KR20160134541A - Methods for increasing the rate of electrochemical deposition - Google Patents

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에릭 제이. 버그만
찰스 사르보노
삼 케이. 리
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

A method for electrochemically processing a micro-feature workpiece comprises: a step of bringing a first surface of the micro-feature workpiece into contact with a plating electrolyte in a plating chamber, wherein the plating electrolyte includes at least one metal ion; a step of moving the plating electrolyte from a first plating electrolyte inlet at a first end of the workpiece to a second plating electrolyte outlet at a second end of the workpiece across a center point of the workpiece; and a step of electrochemically depositing at least one metal ion onto the first surface of the workpiece. Another method for electrochemically processing a micro-feature workpiece comprises: a step of bringing the first surface of the micro-feature workpiece into contact with a plating electrolyte having at least one metal ion; a step of using a heating method to heat the second surface of the workpiece; and a step of electrochemically depositing at least one metal ion onto the first surface of the workpiece.

Description

전기화학 증착의 레이트를 증가시키기 위한 방법들{METHODS FOR INCREASING THE RATE OF ELECTROCHEMICAL DEPOSITION}[0001] METHODS FOR INCREASING THE RATE OF ELECTROCHEMICAL DEPOSITION [0002]

전기화학 증착에서, 전기도금 레이트는, 예컨대, 도금이 발생될 위치에서의 도금될 금속 이온들의 농도 및 전류를 포함하는 다수의 인자들에 의해 제어된다. 도금될 금속 이온들의 농도는, 인가되는 전류와 무관한 게이팅 인자(gating factor)이다.In electrochemical deposition, the electroplating rate is controlled by a number of factors including, for example, the concentration and current of the metal ions to be plated at the location where the plating will occur. The concentration of metal ions to be plated is a gating factor independent of the applied current.

한계 전류(limiting current) 밀도는, 다른 바람직하지 않은 영향들이 일어나기 전에, 원하는 반응이 발생하게 될 최대 전류이다. 한계 전류 밀도를 초과하는 것으로부터의 원하지 않는 영향들은, 덴드라이트(dendritic) 증착들, 노듈(nodule) 형성, 및 대신하는(alternative) 반응들의 결과로서의 가스의 발생을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.The limiting current density is the maximum current at which the desired reaction will occur before other undesirable effects occur. Undesirable effects from exceeding the limiting current density include, but are not limited to, the generation of gases as a result of dendritic deposits, nodule formation, and alternative reactions.

따라서, 전기도금 레이트를 증가시키기 위해, 도금이 발생될 위치에서의 반응성 종의 이용가능성(availability)을 증가시키기 위한 필요성이 존재한다. 본 개시의 실시예들은 이들 및 다른 필요성들을 충족시키는 것에 관한 것이다.Thus, in order to increase the electroplating rate, there is a need to increase the availability of reactive species at the location where plating will occur. Embodiments of the present disclosure are directed to meeting these and other needs.

본 개요는, 아래의 상세한 설명에서 추가로 설명되는 개념들의 발췌를 간략화된 형태로 소개하기 위해 제공된다. 본 개요는 청구되는 대상물의 핵심 피처(feature)들을 식별하도록 의도되지 않고, 또한, 본 개요는 청구되는 대상물의 범위를 결정하는 것을 보조하기 위해 사용되도록 의도되지 않는다.This summary is provided to introduce in an abbreviated form the abstract of the concepts further illustrated in the following detailed description. This summary is not intended to identify key features of the claimed subject matter, nor is this summary intended to be used to aid in determining the scope of the claimed subject matter.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 마이크로피처 워크피스(microfeature workpiece)를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법이 제공되며, 워크피스는 제 1 표면 및 제 2 표면 및 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는다. 방법은, 도금 챔버에서 도금 전해질과 마이크로피처 워크피스의 제 1 표면을 접촉시키는 단계 ― 도금 전해질은 적어도 하나의 금속 이온을 포함함 ―; 워크피스의 제 1 단부에서의 제 1 도금 전해질 유입구로부터, 워크피스의 중심점(center point)을 가로질러서, 워크피스의 제 2 단부에서의 제 2 도금 전해질 배출구로, 도금 전해질을 유동시키는 단계; 및 워크피스의 제 1 표면 상에 적어도 하나의 금속 이온을 전기화학적으로 증착하는 단계를 포함한다.According to one embodiment of the present disclosure, a method is provided for electrochemically processing a microfeature workpiece, the workpiece having a first surface and a second surface, and a first end and a second end. The method includes contacting a first surface of a microfeature workpiece with a plating electrolyte in a plating chamber, wherein the plating electrolyte comprises at least one metal ion; Flowing a plating electrolyte from a first plating electrolyte inlet at a first end of the workpiece to a second plating electrolyte outlet at a second end of the workpiece across a center point of the workpiece; And electrochemically depositing at least one metal ion on the first surface of the workpiece.

본 개시의 다른 실시예에 따르면, 마이크로피처 워크피스를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법이 제공되며, 워크피스는 제 1 및 제 2 대향 표면들을 갖는다. 방법은, 적어도 하나의 금속 이온을 갖는 도금 전해질과 마이크로피처 워크피스의 제 1 표면을 접촉시키는 단계; 가열 방법을 사용하여, 워크피스의 제 2 표면을 가열하는 단계; 및 워크피스의 제 1 표면 상에 적어도 하나의 금속 이온을 전기화학적으로 증착하는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present disclosure, a method is provided for electrochemically processing a microfeature workpiece, the workpiece having first and second opposing surfaces. The method includes contacting a first surface of a microfeature workpiece with a plating electrolyte having at least one metal ion; Heating the second surface of the workpiece using a heating method; And electrochemically depositing at least one metal ion on the first surface of the workpiece.

본원에서 설명되는 방법들 중 임의의 방법에 따르면, 도금 전해질은 음극액(catholyte)일 수 있고, 도금 전해질 챔버는 음극액 챔버일 수 있다.According to any of the methods described herein, the plating electrolyte may be a catholyte, and the plating electrolyte chamber may be a catholyte chamber.

본원에서 설명되는 방법들 중 임의의 방법에 따르면, 전해질은 전해질 챔버로부터 제 1 도금 전해질 유입구로 펌핑될 수 있다.According to any of the methods described herein, the electrolyte can be pumped from the electrolyte chamber to the first plating electrolyte inlet.

본원에서 설명되는 방법들 중 임의의 방법에 따르면, 전해질 챔버는 가압되는 플리넘(plenum) 구역을 포함할 수 있다.According to any of the methods described herein, the electrolyte chamber may include a plenum zone to be pressurized.

본원에서 설명되는 방법들 중 임의의 방법에 따르면, 전해질은, 유입구에서, 50 mm/sec 초과의 유량을 가질 수 있다.According to any of the methods described herein, the electrolyte may have a flow rate of greater than 50 mm / sec at the inlet.

본원에서 설명되는 방법들 중 임의의 방법에 따르면, 전해질은, 배출구에서, 50 mm/sec 초과의 유량을 가질 수 있다.According to any of the methods described herein, the electrolyte may have a flow rate of greater than 50 mm / sec at the outlet.

본원에서 설명되는 방법들 중 임의의 방법에 따르면, 전해질은, 워크피스의 제 1 단부로부터 워크피스의 제 2 단부로의 실질적으로 단방향성인 유동 패턴을 가질 수 있다.According to any of the methods described herein, the electrolyte may have a substantially unidirectional flow pattern from the first end of the workpiece to the second end of the workpiece.

본원에서 설명되는 방법들 중 임의의 방법에 따르면, 전해질은, 약 5 내지 약 10의 범위에서의 각도로, 워크피스의 제 1 표면에 충돌(impinge)할 수 있다.According to any of the methods described herein, the electrolyte may impinge on the first surface of the workpiece at an angle in the range of from about 5 to about 10.

본원에서 설명되는 방법들 중 임의의 방법에 따르면, 방법은, 제 1 유입구로부터 제 1 배출구로의 도금 전해질의 유동 패턴에 대해 실질적으로 평행한 유동 패턴으로, 복수의 제 2 도금 전해질 유입구들로부터 하나 또는 그 초과의 제 2 도금 전해질 배출구들로, 도금 전해질을 유동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.According to any one of the methods described herein, the method includes the steps of providing a flow pattern that is substantially parallel to the flow pattern of the plating electrolyte from the first inlet to the first outlet, one Or more than the second plating electrolyte outlets in the plating bath.

본원에서 설명되는 방법들 중 임의의 방법에 따르면, 방법은, 가열 방법을 사용하여, 워크피스의 제 2 표면을 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to any of the methods described herein, the method may further include heating the second surface of the workpiece using a heating method.

본원에서 설명되는 방법들 중 임의의 방법에 따르면, 가열은 90 ℃ 내지 200 ℃의 범위에 있을 수 있다.According to any of the methods described herein, the heating may be in the range of 90 占 폚 to 200 占 폚.

본원에서 설명되는 방법들 중 임의의 방법에 따르면, 가열 방법은, 직접적인 전도성(direct conductive) 가열, 대류성(convective) 가열, 이온성 가열, 및 조사(irradiation)로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.According to any of the methods described herein, the heating method may be selected from the group consisting of direct conductive heating, convective heating, ionic heating, and irradiation.

본원에서 설명되는 방법들 중 임의의 방법에 따르면, 직접적인 전도성 가열은, 가열된 패드와의 직접적인 접촉 및 가열된 진공 척과의 직접적인 접촉으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.According to any of the methods described herein, the direct conductive heating may be selected from the group consisting of direct contact with the heated pad and direct contact with the heated vacuum chuck.

본원에서 설명되는 방법들 중 임의의 방법에 따르면, 대류성 가열은 워크피스의 제 2 표면을 가로지르는 고온 공기의 유동을 포함할 수 있다.According to any of the methods described herein, the convective heating may comprise a flow of hot air across the second surface of the workpiece.

본 개시의 전술한 양상들 및 부수적인 이점들 중 다수는, 첨부 도면들과 함께 취해지는 경우에 다음의 상세한 설명을 참조하여 이들이 더 잘 이해됨에 따라, 더 쉽게 인식될 것이다.
도 1a 및 도 1b는, 본 개시의 실시예들에 따른 전해질 유동 패턴들을 갖는 도금 셀에서의 워크피스의 내부 뷰들을 도시하는 개략도들이다.
도 1c는, 피처에서의 전해질 유동 패턴들을 도시하는, 도 1a 및 도 1b의 워크피스 상의 피처의 클로즈-업(close-up) 개략도이다.
도 2는, 본 개시의 다른 실시예에 따른 전해질 유동 패턴들을 갖는 도금 셀에서의 워크피스의 내부 뷰를 도시하는 개략도이다.
도 3은, 전해질 유동 패턴들을 갖는, 본 개시의 다른 실시예에 따른 도금 셀에서의 워크피스의 내부 뷰를 도시하는 개략도이다.
도 4a는, 배면 가열 및 전해질 유동 패턴들을 갖는, 본 개시의 다른 실시예에 따른 도금 셀에서의 워크피스의 내부 뷰를 도시하는 개략도이다.
도 4b는, 피처에서의 온도 기울기를 도시하는, 도 4a 및 도 1b의 워크피스 상의 피처의 클로즈-업 개략도이다.
도 5는, 변화되는 온도에서의 구리 전해질 배스에 대한 RDE(Rotating Disk Electrode) 한계 전류를 도시하는 데이터의 그래픽 표현이다.
도 6은, 변화되는 온도 및 교반(agitation) 속력에서의 구리 전해질 배스에 대한 RDE 한계 전류를 도시하는 데이터의 그래픽 표현이다.
도 7은, 변화되는 교반 속력에서의 구리 전해질 배스에 대한 RDE 한계 전류를 도시하는 데이터의 그래픽 표현이다.
Many of the above-described aspects and attendant advantages of the present disclosure will become more readily appreciated as the same becomes better understood by reference to the following detailed description when taken in conjunction with the accompanying drawings.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figures 1A and 1B are schematic diagrams illustrating internal views of a workpiece in a plating cell having electrolyte flow patterns according to embodiments of the present disclosure.
1C is a close-up schematic of the features on the workpiece of FIGS. 1A and 1B, showing the electrolyte flow patterns in the features. FIG.
2 is a schematic diagram showing an internal view of a workpiece in a plating cell having electrolyte flow patterns according to another embodiment of the present disclosure;
3 is a schematic diagram showing an internal view of a workpiece in a plating cell according to another embodiment of the present disclosure, having electrolyte flow patterns;
4A is a schematic diagram illustrating an internal view of a workpiece in a plating cell according to another embodiment of the present disclosure having backside heating and electrolyte flow patterns.
Fig. 4B is a close-up schematic of the features on the workpiece of Figs. 4A and 1B, showing temperature gradients at the features. Fig.
5 is a graphical representation of data illustrating the RDE (Rotating Disk Electrode) limiting current for a copper electrolyte bath at a varying temperature.
Figure 6 is a graphical representation of the data showing the RDE limit current for the copper electrolyte bath at varying temperatures and agitation speeds.
7 is a graphical representation of the data showing the RDE limit current for the copper electrolyte bath at varying agitation speeds.

본 개시의 실시예들은, 반응 표면으로의 질량 수송(mass transport)을 증가시킴으로써, 마이크로전자 워크피스들 상의 한계 전류 밀도(그리고 따라서, 최대 도금 레이트)를 증가시키기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 피처에서의 금속의 증착에 영향을 미치는 인자들은, 전류 밀도, 배스에서의 금속 이온들의 농도, 리세스(recess) 개구의 사이즈, 도금되는 리세스의 깊이, 배스 첨가제들의 타입들 및 농도, 배스의 교반, 및 배스의 온도를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 이러한 인자들은 아래에서 더 상세히 설명된다. 본원에서 설명되는 방법들은, 교반 및 도금 인터페이스(interface) 온도를 개선하기 위한 프로세스 파라미터들에 관한 것이다.Embodiments of the present disclosure are directed to systems and methods for increasing the critical current density (and thus the maximum plating rate) on microelectronic workpieces by increasing mass transport to the reaction surface . Factors affecting the deposition of the metal in the features include the current density, the concentration of metal ions in the bath, the size of the recess opening, the depth of the recess to be plated, the types and concentrations of bath additives, Stirring, and temperature of the bath. These factors are described in more detail below. The methods described herein relate to process parameters for improving the agitation and plating interface temperature.

본 개시의 실시예들은, 워크피스들, 예컨대 반도체 웨이퍼들, 디바이스들을 프로세싱하기 위한 방법들, 또는 워크피스들을 프로세싱하기 위한 프로세싱 어셈블리들, 및 이를 프로세싱하는 방법들에 관한 것이다. "워크피스", "웨이퍼", 및 "반도체 웨이퍼"라는 용어들은, 반도체 웨이퍼들 및 다른 기판들 또는 웨이퍼들, 글래스, 마스크 및 광학 또는 메모리 매체들, MEMS 기판들, 또는 마이크로-전기, 마이크로-기계, 또는 마이크로전기-기계 디바이스들을 갖는 임의의 다른 워크피스를 포함하는 임의의 평탄한 매체들 또는 물건(article)을 의미한다.Embodiments of the present disclosure are directed to workpieces, such as semiconductor wafers, methods for processing devices, or processing assemblies for processing workpieces, and methods for processing the same. The terms "workpiece", "wafer", and "semiconductor wafer" refer to semiconductor wafers and other substrates or wafers, glass, mask and optical or memory media, MEMS substrates, Mechanical, or any other workpiece having micro-electro-mechanical devices.

본원에서 설명되는 방법들은, 트렌치(trench)들 및 비아(via)들을 포함하는, 워크피스들의 피처들에서의 금속 또는 금속 합금 증착을 위해 사용되기 위한 것이다. 본 개시의 일 실시예에서, 프로세스들은, 예컨대, 두께가 5 내지 10 미크론인 마스킹 막에서의 1 내지 2 미크론의 도금되는 두께, 및 폭에서 1 내지 2 미크론의 피처 임계 치수들을 갖는 피처들과 같은 작은 피처들에서 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 프로세스들은, 예컨대, 최대 250 미크론의 깊이를 갖는 큰 피처들에서 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 프로세스들은, 1 내지 20의 범위에서의 종횡비를 갖는 피처들에서 사용될 수 있다. 그러나, 본원에서 설명되는 프로세스들은 임의의 피처 사이즈에 대해 적용가능하다. 본원에서 논의되는 치수 사이즈들은, 피처의 상단 개구에서의 에칭-후(post-etching) 피처 치수들일 수 있다.The methods described herein are for use in metal or metal alloy deposition in features of workpieces, including trenches and vias. In one embodiment of the present disclosure, the processes may be performed in the same manner as the features with feature-critical dimensions of 1 to 2 microns in width, for example, plated thicknesses of 1 to 2 microns in a masking film having a thickness of 5 to 10 microns, Can be used in small features. In other embodiments, the processes can be used, for example, in large features having a depth of up to 250 microns. In other embodiments, the processes may be used in features having an aspect ratio in the range of 1 to 20. However, the processes described herein are applicable for any feature size. The dimension sizes discussed herein may be post-etching feature dimensions at the top opening of the feature.

본원에서 설명되는 프로세스들은, 예컨대, 다마신(Damascene) 또는 패키징 애플리케이션들에서의 다양한 형태들의 구리, 코발트, 니켈, 금, 은, 망간, 주석, 알루미늄, 및 합금 증착에 대해 적용될 수 있다. 본원에서 설명되는 프로세스들은 또한, 예컨대, TSV(through silicon via) 피처들에서의 비아들과 같은 고 종횡비 피처들에서의 금속 또는 금속 합금 증착을 위해 변형될 수 있다.The processes described herein can be applied for various types of copper, cobalt, nickel, gold, silver, manganese, tin, aluminum, and alloy deposition in, for example, Damascene or packaging applications. The processes described herein may also be modified for metal or metal alloy deposition at high aspect ratio features, for example vias in through silicon via (TSV) features.

본원에서 사용되는 바와 같은 "마이크로-피처 워크피스" 및 "워크피스"라는 설명적인 용어들은, 프로세싱에서의 주어진 포인트에서 이전에 증착 및 형성된 모든 구조들 및 층들을 포함할 수 있고, 본원에서 설명되는 또는 도면들에서 도시되는 구조들 및 층들만으로 제한되지 않는다.Descriptive terms such as "micro-feature workpiece" and "workpiece ", as used herein, may include all structures and layers previously deposited and formed at a given point in processing, Or is not limited to only the structures and layers shown in the Figures.

본원에서 금속 증착으로서 일반적으로 설명되지만, "금속"이라는 용어는 또한, 금속 합금들 및 공동-증착된(co-deposited) 금속들을 의도한다. 그러한 금속들, 금속 합금들, 및 공동-증착된 금속들은, 시드 층들을 형성하기 위해, 또는 피처를 완전히 또는 부분적으로 충전(fill)하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 공동-증착된 금속들 및 구리 합금들은, 구리 망간 및 구리 알루미늄을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 공동-증착된 금속들 및 금속 합금들에서의 비-제한적인 예로서, 합금 조성 비율은, 약 0.5 % 내지 약 6 %의 이차 합금 금속의 범위에 있을 수 있다.Although generally described herein as metal deposition, the term "metal" also refers to metal alloys and co-deposited metals. Such metals, metal alloys, and co-deposited metals may be used to form the seed layers, or to fill the features completely or partially. Exemplary co-deposited metals and copper alloys may include, but are not limited to, copper manganese and copper aluminum. As non-limiting examples of co-deposited metals and metal alloys, alloy composition ratios may range from about 0.5% to about 6% of secondary alloy metals.

도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 도금 프로세스에서의 워크피스(102)가 제공된다. 도 1a를 참조하면, 워크피스(102)는 기판(110), 선택적인 배리어 층(112), 및 시드 층(114)을 포함한다. 전기화학 증착 챔버에서, 전압은, 양극(anode)(104)에 대하여 워크피스(102) 상에 음극 전위(cathodic potential)를 인가한다.Referring to Figs. 1A-1C, a workpiece 102 in an exemplary plating process according to embodiments of the present disclosure is provided. Referring to FIG. 1A, a workpiece 102 includes a substrate 110, a selective barrier layer 112, and a seed layer 114. In the electrochemical deposition chamber, the voltage applies a cathodic potential on the workpiece 102 with respect to the anode 104.

금속 인터커넥트(interconnect)들의 통상적인 제조는, 유전체 재료 내로의 구리의 확산을 방지하기 위해, 기판(110) 유전체 재료 상의 배리어 층(112)의 적합한 증착을 포함할 수 있다. 적합한 배리어 층들은, 예컨대, 티타늄(Ti), 탄탈룸(Ta), 티타늄 질화물(TiN), 탄탈룸 질화물(TaN), 망간(Mn), 망간 질화물(MnN) 등을 포함한다. 배리어 층들은 전형적으로, 유전체 재료로부터 구리 또는 구리 합금들을 격리시키기 위해 사용된다.Conventional fabrication of metal interconnects may include suitable deposition of the barrier layer 112 on the dielectric material of the substrate 110 to prevent diffusion of copper into the dielectric material. Suitable barrier layers include, for example, titanium (Ti), tantalum (Ta), titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN), manganese (Mn), manganese nitride (MnN) and the like. Barrier layers are typically used to isolate copper or copper alloys from dielectric materials.

시드 층(114)이 배리어 층(112) 상에 증착될 수 있다. 시드 층은 PVD 증착 기법을 사용하여 증착될 수 있다. 다른 비-제한적인 예로서, 시드 층은, 구리 망간, 구리 코발트, 또는 구리 니켈 합금들과 같은 구리 합금 시드 층일 수 있다. 시드 층은 또한, CVD 또는 ALD와 같은 다른 증착 기법들을 사용함으로써 형성될 수 있다.A seed layer 114 may be deposited on the barrier layer 112. The seed layer may be deposited using a PVD deposition technique. As another non-limiting example, the seed layer may be a copper alloy seed layer such as copper manganese, copper cobalt, or copper nickel alloys. The seed layer may also be formed by using other deposition techniques such as CVD or ALD.

시드 층(114)이 증착된 후에, 전기화학 증착 챔버에서 ECD 도금이 수행될 수 있다. 도 1c를 참조하면, 예컨대, 산성 도금 케미스트리 또는 알칼리성 도금 케미스트리를 사용하여, 워크피스(102)의 제 1 표면(114) 상의 피처들(124)이 도금될 수 있다. ECD 충전은 전형적으로, 보톰-업(bottom-up) 갭 충전, 수퍼-충전(super-fill), 등각(conformal), 또는 수퍼-등각(super-conformal) 도금이고, 이들 모두는, 실질적으로 무공극인 충전의 목적을 갖는다.After the seed layer 114 is deposited, ECD plating may be performed in the electrochemical deposition chamber. Referring to FIG. 1C, features 124 on the first surface 114 of the workpiece 102 may be plated, for example, using acidic plating chemistries or alkaline plating chemistries. The ECD charge is typically a bottom-up gap charge, a super-fill, a conformal, or a super-conformal plating, all of which are substantially non- It has the purpose of extreme charging.

전기도금은, 용액에서의 금속 이온들이, 도금된 층 인터페이스에서의 전자들과 결합하는 경우에, 발생한다. 초기에, 금속 이온들이 시드 층 상에 증착되고, 그 후 추후에, 부가적인 분자들과 같은 증착물이, 이전에 증착된 금속의 상단 상에 도금된다. 금속 이온들이 증착됨에 따라, 도금 인터페이스에서의 금속 이온들의 농도가 고갈될 것이다. 경계(boundary) 층에서의 금속 이온들의 농도는, 금속 이온들이 벌크(bulk) 도금 전해질로부터 도금 인터페이스로 확산됨에 따라 리프레시된다(refreshed). 확산은 부분적으로 농도 기울기에 의해 드라이빙된다(driven). 따라서, 벌크 도금 전해질에서 금속 이온들의 높은 농도를 유지함으로써, 금속 이온들이 도금 인터페이스로 더 쉽게 확산될 것이다. 그러나, 전해질에서의 금속 이온들의 양에 대해 물리적인 한계들이 존재한다. 부가하여, 확산은, 피처의 종횡비 및/또는 깊이에 의해 영향을 받을 수 있다.Electroplating occurs when metal ions in a solution couple with electrons at the plated layer interface. Initially, metal ions are deposited on the seed layer, after which deposits, such as additional molecules, are plated on top of the previously deposited metal. As the metal ions are deposited, the concentration of metal ions at the plating interface will be exhausted. The concentration of metal ions in the boundary layer is refreshed as metal ions diffuse from the bulk plating electrolyte to the plating interface. The diffusion is driven partially by the concentration gradient. Thus, by maintaining a high concentration of metal ions in the bulk plating electrolyte, metal ions will more readily diffuse into the plating interface. However, there are physical limitations to the amount of metal ions in the electrolyte. In addition, diffusion can be influenced by the aspect ratio and / or depth of the features.

특정한 첨가제들(예컨대, 억제제들, 가속제들, 및 레벨러(leveler)들)은, 반응 표면으로의 이온성 종의 이송을 촉진하는 것을 도울 수 있다. 첨가제들은 넓게, 가속제들, 억제제들, 및 레벨러들로서 설명된다. 전기도금 프로세스 동안에 막 모폴로지(morphology)를 변형시키기 위해(예컨대, 공극들의 형성을 제한하고, 입자 사이즈 및 막 피니시(film finish)를 결정하기 위해) 주로 사용되지만, 이들은 또한, 한계 전류 밀도에 영향을 미칠 수 있다.Certain additives (e.g., inhibitors, accelerators, and levelers) can help to facilitate the transfer of ionic species to the reaction surface. The additives are broadly described as accelerators, inhibitors, and levelers. (E.g., to limit the formation of voids and to determine particle size and film finish) during electroplating processes, but they also have an effect on limiting current density I can go crazy.

한계 전류 밀도는, 금속 이온들의 농도에서의 증가, 확산 상수에서의 증가, 또는 확산 경계 층에서의 감소에 따라 선형적으로 증가된다. 용액에서의 금속 이온들의 농도 및 확산 상수가 도금 전해질에서 광범위하게 조작될 수 없기 때문에, 본 개시의 실시예들에 따른, 한계 전류 밀도를 증가시키기 위한 방법들은 주로, 확산 경계 층을 감소시킨다. 정상-상태 확산 경계 층은 워크피스 표면 상의 유체 역학 조건들에 의해 정의되고, 열 및/또는 질량 이송을 통해 전해질 유동을 증가시킴으로써 감소될 수 있다.The limiting current density is linearly increased with an increase in the concentration of metal ions, an increase in the diffusion constant, or a decrease in the diffusion boundary layer. Methods for increasing the critical current density, in accordance with embodiments of the present disclosure, primarily reduce the diffusion boundary layer, since the concentration and diffusion constants of the metal ions in the solution can not be extensively manipulated in the plating electrolyte. The steady-state diffusion boundary layer is defined by the hydrodynamic conditions on the workpiece surface and can be reduced by increasing the electrolyte flow through heat and / or mass transfer.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 확산에 의해 달성되는 질량 수송 이상으로, 반응 인터페이스로의 금속 이온들의 벌크 수송을 증가시키기 위해, 교반이 사용된다. 교반은, 특정한 워크피스 기하형상 및 교반의 타입에 따라, 금속 이온들이 확산되는 경계 층을 감소시킬 수 있다. 예컨대, 패터닝되지 않은 워크피스 상에 금속을 증착하는 경우의 도금 전해질의 교반은, 경계 층을 감소시키는 것과 같이 효과적일 수 있다. 반대로, 높은 종횡비들 및/또는 작은 기하형상들을 갖는 피처들에 금속을 증착하는 경우에, 확산은 교반보다 더 효과적인 수송 메커니즘일 수 있다. 피처 사이즈는, 생성물들 및 반응물들이 반응 인터페이스로부터 벌크 도금 전해질로 교환되기 위해 통과하는 제약(restriction)을 정의한다.According to one embodiment of the present disclosure, agitation is used to increase the bulk transport of metal ions to the reaction interface, beyond the mass transport achieved by diffusion. Stirring can reduce the boundary layer through which metal ions diffuse, depending on the particular workpiece geometry and type of agitation. For example, stirring of the plating electrolyte when depositing a metal on a non-patterned workpiece may be effective, such as reducing the boundary layer. Conversely, in the case of depositing metal on features with high aspect ratios and / or small geometric shapes, diffusion can be a more efficient transport mechanism than agitation. The feature size defines the restriction that products and reactants pass through to be exchanged from the reaction interface to the bulk plating electrolyte.

이전에 설계된 시스템들은 전형적으로, 워크피스와 대략 동일한 직경을 갖는, 워크피스 바로 근처의 패들 교반기를 사용한다. 패들은, 워크피스 표면을 가로질러 이동하기 위한 도금 전해질의 변위(displacement)를 생성하도록 설계된다. 패들은, 앞뒤로의 짧고 빠른 스트로크(stroke)들을 제공하기 위한 이동 메커니즘에 부착될 수 있다. 패들의 속도는, 속도의 10배까지의, 또는 50 내지 5000 mm/초^2의 가속과 함께, 약 50 내지 약 500 mm/초의 범위에 있을 수 있다.Previously designed systems typically use a paddle stirrer in the immediate vicinity of the workpiece, which has approximately the same diameter as the workpiece. The paddles are designed to produce displacement of the plating electrolyte to move across the workpiece surface. The paddles can be attached to a movement mechanism to provide short, rapid strokes back and forth. The speed of the paddles can range from about 50 to about 500 mm / sec, with an acceleration of up to 10 times the speed, or 50 to 5000 mm / sec ^ 2.

빠른 앞뒤로의 스트로크들은, 워크피스의 표면을 가로지르는 전해질의 방향성 유동을 방지한다. 따라서, 패들은, 유체에 속도를 부여하는 수단보다는 "혼합기"에 더 가깝게 작용하는 경향이 있다. 혼합이 막 조성에서의 균일성과 같은, 전해질에서의 특정한 이점들을 촉진하는 것을 돕지만, 혼합은 한계 전류에서의 증가를 촉진하는 것에서 제한된 이익을 갖는다.Fast back and forth strokes prevent directional flow of the electrolyte across the surface of the workpiece. Thus, the paddles tend to work closer to the "mixer" than to the means for imparting speed to the fluid. Mixing helps to promote certain advantages in the electrolyte, such as uniformity in film composition, but mixing has a limited benefit in promoting an increase in the limiting current.

패들 시스템의 경우에, 본 발명자들은, 피처에서의 교반이, 패들 근처에서 달성되는 교반보다 상당히 더 적다는 것을 발견하였다. 부가하여, 패들의 일정한 반전이, 도금 배스에서의 트루(true) 단방향성 벌크 유동 속도를 달성하는 것을 방지하였다.In the case of a paddle system, the inventors have found that stirring in the feature is significantly less than stirring achieved near the paddle. In addition, a constant reversal of the paddles prevented a true unidirectional bulk flow rate from being achieved in the plating bath.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 도금 전해질(106)이, 도 1b에서 예시된 바와 같이, 실질적으로 단방향성인 속도 프로파일로, 하나 또는 그 초과의 전해질 유입구들(118)로부터 하나 또는 그 초과의 전해질 배출구들(120)로 유동한다. 속도 프로파일은, 워크피스의 하나의 단부로부터 워크피스의 다른 단부로의 높은 속도의 실질적으로 단방향성인 전해질 유동 패턴에 의해 달성된다. 도 1b의 예시된 실시예에서 볼 수 있는 바와 같이, 인접한 유입구들 및 배출구들 사이의 유동 패턴들은 실질적으로 평행하다.According to one embodiment of the present disclosure, and referring to FIGS. 1A and 1B, a plating electrolyte 106 may be provided with one or more electrolyte inlets (not shown) with a substantially unidirectional velocity profile, as illustrated in FIG. 118 to one or more of the electrolyte outlets 120. The velocity profile is achieved by a high velocity, substantially unidirectional electrolyte flow pattern from one end of the workpiece to the other end of the workpiece. As can be seen in the illustrated embodiment of FIG. 1B, the flow patterns between adjacent inlets and outlets are substantially parallel.

전해질 유입구들(118)에서, 워크피스(102)의 선두 에지 바로 근처에서 도금 챔버 내로 전해질 유동(122)이 도입된다. 유입구들(118)은, 도금될 워크피스의 폭과 대략 동등한 높이를 가질 수 있고, 예컨대, 0.5 mm 내지 5 mm의 범위에 있는, 또는 워크피스의 코드(chord)의 폭의 높이를 가질 수 있다. 유입구들(118)은 직사각형 또는 다른 단면 형상을 가질 수 있고, 또한, 유동이 도입되는, 워크피스(102)의 선두 에지의 윤곽을 따르는 방식으로 형성될 수 있다.At the electrolyte inlets 118, an electrolyte flow 122 is introduced into the plating chamber immediately adjacent to the leading edge of the workpiece 102. The inlets 118 may have a height approximately equal to the width of the workpiece to be plated and may have a height in the range of, for example, 0.5 mm to 5 mm, or the width of the chord of the workpiece . The inlets 118 may have a rectangular or other cross-sectional shape and may also be formed in a manner that follows the contour of the leading edge of the workpiece 102 into which the flow is introduced.

전해질 배출구들(120)에서, 워크피스(102)의 에지 바로 근처에서 도금 챔버 내로 전해질 유동(122)이 도입된다. 배출구들(120)은, 도금될 워크피스의 폭과 대략 동등한 높이를 가질 수 있고, 예컨대, 0.5 mm 내지 5 mm의 범위에 있는, 또는 워크피스의 코드의 폭의 높이를 가질 수 있다. 배출구들(120)은 직사각형 또는 다른 단면 형상을 가질 수 있고, 또한, 유동(122)이 가로질러 유동하는, 워크피스(102)의 에지의 윤곽에 따르는 방식으로 형성될 수 있다.At the electrolyte outlets 120, an electrolyte flow 122 is introduced into the plating chamber immediately adjacent to the edge of the workpiece 102. The outlets 120 may have a height approximately equal to the width of the workpiece to be plated and may have a height in the range of, for example, 0.5 mm to 5 mm, or the width of the cord of the workpiece. The outlets 120 may have a rectangular or other cross sectional shape and may also be formed in a manner that follows the contour of the edge of the workpiece 102 through which the flow 122 flows.

도 1a의 예시된 실시예에서, 도금 셀은, 도금 전해질을 양극액(anolyte)(108) 및 음극액(106)으로 분할하기 위해, 이온 투과성 멤브레인(ion permeable membrane)과 같은 투과성 멤브레인(116)을 포함한다. 따라서, 음극액(106)이 유입구(118) 및 배출구(120)를 통해 챔버를 통해 유동한다. 이온 투과성 멤브레인(116)은, 양극액(108)이 음극액(106)과 상이한 화학적인 특성들 및 속성들을 갖도록, 양극액(108)과 음극액(106)을 분리시키기 위해 사용된다.1A, the plating cell comprises a permeable membrane 116, such as an ion permeable membrane, to divide the plating electrolyte into anolyte 108 and catholyte 106. In the illustrated embodiment, . Thus, the catholyte 106 flows through the inlet 118 and the outlet 120 through the chamber. The ion permeable membrane 116 is used to separate the anolyte 108 and the catholyte 106 such that the anolyte 108 has chemical characteristics and properties different from the catholyte 106.

다른 실시예들에서, 도금 셀은, 전해질을 음극액 및 양극액 셀들로 분할하기 위한 멤브레인을 포함하지 않는다(예컨대 도 3 참조). 도 3의 예시된 실시예에서, 전해질(306)이 유입구들(318) 및 배출구들(320)을 통해 챔버를 통해 유동한다.In other embodiments, the plating cell does not include a membrane for dividing the electrolyte into catholyte and anolyte cells (see, e.g., FIG. 3). In the illustrated embodiment of FIG. 3, electrolyte 306 flows through the chambers through inlets 318 and outlets 320.

본 개시의 실시예들은, 워크피스(102)의 표면 상의 전해질(106)의 유동에서의 트루 속도 프로파일을 생성하여, 워크피스의 피처들에서의 질량 수송을 증가시키기 위한 수단에 관한 것이다. 도 1c를 참조하면, 워크피스 상의 피처(124)의 클로즈-업 뷰는, 도 1a 및 도 1b에서의 전해질(106)의 속도 프로파일의 결과로서의 피처(124)에서의 혼합을 도시한다. 이전에 설계된 패들 교반과 대조적으로, 본원에서 설명되는 단방향성 유체 유동은, 피처들에서의 향상된 혼합의 유리한 효과를 제공한다.Embodiments of the present disclosure are directed to a means for creating a true velocity profile in the flow of electrolyte 106 on the surface of a workpiece 102 to increase mass transport in features of the workpiece. Referring to FIG. 1C, a close-up view of the features 124 on the workpiece illustrates mixing at the features 124 as a result of the velocity profile of the electrolyte 106 in FIGS. 1A and 1B. In contrast to previously designed paddle agitation, the unidirectional fluid flow described herein provides an advantageous effect of improved mixing in the features.

패들-타입 교반기가, 패들 핀들의 정점에서 생성되는 에디들(eddies)의 결과로서 혼합에서 효과적일 수 있지만, 패들-타입 교반기는, 교반기의 모션과 동등한, 벌크 유체에서의 유체 모션을 생성하지 않는다. 유체의 관성, "누설 경로"를 야기하는, 도금되는 표면과 교반기 사이의 갭에 대한 필요성, 및 교반기 방향의 반전은, 유체가 가속되게 허용하지 않고, 패들이 달성하는 속도와 동일한 속도를 달성하게 허용하지 않는다. 반대로, 도금되는 표면이 유체 경로의 하나의 제약(constraining) 경계를 형성하는 제약된 공간 내로 전해질을 주입하는 것은, 유체 유동이 웨이퍼 표면에 대해 실질적으로 평행하게 되도록 하는 방식으로 구성될 수 있고, 웨이퍼 표면에 걸쳐 일정한 속도가 유지된다. 그러면, 금속 이온들이 확산되는 경계 층은, 교반기 모션 프로파일의 함수보다는, 속도의 함수가 된다. 한정된 공간에서의 액체의 전체 벌크는 속도로 있고, 표면에 걸쳐 실질적으로 균일하다.Although the paddle-type agitator may be effective in mixing as a result of eddies generated at the apex of the paddle pins, the paddle-type agitator does not produce fluid motion in the bulk fluid, equivalent to the motion of the agitator . The need for a gap between the surface to be agitated and the agitator, and the reversal of the agitator direction, which causes inertia of the fluid, a "leakage path ", does not allow the fluid to accelerate, Do not allow it. Conversely, injecting the electrolyte into the constrained space where the plated surface forms a constraining boundary of the fluid path can be configured in such a way that the fluid flow is substantially parallel to the wafer surface, A constant velocity is maintained across the surface. The boundary layer, in which the metal ions are diffused, is then a function of velocity rather than a function of the agitator motion profile. The bulk of the liquid in the confined space is at a velocity and is substantially uniform across the surface.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 워크피스의 제 1 단부에서 워크피스의 표면을 가로지르는 전해질의 속도는, 50 mm/sec 초과, 100 mm/sec 초과, 150 mm/sec 초과, 또는 200 mm/sec 초과일 수 있다. 최대 800 mm/sec의 실제적인(practical) 속도들이 달성되었다. 따라서, 본 개시의 일 실시예에서, 워크피스의 제 1 단부에서 워크피스의 표면을 가로지르는 전해질의 속도는, 100 내지 800 mm/sec의 범위에 있을 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the velocity of the electrolyte across the surface of the workpiece at the first end of the workpiece is greater than 50 mm / sec, greater than 100 mm / sec, greater than 150 mm / sec, sec. < / RTI > Practical speeds of up to 800 mm / sec have been achieved. Thus, in one embodiment of the present disclosure, the velocity of the electrolyte across the surface of the workpiece at the first end of the workpiece may be in the range of 100 to 800 mm / sec.

워크피스의 제 2 단부에서 워크피스의 표면을 가로지르는 전해질의 속도는, 50 mm/sec 초과, 100 mm/sec 초과, 150 mm/sec 초과, 200 mm/sec 초과의 유사한 범위에 있을 수 있거나, 또는 100 내지 800 mm/sec의 범위에 있을 수 있다. 속도에서의 임의의 감소는, 워크피스 주변부에서의 유동 손실들에 기인한다.The speed of the electrolyte across the surface of the workpiece at the second end of the workpiece may be in the range of greater than 50 mm / sec, greater than 100 mm / sec, greater than 150 mm / sec, greater than 200 mm / sec, Or in the range of 100 to 800 mm / sec. Any reduction in speed is due to flow losses at the workpiece periphery.

그러한 유동 속도를 달성하기 위한 시스템들은 펌프들, 가압(pressurization), 또는 진공 흡인을 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에서, 시스템은, 전해질을, 전해질 레저부아(reservoir)로부터 유입구(118)를 통해 도금 챔버로 펌핑하고, 배출구(120)를 통해 전해질 레저부아로 되돌려 펌핑하기 위한 펌프를 포함한다. 본 개시의 다른 실시예에서, 시스템은 플리넘 구역으로부터 전해질을 펌핑하기 위한 펌프를 포함한다.Systems for achieving such flow rates may include pumps, pressurization, or vacuum suction. In one embodiment of the present disclosure, the system includes a pump to pump the electrolyte from the electrolyte reservoir through the inlet 118 to the plating chamber and back through the outlet 120 to the electrolyte reservoir do. In another embodiment of the present disclosure, the system includes a pump for pumping electrolyte from the plenum region.

피처들에서의 향상된 혼합 효과들에 부가하여, 전해질이 더 빠른 레이트로 순환될 수 있고, 그에 의해, 더 일정한 금속 이온 농도를 유지할 수 있다. 예컨대, 전형적인 시스템에서, 음극액 탱크는 약 4 리터/분의 레이트로 순환되고, 대략 매 분마다 대략 하나의 반응기 볼륨이 교환된다. 본 개시의 실시예에 따른 예시적인 높은 속도 스트림의 경우에, 음극액 탱크는 약 18 내지 72 리터/분의 레이트로 순환될 수 있고, 그에 따라, 이전에 설계된 시스템들보다 더 빠르게 반응기 볼륨을 교환할 수 있다.In addition to the improved mixing effects in the features, the electrolyte can be cycled at a faster rate, thereby maintaining a more constant metal ion concentration. For example, in a typical system, the catholyte tank is circulated at a rate of about 4 liters / minute and about one reactor volume is exchanged about every minute. In the case of an exemplary high velocity stream according to an embodiment of the present disclosure, the catholyte tank can be cycled at a rate of about 18 to 72 liters / minute, thereby replacing the reactor volume faster than previously designed systems can do.

도 2의 예시된 실시예에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 개시의 다른 실시예에 따른 예시적인 시스템은, 워크피스(202)의 표면을 가로지르도록 전해질을 지향시키기 위해, 전해질 유입구(218)에서 하나 또는 그 초과의 노즐들(224)을 포함할 수 있다.As can be seen in the illustrated embodiment of FIG. 2, an exemplary system according to another embodiment of the present disclosure includes an electrolyte inlet 218 for directing the electrolyte across the surface of the workpiece < RTI ID = 0.0 & And may include one or more nozzles 224.

워크피스를 가로지르는 방향성에 부가하여, 전해질의 유체 유동은 워크피스의 표면에 대한 충돌 각도로 있을 수 있다(도 2 참조). 하나의 비-제한적인 예에서, 충돌 각도는 약 5 내지 약 10의 범위에 있을 수 있다.In addition to the directionality across the workpiece, the fluid flow of the electrolyte can be at the impingement angle to the surface of the workpiece (see FIG. 2). In one non-limiting example, the impingement angle may range from about 5 to about 10.

향상된 혼합에 부가하여, 벌크 도금 전해질에서의 온도를 증가시키는 것이, 도금 표면 인터페이스로 확산을 드라이빙하는 것을 돕는 유리한 효과를 가질 수 있다. 그러나, 배스 가열은 전해질 내의 첨가제들에 대해 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 전해질 가열 파라미터들은 일반적으로, 제어되는 한계들 내에 있다.In addition to the enhanced mixing, increasing the temperature in the bulk plating electrolyte may have the beneficial effect of helping to drive the diffusion to the plating surface interface. However, bass heating can have an adverse effect on the additives in the electrolyte. Thus, the electrolyte heating parameters are generally within controlled limits.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예가 제공된다. 이러한 실시예에 따르면, 워크피스(402)는 워크피스의 제 2 표면(410) 상에서 배면 가열을 받는다. 배면 가열은, 워크피스의 피처(424)의 바닥에서의 도금 표면(T1)(예컨대, 65 ℃)과 필드(T2)(예컨대, 35 ℃) 사이에 온도 차이를 생성한다.4A and 4B, another embodiment of the present disclosure is provided. According to this embodiment, the workpiece 402 is subjected to backside heating on the second surface 410 of the workpiece. The backside heating produces a temperature difference between the plating surface T1 (e.g., 65 占 폚) at the bottom of the workpiece features 424 and the field T2 (e.g., 35 占 폚).

위에서 설명된 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 워크피스의 배면 가열은, 전기도금 레이트를 추가로 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 배면 가열은, 위에서 설명된 전해질 유동의 방법들 대신에 또는 그러한 방법들에 부가하여 사용될 수 있다. 본 개시의 실시예들에 따르면, 워크피스의 배면 표면은, 전체 배스 온도가 아니라, 피처에서의 배스 온도를 증가시키기 위해 가열될 수 있다.As described above, according to one embodiment of the present disclosure, the backside heating of the workpiece can be used to further increase the electroplating rate. Backside heating may be used in lieu of, or in addition to, the methods of electrolyte flow described above. According to embodiments of the present disclosure, the back surface of the workpiece may be heated to increase the bath temperature at the feature, rather than the entire bath temperature.

배면 가열 시에, 피처에서의 유체에서 가열의 기울기가 달성되지만, 유체의 벌크는 더 낮은 온도로 유지된다. 따라서, 도금 표면 인터페이스에서의 온도의 증가는, 불리하게 벌크 유체의 온도를 증가시키지 않으면서, 인터페이스로 금속 이온들의 확산을 드라이빙하는 것을 도울 수 있다.During backside heating, the slope of heating in the fluid at the feature is achieved, but the bulk of the fluid is maintained at a lower temperature. Thus, an increase in temperature at the plating surface interface can help drive the diffusion of metal ions into the interface, without adversely increasing the temperature of the bulk fluid.

본 개시의 일 실시예에서, 피처에서의 리세스의 바닥에서의 유체의 온도는, 피처 외부의 벌크 유체의 온도보다 적어도 약 20 ℃ 더 따뜻할 수 있다. 본 개시의 다른 실시예에서, 피처에서의 리세스의 바닥에서의 유체의 온도는, 피처 외부의 벌크 유체의 온도보다 적어도 약 30 ℃ 더 따뜻할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에서, 피처에서의 리세스의 바닥에서의 유체의 온도는, 약 60 ℃ 내지 약 90 ℃의 범위에 있을 수 있다. 본 개시의 일 실시예에서, 피처 외부의 벌크 유체의 온도는, 약 35 ℃ 내지 약 50 ℃의 범위에 있을 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, the temperature of the fluid at the bottom of the recess in the feature may be at least about 20 DEG C warmer than the temperature of the bulk fluid outside the feature. In another embodiment of the present disclosure, the temperature of the fluid at the bottom of the recess in the feature may be at least about 30 [deg.] C warmer than the temperature of the bulk fluid outside the feature. In one embodiment of the present disclosure, the temperature of the fluid at the bottom of the recess in the feature may be in the range of about 60 캜 to about 90 캜. In one embodiment of the present disclosure, the temperature of the bulk fluid outside the features may be in the range of about 35 占 폚 to about 50 占 폚.

워크피스의 배면을 위한 가열 방법은, 직접적인 전도성 가열, 대류성 가열, 이온성 가열, 또는 조사일 수 있다. 직접적인 전도성 가열은, 예컨대, 가열된 패드와의 직접적인 접촉, 또는 가열된 진공 척과의 직접적인 접촉일 수 있다. 대류성 가열은, 예컨대, 워크피스의 제 2 표면을 가로지르는 고온 공기의 유동을 포함할 수 있다.The heating method for the backside of the workpiece may be direct conductive heating, convective heating, ionic heating, or irradiation. The direct conductive heating may be, for example, direct contact with the heated pad, or direct contact with the heated vacuum chuck. Convective heating may include, for example, flow of hot air across the second surface of the workpiece.

배면 가열에 부가하여, 냉각이, 배스 열화(degradation)를 방지하기 위해, 벌크 전해질에 적용될 수 있다.In addition to backside heating, cooling can be applied to bulk electrolytes to prevent bath degradation.

예 1:Example 1:

RDE 한계 전류 대 온도RDE Limit Current vs. Temperature

배면 가열 개념은, 패터닝된 실리콘 워크피스를 열-싱크에 부착함으로써 테스트되었다. RDE(Rotating Disk Electrode)는, 황산 구리로부터의 용액 내의 대략 63 g/l(1 M) Cu를 갖는 구리 도금 배스에 침지되었다. 70 ℃의 유체가 열 싱크를 통해 순환되었고, 패터닝된 워크피스가 도금 배스에 침지되었다. 다양한 샘플들이, 주변의(ambient) 및 상승된 샘플 온도 양자 모두에서, 상이한 전류들로 도금되었다. 도 5에서의 결과들은, 온도가 증가됨에 따른 한계 전류 밀도에서의 증가를 도시한다.The backside heating concept was tested by attaching a patterned silicon workpiece to the heat-sink. RDE (Rotating Disk Electrode) was immersed in a copper plating bath having approximately 63 g / l (1 M) Cu in solution from copper sulfate. A fluid at 70 [deg.] C was circulated through the heat sink and the patterned workpiece was immersed in the plating bath. The various samples were plated at different currents, both in ambient and elevated sample temperatures. The results in Fig. 5 show the increase in the critical current density as the temperature is increased.

주변의 온도에서, 대략 75 x 120 미크론(포토레지스트의 직경 대 깊이)의 포토레지스트 비아들 내부에 도금하는 경우에, 노듈 형성의 개시가 대략 3 내지 3.5 미크론/분의 도금 레이트로 발생하였다.At ambient temperature, when plated inside photoresist vias of approximately 75 x 120 microns (diameter versus depth of photoresist), initiation of nodule formation occurred at a plating rate of approximately 3 to 3.5 microns / minute.

예 2:Example 2:

RDE 한계 전류 대 회전 속력 및 온도RDE Limit Current versus Rotational Speed and Temperature

도 6은, 온도 및 회전 속력 양자 모두가 변화되었던 RDE(Rotating Disk Electrode) 실험의 결과들을 표현하는 데이터를 도시한다. 테스트들은 0 RPM, 5 RPM, 25 RPM, 및 100 RPM의 회전 속력에서 러닝(run)되었다. 결과들은, 5 및 25의 낮은 RPM 값들로 회전 속력을 증가시키는 것으로부터, 한계 전류 밀도에 대한 약간의 증가들을 나타내었다. 결과들은, 100 RPM의 더 높은 회전 속도에서, 계단-함수(step-function) 증가를 나타내었다.Figure 6 shows data representing the results of an RDE (Rotating Disk Electrode) experiment in which both temperature and rotational speed were changed. The tests were run at rotational speeds of 0 RPM, 5 RPM, 25 RPM, and 100 RPM. The results showed slight increases to the limiting current density, from increasing the rotational speed to low RPM values of 5 and 25. The results showed a step-function increase at higher rotational speeds of 100 RPM.

예 3Example 3

RDE 한계 전류 대 회전 속력RDE limit current vs. rotational speed

도 7은, 더 상세히 상대적인 유체 속도의 영향을 표현하는 데이터를 도시한다. 패들에 대한 현재의 "최신의(state of the art)" 파라미터들은, 8000 mm/sec^2의 가속 속도 및 200 mm/sec의 속도에서 동작한다. RDE(Rotating Disk Electrode) 샘플 쿠폰(coupon)들이, 실질적으로 선형인 제트 스트림과 함께 러닝되었고, 전기도금 레이트는, 한계 전류가 초과된 것을 표시하는 노듈 형성이 관찰되기 전에, 3 내지 3.5 미크론/분으로부터 10 내지 15 미크론/분 초과로 증가되었다. 증가는, ~183 mm/sec의 유동 속도로 쿠폰의 표면을 가로지르는 속도 제트를 스캐닝(scanning)함으로써 달성되었다. 제트 스트림은 패들 속도에 대한 범위 근처에 있지만, 제트 스트림이 전기도금 배스에 트루 단방향성 벌크 유동 속도를 부여하는 것으로 나타나기 때문에, 패들 속도보다 더 우수한 결과들을 달성한다. 웨이퍼 표면 상의 트루 속도 프로파일은, 심지어 제한적인 피처들 내로의 질량 수송이 증가되게 하여, 도금 레이트가 상당히 증가될 수 있게 한다.Figure 7 shows data expressing the effect of relative fluid velocity in more detail. The current "state of the art" parameters for the paddle operate at an acceleration rate of 8000 mm / sec ^ 2 and a speed of 200 mm / sec. Rotating Disk Electrode (RDE) coupons were run with a substantially linear jet stream and the electroplating rate was adjusted to 3 to 3.5 microns / minute before nodule formation was observed indicating that the limiting current was exceeded Lt; RTI ID = 0.0 > 10-15 microns / min. ≪ / RTI > The increase was achieved by scanning a velocity jet across the surface of the coupon at a flow rate of ~ 183 mm / sec. The jet stream is close to the paddle velocity range, but achieves results that are better than the paddle velocity, since the jet stream appears to confer a true unidirectional bulk flow rate to the electroplating bath. The true velocity profile on the wafer surface allows even increased mass transport into limiting features, thereby significantly increasing the plating rate.

예시적인 실시예들이 예시되고 설명되었지만, 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서, 그러한 예시적인 실시예들에 다양한 변화들이 이루어질 수 있다.Although illustrative embodiments have been illustrated and described, various changes may be made in the exemplary embodiments without departing from the spirit and scope of the disclosure.

Claims (15)

마이크로피처 워크피스(microfeature workpiece)를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법으로서,
상기 워크피스는 제 1 표면 및 제 2 표면 및 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며,
상기 방법은,
도금 챔버에서 도금 전해질과 상기 마이크로피처 워크피스의 제 1 표면을 접촉시키는 단계 ― 상기 도금 전해질은 적어도 하나의 금속 이온을 포함함 ―;
상기 워크피스의 제 1 단부에서의 제 1 도금 전해질 유입구로부터, 상기 워크피스의 중심점(center point)을 가로질러서, 상기 워크피스의 제 2 단부에서의 제 2 도금 전해질 배출구로, 상기 도금 전해질을 유동시키는 단계; 및
상기 워크피스의 제 1 표면 상에 상기 적어도 하나의 금속 이온을 전기화학적으로 증착하는 단계
를 포함하는,
마이크로피처 워크피스를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
CLAIMS 1. A method for electrochemically processing a microfeature workpiece,
The workpiece having a first surface and a second surface and a first end and a second end,
The method comprises:
Contacting a first surface of the microfeature workpiece with a plating electrolyte in a plating chamber, the plating electrolyte comprising at least one metal ion;
From a first plating electrolyte inlet at a first end of the workpiece to a second plating electrolyte outlet at a second end of the workpiece across a center point of the workpiece, ; And
Electrochemically depositing the at least one metal ion on a first surface of the workpiece
/ RTI >
A method for electrochemically processing a microfeature workpiece.
제 1 항에 있어서,
상기 도금 전해질은 음극액(catholyte)이고, 도금 전해질 챔버는 음극액 챔버인,
마이크로피처 워크피스를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the plating electrolyte is a catholyte and the plating electrolyte chamber is a catholyte chamber,
A method for electrochemically processing a microfeature workpiece.
제 1 항에 있어서,
상기 전해질은 전해질 챔버로부터 상기 제 1 도금 전해질 유입구로 펌핑되는,
마이크로피처 워크피스를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte is pumped from the electrolyte chamber to the first plating electrolyte inlet,
A method for electrochemically processing a microfeature workpiece.
제 3 항에 있어서,
상기 전해질 챔버는 가압되는 플리넘(plenum) 구역을 포함하는,
마이크로피처 워크피스를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
The method of claim 3,
Wherein the electrolyte chamber comprises a plenum zone to be pressurized,
A method for electrochemically processing a microfeature workpiece.
제 1 항에 있어서,
상기 전해질은, 상기 유입구에서, 50 mm/sec 초과의 유량을 갖는,
마이크로피처 워크피스를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
Said electrolyte having, at said inlet, a flow rate of greater than 50 mm / sec,
A method for electrochemically processing a microfeature workpiece.
제 1 항에 있어서,
상기 전해질은, 상기 배출구에서, 50 mm/sec 초과의 유량을 갖는,
마이크로피처 워크피스를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
Said electrolyte having, at said outlet, a flow rate greater than 50 mm / sec,
A method for electrochemically processing a microfeature workpiece.
제 1 항에 있어서,
상기 전해질은, 상기 워크피스의 제 1 단부로부터 상기 워크피스의 제 2 단부로의 실질적으로 단방향성인 유동 패턴을 갖는,
마이크로피처 워크피스를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte has a substantially unidirectional flow pattern from a first end of the workpiece to a second end of the workpiece,
A method for electrochemically processing a microfeature workpiece.
제 1 항에 있어서,
상기 전해질은, 약 5° 내지 약 10°의 범위에서의 각도로, 상기 워크피스의 제 1 표면에 충돌하는,
마이크로피처 워크피스를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte is applied to the first surface of the workpiece at an angle in the range of about 5 [deg.] To about 10 [
A method for electrochemically processing a microfeature workpiece.
제 1 항에 있어서,
상기 방법은,
제 1 유입구로부터 제 1 배출구로의 상기 도금 전해질의 유동 패턴에 대해 실질적으로 평행한 유동 패턴으로, 복수의 제 2 도금 전해질 유입구들로부터 하나 또는 그 초과의 제 2 도금 전해질 배출구들로, 상기 도금 전해질을 유동시키는 단계를 더 포함하는,
마이크로피처 워크피스를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
The method comprises:
From a plurality of second plating electrolyte inlets to one or more second plating electrolyte outlets in a flow pattern substantially parallel to the flow pattern of the plating electrolyte from the first inlet to the first outlet, Further comprising the step of:
A method for electrochemically processing a microfeature workpiece.
제 1 항에 있어서,
가열 방법을 사용하여, 상기 워크피스의 제 2 표면을 가열하는 단계를 더 포함하는,
마이크로피처 워크피스를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
Heating the second surface of the workpiece using a heating method,
A method for electrochemically processing a microfeature workpiece.
마이크로피처 워크피스를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법으로서,
상기 워크피스는 제 1 및 제 2 대향 표면들을 가지며,
상기 방법은,
적어도 하나의 금속 이온을 갖는 도금 전해질과 상기 마이크로피처 워크피스의 제 1 표면을 접촉시키는 단계;
가열 방법을 사용하여, 상기 워크피스의 제 2 표면을 가열하는 단계; 및
상기 워크피스의 제 1 표면 상에 적어도 하나의 금속 이온을 전기화학적으로 증착하는 단계
를 포함하는,
마이크로피처 워크피스를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
A method for electrochemically processing a microfeature workpiece,
The workpiece having first and second opposing surfaces,
The method comprises:
Contacting a first surface of the microfeature workpiece with a plating electrolyte having at least one metal ion;
Heating the second surface of the workpiece using a heating method; And
Electrochemically depositing at least one metal ion on the first surface of the workpiece
/ RTI >
A method for electrochemically processing a microfeature workpiece.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 가열은 90 ℃ 내지 200 ℃의 범위에 있는,
마이크로피처 워크피스를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
The method according to claim 10 or 11,
The heating is carried out at a temperature in the range of < RTI ID = 0.0 > 90 C &
A method for electrochemically processing a microfeature workpiece.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 가열 방법은, 직접적인 전도성(direct conductive) 가열, 대류성(convective) 가열, 이온성 가열, 및 조사(irradiation)로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
마이크로피처 워크피스를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
The method according to claim 10 or 11,
Wherein the heating method is selected from the group consisting of direct conductive heating, convective heating, ionic heating, and irradiation.
A method for electrochemically processing a microfeature workpiece.
제 13 항에 있어서,
상기 직접적인 전도성 가열은, 가열된 패드와의 직접적인 접촉 및 가열된 진공 척과의 직접적인 접촉으로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
마이크로피처 워크피스를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the direct conductive heating is selected from the group consisting of direct contact with the heated pad and direct contact with the heated vacuum chuck,
A method for electrochemically processing a microfeature workpiece.
제 13 항에 있어서,
상기 대류성 가열은 상기 워크피스의 제 2 표면을 가로지르는 고온 공기의 유동을 포함하는,
마이크로피처 워크피스를 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the convective heating comprises a flow of hot air across the second surface of the workpiece,
A method for electrochemically processing a microfeature workpiece.
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