KR20130127400A - Cross flow manifold for electroplating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은, 2010년 10월 21일자로 출원된 발명의 명칭이 "FLOW DIVERTERS AND FLOW SHAPING PLATES FOR ELECTROPLATING CELLS"인 미국 가출원 제 61/405,608호 (대리인 사건번호 NOVLP396P); 2010년 8월 18일자로 출원된 발명의 명칭이 "HIGH FLOW RATE PROCESSING FOR WAFER LEVEL PACKAGING"인 미국 가출원 제61/374,911호 (대리인 사건번호 NOVLP367P); 및 2010년 7월 2일자로 출원된 발명의 명칭이 "ANGLED HRVA"인 미국 가출원 61/361,333호 (대리인 사건번호 NOVLP366P) 의 이점을 주장하는, 2011년 6월 29일자로 출원된 발명의 명칭이 "CONTROL OF ELECTROLYTE HYDRODYNAMICS FOR EFFICIENT MASS TRANSFER DURING ELECTROPLATING"인 미국특허출원 제13/172,642호 (대리인 사건번호 NOVLP367P) 의 부분 계속 출원이며, 이들 각각은 참조에 의해 그 전체가 그리고 모든 목적을 위해 본원에 통합된다. 또한, 본 출원은 2012년 5월 14일자로 출원된 발명의 명칭이 "CROSS FLOW MANIFOLD FOR ELECTROPLATING APPARATUS"인 미국 가출원 제61/646,598호 (대리인 사건번호 NOVLP367X1P) 의 우선권의 이점을 주장하며, 이것은 참조에 의해 그 전체가 그리고 모든 목적을 위해 본원에 통합된다. 본 출원은 다음의 특허출원: 2012년 12월 12일자로 출원된 발명의 명칭이 "ENHANCEMENT OF ELECTROLYTE HYDRODYNAMICS FOR EFFICIENT MASS TRANSFER DURING ELECTROPLATING"인 미국 가출원 제61/736,499호 (대리인 사건번호 LAMRP015P) 와 공통인 특징들을 포함할 수도 있다. 이들 출원들 각각은 참조에 의해 그 전체가 그리고 모든 목적을 위해 본원에 통합된다.This application is directed to US Provisional Application No. 61 / 405,608, entitled “FLOW DIVERTERS AND FLOW SHAPING PLATES FOR ELECTROPLATING CELLS”, filed Oct. 21, 2010 (agent case NOVLP396P); US Provisional Application No. 61 / 374,911, entitled "HIGH FLOW RATE PROCESSING FOR WAFER LEVEL PACKAGING," filed August 18, 2010 (agent case NOVLP367P); And US Provisional Application No. 61 / 361,333, filed Jul. 2, 2010, entitled “ANGLED HRVA” (Agent No. NOVLP366P), which filed on June 29, 2011. Partially filed in US Patent Application Ser. No. 13 / 172,642, Representative Event No. NOVLP367P, entitled "CONTROL OF ELECTROLYTE HYDRODYNAMICS FOR EFFICIENT MASS TRANSFER DURING ELECTROPLATING," each of which is hereby incorporated by reference in its entirety and for all purposes. do. This application also claims the benefit of priority of US Provisional Application No. 61 / 646,598 (Agent No. NOVLP367X1P), entitled “CROSS FLOW MANIFOLD FOR ELECTROPLATING APPARATUS,” filed May 14, 2012, which is referenced by reference. Are hereby incorporated by reference in their entirety and for all purposes. This application is common to US Provisional Application No. 61 / 736,499 (Agent Case No. LAMRP015P), entitled "ENHANCEMENT OF ELECTROLYTE HYDRODYNAMICS FOR EFFICIENT MASS TRANSFER DURING ELECTROPLATING," filed December 12, 2012. It may also include features. Each of these applications is incorporated herein in their entirety and for all purposes by reference.
개시된 구체예들은 전기도금 동안 전해질 유체역학 (hydrodynamics) 을 제어하기 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본원에서 개시된 방법들 및 장치들은, 예컨대 구리 TSV (Through Silicon Via) 피쳐들, 및 예컨대 약 50㎛ 미만의 폭을 갖는 작은 마이크로범핑 피쳐들 (예를 들면, 구리, 니켈, 주석 및 주석 합금 솔더들) 의 레지스트 도금을 통해, 반도체 웨이퍼 기판 상에 금속들을 도금하는데 특히 유용하다.The disclosed embodiments relate to methods and apparatuses for controlling electrolyte hydrodynamics during electroplating. More specifically, the methods and apparatuses disclosed herein include, for example, copper through silicon via (TSV) features, and small microbumping features (eg, copper, nickel, tin) having a width of less than about 50 μm, for example. And tin alloy solders), particularly useful for plating metals on semiconductor wafer substrates.
전기화학적 퇴적 프로세스들은 현대의 집적 회로 제조에서 잘 확립되어 있다. 21세기 초에 알루미늄에서 구리 금속 라인 배선들로의 전이가 점점 더 복잡해지는 전착 프로세스들 (electrodeposition processes) 및 도금 툴들에 대한 필요성을 강요했다. 복잡성의 대부분은 디바이스 금속화 층들에서의 더 작은 전류 전송 라인에 대한 필요에 응답하여 진화하였다. 이들 구리 라인들은, "다마신 (damascene) " 프로세싱 (프리-패시베이션 금속화) 으로 통상 칭해지는 방법론에서 금속을 아주 얇은, 고 애스펙트비의 트렌치들 및 비아들로 전기도금함으로써 형성된다.Electrochemical deposition processes are well established in modern integrated circuit fabrication. In the early 21st century, the transition from aluminum to copper metal line wirings forced the need for electrodeposition processes and plating tools. Most of the complexity has evolved in response to the need for smaller current transmission lines in device metallization layers. These copper lines are formed by electroplating the metal into very thin, high aspect ratio trenches and vias in a methodology commonly referred to as "damascene" processing (pre-passivation metallization).
이제, 전기화학적 퇴적은 TSV (Through Silicon Via) 전기 접속 기법 및 웨이퍼 레벨 패키징 (WLP) 으로서 일반적으로 그리고 일상적으로 알려진 복잡한 패키징 및 멀티칩 배선 기법들에 대한 상업적 필요성을 충족시키도록 준비가 되어 있다. 이들 기법들은 (FEOL (Front End of Line) 배선들과 비교하여), 부분적으로, 일반적으로 더 큰 피쳐 사이즈들로 인해, 그들 고유의 아주 중요한 도전과제들을 제시하고 있다.Electrochemical deposition is now ready to meet the commercial need for complex packaging and multichip wiring techniques commonly and routinely known as through silicon via (TSV) electrical interconnect techniques and wafer level packaging (WLP). These techniques (in comparison with Front End of Line (FEOL) wiring) present some very important challenges inherent in part, due in general to larger feature sizes.
패키징 피쳐들 (예를 들면, 스루 칩 접속용 TSV, 상호접속 재분배 배선, 또는 플립칩 필러들 (pillars) 과 같은 칩 대 보드 또는 칩 본딩) 의 형태 및 어플리케이션에 따라, 도금된 피쳐들은 일반적으로, 현재의 기술들에서는, 약 2㎛ 보다 더 크고 그들의 주부의 (principal) 크기가 통상 약 5-100㎛이다 (예를 들면, 구리 필러들은 약 50㎛일 수도 있다) . 파워 버스들과 같은 몇몇 온칩 구조들에 대해, 도금될 피쳐는 100㎛보다 더 클 수도 있다. WLP 피쳐들의 애스펙트비들은, 이들이 어쩌면 약 2:1 (높이 대 폭) 정도만큼 높은 범위에 있을 수 있지만, 통상 약 1:1 이하이고, 한편, TSV 구조들은 아주 높은 애스펙트비들 (예를 들면, 약 20:1 근처) 을 가질 수도 있다.Depending on the form and application of the packaging features (eg, chip to board or chip bonding such as TSV for through chip connection, interconnect redistribution wiring, or flip chip pillars), the plated features are generally In current technologies, larger than about 2 μm and their principal size is usually about 5-100 μm (eg, copper fillers may be about 50 μm). For some on-chip structures, such as power buses, the feature to be plated may be larger than 100 μm. The aspect ratios of the WLP features are typically in the range as high as about 2: 1 (height to width), but are typically about 1: 1 or less, while TSV structures are very high aspect ratios (eg, Around 20: 1).
WLP 구조 사이즈들을 100-200㎛에서 50㎛미만으로 줄이면, 이 스케일에서, 유체역학 및 물질 이동 경계층들 (mass transfer boundary layers) 이 거의 등가로 되기 때문에, 고유의 문제점들의 세트가 나타나게 된다. 더 큰 피쳐들을 갖는 이전 세대들에 대해, 피쳐로의 물질 (mass) 및 유체의 이동은 흐름장들 (flow fields) 의 피쳐들로의 일반적인 투과에 의해 수행되지만, 더 작은 피쳐들에 대해, 플로우 소용돌이들 (eddies) 및 정체는 성장하는 피쳐 내에서 물질 이동의 레이트와 균일성 둘 다를 방해할 수 있다. 따라서, 더 작은 "마이크로범프" 및 TSV 피쳐들 내에서 균일한 물질 이동을 생성하는 신규의 방법들이 요구된다.Reducing the WLP structure sizes from 100-200 μm to less than 50 μm results in a set of inherent problems, because at this scale, hydrodynamic and mass transfer boundary layers are nearly equivalent. For previous generations with larger features, the movement of mass and fluid to the feature is performed by general transmission of the flow fields to the features, but for smaller features, flow Eddies and stagnation can interfere with both the rate and uniformity of mass transfer within the growing feature. Accordingly, new methods are needed to create uniform mass transfer within smaller “microbumps” and TSV features.
또한, 피쳐 깊이가 L이고 확산 상수가 D일 때 순수한 확산 프로세스에 대한 시상수 (τ)(1차원 확산 평형 시상수) 는 다음의 식으로 표현된다.Further, when the feature depth is L and the diffusion constant is D, the time constant τ (one-dimensional diffusion equilibrium time constant) for the pure diffusion process is expressed by the following equation.
τ=L2/2D (sec) .τ = L 2 / 2D (sec).
금속 이온의 확산 계수에 대해 평균적인 적당한 값을 가정하면 (예를 들면, 5×10-6 cm2/sec), 상대적으로 큰 FEOL 0.3㎛ 깊이의 다마신 피쳐는 약 0.1msec만의 시상수를 가질 것이지만, WLP 범프의 50㎛ 깊이의 TSV는 수 초의 시상수를 가질 것이다.Assuming a moderate average value for the diffusion coefficient of metal ions (
피쳐 사이즈뿐만 아니라 도금 속도도 WLP와 TSV 어플리케이션들을 다마신 어플리케이션들과 차별화시킨다. 많은 WLP 어플리케이션들에 대해, 도금되고 있는 금속 (예를 들면, 구리, 니켈, 금, 은 솔더들 등) 에 따라, 한편으론 제조 및 비용적인 요건들 다른 한편으론 기술적 요건들 및 기술적 어려움 사이 (예를 들면, 웨이퍼 패턴 변화성에 대한 그리고 다이 내에서 및 피쳐 목표들 내에서의 웨이퍼 요건들에 대한 주요 생산성의 목표들) 에 밸런스가 존재한다. 구리에 대해서, 이 밸런스는 적어도 약 2㎛/분, 통상적으로 적어도 약 3~4 ㎛/분 또는 그 이상에서 일반적으로 달성된다. 주석 도금에 대해, 약 3㎛/분보다 더 큰 도금 레이트, 몇몇 어플리케이션들에 대해 적어도 약 7㎛/분의 도금 레이트가 요구된다. 니켈 및 스트라이크 골드 (strike gold)(예를 들면, 낮은 농도의 금 플래시 필름 층들) 에 대해, 도금 레이트들은 약 0.1 내지 1㎛/분 사이에 있을 수도 있다. 이들 금속-관련물의 더 높은 도금 레이트 체계들에서, 전해질의 금속 이온들의 도금 표면으로의 효율적인 물질 이동이 중요하다.In addition to feature size, plating speed differentiates WLP and TSV applications from damaging applications. For many WLP applications, depending on the metal being plated (eg copper, nickel, gold, silver solders, etc.), on the one hand, manufacturing and cost requirements, on the other hand, between technical and technical difficulties (eg For example, there is a balance between the wafer productivity variability and the main productivity goals for wafer requirements within the die and within the feature targets. For copper, this balance is generally achieved at least about 2 μm / min, typically at least about 3-4 μm / min or more. For tin plating, plating rates greater than about 3 μm / minute, plating rates of at least about 7 μm / minute are required for some applications. For nickel and strike gold (eg, low concentration gold flash film layers), the plating rates may be between about 0.1 to 1 μm / minute. In higher plating rate regimes of these metal-related, efficient mass transfer of the metal ions of the electrolyte to the plating surface is important.
어떤 구체예들에서, 웨이퍼 내 (WIthin a Wafer; WIW), 특정 다이의 모든 피쳐들 내 및 사이 (WIthin and among all the features of a particular Die; WID), 및 또한 개개의 피쳐들 자체 내 (WIthin the individual Features themselves; WIF) 에서 양호한 도금 균일성을 달성하기 위해 웨이퍼의 전면에 걸쳐 도금은 아주 균일한 방식으로 수행되어야만 한다. WLP 및 TSV 어플리케이션들의 높은 도금 레이트들은 전착층 (electrodeposited laye) 의 균일성에 관해 도전과제를 제시한다. 여러 WLP 어플리케이션들에 대해, 도금은 웨이퍼의 표면을 따라 방사상으로 기껏해야 약 5%의 하프 범위 변화성 (WIW 비균일성으로 칭해지며, 웨이퍼의 직경을 가로지르는 복수의 로케이션들에서 다이의 싱글 피쳐 타입에 대해 측정됨) 을 나타내어야만 한다. 동등하게 도전과제가 되는 유사한 요건은 상이한 사이즈들 (예를 들면, 피쳐 직경들) 또는 피쳐 밀도 (예를 들면, 칩 다이의 어레이의 중간의 격리된 또는 임베디드된 피쳐) 중 어느 하나의 여러 피쳐들의 균일한 퇴적 (두께 및 형상) 이다. 이 성능 상세는 WID 비균일성으로서 일반적으로 칭해진다. WID 비균일성은, 웨이퍼 상의 특정 다이 로케이션 (예를 들면, 반경 중간, 중심 또는 에지) 에서의 주어진 웨이퍼 다이 내의 평균 피쳐 높이 또는 다른 치수 대 상술된 바와 같이 여러 피쳐들 타입들의 로컬 변화성 (예를 들면, 5% 하프 범위 미만) 으로서 측정된다.In certain embodiments, WIthin a Wafer (WIW), WIthin and among all the features of a particular Die (WID), and also within the individual features themselves (WIthin) In order to achieve good plating uniformity in the individual features themselves (WIF), the plating must be carried out in a very uniform manner over the entire surface of the wafer. High plating rates of WLP and TSV applications present a challenge with regard to the uniformity of the electrodeposited laye. For many WLP applications, plating is radially along the surface of the wafer at most about 5% half range variability (called WiW non-uniformity, single feature of the die at multiple locations across the diameter of the wafer). Measured for type). A similar requirement that is equally challenging is the ability of several features of either different sizes (e.g., feature diameters) or feature density (e.g., isolated or embedded features in the middle of an array of chip dies). Uniform deposition (thickness and shape). This performance detail is commonly referred to as WID nonuniformity. WID non-uniformity is the local variability of the average feature height or other dimension within a given wafer die at a given die location on the wafer (eg, radius mid, center or edge) versus the various feature types as described above (eg, For example, less than 5% half range).
최종 도전과제인 요건은 피쳐 형상 내의 일반적인 제어이다. 적절한 플로우 및 물질 이동 대류 제어가 없으면, 도금 이후 라인 또는 필러는 2차원 또는 3차원에서 볼록한, 평평한 또는 오목한 형태로 경사질 수 있는데 (예를 들면, 안장 또는 돔 형상), 평평한 프로파일이 항상은 아니지만, 일반적으로 선호된다. 이들 도전과제들을 충족시키면서, WLP 어플리케이션들은 종래의 잠재적인 덜 고가의 픽 앤 플레이스 (pick and place) 의 시리얼 라우팅 동작들과 경쟁해야만 한다. 또한, WLP 어플리케이션들에 대한 전기화학적 퇴적은 여러 비구리 금속들, 예컨대 납, 주석, 주석-은과 같은 솔더, 및 니켈, 금, 팔라듐과 같은 다른 언더범프 금속화 재료들, 및 이들의 여러 합금들을 포함할 수도 있는데, 그 몇몇은 구리를 포함한다. 공융 합금들 근처의 주석-은의 도금은 납-주석 공융 솔더의 대안인 무납 솔더로서 도금된 합금에 대한 도금 기술의 일 예이다.The final challenge, the requirement, is the general control within the feature shape. Without proper flow and mass transfer convection control, after plating, lines or pillars can be inclined in a convex, flat or concave shape in two or three dimensions (eg saddle or dome shapes), although the flat profile is not always , Generally preferred. While meeting these challenges, WLP applications must compete with conventional potentially less expensive pick and place serial routing operations. In addition, the electrochemical deposition for WLP applications can include several non-copper metals such as lead, tin, tin-silver solders, and other under bump metallization materials such as nickel, gold, palladium, and various alloys thereof. May include copper, some of which include copper. Plating of tin-silver near eutectic alloys is an example of a plating technique for alloys plated as lead-free solder that is an alternative to lead-tin eutectic solders.
본원의 어떤 구체예들은 하나 이상의 재료들을 기판 상에 전기도금하는 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 많은 경우들에서, 상기 재료는 금속이고 기판은 반도체 웨이퍼이지만, 본 구체예가 그렇게 제한되는 것은 아니다. 통상, 본원의 구체예들은 기판 근처에 위치된 채널화된 플레이트 (channeled plate) 를 활용하여, 채널화된 플레이트에 의해 바닥 상에 정의된 교차류 매니폴드를, 기판에 의해 상부에, 그리고 교차류 제한 링에 의해 측면들에 생성한다. 도금 동안, 유체는 채널화된 플레이트의 채널들을 통해 위쪽에서, 그리고 교차류 제한 링의 일 측에 위치된 교차류 측면 유입구를 통해 측면에서 교차류 매니폴드로 들어간다. 플로우 경로들은 교차류 매니폴드에서 결합되고 교차류 출구에서 빠져나가는데, 교차류 출구는 교차류 유입구에 대향하여 위치된다. 이들 결합된 플로우 경로들은 향상된 도금 균일성으로 나타나게 된다.Certain embodiments herein relate to methods and apparatuses for electroplating one or more materials onto a substrate. In many cases, the material is a metal and the substrate is a semiconductor wafer, but the present embodiment is not so limited. Typically, embodiments herein utilize a channeled plate located near a substrate to cross-flow the manifold defined on the floor by the channeled plate, on the top, and cross-flow by the substrate. On the sides by a limiting ring. During plating, fluid enters the crossflow manifold from the top through the channels of the channeled plate and through the crossflow lateral inlet located on one side of the crossflow restriction ring. Flow paths are coupled at the crossflow manifold and exit at the crossflow outlet, which is located opposite the crossflow inlet. These combined flow paths result in improved plating uniformity.
본원의 구체예의 일 양태에서, 한 장치가 제공되는데, (a) 실질적으로 평면인 기판 상에 금속을 전기도금하는 동안 전해질과 아노드를 포함하도록 구성된 전기도금 챔버; (b) 전기도금 동안 상기 실질적으로 평면인 기판의 도금면이 상기 아노드와 분리되도록 상기 실질적으로 평면인 기판을 유지하도록 구성된 기판 홀더; (c) 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면과 약 10mm 이하의 갭만큼 분리된 기판 대향면을 포함하는 이온 저항성 엘리먼트 (ionically resistive element) 로서, 상기 이온 저항성 엘리먼트는 전기도금 동안 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면과 적어도 같은 공간 (coextensive) 에 있고, 상기 이온 저항성 엘리먼트는 전기도금 동안 상기 이온 저항성 엘리먼트를 통해 이온 수송을 제공하도록 된, 상기 이온 저항성 엘리먼트; (d) 전해질을 상기 갭으로 도입하기 위한 상기 갭에 대한 유입구; 및 (e) 상기 갭에서 흐르는 전해질을 수용하기 위한 상기 갭에 대한 배출구를 포함하며, 상기 유입구 및 배출구는 전기도금 동안 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면 상의 방위각적으로 대향하는 둘레 로케이션들 근처에 위치되고, 상기 유입구 및 배출구는 상기 갭에서 교차류형 (cross-flowing) 전해질을 생성하여 전기도금 동안 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면 상에 전단력을 생성 또는 유지하도록 된다. 몇몇 구현예들에서, 상기 장치의 유입구는 2개 이상의 방위각적으로 별개인 섹션들로 분리되고, 상기 장치는 상기 유입구의 상기 방위각적으로 별개인 섹션들로 흐르는 전해질의 양을 독립적으로 제어하기 위한 메커니즘을 또한 포함한다.In one aspect of embodiments herein, an apparatus is provided, comprising: (a) an electroplating chamber configured to include an electrolyte and an anode during electroplating metal on a substantially planar substrate; (b) a substrate holder configured to hold the substantially planar substrate such that the plating surface of the substantially planar substrate is separated from the anode during electroplating; (c) an ionically resistive element comprising a substrate opposing surface separated by a gap of about 10 mm or less from the plated surface of the substantially planar substrate, the ionically resistive element being substantially planar during electroplating. The ionically resistive element being at least coextensive with the plating surface of the phosphor substrate, the ionically resistive element adapted to provide ion transport through the ionically resistive element during electroplating; (d) an inlet to said gap for introducing electrolyte into said gap; And (e) an outlet for said gap for receiving electrolyte flowing in said gap, said inlet and outlet being near azimuthally opposing peripheral locations on said plated surface of said substantially planar substrate during electroplating. And inlet and outlet to create a cross-flowing electrolyte in the gap to generate or maintain shear forces on the plated surface of the substantially planar substrate during electroplating. In some embodiments, the inlet of the device is divided into two or more azimuthally distinct sections, and the device is adapted to independently control the amount of electrolyte flowing into the azimuthally distinct sections of the inlet. It also includes a mechanism.
어떤 구체예들에서, 이온 저항성 엘리먼트는 어떤 특성들을 갖는다. 예를 들면, 몇몇 경우들에서, 이온 저항성 엘리먼트는 약 1~10% (예를 들면, 약 2~5% 사이) 의 다공도 (porosity) 를 갖는다. 상기 이온 저항성 엘리먼트는 전기도금 동안 전해질이 통과하여 흐를 수도 있는 적어도 약 1000개 (예를 들면, 적어도 약 3000개, 적어도 약 5000개, 적어도 약 6000개, 또는 적어도 약 9000개) 의 경로들을 포함한다. 상기 경로들은 상기 이온 저항성 엘리먼트를 통해 상기 경로들의 배출구에서 적어도 약 3cm/s (예를 들면, 적어도 약 5cm/s, 또는 적어도 약 10cm/s) 의 속도로 기판을 향해 전해질을 전달하도록 구성될 수도 있다. 많은 경우들에서, 상기 이온 저항성 엘리먼트는 전기도금 동안 전기장을 형성하고 상기 기판 근처에서의 전해질 플로우 특성을 제어하도록 구성된다.In certain embodiments, the ionically resistive element has certain characteristics. For example, in some cases, the ionically resistive element has a porosity of about 1-10% (eg, between about 2-5%). The ionically resistive element comprises at least about 1000 paths (eg, at least about 3000, at least about 5000, at least about 6000, or at least about 9000) through which the electrolyte may flow through during electroplating. . The paths may be configured to deliver electrolyte through the ionically resistive element toward the substrate at a rate of at least about 3 cm / s (eg, at least about 5 cm / s, or at least about 10 cm / s) at the outlet of the paths. have. In many cases, the ionically resistive element is configured to create an electric field during electroplating and to control electrolyte flow characteristics near the substrate.
상기 장치는 상기 이온 저항성 엘리먼트의 하부면 (lower face) 아래에 위치된 하부 매니폴드 영역을 더 포함하고, 상기 하부면은 상기 기판 홀더와 떨어져 대향한다. 몇몇 구체예들에서, 상기 장치는 중앙 전해질 챔버와 상기 중앙 전해질 챔버로부터 상기 유입구 및 상기 하부 매니폴드 영역 둘 다에 전해질을 전달하도록 구성된 하나 이상의 공급 채널을 더 포함한다. 상기 중아 전해질 챔버에 및/또는 상기 중앙 전해질 챔버로부터 전해질을 전달하기 위한 펌프가 여러 경우들에서 사용될 수도 있다. 몇몇 구체예들에서, 상기 펌프 및 상기 유입구는 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면 상의 중심점을 가로질러 적어도 약 3cm/s (예를 들면, 적어도 약 5 cm/s, 또는 적어도 약 10 cm/s, 또는 적어도 약 15 cm/s, 또는 적어도 약 20 cm/s) 의 교차류 속도로 상기 갭에서 전해질을 전달하도록 된다.The apparatus further includes a lower manifold region located below the lower face of the ionically resistive element, the lower surface facing away from the substrate holder. In some embodiments, the apparatus further comprises one or more supply channels configured to deliver electrolyte from both the central electrolyte chamber and the central electrolyte chamber to both the inlet and the lower manifold region. Pumps for delivering electrolyte to and / or from the middle electrolyte chamber may be used in many cases. In some embodiments, the pump and the inlet are at least about 3 cm / s (eg, at least about 5 cm / s, or at least about 10 cm / across a center point on the plated surface of the substantially planar substrate). s, or at least about 15 cm / s, or at least about 20 cm / s) to deliver electrolyte in the gap.
여러 구현예들에서, 상기 장치는 상기 유입구에 유체 커플링된 교차류 주입 매니폴드를 포함한다. 상기 교차류 주입 매니폴드는 상기 이온 저항성 엘리먼트의 캐비티 (cavity) 에 의해 적어도 부분적으로 정의될 수도 있다. 어떤 구체예들에서 플로우 방향 지정 엘리먼트들이 갭 내에 위치될 수도 있고, 상기 플로우 방향 지정 엘리먼트들은 실질적으로 선형인 플로우 경로에서 유입구에서 배출구로 전해질이 흐르게 하도록 적응될 수도 있다. 몇몇 경우들에서, 상기 플로우 방향 지정 엘리먼트들은 상기 유입구로부터 하류에 로케이트된 파티션들/핀들이며 상기 갭에서 흐르고 있는 전해질을 인접한 스트림들로 분할하도록 구성된다.In various embodiments, the apparatus includes a crossflow injection manifold fluidly coupled to the inlet. The crossflow injection manifold may be defined at least in part by the cavity of the ionically resistive element. In some embodiments flow direction pointing elements may be located in the gap, and the flow direction pointing elements may be adapted to allow electrolyte to flow from the inlet to the outlet in a substantially linear flow path. In some cases, the flow direction designating elements are partitions / pins located downstream from the inlet and are configured to divide the electrolyte flowing in the gap into adjacent streams.
어떤 구체예들은 상기 이온 저항성 엘리먼트의 주변부 위에 위치될 수도 있는 플로우 제한 링을 포함한다. 플로우 제한 링은 기판의 면을 가로지르는 교차류를 형성하는 것을 돕는다. 교차류 제한 링이 사용되는 경우들에서, 가스켓은 이온 저항성 엘리먼트와 플로우 제한 링 사이에 위치될 수도 있다. 가스켓은 양호한 밀봉성을 제공하는 것을 돕는다. 여러 구체예들에서 멤브레인을 지지하기 위해 멤브레인 프레임이 사용될 수도 있다. 멤브레인은 전기도금 챔버를 캐소드 챔버와 아노드 챔버로 분리할 수도 있다. 여러 구현예들에서, 상기 갭의 방사상으로 외측에 위어 벽 (weir wall) 이 위치되며, 상기 배출구를 통해 흐르는 전해질을 수용하도록 구성된다. 상기 장치는 도금 동안 기판 및/또는 기판 홀더를 회전시키기 위한 메커니즘을 또한 포함할 수도 있다. 몇몇 경우들에서, 이온 저항성 엘리먼트는 전기도금 동안 상기 기판에 평행하게 또는 실질적으로 평행하게 위치된다.Some embodiments include a flow restriction ring that may be positioned over the periphery of the ionically resistive element. The flow restricting ring helps to form a cross flow across the face of the substrate. In cases where a crossflow restricting ring is used, the gasket may be located between the ionically resistive element and the flow restricting ring. The gasket helps to provide good sealing. In various embodiments a membrane frame may be used to support the membrane. The membrane may separate the electroplating chamber into a cathode chamber and an anode chamber. In various embodiments, a weir wall is located radially outward of the gap and is configured to receive electrolyte flowing through the outlet. The apparatus may also include a mechanism for rotating the substrate and / or substrate holder during plating. In some cases, the ionically resistive element is positioned parallel or substantially parallel to the substrate during electroplating.
여러 구체예들에서, 유입구는 기판의 도금면의 둘레 근처에서 아크 (arc) 에 걸쳐 있을 수도 있다. 몇몇 구현예들에서, 유입구는 약 90~180도 사이 (예를 들면, 약 120~170도 사이, 약 140 내지 150도 사이) 의 아크에 걸쳐 있다. 특정 구체예에서, 유입구는 약 90도의 아크에 걸쳐 있다. 다른 구체예에서, 유입구는 약 120도의 아크에 걸쳐 있다. 몇몇 구체예들에서, 유입구는 복수의 방위각적으로 별개인 세그먼트들로 분리된다. 이들 방위각적으로 별개인 세그먼트들은 유체적으로 또한 분리될 수도 있다. 유입구의 방위각적으로 별개인 세그먼트들은 복수의 전해질 공급원들 및 공급 유입구에 의해 공급받을 수도 있다. 몇몇 구현예들에서, 장치는 상이한 전해질 공급 유입구들로의 전해질의 부피적 유량들을 독립적으로 제어하도록 설계 또는 구성된 하나 이상의 플로우 제어 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 플로우 제어 엘리먼트들은 하나 이상의 전해질 플로우 경로들에 위치된 제한 엘리먼트들 (constricting elements) 을 포함할 수도 있다. 몇몇 경우들에서, 제한 엘리먼트들은 로드들 (rods) 이다.In various embodiments, the inlet may span an arc near the perimeter of the plated surface of the substrate. In some embodiments, the inlet spans an arc between about 90-180 degrees (eg, between about 120-170 degrees, between about 140-150 degrees). In certain embodiments, the inlet is over an arc of about 90 degrees. In another embodiment, the inlet spans an arc of about 120 degrees. In some embodiments, the inlet is separated into a plurality of azimuthally discrete segments. These azimuthally distinct segments may also be separated fluidically. Azimuthally distinct segments of the inlet may be supplied by a plurality of electrolyte sources and a feed inlet. In some implementations, the apparatus may include one or more flow control elements designed or configured to independently control volumetric flow rates of electrolyte to different electrolyte feed inlets. Flow control elements may include restricting elements located in one or more electrolyte flow paths. In some cases, the limiting elements are rods.
본원의 구체예들의 다른 양태에서, 기판을 전기도금하는 방법이 제공된다. 상기 방법은: (a) 기판 홀더에 실질적으로 평면인 기판을 수용하는 동작으로서, 상기 실질적으로 평면인 기판의 도금면은 노출되고, 상기 기판 홀더는 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면이 전기도금 동안 아노드로부터 분리되도록 상기 실질적으로 평면인 기판을 유지하도록 구성되는, 상기 기판을 수용하는 동작; (b) 상기 실질적으로 평면인 기판을 전해질에 침지하는 동작으로서, 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면과 이온 저항성 엘리먼트의 상부면 사이에 약 10mm 이하의 갭이 형성되고, 상기 이온 저항성 엘리먼트는 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면과 적어도 같은 공간에 있고, 상기 이온 저항성 엘리먼트는 전기도금 동안 상기 이온 저항성 엘리먼트를 통해 이온 수송을 제공하도록 된, 상기 전해질에 침지하는 동작; (c) 상기 기판 홀더에서 상기 실질적으로 평면인 기판과 접촉하여 (i) 측면 유입구 (side inlet) 로부터 상기 갭으로, 그리고 측면 배출구 (side outlet) 밖으로 그리고 (ii) 상기 이온 저항성 엘리먼트 아래로부터, 상기 이온 저항성 엘리먼트를 통해, 상기 갭으로, 그리고 상기 측면 배출구 밖으로 전해질을 흐르게 하는 동작으로서, 상기 유입구 및 배출구는 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면 상의 방위각적으로 대향된 둘레 로케이션들 근처에 위치되고, 상기 유입구 및 배출구와 상기 유입구 근처의 복수의 핀들이 전기도금 동안 상기 갭에서 교차류 전해질을 생성 또는 유지하도록 설계 또는 구성되는, 상기 전해질을 흐르게 하는 동작; (d) 상기 기판 홀더를 회전시키는 동작; 및 (e) 상기 (c) 에서와 같이 상기 전해질을 흐르게 하는 동안 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면 상에 재료를 전기도금하는 동작을 포함한다. 유입구는 2개 이상의 방위각적으로 별개이며 유체적으로 분리된 섹션들로 분리될 수도 있고, 방위각적으로 별개인 섹션들로의 전해질의 플로우는 독립적으로 제어될 수도 있다. 몇몇 경우들에서, 유입구의 적어도 두 개의 섹션들은 상이한 전해질 유량들을 수용한다.In another aspect of the embodiments herein, a method of electroplating a substrate is provided. The method comprises: (a) receiving a substantially planar substrate in a substrate holder, wherein the plating surface of the substantially planar substrate is exposed and the substrate holder is electrically plated of the substantially planar substrate. Receiving the substrate configured to hold the substantially planar substrate to be separated from the anode during plating; (b) immersing the substantially planar substrate in an electrolyte, wherein a gap of about 10 mm or less is formed between the plated surface of the substantially planar substrate and the top surface of the ion resistive element, wherein the ion resistive element is Immersing the electrolyte in at least the same space as the plating surface of the substantially planar substrate, wherein the ionically resistive element is adapted to provide ion transport through the ionically resistive element during electroplating; (c) contacting the substantially planar substrate in the substrate holder (i) from a side inlet to the gap and out of a side outlet and (ii) from below the ionically resistive element, the Acts to flow electrolyte through the ionically resistive element, into the gap and out of the side outlet, wherein the inlet and outlet are located near azimuthally opposing peripheral locations on the plated surface of the substantially planar substrate. Flowing the electrolyte, wherein the inlet and outlet and a plurality of fins near the inlet are designed or configured to produce or maintain a cross-flow electrolyte in the gap during electroplating; (d) rotating the substrate holder; And (e) electroplating material onto the plated surface of the substantially planar substrate while flowing the electrolyte as in (c) above. The inlet may be separated into two or more azimuthally separate and fluidically separated sections, and the flow of electrolyte to the azimuthically separate sections may be controlled independently. In some cases, at least two sections of the inlet receive different electrolyte flow rates.
몇몇 구체예들에서, 상기 (c) 에서 전해질을 흐르게 하는 동작은 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면 상의 중심점을 가로질러 적어도 약 3cm/s (예를 들면, 적어도 약 5cm/s, 적어도 약 10cm/s, 또는 적어도 약 20cm/s) 의 교차류 속도로 전해질을 흐르게 하는 동작을 포함한다. 이들 및 다른 구체예들에서, 전해질은 적어도 약 3cm/s (예를 들면, 적어도 약 5cm/s, 또는 적어도 약 10cm/s) 의 속도로 상기 이온 저항성 엘리먼트를 빠져나갈 수도 있다.In some embodiments, the act of flowing the electrolyte in (c) is at least about 3 cm / s (eg, at least about 5 cm / s, at least about across a center point on the plated surface of the substantially planar substrate). Flowing the electrolyte at a crossflow rate of 10 cm / s, or at least about 20 cm / s. In these and other embodiments, the electrolyte may exit the ionically resistive element at a rate of at least about 3 cm / s (eg, at least about 5 cm / s, or at least about 10 cm / s).
몇몇 구체예들에서, 측면 배출구는 2개 이상의 방위각적으로 별개인 측면 배출구 섹션들로 분리될 수도 있다. 상기 방법은 적어도 2개의 상기 방위각적으로 별개인 배출구 섹션들을 통해 상이한 유량들 (flow rates) 로 전해질을 흐르게 하는 동작을 또한 포함할 수도 있다. 어떤 구현예들에서, 상기 (c) 의 (ii) 에서 전해질을 흐르게 하는 동작은 상기 기판의 상기 도금면 상에 전해질이 충돌하도록 전해질을 흐르게 하는 동작을 포함한다. 몇몇 경우들에서, 플로우 방향 지정 엘리먼트들은 갭에 위치될 수도 있다. 플로우 방향 지정 엘리먼트들은 실질적으로 선형인 플로우경로에서 측면 유입구로부터 측면 배출구로 전해질이 흐르게 할 수도 있다. 몇몇 경우들에서, 이들 플로우 방향 지정 엘리먼트들은 파티션들/핀들이다. 핀들은 측면 유입구의 하류 또는 적어도 부분적으로 하류에 로케이트될 수도 있다. 몇몇 경우들에서, 갭으로의 전해질의 전체 유량은 약 1~60L/분 사이 (예를 들면, 6~60L/분 사이 또는 5~25L/분, 또는 15~25L/분 사이) 일 수도 있다. 일 구체예에서, 갭으로의 전해질의 전체 유량은 약 12L/분이다. 다른 구체예에서, 이 유량은 약 20L/분이다.In some embodiments, the side outlet may be separated into two or more azimuthally separate side outlet sections. The method may also include the act of flowing the electrolyte at different flow rates through the at least two azimuthally separate outlet sections. In certain embodiments, flowing the electrolyte in (ii) of (c) includes flowing the electrolyte so that the electrolyte impinges on the plated surface of the substrate. In some cases, flow direction pointing elements may be located in the gap. Flow directing elements may allow electrolyte to flow from the side inlet to the side outlet in a substantially linear flowpath. In some cases, these flow direction designating elements are partitions / pins. The pins may be located downstream or at least partially downstream of the lateral inlet. In some cases, the total flow rate of the electrolyte into the gap may be between about 1-60 L / min (eg, between 6-60 L / min or between 5-25 L / min, or between 15-25 L / min). In one embodiment, the total flow rate of electrolyte into the gap is about 12 L / min. In another embodiment, this flow rate is about 20 L / min.
이들 및 다른 특징들은 관련된 도면을 참조하여 하기에 설명될 것이다.These and other features will be described below with reference to the associated drawings.
도 1a 는 반도체 웨이퍼들을 전기화학적으로 처리하기 위한 기판 홀딩 및 포지셔닝 장치의 사시도를 도시한다.
도 1b 는 콘 및 컵을 포함하는 기판 홀딩 어셈블리 부분의 단면도를 도시한다.
도 1c 는 본원의 구체예들을 실시하는데 이용될 수도 있는 전기도금 셀의 간소화된 도면을 도시한다.
도 1d - 도 1j 는, 이러한 구체예들을 실시하는 경우 달성되는 플로우 다이내믹들의 상면도들과 함께, 기판의 면을 가로지르는 교차류를 강화하는데 이용될 수도 있는 다양한 전기도금 장치의 구체예들을 도시한다.
도 2 는 본원에 개시된 특정 구체예들에 따른 캐소드 챔버에서 일반적으로 존재하는 전기도금 장치의 다양한 부분들의 분해도를 도시한다.
도 3a 는 본원의 특정 구체예들에 따른 교차류 측면 유입구 및 주변 하드웨어의 근접도를 도시한다.
도 3b 는 다양한 개시된 구체예들에 따른 교차류 배출구, CIRP 매니폴드 유입구, 및 주변 하드웨어의 근접도를 도시한다.
도 4 는 도 3a - 도 3b 에 도시된 전기도금 장치의 다양한 부분들의 단면도를 도시한다.
도 5 는 특정 구체예에 따른 6 개의 개개의 세그먼트들로 나누어진 샤워헤드 및 교차류 주입 매니폴드를 도시한다.
도 6 은, 특히 교차류의 유입구 측에 초점을 둔, 본원의 구체예에 따른 CIRP 및 연관된 하드웨어의 상면도를 도시한다.
도 7 은 다양한 개시된 구체예들에 따른 교차류 매니폴드의 유입구 측 및 배출구 측 양자 모두를 보여주는 CIRP 및 연관된 하드웨어의 간소화된 상면도를 도시한다.
도 8a - 도 8b 는 특정 구체예들에 따른 교차류 유입구 영역의 최초의 설계 (8a) 및 수정된 설계 (8b) 를 도시한다.
도 9 는 플로우 제한 링에 의해 부분적으로 커버되고 프레임에 의해 지지되는 CIRP 의 구체예를 도시한다.
도 10 은 어떠한 교차류 측면 유입구도 이용되지 않는 경우 일어나는 중심에서 가장자리까지의 비균일성을 나타내는, 두께 대 웨이퍼 위치의 그래프이다.
도 11 은 교차류 측면 유입구를 이용하는 경우 달성될 수도 있는 중심에서 가장자리까지의 균일성의 개선을 보여주는, 두께 대 웨이퍼 위치의 그래프이다.
도 12 는 교차류 측면 유입구를 이용하여 달성될 수도 있는 피쳐 형상 균일성에서의 개선을 나타내는, 두께 대 웨이퍼 위치의 다양한 그래프들을 도시한다.
도 13 은 어떠한 교차류 측면 유입구도 이용되지 않는 경우에 대한 범프 조성물 (퍼센트 실버) 대 웨이퍼 위치의 그래프이다.
도 14a 는 어떤 측의 유입구도 이용되지 않는 CIPR 및 플로우 제한 링의 간소화된 상면도를 도시한다.
도 14b 는 본원에 개시된 다양한 구체예들에 따른 CIRP, 플로우 제한 링, 및 교차류 측면 유입구의 간소화된 상면도를 도시한다.
도 15a - 도 15b 는 각각 도 14a - 도 14b 에 도시된 장치에 대한 교차류 매니폴드를 거치는 교차류를 도시한다.
도 16a - 도 16b 는 각각 도 14a - 도 14b 에 도시된 장치에 대한, 기판 근처의 평면에서 도금하는 동안의 교차류 속도를 나타내는 모델링 결과들을 도시한다.
도 17a - 도 17b 는 각각 도 14a - 도 14b 에 도시된 장치에 대한 도금 중의 수평적 교차류 속도 대 웨이퍼 위치를 도시하는 그래프들이다.
도 18a - 도 18b 는 어떠한 도금 유체도 교차류 측면 유입구 (18a) 를 통해 전달되지 않는 경우, 및 특정 양의 도금 유체가 교차류 측면 유입구 (18b) 를 통해 전달되는 경우에 기판의 상이한 부분들에 대해 달성되는 교차류 속도를 나타내는 모델링 결과들을 도시한다.
도 19a - 도 19b 는 어떠한 유체도 교차류 측면 유입구 (19a) 를 통해 전달되지 않는 경우, 및 특정 양의 유체가 교차류 측면 유입구 (19b) 를 통해 전달되는 경우에 대한 스태틱 임프린트 테스트 (static imprint test) 결과들을 도시한다.
도 20 은 교차류 주입 매니폴드/샤워헤드, 또는 CIPR 매니폴드/CIRP 로의 플로우를 제한하는 상이한 세트의 유체 조절 로드들을 이용하여 각각의 라인이 발생된 경우의, 유량 대 교차류 샤워헤드 압력을 도시하는 그래프이다.
도 21a - 도 21b 는 2 개의 상이한 제한 링/교차류 측면 유입구 설계들에 대한 교차류 매니폴드에서 플로우의 y 속도 (웨이퍼 쪽으로 향하는 속도) 를 나타내는 모델링 결과들을 도시한다.
도 21c 는 도 21a 에 도시된 경우에 대한 교차류 매니폴드에서 달성된 플로우 패턴을 보여주는 모델링 결과들을 도시한다.
도 22a - 도 22b 는 샤워헤드 홀들의 2 개의 상이한 배열들에 대한 교차류 속도를 나타내는 모델링 결과들을 도시한다.1A shows a perspective view of a substrate holding and positioning apparatus for electrochemically processing semiconductor wafers.
1B illustrates a cross-sectional view of a substrate holding assembly portion that includes a cone and a cup.
1C shows a simplified diagram of an electroplating cell that may be used to practice the embodiments herein.
1D-1J show embodiments of various electroplating apparatus that may be used to enhance cross flow across the surface of a substrate, along with top views of flow dynamics achieved when implementing these embodiments. .
2 shows an exploded view of various parts of an electroplating apparatus that are generally present in a cathode chamber in accordance with certain embodiments disclosed herein.
3A shows a close up of a crossflow lateral inlet and peripheral hardware in accordance with certain embodiments herein.
3B shows a close up of a crossflow outlet, a CIRP manifold inlet, and peripheral hardware in accordance with various disclosed embodiments.
4 shows a cross-sectional view of various parts of the electroplating apparatus shown in FIGS. 3A-3B.
5 shows a showerhead and crossflow injection manifold divided into six individual segments according to certain embodiments.
FIG. 6 shows a top view of the CIRP and associated hardware according to an embodiment of the present application, particularly focused on the inlet side of the crossflow.
7 illustrates a simplified top view of CIRP and associated hardware showing both inlet and outlet sides of a crossflow manifold in accordance with various disclosed embodiments.
8A-8B show an initial design 8a and a modified design 8b of the crossflow inlet region according to certain embodiments.
9 shows an embodiment of CIRP partially covered by a flow restriction ring and supported by a frame.
10 is a graph of thickness versus wafer position, showing nonuniformity from center to edge that occurs when no crossflow side inlets are used.
FIG. 11 is a graph of thickness versus wafer location showing improvement in center to edge uniformity that may be achieved when using a crossflow side inlet. FIG.
FIG. 12 shows various graphs of thickness versus wafer location, showing an improvement in feature shape uniformity that may be achieved using crossflow side inlets.
FIG. 13 is a graph of bump composition (percent silver) versus wafer position for when no crossflow side inlets are used.
FIG. 14A shows a simplified top view of the CIPR and flow restriction ring with no inlet on either side.
14B illustrates a simplified top view of the CIRP, flow restriction ring, and crossflow side inlet in accordance with various embodiments disclosed herein.
15A-15B show crossflow through a crossflow manifold for the device shown in FIGS. 14A-14B, respectively.
16A-16B show modeling results showing the cross-flow rates during plating in the plane near the substrate, respectively, for the apparatus shown in FIGS. 14A-14B.
17A-17B are graphs showing horizontal crossflow velocity versus wafer position during plating for the apparatus shown in FIGS. 14A-14B, respectively.
18A-18B show different portions of the substrate when no plating fluid is delivered through crossflow side inlet 18a and when a certain amount of plating fluid is delivered through crossflow side inlet 18b. Modeling results indicative of the cross-flow velocity achieved for
19A-19B show a static imprint test for when no fluid is delivered through the crossflow side inlet 19a and when a certain amount of fluid is delivered through the crossflow side inlet 19b. ) Shows the results.
20 shows the flow rate versus crossflow showerhead pressure when each line is generated using a different set of fluid conditioning rods that restrict flow to the crossflow injection manifold / showerhead, or CIPR manifold / CIRP. It is a graph.
21A-21B show modeling results showing the y velocity (velocity towards the wafer) of the flow in the crossflow manifold for two different confinement ring / crossflow side inlet designs.
FIG. 21C shows modeling results showing the flow pattern achieved in the crossflow manifold for the case shown in FIG. 21A.
22A-22B show modeling results indicative of the crossflow velocity for two different arrangements of showerhead holes.
이 출원에서, 용어들 "반도체 웨이퍼", "웨이퍼", "기판", "웨이퍼 기판", 및 "부분적으로 제작된 집적 회로" 는 상호교환가능하게 이용된다. 용어 "부분적으로 제작된 집적 회로" 는 실리콘 웨이퍼 상의 집적 회로 제작의 많은 동작들 중 임의의 동작 중의 실리콘 웨이퍼를 지칭할 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 다음의 상세한 설명은 본 발명이 웨이퍼 상에 구현되는 것으로 가정한다. 종종, 반도체 웨이퍼들은 200 mm, 300 mm, 또는 450 mm 의 직경을 갖는다. 그러나, 본 발명은 그렇게 제한되지 않는다. 워크피스는 다양한 형상들, 크기들, 및 재료들일 수도 있다. 반도체 웨이퍼들 외에, 본 발명의 이점을 취할 수도 있는 다른 워크피스들은 인쇄 회로 기판들 등과 같은 다양한 물품들을 포함한다.In this application, the terms “semiconductor wafer”, “wafer”, “substrate”, “wafer substrate”, and “partially fabricated integrated circuit” are used interchangeably. Those skilled in the art will appreciate that the term “partially fabricated integrated circuit” may refer to a silicon wafer during any of many operations of integrated circuit fabrication on a silicon wafer. The following detailed description assumes that the invention is implemented on a wafer. Often, semiconductor wafers have a diameter of 200 mm, 300 mm, or 450 mm. However, the present invention is not so limited. The workpiece may be of various shapes, sizes, and materials. In addition to semiconductor wafers, other workpieces that may benefit from the present invention include various articles such as printed circuit boards and the like.
다음의 설명에서, 나타내어진 구체예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 많은 구체적인 세부사항들이 제시된다. 개시된 구체예들은 이러한 구체적인 세부사항들 중 일부 또는 전부가 없이 실시될 수도 있다. 다른 예시들에서, 공지의 프로세스 동작들은 개시된 구체예들을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 설명되지 않았다. 개시된 구체예들이 특정 구체예들과 함께 설명될 것이지만, 이는 개시된 구체예들을 제한하고자 하는 것이 아님이 이해될 것이다.In the following description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the embodiments shown. The disclosed embodiments may be practiced without some or all of these specific details. In other instances, well known process operations have not been described in detail in order not to unnecessarily obscure the disclosed embodiments. While the disclosed embodiments will be described in conjunction with the specific embodiments, it will be understood that it is not intended to limit the disclosed embodiments.
기판 상에 하나 이상의 금속들을 전기도금하는 장치 및 방법들이 본원에 설명된다. 구체예들은 일반적으로 기판이 반도체 웨이퍼인 경우로 설명되나; 본 발명은 그렇게 제한되지 않는다.Described herein are apparatus and methods for electroplating one or more metals on a substrate. Embodiments are generally described when the substrate is a semiconductor wafer; The present invention is not so limited.
개시된 구체예들은 높은 균일성의 도금층들이 획득되도록 도금 중에 전해질 유체역학을 제어하도록 구성된 전기도금 장치 및 이를 포함하는 방법들을 포함한다. 구체적인 구현예들에서, 개시된 구체예들은 충돌 플로우 (impinging flow)(워크피스 표면으로 향하거나 워크피스 표면에 수직인 플로우), 및 (종종 "교차류" 또는 워크피스 표면에 평행한 속도를 갖는 플로우라고 지칭되는) 전단 플로우 (shear flow) 의 조합들을 생성하는 방법들 및 장치를 이용한다.The disclosed embodiments include an electroplating apparatus and methods comprising the same, which are configured to control electrolyte hydrodynamics during plating such that high uniform plating layers are obtained. In specific embodiments, the disclosed embodiments may be described in terms of impinging flow (flow directed to or perpendicular to the workpiece surface), and (often “cross flow” or flow having a velocity parallel to the workpiece surface). Methods and apparatus for generating combinations of shear flow (referred to as " referred to ").
일 구체예는 다음의 특징들, (a) 실질적으로 평면인 기판 상에 금속을 전기도금하는 동안 전해질 및 아노드를 함유하도록 구성된 도금 챔버; (b) 전기도금 중에 기판의 도금면이 아노드로부터 분리되도록, 실질적으로 평면인 기판을 홀딩하기 위해 구성된 기판 홀더; (c) 전기도금 중에 기판의 도금면에 실질적으로 평행하거나 도금면으로부터 분리되는 기판 대향면을 포함하는 채널화된 이온 저항성 엘리먼트 (channeled ionically resistive element) 로서, 채널화된 이온 저항성 엘리먼트는 복수의 비통신 채널들을 포함하고, 여기서 비통신 채널들은 전기도금 중에 엘리먼트를 통한 전해질의 이동을 허용하는, 채널화된 이온 저항성 엘리먼트; 및 (d) 기판의 도금면에서 흐르는 전해질에 전단력 (교차류) 를 생성하고/생성하거나 적용하기 위한 매커니즘을 포함하는 전기도금 장치이다. 비록 웨이퍼가 실질적으로 평면이긴 하나, 웨이퍼는 또한 일반적으로 하나 이상의 미세한 트렌치들을 가지고, 전해질 노출에 대해 마스킹된 표면의 하나 이상의 부분들을 가질 수도 있다. 다양한 구체예들에서, 장치는 또한 기판 도금면의 방향으로 전기도금 셀에서 전해질이 흐르게 하면서, 기판 및/또는 채널화된 이온 저항성 엘리먼트를 회전시키기 위한 매커니즘을 포함한다.One embodiment includes the following features: (a) a plating chamber configured to contain an electrolyte and an anode during electroplating metal on a substantially planar substrate; (b) a substrate holder configured to hold a substantially planar substrate such that the plating surface of the substrate is separated from the anode during electroplating; (c) a channeled ionically resistive element comprising a substrate facing surface substantially parallel to or separate from the plating surface of the substrate during electroplating, wherein the channelized ionically resistive element comprises a plurality of non- Communication channels, wherein the non-communication channels include channeled ionically resistive elements that allow movement of the electrolyte through the element during electroplating; And (d) a mechanism for generating and / or applying shear force (cross flow) to the electrolyte flowing at the plating surface of the substrate. Although the wafer is substantially planar, the wafer also generally has one or more fine trenches and may have one or more portions of the surface masked for electrolyte exposure. In various embodiments, the apparatus also includes a mechanism for rotating the substrate and / or the channeled ion resistant element while allowing the electrolyte to flow in the electroplating cell in the direction of the substrate plating surface.
특정 구현예들에서, 교차류를 적용하기 위한 매커니즘은, 예들 들어, 채널화된 이온 저항성 엘리먼트의 주변부 상의 또는 주변부에 근접한 적절한 플로우 방향 지정 및 분배 수단을 갖는 유입구이다. 유입구는 채널화된 이온 저항성 엘리먼트의 기판 대향면을 따라 교차하여 흐르는 캐소드액의 방향을 지정한다. 유입구는 방위각상으로 비대칭이며, 부분적으로 채널화된 이온 저항성 엘리먼트의 둘레를 따르고, 하나 이상의 갭들을 가지고, 전기도금 중에 채널화된 이온 저항성 엘리먼트와 실질적으로 평면인 기판 사이에 교차류 주입 매니폴드를 정의한다. 교차류 주입 매니폴드와 협력하여 작업하기 위해 다른 엘리먼트들이 선택적으로 제공된다. 이는 교차류 주입 플로우 분배 샤워헤드 및 교차류 제한 링을 포함할 수도 있으며, 이들은 도면들과 관련하여 하기에서 더 설명된다.In certain implementations, the mechanism for applying crossflow is, for example, an inlet having suitable flow direction designation and distribution means on or near the periphery of the channelized ion resistant element. The inlet directs the direction of the catholyte that crosses along the substrate facing surface of the channeled ion resistant element. The inlet is asymmetric in azimuth and follows the circumference of the partially channeled ionically resistive element and has one or more gaps and creates a crossflow injection manifold between the channeled ionically resistive element and the substantially planar substrate during electroplating. define. Other elements are optionally provided for working in conjunction with the crossflow injection manifold. It may comprise a cross flow injection flow distribution showerhead and a cross flow restriction ring, which are further described below in connection with the figures.
특정 구체예들에서, 장치는, 전기도금 중에 채널화된 이온 저항성 엘리먼트의 홀들을 빠져나가는 적어도 약 3 cm/s (예를 들어, 적어도 약 5 cm/s, 또는 적어도 약 10 cm/s) 의 평균 플로우 속도를 만들어내기 위해, 기판 도금면으로 향하거나 기판 도금면에 수직인 방향으로 전해질의 플로우를 가능하게 하도록 구성된다. 특정 구체예들에서, 장치는 기판의 도금면의 중심점을 걸쳐, 약 3 cm/sec 또는 그보다 큰 (예를 들어, 약 5 cm/s 또는 그 보다 큰, 약 10 cm/s 또는 그 보다 크거나, 약 20 cm/s 또는 그 보다 큰) 평균 횡단 전해질 속도를 만들어내는 조건들 하에서 동작하도록 구성된다. 이러한 유량들 (즉, 이온 저항 엘리먼트의 홀들을 빠져나가는 유량, 및 기판의 도금면에 걸친 유량) 은, 특정 구체예들에서, 전기도금 셀이 약 20 L/분 의 전체 전해질 유량를 이용하고 대략 12 인치 직경의 기판인 경우에 적절하다. 본원의 구체예들은 다양한 기판 크기들로 실시될 수도 있다. 일부 경우들에서, 기판은 약 200 mm, 약 300 mm, 또는 약 450 mm 의 직경을 갖는다. 또한, 본원의 구체예들은 매우 다양한 전체 유량들로 실시될 수도 있다. 특정 구현예들에서, 전체 전해질 유량는 약 1 L/분 - 6 L/분 사이, 약 6 L/분 - 60 L/분 사이, 약 5 L/분 - 25 L/분 사이, 또는 약 15 L/분 - 25 L/분 사이이다. 도금 중에 달성된 유량들은 이용되는 펌프의 크기 및 용량과 같은 특정 하드웨어 제약들에 의해 제한될 수도 있다. 본원에 인용된 유량들은 개시된 기법들이 보다 큰 펌프들을 구비하여 실시되는 경우 더 높을 수도 있음을 당업자는 이해할 것이다.In certain embodiments, the apparatus includes at least about 3 cm / s (eg, at least about 5 cm / s, or at least about 10 cm / s) exiting the holes of the ionically resistive element channeled during electroplating. In order to produce an average flow rate, it is configured to enable the flow of the electrolyte toward the substrate plating surface or in a direction perpendicular to the substrate plating surface. In certain embodiments, the device is about 3 cm / sec or greater (eg, about 5 cm / s or greater, about 10 cm / s or greater, across the center point of the plated surface of the substrate) , To operate under conditions that produce an average transverse electrolyte rate (about 20 cm / s or greater). These flow rates (ie, the flow rate through the holes of the ion resistive element, and the flow rate across the plated surface of the substrate), in certain embodiments, the electroplating cell utilizes a total electrolyte flow rate of about 20 L / min and is approximately 12 It is suitable for the case of an inch diameter substrate. Embodiments herein may be practiced with various substrate sizes. In some cases, the substrate has a diameter of about 200 mm, about 300 mm, or about 450 mm. In addition, embodiments herein may be practiced at a wide variety of overall flow rates. In certain embodiments, the total electrolyte flow rate is between about 1 L / min-6 L / min, between about 6 L / min-60 L / min, between about 5 L / min-25 L / min, or about 15 L / Min-25 L / min. The flow rates achieved during plating may be limited by certain hardware constraints such as the size and capacity of the pump used. Those skilled in the art will appreciate that the flow rates cited herein may be higher when the disclosed techniques are implemented with larger pumps.
일부 구체예들에서, 전기도금 장치는 분리된 아노드 챔버 및 캐소드 챔버를 포함하며, 2 개의 챔버들의 각각에는 상이한 전해질 조성물들, 전해질 순환 루프들, 및/또는 유체역학이 있다. 챔버들 사이에서의 하나 이상의 컴포넌트들의 직접적인 대류 이동 (플로에 의한 물질 운동) 을 억제하고 챔버들 사이의 원하는 분리를 유지하기 위해 이온 투과성 멤브레인이 이용될 수도 있다. 멤브레인은 대량 전해질 플로우를 차단하고, 양이온들과 같은 이온들의 이동은 허용하면서, 유기 첨가제들과 같은 특정 종들의 이동은 금지할 수도 있다. 일부 구체예들에서, 멤브레인은 DuPont 사의 NAFIONTM 또는 관련된 이온 선택적 폴리머를 함유한다. 다른 경우들에서, 멤브레인은 이온 교환 재료를 포함하지 않고, 대신 미소공성 재료를 포함한다. 종래에, 캐소드 챔버 내의 전해질은 "캐소드액" 으로 지칭되고, 아노드 챔버 내의 전해질은 "아노드액" 으로 지칭된다. 종종, 아노드액과 캐소드액은 상이한 조성물들을 갖는데, 아노드액은 도금 첨가제들 (예를 들어, 촉진제, 억제제, 및/또는 레벨러 (leveler)) 을 거의 함유하지 않거나 아예 함유하지 않고, 캐소드액은 상당한 농도의 그러한 첨가제들을 함유한다. 금속 이온들과 산들의 농도는 또한 종종 2 개의 챔버들 사이에서 다르다. 분리된 아노드 챔버를 포함하는 전기도금 장치의 예가 2000년 11월 3일에 출원된 미국 특허 제 6,527,920 호 [대리인 사건번호 NOVLP007]; 2002년 8월 27일에 출원된 미국 특허 제 6,821,407 호 [대리인 사건번호 NOVLP048]; 2009년 12월 17일에 출원된 미국 특허 제 8,262,871 호 [대리인 사건번호 NOVLP308] 에서 설명되며, 그 각각은 참조로 그 전체가 본원에 포함된다.In some embodiments, the electroplating apparatus includes a separate anode chamber and a cathode chamber, each of the two chambers having different electrolyte compositions, electrolyte circulation loops, and / or hydrodynamics. Ion permeable membranes may be used to inhibit direct convective movement of material (flow due to flow) of one or more components between the chambers and to maintain a desired separation between the chambers. The membrane may block bulk electrolyte flow and allow the movement of ions such as cations while prohibiting the movement of certain species such as organic additives. In certain embodiments, the membrane contains NAFION ™ or related ion selective polymer from DuPont. In other cases, the membrane does not include an ion exchange material, but instead a microporous material. Conventionally, the electrolyte in the cathode chamber is referred to as "catholyte" and the electrolyte in the anode chamber is referred to as "anode solution". Often, the anolyte and catholyte have different compositions, the anolyte containing little or no plating additives (eg, accelerators, inhibitors, and / or levelers), catholyte Contains significant concentrations of such additives. The concentration of metal ions and acids also often differs between the two chambers. Examples of electroplating devices that include separate anode chambers are described in US Pat. No. 6,527,920, filed November 3, 2000 [Agent Case No. NOVLP007]; US Patent No. 6,821,407, filed Aug. 27, 2002 (Agent No. NOVLP048); US Patent No. 8,262,871 filed on December 17, 2009, Representative Event No. NOVLP308, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.
일부 구체예들에서, 아노드 멤브레인은 이온 교환 재료를 포함할 필요가 없다. 일부 예들에서, 멤브레인은 매사추세츠 윌밍톤의 Koch Membrane 사에 의해 제조된 폴리에테르술폰 (polyethersulfone) 과 같은 미소공성 재료로 이루어진다. 이러한 멤브레인 유형은 주석-은 도금 및 금 도금과 같은 불활성 아노드 어플리케이션들에 가장 뚜렷이 적용가능하나, 니켈 도금과 같은 가용성 아노드 어플리케이션들에도 또한 이용될 수도 있다.In certain embodiments, the anode membrane does not need to include an ion exchange material. In some examples, the membrane is made of a microporous material, such as polyethersulfone, manufactured by Koch Membrane, Wilmington, Massachusetts. This membrane type is most clearly applicable to inert anode applications such as tin-silver plating and gold plating, but may also be used for soluble anode applications such as nickel plating.
특정 구체예들에서, 그리고 본원의 다른 곳에서 좀더 충분히 설명된 바와 같이, 이후 "CIRP 매니폴드 영역"이라고 지칭되는 매니폴드 영역 안으로 캐소드액이 주입되며, 그 영역에서는 전해질이 공급되며, 축적되고, 그 다음에 분배되어 웨이퍼 기판을 곧바로 향하여 CIRP 의 다양한 비통신 채널들을 통해 실질적으로 균일하게 패스한다.In certain embodiments, and as described more fully elsewhere herein, catholyte is injected into a manifold region, hereinafter referred to as " CIRP manifold region, " where electrolyte is supplied, accumulated, It is then distributed and passes substantially uniformly through the various non-communication channels of the CIRP directly towards the wafer substrate.
다음의 논의에서, 상측부 피쳐 및 하측부 피쳐 (또는 상부 피쳐 및 하부 피쳐 등과 같은 유사한 용어들) 또는 개시된 구체예들의 엘리먼트들을 지칭하는 경우, 용어들 상측부 및 하측부는 단순히 편의성을 위해 이용되고, 본 발명의 참조 또는 구현예의 단일 프레임만을 표현한다. 다른 구성들이 가능한데, 예컨대, 상측부 컴포넌트 및 하측부 컴포넌트가 중력에 대해 역으로 되고/되거나, 상측부 컴포넌트 및 하측부 컴포넌트가 왼쪽 및 오른쪽 컴포넌트나 오른쪽 및 왼쪽 컴포넌트가 된다.In the following discussion, when referring to upper and lower features (or similar terms such as upper and lower features, etc.) or elements of the disclosed embodiments, the terms upper and lower portions are merely used for convenience, Represent only a single frame of a reference or implementation of the invention. Other configurations are possible, for example, the upper component and the lower component are inverse to gravity and / or the upper component and the lower component are the left and right components or the right and left components.
본원에 설명된 일부 양상들이 다양한 유형의 도금 장치에서 이용될 수도 있으나, 간결함 및 명확함을 위해, 예들의 대부분은 웨이퍼 면이 아래로 향하는 (wafer-face-down), "분수식 (fountain)" 도금 장치와 관련될 것이다. 그러한 장치에서, 도금될 워크피스 (일반적으로, 본원에 제시된 예들에서는 반도체 웨이퍼) 은 일반적으로 (일부 경우들에서, 일부가 또는 전체 도금 프로세스 중에, 실제 수평으로부터 몇 도 정도 변할 수도 있는) 실질적으로 수평 배향을 가지고, 도금 중에 회전하도록 전력이 공급될 수도 있어, 일반적으로 수직으로 위쪽으로 향하는 전해질 대류 패턴을 양산한다. 웨이퍼의 중심으로부터 가장자리로의 충돌 플로우 물질의 집적, 뿐만 아니라 웨이퍼의 중심에 대해서, 웨이퍼의 가장자리에서의 회전하는 웨이퍼의 내재하는 보다 높은 각속도는 방사상으로 증가하는 가파른 (웨이퍼에 평행인) 플로우 속도를 생성한다. 셀들/장치의 분수형 도금 클래스의 부재의 일 예는 캘리포니아 산 호세의 Novellus Systems, Inc. 에 의해 생산되고 Novellus Systems, Inc. 으로부터 이용가능한 Sabre® 전기도금 시스템이다. 또한, 분수형 전기도금 시스템들은, 예를 들어, 2001 년 8 월 10 일에 출원된 미국 특허 제 6,800,187 호 [대리인 사건번호 NOVLP020], 및 2008 년 11 월 7 일에 출원된 미국 특허 제 8,308,931 호 [대리인 사건번호 NOVLP299] 에서 설명되며, 이들은 그 전체가 참조로 본원에 포함된다.While some aspects described herein may be used in various types of plating apparatus, for the sake of brevity and clarity, many of the examples are wafer-face-down, “fountain” plating apparatus. Will be associated with In such an apparatus, the workpiece to be plated (generally, a semiconductor wafer in the examples presented herein) is generally substantially horizontal (in some cases, which may vary a few degrees from the actual horizontal, in part or during the entire plating process). With an orientation, power may be supplied to rotate during plating, generally yielding a vertically upwardly directed electrolyte convection pattern. The accumulation of impingement flow material from the center of the wafer to the edge, as well as the inherent higher angular velocity of the rotating wafer at the edge of the wafer relative to the center of the wafer, results in a radially increasing steep (parallel to wafer) flow rate. Create An example of the absence of a fractional plating class of cells / devices is Novellus Systems, Inc., San Jose, California. Produced by Novellus Systems, Inc. Sabre® electroplating system available from. In addition, fractional electroplating systems are described, for example, in U.S. Patent No. 6,800,187 filed on August 10, 2001 [Agent No. NOVLP020], and U.S. Patent No. 8,308,931 filed November 7, 2008 [ Agent event number NOVLP299, which are incorporated herein by reference in their entirety.
도금될 기판은 일반적으로 평면이거나 실질적으로 평면이다. 본원에서 이용된 바와 같이, 트렌치들, 비아들, 포토레지스트 패턴들 등과 같은 피쳐들을 갖는 기판은 실질적으로 평면인 것으로 간주된다. 종종 이러한 피쳐들은 미시적 규모이지만, 반드시 항상 그럴 필요는 없다. 많은 구체예들에서, 기판의 표면의 하나 이상의 부분들은 전해질에 대한 노출로부터 마스킹될 수도 있다.The substrate to be plated is generally planar or substantially planar. As used herein, a substrate having features such as trenches, vias, photoresist patterns, and the like is considered to be substantially planar. Often these features are microscopic, but not necessarily. In many embodiments, one or more portions of the surface of the substrate may be masked from exposure to the electrolyte.
도 1a 및 도 1b 에 대한 다음의 설명은 본원에 설명된 장치 및 방법들을 이해하는 것을 돕기 위해 일반적인 비제한적인 측면을 제공한다. 도 1a 는 반도체 웨이퍼들을 전기화학적으로 처리하기 위한 웨이퍼 홀딩 및 포지셔닝 장치 (100) 의 사시도를 제공한다. 장치 (100) 는 (종종 본원에서 "클렘쉘 (clamshell)" 컴포넌트들이라고 지칭되는) 웨이퍼 맞물림 (engaging) 컴포넌트들을 포함한다. 실제 클렘쉘은 컵 (cup)(102) 및 웨이퍼와 씰 (seal) 사이에 압력이 인가되는 것을 가능하게 하는 콘 (cone)(103) 을 포함함으로써, 컵에 웨이퍼를 고정시킨다.The following description of FIGS. 1A and 1B provides general, non-limiting aspects to assist in understanding the apparatus and methods described herein. 1A provides a perspective view of a wafer holding and
컵 (102) 은 스트럿 (strut)(104) 에 의해 지지되며, 스트럿은 상부 플레이트 (105) 에 연결된다. 이러한 어셈블리 (102 - 105), 집합적으로 어셈블리 (101) 는 스핀들 (106) 을 통해 모터 (107) 에 의해 구동된다. 모터 (107) 는 장착 브래킷 (109) 에 부착된다. 스핀들 (106) 은 웨이퍼 (이 도면에서는 미도시) 에 토크를 전달하여 도금 중에 회전을 허용한다. 스핀들 (106) 내의 에어 실린더 (미도시) 는 또한 컵과 콘 (103) 사이에 수직력을 제공하여 웨이퍼와 컵 내에 하우징된 씰링 부재 (립씰) 사이에 씰 (seal) 을 생성한다. 이러한 논의의 목적으로, 컴포넌트들 (102 - 109) 을 포함하는 어셈블리는 웨이퍼 홀더 (111) 라고 집합적으로 지칭된다. 그러나, "웨이퍼 홀더" 의 개념은 일반적으로 웨이퍼와 맞물려 웨이퍼의 운동 및 포지셔닝을 가능하게 하는 컴포넌트들의 다양한 조합들 및 하위 조합들로 확장한다는 것에 주의한다.The
제 2 플레이트 (117) 에 슬라이딩가능하게 연결되는 제 1 플레이트 (115) 를 포함하는 틸팅 어셈블리가 장착 브래킷 (109) 에 연결된다. 각각 피봇 조인트 (pivot joint)(119 및 121) 에서 플레이트 (115) 및 플레이트 (117) 양자 모두에 구동 실린더 (113) 가 연결된다. 따라서, 구동 실린더 (113) 는 플레이트 (117) 를 거쳐 슬라이딩 플레이트 (115)(그리고 그에 따라 웨이퍼 홀더 (111)) 에 힘을 제공한다. 플레이트들 (15 및 117) 사이의 접촉 영역을 정의하는 아크 경로 (미도시) 를 따라 웨이퍼 홀더 (111) 의 원단 (즉, 장착 브래킷 (109)) 이 움직여지고, 따라서 웨이퍼 홀더 (111) 의 근단 (즉, 컵 및 콘 어셈블리) 은 가상 피봇 상으로 기울어진다. 이는 웨이퍼가 도금조 안으로 각을 이루며 진입하는 것을 허용한다.A tilting assembly comprising a
웨이퍼 홀더 (111) 의 근단을 다른 액츄에이터(actuator)(미도시) 를 통해 도금 용액에 침지하기 위해 전체 장치 (100) 가 수직으로 위로 또는 아래로 들어 올려진다. 따라서, 2 개의 컴포넌트 포지셔닝 매커니즘은 전해질에 수직인 궤도를 따른 수직 이동 및 웨이퍼에 대해 (전해질 표면에 평행한) 수평 배향으로부터의 편향을 허용하는 틸팅 이동 (각을 이루며 웨이퍼를 침지하는 성능) 양자 모두를 제공한다. 장치 (100) 의 이동 성능들 및 연관된 하드웨어에 대한 좀더 세부적인 설명이 2001년 5월 31일에 출원되고 2003년 4월 22일에 발행된 미국 특허 제 6,551,487 호 [대리인 사건번호 NOVLP022] 에서 설명되며, 이는 그 전체가 참조로 본원에 포함된다.The
장치 (100) 는 일반적으로 아노드 (예를 들어, 구리 아노드 또는 비금속 불활성 아노드) 및 전해질을 하우징하는 도금 챔버를 갖는 특정 도금 셀과 함께 이용됨에 주의한다. 도금 셀은 도금 셀을 통해, 그리고 도금되는 워크피스에 대하여 전해질을 순환시키기 위한 배관 또는 배관 연결들을 또한 포함할 수도 있다. 아노드 격실 및 캐소드 격실에 상이한 전해질의 화학적 성질들을 유지하도록 설계된 멤브레인들 또는 다른 세퍼레이터들을 또한 포함할 수도 있다. 일 구체예에서, 억제제들, 촉진제들, 또는 다른 유기 도금 첨가제들이 실질적으로 없는 전해질을 포함하는 아노드 챔버를 정의하기 위해 하나의 멤브레인이 이용되거나, 다른 구체예에서는, 아노드액 및 캐소드액의 무기 도금 조성물이 실질적으로 상이하다. 물리적 수단 (예를 들어, 밸브들 또는 오버플로우 트로프 (trough) 를 포함하는 직접적인 펌핑) 으로 캐소드액 또는 주 도금조로 아노드액을 이송하는 수단이 또한 선택적으로 공급될 수도 있다.Note that the
다음의 설명은 클렘쉘의 컵 및 콘 어셈블리에 대한 좀더 세부사항을 제공한다. 도 1b 는 단면도의 형식으로, 콘 (103) 및 컵 (102) 을 포함하는 어셈블리 (100) 의 일부분 (101) 을 도시한다. 이 도면은 컵 및 콘 제품 어셈블리의 실제 묘사로 여지지지 않고, 오히려 논의 목적으로 스타일링된 묘사임에 주의한다. 스크류들 (108) 을 통해 부착되는 스트럿 (104) 들을 통해 상부 플레이트 (105) 에 의해 컵 (102) 이 지지된다. 일반적으로, 컵 (102) 은 웨이퍼 (145) 가 놓일 수 있는 지지부를 제공한다. 그를 통해 도금 셀로부터의 전해질이 웨이퍼와 접촉할 수 있는 개구부를 포함한다. 웨이퍼 (145) 는 도금이 일어나는 전면 (142) 을 갖는다는 것에 주의한다. 웨이퍼 (145) 의 주변부가 컵 (102) 상에 놓인다. 도금 동안 콘 (103) 을 제자리에 유지하기 위해, 콘 (103) 은 웨이퍼의 이면측에 대해 가압된다.The following description provides more details on the cup and cone assembly of the clamshell. FIG. 1B shows a
웨이퍼를 101 안에 적재하기 위해, 콘 (103) 이 상부 플레이트 (105) 에 닿을 때까지 스핀들 (106) 에 의해 그 도시된 위치까지 콘 (103) 이 들어 올려진다. 이 위치로부터, 컵과 콘 사이에 갭이 생성되며, 그 갭 안으로 웨이퍼 (145) 가 삽입되고, 그에 따라 컵 안에 적재될 수 있다. 그 다음에 콘 (103) 이 아래로 내려가 도시된 바와 같이 컵 (102) 의 둘레 (periphery) 에 대하여 웨이퍼와 맞물리고, 웨이퍼의 외주부 (outer periphery) 를 따라 방사상으로 립씰 (143) 을 지나 전기적 접촉들의 세트 (도 1b 에 미도시) 와 짝을 이룬다.To load the wafer into 101, the
스핀들 (106) 은 콘 (103) 으로 하여금 웨이퍼 (145) 와 결합하게 하는 수직력 및 어셈블리 (101) 를 회전시키는 토크 양측 모두를 전달한다. 이들 전달된 힘들은 도 1b 에서 화살표들로 나타내어진다. 웨이퍼 도금은 웨이퍼가 (도 1b 의 상단에 점선 화살표로 나타내진 바와 같이) 회전하는 동안에 발생하는 것이 일반적이라는 점에 주목한다.The
컵 (102) 은 압축가능 립씰 (143) 을 가지며, 이 립씰 (143) 은 콘 (103) 이 웨이퍼 (145) 와 결합할 때 유체 밀봉 씰 (fluid-tight seal) 을 형성한다. 콘 및 웨이퍼로부터의 수직력은 유체 밀봉 씰을 형성하도록 립씰 (143) 을 압축한다. 립씰은 전해질이 (구리 또는 주석 이온들과 같은 오염 종들을 실리콘 내에 직접적으로 도입시킬 수 있는) 웨이퍼 (145) 의 이면과 접촉하지 못하게 하고 장치 (101) 의 감응 컴포넌트들과 접촉하지 못하게 한다. 또한, 유체 밀봉 씰들을 형성하는 웨이퍼와 컵의 인터페이스 사이에 위치하여 웨이퍼 (145) 의 이면 (미도시) 을 더 보호하는 씰들이 존재할 수도 있다.The
콘 (103) 은 또한 씰 (149) 을 포함한다. 도시된 바와 같이, 씰 (149) 은 결합될 때 콘 (103) 의 에지 및 컵의 상측 지역 근처에 위치한다. 이것은 또한 컵 위로부터 클램셀에 진입할 수도 있는 임의의 전해질로부터 웨이퍼 (145) 의 이면을 보호한다. 씰 (149) 은 콘 또는 컵에 부착될 수도 있으며, 단일 씰일 수도 있고 또는 멀티-컴포넌트 씰일 수도 있다.
도금의 개시 시, 콘 (103) 은 컵 (102) 위로 상승하고, 웨이퍼 (145) 는 어셈블리 (102) 에 도입된다. 웨이퍼가 초기에 - 일반적으로 로봇 팔에 의해 - 컵 (102) 내에 도입될 때, 그것의 전면 (142) 은 립씰 (143) 에 살짝 놓이게 된다. 도금 동안, 어셈블리 (101) 는 균일한 도금을 달성하는 데 도움이 되도록 회전한다. 후속 도면들에서, 어셈블리 (101) 는 도금 동안 웨이퍼 도금 표면 (142) 에서 전해질의 유체역학을 제어하는 컴포넌트들과 관련하여 더 간단한 포맷으로 도시된다. 따라서, 워크피스에서의 유체 전단 (fluid shear) 및 물질 이동 (mass transfer) 의 개요는 다음과 같다. At the start of plating, the
도 1c 에 도시된 바와 같이, 도금 장치 (150) 는 아노드 (160) 를 하우징하는 도금 셀 (155) 을 포함한다. 이 실시형태에서, 전해질 (175) 은 아노드 (160) 내의 개구를 통과하여 중앙 집중식으로 셀 (155) 내에 흐르게 되고, 전해질은 수직 배향된 (교차하지 않는) 스루홀들을 갖는 채널화된 이온 저항성 엘리먼트 (170) 를 통과하며, 이러한 스루홀들을 통해 전해질이 흘러, 그 후, 웨이퍼 홀더 (101) 에 홀딩되고 웨이퍼 홀더 (101) 에 의해 포지셔닝 및 이동되는, 웨이퍼 (45) 에 충돌하게 된다. 참조기호 170 과 같은 채널화된 이온 저항성 엘리먼트들은 웨이퍼 도금 표면 상에서의 균일한 충돌 플로우를 제공한다. 여기에서 설명되는 특정 구체예들에 따르면, 이러한 채널화된 이온 저항성 엘리먼트들을 활용하는 장치는, WLP 및 TSV 애플리케이션들에 대한 것과 같은 높은 퇴적 레이트 체계들 (high deposition rate regimes) 하에서의 도금을 포함하는, 웨이퍼의 면에 걸친 고 레이트 및 고 균일성 도금을 용이하게 하는 방식으로 구성 및/또는 동작된다. 설명된 다양한 구체예들 중 임의의 것 또는 모두는 다마신 뿐 아니라 TSV 및 WLP 애플리케이션들의 상황에서 구현될 수 있다.As shown in FIG. 1C, the
도 1d 내지 도 1j 는 교차류가 기판이 도금되는 면을 가로지르도록 하는데 사용될 수도 있는 특정 기법들과 관련된다. 이들 도면들과 관련하여 설명되는 다양한 기법들은 교차류를 조장하는 대안의 전략들을 제시한다. 이와 같이, 이들 도면들에서 설명되는 특정 엘리먼트들은 선택적이며, 모든 구체예들에서 존재하는 것은 아니다.1D-1J relate to certain techniques that may be used to allow cross flow to cross the surface on which the substrate is plated. The various techniques described in connection with these figures suggest alternative strategies for promoting cross flow. As such, the particular elements described in these figures are optional and not present in all embodiments.
몇몇 구체예들에서, 전해질 플로우 포트들은, 여기에서 설명되는 바와 같은, 플로우 정형 (shape) 플레이트 및 플로우 다이버터만으로 또는 이들과 조합하여 횡방향 플로우를 돕도록 구성된다. 다양한 구체예들은 플로우 정형 도금과 관련하여 후술되지만, 본 발명이 그와 같이 제한되는 것은 아니다. 특정 구체예들에서, 웨이퍼 표면에 걸쳐진 전해질 플로우 벡터들의 크기는 벤트 또는 갭의 가까이에서 더 크고, 웨이퍼에 걸쳐서 점진적으로 더 작으며, 벤트 또는 갭으로부터 가장 먼 의사 챔버 (pseudo chamber) 의 내부에서 최소인 것으로 알려져 있다는 것에 주목한다. 도 1d 에 도시된 바와 같이, 적절히 구성된 전해질 플로우 포트들을 사용함으로써, 이들 횡방향 플로우 벡터들의 크기는 웨이퍼 표면에 걸쳐서 더 균일하다.In some embodiments, the electrolyte flow ports are configured to assist transverse flow with or only in combination with a flow shaping plate and a flow diverter, as described herein. Various embodiments are described below in connection with flow shaping plating, but the invention is not so limited. In certain embodiments, the size of the electrolyte flow vectors across the wafer surface is larger near the vent or gap, progressively smaller across the wafer, and minimum within the pseudo chamber farthest from the vent or gap. Note that it is known to be. As shown in FIG. 1D, by using properly configured electrolyte flow ports, the magnitude of these transverse flow vectors is more uniform across the wafer surface.
도 1e 는 전해질 (175) 에 부분적으로 침지된 웨이퍼 홀더 (101) 를 도금조 (155) 내에 갖춘 도금 셀 (700) 의 간단한 단면도를 도시한다. 도금 셀 (700) 은 여기에서 설명되는 것들과 같은 플로우 정형 플레이트 (705) 를 포함한다. 아노드 (160) 는 플레이트 (705) 아래에 존재한다. 플레이트 (705) 의 상측에는 플로우 다이버터 (315) 가 있다. 이 도면에서, 플로우 다이버터 내의 벤트 또는 갭 (배출구) 은 도면의 우측 상에 있고, 그에 따라 횡방향 플로우는 최대 점선 화살표로 나타낸 바와 같이 좌측으로부터 우측으로 전달한다. 일련의 더 작은 세로방향 화살표들은 플레이트 (705) 내의 수직 배향 쓰루-홀들을 통한 플로우를 나타낸다. 또한, 플레이트 (705) 아래에는, 플레이트 (705) 아래의 챔버 내에 전해질을 도입하는 일련의 전해질 유입구 플로우 포트들 (710) 이다. 이 도면에는, 아노드 및 캐소드 챔버를 분리시키는 어떠한 멤브레인도 존재하지 않지만, 이것은 또한 본 설명의 범주로부터 일탈하지 않고 그러한 도금 셀들에도 포함될 수 있다.FIG. 1E shows a simple cross sectional view of the plating
이 실시형태에서, 플로우 포트들 (710) 은 셀 (155) 의 내벽을 중심으로 방사상으로 분배된다. 특정 구체예들에서, 웨이퍼 도금 표면에 걸친 횡방향 플로우를 개선하기 위해, 이들 플로우 포트들 중 하나 이상, 예를 들어 웨이퍼, 플레이트 (705) 및 플로우 다이버터 (315) 사이에 형성된 의사 챔버 내의 벤트 또는 갭에 가까운 (도시된 바와 같이) 우측면 상의 플로우 포트들이 차단된다. 이 방식으로, 충돌 플로우가 플레이트 (705) 내의 모든 스루홀들을 통해 허용되지만, 의사 챔버 내의 갭 또는 벤트의 말단에 있는 좌측에서의 압력은 더 높고, 그에 따라 웨이퍼 표면 (이 실시형태에서는, 좌측에서 우측으로의 플로우) 에 걸친 횡방향 플로우가 개선된다. 특정 구체예들에서, 차단된 플로우 포트들은 플로우 다이버터의 세그먼트된 부분의 방위각에 적어도 동일한 방위각을 중심으로 포지셔닝된다. 특정 구체예에서는, 플로우 정형 플레이트 아래의 전해질 챔버의 원주의 90° 방위각 섹션 상에서의 전해질 플로우 포트들이 차단된다. 일 구체예에서, 이 90° 방위각 섹션은 플로우 다이버터 고리의 개방 세그먼트 (배출구) 로 등록된다.In this embodiment, the
다른 구체예들에서, 전해질 유입구 플로우 포트 또는 포트들은 벤트 또는 갭의 말단에 있는 플로우 다이버터 부분 아래의 영역에서 더 높은 압력을 가하도록 구성된다 (도 1e 에서 Y 로 나타내짐). 몇몇 실례들에서, 선택된 유입구 포트들을 (예컨대, 하나 이상의 셧 오프 밸브들을 통해) 간단히 물리적으로 차단하는 것은, 특별히 구성된 전해질 유입구 포트들을 갖는 셀을 설계하는 것보다 더 편리하고 더 유연하다. 이것은, 플로우 정형 플레이트 및 관련 플로우 다이버터의 구성이, 상이한 소망 도금 결과들에 따라 변할 수 있기 때문에 사실이며, 그에 따라 그것은 단일 도금 셀 상에서 전해질 유입구 구성을 변화시킬 수 있을 정도로 더 유연하다.In other embodiments, the electrolyte inlet flow port or ports are configured to apply a higher pressure in the region below the flow diverter portion at the end of the vent or gap (indicated by Y in FIG. 1E). In some instances, simply physically blocking the selected inlet ports (eg, via one or more shut off valves) is more convenient and more flexible than designing a cell with specially configured electrolyte inlet ports. This is true because the configuration of the flow shaping plate and associated flow diverter can vary according to different desired plating results, and therefore it is more flexible enough to be able to change the electrolyte inlet configuration on a single plating cell.
다른 구체예들에서, 하나 이상의 전해질 유입구 포트들을 차단하든 차단하지 않든, 댐, 배플, 또는 다른 물리적 구조는 벤트 또는 갭의 말단에 있는 플로우 다이버터 부분 아래의 영역에서 더 높은 압력을 가하도록 구성된다. 예를 들어, 도 1f 을 참조하면, 배플 (720) 은 벤트 또는 갭의 말단에 있는 플로우 다이버터 부분 아래의 영역에 더 높은 압력을 가하도록 구성된다 (도 1f 에서 Y 로 나타내짐). 도 1g 는 웨이퍼 홀더 (101), 플로우 다이버터 (315) 또는 플로우 정형 플레이트 (705) 를 나타나지 않은 도금 셀 (155) 의 상면도로서, 배플 (720) 이 포트들 (720) 로부터 발산하는 전해질 플로우를 영역 Y에서 합류하도록 촉진하고, 그에 따라 (전술한 바와 같이) 그 영역에서 압력을 증가시키는 것을 도시한다. 당업자는, 예컨대, 설명된 바와 같이, 더 높은 압력 지역을 생성하고, 그에 따라 전단 플로우 벡터들이 실질적으로 균일한 의사 챔버에서 웨이퍼 표면에 걸친 횡방향 플로우를 촉진하도록 전해질의 플로우를 채널링하기 위해 수평, 수직, 경사 또는 다른 엘리먼트들을 갖는 물리적 구조가 다수의 상이한 방식들로 배향될 수도 있음을 이해할 것이다.In other embodiments, whether blocking or not blocking one or more electrolyte inlet ports, the dam, baffle, or other physical structure is configured to apply a higher pressure in an area below the flow diverter portion at the end of the vent or gap. . For example, referring to FIG. 1F, baffle 720 is configured to apply higher pressure to the area under the flow diverter portion at the end of the vent or gap (indicated by Y in FIG. 1F). FIG. 1G is a top view of the plating
몇 구체예들은 플로우 정형 플레이트 및 플로우 다이버터 어셈블리들과 관련하여 횡방향 플로우 증가를 위해 구성된 전해질 유입구 플로우 포트들을 포함한다. 도 1h 는, 웨이퍼 홀더 (101) 에 의해 홀딩되고 포지셔닝되고 회전되는 웨이퍼 (145) 상에 구리를 도금하는 도금 장치 (725) 의 컴포넌트들의 단면도를 도시한다. 장치 (725) 는 듀얼 챔버 셀인 도금 셀 (155) 및 전해질을 포함하며, 도금 셀 (155) 은 구리 아노드를 갖는 아노드 챔버를 구비하고 있다. 아노드 챔버 및 캐소드 챔버는 지지 부재 (735) 에 의해 지지되는 양이온 멤브레인 (740) 에 의해 이격된다. 도금 장치 (725) 는 여기에서 설명된 바와 같이 플로우 정형 플레이트 (410) 를 포함한다. 플로우 다이버터 (325) 는 플로우 정형 플레이트 (410) 의 상단에 있고, 여기에서 설명되는 바와 같은 횡방향 전단 플로우를 생성하는 데 도움이 된다. 캐소드액은 플로우 포트들 (710) 을 통해 캐소드 챔버 (전술한 멤브레인 (740)) 내에 도입된다. 플로우 포트들 (710) 로부터, 캐소드액은 여기에서 설명되는 바와 같이 플로우 플레이트 (410) 를 통과하고, 웨이퍼 (145) 의 도금 표면 상에 충돌 플로우를 생성한다. 캐소드액 플로우 포트들 (710) 에 더하여, 추가 플로우 포트 (710a) 가, 다이버터 (325) 의 벤트 또는 갭의 말단의 위치에 있는 자신의 출구에서 캐소드액을 도입한다. 이 실시형태에서, 플로우 포트 (710a) 의 출구는 플로우 정형 플레이트 (410) 에서 채널로서 형성된다. 기능적 결과는, 캐소드액 플로우가 플로우 플레이트와 웨이퍼 도금 표면 사이에 형성된 의사 챔버 내에 직접 도입되어, 웨이퍼 표면에 걸쳐서 횡방향 플로우를 개선하고 그에 의해 웨이퍼 (그리고 플로우 플레이트 (410)) 에 걸쳐 플로우 벡터들을 표준화한다는 것이다.Some embodiments include electrolyte inlet flow ports configured for lateral flow increase with respect to flow shaping plate and flow diverter assemblies. FIG. 1H shows a cross-sectional view of components of plating
도 1i 는 (도 1h 로부터의) 플로우 포트 (710a) 를 도시한 플로우도를 도시한다. 도 1i 에서 알 수 있는 바와 같이, 플로우 포트 (710a) 의 출구는 플로우 다이버터 (325) 의 내부 원주의 90 도에 걸쳐 있다. 당업자는, 포트 (710a) 의 치수, 구성 및 위치가 본 발명의 범주로부터 일탈하지 않고 변할 수도 있음을 이해할 것이다. 당업자는, 또한, 등가의 구성들이 플로우 다이버터 (325) 에서 포트 또는 채널로부터 캐소드액 출구를 갖는 것 및/또는 (플로우 플레이트 (410) 에서) 도 1h 에 도시된 바와 같은 채널과 조합하는 것을 포함할 것임을 이해할 것이다. 다른 구체예들은 플로우 다이버터의 (저부) 측벽, 즉 하나 이상의 포트들이 벤트 또는 갭에 대향하는 플로우 다이버터의 부분에 위치하는 플로우 정형 플레이트 상단 표면에 가장 가까운 측벽에서 하나 이상의 포트들을 포함한다. 도 1j 는 플로우 정형 플레이트 (410) 와 어셈블리된 플로우 다이버터 (750) 를 도시한 것으로, 플로우 다이버터 (750) 는 플로우 다이버터의 갭에 대항하는 다이버터로부터 전해질을 공급하는 캐소드액 플로우 포트들 (710b) 을 갖는다. 710a 및 710b 와 같은 플로우 포트들은 웨이퍼 도금 표면 또는 플로우 정형 플레이트 상단 표면에 상대적인 임의의 각도에서 전해질을 공급할 수도 있다. 하나 이상의 플로우 포트들은 웨이퍼 표면 및/또는 횡방향 (전단) 플로우에 충돌 플로우를 전달할 수 있다.FIG. 1I shows a flow diagram illustrating
일 구체예에서, 예를 들어, 도 1h 내지 도 1j 와 관련하여 설명되는 바와 같이, 여기에서 설명되는 바와 같은 플로우 정형 플레이트는 플로우 다이버터와 결합하여 사용되며, 여기서 (여기에서 설명된 바와 같은) 개선된 횡방향 플로우를 위해 구성된 플로우 포트는 또한 플로우 플레이트/플로우다이버터 어셈블리와 함께 사용된다. 일 구체예에서, 플로우 정형 플레이트는 불균일 홀 분포를 가지며, 일 구체예들에서는 나선형 홀 패턴을 갖는다.In one embodiment, for example, as described in connection with FIGS. 1H-1J, a flow shaping plate as described herein is used in combination with a flow diverter, where (as described herein) Flow ports configured for improved lateral flow are also used with the flow plate / flow diverter assembly. In one embodiment, the flow shaping plate has a non-uniform hole distribution and in one embodiments has a spiral hole pattern.
용어 및 Terms and 플로우Flow 경로들 Paths
수많은 도면들이 여기서 개시되는 구체예들을 더 예시하고 설명하도록 제공된다. 도면들은, 특히, 개시된 전기도금 장치와 관련된 구조적 엘리먼트들 및 플로우 경로들의 다양한 도면들을 포함한다. 이들 엘리먼트들은 특정 명칭/참조기호들을 부여 받으며, 도 2 내지 도 22a 및 도 22b 를 설명하는 데 일관적으로 사용된다.Numerous drawings are provided to further illustrate and describe the embodiments disclosed herein. The drawings include in particular various views of structural elements and flow paths associated with the disclosed electroplating apparatus. These elements are given specific names / reference signs and are used consistently to describe FIGS. 2 to 22a and 22b.
다음의 구체예들은, 대개, 전기도금 장치가 별도의 아노드 챔버를 포함한다는 것을 상정한다. 설명된 특징들은 캐소드 챔버에 포함되며, 이것은 아노드 챔버를 캐소드 챔버와 분리시키는 멤브레인 (202) 및 멤브레인 프레임 (274) 을 포함한다. 다수의 가능한 아노드 및 아노드 챔버 구성들이 사용될 수도 있다. 다음의 구체예들에서, 캐소드 챔버에 포함된 캐소드액은 교차류 매니폴드 (226) 또는 채널화된 이온 저항성 플레이트 매니폴드 (208) 또는 캐소드액을 이들 2 개의 개별 매니폴드들에 전달하기 위한 채널들 (258, 262) 중 어느 하나에 주로 위치한다.The following embodiments usually assume that the electroplating apparatus comprises a separate anode chamber. Features described are included in the cathode chamber, which includes a
다음 설명에서의 대부분은 교차류 매니폴드 (226) 에서 캐소드액을 제어하는 데 중점을 둔다. 캐소드액은 2 개의 개별 엔트리 포인트들을 통해 교차류 매니폴드 (226) 에 진입한다: (1) 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 및 (2) 교차류 개시 구조 (250). CIRP (206) 에서 채널들을 통해 교차류 매니폴드 (226) 에 도달하는 캐소드액은 워크피스의 면을 향해, 일반적으로는 실질적으로 수직인 방향으로 방향 지정된다. 이러한 채널 전달 캐소드액은, 채널화된 플레이트에 대해 일반적으로 천천히 (예컨대 약 1 내지 30 rpm 사이로) 회전하고 있는 워크피스의 면에 충돌하는 작은 제트들 형성할 수도 있다. 교차류 개시 구조 (250) 를 통해 교차류 매니폴드 (226) 에 도달하는 캐소드액은, 대조적으로, 워크피스의 면에 실질적으로 평행하게 방향 지정된다.Most of the discussion in the following discussion focuses on controlling catholyte in the
전술한 설명에서 나타내진 바와 같이, "채널화된 이온 저항성 플레이트" (206)(또는 "채널화된 이온 저항성 엘리먼트" 또는 "CIRP") 는 도금 동안에 작동 전극 (웨이퍼 또는 기판) 과 대전극 (아노드) 사이에 포지셔닝되어, 전기장을 정형하고 전해질 플로우 특징들을 제어한다. 여기에서의 다양한 도면들은 개시된 장치의 다른 구조 특징들에 대해 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 의 상대적 위치를 나타낸다. 이러한 이온 저항성 엘리먼트 (206) 의 일 실시형태는 2008 년 11 월 7 일에 출원된 미국 특허 제 8,308,931 호 (대리인 사건번호 NOVLP229) 에서 설명되며, 이 문헌은 여기서 그 전체가 참조로서 이전에 포함되었다. 여기서 설명되는 채널화된 이온 저항성 플레이트는 매우 얇은 저항성 시드 층들을 포함하는 것들 또는 상대적으로 낮은 전도성을 포함하는 것들과 같은 웨이퍼 표면들 상에서 방사상 도금 균일성을 개선하는 데 적합하다. 채널화된 엘리먼트의 특정 구체예들의 다른 양태들이 후술된다.As indicated in the foregoing description, the " channelized ion resistant plate " 206 (or " channelized ion resistant element " or "CIRP") is made up of the working electrode (wafer or substrate) and counter electrode (a) during plating. Position), shaping the electric field and controlling the electrolyte flow characteristics. The various figures herein show the relative position of the channeled ion
"멤브레인 프레임" (274)(때때로 다른 문헌들에서는 아노드 멤브레인 프레임이라고 지칭됨) 은 아노드 챔버를 캐소드 챔버와 분리하는 멤브레인 (202) 을 지지하는 몇몇 구체예들에서 채용되는 구조적 엘리먼트이다. 그것은 여기서 개시되는 특정 구체예들과 관련된 다른 특징들을 가질 수도 있다. 특히, 도면들의 구체예들을 참조로, 크로스 캐소드액을 교차류 매니폴드 (226) 에 전달하도록 구성된 샤워헤드 (242) 및 교차류 매니폴드 (226) 를 향해 캐소드액을 전달하는 플로우 채널들 (258, 262) 을 포함할 수도 있다. 멤브레인 프레임 (274) 은 또한 캐소드액의 최상 레벨을 결정하고 조절하는 데 유용한, 셀 위어 벽 (cell weir wall) 을 포함할 수도 있다. 여기에서의 다양한 도면들은 개시된 교차류 장치와 관련된 다른 구조적 특징들의 콘텍스트에서 멤브레인 프레임을 도시한다." Membrane frame " 274 (sometimes referred to in other documents as anode membrane frame) is a structural element employed in some embodiments that support
도 2 를 다시 참조하면, 멤브레인 프레임 (274) 은, 일반적으로, 아노드 챔버를 캐소드 챔버로부터 분리하는 일을 담당하는 이온 교환 멤브레인인 멤브레인 (202) 을 홀딩하는 강체 구조 부재이다. 설명된 바와 같이, 아노드 챔버는 제 1 조성의 전해질을 포함할 수도 있지만, 캐소드 챔버는 제 2 조성의 전해질을 포함한다. 멤브레인 프레임 (274) 은 또한 채널화된 이온 저항성 엘리먼트 (206) 로의 유체 전달을 제어하는 것을 돕는 데 사용될 수도 있는 복수의 유체 조절 로드들 (rods)(270)(때때로 플로우 제한 엘리먼트들이라고 지칭됨) 을 포함할 수도 있다. 멤브레인 프레임 (274) 은 캐소드 챔버의 하단부 및 아노드 챔버의 상단부를 규정한다. 설명된 콤포넌들은 아노드 챔버 및 아노드 챔버 멤브레인 (202) 위의 전기화학 도금 셀의 워크피스 면 상에 모두 위치된다. 그들 모두는 캐소드 챔버의 일부인 것으로 보일 수 있다. 그러나, 교차류 유입구 장치의 특정 구현예들은 분리된 아노드 챔버를 사용하지 않고, 그 때문에 멤브레인 프레임 (274) 은 필수적인 것이 아니라는 것이 이해되어야 한다.Referring again to FIG. 2,
일반적으로 워크피스와 멤브레인 프레임 (274) 사이에는, 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 뿐 아니라 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 에 각각 부착될 수도 있는 교차류 링 가스켓 (238) 및 웨이퍼 교차류 제한 링 (210) 이 위치된다. 더 구체적으로, 교차류 링 가스켓 (238) 은 CIRP (206) 의 상단에 직접 포지셔닝될 수도 있고, 웨이퍼 교차류 제한 링 (210) 은 교차류 링 가스켓 (238) 위에 포지셔닝될 수도 있으며, 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 의 상단 표면에 부착되어 가스켓 (238) 을 효과적으로 샌드위치시킬 수도 있다. 여기서 다양한 도면들은 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 에 대해 배열된 교차류 제한 링 (210) 을 도시한다.Generally between the workpiece and the
본 개시물의 가장 관련깊은 구조적 특징은, 도 2 에 도시된 바와 같이, 워크피스 또는 웨이퍼 홀더이다. 특정 구체예들에서, 워크피스 홀더는 전술한 Novellus Systems의 Sabre® 도금 툴에서 구현되는 설계와 같은 콘 앤드 컵 클램셀 타입 설계들에서 통상적으로 사용되는 컵 (254) 일 수도 있다. 도 2 및 도 8a 내지 도 8b 는, 예를 들어, 장치의 다른 엘리먼트들에 대해 컵 (254) 의 상대적 배향을 나타낸다.The most relevant structural feature of the present disclosure is a workpiece or wafer holder, as shown in FIG. 2. In certain embodiments, the workpiece holder may be a
도 3a 는 여기서 개시된 구체예에 따라서 교차류 유입구 측면의 클로즈업 단면도를 도시한다. 도 3b 는 여기에서의 구체예에 따른 교차류 배출구 측면의 클로즈업 단면도를 도시한다. 도 4 는 여기에서의 특정 구체예들에 따라서, 유입구 및 배출구 측면들 양측 모두를 도시한 도금 장치의 단면도를 도시한다. 도금 프로세스 동안, 캐소드액은 멤브레인 프레임 (274) 상의 멤브레인 (202) 의 상단과 멤브레인 프레임 위어 벽 (282) 사이의 영역을 충진하고 점유한다. 이 캐소드액 영역은 3 개의 서브영역들로 세분될 수 있다: (1) CIRP (206) 아래 그리고 (아노드 챔버 양이온 멤브레인을 채용하는 설계들에 대해서) 분리된 아노드-챔버들 양이온-멤브레인 (202)(이 엘리먼트는 또한 때때로 하부 매니폴드 영역 (208) 이라고도 지칭됨) 위의 채널화된 이온 저항성 플레이트 매니폴드 영역 (208), (2) CIRP (206) 의 상부 표면과 웨이퍼 사이의 클로스류 매니폴드 영역 (226), 및 (3) 클램셀/컵 (254) 의 외부 및 셀 위어 벽 (282)(멤브레인 (274) 의 물리적 파트임) 의 내부의 상부 셀 영역 또는 "전해질 제한 영역". 웨이퍼가 침지되지 않고 클램셀//컵 (254) 가 다운 위치에 있지 않을 때, 제 2 영역 및 제 3 영역은 하나의 영역 내로 조합된다.3A shows a close-up cross-sectional view of a crossflow inlet side in accordance with an embodiment disclosed herein. 3B shows a close-up cross-sectional view of the crossflow outlet side according to an embodiment herein. 4 shows a cross-sectional view of the plating apparatus showing both inlet and outlet sides, according to certain embodiments herein. During the plating process, the catholyte fills and occupies the area between the top of the
워크피스 홀더에 설치될 때, 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 의 상단과 워크피스의 하단 사이의 전술한 (2) 의 영역은, 전해질을 포함하며 "교차류 매니폴드" (226) 라고 지칭된다. 몇몇 구체예들에서, 전해질은 단일 유입구 포트를 통해 캐소드 챔버에 진입한다. 다른 구체예들에서, 캐소드액은 도금 셀 내의 아무 곳에나 위치하는 하나 이상의 포트들을 통해 캐소드 챔버에 진입한다. 몇몇 경우들에 있어서, 아노드 챔버 셀 벽들을 제외한 아노드 챔버의 주변에 셀의 배스에 대한 단일 유입구가 존재한다. 이 유입구는 셀 및 아노드 챔버의 베이스에 중앙 캐소드액 유입구 매니폴드와 접속한다. 특정한 개시된 구체예들에서, 그 주요 캐소드액 매니폴드 챔버는 복수의 캐소드액 챔버 유입구 홀들 (예컨대, 12 개의 캐소드액 챔버 유입구 홀들) 을 공급한다. 다양한 경우들에 있어서, 이들 캐소드액 챔버 유입구 홀들은 2 개의 그룹들로 분할된다: 교차류 유입구 매니폴드 (222) 에 전해질을 공급하는 하나의 그룹 및 CIRP 매니폴드 (208) 에 전해질을 공급하는 제 2 그룹. 도 3b 는 채널 (262) 을 통해 CIRP 매니폴드 (208) 를 공급하는 단일 유입구 홀의 단면도를 도시한다. 점선은 유체 플로우의 경로를 나타낸다.When it is installed on a workpiece holder, the area of the above-mentioned (2) between the top and the workpiece at the bottom of the channeled
2 개의 상이한 플로우 경로들 또는 스트림들로의 전해질의 분리는 중앙 전해질 유입구 매니폴드 (미도시) 내의 셀의 베이스에서 발생한다. 그 매니폴드는 셀의 베이스에 접속된 단일 파이프에 의해 공급된다. 주요 캐소드액 매니폴드로부터, 캐소드액의 플로우는 2 개의 스트림들로 분리된다: CIRP 매니폴드 영역 (208) 을 소싱하고 CIRP 의 다양한 마이크로채널들을 통해 충돌 캐소드액 플로우를 궁극적으로 공급하도록 유도하는, 셀의 일 측 상에 위치한 12 개의 피더 홀들 중 6 개의 피더 홀들. 다른 6 개의 홀들은 또한 중앙 캐소드액 유입구 매니폴드로부터 공급하지만, 교차류 유입구 매니폴드 (222) 를 유도하며, 이 교차류 유입구 매니폴드는 이후에 교차류 샤워헤드 (242) 의 분배 홀들 (246)(개수가 100 을 초과할 수도 있음) 을 공급한다. 교차류 샤워헤드 홀들 (246) 을 떠난 후, 캐소드액의 플로우 방향은 (a) 웨이퍼에 법선 방향으로부터 (b) 웨이퍼에 평행한 방향으로 변화한다. 이러한 플로우에서의 변화는 교차류 제한 링 (210) 유입구 캐비티 (250) 내의 표면에 의해 한정된다. 마지막으로, 교차류 매니폴드 영역 (226) 에 진입할 시, 초기에 중앙 캐소드액 유입구 매니폴드 내의 셀의 베이스에서 초기에 분리된 2 개의 캐소드액 플로우들이 재결합된다.Separation of the electrolyte into two different flow paths or streams occurs at the base of the cell in the central electrolyte inlet manifold (not shown). The manifold is supplied by a single pipe connected to the base of the cell. From the main catholyte manifold, the flow of catholyte is separated into two streams: a cell that sources
도면들에 도시된 구체예들에서, 캐소드 챔버로 진입하는 캐소드액의 일부는 채널화된 이온 저항성 플레이트 매니폴드 (208) 에 직접적으로 제공되고, 일부는 교차류 주입 매니폴드 (222) 에 직접적으로 제공된다. 적어도 일부에서 그리고 항상은 아니지만 자주, 채널화된 이온 저항성 플레이트 매니폴드 (208) 로 그 후, CIRP 하부 표면으로 전달된 캐소드액의 전부가 플레이트 (206) 의 각종 마이크로채널들을 통과하고 교차류 매니폴드 (226) 에 도달한다. 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 내의 채널들을 통해 교차류 매니폴드 (226) 로 진입하는 캐소드액은 실질적으로 수직으로 방향 지정된 제트들로서 (일부 구체예들에서, 채널들은 각을 이루며, 따라서 그들은 웨이퍼의 표면에 완벽하게 수직은 아니고, 예를 들어 제트의 각은 웨이퍼 표면 법선에 대하여 최대 약 45 도일 수도 있음) 교차류 매니폴드로 진입한다. 교차류 주입 매니폴드 (222) 로 진입하는 캐소드액의 일부는 교차류 매니폴드 (226) 로 직접적으로 전달되는데, 여기서 캐소드액은 웨이퍼 아래에서 수평적으로 배향된 교차류로서 진입한다. 교차류 매니폴드 (226) 로 가는 중에, 교차류형 캐소드액은 교차류 주입 매니폴드 (222) 및 교차류 샤워헤드 플레이트 (242)(이것은, 예를 들어 약 0.048" 의 직경을 갖는 약 139 개의 분배형 홀들 (246) 을 포함함) 를 통과하고, 그 후 교차류 제한 링들 (210) 입구 캐비티 (250) 의 액션들/지오메트리에 의해 수직 상방의 플로우에서 웨이퍼 표면에 평행한 플로우로 방향 전환된다 (redirected).In the embodiments shown in the figures, a portion of the catholyte entering the cathode chamber is provided directly to the channelized ion
교차류 및 제트들의 절대적 각들은 정확하게 수평 또는 정확하게 수직일 필요는 없고 또는 심지어 서로 정확하게 90°로 배향될 필요도 없다. 그러나, 일반적으로 교차류 매니폴드 (226) 내의 캐소드액의 교차류는 일반적으로 워크피스 표면의 방향을 따르고, 마이크로채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 의 상부 표면으로부터 발하는 캐소드액의 제트들의 방향은 일반적으로 워크피스의 표면을 향해/표면에 수직하게 흐른다. The absolute angles of the cross flow and jets need not be exactly horizontal or exactly vertical or even need not be oriented exactly 90 ° to each other. In general, however, crossflow of catholyte in
언급한 바와 같이, 캐소드 챔버로 진입하는 캐소드액은 (i) 채널화된 이온 저항성 플레이트 매니폴드 (208) 로부터 CIRP (206) 내의 채널들을 통해 그 후 교차류 매니폴드 (226) 로 흐르는 캐소드액과 (ii) 교차류 주입 매니폴드 (222) 안으로, 샤워헤드 (242) 의 홀들 (246) 을 통해 그 후 교차류 매니폴드 (226) 안으로 흐르는 캐소드액 사이에서 분할된다. 교차류 주입 매니폴드 영역 (222) 으로부터 직접적으로 진입하는 플로우는, 가끔 교차류 측면 유입구들 (250) 로서 지칭된 교차류 제한 링 입구 포트들을 통해 진입할 수도 있고, 웨이퍼에 평행하게 그리고 셀의 일 측으로부터 발할 수도 있다. 반대로, CIRP (206) 의 마이크로채널들을 통해 교차류 매니폴드 영역 (226) 으로 진입하는 유체의 제트들은 웨이퍼 아래 및 교차류 매니폴드 (226) 아래로부터 진입하고, 제트 유체는 교차류 매니폴드 (226) 내에서 전환되어 (방향 전환되어) 웨이퍼에 평행하게 그리고 가끔 교차류 배출구 또는 배출구로서 지칭된 교차류 제한 링 출구 포트 (234) 를 향해 흐른다. As mentioned, the catholyte entering the cathode chamber comprises (i) catholyte flowing from the channeled ion
일부 구체예들에서, 캐소드 챔버로 진입하는 유체는 전기도금 셀 챔버의 캐소드 챔버 부분의 둘레 (종종 둘레 벽) 주변에 분배된 다수의 채널들 (258 및 262) 안으로 방향 지정된다. 특정 구체예에서, 캐소드 챔버의 벽에 포함된 12 개의 이러한 채널들이 존재한다.In some embodiments, the fluid entering the cathode chamber is directed into a plurality of
캐소드 챔버 벽들에서의 채널들은 멤브레인 프레임의 대응하는 "교차류 공급 채널들" 에 연결할 수도 있다. 이들 공급 채널들 (262) 중 일부는 채널화된 이온 저항성 플레이트 매니폴드 (208) 로 캐소드액을 직접적으로 전달한다. 언급된 바와 같이, 이 매니폴드에 제공된 캐소드액은 후속적으로 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 의 작은 수직으로 배향된 채널들을 통과하고, 캐소드액의 제트들로서 교차류 매니폴드 (226) 로 진입한다. Channels in the cathode chamber walls may connect to corresponding “cross flow feed channels” of the membrane frame. Some of these
언급된 바와 같이, 도면들에서 도시된 구체예에서, 캐소드액은 12 개의 캐소드액 피더 (feeder) 라인들/튜브들 중 6 개를 통해 CIRP 매니폴드 챔버 (208) 를 공급한다. CIRP 매니폴드 (208) 를 공급하는 이들 6 개의 메인 튜브들 또는 라인들은 교차류 제한 링들의 출구 캐비티 (234)(여기서 유체는 웨이퍼 아래의 교차류 매니폴드 영역 (226) 밖으로 패스함) 아래, 및 모든 교차류 매니폴드 컴포넌트들 (교차류 주입 매니폴드 (222), 샤워헤드 (242), 및 제한 링 입구 캐비티 (250)) 반대편에 상주한다. As mentioned, in the embodiment shown in the figures, catholyte feeds the
각종 도면들에 도시된 바와 같이, 멤브레인 프레임 내의 일부 교차류 공급 채널들 (258)(예를 들어, 12 개 중 6 개) 은 교차류 주입 매니폴드 (222) 로 직접 리드된다. 이들 교차류 공급 채널들 (258) 은 셀의 아노드 챔버의 베이스에서 시작하여 그 후, 멤브레인 프레임 (274) 의 매칭 채널들을 통과한 후, 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 의 하부 상에서 대응하는 교차류 공급 채널들 (258) 과 접속한다. 예를 들어, 도 3a 를 참조하자.As shown in the various figures, some crossflow feed channels 258 (eg, six of twelve) in the membrane frame are directly led to
특정 구체예에서, 교차류 주입 매니폴드 (222) 로 그 후 교차류 매니폴드 (226) 로 캐소드액을 직접 전달하기 위해 6 개의 별개의 공급 채널들 (258) 이 존재한다. 교차류 매니폴드 (226) 에서의 교차류에 영향을 주기 위해서, 이들 채널들 (258) 은 방위각적으로 불균일한 방식으로 교차류 매니폴드 (226) 로 빠져나간다. 구체적으로, 그들은 교차류 매니폴드 (226) 의 특정 측 또는 방위각 영역에서 교차류 매니폴드 (226) 로 진입한다. 도 3a 에 도시된 특정 구체예에서, 교차류 주입 매니폴드 (222) 로 캐소드액을 직접적으로 전달하기 위한 유체 경로들 (258) 은 교차류 주입 매니폴드 (222) 에 도달하기 전에 4 개의 별개의 엘리먼트들을 통과한다: (1) 셀들의 아노드 챔버 벽 내의 전용 채널들, (2) 멤브레인 프레임 (274) 내의 전용 채널들, (3) 채널화된 이온 저항성 엘리먼트 (206) 의 전용 채널들 (즉, CIRP 매니폴드 (208) 로부터 교차류 매니폴드 (226) 로 캐소드액을 전달하기 위해 사용된 1-D 채널들), 그리고 마지막으로 (4) 웨이퍼 교차류 제한 링 (210) 내의 유체 경로들.In certain embodiments, there are six
언급된 바와 같이, 멤브레인 프레임 (274) 을 통과하고 교차류 주입 매니폴드 (222) 를 공급하는 플로우 경로들의 일부분들은 멤브레인 프레임 내의 교차류 공급 채널들 (258) 로서 지칭된다. 마이크로채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 를 통과하고 CIRP 매니폴드를 공급하는 플로우 경로들의 일부분들은 채널화된 이온 저항성 플레이트 매니폴드 (208) 를 공급하는 교차류 공급 채널들 (262), 또는 CURP 매니폴드 공급 채널들 (262) 로서 지칭된다. 다시 말하면, 용어 교차류 공급 채널은 교차류 주입 매니폴드 (222) 를 공급하는 캐소드액 공급 채널들 (258) 및 CIRP 매니폴드 (208) 를 공급하는 캐소드액 공급 채널들 (262) 양자를 포함한다. 이들 플로우들 (258 과 262) 간의 하나의 차이는 상기에서 언급되었다: CIRP (206) 를 통한 플로우의 방향은 먼저 웨이퍼에서 방향 지정되고 그 후 교차류 제한 링 (210) 및 웨이퍼의 존재로 인해 웨이퍼에 평행하게 터닝되는 반면에, 이들 교차류 주입 매니폴드 (222) 에서 나와 교차류 제한 링 입구 포트들 (250) 을 빠져나가는 교차류 일부는 실질적으로 웨이퍼에 평행하게 시작한다. 임의의 특정 모델 또는 이론에 도움받기를 원하지는 않으나, 충돌 및 평행 흐름의 이 조합 및 혼합은 리세스된/임베딩된 피쳐 내에 실질적으로 개선된 플로우 침투를 용이하게 하고 이로써 물질 전달을 개선하는 것으로 여겨진다. 웨이퍼 아래에서 공간적으로 균일한 대류 플로우 필드를 생성하고 웨이퍼를 회전시킴으로써, 각각의 피쳐, 및 각 다이 (die) 는 회전 및 도금 프로세스 과정 동안 거의 동일한 플로우 패턴을 보인다.As mentioned, portions of the flow paths that pass through the
플레이트의 마이크로채널들을 통과하지 않는 (대신에 웨이퍼의 면에 평행한 플로우로서 교차류 매니폴드 (226) 로 진입함) 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 내의 플로우 경로는 플레이트 (206) 내의 교차류 공급 채널 (258) 을 그것이 통과하기 때문에 수직 상방 방향에서 시작하고, 그 후 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 의 바디 내에 형성된 교차류 주입 매니폴드 (222) 로 진입한다. 교차류 주입 매니폴드 (222) 는 각종 개별적인 공급 채널들 (258) 로부터 (예를 들어, 개별적인 6 개의 교차류 공급 채널들 각각으로부터) 교차류 샤워헤드 플레이트 (242) 의 각종 다수의 플로우 분배 홀들 (246) 로 유체를 분배할 수 있는 플레이트 (206) 내의 더그 아웃 채널일 수도 있는 방위각 캐비티이다. 이 교차류 주입 매니폴드 (222) 는 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 의 둘레 또는 에지 영역의 각진 섹션을 따라 위치된다. 도 3a 및 도 4 내지 도 6 을 참조하자. 소정 구체예들에서, 교차류 주입 매니폴드 (222) 는 플레이트의 주변 영역의 약 90°내지 180°의 각에 걸친 C-형상 구조를 형성한다. 소정 구체예들에서, 교차류 주입 매니폴드 (222) 의 각 규모는 약 120°내지 약 170°이고, 더 구체적인 구체예에서는 약 140°과 150°사이이다. 이들 또는 다른 구체예들에서, 교차류 주입 매니폴드 (222) 의 각 규모는 적어도 약 90°이다. 많은 구체예들에서, 샤워헤드 (242) 는 대략 교차류 주입 매니폴드 (222) 와 동일한 각 규모로 걸쳐 있다. 또한, 전체 유입구 구조 (250)(이는, 많은 경우들에서 교차류 주입 매니폴드 (222), 샤워헤드 (242), 샤워헤드 홀들 (246), 및 교차류 제한 링에서의 개구 중 하나 이상을 포함함) 는 이들 동일한 각 규모들로 걸쳐 있을 수도 있다.The flow path in the channelized ion
일부 구체예들에서, 주입 매니폴드 (222) 내의 교차류는 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 내에 연속적인 유동성 커플링된 캐비티를 형성한다. 이 경우에서, 교차류 주입 매니폴드를 공급하는 교차류 공급 채널들 (258) 모두 (예를 들어, 모두 6 개) 는 하나의 연속적이고 접속된 교차류 주입 매니폴드 챔버로 빠져나간다. 다른 구체예들에서, 교차류 주입 매니폴드 (222) 및/또는 교차류 샤워헤드 (242) 는 도 5 (이는 6 개의 분리된 세그먼트들을 도시함) 에 도시된 바와 같이, 2 이상의 각을 이룬 별개의 그리고 완전히 또는 부분적으로 분리된 세그먼트들로 분할된다. 일부 구체예들에서, 각을 이뤄 분리된 (angularly separated) 세그먼트들의 수는 약 1-12 사이, 또는 약 4-6 사이이다. 특정 구체예에서, 이들 각을 이룬 별개의 세그먼트들 각각은 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 에 배치된 별개의 교차류 공급 채널 (258) 에 유동적으로 커플링된다. 따라서, 예를 들어 교차류 주입 매니폴드 (222) 내에는 6 개의 각을 이룬 별개의 분리된 서브영역들이 존재할 수도 있다. 소정 구체예들에서, 교차류 주입 매니폴드 (222) 의 이들 구별되는 서브영역들 각각은 동일한 체적 및/또는 동일한 각 규모를 갖는다.In certain embodiments, crossflow within the
많은 경우들에서, 캐소드액은 교차류 주입 매니폴드 (222) 를 빠져나가고 많은 각을 이뤄 분리된 캐소드액 배출구 포트들 (홀들)(246) 을 갖는 교차류 샤워헤드 플레이트 (242) 를 통과한다. 도 2, 도 3a-도 3b, 및 도 6 를 예를 들어 참조하자. 소정 구체예들에서, 교차류 샤워헤드 플레이트 (242) 는 예를 들어 도 6 에 도시된 바와 같이 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 안에 통합된다. 일부 구체예들에서, 샤워헤드 플레이트 (242) 는 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 의 교차류 주입 매니폴드 (222) 의 상단에 접착, 볼트로 접합, 또는 다르게는 고정된다. 소정 구체예들에서, 교차류 샤워헤드 (242) 의 상부면은 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 의 평면 또는 상부면과 동일면이거나 이 위로 약간 올려진다. 이 방식으로, 교차류 주입 매니폴드 (222) 를 통해 흐르는 캐소드액은 먼저, 샤워헤드 홀들 (246) 을 통해 수직 상방으로 이동하고, 그 후 교차류 제한 링 (210) 아래에서 수평으로 교차류 매니폴드 (226) 안으로 이동하여, 캐소드액이 채널화된 이온 저항성 플레이트의 상면과 실질적으로 평행한 방향으로 교차류 매니폴드 (226) 로 진입할 수도 있다. 다른 구체예들에서, 샤워헤드 (242) 는 샤워헤드 홀들 (246) 을 빠져나가는 캐소드액이 이미 웨이퍼 평행 방향으로 이동하고 있도록 배향될 수도 있다.In many cases, the cathode fluid cross flow having a cross-flow injection of the manifold 222 for exit out accomplished the catholyte outlet port and disconnect the many angles (holes) 246 Pass through the
특정 구체예에서, 교차류 샤워헤드 (242) 는 139 개의 각을 이뤄 분리된 캐소드액 배출구 홀들 (246) 을 갖는다. 더 일반적으로, 교차류 매니홀드 (226) 내에 상당히 균일한 교차류를 구축하는 임의의 수의 홀들이 이용될 수도 있다. 소정 구체예들에서, 교차류 샤워헤드 (242) 에는 약 50 개와 약 300 개 사이의 이러한 캐소드액 배출구 홀들 (246) 이 존재한다. 소정 구체예들에서, 약 100 개와 약 200 개 사이의 이러한 홀들이 존재한다. 소정 구체예들에서, 약 120 개와 약 160 개 사이의 이러한 홀들이 존재한다. 일반적으로, 개별적인 포트들 또는 홀들 (246) 의 사이즈는 약 0.020" 내지 0.10", 보다 구체적으로는 약 0.03" 내지 0.06" 직경의 범위일 수 있다.In certain embodiments,
소정 구체예들에서, 이들 홀들 (246) 은 등각적 방식 (augularly uniform manner) 으로 교차류 샤워헤드 (242) 의 전체 각 범위를 따라 배치된다 (즉, 홀들 (246) 사이의 공간은 셀 센터와 2 개의 인접한 홀들 사이의 고정 각에 의해 결정됨). 예를 들어, 도 3a 및 도 7 을 참조하자. 다른 구체예들에서, 홀들 (246) 은 비등각적 방식 (angularly non-uniform manner) 으로 각 규모를 따라 분배된다. 추가의 구체예들에서, 비등각적 홀 분배는 그럼에도 불구하고 선형적으로 ("x" 방향으로) 균일한 분배이다. 다르게 말하면, 이 후자의 경우에서, 홀 분배는, 교차류의 방향에 수직한 축 (이 축은 x 방향임) 위로 돌출되는 경우 홀들이 멀리 떨어져서 동일하게 이격되는 정도이다. 각 홀 (246) 은 셀 센터로부터 동일한 방사상 거리에 위치되고, 인접한 홀들로부터 "x" 방향으로 동일한 거리로 이격된다. 이들 비등각적 홀들 (246) 을 갖는 순 효과는 전체 교차류 패턴이 더욱 더 균일하다는 것이다. 교차류 샤워헤드 홀들 (246) 에 대한 이들 2 개 유형의 배열들은 이하의 실험 섹션에서 더 검토된다. 도 22b 및 이하의 연관된 논의를 참조하자.In certain embodiments, these
소정 구체예들에서, 교차류 샤워헤드 (242) 를 빠져나가는 캐소드액의 방향은 또한, 웨이퍼 교차류 제한 링 (210) 에 의해 제어된다. 소정 구체예들에서, 이 링 (210) 은 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 의 전 둘레에 걸쳐 확장된다. 소정 구체예들에서, 교차류 제한 링 (210) 의 단면은 도 3a 및 도 4 에 도시된 바와 같은 L-형상을 갖는다. 소정 구체예들에서, 웨이퍼 교차류 제한 링 (210) 은 교차류 샤워헤드 (242) 의 배출구 홀들 (246) 과 유체 소통하는 방향성 핀들 (266) 과 같은 일련의 플로우 방향 지정 엘리먼트들을 포함한다. 보다 구체적으로, 방향성 핀들 (266) 은 웨이퍼 교차류 제한 링 (210) 의 상부 표면 아래 및 인접한 방향성 핀들 (266) 사이에서 크게 갈라진 유체 통로들을 정의한다. 일부 경우들에서, 핀들 (266) 의 목적은 교차류 샤워헤드 홀들 (246) 로부터 다르게는 방사상으로 내측 방향으로부터 빠져나가는 플로우를 "좌측에서 우측 (left to right)" 플로우 궤적으로 (좌측은 교차류의 유입구 측 (250) 이고, 우측은 배출구 측 (234) 임) 방향 전환 및 한정하기 위한 것이다. 이것은, 실질적으로 선형의 교차류 패턴을 구축하도록 돕는다. 교차류 샤워헤드 (242) 의 홀들 (246) 을 빠져나가는 캐소드액은 ?향성 핀들 (266) 의 배향에 의해 야기된 플로우 유선 (streamline) 을 따른 ?항성 핀들 (266) 에 의해 방향 지정된다. 소정 구체예들에서, 웨이퍼 교차류 제한 링 (210) 의 모든 방향성 핀들 (266) 은 서로 평행하다. 이 평행 배열은 교차류 매니폴드 (226) 내에 균일한 교차류 방향을 구축하도록 돕는다. 각종 구체예들에서, 웨이퍼 교차류 제한 링 (210) 의 방향성 핀들 (226) 은 교차류 매니폴드 (226) 의 유입구 (250) 및 배출구 (234) 측 양자를 따라 배치된다. 이는, 예를 들어 도 7 의 상면도에 예시된다.In certain embodiments, the direction of the catholyte exiting the
나타낸 바와 같이, 교차류 매니폴드 (226) 에서 흐르는 캐소드액은 도 3b 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 교차류 제한 링 (210) 의 유입구 영역 (250) 으로부터 링 (210) 의 배출구 측 (234) 으로 패스한다. 배출구 측 (234) 에서, 소정 구체예들에서, 유입구 측 상의 방향성 핀들 (266) 과 정렬할 수도 있고 이에 평행할 수도 있는 다수의 방향성 핀들 (266) 이 존재한다. 교차류는 배출구 측 (234) 상의 방향성 핀들 (266) 에 의해 생성된 채널들을 통해, 그 후 궁극적으로 그리고 직접적으로 교차류 매니폴드 (226) 밖으로 패스한다. 그 후, 플로우는 웨이퍼 홀더 (254) 및 교차류 제한 링 (210) 의 일반적으로 방사상으로 외측 및 건너편의 캐소드 챔버의 다른 영역 안으로 패스하며, 유체는 수집 및 재순환을 위해 위어 (weir) 위로 흐르기 전에 멤브레인 프레임의 상부 위어 벽 (282) 에 의해 수집되고 임시로 보유된다. 따라서, 도면들 (예를 들어, 도 3a, 도 3b 및 도 4) 은 단지 교차류 매니폴드로 진입 및 빠져나가는 캐소드액의 전체 회로의 부분 경로 만을 도시하는 것으로 이해되어야 한다. 도 3b 및 도 4 에 도시된 구체예에서, 예를 들어 교차류 매니폴드 (226) 로부터 빠져나가는 유체는 유입구 측 상의 공급 채널들 (258) 과 비슷한 작은 홀들을 통해 패스하거나 이와 비슷한 채널들을 통해 다시 돌아가지 않고, 대신 그것이 전술된 누적 영역에 누적되기 때문에 일반적으로 웨이퍼 방향에 평행하게 외측으로 패스함을 유의해야 한다.As shown, the catholyte flowing in the
도 6 은 샤워헤드 (242) 및 139 개의 배출구 홀들 (246) 에 따라, 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 내의 임베딩된 교차류 주입 매니폴드 (222) 를 도시하는 교차류 매니폴드 (226) 의 상면도를 도시한다. 교차류 주입 매니폴드 플로우에 대한 모든 6 개의 유체 조정 로드들 (270) 이 또한 도시된다. 교차류 제한 링 (210) 은 이 도면에서 인스톨되지 않았으나, 교차류 제한 링 (210) 과 CIRP (206) 의 상부 표면 사이를 실링하는 교차류 제한 링 실링 가스켓 (238) 의 아웃라인이 도시된다. 도 6 에 도시되는 다른 엘리먼트들은 교차류 제한 링 패스너들 (218), 멤브레인 프레임 (274), 및 CIRP (206) 의 아노드 측 상의 스크류 홀들 (278)(이는, 예를 들어 캐소드액 실딩 인서트를 위해 사용될 수도 있음) 을 포함한다.6 shows a
일부 구체예들에서, 교차류 제한 링 배출구 (234) 의 지오메트리는 교차류 패턴을 더 최적화하기 위해 튜닝될 수도 있다. 예를 들어, 교차류 패턴이 제한 링 (210) 의 에지로 분기하는 경우는 교차류 제한 링 배출구 (234) 의 외측 영역들에서 개방 영역을 감소시킴으로써 정정될 수도 있다. 소정 구체예들에서, 배출구 매니폴드 (234) 는 분리된 섹션들 또는 포트들, 더욱 유사한 교차류 주입 매니폴드 (222) 를 포함할 수도 있다. 일부 구체예들에서, 배출구 섹션들의 수는 약 1-12 사이, 또는 약 4-6 사이이다. 포트들은 방위각으로 분리되어, 배출구 매니폴드 (234) 를 따라 상이한 (주로 인접한) 위치들을 차지한다. 포트들 각각을 통한 상대적 유량들은 일부 경우들에서 독립적으로 제어될 수도 있다. 이 제어는, 예를 들어 유입구 플로우에 관하여 설명된 제어 로드들과 유사한 제어 로드들 (270) 을 사용함으로써 달성될 수도 있다. 다른 구체예에서, 배출구의 상이한 섹션들을 통한 플로우는 배출구 매니폴드의 지오메트리에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 센터 부근의 더 많은 개방 영역 및 각각의 사이드 에지 부근의 더 적은 개방 영역을 갖는 배출구 매니폴드는 용액 플로우 패턴을 초래하고, 여기서 배출구의 센터 부근에서 더 많은 플로우가 빠져나가고 배출구의 에지들 부근에서 더 적은 플로우가 빠져나간다. 배출구 매니폴드 (234) 에서의 포트들을 통한 상대적 유량들을 제어하는 다른 방법들 (예를 들어, 펌프들 등) 이 또한 사용될 수도 있다.In some embodiments, the geometry of the crossflow
전술된 바와 같이, 캐소드액 챔버로 진입하는 벌크 캐소드액은 교차류 주입 매니폴드 (222) 및 다수의 채널들 (258 및 262), 예를 들어 12 개의 분리형 채널들을 통한 채널화된 이온 저항성 플레이트 매니폴드 (208) 안으로 별개로 방향 지정된다. 소정 구체예들에서, 이들 개별적인 채널들 (258 및 262) 을 통한 플로우들은 적합한 메커니즘에 의해 서로로부터 독립적으로 제어된다. 일부 구체예들에서, 이 메커니즘은 개별적인 채널들로 유체를 전달하기 위해 별개의 펌프들을 포함한다. 다른 구체예들에서, 단일 펌프가 사용되어 메인 캐소드액 매니폴드를 공급하고, 조정 가능한 각종 플로우 제한 엘리먼트들이 각종 채널들 (258 과 262) 사이 및 교차류 주입 매니폴드 (222) 와 CIRP 매니폴드 (208) 영역 사이에서 그리고/또는 셀의 각을 이룬 주변 (angular periphery) 을 따른 상대적인 플로우들을 조절하도록 제공된 플로우 경로를 공급하는 하나 이상의 채널들에 제공될 수도 있다. 도면들에 도시된 각종 구체예들에서, 하나 이상의 유체 조정 로드들 (270)(가끔, 또한 플로우 제어 엘리먼트들로서 지칭됨) 은 독립적인 제어가 제공되는 채널들에 배치된다. 도시된 구체예들에서, 유체 조정 로드 (270) 는 환상 공간을 제공하는데, 여기서 캐소드액은 교차류 주입 매니폴드 (222) 또는 채널화된 이온 저항성 플레이트 매니폴드 (208) 를 향한 그 플로우 동안 제약된다. 완전히 수축된 상태에서, 유체 조정 로드 (270) 는 본질적으로 플로우에 대한 저항을 제공하지 않는다. 완전히 맞물린 상태에서, 유체 조정 로드 (270) 는 플로우에 대한 최대 저항을 제공하고, 일부 구현들에서 채널을 통한 모든 플로우를 정지시킨다. 중간 상태들 또는 위치들에서, 로드 (270) 는 채널의 내경과 유체 조정 로드의 외경 사이의 제한된 환상 공간을 통해 유체가 흐름에 따라 중간 레벨들의 플로우의 제약을 허용한다.As described above, the bulk catholyte entering the catholyte chamber is channeled ion resistant plate manifold through the
일부 구체예들에서, 유체 조정 로드들 (270) 의 조정은 전기도금 셀의 오퍼레이터 또는 제어기가 교차류 주입 매니폴드 (222) 나 또는 채널화된 이온 저항성 플레이트 매니폴드 (208) 중 어느 하나로의 플로우를 돕는 것을 허용한다. 소정의 구체예들에서, 교차류 주입 매니폴드 (222) 로 직접 캐소드액을 전달하는 채널들 (258) 내의 유체 조정 로드들 (270) 의 독립적인 조정은 오퍼레이터 또는 제어기가 교차류 매니폴드 (226) 로의 유체 플로우의 방위각 성분을 제어하는 것을 허용한다. 이들 조정들의 효과는 이하 실험적 섹션에서 추가 논의된다.In some embodiments, adjustment of the
도 8a 및 도 8b 는 도금 컵 (254) 에 대한 교차류 주입 매니폴드 (222) 및 대응하는 교차류 유입구 (250) 의 단면도들을 도시한다. 교차류 유입구 (250) 의 위치는, 적어도 부분적으로, 교차류 제한 링 (210) 의 위치에 의해 정의된다. 구체적으로, 그 유입구 (250) 는, 교차류 제한 링 (210) 이 끝나는 곳에서 시작하는 것으로 간주될 수도 있다. 도 8a 에서 보여진, 초기 설계의 경우에, 제한 링 (210) 종료점 (및 유입구 (250) 시작점) 은 웨이퍼의 에지 하방에 있는 반면, 도 8b 에서 보여진, 개정된 설계에서, 종료/시작점은 도금 컵 하방에 있으며, 초기 설계와 비교하여, 웨이퍼 에지로부터 더욱 방사상 외측에 있다. 또한, 초기 설계에서의 교차류 주입 매니폴드 (222) 는 교차류 매니폴드 영역 (226) 내로의 유체 엔트리의 그 점 근방에 일부 원하지 않는 교류 (turbulence) 를 잠재적으로 형성한 교차류 링 캐비티에서의 단차 (step) 를 갖는다 (여기서 일반적으로 좌측을 향한 화살표는 위쪽을 향한 상승을 시작한다). 이하 실험적 섹션에서 논의한 바와 같이, 웨이퍼 데이터는 물론 모델링 결과들에 대해 이들 확신들을 확인하였다. 따라서, 웨이퍼 에지 근방의 유체 궤적들의 확장을 최소화하고 도금 용액이 교차류 주입 매니폴드 영역 (222) 으로부터 트랜지션하여 웨이퍼 표면을 가로질러 흐르기 전에 보다 균일해지도록 용액 플로우를 위해 일부 거리 (예를 들어, 약 10 내지 15mm) 를 제공함으로써 교차류 매니폴드 영역 (226) 의 증가된 단면적에 진입하는 것을 허용하는 것이 유익하다.8A and 8B show cross-sectional views of
개시된 장치는 본 명세서에서 설명된 방법들을 수행하도록 구성될 수도 있다. 적합한 장치는 본 명세서에서 설명 및 도시한 바와 같은 하드웨어 및 본 발명에 따라 프로세스 동작들을 제어하기 위한 명령들을 갖는 하나 이상의 제어기들을 포함한다. 이 장치는 그 중에서도, 컵 (254) 및 콘 내의 웨이퍼의 포지셔닝, 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 에 대한 웨이퍼의 포지셔닝, 웨이퍼의 회전, 교차류 매니폴드 (226) 로의 캐소드액의 전달, CIRP 매니폴드 (208) 로의 캐소드액의 전달, 교차류 주입 매니폴드 (222) 로의 캐소드액의 전달, 유체 조정 로드들 (270) 의 저항/위치, 아노드 및 웨이퍼 및 임의의 다른 전극들로의 전류의 전달, 전해질 성분들의 혼합, 전해질 전달의 타이밍, 유입구 압력, 도금 셀 압력, 도금 셀 온도, 웨이퍼 온도, 및 프로세스 툴에 의해 수행된 미립자 프로세스의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 하나 이상의 제어기들을 포함할 것이다.The disclosed apparatus may be configured to perform the methods described herein. Suitable apparatus includes hardware as described and shown herein and one or more controllers with instructions for controlling process operations in accordance with the present invention. This apparatus includes, inter alia, positioning of the wafers in the
시스템 제어기는 통상 장치가 본 발명에 따라 방법을 수행하도록 하는 명령들을 실행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들 및 하나 이상의 메모리 디바이스들을 포함할 것이다. 프로세서는 중앙 프로세싱 유닛 (CPU) 또는 컴퓨터, 아날로그 및/또는 디지털 입력/출력 접속들, 스텝퍼 모터 제어기 보드들, 및 다른 등가의 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 본 발명에 따라 프로세스 동작들을 제어하기 위한 명령들을 포함하는 머신-판독가능 매체가 시스템 제어기에 커플링될 수도 있다. 적합한 제어 동작들을 구현하기 위한 명령들이 프로세서 상에서 실행된다. 이들 명령들은 제어기와 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장될 수도 있고, 또는 네트워크를 통해 제공될 수도 있다. 소정의 실시형태들에서, 시스템 제어기는 시스템 제어 소프트웨어를 실행시킨다.The system controller will typically include one or more processors and one or more memory devices configured to execute instructions that cause the apparatus to perform a method in accordance with the present invention. The processor may include a central processing unit (CPU) or computer, analog and / or digital input / output connections, stepper motor controller boards, and other equivalent components. A machine-readable medium may be coupled to the system controller that includes instructions for controlling process operations in accordance with the present invention. Instructions for implementing suitable control operations are executed on the processor. These instructions may be stored on memory devices associated with the controller or may be provided over a network. In certain embodiments, the system controller executes system control software.
시스템 제어 소프트웨어는 임의의 적합한 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 프로세스 툴 컴포넌트 서브루틴들 또는 제어 오브젝트들은 다양한 프로세스 툴 프로세스들을 수행하는데 필요한 프로세스 툴 컴포넌트들의 동작을 제어하기 위해 기록될 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어는 임의의 적합한 컴퓨터 판독가능 프로그래밍 언어로 코딩될 수도 있다.System control software may be configured in any suitable manner. For example, various process tool component subroutines or control objects may be recorded to control the operation of process tool components needed to perform the various process tool processes. The system control software may be coded in any suitable computer readable programming language.
일부 구체예들에서, 시스템 제어 소프트웨어는 상기 설명된 다양한 파라미터들을 제어하기 위한 입력/출력 제어 (IOC) 시퀀싱 명령들을 포함한다. 예를 들어, 전기도금 프로세스의 각 페이즈는 시스템 제어기에 의한 실행을 위해 하나 이상의 명령들을 포함할 수도 있다. 침지 프로세스 페이즈에 대한 프로세스 조건들을 설정하기 위한 명령들은 대응하는 침지 레시피 페이즈에 포함될 수도 있다. 일부 구체예들에서, 전기도금 레시피 페이즈들은, 전기도금 프로세스 페이즈에 대한 모든 명령들이 그 프로세스 페이즈와 동시발생적으로 실행되도록, 순차적으로 배열될 수도 있다.In certain embodiments, system control software includes input / output control (IOC) sequencing instructions for controlling the various parameters described above. For example, each phase of the electroplating process may include one or more instructions for execution by the system controller. Instructions for setting process conditions for an immersion process phase may be included in a corresponding immersion recipe phase. In some embodiments, the electroplating recipe phases may be arranged sequentially so that all instructions for the electroplating process phase are executed concurrently with the process phase.
다른 컴퓨터 소프트웨어 및/또는 프로그램들이 일부 구체예들에서 채용될 수도 있다. 이 목적의 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들의 예들은 기판 포지셔닝 프로그램, 전해질 조성 제어 프로그램, 압력 제어 프로그램, 히터 제어 프로그램, 및 전위/전류 전력 공급 제어 프로그램을 포함한다.Other computer software and / or programs may be employed in some embodiments. Examples of programs or sections of programs for this purpose include a substrate positioning program, an electrolyte composition control program, a pressure control program, a heater control program, and a potential / current power supply control program.
일부 경우들에서, 제어기들은 다음의 기능들 중 하나 이상을 제어한다 : 웨이퍼 침지 (직동 (translation), 틸트, 회전), 탱크들 간의 유체 전달 등. 웨이퍼 침지는 예를 들어, 웨이퍼 리프트 어셈블리, 웨이퍼 틸트 어셈블리 및 웨이퍼 회전 어셈블리에 원하는대로 이동하도록 지시함으로써 제어될 수도 있다. 제어기는 예를 들어, 소정의 밸브들에 개방 또는 폐쇄되도록 지시하고 소정의 펌프들에 턴 온 및 턴 오프하도록 지시함으로써 탱크들 간의 유체 전달을 제어할 수도 있다. 제어기들은 센서 출력 (예를 들어, 전류, 전류 밀도, 전위, 압력 등이 소정 임계값에 도달할 때), 동작의 타이밍 (예를 들어, 프로세스의 소정 시간에 밸브들을 개방) 에 기초하여, 또는 사용자로부터의 수신된 명령들에 기초하여 이들 양태들을 제어할 수도 있다.In some cases, the controllers control one or more of the following functions: wafer immersion (translation, tilt, rotation), fluid transfer between tanks, and the like. Wafer immersion may be controlled, for example, by instructing the wafer lift assembly, wafer tilt assembly and wafer rotation assembly to move as desired. The controller may control fluid transfer between tanks, for example, by instructing certain valves to open or close, and instructing certain pumps to turn on and off. The controllers may be based on sensor output (eg, when current, current density, potential, pressure, etc. reach a predetermined threshold), timing of operation (eg, opening valves at a given time of the process), or These aspects may be controlled based on received commands from the user.
상기 설명된 장치/프로세스는 예를 들어, 반도체 디바이스들, 디스플레이들, LED들, 광전지 패널들 등의 제조 또는 제작을 위한 리소그래픽 패터닝 툴들 또는 프로세스들과 함께 사용될 수도 있다. 통상, 반드시는 아니지만, 이러한 툴들/프로세스들은 공통 제조 공장에서 함께 사용되거나 처리될 것이다. 필름의 리소그래픽 패터닝은 통상 다음의 동작들 중 일부 또는 전부를 포함하며, 각 동작은 다수의 가능한 툴들에 의해 인에이블된다 : (1) 스핀-온 또는 스프레이-온 툴을 이용한 워크피스, 즉 기판 상에의 포토레지스트의 도포; (2) 핫 플레이트 또는 로 (furnace) 또는 UV 경화 툴을 이용한 포토레지스트의 경화; (3) 웨이퍼 스텝퍼와 같은 툴을 이용한 가시광선 또는 자외선 (UV light) 또는 x-선 광에의 포토레지스트의 노광; (4) 레지스트를 선택적 제거하도록 레지스트를 현상하고 그것을 습식 벤치와 같은 툴을 이용하여 패터닝; (5) 건식 또는 플라즈마 보조 에칭 툴을 이용함으로써 레지스트 패턴을 근본 필름 또는 워크피스로 전사; 및 (6) RF 또는 마이크로파 플라즈마 레지스트 스트립퍼와 같은 툴을 이용하여 레지스트를 제거.The apparatus / process described above may be used with lithographic patterning tools or processes, for example, for the manufacture or fabrication of semiconductor devices, displays, LEDs, photovoltaic panels, and the like. Typically, but not necessarily, these tools / processes will be used or processed together in a common manufacturing plant. Lithographic patterning of a film typically includes some or all of the following operations, each of which is enabled by a number of possible tools: (1) a workpiece, i.e., a substrate, using a spin-on or spray-on tool Application of photoresist onto; (2) curing the photoresist using a hot plate or furnace or UV curing tool; (3) exposure of the photoresist to visible or ultraviolet (UV) light or x-ray light using a tool such as a wafer stepper; (4) developing the resist to selectively remove the resist and patterning it using a tool such as a wet bench; (5) transfer the resist pattern to the base film or workpiece by using a dry or plasma assisted etching tool; And (6) removing the resist using a tool such as RF or microwave plasma resist stripper.
채널화된Channelized 이온 저항성 Ion resistance 엘리먼트의Element 피쳐들Features
전기적 기능Electrical function
소정의 구체예들에서, 채널화된 이온 저항성 엘리먼트 (206) 는 기판 (캐소드) 부근의 거의 일정하고 균일한 전류 소스를 근사화하고, 이로써 일부 맥락에서는 고저항 가상 아노드 (HRVA) 로 지칭될 수도 있다. 보통은, CIRP (206) 는 웨이퍼에 대하여 밀접하게 배치된다. 그에 반해서, 기판에 동일하게 밀접한 아노드는 웨이퍼에 거의 일정한 전류를 공급하는 경향이 상당히 더 적을 것이지만, 단순히 아노드 금속 표면에 일정한 전위 평면을 지원할 것이어서, 아노드 평면으로부터 종점 (예를 들어, 웨이퍼 상의 주변 접점들) 까지의 네트 저항이 더 작은 곳에서 전류가 가장 크게 한다. 그래서 채널화된 이온 저항성 엘리먼트 (206) 가 고저항 가상 아노드 (HRVA) 로 지칭되었지만, 이것은 전기화학적으로 2 개가 상호교환가능한 것을 의미하지는 않는다. 최적의 동작 상태 하에서, CIRP (206) 는 거의 일정한 전류가 CIRP (206) 의 상부 평면에 걸쳐서부터 소싱되는 상태로, 가상 균일 전류 소스를 보다 밀접하게 근사화하고 어쩌면 가상 균일 전류 소스로서 더 잘 설명될 것이다. HRVA 는 "가상 전류 소스" 로서 분명히 볼 수 있지만, 즉, 그것은 전류가 발하고 있는 평면이며, 따라서 아노드 전류가 발하는 로케이션 또는 소스로 간주될 수 있기 때문에 "가상 아노드" 로 간주될 수 있으며, 그 면에 걸쳐 그리고 동일한 물리적 로케이션에 위치한 금속성 아노드를 갖는 것과 비교하여 더욱 바람직하고, 일반적으로 우세한 웨이퍼 균일성으로 거의 균일한 전류를 인도하는 (전해질에 대하여) CIRP (206) 의 비교적 고-이온-저항이다. 이온 전류 플로우에 대한 플레이트의 저항은 플레이트 (206) 의 다양한 채널들 내에 포함된 전해질의 특정 저항 (종종 캐소드액의 동일하거나 또는 거의 유사한 저항을 갖지만 항상 그런 것은 아님), 증가된 플레이트 두께, 및 저감된 공극률 (예를 들어, 동일한 직경의 더 적은 홀들, 또는 더 작은 직경을 가진 동일한 수의 홀들 등을 가짐으로써, 전류 통과를 위한 더 적은 프랙셔널 단면적) 의 증가에 따라 증가한다.In certain embodiments, the channelized ion
구조rescue
CIRP (206) 는 서로 공간적으로 그리고 이온적으로 격리되고 많지만 전부가 아닌 구현예들에서, CIRP 의 바디 내에 상호접속 채널들을 형성하지 않는 마이크로 사이즈 (통상 0.04" 미만) 의 스루홀들을 포함한다. 이러한 스루홀들은 종종 비-통신 스루홀들로 지칭된다. 그들은 통상 일차원으로, 종종 (그러나 반드시는 아님) 웨이퍼의 도금된 표면에 수직으로 연장된다 (일부 구체예들에서, 비-통신 홀들은 CIRP 전면에 일반적으로 평행인 웨이퍼에 대하여 각을 이루고 있다). 종종 스루홀들은 서로 평행이다. 종종 홀들은 직사각형 배열로 배열된다. 다른 때에는, 레이아웃은 오프셋 나선형 패턴이다. 이들 스루홀들은 3-D 다공성 네트워크와는 완전히 다르며, 여기서 채널들은 3 차원으로 연장되고 상호접속 포어 (pore) 구조를 형성하며, 그 이유는 스루홀들이 본 명세서의 표면에 평행인 이온 전류 플로우 및 유체 플로우 양자를 재구성하고, 웨이퍼 표면을 향하는 전류와 유체 플로우 양자의 경로를 똑바르게 하기 때문이다. 그러나, 소정의 구체예들에서는, 포어들의 상호접속된 네트워크를 갖는, 이러한 다공성 플레이트가 1-D 채널화된 엘리먼트 (CIRP) 대신에 사용될 수도 있다. 플레이트의 상부면으로부터 웨이퍼까지의 거리가 작은 경우 (예를 들어, 웨이퍼 반경의 사이즈의 약 1/10 의 갭, 예를 들어, 약 5mm 미만), 전류 플로우와 유체 플로우 양자의 다이버전스는 로컬하게 제한, 전달 및 CIRP 채널들과 정렬된다.The
하나의 예시적인 CIRP (206) 는 이온 및 전기 저항성인 고체의, 비-다공성 유전체로 이루어진 디스크이다. 재료는 또한 사용 도금 용액 중에서 화학적으로 안정된다. 소정의 경우에, CIRP (206) 는 약 6,000 내지 12,000 사이의 비-통신 스루홀들을 갖는, 세라믹 재료 (예를 들어, 알루미늄 옥사이드, 산화 제 2 주석, 티타늄 옥사이드, 또는 금속 옥사이드들의 혼합물들) 또는 플라스틱 재료 (예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 디플루오라이드 (PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리술폰, 폴리비닐 클로라이드 (PVC), 폴리카보네이트 등) 로 이루어진다. 디스크 (206) 는, 많은 구체예들에서, 웨이퍼와 실질적으로 동일한 공간을 차지하며 (예를 들어, CIRP 디스크 (206) 는 300mm 웨이퍼와 함께 사용되는 경우 약 300mm 의 직경을 갖는다) 웨이퍼에 밀접하게, 예를 들어 웨이퍼-페이싱-다운 전기도금 장치에서 웨이퍼의 바로 하방에 상주한다. 바람직하게, 웨이퍼의 도금된 표면은 약 10mm 내에, 보다 바람직하게는 가장 가까운 CIRP 표면의 약 5mm 내에 상주한다. 이것 때문에, 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 의 상부 표면은 평탄하거나 실질적으로 평탄할 수도 있다. 종종, 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 의 상부 및 저부 양자의 표면들은 평탄하거나 실질적으로 평탄하다.One
CIRP (206) 의 다른 피쳐는 스루홀들의 직경 또는 주요 치수 및 CIRP (206) 와 기판 사이의 거리와의 그것의 관계이다. 소정의 구체예들에서, 각 스루홀의 직경 (또는 대부분의 스루홀들의 직경 또는 스루홀들의 평균 직경) 은 대략 도금된 웨이퍼 표면으로부터 CIRP (206) 의 가장 가까운 표면까지의 거리 이하이다. 따라서, 이러한 구체예들에서, 스루홀들의 직경 또는 주요 치수는, CIRP (206) 가 도금된 웨이퍼 표면의 약 5mm 이내에 배치되는 경우, 약 5mm 를 초과해서는 안된다.Another feature of
상기와 같이, 플레이트 (206) 의 전체 이온 및 플로우 저항은 플레이트의 두께 및 전체 공극률 (플레이트를 통한 플로우에 이용가능한 영역의 프랙션) 및 홀들의 사이즈/치수 양자에 의존한다. 더 낮은 공극률들의 플레이트들은 더 높은 충돌 플로우 속도들 및 이온 저항들을 가질 것이다. 동일한 공극률의 플레이트들을 비교하면, 더 작은 직경 1-D 홀들 (그리고 따라서 더 많은 수의 1-D 홀들) 을 갖는 것은 더 많은 개개의 전류 소스들이 있기 때문에 웨이퍼 상에 더 많이 마이크로-균일 분포를 가질 것이며, 이는 동일한 갭에 걸쳐 확산될 수 있는 포인트 소스들로서 더 많이 작용하고, 또한 더 높은 총 압력 강하 (높은 점성 플로우 저항) 을 가질 것이다.As above, the total ionic and flow resistance of the
그러나, 소정의 경우들에서, 이온 저항성 플레이트 (206) 는 상기 언급한 바와 같이 다공성이다. 플레이트 (206) 내의 포어들은 독립적인 1-D 채널들을 형성하지 않을 수도 있지만, 그 대신 상호접속할 수도 있고 하지 않을 수도 있는 스루홀들의 메시를 형성할 수도 있다. 본 명세서에서 사용한 바와 같이, 용어들 채널화된 이온 저항성 플레이트 및 채널화된 이온 저항성 엘리먼트 (CIRP) 는 다르게 나타내지 않는다면, 이 구체예를 포함하는 것으로 의도된다는 것을 이해해야 한다.However, in certain cases, ion
스루홀들을Through-holes 통한 수직 Vertical through 플로우Flow
웨이퍼에 가까운 이온 저항성이지만 이온 투과성인 엘리먼트 (CIRP)(206) 의 존재는 실질적으로 종단 효과를 저감시키고, 웨이퍼 시드층 내의 전류의 저항이 셀의 캐소드액에서의 것에 비해 큰 경우와 같이, 종단 효과가 동작적이고/관련되는 소정의 애플리케이션들에서 방사상 도금 균일성을 개선시킨다. CIRP (206) 는 또한 플로우 확산 매니폴드 플레이트의 역할을 함으로써 웨이퍼 표면에서 위쪽으로 향하여 안내된 전해질의 실질적으로 공간 균일한 충돌 플로우를 갖는 능력을 동시에 제공한다. 중요하게, 동일한 엘리먼트 (206) 가 웨이퍼로부터 멀리 배치된다면, 이온 전류의 균일성 및 플로우 개선들은 상당히 더 적게 표명되거나 존재하지 않는다.The presence of an ion resistant but ion permeable element (CIRP) 206 close to the wafer substantially reduces the termination effect, such as when the resistance of the current in the wafer seed layer is greater than in the catholyte of the cell. Improves radial plating uniformity in certain applications where it is operational and / or relevant.
게다가, 비-통신 스루홀들은 CIRP 내의 이온 전류 또는 유체 모션의 측면 이동을 허용하지 않기 때문에, 중심-투-에지 전류 및 플로우 이동들은 CIRP (206) 내에서 블록킹되어, 방사상 도금 균일성의 추가 개선을 야기한다. 도 9 에 도시된 구체예에서, CIRP (206) 는 마이크로채널들의 역할을 하고 플레이트의 면 위에 (예를 들어, 300mm 웨이퍼를 도금하는 경우에 약 300mm 의 직경을 갖는 실질적으로 원형 영역 위에) 직사각형 어레이로 배열되며, 약 4.5% 의 유효 평균 공극률, 및 직경이 약 0.67mm (0.026 인치) 인 개개의 마이크로채널 홀 사이즈를 가진 대략 9000 개의 균일하게 이격된 일차원 홀들을 갖는 천공된 플레이트이다. 또한, 도 9 에는, 플로우 분포 조정 로드들 (270) 이 도시되며, 이는 CIRP 매니폴드 (208) 를 통하여 그리고 CIRP (206) 내의 홀들을 통하여 위로, 또는 교차류 주입 매니폴드 (222) 및 교차류 샤워헤드 (242) 를 통하여 안으로 교차류 매니폴드 (226) 에 진입하도록 우선적으로 플로우를 안내하는데 사용될 수도 있다. 교차류 제한 링 (210) 은 CIRP 의 상부에 피팅되며, 이는 멤브레인 프레임 (274) 에 의해 지지된다.In addition, since non-communication through holes do not allow lateral movement of ion current or fluid motion in the CIRP, center-to-edge current and flow movements are blocked within the
일부 구체예들에서, CIRP 플레이트 (206) 는 우선적으로 또는 배타적으로 인트라-셀 전해질 플로우 저항, 플로우 제어하는 것으로 사용될 수 있으며, 이로써 플로우 형상화 엘리먼트, 때로는 터보플레이트로 지칭된다. 이러한 지정은 예를 들어, 종단 효과를 밸런싱하고/하거나 셀 내의 플로우와 커플링된 도금 첨가제의 전기장 또는 키네틱 저항을 변조함으로써 플레이트 (206) 가 방사상 퇴적 균일성을 테일러링하는지 안하는지 여부에 관계없이 사용될 수도 있다. 따라서, 예를 들어, 시드 금속 두께가 일반적으로 크고 (예를 들어, > 1000Å 두께) 금속이 매우 높은 레이트들로 퇴적되고 있는 TSV 및 WLP 전기도금에서, 전해질 플로우의 균일한 분포는 매우 중요한 한편, 웨이퍼 시드 내의 오믹 전압 강하로부터 발생하는 방사상 비균일성 제어는 (적어도 부분적으로 중심-투-에지 비균일성이 더 두꺼운 시드 층들이 사용되는 곳에서 덜 심각하기 때문에) 보상하는 것에 덜 필수적일 수도 있다. 따라서 CIRP 플레이트 (206) 는 이온 저항성 이온 투과성 엘리먼트로, 그리고 플레이트 형상화 엘리먼트로 양자로 지칭될 수 있고, 이온 전류의 플로우를 교번하거나 또는 재료의 대류 플로우를 교번하거나 둘 중 하나를 행하거나 또는 양자를 행함으로써 퇴적-레이트 정정 기능을 서비스할 수 있다.In some embodiments,
웨이퍼와 Wafer and 채널화된Channelized 플레이트 간의 거리 Distance between plates
소정의 구체예들에서, 웨이퍼 홀더 (254) 및 연관된 포지셔닝 메커니즘은 채널화된 이온 저항성 엘리먼트 (206) 의 병렬 상부면에 매우 근접한 회전 웨이퍼를 유지한다. 도금 동안, 기판은 일반적으로 그것이 (예를 들어, 약 10° 이내에) 이온 저항성 엘리먼트와 평행하거나 또는 실질적으로 평행하도록 포지셔닝된다. 기판은 소정의 피쳐들을 위에 가질 수도 있지만, 단지 일반적으로 평면 형상의 기판만이, 그 기판과 이온 저항성 엘리먼트가 실질적으로 평행인지 여부를 결정하는데 고려된다.In certain embodiments,
통상의 경우들에서, 이격 거리는 약 1 내지 10 밀리미터이고, 또는 약 2 내지 8 밀리미터이다. 이 작은 플레이트 대 웨이퍼 거리는 특히 웨이퍼 회전의 중심 근방의, 패턴의 개개의 홀들의 근접성 "이미징" 과 연관된 웨이퍼 상에 도금 패턴을 생성할 수 있다. 이러한 상황에서, 도금 링들의 패턴 (두께 또는 도금된 텍스처) 은 웨이퍼 중심 근방에 생길 수도 있다. 이 현상을 회피하기 위해, 일부 구체예들에서, CIRP (206) 내의 (특히 웨이퍼 중심에 그리고 그 근방에 있는) 개개의 홀들은 특히 작은 사이즈 (예를 들어 웨이퍼 갭에 대한 플레이트의 약 1/5 미만) 를 갖도록 구성될 수 있다. 웨이퍼 회전과 커플링된 경우, 작은 포어 사이즈는 플레이트 (206) 로부터 제트로서 발생하는 충돌 유체의 플로우 속도의 시간 평균화를 허용하고, 작은 스케일 비균일성들 (예를 들어, 마이크로미터 정도의 비균일성들) 을 저감 또는 회피한다. 상기 예방책에도 불구하고, 그리고 사용된 도금조의 특성들 (예를 들어, 퇴적된 미립자 금속, 도전율, 및 채용된 조 첨가물들) 에 의존하여, 일부 경우들에서는, 퇴적이 사용되는 개개의 홀 패턴에 대응하는, 가변 두께의 (예를 들어 웨이퍼 중심 둘레의 "불스 아이 (bulls eye)" 의 형상의) 근접성-이미징-패턴 및 시간 평균 노광으로서 마이크로-비균일 패턴 (예를 들어 중심 링의 형성) 으로 발생하기 쉬울 수도 있다. 이것은, 유한 홀 패턴이 비균일하고 퇴적에 영향을 주는 충돌 플로우 패턴을 생성한다면 발생할 수 있다. 이 경우, 웨이퍼 중심에 걸친 측면 플로우의 도입 및/또는 중심에 바로 있고/있거나 그 근방에 있는 홀들의 규칙적인 패턴의 변형은 모두 거기서 다르게 발견된 마이크로-비균일성의 임의의 사인을 크게 제거하는 것으로 확인되었다.In typical cases, the separation distance is about 1 to 10 millimeters, or about 2 to 8 millimeters. This small plate-to-wafer distance can create a plating pattern on the wafer, particularly associated with the proximity "imaging" of individual holes in the pattern, near the center of the wafer rotation. In this situation, the pattern of plating rings (thickness or plated texture) may occur near the wafer center. To avoid this phenomenon, in some embodiments, the individual holes in CIRP 206 (especially at and near the wafer center) are particularly small in size (eg about one fifth of the plate relative to the wafer gap). It can be configured to have less than). When coupled with wafer rotation, the small pore size allows time averaging of the flow velocity of the impinging fluid occurring as a jet from the
채널화된Channelized 플레이트의 공극률 Porosity of plate
다양한 실시형태들에서, 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 는 충분히 낮은 공극률 및 포어 사이즈를 가져 정상 동작하는 볼륨의 유량들에서 점성 플로우 저항 배압 및 높은 수직 충돌 유량들을 제공한다. 일부 경우들에서, 약 1 내지 10% 의 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 는 유체가 웨이퍼 표면에 도달하는 것을 허용하는 개방 영역이다. 특정 구체예들에서, 약 2 내지 5% 의 플레이트 (206) 는 개방 영역이다. 특정 예에서, 플레이트 (206) 의 개방 영역은 약 3.2% 이고 유효 총 개방 단면적은 약 23cm2 이다.In various embodiments, the channelized ion
채널화된Channelized 플레이트의 홀 사이즈 Plate hole size
채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 의 다공성은 다수의 상이한 방법들로 구현될 수 있다. 여러 실시형태들에서, 그것은 작은 직경의 다수의 수직 홀들로 구현된다. 일부 경우들에서, 플레이트 (206) 는 개개의 "드릴링된" 홀들로 이루어지지 않고, 연속적으로 다공성인 재료의 소결된 플레이트에 의해 생성된다. 그러한 소결된 플레이트들의 예들은 참조로 여기에 그 전체가 포함되는 미국 특허 제 6,964,792 호 [대리인 사건번호 NOVLP023] 에 기술되어 있다. 일부 실시형태들에서, 드릴링된 비연통 홀들은 약 0.01 내지 0.05 인치의 직경을 갖는다. 일부 경우들에서, 홀들은 약 0.02 내지 0.03 인치의 직경을 갖는다. 상술된 바와 같이, 여러 실시형태들에서, 홀들은 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 와 웨이퍼 사이의 갭 거리의 최대 약 0.2 배인 직경을 갖는다. 홀들은 일반적으로 단면이 원형이지만, 원형일 필요는 없다. 또한, 구성을 용이하게 하기 위해, 플레이트 (206) 내의 모든 홀들은 동일한 직경을 가질 수도 있다. 그러나, 이것은 그럴 필요는 없고, 홀들의 개개의 사이즈 및 국부적 밀도 양자 모두가 특정의 요건들이 지시됨에 따라 플레이트 표면에 걸쳐 변화할 수도 있다.The porosity of the channeled ion
예로서, 고체 플레이트 (206) 는, 다수의, 예를 들어 적어도 약 1000 개 또는 적어도 약 3000 개 또는 적어도 약 5000 또는 적어도 약 6000 개의 작은 홀들이 제공된 (0.026 인치의 9465 개의 홀들이 유용하다고 발견되었다), 적절한 세라믹 또는 플라스틱 재료 (일반적으로 유전성 절연 및 기계적 강건 재료) 로 제조되었다. 상술된 바와 같이, 일부 설계들은 약 9000 개의 홀들을 갖는다. 플레이트 (206) 의 다공성은 통상 약 5 퍼센트 미만이어서 높은 충돌 속도를 생성하는데 필요한 총 유량은 그다지 크지 않다. 더 작은 홀들을 사용하는 것은 더 큰 홀들에 비해 플레이트를 가로질러 큰 압력 강하를 생성하여, 플레이트를 통해 더 균일한 상향 속도를 생성하는 것을 돕는다.By way of example, the
일반적으로, 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 에 대한 홀들의 분포는 균일한 밀도를 가지며 비임의적이다. 그러나, 일부 경우들에서, 홀들의 밀도는 특히 반지름 방향으로 변화할 수도 있다. 특정의 실시형태에서, 이하에 더욱 완전히 설명되는 바와 같이, 회전하는 기판의 중심을 향해 플로우를 방향 지정시키는 플레이트의 영역에 더 큰 밀도 및/또는 직경의 홀들이 존재한다. 또한, 일부 실시형태들에서, 회전하는 웨이퍼의 중심에 또는 중심 근처에 전해질을 방향 지정시키는 홀들은 웨이퍼 표면에 대해 비직각의 플로우를 유도할 수도 있다. 또한, 이러한 영역에서의 홀 패턴들은 불균일 도금 "링들" 의 랜덤 또는 부분적 램덤 분포를 가져 제한된 수의 홀들과 웨이퍼 회전 사이의 가능한 상호작용을 다룰 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 플로우 다이버터 (flow diverter) 또는 제한 링 (210) 의 개방 세그먼트에 근접한 홀 밀도는 부착된 플로우 다이버터 또는 제한 링 (210) 의 개방 세그먼트로부터 더 먼, 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 의 영역들 상에서보다 더 낮다.In general, the distribution of holes for the channeled ion
여기에 기술된 구성들 및/또는 접근법들은 본질상 예시적이며, 이들 특정의 구체예들 또는 예들은 다양한 변형들이 가능하기 때문에 제한하는 의미로 고려되지 않아야 한다. 여기에 기술된 특정의 루틴들 또는 방법들은 임의의 수의 프로세싱 전략들의 하나 이상을 나타낼 수도 있다. 이와 같이, 도시된 다양한 액션들은 도시된 시퀀스로, 다른 시퀀스들로, 병렬로, 또는 생략된 일부의 경우로 수행될 수도 있다. 마찬가지로, 상술된 프로세스들의 순서는 변경될 수도 있다.The configurations and / or approaches described herein are illustrative in nature, and these specific embodiments or examples should not be considered in a limiting sense because various modifications are possible. Certain routines or methods described herein may represent one or more of any number of processing strategies. As such, the various actions shown may be performed in the sequence shown, in other sequences, in parallel, or in some cases omitted. Likewise, the order of the processes described above may be changed.
본 개시의 청구물은 여러 프로세스들, 시스템들 및 구성들의 모든 신규한 및 비자명한 조합들 및 서브조합들, 및 여기에 개시된 다른 특징들, 기능들, 액트들, 및/또는 특성들 뿐아니라 이들의 임의의 그리고 모든 등가물들을 포함한다.The subject matter of this disclosure is not only all novel and non-obvious combinations and subcombinations of the various processes, systems and configurations, but also other features, functions, acts, and / or features disclosed herein. Any and all equivalents thereof.
예들 및 실험Examples and Experiments
교차류 매니폴드 (226) 를 통한 개선된 교차류가 바람직하다고 시사하는 몇몇 관찰들이 이 섹션에서 제공된다. 이러한 섹션 전체에 걸쳐, 2 개의 기본 도금 셀 설계들이 테스트된다. 양 설계들은 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 의 상부 상에 교차류 매니폴드 (226) 를 정의하는, 때때로 플로우 다이버터로도 지칭되는 제한 링 (210) 을 포함한다. 때때로 제어 설계 및/또는 TC1 설계로도 지칭되는 제 1 설계는 이러한 교차류 매니폴드 (226) 로의 측면 유입구를 포함하지 않는다. 대신에, 제어 설계에서는, 교차류 매니폴드 (226) 로의 모든 플로우는 CIRP (206) 아래에서 유래하여 웨이퍼 상에 충돌하고 기판의 면을 가로질러 흐르기 전에 CIRP (206) 에서의 홀들을 통해 위로 이동한다. 때때로 현재의 설계 및/또는 TC2 설계로 지칭되는 제 2 설계는 교차류 주입 매니폴드 (222) 및 CIRP (206) 에서의 채널들 또는 구멍들을 통해 통과하지 않고 교차류 매니폴드 (226) 로 직접 플로우를 주입하기 위한 모든 연관된 하드웨어를 포함한다 (그러나, 일부 경우들에서, 교차류 주입 매니폴드로 전달되는 플로우는 CIRP (206) 의 외주 근처의 전용 채널들을 통과하며, 그러한 채널들은 CIRP 매니폴드 (208) 로부터 교차류 매니폴드 (226) 로 유체를 방향 지정시키는데 사용되는 채널들과는 구별/분리되어 있다).Several observations are provided in this section which suggest that improved crossflow through
두께 분포 불균일Thickness distribution nonuniform
교차류 주입 매니폴드가 결핍된 이전의 도금 셀 설계들을 사용하는 경우, 웨이퍼의 소정의 영역들 (예를 들어, 웨이퍼의 중심 근처의 (그러나 통상 웨이퍼 중심으로부터 오프셋된) 영역) 에서, 수직 유체 분사 속도가 수평 교차류 속도에 비해 우세하도록 하는 플로우 조건들이 종종 발생한다. 그러한 경우들에서, 개개의 분사들은 증폭되고 불균일 두께 분포를 초래한다. 도 10 은 교차류 매니폴드로의 측면 유입구가 결핍된 제어 도금 셀에서의 구리로 도금된 기판에 대한 웨이퍼 상의 필름 두께 대 위치의 그래프를 도시한다. 도 10 에 도시된 바와 같이, 필름은 기판의 에지를 향해 더 두껍고 기판의 중심을 향해 더 얇다. 이러한 반지름 방향 두께 차이는 최적이 아니다.When using previous plating cell designs lacking a crossflow injection manifold, vertical fluid injection in certain areas of the wafer (eg, an area near the center of the wafer (but typically offset from the wafer center) Flow conditions often occur that allow the velocity to prevail over the horizontal crossflow velocity. In such cases, the individual jets are amplified and result in an uneven thickness distribution. FIG. 10 shows a graph of film thickness versus position on a wafer for a copper plated substrate in a control plating cell lacking a lateral inlet to a crossflow manifold. As shown in FIG. 10, the film is thicker towards the edge of the substrate and thinner towards the center of the substrate. This radial thickness difference is not optimal.
도 11 은 2 개의 기판들, 즉 (둥근 점들로 도시되고 여기서 TC1로서 지정된) 제어 설계 도금 셀에서 도금된 하나의 기판, 및 (삼각형들로 도시되고 여기서 TC2 로서 지정된) 교차류 주입 매니폴드 (222) 를 갖는 현재의 설계 도금 셀에서 도금된 하나의 기판에 대해 웨이퍼 상의 필름의 두께 대 위치의 그래프를 도시한다. 데이터가 레벨러를 사용한 도금 화학물질로 웨이퍼 상에 구리의 블랭킷 퇴적에 의해 생성되었다. 도 11 은 웨이퍼 중심 불균일성 (또는 링잉) 이 제어 장치에서 관찰되지만, (교차류 매니폴드로의 측면 유입구를 갖는) 현재의 장치를 사용하는 경우 극적으로 개선되는 것을 도시한다.11 shows two substrates, one substrate plated in a control design plating cell (shown with round dots and designated herein as TC1), and a crossflow injection manifold 222 (shown as triangles and designated herein as TC2). Shows a graph of the thickness versus location of the film on the wafer for one substrate plated in the current design plating cell. Data was generated by blanket deposition of copper on the wafer with plating chemistries using levelers. 11 shows that wafer center nonuniformity (or ringing) is observed in the control device, but is dramatically improved when using current devices (with side inlets into the crossflow manifold).
피쳐 형상 변동Feature Geometry Variation
교차류 매니폴드 (226) 에서 하나의 방위각 로케이션에서 유출구 (234) 를 갖지만 반대의 방위각 위치에서 유입구 (250) 를 갖지 않는 제어 장치에서 도금된 웨이퍼 상의 방위각에서 대향하는 위치들 사이의 기본적인 교차류 불균형 (imbalance) 은 불균일한 피쳐내 대류를 초래한다. 최종 결과는 일부 두께 불균일성 (예를 들어, 하나의 방향으로의 경사) 을 나타내는 범프 형상이다.Fundamental crossflow imbalance between azimuth opposing positions on the plated wafer in the control
도 12 는 제어 설계 도금 셀에서 도금된 마이크로범프들 (TC1 으로 지정된 상부 패널들) 및 여기의 여러 구체예들에 따른 현재의 설계 도금 셀에서 도금된 마이크로범프들 (TC2 로서 지정된 하부 패널들) 에 대한 기판 상의 상이한 위치들에 위치된 여러 마이크로범프들의 피쳐내 형상을 도시한다. 도 12 의 각 그래프에 대해, x 축은 도면의 상부에 큰 화살표들로 표시된 바와 같이 웨이퍼 상의 위치에 대응하고, y 축은 그 위치에서의 주어진 마이크로범프의 높이에 대응한다. 따라서, 각 그래프는 기판 상의 특정의 로케이션에서 도금된 마이크로범프의 개략적인 형상을 도시한다.12 shows microbumps plated in the control design plating cell (top panels designated TC1) and microbumps plated in the current design plating cell (bottom panels designated as TC2) according to various embodiments herein. It illustrates the shape within the features of the various microbumps located at different locations on the substrate. For each graph of FIG. 12, the x axis corresponds to the position on the wafer as indicated by the large arrows at the top of the figure, and the y axis corresponds to the height of a given microbump at that position. Thus, each graph shows a schematic shape of the microbumps plated at a specific location on the substrate.
문맥을 위해, 웨이퍼의 "저부" 영역은 웨이퍼 상의 노치가 존재하는 곳이다. 웨이퍼의 "상부" 는 노치가 발생하는 곳의 측과 반대인 웨이퍼의 측이다. 도 12 의 상부의 패널들에서의 4 개의 작은 화살표들은 도금된 피쳐의 경사에 대응한다 (즉, 화살표의 포인트들은 피쳐의 더 높은 측을 향한다). 이상적으로는, 이들 화살표들은 수평이며, 이는 피쳐에 어떠한 경사도 없다는 것을 의미한다. 도금 동안의 기판의 회전으로 인하여, 전해질 플로우 패턴의 중심-대-에지 컴포넌트가 존재한다. 도 12 의 상부 패널들에서의 작은 화살표들은 이러한 플로우에 반대인 방향을 가리킨다.For the context, the "bottom" area of the wafer is where the notch on the wafer is present. The "top" of the wafer is the side of the wafer opposite to the side where the notch occurs. Four small arrows in the upper panels of FIG. 12 correspond to the slope of the plated feature (ie, the points of the arrow point toward the higher side of the feature). Ideally, these arrows are horizontal, which means that there is no slope to the feature. Due to the rotation of the substrate during plating, there is a center-to-edge component of the electrolyte flow pattern. Small arrows in the top panels of FIG. 12 point in the opposite direction to this flow.
도 12 에 도시된 데이터를 생성하는데 있어서, 구리 범프들은 포토레지스트에서 20 x 20 ㎛ 피쳐들에서 퇴적되었다. 제어 설계의 경우, 교차류는 그의 최대 속도에 도달했고, 대류 구동 물질 이동은 교차류 매니폴드 (226) 의 유출구 (234) 에서 우세했다. 결과적으로, 범프들의 내부 "상류" 측들은 도 12 의 상부 패널들에 도시된 데이터 프로파일들에서 도시된 바와 같이, 더 큰 퇴적 레이트들을 경험했다. 도 12 의 하부 패널들에서 도시된 바와 같이, 여기에 기술된 구체예들에 따라 강제된 교차류를 사용하여 생성된 범프 프로파일들에서 주목할 만한 개선이 관찰된다. 전체적으로, 도 12 는 제어 설계에 비해 현재의 설계의 경우 매우 작은 피쳐 경사가 존재했다는 것을 나타낸다.In generating the data shown in FIG. 12, copper bumps were deposited on 20 × 20 μm features in the photoresist. For the control design, the crossflow reached its maximum velocity, and convective drive mass transfer prevailed at the
은 조성 불균일성Silver composition heterogeneity
교차류 매니폴드로의 측면 유입구가 없는 제어 장치는 웨이퍼 표면의 다른 영역들에 비해 웨이퍼 표면의 소정 영역들 위로의 상당히 적은 교차류를 초래한다. 합금을 도금하기 위해 그러한 장치를 사용하는 경우, 합금의 조성은 웨이퍼의 면을 가로질러 균일하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 주석-은 솔더 범프들을 도금하기 위해 그러한 장치를 사용하는 경우, 은의 농도는 웨이퍼의 중심 근처에서 더 낮고 웨이퍼의 에지들 근처에서 더 높을 수도 있다. 이러한 불균일한 합금 조성은 도금 용액의 불균일한 교차류 패턴을 강조한다. 도 13 은 제어 설계 도금 셀에서 도금된 주석-은 범프들에 대한 은 조성 대 웨이퍼상 위치를 도시한다. x 축은 웨이퍼 상의 범프의 위치를 나타내는 반면, y 축은 범프 내의 은의 퍼센티지를 나타낸다. 특히, 은의 퍼센티지는 웨이퍼의 에지에 더 가깝게 도금된 범프들에 비해 중심에/중심 근처에 도금된 범프들의 경우 더 낮다. SnAg 솔더 도금의 경우, 은은 확산 제한된 종들이다. SnAg 도금된 재료의 균일한 조성은 양호한 솔더 용접을 유지하는데 있어서 파라미터이다. SnAg 도금된 재료의 조성 균일성은 시스템 내에서 종들의 확산을 강화함으로써, 예를 들어 여기의 구체예들에 따라 측면 유입구 (250) 로부터 교차류를 도입함으로써 개선될 수도 있다.Control devices without side inlets into the crossflow manifold result in significantly less crossflow over certain areas of the wafer surface compared to other areas of the wafer surface. When using such a device for plating an alloy, the composition of the alloy may not be uniform across the face of the wafer. For example, when using such an apparatus for plating tin-silver solder bumps, the concentration of silver may be lower near the center of the wafer and higher near the edges of the wafer. This nonuniform alloy composition emphasizes the nonuniform crossflow pattern of the plating solution. FIG. 13 shows the silver composition vs. on-wafer position for tin-silver bumps plated in a control design plating cell. The x axis represents the position of the bump on the wafer, while the y axis represents the percentage of silver in the bump. In particular, the percentage of silver is lower for bumps plated in the center / near center than for bumps plated closer to the edge of the wafer. For SnAg solder plating, silver is a diffusion limited species. The uniform composition of the SnAg plated material is a parameter in maintaining good solder welds. The composition uniformity of the SnAg plated material may be improved by enhancing the diffusion of species in the system, for example by introducing crossflow from the
도 14a-b 내지 도 18a-b 는 제어 도금 셀 (14a, 15a, 16a, 17a 및 18a) 대 교차류 매니폴드로의 측면 유입구를 갖는 현재의 도금 셀 (14b, 15b, 16b, 17b 및 18b) 을 사용하여 달성된 플로우 패턴들을 비교한다. 결과들은 교차류 매니폴드의 수치 모델들을 사용하여 생성되었다. 14A-B through 18A-B show current plating cells 14b, 15b, 16b, 17b and 18b having side inlets to the control plating cells 14a, 15a, 16a, 17a and 18a versus the crossflow manifold. Compare flow patterns achieved using Results were generated using numerical models of crossflow manifolds.
도 14a 는 제어 설계 도금 장치의 일부의 평면도를 도시한다. 특히, 그 도면은 플로우 다이버터 (210) 를 갖는 CIRP (206) 를 도시한다. 도 14b 는 특히 CIRP (206), 플로우 다이버터 (210), 및 교차류 주입 매니폴드 (222)/교차류 매니폴드 유입구 (250)/교차류 샤워헤드 (242) 를 도시하는, 현재 설계 도금 장치의 일부의 평면도를 도시한다. 도 14a-b 에서의 플로우의 방향은 일반적으로 좌에서 우로, 플로우 다이버터 (210) 상의 유출구 (234) 를 향한다. 도 14a-b 에 도시된 설계들은 도 15a-b 내지 도 17a-b 에서 모델링된 설계들에 대응한다.14A shows a plan view of a portion of a control design plating apparatus. In particular, the figure shows a
도 15a 는 제어 설계에 대한 교차류 매니폴드 (226) 를 통한 플로우를 도시한다. 이 경우, 교차류 매니폴드 (226) 내의 모든 플로우는 CIRP (206) 아래로부터 유래한다. 특정의 포인트에서의 플로우의 크기는 화살표들의 사이즈에 의해 표시된다. 도 15a 의 제어 설계에서, 플로우의 크기는 추가적인 유체가 CIRP (206) 를 통과하고, 웨이퍼 상에 충돌하며, 교차류에 합류함에 따라 실질적으로 교차류 매니폴드 (226) 전체에 걸쳐 증가한다. 그러나, 도 15b 의 현재의 설계에서는, 플로우에서의 이러한 증가는 훨씬 덜 실질적이다. 소정량의 유체가 교차류 주입 매니폴드 (222) 및 연관된 하드웨어를 통해 교차류 매니폴드 (226) 로 직접 전달되기 때문에 증가는 그다지 크지 않다.15A shows a flow through the
도 16a 는 도 14a 에 도시된 제어 설계에서의 웨이퍼의 면에 걸친 플로우 속도를 도시한다. 플로우는 플로우 다이버터의 유출구 (234) 근처에서 (더 어두운 셰이드들로 도시된 바와 같이) 훨씬 빠르고, 출구의 반대측 상에서 (더 밝은 셰이들들로 도시된 바와 같이) 훨씬 더 느리다. 대조적으로, 도 16b 는 플로우 속도가 도 14b 에 도시된 현재의 설계의 경우 훨씬 더 균일하다는 것을 도시한다.FIG. 16A shows the flow rate across the face of the wafer in the control design shown in FIG. 14A. The flow is much faster (as shown by the darker shades) near the
도 17a 는 도 14a 에서 도시된 제어 설계 장치에서 도금된 기판의 면을 가로지르는 수평 속도를 도시한다. 특히, 플로우 속도는 (플로우 다이버터 유출구의 반대쪽 위치에서) 제로에서 시작하고 유출구 (234) 에 이를 때까지 증가한다. 불행하게도, 웨이퍼의 중심에서의 평균 플로우는 제어 구현예들에서 상대적으로 낮다. 결과적으로, 채널화된 이온 저항성 플레이트 (206) 의 채널들로부터 방출된 캐소드액의 분사들은 중심 영역에서 유체역학적으로 우세하다. 웨이퍼의 회전이 방위각적으로 평균된 교차류 경험을 생성하기 때문에 워크피스의 에지 영역들을 향해 문제가 표명되지 않는다.FIG. 17A shows the horizontal velocity across the surface of the plated substrate in the control design device shown in FIG. 14A. In particular, the flow velocity starts at zero (at the position opposite the flow diverter outlet) and increases until it reaches the
도 17b 는 도 14b 에 도시된 현재의 설계에서 도금된 기판의 면을 가로지르는 수평 속도를 도시한다. 이 경우, 수평 속도는 교차류 주입 매니폴드 (222) 로부터, 측면 유입구 (250) 을 통해, 교차류 매니폴드 (226) 로 주입되는 유체로 인해 비제로 값에서 유입구 (250) 에서 시작한다. 또한, 웨이퍼의 중심에서의 유량는 제어 설계에 비해 현재의 설계에서 증가되고, 이로 인해 그렇지 않은 경우 충돌하는 분사들이 우세할 수도 있는 웨이퍼의 중심 근처에서 낮은 교차류의 영역을 감소 또는 제거한다. 따라서, 측면 유입구는 유입구-대-유출구 방향을 따라 교차류 레이트들의 균일성을 실질적으로 향상시키고, 더욱 균일한 도금 두께를 초래할 것이다.17B shows the horizontal velocity across the face of the plated substrate in the current design shown in FIG. 14B. In this case, the horizontal velocity starts at
도 18a 는 12 L/분 총 플로우가 교차류 매니폴드 (226) 로 전달되는 특정의 제어 설계 경우에 대해 교차류 속도 (z-속도) 를 나타내는 모델링 결과들을 도시한다 (모든 유체는 CIRP 홀들을 통해 교차류 매니폴드로 들어감). 교차류 속도는 도면에 제공된 그레이/블랙의 많은 셰이드들로 표시된 바와 같이 매우 불균일하다. 플로우 속도는 웨이퍼의 중심 근처에서 그리고 유입구의 반대쪽의 웨이퍼 측을 향해 가장 낮다. 플로우는 유출구 (234) 근처에서 가장 높다. 도 18b 는 측면 유입구 (250) 를 갖는 현재의 설계를 사용하는 특정의 경우에 대한 교차류 속도를 나타내는 유사한 모델링 결과들을 나타내며, 여기서 3 L/분 도금 유체가 CIRP (206) 의 홀들을 통해 전달되고, 9 L/분 도금 유체가 교차류 주입 매니폴드/측면 유입구 (222/250) 을 통해 직접 전달된다. 도 18b 는 교차류 매니폴드 (226) 에 대해 측면 유입구 (250) 를 사용하여 달성될 수도 있는 교차류 속도 균일성에서의 매우 상당한 개선을 도시한다. 플로우 속도가 웨이퍼 중심 근처보다 웨이퍼 에지들 근처에서 약간 더 높지만, 이러한 차이는 도 18a 에서의 제어 설계에서 보여준 차이들에 비하면 미소하다.18A shows modeling results showing the crossflow velocity (z-velocity) for a particular control design case in which a 12 L / min total flow is delivered to the crossflow manifold 226 (all fluid is through CIRP holes). Entering the crossflow manifold). The crossflow velocity is very nonuniform, as indicated by the many shades of gray / black provided in the figure. The flow rate is lowest near the center of the wafer and towards the wafer side opposite the inlet. Flow is highest
다수의 개념 및 실용성 테스트들이 여기에 기술된 구현예들을 구현하는 하드웨어를 사용하여 수행되었다.Numerous conceptual and practical tests have been performed using hardware implementing the implementations described herein.
도 19a-b 는 제어 (측면 유입구 없음) 및 현재 (측면 유입구 (250)) 구현예들을 비교하는 스태틱 임프린트 테스트들의 결과들을 도시한다. 각 테스트는 도금 컵 (254) 이 회전 없이 도금 위치에 위치되는 동안 1000 Å 구리 시드 웨이퍼의 5 분 에칭으로 이루어진다. 제어 설계의 경우, 도 19a 에 도시된 바와 같이, 에칭 패턴은 분사된 플로우 (교차류 없음) 의 영역을 나타내는 매우 뚜렷한 교차 해칭된 패턴을 도시한다. 상술된 바와 같이, 분사된 플로우가 교차류에 비해 우세한 이들 영역들은 도금 균일성의 면에서 바람직하지 않다. 이들 영역들은 때때로 "데드 스폿들" 로 지칭될 수도 있다. 현재의 구현예에 대한 스태틱 임프린트 패턴은 도 19b 에 도시된 바와 같이 임의의 그러한 패턴을 나타내지 않았다. 측면 유입구 (250) 를 갖는 현재의 구현예는 또한 난류의 영역에 상관되는, (도 19b 에서 기판의 좌측을 향해 더 어두운 영역으로 표시되는) 에칭이 더 높은 유입구 (250) 근처의 영역을 초래한다.19A-B show results of static imprint tests comparing control (no side inlet) and current (side inlet 250) implementations. Each test consisted of a 5 minute etching of a 1000 microsecond copper seed wafer while the
상술된 바와 같이, 일부 실시형태들에서, 유체 조정 로드들 (270) 의 조정은 전기도금 셀의 오퍼레이터 또는 제어기가 교차류 주입 매니폴드 (222) 로 또는 채널화된 이온 저항성 플레이트 (208) 로의 플로우를 촉진하는 것을 허용한다. As described above, in some embodiments, the adjustment of the
도 20 은 12 개의 피더 채널들, 즉 교차류 주입 매니폴드 (258) 에 대해 6 개 그리고 CIRP 매니폴드 (262) 에 대해 6 개 각각에서의 제어 로드들 (270) 을 갖는 셀에서 여러 유체 조정 로드들 (270) 을 사용하여 CIRP (206) 및 교차류 매니폴드 (226) 로의 캐소드액 플로우를 제어함으로써 생성된 데이터를 제공한다. 도면에서의 각 커브 (48, 47 등) 는 mm 단위의 유체 조정 로드 (270) 직경을 지칭한다. 48 mm 로드는 (00 으로서 표시되는 완전히 개방된 상태 외에) 32 mm 로드가 이러한 연구에서 사용되는 최소로 제한하는 로드인 반면 본질적으로 완전히 제한하는 로드였다. 또한, 각 커브는 교차류 주입 매니폴드 피더들 (258) 또는 CIRP 매니폴드 피더들 (262) 에서의 동일한 사이즈의 6 개의 로드들 (270) 을 설치함으로써 생성되었다. 또한, 유체 조정 로드들 (270) 이 교차류 주입 매니폴드 피더들 (258) 상에 설치된 경우, 어떠한 유체 조정 로드들도 CIRP 매니폴드 피더들 (262) 상에 설치되지 않았고, 그 역도 같다. 데이터는 여러 압력들 및 유량들이 측정되는 여러 사이즈의 제어 로드들 (270) 을 사용함으로써, 사이드로부터 사이드까지 그리고 여러 12 피더 채널들 (258, 262) 를 가로질러 플로우들을 변경할 수 있다는 것을 나타낸다.FIG. 20 shows several fluid adjustment rods in a cell with twelve feeder channels,
도 21a-b 는 각각 도 8a-b 에 도시된 2 개의 제한 링 (210) 셋업들에 대해 웨이퍼 근처의 상이한 포인트들에서 충돌 플로우 속도 (y-속도) 를 나타내는 모델링 데이터를 제공한다. 속도는 웨이퍼 평면 1 mm 아래의 평면에서 모델링된다. 도 21a-b 에 관련하여, 교차류는 -z 방향이다 (도시된 바와 같이 상부에서 하부). 그러나, 이 도면에서 모델링된 속도는 y-속도이고, 이것은 CIRP (206) 에 대한 수직인 방향의 플로우 속도이고, 웨이퍼를 향해 포인팅한다. 웨이퍼를 향해 상방으로 이동하는 플로우는 양의 y-속도를 갖는다. 교차류 매니폴드 (226) 로의 유입구 (250) 가 웨이퍼 아래에서 종료하는, 도 8a 에 도시된 예비적인 현재의 설계의 경우, 유입구 (250) 로부터 나오는 플로우는 도 21a 에 도시된 바와 같이 처음에 상대적으로 불균일하다. 대조적으로, 교차류 매니폴드 (226) 로의 유입구 (250) 가 (웨이퍼 아래 대신에 컵 (254) 아래에서) 더욱 반지름방향 외부에서 종료하는, 도 8b 에 도시된 개정된 현재의 설계의 경우, 유입구 (250) 로부터 방사하는 플로우는 실질적으로 더 균일하다. 교차류 매니폴드 (226) 로의 유입구 (250) 가 종료하는 로케이션은 많은 경우에 교차류 제한 링 (210) 이 종료하는 로케이션에 대응한다. 도 21c 는 도 8a 에 도시되고 도 21a 에서 모델링된 초기의 설계의 경우에 기판의 에지 근처의 플로우 경로을 도시하는 모델링 경로를 나타낸다. 유입구 근처에서 상방으로 그리고 후방으로 구부러진 이러한 플로우는 도 21a 에서 유입구 근처에서 도시된 분균일성에 대응한다.21A-B provide modeling data indicative of the impact flow velocity (y-velocity) at different points near the wafer for the two
도 22a-b 는 교차류 균일성에 대한 교차류 샤워헤드 홀들 (246) 의 각도 분포의 효과를 도시한다. 양자의 경우에, 흐름 방향 핀들 (fins)(266) 은 각도적으로 균일한 방식으로 위치되었고, 교차류는 z 방향으로 (페이지의 저부로부터 상부로) 였고, 속도는 웨이퍼 평면 0.2 mm 아래의 평면에서 모델링되었다. 또한, 각 경우에, 플로우는 12 L/분 총 플로우로, 139개의 교차류 샤워헤드 홀들 (246) 에 걸쳐 균등하게 분포된 9 L/분 및 CIRP 매니폴드 (208) 로 전달된 3 L/분으로 모델링되었다.22A-B illustrate the effect of the angular distribution of crossflow showerhead holes 246 on crossflow uniformity. In both cases, the
도 22a 는 인접한 교차류 샤워헤드 홀들 (246) 간의 분리들이 각도적으로 균일한 경우 모델링된 교차류 속도를 도시한다. 이 경우, 인접한 샤워헤드 홀들 (246) 의 각 쌍 사이의 아크의 길이는 동일하다. 그러나, 홀들 (246) 의 각 쌍 사이의 간격은, 유입구의 중심 근처의 인접한 홀들이 유입구의 외부 에지들 근처의 인접한 홀들에 비해 더 멀리 떨어져 있기 때문에, x 방향 (교차류의 방향에 수직인 방향) 에서 불균일하다. 이러한 x 방향 불균일성은 단순히 각도적으로 불균일한 홀들의 선형 축상으로의 투영에 기인하여 발생한다. 유입구의 중심 근처의 홀들 (246) 이 더 멀리 떨어져 있기 때문에, 전기도금 장치의 중심을 가로지르는 교차류는 에지들 근처의 교차류보다 다소 낮을 것이다.22A shows the modeled crossflow velocity when the separations between adjacent crossflow showerhead holes 246 are angularly uniform. In this case, the length of the arc between each pair of adjacent showerhead holes 246 is the same. However, the spacing between each pair of
도 22b 는 인접한 교차류 샤워헤드 홀들 (246) 간의 분리가 각도적으로 균일하지 않은 경우 모델링된 교차류 속도를 도시한다. 도 22a 에 도시된 경우에 비해, 유입구 (250) 의 중심 근처에 클러스터된 더 많은 샤워헤드 홀들 (246) 및 유입구 (250) 의 에지들을 향해 더 적은 샤워헤드 홀들 (246) 이 존재한다. 이것은 x 방향으로 측정된, 인접한 홀들 (246) 사이의 더욱 균일한 분리를 (그러나 인접한 홀들 (246) 사이의 아크들에 의해 측정된 덜 균일한 분리를) 초래한다. 교차류는 이들 샤워헤드 홀들 (246) 로부터 유래하고 x 축에 수직인 z 방향으로 이동하기 때문에, x 방향에서의 홀들 (246) 의 균일한 간격은 웨이퍼의 면을 가로질러 더욱 균일한 교챠류 속도들을 초래할 수 있다. 중요하게, 도 22a 에 도시된 경우에 비해, 도 22b 의 플로우 패턴은 더욱 균일하며, 장치의 중심과 에지들 사이의 속도 차이들은 최소화된다.22B shows the modeled crossflow velocity when the separation between adjacent crossflow showerhead holes 246 is not angularly uniform. Compared to the case shown in FIG. 22A, there are more
다른 구체예들Other embodiments
상기한 것은 특정의 구현예들의 완전한 설명이지만, 여러 변경들, 대안적인 구성들 및 등가물들이 사용될 수도 있다. 따라서, 상기의 설명 및 예시들은 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 취해지지 않아야 한다.Although the foregoing is a complete description of specific embodiments, various changes, alternative configurations, and equivalents may be used. Accordingly, the above description and examples should not be taken as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (32)
(a) 실질적으로 평면인 기판 상에 금속을 전기도금하는 동안 전해질과 아노드를 포함하도록 구성된 전기도금 챔버;
(b) 전기도금 동안 상기 실질적으로 평면인 기판의 도금면이 상기 아노드와 분리되도록 상기 실질적으로 평면인 기판을 유지하도록 구성된 기판 홀더;
(c) 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면과 약 10mm 이하의 갭만큼 분리된 기판 대향면을 포함하는 이온 저항성 엘리먼트로서, 상기 이온 저항성 엘리먼트는 전기도금 동안 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면과 적어도 같은 공간 (coextensive) 에 있고, 상기 이온 저항성 엘리먼트는 전기도금 동안 상기 이온 저항성 엘리먼트를 통해 이온 수송을 제공하도록 된, 상기 이온 저항성 엘리먼트;
(d) 전해질을 상기 갭으로 도입하기 위한 상기 갭에 대한 유입구;
(e) 상기 갭에서 흐르는 전해질을 수용하기 위한 상기 갭에 대한 배출구; 및
(f) 상기 유입구 근처에 있으며 전기도금 동안 상기 갭에서 실질적으로 선형의 교차류 패턴 (cross flow pattern) 을 생성하도록 된 복수의 핀들 (fins) 을 포함하며,
상기 유입구 및 배출구는 전기도금 동안 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면 상의 방위각적으로 대향하는 (opposing) 둘레 로케이션들 근처에 위치되고,
상기 유입구 및 배출구는 상기 갭에서 교차류형 (cross-flowing) 전해질을 생성하여 전기도금 동안 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면 상에 전단력을 생성 또는 유지하도록 된, 전기도금 장치.As the electroplating apparatus,
(a) an electroplating chamber configured to include an electrolyte and an anode during electroplating metal on a substantially planar substrate;
(b) a substrate holder configured to hold the substantially planar substrate such that the plating surface of the substantially planar substrate is separated from the anode during electroplating;
(c) an ionically resistive element comprising a substrate opposing face separated by a gap of about 10 mm or less from said plated surface of said substantially planar substrate, said ion resistant element being said plating of said substantially planar substrate during electroplating; The ionically resistive element being at least coextensive with a face, the ionically resistive element adapted to provide ion transport through the ionically resistive element during electroplating;
(d) an inlet to said gap for introducing electrolyte into said gap;
(e) an outlet for said gap for receiving electrolyte flowing in said gap; And
(f) a plurality of fins near the inlet and adapted to produce a substantially linear cross flow pattern in the gap during electroplating,
The inlet and outlet are located near azimuth opposing peripheral locations on the plated surface of the substantially planar substrate during electroplating,
Wherein the inlet and outlet ports are configured to generate cross-flowing electrolyte in the gap to generate or maintain shear forces on the plated surface of the substantially planar substrate during electroplating.
상기 이온 저항성 엘리먼트는 약 1~10%의 다공도 (porosity) 를 갖는, 전기도금 장치.The method of claim 1,
And the ionically resistive element has a porosity of about 1-10%.
상기 이온 저항성 엘리먼트는 전기도금 동안 전해질이 통과하여 흐를 수도 있는 적어도 1000개의 경로들을 포함하는, 전기도금 장치.The method of claim 2,
And the ion resistant element comprises at least 1000 paths through which electrolyte may flow during electroplating.
상기 경로들의 적어도 몇몇의 경로들은 상기 적어도 몇몇의 경로들의 배출구에서 적어도 약 3cm/s의 속도로 상기 기판을 향해 전해질을 전달하도록 구성되는, 전기도금 장치.The method of claim 3, wherein
At least some of the paths are configured to deliver electrolyte toward the substrate at a rate of at least about 3 cm / s at the outlet of the at least some paths.
상기 이온 저항성 엘리먼트는 전기도금 동안 전기장을 정형 (shape) 하고 상기 실질적으로 평면인 기판 근처에서의 전해질 플로우 특성을 제어하도록 구성되는, 전기도금 장치.The method of claim 1,
Wherein the ionically resistive element is configured to shape an electric field during electroplating and to control electrolyte flow characteristics near the substantially planar substrate.
상기 이온 저항성 엘리먼트의 하부면 (lower face) 아래에 위치된 하부 매니폴드 영역을 더 포함하고, 상기 하부면은 상기 기판 홀더와 떨어져 대향하는, 전기도금 장치.The method of claim 1,
And a lower manifold region located below a lower face of the ionically resistive element, the lower surface facing away from the substrate holder.
중앙 전해질 챔버와 상기 중앙 전해질 챔버로부터 상기 유입구 및 상기 하부 매니폴드 영역 둘 다에 전해질을 전달하도록 구성된 하나 이상의 공급 채널들을 더 포함하는, 전기도금 장치.The method according to claim 6,
And one or more supply channels configured to deliver electrolyte from both the central electrolyte chamber and the central electrolyte chamber to both the inlet and the lower manifold region.
상기 중앙 전해질 챔버에 또는 상기 중앙 전해질 챔버로부터 전해질을 전달하기 위한 펌프를 더 포함하는, 전기도금 장치.8. The method of claim 7,
And a pump for delivering electrolyte to or from the central electrolyte chamber.
상기 펌프 및 상기 유입구는 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면 상의 중심점을 가로질러 적어도 약 3cm/s의 교차류 속도로 상기 갭에서 전해질을 전달하도록 된, 전기도금 장치.The method of claim 8,
The pump and the inlet are configured to deliver electrolyte in the gap at a crossflow rate of at least about 3 cm / s across a center point on the plated surface of the substantially planar substrate.
상기 유입구에 유체 커플링된 교차류 주입 매니폴드를 더 포함하는, 전기도금 장치.The method of claim 1,
And a crossflow injection manifold fluidly coupled to the inlet.
상기 교차류 주입 매니폴드는 상기 이온 저항성 엘리먼트의 캐비티 (cavity) 에 의해 적어도 부분적으로 정의되는, 전기도금 장치.The method of claim 10,
Wherein the crossflow injection manifold is defined at least in part by a cavity of the ionically resistive element.
상기 유입구는 2개 이상의 방위각적으로 별개인 섹션들로 분리되고, 상기 유입구의 상기 방위각적으로 별개인 섹션들로 흐르는 전해질의 양을 독립적으로 제어하기 위한 메커니즘을 더 포함하는, 전기도금 장치.The method of claim 1,
And the inlet is divided into two or more azimuthally distinct sections, and further comprising a mechanism for independently controlling the amount of electrolyte flowing into the azimuthally distinct sections of the inlet.
상기 핀들은 상기 유입구로부터 하류에 로케이트되며 상기 갭에서 흐르고 있는 전해질을 인접한 스트림들로 분할하도록 구성되는, 전기도금 장치.The method of claim 1,
The fins are located downstream from the inlet and configured to divide the electrolyte flowing in the gap into adjacent streams.
상기 이온 저항성 엘리먼트의 주변부 위에 위치된 플로우 제한 링을 더 포함하는, 전기도금 장치.The method of claim 1,
And a flow restriction ring positioned over the periphery of the ionically resistive element.
상기 이온 저항성 엘리먼트와 상기 플로우 제한 링 사이에 위치된 가스켓을 더 포함하는, 전기도금 장치.The method of claim 14,
And a gasket positioned between the ionically resistive element and the flow restriction ring.
멤브레인을 지지하기 위한 멤브레인 프레임을 더 포함하고, 상기 멤브레인은 상기 전기도금 챔버를 캐소드 챔버와 아노드 챔버로 분리하는, 전기도금 장치.The method of claim 1,
And a membrane frame for supporting the membrane, wherein the membrane separates the electroplating chamber into a cathode chamber and an anode chamber.
상기 갭의 방사상으로 외측에 위치되며 상기 배출구를 통해 흐르는 전해질을 수용하도록 구성된 위어 벽 (weir wall) 을 더 포함하는, 전기도금 장치.The method of claim 1,
And a weir wall positioned radially outwardly of said gap and configured to receive electrolyte flowing through said outlet.
도금 동안 상기 기판 홀더를 회전시키기 위한 메커니즘을 더 포함하는, 전기도금 장치.The method of claim 1,
Further comprising a mechanism for rotating the substrate holder during plating.
상기 이온 저항성 엘리먼트는 전기도금 동안 상기 실질적으로 평면인 기판에 실질적으로 평행하게 위치되는, 전기도금 장치.The method of claim 1,
And the ionically resistive element is positioned substantially parallel to the substantially planar substrate during electroplating.
상기 유입구는 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면의 둘레 근처에서 약 90-180도 사이의 아크에 걸쳐 있는, 전기도금 장치.The method of claim 20,
The inlet spans an arc between about 90-180 degrees near the perimeter of the plating surface of the substantially planar substrate.
상기 유입구는 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면의 둘레 근처에서 약 120-170도 사이의 아크 (arc) 에 걸쳐 있는, 전기도금 장치.The method of claim 1,
The inlet spans an arc between about 120-170 degrees near the perimeter of the plated surface of the substantially planar substrate.
상기 유입구의 상기 방위각적으로 별개인 섹션들로 전해질을 전달하도록 구성된 복수의 전해질 공급 유입구들을 더 포함하는, 전기도금 장치.13. The method of claim 12,
And a plurality of electrolyte feed inlets configured to deliver electrolyte to said azimuthally distinct sections of said inlet.
상기 유입구의 상기 방위각적으로 별개인 섹션들로 흐르는 전해질의 양을 독립적으로 제어하기 위한 상기 메커니즘은 하나 이상의 전해질 플로우 경로들에 위치된 하나 이상의 제한 엘리먼트들 (constricting elements) 을 포함하는, 전기도금 장치.13. The method of claim 12,
The mechanism for independently controlling the amount of electrolyte flowing into the azimuthally distinct sections of the inlet comprises one or more restricting elements located in one or more electrolyte flow paths. .
상기 배출구는 2개 이상의 방위각적으로 별개인 섹션들로 분리되는, 전기도금 장치.The method of claim 1,
Wherein said outlet is divided into two or more azimuthally distinct sections.
(a) 기판 홀더에 실질적으로 평면인 기판을 수용하는 단계로서, 상기 실질적으로 평면인 기판의 도금면은 노출되고, 상기 기판 홀더는 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면이 전기도금 동안 아노드로부터 분리되도록 상기 실질적으로 평면인 기판을 유지하도록 구성되는, 상기 기판을 수용하는 단계;
(b) 상기 실질적으로 평면인 기판을 전해질에 침지하는 단계로서, 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면과 이온 저항성 엘리먼트의 상부면 사이에 약 10mm 이하의 갭이 형성되고, 상기 이온 저항성 엘리먼트는 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면과 적어도 같은 공간에 있고, 상기 이온 저항성 엘리먼트는 전기도금 동안 상기 이온 저항성 엘리먼트를 통해 이온 수송을 제공하도록 된, 상기 전해질에 침지하는 단계;
(c) 상기 기판 홀더에서 상기 실질적으로 평면인 기판과 접촉하여 (i) 측면 유입구 (side inlet) 로부터 상기 갭으로, 그리고 측면 배출구 (side outlet) 밖으로 그리고 (ii) 상기 이온 저항성 엘리먼트 아래로부터, 상기 이온 저항성 엘리먼트를 통해, 상기 갭으로, 그리고 상기 측면 배출구 밖으로 전해질을 흐르게 하는 단계로서, 상기 유입구 및 배출구는 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면 상의 방위각적으로 대향된 둘레 로케이션들 근처에 위치되고, 상기 유입구 및 배출구와 상기 유입구 근처의 복수의 핀들이 전기도금 동안 상기 갭에서 교차류 전해질을 생성 또는 유지하도록 설계 또는 구성되는, 상기 전해질을 흐르게 하는 단계;
(d) 상기 기판 홀더를 회전시키는 단계; 및
(e) 상기 (c) 에서와 같이 상기 전해질을 흐르게 하는 동안 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면 상에 재료를 전기도금하는 단계를 포함하는, 기판을 전기도금하는 방법.As a method of electroplating a substrate,
(a) receiving a substantially planar substrate in a substrate holder, wherein the plated surface of the substantially planar substrate is exposed and the substrate holder is an anode during the plating of the substantially planar substrate. Receiving the substrate, the substrate being configured to hold the substantially planar substrate to be separated from the substrate;
(b) immersing the substantially planar substrate in an electrolyte, wherein a gap of about 10 mm or less is formed between the plated surface of the substantially planar substrate and the top surface of the ion resistive element, wherein the ion resistive element is Immersing the electrolyte in at least the same space as the plating surface of the substantially planar substrate, wherein the ionically resistive element is adapted to provide ion transport through the ionically resistive element during electroplating;
(c) contacting the substantially planar substrate in the substrate holder (i) from a side inlet to the gap and out of a side outlet and (ii) from below the ionically resistive element, the Flowing electrolyte through the ion resistant element, into the gap and out of the side outlet, wherein the inlet and outlet are located near azimuthally opposing peripheral locations on the plated surface of the substantially planar substrate; Flowing the electrolyte, wherein the inlet and outlet and a plurality of fins near the inlet are designed or configured to produce or maintain a cross-flow electrolyte in the gap during electroplating;
(d) rotating the substrate holder; And
(e) electroplating a material on the plated surface of the substantially planar substrate while flowing the electrolyte as in (c) above.
상기 (c) 의 전해질을 흐르게 하는 단계는 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면 상의 중심점을 가로질러 적어도 약 3cm/s의 교차류 속도로 전해질을 흐르게 하는 단계를 포함하는, 기판을 전기도금하는 방법.26. The method of claim 25,
Flowing the electrolyte of (c) comprises flowing the electrolyte at a crossflow rate of at least about 3 cm / s across a center point on the plated surface of the substantially planar substrate. Way.
상기 단계 (c) 동안, 전해질은 적어도 약 3cm/s의 속도로 상기 이온 저항성 엘리먼트를 빠져나가는, 기판을 전기도금하는 방법.26. The method of claim 25,
During the step (c), the electrolyte exits the ion resistant element at a rate of at least about 3 cm / s.
상기 측면 배출구는 2개 이상의 방위각적으로 별개인 측면 배출구 섹션들로 분리되는, 기판을 전기도금하는 방법.26. The method of claim 25,
Wherein the lateral outlet is separated into two or more azimuthally distinct lateral outlet sections.
적어도 2개의 상기 방위각적으로 별개인 측면 배출구 섹션들을 통해 상이한 유량들 (flow rates) 로 전해질을 흐르게 하는 단계를 더 포함하는, 기판을 전기도금하는 방법.29. The method of claim 28,
Flowing the electrolyte through at least two said azimuthally distinct side outlet sections at different flow rates.
상기 단계 (c) 의 (ii) 에서 전해질을 흐르게 하는 단계는 상기 실질적으로 평면인 기판의 상기 도금면 상에 전해질이 충돌하도록 전해질을 흐르게 하는 단계를 포함하는, 기판을 전기도금하는 방법.26. The method of claim 25,
Flowing an electrolyte in (ii) of (c) comprises flowing an electrolyte to impinge an electrolyte on the plated surface of the substantially planar substrate.
상기 측면 유입구는 2개 이상의 방위각적으로 별개인 측면 유입구 섹션들로 분리되고, 적어도 2개의 방위각적으로 별개인 측면 유입구 섹션들을 통해 상이한 유량들로 전해질을 흐르게 하는 단계를 더 포함하는, 기판을 전기도금하는 방법.26. The method of claim 25,
Wherein the lateral inlet is separated into two or more azimuthally distinct side inlet sections, further comprising flowing an electrolyte at different flow rates through the at least two azimuthally distinct side inlet sections; How to plate.
상기 갭으로의 전해질의 전체 유량은 약 1~60 L/분 사이에 있는, 기판을 전기도금하는 방법.26. The method of claim 25,
Wherein the total flow rate of electrolyte into the gap is between about 1-60 L / min.
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