KR20100067072A - 에지 결함을 감소시키기 위한 웨이퍼 전기도금 장치 - Google Patents

에지 결함을 감소시키기 위한 웨이퍼 전기도금 장치 Download PDF

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Abstract

방법, 장치, 및 베이스 플레이트, 립실과 접촉 고리 어셈블리와 같은 다양한 장치 컴포넌트가 장치에서 접촉 영역의 오염을 감소시키기 위하여 제공된다. 오염은 전기도금 공정 후 장치에서 반도체 웨이퍼를 제거하는 동안 일어날 수 있다. 특정 구체예에서, 폴리아미드-이미드(PAI) 및 때로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 소수성 코팅을 가지는 베이스 플레이트가 사용된다. 더욱이 접촉 고리 어셈블리의 접촉 팁은 립실의 실링 립에서 멀리 떨어진 곳에 위치할 수 있다. 특정 구체예에서, 접촉 고리 어셈블리의 일부 및/또는 립실이 또한 소수성 코팅을 포함한다.

Description

에지 결함을 감소시키기 위한 웨이퍼 전기도금 장치 {WAFER ELECTROPLATING APPARATUS FOR REDUCING EDGE DEFECTS}
관련출원
본 출원은 35 U.S.C.§ 119(e)하에 발명의 명칭이: "WAFER ELECTROPLATING APPARATUS FOR REDUCING EDGE DEFECTS"이고 2008년 12월 10일에 출원된 US 출원번호 61/121,460을 우선권으로 주장하고, 상기 출원은 본 명세서에 전체가 첨부된다.
반도체 디바이스 제작에서 사용되는 전기도금, 무전해 도금, 전기연마, 또는 다른 습식 화학 침착 또는 제거 공정은 "클램셸(clamshell)" 장치에서 수행될 수 있다. Novellus Systems의 Sabre® 툴(tool)과 같은 클램셸의 두 주요 컴포넌트는 어셈블리를 형성하는 "컵(cup)"과 "콘(cone)"이다. 일반적으로 컵 및 콘 어셈블리는 처리 동안 웨이퍼를 고정하고, 배치하고, 흔히 회전시킨다. 컵의 립(lip)의 립실(lipseal)은 도금 전류를 웨이퍼 상의 시드 레이어(seed layer)에 전달하기 위하여 장착된 접촉부를 포함할 수 있다. 클램셸은 웨이퍼에 에지 및 후면 보호를 제공한다. 달리 말해서, 웨이퍼가 도금 공정 동안 전해질에 잠길 때 전해질이 웨이퍼의 에지 및 후면과 접촉하는 것이 방지된다. 에지 및 후면 보호는 컵과 콘이 웨이퍼를 고정하기 위하여 서로 결합할 때 형성되는 유체 차단 실(seal)에 의하여 제공된다.
도금 용액은 전형적으로 산성 또는 염기성 수성 매질(media)에 금속 이온을 포함한다. 예를 들면, 전해질은 묽은 황산에 용해된 황산구리를 포함할 수 있다. 처리 동안, 도금 및/또는 연마 전류를 웨이퍼에 전달하고 일반적으로 컵/콘/립실 하드웨어 조합에 의하여 건조하게 유지되는 전기 접촉부는 전해질로써 오염될 수 있고, 전기 접촉부의 성능은 다중 도금된 웨이퍼 사이클 후에 감퇴한다. 접촉 영역의 전해질 또한 웨이퍼를 손상시킬 수 있는데, 예를 들면 웨이퍼 에지에서 입자 오염을 야기한다.
민감한 클램셸 컴포넌트의 도금 용액 오염을 감소시키기 위하여 신규한 장치와 방법이 필요하다.
전기도금 및 클램셸을 사용하는 다른 공정은 보통 적어도 클램셸의 바닥 부분을 전기도금 용액에 담그는 것을 포함한다. 도금이 완료된 후, 도금된 웨이퍼는 전형적으로, 대부분의 동반된 농축 전해질을 제거하기 위하여 스피닝되고, 탈이온수 또는 다른 헹굼액(rinsing liquid)으로 헹궈진다. 이후 클램셸은 잔류 헹굼제(rinsate)(즉, 헹굼액에 희석된 전기도금 용액)를 제거하기 위하여 다시 스피닝될 수 있다. 그러나 일부 헹굼제가 립실 주위에 축적되고 남을 수 있다. 립실은 클램셸이 폐쇄된 경우 밀봉된 클램셸의 접촉 영역에 임의의 액체가 들어가는 것을 방지하기 위하여 사용된다. 클램셸의 개방 동안 실이 파괴된 경우, 얼마간의 헹굼제가 표면장력에 의하여 접촉 영역으로 이동할 수 있다. 비교적 친수성인 웨이퍼 앞면의 구리 표면 및 접촉부가 접촉 영역으로 상당한 양의 헹굼제 침투를 야기하는 이러한 이동을 촉진한다. 이때 헹굼제는 입자를 형성하고, 접촉부를 파괴하고, 일반적으로 다양한 에지 관련 도금 결함을 초래할 수 있다.
전해질에 노출된 플레이트의 적어도 일부를 덮는 소수성 코팅을 가지는 베이스 플레이트(base plate)가 헹굼제 및 클램셸의 접촉 영역으로의 전해질 침투(wicking)을 최소화하기 위하여 사용된다. 더 적은 침투는 웨이퍼 결함, 특히 에지 효과(edge effect) 감소 및 점검 빈도 감소에 도움이 된다. 일부 실행에서, 소수성 코팅은 폴리아미드-이미드(PAI)를 포함하고, 또한 특정 구체예에서 폴리테트 라플루오로에틸렌(PTFE)를 포함한다. 결함률(defect rate)은 새로운 립실과 함께 사용할 경우, 통상적인 베이스 플레이트에 비하여 본 발명의 베이스 플레이트에 대하여 80% 이상 더 낮고, 립실의 노화에 따라서도 계속하여 더 낮음이 밝혀졌다.
특정 구체예에서, 베이스 플레이트는 전기도금 동안 반도체 웨이퍼를 고정하고, 전기도금 용액이 전기 접촉부에 도달하는 것을 배제하기 위하여 형성된 컵에서 사용된다. 베이스 플레이트는 고리형상체(ring-shaped body) 및 고리형상체로부터 안쪽으로 뻗어나가고 탄성체(elastomeric) 립실을 지지하도록 형성된 나이프형상 돌출부(knife-shaped protrusion)를 포함할 수 있다. 탄성체 실은 반도체 웨이퍼와 결합하여 전기도금 용액이 전기 접촉부에 도달하는 것을 배제할 수 있다.
베이스 플레이트는 또한 적어도 나이프형상 돌출부를 덮는 소수성 코팅을 포함할 수 있다. 코팅은 폴리아미드-이미드(PAI), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 및/또는 이들의 공중합체를 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 소수성 코팅은 폴리아미드-이미드(PAI)를 포함한다. 다른 특정한 구체예에서, 코팅은 또한 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함한다. 코팅은 분사 코팅 기술로 도포될 수 있다. 예를 들면, 적어도 나이프형상 돌출부 상에 적어도 한 층의 Xylan P-92. 또한 한 층의 Xylan 1010이 Xylan P-92의 층 위에 분사될 수 있다. 코팅의 두께는 약 20 ㎛ 내지 35 ㎛일 수 있다. 특정 구체예에서, 코팅은 90V 스파크 테스트(spark test)를 통과할 수 있다. 코팅은 침출되지 않거나 검출 가능한 양의 전해질 용액을 흡수하지 않을 수 있다.
특정 구체예에서, 고리형상체 및 나이프형상 돌출부는 스테인리스 스틸, 티 타늄 및 탄탈럼으로 이루어진 군에서 선택되는 한 가지 이상의 물질을 포함한다. 고리형상체는 전기도금 장치의 실드 구조물에 제거 가능하게 부착되도록 형성될 수 있다. 고리형상체는 립실의 리지(ridge)와 결합하도록 형성된 그루브(groove)를 포함할 수 있다. 나이프형상 돌출부는 적어도 약 200파운드의 힘에 지탱하도록 형성될 수 있다. 더욱이 베이스 플레이트는 Novellus Sabre® 전기도금 시스템에서 사용하도록 형성될 수 있다.
특정 구체예에서, 컵에서 사용될 수 있는 접촉 고리는 단일 고리형상체에 부착되고 단일 고리형상체에서 안쪽으로 뻗어나가는 접촉 핑거 및 컵의 다른 컴포넌트와 결합하도록 크기와 형태가 정해진 단일(unitary) 고리형상체를 포함한다. 접촉 핑거는 각을 이루며 서로 떨어져 배열될 수 있다. 각각의 접촉 핑거는 웨이퍼의 바깥쪽 에지로부터 약 1 mm 이하의 지점에서 반도체 웨이퍼와 접촉하도록 배향될 수 있다. 고리형상체 및 다수의 접촉 핑거는 Paliney 7로 만들어질 수 있다. 접촉 핑거는 일반적으로 V-형을 가질 수 있으며, 단일 고리형상체에 의하여 한정된 평면으로부터 아래쪽으로 뻗어나가고, 위쪽으로 반도체 웨이퍼 접촉을 위한 말단 지점(distal point)을 향한다. 적어도 약 300개의 접촉 핑거가 존재할 수 있다. 접촉 핑거는 전기도금 동안 반도체 웨이퍼에 의하여 가해지는 힘하에 구부러질 수 있도록 형성될 수 있다. 각 핑거의 적어도 일부분은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 (ETFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 및 이들의 공중합체 중 하나 이상으로 코팅될 수 있다.
특정 구체예에서, 립실과 접촉 고리 어셈블리는 컵에서 사용될 수 있고, 반 도체 웨이퍼와 결합하고 도금 용액을 반도체 웨이퍼의 주위 영역(peripheral region)과 접촉 고리로부터 배제하기 위한 고리형상 탄성체 립실을 포함할 수 있다. 고리형상 탄성체 립실은 전기도금 동안 반도체 웨이퍼의 주위 영역으로부터 도금 용액을 배제하는 둘레(perimeter)를 한정하는 안지름을 가진다. 접촉 고리는 단일 고리형상체, 및 고리형상체에 부착되고 고리형상체로부터 안쪽으로 뻗어나가며 각을 이루며 서로 떨어져 배열된 다수의 접촉 핑거를 가진다. 각각의 접촉 핑거는 립실 안지름으로부터 적어도 약 1mm인 지점에서 반도체 웨이퍼와 결합하도록 배향될 수 있다. 특정 구체예에서, 접촉 핑거는 각각 일반적으로 V-형을 가지고, 단일 고리형상체에 의하여 한정된 평면으로부터 아래쪽으로 뻗어나가고, 위쪽으로 고리형상 탄성체 립실이 반도체 웨이퍼와 결합한 평면 위의 말단 지점을 향한다. 고리형상 탄성체 립실은 소수성 코팅을 가질 수 있다. 더욱이 고리형상 탄성체 립실은 분배 버스(distribution bus)를 수용하는 그루브를 가질 수 있다. 반도체 웨이퍼와 결합하는 고리형상 탄성체 립실의 일부분은 결합 동안 압축될 수 있다.
특정 구체예에서, 전기도금 장치는 전기도금 동안 반도체 웨이퍼를 고정시키고, 도금 용액이 전기도금 장치의 특정 부분과 접촉하는 것을 배제하도록 형성된다. 장치는 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 컵을 포함할 수 있고, 상기 컵은 고리형상체 및 고리형상체로부터 안쪽으로 뻗어나가는 나이프형상 돌출부를 구비한 베이스 플레이트, 반도체 웨이퍼에 힘을 가하고 탄성체 실에 대하여 반도체 웨이퍼를 누르기 위한 콘, 및 섀프트(shaft)를 포함한다. 베이스 플레이트는, 반도체 웨이퍼와 결합하고 전기도금 용액이 전기 접촉부에 도달하는 것을 배제하기 위한 탄성체 립실을 지지하도록 형성된다. 베이스 플레이트는 적어도 나이프형상 돌출부를 덮는 소수성 코팅을 가질 수 있다. 섀프트는 컵에 대하여 콘을 움직이고, 컵의 탄성체 실에 대하여 반도체 웨이퍼를 밀봉하기 위하여 콘을 통하여 반도체 웨이퍼에 힘을 가하고, 컵과 콘을 회전시키도록 형성될 수 있다.
특정 구체예에서 장치는 컨트롤러를 또한 포함하는데, 이 컨트롤러는 반도체 웨이퍼를 컵에 배치함, 컵의 립실과 웨이퍼 앞면 사이에 실을 형성하기 위하여 콘을 반도체 웨이퍼로 낮춰 반도체 웨이퍼의 뒷면에 힘을 가함, 웨이퍼 앞면의 적어도 일부를 전기도금 용액에 담그고 웨이퍼 앞면을 전기도금함, 및 콘을 들어올려 반도체 웨이퍼의 뒷면에 가한 힘을 완화함을 지시하고, 들어올림은 적어도 2 초에 걸쳐 수행된다.
특정 구체예에서, 컵과 콘을 포함하는 장치에서 반도체 웨이퍼를 전기도금하는 방법은 반도체 웨이퍼를 컵에 배치하는 단계, 컵의 립실과 웨이퍼 앞면 사이에 실을 형성하기 위하여 콘을 반도체 웨이퍼로 낮춰 반도체 웨이퍼의 뒷면에 힘을 가하는 단계, 웨이퍼 앞면의 적어도 일부를 전기도금 용액에 담그고 웨이퍼 앞면을 전기도금하는 단계, 및 콘을 들어올려 반도체 웨이퍼의 뒷면에 가한 힘을 완화하는 단계를 포함하고, 여기서 들어올림은 적어도 2 초에 걸쳐 수행된다. 상기 방법은 또한 콘을 들어올리기에 앞서 적어도 약 3 초 동안 반도체 웨이퍼를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
다음의 기재에서, 본 발명의 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위하여 많은 세 부사항이 제시된다. 본 발명은 이러한 세부사항의 일부 또는 전부가 없이 실행될 수 있다. 다른 예에서, 공지된 공정 조업은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위하여 자세히 기재되지 않는다. 본 발명이 특정 구체예에 관하여 기재될 것이지만, 본 발명을 구체예로 안정하려고 의도하지 않음이 이해될 것이다.
도입
전기도금 및 클램셸을 사용하는 다른 공정은 보통 적어도 클램셸의 바닥 부분을 전기도금 용액에 담그는 것을 포함한다. 도금이 완료된 후, 도금된 웨이퍼는 전형적으로, 대부분의 동반된 농축 전해질을 제거하기 위하여 스피닝되고, 탈이온수 또는 다른 헹굼액(rinsing liquid)으로 헹궈진다. 이후 클램셸은 잔류 헹굼제(rinsate)(즉, 헹굼액에 희석된 전기도금 용액)를 제거하기 위하여 다시 스피닝될 수 있다. 그러나 일부 헹굼제가 립실 주위에 축적되고 남을 수 있다. 립실은 클램셸이 폐쇄된 경우 밀봉된 클램셸의 접촉 영역에 임의의 액체가 들어가는 것을 방지하기 위하여 사용된다. 클램셸의 개방 동안 실이 파괴된 경우, 얼마간의 헹굼제가 표면장력에 의하여 접촉 영역으로 이동할 수 있다. 비교적 친수성인 웨이퍼 앞면의 구리 표면 및 접촉부가 접촉 영역으로 상당한 양의 헹굼제 침투를 야기하는 이러한 이동을 촉진한다. 이때 헹굼제는 입자를 형성하고, 접촉부를 파괴하고, 일반적으로 다양한 에지 관련 도금 결함을 초래할 수 있다.
"침투된 부피(wicked volume)"는 전형적인 전기도금 사이클 후 접촉 영역에서 추출한 헹굼제 양(예를 들어, 부피, 중량 등)의 측정치이다. 침투된 부피를 결정하기 위하여 여러 측정 기술이 사용될 수 있다. 한 기술은 킴와이프(Kimwipe) (예를 들어, Kimberley-Clark에 의하여 공급되는 Kimetch Science Wipes, White Single Ply 4.5" x 8.5") 또는 다른 유사하게 매우 흡습성인 천을 사용하여 클램셸의 전체 접촉 영역을 닦는 것을 포함한다. 이러한 천은 닦기 전과 후에 중량계량되고, 얻은 중량을 "침투된 부피"로 다룬다. 다른 기술은 조절된 양의 용매를 사용하여 접촉 영역에서 헹굼제를 희석한다. 이후 생성된 용액은 샘플을 취하고 분석하여 (예를 들어, 샘플의 전도도 측정, 질량분석법(mass spectroscopy) 또는 임의의 다른 적절한 분석 기술을 사용하여 샘플의 조성 분석) 샘플의 헹굼제 양, 따라서 접촉 영역의 헹굼제 양을 결정한다.
침투된 부피는 웨이퍼 에지에 가장 가까이 위치하는 결함의 수, 예를 들어 웨이퍼의 가장 바깥쪽 10 mm에 위치하는 결함의 수와 상관관계가 있음이 밝혀졌다. 이 영역은 에지에 근접한 큰 에지 다이(edge die) 군집으로 인하여 반도체 제조에서 특히 중요하다. 본 발명의 특정 구체예들은 웨이퍼 에지 결함의 수의 실질적인 (때로는 열 배) 감소를 야기한다.
본 명세서에 기재된 몇몇 구체예들은 특히 컵 바닥, 전기 접촉부 및 립실과 같은 클램셸 장치의 개별 부분에 대한 것이다. 이러한 부분들은 클램셸 도금 장치의 통합된 부분으로서 함께 공급될 수 있거나, 전개된 시스템의 파쇄 또는 마모된 부분을 교체하거나 이러한 시스템을 갱신하기 위하여 분리된 컴포넌트로서 공급될 수 있다. 일부 경우에, 클램셸 장치의 부분 또는 부분들이 정기 점검 동안 교체될 수 있다.
장치
도 1은 반도체 웨이퍼를 전기화학적으로 처리하기 위한 웨이퍼 고정 및 배치 장치(100)의 투시도를 나타낸다. 장치(100)는 때로 "클램셸" 컴포넌트, "클램셸" 어셈블리, 또는 "클램셸"이라고 일컫는 웨이퍼-결합 컴포넌트를 포함한다. 클램셸 어셈블리는 컵(101)과 콘(103)을 포함한다. 추후의 도면에서 나타나는 바와 같이, 컵(101)은 웨이퍼를 고정하고 콘(103)은 웨이퍼를 컵에 단단히 붙잡는다. 본 명세서에 나타난 것 이외에도 다른 컵과 콘의 설계가 사용될 수 있다. 일반적인 형상은 웨이퍼가 머무르는 내부를 가지는 컵 및 웨이퍼를 바른 위치에 고정하기 위하여 컵을 향하여 웨이퍼를 누르는 콘이다.
설명된 구체예에서, 클램셸 어셈블리(컵(101)과 콘(103))는 스트러트(104)에 의하여 지지되고, 스트러트는 탑 플레이트(105)에 연결된다. 이 어셈블리(101, 103, 104, 및 105)는 탑 플레이트(105)에 연결된 스핀들(106)을 통하여 모터(107)에 의하여 구동된다. 모터(107)는 마운팅 브라켓(mounting bracket)(나타나지 않음)에 부착된다. 스핀들(106)은 (모터(107)로부터) 클램셸 어셈블리에 토크를 전달하여, 도금 동안 클램셸 어셈블리에 고정된 웨이퍼(이 도면에 나타나지 않음)의 회전을 일으킨다. 스핀들(106) 내의 에어 실린더 (나타나지 않음) 또한 컵(101)과 콘(103)을 결합시키기 위한 수직방향 힘을 제공한다. 클램셸이 분리될 때 (나타나지 않음), 말단장치 암(end effector arm)을 가지는 로봇이 웨이퍼를 컵(101)과 콘(103) 사이에 삽입할 수 있다. 웨이퍼가 삽입된 후, 콘(103)은 컵(101)과 결합되고, 이는 웨이퍼 앞면(작업면)만이 전해질에 노출된 채로 있도록 장치(100) 내의 웨이퍼를 움직이지 않게 한다.
특정 구체예에서, 클램셸은 전해질이 튀는 것으로부터 콘(103)을 보호하는 스프레이 스커트(spray skirt)(109)를 포함한다. 설명된 구체예에서, 스프레이 스커트(109)는 주변을 둘러싸는 수직 슬리브(sleeve) 및 원형 캡(cap) 부분을 포함한다. 스페이싱 멤버(110)는 스프레이 스커트(109)와 콘(103) 사이를 분리한 채로 유지시킨다.
이러한 논의의 목적으로, 컴포넌트(101-110)를 포함하는 어셈블리를 합쳐서 "웨이퍼 홀더(111)"라고 일컫는다. 그러나 "웨이퍼 홀더"라는 개념은 일반적으로, 웨이퍼와 결합하고 웨이퍼의 이동과 배치를 허용하는 컴포넌트의 다양한 조합 및 부조합(sub-combination)에 확장됨에 주의하라.
틸팅(tilting) 어셈블리(나타나지 않음)가 도금 용액에 웨이퍼를 기울여서 담글 수 있도록 (평면 수평 담금과 대조적으로) 웨이퍼 홀더에 연결될 수 있다. 구동(drive) 메커니즘 및 플레이트와 피봇 조인트(pivot joint)의 배열이 활꼴 경로(나타나지 않음)를 따라 웨이퍼 홀더(111)를 이동시키고 그 결과 웨이퍼 홀더(111)(즉, 컵 및 콘 어셈블리)의 인접 말단(proximal end)을 기울이도록 일부 구체예에서 사용된다.
게다가 웨이퍼 홀더의 인접 말단을 도금 용액에 담그도록, 작동기(나타나지 않음)를 통하여 전체 웨이퍼 홀더(111)를 수직으로 들어올리고 내린다. 따라서 두 요소의 배치 메커니즘이 전해질 표면에 수직인 궤적을 따른 수직 이동 및 수평 방향(즉, 전해질 표면에 평행)으로부터 벗어나게 하는 틸팅 이동을 웨이퍼에 제공한다 (기울여진 웨이퍼 담금 능력).
웨이퍼 홀더(111)가 양극 챔버(157)와 도금 용액을 수용하는 도금 챔버(117)를 가지는 도금 셀(115)과 함게 사용됨에 주의하라. 챔버(157)는 양극(119) (예를 들어 구리 양극)을 고정하고, 양극 구획과 음극 구획에서 상이한 전해질 화학을 유지하도록 설계된 멤브레인 또는 다른 분리기를 포함할 수 있다. 설명된 구체예에서, 디퓨저(diffuser)(153)는 전해질을 균일한 전면의 회전하는 웨이퍼를 향하여 위쪽으로 보내기 위하여 사용된다. 특정 구체예에서, 흐름 디퓨저는 고저항 가상 양극(high resistance virtual anode, HRVA) 플레이트인데, 이는 절연성 물질(예를 들어 플라스틱)의 고체 조각으로 만들어지고, 많은 수의(예를 들어 4,000-15,000) 한 치수의 작은 홀(hole)(0.01 내지 0.05 인치의 지름)을 가지며 플레이트 위의 음극 챔버에 연결된다. 홀의 전체 단면적은 전체 투영 면적(projected area)의 약 5퍼센트 이하이고, 따라서 도금 셀에 실질적인 흐름 저항을 도입하여 시스템의 도금 균일성을 개선하도록 한다. 반도체 웨이퍼를 전기화학적으로 처리하기 위한 고저항 가상 양극 플레이트 및 대응 장치에 대한 추가 기재가 2008년 11월 7일에 출원된 US 출원번호 12/291,356에 제공되고, 이는 본 명세서에 전체가 참고문헌으로 첨부된다. 도금 셀은 또한 분리 전해질 흐름 패턴을 제어하고 생성하기 위하여 분리 멤브레인을 포함할 수 있다. 다른 구체예에서, 멤브레인은 양극 챔버를 한정하기 위하여 사용되고, 양극 챔버는 억제제(suppressor), 가속제(accelerators), 또는 다른 유기 도금 첨가제를 실질적으로 함유하지 않는 전해질을 수용한다.
도금 셀은 또한 도금 셀을 통하여 - 그리고 도금되는 작업편(work piece)에 대하여 전해질을 순환시키기 위한 배관(plumbing) 또는 배관 접촉부를 포함할 수 있다. 예를 들면, 셀(115)은 양극(119) 중심의 홀을 통하여 양극 챔버(157)의 중심으로 수직으로 뻗어나가는 전해질 유입 튜브(131)를 포함한다. 다른 구체예에서, 셀은 유체를 챔버의 주위 벽(나타나지 않음)에서 디퓨저/HRVA 플레이트 아래의 음극 챔버에 도입하는 전해질 유입 매니폴드를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 유입 튜브(151)는 멤브레인(153)의 양측(양극측 및 음극측)에 유출 노즐을 포함한다. 이러한 장치는 전해질을 양극 챔버와 음극 챔버에 전달한다. 다른 구체예에서, 양극 챔버 및 음극 챔버는 흐름 저항성 멤브레인(153)에 의하여 분리되고, 각각의 챔버는 분리된 전해질의 분리 흐름 사이클을 가진다. 도 1의 구체예에 나타나는 것과 같이, 유입 노즐(155)은 전해질을 멤브레인(153)의 양극측에 제공한다.
더욱이 도금 셀(115)은 린스(rinse) 배수 라인(159) 및 도금 용액 회수 라인(161)을 포함하고, 이들 각각은 도금 챔버(117)에 직접 연결된다. 또한 린스 노즐(163)은 일반적인 조작 동안 웨이퍼 및/또는 컵을 세척하기 위하여 탈이온화 린스수(rinse water)를 전달한다. 도금 용액은 보통 챔버(117)의 대부분을 채운다. 튐과 기포 발생을 완화하기 위하여, 챔버(117)는 도금 용액 회수를 위한 내부 위어(weir)(165) 및 린스수 회수를 위한 외부 위어(167)를 포함한다. 설명된 구체예에서, 이러한 위어는 도금 챔버(117)의 벽에서의 주변을 둘러싸는 수직 슬롯이다.
다음의 기재는 특정 구체예에서 사용될 수 있는 컵 어셈블리의 추가적인 형상 및 예를 나타낸다. 설명된 컵 설계의 특정 양태는 잔류 전해질/헹굼제의 개선된 에지 흐름 특징, 제어된 웨이퍼 엔트리(entry) 습윤, 및 립실 기포 제거로 인한 더 우수한 에지 도금 균일성 및 감소된 에지 결함을 제공한다. 도 2A는 컵 어셈블 리(200)의 예시적인 단면도이다. 어셈블리(200)는 컵의 특정 부분을 전해질로부터 보호하기 위한 립실(212)을 포함한다. 어셈블리는 또한 웨이퍼의 전도성 요소와 전기 연결 성립을 위한 접촉 요소(element)(208)를 포함한다. 컵 및 컵의 컴포넌트는 환형일 수 있고 웨이퍼의 둘레에 맞도록 크기가 정해질 수 있다 (예를 들어, 200-mm 웨이퍼, 300-mm 웨이퍼, 450-mm 웨이퍼).
컵 어셈블리는 컵 바닥(210)을 포함하는데, 이는 또한 "디스크" 또는 "베이스 플레이트"로도 불리며, 한 벌의 스크류(screw) 또는 다른 조임 수단으로써 실드 구조물(shield structure)(202)에 부착될 수 있다. 컵 바닥(210)은 실(212), 전류 분배 버스(214)(구부러진 전기 버스 바(bus bar)), 전기 접촉 멤버 스트립(strip)(208), 및/또는 컵 바닥(210) 자체와 같은 컵 어셈블리(200)의 다양한 컴포넌트를 교체하도록 제거될 수 있다 (즉, 실드 구조물(202)로부터 탈착된다). 접촉 스트립(208)의 일부분(일반적으로 가장 바깥쪽 부분)이 연속 금속 스트립(204)과 접촉할 수 있다. 컵 바닥(210)은 가장 안쪽 둘레에 점감 에지(216)를 가질 수 있는데, 점감 에지는 에지 주변의 전해질/헹굼제 흐름 특징을 개선하고 기포 배척(rejection) 특징을 개선하는 방식으로 성형된다. 컵 바닥(210)은 스테인리스 스틸, 티타늄 및 탄탈럼과 같은 강성의 내부식성 물질로 만들어질 수 있다. 폐쇄 동안, 도 3A 및 3B에 관하여 추가로 기재된 것과 같이 웨이퍼 담금 동안 클램셸 누수를 피하도록, 웨이퍼를 통하여 힘이 가해질 때 컵 바닥(210)이 립실(212)을 지지한다. 특정 구체예에서, 립실(212)과 컵 바닥(210)에 가해지는 힘은 적어도 약 200 파운드 힘이다. 폐쇄압이라고도 일컫는 폐쇄력은 웨이퍼 후면에 접촉하는 부분인 클램셸 "콘" 어셈블리에 의하여 가해진다.
전기 접촉 멤버(208)는 웨이퍼 앞면에 침착된 전기 접촉 전도성 물질을 제공한다. 도 2A 및 2B에 나타나는 바와 같이, 접촉 멤버(208)는 연속 금속 스트립(218)에 부착된 다수의 개별적인 접촉 핑거(220)를 포함한다. 특정 구체예에서, 접촉 멤버(208)는 Paliney 7 합금으로 만들어진다. 그러나 다른 적절한 물질이 사용될 수 있다. 300-mm 웨이퍼 형상에 대응하는 특정 구체예에서, 접촉 멤버(208)는 웨이퍼에 의하여 한정된 전체 둘레 주위에 고르게 배치된 적어도 약 300개의 개별적인 접촉 핑거(220)를 가진다. 핑거(220)는 절단 (예를 들어, 레이저 절단), 가공(machining), 타출(stamping), 정밀한 접음/굽힘, 또는 임의의 다른 적절한 방법에 의하여 생성될 수 있다. 접촉 멤버(208)는 연속 고리를 형성할 수 있고, 여기서 금속 스트립(218)은 고리의 바깥지름을 한정하고, 핑거(220)의 자유 팁은 안지름을 한정한다. 예를 들어 도 2A에 나타나는 것과 같은 접촉 멤버(208)의 단면 프로파일에 따라 상기 지름이 변할 것임에 주의해야 한다. 더욱이 핑거(220)는 유연하여 웨이퍼가 장착될 경우 아래로 (즉, 점감 에지(216)를 향하여) 눌릴 수 있음에 주의해야 한다. 예를 들면, 핑거(220)는 웨이퍼가 클램셸에 위치할 경우 자유 위치로부터 다른 중간 위치로 움직이고, 콘이 웨이퍼에 압력을 가할 경우 또 다른 위치로 움직인다. 조작 동안, 탄성 립실(212)의 립(212b)이 핑거(220)의 팁 근처에 위치한다. 예를 들면, 자유 위치에서 핑거(220)는 립(212b)보다 더 높이 뻗을 수 있다. 특정 구체예에서, 웨이퍼가 컵(200)에 위치할 경우 핑거(220)는 중간 위치에서도 립(212b)보다 더 높이 뻗는다. 다시 말해서, 웨이퍼는 립(212b)이 아니라 핑 거(220)의 팁에 의하여 지지된다. 다른 구체예에서, 웨이퍼가 컵(2000)에 도입되고 팁(220)과 립(212b) 모두 웨이퍼와 접촉할 경우 핑거(220) 및/또는 립(212b) 실이 구부러거나 압축된다. 예를 들면, 립(212b)은 처음에 팁보다 더 높이 뻗을 수 있고 이후 압축될 수 있고, 핑거(220)는 휘고 압축되어 웨이퍼와 접촉한다. 그러므로, 웨이퍼와 립실(212) 사이가 밀봉될 경우 모호함을 피하기 위하여 접촉 멤버(208)에 대하여 본 명세서에 기재된 치수가 제공된다.
도 2A로 되돌아가서, 실(212)이 립실 포획 리지(212a)를 포함함이 나타나는데, 립실 포획 리지는 컵 바닥(210)의 그루브와 결합하고 이로써 실(212)을 원하는 위치에 고정하도록 형성된다. 리지와 그루브의 조합은 실(212)의 설치와 교체 동안 실(212)을 바른 위치에 배치하도록 할 수 있고, 또한 일반적인 사용과 세척 동안 실(212)의 이동에 저항하도록 할 수 있다. 다른 적절한 고정(keying)(결합) 양상이 사용될 수 있다.
실(212)은 분배 버스 바(214)를 수용하도록 형성된 윗면에 형성된 그루브와 같은 형상을 추가로 포함한다. 분배 버스 바(214)는 전형적으로 내부식성 물질(예를 들어, 스테인리스 스틸 등급 316)로 이루어지고, 그루브 내에 자리잡는다. 일부 구체예에서, 추가적인 강건성(robustness)을 위하여 실(212)이 (예를 들어, 접착제를 사용하여) 분배 버스(214)에 결합될 수 있다. 동일한 구체예 또는 다른 구체예에서, 접촉 멤버(208)는 연속 금속 스트립(218) 주위의 분배 버스(214)에 연결된다. 일반적으로 분배 버스(214)는 연속 금속 스트립(218)보다 훨씬 더 두껍고, 따라서 버스 바가 파워 리드(power lead)(나타나지 않음)와 접촉하는 위치와 전류가 스트립(218)과 핑거(220)를 통하여 웨이퍼로 나가는 임의의 방위각(azimuthal) 위치 사이에서 최소한의 저항 전압강하를 가능하게 하여 더욱 균일한 전류 분배를 제공할 수 있다.
도 3A는 클램셸을 폐쇄하여 웨이퍼(304)와 립실(212) 사이에 실을 형성하기 전의 클램셸과 웨이퍼(304)의 일부를 도시한다. 일부 구체예에서, 웨이퍼(304)는 우선 접촉 멤버(208), 더 구체적으로는 접촉 팁(220)과 닿을 수 있다. 대안으로, 웨이퍼(304)가 우선 실(212)의 실링 에지(212b)와 접촉할 수도 있다. 일반적으로 접촉 팁(302)은 웨이퍼(304)가 전기도금 동안 유지되는 최종 위치로 내려가기 전에 웨이퍼(304)의 앞면(활성면)(306)과 접촉한다. 다시 말해서, 접촉 팁(220)은 클램셸 폐쇄 동안 약간 휘어지고, 이는 앞면(306)과 팁(220) 사이에 전기 접촉을 돕는 약간의 힘을 야기한다. 앞면(306)이 팁(220)과 먼저 접촉할 때든지 립(212b)과 먼저 접촉할 때든지 결함이 발생할 수 있음에 주의해야 한다. 앞면(306)은 보통 시드 레이어 형태 또는 다른 형태일 수 있는 구리, 루테늄, 또는 루테늄 상의 구리와 같은 약간의 전도성 물질을 함유한다. 휨(deflection) 정도(또는 팁과 앞면 사이의 힘)는 앞면 상의 물질과 팁 사이에 적당한 전도성을 제공하여 조절할 수 있다.
도 3B는 클램셸을 폐쇄하여 웨이퍼(304)와 클램셸 사이, 더 구체적으로는 웨이퍼(304)와 립실(212) 사이에 실을 형성한 후의 클램셸과 웨이퍼(304)의 일부를 도시한다. 폐쇄 조작은 컵(308)을 낮추어 컵(308)으로 웨이퍼(304)의 뒷면을 누르는 것을 포함한다. 이러한 압력의 결과로서, 활성면(306)은 립(212b) 및 립실(212)과 접촉하고, 실링 립(212) 및 접촉 지점 아래의 립실(212) 영역은 약간의 압축을 겪을 수 있다. 특히 양쪽의 표면에 얼마간의 결점이 있을 경우, 압축은 또한 립(212b)의 전체 둘레가 앞면(306)과 접촉함을 보장한다. 립실(212)은 전형적으로 압축 가능한 물질로 만들어진다.
도 3B에 나타나는 클램셸 어셈블리가 캘리포니아, 산 호세의 Novellus Systems, Inc.에 의하여 공급된 Sabre® 전기도금 시스템에서 사용될 수 있다. 신규한 클램셸 어셈블리의 실행은 실링을 개선하고 최소 웨이퍼-에지 포획-기포 관련 결함을 감소시킨다. 이는 또한 쉬운 수동 세척 및 자동 세척 헹굼 및 세척/에칭 조업(컵 접촉 린스(cup contact rinse, CCR) 및 자동 접촉 에칭(automatic contact etch, ACE) 조업으로 공지됨)을 허용한다. 최근, 구체적 문제점인 "고체 입자 결함"이 규명되었다. 어떠한 특정한 이론적 원리나 메커니즘에도 제한되지 않고, 웨이퍼/립실 에지 영역으로부터 클램셸 컵 접촉 영역으로 에지 동반 유체를 전달하는 것은 결국 고체 입자 에지 결함을 일으키는 입자 형성 (예를 들어, 건조, 결정화, 클램셸 컴포넌트와 반응)을 야기할 수 있는 것으로 생각된다.
도 4는 특정 구체예에 따른 전기도금 공정의 예시적인 흐름도이다. 처음에 클램셸의 립실과 접촉 영역이 세척 및 건조될 수 있다. 클램셸을 열고 (블록(402)) 웨이퍼를 클램셸에 장착한다. 특정 구체예에서, 접촉 팁은 실링 립의 평면의 약간 위에 있고, 웨이퍼가 지지되는데 이 경우에는 도 3A에 나타나는 바와 같이 웨이퍼 둘레 주위의 접촉 팁 배열에 의하여 지지된다. 이후 클램셸을 닫고 콘(308)을 아래로 움직여 밀봉한다 (블록(406)). 이러한 폐쇄 조작 동안, 접촉부는 전형적으로 휘어진다. 더욱이, 접촉부의 바닥 모서리가 탄성 립실 베이스에 대하여 억눌릴 수 있 고, 이는 팁과 웨이퍼 앞면 사이에 추가적인 힘을 야기한다. 실링 립은 전체 둘레 주변의 실을 확보하도록 약간 압축될 수 있다. 일부 구체예에서, 웨이퍼가 초기에 컵에 배치될 경우 단지 실링 립만이 앞면과 접촉한다. 이 예에서, 실링 립의 압축 동안 팁과 앞면 사이의 전기 접촉이 성립된다.
밀봉과 전기 접촉이 조작(406)에서 성립되면, 웨이퍼가 클램셸에 고정되는 동안 웨이퍼를 보유하는 클램셸이 도금 배스에 잠기고 배스에서 도금된다 (블록(408)). 이러한 조작에서 사용되는 구리 도금 용액의 전형적인 조성은 약 0.5 - 80 g/L, 더 자세히는 약 5 - 60 g/L, 더욱더 자세히는 약 18 - 55 g/L 농도 범위의 구리 이온, 그리고 약 0.1 - 400 g/L 농도의 황산을 포함한다. 저-산(low-acid) 구리 도금 용액은 전형적으로 약 5-10 g/L의 황산을 함유한다. 중간(medium) 및 고-산(high-acid) 용액은 각각 약 50-90 g/L 및 150-180 g/L 황산을 함유한다. 염화 이온의 농도는 약 1-100 mg/L일 수 있다. Enthone Viaform, Viaform NexT, Viaform Extreme(코넷티컷, 웨스트 해븐의 Enthone Corporation에서 구입 가능)과 같은 다수의 구리 도금 유기 첨가제 또는 당업자에게 공지인 다른 가속제, 억제제 및 레벨러(leveler)가 사용될 수 있다. 도금 조작의 예는 2006년 11월 28일에 출원된 US 특허출원번호 11/564,222에 더 자세히 기재되고, 상기 출원은 도금 조작 기재의 목적으로 전체가 본 명세서에 첨부된다. 도금이 완료되고 적절한 양의 물질이 웨이퍼 앞면에 침착되면, 웨이퍼가 도금 배스에서 제거된다. 웨이퍼와 클램셸은 표면장력으로 인하여 클램셸 표면에 남아 있는 대부분의 잔류 전해질을 제거하기 위하여 스피닝된이다. 이후 클램셸은 클램셸과 웨이퍼 표면으로부터 가능한 한 동반된 유체 의 대부분이 희석되고 흘러나가게 하기 위하여 계속하여 스피닝하는 동안 헹구어진다 (블록(410)). 이후 웨이퍼는 얼마간 남아있는 헹굼액을 제거하기 위하여 약간의 시간 동안, 보통 적어도 약 2 초 동안 헹굼액을 잠근 채로 스피닝된다 (블록(412)).
그러나 얼마간의 헹굼제(502)는 예를 들면 도 5A에 나타난 것과 같이, 웨이퍼 앞면(306) 및 클램셸 (립실(212) 및 점감(tapered) 에지(216)) 표면(508)에 남아 있다. 헹굼제는 클램셸 스피닝에 의하여 발생한 힘을 초과할 수 있는 표면장력에 의하여 붙들린다. 연장된 클램셸 스피닝 후에도 얼마간의 헹굼제가 웨이퍼의 앞면(306)과 실링 립(212(b)) 사이에 실이 형성된 구석에 남을 수 있다. 일반적으로, 스피닝과 건조에 허용되는 시간은 전체 공정 처리량(throughput)에 의하여 제한된다.
도 5A-C는 클램셸 개방 조작(404) 동안 서로 다른 단계들 및 클램셸 컴포넌트와 헹굼제 잔류물(502)의 상대적 위치를 도시한다. 헹굼제 잔류물(502)은 클램셸 스피닝으로 인한 원심력과 표면장력의 결과로서 앞면(306)과 립실(212)의 경계면 근처에 "침투" 방울을 형성한다. 얼마간의 헹굼제가 접촉 영역에 들어가기 때문에, 이 경계면에서의 헹굼제 축적은 매우 바람직하지 않다. 클램셸 어셈블리로부터 처리된 웨이퍼(304)를 빼내기 위하여, 개방 동안 클램셸 폐쇄 콘(308)이 집어넣어지고, 이는 웨이퍼(304)와 실 에지 212(b)에 가해지는 아래방향 힘을 제거한다. 이러한 동적 과정은 다수의 밀접한 관계의 원인과 결과를 발생시킨다. 콘(308)이 위쪽으로 움직임에 따라, 약간의 압력 차이가 발생할 수 있다 (즉, 웨이퍼 앞면(306)에 더 큰 압력 (웨이퍼(306)가 효과적으로 립(212(b))과 접촉 팁(220)을 누름). 더욱이 압축된 립(212(b))에 저장된 에너지가 방출될 수 있고, 웨이퍼(306)가 립(212(b))과 접촉 팁(220)으로부터 위로 튀어오를 수 있다. 웨이퍼 둘레에서 휘어지고 위쪽방향의 힘을 받는 접촉부(208)는 도 5B-5C에 나타나는 것과 같이 웨이퍼(304)를 위쪽으로 이동시키고 실링 립(212(b))과 웨이퍼(304)의 앞면(306) 사이에 틈을 생성할 수 있다. 웨이퍼(304)는 또한, 예를 들면 클램셸 어셈블리로부터 웨이퍼를 제거하기 위하여 사용되는 특정 웨이퍼 취급 장비를 사용하여, 도금 동안 원래 위치로부터 들어올려질 수 있다. 두 경우에서, 클램셸 개방 조작(404) 동안의 일부 지점에서 실링 립(212(b))과 웨이퍼(304) 앞면(306) 사이의 실이 파괴되고 이 두 요소 사이에 틈이 발생한다.
실링 립(212(b))의 형태 변화와 결부된 웨이퍼(304)의 위쪽방향 운동(압축에서비압축으로)은 도 5B에 나타나는 바와 같이 얼마간의 헹굼제(504)를 앞면(306)과 실링 립(212(b)) 사이의 틈으로 끌어당기는 작용 같은 펌핑(pumping)을 발생시키는 것으로 생각된다. 상기 기재한 실의 양측의 압력 변화 및/또는 실링 립(212(b))의 형태 변화에 더하여, 표면장력이, 예컨데 앞서 밀봉된 웨이퍼 앞면(306)을 더 노출시켜 유체를 끌어당길 수 있다.
헹굼제가 틈을 통하여 전파됨에 따라, 헹굼제는 도 5C에 나타나는 것과 같이 접촉 영역과 접촉하고 접촉 팁(220)을 습윤시킬 수 있다. 접촉부는 전형적으로 Paliney 7과 같이 매우 친수성인 (그리고 헹굼제의 주성분) 물질로 만들어지고, 추후 친수성인 도금된 구리로 코팅될 수 있다. 그 결과 더 많은 헹굼제가 이러한 새 로운 표면장력 힘에 의하여 틈을 통하여 끌려나오고 작은 헹굼제 풀(506)이 접촉부 주변에 형성될 수 있다. 이 헹굼제 풀(506)은 추후 접촉 영역에서 재분배되고 헹굼제의 전해질 잔류물에서 유래한 고체 입자를 형성하며 건조될 수 있다. 개방 조작(414) 동안 접촉 영역에 첨가되는 각각의 헹굼제 풀(506)이 작을 수 있고, 개방 조작은 각각의 새로운 웨이퍼에 대하여 반복되어 헹굼제의 실질적인 증대 및 접촉 영역의 입자를 야기한다.
도 4로 되돌아가면, 이제 클램셸은 개방되고 웨이퍼가 클램셸로부터 제거된다 (블록(416)). 조작 (404)에서 (416)은 새로운 웨이퍼에 대하여 여러 번 반복될 수 있다. 그러므로 접촉 영역은 각각의 새로운 도금 사이클마다 추가적인 헹굼제를 연속으로 수집할 수 있다. 접촉 영역에서 수집된 헹굼제는 시간이 지남에 따라 건조되어 용해된 금속 염의 석출 및 결정 증대를 야기할 수 있다.
접촉 영역에서 헹굼제에 의하여 야기되는 다른 문제는 (도 6A 및 6B에 관하여 도시됨) 앞면에서 에칭된 금속이 침착하여 접촉 팁을 점차 피괴하는 것이다. 도 6A는 전기도금 조작 동안 클램셸의 일부를 도시하고, 여기서 얼마간의 헹굼제 잔류물이 접촉 영역에 존재한다. 도 6B는 전기도금 공정 동안 클램셸 내의 시스템의 상이한 컴포넌트 및 위치에서의 전압의 대응 플롯을 도시한다. 전류는 접촉부(212)에 의하여 제공되고, 접촉 팁(220)에 의하여 웨이퍼 에지 주위의 앞면(306)에 인가된다. 접촉부 내의 전압은 접촉부(212) 물질의 작은 저항에 의하여 야기되는 최소한의 강하만을 나타내며 실질적으로 일정하다 (선(610)). 접촉 팁 212(b)과 앞면(306)의 웨이퍼 에지 시드 레이어 사이의 접촉 저항으로 인하여 약간의 전압 강 하(612)가 발생한다. 이후 앞면(306), 예를 들어 시드 레이어의 저항으로 인하여 접촉 지점으로부터 웨이퍼 중심으로 안쪽으로 이동함에 따라 전압이 점차 증가한다 (선(614)에 의하여 나타나는 것과 같이 더욱 양극성이 됨).
접촉 영역의 전압구배(616)와 약간의 이온을 함유하는 헹굼제 잔류물(506)의 조합이 내부 부식 셀을 생성한다. 잔류물(506)은 "전기화학 부식 회로"를 완결하고, 여기서 금속(예를 들어, 웨이퍼의 구리 시드)이 실 립(212(b)) 바로 근처에서 산화되어 헹굼제(506)로 금속 이온 방출을 야기한다. 이온전류는 전압구배(616)에 의하여, 헹굼제 잔류물(506)을 통과하여 앞면(306)에서 접촉 팁(220)으로 흐른다. 이온전류는 접촉부(212) 상에 금속 입자(620)로서 도금되는 금속 이온을 함께 운반한다. 산화/침착 과정은 더 큰 전압구배(616) 및 헹굼제(506)에 노출된 더 넒은 앞면(306)으로 인하여 더 많은 헹굼제가 접촉 영역에 축적됨에 따라 더욱 어려워질 수 있다.
접촉부(212)에 침착된 입자(620)는 전형적으로 접촉부에 대하여 불량한 점착성을 가지고, 전해질의 농도 및 침착 속도에 따라 분말상(powderous)이거나 수지상(dendritic)일 수 있다. 예를 들면, 희석 용액과 조합된 높은 이온전류는 전형적으로 유리(free) 입자로서 떨어져 나오는 덜 점착성인 침착물을 생성한다. 접촉 영역에서의 다양한 작용으로 (예를 들어, 접촉 팁의 휨(deflection) 및 실링 립의 압축, 유체 흐름, 클램셸의 움직임 및 다른 공정), 유리된 입자가 실 에지(310)를 지나 이동하여 웨이퍼 상의 다양한 에지 결함을 야기할 수 있다. 또한, 헹굼제 풀(506)에 의하여 한정된 내부 부식 셀에서 앞면의 산화 동안 형성되는 구리 이온 은 (제이구리 이온(cupric ion), 즉, Cu2+보다는) 제일구리 이온(cuprous ion), 즉 Cu+를 형성한다. 두 제일구리 이온은 결합하여 (또는 불균일화하여(disproportionate)) 용액 중의 구리 금속 입자/분말 및 제이구리 이온을 형성할 수 있다. 이러한 제일구리 이온에서 원소 구리로의 환원은 어느 기판(금속성/전도성 또는 비전도성)에서나 일어나 불량하게 형성된 비점착성 구리 침착물을 제공할 수 있는 빠른 과정이다. 전압 차이가 더 커질 경우, 높은 전기도금 전류 및 더 얇은 앞면 레이어, 예를 들어 시드 레이어의 결과로서 입자가 더 많이, 더 크게 형성된다. 시드 레이어가 작은 회로 라인에서 더 얇아지기는 하지만 높은 처리율의 공정에 높은 전류가 바람직하기 때문에, 상기 기재한 현상에서 비롯한 에지 결함이 더욱 심해지는 경향이 있다.
컵 바닥(210)은 컵 바닥(210)의 부식 및 도금을 방지하기 위하여 파릴린과 같은 비활성 물질로 코팅될 수 있다. 일반적으로 파릴린은 핀홀(pin hole)이 없고 컵 바닥에 점착성인 우수한 초기 코팅을 제공한다. 그러나 파릴린은 빠르게 마모될 수 있고, 얼마간 사용한 후에 벗겨지기 시작할 수 있다. 도 7A는 약 5,000-6,000 사이클을 거친 컵 바닥(702)의 파릴린 코팅의 사진이다. 사진은 (웨이퍼에 가장 가까운) 컵 바닥의 안쪽 에지를 보여준다. 컵 바닥(702)의 일부분은 여전히 코팅을 가진다. 영역(708)과 같은 다른 영역에서, 코팅은 부분적으로 점착성을 잃고 이제 투과성이다. 그러나 다른 영역에서, 코팅은 필름(704)이 표면으로부터 벗겨지는 영역(706)에서와 같이 부분적으로 또는 완전히 사라지고, 손상된 코팅은 컵 바닥 및/ 또는 노출된 금속 표면 상의 도금의 부식을 일으킬 수 있다. 두 가지 모두 입자 유리 및 에지 결함 위험 증가를 야기할 수 있다. 게다가, 파릴린은 비교적 친수성이고 실링 립 근처의 큰 헹굼제 방울의 형성을 막지 않는다. 특정 구체예에서, 컵 바닥의 코팅은 점착성이고, 강인하고, 내마모성이고, 핀홀이 없고, 매우 소수성이다. 적절하게 소수성인 물질의 몇 가지 예에는 폴리아미드-이미드(PAI), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 이들의 혼합물과 공중합체에 포함된다.
특정 구체예에서, 컵 바닥은 폴리아미드-이미드(PAI) 필름으로 코팅된다. PAI는 강인하고 화학적으로 저항성이며 열적으로 안정한 열가소성 고분자이다. 뿐만 아니라 PAI는 일반적으로 다른 고분자에 비하여 우수한 소수성 특징을 가진다. 아래의 표는 전형적인 전기도금 용액에 대하여 PAI와 파릴린을 비교하고, 탈이온수와 새로운 제조 용액(virgin make-up solution, VMS) 모두에서 PAI가 실질적으로 더욱 소수성임(더 큰 접촉각을 가짐)을 보여준다.
액체 파릴린 접촉각 PAI 접촉각
탈이온수 62° 88°
새로운 제조 용액 56° 72°
특정 구체예에서, 컵 바닥(210)은 두 층의 Xylan P-92, 이후 추가로 두 층의 Xylan 1010으로 코팅된다. 다른 구체예에서, 컵 바닥은 두 층의 Xylan P-92, 이후 추가로 세 층의 Xylan 1010으로 코팅된다. 상기 두 가지 물질은 펜실베니아, 엘버슨의 Whitford Corporation에 의하여 공급된다. Xylan P-92는 주로 PAI 고분자이고, Xylan-1010은 약 70% PAI 및 약 30% PTFE이다. PTFE는 순수한 형태에서 매우 소수성인 고분자이지만 한계 점착성 및 내마모성(ware resistance)을 가진다. 외층에 약간의 PTFE, 내층에 주로 PAI를 포함하는 조성물 또는 공중합체 필름은 우수한 소수성, 점착성 및 내마모성 특징을 제공한다. 심지어 Xylan P-92을 사용하여 코팅된 균일한 필름은 아래 표에서 증명되는 바와 같이 적절한 소수성을 가질 수 있다.
특정 구체예에서, 컵 코팅의 목표 두께는 약 20 ㎛ 내지 35 ㎛이다. 침착은 적절한 고분자를 용매에 용해시키는 것을 포함할 수 있고, 용매는 용해도 향상을 위하여 가열될 수 있다. 예를 들면, n-메틸 피롤리돈(NMP) 또는 디메틸포름아미드(DMF)가 PTFE 및 PAI에 대하여 사용될 수 있다. 게다가 적어도 약 350℃으로 가열된 퍼플루오로케로센이 PTFE에 대하여 사용될 수 있다. 용해된 고분자는 붓으로 도포, 스핀 도포, 또는 에어 스프레이 도포된 후 고온 경화될 수 있다. 다른 적절한 코팅 기술 또한 사용되어 상기 언급한 특성을 가지는 필름을 형성할 수 있다.
코팅된 컵 플레이트는 스파크 테스트를 사용하여 핀홀에 대하여 검사될 수 있다. 이 테스트는 코팅을 가로지르는 90V 전압의 인가를 포함할 수 있다. 추가적으로, 코팅 두께가 각각의 컵 바닥에 대하여 확인되어 적절한 피복을 보장할 수 있다. 다른 테스트는 다음을 포함할 수 있다: 외관 테스트, 여기서 PAI 코팅이 다양한 필름 특징에 대하여 체크하기 위하여 현미경으로 시작적으로 검사됨, 점착 테스트 (예를 들어, 테이프 테스트), 소형 전기화학 테스트 셀에서 음극으로서 PAI 코팅 및 양극으로서 구리 스트립을 보유하는 쿠폰을 사용하고, 0V 내지 75V의 전압 경사를 발생시키며, 개방회로전압을 관측하는 핀홀 테스트.
컵 바닥에서 더욱 소수성 코팅으로 바꾸는 것은 도 7B-7E에서 알 수 있는 것과 같이 개방 동안 실링 립 근처에서 형성되는 헹굼제 방울의 크기 및 접촉 영역으로 전달되는 헹굼제 양 감소를 도울 수 있다. 특정 구체예에서, 실질적으로 헹굼제가 접촉 영역에 전혀 전달되지 않는다. 도 7B 및 7C는 코팅이 없거나 덜 소수성인 코팅이 컵 바닥에서 사용되는 클램셸 어셈블리를 나타내고, 일반적으로 상기 도 5A 및 5C에 대응한다. 도 7D에 나타나는 것과 같이 더욱 소수성인 코팅(712)이 컵 바닥에 사용될 경우, 이 코팅은 얼마간의 헹굼제를 튕겨내어 실링 립 근처에서 형성되는 방울(714)이 더 작아지게 할 수 있다. 예를 들면, 방울은 (716)과 같이 도시된 립실과 점감 에지의 경계면에서 멈출 수 있다. 도 7E에 나타나는 것과 같이 클램셸이 개방될 경우, 훨씬 더 적은 헹굼제가 틈(718)을 통하여 접촉 영역에 전달될 수 있다. 특정 상황에서, 헹굼제 방울은 틈으로 확장될 수 있지만 접촉부에 도달하기에는 충분하지 않다 (그리고 접촉부 습윤 동안 발생하는 표면장력 힘에 의하여 추가로 당겨진다). 그 결과, 접촉 영역에서 헹굼제가 매우 적도록 또는 실질적으로 헹굼제가 전혀 없도록 마무리된다.
도 8A는 새로운 립실과 약 60,000 전기도금 사이클을 거친 립실에서 두 가지 상이한 컵 바닥의 코팅에 대하여 클램셸의 접촉 영역에 침투한 전기도금 용액의 양을 비교하는 플롯이다. 플롯은 PAI 코팅된 컵 바닥을 사용하는 것이 (막대 (802) 및 (806)) 파릴린 코팅된 컵 바닥을 사용하는 것보다 (막대 (804) 및 (808)) 접촉 영역에 더 적은 헹굼제 침투를 야기함을 나타낸다. PAI 코팅은 새로운 립실 (막대(802) 대 막대(804)) 및 노화된 립실 (막대(806) 대 막대(808)) 모두와 조합하여 사용할 때 모두 더욱 효과적이다.
상이한 정도로 노화된 립실과 조합하여 상이한 코팅을 비교하는 것은 립실에 기여할 수 있는 어떠한 편향(bias)도 제거하도록 한다. 반복되는 클램셸의 사이클링은 립실이 소수성 코팅과 같은 임의의 표면 마감재를 변형, 완화, 마모 및 유리시키는 원인이 된다. 그 결과 립실이 노화됨에 따라 장시간에 걸쳐 더 많은 헹굼제가 접촉 영역에 침투할 수 있다. 도 8A에서 컵 바닥에 새로운 립실과 파릴린 코팅을 사용시 접촉 영역에 침투하는 헹굼제의 양은 100%로 정해진다. 약 60,000 사이클 후, 동일한 립실(그러나 노화됨)은 추가로 75% 헹굼제가 접촉 영역에 침투하도록 한다. PAI 코팅과 새로운 립실로 바꿀 경우 단지 약 10%의 초기 침투를 야기한다. 노화된 립실에 대하여, 헹굼제 침투는 90%를 향하지만, 파릴린 코팅된 컵 바닥과 조합된 새로운 립실의 초기 성능보다 여전히 우수하다. 게다가, 이 실험은 약 60,000 사이클 후에 PAI 코팅의 벗겨짐이 관찰되지 않음을 증명하고, 이는 도 7A에 나타나는 파릴린 코팅을 사용한 결과보다 상당한 개선이다. 전체적으로, PAI 코팅으로 바꾸는 것은 침투된 헹굼제 양에 대하여 더 작은 허용 한계 (및 따라서 에지 결함 감소) 및/또는 더 적은 빈도의 예비 점검을 가능하게 한다. 예를 들면, 컵 바닥의 PAI 코팅으로 바꾸어 전형적인 클램셸의 예비 점검이 적어도 두 번 더 적게 수행될 수 있음이 사전 평가되었다.
다른 실험에서, PAI 코팅이 전해질 환경에서의 침출과 흡수에 대하여 테스트되었다. 두 테스트 샘플이 사용되었다. 첫 번째 샘플은 두 층의 P92 코팅 및 한 층의 Xylan 1010 코팅을 포함했다. 두 번째 샘플은 단지 두 층의 Xylan P92 코팅만을 포함했다. 두 샘플 모두 20℃에서 40 g/L 구리 이온, 10중량% 황산 및 50 ppm 염화 이온을 함유하는 전형적인 구리 도금 용액에 16일 동안 적셔진다(soaked). 이외에도 파릴린으로 코팅된 대조군 샘플이 사용되었다. 모든 샘플은 적심 전후에 중량계량되었다. 게다가 모든 적심 액체는 전류-전압(순환 전압전류법) 분석을 사용하여 저항 변화 및 용액에 침출될 수 있는 임의의 전극-활성 물질 검출에 대하여 분석된다. 적심 후, PAI 코팅은 검출 가능한 어떠한 침출이나 흡수도 나타내지 않았다. 이는 파릴린 코팅과 비교하여 상당한 개선인데, 파릴린 코팅은 약간의 중량 증가 및 매우 음인 환원전위에서 나타나는 현재 규명되지 않은 작은 순환 전압전류법 피크를 경험한다.
도 8B는 상이한 컵 바닥 코팅을 가지는 두 클램셸 장치에서 수행된 전기도금 사이클의 횟수의 함수로서 웨이퍼 결함의 수를 비교하는 플롯이다. 선(810)은 컵 바닥의 파릴린 코팅에 대응하고, 선(812)는 PAI 코팅을 나타낸다. 파릴린 코팅된 컵 바닥을 사용하여 처리된 웨이퍼는 약 1000 사이클 후 실질적인 결함률 증가를 나타내기 시작했다. 어느 특정한 이론으로 제한되지 않고, 파릴린 코팅된 컵 바닥은 결함 이탈(excursion)을 야기하는 파릴린의 낮은 소수성으로 인하여 PAI 코팅된 컵 바닥보다 훨씬 더 적은 사이클 후 더 많은 헹굼제가 접촉 영역에 침투하도록 허용하는 것으로 생각된다. 또한 파릴린 코팅은 이러한 사이클링 동안 무결성(integrity)을 어느 정도까지 잃어, 접촉 영역에 더 많은 헹굼제 침투을 일으키고 결함을 초래한다. 원인에 관계없이, PAI 코팅은 실질적인 성능 개선을 나타냈다. 접촉부가 세척되거나 재연마될(refurbished) 필요가 있기 전에 더욱 많은 웨이퍼가 컵 바닥이 파릴린 코팅된 클램셸에서 처리될 수 있다.
도 8C-D는 두 가지의 상이한 물질로 코팅된 컵 바닥을 가지는 클램셸 장치에서 전기도금된 웨이퍼 앞면 상에 결함 분포를 나타내는 두 웨이퍼 오버레이의 예시적인 표현이다. 여섯 장의 웨이퍼 이미지는 각각의 오버레이 이미지 구축에 사용되었다. 도 8C는 PAI 코팅된 컵 바닥으로 처리된 웨이퍼 상의 결함 분포를 나타내고, 도 8D는 파릴린 코팅된 컵 바닥으로 처리된 웨이퍼 상의 결함 분포를 나타낸다. 각각의 점은 (예를 들어, (822)) 여섯 장의 웨이퍼 중 하나의 결함을 나타내고, 이러한 이미지들은 오버레이 생성에 사용되었다. 두 도면은 PAI 코팅이 파릴린 코팅보다 훨씬 더 적은 결함에 대응함을 명확히 보여준다. 더욱이, 파릴린 코팅에 대응하는 결함은 칩(chip) 밀도 또한 높은 집괴(agglomerate)(826)와 같이 웨이퍼 에지(820) 주위에 밀집하는 경향이 있다.
다른 테스트는 PAI 코팅된 컵 바닥이 2,000 비정지 웨이퍼 사이클 동안 웨이퍼당 단지 9.5 카운트의 평균 결함 카운트를 가지는 웨이퍼를 산출함을 보여준다. 결함은 캘리포니아, 산 호세의 KLA-Tencor, Inc.에 의하여 제공된 AIT 결함 분석기에 의하여 측정되었고, 상기 분석기는 적어도 약 0.9 nm 크기인 결함을 측정할 수 있다. 파릴린 코팅된 컵 바닥은 유사한 비정지 테스트 가동 동안의 처음 1,250 사이클에 대하여 18.6의 평균 결함 카운트를 보여준다. 그 후에, 결함 카운트는 추후의 사이클에 대하여 웨이퍼당 237의 평균 결함으로 극적으로 상승했다.
도 8E는 두 가지의 상이한 물질로 코팅된 컵 바닥을 사용하는 클램셸 장치에서 전기도금된 웨이퍼의 상이한 단편(segment)에 대한 결함 밀도를 비교하는 플롯이다. 결함 분포라고도 일컫는 결함 밀도는 각 단편의 제곱인치당 평균 결함의 수이다. 단편은 안지름(첫 번째 숫자로 표시됨) 및 바깥지름(두 번째 숫자로 표시됨)을 가지는 고리로서 한정된다. 예를 들면, 플롯에 명시된 첫번째 단편 <0-20>은 200 mm의 지름을 가지는 내부 원에 대응하고, 마지막 단편 <140-150>은 140 mm의 안지름 및 150 mm의 바깥지름을 가지는 가장 바깥쪽의 고리(300-mm 웨이퍼의 에지 주위)에 대응한다. PAI 코팅된 컵 바닥으로 처리된 웨이퍼에 대응하는 결함은 흰색 막대로 나타나고, 파릴린 코팅된 컵 바닥으로 처리된 웨이퍼에 대응하는 결함은 검은색 막대로 나타난다. 도 8C 및 8D의 오버레이와 유사하게, 이 플롯은 중심으로부터 140 내지 150 mm의 거리로 한정된 단편에 대응하는 막대(830)에 의하여 나타나는 것과 같이, 파릴린 코팅된 컵 바닥으로 처리된 웨이퍼가 각각의 단편에서 더 많은 결함을 가지고 특히 에지 주위에서 결함(즉, 에지 결함)이 상당히 증가함을 도시한다.
도 5A-5C에 관하여 앞서 기재한 것과 같이, 클램셸의 개방 동안 얼마간의 헹굼제가 실링 립과 웨이퍼 사이의 틈을 통하여 이동하고, 접촉부와 접촉하여 더 많은 헹굼제를 접촉 영역으로 끌어당기는 추가적인 표면장력을 야기할 수 있다. 헹굼제가 틈을 통하여 이동할 수 있는 거리는 방울 부피 및 주위 물질의 표면 특성에 의존한다. 방울 부피 감소 및/또는 컵 바닥 코팅을 더 소수성인 물질로 변경에 더하거나 이들을 대신하여, 접촉 팁은 접촉부의 습윤 및 접촉 영역에서 헹굼제가 더 퍼지는 것을 방지하기 위하여, 실링 립으로부터 더 멀리 옮겨질 수 있다. 도 9A-B는 실링 립으로부터 상이한 위치에 있는 접촉 팁을 사용하는 개방 조작 동안 두 가지 상이한 클램셸 장치의 도식적 표현을 제공한다. 특히, 도 9B에 나타나는 접촉 팁은 도 9A에 나타나는 접촉 팁보다 실링 립에서 거리 D4만큼 더 떨어져 있다. 두 도시에서, 립실(212)의 가장 바깥쪽 에지(901)는 웨이퍼(304) 에지로부터 거리 D1의 위치에 있다. D1은 코팅되지 않고 따라서 디바이스에 사용할 수 없는 웨이퍼 영역을 나타낸다. D1은 약 1.0 내지 5.0 mm, 더욱 자세히는 약 1.0 내지 2.0 mm일 수 있다. 일반적으로, 접촉 팁과 웨이퍼 앞면 사이의 전기 접촉부의 희생 및 이 영역에서 접촉부의 오염 없이 가능한 한 이 거리를 짧게 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 도 9A에서, 접촉 지점(302)은 가장 바깥쪽 에지(901)로부터 거리 D2에 있고, 이는 약 0.3 mm 내지 0.8mm일 수 있다. 이 거리는 헹굼제 잔류물(502)이 틈(504)을 통하여 이동하고, 접촉부(208)를 습윤시켜 접촉부주위에 형성되는 작은 방울(506)을 생성하는 것을 방지하기에 충분하지 않을 수 있다 (도 9A에 나타나는 것과 같이). 최소 거리에서, 접촉부가 남아있는 헹굼제 방울의 크기 및 립실(212) 재료와 같은 여러 인자에 따라 건조하게 남을 수 있음에 주의해야 한다. 도 9B에서, 접촉 지점(902)은 립실(212)의 가장 바깥쪽 에지(901)로부터 거리 D3에 있고, 이는 약 0.8 mm 내지 1.6 mm일 수 있다. 이 예에서, 접촉부(208)는 가장 바깥쪽 에지(901)로부터 충분히 떨어져 있고, 침투된 헹굼제(504)는 클램셸의 개방 동안 접촉제에 도달하고 습윤시킬 수 없다. 그 결과, 접촉부(208) 주위에 작은 방울이 형성되지 않는다.
도 10A-B는 립실에 대하여 상이한 거리에 위치하는 접촉 팁을 구비한 클램셸에서 전기도금된 웨이퍼 상의 결함 분포를 나타내는 두 오버레이를 도시한다. 한 클램셸에서, 접촉 팁은 립실 에지로부터 0.6 mm에 위치했다 (도 9A-B의 거리 D2). 도 10A에 나타나는 오버레이는 이 클램셸에서 처리된 웨이퍼에 대응한다. 다른 클램셸에서, 접촉 팁은 립실 에지로부터 1.4 mm에 위치했다. 도 10B에 나타나는 오버레이는 이 두 번째 클램셸에서 처리된 웨이퍼에 대응한다. 립실 에지에 상대적인 웨이버 위치(도 9A-B의 거리 D1)는 두 클램셸에 대하여 동일했음(1.75 mm)에 주의해야 한다. 전체적으로, 립실에 가깝게 위치한 접촉부를 가지는 클램셸에서 처리된 웨이퍼는 상당히 더 많은 에지 결함 및 에지 근처의 더 높은 결함 농도를 보여준다. 결함 카테고리 및 주사전자현미경 이미지의 통계적 분석은 도 10B 오버레이에 대응하는 결함이 주로 표면 입자이고 흠(pit)이 아님을 나타냈다.
비록 얼마간의 헹굼제가 접촉 영역으로 전파되고 접촉부와 접촉할 수 있을지라도, 이러한 헹굼제 양은 접촉부의 표면을 덜 친수성으로 만들어 감소될 수 있다. 다시 말해서, 얼마간의 헹굼제가 접촉부에 도달하고 접촉할 경우, 연관된 표면 에너지가 헹굼제를 튕겨낸다. 특정 구체예에서, 접촉 영역으로부터의 헹굼제 배제와 배척을 돕도록 접촉부가 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE 또는 TeflonTM), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌(TefzelTM), 폴리이미드-아미드(PAI), 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)와 같은 소수성 고분자 코팅으로 완전히 또는 부분적으로 코팅된다. 도 12A-B는 두 클램셸 장치 설계를 비교하는 도식적 표현을 제공하고, 여기서 도 12B에 나타나는 설계는 실 파괴 후 접촉 영역에 전기도금 용액이 지나치게 침투하는 것을 방지하기 위하여 전기 접촉부에 소수성 코팅을 가진다. 도 12A는 일반적으로 위에서 기술되고 참조로 제시된 5C에 대응한다. 이 도면에 도시된 설계는 접촉부에 소수성 코팅을 포함하지 않고, 그 결과 비교적 많은 양의 헹굼제(506)가 접촉 영역에 머무른다. 도 12B에서, 웨이퍼의 앞면과의 접촉 성립에 필요한 접촉 팁(302)을 제외하고 접촉부의 전체 표면이 소수성 고분자(1202)로 코팅됨이 나타난다. 이러한 접촉부 구조물 형성 방법의 예에는 예를 들면 용융된 고분자에 담금 코팅에 의하여 접촉 요소(예를 들어, 접촉 핑거)를 먼저 완전히 코팅하는 것, 또는 용매에 용해된 고분자를 접촉부에 분사하고 용매를 건조하는 것이 포함되지만 이들로 한정되지는 않는다. 이후 코팅은 선택적인 물리적 마모 또는 용매에 팁의 선택적인 노출에 의하여 선택적으로 접촉 팁 영역(302)으로부터 제거된다. 설명되지 않은 특정 구체예에서, 전체 접촉부는 전도성 고분자 코팅으로 코팅될 수 있다.
개방 조작 동안 실이 파괴될 경우, 헹굼제는 보통 웨이퍼의 친수성 앞면에 의하여 발생한 표면력으로 인하여 접촉 영역으로 끌려들어갈 수 있다. 예를 들면, 앞면은 전형적으로 구리 시드 레이어를 가지며, 구리 시드 레이어는 헹굼제로 습윤되고 앞면에 헹굼제가 퍼진다. 도 5B 및 5C에 관하여 나타나는 바와 같이, 이후 헹굼제는 전기 접촉부 팁에 도달할 수 있고, 이 팁은 개방 동안 앞면과 접촉한다 (접촉 팁은 전형적으로 립실보다 더 높이 뻗어나가고 실이 파괴된 후 앞면과 접촉한 채로 있을 수 있다). 실이 파괴되기 전 또는 적어도 충분한 양의 헹굼제가 접촉 영역에 전파되기 전에 접촉 팁이 앞면에서 분리되면, 팁의 습윤을 피할 수 있거나 최소화할 수 있다. 도 11A-B는 클램셸 장치 설계의 도식적 표현을 제공하고, 여기서 접촉 팁은 장치의 개방 동안 앞면으로부터 회수된다. 이 도면들은 웨이퍼 앞면에 상대적인 접촉 팁 위치가 클램셸의 개방 및 폐쇄 동안 동적으로 이동 가능한 방법의 특정 예를 보여준다. 도 11A는 폐쇄된 상태의 클램셸 장치를 도시하고, 도 11B 개방 상태의 동일한 클램셸 장치를 도시한다. 개방 상태에서 전기 접촉부는 립실과 앞면 사이의 실이 파괴되는 동안 어떤 지점이나 그 앞에서 웨이퍼 앞면으로부터 제거된다. 도 11A에 나타나는 것과 같이 폐쇄된 클램셸에서 접촉 지점(302)은 콘(308), 접촉부(208)의 만곡부(1104) 및 립실(212)의 받침점(1102)의 작용에 의하여 위쪽으로 힘을 받을 수 있다. 콘(308)에 의하여 접촉부(208)에 가해진 힘은 접촉부의 휨을 야기한다. 받침점(1102)은 만곡부 지점(1104)에서 콘의 아래방향 움직임을 접촉 팁(220)의 윗방향 움직임으로 전환하는 지레의 지지점으로서 작용한다. 도 11B에 나타나는 바와 같이 클램셸이 개방될 때, 콘(308)은 접촉부(208)에 가하는 압력을 제거하며 빠진다. 접촉부(208)는 늦추어지고 접촉부의 접촉 지점(220)은 웨이퍼 표면(306)으로부터 떨어지도록 움직인다. 접촉 팁(220)은 웨이퍼 표면(306)으로부터 아래로 (도 11B에 나타나는 거리 L1) 그리고 립실(212)의 가장 바깥쪽 에지(901)로부터 멀어지는 방향으로 (도 11B에 나타나는 거리 L2) 모두 움직일 수 있다. 일부 구체예에서, 접촉 팁(220)은 단지 한 방향으로만 움직일 수 있다. 접촉 팁(220)을 원래 위치에서 제거하는 것은 헹굼제에 의한 팁의 습윤을 제거하고 접촉 영역에서 헹굼제 축적을 최소화(또는 제거)할 수 있다.
도 13은 특정 구체예에 따른 클램셸 장치(1300)의 도식적 표현을 나타낸다. 장치(1300)는 클램셸(요소 (202), (204), (210), (212), (214), (306), (308) 및 기타) 회전을 위한 모터(107) 및 장치 내부의 콘(308)을 들어올리기 위한 에어 실린더를 구비한 섀프트(106)를 가질 수 있다. 모터(107) 및 섀프트(106)는 도 1에 관련하여 더 기재된다. 모터(107) 및 에어 실린더의 작동은 시스템 컨트롤러(1302)에 의하여 조절될 수 있다. 특정 구체예에서, 시스템 컨트롤러(1302)가 구리 침착, 웨이퍼의 삽입과 제거 등 동안 공정 조건을 제어하기 위하여 사용된다. 컨트롤러(1302)는 하나 이상의 메모리 디바이스 및 CPU를 가지는 하나 이상의 프로세서 또는 컴퓨터, 아날로그 및/또는 디지털 입력/출력 커넥션, 스텝 모터(stepper motor) 컨트롤러 보드 등을 포함할 수 있다.
특정 구체예에서, 컨트롤러(1302)는 침착 장치의 모든 활동을 제어한다. 시스템 컨트롤러(1302)는 제어 시기 조절, 회전 속도, 들어올림 속도 및 다른 공정 파라미터에 대한 지시의 세트를 포함하는 시스템 컨트롤 소프트웨어를 실행한다. 다른 컴퓨터 프로그램 및 컨트롤러에 관하여 메모리 디바이스에 저장된 지시가 일부 구체예에서 사용될 수 있다.
전형적으로 컨트롤러(1302)와 관련된 사용자 인터페이스가 존재할 것이다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린, 설비 및/또는 공정 조건의 그래픽 소프트웨어 디스플레이, 그리고 지시 장치(pointing device), 키보드, 터치 스크린, 마이크로폰 등과 같은 사용자 입력 장치를 포함할 수 있다.
전기도금 공정 제어를 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 컴퓨터가 이해할 수 있는 임의의 통상적인 프로그래밍 언어: 예를 들면, 어셈블리 언어, C, C++, 파스칼, 포트란 등으로 짜일 수 있다. 컴파일된 오브젝트 코드(object code) 또는 스크립트는 프로그램에서 규명된 태스크를 수행하는 프로세서에 의하여 실행된다. 공정 모니터링의 신호는 시스템 컨트롤러의 아날로그 및/또는 디지털 입력 커넥션에 의하여 제공될 수 있다. 공정 모니터링의 신호는 침착 장치의 아날로그 및 디지털 출력 커넥션의 출력이다.
시스템 소프트웨어는 여러 가지 방식으로 설계되거나 형성될 수 있다. 예를 들면, 다양한 장치 컴포넌트 서브루틴(subroutine) 또는 컨트롤 오브젝트가 본 발명의 전기도금 공정 수행에 필요한 장치 컴포넌트의 작동을 제어하도록 짜일 수 있다. 이러한 목적을 위한 프로그램 또는 프로그램의 섹션의 예에는 웨이퍼 코드, 스피닝 속도 제어 코드, 들어올림 속도 제어 코드 및 다른 코드가 포함된다. 한 구체예에서, 컨트롤러(1302)는 부분 제작된 집적회로에서 전기도금 전도성 라인에 대한 지시를 포함한다.
클램셸 개방 속도(즉, 콘이 컵 바닥으로부터 움직이는 속도, 이 동작은 컵/콘 클램셸 어셈블리로부터 웨이퍼를 꺼내기에 필요한 시퀀스 중 한 단계임)가 접촉 영역으로의 헹굼제 침투 및 에지 결함에 영향을 미치는 것으로 결론을 내렸다. 어떤 특정한 모델이나 이론에도 제한되지 않고, 더 느린 개방 속도가 접촉 영역에서 더 적은 흡수를 유발하여 감소된 침투 양을 야기하는 것으로 생각된다. 그러나 개방 속도를 더 감소시키는 것은 침투부피 증가를 야기하는데, 이는 웨이퍼가 컵에서 꺼내지기를 기다리는 동안의 모세관 현상으로 인한 것일 수 있다. 도 14A는 개방 속도의 함수로서, 두 가지 상이한 스피닝 기간 동안 접촉 영역에 침투한 표준화된 헹굼제 부피의 플롯이다. 두 테스트에서, 600 rpm의 고정된 스핀 회전 속도가 2 초 (선(1402)) 또는 4 초 (선(1404))에 대하여 사용되었다. 웨이퍼의 아래 및 옆에 위치한 팬 분사 노즐에서 나와 분당 1.5 리터의 속도로 흐르는(약 50 ml의 전체 전달된 부피) 탈이온수를 사용하는 2 초의 헹굼 후에 스피닝이 수행되었다. 헹굼제의 거의 대부분이 웨이퍼로부터 스피닝되어 나오고, 웨이퍼 아래에 위치한 도금 배스 희석을 방지하기 위하여 분리된 격리 영역으로 향한다. 상기 도 5A에 관하여 설명된 것과 같이 얼마간의 유체가 웨이퍼 표면과 립실 근처의 클램셸의 에지 영역에 남는다. 더 긴 스피닝 시간(선(1404))은 앞면과 립실 경계면으로부터 접촉 영역으로 침투한 유체의 양을 감소시킨다. 립실의 둘레 에지에서 침투 가능한 부피보다 잠재적으로 다소 적은 양을 가지는 4 초 스핀(선(1404))은 개방 속도에 둔감하고 또한 하드웨어 다양성으로 인한 영향을 최소화하는 것으로 보인다. 그러나 더 긴 스피닝 시간은 제품 처리량을 감소시키므로, 최적의 개방 속도를 가지는 더 Wkfa은 스피닝 시간이 바람직할 수 있다. 플롯은 최적 개방 속도가 약 3 내지 4 초임을 나타낸다. 모든 개방 속도가 특정 구체예에서 클램셸 개방 동안 콘의 전체 이동 거리에 대응하는 약 2.25 인치(또는 5.7 센티미터)의 이동에 대하여 상술됨에 주의해야 한다. 그러므로 1.7 초로 표현된 개방 속도는 초당 3.3 센티미터의 실제 속도에 대응하고, 3.5 초로 표현된 개방 속도는 초당 1.6 센티미터의 실제 속도에 대응하고, 기타 등등이다. 예를 들어 개방을 2.5 초에서 3 초로 늦추어, 접촉 영역에 침구한 헹굼제의 양이 약 20% 감소될 수 있다. 비록 개방 조작을 늦추는 것이 또한 처리량에 부정적인 영향을 미칠지라도, 이러한 영향은 예를 들어 동일한 효과를 얻기 위하여 스피닝 기간을 증가시키는 것보다 덜 심각한 것으로 생각된다.
도 14B는 상이한 공정 조건과 클램셸 설계에 대하여 표준화된 침투 헹굼제 부피를 비교하는 플롯이다. 플롯은 장치 및 공정 조정 모두 침투를 최소화할 수 있음을 나타낸다. 예를 들면 개방 공정을 1.7 초에서 4 초로 늦추고 스핀 건조를 2 초에서 3 초로 증가시켜, 침투가 약 30% 감소될 수 있다 (막대 (1406) 및 (1408) 비교). 새로운 공정 파라미터(더 느린 개방과 더 오랜 건조)를 PAI로 코팅된 컵 바닥과 결합하여 (막대(1410)) 실질적인 개선이 관찰되었다. 침투된 헹굼제 양은 추가로 50% 감소했다. 더욱 효과적인 것은 통상적인 접촉부를 실에서 더 멀리 떨어진 곳에 위치하는 새로운 접촉부로 교체하는 것이었다 (막대(1412)).
도 15A-B는 상이한 공정 조건을 사용하여 전기도금된 웨이퍼 상의 결함 분포를 보여주는 웨이퍼 오버레이를 도시한다. 도 15A의 오버레이는 약 2.5 초의 개방 기간 및 600 RPM에서 약 2 초의 건조 기간을 이용하는 공정에 대응한다. 도 15B의 오버레이는 약 3.0 초의 개방 기간 및 600 RPM에서 약 4 초의 건조 기간을 이용하는 공정에 대응한다. 오버레이의 두 번째 세트는 실질적으로 더 적은 결함을 보여주고, 이는 웨이퍼 품질이 이러한 새로운 공정 파라미터로써 개선될 수 있음을 나타낸다. 이러한 결과는 도 14B에 나타나는 것과 대응한다 (막대 (1406) 및 (1408)).
도 16은 상이한 공정 조건과 클램셸 설계에 대하여 표준화된 침투 헹굼제 부피를 비교하는 플롯이다. 첫 번째 막대(1602)는 PAI 코팅된 컵 바닥을 사용하여 수행된 테스트에 대응하고, 여기서 클램셸은 개방 전에 4 초 동안 스피닝되었다. 이러한 개선사항의 조합은 침투된 양에 있어서, 파릴린 코팅된 컵 바닥이 단지 2 초 동안 스피닝된 대조군 샘플(막대(1608))의 단지 5%인 가장 우수한 결과를 보여주었다. 더욱이, 2 초 동안 스피닝된 PAI 코팅된 컵 바닥에 대한 결과(막대(1606))를 4 초 동안 스피닝된 파릴린 코팅된 컵 바닥에 대한 결과와 비교하면, 일부 구체예에서 컵 바닥의 코팅이 스피닝 시간보다 더 큰 효과를 가진다는 증거가 된다. 전체적으로, 4 초의 스피닝 기간과 조합된 PAI 코팅된 컵 바닥(1602)을 나타내는 그래프는 테스트된 대안물 중 가장 적은 침투부피를 나타낸다.
도 17A 상이한 공정 조건과 클램셸 설계에 대하여 표준화된 침투 헹굼제 부피를 비교하는 플롯이다. 모든 테스트에서, 립실의 동일한 설계가 사용되었고, 여기서 실링 립의 에지가 웨이퍼 에지로부터 약 1.75 mm에 있도록 형성된다 (즉, 도 9A-B에 나타나는 거리 D1이 1.75 mm), 즉, "1.75 mm 립실". 이러한 립실은 두 가지의 상이한 접촉부 유형에 맞춰졌다. 1.75 mm 접촉부(막대 (1702), (1704) 및(1706))인 한 유형은 이러한 립실의 설계(상기한 바와 같이 1.75 mm 간격을 가짐)와 함께 사용하도록 설계되었다. 이러한 립실과 조합하여, 1.75 mm 접촉부의 팁은 실링 립의 에지로부터 약 0.4 mm 떨어졌다 (도 9A-B의 거리 D2). 1.00 mm 접촉부(막대 (1708) 및 (1710))인 다른 유형의 접촉부는 웨이퍼의 에지로부터 단지 1.00 mm 떨어진 실링 립을 가지는 립실과 사용하도록 설계되었다. 그 결과, 1.00 mm 접촉부는 1.75 mm 접촉부보다 웨이퍼의 에지에 더 가깝게 위치한 접촉 팁을 가진다. 1.00 mm 접촉부가 1.75 mm 웨이퍼와 함께 사용될 경우, 1.00 mm 접촉부의 팁이 실링 립의 에지로부터 약 1.4 mm 떨어졌고 (도 9A-B의 D2 거리), 이는 1.75 접촉부/ 1.75 mm 립실 조합보다 약 1.0 mm 더 멀리 떨어진 것이다.
대조군 샘플(막대(1702))은 1.75 mm 접촉부를 가지는 클램셸에서 수행된 테스트에 대응하고, 여기서 건조 기간은 2 초, 개방 기간은 1.7 초였다. 다른 모든 파라미더를 동일하게 유지하면서 개방 시간을 3.5 초로 늘리는 것은 침투한 헹굼제의 25% 감소를 야기했다 (막대(1704)). 다른 약간의 감소(막대(1706))는 건조 시간 증가의 결과였다. 1.00 mm 접촉부가 3.5 초 건조와 조합으로 사용될 경우, 감소는 80% 이상이었다 (막대(1708)). 그러나 기간을 4 초로 늘리는 것은 침투된 부피가 더욱 감소하도록 했다. 전체적으로, 더 느린 개방 속도, 더 긴 건조 기간, 및 실링 립으로부터 더 멀리 떨어진 팁과의 접촉의 조합은 가장 좋은 결과를 얻도록 한다. 상이한 접촉부 설계와 같은 일부 파라미터가 다른 것에 비하여 더욱 지배적인 것으로 보일지라도, 건조 시간 증가를 1-mm 접촉부와 조합하는 것과 같이 다양한 파리미터를 조합하여 어느 정도의 상승작용이 관찰되었다 (예를 들어, 막대 (1704) 및 (1706)을 막대 (1708) 및 (1710)와 비교).
도 17B는 상이한 건조 기간과 컵 바닥 코팅에 대하여 표준화된 침투 헹굼제 부피를 비교한 플롯이다. 대조군 샘플(막대(1712))은 2 초의 건조를 이용하고 파릴린 코팅된 컵 바닥을 가지는 클램셸에서 수행된 테스트에 대응한다. 건조 기간을 4 초로 늘리는 것은 접촉 영역에 약 25% 더 적은 헹굼제가 침투하는 것을 야기한다. 그러나 PAI 코팅된 컵 바닥 및 4 초의 건조 시간으로 바꾸는 것은 약 85%로 침투가 감소하도록 도왔다.
도 18A-B는 처리된 웨이퍼 수의 함수로서, 상이한 공정 조건과 클램셸 설계에 대하여 공정 결함을 비교하는 플롯이다. 선 (1802)는 위에서 설명한 것과 같은 1.75 mm 컵 및 립실에서의 1.75 mm 접촉부 설계 (즉, 도 9A-B에 관하여 D1 = 1.75 mm 및 D2 = 0.4mm), 2 초 스피닝, 1.7 초 개방에 상응한다. 선 (1804)는 1.75 mm 컵 및 립실에서의 1.00 mm 접촉부 설계 (즉, D1= 1.75 mm 및 D2 = 1.4 mm), 4 초 스피닝, 3.5 초 개방에 상응한다. 후자의 클램셸 설계와 공정 조건이 예비 점검의 필요가 없이 2,250 이상의 전기도금 사이클을 허용하는 반면, 전자는 약 500 사이클 후 결함 수에서 실질적으로 급격한 상승을 보였다.
자동 접촉 에칭(Automatic contact etching, ACE)은 주기적으로, 그리고 유발되고(triggered) 제어된 양식으로, 컵/콘 개방 배치에서 형성된 클램셸 컵 바닥이 툴의 도금 배스에 잠기는 공정이다. 이러한 방식에서 접촉부는 전해질에 노출되고, 임의의 도금된 금속이 "에칭된다(etched)". 에칭 후, 여전히 개방 배치인 클램셸은 컵 바닥 및 나머지 어셈블리에서 전해질을 제거하기 위하여 스피닝하는 동안 헹굼제로써 분사된다. 이러한 자동 절차는 컵 바닥 에지 영역을 "청결하고", 입자가 없는 조건으로 유지하고 회복시키기에 효과적인 것으로 밝혀진다. 상기 공정은 시간이 걸리고 원하지 않는 물을 도금 배스에 첨가할 수 있어, ACE 조업은 예비적으로 사용될 필요가 있다.
선 (1806) 및 (1808)은 에지가 실링 립 에지로부터 단지 1 mm 떨어지고 (D1 거리), 접촉 팁과 실링 립 에지 사이의 거리(D2 거리)가 0.75 mm인 립실을 가지는 컵에 대하여, 중간 자동 접촉 에칭(ACE)이 있을 경우와 없을 경우 연속 전기도금 사이클링에 대응한다. 이러한 컵 설계에서, 접촉부가 립실로부터 원하는 값 만큼 멀리 움직이기에는 웨이퍼 에지에 공간이 충분하지 않다 (예를 들어, 앞서 기재한 1.00 mm 접촉부와 1.75 mm 립실의 조합과 같이 약 1.3 mm 이상). 이 경우에, 웨이퍼는 중간 ACE가 사용되지 않을 경우(선 (1806)) 500 웨이퍼 후 실질적인 결함 카운트 증가를 보였다. 그러나 매 200번째 사이클 후 ACE가 도입된 경우, 3,000 이상의 웨이퍼 도금 사이클이 입자 카운트의 실질적인 증가 없이 수행되었다 (선 (1808)). 그러므로 자동적이고 반복되는 양식으로 수행되는 접촉 에칭은, 접촉 팁이 움직이거나 립실 영역으로부터 멀리 떨어져 있기에 불충분한 공간이 존재할 경우에도 결함을 감소시킬 수 있다.
특정 구체예에서, 헹굼제가 접촉 영역에 침투하는 것을 최소화하기 위하여 립실이 소수성 코팅으로 코팅된다. 소수성 코팅은 전체 립실 표면 또는 단지 실링 립 주변에만 도포될 수 있다. 소수성 코팅은 헹굼제를 건조하고 개방 동안 접촉 영역으로의 전파를 줄인 후 실링 립 근처의 헹굼제 축적을 최소화할 수 있다. 도 19는 상이한 립실 설계에 대하여 표준화된 침투 헹굼제 부피의 비교 플롯이다. 기준선(막대(1906))은 코팅되지 않은 립실을 가지는 클램셸에 대응한다. 막대 (1902) 및 (1904)는 코팅된 립실을 가지는 클램셸에 상응하며 적어도 80%의 침투 부피 감소를 나타낸다.
비록 앞서 설명한 발명이 명확한 이해를 목적으로 자세히 기재되었지만, 어떠한 변화와 변경이 첨부된 청구항의 범위 내에서 실행될 수 있음이 명백할 것이다. 본 발명의 공정, 시스템 및 장치 실행의 많은 대안 수단이 있음에 주의해야 한다. 따라서 본 발명의 구체예들은 예시적이고 비제한적인 것으로 간주되고, 본 발명은 본 명세서에 주어진 세부사항으로 한정되지 않는다.
본 명세서에 인용된 모든 참고문헌은 모든 목적을 위하여 참고문헌으로 첨부된다.
도 1은 본 발명의 구체예에 따라 반도체 웨이퍼를 전기화학적으로 처리하기 위한 웨이퍼 홀더 어셈블리의 투시도이다.
도 2A는 웨이퍼와 전기적 연결을 성립하고 웨이퍼를 전해욕에 수용된 도금 용액으로부터 밀봉하기 위하여 사용되는 클램셸 컴포넌트의 단면도를 도시한다.
도 2B는 특정 구체예에 따른 접촉 멤버의 일부의 투시도이다.
도 3A는 특정 구체예에 따라 웨이퍼와 클램셸 사이에 실을 형성하기 전의 클램셸과 웨이퍼의 일부를 도시한다.
도 3B는 특정 구체예에 따라 웨이퍼와 클램셸 사이에 실을 형성한 후의 클램셸과 웨이퍼의 일부를 도시한다.
도 4는 특정 구체예에 따른 전기도금 공정의 예시적인 흐름도이다.
도 5A-C는 클램셸 개방 조작 동안 서로 다른 단계들의 예 및 클램셸 컴포넌트와 전해질 잔류물의 상대적 위치를 도시한다.
도 6A-B는 특정 구체예에 따른, 약간의 헹굼제 잔류물이 접촉 영역을 오염시킨 전기도금 조작 동안의 클램셸의 일부 및 전기도금 공정 동안 클램셸의 상이한 컴포넌트 및 위치에서의 전압의 대응 플롯을 도시한다.
도 7A는 약 5,000-6,000 전기도금 사이클을 거친 컵 바닥의 파릴린 코팅의 확대 사진을 도시한다.
도 7B-C는 클램셸 개방 및 웨이퍼와 클램셸 사이의 실 파괴 전(도 7B)과 후(도 7C)의 클램셸과 웨이퍼의 일부를 도시하고, 여기서 컵 바닥은 코팅되지 않거나 적당히 소수성인 물질로 코팅된다.
도 7D-E는 클램셸 개방 및 웨이퍼와 클램셸 사이의 실 파괴 전과 후의 클램셸과 웨이퍼의 일부를 도시하고, 여기서 컵 바닥은 매우 소수성인 물질로 코팅된다.
도 8A는 새로운 립실과 약 60,000 전기도금 사이클 동안 사용된 립실에서 컵 바닥의 두 가지 상이한 코팅에 대하여 클램셸의 접촉 영역에 침투한 전기도금 용액의 양을 비교하는 플롯이다.
도 8B은 전기도금 사이클의 횟수의 함수로서 웨이퍼 상의 결함 수를 비교하는 플롯이고, 여기서 웨이퍼는 두 가지 상이한 물질로 코팅된 컵 바닥을 사용하는 클램셸 장치에서 전기도금되었다.
도 8C-D는 두 가지 상이한 물질로 코팅된 컵 바닥을 사용하는 클램셸 장치에서 전기도금된 웨이퍼 앞면의 결함 분포를 나타내는 웨이퍼 오버레이(overlay)의 예시적인 표현이다.
도 8E는 두 가지의 상이한 물질로 코팅된 컵 바닥을 사용하는 클램셸 장치에서 전기도금된 웨이퍼의 상이한 단편에 대한 결함 밀도를 비교하는 플롯이다.
도 9A-B는 클램셸의 다른 컴포넌트와 웨이퍼에 대하여 상이한 위치에 배치된 접촉부를 가지는 클램셸 장치의 도식적 표현을 제공한다.
도 10A-B는 클램셸의 다른 컴포넌트와 웨이퍼에 대하여 상이한 위치에 배치된 접촉부를 사용하는 클램셸 장치에서 전기도금된 웨이퍼의 앞면 상의 결함 분포를 나타내는 웨이퍼 오버레이의 예시적인 표현이다.
도 11A-B는 폐쇄 및 개방 상태에서 나타나는 클램셸 장치 설계의 도식적인 표현을 제공하고, 여기서 전기 접촉부는 실 파괴 전에 웨이퍼 앞면으로부터 제거된다.
도 12A-B는 두 클램셸 장치 설계를 비교하는 도식적 표현을 제공하고, 여기서 도 12B에 나타나는 설계는 실 파괴 후 접촉 영역에 전기도금 용액이 지나치게 침투하는 것을 방지하기 위하여 전기 접촉부에 소수성 코팅을 가진다.
도 13은 콘 들어올림 및 클램셸 스피닝 메커니즘이 있는 클램셸의 도식적 표현을 도시한다.
도 14A는 두 가지 상이한 스피닝 기간 동안 접촉 영역에 침투한 전기도금 용액의 표준화된 침투부피의 플롯을 클램셸 개방 속도의 함수로서 도시한다.
도 14B는 상이한 공정 조건과 클램셸 설계에 대하여 접촉 영역에 침투한 전기도금 용액의 표준화된 침투부피를 비교한 플롯을 도시한다.
도 15A-B는 상이한 공정 조건을 사용하여 클램셸 장치에서 전기도금된 웨이퍼의 앞면의 결함 분포를 나타내는 웨이퍼 오버레이의 예시적인 표현이다.
도 16은 상이한 공정 조건과 클램셸 설계에 대하여 접촉 영역에 침투한 전기도금 용액의 표준화된 침투부피를 비교한 플롯을 도시한다.
도 17A-B는 상이한 공정 조건과 클램셸 설계에 대하여 접촉 영역에 침투한 전기도금 용액의 표준화된 침투부피를 비교한 플롯을 도시한다.
도 18A-B는 상이한 공정 조건과 클램셸 설계에 대하여 접촉 영역에 침투한 전기도금 용액의 표준화된 침투부피를 비교한 플롯을 처리된 웨이퍼 수의 함수로서 도시한다.
도 19는 상이한 립실 설계에 대하여 표준화된 침투 헹굼제 부피의 비교 플롯이다.

Claims (30)

  1. 전기도금 동안 반도체 웨이퍼를 고정하고 전기도금 용액이 전기 접촉부에 도달하는 것을 배제하기 위하여 형성된 컵에서 사용하기 위한 베이스 플레이트(base plate)에 있어서, 다음을 포함하는 베이스 플레이트:
    고리형상체(ring-shapred body);
    고리형상체로부터 안쪽으로 뻗어나가고, 반도체 웨이퍼와 결합하여 전기도금 용액이 전기 접촉부에 도달하는 것을 배재하는 탄성체 립실(elastomeric lipseal)을 지지하도록 형성된 나이프형상 돌출부(knife-shaped protrusion); 및
    적어도 나이프형상 돌출부를 덮는 소수성 코팅.
  2. 제1항에 있어서, 소수성 코팅이 폴리아미드-이미드(PAI), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 베이스 플레이트.
  3. 제1항에 있어서, 소수성 코팅이 폴리아미드-이미드(PAI)를 포함하는 베이스 플레이트.
  4. 제3항에 있어서, 소수성 코팅이 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 추가로 포함하는 베이스 플레이트.
  5. 제1항에 있어서, 소수성 코팅이 분사 코팅 기술을 사용하여 도포되는 베이스 플레이트.
  6. 제5항에 있어서, 소수성 코팅이 적어도 한 층의 Xylan P-92를 적어도 나이프형상 돌출부에 분사하여 도포되는 베이스 플레이트.
  7. 제6항에 있어서, 소수성 코팅이 Xylan P-92의 층 위에 적어도 한 층의 Xylan 1010을 분사하여 도포되는 베이스 플레이트.
  8. 제1항에 있어서, 소수성 코팅이 약 20 ㎛ 내지 35 ㎛의 두께를 가지는 베이스 플레이트.
  9. 제1항에 있어서, 소수성 코팅이 90V 스파크 테스트(spark 테스트)를 통과할 수 있는 베이스 플레이트.
  10. 제1항에 있어서, 소수성 코팅이 침출되지 않거나 검출 가능한 양의 전해질 용액을 흡수하지 않는 베이스 플레이트.
  11. 제1항에 있어서, 고리형상체 및 나이프형상 돌출부가 스테인리스 스틸, 티타 늄 및 탄탈럼으로 이루어진 군에서 선택되는 한 가지 이상의 물질을 포함하는 베이스 플레이트.
  12. 제1항에 있어서, 고리형상체가 전기도금 장치의 실드 구조물(shield structure)에 제거 가능하게 부착되도록 형성되는 베이스 플레이트.
  13. 제1항에 있어서, 나이프형상 돌출부가 적어도 약 200 파운드의 힘에 지탱하도록 형성되는 베이스 플레이트.
  14. 제1항에 있어서, Novellus Sabre® 전기도금 시스템에서 사용되도록 형성되는 베이스 플레이트.
  15. 제1항에 있어서, 고리형상체가 립실의 리지(ridge)와 결합하도록 형성된 그루브(groove)를 포함하는 베이스 플레이트.
  16. 전기도금 동안 반도체 웨이퍼를 고정하고 도금 용액이 접촉 고리과 접촉하는 것을 배제하도록 형성된 컵에서 사용하고 전기도금 동안 반도체 웨이퍼에 전류를 공급하기 위한 접촉 고리에 있어서, 다음을 포함하는 접촉 고리:
    컵의 다른 컴포넌트와 결합하도록 크기와 형태가 결정된 단일 고리형상체; 및
    단일 고리형상체에 부착되고 단일 고리형상체로부터 안쪽으로 뻗어나가며 각을 이루며 서로 떨어져 배열된 다수의 접촉 핑거, 각각의 접촉 핑거는 웨이퍼의 바깥쪽 에지로부터 약 1 mm 이하의 지점에서 반도체 웨이퍼와 접촉하도록 배향됨.
  17. 제16항에 있어서, 고리형상체와 다수의 접촉 핑거가 Paliney 7을 포함하는 접촉 고리.
  18. 제16항에 있어서, 다수의 접촉 핑거가 일반적으로 V-형을 가지고, 단일 고리형상체에 의하여 한정된 평면으로부터 아래쪽으로 뻗어나가고, 위쪽으로 반도체 웨이퍼 접촉을 위한 말단 지점(distal point)을 향하는 접촉 고리.
  19. 제16항에 있어서, 다수의 접촉 핑거가 적어도 약 300개의 접촉 핑거를 포함하는 접촉 고리.
  20. 제16항에 있어서, 다수의 접촉 핑거가 전기도금 동안 반도체 웨이퍼에 의하여 가해지는 힘하에 구부러지도록 형성된 접촉 고리.
  21. 제16항에 있어서, 다수의 접촉 핑거에서 각각의 핑거의 적어도 일부분이 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 (ETFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상 의 소수성 고분자로 코팅되는 접촉 고리.
  22. 전기도금 동안 반도체 웨이퍼를 고정하고 도금 용액을 반도체 웨이퍼의 주위 영역(peripheral region)에서 배제하기 위하여 형성된 컵에서 사용하고 전기도금 동안 반도체 웨이퍼에 전류를 공급하기 위한 립실과 접촉 고리 어셈블리에 있어서, 다음을 포함하는 립실과 접촉 고리 어셈블리:
    반도체 웨이퍼와 결합하고 도금 용액을 반도체 웨이퍼의 주위 영역에서 배제하기 위한 고리형상 탄성체 립실, 여기서 고리형상 탄성체 립실은 도금 용액을 배제하는 둘레(perimeter)를 한정하는 안지름을 가짐; 및
    단일 고리형상체 및 고리형상체에 부착되고 고리형상체로부터 안쪽으로 뻗어나가며 각을 이루며 서로 떨어져 배열된 다수의 접촉 핑거를 포함하는 접촉 고리, 각각의 접촉 핑거는 립실 안지름으로부터 적어도 약 1 mm 지점에서 반도체 웨이퍼와 결합하도록 배향됨.
  23. 제22항에 있어서, 접촉 핑거가 각각 일반적으로 V-형을 가지고, 단일 고리형상체에 의하여 한정된 평면으로부터 아래쪽으로 뻗어나간 다음, 위쪽으로 고리형상 탄성체 립실이 반도체 웨이퍼와 결합하는 평면 위의 말단 지점(distal point)을 향하는 립실과 접촉 고리 어셈블리.
  24. 제22항에 있어서, 고리형상 탄성체 립실이 소수성 코팅을 포함하는 립실과 접촉 고리 어셈블리.
  25. 제22항에 있어서, 고리형상 탄성체 립실이 분배 버스를 수용하는 그루브를 포함하는 립실과 접촉 고리 어셈블리.
  26. 제22항에 있어서, 반도체 웨이퍼와 결합하는 고리형상 탄성체 립실의 일부분이 결합동안 압축되도록 형성된 립실과 접촉 고리 어셈블리.
  27. 전기도금 동안 반도체 웨이퍼를 고정하고 도금 용액이 전기도금 장치의 특정 부분과 접촉하는 것을 배제하도록 형성된 전기도금 장치에 있어서, 다음을 포함하는 전기도금 장치:
    다음을 포함하는 베이스 플레이트를 포함하는 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 컵;
    고리형상체;
    고리형상체로부터 안쪽으로 뻗어나가고 반도체 웨이퍼와 결합하고 전기도금 용액이 전기 접촉부에 도달하는 것을 배제하기 위한 탄성체 립실을 지지하도록 형성된 나이프형상 돌출부; 및
    적어도 나이프형상 돌출부를 덮는 소수성 코팅;
    반도체 웨이퍼에 힘을 가하여 반도체 웨이퍼를 탄성체 실에 대하여 누르기 위한 콘; 및
    컵에 대하여 콘을 움직이고, 컵의 탄성체 실에 대하여 반도체 웨이퍼를 밀봉하기 위하여 콘을 통하여 반도체 웨이퍼에 힘을 가하고, 컵과 콘을 회전시키도록 형성된 섀프트.
  28. 제27항에 있어서 다음에 대한 지시를 포함하는 컨트롤러를 추가로 포함하는 전기도금 장치:
    반도체 웨이퍼를 컵에 배치함;
    컵의 립실과 웨이퍼 앞면 사이에 실을 형성하기 위하여 콘을 반도체 웨이퍼로 낮춰 반도체 웨이퍼의 뒷면에 힘을 가함;
    웨이퍼 앞면의 적어도 일부를 전기도금 용액에 담그고 웨이퍼 앞면을 전기도금함; 및
    콘을 들어올려 반도체 웨이퍼의 뒷면에 가한 힘을 완화함, 여기서 들어올림은 적어도 2 초에 걸쳐 수행됨.
  29. 컵과 콘을 포함하는 장치에서 반도체 웨이퍼를 전기도금하는 방법에 있어서, 다음 단계를 포함하는 방법:
    반도체 웨이퍼를 컵에 배치하는 단계;
    컵의 립실과 웨이퍼 앞면 사이에 실을 형성하기 위하여 콘을 반도체 웨이퍼로 낮춰 반도체 웨이퍼의 뒷면에 힘을 가하는 단계;
    웨이퍼 앞면의 적어도 일부를 전기도금 용액에 담그고 웨이퍼 앞면을 전기도 금하는 단계; 및
    콘을 들어올려 반도체 웨이퍼의 뒷면에 가한 힘을 완화하는 단계, 여기서 들어올림은 적어도 2 초에 걸쳐 수행됨.
  30. 제29항에 있어서, 콘을 들어올리기에 앞서 적어도 약 3 초 동안 반도체 웨이퍼를 회전시키는 단계를 추가로 포함하는 반도체 웨이퍼 전기도금 방법.
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