KR102583188B1 - 전기도금 셀 내에서의 균일한 플로우 거동을 위한 방법 - Google Patents

Abstract

웨이퍼 상에 금속 층을 디포지션하기 위한 장치들 및 방법들이 제공된다. 보조 위어가 주 위어 아래의 영역에 위치하여서 전기도금 동안에 주 위어를 오버플로우한 도금 용액이 실질적으로 방위각적으로 균일하게 유동한다. 도금 용액이 주 위어를 오버플로우하고, 이미 오버플로우한 도금 용액과 접촉하면서 머무르며 보조 위어 상으로 유동하며 이로써 오버플로우가 실질적으로 방위각적으로 균일하게 되면서 웨이퍼 프로세스들 간에서 플로우 레이트를 증가시킴으로써 웨이퍼들을 전기도금하는 방법들이 제공된다.

Description

전기도금 셀 내에서의 균일한 플로우 거동을 위한 방법{Method for uniform flow behavior in an electroplating cell}

또한 "전기도금" 또는 "전기디포지션 (electrodeposition)" 으로 알려진, 웨이퍼 상으로 금속을 디포지션하는 것은 때로 집적 회로 또는 반도체 디바이스를 제조할 시에 중요한 단계이다. 전기도금 프로세스를 겪는 기판들은 300 mm 웨이퍼들 및 450 mm 웨이퍼들을 포함한다. 때로 집적 회로 내에서 디바이스 배선을 위해서 구리가 반도체 웨이퍼들 상에 도금된다.

전기도금 셀들은 금속 전해질이 웨이퍼 상으로 디포지션되는 도금 용액을 제공하기 위해서 전기도금 프로세스들에서 사용된다. 전기도금 셀은 벽들을 갖는 챔버, 웨이퍼 지지부, 애노드 영역, 도금 용액 영역, 이러한 영역들을 분리하는 멤브레인, 다양한 유입구들 및 도금 용액 회수 영역을 포함하여 몇 개의 컴포넌트들을 가질 수 있으며, 도금 용액 회수 영역에서 넘친 도금 용액이 회수되어서 여과, 재순환 및 도금 용액으로 재도입된다.

현대의 웨이퍼 전기도금 프로세싱에서, 웨이퍼 상의 디포지션된 금속 층의 품질은 주요한 관심사항이다. 전기도금 프로세스에서, 균일하고 디펙트가 없는 웨이퍼가 요구되는데, 피트들, 돌출부들 및 입자들과 같은 디포지션된 금속 막 상의 디펙트들은 웨이퍼 성능을 저하시키고 자주 수율을 떨어뜨린다.

웨이퍼 상에 금속을 디포지션하는 장치들 및 방법들이 본 명세서에서 기술된다. 장치들은 웨이퍼 상에 실질적으로 디펙트가 없으며 균일한 금속 층을 전기도금하기 위한 도금 셀을 포함하며, 이 도금 셀은 전기도금 동안에 반도체 웨이퍼를 홀딩하고 반도체 웨이퍼를 도금 용액 내로 침지하도록 구성된 웨이퍼 홀더; 전기도금 동안에 전기도금 셀을 통해서 유동하는 도금 용액을 수용하기 위한 유입구; 전기도금 동안에 유동하는 도금 용액을 제거하기 위한 유출구; 및 챔버 벽을 포함한다. 챔버 벽은 주 위어 (primary weir) 및 보조 위어 (secondary weir) 를 포함하며, 주 위어는 챔버 벽의 상단 표면 상에 있으며, 도금 용액은 전기도금 동안에 유출구를 나가기 이전에 주 위어를 오버플로우하며, 보조 위어는 주 위어 아래의 영역에 위치하며, 보조 위어에서 오버플로우한 도금 용액이 모이며 주 위어를 오버플로우한 도금 용액과 접촉하면서 유지되며, 이로써 도금 용액은 실질적으로 방위각적으로 균일한 방식으로 주 위어를 오버플로우한다.

다양한 실시예들에 따라서, 도금 셀은 전기도금 동안에 애노드를 지지하기 위한 영역을 더 포함한다. 일부 실시예들에 따라서, 도금 셀은 캐소드 영역을 더 포함하며, 애노드를 지지하기 위한 영역은 분리된 애노드 챔버이다. 일부 실시예들에서, 캐소드 영역과 분리된 애노드 챔버는 멤브레인에 의해서 분리된다. 일부 실시예들에 따라서, 보조 위어 및 주 위어는 단일체 구조물의 각 부분이다.

일부 실시예들에서, 보조 위어 및 주 위어는 동일한 단일체 구조물의 일부가 아니다. 이 구현예의 다양한 실시예들에서, 보조 위어는 탄성체를 포함한다.

다양한 실시예들에서, 보조 위어는 주 위어로부터 10 밀리미터보다 작게 떨어진 위치에 위치하며, 위치는 주 위어의 상단과 보조 위어의 상단 간의 거리에 의해서 측정된다. 일부 실시예들에서, 보조 위어는 주 위어로부터 약 1 밀리미터 내지 약 4 밀리미터 떨어진 위치에 위치한다.

일부 실시예들에 따라서, 보조 위어는 상단으로부터 하단까지가 약 1 밀리미터 내지 약 2 밀리미터로 측정되는 모우트 (moat) 를 구획한다. 다양한 실시예들에서, 모우트는 부분적으로 챔버 벽에 의해서 구획된다. 제 1 경사부 (slope) 가 주 위어를 모우트에 연결하며, 제 2 경사부가 모우트를 보조 위어에 연결한다. 모우트의 베이스 (base) 는 수평 형상으로 되어 있거나 모우트의 베이스 (base) 는 커브 형상으로 되어 있다.

도금 셀은 또한 도금 용액 플로우 레이트가 반도체 웨이퍼를 전기도금하는 동작과 후속하는 반도체 웨이퍼를 전기도금하는 동작 간에서 증가되도록 도금 셀 내의 도금 용액 플로우 레이트를 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 도금 셀은 전기도금 동안에 약 2 내지 약 30 리터/분인 전해질 볼륨상의 플로우 레이트를 수용하도록 구성될 수 있다.

방법들은 도금 셀 내에서 웨이퍼들 상에 금속 층들을 전기도금하는 것을 수반하며, 이 방법은 도금 용액으로 제 1 반도체 웨이퍼를 전기도금하는 동안에 제 1 플로우 레이트로 도금 셀에 도금 용액을 유동시키는 단계; 제 1 반도체 웨이퍼를 도금 용액으로부터 제거하는 단계; 제 1 반도체 웨이퍼를 전기도금한 후에 제 2 플로우 레이트로 도금 용액 플로우를 증가시키는 단계; 도금 용액의 플로우 레이트를 약 제 1 플로우 레이트로 감소시키는 단계; 및 유동하는 도금 용액과 제 2 반도체 웨이퍼를 접촉시키는 동안에 제 2 반도체 웨이퍼를 전기도금하는 단계를 포함한다. 도금 용액은 주 위어를 넘어서 주 위어 아래의 영역에 위치한 보조 위어로 유동하며, 보조 위어에서 오버플로우한 도금 용액이 모이며 주 위어를 오버플로우한 도금 용액과 접촉하면서 유지되며, 이로써 도금 용액이 주 위어를 넘어 유동하는 오버플로우 (overflow) 는 실질적으로 방위각적으로 균일하다.

일부 실시예들에 따라서, 이 방법은 도금 용액을 유동시키기 이전에, 반도체 웨이퍼 상의 진입 지점을 향해서 반도체 웨이퍼를 기울이는 단계; 및 반도체 웨이퍼의 진입 지점을 향해서 약 0.15°보다 작은 각도로 도금 셀을 기울이는 단계를 더 포함한다.

다양한 실시예들에 따라서, 제 1 플로우 레이트는 약 2 L/min 내지 약 20 L/min이다. 다양한 실시예들에서, 도금 용액은 약 20 초 동안 제 2 플로우 레이트로 유동된다. 실례로서, 제 2 플로우 레이트는 제 1 플로우 레이트보다 약 1.2 배 내지 약 5 배 크다. 일부 실시예들에서, 도금 용액의 상단 표면의 중앙으로부터 150 밀리미터 지점에서 도금 용액은 제 2 플로우 레이트로 유동하면서 약 5 초보다 작은 기간에 주 위어를 오버플로우한다. 달리 말하면, 도금 용액은 약 5 초보다 작은 기간에 약 50 mm의 거리에 걸쳐서 방사상으로 유동할 수 있다.

상기 보조 위어 및 주 위어는 단일체 구조물의 각 부분이다. 일부 실시예들에서, 보조 위어는 주 위어로부터 10 밀리미터보다 작게 떨어진 위치에 위치하며, 위치는 주 위어의 상단과 보조 위어의 상단 간의 거리에 의해서 측정된다. 일부 실시예들에서, 보조 위어는 주 위어로부터 약 1 밀리미터 내지 약 4 밀리미터 떨어진 위치에 위치한다.

다양한 실시예들에서, 보조 위어 및 주 위어는 동일한 단일체 구조물의 일부가 아니다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 보조 위어는 탄성체를 포함한다.

다양한 실시예들에 따라서, 보조 위어는 상단으로부터 하단까지가 약 1 밀리미터 내지 약 3 밀리미터로 측정되는 모우트 (moat) 를 구획한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 모우트는 부분적으로 챔버 벽에 의해서 구획된다.

이러한 그리고 다른 양태들이 도면들을 참조하여서 이하에서 더 기술된다.

도 1a는 수평상태 (level) 전기도금 셀의 위어 벽 웨팅 (weir wall wetting) 의 측면 뷰 및 유체 오버플로우 (overflow) 거동의 상단 뷰의 개략적 예시도들이다.
도 1b는 경사진 상태 (tilted) 전기도금 셀의 위어 벽 웨팅 (weir wall wetting) 의 측면 뷰 및 유체 오버플로우 거동의 상단 뷰의 개략적 예시도들이다.
도 2a는 개시된 실시예들에 따른 전기도금 셀의 경사진 측단면도이다.
도 2b는 개시된 실시예들에 따른 전기도금 셀의 일부의 측단면도이다.
도 3a는 개시된 실시예들에 따른 수평상태 (level) 전기도금 셀의 위어 벽 웨팅 (weir wall wetting) 의 측면 뷰 및 유체 오버플로우 거동의 상단 뷰의 개략적 예시도들이다.
도 3b는 개시된 실시예들에 따른 경사진 상태 (tilted) 전기도금 셀의 위어 벽 웨팅 (weir wall wetting) 의 측면 뷰 및 유체 오버플로우 거동의 상단 뷰의 개략적 예시도들이다.
도 4a는 개시된 실시예들에 따른 위어 벽을 비교하는 개략적 예시도들이다.
도 4b는 개시된 실시예들에 따른 전기도금 셀의 측단면도이다.
도 4c는 개시된 실시예들에 따른 전기도금 셀의 일부의 측단면도이다.
도 5는 개시된 실시예들에 따른 전기도금 셀의 일부의 측단면도이다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른 모우트들 (moats) 의 측면도들이다.
도 7은 표준 전기도금 셀들과 개시된 실시예들 간의 버블 제거 시간들에 대한 실험적 데이터를 비교한 그래프이다.
도 8은 전기도금 셀의 상단 뷰의 개략적 예시도이다.
도 9a는 표준 전기도금 셀들과 개시된 실시예들 간의 버블 제거 시간들에 대한 실험적 데이터를 비교한 그래프이다.
도 9b는 개시된 실시예들에서의 버블 제거 시간들에 대한 실험적 데이터를 비교한 그래프이다.
도 10은 표준 수평상태 전기도금 셀들과 개시된 실시예들에 대한 버블 궤적들의 상단 뷰의 개략적 예시도이다.
도 11은 표준 경사진 상태 전기도금 셀들과 개시된 실시예들에 대한 버블 궤적들의 상단 뷰의 개략적 예시도이다.
도 12는 개시된 실시예에 따른 전기도금 프로세스들에 대한 프로세스 흐름도이다.
도 13은 다양한 실시예들을 실시하는데 사용될 수 있는 전기도금 장치의 개략적 예시도이다.
도 14는 다양한 실시예들을 실시하는데 사용될 수 있는 전기도금 장치의 개략적 예시도이다.

다음의 설명에서, 다수의 특정 세부사항들이 제공된 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 개시된 실시예들은 이러한 특정 세부사항들 전부 또는 일부 없이도 실시될 수 있다. 다른 실례들에서, 잘 알려진 프로세스 동작들은 개시된 실시예들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 하기 위해서 세부적으로는 기술되지 않았다. 개시된 실시예들이 특정 실시예들과 관련되게 기술되지만, 이는 개시된 실시예들을 한정하는 것으로 해석되지 말아야 함이 이해될 것이다.

집적 회로들의 제조는 때로 전기도금 셀 내에서 웨이퍼 또는 기판을 전기도금하는 것을 수반한다. 또한 "전기디포지션"으로 알려진 전기도금은 웨이퍼 상에 금속 층을 디포지션하는 것을 수반할 수 있다. 전기도금 셀은 웨이퍼 지지부, 애노드 영역, 도금 용액 영역, 이러한 영역들을 분리하는 멤브레인, 멤브레인을 고정하는 애노드 프레임, 도금 용액 또는 애노드 전해질 용액을 유동시키기 위한 다양한 유입구들, 도금 욕 내의 도금 용액이 넘치는 챔버 벽, 및 외측 벽에 의해서 둘러싸인 넘친 도금 용액 회수 영역을 포함하는 몇몇 컴포넌트들을 가질 수 있다. 본 개시의 목적을 위해서, 도금 용액 영역은 또한 "캐소드 챔버"로 지칭될 수 있으며 도금 용액은 도금 용액 영역 내의 유체를 말하며 때로 "도금 욕"으로 지칭된다. 이와 대조하여, "도금 욕 저장부"는 도금 용액이 저장되어서 여과되고 도금 용액 영역으로 순환되는 저장부를 말한다.

일반적으로, 구리와 같은 금속의 웨이퍼 상으로의 전기디포지션은 전해질 도금 용액의 도금 욕으로 충진된 챔버 내에 애노드 및 웨이퍼 (캐소드) 를 위치시키고 이 용액 내의 금속 이온들이 웨이퍼 상으로 도금되도록 전류를 인가함으로써 발생한다. 전기도금 동안에, 도금 용액은 도금 욕 내로 연속하여서 흐르며 도금 용액은 또한 "위어"로 지칭되는 챔버 벽의 상단 표면을 넘쳐서 회수 영역으로 낙하한다. 이어서, 회수된 넘친 도금 용액은 도금 용액 저장부로 복귀하여서 여과되고 도금 욕으로 다시 들어가도록 재순환된다.

수많은 전기도금 셀들은 챔버 벽의 내측 표면과 챔버 벽의 상단 표면이 약 90 도 각도로 만나거나 챔버 벽의 외측 표면과 챔버 벽의 상단 표면이 약 90 도 각도로 만나거나 또는 이 둘이 모두 되도록 챔버 벽들을 갖는다. 일부 전기도금 셀들은 또한 상단 표면이 약 90 도로 외측 표면과 만나는 수평 컴포넌트, 및 챔버의 중앙을 향해서 수평 컴포넌트로부터 하향으로 경사진 내측 경사진 컴포넌트를 가지며, 상기 챔버 벽의 중앙은 90 도보다 큰 각도로 이 내측 벽과 만나는 챔버 벽들을 갖는다.

전기도금의 일 목적은 웨이퍼 상에 실질적으로 균일한 금속 층들을 디포지션하는 것이다. 도금 욕 외부로 도금 용액의 균일한 오버플로우는 균일한 디포지션을 촉진시킨다. 또한, 균일한 오버플로우는 도금 욕으로부터 디펙트-유발 컴포넌트들의 신속한 제거를 용이하게 할 수 있다. 균일한 오버플로우가 관찰되는 전기도금 셀에서, 디펙트-유발 입자들, 버블들, 및 다른 파편이 챔버 벽의 위어를 넘쳐서 회수 영역으로 들어가도록 실질적으로 방위각적으로 균일한 방향들로 방사상으로 유동시킴으로써 도금 욕을 나갈 수 있다. 360 도 방사상 플로우가 적절하게 높은 속도로 (예를 들어서, 도금 욕 표면 상의 내부 위치로부터 위어로 유동하기 위한 약 5 초 이하) 발생할 때에 양호한 결과들이 달성된다.

균일한 오버플로우를 낳는 현 방법은 전기도금 셀을 기울이는 것을 포함한다. 웨이퍼 상의 지점들이 때로, 1 시 위치, 2 시 위치, 3 시 위치, 4 시 위치, 5 시 위치, 6 시 위치, 7 시 위치, 8 시 위치, 9 시 위치, 10 시 위치, 11 시 위치 및 12 시 위치가 존재하도록, 시계 (clock) 상의 위치들에 따라서 지정된다. 도금 용액으로 채워진 전기도금 챔버의 상단-뷰로부터의 대응하는 지점들도 또한, 웨이퍼 상의 1 시 위치가 챔버의 원주 상의 1 시 위치와 대응하고, 웨이퍼 상의 2 시 위치가 챔버의 원주 상의 2 시 위치와 대응하고, 이렇게 계속 되도록 동일한 방식을 따른다. 본 개시의 목적을 위해서, 경사진 웨이퍼의 진입은 웨이퍼가 6 시 위치에서 하향으로 기울어지고 처음으로 6 시 위치에서 조금 욕으로 들어가도록 6 시 위치에서 일어난다.

웨이퍼의 진입 위치가 먼저 전해질 도금 욕에 담궈지게 웨이퍼를 기울이는 것은 웨이퍼가 도금 용액 내로 하강할 때에 웨이퍼 아래에서 트랩되는 버블들을 감소 또는 제거하는 것으로 사료된다. 웨이퍼가 전해질 도금 욕 내로 들어가는 도금 욕의 부분에서의 도금 용액이 이 영역에서 플로우 속도를 증가시키도록 진입 지점을 향해서 전기도금 셀을 기울이는 것도, 웨이퍼를 도금 용액 내로 하강시킬 때에 입자들 또는 버블들을 신속하게 신속하게 급속 배출 (flushing out) 함으로써 도금 용액 내에서 이러한 입자들 또는 버블들을 감소 또는 제거하는 것으로 사료된다.

수평화 (leveling) 도 유체가 챔버의 에지들에 걸쳐서 균일하게 유동하도록 전기도금 셀이 중력의 방향에 대해서 실질적으로 수직으로 되도록 웨이퍼 디펙트들을 최소화하고 균일한 오버플로우를 산출하는데 사용되는 다른 방법이다. 전기도금 셀을 수평화하기 위해서 조절이 이루어지기 전에 전기도금 셀이 모니터링되고 평가된다. 다양한 다른 실시들 또는 이러한 실시들의 임의의 조합이 웨이퍼들 상에 보다 균일한 전기디포지션을 달성하기 위해서 사용되어왔다.

도금 용액이 균일하게 넘치고 있는지를 평가하기 위해서, 다양한 방법들이 채용될 수 있다. 오버플로우 성능의 품질을 평가하는 일 방법은 버블 제거 테스트이다. 버블 제거 테스트의 일 구현예에서, 버블이 도금 용액의 표면 상의 지점에 위치되며 이 표면 상의 버블에 의해서 취해진 궤적이, 버블이 위어 벽을 넘어서 전기도금 셀을 나가는데 걸리는 시간이 기록되면서, 모니터링된다. 버블들이 챔버 벽의 상단 표면 근처의 다양한 위치들에, 예를 들어서 도금 욕의 표면 상에서 6 시 위치 또는 12 시 위치에서의 지점에 배치될 수 있다. 버블 제거 테스트는 도금 욕의 표면의 중앙으로부터 약 150 밀리미터의 도금 욕의 표면 상의 각 지점 (1 시 위치, 2 시 위치, 등) 에 버블들을 배치하는 것을 수반할 수 있다. 각 버블의 플로우 경로는 이 지점에서의 유체의 국부적 거동에 의해서 지배되며 이동하는 버블의 경로 및 버블이 챔버로부터 제거되는 시간을 평가하기 위해서 관측이 이루어진다. 다수의 경우들에서, 오버플로우가 실질적으로 방위각적으로 균일하도록 버블들이 사전규정된 시간 내에 챔버 벽으로의 방사상 궤적을 따르는 것이 요망된다. 오직 예를 들어서, 3 시 위치에서 도금 챔버 내의 도금 용액의 표면의 중앙으로부터 150 mm 위치에 분사된 버블은 분사 시로부터 약 5 초보다 작은 시간에 3 시 위치에서 위어를 오버플로우해야 한다. 버블이 나가는데 요망된 시간은 전기도금 셀마다 또는 도금 용액에 의해서 변할 수 있다. 구리를 웨이퍼 상에 도금하기 위한 일부 도금 셀들에서, 버블이 챔버를 나가는데 요망된 시간은 약 3 초 내지 약 5 초일 수 있다. 이어서, 버블 테스트 결과들이 도금 셀 또는 도금 셀의 컴포넌트들이 저 디펙트 도금을 위한 버블 제거의 궤적 및 타이밍 명세사항들을 만족시키기 위해서 세밀한 튜닝 수평화와 같은 조절을 필요로 하는지의 여부를 판정하는데 사용될 수 있다.

일 문제는 동일한 하드웨어를 포함하는 전기도금 셀들에 대해 유체 거동 패턴들을 재현하는 수평화가 어려울 수 있거나 심지어 불가능하다는 것이다. 웨이퍼 하강 이전에 상술한 기울이기 방법은 웨이퍼가 처음으로 도금 용액으로 들어가는 구역에서 보다 우선적인 버블 제거 시간들을 획득하고자 시도하도록 구현되었다. 그러나, 매 전기도금 셀이 오버플로우 경로들에서의 차이를 보이기 때문에, 수평화는 각 디포지션 시에 각 셀에 대해서 수행되어야 한다. 장치가 유사한 방식으로 셋업된다해도, 버블 제거 성능은 똑같이 될 수 없는데, 이는 재현되지 않는 버블 제거 성능을 유발하는 다른 효과가 수평화 이외에 존재한다는 것을 제시한다. 수평상태의 전기도금 셀들에서도, 유체 오버플로우는 반드시 균일할 필요는 없을 수 있다. 일부 위치들에서의 일부 버블들은 방사상 궤적을 따르며 허용가능한 시간 내에 위어를 오버플로우할 수 있지만, 다른 버블들은 방사상 궤적을 따르지 않으거나 시간 명세사항들을 만족시키는 것을 실패하거나 이 모든 경우가 될 수도 있으며 이는 불만족스러운 유체 플로우 성능을 말한다.

표준 전기도금 셀의 위어를 유체가 어떻게 오버플로우하는지를 면밀히 분석하면, 유체 거동에서 예기치 않는 결과들을 볼 수 있다. 수평상태의 전기도금 셀들에서 도금 용액은 챔버의 중앙으로부터 가장 단거리를 통해서 챔버의 에지에 이르도록 방사상으로 유동할 것으로 예상된다. 그러나, "젖은 (wet)" 영역 및 "마른 (dry)" 영역의 존재는 관찰되었으며 이는 유체 플로우 성능이 불규칙적이 되도록 위어 벽 습윤 현상을 낳는다. 일부 경우들에서, 버블은 간단히 챔버 벽의 "젖은" 영역을 향해서 비방사 방향으로 이동하며 스트림라인과 만나서 이 구역에서 나간다. 챔버 벽의 "젖은" 외측 영역과 연관된 위어 영역들로부터 충분하게 떨어진 일부 버블들은 원으로 움직이며 국부 영역에서 매우 느리게 이동하며/하거나 위어에 도달하여서 챔버를 나간다.

도 1a는 수평상태의 전기도금 셀 내에서의 챔버의 2 개의 뷰들을 도시한다. 도 1aa은 챔버 벽 (101) 의 상단 표면 또는 위어 (weir) (105) 근처의 외측 벽 영역 (103) 의 측면 뷰이다. 챔버 벽 (101) 의 중앙이 뷰어를 향해서 곡면화되어 있으며 챔버 벽 (101) 의 좌측 에지 및 우측 에지가 뷰어로부터 멀어지게 곡면화되어 있도록 챔버 벽 (101) 은 일 방위각적 위치로부터 보여진다. 챔버 벽 (101) 의 위어 (105) 에 도달한 도금 용액은 경로들 (107a, 107b, 109a, 109b, 109c, 109d, 109e, 109f, 또는 109g) 중 하나에서 스트림라인 내에 합류되기까지 이동하며 이 경로는 용액을 챔버 벽 (101) 위로 인출하여서 외측 영역 (103) 아래로 이동시킨다. 도시된 바와 같이, 표준 전기도금 셀들에서, 도금 용액은 챔버 벽 (101) 을 오버플로우하고 선호적으로 경로들 (107a, 107b, 109a, 109b, 109c, 109d, 109e, 109f, 및 109g) 아래로 선호적으로 이동하며 영역들 ( 111a 및 111b) 로는 전혀 이동하지 않는다. 이러한 나가는 경로의 오버플로우 거동은 "마른" 영역들 (111a 및 111b) 을 낳으며 이러한 영역들의 위치는 셀 간에서 재현되지 않는다. 영역들 (111a 및 111b) 과 같은 "마른" 영역 및 "젖은" 영역은 전체 챔버를 둘러서 챔버 벽 (101) 의 위어 (105) 근처에서 전체 외측 영역 (103) 에 걸쳐서 번갈아서 나타날 수 있다.

도 1ab는 이 현상의 다른 뷰를 도시한다. 도 1ab는 도금 용액으로 채워진 챔버를 갖는 수평상태의 표준 전기도금 셀의 상단 뷰이다. 도금 용액의 표면의 중앙으로부터 150 밀리미터의 1 시 위치, 2 시 위치 등 각각에서의 원주 경로 (121) 를 따르는 욕 표면 상에 위치한 도금 용액은 다양한 경로들을 이동하여서 챔버를 나간다. 예를 들어서, 10 시 위치, 11 시 위치, 12 시 위치 및 1 시 위치에서 위치한 도금 용액은 각기 경로들 (160, 161, 162, 및 151) 에서의 위어 (105) 를 넘어서 챔버 외부로의 방사상 오버플로우를 보인다. 5 시 위치 및 6 시 위치에서 위치한 도금 용액도 또한 각기 경로들 (155 및 156) 에서의 방사상 오버플로우를 보인다. 그러나, 7 시 위치, 8 시 위치, 및 9 시 위치에서 위치한 도금 용액은 경로 (156) 의 스트림라인에 합류하기까지 각기 랜덤 경로들 (157, 158, 159) 로 이동하여서, "마른" 영역 (111a) 을 낳는다. 또한, 2 시 위치, 3 시 위치, 및 4 시 위치에서 위치한 도금 용액은 경로 (155) 의 스트림라인에 합류하기까지 각기 랜덤 경로들 (152, 153, 154) 로 이동하여서, 다른 "마른" 영역 (111b) 을 낳는다. 도 1aa 및 도 1ab는 젖은 영역 및 마른 영역을 낳는 위어 오버플로우 불균일성의 일 실례를 예시한다. 다른 불균일한 분포들이 통상적으로 경험된다. 플로우 경로들은 원주 경로 (121) 를 따라서 버블들을 위치시키고 그들의 거동을 관찰함으로써 관측되었다.

보다 도전적인 문제가, 전기도금 셀들이 전기도금 프로세스 동안에 기울어지고 유사한 현상이 이러한 기울어진 상태의 표준 셀들에서 관찰되는 경우에 발생할 수 있다. 도 1b는 경사진 상태의 전기도금 셀 내의 챔버의 부분들의 2 개의 뷰들을 도시한다. 도 1ba은 챔버 벽 (101) 의 상단 표면 위어 (105) 근처의 외측 벽 영역 (103) 의 측면 뷰이다. 챔버가 챔버 벽 (101) 의 중앙 지점에서 뷰어를 향해서 경사지도록 뷰어를 향해서 경사져있다. 챔버 벽 (101) 은 챔버 벽 (101) 의 중앙이 뷰어를 향해서 곡면화되고 챔버 벽 (101) 의 우측 에지 및 좌측 에지가 뷰어로부터 멀어지게 곡면화되도록 일 방위각 위치로부터 보여지고 있다. 챔버 벽 (101) 의 위어 (105) 에 도달한 도금 용액은 경로들 (109a, 109b, 109c, 109d, 109e, 109f, 및 109g) 에서 스트림라인들에 합류하기까지 방향전환될 수 있다. 도 1a에 비교하면, 챔버가 기울어져 있기 때문에, 도시된 도면의 우측 에지 및 좌측 에지에서의 도금 용액은 경로들 중 (109a, 109b, 109c, 109d, 109e, 109f, 및 109g) 중 하나를 따를 수 있다는 것을 주목하자. 이러한 오버플로우 거동은 마른 영역들 (111c 및 111d) 을 낳는데 그 이유는 도금 용액이 (109a, 109b, 109c, 109d, 109e, 109f, 및 109g) 중 하나 아래로 우세적으로 넘치기 때문이다.

도 1bb는 경사진 챔버에서 이러한 현상의 다른 뷰를 도시한다. 도 1bb는 6 시 위치를 향해서 0.1 도보다 크게 경사진 전기도금 셀을 도시하며, 원주 경로 (121) 를 따라서 도금 용액의 표면의 중앙으로부터 150 밀리미터의 임의의 위치에서의, 임계 지점에서의 버블들 (또는 도금 욕 상의 임의의 표면 피처) 이 6 시 위치를 향해서 주로 중력에 의해서 끌리게 될 수 있다. 이는 특정하게 고유한 문제를 낳는데 그 이유는 10 시 위치, 11 시 위치, 12 시 위치, 1 시 위치 및 2 시 위치에 배치된 버블들이, 챔버를 떠나기 이전에, 각기 경로들 (180, 181, 182, 171, 및 172) 을 따라서 아래로 보다 더 긴 기간 동안에 보다 더 긴 거리에 걸쳐서 아래로 웨이퍼가 전기도금되고 있는 도금 용액의 중앙을 통해서 이동하기 때문이다.

표준 챔버 벽 에지의 프로파일 및 챔버의 재료의 소수성 성질은 챔버 벽 (101) 의 외측 영역 (103) 상에서의 이러한 불균일한 유체 거동을 촉진시킬 수 있다. 따라서, 현 전기도금 프로세스들은 디포지션된 웨이퍼에서의 디펙트들을 줄이도록 균일한 오버플로우 거동을 보이고자 노력하고 있다.

본 명세서에서는 실질적으로 디펙트가 없고 균일한 전기도금된 웨이퍼들을 산출하기 위한 장치들 및 방법들이 제공된다. 일반적으로, 개시된 실시예들은 주 위어 (primary weir) 아래의 영역에 위치한 보조 위어 (secondary weir) 를 포함하며, 이 경우에 도금 용액은 주 위어를 넘어서 도금 셀로부터 넘치고 이어서 주 위어와 보조 위어 간의 영역으로 가며 보조 위어를 넘어서 챔버 외측의 회수 영역으로 간다. 균일한 오버플로우 거동이 관측된다.

장치

본 명세서에서 개시된 다양한 장치는 넘치는 도금 용액이 먼저 주 위어를 넘어가고, 챔버 벽의 외측 영역에 인접한 보조 위어와 주 위어 간의 영역에서 모이며 이어서 보조 위어를 넘어서 챔버 외측의 회수 영역으로 유동하도록 챔버 벽의 주 위어 또는 상단 표면 아래의 영역에 위치한 보조 위어를 포함하는 전기도금 셀들을 수반한다. 보조 위어 사용은 수평상태 전기도금 셀 및 경사진 전기도금 셀 모두에 대해서 챔버 벽에 걸친 오버플로우 균일성을 실질적으로 개선한다.

보조 위어는 다양한 타입의 전기도금 셀들에서 구현될 수 있다. 도 2a는 주 위어 (205) 아래의 챔버 벽 (201) 의 외측 영역 (203) 상에 보조 위어 (270) 를 갖는 전기도금 셀 (200) 의 경사진 측단면도의 일 실례를 도시한다. 전기도금 셀 (200) 은 하나 이상의 전계 성형 인서트들 (240), 웨이퍼 표면을 향해서 상향으로 균일한 플로우를 촉진하기 위한 확산기 플레이트 (241), 애노드 영역 또는 애노드 챔버 (243), 캐소드 챔버 또는 도금 욕 영역 (245), 이러한 영역들을 분리하는 멤브레인 (247), 멤브레인 (247) 을 홀딩하는 애노드 챔버 프레임 (249), 도금 용액 또는 애노드 전해질 용액 (애노드액) 을 각기 유동시키기 위한 다양한 유입구들 (246a 및 246b), 도금 욕 영역 (245) 내의 도금 용액이 넘치는 챔버 벽 (201), 및 넘친 도금 용액 회수 영역 (248) 을 포함하는 몇몇 컴포넌트들을 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 확산기 플레이트 (241) 는 본 명세서에서 그 전체가 참조로서 인용되며 2008년 11월 7일에 출원된 미국 특허 출원 번호 12/291356 에 개시된 바와 같은 일련의 평행한, 비연통 홀들을 갖는 플로우 성형 요소이다. 도 2a는 전기도금 셀의 수많은 특징부들을 도시하였지만, 이들 중 오직 몇개만이 개시된 위어 설계와 직접적인 관련성을 갖는다. 따라서, 예를 들어서, 본 명세서에서 개시된 위어 벽 설계를 전기도금 셀은 도 2a에서 도시된 특징부들 중 일부, 예를 들어서 전계 성형 인서트들, 확산기 플레이트, 분리된 애노드 챔버 (해당 멤브레인 및 프레임을 가짐) 등을 포함할 필요가 없다.

도 2b는 도 2a의 전기도금 셀 (200) 의 측단면의 보다 확대도이다. 도 2a에서 예시된 바와 같이, 전기도금 셀 (200) 은 전계 성형 인서트들 (240), 확산기 플레이트 (241), 애노드 챔버 (243), 도금 욕 영역 (245), 애노드 챔버를 도금 욕 영역 (245) 으로부터 분리하는 멤브레인 (247), 멤브레인 (247) 위의 애노드 챔버 프레임 (249), 도금 용액 및 애노드 전해질 용액을 각기 유동시키기 위한 유입구들 (246a 및 246b) 을 포함한다. 여기서, 보조 위어 (270) 는 주 위어 (205) 바로 아래에서 챔버 벽 (201) 의 에지에서 구현된다. 도금 용액은 챔버 (200) 로부터 보조 위어 (270) 를 넘어서 회수 영역 (248) 으로 유동할 수 있다.

다양한 실시예들에서, 보조 위어는 주 위어의 정점 (apex) 에 근접한 도금 용액의 원주 링을 유지한다. 이는 주 위어의 정점을 바로 넘는 초기 수직 강하가 주 위어 근처의 챔버 벽의 외측 영역의 섹션을 따라서 연속적으로 젖은 상태로 유지되도록 보장하여서, 도금 셀의 상단을 나가는 유체가 방사상 궤적으로 그렇게 하도록 보장한다. 도 3a는 보조 위어를 갖는 수평상태의 전기도금 셀에 대한 도금 용액 유체 거동의 2 개의 뷰들을 도시한다. 도 3aa은 구현된 보조 위어 (370) 를 갖는 챔버 벽 (301) 의 주 위어 (305) 근처의 외측 영역 (303) 의 측면 뷰이다. 도금 용액 (322) 은 챔버 벽 (301) 의 주 위어 (305) 를 넘어서 보조 위어 (370) 의 표면 영역 (370a) 상으로 유동하며, 이 표면 영역 (370a) 에서 도금 용액은 보조 위어 (370) 를 오버플로우하여 외측 영역 (303) 상으로 아래로 또는 이를 지나서 유동하기 이전에 모인다. 도시된 바와 같이, 도금 용액은 경로들 (309a, 309b, 309c, 309d, 309e, 309f, 309g, 및 309h) 을 따라서 챔버의 외부로 균일하게 유동한다. 도 1aa과 비교하여서, 외측 영역 (303) 의 상단에 어떠한 "마른" 영역도 존재하지 않으며 경로들 (309) 은 주 위어 (305) 를 따라서 균일하게 분포된다.

도 3ab는 보조 위어를 갖는 수평상태의 전기도금 셀에서의 도금 용액 유체 플로우 거동의 상단 뷰이다. 도 1aa에서와 같이, 웨이퍼의 에지를 둘러서 위치한 도금 용액 요소들 (때로 원주 경로 (321) 를 따라서 1 시 위치, 2 시 위치, 3 시 위치, 4 시 위치, 5 시 위치, 6 시 위치, 7 시 위치, 8 시 위치, 9 시 위치, 10 시 위치, 11 시 위치, 및 12 시 위치 각각에서 도금 용액의 표면의 중앙으로부터 150 밀리미터에 배치된 버블들에 의해서 검사되는 바와 같음) 이 각기 균일한 방사상 경로들 (351, 352, 353, 354, 355, 356, 357, 358, 359, 360, 361, 및 362) 을 따라서 이동하여서 주 위어 (305) 에 배치된 지점으로부터 최단 배출 경로를 취하여서 도금 용액 외부로 직접적으로 나간다고 발견되었다.

동일한 효과가 경사진 전기도금 셀들에서도 도시된다. 일부 실험들에서, 이 효과는 약 0.15도까지의 상당한 경사를 갖는 셀들에서 유지되는데 그 이유는 표준 전기도금 셀들에서, 셀들이 0.1도를 넘어서 기울어지면, 중력이 유체를 하향으로 끌어당기기 시작하기 때문이다. 도 3b는 보조 위어를 갖는 경사진 전기도금 셀에 대한 도금 용액 유체 거동의 2 개의 뷰들을 도시한다. 도 3ba은 보조 위어 (370) 를 갖는 챔버 벽 (301) 의 주 위어 (305) 근처의 외측 영역 (303) 을 갖는 경사진 전기도금 셀의 측면 뷰이다. 도금 용액 (322) 은 챔버 벽 (301) 의 주 위어 (305) 를 넘어서 보조 위어 (370) 의 표면 영역 (370a) 상으로 유동하며, 이 표면 영역 (370a) 에서 도금 용액은 보조 위어 (370) 를 오버플로우하여 외측 영역 (303) 상으로 아래로 또는 이를 지나서 유동하기 이전에 모인다. 도시된 바와 같이, 도금 용액은 경로들 (309a, 309b, 309c, 309d, 309e, 309f, 309g, 및 309h) 을 따라서 챔버의 외부로 균일하게 유동한다. 방사상 오버플로우는 도 3aa에서 도시된 거동과 일관된다.

도 3bb는 보조 위어를 갖는 경사진 전기도금 셀에서의 도금 용액 유체 플로우 거동의 상단 뷰이다. 도 1ba에서와 같이, 버블들이 원주 경로 (321) 를 따라서 1 시 위치, 2 시 위치, 3 시 위치, 4 시 위치, 5 시 위치, 6 시 위치, 7 시 위치, 8 시 위치, 9 시 위치, 10 시 위치, 11 시 위치, 및 12 시 위치 각각에서 도금 용액의 표면의 중앙으로부터 150 밀리미터에 버블들이 배치된다. 이 버블들은 각기 균일한 방사상 경로들 (351, 352, 353, 354, 355, 356, 357, 358, 359, 360, 361, 및 362) 을 따라서 이동하여서 경사진 전기도금 셀에 있는 것에도 불구하고 주 위어 (305) 에 배치된 지점으로부터 최단 배출 경로를 취하여서 도금 용액 외부로 직접적으로 나간다고 발견되었다. 방사상 오버플로우는 여기에서도 도 3ab에 도시된 바와 같은 보조 위어를 갖는 수평상태 셀과 일관된다. 경로들은 도 3a에서의 수평상태 셀 및 도 3b에서의 경사진 셀 모두에서 동일한 패턴을 보인 것을 주목하자.

수평상태 전기도금 셀 및 경사진 전기도금 셀 모두에서, 보조 위어 (370) 자체가 균일하게 또는 비균일하게 도금 용액이 넘쳐서 유동할 수 있지만, 특정 이론에 매이지 않고서, 도금 셀에서의 유체의 궤적은 영향을 받지 않을 수 있는데, 그 이유는 보조 위어가 주 위어 (305) 아래에서 돌출되게 (at elevation) 위치하고 보조 위어 (370) 에서 유지된 볼륨의 존재는 유체가 초기에 주 위어 (305) 로부터 수직으로 떨어진, 주 위어 (305) 아래에서의 챔버 벽 (301) 의 외측 영역 (303) 의 연속적인 습윤을 보장하기 때문이다. "마른" 영역들은 외측 영역 (303) 의 상단 근처에서 발현될 가능성이 없으며 따라서 주 위어로부터의 균일한 방사상 오버플로우가 보장된다. 개시된 실시예들에서, 보조 위어 (305) 의 사용은 도금 용액 타입에 상관없이 도금 용액 플로우 거동을 개선할 수 있다. 다양한 실시예들에 따라서, 도금 셀들의 셋 업은 재현가능한 플로우 성능 및 감도를 셀 수평성, 위어 벽 편평성, 도금 용액에 걸친 공기유동, 및 소수성 또는 친수성일 수 있으며 감소 또는 제거될 수 있는 표면 마감물들과 같은 파라미터들에 전달하기 매우 용이할 수 있다.

다양한 보조 위어 설계가 구현될 수 있다. 보조 위어의 일 실례는 보조 위어와 주 위어가 단일체 구조물의 각 부분이 되도록 일체형 위어이다. 도 4a는 보조 위어를 포함하는 설계와 표준 전기도금 셀 챔버 벽 설계 간의 비교를 도시한다. 좌측은 챔버의 내측 부분 상에 경사진 에지 (431a) 및 위어 (405a) 의 상단에서의 수평 표면을 포함하는 표준 셀 챔버 벽 (401a) 을 도시하며, 위어 (405a) 의 수평 표면은 외측 챔버 벽 (403a) 과 90도로 만난다. 오버플로우 유체는 경사진 영역 (431a) 으로부터 위로 위어 (405a) 로 유동하여서 수직 외측 챔버 벽 (403a) 아래로 급하게 떨어진다. 특정 이론에 매이지 않고서, 이 설계는 챔버 벽 (401a) 의 외측 영역 (403a) 의 균일한 습윤을 촉진하지 않는다.

우측의 개략적 예시는 전기도금 챔버 상의 챔버 벽 (401) 의 일 구현예이다. 내측 경사부 (431) 는 곡진 에지에서 주 위어 (415) 를 만난다. 주 위어 (415) 는 외측 벽 (403) 의 아래로 경사진 상단 부분 (433) 을 만나며 이 경사진 상단 부분은 보조 위어 (470) 에 의해서 부분적으로 구획된 모우트 영역 (435) 을 형성한다. 보조 위어 (470) 의 상단은 곡면형이며 챔버 벽 (401) 의 외측 영역 (403) 과 만난다. 여기서, 오버플로우 유체는 내측 경사부 (431) 위로 유동하여서 주 위어 (415) 를 오버플로우하며 외측 경사부 (433) 를 아래로 슬라이딩하여서, 모우트 (435) 에서 모이며 보조 위어 (470) 를 오버플로우하여서 챔버 벽 (401) 의 외측 영역 (403) 아래로 유동한다. 주 위어 (415) 및 외측 경사부 (433) 는 모우트 (435) 에서 유체가 모이기 때문에 계속하여서 젖은 상태로 유지되며, 이로써 방위각적으로 균일한 유체 배출 경로들을 촉진한다.

도 4b는 전기도금 셀 (400) 내의 도 4a의 보조 위어 설계의 측단면도를 도시한다. 도 2a 및 도 2b의 셀과 유사하게, 전기도금 셀 (400) 은 보조 위어 (470), 주 위어 (415), 전계 성형 인서트들 (440), 확산기 플레이트 (441), 도금 용액 영역 (445), 멤브레인 (447), 애노드 챔버 (443) 및 오버플로우된 도금 용액 회수 영역 (448) 을 포함한다. 도금 용액은 도금 용액 유입구를 통해서 도금 용액 영역 (445) 내로 유동하고 주 위어 (415) 를 넘어서 보조 위어 (470) 로 유동하며 이어서 챔버 벽 (401) 의 외측 영역 (403) 아래로 유동하여서 도금 용액 회수 영역 (448) 에서 회수된다.

도 4c는 도 4a 및 도 4b의 보조 위어 설계의 측단면의 확대도들이다. 전기도금 셀 (400) 은 보조 위어 (470), 주 위어 (415), 전계 성형 인서트들 (440), 확산기 플레이트 (441), 도금 용액 영역 (445), 멤브레인 (447), 애노드 챔버 (443) 및 오버플로우된 도금 용액 회수 영역 (448) 을 포함한다. 도금 용액은 도금 용액 유입구를 통해서 도금 용액 영역 (445) 내로 유동하여 도금 용액 영역 (445) 을 채운다. 이어서, 도금 용액은 내측 경사부 (431) 위로 유동하여서 주 위어 (415) 를 넘어서 모우트 (435) 에서 모이며 보조 위어 (470) 를 오버플로우하며 이어서 챔버 벽 (401) 의 외측 영역 (403) 아래로 유동하여서 도금 용액 회수 영역 (448) 에서 회수된다.

단일체, 일체형 보조 위어들은 전기도금 셀 또는 장치의 챔버 벽들을 형성하는데 사용되는 임의의 적합한 재료로 이루어질 수 있다. 사용된 재료의 실례는 PET 또는 PET-P (polyethylene terephthalate), 폴리프로필렌 (polypropylene), PTFE (polytetrafluoroethylene) 과 같은 플라스틱 및 석영을 포함한다.

보조 위어의 다른 실례는 보조 위어가 이전에 설치된 전기도금 셀 내의 적합한 전기도금 챔버에 부착될 수 있는 현장 장착 키트 또는 교환가능한 컴포넌트이도록 보충형 보조 위어이다. 보충형 보조 위어는 자신이 부착되는 전기도금 셀의 타입에 따라서 크기 및 형상이 변할 수 있으며 맞춤 제작될 수 있다. 보충형 보조 위어들은 하드웨어를 사용하여서 보조 위어를 챔버의 위 및 상단에 핸들링 및 풀링하여서 보조 위어를 주 위어 바로 아래에서 지정된 위치에 위치시킴으로써 챔버에 부착될 수 있다. 도 5는 주 위어 (505) 아래의 위치에서 챔버 벽 (501) 의 외측 영역 (503) 상에 고정 및 실링된 보조체의 실례를 도시한다. 이 보조체는 모우트 (535), 상향 경사부 (537) 및 보조 위어 (570) 를 특징적으로 가지고 있다. 여기에서, 오버플로우 유체 (522) 는 주 위어 (505) 를 오버플로우하여서 챔버 벽 (503) 아래로 유동하며 모우트 (535) 에서 모이며 모우트를 채우며 상향 경사부 (537) 를 유동하여서 보조 위어 (570) 를 오버플로우하여서 챔버 벽 (503) 아래로 유동하여서 아래의 회수 영역 (548) 에서 회수된다.

보충형 보조 위어들은 임의의 탄성체 재료로 이루어질 수 있다. 적합한 탄성체 재료의 실례는 Viton®과 같은 고무 또는 상업적으로 입수가능한 탄성체 재료를 포함한다. 보충형 보조 위어들은 챔버의 외측 벽 상에 보조체를 챔버의 외측 벽 상 및 챔버의 외측 벽 상이 이미 부착된 임의의 다른 컴포넌트 주변에 고정하는데 적합한 재료로 이루어질 수 있다.

보조 위어의 다양한 설계 구현예들이 가능하다. 다음의 컴포넌트들은 그 형상이 변할 수 있다: 챔버 벽의 내측 벽으로부터 주 위어로의 임의의 경사부들, 주 위어, 주 위어와 모우트를 연결하는 임의의 경사부들, 모우트, 모우트와 보조 위어를 연결하는 임의의 경사부들 및 보조 위어.

대부분의 모우트들은 커브형, 샤프한 형상, 또는 수평형과 같은 전체적인 형상을 가질 수 있다. 모우트의 베이스는 도 4a 및 도 4b의 우측 도면에서 도시된 바와 같이 오버플로우 유체를 축적하도록 곡면형일 수 있다. 샤프한 형상의 모우트가 형성되며 이 경우에 주 위어로부터 모우트로의 경사부 및 보조 위어로부터 모우트로의 경사부는 일 지점에서 만난다. 모우트의 베이스는 도 5에서 도시된 바와 같이 수평형일 수 있다. 모우트의 베이스는 또한 텍스처링되거나 (textured) 추가 피처들을 포함할 수 있다.

경사진 표면들은 텍스처링되거나 평탄할 수 있으며 경사부 설계는 변할 수도 있다. 경사부들은 다양한 각도들로 주 위어와 보조 위어의 부분들과 만날 수 있다. 예를 들어서, 주 위어에서 모우트로의 경사부는 도 6에 도시된 바와 같이 0 내지 180 도 간의 임의의 각도로 모우트와 만날 수 있다. 개략적 예시는 주 위어들 (605), 보조 위어들 (670) 및 모우트들 (635) 를 도시한다. 좌측 상의 예시에서, 각도는 90 도보다 크며, 우측 상의 예시에서, 각도는 90 도보다 작다. 특정 실시예들에서, 경사부는 약 60 내지 90 도이다. 또한, 경사부는 표면이 곡지거나 패시트되도록 (facted) 주 위어에서 모우트로의 경로에 걸쳐서 변할 수 있다. 예를 들어서, 경사부는 특정 각도로 주 위어와 만나지만 상이한 각도로 모우트와 만나며 이로써 이 경사부의 표면은 평편하지 않고, 예를 들어서 곡면화된다.

주 위어의 상단 표면은 곡면화, 경사화 또는 평편화될 수 있다. 곡면진 상단 표면을 갖는 주 위어의 실례가 도 4a의 우측 예시에서 도시되며, 편평한 상단 표면을 갖는 주 위어의 실례가 도 5에 도시된다. 주 위어 상단 표면은 또한 경사져서, 주 위어의 상단 표면이 챔버 벽의 외측 표면을 향해서 아래로 경사지거나 반대로 될 수 있다.

일체형 보조 위어 및 보충형 보조 위어에 있어서, 보조 위어는 곡면화, 경사화 또는 평편화될 수 있다. 보조 위어는 도 4a의 우측 예시에서 도시된 바와 같이 곡면질 수 있다. 보조 위어는 또한 경사져서 보조 위어의 상단 표면이 챔버 벽의 외측 표면을 향해서 아래로 경사질 수도 있다. 수평형 보조 위어가 보조 위어의 상단이 단지 수평의 편평한 표면이 되도록 형성될 수 있다. 특정 실시예들에서, 보조 위어의 내측 벽 (챔버의 외측 벽을 마주보는 벽) 은 평균 0 내지 120 도 의 각도 (0 도는 수평임) 또는 약 45 내지 90 도의 각도를 가질 수 있다. 각도가 90 도 이상으로 근접하면, 보조 위어의 내측 벽은 적합한 거리만큼 챔버의 외측 벽으로부터 오프셋되어야 한다. 이 오프셋은 예를 들어서 모우트의 편평한 하단 부분을 사용하여서 달성될 수 있다.

이러한 구현예들 또는 임의의 다른 적합한 설계 구현예들의 임의의 조합이 개시된 실시예들에 따라서 사용될 수도 있다.

보조 위어의 치수들은 이 보조 위어가 구현되고 있는 전기도금 셀의 타입에 의존할 수 있다. 보조 위어 위치는 주 위어의 상단에서의 기준 점과 보조 위어의 상단에서의 기준 점을 사용하여서 측정된다. 보조 위어는 두 위어들의 기준 점들 간의 수직 거리가 약 10 mm 보다 작게 또는 약 1 내지 약 4 mm 가 되도록 주 위어 아래에 위치할 수 있다. 전술한 바와 같이, 보조 위어는 모우트가 챔버 벽과 보조 위어 간에서 형성되어서, 오버플로우된 유체가 이 모우트 내에서 머무르게 되도록 챔버 벽의 외측 영역에 인접하여서 위치할 수 있다. 보조 위어의 상단으로부터 유체가 초기에 주 위어를 오버플로우하는 챔버의 벽까지의 수평 거리는 설계 구현사항에 따를 수 있다. 보조 위어의 상단으로부터 챔버 벽까지의 거리는 약 3 내지 약 8 mm 일 수 있다. 모우트의 깊이는, 보조 위어의 상단과 모우트의 최저 위치 간의 수직 거리에 의해서 측정되며 약 1 내지 약 5 mm일 수 있다.

특정 실시예들에서, 보조 위어 이외에, 하나 이상의 추가 위어들이 사용될 수 있다. 예를 들어서, 삼중 위어 및 사중 위어가 전기도금 셀들에서 사용되어서 균일한 오버플로우 거동을 더 용이하게 할 수 있다.

실험

실험 1

버블 제거 테스트들이 수평상태 및 경사진 표준 전기도금 셀들 및 구현된 보충형 보조 위어를 갖는 수평상태 및 경사진 전기도금 셀들에 대해서 수행되었다. 사용된 표준 전기도금 셀들은 Lam Research Corp. 로부터 입수가능한 Lam SABRE® IRISCell 도금 시스템이었으며, 이는 셀이 2 개의 직교하는 축들 상에서 0.00 도로 수평상태에 있을 때에 이전에 버블 제거 테스트를 통과하지 못했다. 보조 위어들이 주 위어의 3 내지 4 mm 아래에서 배치되며, 수평 모우트는 보조 위어의 상단으로부터 2 mm 아래에 있다. 버블들이 도금 용액의 상단 표면 상에 배치되어서 300 mm 웨이퍼 상에 구리를 전기도금하는 전기도금 프로세스 동안에 복제될 유체 유동 성능을 테스트하였다. 버블들이 1 시 위치, 2 시 위치, 3 시 위치, 4 시 위치, 5 시 위치, 6 시 위치, 7 시 위치, 8 시 위치, 9 시 위치, 10 시 위치, 11 시 위치 및 12 시 위치에서, 도금 챔버 내의 도금 용액의 표면의 중앙으로부터 150 mm의 원주 거리에서 배치되었다. 경사진 웨이퍼들이 6 시 위치에서 도입되었다. 버블들이 일련의 실험들 각각에 대해서 관찰되었으며 버블이 위어를 넘어서 도금 용액으로부터 제거되거나 이를 나가는데 걸리는 시간이 기록되었다. 이 일련의 실험들의 결과들이 도 7에 도시된다. 도 7에서, 12 시 위치는 0 시 위치로 대체된다.

제 1 일련의 실험들이 수행되어서 수평상태 표준 전기도금 셀들에서의 유체 유동 거동을 관찰하였다. 결과들이 도 7에 도시되고 커브 (701) 로 표시된다. 도시된 바와 같이, 0 시 위치 내지 4 시 위치 및 11 시 위치에서 들어간 버블들의 제거 시간은 5 초보다 작은 제거 시간을 갖지만, 5 시 위치, 6 시 위치, 7 시 위치, 8 시 위치, 9 시 위치, 및 10 시 위치에서 들어간 버블들은 5초보다 큰 제거 시간을 가졌으며, 7 시 위치 버블이 챔버 벽의 에지를 나가는 시간은 29 초의 높은 시간에 달하였다. 이러한 높은 제거 시간은 버블들이 배치 지점으로부터 챔버의 에지로의 방사상 경로 대신에, 챔버를 떠나기 이전에 보다 길고 랜덤한 경로를 취하였음을 말한다.

제 2 일련의 실험들이 수행되어서 보충형 보조 위어를 갖는 수평상태 전기도금 셀들에서의 유체 유동 거동을 관찰하였다. 결과들이 도 7에 도시되며 커브 (702) 로 표현된다. 도시된 바와 같이, 모든 위치들에서 들어간 버블들의 제거 시간은 5 초보다 작은 제거 시간을 가졌다. 심지어 약 4 초에서 떠나는 가장 긴 시간을 취한 버블도 5 초보다 작은 시간에 표면을 떠났다. 시각적 관찰은 버블들이 배치 위치로부터 챔버 벽 에지까지 균일하게 방사상으로 외측으로 이동하였음을 확인하여 준다.

제 3 일련의 실험들이 수행되어서 0.1도 경사진 표준 전기도금 셀들에서의 유체 유동 거동을 관찰하였다. 결과들이 도 7에 도시되며 커브 (703) 로 표시되었다. 도시된 바와 같이, 1 시 위치 내지 8 시 위치에서 들어간 버블들의 제거 시간은 5 초보다 작은 제거 시간을 가졌지만, 0 시 위치, 9 시 위치, 10 시 위치, 및 11 시 위치에서 들어간 버블들은 챔버 벽을 떠나기 이전에 최대 30 초까지의 보다 긴 제거 시간을 보였다.

제 4, 제 5 및 제 6의 일련의 실험들이 수행되어서 보충형 보조 위어를 갖는 경사진 전기도금 셀들에서의 유체 유동 거동을 관찰하였으며, 여기서 경사진 각도는 각기 0.05도, 0.1도 및 0.15도로 6 시 진입 위치를 향하였다. 결과들이 도 7에 도시되며 각기 커브들 (704, 705, 및 706) 로 표시된다. 도시된 바와 같이, 모든 3 개의 일련의 실험들에 대해서 모든 위치에서 들어간 버블들의 제거 시간은 5 초보다 작았다. 대체적으로, 제거 시간 경향성은 모두가 0.1도 경사진 표준 전기도금 셀 결과들을 나타내는 커브 (703) 의 최저 제거 시간보다 일관되게 낮았음이 주목된다. 이러한 데이터로부터, 보조 위어들은 0.15도까지의 경사를 갖는 경사진 전기도금 셀들에 대해서 사용될 수 있으며, 예기치않게는 중력이 경사 지점을 향해서 유체를 끌어당기기 시작하기 이전에 표준 전기도금 셀들에서 이 대체적인 최대 각을 넘을 수 있다.

실험 2

버블 제거 테스트들이 수행되어서 보조 위어들을 갖는 다른 전기도금 셀들에서의 버블 제거 시간이 관찰되었다. 실험들은 Lam Research Corp로부터 입수가능한 Lam SABRE® NeXT 도금 시스템 상에서, HA Plus 화막물 (chemistry) 을 사용하여서 수행되었다. 도금 욕의 온도는 25 ℃로 설정되었다. 모든 측정치들 (measurements) 이 모든 도어들이 개방된 상태에서 셀들 2 및 3 에 대해서 "상단 햇들 (top hats)" 에서 취해졌다. 상단 햇들은 NeXT 셀들의 주변부 위에 위치하며 스플래시 가드 (splash guards) 로서 사용되며 도금 셀에 걸친 균일한 공기유동을 촉진한다. 도금이 셀 1에서 발생하였다. 도금 셀은 도금 셀의 각을 결정하도록 디지털 2 축 수평기 및 3점 접촉을 하는 주 위어 벽 상에 안착되게 설계된 도넛 링 형상의 수평기 픽스처를 사용하여서 셋업되었다. 펌프 유동이 초음파 플로우 미터를 사용하여서 전반에 걸쳐서 모니터링되었다.

도 8은 이 실험에서 사용된 도금 셀의 상단의 개략적 예시를 도시한다. 도시된 바와 같이, 4 개의 포켓들 (880, 881, 882, 및 883) 이 챔버 벽의 외측 영역 상에 존재하며, 이 포켓들에서 케이블 및 다른 배선들이 도금 셀 (800) 을 동작시키도록 삽입되었다. 이러한 포켓들은 셀 (800) 의 외측 원주들이 균일하지 않게 한다. 보충형 보조 위어 (미도시) 가 도금 셀 상에서 주 위어 바로 아래에서 그리고 포켓들 주변에 배치되었다. 버블들이 HRVA 인서트 에지를 기준 시작 직경 (reference start diameter) (821) 로서 사용하여서 손만을 사용하여서 분사되었다.

실험들이 보조 위어들이 없는 도금 셀들에 대해서 수행되어서 그 결과들이 도 9a에 도시되었다. 버블 제거 테스트들 수평상태 셀들에 대해서 그리고 0.05도, 0.10도, 0.15도 및 -0.10도의 경사를 갖는 경사진 셀들에 대해서 수행되었다. 점선들 (901) 은 보조 위어들이 없는 이러한 도금 셀들에서의 도금 용액의 제거 시간을 나타낸다. 보충형 장착형 보조 위어들이 셀들 상에서 구현되었고 버블 제거 테스트들이 수평상태 실시예들 및 경사진 실시예들에 대해서 수행되었다. 그 결과들이 실선들 (solid lines) (902) 로 표시된다.

도 9a에 도시된 실선들의 보다 근접 뷰가 도 9b에 도시된다. 보다 높은 제거 시간은 0 시 위치, 4 시 위치, 8 시 위치, 및 10 시 위치에서 보였으며, 이들은 도 8에 도시된 포켓들 (881, 882, 883, 및 880) 의 위치로 관련된다. 보충형 위어가 이러한 포켓들 주변에 고정되면, 보조 위어가 포켓들이 챔버 벽의 평탄한 연속적인 표면에 연결되는 코너들에서 기밀하게 실링되지 않기 때문에, 작은 갭들이 형성되며 여기서 유체들이 보조 위어 모우트로부터 배출되며 이로써 마른 영역들이 형성될 수 있다는 것이 관찰되었다. 그럼에도 불구하고, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 보조 위어 사용은 라인들 (902) 에서의 모든 제거 시간이 10 초보다 낮게 되도록 제거 시간을 실질적으로 감소시켰다.

도 10은 포켓들 (880, 881, 882, 및 883) 을 수평상태 전기도금 셀을 도시한다. 점선 화살표들은 보조 위어가 없는 전기도금 셀의 버블 궤젝을 나타낸다. 버블 제거 시간은 20.8 초 범위를 가지며 표준 편차 7.3 초를 갖는 평균 8.0 초였다. 실선 화살표는 보충형 보조 위어를 갖는 전기도금 셀의 버블 궤젝을 나타낸다. 버블 제거 시간은 4.5 초 범위를 가지며 표준 편차 1.6 초를 갖는 평균 2.6 초였다. 보조 위어를 갖는 전기도금 셀에서의 제거 시간은 실질적으로 감소하였다.

도 11은 포켓들 (880, 881, 882, 및 883) 을 경사진 전기도금 셀을 도시한다. 2 개의 수평상태 지점들에서의 판독치들은 0.02도 및 0.09도를 나타낸다. 점선 화살표들은 보조 위어가 없는 전기도금 셀의 버블 궤젝을 나타낸다. 버블 제거 시간은 29.7 초 범위를 가지며 표준 편차 8.2 초를 갖는 평균 6.5 초였다. 실선 화살표는 보충형 보조 위어를 갖는 전기도금 셀의 버블 궤젝을 나타낸다. 버블 제거 시간은 2.9 초 범위를 가지며 표준 편차 1.0 초를 갖는 평균 2.3 초였다.

도들 9b, 10, 및 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 0 시 위치, 4 시 위치, 8 시 위치, 및 10 시 위치에서의 포켓들 근처의 버블들은 비방사형 궤적을 보였으며 젖은 영역으로 향했으며, 이로써 마른 영역들이 발생하였으며, 이 마른 영역들에서는 포켓들이 수평상태 및 경사진 도금 셀들 모두에서 있었다. 그럼에도 불구하고, 이 도면들은 도금 용액이 보조 위어들을 갖는 전기도금 셀들 내에서는 대체적으로 방사상 방향으로 외측으로 오버플로우하는 것을 보였다.

장치가 도금 용액이 포켓들에서 보조 위어 상으로 유동하도록 챔버 벽의 표면과 포켓들이 만나는 코너에 보다 밀접하게 장착형 보충형 보조 위어를 실링하도록 수정될 수 있다. 플라스틱 플랫헤드 스크루들 (flathead screws) 또는 다른 구조체가 셀의 외측 벽에 밀접하게 삽입되어서 외측 벽의 윤곽으로부터 자신이 분리된 위치들에서 (예를 들어서, 포켓들이 셀과 체결되는 날카로운 에지들에서) 보조 위어를 향해서 가압할 수 있다. 이는 도금 셀 챔버 벽의 전체 원주의 연속적인 습윤을 촉진하여서 방위각적으로 보다 균일한 플로우를 달성한다. 이러한 용액은 또한 구현되고 입증되었다-결과들이 아래의 표 1에서 도시된 바와 같이 더 개선되었으며, 이 표 1에서는 플랫헤드 스크루로 고정된 수정된 보조 위어를 사용하는 것으로부터의 결과들을 표준 도금 셀과 단지 보조 위어만을 갖는 도금 셀과 비교하고 있다.

버블 제거 시간들에 대한 통계치들이 표준 도금 셀들 및 보조 위어를 갖는 도금 셀들 및 수정된 보조 위어를 갖는 도금 셀들에 대해서 계산되었다. 그 결과들이 아래의 표 1에서 도시된다.

표준 셀과 보조 위어를 갖는 셀 간의 버블 제거 시간들 (초 단위)

제거 시간의 전체 범위 및 평균 시간은 수평상태 및 경사진 셀들에서 보조 위어를 갖는 도금 셀들에서 표준 도금 셀에 비해서 실질적으로 작았다. 플랫헤드 스크루로 고정된 보조 위어를 갖는 경사진 도금 셀의 결과들이 감소된 제거 시간 범위 및 평균과 함께 최소의 표준 편차를 보였다.

방법

본 명세서에서 실질적으로 디펙트가 없으면서 균일한 웨이퍼들을 생산하도록 보조 위어를 포함하는 전기도금 셀을 사용하여서 금속을 웨이퍼들 상에서 전기도금하는 방법들이 제공된다. 대체적으로, 방법들은 본 명세서에서 개시된 바와 같은 보조 위어를 채용하는 도금 셀에서 기판들을 전기도금하는 것을 채용한다. 방법들은 주 위어 벽 상으로 전해질을 유동시키고 주 위어 외측의 보조 위어로 형성된 모우트 상으로 유동시킨다. 이러한 오버플로우 프로세스는 전기도금 동안에 및/또는 전기도금 동작들 간에 발생할 수 있다.

도 12를 참조하면, 방법 (1200) 은 본 명세서에서 개시된 장치들에 따른 전기도금 셀 내에서 웨이퍼들을 전기도금하는 일 실시예를 제공한다. 동작 1202에서, 도금 용액이 먼저 전기도금 셀 내로 제 1 플로우 레이트로 도금 용액 유입구를 통해서, 제 1 웨이퍼가 전기도금 용액 내에 전기도금 프로세스를 위해서 침지된 상태에서 유동된다. 도금 용액은, 도금 용액이 그의 림 (rim) 까지 채워진 도금 챔버가 전기도금 셀 내의 챔버의 외측에 있는 도금 용액 회수 영역으로 넘치도록, 연속적으로 유동된다. 챔버 표면에서의 도금 용액은 주 위어를 넘어서 챔버 벽 상에서 챔버 벽의 외측 영역 아래로 유동하여서 모우트 내로 유동하고 경사부를 위로 유동하여서 보조 위어를 넘어서 챔버의 외측 영역 아래로 유동하여서 도금 용액 회수 영역 내에서 회수된다. 오버플로우된 도금 용액은 이어서 전기도금 셀 외부로 나가서 여과되고 챔버 내의 도금 욕 내로 재순환된다. 특정 실시예들에서, 동작 1202 은 금속의 목표된 디포지션 두께에 따라서 최소 약 30 초 동안 지속될 수 있다.

동작 1204에서, 제 1 웨이퍼가 도금 용액으로부터 제거될 수 있다. 동작 1206에서, 도금 용액 플로우 레이트가 제 2 플로우 레이트로 증가할 수 있다. 이 증가된 플로우 레이트는 입자들, 버블들, 또는 다른 디펙트 유발 파편들을 도금 용액으로 제거하는 역할을 할 수 있다. 이상적으로, 이러한 파편들은 셀이 연속하는 전기도금 동작들 간에서 다운타임 (downtime) 을 거의 가지지 않도록 신속하게 제거된다. 이 동작 동안에, 수많은 실시예들에서, 도금 용액은 주 위어를 넘어서 주 위어 아래의 영역에 위치한 보조 위어로 유동하며 이 영역에서 오버플로우된 도금 용액은 모이며 (pool) 주 위어를 오버플로우하는 도금 용액과 접촉한 상태로 머무른다. 다양한 실시예들에서, 주 위어를 넘는 도금 용액의 오버플로우는 실질적으로 방위각적으로 균일하다 (substantially azimuthally uniform). 여기서, 일체형 (integral) 보조 위어들이, 일부 실시예들에서, 보조 및 주 위어들이 단일체 구조체 (monolithic structure) 가 되도록 사용될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서 보충형 위어들이 사용될 수도 있다. 이중 위어, 삼중 위어, 및/또는 사중 위어 및 다른 형태의 다양한 변형들이 일부 실시예들에 따라서 사용될 수 있다. 특정 이론에 매이지 않고서, 플로우 레이트가 증가하면 도금 용액 내의 임의의 원치않는 입자들, 파편들, 또는 버블들을 급속 배출하여서 다음 도금 사이클에서 디펙트들을 피할 수 있다고 사료된다.

동작 1208에서, 도금 용액 플로우 레이트는 약 제 1 플로우 레이트로 감소될수 있다. 이어서, 동작 1210에서, 제 2 웨이퍼가 도금 용액 내로 하강하여서 제 2 웨이퍼가 전기도금되기 위해서 유동하는 도금 용액과 접촉하게 된다.

웨이퍼들은 제조된 집적 회로 또는 반도체들로서 사용되기 위한 200 mm, 300 mm, 또는 450 mm 웨이퍼들일 수 있다. 예시적인 도금 용액들은 수용성 구리 II 염들, 산 또는 염기, 및 하나 이상의 유기 도금 첨가제들을 포함하며, 이 첨가제들은 피처 내로의 신속한 "보텀-업" 전기충진을 용이하게 한다. 전기도금 동안의 제 1 플로우 레이트는 약 2 L/min 내지 약 20 L/min, 또는 약 5 L/min 내지 약 12 L/min, 또는 약 6 L/min일 수 있다.

애플리케이션

본 명세서에서 개시된 전기도금 방법들 및 장치들은 다수의 상이한 타입들의 전기도금 시스템들에서 실시될 수 있다. 특정 실시예들에서, 전기도금 시스템은 도금 용액 저장부의 화학적 조성을 변경하는 도징 (dosing) 시스템을 포함한다. 애노드 및 캐소드 전해질 전달 (delivery) 시스템들은 애노드 및 캐소드 전해질 (때로 각기 애노드액 및 캐소드액으로 지칭됨) 을 전기도금 셀에 전달한다. 애노드 전해질 전달 시스템은 애노드 전해질을 순환시키는 폐쇄된 루프 시스템일 수 있다. 과잉 애노드 전해질은 필요하면 저장부로 복귀될 수 있다. 애노드액 전달 시스템은 또한 개방된 루프 시스템일 수 있다. 캐소드 전해질 전달 시스템은 도금 용액을 순환 및 복귀시킬 수 있다. 캐소드 전해질 및 애노드 전해질은 동일한 또는 상이한 화학적 조성 및 특성들을 가질 수도 있다. 오직 예를 들어서만, 애노드 전해질에는 유기 욕 첨가제들이 실질적으로 존재하지 않으며 캐소드 전해질은 유기 욕 첨가제들을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 애노드 영역은 전기도금 셀의 하단을 향해서 위치한 분리된 애노드 챔버 (SAC) 일 수 있으며, 멤브레인 및 프레임이 상단 도금 용액을 분리시키며, 웨이퍼가 이 상단 도금 용액 내로 위로부터 금속 디포지션을 위해서 하강된다. 다양한 실시예들에서, SAC 내의 전해질은 약 10 내지 약 50 gm/L 구리와 0 및 약 200 gm/L H₂SO₄의 수용액이다.

멤브레인은 멤브레인 프레임에 의해서 지지될 수 있다. 다른 경계 구조체들, 예를 들어서 소결된 유리 또는 다공성 폴리올레핀들이 멤브레인 대신에 사용되거나 멤브레인이 생략될 수도 있다. 멤브레인은 전기적으로 유전체일 수 있으며 직접적인 유체 이송에 저항성을 갖는 미세-다공성 매체를 포함할 수 있다. 오직 예로만, 양이온성 멤브레인은 Wilmington Delaware의 Dupont Corporation로부터 입수가능한 상표명 Nafion®로 판매되는 멤브레인을 포함할 수 있다. SAC들을 형성하기 위한 멤브레인들을 갖는 전기도금 장치들은 미국 특허 6,527,920에서 기술되며, 이 특허는 Mayer 등에게 허여되었으며, 또한 미국 특허들 6,126,798 및 6,569,299 에도 기술되며, 이 특허들은 Reid 등에 허여되었으며, 이러한 모든 문헌들은 그 전체가 본 명세서에서 참조로서 인용된다.

애노드는 애노드 챔버 내에서 배열되며 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 또는 금속 합금은 구리, 구리/인, 리드, 은/주석, 또는 다른 적합한 금속들을 포함한다. 특정 실시예들에서, 애노드는 비활성 애노드 (때로 "차원적으로 안정된 (dimensionally stable)" 애노드로서 지칭됨) 이다. 애노드는 전력 공급부의 포지티브 단자에 전기적으로 접속된다. 전력 공급부의 네거티브 단자는 기판 상의 시드 층에 접속될 수 있다.

애노드 전해질 유동은 애노드 챔버 내로 중앙 포트를 통해서 공급되어서 애노드를 통과할 수 있다. 선택사양적으로, 하나 이상의 유동 분배 튜브들이 애노드액을 전달하는데 사용될 수 있다. 사용될 시에, 유동 분배 튜브들은 애노드 전해질을 애노드의 표면으로부터 용해된 이온들의 대류를 증가시키도록 애노드 표면을 향하는 방향으로 전달한다.

애노드 전해질 유동은 애노드 챔버를 매니폴드를 통해서 빠져나와서 애노드 전해질 욕으로 재순환을 위해서 돌아간다. 일부 구현예들에서, 멤브레인이 멤브레인의 중앙 부분에서 공기 버블들의 회수를 감소시키도록 원뿔 형상으로 될 수도 있다. 달리 말하면, 애노드 챔버 천장부 (ceiling) 는 역 원뿔 형상을 갖는다. 도금 용액용 복귀 라인은 멤브레인이 방사상 외측 부분들에 인접하여서 배열될 수 있다.

애노드가 속이 텅 비지 않는 구조체 (solid) 로서 도시되지만, 애노드는 적층되게 구성된 구들 또는 다른 형상과 같은 복수의 금속 단편들을 포함할 수도 있다. 이러한 방식을 사용할 때에, 유입 유동 매니폴드는 애노드 챔버의 하단에 배열될 수 있다. 전해질 유동은 다공성 애노드 단자 플레이트를 통해서 상향으로 향하게 될 수 있다.

애노드 전해질은 선택사양적으로 용해된 활성 종들의 축적 또는 공핍과 연관된 전압 증가를 감소시키도록 애노드 표면 상으로 하나 이상의 유동 분배 튜브들에 의해서 향하게 될 수 있다. 이러한 방식도 또한 애노드 패시베이션을 감소시키는 경향을 갖는다.

애노드 챔버와 캐소드 챔버 또는 도금 용액 영역은 멤브레인에 의해서 분리될 수 있다. 양이온들이 애노드 챔버로부터 멤브레인을 통해서 그리고 캐소드 챔버를 통해서 인가된 전계의 영향 하에서 기판으로 이동한다. 멤브레인은 비-양으로 대전된 전해질 성분들이 애노드 챔버를 통과하여서 확산하거나 대류하는 것을 실질적으로 차단한다. 예를 들어서, 멤브레인은 음이온들 및 대전되지 않은 유기 도금 첨가제들을 차단할 수 있다.

캐소드 챔버에 공급된 캐소드 전해질은 애노드 전해질과 상이한 화학적 조성을 가질 수 있다. 예를 들어서, 캐소드 전해질은 억제제들, 가속화제들, 평탄화제와 같은 첨가제들을 포함할 수 있다. 오직 예로만, 캐소드 전해질은 클로라이드 이온들, 욕 유기 화합물들, 예를 들어서, 티오우레아 (thiourea), 벤조트라졸 (benzotrazole), MPS (mercaptopropane sulphonic acid), SPS (dimercaptopropane sulphonic acid), 폴리에틸렌 옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리프로필렌 옥사이드 (polyproplyene oxide), 및/또는 다른 적합한 첨가제들을 포함한다.

다양한 실시예들에서, 캐소드 전해질은 캐소드 챔버 내로 들어가서 매니폴드를 통해서 하나 이상의 유동 분배 튜브들로 이동할 수 있다. 유동 분배 튜브들은 일부 구현예들에서 생략될 수 있다. 오직 예로만, 유동 분배 튜브들은 비도전성 관형성 재료, 예를 들어서 폴리머 또는 세라믹을 포함할 수 있다. 오직 예로만, 유동 분배 튜브들은 작은 소결된 입자들로 구성된 벽들을 갖는 중공형 튜브를 포함할 수 있다. 오직 예로만, 유동 분배 튜브들은 그 내가 천공된 홀들을 갖는 고체 벽 튜브를 포함할 수 있다.

유동 분배 튜브들 중 하나 이상은 유체 유동을 멤브레인으로 향하게 구성된 개구들을 사용하여서 배향될 수 있다. 유동 분배 튜브들은 또한 멤브레인이 아닌 캐소드 챔버 내의 영역으로 유체 유동을 향하게 하도록 배향될 수 있다. 플룻형 유동 분배 튜브들을 갖는 도금 장치의 설명이 미국 특허 출원 번호 12/640,992에서 포함되며, 이는 2009년 12월 17일에 출원되었으며 발명자는 Mayer 등이며 본 명세서에서 그 전체가 참조로서 인용된다.

전해질은 결국에는 유동 확산기를 통과하여서 기판의 하부 표면 근처로 전달된다. 전해질은 캐소드 챔버를 주 위어를 넘어서 나가고, 이어서 모우트 내에서 모이며 (pool), 보조 위어를 넘어서 회수 영역으로 유동하여서 여과되어서 도금 용액으로 다시 재순환될 수 있다.

오직 예로만, 유동 확산기는 대체적으로 약 20 퍼센트 보다 큰 기공율을 갖는 미세-다공성 확산기를 포함할 수 있다. 이와 달리, 유동 확산기는 이온에 대해서 저항성을 갖는 채널링된 플레이트 (ionically resistive channeled plate) 를 포함하며, 이는 때로 HRVA (high resistance virtual anode) 플레이트로서 지칭되며, 예를 들어서 미국 특허 7,622,024 에 도시되어 있으며, 이 미국 특허는 2009년 11월 24일에 공고되었으며, 이는 본 명세서에서 그 전체가 참조로서 인용된다. 이러한 채널링된 플레이트는 통상적으로 약 5 퍼센트보다 작은 기공율을 가지며 보다 높은 전기적 저항을 부여한다. 다른 구현예들에서, 유동 확산기는 생략될 수 있다.

다양한 특허들이 본 명세서에서 개시된 실시예들을 사용하여서 실시되기에 적합할 수 있는 분리된 애노드 챔버들을 포함하는 전기도금 장치들을 개시한다. 이러한 특허들은 예를 들어서, 미국 특허들 6,126,798, 6,527,920, 및 6,569,299를 포함하며, 이들 각각은 본 명세서에서 참조로서 이전에 인용되었으며, 또한 미국 특허들 6,821,407 (2004년 11월 23일에 공고됨), 및 6,890,416 ( 2005년 5월 10일에 공고됨) 도 포함하며, 이 후자의 미국 특허들은 그 전체 내용이 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 개시된 실시예들은 또한 모든 목적들을 위해서 본 명세서에서 참조로서 인용되는 미국 특허 출원 번호 13/305,384에 개시된 바와 같은 하나 이상의 원소들 (예를 들어서, 주석 및 은) 을 동시에 디포지션하도록 설계된 장치 및 방법들로 실시될 수도 있다.

다양한 실시예들에서, 본 명세서에서 기술된 시스템들과 함께 사용되는 전기도금 장치는 클램쉘 설계를 갖는다. 본 개시에서 사용되기에 적합한 측면들을 갖는 클램쉘 타입의 도금 장치의 일반적인 설명이 미국 특허 6,156,167 (2000년 12월 5일에 공고되고 Patton 등에 허여됨) 및 미국 특허 6,800,187 (2004년 10월 5일에 공고되고 Reid 등에 허여됨) 에서 세부적으로 기술되며, 이 문헌들은 모든 목적들을 위해서 본 명세서에서 참조로서 인용된다.

시스템이 하나 이상의 애노드 챔버들 내의 압력을 조정하도록 구현될 수 있다. 제 1 및 제 2 애노드 챔버들은 애노드 챔버와 이에 대응하는 캐소드 챔버 간에 멤브레인들을 포함할 수 있다. 이 시스템은 정밀 펌프 및/또는 압력 피드백을 요구하지 않고서 애노드 챔버들 내의 압력을 조절할 수 있으며, 이는 비용 및 복잡성을 줄일 수 있다.

탈이온수 (DI 수) 소스가 탈이온수를 밸브를 통해서 도관에 제공할 수 있다. 도금 용액 소스가 도금 용액 또는 전해질을 밸브를 통해서 도관에 제공할 수 있다. 도금 용액은 VMS (virgin makeup solution) 일 수 있다. VMS 및 DI 수로 도징하기 위한 일 구현예의 설명에 대해서는, 미국 특허 출원 번호 11/590,413 (2006년 10월 30일에 출원되고 발명자들은 Buckalew 등임) 를 참조하면 되며, 이 문헌도 역시 그 전체 내용이 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 펌프는 도관과 유체적으로 연통하는 유입부를 가질 수 있다. 펌프의 유출부는 도관을 통해서 필터 (미도시) 의 유입부와 연통할 수 있다. 많은 실시예들에서, 이 필터는 필요하지 않을 수 있는데 이는 모든 필터링이 하나의 필터에 의해서 처리되는 때이다.

도관 (conduit) 은 다른 도관들로 연결되며, 이 다른 도관들은 애노드 챔버들에 연결된다. 드레인 밸브 (drain valve) 가 도관으로부터 유체를 드레인시키는데 사용될 수 있다. 이해하다시피, 드레인 밸브는 전기도금 시스템 내의 다른 위치들에서 위치할 수도 있다. 예를 들어서, 드레인 밸브는 밸브의 변형으로 포함될 수 있는데, 이 변형은 3-웨이 밸브 (three-way valve) 이다. 도관들은 대응하는 애노드 챔버들로부터 전해질을 수용할 수 있다. 도관은 압력 조절 디바이스로 추가 도관을 연결시킬 수 있다.

압력 조절 디바이스는 그의 하단 표면 상에 또는 근처에 배열된 유입구를 포함하는 하우징을 포함할 수 있다. 유입구는 수직 관형 부재와 연통하며, 이 부재는 다른 유입구 및 유출구를 포함한다. 하우징은 그의 하단 표면 상에 또는 근처에 배열된 유입구와 이격된 제 1 유출구를 더 포함한다. 하우징은 이 하우징의 상부 부분 상에 또는 근처에 제 2 유출구를 더 포함한다.

다양한 실시예들에서, 압력 조절 디바이스는 "개방" 상태가 되고 이로써 애노드액 재순환을 위한 개방 루프를 생성하도록 대기 압력에 노출될 수 있다. 대기 압력으로의 노출은 예를 들어서, 벤트 홀들 (vent holes) 또는 다른 개구들을 하우징 내에 제공함으로써 달성될 수 있다. 다른 경우들에서, 전해질 유출 파이프가 전해질과의 대기 접촉을 허용하도록 개구를 가질 수도 있다. 특정 실시예에서, 유출 도관이 전해질은 트로프 (trough) 내로 전달하고, 이 트로프가 대기 압력에 노출될 수 있다. 일부 구현예들에서 적합한 압력 조절 디바이스의 추가 세부사항들은 미국 특허 출원 번호 13/051,822 (2011년 3월 18에 출원됨) 에서 기술되며, 이 문헌은 그 전체가 본 명세서에서 참조로서 인용된다.

도시된 실시예에서, 압력 조절 디바이스는 필터 매체를 더 포함할 수 있다. 필터 매체는 전해질로부터 버블들을 제거하는 다공성 재료를 포함할 수 있다. 필터 매체는 도시된 바와 같이 수평 위치로 위치하거나, 애노드 전해질이 애노드 챔버들로 복귀하기 이전에 애노드 전해질로부터 버블들 및/또는 입자들을 필터링하기에 적합한 임의의 다른 위치들에 위치할 수도 있다. 보다 일반적으로, 다른 형태의 버블 분리 디바이스들이 채용될 수 있다. 이러한 것들은 "Porex"^TM 브랜드 필터링 제품 (Porex Technologies, Fairburn, GA), 메시들 (meshes), 활성화된 카본 (activated carbon), 등과 같은 다공성 재료 박막 시트를 포함할 수 있다.

일부 구현예들에서, 필터 매체는 도관과 일렬로 하우징의 외측에 배열될 수 있다. 다른 구현예들에서, 필터 매체는 수평과 수직 간의 각도로 경사져서 배열될 수 있다. 또 다른 구현예들에서, 필터 매체는 수직 위치로 배열되고 유출구가 하우징의 측벽 상에서 배열될 수 있다. 또 다른 변형들 (variations) 이 고려된다.

특정 실시예에서, 필터는 슬리브 형상을 가지며 관형 부재 주위에 피팅될 수 있다 (fit over). 이 필터는 슬리브 주위를 상단에서 하단까지 피팅하거나 슬리브의 높이의 실질적인 일부에 걸쳐서 피팅될 수 있다. 일부 경우들에서, 필터는 필터의 내측 원주 상의 일 위치에 위치하고 관형 부재와 짝을 이루는 O-링과 같은 실링 부재 (sealing member) 를 포함할 수 있다. 필터는 전해질을 유출구로 전달하기 이전에 전해질로부터 입자들 및/또는 가스 버블들을 제거하도록 구성될 수 있다. 버블 관리를 위해서, 필터가 대략 40 마이크로미터 (micrometers) 또는 그 이하의 크기를 갖는 포어들 또는 일부 경우들에서 대략 10 마이크로미터 (micrometers) 또는 그 이하의 크기를 갖는 포어들을 가지면 충분할 수 있다. 특정 실시예에서, 평균 포어 크기 (average pore size) 는 약 5 내지 10 마이크로미터이다. 이러한 필터들은 매우 큰 입자들을 제거하기 위한 추가 이점들을 갖는다. 실례로서, 적합한 필터들은 MA, Haverhill 소재의 Parker Hannifin Corp.의 필터 디비젼으로부터 입수할 수 있다 (예를 들어서, 5 마이크론 포어 크기의 플리티드 (pleated) 폴리프로필렌 필터 부품 넘버 PMG050-9FV-PR). 일부 설계들에서, 필터의 외경은 약 2 내지 3 인치일 것이다. 또한, 필터 크기는 일부 공간이 필터와 압력 조절기의 외측 하우징 간에서 남도록 선정될 수 있다. 이러한 갭은 압력 조절기에서의 수평상태 센서들의 보다 용이하고 보다 신뢰할만한 튜닝을 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 압력 조절기 하우징 및 필터는 약 0.2 내지 0.5 인치의 갭이 그들 간에서 남도록 크기를 갖는다.

제 1 유출구는 도관과 연통하며 도관은 애노드 전해질을 복귀시키며 애노드 전해질 유동 루프를 완성한다. 다른 도관은 제 2 유출구를 도금 욕 저장부에 연결시키며 필요하면 애노드 전해질의 오버플로우를 다루게 한다. 일부 경우들에서, 전술한 바와 같이, 도관은 저장부를 유지하기 위한 탱크에 도달하기 이전에 트로프 내를 비운다.

일부 실시예들에서, 수직 관형 부재의 유입구 (inlet of vertical tubular member) 는 멤브레인들의 적어도 일부 아래에서 수직으로 위치된다. 수직 관형 부재의 유출구는 멤브레인 위에서 위치한다.

특정 실시예들에서, 도금 욕 저장부 (reservoir) 는 캐소드액을 캐소드 챔버들에 제공할 수 있다. 압력 조절기로부터 저장부로 제공된 전해질은 도금 첨가제들을 포함하지 않는 애노드액이기 때문에, 도금 욕 내의 전해질의 조성은 캐소드 또는 도금 용액 챔버들로 전달하기 이전에 조절될 필요가 있다. 예를 들어서, 일부 도금 첨가제들이 저장부 내에서 유지되는 동안에 도금 욕 내로 도징될 수 있다.

일부 실시예들에 따라서, 애노드 챔버들은 초기에 도금 용액 및/또는 탈이온수로 채워질 수 있다. 펌프는 흐름을 제공하기 위해서 턴온될 수 있다. 일부 구현예들에서, 펌프는 대략 약 2 내지 약 4 L/min을 제공할 수 있다. 펌프는 애노드 챔버들 내의 전해질의 압력의 변화를 유발할 수 있다. 추가적으로, 소스로부터 프레시한 도금 용액의 전달은 챔버들 내의 애노드액 압력의 일시적 증가를 유발할 수 있다. 애노드 챔버 내의 압력이 증가하면, 전해질은 수직 관형 부재 외부로 유동하며 수직 관형 부재의 외측 표면 아래로 유동한다. 이어서, 전해질이 선택사양적 필터 매체를 통해서 유출구를 나가게 된다.

압력 조절 디바이스는 애노드 챔버 내의 압력을 조절할 수 있으며 멤브레인에 대한 손상을 방지하는 경향을 가질 수 있다. 시스템은 개방 루프 방식을 사용하여서 그리고 고가의 압력 센서들 및 펌프들을 사용하지 않고서 동작할 수 있다.

특정 실시예들에서, 시스템은 애노드 챔버 내의 애노드액 압력이 약 0 내지 약 1 psig에서 유지되게 설계 및 동작될 수 있다. 일부 실시예들에서, 애노드액 압력 (anolyte pressure) 은 약 0.5 내지 약 1.0 psig, 또는 약 0.8 psig일 수 있다. 애노드 챔버 내의 압력은 압력 조절 디바이스 내의 헤드 압력 및 펌프에 의해서 도입된 압력의 합일 수 있다. 일부 실시예들에서, 디바이스 내의 헤드 압력 (pressure head in device) 은 약 0.1 내지 약 0.5 psig, 또는 약 0.3 psig일 수 있다.

본 명세서에서 개시된 기판 침지, 및 다른 방법들을 포함하여 전기디포지션은 보다 큰 전기디포지션 장치를 형성하는 컴포넌트들에서 수행될 수 있다. 예시적인 장치들은 Lam Research Corp로부터 입수가능한 SABRE® IRISCell^TM, SABRE® NeXT Cell, SABRE® Extreme Cell, 및 모든 다른 SABR® 전기도금 셀들을 포함한다. 도 8은 예시적인 전기디포지션 장치의 상단 뷰의 개략도이다. 전기디포지션 (electrodeposition) 장치 (1300) 는 3 개의 개별 전기도금 모듈 (1302,1304,1306) 을 포함할 수 있다. 또한, 전기디포지션 장치 (1300) 는 다양한 프로세스 동작들을 위해서 구성되는 3 개의 개별 모듈 (1312,1314,1316) 을 포함한다. 예를 들어서, 일부 실시예들에서, 3 개의 개별 모듈 (1312,1314,1316) 중 하나 이상은 SRD (spin rinse drying) 모듈일 수 있다. 다른 실시예들에서, 3 개의 개별 모듈 (1312,1314,1316) 중 하나 이상은 PEM (post-electrofill module) 일 수 있으며, 이 경우 각 모듈은 기판들이 전기도금 모듈 (1302,1304 및 1306) 중 하나에 의해서 프로세싱된 후에 기판들에 대해서 에지 베벨 제거, 배면 에칭 및 산성 에칭과 같은 처리를 수행하도록 구성될 수 있다.

전기디포지션 장치 (1300) 는 중앙 전기디포지션 챔버 (1324) 를 포함한다. 이 중앙 전기디포지션 챔버 (1324) 는 전기도금 모듈들 (1302,1304, 및 1306) 내에서 전기도금 용액으로서 사용되는 약액을 유지하는 챔버이다. 전기디포지션 장치 (1300) 는 전기도금 용액용 첨가제를 저장 및 전달할 수 있는 도징 시스템 (dosing system) (1326) 을 더 포함할 수 있다. 화학 희석 모듈 (1322) 이 에칭제로서 사용될 화학물질들을 저장 및 혼합할 수 있다. 여과 및 펌핑부 (1328) 는 중앙 전기디포지션 챔버 (1324) 용의 전기도금 용액을 여과하고 이를 전기도금 모듈들로 펌핑할 수 있다.

시스템 제어기 (1330) 는 전기디포지션 장치 (1300) 를 동작시키는데 요구되는 전자적 제어 및 인터페이스 제어를 제공한다. 이 시스템 제어기 (1330) (하나 이상의 물리적 또는 논리적 제어기를 포함할 수 있음) 는 전기디포지션 장치 (1300) 의 특성 몇몇 또는 모두를 제어한다. 시스템 제어기 (1330) 는 통상적으로 하나 이상의 메모리 장치 및 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 이 프로세서는 CPU, 컴퓨터, 아날로그 및/또는 디지털 입출력 접속부, 스텝퍼 모터 제어기 보드 및 다른 유사한 구성 요소들을 포함한다. 본 명세서에서 개시된 바와 같은 적합한 제어 동작들을 구현하기 위한 인스트럭션들이 프로세서 상에서 실행될 수 있다. 이러한 인스트럭션들은 시스템 제어기 (1330) 와 연관된 메모리 장치 상에 저장되거나 네트워크 상에서 제공될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 시스템 제어기 (1330) 는 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다.

전기디포지션 장치 (1300) 내의 시스템 제어 소프트웨어는 타이밍, 전해질 성분의 혼합, 유입구 압력, 도금 셀 압력, 도금 셀 온도, 기판 온도, 기판 및 임의의 다른 전극에 인가된 전류 및 전위, 기판 위치, 기판 회전 및 전기디포지션 장치 (1300) 에 의해서 수행되는 특정 프로세스의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 시스템 제어 로직은 기판을 침지하고 전체 침지 프로세스 동안에 기판의 면 상에서의 실질적으로 균일한 전류 밀도를 제공하도록 맞춤된 전류를 인가하기 위한 인스트럭션들을 또한 포함할 수 있다. 제어 로직은 또한 침지 동안에 및/또는 이후에 기판에 전류를 펄싱하기 위한 인스트럭션들을 제공할 수 있다. 시스템 제어 로직은 임의의 적합한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어서, 다양한 프로세스 툴에 의한 공정을 수행하는데 필요한 프로세스 툴 구성 요소들의 동작을 제어하도록 다양한 프로세스 툴 구성 요소 서브루틴 또는 제어 객체가 기록될 수 있다. 시스템 제어 소프트웨어는 임의의 적합한 컴퓨터 판독 가능한 프로그래밍 언어로 코딩될 수 있다. 이러한 언어는 프로그램 가능한 로직 디바이스 (가령, FPGA), ASIC 또는 다른 적합한 수단 (vehicle) 으로 해서 하드웨어로서 구현될 수도 있다.

몇몇 실시예들에서, 시스템 제어 소프트웨어는 상술한 바와 같은 다양한 파라미터를 제어하기 위한 인스트럭션들을 시퀀싱하는 IOC (input/output control) 를 포함한다. 예를 들어서, 전기도금 프로세스의 각 페이즈는 시스템 제어기 (1330) 에 의해서 실행되도록 하나 이상의 인스트럭션들을 포함할 수 있다. 침지 프로세스 페이즈 (immersion process phase) 에 대한 프로세스 조건들을 설정하기 위한 인스트럭션들이 대응하는 침지 레시피 페이즈 내에 포함될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 전기도금 레시피 페이즈들은 전기도금 프로세스 페이즈에 대한 모든 인스트럭션들이 이 프로세스 페이즈와 동시에 실행되도록 순차적으로 구성될 수 있다.

제어 로직은 몇몇 실시예들에서 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들과 같은 다양한 컴포넌트들 (components) 로 분할될 수 있다. 이러한 목적을 위한 로직 컴포넌트의 실례는 기판 포지셔닝 컴포넌트, 전해질 조성 제어 컴포넌트, 압력 제어 컴포넌트, 가열기 제어 컴포넌트, 및 전위/전류 전원 제어 컴포넌트를 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 시스템 제어기 (1330) 와 연계된 사용자 인터페이스가 존재할 수 있다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린, 장치 및/또는 프로세스 상태의 그래픽 소프트웨어 디스플레이, 포인팅 장치, 키보드, 터치 스크린, 마이크로폰 등과 같은 사용자 입력 장치를 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 시스템 제어기 (1330) 에 의해서 조절되는 파라미터들은 프로세스 조건과 연관될 수 있다. 비한정 실례는 다양한 스테이지에서의 욕 조건들 (온도, 조성 및 플로우 레이트), 기판 위치 (회전 레이트, 선형 (수직) 속도, 수평으로부터의 기울어짐 각도) 등을 포함한다. 이러한 파라미터들은 사용자 인터페이스를 사용하여서 입력될 수 있는 레시피 형태로 사용자에게 제공될 수 있다.

이 프로세스를 모니터링하기 위한 신호가 다양한 프로세스 툴 센서로부터 시스템 제어기 (1330) 의 아날로그 및/또는 디지털 입력 접속부들에 의해서 제공될 수 있다. 프로세스를 제어하기 위한 신호는 프로세스 툴의 아날로그 출력 접속부 및 디지털 출력 접속부 상에 출력될 수 있다. 이러한 프로세스 툴 센서들의 비한정적 실례들은 질량 유량 제어기, (마노미터와 같은) 압력 센서, 써모커플, 광학적 위치 센서, 등을 포함할 수 있다. 적절하게 프로그램된 피드백 알고리즘 및 제어 알고리즘이 이러한 센서들로부터의 데이터와 함께 사용되어서 프로세스 조건들을 유지할 수 있다.

일 실시예에서, 인스트럭션들은 기판을 웨이퍼 홀더 내로 삽입하고, 기판을 기울이며, 침지 동안에 기판에 양이온성 전류를 인가하여 침지 동안에 실질적으로 일정한 전류 밀도를 제공하고, 기판 상에 구리 함유 재료를 전기디포지션하는 것을 포함할 수 있다.

핸드-오프 툴 (1340) 이 카세트 (1342) 또는 카세트 (1344) 와 같은 기판 카세트로부터 기판을 선택한다. 카세트 (1342) 또는 카세트 (1344) 는 FOUP (front opening unified pod) 일 수 있다. FOUP는 제어 환경에서 기판을 안전하면서 안정되게 유지하고 적합한 로딩 포트 및 로봇 핸들링 시스템이 구비된 툴들에 의해서 프로세싱 또는 측정되기 위해서 기판이 분리 이동되게 하도록 설계된 인클로저 (enclosure) 이다. 핸드-오프 툴 (1340) 은 진공 흡착 또는 몇몇 다른 흡착 메카니즘을 사용하여서 기판을 유지할 수 있다.

핸드 오프 툴 (1340) 은 웨이퍼 핸들링 스테이션 (1332), 카세트 (1342 또는 1344), 트랜스퍼 스테이션 (1350) 또는 정렬기 (1348) 와 인터페이싱할 수 있다. 트랜스퍼 스테이션 (1350) 으로부터, 핸드 오프 툴 (1346) 은 기판에 대한 액세스를 얻을 수 있다. 트랜스퍼 스테이션 (1350) 은 핸드 오프 툴 (1340, 1346) 이 정렬기 (1348) 를 통과하지 않고 기판을 그로 전달하거나 그로부터 전달받는 위치 또는 슬롯일 수 있다. 그러나, 몇몇 실시예들에서, 전기도금 모듈로의 정확한 전달을 위해서 기판이 핸드 오프 툴 (1346) 상에서 적절하게 정렬되도록 하기 위해서, 핸드 오프 툴 (1346) 은 기판을 정렬기 (1348) 에 정렬시킬 수 있다. 핸드 오프 툴 (1346) 은 또한 기판을 전기도금 모듈들 (1302,1304,1306) 중 하나 또는 다양한 프로세스 동작들을 위해서 구성된 3 개의 별도의 모듈들 (1312, 1314, 1316) 중 하나로 전달할 수 있다.

위에서 기술된 방법들에 따른 프로세스 동작의 실례는 다음과 같다: (1) 전기도금 모듈 (1304) 내에서 구리 함유 구조물을 형성하기 위해서 기판 상에 구리를 전기디포지션하는 동작; (2) 모듈 (1312) 내에서 SRD로 기판을 린스 및 건조하는 동작; 및 (3) 모듈 (1314) 에서 에지 베벨 제거를 수행하는 동작.

순차적 도금 동작, 린스 동작, 건조 동작 및 PEM 프로세스 동작에 걸쳐서 기판을 효율적으로 사이클링시키도록 구성된 장치가 제조 환경에서 사용되기 위해서 구현되도록 사용될 수 있다. 이를 달성하기 위해서, 모듈 (1312) 이 스핀 린스 건조기 및 에지 베벨 제거 챔버로서 구성될 수 있다. 이러한 모듈 (1312) 를 사용하면, 기판은 오직 구리 도금 동작과 EBR 동작을 위해서 전기도금 모듈 (1304) 과 모듈 (1312) 간에서 전송되기만 한면 된다.

전기디포지션 장치 (1400) 의 다른 실시예가 도 14에서 개략적으로 예시된다. 이 실시예에서, 전기디포지션 장치 (1400) 는 다수의 전기도금 셀 (1407) 로 구성된 세트를 포함하며, 각 전기도금 셀은 전기도금 욕 (bath) 를 포함하며, 이 세트는 쌍 구성을 갖거나 다수의 "듀엣 (duet)" 구성을 갖는다. 전기도금 동작 그 자체 이외에, 전기디포지션 장치 (1400) 는 예를 들어서 스핀 린싱, 스핀 건조, 금속 및 실리콘 습식 에칭, 무전해 증착, 사전 웨팅 (pre-wetting), 사전 화학 처리, 환원, 어닐링, 포토레지스트 탈피, 표면 사전-활성화 등과 같은 다양한 다른 전기도금과 연관된 프로세스 및 하위 프로세스들을 수행할 수 있다. 전기디포지션 장치 (1400) 는 도 4에서 위에서 아래로 본 개략적 평면도로 도시되어 있으며 오직 하나의 레벨 또는 "플로어 (floor)" 가 이 도면에서 드러나 있지만 Lam Research Corp.의 Sabre^TM 3D 툴과 같은 장치는 각각이 잠재적으로는 서로 동일하거나 상이한 타입의 프로세싱 스테이션을 갖는, 서로 상하로 "적층된" 2 개 이상의 레벨들을 가질 수 있음을 본 기술 분야의 당업자는 용이하게 이해할 것이다.

다시 한번 도 14를 참조하면, 전기도금 처리될 기판 (1406) 이 일반적으로 프론트-엔드 로딩 FOUP (1401) 를 통해서 전기디포지션 장치 (1400) 로 공급되고 본 실례에서는 FOUP로부터 프론트-엔드 로봇 (1402) 을 통해서 전기디포지션 장치 (1400) 의 주 기판 프로세싱 구역으로 이동되며, 이 로봇 (1402) 은 접근 가능한 스테이션들 중 하나의 스테이션에서 다른 스테이션으로 다차원으로 (in multiple dimensions) 스핀들 (1403) 에 의해서 구동되는 기판 (1406) 을 후퇴 및 이동시킬 수 있으며, 본 실례에서는 2 개의 프론트-엔드 액세스 가능한 스테이션들 (1404) 및 또한 2 개의 프론트-엔드 액세스 가능한 스테이션들 (1408) 이 도시되어 있다. 이 프론트-엔드 액세스 가능한 스테이션들 (1404, 1008) 은 예를 들어서 전 처리 스테이션들 및 SRD (spin rinse drying) 스테이션들을 포함할 수 있다. 프론트-엔드 로봇 (1402) 의 측 간 측 방향 이동은 로봇 트랙 (1402a) 을 사용하여서 달성될 수 있다. 기판 각각 (1406) 은 모터 (미도시) 에 연결된 스핀들 (1403) 에 의해서 구동되는 컵/콘 어셈블리 (미도시) 에 의해서 유지되며, 모터는 실장 브라켓 (1409) 에 부착될 수 있다. 또한, 본 실례에서는, 총 8 개의 전기도금 셀들 (1407) 에 대해서 4 개의 쌍형 또는 "듀엣형" 전기도금 셀 세트 (1407) 로 구성되게 도시되었다. 전기도금 셀들 (1407) 은 구리 함유 구조물에 대해서는 구리를 그리고 솔더 구조물에 대해서는 솔더 재료를 전기도금하기 위해서 사용될 수 있다. 시스템 제어기 (미도시) 가 전기디포지션 장치 (1400) 에 커플링되어서 전기디포지션 장치 (1400) 의 특성 일부 또는 모두를 제어할 수 있다. 시스템 제어기는 전술한 바와 같은 프로세스에 따라서 인스트럭션들을 실행하도록 프로그래밍되거나 이와 달리 구성될 수 있다.

결론

전술한 요소들이 이해의 명료성을 위해서 어느 정도 세부적으로 기술되었지만, 첨부된 청구항들의 범위 내에서 특정 변경들 및 수정들이 실시될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 본 실시예들의 프로세스들, 시스템들 및 장치를 구현하는 수많은 다른 방식들이 존재한다는 것이 주목되어야 한다. 따라서, 본 실시예들은 예시적이면서 비한정적으로 고려되어야 하며 실시예들은 본 명세서에서 주어진 세부사항들로 한정되지 말아야 한다.

Claims (32)

1. 웨이퍼 상에 금속을 전기도금하기 위한 도금 셀에 있어서,
   웨이퍼 홀더;
   유입구;
   유출구; 및
   챔버 벽의 상단 표면 상의 주 위어 (primary weir) 및 상기 주 위어 아래의 영역에 위치하는 보조 위어 (secondary weir) 를 포함하는 상기 챔버 벽을 포함하고,
   모우트 (moat) 는 상기 주 위어와 상기 보조 위어 사이에 있는, 도금 셀.
2. 웨이퍼 상에 금속을 전기도금하기 위한 도금 셀에 있어서,
   웨이퍼 홀더;
   유입구;
   유출구; 및
   챔버 벽의 상단 표면 상의 주 위어 및 상기 주 위어 아래의 영역에 위치하는 보조 위어를 포함하는 상기 챔버 벽을 포함하고,
   모우트는 상기 보조 위어에 의해 형성되고, 제 1 경사부는 상기 주 위어를 상기 모우트에 연결시키고, 제 2 경사부는 상기 모우트를 상기 보조 위어에 연결시키고, 그리고 상기 모우트의 베이스는 수평 (horizontal) 형상, 샤프한 (sharp) 형상, 또는 커브된 (curved) 형상인, 도금 셀.
3. 웨이퍼 상에 금속을 전기도금하기 위한 도금 셀에 있어서,
   진입 위치 (entry point) 를 갖는 반도체 웨이퍼를 홀딩하도록 구성된 웨이퍼 홀더; 및
   챔버 벽의 상단 표면 상의 주 위어 및 상기 주 위어 아래의 영역에 위치하는 보조 위어를 포함하는 상기 챔버 벽을 포함하고,
   모우트는 상기 주 위어와 상기 보조 위어 사이에 있고, 그리고
   상기 도금 셀은 상기 진입 위치을 향해 0.05°보다 크고 0.15°보다 작은 각도로 기울어진 (tilted), 도금 셀.
4. 웨이퍼 상에 금속을 전기도금하기 위한 도금 셀에 있어서,
   웨이퍼 홀더;
   유입구;
   유출구; 및
   챔버 벽의 상단 표면 상의 주 위어 및 상기 주 위어 아래의 영역에 위치하는 보조 위어를 포함하는 상기 챔버 벽을 포함하고,
   상기 보조 위어 및 상기 주 위어는 단일체 구조물 (monolithic structure) 의 각 부분인, 도금 셀.
5. 웨이퍼 상에 금속을 전기도금하기 위한 도금 셀에 있어서,
   웨이퍼 홀더;
   유입구;
   유출구; 및
   챔버 벽의 상단 표면 상의 주 위어 및 상기 주 위어 아래의 영역에 위치하는 보조 위어를 포함하는 상기 챔버 벽을 포함하고,
   상기 보조 위어 및 상기 주 위어는 동일한 단일체 구조물의 부분이 아닌, 도금 셀.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 모우트의 깊이는 상단으로부터 하단까지 1 밀리미터 내지 3 밀리미터인, 도금 셀.
7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 모우트의 베이스는 수평 형상, 샤프한 형상, 또는 커브된 형상인, 도금 셀.
8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 모우트의 베이스는 텍스처링 (textured) 된, 도금 셀.
9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 주 위어로부터의 경사부는 0 내지 180 도 사이의 각도로 상기 모우트와 만나는, 도금 셀.
10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 위어는 탄성체 (elastomer) 또는 고무를 포함하는, 도금 셀.
11. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 위어는 상기 주 위어로부터 10 밀리미터보다 작게 떨어진 위치에 위치하며, 상기 위치는 상기 주 위어의 상단과 상기 보조 위어의 상단 사이의 거리에 의해 측정되는, 도금 셀.
12. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 위어는 상기 주 위어로부터 1 밀리미터 내지 4 밀리미터 사이에 위치하고, 상기 위치는 상기 주 위어의 상단과 상기 보조 위어의 상단 사이의 거리에 의해 측정되는, 도금 셀.
13. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 위어는 PET 또는 PET-P (polyethylene terephthalate), 폴리프로필렌 (polypropylene), PTFE (polytetrafluoroethylene), 및 석영으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는, 도금 셀.
14. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 3 위어 (tertiary weir) 를 더 포함하는, 도금 셀.
15. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 4 위어 (quaternary weir) 를 더 포함하는, 도금 셀.
16. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 위어의 내측 벽은 0 내지 120 도의 각도를 갖는, 도금 셀.
17. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 위어의 내측 벽은 상기 챔버 벽의 외측 벽으로부터 오프셋된, 도금 셀.
18. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 위어의 상단 표면은 상기 챔버 벽의 외측 표면을 향해 하향으로 경사진, 도금 셀.
19. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 위어의 상단 표면은 커브되거나 (curved), 기울어지거나 (slanted), 또는 편평 (flat) 한, 도금 셀.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 상단 표면은 상기 챔버 벽의 외측 표면을 향해 하향으로 경사지거나 기울어진, 도금 셀.
    
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제
27. 삭제
28. 삭제
29. 삭제
30. 삭제
31. 삭제
32. 삭제