KR102554254B1

KR102554254B1 - 리모트 전류를 사용하여 도금 균일도의 동적 제어를 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102554254B1
Application number: KR1020160007387A
Authority: KR
Inventors: 부르하누딘 카가즈왈라; 브라이언 엘. 버칼루; 스티븐 티. 메이어; 리 펭 추아; 아론 베르케; 제임스 이삭 포트너; 로버트 래쉬
Original assignee: 램 리써치 코포레이션
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2023-07-12
Also published as: US9567685B2; US20160215408A1; SG10201600485SA; KR20160090761A; CN105821457B; TWI697587B; CN108707940A; CN105821457A; TW201643279A; CN108707940B

Abstract

도금 균일도를 제어하는 동안 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 장치는 일 양태에서: 막 (membrane) 에 의해 분리된 애노드액 실 및 캐소드액 실을 가진 도금 챔버; 애노드액 실 내에 배치된 제 1 애노드; 캐소드액 실 내에서 막과 기판 사이에 배치된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트; 및 기판으로 도금 전류를 공여하고 (donate) 및/또는 기판으로부터 도금 전류를 방향 전환하도록 구성된 제 2 전극으로서, 제 2 전극은 공여되고 및/또는 방향 전환된 도금 전류가 애노드액 실 및 캐소드액 실을 분리하는 막을 가로지르지 않지만, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통과하도록 배치되는, 제 2 전극을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제 2 전극은 전기도금 동안 동적으로 제어될 수 있는 방위각으로 대칭인 애노드 (예를 들어, 도금 챔버의 주변 둘레에서 분리된 실 내에 배치된 링) 이다.

Description

리모트 전류를 사용하여 도금 균일도의 동적 제어를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DYNAMIC CONTROL OF PLATED UNIFORMITY WITH THE USE OF REMOTE ELECTRIC CURRENT}

본 개시물은 일반적으로 반도체 웨이퍼 상에 금속 층을 전기도금하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 명세서에 기술된 방법 및 장치는 도금 균일도를 제어하는데 유용하다.

집적 회로 (IC) 제조에서 알루미늄으로부터 구리로의 전이는 프로세스 "아키텍처"의 변화 (다마신 (damascene) 및 듀얼-다마신으로) 뿐만 아니라 완전히 새로운 프로세스 기술들의 세트를 요구한다. 구리 다마신 회로들을 생성하는데 사용되는 일 프로세스 단계는 상부에 구리가 전기도금되는 ("전해 충진 (electrofill)") 기저 층으로서 사용되는, "씨드층" 또는 "스트라이크층"의 형성이다. 씨드층은 전기 도금 전류를 (전기 콘택트가 이루어지는) 웨이퍼의 에지 구역으로부터 웨이퍼 표면에 걸쳐 위치된 모든 트렌치들 및 비아 구조체들로 운반한다. 다른 전도성 재료들이 애플리케이션에 따라 사용될 수 있지만, 씨드 막은 통상적으로 얇은 전도성 구리 층이다. 씨드 막은 배리어 층에 의해 절연 실리콘 다이옥사이드 또는 다른 유전체로부터 분리된다. 씨드 층 증착 프로세스는 양호한 전반적인 접착력, 우수한 단차 커버리지 (보다 구체적으로, 금속의 컨포멀하고 (conformal) 연속적인 층들이 임베딩된 (embedded) 리세스된 피처의 측벽들 상에 증착되어야 함), 및 임베딩된 리세스된 피처의 상단의 최소 폐쇄 또는 "넥킹 (necking)" 을 가진 층을 산출해야 한다.

점점 더 보다 작은 피처들의 시장 동향들 및 대안적인 씨드 프로세스들은 점점 더 얇은 씨드 층들 상에 높은 정도의 균일도로 도금하는 능력을 필요로 한다. 미래에는, 씨드 막이 단순히 (예를 들어, 원자 층 증착 (ALD) 또는 유사한 프로세스에 의해 증착된) 구리 및 매우 얇은 배리어의 바이레이어 (bilayer) 또는 루테늄과 같은, 도금 가능한 (plateable) 배리어 막으로 이루어질 수도 있다는 것이 예상된다. 이러한 맴브레인들은 엔지니어가 심각한 터미널 효과 (terminal effect) 상황을 겪게한다. 예를 들어, 3 암페어의 총 전류를 정사각형 루테늄 씨드 층 (30 내지 50 Å 막에 대한 적당한 값) 당 30 ohm 내로 균일하게 흘릴 때, 금속 내에서 발생한 중심 대 에지 (방사상) 전압 강하는 2 볼트 이상일 것이다. 큰 표면적을 효과적으로 도금하기 위해서, 도금 툴은 웨이퍼 기판의 에지 구역 내에서만 전도성 씨드에 전기적으로 콘택트한다. 기판의 중심 구역에 대한 직접적인 콘택트는 없다. 따라서, 매우 저항성인 씨드 층들에 대해, 층의 에지에서의 전위는 층의 중심 구역에서보다 보다 상당히 크다. 저항 및 전압 보상의 적절한 수단 없이, 이 큰 에지-대-중심 전압 강하는 주로 웨이퍼 에지에서의 보다 두꺼운 도금에서 특징으로 하는, 극도로 불균일한 도금 레이트 및 불균일한 도금 두께 분포를 야기할 수 있다. 이 도금 불균일도는 방사상 불균일도, 즉, 원형 웨이퍼의 반경을 따르는 균일도 변동이다.

완화되어야 하는 또 다른 타입의 불균일도는 방위각 불균일도이다. 명료성을 위해, 우리는 두께 변동들이 웨이퍼 중심으로부터 고정된 방사상 위치에서 워크피스 상의 상이한 각 위치들에서 나타나기 때문에, 극 좌표들을 사용하여, 방위각 불균일도, 즉, 웨이퍼의 주변 내의 원형의 부분 또는 주어진 원형을 따른 불균일도를 규정한다. 이 타입의 불균일도는 방사상 불균일도와 관계없이 전기도금 애플리케이션들에서 존재할 수 있고, 일부 애플리케이션들에서 제어될 필요가 있는 불균일도의 주된 타입일 수도 있다. 이 타입의 불균일도는 종종 웨이퍼의 주요한 부분이 포토레지스트 코팅 또는 유사한 도금-방지 층으로 마스킹되는 경우에 레지스트 도금을 통해 발생하고, 피처들 또는 피처 밀도들의 마스킹된 패턴은 웨이퍼 에지 근방에서 방위각으로 균일하지 않다. 예를 들어, 일부 경우들에서 웨이퍼 넘버링 또는 핸들링을 허용하도록 웨이퍼의 노치 근방의 없어진 패턴 피처들의 기술적으로 요구된 익현 (chord) 구역이 있을 수도 있다. 없어진 구역 내부의 방사상으로 그리고 방위각으로 가변 가능한 도금 레이트들은 칩 다이로 하여금 비-기능적으로 되게 할 수도 있고, 그러므로 이 상황을 피하기 위한 방법들 및 장치가 필요하다.

이제 전기 화학 증착은 WLP (wafer level packaging) 및 TSV (through silicon via) 전기 연결 기술로서 일반적으로 공지된 멀티칩 상호접속 기술들 및 정교한 패키징에 대한 상업적 필요를 충족시키도록 준비된다. 이들 기술들은 기술들 자체의 매우 상당한 과제들을 나타낸다.

일반적으로, TSV를 생성하는 프로세스들은 다마신 프로세싱과 대략 유사하지만 상이한 보다 큰 사이즈 스케일에서 실시되고 보다 고 종횡비 리세스된 피처들을 활용한다. TSV 프로세싱에서 캐비티 또는 리세스는 유전체 층 (예를 들어 실리콘 다이옥사이드 층) 내로 먼저 에칭되고; 이어서 리세스된 피처의 내부의 표면과 기판의 필드 구역 양자는 확산 배리어 및/또는 접착 (스틱 (stick)) 층 (예를 들어 Ta, Ti, TiW, TiN, TaN, Ru, Co, Ni, W), 및 "전기도금 가능한 씨드 층" (예를 들어 물리적 기상 증착 (PVD) 프로세스, 화학적 기상 증착 (CVD) 프로세스, ALD 프로세스, 또는 무전해 도금 프로세스에 의해 증착될 수 있는 예를 들어 Cu, Ru, Ni, Co) 으로 금속화된다. 다음에, 금속화된 리세스된 피처들은 예를 들어, "상향식" 구리 전기도금을 사용하여, 금속으로 충진된다. 대조적으로, 쓰루 레지스트 WLP 피처 형성은 통상적으로 상이하게 진행된다. 프로세스는 통상적으로 일부 저 종횡비 비아들 또는 패드들을 포함할 수도 있는 실질적으로 평면인 기판을 사용하여 시작된다. 실질적으로 평면인 유전체 기판은 접착 층, 이어서 (통상적으로 PVD에 의해 증착된) 씨드 층으로 코팅된다. 이어서 씨드 층이 노출되는 도금-마스킹 포토레지스트 없이, 개방 영역들의 패턴을 생성하도록 씨드 층 위에 포토레지스트 층이 증착되고, 패터닝된다. 다음에, 금속은 포토레지스트를 벗긴 후, 및 에칭에 의한 씨드 층의 제거 후, 기판 위에 다양한 전기적으로 절연된 올록볼록한 구조체들을 남기는 기판 상에 필라 (pillar), 라인, 또는 또 다른 피처를 형성하도록 개방 영역들 내로 전기도금된다.

이들 기술들 (TSV 및 쓰루 레지스트 도금) 양자는 다마신 애플리케이션들보다 상당히 보다 큰 사이즈의 스케일의 전기도금을 필요로 한다. 패키징 피처들 (예를 들어 쓰루 칩 연결 TSV, 상호접속 재분포 배선, 또는 보드 또는 칩에 대한 칩 결합, 예를 들어, 플립-칩 필라들) 의 타입 및 애플리케이션에 따라, 도금된 피처들은 보통 현재 기술에서, 직경에 있어서 약 2 마이크로미터 초과이고 통상적으로 직경에 있어서 5 내지 100 마이크로미터이다 (예를 들어, 필라들은 직경에 있어서 약 50 마이크로미터일 수도 있음). 전력 버스들과 같은 일부 온-칩 (on-chip) 구조체들에 대해, 도금될 피처는 100 마이크로미터보다 보다 클 수도 있다. 쓰루 레지스트 WLP 피처들의 종횡비들은 통상적으로 약 2:1 (높이 대 폭) 이하이고, 보다 통상적으로 1:1 이하이고, 반면에 TSV 구조체들은 매우 높은 종횡비들 (예를 들어, 약 10:1 또는 20:1) 을 가질 수 있다.

상대적으로 많은 양의 증착될 재료를 고려해 볼 때, 피처 사이즈뿐만 아니라 도금 속도는 다마신 애플리케이션들로부터 WLP 애플리케이션 및 TSV 애플리케이션을 구별한다. 많은 WLP 애플리케이션들에 대해, 도금은 적어도 약 2 마이크로미터/분, 및 통상적으로 적어도 약 4 마이크로미터/분의 레이트로, 그리고 일부 애플리케이션들에 대해 적어도 약 7 마이크로미터/분의 레이트로 피처들을 충진해야 한다. 실제 레이트들은 증착되는 특정한 금속에 따라 가변할 것이다. 하지만 이들 보다 고 도금 레이트 레짐들 (regimes) 에서, 도금 표면으로의 전해액 내의 금속 이온들의 효율적인 대량 전달 (mass transfer) 은 매우 중요하다. 보다 고 도금 레이트들은 적합한 피처 형상을 유지하는 것뿐만 아니라 다이 및 웨이퍼 스케일 두께 균일도를 제어하는 것에 관하여 수많은 과제들을 야기한다.

또 다른 균일도 제어 과제는 일 전기도금 툴 내에서 연속적으로 프로세싱될 필요가 있을 수도 있는 이종 기판들에 의해 야기된다. 예를 들어, 상이한 생성물을 위해 각각 타깃된 2개의 상이한 반도체 프로세스-내 웨이퍼들은, 반도체 웨이퍼의 에지 구역 근방의 리세스된 피처들의 실질적으로 상이한 방사상 분포를 가질 수도 있고, 그러므로 양자를 위해 목표된 균일도를 달성하도록 상이한 보상들을 요구할 것이다. 따라서, 우수한 도금 균일도 및 최소 도금 툴 다운시간으로 이종 기판들을 연속적으로 프로세싱할 수 있을 전기도금 장치가 필요하다.

방사상 불균일도, 방위각 불균일도 또는 양자와 같은, 도금 불균일도를 제어하면서 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 방법 및 장치가 기술된다. 본 명세서에 기술된 장치 및 방법들은 TSV 또는 WLP 리세스된 피처들을 가진 반도체 웨이퍼 기판들을 포함하는 다양한 기판들 상에서 전기도금하기 위해 사용될 수 있다. 장치 및 방법들은 장치가 방사상 및/또는 방위각 균일도 제어를 허용하도록 설계되고 하드웨어 변화들 없이 기판들에서 광범위한 차이들을 수용할 수 있기 때문에, 이종 기판들 상의 금속의 순차적인 도금을 위해 특히 유용하다. 그러므로, 이종 기판들을 프로세싱하는 전기도금 툴의 다운시간은 실질적으로 감소될 수 있다.

발명의 제 1 양태에서, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치가 제공되고, 장치는: (a) 전해액 (금속 이온들 및 보통 산을 포함함) 을 포함하도록 구성된 도금 챔버로서, 도금 챔버는 캐소드액 격실 및 애노드액 격실을 포함하고, 애노드액 격실 및 캐소드액 격실은 이온-투과성 맴브레인 (일부 실시예들에서 맴브레인은 기전력 하에서 애노드액으로부터 캐소드액으로 맴브레인을 통해 금속 이온 이동을 허용하지만, 맴브레인을 걸친 전해액 플로우 및 금속 이온 대류적 이동을 실질적으로 방지함) 에 의해 분리되는, 도금 챔버; (b) 전기도금 동안 캐소드액 격실 내에서 기판을 홀딩하고 회전시키도록 구성된 기판 홀더; (c) 도금 챔버의 애노드액 격실 내에 배치된 1차 애노드; (d) 이온-투과성 맴브레인과 기판 홀더 사이에 배치된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로서, 전기도금 동안 엘리먼트를 통해 이온 이송을 제공하도록 구성되는, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트; 및 (e) 기판의 대략적인 주변으로 도금 전류 (또한 여기서 이온 전류로 지칭됨) 를 공여하고 (donate) 그리고/또는 기판의 대략적인 주변으로부터의 도금 전류를 방향 전환하도록 구성된 2차 전극으로서, 2차 전극은 공여되고 그리고/또는 방향 전환된 도금 전류가 애노드액 격실 및 캐소드액 격실을 분리하는 이온-투과성 맴브레인을 넘어가지 않도록 배치되고, 2차 전극은 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통해 도금 전류를 공여하고 그리고/또는 방향 전환하도록 배치되는, 2차 전극을 포함한다.

일부 실시예들에서 2차 전극은 기판으로 도금 전류를 공여하도록 구성된 방위각으로 대칭인 애노드이다. 예를 들어, 2차 애노드는 일반적으로 환형 형상을 가질 수도 있다. 2차 애노드는 불활성 애노드 또는 소모성 (활성의) 애노드 (예를 들어, 구리를 포함하는 소모성 애노드) 일 수도 있다. 일부 실시예들에서 2차 애노드는 도금 챔버의 주변 둘레에서, 2차 애노드 실 내에 배치될 수도 있고, 2차 애노드 실은 이온-투과성 맴브레인에 의해 캐소드액 격실로부터 분리될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 캐소드액으로부터 그리고 기판으로부터 2차 애노드를 분리하기 위한 맴브레인은 사용되지 않는다. 일부 실시예들에서 장치는 2차 애노드 실 내에서 2차 애노드를 세척하기 (irrigate) 위한 하나 이상의 채널들을 포함한다. 일부 실시예들에서 장치는 2차 애노드 실로부터 버블들을 수집하고 제거하기 위한 하나 이상의 채널들을 포함한다. 장치는 전기도금 동안 2차 애노드를 동적으로 제어하도록 구성될 수도 있다.

일부 실시예들에서 1차 애노드는 기판의 도금 면의 직경 또는 폭보다 보다 작은 직경 또는 폭을 갖도록 장치가 설계된다. 이 설계에서 1차 애노드를 하우징하는 도금 챔버의 일부분은 기판의 도금 면의 직경 또는 폭보다 보다 작은 직경 또는 폭을 가질 수도 있다.

장치의 일부 실시예들에서 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 적어도 3개의 부분들: (a) 외측 이온 투과성 부분; (b) 중간의, 이온 불투과성 부분; 및 (c) 내측 이온 투과성 부분을 포함하고, 장치는 2차 애노드로부터 내측 이온 투과성 부분이 아닌, 외측 이온 투과성 부분을 통해 도금 전류를 공여하도록 구성된다. 일부 실시예들에서 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 중간의, 이온 불투과성 부분은 엘리먼트의 반대 측면 상에서보다 기판에 가장 가까운 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 표면 상에서 보다 작도록 형성된다. 일부 실시예들에서, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 중간의, 이온 불투과성 부분은, 기판과 대면하는 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 표면 상의 채널 개구들이 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 반경을 따라 실질적으로 균일하게 분포되고, 그리고 외측 부분 및 중심 부분의 채널 개구들 사이의 가장 가까운 평균 거리보다 보다 큰 이온 불투과성 부분이 있기 위해 기판에 반대되는 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 표면 상의 채널 개구들이 분포되도록, 내측 부분과 외측 부분의 채널들 사이에 형성되고, 이 이온 불투과성 부분은 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 중간의 이온 불투과성 부분에 대응한다.

증착 동안, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 기판에 아주 근접하여 바람직하게 배치되고, 통상적으로 10 ㎜ 이하의 갭에 의해 기판의 도금 표면으로부터 분리되고, 보다 작은 갭들 (예를 들어 5 ㎜ 이하) 은 보다 작은 기판들 (예를 들어 300 ㎜ 직경 웨이퍼들) 을 프로세싱하는 장치들에서 바람직하고 보다 큰 갭들은 보다 큰 기판들 (예를 들어 450 ㎜ 이상의 직경을 가진 웨이퍼들) 을 프로세싱하기 위해 구성된 장치들에서 유용하다. 기판 직경 대 통상적으로 기판의 도금 가능한 표면과 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 가장 가까운 표면 사이의 갭의 사이즈의 무차원 비 (dimensionless ratio) 는 약 30:1 초과이어야 한다. 일부 실시예들에서 장치는 갭으로 흐르는 전해액을 도입하기 위한 갭에 대한 유입부 및 갭을 통해 흐르는 전해액을 수용하기 위한 갭에 대한 유출부를 더 포함하고, 유입부 및 유출부는 기판의 도금 면의 방위각으로 반대되는 주변 위치들에 근접하게 배치되고, 유입부 및 유출부는 갭에서 전해액의 크로스-플로우를 생성하도록 구성된다.

일부 실시예들에서 (예를 들어, 2차 전극이 방위각으로 비대칭인 전극 또는 방위각 불균일도를 정정하도록 구성된 세그먼트화된 (segmented) 전극일 때), 장치는 방위각 균일도를 부가적으로 제어하기 위해 구성된 3차 전극을 더 포함할 수도 있고, 3차 전극은 애노드, 캐소드 및 애노드-캐소드로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 그리고 3차 전극은 동일한 평균 호 길이 및 동일한 평균 방사상 위치를 갖고 상이한 방위각 각 위치에 있는 기판의 제 2 부분과 상이하게 기판의 선택된 방위각 위치에서의 기판의 제 1 (방위각) 부분으로 도금 전류를 공여하고 그리고/또는 방향 전환하도록 구성된 방위각으로 비대칭이거나 멀티-세그먼트화된 전극이다. 일부 실시예들에서 3차 전극은 기판으로 도금 전류를 공여하고 그리고/또는 기판으로부터 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통해 도금 전류를 방향 전환하도록 구성되고, 3차 전극은 공여되고 그리고/또는 방향 전환된 도금 전류가 애노드액 격실 및 캐소드액 격실을 분리하는 이온-투과성 맴브레인을 넘어가지 않도록 배치된다. 일부 실시예들에서, 2차 전극 및 3차 전극은 2차 전극 및 3차 전극이 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 아래지만 애노드액과 캐소드액을 분리하는 맴브레인 위인 2개의 상이한 방위각 구역들로 전류를 공여함으로써 (또는 방향 전환함으로써), 기판의 2개의 상이한 방위각 구역들로 도금 전류를 공여하도록 (또는 방향 전환하도록) 각각 별도로 전력 공급되고 동작된다. 일부 실시예들에서 2차 전극과 3차 전극의 조합은 전류가 기판의 주변의 360도를 넘어 실질적으로 수정되는 구성을 발생시킬 수도 있고, 2차 전극 및 3차 전극 각각은 전극의 방위각 세그먼트를 제어하고, 방위각 위치들의 전체에 걸쳐 전체적인 정정을 발생시킨다. 다른 실시예들에서, 2차 전극과 3차 전극의 조합은 방위각으로 비대칭인 세그먼트를 제어한다. 예를 들어 2차 전극은 180도를 넘어 도금 전류를 제어할 수도 있고, 3차 전극은 오버랩하지 않는 50도 (방위각 위치 지칭) 에 대해 도금 전류를 제어할 수도 있다.

일부 실시예들에서 2차 전극은 전기도금 동안 애노드 및 웨이퍼에 대해 네거티브로 바이어스되도록 구성되고 기판으로부터의 전류를 방향 전환하도록 구성되는 캐소드이다.

일부 실시예들에서 2차 전극은 전기도금 동안 네거티브로 바이어스되고 그리고 포지티브로 바이어스되도록 구성되는 애노드-캐소드이다. 일부 실시예들에서, 단일의 기판의 전기도금 동안, 2차 전극은 도금 시간의 일부분 동안 2차 애노드의 역할을 하고 도금 시간의 또 다른 부분 동안 2차 캐소드의 역할을 한다. 다른 실시예들에서, 2차 애노드-캐소드는 제 1 기판 상에서 도금 동안 애노드의 역할을 할 수도 있고, 제 2, 이종 기판 상에서 도금 동안 캐소드의 역할을 할 수도 있다.

일부 실시예들에서 2차 전극 (애노드, 캐소드 또는 애노드/캐소드) 은 일반적으로 방위각으로 대칭이고 방위각 위치와 상관없이, 동일한 방사상 위치를 가진 기판의 모든 부분들에 동일한 양의 도금 전류를 실질적으로 공여하고 그리고/또는 방향 전환하도록 구성된다. 다른 실시예들에서 2차 전극 (애노드, 캐소드 또는 애노드-캐소드) 은 동일한 평균 호 길이 및 동일한 평균 방사상 위치를 갖고 상이한 방위각 각 위치에 있는 기판의 제 2 부분과 상이하게 기판의 선택된 방위각 위치에서의 기판의 제 1 부분으로 상이한 양의 도금 전류를 공여하고 그리고/또는 방향 전환하도록 구성된다. 일부 실시예들에서 이러한 2차 애노드, 캐소드 또는 애노드-캐소드는 방위각으로 비대칭이다 (예를 들어 C-형상임). 일부 실시예들에서 이러한 2차 전극은 세그먼트화되고, 세그먼트들은 기판 회전, 각 위치 및 시간과의 조정 방식으로 별도로 제어 및 에너자이징될 (energized) 수 있다.

일부 실시예들에서 장치는 도금 전류를 차단하도록 구성된 하나 이상의 방위각으로 비대칭인 실드들 (shield) 을 포함한다. 일부 실시예들에서 장치는 웨이퍼의 선택된 방위각 위치가 방위각으로 비대칭인 실드 위로 지나갈 때, 상이한 속도로 회전하도록 구성되고, 이로써 불균일도의 방위각 정정을 발생시킨다. 일부 실시예들에서 (방위각으로 비대칭인 실드들의 사용 대신에 또는 방위각으로 비대칭인 실드들의 사용에 더하여), 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 방위각으로 비대칭이고 도금 전류로 하여금 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통과하게 하도록 하지 않는 방위각으로 비대칭으로 배치된 부분을 포함한다. 예를 들어, 일반적으로 원형인 엘리먼트는 차단된 채널들을 갖거나 채널들이 없는 방위각으로 비대칭인 부분을 포함할 수도 있다.

발명의 또 다른 양태에서, 캐소드로 바이어스된 기판 상에 금속을 전기도금하는 방법이 제공되고, 방법은: (a) 전기도금 동안 기판을 회전시키기 위해 구성된 전기도금 장치 내로 기판을 제공하는 단계; 및 (b) 기판을 회전시키는 동안, 그리고 2차 전극 및 1차 애노드에 전력을 제공하는 동안 기판 상에 금속을 전기도금하는 단계를 포함하고, 장치는: (i) 전해액을 담도록 구성된 도금 챔버로서, 도금 챔버는 캐소드액 격실 및 애노드액 격실을 포함하고, 애노드액 격실 및 캐소드액 격실은 이온-투과성 맴브레인에 의해 분리되는, 도금 챔버; (ii) 전기도금 동안 캐소드액 격실 내에서 기판을 홀딩하고 회전시키도록 구성된 기판 홀더; (iii) 도금 챔버의 애노드액 격실 내에 배치된 1차 애노드; (iv) 이온-투과성 맴브레인과 기판 홀더 사이에 배치된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로서, 전기도금 동안 엘리먼트를 통해 이온 이송을 제공하도록 구성되는, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트; 및 (v) 기판으로 도금 전류를 공여하고 그리고/또는 기판으로부터의 도금 전류를 방향 전환하도록 구성된 2차 전극으로서, 2차 전극은 공여되고 그리고/또는 방향 전환된 도금 전류가 애노드액 격실 및 캐소드액 격실을 분리하는 이온-투과성 맴브레인을 넘어가지 않도록 배치되고, 2차 전극은 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통해 도금 전류를 공여하고 그리고/또는 방향 전환하도록 배치되는, 2차 전극을 포함한다. 방법은: 기판 상에 금속을 전기도금한 후에, 장치 내에서 어떠한 기계적 실드들 (mechanical shields) 도 교체하지 않고, 제 1 기판보다 제 2 기판의 외측 부분 내에 리세스된 피처들의 상이한 분포를 갖는 제 2 기판 상에 금속을 전기도금하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 2차 전극에 제공된 전력은 전기도금 동안 동적으로 가변될 수도 있다 (예를 들어, 증가되거나, 감소되거나 펄싱될 수도 있음). 기판은 전기도금 동안 회전된다.

발명의 또 다른 양태에서, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치가 제공되고, 장치는 (a) 전해액을 담도록 구성된 도금 챔버로서, 도금 챔버는 캐소드액 격실 및 애노드액 격실을 포함하고, 애노드액 격실 및 캐소드액 격실은 이온-투과성 맴브레인에 의해 분리되는, 도금 챔버; (b) 전기도금 동안 캐소드액 격실 내에서 기판을 홀딩하고 회전시키도록 구성된 기판 홀더; (c) 도금 챔버의 애노드액 격실 내에 배치된 1차 애노드; (d) 이온-투과성 맴브레인과 기판 홀더 사이에 배치된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로서, 전기도금 동안 엘리먼트를 통해 이온 이송을 제공하도록 구성되는, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트; 및 (e) 기판으로 도금 전류를 공여하도록 구성된 방위각으로 대칭인 2차 애노드로서, 2차 애노드는 공여된 도금 전류가 애노드액 격실 및 캐소드액 격실을 분리하는 이온-투과성 맴브레인을 넘어가지 않도록 배치되고, 2차 애노드는 도금 전류를 통과시키지 않고 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통해 도금 전류를 공여하도록 배치되는, 방위각으로 대칭인 2차 애노드를 포함한다.

발명의 또 다른 양태에서, 캐소드로 바이어스된 기판 상에 금속을 전기도금하는 방법이 제공되고, 방법은: (a) 전기도금 동안 기판을 회전시키기 위해 구성된 전기도금 장치 내로 기판을 제공하는 단계; 및 (b) 기판을 회전시키는 동안, 그리고 2차 전극 및 1차 애노드에 전력을 제공하는 동안 기판 상에 금속을 전기도금하는 단계를 포함하고, 장치는: (i) 전해액을 담도록 구성된 도금 챔버로서, 도금 챔버는 캐소드액 격실 및 애노드액 격실을 포함하고, 애노드액 격실 및 캐소드액 격실은 이온-투과성 맴브레인에 의해 분리되는, 도금 챔버; (ii) 전기도금 동안 캐소드액 격실 내에서 기판을 홀딩하고 회전시키도록 구성된 기판 홀더; (iii) 도금 챔버의 애노드액 격실 내에 배치된 1차 애노드; (iv) 이온-투과성 맴브레인과 기판 홀더 사이에 배치된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로서, 전기도금 동안 엘리먼트를 통해 이온 이송을 제공하도록 구성되는, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트; 및 (v) 기판으로 도금 전류를 공여하도록 구성된 방위각으로 대칭인 2차 애노드로서, 2차 애노드는 공여된 도금 전류가 애노드액 격실 및 캐소드액 격실을 분리하는 이온-투과성 맴브레인을 넘어가지 않도록 배치되고, 2차 애노드는 도금 전류를 통과시키지 않고 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통해 도금 전류를 공여하도록 배치되는, 방위각으로 대칭인 2차 애노드를 포함한다. 방법은 기판 상에 금속을 전기도금한 후에, 장치 내에서 어떠한 기계적 실드들도 교체하지 않고, 제 1 기판보다 제 2 기판의 외측 부분 내에 리세스된 피처들의 상이한 분포를 갖는 제 2 기판 상에 금속을 전기도금하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

일부 실시예들에서, 본 명세서에 기술된 방법들 중 임의의 방법들은 포토리소그래피 디바이스 프로세싱과 함께 사용된다. 예를 들어, 방법들은 기판에 포토레지스트를 도포하는 단계; 광에 포토레지스트를 노출시키는 단계; 포토레지스트를 패터닝하고 기판으로 패턴을 전사하는 단계; 및 기판으로부터 포토레지스트를 선택적으로 제거하는 단계를 더 수반할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 시스템이 제공되고, 시스템은 본 명세서에 기술된 장치들 중 임의의 것 및 스텝퍼를 포함한다.

본 명세서에 기술된 장치들은 통상적으로 본 명세서에 기술된 전기도금 방법들 중 임의의 방법을 수행하기 위한 빌트-인 로직 (built-in logic) 또는 프로그램 인스트럭션들을 포함하는 제어기를 더 포함한다.

또 다른 양태에서, 비일시적인 컴퓨터 머신-판독 가능한 매체는 본 명세서에 제공된 장치를 제어하도록 제공된다. 머신-판독 가능한 매체는 (a) 1차 애노드에 전력을 제공하는 동안 기판 상에 금속을 전기도금하는 단계; 및 장치 내의 기계적 실드들을 변화시키지 않고 동일한 장치 내에서 제 2, 이종 기판 상에 금속을 전기도금하는 단계를 포함하는 방법과 같은, 본 명세서에 기술된 방법들 중 임의의 방법을 수행하기 위한 코드를 포함하고, 여기서 (a) 및 (b) 중 적어도 하나는 도금 균일도를 제어하도록 2차 전극에 전력을 제공하는 단계를 포함한다.

발명의 또 다른 양태에서, 시스템 기능 및 장치 기능은 일반적으로 뒤바뀌는데, 즉, 웨이퍼 기판은 전해 에칭 또는 전해 폴리싱이 기판 상에서 수행되는 동안 애노드로서 동작되고 포지티브로 바이어스된다. 이 장치 내에서 상대 전극은 캐소드로서 동작하고 네거티브로 바이어스되고 활성 또는 불활성 (예를 들어 가스 용해) 캐소드일 수도 있다. 상기에 기술된 바와 같이 배치된 2차 전극 또는 3차 전극은 웨이퍼 프로세싱의 과정 동안 애노드, 캐소드, 또는 애노드와 캐소드 양자로서 기능할 수 있다. 전해 폴리싱 또는 에칭에 적합한 전해액들이 도금 셀 및 상대 전극 챔버들 내에 홀딩되고 순환되고 대체로 점성이 있는, 물을 적게 함유한 용액들이고 용액 내의 애노드로 형성된 금속 이온들과의 착화합물들을 형성하고 애노드로 형성된 금속 이온들을 용해하는 용매들을 포함할 수도 있다. 전해 에칭 및 전해 폴리싱에 적합한 전해액들의 예들은 이로 제한되지 않지만, 농축된 인산, 농축된 하이드록시에틸리덴디포스폰산 (hydroxyethylidenediphosphonic acid), 농축된 황산, 및 이들의 조합들을 포함한다.

본 발명의 이들 및 다른 특징들 및 이점들은 연관된 도면들을 참조하여 이하에 보다 상세히 기술될 것이다.

도 1a 및 도 1b는 본 명세서에 제공된 장치 내에서 프로세싱될 수 있는 2개의 이종 웨이퍼 기판들의 개략적인 평면도들을 도시한다.
도 2a는 본 명세서에 제공된 제 1 구성에 따른 전기도금 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2b는 본 명세서에 제공된 제 2 구성에 따른 전기도금 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3a는 본 명세서에 제공된 일 실시예에 따른, 세그먼트화된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 평면도를 도시한다.
도 3b는 본 명세서에 제공된 실시예에 따른, 세그먼트화된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 평면도를 도시한다.
도 3c는 도 3b에 예시된 세그먼트화된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 일부분의 단면도이다.
도 3d는 본 명세서에 제공된 장치들 내에서 사용될 수 있는 웨이퍼의 표면에서의 전해액의 측면의 플로우를 제공하기 위한 어셈블리의 도면을 도시한다.
도 3e는 본 명세서에 제공된 장치들 내에서 사용될 수 있는 웨이퍼의 표면에서의 전해액의 측면의 플로우를 제공하기 위한 어셈블리의 또 다른 실시예의 도면을 도시한다.
도 4는 도금 챔버의 애노드액 부분과 캐소드액 부분을 분리하는 맴브레인 및 도금 챔버의 캐소드액 부분으로부터 2차 전극 챔버를 분리하는 맴브레인을 포함하는 어셈블리의 등축도이다.
도 5는 본 명세서에 제공된 실시예에 따른 2차 전극 챔버의 개략적인 단면도를 제공한다.
도 6은 본 명세서에 제공된 실시예에 따른 버블 제거 메커니즘을 예시하는 2차 전극 챔버의 개략적인 단면도를 제공한다.
도 7은 2차 애노드가 있거나 없는 시스템들 내의 방사상 도금 균일도를 예시하는 연산 모델링에 의해 제공된 플롯을 도시한다.
도 8은 본 명세서에 제공된 실시예들 중 일 실시예에 따른 프로세스에 대한 프로세스 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 방위각으로 비대칭으로 배치된 이온 불투과성 부분을 가진 방위각으로 비대칭인 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 평면도이다.

방사상 균일도, 방위각 균일도, 또는 양자와 같은, 전기도금된 층의 균일도를 제어하면서 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 방법들 및 장치가 제공된다. 방법들은 표면 상의 리세스된 피처들의 분포 또는 상이한 패턴들을 가진 반도체 웨이퍼들과 같은, 이종 기판들 상에 금속을 연속적으로 전기도금하는데 특히 유용하다. 방법들은 원격으로 배치된 2차 전극을 사용하여 기판에서 도금 전류 (이온 전류) 를 제어한다.

일반적으로 기판이 반도체 웨이퍼인 실시예들이 기술되지만; 본 발명은 이로 제한되지 않는다. 제공된 장치 및 방법들은 TSV 및 WLP 애플리케이션들에서 금속들을 전기도금하는데 유용하지만, 또한 다마신 피처들 내의 구리의 증착을 포함하는 다양한 다른 전기도금 프로세스들에서 사용될 수 있다. 제공된 방법들을 사용하여 전기도금될 수 있는 금속들의 예들은, 제한 없이, 구리, 은, 주석, 인듐, 크롬, 주석-납 합성물, 주석-은 합성물, 니켈, 코발트, 니켈 코발트 합금, 텅스텐을 가진 니켈 및/또는 코발트 합금들, 주석-구리 합성물, 주석-은-구리 합성물, 금, 팔라듐, 및 이들 금속들 및 합성물들을 포함하는 다양한 합금들을 포함한다.

통상적인 전기도금 프로세스에서, 반도체 웨이퍼 기판의 표면 상에 하나 이상의 리세스된 피처들을 가질 수도 있는 반도체 웨이퍼 기판은 웨이퍼 홀더 내로 배치되고, 반도체 웨이퍼 기판의 도금 가능한 (작업) 표면은 전기도금 욕 내에 포함된 전해액 내로 침지된다. 웨이퍼 기판은 웨이퍼 기판이 전기도금 동안 캐소드의 역할을 하도록 네거티브로 바이어스된다. 전해액 내에 포함되는 (상기에 나열된 금속들의 이온들과 같은) 도금 가능한 금속의 이온들은 전기도금 동안 네거티브로 바이어스된 기판의 표면에서 감소되고, 이로써 도금된 금속의 층을 형성한다. 통상적으로 전기도금 동안 회전되는 웨이퍼는 다양한 이유들로 불균일할 수도 있는 전기장 (전해액의 이온 전류장) 을 겪는다. 이것은 금속의 불균일한 증착을 야기할 수도 있다. 불균일도의 타입들 중 일 타입은 동일한 방위각 (각) 위치에서 웨이퍼 상의 상이한 방사상 위치들에서의 도금의 상이한 두께들을 나타내는 중심-대-에지 (또는 방사상) 불균일도이다. 방사상 불균일도는 웨이퍼 기판 상의 전기 콘택트들 부근에 증착되는 보다 많은 양의 금속에 기인하여, 터미널 효과로부터 발생할 수도 있다. 전기 콘택트들이 웨이퍼의 주변에서 이루어지기 때문에, 웨이퍼의 에지 둘레에서, "터미널 효과"로서 지칭되는, 금속 씨드 층 내의 전류의 플로우에 대한 저항은, 기판의 중심과 비교할 때 웨이퍼 기판의 에지에서 보다 두꺼운 도금을 나타낸다. 터미널 효과에 기인하여 방사상 불균일도를 감소시킬 수 있는 방법들 중 일 방법은 기판에 아주 근접하여 배치된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 사용이고, 엘리먼트는 엘리먼트의 중심으로부터 특정한 방사상 위치에서 종료하는 이온 투과성 (예를 들어, 다공성) 구역 및 선택된 방사상 위치를 넘어 이온 불투과성 구역을 가진다. 이것은 엘리먼트가 선택된 반경을 넘어 투과성이 아니기 때문에 선택된 반경을 넘어 엘리먼트를 통해 이온 전류의 플로우를 억제하는 것을 발생시킨다. 단독으로 또는 조합하여 사용되는 또 다른 방법은 웨이퍼 기판의 에지로부터 보다 중심 위치로 도금 전류를 차단하거나 방향 전환하는 환형 실드의 배치이다.

그러나, 많은 경우들에서, 이종 기판들, 예를 들어, 기판들의 표면 상에 리세스된 피처들의 상이한 분포를 갖는 기판들은 기판들의 표면에서 도금 전류의 상이한 분포를 겪을 것이고 불균일도를 감소시키도록 상이한 실드들을 필요로 할 수도 있다. 리세스된 피처들의 상이한 분포를 가진 2개의 반도체 웨이퍼들은 도 1a 및 도 1b에 개략적으로 예시된다. 도 1a에 도시된 웨이퍼 (101) 는 도금 가능하지 않고 포토레지스트로 커버되는 외측 구역 (103), 및 도금 가능한 리세스된 피처들을 포함하는 중심 구역 (105) 을 가진다. 이종 웨이퍼 (107) 는 도 1b에 도시된다. 이 웨이퍼는 실질적으로 모든 웨이퍼 위에서 도금 가능한 피처들을 가진다. 이러한 이종 웨이퍼들이 일 전기도금 툴을 사용하여 연속적으로 프로세싱될 때, 방사상 불균일도 문제에 부닥친다. 툴이 웨이퍼 (107) 의 균일한 도금을 위해 최적화된 개구를 가진 환형 실드를 사용한다면, 웨이퍼 (101) 상의 전기도금을 위한 동일한 툴의 사용은 도금 불가능한 외측 구역 (103) 의 존재에 기인하여 구역 (105) 에 모이는 전류 때문에, 구역 (105) 의 주변 둘레에서 에지-두꺼운 도금을 발생시킬 것이다. 이 효과를 보상하도록, 개구의 보다 작은 직경을 가진 환형 실드는 웨이퍼 (101) 를 프로세싱할 때 사용되어야 한다. 따라서, 웨이퍼들 (101 및 107) 이 연속적으로 프로세싱될 때, 중심 개구의 상이한 직경들을 가진 실드들은 종래의 방법으로 최적의 불균일도를 달성하도록 사용될 필요가 있다. 예를 들어, 300 ㎜ 웨이퍼가 사용될 때, 11.45 인치 (290.8 ㎜) 의 내측 개구의 직경을 가진 실드는 "완전한 대면 노출된" 웨이퍼 (107) 를 프로세싱하기 위해 사용될 수도 있고, 반면에 10.80 인치 (274.3 mm) 의 내측 개구의 직경을 가진 실드는 에지에서 패터닝되지 않은 포토레지스트의 구역을 가진 웨이퍼 (101) 를 프로세싱하는데 잘 맞을 것이다. 그러나, 실딩 (shielding) 사이즈 및 실딩 엘리먼트의 이 변화는 툴 하드웨어의 변화가 상당한 조작자 개입 및 연관된 비생산적인 툴 다운시간을 필요로 하기 때문에 바람직하지 않고 실현 불가능하다. 그러므로 실드 변화들 또는 다른 하드웨어 수정들과 같은 수동 개입의 필요 없이 이종 웨이퍼들을 프로세싱할 수 있을 장치가 필요하다. 보다 일반적으로, 본 명세서에 제공된 장치들 및 방법들을 사용하여 프로세싱될 수 있는 이종 웨이퍼들은 상이한 직경들, 씨드 층들의 상이한 저항률들, 및 리세스된 피처들의 상이한 분포들을 가진 웨이퍼들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 웨이퍼들 사이의 차이들은 방사상 균일도에만 영향을 미친다. 다른 실시예들에서, 웨이퍼들 사이의 패턴 레이아웃의 차이들은 방위각 균일도에만 또는 방위각 균일도 및 방사상 균일도에 영향을 미친다.

도금 전류를 웨이퍼 기판으로 공여하고 그리고/또는 도금 전류를 웨이퍼 기판으로부터 방향 전환하도록 구성되는 적절하게 배치된 제 2 전극은 본 명세서에 제공된 실시예들에서 도금 균일도를 조절하도록 사용된다. 전기도금 시스템의 다른 컴포넌트들 (components) 에 관하여 전극의 위치는 제작 복잡성 및 비용의 최소화, 신뢰도의 개선, 및 어셈블리 및 유지 보수의 용이성을 포함하는 복수의 이유들에 있어서 매우 중요하다. 전기도금 장치의 2개의 메인 구성들이 도시된다. 구성들은 제 2 전극이 맴브레인에 의해 분리되는 애노드액 격실과 캐소드액 격실을 포함하는 전기도금 시스템 내에 어떻게 통합될 수 있는지를 예시한다. 구성들은 2차 전극이 기판의 부근에 배치된 CIRP (channeled ionically resistive plate) 와 같은 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트와 어떻게 통합될 수 있는지를 더 도시한다. 구성들 양자는 Lam Research Corporation으로부터 입수 가능한 Sabre 3D^TM 시스템에서 구현될 수 있다.

도금 용기의 애노드액 부분 및 캐소드액 부분

본 명세서에 제공된 장치의 구성들 양자에서, 전기도금 장치는 전해액을 홀딩하도록 구성된 도금 챔버를 포함하고, 도금 챔버는 이온-투과성 맴브레인에 의해 애노드액 격실 및 캐소드액 격실로 분리된다. 1차 애노드는 애노드액 부분 내에 하우징되지만, 기판은 맴브레인을 넘어 캐소드액 부분 내의 전해액 내로 침지된다. 애노드액의 조성물 (애노드액 격실 내의 전해액) 및 캐소드액의 조성물 (캐소드액 격실 내의 전해액) 은 동일하거나 상이할 수 있다.

맴브레인은 1차 애노드에서 생성된 입자들이 웨이퍼의 부근에 들어가고 웨이퍼를 오염시키는 것을 방지하는 동안, 도금 셀의 애노드액 구역 및 캐소드액 구역 사이의 이온 연통을 허용한다. 일부 실시예들에서, 맴브레인은 이온 이동 (전기장의 인가에 응답하는 운동) 을 통해 전해액 내에 포함된 하나 이상의 대전된 종의 상대적으로 자유로운 이동을 허용하는 동안, 압력 구배들의 영향 하에서 용해된 컴포넌트들 및 용매의 물리적인 이동을 실질적으로 방지할 수 있는 나노다공성 맴브레인 (이로 제한되지 않지만 역삼투 맴브레인, 카티온 (cationic) 맴브레인 또는 아니온 (anionic) 맴브레인을 포함) 이다. 적합한 애노드의 맴브레인들의 상세한 기술들은 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용되는 Reid 등에 허여된 미국 특허들 6,126,798 호 및 6,569,299 호에 제공된다. 카티온 교환 맴브레인들과 같은 이온 교환 맴브레인들은 이들 애플리케이션들에 특히 적합하다. 이들 맴브레인들은 통상적으로 설폰기들을 포함하는 퍼플루오리네이트 코-폴리머들 (예를 들어 나피온), 설포네이트 폴리이미드들과 같은 이오노머 (ionomeric) 재료들, 및 카티온 (cation) 교환에 적합한 것으로 당업자에게 알려진 다른 재료들로 이루어진다. 적합한 나피온 맴브레인들의 선택된 예들은 Dupont de Nemours Co.로부터 입수 가능한 N324 맴브레인 및 N424 맴브레인을 포함한다. 캐소드액과 애노드액을 분리하는 맴브레인은 상이한 카티온들에 대해 상이한 선택도를 가질 수도 있다. 예를 들어, 맴브레인은 금속 이온들 (예를 들어 구리 이온들) 의 통과 레이트보다 보다 빠른 레이트로 양성자들의 통과를 허용할 수도 있다.

맴브레인-분리된 캐소드액 격실 및 애노드액 격실을 가진 전기도금 장치는 캐소드액과 애노드액의 분리를 달성하고 캐소드액 격실 및 애노드액 격실로 하여금 별개의 조성물들을 갖게 한다. 예를 들어, 유기 첨가제들은 캐소드액 내에 포함될 수 있지만, 애노드액은 본질적으로 첨가제 없이 남아 있을 수 있다. 또한, 애노드액 및 캐소드액은 예를 들어, 맴브레인의 이온 선택도에 기인하여, 상이한 농도들의 금속 염 및 산을 가질 수도 있다. 맴브레인을 가진 전기도금 장치는 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용되는 Mayer 등에 허여된 미국 특허 6,527,920 호에 상세히 기술된다.

본 명세서에 제공된 전기도금 장치의 구성들 양자에서, 2차 전극은 2차 전극에 의해 공여되고 그리고/또는 방향 전환된 도금 전류가 도금 챔버의 애노드액 부분 및 캐소드액 부분을 분리하는 맴브레인을 통과하지 않도록 배치된다.

이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트

본 명세서에 제공된 장치의 구성들 양자에서, 장치는 도금 챔버의 캐소드액 격실 내의 기판의 근처에 배치된 이온 저항성, 이온 투과성 엘리먼트를 포함한다. 이것은 엘리먼트를 통한 전해액의 이송 및 자유 플로우를 허용하지만, 도금 시스템 내로 상당한 이온 저항을 도입하고, 그리고 중심-대-에지 (방사상) 균일도를 개선할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 기판의 작업 면에 실질적으로 수직인 방향으로 엘리먼트를 나가는 전해액 플로우 (충돌 플로우) 의 소스의 역할을 더 하고, 그리고 주로 플로우-성형 엘리먼트로서 기능한다. 일부 실시예들에서 엘리먼트는 웨이퍼 기판의 도금 가능한 표면에 수직인 채널들 또는 홀들을 포함한다. 일부 실시예들에서 엘리먼트는 웨이퍼 기판의 도금 가능한 표면에 대해 90 도와 상이한 각에 있는 채널들 또는 홀들을 포함한다. 통상적인 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 도금 셀 시스템의 전체 전압 강하의 80 % 이상을 차지한다. 대조적으로, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 매우 낮은 유체 플로우 저항을 갖고 셀 및 보조적인 지지 배관 네트워크 시스템의 압력 강하에 매우 적게 기여한다. 이것은 엘리먼트 (예를 들어, 직경에 있어서 약 12 인치 또는 700 ㎠) 의 큰 피상적인 표면적 및 약 0.4 내지 0.8 ㎜의 직경을 가질 수도 있는 적절한 수의 드릴링된 채널들 (또한 구멍들 또는 홀들로서 지칭됨) 에 의해 생성된 적당한 다공률 및 구멍 사이즈들 (예를 들어, 엘리먼트는 약 1 내지 5 %의 다공률을 가질 수도 있음) 때문이다. 예를 들어, 4.5 %의 다공률 및 0.5 인치의 두께를 가진 다공성 플레이트 (예를 들어, 0.026" 직경을 가진 9600개의 드릴링된 홀들을 포함하는 플레이트) 를 통해 20 리터/분으로 흘리기 위해 계산된 압력 강하는 1 인치 미만의 수압 (대략 0.036 psi와 동일) 이다. 적합한 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트들은 예를 들어, 전체가 참조로서 본 명세서에 인용되는 2012년 11월 13일에 허여된 미국 특허 제 8,308,931 호에 상세히 기술된다. 일반적으로 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 엘리먼트의 바디 내에서 상호 연결된 채널들을 형성하는 구멍들을 포함할 수도 있지만 많은 실시예들에서 엘리먼트의 바디 내에서 상호 연결되지 않은 채널들을 가진 엘리먼트를 사용하는 것 (예를 들어, 상호 연결되지 않은 드릴링된 홀들을 가진 플레이트를 사용하는 것) 이 보다 바람직하다. 후자의 실시예는 CIRP로서 지칭된다. CIRP의 2개의 특징들은 특히 중요하다: 기판에 대해 아주 근접하게 CIRP 배치, 및 CIRP 내의 쓰루홀들이 서로로부터 공간적으로 그리고 이온 절연되고 CIRP의 바디 내에서 상호 연결된 채널들을 형성하지 않는다는 사실. 이러한 쓰루홀들은 쓰루홀들이 1차원으로, 종종, 반드시 그러한 것은 아니지만, 기판의 도금된 표면에 수직으로 연장하기 때문에 1-D 쓰루홀들로서 지칭될 것이다 (일부 실시예에서 1-D 홀들은 CIRP 전면에 대체로 평행인 웨이퍼에 대해 비스듬히 있음). 채널들이 3차원으로 연장하고 상호 연결된 구멍 구조체들을 형성하는 경우에, 이들 쓰루홀들은 3-D 다공성 네트워크들로부터 구별된다. CIRP의 예는 약 6,000 내지 12,000개의 1-D 쓰루홀들을 가진, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVDF (polyvinylidene difluoride), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리설폰, PVC (polyvinyl chloride), 폴리카보네이트, 등과 같은 이온 저항성 재료로 이루어진 디스크이다. 많은 실시예들에서, 디스크는 (예를 들어, 300 ㎜ 웨이퍼가 사용될 때 약 300 ㎜의 직경을 가진) 웨이퍼와 실질적으로 동일한 공간에 걸치고 웨이퍼와 아주 근접하여, 예를 들어, 단지 웨이퍼-대면-하향 전기도금 장치 내에서 웨이퍼 아래에 존재한다. 바람직하게, 웨이퍼의 도금된 표면은 약 10 ㎜ 내에, 더 바람직하게 가장 가까운 CIRP 표면의 약 5 ㎜ 내에 존재한다. 본 명세서에 기술될 장치의 제 2 구성에서 CIRP는 적어도 3개의 세그먼트들: 1차 애노드로부터 도금 전류를 통과시키도록 구성된 내측 세그먼트, 2차 전극으로부터 전류를 통과시키도록 구성된 외측 세그먼트, 및 내측 세그먼트와 외측 세그먼트를 서로 전기적으로 절연하고 도금 전류들이 CIRP 또는 CIRP의 바디 내에 들어가기 전에 1차 애노드 및 2차 전극으로부터의 도금 전류들로 하여금 혼합되게 하지 않는 내측 세그먼트와 외측 세그먼트 사이의 데드 존 (dead zone) 을 포함한다.

기판과 가까운, 저항성이지만 이온 투과성 엘리먼트의 존재는 터미널 효과의 영향을 실질적으로 감소시키고 터미널 효과를 보상하고 방사상 도금 균일도를 개선한다. 또한 동시에 플로우 확산 매니폴드 플레이트로서 역할을 함으로써 웨이퍼 표면으로 상향으로 지향된 전해액의 실질적으로 공간적으로-균일한 충돌 플로우를 갖는 능력을 제공한다. 중요하게, 동일한 엘리먼트가 웨이퍼로부터 멀리 배치된다면, 플로우 개선들 및 이온 전류의 균일도는 상당히 덜 단언되거나 (pronounce) 존재하지 않게 된다. 추가로, 1-D 쓰루홀들이 CIRP 내에서 유체 운동 또는 이온 전류의 측면 이동을 허용하지 않기 때문에, 중심-대-에지 전류 및 플로우 이동들은 CIRP 내에서 차단되고, 방사상 도금 균일도의 추가의 개선을 야기한다.

CIRP 구조체의 또 다른 중요한 특징은 쓰루홀들의 직경 또는 주요 치수 및 CIRP와 기판 사이의 거리에 대한 쓰루홀의 관계이다. 바람직하게 쓰루홀 (또는 다수의 쓰루홀들) 각각의 직경은 도금된 기판 표면으로부터 CIRP의 가장 가까운 표면으로의 거리보다 짧아야 한다. 따라서, 쓰루홀들의 직경 또는 주요 치수는 CIRP가 도금된 웨이퍼 표면의 약 5 ㎜ 내에 배치될 때 5 ㎜를 초과해서는 안된다.

일부 실시예들에서 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 (예를 들어, CIRP) 는 기판의 도금된 표면과 평행한 상단 표면을 가진다. 다른 실시예들에서, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 상단 표면은 오목하거나 볼록하다.

장치는 또한 도금 유체가 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 표면과 실질적으로 평행한 방향으로 주입될 때에도, 이온 저항성 엘리먼트를 통한 후방으로의 도금 유체의 플로우가 실질적으로 방지되도록 구성된다. 물과 같은 비압축성 유체들의 운동이 관성력과 점성력의 밸런스 및 스케일링의 다양한 레벨들을 수반한다는 것을 유념하는 것은 중요하다. 유체 동적인 Navier-Stokes 방정식들 및 유체 플로우 거동이 중요한 관성 항들을 가진 텐서 (tensor) (벡터) 방정식들에 의해 지배된다는 사실을 고려하면, 도금 액체가 아래의 매니폴드로부터 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통해 그리고 매니폴드를 통해 "상향으로" 흐르게 하는 것이 손쉬울 수도 있지만 (저압이 상당한 양의 플로우를 얻도록 요구되기 때문에), 대조적으로, 표면에 평행하게 흐르는 유체는 동일한 정압에서 다공성 재료를 통과하는 것에 대해 매우 적은 경향 및 "고 저항"을 가질 수도 있다는 것이 이해될 수 있다. 표면과 수직인 이동으로, 표면과 평행한 신속한 이동으로부터 직각으로의 유체의 이동의 방향을 변화시키는 것은, 유체의 에너지의 점성 소실 및 유체의 감속을 수반하고, 그러므로 매우 적합하지 않을 수 있다. 배경에 대해, 이 발명의 다른 실시예들에서, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 웨이퍼 및 CIRP 표면과 평행한 축과 평행한 방향으로 상대적으로 고속으로 유체를 이동시키기 위한 주변의 보조적인 수단 (예를 들어 유체 주입기) 을 갖고, 상기 CIRP 엘리먼트는 유체가 엘리먼트를 통해 이동하는 것 및 엘리먼트 내로 통과함으로써 엘리먼트들의 채널들의 출구측으로, 엘리먼트 아래 및 맴브레인 위의 매니폴드를 통해, 그리고 이어서 후방으로 셀의 크로스-플로우 배기측 근방의 엘리먼트를 통해 전이하는 것을 실질적으로 방지한다. 즉, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 구멍 사이즈, 다공률 및 평행한 플로우 속도와 결합된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 존재는 평행한 플로우의 이러한 우회 (circumvention) 가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 임의의 특정한 모델 또는 이론에 매이지 않고, 고속 유체는 이온 저항성 엘리먼트와 평행한 운동의 방향으로 상당한 양의 관성을 갖고, 엘리먼트의 구멍들에 들어가도록 직각으로 턴하고 감속될 필요가 있을 것이고, 이와 같이, 이온 저항성 엘리먼트는 유체가 방향을 바꾸고 이온 저항성 엘리먼트를 통과하는 것을 방지하는 매우 양호한 배리어로서 주로 역할을 한다고 여겨진다. 본 명세서에 제공된 전기도금 장치의 2개의 구성들은 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트에 대한 2차 전극의 위치가 다르다. 본 명세서에 제공된 제 1 구성에 따르면, 제 2 전극은 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 (예를 들어, CIRP) 를 통해 그리고 애노드액 격실과 캐소드액 격실을 분리하는 맴브레인을 통해 공여된 전류를 통과시키지 않고 기판으로 도금 전류를 공여하도록 배치되는 방위각으로 대칭인 애노드 (예를 들어, 링) 이다. 이 구성은 주로 방사상 균일도를 제어하도록 사용되지만, 예를 들어, 부가적인 방위각으로 비대칭이거나 세그먼트화된 3차 전극을 사용하여, 방위각 균일도 제어의 능력을 부가적으로 가질 수 있다.

전기도금 장치의 제 1 구성의 예

애노드액 격실과 캐소드액 격실을 분리하는 맴브레인, 웨이퍼에 아주 근접한 저항성 엘리먼트, 및 2차 애노드를 채용하는 제 1 구성의 도금 시스템의 예시가 도 2a에 도시된다. 이것은 도금 시스템의 일 예이고, 도금 시스템은 첨부된 청구항들의 정신 및 범위 내에서 수정될 수 있다는 것이 이해된다. 예를 들어, 환형 실드는 모든 실시예들에서 나타날 필요가 없고, 나타날 때, 실드는 CIRP 아래, CIRP 위에 배치될 수도 있거나, CIRP와 통합될 수 있다.

도 2a를 참조하면, 전기도금 장치 (201) 의 개략적인 단면도가 도시된다. 도금 용기 (203) 는 통상적으로 금속 이온들과 산의 소스를 포함하는 도금 용액을 담고있다. 웨이퍼 (205) 는 도금 용액 내로 침지되고 웨이퍼 (205) 와 함께 크램셸 (207) 의 양방향 회전을 허용하는, 회전 가능한 스핀들 (209) 상에 장착된, "크램셸 (clamshell)" 홀딩 픽스처 (207) 에 의해 홀딩된다. 이 발명을 사용하는데 적합한 양태들을 가진 크램셸-타입 도금 장치의 일반적인 기술은 이전에 참조로서 인용된, Patton 등에 허여된 미국 특허 6,156,167 호, 및 Reid 등에 허여된 미국 특허 6,800,187 호에 상세히 기술된다. (불활성 또는 소모성 애노드일 수도 있는) 1차 애노드 (211) 는 도금 욕 (203) 내의 웨이퍼 아래에 배치되고 맴브레인 (213), 바람직하게 이온 선택적 맴브레인에 의해 웨이퍼 구역으로부터 분리된다. 애노드의 맴브레인 아래의 구역 (215) 은 종종 "애노드 챔버" 또는 "애노드액 격실" 및 "애노드액"으로서 이 챔버 내의 전해액으로서 지칭된다. 맴브레인 (213) 위의 구역 (217) 은 "캐소드액 격실"로서 지칭된다. 이온-선택적 애노드 맴브레인 (213) 은 애노드에서 생성된 입자들이 웨이퍼의 부근에 들어가는 것 및 입자들 및/또는 캐소드액 전해액 내에 존재하는 바람직하지 않은 화학 종을 오염시키는 것을 방지하고, 애노드 (211) 와 콘택트하는 것을 방지하는 동안, 도금 셀의 애노드 구역과 캐소드 구역 사이의 이온 연통을 허용한다.

도금 용액은 펌프 (미도시) 에 의해 도금 욕 (203) 에 연속적으로 제공된다. 일부 실시예들에서, 도금 용액은 웨이퍼와 아주 근접하여 위치된 CIRP (219) (또는 다른 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트) 및 맴브레인 (213) 을 통해 상향으로 흐른다. 다른 실시예들에서, 맴브레인 (213) 이 도금 유체의 플로우에 일반적으로 불투과성일 때 (예를 들어 카티온 맴브레인과 같은 나노다공성 매체) 와 같이, 도금 유체는 맴브레인 (213) 과 CIRP (219) 사이의 도금 챔버, 예를 들어 챔버 주변에 들어가고, 그리고 CIRP를 통해 흐른다. 이 경우에, 애노드 챔버 내의 도금 유체는 순환될 수도 있고 압력은 CIRP 및 캐소드 챔버로부터 별도로 조절될 수 있다. 이러한 분리된 조절은 예를 들어, 전체가 참조로서 본 명세서에 인용되는, 2013년 12월 10일 허여된 미국 특허 제 8,603,305 호 및 2003년 3월 4일 허여된 미국 특허 제 6,527,920 호에 기술된다.

2차 애노드 (223) 를 하우징하는 2차 애노드 챔버 (221) 는 도금 용기 (203) 의 외측 및 웨이퍼 주변에 위치된다. 특정한 실시예들에서, 2차 애노드 챔버 (221) 는 이온-투과성 맴브레인 (225) 에 의해 커버된 복수의 개구들을 가진 벽 (맴브레인 지지 구조체) 에 의해 도금 욕 (203) 으로부터 분리된다. 맴브레인은 도금 셀과 2차 애노드 챔버 사이의 이온 연통을 허용하고, 이로써 도금 전류가 제 2 애노드에 의해 공여되게 한다. 이 맴브레인의 다공률은 맴브레인이 미립자 재료로 하여금 2차 애노드 챔버 (221) 로부터 도금 욕 (203) 으로 넘어가게 하지 않고 웨이퍼 오염이 발생하게 하지 않도록 결정된다. 2차 애노드 챔버와 메인 도금 용기 사이의 유체 및/또는 이온 연통을 허용하기 위한 다른 메커니즘들은 이 발명의 범위 내에 있다. 예들은 불투과성 벽보다는 맴브레인이 제 2 캐소드 챔버 내의 도금 용액과 메인 도금 용기 내의 도금 용액 사이에 대부분의 배리어를 제공하는 설계들을 포함한다. 단단한 프레임워크는 이러한 실시예들에서 맴브레인에 지지를 제공할 수도 있다.

부가적으로, 환형 실드 (227) 와 같은 하나 이상의 실드들이 챔버 내에 배치될 수 있다. 실드들은 보통 모든 목적들을 위해 전체가 참조로서 본 명세서에 인용되는 Broadbent에 허여된 미국 특허 6,027,631 호에 기술된 것들과 같이, 전류 프로파일을 성형하고 도금의 균일도를 개선하기 위해 사용되는, 링-형상의 유전체 삽입부들이다. 물론 다른 실드 설계들 및 형상들이 당업자들에게 공지된 바와 같이 채용될 수도 있다.

일반적으로, 실드들은 웨지들, 바들, 원들, 타원들 및 다른 기하학적 설계들의 형상을 포함하는 임의의 형상을 취할 수도 있다. 링-형상의 삽입부들은 또한 삽입부들의 내경에서 패턴들을 가질 수도 있고, 이는 목표된 방식으로 전류 플럭스를 성형할 실드들의 능력을 개선한다. 실드들의 기능은 도금 셀 내의 실드들의 위치에 따라 상이할 수도 있다. 본 발명의 장치는 스태틱 (static) 실드들, 뿐만 아니라 Mayer 등에 허여된 미국 특허 6,402,923 호에 기술된 것들과 같은, 가변 가능한 필드 성형 엘리먼트들, 또는 Woodruff 등에 허여된 미국 특허 6,497,801 호 및, Mayer 등에 허여된 미국 특허 6,773,571 호에 기술된 바와 같은 세그먼트화된 애노드들 중 임의의 것을 포함할 수 있고, 각각은 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다.

2개의 DC 전력 공급부들 (미도시) 은 웨이퍼 (205), 1차 애노드 (211) 로 그리고 2차 애노드 (223) 로 각각 전류 플로우를 제어하도록 사용될 수 있다. 대안적으로, 복수의 독립적으로 제어 가능한 전기 유출부들을 가진 일 전력 공급부는 웨이퍼로 그리고 2차 애노드로 상이한 레벨들의 전류를 제공하도록 사용될 수 있다. 전력 공급부 또는 공급부들은 웨이퍼 (205) 를 네거티브로 바이어스하고 1차 애노드 (211) 및 2차 애노드 (223) 를 포지티브로 바이어스하도록 구성된다. 장치는 전기도금 셀의 엘리먼트들에 제공된 전류 및/또는 전위의 조절을 허용하는 제어기 (229) 를 더 포함한다. 제어기는 도금 셀의 다양한 엘리먼트들에 인가될 필요가 있는 전류 레벨 및 전압 레벨, 뿐만 아니라 이들 레벨들이 변화될 필요가 있는 시간들을 명시하는 프로그램 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 2차 애노드에 전력을 공급하기 위한 프로그램 인스트럭션, 및 선택 가능하게 전기도금 동안 2차 애노드에 공급된 전력을 동적으로 가변하기 위한 프로그램 인스트럭션을 포함할 수도 있다.

화살표들은 예시된 장치 내의 도금 전류를 도시한다. 1차 애노드로부터 비롯된 전류는 상향으로 지향되고, 애노드액 격실과 캐소드액 격실을 분리하는 맴브레인과 CIRP를 통과한다. 2차 애노드로부터 비롯된 전류는 도금 용기의 주변으로부터 중심으로 지향되고 애노드액 격실과 캐소드액 격실을 분리하는 맴브레인과 CIRP를 통과하지 않는다.

상기에 기술된 장치 구성은 본 발명의 일 실시예의 예시이다. 당업자들은 적절하게 배치된 제 2 캐소드를 포함하는 대안적인 도금 셀 구성들이 사용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 실딩 삽입부들이 도금 균일도를 개선하는데 유용하지만, 일부 실시예들에서 실딩 삽입부들은 요구되지 않을 수도 있거나 대안적인 실딩 구성들이 채용될 수도 있다. 기술된 구성에서 도금 용기 및 1차 애노드는 웨이퍼 기판과 실질적으로 동일한 공간에 걸친다. 다른 실시예들에서, 도금 용기의 직경 및/또는 1차 애노드의 직경은 웨이퍼 기판의 직경보다 보다 작을 수도 있고, 예를 들어, 적어도 약 5 %보다 작을 수도 있다.

전기도금 장치의 제 2 구성의 예

본 명세서에 제공된 장치의 제 2 구성에서, 방위각으로 대칭이거나 비대칭일 수 있는, 2차 전극 (애노드, 캐소드, 또는 애노드-캐소드) 은, 이러한 전극에 의해 공여되고 그리고/또는 방향 전환된 전류가 애노드액 격실과 캐소드액 격실을 분리하는 맴브레인을 통과하지 않지만, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통과하도록 배치된다. 전기도금 장치의 제 2 구성은 도 2b에 예시된다. 방위각으로 대칭인 링-형상의 2차 애노드를 가진 장치는 이 특정한 예에 도시된다. 보다 일반적으로, 2차 전극에 의해 공여되고 그리고/또는 방향 전환된 전류가 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통과하도록 배치된 다른 타입들의 2차 전극들이 이 구성의 범위 내에 있다. 예를 들어, 2차 전극은 방사상 균일도를 제어하도록 구성된 대칭인 캐소드, 또는 대칭인 애노드-캐소드일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 2차 전극은 방위각 균일도를 제어하도록 구성된 방위각으로 비대칭인 애노드, 캐소드 또는 애노드-캐소드, 또는 세그먼트화된 애노드, 캐소드 또는 애노드-캐소드이다. 이 구성에서 사용될 수 있는 방위각 균일도를 제어하기 위한 전극들 및 방법들은 전체가 참조로서 본 명세서에 인용되는 2014년 10월 14일 허여된 발명의 명칭이 "Electroplating Apparatus for Tailored Uniformity Profile"이고 Mayer 등에 의한 미국 특허 제 8,858,774 호에 상세히 기술된다. 이들 전극들은 일정 위치에 배치될 때, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통해 전극들의 공여되고 그리고/또는 방향 전환된 전류를 통과시키도록 기판들 상의 방위각 균일도를 조절하기 위해 효과적으로 사용될 수 있다.

도 2b를 다시 참조하면, 장치의 제 2 구성은 방위각으로 대칭인 링-형상의 2차 애노드를 가진 장치에 의해 예시된다. 도 2b에 도시된 예시에서, 2차 애노드 (223) 는 도금 용기 (203) 의 주변 둘레에서 2차 애노드 챔버 (221) 내에 배치된다. 2차 애노드 챔버는 2차 애노드가 측방향으로 맴브레인 (225) 을 통해 그리고 이어서 수직으로 웨이퍼를 향해 CIRP (219) 를 통해 통과하는 도금 전류를 공여하도록, 도금 용기의 캐소드액 부분과 이온 연통한다. 전류가 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통과하도록 2차 전극을 배치하는 것은 특히 웨이퍼 기판의 에지-근방 구역에서 개선된 균일도와 연관되는 것으로 판명되었다. 전류가 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통과하도록 2차 전극이 배치될 때, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 1차 애노드로부터의 전류를 통과시키는 구역이 2차 전극으로부터의 전류를 통과시키는 구역으로부터 전기적으로 절연되는 경우에, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트가 적어도 3개의 별개의 구역들을 포함하도록 구성된다. 일부 실시예들에 따라, 이러한 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 평면도는 도 3a에 도시된다. 중심 부분 (301) 은 통상적으로 1차 애노드와 실질적으로 동일한 공간에 걸치고 이온 투과성이고 (예를 들어, 플레이트를 통해 드릴링된 연통하지 않는 채널들을 포함함); "데드 존" 부분 (303) 은 중심 부분 (301) 을 둘러싸고 내측 이온 투과성 부분 (301) 과 외측 이온 투과성 부분 (305) 사이의 전기 연통 및 유체 연통을 방지하는 역할을 한다. 일부 실시예들에서 "데드 존" 부분은 이온 불투과성이다 (즉, "데드 존" 부분은 어떠한 쓰루홀들도 갖지 않거나 쓰루홀들이 차단됨). 일부 실시예들에서 "데드 존"의 사이즈는 약 1 내지 4 ㎜이다. 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 외측 부분 (305) 은 이온 투과성이다. 외측 부분은 웨이퍼 기판과 대면하는 측면에 반대되는 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 측면 상의 2차 전극 챔버에 유체 도관을 통해 연결된다. 이 구성에서, 1차 애노드 및 2차 전극으로부터의 전류들은 전류들을 전기적으로 분리하는 "데드 존" 부분의 존재에 기인하여 엘리먼트의 바디 내에서 그리고 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 아래에서 혼합되지 않는다. 도 2b에 예시된 장치의 또 다른 특징은 도금 용기의 감소된 직경 및 1차 애노드의 감소된 직경이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 도금 용기의 직경 및 1차 애노드의 직경은 웨이퍼 기판의 직경보다 약 1 내지 10 %보다 작다. 일부 실시예들에서 1차 애노드는 세그먼트화된 CIRP의 내측 부분과 실질적으로 동일한 공간에 걸친다.

데드 존의 존재는 1차 애노드와 2차 전극으로부터 전류들의 혼합을 방지할 필요와 연관된다. 내측 부분과 외측 부분이 만나는 경우에, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 애노드 챔버의 경계 및 2차 전극 챔버의 경계를 가진 시일 (seal) 을 만들어야 한다. 이것은 도 2b에서 데드 존 (231) 에 의해 예시된다. 내측 이온 투과성 부분과 외측 이온 투과성 부분 사이의 전기 연통 및 유체 연통의 방지가 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 하부 부분에서 필수적이지만, 엘리먼트들의 상부 표면과 직접적으로 웨이퍼 아래 사이의 갭에서, 필요에 의해 캐소드액 내에 이온 연통 및 유체 연통이 있다. 데드 존은 기판으로부터 가장 먼 엘리먼트의 하부 표면에서 CIRP를 시일하고 연통을 분리할 필요로부터 발생한다. 큰 데드 존 (예를 들어, 데드 존이 웨이퍼 거리에 대해 CIRP와 동일한 사이즈이거나 CIRP보다 보다 클 때) 을 갖는 영향은 웨이퍼 상의 전류 분포가 CIRP로부터 나오는 이온 플럭스의 불연속적인 방사상 소스에 기인하여 데드 존 위에 직접 웨이퍼의 구역에서 전류가 덜 있기 때문에 목표된 것보다 다소 보다 불균일할 것이라는 것이다. 이 결함을 정정하기 위해서, 일부 실시예들에서, 없어진 홀들의 "데드 존" 구역은 이온 투과성 이온 저항성 엘리먼트의 하부 표면 상에서만 (즉, 애노드에 가장 가까운 표면 상에) 존재하도록 만들어진다. 이 실시예는 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 예시될 수 있다. 이 실시예에서, 상단 표면 상의 데드 존은 사이즈가 감소되거나 제거되는 반면, CIRP의 하단 표면에서의 데드 존은 존재하는 경우에, CIRP의 상단 표면 (기판에 가장 가까운 표면) 및 CIRP의 하단 표면 (기판으로부터 보다 멀리 제거되고 상단 표면에 반대되는 표면) 은 채널 개구들의 상이한 공간 분포를 갖는다. 이 특정한 실시예를 참조하면, 도 3a는 중심 구역 (301), 데드 존 (303) 및 외측 구역 (305) 을 예시하는, CIRP의 하단 표면의 도면을 예시하고; 도 3b는 CIRP의 상단 표면 상의 채널 개구들의 균일한 분포를 예시하는 동일한 CIRP의 평면도를 예시하고, 그리고 도 3c는 CIRP의 외측 부분, 데드 존, 및 내측 부분의 일부를 포함하는 CIRP 구역 (304) 의 단면도를 예시한다. 알 수 있는 바와 같이, 이 실시예에서 CIRP의 하단 표면에서의 데드 존은 폭 (D1) 을 갖고, 훨씬 보다 작거나 본질적으로 상단 표면에 부재한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 중간의, 이온 불투과성 부분은 기판과 대면하는 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 표면 상의 채널 개구들이 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 반경을 따라 실질적으로 균일하게 분포되도록, 그리고 외측 부분 및 중심 부분 내의 채널 개구들 사이의 가장 가까운 평균 거리보다 보다 긴 이온 불투과성 부분이 있도록, 기판에 반대되는 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 표면 상의 채널 개구들이 분포되도록, 중심 부분의 채널과 외측 부분의 채널 사이에 형성되고, 이온 불투과성 부분은 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 중간의 이온 불투과성 부분에 대응한다.

이 배열은 방사상으로 내향으로 비스듬히 지향되는 (CIRP의 외측 부분의 내측 일부 둘레의) 채널들 및 90도 각으로 지향된 (다른 경우에 CIRP의 외측 부분 상의) 채널들의 세트를 가짐으로써 성취될 수 있고, CIRP의 외측 부분은 2차 전극 플로우 경로에 이온 연통된다. 부가적으로, 일부 실시예들에서, 또한 방사상으로 외향으로 비스듬히 지향되는 (CIRP의 내측 부분의 외측 일부 둘레의) CIRP의 내측 부분 상의 채널들 및 90도 각으로 지향된 (다른 경우에 CIRP의 내측 부분 상의) 채널들의 세트가 있을 수도 있고, CIRP의 내측 부분은 1차 애노드 플로우 경로에 이온 연통된다. 일부 경우들에서 상부 표면 상의 채널 밀도는 전체 CIRP에 걸쳐 균일할 수 있다. 전류 플로우에 대해 기울어진 채널들의 저항이 수직으로 지향된 채널들의 저항보다 보다 클 것이기 때문에, 기울어진 채널들의 직경은 다른 경우라면 보다 긴 채널 길이에 기인하여 보다 큰 저항을 보상하도록 수직으로 지향된 채널들의 직경보다 적당히 보다 클 수도 있다. 대안적으로 홀들의 순 저항은 보다 큰 직경 (홀의 나머지는 표준인 기울어지지 않은 홀과 동일한 직경임) 을 가진 기울어진 홀 (예를 들어 하부에서, 또는 상부 CIRP 표면에서) 의 일부분만을 가짐으로써 동일할 수 있다. 도 3c에 도시된 단면도는 CIRP의 외측 부분과 내측 부분이 데드 존과의 계면에서 기울어진 채널들을 갖는 실시예를 예시한다. CIRP의 부분은 (기판과 가장 가까운) 상단 표면 (307), 및 반대되는 하단 표면 (309) 을 포함한다. 하단 표면 상의 데드 존 (311) (채널 개구들 사이의 갭) 이 상단 표면 상의 대응하는 갭 (313) 보다 실질적으로 보다 크다는 것을 알 수 있다. 사실상, 이 실시예는 상단 표면 상의 채널 개구들의 실질적으로 균일한 분포를 예시한다. CIRP는 CIRP 표면들을 향해 90도로 지향되는 CIRP의 외측 부분 내의 복수의 채널들 (317), 및 데드 존과의 외측 부분의 계면에서 (상단 표면 상의 채널의 개구가 하단 표면 상의 동일한 채널의 개구보다 CIRP의 중심에 보다 가깝도록) 방사상으로 내향으로 지향되는 복수의 채널들 (315) 을 포함한다. 유사하게, CIRP의 내측 부분은 CIRP 표면들을 향해 90도로 지향되는 복수의 채널들 (321), 및 데드 존과의 내측 부분의 계면에서 (상단 표면 상의 채널의 개구가 하단 표면 상의 동일한 채널의 개구보다 CIRP의 중심으로부터 보다 멀도록) 방사상으로 외향으로 지향되는 복수의 채널들 (319) 을 포함한다. CIRP의 외측 부분은 제 2 전극에 이온 연통되지만, CIRP의 내측 부분은 애노드에 이온 연통된다. 일부 실시예들에서 데드 존 (CIRP의 중간의 이온 불투과성 부분) 과의 계면에서의 채널들은 오로지 외측 부분에서 내향으로 지향되지만 내측 부분에서 채널들은 수직으로 (90도 각으로) 지향될 수도 있다는 것을 유념하라. 다른 실시예들에서 데드 존 (CIRP의 중간의 이온 불투과성 부분) 과의 계면에서의 채널들은 오로지 내측 부분에서 외향으로 지향되지만 외측 부분에서 채널들은 모두 수직으로 지향될 수도 있다.

제공된 장치들의 부가적인 피처들

일부 실시예들에서 웨이퍼의 표면 근방에서 전해액의 크로스-플로우를 제공하는 매니폴드를 가진 제 1 구성 또는 제 2 구성을 가진 장치를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 매니폴드는 WLP 피처 또는 TSV 피처와 같은 상대적으로 큰 리세스된 피처들 내에서 전기도금하는데 특히 유리하다. 이들 실시예들에서 장치는 CIRP와 웨이퍼 사이에 배치된 플로우 성형 엘리먼트를 포함할 수도 있고, 플로우 성형 엘리먼트는 웨이퍼 기판의 표면과 실질적으로 평행한 크로스-플로우를 제공한다. 예를 들어 플로우 성형 엘리먼트는 크로스-플로우가 플레이트 내의 개구를 향해 지향되는 것을 지시하는 오메가 형상의 플레이트일 수도 있다. 이러한 구성의 단면도는, 전해액이 웨이퍼의 도금 면과 실질적으로 수직인 방향으로 CIRP (306) 에 들어가는 것, 및 CIRP를 나간 후에 전해액의 플로우가 벽에 의해 방해되기 때문에, 웨이퍼의 도금 면과 실질적으로 평행한 방향으로 크로스-플로우가 유도되는 것을 도시하는, 도 3d에 예시된다. 기판의 표면과 실질적으로 평행한 방향으로의 기판의 중심을 통한 전해액의 측방향 플로우가 달성된다. 일부 실시예들에서, 크로스-플로우는 목표된 각 위치에서 (예를 들어, 실질적으로 개구의 바로 맞은편) 기판의 표면과 실질적으로 평행한 방향으로 캐소드액을 주입함으로써 더 유도된다. 이 실시예는 CIRP와 기판 사이의 좁은 갭 내로 측방향으로 캐소드액을 주입하는 주입 매니폴드 (350) 를 예시하는 도 3e에 예시된다. 본 명세서에 제공된 실시예들과 조합하여 사용될 수 있는 웨이퍼 표면에 전해액의 크로스-플로우를 제공하기 위한 크로스-플로우 매니폴드들 및 플로우 성형 엘리먼트들은 전체가 참조로서 본 명세서에 인용되는, 2014년 8월 5일에 허여된 발명의 명칭이 "Control of Electolyte Hydrodynamics for Efficient Mass Transfer Control during Electroplating"인 Mayer 등에 의한 미국 특허 제 8,795,480 호, 및 2013년 11월 28일에 공개된 발명의 명칭이 "Cross Flow Manifold for Electroplating Apparatus"인, Abraham 등에 의한 미국 특허 공개 제 2013/0313123 호에서 상세히 기술된다.

일부 실시예들에서, 제 2 구성에서, 2차 전극 챔버는 도금 용기의 캐소드액 격실과 애노드액 격실을 분리하는 맴브레인 바로 위의 도금 용기의 주변 둘레에 배치된다. 일부 실시예들에서, 이 맴브레인을 홀딩하고 2차 전극 챔버의 벽들을 규정하는 장치의 부분은 하나의 통합된 부분이다. 이 부분의 예는 상부에 캐소드액 격실과 애노드액 격실을 분리하는 맴브레인이 장착되는, 일반적으로 원형 중심 지지부 (413) 를 도시하는 도 4에 예시된다. 주변 둘레에 그리고 원형 중심 지지부 (413) 위에, 일반적으로 환형 맴브레인 지지부 (425) 에 의해 분리된 2개의 일반적으로 환형 캐비티들 (421 및 441) 이 있다. 외측 캐비티 (421) 는 유체 도관 (441) 으로부터 지지부 (425) 에 장착된 이온-투과성 맴브레인에 의해 분리되는 제 2 전극 챔버 (상단으로부터 도시된 부분을 커버해야 하는 제 2 전극과 CIRP는 도시되지 않음) 이다. CIRP가 도시된 부분 위에 배치될 때, 그리고 2차 전극 챔버/캐비티 (421) 내에 있는 환형 전극 위의 영역 내에 CIRP 홀들이 없기 때문에, 시스템은 도금 전류가 2차 전극 챔버 (421) 로부터 지지부 (425) 에 장착된 맴브레인을 통해 측방향으로 유체 도관 (441) 으로 그리고 이어서 유체 도관 (441) 과 동일한 반경에 위치된 CIRP 홀들을 통해 상향으로 흐르도록 구성된다. 제 2 전극이 애노드 또는 캐소드의 역할을 하는 지의 여부에 따라, 전류는 웨이퍼 기판으로 또는 웨이퍼 기판로부터 챔버 내외로 흐를 것이다.

일부 실시예들에서, 제 2 전극 챔버 (521) 및/또는 유체 챔버 (541) (제 1 구성 또는 제 2 구성에서) 는 챔버들 각각으로 적합한 전해액을 전달하도록 구성된 하나 이상의 전용 세척 채널들을 통해 세척된다. 전해액의 조성은 전기도금 챔버의 캐소드액 격실 내의 캐소드액의 조성과 동일하거나 상이할 수도 있다. 도 5는 세척 채널들을 예시하는, 제 2 구성의 장치의 부분의 단면도를 도시한다. 이들 실시예들에서 2차 전극 (523) 은 2차 전극 챔버 (521) 내에 배치된 환형 바디를 갖는다. 2차 전극 챔버 (521) 는 맴브레인 지지부 (525) 에 장착된 이온 투과성 맴브레인에 의해 유체 도관 (541) 으로부터 분리된다. CIRP (519) 는 CIRP (519) 가 2차 전극 챔버 (521) 와 유체 도관 (541) 양자를 커버하도록 도금 장치 위에 배치된다. 그러나, 이 구성에서 CIRP의 외측 부분은 전류가 2차 전극 챔버 (521) 로부터 도금 용기의 캐소드액 부분 내로 직접 흐를 수 없지만, 유체 도관 (541) 을 통해 맴브레인을 통과한 후에만 흐를 수 있도록 차단된다. 세척 채널 (531) 은 2차 전극 챔버 (521) 로 전해액을 전달한다. 2차 전극이 애노드일 때, 전달된 전해액으로부터의 이온들은 이어서 지지부 (525) 를 통해 장착된 맴브레인을 통해 유체 도관 (541) 을 통해 그리고 상향으로 CIRP (519) 를 통해 기판으로 통과할 수 있다. 일부 실시예들에서 세척 전해액의 플로우는 CIRP 아래에서 모일 수도 있는 버블들을 배출하도록 2차 전극 위로 지향된다.

일부 실시예들에서 2차 전극 챔버는 버블들을 제거하기 위한 시스템을 포함한다. 이러한 시스템은 특히 2차 전극이 불활성 2차 애노드일 때 유용하다. 버블들을 제거하기 위한 시스템을 포함하는 장치의 부분은 도 6의 단면도에 예시된다. 엘리먼트들은 도 5에 도시된 엘리먼트들과 유사하게 라벨링된다 (labeled). 장치의 동작 동안 버블들은 CIRP 바로 아래에 모일 수도 있고, 도금 용기의 외부 상의 버블-수용 단부와, 2차 전극 챔버 (621) 의 상단 부분을 연결하는 채널 (633) 을 통해 제거된다고 예상된다.

일부 실시예들에서 (특히 2차 전극이 방위각으로 비대칭일 때), 방위각 균일도를 부가적으로 제어하기 위한 3차, 별도로 제어 가능한 전극이 부가될 수도 있다. 3차 전극은 장치의 제 1 구성과 제 2 구성 양자와 함께 사용될 수도 있다. 제 2 구성에서 3차 전극은 3차 전극에 의해 방향 전환되고 그리고/또는 공여된 전류가 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통과하지만 애노드액 격실과 캐소드액 격실을 분리하는 맴브레인을 통과하지 않도록 바람직하게 배치된다. 적합한 3차 전극들은 이전에 참조로서 인용된, 2014년 10월 14일에 허여된 발명의 명칭이 "Electroplating Apparatus for Tailored Uniformity Profile"인 Mayer 등에 의한 미국 특허 제 8,858,774 호에 기술된 것들과 같은, 방위각으로 비대칭이고 세그먼트화된 애노드들, 캐소드들 및 애노드-캐소드들을 포함한다.

상기에 언급된 바와 같이, 장치의 제 1 구성 및 제 2 구성 양자에서, 2차 전극 (예를 들어, 애노드, 캐소드, 또는 애노드-캐소드) 은 이온-투과성 맴브레인에 의해 기판 및 캐소드액 격실로부터 분리될 수도 있다. 불활성 2차 애노드가 사용될 때, 맴브레인은 기판과 가까운 2차 애노드로부터의 버블들의 이송을 방지할 수 있다. 예를 들어, 불활성 애노드를 가진 제 2 구성에서, 2차 전류가 한정될 때, 맴브레인은 2차 불활성 애노드에서 생성된 버블들이 CIRP의 주변 구역 아래에 들어가는 것을 방지한다. 다른 실시예들에서, 맴브레인은 사용되지 않고, 버블들을 제거하는 다른 방법들이 채용된다. 예를 들어, 장치는 버블 이동과 반대인 방향으로 (예를 들어, CIRP의 주변을 향하고 기판으로부터 멀어지는 방향으로) 전해액의 강한 플로우를 제공하도록 구성될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 맴브레인 대신에, 장치는 CIRP 및/또는 기판으로부터 멀어져서 버블들을 지향시킬 불활성 애노드 가까이에 경사진 표면을 가진 지향 부재를 포함할 수도 있다. 활성의 (소모성) 2차 애노드가 채용될 때, 활성의 애노드와 캐소드액 챔버 사이의 이온 투과성 맴브레인은 입자들이 2차 애노드 챔버로부터 캐소드액 챔버로 이송되는 것을 방지하는데 유용하다. 다른 실시예들에서, 맴브레인 대신에, 전해액의 고 외향으로-지향된 플로우는 입자들이 기판의 표면에 도달하는 것을 방지하도록 사용될 수도 있다. 전해액은 전해액이 펌프를 통해 그리고 이어서 입자들을 제거하도록 구성되는 필터를 통해 통과한 후에 도금 욕으로 회수된다.

연산 모델링

본 명세서에 제공된 장치들을 사용한, 전기도금의 방사상 불균일도의 개선은 연산 모델링에 의해 입증되었고, 상이한 전기도금 장치들 내에 증착된 구리에 대한 계산된 방사상 두께 프로파일들을 도시하는 도 7에 예시된다. 연산 모델들에서 구리는 직경에 있어서 300 ㎜보다 보다 작은 웨이퍼에 최적화된 원형 실드를 가진 300 ㎜ 직경을 가진 웨이퍼 상에 전기도금된다. 모델링 결과들은 종래의 장치 (커브 (a)), 제 1 구성을 가진 장치 (커브 (b)), 및 제 2 구성을 가진 장치 (커브 (c)) 에 대해 도시되고, 모든 경우들에서 장치들은 크로스-플로우 매니폴드를 구비한다.

종래의 장치는 이온-선택적 맴브레인에 의해 캐소드액 격실과 애노드액 격실로 분리된 도금 챔버, 애노드액 격실 내에 배치된 애노드, 캐소드액 격실 내에 배치된 CIRP 및 CIRP 아래에 배치된 환형 실드를 포함하고, 환형 실드는 274 ㎜의 내측 개구의 직경을 갖는다. 애노드의 직경 및 CIRP의 직경은 웨이퍼 기판의 직경과 실질적으로 동일하다. 2차 애노드는 종래의 장치를 위한 모델에서 사용되지 않는다. 모델에 따라, 300 ㎜ 웨이퍼의 반경을 따른 도금된 구리의 두께가 도시된다. 종래의 장치에서 웨이퍼 반경의 약 115 내지 150 ㎜에서 도금된 구리의 두께는 오버실딩 (overshielding) 때문에 실질적으로 감소된다는 것을 커브 (a) 로부터 알 수 있다.

연산 모델에서 사용된 제 1 구성의 장치는 종래의 장치와 동일하지만 도금 챔버의 주변 둘레에 원격으로 배치된 2차 애노드 챔버 내의 2차 애노드를 포함하고 제 2 애노드에 의해 공여된 전류가 CIRP 또는 도금 챔버의 애노드액 부분과 캐소드액 부분을 분리하는 맴브레인을 통과하지 않도록 도금 챔버의 캐소드액 격실과 유체적으로 연통된다. 1차 애노드, CIRP, 및 환형 실드의 사이즈는 종래의 장치를 위한 이전 모델과 동일하다. 전기도금 동안, 총 전력의 약 5 내지 15 %가 2차 애노드에 인가된다. 약 115 내지 140 ㎜의 방사상 위치들에서의 두께 균일도는 커브 (a) 와 비교하여 실질적으로 개선되고, 단지 에지 구역 근방에서 (140 내지 150 ㎜) 도금의 두께는 이 모델에서 증가된다는 것을 커브 (b) 로부터 알 수 있다.

이 구성에서 사용된 제 2 구성의 장치는 종래의 장치와 동일하지만 도금 챔버의 주변 둘레에 원격으로 배치된 2차 애노드 챔버 내의 2차 애노드를 포함하고 제 2 애노드에 의해 공여된 전류가 CIRP의 외측 부분을 통과하도록 도금 챔버의 캐소드액 격실과 유체적으로 연통된다. 2차 애노드로부터의 전류는 도금 챔버의 애노드액 부분과 캐소드액 부분을 분리하는 맴브레인을 통과하지 않을 것이다. 이 구성에서 기판의 주변을 실딩하는 환형 실드는 이 모델에서 사용되지 않지만, 애노드를 하우징하는 도금 챔버는 1차 애노드의 사이즈와 유사한, 약 274 ㎜로 사이즈가 감소된다. 이 모델에서 CIRP는 3개의 부분들을 포함한다: 1차 애노드로부터의 전류를 통과시키기 위해 구성된 내측 부분은 약 274 ㎜의 직경을 갖고, 데드 존은 약 2 ㎜의 환형의 폭을 갖고, 그리고 2차 애노드로부터 전류를 통과시키기 위해 구성된 외측 부분은 약 8 mm의 환형의 폭을 갖는다. 전기도금 동안 총 전력의 5 내지 15 %가 2차 애노드에 인가된다. 두께 균일도가 커브 (a) 및 커브 (b) 양자와 비교하여 실질적으로 개선된다는 것을 커브 (c) 로부터 알 수 있다.

방법

발명의 일 양태에서, 리세스된 피처들의 상이한 분포를 가진 반도체 웨이퍼들과 같은 이종 기판들 상에 금속을 도금하기 위한 전기도금 방법이 제공된다. 이러한 방법들 중 일 방법은 도 8에 도시된 프로세스 흐름도에 예시된다. 프로세스는 2차 애노드를 가진 장치 (예를 들어, 본 명세서에 기술된 제 1 구성 또는 제 2 구성을 가진 장치) 내로 기판을 제공함으로써 801에서 시작된다. 동작 803에서 금속은 2차 애노드에 전력을 제공하는 동안 기판 상에 전기도금된다. 전기도금 동안 기판은 네거티브로 바이어스되고 회전된다. 일부 실시예들에서 2차 애노드에 제공된 전력은 전기도금 동안 동적으로 가변된다. 전기도금이 완료된 후에, 제 2 이종 웨이퍼는 805에서 장치 내에 제공된다. 다음에, 동작 807에서 금속은 전력이 2차 애노드에 제공되는 동안 제 2 웨이퍼 상에 도금된다. 일부 실시예들에서, 제 2 웨이퍼 상의 전기도금 동안 2차 애노드에 제공된 전력은 제 1 웨이퍼에 제공된 전력과 상이하고 그리고/또는 전력은 제 1 웨이퍼 기판 상의 도금 동안과는 상이하게 전기도금 동안 동적으로 조절된다. 일부 실시예들에서, 전력은 선택된 웨이퍼들의 전기도금 동안에만 2차 애노드에 제공된다. 예를 들어, 제 1 웨이퍼의 전기도금 동안 2차 애노드에 전력을 인가하는 것은 필수적이지 않을 수도 있지만, 제 2 웨이퍼 상의 전기도금 동안, 2차 애노드에 전력이 인가될 수도 있다.

2차 애노드에 제공된 전력의 동적 제어는 다양한 형태들을 가질 수 있다. 예를 들어, 2차 애노드에 제공된 전력은 전기도금 동안 점진적으로 감소 또는 증가될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 2차 애노드에 대한 전력은 예를 들어, 전기도금의 미리 결정된 두께에 대응하는, 미리 결정된 시간 후, 턴 오프 또는 턴 온될 수도 있다. 최종적으로, 1차 애노드 전류 및 2차 애노드 전류 양자는 고정된 비로 그리고 일제히 변화할 수 있다.

방법이 2차 애노드들의 사용에 제한되지 않고 유사하게 본 명세서에 기술된 바와 같이 임의의 2차 전극을 사용하여 채용될 수 있다는 것이 이해된다. 일부 실시예들에서, 2차 전극은 방위각으로 대칭이고 전기도금은 이온 전류의 실질적으로 방위각으로 대칭인 분포를 발생시킨다. 다른 실시예들에서, 2차 전극은 방위각으로 비대칭이거나, 세그먼트화되고, 그리고 방법은 기판 상의 선택된 방위각 위치들이 목표된 바와 같이, 보다 많거나 보다 적은 이온 전류를 수용하도록, 기판 회전과 협력하여 2차 전극 (또는 세그먼트화된 전극의 상이한 섹션들) 에 전력을 인가하도록 구성된다.

다른 실시예들에서, (제 1 장치 구성 또는 제 2 장치 구성에서) 방위각으로 비대칭인 2차 전극은 실질적으로 방위각으로 대칭인 전류 수정을 제공하도록 사용될 수 있고 주로 방사상 도금 균일도를 수정하도록 사용된다. 이들 방법들에서, 전력이 방위각으로 비대칭인 전극에 (예를 들어, C-형상의 애노드에) 인가되는 동안, 기판은 통상적으로 (예를 들어, 적어도 분당 100 회전의) 매우 고 레이트로 회전된다. 실질적으로 일정한 고 회전 레이트로, 심지어 방위각으로 비대칭인 2차 전극이 사용될 때에도, 기판은 일반적으로 도금 전류의 주로 방위각으로 대칭인 정정을 겪을 것이다.

방위각 균일도

이전에 언급된 바와 같이, 방위각 균일도는 방위각으로 비대칭이거나 세그먼트화된 2차 전극을 사용하여 그리고 웨이퍼의 회전과 협력해서 전극 또는 전극의 개별 세그먼트들을 에너자이징함으로써 조절될 수 있다.

일부 실시예들에서, 방위각 균일도는 이온 불투과성 방위각으로 비대칭인 부분 (예를 들어, 홀들이 없거나 차단된 홀들을 가진 부분) 을 가진 방위각으로 비대칭인 CIRP 또는 방위각으로 비대칭인 실드들을 사용함으로써 조절될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 기판의 회전 레이트는 웨이퍼 상의 선택된 방위각 위치가 CIRP의 이온 불투과성 부분 위 또는 실드 위를 지나갈 때 변화되고 (예를 들어, 기판이 보다 느리게 회전함), 이로써 실드된 영역 내의 선택된 방위각 위치에 대한 증가된 체류 시간을 발생시킨다. 방위각으로 비대칭인 실드들 및 방위각으로 비대칭인 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 사용은 이전에 참조로서 인용된, 2014년 10월 14일에 허여된 발명의 명칭이 "Electroplating Apparatus for Tailored Uniformity Profile"인 Mayer 등에 의한 미국 특허 제 8,858,774 호에 기술된다.

방위각으로 비대칭인 CIRP의 일 예의 평면도는 도 9에 도시된다. CIRP (901) 는 홀들이 차단되거나 부재한, 방위각으로 비대칭인 부분 (903) 을 갖는다. 이 실시예는 본 명세서에 나타낸 장치의 제 1 구성 및 제 2 구성 양자에서 사용될 수 있다. 제 2 구성에서 사용될 때, CIRP는 또한 2차 전극 및 1차 애노드로부터 이온 플로우들을 분리하는 이온 불투과성 데드 존을 포함할 것이다.

제어기

일부 구현예들에서, 제어기는 상술한 실례들의 일부일 수 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은, 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이러한 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치에 통합될 수도 있다. 전자장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부품들을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 1차 애노드, 2차 전극, 및 기판으로의 전력의 전달의 파라미터들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스를 제어하도록 프로그램될 수도 있다. 특히, 제어기는 전력 인가의 타이밍, 인가된 전력의 레벨 등에 대한 인스트럭션들을 제공할 수도 있다.

일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고 인스트럭션들을 발행하고 동작을 제어하고 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드포인트 측정들을 인에이블하는 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSP), ASIC (application specific integrated circuit) 으로서 규정되는 칩들 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.

제어기는, 일부 구현예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 되는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해서 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 가능하게 하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안에 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정한, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 이 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성된 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 제어기는 예를 들어 서로 네트워킹되어서 함께 공통 목적을 위해서, 예를 들어 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 위해서 협력하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는, (예를 들어, 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 수 있다.

비한정적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (physical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (chemical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, ALD (atomic layer deposition) 챔버 또는 모듈, ALE (atomic layer etch) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제조 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 다른 제어기 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.

대안적인 실시예들

2차 전극들의 사용이 전기도금 장치들을 참조하여 예시되었지만, 일부 실시예들에서 동일한 개념들이 전해 에칭 장치와 전해 폴리싱 장치에 적용될 수 있다. 이들 장치들에서 애노드(들)의 극성과 캐소드(들)의 극성은 전기도금 장치와 비교해 볼 때 반전된다. 예를 들어, 전기도금 장치의 1차 애노드는 기판이 포지티브로 바이어스되는 동안, 전해 에칭 장치의 1차 캐소드의 역할을 하고, 그리고 메인 애노드의 역할을 한다. 이들 실시예들에서, 기판들로부터 금속을 전기 화학적으로 제거하기 위한 장치가 제공되고, 장치는 피처들의 방사상 분포의 차이들을 가진 개별 기판들을 수용하도록 장치 하드웨어를 변화시키지 않고 프로세싱 이종 기판들을 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서 장치는 기계적 및 전기 화학적 금속 제거의 조합에 의존할 수도 있고, 그리고 전해 에칭 장치 및 전해 폴리싱 장치를 포함한다.

일부 실시예들에서 기판 상의 금속을 전기 화학적으로 제거하기 위한 장치 (예를 들어, 전해 에칭 장치 또는 전해 폴리싱 장치) 가 제공되고, 장치는: (a) 전해액을 담도록 구성된 챔버로서, 챔버는 캐소드액 격실 및 애노드액 격실 (애노드의 역할을 하는 포지티브로 바이어스된 기판을 하우징하는 실을 지칭하는 애노드액 격실) 을 포함하고, 애노드액 격실 및 캐소드액 격실은 이온-투과성 맴브레인에 의해 분리되는, 챔버; (b) 전기 화학적 제거 동안 애노드액 격실 내에서 포지티브로 바이어스된 기판을 홀딩하도록 구성된 기판 홀더; (c) 챔버의 캐소드액 격실 내에 배치된 1차 캐소드; (d) 이온-투과성 맴브레인과 기판 홀더 사이에 배치된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로서, 전기 화학적 제거 동안 엘리먼트를 통해 이온 이송을 제공하도록 구성되는, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트; 및 (e) 기판으로 전류를 공여하고 그리고/또는 기판으로부터의 전류를 방향 전환하도록 구성된 2차 전극으로서, 2차 전극은 공여되고 그리고/또는 방향 전환된 전류가 애노드액 격실 및 캐소드액 격실을 분리하는 이온-투과성 맴브레인을 넘어가지 않도록 배치되고, 2차 전극은 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통해 전류를 공여하고 그리고/또는 방향 전환하도록 배치되는, 2차 전극을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에서 애노드로 바이어스된 기판으로부터 금속을 전기 화학적으로 제거하는 방법이 제공되고, 방법은: (a) 기판의 표면으로부터 금속을 전기 화학적으로 제거하기 위해 구성된 장치 내로 기판을 제공하는 단계; 및 (b) 2차 전극 및 1차 캐소드에 전력을 제공하는 동안, 포지티브로 바이어스된 기판으로부터 금속을 전기 화학적으로 제거하는 단계를 포함하고, 장치는: (i) 전해액을 담도록 구성된 챔버로서, 챔버는 캐소드액 격실 및 애노드액 격실을 포함하고, 애노드액 격실 및 캐소드액 격실은 이온-투과성 맴브레인에 의해 분리되는, 챔버; (ii) 금속의 전기 화학적 제거 동안 애노드액 격실 내에서 기판을 홀딩하도록 구성된 기판 홀더; (iii) 챔버의 캐소드액 격실 내에 배치된 1차 캐소드; (iv) 이온-투과성 맴브레인과 기판 홀더 사이에 배치된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로서, 전기 화학적 금속 제거 동안 엘리먼트를 통해 이온 이송을 제공하도록 구성되는, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트; 및 (v) 기판으로 이온 전류를 공여하고 그리고/또는 기판으로부터의 이온 전류를 방향 전환하도록 구성된 2차 전극으로서, 2차 전극은 공여되고 그리고/또는 방향 전환된 이온 전류가 애노드액 격실 및 캐소드액 격실을 분리하는 이온-투과성 맴브레인을 넘어가지 않도록 배치되고, 2차 전극은 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통해 이온 전류를 공여하고 그리고/또는 방향 전환하도록 배치되는, 2차 전극을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에서 포지티브로 바이어스된 기판으로부터 금속을 전기 화학적으로 제거하기 위한 장치가 제공되고, 장치는 (a) 전해액을 담도록 구성된 챔버로서, 챔버는 캐소드액 격실 및 애노드액 격실을 포함하고, 애노드액 격실 및 캐소드액 격실은 이온-투과성 맴브레인에 의해 분리되는, 챔버; (b) 전기 화학적 금속 제거 동안 애노드액 격실 내에서 포지티브로 바이어스된 기판을 홀딩하도록 구성된 기판 홀더; (c) 도금 챔버의 캐소드액 격실 내에 배치된 1차 캐소드; (d) 이온-투과성 맴브레인과 기판 홀더 사이에 배치된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로서, 전기 화학적 금속 제거 동안 엘리먼트를 통해 이온 이송을 제공하도록 구성되는, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트; 및 (e) 기판으로 이온 전류를 공여하고 그리고/또는 기판으로부터의 이온 전류를 방향 전환하도록 구성된 2차 전극으로서, 2차 전극은 공여되고 그리고/또는 방향 전환된 이온 전류가 애노드액 격실 및 캐소드액 격실을 분리하는 이온-투과성 맴브레인을 넘어가지 않고 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 넘어가지 않도록 배치되는, 2차 전극을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에서 애노드로 바이어스된 기판으로부터 금속을 전기 화학적으로 제거하는 방법이 제공되고, 방법은: (a) 애노드로 바이어스된 기판으로부터 금속을 전기 화학적으로 제거하기 위해 구성된 장치 내로 기판을 제공하는 단계; 및 (b) 2차 전극 및 1차 캐소드에 전력을 제공하는 동안, 포지티브로 바이어스된 기판으로부터 금속을 전기 화학적으로 제거하는 단계를 포함하고, 장치는: (i) 전해액을 담도록 구성된 챔버로서, 챔버는 캐소드액 격실 및 애노드액 격실을 포함하고, 애노드액 격실 및 캐소드액 격실은 이온-투과성 맴브레인에 의해 분리되는, 챔버; (ii) 금속 제거 동안 애노드액 격실 내에서 기판을 홀딩하도록 구성된 기판 홀더; (iii) 챔버의 캐소드액 격실 내에 배치된 1차 캐소드; (iv) 이온-투과성 맴브레인과 기판 홀더 사이에 배치된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로서, 금속의 전기 화학적 제거 동안 엘리먼트를 통해 이온 이송을 제공하도록 구성되는, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트; 및 (v) 기판으로 이온 전류를 공여하고 그리고/또는 기판으로부터의 이온 전류를 방향 전환하도록 구성된 2차 전극으로서, 2차 전극은 공여되고 그리고/또는 방향 전환된 이온 전류가 애노드액 격실 및 캐소드액 격실을 분리하는 이온-투과성 맴브레인을 넘어가지 않고 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 넘어가지 않도록 배치되는, 2차 전극을 포함한다.

Claims

기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치에 있어서,
상기 전기도금 장치는,
(a) 전해액을 담도록 구성된 도금 챔버로서, 상기 도금 챔버는 캐소드액 격실 및 애노드액 격실을 포함하고, 상기 애노드액 격실 및 상기 캐소드액 격실은 이온-투과성 맴브레인에 의해 분리되는, 상기 도금 챔버;
(b) 전기도금 동안 상기 캐소드액 격실 내에서 상기 기판을 홀딩하도록 구성된 기판 홀더;
(c) 상기 도금 챔버의 상기 애노드액 격실 내에 배치된 1차 애노드;
(d) 상기 이온-투과성 맴브레인과 상기 기판 홀더 사이에 배치된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로서, 전기도금 동안 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통해 이온 이송을 제공하도록 구성되는, 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트; 및
(e) 상기 기판으로 도금 전류를 공여하고 (donate) 그리고/또는 상기 기판으로부터의 도금 전류를 방향 전환하도록 구성된 2차 전극으로서, 상기 2차 전극은 상기 공여되고 그리고/또는 방향 전환된 도금 전류가 상기 애노드액 격실 및 상기 캐소드액 격실을 분리하는 상기 이온-투과성 맴브레인을 넘어가지 않도록 배치되고, 상기 2차 전극은 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통해 도금 전류를 공여하고 그리고/또는 방향 전환하도록 배치되는, 상기 2차 전극을 포함하고,
상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 외측 이온 투과성 부분, 내측 이온 투과성 부분, 및 중간의, 이온 불투과성 부분을 포함하고, 상기 전기도금 장치는 상기 내측 이온 투과성 부분이 아닌, 상기 외측 이온 투과성 부분을 통해 상기 2차 전극으로부터 도금 전류를 공여하고 그리고/또는 도금 전류를 상기 2차 전극으로 방향 전환하도록 구성되는, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 2차 전극은 상기 기판으로 도금 전류를 공여하도록 구성된 방위각으로 대칭인 애노드인, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 1차 애노드는 상기 기판의 도금 면의 직경 또는 폭보다 보다 작은 직경 또는 폭을 갖는, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 1차 애노드를 하우징하는 상기 도금 챔버의 일부분은 상기 기판의 도금 면의 직경 또는 폭보다 보다 작은 직경 또는 폭을 갖는, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 2차 전극은 상기 도금 챔버의 주변 둘레에서, 2차 애노드 실 내에 배치되는, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치.
제 2 항에 있어서,
2차 애노드 실은 이온-투과성 맴브레인에 의해 상기 캐소드액 격실로부터 분리되는, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 2차 전극은 소모성 애노드인, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 2차 전극은 구리를 포함하는 소모성 애노드인, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 2차 전극은 불활성 애노드인, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치.
삭제
제 2 항에 있어서,
상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 10 ㎜ 이하의 갭에 의해 상기 기판의 도금 면으로부터 분리되는, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치.
제 11 항에 있어서,
갭으로 흐르는 전해액을 도입하기 위한 상기 갭에 대한 유입부 및 상기 갭을 통해 흐르는 전해액을 수용하기 위한 상기 갭에 대한 유출부를 더 포함하고, 상기 유입부 및 상기 유출부는 상기 기판의 도금 면의 방위각으로 반대되는 주변 위치들에 근접하게 배치되고, 상기 유입부 및 상기 유출부는 상기 갭에서 전해액의 크로스-플로우를 생성하도록 구성되는, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 2차 전극은 2차 애노드 실 내에 배치되고,
상기 전기도금 장치는 상기 2차 애노드 실 내에서 상기 2차 전극을 세척하기 (irrigate) 위한 하나 이상의 채널들을 포함하는, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 2차 전극은 2차 애노드 실 내에 배치되고,
상기 전기도금 장치는 상기 2차 애노드 실로부터 버블들을 수집하고 제거하기 위한 하나 이상의 채널들을 포함하는, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 방위각으로 비대칭이고 상기 도금 전류로 하여금 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통과하게 하지 않는 방위각으로 비대칭으로 배치된 부분을 포함하는, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 상기 중간의, 이온 불투과성 부분은 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 반대 측면 상에서보다 상기 기판에 가장 가까운 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 측면 상에서 보다 작은 표면을 갖는, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전기도금 장치는 전기도금 동안 상기 2차 전극을 동적으로 제어하도록 구성되는, 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 전기도금 장치.
캐소드로 바이어스된 기판 상에 금속을 전기도금하는 방법에 있어서,
상기 방법은,
(a) 전기도금 장치 내로 상기 기판을 제공하는 단계; 및
(b) 2차 전극 및 1차 애노드에 전력을 제공하는 동안 상기 기판 상에 상기 금속을 전기도금하는 단계를 포함하고,
상기 전기도금 장치는: (i) 전해액을 담도록 구성된 도금 챔버로서, 상기 도금 챔버는 캐소드액 격실 및 애노드액 격실을 포함하고, 상기 애노드액 격실 및 상기 캐소드액 격실은 이온-투과성 맴브레인에 의해 분리되는, 상기 도금 챔버; (ii) 전기도금 동안 상기 캐소드액 격실 내에서 상기 기판을 홀딩하도록 구성된 기판 홀더; (iii) 상기 도금 챔버의 상기 애노드액 격실 내에 배치된 상기 1차 애노드; (iv) 상기 이온-투과성 맴브레인과 상기 기판 홀더 사이에 배치된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로서, 전기도금 동안 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통해 이온 이송을 제공하도록 구성되는, 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트; 및 (v) 상기 기판으로 도금 전류를 공여하고 그리고/또는 상기 기판으로부터의 도금 전류를 방향 전환하도록 구성된 상기 2차 전극으로서, 상기 2차 전극은 상기 공여되고 그리고/또는 방향 전환된 도금 전류가 상기 애노드액 격실 및 상기 캐소드액 격실을 분리하는 상기 이온-투과성 맴브레인을 넘어가지 않도록 배치되고, 상기 2차 전극은 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통해 도금 전류를 공여하고 그리고/또는 방향 전환하도록 배치되는, 상기 2차 전극을 포함하고,
상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 외측 이온 투과성 부분, 내측 이온 투과성 부분, 및 중간의, 이온 불투과성 부분을 포함하고, 상기 전기도금 장치는 상기 내측 이온 투과성 부분이 아닌, 상기 외측 이온 투과성 부분을 통해 상기 2차 전극으로부터 도금 전류를 공여하고 그리고/또는 도금 전류를 상기 2차 전극으로 방향 전환하도록 구성되는, 캐소드로 바이어스된 기판 상에 금속을 전기도금하는 방법.
제 18 항에 있어서,
(c) 상기 기판 상에 금속을 전기도금한 후에, 상기 전기도금 장치 내에서 어떠한 기계적 실드들 (mechanical shields) 도 교체하지 않고, 기판보다 제 2 기판의 외측 부분 내에 리세스된 피처들의 상이한 분포를 갖는 상기 제 2 기판 상에 금속을 전기도금하는 단계를 더 포함하는, 캐소드로 바이어스된 기판 상에 금속을 전기도금하는 방법.
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애노드로 바이어스된 기판으로부터 금속을 전기 화학적으로 제거하기 위한 장치에 있어서,
상기 장치는,
(a) 전해액을 담도록 구성된 챔버로서, 상기 챔버는 캐소드액 격실 및 애노드액 격실을 포함하고, 상기 애노드액 격실 및 상기 캐소드액 격실은 이온-투과성 맴브레인에 의해 분리되는, 상기 챔버;
(b) 전기 화학적 금속 제거 동안 상기 애노드액 격실 내에서 상기 기판을 홀딩하도록 구성된 기판 홀더;
(c) 상기 챔버의 상기 캐소드액 격실 내에 배치된 1차 캐소드;
(d) 상기 이온-투과성 맴브레인과 상기 기판 홀더 사이에 배치된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로서, 전기 화학적 금속 제거 동안 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통해 이온 이송을 제공하도록 구성되는, 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트; 및
(e) 상기 기판으로 이온 전류를 공여하고 그리고/또는 상기 기판으로부터의 이온 전류를 방향 전환하도록 구성된 2차 전극으로서, 상기 2차 전극은 상기 공여되고 그리고/또는 방향 전환된 이온 전류가 상기 애노드액 격실 및 상기 캐소드액 격실을 분리하는 상기 이온-투과성 맴브레인을 넘어가지 않도록 배치되고, 상기 2차 전극은 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통해 이온 전류를 공여하고 그리고/또는 방향 전환하도록 배치되는, 상기 2차 전극을 포함하고,
상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 외측 이온 투과성 부분, 내측 이온 투과성 부분, 및 중간의, 이온 불투과성 부분을 포함하고, 상기 장치는 상기 내측 이온 투과성 부분이 아닌, 상기 외측 이온 투과성 부분을 통해 상기 2차 전극으로부터 이온 전류를 공여하고 그리고/또는 이온 전류를 상기 2차 전극으로 방향 전환하도록 구성되는, 애노드로 바이어스된 기판으로부터 금속을 전기 화학적으로 제거하기 위한 장치.