KR20140105766A - 관통 비아 구조와 같은 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 도금하기에 적합한 기계 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 관통 실리콘 비아 타입의 구조와 같은 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를,
a) 캐비티 내에 절연성 유전체 층을 부착하는 단계,
b) 충전 금속의 확산에 대한 장벽 층을 부착하는 단계,
c) 금속, 바람직하게는 구리를 전착하여 캐비티를 충전하는 단계, 및
d) 기판의 어닐링을 수행하는 단계를 포함하는 금속화 프로세스에 따라, 금속화하는 기계(1)에 관한 것으로, 이 기계는 화학적 배스(B)에서 단계 a), b) 및 c)의 습식-처리를 행하도록 구성된 일련의 습식-처리 모듈(10-60)과, 기계(1)가 캐비티의 전체 금속화 프로세스를 완성할 수 있게 되도록 기판(S)의 어닐링 단계 d)를 행하도록 구성된 적어도 하나의 추가적인 모듈(70)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
a) 캐비티 내에 절연성 유전체 층을 부착하는 단계,
b) 충전 금속의 확산에 대한 장벽 층을 부착하는 단계,
c) 금속, 바람직하게는 구리를 전착하여 캐비티를 충전하는 단계, 및
d) 기판의 어닐링을 수행하는 단계를 포함하는 금속화 프로세스에 따라, 금속화하는 기계(1)에 관한 것으로, 이 기계는 화학적 배스(B)에서 단계 a), b) 및 c)의 습식-처리를 행하도록 구성된 일련의 습식-처리 모듈(10-60)과, 기계(1)가 캐비티의 전체 금속화 프로세스를 완성할 수 있게 되도록 기판(S)의 어닐링 단계 d)를 행하도록 구성된 적어도 하나의 추가적인 모듈(70)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 일반적으로, 특히 집적 회로와 같은 전자 장치를 특별히 입체적으로 제조하는 것에 관한 것이고, 특정 목적은 관통 실리콘 비아 타입의 구조와 같은 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티의 금속화 기계 및 금속화 프로세스에 관한 것이다.
본 발명은 특히 관통 실리콘 비아[영어로 ≪관통 실리콘 비아(through silicon via)≫ 또는 ≪관통 웨이퍼 비아(through wafer vias)≫ 또는≪관통 웨이퍼 상호연결부(through wafer interconnect)≫라 불림]의 구리에 의해, 전자 칩[영어로 ≪칩(chip)≫ 또는 ≪다이(die)≫라 불림]의 집적 키스톤(keystone)을 삼차원(3D) 또는 수직으로 집적하는 금속화를 위한 마이크로전자의 분야에서 필수적으로 적용된다. 본 발명은 또한 관통 실리콘 비아를 포함하는 기판이 구리의 층에 의해 전기적으로 절연 및 커버되어야 하는 다른 전자 분야에도 적용된다. 이러한 개념의 예로서는 인쇄 회로[영어로 ≪인쇄 회로 기판(printed circuit board)≫ 또는 ≪인쇄 와이어 보드(printed wire board)≫ 라 불림] 내의 상호연결 요소들의 제조, 또는 인덕턴스와 같은 패시브 요소들의 제조, 또는 집적 회로 또는 마이크로 시스템[영어로 ≪마이크로 전자 기계 시스템(micro electro mechanical systems)≫이라 불림]에서의 전자기계 요소들의 제조가 있다.
현재의 대부분의 전자 기계는 다양한 집적 회로 또는 구성 요소를 포함하며, 각각의 집적 회로는 하나 이상의 기능성을 채운다.
예를 들어, 컴퓨터는 적어도 하나의 마이크로 프로세서 및 여러 메모리 회로들을 포함한다. 각각의 집적 회로는 일반적으로 그 자신의 하우징[영어로 ≪패키지(package)≫ 라 불림] 내의 전자 칩에 해당한다. 집적 회로는 예를 들어 인쇄 회로 기판[영어로 소위, ≪인쇄 회로 기판(printed circuit board)≫ 또는 ≪PCB≫로 불림] 상에서 납땜 되거나 또는 플러그 되어 집적 회로들 사이의 접속을 보장한다.
전자 기계의 기능성 밀도를 증가시키기 위한 영구적인 필요성은 소위 "입체적 집적(integration in three dimensions)" 또는 "수직적 집적(vertical integration )"의 개념으로 이끄는 것이고, 이것은 칩들이 수직적인 배선으로 중첩 및 상호연결되는 것을 특징으로 한다. 이러한 결과적인 적층은 여러 층들 또는 활성 부품들 또는 칩들의 계층(strata)을 포함하고, 입체적인 집적 회로[영어로 ≪3D 집적 회로(3D integrated circuit)≫ 또는 ≪3D IC≫라 불림]를 구성한다.
적층 후, 예를 들어 접착에 의해, 이 칩들은 연결 선들에 의해 패키지의 핀들에 개별적으로 연결될 수 있다. 이 칩들의 상호 연결은 일반적으로 관통 실리콘 비아를 사용하는 것을 포함한다.
집적 회로를 입체적으로 제조하는 데 필요한 기초적인 기술은 특히 실리콘 웨이퍼[영어로 "웨이퍼(wafer)"라 불림]를 박형화(thinning)하고, 층들 사이를 정렬하고, 층들을 접착하고, 각 층 내에서 관통 실리콘 비아를 에칭 및 금속화 하는 것을 포함한다.
실리콘 웨이퍼의 박형화는 관통 실리콘 비아의 제조 이전에 행해 질 수 있다(예를 들어, US 7,060,624, US 7,148,565).
대안적으로, 비아의 에칭 및 금속화는 실리콘 웨이퍼의 박막화 이전에 행해질 수 있다(예를 들어, US 7,060,624, US 7,101,792). 이 경우, 폐쇄된 비아 또는 ≪블라인드(blind)≫ 비아[영어로 ≪블라인드 비아(blind vias)≫라 불림]는 실리콘에서 에칭되고, 실리콘 웨이퍼가 관통 실리콘 비아를 형성하기 위해 박형화되기 전에 바람직한 깊이까지 금속화된다.
구리의 양호한 전기 전도도와 전자 이동 현상에 대한 높은 저항, 즉, 실패의 중요한 원인이 될 수 있는 전류 밀도의 영향 하에서 구리 원자의 최소 이동은, 특히 관통 실리콘 비아의 금속화를 위한 재료의 선택을 요구하게 한다.
3D 집적 회로의 관통 실리콘 비아는 일반적으로 집적 회로의 상호 연결 소자들의 제조를 위한 마이크로전자 분야에 이용되는 ≪다마신 프로세스(Damascene process)≫과 유사하게 만들어지며, 다음 연속 단계를 포함한다.
- 실리콘 웨이퍼에서 또는 실리콘 웨이퍼를 걸쳐 비아를 에칭하고;
- 절연성 유전체 층을 부착(deposit)하고;
- 확산, 또는 ≪라이너(liner)≫를 위해, 또는 충전 금속, 일반적으로 구리의 이동 또는 확산을 방지하는 역할을 하는 장벽 층을 부착하고;
- 확산에 대한 장벽 층을 구성하는 재료의 강한 저항에도 불구하고 구리에 의해 비아의 충전을 가능하게 하는 구리의 성장 층(germination layer)[구리 박막 층, 영어로 ≪시드 층(seed layer)≫]을 부착하고;
- 구리의 전착(electrodeposition)에 의해 비아를 부착하고;
- 기판을 어닐링하고;
- 기계-화학적 연마에 의해 과잉 구리를 제거한다.
절연성 유전층은 CVD 또는 다른 것에 의해 부착된 무기물(일반적으로 예를 들면, 실리콘 산화물 SiO2, 실리콘 질화물 SiN 또는 알루미늄 산화물), 또는 액체 매체 또는 SOG 방법[영어로 스핀온-글래스(spinon-glass)]에서 소킹(soaking)에 의해 부착된 유기물(예를 들면, 파릴렌 C N 또는 D, 폴리이미드, 벤조시클로부텐, 폴리벤조옥사졸)이 될 수 있다.
구리의 확산에 대한 장벽 층은 일반적으로 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 탄탈 질화물(TaN), 티타늄 질화물(TiN), 티타늄-텅스텐 합금(TiW), 텅스텐 질화물- 카바이드(WCN) 또는 이러한 물질의 조합에 의해 구성되며, 일반적으로 기상에서 부착된다(PVD, CVD, ALD).
이 장벽 층은, 특히, 무전해 공정에 의해 니켈 또는 코발트 기반의 합금과 같은 다른 금속으로 형성될 수 있다.
이러한 방식을 통해 형성된 비아는, 비아의 깊이와 직경 사이의 비율을 한정하는 그들의 형상 요소[영어로 ≪종횡비(aspect ratio)≫]를 특징으로 한다. 예를 들면 10:1의 형상 요소는 그 깊이보다 10 배 작은 크기의 직경을 갖는 비아를 한정한다.
장벽 층, 성장 층, 충전 및 어닐링 층의 부착 단계는 일반적으로 ≪ 관통 실리콘 비아의 금속화(metallisation of through silicon vias)≫로 표현되어 지칭된다.
일반적으로, 절연성 유전체 층, 장벽 층과 성장 층의 부착 단계는, ≪건식 공정(by dry process)≫이라 불리는 공정과, 기상에서의 물리적 또는 화학적 부착 [각각, PVD 또는 ≪물리적 부착(Physical Vapor Deposition)≫ 및 CVD 또는 ≪화학적 부착(Chemical Vapor Deposition)≫]에 의한 공정과, ≪습식 프로세스(wet process)≫에 의해 완성될 수 있는 충전 공정에 의해 만들어진다.
일반적으로, 기상에서의 화학적 부착(즉, 화학 기상 증착)(CVD)은 비아의 전체 깊이를 통해 충분히 호환된 부착물을 생성하지 않는 화학적 부착과 함께, 절연성 유전체 층과 확산에 대한 장벽 층을 만들기 위한 산업적 관점에서 바람직하다.
그러나 성장 층은 오히려 기상에서 화학적 부착에 의해 만들어져, CVD에 의한 성장 층의 부착물에서 관찰되는, 유기 전구체에 결합하는 접착 및 탄소 오염의 문제를 갖는다.
그러나 건조 과정에 의해 이들 단계를 사용하는 비아의 금속화는 그들의 소비재 및 낮은 수율에 기인한 상대적인 비용으로 인해, 이를 수행하기 어렵다는 단점을 갖는다. 사실 PVD 및 CVD 공정은 높은 진공 상태, 높은 온도, 그리고 가스상에서의 전구체의 사용 또는 심지어 플라즈마의 생성을 요구한다.
따라서 이 종래의 방법에 따른 비아의 금속화는 절연성 유전체 층, 확산에 대한 장벽 층, 성장 층, 충전 층과 어닐링 층을 부착하기 위하여, 실행될 여러 가지 기계를 필요로 하고, 일반적으로 3 내지 5 개의 기계를 필요로 한다. 이들 기계들은 또한 부피를 차지하고, 부분적으로 각 기계 사이의 바닥 층에 전달되어야 하기 때문에, 비아를 금속화 하는 데 필요한 시간이 매우 길다.
미국 특허 출원 공개 공보 US 2004/0188257은 기판상에서의 리소그래피 공정을 제안하고 있고, 이 공정 중에는 성장 층이 부착되고, 그 후에 기판이 세척되고, 광감성 층이 생성되도록 그것이 노출되기 전에 건조되는, 단일 기계를 사용하는 전 습식 처리공정이다. 그러나, 이 문서에서는, 기계가 관통 실리콘 비아(또는 반도체 또는 도전성 기판의 임의의 다른 캐비티)를 금속화하는 것이 아니다. 사실상, 이 기계는 캐비티에 성장 층만을 부착할 수 있고, 반면에 금속화 프로세스는 절연 층과 장벽 층의 전 부착을 필요로 한다. 따라서 이 문서에 설명된 기계는 이러한 프로세스에 사용하는 데는 절대적으로 적합하지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 관통 실리콘 비아 타입의 구조와 같은 반-도전성 기판의 캐비티를 금속화 하는 데 적합한 기계를 제안하는 것이며, 이것은 금속화 단계를 신속하게 수행하고, 작은 공간(footprint)을 차지하고, 건조 프로세스에 의한 공지된 금속화 프로세스와 비교하여, 저 비용으로 양호한 품질의 금속화된 비아를 생성할 수 있게 한다.
다음, 본 발명의 또 다른 목적은 화학적 용액 및 기타 다른 유해한 성분과 작업자 사이의 접촉을 제한하거나 또는 심지어 제거하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은,
a) 캐비티 내에 절연성 유전체 층을 부착하는 단계,
b) 충전 금속의 확산에 대한 장벽 층을 부착하는 단계,
c) 금속, 바람직하게는 구리를 전착하여 캐비티를 충전하는 단계,
d) 기판의 어닐링을 수행하는 단계를 포함하는 금속화 프로세스에 따라, 관통 실리콘 비아 타입의 구조와 같은 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하는 기계를 제안하며, 이 기계는 화학적 배스(chemical bath)에서 단계 a), b) 및 c)의 습식-처리를 행하도록 구성된 일련의 습식-처리 모듈(wet-processing module)과, 기계가 캐비티의 전체 금속화 프로세스를 완성할 수 있게 되도록 기판의 어닐링 단계 d)를 행하도록 구성된 적어도 하나의 추가적인 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 금속화 프로세스는 적응된 모듈들을 사용하여 습식 처리 비아의 금속화(건식 공정에 의해 수행되는 어닐링은 제외)를 수행하고 있기 때문에, 기계는 모든 금속화 단계들을 수행할 수 있어, 필요한 공간을 감소시킬 수 있다. 상기 습식 처리 부착 및 충전 모듈은 실제로 플라즈마의 진공 또는 플라즈마의 생성 하에서 배치되어야 하는 부재를 필요로 하지 않고, 또한 연속 부착하며, 넓은 범위의 형성 요소와 호환되며, 기판에 대한 우수한 접착성을 갖는 비아를 생성한다.
본 발명에 따른 기계의 바람직하지만 비-제한적인 몇몇 측면은 다음과 같다.
* 기판은 캐비티가 형성되어 있는 활성 면과, 상기 활성 면과 마주하는 후방 면을 포함하고, 각각의 습식 처리 모듈은 화학적 배스를 포함하도록 설계된 컨테이너를 포함하며, 상기 기판의 활성 면이 모듈의 바닥과 마주하는 방향으로 위쪽을 향하도록, 컨테이너의 바닥에는 기판의 후방 면을 수용하도록 의도된 지지체가 수평으로 배치된다.
여기서 수평은 화학적 배스가 모듈의 바닥과 실질적으로 평행한 것을 의미하는 것으로 이해된다.
이러한 방식으로, 습식 공정을 통해 일어나는 각 단계를 수행하기 위해 필요한 화학적 배스(B)의 부피를 제한할 수 있고, 따라서, 각 모듈의 부피를 제한하는 것이 가능하다. 사실, 반-도전성 기판은 그 활성 면이 위쪽 방향을 향하기 때문에, 화학적 배스에 사용되는 화학적 용액의 막만이 이 프로세스의 상이한 단계를 수행하기 위해 필요하지만, 반면, 공지된 기계와 비교하면, 공지된 기계는 여러 연결부를 보호하기 위해 화학적 배스(B) 안으로 기판의 활성 면을 낮추며, 그 결과 기판의 완전한 소킹을 보장하기 위해 큰 부피의 화학적 배스를 사용하고, 화학적 배스의 발달(evolution)의 매우 복잡한 모니터링 장치를 사용하게 한다. 화학적 배스(B)는 기계에서 처리되는 반 도전성 기판당 필요한 소비재의 양이 감소되도록 재사용될 수 있고, 따라서 반 도전성 기판에 의한 금속화 프로세스의 전체적인 비용이 감소하게 된다. 마지막으로, 이것은 일반적으로 프로세스의 모니터링을 제한하여, 사실상, 사용되는 화학적 용액의 양을 감소시키고, 종래의 습식 공정 기계의 경우에서보다 더욱 자주 화학적 배스를 리프레시(refresh) 할 수 있게 한다. 따라서 이 기계는 훨씬 덜 복잡하다.
* 지지체는 금속화 공정 동안 제 위치에 기판을 유지하도록 구성된 장치를 포함한다.
* 지지체는 기판의 후방 면을 보호하도록 구성된 보호체를 포함한다.
* 상기 장치 및 보호체는 상기 지지체와 상기 기판 사이에 진공을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 채널에 의해 형성된다.
* 습식 처리 모듈의 컨테이너는 상기 컨테이너의 내부 부피를 제한하기 위해 상기 지지체에 실질적으로 인접하여 있는 측벽을 포함한다.
* 이것은 기판의 적어도 하나의 어닐링 모듈을 포함하며, 여기서 일련의 습식 처리 모듈은 다음을 포함한다.
- 상기 기판의 적어도 하나의 프리웨팅 모듈,
- 절연성 유전체 층을 부착하기 위한 적어도 하나의 부착 모듈,
- 적어도 하나의 세척 및 건조 모듈,
- 확산에 대한 장벽 층을 활성화하기 위한 적어도 하나의 활성화 모듈,
- 확산에 대한 장벽 층을 부착하기 위한 적어도 하나의 부착 모듈, 그리고
- 금속의 전착에 의해 충전하기 위한 적어도 하나의 충전 모듈.
* 이것은 기판의 적어도 6개의 어닐링 모듈을 포함하며, 여기서 일련의 습식 처리 모듈은 다음을 포함한다.
- 기판의 적어도 두 개의 프리웨팅 모듈,
- 절연성 유전체 층을 부착하기 위한 적어도 3개의 부착 모듈,
- 적어도 하나의 세척 및 건조 모듈,
- 확산에 대한 장벽 층을 활성화하기 위한 적어도 하나의 활성화 모듈,
- 확산에 대한 장벽 층을 부착하기 위한 적어도 하나의 부착 모듈, 그리고
- 금속의 전착에 의해 충전하기 위한 적어도 8개의 충전 모듈.
* 프리웨팅, 절연성 유전층의 부착, 세척 및 건조, 활성화, 확산에 대한 장벽 층의 부착, 및 충전 모듈 각각은, 지지체가 지지체 상에서 기판의 배치를 가능하게 하는 모듈의 개구에 인접하는, 높은 위치와, 지지체가 그 습식 공정 처리를 가능하게 하도록 모듈 안으로 내려가는, 낮은 위치 사이에서, 기판을 수직으로 이동하도록 구성된 수단을 포함한다.
* 절연성 유전체 층을 부착하기 위한 부착 모듈, 확산에 대한 장벽 층의 활성화 모듈, 확산에 대한 장벽 층을 부착하기 위한 부착 모듈, 및/또는 충전 모듈은 상기 기판의 세척 및 건조를 위한 장치를 더 포함한다.
* 세척 및 건조를 위한 장치는 상기 기판의 활성 면에 세척 유체를 부착하도록 구성된 아암을 포함한다.
* 세척 및 건조를 위한 장치는 상기 지지체의 중심 축에 대하여 지지체를 회전식으로 설정하도록 구성된 모터 및/또는 상기 기판을 건조하기 위해 상기 기판상에 불활성 가스를 보내도록 구성된 노즐을 더 포함한다.
* 절연성 유전체 층을 부착하기 위한 부착 모듈, 확산에 대한 장벽 층의 활성화 모듈, 확산에 대한 장벽 층을 부착하기 위한 부착 모듈 및/또는 충전 모듈은 상기 지지체의 회전 중에 세척 유체를 수용하도록 구성된 리셉터클에 배치된다.
* 프리웨팅, 절연성 유전층의 부착, 활성화, 확산에 대한 장벽 층의 부착, 및 충전 모듈은 화학적 배스의 적어도 부분적인 배출(evacuation)을 허용하도록 구성된 적어도 하나의 수단을 더 포함한다.
* 상기 수단은 상기 화학적 배스를 적어도 부분적으로 흡입하도록 구성된, 모듈의 리드(lid)로부터 확장하는 튜브, 및/또는 상기 화학적 배스를 적어도 부분적으로 흡입하도록 구성된 노즐을 포함한다.
* 이것은 복수의 기판을 수납하는 카세트를 수용하도록 구성된 리셉터클과, 상기 각각의 기판의 적어도 하나의 캐비티를 금속화하기 위해서, 카세트로부터 상기 기판을 연속하여 추출하고 이들을 하나의 모듈로부터 다른 모듈로 연속하여 이동시키는 적어도 하나의 로봇을 더 포함한다.
* 각각의 어닐링 모듈은 다음을 포함한다.
- 컨테이너로서, 그 바닥에는 기판을 연속하여 수용하도록 의도된, 콜드 소스(cold source)를 형성하는 플레이트와, 핫 소스(hot source)를 형성하는 플레이트가 배치되어 있는, 컨테이너,
- 기판을 콜드 소스로부터 핫 소스로 이동시키고, 그 반대로 이동시키도록 구성된 내부 로봇, 그리고
- 컨테이너에 있는 가스를 불활성 가스로 대체하고, 그 반대로 대체하도록 구성된 수단.
* 절연성 유전체 층을 부착하기 위한 각각의 부착 모듈은 다음을 포함한다.
- 화학적 배스, 여기서는 전해질을 포함하도록 구성된 컨테이너로서, 그 바닥에는 기판을 수용하도록 구성된 지지체가 배치되어 있는, 컨테이너,
- 불활성 금속을 포함하며 컨테이너 내에 배치되어 있는 애노드,
- 기판의 표면을 활성화하기 위해 기판의 전체 표면상에 발광 빔을 확산시키기 위한 소스 발광 빔 및 수단을 포함하는 조명 장치,
- 전기 화학 반응을 가능하게 하는 전위에서 기판의 표면을 분극화하기 위해, 상기 기판 및 애노드에 대한 연결 수단을 포함하는 전원 공급 장치, 그리고
- 전해질로부터 상기 전원 공급 장치를 절연하도록 구성된 밀봉 조인트.
* 상기 절연성 유전체 층을 부착하기 위한 각각의 부착 모듈은 지지체에 대한 애노드의 회전 수단을 더 포함한다.
* 각각의 충전 모듈은 화학적 배스의 일부를 배출시키기 위해 상기 지지체의 중심 축에 대해 지지체를 회전식으로 설정하도록 구성된 모터를 포함한다.
* 각각의 충전 모듈은 또한 상기 충전 층과 동일한 금속으로부터 형성된 성장 층을 확산에 대한 장벽 층 상에 부착되도록 구성된다.
* 각각의 충전 모듈은 다음을 포함한다.
- 화학적 배스, 여기서는 전해질을 포함하도록 구성된 컨테이너로서, 그 바닥에는 기판을 수용하도록 구성된 지지체가 배치되어 있는, 컨테이너,
- 캐비티를 충전하는 중에 부착된 것과 동일한 불활성 금속 또는 금속을 포함하는 애노드,
- 전기 화학 반응을 가능하게 하는 전위에서 장벽 확산 층의 표면을 분극화하기 위해, 상기 장벽 확산 층 및 애노드에 대한 연결 수단을 포함하는 전원 공급 장치, 그리고
- 전해질로부터 전원 공급 장치를 절연하도록 구성된 밀봉 조인트.
* 각각의 충전 모듈은 상기 지지체에 대한 애노드의 회전 수단을 더 포함한다.
* 확산에 대한 장벽 층을 부착하기 위한 각각의 활성화 모듈 및/또는 각각의 부착 모듈은 다음을 포함한다.
- 화학적 배스를 포함하도록 구성된 컨테이너로서, 그 바닥에는 기판을 수용하도록 구성된 지지체가 배치되어 있는, 컨테이너,
- 50 ℃ 내지 80 ℃, 바람직하게는 65 ℃ 정도의 온도로 기판을 가열하도록 구성된 제1 가열기로서, 기판을 수용하도록 구성된 지지체로 구성될 수 있는, 제1 가열기, 및/또는 50 ℃ 내지 80 ℃, 바람직하게는 65 ℃ 정도의 온도로 컨테이너 내의 화학적 배스 활성 삽입물을 가열하도록 구성된 제2 가열기,
- 초음파 또는 메가소닉 트랜스미터, 그리고,
- 화학적 배스로부터 기판의 주변 영역을 절연하도록 구성된 밀봉 조인트,
* 각각의 프리웨팅 모듈은 다음을 포함한다.
- 화학적 배스, 여기서는 탈 이온수(deiomized water)를 포함하도록 구성된 컨테이너로서, 그 바닥에는 기판을 수용하도록 구성된 지지체가 배치되어 있는, 컨테이너, 그리고,
- 상기 컨테이너에 진공을 생성하도록 구성된 펌프.
제2 양태에 따르면, 본 발명은 또한 관통 실리콘 비아 타입의 구조와 같은, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티의 금속화 프로세스를 제한하며, 상기 프로세스는 다음 단계를 포함한다.
a) 절연성 유전체 층을 부착하고,
b) 충전 금속의 확산에 대한 장벽 층을 부착하고,
c) 금속, 바람직하게는 구리를 전착하여 캐비티를 충전하고,
d) 기판의 어닐링을 수행하며,
상기 단계들은 본 발명에 따른 기계에 의해 전체적으로 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 프로세스의 바람직하지만 비-제한적인 몇몇 측면은 다음과 같다.
* 이 프로세스는 연속적으로 다음 하위 단계를 포함한다.
(i) 기판을 프리웨팅처리한다.
(ii) 절연성 유전체 층을 부착한다.
(iii) 기판을 세척 및 건조한다.
(iv) 기판을 어닐링한다.
(v) 금속의 확산에 대한 장벽 층을 활성화한다.
(vi) 기판을 세척 및 건조한다.
(vii) 충전 금속의 확산에 대한 장벽 층을 부착한다.
(viii) 기판을 세척 및 건조한다.
(ix) 기판을 프리웨팅처리한다.
(x) 금속의 전착에 의해 캐비티를 충전한다.
(xi) 기판을 세척 및 건조한다.
(xii) 기판을 어닐링한다.
* 이 프로세스는 기판을 세척 및 건조하는 단계(viii)와 기판을 프리웨팅처리하는 단계(ix) 사이에 기판의 어닐링 단계를 더 포함한다.
* 기판의 세척 및 건조 단계(iii), (vi) 및/또는 (viii)는 각각 부착 단계(ii), 활성화 단계(v) 및/또는 부착 단계(vii)에서와 동일한 모듈에서 수행된다.
* 각각의 단계(i), (ⅱ), (iv), (v), (vii) 및 (ix)의 시작에서, 기판은 로봇에 의해 상기 단계에 대응하는 모듈 내에 배치된 지지체에 고정된다.
* 지지체 상에 상기 기판을 고정한 다음, 상기 프로세스는 상기 지지체가 모듈 안으로 하강하는 동안 모듈이 폐쇄되는 단계를 더 포함한다.
* 각각의 단계(i), (ii), (iv), (v), (vii) 및 (ix)가 완료되면, 상기 지지체는 상기 모듈의 개구에 인접하게 되어, 로봇이 상기 지지체를 모듈로부터 추출할 수 있게 되어, 상기 모듈은 개방되고 상기 지지체는 제거된다.
본 발명의 다른 특징, 목적 및 장점들은 비제한적인 실시예에 의해 주어진 첨부 도면을 참조하여, 다음의 상세한 설명으로부터 보다 명확하게 나타날 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 기계의 일 예를 나타내는 일반적인 사시도 및 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 금속화 프로세스의 상이한 단계를 나타내는 도면이다.
도 3은 일반적으로 도 1a 및 도 1b의 기계의 습식 처리 모듈을 도시한다.
도 4는 절연성 유전체 층 또는 충전 층을 부착하기 위한 부착 모듈의 연결부의 일례의 상세도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 금속화 프로세스의 상이한 단계를 나타내는 도면이다.
도 3은 일반적으로 도 1a 및 도 1b의 기계의 습식 처리 모듈을 도시한다.
도 4는 절연성 유전체 층 또는 충전 층을 부착하기 위한 부착 모듈의 연결부의 일례의 상세도를 도시한다.
캐비티와, 예를 들어, 비아의 금속화를 위한 기계와, 본 발명에 따른 반 도전성 기판(S)을 설명한다.
기판(S)은 예를 들어, 적어도 하나의 비아를 갖는, 직경이 200mm 내지 300mm인 실리콘 기판이 될 수 있다.
이하에서, 본 발명은 특히 본 출원인의 이름으로 출원된 FR 10 54668과 문서 FR 2 933 425에 기재된 방법에 따라서 비아의 금속화를 위해 구현될 수 있다. 그 결과는 비아가 절연성 유전체 층, 확산에 대한 장벽 층 및 성장 층에 의해 만들어져, 덮여지게 되는 도전성 또는 반 도전성 기판(S)이다. 기판은 전착에 의해 비아를 충전하기 위한 곳만 남기고, 그 후 전체(ensemble)의 어닐링을 수행한다.
그러나 이는 제한적인 것은 아니며, 습식 처리하는 도전성 또는 반 도전성 기판(S)의 캐비티의 다른 금속화 공정이 전기 절연성, 확산 및 성장에 대한 장벽 층의 부착을 위해 사용될 수 있다.
또한, 이러한 기계는 예컨대 마이크로전자 산업에서 생산된 것과 같은 부품들을 제조하기 위하여 현재의 표준화에 부합하는 클린 룸에서 바람직하게 사용되도록 구성됨이 분명하다.
본 발명에 따른 기계는 화학적 배스(B)에서 유전체 절연 및 장벽 층을 부착하고 캐비티를 충전하는 습식 처리를 위해 구성된 일련의 모듈을 포함하고, 적어도 하나의 모듈은 반-도전성 기판(S)의 어닐링을 수행하도록 구성된다.
더욱 상세하게는, 상기 기계는 다음을 포함할 수 있다.
- 기판(S)의 적어도 하나의 프리웨팅 모듈(10),
- 절연성 유전체 층을 부착하기 위한 적어도 하나의 부착 모듈(20),
- 적어도 하나의 세척 및 건조 모듈(60),
- 충전 금속의 확산에 대한 장벽 층을 활성화하기 위한 적어도 하나의 활성화 모듈(30),
- 확산에 대한 장벽 층을 부착하기 위한 적어도 하나의 부착 모듈(40),
- 금속, 바람직하게는 구리의 전착에 의해 충전을 하기 위한 적어도 하나의 충전 모듈(50), 및
- 기판(S)의 적어도 하나의 어닐링 모듈(70).
이러한 각 단계들의 속도를 감안할 때, 단계들은 바람직하게는, 기계의 출력을 최적화하기 위해 다음을 포함할 수 있다.
- 기판(S)의 2개의 프리웨팅 모듈(10),
- 절연성 유전층을 부착하기 위한 3개의 부착 모듈(20),
- 세척 및 건조 모듈(60),
- 충전 금속의 확산에 대한 장벽 층을 활성화하기 위한 활성화 모듈(30),
- 확산에 대한 장벽 층을 부착하기 위한 부착 모듈(40),
- 금속, 바람직하게는 구리의 전착에 의해 충전을 하기 위한 8개의 충전 모듈(50), 그리고
- 기판(S)의 6개의 어닐링 모듈(70), 또는 22개의 모듈, 그 생산량은 시간당 적어도 10개의 기판(S)을 금속화 한다.
본 발명의 목적을 형성하는 기계(1)는 모든 금속화 단계들을 수행할 수 있는 것으로 이해된다. 그럼에도 불구하고, 이들 단계 중 일부만을 수행할 수 있는데, 예를 들어, 건식 공정에 의해 유전체 층, 예를 들어 SiO2 층이 이미 부착되어 있거나, 또는 필요하다면, 심지어 충전 금속(일반적으로 구리)의 확산에 대한 장벽 층이 부착되어 있는 비아를 갖는 기판(S)으로부터 시작하여 수행할 수 있다.
또한, 기계(1)는 별개의 모듈을 포함하기 때문에, 본 발명의 사상을 벗어나지 않고, 절연성 유전체 층들을 만들기 위한 모듈 없이, 또는 심지어 장벽 확산 층을 만들기 위한 모듈 없이도 기능 할 수 있다.
본 발명을 유지하면서, 기판(S)의 어닐링 모듈(70) 만이 건식 공정을 통해 기능하고, 다른 것은 습식 처리 단계를 수행하도록 구성된다.
특히, 습식 처리 부착 모듈, 특별하게는 프리웨팅 모듈(10), 절연성 유전체 모듈(20) 및 확산에 대한 장벽 층(40), 장벽(30)의 활성화, 충전 모듈(50)은 컨테이너(2)를 포함하고, 컨테이너(2)는 바닥(2a), 측 벽(2b), 및 리드(3)에 의해 폐쇄된 개구(2c)를 갖는다. 이 경우에, 측 벽(2b)은 제한적이지 않지만, 전체가 원통형으로 나타난다.
상기 컨테이너(2)는 화학적 배스(B) 및 모든 연결부와 각각의 모듈에 특정화된 수단을 포함하도록 설계된다. 이것은 또한 상기 금속화 공정의 해당 단계 동안 제 위치에서 기판(S)을 수용하고 유지하도록 구성된 지지체(4)(영어로 ≪스테이지(stage)≫)를 포함한다. 상기 지지체(4)는 전체적으로 수평 위치에서, 컨테이너(2)의 바닥(2a)과 평행하게 배열된다.
예를 들어, 지지체(4)는 기판(S)을 제 위치에 유지하기 위해서 기판(S)의 면으로 진공을 생성하도록 구성된 흡입 수단(5)이 장착된다. 이러한 흡입 수단은 특히 채널(5a)을 통해 하나 이상의 형태를 가질 수 있고, 그 제1 단부는 진공 펌프(5a)에 연결되어 있고, 반면에 제2 단부는 기판(S)을 수용하도록 구성된 지지체(4)의 표면, 예를 들면, 기판(S)의 중심 영역에서 종료된다.
바람직하게는, 기판(S)(이것은 다른 금속화 층을 수용하도록 구성되는, 비아(들)가 종결되는 활성 면과 활성 면 반대의 후방 면을 가짐)은 그 활성 면이 컨테이너(2)의 바닥(2a)의 반대 방향인 위쪽을 향하는 방식으로, 지지체(4) 상에 설정된다.
따라서 기판(S)의 후방 면은 지지체(4)와 접촉하게 된다.
컨테이너(2)에서 기판(S) 방향의 특정 선택은 사용되는 소비재의 양을 제한하고, 따라서 처리되는 기판(S) 당 금속화의 총 비용을 제한하며, 또한 기판(S)이 지지체(4)에 대한 활성 면에 제시되는 경우에 비해 기계의 공간을 제한한다.
사실, 기판(S)의 그 활성 면이 아래를 향해 있거나 또는 수직으로 배향되어 제시되고, 해당 단계를 완성하기 위해 이 위치에서 화학적 배스(B)에 플러그되는, 종래의 습식 공정 전지(cells)의 경우에, 전체 기판(S)이 화학적 배스(B)에 의해 습식화되는 것을 보장하는 것이 목적일 경우에는, 더 큰 부피의 화학적 배스(B)가 필요하다. 따라서, 종래의 전지와 같이, 모듈이 기판(S)을 수용하기 위해 활성 면이 아래를 향해 배치되었더라면, 사용되는 소비재의 양이 오늘날 공지된 기계에 비해서 유익할 수 있게 되려면 기계가 상당히 크게 되어야 했을 것이고, 그리고 배스의 모니터링을 수행하기 위해서는 훨씬 더 복잡했을 것이다.
여기서, 비교하여 보면, 기판(S)의 활성 면의 특정한 상향 방향은, 컨테이너(2)의 개구 방향으로, 활성 면이 수평 방향으로 연장하기 때문에 활성 면 상에서 미세한 막에 대해서 화학적 배스(B)를 제한하며, 한편으론 금속화 공정의 후속 습식 가공 단계를 완료하기 위한 습식을 적절히 보장한다.
사용되는 용액의 부피를 더욱 최적화하기 위해, 컨테이너(2)의 규모는 기판(S)의 활성 면을 커버하기 위해 필요한 부피를 제한하도록 구성된다. 이를 위해, 컨테이너(2)의 벽들은 예를 들어 기판(S)의 웨이퍼와 컨테이너(2) 사이에 작은 공간만을 남기는 기판(S)의 규모로 조정될 수 있다. 따라서, 각 모듈의 컨테이너(2)는, 지지체(4), 기판(S), 연결부 및 금속화 프로세스의 해당 단계와 연관된 것(예를 들어, 전기 접점, 밀봉 접합, 초음파 트랜스미터, 전해액 등), 화학적 배스(B)를 포함할 수 있게 충분히 크게 선택되고, 기계의 전체적인 공간뿐만 아니라 사용되는 소비재의 양을 최소한으로 제한되도록 감소하게 선택되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 직경이 약 200㎜의 실리콘 플레이트에 의해 형성된 기판(S)에 있어서, 처리된 플레이트의 규모에 대하여 컨테이너(2)의 내부 규모를 조절하여, 실리콘 플레이트당 1L 내지 1.5L의 탈이온수와 60mL 내지 300mL의 화학적 배스(B) 사이에서 사용될 수 있고, 이것은 화학적 배스(B)를 반드시 모니터링할 필요는 없다.
그러나 이러한 지지체(4) 상의 기판(S) 방향의 특정 선택은 습식 가공 금속화 동안 행해지는 여러 단계에 비추어 보아 분명하지 않다. 이들은 사실상, 일반적으로 기판(S)의 주변부에 연결된 전체 연결부와, 프로세스의 원활한 기능에 대한 손상의 불이익 하의 화학적 배스(B)로부터 보호되어야 할 모든 비용을 필요로 하며, 이 연결부는 이 설명을 통해 더욱 상세하게 증명될 것이다.
또한, 비아의 금속화의 여러 단계 동안 사용되는 화학적 배스(B)는 일반적으로 여러 번 재사용 할 수 있다. 이 효과를 위하여, 종래의 전지는 일반적으로 그들의 진화를 따르고, 필요하다면, 여분의 제품을 추가하여 화학적 배스(B)를 조정하거나 그들을 새로운 화학적 배스(B)로 대체하기 위해, 예정된 측정 파라미터(pH, 주어진 화학적 물질의 수량 등)를 취하기 위하여 화학적 배스(B)를 모니터링하기 위한 일련의 전체 수단을 포함한다.
이것은 사실 비용 절감을 위해, 기판(S) 당 소비재의 양을 제한하는 화학적 배스(B)의 사용 사이클 수를 최적화하는 것이 필요하다.
하지만 이 경우에, 상기에서 명백한 바와 같이, 화학적 배스(B)의 부피는 지지체(4) 상에 기판(S)의 후방 면을 위치시킴으로써 상당히 감소될 수 있다. 결과적으로, 화학적 배스(B)의 모니터링은, 화학적 배스(B)가 실제로 영향을 받는 기판(S) 당 전체적인 비용 없이, 수시로 갱신될 수 있는 정도로, 상당히 단순화될 수 있다. 예를 들어, 모두 22개의 습식 처리 모듈에 대한, 전술한 실시예에서, pH, 온도, 또는 화학적 배스(B)의 속도와 같은, 몇 개의 물리적 파라미터만이 모니터링 된다. 또한, 이 모니터링은 온라인에 관계없이, 즉, 기계에 직접 배치된 모니터에 의해, 또는 실험실에서, 오프라인으로, 수행될 수 있다.
이러한 효과를 위해, 기계는 별개의 모듈 형태로 제조되기 때문에, 샘플들은 또한 금속화 공정 중에 사용되도록 의도된 화학적 배스(B)를 포함하는 다수의 캔(can)의, 그리고/또는 화학적 배스(B)를 얻기 위해 다른 용액의 혼합물이 만들어지는 중간 탱크의, 상기 모듈의 배스 공급의, 각각의 모듈의 레벨에서 취해질 수 있다.
변형 예로서, 화학적 배스(B)는 체계적으로 사용되는 배스의 타입의 함수로서 결정된 사이클의 수의 완료시에 갱신될 수 있다. 일반적으로, 프리웨팅 모듈에서, 탈 이온수는 각 사이클 이후에 리프레시 되고, 반면 활성화 모듈에서는 화학적 배스(B)가 대략 매 10 사이클로 리프레시 된다. 따라서 상기 기계는 모니터링 배스를 위한 복잡한 시스템을 포함하는 기계보다 더욱 단순하며, 필요한 경우, 기계의 다른 위치에서 샘플링함으로써 오프라인 모니터링을 허용한다.
활성 면을 위쪽으로 위치 결정하는 또 다른 장점은 지지체(4)가 후방 면을 화학적 배스(B)에 의한 오염으로부터 보호할 수 있다는 것이다.
이제 본 발명에 따른 기계를 형성하는 모듈의 실시예가 설명된다. 일 예의 기판(S)은 일련의 비아를 포함하는 실리콘 기판이다. 지지체(4)는 모듈의 공간을 제한하고, 플레이트의 전체 후면을 보호하기 위해, 실질적으로 동일한 형태와 크기를 갖는다. 그러나 이것은 제한되지 않으며, 기판(S)의 다른 타입이 예상될 수 있다.
일반적으로, 그리고 앞에서 명백한 바와 같이, 상기 모듈 각각은 바닥(2a), 측벽(2b) 및 리드(3)에 의해 폐쇄된 개구로 형성된 컨테이너(2)를 포함하며, 컨테이너(2)의 바닥(2a)에는 기판(S)을 제 위치에 수용하고 유지하도록 의도된 지지체(4)가 배치되어 있다.
바람직하게는, 습식 처리 모듈의 지지체(4)는, 컨테이너(2)의 바닥(2a)에 인접하며, 금속화 공정과 관련된 단계가 행해지는, 하부로서 공지된, 제1 위치와, 모듈의 개구에 인접하며, 기판(S)이 지지체(4)상에 특별하게 위치되고 그 후에 이로부터 제거되며, 바람직하게는 로봇(80)에 의해 자동으로 제거되는, 상부로서 공지된, 제2 위치 사이에서, 지지체(4)를 수직으로 이동시키도록 구성된 수단을 포함한다.
프리웨팅 모듈(10)의 목적은 탈 이온수가 비아에 들어가도록 해서 절연 층에 의해 그 이후의 코팅을 가능하게 하기 위한 것이다. 이를 위해, 이것은 컨테이너(2)에 물을 도입하도록 구성된 수단에 연결된, 물의 소스, 바람직하게는, 탈 이온수와 함께, 기판(S)을 진공화시키는, 일반적으로 1 내지 10 mbar의 압력으로 진공화시키는 펌프를 포함한다.
이와 같은 절연성 유전체 층(20)을 부착하기 위한 부착 모듈은 컨테이너(2)에 배치된 애노드와, 광 빔을 방출하는 소스를 포함하는 조명 장치와, 기판(S)의 표면을 활성화시키기 위해 기판(S)의 전체 표면상에 광 빔을 확산시키기 위한 수단과, 여기에서는 전해질인 화학적 배스(B)로부터 물리적으로 절연된 전기 접점(7)을 위한 장치를 포함한다.
애노드는 바람직하게는 불활성 금속(예를 들어, 백금으로 덮여진 티탄)을 포함하고, 회전하는 동안 기판(S)의 주위를 이동하도록, 지지체(4)에 대하여 회전식으로 장착될 수 있다. 여기서, 원형 플레이트의 경우에, 애노드는 따라서 플레이트와 지지체(4)의 대칭축에 대하여 회전하여 장착된다.
예를 들어, 애노드, 조명 장치 및 부착 모듈의 전력 공급 장치는 본 출원인의 이름으로 출원된 문서 FR 2 943 688에 기술된 모듈과 호환될 수 있다.
또한, 전기 접속을 위한 장치는 전기화학 반응을 가능하게 하는 전위에서 기판(S)의 표면을 분극화하기 위해, 기판(S)과 애노드에 대한 연결 수단(7)을 가지며, 밀봉 조인트(8)에 의해 전해질로부터 절연된다. 이것들은 기판(S) 상에 균일하게 배치된 여러 접점 포인트에서 기판(S)에 공급을 제공하도록 하기 위해, 기판(S)의 주변을 따라 불균일한 환형 형상의 전기 접점(7)이 될 수 있다. 이들 접점(7)은 또한 도넛형(toroidal) 밀봉 조인트(8)에 의해 기판(S)의 주변을 따라 모두 보호되어, 전해질로부터 접점을 절연하면서, 이들을 전원 공급 장치에 연결되도록 한다. 도넛형 조인트(8)의 반경 크기(기판의 주변부에 대하여)는 바람직하게는 약 2 내지 4mm이다.
이러한 방식으로 그리고, 특히 밀봉 조인트로 인해, 상기 모듈의 구성은 따라서, 전기적 접점(7)의 손상 위험 없이, 그 활성 면이 위를 향하면서, 지지체(4) 상에서 기판(S)의 위치 결정을 보장한다.
마지막으로, 적어도 두 개의 화학 용액을 포함하는 전해질(B)은 모듈로 도입되기 전에, 믹서에서 모듈의 상류(upstream)에 형성된다. 예를 들어, 기계(1)는 특정 배럴(B)에서 각 용액의 필요 수량을 샘플링하고, 그것을 컨테이너(2)에 도입하기 전에, 절연성 유전체 층을 부착하는 데 사용되는 전해질(B)을 얻기 위해 소정 비율에 따라 이들을 혼합하는 믹서에 도입하도록 구성된, 펌프 및 디스펜서의 시스템을 포함할 수 있다.
활성화 모듈(30) 및 충전 금속(40)에 대하여 장벽에 대한 확산 층을 부착하기 위한 부착 모듈은 50℃ 내지 80℃사이, 바람직하게는 65℃의 온도로 기판(S) 및/또는 화학적 배스(B)를 가열하도록 구성된 수단, 초음파 또는 메가소닉 트랜스미터, 및 밀봉 조인트를 포함한다. 더 자세한 내용은 본 출원인의 이름으로 출원된 참고문헌, 특히 WO 2011/039310 및 WO 2011/029860을 참조할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 기판(S)은 그 위에 배치된 지지체(4)에 의해 원하는 온도로 직접 가열되고, 화학적 배스(B)는 컨테이너(2)에 도입되기 전에 가열된다.
또한, 밀봉 조인트의 목적은 2 내지 4 ㎜ 정도의 반경 크기로, 기판(S)의 주변 영역을 절연하는 것이다.
다시, 화학적 배스(B)는 두 개의 다른 화학 용액을 포함할 수 있고, 여기서, 모듈은 상류에서, 용액이 모듈로 도입되기 전에 용액을 혼합하도록 구성된 관련 믹서에 연결되어 있다.
절연성 유전 층(20)의 부착, 충전 금속 층(30)의 확산에 대한 장벽의 활성화, 및 상기 장벽 층(40)의 부착을 위한 각각의 부착 모듈은 기판(S)을 세척 및 건조시키기 위한 수단을 더 포함할 수 있다. 이를 위해, 상기 모듈은 컨테이너(2)를 밀폐시키는 외부 통과, 세척 유체, 여기서는 탈 이온수를 기판(S)에 보내도록 구성된 적어도 하나의 노즐, 그리고 지지체의 대칭축에 대해 지지체(4)를 회전식으로 설정하는 수단을 더 포함한다.
탈 이온수를 기판(S)에 보내도록 구성된 노즐은 예를 들면, 모듈에 대해 회전식으로 장착된 아암에 고정될 수 있고, 탈 이온수를 기판(S)의 중심 영역으로 보내도록 구성되어 있다.
이러한 방식으로, 금속화 공정의 단계가 모듈에서 완료될 때, 모듈의 리드(3)가 열리고 지지체(4)는 높은 위치에 위치되게 된다. 물이 기판(S)으로 보내져 기판(S)을 세척하고, 다음에 기판(S)은 회전되어 물을 버리고 건조되게 설정된다.
지지체(4)는 선택적으로 터브(tub)에서 기판(S)의 표면에 남아있는 배스 잔유물을 배출하기 위해 먼저 물로 세척되도록 회전식으로 설정될 수 있다.
또한, 바람직한 실시예에 따르면, 기판(S) 및 선택적으로 지지체(4)는 터브(tub)에서 물을 배출하도록 높은 위치에서 컨테이너(2) 밖으로 돌출하여 있다.
금속, 바람직하게는 구리의 전착에 의해 충전하기 위한 충전 모듈은, 컨테이너(2)에 배치된 애노드와, 여기서 전해질인 화학적 배스(B)로부터 물리적으로 절연된 전기 접점에 놓이는 장치 등을 포함한다.
애노드는 바람직하게는 불활성 금속 또는 부착된 금속(여기서는 구리)과 동일한 금속을 포함하고, 회전하는 동안, 기판(S)의 주위를 이동하도록, 지지체(4)에 회전식으로 장착될 수 있다. 여기서, 원형 플레이트의 경우에, 애노드는 따라서 플레이트와 지지체(4)의 대칭축에 대해 회전식으로 장착된다.
또한, 전기 접속을 위한 장치는 절연성 유전체 층을 부착하기 위한 부착 모듈의 것과 동일하고, 전기화학 반응을 가능하게 하는 전위에서 구리에 대하여 장벽 확산 층의 표면을 분극화하기 위해, 기판(S)과 애노드에 대한 연결 수단을 갖는다. 또한 이것은 전술한 바와 같이 도넛형일 수 있는 밀봉 조인트에 의해 전해질로부터 절연되고, 전기 접점에 대해 환형의 채널을 형성하고, 약 3 내지 5mm의 반경 거리를 통해 연장된다.
충전 모듈은 성장 층 및 비아의 충전 층을 부착하도록 구성된다. 변형례로서, 그리고 본 출원인의 이름으로 출원된 2010년 6월 11일자의 FR 10 54668에 상세히 기술된 바와 같이, 모듈은 또한 성장 층의 이전 부착 없이 구리 전기 부착에 의해 비아를 충전하도록 구성된다. 참조문헌에는 프로세스와 모듈 자체에 관한 자세한 내용이 기술되어 있다.
또한, 충전 모듈은 지지체(4)의 대칭 축에 대하여 지지체(4)를 회전식으로 설정하는 건조 수단과 함께, 컨테이너(2)를 둘러싸는 외부 터브를 포함한다. 이러한 방식으로, 충전 공정이 종료되면, 모듈의 리드(3)가 열리고 지지체(4)는 높은 위치로 이동한다. 그리고 기판(S)은 다음 모듈로 전송되기 전에 전해질 잔유물을 배출하도록 회전식으로 설정된다.
선택적으로, 충전 모듈은 또한 전술한 바와 같은 세척 수단을 포함할 수 있다. 그러나 이것은 기판(S)이 세척 및 건조 모듈로 전송되는 정도로서, 필수적인 것은 아니다.
화학적 배스(B)은 여러 번 재사용 될 수 있고, 전기화학 배스와 기판(S)(및 전기적 접점을 위한 특별한 장치)에 접속된 다른 연결부 사이의 접점은 회피될 수 있기 때문에, 프리웨팅, 절연성 유전체 층의 부착, 금속의 확산에 대한 장벽 층의 활성화, 금속의 확산에 대한 장벽 층의 부착, 및 충전을 위한 모듈들은 적어도 부분적으로 화학적 배스(B)의 배출을 허용하는 적어도 하나의 배출 수단을 더 포함한다.
사실, 지지체(4)가 예를 들어 로봇(80)의 핀처(pincers)에 의해 파지 되기 전에 높은 위치에 배치되는 경우에도, 화학적 배스(B)의 막이 기판(S)의 표면에 남아 있다. 화학적 배스(B)의 습윤성(wettability)으로 인해, 기판(S)이 젖는 위험성 없이 배스에서 분리하는 것은 상당히 어렵다.
배출 수단(evacuation means)은 예를 들면 모듈의 리드(3)로부터 연장하며 화학적 배스(B)를 적어도 부분적으로 흡입하는 튜브를 포함한다. 이 튜브는, 예를 들면, 튜브가 튜브 리드(3)를 향해 후퇴하고, 기판(S) 또는 금속화 공정의 처리를 방해하지 않는, 후퇴 위치와, 튜브의 자유 단부가 기판(S)의 활성 면을 향하게 되지만, 낮은 위치에 있게 되는, 흡입 위치 사이에서, 기판(S)은 튜브를 차단하지 않고 화학적 배스(B)로부터 최대로 흡입하기 위해 기판(S)으로부터 짧은 거리(0.1mm 내지 3mm 정도)에서, 리드(3)에서 움직일 수 있게 장착될 수 있다. 그리고 튜브는 재사용하거나 또는 새로운 배스로 교체하기 위하여 화학적 배스(B)의 대부분을 흡입할 수 있다.
변형례로서, 배출 수단은 또한 화학적 배스(B)를 적어도 부분적으로 흡입하기 위한 노즐을 포함할 수 있다. 이 노즐은 예를 들어, 모듈의 피봇에 장착된 아암의 자유 단부에 고정될 수 있다.
모든 경우에 있어서, 0.3 mm 내지 3 mm 두께 정도의 매우 미세한 막만이 기판(S)에 남아있게 된다. 그러나, 남아있는 화학적 배스(B)의 미세한 막과 기판(S) 사이의 표면 장력은 이들을 오염시키는 위험 없이 연결을 해제한다.
기판(S)이 활성 면을 화학적 배스(B) 안을 향해 플러그 시키면, 종래의 기계의 경우와 같이, 연결부의 단절과 관련된 문제가 발생하지 않는 것이 명백하다. 사실, 기판(S)은 연결부와 바로 해제된다.
세척 및 건조 모듈은 탈 이온수를 기판(S)에 보내는 노즐을 공급하기 위한, 유체, 여기서는 탈 이온수의 공급장치와, 지지체(4)를 지지체(4)의 대칭 축에 대하여 회전식으로 설정하는 수단을 포함한다.
노즐은 예를 들어 상기 모듈에 회전식으로 장착된 아암의 자유 단부에 고정될 수 있다.
상기 모듈은 또한 기판(S)의 표면을 완전히 건조할 수 있도록 기판(S)의 활성 면에 불활성 가스, 일반적으로 질소를 보내도록 구성된 노즐을 포함한다.
마지막으로, 어닐링 모듈(70)은 일반적으로 콜드 소스(71)[영어로 ≪콜드 플레이트(cold plate≫]를 형성하는 플레이트와, 기판(S)의 후방 면을 수용하도록 된 핫 소스(72)[영어로≪핫 플레이트(hot plate)≫]를 형성하는 플레이트와, 하나의 플레이트로부터 다른 플레이트로 기판(S)을 이동시키도록 된 내부 로봇(70)과, 컨테이너(2)에 존재하는 가스를 불활성 가스로 대체하고, 그 반대로도 대체하게 하는 수단(74)을 포함한다.
동작 시에, 내부 로봇(73)은 바람직하게는 웨이퍼에 의해 기판(S)을 파지(grip)하고, 그것을 콜드 소스(71)를 형성하는 플레이트 상에서, 어닐링 모듈(70) 안에 배치한다. 그리고 컨테이너(2)는 폐쇄되고, 그 분위기(atmosphere)는 불활성 가스로 대체된다. 내부 로봇(73)은 다음에 핫 소스(72)를 형성하는 플레이트 상에 기판(S)을 배치하고, 그것이 정해진 기간 동안, 일반적으로 몇 분 동안 어닐링되도록 놓여진다. 마지막으로, 로봇(73)은 정해진 기간 동안, 일반적으로 몇 분 동안 콜드 소스(71)를 형성하는 플레이트 상에 기판(S)을 재위치 시키고, 불활성 공기는 흡입되고 모듈(70)은 개방된다.
바람직한 실시예에 따르면, 기계(1)는 배기되고, 즉 모든 가스는, 작업자에게 노출되는 것이 방지되도록, 배관 시스템을 통해 클린 룸 밖으로 배출된다.
또한, 기계(1)는 작업자와 화학적 배스(B) 또는 기판(S) 사이의 접촉을 제한하거나 또는 배제하거나, 임의의 접촉 위험을 방지하기 위해, 금속화 공정(100)의 모든 공정을 자동화하도록 구성된다.
이를 위해, 기계(1)는 예를 들어 복수의 기판(S)을 수용하는 카세트(도면에서는 보이지 않음)를 수용하도록 된 리셉터클(R)과, 적어도 하나의 로봇을 포함할 수 있고, 상기 로봇은 상기 카세트로부터 기판(S)을 연속하여 추출하고, 각각의 반 도전성 기판(S)의 비아의 금속화 단계를 수행하기 위해, 이것들을 하나의 모듈로부터 다른 모듈로 연속하여 이동시킨다.
모듈들 사이에서 기판(S)을 더 쉽게 이동시키기 위해, 금속화 공정(100)의 각 단계 사이에서, 로봇(80)은 예를 들어 평탄한 표면을 가지며 주걱(spatula)과 같이 그 바닥 면에 의해 기판(S)을 파지하는 핀처(pincers)를 포함할 수 있다. 이 주걱은 또한, 기판(S)이 핀처에 견고히 유지되는 것을 보장하기 위하여 진공을 생성하는 노즐과 같은 고정 수단으로 고정될 수 있다.
또한, 모듈을 지지체(4s)의 높은 위치에 배치하게 되면, 핀처에 의해 지지체(4s) 상에 기판(S)을 정확하게 위치 결정할 수 있게 된다.
최종적으로, 모듈은 로봇(80)이 이동 가능한 레일의 양측에 배치될 수 있고, 기계의 공간을 감소시키기 위해 적어도 두 단계로 분배될 수 있다.
본 발명에 따른 기계는 높이 3m에 대하여 2m X 5m 정도의 치수를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 관통 실리콘 비아 타입의 구조와 같은 반 도전성 또는 도전성 기판(S)의 캐비티의 금속화 공정에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 프로세스는 다음 단계를 포함한다.
a) 절연성 유전체 층을 부착하는 단계,
b) 충전 금속의 확산에 대한 장벽 층을 부착하는 단계,
c) 금속, 바람직하게는 구리의 전착에 의해 캐비티를 충전하는 단계, 그리고
d) 기판(S)의 어닐링을 수행하는 단계.
이러한 단계들은 바람직하게는 모두 본 발명에 따른 기계에 의해 수행된다. 그러나, 기판(S)이 이미 절연성 유전체 층, 또는 절연성 유전체 층 및 금속의 확산에 대한 장벽 층을 포함하는 경우, 단계 b), c), d)를, 혹은 필요 시에는, 단계 c)와 d)만 수행할 수 있다.
더욱 정확하게는, 프로세스(100)는 다음 단계를 포함할 수 있다.
(i) 기판(S)(110)을 프리웨팅하는 단계
(ii) 절연성 유전체 층(120)을 부착하는 단계
(iii) 기판(S)(130)을 세척 및 건조하는 단계
(iv) 기판(S)(140)을 어닐링하는 단계
(v) 금속(150)의 확산에 대한 장벽 층을 활성화하는 단계
(vi) 기판(S)(160)을 세척 및 건조하는 단계
(vii) 충전 금속(170)의 확산에 대한 장벽 층을 부착하는 단계
(viii) 기판(S)(180)을 세척 및 건조하는 단계
(ix) 기판(S)(190)을 프리웨팅하는 단계
(x) 금속(200)의 전착에 의해 캐비티를 충전하는 단계,
(xi) 기판(S)(210)을 세척 및 건조하는 단계
(xii) 기판(S)(220)을 어닐링하는 단계
상기 프로세스는 상기 기판(S)(180)의 세척 및 건조 단계와, 기판(S)(190)의 프리웨팅 단계 사이에 기판(S)의 추가적인 어닐링 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 기판(S)(130),(160) 및/또는 (180)의 세척 및 건조 단계는 각각 부착(120), 금속(150)의 확산에 대한 장벽 층의 활성화, 및/또는 부착(170)의 단계에서와 동일한 모듈에서 행해질 수 있다.
상기 프로세스(100)는 다음과 같이 수행될 수 있다.
제1 단계 동안, 작업자는 복수의 기판(S), 예를 들면, 25 개의 실리콘 플레이트를 포함하는 카세트를 리셉터클(R) 내에 위치시킨다.
상기 프로세스(100)의 나머지는 작업자의 개입 없이 완전히 자동화될 수 있다.
상기 카세트는 일반적인 수단에 따라 개방되고 로봇(80)은 플레이트를 파지하여 이것을 프리웨팅 모듈(10)에 이동시킨다.
상기 프리웨팅 모듈(10)은 바람직하게는 개방되고, 그 지지체(4)는 지지체(4) 상에 플레이트를 삽입 및 위치결정 하는 것을 가능하게 하는 높은 위치에 있다. 바람직하게는, 로봇(80)은 플레이트를 지지체(4)의 중심에 놓는다.
그리고 지지체(4)는 예를 들어, 그 후방 면을 보호하고 모듈(10)의 낮은 위치로 이동되기 전에, 모듈(10)에서 제 위치에 유지되도록 하기 위하여, 진공을 생성함으로써 플레이트를 고정한다.
다음에, 모듈(10)은 리드(3, 5)에 의해 폐쇄되고 프리웨팅 단계(110)가 행해진다.
이 단계를 완료하면, 탈 이온수가 흡입된다. 이를 위해, 실시예에 따르면, 튜브는, 그 단부가 0.1mm 내지 3mm 정도의 거리에서, 플레이트의 활성 면에 인접하게 되는 방식으로 리드(3)로부터 내려오고, 탈 이온수가 흡입된다. 이 튜브는 그리고 리드(3) 안으로 후퇴하고, 모듈(10)은 개방된다.
상기 지지체(4)는 바람직하게는 다시 개구 위의 높은 위치로 상승하여 컨테이너(2) 밖으로 돌출하고, 상기 플레이트는 대칭 축에 대한 지지체(4)의 회전에 의한 건조 단계를 거친다.
마지막으로, 지지체(4)는 플레이트를 방출하고, 로봇(80)은 이것을 관리하고 그것을 절연성 유전체 층을 부착하기 위한 부착 모듈로 이송할 수 있다.
제2 단계 동안, 상기 기계는 절연성 유전체 층(120)을 부착한다.
이를 위해, 로봇(80)은 지지체(4) 상에 플레이트를 위치시키며, 이것은 전술한 바와 같이, 모듈의 바닥(2a)에서 하부 위치로 이동되기 전에, 플레이트를 제 위치에 고정한다. 절연성 유전체 층을 부착하기 위한 부착 모듈은 다음에 리드(3)에 의해 폐쇄되고 절연성 유전체 층을 부착하기 위한 부착 단계가 행해질 수 있다.
이 단계(120)는 본 출원인의 이름으로 출원된 문서 FR 2 943 688에 상세히 설명되어 있어 여기서는 더 상세히 설명하지 않는다.
이 단계를 완료하면, 화학적 배스(B)는 전술한 바와 같이, 예를 들어, 튜브로 인한 재사용 또는 대체를 위하여 흡입된다.
그리고 연결부(즉, 특히 전기 접속을 위한 장치)는 지지체(4)에서 분리될 수 있다.
상기 지지체(4)는 바람직하게는 다시 개구 위의 높은 위치로 상승하고, 플레이트는 세척 및 건조 단계(130)를 거친다. 이를 위해, 노즐은 바람직하게는 그 중심 영역에서, 플레이트를 위로 이동시키고, 탈 이온수(또는 다른 세척액)를 플레이트로 보낸다. 그리고 외부 터브에서 탈 이온수를 배출하고 플레이트를 건조시키기 위해 이것을 회전식으로 설정한다.
산택적 실시예로서, 지지체(4)는 이미 터브에서 기판(S)의 표면에 존재하는 배스 잔유물을 배출시키기 위해, 물로 세척하기 전에 먼저 회전식으로 설정될 수 있다.
마지막으로, 지지체(4)는 플레이트를 해제하고, 로봇(80)은 플레이트를 파지하여 어닐링 모듈(70)로 이송할 수 있다.
그러면 상기 로봇(80)은 플레이트를 내부 로봇(73)에 제공하며, 이 내부 로봇은 웨이퍼로 플레이트를 파지하여, 콜드 소스(71)를 형성하는 플레이트 상에, 어닐링 모듈(70)로 이동시킨다. 이어서, 전술한 바와 같이, 컨테이너(2)가 폐쇄되고, 공기가 불활성 가스로 대체되고, 내부 로봇(73)은 이 플레이트를 핫 소스(72)를 형성하는 플레이트로 대체하고, 정해진 기간 동안, 일반적으로 몇 분 동안 가열(140)하게 둔다. 마지막으로, 내부 로봇(73)은 콜드 소스(71)를 형성하는 플레이트 상에 기판(S)을 재위치 시키고, 불활성 공기는 배출되고 모듈(70)은 재개방된다. 그리고 이 내부 로봇은 상기 플레이트를 파지할 수 있고, 그리고 상기 플레이트를 로봇(80)에 건네주고, 이것을 금속(30)의 확산에 대한 장벽 층을 활성화하기 위한 활성화 모듈로 이동시킨다.
금속의 확산에 대한 장벽 층을 활성화하기 위한 활성화 모듈은, 처리 단계 자체를 제외하고는, 절연성 유전체 층(20)을 부착하기 위한 부착 모듈과 유사하게 작동하며, 그동안, 표면은 확산(40)에 대한 장벽 층의 다음 부착을 고려하여 활성화된다.
처리 단계(150)의 완료시, 플레이트는 또한 전술한 바와 같이, 세척 및 건조된다.
로봇(80)은 플레이트를 금속의 확산에 대한 장벽 층을 부착하기 위한 부착 모듈로 이동시키고, 이것도 처리 단계 자체를 제외하고는, 절연성 유전체 층(20)을 부착하기 위한 부착 모듈과 유사하게 작동하며, 그동안, 장벽 층은 예를 들어, 출원서 WO 2011/039310 및 WO 2011/029860에 기술된 바와 같이, 부착되며, 그 후 플레이트는 전술한 바와 같이 세척 및 건조된다.
그리고 로봇(80)은 플레이트를 프리웨팅 모듈로 이동시키고, 여기서, 플레이트는 로봇(80)에 의해 충전 모듈로 이동되기 전에, 전술한 바와 동일하게 프리웨팅된다.
충전 모듈은 또한 처리 단계 자체를 제외하고는, 절연성 유전체 층을 부착하기 위한 부착 모듈과 유사하게 작동하며, 그동안, 비아는, 예를 들어, 본 출원인의 이름으로 출원되어 2010년 6월 11일자로 등록된 FR 10 54668에서처럼, 성장 층의 이전 부착과 함께, 또는 부착 없이, 전착에 의해 충전된다.
그러나, 최종적인 세척 및 건조 공정은 선택적임이 분명하다. 특히, 바람직한 실시예에 따르면, 지지체(4)가 높은 위치로 돌아갈 때, 지지체(4)의 대칭 축에 대한 지지체(4)의 회전에 의해 한 번의 건조 단계만이 수행될 수 있다.
로봇(80)은 그리고 플레이트를 세척 및 건조 모듈로 이송한다.
세척 및 건조 모듈은 바람직하게 개방되고 그 지지체(4)는 높은 위치에 있다. 상기 로봇(80)은, 전술한 바와 같이, 모듈 내의 하부 위치에 있기 전에, 플레이트를 제 위치에 고정시키는 지지체(4)에 플레이트를 위치시킨다. 선택적으로, 세척 및 건조 모듈은 리드(3)에 의해 폐쇄될 수 있고, 세척 및 건조 단계가 행해질 수 있다.
이 단계 동안, 노즐은 예를 들어, 아암에 의해 플레이트 위에 놓이고, 플레이트의 활성 면에 세척 유체, 여기서는 탈 이온수를 보낸다. 그리고 이 플레이트는 물을 배출하기 위해 지지체(4)의 대칭 축에 대하여 회전식으로 설정된다. 마지막으로, 다른 노즐이 플레이트 위에 놓이고, 불활성 가스, 예를 들어 질소를 플레이트의 활성 면, 바람직하게는 그 중심으로 보낸다.
이 단계를 완료하면, 지지체(4)는 다시 높은 위치로 돌아가고, 로봇(80)은 플레이트를 파지하게 되고, 플레이트를 어닐링 모듈로 이송하게 된다.
상기 어닐링 모듈은 전술한 바와 같이, 플레이트의 어닐링을 행한다.
마지막으로, 로봇(80)은 어닐링 모듈 내의 플레이트를 파지하고 그것을 카세트 내에서 대체하고, 또는 필요시에는, 새로운 카세트에서 대체한다.
전체 금속화 공정은 전체적으로 플레이트당 1h 내지 2h 사이에서 지속되며, 화학적 배스(B)를 약 1.2L 소비한다.
비교하여 보면, 기판(S) 상에 몇몇 층(특히 충전 금속에 대한 장벽 확산 층)을 형성하는 습식 처리로 구성되는 그룹화된 처리 공정은(영어로 ≪배치(batch) 당≫) 또한 부분적으로 금속화된 기판(S)을 신속하게 생산한다. 그럼에도 불구하고, 그들은 프리웨팅 단계(여기서는 물이 캐비티 안으로 들어가게 할 필요가 있다), 절연성 유전체 층의 부착 단계, 및, 동일한 화학적 배스(B) 안으로 동시에 플러그된 여러 기판(S) 상에 충전하는 단계(이것은 특히 연결부를 필요로 한다)를 행하는 것이 불가능한 것처럼, 금속화 공정의 모든 단계에 적용할 수는 없다.
관련 기계들은 사용되는 화학적 배스(B)의 부피로 인해, 매우 부피가 크고 복잡한 모니터링 수단을 필요로 한다.
반대로, 본 발명에 따른 기계는 기판을 순서대로 처리함으로써, 사용되는 소비재의 양을 감소시키고, 결과적으로 필요한 공간과 화학적 배스(B)의 모니터링 필요성 역시 감소하며, 따라서, 본 발명에 따른 공정에 따라 처리되는 기판당 제조 비용을 절감하고, 양질의 금속화된 기판을 신속하게 생성한다.
물론, 본 발명은 위에서 기술되었고 도면에 도시된 실시예에 한정되지 않고, 전문가는 이로부터 다양한 변형 및 수정을 할 수 있다.
Claims (32)
- 관통 실리콘 비아 타입의 구조와 같은 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계(1)로서,
a) 캐비티 내에 절연성 유전체 층을 부착하는 단계,
b) 충전 금속의 확산에 대한 장벽 층을 부착하는 단계,
c) 금속, 바람직하게는 구리를 전착하여 캐비티를 충전하는 단계, 및
d) 기판의 어닐링을 수행하는 단계를 포함하는 금속화 프로세스에 따라, 금속화하기 위한 기계(1)에 있어서,
화학적 배스(B)에서 상기 단계 a), b) 및 c)의 습식-처리를 행하도록 구성된 일련의 습식-처리 모듈(10-60)과,
당해 기계(1)가 캐비티의 전체 금속화 프로세스를 완성할 수 있게 되도록 기판(S)의 어닐링 단계 d)를 행하도록 구성된 적어도 하나의 추가적인 모듈(70)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제1항에 있어서,
상기 기판(S)은 캐비티가 형성되어 있는 활성 면과, 상기 활성 면과 마주하는 후방 면을 포함하고, 각각의 습식 처리 모듈은 화학적 배스(B)를 포함하도록 설계된 컨테이너(2)를 포함하며, 상기 기판(S)의 활성 면이 모듈의 바닥(2a)과 마주하는 방향으로 위쪽을 향하도록, 컨테이너의 바닥(2a)에는 기판의 후방 면을 수용하도록 의도된 지지체(4)가 수평으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제2항에 있어서,
상기 지지체(4)는 금속화 공정 동안 제 위치에 상기 기판(S)을 유지하도록 구성된 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제2항 및 제3항에 있어서,
상기 지지체(4)는 상기 기판(S)의 후방 면을 보호하도록 구성된 보호체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제3항 및 제4항에 있어서,
상기 장치 및 보호체는 상기 지지체(4)와 상기 기판(S) 사이에 진공을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 채널에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 습식 처리 모듈의 컨테이너(2)는 상기 컨테이너(2)의 내부 부피를 제한하기 위해 상기 지지체(4)에 실질적으로 인접하여 있는 측벽(2b)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판(S)의 적어도 하나의 어닐링 모듈(70)을 포함하며,
일련의 습식 처리 모듈은,
- 상기 기판(S)의 적어도 하나의 프리웨팅 모듈(10),
- 절연성 유전체 층을 부착하기 위한 적어도 하나의 부착 모듈(20),
- 적어도 하나의 세척 및 건조 모듈(60),
- 확산에 대한 장벽 층을 활성화하기 위한 적어도 하나의 활성화 모듈(30),
- 확산에 대한 장벽 층을 부착하기 위한 적어도 하나의 부착 모듈(40), 및
- 금속의 전착에 의해 충전하기 위한 적어도 하나의 충전 모듈(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제7항에 있어서,
상기 기판(S)의 적어도 6개의 어닐링 모듈(70)을 포함하며,
일련의 습식 처리 모듈은,
- 기판의 적어도 두 개의 프리웨팅 모듈(10),
- 절연성 유전체 층을 부착하기 위한 적어도 3개의 부착 모듈(20),
- 적어도 하나의 세척 및 건조 모듈(60),
- 확산에 대한 장벽 층을 활성화하기 위한 적어도 하나의 활성화 모듈(30),
- 확산에 대한 장벽 층을 부착하기 위한 적어도 하나의 부착 모듈(40), 및
- 금속의 전착에 의해 충전하기 위한 적어도 8개의 충전 모듈(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제2항과 조합된, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
프리웨팅 모듈(10), 절연성 유전체 층(20)을 부착하기 위한 부착 모듈, 세척 및 건조 모듈(60), 활성화 모듈(30), 확산에 대한 장벽 층의 부착 모듈(40), 및 충전 모듈(40) 각각은, 지지체가 지지체 상에서 기판(S)의 배치를 가능하게 하는 모듈의 개구(2c)에 인접하는, 높은 위치와, 지지체(4)가 그 습식 공정 처리를 가능하게 하도록 모듈(2) 안에서 내려가는, 낮은 위치 사이에서, 기판을 수직으로 이동하도록 구성된 수단(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
절연성 유전체 층(20)을 부착하기 위한 부착 모듈, 확산에 대한 장벽 층의 활성화 모듈(30), 확산에 대한 장벽 층을 부착하기 위한 부착 모듈(40), 및/또는 충전 모듈(50)은 상기 기판의 세척 및 건조를 위한 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제10항에 있어서,
상기 세척 및 건조를 위한 장치는 상기 기판의 활성 면에 세척 유체를 부착하도록 구성된 아암을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제11항에 있어서,
상기 세척 및 건조를 위한 장치는 상기 지지체(4)의 중심 축에 대하여 지지체(4)를 회전식으로 설정하도록 구성된 모터 및/또는 상기 기판(S)을 건조하기 위해 상기 기판상에 불활성 가스를 보내도록 구성된 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
절연성 유전체 층을 부착하기 위한 부착 모듈, 확산에 대한 장벽 층의 활성화 모듈(30), 확산에 대한 장벽 층을 부착하기 위한 부착 모듈(40) 및/또는 충전 모듈(50)은 상기 지지체(4)의 회전 중에 세척 유체를 수용하도록 구성된 리셉터클에 배치하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
프리웨팅 모듈, 절연성 유전층의 부착, 활성화 모듈, 확산에 대한 장벽 층의 부착, 및 충전 모듈은 화학적 배스(B)의 적어도 부분적인 배출(evacuation)을 허용하도록 구성된 적어도 하나의 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제14항에 있어서,
상기 수단은 상기 화학적 배스(B)를 적어도 부분적으로 흡입하도록 구성된, 모듈(2)의 리드(3)로부터 확장하는 튜브, 및/또는 상기 화학적 배스(B)를 적어도 부분적으로 흡입하도록 구성된 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제7항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 기판을 수납하는 카세트를 수용하도록 구성된 리셉터클(R)과, 상기 각각의 기판(S)의 적어도 하나의 캐비티를 금속화하기 위해서, 카세트로부터 상기 기판을 연속하여 추출하고 이들을 하나의 모듈로부터 다른 모듈로 연속하여 이동시키는 적어도 하나의 로봇(80)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제7항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 어닐링 모듈은,
- 컨테이너(2)로서, 그 바닥에는 기판을 연속하여 수용하도록 의도된, 콜드 소스(71)(cold source)를 형성하는 플레이트와, 핫 소스(72)(hot source)를 형성하는 플레이트가 배치되어 있는, 컨테이너,
- 기판을 콜드 소스로부터 핫 소스로 이동시키고, 그 반대로 이동시키도록 구성된 내부 로봇(70), 및
- 컨테이너(2)에 있는 가스를 불활성 가스로 대체하고, 그 반대로 대체하도록 구성된 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제7항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
절연성 유전체 층을 부착하기 위한 각각의 부착 모듈은,
- 화학적 배스(B), 여기서는 전해질을 포함하도록 구성된 컨테이너(2)로서, 그 바닥(2a)에는 기판을 수용하도록 구성된 지지체(4)가 배치되어 있는, 컨테이너,
- 불활성 금속을 포함하며 컨테이너(2) 내에 배치되어 있는 애노드,
- 기판의 표면을 활성화하기 위해 기판의 전체 표면상에 발광 빔을 확산시키기 위한 소스 발광 빔 및 수단을 포함하는 조명 장치,
- 전기 화학 반응을 가능하게 하는 전위에서 기판의 표면을 분극화하기 위해, 상기 기판 및 애노드에 대한 연결 수단을 포함하는 전원 공급 장치, 및
- 전해질로부터 상기 전원 공급 장치를 절연하도록 구성된 밀봉 조인트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제18항에 있어서,
상기 절연성 유전체 층을 부착하기 위한 각각의 부착 모듈은 지지체(4)에 대한 애노드의 회전 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제7항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 충전 모듈은 기판을 수용하도록 구성된 지지체(4)와, 화학적 배스(B)의 일부를 배출시키기 위해 상기 지지체의 중심 축에 대해 상기 지지체(4)를 회전식으로 설정하도록 구성된 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제7항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 충전 모듈은 또한 상기 충전 층과 동일한 금속으로부터 형성된 성장 층을 확산에 대한 장벽 층 상에 부착되도록 구성하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제7항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 충전 모듈은,
- 화학적 배스(B), 여기서는 전해질을 포함하도록 구성된 컨테이너(2)로서, 그 바닥(2a)에는 기판을 수용하도록 구성된 지지체(4)가 배치되어 있는, 컨테이너(2),
- 캐비티를 충전하는 중에 부착된 것과 동일한 불활성 금속 또는 금속을 포함하는 애노드,
- 전기 화학 반응을 가능하게 하는 전위에서 장벽 확산 층의 표면을 분극화하기 위해, 상기 장벽 확산 층 및 애노드에 대한 연결 수단을 포함하는 전원 공급 장치, 및
- 전해질로부터 전원 공급 장치를 절연하도록 구성된 밀봉 조인트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제22항에 있어서,
각각의 충전 모듈은 상기 지지체(4)에 대한 애노드의 회전 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제7항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
확산에 대한 장벽 층을 부착하기 위한 각각의 활성화 모듈 및/또는 각각의 부착 모듈은,
- 화학적 배스(B)를 포함하도록 구성된 컨테이너(2)로서, 그 바닥(2a)에는 기판을 수용하도록 구성된 지지체가 배치되어 있는, 컨테이너(2),
- 50 ℃ 내지 80 ℃, 바람직하게는 65 ℃ 정도의 온도로 기판을 가열하도록 구성된 제1 가열기로서, 기판을 수용하도록 구성된 지지체(4)로 구성될 수 있는, 제1 가열기, 및/또는 50 ℃ 내지 80 ℃, 바람직하게는 65 ℃ 정도의 온도로 컨테이너 내의 화학적 배스(B)의 활성 삽입물을 가열하도록 구성된 제2 가열기,
- 초음파 또는 메가소닉 트랜스미터, 및
- 화학적 배스(B)로부터 기판의 주변 영역을 절연하도록 구성된 밀봉 조인트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 제7항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 프리웨팅 모듈은,
- 화학적 배스, 여기서는 탈 이온수(deiomized water)를 포함하도록 구성된 컨테이너(2)로서, 그 바닥(2a)에는 기판을 수용하도록 구성된 지지체(4)가 배치되어 있는, 컨테이너(2),
- 상기 컨테이너(2)에 진공을 생성하도록 구성된 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티를 금속화하기 위한 기계. - 관통 실리콘 비아 타입의 구조와 같은 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티의 금속화 프로세스로서,
a) 절연성 유전체 층을 부착하는 단계,
b) 충전 금속의 확산에 대한 장벽 층을 부착하는 단계,
c) 금속, 바람직하게는 구리를 전착하여 캐비티를 충전하는 단계,
d) 기판의 어닐링을 수행하는 단계를 포함하며,
상기 단계들은 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 기계(1)에 의해 전체적으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티의 금속화 프로세스. - 제26항에 있어서,
상기 프로세스는,
(i) 기판을 프리웨팅처리하는 단계,
(ii) 절연성 유전체 층을 부착하는 단계,
(iii) 기판을 세척 및 건조하는 단계,
(iv) 기판을 어닐링하는 단계,
(v) 금속의 확산에 대한 장벽 층을 활성화하는 단계,
(vi) 기판을 세척 및 건조하는 단계,
(vii) 충전 금속의 확산에 대한 장벽 층을 부착하는 단계,
(viii) 기판을 세척 및 건조하는 단계,
(ix) 기판을 프리웨팅처리하는 단계,
(x) 금속의 전착에 의해 캐비티를 충전하는 단계,
(xi) 기판을 세척 및 건조하는 단계, 및
(xii) 기판을 어닐링하는 단계인 하위 단계들을 연속적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티의 금속화 프로세스.. - 제27항에 있어서,
기판을 세척 및 건조하는 단계(viii)와 기판을 프리웨팅처리하는 단계(ix) 사이에 기판의 어닐링 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티의 금속화 프로세스. - 제27항 또는 제28항에 있어서,
기판의 세척 및 건조 단계(iii),(vi) 및/또는 (viii)는 각각 부착 단계(ii), 활성화 단계(v) 및/또는 부착 단계(vii)에서와 동일한 모듈에서 수행하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티의 금속화 프로세스. - 제29항에 있어서,
각각의 단계(i),(ⅱ),(iv),(v),(vii) 및 (ix)의 시작에서, 기판은 로봇에 의해 상기 단계에 대응하는 모듈 내에 배치된 지지체에 고정되는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티의 금속화 프로세스. - 제30항에 있어서,
상기 지지체(4) 상에 상기 기판을 고정한 다음, 상기 프로세스는 상기 지지체(4)가 모듈 안으로 하강하는 동안 모듈이 폐쇄되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티의 금속화 프로세스. - 제31항에 있어서,
각각의 단계(i), (ii), (iv), (v), (vii) 및 (ix)가 완료되면, 상기 지지체(4)는 상기 모듈의 개구에 인접하게 되어, 로봇(80)이 상기 지지체(4)를 모듈로부터 추출할 수 있게 되어, 상기 모듈은 개방되고 상기 지지체(4)는 제거되는 것을 특징으로 하는, 반-도전성 또는 도전성 기판의 캐비티의 금속화 프로세스.
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