KR20140075636A

KR20140075636A - 전기충진 진공 도금 셀

Info

Publication number: KR20140075636A
Application number: KR1020130154284A
Authority: KR
Inventors: 알. 마셜 스토웰; 진빈 펑; 데이비드 포터
Original assignee: 노벨러스 시스템즈, 인코포레이티드
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2014-06-19
Also published as: JP6397620B2; JP2014139341A; TW201439385A; CN103866365A; TWI624567B

Abstract

개시된 실시예들은 기판이 침지될 때에 버블의 형성/포획을 감소하거나 제거하기 위해, 서브-대기압 조건 하에서 전기도금 셀 내의 전해액 내에 기판을 침지하기 위한 방법 및 장치와 관련된 것이다. 다양한 전해액 순환 루프가 전기도금 셀에 전해액을 제공하기 위해 개시된다. 순환 루프는 펌프, 디개서, 센서, 밸브 등을 포함할 수 있다. 개시된 실시예들은 기판이 빠르게 침지되도록 하며, 이는 전기도금 동안 불균일한 도금 시간 및 버블 형성과 관련된 문제를 매우 감소시킬 수 있다.

Description

전기충진 진공 도금 셀 {ELECTROFILL VACUUM PLATING CELL}

본 출원은 2012년 12월 11일 출원된 "ELECTROFILL VACUUM PLATING CELL"의 명칭을 가지는 미국특허 가출원 제61/735,971호 및 2013년 3월 6일 출원된 "ELECTROFILL VACUUM PLATING CELL"의 명칭을 가지는 미국특허 가출원 제61/773,725호로부터 우선권의 이익을 향유하며, 상기 특허출원의 내용은 모든 목적 하에 그 전체로서 본 명세서에 편입된다. 본 출원은 또한, 모두 2010년 1월 8일에 출원된 "APPARATUS FOR WETTING PRETREATMENT FOR ENHANCED DAMASCENE METAL FILLING"의 명칭을 가지는 미국특허출원 제12/684,787호 및 "WETTING PRETREATMENT FOR ENHANCED DAMASCENE METAL FILLING"의 명칭을 가지는 미국특허출원 제12/684,792호에 관한 연속 출원이며, 상기 특허출원의 내용은 모든 목적 하에 그 전체로서 본 명세서에 편입된다.

다양한 이유에서, 전기도금 욕으로 침지될 때에 전기도금될 웨이퍼는 수평이 아닌 각으로 틸트될 (tilted) 수 있다. 따라서, 현재 사용되는 전기도금을 위한 방법 및 장치는, 기판 상에 피처를 충진하는데 소요되는 총 시간 (예를 들어, 현재 기술의 노드 웨이퍼 구조물은 약 1-2s 내에, 일부 경우에 약 500 ms 미만 내에 충진될 수 있음) 에 비해, 상당한 시간 기간 (예를 들어, 선두의 (leading) 에지가 용액에 들어가는 시간에서부터 뒤따르는 (trailing) 에지가 완전히 침지되는 시간까지의 120-200 ms) 동안, 기판이 도금 용액에 침지될 것을 필요로 한다. 기판의 선두의 에지가 도금 용액으로 들어가고 기판의 뒤따르는 에지 앞에서 도금이 시작되기 때문에, 상대적으로 긴 침지 시간 (기판의 전체 도금 표면이 도금 용액 내에 침지되는데 소요되는 시간으로 정의됨) 은 불균일한 피처 충진을 유발한다. 최초 도금 불-균일성은 도금 프로세스 동안 계속될 수 있으며, 불균일한-충진을 유발한다. 이러한 효과는 또한 산업이 300 mm 내지 450 mm 웨이퍼로 이동할수록 가중되고 있다. 임의의 이론 또는 동작 메커니즘에 얽매이지 않는 범위에서, 웨이퍼에 걸친 도금 시작 시간의 차이는, 급결제 (accelerator), 진정제 (suppressor) 및 레벨러 (leveler) 같은 첨가제의 불균일한 흡수를 유발할 수 있으며, 이는 웨이퍼 표면에 걸친 불균일한 도금을 유발할 수 있다. 따라서, 작은 피처를 충진하는데 소요되는 시간에 비해 짧은 침지 시간을 가져서, 피처 충진 및 도금 균일성이 극대화될 수 있도록 웨이퍼에 걸친 충진 시작 시간의 차이가 최소의 영향을 가질 수 있게끔 하는 것이 일반적으로 유리하다.

침지 시간을 최소화하는데 있어 한 가지 고려 사항은 도금 용액과 기판 사이의 인터페이스에서의 버블의 형성이다. 도금 전해액 내로의 웨이퍼 침지 동안, 버블은 웨이퍼의 도금 면 (활성화 면 또는 도금 표면) 아래에 포획될 수 있다. 기판이 너무 빠르게 침지된다면, 버블 포획 문제가 가중될 수 있다. 웨이퍼의 도금 표면 상에 포획된 공기 버블은 많은 문제를 유발할 수 있다. 버블이 존재하는 경우, 버블은 웨이퍼의 도금 표면이 전해액에 노출되는 것을 막아서, 도금이 일어나지 않는 영역을 산출한다. 이에 따른 도금 효과가, 버블이 웨이퍼에 포획되는 시간 및 버블이 그곳에 머무는 시간의 길이에 따라, 감소된 도금 두께 또는 도금되지 않은 영역으로 나타날 수 있다. 따라서, 현재의 전기도금 방법 하에서, 침지 시간이 너무 빠른 경우 상당한 도금 결함이 일어날 수 있다.

본 명세서의 실시예들은 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법 및 장치와 관련된 것이다. 개시된 실시예들에서, 기판이 침지될 때에 버블이 기판 아래에 포획되는 위험을 감소하거나 제거하기 위해, 기판은 낮은 압력 하에서 전해액 내로 침지된다. 개신된 실시예들의 일 양태에서, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법이 제공되며, 방법은 전해액 저장소 (reservoir), 펌프, 전기도금 셀 및 전기도금 셀로의 전해액의 도입 이전에 전해액을 탈가스하는 디개서 (degasser) 를 포함하는 도금 재순환 루프를 통해 전해액을 유동시키는 단계; 전기도금 셀 내의 전해액에 기판을 침지시키는 단계로서, 침지 동안 전기도금 셀 내의 압력은 약 100 Torr 또는 그 미만인, 전해액에 기판을 침지시키는 단계; 기판 상으로 물질을 전기도금하는 단계; 및 전해액으로부터 기판을 제거하는 단계를 포함한다.

일부 실시예에서, 전기도금 셀 내의 압력은 적어도 약 20 Torr이다. 전해액에 기판을 침지시키는 단계는 약 225 ms 또는 그 미만의 기간 동안 일어나며, 기판은 약 150 mm 또는 그 초과의 직경을 가진다. 일부 경우에, 이러한 침지 지속 기간은 더 짧을 수 있다. 예를 들어, 전해액에 기판을 침지시키는 단계는 약 50 ms 또는 그 미만의 기간 동안 일어나며, 기판은 약 150 mm 또는 그 초과의 직경을 가질 수 있다. 이러한 또는 다른 실시예에서, 전해액에 기판을 침지시키는 단계는 제1 지속 시간을 갖는 기간 동안 일어나며, 기판 상에 피처를 충진하기 위한, 물질을 전기도금하는 단계는 제2 지속 시간을 갖는 기간 동안 일어나고, 제1 지속 기간은 제2 지속 기간의 약 10% 또는 그 미만이다. 특정한 경우에, 피처는 부피로 측정했을 때에 기판 상에서의 가장 작은 피처일 수 있다.

상기 기판은 각도를 가지면서 침지되며, 일부 실시예에서 기판은 약 0.25 내지 10 도/초의 스윙 (swing) 속도에서 수평 방향으로 스윙한다. 적어도 침지 동안 전기도금 셀 내에 낮은 압력이 유지되며, 더 긴 기간 동안 계속될 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 최초 약 10 ms의 도금 동안, 전기도금 셀 내의 압력이 약 100 Torr 또는 그 미만으로 유지된다. 특정한 경우에, 전기도금 셀 내의 압력은 전기도금이 중단된 이후에 약 100 Torr 또는 그 미만으로 유지된다. 일부 실시예에서 로드락이 이용될 수 있다. 이러한 경우에, 방법은 기판을 로드락에 삽입하는 단계 및 로드락 내의 압력을 약 100 Torr 미만으로 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 방법은 전해액이 탈가스된 이후에 그리고 전해액이 전기도금 셀로 도입되기 이전에, 전해액 내로 가스를 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 가스는 산소일 수 있다. 산소는 약 10 ppm 또는 그 미만의 전해액 농도로 주입될 수 있다. 특정한 경우에, 산소는 약 1 ppm 또는 그 미만의 전해액 농도로 주입될 수 있다.

특정한 실시예에서, 방법은 전해액 저장소 및 용해된 가스 센서를 포함하는 가스 제어 순환 루프를 통해 전해액을 유동시키는 단계를 더 포함하며, 전해액 내의 용해된 가스의 농도를 조절하기 위해, 용해된 가스 제어기는 용해된 가스 센서로부터의 입력에 기초하여 가스 주입 유닛을 제어한다. 도금 순환 루프는 가스 제어 순환 루프로부터 분리되어 있다. 일부 구현 예에서, 전기도금 동안, 전해액은 우회 도관을 통과함으로써 도금 순환 루프의 전해액 저장소를 우회할 (bypass) 수 있다. 전기도금이 일어나지 않을 때에, 대기 순환 루프를 통해 전해액은 유동될 수 있고, 대기 순환 루프는 전해액 저장소, 대기 전해액 저장소, 및 대기 루프 펌프를 포함한다. 방법은 또한 탈가스 전해액 저장소 내에서 전해액을 탈가스시키는 단계 및 탈가스 순환 루프 및 대기 순환 루프를 통해 전해액을 유동시키는 단계를 더 포함할 수 있으며, 탈가스 순환 루프는 전해액 저장소, 탈가스 루프 펌프 및 탈가스 전해액 저장소를 포함하고, 대기 순환 루프는 탈가스 전해액 저장소, 대기 루프 펌프 및 대기 전해액 저장소를 포함한다.

개시된 실시예들의 다른 양태에서, 기판 상으로 금속을 전기도금하기 위한 장치가 개시되며, 장치는 기판 홀더, 전해액 수용 용기, 및 기판이 전해액 수용 용기 내에 침지될 때에 기판의 방향을 제어할 수 있는 기판 포지셔닝 시스템을 포함하며, 약 100 Torr 미만의 압력을 견디는 전기도금 셀; 전해액 저장소, 펌프, 디개서 및 전기도금 셀을 포함하는 도금 순환 루프로서, 디개서는 도금 순환 루프 내에서 전해액 저장소 이후에 그리고 전기도금 셀 이전에 위치되는, 도금 순환 루프; 및 전기도금 프로세스 동안 기판이 전해액 수용 용기 내에 침지될 때에 약 100 Torr 미만의 압력을 유지하는 도금 제어기를 포함한다.

특정한 실시예에서, 기판 포지셔닝 시스템은 기판의 병진, 틸트 및 회전을 제어할 수 있다. 장치는 용해된 가스 센서를 더 포함할 수 있다. 일부 경우에, 용해된 가스 센서 및 가스 주입기의 조합으로 용해된 가스 제어기가 이용될 수 있고, 용해된 가스 제어기는 용해된 가스 센서로부터의 측정에 기초하여 가스 주입기를 제어한다.

우회 도관이 특정 구현 예에서 이용될 수 있고, 도금 제어기는, 전기도금 동안 전해액 저장소를 우회하게끔 우회 도관을 통해 전해액을 유동시킨다. 일부 구현 예에서, 전해액 저장소, 대기 루프 펌프 및 대기 전해액 저장소를 포함하는 대기 순환 루프가 이용될 수 있고, 도금 제어기는 전기도금 동안 대기 순환 루프가 순환되는 것을 방지한다. 일부 구현 예에서, 장치는 탈가스 전해액 순환 루프 및 대기 순환 루프를 더 포함하며, 탈가스 전해액 순환 루프는 전해액 저장소, 펌프 및 탈가스 전해액 저장소를 포함하고, 대기 순환 루프는 탈가스 전해액 저장소, 펌프 및 대기 전해액 저장소를 포함하며, 도금 제어기는 전기도금 동안 탈가스 전해액 순환 루프가 확실하게 순환하지 않도록 한다. 다양한 경우에, 장치는 약 100 Torr 또는 그 미만에서 동작하는 하나 또는 그 이상의 추가 전기도금 셀을 더 포함하며, 추가 전기도금 셀은 전해액 저장소와 유체 소통한다.

이러한 그리고 다른 특징들이 관련 도면을 참고하여 아래에 개시될 것이다.

도 1 및 도 2는 기판의 도면들을 나타내는 것으로서, 수평 침지 (도 1) 및 기울어진 침지 (도 2) 동안 전기도금 용기 내의 전해액 내에 기판이 침지되는 것을 도시한 것이다.
도 3은 도금 재순환 루프 및 가스 제어 재순환 루프를 가지는 전기도금 시스템을 나타낸다.
도 4는 특정 실시 형태들에 따른 진공 전기도금 셀을 도시한다.
도 5는 특정 실시 형태들에 따른 진공 전기도금 셀의 단면도를 나타낸다.
도 6은 다양한 실시 형태들에 따른 전기도금 시스템을 도시한다.
도 7은 바이패스 도관을 가지는 전기도금 시스템을 나타낸다.
도 8은 두 개의 전해액 저장소들 및 두 개의 재순환 루프들을 가지는 전기도금 시스템을 도시한다.
도 9는 세 개의 전해액 저장소들 및 세 개의 재순환 루프들을 가지는 전기도금 시스템을 나타낸다.
도 10은 로드락을 가지는 전기도금 셀을 도시한다.
도 11은 서브-대기압 및 대기압에서 수행되는 전기도금 프로세스들에 대한 실험적인 결과들을 보여주는 표이다.
도 12 및 도 13은 특정 실시 형태들에 따른 멀티-툴 전기도금 장치의 대안적인 실시 형태들을 도시한다.

본 출원에서, "반도체 웨이퍼", "웨이퍼", "기판", "웨이퍼 기판" 및 "부분적으로 가공된 집적 회로" 라는 용어들이 교체가능하게 사용된다. 당업자 중 하나는 "부분적으로 가공된 집적 회로"라는 용어가 그 위에서의 집적 회로 가공의 수많은 단계들 중 임의의 단계 도중의 실리콘 웨이퍼를 나타낼 수 있다는 점을 이해할 것이다. 반도체 장치 산업에 일반적으로 사용되는 웨이퍼 또는 기판은 200 mm, 또는 300 mm, 또는 450 mm 의 직경을 가진다. 또한, "전해액" (electrolyte), "도금 욕" (plating bath), "용기" 및 "도금 용액" (plating solution) 이라는 용어들이 교체가능하게 사용된다. 이하의 상세한 설명은 본 발명이 웨이퍼에 실행된다고 가정한다. 그러나, 본 발명은 그렇게 한정되지는 않는다. 워크 피스 (work piece) 는 다양한 모양들, 사이즈들 및 재질들일 수도 있다. 반도체 웨이퍼들 뿐만 아니라, 본 발명의 장점을 취할 수 있는 여타의 워크 피스들이 인쇄 회로 기판 (printed circuit board) 등과 같은 다양한 물품들을 포함한다.

이하의 설명에서, 제공된 실시 형태들의 완전한 이해를 제공하기 위해서 많은 구체적 세부 사항들이 제시된다. 개시된 실시 형태들은 이러한 구체적 세부 사항들의 일부 또는 전부 없이 실행될 수도 있다. 다른 예시들에서, 개시된 실시 형태들을 불필요하게 이해하기 어렵게 하지 않기 위해, 잘 알려진 프로세스 동작들이 설명되지 않았다. 개시된 실시 형태들이 구체적인 실시 형태들과 함께 설명될 것이지만, 개시된 실시 형태들을 제한할 의도는 없다는 점이 이해될 것이다.

본 개시는, 진공 상태에서 기판을 전기도금 하기 위한 방법 및 장치의 맥락으로 제공된다. 본 명세서에 개시된, 진공 지원 방법들 및 관련된 하드웨어는, 기판이 유해한 버블 형성 없이 빠르게 침지될 수 있게 한다 (예컨대, 약 50 ms 미만, 약 35 ms 미만, 약 20 ms 미만, 약 10 ms 미만 또는 약 5-15 ms 사이). 부가적으로, 일부 개시된 진공 실시 형태들은, 침지 동안 기판에 전기 바이어스를 적용하지 않으면서 기판 침지를 허용한다. 또한, 일부 실시 형태들은 기판 틸트 (tilt) 를 거의 또는 아예 하지 않으면서 기판 침지를 허용하여, 기판의 모든 부분들이 본질적으로 동일한 시간에 전기도금 용액과 접촉한다. 다양한 실시 형태들이, 다마신 인터커넥트 (damascene interconnect) 들 (이러한 기능을 제공하는 툴의 예들은 캘리포니아 프레몬트 소재의 램 리써치 코포레이션으로부터의 Sabre^TM NExT^TM, Sabre^TM Extreme^TM, Sabre^TM Excel^TM, Sabre^TM Max^TM 등), 웨이퍼-레벨 패키징 (WLP, wafer-level packaging), 쓰루-실리콘-비아 (TSV, through-silicon via) (이러한 기능을 제공하는 툴의 예는 Sabre-3D^TM) 및 무전해 증착 (ELD, electroless deposition) 을 포함하는 다양한 어플리케이션들에 유용할 수도 있다.

본 명세서의 실시 형태들은, 침지 전 및 침지 중에 기판/액체 인터페이스에서 가스들을 제거함으로써, 그리고 웨이퍼의 진입 프로파일 (entry profile) (예를 들어, 수직 방향 진입 속도, 틸트 각 및 회전 속도) 을 세심하게 제어함으로써 버블 형성을 크게 감소시킨다. 이것은 전기도금 용액 내로의 보다 빠른 기판 진입을 가능하게 하여, 결과적으로 기판의 전체 도금 표면에 걸쳐 더 높은 품질, 더 균일한 전기도금/충진 (fill) 을 가능하게 한다. 또한, 도금 환경에서 산소를 제거하는 것은 웨이퍼 면에서의 금속 부식 (metal corrosion) 의 유해한 영향들을 감소시킨다.

상술한 바와 같이, 버블 형성은, 버블들이 제공된 장소들에서의 감소된 도금 또는 무도금을 포함하는 상당한 도금 결함들을 야기한다. 이러한 버블 형성은, 웨이퍼가 수직의 침지 궤적 (trajectory) 을 따라 수평적인 또는 본질적으로 수평적인 방향으로 (전해액의 표면에 의해 정의되는 평면에 평행하게) 침지되는 경우, 특히 일어나기 쉽다. 도 1은 전기도금 시스템 (101) 에서 발생하는 전형적인 버블-포획 (bubble-entrapment) 시나리오의 단면도를 나타낸다. 웨이퍼 홀더 (104) 에 의해 홀딩되는, 수평적으로 지향된 웨이퍼 (103) 는 수직의 Z-축을 따라 용기 (105) 내의 전해액 (107) 방향으로 하강되어, 결국 전해액 (107) 에 침지된다. 수평으로 지향된 웨이퍼 (103) 의 수직 침지는 웨이퍼 (103) 의 아랫면 (도금 표면) 에 가둬지는 공기 버블 (109) 들을 야기한다. 반전된 배치에서는, 부력이 버블들을 상측으로 그리고 웨이퍼의 활성 영역 내로 끌어당기는 경향이 있다. 이러한 버블들은, 도금 셀이 웨이퍼 표면으로부터 벗어나기 위한 유일한 경로인 웨이퍼 에지들 주변에서 버블들을 몰기 (drive) 위한 고유한 구조를 가지지 않기 때문에, 웨이퍼 표면으로부터 제거되기 어렵다. 게다가, 일부 실시 형태들은 침지 동안 웨이퍼를 지지하는 홀딩 픽스쳐 (fixture) (예를 들어, 도 1의 웨이퍼 홀더 (104)) 를 이용하며, 홀더는 버블이 웨이퍼 표면으로부터 떠나는 것을 방지하는, 웨이퍼 표면에 수직인 표면을 제공함으로써 버블 포획을 가중시킨다. 전형적으로, 웨이퍼 (103) 는 그것의 중심을 지나고 그것의 도금 표면에 수직인 축을 중심으로 회전된다. 이러한 회전은 원심력에 의해 버블들을 벗어나게 만드는데 도움을 주지만, 보다 작은 버블들의 다수는 웨이퍼에 대한 그들의 부착이 완강하여, 회전에 의해 제거되지 않는다.

기울어진 침지 ( Angled Immersion )

다양한 상술한 문제들을 다루기 위한 한 가지 방법은 기울어진 웨이퍼 침지를 이용하는 것이다. 이 방법에서, 웨이퍼는, 수직 경로를 따라 (Z-축을 따라) 전해액 내로 도입되면서, 전해액의 표면에 의해 정의되는 표면에 대해 상대적으로 틸트된다. 도 2는, 예를 들어 웨이퍼가 또한 θ라는 각으로 전해액 (107) 의 표면에 대해 상대적으로 틸트됨과 함께, 웨이퍼 (103) 가 Z-축을 따라 전해액 (107) 내에 침지되는 그러한 침지 시나리오 (112) 를 도시한다. 기울어진 침지를 사용하면, 그렇지 않았다면 웨이퍼 표면에 갇혀질 수도 있는 버블들이 부력에 의해 도움을 받아 선두의 (leading) 침지 에지로부터 뒤따르는 (trailing) 침지 에지 방향으로 물결이 진행됨에 의해 푸쉬 (push) 되고, 이로써 더 이상 갇혀지지 않고 웨이퍼가 틸트되기 때문에 대기로 벗어난다. 또한, 단일 웨팅 프론트 (single wetting front) 가 수립되고, 따라서 수렴 (convergent) 웨팅 프론트들에 관한 어떠한 이슈도 없다. 기울어진 웨이퍼 침지는, 2012년 4월 30일에 출원되고 "WETTING WAVE FRONT CONTROL FOR REDUCED AIR ENTRAPMENT DURING WAFER ENTRY INTO ELECTROPLATING BATH"의 명칭을 가지는 미국등록특허 제6,551,487호 및 미국특허출원 제13/460,423호에 보다 자세히 설명되고, 이들은 그들 전체로서 본 명세서에 참조로 각각 포함된다. 회전 속도는 기울어진 침지를 보강하여 버블 형성을 감소시킬 수도 있다. 상술한 바와 같이, 웨이퍼 홀더들은 버블 포획을 악화시킬 수도 있다.

기울어진 침지가 대기압에서 운용되는 전기도금 셀에서 버블 형성을 상당히 감소시키는 반면, 도전을 도입한다. 기판의 도금 면은, 면의 어떤 영역들이 면의 다른 영역들 이전에 접촉함에 따라 시간의 기간 (period) 에 걸쳐 용액과 접촉한다. 결과적으로, 어떤 영역들이 도금 첨가물 (촉진제 (accelerator) 들, 억제제 (suppressor) 들, 및/또는 레벨러 (leveler) 들) 의 완전히 진전된 (developed) 농도 (concentration) 및 흡착 프로파일들을 수립할 수도 있는 반면, 다른 영역들은 이제 막 첨가물들과 접촉하고 있다. 전기도금을 시작하는 경우, 완전히 진전된 첨가물 프로파일들을 가진 그러한 영역들은, 완전히 진진된 첨가물 프로파일이 없는 다른 영역보다 더 잘 전기도금된다. 또한, 기판이 진입 동안 전기적으로 바이어스되는 경우, 전기도금 용액과 처음 접촉하는 기판의 영역들은 이후에 용액과 접촉하는 기판의 영역들 이전에 잘 도금되기 시작한다. 결과적으로, 도금의 과정에 걸쳐, 기판의 선두의 에지 부분들이 뒤따르는 에지 부분들보다 더 큰 범위로 도금된다. 대기압의 전기도금 셀에서, 기울어진 침지에 필요한 시간의 양은, 전기도금 동안 리세스된 피처 (recessed feature) 들, 특히 상대적으로 보다 작은 피처들을 채우는데 필요한 총 시간의 상당 부분일 수 있다. 그 결과로 초래된 비균일성은 바람직하다 못하다.

침지 동안의 웨이퍼의 각은, 진공 셀의 특정 구현 예들에서 수평으로부터 약 3 도 미만일 수 있다. 어떤 실시 형태들에서, 각은 약 2 도 이하이다. 어떤 실시 형태들에서, 각은 약 1 도 이하이다.

특정 실시 형태들에서, 웨이퍼가 틸트되는 각은 침지 프로토콜 (protocol) 동안 변화된다. 이는 버블들의 감소된 포획을 야기한다. 이러한 실시 형태들에서, "스윙 속도" (swing speed), 즉 웨이퍼가 θ 로부터 수평까지 틸트되는 속도 및 반대로 수평으로부터 θ 로 틸트되는 속도는, 난류 (turbulence) 를 발생시키지 않아 그에 따라 원치 않는 공기 포획을 도입하지 않도록 제어될 수 있다. 그러나, 높은 스루풋 (throughput) 환경은 많은 이벤트들을 가지기 때문에, 성능과 스푸룻 간의 트레이드오프 (tradeoff) 가 존재한다. 특히, 스윙 속도가 너무 느리면, 스루풋은 악화되고, 스윙 속도가 너무 빠르면, 결과적으로 난류가 발생할 수 있다. 일 실시 형태에서, 웨이퍼의 스윙 속도는 초당 약 0.25-10 도 사이이다. 다른 실시 형태에서, 스윙 속도는 초당 약 0.25-1.5 도 사이이다. 다른 실시 형태에서, 스윙 속도는 초당 약 0.5-1 도 사이이다. 추가의 실시 형태에서, 스윙 속도는 초당 약 1 도보다 위이다. 활성 틸트 각 제어는, 감소된 공기 버블 포획을 위해, Z-속도 변동에 대해 독립적으로 사용될 수 있고, 또는 Z-속도 변동과 결합하여 사용될 수도 있다. 어떤 실시 형태들에서, 웨이퍼가 수평에 대해 제1 각도로 틸트된 채로 웨이퍼의 선두 에지가 도금 용액과 접촉하고; 그 후 웨이퍼의 틸트는 제2 각도로 증가되고, 이어서 예를 들어 0 도 각도로 감소된다. 다른 실시 형태들에서, 웨이퍼가 수평에 대해 제1 각도로 틸트된 채로 웨이퍼의 선두 에지가 도금 용액과 접촉하고, 그 후 틸트 각도가 결국 0 도로 감소되기 전까지 틸트 각도는 더 작은 틸트 각도로 감소된다.

특정 구현 예들에서, 틸트 각도는 침지 이전에 수립되고, 침지 프로세스 동안 일정하게 유지된다.

웨이퍼는 또한 침지 동안 회전될 수도 있다. 틸팅과 같이, 웨이퍼 회전은, 전해액 내로 진입할 때 회전하기만 하면, 전해액으로의 웨이퍼의 수직 궤적을 따라 임의의 시간에 실시될 수도 있다. 웨이퍼를 침지하기 위해, 일 실시 형태에서는, 회전 속도가 200 mm 직경 웨이퍼에 대해 약 10-180 RPM 사이이고, 300 mm 웨이퍼에 대해 약 5-180 RPM 사이이고, 450 mm 웨이퍼에 대해 약 5-150 RPM 사이이다. 상이한 회전 속도들이, 도금 (제2 회전 속도) 과 대조적으로 침지 (제1 회전 속도) 에 대해 사용될 수도 있고, 또한 후-도금 (추가적인 도금 속도들) 에 대해서도 마찬가지다. 예를 들어, 웨이퍼는, 전해액을 용기로부터 제거한 후의, 그리고 예를 들어 도금된 웨이퍼로부터 전해액을 린싱하는 (rinsing) 때의 웨이퍼로부터 전해액을 되찾기 위해 특정 속도들로 회전될 수도 있다. 기울어진 침지 방법들을 수행하기 위한 예시적인 하드웨어와 함께 이러한 회전 상세들은 위에서 참조로 편입된, 미국등록특허 제6,551,487호에서 더 상세하게 설명된다.

웨이퍼의 수직 진입 속도는 침지 동안 일정하거나 또는 변화될 수도 있다. 수직 속도는 웨이퍼에 대해 최적화된 웨팅 프로파일 (wetting profile) 을 제공하도록 변화될 수 있다. 예를 들어, 특정 구현 예들에서, 웨이퍼는, 전해액 웨팅 파면 (wavefront) 을 제어하기 위해서 침지 프로세스의 적어도 일부 동안 가속 및/또는 감속된다.

특정 실시 형태들에서, 웨이퍼의 회전, 수직 병진 및 틸트 중 임의의 두 개 또는 세 개는, 적절한 기계적인 제어 시스템을 사용하여 동시에 조정될 수 있다. 조정 메카니즘들은 도금 셀의 진공 컴포넌트 바깥에 위치되는 웨이퍼 홀더의 일 부분에서 동작할 수도 있다. 웨이퍼 홀더 스핀들 (spindle) 또는 여타의 회전/틸트/병진 컴포넌트는 진공 실링된 벽에 장착될 수도 있고, 또는 벨로우즈 (bellows), 진공 베어링 및/또는 웨이퍼가 병진하고 틸트하고 및/또는 회전하는 동안 진공을 유지하는 여타의 적절한 인터페이스를 통해 도금 셀 상의 캡 (cap) 에 장착될 수도 있다.

진공 하의 침지

본 명세서에 개시된 다양한 실시 형태들에서, 웨이퍼는 진공 조건 하에서 침지된다. 기존의 도금 기술들 하에서, (1) 웨이퍼를 빠르게 침지하는 것, 및 (2) 공기 포획을 감소시키는 것 사이에 트레이드오프가 존재한다. 그러나, 웨이퍼가 침지되면서 웨이퍼 아래에 포획되는 공기가 거의 없기 때문에, 진공 도금 셀의 사용은 버블 형성 없이 빠른 침지를 가능하게 한다. 버블들은 진공 하에서 기판의 표면에 훨씬 더 형성되기 어렵기 때문에, 본 명세서의 실시 형태들은, 첨가제 흡수 (약 100 ms) 및 핵형성 (nucleation) (약 50 ms) 을 위한 시간 (timeframe) 들과 대략 비슷한, 그리고 다수의 예에서는 이 시간들보다 더 빠른, 신속한 침지 시간을 가능하게 한다. 침지를 위한 총 시간은, 침지 동안 웨이퍼의 일 부분이 전해액에 노출되고 다른 부분은 그렇지 않기 때문에, 중요할 수 있다. 도금 조건들, 시드 층 (seed layer) 의 두께 등에 따라, 가능한 빠르게 웨이퍼를 침지하는 것이 종종 중요하다. 빠른 침지 시간은 기판에 전반에 걸쳐 더 균일한 도금 및 더 균일한 피처 충진을 야기할 것이다.

기울어진 진입과 함께 대기압 도금 셀을 사용하는 경우, 300 mm 웨이퍼의 침지 시간은 약 150 ms 미만일 수 있다. 450 mm 웨이퍼의 침지 시간은 약 225 ms 미만일 수 있다. 특히 높은 진입 속도에서의 버블 형성의 위험성은, 도금 용액 위의 공동 공간 (void space) 이 낮은 압력 (예를 들어, 대기압보다 낮은 압력) 을 가지는 셀에서 침지가 발생하는 경우 크게 감소된다. 일부 케이스들에서, 서브-대기압 도금 셀을 사용하는 경우, 침지 시간은 도금 기판 상의 가장 작은 피처를 충진하기 위한 총 시간의 약 10% 이하 (또는 도금 기판 상의 중간 사이즈의 피처를 충진하는 총 시간의 약 10% 이하) 를 나타낸다. 언급된 바와 같이, 침지 시간은, 특정 실시 형태들에서, 약 50 ms 미만, 약 35 ms 미만, 약 20 ms 미만, 약 10 ms 미만 또는 약 5-15 ms 사이일 수 있다. 이러한 속도들은 직경이 300 mm 인 웨이퍼들 및/또는 직경이 450 mm 인 웨이퍼들에 적합할 수도 있다. 특정 케이스들에서, 기판의 수직 진입 속도는 약 200-400 mm/s 사이이다. 본 명세서에 설명된 원리들은, 기존의 방법들에서 사용되는 전형적인 진입 속도들보다 더 빠른 수직 진입 속도를 가능하게 한다.

다양한 구현 예들에서, 도금 용액 및 웨이퍼 (또는 여타의 기판) 를 가진 도금 셀은 진공 하 (예컨대, 약 100 Torr 이하, 약 30-100 Torr 사이, 약 40-80 Torr 사이 또는 약 30-50 Torr 사이와 같은 서브-대기압) 에서 운용된다. 압력은 적어도 웨이퍼 침지 동안 서브-대기압 레벨로 유지되어야 한다. 어떤 실시 형태들에서, 압력은 또한 도금 프로세스의 초기 부분 동안 (예컨대, 도금 시간의 적어도 최초 약 0.5% 또는 1% 동안, 도금의 최초 약 10 ms 또는 20 ms 동안, 또는 금속의 최초 약 0.5 또는 1 Å 도금 동안) 서브-대기압 레벨로 유지된다. 특정 구현 예들에서, 압력은 도금이 멈출 때까지 서브-대기압 레벨로 유지된다.

웨이퍼들의 교체, 전기도금 용액의 리프레쉬 (refresh) 등을 위해서, 도금 셀을 더 높은 압력, 예컨대 주위 압력 (ambient pressure) 에 주기적으로 노출시키는 것이 필수적일 수도 있다. 어떤 실시 형태들에서, 전체 도금 프로세스는 서브-대기압에서 수행되고, 도금 셀은 단지 웨이퍼가 도금되지 않을 때 주변 압력에 노출된다. 로드락 (load lock) 이 채용되면 (도 10을 참조하여 이하에서 더 구체적으로 논의됨), 그렇다면 도금된 웨이퍼를 도금되지 않은 웨이퍼로 교체하면서 진공의 깨짐 없이 셀을 운용하는 것이 가능하다.

자주, 도금 셀은 전기도금 시스템의 다른 컴포넌트들과 유체 소통될 것이다. 그러한 다른 컴포넌트들은 도금 용액의 저장소, 도금 용액을 위한 메이크업 용액 (make up solution) 의 소스들, 다양한 센서들, 필터들, 및 일부 구현 예들에서 전기도금 용액으로부터 용해된 가스들을 제거하기 위한 디개서 (degasser) 들 및/또는 프리-웨팅 (pre-wetting) 용액을 포함한다. 도금 셀이 서브-대기압 하에서 작동하고 있는 동안, 도금 셀과 직접 유체 소통된 여타의 시스템 컴포넌트들은 서브-대기압 하에서 비슷하게 작동되어야 한다. 도면들에서 나타내어지는 다양한 실시 형태들은, 도금 동안 도금 셀과 유체 소통되는 모든 컴포넌트들에 진공을 유지하기 위한 메카니즘을 제공한다. 여타의 컴포넌트들은 도금 동안 대기압에 노출된 채 유지될 수도 있다. 이러한 비-진공 컴포넌트들은 단지 특정된 시간 동안, 특히 도금 셀 그 자체가 진공에 노출되지 않은 때, 진공 컴포넌트들과 접속한다.

용해된 가스 제어

다양한 실시 형태들에서, 전기도금 용액 내의 1 이상의 가스들의 농도는, 진공 하에서 동작되는 디개서로 전해액 내에 모든 용해된 가스들을 실질적으로 제거함으로써 제어된다. 전기도금 용액이 진공 도금 환경으로 진입하기 앞서 탈가스 (degas) 되지 않으면, 용액은 거품이 이는 경향이 있을 것이고, 이는 품질 좋은 도금을 생산하는데 도움이 되지 않는 조건이다. 일부 실시 형태들에서, 전기도금 용액 내의 용해된 가스들의 농도는, 특정 어플리케이션을 위해 정의된 농도로 탈가스된 전해액 내로 가스를 선택적으로 다시 주입함으로써 추가적으로 제어된다. 가스 또는 가스들은, 도금 용액이 진공 하에서 거품을 일으키도록 야기하는 것을 피하기 위해 상당히 낮은 농도들로 첨가되어야 한다. 특정 실시 형태들에서, 산소는 한 자릿수의 ppm (parts per million) 또는 ppb (parts per billion) 레벨 (예컨대, 약 10 ppm 이하, 또는 약 1 ppm 이하) 의 농도로 부가된다. 산소 분자는 촉진제로 알려진 유기 도금 첨가제의 활성 (activity) 에 역할을 수행하는 것으로 믿어진다. 어떤 실시 형태들에서, 전해액 내의 모든 또는 일부 가스들의 농도는 낮은 ppb 범위 또는 더 낮은 레벨 (예컨대, 최근 툴들을 사용한 감지의 레벨 외) 로 감소된다. 이것은 전해액을 진공 하에서 동작되는 디개서를 통해 통과시킴으로써 달성될 수도 있다. 디개서 및 진공 기술은, 2010년 1월 8일에 양자 모두 출원된 미국특허출원 제12/684,787호 및 제12/684,792호에 개시되고, 이들은 모두 사전에 전체로서 참조로 편입된다.

특정 실시 형태들에서, 애노드 (애노드 액(anolyte)) 및 캐소드 (캐소드 액(catholyte)) 에 접촉하는 상이한 전기도금 용액들을 가지는 것이 바람직하다. 애노드 액과 캐소드 액은 동일한 종 (species) 의 상이한 농도들 (예컨대, 구리 이온들의 상이한 농도들) 을 가지고, 및/또는 그들은 용액 속에 있는 상이한 종을 가질 수도 있다 (예컨대, 촉진제들과 같은 유기 전기도금 첨가제는 캐소드 액에 존재할 수도 있고, 애노드 액에 부재할 수도 있다.). 그와 같이, 일부 실시 형태들은 캐소드 액과 애노드 액에 대한 부분적으로 또는 완전히 분리된 유동 루프 (flow loop) 들을 활용한다. 이러한 방식으로, 캐소드 액과 애노드 액은 개별적으로 최적화될 수 있다.

적어도 부분적으로 분리된 유동 루프들에 대한 한가지 장점은, 산소의 농도가 도금 셀로 전달되는 바와 같이 캐소드 액과 애노드 액에서 상이한 레벨들로 유지될 수도 있다는 것이다. 어떤 구현 예들에서, 캐소드 액에서의 산소의 농도가 0 ppm 또는 가능한 0 ppm (또는 0 ppb) 에 근접하는 것이 바람직한 반면, 애노드 액에서의 산소의 농도는 낮지만 0이 아닌 레벨 (예컨대, 0.2-2 ppm) 로 유지되는 것이 바람직하다. 산소의 존재는 침지 동안 시드 층 용해/산화의 정도 및 가능성을 증가시키기 때문에, 캐소드 액에 있는 제로 산소 (zero oxigen) 를 가지는 것은 특정 케이스들에서 바람직하다. 애노드 액에 있는 작은 양의 산소를 가지는 것이 바람직할 수도 있다.

적어도 부분적으로 분리된 유동 루프들을 가지는 것에 대한 관련된 장점은, 캐소드 액과 연결되는 산소 서보 (oxigen servo) 에 대한 필요가 제거된다는 점이다. 기존의 전기도금에서, 두 개의 산소 서보들이 채용될 수도 있다. : 캐소드 액 내의 산소의 양을 제어하는 하나의 서보와 애노드 액 내의 산소의 양을 제어하는 하나의 서보. 본 명세서의 구현 예들에서, 디개서/진공 셀이 캐소드 액 내의 산소의 레벨을 대략적으로 제로 ppm 으로 감소시킬 수 있기 때문에, 서보가 캐소드 액 내의 산소의 양을 제어할 필요가 없다.

어떤 실시 형태들에서, 작고 세심하게 제어되는, 캐소드 액 내의 산소의 양을 가지는 것이 바람직하다. 이것은, 예를 들어 정의된 농도로 탈가스된 캐소드 액 내로 산소를 다시 선택적으로 주입함으로써, 달성될 수도 있다. 이것은 서브-대기압 전기도금 셀을 포함하는 유체적 루프 내에서 디개서의 하류에 산소 주입기를 삽입함으로써 달성될 수도 있다. 특정한 이론 또는 활동의 매카니즘에 의해 구속되는 것을 바라지 않으면서, 작은 양의 산소가 특정 첨가제들의 그들의 유용한 형태로의 변환 (conversion) (예컨대, 메르캅토프로페인 설포닉 산 (MPS, mercaptopropane sulfonic acid) 을 디메르캅토프로페인 설포닉 산 (SPS, dimercaptopropane sulfonic acid) 로 변환하는 것) 을 가능하게 할 수도 있다는 점이 생각된다. 용해된 산소의 제어 및 첨가제 성능에 대한 그것의 관련성은, 2011년 9월 9일에 출원되고, "By-Product Mitigation in Through-Silicon-Via Plating" 의 명칭을 갖는 미국특허출원 제13/229,615호 및 2011년 12월 13일에 출원되고, "Configuration and Method of Operation of an Electrodeposition System for Improved Process Stability and Performance"의 명칭을 갖는 미국특허출원 제13/324,890호에서 추가적으로 논의되고, 이 양자 모두는 전체로서 본 명세서에 편입된다.

본 명세서의 실시 형태들은 또한 유동 루프 (들) 에서의 상이한 위치들에서 상이한 용해된 가스 (예컨대, 산소) 농도들을 허용한다. 전해액 내의 산소의 농도는, 예를 들어 도금 용액 홀딩 셀 및 전기도금 셀 사이에서 변할 수도 있다. 디개서 (degasser), 진공 도금 셀, 전해액 저장소 (reservoir) 및 다른 컴포넌트 (밸브, 진공 펌프 등) 은 장치의 상이한 부분에서 원하는 가스 내용물 (contents) 을 제공하도록 조합으로 동작한다. 이러한 제어를 허용하는 장치가 예를 들어 도 3에 도시된다.

도 3은 도금 용액의 용해된 가스 내용물을 제어하기 위한 능력을 가진 진공 도금 셀 장치의 구현을 나타낸다. 일 실시예에서, 진공 도금 셀 (301) 은 압력 센서 (318) 를 포함하고, 재순환 루프 (302) 에서 진공 도금 용액 저장소 (304), 펌프 (306) 및 디개서 (308)와 연속적 유체 소통을 한다. 디개서는 진공 펌프 (310)와 커플링될 수도 있다. 진공 도금 용액 저장소 (304) 는 진공 하에 유지되며, 가스 제어 루프 (312) 와 더 연결된다. 가스 제어 루프 (312) 는 용해된 가스 센서 (314), 제어기 (350), 가스 주입기 (355) 를 포함할 수도 있다. 제어기 (350) 는 예를 들어 서보 (servo) 제어기일 수도 있다. 전술한 바와 같이, 특정 구현 예에서, 도금 용액에 있는 하나 이상의 가스의 특정한 레벨을 갖는 것이 바람직할 수도 있다. 가스 제어 루프 (312) 는 용해된 가스의 양과 종이 원하는 데로 조작되도록 한다. 먼저, 용해된 가스 센서 (314) 는 도금 용액에 있는 용해된 가스량을 검출한다. 다음으로, 제어기 (350) 는 도금 용액으로 더 많은 가스가 주입되어야 하는지를 결정하도록 용해된 가스의 측정을 사용한다. 하나 이상의 용해된 가스의 레벨이 너무 낮다면, 제어기 (350) 는 도금 용액으로 원하는 가스를 주입하도록 가스 주입기 (355) 를 지시할 것이다. 이 제어 루프 (312) 는 시간이 흐르는 동안 도금 용액 내의 용해된 가스량이 면밀히 모니터링되고 제어되도록 한다. 모든 또는 거의 모든 용해된 가스들이 제거되면, 원하는 가스 내용물을 달성하는 것이 상대적으로 쉬우므로, 가스 제어 루프(312)는 이 구현들에서 특히 유익하다. 탈가스된 (degassed) 도금 용액은 원하는 농도인 원하는 가스들에 주입함으로써 커스터마이징되기 쉬운 일종의 “백지 상태”를 제공한다.

도 3의 진공 도금 셀 (301) 은 캐소드/웨이퍼 (322) 및 애노드 (323) 사이가 분리되지 않은 구조로 도시된다. 분리되지 않은 구조가 사용된 경우, 도시된 유체 경로는 전해액의 유체 경로에 대응한다. 비 분리 구조(no separation structure)가 사용된 경우, 음극액과 양극액이 동일한 것처럼, 음극액과 양극액에 대한 분리된 경로가 없다. 그러나, 멤브레인 도는 다른 분리 구조가 웨이퍼 (322) 와 애노드(323) 사이에 위치되는 경우, 분리 유체 루프가 음극액과 양극액에 대해 사용될 수도 있다. 다르게 기재되지 않은 이상, 본 명세서에 개시된 유체 루프는 전해액 유체 루프, 음극액 전해 루프, 또는 양극액 유체 루프 전체와 관련될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 전기 도금 셀 (301) 은 웨이퍼 (322) 와 애노드 (323) 사이의 분리하는 멤브레인을 포함하고, 도시된 유체 경로는 음극액의 유체 경로에 대응할 수도 있다. 유사하거나 동일한 유체 경로는 양극액에 대해 제공될 수도 있으며, 특정 구현들에서는 또한 양극 유체 경로가 더 간단할 수도 있다.

일 실시예에서, 산소는 서브 대기압 도금 셀에서 매우 낮은 레벨에 제공되며, 서브 대기압 도금 셀 외부의 시스템의 다른 부분 또는 저장소 내에서는 약간 더 높은 농도로 제공된다. 이 경우, 도금 첨가물은 저장소에서 “재생 (reconditioned)”될 수도 있다. 이 저장소-기반 재생은 도금 셀로 하여금 그러한 재생이 불가능하여 시드 용해를 최소화하는 산소 농도 레벨에서 동작되도록 한다.

진입( entry ) 동안의 기판에 대한 전기 전력

웨이퍼가 전해액에 빠르게 진입되므로, 정전위 (potentiostatic) 웨이퍼 진입에 대한 필요가 크게 감소하거나 없어질 수도 있다. 다수의 종래 전기 도금 기술에서, 제어기 또는 다른 전력 공급기는 균일한 도금을 달성하는데 도움이 되도록 침지되는 동안 전기 전력을 웨이퍼에 제공한다. 예를 들어, 제어기는 시드 층이 용해되는 것으로부터 막기 위해 침지되기 전에 또는 침지 동안 웨이퍼에 음극 전위 또는 전류를 인가할 수도 있다. 이 기술은 정전위 웨이퍼 진입으로 알려져 있으며, 2000년 11월 16일에 출원되고 전체로 참조로서 본 명세서에 편입된 미국특허 번호 제6,946,065호에서 더 논의된다. 정전위 진입 방법은 균일한 도금을 달성하도록 웨이퍼에 인가된 전류 밀도의 신중한 제어가 요구된다. 종래의 정전위 진입 케이스들에서, 전류 밀도의 제어는, 기판이 점차 침지되면서 웨팅된 웨이퍼 영역이 변동됨에 따라 특히 어렵다. 그러나, 침지가 시드 층이 침지 동안 용해되지 않을 정도로 빠르게 일어나므로, 본 명세서에 개시된 실시예들은 정전위 진입에 대한 필요를 크게 감소시키거나 제거한다. 따라서, 특정 실시예에서, 음극 또는 양극 바이어스가 침지 동안 웨이퍼에 인가되지 않는다. 이 실시예들은, 전기 도금이 침지동안 일어나지 않으므로 유리한 점이 있다. 결과적으로, 유기 도금 첨가물 프로파일이 전기 도금의 시작 전에 기판 표면의 모든 영역에서 완전히 진전될 수 있다. 이 빠른 진입은, 기판 표면의 하나의 영역이 표면의 다른 임의의 영역 전에 도금을 시작시키지 않으므로, 또한 유리하다. 또한, 전기 도금 제어 시스템은 덜 민감하며, 이는 시스템이 전류 밀도나 정전위 웨이퍼 진입을 사용하는 경우 중요한 다른 요소들의 신중한 제어를 요구하지 않는다는 것을 의미한다. 또한, 이 실시예는 덜 복잡하고 비싼 제어기를 사용할 수도 있다.

시스템 제어기

다수의 실시예에서, (하나 이상의 물리 또는 논리 제어기를 포함할 수도 있는) 시스템 제어기는 프로세스 툴의 일부 또는 전부의 동작을 제어한다. 시스템 제어기는 통상적으로 하나 이상의 메모리 디바이스 및 하나 이상의 프로세스를 포함한다. 프로세서는 중앙 처리부(CPU) 또는 컴퓨터, 아날로그 및/또는 디지털 입력/출력 연결부, 스텝(stepper) 모터 제어기 보드 및 다른 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 적합한 제어 동작을 구현하기 위한 명령들은 프로세서 상에서 실행된다. 이러한 명령들은 제어기와 연관된 메모리 디바이스 상에 저장될 수도 있으며, 네트워크를 통해 제공될 수도 있다. 특정 실시예에서 시스템 제어기는 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다.

시스템 제어 소프트웨어는 전해액 컴포넌트의 타이밍, 혼합, 주입 압력, 도금 셀 압력, 도금 셀 온도, 웨이퍼 온도, 전류, 웨이퍼에 인가된 전위 및 임의의 다른 전극, 웨이퍼 위치, 웨이퍼 회전, 웨이퍼 침지 속도 및 프로세스 툴에 의해 수행되는 특정한 프로세스의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 명령들을 포함할 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어는 임의의 적합한 방법으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 프로세스 툴 컴포넌트 서브루틴들 또는 제어 객체들이 다양한 프로세스 툴 프로세스들을 수행하도록 필요한 프로세스 툴 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 작성될 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어는 임의의 적합한 컴퓨터 판독가능 프로그래밍 언어로 코딩될 수도 있다.

다수의 실시예에서, 시스템 제어 소프트웨어는 전술된 다양한 파라미터들을 제어하기 위한 입력/출력 제어 (IOC) 시퀀싱 명령들을 포함한다. 예를 들어, 전기 도금 프로세스의 상태 각각은 시스템 제어기에 의한 실행을 위한 하나 이상의 명령들을 포함할 수도 있다. 침지 프로세스 상태를 위한 프로세스 조건들을 설정하기 위한 명령들은 대응하는 침지 레시피 상태에 포함될 수도 있다. 다수의 실시예에서, 전기 도금 레시피 상태들은 전기 도금 프로세스 상태에 대한 명령이 그 프로세스 상태와 동시에 실행되도록 순차적으로 배열될 수도 있다.

다른 컴퓨터 소프트웨어 및/또는 프로그램들은 다수의 실시예에서 채용될 수도 있다. 본 목적을 위한 프로그램의 예시 또는 프로그램의 섹션들은 기판 포지셔닝 프로그램, 전해액 조성 제어 프로그램, 압력 제어 프로그램, 가열 제어 프로그램 및 전위/전류 전력 공급 제어 프로그램을 포함한다.

다수의 케이스들에서, 제어기는 이하의 기능들: 전해액에서의 가스 농도, 웨이퍼 침지 (병진, 틸트, 회전), 탱크들 사이의 유체 전달, 셀의 진공 제어 및, 유체 루프에서의 연관된 컴포넌트들 중 하나 이상의 기능들을 제어한다. 제어기는 예를 들어 용해된 가스 센서로부터의 측정된 가스 농도를 사용하고 원하는 만큼 가스를 주입하도록 가스 주입기를 지시함으로써 가스 농도를 제어할 수도 있다. 제어기는 예를 들어, 특정 밸브가 개방되거나 개폐되고, 특정 펌프가 켜지거나 꺼지도록 함으로써, 탱크들 사이의 유체 이송을 제어할 수도 있다. 제어기는 (예컨대, 전류, 전류 밀도, 전위, 압력 등이 특정 임계치에 도달한 경우) 센서 출력, (프로세스에서 특정 시간에서 밸브를 개방하는) 동작의 타이밍에 기초하여 또는 사용자로부터 수신된 명령들에 기초하여 양태들을 제어할 수도 있다.

응용들

본 명세서에 개시된 실시예들은 통상적인 도금 기술들 보다 하나 이상의 이점들을 제공할 수도 있다. 먼저, 진공 도금 셀은 기판이 매우 빠르게 전해액에 침지 되도록 한다. 빠른 속도의 침지는 크게 적은 시드 층의 용해를 야기할 수도 있으며, 실질적으로 발생된 피처 충진에서 크게 적은 변형/결함을 야기할 수 있다. 빠른 속도의 침지는 또한, 흡착 및 핵생성을 위한 단기 (transient) 시간과 비교 가능하고, 다수의 경우들에서는 흡착 및 핵생성을 위한 단기 시간보다 더 적도록, 진입 단기 시간을 감소시킬 수도 있다. 또한, 다수의 구현 예들에서, 침지는 기판상의 전기적 바이어스의 적용 없이 실시되어, 침지 프로세스 동안 전기 도금을 피하게 한다. 다음으로, 진공 도금 셀은 진입 동안 웨이퍼의 면 (face) 근방의 가스들을 실질적으로 감소시키거나, 다수의 경우들에서 제거시킴으로써 버블 형성에 의해 야기된 몇몇의 결함들을 감소시킨다. 또한, 진입 동안 웨이퍼의 면 근방의 O₂를 감소시키거나 제거시킴으로써, O₂에 의해 야기된 부식-기반 결함들에 감소가 있을 수도 있다. 유사하게, 탈가스된 사전-웨팅 (pre-wetting) 유체로 진공 하에서 사전-웨팅 동작을 실시하는 것은 시드 층의 감소된 부식에 일조할 수도 있다. 본 명세서에서 실시예들은 또한 도금 용액으로부터 용해된 가스들의 감소 또는 제거를 제공하며, 실시예들의 일 이점은 또한 O₂에 의해 야기된 부식-관련된 결함들을 더 감소시키는 것이다.

도금 용액으로부터 용해된 가스를 제거하는 것은 용액에서 용해된 가스들의 정확한 양/조성을 제어하기 위한 간편한 방법을 제공한다. 용해된 가스들이 무시할 수 있는 농도 지점으로 제거된 후, 원하는 가스들의 양은 바람직한 전해액 조성에서 가스 농도를 달성하도록 용액에 주입될 수도 있다. 용해된 가스들을 제어하는 것은 특정 범위 내에서 가스 농도 (들) 을 유지하도록 용해된 가스 센서 및 서보를 사용함으로써 향상될 수도 있다.

본 명세서에서의 특정 실시예들은 통상의 도금에서 사용된 통상적인 온도 시스템 (regime) 보다 더 낮은 온도 시스템에서 도금을 발생시킨다. 예를 들어, 다수의 구현 예들은, 대기압 조건에서 도금 용액의 통상의 결빙온도 이하에서 도금이 발생하도록 한다. 또한, 본 명세서에서의 실시예들은 다수의 실시예에서 도금 용액의 끓는 점까지 감소된 압력에서 도금이 발생하도록 한다. 도금 챔버에서의 저압 조건은 로드락 설계가 사용된 것과 같은 다수의 구현 예들에서 연속적으로 유지된다. 다른 구현 예들에서, 압력은 기압 및 서브 대기압 조건 사이에서 주기를 갖는다.

진공 도금 셀은 웨이퍼 리프트 메커니즘, 웨이퍼 틸트 메커니즘, 웨이퍼 스핀 메커니즘 및 회전 축의 사이클릭 방향 변화와 음파-기반 유체 교반 (agitation)을 포함하나 제한되지 않는 다양한 웨이퍼 교반 메커니즘과 같은 다양한 웨이퍼 진입 제어 장치와 연결되어 사용될 수도 있다. 이 구성요소들 각각은 버블 형성의 감소에 공헌할 수도 있으며, 가능한 가장 적은 버블을 생성하도록 동시에 최적화될 수도 있다.

추가적인 이점은, 웨이퍼가 도금 용액에의 침지을 기다리며 도금 셀 위에 위치되는 동안 진공에 있다는 것이며, 따라서 산소와 같은 유해한 가스들에 노출되지 않는다는 것이다. 이는, 이 스테이지에서 대기의 도금 셀에 발생할 수도 있는 어떤 구리 산화 반응을 제거한다.

본 명세서의 구현 예들에서, 전기 도금을 위한 장치는 (즉, 대기압 이하의) 진공 조건 하에서 동작할 수 있는 전기 화학의 셀을 포함한다. 다수의 경우들에서, 장치는 디개서가 기판에 접촉하기 전에, 전해액 및/또는 사전-웨팅 용액을 실질적으로 탈가스할 수 있는 디개서를 포함한다. 전해액/사전-웨팅 유체가 진공 챔버에 진입하기 전 및 진공 조건 하에서 기판을 접촉하기 전에 탈가스되지 않는다면, 용해된 가스는 챔버에 진입하면서 유체로부터 방출될 수도 있다. 이 용해된 가스 방출은 바이어스 내 및/또는 웨이퍼 표면 상에서 버블의 형성을 야기할 수도 있다. 특정한 모델이나 이론에 의해 한정되기를 바라는 것은 아니나, 비아 하부는 음의 곡률을 가지며, 이 타입의 위치는 전해액/사전-웨팅 유체로부터 가스를 방출하고 버블을 응집하는데 특히 취약하다고 믿어진다. 유체가 진공 조건 하에서 가스로 과포화되므로, 이 방출이 발생하면, 유체로부터 버블이 형성된다. 그렇게 형성된 버블들은, 사전-웨팅 프로세스 후 및 도금 동안 그 자리에 유지될 수 있으며, 결국 그 위치에서 도금을 방해할 수 있으며, 연관된 결함들을 야기한다.

장치는, 하나 이상의 전해질 저장소들, 펌프 (들), 디개스 (들), 용해된 가스 센서 (들), 서보 제어기 (들) 또는 다른 제어기 (들), 가스 주입기 (들), 및 밸브 (들) 과 전기 화학의 셀을 연결할 수도 있는 하나 이상의 도금 유체 루프를 포함할 수도 있다. 일부 또는 전부의 전술한 특징들은 특정 실시예들에 존재할 수 있다.

도 4는 예시적인 진공 도금 셀 (400) 을 나타낸다. 장치는 전기 도금 중 z-방향 (위 및 아래) 으로 기판을 이동시키도록 동작하는 웨이퍼 리프트 어셈블리 (402), 수평면과 관련하여 웨이퍼를 틸팅하도록 동작하는 웨이퍼 틸트 어셈블리(404) 및 웨이퍼를 회전시키도록 동작하는 웨이퍼 회전 어셈블리(406)를 포함한다. 이 구성요소들은 도금 동안 웨이퍼의 수직 속도, 각도 및 회전 속도를 제어하도록 같이 동작하며, 이들은 도금 프로세스의 시작에서 도금을 제어하는데 특히 중요하다. 다음으로, 도 4에서의 실시예에 따른 장치는 대응하는 진공 상부판 (408)을 갖는 진공 호환가능한 (compatible) 도금 셀 (410) 을 포함한다. 이 구성요소들 (410 및 408) 은 도금이 발생할 수도 있는 진공 환경을 제공한다. 전기 화학의 셀 (410) 은, 기판 홀더 (424) 에서 지지되며, 또한 웨이퍼 홀더 (424) 및 콘 (422)을 포함한다. 콘 (422) 은 웨이퍼의 뒷면 상에서 아래로 프레스된다. 전기 도금 셀 (410) 의 추가적인 컴포넌트들이 도 5에 제공된다.

도 5는 일 실시예에 따른 전기 도금 장치 (500) 를 도시한다. 먼저, 전기 도금 장치 (500) 는 기판 홀더 (520), 전기 도금 욕 유체 (534) 를 홀딩하기 위한 공간을 갖는 전기 도금 셀 (530), 양극 및 (예를 들어, 기판이 로딩되는 경우에서의 기판 홀더 (420) 와 같은) 전기 도금 장치의 상부 부분을 둘러쌀 수도 있는 “톱햇 (tophat)”(533) 을 가진다. 톱햇 (533) 은 도 4의 진공 상부판 (408) 에 대응하고 전기 도금 셀 (530) 상에 진공을 유지할 수 있다. 기판 홀더 (520) 는 일반적으로 컵 (524) 과 립시일 (lipseal) (522) 에 대해 상대적으로 이동가능한 컵 하부 (525), 콘 (526) 을 갖는 컵 (524) 에 장착된 립시일 (522) 을 포함하며, 립시일 (422) 로 기판 (미도시) 을 프레스함으로써 기판 홀더 (520) 에서 기판을 확보하도록 구성된다.

다수의 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 컵 (524) 이 컵 버팀목 (struts) (528) 에 의해 지지되며 (미도시, 그러나 콘 (526) 위에 있는) 컵-및-콘 리프트에 부착된다. 컵 버팀목 (528) 은 콘 (526) 의 부분을 통과하여 콘이 컵 (524) 에 상대적인 공기압 메커니즘 (메커니즘 미도시) 를 통해 위-및-아래로 움직이게 한다. 따라서, 클램쉘 (clamshell) 어셈블리 (또는 기판 홀더)는 립시일 (522) 에 대해 주변부에서 기판 (미도시) 를 시일하도록 폐쇄될 수도 있다. 콘(526)이 후퇴되고/위의 위치에 있는 경우, 따라서 클램쉘 어셈블리(또는 기판 홀더)는 도 5에서 도시된 개방 구성에 있게 되면, 기판은 클램쉘 어셈블리로 로딩되고 립시일 (522) 에 걸릴 수도 있다 (rested upon). 기판이 립시일 (522) 상에 위치되면, 컵 버팀목 (528) 은, 컵 (524) 과 콘 (526) 이 서로를 향해 이동하도록 압축 (즉, 콘 (526) 을 통해 이동) 될 수도 있으며-기판의 다른 측 (즉, 도금될 측) 의 주변부가 립시일 (522) 에 대해 프레스되어, 유체-타이트한 시일을 형성하도록, 콘 (526) 의 하부 표면을 기판의 뒷 표면에 대해 프레스 한다.

또한, 기판 홀더 (520) 는 전기 도금 동작 동안 (또한 미도시된) 전기 도금 장치의 전력 공급을 통해 전기적 차지를 기판에 공급하는 복수의 전기적 접촉들 (도 5에 미도시) 를 통상적으로 포함한다. 다수의 실시예에서, 전기적 접촉들은 전기적 접촉 핑거들 (FINGERS) 로 형성되나, 다른 형상/타입의 전기적 배선 (lead)이 기판에 전기적 전류를 공급하는데 가능할 수 있다. 전술한 바와 같이, 도금 동안, 전기적 접촉들은, 도금 동안 전기적 접촉들로부터 및 기판의 뒷면으로부터 전기 도금 용액을 멀리하게 하는 립시일 (522) 과 기판 사이에 형성된 유체-타이트 시일에 의해 일반적으로 보호된다. 다수의 실시예에서, 노즐 (514) 은, 예를 들어 전기적 접촉들에 상대적으로 노즐의 높이를 변동시키고, 세정 유체의 유동, 기판 홀더 회전 속도, 세정 용액 화학물, 및 다른 파라미터들을 적합하게 조정함으로써, 전기적 접촉들의 세정을 수행하는데 사용된다.

기판이 로딩되고, (즉, 컵 (524) 및 콘 (526) 에 의해 인게이지되고, 립시일 (522) 에 대해 실링된) 기판 홀더에서 실링되면, 기판 홀더 (또는 클램쉘 어셈블리)의 근단 (proximal end) 은 (틸트된 침지가 사용된다는 가정하에) 전기 도금 욕로 낮춰지도록 준비가 된다. 전기 도금 욕은 전기 도금 욕 유체 (534) 를 홀딩하는 (또는 홀딩을 위한 공간을 갖는) 전기 도금 장치 (500) 의 전기 도금 셀 (530) 에 담겨진 전해질 용액을 포함한다. 다수의 실시예에서, 전기 도금 셀 (530) 은 멤브레인 또는 다른 분리 구조에 의해 분리된 양극 챔버 및 음극 챔버를 포함할 수도 있다. 또한, 셀 (530) 은, 각각 본 명세서에서 모든 목적을 위해 전체로서 참조로 통합된, 미국특허 제7,967,969호, 제7,622,024호, 및 제8,308,931호에 설명된 전류 분배 제어기 및 유동 디퓨저 (438) 로 동작하는, 고 저항 가상 양극 (high resistance virtual anode; HRVA) 로 때때로 지칭되는, 채널링된 이온성으로 저항성인 판을 포함할 수도 있다.

전기 도금 동작 동안, 기판 홀더 (520) 는, 기판의 작업면 (아래 표면) 이 전기 도금 욕 유체/용액 (534) 의 유체 레벨 (535) 아래로 낮아지도록 전기 도금 욕 유체 (534) 를 홀딩하기 위한 전기 도금 셀의 공간 (532) 으로 낮춰지며, 따라서 전기 도금 용액에서 웨이퍼의 작업면을 담근다.

전기 도금 장치 (500) 는 노즐 (514), 노즐 (514) 과 유체 연결되는 세정 유체 공급 도관, 및 노즐 (514) 이 부착되는 노즐 아암 (513) 을 포함할 수도 있는 세정 장치 (510) 를 선택적으로 포함할 수도 있다. 다수의 실시예에서 세정 장치 (510) 는 후퇴된 위치와 세정 위치 사이의 제1 노즐 (514) 과 노즐 아암 (513) 이동하도록 구성되고, 노즐 아암 (513) 에 기계적으로 커플링된 노즐 아암 엑츄에이터 (512) 를 포함한다. 린스 쉴드 (570) 는 세정 용액 스프레이로부터 장치 컴포넌트들을 보호하는데 도움이 되도록 사용될 수도 있다. 환원 (reclaim) 쉴드 (560) 는 사용된 세정 용액을 환원하는데 도움이 되도록 사용될 수도 있다. 특정 실시예들에서, 사전-웨팅 매커니즘 (미도시) 은 기판의 도금 면을 사전-웨팅시키는데 사용될 수도 있다. 사전-웨팅 유체가 기판의 도금 면을 접촉하도록 사전-웨팅 매커니즘이 위치되더라도, 사전-웨팅 메커니즘은 세정 장치 (510) 와 기계적으로 유사할 수도 있다. 특정 경우들에서, 사전-웨팅은 전기 도금 셀 (530) 의 외부에서 발생할 수도 있다.

도 6은 도금 유체 저장소 (604) 와 유체 소통하는 진공 도금 셀 (601) 의 추가적인 실시예를 나타낸다. 이 실시예는 도 3에서 도시된 실시예와 유사하나 다소 더 간단하다. 진공 도금 셀 (601) 내의 영역은 진공 조건 하에서 유지된다. 장치는 도금 용액으로부터 용해된 가스를 제거하기 위한 디개서(608), 도금 유체 루프 (602) 를 통해 도금 유체를 이동시키기 위한 펌프 (606) 를 포함한다. 디개서 및 그 사용은 위에서 참조로써 통합된 미국특허출원 제12/684,787호 및 제12/684,792호에서 설명된다. 도금 유체 루프(602)는 도금 유체 저장소(604), 펌프(606) 및 디개서 (608) 로 진공 도금 셀 (601) 을 연결한다. 디개서와 연결된 진공 펌프 (610) 가 있을 수도 있다. 도 6의 구현 예에서, 전체의 도금 유체 루프는 도금 용액 저장소 (604) 를 포함하여 진공 조건에서 유지된다.

본 명세서에서의 구현들에서, 도금 동안 진공 도금 셀과 개방된 유체 소통하는 임의의 것들은, 진공 도금 셀에서의 압력이 적합하게 제어되는 것을 보장하도록 도금 동안 진공 조건들 하에서 유지되어야 한다. 유체 센싱 루프 (612) 는 용해된 가스 센서 (614) 와 도금 유체 저장소 (604) 를 연결한다. 용해된 가스 센서는, 용해된 가스들을 도금에 받아들여질 레벨에 있도록 보장한다. 용해된 가스들의 레벨이 너무 높으면, 비-균일한 도금을 발생시키는 도금 용액에서 버블의 형성을 야기할 수도 있다. 추가적으로, 용해된 산소의 존재는, 산소가 구리 시드 층을 산화시키므로, 도금 프로세스에 유해할 수 있다. 따라서, 다수의 실시예에서, 용해된 가스 센서 (614) 는 산소 센서이다. 진공 도금 셀 (601) 은 또한 압력 센서 (618) 를 포함할 수도 있다. 사용될 수도 있는 하나의 가능한 타입의 압력 센서는 바라톤 (Baraton) 압력 트랜스듀서이며, 당업자들은 다수의 타입의 압력 센서들이 사용될 수도 있다는 것을 인지할 것이다. 장치는, 도금 유체에 침지 전에, 진공 하에서 기판의 표면에 탈가스된 탈이온화된 물 또는 다른 사전-웨팅 용액을 제공하도록 동작하는 사전-웨팅기 (616) 를 선택적으로 포함할 수도 있다. 사전-웨팅기는 버블 형성 없이 도금 유체에 기판을 전체로 침지하도록 요구되는 침지 시간을 감소시킬 수도 있다. 기판이 도금 위치 (즉, 아래 위치, 전해질로 낮춰진) 에 도시되므로, 사전-웨팅기는 웨이퍼의 면 위에 있다. 그러나, 선-웨팅기는, 기판이 비-도금 위치에 있을 때 기판의 도금면에 사전-웨팅 용액을 적용할 수 있도록 위치되어야 한다는 것이 이해될 것이다.

도 7은 도금 용액 저장소 (704) 와 유체 소통하는 진공 도금 셀 (701) 의 추가적인 실시 형태를 도시한다. 본 구현 예에서, 도금 루프 (loop) (702) 가 도금 동안 개방되고, 진공 도금 셀 (701) 을 펌프 (706) 및 디개서 (degasser) (708) 에 연결한다. 전해질은 밸브들 (722) 을 연결하는 도관을 통과하는 대신에 도금 동안 전해질 저장소를 우회한다 (bypass). 이러한 구성요소들 각각은 진공 상태에서 유지된다. 밸브들 (722) 은 도금이 일어나지 않는 때에 개방될 수도 있고, 그에 의해 비-도금 (non-plating) 유체 루프 (720) 를 개방할 수도 있다. 비-도금 유체 루프 (720) 는 진공 도금 셀 (701) 을 도금 용액 저장소 (704), 펌프 (706) 및 디개서 (708) 에 연결한다. 본 구현 예에서, 도금 용액 저장소 (704) 는 대기 상태에서 유지된다. 따라서, 도금 용액 저장소 (704) 는 도금 동안 진공 도금 셀과 유체적으로 분리되어야 한다. 도금 용액 저장소 (704) 의 도금 용액은 도금 용액의 첨가제들의 적당한 레벨을 유지하기 위해 주기적으로 변경되거나 리프레시 (refresh) 된다. 도 7의 구현 예에서의 도금 용액의 용해된 가스들의 레벨은 약 2 ppm이고, 현재 이용가능한 디개서들을 1회 통과한 후에 달성가능한 용해된 가스들의 레벨에 대응한다.

도 8은 두 개의 저장소 시스템을 갖는 진공 도금 셀 (801)의 일 구현 예를 도시한다. 본 구현 예에서, 진공 도금 셀 (801) 은 진공 도금 용액 저장소 (804), 펌프 (806) 및 디개서 (808)과 연속적인 유체 소통한다. 진공 도금 용액 저장소 (804) 는 진공 상태에서 유지되고, 대기 도금 용액 저장소 (825), 밸브들 (822) 및 펌프 (824) 와 유체 소통한다. 대기 도금 용액 저장소 (825) 에 연결된 유체 루프는 도금이 일어나지 않는 때에 개방될 수도 있으나, 도금이 일어나는 때에는 폐쇄되어야 한다. 대기 도금 용액 저장소 (825) 는 전기도금 실행 사이에 새로운 (fresh) 도금 유체를 진공 도금 용액 저장소 (804) 로 제공하는데 사용될 수도 있다. 도금 셀 (801) 의 도금 용액의 용해된 가스들의 레벨은 약 1 ppm 보다 작을 수도 있다. 진공 상태에서의 일 저장소를 갖는 두 개의 저장소를 갖는 것은 도금 유체의 용해된 가스들의 양을 감소시키고, 도금 유체 성분의 추가적인 제어를 제공한다.

도 9는 세 개의 저장소 시스템을 갖는 진공 도금 셀 (901) 의 일 구현 예를 도시한다. 본 실시 형태에서, 진공 도금 셀 (901) 은 진공 도금 용액 저장소 (904), 펌프 (906) 및 디개서 (908) 와 연속적인 유체 소통한다. 진공 도금 용액 저장소 (904) 는 진공 상태에서 유지되고, 진공 탈가스 욕 (830), 펌프 (926) 및 밸브들 (922) 과 더 연결된다. 진공 도금 용액 저장소 (904) 및 진공 탈가스 욕 (930) 에 도금이 일어나는 때에 유체 소통하지 않도록, 밸브들 (922) 은 도금 동안 폐쇄된다. 그러나, 도금이 일어나지 않는 동안 밸브들 (922) 은 개방될 수도 있고, 도금 용액은 진공 도금 용액 저장소 (904) 와 진공 탈가스 욕 (930) 사이를 흐를 수도 있다. 대기 도금 용액 저장소 (940) 는 진공 탈가스 욕 (930) 와 주기적인 유체 소통을 할 수도 있다. 밸브들 (923) 이 개방된 때에 도금 용액이 진공 탈가스 욕 (930) 과 대기 도금 욕 (940) 사이를 유동하도록, 펌프 (916) 가 제공될 수도 있다. 밸브들 (923) 은 도금 용액을 주기적으로 리프레시 또는 교환하도록 주기적으로 개방되어야 하고, 활성제들 또는 다른 도금 용액 컴포넌트들의 농도가 그들의 원하는 범위 내에 남아 있다는 것을 보장한다. 진공 도금 용액 저장소 (904) 와 진공 탈가스 욕 (930) 사이의 밸브들의 세트 (922) 는 진공 탈가스 욕 (930) 과 대기 도금 용액 저장소 (940) 사이의 밸브들의 세트 (923) 와 동시에 개방되지 않아야 한다. 이는 진공 도금 셀 (901) 이 항상 진공 상태에 남도록 한다. 본 구현 예에서 도금 용액에 용해된 가스는, 예를 들어, 1 ppm 보다 상당히 작은 레벨로 제어될 수도 있다.

도 10은 로드락 (loadlock) 장치에 구비된 (outfitted) 진공 도금 셀의 일 실시 형태를 도시한다. 로드락 장치는 셀이, 도금된 웨이퍼를 도금되지 않은 (unplated) 웨이퍼로 교체하는 때에 진공을 깨지 않고 동작되게 한다. 도 10은 두 개의 상이한 위치들의 진공 도금 셀을 도시한다 (즉, 도면이 두 개의 웨이퍼들 (1062A 및 1062B) 및 관련된 웨이퍼 홀더들 (1007A 및 1007A) 을 도시함에도 불구하고, 두 개의 웨이퍼들은 두 개의 상이한 위치들 (A 및 B) 에서의 단일 웨이퍼 (1062) 및 홀더 (1007) 를 나타내도록 의도된다). 웨이퍼가 장치 (1001A) 의 비-진공 (non-vacuum) 부분의 진공 로드락 위치에 있는 경우, 도금 셀은 진공 상태에서 봉쇄되고 (sealed off), 웨이퍼 (1062) 는 로딩된다 (loaded). 진공 로드락은 그 후 진공 상태로 펌핑 다운되고 (pumped down), 진공-대기 인터페이스 (1044) 에서의 슬릿 밸브 (미도시) 또는 다른 적당한 밸브가 개방된다. 웨이퍼 (1062) 는 그 후, 진공으로 유지되고 도금이 일어날 수도 있는 장치 (1001B) 의 진공 부분의 진공 도금 셀 위치로 통과한다.

도 11은 저 (low) 압력 도금이 성공적일 수 있음을 보장하도록 실행된 연구에 대한 결과를 도시한다. 연구에서 탐구된 두 개의 문제는 (1) 도금 유체의 비-수성 (non-aqueous) 컴포넌트들이 저 압력에서 상당한 양으로 증발될 것인지 여부 및 (2) 웨이퍼에 대한 기대되는 끓는점보다 상당히 높은 압력에서 도금 유체가 끓을 것인지 여부였다. 비-수성 컴포넌트가 진공 압력 이하에서 증발되거나 도금 용액이 도금 동안 끓기 시작하는 경우 도금이 실패될 수도 있기 때문에, 이러한 문제들은 중요하다. 이러한 문제들을 탐구하기 위해, 도금 용액 및 탈이온수의 용액이 대기와 진공 상태 사이의 압력 범위 (특히, 10, 20, 40 및 760 Torr) 에 노출되었다. 각각의 압력에서, 샘플들은 끓음의 조짐 (sign) 에 대해 관찰되었고, 가스 샘플은 위의 도금 용액으로부터 추출되었고 잔여 가스 분석기에서 분석되었다. 끓음은 웨이퍼 및 도금 용액 둘 모두에 대해 10 Torr에서 관찰되었고, 두 개의 용액 모두는 20 Torr에서 즉시 끓었다. 40 또는 760 Torr에서 각각의 용액에서 끓음이 관찰되지 않았다. 이는 도금이 적어도 약 20 Torr를 넘어서 일어날 것임을 암시한다. 테스트된 임의의 압력에서의 탈이온수의 RGA 분석과 도금 용액의 RGB 분석 사이에서는 중요한 차이점들이 없었다. 이는 도금 유체의 비-수성 컴포넌트들이 상당한 양으로 증발되지 않고, 저-압력 도금을 실행가능한 옵션으로 만들었다는 것을 암시한다.

본 명세서에서의 일 양태는 전기도금 셀에서의 압력을 서브-대기압 레벨로 감소시키기 위한 메커니즘에 연결된 전기도금 셀을 포함하는 전기도금 장치에 관한 것이다. 장치는 또한 전기도금 셀의 압력이 전기도금 기판의 전기도금 용액으로의 침지 동안 서브-대기압이 되도록 야기하는 제어기를 포함한다. 장치는 저장소들, 디개서들, 펌프들 및 도면들에 도시된 기타 다른 것들을 갖는 재순환 루프들과 같은 다양한 다른 피처들 (features) 을 포함할 수도 있다. 이러한 루프들은 원하는 전기도금 셀의 서브-대기 환경으로부터 선택적으로 고립되거나 포함될 수도 있다. 일부 경우, 장치는 약 100 Torr 또는 더 작은 압력에서의 기판 침지를 수행하도록 구성된다. 일부 경우, 장치는 50 ms 또는 더 적은 지속 기간 동안 또는 35 ms 또는 더 적은 지속 기간 동안, 또는 약 25 ms 또는 더 적은 지속 기간 동안 기판 침지를 수행하도록 구성된다. 일부 경우, 기판 도금 표면 상에 평균 또는 중앙값-사이즈의 피처를 충분히 전기충진 (electrofill) 하기 위해 요구되는 총 시간의 약 10%에 지나지 않는다는 것을 나타내는 지속 기간 동안 기판 침지를 수행하도록 구성된다.

진공 전기도금 셀이 멀티-툴 (multi-tool) 반도체 프로세싱 장치에 집적될 수도 있다. 멀티-툴 장치는 하나 이상의 진공 도금 셀들, 하나 이상의 대기 도금 셀들, 및 다양한 기타 구성요소들을 가질 수도 있다. 도 12는 본 명세서에서의 실시 형태들을 구현하는데 사용될 수도 있는 예시적인 멀티-툴 장치를 도시한다. 전착 (electrodeposition) 장치 (1200) 는 3개의 별개의 전기도금 모듈들 (1202, 1204, 및 1206) 을 포함할 수 있다. 나아가, 3개의 별개의 모듈들 (1212, 1214 및 1216) 은 다양한 프로세스 동작들을 위해 구성될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태들에서, 하나 이상의 모듈들 (1212, 1214 및 1216) 은 스핀 린스 건조 (spin rinse drying; SRD) 모듈일 수도 있다. 다른 실시 형태들에서, 하나 이상의 모듈들 (1212, 1214 및 1216) 은 포스트-일렉트로필링 모듈들 (pose-electrofill modules; PEMs) 일 수도 있고, 각각은 그들이 전기도금 모듈들 (1202, 1204, 및 1206) 중 하나에 의해 프로세싱된 후에 에지 베벨 제거, 후측 (backside) 에칭, 및 기판들의 산세정 (acid cleaning) 과 같은 기능을 수행하도록 구성된다.

전착 장치 (1200) 는 중앙 전착 챔버 (1224) 를 포함한다. 중앙 전착 챔버 (1224) 는 전기도금 모듈들 (1202, 1204, 및 1206) 에서의 전기도금 용액으로서 사용되는 화학 용액을 홀딩하는 챔버이다. 전착 장치 (1200) 는 또한 전기도금 용액을 위한 첨가제들을 저장 및 전달할 수도 있는 주입 시스템을 포함한다. 화학 희석 모듈 (1222) 이 에천트로서 사용되는 화학 물질들을 저장 및 혼합할 수도 있다. 여과 및 펌핑 유닛 (1228) 이 중앙 전착 챔버 (1224) 에 대한 전기도금 용액을 필터링하고 전기도금 용액을 전기도금 모듈들로 펌핑할 수도 있다.

시스템 제어기 (1230) 가 전착 장치 (1200) 를 동작하는데 요구되는 전자 및 인터페이스 제어를 제공한다. 시스템 제어기 (1230) 는 System Controller 섹션에서 앞서 소개되었고, 본 명세서에서 추가적으로 설명된다. (하나 이상의 물리적 또는 논리적 (logical) 제어기들을 포함할 수도 있는) 시스템 제어기 (1230) 는 전기도금 장치 (1200) 의 특성의 일부 또는 전부를 제어한다. 시스템 제어기 (1230) 는 통상적으로 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 프로세서는 중앙 프로세싱 유닛 (CPU) 또는 컴퓨터, 아날로그 및/또는 디지털 입력/출력 연결부들, 스텝 모터 제어기 보드들, 및 기타 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 본 명세서에 설명된 적절한 제어 동작들을 구현하기 위한 명령어들이 프로세서 상에서 실행될 수도 있다. 이러한 명령어들은 시스템 제어기 (1230) 와 관련된 메모리 디바이스들에 저장될 수도 있거나, 네트워크를 통해 제공될 수도 있다. 특정 실시 형태들에서, 시스템 제어기 (1230) 는 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다.

전착 장치 (1200) 에서의 시스템 제어 소프트웨어는 시간, (하나 이상의 전해질 컴포넌트들의 농도를 포함하는) 전해질 컴포넌트들의 혼합물, 전해질 가스 종도들, 유입구 압력, 도금 셀 압력, 도금 셀 온도, 기판 온도, 기판 및 다른 전극들에 인가된 전류 및 전위, 기판 위치, 기판 회전, 및 전착 장치 (1200) 에 의해 수행되는 특정 프로세스의 기타 파라미터들을 포함할 수도 있다.

시스템 제어 로직 (logic) 이 임의의 적합한 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 프로세스 툴 컴포넌트 서브-루틴들 또는 제어 객체들은 다양한 프로세스 툴 프로세스들을 수행하는데 필요한 프로세스 툴 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 기입될 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어는 임의의 적합한 컴퓨터 판독가능 프로그래밍 언어로 코딩될 수도 있다. 로직은 또한 프로그램가능한 로직 디바이스 (예를 들어, FPGA), ASIC, 또는 기타 적당한 수단에서 하드웨어로서 구현될 수도 있다.

일부 실시 형태들에서, 시스템 제어 로직은 전술한 다양한 파라미터들을 제어하기 위한 입력/출력 제어 (IOC) 시퀀싱 (sequencing) 명령어들을 포함한다. 예를 들어, 전기도금 프로세스의 각각의 단계는 시스템 제어기 (1230) 에 의한 실행을 위한 하나 이상의 명령어들을 포함할 수도 있다. 침지 프로세스 단계에 대한 프로세스 조건들을 설정하기 위한 명령어들은 대응하는 침지 레시피 단계에 포함될 수도 있다. 일부 실시 형태들에서, 전기도금 프로세스 단계를 위한 모든 명령어들이 프로세스 단계와 함께 동시에 실행되도록 전기도금 레시피 단계들은 순차적으로 배열될 수도 있다.

제어 로직은 일부 실시 형태들에서의 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들과 같은 다양한 컴포넌트들로 분할될 수도 있다. 이 목적을 위한 로직 컴포넌트들의 예시들은 기판 위치 컴포넌트, 전해질 구성 제어 컴포넌트, 스트리핑 (stripping) 용액 구성 제어 컴포넌트, 용액 유동 제어 컴포넌트, 압력 제어 컴포넌트, 히터 제어 컴포넌트, 및 전위/전류 전력 공급 제어 컴포넌트를 포함한다. 제어기는, 예를 들어, 기판 홀더를 원하는 바와 같이 이동 (회전, 리프트, 틸트 (tilt)) 하도록 지시하는 기판 위치 컴포넌트를 실행할 수도 있다. 제어기는 특정 밸브들이 프로세싱 동안 다양한 시간에서 개방 또는 폐쇄하도록 지시함에 의해 (제한되지 않지만 전해질 및 스트리핑 용액을 포함하는) 다양한 유체들의 구성 및 유동을 제어할 수도 있다. 제어기는 특정 밸브들, 펌프들 및/또는 실 (seal) 들이 개방/온 (on) 또는 폐쇄/오프 (off) 하도록 지시함에 의해 압력 제어 프로그램을 실행할 수도 있다. 유사하게, 제어기는, 예를 들어, 하나 이상의 가열 및/또는 냉각 구성요소들이 턴 온 (turn on) 또는 턴 오프 (turn off) 하도록 지시함에 의해 온도 제어 프로그램을 실행할 수도 있다. 제어기는 전력 공급부가 프로세싱 동안의 전류/전위의 원하는 레벨을 제공하도록 지시함에 의해 전력 공급부를 제어할 수도 있다.

일부 실시 형태들에서, 시스템 제어기 (1230) 와 관련된 사용자 인터페이스가 있을 수도 있다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린, 장치의 그래픽 소프트웨어 디스플레이들 및/또는 프로세스 조건, 및 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크, 등과 같은 사용자 입력 디바이스들을 포함할 수도 있다.

일부 실시 형태들에서, 시스템 제어기 (1230) 에 의해 조정되는 파라미터들은 프로세스 조건들에 관한 것일 수도 있다. 비-제한 (non-limiting) 예시들은 다양한 단계들에서의 용액 조건들 (온도, 구성, 및 유속 (flow rate)), 기판 위치 (회전율, 선형 (수직) 속도, 수평으로부터의 각도) 등을 포함한다. 이러한 파라미터들은 사용자 인터페이스를 활용하도록 진입될 수도 있는 레시피의 형식으로 사용자에게 제공될 수도 있다.

프로세스를 모니터링하기 위한 신호들은 다양한 프로세스 툴 센서들로부터의 시스템 제어기 (1230) 의 아날로그 및/또는 디지털 입력 연결부들에 의해 제공될 수도 있다. 프로세스를 제어하기 위한 신호들은 프로세스 툴의 아날로그 및 디지털 출력 연결부 상에 출력될 수도 있다. 모니터링될 수도 있는 프로세스 툴 센서들의 비-제한 예시들이 질량 유량계들, (마노미터들과 같은) 전압 센서들, 서모커플 (thermocouple) 들, 광학 위치 센서들, 등을 포함한다. 적절하게 프로그래밍된 피드백 및 제어 알고리즘들이 프로세스 조건들을 유지하기 위해 이러한 센서들로부터의 데이터를 갖도록 사용될 수도 있다.

멀티-툴 장치의 일 실시 형태에서, 명령어들은 웨이퍼 홀더에 기판을 삽입하는 것, 기판을 틸트하는 것, 침지 동안 기판을 바이어싱하는 것, 및 기판 상에 구리 함유 구조물을 전착하는 것을 포함할 수 있다. 명령어들이 제거 셀로 기판을 이송하는 것, 기판을 스트리핑 용액에 침지하는 것, 기판을 회전하는 것, 유량,그 전체 또는 일부를 조정하는 것을 포함하는) 스트리핑 용액을 내부 직교류 (cross flow) 매니폴드로부터 그리고 웨이퍼의 페이스 (face)를 가로질러 스트리핑 용액을 흘리는 것, 기판을 제거, 린싱 및 건조하는 것을 더 포함한다.

핸드-오프 (hand-off) 툴 (1240) 이 카세트 (1242) 또는 카세트 (1244) 와 같은 기판 카세트로부터 기판을 선택할 수도 있다. 카세트들 (1242 또는 1244) 은 FOUP들 (front opening unified pods) 일 수도 있다. FOUP는 제어된 환경에서 기판들을 단단하게 그리고 안전하게 유지하고, 기판들이 적절한 로딩 포트들 및 로봇식의 핸들링 시스템들에 장착된 툴들에 의한 프로세싱 또는 측정을 위해 제거되는 것을 허용하도록 설계된 인클로저 (enclosure) 이다. 핸드-오프 툴 (940) 은 진공 부착 또는 일부 다른 부착 메커니즘을 사용하여 기판을 홀딩할 수도 있다.

핸드-오프 툴 (1240) 은 웨이퍼 핸들링 스테이션 (1232), 카세트들 (1242 또는 1244), 이송 스테이션 (1250), 또는 정렬기 (aligner) (1248) 와 인터페이싱할 수도 있다. 이송 스테이션 (1250) 으로부터, 핸드-오프 툴 (1246) 은 기판으로의 액세스를 얻을 수도 있다. 이송 스테이션 (1250) 은 핸드-오프 툴들 (1240 및 1246) 이 정렬기 (1248) 를 통과함이 없이 기판들을 통과할 수도 있는 곳으로부터 그리고 통과할 수도 있는 곳으로의 슬롯 또는 위치일 수도 있다. 그러나, 일부 실시 형태들에서, 기판이 전기도금 모듈로의 정확한 전달을 위해 핸드-오프 툴 (1246) 상에 적절히 배열되는 것을 보장하기 위해, 핸드-오프 툴 (1246) 은 기판을 정렬기 (1248) 에 정렬할 수도 있다. 핸드-오프 툴 (1246) 은 또한 기판을 전기도금 모듈들 (1202, 1204, 또는 1206) 중 하나로, 또는 다양한 프로세스 동작들을 위해 구성된 별개의 모듈들 (1212, 1214 및 1216) 중 하나로 전달할 수도 있다.

순차적인 도금, 린싱, 건조, 및 (스트리핑과 같은) PEM 프로세스 동작들을 통한 기판들의 효율적인 순환을 허용하도록 구성된 장치가 제조 환경에서의 사용을 위한 구현 예들을 위해 유용할 수도 있다. 이를 달성하기 위해, 모듈 (1212) 은 스핀 린스 건조기 및 에지 베벨 제거 챔버로서 구성될 수 있다. 그러한 모듈 (1212)과 함께, 기판은 오직 구리 도금 및 EBR 동작들을 위해 전기도금 모듈 (1240) 과 모듈 (1212) 사이에서 이송될 필요가 있을 것이다. 장치 (1200) 의 하나 이상의 내부 부분들이 서브-대기 조건들에 있을 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태들에서, 도금 셀들 (1202, 1204 및 1206) 및 PEMs (1212, 1214 및 1216) 를 둘러싸는 (enclosing) 전체 영역은 진공에 있을 수도 있다. 다른 실시 형태들에서, 오직 도금 셀들을 둘러싸는 영역은 진공에 있다. 추가적인 구현 예들에서, 개별적인 도금 셀들은 진공에 있을 수도 있다. 전해질 유동 루프들이 도 12 또는 도 13에 도시되지 않은 반면, 본 명세서에서 설명된 유동 루프들은 멀티-툴 장치의 일부분으로서 (또는 멀티-툴 장치와 함께) 구현될 수도 있음이 이해된다.

도 13은 본 명세서에서의 실시 형태들을 구현하는데 사용될 수도 있는 멀티-툴 장치의 추가적인 실시예를 도시한다. 본 실시 형태에서, 전착 장치 (1300) 이 한 쌍의 또는 다중 “듀엣 (duet)” 구성에서의 각각이 전기도금 욕을 포함하는 전기도금 셀들의 세트 (1307) 를 갖는다. 전기도금 자체에 추가적으로, 전착 장치 (1300) 는, 예를 들어, 스핀-린싱, 스핀-건조, 메탈 및 실리콘 습식 에칭, 무전해 증착, 사전-웨팅 (pre-wetting) 및 사전-화학적 처리, 감소, 어닐링, 포토레지스트 스트리핑, 및 표면 사전-활성화와 같은 다양한 다른 전기도금 관련 프로세스들 및 서브-단계들을 수행할 수도 있다. 전착 장치 (1300) 는 상부에서 아래로 보여지도록 개략적으로 도시되고, 오직 단일 레벨 또는 “층 (floor)” 이 도면에 드러났으나, 예를 들어, Fremont, CA의 Lam Research Coporation의 Sabre^TM 3D 툴과 같은 장치가 서로의 상부에 “적층된”, 각각이 동일하거나 상이한 타입의 프로세싱 스테이션들을 잠재적으로 갖는 2개 이상의 레벨들을 가질 수 있다는 것이 당업자에 의해 쉽게 이해된다.

다시 한번 도 13을 참조하면, 전기도금될 기판들 (1306) 은 일반적으로 전단 (front end) 로딩 FOUP (1301) 를 통해 전착 장치 (1300) 로 공급되고, 본 실시예에서, 다차원에서 스핀들 (spindle) (1303) 에 의해 구동되는 기판을 하나의 스테이션으로부터 접근가능한 스테이션들 - 본 실시예에서 도시된 두 개의 전-단 접근가능한 스테이션들 (1304) 및 또한 2개의 전-단 접근가능한 스테이션들 (1308) 중 다른 하나로 오므리고 이동시킬 수 있는 전-단 로봇 (1302) 을 통해 FOUP로부터 전착 장치 (1300) 의 주 기판 프로세싱 영역으로 제공된다. 전-단 접근가능한 스테이션들 (1304 및 1308) 은, 예를 들어, 사전-처리 스테이션들, 및 스핀 린스 건조 (SRD) 스테이션들을 포함할 수도 있다. 이러한 스테이션들 (1304 및 1308) 은 또한 본 명세서에서 설명된 바와 같은 제거 스테이션들일 수도 있다. 전-단 로봇 (1302) 의 좌우로의 측방향 운동은 로봇 트랙 (1302a) 을 이용하여 달성된다. 기판들 (1306) 의 각각은 모터 (미도시) 에 연결된 스핀들 (1303) 에 의해 구동되는 컵/콘 (cone) 어셈블리 (미도시) 에 의해 홀딩될 수도 있고, 모터는 장착 브래킷 (bracket) (1309) 에 부착될 수도 있다. 또한, 본 실시예에서 전기도금 셀들 (1307) 의 4개의 “듀엣들”이 총 8개의 전기도금 셀들 (1307) 을 위해 도시되었다. 전기도금 셀들 (1307) 은 구리 함유 구조를 위한 구리 전기도금 및 (다른 가능한 물질들 중) 솔더 (solder) 구조에 대한 솔더 물질 전기도금을 위해 사용될 수도 있다. 시스템 제어기 (미도시) 는 전착 장치 (1300) 의 특성들의 일부 또는 전부를 제어하기 위해 전착 장치 (1300) 에 커플링될 수도 있다. 시스템 제어기는 본 명세서에서 전술된 프로세스들에 따른 명령어들을 실행하도록 프로그래밍되거나 달리 구성될 수도 있다.

전술된 다양한 하드웨어 및 방법 실시 형태들은, 예를 들어, 반도체 디바이스들, 디스플레이들, LED들, 광전 패널, 및 기타 같은 것들의 조립 또는 제조를 위한 리소그래픽 패터닝 툴들 또는 프로세스들과 함께 사용될 수도 있다. 통상적으로, 반드시 필요하지는 않지만, 그러한 툴들/프로세스들은 공통 조립 시설에서 함께 사용되거나 수행될 것이다.

본 명세서에서 전술된 전기도금 장치/방법들은, 예를 들어, 반도체 디바이스들, 디스플레이들, LED들, 광전 패널, 및 기타 같은 것들의 조립 또는 제조를 위한 리소그래픽 패터닝 툴들 또는 프로세스들과 함께 사용될 수도 있다. 통상적으로, 반드시 필요하지는 않지만, 그러한 툴들/프로세스들은 공통 조립 시설에서 함께 사용되거나 수행될 것이다. 필름의 리소그래픽 패터닝은 일반적으로 후속하는 단계들의 일부 또는 전부를 포함하고, 각각의 단계는 다수의 가능한 툴들로 인에이블된다 (enabled) : (1) 스핀-온 (spin-on) 또는 스프레이-온 (spray-on) 툴을 사용하여 작업물, 즉, 기판 상에 포토레지스트의 도포; (2) 뜨거운 판 또는 용광로 또는 UV 경화 툴을 사용하여 포토레지스트의 경화; (3) 웨이퍼 스테퍼 (stepper) 와 같은 툴로 포토레지스트를 가시선, UV, 또는 엑스-레이 광에 노출; (4) 선택적으로 레지스트를 제거하기 위해 레지스트를 현상하고, 그에 의해 습식 벤치 (bench) 와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 패터닝; (5) 건식 또는 플라즈마-보조 에칭 툴을 사용함에 의해 레지스트 패턴을 하부 필름 또는 작업물로 이송; 및 (6) RF 또는 마이크로웨이브 플라즈마 레지스트 스트리퍼와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 제거.

Claims

전해액 저장소 (reservoir), 펌프, 전기도금 셀 및 상기 전기도금 셀로의 전해액의 도입 이전에 상기 전해액을 탈가스하는 탈가스 장치 (degasser) 를 포함하는 도금 재순환 루프를 통해 전해액을 유동시키는 단계;
전기도금 셀 내의 전해액에 기판을 침지시키는 단계로서, 침지 동안 상기 전기도금 셀 내의 압력은 약 100 Torr 또는 그 미만인, 상기 전해액에 기판을 침지시키는 단계;
상기 기판 상에 물질을 전기도금하는 단계; 및
전해액으로부터 기판을 제거하는 단계를 포함하는, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 전기도금 셀 내의 압력은 적어도 약 20 Torr인, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 전해액에 기판을 침지시키는 단계는 약 225 ms 또는 그 미만의 기간 동안 일어나며, 상기 기판은 약 150 mm 또는 그 초과의 직경을 가지는, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제3 항에 있어서,
상기 전해액에 기판을 침지시키는 단계는 약 50 ms 또는 그 미만의 기간 동안 일어나며, 상기 기판은 약 150 mm 또는 그 초과의 직경을 가지는, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 전해액에 기판을 침지시키는 단계는 제1 지속 시간을 갖는 기간 동안 일어나며, 상기 기판 상에 피처를 충진하기 위한, 물질을 전기도금하는 단계는 제2 지속 시간을 갖는 기간 동안 일어나고, 상기 제1 지속 기간은 상기 제2 지속 기간의 약 10% 또는 그 미만인, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제5 항에 있어서,
상기 피처는 부피로 측정했을 때에 상기 기판 상에서의 가장 작은 피처인, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제5 항에 있어서,
상기 피처는 부피로 측정했을 때에 상기 기판 상에서의 중간 크기의 피처인, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 기판은 기울어져서 침지되며, 상기 기판은 약 0.25 내지 10 도/초의 스윙 (swing) 속도에서 수평 방향으로 스윙하는, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제1 항에 있어서,
적어도 최초 약 10 ms의 도금 동안, 상기 전기도금 셀 내의 압력이 약 100 Torr 또는 그 미만으로 유지되는, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제9 항에 있어서,
상기 전기도금 셀 내의 압력은 전기도금이 중단된 이후에 약 100 Torr 또는 그 미만으로 유지되는, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 기판을 로드락에 삽입하는 단계 및 상기 로드락 내의 압력을 약 100 Torr 미만으로 감소시키는 단계를 더 포함하는, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 전해액이 탈가스된 이후에 그리고 상기 전해액이 상기 전기도금 셀로 도입되기 이전에, 상기 전해액 내로 가스를 주입하는 단계를 더 포함하는, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제12 항에 있어서,
상기 가스는 산소이며, 상기 산소는 약 10 ppm 또는 그 미만의 전해액 농도로 주입되는, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제13 항에 있어서,
상기 산소는 약 1 ppm 또는 그 미만의 전해액 농도로 주입되는, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 전해액 저장소 및 용해된 가스 센서를 포함하는 가스 제어 순환 루프를 통해 전해액을 유동시키는 단계를 더 포함하며,
상기 전해액 내의 용해된 가스의 농도를 조절하기 위해, 용해된 가스 제어기는 상기 용해된 가스 센서로부터의 입력에 기초하여 가스 주입 유닛을 제어하는, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제15 항에 있어서,
상기 도금 순환 루프는 상기 가스 제어 순환 루프로부터 분리되어 있는, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제1 항에 있어서,
전기도금 동안, 전해액은 우회 도관을 통과함으로써 상기 도금 순환 루프의 상기 전해액 저장소를 우회하는 (bypass), 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제1 항에 있어서,
전기도금이 일어나지 않을 때에, 대기 순환 루프를 통해 전해액을 유동시키는 단계를 더 포함하며,
상기 대기 순환 루프는 상기 전해액 저장소, 대기 전해액 저장소, 및 대기 루프 펌프를 포함하는, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
제1 항에 있어서,
탈가스 전해액 저장소 내에서 전해액을 탈가스시키는 단계, 및 탈가스 순환 루프 및 대기 순환 루프를 통해 전해액을 유동시키는 단계를 더 포함하며,
상기 탈가스 순환 루프는 상기 전해액 저장소, 탈가스 루프 펌프 및 탈가스 전해액 저장소를 포함하며,
상기 대기 순환 루프는 상기 탈가스 전해액 저장소, 대기 루프 펌프 및 대기 전해액 저장소를 포함하는, 기판 상으로 금속을 전기도금하는 방법.
기판 홀더, 전해액 수용 용기, 및 기판이 상기 전해액 수용 용기 내에 침지될 때에 상기 기판의 방향을 제어할 수 있는 기판 포지셔닝 시스템을 포함하며, 약 100 Torr 미만의 압력을 견디는 전기도금 셀;
전해액 저장소, 펌프, 디개서 및 상기 전기도금 셀을 포함하는 도금 순환 루프로서, 상기 디개서는 상기 도금 순환 루프 내에서 상기 전해액 저장소 이후에 그리고 상기 전기도금 셀 이전에 위치되는, 상기 도금 순환 루프; 및
전기도금 프로세스 동안 상기 기판이 상기 전해액 수용 용기 내에 침지될 때에 약 100 Torr 미만의 압력을 유지하는 도금 제어기를 포함하는, 기판 상으로 금속을 전기도금하기 위한 장치.
제20 항에 있어서,
상기 기판 포지셔닝 시스템은 상기 기판의 병진, 틸트 (tilt) 및 회전을 제어할 수 있는, 기판 상으로 금속을 전기도금하기 위한 장치.
제20 항에 있어서,
용해된 가스 센서를 더 포함하는, 기판 상으로 금속을 전기도금하기 위한 장치.
제22 항에 있어서,
용해된 가스 제어기 및 가스 주입기를 더 포함하며,
상기 용해된 가스 제어기는 상기 용해된 가스 센서로부터의 측정에 기초하여 상기 가스 주입기를 제어하는, 기판 상으로 금속을 전기도금하기 위한 장치.
제20 항에 있어서,
우회 도관을 더 포함하며,
상기 도금 제어기는, 전기도금 동안 상기 전해액 저장소를 우회하게끔 상기 우회 도관을 통해 상기 전해액을 유동시키는, 기판 상으로 금속을 전기도금하기 위한 장치.
제20 항에 있어서,
상기 전해액 저장소, 대기 루프 펌프 및 대기 전해액 저장소를 포함하는 대기 순환 루프를 더 포함하며,
상기 도금 제어기는 전기도금 동안 상기 대기 순환 루프가 순환되는 것을 방지하는, 기판 상으로 금속을 전기도금하기 위한 장치.
제20 항에 있어서,
탈가스 전해액 순환 루프 및 대기 순환 루프를 더 포함하며,
상기 탈가스 전해액 순환 루프는 상기 전해액 저장소, 펌프 및 탈가스 전해액 저장소를 포함하고,
상기 대기 순환 루프는 상기 탈가스 전해액 저장소, 펌프 및 대기 전해액 저장소를 포함하며,
상기 도금 제어기는 전기도금 동안 상기 탈가스 전해액 순환 루프가 확실하게 순환하지 않도록 하는, 기판 상으로 금속을 전기도금하기 위한 장치.
제20 항에 있어서,
약 100 Torr 또는 그 미만에서 동작하는 추가 전기도금 셀을 더 포함하며,
상기 추가 전기도금 셀은 상기 전해액 저장소와 유체 소통하는, 기판 상으로 금속을 전기도금하기 위한 장치.