KR20140147044A

KR20140147044A - 전기-도금 프로세서의 자동 인시츄 제어

Info

Publication number: KR20140147044A
Application number: KR1020140073535A
Authority: KR
Inventors: 그레고리 제이. 윌슨; 폴 알. 맥휴
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2014-12-29
Also published as: CN104233423A; TW201504480A; US20140367264A1; KR102156786B1

Abstract

적어도 하나의 양극 및 하나의 씨프 전극을 가지는 전기도금 프로세서에서, 웨이퍼의 엣지 근처에서 전해질 내의 전압 구배를 측정하기 위해서 둘 또는 셋 이상의 참고(reference) 전극들이 이용된다. 제어 부피/전류 균형 기술을 이용하여 웨이퍼 표면에서 전류를 계산하기 위해서 전압 구배가 이용된다. 웨이퍼의 엣지 영역으로 유동하는 전체 웨이퍼 전류의 단편(fraction)이 결정되고 목표 값에 대해서 비교된다. 프로세서 제어기는 양극 및 씨프 전류들 중 하나 이상을 변화시켜, 실제 엣지 영역 전류를 목표 전류를 향해서 접근시킨다.

Description

전기-도금 프로세서의 자동 인시츄 제어{AUTOMATIC INSITU CONTROL OF AN ELECTRO-PLATING PROCESSOR}

본원은 마이크로-스케일(micro-scale) 디바이스들을 가지는 반도체 재료 웨이퍼들, 및 유사한 공작물들 또는 기판들을 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 챔버들, 시스템들, 및 방법들에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 디바이스들과 같은 마이크로전자(microelectronic) 디바이스들이 몇몇 상이한 타입들의 기계들을 이용하여 반도체 재료 웨이퍼들 또는 공작물들 상에 및/또는 그 내부에 제조된다. 전형적인 제조 프로세스에서, 금속들과 같은 전도성 재료들의 하나 또는 둘 이상의 층들이 웨이퍼 상에 형성된다. 이어서, 전도성 층들의 부분을 제거하여 콘택들, 전도성 라인들, 또는 다른 구성요소들을 형성하기 위해서, 웨이퍼가 통상적으로 에칭되거나 폴리싱된다.

이제까지 마이크로전자 디바이스들이 더 작게 제조됨에 따라, 시드(seed) 층이 또한 항상 더 얇게 만들어져야 했다. 매우 얇은 시드 층들에서, 전기도금 프로세스의 시작에서의 시트 저항(sheet resistance)이 예를 들어 50 Ohm/sq 정도로 높을 수 있는 반면, 웨이퍼 상의 전기도금된 필름 또는 층의 최종적인 시트 저항은 0.02 Ohm/sq 이하가 될 수 있을 것이다. 통상적인 전기도금 기계들에서, 이러한 시트 저항에 있어서의 3 자릿수의 변화(three orders of magnitude change)는 균일한 층들 및 공극이 없는 충진을 지속적으로 제공하기 어렵게 하거나 불가능하게 할 수 있다.

일반적으로, 전기도금 프로세서들은 하나 또는 둘 이상의 양극 전극들, 및 전류 씨프(thief) 전극을 가지고, 시드 층이 음극이 된다. 전극 셋트-포인트들 즉, 시간에 걸쳐 각각의 전극으로부터 제공되는 전기 전류가 예정보다 빨리(ahead of time) 추정되고 그리고 각각의 타입의 웨이퍼 및 전해질 배쓰(bath)에 대해서 반드시 재고려되어야 한다. 전극 셋트-포인트들이 주의 깊게 선택되는 경우에도, 많은 수의 관련된 변수들로 인해서, 도금된 층 또는 필름의 결과적인 품질 및 특성들이 최적에 미치지 못할 수 있을 것이다. 따라서, 개선된 전기도금 기계들 및 방법들이 요구된다.

적어도 하나의 양극 및 하나의 씨프 전극을 가지는 전기도금 프로세서에서, 웨이퍼의 엣지 근처에서 전해질 내의 전압 구배를 측정하기 위해서 둘 또는 셋 이상의 참고(reference) 전극들이 이용된다. 전압 구배는 웨이퍼의 외측 부분 근처의 도금 배쓰 내에서 방사상 외측으로 유동하는 전류를 계산하기 위해서 이용된다. 제어 부피/전류 균형 기술에서 이러한 방사상 전류를 이용할 때, 웨이퍼의 엣지 영역으로 유동하는 전체 웨이퍼 전류의 단편(fraction)이 결정되고 목표 값에 대해서 비교된다. 프로세서 제어기는 양극 및 씨프 전류들을 변화시켜, 실제 엣지 영역 전류가 목표 전류가 되게 한다.

하나의 양태에서, 2개의 참고 전극들만이 필요하다. (용해(deplating) 위험을 피하기 위해서) 낮은 씨프 전류가 초기에 이용될 수 있을 것이다. 이어서, 계산된 웨이퍼 전류에 의해서 표시되는 바와 같은, 웨이퍼의 인지된 시트 저항을 기초로 제어기를 통해서 전극들에 대한 전류가 자동적으로 조정될 수 있을 것이다. 발명은 또한 설명된 요소들의 하위-조합들도 포함한다.

도면들에서, 동일한 요소 번호는 도면들의 각각에서 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 전기화학적 프로세서의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 용기(vessel) 조립체의 횡단면의 사시도이다.
도 3은 용기 조립체의 확대 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 상부 컵의 단면의 도식적인 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 프로세서에서의 웨이퍼의 엣지 근처의 제어 부피의 도면이다.
도 6은 대안적인 프로세서에서 웨이퍼의 엣지 근처의 제어 부피의 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 제어 부피들의 확대도이다.
도 8은 슬롯 전류 대 방사상 전류를 도시한 그래프이다.
도 9는 여분의(extra) 씨프 전극 전류 대 추정된 방사상 전류를 도시한 그래프이다.

제어 시스템 및 방법은, 프로세서에서의 실시간 측정들을 기초로, 전기도금 프로세서 내에서 하나 또는 둘 이상의 양극들의 전극 셋트 포인트들 및 전류 씨프를 자동적으로 제어할 수 있게 한다. 이는 셋트 포인트 추정치들을 만드는 것에 대한 의존을 줄이고 개선된 전기도금을 제공한다.

웨이퍼 표면에서 전류를 결정하는 것이 목적이 되는데, 이는 그러한 전류가 전기도금된 필름의 품질 및 균일성에 영향을 미치는 일차적인 인자이기 때문이다. 만약 웨이퍼 표면에서의 전류를 실시간으로 알게 된다면, 희망하는 결과들을 달성하기 위해서 요구되는 바에 따라서 전극들에 대한 전류가 조정될 수 있을 것이다. 반응기 전류들을 적절하게 제어하는데 있어서, 웨이퍼의 단지 하나의 부분(즉, 엣지 부분)에 대해서 전류를 결정하는 것으로 충분할 수 있을 것이다.

패터닝된 구리 다마신(damascene) 웨이퍼들을 전기도금하는 것은 초기 전극 셋트 포인트들을 결정하는데 있어서 부가적인 난제들을 제시하는데, 이는 시드 층이 복잡한 피쳐(feature) 패터닝을 커버하기 때문이다. 결과적으로, 초기 시트 저항을 알 수 없다. 피쳐들(예를 들어, 웨이퍼 상의 트렌치들 또는 비아들(vias))이 하단부로부터 위쪽으로 충진됨에 따라, 시트 저항의 변화가 정확하게 예측될 수 없다. 계산된 웨이퍼 전류를 통해서 초기 시트 저항을 검출하는 것에 의해서, 본 방법은 이러한 인자들을 극복한다. 이어서, 제어기가 도금 프로세스 중에 변화되는 시트 저항에 대해서 실시간으로 보상한다.

이제 도면들을 구체적으로 설명하면, 도 1-4는 대표적인 도금 프로세서를 도시한다. 그러나, 발명의 개념들이 적어도 하나의 양극 및 전류 씨프 전극을 가지는 임의의 프로세서에 대해서도 사실상 적용될 수 있을 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전기-화학적 프로세서(20)가 용기 조립체(50) 위에 배치된 헤드(30)를 가진다. 용기 조립체(50)가 스탠드(38) 또는 다른 구조물에 부착된 데크 플레이트(24) 상에서 지지될 수 있을 것이다. 웨이퍼(10)를 헤드 내로 로딩 및 언로딩하기 위해서 헤드를 상승시키고 반전시키기 위해서 그리고 프로세싱을 위해서 헤드(30)를 하강시켜 용기 조립체(50)와 결합시키기 위해서, 헤드(30)가 상승/회전 유닛(34) 상에서 지지될 수 있을 것이다.

이제 도 2-3을 참조하면, 용기 조립체(50)가, 체결부들(60)로 함께 유지되는, 양극 컵(52), 하부 멤브레인(membrane) 지지부(54), 및 상부 멤브레인 지지부(56)를 포함할 수 있을 것이다. 양극 컵(52) 내에서, 제 1 또는 내측 양극(70)이 내측 양극 챔버(110)의 하단부 근처에 배치된다. 제 2 또는 외측 양극(72)이 양극액(anolyte) 챔버(110)를 둘러싸는 외측 양극 챔버(112)의 하단부 근처에 배치된다. 상기 양극들이 소모성(comsumable) 양극 재료 즉, 구리 펠릿들(pellets), 볼들, 등으로서 제공될 수 있을 것이다. 양극 챔버들 내의 전해질이 양극액으로서 지칭된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 내측 양극(70)이 제 1 전기 리드(lead) 또는 커넥터(30)로 전기적으로 연결되고 그리고 외측 양극(72)이 분리된 제 2 전기 리드 또는 커넥터(132)로 전기적으로 연결된다. 전류 씨프 전극(206)이 상부 컵(76)의 상부 단부를 둘러쌀 수 있을 것이다.

이제 도 3-4를 참조하면, 상부 컵(76)이 이용되는 경우에, 상부 컵(76)이 상부 컵 하우징(58) 내에 수용되거나 상부 컵 하우징(58)에 의해서 둘러싸일 수 있을 것이다. 상부 컵 하우징(58)이 상부 컵(76)에 부착되거나 상부 컵(76)에 대해서 밀봉된다. 상부 컵(76)이 곡선형 상단부 표면(124) 및 중앙 관통 개구부를 가지고, 상기 중앙 관통 개구부는 중앙 또는 내측 음극 챔버(120)를 형성한다. 이러한 챔버(120)는, 상부 컵(76)의 곡선형 상부 표면(124)에 의해서 형성된 종(bell) 또는 뿔 형상의 공간 내로 연장되는 확산기(74) 내의 대체로 원통형인 공간에 의해서 형성된다. 일련의 동심적인 환형 슬롯들이 상부 컵(76)의 상단부 곡선형 표면(124)으로부터 하향 연장한다. 상부 컵(76)의 하단부 내에 형성된 외측 음극 챔버(78)가 튜브들의 어레이 또는 다른 통로들을 통해서 슬롯들에 연결된다. 음극 챔버들 내의 전해질이 음극액으로 지칭된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 예에서, 8개의 외주방향 슬롯들(90, 92, 94, 96, 98, 100, 102 및 104)이 상부 컵(76)의 곡선형 상부 표면(124)으로부터 하향 연장한다. 슬롯들 내의 부피를 충진하는 액체 전해질이 큰 전기 저항을 가지도록, 슬롯들이 좁다. 슬롯들은 전형적으로 1 내지 5 mm, 또는 2-4 mm의 폭을 가진다. 외주방향 슬롯들은 수직 튜브들(104A, 102A, 100A 및 98A)에 의해서 외측 음극 또는 음극액 챔버(78) 내로 연결된다. 도시된 구체적인 예에서, 18개의 튜브들이 각각의 슬롯에 연결된다. 튜브들은 전기 저항의 일차적인 공급원(source)이다. 슬롯들은 튜브들을 통해서 유동하는 전류를 균일한 선대칭적(axisymmetric) 공급원으로 재분배시키는 것(즉, 펼치는 것(fan out))을 도우며, 그에 따라 웨이퍼가 회전할 때 회전하는 웨이퍼로 균일한 전류(웨이퍼가 홀들 위에서 회전되는 경우의 최대치와 최소치 대신)가 가해지게 된다. 웨이퍼의 외측 부분에 걸쳐 외측 양극 전류를 적절하게 분배하도록, 슬롯들이 배치되고 폭이 선택된다.

도 5를 참조하면, 제어 부피(210)가 웨이퍼(10)의 엣지 근처에서 선택된다. 제어 부피(210)가 내측 외주방향 경계(212), 외측 외주방향 경계(214), 하부 경계(216), 및 상부 경계(218)를 가진다. 제어 부피(210) 및 그 경계들은 본 시스템 및 방법들을 기술하는데(describing) 있어서 유용한 수학적 구성체들(constructs)이다. 제어 부피(210) 및 그 경계들은 물리적 요소들이 아니다.

300 mm 직경 웨이퍼들에 대해서 디자인된 프로세서의 경우에, 내측 경계(212)가 웨이퍼 중심으로부터 100 내지 130 mm에 위치될 수 있을 것이다. 내측 프로브 또는 참고 전극(202)이 내측 경계(212)의 내측에 위치된다. 외측 프로브 또는 참고 전극(204)이 내측 경계(212)의 외측에 위치되고, 그에 따라 외측 프로브(204)가 제어 부피(210) 내에 위치된다. 프로브들(202 및 204)이 와이어들과 같은 실제적인 물리적 요소들이다. 프로브들은 또한 실제적인 물리적 전극 또는 와이어로 연장되는 전해질 충진된 모세관 튜브들로서 제공될 수 있을 것이다. 프로브들(202 및 204)이 제어기(200)로 전기적으로 연결될 수 있을 것이다. 프로세서 내에서의 전해질 및 전기 전류 유동의 변경(altering)을 감소 또는 방지하기 위해서, 프로브들(202 및 204)이 상부 컵의 상부 표면과 같은 높이(flush)일 수 있을 것이다.

사용시에, 프로브들은 전압 구배를 측정한다. 오옴의 법칙 V = IR을 이용하여, 내측 및 외측 프로브들에서 측정된 전압들 사이의 차이를 이용하여 내측 경계를 통한 (방사상 외측의) 전류 유동을 계산하며, 여기에서 V는 측정된 전압 차이이고, R은 프로브들 사이의 거리(DD)에 걸친 액체 전해질의 저항이고, 그리고 I는 내측 경계를 통해서 유동하는 전류, 또는 방사상 전류 플럭스 I/방사상-내측(radial-in)이다. DD가 클수록, 주어진 방사상 전류에 대한 측정된 전압이 더 커질 것이다. 전형적으로, 웨이퍼의 직경에 따라서, DD가 10 내지 60 mm 또는 그 초과의 범위일 수 있을 것이고, 전형적인 값들은 10 내지 30 mm이다. R은 전해질의 측정된 저항을 기초로 알려지고(또는 제조에 의해서 제공되고) 그리고 프로브들 사이의 기지의(known) 거리(DD)를 기초로 알려진다. 도 5에 도시된 예에서, 내측 프로브(202)가 120 mm(웨이퍼 중심 위치로부터 120 mm)의 반경에 있고 그리고 외측 프로브(204)가 140 mm에 있으며, 그에 따라 DD가 약 20 mm가 된다.

외측 경계(214)를 통해서 제어 부피(210)의 외부로 유동하는 전류 I/방사상-외측이, 예를 들어 씨프 전극(206)에 연결된 전류계를 통해서 알려진 씨프 전류와 동일하게 셋팅된다. 비록 도 5가 제어 부피를 지나서 방사상 외측으로 연장하는 웨이퍼 엣지를 도시하고 있지만, I/방사상-외측을 씨프 전류와 같게 하는 것이 적은 오류를 도입하도록 또는 오류가 없도록, 외측 경계(214)가 웨이퍼 엣지를 지나도록 제어 부피가 선택사항으로서 선택될 수 있을 것이다.

하부 경계(216)를 통해서 제어 부피(210) 내로 유동하는 총 전류 I/수직-내측(vertical-in)이 슬롯들(102 및 104) 내의 전해질을 통해서 유동하는 전류와 같다. 상부 컵(76)이 유전체 재료로 제조되고, 그에 따라 상부 컵을 통해서 유동하는 모든 전류가 상부 컵 내의 전해질 충진된 슬롯들 내에서만 반드시 유동하게 된다. 슬롯들을 통한 전류는 외측 양극 전류, 내측 양극 전류 및 씨프 전극 전류의 단편이다. 만약 큰 시트 저항으로 인해서 또는 큰 씨프 전극 전류에 의해서 반응기 내에서 큰 방사상 전압 구배들이 생성된다면, 이러한 전압 구배들은 내측 슬롯들(90, 92, 94, 96)의 전류 유동 강하(flow down) 및 외측 슬롯들(98, 100, 102, 104)의 백업(back up)을 유발한다. 슬롯들을 통한 전류 유동이 프로브들에 의해서 측정된 방사상 전류로부터 실제적으로 정확하게 결정될 수 있다. 도 5에서 슬롯들(102 및 104)을 통한 전류 유동은 제어 부피의 내측 경계(212)를 통한 외측 양극 전류 및 방사상 전류의 함수이다. 결과적으로, (다이알드-인(dialed-in) 세트들 또는 다이알드-인이 아닌) 반응기 내에서 사용된 임의 전류들에 대해서, 슬롯들(102 및 104)을 통한 외측 양극 전류의 단편이 참고 전극들로부터 계산된 바와 같은 측정된 전류인 "x" 값을 이용하여 라인의 수학식에 의해서 정확하게 예측된다.

요약하면, 프로세서 내의 방사상 전류를 연산하기 위해서 2개의 참고 전극들 사이의 단일 전압 아치를 이용하는 것에 의해서, 제어 부피의 2개의 측부들에 걸친 전류가 정확하게 결정될 수 있다(후술되는 수학식 2를 이용하는 것에 의한 212, 그리고 도 8에 도시된 플롯(plot)을 이용하는 것에 의한 218). 2개의 프로브들로부터의 이러한 동일한 단일 방사상 전류가 또한 웨이퍼 엣지 전류를 그 목표로 유도하기 위한 새로운 전류들의 세트를 연산하기 위해서 이용되는 "이득(gain)"을 결정하기 위해서 이용될 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, "이득"이 방사상 전류에 따라서 1로부터 8까지 변화하는 것으로 도시되어 있다. 적절한 이득이 매우 넓게 변화될 수 있기 때문에, 웨이퍼 목표로 신속하게 도달하고 목표에서 유지되기 위해서, 적절한 값을 이용하는 것이 필요하다. 모델링은, 반응기 내에서 이용되는 전류들이 이미 "다이알-인" 전류들 근처에 있을 때, 적절한 "이득"이 방사상 전류로부터의 선형 관계를 가장 정확하게 따른다는 것을 보여준다. 따라서, 웨이퍼 전류가 목표에 근접함에 따라, 알고리즘이 보다 큰 정확도를 가지게 된다.

목표(제어 부피 내의 웨이퍼 면적에 대한 총 웨이퍼 전류의 %)는 제어 부피 내의 웨이퍼 면적의 양과 대체로 동일한 값이다(즉, 편평한 프로파일의 경우에 26.5%). 그러나, 반응기 방사상 전류를 연산하기 위해서 단지 2개의 프로브들을 이용하는 것으로부터의 작은 오류들을 보상하는데 있어서, 목표 대 방사상 전류에 대한 약간의 조정이 적절하다. 제어 알고리즘에서의 미지의 것들 모두가 단일 전류 플럭스 계산의 함수들로서 표현될 수 있다. 이러한 미지의 것들은 제어 부피 경계들(212 및 218), 이득, 및 % 웨이퍼 전류 목표이다. 그에 따라, 프로세스를 제어하기 위해서 챔버 내에서 요구되는 기구가 비교적 단순할 수 있을 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 슬롯 내의 전류 유동을 계산하기 위해서 이용되는 전압 변화로, 슬롯 내의 전압 변화를 검출하기 위해서, 상부 및 하부 슬롯 프로브들(220 및 222)이 슬롯(102) 내에 뿐만 아니라 슬롯(104) 내에 부가될 수 있을 것이다.

제어 부피 내로 유동하는 전류가 제어 부피 외부로 유동하는 전류와 반드시 같아야 하기 때문에, I/방사상-내측 더하기 I/수직-내측이 I/방사상-외측 더하기 I/수직-외측과 반드시 같아야 한다. I/수직-외측이 제어 부피 내의 웨이퍼 표면에서의 실제 전류로서 셋팅된다. I/수직-외측이 이하의 수학식 1로부터 계산된다.

특히 매우 얇은 시드 층들 상으로 도금할 때, 시트 저항이 매우 급격하게, 즉 몇 밀리초 내에 한자릿수만큼 변화된다. 웨이퍼 표면에서의 전류, 또는 I/수직-외측이 시트 저항의 함수이다(전극 전류들이 일정할 때). I/수직-외측이 즉각적으로 알려지는 상태에서, 시트 저항의 급격한 변화에서도 개선된 전기도금 결과들을 달성하기 위해서, 제어기(200)가 양극들 및 씨프 전극으로 제공되는 전류를 실시간으로 변화시킬 수 있을 것이다. 양극(들) 및 씨프 전극 전류들이 2.5 밀리초마다 정도로 신속하게 조정될 수 있을 것이다.

도 5의 제어 부피(210)가 2-차원들로 도시되어 있다. 프로세서 내의 전류가 3 차원들로 유동하는 동안, 비록 프로브들이 2 차원적인 구배를 본질적으로 측정하지만, 수학적 모델링은 2개의 프로브들의 이용이 양호한 정확도를 제공한다는 것을 보여준다. 3-차원적인 제어 부피에 대해서, 제어 부피 내로 방사상으로 유동하는 전류가 이하의 수학식 2로부터 추정될 수 있을 것이다.

여기에서, K는 배쓰 전도도이고 h_gap 은 전류 플럭스 측정 위치에서의 웨이퍼의 하향 대면 표면과 상부 컵의 상단부 표면 사이의 수직 갭 또는 공간이다. 전류 플럭스 측정 위치는 내측 프로브(202)와 외측 프로브(204) 사이의 대체로 절반인 위치이다. 대안적으로, 180도의 참고 전극들의 복제(duplicate) 쌍을 이용하여, 경계(212)를 통한 3 차원적인 전류 유동의 보다 양호한 추정을 얻을 수 있을 것이다. 링 형태의 참고 전극을 또한 선택적으로 이용하여, 전압 차이 및 플럭스의 보다 양호한 3 차원적인 추정을 획득할 수 있을 것이다. 단일 전압 차이가 방사상 외측으로 유동하는 전류를 정확하게 연산할 수 있는 위치에서 프로브들이 효과적으로 배치된다.

도 2 및 5를 참조하면, 제어기(200)가 프로브들(202 및 204)에 전기적으로 연결되고 프로브들로부터의 입력들을 이용하여 전압 구배를 계산한다. 이어서, 제어기는 전술한 바와 같이 I/수직-외측을 계산한다. 이어서, 계산된 I/수직-외측이 저장된 목표 값에 대해서 비교될 수 있다. 이들 간의 차이는 오류 신호를 제공한다. 제어기는 오류 신호를 이용하여, 양극(들) 및 씨프 전극에 의해서 공급되는 전류들을 조정한다. 만약 I/수직-외측이 너무 크다면, I/수직-외측을 감소시키기 위해서 제어기가 씨프 전류를 증가시킬 수 있다.

특히 둘 또는 셋 이상의 양극들을 가지는 프로세서들에서, 제어를 단순화하기 위해서, 예를 들어 헤드(30)의 특정 높이를 선택하는 것에 의해서, 외측 양극에 대한 전류가 모든 시트 저항들에 대해서 일정하도록, 프로세서가 셋업될 수 있을 것이다. 이어서, I/수직-외측을 기초로, 씨프 전류 비율만을 제어하기만 하면 된다. 씨프 전류 비율은 내측 양극 전류에 대한 씨프 전류의 비율이다. 씨프 전류 비율만을 조정하는 것은 둘 또는 셋 이상의 양극들을 가지는 프로세서들을 이용한 제어를 단순화시킨다.

방법의 하나의 형태가 이하와 같이 실시될 수 있을 것이다:

a. 임의 전류 세트 및 웨이퍼 시트 저항에 대해서, 프로브 위치들에서 전기 전위(potential)를 탐색한다.

b. 프로브들 사이의 측정된 전압 구배를 이용하여 방사상 전류 플럭스를 계산한다.

c. 웨이퍼 엣지로 진행하는 전류를 결정하기 위해서 전술한 바와 같은 제어 부피 분석을 이용한다.

d. 웨이퍼 엣지 전류를 목표 엣지 전류에 대해서 비교한다.

e. 웨이퍼 엣지 전류를 목표로 유도하기 위한 새로운 전류들의 세트를 계산한다.

도 6 및 7은, 제어 부피의 하부 경계에서의 전류 밀도가 실질적으로 균일하도록, 단일 양극(300), 단일 씨프 전극(206), 및 매우 큰 전기 저항을 가지는 확산기(302)를 가지는 일반적인 전기도금 프로세서에 적용된 바와 같은 전술한 방법을 도시한다.

엣지의 두꺼운 또는 얇은 프로파일들을 야기하기 위해서, 엣지 전류에 대한 목표 값이 조정될 수 있다. 프로파일을 편평하게 하여 시스템 오류들을 밝히기 위해서 목표의 실험적인 조정이 이용될 수 있다. 예를 들어, 26.75% 대신에, 27.5% 목표 전류가 보다 더 편평한 프로파일을 야기할 수 있을 것이다. 절연 웨이퍼(또는 베어(bare) 실리콘 웨이퍼)를 이용하여 내측 양극과 씨프 전극 사이에서 특정 전류를 유동시키는 것에 의해서, 방사상 전류 플럭스의 프로브 계산의 교정이 달성될 수 있다. 이어서, 모든 전류가 방사상이 되어, 요구되는 인자들(배쓰 전도도, 웨이퍼-대-벽 갭, 프로브 방사상 거리)의 체크 또는 셋팅을 허용한다. 여러 가지 제품 웨이퍼들에 대해서 동적인 전류 제어(DCC) 레시피들(recipes)(즉, 시간에 걸친 각각의 전극으로부터의 즉각적인(instantaneous) 전류)를 "작성(write)"하기 위해서, 자동적인, 인-시츄(현장에서의) 제어가 이용될 수 있다. 기록된 DCC 레시피가 생산에서 이용될 수 있고, 그에 따라 동일한 레시피가 각각의 웨이퍼에서 항상 이용된다. 교정 "감도(sensitivity)" 도함수(derivative)(즉, 이득)가, 다음의 반복(iteration)을 위한 "감도"를 예측하기 위해서, 이용된 이전의 반복에 응답하여 "작동 중에(on-the-fly)" 계산될 수 있을 것이다.

여기에서 사용된 바와 같은 '웨이퍼'라는 용어는 마이크로전자 디바이스, 마이크로-기계적 디바이스, 및/또는 마이크로-광학적 디바이스를 가지는 다른 기판들 및 공작물들을 포함한다. 여기에서 설명된 방법들은 하나 또는 둘 이상의 양극들 및 단일 씨프 전극을 가지는 프로세서들에서 이용될 수 있을 것이다. 여기에서 사용된 바와 같은 '연결된' 또는 '전기적으로 연결된'이라는 용어는 무선 및 유선 연결들 모두를 포함한다.

Claims

전기도금 프로세서로서:
전해질을 유지하기 위한 용기;
상기 용기 내의 적어도 하나의 양극, 전류 씨프, 및 필드 성형(field shaping) 요소;
제 1 및 제 2의 이격된 참고 전극들로서, 상기 제 1 참고 전극이 상기 용기의 중심 위치와 상기 제 2 참고 전극 사이에 위치되는, 제 1 및 제 2 참고 전극들; 및
상기 적어도 하나의 양극, 상기 전류 씨프, 그리고 상기 제 1 및 제 2 참고 전극에 전기적으로 연결되는 제어기를 포함하는, 전기도금 프로세서.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 참고 전극들은 공통 반경 상에 위치되고 상기 중심 위치로부터 방사상 외측으로 연장하는, 전기도금 프로세서.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 전극들은 상기 필드 성형 유닛 내에 또는 상기 필드 성형 유닛 상에 있는, 전기도금 프로세서.
제 1 항에 있어서,
상기 필드 성형 유닛은 곡선형의 상단부 표면을 가지는 상부 컵 및 복수의 외주방향 슬롯들을 포함하고, 그리고 적어도 하나의 상기 외주방향 슬롯은 상기 제 1 및 제 2 참고 전극들 사이에 있는, 전기도금 프로세서.
제 1 항에 있어서,
씨프 전극은 상기 용기의 상부 엣지 주위로 연장하는 링을 포함하고, 그리고 상기 제 2 참고 전극은 상기 씨프 전극과 상기 제 1 참고 전극 사이에 있는, 전기도금 프로세서.
제 2 항에 있어서,
상기 용기는 반경(R)을 가지고, 그리고 상기 제 1 전극은 상기 중심 위치로부터 적어도 .65 R에 위치되는, 전기도금 프로세서.
제 1 항에 있어서,
상기 용기와 맞물릴 수 있는 헤드를 더 포함하고, 상기 헤드는 웨이퍼를 상기 제 2 참고 전극 위로 5-30 mm에서 유지시키기 위한 웨이퍼 유지 위치를 갖는, 전기도금 프로세서.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 참고 전극은 상기 제 1 참고 전극보다 더 높은 수직 위치에 있는, 전기도금 프로세서.
제 4 항에 있어서,
하나 또는 둘 이상의 외주방향 슬롯들 내의 보충적인 참고 전극들을 더 포함하는, 전기도금 프로세서.
적어도 하나의 양극 및 씨프 전극을 갖는 전기도금 프로세서를 제어하는 방법으로서:
웨이퍼의 엣지 근처의 전해질 내의 전압 구배를 결정하는 단계;
상기 전압 구배를 이용하여 상기 웨이퍼의 엣지 근처의 전해질의 부피 내로의 방사상 전기 전류 유동을 결정하는 단계;
상기 부피로부터 씨프 전극으로의 방사상 전기 전류 유동을 결정하는 단계;
상기 부피 내로의 수직 전기 전류 유동을 결정하는 단계;
상기 씨프 전극으로의 방사상 전류 유동을 상기 부피 내로의 방사상 전류 유동과 상기 부피 내로의 수직 전기 전류 유동의 합으로부터 차감함으로써, 상기 웨이퍼 표면으로의 전기 전류 유동을 계산하는 단계;
상기 웨이퍼 표면으로의 전류 유동을 목표 값으로부터 차감함으로써 오류 값을 결정하는 단계; 및
상기 양극 및 상기 씨프 전극 중 적어도 하나로의 전기 전류 유동을 제어하기 위해서 상기 오류 값을 이용하는 단계를 포함하는, 전기도금 프로세서를 제어하는 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 웨이퍼 표면으로의 전기 전류 유동을 기초로 시트 저항을 결정하는 단계를 더 포함하는, 전기도금 프로세서를 제어하는 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 프로세서는 내측 양극 및 외측 양극을 갖고 상기 웨이퍼는 헤드 내에 있으며, 외측 전극으로부터의 전류는 상기 전해질 표면에 대한 상기 헤드의 특정 높이를 선택하는 것에 의해서 모든 시트 저항들에 대해서 일정하게 유지되고, 그리고 상기 씨프 전류를 제어하는 단계를 더 포함하는, 전기도금 프로세서를 제어하는 방법.