KR102113883B1 - 관통 레지스트 금속 도금을 위한 웨팅 전처리의 방법들 및 장치 - Google Patents

관통 레지스트 금속 도금을 위한 웨팅 전처리의 방법들 및 장치 Download PDF

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Abstract

프리웨팅 장치 설계들 및 방법들이 개시되어 있다. 일부 실시형태들에서, 프리웨팅 장치는 탈기기, 프로세스 챔버, 및 제어기를 포함한다. 프로세스 챔버는, 웨이퍼 기판을 보유하도록 구성된 웨이퍼 홀더, 프로세스 챔버 내의 아대기압의 형성을 허용하는 진공 포트, 및 탈기기에 커플링되고 웨이퍼 기판 상의 입자들이 축출되게 하는 적어도 초당 약 7 미터의 속도로 그리고 축출된 입자들이 웨이퍼 기판으로부터 제거되게 하는 플로우 레이트로 탈기된 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판 상으로 전달하도록 구성된 유체 입구를 포함한다. 제어기는 웨이퍼 기판을 유체 입구를 통해 적어도 분당 약 0.4 리터의 플로우 레이트로 들어가게 된, 탈기된 프리웨팅 유체와 접촉시킴으로써 프로세스 챔버 내의 웨이퍼 기판 상에 웨팅 층을 형성하기 위한 프로그램 명령들을 포함한다.

Description

관통 레지스트 금속 도금을 위한 웨팅 전처리의 방법들 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR WETTING PRETREATMENT FOR THROUGH RESIST METAL PLATING}
본원에서 개시된 실시형태들은 프리웨팅 (pre-wetting) 장치 설계들 및 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 실시형태들은 집적 회로 제조를 위해 웨이퍼 상에 전기 도전성 재료들을 데포짓하기 전에 반도체 웨이퍼를 프리웨팅하기 위한 프리웨팅 장치 설계들 및 방법들에 관한 것이다.
웨팅 (wetting) 은 액체와 고체 사이의 접착력들 및 액체에서의 응집력들에 의해 좌우되는 액체/고체 계면의 속성이다. 액체와 고체 사이의 접착력들은 액체가 고체 표면에 걸쳐 확산되게 한다. 액체에서의 응집력들은 액체가 고체 표면과의 접촉을 최소화하게 한다. 액체에 의한 고체 표면의 웨팅은, 액체가 고체 표면과 상호작용하는 많은 산업적 프로세스들에서 중요하다. 집적 회로 제조에서의 전기도금을 포함한 전기도금 (음극 프로세스) 이 하나의 이러한 산업적 프로세스이다. 웨팅은 또한 전해에칭 (electroetching) 및 전해연마 (electropolishing) 를 포함한 양극 프로세스들에서 중요하다.
예를 들어, 많은 반도체 및 마이크로전자 프로세스들은 관통 레지스트 전착 (through resist electrodeposition) 을 이용한다. 이 도금 프로세스는 또한 때때로 관통 마스크 또는 포토레지스트 패터닝된 전착이라고도 지칭된다. 이들 프로세스들은, GaAs 웨이퍼들 상에 서브마이크로미터 금 인터커넥트들을 도금하는 것, 박막 레코딩 헤드들을 위해 구리 코일들 또는 자성 합금들을 도금하는 것, 재분배 또는 통합된 패시브 적용들을 위해 구리 도체들을 도금하는 것, 또는 플립 칩 접속을 위해 PbSn 또는 무연 솔더들을 도금하는 것과 연관될 수도 있다. 이들 프로세스들 모두는, 금속이 데포짓되는, 블랭킷 도전성 시드 층, 또는 도전성 도금 베이스, 및 패터닝된 유전체 템플릿을 갖는 기판들을 수반한다.
관통 레지스트 도금 또는 다른 프로세싱 전에 기판들을 전처리하기 위한 방법들 및 장치가 제공된다. 그 기판들은, 이를 테면, 포토레지스트 입자들 및 잔여물을 포함한, 오염시키는 입자성 재료를 제거하기 위해, 그리고 후속 프로세싱에 적합한 웨팅된 표면을 제공하기 위해 프리웨팅되고 세정된다.
하나의 양태에서, 장치가 제공된다. 그 장치는 프리웨팅 유체 (pre-wetting fluid) 로부터 하나 이상의 용존 가스들을 제거하여 탈기된 프리웨팅 유체를 생성하도록 구성된 탈기기 (degasser), 및 웨이퍼 기판을 보유하도록 구성되고 웨이퍼 기판을 회전시키도록 구성된 웨이퍼 홀더, 프로세스 챔버 내의 아대기압 (subatmospheric pressure) 의 형성을 허용하도록 구성된 진공 포트, 및 탈기기에 커플링되고 웨이퍼 기판 상의 입자성 재료 (입자들 및 잔여물을 포함) 가 축출되는 적어도 초당 약 7 미터의 속도로 그리고 축출된 입자들이 웨이퍼 기판으로부터 제거되는 플로우 레이트 (flow rate) 로 탈기된 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판 상으로 전달하도록 구성된 유체 입구를 포함하는 프로세스 챔버를 포함한다. 그 장치는, 웨이퍼 기판을 회전시키며, 유체 입구를 통해 적어도 분당 약 0.4 리터의 플로우 레이트로 들어가게 된, 탈기기로부터의 탈기된 프리웨팅 유체와 웨이퍼 기판을 접촉시킴으로써 프로세스 챔버 내의 아대기압에서 웨이퍼 기판 상에 웨팅 층을 형성하는 것으로서, 탈기된 프리웨팅 유체는 웨이퍼 기판을 회전시키는 동안 액체 상태에 있는, 상기 웨이퍼 기판 상에 웨팅 층을 형성하기 위한 프로그램 명령들을 포함하는 제어기를 더 포함할 수도 있다. 제공된 유체 속도들 및 유체 플로우 레이트들이 이를 테면 기판으로부터 입자성 재료를 축출 및 제거하기에 충분한 것으로 선택되고, 팬 노즐들을 포함한, 적절한 유체 전달 방법들이 제공된다.
탈기기는, 일부 실시형태들에서는, 약 0.5 ppm 이하의 용존 대기 가스를 갖는 웨이퍼 기판을 접촉시키기 위한 탈기된 프리웨팅 유체를 생성하도록 구성된 멤브레인 접촉기 탈기기 (membrane contactor degasser) 이다. 유체는 바람직하게는 웨이퍼 기판으로부터 입자들을 축출 및 제거하는 것을 돕는 화학 용액 또는 탈이온수이다. 진공 포트는 일부 실시형태들에서는 웨이퍼 홀더 하방에 위치된다. 그 장치는 일부 실시형태들에서는 웨이퍼 기판 상에 웨팅 층을 형성하는 동안 약 50 Torr 미만의 아대기압을 유지하도록 구성된다.
일부 실시형태들에서, 유체 입구는 탈기된 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판 상으로 전달하도록 구성된 노즐을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 노즐은 프로세스 챔버의 측벽 상에 장착되고, 일부 구현예들에서는, 웨이퍼 기판에 침투하는 탈기된 프리웨팅 유체가 라인의 형상을 갖도록 탈기된 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판 상으로 전달하도록 구성된 팬 노즐이다. 일부 실시형태들에서, 유체 입구는 탈기된 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판 상으로 전달하도록 구성된 적어도 하나의 노즐을 포함하는 매니폴드를 포함하며, 노즐은 웨이퍼 기판 위에 위치되고, 그 노즐은 웨이퍼 기판에 침투하는 탈기된 프리웨팅 유체가 라인의 형상을 갖도록 탈기된 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판 상으로 전달하도록 구성된 팬 노즐이다.
일부 실시형태들에서, 프로세스 챔버는 커버 및 바디를 포함하며, 커버는 움직이지 않은 채로 있고, 바디는 바디를 커버와 접촉시키기 위해 실질적으로 수직 방식으로 이동하고 진공 밀봉을 형성하도록 구성되며, 위에서 언급된 매니폴드의 노즐은 커버에 부착된다. 매니폴드의 노즐은, 일부 실시형태들에서는, 탈기된 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판 상에서 웨이퍼 기판의 에지로부터 실질적으로 웨이퍼 기판의 중심으로 전달하도록 구성된다.
일부 실시형태들에서, 웨이퍼 홀더는 웨이퍼 기판을 실질적으로 페이스 업 배향으로 보유하도록 구성되며, 장치는 고속 노즐들로부터 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판 상으로 분무하도록 구성된다.
이러한 장치에서 프리웨팅될 수 있는 통상의 기판은 금속 층 및 오버레잉 포토레지스트를 포함하며, 포토레지스트에서의 피처들 (features) 은 금속 층의 부분들을 노출시킨다. 일부 실시형태들에서, 포토레지스트에서의 피처들은 약 2 대 1 내지 약 1 대 2 의 애스펙트 비들을 갖는 피처들을 포함하며, 포토레지스트에서의 피처들은 약 5 마이크로미터 내지 200 마이크로미터의 사이즈를 갖는 개구부들을 갖는다.
일부 실시형태들에서, 제어기의 프로그램 명령들은, 웨이퍼 기판 상에 웨팅 층을 형성한 후, 탈기된 프리웨팅 유체의 전달을 중지시키며, 탈기된 프리웨팅 유체의 전달을 중지시킨 후, 웨이퍼 기판으로부터 과잉 표면 혼입된 (entrained) 탈기된 프리웨팅 유체를 제거하기 위해 웨이퍼 기판을 상이한 회전비로 회전시키기 위한 명령들을 더 포함한다.
일부 실시형태들에서, 제어기의 프로그램 명령들은, 탈기된 프리웨팅 유체의 전달을 중지시킨 후에 및 과잉 표면 혼입된 프리웨팅 유체의 제거 전에, 프로세스 챔버 내의 압력을 대기압으로 또는 대기압보다 높게 증가시키기 위한 명령들을 더 포함한다.
통상적으로, 프로그램 명령들은 웨이퍼 기판 상에 웨팅 층을 형성하기 전에, 프로세스 챔버 내의 압력을 아대기압으로 감소시키기 위한 명령들을 더 포함한다. 예를 들어, 프로그램 명령들은, 프로세스 챔버 내의 압력이 약 50 Torr 미만으로 감소되는 경우 웨이퍼 기판 상에 웨팅 층의 형성을 개시하는 것, 및 약 10 초 내지 120 초 동안 웨이퍼 기판을 탈기된 프리웨팅 유체와 접촉시키는 것을 특정할 수도 있다.
다른 양태에서, 위에서 설명된 장치 및 스텝퍼를 포함하는 시스템이 제공된다.
다른 양태에서, (a) 웨이퍼 기판의 표면의 적어도 일부 상에 노출된 금속 층을 갖는 웨이퍼 기판을 프로세스 챔버에 제공하는 단계; (b) 프로세스 챔버 내의 압력을 아대기압으로 감소시키는 단계; (c) 프리웨팅 유체를 탈기하는 단계; (d) 웨이퍼 기판을 회전시키는 단계; 및 (e) 웨이퍼 기판 상에 웨팅 층을 형성하기 위해 프로세스 챔버 내의 아대기압에서 회전하는 웨이퍼 기판을 탈기된 프리웨팅 유체와 접촉시키는 단계로서, 탈기된 프리웨팅 유체는 노출된 금속 층 상의 임의의 입자성 재료를 축출하기에 충분한 적어도 초당 약 7 미터의 속도로 그리고 웨이퍼 기판으로부터 축출된 입자성 재료를 제거하기에 충분한 적어도 분당 약 0.4 리터의 플로우 레이트로 웨이퍼 기판에 접촉하는, 상기 웨이퍼 기판을 탈기된 프리웨팅 유체와 접촉시키는 단계를 포함하는, 방법이 제공된다.
일부 실시형태들에서, 그 방법은, 웨이퍼 기판에 포토레지스트를 도포하는 단계; 포토레지스트를 노광하는 단계; 포토레지스트를 패터닝하고 그 패턴을 웨이퍼 기판에 전사하는 단계; 및 포토레지스트를 워크피스로부터 선택적으로 제거하는 단계를 더 포함한다.
다른 양태에서, 장치의 제어를 위한 프로그램 명령들을 포함하는 비일시적 컴퓨터 머신 판독가능 매체가 제공되며, 프로그램 명령들은, (a) 웨이퍼 기판의 표면의 적어도 일부 상에 노출된 금속 층을 갖는 웨이퍼 기판을 프로세스 챔버에 제공하는 것; (b) 프로세스 챔버 내의 압력을 아대기압으로 감소시키는 것; (c) 프리웨팅 유체를 탈기하는 것; (d) 웨이퍼 기판을 회전시키는 것; 및 (e) 웨이퍼 기판 상에 웨팅 층을 형성하기 위해 프로세스 챔버 내의 아대기압에서 회전하는 웨이퍼 기판을 탈기된 프리웨팅 유체와 접촉시키는 것으로서, 탈기된 프리웨팅 유체는 노출된 금속 층 상의 임의의 입자성 재료를 축출하기에 충분한 적어도 초당 약 7 미터의 속도로 그리고 웨이퍼 기판으로부터 축출된 입자성 재료를 제거하기에 충분한 적어도 분당 약 0.4 리터의 플로우 레이트로 웨이퍼 기판에 접촉하는, 상기 웨이퍼 기판을 탈기된 프리웨팅 유체와 접촉시키는 것을 포함하는 동작들을 위한 코드를 포함한다.
도 1은 프리웨팅 장치의 하나의 실시형태의 개략적인 레이아웃을 도시한다.
도 2는 프리웨팅 챔버의 일 실시형태의 등각도를 도시한다.
도 3은 응축 (condensation) 프리웨팅 프로세스를 위해 구성된 프리웨팅 챔버의 일 실시형태를 도시한다.
도 4는 침지 (immersion) 프리웨팅 프로세스를 위해 구성된 프리웨팅 챔버의 일 실시형태를 도시한다.
도 5는 침지 프리웨팅 프로세스를 위해 구성된 프리웨팅 챔버의 다른 실시형태를 도시한다.
도 6은 프리웨팅 프로세스가 도금 셀에서 수행되는 장치의 일 실시형태를 도시한다.
도 7은 전기도금 시스템의 일 실시형태를 도시한다.
도 8a 및 8b는 프리웨팅 프로세스의 실시형태들에 대한 흐름도들이다.
도 9는 웨이퍼 기판 상에 금속의 층을 전기도금하기 위한 전기도금 프로세스의 일 실시형태에 대한 흐름도이다.
도 10a 및 10b는 관통 레지스트 도금을 위한 프리웨팅 챔버의 일 실시형태를 도시한다.
도 11a 및 11b는 관통 레지스트 도금을 위한 프리웨팅 챔버의 일 실시형태를 도시한다.
도 12는 관통 레지스트 도금을 위한 프리웨팅 챔버의 일 실시형태를 도시한다.
도 13은 관통 레지스트 도금을 위한 프리웨팅 프로세스의 일 실시형태에 대한 흐름도이다.
이제 특정 실시형태들을 참조하게 될 것이다. 특정 실시형태들의 예들은 첨부 도면들에서 예시된다. 본 발명은 이들 특정 실시형태들과 함께 설명될 것이지만, 본 발명을 이러한 특정 실시형태들에 제한하는 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 반면에, 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있는 바와 같은 대안물들, 변경물들, 동가물들을 포괄하는 것으로 의도된다. 다음의 설명에서, 다수의 특정 세부사항들이 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위하여 언급된다. 본 발명은 이러한 특정 세부사항들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다. 다른 경우들에서, 널리 알려져 있는 프로세스 동작들은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위하여 상세히 설명되어 있지 않다.
본원에는 웨이퍼 프리웨팅을 위해, 도금 동안의 웨이퍼 유입 및 웨이퍼 프로세싱의 조건들, 및 프리웨팅 유체 조성들을 변경하기 위한 장치 설계들 및 방법들이 개시되어 있다. 프리웨팅 프로세스는, 본원에서 제공된 실시형태들에 따라, 전기도금 챔버에서, 또는 프리웨팅 스테이션 및 전기도금 스테이션을 포함하는 모듈의 별개의 프리웨팅 스테이션에서 수행될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 프리웨팅과 전기도금은 별개의 장치들에서 수행된다.
기판은 통상적으로 도전성 재료의 층 (예를 들어, 구리 또는 구리 합금을 포함하는 시드 층) 이 상주하고 있는 반도체 웨이퍼이다. 전기도금 동안, 전기 접속들이 도전 층에 만들어지고 웨이퍼 기판은 음으로 바이어스되며, 이에 의해 캐소드로서 역할을 한다. 웨이퍼는, 웨이퍼 캐소드에서 환원되어 결과적으로 웨이퍼 상의 금속 데포지션이 되는 금속염 (예컨대, 황산구리, 구리 알킬술폰산염 (copper alkylsulfonate), 또는 염들의 혼합물) 을 함유한 도금 용액과 접촉된다. 많은 실시형태들에서, 기판은 전기도금 프로세스에 의해 충진될 필요가 있는 하나 이상의 리세스된 (recessed) 피처들 (예컨대, 비아들 또는 홀들) 을 포함한다. 또한 도금 용액은, 금속염들 외에도, 산을 함유할 수도 있고, 통상적으로는, 기판의 여러 표면들 상의 전착 레이트들을 조절하는데 사용되는, 할로겐화물들 (예컨대, 염화물, 브롬화물, 등), 촉진제들, 레벨러들 (levelers), 및 억제제들과 같은 하나 이상의 첨가물들을 함유한다.
개시된 프로세스들 및 연관된 장치 설계들은 최근 생겨난 구리 관통 실리콘 비아 (through silicon via; TSV) 전해충진 구조들에서 또는 관통 레지스트 도금과 연관되는 리세스된 피처들에서 보통 발견되는 것들과 같이, 더 넓고 (예컨대, 통상 5 μm 초과) 더 깊은 (예컨대, 통상 10 μm 초과) 다마신 구조들 (비아들) 을 전해충진하는데 특히 적용가능하고 필요하다. 관통 실리콘 비아 구조들은 여기에 참조로 통합되는 2010년 8월 17일자로 발행된 미국특허 제7,776,741호에서 더욱 설명된다. 표면 상에 또는 피처 내에 포획되거나, 다르게는 상주하는 기포들은, 피처 표면을 비-도전성 가스로 차단함으로써, 또는 전류의 자유 통행에 대한 장애물을 생성함으로써 필드 및 피처 도금 프로세스를 방해할 것이다. 개시된 프로세스들 및 연관된 장치 설계들은 보이드 없는 구리 전해충진을 가능하게 한다.
TSV 및 관통 레지스트 상호접속들의 전기도금과 전해충진은 다수의 도전과제들을 제시한다. 이것들은 매우 큰 및/또는 깊은 구조들로 인한 긴 도금 시간들, 또는 열악한 피처 웨팅 또는 열악한 시드 층 커버리지로 인한 불완전한 도금을 포함한다. 게다가, 모든 리세스된 피처들의 내부가 액체로 충진되는 것과 피처들 내부에는 도금을 막는 포획된 가스들이 없다는 것을 보장하는 것이 중요하다. 본원에서 설명된 프리웨팅 장치 설계들 및 방법들은 일반적으로 금속, 구체적으로는 구리를 전기도금하는 것 (음극 프로세스) 과 관련하여 설명된다. 그러나, 본원에서 설명된 프리웨팅 장치 설계들 및 방법들은 일반적으로 양자가 양극 프로세스들인 전해에칭 및 전해연마를 포함한 모든 전해 프로세스들에 적용가능하다.
도금 프로세스에 필요한 액체 충진된, 무거품, 무입자 리세스된 피처들을 형성하기 위한 방법들이 설명된다. 게다가, 시드 층 부식 (corrosion) 을 최소화하고 동시에 도금 레이트들을 증가시키는 프리웨팅 유체들의 조성들이 설명된다.
장치
일반적으로, 본원에서 설명된 장치 설계들 및 방법들은 표면 및 피처를 유체로 프리웨팅하기 전에 피처 내로부터 가스, 주로 모든 비-응축가능 가스들 (예컨대, 질소 및 산소) 을 먼저 제거함으로써 웨이퍼 기판 상의 리세스된 피처 (예컨대, 비아) 내의 거품의 형성을 피한다. 이를 달성하기 위해, 리세스된 피처들을 갖는 웨이퍼는 웨이퍼를 보유하고 또한 웨이퍼 표면들로부터 가스를 제거하는데 적합한 베셀 (vessel) (예컨대, 진공 베셀) 내에 배치된다. 베셀 자체 외에도, 가스를 제거하기 위한 메커니즘 (예컨대, 펌프와 같은 진공 소스에 접속된 라인) 과 진공 조건들이 유지되는 동안 표면 상으로 액체를 데포짓하기 위한 메커니즘이 필요하다.
본원에는, 도금 프로세스의 개시 전에, 또는 도금 프로세스의 개수 후 단시간 이내에 웨이퍼를 프리웨팅하기 위한 다양한 장치 설계들이 개시되며, 여기서 표면에 리세스된 피처들 내에 다르게는 포획되었을 수도 있는 거품들 및 가스가 회피된다. 프리웨팅 장치의 실시형태들은 다양한 엘리먼트들을 포함한다. 통상적으로, 프리웨팅 장치는 액체 혼합 디바이스들과 액체 레벨 제어기들 및 센서들을 포함하는 프리웨팅 유체 저장 및 리턴 (return) 탱크를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 그 장치는 프리웨팅 유체 탈기 흐름 루프를 포함한다. 이러한 탈기 흐름 루프는, 일부 실시형태들에서, 순환 펌프, 라우팅/우회 (diverting) 밸브들, 액체 탈기 엘리먼트, 및 (진공을 펌프 다운하여 프리웨팅 챔버 및 도구 상의 다양한 액체 탈기 엘리먼트들에 인가하는데 사용되는) 액체 탈기 엘리먼트와 시스템 진공 펌프 사이의 접속을 포함한다. 프리웨팅 장치는 또한 프리웨팅 챔버를 포함한다. 프리웨팅 챔버는, 일부 실시형태들에서, 챔버에 액세스하기 위한 2 포지션 (개방/폐쇄) 진공 웨이퍼 액세스 도어 또는 리드 (lid), 및 액체가 상부 벽들 또는 도어와 부딪치고 후속하여 그 상부 벽들 또는 도어로부터 웨이퍼 표면으로 떨어지는 것을 방지하는 결합된 도어 또는 리드 및 스플래시 실드 (splash shield) 를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 챔버 내부에는 챔버 내에서 웨이퍼를 지지하고 회전시키기 위한 웨이퍼 홀더가 있다. 일부 실시형태들에서, 챔버는, 다르게는 웨이퍼 및 진공 웨이퍼 액세스 도어 상방에 상주하고 잠재적으로는 웨이퍼 위로 흐를 챔버의 벽들 상의 액체 응축을 방지하는데 사용되는, 에어돔 (air-dome) 챔버-히터를 포함한다. 프리웨팅 챔버들은 통상적으로 프리웨팅 유체를 챔버에 유입하고 프리웨팅 유체를 회전하는 웨이퍼의 상부 표면 상에 착륙하도록 향하게 하는 입구 포트와, 챔버 상에 진공을 도입 및 해제하기 위한 입구 라인 및 챔버 포트를 포함하며, 입구 라인은 입자 여과 디바이스를 포함하고 입구 포트는 들어오는 가스 흐름을 분배하고 챔버 흐름 난류를 최소화하도록 구성된 흐름 확산기 (flow diffuser) 를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 챔버는 엠프티/레디 (empty/ready) 및 오버플로/오버풀 (over-full) 조건을 모니터링하기 위한 액체 레벨 센서들을 포함한다. 프리웨팅 챔버들은 또한 통상적으로 챔버로부터 액체를 제거하고 배출된 유체를 다시 저장 탱크로 향하게 하는 드레인을 포함한다.
본원에서 설명된 실시형태들은, 포획된 거품들, 특히 웨이퍼에서의 더 큰 비아들 또는 트렌치들에 형성될 수 있는 그런 거품들의 유해한 영향들을, (1) 웨이퍼 상방에서 및 비아 또는 홀 내로부터 실질적으로 대기압 비-응축가능 가스들 모두를 제거한 다음, 그 웨이퍼를 프리웨팅 유체로 프리웨팅함으로써 완전히 프리웨팅 동안 비아 내의 가스의 포획을 피하는 것; 및/또는 (2) 큰 외부 압력을 유체에 가하고, 이에 의해 거품 계면에서 큰 과포화 조건을 만드는 것에 의해 거품이 유체 내에 용해되는 것을 유도함으로써 거품이 용해될 레이트를 상당히 증가시키는 것에 의해 극복한다. 이들 전처리 및 사전 도금 대책들 외에도, 일부 실시형태들에서는, 도금이 탈기된 상태에서 유지되는 도금 용액 내에서 수행되고, 다른 실시형태들에서, 도금 용액은 웨이퍼 표면에 노출되기 직전에 라인에서 탈기된다.
일부 실시형태들에서, 프리웨팅 유체가 도금 용액과 동일한 조성을 가지는 전기도금 셀 내에서 프리웨팅을 수행하는 것이 가능하다. 그러나, 도금 프로세스들을 진공 프로세스들과 결합하는 하드웨어 복잡성을 포함한 다양한 이유들로, 프리웨팅 (진공 피처-되충진된 (backfilled) 프리웨팅을 포함) 이 도금 셀과는 다른 셀, 서브-셀, 또는 모듈에서 종종 수행된다. 진공 하의 프리웨팅이 도금 용액에서가 아닌, 도금 셀의 분명히 다른 영역에서, 또는 도금 셀과는 분명히 별개인 모듈에서 수행되는 경우, 프리웨팅 유체의 조성이 선택될 수 있다. 프리웨팅 유체는 웨이퍼를 도금하기 위해 후속하여 사용된 것과 동일하거나 또는 매우 유사한 조성을 가질 수도 있다. 프리웨팅 유체는 도금욕 (plating bath) 의 모든 엘리먼트들 (예컨대, 도금 용액에서와 동일하거나 또는 매우 유사한 농도들의 동일한 용매(들) 및 동일한 용해된 금속 이온들, 산들, 양이온, 첨가물들 및 할로겐화물들) 을 포함할 수도 있다. 이러한 프리웨팅 유체는 일부 실시형태들에서 작용할 수도 있다. 대안으로, 다른 실시형태들에서, 도금 용액과 매우 상이한 프리웨팅 유체가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 1) 물 (water), 2) 도금 용액의 금속 이온 농도보다 실질적으로 더 높은 금속 이온 농도를 갖는 유체, 3) 더 낮은, 상이한 조합의 용해된 할로겐화물들을 갖거나 또는 용해된 할로겐화물들이 없는 유체, 4) 도금 첨가물들의 하나, 수 개, 또는 모두가 실질적으로 없는 유체, 또는 5) 수용성 (water-miscible) 용매들의 프리웨팅 유체가 프리웨팅 유체들로서 사용될 수도 있다. 이러한 프리웨팅 유체들은 여기서 추가로 설명된다.
가능성들, 즉 a) 도금의 개시 전에 웨이퍼 기판 상의 금속 층들을 부식시키킬 가능성; b) 도금 프로세스를 금지 (즉, 피처 금속-충진 프로세스를 느려지게 하거나 또는 완전히 금지) 시킬 가능성; c) 프리웨팅 유체의 후속하는 프리웨팅 유체 재사용에 대한 유실의 가능성; 및 d) 시간경과에 따라 도금욕 내에서 다양한 중요 종들의 농도들을 (첨가, 희석, 또는 농축에 의해) 변경시킬 가능성을 포함한 다수의 팩터들이 프리웨팅 유체 조성을 선택할 때 고려되어야 한다. 후자의 프로세스는 도금욕에서 금속 이온 농도들, 할로겐화물 농도들, 유기 첨가물들 등을 변경시킬 수도 있다. 이들 효과들은 꽤 상당할 수 있다. 더욱이, 도금욕과는 다른 조성의 프리웨팅 유체를 사용하는 경우, 도금 용액에 첨가될 과잉 혼입된 프리웨팅 유체를 제거하고 회수하는 적합한 메커니즘들을 가능하게 하는 일 없이 동일한 모듈에서 프리웨팅 프로세스를 수행하는 것은, 시간경과에 따른 도금 용액 변경을 완화, 모니터링 및/또는 다르게는 정정하는 메커니즘들을 일반적으로 요구할 것이다. 한편, 프리웨팅 동작이 이 유체의 분리 및 회수를 허용하는 도금 셀의 별개의 처리 스테이션, 모듈, 베셀, 또는 서브-베셀에서 수행되는 프로세스와 하드웨어의 사용은 이러한 문제들을 피할 수 있기 때문에 유익할 수도 있다. 이 배경으로, 그리고 실시형태들의 핵심 개념들의 설명을 단순화하기 위하여, 별개의 프리웨팅 "스테이션" 및 별개의 "도금 스테이션" 의 맥락에서, 웨이퍼가 전자로부터 후자로 이송되는 것으로 하여, 많은 실시형태들이 후술된다. 그러나, 아마도 일부 환경들에서 (예컨대, 다른 액체들의 혼합을 피하기 위해 또는 다른 이유들로) 유망할 것이지만, 프리웨팅 재료들의 특정 선택에 관련된 실시형태들의 양태, 일반적인 유체, 및 도금 프로세싱 시퀀스들은 그렇게 제한되지는 않는다.
도 1은 프리웨팅 장치 (즉, 챔버 (301) 및 연관된 하드웨어) 의 하나의 실시형태의 개략적인 레이아웃을 도시한다. 챔버 (301) 는 챔버에서의 출구를 통해 그리고 3-방향 밸브 접속부 (305) 를 통해 진공 펌프 (303) 에 접속된다. 3-방향 밸브의 타측에는 탈기 루프 (306) 가 있으며, 탈기 루프 (306) 는, 프리웨팅 유체 탱크 (307), 탈기 디바이스 (309), 및 프리웨팅 유체를 탈기 루프 둘레에 순환시키기 위한 펌프 (311) 를 포함한다. 다른 실시형태에서, 프리웨팅 유체 피드 라인 및 진공 라인이 챔버에서를 제외하면 접속되지 않고, 각각은 그 자신의 밸브를 가진다 (즉, 3-방향 밸브가 없다). 대안의 실시형태에서, 챔버는 프리웨팅 유체를 들어가게 하기 위한 입구와, 진공 펌프와의 접속을 위해 적응된 출구를 가진다. 프리웨팅 유체 탱크 (307) 및 챔버 (301) 사이의 압력 차이만큼 챔버로 흡인되는 것에 의해서라기 보다는 펌프에 의해 챔버로 유체를 유도하는 것이 바람직하다면, 펌프 (311) 의 포지션은 탈기 엘리먼트 뒤일 수 있다.
일부 실시형태들에서, 프리웨팅 유체 홀딩 탱크 (307) 에서의 영역은 용존 가스의 최소량이 달성되도록 진공 펌프 (미도시) 를 이용하여 홀딩 탱크에 진공을 인가함으로써 가스들이 퍼지된다. 프리웨팅 유체로부터의 가스의 제거 레이트는 또한, 진공에 대한 유체의 노출된 표면을 증가시킴으로써, 예를 들어, 유체가 스프레이로 또는 스프레이 컬럼을 통해 순환 루프로부터 챔버에 재유입되게 함으로써 증가될 수 있다. 도 1에 도시된 시스템의 실시형태에서, 프리웨팅 유체는, 프리웨팅 전에 프리웨팅 유체로부터 하나 이상의 용존 가스들 (예컨대, O2 및 N2 양자) 을 제거하기 위한 탈기 디바이스 (309) (예컨대, 일부 실시형태들에서는, 멤브레인 접촉 탈기기) 를 통해 순환된다. 상업적으로 입수가능한 탈기 디바이스들의 예들은 노스 캐롤라이나, 샬롯의 Membrana 로부터의 Liquid-CelTM, 및 미네소타, 채스카의 Entegris 로부터의 pHasorTM 을 포함한다. 용존 가스의 양은 적절한 계량기 (예컨대, 상업적 용존 산소 계량기 (미도시)) 로 모니터링될 수 있다. 프리웨팅 유체가 챔버 (301) 에 유입되기 전의 용존 가스의 제거는 본원에서 설명되는 바와 같이, 프리웨팅 프로세스를 개선할 수 있다. 프리웨팅 유체를 탈기한 후, 옵션으로는, 탈기 챔버 (309) 의 진공 측과 진공 펌프 (303) 사이의 밸브 (315) 가 폐쇄된다 (이는 초기에 챔버 내의 가스가 탈기된 프리웨팅 유체에 용해되는 것을 막으며; 일부 실시형태들에서, 별개의 펌프들이 이들 2 개의 기능들을 위해 사용될 수 있다).
도 1의 장치와 유사하게 구성된 장치를 사용하는 경우에 존재하는 조건들과 달리, 프리웨팅 유체를 진공 하에서 웨이퍼에 노출하기 전에 그 프리웨팅 유체가 탈기된다면, 유체로부터의 용존 가스는 그것이 챔버에 유입됨에 따라 그 유체로부터 유리 (release) 될 수 있다. 이는 결과적으로 비아들 내부에 거품들이 형성되게 한다. 특정 모델 또는 이론에 의해 제한되는 것을 원하지 않지만, 비아 바닥은 음의 곡률의 로케이션이고, 이 로케이션은 특히 프리웨팅 유체로부터 거품이 응집되는 것과 가스를 유리하는 것에 영향을 받기 쉽다고 믿어진다. 이것이 발생하면, 거품들은 용존 가스를 함유한 프리웨팅 유체로부터 형성될 것인데, 그것이 프리웨팅 조건들 하의 가스 (예컨대, 챔버 내의 진공) 로 과포화되기 때문이다. 그렇게 형성된 거품들은 프리웨팅 프로세스 후에 거기에 남아 있을 수 있으며, 이는 다시 거기에서의 도금을 금지시키고 연관된 결함들로 이어지게 할 수 있다. 그러므로, (도 1에 도시된 실시형태를 포함하는) 일부 실시형태들에서, 프리웨팅 프로세스에서 사용되는 프리웨팅 유체는 탈기된 프리웨팅 유체이다. 일부 실시형태들에서, 탈기된 프리웨팅 유체는 도금 용액일 수도 있고, 본원에서 설명되는 프리웨팅 방법들은 도금 챔버 자체와 동일한 챔버에서 수행될 수도 있다. 별개의 프리웨팅 챔버 및 장치가 채용되지만 프리웨팅 유체가 탈기되지 않는다면, 간헐적이고 신뢰성 없는 충진 결과들이 관측될 수도 있다. 예를 들어, 프리웨팅 유체를 먼저 탈기하지 않고 (웨이퍼를 진공 하에 두어) 프리웨팅 유체로 웨이퍼 상의 홀들이 충진되는 경우, (도금 후 보이드들을 갖는 것과 동일한 백분율에 의해 나타낸 바와 같이, 그 속에 포획된 가스 거품을 나타내는) 대략 15%의 홀들은 여전히 그 홀들 속에 기포들을 갖는다는 것이 확인되었다. 따라서, 일부 실시형태들에서, 진공 하에서 (즉, 아대기압에서) 그리고 탈기된 유체로 프리웨팅을 수행하는 것이 중요하다.
그 반면, 진공 하의 (즉, 아대기압에서의) 프리웨팅 동작과 조합하는, 탈기된 프리웨팅 유체의 사용은, 일부 실시형태들에서, 진공 하에서만의 프리웨팅이 채용되는 경우보다 상당히 적은 피처 보이드들을 초래한다. 비-균일한 데포짓들을 형성하는 것에 대한 양호한 보호를 제공하는 특정 실시형태들에서, 탈기된 프리웨팅 유체의 진공 하의 프리웨팅과의 조합은 탈기되는 도금 용액에서의 도금과 추가로 조합된다. 그 도금 용액은 도금의 초기 스테이지들에서만 (예컨대, 도금 프로세스의 처음 약 10 분 동안만) 탈기될 수도 있거나, 또는 (예컨대, 도금 시간이 더 크다면) 전체 도금 프로세스 동안 탈기된 채로 남아 있을 수도 있다. 이들 조건들 하에서 수행된 실험들은 보이드가 없는 비아들을 생성하였다.
도 1로 돌아가면, 챔버 (301) 내의 압력이 낮은 값 (즉, 아대기압) 에 도달한 후, 진공 펌프 로케이션으로의 3-방향 밸브 (305) 는 탈기 루프 (306) 로부터의 라인에 접속하도록 스위칭되고, 탈기기 루프의 3-방향 밸브 (313) 는 유체가 진공 챔버 (301) 속으로 향하게 되는 것을 허용하도록 설정된다. 일부 실시형태들에서, 아대기압은 동작들의 온도에서 프리웨팅 유체의 비등 압력과 대략 동일하며, 그것은 주변 온도에서의 물에 대해 약 20 torr 이다. 다른 실시형태들에서, 아대기압은 약 50 torr 이다. 추가의 실시형태들에서, 50 torr 의 압력은 웨이퍼 기판을 프리웨팅하는 동안 유지된다. 대안의 실시형태들에서, 프리웨팅 시스템은 챔버 내의 압력이 약 50 Torr 미만으로 감소된 후에 프리웨팅 유체의 챔버 안으로 그리고 웨이퍼 기판 상으로의 도입을 개시하도록 구성된다. 프리웨팅 유체 탱크 (307) 가 대기압에 있는 실시형태들에서, 액체는 진공 챔버와 프리웨팅 유체 탱크 사이의 압력 차이만큼 챔버 (301) 안으로 도입된다.
프리웨팅 유체는 챔버 (301) 내에서 웨이퍼의 웨이퍼 표면의 디바이스 측을 적신다. 니들 밸브 (317) 가 프리웨팅 유체의 챔버 (301) 안으로의 흐름을 계량하는데 사용될 수 있다. 챔버 (301) 의 실시형태들이 여기에 설명된다. 챔버 (301) 는, 일부 실시형태들에서, 본원에서 설명되는 바와 같이, 거품 용해의 레이트를 증가시키기 위해 외부 압력을 가하도록 구성된 압력 챔버이다. 프리웨팅 장치의 추가 실시형태들에서, 프리웨팅 장치는 웨이퍼 기판을 프리웨팅 챔버로부터 전기도금 장치로 이송하기 위해 구성된 이송 메커니즘을 포함한다.
일부 실시형태들에서, 프리웨팅 유체는 프리웨팅 챔버로의 주입 전에 냉각 된다 (예컨대, 물의 경우 0℃, 또는 적합한 전해액들의 경우 -10℃). 다른 실시형태들에서, 탈기기는 프리웨팅 유체를 약 20℃ 미만의 온도로 냉각하기 위해 구성된다. 프리웨팅 유체를 냉각하기 위한 방법들의 다른 예들은 프리웨팅 유체 홀딩 탱크 내의 열 교환기를 통해 또는 인라인 냉각기를 통해 (둘 다 도 1에 도시되지 않음) 유체를 통과시키는 것을 포함한다. 프리웨팅 유체를 냉각시키는 것은 프리웨팅 유체의 용매의 부분 증기압을 감소시키며, 이는, 예를 들어, 탈기 디바이스에 진공이 더 크게 가해지는 것을 허용한다. 프리웨팅 유체의 온도를 낮추는 것은 또한 프리웨팅 유체의 표면 장력 및 점성 모두를 증가시키는데 효과적일 수 있으며, 이는 탈기 디바이스의 현상들인 "블로 스루 (blow through)" 또는 "위핑 (weeping)" 이 덜 만연하게 하는 경향이 있다. 위핑은 염 함유 프리웨팅 유체들을 취급하는 경우에 특히 어려운 문제일 수 있는데, 염을 가득 갖는 유체들을 위핑하는 것이 탈기 디바이스의 세공 (pore) 들을 건조시키고 파괴하는 경향이 있기 때문이다. 더 낮은 온도 유체를 사용하는 것은 염을 가득 갖는 전해액이 증발하고 흐르는 경향을 감소시켜, 탈기 디바이스 고장의 이 알려진 소스를 피하게 한다. 예를 들어, (적은 양의 염을 갖는) 물의 증기압은 20℃에서의 17.5 torr 및 30℃에서의 32 torr에 비해 -10℃에서 약 2.7 torr이다. 탈기 디바이스에 가해진 20 torr 진공 (약 0.5 ppm 용존 대기 가스가 됨) 으로, 30℃ 프리웨팅 유체는 문자 그대로 끓어서 탈기 디바이스의 세공들 둘레에 염들을 남겨두고, 20℃ 프리웨팅 유체는 급속하게 증발될 것이다. 그러나, 매우 적은 탈기 디바이스 염화현상 (salting) 이 -10℃ 프리웨팅 유체를 사용하는 경우에 발생한다. 따라서, 일반적으로, 더 많은 용존 가스가 더 낮은 온도 유체로 탈기 디바이스로부터 더 효율적으로 제거될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 프리웨팅 유체는, 그것이 탈기되는 동안 그리고 그것이 프로세싱 챔버에 유입되기 전에 20℃ 미만, 예를 들어 0℃ 이하의 온도로 냉각된다. 또한, 프리웨팅 유체의 온도를 감소시키는 것은 프리웨팅 시스템에서의 금속 부식의 레이트를 감소시킨다.
프리웨팅 장치의 일부 실시형태들에서, 웨이퍼의 표면은 프리웨팅 유체로 적셔진 후 유체에의 외부 압력의 인가가 뒤따른다. 웨이퍼 표면은 먼저, 적절한 메커니즘, 보통 프리웨팅 유체 내에 웨이퍼를 침지시키는 것 (본원에서 설명됨) 을 이용하여 유체와 접촉된다. 이들 실시형태들에서, 프리웨팅 챔버는 프리웨팅 유체를 들어가게 하기 위한 입구를 포함하며, 그 챔버는 프리웨팅 동안 또는 그 후에 대기압보다 높은 압력에서 동작하기 위해 구성된다. 유체에의 외부 압력의 인가는 거품들의 제거를 용이하게 한다. 일부 실시형태들에서, 프리웨팅 유체는, 리세스된 피처에서 임의의 포획된 거품의 용해 레이트를 가속화하기 위해, 표면의 프리웨팅 전에, 실질적으로 (예컨대, 웨이퍼 상의 금속의 부식을 최소화하기 위한) 산소만 없는 것이 아니라, 모든 용해된 비-응축가능 가스들, 이를 테면 질소 및 이산화탄소가 없도록 하는 것이 전제조건이 된다. 반도체 웨이퍼의 처리에서 사용하기 위한 탈산소화된 프로세싱 유체에 대한 웨이퍼의 노출은 여기에 참조로 통합되는 미국특허 제6,021,791호 및 미국특허 제6,146,468호에서 설명된다.
프리웨팅 유체 안으로의 웨이퍼의 침지 또는 웨이퍼를 프리웨팅 유체로 커버링한 후, 웨이퍼 주위의 지역 (예컨대, 압력 챔버) 은 폐쇄되고 밀봉되며, 외부 압력이 챔버 및 유체에 가해진다. 압력은 공기압식으로 (pneumatically) (예컨대, 고압 가스를 챔버 속 유체 위의 영역에 도입하여), 또는 유압식으로 (hydraulically) (예컨대, 비-용존 가스가 실질적으로 없고 유압 피스톤 또는 다른 적합한 디바이스를 사용하여 외부 압력을 유체에 가하는 챔버로) 가해질 수도 있다. 챔버 내의 압력이 증가함에 따라, 거품은 그것의 원래 사이즈로부터 감소할 것이다. 공기압식 (가스) 압력을 이용하여 포획된 거품을 압축하는 경우, 가스의 상당한 양들이, 특히 거품 근처에서 프리웨팅 유체 안으로 용해되는 것을 피하는 것이 중요할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 예를 들어, 두께가 1 cm보다 더 큰, 유체의 정체성 (stagnant), 비교적 두꺼운 층이 사용된다. 다른 실시형태들에서, 공기압 (pneumatic pressure) 은, 액체와 접촉하는 가스가 비교적 작은 표면적에서 그렇게 하고 비교적 긴 확산 경로를 가져, 소정 기간에 걸쳐 유체 속에 용해될 수 있는 가스의 양을 제한하도록 계면에 도달하는 것과는 달리 가스의 용해에 대한 상당한 저항성을 갖는 긴 튜브를 통해 챔버에 가해진다. 그러나 압력은 가해지며, 포획된 거품의 용해를 위한 원동력은 가해진 압력으로 증가할 것이다. 상당한 모세관 압력 효과들이 없는 큰 거품에 대해, 용해를 위한 원동력은 거품에서의 특정 가스 성분의 초기 몰 분율 (mole fraction) 과 챔버에 가해진 압력 및 유체 내의 용존 가스의 초기 부분 압력에서의 차이의 곱과 대략 동일할 것이다. 이 후자의 양은 프리웨팅 유체에 대해 수행된 탈가스의 정도에 의존하여 가변할 것이다.
압력이 공기압식으로 또는 유압식으로 가해질 수 있지만, 침지 실시형태들이 아니라 프리웨팅 유체의 얇은 층을 갖는 웨이퍼를 다루는 프리웨팅 실시형태들에서, 공기압식으로 가해진 외부 압력은 가스가 프리웨팅 유체의 (예컨대, 탈기된) 얇은 층 안으로 빠르게 재용해되는 것을 잠재적으로 허용할 것이다. 외부 가압식 (pressurized) 가스 소스로부터의 가스 흡수 (uptake) 대 거품으로부터 액체 안으로의 가스 용해 간에는 경쟁이 있다. 그러므로, 프리웨팅 유체의 비교적 두꺼운 층은 비-침지 프리웨팅 동작들을 위해 사용되어야 한다. 또한, 유체 정압 (hydrostatic pressure) 을 웨이퍼 상의 프리웨팅 유체의 얇은 층에 가하기 위한 제한된 수의 실용적 메커니즘들이 있다. 그렇게 하기 위한 하나의 가능한 메커니즘은 페이스 업 웨이퍼 및 프리웨팅 액체 유체 함유 컵을 만드는 것이다. 그 반면, 프리웨팅 유체의 두꺼운 층들 및 침지 프리웨팅 방법에 대해 훨씬 넓은 허용오차가 존재한다. 이는 압력이 순수 유체정역학적 메커니즘에 의해 거품에 전달될 수 있고, 대안으로, 공기압의 적용이 수반되는 비교적 긴 확산 거리 때문에 비아 내의 거품 주위에서 프리웨팅 유체를 가스로 빠르게 재포화하지 않을 것이기 때문이다.
압력이 가해지는 경우, 프리웨팅 유체에서의 압력을 초과하는 거품에서의 가스 부분 압력으로, 거품은 용해를 시작할 것이다. 결국 거품은 완전히 용해될 것이며, 그런 용해를 위한 총 시간은 그것의 초기 사이즈, 인가된 압력, 및 피처 내부의 거품의 원래의 깊이와 같은 파라미터들에 의존한다. 거품이 완전히 용해된 후, 압력이 해제되기 전에 얼마 동안 시간이 지나가는 것이 일반적으로 허용되며, 그래서 임의의 과잉 용존 가스 (그 외에는 1 기압에서 용해가능할 것이다) 는 프리웨팅 유체 전체에 평형을 유지시킬 수 있다. 이는 피처 내부의 거품을 재응집하는 가능성을 피하게 한다. 이것이 뒤따르는 절차인 경우, 거품은 피처로부터 제거되고 과잉 외부 압력의 해제 시 재형성하지 않을 것이다.
도 2는 본원에서 설명되는 프리웨팅 프로세스를 수행하기에 적합한 프리웨팅 챔버의 일 실시형태의 등각도를 도시한다. 프리웨팅 챔버 (501) 는 프로세싱 동안 웨이퍼를 회전시킬 모터 (503) 를 구비하며 그 모터는 챔버 하방에 척 (chuck) 을 통해 챔버 베이스 (504) 까지 모터-및-베어링 지지 부재 (505) 에 의해 앵커링되며, 그것들 둘 다는 또한 베어링 (507) 과 챔버 및 베어링의 밑면 사이에 유체 밀봉을 생성한다. 베어링은 상업적으로 입수가능한 진공-통과 중앙 샤프트 회전 베어링이다. 모터는 진공 분리 베어링을 통해 척 베이스 (513) 까지 관통하는 드라이브 샤프트 (511) 에 커플링 (509) 을 통해 부착된다. 척은 웨이퍼 (웨이퍼는 미도시) 를 지지하는 3 개의 아암들 (515 는 하나의 아암이다), 한정 핀들 (confinement pins), 및 다른 정렬 장치 (517) 를 적절한 대로 가진다.
챔버의 하부 섹션에는 프리웨팅 유체가 회전하는 웨이퍼에 가해진 후에 거기에 축적할 수도 있는 과잉 프리웨팅 유체를 제거하기 위한 드레인 (519) 이 있다. 유체는 챔버 벽들 쪽으로 퍼부어지고 챔버 베이스로 떨어진다. 일부 실시형태들에서, 웨이퍼 주변 "유체 디플렉터 실드" (미도시) 가 챔버 벽을 때리기 전에 웨이퍼 에지로부터 아래쪽으로 발산되는 유체를 전향 (deflect) 시키기 위해 웨이퍼의 평면에 대략적으로 위치된다. 디플렉터 실드는 제거가능할 수도 있거나, 또는 웨이퍼 및 웨이퍼 척 플레인은 메커니즘들 및 밀봉물들의 적절한 수직 이동에 의해 조정될 수도 있다. 또한 챔버의 베이스에는 진공 입구 및 진공 해제 라인 (521) 이 있으며, 유체 보호 실드 (523) 내에 하우징된 것이 일부 실시형태들이다. 이 실드는 챔버 내의 불필요하게 교란된 유체들로부터의 가스들의 서지들을 방지하는 것뿐만 아니라 진공 라인 속으로 도입되는 액체의 양을 그 두 개를 분리함으로써 최소화하는 것을 돕는다. 진공 라인 (및 실드) 이 챔버의 상부 섹션에 위치될 수 있지만, 웨이퍼로 떨어지고 결함들을 형성하는 임의의 입자들의 성향을 최소화하기 위해서 웨이퍼 아래쪽에서부터 진공을 도입하는 것이 유익하다. 이는 챔버 도어가 개방된 동안에 주변 환경으로부터 또는 가스로 챔버를 다시 충진하는 동안에 입자들 또는 다른 재료들이 챔버에 유입되면 일어날 수 있다. 입자들 및 다른 재료들이 챔버에 유입되는 것을 최소화하기 위해, 챔버는 통상적으로 질소, 이산화탄소, 또는 아르곤과 같은 입자-필터링된 불활성 가스로 통상 되충진되고, 약간의 양의 압력의 깨끗한 입자 없는 가스가 도어가 개방된 동안에 챔버에 피드된다. 되충진 가스는 통상 필터링되고, 유입되는 유체는 챔버의 벽 상에 장착된 흐름 확산기에 유입되어, 불필요하게 웨이퍼를 건조시키거나 또는 임의의 챔버 내용물들을 교란시키는 가스 제트류 (flow jet) 를 피한다.
일부 실시형태들에서, 프리웨팅 유체 노즐 (525) 은 중앙에 위치된 웨이퍼 및 웨이퍼 척 위쪽 및 측면이지만 그것들을 덮지는 않게 위치되며, 유체를 웨이퍼 중앙 지역들에 도달하게 분무 또는 스트리밍하게 하도록 배향 및 구성된다. 다른 실시형태들에서, 프리웨팅 유체 노즐은 웨이퍼 위에 위치될 수 있는 이동식 아암에 부착된다. 도 2에 도시된 실시형태에서, 챔버 진공 도어 (527) 는 챔버의 벽들을 따라 위치되고, 챔버 자체에 대해 밀봉하도록 구성된다. 그것은 챔버로부터 멀어지게 될 수 있을 뿐만 아니라 아래쪽으로 (또는 위쪽으로) 이동될 수 있어서 웨이퍼가 챔버에 자유롭게 유입된 다음, 웨이퍼가 웨이퍼 홀딩 척 상에 배치된 후에 밀봉 포지션으로 재배치된다. 혼입된 유체를 잠재적으로 보유할 수 있는 도어들 및 다른 엘리먼트들은 그 유체가 웨이퍼 상에 적하되지 않을 수 있도록 설계되어야 한다. 예를 들어, 도어의 리트랙트된 (retracted) 포지션 및 연관된 하드웨어는, 그렇지 않으면 챔버 내 또는 밖에서의 수송 동안 웨이퍼를 오염시키는 유체의 적하 (dripping) 를 피하기 위해서, 웨이퍼가 챔버 속으로 삽입되게 하는 플레인 아래쪽에 위치될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 챔버의 상부 섹션, 특히, 웨이퍼가 척 속에 있고 도어를 통해 추출되는 플레인 위쪽의 영역들은, 프리웨팅될 웨이퍼의 온도보다 높게 가열된다. 이는 웨이퍼 위쪽에 속한 영역들 (상부 표면 또는 진공 돔이며, 도 2에는 도시되지 않음) 뿐만 아니라 웨이퍼 주위의 주변 영역들 모두를 포함한다. 이 가열은 진공 조건들이 확립되기 전에 챔버의 천장에서부터 액체가 웨이퍼로 적하하는 것을 피하는데, 방울 (drop) 이 떨어지는 비아 내부의 기포를 잠재적으로 포획하는데, 공기가 먼저 비아들로부터 제거된 경우에만 프리웨팅 유체를 웨이퍼에 놓는 원하는 프로세스를 피해가는데 유용하다. 마찬가지로, 챔버 속으로의 웨이퍼의 배치 동안, 벽들로부터 웨이퍼 표면에 떨어지는 액체는 유사한 효과를 가질 것이다. 챔버 벽들을 가열하는 것에 의해, 벽들 및 천장에의 응축은 회피되며, 뿐만 아니라 그렇지 않으면 그것들 포지션들에 도달할 것인 임의의 스트레이 액적들 (droplets) 의 급속한 증발을 가능하게 하며, 이에 의해 이들 영역들을 건조하게 유지한다.
도 2에 도시되지 않았지만, 일부 실시형태들에서 수직 이동가능 및 자동화가능 스플래시 실드가 웨이퍼 및 척 주변에 그리고 챔버 내부에 위치된다. 스플래시 실드는, 유체의 적용 동안에 또는, 무엇보다도, 액체가 챔버 도어 또는 상부 벽들과 접촉하는 것을 최소화하고 피하는데 적합한 다른 시간들에 위쪽으로 이동될 수 있다. 대안으로, 웨이퍼 척은 챔버 속으로 더 깊이 아래쪽으로 그리고 웨이퍼 삽입 후에 진공 도어의 플레인 아래로 이동될 수 있어, 동일한 목적을 달성한다.
다른 실시형태들에서, 프리웨팅 유체를 웨이퍼 표면에 전달하는 것보다는, 웨이퍼는 진공 조건들이 유체 및 웨이퍼 위쪽에서 유지되는 동안에 (예컨대, 응축에 의해) 프리웨팅 유체 속에 침지되거나 또는 그렇지 않으면 커버링된다. 챔버 내의 진공의 생성이 챔버 내에 비-응축가능 가스가 실질적으로 없게 하는 조건들을 생성하므로, 프리웨팅 유체는 비아에 유입되는 것이 방해받지 않는다. 다르게 말하면, 그 액체는 프리웨팅 동안에 비아 내에 위치된 임의의 가스를 변위시키는 것을 필요로 하지 않는데, 가스가 프리웨팅 동작 전에 별개의 동작 (진공 풀링 (pulling)) 으로 제거되었기 때문이다.
예를 들어, 하나의 실시형태에서, 진공이 프리웨팅 챔버에 가해진 후, 응축가능 유체 증기 (예컨대, 후속 린스 시에 쉽게 용해가능하거나, 또는 후속 도금 전해액에 용해되는, 수증기들 (예컨대, 낮은 압력 스팀), 메틸 알코올, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 이소프로필 알코올, 디메틸 술폭시드, 및 디메틸 프름아미드, 또는 후속 도금 전해액으로서 사용되는 다른 액체) 는 챔버 내에서 생성되거나 또는 챔버에 도입된다. 웨이퍼 기판이 적어도 하나의 리세스된 피처를 가지고 프리웨팅 챔버가 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판 상에 가스 형태로 전달하도록 구성된 실시형태들에서, 프리웨팅 유체는 리세스된 피처를 프리웨팅 유체로 충진하는 액체 막을 웨이퍼 표면 상에 형성하도록 응축된다. 도 3은 이러한 응축 프리웨팅 프로세스를 위해 구성된 것인 프리웨팅 챔버의 일 실시형태를 도시한다. 도 3은 챔버에 대한 액세스를 허용하는 이동식 진공 리드 (다르게는 액세스 도어) (609), 진공 소스에 대한 라인 (611), 진공 해제 라인 (613), 및 응축가능 유체 입구 (615) 를 갖는 챔버 (601) 를 도시한다. 진공 밀봉물 (617) 은 챔버의 나머지로부터 하부 진공 방지 베셀 (619) 을 밀봉시킨다. 웨이퍼 (603) 는 웨이퍼 홀딩 고정구 (척) (607) 의 부분인 웨이퍼 냉각 엘리먼트 (칠러) (605) 상에 앉힌다. 웨이퍼 냉각 엘리먼트 (605) 는 입구 (615) 를 통해 챔버 속으로 증기로서 흐르는 프리웨팅 유체의 응축 온도보다 낮은 온도로 웨이퍼 기판 표면 온도를 감소시킨다. 다른 실시형태에서, 진공을 생성하여 응축가능 가스들 (예컨대, 공기) 을 챔버 (601) 로부터 진공으로 제거한 후, 물은 챔버 내에서 단순히 가열되고 증발되는 (즉, 비등하는) 것이 허용되고, 챔버 내부의, 웨이퍼 (603) 를 포함하고 우선적으로 냉각기 상에 있는 표면들 상에 응축되는 것이 허용된다. 예를 들어, 진공 밀봉물들 (617) 이 없는 챔버 내에서, 챔버의 하부 섹션 (619) 에서의 적은 양의 물은 가열되어 진공이 챔버 내부에 풀링되는 동안에 동시에 빠른 증발 (flash) 을 하도록 허용될 수 있다. 진공에 대한 접속은 프로세스 동안의 일부 시점에 제거될 (폐쇄될) 수 있다.
다른 실시형태에서, 웨이퍼 기판은 소정 기간 동안 프리웨팅 유체의 욕 (bath) 속에 침지된다. 도 4는 이러한 침지 프리웨팅 프로세스를 위해 구성된 프리웨팅 챔버의 일 실시형태를 도시한다. 도 4에서, 웨이퍼 (701) 는 챔버 (703) 내에서 웨이퍼 홀더 (702) 내에 보유된다. 챔버 (703) 는 프리웨팅 유체를 들어가게 하는 입구 (711) 를 가진다. 도시된 바와 같이, 웨이퍼는 웨이퍼 홀더에서 페이스 업으로 보유되고, 유체가 주변 에지로부터 웨이퍼에 도달하는 것을 여전히 허용하는 적절한 메커니즘에 의해 보유된다. 진공은 진공 시스템 (미도시) 에 접속된 것인 진공 포트 (707) 를 통해 챔버 (703) 로 풀링된다. 그 다음, 웨이퍼는, 예를 들어, 1) 웨이퍼 및 웨이퍼 홀더가 프리웨팅 유체 (713) 속으로 아래로 이동하는 것 또는 2) 프리웨팅 유체 레벨이 입구 (711) 를 통해 유입되는 유체에 의해 상승하는 것에 의해 프리웨팅 유체로 적셔진다. 프리웨팅 프로세스 동안, 웨이퍼는 모터 (705) 로 천천히 회전될 수도 있다. 프리웨팅 프로세스 후, 액체 레벨은 낮춰지거나, 또는 웨이퍼는 상승되고, 웨이퍼는 과잉 혼입된 유체를 제거하기 위해 낮은 rmp 으로 모터 (705) 로 스피닝되어, 얇은 프리웨팅 유체 층을 남긴다. 질소 가스의 포트 (709) 를 통한 흐름은 또한 웨이퍼의 전면이 젖은 채로 유지되는 동안 웨이퍼의 후면을 건조시키는데 이용될 수도 있다. 그 다음 웨이퍼는 도금을 위해 표준 클램셸로 이송된다.
도 4에 도시된 프리웨팅 챔버의 다른 실시형태들에서, 웨이퍼는 페이스 다운 (face down) 포지션에 보유될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같은 프리웨팅 챔버를 갖는 프리웨팅 장치의 일부 실시형태들에서, 프리웨팅 장치는 챔버 내의 압력이 약 50 Torr 미만으로 감소된 후에 프리웨팅 유체 속으로의 웨이퍼의 침지를 개시하도록 구성된다. 도 4에 도시된 프리웨팅 챔버 (703) 는, 본원에서 설명된 바와 같이, 외부 압력이 거품들을 용해하기 위해 가해지는 실시형태들에서 사용될 수 있다. 챔버 및 다른 컴포넌트들은 진공 대신에 또는 진공 외에도 내부 압력들을 견디는 것이 필요할 것이다.
도 5는 침지 프리웨팅 프로세스를 위해 구성된 프리웨팅 챔버의 다른 실시형태를 도시한다. 도 5는 프리웨팅 챔버 (801), 웨이퍼 (809), 및 서로에 대해 이동하는 유체 (813) 또는 웨이퍼 홀더 (803) 를 도시한다. 이 실시형태에서, 챔버와 웨이퍼 홀더 (803) 는 프리웨팅 프론트의 정밀 제어 및 챔버로부터의 완전한 액체 제거를 위해 기울어져 있을 수 있다. 또한, 웨이퍼 (809) 및 챔버의 바닥 사이의 갭은 작다. 도 4에서와 같이, 도 5에서의 프리웨팅 유체는 포트 (811) 를 통해 유입/유출될 수도 있고 진공은 진공 시스템 (미도시) 에 접속된 것인 진공 포트 (807) 를 통해 챔버 (801) 로 풀링될 수도 있다. 과잉 혼입된 유체는 모터 (805) 로 낮은 rpm 으로 스피닝됨으로써 웨이퍼 표면으로부터 제거될 수도 있다. 도 5에 도시된 실시형태는 웨이퍼 기판 표면을 고비용 프리웨팅 유체로 프리웨팅하는 경우에, 또는 그렇지 않고 프리웨팅 유체의 최소량을 사용하는 것이 바람직한 (예컨대, 그래서 용존 가스의 레벨이 낮은 레벨들로 유지될 수 있는) 경우에 특히 유용하다. 프리웨팅 후, 웨이퍼는 도금을 위해 표준 클램셸로 이송된다. 좁은-갭의 경사진 표면 프리웨팅 장치이지만 프리웨팅 동작들 동안에 진공을 가하기 위한 메커니즘이 없는 유사한 설계는, 여기에 참조로 통합되는, 2005년 8월 9일자로 출원된 미국 특허출원 제11/200,338호에 설명되어 있다.
도 5에 도시된 챔버는 또한, 위에서 설명된 바와 같이 외부 압력이 가해지는 실시형태에서 사용될 수 있다. 이 실시형태에서, 챔버와 다른 장비는 내부의 양의 압력들을 견디고 유지할 수 있게 설계되거나 또는 변경된다.
프리웨팅 프로세스가 도금 셀 내에서 수행되는 장치의 일 실시형태가 도 6에 도시된다. 대안으로, 또한 웨이퍼 기판을 프리웨팅하는 것 및 프리웨팅된 웨이퍼 기판 상의 금속의 층을 전기도금하는 것 모두를 하도록 프리웨팅 챔버가 구성된다고 말할 수도 있다. 도 6에서, 챔버 (901) 는 진공 밀봉 표면이 셀 벽 (903) 의 섹션인 도금 셀이다. 웨이퍼 홀딩 고정구 (905) 는 웨이퍼 (915) 를 보유한다. 이 도면에 도시된 실시형태에서, 도금 셀은 이온 저항성 이온 침투성 고 저항 가상 애노드 (high resistance virtual anode; HRVA) (907) 및 분리형 애노드 챔버 (separated anode chamber; SAC) 지역 (909) 을 포함한다. HRVA 포함 장치의 하나의 예는 관련 부분이 여기에 참조에 의해 여기에 통합되는 2008년 11월 7일자로 출원된 미국 특허출원 제12/291,356호에 설명되어 있다. 관련 부분이 여기에 참조로 통합되는, 2006년 8월 16일자로 출원된 미국 특허출원 제11/506,054호를 또한 참조한다.
처음에 웨이퍼 (915) 는 도금 용액 (913) 위쪽에 보유되고 진공은 진공 포트 (911) 를 통해 챔버에 도입된다. 진공이 챔버에 도입되는 경우, 진공은 통상, 웨이퍼가 파절 (fracture) 되지 않도록 웨이퍼 홀딩 고정구를 통해 웨이퍼의 후면에 도입되어야 한다. 그 후, 유체 레벨 (913) 은 상승되어, 웨이퍼 표면을 적신다. 일부 실시형태들에서, 이 유체는 프리웨팅 유체이고, 다른 실시형태들에서, 이 유체는 도금 용액이다. 일부 실시형태들에서, 그 유체는 웨이퍼 표면에 접촉하기 전에 탈기된다. 챔버 내에 가스가 없으므로, 웨이퍼가 페이스 다운인 사실은 임의의 포획된 가스 함유 거품들을 표면 아래로 또는 비아들 내부로 이끌지 않는다. 프리웨팅이 완료된 후, 진공은 해제될 수 있다. 웨이퍼 (915) 상에 금속 (일부 실시형태들에서, 구리) 을 전기도금하는 것은 그 다음에 시작할 수 있다. 주변 압력들에서, 웨이퍼 회전과 함께 또는 그것 없이 도금을 수행하는 것이 일반적으로 더 간단하다 (더 간단한 기계적 및 프로세싱 조건들이다). 대안으로, 진공은 전기도금 프로세스 전체에 걸쳐서 보유될 수 있다. 다시, 이것 및 다른 실시형태들에서는 프리웨팅 동작들을 수행하기 전에 탈기된 유체를 갖는 것이 유익하다. 그렇지 않으면 가스가 낮은 압력에 의해 액체 바깥으로 도출됨에 따라, 유체는 용존 가스를 유리시켜, 피처들 내부 또는 표면 상에 거품을 형성할 수도 있다.
본원에서 설명되는 실시형태들과 함께 사용하기에 적합한 양태들을 갖는 클램셸-유형 도금 장치의 일반적인 설명은 모든 목적들을 위해 여기에 참조로 통합되는 미국 특허 제6,156,167호 및 미국 특허 제6,800,187호에 상세히 설명되어 있다.
도 7은 웨이퍼들을 프로세싱하기 위한 전기도금 시스템/모듈 (1001) 의 일 실시형태를 도시한다. 도시된 특정 도구 레이아웃은 프론트 FOUP (front opening unified pods) 적재기 (1005) 에 있는 카세트로부터 정렬기 모듈/이송 스테이션 (미도시) 으로 "건조" 웨이퍼를 이동시키는 2 개의 별개의 웨이퍼 핸들링 로봇들 (1003) 과 이송 챔버 로봇 (1004) 을 포함한다. 정렬기 모듈은 시스템의 다른 챔버들/모듈들로의 정확한 전달을 위해 이송 챔버 로봇 (1004) 아암 상에 웨이퍼가 적절히 정렬되는 것을 보장한다. 일부 실시형태들에서, 정렬기 모듈은 웨이퍼를 방위각으로 (이른바 "웨이퍼 노치 정렬") 뿐만 아니라 특정 로케이션에 대한 수직 및 수평 평면들로 정렬한다 (즉, 웨이퍼의 x, y, 및 z 포지션 레지스터리를 고정시킨다).
동일하거나 또는 다른 이송 챔버 로봇이 프로세싱 및 건조가 완료된 후에 도구의 뒷단의 "웨트 프로세싱 영역" 으로부터 FOUP로 다시 웨이퍼를 피드하는데 사용된다. 뒷단의 로봇 (미도시) 은, 각각이 웨이퍼를 쥐기 위한 단일 또는 다수의 "말단 작동기들 (end-effectors)" 을 갖는 2 이상의 아암들을 포함할 수도 있다. 일부 "말단 작동기들" 은 웨이퍼의 바닥에서 진공 "원드 (wand)" 로 웨이퍼를 쥐고, 다른 말단 작동기들은 주변 에지에서만 웨이퍼를 보유할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나의 로봇 웨이퍼 핸들링 아암 말단 작동기들은 웨트 표면을 갖는 웨이퍼를 핸들링하기 위해서만 사용되고, 유보된 다른 것들은 완전히 건조된 웨이퍼들만을 핸들링하기 위해 사용되며, 이에 의해 오염을 최소화한다.
웨이퍼가 이송 스테이션 (이송 챔버 로봇 (1004) 를 포함함) 에 유입된 후, 웨이퍼는 통상, 여러 가지 실시형태들이 본원에서 설명되는 (즉, 프리웨팅 장치가 모듈 내의 스테이션이며, 모듈은 일부 실시형태들에서 구리인 금속으로 웨이퍼를 전기도금하도록 구성된 전기도금 스테이션을 더 포함하는) 프리웨팅 챔버 (1013) 에 피드된다. 다른 실시형태들에서, 시스템 (1001) 은 양극 프로세스를 위해 구성된다. 이러한 실시형태에서, 모듈은 양극 프로세스, 이를 테면 전해에칭 또는 전해연마를 위해 구성된 스테이션을 더 포함한다.
프리웨팅 챔버 (1013) 는 진공 하에서 웨이퍼를 프리웨팅하거나 또는 적셔진 웨이퍼에 압력을 가하거나 둘 중 하나를 행하도록 구성되며, 일부 실시형태들에서는 양자를 행하도록 구성된다. 일 예로서 진공 하에서 웨이퍼를 프리웨팅하도록 구성된 프리웨팅 챔버를 사용하여, 주변 공기는 웨이퍼가 스피닝되는 동안에 챔버로부터 제거된다. 일단 진공이 획득되면, 웨이퍼의 디바이스 측은 (탈기 흐름 루프로 모듈 (1015) 내에서 탈기된) 탈기된 프리웨팅 유체에 노출된다. 웨팅이 완료된 후, 과잉 유체는 제거되며, 가스는 챔버에 대기압까지 재도입되고, 챔버는 로봇 또는 다른 이송 메커니즘에 의해 웨이퍼가 추출되는 것을 허용하기 위해 개방된다. 일부 실시형태들에서, 이송 메커니즘은 프리웨팅된 웨이퍼 기판을 프리웨팅 스테이션에서부터 전기도금 스테이션으로 약 1 분 미만으로 이송하도록 구성된다.
일부 실시형태들에서, 그 다음에 웨이퍼는 정렬기 (미도시), 이를 테면 노치 정렬기 속에 배치된다. 높은 정확도의 노치 정렬기를 통과시키는 것에 의해, 뒷면의 매우 작은 (예컨대, 에지로부터 약 1 mm 의) 디바이스 측 에지 제외 지역으로부터 도금 용액을 제외시키는 에지 밀봉 도금 셀 속으로의 정확한 배치가 가능하다. 도금 셀은 노치 영역을 횡단하는 밀봉을 가지도록 특수 설계될 수도 있다. 도금 및 피처 충진 (즉, 금속의 층이 웨이퍼 기판 상에 전기도금됨) 은 도금 셀 (1021, 1023, 또는 1025) (즉, 전기도금 스테이션들) 에서 일어나고, 일부 실시형태들에서, 도금 용액은 탈기된 용액이다. 일부 실시형태들에서, 금속은 구리이다. 전기도금 스테이션들은 전기도금 스테이션에서 탈기된 도금 전해액 내에 웨이퍼를 침지하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 전기도금 스테이션은 웨이퍼 기판을 탈기된 도금 전해액 내에 침지시키기 전에 웨이퍼 기판을 음극으로 분극화하도록 구성된다. 도금 용액은 메인 도금욕 및 도금 셀 사이의 흐름 루프와는 상이한 별개의 탈기 루프를 통해, 또는 도금 셀에 유입하기 직전에 탈기된, 욕 (bath) /도금 셀 루프와 동일한 루프에서의 탈기 엘리먼트를 통과시킴으로써 재활용될 수 있다.
도금이 완료된 후 웨이퍼는 도금 셀 위쪽의 물로 린싱되고 과잉 혼입된 유체를 제거하기 위해 스피닝되며, 웨이퍼 홀딩 클램셸 장치는 개방되어 에지 밀봉을 해제하고 웨이퍼 추출을 허용한다. 그 다음에 웨이퍼는 웨이퍼가 린싱되고 건조되는 후처리 모듈로 이송된다.
프리웨팅 프로세스에 대한 한가지 우려는 프리웨팅 및 도금 사이의 시간에 (즉, 프리웨팅 챔버 내의 진공 하이지만 도금이 시작되기 전에 프리웨팅 유체에 웨이퍼를 노출시킨 후에), 웨이퍼 표면을 "디웨팅하는 (de-wet)" 것이 가능하다는 것이다. 디웨팅 (dewetting) 은 표면으로부터의 (즉, 표면의 건조가 아니라) 프리웨팅 유체의 물리적 배출 및 응고로서, 표면의 하나의 섹션을 프리웨팅 유체의 더 두꺼운 두께를 갖게 남겨두고, 다른 섹션이 그 위에 프리웨팅 유체를 갖지 않도록 하는 것으로서 설명될 수도 있다. 이 특성 거동은 일반적으로 프리웨팅 유체에 대한 고도의 소수성 표면과 연관된다. 웨팅 층이 이전에 적셔진 표면에서부터 다시 풀링되거나 또는 응고된다면, 프리웨팅 프로세스의 속성들은 손실된다. 이 현상을 피하기 위해, 습윤제들은 유체의 퍼들 (puddle) 들로의 푸울링 (pooling) 을 피하기 위해 프리웨팅 유체에 첨가될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 프리웨팅 챔버에서의 동작들 또는 전기도금 시스템의 부분인 프리웨팅 챔버는 컴퓨터 시스템에 의해 제어된다. 컴퓨터는 프로그램 명령들을 포함하는 제어기를 포함한다. 프로그램 명령들은 웨이퍼 기판을 프리웨팅하는데 필요한 동작들 모두를 수행하기 위한 명령들을 포함할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 그 명령들은 프로세스 챔버 내의 압력을 아대기압으로 감소시키기 위한 그리고 그 뒤에 기판 표면 상에 웨팅 층을 형성하기 위해 아대기압에서 프리웨팅 유체와 웨이퍼 기판을 접촉시키기 위한 것들이다. 웨이퍼 기판은 아대기압에서 액체 프리웨팅 유체의 웨이퍼 기판으로의 전달 동안에 제 1 회전비 (rotation rate) 로 회전될 수도 있으며, 유체 전달은 약 10 내지 120 초 사이 동안에 수행된다. 그 다음에, 프리웨팅 유체의 전달은 중지된다. 프리웨팅 유체의 전달을 중지한 후, 웨이퍼 기판은 웨이퍼 기판으로부터 과잉 표면 혼입된 프리웨팅 유체를 제거하기 위해 제 2 회전비로 회전된다. 일부 실시형태들에서, 프로세스 챔버 내의 진공은, 프리웨팅 유체의 전달이 중지된 후 및 과잉 혼입된 프리웨팅 유체의 제거 전에 해제된다. 대안의 실시형태들에서, 진공은 과잉 혼입된 프리웨팅 유체의 제거 후에 해제된다. 웨이퍼는 상이한 실시형태들에서 상이한 레이트들로 회전될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 액체 프리웨팅 유체의 웨이퍼 기판으로의 전달 동안의 제 1 회전비는 약 300 rpm 미만이고 과잉 혼입된 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판으로부터 제거하기 위한 제 2 회전비는 적어도 약 300 rpm이다. 다른 실시형태들에서, 제 1 회전비는 약 100 rpm 이하이고, 제 2 회전비는 적어도 약 500 rpm이다. 다른 추가의 실시형태들에서, 프리웨팅 장치는 원심 스피닝, 에어 나이프 건조, 및 와이핑으로 이루어진 군에서 선택된 방법에 의해, 과잉 혼입된 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판으로부터 제거하기 위해 구성되고, 제어기는 이들 동작들을 수행하기 위한 프로그램 명령들을 포함한다.
프로세스/방법
본원에서 개시된 일부 실시형태들을 위한 일반적은 프리웨팅 방법에서, 웨이퍼 주위의 환경에서 진공이 먼저 생성된다. 그 다음, 웨이퍼 표면은 충분한 (일부 실시형태들에서는, 탈기된) 프리웨팅 유체로 분무되거나, 스트리밍되거나, 커버링되거나 또는 그 유체 내에 침지되며, 결국에는 충분히 두꺼운 액체 층에 전체 웨이퍼를 노출시킨다. 그 층은 프로세스의 나중까지 항상 전체 표면을 커버링하지 않을 수도 있다. 그 다음 웨이퍼 표면은, 웨이퍼 표면에서 임의의 프리웨팅 유체 성분들의 흡착 (또는 반응) 이 완료/평형에 실질적으로 도달하고 유리한/균일한 웨팅 특징 (친수성, 낮은 접촉각) 이 달성될 때까지, (예컨대, 그 표면을 부가적인 유체로 분무하거나, 스트리밍하게 하거나, 커버링하거나, 또는 침지하는 것을 계속함으로써) 소정 기간 동안 프리웨팅 유체 층에 침지되거나 또는 그렇지 않으면 노출된 채로 남겨둔다. 프리웨팅 후, 웨이퍼의 프리웨팅 유체로의 분무, 스트리밍 (streaming), 또는 커버링은 중지된다. 일부 실시형태들에서, 진공이 해제된 다음 과잉 혼입된 유체가 (현재) 완전히 친수성 표면으로부터 (예컨대, 원심 스피닝, 에어 나이프 건조, 스퀴지 와이핑 등에 의해) 제거되어, 그 표면 상에 프리웨팅 유체의 얇은 균일한 접착 층을 남겨둔다. 다른 실시형태들에서, 과잉 혼입된 유체는 진공을 해제하기 전에 제거된다. 마지막으로, 웨이퍼는 웨이퍼를 도금하기 위해 도금 셀에 이송된다.
어디서든 혼입된 프리웨팅 유체가 웨이퍼 표면으로부터 제거되는 시간 내지 금속 데포지션의 개시 사이에 수 초로부터 1 분 넘게까지 있을 수도 있기 때문에, 웨이퍼가 글로벌하게 친수성이고 전체 표면에 유체로 완전히 코팅한 채로 유지하는 것이 중요하다. 다음의 시간에, 소수성 표면/유체 조합은, 예를 들어, 웨이퍼 에지들로부터 시작하여, 웨이퍼 표면으로부터 유체가 물러나서 웨이퍼 표면의 일부가 커버링되지 않게 되도록 할 수 있다. 이 디웨팅은 웨이퍼 기판 내의 임의의 리세스된 피처들 내로부터 유체가 도출되도록 하며, 어쩌면 도금욕 속으로 침지한 피처 내에 가스가 포획되게 할 수도 있다. 소수성 표면들, 특히 일부 지역들에서 완전히 디웨팅된 표면들은 웨이퍼 기판 위에 비-균일 유체 프리웨팅 층 두께를 가진다. 사용중인 프리웨팅 유체가 도금욕과는 다른 조성을 가지는 경우, 프리웨팅된 웨이퍼의 도금 용액 속으로의 후속하는 침지는 프리웨팅 유체가 웨이퍼를 적절히 적시지 않았다면 균일하게 적셔진 표면을 허용하지 않을 것이다. 비-균일로 적셔진 웨이퍼는 다양한 성분들의 확산 시간들 및 농도들이 적셔진 층의 두께로 인해 웨이퍼의 표면 전체에 걸쳐 달라지게 할 것이다. 이는 피처 충진 거동 또는 다양한 웨이퍼 표면 결함들의 생성에서의 변화, 이를 테면 포획된 거품들의 라인들, 금속 피트 (pit) 들, 금속 두께 변동들, 또는 성장 돌출부들로 이어지게 할 수 있다. 그러므로, 프리웨팅 프로세스 후, 프리웨팅 유체는 전체 웨이퍼 표면에 대해 균일하고 작은 접촉각, 예를 들어, 가능하다면, 약 45 도 이하의 접촉각을 생성해야 한다. 더 낮은 접촉각이 가능한 경우, 매우 얇고 접착성의 프리웨팅 유체 층이 만들어질 수 있다.
표면의 접촉각들이 시간과 함께 변할 수 있는 것과, 소수성 표면들이 소정의 액체들에 노출되는 경우 시간 경과에 따라 더 친수성으로 될 수도 있다는 것이 종종 관측된다. 소정의 웨이퍼 표면들, 이를 테면, 예를 들어, 플라즈마 기상 증착에 의해 구리 막들로 코팅된 표면들은, 표면을 프리웨팅 유체에 지속적으로 노출 시 시간이 지남에 따라 액체/표면 접촉각에서 상당한 감소를 보일 수 있다. 특히, 이러한 표면의 반복되는 노출은, 진공 조건들 하에 있는 동안, 일반적으로 디웨팅된, 소수성 상태로부터 웨팅된, 친수성 상태로 표면의 신속하고 완전한 변형을 이끌 수 있다.
낮은 압력/진공 분위기를 동시에 유지하면서 탈기된 프리웨팅 유체를 표면에 적용하는 것에 의해, 포획된 가스를 표면으로부터 동시에 확장, 플러싱 (flushing), 또는 그렇지 않으면 제거하는 장애는 실질적으로 제거되고, 그래서 프리웨팅 유체에 대한 이전의 노출이 없거나 또는 제한됨으로 인해 여전히 소수성인 웨이퍼의 영역들을 노출하는 장애는 감소될 수도 있다. 진공 및 웨팅 조합을 채용함 없이 프로세스를 고려하면, 웨이퍼 표면의 여러 지역들은 5 가지 웨팅 부류들로 나뉠 것이다: 1) 소수성 웨팅: 프리웨팅 유체로이지만 불충분한 시간 동안 커버링되고 웨팅되며, 그래서 그것은 여전히 소수성이다; 2) 친수성 웨팅: 프리웨팅 유체로 충분한 시간 동안 커버링되고 웨팅되며, 그래서 그것은 친수성이 된다; 3) 언웨팅: 소수성이며, 공기에 노출되고, 프리웨팅 유체에 결코 노출되지 않는다; 4) 디웨팅: 이전에 웨팅되지만 디웨팅되며, 그리고 다시 공기에 노출된다; 5) 거품 포획됨: 표면의 그리고 프리웨팅 유체의 층 아래에서의 포획된 공기를 포함하는 거품을 포함한다.
상태 3, 4, 또는 5에서의 영역은 임의의 흡착 또는 화학 반응을 받지 않을 것이라서, 그 지역이 나중에 적셔지지 않는 한 그리고 적셔질 때까지 임의의 소수성-대-친수성 표면 변환의 없음으로 이어짐에 주의하는 것이 중요하다. 더욱이, 상태 1 또는 2에 있는 상태 3 주위의 영역들은 적셔지고 친수성이거나 친수성이 될 것이라서, 이 표면 위로 자유롭게 그리고 지속적으로 유체가 흐르는 것을 허용하고 인접한 표면들의 거품 또는 웨팅의 제거를 상당히 더 어렵게 만든다. 또한, 프리웨팅 유체에 이전에 노출된 현재 소수성 표면 지역은, 액체-커버리지-없는 그리고 커버링되지만 소수성인 상태들 사이를 반복적으로 될 수도 있다. 프로세스는 유체가 인접한 친수성 영역쪽으로 수분을 잃음에 따라 이들 상태들 사이를 전환하는 것, 상태 1로부터 상태 3까지 여러 번 앞뒤로 계속 오가는 것을, 결국 i) 상태 2로 변하고 친수성 및 적셔지며, 그 후 상태 2에서 머무르거나, 또는 ii) 더 적셔지고 있는 영역들에 의해 둘러싸여지며, 거품을 캡슐화하고, 상태 4로 변환할 때까지 계속한다.
대기 조건들 하에서 (즉, 공기 중에서) 수행된 위의 프로세스들은, 진공 하에서 (그리고 탈기된 프리웨팅 유체로) 수행된 프로세스들과 대조되어야 한다. 이들 프로세스들에는, 다음의 3 개의 웨팅 부류들만이 존재한다: 1) 웨팅: 프리웨팅 유체로 커버링되고 웨팅된다; 2) 언웨팅: 진공에 노출되고 프리웨팅 유체에는 결코 노출되지 않는다; 3) 디웨팅: 이전에 웨팅되지만 디웨팅되고 진공에 다시 노출된다.
진공 하에서 수행된 프리웨팅 프로세스는, 웨이퍼의 특정 부분이 충분한 시간 동안 프리웨팅 유체에 노출되는 한 (상태 1), 웨이퍼의 특정 부분은 결국에는 친수성이 될 것임을 보장한다. 대기 중에서 수행된 프리웨팅 프로세스와는 달리, 높은 유체 속도 프리웨팅 유체 스트림은 포획된 거품들을 "흘려 보내는 (flush away)" 것이 요구되지 않는다. 더욱이, 거품 플러싱은 100% 효과적이지 않고, 종종 거품 단편화 (fragmentation) 를 이끌어, 다수의 더 작은 제거하기 어려운 거품을 뒤에 남겨둘 것이다. 따라서, 진공 하의 프리웨팅은 대기 하에서 웨이퍼를 프리웨팅 유체로 단순히 분무, 커버링, 또는 침지를 통하는 훨씬 더 많은 신뢰성있는 낮은 결함 프로세스이다. 진공 하의 프리웨팅을 유리하게 하는 다른 팩터들은 a) 진공/액체/금속 계면의 표면 에너지들이 상이하고 접촉각은 종종 공기/액체/금속 계면보다 낮다, b) 금속 산화물/질화물/탄산염 재형성이 회피된다, 그리고 c) 탈기된 유체를 사용하면, 예를 들어, 액체-웨이퍼 계면의 일부 지점들에서의 그럴싸한 (spurious) 온도 또는 압력 변화의 결과로서 가스가 유체 밖으로 침강할 가능성을 방지한다는 것이다.
도 8a는 프리웨팅 프로세스 (1100) 의 일반적인 실시형태에 대한 흐름도이다. 노출된 금속 층을 그것의 표면의 적어도 일부 상에 갖는 웨이퍼 기판이 프리웨팅 프로세스 챔버에 제공된다 (1105). 그 다음에 프로세스 챔버 내의 압력은 아대기압으로 감소된다 (1110). 그 다음에 웨이퍼 기판은 웨이퍼 기판 표면 상에 웨팅 층을 형성하기 위해 아대기압에서 프리웨팅 유체와 접촉된다 (1115). 이러한 프리웨팅 프로세스는 본원에서 설명된 프리웨팅 장치 설계들에서 수행될 수 있다.
웨이퍼 기판은 상이한 실시형태들에서 상이한 피처들을 가진다. 웨이퍼 기판은 적어도 하나의 리세스된 피처를 가질 수도 있다. 리세스된 피처는 다마신 피처일 수도 있으며, 그것은 다마신 패터닝 프로세스들에 의해 형성된다. 다마신 도금 프로세스는 다마신 패터닝 프로세스에 의해 형성된 반도체 웨이퍼의 유전체 층 내의 리세스가 금속 막으로 충진되는 프로세스이다. 리세스된 피처는 또한 관통 마스크 (though-mask) 피처일 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 프리웨팅 유체는 용존 가스들이 거의 없다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 용존 가스들이 웨이퍼와 프리웨팅 유체를 접촉시키기 전에 프리웨팅 유체로부터 제거된다. 용존 가스들의 제거를 돕기 위해, 일부 실시형태들에서, 프리웨팅 유체는 가스들의 제거 동안에 약 20℃ 미만으로 냉각된다. 어떤 경우들에서는, 용존 가스들이 거의 없는 프리웨팅 유체를 획득하려고 프리웨팅 유체로부터 가스들을 제거하기 위해, 프리웨팅 유체 처리 탱크는 웨이퍼 기판과 프리웨팅 유체를 접촉시키기 전에 탈기 루프를 통해 특정 시간 기간 (통상 ½ 시간이며, 탈기기의 능력들 및 용량에 의존한다) 동안 순환하는 프리웨팅 유체를 가진다. 이는 여기서 도 1에 관하여 논의된다. 통상 이것은 진공 펌프가 온이고 진공에 있는 동안에 유체가 루프를 통해 흐르고, 탈기기를 프리웨팅 탱크에 및 펌프에 접속시키는 밸브는 개방된다는 것을 의미한다. 이는 그 뒤에 웨이퍼 표면에 적용되는 프리웨팅 유체가 용존 가스들이 거의 없는 것을 보장한다. 그렇게 설계된 시스템의 측정들은 공기로부터의 산소로 포화된 것의 약 1-2% 이하 정도로 적게 도달하는 용존 산소의 잔여 레벨들을 보여준다.
더욱이, 프로세스 챔버 상의 돔 및 벽 히터들은 턴 온되어, 약 10℃의 온도로, 그리고 일부 경우들에서 약 20℃ 또는 프리웨팅 유체 온도보다 크게 설정될 수도 있다. 예를 들어, 유체 온도가 약 20℃이면, 약 40 내지 50 ℃의 벽 온도가 적절하다. 돔 및 벽 히터들은 진공 하의 프리웨팅 전에 노출된 표면에 액체 액적들을 떨어뜨리기 위한 포텐셜 (potential) 과 표면들 상의 응축을 피한다. 챔버 표면들의 퍼지 (purge) 는 폐쇄된 도어와 타겟 가열된 온도의 벽들로 챔버를 진공이 되게 함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 챔버 내에 존재하는 웨이퍼와 가열된 벽들 없이, 챔버는 챔버 천장 및 상부 벽들 상에 누적될 임의의 액체를 제거하기 위해서, 진공이 되고 약 10 분 이상 동안 진공으로 유지된다. 진공은, 예를 들어, 깨끗한 건조 질소로 되충진함으로써 제거될 수 있다. 이 프로시저는 챔버 벽들로부터 임의의 가능한 응축물들을 제거하고 가스로 발생된 입자들의 형성을 최소화한다. a) 모든 챔버 유체 레벨 센서들이 적절한 값들 (예컨대, 탱크는 가득차고, 챔버는 빔) 이며, b) 히터가 온이며, 그리고 c) 진공은 프로세싱이 준비됨을 확인 한 후, 프리웨팅 챔버 프로세스 도어는 개방될 수 있고 도어 실드는 (만약 그렇게 갖추어졌다면) 떨어진다. 다음에, 웨이퍼는 척 속에 배치되고 로봇 아암은 리트랙트되며, 진공 도어는 폐쇄되고, 액체 스플래시 실드는 상승되거나 또는 웨이퍼는 (만약 그렇게 갖추어졌다면) 그 실드 아래로 낮춰진다.
일부 실시형태들에서 프리웨팅 프로세스를 위한 진공의 타겟 레벨은 약 10 torr 와 100 torr 사이, 예를 들어 약 40 torr 이다. 일부 실시형태들에서, 진공 (즉, 아대기압) 은 약 50 torr 이다. 일부 실시형태들에서, 펌프 다운이 만료된 후, 진공 라인은 폐쇄될 수 있는 반면, 다른 실시형태들에서, 펌프는 프리웨팅 유체가 챔버 속으로 그리고 웨이퍼 상에 주입되는 동안 진공을 풀링하는 것을 계속한다.
일부 실시형태들에서, 액체 프리웨팅 유체는 웨이퍼 기판 표면 상으로 전달된다. 이는 웨이퍼 기판을 프리웨팅 유체 내에 침지시키는 것을 수반할 수도 있다. 대안으로, 이는 웨이퍼 기판을 프리웨팅 유체로 분무하는 것 또는 커버링하는 것을 수반할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 웨이퍼 기판과 프리웨팅 유체를 접촉시키는 것은 가스 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판 상에 전달함으로써 수행된다. 가스 유체는 웨이퍼 기판 상에 웨팅 층을 응축 및 형성하도록 허용된다. 이들 실시형태들에서, 웨이퍼 기판의 온도는 웨이퍼 기판을 프리웨팅 유체에 노출시키기 전에 프리웨팅 유체의 응축 온도보다 낮게 감소될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 웨이퍼는 액체 프리웨팅 유체가 웨이퍼 기판 표면 상으로 전달되는 동안에 회전될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 웨이퍼 기판은 약 10 rpm 내지 300 rpm 사이의 레이트로 회전된다. 추가 실시형태들에서, 웨이퍼 기판은 약 10 rpm 내지 100 rpm 사이의 레이트로 회전된다. 다른 실시형태들에서, 웨이퍼 기판은 약 100 rpm 으로부터 400 rpm 까지의 속도로, 예를 들어 약 300 rpm 으로 스피닝된다. 일부 경우들에서 웨이퍼의 주기적 가속들 및 감속들을 갖는, 더 높은 회전비 (예컨대, 약 400 내지 800 rpm), 또는 회전비의 사이클링이, 높은 소수성의 웨이퍼들의 유체 웨팅 저항을 극복하는 것이 문제가 되는 경우에 짧은 시간 (약 2 내지 10 초) 동안 이용될 수도 있다. 챔버 펌프 다운은 웨이퍼 회전이 시작되기 전 또는 후에 개시될 수도 있다.
액체 프리웨팅 유체가 사용되는 실시형태들에서, 프리웨팅 유체의 흐름은 챔버 속으로 그리고 웨이퍼 표면 상으로 개시된다. 약 0.5 와 2 lpm 사이의, 예를 들어, 0.8 lpm 의 통상적인 플로우 레이트는, 특정 표면의 완전 웨팅을 달성하기 위해 필요한 시간, 웨이퍼의 회전비, 및 유체의 웨팅 성질들에 의존하여, 약 3 초와 1 분 이상 사이 동안, 예를 들어, 약 20 초 동안 사용된다. 일부 실시형태들에서, 프리웨팅 유체는 약 10 초부터 120 초까지 웨이퍼 기판과 접촉된다. 웨팅 프로세스가 완료된 후, 프리웨팅 유체 흐름은, 예를 들어, 프리웨팅 유체 흐름 밸브를 폐쇄함으로써 중지된다.
다음으로, 챔버는 대기압으로 된다. 일부 실시형태들에서, 챔버는 무산소 가스, 예컨대, 건조 질소로 대기압으로 된다.
일부 실시형태들에서, 과잉 프리웨팅 유체는 기판 표면으로부터 제거된다. 이는 챔버를 대기압이 되기 전 또는 후에 행해질 수 있다. 일부 실시형태들에서, 과잉 프리웨팅 유체는 웨이퍼 기판을 회전시킴으로써 웨이퍼 기판 표면으로부터 제거된다. 웨이퍼 기판 회전비는 과잉 혼입된 유체가 웨이퍼 기판 표면으로부터 제거되지만, 액체의 얇은 층은 남아있게 하는 값으로 증가된다. 웨이퍼 기판은 과잉 프리웨팅 유체의 제거 동안에 약 300 rpm 으로부터 1000 rpm 까지 회전될 수도 있다. 웨이퍼 기판은 과잉 프리웨팅 유체의 제거 동안에 약 20 초 미만으로 회전될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 웨이퍼 기판 회전비는 프리웨팅 유체의 완전한 건조를 피하면서, 약 5 와 60 초 사이 동안 약 250 과 800 rpm 사이로 증가된다. 회전 프로세스가 일반적으로 진공의 해제 전에 개시될 수 있지만, 이 단계를 진공의 해제 후에 수행함으로써, 얇은 층으로부터의 증발식 건조와 웨이퍼 상의 일부 지점에서 건조 표면을 생성할 가능성은 적어질 수도 있기 때문에, 웨이퍼 건조를 위한 포텐셜은 감소된다고 믿어진다.
웨이퍼 기판 표면으로부터 과잉 혼입된 유체를 제거한 후, 웨이퍼 기판 회전은 중지되며, (만약 그렇게 갖추어졌다면) 스플래시 실드는 낮춰지며 그리고/또는 웨이퍼 기판은 상승되며, 진공 도어는 개방되고, 웨이퍼는 챔버로부터 제거되고 전기도금 챔버 내에 배치된다. 일부 실시형태들에서, 프리웨팅된 웨이퍼 기판은 약 1 분 미만 동안 챔버 및 전기도금 챔버 외부의 환경에 노출된다. 다른 실시형태들에서, 프리웨팅된 웨이퍼 기판은 전기도금 챔버로 이송된 경우에 전기도금 직전에 약 50 내지 500 μm 사이의 두께를 갖는 웨팅 층을 가진다. 웨이퍼 기판이 전기도금 챔버 내에 있게 된 후, 웨이퍼 기판은 일부 실시형태들에서, 탈기된 도금 용액을 이용하여 전기도금된다. 일부 실시형태들에서, 프리웨팅된 웨이퍼 기판은 웨이퍼 기판과 도금 용액을 접촉시키기 전에 도금 용액에 대해 음극으로 분극화된다. 프리웨팅 프로세스 챔버 및 전기도금 챔버는 하나의 장치 모듈의 별개의 스테이션들일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 웨이퍼 기판은 프리웨팅을 위해 이용되었다기보다는 동일한 챔버 내에서 전기도금된다. 이들 실시형태들에서, 전기도금은 탈기된 도금 용액을 이용하여 수행될 수도 있다.
대안의 실시형태들에서, 프리웨팅된 웨이퍼 기판을 프리웨팅 프로세스 챔버로부터 제거한 후, 프리웨팅된 웨이퍼 기판은 전해에칭 및 전해연마와 같은 양극 프로세스를 수행하도록 구성된 챔버로 이송된다.
도 8b는 프리웨팅 프로세스 (1150) 의 다른 실시형태에 대한 흐름도이다. 노출된 금속 층을 그것의 표면의 적어도 일부 상에 갖는 웨이퍼 기판이 프리웨팅 프로세스 챔버에 제공된다 (1155). 그 다음에 프로세스 챔버 내의 압력은 아대기압으로 감소된다 (1160). 그 다음에 웨이퍼 기판은 아대기압에서 프리웨팅 유체와 접촉된다 (1165). 프로세스 챔버 내의 압력은 그 다음에 거품들의 제거를 용이하게 하기 위해 증가된다 (1170). 이러한 프리웨팅 프로세스는 본원에서 설명된 프리웨팅 장치 설계들에서 수행될 수 있다.
본원에서 설명된 장치 설계들 및 방법들은 부분 제작된 반도체 디바이스 구조를 프리웨팅하는데 사용될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 프리웨팅 부분 제작된 반도체 디바이스 구조는 적어도 하나의 리세스된 피처를 포함한다. 리세스된 피처는 피처를 라이닝 (lining) 하는 금속의 층을 가진다. 리세스된 피처는 또한 그 피처를 충진하는 거의 가스 없는 프리웨팅 유체를 포함하며, 그 프리웨팅 유체는 도금 촉진제들 및 레벨러들이 거의 없는 수용성 금속 염 용액을 포함한다.
프리웨팅 유체 조성들 및 도금 용액 조성들의 상이한 조합들은, 본원에서 설명된 바와 같이, 전기도금 프로세스와 조합되는 프리웨팅 프로세스에서 이용될 수도 있다. 도 9는 웨이퍼 기판 상에 구리의 층을 전기도금하는 전기도금 프로세스 (1200) 의 일 실시형태에 대한 흐름도이다. 노출된 금속 층을 그것의 표면의 적어도 일부 상에 갖는 웨이퍼 기판이 프리웨팅 프로세스 챔버에 제공된다 (1205). 그 다음에 웨이퍼는 웨이퍼 기판 상에 프리웨팅 유체의 층을 형성하기 위해 프리웨팅 유체와 접촉된다 (1210). 그 다음에 프리웨팅된 웨이퍼는 웨이퍼 기판 상에 금속의 층을 전기도금하기 위해 금속 이온들을 포함하는 도금 용액과 접촉된다 (1215).
본원에서 설명된 장치 설계들 및 방법들은, 높은 애스펙트 비 피처 내의 거품들 또는 포획된 가스들이 문제를 제기하는 경우에, 전기도금/피처 충진을 넘어서는, 다양한 다른 액체 반도체 프로세스들 및 환경들에서 유용하다.
다양한 웨팅, 프리웨팅, 탈기, 정렬, 이송, 및 도금 동작들을 포함한, 본 명세서에서 설명되는 모든 동작들은, 설명된 모듈들 및 시스템들 상에 제공된 또는 그렇지 않으면 그것들과 통신하는 하나 이상의 제어기들에서 구성되거나 또는 프로그래밍될 수도 있다. 이러한 동작들의 임의의 조합 또는 시퀀스는, 본원에서 설명된 바와 같이, 이러한 제어기(들)를 이용하는 것으로서 프로그래밍 또는 구성될 수도 있다. 펌웨어, 소프트웨어 매크로들, 주문형 집적 회로들, 셰어웨어, 머신 판독가능 매체들 등은 제어기 명령들을 구현하기 위해 사용될 수도 있고 제어기(들)에 커플링될 수도 있다. 게다가, 제어기(들)는 장치가 개시된 실시형태들을 따르는 방법을 수행할 수 있도록 하는 명령들을 실행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들 및 하나 이상의 메모리 디바이스들을 포함할 수도 있다.
관통 레지스트 도금 프리웨팅 장치 및 프로세스 예
위에서 설명된 장치 설계들 및 방법들은 또한 관통 레지스트 도금 프로세스들 (즉, 포토레지스트를 포함하는 웨이퍼 기판 상의 도금) 을 위해 사용될 수도 있다. 관통 레지스트 도금은, 금속의 필러들 (pillars) 또는 라인들이 웨이퍼 기판 상에 형성되며 레지스트는 도금 템플릿 재료로서 사용되는 프로세스이다. 예를 들어, 관통 레지스트 도금 프로세스에서, 금속 시드 층이 웨이퍼 기판의 표면 상에 형성된다. 그 다음에 시드 층은 포토레지스트로 코딩되며, 포토레지스트는 자외선 광에 노출되고, 포토레지스트의 부분들은 현상 프로세스에서 제거되어 (예컨대, 포지티브 레지스트의 경우, 노광된 부분들이 제거되고, 네거티브 레지스트의 경우, 노광되지 않은 부분들이 제거되어) 포토레지스트에서의 피처들을 형성한다. 일부 실시형태들에서, 피처들은 약 2 대 1 내지 약 1 대 2, 또는 약 1 대 1 의 애스펙트 비들을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 포토레지스트에서의 피처들은 약 5 마이크로미터 내지 200 마이크로미터, 약 10 마이크로미터 내지 100 마이크로미터, 또는 약 20 마이크로미터 내지 50 마이크로미터의 사이즈를 갖는 개구부들을 가진다. 일부 실시형태들에서, (예컨대, 재분배 층들을 형성하는데 사용되는) 라인들 또는 경로들은 포토레지스트에 형성될 수도 있다.
산소 플라즈마에의 웨이퍼 기판의 노출을 포함할 수도 있는 데스컴 (descum) 프로세스는, 피처들에서의 금속 시드 층으로부터 임의의 잔여 포토레지스트를 제거하기 위해 수행될 수도 있다. 그 다음에 금속은 피처에서의 금속 시드 층 상에 전기도금된다. 금속은, 일부 실시형태들에서 레지스트 두께의 두께에 가까운 두께로 전기도금될 수도 있다. 예를 들어, 전기도금된 금속 두께는 레지스트 두께보다 약간 높거나 또는 약간 낮을 수도 있다. 금속을 전기도금한 후, 포토레지스트는 웨이퍼 기판으로부터 박리 (stripping) 된다.
일부 실시형태들에서, 전기도금 프로세스에는 프리웨팅 프로세스가 앞설 수도 있다. 하나의 예에서, 웨이퍼 레벨 패키지에 대해, 웨이퍼 기판은 프리웨팅 유체와 접촉될 수도 있고, 그 다음에 약 2 마이크로미터 내지 4 마이크로미터 두께의 얇은 니켈 층이 금속 시드 층 상에 전기도금될 수도 있다. SnAg, Sn 또는 SnCu 와 같은 솔더 합금이 얇은 니켈 층 상에 전기도금될 수도 있다. 웨이퍼 기판 상에 남아있는 포토레지스트가 그 다음에 제거된다. 웨이퍼 기판의 표면에 남아있는 금속 시드 층 (즉, 전기도금되지 않은 금속 시드 층) 이 또한 제거될 수도 있다. 위에서 설명된 (예컨대, 도 1 내지 도 6 에 대한) 프리웨팅 장치 및 챔버들은 관통 레지스트 도금을 위해 웨이퍼 기판 상에 프리웨팅 층을 형성하는데 사용될 수도 있다.
일부 경우들에서는, 그러나, 포토레지스트 입자들 또는 잔여물들이 포토레지스트에 형성된 피처들에서의 금속 시드 층 상에 형성되고 남아 있게 될 수도 있다. 이는 현상 단계로부터의 잔여 재료 또는 데스컴 단계 동안에 발생된 미립자들일 수 있다. 시드 층 상의 포토레지스트 입자/잔여물은 그 다음에 위에 도금되어 도금된 금속 내에 결함을 형성할 수도 있다. 포토레지스트 입자들은 사이즈가 약 2 마이크로미터 내지 7 마이크로미터, 또는 사이즈가 약 5 마이크로미터일 수도 있다. 포토레지스트 입자들/잔여물은 포토레지스트에서 피처의 사이즈의 일부일 수도 있다 (예컨대, 포토레지스트 입자는 피처의 사이즈의 약 10% 일 수도 있다). 포토레지스트 입자들은 데스컴 프로세스에서 (예컨대, 데스컴 프로세스 동안의 포토레지스트의 기계적 손상에 의해) 형성될 수도 있고, 포토레지스트에서 피처들의 측벽들에 부착될 수도 있다. 프리웨팅 프로세스는 포토레지스트 입자들/잔여물을 금속 시드 층에 전달할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 프리웨팅 챔버는 입자가 부착된 곳 (즉, 포토레지스트 표면 또는 금속 시드 층) 으로부터 포토레지스트 입자/잔여물을 제거하기에 충분한 속도를 프리웨팅 유체가 가지도록 하는 압력으로 프리웨팅 유체를 전달하는 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 소정의 실시형태들에서, 프리웨팅 유체는 웨이퍼 기판의 표면에 평행한 그리고 수직인 양쪽 모두의 속도 성분들을 가진다. 이들 성분들의 하나 또는 양쪽 모두는 웨이퍼 기판에 포토레지스트 입자들을 보유하기 위한 힘들 (예컨대, 정전력 및/또는 마찰력) 을 극복하기에 충분한 힘들을 제공할 수도 있다. 포토레지스트 입자를 축출하는 것 외에도, 프리웨팅 유체는 축출된 포토레지스트 입자들이 웨이퍼 기판의 표면에서 멀어지게 운반되게 하는 플로우 레이트로 프리웨팅 챔버로 전달된다. 포토레지스트 입자/잔여물 제거는 프리웨팅 유체의 더 높은 플로우 레이트들로 향상될 수도 있다. 웨이퍼 기판들이 통상 포토레지스트에 다수의 피처들을 포함하므로, 포토레지스트 입자는 그 입자가 다른 피처에 떨어짐으로써 포획되는 것을 방지하는 조건들 하에서, 피처로부터 제거되고 웨이퍼 기판에서 멀어지게 수송될 필요가 있다.
도 10a 및 10b는 관통 레지스트 도금을 위한 프리웨팅 챔버의 일 실시형태를 도시한다. 도 10a는 프리웨팅 챔버의 단면도를 도시하고, 도 10b는 프리웨팅 챔버의 내부 부분의 등각 투상도를 도시한다. 프리웨팅 챔버 (1350) 는 서로 접촉하게 되는 경우에 진공 밀봉을 형성하는 챔버 바디 (1352) 및 챔버 커버 (1354) 를 포함한다. 챔버 바디 (1352) 는 웨이퍼 기판 (1358) 을 보유하도록 구성된 그리고 웨이퍼 기판 (1358) 을 회전시키도록 구성된 웨이퍼 기판 홀더 (1356) 를 지지한다.
챔버 바디 (1352) 는 진공 포트 (1360) 및 유체 입구 (1362) 를 더 포함한다. 진공 포트 (1360) 는 진공 펌프에 커플링되고 프리웨팅 챔버 (1350) 내의 아대기압의 형성을 허용하도록 구성된다. 유체 입구 (1362) 는 탈기기 (미도시) 에 커플링된다. 탈기기는 프리웨팅 유체로부터 하나 이상의 용존 가스들을 제거하여 탈기된 프리웨팅 유체를 생성하도록 구성된다. 유체 입구는 포토레지스트 입자들을 웨이퍼 기판의 표면으로부터 축출하기 위해 적어도 초당 약 16 미터 (m/s) 의 속도로 웨이퍼 기판 상에 탈기된 프리웨팅 유체를 전달하도록 구성된다. 게다가, 유체 입구는 축출된 포토레지스트 입자들이 웨이퍼 기판으로부터 씻겨나가거나 제거되도록 적어도 분당 약 0.6 리터 (L/분) 의 플로우 레이트로 웨이퍼 기판 상으로 탈기된 프리웨팅 유체를 전달하도록 구성된다.
도시된 실시형태에서, 유체 입구 (1362) 는 챔버 바디 (1352) 의 측벽에 장착된 노즐 (1364) 을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 노즐 (1364) 은 팬 노즐이다. 팬 노즐은, 탈기된 프리웨팅 유체가 라인의 형상으로 웨이퍼 기판에 침투하도록 탈기된 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판 상으로 전달하게 구성될 수도 있다. 도 10a 및 10b는 웨이퍼 기판 (1358) 에 침투하는 노즐 (1364) 로부터의 탈기된 프리웨팅 유체 (1366) 의 자유 흐름 라인을 도시한다.
팬 노즐은 유체 흐름이 노즐로부터 팬의 형상으로 퍼져나가는 것을 허용하는 유체 노즐의 유형이다. 예를 들어, 특정 실시형태에서 40 도 내지 120 도, 또는 약 95 도의 분무 각도를 갖는 팬 노즐은 노즐 (1364) 을 위해 사용될 수도 있다. 분무 각도는 팬 노즐에 의해 생성된 유체의 팬의 각도이다. 특정 실시형태들에서, 프리웨팅 챔버 (1350) 와 함께 사용하기 위한 팬 노즐은 0.04 인치 내지 0.06 인치, 또는 약 0.05 인치의 오리피스 사이즈, 약 0.6 L/분 내지 2.2 L/분, 또는 약 1.3 L/분의 플로우 레이트, 평방인치당 약 30 파운드 (psi) 내지 80 psi, 또는 약 40 psi인 노즐의 압력, 및 약 16 m/s 내지 31 m/s의 웨이퍼 표면에서의 유체 속도를 가질 수도 있다.
프리웨팅 챔버 (1350) 를 이용하는 프리웨팅 동작에서, 프리웨팅 챔버 내의 압력은 웨이퍼 기판 상에 웨팅 층을 형성하기 전에 아대기압으로 감소될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 웨이퍼 기판 상에 웨팅 층을 형성하는 것은 프리웨팅 챔버 내의 압력이 약 50 Torr 미만으로 감소되는 경우에 개시될 수도 있다. 웨팅 층을 형성하기 전 및 웨팅 층을 형성하는 동안, 웨이퍼 기판은 제 1 회전비로 회전될 수도 있다. 그 다음, 웨팅 층은 탈기기로부터의 그리고 유체 입구를 통해 들어가게 된 탈기된 프리웨팅 유체와 웨이퍼 기판을 접촉시킴으로써 프리웨팅 챔버 내에서 아대기압으로 웨이퍼 기판 상에 형성된다. 일부 실시형태들에서, 웨이퍼 기판은 약 10 초 내지 120 초 동안 탈기된 프리웨팅 유체와 접촉될 수도 있다.
웨이퍼 기판 상에 웨팅 층을 형성한 후, 탈기된 프리웨팅 유체의 전달은 중지될 수도 있다. 프리웨팅 챔버 내의 압력은 탈기된 프리웨팅 유체의 전달을 중지시킨 후에 대기압으로 또는 대기압보다 높게 증가될 수도 있다. 그 다음에, 웨이퍼 기판은 과잉 표면 혼입된 탈기된 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판으로부터 제거하기 위해 제 2 회전비로 회전될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 위에서 설명된 프로세스 동작들의 모두는 프리웨팅 프로세스에서 수행될 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 위에서 설명된 프로세스 동작들의 일부는 프리웨팅 프로세스에서 실행될 수도 있다.
프리웨팅 프로세스 동안에 제 1 회전비로 회전하는 웨이퍼 기판은 웨이퍼 기판으로부터 포토레지스트 입자들의 제거를 도울 수도 있다. 예를 들어, 포토레지스트 입자 상에 가해진 구심력은 축출된 포토레지스트 입자를 웨이퍼 기판의 에지로 그리고 그 기판으로부터 멀어지게 수송하는 것을 도울 수도 있다. 웨이퍼 기판의 중심 근처 (즉, 웨이퍼 기판의 회전의 축 근처) 에서 포토레지스트 입자에 가해진 구심력은, 그러나, 크지 않을 수도 있다. 따라서, 일부 실시형태들에서, 프리웨팅 유체는 웨이퍼 기판의 중심으로부터의 포토레지스트 입자들의 제거를 돕기 위해 (예컨대, 웨이퍼 기판의 회전 축 근처에서) 웨이퍼 기판의 중심을 관통하는 라인처럼 웨이퍼 기판에 전달되고 침투한다.
예를 들어, 프리웨팅 챔버 (1350) 를 사용하는 프리웨팅 동작에서, 웨이퍼 기판은 프리웨팅 챔버 내에 배치되고 챔버는 폐쇄된다. 약 50 Torr 내지 100 Torr, 또는 약 70 Torr의 진공이 프리웨팅 챔버 내에 형성될 수도 있다. 웨이퍼 기판이 탈기된 프리웨팅 유체와 약 5 초부터 90 초까지, 또는 약 10 초, 약 0.6 L/분 내지 2.2 L/분, 또는 약 1.3 L/분의 플로우 레이트, 및 약 16 m/s 내지 31 m/s의 웨이퍼 표면에서의 유체 속도로 접촉하는 동안에, 웨이퍼 기판은 약 20 rpm 내지 800 rpm, 또는 약 80 rpm의 제 1 회전비로 회전될 수도 있다. 그 다음에 웨이퍼 기판이 탈기된 프리웨팅 유체와 약 1 초부터 90 초까지, 또는 약 20 초, 약 0.6 L/분 내지 2.2 L/분, 또는 약 1.3 L/분의 플로우 레이트, 및 약 16 m/s 내지 31 m/s의 웨이퍼 표면에서의 유체 속도로 접촉하는 동안에, 웨이퍼 기판은 약 20 rpm 내지 800 rpm, 또는 약 25 rpm의 제 2 회전비로 회전될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 이 제 2 회전비 동작은 프리웨팅 동작에 포함되지 않을 수도 있다. 그 다음에 프리웨팅 챔버는 대기압으로 될 수도 있으며, 그 후에 웨이퍼 기판은 1 rpm 내지 250 rpm, 또는 약 180 rpm으로 회전될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 웨이퍼 기판은 프리웨팅 챔버가 대기압으로 된 후에 회전되지 않을 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 프리웨팅 유체는 웨이퍼 기판에 펄스식으로 (in pulses) 전달될 수도 있다. 예를 들어, 프리웨팅 유체는 약 1 초 내지 9 초, 또는 약 5 초 동안 온된 다음, 100 밀리초 내지 900 밀리초, 또는 약 500 밀리초 동안 오프될 수도 있다. 프리웨팅 유체의 펄스들은, 일부 실시형태들에서, 약 5 내지 15 회, 또는 약 10 회 반복될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 탈이온수는 관통 레지스트 도금을 위해 프리웨팅 프로세스에서 사용될 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 웨이퍼 기판으로부터 포토레지스트 입자들을 축출하는 것 및 제거하는 것을 돕는 화학 용액이 관통 레지스트 도금을 위한 프리웨팅 프로세스에서 사용될 수도 있다.
도 11a 및 11b는 관통 레지스트 도금을 위한 프리웨팅 챔버의 일 실시형태를 도시한다. 도 11a는 프리웨팅 챔버의 단면도를 도시하고, 도 11b는 유체 입구 매니폴드 및 웨이퍼 기판의 탑다운도를 도시한다. 프리웨팅 챔버 (1400) 는 서로 접촉하게 되는 경우에 진공 밀봉을 형성하는 챔버 바디 (1402) 및 챔버 커버 (1404) 를 포함한다. 챔버 바디 (1402) 는 웨이퍼 기판 (1408) 을 보유하도록 구성된 그리고 웨이퍼 기판 (1408) 을 회전시키도록 구성된 웨이퍼 기판 홀더 (1406) 를 지지한다. 챔버 바디 (1402) 는 진공 포트 (1410) 를 더 포함한다. 진공 포트는 진공 펌프에 커플링되고 프리웨팅 챔버 (1400) 내의 아대기압의 형성을 허용하도록 구성된다.
챔버 커버 (1404) 는 매니폴드 (1416) 에 커플링된 3 개의 유체 입구들 (1412) 을 포함한다. 매니폴드 (1416) 는 하나 이상의 포트들을 포함할 수도 있다. 도시된 바와 같이, 매니폴드 (1416) 는 프리웨팅 유체가 프리웨팅 챔버 (1400) 로 들어가게 하기 위해 탈기기 (미도시) 에 커플링될 수도 있는 포트 (1418) 를 포함한다. 매니폴드 (1416) 의 포트 (1420) 는 프리웨팅 프로세스 후에 매니폴드 (1416) 내에 남아있을 수도 있는 임의의 프리웨팅 유체를 제거하기 위해 불활성 가스로 매니폴드 (1416) 를 퍼지하는데 사용될 수도 있다.
소정의 실시형태들에서, 유체 입구들 (1412) 각각은 포토레지스트 입자들을 웨이퍼 기판의 표면으로부터 축출하기 위해 적어도 초당 약 7 미터 (m/s) 의 속도로 웨이퍼 기판 상으로 탈기된 프리웨팅 유체를 전달하도록 구성된다. 게다가, 소정의 실시형태들에서, 유체 입구들은 함께, 축출된 포토레지스트 입자들이 웨이퍼 기판으로부터 씻겨나가거나 제거되도록 적어도 0.4 L/분의 플로우 레이트로 웨이퍼 기판 상으로 탈기된 프리웨팅 유체를 전달하도록 구성된다.
일부 실시형태들에서, 유체 입구들 (1412) 각각은 노즐 (1414) 을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 노즐들 (1414) 각각은 팬 노즐이다. 팬 노즐들은, 탈기된 프리웨팅 유체가 라인 또는 직사각형의 형상으로 웨이퍼 기판에 침투하도록 탈기된 프리웨팅 유체를 웨이퍼 기판 상으로 전달하도록 구성될 수도 있다. 도 11a는 웨이퍼 기판 (1408) 에 침투하는 노즐들 (1414) 로부터의 탈기된 프리웨팅 유체 (1422) 를 도시한다. 또한 도 11a에 도시된 바와 같이, 노즐들 (1414) 은 탈기된 프리웨팅 유체 노즐들이 웨이퍼 기판의 거의 반경에 걸쳐; 즉, 웨이퍼 기판의 에지로부터 웨이퍼 기판의 약 중심까지 분배되도록 구성된다. 이 구성에서, 탈기된 프리웨팅 유체는 또한 거의 기판의 반경에 걸쳐 웨이퍼 기판과 접촉한다. 웨이퍼 기판 회전으로, 전체 웨이퍼 기판 표면은 웨이퍼 기판의 하나의 완전한 회전 후에 프리웨팅 유체와 접촉될 수도 있다.
언급된 바와 같이, 팬 노즐은 유체 흐름이 노즐로부터 팬의 형상으로 퍼져나가는 것을 허용하는 유체 노즐의 유형이다. 특정 예에서, 프리웨팅 챔버 (1400) 내의 300 밀리미터 직경의 웨이퍼 기판을 프리웨팅하기 위해, 프리웨팅 챔버는 3 개의 팬 노즐들을 포함할 수도 있다. 팬 노즐들 각각은 약 20 도 내지 60 도, 또는 약 40 도의 분무 각도를 가질 수도 있다. 프리웨팅 챔버 (1400) 와 함께 사용하기 위한 팬 노즐들 각각은 0.02 인치 내지 0.05 인치, 또는 약 0.035 인치의 오리피스 사이즈, 약 0.15 L/분 내지 1 L/분, 또는 약 0.25 L/분의 플로우 레이트, 약 30 psi 내지 80 psi, 또는 약 40 psi인 노즐의 압력, 및 약 7 m/s 내지 31 m/s의 웨이퍼 표면에서의 유체 속도를 가질 수도 있다. 각각이 약 0.25 L/분의 플로우 레이트를 갖는 3 개의 노즐들은 프리웨팅 유체를 약 0.75 L/분의 총 플로우 레이트로 전달할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 노즐로부터 전달된 프리웨팅 유체의 팬은 실질적으로 평탄하다.
프리웨팅 챔버 (1400) 를 사용하는 프리웨팅 동작에서, 웨이퍼 기판은 프리웨팅 챔버에 배치될 수 있고 챔버는 폐쇄된다. 약 50 Torr 내지 100 Torr, 또는 약 70 Torr의 진공이 프리웨팅 챔버 내에 형성될 수도 있다. 웨이퍼 기판이 탈기된 프리웨팅 유체와 약 5 초부터 90 초까지, 또는 약 10 초, 약 0.45 L/분 내지 3 L/분, 또는 약 0.75 L/분의 총 플로우 레이트, 및 약 7 m/s 내지 31 m/s의 웨이퍼 표면에서의 유체 속도로 접촉하는 동안에, 웨이퍼 기판은 약 20 rpm 내지 800 rpm, 또는 약 80 rpm의 제 1 회전비로 회전될 수도 있다. 그 다음에 웨이퍼 기판이 탈기된 프리웨팅 유체와 약 1 초부터 90 초까지, 또는 약 20 초, 약 0.45 L/분 내지 3 L/분, 또는 약 0.75 L/분의 총 플로우 레이트, 및 약 7 m/s 내지 31 m/s의 웨이퍼 표면에서의 유체 속도로 접촉하는 동안에, 웨이퍼 기판은 약 20 rpm 내지 800 rpm, 또는 약 25 rpm의 제 2 회전비로 회전될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 이 제 2 회전비 동작은 프리웨팅 동작에 포함되지 않을 수도 있다. 그 다음에 프리웨팅 챔버는 대기압으로 될 수도 있으며, 그 후에 웨이퍼 기판은 1 rpm 내지 250 rpm, 또는 약 180 rpm으로 회전될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 웨이퍼 기판은 프리웨팅 챔버가 대기압으로 된 후에 회전되지 않을 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 프리웨팅 유체는 웨이퍼 기판에 펄스식으로 전달될 수도 있다. 예를 들어, 프리웨팅 유체는 약 1 초 내지 9 초, 또는 약 5 초 동안 온된 다음, 100 밀리초 내지 900 밀리초, 또는 약 500 밀리초 동안 오프될 수도 있다. 프리웨팅 유체의 펄스들은, 일부 실시형태들에서, 약 5 내지 15 회, 또는 약 10 회 반복될 수도 있다.
도 12는 관통 레지스트 도금을 위한 프리웨팅 챔버의 일 실시형태를 도시한다. 프리웨팅 챔버 (1500) 는 프리웨팅 챔버 (1400) 와 유사할 수도 있지만, 프리웨팅 챔버 (1500) 가 더 많은 유체 입구들을 포함한다는 하나의 예외를 가진다. 게다가, 탈기된 프리웨팅 유체는 프리웨팅 챔버 (1500) 내에서 웨이퍼 기판의 직경에 걸쳐 웨이퍼 기판에 침투할 수도 있다.
프리웨팅 챔버 (1500) 는 서로 접촉하게 되는 경우에 진공 밀봉을 형성하는 챔버 바디 (1502) 및 챔버 커버 (1504) 를 포함한다. 챔버 바디 (1502) 는 웨이퍼 기판 (1508) 을 보유하도록 구성된 그리고 웨이퍼 기판 (1508) 을 회전시키도록 구성된 웨이퍼 기판 홀더 (1506) 를 포함한다. 챔버 바디 (1502) 는 진공 포트 (1510) 를 더 포함한다. 진공 포트는 진공 펌프에 커플링되고 프리웨팅 챔버 (1500) 내의 아대기압의 형성을 허용하도록 구성된다.
챔버 커버 (1504) 는 매니폴드 (1516) 에 커플링된 5 개의 유체 입구들 (1512) 을 포함한다. 매니폴드 (1516) 는 하나 이상의 포트들을 포함할 수도 있다. 도시된 바와 같이, 매니폴드 (1516) 는 프리웨팅 유체가 프리웨팅 챔버 (1500) 로 들어가게 하기 위해 탈기기 (미도시) 에 커플링될 수도 있는 포트 (1518) 를 포함한다. 매니폴드 (1516) 의 포트 (1520) 는 프리웨팅 프로세스 후에 매니폴드 (1516) 내에 남아있을 수도 있는 임의의 프리웨팅 유체를 제거하기 위해 불활성 가스로 매니폴드 (1516) 를 퍼지하는데 사용될 수도 있다.
유체 입구들 (1512) 각각은 포토레지스트 입자들을 웨이퍼 기판의 표면으로부터 축출하는데 충분한 속도로 웨이퍼 기판 상으로 탈기된 프리웨팅 유체를 전달하도록 구성된다. 유체 입구들은 함께, 축출된 포토레지스트 입자들이 웨이퍼 기판으로부터 씻겨나가거나 제거되도록 하는 플로우 레이트로 웨이퍼 기판 상으로 탈기된 프리웨팅 유체를 전달하도록 구성된다.
위에서 설명된 실시형태들에서처럼, 유체 입구들 (1512) 각각은 노즐 (1514) 을 포함할 수도 있다. 게다가, 위에서처럼, 노즐들 (1514) 각각은 팬 노즐일 수도 있다. 도 12는 웨이퍼 기판 (1508) 에 침투하는 노즐들 (1514) 로부터의 탈기된 프리웨팅 유체 (1522) 를 도시한다. 프리웨팅 챔버 (1500) 에서, 노즐들 (1514) 은 탈기된 프리웨팅 유체가 거의 웨이퍼 기판의 직경에 걸쳐서; 즉, 웨이퍼 기판의 하나의 에지로부터, 웨이퍼 기판의 대략 중심을 통과하여, 웨이퍼 기판의 다른 에지까지 웨이퍼 기판에 접촉하도록 구성된다. 웨이퍼 기판 회전으로, 전체 웨이퍼 기판 표면은 웨이퍼 기판의 완전한 회전의 1/2 후에 프리웨팅 유체와 접촉될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 도 12에 도시된 프리웨팅 챔버 (1500) 는 도 11a에 도시된 프리웨팅 챔버 (1400) 보다는 웨이퍼 기판으로부터 포토레지스트 입자들을 양호하게 제거할 수도 있다. 예를 들어, 포토레지스트 입자가 웨이퍼 기판에서의 피처 내에서 유동적이지만 (예컨대, 포토레지스트 입자를 보유하는 힘들이 극복되지만) 피처로부터 제거되지 않는 경우, 탈기된 프리웨팅 유체가 어쩌면 피처로부터 포토레지스트 입자를 제거하기 전에, 프리웨팅 챔버 (1400) 내에서 하나의 완전한 웨이퍼 기판의 회전이 일어날 것이다. 프리웨팅 챔버 (1500) 의 경우, 탈기된 프리웨팅 유체가 어쩌면 피처로부터 포토레지스트 입자를 제거하기 전에 웨이퍼 기판의 완전 회전의 절반이 일어날 것이다.
도 11a 및 도 12에서 각각 도시된 프리웨팅 챔버들 (1400 및 1500) 의 일부 실시형태들에서, 챔버 커버는 움직이지 않은 채로 있을 수도 있고 프리웨팅 챔버로부터 웨이퍼 기판들을 적재하는 것/하적하는 것은 실질적으로 수직 방식으로 움직이는 챔버 바디에 의해 수행될 수도 있다. 움직이지 않은 채로 유지되는 챔버 커버는 프리웨팅 챔버에 적재된 경우에 프리웨팅 유체의 액적들이 웨이퍼 기판 상에 떨어지는 것을 방지하는 것을 도울 수 있다. 웨이퍼 기판과 접촉하는 프리웨팅 유체의 액적은, 웨이퍼 기판이 진공 하에 있지 않은 경우, 기포들을 웨이퍼 기판 및 프리웨팅 유체의 액적 사이에 포획할 수도 있다. 프리웨팅 챔버 커버의 매니폴드의 포트는 프리웨팅 챔버 내에 웨이퍼 기판을 적재하기 전에 매니폴드 내에 남아 있을 수도 있는 임의의 프리웨팅 유체를 제거하기 위해 매니폴드를 불활성 가스로 퍼지하는데 사용될 수도 있다. 이는 또한 프리웨팅 유체의 액적들이 웨이퍼 기판에 적하하는 것을 방지하는데 도움이 될 수도 있다.
도 11a 및 도 12에 각각 도시된 프리웨팅 챔버들 (1400 및 1500) 내에서 웨이퍼 기판에 접촉하는 프리웨팅 유체의 속도 및 힘은 일반적으로, 도 10a에 도시된 프리웨팅 챔버 (1350) 와 비교하여 (웨이퍼 표면의 관점에서) 수직 대 평행 성분들의 큰 비율을 가진다. 예를 들어, 프리웨팅 챔버들 (1400 및 1500) 내에서 프리웨팅 유체의 기판 표면의 평면에 대한 유체 충돌의 각도는 약 90 도이며, 약 60 도 내지 90 도의 범위를 가진다. 프리웨팅 챔버 (1350) 내에서 프리웨팅 유체의 입사각은 약 6 도이며, 약 3 도 내지 10 도의 범위를 가진다. 웨이퍼 기판 표면에 수직인 및 평행한 둘 다의 프리웨팅 유체의 속도가 웨이퍼 기판으로부터 포토레지스트 입자들을 축출하고 제거할 수도 있지만, 웨이퍼 기판의 표면에 수직인 큰 속도는 포토레지스트 입자들을 축출하는 양호한 능력이 있다고 믿어진다. 따라서, 웨이퍼 기판에 주로 수직인 성분을 갖는, 프리웨팅 챔버들 (1400 및 1500) 내의 프리웨팅 유체 속도는, 프리웨팅 챔버 (1350) 내의 프리웨팅 유체 속도만큼 높을 수도 없으며, 그것은 웨이퍼 기판에 수직인 및 평행한 속도의 성분들을 가진다.
프리웨팅 챔버 (1400) 가 3 개의 유체 입구들 및 3 개의 노즐들을 포함하는 것으로 도시되고 프리웨팅 챔버 (1500) 가 5 개의 유체 입구들 및 5 개의 노즐들을 포함하는 것으로 도시되지만, 프리웨팅 챔버는 하나 내지 8 개 (또는 일부 실시형태들에서 더 많은) 유체 입구들 및 연관된 노즐들을 포함할 수도 있다. 게다가, 프리웨팅 챔버 (1400) 또는 프리웨팅 챔버 (1500) 를 사용하는 프리웨팅 프로세스는, 위에서 설명된, 프리웨팅 챔버 (1350) 를 사용하는 프리웨팅 프로세스와 유사할 수도 있다. 게다가 또, 팬 노즐들이 프리웨팅 챔버들 (1350, 1400, 및 1500) 의 실시형태들에서 설명되었지만, 원뿔 형상의 유체 스트림 또는 다른 형상의 유체 스트림을 생성하는 노즐들이 사용될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 관통 레지스트 도금을 위해 웨이퍼 기판 상에서 프리웨팅 프로세스를 수행하기 전에, 웨이퍼 기판은 웨이퍼 기판으로부터의 포토레지스트 입자들의 제거를 돕기 위해 이온화 시스템 상의 이온화기 바들 (ionizer bars) 을 통과할 수도 있다. 이러한 이온화 시스템들은 이온화된 가스 분자들과 공기의 도전율을 증가시킴으로써 작동된다. 정전력들에 의해 웨이퍼 기판에 구속될 수도 있는 포토레지스트 입자들과 같이, 이온화된 공기가 충전된 표면과 접촉하게 되는 경우, 그 표면은 반대 극성의 이온들을 끌어당긴다. 그 결과, 정전기는 중화되고 포토레지스트 입자들은 프리웨팅 프로세스 동안 웨이퍼 기판으로부터 더 쉽게 제거될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 관통 레지스트 도금을 위한 웨이퍼 기판 상의 프리웨팅 프로세스는 임의의 특정된 프리웨팅 유체 속도 또는 플로우 레이트 없이 프리웨팅 챔버를 사용하여 수행될 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, 입자들을 축출하기 위한 부가적인 메커니즘을 채용하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 프리웨팅 챔버는 프리웨팅 챔버 내에서 웨이퍼 기판 표면 위에서 회전될 수도 있고 프리웨팅 프로세스 후에 활성화될 수도 있는 메가소닉 트랜스듀서를 포함할 수도 있다. 메가소닉 트랜스듀서는 웨이퍼 기판으로부터 포토레지스트 입자들을 축출할 수도 있다. 대안으로, 메가소닉 트랜스듀서는 웨이퍼 기판으로부터 입자들을 제거할 시에 도움이 되기 위해 본원에서 개시된 프리웨팅 챔버들 중 임의의 것에 통합될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 메가소닉 트랜스듀서를 이용한 프리웨팅 프로세스는 진공 하에서 탈기된 탈이온수로 수행될 수도 있다.
본원에서 설명된 관통 레지스트 도금 프리웨팅 장치는, 위에서 설명된 바와 같이, 프로세스 동작들을 달성하기 위한 하드웨어를 포함할 수도 있고 또한 개시된 구현예들에 따라서 프로세스 동작들을 제어하기 위한 명령들을 갖는 시스템 제어기 (미도시) 를 포함할 수도 있다. 시스템 제어기는 장치가 개시된 구현예들을 따르는 방법을 수행할 수 있도록 하는 명령들을 실행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들 및 하나 이상의 메모리 디바이스들을 포함할 수도 있다. 이러한 명령들은, 예를 들어, 프리웨팅 챔버를 비우는 것, 웨이퍼를 하나 이상의 속력들로 회전시키는 것, 특정된 지속기간들 동안 그리고 웨이퍼 기판의 특정된 회전비들 동안 탈기된 프리웨팅 유체를 매니폴드를 통해 챔버 속으로 흐르게 하는 것, 탈기된 유체의 흐름을 중지시키는 것, 웨이퍼 기판의 회전을 중지시키거나 느리게 하는 것, 챔버를 가압하는 것, 및 웨이퍼 기판을 제거하는 것을 포함할 수도 있다. 위의 동작들의 임의의 조합은 적절한 명령들을 통해 프로그래밍될 수도 있다. 개시된 구현예들에 따라서 프로세스 동작들을 제어하기 위한 명령들을 포함한 머신 판독가능 매체들은 시스템 제어기에 커플링될 수도 있다.
도 13은 관통 레지스트 도금을 위한 프리웨팅 프로세스 (1600) 의 일 실시형태에 대한 흐름도이다. 레지스트 층 내의 개구부들과 같은 리세스된 피처들을 갖는 웨이퍼 기판이 챔버 (1350, 1400, 또는 1500) 와 같은 프리웨팅 프로세스 챔버 (1605) 에 제공된다. 관통 레지스트 도금의 경우, 리세스된 피처들의 바닥들은 프리웨팅 후에 부가적인 금속이 그 위에 도금될 것인 금속을 포함한다. 프로세스 챔버에서, 웨이퍼 기판은 피처 (1356, 1406, 또는 1506) 와 같은 웨이퍼 지지물 또는 척 상에 적재된다. 웨이퍼 기판이 프리웨팅을 위해 프로세스 챔버 내에 적절히 위치된 후, 그 다음에 프로세스 챔버 내의 압력은 아대기압으로 감소된다 (1610). 별도로, 프리웨팅 유체가 탈기된다 (1615). 위에서 설명된 소정의 실시형태들에 일치하게, 유체는 별개의 탈기 엘리먼트 내에서 탈기될 수도 있다. 탈기는 도 13에 도시된 다른 동작들과 동시에 수행될 수도 있다. 웨이퍼 기판이 프로세스 챔버 내에 적절히 설치되는 경우, 그것은 회전된다 (1620). 소정의 실시형태들에서, 회전은 챔버 압력의 감소 (1610) 및/또는 유체의 탈기 전에 또는 동안에 개시된다 (1615). 챔버 내의 압력이 원하는 레벨로 감소된 후, 웨이퍼 기판은 웨이퍼 기판이 회전중인 동안 아대기압에서 탈기된 프리웨팅 유체와 접촉된다. 이는 웨이퍼 기판 표면 상에 웨팅 층을 형성한다 (1625). 소정의 실시형태들에서, 탈기된 프리웨팅 유체는 노출된 금속 층 상의 임의의 입자들을 축출하기에 충분한 속도로 그리고 웨이퍼 기판으로부터 축출된 입자들을 제거하기에 충분한 플로우 레이트로 웨이퍼 기판에 접촉한다. 다양한 예들에서, 유체가 웨이퍼 기판에 접촉하는 선형 속도는 적어도 약 5 m/s이고 웨이퍼 기판 상의 유체의 체적 플로우 레이트는 적어도 약 0.3 L/분이다. 일부 실시형태들에서, 프리웨팅 유체는 웨이퍼 기판으로부터 입자들을 축출하는 것 및 제거하는 것을 돕는 화학 용액 또는 탈이온수일 수도 있다. 이러한 프리웨팅 프로세스는 본원에서 설명된 프리웨팅 장치 설계들에서 수행될 수 있다. 게다가, 본원에서 설명된 프리웨팅 장치 및 프로세스들은 웨이퍼 기판으로부터 임의의 유형의 입자 또는 잔해 (debris) 를 제거하는데 사용될 수도 있다.
지금까지 설명된 장치/방법들은, 예를 들어, 반도체 디바이스들, 디스플레이들, LED들, 광전지 패널들 등의 제작 또는 제조를 위한, 리소그래픽 패터닝 도구들 또는 프로세스들에 연계하여 사용될 수도 있다. 일반적으로, 필수적이지는 않지만, 이러한 도구들/프로세스들은 공통 제작 설비에서 함께 사용되거나 수행될 것이다. 막의 리소그래픽 패터닝은 일반적으로 각각의 단계가 다수의 가능한 도구들로 가능하게 하는 다음의 단계들 중의 일부 또는 모두를 포함한다: (1) 스핀-온 또는 스프레이-온 도구를 사용한, 워크피스, 즉, 기판 상의 포토레지스트의 적용; (2) 핫 플레이트 또는 노 (furnace) 또는 UV 경화 도구를 사용한 포토레지스트의 경화 (curing); (3) 웨이퍼 스텝퍼와 같은 도구로 포토레지스트를 가시, UV 또는 x-선 광에 노광하는 것; (4) 레지스트를 선택적으로 제거하고 이에 의해 그것을 웨트 벤치 (wet bench) 와 같은 도구를 사용하여 패터닝하기 위한 레지스트의 현상; (5) 건조 또는 플라즈마-지원 에칭 도구를 사용한, 밑에 있는 막 또는 워크피스로의 레지스트 패턴의 전사; 및 (6) RF 또는 마이크로파 플라즈마 레지스트 스트립퍼와 같은 도구를 사용한 레지스트의 제거.
전술의 장치 설계들 및 방법들이 이해의 명료함을 위해 다소 상세히 설명되었지만, 소정의 변화들 및 변경들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 본원에서 설명된 프로세스 및 조성들 모두를 구현하는 많은 대안의 방법들이 있다는 것에 주의해야 한다. 따라서, 본 실시형태들은 예시적이지만 비제한적인 것으로 간주될 것이며, 실시형태들은 본원에서 주어진 상세에 한정되는 것은 아니다.
301 : 챔버
303 : 진공 루프
305 : 3-방향 밸브 접속부
306 : 탈기 루프
307 : 프리웨팅 유체 탱크
309 : 탈기 디바이스
311 : 펌프
313 : 3-방향 밸브
315 : 밸브
317 : 니들 밸브

Claims (25)

  1. 프리웨팅 유체 (pre-wetting fluid) 로부터 하나 이상의 용존 가스들을 제거하여 탈기된 프리웨팅 유체를 생성하도록 구성된 탈기기 (degasser);
    프로세스 챔버로서,
    웨이퍼 기판을 보유하도록 구성된 웨이퍼 홀더,
    상기 프로세스 챔버 내의 아대기압 (subatmospheric pressure) 의 형성을 허용하도록 구성된 진공 포트, 및
    상기 탈기기에 커플링되고 상기 탈기된 프리웨팅 유체를 상기 웨이퍼 기판 상으로 전달하도록 구성된 유체 입구로서, 상기 유체 입구는, 상기 웨이퍼 기판 상으로 상기 탈기된 프리웨팅 유체를 전달하도록 구성된 적어도 하나의 노즐을 포함하는, 상기 유체 입구를 포함하는, 상기 프로세스 챔버; 및
    제어기로서, 상기 제어기는 상기 프로세스 챔버 내의 상기 아대기압에서 상기 웨이퍼 기판 상에 웨팅 층을 형성하도록, 적어도 초당 7 미터의 속도로 상기 웨이퍼 기판 상으로 상기 적어도 하나의 노즐로부터 상기 탈기된 프리웨팅 유체가 전달되고, 그리고 상기 유체 입구를 통해 적어도 분당 0.4 리터의 플로우 레이트로 상기 탈기된 프리웨팅 유체가 들어가게 하도록 프로그래밍되며, 상기 탈기된 프리웨팅 유체는 액체 상태에 있는, 상기 제어기를 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 노즐은 상기 프로세스 챔버의 측벽 상에 장착되는, 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 노즐은, 상기 웨이퍼 기판에 침투하는 상기 탈기된 프리웨팅 유체가 라인의 형상을 갖도록 상기 탈기된 프리웨팅 유체를 상기 웨이퍼 기판 상으로 전달하도록 구성된 팬 노즐인, 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 입구는 상기 탈기된 프리웨팅 유체를 상기 웨이퍼 기판 상으로 전달하도록 구성된 상기 적어도 하나의 노즐을 포함하는 매니폴드를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 노즐은 상기 웨이퍼 기판 위에 위치되는, 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 노즐은, 상기 웨이퍼 기판에 침투하는 상기 탈기된 프리웨팅 유체가 라인의 형상을 갖도록 상기 탈기된 프리웨팅 유체를 상기 웨이퍼 기판 상으로 전달하도록 구성된 팬 노즐을 포함하는, 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버는 커버 및 바디를 포함하며,
    상기 커버는 움직이지 않은 채로 있고, 상기 바디는 상기 바디를 상기 커버와 접촉시키기 위해 실질적으로 수직 방식으로 이동하고 진공 밀봉을 형성하도록 구성되며,
    상기 적어도 하나의 노즐은 상기 커버에 부착되는, 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 노즐은 상기 탈기된 프리웨팅 유체를 상기 웨이퍼 기판 상에서 상기 웨이퍼 기판의 에지로부터 실질적으로 상기 웨이퍼 기판의 중심으로 전달하도록 구성되는, 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 홀더는 상기 웨이퍼 기판을 실질적으로 페이스 업 (face-up) 배향으로 보유하도록 구성되는, 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 탈기기는 멤브레인 접촉기 탈기기를 포함하는, 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 탈기기는 0.5 ppm 이하의 용존 대기 가스를 갖는 상기 웨이퍼 기판을 접촉시키기 위한 탈기된 프리웨팅 유체를 생성하도록 구성되는, 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리웨팅 유체는 상기 웨이퍼 기판으로부터 입자들을 축출하고 제거하는 것을 돕는 화학 용액 및 탈이온수 중 적어도 하나인, 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공 포트는 상기 웨이퍼 홀더 하방에 위치되는, 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버는 상기 웨이퍼 기판 상에 상기 웨팅 층을 형성하는 동안 50 Torr 미만의 상기 아대기압을 유지하도록 구성되는, 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 웨이퍼 기판 상에 상기 웨팅 층을 형성한 후에, 상기 탈기된 프리웨팅 유체의 전달을 중지시키며; 그리고
    상기 탈기된 프리웨팅 유체의 전달을 중지시킨 후에, 상기 웨이퍼 기판으로부터 과잉 표면 혼입된 탈기된 프리웨팅 유체를 제거하기 위해 상기 웨이퍼 기판을 제 2 회전비로 회전시키게 하도록 더 프로그래밍되는, 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 탈기된 프리웨팅 유체의 전달을 중지시킨 후에 및 과잉 표면 혼입된 프리웨팅 유체의 제거 전에, 상기 프로세스 챔버 내의 압력을 대기압으로 또는 대기압보다 높게 증가시키게 하도록 더 프로그래밍되는, 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 웨이퍼 기판 상에 상기 웨팅 층을 형성하기 전에, 상기 프로세스 챔버 내의 압력을 상기 아대기압으로 감소시키게 하도록 더 프로그래밍되는, 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 프로세스 챔버 내의 압력이 50 Torr 미만으로 감소되는 경우 상기 웨이퍼 기판 상에 상기 웨팅 층을 형성하는 것을 개시하게 하도록 더 프로그래밍되는, 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 웨이퍼 기판을 상기 탈기된 프리웨팅 유체와 10 초 내지 120 초 동안 접촉시키게 하도록 더 프로그래밍되는, 장치.
  19. (a) 웨이퍼 기판의 표면의 적어도 일부 상에 노출된 금속 층을 갖는 상기 웨이퍼 기판을 프로세스 챔버에 제공하는 단계로서, 상기 프로세스 챔버는 액체 입구를 포함하고, 상기 액체 입구는 프리웨팅 유체를 상기 웨이퍼 기판 상으로 전달하도록 구성된 적어도 하나의 노즐을 포함하는, 상기 웨이퍼 기판을 상기 프로세스 챔버에 제공하는 단계;
    (b) 상기 프로세스 챔버의 진공 포트를 이용하여 상기 프로세스 챔버 내의 압력을 아대기압 (subatmospheric pressure) 으로 감소시키는 단계;
    (c) 상기 액체 입구에 커플링된 탈기기를 이용하여 상기 프리웨팅 유체를 탈기하는 단계; 및
    (d) 상기 프로세스 챔버 내의 웨이퍼 홀더에 의해 보유된 상기 웨이퍼 기판 상에 웨팅 층을 형성하기 위해 상기 프로세스 챔버 내의 상기 아대기압에서 상기 웨이퍼 기판을 상기 탈기된 프리웨팅 유체와 접촉시키는 단계로서, 상기 탈기된 프리웨팅 유체는 상기 적어도 하나의 노즐로부터 상기 웨이퍼 기판 상으로 적어도 초당 7 미터의 속도로 그리고 적어도 분당 0.4 리터의 플로우 레이트로 전달되는, 상기 웨이퍼 기판을 상기 탈기된 프리웨팅 유체와 접촉시키는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 기판에 포토레지스트를 도포하는 단계;
    상기 포토레지스트를 노광하는 단계;
    상기 포토레지스트를 패터닝하고 그 패턴을 상기 웨이퍼 기판에 전사하는 단계; 및
    상기 포토레지스트를 워크피스로부터 선택적으로 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  21. 장치의 제어를 위한 프로그램 명령들을 포함하는 비일시적 컴퓨터 머신 판독가능 매체로서, 상기 프로그램 명령들은 :
    (a) 웨이퍼 기판의 표면의 적어도 일부 상에 노출된 금속 층을 갖는 상기 웨이퍼 기판을 프로세스 챔버에 제공하는 것으로서, 상기 프로세스 챔버는 액체 입구를 포함하고, 상기 액체 입구는 프리웨팅 유체를 상기 웨이퍼 기판 상으로 전달하도록 구성된 적어도 하나의 노즐을 포함하는, 상기 웨이퍼 기판을 상기 프로세스 챔버에 제공하는 것;
    (b) 상기 프로세스 챔버의 진공 포트를 이용하여 상기 프로세스 챔버 내의 압력을 아대기압 (subatmospheric pressure) 으로 감소시키는 것;
    (c) 상기 액체 입구에 커플링된 탈기기를 이용하여 프리웨팅 유체를 탈기하는 것; 및
    (d) 상기 프로세스 챔버 내의 웨이퍼 홀더에 의해 보유된 상기 웨이퍼 기판 상에 웨팅 층을 형성하기 위해 상기 프로세스 챔버 내의 상기 아대기압에서 상기 웨이퍼 기판을 상기 탈기된 프리웨팅 유체와 접촉시키는 것으로서, 상기 탈기된 프리웨팅 유체는 상기 적어도 하나의 노즐로부터 상기 웨이퍼 기판 상으로 적어도 초당 7 미터의 속도로 그리고 적어도 분당 0.4 리터의 플로우 레이트로 전달되는, 상기 웨이퍼 기판을 상기 탈기된 프리웨팅 유체와 접촉시키는 것을 포함하는 동작들을 위한 코드를 포함하는, 비일시적 컴퓨터 머신 판독가능 매체.
  22. 제 1 항에 기재된 장치 및 스텝퍼를 포함하는, 시스템.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 홀더는 상기 웨이퍼 기판을 회전시키도록 더 구성되고,
    상기 제어기는 상기 웨이퍼 기판 상으로 상기 프리웨팅 유체의 전달 동안, 상기 웨이퍼 기판이 회전하게 하도록 더 프로그래밍되는, 장치.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 기판 상으로 상기 프리웨팅 유체의 전달 동안, 상기 웨이퍼 기판을 회전시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 상기 웨이퍼 기판으로부터 입자성 재료를 축출하고 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
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