KR102308043B1 - 공기 비말동반이 감소된 도금 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 기술에 따른 전기도금 프로세싱 시스템들은 제1 볼륨의 프로세싱 유체를 포함하는 재순환 탱크를 포함할 수 있다. 재순환 탱크는 전달 펌프와 유체 커플링될 수 있다. 시스템들은 펌프로부터의 프로세싱 유체를 수용하도록 구성된 용기를 포함할 수 있다. 용기는 내측 챔버 및 외측 챔버를 포함할 수 있으며, 내측 챔버는 제1 볼륨의 프로세싱 유체보다 작은 제2 볼륨의 프로세싱 유체를 홀딩하도록 사이징될 수 있다. 액체 레벨 센서는 외측 챔버의 액체 레벨 표시를 제공하도록 용기와 결합될 수 있다. 시스템들은, 용기의 배출구와 커플링되고 재순환 탱크의 유입구와 커플링된 리턴 라인을 포함할 수 있다. 시스템들은 또한 리턴 라인과 유체 커플링된 리턴 펌프를 포함할 수 있다. 리턴 펌프는 액체 레벨 센서와 전기적으로 커플링될 수 있다.
Description
[0001] 본 기술은 반도체 방법들 및 장비에 관한 것이다. 더 상세하게, 본 기술은 반도체 제조에서 사용되는 프로세싱 유체들에서 공기 비말동반(air entrainment)을 감소시키도록 구성된 프로세싱 시스템들에 관한 것이다.
[0002] 반도체 디바이스들은 일반적으로, 기판 또는 워크피스 상에서 복잡한 구조들을 생성함으로써 형성된다. 제조는 종종, 층들과 구조들 사이에서 전도성 경로들을 제공하도록 디바이스를 통하는 트렌치들 및 비아들에 금속-함유 재료들을 증착시키거나 형성하는 전도성 라인들 또는 금속화의 형성을 포함한다.
[0003] 금속 층들은 종종 전기도금 프로세서에서 전기화학적 도금을 이용하여 기판들 상에 형성된다. 통상적인 전기도금 프로세서는 전기도금 용액을 홀딩하기 위한 용기(vessel) 또는 보울(bowl), 전기도금 용액과 접촉하는 보울의 하나 이상의 애노드들, 및 웨이퍼를 터치하는 다수의 전기 접촉부들을 가진 접촉 링을 갖는 헤드를 포함한다. 접촉부들로부터 멀리 배스(bath) 용액을 유지하기 위해 밀봉 부재가 또한 헤드 주위에 포함될 수 있다. 웨이퍼의 전면 표면은 전기도금 용액에 침지될 수 있고, 전기장은 전기도금 용액의 금속 이온들이 웨이퍼 상에 석출(plate out)되게 하여, 금속-함유 층을 형성할 수 있다.
[0004] 프로세싱, 특히 웨이퍼의 진입 및 제거 동안, 볼륨 변화들이 용기의 전기도금 용액에서 발생할 수 있다. 이것은 용기에서 애퍼처들을 노출시킬 수 있거나 또는 그렇지 않으면 공기가 프로세싱 유체에 비말동반되게 허용할 수 있다. 이러한 유체가 재순환됨에 따라, 공기는 프로세싱 동안 용기로 다시 전달될 수 있는 버블들을 생성할 수 있다. 이들 버블들은 반도체 기판 상의 피처들에 머무르게 될 수 있고, 트렌치들 또는 피처들 내의 금속 증착을 억제할 수 있으며, 이는 제조된 디바이스들에서 단락 또는 고장을 야기할 수 있다.
[0005] 따라서, 고품질 디바이스들 및 구조들을 생성하는 데 사용될 수 있는 개선된 시스템들 및 방법들에 대한 필요성이 존재한다. 이들 및 다른 필요성들은 본 기술에 의해 대처된다.
[0006] 본 기술에 따른 전기도금 프로세싱 시스템들은 제1 볼륨의 프로세싱 유체를 포함하는 재순환 탱크를 포함할 수 있다. 재순환 탱크는 전달 펌프와 유체 커플링될 수 있다. 시스템들은 펌프로부터의 프로세싱 유체를 수용하도록 구성된 용기를 포함할 수 있다. 용기는 내측 챔버 및 외측 챔버를 포함할 수 있으며, 내측 챔버는 제1 볼륨의 프로세싱 유체보다 작은 제2 볼륨의 프로세싱 유체를 홀딩하도록 사이징(size)될 수 있다. 액체 레벨 센서는 외측 챔버의 액체 레벨 표시를 제공하도록 용기와 결합(associate)될 수 있다. 시스템들은, 용기의 배출구와 커플링되고 재순환 탱크의 유입구와 커플링된 리턴(return) 라인을 포함할 수 있다. 시스템들은 또한 리턴 라인과 유체 커플링된 리턴 펌프를 포함할 수 있다. 리턴 펌프는 액체 레벨 센서와 전기적으로 커플링될 수 있다.
[0007] 일부 실시예들에서, 리턴 라인은 전달 펌프의 정상-상태 전달 레이트보다 작은 중력-보조 유체 유량을 유지하도록 사이징된 제한부를 포함할 수 있다. 리턴 펌프는, 액체 레벨 센서가 용기의 외측 챔버의 유체 레벨을 미리 결정된 최소치 이하로 표시할 경우 디스인게이지(disengage)되도록 구성될 수 있다. 리턴 펌프는 액체 레벨 센서로부터의 판독치들에 기반하여 펌프 속도를 결정하기 위한 적분-레벨(integral-level) 제어 알고리즘을 포함할 수 있다. 리턴 펌프는 메탄술폰산, 수산화 칼륨, 및 붕산 중 적어도 하나와 화학적으로 혼화가능(compatible)할 수 있다. 리턴 펌프는 약 100와트 이하로 정격(rate)될 수 있다. 용기는 제2 볼륨의 유체를 포함할 경우, 재순환 탱크와 24인치 미만의 유체 높이 차이로 시스템 내에 포지셔닝될 수 있다.
[0008] 본 기술은 또한 전기도금 프로세싱 시스템들을 포함한다. 시스템들은 재순환 탱크를 포함할 수 있다. 시스템들은 재순환 탱크로부터의 프로세싱 유체를 수용하도록 구성된 용기를 포함할 수 있다. 용기는 내측 챔버 및 외측 챔버를 포함할 수 있다. 시스템들은 용기의 배출구와 재순환 탱크의 유입구 사이에 포지셔닝된 리턴 라인을 포함할 수 있다. 시스템들은 또한 리턴 라인과 유체 커플링된 콘테이너(container)를 포함할 수 있다. 콘테이너는 용기를 빠져나가는 프로세싱 유체를 수용하도록 구성될 수 있다. 콘테이너는 프로세싱 유체 내의 비말동반된 버블들을 추출하도록 구성된 매질(media)을 포함할 수 있다.
[0009] 일부 실시예들에서, 매질은 1μm 이상의 직경을 특징으로 하는 버블들을 추출하도록 구성될 수 있다. 매질은 메탄술폰산, 수산화 칼륨, 또는 붕산 중 적어도 하나와 화학적으로 혼화가능할 수 있다. 매질은 중합체 재료를 포함할 수 있다. 중합체 재료는 콘테이너 내에 배치된 메쉬(mesh)이거나 이를 포함할 수 있다. 콘테이너는 적어도 2개의 용기들과 커플링될 수 있다.
[0010] 본 기술은 또한 전기도금 프로세싱 시스템들을 포함한다. 시스템들은 재순환 탱크를 포함할 수 있다. 시스템들은 재순환 탱크로부터의 프로세싱 유체를 수용하도록 구성된 프로세싱 용기를 포함할 수 있다. 용기는 내측 챔버 및 외측 챔버를 포함할 수 있다. 시스템들은 용기의 배출구와 재순환 탱크의 유입구 사이에 포지셔닝된 리턴 라인을 포함할 수 있다. 시스템들은 또한, 프로세싱 용기와 재순환 탱크 사이에 유체 커플링된 버퍼 용기를 포함할 수 있다. 버퍼 용기는 버퍼 용기로부터의 제1 출구 포트를 포함할 수 있다. 버퍼 용기는 버퍼 용기의 베이스(base)와 커플링된 스탠드파이프(standpipe)를 포함할 수 있다. 스탠드파이프는 버퍼 용기로부터의 제2 출구 포트에 대한 액세스를 제공할 수 있다.
[0011] 일부 실시예들에서, 버퍼 용기는, 버퍼 용기 내에 포지셔닝되고 그리고 버퍼 용기 내 아래로 프로세싱 유체를 전달하도록 구성된 채널을 포함할 수 있다. 시스템은 재순환 탱크로부터의 프로세싱 유체를 수용하도록 구성된 복수의 프로세싱 용기들을 포함할 수 있다. 버퍼 용기는 복수의 프로세싱 용기들 중의 프로세싱 용기들 각각으로부터의 프로세싱 유체를 수용하도록 구성될 수 있다. 버퍼 용기는 복수의 스탠드파이프들을 포함할 수 있다. 각각의 스탠드파이프는 버퍼 용기의 베이스로부터 복수의 스탠드파이프들의 각각의 다른 스탠드파이프와 상이한 높이로 연장될 수 있다. 스탠드파이프는 스탠드파이프의 상단의 내부 에지의 경사진 표면을 특징으로 할 수 있다. 스탠드파이프는 버퍼 용기의 베이스에 근접한 포트를 특징으로 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 유체 내의 비말동반된 버블들을 추출하도록 구성된 매질은 스탠드파이프 내에 또는 리턴 라인 내에 포지셔닝될 수 있다.
[0012] 그러한 기술은 종래 기술에 비해 많은 이점들을 제공할 수 있다. 예컨대, 본 디바이스들은 프로세싱 유체 내로의 공기 비말동반을 감소시킬 수 있다. 부가적으로, 개선된 기술은 프로세싱 유체로 비말동반되게 되는 공기를 추가로 제거할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들은 이들의 장점들 및 특징들의 대부분과 함께, 아래의 상세한 설명 및 첨부된 도면들과 관련하여 더 상세히 설명된다.
[0013] 개시된 실시예들의 속성 및 장점들의 추가적인 이해는 명세서의 나머지 부분들 및 도면들을 참조함으로써 실현될 수 있다.
[0014] 도 1은 본 기술의 실시예들에 따른 예시적인 프로세싱 시스템의 개략도를 도시한다.
[0015] 도 2는 본 기술의 실시예들에 따른 예시적인 프로세싱 시스템 용기의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0016] 도 3은 본 기술의 실시예들에 따른 유체 전달 시스템의 개략도를 도시한다.
[0017] 도 4는 본 기술의 실시예들에 따른 프로세싱 시스템의 예시적인 컴포넌트의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0018] 도 5는 본 기술의 실시예들에 따른 프로세싱 시스템의 예시적인 버퍼 용기의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0019] 도면들 중 몇몇은 개략도들로서 포함된다. 도면들은 예시의 목적들을 위한 것이며, 실척인 것으로 구체적으로 언급되지 않으면 실척인 것으로 고려되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 부가적으로, 개략도들로서, 도면들은 이해를 돕기 위해 제공되고, 실제적인 표현들과 비교하여 모든 양상들 또는 정보를 포함하지는 않을 수 있으며, 예시의 목적들을 위해 과장된 자료를 포함할 수 있다.
[0020] 도면들에서, 유사한 컴포넌트들 및/또는 특징들은 동일한 수치 참조 라벨을 가질 수 있다. 추가적으로, 동일한 타입의 다양한 컴포넌트들은 참조 라벨 다음에 유사한 컴포넌트들 및/또는 피처들 사이를 구별하는 문자를 뒤따르게 함으로써 구별될 수 있다. 제1 수치 참조 라벨만이 명세서에서 사용되면, 설명은, 문자 접미사에 관계없이 동일한 제1 수치 참조 라벨을 갖는 유사한 컴포넌트들 및/또는 피처들 중 임의의 것에 적용가능하다.
[0014] 도 1은 본 기술의 실시예들에 따른 예시적인 프로세싱 시스템의 개략도를 도시한다.
[0015] 도 2는 본 기술의 실시예들에 따른 예시적인 프로세싱 시스템 용기의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0016] 도 3은 본 기술의 실시예들에 따른 유체 전달 시스템의 개략도를 도시한다.
[0017] 도 4는 본 기술의 실시예들에 따른 프로세싱 시스템의 예시적인 컴포넌트의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0018] 도 5는 본 기술의 실시예들에 따른 프로세싱 시스템의 예시적인 버퍼 용기의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0019] 도면들 중 몇몇은 개략도들로서 포함된다. 도면들은 예시의 목적들을 위한 것이며, 실척인 것으로 구체적으로 언급되지 않으면 실척인 것으로 고려되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 부가적으로, 개략도들로서, 도면들은 이해를 돕기 위해 제공되고, 실제적인 표현들과 비교하여 모든 양상들 또는 정보를 포함하지는 않을 수 있으며, 예시의 목적들을 위해 과장된 자료를 포함할 수 있다.
[0020] 도면들에서, 유사한 컴포넌트들 및/또는 특징들은 동일한 수치 참조 라벨을 가질 수 있다. 추가적으로, 동일한 타입의 다양한 컴포넌트들은 참조 라벨 다음에 유사한 컴포넌트들 및/또는 피처들 사이를 구별하는 문자를 뒤따르게 함으로써 구별될 수 있다. 제1 수치 참조 라벨만이 명세서에서 사용되면, 설명은, 문자 접미사에 관계없이 동일한 제1 수치 참조 라벨을 갖는 유사한 컴포넌트들 및/또는 피처들 중 임의의 것에 적용가능하다.
[0021] 전기도금 프로세스들은 반도체 기판의 다양한 피처들을 따라 그리고 그들을 통해 전도성 재료들을 형성하는 데 사용될 수 있다. 많은 도금 동작들은 기판을 도금 배스로 전달하여, 기판 상에 금속을 전기화학적으로 증착시킬 수 있다. 도금 배스는, 기판 상에 형성 또는 증착하되도록 전기도금 디바이스에 의해 전기적으로 활성화되는 다수의 금속 이온들을 포함할 수 있다. 도금 배스 유체 또는 프로세싱 유체는 시스템을 통해 순환되어 시스템 내로 재전달될 수 있다. 이러한 순환은 여과, 이온들의 리밸런싱, 온도 조정, 및 다른 프로세싱을 포함할 수 있다. 많은 프로세싱 시스템들에서, 용기로부터의 리턴 경로는 중력-보조 유동에 의해 생성되며, 중력-보조 유동은 용기와 재순환 탱크 사이의 유체 높이 차이에 기반한다. 많은 시스템들이 콤팩트해짐에 따라, 이러한 헤드 압력은 헤드 공간의 12인치 이하로 제한될 수 있다. 도금 프로세스들은 주변 환경에서 발생할 수 있으며, 프로세싱 유체로의 공기 비말동반은 이전에 언급된 바와 같이 문제들을 야기할 수 있다. 기판의 진입 및 제거는 용기 내의 프로세싱 유체 움직임에서 비교적 큰 볼륨 변화들을 야기할 수 있다. 용기로부터의 유동 조정 및 제어는 공기 비말동반을 제한하기에 충분히 급속하게 발생되지 않을 수 있으며, 이는 공기가 프로세싱 유체 내로 끌어당겨지게 허용할 수 있다.
[0022] 종래의 기술들은, 공기 버블들을 제한하려는 시도로 용기의 유체의 레벨을 제어하기 위해 밸브들 및 센서들을 사용함으로써 이러한 문제에 대처할 수 있다. 시스템들은 또한 프로세싱 유체 내에 포함된 공기를 제거하기 위해 전달 라인에 디버블러(debubbler)들을 포함할 수 있다. 그러나, 이들 설계들의 대부분은 충분하지 않다. 예컨대, 밸브들은 용기 내외로의 유동에 대한 조정을 허용할 수 있지만, 밸브들은 밸브가 시스템의 헤드 압력에 기반하여 개방될 경우 여전히 최대 레이트로 제한된다. 기판이 용기로 전달될 경우, 변위로 인해 제거될 유체의 볼륨은, 보조 중력 및 배관을 이용하여 시스템을 통해 신속히 제거될 수 있는 것보다 클 수 있으며, 이는 난류(turbulence) 및 공기 비말동반을 생성할 수 있다. 게다가, 허용오차들이 계속 감소됨에 따라, 밸브-기반 시스템의 동작은 밸브 개방 또는 폐쇄의 거의 일정한 방향 변화를 포함할 수 있으며, 이는 밸브들에서 다이어프램(diaphragm)들의 마모 및 고장을 야기할 수 있다.
[0023] 본 기술은 액체 레벨 및 공기 비말동반을 제어하기 위해 용기로부터의 리턴 경로 내에서 하나 이상의 구조들을 이용함으로써 이들 문제들을 해결한다. 본 기술은 액체 레벨 및 공기 비말동반에 대처하기 위한 능동 및 수동 시스템들 둘 모두를 포함하며, 그 시스템들은 사용되는 프로세싱 유체들에 대한 향상된 제어를 제공할 수 있다. 프로세싱 유체 내에 포함된 공기의 양이 본 기술에 따라 감소됨에 따라, 결함들 및 디바이스 고장들이 종래 기술들에 비해 추가로 감소될 수 있다.
[0024] 본 명세서의 나머지 부분들이 반도체 프로세싱을 관례대로 참조할 것이지만, 본 기법들은 반도체들 또는 구체적으로는 도금 동작들에 제한되는 것으로 고려되지 않아야 한다. 예컨대, 많은 기술들은 작은 스케일의 시스템들, 이를테면 미세유체공학(microfluidics), 의료용 유체 프로세싱, 및 많은 다른 분야들에서 유체 전달을 제어하려고 한다. 본 시스템들 및 기법들은, 덜 버블링된 유체의 전달과 유체 제거를 더 잘 제어할 수 있는 이들 기술들에 또한 적합할 수 있다. 본 기술이 사용될 수 있는 예시적인 챔버를 논의한 이후, 다수의 구조들이 유체 전달 및 공기 비말동반을 개선시키기 위해 설명될 것이다.
[0025] 도 1은 본 기술의 실시예들에 따른 예시적인 프로세싱 시스템(100)의 개략도를 도시한다. 프로세싱 시스템(100)은 본 개시내용 전반에 걸쳐 논의된 기술에서 사용될 수 있는 컴포넌트들 중 일부를 포함할 수 있다. 예시된 바와 같이, 프로세싱 시스템(100)은 반도체 기판 또는 웨이퍼(25)를 전기도금시키기 위해 사용된 기판 홀더(20)를 포함할 수 있다. 기판 홀더(20)는 환상형(annular) 부재(24) 및 백킹 플레이트(backing plate) 어셈블리(22)를 포함할 수 있다. 기판 홀더(20)는 로드/언로드 모듈로부터 프로세서(202)로 로봇(200)을 통해 이동될 수 있다. 기판 홀더(20)는 프로세서(202)의 로터(206) 상의 피팅(fitting)과 인게이지(engage)되는 허브를 통해 로터(206)에 부착될 수 있다. 프로세싱 동안, 전류 경로는 프로세서(202)(프로세서의 캐소드일 수 있음)로부터, 내부 전기 접촉부들에 대한 피팅을 갖는 웨이퍼(25)로, 백킹 플레이트 버스 바로, 척 접촉부들로, 링 버스 바로 그리고 웨이퍼와 접촉하는 전기 접촉 핑거(finger)들로 제공될 수 있다. 척 접촉부들은 백킹 플레이트 어셈블리(22)와 링 버스 바 사이에 전기 연결을 만들 수 있다.
[0026] 프로세서(202)의 프로세서 헤드(204)는 기판 홀더(20)에 홀딩된 웨이퍼(25)를 프로세서(202)의 용기(210)의 전해질의 배스로 이동시킬 수 있고, 금속 또는 전도성 막을 웨이퍼(25) 상에 전기도금시키기 위해 전해질을 통해 전류를 통과시킬 수 있다. 전기도금이 완료된 이후, 이러한 시퀀스의 동작들이 반전될 수 있다. 로드/언로드 모듈의 리프트 핀들은 로봇이 도금된 웨이퍼를 픽업(pick up)하게 허용하기 위해 백킹 플레이트의 리프트 핀 클리어런스 홀들을 통해 위로 연장될 수 있고, 도금된 웨이퍼(25)는 추가적인 프로세싱을 위해 전기도금 시스템(100)으로부터 제거될 수 있다. 시스템 제어 컴퓨터(207)는 기판의 용기(210) 내로의 전달을 제어할 수 있으며, 수직 병진이동, 회전 뿐만 아니라 진입 각도를 제어할 수 있다. 도 1은 프로세싱 시스템의 기판 측으로부터의 도금 동작을 예시할 수 있다.
[0027] 도 2를 참조하면, 본 기술의 실시예들에 따른 예시적인 프로세싱 시스템 용기(210)의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 용기(210)는 용기(210) 내로 진입되는 기판 상에 금속 또는 금속-함유 재료들을 증착시키는 데 사용될 수 있는 프로세싱 유체, 이를테면 전기도금 유체를 수용할 수 있다. 용기(210)는 내측 챔버(215) 및 외측 챔버(220)를 포함할 수 있다. 프로세싱 유체는, 이를테면 예시된 바와 같이 아래로부터 내측 챔버 내로 전달될 수 있다. 유체는 프로세싱 이전에, 그 동안에 그리고/또는 그 이후에 정상 레이트로 전달될 수 있다. 일부 실시예들에서, 레이트는 일부 동작들 동안 조정될 수 있으며, 이를테면 기판이 용기(210)로부터 제거된 경우 유량을 증가시키지만, 일부 실시예들에서 유량은 프로세싱의 각각의 양상 동안 일정하게 유지될 수 있다.
[0028] 프로세싱 유체가 용기를 채우고 내측 챔버(215)의 볼륨을 채움에 따라, 프로세싱 유체는 내측 챔버(215)의 외측 에지를 넘어 캐스케이딩(cascade)될 수 있고, 외측 챔버(220) 내로 유동될 수 있다. 내측 챔버(215)는, 직경이 수백 밀리미터 이상일 수 있는 기판, 이를테면 반도체 기판을 수용하도록 사이징될 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이 척과 커플링된 기판은 프로세싱을 위해 내측 챔버(215) 내로 전달될 수 있다. 기판은, 기판의 전체 표면이 임의의 시간에 프로세싱 유체와 접촉하도록 제공될 수 있다. 외측 챔버는 내측 챔버의 볼륨보다 크거나 그와 동일한 프로세싱 유체의 볼륨을 수용하도록 사이징될 수 있다.
[0029] 프로세싱 동작들 동안, 프로세싱 유체들의 유동은, 용기가 프로세싱 이전이든 그리고 프로세싱 동안이든 항상 프로세싱 유체로 완전히 채워져 있는 것을 보장하기 위해 계속 제공될 수 있다. 내측 챔버(215)로의 프로세싱 유체의 끊임없는 유동을 제공하여 내측 챔버(215)로부터 오버플로우시킴으로써, 시스템은, 기판 상에서의 증착을 제한할 수 있는 공기 갭들이 프로세싱 유체와 기판 사이에서 형성되지 않는 것을 보장할 수 있다. 유사하게, 내측 챔버(215) 내로 프로세싱 유체를 위로 유동시키고 프로세싱 유체가 내측 용기로부터 캐스케이딩되게 허용함으로써, 기판과 접촉하는 프로세싱 유체의 표면의 공기 버블들이 제한되거나 회피될 수 있다. 아래에서 더 상세히 논의될 바와 같이, 일단 외측 챔버(220)에 의해 수용되면, 프로세싱 유체는 용기(210)로부터 제거될 수 있다. 프로세싱 유체는 용기(210)로부터 프로세싱 유체를 제거하기 위해 포트, 밸브, 개스킷, 또는 다른 전달 메커니즘을 통해 외측 챔버(220)를 빠져나올 수 있다.
[0030] 용기(210)는 또한 외측 챔버(220)의 유체 레벨을 결정하기 위한 하나 이상의 센서들을 포함할 수 있다. 예컨대, 액체 레벨 센서(225)는 용기(210) 상에 또는 그 주위에 포지셔닝될 수 있고, 외측 챔버(220) 내의 유체의 양의 하나 이상의 신호들, 이를테면 피드백 신호들을 제공할 수 있다. 이것은, 유체 레벨이, 이를테면 센서 구역(225b) 위로 연장됨으로써 외측 챔버를 범람(flood)하지도 않고 유체 레벨이, 이를테면 센서 구역(225a) 아래로 떨어짐으로써 외측 챔버(220) 내에서 최소 레벨 아래로 떨어지지도 않는 것을 보장하기 위해, 외측 챔버(220)로부터의 유체의 제거 레이트를 제어하는 데 이용될 수 있다. 예컨대, 외측 챔버(220)는 포트를 포함할 수 있으며, 그 포트를 통해 유체는 외측 챔버(220)로부터 유동되거나 제거될 수 있다. 챔버로부터의 제거 레이트에 의존하여, 흡입 압력이 포트에서 전개될 수 있다. 유체가 포트를 노출시키는 레벨로 떨어지면, 공기가 리턴 시스템에 액세스할 것이다. 부가적으로, 유체 레벨이 포트를 향해 연장됨에 따라, 흡입 압력은 와류 효과를 야기할 수 있으며, 이는 프로세싱 유체 위의 공기를 유체 내로 비말동반시킬 수 있다. 가시적인 버블들이 리턴 시스템을 통해 전달되지 않을 수 있지만, 이러한 양의 공기는 프로세싱 시스템 내에서 문제들을 여전히 제기할 수 있다.
[0031] 반도체 디바이스들이 사이즈가 계속 작아짐에 따라, 트렌치들 및 비아들과 같은 피처들이 또한 사이즈가 계속 감소된다. 이러한 사이징은, 사이즈가 10나노미터 이하일 수 있는 폭들 또는 직경들을 가질 수 있는 비아들 및 트렌치들을 제공할 수 있다. 시스템 내로 비말동반된 공기는, 리턴 시스템을 통해 계속되고 프로세싱 용기 내로 다시 재순환될 수 있는 미세 버블들을 생성할 수 있다. 이러한 스케일의 버블들은 필터들 및 펌프들을 통과할 수 있으며, 이들 잔류 버블들은, 일단 용기 내로 다시 리턴되면 기판 상에서 도금 문제들을 야기할 수 있다. 예컨대, 프로세싱 유체에서 리턴 시스템을 통해 비말동반되고 용기 내로 다시 전달되는 심지어 1/10 마이크로미터의 버블이 기판과 접촉할 수 있다. 그러한 버블은 여전히 기판 상의 비아 또는 트렌치의 직경보다 10배 더 클 수 있으며, 도금이 비아 내에서 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이것은 기판 상에서 전도성 경로를 제거하여 단락 또는 다른 결함들을 야기할 수 있으며, 그 결과, 기판은 최악의 경우 결함있는 것으로 폐기될 수 있다. 따라서, 용기 내의 부정밀한 유체 제어에 의해 야기되는 시스템 내의 극미한 양들의 공기조차도 도금에 대해 수용가능하지 않은 양의 결함들 또는 문제들을 야기할 수 있다. 따라서, 도금 요건들의 정밀도가 증가함에 따라, 시스템 내의 프로세싱 유체 레벨들의 훨씬 더 주의깊은 제어가 필요하다.
[0032] 프로세싱 동안, 이를테면 기판이 용기의 프로세싱 유체 내로, 이를테면 내측 챔버(215) 내로 전달된 이후, 용기 내외로의 프로세싱 유동이 정상-상태 조건으로 유지될 수 있다. 그러나, 용기로부터의 기판의 전달 및 제거 동안, 유체의 더 큰 볼륨 변위들이 발생할 수 있다. 예컨대, 기판이 용기 내로 전달되기 전에, 내측 챔버(215)의 볼륨은 프로세싱 유체로 완전히 채워질 수 있다. 기판이 용기 내로 전달될 경우, 표면(그 상에 도금이 수행됨)은 프로세싱 유체에 완전히 침수(submerge)될 수 있으며, 이는 동등한 볼륨의 프로세싱 유체를 내측 챔버(215)로부터 외측 챔버(220)로 변위시킬 수 있다. 따라서, 용기(210)로부터의 제거 레이트가 증가될 수 있다. 유사하게, 프로세싱 이후 기판이 제거될 경우, 이러한 볼륨은 복원되며, 이는, 내측 챔버(215)의 프로세싱 유체의 볼륨을 낮출 수 있고, 이는, 용기 내로의 유체 전달을 통해 볼륨이 복원될 때까지 일정 시간 기간 동안 외측 챔버(220) 내로의 유동을 감소시키거나 중단시킬 수 있다. 외측 챔버로부터의 프로세싱 유체의 제거 레이트가 충분히 짧은 시간 내에 감소되지 않으면, 외측 챔버 내의 레벨은 리턴 유동 내로의 공기 비말동반을 허용하기에 충분히 저하될 수 있으며, 그 공기 비말동반은 도금 결함들을 야기할 수 있는 미세 버블들로서 용기 내로 다시 전달될 수 있다.
[0033] 본 기술은 공기 비말동반을 제한하고 시스템으로부터의 버블 제거를 핸들링하기 위한 다수의 양상들을 포함하며, 그 양상들은 다음의 도면들 각각을 이용하여 설명될 것이다. 개별적으로 논의되지만, 설명된 솔루션들 중 임의의 솔루션이 액체 레벨의 더 정밀한 제어를 제공할 뿐만 아니라 개선된 공기 제거를 제공하기 위해 서로 또는 다른 시스템들과 조합될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
[0034] 도 3은 본 기술의 실시예들에 따른 유체 전달 시스템(300)의 개략도를 도시한다. 유체 전달 시스템(300)은 예시의 목적들을 위한 프로세싱 시스템의 간략도일 수 있지만, 그것은 본 기술이 적용될 수 있는 시스템들의 복잡도를 제한하도록 의도되지 않는다. 유체 전달 시스템(300)은 프로세싱 동안 프로세싱 용기 내의 액체 레벨에 대한 정밀한 제어를 제공하기 위한, 그리고 프로세싱 유체 내의 공기 비말동반을 사전에 제한하는 것을 용이하게 할 수 있는 능동 시스템을 예시한다. 유체 시스템(300)은 이전에 설명된 프로세싱 시스템(100)의 양상들 중 임의의 양상을 포함할 수 있으며, 위에서 설명된 도금 동작들을 수행하기 위해 프로세싱 유체를 제공하기 위한 유체 리턴 및 전달 시스템을 예시할 수 있다.
[0035] 유체 시스템(300)은 재순환 탱크(305)를 포함할 수 있다. 재순환 탱크(305)는 하나 이상의 도금 장치들로 전달될 수 있는 제1 볼륨의 프로세싱 유체를 포함하거나 하우징할 수 있다. 재순환 탱크(305)는, 프로세싱 유체의 하나 이상의 용기들로의 전달을 용이하게 할 수 있는 전달 펌프(308)와 커플링될 수 있다. 일부 실시예들에서, 재순환 탱크는 프로세싱 장치의 레벨 아래에서 수직으로 포지셔닝될 수 있으므로, 전달 펌프(308)는 전달 배관 또는 시스템의 임의의 헤드 압력을 극복하기에 충분한 힘으로 프로세싱 유체를 전달하도록 구성될 수 있다. 유체 전달 시스템(300)은 프로세싱 동작들, 이를테면 이전에 설명된 바와 같은 도금이 발생할 수 있는 용기(310)를 포함할 수 있다. 용기(310)는, 도 2에 대해 논의된 바와 같이 내측 챔버 및 외측 챔버를 포함할 수 있는, 이전에 설명된 바와 같은 용기(210)와 유사할 수 있다.
[0036] 시스템(300)을 통한 유체 유동이 일 단부에서 용기(310)로 진입하고 다른 단부로부터 용기(310)를 빠져나오는 것으로 예시되지만, 다이어그램이 단지 예시의 목적들을 위한 것이고, 기술을 제한하도록 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 프로세싱 유체는 난류 및 표면 버블 형성을 제한하기 위해 아래로부터 위로 용기(310) 내에 전달될 수 있다. 유사하게, 유체는 임의의 레벨에서 용기(310)로부터, 이를테면 이전에 설명된 바와 같이 용기(310)의 외측 챔버의 포트로부터 제거될 수 있다. 용기(310) 내로의 전달 및 용기(310)로부터의 제거는 본 기술에서 임의의 수의 방식들로 발생할 수 있다. 용기(310)의 내측 챔버는 기판 상에서 동작들을 수행하기 위해 프로세싱 유체의 볼륨을 홀딩하도록 사이징될 수 있다. 예컨대, 용기(310)의 내측 챔버는 재순환 탱크(305)에 홀딩된 제1 볼륨의 프로세싱 유체보다 작은 제2 볼륨의 프로세싱 유체를 홀딩하도록 사이징될 수 있다. 더 큰 볼륨의 프로세싱 유체를 재순환 탱크(305)에 포함시킴으로써, 시스템은 다수의 용기들(310)을 수용할 뿐만 아니라 프로세싱 동안의 적절한 프로세싱 유체 이용가능성을 보장할 수 있다.
[0037] 용기(310)는 용기(310)와 커플링되거나 결합된 액체 레벨 센서(312)를 포함할 수 있다. 액체 레벨 센서(312)는 피드백, 이를테면 용기(310)로부터의 유동을 조정하는 데 사용될 수 있는 전자 피드백을 제공할 수 있는 전자 센서, 플로트 센서(float sensor), 또는 임의의 다른 센서일 수 있다. 액체 레벨 센서(312)는 용기(310)의 외측 챔버의 액체 레벨 표시를 제공하도록 용기(310)에 대해 포지셔닝될 수 있다. 액체 레벨 센서(312)는 용기(310)의 외측 챔버 내의 유체 높이 또는 볼륨에 기반하여 가변 피드백을 제공할 수 있다. 예컨대, 액체 레벨 센서(312)는 용기(310)의 외측 챔버 내의 감지된 레벨에 기반하여 일정 범위의 값들, 이를테면 전압 값들로 피드백을 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 용기(310) 내의 볼륨 또는 높이 변화들을 고려하는 변화 레이트를 포함하는 알고리즘적 판단들이 수행될 수 있다.
[0038] 리턴 라인(315)은 유체 전달 시스템(300)에 포함될 수 있으며, 용기(310)의 배출구와 재순환 탱크(305)의 유입구 사이에 포지셔닝될 수 있다. 리턴 라인(315)은 재순환 탱크(305)와 유체 커플링될 수 있으며, 재순환을 위해 다시 용기(310)로부터의 유체를 제공할 수 있다. 예시되지 않았지만, 유체 전달 시스템(300)은, 밸브들, 유량 센서들, 온도 제어기들, 이를테면 열 교환기들, 가열기들, 또는 냉각기들, 프로세싱 유체 내의 재료 조성들을 리밸런싱하기 위한 이온 종들에 대한 전달 소스들, 및 도금 또는 프로세싱 시스템들에 관련된 임의의 다른 유용한 컴포넌트들을 포함하는 부가적인 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
[0039] 유체 전달 시스템(300)은 또한 리턴 펌프(320)를 포함할 수 있다. 리턴 펌프(320)는 용기(310)와 재순환 탱크(305) 사이에서 유체 연통하는 시스템 내에 포지셔닝될 수 있다. 리턴 펌프(320)는 리턴 라인(315)과 유체 커플링될 수 있으며, 프로세싱 유체를 리턴 라인(315)으로 직접 공급할 수 있다. 리턴 펌프(320)는 실시예들에서 액체 레벨 센서(312)와 전자적으로 커플링될 수 있고, 폐쇄 피드백 루프에서 액체 레벨 센서(312)와 커플링될 수 있다. 리턴 라인(310)에 포함된 밸브와 달리, 리턴 펌프(320)는 리턴 라인(315)을 통한 압력 또는 유동을 증가시킬 수 있을 수 있다. 예컨대, 리턴 라인(315)에 포함된 밸브는 완전히 개방될 경우, 시스템의 헤드 압력 및 리턴 파이프의 사이즈 및 특성들에 기반하여 유체 유동을 수용할 것이다. 그러나, 리턴 펌프는 다양한 상황들 하에서 유체의 개선된 전달을 용이하게 할 수 있으며, 압력 및 레이트만을 지시할 수 있다. 부가적으로, 민감한 유체 시스템에서, 리턴 펌프(320)와 같은 펌프는 가변 밸브보다 유량의 극미하고 연속적인 변화들을 더 양호하게 수용할 수 있다.
[0040] 예컨대, 정상 상태 프로세싱 동안, 용기(310)로부터의 적절한 유체 유동을 유지하는 것은 극미한 양들로 유동을 위 및 아래로 변동시키는 것을 수반할 수 있다. 개방과 폐쇄 사이에서 계속 스위칭하는 밸브는 밸브의 다이어프램 또는 다른 컴포넌트들을 혹사(strain)시킬 수 있다. 그러나, 리턴 펌프(320)와 같은 펌프는 동일한 수용을 수행하기 위해 전달 속도를 간단히 조절할 수 있으며, 이는 시스템 컴포넌트들의 더 오래-지속하는 동작을 제공할 수 있다. 도금 시스템들은 시스템에 대해 이용가능한 공간, 기판 치수들, 및 시스템 뿐만 아니라 시스템 컴포넌트들을 제한할 수 있는 다른 변수들에 기반하여 사이징될 수 있다. 예컨대, 시스템 셋업(setup)은 사이즈 및 높이가 제한될 수 있으며, 이는 용기와 재순환 탱크 사이의 이용가능한 공간의 양을 제한할 수 있다. 많은 그러한 시스템들이 중력-기반 리턴을 수반함에 따라, 높이의 감소들은 유체 리턴에 대해 이용가능한 헤드 압력의 양을 추가로 제한할 수 있다.
[0041] 예컨대, 용기(320)와 재순환 탱크(305) 사이의 높이 차이, 또는 내부에 포함된 유체들에 대한 높이 차이는 약 36인치 이하일 수 있으며, 약 30인치 이하, 약 24인치 이하, 약 18인치 이하, 약 15인치 이하, 약 12인치 이하, 약 10인치 이하, 약 9인치 이하, 약 8인치 이하, 약 7인치 이하, 약 6인치 이하, 약 5인치 이하, 약 4인치 이하, 약 3인치 이하 또는 그 미만일 수 있다. 컴포넌트들이 이들 효과들에 대처하도록 조정될 수 있지만, 이들 조정들은 볼륨 플럭스(flux)에 대한 시스템의 허용오차를 감소시키는 위험성을 증가시킬 수 있으며, 이는 공기 비말동반에 대한 제어에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 유체 레벨에 대한 더 엄격한 허용오차가 중력 유체 리턴으로 제한되지 않을 수 있는 본 기술에 따라 제공될 수 있다.
[0042] 리턴 라인(315)과 함께 리턴 펌프(320)는 용기(310) 내로의 유체 유동을 고려하여 사이징될 수 있다. 전달 펌프(308)는 실시예들에서 비교적 일정한 유동의 프로세싱 유체를 제공할 수 있으며, 리턴 펌프(320) 및 리턴 라인(315)은 리턴 펌프(320)가 디스인게이지될 경우 전달 유동 레이트 미만의 유체 유동 레이트를 제공하도록 사이징될 수 있다. 예컨대, 이를테면 웨이퍼가 용기(310)로부터 제거되고 외측 챔버의 볼륨이 감소하기 시작할 수 있는 상황들에서, 리턴 펌프(320)는 사이클링 오프(cycle off)되거나 최소 속도로 동작될 수 있다. 액체 레벨 센서(312)는 미리 결정된 최소 레벨 부근으로, 그 최소 레벨로, 또는 그 최소 레벨 미만으로 외측 챔버의 유체 레벨을 표시 또는 등록할 수 있다. 따라서, 응답으로, 리턴 펌프(320)는 디스인게이지되도록 구성될 수 있다. 이러한 동작은, 유체 레벨이 리턴 펌프를 다시 인게이지하기에 충분히 증가했다고 액체 레벨 센서(312)가 결정할 때까지 외측 챔버로부터의 제거를 제한할 수 있다. 부가적으로, 리턴 라인(315)은, 펌프가 완전히 인게이지될 경우, 이를테면 기판이 프로세싱 시스템 내로 전달되고 외측 챔버 내로 전달된 유체의 볼륨이 급속히 증가할 수 있는 경우, 증가된 유체 유동을 수용하도록 사이징될 수 있다. 그에 따라, 리턴 펌프(320)는 외측 탱크의 유체의 증가된 볼륨에 대처하도록 램핑(ramp)될 수 있으며, 리턴 라인(315)은 이러한 증가된 볼륨 유동을 수용하도록 사이징될 수 있다.
[0043] 일부 실시예들에서, 리턴 라인(315)은 또한 라인 내에 제한부(317)를 포함할 수 있다. 리턴 라인(315)이, 이를테면 기판의 용기(310) 내로의 진입 동안 증가된 유체 유동을 수용하도록 사이징될 수 있기 때문에, 리턴 라인은 또한, 리턴 펌프(320)가 낮은 속도로 동작하고 있거나 디스인게이지된 경우라도, 용기로부터의 유체 유동을 제어하기 위한 제한부(317)를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 제한부(317)는 전달 펌프(308)로부터의 정상-상태 전달 레이트보다 작은 중력-보조 유체 유량을 유지하도록 사이징될 수 있다.
[0044] 리턴 펌프(320)는 그와 연관된 특정한 시스템 동작에 관련된 다수의 특징들을 특징으로 할 수 있다. 예컨대, 리턴 펌프는, 액체 레벨 센서(312)로부터 수신될 수 있는 가변 신호를 수용하고 이러한 입력에 기반하여 펌프 속도를 결정할 수 있는 제어 알고리즘을 포함할 수 있다. 액체 레벨 센서(312)가 외측 챔버 내의 액체 레벨의 가변 신호를 제공할 수 있기 때문에, 리턴 펌프(320)는 레이트-기반 컴포넌트를 포함하는 제어 알고리즘을 포함할 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 리턴 펌프(320)는 비례 제어를 포함하는 제어 알고리즘을 포함할 수 있고, 알고리즘의 적분-레벨 제어 컴포넌트 및/또는 미분-레벨 제어 컴포넌트 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
[0045] 일부 실시예들에서, 리턴 펌프(320)는 유체 전달 시스템(300)의 프로세싱 유체와 화학적으로 혼화가능한 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 도금 및 액체 프로세싱 시스템들, 이를테면 유체 전달 시스템(300)은 일부 금속 또는 다른 시스템 컴포넌트들을 부식시킬 수 있는 산들 및 염기들을 포함한 다수의 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 리턴 펌프(320)는 유체 전달 시스템(300)의 특정한 환경을 견딜 수 있는 프로세싱 유체 재료들과 접촉할 컴포넌트들로 구성되거나 그들을 포함할 수 있다. 예컨대, 리턴 펌프(320)는, 하나 이상의 산들, 염기들, 수용액들, 또는 프로세싱 유체 내에 포함된 다른 재료들, 이를테면 금속 또는 이온 컴포넌트들과 접촉될 경우 부식되거나 또는 화학적으로 열화되지 않는 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 리턴 펌프가 접촉할 수 있고 리턴 펌프 컴포넌트들이 열화에 민감하지 않을 수 있는 예시적인 재료들은 염기성 재료들, 이를테면 수산화 칼륨 또는 다른 수산화물-함유 재료들을 포함할 수 있다. 재료들은, 붕소, 탄소, 질소, 인, 황, 불소, 또는 염소를 포함하는 하나 이상의 비금속 엘리먼트들을 포함하는 산들을 포함할 수 있다. 예컨대, 리턴 펌프(320) 또는 리턴 펌프의 컴포넌트들이 화학적으로 혼화가능할 수 있는 예시적인 산들은 다른 산들 중에서도 붕산, 염산, 황산, 알칸술폰 산들(메탄술폰산을 포함함), 알카놀술폰 산(alkanolsulfonic acid)들을 포함한다.
[0046] 실시예들에서, 리턴 펌프(320)는 약 0.5gpm 미만, 최대 약 0.5gpm, 또는 약 0.5gpm 초과, 약 1gpm 이상, 약 1.5gpm 이상, 약 2gpm 이상, 약 2.5gpm 이상, 약 3gpm 이상, 또는 그 초과의 시스템 유량에 기반하여 사이징될 수 있다. 따라서, 리턴 펌프(320)는 약 1hp 이하, 약 0.5hp 이하, 약 0.25hp 이하, 약 150와트 이하, 약 100와트 이하, 약 80와트 이하, 약 50와트 이하, 약 30와트 이하, 약 10와트 이하, 또는 그보다 작도록 사이징된 모터를 포함할 수 있다. 시스템 내의 볼륨 차이(volume differential)들에 대해 신속히 조정되도록 사이징될 수 있는 리턴 펌프(320)를 제공함으로써, 용기 내의 액체 레벨은 유체 전달 시스템(300) 내의 공기 비말동반을 제한하도록 엄격하게 제어될 수 있다. 예컨대, 용기(310)의 외측 챔버 내의 유체의 높이는 항상 수 밀리미터의 높이 내에서 제어될 수 있는 반면, 더 큰 펌프들을 사용하는 시스템들은 그러한 미세 튠(tune) 조정들이 불가능할 수 있다.
[0047] 일부 시스템들에서, 프로세싱 유체 내에 비말동반되는 공기의 양에 대한 제어가 제공될 수 있지만, 프로세싱 동작들은 여전히 프로세싱 유체 내에 일정 양의 공기를 포함할 수 있다. 도 4는 본 기술의 실시예들에 따른 프로세싱 시스템의 예시적인 콘테이너(400)의 개략적인 단면도를 도시한다. 실시예들에서, 콘테이너(400)는 프로세싱 유체 내의 버블들 또는 공기를 감소시키거나 제거하는 데 사용될 수 있다. 실시예들에서, 콘테이너(400)는 유체 전달 시스템(300) 내에 통합될 수 있으며, 예컨대 리턴 라인(315)과 유체 커플링될 수 있고, 리턴 펌프(320)에 포함될 수 있거나 포함되지 않을 수 있다.
[0048] 실시예들에서, 콘테이너(400)는 프로세싱 시스템으로부터의 공기의 제거를 위한 수동 컴포넌트일 수 있다. 콘테이너(400)는 이전에 설명된 용기(310)와 같은 용기를 빠져나가는 프로세싱 유체를 수용하도록 구성될 수 있다. 콘테이너(400)는 프로세싱 유체 내의 비말동반된 공기 버블들을 추출하도록 구성된 매질(405)을 포함할 수 있다. 콘테이너(400)는 용기(310)로부터의, 이를테면 용기(310)의 외측 챔버로부터 출구 포트에 근접하게 포지셔닝된 위어(weir)로부터의 프로세싱 유체의 제어된 전달을 포함할 수 있으며, 이는, 스탠드파이프(410) 또는 프로세싱 유체를 제공하기 위한 일부 다른 채널을 통하여 프로세싱 유체를 콘테이너(400)에 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 콘테이너(400)는 다수의 용기들(310)과 커플링될 수 있으며, 유체 전달 시스템 내에서 동작중인 다수의 용기들로부터의 프로세싱 유체를 수용하도록 구성될 수 있다.
[0049] 프로세싱 유체가 매질(405)을 통해 유동함에 따라, 프로세싱 유체 내에 함유된 버블들은 매질(405)과 접촉하여 매질의 하나 이상의 표면들 상에서 수집될 수 있다. 매질(405)은 공극들의 순서화된 또는 랜덤한 구성을 갖는 다공성 매질일 수 있다. 버블들이 매질과 접촉함에 따라, 그 버블들은 초기에는 용기(310)로부터의 프로세싱 유체의 하향 유동으로부터 매질의 표면들 상에 유지될 수 있다. 이어서, 프로세싱 유체는 감소된 양의 공기 또는 버블들을 가진 채로 콘테이너(400)를 통해 리턴 라인(315)으로 계속 갈 수 있다. 더 많은 버블들이 매질(405) 상에서 수집됨에 따라, 버블들은 더 큰 버블들로 합쳐지기 시작할 수 있다. 더 큰 버블들은 결국, 하향 유체 압력을 극복할 수 있는 부력을 특징으로 하기에 충분히 클 수 있다. 이어서, 버블들은 표면으로 상승하여 시스템으로부터 제거될 수 있다.
[0050] 버블들이 매질 내에 함유되는 곳에 의존하여, 버블들이 매질에 대해 상승됨에 따라, 버블들은 그들이 매질의 층들 또는 공극들을 횡단할 때 파열될 수 있지만, 버블들은 이어서 다시 합쳐지고, 이러한 방식으로 매질을 통해 계속될 수 있다. 따라서, 콘테이너는, 프로세싱 유체로부터 제거된 공기가 콘테이너(400)의 상단으로 유동하여 시스템으로부터 자연적으로 제거될 수 있다는 점에서 자체-배출적일 수 있다. 콘테이너는 또한, 콘테이너(400) 내로의 유체의 진입이 단순히 매질을 통해 버블들을 끌어당기고 시스템을 통해 계속 되기에 충분한 힘을 갖지 않을 수 있도록 하는 높이를 특징으로 할 수 있다. 예컨대, 스탠드파이프(410)와 매질(405) 사이의 거리 또는 콘테이너는, 매질이 프로세싱 유체로부터 버블들을 제거하기 전에, 프로세싱 유체의 진입력 또는 유동이 매질에 완전히 침투되지 않는 것을 보장하기에 충분할 수 있다.
[0051] 매질(405)은 프로세싱 유체와 화학적으로 혼화가능한 임의의 수의 재료들일 수 있다. 재료들은 프로세싱 유체에 존재할 수 있는 이전에 언급된 재료들 중 임의의 재료에 대해 화학적으로 저항성있거나 그와 혼화가능할 수 있다. 매질(405)은 중합체 재료일 수 있으며, 콘테이너(400) 내에 다수의 형태들로 포함될 수 있다. 예컨대, 매질(405)은 다양한 애퍼처들 및 구성들을 갖는 일련의 다공성 플레이트들일 수 있다. 부가적으로, 매질(405)은, 프로세싱 유체로부터의 버블들의 제거를 허용할 수 있는, 콘테이너(400)를 통해 연장되고 제어된 전달을 제공하는 일련의 단단히 패킹(pack)된 튜브들일 수 있다. 매질(405)은, 콘테이너(400) 내에서 불규칙한 형상을 갖고 다양한 형상들 및 사이즈들로 다수의 공극들을 갖는 네팅(netting) 또는 메쉬일 수 있다. 메쉬는 콘테이너(400) 내에 포함되거나 압축될 수 있는데, 이를테면 콘테이너(400) 내의 다공성 플레이트들 또는 구조들 사이에서 압축될 수 있다.
[0052] 매질(405)의 구조는 유동된 프로세싱 유체로부터의, 약 1μm 이상의 직경을 특징으로 하는 버블들의 제거를 허용할 수 있다. 실시예들에서, 매질(405)은, 약 1μm 이하, 약 0.8μm 이하, 약 0.6μm 이하, 약 0.4μm 이하, 약 0.2μm 이하, 약 0.1μm 이하, 약 90nm 이하, 약 80nm 이하, 약 70nm 이하, 약 60nm 이하, 약 50nm 이하, 약 40nm 이하, 약 30nm 이하, 약 20nm 이하, 약 10nm 이하, 약 9nm 이하, 약 8nm 이하, 약 7nm 이하, 약 6nm 이하, 약 5nm 이하, 약 4nm 이하, 약 3nm 이하, 약 2nm 이하, 약 1nm 이하, 또는 그 미만의 직경을 특징으로 하는 버블들을 추출하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 콘테이너(400) 및 매질(405)은 유체 전달 시스템으로부터 프로세싱 유체 내에 비말동반된 다양한 사이즈들의 공기 버블들을 실질적으로, 본질적으로, 또는 완전히 제거할 수 있을 수 있다.
[0053] 부가적인 수동 제거 컴포넌트들이 유체 전달 시스템 내에 또한 통합될 수 있다. 도 5는 본 기술의 실시예들에 따른 프로세싱 시스템의 예시적인 버퍼 용기(500)의 개략적인 단면도를 도시한다. 실시예들에서, 버퍼 용기(500)는 유체 전달 시스템(300) 내에 통합될 수 있으며, 예컨대 리턴 라인(315)과 유체 커플링될 수 있고, 리턴 펌프(320) 또는 콘테이너(400)에 포함될 수 있거나 포함되지 않을 수 있다. 유체 전달 시스템(300)에 대한 것과 같이, 버퍼 용기는 시스템 내에 통합되고, 프로세싱 용기와 재순환 탱크 사이에 커플링될 수 있다. 버퍼 용기(500)는 프로세싱 용기, 이를테면 용기(310)로부터의 프로세싱 유체를 수용할 수 있고, 복수의 프로세싱 용기들로부터의 프로세싱 유체를 수용할 수 있다. 예컨대, 버퍼 용기(310)는 재순환 탱크(305)의 제1 볼륨과 유체 전달 시스템의 하나 이상의 프로세싱 용기들에 대응하는 제2 볼륨 사이의 프로세싱 유체 볼륨을 수용하도록 사이징될 수 있다.
[0054] 버퍼 용기(500)는 용기로부터의 하나 이상의 출구 포트들을 포함할 수 있으며, 프로세싱 유체를 버퍼 용기(500)에 전달하는 프로세싱 용기들의 수 이상인 출구 포트들의 수를 포함할 수 있다. 버퍼 용기(500)는 이를테면 이전에 설명된 바와 같이, 버퍼 용기(500)의 베이스를 통해 리턴 라인(315)과 커플링된 제1 출구 포트(505)를 포함할 수 있다. 버퍼 용기(500)는 또한 버퍼 용기(500)의 베이스와 커플링된 스탠드파이프(510)를 포함할 수 있다. 버퍼 용기(500)는 스탠드파이프(510)를 통해 액세스될 수 있는 제2 출구 포트(507)를 포함할 수 있다. 제2 출구 포트(507)는 예시된 바와 같이 리턴 라인(315)에 대한 부가적인 유체 액세스를 제공할 수 있다. 리턴 라인(315)에 대한 유체 액세스들 중 하나 또는 둘 모두는 위에서 설명된 제한부(317)와 관련하여 이전에 논의된 바와 같이 버퍼 용기(500)로부터의 유체 유동을 추가로 제어하기 위한 제한부를 포함할 수 있다. 버퍼 용기(500)는 또한, 제3 출구 포트(509)를 통해 리턴 라인(315)에 대한 부가적인 유체 액세스를 제공하는 제2 스탠드파이프(515)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 실시예들에서, 버퍼 용기(500)는 프로세싱 유체를 버퍼 용기(500)에 전달하는 프로세싱 용기들의 수에 기반할 수 있는 임의의 수의 스탠드파이프들 및 출구 포트들을 포함할 수 있다.
[0055] 동작 시에, 버퍼 용기(500)는 유체 전달 시스템의 임의의 수의 프로세싱 용기들로부터의 프로세싱 유체의 유동을 제어하고 그 프로세싱 유체의 패킹된 리턴을 유지하는 데 이용될 수 있다. 버퍼 용기는 유체 전달 시스템으로부터 하나 이상의 프로세싱 용기들이 사이클링 온 및 오프되는 것을 수용할 수 있는 자체-조절 또는 수동 유동 제어를 제공할 수 있다. 단일 프로세싱 용기의 동작 동안, 실시예들에서 스탠드파이프들(510, 515)과 유사한 스탠드파이프를 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있는 출구 포트(505)는 버퍼 용기(500)로부터의 프로세싱 유체의 제거를 허용할 수 있다. 출구 포트는, 버퍼 용기 내의 특정한 헤드가 프로세싱 용기 내로 전달되는 프로세싱 유체의 매칭된 유량을 제공할 수 있도록 사이징될 수 있으며, 리턴 라인(315) 내로의 공기 비말동반을 감소시키거나 제한하기 위해 출구 포트(505)로부터 특정한 거리 이상으로 액체 레벨(520)을 또한 유지할 수 있다.
[0056] 실시예들에서, 기판이 프로세싱 용기 내로 진입함에 따라, 액체 레벨은 스탠드파이프(510) 아래일 수 있는 높이(525)까지 상승되거나 변동될 수 있다. 더 높은 레벨은, 레벨이 베이스라인(520)으로 다시 감소될 때까지 헤드 압력이 증가함에 따라, 버퍼 용기(500)로부터 증가된 유량을 제공할 수 있다. 기판 제거 동안, 유체 높이가 약간 감소될 수 있지만(이는 용기로부터의 유동을 추가로 감소시킬 수 있음), 유체 높이(520)는, 부가적인 유체가 프로세싱 용기의 배출구로부터 제공될 때까지 출구 포트(505)를 노출시키지 않으면서 이러한 손실을 수용하도록 헤드의 양을 통해 미리 결정될 수 있다.
[0057] 부가적인 프로세싱 용기가 사이클링 온됨에 따라, 버퍼 용기(500) 내의 유체 레벨은 상승될 수 있고, 제1 스탠드파이프(510)의 높이 위로 연장될 수 있다. 스탠드파이프(510)는 출구 포트(507)로부터의 최소 유동을 유지하여 그 출구 포트로부터의 공기 비말동반을 제한하기 위해 스탠드파이프의 베이스에 근접한 윕(weep) 홀(506) 또는 다른 포트를 포함할 수 있다. 유사하게, 스탠드파이프(515)는 윕 홀(508)을 포함할 수 있다. 일단 유체 레벨이 스탠드파이프(510) 위로 상승되면, 파이프가 채워지고, 출구 포트(507)는 챔버로부터 적절한 유체 유동을 제공하여 시스템에서의 증가된 헤드를 고려할 수 있으며, 이는 이제 출구 포트들(505, 507) 둘 모두에 의해 수용될 수 있다. 스탠드파이프(510)는 동작하는 제1 용기의 변동 높이 위로 연장되도록 사이징될 수 있지만, 제2 용기가 동작될 경우 완전히 침수될 수 있다.
[0058] 스탠드파이프(515)는 제3 프로세싱 용기의 볼륨 부가를 수용하도록 사이징될 수 있고, 동작하는 제1 용기 및 제2 용기들의 변동 높이 위로 연장되도록 사이징될 수 있지만, 제3 용기가 동작될 경우 완전히 침수될 수 있다. 2개의 그러한 스탠드파이프들만이 예시되지만, 임의의 수, 이를테면 약 2개 이상, 약 3개 이상, 약 4개 이상, 약 5개 이상, 약 6개 이상, 약 7개 이상, 약 8개 이상, 약 9개 이상, 약 10개 이상, 약 11개 이상, 약 12개 이상, 약 13개 이상, 약 14개 이상, 약 15개 이상, 또는 그 초과의 스탠드파이프들이 동작 중인 부가적인 프로세싱 용기들을 수용하기 위해 포함될 수 있다. 실시예들에서, 복수의 스탠드파이프들은 유체 전달 시스템에 포함된 프로세싱 용기들의 수 이하로 포함될 수 있는데, 이를테면 1개 더 적은 스탠드파이프가 포함될 수 있다. 각각의 스탠드파이프는 출구 포트에 대한 액세스를 제공할 수 있으며, 동작 동안 각각의 프로세싱 용기를 수용하기 위해, 버퍼 용기(500)의 베이스로부터, 버퍼 용기(500) 이내의, 각각의 다른 스탠드파이프와 상이한 높이로 연장될 수 있다.
[0059] 스탠드파이프들은 프로세싱 유체 내로의 공기 비말동반을 감소시키거나 제한하기 위한 피처들을 특징으로 할 수 있다. 예컨대, 스탠드파이프들은, 스탠드파이프 내에서 유동하는 작은 버블들이 리턴 라인(315) 내로 끌어당겨지지 않으면서 표면으로 상승되기에 충분한 부력을 특징으로 할 수 있도록 사이징될 수 있다. 예컨대, 이전에 설명된 범위들 중 임의의 범위 내의 버블들은 스탠드파이프들 내에서 상승되며, 버퍼 용기로부터 제거될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스탠드파이프는 스탠드파이프의 상단 주위의 유입구에 있는 하나 이상의 경사 표면들을 특징으로 할 수 있다. 예컨대, 스탠드파이프(510)는 스탠드파이프의 상단에 경사진, 모따기된(chamfered), 또는 비스듬한 내부 에지를 포함할 수 있다. 스탠드파이프는 또한, 프로세싱 유체가 스탠드파이프 내에서 유동함에 따라 난류 및 버블들을 제한하도록 유체의 스탠드파이프 내로의 유동을 제어하기 위해 스탠드파이프의 상단 주위에 포트들 또는 위어를 가질 수 있다.
[0060] 버퍼 용기(500)는 또한, 버퍼 용기(500) 내에 프로세싱 유체를 제공하기 위한 하나 이상의 전달 디바이스들을 포함할 수 있다. 버퍼 용기 내로의 전달 높이에 의존하여, 버퍼 용기 내로의 방해받지 않거나 제어되지 않은 유동은 전달 시에 도수(hydraulic jump)를 유발할 수 있으며, 이는 프로세싱 유체 내의 공기 비말동반을 증가시킬 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 버퍼 용기는 제어된 방식으로 프로세싱 유체를 버퍼 챔버(500) 내로 전달하기 위한 채널(530)과 같은 전달 파이프 또는 채널을 포함할 수 있다. 버퍼 용기의 사이즈에 의존하여, 채널(530)은 나선형 또는 경사진 설계를 포함할 수 있거나, 또는 버퍼 용기(500) 내에 프로세싱 유체를 제공하도록 구성된 다운 튜브(down tube)를 포함할 수 있다.
[0061] 프로세싱 유체 내에서 버블들을 추가로 감소시키기 위해 매질이 버퍼 용기(500) 내에 통합될 수 있다. 이전에 설명된 콘테이너(400)가 리턴 라인(315) 내에 통합될 수 있지만, 리턴 라인(315)은 버퍼 용기(500)로부터의 패킹된 유체 유동을 특징으로 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이전에 설명된 바와 같은 매질은 스탠드파이프들 중 하나 이상 내에 또는 출구 포트들로부터 리턴 라인(315)으로의 액세스들 내에 포지셔닝되거나 포함될 수 있다. 매질은 프로세싱 유체 내의 비말동반된 버블들을 추출하도록 이전에 논의된 바와 같이 구성될 수 있다. 본 개시내용에서 설명된 바와 같이 하나 이상의 수동 또는 능동 솔루션들을 제공함으로써, 프로세싱 시스템들 내의 공기 비말동반이 감소, 제어, 또는 제거될 수 있다. 그러한 시스템들 및 컴포넌트들은 개선된 기판 프로세싱을 제공하며, 도금 및 다른 반도체 프로세싱 동작들 동안 결함들을 추가로 제한할 수 있다.
[0062] 이전 설명에서, 설명의 목적들을 위해, 다수의 세부사항들은 본 기술의 다양한 실시예들의 이해를 제공하도록 기재되었다. 그러나, 특정한 실시예들이 이들 세부사항들 중 일부 없이 또는 부가적인 세부사항들을 이용하여 실시될 수 있다는 것은 당업자들에게 명백할 것이다.
[0063] 수 개의 실시예들을 개시했지만, 다양한 수정들, 대안적인 구성들, 및 등가물들이 실시예들의 사상을 벗어나지 않으면서 사용될 수 있다는 것이 당업자들에게 인식될 것이다. 부가적으로, 다수의 잘-알려진 프로세스들 및 엘리먼트들은 본 기술을 불필요하게 불명료하게 하는 것을 회피하기 위해 설명되지 않았다. 따라서, 위의 설명은 본 기술의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 한다.
[0064] 수치 범위가 주어진 경우, 그러한 수치 범위의 상한들과 하한들 사이에 존재하는 각각의 값은, 문맥상 달리 명백히 표시되어 있지 않은 한 하한의 단위의 가장 작은 소수점까지 또한 구체적으로 기재된 것으로 해석된다. 언급된 범위 내의 임의의 언급된 값들 또는 언급되지 않은 개재 값들과 그 언급된 범위 내의 임의의 다른 언급된 또는 개재 값 사이의 임의의 더 좁은 범위가 포함된다. 이러한 소범위의 상한들과 하한들은 독립적으로 그러한 범위에 포함되거나 그러한 범위에서 제외될 수 있고, 각각의 범위는, 상한과 하한 중 하나 또는 둘 모두가 그러한 소범위에 포함되든지 그러한 소범위에서 제외되는지 간에, 임의의 한계값이 명시된 범위에서 구체적으로 제외된 것이 아닌 한, 또한 본 기술에 포함된다. 언급된 범위가 한계값들 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 경우, 이들 포함된 한계값들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 배제한 범위들이 또한 포함된다. 다수의 값들이 리스트에서 제공될 경우, 이들 값들 중 임의의 값을 포함하거나 그에 기반한 임의의 범위가 유사하게 구체적으로 개시된다.
[0065] 본 명세서에서 그리고 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, 단수형들은, 문맥상 명확하게 달리 지시되지 않으면 복수 참조들을 포함한다. 따라서, 예컨대, "재료"에 대한 참조는 복수의 그러한 재료들을 포함하고, "에이전트"에 대한 참조는 당업자들에게 알려진 하나 이상의 에이전트들 및 그들의 등가물들에 대한 참조를 포함하는 식이다.
[0066] 또한, 단어들 "포함하다(comprise(s), include(s))", "포함하는(comprising, including)", "함유하다(contain(s))", "함유하는(containing)"은 본 명세서 및 다음의 청구항들에서 사용될 경우, 언급된 특징들, 정수들, 컴포넌트들, 또는 동작들의 존재를 특정하도록 의도되지만, 그들은 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 컴포넌트들, 동작들, 액트들, 또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하지는 않는다.
Claims (15)
- 제1 볼륨의 프로세싱 유체를 포함하는 재순환 탱크 ― 상기 재순환 탱크는 전달 펌프와 유체 커플링됨 ―;
상기 펌프로부터의 상기 프로세싱 유체를 수용하도록 구성된 용기(vessel) ― 상기 용기는 내측 챔버 및 외측 챔버를 포함하고, 상기 내측 챔버는 상기 제1 볼륨의 프로세싱 유체보다 작은 제2 볼륨의 프로세싱 유체를 홀딩하도록 사이징(size)되며, 상기 외측 챔버의 액체 레벨 표시를 제공하기 위해 액체 레벨 센서가 상기 용기와 결합(associate)됨 ―;
상기 용기의 배출구와 상기 재순환 탱크의 유입구 사이에 포지셔닝된 리턴 라인(return line); 및
상기 리턴 라인과 유체 커플링된 리턴 펌프를 포함하며,
상기 리턴 펌프는 상기 액체 레벨 센서와 전기적으로 커플링되는, 전기도금 프로세싱 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 리턴 라인은 상기 전달 펌프의 정상-상태 전달 레이트보다 작은 중력-보조 유체 유량을 유지하도록 사이징된 제한부를 포함하는, 전기도금 프로세싱 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 리턴 펌프는, 상기 액체 레벨 센서가 상기 용기의 상기 외측 챔버의 유체 레벨을 미리 결정된 최소치 이하로 표시할 경우 디스인게이지(disengage)되도록 구성되는, 전기도금 프로세싱 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 리턴 펌프는 상기 액체 레벨 센서로부터의 판독치들에 기반하여 펌프 속도를 결정하기 위한 적분-레벨(integral-level) 제어 알고리즘을 포함하는, 전기도금 프로세싱 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 리턴 펌프는 메탄술폰산, 수산화 칼륨, 및 붕산 중 적어도 하나와 화학적으로 혼화가능한(compatible), 전기도금 프로세싱 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 리턴 펌프는 약 100와트 이하로 정격(rate)되는, 전기도금 프로세싱 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 용기는 상기 제2 볼륨의 유체를 포함할 경우, 상기 재순환 탱크와 24인치 미만의 유체 높이 차이로 상기 시스템 내에 포지셔닝되는, 전기도금 프로세싱 시스템. - 재순환 탱크;
상기 재순환 탱크로부터의 프로세싱 유체를 수용하도록 구성된 용기 ― 상기 용기는 내측 챔버 및 외측 챔버를 포함함 ―;
상기 용기의 배출구와 상기 재순환 탱크의 유입구 사이에 포지셔닝된 리턴 라인; 및
상기 리턴 라인과 유체 커플링된 콘테이너(container)를 포함하며,
상기 콘테이너는 상기 용기를 빠져나가는 프로세싱 유체를 수용하도록 구성되고, 상기 콘테이너는 상기 프로세싱 유체 내의 비말동반(entrain)된 버블들을 추출하도록 구성된 매질(media)을 포함하는, 전기도금 프로세싱 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 매질은 1μm 이상의 직경을 특징으로 하는 버블들을 추출하도록 구성되는, 전기도금 프로세싱 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 매질은 메탄술폰산, 수산화 칼륨, 및 붕산 중 적어도 하나와 화학적으로 혼화가능한, 전기도금 프로세싱 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 매질은 중합체 재료를 포함하는, 전기도금 프로세싱 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 중합체 재료는 상기 콘테이너 내에 배치된 메쉬(mesh)를 포함하는, 전기도금 프로세싱 시스템. - 재순환 탱크;
상기 재순환 탱크로부터의 프로세싱 유체를 수용하도록 구성된 프로세싱 용기 ― 상기 용기는 내측 챔버 및 외측 챔버를 포함함 ―;
상기 용기의 배출구와 상기 재순환 탱크의 유입구 사이에 포지셔닝된 리턴 라인; 및
상기 프로세싱 용기와 상기 재순환 탱크 사이에 유체 커플링된 버퍼 용기를 포함하며,
상기 버퍼 용기는 상기 버퍼 용기로부터의 제1 출구 포트를 포함하고, 상기 버퍼 용기는 상기 버퍼 용기의 베이스(base)와 커플링된 스탠드파이프(standpipe)를 포함하고, 상기 스탠드파이프는 상기 스탠드파이프의 상단의 내부 에지의 경사진 표면을 특징으로 하고, 상기 스탠드파이프는 상기 버퍼 용기의 상기 베이스에 근접한 포트를 특징으로 하며, 상기 스탠드파이프는 상기 버퍼 용기로부터의 제2 출구 포트에 대한 액세스를 제공하는, 전기도금 프로세싱 시스템. - 제13항에 있어서,
상기 버퍼 용기는, 상기 버퍼 용기 내에 포지셔닝되고, 그리고 상기 버퍼 용기 내 아래로 상기 프로세싱 유체를 전달하도록 구성된 채널을 포함하는, 전기도금 프로세싱 시스템. - 제13항에 있어서,
상기 프로세싱 유체 내의 비말동반된 버블들을 추출하도록 구성된 매질이 상기 스탠드파이프 내에 또는 상기 리턴 라인 내에 포지셔닝되는, 전기도금 프로세싱 시스템.
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