에 충분할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 세정 장치 (310) 는 일 단부에 부착된 노즐을 갖는 연장가능한 노즐 암을 포함할 수도 있고, 노즐 암의 연장은 세정 동작을 위해 내측 원형 에지에 충분히 가깝게 노즐을 가져갈 것을 요구하는 것이다. 노즐 암은 이를 달성하기 위해 이를 지지하는 구조체 또는 하우징에 대한 축을 따라 연장할 수도 있다. 다시 한번, 전술한 것 전체에서, 도 3a 및 도 3b의 노즐 (314) 은 실시예에 따라 세정 용액을 도포하기 위한 브러시 또는 면봉과 같은 다른 타입의 세정 디바이스로 대체될 수 있다. 이와 같은, 노즐 (314) 에 대한 다양한 타입들의 세정 디바이스들의 치환은 본 개시의 범위 내에 있다.
따라서, 도 3a는 전기도금 모드의 전기도금 장치 (300) 를 예시하고 도 3b는 세정 모드의 전기도금 장치 (300) 를 예시하고, 이들 도면들에 도시된 바와 같이, 기판 홀더 (320) 는 전기도금 장치의 모드에 따라 상이한 수직 위치들 사이에서 전기도금 장치 (300) 내에서 이동가능하다. 구체적으로, 도 3a는 그 위가 전기도금되는 기판 (340) 의 표면이 전기도금 욕 유체 (334) 를 홀딩하는 전기도금 셀 (330) 의 볼륨 (332) 내에 위치되도록 전기도금 위치에 수직으로 위치되고 기판 (340) 을 홀딩하는 기판 홀더 (320) 를 예시한다. 이 위치에서, 웨이퍼 홀더 (320) 는 기판 (340) 을 지지하고 이를 전기도금 욕 유체/용액 (334) 에 침수시킨다. 또한, 이 전기도금 모드에서, 세정 시스템 (310) 은 전기도금 장치 (300) 내의 다양한 위치들 사이에서 이의 수직 운동과 어떠한 간섭도 방지하기 위해 기판 홀더 (320) 로부터 멀리 위치된다.
유사하게, 도 3b는 립씰 (322) 및/또는 컵 하단부 (325) 가 립씰 (322) 및/또는 컵 하단부 (325) 상의 전기도금된 금속 디포지션물들이 세정 장치 (310) 에 의해 제거될 수 있도록 세정 장치 (310) 에 대해 위치된 세정 위치에서 전기도금 장치 (300) 내에 수직으로 위치된 빈 기판 홀더 (320) (즉, 기판을 홀딩하지 않음) 를 예시한다. 세정 모드에서, 기판 홀더 (320) 내에 기판 (340) 이 존재하지 않기 때문에, 기판 홀더 (320) 의 립씰 (322) 및/또는 컵 하단부 (325) 의 내측 원형 에지에 의해 규정된 기판 홀더의 하단 내에 개구가 있다. 도 3b에서, 노즐 (314) 을 포함하는 세정 시스템 (310) 의 부분은 노즐 (314) 이 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지에 대해 미리 결정된 위치에 위치되도록 이 개구를 통해 돌출한다. 도 3a 및 도 3b에 도시되지 않지만, 전기도금 장치 (300) 는 또한 통상적으로 다양한 위 및 아래 그리고 수직 레벨들과 타겟 위치들 -하나는, 기판 홀더를 열고, 기판을 로딩/언로딩하고, 그리고 기판 홀더를 닫기 위해 사용되는 로딩 위치라고 지칭되고, 전기도금 욕 용액으로 기판을 포지셔닝하기 위해 사용되는 다른 위치는 전기도금 위치로 지칭되고, 또 다른 위치는 기판 및 기판 홀더로부터 과도한 동반된 유체를 제거하기 위한 회수 위치 (reclaim position) 라고 지칭되고, 또 다른 위치는 일반적으로 린스 용액 (예를 들어, 물) 의 스프레이를 사용하여 기판 하단부를 린스하기 위한 린스 위치라고 지칭되고, 또 다른 위치는 본 명세서에 상세히 설명되는 바와 같이 립씰 세정 동작들을 수행하기 위한 세정 위치로 지칭- 사이에서 기판 홀더 (310) 의 포지셔닝을 위한 수직 포지셔닝 또는 "구동 메커니즘" 을 포함한다는 것을 또한 주의한다.
세정 동안 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지에 대한 세정 디바이스의 미리 결정된 위치 및 포지션은 세정 디바이스의 타입 -즉, 이것이 노즐인지 및 어떤 타입의 노즐인지 여부, 또는 다른 타입의 세정 디바이스인지 여부- 에 따를 수 있다. 예를 들어, 면봉들 및 브러시들과 같은 세정 디바이스들은 통상적으로 기판 홀더의 회전 동안 둘 사이에 적어도 일부 전단력 (shear force) 이 생성된다는 것을 보장하기 위해 내측 원형 에지와 직접 컨택트하여 위치된다. 한편, 노즐들은 다소 거리를 두고 위치된다. 게다가, 스플래시 백 (splash back) 을 예방하기 위해, 노즐들 (예를 들어, 소닉 노즐들 (sonic nozzles) 및/또는 고압 제트 노즐들) 은 내측 원형 에지를 형성하는 표면에 법선이 아닌 각으로 위치될 수도 있다. 이는 (가설의 립씰 및/또는 컵 하단부의) 내측 원형 에지 (321) 로부터 다소 0이 아닌 거리로 떨어져 위치된 2 개의 노즐들 (314) 을 도시하는 도 3c에 예시된다. 따라서, 일반적으로, 본 명세서에 개시된 세정 장치들은 일부 실시예들에서, 제 2 노즐을 포함할 수도 있다. 부가적으로, 장치들이 제 2 노즐을 채택하는 이들 특정한 실시예에서, 장치들은 제 2 노즐과 유체 연통하는 제 2 세정 유체 공급 도관을 부가적으로 채택할 수도 있다. 실시예에 따라, 2 개의 노즐들이 같거나 상이한 액추에이팅 노즐 암들에 연결될 수도 있다. 도 3c에 예시된 노즐들 (314) 의 쌍은 내측 원형 에지 (321) 의 법선 벡터에 대해 동일한 각 및 반대되는 각을 갖는다. 특정한 실시예들에서, 이 각은 약 0 내지 60 도 로 또는 보다 구체적으로, 약 30 내지 45 도 로 변할 수도 있다.
물론, 도 3c는 또한 기판 홀더 세정 장치가 다수의 세정 디바이스들을 채택할 수도 있고, 구체적으로, 이러한 장치가 다수의 세정 유체 분사 노즐 (314) 을 채택할 수도 있는 것을 일반적으로 예시한다. 그러나, 다수의 세정 디바이스들이 세정 장치 내에 사용될 때, 모두 동일한 타입 (예를 들어, 도 3c에 도시된 것과 같이 다수의 노즐들을 갖는 세정 디바이스) 일 수도 있지만, 반드시 그럴 필요는 없고, 세정 장치가 실시예에 따라 다양한 조합들 (예를 들어, 소닉 노즐 및 면봉의 조합) 의 상이한 타입들의 세정 디바이스들을 채택할 수도 있다는 것을 주의한다. 실시예에 따라, 다수의 세정 디바이스들이 동일한 지지 구조체 또는 다수의 지지 구조체들 상에 위치될 수도 있다는 것을 또한 주의한다. 면봉 및 브러시 타입 세정 디바이스들을 채택하는 실시예들에서, 이들 디바이스들은 저압 유체 스트림을 수용할 수도 있고, 이들은 컨택트 지점에서 추가적인 전단력을 제공하기 위해 세정 동안 회전될 수도 있다. 게다가, 면봉 또는 브러시 타입 세정 디바이스의 초기 위치 (예를 들어, 각, 수직 배향, 에지로부터의 거리) 는 이 동작 동안 변경될 수도 있다.
멀티노즐 실시예로 돌아가서, 도 3c에 개략적으로 예시된, 일부 경우들에서, 내측 원형 에지 (321) 상의 거의 동일한 지점으로 지향된 2 개의 노즐들 (314) 이 있을 수도 있다. 일부 실시예들에서, 내측 원형 에지 (321) 에 대한 노즐들 (314) 의 각각의 각은 거의 같을 수도 있고, 또는 도 3c에 도시된 바와 같이 이들은 거의 같지만 서로 반대일 수도 있고, 또는 이들은 내측 원형 에지에 대해 완전히 상이한 각들을 가질 수도 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 다수의 노즐들은 도 3e에 개략적으로 예시된 바와 같이 상이한 배향들을 가질 수도 있고 내측 원형 에지 상의 상이한 지점들로 지향될 수도 있다. 변하는 배향들을 갖고 상이한 지점들에서 내측 원형 에지를 히트 (hit) 하는 다수의 노즐들은 표면 오염물들에 작용하는 상이한 타입들의 힘을 제공하는데 유용할 수도 있다. 예를 들어, 금속 디포지션물의 플레이크 (flake) 는 일 단부에서 헐거울 (loose) 수도 있지만 다른 단부 상의 내측 원형 에지에 잘 부착된다. 노즐이 세정 유체의 스트림이 아래로 눌려지는 (forced) 방식으로 기울어지면, 헐거운 단부와 에지의 표면 사이에서 플레이크가 쉽게 분리되고 제거될 수도 있다. 한편, 세정 유체의 스트림이 헐거운 단부를 에지의 표면을 향해 누르도록 노즐이 기울어지면, 플레이크의 제거는 상당히 더 도전적일 수도 있다. 오염물들이 표면으로 분포되고 부착되는 방법을 예측하는 것이 불가능하기 때문에, 상이한 또는 가변 노즐 배향들이 유리할 수도 있다. 게다가, 회전 속도 및 심지어 기판 홀더의 방향을 변화시키는 것은 또한 동일한 노즐 배향에 대해서도 오염물들 상에 작용하는 힘들을 변경하는 것을 도울 수도 있다. 따라서, 특정한 실시예들에서, 세정 사이클은 기판 홀더의 회전 방향 및/또는 속도를 변화시키는 것을 수반할 수도 있다.
도 3c는 수평 플레인 내에서 변하는 배향들을 갖는, 구체적으로 내측 원형 에지의 법선 벡터에 대해 변하는 각을 갖는 다수의 노즐들을 도시한다. 그러나, 일부 실시예들은 이들 노즐들로부터 분사된 세정 유체의 스트림들이 상이한 수직 지점들에서 내측 원형 에지에 영향을 주도록 도 3d에 도시된 바와 같이, 상이한 수직 위치들에서 다수의 노즐들을 채택할 수도 있다. 게다가, 일부 실시예들에서, 도 3e에 개략적으로 예시된 노즐과 같은, 하나 이상의 노즐들은 내측 원형 에지가 놓여진 수평 플레인에 대해 수직으로 기울어질 수도 있다. 이 경우에서 노즐은 내측 원형 에지의 수평 플레인에 대해 아래쪽으로 기울어지지만, 이하에 기술된 실시예들에서 (도 4a 및 도 4b 참조), 노즐은 원형 에지의 수평 플레인에 대해 위쪽으로 기울어질 수도 있다. 그리고, 도 3c에 도시된 바와 같이, 내측 원형 에지의 법선 벡터에 대한 각의 변화들과 유사하게 내측 원형 에지의 수평 플레인에 대해 변하는 수직 각들을 갖는 다수의 노즐들을 가질 수 있다. 부가적으로 (이하에 보다 완전히 기술되는 바와 같이), 단일 노즐은 세정 동안 재위치되고/되거나 재배향될 수도 있어서 동일한 세정 동작/사이클 동안 상이한 각들로 및/또는 내측 원형 에지 상의 상이한 지점들로 지향된다. 이러한 경우에서, 단일 노즐은 노즐들의 세트와 동일한 기능성을 효과적으로 제공할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 세정 장치 (310) 의 노즐 (또는 노즐들) (314) 은 제트 노즐 -제트 스트림형 플로우로 세정 유체를 분사하는 노즐- 일 수도 있지만, 보다 낮은 속도의 유체를 분사할 수도 있는 다른 타입들의 노즐들이 또한 개시된 세정 장치들에서 적절히 사용될 수도 있다. 예를 들어, 일부 환경들에서, 소닉 파형들을 전파하는, 또는 보다 특별하게, 메가소닉 파형들 (즉, "메가소닉 노즐"로부터 분사된 유체) 을 전파하는 보다 낮은 속도의 유체는 효과적인 세정 용액을 제공할 수도 있다. 구체적인 실시예들에서, 세정 장치는 독일 누엔버그 (Neuenbuerg)의 Sonosys 또는 캘리포니아, 캠벨의 Prosys에 의해 공급된 메가소닉 세정 시스템을 포함할 수도 있다. 메가소닉 세정 시스템은 내부식성 라인들 및 노즐들을 구비할 수도 있고, 통상적으로 50/60 ㎐의 주 전압을 약 700 ㎑ 내지 4 ㎒의 주파수로 변환하는 메가소닉 전력 생성기를 구비할 수 있다. 따라서, 메가소닉 전력 생성기는 세정 용액이 분사되기 때문에 노즐 내에서 세정 용액 내에 (약 0.7 ㎒ 내지 4 ㎒의 주파수를 갖는) 메가소닉 파형들을 생성하도록 사용된다. 메가소닉 전력 생성기의 주파수 및 결과적인 메가소닉 파형들은 구체적인 세정 애플리케이션을 위해 필요에 따라 조정될 수도 있다. 사용된 전력은 약 0.5 내지 2 W/㎠일 수도 있다. 듀티 사이클은 약 5 - 20 ％의 전력 온 (power on) 및 약 80 - 95 ％의 전력 오프 (예를 들어, 10 ％ 온 및 90 ％ 오프) 를 포함할 수도 있다. 이러한 메가소닉 세정 시스템은 통상적으로 세정 유체를 함유하는 탱크의 외부에 제공된, 플레이트 상에 결합된 압전 트랜스듀서들 (piezoelectric transducers) 에 기반한다. 트랜스듀서들은 유체를 통해 전파하는 고주파수 파형들을 생성한다. 각각의 지점은 파형을 따라 최대 압력과 최소 압력 사이를 왔다갔다 한다 (oscillate). 압력 최소값이 유체의 증기 압력 아래일 때, 유체 내에 거품들이 형성된다. 압력이 최대 압력으로 증가할 때, 거품이 꺼지고, 붕괴된 거품에 의해 남겨진 보이드를 충진하기 위해 유체가 몰려 들어오기 때문에, 에너지의 강한 충격파가 전해진다. 이 에너지는 공동 (cavitation) 에너지라고 지칭되고, 일부 실시예들에서, 내측 원형 에지로부터 파티클들 또는 오염물들을 제거하기 위해 잘 맞춰진다. 관련하여, 메가소닉 전력이 세정 용액의 효율성을 향상시키기 위해 사용될 때, 유체 스트림 내의 (단지 기술된 바와 같은) 공동의 양을 증가시키기 위해 용해된 가스 (질소, 산소, 등) 가 세정 용액에 추가될 수도 있다. 따라서, 특정한 실시예들에서, 메가소닉 노즐들 (즉, 메가소닉 파형들을 전파하는 세정 유체를 분사하는 노즐들) 은 예를 들어, 립 돌출부들과 같이, 비교적 작은 피처들과 소프트하고 손상 받기 쉬운 폴리머 재료로 이뤄지는 립씰의 내측 원형 에지와 같은 극도로 깨지기 쉬운 마이크로 구조체들 및 재료들의 매끄러운 세정을 제공할 수도 있다. 울트라소닉 세정은 이러한 세정 애플리케이션들에는 너무 거칠고 파괴적이라고 믿어지는 반면, 메가소닉 세정은 효과적이고 보다 부드러운 대안을 제공할 수도 있다. 게다가, 메가소닉 노즐들은 울트라소닉 세정에 비해 훨씬 작은 파티클들의 제거를 가능하게 한다 -립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지로부터 잠재적인 도금 핵들을 제거하는데 특히 중요한 사실-. 울트라세정 노즐의 팁은 내측 원형 에지의 가장 가까운 지점으로부터 약 0.5 내지 3 ㎜, 또는 보다 구체적으로, 내측 원형 에지로부터 약 1 내지 2 ㎜의 거리에 위치될 수도 있다. 이들 거리 범위는 (메가) 소닉 효과의 상당한 소멸을 예방하기 위해 유체 스트림이 여전히 내측 원형 에지에 충분히 가까우면서, 약간 최소의 바람직한 유체 속도로 노즐을 빠져나가기 충분한 거리를 보장할 수도 있다. 노즐 (314) 의 타입에 따를 수도 있는 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지에 대한 노즐 (또는 노즐들) (314) 의 더 구체적인 미리 결정된 위치들 (거리들 및 배향들을 포함) 은 이하에 보다 상세히 기술된다.
도 3a에 도시된 전기도금 장치들의 전기도금 모드 (및 기판 홀더에 대한 도금 위치) 로부터 도 3b에 도시된 세정 모드 (및 기판 홀더의 세정 위치) 로 천이하기 위해, 먼저 기판 홀더 (320) 는 수직 방향의 기판 홀더 (320) 를 로딩 위치로 상승시킴으로써 전기도금 욕 유체/용액 (334) 을 홀딩하는 전기도금 셀 (330) 의 볼륨 (332) 으로부터 제거된다. 이어서 기판 홀더 (320) 가 열리고, 기판 홀더 (320) 의 하단부를 개방 채로 두어, 립씰 (322) 및/또는 컵 하단부 (325) 의 내측 원형 에지를 노출시키는 기판 홀더 (310) 로부터 기판 (340) 이 언로딩된다. 이어서 세정 장치 (310) 는 립씰 (322) 및/또는 컵 하단부 (325) 의 내측 원형 에지에 대해 미리 결정된 세정 위치에 노즐 (314) 을 포지셔닝한다. 이는 노즐 암 액추에이터 (312) 또는 일반적으로 노즐, 등에 연결된 암 또는 레그와 같은 세정 장치 (310) 의 하나 이상의 컴포넌트들만의 이동 및/또는 세정 장치 자체의 벌크의 위-아래 이동을 수반할 수도 있다. 대안적으로, 기판 홀더 (320) 의 이동과 관련하여 (노즐 암 액추에이터 (312), 노즐 암 (313), 및 노즐 (314) 과 같은) 세정 장치 (310) 의 컴포넌트 또는 컴포넌트들의 조합된 이동을 수반할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 노즐 암 액추에이터 (312) 는 상기 기술된 후퇴 위치와 세정 위치 사이에서 노즐 암 (313) 및 노즐 (314) 을 이동시키는 회전 중심 (316) 을 중심으로 노즐 암 (313) 을 회전시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 일단 이의 세정 위치에서, 노즐 (314) 은 기판 홀더 (320) 아래 및 개구의 수직 주변부 내에 포지셔닝된다. 이어서 기판 홀더 (320) 는 하강될 수도 있고 그리고/또는 노즐 암 (313) 및 노즐 (314) 은 노즐이 실질적으로 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지를 향하도록 립씰 및/또는 컵 하단부에 대해 노즐 (314) 을 배향시키기 위해 상승될 수도 있다.
도 4a 및 도 4b는 전기도금 장치들의 기판 홀더로부터 -특히 기판 홀더의 립씰 및/또는 컵 하단부로부터- 스퓨리어스 금속 디포지션물들을 세정하기 위한 빌트인 세정 장치를 포함하는 전기도금 장치의 다른 실시예를 예시한다. 다시 한번, 여기에서 세정 장치가 전기도금 장치의 빌트인 컴포넌트로서 기술되지만, 일부 실시예들에서, 세정 장치 자체가 이전부터 존재하는 전기도금 디바이스 내에서 사용하기 위해 장착되도록 설계된 독립형 컴포넌트일 수도 있다.
본질적으로 동일한 전기도금 장치 (400) 가 도 4a 및 도 4b에 개략적으로 예시되고, 도 4b에 도시된 장치의 사시도는 세정 장치 (410) 의 상이한 뷰를 제공하기 위해, 도 4a에 의해 제공된 사시도로부터 대략 90 도 회전된 장치를 갖는 것이 차이이다. 세정 장치 (410) 에 더하여, 전기도금 장치 (400) 는 기판 홀더 (420) (종종 "클램쉘" 또는 "클램쉘 어셈블리" 또는 "컵-콘 어셈블리"로 지칭됨), 전기도금 욕 유체 (434) 를 홀딩하기 위한 볼륨을 갖는 전기도금 셀 (430), 및 전기도금 장치의 상부 부분들 (예를 들어, 기판이 로딩될 때 기판 홀더 (420) 와 같은) 을 둘러쌀 수도 있는 "톱 햇 (tophat)" (433) 을 갖는다. 기판 홀더 (420) 는 일반적으로 컵 하단부 (425) 를 갖는 컵 (424) 내에 장착된 립씰 (422), 컵 (424) 및 립씰 (422) 에 대해 이동가능하고 립씰 (422) 내로 기판 (미도시) 을 누름으로써 기판 홀더 (420) 내에 기판 (440) 을 고정하도록 구성된 콘 (426) 을 포함한다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 것과 같은, 일부 실시예들에서, 컵 (424) 은 컵 버팀대들 (428) 에 의해 지지되고 컵-콘 리프트 (미도시, 그러나 콘 (426) 위에 존재) 에 부착된다. 컵 버팀대들 (428) 은 콘이 공압 메커니즘 (메커니즘 미도시) 을 통해 컵 (424) 에 대해 아래-위로 이동하게 하는 콘 (426) 의 일부를 통과한다. 따라서 클램쉘 어셈블리 (또는 기판 홀더) 는 립씰 (422) 에 대항하는 주변부에 기판 (미도시) 을 씰링하도록 닫힐 수도 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 콘 (426) 이 후퇴/상부 포지션 내에 있고 따라서 클램쉘 어셈블리 (또는 기판 홀더) 가 개방 구성일 때, 기판은 클램쉘 어셈블리 내로 로딩될 수도 있고 립씰 (422) 상에 얹혀질 수도 있다. 일단 기판이 립씰 (422) 상에 얹혀지면, 컵 버팀대들 (428) 은 컵 (424) 및 콘 (426) 이 서로를 향하여 이동하도록 -기판의 다른 측의 주변부 (즉, 도금될 측) 가 립씰 (422) 로 밀어붙여, 유체-기밀 씰을 형성하도록 콘 (426) 의 하단 표면을 기판의 후면 표면에 대항하여 누르기 위해- 압착될 수도 있다 (즉, 콘 (426) 을 통해 이동됨).
기판 홀더 (420) 는 통상적으로 전기도금 동작 동안 전기도금 (도 4a 및 도 4b에 미도시) 의 전력 공급을 통해 기판 (440) 에 전하를 공급하는, 장치 복수의 전기적 컨택트들 (도 4a 및 도 4b에 미도시) 을 또한 포함한다. 일부 실시예들에서, 전기적 컨택트들은 전기적 컨택트 핑거들로서 형성되지만, 기판에 전류를 공급하기 위해 전기 리드들의 다른 형상들/타입들이 또한 가능하다. 상기에 나타낸 바와 같이, 도금 동안 전기적 컨택트들은 일반적으로, 전기도금 동안 전기적 컨택트들로부터 멀리 그리고 기판의 후면 측에서 전기도금 용액을 유지하는, 기판 (440) 과 립씰 (422) 사이에 형성된 유체-기밀 씰에 의해 보호된다. 적절히 씰링되지 않으면, 전기적 컨택트들은 기판/컨택트 저항을 불균일하게 증가시키는 도금 욕 금속으로 도금될 수도 있고, 전기도금 용액의 부식 효과에 의해 손상을 입을 수도 있고, 또는 그렇지 않으면 기판 주변부에서 종료되도록 의도될 수도 있는 전류를 추출하고, 이 모두는 도금 프로세스의 품질, 균일성, 및 재현성 (reproducibility) 을 약화시킨다. 일부 실시예에서, 노즐 (314) 은 예를 들어, 전기적 컨택트들에 상대적인 노즐의 높이를 변경하고 세정 유체의 플로우, 기판 홀더 회전 레이트, 세정 용액 화학적 성질, 및 적절한 다른 파라미터들을 조정함으로써, 전기적 컨택트들의 세정을 수행하도록 사용된다.
일단 기판이 기판 홀더 (즉, 컵 (424) 및 콘 (426) 에 의해 체결되고 립씰 (422) 에 대항하여 씰링됨) 에 로딩되고 씰링되면, 기판 홀더 (또는 클램쉘 어셈블리) 의 근위부는 전기도금 욕으로 하강될 준비가 된다. 전기도금 욕은 전기도금 욕 유체 (434) 를 홀딩 (또는 홀딩하기 위한 볼륨을 갖는) 하는 전기도금 장치 (400) 의 전기도금 셀 (430) 내에 함유된 전해질 용액을 포함한다. 일부 실시예들에서, 전기도금 셀 (430) (또한, 일부 실시예들에서, 하부 외측 셀 밀폐 챔버라고 함) 은, 각각이 모든 목적들을 위해 전체가 본 명세서에 참조로서 통합된, 미국 특허 7,967,969, 7,622,024, 및 8,308,931에 기술된 바와 같이 애노드 챔버 (436) 및 HRVA (High Resistance Virtual Anode) 전류 분배 제어기 및 플로우 확산기 (438) 를 포함할 수도 있다. 전기도금 동작 동안 클램쉘 어셈블리는 기판의 작업 표면 (하향 표면) 이 전기도금 욕 유체/용액 (434) 의 유체 레벨 (435) 아래로 하강되어, 웨이퍼의 작업 표면이 전기도금 용액 내에 침수되도록 전기도금 욕 유체 (434) 를 홀딩하기 위한 전기도금 셀의 볼륨 (432) 내로 하강된다. 예를 들어, 도 8b 참조: 구체적으로, 전기도금 셀 (430), 애노드 챔버 (436), HRVA 전류 분배 제어기 및 플로우 확산기 (438), 전기도금 셀 (430) 의 볼륨 (432), 전기도금 욕 유체 (434), 및 도 8b의 기판 (440) 의 위치 바로 위에서 본 전기도금 욕 유체 레벨 (435) (즉, 기판 (440) 의 하단 표면이 전기도금 욕 유체 (434) 내에 침수됨).
이제 도 4a, 도 4b, 및 도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같은, 세정 장치 자체를 참조하면, 세정 장치 (410) 는 노즐 (414), 노즐 (414) 과 유체 연통하는 세정 유체 공급 도관 (417) (도 5c 및 도 5d 참조), 및 노즐 (414) 이 부착된 노즐 암 (413) 을 포함한다. 일부 실시예들에서, 도 4a, 도 4b, 및 도 5a 내지 도 5d에 도시된 실시예에서와 같이, 세정 장치 (410) 는 노즐 암 (413) 에 기계적으로 커플링되고 후퇴 위치와 세정 위치 사이에서 제 1 노즐 (414) 및 노즐 암 (413) 을 운동시키도록 구성된 노즐 암 액추에이터 (412) 를 포함한다.
이들 후퇴 위치 및 세정 위치는 세정 장치 (420) 의 일 실시예의 클로즈업 개략도 -톱 햇 (433) 의 공간적 맥락에서 보았지만, 전기도금 장치 (400) 의 다른 컴포넌트들로부터 떨어져서 본- 를 디스플레이하는 도 5a 내지 도 5d에 더 예시된다. 도 5a는 노즐 및 노즐 암이 이들의 후퇴 위치에 있을 때 톱 햇 (433) 에 대한 노즐 (414), 노즐 암 (413), 및 노즐 암 액추에이터 (412) 의 배향을 도시한다. 도 5b는 이들의 세정 위치에 노즐 (414) 및 노즐 암 (413) 을 갖는 동일한 컴포넌트를 도시한다. 도 5c 및 도 5d는 또한 이들의 후퇴 위치 및 세정 위치의 노즐 (414) 및 노즐 암 (413) 의 일 실시예의 클로즈업 사진들을 각각 디스플레이한다. 이는 또한, 노즐 암 (413) 의 외측을 따라 실행되는 세정 유체가 유체 공급 라인 (417) 을 통해 노즐 (414) 로 전달되는 본 실시예에서 도 5c 및 도 5d로부터 알 수 있다. 다른 실시예에서, 노즐 암 (413) 자체가 공급 라인의 이 부분을 불필요하게 하는, 세정 유체를 위한 도관으로서 기능할 수도 있다. 도 3a 및 도 3b에 개략적으로 예시된 실시예들이 이와 같이 구성된다.
또한 노즐 암 (413) 이 아크형이고 후퇴 위치와 세정 위치 사이에서 노즐 및 노즐 암을 운동시키기 위한 회전 축을 중심 (또한 그 반대) 으로 노즐 암 액추에이터 (412) 에 의해 회전되는 본 실시예에서 도 5c 및 도 5d로부터 명백하다. 이렇게 하여, 노즐 암 액추에이터 (412) 는 노즐 암 (413) 이 톱 햇 (433) 의 회전 통과 홀 (466) 을 통해 이동하게 한다. 이 실시예에서, 이 회전 운동이 노즐 (414) 을 이의 후퇴 (및/또는 "저장된" 및/또는 "보류된 (parked)") 위치로부터 이의 세정 (및/또는 확장된 및/또는 연장된) 위치로 그리고 반대로 취하기 위해 필요한 모든 것이라는 것을 주의한다. 다시 한번, 도 3a 및 도 3b에 예시된 예와 유사하게, 여기서 회전축은 노즐 (414) 이 수평 플레인 내에서 실질적으로 이동한다는 것을 의미하는, 실질적으로 수직이다. 그리고, 다시 한번, 일부 실시예들에서, 립씰 (422) 및/또는 컵 하단부 (425) 의 내측 원형 에지에 대한 노즐 (414) 의 수직 배향은 수직 방향으로 기판 홀더 (420) 를 이동시킴으로써 달성될 수도 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 회전 축은 엄격하게 수직이지 않을 수도 있고 따라서 축을 중심으로 한 노즐 (414) 의 회전은 세정 동작의 수행을 위해 노즐 (314) 을 립씰 (422) 및/또는 컵 하단부 (423) 의 내측 원형 에지에 충분히 가깝게 가져가는 것을 도울 수도 있는 노즐의 수직 변위를 유발할 것이다.
도 5a 및 도 5b로부터, 이들 도면에서 볼 수 있는 톱 햇 (433) 의 원형 직경으로부터 판단하는 적절한 크기의 반도체 기판이 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 후퇴 위치의 노즐 (414) 을 사용하여, 톱 햇 (433) 및 전기도금 셀 (430) 의 중심 축을 따라 하강되고, 노즐 (414) 또는 노즐 암 (413) 에 물리적으로 컨택트하지 않고 후퇴된 노즐 (414) 을 지날 수 있다는 것을 또한 주의해야 한다. 반대로, 도 5c 및 도 5d에 도시된 바와 같이, 노즐 (414) 및 노즐 암 (413) 은 세정 위치의 노즐 (414) 을 사용하여 전기도금 유체가 홀딩된 전기도금 셀 (430) 내로 하강되려고 하는 임의의 반도체 기판의 경로를 차단하는 것 같을 수 있다. 그러나, 도 5c 및 도 5d에 도시된 세정 위치의 노즐 (414) 및 노즐 암 (413) 을 사용하여, 노즐은 실질적으로 전기도금 디바이스 (400) 의 립씰 (422) 및/또는 컵 하단부 (425) 의 내측 원형 에지를 향하도록 배향된다.
도 4a, 도 4b 및 도 5a 내지 도 5d는 집합적으로 후퇴 위치와 세정 위치 사이에서 노즐 (414) 및 노즐 암 (413) 의 운동을 달성하기 위한 하나의 메커니즘을 예시하고, 도 3a 및 도 3b는 다른 메커니즘을 예시하지만, 많은 다른 관련된 방식들 및 실시예들이 또한 실현가능하고 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위 내에 있다는 것을 주의한다.
전기도금 욕으로의 세정 용액의 유입을 최소화하기 위한 구성
세정 유체/용액을 분사하기 위한 노즐을 채택하는, 본 명세서에 개시된 전기도금 장치/세정 장치에 관하여, (립씰들 및/또는 컵 하단부들로의) 세정 유체의 플로우는 통상적으로 기판 홀더가 통상적으로 도금 용액 바로 위인, 세정 위치에 위치되는 동안 분사된다. 따라서, 세정 동작 동안, 세정 용액 및 제거된 금속 디포지션물이 전기도금 욕 내로 떨어지고 전기도금 용액을 오염시킬 수도 있는 위험이 있다. 일부 실시예들에서, 이의 발생을 예방하기 위해, 기판 홀더는 원심력이 세정 용액/유체를 내측 원형 에지 및 하단 개구로부터 멀어지게 그리고 전기도금 욕 영역 이외의 전기도금 장치의 영역들을 향하게 -예를 들어 세정 유체가 전기도금 욕으로부터 멀리 흘러 나갈 수 있는 전기도금 셀의 벽들을 향하게- 하도록 연속적으로 회전될 수도 있다.
이 방식과 일관되게, 일부 실시예의 세정 장치들은 전기도금 욕으로부터 멀리 이용된 세정 유체/용액을 우회시키는 것을 돕기 위해 일부 종류의 구조체, 디바이스, 또는 컴포넌트를 채택할 수도 있다. 예를 들어, 전기도금 장치의 내부 주변부를 도는 링-형상의 유체 수집 구조체/디바이스/컴포넌트는 기판 홀더 회전을 통해 생성된 원심력에 의해 방사상으로 외측으로 작용된 이용된 세정 유체를 캐치하고 캡처하도록 기능할 수도 있다.
이의 예로서, 일부 전기도금 장치들에서, 회수 쉴드 -전기도금 유체를 회수하고 이를 전기도금 욕으로 돌려보낼 목적의- 및 린스 쉴드 -전기도금 욕으로부터 멀리 이용된 린스 용액을 우회시킬 목적의- 를 채택하는 것이 유리하다. 그러나, 일부 실시예들에서, 이들 컴포넌트들은 전기도금 욕으로부터 임의의 제거된 금속 디포지션물을 -용해되거나 미립자로서- 포함하여 이용된 세정 유체/용액을 우회시켜, 이의 오염을 예방할 추가적인 목적으로 기능할 수도 있다. 이러한 회수 쉴드 (460) 실시예 및 린스 쉴드 (470) 실시예는 도 4a 및 도 4b에 도시되고, 이들 컴포넌트들은 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 이하에 보다 상세히 더 기술된다. 회수 쉴드 (460) 및 린스 쉴드 (470) 는 아마도 도 5a 및 도 5b에 나타낸 절단 사시도들에서 가장 명확하게 보인다. 가능한 정밀하게 주어지면, 이들 컴포넌트들 각각은 전기도금 장치의 내부 및 방사상으로 외측 방향으로 아래로 틸트된 방사상 주변부를 도는 선반을 포함한다. 선반 각각은 임의의 하향 충돌하는 유체를 반영하도록 작동하는 하부 표면, 및 위의 전기도금 장치의 내부 영역들과의 충돌로 인해 이 위에 떨어지는 임의의 유체들을 캡처하도록 작동하는 상부 표면을 갖는다. 이를 달성하는 방사상으로 아래 및 외측으로 틸트된 것은 도 4a, 도 4b, 및 도 8a 내지 도 8c에서 볼 수 있다. 하단 표면 및 상단 표면은 완전히 편평할 수도 있고, 또는 아마도 단지 실질적으로 편평하거나 아마도 충돌하는 유체를 지향시키거나 일부 다른 구조적 역할을 기능하는 것을 돕는 일부 (편평하지 않은) 윤곽을 갖는다 (예를 들어, 이들 도면들에 도시된 회수 쉴드 (460) 의 하단 표면은 이에 대해 편평하지 않은 윤곽은 갖는다) 는 것을 주의한다. 언급된 바와 같이, 상부 표면들은 유체를 캡처하도록 기능하고, 수집된 유체들이 표면들에 넘쳐흐르는 것을 예방하기 위해, 이들 상부 표면들로부터 배수관 (drain) 이 통상적으로 유체적으로 액세스가능하다. 일부 실시예들에서, 배수관은 전기도금 욕으로부터 멀어지는 유체 경로를 나타내는 도관 (파이프, 등) 으로의 상부 표면 개구 내의 홀일 수도 있다. 다른 실시예들에서, 배수관은 회수 쉴드 또는 린스 쉴드의 상부 표면에 인접한 전기도금 장치의 내부 벽 내의 홀일 수도 있고, 이는 다시, 전기도금 욕으로부터 멀어지는 유체 경로를 나타내는 도관으로 이끈다. 어떠한 경우든, 이들 쉴드 컴포넌트들의 상부 표면들이 일반적으로 전기도금 욕으로부터 멀리 유체를 우회시킬 목적으로 기능하기 때문에, 이들은 이용된 세정 용액의 일부 (또는 전부) (및 임의의 용해된 및/또는 특정한 금속들) 이 전기도금 욕으로 유입되는 것을 예방할 목적으로 기능할 수도 있다. 도 4a, 도 4b, 및 도 8a 내지 도 8c에 도시된 실시예들에서, 이 목적을 위해 기능하는 것은 린스 쉴드 (470) 의 상부 표면이다.
물론, 이용된 세정 유체를 수집하여 이의 전기도금 욕 내로의 유입을 예방할 목적으로 기능하는 임의의 유체 수집 컴포넌트에 대해, 세정 유체는 유체 수집 컴포넌트 내 (및/또는 상) 에 있게 한다. 상기된 바와 같이, 기판 회전을 통해 생성된 원심력들에 의한 유체의 방사상으로 외측으로의 가속은 이를 달성하는 것을 도울 것이다. 그러나, 노즐이 세정 유체를 분사하도록 사용된 이의 다른 양태는 노즐 (또는 노즐들) 의 타입 및/또는 구성의 신중한 선정 (selection) 및 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지에 대한 노즐 배향 (예를 들어, 노즐 팁으로부터 내측 원형 에지까지의 거리, 노즐 각, 등) 의 선택 (choice)이다. 다양한 유체 플로우 파라미터들 -유체 플로우 레이트, 유체 플로우 체적, 유체 속도, 노즐 압력, 등- 의 신중한 선택이 중요하다. 기판 홀더 회전 레이트 (그리고 따라서 립씰 및 컵 하단부 회전 레이트) 와 관련하여, 모든 이들 인자들은 소스 (예를 들어, 노즐) 로부터 출발한 후 립씰 및 컵 하단부 주변 및 위를 유동하도록 진행하는 이용된 세정 용액의 목적지를 결정한다. 일부 실시예들에서, 도 4a, 도 4b, 및 도 8a 내지 도 8c에 개략적으로 도시된 바와 같이, 상술한 인자들의 적절한 선정/선택은 세정 유체가 노즐 (414) 를 나오고, 립씰 (422) 및/또는 컵 하단부 (425) 의 내측 원형 에지가 컨택트하고, 립씰 (422) 및/또는 컵 하단부 (425) 를 효과적으로 세정하고, 금속 디포지션물들을 제거하여, 내측 컵 표면까지 유동하도록 진행하고, 컵 버팀대들 (428) 사이의 이의 상단 위에서 유동한 후, 회수 쉴드 (460) 의 상부 표면 또는 유체가 전기도금 욕으로부터 멀리 안전하게 빠져나올 수도 있는 린스 쉴드 (470) 의 하단 표면 내에 안착하게 한다.
가능하면 기판 회전과 관련하여, 이용된 세정 용액으로 전기도금 욕의 잠재적인 오염을 다루는 다른 방법은 세정 동작 동안 전기도금 기판 홀더로부터 떨어질 수도 있는 임의의 사용된 세정 유체를 캡처하기 위한 후퇴가능한 세정 쉴드를 채택하는 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 후퇴가능한 세정 쉴드 (380) 는 전기도금 욕 유체 (334) 를 홀딩하는 전기도금 셀 (330) 의 볼륨 (332) 위 및 세정 용액을 분사하기 위해 사용된 임의의 노즐 (314) 아래, 그리고 또한 세정 용액, 기판 홀더 (320) 가 세정 위치 내에 위치될 때 기판 홀더 (320) 아래에 위치될 수도 있다. 후퇴가능한 세정 쉴드 (380) 는 통상적으로 확장된 구성 및 후퇴된 구성을 갖고, 후퇴 구성에서 기판 홀더 (320) 가 세정 위치 또는 로딩 위치로부터 세정 쉴드 (380) 에 의해 방해받지 않고 전기도금 위치로 이동될 수도 있고, 확장된 구성에서, 세정 쉴드 (380) 는 노즐 (314) 로부터 분사된 세정 유체가 전기도금 욕 유체 (334) 를 홀딩하는 전기도금 셀 (330) 의 볼륨 (332) 내로 떨어지는 것을 예방한다. 일부 실시예들에서, 확장된 구성의 세정 쉴드 (380) 는 도 6에 도시된 바와 같이 개구의 중심을 향해 노즐 (314) 을 지나 연장한다. 특정한 실시예들에서, 확장된 구성의 후퇴가능한 세정 쉴드 (380) 에 의해 형성된 개구 (382) 의 직경은 립씰 (322) 및 컵 하단부 (325)의 내측 원형 에지의 직경의 약 75 ％보다 작다. 특정한 실시예들에서, 확장된 구성의 후퇴가능한 세정 쉴드의 개구의 직경은 립씰 (322) 및 컵 하단부 (325)의 내측 원형 에지의 직경의 약 95 ％, 85 ％, 75 ％, 65 ％, 55 ％, 45 ％, 35 ％, 25 ％, 또는 15 ％보다 작을 수도 있다. 이와 같이, 일부 이용된 세정 유체/용액이 기판 홀더 (320) 의 내측 원형 에지 또는 임의의 하단 표면으로부터 떨어지더라도, 후퇴가능한 세정 쉴드 (380) 는 여전히 이 이용된 세정 유체를 캡처할 것이고 전기도금 욕을 오염시키는 것을 예방할 것이다.
그럼에도 불구하고, 전기도금 장치 (300) 에 후퇴가능한 세정 쉴드 (380) 가 구비되더라도, 기판 홀더 (320) 및, 특정한 실시예들에서, 후퇴가능한 세정 쉴드 (380) 자체는 생성된 구심력들이 이용된 세정 용액/유체가 내측 원형 에지 및 하단 개구로부터 멀어지고 -상기 기술된 바와 같이- 전기도금 욕 영역 이외의 전기도금 장치의 영역들을 향하도록 회전될 수도 있다. 그러나, 후퇴가능한 세정 쉴드 (380) 의 존재로 인해, 회전 속도들은 이용된 세정 용액이 전기도금 욕을 오염시키는 것을 예방하기 위해 구심력들이 주로 의존하는 상기 제공된 에들에서보다 실질적으로 작을 수도 있다. 게다가, 특정한 전기도금 장치가 회수 쉴드 (460) 또는 린스 쉴드 (470) (상기에 기술된 바와 같이) 와 같은 유체 수집 컴포넌트들과 함께 후퇴가능한 세정 쉴드 (380) 를 채택할 수도 있다는 사실에도 불구하고, 이는 통상적으로, 후퇴가능한 세정 쉴드 (380) 가 본질적으로 전기도금 욕에 대한 백업 보호를 제공할 수도 있기 때문에, 이들 컴포넌트들에 의해 수집되는 이용된 세정 용액의 보다 적은 부분에 대해 수용가능할 것이다.
일부 실시예들에서, 세정 쉴드 (380) 는 적어도 컵 하단부 및 립씰의 내측 직경 아래에 돌출된 표면을 커버하는 크기로 열리거나 닫힐 수 있는 약간 원뿔형상의 홍채 메커니즘 (iris mechanism) 이다. 이러한 후퇴가능한 홍채 타입 또는 횡경막 셔터 세정 쉴드 (380) 는 전기도금 장치 (300) 는 세정 위치에 위치된 기판 홀더 (320) 를 갖는 세정 모드 또는 전기도금 모드 내에 있는지 여부에 따라, 차폐되도록 형성된 개구의 크기를 변경시킬 수 있는 다수의 박막의 이동가능한 블레이드들 (blades) 을 포함할 수도 있다. 블레이드들은 블레이드들이 다양한 크기의 실질적으로 원형의 개구 (또는 일부 다른 형상) 를 생성하도록 후퇴가능한 쉴드의 후퇴 구성 및 확장 구성 위에서 서로 슬라이드하도록 구성될 수도 있다. 전기도금 사이클 동안, 후퇴가능한 세정 쉴드 (380) 는 기판 홀더 (320) 가 쉴드 (380) 를 통해 그리고 전기도금 욕 용액 (334) 내로/로부터 이동하게 하는 큰 개구를 형성하도록 구성될 수도 있다. 세정 사이클 동안, 후퇴가능한 쉴드 (380) 는 도 6에 도시된 바와 같이, 보다 작은 개구를 생성하고 립씰 (322) 및 컵 하단부 (325)의 내측 원형 에지를 지나 연장할 수도 있다.
전기도금 기판 홀더들을 세정하는 방법들 & 자동화된 기판 홀더 세정 동작을 채택하는 전기도금 방법들
또한 전기도금 방법을 수행하기 위해 사용되는 전기도금 장치의 기판 홀더의 립씰 및/또는 컵 하단부로부터 스퓨리어스 금속 디포지션물들 (종종 주석-은 합금 디포지션물들) 을 제거하기 위해 세정 동작이 주기적으로 채택되는, 복수의 반도체 기판들 상에 금속을 전기도금하는 방법들이 본 명세서에 개시되었다. 이러한 전기도금 장치들은 상기에 상세히 기술되었고, 상기에 기술된 바와 같이, 통상적으로 연속하는 반도체 기판들을 전기도금 과정에 걸쳐 주석-은 디포지션물들을 축적할 것 같은 립씰 및 컵 하단부를 갖는 기판 홀더를 채택한다. 따라서, 하나 이상의 기판들의 제 1 세트 상에 금속을 전기도금하고, 기판들의 제 1 세트를 전기도금하는 동안 립씰 및/또는 컵 하단부 상에 축적된 금속 디포지션물들을 제거하는 세정 동작을 수행할지 여부를 주기적으로 결정하고, 세정 동작이 요구된다면, 세정 동작을 수행하기 위해 전기도금 동작들의 시퀀스를 중단하고, 그 후 세정 동작을 수행하고, 하나 이상의 기판들의 세트 상에 동일한 금속을 전기도금하는 단계를 계속하는 단계를 포함하는 전기도금 방법들이 본 명세서에 개시된다.
통상적으로, 세정 동작을 수행할지 여부를 결정하는 단계는 세정을 요구하기 위해 립씰 및/또는 컵 하단부 상에 금속 디포지션물들이 충분히 축적되었는지 여부, 또는 일부 실시예들에서, 세정을 요구하기 위해 충분히 축적될 수도 있는 가능성이 있는지 여부의 평가를 수반한다. 충분히 축적되었다는 개연성을 평가하기 위한 다양한 방법론들, 기법들, 경험 법칙 (rules-of-thumb), 도금 문턱값들, 기판 문턱값들, 및 잠재적으로 다른 메트릭들이 이하에 보다 상세히 기술된다. 일반적으로, 본 명세서에서 세정은 도 1d-1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 비극적인 컵 하단부 도금, 전체적으로 해로운 이벤트들 및 결과들을 방지하거나 지연시키기 위한 예방성 유지 절차 및 프로세스를 수반한다.
주기적인 세정 동작들의 장점을 취하는 다수의 반도체 기판들을 전기도금하는 이들 방법들은 이전 전기도금 동작들의 과정에 걸쳐 립씰 및/또는 컵 하단부 상에 축적된 금속 디포지션물들을 제거하기 위해 작동하는 본 명세서에 개시된 임의의 적용가능한 세정 방법들을 채택할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 이들 세정 동작들은 립씰 및 컵 하단부의 내측 원형 에지에 대하여 특정한 방식 (또한 이하에 보다 상세히 기술됨) 으로 배향된 유체 분사 노즐 (또한 이하에 보다 상세히 기술됨) 의 장점을 취한다. 예를 들어, 립씰 및/또는 컵 하단부 세정 방법은 노즐이 실질적으로 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지를 향하도록 립씰 및/또는 컵 하단부에 대해 노즐을 배향시키는 단계, 립씰 및 컵 하단부를 회전시키는 단계, 및 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지를 회전시키는 동안 세정 용액의 스트림이 이와 컨택트하도록 세정 용액의 스트림을 분사하여, 립씰 및/또는 컵 하단부로부터 금속 디포지션물들을 제거하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 세정 용액의 스트림은 약 5 내지 40 m/초의 유체 속도를 갖고 분사되고, 이들 특정한 실시예들에서, 분사된 유체 스트림은 립씰 및 컵 하단부의 회전 방향에 대항하여 진행하는 속도 컴포넌트를 가질 수도 있지만, 가능한 유체 스트림 속도들, 노즐 배향들, 등에 대한 추가적인 상세들은 이하에 더 상세히 개시된다. 그러나, 일부 실시예들에서, 특히, 이들 유체 속도들로 반대로 회전하는 기판을 채택하는 실시예들에서, 단순히 증류되고 탈이온화된 물인 세정 용액이 립씰 및/또는 컵 하단부로부터 금속 디포지션물들을 효과적으로 제거하기 위해 요구되는 모든 것이라는 것을 주의한다.
기판 홀더로부터 금속 디포지션물들을 제거하기 위한 방법을 주기적으로 채택하는 일련의 반도체 기판들을 전기도금하는 일 실시예의 방법은 도 7에 개략적으로 예시되었다. 도 7의 흐름도가 단계들의 한 시퀀스를 예시하지만, 당업자는 이 시퀀스의 변화들은, 하나 이상의 단계들이 적절히 생략되는 것을 포함하여, 본 개시의 범위 내에서 가능할 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 도 7에 개략적으로 예시된 전기도금 방법은 전기도금 장치 내의 다양한 수직적 위치들에 전기도금 장치의 기판 홀더 (그리고 따라서 기판 홀더 내로 로딩된 기판) 를 포지셔닝하는 몇몇 단계들을 채택한다. 몇몇 이들 수직적 위치들은 각각 기판 홀더가 전기도금 장치 내에 수직적으로 배향된 도 8a 내지 도 8c에 개략적으로 예시된다. 또한 도 8a 내지 도 8c에 개략적으로 예시된 전기도금 장치는 도 4a 및 도 4b에 예시된 바와 실질적으로 동일한 장치라는 것을 주의하고, 도 4a 및 도 4b에 예시된 기판 홀더의 세정 위치는 또한 이어지는 구체적인 방법의 기술에서 참조될 것이다.
따라서, 도 7에 개략적으로 예시된 전기도금 방법 (700) 은 새로운 기판 (440) 이 도 4a, 도 4b, 도 8a 내지 도 8c의 전기도금 장치 (400) 내로 로딩되는 710 에서 시작된다 (단계 720). 이는 또한, 이미 그렇게 포지셔닝되지 않았다면 본 명세서에서 클램쉘 어셈블리라고 하는 기판 홀더 (420) 를 로딩 위치로 이동시키는 단계 (단계 705) 에 이어진다는 것을 주의한다 -로딩 위치의 전기도금 장치 (400) 가 도 8a에 개략적으로 예시된다. 일단 기판 홀더/클램쉘 어셈블리 (420) 가 로딩 위치에 있으면, 기판 (440) 은 또한 도 8a에 도시된 바와 같이, 기판 (440) 을 수용하기 위해 클램쉘 어셈블리 (컵 (424) 이 콘 (426) 으로부터 분리되도록 컵 버팀대들 (428) 이 연장) 를 여는 것에 의해 로딩된다. 다음에 클램쉘 어셈블리가 닫히고 (콘 (426) 이 씰을 형성하는 컵 (424) 의 립씰 (422) 에 대해 이를 누르는 기판 (440) 을 체결하도록 컵 버팀대들 (428) 이 후퇴됨) 그리고 도 8b에 도시된 전기도금 위치로 전기도금 욕 (434) 의 유체 레벨 (435) 아래의 기판 (440) 의 작업 표면과 함께, 하강된다 (단계 722). 기판 (440) 이 전기도금 용액 (434) 과 컨택트하여, 컨택트 엘리먼트들 (미도시) 을 통해 전류가 인가되고, 기판 (440) 의 작업 표면 상에 금속 (예를 들어, 은-주석 합금) 이 석출된다 (단계 724).
전기도금이 완료될 때, 클램쉘 어셈블리/기판 홀더 (420) 는 전기도금 셀 (430) 내에서 기판 (440) 및 기판 홀더 (420) 가 전기도금 욕 (434) 의 유체 레벨 (435) 위이지만 기판 (440) 은 회수 쉴드 (460) 아래인 회수 위치까지 상승된다(단계 726). (이 회수 위치는 임의의 장치 도면들에 명시적으로 예시되지 않지만 도 7에 표시된다는 것을 주의한다.) 이 위치에서, 기판 및 기판 홀더는 기판 및/또는 기판 홀더에 부착된 임의의 남아있는 전기도금 용액을 제거하기 위해 약 1 내지 10 초 동안 약 200 내지 600 RPM의 회전 레이트로 (예를 들어 4 초 동안 400 RPM) 회전된다 (단계 726). 기판 및 기판 홀더의 스핀으로부터 생성된 구심력은 부착된 전기도금 용액이 기판 및/또는 기판 홀더에 튀게 (flung) 하지만, 기판 및 기판 홀더는 통상적으로 튀는 전기도금 용액이 회수 쉴드 (460) 에 충격을 주어 전기도금 욕 (434) 으로 돌아가게 하도록 회수 쉴드 (460) 에 대해 수직적으로 포지셔닝된다.
다음에, 기판 (440) 및 기판 홀더 (420) 는, 기판 (440) 이 회수 쉴드 (460) 위이지만, 린스 쉴드 (470) 아래에 위치되는 도 8c에 도시된 바와 같이 린스 위치까지 수직으로 상승된다 (단계 730). 이 위치에서, 기판 및 기판 홀더는 약 1 내지 10 초 동안 약 200 내지 600 RPM의 회전 레이트로 (예를 들어 4 초 동안 400 RPM) 스핀하는 동안 린스 용액이 스프레이되고 (단계 732), 수직 위치 때문에, 린스 용액 및 희석된 전해질이 기판 및 기판 홀더로부터 회수 쉴드 (460) 위이지만 린스 쉴드 (470) 아래인, 톱 햇 (433) 의 영역을 향해 튀는 경향이 있어, 회수 쉴드 (460) 의 상부 표면 상에 이용된 린스 용액 및 희석된 전해질의 축적을 유발한다.
충분한 유체가 축적될 때, 이용된 린스 용액 및 희석된 전해질은 도 8a 및 도 8c에 가장 명확하게 도시된, 배수관 (462) 을 통해 회수 쉴드 (460) 의 상부 표면으로부터 빠져 나온다. 배수관 (462) 은 톱 햇 (433) 의 벽의 컷아웃된 (cutout) 부분이지만, 도 8a 및 도 8c에 개략적으로 도시된 전기도금 장치 (400) 의 시야각으로 인해, 배수관 (462) 은 뒤쪽에 나타나고 도 8a 및 도 8c의 앞쪽에 나타나는 회수 쉴드 (460) 의 일부로부터 멀리 회전된다.
이들 단계들이 완료되면, 기판 (440) 및 기판 홀더 (420) 는 도 8a의 로딩 위치로 돌아가고 (단계 734), 기판 홀더가 열리고 (컵 버팀대들 (428) 을 연장함으로써), 이제 도금된 기판 (440) 이 제거된다 (단계 736).
이 때, 자동화된 세정 절차를 채택하는 일부 실시예의 전기도금 방법들은 자동화된 기판 홀더 세정 동작을 개시하도록 요구하기 위해 립씰 및/또는 컵 하단부 상의 금속 디포지션물들이 충분히 축적되는지 여부를 결정하도록 결정 프로세스를 활용할 것이다 (단계 740). 이 실시예에 따라, 다양한 인자들 중 하나 이상이 자동화된 세정 동작을 개시할지 여부를 결정에 고려될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 자동화된 세정은 마지막 세정 동작 이후 미리 결정된 수의 기판들이 전기도금된 후 개시될 것이다. 특정한 실시예들에서, 미리 결정된 수의 기판들은 1 내지 200의 범위로부터 선택된 수, 또는 1 내지 100의 범위로부터 선택된 수, 또는 1 내지 50의 범위로부터 선택된 수, 또는 1 내지 25의 범위로부터 선택된 수이다. 예를 들어, 특정한 실시예들에서, 세정은 웨이퍼 각각이 도금된 후 또는 매 25번째 웨이퍼가 도금된 후, 또는 1과 25 사이의 어느 수의 웨이퍼가 도금된 후 수행된다. 특정한 실시예들에서, 기판들의 미리 결정된 수는 마지막 세정 동작 이후 전기도금된 기판들의 패터닝되지 않은 면적에 대한 패터닝된 면적의 비에 따라 선택된다. 특정한 실시예들에서, 미리 결정된 수의 기판들은 기판의 환경에 가까운 단편적으로 도금하는 면적에 따라 선택된다. 기판 패터닝이 기판의 표면 상의 개방 (패터닝되지 않은) 면적들을 규정하는 것으로 연장하면 이러한 단편적인 도금에 영향을 준다. 개방 도금가능한 면적들의 높은 단편들은 보다 많은 전류들의 플로우를 수반하여, 보다 많이 도금되는 경향이 있고, 따라서, 통상적으로 보다 빨리 립씰 및 컵 하단부 디포지션물들을 축적한다. 물론, 립씰 및 컵 하단부 상의 금속 디포지션물 축적 레이트는 또한 통상적으로 립씰 및 컵 하단부에 대한 (많이 도금된) 개방 면적들의 근접성에 따른다. 따라서, 일부 실시예들에서, 세정들 동안 도금되는 미리 결정된 수의 기판들은 기판 각각의 개방 면적과 기판의 에지들로부터 개방 면적들까지의 거리 비에 따라 설정된다.
일부 실시예들에서, 마지막 세정 동작 이후 전기도금을 통해 기판으로 이송된 전하량이 측정될 (또는 추정될) 수도 있고, 이어서 세정 동작이 요구되는지 여부를 결정하기 위해 사용될 수도 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 미리 결정된 양보다 많은 전하가 마지막 세정 동작 이후 전기도금을 통해 기판으로 이송되었으면, 세정 동작이 요구된다고 결정된다. 이들 특정한 실시예들에서, 미리 결정된 양의 전하는 약 5 내지 500 C (Coulomb) 의 범위로부터 선택되거나, 약 10 내지 250 C의 범위로부터 선택되거나, 약 20 내지 100 C의 범위로부터 선택된 전하량이다. 일부 실시예들에서, 사용되는 기판 패터닝의 분석과 함께 전하 이송 측정치가 세정 동작을 개시하는 것이 유리한지 여부를 결정하기 위해 채택될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서 가능한 축적을 평가하기 위한 예측가능한 메트릭은 사용되는 기판 패터닝에 기초하여 기판 상에 전하가 이송되는 가능성에 의해 측정된 전하 이송을 가중하는 것을 수반할 수도 있다. 따라서, 예를 들어, 일부 실시예들에서, 미리 결정된 양의 전하가 패터닝된 표면 면적의 방사상 분포 및/또는 마지막 세정 동작 이후 전기도금된 기판들의 패터닝되지 않은 표면 면적의 방사상의 분포에 따라 선택된다.
어떠한 경우에서든, 전기도금 방법 (700) 의 이 지점에서, 하나 이상의 전술한 고려사항들에 기초하여 자동화된 립씰 세정 동작을 개시할지 여부에 대한 결정이 이루어진다 (단계 740). (단지 논의된 바와 같은) 하나 이상의 인자들이 립씰 및 컵 하단부에 여전히 충분한 금속 디포지션물들이 없다고 암시하면, 전기도금 프로세스는 세정 절차를 개입시키지 않고, 도 7의 흐름도에 예시된 바와 같이, 새로운 기판 (440) 으로 다시 시작한다 (710). 한편, 하나 이상의 인자들이 립씰 및/또는 컵 하단부가 금속 디포지션물들이 충분히 없지 않다고 암시하면, 자동화된 립씰 세정 동작은 또한 도 7의 흐름도에 예시된 바와 같이 개시될 수도 있다.
개시되면, 립씰 및/또는 컵 하단부 세정 방법은, 일단 기판 홀더 (420) 가 세정 위치로 하강되었으면, 노즐 (414) 이 립씰 (422) 및/또는 컵 하단부 (425) 의 내측 원형 에지에 가깝게 위치되도록 노즐 암 (413) 을 세정 위치 내로 이동시킴으로써 시작된다 (단계 750). 일부 실시예들에서, 도 5a 내지 도 5d에 도시되고 상기 기술된 바와 같이, 노즐 암 (413) 은 아크-형상이고 노즐 암 액추에이터 (112) 에 의해 톱 햇 (433) 의 회전 통과 홀 (466) 을 통해 노즐 암 (413) 이 이동하는 회전 중심을 중심으로 회전된다. 이 장치는 일부가 상기에 기술된 특정한 이익들을 갖지만, 많은 상이한 메커니즘들이 후퇴된 보류/저장 위치와 배치된 세정 위치 사이에서 노즐 (414) (및 임의의 연관된 노즐 암 (413)) 을 이동시킴으로써 사용될 수도 있다.
일단 노즐 (414) 이 세정 위치에 있으면, 기판 홀더 (420) -이 지점에서 통상적으로 더 이상 기판을 홀딩하지 않는- 가 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 세정 위치로 하강된다 (단계 752). 이 위치에서, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 노즐 (414) 은 립씰 (422) 및/또는 컵 하단부 (425) 의 내측 원형 에지 가까이에 위치된다. 이 지점에서, 기판 홀더 (420) 는 클램쉘이 열린 기판 제거 단계 (단계 736) 후에 다시 닫히지 않고, 따라서, 콘 (426) 은 노즐 (414) 주변이 아니라는 것이 일반적이라는 것을 주의한다. 일부 실시예들에서, 이 구성은 세정 유체가 전기적 컨택트들의 영역에 쉽게 유입되고 임의의 오염물들이 기판 홀더 (420) 으로부터 밖으로 그리고 전기도금 셀의 중심으로부터 멀리 그리고 중요하게는 전기도금 욕으로부터 멀리 -그리고 일부 실시예들에서, 회수 쉴드 (460) 또는 린스 쉴드 (470) 상으로 (상기에 기술된 바와 같이)- 플러시 (flush) 되게 하기 때문에 향상된 세정을 제공한다. 따라서, 일부 실시예들에서 닫힌 콘 (426) 으로부터의 간섭이 없이 립씰 (422) 의 내측 에지에 가깝게 노즐 (414) 을 최적으로 포지셔닝할 기판 홀더 (420) 아래에 보다 많은 공간이 있다. 일부 실시예들에서, 이 구성은 단순히 세정에 이용가능한 립씰 (422) 의 보다 많은 노출된 표면들이 있기 때문에, 예를 들어, 기판을 씰링하는 표면이 파티클 제거 및 세정을 위해 노출되기 때문에 유익할 수도 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 기판 홀더 (420) 가 세정 절차를 진행하기 전에 닫힐 수도 있고, 이는 이 단계들에서 콘 (426) 이 노즐 (414) 에 대해 더 닫히는 단계가 이어지는 것을 의미한다. 또한, 많은 구성들에서, 노즐 (414) 및 노즐 암 (413) 이 기판 홀더 (420) 가 세정 위치에 있지 않을 때 -기판 홀더 (420) 가 이렇게 포지셔닝될 때, 노즐 (414) 을 연정하거나 철화하는 것이 기판 홀더에 충격을 줄 수도 있기 때문에- 이들의 배치된 세정 위치들로/로부터 이동해야 한다는 것을 주의한다. 일부 실시예들에서, 그렇지 않을 수도 있고, 도 7의 흐름도에 의해 필요한 절차는 이하에 설명되는 바와 같이, 기판 홀더 (420) 가 세정 위치로 이동 (단계 752) 하기 전에 노즐 (414) 을 세정 위치로 이동시키고 (단계 750), 후속하여 노즐을 후퇴 (단계 768) 하기 전에 세정 위치 밖으로 기판 홀더를 이동시키는 것이다 (로딩 위치로, 단계 766).
세정 위치에 도달하기 전에, 도 7에 나타낸 바와 같이, 기판 홀더 (420) 는 스핀/회전된다 (단계 754). 고속 회전 레이트 또는 저속 회전 레이트를 채택할지 여부는 세정 용액을 분사하기 위해 사용된 노즐 타입의 선택에 따를 수도 있다. 특정한 실시예들에서 제트 노즐에 충격을 주는 것 이외에, 예를 들어 하부 유동 화학물 (물이 아님 그리고 에칭) 전달 노즐을 사용하고, 저속 회전 레이트, 예를 들어, 적어도 약 30 RPM, 또는 보다 구체적으로, 적어도 약 60 RPM, 또는 보다 구체적으로, 적어도 약 100 RPM이 적절할 수도 있다. 기판 홀더 회전은 내측 원형 에지의 전체 둘레부를 분사된 세정 용액에 다수회 노출하는 것을 도와서, 전체적으로 균일한 세정을 촉진한다는 것을 주의한다. 특정한 실시예들에서, 세정 사이클/동작은 기판 홀더의 적어도 약 30 완전 공전/회전 또는, 보다 구체적으로, 기판 홀더의 적어도 약 100 공전/회전을 포함할 수도 있다. 다른 실시예들에서, 제트 노즐을 채택하여, 세정 용액을 분사하는 동안 기판 홀더의 적절한 회전 레이트는 약 250 내지 800 RPM의 범위 내, 또는 보다 바람직하게 약 350 내지 600 RPM의 범위 내와 같이 높을 수도 있다 (노즐 선택/구성에 관한 이하의 기술 참조).
일단 기판 홀더가 회전하면, 세정 용액은 도 7에 나타낸 바와 같이 노즐 (414) 로부터 분사될 수도 있다 (단계 756). 일부 실시예들에서, 노즐은 유체 특성들이 립씰 및/또는 컵 하단부 상에 축적된 금속성 디포지션물들의 제거를 도울 수도 있는 세정 용액의 제트 스트림 또는 제트-형 스트림을 분사/릴리즈한다. 일부 실시예들에서 메가소닉 노즐 -즉, 유체 매질을 통하여 전파하는 메가소닉 파형을 갖는 세정 용액을 분사하는 노즐- 이 사용될 수도 있고, 세정 방법은 세정 용액이 노즐로부터 분사됨에 따라 노즐 내에서 세정 용액 내에 메가소닉 파형들을 생성하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 실시예에 따라 다른 세정 용액들이 또한 채택될 수도 있지만, 세정 용액은 증류 및/또는 탈이온화된 물 (실질적으로 어떠한 산(들)도 첨가되지 않은) 일 수도 있다. 세정 용액들의 다른 예들은 금속 에칭 화합물들을 함유하는 용액들 (예를 들어, 과산화수소 + 황산과 같은 산, 적당히 산성인 용액 내의 질산 철 (ferric nitrate) 과 같은 철 염들, 또는 암모늄 과황산염 (ammonium persulfate)), 및/또는 습윤제들 및 표면 장력 감소 계면 활성제들 (예를 들어 다양한 비누들 및/또는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌-글리콜 및 산화물들과 같은 화학물들), 또는 산 (메탄 술폰산, 황산, 및/또는 질산과 같은 산화 산들) 만을 포함할 수도 있다. 따라서, 예를 들어, 세정 용액은 증류되고 탈이온화된 물, 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜로부터 선택된 표면 장력 감소제를 포함할 수도 있고, 실질적으로 산이 없을 수도 있다.
일부 실시예들에서, 노즐 (414) 의 배향은 세정 용액의 스트림을 분사하는 동안 립씰 (422) 및/또는 컵 하단부 (425) 의 내측 원형 에지에 충돌하는 세정 용액의 각을 변화시키도록 변화될 수도 있다. 이들 특정한 실시예들에서, 립씰 (422) 의 표면에 대한 노즐 (414) 의 각은 세정 사이클 동안 노즐 암 (413) (예를 들어, 노즐 액추에이터 어셈블리 (412) 를 사용하여) 을 회전시킴으로써 변경될 수도 있다. 노즐 배향의 이러한 변화는 세정 사이클 동안 여러번 반복될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 기판 홀더 (420) 의 수직 위치 및 또한 이에 따른 노즐 (414) 에 대한 립씰 (422) 의 위치는 세정 사이클 동안 어느 정도 변경될 수도 있다. 예를 들어, 세정 프로세스의 시작 시, 세정 유체의 분사된 제트 스트림의 중심은 립씰의 하부 부분을 히트하도록 설정될 수도 있고 세정 사이클이 진행됨에 따라 상향으로 흘러, 클램쉘 어셈블리의 높이가 약간 낮아질 수도 있어서, 세정 유체의 제트 스트림의 충돌 지점이 계속해서 상향 (콘 및 전기적 컨택트의 방향으로) 으로 이동한다. 보다 일반적으로, 세정 동작/사이클은 세정 용액의 스트림을 분사하는 동안 세정 용액이 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지와 컨택트하는 면적이 세정 사이클의 과정에 걸쳐 변하도록 립씰 및 컵 하단부를 상승 및/또는 하강시키는 단계를 포함할 수도 있다. 게다가, 노즐 (414) 에 상대적인 기판 홀더 (420) 의 다양한 수직 위치들은 세정 사이클 동안 여러 번 반복될 수도 있다.
도 4b는 이 특정한 실시예에서 노즐 (414) 을 나오는 세정 용액의 스트림의 지향성을 표시하는 (가까운 노즐 (414)) 화살표 (415) 를 디스플레이한다. 관련하여, 도 4a 및 도 4b는 모두 이 특정한 실시예에서 노즐 (414) 의 배향에 대하여 기판 홀더 (420) 의 회전 방향을 나타내는 구부러진 화살표 (416) 를 디스플레이한다. 이 실시예에서, 분사된 유체 스트림 의 지향성 (415) (도 4b) 은 기판 홀더 (420) 의 회전 방향 (416) (도 4a 및 도 4b) 에 반대되어, 노즐로부터 분사된 세정 용액의 스트림은 립씰 (422) 의 내측 에지의 회전 방향에 대항하는 속도 컴포넌트를 갖는다는 것을 주의한다. 세정 용액의 스트림에 대한 립씰의 반대-회전은 립씰로부터 금속 디포지션물들을 제거하는 세정 용액의 능력을 향상시키도록 작용할 수도 있다. 효과적인 동작 모드에 관한 어떠한 특정한 이론에도 제한되지 않고, 립씰 표면의 높은 상대 속도 및 유체 플로우 스트림, 및 립씰 표면에 상대적인 유체 플로우의 정상/충격 그리고 평행한 성분의 조합 (이하에 기술되는 바와 같이) 은 립씰 디포지션물들과 엘라스토머 (elastomeric) 립씰 자체 사이에서 생성된 갭들 아래로 세정 유체를 강제함으로써 립씰 디포지션물들의 제거가 향상되게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 립씰 (422) 의 대향하는 회전에 커플링된 노즐 (414) 을 나오는 세정 용액의 스트림에 의해 생성된 힘은, 적어도 부분적으로, 예를 들어, 보다 부식성이고 유사한 농축된 질산과 같은 것 대신 세정제로서 증류되고/탈이온화된 물의 성공적인 사용을 고려할 수 있다. 또한, 도 4b에서 스트림 지향성을 나타내는 화살표 (415) 는 립씰 (422) 의 내측 원형 에지를 향하여 약간 위쪽으로 향한다는 것을 주의한다. 일부 실시예들에서, 이는 또한 노즐을 나오는 스트림의 세정 효과를 강화시키는 것이 발견되었다. 노즐 배향은 이하에 보다 일반적이고 보다 상세히 논의될 것이다. 또한 일부 실시예들에서 세정 방법들은 다수의 세정-유체-분사 노즐들 및 다수의 세정-유체-분사 노즐을 갖는 전기도금 장치들을 채택할 수도 있다는 것을 주의한다. 몇몇 이러한 방식들이 또한 이하에 보다 상세히 기술될 것이다. 게다가, 이러한 멀티-노즐 구성들에서, 노즐들은 기판 회전에 대해 반대되는 방향을 향할 수도 있고, 따라서 세정 방법/사이클이 제 1 노즐로부터 세정 유체를 분사하는 동안 립씰 및 컵 하단부를 제 1 방향으로 회전시키고, 후속하여 제 2 노즐로부터 세정 유체를 분사하는 동안 제 1 방향과 반대되는 제 2 방향으로 립씰 및 컵 하단부를 회전시키는 단계를 포함할 수도 있다는 것을 주의한다. 따라서, 일부 실시예들에서, 제 1 노즐로부터 분사된 세정 용액은 제 1 회전 방향에 대항하는 속도 컴포넌트를 가질 수도 있고 제 2 노즐로부터 분사된 세정 용액의 스트림은 유사하게 제 2 회전 방향에 대항하는 속도 컴포넌트를 가질 수도 있다.
그러나, 단일 노즐을 채택하는 실시예들에서도, 전기도금 기판 홀더는 세정 사이클 동안 상이한 시간들에서 반대 방향들로 회전할 수도 있다. 회전 방향을 변경하는 것은 상이한 방향들 또는 상이한 방식들로 원치 않는 금속 디포지션물들에, 유체 스트림으로부터 이들의 제거를 촉진하는, 상이한 전단력 및 응력을 제공하는 것을 도울 수도 있다. 유사하게, 보다 적게 연장하는 것 같지만, 회전 방향을 반전시키지 않고, 기판 홀더의 회전 속도를 변경하는 것은 디포지션물들의 제거를 촉진하는 이들에 대한 엄청난 힘들을 변화시킬 수도 있다. 회전 방향이 역전되면, 특정한 실시예들에서, 세정 유체의 공급은 역전이 일어나는 동안의 시간 기간 동안 중단된다. 회전 속도의 변경만이 구현되면 (회전 방향은 변경하지 않고), 이는 전환 동안 유체 플로우를 중단시키는데 덜 유익하다.
어떠한 경우에서든, 기판 홀더를 사용하여, 회전하는 세정 용액이 통상적으로 미리 정해진 시간 기간 동안 노즐로부터 분사되고 (단계 758), 그 후, 도 7에 나타낸 바와 같이 플로우가 중단된다 (단계 760). 일부 실시예들에서, 기판 홀더는 임의의 남아있는 세정 용액을 스핀-오프시킴으로써 제거하기 위해 다소 추가적인 미리 정해진 시간 기간 동안 스핀을 계속한다 (단계 762). 특히, 기판 홀더의 회전 속도는 세정 용액의 도포 동안 사용된 것보다 높고, 이는 또한 임의의 빗나간 세정 용액 및 가능한 립씰 및/또는 컵 하단부로부터 기본적으로 탈락되지만, 유체 접착력 등에 의해 기판 홀더에 부착된 채로 남아 있는 이전에 디포지션된 금속 (예를 들어, 주석-은) 의 일부 남아있는 파티클들을 제거하는 것을 도울 수 있다. 이 스핀-오프 페이즈 (단계 762) 동안, 분사되는 세정 용액이 없기 때문에, 전기도금 셀을 나가고 다른 영역들에 유입되지 않고 및/또는 전기도금 장치 내의 다른 장비와 컨택트할 수도 있는 원치 않는 미스트 또는 스프레이를 생성할 위험 없이 보다 높은 회전 속도가 일반적으로 사용될 수 있다. 따라서, 이러한 스핀-오프는 린스 단계에 사용된 회전 속도와 동일한 회전 속도로 수행될 수도 있고, 또는 실시예에 따라 보다 빠르거나 보다 느릴 수도 있다. 스핀-오프 단계 후에, 기판 회전이 중단되고 (단계 764), 이어서 기판 홀더는 이의 로딩 위치로 돌아가고 (단계 766), 이어서 노즐 암 (413) 이 노즐 암 액추에이터 (412) 에 의해 후퇴 위치로 다시 이동된다 (단계 768) -이는 일부 실시예들에서, 노즐 (414) 과 컵 (424) 사이의 간섭을 방지한다-. 기판 홀더가 이제 세정되어, 실질적으로 금속 디포지션물들 (예를 들어, 주석-은 디포지션물들) 이 없고, 전기도금할 다른 기판을 수용하도록 준비된다.
노즐 선택, 배향; 플로우 파라미터 선정; 기판 홀더 회전 레이트
다양한 세정 유체 분사 노즐들이 본 명세서에 개시된 기판 홀더 세정 디바이스들 및 또한 빌트인 기판 홀더 세정 디바이스들을 갖는 전기도금 장치들에 사용된다. 유사하게, 다양한 세정 유체 분사 노즐들이 본 명세서에 개시된 세정 방법 및 기판 홀더 자동세정 방법 또는 동작을 채택하는 개시된 전기도금 방법들에 사용될 수도 있다. 사실, 예를 들어, 일리노이, St. Charles의 Lechler 및 일리노이, Glendale Heights의 Spraying Systems Co.로부터 상업적으로 입수가능한 노즐들과 같은, 다양한 노즐들이 테스트된다. 따라서, 일부 실시예들에서, 팬 노즐들 (fan nozzles), 원뿔형 노즐들, 단일 홀/오리피스 노즐들, 및 소방 호스형 (fire hoselike) (예를 들어 "Water-Pik"-형) 제트 노즐들이 세정 용액을 전달하기 위해 채택될 수도 있다. 이들 특정한 실시예들에서, 작은 오리피스를 갖는 제트 노즐들이 매우 양호한 세정 결과들과 함께 사용된다 (이하 참조). 정확한 플로우-레이트로, 이들 "제트 노즐들"은 일부 경우들에서 시준되거나 낮은 발산성 (divergence) 을 갖는 것으로 막연히 기술될 수 있는, 물과 같은 고속의 세정 유체의 좁은 스트림을 생성한다.
제트 노즐 (900) 의 바람직한 일 실시예가 도 9a에 정면으로, 도 9b에 단면으로 개략적으로 디스플레이된다. 노즐 (900) 은 팁 (910) 및 베이스 (920) 를 갖는다. 팁 (910) 은 약 0.02 내지 0.04 인지의 범위일 수 있는 직경 (914) 을 갖는 오리피스 (912) 를 갖는다. 보다 바람직하게, 오리피스 직경들은 약 0.25 내지 0.35 인치, 또는 더욱 바람직하게, 약 0.3 내지 0.32 인치, 예를 들어, 0.031 인치의 범위일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 오리피스 직경 (914) 은 오리피스 (912) 를 나오는 세정 유체 스트림의 직경이 세정되는 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지의 높이에 대략 대응하도록 선택되는 것이 유리할 것이다.
도 9b의 제트 노즐 (900) 의 단면도는 또한 내부 볼륨이 제트 노즐 (900) 의 베이스 (920) 로부터 이의 팁 (910) 으로 테이퍼하는 방법을 예시한다. 도 9b에서, 노즐 (900) 의 볼륨 (또는 보다 정밀하게 내부 직경) 이 일정한 레이트로 베이스 (920) 로부터 팁 (910) 으로 테이퍼하여, 이 테이퍼가 테이퍼 각을 규정하는 캠버 (camber) 각 (922) 으로서 지칭되는 단일 각을 특징으로 할 수도 있다는 것이 자명하다. 일부 실시예들에서, 캠버 각들 (922) 은 0 내지 약 20 도, 또는 바람직하게 약 2.5 내지 15 도, 보다 바람직하게 약 5 내지 12 도, 더욱 바람직하게 약 8 내지 11 도, 또는 약 10 도의 범위일 수도 있다. 다른 실시예들에서, 테이퍼는 일정하지 않을 수도 있고, 따라서 베이스로부터 팁까지 변하는 캠버 각들의 범위를 특징으로 할 수도 있다 -예를 들어, 노즐이 베이스로부터 팁까지 변하는 캠버 각을 갖지만 약 0 내지 20 도의 범위 내, 또는 보다 바람직하게 약 5 내지 12 도의 범위 내, 또는 더욱 바람직하게 약 8 내지 11 도의 범위 내인 것과 같이-. 도 9b에 개략적으로 예시된 제트 노즐 (900) 은 또한 노즐 베이스 (920) 의 에지로부터 노즐 팁 (910) 까지의 거리로서 개략적으로 예시된 노즐 길이 (916) 를 포함한다. 도 9b에 나타낸 바와 같이, 바람직한 노즐 길이들은 약 0.5 내지 2 ㎝, 또는 보다 바람직하게 약 1.2 내지 1.7 ㎝, 예를 들어 약 1.5 ㎝의 범위일 수도 있다. 노즐 (900) 의 팁 (910) 이 실시예에 따라, 노즐의 주 몸체를 넘어 연장될 수 있거나, 노즐의 주 몸체와 함께 플러시될 수도 있다는 것을 주의한다. 일부 실시예들에서, 노즐은 열가소성 폴리머로부터 구성될 수도 있지만, 바람직한 실시예들에서, 노즐은 예를 들어, 304 스테인레스 스틸과 같은 적합한 스틸 (steel) 로 구성될 수도 있다.
립씰 및 컵 하단부의 내측 원형 에지에 대한 세정 유체 분사 노즐의 위치 및 배향은 또한 세정 성능을 향상시키기 위해 최적화될 수도 있다. 도 10a 내지 도 10c에서 립씰 (1022) 의 내측 원형 에지에 대한 노즐 배향의 선택을 다양한 각으로 개략적으로 예시한다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 립씰 에지에 대한 노즐 배향은 2 개의 각들로 구획될 수도 있다. 제 1 각은 립씰의 수평 플레인과 노즐이 만드는 각이고, "수평 각"이라고 할 수 있다. 도 10a에 개략적으로 묘사된 "수평 각" 은 참조 번호 1001로 식별되고 노즐이 이 페이지의 플레인 밖으로, 도면에 따라 20 도배향된 것을 나타내는, 도 10a에서 점선으로 예시된다. 비-제로 수평 각이 도 4a 및 도 4b의 노즐 (414) 에 의해 나타난다는 것을 주의한다. 수평 각들은 실시예에 따라, 음의 수평 각이 노즐이 지면으로부터 멀리 향한다는 것을 나타내는 것을 이해하면서, 약 -30 내지 +10 도의 어디에서든 선택될 수도 있다. 따라서, 도 4a 및 도 4b에 개략적으로 디스플레이된 노즐 (414) 은 음의 수평 각을 갖는다.
노즐 배향을 규정하는 제 2 각은 노즐이 립씰의 내부 에지에 법선인 라인과 만드는 각이고, 본 명세서에서 "수직 각"이라고 한다. 도 10a에 개략적으로 묘사된 "수직 각"은 참조 번호 1002로 식별된다. 도 10b는 립씰의 수평 플레인 상에서 아래로 본 개략적인 상면도이고 비-제로 수직 각(1002) 이 "평행한 컴포넌트" (1003) 로 라벨링된 립씰 에지에 평행한 유체 스트림 속도 컴포넌트 및 "충격 컴포넌트" (1004) 로 라벨링된 립씰 에지에 수직인 다른 속도 컴포넌트를 규정하는 것을 도시한다. 따라서, 예를 들어, 0의 수직 각을 갖는 노즐이 소멸하는 평행한 컴포넌트 (1003) 및 최대 충격 컴포넌트 (1004) 를 갖는 세정 유체의 스트림을 분사한다. 도 10a에 개략적으로 예시된 노즐 배향은 30 도의 수직 각을 갖고 따라서 임의의 분사된 세정 유체는 소멸하지 않는 평행한 속도 컴포넌트 및 충격 속도 컴포넌트를 갖는 립씰과 충돌한다.
일부 실시예들에서, 비-제로 수직 각 (상기에 규정된 바와 같이) 을 갖는 노즐 배향은 향상된 세정 성능으로 이끈다는 것을 발견하였다. 특히, 도 10c에 예시된 바와 같이, 립씰의 회전 속도에 대항하는 진행하는 속도의 평행한 컴포넌트를 갖는 유체 스트림이 세정 성능을 상당히 향상시킨다는 것이 발견되었다. 이는 충돌하는 유체 스트림의 세정력이 유체 스트림의 속도의 평행한 컴포넌트 및 또한 스핀하는 립씰의 내측 원형 에지의 회전 속도에 의해 강화되기 때문이다. 본질적으로, 유체 스트림의 충돌하는 힘은 2 개의 속도를 더함으로써 유발된다. 립씰 회전 방향에 대항하여 진행하는 고 평행 플로우 컴포넌트는 세정 유체가 립씰에 부착된 디포지션된 금속의 플레이크들의 리딩 에지들에 숨고 이들을 효율적으로 스트리핑 오프하게 한다. 따라서, 약 +45 도 내지 -45 도의 범위의 수직 각들이 사용되는 동안, 바람직한 실시예들은 도 10c에 예시된 바와 같이 립씰의 회전에 대해 양의 수직 각들을 사용한다.
몇몇 다른 노즐 파라미터들이 또한 세정 성능, 그리고 특히, 금속 디포지션물들을 스트립하기 위한 세정 유체 스트림의 능력을 최적화하기 위해 조정될 수도 있다. 예를 들어, 립씰까지의 노즐의 거리가 조정될 수도 있다. 특정한 실시예들에서, 노즐 팁으로부터 립씰 및 컵 하단부의 내측 원형 에지의 가장 가까운 지점까지의 적절한 거리는 약 2 내지 50 ㎜, 또는 보다 특정하게, 약 2 내지 10 ㎜, 또는 더욱 특정하게 약 3 내지 7 ㎜이다. 노즐 팁과 내측 원형 에지의 가장 가까운 지점 간의 보다 낮은 범위의 거리들에 대해, 노즐의 배향은 전기도금 욕의 오염을 최소화하거나 실질적으로 예방하기 위해 세정 유체의 실질적인 스플래시 (splash) 를 예방하도록 선택되어야 한다. 실시예에 따라, 노즐 팁으로부터 내측 원형 에지까지의 거리는 노즐 암 액추에이터 (412) 에 의해 제어되는 기판 홀더 (420) 의 수직 세정 위치, 노즐 암 (413) 의 세정 위치, 및/또는 노즐 암 (413) 상의 노즐 (414) 의 위치 (이는 조정가능한 것으로 가정함) 를 변경함으로써 조정될 수도 있다. 물론, 임의의 이들 파라미터들을 변경하는 것은 또한 상기 기술된 바와 같이 2 개의 노즐 배향 각들에서의 대응하는 조정을 요구할 수도 있다.
노즐로부터 분사된 세정 유체의 스트림의 플로우 레이트가 또한 조정될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 적절한 플로우 레이트가 약 250 내지 750 ㎖/분, 또는 보다 특정하게, 약 400 내지 500 ㎖/분으로부터 선택될 수도 있지만, 플로우 레이트 및 노즐 오리피스 직경은 일반적으로 유체가 나오는 속도를 결정하고 따라서 조정되어야 한다는 것이 이해된다. 일부 실시예들에서, 일정한 플로우 레이트가 선택된다. 다른 실시예들에서, 노즐을 통해 세정 유체의 플로우 레이트를 맥동하는 (pulsating) 고주파수가 사용될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 주파수는 3 내지 50 pulses/초 또는 바람직하게 약 5 내지 20 pulses/초의 범위일 수도 있다.
상기에 나타낸 바와 같이, 주어진 노즐 오리피스 직경을 통해 증가하는 플로우 레이트는 노즐을 떠나는 세정 유체의 속도를 증가시켜, 특정하게 목표된 세정 유체 속도를 달성하기 위해 적절한 플로우 레이트가 선택될 수도 있다. 플로우 레이트를 명시하는 대신, 노즐 (또는 단지 노즐의 팁에서) 내의 유체 압력을 명시하는 것이 또한 노즐을 떠나는 세정 유체 스트림의 적절한 속도를 설정하는데 사용될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 세정 용액의 스트림을 분사하는 동안 노즐 내의 적절한 압력은 약 20 내지 100 PSI (pounds per square inch), 보다 바람직하게 약 30 내지 75 PSI로부터 선택될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 적절한 세정 유체 속도는 약 5 내지 40 m/초, 또는 바람직하게 약 10 내지 25 m/초, 또는 보다 바람직하게 약 13 내지 19 m/초, 예를 들어, 세정 유체 속도는 약 16.4 m/초일 수도 있다.
일부 실시예들에서, 세정 유체 및 잔해가 결국 전기도금 용액 아래로 떨어지지 않도록 회수 쉴드 (460) 내 및/또는 린스 쉴드 (470) 내에 수집된 세정 유체 및 이와 함께 제거된 임의의 금속 디포지션물들이 제거되는 것이 유리하다. 이를 달성하기 위한 메커니즘은 노즐 (414) 을 떠나는 세정 유체가 립씰 (422) 및/또는 컵 하단부 (425) 의 내측 원형 에지와 컨택트하고, 금속 디포지션물들을 제거하는 이를 세정하고, 이어서 컵 (424) 의 내측 표면까지 플로우하도록 진행하고, 컵 버팀대들 (428) 사이에서 이의 상단부 위에서 유동하고, 이어서 마지막으로 회수 쉴드 (460) 의 하단 표면 또는 린스 쉴드 (470) 의 하단 표면에 안착하도록 다양한 유체 플로우 파라미터들 및 회전 레이트들을 선택한다. 일부 실시예들에서, 적절한 노즐 각들을 따르는, 플로우 레이트들 및 세정 유체 속도들, 기판 홀더 회전 레이트, 노즐 팁으로부터 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지까지의 거리를가 이 효과를 달성하기 위해 선택될 수도 있다.
세정 용액을 분사하기 위한 (단계들 756 및 758) 시간 간격 및 이 기간을 통한 기판 회전 레이트 (및 방향) 는 또한 세정 성능을 향상시키기 위해 조정될 수도 있다. 세정-후 스핀-드라이 회전 레이트 (단계 762) 는 또한 성능을 향상시키기 위해 신중하게 선택될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 적절한 세정 시간들은 약 1 내지 10 초, 또는 바람직하게 약 2 내지 5 초의 범위일 수도 있고, 세정 용액이 분사되는 동안 기판 홀더에 대한 적절한 회전 레이트는 약 250 내지 800 RPM, 또는 바람직하게 약 350 내지 600 RPM의 범위일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 기판 홀더의 회전 방향은 세정 유체에 의해 제거되는 금속 디포지션물들 상에 상이한 전단력들을 제공하기 위해, 이 동작 동안 적어도 1회, 또는 적어도 2회, 또는 적어도 3회, 또는 적어도 4회 변경될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 세정-후 스핀-드라이 기간 동안 기판 홀더에 대한 적절한 회전 레이트는 적어도 약 100 RPM, 또는 보다 바람직하게, 적어도 약 300 RPM, 또는 더욱 바람직하게 약 400 내지 1250 RPM, 또는 더욱 더 바람직하게 약 500 내지 800 RPM일 수도 있다. 게다가, 일부 실시예들에서, 세정-후 스핀-드라이 동안, 건조 가스 (건조 질소 또는 대기와 같은) 의 고속 스트림은 내측 원형 에지에 인가될 수도 있다.
바람직한 일 실시예에서, 립씰 및/또는 컵 하단부 세정은 약 4 초 동안 약 550 RPM에서 약 16.4 m/초의 스트림 속도를 사용하여 수행된다. 이 실시예에서, 플로우 레이트는 약 47.5 PSI의 유체 압력을 갖고 약 480 ㎖/분일 것이다. 이들 특정한 바람직한 실시예들에서, 수평 각 (상기에 규정된 바와 같이) 은 약 -20 도일 수도 있고, 수직 각(상기에 규정된 바와 같이) 은 약 30 도일 수도 있다 (상기에 논의된 바와 같이, 세정 유체 스트림의 평행한 컴포넌트는 립씰의 회전에 대항하여 지향된다는 것을 의미). 일부 실시예들에서, 전술한 세정 유체 플로우 레이트들 및 속도들을 갖는 이들 노즐 각들을 사용하는 것은 세정 유체가 컵 (424) 의 내측 표면 까지 위로 그리고 상기에 기술된 바와 같이, 전기도금 욕 (434) 밖의 제거된 금속 잔해를 아래에 유지하는, 회수 쉴드 (460) 및/또는 린스 쉴드 (470) 내로 유리하게 유동하게 할 수도 있다. 세정 용액을 분사한 후, 이들 특정한 바람직한 실시예들에서, 세정-후 스핀-드라이가 약 15 초의 기간 동안 약 550 RPM으로 수행될 수도 있다.
제어기들
자동화된 세정 디바이스를 갖는 전기도금 장치는 장치의 다양한 컴포넌트들, 모듈들, 서브시스템들, 등으로부터 피드백 신호들을 수신하고 제어 신호들을 같거나 다른 컴포넌트들, 모듈들, 서브시스템들에 공급하기 위한 제어기를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 전기도금 장치의 일부인 전기도금 기판 홀더들의 동작, 로봇들, 세정 시스템들, 등의 동작을 제어할 수도 있다. 특정한 실시예들에서, 제어기는 전기도금 기판 홀더들과 로봇들의 동작을 다른 기판 프로세싱 모듈들에 대해 동기화할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 제어기는 도금 동작들의 시퀀스 내에서 세정 프로세스가 개시되어야 할 때를 결정할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 제어기는 본 명세서에 개시되고 기술된 다양한 동작들 동안 프로세스 조건들을 제어하도록 채택된다. 이러한 동작들의 일부 예들은 소닉 세정 노즐이 적어도 립씰에 의해 형성된 내측 원형 에지 내에서 미리 결정된 위치에 포지셔닝되도록 세정 시스템의 지지부를 이동시키는 동작, 전기도금 기판 홀더를 회전시키는 동작, 및 상기에 기술된 다른 동작들을 포함한다. 이러한 동작들의 일부 예들은 노즐이 실질적으로 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지로 향하도록 전기도금 장치의 기판 홀더의 립씰 및/또는 컵 하단부에 대해 배향시키는 동작, 및 세정 용액의 스트림이 립씰 및/또는 컵 하단부의 내측 원형 에지가 회전시키는 동안, 이들과 컨택트하도록 약 5 내지 40 m/초의 유체 속도를 갖는 세정 용액의 스트림을 노즐로부터 분사하여 립씰 및/또는 컵 하단부로부터 금속 디포지션물들을 제거하는 동작을 포함한다.
제어기는 통상적으로 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 포함할 것이다. 프로세서는 CPU (central processing unit) 또는 컴퓨터, 아날로그 및/또는 디지털 입력/출력 접속부들, 스텝퍼 모터 제어기 보드들, 및 다른 유사 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 적절한 제어 동작들을 구현하기 위한 머신 판독가능한 인스트럭션들이 프로세서 상에서 실행된다. 머신 판독가능한 인스트럭션들은 제어기와 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장될 수도 있고 또는 이들은 네트워크를 통해 제공될 수도 있다.
특정한 실시예들에서, 제어기는 상기 기술된 반도체 프로세싱 장치의 모든 또는 대부분의 액티비티들을 제어한다. 예를 들어, 제어기는 기판 홀더의 립씰 및/또는 컵 하단부로부터 의도되지 않은 금속 디포지션물들의 세정과 연관된 반도체 프로세싱 장치의 모든 또는 대부분의 액티비티들을 제어할 수도 있다. 제어기는 프로세싱 단계들의 타이밍, 압력 레벨들, 가스 플로우 레이트들, 및 이하에 더 기술되는 특정한 동작들의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 인스트럭션들의 세트들을 포함하는 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다. 다른 컴퓨터 프로그램들, 스크립트들, 또는 제어기와 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장된 루틴들이 일부 실시예들에서 채택될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 기판 세정 동작과 연관된 머신 판독가능한 인스트럭션들은, 이로 제한되는 것은 아니지만, 기판 홀더를 로딩 위치로 이동시키고, 기판을 수용하고, 기판 홀더를 닫기 위한 인스트럭션들; 기판 홀더를 전기도금 위치로 이동시키고 기판을 전기도금하기 위한 인스트럭션들; 기판 홀더를 회수 위치로 이동시키고 기판 홀더 및 기판을 회전시키기 위한 인스트럭션들; 기판 홀더를 린스 위치로 이동시키고 기판 홀더 및 기판을 회전시키는 동안 기판을 린스하기 위한 인스트럭션들; 기판 홀더를 로딩 위치로 복귀시키고, 기판 홀더를 열고, 기판을 제거하기 위한 인스트럭션들; 기판 홀더를 세정 위치로 이동시키기 전에 세정 장치의 노즐 암 액추에이터를 이의 세정 위치로 이동시키기 위한 인스트럭션들; 기판 홀더를 세정 위치로 이동시키기 위한 인스트럭션들; 기판 홀더를 회전시키는 동안 세정 장치의 노즐로부터 세정 용액을 분사하기 위한 인스트럭션들; 기판 홀더를 세정 위치 밖으로 이동시키기 위한 인스트럭션들; 및 기판 홀더를 세정 위치 밖으로 이동시킨 후 노즐 암 액추에이터를 이의 후퇴 위치로 복귀시키기 위한 인스트럭션들을 포함한다.
통상적으로, 시스템 제어기와 연관된 사용자 인터페이스가 있을 것이다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린, 프로세스 조건들을 디스플레이하기 위한 그래픽 소프트웨어, 및 포인팅 디바이스들, 키보드, 터치 스크린, 마이크로폰, 및 다른 유사한 컴포넌트들 등과 같은 사용자 입력 디바이스들을 포함할 수도 있다.
상기 동작들을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 예를 들어 어셈블리 언어, C, C++, 파스칼, 포트란, 또는 다른 것들과 같은 임의의 통상적인 컴퓨터 판독 가능한 프로그래밍 언어로 기록될 수 있다. 컴파일링된 객체 코드 또는 스크립트가 프로그램 내에서 식별된 태스크들을 수행하도록 프로세서에 의해서 실행된다.
프로세스를 모니터링하기 위한 신호들이 시스템 제어기의 아날로그 입력 접속부 및/또는 디지털 입력 접속부에 의해서 제공될 수도 있다. 프로세스를 제어하기 위한 신호들은 장치의 아날로그 출력 접속부 및 디지털 출력 접속부 상의 출력이다.
포토리소그래피 패터닝
본 명세서에서 상술한 장치/프로세스는 예를 들어 반도체 소자, 디스플레이, LED, 광전 패널 등의 제조 또는 가공을 위한 리소그래피 패터닝 툴 또는 프로세스와 함께 사용될 수 있다. 통상적으로, 이러한 툴들/프로세스들은 반드시 그러한 것은 아니지만 공통 제조 시설 내에서 함께 사용 또는 수행될 수 있다. 막 리소그래피 패터닝은 통상적으로 각각 복수의 가능한 툴을 사용하여 실현되는 다음의 동작들 중 몇몇 또는 모두를 포함하며, 이 동작들은 (1) 스핀 온 또는 스프레이 온 툴을 사용하여 기판과 같은 작업 대상에 포토레지스트를 도포하는 동작, (2) 고온 플레이트 퍼니스 또는 UV 경화 툴을 사용하여서 포토레지스트를 경화하는 동작, (3) 웨이퍼 스텝퍼와 같은 툴을 사용하여서 포토레지스트를 가시광선 또는 자외선 또는 x 선 광에 노출시키는 동작, (4) 습윤 벤치 (wet bench) 와 같은 툴을 사용하여서 레지스트를 선택적으로 제거하여 이를 패터닝하도록 상기 포토레지스트를 현상하는 동작, (5) 건식 또는 플라즈마 보조 에칭 툴을 사용하여 상기 레지스트 패턴을 그 아래의 막 또는 작업 대상에 전사하는 동작 및 (6) RF 또는 마이크로웨이브 플라즈마 레지스트 스트립퍼 (stripper) 와 같은 툴을 사용하여 포토레지스트를 제거하는 동작을 포함할 수 있다.
테스트 세정 결과들
본 명세서에 개시된 세정 방법들 및 장치들의 세정 능력을 평가하고, 전기도금 기판 홀더의 립씰로부터 스퓨리어스 주석-은 디포지션물들을 제거하기 위한 이들 방법들 및 장치들의 능력을 검증하기 위해, 반도체 웨이퍼들 (전기도금 기판들로서 기능하는) 의 테스트 시퀀스 동안 "마라톤 테스트 (Marathon Test)"가 수행된다. 이 마라톤 테스트는 이 분야에서 통상적으로 마주치는 것보다 훨씬 힘든 세정 태스크를 나타내는, 100 ％ 노출된 개방 에지 블랭킷 테스트 웨이퍼들을 사용하여 수행된다 -따라서, 이 실험은 본 명세서에서 "마라톤 테스트"라고 지칭됨-. 구체적으로, 마라톤 테스트는 1000 Å 구리 씨드 (따라서 비 포토레지스트) 의 완전히 대면하는 블랭킷을 갖는 300 ㎜ 실리콘 웨이퍼들을 사용하였다. 예를 들어, 도 11a에 디스플레이된 주석-은 도금된 블랭킷 테스트 웨이퍼를 참조한다. 이 분야에서, 반도체 웨이퍼는 예를 들어, 종종 약 4 ％의 노출된 개방 에지를 갖고, 통상적으로 패터닝된다. 그러나, 100 ％ 개방 에지 블랭킷 테스트 웨이퍼 (도 11a에 도시된 바와 같은) 상의 전기도금은 보다 고속의 립씰 상의 금속성 디포지션물들 (이 경우에서, 주석-은 디포지션물들) 의 축적으로 이끌어, 유용한 테스트 케이스를 나타낸다. 일부 환경들에서, 전기도금 장치의 립씰 상의 금속성 축적 레이트는 대략 개방 면적에 반비례하여, 예를 들어, 단일 블랭킷 테스트 웨이퍼 (마라톤 테스트에 사용된 것과 같은) 를 도금하는 것은 약 25개의 4 ％ 개방 면적 웨이퍼들 (즉, 25 = 100 ％ / 4 ％) 로부터 예상된 축적에 거의 대응하는 립씰 축적을 유발한다는 것을 주의한다. 따라서, 마라톤 테스트에서 사용된 500 개의 블랭킷 테스트 웨이퍼들은 10,000 개보다 많은 4 ％ 개방 면적 웨이퍼들과 거의 등가이다.
테스트 웨이퍼들을 전기도금하고 기판 홀더 세정 방법들을 수행하도록 사용된 장치는 도 4a, 도 4b, 및 도 8a 내지 도 8c에 디스플레이된 장치와 실질적으로 유사하다. 세정 장치의 노즐은 도 9a 및 도 9b에 개략적으로 도시된 노즐과 실질적으로 유사하고, 20 도의 수직 각그리고 30 도의 수평 각으로 배향된다 (이들 용어들은 상기에 기술되었다). 실질적으로 DI (증류되고 탈이온화된) 물이 세정 용액으로서 사용된다. DI 물은 대략 570 ㎖/분의 플로우 레이트 및 대략 12.1 m/초의 유체 속도로 노즐로부터 분사된다. 550 RPM으로 스핀하는 웨이퍼의 4 초 린스는 세정 단계 후에 수행되고, 또한 550 rpm으로 15 초 스핀-드라이가 이어진다. 이 마라톤 테스트에서의 립씰 세정, 스핀-린스, 및 스핀-드라이는 매 5 개의 웨이퍼들의 전기도금 후에 수행된다. 그러나, 통상적으로 4 ％ 개방 면적 패턴 웨이퍼들을 사용하는 이 분야에서, 이는 125 개의 웨이퍼들의 세정 간격에 거의 대응한다는 것을 주의한다 (25 개의 패턴 웨이퍼들로부터 축적된 립씰이 단일 100 ％ 개방 면적 웨이퍼로부터 축적된 금속성에 거의 대응하기 때문에). 마라톤 테스트에 대한 추가적인 프로세스 조건들은 다음과 같다:
전기도금 욕 조성 및 조건들
(Ishihara/MMC- TS202 SnAg 욕)
Sn 농도 50 gm/L
산 농도 130 gm/L
Ag 농도 0.65 gm/L
SLG (은 착화제) 농도 140 gm/L
AD (첨가제) 농도 40 ㎖/L
전기도금 욕 온도 25℃
전기도금 조건들
전류 2.0 A
디포지션 레이트 3.6 ㎛/분
도금 두께 25 ㎛
욕 플로우 레이트 36 L/분
웨이퍼 회전 레이트 90 RPM
마라톤 테스트 결과들은 도 11b-1 내지 도 11i-4에 디스플레이된다. 도 11b-1 내지 도 11b-4는 마라톤 테스트 전 - 즉, 임의의 웨이퍼들을 전기도금하기 전- 의 기판 홀더의 이미지들 (립씰, 컵 하단부, 및 컨택트 핑거들을 포함) 을 디스플레이한다. 도 11c-1 내지 도 11c-4는 5 개의 웨이퍼들의 세정 간격 (상기에 나타낸 바와 같이) 으로 상기 기술된 세정 방법을 채택하고 표 1 및 표 2의 조건들 하에서 500 블랭킷 테스트 웨이퍼들을 전기도금 한 후 기판 홀더의 유사한 이미지들을 디스플레이한다. 도 11c-1 내지 도 11c-4에 제공된 이미지들과 도 11b-1 내지 도 11b-4에 제공된 이미지를 비교하면, 인에이블된 세정 동작으로 500 블랭킷 테스트 웨이퍼들을 도금한 후 기판 홀더 상에 상당한 주석-은 디포지션이 존재하지 않는다는 것이 명백하다. 반대로, 도 11d-1 내지 도 11d-4는 기판 홀더 자동세정을 디스에이블하여 200 블랭킷 테스트 웨이퍼들을 도금한 후 기판 홀더의 이미지들을 디스플레이하고, 4 개의 이미지들 중 첫번째에서 기판 홀더 상에 주석-은 디포지션이 발생하였다는 것이 명백하다 (도 11d-1의 화살표 참조). 유사하게, 도 11e-1 내지 도 11e-4는 자동세정을 디스에이블하여 500 블랭킷 테스트 웨이퍼들을 도금한 후 기판 홀더의 이미지들을 디스플레이한다. 여기서, 모든 4 개의 이미지들 내에 기판 홀더의 컵 하단부 상의 주석-은 디포지션이 나타난다 (도 11e-1 내지 도 11e-4 각각에서 화살표들로 나타냄). 따라서, 마라톤 테스트 동안 주기적인 기판 홀더 자동세정은 기판 홀더 자동세정 없이, 500 블랭킷 테스트 웨이퍼들 상의 연속하는 도금 동안 립씰 및 컵 하단부 상에 주석-은이 축적되는 것을 예방하고, 여기서 500 웨이퍼 테스트 시퀀스 후에 컵 하단부 상에 상당한 축적이 있고, 심지어 일부 축적은 단지 200 테스트 웨이퍼들을 도금한 후에 이미 가시적이다.
추가적인 결과들이 도 11f 내지 도 11i에 디스플레이된다. 도 11f는 주기적인 기판 홀더 세정이 없을 때 전기도금 장치의 HRVA (high-resistance virtual anode) (도 4a, 도 4b, 및 도 8a 내지 도 8c의 참조 번호 438) 상에서 발생하는 오염을 나타낸다. 도 11f에 도시된 바와 같이, 일부 오염물은 단지 100 개의 웨이퍼들 후에 명백하지만, 500 개의 웨이퍼들을 도금한 후 상당한 오염물을 도시하는 도 11f의 마지막 이미지까지, 보다 많은 웨이퍼들이 도금됨에 따라 오염물이 실질적으로 증가된다. 주기적인 자동세정이 채택될 때, HRVA 상에 오염물이 나타나지 않는다는 것을 주의한다.
도 11g-1 내지 도 11g-4는 또한 주기적인 기판 홀더 세정이 없을 때 발생하는 전기도금 셀 및 HRVA 오염을 예시한다. 도 11g-1 및 도 11g-4는 HRVA (도 11f와 유사)(화살표 참조) 를 오염시키는 커다란 부서진 금속성 파티클들을 도시하고, 도 11g-3은 이 오염의 결과로서 전기도금 셀 내에서 성장한 금속성 막을 도시한다. 흥미롭게, 도 11g-2는 주기적인 세정 방법을 채택하지 않고도, 일부 금속 파티클들이 이들이 쉽게 제거될 수 있는 톱 햇 (도 4a, 도 4b, 및 도 8a 내지 도 8c의 참조 번호 433 참조) 내에 우연히 머무를 수도 있는 것을 도시한다. 그러나, 도 11h-1 내지 도 11h-3에 도시된 이미지들은 주기적인 세정이 채택될 때, 훨씬 많은 금속 파티클들이 톱 햇 내에 머무를 때를 도시하고 -구체적으로 린스 쉴드의 상부 표면 (도 4a, 도 4b, 및 도 8a 내지 도 8c의 참조 번호 470 참조)-, 톱 햇에서 금속 파티클들이 트랩되고 전기도금 장치의 센서티브 컴포넌트들 (예를 들어, HRVA와 같은) 및 또한 전기도금 욕 (상기에 논의된 바와 같이) 을 오염으로부터 예방한다.
톱 햇 (도 4a, 도 4b, 및 도 8a 내지 도 8c의 참조 번호 433 참조) 내의 오염물들의 유익한 수집은 톱 햇의 린스 쉴드의 상부 표면 (도 4a, 도 4b, 및 도 8a 내지 도 8c의 참조 번호 470 참조) 상의 금속 파티클들의 축적을 보다 구체적으로 도시하는 도 11i-1 내지 도 11i-3에 더 예시된다. 도 11i-1은 마라톤 테스트 전(즉, 임의의 전기도금 전) 의 톱 햇 내의 깨끗한 린스 쉴드를 도시하고, 도 11i-2 및 도 11i-3은 각각 전기도금 250 개의 웨이퍼들 및 500 개의 웨이퍼들의 전기도금 후 많은 수의 금속 파티클들이 점진적으로 축적되는, 린스 쉴드를 각각 도시한다 (화살표 참조). 마라톤 테스트 진행에 따른 린스 쉴드 내의 금속 파티클들의 축적은 주기적인 기판 세정 동작들의 긍정적인 효과를 예시한다.
다른 실시예들
앞서 개시된 프로세스들, 방법들, 시스템들, 장치들, 및 조성들이 명확성 및 이해를 촉진할 목적으로 구체적인 실시예들의 맥락으로 상세히 기술되었지만, 본 개시의 정신 내에 있는 이들 프로세스들, 방법들, 시스템들, 장치들, 및 조성들을 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 개시된 발명의 개념들을 제한하기보다는 예시적인 것으로 보여지고, 첨부된 청구항들의 범위를 과도하게 제한하기 위한 허용할 수 없는 기초로서 사용되지 않는다.

Claims (44)

  1. 이전 전기도금 동작들에서 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나에 상에 축적된 금속 디포지션물들 (deposit) 을 제거함으로써 전기도금 디바이스의 상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나를 세정하는 방법으로서,
    제 1 노즐이 실질적으로 상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 내측 원형 에지로 향하도록 상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나에 대해 상기 제 1 노즐을 배향시키는 단계;
    상기 립씰 및 컵 하단부를 제 1 회전 방향으로 회전시키는 단계; 및
    상기 립씰 및 컵 하단부를 상기 제 1 회전 방향으로 회전시키는 동안, 세정 용액의 스트림이 상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 상기 내측 원형 에지와 컨택트하도록 상기 제 1 노즐로부터 5 내지 40 m/초의 유체 속도를 갖는 상기 세정 용액의 스트림을 분사하여, 상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나로부터 금속 디포지션물들을 제거하는 단계를 포함하는, 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 세정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정 용액의 스트림의 상기 유체 속도는 10 내지 25 m/초인, 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 세정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정 용액의 스트림을 분사시키는 동안 상기 제 1 노즐 내의 유체 압력은 20 내지 100 PSI인, 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 세정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 상기 내측 원형 에지와 상기 세정 용액의 컨택트 면적을 변화시키도록 상기 세정 용액의 스트림을 분사시키는 동안 상기 립씰 및 컵 하단부를 상승시키고 또는 하강시키는 단계를 더 포함하는, 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 세정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 상기 내측 원형 에지와 상기 세정 용액의 충돌 각을 변화시키도록 상기 세정 용액의 스트림을 분사시키는 동안 상기 제 1 노즐의 배향을 변화시키는 단계를 더 포함하는, 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 세정 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 디포지션물들은 주석/은 합금을 포함하는, 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 세정 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정 용액은 실질적으로 증류되고 탈이온화된 물인, 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 세정 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정 용액은 증류되고 탈이온화된 물, 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜로부터 선택된 표면 장력 감소제를 포함하고, 실질적으로 산을 포함하지 않는, 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 세정 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 노즐이 실질적으로 상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 상기 내측 원형 에지로 향하도록 상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나에 대해 상기 제 2 노즐을 배향시키는 단계; 및
    상기 립씰 및 컵 하단부를 회전시키는 동안, 세정 용액의 스트림이 상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 상기 내측 원형 에지와 컨택트하도록 상기 제 2 노즐로부터 5 내지 40 m/초의 유체 속도를 갖는 상기 세정 용액의 스트림을 분사하여, 상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나로부터 금속 디포지션물들을 제거하는 단계를 더 포함하는, 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 세정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 립씰 및 컵 하단부를 상기 제 1 회전 방향에 반대되는 제 2 회전 방향으로 회전시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 1 노즐로부터 분사된 상기 세정 용액의 스트림은 상기 제 1 회전 방향에 대항하는 속도 성분을 갖고 상기 제 2 노즐로부터 분사된 상기 세정 용액의 스트림은 상기 제 2 회전 방향에 대항하는 속도 성분을 갖는, 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 세정 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐로부터 분사된 상기 세정 용액의 스트림은 상기 제 1 회전 방향에 대항하는 속도 성분을 갖는, 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 세정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐은 -45 내지 +45 도의 수직 각 (normal angle) 으로 상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 상기 내측 원형 에지에 대해 배향되는, 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 세정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐은 -30 내지 +10 도의 수평 각 (horizontal angle) 으로 상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 수평인 플레인에 대해 배향되는, 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 세정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    제 1 노즐 팁이 상기 립씰 및 컵 하단부의 상기 내측 원형 에지의 가장 가까운 지점으로부터 2 내지 50 ㎜의 거리로 배향되는, 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 세정 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐 팁은 상기 립씰 및 컵 하단부의 상기 내측 원형 에지의 가장 가까운 지점으로부터 2 내지 10 ㎜의 거리로 배향되는, 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 세정 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐로부터 분사된 상기 세정 용액의 스트림의 플로우 레이트는 250 내지 750 ㎖/분인, 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 세정 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정 용액이 상기 제 1 노즐로부터 분사되기 때문에 상기 제 1 노즐 내에서 상기 세정 용액 내에 메가소닉 파형들을 생성시키는 단계를 더 포함하는, 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 세정 방법.
  18. 립씰 및 컵 하단부를 갖는 전기도금 장치를 사용하여 복수의 반도체 기판들 상에 금속을 전기도금하는 방법으로서,
    하나 이상의 기판들의 제 1 세트 상에 상기 금속을 전기도금하는 단계;
    상기 기판들의 제 1 세트를 전기도금하는 동안 상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나 상에 축적된 금속 디포지션물들을 제거하는 세정 동작을 수행할지 여부를 결정하는 단계로서, 상기 결정하는 단계는 상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나 상에 세정을 요구할 만큼 충분한 금속 디포지션물들이 축적되었는지 여부의 평가를 포함하는, 상기 세정 동작 수행 여부를 결정하는 단계;
    세정 동작이 요구된다고 결정되면, 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 상기 세정 방법에 따라 상기 금속 디포지션물들을 제거하는 상기 세정 동작을 수행하는 단계; 및
    세정 동작이 요구되는지 여부를 결정한 후 그리고 상기 세정 동작이 요구되면, 상기 세정 동작을 수행한 후, 하나 이상의 기판들의 제 2 세트 상에 상기 금속을 전기도금하는 단계를 포함하는, 전기도금 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속은 주석/은 합금인, 전기도금 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    마지막 세정 동작 이후에 미리 결정된 수보다 많은 기판들이 전기도금되었으면 세정 동작이 요구된다고 결정되는, 전기도금 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    기판들의 상기 미리 결정된 수는 마지막 세정 동작 이후 상기 전기도금된 기판들의 패터닝되지 않은 표면 면적에 대한 패터닝된 표면 면적의 비에 따라 선택되는, 전기도금 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    기판들의 상기 미리 결정된 수는 1 내지 200의 범위에서 선택된 수인, 전기도금 방법.
  23. 제 18 항에 있어서,
    마지막 세정 동작 이후에 전기도금을 통해 미리 결정된 양보다 많은 전하가 상기 기판으로 이동되었다면 세정 동작이 요구된다고 결정되는, 전기도금 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 양의 전하는 마지막 세정 동작 이후 전기도금된 상기 기판들의 패터닝된 표면 면적의 방사상의 분포 및/또는 패터닝되지 않은 표면 면적의 방사상의 분포에 따라 선택되는, 전기도금 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    전하의 상기 미리 결정된 양은 5 내지 500 C (Coulomb) 의 범위로부터 선택된 전하량인, 전기도금 방법.
  26. 전기도금 디바이스 내에 장착하고 상기 전기도금 디바이스의 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나로부터 전기도금된 금속 디포지션물들을 제거하기 위한 세정 장치로서,
    제 1 노즐;
    상기 제 1 노즐과 유체 연통하는 제 1 세정 유체 공급 도관;
    상기 제 1 노즐이 부착된 노즐 암 (arm); 및
    상기 노즐 암에 기계적으로 커플링되고 상기 세정 장치가 전기도금 디바이스 내에 장착될 때, 후퇴 (retract) 위치와 세정 위치 사이에서 상기 제 1 노즐과 상기 노즐 암을 운동시키도록 구성된 노즐 암 액추에이터를 포함하고,
    상기 후퇴 위치에서, 상기 제 1 노즐 및 노즐 암은, 반도체 기판이 상기 립씰 상에 위치될 수도 있고 상기 제 1 노즐 또는 노즐 암과 물리적으로 컨택트하지 않고 전기도금 욕 (electroplating bath) 을 홀딩하도록 구성된 상기 전기도금 디바이스의 볼륨 내로 하강될 수도 있도록 위치되고,
    상기 세정 위치에서, 상기 제 1 노즐은 상기 전기도금 디바이스의 상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나의 내측 원형 에지로 향하도록 위치되는, 세정 장치.
  27. 삭제
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 노즐 암 액추에이터는 상기 후퇴 위치와 상기 세정 위치 사이에서 상기 노즐 암이 운동하는 회전 축을 중심으로 상기 노즐 암을 회전시키도록 구성된, 세정 장치.
  29. 제 26 항 또는 제 28 항에 있어서,
    상기 금속 디포지션물들은 주석/은 합금을 포함하는, 세정 장치.
  30. 제 26 항 또는 제 28 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐은 제트 노즐 (jet nozzle) 인, 세정 장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐은 0.02 내지 0.04 인치의 오리피스 (orifice) 직경을 갖는, 세정 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐의 내부 단면은 0 내지 20 도의 실질적으로 일정한 캠버 (camber) 각 또는 베이스로부터 팁까지 변하지만 0 내지 20 도의 범위인 캠버 각으로 베이스로부터 팁까지 테이퍼되는, 세정 장치.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐의 베이스로부터 팁까지의 거리는 0.5 내지 2 ㎝인, 세정 장치.
  34. 제 26 항 또는 제 28 항에 있어서,
    세정 용액이 상기 제 1 노즐로부터 분사되기 때문에 상기 제 1 노즐 내에서 상기 세정 용액 내에 메가소닉 파형들을 생성하기 위한 전력 생성기를 더 포함하는, 세정 장치.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 전력 생성기는 상기 메가소닉 파형들을 생성하도록 0.7 내지 4 ㎒의 주파수를 갖는 전기 전력을 생성하는, 세정 장치.
  36. 제 26 항 또는 제 28 항에 있어서,
    제 2 노즐; 및
    상기 제 2 노즐과 유체 연통하는 제 2 세정 유체 공급 도관을 더 포함하는, 세정 장치.
  37. 패터닝된 반도체 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치로서,
    기판 홀더로서,
    컵 하단부를 갖는 컵;
    상기 컵 내에 장착된 립씰;
    복수의 전기적 컨택트 핑거들; 및
    상기 컵 및 립씰에 대해 이동가능하고 상기 립씰 내로 기판을 누름으로써 상기 기판 홀더 내에 상기 기판을 고정하도록 구성된 콘을 포함하는, 상기 기판 홀더;
    전기도금 욕 유체를 홀딩하기 위한 볼륨을 갖는 전기도금 셀;
    상기 전기적 컨택트 핑거들에 전하를 공급하도록 구성된 전력 공급부; 및
    제 26 항 또는 제 28 항의 상기 세정 장치를 포함하는, 전기도금 장치.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 기판 홀더는 상기 전기 도금 장치 내의 복수의 수직 위치들 사이에서 이동가능하고,
    상기 위치들은,
    상기 기판 홀더를 열고, 상기 기판을 로딩하고, 상기 기판 홀더를 닫기 위한 로딩 위치;
    전기도금될 기판의 표면이 상기 전기도금 욕 유체를 홀딩하는 상기 전기도금 셀의 상기 볼륨 내에 위치되도록 상기 기판 홀더 내로 로딩된 기판이 위치되는 전기도금 위치; 및
    기판이 상기 기판 홀더 내로 로딩되지 않고, 상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나 상의 전기도금된 금속 디포지션물들이 상기 세정 장치에 의해 제거될 수도 있도록 상기 립씰 및 컵 하단부 중 적어도 하나가 상기 세정 장치에 대해 위치되는 세정 위치를 포함하는, 전기도금 장치.
  39. 제 38 항에 있어서,
    제어기를 더 포함하고,
    상기 제어기는 머신 판독가능 인스트럭션들을 실행하도록 구성되고,
    상기 인스트럭션들은,
    상기 기판 홀더를 상기 로딩 위치로 이동시키고, 기판을 수용하고, 상기 기판 홀더를 닫기 위한 인스트럭션들;
    상기 기판 홀더를 상기 전기도금 위치로 이동시키고 상기 기판을 전기도금하기 위한 인스트럭션들;
    상기 기판 홀더를 상기 로딩 위치로 복귀시키고, 상기 기판 홀더를 열고, 상기 기판을 제거하기 위한 인스트럭션들;
    상기 기판 홀더를 상기 세정 위치로 이동시키기 위한 인스트럭션들; 및
    상기 기판 홀더를 회전시키는 동안 상기 세정 장치의 상기 노즐로부터 세정 용액을 분사시키기 위한 인스트럭션들을 포함하는, 전기도금 장치.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 제어기의 상기 머신 판독가능 인스트럭션들은,
    상기 기판 홀더를 상기 세정 위치로 이동시키기 전에 상기 세정 장치의 상기 노즐 암 액추에이터를 이의 세정 위치로 이동시키기 위한 인스트럭션들; 및
    상기 기판 홀더를 상기 세정 위치 밖으로 이동시킨 후에 상기 노즐 암 액추에이터를 이의 후퇴 위치로 복귀시키기 위한 인스트럭션들을 포함하는, 전기도금 장치.
  41. 제 39 항에 있어서,
    회수 쉴드 (reclaim shield); 및
    린스 쉴드를 더 포함하고,
    상기 전기도금 장치 내의 상기 복수의 수직 위치들은,
    회수 위치로서, 이 위치에서 상기 기판을 150 내지 750 RPM으로 회전시키는 것은 상기 기판에 부착된 임의의 전기도금 욕 유체의 적어도 일부가 상기 회수 쉴드에 맞고 튀고 (fling) 상기 전기도금 욕을 홀딩하는 상기 전기도금 셀의 상기 볼륨으로 복귀되게 하도록 상기 전기도금 욕 유체를 홀딩하는 상기 전기도금 셀의 상기 볼륨의 위이지만 상기 회수 쉴드 아래에 상기 기판이 위치되는, 상기 회수 위치; 및
    상기 기판을 린스 용액을 사용하여 린스하기 위한 린스 위치로서, 이 위치에서 상기 기판을 150 내지 750 RPM으로 회전시키는 것은 상기 기판에 부착된 임의의 린스 용액 및/또는 전기도금 욕 유체의 적어도 일부가 상기 린스 쉴드에 맞고 튀고 상기 전기도금 욕을 홀딩하는 상기 전기도금 셀의 상기 볼륨으로 복귀되지 않게 하도록 상기 회수 쉴드 위이지만 상기 린스 쉴드 아래에 상기 기판이 위치되는, 상기 린스 위치를 더 포함하고,
    상기 제어기의 상기 머신 판독가능한 인스트럭션들은,
    상기 기판 홀더를 상기 회수 위치로 이동시키고 상기 기판 홀더 및 기판을 회전시키기 위한 인스트럭션들; 및
    상기 린스 위치로 상기 기판 홀더를 이동시키고 상기 기판 홀더 및 기판을 회전시키는 동안 상기 기판을 린스하기 위한 인스트럭션들을 더 포함하는, 전기도금 장치.
  42. 제 38 항에 있어서,
    상기 기판 홀더가 상기 세정 위치에 위치될 때 상기 전기도금 욕을 홀딩하는 상기 전기도금 셀의 상기 볼륨 위이고 상기 제 1 노즐 및 기판 아래에 위치된 후퇴 가능한 세정 쉴드를 더 포함하고,
    상기 세정 쉴드는 확장된 구성 및 후퇴 구성을 갖고,
    상기 후퇴 구성에서, 상기 기판 홀더는 상기 세정 쉴드에 의해 물리적으로 방해받지 않고 상기 세정 위치 또는 로딩 위치로부터 상기 전기도금 위치로 이동될 수도 있고,
    상기 확장된 구성에서, 상기 세정 쉴드는 상기 제 1 노즐로부터 분사된 세정 유체가 상기 전기도금 욕 유체를 홀딩하는 상기 전기도금 셀의 상기 볼륨 내로 떨어지는 것을 방지하는, 전기도금 장치.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 확장된 구성에서 상기 세정 쉴드에 의해 형성된 개구의 직경은 상기 립씰 및 컵 하단부의 내측 원형 에지의 직경의 75 ％보다 작은, 전기도금 장치.
  44. 제 42 항에 있어서,
    상기 세정 쉴드는 블레이드들 (blades) 이 가변 크기의 실질적으로 원형인 개구를 생성하도록 상기 후퇴 가능한 쉴드의 후퇴 및 확장 시 다른 블레이드 위로 슬라이드되도록 구성된 복수의 이동가능한 블레이드들을 포함하는, 전기도금 장치.
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