KR20010087290A - 제품에 균일한 전력을 공급하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판에 전력을 공급하는 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 상기 장치는 다수의 콘택, 전류 센서, 및 전류 조절기를 포함한다. 전류 센서는 상기 장치의 전류를 감지하기 위한 각각의 다수의 콘택에 부착된다. 전류 제어기는 전류 센서에 응답하여 다수의 콘택 각각에 인가되는 전류를 제어한다. 또다른 실시예에서, 컴플리언트 리지는 원치않는 화학작용으로부터 콘택을 밀봉시키기 위해 다수의 각각의 콘택 주변 부근에 형성된다.
Description
본 발명은 금속 증착 시스템에서 기판에 전력 공급을 위한 전기적 콘택 제공에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전기도금 시스템에 있는 제품에 전력을 균일하기 인가하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
서브-쿼터 미크론(Sub-quarter micron)의 다단계 금속화는 차세대 초대규모 집적회로(ULSI)에 있어 중요한 기술이다. 이들의 내부배선 픽춰의 신뢰성 있는 형성은 집적도를 증가시키며, ULSI의 성능 개선, 및 다수의 개별적으로 처리된 웨이퍼의 질을 향상시킨다. 회로 밀도가 증가함에 따라, 비아, 콘택의 폭 및 그밖에 픽춰 뿐만 아니라, 픽춰 사이의 유전체 물질의 폭이 감소된다. 그러나, 대체로 유전체층의 높이는 일정하다. 따라서, 픽춰에 대한 어스펙트비(즉, 이들의 폭으로 분할된 높이 또는 폭)가 증가한다. 물리적 기상 증착(PVD) 및 화학적 기상 증착(CVD)과 같은 다양한 종래의 증착 공정은 현재 4/1 이상, 특히 10/1 이상의 어스펙트비를 갖는 균일한 픽춰를 제공하기는 어렵다. 따라서, 어스펙트비가 4/1 이상인 보이드가 없는, 나노미터크기의 픽춰에 대한 많은 노력이 이어지고 있다.
회로 보드상에 라인 제조를 위해 집적회로 디자인에서 이전에 한정된 전기도금법이 비아 및 콘택을 충진시키는데 사용된다. 일반적으로 금속 전기도금은 다양한 기술에 의해 달성된다. 전기도금 공정의 일 실시예는 초기에 웨이퍼의 픽춰 표면 위로 배리어층을 증착시키고, 상기 배리어층 위로 도전성 금속 시드층을 증착시키고, 상기 구조/픽춰를 충진시키기 위해 상기 시드층 위로 (구리와 같은) 도전성 금속을 증착시키는 단계를 수반한다. 마지막으로, 증착된 층들은 예를 들어, 화학적 기계적 연마(CMP)에 의해 도전성 내부배선 픽춰를 형성하도록 평탄화처리된다.
다마신 공정은 절연 물질에 형성된 개구부를 충진시키기 위해 금속 도전성층을 형성하는 공정을 포함한다. 금속 도전성 물질의 표면은 절연물질에 형성된 평탄한 표면의 절연체를 제공하도록 에칭처리된다. 효과적이고 성공적인 다마신 및 듀얼 다마신 공정은(실리콘 웨이퍼상에 있는 높은 도전성의 구리 배선을 제조하는데 사용) 구리층의 균일한 증착에 따라 크게 좌우된다. 또한, 화학적 기계적 연마에 의해 구리층의 부분적 제거에 따라 그 효율성이 좌우된다.
전기도금에서, 금속층 증착은 시드층에 전력을 인가시키고 증착되는 금속을 포함하는 전해질 용액에 웨이퍼 도금 표면을 노출시킴으로써 달성된다. 그다음 증착된 금속층을 시드층(뿐만 아니라 컨포멀층(conformal layer))에 부착시켜 금속층의 균일한 성장을 제공한다. 다수의 방해물들이 나노미터 크기의, 높은 어스펙트비의 픽춰를 갖는 웨이퍼 상에 일정하고 신뢰성있는 금속의 전기도금을 방해한다. 상기 방해물로는 웨이퍼 도금 표면의 비균일한 전력 분포 및 전류 밀도가 포함된다.
금속 증착 시스템에서는, 금속층의 불균일한 증착을 야기시킬 수 있는 몇몇의 문제점이 있을 수 있다. 첫 번째 원인은 상이한 콘택(56) 상에 증착되는 물질에서의 공정 시간과 관련한 변화로 인한 불균일한 증착이다. 따라서 각각의 콘택은 독특하며 예측불가능한 기하학적 프로파일 및 밀도를 나타내며, 따라서 유사한전압에 노출되는 경우 가변적이고 예측불가능한 저항이 산출된다. 각각의 콘택(56)의 가변 저항은 웨이퍼의 불균일한 전류 밀도 분포를 야기시킨다. 콘택의 가변 저항은 수정 전계(modified electrical field)를 제공한다. 또한, 콘택/시드층 인터페이스에서의 콘택 저항은 웨이퍼와 웨이퍼(48)에서 변화될 수 있고, 이는 동일한 장비를 사용하는 상이한 웨이퍼들 사이에 일정하지 않은 도금 분포를 야기시킬 수 있다.
시드층에 전류를 공급하는 전원장치 회로는 콘택 링 상에 위치된 다수의 콘택(56)을 포함한다. 전기도금기 실시예에서는, 단일 전원장치가 금속 콘택(56)의 모두와 전기적으로 연결된 접합부에 전력을 공급한다. 상이한 콘택의 전기적 특성은 특히, 장기간 사용후에 변형될 수 있다. 높은 저항을 갖는 이러한 금속 콘택은 인접 시드층에 전류를 덜 공급한다. 같은 전압이 각각의 금속 콘택에 인가되는 경우, 증가된 저항을 갖는 콘택들은 또한 옴의 법칙 따라 낮은 전류가 흐르게 된다. 불균일한 전력 분포 및 전류 밀도는 콘택에 의해 인가되는 가변 전류로 인해 웨이퍼 도금 표면의 시드층에 인가된다. 불균일한 전력 분포 및 전류 밀도는 시드층에 금속의 불균일한 증착을 야기시킨다.
따라서, 다수의 콘택, 및 웨이퍼 상에 증착되는 시드층에 균일한 전류를 인가하는 장치가 요구된다. 이러한 장치는 전기도금 셀 내에 있는 웨이퍼 표면에 대체로 균일한 전력 분포를 제공하며, 웨이퍼 상에 신뢰성 있고 일정한 도전성 금속층을 증착시킨다.
일반적으로 본 발명은 기판에 전력을 공급하는 방법 및 장치를 제공한다. 일 실시예에서, 상기 장치는 다수의 콘택, 전류 센서, 및 전류 조절기를 포함한다. 전류 센서는 전류를 감지하는 다수의 콘택 각각에 부착된다. 전류 조절기는 전류 센서에 의해 생성된 신호에 응답하는 다수의 콘택 각각에 인가되는 전류를 제어한다.
또다른 실시예에서, 컴플리언트 리지(compliant ridge)는 콘택 부근에 시일(seal)을 형성할 수 있도록 다수의 콘택 각각 부근에 형성된다. 컴플리언트 리지는 컨포멀(conformal) 층의 외부 표면에 형성되는 리지를 야기시키는 두꺼운 도체층중 하나에 의해 형성될 수 있다. 선택적으로, 컴플리언트 리지는 추가의 층으로서 형성될 수 있다. 본 발명의 설명은 이하 도면을 참고로 설명한다. 설명의 편의를 위해 도면에서 공통되는 동일한 부재는 가능한 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 1은 본 발명의 저장용기 플레이터의 일 실시예의 개략적 측단면도;
도 2는 도 1의 저장용기 플레이터를 사용할 수 있는 본 발명의 전원장치의 일 실시예의 개략적 단면도;
도 3은 본 발명의 일 실시예인 도 2의 피드백부(242)를 갖는 각각의 도체의 개략적 단면도;
도 4는 본 발명의 일 실시예의 웨이퍼 홀딩 장치의 측단면도;
도 5는 도 4의 일부분(410) 내에 있는 부재의 확대도;
도 6A 내지 도 6I를 포함하는 도 6은 콘택 기판 제조 단계의 일 실시예의 단면도;
도 7은 컴플리언트 리지의 일 실시예의 상부도.
* 도면의 주요부호에 대한 부호의 설명*
10 : 저장용기 플레이터 56 : 콘택
204 : 제어기 206 : 전원장치
212 : 메모리 216 : 회로부
242 : 제어기 250 : 전류 조절기
이하 설명을 참조로 하면, 당업자는 전기도금과 같은 임의의 금속 증착에 본 발명을 쉽게 활용할 수 있음을 알 것이다.
1. 부품 구조
저장용기 플레이터(fountain plater)(10)는 전해질 콘테이너(12), 애노드(16), 전원장치(22), 콘택 링(20), 다수의 콘택(56), 및 웨이퍼 지지체(14)를 포함한다. 전해질 콘테이너(12)는 웨이퍼와 같은 기판 상에 금속을 증착시키기위해 사용되는 전해질을 포함한다. 웨이퍼(48)는 웨이퍼 지지체(14)에 고정되며 그위에 금속을 증착시키기 위해 콘테이너(12) 내의 전해질 속으로 삽입된다. 구리층은 이전에 형성된 구리 시드층에 의해 먼저 전형적으로 커버된 웨이퍼(48)의 면적 상에 구리를 함유한 전해질로부터 전기도금에 의해 증착된다. 도 2는 도 1에 도시된 저장용기 플레이터(10)에 위치된 콘택(56)에 공급되는 전류를 감지하고 제어하는 본 발명의 일 실시예의 전원장치(22)를 나타낸다. 본 발명의 설명에 있어 저장용기 플레이터(10)를 나타내고 설명했지만, 웨이퍼 또는 다른 기판상에 금속이 증착되는 콘택(56)을 포함하는 다른 공정 챔버가 본 발명의 범주내에서 사용가능하다.
도 1에서, 콘택(56)은 전기 전원장치(22)와 전기적으로 연결된다. 기판상에 배치되는 시드층과 접촉되는 임의의 콘택 구조는 본 명세서 내에서 사용되는 "콘택(contact)"이란 용어의 범주내에 있다(즉, 콘택은 콘택 로드 및 콘택 핀, 뿐만 아니라 다른 공지된 콘택 구조를 포함한다). 저장용기 플레이터(10)는 웨이퍼 지지체(14)에 부착된 웨이퍼(48)가 개구부(13)를 통해 배치될 수 있는 전해질 콘테이너(12)를 포함한다. 애노드(16)는 전해질 콘테이너(12)의 바닥 부근에 배치된다. 콘택 링(20)은 콘택 링(20)에 배치된 콘택(56)으로부터 전력이 공급될 수 있는 위치에서 웨이퍼를 유지하도록 구성된다. 웨이퍼 지지체(14)는 전해질 용액을 함유하는 엔클로저(enclosure)(21)를 형성하도록 개구부(13) 에지에 의해 지지된다. 원형의 전기적 콘택 링(20)은 웨이퍼(48) 상에 형성된 웨이퍼 도금 표면(54)상에 배치된 시드층(도시되지 않음)과의 전기적 접촉을 용이하게 한다. 시드층의일부는 웨이퍼(48)의 주변부 부근에 바람직하게 위치된 시드층 접촉부를 포함한다. 시드층의 상기 위치는 콘택(56)과의 효과적인 접촉을 제공한다. 전해질 용액에 대한 입력 소스 및 출력 소스(모두 도시되지 않음)는 각각 전해질 콘테이너(12)로부터 전해질 용액을 배출시키기 위해 전해질 콘테이너(12)에 연결된다.
일반적으로, 콘택(56)은 탄탈(Ta), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 금(Au), 구리(Cu), 또는 은(Ag)과 같은 도전성 물질을 포함하는 물질 또는 합금으로 형성된다. 콘택 링(20)의 안쪽에 위치되는 콘택(56) 부분은 웨이퍼(48) 상에서 발생되는 전계(콘택(56)의 기계적 결합 효과)를 최소화시키도록 구성된다. 웨이퍼(48)는 축방향으로 웨이퍼(48)의 형상에 따르는 실린더형 전해질 콘테이너(12)의 내부에 고정되고 상부에 위치된다. 전해질 흐름은 저장용기 플레이터(10)가 동작하는 동안에 웨이퍼(48)의 웨이퍼 도금 표면(54) 상에서 직교한다.
동작하는 동안, 웨이퍼(48)는 캐소드로서 애노드(16)와 상호작용하며, 제어가능한 금속층을 갖는 제품으로서 간주될 수 있다. 전형적으로, 콘택 링(20)은 다수의 금속성 또는 반-금속성의 콘택(56)을 포함한다. 콘택(56)이 전해질에 노출되는 경우, 시드층은 도금 증착물을 축적시킨다. 콘택(56) 상의 증착물은 이들의 물리적, 전기적 및 화학적 특성을 변화시키며 결국 콘택 링(20)의 전기적 성능을 경감시킨다. 이러한 경감은 불균일한 전류 분포로 인한 웨이퍼상에서의 불균일한 도금으로 인한 것이다.
도 2는 저장용기 플레이터(10)와 관련하여 본 발명의 일 실시예의 전원장치(22)를 나타낸 것이다. 본 실시예는 각각의 콘택(56) 저항이 상이한 경우에도 상이한 콘택(56) 사이에 공급되는 전류가 균형을 이루도록 각각의 콘택에 전력을 공급하는 전원장치의 디자인을 제공한다. 전원장치(22)는 콘택(56)이 동일하지 않은 저항을 갖더라도 시드층에 보다 균일한 전류 밀도(및 전류 밀도의 인가)를 제공한다. 피드백부(242)를 갖는 각각의 도체는 제어기(204)에 개별적으로 각각의 콘택(56)과 연결된다. 피드백 부분(242)을 갖는 각각의 개별적 도체는 특정 콘택(56)에 인가되는 전류를 감지하고, 전류를 나타내는 제어기(204)로 입력을 제공한다. 제어기는 이하 설명되는 것처럼, (필요한 경우) 상이한 콘택(56) 사이에 전류를 비교평가하기 위해 상기 감지된 전류를 따른다.
전원장치(206) 및 제어기(204)와 관련된 피드백 부분(242)을 갖는 개별적 도체의 일 실시예의 구조를 도 3에 상세히 나타냈다. 피드백 부분(242)을 갖는 개별적 도체는 전도체(702, 704, 706); 배리스터(가변 레지스터)(706); 전류 센서(710); 및 제어 도체(712, 714)를 포함한다. 전도체(702)는 제어기(204)와 저장용기 플레이터(10)가 작동하는 동안 전기 및 전자 장치의 필요조건을 만족시키기 위해 전원장치(206)로부터 제어기(204)로 충분한 전류를 공급한다. 전도체(704, 708)(이들 사이에 공간을 두고 있는 배리스터(706)를 포함)는 제어기(204)로부터 저장용기 플레이터(10) 내의 콘택(56)으로 제어된 전력을 제공한다. 전류 센서(710)는 전도체(708)를 흐르는 전류를 결정하고, 상기 정보(바람직하게는 디지털 형태)를 제어기(204)로 다시 전송한다.
제어기(204)의 전류 조절기부(720)는 배리스터(706)에 제어 신호를 제공한다. 배리스터는 콘택이 다른 콘택 보다 많은 또는 적은 전류를 각각 수신하는 경우, 콘택(56)으로 공급되는 전류를 제어하여 저항을 증가 또는 감소시킴으로써 반응한다. 상이한 개별적 피드백부(242)와 관련된 배리스터(706)는 집적화된 형태로 기능해야 한다. 거의 동일한 전류가 피드백 부분(242)을 갖는 각각의 개별적 도체로부터 이들의 각각의 콘택(56)으로 인가된다.
일 실시예에서, 각각의 콘택(56) 마다에 인가되는 전류는 각각의 콘택이 최소의 전류를 수신하는 저장용기 플레이터에서의 특정 콘택에 공급되는 전류를 초과하는 전류량 만큼 감소된다. 전류의 상기 감소는 제어기(204)에 의해 결정된 것처럼, 적정량만큼 배리스터(706)에서 저항을 증가시키게 할 수 있다. 제어기(204)는 배리스터(706)에서 적절한 저항 레벨이 콘택에 공급되는 전류를 연속적으로 조절하도록 연속적으로 작동한다.
또다른 실시예에서, 다른 콘택보다 전류를 덜 수신하는 콘택(56)으로 제어기(204)에 의해 공급되는 전류는 제어기(204)에 위치된 전류 조절기(도시되지 않음)에 의해 공급된 전류를 증가시킴으로써 보다 많은 전류를 수신할 수 있다. 선택적으로, 제어기(204)는 다른 콘택(56) 보다 보다 많은 전류를 수신하는 콘택(56)으로 제어기(204)에 의해 공급되는 전류를 감소시킬 수 있다. 콘택(56)에 인가되어 감지된 전류에 따라 상이한 콘택(56)에 공급된 전류를 변화시키는 (다수의 콘택 사이에 인가되는 전류의 균형을 맞추기 위한)어떠한 기술이라도 본 발명의 범주내에서 가능하다.
동작적으로, 제어기(204)는 전류 센서부와 전류 제어부의 2가지 부를 포함할 수 있다. 이들 2개의 부 각각을 도면에 개별적으로 도시하지는 않으며, 이는 이들의 동작이 동일한 장치와 관련되어 행해지기 때문이다. 제어기(204)는 중앙 처리 장치(CPU)(210), 메모리(212), 입력/출력 회로(I/O)(214), 회로부(216), 및 시스템 버스(218)를 포함한다. 제어기(204)는 퍼스널 컴퓨터(PC), 마이크로컴퓨터, 네트워크-컴퓨터, 컴퓨터본체(mainframe), 마이크로프로세서, 또는 다른 공지된 형태의 컴퓨터 형태일 수 있고, 그 동작은 본 명세서에서 간략화를 위해 더 이상 설명하지 않으며, 기술상 일반적으로 공지되어 있다.
CPU(210)는 제어기(204)의 처리 및 연산 기능을 수행한다. CPU(210)는 바람직하게, Texas Instruments의 Intel Corporation, 또는 Advanced Micro Devices에서 생산되는 타입의 것이 바람직하며, 이들의 동작은 당분야에 공지되어 있다. 메모리(212)는 랜덤 액서스 메모리(RAM)과 판독 전용 메모리(ROM)를 포함하며, 전원장치(22)의 동작을 제어하기 위해, 프로그램, 오퍼랜드(operand), 시스템 파라미터, 및 다른 필수 파라미터를 모두 저장하고 액서스한다. 시스템 버스(218)는 CPU(210), 메모리(212),지지 회로(216), 및 I/O 회로(214) 사이에 디지털 정보를 전송하기 위해 제공된다. 또한 버스(218)는 CPU(210), 메모리(212), I/O 회로(214) 및 지지 회로(216) 부재들 사이의 필수 정보를 전송하며, 저장용기 플레이터(10)와 연결된다.
I/O 회로(214)는 제어기(204)에서의 각각의 부품들 사이의 디지털 정보의 전송을 제어하기 위한 인터페이스를 제공한다. I/O 회로(214)는 제어기(204) 부품과 저장용기 플레이터(10)의 상이한 부분 사이에 인터페이스를 제공한다. 지지 회로부(216)는 다른 모든 사용자 인터페이스부(디스플레이 및 키보드와 같은), 시스템장치, 및 제어기(204)와 관련된 추가적 장치들을 포함한다. 제어기(204)는 디지털 장치로서 설명하지만, 본 발명의 범주내에 있는 유사한 기능을 수행하는 아날로그 장치도 본 발명의 범주내에서 이용가능하다. 또한, 도 2에는 전원장치(206)로부터 애노드(16)로 공급된 전류를 제어하는 전류 제어기(250)를 나타냈다.
제어기(204)와 콘택(506) 사이의 이러한 내부배선은 적절한 웨이퍼 상에서 단일 또는 다층의 박막 배선 방법을 수반하는 공지된 제조 기술을 사용할 수 있다.
2. 웨이퍼 콘택의 제조
도 2에서 사용되는 형태의 콘택 링(20)을 사용하는 제조 공정의 실시예를 이하 설명한다. 제조를 위한 본 실시예는 콘택(56)에 대한 것으로, 각각의 콘택으로 흐르는 전류를 비교하여 필수 배선 구조를 제조한다. 본 실시예는 상기 설명된 것처럼, 상이한 콘택(56) 사이의 전류를 재-비교평가하는 전기적 콘택 구성을 제공한다.
배선 네트워크 및 콘택(56)은 금속 네트워크로서 제조될 수 있다. 바람직한 금속은 높은 스프링 팩터(factor), 양호한 형성가능성, 및 상대적으로 높은 전기적 도전율로 인해 전기적 콘택에 광범위하게 사용되는 스트립 형태를 이용할 수 있는 구리-베릴륨 합금이다. 제조 방법의 일 실시예는 도 6A 내지 6I를 포함하는 도 6에서 설명된다.
도 6A에서, 콘택 링(20)(바람직하게 베릴륨-구리로 구성)은 연마처리되고(deburred), 5㎛ 두께를 갖는 니켈로 전기도금된다. 도 6B에서는,15-20㎛의 폴리이미드 코팅(604)이 콘택 링(20)의 양측면과 에지를 덮는다. 폴리이미드는 유전체로서 공지되어 있어 있는 것으로, 이하 설명되는 방식의 본 발명의 범주내에서 있는 다른 어떤 유전체라도 사용가능하다. 웨이퍼는 300 내지 400도의 섭씨온도에서 경화처리된다.
도 6C에서는, Cr-Cu-Cr 스퍼터층(606)이 콘택 링(20)의 상부 표면에 형성된다. 내부 크롬층은 구리층에 미치는 악영향을 제한하기 위한 보호층으로서 제공된다. 구리층은 도전층으로서 제공되며, 외부 크롬층은 또다른 보호층으로서 제공된다. 보호 크롬층(들)은 본 발명의 의도된 범주내에 있으나 제거될 수 있다. Cr-Cu-Cr 스퍼터층(606)이 도시된 도 6C는 약 200 옴스트롱의 크롬, 약 10-25㎛의 구리, 및 약 200 옴스트롱의 크롬을 포함한다. 10-25㎛의 구리는 현재의 제조 기술에 비해 상대적으로 두껍고, 도 5에 도시된 것과 같은 제조층으로 증착(build-up), 또는 컴플리언트 리지(470)를 위해 제공된다. Cr-Cu-Cr 스퍼터층(606)에서의 크롬은 구리의 산화를 제한하는 보호층으로서 제공된다.
도 6D에서, 포토-레지스트(도시되지 않음)가 Cr-Cu-Cr 스퍼터층(606)을 선택적으로 제거하기 위한 공정을 시작하기 위해 웨이퍼에 적용된다. 다음 포토-레지스트가 소프트 열처리된다(soft baked). 포토-레지스트는 원하는 바에 따라 포지티브 또는 네거티브 포토 레지스트일 수 있다. 다음 포토-레지스트가 마스크(680)를 사용하여 노출되어 제 1 배선 레벨을 형성한다. 도 6E에서는, 차감(subtractive) 에칭층(일실시예는 암모늄 과황산염을 포함)은 포토-레지스터에 의해 보호되지 않는 Cr-Cu-Cr 스퍼터층(606) 부분을 제거하도록 적용된다. 차감에칭부는 다른 에칭 기술이(플라즈마 에칭, 반응성 이온 에칭, 액체 에칭, 또는 다른 적합한 기술을 사용하는) 사용될 수 있어, 폴리이미드층으로 복귀된다.
도 6F에서, 감광성 폴리이미드(PSPI)(612)가 적용되고 소프트 열처리된다. 다음 PSPI가 노출되고, 현상되고 경화된다. 폴리이미드는 전기적 유전체이다. 도 6C 내지 도 6F에 도시된 단계가 도 6F에서 반복되어 원하는대로, 연속하는 폴리이미드층 사이에 많은 도전성 배선층(614,616)으로서 제공된다. 도 6G에서, 감광성 폴리이미드 부분은 필요하다면, 하부층에서 비아에 제공되는 부분을 노출시키고 처리하는 동안 도 6F 에서의 618에서 제거된다. 도 6G에 도시된 것처럼 다층의 도전성 구조를 제공하도록 다수의 층이 사용가능하다.
도 6H에서는, 도 6B에 도시된 폴리이미드 코팅층(604)을 포함하지 않는 다수의 층들 아래로 콘택홀(650)을 제거하는데 레이저가 사용된다. 본 공정은 폴리이미드 코팅층(604)으로 연장되는 콘택(56)에 제공된다. 도 6I에서 콘택(56)은, 바람직하게 백금으로 형성되며, 도 6H에 제조되는 콘택홀(650) 속으로 전기도금된다.
도 6A 내지 도 6G에 도시된 방법의 장점은 컴플리언트 리지(654)가 각각의 콘택(56)을 둘러싸게 형성된다는 것이다. 컴플라이언트 리지(654)가, 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 압축되는(compressed) 경우, 도 1의 전해질 콘테이너(12)의 엔클로저(21)에 함유된 전해질 용액으로부터 콘택(56)을 밀폐시킨다. 본 발명의 일실시예에서, Cr-Cu-Cr 스퍼터층(606)에서의 두꺼운(25㎛) 코팅 구리 픽춰는 도 6C에 도시된 것처럼 컴플리언트 리지(654)를 형성한다. 컴플리언트 리지는 도 7에 도시된 것처럼 콘택을 둘러싼다. 상기 표면 형태는 Cr-Cu-Cr 층의 두께에 기인하여 둘러싸인 표면과 비교하여 상승되어 있는 압축가능한 컴플리언트 리지 또는 댐(dam)(654)을 제공하도록 설계된다. 콘택(652) 부근으로 연장되는 상승된 압축가능한 컴플리언트 리지 또는 댐은 컴플리언트 리지가 기판(48)과 접촉되어 압축되는 경우 콘택(56)이 도금액의 노출부를 "핀치오프(pinch off)"처리한다. 도 7은 주변 영역(702) 및 내부 영역(704) 위로 연장되는 컴플리언트 리지(652)의 상부도이다. 내부 영역(704)은 콘택(56)을 포함한다. 압축가능한 컴플리언트 리지(654)는 상술된 박막 공정을 사용하여 재생가능하게 제작될 수 있다. 전해질로부터의 콘택 시일링(sealing)은 전해질에 함유된 금속에 의해 콘택(56)의 코팅을 제한한다. 또한 콘택 시일링은 전해질이 콘택(56) 물질과 화학적으로 반응하지 않기 때문에 전해질의 수명을 연장시킨다. 전해질로부터의 콘택 시일링은 상이한 전기적 콘택(56) 사이에 전기적 특성을 균일하고 예정가능하게 하며, 이는 콘택이 원료 물질과 형상을 오랫동안 유지하기 때문이다. 본 발명의 또다른 실시예는 두꺼운 Cr-Cu-Cr 스퍼터층(606)의 사용에 좌우되지 않는다.
도 4 및 도 5는 전해질 콘테이너(12) 내에 고정된 웨이퍼 지지체(400)의 보다 상세한 설명을 나타낸다. 웨이퍼 지지체(14)는 웨이퍼 도금 표면(54)이 콘테이너(12)에 의해 한정된 엔클로저(21)내에 함유된 전해질액에 웨이퍼 도금 표면(54)이 노출되도록 웨이퍼(48)를 지지한다. 콘택 링(20)(도 4 및 도 5의 단면도에 도시됨)은 플라스틱 또는 다른 방부 물질로 형성된, 예를 들어, 볼트 또는 나사의 절연성 파스너(425)에 의해 환형 지지 부재(424)에 부착된다. 도 1에서 도시된 웨이퍼 지지체(14)는 환형 지지 부재(424)에 형성된 표면(426)에 결합되고 지지된다.다수의 콘택(56)이 콘택 링(20)의 주변부 부근에 공간을 두고 있으며, 웨이퍼 도금 표면(54) 상에 형성된 시드층(도시되지 않음)에 전력을 공급한다.
도 5는 도 4의 부분(410) 내에 있는 부재의 확대도이다. 구조적으로 유전체인 폴리이미드층(460)이 콘택(56)을 지지한다. 유전체 폴리이미드층(460) 내에 다수의 전기적 도전성층(462)이 배치된다. 콘택(56)은 웨이퍼 도금 표면(54)상에 배치된 시드층에 전력을 공급한다. 컴플리언트 리지(470)(일실시예에서 유전체 폴리이미드층(460)으로부터 형성된 외부층)는 콘택(56)의 주변부 부근에서 웨이퍼 도금 표면(54)과 결합된다. 컴플리언트 리지는 챔버(422)로부터 콘택(56)으로 전해질 용액이 통과하는 것을 제한한다. 전해질 용액에서의 콘택(56) 노출 제한은 콘택 링과 전해질 용액의 유효 수명을 연장시킨다.
콘택 링(20)의 후방으로 인가되는 압력은 설명된 것처럼 콘택(652) 부근에 형성된 컴플리언트 리지(654)를 평탄화시키기에 충분하다. 이러한 컴플리언트 리지(654)의 평탄화는 각각의 콘택(56)에 전기적 연결을 강화시킨다. 콘택 링(20)은 콘택홀(650) 부근의 컴플리언트 리지(654)를 평탄화시키기에 충분한 힘이 적용되어 콘택(652)이 웨이퍼에 바이어스된다. 이러한 힘은 콘택 링(20)의 웨이퍼 도금 표면(54)에 형성된 콘택(56) 및 시드층 사이의 유체 통로를 한정하는 일정한 시일링 작용을 제공한다.
콘택(56) 및 컴플리언트 리지를 포함하는 콘택 링(20) 구조는 공지된 플렉스(flex) 회로 제조 방법으로서 또다른 실시예에 형성될 수 있다. 이러한 플렉스 회로 제조 방법의 예는 본 발명의 소유자에게 양도되고, Kholodenko 등에 의해 1999년 3월 23일 개시된 미국 특허 번호 5,885,469 호에 개시되어 있다(본 명세서에서 참조로함). 이러한 플렉스 회로는 아교( 및 고압솥에서의 경화), 또는 선택적으로 적절한 파스너에 의해 도금 고정물의 단단한 부분에 부착될 수 있다. 후자의 경우에, 저가의 플렉스 회로는 도금 셀에서 대체가능한 콘택 회로로서 사용될 수 있다. 일반적으로 폴리이미드는 산성의 도금액에 대해 매우 뛰어난 저항성을 갖는다. 다른 폴리이미드 유전체가 폴리이미드로 대체사용가능한다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명했으나, 당업자는 다양한 다른 실시예를 쉽게 고안해 낼 수 있음을 알 것이다.
본 발명은 전기도금 셀 내에 있는 웨이퍼 표면에 대체로 균일한 전력 분포를 제공하며, 웨이퍼 상에 신뢰성 있고 일정한 도전성 금속층을 증착시킨다.
Claims (23)
- 기판에 전력을 공급하는 장치에 있어서,다수의 콘택;상기 다수의 콘택 각각에 부착된 전류 센서; 및상기 전류 센서에 응답하는 상기 다수의 콘택 각각에 인가되는 전류를 제어하는 전류 조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 콘택 각각 사이에서 비균일한 전류를 결정하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 전류 조절기가 상기 제어기에 응답하여 동작하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전류 조절기가 상기 다수의 콘택 각각에 유사한 전류 레벨이 인가되도록 하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전류를 각각의 콘택에 공급하는 전원장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
- 제 5 항에 있어서, 다수의 개별적 도체를 더 포함하며, 상기 개별적 도체중 적어도 하나는 상기 전원장치로부터 상기 다수의 콘택에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
- 제 6 항에 있어서, 상기 전류 조절기가 다수의 배리스터를 포함하며, 상기 배리스터중 적어도 하나는 인가되는 전류를 제어하도록 상기 개별적 도체의 각각과 상기 다수의 콘택 각각에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
- 제 6 항에 있어서, 상기 전류 조절기는 상기 개별적 도체 각각 위로 상기 전류를 조절하는 전류 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
- 제 1 항에 잇어서, 상기 콘택 주변에 형성되는 컴플리언트 리지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
- 기판에 전력을 공급하는 방법에 있어서,다수의 콘택을 제공하는 단계;상기 다수의 콘택 각각에 인가되는 전류를 감지하는 단계; 및상기 전류 센서에 응답하는 상기 다수의 콘택 각각에 인가된 상기 전류를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 전류를 제어하는 단계가 상기 다수의 콘택 각각에 인가된 상기 전류를 비교평가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 전류를 제어하는 단계가 상기 콘택에 상기 전류를 인가하는 도체 저항을 변화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 전류를 제어하는 단계가 상기 콘택에 상기 전류를공급하는 도체에 인가된 상기 전류 레벨을 변화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
- 기판을 제공하는 단계;상기 기판 상에 적어도 1개 이상의 도체층을 증착시키는 단계; 및상기 기판 상에 상기 적어도 1개 이상의 도전성층에 인접한 적어도 1개 이상의 절연층을 증착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택 링 형성 방법.
- 제 14 항에 있어서, 상기 도전성층중 적어도 하나에 콘택을 전기적으로 연결시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택 링 형성 방법.
- 제 14 항에 있어서, 상기 도전성층중 적어도 하나는 적어도 1개 이상의 절연층을 증착시킨 후에, 컴플리언트 리지를 상기 절연층에 한정되도록 두께가 충분한 것을 특징으로 하는 콘택 링 형성 방법.
- 제 16 항에 있어서, 상기 도전층중 적어도 하나에 콘택을 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함하며, 상기 컴플리언트 리지는 상기 콘택 주변 부근으로 연장되는 것을 특징으로 하는 콘택 링 형성 방법.
- 웨이퍼 및 전원장치 사이에 전기적 콘택을 제공하는 콘택 링에 있어서,도전성층;상기 도전성층 위로 증착된 절연층;상기 도전성층과의 전기적으로 접촉되고 상기 절연층을 통해 외부 표면으로 연장되는 콘택; 및상기 외부 표면상에 형성되고 상기 콘택 주변 부근으로 연장되는 컴플리언트 리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택 링.
- 제 18 항에 있어서, 상기 절연층은 컨포멀 층이고, 상기 도전성층은 상기 절연층 상에 컴플리언트 리지를 형성하기에 충분한 치수인 것을 특징으로 하는 콘택 링.
- 제 18 항에 있어서, 상기 컴플리언트 리지는 상기 절연층의 상부에 증착된 추가의 층에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 콘택 링.
- 기판에 전력을 공급하는 장치에 있어서,증착 셀, 애노드, 및 캐소드를 포함하는 금속 증착 시스템을 포함하며, 상기 캐소드는,다수의 콘택;상기 다수의 콘택 각각에 부착된 전류 센서; 및상기 전류 센서에 응답하는 상기 다수의 콘택 각각에 인가되는 전류를 제어하는 전류 조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 금속 증착 시스템은 전기도금 장치인 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
- 제 21 항에 있어서, 외부 표면에 형성되고 상기 콘택 주변 부근으로 연장되는 컴플리언트 리지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
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