KR20060090822A - 기판 표면상의 금속의 도금 동안 멀티-애노드 구성의 전류분포를 자동으로 제어하는 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

전기 도금 툴은 상기 도금 툴의 멀티-애노드 구성에 대한 개별 전류를 자동적으로 결정하는 제어기와 조합하여 동작된다. 상기 애노드 전류의 계산은 감도 데이터와 측정 데이터뿐 아니라 원하는 목표 프로파일에 기초할 수 있어, 프로세스 변동들에 관한 고속 응답이 복수의 프로세스 챔버들을 포함하는 도금 툴에 대해서도 달성될 수 있다.

Description

기판 표면상의 금속의 도금 동안 멀티-애노드 구성의 전류 분포를 자동으로 제어하는 방법 및 시스템{A METHOD AND A SYSTEM FOR AUTOMATICALLY CONTROLLING A CURRENT DISTRIBUTION OF A MULTI-ANODE ARRANGEMENT DURING THE PLATING OF A METAL ON A SUBSTRATE SURFACE}

본 발명은 전기 도금을 위한 반응기를 이용하여 기판 표면상에 금속을 증착하는 프로세스에 관한 것이며, 특히 상기 기판 표면에 걸쳐 상기 금속의 원하는 두께 프로파일을 얻기 위해 도금 툴의 멀티-애노드 구성에 공급되는 전류의 조정에 관한 것이다.

많은 기술 분야들에서, 기판 표면상의 금속 층들의 증착은 종종 사용되는 기술이다. 비교적 두꺼운 금속 층들을 효율적으로 기판 표면상에 증착하기 위해, 전기 도금 또는 무전해 도금 형태의 도금은 실행 가능하고 비용 효율적인 방법으로 판명되었으며, 따라서 도금은 반도체 산업에서 매력적인 증착 방법이 되었다.

최근에, 예를 들어 흔하게 사용되는 알루미늄과 비교하여 전자이동에 대한 전도성 및 저항성 관점에서의 구리 및 구리 합금들의 더 우수한 특성들로 인하여 정교한 집적 회로들에 금속 층들을 형성하는데 있어서 구리가 바람직한 후보로 고려된다. 구리는 1㎛ 정도의 층 두께로, 물리 기상 증착, 예를 들어 스퍼 터(sputter) 증착에 의해서는 그다지 효율적으로 증착되지 않을 수 있기 때문에, 구리 및 구리 합금들의 전기 도금이 금속 층들을 형성하는데 있어서 현재 바람직한 증착 방법이다. 구리의 전기 도금은 잘-확립된 기술이지만, 큰 직경의 기판들 위에 구리를 신뢰성 있게 증착하는 것과, 트렌치들 및 비아들을 포함하는 패턴화 표면을 갖는 것이 프로세스 엔지니어들에 대한 도전 과제이다. 예를 들어, 초대형 집적 디바이스의 금속 층을 형성하는 것은 마이크로미터 정도의 폭을 갖는 넓은 트렌치들의 신뢰성 있는 충전을 필요로 하며, 또한 0.2㎛ 또는 그보다 훨씬 작은 직경이나 폭을 갖는 비아들 및 트렌치들의 충전을 필요로 한다. 상기 상황은 상기 기판들의 직경들이 증가하는 경향이 있음에 따라 복잡도를 훨씬 더 증가시킨다. 현재 8인치 또는 심지어 10인치 웨이퍼들이 반도체 프로세스 라인에 일반적으로 사용된다. 따라서, 상기 기판 표면에 걸쳐 원하는 프로파일로 상기 구리 층을 제공하기 위해 구리 도금 분야에서 큰 노력이 이루어지고 있다. 얼핏 보기에, 기판 표면에 걸친 금속 두께 프로파일이 가능한 한 균일하게 형성될 수 있는 것이 유용한 것으로 보인다. 그러나, 사후 도금은 상기 완성된 집적 회로들의 적절한 디바이스 기능을 보장하도록 서로 다른 형상의 프로파일을 요구할 수 있다. 예를 들어, 구리 기반 금속 층들의 형성 동안 과잉의 구리가 제거될 수 있으며, 이는 현재 금속 표면의 화학 기계 연마(CMP)에 의해 달성된다. CMP 프로세스 그 자체는 고유한 프로세스 불균일성, 즉 상기 기판 표면에 걸친 불균일 제거율을 자주 나타내는 고도로 복잡한 프로세스이기 때문에, 상기 프로세스는 사후-도금 프로세스의 완료 후에 총체적으로 개선된 프로세스 균일성을 달성하기 위해 상기 금속 두께 프로파일을 상기 사후-도금 프로세스에 적응시키는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 전기 도금 툴들은 종종 상기 금속 프로파일의 변동을 허용하도록 구성되지만, 여기서 현재 최종으로 획득된 프로파일의 제어는 성가시며 시간을 소모하는 것이다.

도 1을 참조하며, 상기 구리 전기 도금에 관한 문제점들을 더 상세히 나타내도록 전형적인 종래의 전기 도금 시스템이 설명된다.

도 1a에서, 이 경우에 복수의 개별적으로 구동가능한 애노드 부분들(102A, ..., 102N)을 구비하여 멀티 애노드 구성을 정의하는 애노드인 제 1 전극(102)을 갖는 반응실(101)을 포함하는 전형적인 종래의 전기도금 시스템(100)이 도시되어 있다. 상기 예에서, 분수형 반응기가 고려되며, 전해 용액이 상기 반응실(101)로부터 상부 측으로 유도되어 저장 탱크(107)와 배출구(104)를 연결하는 파이프(103)에 의해 재순환되고, 그 후에 상기 애노드(102)를 통과하는 통로로서 제공되는 입구(105)에 연결된다. 상기 시스템은 상기 전해질에 대해 관련된 표면을 노출하기 위해 반도체 웨이퍼와 같은 기판(109)을 지지하도록 구성되는 기판 홀더(108)를 더 포함한다. 게다가, 상기 기판 홀더(108)는 이 경우에 캐소드인 제 2 전극으로서 동작하도록, 그리고 상기 애노드 부분들(102A, ..., 102N)의 각각에 한정된 크기의 개별 전류를 공급할 수 있도록 구성되는 전원(110)에 대한 전기적 접속을 제공하도록 구성될 수 있다.

도 1b는 4개의 개별 애노드 부분들에 대한 멀티 애노드 구성(102A, ..., 102N)을 포함하는 전극(102)의 상면도를 개략적으로 도시한다.

상기 기판 홀더(108) 상에 상기 기판(109)을 설치하기 전에, 가능하게는 전 형적으로 스퍼터 증착에 의해 제공되는 시드 층을 포함하는 박형 전류 분포 층이 상기 금속 층을 수신하는 기판(109)의 표면상에 형성된다. 그 후에, 상기 기판(109)은 상기 기판 홀더(108) 상에 설치되며, 여기서 작은 접촉 영역들(간략화를 위해 도시되지 않음)은 상기 기판 홀더(108)를 통해 상기 전원(110)에 전기적 접촉을 제공한다. 펌프(도시되지 않음)를 구동하고 애노드(102), 즉 멀티 애노드 구성(102A, ..., 102N)과 각각의 전류를 생성하는 기판 홀더(108) 사이에 적절한 전압들을 인가함으로써, 상기 반응실(101) 내에 전해 흐름이 생성된다. 입구(105)의 반응실(10)에 들어가는 전해액은 상기 기판(109)을 향하도록 유도되며, 여기서 상기 기판(109) 표면의 특정 영역 상의 금속의 국부적 증착 속도가 상기 영역에 도달하는 이온들의 수에 의존하기 때문에, 상기 기판(109) 상의 금속의 증착은 상기 전해 흐름 및 상기 멀티 애노드 구성(102A, ..., 102N)의 배열에 의해 결정된다. 따라서, 상기 멀티 애노드 구성(102A, ..., 102N)에 공급되는 전류들의 세트를 선택함으로써, 최종적으로 획득된 두께 프로파일이 결정될 수 있으며, 여기서 상기 이온 및/또는 전해 흐름에 영향을 주는 임의선택적인 추가 수단이 예를 들어, 확산기 플레이트의 형태로 삽입될 수 있다.

일단 적절한 전류들의 세트가 상기 파워 서플라이(110)에서 조정되면, 결과적으로 발생하는 두께 프로파일은 반응실(101), 전해 용액, 전류들의 세트 및 도금 시간의 특성들에 의해 결정된다. 따라서, 이들 특성들 중 하나의 변동은 최종적으로 획득된 두께 프로파일의 드리프트(drift)를 발생시킬 수 있다. 상기의 상황은 이들 반응실들 중 임의의 미세한 프로세스 변동이 발생할 수 있으며, 관련된 프로 세스 특성들의 고도로 복잡한 상호 작용을 발생시켜 프로세스 안정성을 손상시킬 수 있다. 따라서, 복수의 테스트 기판 실행들이 전형적으로 정기적으로 수행되고, 그로 인해 시간 및 노동력을 필요로 하여 상기 도금 프로세스의 수율 및 품질을 감소시킨다.

또한, 소위 다마스크(damascene) 기술에 의해 금속 층들을 형성하는데 있어서, 비아들 및 트렌치들이 금속으로 채워지며, 어떤 정도의 과잉 금속이 상기 비아들 및 트렌치들을 신뢰성 있게 채우도록 제공되어야 한다. 후속하여, 인접 트렌치들과 비아들 사이의 전기적 절연을 보장하고 추가의 금속 층들의 형성을 위해 평평한 표면을 제공하도록 상기 과잉 금속은 제거되어야 한다. 과잉 금속을 제거하고 상기 기판 표면을 평탄화하기 위한 바람직한 기술은 화학 기계적 연마(CMP)이며, 여기서 제거될 표면 재료는 화학 반응되어 동시에 기계적으로 제거된다. 이전에 설명한 바와 같이, 상기 CMP 프로세스는 고도로 복잡하며 불균일성을 나타낼 수 있으며, 상기 전기 도금 프로세스의 두께 프로파일을 상기 CMP 불균일성에 대해 적응시킴으로써 적어도 부분적으로 보상될 수 있다. 그러나, 특히 복수의 반응실들을 갖는 도금 툴들에 대해 두께 프로파일을 생성하는데 관련된 상기 복수의 프로세스 파라미터들은 상기 원하는 두께 프로파일로부터의 상당한 편차들을 발생시킬 수 있으며, 그로 인해 CMP 불균일성의 보상이 불충분하게 된다.

따라서, 상기의 문제점들의 관점에서 이들 문제점 중 일부 또는 전부를 제거하거나 적어도 감소시키기 위해 도금 툴에서의 두께 프로파일의 신속하면서 효율적인 조정을 가능하게 하는 기술이 필요하다.

일반적으로, 본 발명은 전기도금 툴의 멀티 애노드 구성의 개별적인 애노드들에 공급되는 개별 전류를 제어하는 기술에 관한 것으로, 여기서 전류들의 세트로서 지칭되는, 멀티 애노드 구성을 위한 개별적인 전류가 원하는 두께 프로파일의 관점에서 자동 방식으로 계산되고, 그로 인해 고려되는 도금 툴이 멀티 애노드 구성들을 갖는 복수의 프로세스 챔버들을 포함하더라도, 상기 도금 프로세스 자체의 프로세스 변동들 및/또는 사후-도금 프로세스 및/또는 사전-도금 프로세스에 응답하는 잠재력을 제공한다.

본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 본 발명의 방법은 전기 도금에 의해 기판상에 형성되는 금속 층의 두께에 대한 전기 도금 툴의 멀티 애노드 구성에 대한 전류들의 세트에 관한 감도 데이터를 정량적으로 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 전기 도금 툴에서 처리될 제 2 기판에 대한 감도 데이터에 기초하여 멀티 애노드 구성에 대한 전류의 업데이트된 세트를 결정하는 단계를 더 포함한다.

또 하나의 실시예에서, 상기 방법은 상기 전류들의 업데이트 세트의 각 전류에 대해 허용가능한 범위를 결정하는 단계를 더 포함한다.

또 하나의 실시예에서, 상기 전류들의 업데이트 세트는 상기 업데이트된 세트의 각 전류가 각각의 허용가능한 범위 내에 있는 2차 조건 하에서 결정된다.

또 하나의 실시예에서, 상기 방법은 증착될 원하는 양의 금속을 선택하는 단계와 기판상에 상기 원하는 양의 금속을 실제로 증착하는데 필요한 프로세스 시간 및 총 전류 값을 결정하는 단계를 더 포함한다.

또 하나의 실시예에서, 상기 전류들의 업데이트 세트는 상기 업데이트된 세트의 개별 전류의 합계가 상기 총 전류 값과 동일한 2차 조건 하에서 결정된다.

또 하나의 실시예에서, 상기 전류들의 업데이트 세트는 상기 두께 프로파일 데이터 및 상기 원하는 프로파일의 차이의 최소값을 계산함으로써 결정된다.

또 하나의 실시예에서, 상기 방법은 상기 최소값을 계산할 때 금속 두께의 위치 독립 부분을 결정하는 단계와 상기 위치 독립 부분을 이용하여 상기 제 2 기판에 대한 업데이트된 프로세스 시간을 결정하는 단계를 더 포함한다.

또 하나의 실시예에서, 상기 방법은 상기 전류들의 업데이트 세트에 기초하여 복수의 제 2 기판들에 대한 두께 프로파일을 제어하는 단계를 더 포함한다.

또 하나의 실시예에서, 상기 방법은 상기 제 2 기판을 상기 전류들의 업데이트 세트로 처리한 후에 상기 제 2 기판으로부터 두께 프로파일 데이터를 획득하는 단계와 상기 제 2 기판의 상기 두께 프로파일 데이터에 기초하여 새롭게 전류들의 업데이트 세트를 결정하는 단계를 더 포함한다.

또 하나의 실시예에서, 상기 전기 도금 툴은 적어도 하나의 추가 멀티 애노드 구성을 포함하며, 여기서 상기 적어도 하나의 추가 멀티 애노드 구성에 대해 전류의 업데이트된 세트가 결정된다.

또 하나의 실시예에서, 상기 원하는 두께 프로파일은 상기 전기 도금 프로세스의 완료 후에 상기 제 2 기판을 처리하는 프로세스의 적어도 하나의 프로세스 특정의 특성에 기초하여 선택된다.

또 하나의 실시예에서, 상기 적어도 하나의 프로세스 특정의 특성은 화학 기계적 연마 프로세스의 기판에 걸친 제거 속도 분포이다.

또 하나의 실시예에서, 상기 방법은 상기 제 2 기판을 연마한 후에 상기 제 2 기판으로부터 제거 속도 분포 데이터를 획득하는 단계와 상기 제거 속도 분포 데이터에 기초하여 상기 원하는 두께 프로파일을 선택하는 단계를 더 포함한다.

또 하나의 실시예에서, 상기 원하는 두께 프로파일은 상기 전기 도금 프로세스 전에 상기 제 2 기판을 처리하는 프로세스의 적어도 하나의 프로세스 특정의 특성에 기초하여 선택된다.

또 하나의 실시예에서, 상기 적어도 하나의 프로세스 특정의 특성은 배리어 층과 시드 층 중 적어도 하나의 스퍼터 증착과 관련된다.

본 발명의 또 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 멀티 애노드 구성을 포함하는 적어도 하나의 프로세스 챔버를 갖는 전기 도금 툴에서 금속을 증착하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 원하는 두께 프로파일, 상기 전기 도금 툴에서 처리된 적어도 하나의 기판으로부터 획득된 두께 프로파일 데이터 및 상기 멀티 애노드 구성에 공급된 전류와 두께 프로파일 사이의 관계를 정량적으로 설명하는 모델에 기초하여 상기 멀티 애노드 구성에 대한 전류들의 세트를 결정하는 단계를 포함한다. 마지막으로, 상기 결정된 전류들의 세트를 이용하는 동안 하나 이상의 기판들 상에 금속이 증착된다.

또 하나의 실시예에서, 상기 방법은 상기 적어도 하나의 기판으로부터 두께 프로파일 데이터를 획득하는 단계와 상기 전기 도금 툴에서 처리될 기판에 대해 상기 전류들의 세트를 결정하기 위한 두께 프로파일 데이터로서 상기 적어도 하나의 기판의 상기 획득된 두께 프로파일 데이터를 이용하는 단계를 더 포함한다.

또 하나의 실시예에서, 상기 방법은 상기 하나 이상의 기판들 상에 금속을 증착하기 위한 업데이트된 도금 프로세스 시간을 결정하는 단계를 더 포함한다.

또 하나의 실시예에서, 상기 업데이트된 프로세스 시간은 이전에 사용된 프로세스 시간과 변화를 생성하는데 필요한 도금 시간에 걸쳐 도금되는 금속의 두께 변화를 나타내는 감도 인자에 기초하여 결정된다.

본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 멀티 애노드 구성을 갖는 복수의 프로세스 챔버들을 포함하는 전기 도금 툴을 제어하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 각각의 멀티 애노드 구성에 대한 전류들의 세트를 계산하는 단계와 상기 복수의 프로세스 챔버들 각각에서 적어도 하나의 기판을 결정된 전류들의 세트로 처리하는 단계를 포함한다.

또 하나의 실시예에서, 각 세트에 대한 전류의 합계는 사전 정의된 목표 값과 실질적으로 동일하다.

또 하나의 실시예에서, 상기 방법은 상기 멀티 애노드 구성에 대한 기준 전류들의 세트에 관한 감도 데이터를 상기 프로세스 챔버들 중 적어도 하나에서 처리된 기판 상에 형성된 금속 층의 두께에 대해 정량적으로 결정하는 단계와, 그리고 상기 프로세스 챔버들에서 처리될 복수의 제 2 기판들에 대한 상기 감도 데이터에 기초하여 상기 멀티 애노드 구성들에 대한 상기 전류 세트들을 결정하는 단계를 더 포함한다.

또 하나의 실시예에서, 상기 방법은 상기 전기 도금 툴에서 처리된 적어도 하나의 기판으로부터 두께 프로파일 데이터를 획득하는 단계와 상기 두께 프로파일 데이터에 기초하여 상기 전류들의 세트를 결정하는 단계를 더 포함한다.

또 하나의 실시예에서, 상기 방법은 원하는 두께 프로파일을 선택하는 단계와 상기 원하는 두께 프로파일에 기초하여 상기 전류들의 세트를 결정하는 단계를 더 포함한다.

또 하나의 실시예에서, 상기 방법은 상기 복수의 프로세스 챔버들에서 이전에 처리된 복수의 기판들로부터 기준 전류 데이터의 세트를 획득하는 단계와 상기 기준 전류 데이터에 기초하여 상기 전류들의 세트를 결정하는 단계를 더 포함한다.

또 하나의 실시예에서, 상기 방법은 상기 전류들의 세트 각각에서 각 개별 전류에 대한 허용가능한 범위를 결정하는 단계를 더 포함한다.

또 하나의 실시예에서, 상기 전류들의 세트는 상기 세트들의 각 전류가 각각의 허용가능한 범위 내에 있는 2차 조건 하에서 결정된다.

또 하나의 실시예에서, 상기 방법은 증착될 금속의 원하는 양을 선택하는 단계와 상기 원하는 양의 금속을 기판상에 실제로 증착하는데 필요한 프로세스 시간 및 총 전류 값을 결정하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 금속 도금 툴에 대한 제어기가 상기 전기 도금 툴에서 처리될 기판에 대해, 적어도 하나의 멀티 애노드 구성에 대한 전류들의 세트를 결정하도록 구성된 계산 유닛을 포함하며, 여기서 상기 계산은 원하는 두께 프로파일에 기초한다.

또 하나의 실시예에서, 상기 계산 유닛은 상기 복수의 멀티 애노드 구성들 각각에서 기판을 처리하기 전에 복수의 멀티 애노드 구성들에 대한 복수의 전류들의 세트들을 결정하도록 구성된다.

본 발명의 추가의 장점들, 목적들 및 실시예들은 첨부한 청구범위에 정의되며 첨부한 도면들을 참조하여 이하의 상세한 설명을 통해 더 명백해질 것이다.

도 1a는 멀티 애노드 구성을 갖는 종래의 전기 도금 툴을 개략적으로 도시한다.

도 1b는 도 1a의 툴의 멀티 애노드 구성의 상면도를 개략적으로 도시한다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따라 다양한 기준에 기초하여 전류들의 세트를 자동으로 결정하는 제어기를 포함하는 전기 도금 시스템을 개략적으로 예시한다.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예들의 제어 방식에 따라 서로 다른 프로세스 챔버들에서 처리되는 복수의 기판들의 두께 프로파일 측정들의 결과들을 예시하는 그래프이다.

본 발명은 도면들뿐 아니라 다음의 상세한 설명에 예시된 바와 같은 실시예들을 참조하여 설명되는 한편, 이해되는 바와 같이 도면 및 다음의 상세한 설명은 본 발명을 개시된 특정의 예시적인 실시예들로 제한하려는 것이 아니며, 오히려 상기 설명되는 예시적인 실시예들은 단순히 본 발명의 다양한 양상들을 예시하는 것 으로, 본 발명의 범위는 청구범위에 의해 정의된다.

또한 주목되는 사항으로서, 본 발명이 CMP와 같은 민감한 사후-도금 프로세스들을 갖는 프로세스 시퀀스에서 특히 유용하기 때문에, 상세한 설명은 반도체 제조에 전형적으로 사용되는 것과 같은 기판들 상에, 구리와 같은 금속의 전기 도금을 언급한다. 그러나, 용이하게 이해되는 바와 같이, 본 발명은 기판 표면 또는 상기 기판 표면의 일부분 상에 특정의 증착 프로파일을 필요로 하는 임의 타입들의 기판들의 외부적으로 영향받는 전류를 이용하는 임의의 도금 프로세스(전기 도금)에 적용가능하다. 또한, 상기 설명이 예를 들어, 도 1a에 개략적으로 예시된 바와 같이 분출 타입 도금 반응기를 지칭하지만, 전해조(electrolyte bath)들과 같은 다른 타입들의 반응기들 등이 또한 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 그와 같은 제한들이 청구범위에서 명시적으로 설정되지 않는 한 특정 타입의 전기 도금 반응기로 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 의해 제공되는 하나의 특별한 특징은 전기 도금 툴 내의, 또는 상기 도금 프로세스 이전의 또는 이후의 임의의 다른 프로세스에서의 프로세스 조건들의 변화에 신속하게 응답하는 잠재력이다. 그와 같은 프로세스 조건들의 변경은 예를 들어, 도금 용액에 포함된 민감한 첨가물들의 특성들의 미세한 변동이나, 상기 도금 툴 또는 사후-도금 CMP 툴의 임의의 소모품들의 열화로 인한 상기 도금 용액의 특성들의 변동일 수 있다. 예를 들어, CMP 툴에서의 소모품의 변경과 같이 프로세스 조건들의 변경이 미리 알려질 수 있거나, 또는 임의의 적절한 센서 요소에 의해 검출될 수 있다. 프로세스 조건들의 다른 변경들은 원래 "가시적(visible)"이 아닐 수 있으며, 상기 프로세스 드리프트를 인식한 후에 후속의 테스트 기간을 갖는 시간 소모적인 재조정이 전형적으로 요구되기 때문에, 종래의 도금 툴들에서 효율적인 방식으로 보상되지 않을 수 있다. 도 1a 및 도 1b를 참조하여 이전에 설명된 문제점들의 관점에서, 본 발명은 하나 이상의 멀티-애노드 구성들을 동작시키는 하나 이상의 전류들의 세트들이 전기 도금 툴에서 기판을 취급하고 처리하는데 필요한 시간에 비해 무시할 수 있는 시간 스케일 상에 재계산될 수 있는 제어 방식을 제공하며, 그로 인해 실질적으로 지연되지 않는 방식으로 프로세스 변동들에 응답하는 잠재력을 제공한다. 일부 실시예들에서, 다양한 멀티-애노드 구성들에 대한 전류의 대응하는 세트들의 재계산은 임의의 용이하게 검출가능한 프로세스 변동들의 발생에 기초할 수 있으며, 여기서 예를 들어, 상기 계산은 복수의 상기 멀티-애노드 구성들 각각에 공급되는 총 전류가 실질적으로 동일하다는 조건 하에 수행될 수 있으며, 그에 의해 증착된 금속 양이 동일한 프로세스 횟수들에 대해 실질적으로 동일한 것을 보장한다. 반면에, 상기 애노드 전류의 자동화된 재계산은 원한다면, 원하는 목표 프로파일로부터의 편차에 의해서만 식별될 수 있는 임의의 비가시적 변경들에 대한 효율적이며 실질적으로 연속적인 응답을 가능하게 한다.

따라서, 다른 실시예들에서, 전기 도금 프로세스에 대한 제어 방식은 사전 정의된 허용가능한 범위 내의 원하는 두께 프로파일로부터의 편차를 유지하는 개념에 기초한다. 기판 표면상에 증착될 금속 층의 원하는 두께 프로파일은 함수 T(r)에 의해 표현될 수 있으며, 여기서 T는 상기 기판 표면상의 위치 r에서의 두께 값을 나타내는 것으로 가정된다. 비록 상기 변수 r은 평면 또는 비평면 기판 표면상 의 임의의 위치를 나타낼 수 있지만, 다음에서 r은 상기 반도체 산업에서의 웨이퍼와 같은, 실질적으로 디스크 형상 기판의 중심으로부터의 거리를 나타내는 것으로 가정된다. 따라서, 상기 원하는 두께 프로파일 T(r)은 축 대칭을 갖는 것으로 가정되지만, 여기서 이해되는 바와 같이 본 발명의 원리들은 임의의 함수 T(r)에 적용한다. 유사하게, 금속 층의 실제 두께 프로파일은 M(r)로서 표시될 수 있으며, 여기서 M은 상기 위치 r에서의 금속 두께를 나타내는 것이다. 따라서, 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 전기 도금 프로세스 또는 임의의 사전 및 사후 도금 프로세스들의 변동들에 관계없이, 사전 정의된 허용가능한 범위 내에서 상기 원하는 두께 프로파일 T(r)로부터 실제의 두께 프로파일 M(r)의 편차를 유지하는 것이 적절하다고 고려될 수 있다.

도 1a 및 도 1b를 참조하여 이전에 설명된 바와 같이, 실제의 두께 프로파일 M(r)은 특정된 애노드 부분(102A, ..., 102N)에 공급된 전류에 의해 영향받을 수 있으며, 여기서 상기 애노드 부분들(102A, ..., 102N) 각각의 영향 감도의 정도는, 상기 영향이 무시할 수 있는 방식으로만 상기 전기 도금 툴의 미세한 프로세스 변동들에 의해 영향받는 것을 가정하여 미리 결정될 수 있다. 개별 애노드 부분(102A, ..., 102N)에 공급된 전류의 영향은 이하에 감도라 지칭될 수 있으며, 대응하는 데이터는 감도 데이터로 표시될 수 있다. 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명된 툴(100)과 같은 특정 전기 도금 툴에 대한 감도 데이터를 결정함으로써, 애노드 전류의 대응하는 세트가 이전에 처리된 기판으로부터의 개별적인 측정 데이터의 형태로 획득될 수 있는 실제 두께 프로파일 M(r)과 원하는 두께 프로파일 T(r)에 기 초하여 계산될 수 있다. 전형적으로, 본 발명에 따라 구성(102)과 같은 하나 이상의 멀티-애노드 구성들에 대한 전류들의 업데이트 세트를 결정하도록 이용될 수 있는 기판의 적어도 일부의 대표적인 위치들 상에 사후-도금 두께 측정들이 수행된다. 실제 두께에 대한 개별적인 측정 데이터의 실질적으로 연속적인 함수 M(r)로의 변환은 기술 분야에 잘 알려진 바와 같은 보간법, 데이터 맞춤 절차들 및 임의의 다른 데이터 조작 기술들에 의해 용이하게 획득될 수 있다. 상기 개별 애노드 부분들(102A, ..., 102N) 각각에 대한 복수의 서로 다른 전류 값들에 대해서도, 그리고 복수의 위치들에 대한 개별적인 측정 값들로서 제공될 수 있는 감도 데이터에 대해서도 마찬가지이다. 예를 들어, 대응하는 감도 데이터가 특정 애노드 부분에 대해 전류를 변동시킴으로써, 그리고 특정 증착 시간 후에 상기 획득된 실제 금속 두께를 측정함으로써 획득될 수 있다. 그 후에, 상기 증착 프로세스는 상기 애노드 부분들(102A, ..., 102N)의 다른 하나로 재개되거나 재시작될 수 있다. 상기 복수의 개별적인 측정값들로부터, S_i(r)로 지칭되는 각 개별 애노드 부분의 감도에 대한 연속 함수가 상술한 데이터 조작 방법들 중 하나에 의해 도출될 수 있으며, 여기서 상기 인덱스 i는 상기 애노드 부분들(102A, ..., 102N) 중 하나를 나타낸다. 따라서, 상기 실제 두께 프로파일 M(r)을 생성하도록 사용되는 전류들의 세트에 기초하여, 상기 도금 툴(100)에 의해 처리될 기판에 대해 예측된 두께 프로파일이 상기 잘 정의된 허용가능한 범위 내에 있는 원하는 두께 프로파일 T(r)로부터의 편차를 갖도록 전류들의 업데이트 세트가 계산될 수 있다.

결국, 다음의 수식에 따라 원하는 이상적인 금속 층에 관하여 상기 실제 금속 층의 일정한 오프셋을 나타내는 위치-종속 항 및 위치-독립 항에 의해 원하는 두께 프로파일 T(r)과 획득되는 실제 두께 프로파일 M(r) 사이의 차이를 나타내는 것이 편리할 수 있다.

여기서 E(r)은 위치 종속 편차 또는 과잉 재료를 나타내며, M^offset은 상기 위치-독립 편차를 나타낸다. 따라서, 상기 전체 기판 표면 A에 걸친 상기 위치 종속 부분 E(r)의 합계는 제로가 되는데, 즉

실질적으로 일정한 도금 시간을 가정하며 상기 애노드 부분들(102A, ..., 102N)에 공급되는 개별 전류의 합계를 나타내는 실질적으로 일정한 총 전류 I^SUM은 다음과 같다.

상기 기판상에 증착된 금속의 양이 상기 애노드 부분들에 공급된 총 전류와 상기 도금 시간에 실질적으로 의존하기 때문에, 상기 위치-독립 항 M^offset은 제로에 근접할 수 있다. 결과적으로 상기 개별 애노드 부분들(102A, ..., 102N)에 대한 전 류의 변경은 본질적으로 상기 위치 종속 항 E(r)에 영향을 줄 수 있는 한편, 상기 설명한 가정들에 따라 상기 도금 시간의 작은 변동들은 주로 위치 독립 항 C^Offset에 영향을 미치기 때문에, 이에 의해 상기 값이 제로 부근에서 약간 변동하게 된다. 결과적으로, 일 실시예에서 상기 개별 애노드 부분들(102A, ..., 102N)에 공급된 전류의 업데이트된 세트는 수식 (1)에서의 E(r)의 양을 감소시키거나 최소로 하는 개념에 기초할 수 있다.

결국, 상기 전류들의 업데이트 세트는 I^updated = (I^updated _102A, ... I^updated _102A)인 반면, 이전에 처리된 기판의 실제 두께 프로파일을 생성하는데 사용되는 전류들의 세트가 I^O = (I^O _102A, ...I^O _102N)으로 표시될 수 있다. 유사하게, 이전에 처리된 기판의 두께 프로파일을 나타내는 대응 함수는 M^O(r)로 표시될 수 있으며, 여기서 이전에 설명된 바와 같이, 상기 함수 M^O(r)은 표준 두께 측정 절차들에 따라 복수의 서로 다른 위치들 r에서 취해질 수 있는 측정값들의 대응하는 세트에 의해 획득될 수 있다. 그 후에, 상기 연속 또는 준-연속 함수 M^O(r)은 보간 절차, 데이터 맞춤 절차 및 임의의 다른 잘-확립된 데이터 조작 절차들에 의해 획득될 수 있다. 상기 두께 프로파일 M^O(r)을 획득하는데 있어서 도금 프로세스의 실질적으로 일정한 도금 시간을 가정하면, 수식 (1)을 참조하여 이전에 설명된 바와 같이 상기 위치 종속 부분 E(r)의 합계가 제로이기 때문에(수식 (1')을 참조), 비록 제로에 근접할 것으로 예 측되지만 상기 위치 종속 항 M^Offset(수식 (1)을 참조)은 M^O(r)과 T(r)의 차이로부터 상기 기판의 전체 면적에 걸쳐 취해진 합산이나 적분으로서 수식 (1)을 이용하여 계산될 수 있다. 따라서, 비교적 작은 위치 독립 부분 M^Offset이 다음의 방식으로 수식 (3)에 의해 획득될 수 있다.

여기서 A^W는 금속이 도금되는 기판의 총 면적을 나타낸다.

M^Offset은 상기 위치 종속 편차 E(r)을 나타내는 허용가능한 함수들의 등급에 대해 수식 (3)에 따라 계산될 수 있기 때문에, M(r)로 표시되는 후속 기판에 대한 대응하는 두께 프로파일은 수식 (1)에 기초하여 계산될 수 있다.

상기 도금 프로세스의 제어 변수는 감도 함수들 S_{102A (r)}, ..., S_{102N (r)}에 의해 상기 두께 프로파일 M(r)과 상관될 수 있는 전류 I_102A, ..., I_102N의 세트이기 때문에, 상기 도금 프로세스는 개별 애노드 전류 I_102A, ..., I_102N의 함수로서 상기 업데이트된 두께 프로파일 M(r)을 획득하기 위해 상기 이전에 처리된 기판 M^O(r)의 두께 프로파일과 상기 감소 함수들 S_{102A (r)}, ..., S_{102N (r)}사이의 상관관계를 확립함으로써 모델링될 수 있다. 일 실시예에서, 선형 관계가 예를 들어, 다음의 수식 (4)에 의해 주어진 형태로 상기 도금 모델에 대해 이용될 수 있다:

여기서 상기 인덱스 i는 상기 개별 애노드 부분들(102A, ..., 102N)을 나타낸다. 주목할 사항으로서, 이들 관계들이 주어진 두께 프로파일 상의 개별 애노드 전류의 변경 영향을 나타내는 한, 다른 관계들이 이용될 수 있으며, 그에 의해 새로운 두께 프로파일을 생성한다. 수식 (4)에서, 상기 두께 프로파일 M^O(r)은 바람직하게는 이전에 처리된 기판으로부터 획득된 측정 데이터에 기초하며, 여기서 상기 계산된 두께 프로파일 M(r)에 기초하여 현재 처리되는 기판에 관한 지연이 적당하게 작아서 임의의 프로세스 변동들에 대한 짧은 응답 시간의 잠재력을 제공한다.

그러나 다른 실시예들에서, 평균 측정 데이터 및/또는 소정의 비실험적 데이터 등에 기초하여 함수 M^O(r)을 선택하는 것이 적절한 것으로 고려될 수 있다. 예를 들어, 측정 데이터가 이용가능하지 않을 수 있는 도금 프로세스의 초기 단계에서, 적절한 기준 데이터가 상기 함수 M^O(r)에 대해 이용될 수 있거나, 또는 원하는 목표 프로파일 T(r)이 이용될 수 있다.

하나의 특정 실시예에서, 상기 제어 프로세스의 안정성은 상기 개별 애노드 전류 I_102A, ..., I_102N에 대한 허용가능한 범위가 적절하게 선택되는 점에서 강화될 수 있다. 즉, 상기 애노드 전류 I_102A, ..., I_102N 각각에 대해, 허용가능한 범위 내에 있는 각각의 개별 애노드 전류를 갖는 전류들의 세트에 의해 결과로서 발생하는 두 께 프로파일 M(r)이 획득되도록 상한값 및 하한값이 선택될 수 있다. 예를 들어, 이전의 도금 프로세스들로부터 수집된 경험에 기초하여, 상기 개별 애노드 전류에 대한 목표 값들이 결정될 수 있으며, 각 애노드 전류에 대한 각각의 허용가능한 범위가 설정될 수 있다. 다른 경우들에서, 상기 도금 툴의 동작 단계에서 개별 애노드 전류의 영향이 편의적으로 조사되기 때문에, 각각의 목표 값들 및 관련된 허용가능한 범위들이 상기 감도 함수들을 결정하는 동안 획득된 측정 데이터에 기초하여 결정될 수 있다. 각 애노드 부분(102A, ..., 102N)에 대한 대응하는 허용가능한 범위 및 목표 값은 또한 툴 사양들과 툴, 그리고/또는 프로세스 요건들에 기초하여 결정될 수 있다. 전형적으로, 상기 개별 애노드 전류의 각각의 목표 값에 관한 대략 10 ~ 20%의 변동 범위는 충분한 제어 안정성을 발생시킬 수 있다.

다음에서, 각 애노드 전류 I_i, I=102A, ..., 102N에 대한 상한값 및 하한값은 각각 I^L _i 및 I^H _i로 표시된다. 따라서, 주어진 허용가능한 위치 종속 편차 E(r)에 대해, 대응하는 전류의 업데이트된 세트가 수식 (1), (3) 및 (4)에 기초하여 계산될 수 있다.

하나의 특정 실시예에서, 상기 전류들의 업데이트 세트는 최소 편차 E(r)로 필요한 두께 프로파일 M(r)을 결정함으로써 획득될 수 있다. 즉, I^updated = I^updated _102A, ... I^updated _102N로 표시되는 상기 전류들의 업데이트 세트는 다음의 수식 (5)를 풀어 얻어질 수 있다.

하나의 특정 실시예에서, 개별 애노드 전류에 대한 2차 조건들이 사용되며 개별 전류가 예를 들어, 상기에 결정된 바와 같은 허용가능한 동작 범위 내에 있도록, 그리고/또는 상기 개별 애노드 전류의 합계가 실질적으로 소정의 값과 동일하도록 설정된다. 따라서, 상기 2차 조건들은 다음의 수식 (6) 및 수식 (7)에 의해 표현될 수 있다.

수식 (5)에서, 상기 적분은 기판 중심으로부터 D로 표시된 기판의 에지까지의 1차원 적분으로서 수행될 수 있거나, 또는 상기 적분은 전체 기판 표면에 걸친 2차원 적분으로서 수행될 수 있다. 수식 (5)에 나타난 일 실시예에서, 상기 기판 중심의 기여도가 상기 기판 중심의 근처에서 중요한 두께 프로파일들에 대해 유용할 수 있는 1차원 표현으로 강조되기 때문에, 상기 1차원 적분이 사용된다. 예를 들어, 사후-도금 CMP 프로세스는 상기 기판 중심 근처에서의 상당한 제거 속도 변동을 나타낼 수 있어, 그에 대응하여 민감하게 적응된 도금 프로파일이 유용할 수 있다.

수식 (4)를 수식 (5)에 삽입하고 수치적 적분 방법들을 이용함으로써, 업데 이트된 애노드 전류가 계산될 수 있다. 예를 들어, Matlab® 플러그-인의 형태로 적절한 명령 세트가 설치된 개인용 컴퓨터는 상기 업데이트된 애노드 전류에 대한 수치적 값들을 획득하도록 이용될 수 있다. 대응하는 제어 유닛에 대한 하드웨어 요건들에 따라, 그리고 수행된 계산들의 원하는 정확도에 따라, 대응하여 프로그램된 마이크로컴퓨터와 같은 임의의 다른 적절한 구현이 사용될 수 있거나, 또는 아날로그 및/또는 디지털 설계들을 포함하는 임의의 다른 적절하게 배치된 회로가 사용될 수 있다. 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 원하는 제어 동작을 허용하는데 충분한 시간 길이 내에 상기 계산된, 전류들의 업데이트 세트를 상기 도금 툴에 전달하도록 대응하는 도금 툴에 동작가능하게 접속될 수 있는 원격 디바이스가 사용될 수 있다.

이전에 설명된 바와 같이, 상기 전기 도금 툴(100)에 의해 처리될 기판에 대해 실질적으로 도금 시간이 일정한 것으로 가정하는 것이 유용할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 도금 시간의 어떤 정도의 변동은 이전에 결정된 위치-독립 편차 M^Offset을 이용함으로써 업데이트된 도금 시간 T^updated를 대응하여 재계산함으로써 고려될 수 있다. 예를 들어, 상기 업데이트된 도금 시간 T^updated는 사전-확립된 관계에 의해 이전에 처리된 기판에 대해 도금 시간 T^O로부터 계산될 수 있다. 일 예에서, 상기 업데이트된 도금 시간 T^updated는 다음의 수식 (8)의 형태로 위치 독립 편차 M^Offset 및 이전의 도금 시간 T^O와 선형적으로 관련될 수 있다.

여기서 γ는 상기 도금 시간의 변경에 관하여 도금된 금속 두께의 감도 인자를 나타낸다. γ에 대한 각각의 수치적 값은 하나 이상의 잘-정의된 도금 시간 주기들 내에서 두께의 증가를 측정함으로써 용이하게 얻어질 수 있다. 따라서, 상기 목표 프로파일 T(r)에 관하여 전체로서 실질적으로 시프트된 두께 프로파일들의 임의의 편차들이 상기 업데이트된 도금 시간 T^updated를 대응하여 재계산함으로써 효율적으로 보상될 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, 상기 도금 시간의 약간의 변경은 실질적으로 상기 위치 종속 편차 E(r)에 실질적으로 영향을 주지 않는 한편, 상기 위치 종속 항 M^Offset은 매우 작게 남아있어 도금 시간의 변동이 또한 작으며 상기 도금 시간의 대응하는 업데이트된 버전들은 상기 방식으로 결정될 때 제어 방식의 안정성이나 업데이트된 애노드 전류에 과도하게 영향을 미치지 않을 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상술한 제어 방식들 중 하나 이상의 도금 툴로의 구현들이 더 상세하게 설명된다.

도 2는 이전에 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명된 바와 같은 멀티-애노드 구성들을 포함하는 하나 이상의 반응실들을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 대응하는 반응실들은 101로 표시될 수 있으며, 그의 설명은 도 1을 참조하여 제공된다. 상기 반응실들(101a, 101b, ...)은 상기 반응실들(101, 101b, ...) 내의 대응하는 멀티-애노드 구성들에 전류들의 세트를 제공하도록 구성되는 각각의 제어가능한 파워 서 플라이들(201a, 201b, ...)에 접속된다. 편의성을 위해, 대응하는 반응실(101a, 101b, ...)에 공급되는 전류의 각 세트는 I_102A, ..., I_102N으로 지칭되며, 여기서 상기 반응실들 각각의 애노드 부분들의 수는 상기 도금 툴(200)의 설계에 의존한다. 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명된 바와 같이, 축 대칭을 갖는 4개의 애노드 부분들(102A, ..., 102N)이 제공될 수 있으며, 여기서 다른 도금 툴들에서 상기 애노드 부분들의 수는 2만큼 작거나 4 이상일 수 있다. 상기 도금 툴(200)은 또한 복수의 서로 다른 도금 툴들의 시스템으로 고려될 수 있으며, 상기 툴들 각각은 다르게 설계된 반응실을 가지며, 여기서 상기 애노드 부분들의 수는 상기 복수의 도금 툴들 중 적어도 일부에서 서로 다를 수 있다. 유사하게, 상기 반응실들(101a, 101b)은 반응기 설계, 애노드 부분들의 수 등에서 서로 다를 수 있다. 또한 주목할 사항으로서, 개별 반응실들(101a, 101b, ...)의 멀티-애노드 구성들은 반드시 축 대칭을 나타내는 것은 아니며, 적절하게 생각되는 임의의 기하학 배열을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부의 경우들에서 두께 프로파일은 비-축대칭을 나타내는 것이 바람직할 수 있으며, 따라서 대응하는 멀티-애노드 구성이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 멀티-애노드 구성(102A, ..., 102N)의 설비는 원형의 섹션들 형태로 제공될 수 있으며, 여기서 개별 섹션들은 서로 격리되며 상기 멀티-애노드 구성의 일 부분을 나타낸다. 그와 같은 경우에, 이전에 설명된 제어 방식이 또한 사용될 수 있으며, 여기서 상기 대응하는 위치 의존 함수들 및 항들이 1차원 반경 성분에 의하기보다는 2차원 좌표들로 표현되어야 한다.

상기 도금 툴(200)은 제어기(250)와 동작가능하게 접속되며, 여기서 상기 동작가능한 접속은 251로 표시되고, 적어도 상기 제어기(250)로부터 상기 도금 툴(200)로의 데이터 전송을 가능하게 하는 임의의 접속을 나타내는 것이다. 특정 실시예들에서, 상기 접속(251)은 각각의 파워 서플라이들(210a, 210b, ...)에 적절한 제어 신호를 전달하기 위한, 유선 또는 무선 형태의 데이터 통신 라인을 나타내며, 상기 제어기(250)에서 수행된 계산 결과들에 따라 상기 파워 서플라이들(210a, 210b, ...)이 상기 반응실들(101a, 101b, ...) 각각에 대해 각각의 전류들의 세트 I_102A, ..., I_102N를 출력하게 한다. 상기 제어기(250)는 전류들의 업데이트 세트를 확립하기 위해 상술한 실시예들 중 하나 이상의 실시예를 수행하도록 대응하는 계산 유닛을 갖는 워크 스테이션, PC 또는 설비 관리 시스템 내에 구현될 수 있다. 상기 제어기(250)는 또한 상기 동작가능한 접속(251)을 통해 상기 파워 서플라이들(210a, 210b, ...)에 상기 전류들의 업데이트 세트에 관한 정보를 제공하는데 필요한 임의의 인터페이스 및 통신 섹션들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 예를 들어 적절하게 프로그램된 마이크로프로세서, ASIC(application specific integrated circuit) 등의 형태의 제어기(250)는 그 동작을 제어하기 위해 종래의 전기 도금 툴들에 전형적으로 포함되는 제어 유닛(도시되지 않음) 내에 구현될 수 있거나, 또는 상기 제어 유닛에 더하여 제공될 수 있다. 상기 제어기(250)의 계산 성능들이 예를 들어, 수식 (5)를 푸는데 있어서 수치적 계산들의 정확도 및 속도를 결정하지만, 상기 제어기(250)는 전형적으로 상기 도금 툴(200) 에 대한 기판의 프 로세싱에 관련된 임의의 시간 간격들에 비해 무시할 수 있는 시간 간격 내에 결과들을 제공한다. 상기 제어기(250)는 상기 업데이트된 애노드 전류의 계산이 기초할 수 있는 환경으로부터 데이터를 수신하도록 더 구성된다. 하나의 특정 실시예에서, 상기 제어기(250)는 오퍼레이터, 컴퓨터, 측정 디바이스 등의 외부 소스로부터 감도 데이터를 수신하도록 구성된다. 이에 의해, 상기 감도 데이터는 개별 측정값들, 개별 이론값들, 수학적 함수의 형태로, 또는 각각의 애노드 전류 I_102A, ..., I_102N과 동작에 대한 두께 프로파일의 애노드 부분들(102A, ..., 102N) 중 적어도 일부의 영향에 관한 임의의 다른 적절한 정보의 형태로 제공될 수 있다. 상기 감도 데이터의 포맷에 따라, 상기 제어기(250)는 업데이트된 애노드 전류를 확립하기 위해 상기 제어기(250)의 계산 유닛에서의 이용을 가능하게 하는 임의의 적절한 형태로 상기 감도 데이터를 저장하고 변환하도록 구성될 수 있다.

다른 실시예들에서, 상기 제어기(250)는 개별 측정값들, 실질적으로 연속하는 함수 등의 형태로 두께 프로파일 데이터를 수신하도록 구성될 수 있으며, 여기서 상기 두께 프로파일 데이터의 포맷은 상술한 계산들을 수행하는데 필요한 임의의 적절한 표현으로 변환될 수 있다. 유사하게, 상기 제어기(250)는 원하는 두께 프로파일을 나타내는 외부적으로 공급된 프로파일 데이터를 수신하도록 구성될 수 있으며, 그리고/또는 상기 제어기(250)는 상기 제어 동작에 대한 요청시에 사용될 수 있는 임의의 편리한 표현으로 하나 이상의 원하는 두께 프로파일들을 포함할 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 상기 제어기(250)는 이전에 처리된 기판들로부터 측정 데이터를 직접 수신하도록 두께 프로파일 측정 시스템(도시되지 않음)에 동작가능하게 접속되어, 폐루프 제어 기능을 위한 잠재력을 제공하며, 여기서 상기 폐루프의 응답 시간은 상기 제어기(250)에 두께 측정 데이터를 제공하기 위해 시간 지연에 의해 실질적으로 결정된다. 이전에 지적한 바와 같이, 업데이트된 애노드 전류의 자동 계산으로 인해, 상기 애노드 전류를 확립하기 위한 시간은 상기 도금 툴(200) 또는 상기 제어 동작에 관련된 임의의 다른 측정 시스템에서 기판을 처리하는데 있어서 임의의 다른 시간들에 비해 무시할 수 있다.

다른 실시예들에서, 상기 제어기(250)는 전형적으로 구리-기반 금속 층들의 제조시에 사용되는 CMP 프로세스와 같은 후속의 프로세스들의 프로세스 특성들을 나타내는 사후-도금 프로세스 데이터 또는 전류 분포 층들, 시드 층들 등의 증착과 같은 도금 프로세스 전의 프로세스들에 관한 정보와 관련된 사전-도금 프로세스 데이터와 같은 추가의 정보를 수신하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 도금 툴(200)의 상태 정보는 상기 제어기(250)에 공급될 수 있으며 새로운 애노드 전류를 확립하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 감도 데이터는 상기 툴 상태에 관하여 상기 감도 데이터의 드리프트를 감소시키도록 상기 도금 툴(200)의 상태 정보와 상관될 수 있다. 알려진 바와 같이, 예를 들어, 시간에 따른 도금 용액 특성의 변화와 같은 어떤 특성들의 변경으로 인하여 상기 감도 데이터는 전체 프로세스 시간에 의존할 수 있다. 대응하는 잘 알려진 의존성은 상기 감도 데이터를 대응적으로 적응시킴으로써 상술한 제어 방식들에 용이하게 통합될 수 있으며, 그로 인해 상기 제어 동작의 안정성을 더 강화시킨다. 상기 제어기(250)와 조합한 상기 툴(200)의 동작 동안, 전류들의 업데이트 세트들은 하나 이상의 상술한 제어 체제들에 순응하여 상기 제어기(250)에 의해 결정될 수 있으며, 여기서 상기 툴(200)의 구성에 따라복수의 업데이트된 전류의 각 세트들이 각각의 멀티-애노드 구성들에 공급되며, 그로 인해 복수의 실질적으로 동일한 반응실들에 대해 전형적으로 동일한 전류 세팅들이 이용되는 종래의 툴들에 비해 생산 수율을 상당히 강화시킨다. 본 발명에 따르면, 상기 전류들의 업데이트 세트는 개별적으로 결정된 업데이트된 애노드 전류에 기초하여 각 반응실(101a, 101b, ...)의 동시 동작을 가능하게 하는 시간 간격으로 각 반응실(101a, 101b, ...)에 대해 개별적으로 결정될 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 제어 동작은 감도 함수들 S102A(r), ..., S102N(r)과 각 개별 반응실(101a, 101b, ...)에 대해 확립되고 획득될 수 있는 M^O(r)로 이전에 표시된 두께 프로파일 데이터에 기초한다.

다른 실시예들에서, 예를 들어 사전-도금 프로세스 또는 사후-도금 프로세스에 기초하여 원하는 두께 프로파일이 선택될 수 있으며, 상기 제어기(250)는 상기 개별 반응실들(101a, 101b, ...)의 전체 프로세스 시간에 관하여 시간 지연이 없이, 즉 상기 반응실들(101a, 101b, ...) 각각으로 기판을 적재하는데 필요한 시간 간격에 비해 무시할 수 있는 시간 간격 내에 대응적으로 전류들의 업데이트 세트를 제공한다. 예를 들어, 사후-도금 CMP 공정은 기판의 중심에서의 제거 속도가 상기 기판의 주변 영역에서보다 더 급속하게 변화하는 것을 나타내는 경우, 대응하는 새로운 원하는 두께 프로파일이 선택될 수 있으며, 상기 제어기(250)는 대응하는 업 데이트된 애노드 전류를 상기 복수의 반응실들(101a, 101b, ...)에 즉시 제공할 수 있다.

도 3은 상기 툴(200)에서 처리된 복수의 기판들에 대해 측정된 두께 프로파일 데이터 M^O(r)를 개략적으로 나타낸다. 상기 예에서, 200mm 기판들이 수식 (5), (6) 및 (7)을 참조하여 설명된 제어 방식에 기초하여 구리를 증착하도록 처리되었으며, 상기 원하는 목표 두께 프로파일은 상기 기판 중심에서 증가된 제거 속도를 나타내는 사후-도금 CMP 프로세스의 요건들을 만족시키도록 돔-형상(dome-shaped) 프로파일에 의해 표현된다. 사용된 제어 방식에서, 상기 도금 시간은 일정하게 유지되었다. 도 3의 곡선 C는 상기 반응실(101a)에서 처리된 기판을 나타내며, 여기서 곡선들(B 및 A)은 대략 2시간의 시간 길이 내의 반응실(101b)에서 처리되는 기판들을 나타낸다. 도 3에 표시된 바와 같이, 상기 제어기(250)는 실질적으로 상기 원하는 두께 프로파일을 유지하며, 여기서 상기 예에서의 편차는 상기 최대 두께가 증착되는 기판의 중심에서 대략 200Å 내에 있다. 주목할 사항으로서, 예를 들어 수식 (8)에서 설명된 제어 동작에 따라 상기 도금 시간이 업데이트될 때 상기 프로파일들 A, B 및 C의 통계적 시프트가 감소될 수 있다.

결과적으로, 본 발명은 개별 애노드 전류 및/또는 업데이트된 도금 시간이 상기 전기 도금 툴의 전형적인 프로세스 시간에 관하여 임의의 시간 지연이 없이도 실질적으로 특정 기준에 기초하여 계산되며, 그로 인해 임의의 프로세스 변동에 대한 고속 응답을 가능하게 하는 점에서 전기 도금 툴의 멀티-애노드 구성의 효율적 인 제어를 가능하게 하는 기술을 제공한다. 상술한 제어 방식들에 의해, 상기 제어기(250)는 처리될 하나 이상의 기판들에 대해 업데이트된 애노드 전류를 계산하도록 이전 기판의 측정 결과들에 기초하여 제어 동작을 수행할 수 있다. 실질적으로 지연되지 않는 방식으로 애노드 전류를 결정하는 잠재력으로 인하여, 복수의 멀티-애노드 구성들이 제어될 수 있고, 그에 의해 상기 도금된 기판들의 품질이 증가함에 따라 수율을 상당히 강화시킨다. 또한, 하나 이상의 도금 툴들의 개별적인 반응실들이 동시에 제어될 수 있고 각 개별 반응실 내의 프로세스 조건들은 자동화 방식으로 최적화될 수 있어, 웨트 링 콘택트(wet ring contact), 애노드들 등의 소모품들의 수명이 증가될 수 있고, 그에 의해 상기 프로세스 툴의 중단 시간을 상당히 감소시킨다. 또한, 본 발명의 개념은 종래의 도금 툴들에 용이하게 구현될 수 있으며, 그에 의해 추가의 비용을 과도하게 발생시키지 않고도 이들 툴들의 효율성 및 스루풋을 증가시킨다. 다른 실시예들에서, 상기 애노드 전류 및 도금 시간은 측정 데이터를 참조하거나 참조하지 않고 정기적으로 업데이트될 수 있으며, 여기서 상기 업데이트된 애노드 전류는 각각의 멀티 애노드 구성에 공급되는 일정한 총 전류와 같은 다양한 기준에 기초하여 확립될 수 있다.

본 발명의 추가의 변형들 및 변동들은 상기 설명의 관점에서 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 상기 설명은 단지 예시를 위한 것이며 본 발명을 실행하는 일반 방식을 당업자에게 교시하기 위한 것이다. 이해되는 바와 같이, 본 명세서에 도시되고 설명된 발명의 형태들은 현재 바람직한 실시예들로서 고려되어야 한다.

본 발명은 마이크로전자 디바이스들의 제조를 위해 사용되는 프로세스에 관한 것이다. 따라서, 산업상 응용이 명백하다.

Claims (10)

1. 전기 도금 툴의 멀티 애노드 구성에 대한 전류들의 세트에 관한 감도 데이터를 전기 도금에 의해 기판상에 형성된 금속 층의 두께에 대해 정량적으로 결정하는 단계와; 그리고

   상기 전기 도금 툴에서 처리될 제 2 기판에 대해 상기 감도 데이터에 기초하여 상기 멀티 애노드 구성에 대한 전류들의 업데이트 세트를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기 도금 툴에서 처리되는 적어도 하나의 기판으로부터 두께 프로파일 데이터를 획득하는 단계와 상기 두께 프로파일 데이터에 기초하여 상기 전류들의 업데이트 세트를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 감도 데이터에 기초하여 제 2 멀티 애노드 구성에 대한 전류들의 제 2 업데이트 세트를 결정하는 단계를 더 포함하며, 상기 전류들의 업데이트 세트의 합계는 상기 전류들의 제 2 업데이트 세트의 합계와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 원하는 두께 프로파일을 선택하는 단계와 상기 원하는 두 께 프로파일에 기초하여 상기 전류들의 업데이트 세트를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 기판으로부터 기준 전류 데이터의 세트를 획득하는 단계와 상기 기준 전류 데이터에 기초하여 상기 전류들의 업데이트 세트를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. (내용없음)
7. 멀티 애노드 구성을 포함하는 적어도 하나의 프로세스 챔버를 갖는 전기 도금 툴에서 금속을 증착하는 방법으로서,

   원하는 두께 프로파일, 상기 전기 도금 툴에서 처리된 적어도 하나의 기판으로부터 획득된 두께 프로파일 데이터 및 상기 멀티 애노드 구성에 공급된 전류와 두께 프로파일 사이의 관계를 정량적으로 설명하는 모델에 기초하여 상기 멀티 애노드 구성의 전류들의 세트를 결정하는 단계와; 그리고

   상기 결정된 전류들의 세트를 이용하는 동안 하나 이상의 기판들 상에 금속을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 도금 툴에서 금속을 증착하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 모델은 상기 전기 도금 툴에서의 금속의 증착 동안 전류 변동에 대한 두께 프로파일에 관한 감도 데이터에 기초하는 것을 특징으로 하는 전기 도금 툴에서 금속을 증착하는 방법.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 전기 도금 툴은 멀티 애노드 구성을 포함하는 적어도 하나의 추가 프로세스 챔버를 포함하며, 상기 적어도 하나의 추가 프로세스 챔버에서 적어도 하나의 기판을 처리하기 전에, 원하는 두께 프로파일, 상기 전기 도금 툴에서 처리된 적어도 하나의 기판으로부터 획득된 두께 프로파일 데이터 및 상기 멀티 애노드 구성에 공급된 전류와 두께 프로파일 사이의 관계를 정량적으로 설명하는 모델에 기초하여 추가의 전류들의 세트가 결정되는 것을 특징으로 하는 전기 도금 툴에서 금속을 증착하는 방법.
10. 멀티 애노드 구성을 갖는 복수의 프로세스 챔버들을 포함하는 전기 도금 툴을 제어하는 방법으로서,

    각 멀티 애노드 구성에 대한 전류들의 세트를 계산하는 단계와; 그리고

    상기 복수의 프로세스 챔버들의 각각에서 상기 결정된 전류들의 세트로 기판을 동시에 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 도금 툴을 제어하는 방법.

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