KR20130060164A - 웨이퍼 전기도금을 위한 동적 전류 분포 제어 장치 및 방법 - Google Patents

웨이퍼 전기도금을 위한 동적 전류 분포 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

워크피스 상으로 금속을 도금하는 방법들, 시스템들 및 장치가 설명된다. 일 양태에서, 장치는 도금 챔버, 기판 홀더, 애노드를 하우징하는 애노드 챔버, 전기도금 동안에 기판과 애노드 챔버 사이에 포지셔닝되는 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트, 및 중심 영역에 개구부를 갖는 절연 실드를 포함한다. 절연 실드는 전기도금 동안에 실드와 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이의 거리를 변화시키도록 이동 저항성 이온 투과성 엘리먼트에 대해 이동 가능할 수도 있다.

Description

웨이퍼 전기도금을 위한 동적 전류 분포 제어 장치 및 방법 {DYNAMIC CURRENT DISTRIBUTION CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR WAFER ELECTROPLATING}
집적회로의 제작을 위한 구리 다마신 프로세싱에서 이용되는 일 프로세스 단계는 "시드" 층 또는 "스트라이크" 층의 형성이며, 이 층은 이후에 구리가 전기도금 (일렉트로필링 (electrofill)) 되는 베이스 층으로서 사용된다. 시드 층은 웨이퍼 기판 표면 전체에 걸쳐서 위치된 구조물들을 통해 웨이퍼 기판 (전기적 콘택트가 제조됨) 의 에지 영역으로부터 모든 트렌치로 전기 도금 전류를 전달한다. 시드 필름은 일반적으로 얇은 도전성 구리 층이다. 그것은 배리어 층에 의해 절연 실리콘 이산화물 또는 다른 유전체로부터 분리된다. 구리 합금 또는 루테늄이나 탄탈과 같은 다른 금속 중 어느 하나인 얇은 시드 층들 (또한 구리 확산 배리어 층들과 동시에 작용할 수도 있음) 의 사용이 또한 조사되었다. 시드 층 전착 프로세스는 바람직하게는 우수한 전체적 접착력, 우수한 스텝 커버리지 (더 구체적으로는, 임베딩된 구조물의 측벽 상에 전착된 등각/연속 양의 금속), 및 임베딩된 피처의 최상측의 최소 클로저 또는 "네킹 (necking)"를 갖는 층을 생산한다.
넓은 표면적을 효과적으로 도금하기 위해, 도금 툴링은 웨이퍼 기판의 에지 영역에서 도전성 시드 층에 전기적 콘택트를 만든다. 일반적으로는, 웨이퍼 기판의 중심 영역에 어떠한 직접적 콘택트도 만들어지지 않는다. 따라서, 고도 저항성 시드 층들에 대해, 시드 층의 에지에서의 포텐셜은 "터미널 효과 (terminal effect)" 로 지칭되는 시드 층의 중심 영역에서보다 현저히 더 크다. 저항 및 전압 보상의 적절한 수단이 없다면, 이 넓은 에지-중심 전압 강하는, 주로 웨이퍼 기판 에지에서 더 두꺼운 도금을 특징으로 하는, 불균일한 도금 두께 분포를 유도 한다. 이 불균일한 도금 두께는 심지어 300 mm 웨이퍼들로부터 450 mm 웨이퍼들로의 산업 천이 (industry transitions) 로서 언급될 수 있다.
금속들을 도금하는 방법들, 장치, 및 시스템들이 제공된다. 다양한 구현예들에 따르면, 도금 장치는 이동가능한 애노드 챔버 또는 이동가능한 실드를 하우징하는 챔버를 포함할 수 있다. 이동가능한 애노드 챔버 또는 이동가능한 실드는 전기도금 프로세스가 시작될 때 터미널 효과를 완화하도록 하는 데 이용될 수도 있다. 전기도금 프로세스가 진행됨에 따라, 이동가능한 애노드 챔버 또는 이동가능한 실드는 기판의 면에 걸쳐서 균일한 전류 밀도가 획득될 수도 있도록 기판으로부터 멀리 이동될 수도 있다.
일 구현예에 따르면, 장치는 도금 챔버, 기판 홀더, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트, 및 애노드를 하우징하는 애노드 챔버를 포함한다. 도금 챔버는 기판 위로 금속을 전기도금하면서 전해질을 포함하도록 구성된다. 기판 홀더는 기판을 홀딩하도록 구성되고, 기판의 에지에 콘택트하고 전기도금 동안에 기판에 전류를 제공하도록 배열된 하나 이상의 전력 콘택트들을 갖는다. 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 전기도금 동안 기판과 애노드 챔버 사이에 포지셔닝된다. 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 기판의 도금면에 실질적으로 평행하고 그로부터 이격된 평평한 표면을 갖는다. 애노드 챔버는 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트에 대해 전기도금 동안 애노드 챔버와 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이의 거리를 변화시키도록 이동가능하다. 애노드 챔버는 애노드와 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이에 배향된 절연 실드를 포함하며, 절연 실드의 중심 영역에는 개구부가 존재한다.
다른 구현예에 따르면, 장치는 도금 챔버, 기판 홀더, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트, 보조 캐소드 및 절연 실드를 포함한다. 도금 챔버는 기판 사에 금속을 도금하면서 전해질 및 노드를 포함하도록 구성된다. 기판 홀더는 기판의 도금면이 전기도금 동안 애노드로부터 먼 거리에 포지셔닝되게 기판을 홀딩하도록 구성된다. 기판 홀더는 기판의 에지에 콘택트하고 전기도금 동안 기판에 전류를 제공하도록 배열된 하나 이상의 전력 콘택트들을 갖는다. 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 기판과 애노드 사이에 포지셔닝된다. 동작 시, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 기판의 도금면에 실질적으로 평행하고 그로부터 이격된 평평한 표면을 갖는다. 절연 실드는 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트와 애노드 사이에 포지셔닝된다. 보조 캐소드는 애노드와 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이에 포지셔닝된다. 절연 실드는 전기도금 동안 디스크들과 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이의 거리를 변화시키도록 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트에 대해 이동 가능하다. 절연 실드는 실드의 중심 영역에 개구부를 포함한다. 본 발명의 특정 실시형태들은 기판과 실질적으로 동일하게 위치되고, 도금 챔버의 주변부 주위에 배향된 2 차 보조 캐소드를 더 포함한다.
다른 구현예에 따르면, 기판 표면에 배치되는 도전성 시드 및/또는 배리어 층을 갖는 기판을 장치의 기판 홀더에 홀딩하는 단계를 포함한다. 장치는 도금 챔버 및 애노드를 하우징하는 애노드 챔버를 포함하며, 도금 챔버는 애노드 챔버를 포함한다. 애노드 챔버는 애노드와 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이에 배향된 절연 실드를 포함하며, 절연 실드의 중심 영역에는 개구부가 존재한다. 기판의 표면은 표면과 애노드 챔버 사이에 포지셔닝된 이온 저항성 이온 침입성 엘리먼트에 가장 가깝게 전해질 용액에 침지된다. 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 기판의 표면에 평행하고 그로부터 이격된 평평한 표면을 갖는다. 전류는 시드 및/또는 배리어 층 위로 금속 층을 도금하도록 기판에 공급된다. 애노드 챔버는 제 1 포지션으로부터 제 2 포지션으로 이동하고 제 2 포지션은 제 1 포지션보다 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로부터 더 먼 거리에 위치된다.
다른 구현예에 따르면, 비일시적 컴퓨터 머신 판독가능 매체는 장치의 제어를 위한 프로그램 명령들을 포함한다. 프로그램 명령들은 기판 표면에 배치되는 도전성 시드 및/또는 배리어 층을 갖는 기판을 장치의 기판 홀더에 홀딩하기 위한 코드를 포함한다. 장치는 도금 챔버 및 애노드를 하우징하는 애노드 챔버를 포함하고, 도금 챔버는 애노드 챔버를 포함한다. 애노드 챔버는 애노드와 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이에 배향된 절연 실드를 포함하며, 절연 실드의 중심 영역에는 개구부가 존재한다. 기판의 표면은 표면과 애노드 챔버 사이에 포지셔닝된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트에 가장 가깝게 전해질 용액에 침지된다. 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 기판의 표면에 평행하고 그로부터 이격된 평평한 표면을 갖는다. 전류는 시드 및/또는 배리어 층 위로 금속 층을 도금하도록 기판에 공급된다. 애노드 챔버는 제 1 포지션으로부터 제 2 포지션으로 이동되며, 제 2 위치는 제 1 위치보다 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로부터 더 먼 거리에 위치된다.
본 명세서에서 설명되는 주제의 구현예들의 이들 양태들 및 다른 양태들은 첨부한 도면 및 아래의 설명에서 설명된다.
도 1a 및 도 1b 는 하나의 포지션에 이동가능 애노드 챔버가 있는 전기도금 장치의 단면 개략도의 일 예를 도시한다.
도 2 는 이동가능 다른 포지션에 애노드 챔버가 있는 전기도금 장치의 단면 개략도의 일 예를 도시한다.
도 3a 및 도 3b 는 하나의 포지션에 이동가능 실드가 있는 전기도금 챔버의 단면 개략도의 예들을 도시한다.
도 3c 내지 도 3f 는 여기에서 개시되는 실시형태들에 따라 대표적인 전기도금 장치의 상이한 콤포넌트들을 강조한 단면 개략도이다.
도 4a 및 도 4b 는 이동가능 실드의 등축 투영도의 예들을 도시한다.
도 5 및 도 6a 및 도 6b 는 웨이퍼 기판 상에 금속을 도금하는 프로세스들을 예시한 흐름도들의 예들이다.
도 7 내지 도 10 은 전류 밀도 대 상이한 전기도금 챔버 구성들에 대한 반경 포지션의 수치적 시뮬레이션들의 예들을 도시한다.
다음의 상세한 설명에서, 개시된 방법들 및 장치의 철저한 이해를 제공하기 위해 수많은 특정 구현예들이 설명된다. 그러나, 당업자에게 자명한 바와 같이, 개시된 방법들 및 장치는 이들 특정 세부사항들이 없이 또는 대안의 엘리먼트들이나 프로세스들을 이용하여 실시될 수도 있다. 다른 경우들에 있어서, 주지된 프로세스들, 절차들, 및 콤포넌트들은 개시된 방법들 및 장치의 양태들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 하기 위해 상세히 설명되지 않았다.
이 출원에서, 용어들 "워크피스 (work piece)", "반도체 웨이퍼", "웨이퍼" 및 "부분적으로 제작된 집적 회로"는 상호 교환 가능하게 사용될 것이다. 당업자는, 용어 "부분적으로 제작된 집적 회로"가 집적회로 제작의 많은 스테이지들 중의 임의의 스테이지 동안의 실리콘 웨이퍼를 지칭할 수 있음을 이해할 것이다. 다음의 상세한 설명은 본 발명이 웨이퍼 상에 구현됨을 가정한다. 그러나, 본 발명은 그와 같이 제한되지는 않는다. 작업편은 다양한 형상들, 사이즈들, 및 재료들로 될 수도 있다. 반도체 웨이퍼들 외에, 본 발명을 이용할 수도 있는 다른 워크피스들은 디스플레이들, 인쇄 회로판들 등과 같은 다양한 물품들을 포함한다.
또한, 이 출원에서, "도금 용액", "도금 배스", "배스", "전해질 용액", 및 "전해질" 라는 용어들은 상호교환 가능하게 사용된다. 당업자는 이들 용어들이 금속 이온들을 함유한 용액 및 가능하게는 워크피스 상에 금속을 도금하거나 전기도금하기 위한 다른 첨가제들을 지칭할 수 있음을 이해할 것이다.
여기에 개시된 구현예들은 높은 시트 저항 표면을 갖는 웨이퍼 기판 상에서 전기도금 전류 분포의 제어를 위한 도금 툴 하드웨어를 사용하는 구성들 및 방법들에 관한 것이다. 여기에 개시된 구현예들은, 스퀘어 당 약 50 옴 시트 저항을 갖는 5 나노미터 (nm) 두께 구리 시드 층과 같은 얇은 저항성 시드 층으로 시드된, 예를 들어 450 밀리미터 ( mm) 웨이퍼에 적용 가능하다. 개시된 구현예들의 일 특질은 얇은 저항성 시드 층 상에 금속을 도금하는 동안 그리고 두꺼운 금속 필름 상으로의 전착 동안에 균일한 두께 분포를 달성하는 능력이다.
450 mm 웨이퍼 기판 전체에 걸쳐서 균일한 전류 밀도를 달성하는 것은 다마신 구리 전기도금의 초기 스테이들 동안의 과제이다. 이 과제는 웨이퍼 기판에서 콘택트가 제작된 지점 (예컨대, 일반적으로는, 웨이퍼 기판의 에지) 와 웨이퍼 기판 표면 상의 도금 위치 사이의 옴 저항 강하를 지칭하는 "터미널 효과"에 의해 생성된다. 콘택트 지점으로부터의 거리가 클수록, 시드 층을 통한 전압 강하가 커지고, 더 낮은 전압들은 더 느린 도금을 유발한다. 450 mm 웨이퍼들의 경우, 터미널 효과는, 전기적 콘택트가 시드 층에 대해 제작된 웨이퍼 에지와 웨이퍼 중심 사이의 증가된 거리로 인해, 예를 들어 300 mm 웨이퍼들에 비해 증가한다. 450 mm 웨이퍼에 대한 시드 층 두께가 약 5nm로 감소할 것이고 약 50 옴/스퀘어의 시트 저항을 갖는 것으로 예상되기 때문에, 터미널 효과는 더 증가할 수도 있다. 이들 2 개의 팩터들은 웨이퍼 에지와 웨이퍼 중심 사이에 큰 전압 강하를 유발하며, 그에 대응하게 웨이퍼 에지 및 웨이퍼 중심에서 상이한 도금 레이트들을 초래할 것이다.
도금된 금속의 두께 제어에 대한 문제를 더 복잡하게 하는 것은, 금속이 시드 층 상에 도금될 때, 도금된 금속 (즉, 시드 층 상의 도금된 금속) 이 최대 1000 배 (1000×) 까지 층의 도전성을 증가시킬 수도 있다. 따라서, 터미널 효과는 도금이 수행되는 동안에 감소하는데, 이는 도금되고 있는 금속 층이 웨이퍼 전체에 걸쳐서 더 균일한 전압을 생성하기 때문이다. 이것은, 에지로부터 중심으로의 (예컨대, 전기도금 프로세스의 시작 시의) 큰 전압 감소 및 (예컨대, 금속이 시드 층 위에 도금된 후의) 작은 전압 감소 양측 모두의 경우에 전기도금 하드웨어가 균일한 도금된 금속 두께 프로파일을 생성하게 할 필요성을 도입한다.
높은 시트 저항 표면들을 갖는 웨이퍼 기판들 상의 전기도금 전류 분포를 제어하는 것은 많은 여러 가지 기법들을 이용하여 수행될 수 있다. 먼저, 전해질-투과성 세공들 또는 홀들을 갖는 이온 저항성 엘리먼트를 포함하고, 이 엘리먼트가 웨이퍼 기판의 가까운 근접부에 상주하는 전기도금 챔버는 터미널 효과를 완화하는 데 도움이 될 수도 있다. 여기에서 설명되는 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트들 중 일부는 웨이퍼 기판의 근접부에 균일한 전류 밀도를 나타낼 수도 있고, 그에 따라 가상 애노드들로서 기능할 수도 있다. 따라서, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 일부 구성들은 또한 고저항 가상 애노드 (high-resistance virtual anode: HRVA) 라고 지칭될 수도 있다.
HRVA들은 얇은 시드 층들 및 두꺼운 필름들 양측 모두에서 도금하는 동안 균일성 개선을 얻는 데 효과적이다. 그러나, 매우 얇은 시드 층들을 갖는 450 mm 웨이퍼들 상의 도금의 경우에 있어서, HRVA 저항은 균일한 두께 분포를 생산하도록 매우 증가할 수도 있다. 이것은, 수백 볼트의 전력을 요구할 수도 있고, 고전류가 이용될 때, 추후의 도금 부분들 동안에 현저한 도금 용액 가열을 야기할 수도 있다.
둘째, 동적 실드들 및 블래더들 (bladders) 을 포함하는 전기도금 챔버는 터미널 효과를 완화하는 데 도움이 될 수도 있다. 동적 실드들은 시드 층이 얇을 때 웨이퍼 기판 에지 근처의 전류 밀도를 선택적으로 감소시킬 수 있고, 그 후에 웨이퍼 기판의 면 전체에 걸쳐서 전류 밀도를 증가시켜 더 두꺼운 금속 필름들 상의 균일한 도금을 허용한다. 그러나, 동적 실드들은 작은 도금 셀들에서 사용하기에는 곤란할 수도 있다. 또한, 일부 조건들 하에서, 동적 실드들은 실드 개구부의 에지 근처에 전류를 집중시킬 수도 있다. 실드는 또한 동적 실드, 이동가능한 실드 또는 절연 실드로 지칭될 수도 있다.
셋째, 보조 캐소드들을 포함하는 전기도금 챔버는 터미널 효과를 완화하는 데 도움이 될 수도 있다. 애노드와 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이에 배치된 보조 캐소드는 애노드로부터의 전류 분포를 형상화하는 데 유용할 수도 있다. 또한, 기판과 실질적으로 동일한 평면에 위치되고 전기도금 챔버의 외주부 주위에 포지셔닝된 제 2 보조 캐소드는 웨이퍼 기판 에지로부터 전류를 우회시키는 데 유용할 수도 있다. 그러나, 이 효과는 웨이퍼 기판의 더 많은 중심 영역들 내로 확장되지 않을 수도 있다. 도금 챔버에서 더 깊은 보조 캐소드들은 웨이퍼 기판의 벌크로부터의 전류를 더 큰 정도로 우회시킬 수 있다. 그러나, 웨이퍼 직경이 450 mm 로 증가하면, 높은 전류들이 요구될 수도 있으므로, 웨이퍼의 벌크로부터의 전류를 보조 캐소드로 우회시키는 것은 효과적이지 않을 수도 있다. 또한, 보조 캐소드들을 웨이퍼 기판의 면 바로 아래에 배치하는 것은 웨이퍼 기판 에지로부터 전류를 선택적으로 우회시키는 데 요구되는 매우 높은 전류들로 인해 효과적이지 않을 수도 있다.
넷째, 다수의 애노드들을 포함하는 전기도금 챔버는 터미널 효과를 완화하는 데 도움이 될 수도 있다. 동심 애노드들은 전류를 선택적으로 웨이퍼 기판 상의 특정 반경 포지션들로 지향시키는 데 사용될 수 있다. 그러나, 이 하드웨어 구성은 단점들을 겪을 수도 있다. 예를 들어, 수많은 전력 서플라이들이 필요로 될 수도 있고, 유지보수 (maintenance) 를 더 빈번하게 만드는 웨이퍼 기판 전체에 걸쳐서 애노드 부식이 변할 수도 있고, 웨이퍼 기판 상의 전류에서의 선명한 천이들이 하나의 애노드로부터 다른 것으로의 천이 지점들에 발생하는 경향이 있을 수도 있고, 터미널 효과가 최대인 웨이퍼 기판의 외측 부분에서의 두께 프로파일 제어가 불량할 수도 있다.
장치
상기 설명된 기법들 모두가 터미널 효과의 완화를 돕는데 사용될 수도 있다. 또한, 많은 경우에, 상기 설명된 기법들은 터미널 효과의 완화를 돕기 위해 서로, 및 다른 기법들과 결합될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현에서, 전기도금 장치는 터미널 효과를 완화시키기 위한 3 개의 피처들을 포함할 수도 있다. 제 1 피처는 애노드로부터의 전류 분포를 형상화하고 웨이퍼 기판의 외주부 (outer perimeter) 에서의 전류 밀도를 제어하도록 구성된 보조 캐소드일 수도 있다. 제 2 피처는 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트일 수도 있다. 제 3 피처는 이동가능 애노드 챔버 또는 이동가능 실드일 수도 있다.
예를 들어, 이동가능 애노드 챔버는 플라스틱과 같은 절연 재료로 이루어진 상향 경사진 탑 부분을 포함할 수도 있고, 이 탑 부분은 여기에 추가 설명한 바와 같이, (예를 들어, 450 mm 웨이퍼의 경우 직경이 약 200 mm 인) 작은 개구부를 포함한다. 이동가능 애노드 챔버는, 도금 중에, 시드 층이 얇을 때 웨이퍼 기판에 근접한 포지션으로부터 금속이 웨이퍼 기판 상에 도금되어 있을 때 웨이퍼 기판으로부터 먼 포지션으로 이동할 수도 있다. 이 움직임에 의해, 웨이퍼 기판의 에지는, 이동가능 애노드 챔버의 절연의 상향 경사진 탑 부분이 웨이퍼 기판으로부터 멀리 이동함에 따라 계속해서 비차폐될 수도 있다.
도 1a 및 도 1b 는 이동가능 애노드 챔버가 일방의 포지션에 있는 전기도금 장치의 단면 개략도의 일 예를 도시한다. 도 1b 는 도 1a 에 도시된 전기도금 장치의 상위 오른쪽 부분의 확대도이다. 도 2 는 이동가능 애노드 챔버가 타방의 포지션에 있는 전기도금 장치의 단면 개략도의 일 예를 도시한다. 예를 들어, 도 1a 및 도 1b 에 도시한 바와 같은 이동가능 애노드 챔버는 전기도금 장치의 상위 포지션에 있다. 도 2 에 도시한 바와 같은 이동가능 애노드 챔버는 전기도금 장치의 하위 포지션에 있다. 전기도금 프로세스 동안, 이동가능 애노드 챔버는 전기도금 장치의 상위 포지션으로부터 전기도금 장치의 하위 포지션으로 이동할 수도 있다.
전기도금 장치 (100) 는 챔버 (105) 및 애노드 (120) 를 포함하는 이동가능 애노드 챔버 (115) 를 포함한다. 일부 구현에서, 챔버 (105) 및 이동가능 애노드 챔브 (115) 는 원형 웨이퍼 기판 (130) 을 수용하기 위해 원통형일 수도 있다. 즉, 전기도금 장치 (100) 의 위에서 아래로 내려다 본 도면 (top-down view) 에서, 챔버 (105) 및 이동가능 애노드 챔버 (115) 는 원형 단면을 가질 수도 있다. 전기도금 장치 (100) 는 웨이퍼 기판 (130) 을 유지하도록 구성되는 기판 홀더 (110), 및 애노드 챔버 (115) 와 기판 홀더 (110) 사이에 위치한 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 를 더 포함한다.
도 1 에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 기판 (130) 은 전해질 용액 (예를 들어, 음극액) 중에 침지된다. 일부 구현에서, 기판 홀더 (110) 는, 탄성 "립 시일 (lip seal)" 의 이면에 하우징된 다수의 콘택 핑거들을 통하여 웨이퍼 기판 (130) 의 주변부에 접촉하는 클램셀 장치이다. 탄성 립 시일은 클램셀을 밀봉하도록 기능하고, 에지 콘택 영역 및 웨이퍼를 실질적으로 전해질이 없는 후방에 계속 있게 하도록 기능할 뿐만 아니라 콘택들에의 어떠한 도금도 회피하도록 기능한다.
클램셀 장치는 2 개의 주요 피스들 (major pieces) 로 구성된다. 클램셀의 제 1 피스는 원뿔이다. 원뿔은 개방되어, 웨이퍼의 삽입 및 추출을 허용할 수 있다. 원뿔은 또한 콘택들 및 시일에 압력을 인가한다. 클램셀의 제 2 피스는 웨이퍼 유지 컵이다. 그 컵의 저부는, 본원의 경우에서와 마찬가지로, 측면 가변 전위 (laterally varying potential) 를 가진 전해질 용액 내에 배치되는, 예를 들어 금속 상에서 발생할 임의의 커플링된 부식 및 전착 반응을 회피하기 위해 일반적으로 절연체로 이루어진다 (또는 절연체로 코팅된다). 그러나, 동시에, 컵 저부는 (예를 들어 웨이퍼 및 원뿔에 대해 컵을 프레스 업하고 휨 (flexing) 을 회피하기 위해) 기계적으로 강하고 (예를 들어 웨이퍼 에지 근방의 전해질 유동 교란을 회피하기 위해) 얇을 필요가 있다. 따라서, 일부 구현에서, 컵 저부는 유리 또는 플라스틱과 같은 절연 재료로 코팅되는 금속이다. 여기에 개시된 구현들과 함께 이용하기 적합한 양태들을 갖는 클램셀-타입 도금 장치의 일반적인 설명은, 양자가 참조에 의해 여기에 포함되는 미국 특허 제6,156,167호 및 미국 특허 제6,800,187호에서 더욱 상세하게 기술된다.
일부 구현에서, 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 는 고저항 가상 애노드 (high-resistance virtual anode; HRVA) 이다. HRVA 는 두께가 약 0.25 인치 내지 1 인치이거나, 또는 두께가 약 0.5 인치일 수도 있다. HRVA 의 개방 면적 (open area) 은 약 1% 내지 2% 일 수도 있다. 약 0.5 인치 두께이고 상기 개방 면적을 가진 HRVA 는, HRVA 가 약 50 배 내지 100 배 (50× 내지 100×) 만큼 차지하는 체적에 걸쳐 전해질 저항을 증가시킬 수도 있다. 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 의 구현의 추가 상세가 이하 주어진다.
보조 캐소드 (350) 는 애노드 (120) 와 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 (135) 사이에 위치결정된다. 소정의 실시형태에서, 보조 캐소드는 워크 피스의 주변 영역에서의 전류 밀도 분포에 상당한 영향을 제공하기 위해 일반적으로 링이거나 또는 환상으로 형상화된다. 일부 경우에, 보조 캐소드 (350) 는 씨프 캐소드 (thief cathode) 로도 지칭된다. 보조 캐소드 (350) 는 전기도금 프로세스 동안 웨이퍼 기판 (130) 의 인접 에지들로부터 도금 전류를 드로잉할 수도 있다. 예를 들어, 보조 캐소드는 이동가능 애노드 챔버 개구부와 HRVA 플레이트 (이하 추가 설명됨) 사이의 좁은 통로가 전해질을 발생시켰지만 긴 저항성 경로의 영향과 결합될 때 웨이퍼 기판의 에지 (예를 들어 약 10 mm 내지 20 mm) 에서의 도금 전류를 저감시킬 수도 있다. 일부 구현에서, 보조 캐소드 (350) 는 독립적인 전력 공급기에 의해 제어될 수도 있다. 보조 캐소드의 구현의 추가 상세가 이하 주어진다.
이동가능 애노드 챔버 (115) 는 예를 들어 폴리머 재료 또는 플라스틱과 같은 절연 재료로부터 제작될 수도 있다. 이러한 재료는 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF) 를 포함한다. 일부 구현에서, 애노드 챔버 또는 애노드 챔버의 피스들은 폴리머 재료 또는 플라스틱으로부터 머시닝될 수도 있다. 애노드 챔버가 플라스틱 또는 폴리머 재료의 상이한 피스들로부터 제작되는 경우, 애노드 챔버의 피스들은 예를 들어 플라스틱 용접 프로세스와 결합될 수도 있다.
이동가능 애노드 챔버 (115) 는 절연 실드 (insulating shield) (150) 를 더 포함할 수도 있다. 절연 실드 (150) 는 또한 예를 들어 폴리머 재료 또는 플라스틱 (예를 들어, 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 및 플로비닐리덴 플루오라이드 (PVDF)) 과 같은 절연 재료로부터 제작될 수도 있다. 절연 실드 (150) 내의, 양이온 멤브레인 (125) 을 포함하는 개구부는 일부 구현에서는 웨이퍼 기판 (130) 의 표면 (face) 의 면적의 약 15% 내지 80% 일 수도 있다. 예를 들어, 450 mm 직경의 웨이퍼 기판의 경우, 절연 실드 (150) 내의 개구부는 직경이 약 140 mm 내지 250 mm 일 수도 있고, 직경이 약 200 mm 내지 320 mm 일 수도 있고, 직경이 약 240 mm 내지 300 mm 일 수도 있고, 또는 직경이 약 200 mm 일 수도 있다. 300 mm 직경의 웨이퍼 기판의 경우, 절연 실드 내의 개구부는 직경이 약 200 mm 내지 270 mm 일 수도 있다. 절연 실드 내의 개구부의 사이즈는 이동가능 애노드 챔버 (115) 에 의해 제공된 터미널 효과 보상의 정도를 부분적으로 결정한다. 예를 들어, 절연 실드 (150) 내의 작은 개구부들은 웨이퍼 에지를 향하는 보다 긴 저항성 통로로 인해 웨이퍼 기판의 더 많은 부분에 걸쳐 터미널 효과 보상을 초래할 것이다. 절연 실드 내의 더 작은 개구부들은 보조 캐소드에 대한 더 적은 부담으로 프로세스가 실행되는 것을 허용한다. 그러나, 개구부가 너무 작으면, 터미널 효과가 과보상되고, 중심이 두꺼운 프로파일 (center-thick profile) 이 발생할 것이다.
일부 구현에서는, 챔버 (105) 는 이동가능 애노드 챔버 (115) 를 포함하는 동시에, 이동가능 애노드 챔버 (115) 와는 상이한 전해질 용액을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 챔버 (105) 는 때로는 음극액으로 지칭되는 제 1 전해질 용액 (107) 을 포함할 수도 있다. 이동가능 애노드 챔버 (115) 는 때로는 양극액으로 지칭되는 제 2 전해질 용액 (117) 을 포함할 수도 있다. 일부 구현에서, 양극액은 음극액과 유사한 조성 (composition) 을 가질 수도 있지만, 예를 들어, 촉진제 (accelerators), 레벨러 (levelers), 및/또는 억제제 (suppressors) 와 같은 첨가제를 배제하지 않는다. 2 개의 전해질 용액들은 이동가능 애노드 챔버 (115) 와 연관된 양이온 멤브레인 (125) 에 의해 분리될 수도 있다. 일부 다른 구현에서, 챔버 (105) 및 이동가능 애노드 챔버 (115) 는 동일한 전해질 용액을 포함할 수도 있다.
양이온 멤브레인 (125) 은, 애노드 (120) 에서 발생된 입자들이 웨이퍼 기판 (130) 의 부근에 진입하여 그 웨이퍼 기판 (130) 을 오염시키는 것을 방지하는 동시에, 이동가능 애노드 챔버 (115) 와 챔버 (105) 사이에서 이온 소통을 허용한다. 양이온 멤브레인 (125) 은 또한 비이온 및 음이온 종들, 이를 테면 배쓰 첨가제가 멤브레인을 통과하여, 애노드 표면에서, 및 도금 프로세스 동안 전류 유동을 재분배하는데 있어서 더 적은 범위까지 열화 (degrade) 되는 것을 방지하며, 이로써 도금 균일성을 개선시키는데 유용할 수도 있다. 적합한 이온 멤브레인들의 상세한 설명은 양자가 여기에 참조에 의해 포함되는 미국 특허 제6,126,798호 및 미국 특허 제6,569,299호에 제공된다. 적합한 양이온 멤브레인들의 추가 상세는 여기에 참조로 포함된, 2008년 12월 17일자로 출원된 발명의 명칭이 "Electroplating Apparatus With Vented Electrolyte Manifold" 인 미국 특허출원번호 제12/337,147호에 제공된다. 적합한 양이온 멤브레인들의 또 다른 상세한 설명은 여기에 참조로 포함된, 2009년 12월 17일자로 출원된 발명의 명칭이 "PLATING METHOD AND APPARATUS WITH MULTIPLE INTERNALLY IRRIGATED CHAMBERS" 인 미국 특허출원번호 제12/640,992호에 제공된다.
일부 구현에서, 애노드 (120) 는 웨이퍼 기판 (130) 의 직경과 유사한 직경을 갖는 재료의 디스크일 수도 있다. 예를 들어, 애노드 (120) 의 직경은, 웨이퍼 기판 (130) 이 약 450 mm 의 직경을 가질 때 약 450 mm 일 수도 있다. 애노드 (120) 의 두께는 약 4cm 내지 8cm, 또는 약 6cm 일 수도 있다. 일부 구현에서, 애노드는, 디스크가 쉽게 교체될 수도 있도록 재료의 디스크의 피스들을 포함할 수도 있다. 일부 다른 구현에서, 애노드는 디스크가 의도했던 것과 유사한 공간을 채우는 재료의 작은 구들 또는 피스들일 수도 있다. 예를 들어, 애노드는 약 0.5cm 내지 2.5cm, 또는 약 1.5cm 의 직경을 가진 재료의 구들일 수도 있다.
상기 언급한 바와 같이, 이동가능 애노드 챔버 (115) 는 전기도금 프로세스 동안 상위 포지션 (예를 들어 1a 및 도 1b 에 도시한 바와 같음) 으로부터 하위 포지션 (예를 들어 도 2 에 도시한 바와 같음) 으로 이동할 수 있다. 상위 포지션과 하위 포지션 사이의 거리는 일부 구현에서는 약 2cm 내지 20cm 일 수도 있다. 예를 들어, 이동가능 애노드 챔버 (115) 는 이동가능 애노드 챔버 (115) 와 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 사이의 거리를 가변시키기 위해 챔버 (105) 에서 약 2cm 내지 20cm 이동할 수도 있다. 일부 다른 구현에서, 상위 포지션과 하위 포지션 사이의 거리는 약 2cm, 약 10cm, 또는 약 8cm 내지 20cm 일 수도 있다.
이동가능 애노드 챔버 (115) 가 그 상위 포지션에 있을 때, 그 이동가능 애노드 챔버 (115) 는 웨이퍼 기판 (130) 에 근접할 수도 있고, 여기서 웨이퍼 기판 (130) 바로 아래에 있을 수도 있는 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 는 웨이퍼 기판 (130) 과 이동가능 애노드 챔버 (115) 사이에 있다. 일부 구현에서, 웨이퍼 기판 (130) 에 면하는 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 의 표면과 웨이퍼 기판 (130) 의 표면 사이의 거리는 약 1 mm 내지 8 mm 일 수도 있다. 일부 구현에서, 더 작은 거리는 제어하기 어려울 수도 있다.
일부 구현에서, 절연 실드 (150) 는 실질적으로 평탄하고, 그 절연 실드 (150) 가 면하는 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 의 표면과 실질적으로 평행이다. 일부 다른 구현에서, 절연 실드 (150) 는 그 외주부로부터 그 내주부 (inner perimeter) 까지 하향으로 움직일 수도 있으며, 여기서 내주부는 개구부를 정의한다. 예를 들어, 절연 실드 (150) 가 수평면과 이루는 각도 (160) 는 일부 구현에서는, 약 0도 내지 30도, 또는 약 15도일 수도 있다. 즉, 일부 구현에서, 절연 실드 (150) 는 원뿔대 (truncated cone) (원뿔대는 베이스와 평행인 평면에 의해 원뿔을 절단하고 정점을 포함한 부분을 제거한 결과이다) 를 형성할 수도 있다. 일부 구현에서, 기울어져 경사진 절연 실드는 시드 층 저항과 관련된 터미널 효과를 보상하는데 도움을 줄 수도 있다. 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 에 대한 더 근접한 간격과 결합된 수평면에 대한 각도가 더 낮은 절연 실드 (150) 는 일부 구현에서는 시드 층을 통하여 오믹 (ohmic) 전압 강하의 보다 강한 보상을 야기한다. 일부 다른 구현에서, 절연 실드 (150) 는 웨이퍼 중심 근방에서는 처음에 높은 각도, 그리고 웨이퍼 에지 근방에서는 보다 완만한 기울기와 같은 복합 형상을 가질 수도 있다.
일부 구현에서, 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 와 애노드 챔버 (115) 에지 (예를 들어, 또는 절연 실드 (150) 의 외주부) 사이의 거리 (145) 는, 애노드 챔버 (115) 가 그 상위 포지션에 있을 때 수 밀리미터 정도일 수도 있다. 일부 다른 구현에서, 그 거리 (145) 는 약 1 mm 내지 10 mm 일 수도 있다. 일부 구현에서, 절연 실드 (150) 가 실질적으로 평탄하고 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 의 표면과 실질적으로 평행인 경우, 그리고 애노드 챔버 (115) 그 그 상위 포지션에 있는 경우, 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 와 애노드 챔버 (115) (예를 들어, 또는 절연 실드 (150) 의 내주부 또는 양이온 멤브레인 (125)) 사이의 거리 (165) 는 수 밀리미터 또는 약 1 mm 내지 10 mm 정도일 수도 있다. 일부 다른 구현에서, 절연 실드 (150) 가 경사진 부분 또는 부분들을 포함하는 경우, 거리 (165) 는 약 3 mm 내지 50 mm 또는 약 20 mm 내지 30 mm 일 수도 있다.
양이온 멤브레인 (125) 을 가진 절연 실드 (150) 에 의해 정의한 바와 같이, 그 중심에 개구부를 갖는 이동가능 애노드 챔버 (115) 의 경우, 웨이퍼 기판 (130) 의 에지 근방의 이동 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 까지 전해질을 통한 긴 경로가 있다. 이 긴 경로는 상대적으로 높은 전기 저항을 가지며, 이로써 웨이퍼 기판 (130) 의 에지로의 전류 유동을 억제한다. 사실상, (이동가능 애노드 챔버가 그 상위 포지션에 있을 때) 그 이동가능 애노드 챔버 (115) 내의 개구부와 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 사이의 전해질을 통한 높은 저항은 웨이퍼 기판 에지로부터 웨이퍼 기판 중심까지 시드 층을 통한 높은 저항에 대응한다. 일부 구현에서, 터미널 효과의 완화를 또한 돕기 위해 애노드 챔버 (115) 가 그 상위 포지션에 있는 경우, 저항성 시드 층 상을 전기도금할 때 보조 캐소드 (350) 가 또한 사용될 수도 있다. 그러나, 웨이퍼 표면 (130) 에 면하는 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 의 표면과 웨이퍼 기판 (130) 의 표면 사이의 거리가 큰 경우 (약 8 mm 보다 큰 경우), 그 상위 포지션에 있는 애노드 챔버 (115) 와 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 의 충돌이 저하될 수도 있다.
따라서, 이동가능 애노드 챔버 (115) 가 도 1a 및 도 1b 에 도시한 바와 같이 그 상위 포지션에 있는 경우, 저항성 시드 층들로 인한 터미널 효과의 균형이 잡힐 수도 있다. 그러나, 터미널 효과는 전기도금 프로세스 동안 금속 두께가 증가함에 따라 감소한다. 터미널 효과가 감소하면, 그 상위 포지션에 있는 이동가능 애노드 챔버 (115) 는 웨이퍼 기판의 중심에 두꺼운 금속 층을 초래할 수도 있으며, 이는 바람직하지 않다.
따라서, 얇은 저항성 시드 층으로 인한 터미널 효과가 시드 층 상에 도금되는 금속으로 인해 감소하기 시작하는 경우, 애노드 챔버 (115) 는 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 로부터 멀리 이동될 수도 있다. 시드 층 상에의 전기도금이 진행됨에 따라, 애노드 챔버 (115) 는, 도 2 에 도시한 바와 같이, 애노드 챔버 (115) 가 그 하위 포지션에 있을 때까지 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 로부터 더욱더 멀리 이동될 수도 있다. 애노드 챔버 (115) 가 그 하위 포지션에 있을 때, 절연 실드 (150) 내의 개구로부터 웨이퍼 기판 에지와 웨이퍼 기판 중심 양자까지의 전해질을 통한 경로는 동일한 값에 접근한다. 이 경로에서의 작은 차이는 예를 들어 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 의 저항으로 인해 무시해도 될 정도가 될 수도 있다. 임의의 타입의 메커니즘이 이동가능 애노드 챔버 (115) 를 챔버 (105) 내의 상이한 포지션들로 이동시키는데 이용될 수도 있다. 일부 구현에서는, 공기식 메커니즘 또는 기계식 메커니즘이 이용될 수도 있다.
일부 구현에서, 애노드 챔버 (115) 의 이동 속도는 도금 프로세스의 후속 (later) 스테이지들에서보다 도금 프로세스의 처음에 더 빠를 수도 있다. 이것은 도금 프로세스의 시작에서 시드 층 도전성의 변화가 크기 때문일 수도 있다. 즉, 도금 프로세스가 시작될 때, 시드 층 도전성은 처음에는 금속이 시드 층 상에 도금될 때 급속히 증가한 후, 추가적인 금속이 도금될 때는 더 느린 속도로 증가할 수도 있다. 예를 들어, 일부 구현에서, 애노드 챔버 (115) 는 도금의 처음 몇 초 사이에 약 0.5cm/s (centimeters per second) 내지 2cm/s 의 속도로 이동할 수도 있다. 일부 구현에서, 애노드 챔버 (115) 는 도금의 처음 수 초 후 또는 처음 5 초 후 약 0.1cm/s 내지 0.5cm/s 의 속도로 이동할 수도 있다.
일부 구현에서, 보조 캐소드 (350) 에 인가된 전류는, 금속이 웨이퍼 기판 (130) 상에 도금될 때 웨이퍼 기판 (130) 에 걸친 균일한 전류 밀도가 유지되도록 애노드 챔버 (115) 의 이동에 따라 조정될 수도 있다. 일반적으로, 보조 캐소드 (350) 에 인가된 전류는 애노드 챔버 (115) 를 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 로부터 멀리 이동함과 함께 감소한다. 일부 구현에서, 보조 캐소드 (350) 는, 애노드 챔버 (115) 가 그 하위 포지션에 있는 경우 두꺼운 금속 필름 상을 전기도금할 때에는 이용되지 않을 수도 있다. 그러나, 보조 캐소드 (350) 는, 웨이퍼 기판 에지에서의 금속의 얇은 층이 요망될 때 애노드 챔버 (115) 가 그 하위 포지션에 있을 때 사용될 수도 있다.
예를 들어, 일부 구현에서, 두께가 0nm 내지 5nm 인 구리 시드 층 또는 구리 시드 층과 구리 도금된 층의 조합에 구리를 전기도금할 때 애노드 챔버는 그 상위 포지션에 있을 수도 있다. 두께가 0nm 내지 5nm 인 구리의 층은 약 50 Ohms/square 내지 5 Ohms/square 또는 약 50 Ohms/square 내지 10 Ohms/square 의 시트 저항을 가질 수도 있다. 구리 전기도금 프로세스가 진행됨에 따라, 애노드 챔버는, 거의 약 10nm 의 구리가 퇴적되고 있는 동안, 그 상위 포지션의 하방에서 약 2cm 내지 4cm 까지 시간의 경과에 따라 이동할 수도 있다. 상위 포지션으로부터 상위 포지션 하방의 약 2cm 내지 4cm 로의 애노드 챔버의 이동은 전기도금 프로세스가 시작한 후 처음 수 초 사이에 발생할 수도 있다. 구리 층의 시트 저항은 이 프로세스 포인트에서 약 2 Ohms/square 일 수도 있다. 구리 전기도금 프로세스가 계속됨에 따라, 애노드 챔버는, 거의 약 30nm 의 구리가 퇴적되고 있는 동안 그 상위 포지션 하방의 약 8cm 내지 20cm 까지 시간의 경과에 따라 이동할 수도 있다. 구리 층의 시트 저항은 이 프로세스 포인트에서 약 0.4 Ohms/square 일 수도 있다. 애노드 챔버는, 도금된 구리 두께가 약 50nm 보다 클 때 그 하위 포지션에 도달할 수도 있다.
일부 구현에서, 전류 밀도는 도금의 후속 스테이지들과 비교하여 애노드 챔버가 그 상위 포지션에 있는 도금의 초기 스테이지들 동안 낮아질 수도 있다 (예를 들어 약 3 내지 10mA/cm2 (milliamps per square centimeter)). 일부 구현에서, 전류 밀도는, 애노드 챔버가 그 하위 포지션에 있는 도금의 후속 스테이지들에서 약 30 내지 50mA/cm2 일 수도 있다.
요약하면, 절연 실드 내의 개구부를 가진 이동가능 애노드 챔버가 그 상위 포지션에 있을 때, 웨이퍼 기판 에지들은 애노드로부터 격리될 수도 있다. 이동가능 애노드 챔버가 그 하위 포지션에 있을 때, 두꺼운 금속 층 위에의 전기도금은 중심이 두꺼운 프로파일 대신에 균일할 수도 있다. 이동가능 애노드 챔버는 일부 구현에서는, 터미널 효과를 효과적으로 보상하기 위해 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 및 보조 캐소드와 결합될 수도 있다.
일부 다른 구현에서, 양이온 멤브레인은 이동가능 애노드 챔버와 연관되지 않을 수도 있고 대신에 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 하방에 위치할 수도 있다. 따라서, 애노드 챔버 (115) 와 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 사이의 거리 (145) 는 일부 구현에서는 부분적으로 이 양이온 멤브레인에 의해 디멘져닝될 수도 있다. 이들 구현에서, 양이온 멤브레인은 (예를 들어 절연 실드가 기울기 및/또는 각도를 포함하는 경우) 절연 실드에 매칭하는 기울기 및/또는 각도를 포함할 수도 있다. 또한, 이들 구현에서, 양이온 멤브레인 하방의 전해질은, 애노드 챔버의 절연 실드의 개구부 내에 다른 멤브레인이 없다면 애노드 챔버와 공유될 수도 있다.
일부 다른 구현에서는, 전기도금 장치는 이동가능 애노드 챔버 대신에 이동가능 실드를 포함할 수도 있다. 이동가능 실드는 터미널 효과의 완화를 돕기 위해 다른 기법들과 결합될 수도 있다. 예를 들어, 일부 구현에서, 전기도금 장치는 보조 캐소드, 이온 저항성 이온 도전성 엘리먼트, 및 이동가능 실드를 포함할 수도 있다. 일부 구현은 제 2 보조 캐소드 (348) 를 더 포함한다.
도 3a 및 도 3b 는 이동가능 실드를 가진 전기도금 장치의 단면 개략도의 예들을 도시한다. 도 1a, 도 1b 및 도 2 에 도시된 전기도금 장치 (100) 와 유사하게, 전기도금 장치 (300) 는 챔버 (305) 및 웨이퍼 기판 (130) 을 유지하도록 구성되는 기판 홀더 (110) 를 포함한다. 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 는 애노드 (315) 와 기판 홀더 (110) 사이에 위치할 수도 있다. 보조 캐소드 (350) 는 애노드 (120) 와 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 (135) 사이에 위치결정될 수도 있다. 도 3c 내지 도 3f 는 또한 소정의 실시형태들에 따른 전기도금 장치의 단면 개략도의 예들이며, 이는 이하 더 상세하게 설명된다.
전기도금 장치 (300) 는 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 (135) 와 애노드 (315) 사이에 위치결정된 이동가능 실드 (320) 를 더 포함한다. 일부 구현에서, 이동가능 실드는 2 개의 절연 디스크들 (325 및 330) 을 포함할 수도 있다. 도 4a 및 도 4b 는 이동가능 실드 (320) 의 하나의 구현의 등축 투영도의 예들을 도시한다. 도 4a 는 위에서 아래로 내려다 본 도면을 도시하고, 도 4b 는 아래에서 위로 올려다 본 도면을 도시한다. 다른 구현에서는, 이동가능 실드 (320) 는 단일 피스이다.
이동가능 실드는 중심 영역에 개구부를 갖고 있을 수도 있다. 예를 들어, 450 mm 직경의 웨이퍼 기판의 경우, 이동가능 실드 내의 개구부는 직경이 약 140 mm 내지 250 mm 일 수도 있고, 직경이 약 200 mm 내지 320 mm 일 수도 있고, 직경이 약 240 mm 내지 300 mm 일 수도 있으며, 또는 직경이 약 200 mm 일 수도 있다. 300 mm 직경의 웨이퍼 기판의 경우, 절연 실드 내의 개구부는 직경이 약 200 mm 내지 270 mm 일 수도 있다.
일부 구현에서, 전기도금 장치 (300) 는 챔버 (305) 를 음극액 챔버와 애노드 (315) 를 포함하는 양극액 챔버로 분리하는 양이온 멤브레인 (312) 을 포함한다. 전기도금 장치 (300) 내의 양이온 멤브레인 (312) 은 이동가능 실드 (320) 상방에 위치하지만 (즉, 이동가능 실드가 양극액 챔버 내에 있다), 일부 구현에서는, 양이온 멤브레인 (312) 은 이동가능 실드 (320) 하방에 위치할 수도 있다 (즉 이동가능 실드는 음극액 챔버 내에 있다).
일부 구현에서, 애노드 (315) 는 웨이퍼 기판 (130) 의 직경과 유사한 직경을 갖는 재료의 디스일 수도 있다. 예를 들어, 애노드 (315) 의 직경은, 웨이퍼 기판 (130) 이 약 450 mm 의 직경을 가질 때 약 450 mm 일 수도 있다. 애노드 (315) 의 두께는 약 4cm 내지 8cm, 또는 약 6cm 일 수도 있다. 일부 구현에서, 애노드는, 디스크가 쉽게 교체될 수도 있도록 재료의 디스크의 피스들을 포함할 수도 있다. 일부 다른 구현에서, 애노드는 디스크가 의도했던 것과 유사한 공간을 채우는 재료의 피스들의 작은 구들일 수도 있다. 예를 들어, 애노드는 약 0.5cm 내지 2.5cm, 또는 약 1.5cm 의 직경을 가진 재료의 구들일 수도 있다.
일부 구현에서, 이동가능 실드 (320) 는 2 개의 절연 디스크들 (325 및 330) 을 포함한다. 이동가능 실드 (320) 의 제 1 절연 디스크 (325) 개구부 (326) 를 포함하고, 제 2 절연 디스크 (330) 는 개구부 (331) 를 포함한다. 개구부들 (326 및 331) 은 각각 절연 디스크들 (325 및 330) 의 중심 영역에 있다. 제 1 및 제 2 절연 디스크들 (325 및 330) 내의 개구부들 (326 및 331) 의 면적은 일부 구현에서는, 기판의 도금면의 면적의 약 15% 내지 80% 일 수도 있다. 제 1 절연 디스크 (325) 는 제 2 절연 디스크 (330) 의 개구부 (331) 내에 피팅하는 플랜지 (327) 를 포함할 수도 있다. 제 2 절연 디스크 (330) 는 절연 디스크의 강성을 증가시키기 위해 복수의 릿지들 (ridges) (332) 을 포함할 수도 있다. 각각의 절연 디스크는 두께가 약 0.5cm 내지 2cm 일 수도 있고, 또는 두께가 약 1.3cm 일 수도 있다. 이동가능 실드 (320) 의 외주부는 전기도금 장치에서 도금될 웨이퍼 기판의 직경보다 약간 클 수도 있다. 예를 들어, 450 mm 직경의 웨이퍼의 경우, 이동가능 실드 (320) 의 외주부는 약 460 mm 내지 500 mm, 또는 약 480 mm 일 수도 있다. 이동가능 실드 (320) 는 예를 들어 폴리머 재료 또는 플라스틱과 같은 절연 재료로 만들어질 수도 있다. 이러한 재료는 폴리페닐렌 설파이드 (PPS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리카보네이트, 클리어 폴리비닐 클로라이드 (PVC), 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF), 및 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 을 포함한다.
제 1 절연 디스크 (325) 는 복수의 홀들 (328) 을 포함할 수도 있고, 제 2 절연 디스크 (330) 는 또한 복수의 홀들 (333) 을 포함할 수도 있다. 제 1 절연 디스크 (325) 및 제 2 절연 디스크 (330) 가 서로 접촉하거나 또는 서로 근접하게 위치하는 경우, 디스크들 각각 내의 홀들이 서로 오프셋되기 때문에 복수의 홀들 (328 및 333) 을 통하여 어떠한 유체 (예를 들어 전해질) 도 유동가능하지 않을 수도 있다. 그러나 제 1 절연 디스크 (325) 및 제 2 절연 디스크 (330) 가 작은 거리만큼 서로 분리되는 경우, 유체 (예를 들어 전해질) 가 복수의 홀들 (328 및 333) 을 통하여 유동가능할 수도 있다. 유체가 복수의 홀들 (328 및 333) 을 통하여 유동가능하게 하는데 필요한 분리의 거리는 일부 구현에서는 약 0.5 mm 내지 2 mm 일 수도 있다.
이동가능 실드 (320) 는 챔버 (305) 내의 상위 포지션 및 하위 포지션을 가질 수도 있다. 일부 구현에서, 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 와 이동가능 실드 (320) 사이의 거리 (340) 는, 이동가능 실드 (320) 가 그 상위 포지션에 있을 때 수 밀리미터 정도일 수도 있다. 일부 다른 구현에서, 그 거리 (340) 는 약 1 mm 내지 10 mm 일 수도 있다. 이동가능 실드 (320) 는, 이동가능 실드 (320) 가 그 상위 포지션에 있을 때 애노드 (315) 로부터 약 12cm 내지 21cm, 약 15cm 내지 18cm, 또는 약 7cm 내지 14cm 일 수도 있다. 이동가능 실드의 상위 포지션과 하위 포지션 사이의 거리는 약 5cm 내지 15cm, 약 6cm 내지 12cm, 또는 약 10cm 일 수도 있다. 이동가능 실드 (320) 는, 이동가능 실드 (320) 가 그 하위 포지션에 있을 때 애노드 (315) 로부터 약 2cm 내지 11cm, 또는 약 5cm 내지 8cm 일 수도 있다.
이동가능 실드 (320) 가 그 상위 포지션에 있을 때, 제 1 절연 디스크 (325) 및 제 2 절연 디스크 (330) 는, 복수의 홀들 (328 및 333) 을 통하여 어떠한 전해질도 유동가능하지 않도록 서로 근접할 수도 있다. 이 구성에서는, 애노드 (315) 로부터 웨이퍼 기판 (130) 의 에지로의 전해질을 통한 경로가 길기 때문에 (즉 애노드로부터의 경로가 제 1 절연 디스크 (325) 및 제 2 절연 디스크 (330) 내의 중심 개구부들 (326 및 331) 을 통과해야 한다) 웨이퍼 기판 상의 얇은 저항성 시드 층으로 인한 터미널 효과의 균형이 잡힐 수도 있다. 이 긴 경로는 상대적으로 높은 전기 저항을 가질 수도 있고, 이로써 웨이퍼 기판 (130) 의 에지로의 전류 유동을 억제할 수도 있다. 사실상, 절연 디스크들 (325 및 330) 내의 중심 개구부들 (326 및 331) 과 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 사이의 전해질을 통한 높은 저항은, 웨이퍼 기판 에지로부터 웨이퍼 기판 중심으로의 시드 층을 통한 높은 저항에 대응할 수도 있다.
그러나, 터미널 효과는, 전기도금 동안 금속 두께가 증가함에 따라 감소한다. 터미널 효과가 감소하면, 그 상위 포지션에 있는 이동가능 실드 (320) 는 웨이퍼 기판의 중심에 두꺼운 금속 층을 초래할 수도 있으며, 이는 바람직하지 않다.
따라서, 얇은 저항성 시드 층으로 인한 터미널 효과가 금속이 시드 층 상에 도금되기 때문에 감소하기 시작하는 경우, 이동가능 실드 (320) 는 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 로부터 멀리 이동될 수도 있다. 시드 층 상에의 전기도금이 진행됨에 따라, 이동가능 실드 (320) 는, 이동가능 실드 (320) 가 그 하위 포지션에 있을 때까지 이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트 (135) 로부터 더욱더 멀리 이동될 수도 있다. 이동가능 실드 (320) 가 그 상위 포지션으로부터 그 하위 포지션으로 이동될 때, 제 1 절연 디스크 (325) 및 제 2 절연 디스크 (330) 는, 이동가능 실드 (320) 가 아래로 이동함에 따라 증가하는 거리만큼 서로 분리될 수도 있다. 이동가능 실드 (320) 가 그 하위 포지션에 있을 때, 제 1 절연 디스크 (325) 및 제 2 절연 디스크 (330) 는 약 0.5 mm 내지 10 mm 만큼 서로 분리될 수도 있다. 임의의 타입의 메커니즘이 이동가능 실드를 챔버 내의 상이한 포지션들로 이동시키는데 이용될 수도 있다. 일부 구현에서는, 공기식 메커니즘 또는 기계식 메커니즘이 이용될 수도 있다.
따라서, 이동가능 실드 (320) 가 그 상위 포지션으로부터 그 하위 포지션으로 이동함에 따라, 절연 디스크들 (325 및 330) 각각 내의 복수의 홀들 (328 및 333) 을 통한 다량의 전해질 유동이 허용될 수도 있다. 이것은 금속이 웨이퍼 기판 상에 도금되고 터미널 효과가 감소할 때 전해질을 통한 (즉 절연 디스크들 내의 복수의 홀들을 통한) 교번의 전기 도전성 경로들을 허용한다. 이동가능 실드 (320) 의 움직임에 의해, 그리고 (즉, 복수의 홀들을 통한 전해질의 유동을 허용하기 위해) 절연 디스크들 (325 및 330) 의 서로에 대한 움직임에 의해, 웨이퍼 기판의 에지는 계속해서 비차폐되어, 보다 두꺼운 금속 층에 도금할 때 웨이퍼 기판의 표면에 걸쳐 고른 전류 분포를 허용한다.
일부 구현에서, 이동가능 실드 (320) 의 이동 속도는 도금 프로세스의 후속 스테이지들보다 도금 프로세스의 처음에 더 빠를 수도 있다. 이것은 도금 프로세스의 시작에서 시드 층 전도율의 변화가 크기 때문일 수도 있다. 즉, 도금 프로세스가 시작되는 경우, 시드 층 전도율은 처음에는 금속이 시드 층 상에 도금될 때 급속히 증가한 후, 추가적인 금속이 도금될 때에는 더 느린 속도로 증가할 수도 있다. 예를 들어, 일부 구현에서, 이동가능 실드 (320) 는 도금의 처음 수 초 사이에 약 0.4cm/s 내지 2cm/s 의 속도로 이동할 수도 있다. 일부 구현에서, 이동가능 실드 (320) 는 도금의 처음 수 초 후, 또는 처음 5 초 후 약 0.1cm/s 내지 0.8cm/s 의 속도로 이동할 수도 있다.
예를 들어, 일부 구현에서, 두께가 0nm 내지 5nm 의 구리 시드 층 또는 구리 시드 층과 구리 도금된 층의 조합에 구리를 전기도금할 때 이동가능 실드는 그 상위 포지션에 있을 수도 있다. 두께가 0nm 내지 5nm 인 구리의 층은 약 50 Ohms/square 내지 5 Ohms/square 또는 약 50 Ohms/square 내지 10 Ohms/square 의 시트 저항을 가질 수도 있다. 구리 전기도금 프로세스가 진행됨에 따라, 실드는, 거의 약 10nm 의 구리가 퇴적되고 있는 동안 그 하위 포지션 하방의 약 0.1cm 내지 3cm 까지 시간의 경과에 따라 이동할 수도 있다. 구리 층의 시트 저항은 이 프로세스 포인트에서 약 2 Ohms/square 일 수도 있다. 구리 전기도금 프로세스가 계속됨에 따라, 실드는, 거의 약 30nm 의 구리가 퇴적되고 있는 동안 그 상위 포지션 하방의 약 3cm 내지 10cm 까지 시간의 경과에 따라 이동할 수도 있다. 구리 층의 시트 저항은 이 프로세스 포인트에서 약 0.4 Ohms/square 일 수도 있다. 이동가능 실드는, 도금된 구리 두께가 약 50nm 보다 클 때 그 하위 포지션에 도달할 수도 있다.
다른 구현에서, 전기도금은, 이동가능 실드가 상위 포지션에 고정된 채 있는 수 초 동안 진행 허용될 수도 있다. 예를 들어, 실드는 전기도금의 처음 대략 4 내지 8 초 동안, 또는 전기도금의 처음 6 초 동안 상위 포지션에 고정된 채 유지될 수도 있다. 이 스테이지 동안, 보조 캐소드 및 이용된다면 2 차 보조 캐소드는 모두 전류를 수용하고 있을 수도 있다. 그 후, 이동가능 실드는 대략 6 내지 8밀리미터/초의 속도로 상위 포지션으로부터 하위 포지션으로 이동하기 시작할 수도 있다. 소정의 실시형태에서, 보조 캐소드는 이동가능 실드가 이동하기 시작하기 전에 턴오프되거나 또는 램프 다운하기 시작한다. 다른 실시형태에서, 보조 캐소드는, 이동가능 실드가 이동중인 후까지 턴오프되지 않거나 또는 램프 다운되지 않는다.
2 차 보조 캐소드는 이동가능 실드가 그 상위 포지션으로부터 그 하위 포지션으로 이동하기 전, 이동하는 동안 또는 이동한 후에 턴오프되거나 또는 램프 다운하기 시작할 수도 있다. 2 차 보조 캐소드가 이용되는 대부분의 구현에서, 2 차 보조 캐소드는 보조 캐소드로의 전류가 턴오프되었거나 또는 램프 다운하기 시작한 후의 시간 주기 동안 전류를 계속 수용할 것이다. 예를 들어, 소정의 경우에, 보조 캐소드는 실드가 여전히 상위 포지션에 있을 때 턴오프될 수도 있는 한편, 2 차 보조 캐소드는 실드가 그 하위 포지션에 도달한 후 턴오프될 수도 있다. 전기도금은 보조 캐소드와 2 차 보조 캐소드가 모두 턴오프된 후 계속될 수도 있다.
도 3b 는 450 mm 웨이퍼를 도금하기 위한 전기도금 장치의 일부의 단면 개략도의 다른 예를 도시한다. 특히, 이 도면은 챔버의 중심 (r = 0 mm) 으로부터 챔버의 에지 (r=225 mm) 까지의 전기도금 챔버의 절반에 초점을 맞춘다. 이 예에서, 애노드 (315) 는 220 mm 의 반경 및 약 80 mm 의 높이를 갖는다. 실드스탑 (362) (실드가 이동을 멈추는 포인트) 이 이 예에서는 애노드 상방의 약 100 mm 또는 20 mm 의 높이에 위치한다. 그러나, 일부 구현에서, 애노드와 실드스탑 사이의 거리는 이 거리보다 작을 수도 있고 또는 클 수도 있다.
이 예에서의 실드 이동 (364) 은 95 mm 이며, 이는 전기도금 프로세스 과정에 걸쳐 실드가 이동하는 거리를 나타낸다. 다른 실시형태에서, 실드 이동 (364) 은 약 75 mm 와 120 mm 사이이다. 실드 개구부 (366) 는 이 예에서는 150 mm 의 반경을 갖는다. 다른 경우, 실드 개구부 (366) 의 반경은 약 100 mm 내지 160 mm 사이, 또는 약 120 mm 내지 150 mm 사이의 범위에 이른다. 300 mm 웨이퍼의 경우, 실드 개구부 (366) 는 약 100 mm 와 135 mm 사이일 수도 있다.
보조 캐소드 링 (350) 은 이 예에서는 높이가 1/2 인치이다. 다른 구현에서, 보조 캐소드 (350) 는 높이가 약 0.25 인치와 1 인치 사이일 수도 있다. 일반적으로, 보조 캐소드들의 높이가 높을수록, 그들이 더 많은 전류를 이동시킬 수 있기 때문에 애노드로부터의 전류를 더 잘 형성화가능하다. 그러나, 보조 캐소드 (350) 의 높이는 원하는 실드 이동 (364) 에 의해 제한된다. 즉, 많은 구현들에서는, 이동가능 실드 (320) 가 동작 동안 항상 보조 캐소드 (350) 하방에 있기 때문에, 보조 캐소드 (350) 의 높이가 높을수록 실드가 (320) 가 이동하는데 이용가능한 거리가 적어진다. 대부분의 구현에서, 보조 캐소드 (350) 는 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 (301) 하방의 약 20 mm 내지 40 mm 이하, 예를 들어 30 mm 이하에 위치한다.
2 차 보조 캐소드 링 (350) 은 이 예에서는 폭이 약 1 인치이며, 그것은 도시한 바와 같이 사이드 채널에 속한다. 본 발명의 일부 실시형태들에서, 2 차 보조 캐소드 (350) 는 폭이 0.25 인치와 1 인치 사이일 수도 있다. 다른 실시형태에서, 2 차 보조 캐소드는 없을 수도 있다. 가상 2 차 보조 캐소드 (348) 는, 물리적 2 차 보조 캐소드 링 (360) 이 전기도금 동안 기판의 에지로부터 전류를 우회시키는 역할을 하는 포인트에 위치한다. 이 예에서, 가상 2 차 보조 캐소드 (348) 는, 2 차 보조 캐소드 (348) 를 유지하는 사이드 채널이 나머지 전기도금 챔버 (305) 에 모이는 포지션에서, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 (HRVA) (301) 상방에 위치한다.
양이온 멤브레인 (312) 은 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 (301) 와 애노드 (315) 사이에서 발견된다. 양이온 멤브레인 (312) 은 실드 (320) 와 보조 캐소드 (350) 양쪽보다 위에 있다. 대부분의 구현들에 있어서, 양이온 멤브레인 (312) 은 실드 (320) 의 최상 위치보다 10 밀리미터와 30 밀리미터 사이 위에, 예를 들어, 실드보다 10 밀리미터 위에 있다. 애노드 (315) 와 기판 (130) 사이의 거리는, 대부분의 구현들에 있어서, 약 150 밀리미터와 250 밀리미터 사이에 있다.
이동가능 실드 (320) 가 2 개의 절연 디스크들을 포함하는 예들에 있어서, 제 1 및 제 2 절연 디스크들 사이의 거리는, 이동가능 실드가 그의 상측 위치로부터 그의 하측 위치로 이동함에 따라, 증가될 수도 있다. 예를 들어, 이동가능 실드의 상측 위치에서, 절연 디스크들은 전해질이 복수의 홀들을 통해 흐를 수 없도록 서로에 대해 포지셔닝될 수도 있다. 이동가능 실드의 하측 위치에서, 절연 디스크들은 전해질이 복수의 홀들을 통해 흐를 수 있도록 서로 이격되어 포지셔닝될 수도 있다. 일부 구현에서는, 시간이 흐름에 따라 제 1 및 제 2 절연 디스크들 사이의 분리가 증가될 수도 있다.
일부 다른 구현에서, 디스크들이 서로 분리됨에 따라 복수의 홀들을 통한 전해질의 흐름을 허용하는 제 1 및 제 2 절연 디스크들 대신에, 그 디스크들은 복수의 홀들을 통한 전해질의 흐름을 허용하도록 서로에 대해 회전될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 절연 디스크들이 서로에 대해 하나의 위치에 있는 경우, 제 1 절연 디스크에서의 복수의 홀들이 제 2 절연 디스크에서의 복수의 홀들을 오버랩하지 않을 수도 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 절연 디스크들이 서로에 대해 다른 위치로 회전하는 경우, 제 1 절연 디스크에서의 복수의 홀들은 제 2 절연 디스크에서의 복수의 홀들과 중첩할 수도 있어서, 유체가 복수의 홀들을 통해 흐르는 것이 가능하도록 한다.
추가의 구현들에 있어서, 제 1 및 제 2 절연 디스크들은 이동가능 애노드 챔버와 연관될 수도 있다. 예를 들어, 도 1a, 도 1b 및 도 2 와 관련하여 설명된 이동가능 애노드 챔버는, 도 3a, 도 3b 및 도 4 와 관련하여 설명된 제 1 및 제 2 절연 디스크들을 포함할 수도 있고, 그 절연 디스크들은 절연 실드를 대신한다. 일부 구현에서, 이러한 애노드 챔버를 갖는 도금 챔버가, 터미널 효과를 더 완화시키기 위해 제공할 수도 있다.
여기에 설명된 장치는, 상술한 바와 같이, 프로세스 동작들을 달성하기 위한 하드웨어를 포함할 수도 있고, 또한, 개시된 구현들에 따라 프로세스 동작들을 제어하기 위한 명령들을 갖는 시스템 제어기 (미도시) 를 포함할 수도 있다. 시스템 제어기는, 장치가 개시된 구현들에 따라 방법을 수행할 수 있도록 명령들을 실행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들 및 하나 이상의 메모리 디바이스들을 포함할 수도 있다. 개시된 구현들에 따라 프로세스 동작들을 제어하기 위한 명령들을 포함하는 머신 판독가능 매체는 시스템 제어기에 커플링될 수도 있다.
이온 도전성 이온 저항성 엘리먼트의 구조
일부 실시형태에서, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 포어들의 연속 3차원 네트워크를 갖는 미소공성 플레이트 또는 디스크 (예를 들어, 세라믹 또는 유리의 소결 입자들로 이루어진 플레이트들) 이다. 예를 들어, 다공성 플레이트는, 웨이퍼 기판에 대한 애노드의 일반적인 방향으로 디스크를 거쳐 수직으로 뿐만 아니라 횡측으로 (예를 들어, 중심으로부터 디스크의 에지로) 이온 전류가 이동할 수 있는 결합 포어들을 포함하는 3차원 포어 네트워크를 갖는다. 이러한 플레이트들에 대한 적합한 설계들의 예는, 여기에 참조로서 포함된 미국 특허 제7,622,024호에 기재되어 있다.
일부 다른 구현에서, 스루홀들이 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트에 제공되어, 엘리먼트의 보디 내에서 실질적으로 서로 유통하지 않는 채널들을 형성함으로써, 그 엘리먼트에서의 이온 전류의 횡측 움직임을 최소화한다. 1차원인 방식으로, 실질적으로 저항성 엘리먼트 부근의 가장 가까운 도금된 표면에 수직인 벡터 방향으로 전류가 흐른다.
1-D 스루홀들 (HRVA 또는 1-D 다공성 HRVA 라고도 지칭된다) 을 갖는 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는, 때때로, 복수의 홀들이 드릴링된 (또는 그렇지 않으면 형성된) 이온 저항성 재료로 이루어진 디스크 (다른 형태들이 또한 이용될 수도 있다) 이다. 그 홀들은 디스크의 보디 내에 유통 채널들을 형성하지 않으며, 웨이퍼의 표면과 실질적으로 수직인 방향으로 디스크를 통해 일반적으로 연장된다. 디스크 보디용으로, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVDF (polyvinylidene diflouride), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리술폰 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 이온 저항성 재료들이 이용될 수 있다. 디스크 재료들은 산성 전해질 환경에서의 열화에 대해 저항성이고, 비교적 단단하며, 머시닝에 의해 프로세싱하기가 용이할 수도 있다.
일부 구현에서, 이온 저항성 엘리먼트는, 워크 피스에 아주 근접하여 전체 시스템의 저항을 좌우하거나 "압도" 하는, 다수의 절연 및 미연결된 이온 투과성 스루홀들을 갖는 HRVA (예를 들어, 이온들의 통과를 허용하는 다수의 구성들 또는 포어들을 갖는 저항성 디스크) 이다. 웨이퍼 시트 저항에 비해 상당한 저항성을 갖는 경우, 그 엘리먼트는 균일한 분배 전류 소스에 근접하게 될 수 있다. 워크 피스를 저항성 엘리먼트 표면에 가까이 유지시킴으로써, 엘리먼트 상부로부터 표면까지의 이온 저항은 엘리먼트의 상부로부터 워크 피스 에지까지의 이온 경로 저항보다 훨씬 더 작아서, 얇은 금속 필름의 시트 저항을 보상하고 워크 피스의 중심에 비해 상당한 양의 전류를 제공한다. 기판에 아주 근접하여 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 이용하는 것과 연관된 몇몇 이익과 상세는, 여기에 참조로서 포함된 미국 특허 제7,622,024호에 상세히 기재되어 있다.
이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트가 1차원 이상의 전류 흐름을 허용하는지 여부에 상관없이, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 웨이퍼 기판과 동일하게 연장되어, 도금되는 웨이퍼의 직경에 일반적으로 가까운 직경을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들어, 엘리먼트 직경은 약 150 mm 와 450 mm 일 수도 있고, 약 200 mm 엘리먼트는 200 mm 웨이퍼용으로 이용되고, 약 300 mm 엘리먼트는 300 mm 웨이퍼용으로 이용되며, 약 450 mm 엘리먼트는 450 mm 웨이퍼용 등으로 이용된다. 웨이퍼가 일반적으로 원형 형상을 갖지만 에지에서 불규칙성을 갖는 예들에서, 예를 들어, 웨이퍼가 코드 (chord) 로 절단되는 플랫 영역들 또는 노치들을 갖는 예들에서, 디스크 형상의 엘리먼트가 여전히 이용될 수 있지만, 2008년 11월 7일자로 출원된 미국 특허출원 제12/291,356호에 기재된 바와 같이, 다른 보상 조정들이 이 시스템에 수행될 수 있다.
일부 구현에서, 그 엘리먼트는, 도금되는 웨이퍼의 직경보다 더 큰 (예를 들어, 200 mm, 300 mm, 또는 450 mm 보다 더 큰) 직경을 가지며, 홀이 없는 외측 에지 부분을 갖는다 (1차원 HRVA 의 경우). 웨이퍼의 주변 주위에 작은 갭 (웨이퍼의 에지 또는 웨이퍼-홀딩 컵의 바닥 중 어느 하나와 HRVA 에지 부분 사이의 주변 갭) 을 생성하기 위해, 그리고 HRVA 를 챔버 내에, 예를 들어, 챔버 벽에 장착하는 것을 돕기 위해, 이러한 에지 부분이 이용될 수 있다. 일부 구현에서, 홀이 없는 HRVA 에지의 사이즈는, HRVA 의 외측 에지로부터, 홀들을 갖는 HRVA 의 부분의 에지까지 약 5 mm 내지 50 mm 이다.
1차원 HRVA 의 경우, 디스크에 형성된 스루홀들의 개수는 비교적 클 수도 있지만, 각 홀의 직경은 매우 작을 수도 있다. 일반적으로, 각 홀의 직경은 HRVA 로부터 웨이퍼 갭까지의 약 1/4 보다 더 작다. 일부 구현에서, 홀들의 개수는 약 6,000 내지 12,000 이고, 각 홀 (또는 적어도 95% 의 홀들) 은 약 1.25 mm 보다 작은 직경 (또는 다른 주된 치수) 을 갖는다. 일부 구현에서, HRVA 의 두께는 약 5 mm 내지 50 mm, 예를 들어, 약 10 mm 내지 25 mm 일 수도 있다. 일부 구현에서, HRVA 는 약 5% 이하의 다공성일 수도 있다.
일부 다른 구현에서, 불균일한 분포의 홀들, 또는 웨이퍼가 불균일한 홀 분포를 경험하도록 블로킹된 홀들을 갖는 영역들을 갖는 HRVA 를 이용하는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 홀 분포는 더 많은 전류를 웨이퍼의 중심에 영구히 제공할 수도 있어서, 균일한 홀 분포가 이용되는 경우보다 고저항 시드층이 더 균일하게 도금되도록 한다. 그러나, 두꺼운 필름 (즉, 낮은 시트 저항을 가짐) 은, 불균일한 홀 분포가 이용되는 경우 더 불균일하게 도금되려는 경향이 있다. 블로킹되거나 미싱 (missing) 된 홀들은 방사상으로, 방위각으로, 또는 양쪽 방향으로 불균일할 수도 있다. 일부 구현에서, 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 웨이퍼 및 애노드 표면에 실질적으로 평행하게 포지셔닝되고, 1차원 스루홀들은 웨이퍼와 애노드 표면 사이의 방향에 평행하게 배향된다. 일부 다른 구현에서는, 홀들 중 적어도 일부가 엘리먼트 두께에 대한 홀 길이를 변화시키도록 변형된 상대각을 가져서, 저항에 대한 홀들의 로컬 기여를 변형시킨다.
여기서는 HRVA 가 이른바 확산 플레이트들과 구별되고; 확산 플레이트의 주 기능은 상당한 전기적 저항을 제공하는 것보다는 전해질의 흐름을 분배시키는 것이라는 것에 주목하는 것이 중요하다. 1) 그 흐름이 비교적 균일하고, 2) 갭이 웨이퍼 홀더와 확산면 사이에서 상당히 크며, 3) 웨이퍼와 애노드 사이의 공간이 (예를 들어, 비-이동가능 애노드에 대해) 상당히 큰 한, 낮은 전기적 저항 확산과 웨이퍼 사이의 상대적인 갭은, 고 시트 저항 웨이퍼를 도금하는 경우, 일반적으로 전류 분포에 대해 작은 영향만을 갖는다.
반대로, 1차원 HRVA 의 경우, 다수의 작은 스루홀들을 제공함으로써 전류가 방사상으로 흐르는 것이 방지되고, 각 스루홀은 매우 작은 기본 치수 (또는 원형 홀들에 대한 직경) 를 갖는다. 예를 들어, 각 구멍이 약 5 mm 보다 작은, 예를 들어, 약 4 mm, 약 3 mm, 또는 약 1 mm 보다 작은 직경을 갖는 약 6,000 개 내지 12,000 개의 구멍들을 갖는 HRVA들은 적합한 저항성 엘리먼트들이다. 적합한 디스크들에 대한 다공성 값은 일반적으로 약 1% 내지 5% 이다. 이러한 디스크들은, 설계 및 전해질 도전성에 의존하여, 도금 시스템의 저항을 약 0.3 옴 내지 1.2 옴 이상씩 증가시킨다. 반대로, 확산 플레이트들은, 일반적으로, 상당한 점성 흐름 저항을 통한 실질적으로 균일한 전해질 흐름을 달성하기 위해 필요한 것일 뿐인, 훨씬 더 큰 네트 다공성을 (25 내지 80 퍼센트 오픈 보이드율의 범위에서) 구성하는 개구들을 가지며, 일반적으로, 도금 시스템의 저항에 대해 훨씬 더 작고 종종 미미한 전체 기여를 갖는다.
(확산 플레이트와는 달리) HRVA 가 상당한 저항률을 가질 수도 있지만, 일부 구현에서, HRVA 는 시스템 총 저항을 약 5 이상의 옴씩 증가시키지 않도록 구성된다. 더 큰 시스템 총 저항이 이용될 수도 있지만, 이러한 제한은, 과도한 저항이 요구되어 이용될 전력을 증가시켜서 전기도금 시스템의 바람직하지 않은 가열을 초래하기 때문이다. 또한, 생산성 (즉, 다수의 또는 매우 작은 직경 홀들을 생성함), 성능 (즉, 보다 적은 홀들이 개별 홀 전류 "이미징" 을 발생시킴), 및 일반적인 프로세스 이용의 손실 (예를 들어, 전력 소모, 가열 또는 조 (bath) 열화 없이 더 얇은 필름들을 도금할 수 없음) 의 어떤 실질적인 제한들 때문에, 약 5 옴이 실질적인 HRVA 제한이다.
1차원 저항성 엘리먼트의 다른 파라미터는 웨이퍼로부터의 엘리먼트의 거리에 대한 스루홀 직경 (또는 다른 주된 치수) 의 비율이다. 이 비율이 대략 1 이하일 (예를 들어, 약 0.8 보다 작거나 또는 약 0.25 보다 작을) 수도 있다는 것이 실험적으로 발견되고 그 후에 컴퓨터 모델링에 의해 검증되었다. 일부 구현에서, 이 비율은 양호한 도금 균일성 성능을 제공하기 위해 약 0.1 이다. 바꾸어 말하면, 스루홀의 직경은, HRVA 엘리먼트로부터 웨이퍼까지의 거리와 동일해야 하거나 또는 더 작아야 한다. 반대로, 스루홀 직경이 웨이퍼로부터 HRVA 까지의 거리보다 더 큰 경우, 스루홀은 개별 전류 이미지 또는 "풋프린트" 를 그 위의 도금층 상에 남길 수도 있어서, 도금에 있어서 작은 스케일 불균일성을 초래한다. 위에서 설명한 홀 직경 값들은, 웨이퍼에 근접한 HRVA 표면 상에서 측정된 스루홀 개구의 직경이라고 지칭한다. 다수의 구현에서, HRVA 의 근접 면과 말단 면 양쪽에 대한 스루홀 직경은 동일하지만, 홀들이 또한 테이퍼될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
웨이퍼에서의 전류의 분포는 또한, HRVA 에 대한 홀 분포의 균일성에 의존할 수도 있다. 홀 분포에 관하여, HRVA 플레이트에서의 홀들은 작은 사이즈가 되도록 설계될 수도 있고, 실질적으로 균일하게 분포된다. 그러나, 일부 경우에서, 이러한 배열은 도금된 필름 두께의 중심 스파이크 또는 딥 (dip), 또는 주름진 (요동하는) 패턴을 초래할 수도 있다. 구체적으로, 중심에서 균일한 분포의 홀들을 갖는 HRVA 의 이용은 1 마이크로미터 도금층에 대해 약 200 Å 내지 300 Å 의 중심 스파이크를 일으킨다.
하나의 구현에서, HRVA 의 중심 영역에서의 불균일한 분포의 1-D 포어들/홀들은 중심 스파이크들을 방지하기 위해 이용될 수도 있다. HRVA 의 중심 영역은, 일반적으로, HRVA 디스크의 중심으로부터 약 1 인치 반경 내에서, 또는 웨이퍼 반경의 약 15% 내에서, HRVA 중심에서의 원형 영역에 의해 규정된다. 스파이크 감소에 효과적인 불균일한 분포의 스루홀들은, 홀들을 시프트하는 것, 새로운 홀들을 부가하는 것, 및/또는 다른 균일한 패턴의 홀들을 블로킹하는 것에 의해 달성되는 다양한 배열을 가질 수 있다. 다양한 불균일한 중심 홀 패턴들은 도금 불균일성을 회피하기 위해 유용할 수도 있고, 여기에 참조로서 포함된 2008년 11월 7일자로 출원된 미국 특허출원 제12/291,356호에 기재되어 있다.
보조 캐소드의 구조
보조 캐소드 (350) 는 애노드 (120) 와 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 (301) 사이에 위치될 수도 있다. 보조 캐소드 (350) 는 그 자신의 전해질 흐름 루프 (미도시) 및 펌프 (미도시) 를 가질 수도 있다. 보조 캐소드 (350) 의 구성들에 관한 추가 상세는, 여기에 참조로서 포함된 2008년 11월 7일자로 출원된 미국 특허출원 제12/291,356호 및 2009년 6월 9일자로 출원된 미국 특허출원 제12/481,503호에 제공된다.
일부 구현에서, 보조 캐소드는 다수의 세그먼트들을 포함하고, 그 세그먼트들 각각은, 개별 파워 서플라이에 의해, 또는 제 2 물리적 캐소드의 세그먼트들을 독립적으로 전력공급하도록 구성된 다수의 채널들을 갖는 하나의 파워 서플라이를 이용함으로써, 개별적으로 전력공급될 수 있다. 이러한 세그먼트화 보조 캐소드는 비-원형 또는 비대칭 웨이퍼들, 이를테면, 플랫 영역들을 갖는 웨이퍼들을 도금하는 것에 유용할 수도 있다; 일부 웨이퍼들은 웨이퍼 "플랫들", 예를 들어, 정렬에 이용되는 웨이퍼 에지에서의 웨이퍼의 절단된 아크를 포함한다. 그러나, 일반적으로, 독립적으로 전력공급되는 세그먼트들을 갖는 세그먼트화 보조 캐소드는, 미세 튜닝 도금 균일성을 허용함에 따라, 임의의 종류의 워크 피스 (대칭 또는 비대칭) 에서 이용될 수 있다. 구체적으로는, 세그먼트화 보조 캐소드는 웨이퍼의 상이한 방위각 위치에서 전류 보정들을 제공하기 위해 이용될 수 있다.
보조 캐소드 세그먼트들은 웨이퍼와 동일한 도금 챔버 또는 주 도금 챔버와 이온 유통하는 상이한 도금 챔버 중 어느 하나의 도금 챔버에서 웨이퍼 아래, 웨이퍼와 동일 레벨, 또는 웨이퍼 위에 위치될 수 있다. 세그먼트들이 웨이퍼 주위에서 상이한 방위각 위치로 정렬되는 한, 세그먼트들의 임의의 배열이 이용될 수 있다. 세그먼트들의 개수는 프로세스의 필요성에 의존하여 변화될 수 있다. 일부 구현에서, 약 2 개 내지 10 개의 세그먼트들이 이용된다.
(예를 들어, 이동하는 기계적 실드 또는 아이리스만을 통해) 웨이퍼에 제공된 전류를 변조시키기 위해 보조 캐소드를 채용하는 이점들 중 하나는, 금속이 퇴적됨에 따라 금속 시트 저항이 급격히 변화하는 것을 설명하기 위해, 보조 캐소드에 인가된 전류의 레벨이 도금 프로세스 (예를 들어, 몇 초보다 더 짧은 시간) 동안 급격히 동적으로 제어될 수 있다는 점이다. 이것은 도금 프로세스에서의 상이한 시간 동안 도금 불균일성을 최소로 유지하도록 돕는다. 예를 들어, 보조 캐소드에 인가된 전류의 레벨은 그 층이 얇을 때 높은 레벨에서 시작할 수 있고, 그 후에 도금층의 두께가 증가하고 터미널 효과의 강도율 (severity) 이 감퇴됨에 따라 도금 동안 (예를 들어, 몇 초의 주기에 걸쳐) 점진적으로 또는 점차 감소될 수 있다.
워크 피스 근처에서 포지셔닝되는 제 2 보조 캐소드 및/또는 HRVA 는, 워크 피스의 도금면에 영향을 끼칠 수 있고, 워크 피스의 표면에 아주 근접한 영역에서만 전압과 전류 분포를 변화시킴으로써 웨이퍼에 대한 전류 분포를 변경할 수 있다. 이들 엘리먼트들은 워크 피스 표면, 이를테면 HRVA 아래로부터의 상당한 거리에서 애노드에서 또는 전해질 내에서의 전류 분포에 상당한 영향을 주지 않는다. 따라서, (여기에 설명한 바와 같이 웨이퍼 또는 HRVA 근처에 위치된 제 2 보조 캐소드 및/또는 HRVA 를 이용한) 이 측정들은, HRVA 아래에 상주하는 애노드에 더 가까운 전류 분포에 대해 거의 영향을 미치지 않거나 아무런 영향도 미치지 않는다. 다수의 경우, 이온 전류 분포는 애노드와 HRVA 사이의 영역에 거의 일정하게 유지된다.
단독의 HRVA 는 일반적으로, HRVA 이 없는 구성에 비해 긴 범위의 방사상 전류 분포를 (덜 균일한 것으로부터 더 균일한 것으로) 개선한다. 그러나, 실드함에 있어서 기계적으로 활성화된 동적 변화 또는 두께/시트 저항 범위에 걸친 애플리케이션으로 제한되는 특정 방사상 포어 패턴 없이, 방사상 전류 분포는 일반적으로, 완벽하게 균일해지지 않는, 일반적으로는 중심이 얇아지려는 경향이 있다. 웨이퍼 기판과 HRVA 에 의해 생성된 갭 외측에서 그리고 웨이퍼 에지 주변에, HRVA 위에 포지셔닝된 2차 보조 캐소드는, (통상적으로 에지로부터 약 1 cm 내지 3 cm 내의 영역으로 제한되는) 에지 전류 분포에 동적으로 영향을 미칠 수 있지만, 중심 도금 영역의 전류 분포를 변화시키지 않는다. 애노드 위와 HRVA 아래에서 포지셔닝된 이동가능 실드는 또한, 도금 챔버에서의 전류 분포에 동적으로 영향을 미치는 것을 도울 수 있다. 그러나, 일부 애플리케이션에 대해, 여기에 설명된 바와 같이 HRVA 및/또는 제 2 보조 캐소드 및/또는 이동가능 실드를 이용하는, 특히 시트 저항이 과도하게 큰 상황은, 터미널 효과를 완전히 극복하기에는 불충분할 수도 있다.
매우 높은 저항 시드 또는 시드/배리어 조합층들이 이용되는 경우 터미널 효과를 적절하게 해결하기 위해, 워크 피스로부터 양호하게 이동되는 위치, 즉, 애노드에 비교적 더 가까운 위치에서, 전해질 내부의 전류 분포를 변형할 필요가 있을 수도 있다. 여기에 설명된 소정의 실시형태들에 있어서, 이것은 HRVA 아래에서 그리고 워크 피스와 애노드 사이에서의 위치에서 보조 캐소드를 포지셔닝함으로써 달성된다. 보조 캐소드는 웨이퍼에 평행한 평면에서 전해질 내부의 전류 밀도 분포를 변형하도록 HRVA 아래에서 형상화되고 배향되며, 워크 피스의 에지 영역들 아래와 그 에지 영역들에 대응하는 평면의 영역들에서 전류 밀도와 전류 벡터 (흐름 방향) 를 감소시키는 방식으로 워크 피스로부터 조금 멀리 위치된다. 이것은 도금 챔버에서의 워크 피스 아래에 배치되는 물리적 아이리스 또는 실드의 온-웨이퍼 효과와 유사하다. 그런 이유로, 웨이퍼와 애노드 사이의 전류 경로에 배치된 실드와 같은 물리적 아이리스의 결과와 유사한 결과를 달성하기 위해 전자 보조 전극이 이용되기 때문에, 본 발명의 실시형태들의 보조 전극들은 때때로 "전자 아이리스들" 또는 "EIRIS" 라고 지칭된다. 그러나, EIRIS 의 경우, 전류 벡터 궤적이, 더 큰 반경에서 블로킹되고 실드를 이용하여 내측으로 강압되고 압착되는 것보다는, 방사상으로 외측으로 시프트된다.
부연하면, EIRIS 와 물리적 아이리스 또는 실드 사이의 하나의 차이점은, 애노드로부터의 전류 모두가 아이리스 또는 실드 제약을 "통해 압착" 됨에 따라 실드에서의 개구를 통과한다는 점이다. 전류는 실드에 의해 대부분 또는 완전하게 블로킹되고, 상측으로 통과하기 전에 에지 영역들로부터 방사상으로 내측으로 재라우팅된다. 그 결과, 실드 개구의 영역에서의 중심 전류 밀도가 일반적으로 증가된다. EIRIS 의 경우, 에지 전류의 일부가 일반적으로 보조 전극을 향해 방사상으로 외측으로 전환됨에 따라, 애노드로부터 나온 전류 모두가 웨이퍼에 도달하지 않는다. 보조 캐소드 위에서는, 웨이퍼에서 제공된 전류 밀도 벡터가 그 전환 때문에 감소되려는 경향이 있지만, EIRIS 위의 EIRIS-장비된 전기도금 장치의 중심 영역에서의 전류 밀도는 비-EIRIS 경우에 비해 단지 약간 감소되거나 어쩌면 변경되지 않는다.
보조 캐소드가 동작하는 영역은 일반적으로 기판 표면에 평행하고 그와 분리되어 있다. 일반적으로, 전류가 HRVA 표면에 도달하기 전에 더 불균일한 프로파일로 재분배하는 공간을 갖지 않도록, HRVA 의 더 낮은 표면에 비교적 가까이 위치된 보조 캐소드를 갖는 것이 바람직하다. 소정의 구현들에 있어서, HRVA 의 더 낮은 표면과 보조 캐소드 사이의 거리 d 는, 금속이 도금되는 웨이퍼의 반경 r 과 대략 동일하거나 더 작다 (즉, d ~ ≤ r). 보조 캐소드는 또한, 애노드로부터의 전류가, 과도하게 큰 보조 캐소드 전압 또는 전류 없이 방향을 변경하는 공간을 갖도록, 애노드의 평면보다 상당히 위에 있어야 한다.
일반적으로, 웨이퍼와 HRVA (시스템이 HRVA 를 갖는 경우) 아래와 애노드 챔버의 보조 캐소드의 거리는 웨이퍼 직경의 약 50% 보다 작도록 유지되어야 한다. 예를 들어, 300 mm 웨이퍼에 대해, 보조 캐소드는 웨이퍼보다 약 0.75 인치 내지 6.5 인치 사이 아래에 그리고 HRVA 보다 약 0.25 인치 내지 6 인치 사이 아래에 있을 수도 있다. 반대로, 웨이퍼, HRVA (채용되는 경우), 및 보조 캐소드에 대한 애노드의 위치는 기능 수행과 공학적 낭비 사이의 절충이다. 통상적으로, 애노드는 일반적으로, 애노드 챔버 내에 그리고 이 3 개의 엘리먼트들 모두 아래에 있어야 한다. 전기도금 장치가 웨이퍼, HRVA, 및 보조 전극 아래에 멀리 위치된, 예를 들어, 웨이퍼보다 40 인치 아래에 위치된 애노드를 가질 수도 있지만, 이러한 전기도금 장치는, 기능이 수행될 수 있는 동안, 많은 초과 전력을 필요로 한다.
이미 설명한 바와 같이, 보조 캐소드는 HRVA 의 바닥면 또는 웨이퍼에 비교적 가까워야 한다. 추가의 예로서, 보조 캐소드가 웨이퍼보다 39 인치 아래에 위치되고 애노드가 웨이퍼보다 40 인치 아래에 위치된 경우 (즉, 적절히 애노드의 평면에 가깝고 HRVA 의 바닥으로부터 멀리 위치된 경우), 애노드로부터의 전류 대부분은 EIRIS 로 가지만, 전기도금 장치 애노드 챔버의 더 낮은 영역을 통과한 것은 웨이퍼에 도달하기 전에 먼 거리를 이동해야 한다. 이러한 거리에 걸쳐, 웨이퍼에서의 균일성이 EIRIS 의 존재에 의해 크게 좌우되지 않도록, 전류는 HRVA 와 웨이퍼에 도달할 때까지 상이한 전류 분포로 다시 평행을 유지하려는 경향이 있다. 대안적으로, 애노드가 상술한 바와 같이 EIRIS 보다 실질적으로 아래에 있는 경우 뿐만 아니라, 애노드가 웨이퍼로부터 0.75 인치, HRVA 보다 0.25 인치 아래에 있고, EIRIS 에 실질적으로 평행하거나 또는 EIRIS 위에서 평탄한 경우, 전기도금 장치는 또한 동작하지 않는데, 그 이유는 EIRIS 가 셀의 더 중심 영역들로부터 전류를 제거하는데 효과적이지 않기 때문이다. 따라서, 일부 실시형태에서, 웨이퍼에 가장 가까운 물리적 애노드들 (또는 가상 애노드 마우스 (mouth)) 표면의 거리는, 웨이퍼에 가장 가까운 EIRIS 전극 (또는 가상 EIRIS 캐비티 마우스) 의 평면 아래에서 최종적으로 웨이퍼 직경의 약 1/10 이어야 한다. 예를 들어, 300 mm 웨이퍼에 대한 포인트에 가장 가까운 EIRIS 전극들의 평면은 웨이퍼보다 50 mm 아래에 있고 HRVA 보다 25 mm 아래에 있으면, 애노드는 그 평면보다 적어도 약 30 mm 아래에 있어야 하거나, 또는 웨이퍼보다 총 80 mm (30 + 50 = 80) 아래에 있어야 한다.
도 3c 내지 도 3f 의 실시형태들에 있어서, 보조 캐소드 (350) 는 HRVA 아래에 위치된다. 그 보조 캐소드는 애노드 챔버 (즉, 확산 챔버 또는 밀봉된 애노드 챔버 중 어느 하나) 내에 포지셔닝된다. 도 3c 내지 도 3f 에 도시된 실시형태에서, 보조 캐소드는 확산 챔버 (308) 에서, 양이온 멤브레인 위에 위치된다. 도 3c 내지 도 3f 에 도시된 실시형태에서, 보조 캐소드 (350) 는, 그 자신의 전해질 흐름 회로 및 펌프 (미도시) 를 갖는 챔버 (341) 에 하우징된 물리적 캐소드 (339) 를 포함한다. 일부 실시형태에서, 보조 캐소드의 사이즈 (즉, 가상 캐소드 챔버의 개구의 높이) 는, 도금되는 웨이퍼의 반경의 약 5% 내지 15% (소정 실시형태들에 있어서는, 약 10%) 이다. 도 3c 내지 도 3f 에서, 전해질은 351 에서 보조 캐소드 챔버 (341) 에 진입하고 352 에서 빠져나온다. 보조 캐소드 챔버는 이온-투과성 멤브레인 (344) 에 의해 확산 챔버 (308) 로부터 분리된다. 강성 프레임워크가 그 멤브레인에 대한 지지체를 제공할 수도 있다. 멤브레인 (344) 은 확산 챔버 (308) 와 보조 캐소드 챔버 (341) 사이의 이온 유통을 허용함으로써, 전류가 보조 캐소드 (350) 로 전환되도록 한다. 멤브레인 (344) 의 다공성은 미립자 재료를 보조 캐소드 챔버 (341) 로부터 확산 챔버 (308) 로 교차시켜 웨이퍼 오염을 초래하는 것을 허용하지 않도록 한다. 일부 실시형태에서, 이온-투과성 멤브레인 (344) 은 내피온 (Nafion) 과 같은 양이온 멤브레인이고, 그 멤브레인은 (예를 들어, 후술되는 엘리먼트 (349) 에 비해) 상당한 이온 저항을 발생시키지 않는다. 보조 캐소드 챔버와 애노드 챔버 사이의 유체 유통 및/또는 이온 유통을 허용하는 다른 메커니즘들은, 상술된 이온 멤브레인들과 양이온 멤브레인들을 포함하여, 본 발명의 범위 내에 있다. 예로는, 멤브레인 (344) 이외에도 불투과성 벽이 애노드 챔버에서의 전해질과 보조 캐소드 챔버에서의 전해질 사이에 일부 배리어를 제공하는 설계들을 포함한다.
일부 실시형태에서, 보조 캐소드 (350) 와 연관된 물리적 캐소드 (339) 는 보조 캐소드 챔버 (341) 내에 위치된 금속의 환형 형상 스트립이다. 물리적 캐소드 (339) 는, 예를 들어, 전극 케이블 (미도시) 에 부착된 관통형 커넥터에 의해 파워 서플라이 (370) 에 연결된다. 물리적 캐소드 (339) 를 포함하는 금속 및 그의 표면은 전기도금 조건 하에서 불활성인 것이 바람직하다. 물리적 캐소드로서 이용될 수 있는 불활성 금속들의 예로는, 탄탈륨, 텅스텐, 티타늄, 팔라듐 또는 백금, 팔라듐 또는 백금 금속 기판, 이를테면, 티타늄 또는 텅스텐 또는 탄탈륨, 이리듐, 이리듐 티타늄 등을 포함한다. 일부 실시형태에서, 물리적 캐소드 재료로서 도금되는 동일한 재료가 이용된다. 예를 들어, 구리를 포함하는 물리적 캐소드는 구리가 도금되는 경우에 이용될 수도 있다.
보조 캐소드 챔버 (341) 및 물리적 캐소드 (339) 의 치수는 전기도금 프로세스의 요구에 의존하여 변화할 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 물리적 캐소드의 폭은, 도금되는 웨이퍼의 반경의 약 10% 내지 20% (소정의 실시형태들에 있어서는 약 15%) 이다. 하나의 실시형태에서, 물리적 캐소드는, 약 0.1 mm 내지 2 mm 의 두께, 약 0.5 cm 내지 5 cm 의 폭, 및 애노드 챔버의 외측 주변 영역을 이동하는 길이를 갖는, 금속의 스트립이다. 다른 캐소드 구성들의 실시형태들은, 원형 바들 (O-형상의 트로이드들), C-형상의 바들, 개별 코일들이 작은 원을 규정하고 전체 코일 구조가 보조 캐소드 또는 애노드 챔버의 주 도금 베젤을 둘러싸는 원형 구성을 갖는 코일들을 포함한다.
보조 캐소드 챔버가 작은 체적으로 제한될 필요는 없지만, 일반적으로 애노드 챔버보다 작은데, 애노드 챔버의 약 1% 내지 20% 의 체적을 가지며, 일부 실시형태에서는 약 5% 의 체적을 갖고 있다. 상술한 바와 같이, 전류가 웨이퍼 표면에 도달하기 전에 재분배하는 공간을 갖지 않도록, HRVA 의 더 낮은 표면에 비교적 가까이 위치된 보조 캐소드를 갖는 것이 일반적으로 바람직하다. HRVA 의 더 낮은 표면과 보조 캐소드 사이의 거리 d 는, 금속이 도금되는 웨이퍼의 반경 r 과 대략 동일하거나 더 작다 (즉, d ~ ≤ r). HRVA 가 채용되지 않는 실시형태들에 있어서, 웨이퍼와 보조 캐소드 사이의 거리 d 는 일반적으로, 금속이 도금되는 웨이퍼의 반경 r 의 1.3 배와 대략 동일하거나 더 작아야 한다 (즉, d ~ ≤1.3r). 보조 캐소드는 또한, 애노드로부터의 전류가, 과도하게 큰 보조 캐소드 전압 또는 전류 없이 방향을 변경하는 공간을 갖도록, 애노드의 평면보다 상당히 위에 있어야 한다.
추가의 실시형태들에 있어서, 일반적으로 HRVA 자체의 것과 구성이 유사하고 특히 작거나 또는 다수의 홀들을 필요로 하지 않는 고 이온 저항성 다공성 멤브레인 (349) 은 보조 캐소드 챔버와 애노드 챔버 사이에 포지셔닝된다. 이러한 멤브레인은 전류 분포를 전기도금 셀의 측면들에 형성하도록 기능하여, 더 균일해지도록 한다. 멤브레인은 이 목적을 위해 통상적으로 약 1% 내지 5% 다공성 사이를 갖는다. 그 멤브레인은 작은 1차원 홀들을 포함할 수도 있고 또는 포함하지 않을 수도 있다. 이러한 기능의 멤브레인 (349) 의 저항은 일반적으로, 웨이퍼 전방에서의 HRVA (301) 의 저항에 상응하여, 보조 전극에 대한 전류 분포 균일성을 개선할 뿐만 아니라, 가상 보조 전극 마우스에서의 전류가 더 균일해지도록/일관되도록 한다. 소정의 실시형태들에 있어서, 고 이온 저항성 다공성 멤브레인 (349) 은 약 25 mm 두께보다 작고, 바람직하게는 약 12.5 mm 두께보다 작다. 멤브레인 (349) 에서의 예시적인 홀 직경 사이즈는 약 1 mm 와 10 mm 사이이다. 슬롯들 또는 다른 개구들이 또한 이용될 수 있다.
일부 경우, 전기도금 장치에서 도금 기판 아래에 위치된 보조 캐소드를 이용하는 경우, HRVA 를 이용하지 않는 것이 바람직할 수도 있다. 예를 들어, 이러한 HRVA 가 없는 시스템은, 웨이퍼의 시트 저항이 스퀘어 당 약 5 옴보다 크지 않는 경우에 요청될 수도 있다. 일부 경우, 단독의 보조 캐소드 (아래에 더 상세히 설명하는 바와 같이, 애노드 챔버 위에 그리고 웨이퍼 홀더 주변에 위치된 제 2 보조 캐소드와 결합하는 것이 바람직하지만 반드시 필요한 것은 아니다) 는, 추가 비용과 HRVA 의 복잡성 없이, 웨이퍼에 의해 경험된 전류 밀도의 균일성을 충분한 레벨로 개선하는 것이 가능할 수도 있다.
제 2 보조 캐소드 (348) 는 애노드 챔버 외측에, HRVA-웨이퍼 갭 (316) 외측에, 그리고 주변 갭 (317) 외측에 위치된다. 상술한 바와 같이, 도 3b 내지 도 3f 에 도시된 실시형태에서의 제 2 보조 캐소드는 가상 캐소드이다. 보조 캐소드와 유사한 제 2 보조 캐소드는 관련 제 2 물리적 캐소드 (360), 챔버 (343) 를 갖고, 도 3c 내지 도 3f 에 도시된 바와 같이, 그 자신의 전해질 흐름 루프, 펌프 (미도시), 및 양이온 멤브레인 (346) 을 포함할 수도 있다. 도 3c 내지 도 3f 에서, 전해질은 354 에서 챔버 (343) 에 진입하고 356 에서 빠져나온다. 양이온 멤브레인 (346) 은 제 2 보조 캐소드 챔버와 도금 셀 사이의 이온 유통을 허용하지만, 제 2 보조 캐소드에서 발생된 어떠한 입자들도 도금 챔버 내에 진입하는 것을 방지한다. 제 2 보조 캐소드의 구성에 관한 추가 상세는, 이미 참조로서 포함된 2008년 11월 7일자로 출원된 미국 출원 제12/291,356호에서 제공된다.
일부 실시형태에서, 제 2 보조 캐소드의 제 2 물리적 캐소드는 다수의 세그먼트들을 포함하고, 그 세그먼트들 각각은, 개별 파워 서플라이에 의해, 또는 제 2 물리적 캐소드의 세그먼트들을 독립적으로 전력공급하도록 구성된 다수의 채널들을 갖는 하나의 파워 서플라이를 이용함으로써, 개별적으로 전력공급될 수 있다. 이러한 세그먼트화 제 2 물리적 캐소드는 비-원형 또는 비대칭 웨이퍼들, 이를테면, 플랫 영역들을 갖는 웨이퍼들을 도금하는 것에 특히 유용하다. 오늘날에는 아주 드물지만, 일부 웨이퍼들은 웨이퍼 "플랫들", 예를 들어, 정렬에 이용되는 웨이퍼 에지에서의 웨이퍼의 절단된 아크를 포함한다. 그러나, 일반적으로, 독립적으로 전력공급되는 세그먼트들을 갖는 세그먼트화 제 2 물리적 캐소드는, 미세 튜닝 도금 균일성을 허용함에 따라, 임의의 종류의 워크 피스 (대칭 또는 비대칭) 에서 이용될 수 있다. 구체적으로는, 세그먼트화 제 2 물리적 캐소드는 웨이퍼의 상이한 방위각 위치에서 전류 보정들을 제공하기 위해 이용될 수 있다.
웨이퍼 플랫 영역에서의 전류 밀도가 일반적으로 웨이퍼의 원형 영역에서의 전류 밀도와 상이하기 때문에, 상이한 양의 전류가 다른 부분들에 비해 웨이퍼 플랫 부분으로부터 전환될 필요가 있다. 이에 따라, 하나의 실시형태에서, 제 2 물리적 캐소드 세그먼트들은 웨이퍼 회전과 병행하여 전력공급되어, 웨이퍼 플랫 영역과 정렬된 세그먼트들에 제 1 레벨의 전류가 공급되지만, 웨이퍼의 원형 부분들과 정렬된 제 2 물리적 캐소드 세그먼트들에 제 2 레벨의 전류가 공급되도록 한다.
제 2 물리적 캐소드 세그먼트들은 웨이퍼와 동일한 도금 챔버 또는 주 도금 챔버와 이온 유통하는 상이한 도금 챔버 중 어느 하나의 도금 챔버에서 웨이퍼 아래, 웨이퍼와 동일 레벨, 또는 웨이퍼 위에 위치될 수 있다. 세그먼트들이 웨이퍼 주위에서 상이한 방위각 위치로 정렬되는 한, 세그먼트들의 임의의 배열이 이용될 수 있다. 세그먼트들의 개수는 프로세스의 필요성에 의존하여 변화될 수 있다. 일부 구현에서, 약 2 개 내지 10 개의 세그먼트들 사이가 이용된다.
상술한 바와 같이, 제 2 보조 캐소드의 다수 세그먼트화 제 2 물리적 캐소드는 웨이퍼에 아주 근접하게 배치된 1-D HRVA 에서 특히 유용하지만, 이것은 여기에 개시된 다양한 도금 장치 피처들과 독립적 및 협력적 양쪽으로 이용될 수 있는 개별 실시형태이다.
가상 전극
2 종류의 전류 소스 (또는 싱크) 전극들은 여기에 설명된 도금 장치에서 가상 전극 및 물리적 전극으로 인식해야 한다. 양쪽 타입의 전극들은 전류 소스들 (애노드들) 또는 전류 싱크들 (캐소드들) 중 어느 하나를 제공한다.
물리적 전극들은 보통, 전기화학 반응이 전해질 계면에서 발생하는 고체 (또는 일부 상황에서 수은과 같은 도전성 액체를 이용하는 경우에는 액체) 물리적 구조들인 금속 (예를 들어, 구리) 과 같은 도전성 재료로 통상적으로 구성되는 전기화학 인터페이스들로서 알려져 있다. 물리적 전극의 일 예는 구리 전착 또는 산화가 발생하는 하나의 구리이다. 전기도금 챔버의 전해질 내에 배치된 이 물리적 도전성 애노드들 또는 캐소드들은 다양한 치수들을 가질 수 있고, 전극의 타입과 그의 원하는 기능에 의존하여, 전기도금 챔버 내에, 여기에 설명된 애노드 챔버 내측 또는 외측에, 도금 기판 또는 HRVA 플레이트의 측면 위, 아래 또는 그 측면에, 원한다면 어느 곳이든 위치될 수 있다. 물리적 전극이 한정된 사이즈 (깊이) 를 갖지만, 전극이 (예를 들어, 금속의 고체 부분으로서) 비-다공성인 경우, 반응 전류 분포에 대한 물리적 전극들의 영향은 일반적으로, 챔버 내의 전해질에 노출된 전극의 표면 윤곽으로 주로 제한된다.
가상 전극은, 그 가상 전극의 위치로부터 이동된 위치에 위치되는 관련 물리적 전극을 갖는다. 바꾸어 말하면, 가상 전극 및 그 관련 물리적 전극의 위치들은 어떤 거리만큼 분리되어 있다. 그러나, 가상 전극은 그의 관련 물리적 전극과 이온 도통 (ionically conductive communication) 된다. 그의 물리적 전극 이외에도, 물리적 전극과 연관된 전류 및 전류 분포를 억제하는 절연 또는 고 저항성 캐비티 구조에 의해 가상 전극이 규정된다. 이러한 구조는 통상적으로 전기도금 용액과 접촉한다. 절연 또는 고 이온 저항성 구조 없이, 물리적 전극으로부터의 전류 분포는 가상 전극의 위치에서 상당히 더 불균일할 수 있다. 통상적인 절연 구조는, 도금 챔버의 더 큰 영역에 대한 개구 또는 마우스 (예를 들어, 챔버의 주 부분에 대한 개구) 를 제외한 모든 방향으로 물리적 전극을 둘러싸는 포커싱 튜브 또는 포커싱 캐비티이다. 이러한 설계에서의 가상 전극의 효과적인 위치는 가상 전극의 마우스 (즉, 캐비티 또는 다른 한정 구조가, 전기도금되는 워크 피스를 포함하는 영역과 같은 도금 베젤의 더 큰 영역으로 개방된 위치) 이다. 절연 구조에서 캐비티에 의해 규정된 가상 캐소드의 일 예는 도 3b 의 엘리먼트 348 로서 도시되어 있고, 여기서 관련 물리적 캐소드는 엘리먼트 360 으로 도시되어 있다. 고 이온 저항성 구조와 캐비티에 의해 형성된 가상 애노드의 일 예는 도 3a 의 엘리먼트 301 로서 도시된 고 저항성 가상 애노드 (HRVA) 이고, 애노드 (315) 와 연관된다. 다른 가상 애노드들은, 여기에 참조로서 모든 목적으로 포함된 2005년 1월 20일자로 출원된 미국 특허출원 제11/040,359호에 설명되어 있다.
종종, 가상 전극은 3 개의 엘리먼트들에 의해 특징지어질 수 있다: 1) 물리적 전극, 2) 이온 전류가 물리적 전극으로 또는 물리적 전극으로부터 흐르는 방식을 한정하는 이온 도전성 전해질을 함유하는 유전체 하우징 캐비티 및 3) 하나 이상의 캐비티 마우스(들). 나타낸 바와 같이, 유전체 하우징 캐비티 구조는 기본적으로 가상 전극 캐비티 마우스(들)을 통해 캐비티로 전달 또는 캐비티로부터 나오는 전류를 한정, 다이렉팅, 및/또는 포커싱하는 것을 허용한다. 일반적으로, 가상 전극 캐비티 내의 연관된 물리적 전극의 로케이션은, 물리적 전극의 영향이 전극의 물리적 로케이션으로부터 실질적으로 제거되고 가상 전극의 로케이션으로 이동되는 것을 허용한다.
소정 실시형태들에서, 가상 전극 캐비티 내의 물리적 전극은 양이온 도전성 멤브레인과 같은 멤브레인 뒤 또는 아래에 위치된다. 이러한 멤브레인은 도금조 첨가제들에 대한 물리적 전극들의 노출을 제한하고/하거나 물리적 전극에서 생성된 입자들이 메인 전극 챔버에 들어가거나 웨이퍼 표면으로 이동하는 것을 방지하는 목적에 기여할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 가상 전극 캐비티의 마우스는 고저항의 다공성 유전체 엘리먼트 (고저항의 가상 애노드 또는 캐소드 플레이트로 지칭됨) 를 포함한다. 이러한 플레이트의 포함은 실질적으로 그안의 전압 강하를 증가시키고, 가상 전극의 마우스가 균일한 전류 소스에 더 가깝게 근접하는 것을 허용하며, 이는 일부 경우에서 가상 전극의 방사상 효과를 증가시키고 보다 낮은 총 보조 전극 전류에서 더 균일한 웨이퍼 전류를 생성한다.
비-도전성 가상 전극 캐비티 구조들 (예를 들어, 플라스틱 벽들) 은 가상 전극 캐비티의 내부에 하우징되는 물리적 전극에서 오는 또는 물리적 전극으로 가는 전류의 전부 또는 실질적으로 전부를 가상 전극 캐비티 마우스에서 나오고 또는 가상 전극 캐비티 마우스 안으로 들어가도록 다이렉팅한다. 도전성 물리적 전극의 표면에서의 포텐셜은 통상적으로 대략 단일의 일정한 값이다. 이 컨디션은, 가상 캐비티 마우스에서 거의 비슷할 수도 있으나, 반드시 그렇지는 않다. 가상 캐비티 마우스가, 위치한 물리적 전극이 거기에 있는 경우 발생하는 가상 캐소드/애노드 마우스 로케이션에서 동일한 전류 분포를 초래하거나 그 특성 전부를 가질 필요는 없는 것으로 이해된다. 그러나, 물리적 전극으로부터의 모든 전류는 캐비티 마우스(들)을 통과해야 하고, 전극, 캐비티 저항성 엘리먼트 및 다른 컴포넌트들이 적합하게 설계될 때 가상 전극에 걸친 포텐셜 및 전류 양자의 분포는 실질적으로 균일하게 이루어질 수 있다. 예를 들어, 캐비티의 형상은 물리적 캐소드 상의 도금의 균일도를 향상시키기 위해 변형될 수 있다. 가상 전극 마우스 영역은 반드시 그러한 것은 아니지만 통상적으로, 평면, 환형, 또는 원뿔형지만, 다른 형상들로 분명히 가능하다. 다목적으로, 가상 전극 마우스는, 전류가 메이저 셀 엘리먼트 (예를 들어, 메인 애노드 챔버) 안으로 또는 밖으로 패스하는 면을 나타내기 때문에 "실제 (raal)" 물리적 전극처럼 작용하는 것으로 보인다.
나타낸 바와 같이, 이 캐비티 마우스 "면" 은, 물리적 전극이 가상 전극 마우스의 포지션에 위치해 있는 경우 물리적 전극과 유사한 방식으로 이온 전류를 제공 또는 소모함으로써 도금 컨디션들에 영향을 미친다.
전기도금 장치용 전력 공급기들
소정 실시형태들에서, 워크피스 및 하나 이상의 보조 캐소드들에 대해 하나 이상의 전력 공급기들이 제공된다. 일부 경우들에서, 각각의 보조 캐소드 및 워크피스에 별개의 전력 공급기가 제공된다; 이는 각 캐소드로의 전력의 전달을 통해 플렉서블하고 독립적인 제어를 가능하게 한다. 도 3c 내지 도 3f 에 도시된 실시형태에서, 3 개의 DC 전력 공급기들이 웨이퍼 (314), 물리적 캐소드 (339)(보조 캐소드 (350) 와 연관됨), 및 물리적 캐소드 (360)(제 2 보조 캐소드 (348) 와 연관됨) 로의 전류 흐름을 제어하기 위해 사용된다. 도 3d 에서는, 명료함을 위해 단지 2 개의 전력 공급기들, 웨이퍼 (314) 용 공급기 및 물리적 캐소드 (339) 용 공급기가 도시된다. 전력 공급기 (380) 는, 예를 들어 하나 이상의 슬립 링들, 브러쉬들 및/또는 콘택트들 (미도시) 을 통해 웨이퍼 (314) 에 전기적으로 접속된 네거티브 출력 리드 (382) 를 갖는다. 전력 공급기 (380) 의 포지티브 출력 리드 (384) 는 분리된 애노드 챔버 (304) 내에 위치된 애노드 (315) 에 전기적으로 접속된다. 유사하게, 전력 공급기 (370) 는 물리적 캐소드 (339) 에 전기적으로 접속된 네거티브 출력 리드 (372) 및 애노드 (315) 에 전기적으로 접속된 포지티브 출력 리드 (374) 를 갖는다. 대안으로, 웨이퍼 및 보조 캐소드에 상이한 레벨들의 전류를 제공하기 위해 다수의 독립적으로 제어 가능한 전기 아울렛들을 갖는 하나의 전력 공급기가 사용될 수 있다. 전력 공급기들 (380 및 370) 은 제어기 (378) 에 접속될 수 있는데, 이 제어기는 전기도금 장치의 보조 캐소드 및 웨이퍼에 제공된 포텐셜 및 전류의 독립적인 제어를 허용한다. 제 2 물리적 캐소드 (도 3d 에는 도시되지 않음) 는 물리적 캐소드와 유사한 상황으로 전력 공급기 (미도시) 에 접속된다.
사용 동안, 전력 공급기들 (380 및 370) 은 애노드 (315) 에 대해 네거티브 포텐셜을 갖도록 웨이퍼 (314) 및 물리적 캐소드 (339) 를 각각 바이어싱한다. 전력 공급기 (380) 는 전류로 하여금 애노드 (315) 로부터 웨이퍼 (314) 로 흐르게 하여 웨이퍼 위에 금속을 도금한다. 전력 공급기 (370) 는 애노드 (315) 로부터 웨이퍼 (314) 로 흐르는 전류로 하여금 부분적으로 또는 실질적으로 보조 캐소드 (350) 로 우회하게 한다. 전술된 전기 회로는 또한, 역류를 원하지 않을 때 전류 흐름의 이러한 역류 (reversal) 를 방지하는 하나 또는 여러 개의 다이오드 (미도시) 를 포함할 수도 있다. 그라운드 포텐셜로 설정되는 애노드 (315) 가 웨이퍼 및 보조 회로들 양자의 공통 엘리먼트이기 때문에 원하지 않는 전류 피드백이 도금 동안 발생할 수도 있다. 제 2 보조 캐소드용 전력 공급기가 유사한 방식으로 동작한다.
보조 캐소드 및 제 2 보조 캐소드 양자에 대해 별개의 전력 공급기들을 사용하면, 캐소드들 각각에 인가된 전류가 동적으로 제어될 수도 있다. 웨이퍼는 금속으로 전기도금되기 때문에, 시트 저항 감소 및 전류 불균일도가 감소하여, 금속의 소정 두께가 달성된 후에는 보조 캐소드를 불필요하게 만들 수도 있다. 주로 보조 전극의 활성화 없이 생기는 연관된 더 균일한 전류 분포 및 웨이퍼의 시트 저항의 감소를 고려하기 위해 보조 캐소드에 인가된 전류는 동적으로 제어될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 웨이퍼의 시트 저항이 한정된 레벨, 예컨대 약 1ohm/square 또는 그 미만으로 떨어진 후에 보조 캐소드에는 전류가 공급되지 않는다.
우수한 도금 균일도는 약 1/2 ohm/square 미만의 시트 저항들을 위해 적합하게 설계된 HRVA 로 달성될 수 있다. 따라서, EIRIS 전류는 기본적으로 이 저항 값 아래의 0 부근까지 감소될 수 있다. 더 일반적으로, 도금 프로세스가 예를 들어 100 ohm/square 이상의 시트 저항을 갖는 막으로 시작된다면, 일단 시트 저항이 약 20 ohm/square 아래로 떨어지는 경우, 보다 바람직하게 또는 보다 광범위하게 저항이 10 ohm/square 아래로 떨어질 때 EIRIS 전류는 상당히 감소될 수 있다. 전술된 바와 같이, EIRIS 전류는 일반적으로 1/2 ohm/square 아래의 값들에서는 요구되지 않는다. 도금되는 막이 구리이면, 이들 시트 저항은 웨이퍼 상의 구리의 15Å(100 ohm/square), 50Å(20 ohm/square), 100Å(10 ohm/square) 및 500Å(0.5 ohm/square) 보다 작은 두께에 거의 대응한다.
또 다른 실시형태들에서, 웨이퍼에 인가된 전류 밀도 및 이에 따른 웨이퍼 시트 저항의 감소의 속도에 따라, 설정된 지속기간, 예컨대 약 20 초 이하의 주기, 또는 다른 실시형태에서는 약 5 내지 6 초 이하의 주기 동안 웨이퍼 위에 금속이 도금된 후에 보조 캐소드에는 전류가 공급되지 않거나 실질적으로 공급되지 않는다.
각각의 캐소드에 공급된 전류를 단순히 턴 오프함으로써 보조 캐소드 및/또는 제 2 보조 캐소드로의 전류가 감소될 수도 있다. 전류는 또한, 일 기간 동안 일정할 수도 있고 그 후 단조적으로 감소할 수도 있고. 또는 대안으로 전기도금 프로세스가 개시된 때로부터, 또는 직후 시간으로부터 시작하여 단조적으로 감소할 수도 있다. 제 2 보조 캐소드에 공급된 전류는 또한, 보조 캐소드 전류에 의해 구동되는 방식으로 그리고 보조 캐소드 전류를 유동시키는 (예를 들어, 비례적으로 매칭하도록 만드는) 일부 방식으로 동적으로 제어될 수도 있다. 보조 전극 전류들 중 하나 또는 양자는 고정 (tie) 될 수 있고 또는 다르게는 총 웨이퍼 전류에 비례하는 방식으로 동적으로 조작될 수 있다. 보조 (및/또는 제 2 보조 캐소드) 에 공급된 전류는 웨이퍼, 애노드 또는 보조 캐소드를 통해 흐르는 전류로부터 시프트된 시간 (예를 들어, 임계 트리거 전류 레벨에 도달할 때까지 지연된 개시 또는 도금의 개시 이후로의 시간) 및/또는 이로부터 계산된 알고리즘을 사용하는 방식으로 동적으로 제어될 수도 있다. 보조 캐소드 및 제 2 보조 캐소드에 공급된 전류는 동일한 방식으로 또는 동일한 속도로 감소되어야 할 필요가 있는 것은 아니다. 웨이퍼, 애노드, 보조 및 2 차 전극 중 어느 하나에 공급된 전류는 또한 펄싱될 수도 있다. 펄스는 온 및 오프 시간들의 대칭 또는 상이한 지속기간을 갖는 단순한 전류 온/오프 펄스들일 수 있다. 대안으로, 상이한 규모 및 지속기간의 전류 순방향 및 역방향 펄스들이 사용될 수도 있다. 하나 이상의 보조 전극들에 공급된 전류의 제어는 Uzoh 등에 발행된 미국특허 제 6,168,693 호에서 설명되고, 이는 그 전체가 그리고 다목적으로 본원에 참조로서 포함된다
일 실시형태에서, 보조 및 2 차 캐소드들은 인-라인-티 (in-line-tee) 스플릿 후에 그들 중 하나의 라인에서 레지스터와 함께 고정되고, 이 라인은 캐소드들 양자를 동시에 에너자이징하는데 사용되는 단일의 전력 공급기로부터 온다. 다른 실시형태들에서, 보조 캐소드 및 제 2 보조 캐소드 양자에 대한 별개의 전력 공급기들은 캐소드들 각각에 대해 상이한 시간들에서 이용되고 상이한 전류 레벨들을 허용한다. 특정 실시형태에서, 처음에 전류가 보조 캐소드에 공급될 때, 보조 캐소드 및 기판에 공급된 전류의 비는 적어도 약 1:2 (즉, 총 웨이퍼 전류의 절반) 이고, 추가의 특정 실시형태에서는 적어도 약 5:1 (즉, 총 웨이퍼 전류의 5 배) 이다. 제 2 보조 캐소드에 공급된 전류는 통상적으로 웨이퍼에 공급된 전류의 약 10% (즉, 1:10) 이다. 제 2 보조 캐소드에 대한 전류 레벨들은, 사전에 참조로서 포함된 미국 출원번호 제 12/291,356 호에서 더 상세히 설명된다.
전착 프로세스에 대한 하나의 가능한 전류-시간 프로파일의 예가 이하에서 설명된다. 전착 프로세스는 먼저, 300 mm 웨이퍼에 대해 시작될 때, 5A 전류가 웨이퍼에 공급될 수도 있고, 25A 의 전류가 보조 캐소드에 공급될 수도 있으며, 0.5A 의 전류가 제 2 보조 캐소드에 공급될 수도 있다. 5 초의 기간이 경과한 후, 보조 캐소드에 공급된 전류는 웨이퍼 및 제 2 보조 캐소드에 각각 공급된 일정한 5A 의 전류 및 0.5A 의 전류를 유지하면서 뒤이은 10 초의 기간이 지나면서 25 amp 에서 0A 로 선형 방식으로 램프 다운된다. 총 20 초가 경과한 후에, 2 차 캐소드로의 전류는 턴 오프된다 (0 으로 설정됨). 이 경우, 첫 번째 5 초 동안 30.5 Amp 가 애노드로부터 공급된다. 5 내지 15 초 동안, 애노드로부터의 전류는 30.5 에서 5.5 Amp 로 감소한다. 20 초 후에, 애노드로의 전류는 5amp 로 떨어지고 애노드로부터 웨이퍼로의 전류 만이 남아 있다.
가능한 전착 프로세스의 다른 예는 다음의 파라미터들에 의해 설명될 수도 있다. 450 mm 웨이퍼에 대한 전착 프로세스의 초기 스테이지에서, 기판 표면의 시트 저항은 3 ohm/sq 를 초과할 수도 있다. 보조 캐소드 및 2 차 보조 캐소드 양자는 최대 전류의 레벨에서 턴 온된다. 보조 캐소드에는 대략 1 내지 40 A 의 전류가 공급될 수도 있는 한편, 2 차 보조 캐소드에는 대략 1 내지 25A 의 전류가 공급될 수도 있다. 기판의 표면이 더욱 도전성이 됨에 따라, 예를 들어 기판 표면의 시트 저항이 3 ohm/sq 보다 작지만 0.5 ohm/sq 보다는 클 때, 또는 다르게는 약 6 초의 주기 후에, 보조 캐소드는 턴 오프되고 이동가능 실드는 대략 6 내지 8 mm/s 의 속도로 그 상부 포지션에서 그 하부 포지션으로 이동하기 시작한다. 일단 이동가능 실드가 그 하부 포지션에 도달하면, 기판의 표면의 시트 저항은 예를 들어 약 0.5 ohm/sq 보다 작게 더욱 낮아진다. 이 포인트에서, 2 차 보조 캐소드는 턴 오프되고 전기도금이 완료된다.
주어진 환경에 대한 최선의 프로파일은 초기 웨이퍼 시트 저항, 도금된 막 비저항, 도금조 전도도, 도금조 첨가제 영향, 도금조의 흐름과 같은 다수의 팩터들 뿐만 아니라 물리적 셀 설계와 연관된 다른 팩터들에 의존하므로, 모든 경우들에 대해 하나의 전류-시간 프로파일이 적합하지는 않은 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 최적의 전류-시간 프로파일은 실험적으로 최선으로 결정되고 또는 수학적으로 (즉, 컴퓨터 모델을 사용하여) 추정된다.
전력 공급기들 (380 및 370) 과 함께 제어기 (378) 는 전기도금 장치의 웨이퍼, 보조 캐소드, 및 제 2 보조 캐소드에 제공된 전류 및 포텐셜 뿐만 아니라 이동가능 실드의 포지션의 독립적인 제어를 허용한다. 따라서, 제어기 (378) 는 전술된 전류 프로파일을 생성하기 위해 전력 공급기들 (380 및 370) 을 제어할 수 있다. 그러나, 제어기는 일반적으로 전술된 컨디션들 (예를 들어, 1 ohm/square 또는 그 미만의 레벨에 도달하는 시트 저항) 중 하나가 충족되었는지를 독립적으로 결정할 수 없지만, 시트 저항의 추정은 언제든 리드 (382) 를 통해 웨이퍼로 패스된 전하의 알려진 총 누계양에 기초할 수도 있다. 따라서, 제어기는 컨디션이 충족되었는지 여부를 결정할 수도 있는 센서들과 함께 사용될 수도 있다. 대안으로, 제어기는 웨이퍼, 보조 캐소드, 및 제 2 보조 캐소드 각각에 대한 별개의 전류 대 시간 프로파일로 단순히 프로그래밍될 수도 있다. 제어기는 또한, 웨이퍼, 보조 캐소드, 및 제 2 보조 캐소드에 공급된 전하를 측정할 수도 있고 (coulombs = integral of amperage * time), 이들 데이터에 대한 전류-시간 프로파일에 기반을 둘 수도 있다.
제어기 (378) 는, 기판 상에 한정된 양의 금속을 전기도금한 후에 또는 한정된 기간 동안 전기도금한 후에 애노드로부터의 더욱 균일한 전류 분포를 생성하는 방식으로 보조 캐소드로 전달된 전력을 제어하도록 구성될 수도 있다. 제어기 (378) 는 또한, 기판의 에지 영역으로부터의 이온 전류의 일부를 우회시키기 위해 구성된 제 2 보조 캐소드로 전달된 전력을 제어하도록 구성될 수도 있다. 또한, 제어기 (378) 는 금속이 기판 상에 퇴적될 때 보조 캐소드 및 제 2 보조 캐소드로 전달된 전력을 각각 상이한 속도로 램프 다운하도록 구성될 수도 있다. 부가적으로, 제어기 (378) 는 기판 표면의 시트 저항이 제 1 임계 레벨에 도달한 후에 보조 캐소드에 전류를 공급하지 않거나 실질적으로 전류를 공급하지 않고, 기판 표면의 시트 저항이 제 2 임계 레벨에 도달한 후에 2 차 보조 캐소드에 전류를 공급하지 않거나 실질적으로 전류를 공급하지 않도록 구성될 수도 있다. 기판 표면의 시트 저항에 대한 제 1 임계 레벨은 약 2 와 5 ohm/sq 사이일 수도 있다. 제 2 임계 레벨은 약 0.3 과 1 ohm/sq 사이, 예를 들어 0.5 ohm/sq 일 수도 있다.
제어기 (378) 는 또한, 보조 캐소드 및 기판에 공급된 전류의 레벨을 제어하도록 구성될 수도 있다. 일 실시형태에서, 전류 도금을 시작할 때 보조 캐소드 및 기판에 공급된 전류의 비는 적어도 약 1:2 이다. 다른 실시형태에서, 전류 도금을 시작할 때 보조 캐소드 및 기판에 공급된 전류의 비는 적어도 약 5:1 이다.
제어기 (378) 는 또한, 이동가능 실드의 포지션을 제어하도록 설계 또는 구성될 수도 있다. 이동가능 실드의 포지션은 기판 표면의 시트 저항, 시간 (즉, 얼마나 오래 전착 프로세스가 진행되고 있는지), 및 기판 표면 위에 퇴적된 금속의 양을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 다수의 팩터들에 기초하여 제어될 수도 있다. 이들 팩터들은 실드 포지션의 동적 제어를 허용하여, 웨이퍼에 걸쳐 더욱 균일한 퇴적을 초래한다. 일부 구현들에서, 제어기는 이동가능 실드가 그 상부 포지션에서 전착 프로세스를 시작하고 그 후 기판 표면의 시트 저항이 소정 레벨에 도달한 후에 이동가능 실드가 약 6-8 mm/s 의 속도로 그 하부 위치로 이동하도록 허용하는 것을 보장하도록 동작한다. 일 실시형태에서, 제어기는, 기판 표면의 시트 저항이 대략 3 ohm/sq 에 도달할 때 실드로 하여금 이동하기 시작하게 하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 제어기는 한정된 기간 후에, 예를 들어 전착의 6 초 후에 실드로 하여금 이동하기 시작하게 한다. 또 다른 실시형태들에서, 제어기는 한정된 양의 금속이 기판 위에 도금된 후에 실드로 하여금 이동하기 시작하게 한다. 제어기는 이동가능 실드로 하여금 전술된 바와 같이 일정한 또는 일정하지 않은 속도로 이동하게 할 수도 있다.
방법
도 5 및 도 6a-6b 는 웨이퍼 기판 위에 금속을 도금하는 프로세스들을 예시하는 흐름도들의 예를 나타낸다. 도 5 에 도시된 프로세스는, 예를 들어 도 1a, 1b 및 2 에 도시된 전기도금 장치 (100) 상에서 수행될 수도 있다. 도 6a 에 도시된 프로세스는, 예를 들어 도 3a 에 도시된 전기도금 장치 (300) 상에서 수행될 수도 있다. 도 6b 에 도시된 프로세스는, 예를 들어 도 3b 에 도시된 전기도금 장치 (300) 상에서 수행될 수도 있다.
도 5 에 도시된 프로세스 (500) 는 블록 502 에서 시작한다. 블록 502 에서, 그 표면 상에 배치된 도전성 시드 및/또는 배리어 층을 갖는 기판이 장치의 기판 홀더에 홀딩된다. 장치는 도금 챔버 및 애노드를 하우징하는 애노드 챔버를 포함하는데, 도금 챔버를 애노드 챔버를 포함한다. 애노드 챔버는 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트와 애노드 사이에 배향된 절연 실드를 포함할 수도 있고, 절연 실드의 중심 영역에는 개구가 있다.
블록 504 에서, 기판의 표면은 전해질 용액에 침지되고, 표면과 애노드 챔버 사이에 위치된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트에 근접한다. 전해질은, 예를 들어 기판 위에 구리를 도금하기 위한 도금 용액일 수도 있다. 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 기판의 표면에 평행하고 이로부터 분리되는 평탄한 면을 가질 수도 있다.
블록 506 에서, 시드 및/또는 배리어 층 위에 금속층을 도금하기 위해 기판에 전류가 공급된다. 블록 508 에서, 애노드 챔버는 제 1 포지션에서 제 2 포지션으로 이동되는데, 제 2 포지션은 제 1 포지션보다 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로부터 더 먼 거리에 위치된다. 애노드 챔버를 제 1 포지션에서 제 2 포지션으로 이동하는 것은 금속이 시드 및/또는 배리어 층 위에 도금될 때 기판의 표면에 걸쳐 균일한 전류 밀도를 획득하는 것을 도울 수도 있다. 예를 들어, 애노드 챔버가 제 1 포지션에 있을 때, 도전성 시드 및/또는 배리어를 갖는 기판의 시트 저항은 약 50 ohm/square 내지 약 5 ohm/square 또는 약 약 50 ohm/square 내지 약 10 ohm/square 일 수도 있다. 금속이 도전성 시드 및/또는 배리어 위에 도금될 때, 애노드 챔버는 시간이 지남에 따라 선형 방식으로 제 2 포지션으로 이동될 수도 있다. 일부 구현들에서, 금속이 기판 위에 도금될 때 기판의 에지에서 센터로 전압 감소의 축소를 고려하기 위해 애노드 챔버의 포지션은 도금 동안 동적으로 제어될 수도 있다.
본원에 개시된 동작들 중 일부는 소정의 시트 저항 값들에 의해 트리거링되거나 이들 값들 하에서 수행된다. 일부 실시형태들에서, 워크피스 상의 도전성 층의 시트 저항은 퇴적 프로세스 동안 인시츄로 측정된다. 일부 실시형태들에서, 층의 시트 저항은 모델링 또는 실증적 기법들에 의해 예측 또는 계산된다. 후자의 경우에서, 소정 시간 또는 다수의 쿨롬이 패스한 후 또는 다른 독립적인 파라미터가 시트 저항에서의 특정 변화와 연관된 후에 제어기 또는 전력 공급기는 방법 동작들을 착수하도록 적절히 구성될 수도 있다.
일부 구현들에서, 챔버는 애노드와 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이에 위치된 보조 캐소드를 포함할 수도 있다. 애노드로부터의 전류 분포를 형상화하고 기판의 에지 영역으로부터 이온 전류의 일부를 우회시키도록 보조 전극에 전류가 공급될 수도 있다.
도 6a 로 돌아와, 도 6a 에 도시된 프로세스 (600) 는 블록 602 에서 시작한다. 블록 602 에서, 그 표면 상에 배치된 도전성 시드 및/또는 배리어 층을 갖는 기판은 장치의 기판 홀더에 홀딩된다. 장치는 도금 챔버 및 애노드를 포함할 수도 있다. 도금 챔버는 이동가능 실드를 포함할 수도 있다. 이동가능 실드는, 애노드와 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이에 배향될 수도 있고, 이동가능 실드의 중심 영역에는 개구가 있다.
블록 604 에서, 기판의 표면은 전해질 용액에 침지되고 표면과 애노드 챔버 사이에 위치된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트에 근접한다. 전해질은, 예를 들어 기판 위에 구리를 도금하기 위한 도금 용액일 수도 있다. 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 기판의 표면에 평행하고 이로부터 분리되는 평탄한 면을 가질 수도 있다.
블록 606 에서, 시드 및/또는 배리어 층 위에 금속 층을 도금하기 위해 기판에 전류가 공급된다. 블록 608 에서, 이동가능 실드는 제 1 포지션에서 제 2 포지션으로 이동되는데, 제 2 포지션은 제 1 포지션보다 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로부터 더 먼 거리에 위치된다. 이동가능 실드를 제 1 포지션에서 제 2 포지션으로 이동하는 것은 시드 및/또는 배리어 층 위에 금속이 도금될 때 기판의 표면에 걸쳐 균일한 전류 밀도를 획득하는 것을 도울 수도 있다. 예를 들어, 이동가능 실드가 제 1 포지션에 있을 때 도전성 시드 및/또는 배리어를 갖는 기판의 시트 저항은 약 50 ohm/square 내지 약 5 ohm/square 또는 약 50 ohm/square 내지 약 10 ohm/square 일 수도 있다. 금속이 도전성 시드 및/또는 배리어 위에 도금될 때, 이동가능 실드는 시간이 지남에 따라 선형 방식으로 제 2 포지션으로 이동될 수도 있다. 일부 구현들에서, 금속이 기판 위에 도금될 때 기판의 에지에서 센터로 전압 감소의 축소를 고려하기 위해 이동가능 실드의 포지션은 도금 동안 동적으로 제어될 수도 있다.
다음으로, 도 6b 를 보면, 프로세스 (650) 는 블록 603 에서 시작한다. 이동가능 실드는 워크피스에 가장 가까운 로케이션에 위치된다. 이동가능 실드는 양이온 멤브레인 아래의 약 5 밀리미터 내지 15 밀리미터, 예를 들어 10 밀리미터에 위치될 수도 있다. 블록 605 에서, 보조 캐소드 및 2 차 보조 캐소드로 최대 전류들이 전달되는 동안 전기도금이 시작된다. 소정 구현들에서, 보조 캐소드에 인가된 최대 전류는 약 5 내지 40 Amp 일 수도 있는 한편, 2 차 보조 캐소드에 인가된 최대 전류는 5 내지 20 Amp 일 수도 있다.
블록 607 에서, 워크피스의 시트 저항이 제 1 임계로 감소할 때, 보조 캐소드에 대한 전류는 감소하기 시작하거나 턴 오프된다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 보조 캐소드에 대한 전류는, 기판 표면의 시트 저항이 약 2 내지 5 ohm/square, 예를 들어 3 ohm/square 에 도달할 때 턴 오프된다. 소정 경우들에서, 보조 캐소드에는 대략 6 초 동안 전류가 공급된다.
블록 609 에서, 이동가능 실드는 워크피스로부터 멀리 이동된다. 일부 실시형태들에서, 동작 609 는 동작 607 전에 발생할 수도 있다. 이동가능 실드는 초당 약 5 내지 10 밀리미터, 예를 들어 초당 6 내지 8 밀리미터의 속도로 워크피스로부터 멀리 이동할 수도 있다. 블록 611 에서, 워크피스의 시트 저항이 제 2 임계로 감소할 때, 2 차 보조 캐소드에 대한 전류는 감소하기 시작하거나 턴 오프된다. 예를 들어, 2 차 캐소드로의 전류는, 기판 표면의 시트 저항이 0.3 내지 1 ohm/square 에 도달할 때 감소하기 시작하거나 턴 오프될 수도 있다.
블록 613 에서, 보조 캐소드로부터의 전류는 턴 오프되거나 최소 레벨에 있고, 이동가능 실드는 워크피스로부터 가장 먼 로케이션에 위치된다. 소정 실시형태들에서, 이동가능 실드는, 2 차 보조 캐소드로의 전류가 감소하거나 턴 오프되기 전에 그 최종 포지션에 도달한다. 다른 실시형태들에서, 2 차 보조 캐소드로의 전류는, 이동가능 실드가 그 최종 포지션에 도달하기 전에 감소하기 시작하거나 턴 오프된다. 일부 구현들에서, 실드는, 기판 표면의 시트 저항이 약 0.5 ohm/sq 이거나 또는 미만일 때 그 최종 로케이션에 도달한다. 블록 613 에서 이동가능 실드의 로케이션은, 블록 609 에서 이동가능 실드가 이동하기 시작하기 전보다 기판으로부터 더 멀리 약 75 밀리미터 내지 120 밀리미터일 수도 있다. 최종적으로, 블록 615 에서, 전기도금 프로세스가 완료된다.
일부 구현들에서, 이동가능 실드는 2 개의 절연 디스크들을 포함할 수도 있다. 절연 디스크들 각각은 각각의 디스크의 중심 영역에서의 개구를 포함하고, 각각의 디스크에서의 복수의 홀들을 더 포함할 수도 있다. 이동가능 실드가 제 1 포지션에 있을 때, 전해질은 복수의 홀들을 통해 흐를 수 없다. 이동가능 실드가 제 1 포지션에서 제 2 포지션으로 이동함에 따라, 제 1 및 제 2 디스크의 배향은, 전해질이 복수의 홀들을 통해 흐를 수 있도록 변할 수도 있다. 이 방식으로 동작하는 이동가능 실드의 제 1 및 제 2 절연 디스크들은, 금속이 시드 및/또는 배리어 층 위에 도금될 때 기판의 표면에 걸쳐 균일한 전류 밀도를 획득하는 것을 도울 수도 있다.
일부 구현들에서, 챔버는 애노드와 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이에 위치된 보조 캐소드를 포함할 수도 있다. 애노드로부터의 전류 분포를 형상화하기 위해 보조 캐소드에 전류가 동적으로 공급될 수도 있다. 일부 구현들은 기판과 실질적으로 동일한 평면에 위치된 2 차 보조 캐소드를 더 포함할 수도 있다. 기판의 에지 영역으로부터 이온 전류의 일부를 우회시키기 위해 2 차 보조 기판에 전류가 동적으로 공급될 수도 있다.
수치해석 모델링
도 7 내지 10 은 상이한 전기도금 챔버 구성들에 대한 웨이퍼 기판상의 방사상 위치 대 전류 밀도의 수치적 시뮬레이션들의 예들을 도시한다. 이들 수치적 시뮬레이션들은 다른 하드웨어 구성들에 대한 본원에 개시된 이동가능 애노드 챔버의 능력 (capability) 을 양자화 및 확인하도록 수행되었다. 이 시뮬레이션들을 위해, (상업적 소프트웨어 FlexPDETM 을 사용하는) 유한 엘리먼트 모델이 사용되었다. 대부분의 경우에서, 450nm 웨이퍼 기판 상의 50 Ohm/square 시드층 상에 균일한 초기 전류 분포를 생성하기 위한 도금 셀의 능력을 예측하기 위해 이 모델이 사용되었다.
도 7 은 HRVA, 보조 캐소드 및 2 차 보조 캐소드를 사용한 도금 셀에 있어서 웨이퍼 기판 상의 방사상 위치 대 전류 밀도를 나타낸다 (즉, 0 은 웨이퍼 기판 센터이고 225 는 웨이퍼 기판 에지이다). 보조 및 2 차 보조 캐소드 구성들은 미국 특허출원 제 12/481,503 호 및 제 12/606,030 호에 또한 설명되고, 이둘 양자는 참조로서 본원에 포함된다. 이러한 도금 셀 구성은, 예를 들어 300 mm 웨이퍼 기판의 프로세싱에서 사용될 수도 있다. 도 7 은, 전류 분포를 형상화하고 에지 전류를 감소시키는 보조 캐소드 및 2 차 보조 캐소드 엘리먼트들에 대한 설정들을 사용하는 동안에도 웨이퍼 기판 에지 부근의 전류 밀도가 웨이퍼 기판 센터 부근보다 약 600% 더 높은 것을 나타낸다. 전착되고 있는 구리에 의해 작은 피처들이 채워질 때 초기 도금 동안 웨이퍼 기판에 걸쳐 균일한 전류 밀도가 필요할 수도 있기 때문에, 이 도금 셀 구성은 이러한 프로세스들에서 사용되지 않는다. 그러나, 이러한 도금 셀 구성은 두꺼운 구리 막들 상에 균일한 프로파일을 생성할 수 있다.
이동가능 애노드 챔버가 그 상부 포지션에 있는 상태에서, 이동가능 애노드 챔버를 갖는 개시된 장치를 사용하여 생성된 전류 분포의 예가 도 8 에 도시된다. 이 모델에 있어서, 애노드 챔버 개구는 210 mm 였다. 105 mm 방사상 포지션에서, 절연 실드는 HRVA 플레이트를 향해 약 14 mm 상방으로 연장되었다. 그 포지션으로부터, 절연 실드는 HRVA 플레이트의 외주 아래의 약 4 mm 포지션으로 외측으로 연장되었다. HRVA 플레이트는 1.17% 다공성이었고, 223.5 mm 의 외측 개구 직경을 가지며, 웨이퍼 기판 아래의 5 mm 에 있었다.
웨이퍼 기판 센터에서 시작하여, 터미널로 인해 증가된 초기 전류 밀도는 애노드 챔버 위의 웨이퍼 기판의 내측 85 mm 반경에 걸쳐 효과가 있다. 그러나, 경사진 절연 실드의 실드 효과로 인해 웨이퍼 센터로부터 약 170 mm 의 반경 포지션 밖으로의 전류 밀도가 떨어졌다. 약 170 mm 에서 215 mm 로의 반경에서, 시드 층에 걸쳐 더 높은 전류가 흐르는 웨이퍼 기판의 외측부에서 더 강한 터니멀 효과로 인해 증가된 전류 밀도가 요구된다. 215 mm 이상에서, 2 차 보조 캐소드는 효율적으로 전류 밀도를 감소시켰다. 450 mm 웨이퍼 기판에 스케일링된 기존의 하드웨어가 사용되면 600% 변화보다 좋은, 약 25% 까지 변경된 전체 전류 분포가 통상적이다 (도 7 참조). 전술된 바와 같이, 절연 실드 개구 직경, 절연 실드의 슬로프, 절연 실드와 HRVA 플레이트 사이의 거리, HRVA 플레이트와 웨이퍼 기판 사이의 거리, HRVA 플레이트 퍼센트 오픈 영역 또는 두께, 및 2 차 보조 캐소드 세기와 같은 파라미터들이 얇은 저항성 시드층 상에서 도금이 시작될 때 전류 분포를 조정하기 위해 사용될 수 있다.
이동가능 애노드 챔버가 그 상부 위치에 있는, 이동가능 애노드 챔버를 갖는 개시된 장치의 다른 구성을 사용하여 생성된 전류 분포의 예가 도 9 에 도시된다. 이 모델에 있어서, HRVA 플레이트의 외측부와 애노드 챔버의 외측부 사이의 공간은 8 mm 로 증가되었고, 이는 HRVA 플레이트와 애노드 챔버 사이에 멤브레인 및 용액 엔트리 포인트가 위치되는 것을 허용한다. 절연 실드의 더 복잡한 형상이 또한 사용되었다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 전체 전류 분포는 약 21% 까지 변경되었다.
전술된 바와 같이, 구리가 시드층 위에 도금되고 터미널 효과가 덜 표명된 후에, 이동가능 애노드 챔버는 웨이퍼 기판의 페이스에 걸쳐 균일한 전류 분포를 생성하도록 하부 포지션으로 이동될 수도 있다. 도 10 은, 애노드 챔버가 하부 포지션 (예를 들어, 그 상부 포지션으로부터 20 cm) 에 있었고 웨이퍼 기판 상의 구리층이 0.4 마이크로미터 두께였던 모델을 사용하여 생성된 전류 분포의 예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 전체 전류 분포는 약 3% 까지 변경되었다.
따라서, 이들 수치적 시뮬레이션들이 예시하는 바와 같이, 터미널 효과를 효율적으로 완화시키기 위해 (다른 기술들과 결합하여) 이동가능 애노드 챔버가 사용될 수도 있다. 또한, 얇은 저항성 시드층 위에 금속이 도금된 후에, 웨이퍼 기판 에지로의 전류 흐름이 방해받지 않도록 위치된 이동가능 애노드 챔버는 웨이퍼 기판의 페이스에 걸쳐 균일한 전류 밀도를 여전히 제공할 수도 있다.
추가의 구현들
전술된 본원의 장치/방법들은 또한 예를 들어, 반도체 디바이스들, 디스플레이들, LED 들, 광전지 패널들 등의 제조 또는 생산을 위한 리소그래피 패터닝 툴 또는 프로세스들과 함께 사용될 수도 있다. 통상적으로, 그러나 반드시 필요한 것은 아닌, 이러한 툴/프로세스들이 보통의 제조 시설에서 함께 사용되거나 행해질 것이다. 통상적으로, 막의 리소그래피 패터닝은 다음의 단계들 중 일부 또는 전부를 포함하고, 각 단계는 다수의 가능한 툴들로 인에이블된다: (1) 스핀-온 또는 스프레이-온 툴을 사용하여 워크피스, 즉 기판 상에 포토레지스트의 도포; (2) 핫 플레이트 또는 노 (furnace) 또는 UV 경화 툴을 사용하여 포토레지스트의 경화; (3) 웨이퍼 스텝퍼와 같은 툴로 가시광 또는 UV 광 또는 x-레이 광에 포토레지스트를 노출; (4) 습식 벤치와 같은 툴을 사용하여 포토레지스트를 선택적으로 제거하고 이에 의해 그것을 패터닝하기 위한 포토레지스트의 디벨롭핑; (5) 건식 또는 플라즈마-지원형 에칭 툴을 사용함으로써 언더라잉 막 또는 워크피스로 포토레지스트 패턴을 전사; 및 (6) RF 또는 마이크로파 플라즈마 레지스트 스트립퍼와 같은 툴을 사용하여 포토레지스트를 제거.
본원에 설명된 예들 및 구현들은 단지 예시적 목적을 위한 것이며 이것에 비추어 각종 변형 또는 변경들이 당업자에게 제안될 것으로 이해되어야 한다. 명료함을 위해 각종 상세들이 생략되었으나, 각종 설계 대안들이 구현될 수도 있다. 따라서, 본 예들은 제한이 아닌 예시적인 것으로서 간주되어야 하고, 개시된 구현들은 본원에 주어진 상세들에 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구항들의 범위 내에허 변형될 수도 있다. 또한, 본 출원에 제시된 많은 피처들은 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 개별적으로 뿐만 아니라 서로 임의의 적합한 결합으로 실시될 수도 있다.

Claims (47)

  1. (a) 기판 위로 금속을 전기도금하는 동안, 전해질 및 애노드를 포함하도록 구성된 도금 챔버;
    (b) 상기 기판을 홀딩하여, 전기도금 동안 상기 기판의 도금면이 상기 애노드로부터 소정 거리 떨어져 포지셔닝되도록 구성된 기판 홀더로서, 상기 기판의 에지에 콘택트하고 전기도금 동안에 상기 기판에 전류를 제공하도록 배열된 하나 이상의 전력 콘택트들을 갖는, 상기 기판 홀더;
    (c) 상기 기판과 상기 애노드 사이에 포지셔닝된 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 (ionically resistive ionically permeable element) 로서, 상기 기판의 상기 도금면에 실질적으로 평행하고 상기 도금면으로부터 이격된 평평한 표면을 갖는, 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트;
    (d) 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트와 상기 애노드 사이에 포지셔닝된 실드로서, 전기도금 동안, 상기 실드와 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이의 거리를 변화시키도록 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트에 대해 이동 가능하고, 중심 영역에 개구부를 포함하는, 상기 실드; 및
    (e) 상기 애노드와 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이에 위치된 보조 캐소드로서, 상기 보조 캐소드가 전기 도금 중에 전류를 공급받는 동안 상기 애노드로부터의 전류 분포를 형상화하도록 주위로 배향되는, 상기 보조 캐소드를 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도금 챔버를 애노드 챔버 및 음극액 (catholyte) 챔버로 분할하는 양이온 멤브레인 (cationic membrane) 을 더 포함하고, 상기 음극액 챔버는 상기 애노드 챔버에 의해 점유되지 않은 상기 도금 챔버의 볼륨을 포함하는, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실드에서 상기 개구부의 면적은 상기 기판의 상기 도금면의 면적의 약 15% 내지 80% 인, 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 실드에서 상기 개구부의 반경은 약 90 내지 160 밀리미터 사이인, 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 실드는 외주부 및 내주부를 포함하고, 상기 실드의 상기 내주부는 상기 개구부를 정의하고, 상기 실드의 표면은 상기 외주부가 상기 내주부보다 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트에 더 가깝도록 하는 슬로프를 포함하는, 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 실드는 외주부 및 내주부를 포함하고, 상기 실드의 상기 내주부는 상기 개구부를 정의하고, 상기 외주부는 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로부터 상기 내주부와 거의 동일한 거리에 있는, 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 실드와 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이의 거리는 약 75 내지 120 밀리미터만큼 변할 수도 있는, 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 애노드와 상기 기판 사이의 거리는 약 150 내지 250 밀리미터 사이인, 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 캐소드는 약 0.25 와 1 인치 길이 사이에 있는, 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 캐소드는 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 아래로 약 20 내지 40 밀리미터 사이에 있는, 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 이온 저항성 바디를 가지며, 상기 이온 저항성 바디에는 복수의 구멍들 (perforations) 이 상기 바디 내에 연통 채널들을 형성하지 않도록 만들어지고, 상기 구멍들은 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트를 통해 이온들의 전달을 허용하고, 상기 구멍들의 실질적으로 모두는 약 5 밀리미터보다 크지 않은 상기 기판의 표면에 면하는 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 표면에서의 개구부의 직경 또는 주요 치수를 갖는, 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 약 6,000 내지 12,000 개 사이의 구멍들을 갖는 디스크인, 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 약 5% 이하의 다공률의 다공성을 갖는, 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 상기 평평한 표면은 전기도금 동안 상기 기판의 상기 도금면으로부터 약 1 내지 8 밀리미터의 갭만큼 이격되는, 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 도금면에서 상기 애노드로부터 균일한 전류 분포를 생성하는 방식으로 상기 실드와 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이의 거리를 제어하도록 설계 또는 구성된 제어 회로를 더 포함하는, 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속을 전기도금하는 것을 시작할 때 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로부터 제 1 거리에서 상기 실드를 포지셔닝하고, 상기 금속이 상기 기판 상으로 전기 도금됨에 따라 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로부터 제 2 거리까지 상기 실드를 이동시키도록 설계 또는 구성된 제어 회로를 더 포함하고, 상기 제 1 거리는 상기 제 2 거리보다 작은, 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 캐소드는 상기 도금 챔버 내의 캐비티에 하우징되는 연관된 물리적 캐소드를 갖는 가상 보조 캐소드이고,
    상기 캐비티는 상기 도금 챔버와 이온 연통하는, 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속이 상기 기판 상으로 전기도금됨에 따라 상기 실드를 이동시키도록 설계 또는 구성된 제어 회로를 더 포함하는, 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    전기도금 동안, 상기 기판과 실질적으로 동일한 평면에 위치되고 상기 기판의 에지 영역으로부터 이온 전류의 일부분을 우회시키도록 적응된 2 차 보조 캐소드를 더 포함하는, 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    전기도금 동안, 상기 보조 캐소드에 공급되는 전류가 상기 기판 표면의 상기 시트 저항에 기초하여 제어되게 하는 피드백 시스템을 더 포함하는, 장치.
  21. 제 1 항에 있어서,
    프로세스를 이행하기 위한 프로그램 명령들을 포함하는 제어기를 더 포함하며,
    상기 프로세스는,
    (a) 상기 기판 홀더에 홀딩된 상기 기판의 상기 도금면을 상기 전해질에 침지시키는 동작으로서, 상기 기판은 상기 도금면 상에 배치되는 도전성 시드 및/또는 배리어 층을 갖는, 상기 침지시키는 동작;
    (b) 상기 시드 및/또는 배리어 층 상으로 상기 금속을 도금하도록 상기 기판에 전류를 공급하는 동작;
    (c) 상기 보조 캐소드에 전류를 공급하여 상기 애노드로부터 전류 밀도를 형상화하는 동작; 및
    (d) 제 1 포지션으로부터 제 2 포지션으로 상기 실드를 이동시키는 동작으로서, 상기 제 2 포지션은 상기 제 1 포지션보다 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로부터 더 먼 거리에 위치된, 상기 실드를 이동시키는 동작을 포함하는, 장치.
  22. 제 1 항에 기재된 장치 및 스테퍼 (stepper) 를 포함하는 시스템.
  23. 제 2 항에 있어서,
    상기 양이온 멤브레인은 상기 실드가 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트에 가장 가까운 상기 실드의 포지션과 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이에 포지셔닝되는, 장치.
  24. 제 2 항에 있어서,
    상기 양이온 멤브레인은 상기 실드가 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트에 가장 가까운 포지션에 있을 때 상기 실드보다 약 10 내지 30 mm 위에 위치되는, 장치.
  25. 제 5 항에 있어서,
    상기 실드의 포지션들은 상위 포지션을 포함하고,
    상기 실드가 상기 상위 포지션에 있을 때, 상기 외주부는 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로부터 약 20 내지 40 밀리미터이고, 상기 내주부는 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로부터 약 30 내지 50 밀리미터인, 장치.
  26. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 전기도금 동안에 상기 보조 캐소드로의 전류를 감소시키거나 차단하도록 추가로 설계 또는 구성된, 장치.
  27. 제 18 항에 있어서,
    전기도금 동안에 상기 기판과 실질적으로 동일한 평면에 위치되고, 상기 기판의 에지 영역으로부터 이온 전류의 일부분을 우회시키도록 구성된 2 차 보조 캐소드를 더 포함하고,
    상기 제어 회로는,
    (a) 상기 기판 표면의 저항이 0.3-1 ohm/sq 의 제 2 임계 저항에 도달한 후,
    (b) 제 2 임계량의 금속이 상기 기판 상에 전기도금된 후,
    (c) 제 2 임계 시간 주기 경과 후, 또는
    (d) 상기 실드가 제 2 임계 포지션에 도달한 후,
    상기 2 차 보조 캐소드로의 전류를 감소시키거나 차단하도록 추가로 설계 또는 구성된, 장치.
  28. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 전류 도금이 시작될 때 적어도 대략 4:1 의 비율로 상기 보조 캐소드 및 상기 기판에 전류를 공급하도록 설계 또는 구성된, 장치.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    (a) 상기 기판 표면의 저항이 2-5 ohm/sq 의 제 1 임계 저항에 도달한 후,
    (b) 제 1 임계량의 금속이 상기 기판 상에 전기도금된 후,
    (c) 제 1 임계 시간 주기 경과 후, 또는
    (d) 상기 실드가 제 1 임계 포지션에 도달한 후,
    상기 보조 캐소드로의 전류를 감소시키거나 차단하도록 추가로 설계 또는 구성된, 장치.
  30. 방법으로서,
    (a) 기판 표면 상에 배치된 도전성 시드 및/또는 배리어 층을 갖는 기판을 장치의 기판 홀더에 홀딩하는 단계로서, 상기 장치는 도금 챔버, 실드, 및 애노드를 하우징하는 애노드 챔버를 포함하고, 상기 도금 챔버는 상기 애노드 챔버를 포함하고, 상기 실드는 상기 애노드와 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이에 배향되고 전기도금 동안에 상기 실드와 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이의 거리를 변화시키도록 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트에 대해 이동 가능하고, 상기 실드의 중심 영역에는 개구부가 존재하는, 상기 기판을 홀딩하는 단계;
    (b) 상기 기판의 표면을 상기 표면과 상기 애노드 챔버 사이에 포지셔닝된 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트에 근접하게 전해질 용액에 침지시키는 단계로서, 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 상기 기판의 표면에 평행하고 상기 기판의 표면으로부터 이격된 평평한 표면을 갖는, 상기 침지시키는 단계;
    (c) 상기 기판에 전류를 공급하여 상기 시드 및/또는 배리어 층 상으로 금속 층을 도금하는 단계;
    (d) 상기 애노드와 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이에 위치된 보조 캐소드에 전류를 공급하여 상기 애노드로부터 전류 분포를 형상화하는 단계; 및
    (e) 제 1 포지션으로부터 제 2 포지션으로 상기 실드를 이동시키는 단계로서, 상기 제 2 포지션은 상기 제 1 포지션보다 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로부터 더 먼 거리에 위치되는, 상기 실드를 이동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 기판과 실질적으로 동일한 평면에 위치된 2 차 보조 캐소드에 전류를 공급하고 그에 의해 상기 기판의 에지 영역으로부터 이온 전류의 일부분을 우회시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  32. 제 30 항에 있어서,
    도금 동안에 상기 실드의 포지션을 동적으로 제어하여 상기 기판의 표면의 에지로부터 중심으로의 전압 감소를 설명하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 도금 챔버는 상기 도금 챔버를 양극액 챔버 및 음극액 챔버로 분리하는 양이온 멤브레인을 더 포함하고,
    상기 애노드는 상기 양극액 챔버에 상주하는, 방법.
  34. 제 30 항에 있어서,
    상기 실드 내의 개구부의 면적은 상기 기판의 표면의 면적의 약 15% 내지 80%인, 방법.
  35. 제 30 항에 있어서,
    도전성 시드 및/또는 배리어를 갖는 상기 기판의 시트 저항은 상기 실드가 상기 제 1 포지션에 있을 때 대략 스퀘어 당 50 옴 내지 스퀘어당 5 옴인, 방법.
  36. 제 30 항에 있어서,
    상기 실드는 시간 주기 내에 상기 제 1 포지션으로부터 상기 제 2 포지션으로 이동하는, 방법,
  37. 제 30 항에 있어서,
    상기 기판에 포토레지스트를 적용하는 단계;
    상기 포토레지스트를 광에 노출하는 단계;
    상기 포토레지스트를 패터닝하고 상기 패턴을 상기 기판에 전사시키는 단계; 및
    상기 포토레지스트를 상기 기판으로부터 선택적으로 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  38. 제 30 항에 있어서,
    상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 복수의 비연통 (non-co mmunicating) 구멍들을 가지며,
    전해질의 이온들은 상기 구멍들을 통과하는, 방법.
  39. 제 30 항에 있어서,
    상기 보조 캐소드는 상기 도금 챔버 내의 캐비티에 하우징되는 연관된 물리적 캐소드를 갖는 가상 보조 캐소드이고,
    상기 캐비티는 상기 도금 챔버와 이온 연통하는, 방법.
  40. 제 30 항에 있어서,
    도금 동안 상기 보조 캐소드에 공급되는 전류의 양을 동적으로 제어하여 상기 기판의 작업 표면에서 불균일한 전류 분포의 감소를 설명하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  41. 제 30 항에 있어서,
    전류가 처음에 상기 단계 (d) 에서 상기 보조 캐소드에 공급될 때, 상기 보조 캐소드 및 상기 기판에 공급되는 전류의 비율은 적어도 대략 4:1 인, 방법.
  42. 제 30 항에 있어서,
    전기도금 동안 상기 보조 캐소드에 공급되는 최대 전류는 약 5 내지 40 암페어 사이인, 방법.
  43. 제 31 항에 있어서,
    전기도금 동안 상기 2차 보조 캐소드에 공급되는 최대 전류는 약 5 내지 25 암페어 사이인, 방법.
  44. 제 31 항에 있어서,
    전기도금 동안 상기 보조 캐소드 및 상기 2차 보조 캐소드에 공급되는 전류의 비율은 약 2:1 과 10:1 사이의 범위에 있는, 방법.
  45. 제 38 항에 있어서,
    실질적으로 모든 구멍들은 약 5 밀리미터보다 크지 않은, 상기 기판의 표면에 면하는 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트의 표면 상의 개구부의 주요 치수 또는 직경을 갖는, 방법.
  46. 제 40 항에 있어서,
    (i) 상기 기판 표면의 시트 저항이 약 2 내지 5 옴/스퀘어 이하에 도달한 후,
    (ii) 적어도 대략 100 내지 250 옴스토롱의 금속이 상기 단계 (c) 동안 도금된 후, 또는
    (iii) 금속이 상기 단계 (c) 동안 약 2 내지 6 초 이하의 주기 동안 도금된 후,
    상기 보조 캐소드에 전류가 공급되지 않거나 실질적으로 공급되지 않는, 방법.
  47. 장치의 제어를 위한 프로그램 명령들을 포함하는 비일시적 컴퓨터 머신 판독가능 매체로서,
    상기 명령들은,
    (a) 기판 표면 상에 배치된 도전성 시드 및/또는 배리어 층을 갖는 기판을 장치의 기판 홀더에 홀딩하기 위한 코드로서, 상기 장치는 도금 챔버, 실드, 및 애노드를 하우징하는 애노드 챔버를 포함하고, 상기 실드는 상기 애노드와 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이에 배향되고, 상기 실드의 중심 영역에는 개구부가 존재하는, 상기 기판을 홀딩하기 위한 코드;
    (b) 상기 기판의 표면을 상기 표면과 상기 애노드 챔버 사이에 포지셔닝된 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트에 가장 가깝게 전해질 용액에 침지시키기 위한 코드로서, 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트는 상기 기판의 표면에 평행하고 상기 기판의 표면으로부터 이격된 평평한 표면을 갖는, 상기 침지시키기 위한 코드;
    (c) 상기 기판에 전류를 공급하여 상기 시드 및/또는 배리어 층 위에 금속 층을 도금하기 위한 코드;
    (d) 상기 애노드와 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트 사이에 위치된 보조 캐소드에 전류를 공급하여 상기 애노드로부터 전류 분포를 형상화하기 위한 코드; 및
    (e) 제 1 포지션으로부터 제 2 포지션으로 상기 실드를 이동시키기 위한 코드로서, 상기 제 2 포지션은 상기 제 1 포지션보다 상기 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로부터 더 먼 거리에 위치되는, 상기 실드를 이동시키기 위한 코드를 포함하는, 비일시적 컴퓨터 머신 판독가능 매체.
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