KR20050025986A

KR20050025986A - 일정한 웨이퍼 침지 각도를 갖는 경사진 전기화학적 도금 셀

Info

Publication number: KR20050025986A
Application number: KR1020057001265A
Authority: KR
Inventors: 드미트리 루보미르스키; 사라브지트 싱; 예즈디 엔. 도르디; 쉐쉬라즈 툴쉬바그웨일
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2005-03-14
Also published as: WO2004009875A2; CN1679156A; TW200413576A; WO2004009875A3; TWI275667B; US20040016648A1

Abstract

도금 작업을 위해 기판을 침지시키는 방법 및 장치가 제공된다. 일반적으로 상기 장치는 내부에 도금 용액을 함유하도록 구성된 도금 셀(plating cell)을 포함한다. 도금 셀은 적어도 하나의 유체 수반(basin), 적어도 하나의 유체 수반의 하부 위치내의 확산 플레이트 위치, 및 확산 플레이트 하부에 위치된 애노드를 포함하며, 상기 애노드 및 확산 플레이트는 수평면을 기준으로 경사진(tilted) 배향으로 서로 평행한 배향에 위치된다. 또한 상기 장치는 도금 셀 부근에 위치되며 베이스 부재를 포함하는 헤드 어셈블리, 베이스 부재의 말단부에 위치된 액추에이터, 및 액추에이터와 기계적으로 연통하는 기판 지지 어셈블리를 포함하며, 상기 기판 지지 어셈블리는 일반적으로 확산 플레이트에 평행한 배향으로 프로세싱을 위해 적어도 하나의 액체 수반내에서 기판을 지지하도록 구성된다.

Description

일정한 웨이퍼 침지 각도를 갖는 경사진 전기화학적 도금 셀{TILTED ELECTROCHEMICAL PLATING CELL WITH CONSTANT WAFER IMMERSION ANGLE}

본 발명은 2002년 7월 24일 출원된 미국 가출원 시리즈 번호 60/398,336을 우선권으로 하며, 본 명세서에 참조된다.

본 발명의 실시예는 통상적으로 전기화학적 도금 셀에 관한 것이며, 보다 상세하게는 수직에 대해 비스듬하거나 경사진 대칭축을 갖는 전기화학적 도금 셀에 관한 것이다.

0.25 미크론 이하(sub-quarter micron) 크기 피쳐의 금속배선은 현재 및 차세대 집적 회로 제조 프로세스에 있어서 기초적인 기술이다. 특히, 극초대규모집적 형식의 소자, 즉 100만개의 논리 게이트를 갖는 집적회로를 구비한 소자와 같은 경우에, 이러한 소자의 핵심인 멀티레벨 배선(interconnect)은 통상적으로 예를 들어, 구리 또는 알루미늄과 같은 도전성 재료를 사용하여 (예를 들어, 4:1 이상의) 고종횡비 배선 피쳐를 충전함으로써 형성된다. 통상적으로, 화학적기상증착(CVD) 및 물리적기상증착(PVD)과 같은 증착 기술은 이러한 배선 피쳐를 충전하는데 사용된다. 그러나, 배선 크기가 작아지고 종횡비가 증가(즉, 15:1 또는 그 이상)함에 따라, 통상의 금속배선 기술에 의한 보이드가 없는 배선 피쳐는 더욱더 어려워 졌다. 그 결과, 예를 들어, 전기화학적 도금(ECP)과 같은 도금 기술은 집적 회로 제조 프로세스에서 0.25 미크론 이하 크기의 고종횡비 배선 피쳐를 보이드 없이 충전하기 위한 유망한 프로세스로 대두되었다.

ECP 프로세스에서, 예를 들어, 기판(또는 기판 위에 증착된 유전층)의 표면에 형성된 0.25 미크론 크기의 고종횡비 형상은 예를 들어, 구리와 같은 도전성 재료로 효율적으로 충전될 수 있다. ECP 도금 프로세스는 통상적으로 두 단계의 공정을 갖는데, 시드층이 우선 기판의 표면 형상 위에 형성되고, 이어 기판의 표면 피쳐가 전해질 용액에 노출되는 동안 전기적 바이어스가 기판과, 전해질 용액에 배치된 구리 양극 사이에 동시에 인가된다. 전해질 용액은 통상적으로 기판 표면으로 도금될 구리 이온이 풍부하므로, 전기적 바이어스의 인가는 이러한 구리 이온이 시드층으로 도금되게 하며, 그 결과 피쳐를 충전한다.

ECP 프로세스의 중요한 일 특징은 기판 침지 프로세스이며, 이는 통상적으로 기판을 캐소드 콘택에 고정시키는 단계 및 기판 및 캐소드 콘택의 적어도 일부를 전해질 용액에 침지하는 단계를 포함한다. 이러한 프로세스동안, 상대적으로 신속한 방식으로 기판을 전해질 용액에 침지하는 것이 바람직하다. 그러나, 기판 표면에 어떠한 버블이나 에어 포켓을 남기거나 형성하지 않고 전해질 용액으로 기판을 침지하는 것이 매우 중요한데, 이는 기판 표면 상의 버블 또는 에어 포켓이 통상적으로 도금 불균일 문제를 발생시키는 것으로 알려져 있기 때문이다. 따라서, 통상의 전기 화학적 도금 셀은 일반적으로 피봇 동작으로 기판 및 음극 콘택을 전해질 용액으로 침지하도록 구성된, 피봇식으로 장착된 헤드 어셈블리를 사용한다. 이러한 피봇 동작은 통상적으로 제 1 에지에서 기판의 침지를 시작하며 전체 기판 영역이 전해질 용액에 침지될 때까지 기판의 표면에 대해 침지를 계속한다.

그러나, 피봇 기판 침지 프로세스를 실행하는데 사용되는 피봇 포인트로 인해, 기판이 침지 프로세스 동안 전해질 용액에 잠기는 각도가 기판이 최초 전해질 용액에 잠기는 때로부터 기판이 전해질 용액에 완전히 침지될 때까지 변화한다. 이러한 침지 각도의 변화는 버블 방지 프로세스에서 문제점을 발생시키며, 게다가 침지 프로세스 동안 애노드에 대해 기판의 각도가 변함으로써 발생하는 도금 비균일성을 조장할 수 있다.

따라서, 기판을 전기화학적으로 도금하는 장치 및 방법이 필요하며, 상기 장치 및 방법은 기판의 표면을 침지 및 도금 프로세스 동안 애노드에 평행한 방향으로 유지시키도록 구성된 침지 프로세스를 포함한다.

도 1은 본 발명의 도금 셀의 일례를 나타낸 부분 절개도이다.

도 2는 본 발명의 전해 컨테이너를 도시한 절개도이다.

도 3은 헤드 어셈블리, 및 도금 작업 동안 도금될 기판의 제조 표면과 전기적으로 콘택하는 콘택 링의 절개도이다.

본 발명의 실시예는 통상적으로 도금 작업을 위해 기판을 침지하는 장치를 제공한다. 장치는 통상적으로 도금 용액을 수용하도록 구성된 도금 셀을 포함한다. 도금 셀은 적어도 하나의 유체 수반(basin), 적어도 하나의 유체 수반의 하부에 위치된 확산 플레이트, 및 확산 플레이트 하부에 위치한 애노드를 포함하는데, 애노드와 확산 플레이트는 서로 평행하며, 수평면을 기준으로 경사지게 위치된다. 상기 장치는 도금 셀 근처에 위치한 헤드 어셈블리를 더 포함하는데, 헤드 어셈블리는 베이스 부재, 베이스 부재의 말단에 위치한 엑추에이터, 및 엑추에이터와 기계적으로 연동하는 기판 지지 어셈블리를 포함하며, 기판 지지 어셈블리는 통상적으로 확산 플레이트와 평행한 방향에서 적어도 하나의 프로세싱을 위한 유체 수반내에서 기판을 지지하도록 구성된다.

본 발명의 실시예는 기판에 금속을 전기화학적으로 도금하기 위한 장치를 또한 제공한다. 상기 장치는 도금 용액을 수용하도록 구성된 도금 셀을 포함하는데, 도금 셀은 수평에 대해 경사진 방향으로 장착되며, 헤드 어셈블리는 도금 셀에 근접하게 배치되고 도금 셀에서의 프로세싱을 위해 기판을 지지하도록 구성되고, 헤드 어셈블리는 수직에 대해 경사진 대칭축을 갖는다.

본 발명의 실시예는 전기화학적 도금 용액으로 기판을 침지하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 기판을 기판 지지 어셈블리에 고정시키는 단계를 포함하는데, 기판 지지 어셈블리는 수평면으로부터 제 1 경사진 각도에서 경사진 평면에서 기판을 지지하도록 구성된다. 상기 방법은 기판의 제조 표면을 침지시키기 위해 전기 도금 셀에 수용된 전기 도금 배쓰속으로 기판 지지 어셈블리를 세로로 연장시키는 단계를 더 포함하는데, 전기 도금 셀은 애노드, 확산 플레이트, 및 내부 수반이 수평면을 기준으로 제 2 경사진 각도로 장착되도록 구성되며, 제 2 경사진 각도는 실질적으로 제 1 경사진 각도와 직교한다.

전술한 본원 발명의 특징이 보다 용이하게 이해되도록, 첨부한 도면을 참조하여 설명된다. 그러나, 첨부한 도면은 본원 발명의 통상의 실시예일 뿐, 본원 발명의 사상이 이에 한정되지 않으며, 동일한 효과의 실시예가 수용될 수 있다.

본 발명은 ECP 셀이 놓이는 일반적인 수평 표면에 대해 통상적으로 직교 배향으로부터 경사지거나 비스듬한 대칭의 수직축을 갖는 전기화학적 도금 셀을 제공한다. 수직 또는 90°로부터 약 3°내지 약 30°사이에서 경사진 경사진 축은 통상적으로 하부에 위치한 대응하는 경사진 헤드 어셈블리 및 경사진 전해질 용액 컨테이너를 구비한 ECP 셀을 제공한다. 헤드 어셈블리 및 전해질 용액 컨테이너 각각의 부품, 즉 콘택 링, 애노드, 격리 막, 확산 플레이트 등은 헤드 어셈블리와 기계적으로 연동하는 기판 지지 부재/콘택 링 상에 배치된 기판 표면이 전기 화학 도금 용액 배쓰내에 배치된 애노드의 상부 표면과 실질적으로 평행한 배향으로 유지되도록 상응하게 경사진다.

도 1은 본 발명의 경사진 ECP 셀(100) 및 헤드 어셈블리(101)의 일례를 도시한다. 헤드 어셈블리(101)는 통상적으로 내부에 전기화학적 도금 용액을 유지하도록 구성된 셀 또는 컨테이너(102) 바로 위에 배치된다. 헤드 어셈블리(101)는 통상적으로 하부 말단 연장부에 기판 지지 어셈블리(103)를 지지하도록 구성된다. 헤드 어셈블리(101)는 바람직하게, 기판 지지 어셈블리에 대해 피봇 운동, 회전 운동, 및 축운동을 제공한다. 전해질 용액 컨테이너 또는 셀(102)은 통상적으로 외부 용액 수반(105) 내에서 원주에 배치된 내부 용액 수반(104)을 포함한다. 통상적으로 도금 프로세스를 지원하기 위해 사용된 도금 용액을 유지하도록 구성된 내부 용액 수반(104)은 통상적으로 내부 수반(104)의 상부에서 외부 수반(105)으로 넘쳐흐른다. 그러므로, 외부 수반(105)은 통상적으로 하부에 위치한 배수관(106)을 포함하며, 배수관(106)은 외부 수반(104)에 수용된 여분의 전해질 도금 용액을 제거하도록 구성된다.

도 1은 또한 전해질 용액 컨테이너(102)에 대해 헤드 어셈블리(101) 및 기판 지지 어셈블리(103)의 방향을 도시한다. 예를 들어, 대칭축(107)은 통상적으로 전해질 용액 컨테이너(102), 기판 지지 어셈블리(103) 및 헤드 어셈블리(101)의 수직부의 중심을 통해 연장된다. 이와 같이, 대칭축(107)을 둘러싸는 부품은 통상적으로 축(107)을 중심으로 대칭이다. 더욱이, 대칭축(107)은 통상적으로 수직축(108)에 대해 경사지거나 비스듬한데, 수직축(108)은 통상적으로 수평하게 위치한 베이스 플레이트(109)에 수직이다. 경사진 각도, 즉 대칭축(107)과 수직축(108) 사이의 각은 통상적으로 약 3°내지 약 30°사이이다. 그러나, 본 발명의 실시예는 경사진 각도가 예를 들어, 약 5°내지 약 25°사이, 약 5°내지 약 10°사이, 또는 약 5°내지 약 15°사이일 수도 있다. 그러나, 본 발명은 약 3°내지 약 30°사이의 경사진 각도를 고려하기 때문에, 본 발명의 실시예는 특정한 각도에 한정되지 않는다.

도 2는 본 발명의 전해질 컨테이너 또는 셀(102)을 도시한다. 도 1과 관련하여 간략히 설명되었듯이, 전해질 컨테이너(102)는 통상적으로 외부 수반(105)으로부터 안쪽으로 방사상 배치된 내부 수반(104)을 포함한다. 내부 수반(104)은 통상적으로 도금 작업 동안 기판 지지 어셈블리(103)가 도금 용액 내에 기판을 위치시키게 하는 방식으로 도금 용액을 포함하도록 동작한다. 내부 수반(104)은 통상적으로 공통 상부 포인트(206)에서 종결하는 경사면을 포함하며, 그 결과, 내부 수반(104) 내의 영역에 제공된 전해질 용액은 실질적으로 내부 수반(104)에서 평탄한 상부 유체면을 형성하고 전해질 용액의 일정한 체적을 유지하도록 공통 상부 포인트(206) 위로 흐른다. 공통 상부 포인트(206) 위로 흐르는 전해질 용액은 외부 수반(105)로 수용되고 배수관(106)을 통해 유출된다. 내부 수반(104)의 중심부는 통상적으로 도금 작업에 사용하기 위한 전해질 용액이 수용되는 개방 체적 또는 전해 배쓰(207)를 포함한다. 내부 수반의 하부, 즉 경사면의 하부 부분은 통상적으로 수직하게 연장하는 짧은 벽을 포함한다. 전해 수반(104)의 이러한 벽 부분은 통상적으로 도금될 기판이 위치될 부분에 대응하는데, 벽 부분은 바로 아래 위치하며, 기판은 도금된다. 따라서, 도금 작업 동안 기판의 주변 부근의 필드 라인을 제어하기 위해, 벽의 직경은 통상적으로 도금될 기판의 직경보다 조금 작게 선택된다. 예를 들어, 200mm 기판에 대해, 벽의 직경은 통상적으로 약 190mm 내지 200mm 사이이다. 체적(207)의 하부는 통상적으로 확산 플레이트(208)에 의해 경계지어지며, 예를 들어, 필수적으로 실제 애노드로 작용하는 디스크형 다공성 세라믹 플레이트로 구성될 수 있다. 게다가, 확산 플레이트(208)는 예를 들어 재료 선택, 확산 플레이트의 위치 및 구멍 크기에 대해 증착 균일성과 같은 도금 파라미터를 어느 정도 제어하도록 구성된다.

제 2 개방 체적(209)이 확산 플레이트(208) 바로 아래에 위치하는데, 도금 작용에 사용된 전해질 용액은 도금 작용을 위해 기판을 콘택하도록 확산 플레이트(208)를 통해 이동하기에 앞서 도입된다. 도금 작용을 위한 유체, 즉 전해질 도금 용액은 통상적으로 하나 이상의 전해질 용액 유입구(214)를 통해 개방 영역(209)에 제공되는데, 통상적으로 유입구와 전해 공급원(미도시) 사이에는 유체가 흐른다. 도금 작용을 위해 개방 영역(209)에 제공된 유체는 통상적으로 다양한 도금 파라미터를 제어하기 위해 구성된 하나 이상의 도금 첨가제와 함께 염기성 전해질 용액을 포함한다. 통상적으로 유기 첨가제인 도금 첨가제는 통상적으로 전기화학적 도금 프로세스를 제어하는데 사용되는 레벨러, 서프레서, 가속제 및 기타 첨가제를 포함할 수 있다.

애노드 어셈블리(211)는 일반적으로 개방 공간(209) 하부에 위치되며 도금 작업을 위하여 도금 용액에 금속 이온들을 공급하도록 구성된다. 애노드 어셈블리(211)는 막(210)을 통해 개방 체적(209)으로부터 분리될 수 있다. 애노드 어셈블리(211)는 일반적으로 디스크형 금속 애노드 부재를 포함하는데, 상기 금속 애노드 부재는 예를 들어, 구리 ECP 시스템에서 구리 또는 동화인(phosphorized copper)일 수 있다. 막(210)의 배치는 일반적으로 막(210) 하부 표면과 애노드(211)의 상부 표면 사이에 개방 체적을 제공하도록 실시된다. 이러한 막(210)과 애노드(211) 상부 표면 사이의 공간은 일반적으로 애노드(211) 상부 및 막(210) 하부에서 체적에 유체 용액을 공급하도록 구성된 적어도 하나의 제 2 유체 주입부(212)와 유체 소통관계에 있다. 또한, 막(210) 하부 및 애노드(211) 상부의 영역은 애노드(211) 바로 위의 영역으로부터 유체를 제거하도록 구성된 적어도 하나의 유체 방출부(213)와 유체 소통관계에 있다. 이와 같이, 유체 공급 주입부(212)와 유체 방출부(213)의 공동 작동에 의하여 막(210)을 통해 유체가 개방 영역(209)으로 이동되지 않고 애노드(211) 바로 상부의 영역으로 주입된 유체가 제거될 수 있게 된다. 이러한 구성에 의하여 도금 셀의 캐소드 영역으로부터 애노드 어셈블리의 차단이 가능하게 되며, 특히, 예를 들어 유기물 첨가제 파손과 구리 볼(ball)과 같은, 애노드 표면에서 발생되는 오염 물질이 애노드 표면으로부터 이탈하여 기판의 제조 표면상에 증착되고 결함을 발생시키는 것으로부터 차단된다.

또한, 개방 영역(209)에 공급된 유체는 일반적으로 전기화학 도금 용액이다. 그러나, 일반적으로 개방 영역(209)으로 공급된 용액은 예를 들어 개방 영역(209)에 공급된 용액과 같은 도금 작업에 사용되는 용액에 포함되는 도금 용액 첨가제를 포함하지 않는다. 또한, 막(210)은 일반적으로 이온 교환형 막이며, 따라서, 막(210)을 통한 유체 흐름이 일반적으로 차단된다. 오히려, 일반적으로 막(210)은 구리 ECP 시스템에서 수소 이온과 구리 이온과 같은 이온들만 흐르게 한다. 따라서, 기판이 일반적으로 전력 공급 캐소드 단자와 전기적으로 소통되며 애노드가 전력 공급의 애노드 단자와 전기적으로 소통되므로, 막(210)의 배치는 일반적으로 애노드(211)를 캐소드로 기능하는, 도금되는 기판으로부터 차단되도록 실시된다. 이와 같이, 도금될 기판에 인접한 부피는 일반적으로 캐소드 챔버로서 특징지워지는 반면, 애노드에 인접한 부피, 즉, 막(210) 하부와 애노드(211) 상부 표면 상부의 체적은 일반적으로 애노드 챔버로 특징지워진다. 이러한 도금될 기판으로부터의 애노드(211)의 차단은 일반적으로 애노드와의 콘택 상에서 감소되는 도금 용액의 첨가제가 도금될 기판으로 이동하여 도금 결함들을 야기하는 것을 방지한다. 애노드(211)와 기판 사이에서의 막(210)의 배치는 이러한 감소되는 용액 첨가제가 애노드(211)로부터 기판 표면으로 이동하는 방지하는 것을 가능하게 한다. 또한, 애노드 구획, 즉, 애노드 표면 바로 상부 및 막(210) 하부 표면 바로 하부의 부피와 독점적으로 유체 소통하는 유체 방출부(213)와 관련하여 유체 주입부(212)의 구현은 감소된 용액 첨가제가 애노드로부터 도금될 기판으로 이동하는 것을 방지하는 것을 추가적으로 용이하게 한다. 보다 자세히는, 애노드 구획으로 제공된 유체는 캐소드 구획으로 이동하지 않으면서 애노드 구획으로부터 순환되며 감소된 용액 첨가제는, 그 첨가제가 막(210)을 통해 캐소드 구획으로 순환되어 도금 표면 상에 결함을 야기하기 전에 도금 셀로부터 제거된다.

도금 셀(102)의 각각의 부품들은 일반적으로 헤드 어셈블리(300)의 경사진 각도에 일반적으로 대응되는 각도로 경사진다. 예를 들어, 도금 셀(102)의 대향 측면 보다 높게 하나의 도금 셀(102) 측면이 상승되는 위치로 도금 셀(102)이 통상적인 수평 위치로부터 경사질 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 헤드 어셈블리(101)의 베이스 부분에 가장 근접하게 위치되는 도금 셀(102)의 측면은 실질적으로 수평한 베이스 부분(109)과 경사진 도금 셀(102) 사이에 형성된 경사진 각도가 약 3°내지 약 30°사이가 되도록 약간 상승될 수 있다. 도금 셀(102)의 경사진 각도는 헤드 어셈블리(101) 축의 경사진 각도에 대응되도록 구성될 수 있다. 일단 경사지게 되면, 내부 수반(104) 내부로 주입된 유체는 일반적으로 최하위지점에서 내부 수반(104)의 상부 부분 상으로 흐를 것이다. 이와 같이, 도금 셀(102)의 좌측면은 헤드 어셈블리(101) 베이스에 가장 근접한 측면인 우측면보다 낮기 때문에 내부 수반(104)에 공급된 전해질 용액은 일반적으로 도 1에서 도시된 예시적인 도금 셀에서 수반(104)의 좌측면 상에서 내부 수반(104) 위를 흐를 것이다. 따라서, 경사진 구조의 존재 하에 내부 수반(104) 내부에서 도금 용액의 충분한 깊이를 유지하기 위하여, 내부 수반(104)의 한 측면이 일반적으로 대향 측면보다 높게 제조된다. 이러한 구성에서, 보다 높은 내부 수반(104) 측면이 경사진 셀(102)의 하부 측면 상에 배치될 수 있으며, 따라서, 충분한 유체 체적이 내부 수반(104) 내에서 유지될 수 있게 한다. 또한, 외부 수반(105) 역시 경사지게되므로, 유체 배수관(106)가 일반적으로 경사진 셀(102)의 낮은 측면 상에 위치되어, 외부 수반(104)으로 내부 수반(104)을 넘치는 유체가 아래방향으로 흐르기 때문에 배수관(106)에 의해 수집될 수 있다.

경사진 각도에 따라 경사진 외부 수반(105) 및 내부 수반(104)에 부가하여, 도금 셀(102)의 나머지 컴포넌트가 일반적으로 대응 각도로 경사지게된다. 예를 들어, 도 2에서 도시된 바와 같이, 애노드 어셈블리(211), 막(210) 및 확산판(208) 또한 일반적으로 대응 각도로 경사지게된다. 따라서, 도금 셀(102) 부품의 경사진 각도가 일반적으로 헤드 어셈블리(101)에 대응되기 때문에, 헤드 어셈블리(101)에 고정된 기판은 일반적으로 확산판(208), 막(210) 및 애노드 어셈블리(211)와 평행하게 배향되는 도금 표면을 가질 것이다. 그러나, 도금 셀(102)이 경사지게되고, 내부 수반(104) 내부에 포함된 유체가 일반적으로 확산판(208), 막(210) 또는 애노드 어셈블리(211)와 평행하지 않은 상부 표면을 가질 것이라는 것이 주목될 것이다. 게다가, 내부 수반(104) 내부에 포함된 유체의 상부 표면은 도금 셀(102)이 장착되는 수평 표면(109)에 평행하게 남을 것이다.

또한, 도금 셀(102)은 일반적으로 저-부피 도금 셀로 구성된다. 보다 구체적으로, 내부 수반(104) 내부에 포함된 전해질 용액의 부피, 즉, 도금 작업에 사용되는 수반(104) 내의 전해질 용액 체적은 일반적으로 약 6리터를 수용하는 통상적인 셀보다 실질적으로 작은 약 300mm의 직경을 갖는 수반에 대하여 일반적으로 약 1 내지 2리터보다 적다. 따라서, 약 300mm의 내부 수반(104) 직경이 주어지는 경우, 약 1리터의 전해질 용액을 갖는 내부 수반(104) 내부의 전해질 용액 깊이가 일반적으로 2.5cm 이하가 될 것이다. 보다 구체적으로, 내부 수반(104) 내부의 전해질 용액의 깊이는, 예를 들어, 약 1mm에서 약 20mm 사이 또는 약 5mm 에서 약 15mm 사이일 수 있다. 용액 깊이는 일반적으로 확산 플레이트(208)의 상부에서부터 유체 레벨까지 측정된다. 그러나, 셀(102)이 경사지기 때문에, 깊이는 일반적으로 경사진 셀(102)의 상부면 상에서 측정되며, 이와 같이, 깊이는 일반적으로 수반(104) 내부의 최소 용액 깊이를 나타낼 것이다. 이러한 구성에서, 헤드 어셈블리(101)가 내부 수반(104)에 의해 포함되는 전해질 용액 내에 도금 작업용 기판을 배치하도록 실시되는 경우, 도금될 기판의 표면은 일반적으로 약 1mm 및 약 10mm 확산판(208) 상부 표면으로부터 떨어져 배치될 것이다. 그러나, 기판의 제조 표면의 한 면은 일반적으로 기판의 제조 표면의 대향면(기판 직경 상의 주변 지점들) 보다 깊이 용액에 잠겨질 것이다. 이로써, 기판이 일반적으로 애노드(211)와 확산판(208)에 평행하게 유지되며, 애노드(211), 확산판(208) 또는 도금될 기판 표면에 평행하지 않는 유체 표면을 야기하도록 셀이 경사진다. 저-부피 도금 셀(102)은 여러 장점들, 즉 도금에 요구되는 전해질 용액을 감소시킨다는 장점을 제공한다.

도 3은 본 발명의 예시적인 기판 지지 부재(103)의 단면으로 도시한다. 기판 지지 부재(103)는 도금 작업중 도금될 기판의 제조 표면과 전기적으로 접촉하도록 구성된 콘택 링(301) 및 헤드 어셈블리(101)를 포함할 수 있다. 헤드 어셈블리(300)는 일반적으로 하부 단부에서 길이방향으로 구동된 추력 플레이트(302)를 지지한다. 추력 플레이트(302)는 액추에이터(305)와 기계적으로 소통되는바, 상기 액추에이터(305)는 일반적으로 추력 플레이트(302)에 회전 이동 및 길이방향 이동을 제공하도록 구성되는데, 다시 말하면, 엑추에이터(305)는 추력 플레이트(302)를 회전시킬 수 있으며 또한 헤드 어셈블리(300)의 길이방향 축을 따라 위 아래로 추력 플레이트(302)를 이동시킬 수 있다. 추력 플레이트(302)의 길이 방향 이동은 일반적으로 처리 위치와 기판 로딩 위치 사이에서 추력 플레이트(302)가 이동되도록 실시된다. 처리 위치는 일반적으로 기판이 콘택 링 상에 배치될 수 있도록 추력 플레이트(302)가 그 콘택 링의 하부 표면으로부터 상승되거나 이동되는 위치에 대응된다. 처리 위치는 일반적으로 처리를 위하여 콘택 링(301)에 기판을 고정시키기 위하여 콘택 링(301)에 인접한 위치로 추력 플레이트(302)가 하강되는 위치에 대응된다. 추력 플레이트(302)에 대한 하부 표면은 일반적으로 추력 플레이트(302)의 주위에 인접하게 배치되는 적어도 하나의 시일 부재(303)를 포함한다. 헤드 어셈블리(300)는 또한 추력 플레이트(302)의 원주방향 외부로 추력 플레이트(302) 하부 표면 하부에 배치되는 콘택 링(301)을 포함한다. 콘택 링(301)은 다수의 방사 방향으로 배치된 콘택 링(304)들을 포함하는데, 상기 콘택 링(304)은 일반적으로 전력 공급원의 캐소드 단자(미도시)와 전기적으로 소통된다.

본 발명의 또하나의 실시예에서, 헤드 어셈블리(300)는 도금될 기판의 비제조(nonproduction) 표면과 전기적으로 접촉하도록 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 추력 플레이트(302)와 콘택 링(301)은 일반적으로 헤드 어셈블리(300)의 하부 부분에 부착된 환형 기판 지지 부재(미도시)로 대체된다. 액추에이터(305)에 부착되는 기판 지지 부재는 일반적으로 그 기판 지지 부재의 하부 표면 상에, 즉, 헤드 어셈블리(300)로부터 멀어지도록 대향하는 기판지지 부재의 표면에 배치되는 다수의 방사 방향 배치 콘택 핀들을 포함한다. 기판 지지 부재의 하부 표면은 또한 하부 표면의 중간 또는 내부 영역 내에 형성된 다수의 진공 채널들 및 하부 표면의 원주에 인접하여 배치되는 밀폐부를 추가적으로 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 다수의 진공 채널들은 기판 지지 부재의 하부 표면에 기판을 진공척(vacuum chuck) 하는데 사용될 수 있다. 기판을 기판 지지 부재의 하부 표면에 진공척하는 과정은 일반적으로 방사 방향 배치 콘택 핀들이 기판의 이면(backside)에 전기적으로 결합되도록 한다. 따라서, 기판 이면에 공급되는 전기 전력은 기판의 이면 위와 베벨 에지(bevel edge) 상부로 증착되는 전도층을 통해 기판의 제조 표면으로 전달된다.

작동시, 본 발명의 경사진 ECP 셀은, 기판 표면과 도금 셀에 포함된 전해질 용액의 표면 사이의 일정한 각도를 유지한 채, 전기화학적 도금 용액 내부로 기판이 잠기는 것을 가능하게 한다. 또한, 본 발명의 ECP 셀은, 기판이 잠기고 도금 처리중에 애노드의 상부 표면과 일반적으로 평행한 배향으로 기판 표면이 유지될 수 있게 한다. 전해질 용액과 애노드 상부 표면에 대하여 기판 표면의 이러한 배향을 유지하는 것으로써 기포없는 침지가 가능하게 되며 침지 처리중 애노드 표면에 평행하게 기판 표면을 유지하지 않는 통상적인 피봇 진입/잠김형 전기화학 도금 시스템에 의하여 발생되는 도금 일정성 문제들이 제거된다.

기판 상에 전기화학적으로 금속을 도금하는 공정은 도금될 기판을 본 발명의 ECP 셀 내에 배치하는 것으로 시작된다. 배치 공정은 일반적으로 기판을 로봇(미도시)에 결합시키고 도금될 기판을 캐소드 콘택 링(301)의 하부 표면 상에 배치시키는 단계를 포함한다. 콘택 링(301)은, 일반적으로 도 3에서 도시된 바와 같이, 점차적으로 테이퍼링(taper)된 하부 부분을 포함하는데, 이는 배치 공정 중 환형 콘택 링 내부에 기판이 중심에 오도록 기능한다. 또한, 콘택 링(301)의 하부 표면은 일반적으로 수평이며 그로부터 연장되는 다수의 전기 콘택 핀들(304)을 포함한다. 콘택 핀들은 일반적으로 콘택 링(301)의 하부 표면 주위에서 환형으로 배치되며, 따라서, 도금될 기판이 콘택 링(301) 상에 배치되면, 콘택 핀(304)들이 일반적으로 기판의 제조 표면의 외부 원주 부분과 접촉하게 된다. 그러나, 기판이 단지 콘택 핀(304) 상에 놓여 있는 것으로는, 전기화학적 도금을 위하여 필요한 콘택 핀(304)들과 기판의 제조 표면 사이의 충분한 전기 접촉을 유지하는데 충분한 아래 방향 힘이 없게 된다. 따라서, 일단 기판이 콘택 링(301) 상에 배치되면, 추력 플레이트(302)가 처리 위치로 액추에이터(305)에 의하여 하강될 수 있다. 추력 플레이트(302)을 처리 위치로 하강시키는 공정은 일반적으로 콘택 링(301) 상에 배치된 기판의 비제조면에 접촉시키는 단계, 및 콘택 링(301) 및 핀(304)들에 대하여 기판의 제조 표면을 기계적으로 바이어싱(bias)하는 단계를 포함한다. 이러한 기계적 바이어싱 공정은, 예를 들어, 추력 플레이트(302)의 하부 표면 상에 배치된 블래더(bladder)의 인플레이션(inflation)을 포함하는데, 여기서 블래더의 인플레이션은 일반적으로 콘택 링(301)의 콘택 핀(304)에 대하여 기판을 밀거나 가압하도록 작용한다. 또한, 콘택 핀(304)들에 대하여 기판을 기계적으로 바이어싱하는 공정은 추력 플레이트(302)의 하부 표면 상에 배치된 1개 이상의 시일(303)들이 기판의 이면 또는 비제조면과 결합하도록 실시된다.

일단 기판이 콘택 핀(304)에 대해 바이어스되고 시일(303)이 기판의 후면에 맞물리면, 내부 수반(104)내에 함유된 전해질 용액 속으로 기판을 침지시키는 프로세스가 수행될 수 있다. 통상적으로 침지 프로세스는 내부 수반(104)내에 함유된 전해질 용액내에 기판을 담그면서 동시적으로 기판에 전기적 부하(loading) 바이어스를 인가하는 단계를 포함한다. 에칭 프로레스로부터 야기되는 시드층의 불연속성이 도금 균일성 문제를 야기시키는 것으로 공지됨에 따라, 산성의 전해질 용액에 기판상의 시드층 노출로 인해 야기되는 임의의 에칭 성향이 방지될 수 있도록, 부하 바이어스는 침지 프로세스 동안에 기판 상의 도금량이 최소가 되도록 구성된다. 따라서, 일단 기판에 부하 바이어스가 제공되도록 구성된 전기적 전원장치가 동작되면, 액추에이터(305)는 추력(thrust) 플레이트(302)와 콘택 링 어셈블리(301)가 내부 수반(304)내에 함유된 전해질 용액에 담궈지거나 침지되도록 동작할 수 있다.

콘택 링(301) 및 추력 플레이트(302) 뿐만 아니라 이들 사이에 위치된 기판이 전해질 용액에 담궈지도록, 담금 또는 침지 프로세스는 콘택 링(301)과 추력 플레이트 어셈블리(302)를 헤드 어셈블리(300)로부터 하향 연장시키는 단계를 포함한다. 또한, 콘택 링(301)과 추력 플레이트 어셈블리(302)는 연장 및 침지 프로세스 동안, 그리고 순차적인 도금 프로세스 동안 회전되도록 구성될 수 있다. 도금 셀(102)과 헤드 어셈블리(300)가 경사짐으로써, 콘택 링(301)상에 위치된 기판이 헤드 어셈블리(300)로부터 콘택 링(301)의 세로방향 연장부를 통해 전해질 용액속으로 점차적으로 침지됨에 따라, 기판 표면과 내부 수반(104)에 함유된 전해질 용액의 표면 사이의 각도는 일정하게 유지된다. 이처럼, 침지 프로세스 동안 기판 표면 부근에 형성될 수 있는 버블 및 에어 포켓은 전해질 용액 표면에 대해 기판의 침지 각도를 통해 상향 점차적으로 일정하게 자극되어 기판 주변부에서 기판 표면으로 배출될 수 있다.

또한, 애노드(211)의 상부 표면이 헤드 어셈블리(300)와 콘테이너(102)의 경사진 각도에 대응하는 각도로 경사지기 때문에, 애노드(211)의 상부 표면은 전체 침지 프로세스 동안 그리고 순차적인 도금 프로세스 동안 기판 표면에 평행하게 유지된다. 침지되는 기판과 애노드 상부 표면 사이에 이러한 평행한 배향은, 피봇형 침지 도금 셀내의 애노드가 전해질 용액에 침지되는 기판에 대해 평행하게 또는 일정한 각도로 유지되지 않기 때문에, 종래의 피봇형(pivot-type) 침지 도금 셀에 대해 도금 균일성 특성을 개선시킨다. 이러한 평행한 배향은 기판상의 도금 특성이 애노드로부터 도금 표면으로의 거리에 직접적으로 비례하는 것으로 공지됨에 따라 중요하다. 따라서, 침지 및 도금 프로세스 동안 애노드와 평행한 배향으로 도금 표면을 유지하는 것은 전기 화학적 도금 프로세스에서 균일성 특성을 개선시키는 것으로 나타난다.

전반적으로 본 발명은 헤드 어셈블리(300)와 전해질 콘테이너(102)가 대응하게 또는 동일한 각도로 경사진 것으로 도시되었지만, 본 발명의 실시예는 헤드 어셈블리(300)와 전해질 콘태이너(102)가 상이한 또는 동일한 각도로도 경사질 수 있을 것으로 고려된다. 예를 들어, 본 발명의 실시예는 헤드 어셈블리(300)의 수직축, 즉, 헤드 어셈블리(300)의 메인 바디의 중심부를 통해 추력 플레이트(302) 부근의 하부 부분으로부터 헤드 어셈블리(300)의 중심부를 통해 연장되는 헤드 어셈블리(300)의 축은 실제(true) 수직 배향으로부터 경사질 수 있다, 즉, 수직축은 수직축으로부터 약 3°내지 약 35°사이의 각도에서 수평면(베이스(109))에 일반적으로 직교되는 것으로 고려된다. 특히, 경사진 각도는 예를 들어 약 5°내지 약 30°사이, 약 5°내지 약 20°사이, 또는 약 5°내지 약 15°사이 이다. 또한 상기 주목한 것처럼, 전해질 콘테이너(102)의 경사진 각도는 약 3°내지 약 35°사이일 수 있는 반면, 전해질 콘테이너의 경사진 각도는 일반적으로 전해질 콘테이너(102)가 하나의 측면상에서 상향 경사되는 수평면으로부터의 각도에 대응한다. 예를 들어, 전해질 콘테이너(102)의 경사진 각도는 대체로 평면형인 애노드(211)의 상부 표면과 베이스플레이트(109)의 수평 표면 사이의 각도로서 측정될 수 있다. 전해질 콘테이너(102)의 경사진 각도는 헤드 어셈블리(300)에 대한 경사진 각도와 동일한 각도일 수 있다.

상기 본 발명의 실시예가 개시되었지만, 본 발명의 다른 또다른 실시예를 이하 청구항에 의해 한정된 발명의 기본 개념 및 범주를 이탈하지 않고 고안할 수 있다.

Claims

기판상에 금속을 전기화학적으로 도금하는 장치로서,

내부에 도금 용액을 함유하도록 구성되며, 수평면을 기준으로 경사지는 상부 표면을 갖는 애노드가 내부에 위치된 도금 셀; 및

상기 도금 셀 부근에 위치되며 상기 도금 셀의 프로세싱을 위해 기판을 지지하도록 구성되며, 수평을 기준으로 경사진 각도에 상기 기판을 지지하도록 구성되는 헤드 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 애노드의 경사진 각도는 상기 헤드 어셈블리에 의해 지지되는 기판의 경사진 각도에 해당하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 도금 셀 및 헤드 어셈블리 모두 약 3°내지 약 35°사이의 경사진 각도로 경사지는 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 경사진 각도는 약 15° 내지 약 30° 사이인 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 경사진 각도는 약 15°내지 약 30°사이인 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 헤드 어셈블리는 일정한 침지 각도로 상기 도금 셀내에 함유된 도금 용액 속으로 상기 기판을 침지시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 도금 셀은,

도금 용액의 체적을 유지하도록 구성된 내부 수반;

상기 내부 수반에 대해 주변을 둘러싸게 위치되며, 상기 내부 수반으로부터 넘쳐흐르는 도금 용액을 수용하도록 구성된 외부 수반;

상기 내부 수반내에 위치된 확산 플레이트;

상기 확산 플레이트 하부에 위치된 애노드 어셈블리를 포함하며,

상기 내부 수반, 외부 수반, 확산 플레이트, 및 애노드 어셈블리는 수평면을 기준으로 경사진 각도로 장착되는 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 헤드 어셈블리는,

액추에이터에 장착된 추력 플레이트; 및

상기 엑추에이터에 장착된 캐소드 콘택 링을 포함하며,

상기 추력 플레이트 및 상기 캐소드 콘택 링은 수직면을 기준으로 경사진 각도로 장착되는 공통축을 공유하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
전기화학적 도금 장치로서,

적어도 하나의 유체 수반;

상기 적어도 하나의 유체 수반의 하부 부분내의 확산 플레이트 위치; 및

상기 확산 플레이트 하부에 위치되는 애노드 - 상기 애노드와 확산 플레이트는 수평면을 기준으로 경사진 배향으로 서로 평행한 배향에 위치됨-

를 포함하며, 내부에 도금 용액을 함유하도록 구성된 도금 셀; 및

베이스 부재;

상기 베이스 부재의 말단부에 위치된 액추에이터; 및

상기 액추에이터와 기계적으로 연통하며 일반적으로 상기 확산 플레이트에 평행한 배향으로 프로세싱을 위해 상기 적어도 하나의 유체 수반내에서 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지 어셈블리

를 포함하며, 상기 도금셀 부근에 위치된 헤드 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 확산 플레이트의 상부 표면 및 상기 애노드의 상부 표면은 상기 적어도 하나의 유체 수반내에 함유된 유체의 상부 표면을 기준으로한 각도에 위치되는 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 도금 셀의 대칭축은 수평면을 기준으로 약 3°내지 약 35°사이의 경사진 각도에 위치되는 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 도금 셀의 대칭축은 수평면을 기준으로 약 5°내지 약 30°사이의 경사진 각도에 위치되는 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 도금 셀은 수평면을 기준으로 약 15°내지 약 30°사이의 경사진 각도에 위치되는 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 헤드 어셈블리는 수평면을 기준으로 약 3°내지 약 35°사이의 경사진 각도에 위치되는 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 경사진 각도는 약 5°내지 약 30°사이인 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 경사진 각도는 약 15°내지 약 30°사이인 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 헤드 어셈블리는 상기 적어도 하나의 유체 수반내에 함유된 도금 용액의 상부 표면을 기준으로 일정한 침지 각도에서 상기 기판을 침지시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 기판 지지 어셈블리는,

전원장치의 캐소드 단자와 전기적으로 연통하며 도금 프로세스 동안 상기 기판의 제조 표면상의 기판을 지지하고 전기적으로 콘택되도록 구성된 콘택 링;

도금 작업 동안 상기 콘택 링에 대해 도금되는 기판이 바이어스되도록 위치된 추력 플레이트; 및

상기 콘택 링과 추력 플레이트와 기계적으로 연통하며 상기 콘택 링과 상기 추력 플레이트에 세로방향 및 회전 운동을 부여하도록 구성된 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 기판 지지 어셈블리는 하부 기판 지지 표면을 갖는 디스크 형상 기판 지지 부재를 포함하며, 상기 하부 기판 지지 표면은 내부에 적어도 하나의 진공 채널이 형성되며 상기 하부 표면 주변부 부그에 방사상 위치된 다수의 전기적 콘택 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
전기화학적 도금 용액속으로 기판을 침지시키는 방법으로서,

수평면으로부터 경사지는 경사진 각도에서 평면의 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지 어셈블리에 기판을 고정하는 단계; 및

애노드가 상기 경사진 각도로 장착되도록 구성된 전기도금 셀내에 함유된 전기도금 배쓰속으로 상기 기판 지지 어셈블리를 연장시켜 상기 기판의 제조 표면을 침지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 침지 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 기판 지지 어셈블리는 상기 도금 배쓰의 상부 표면을 기준으로 일정한 침지 각도 및 도금 작업을 위해 상기 애노드에 대체로 평행한 상기 기판 위치에서 상기 도금 배쓰에 상기 기판을 침지시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 침지 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 기판 지지 어셈블리를 세로방향으로 연장하는 동안 상기 애노드에 대체로 평행한 상기 기판의 제조 표면을 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 침지 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 경사진 각도는 약 5°내지 약 35°사이인 것을 특징으로 하는 기판 침지 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 경사진 각도는 약 15°내지 약 30°사이인 것을 특징으로 하는 기판 침지 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 기판 지지 어셈블리를 전기도금 배쓰속으로 연장하는 단계는 상기 도금 용액의 상부 표면을 기준으로 일정한 침지 각도에서 도금 용액 속으로 상기 기판을 침지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 침지 방법.