KR20170035792A

KR20170035792A - 전기도금 컵 어셈블리에서 내구성이 있는 저 경화 온도 소수성 코팅

Info

Publication number: KR20170035792A
Application number: KR1020160116292A
Authority: KR
Inventors: 아론 베르케; 산토쉬 쿠마; 리 펭 추아; 로버트 래쉬
Original assignee: 램 리써치 코포레이션
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2017-03-31
Also published as: US20170073832A1; CN107043953A; TW201720968A

Abstract

전기도금 동안 웨이퍼들을 인게이지하기 위한 전기도금 컵들이 개시되고, 전기도금 컵은 링-형상 컵 하단부, 탄성체 시일부, 및 전기적 콘택트 엘리먼트를 포함할 수 있다. 컵 하단부는 전기도금 용액에 반복적으로 노출될 수도 있다. 컵 하단부는 비도전성 재료를 포함하고 그 위에 고체 윤활제 코팅이 도포될 수 있다. 고체 윤활제 코팅은 비도전성 재료의 용융 온도 미만과 같은 상대적으로 저온에서 경화될 수 있고, 내구성이 있을 수 있고 소수성일 수 있다.

Description

전기도금 컵 어셈블리에서 내구성이 있는 저 경화 온도 소수성 코팅{DURABLE LOW CURE TEMPERATURE HYDROPHOBIC COATING IN ELECTROPLATING CUP ASSEMBLY}

본 개시는 집적 회로들을 위한 다마신 상호연결부들의 형성 및 집적 회로 제조 동안 사용되는 전기도금 장치들에 관한 것이다.

전기도금은 하나 이상의 도전성 금속의 층들을 증착하기 위해 집적 회로 (IC) 제조 시 사용되는 일반적인 기법이다. 일부 제조 프로세스들에서, 이는 다양한 기판 피처들 사이에 1 이상의 레벨들의 구리 상호연결부들을 증착하기 위해 사용된다. 전기도금을 위한 장치는 통상적으로 전해액을 담기 위한 챔버 (때때로 도금 욕이라고 함) 및 전기도금 동안 반도체 기판을 홀딩하도록 설계된 기판 홀더를 갖는 전기도금 셀을 포함한다. 일부 설계들에서, 웨이퍼 홀더는 기판 주변부가 "컵"이라고 하는 링 형상 구조체에 대고 놓이는 "크램쉘" 구조체를 갖는다.

전기도금 장치의 동작 동안, 반도체 기판은 적어도 기판의 도금 표면이 전해액에 노출되도록 도금 욕 내에 잠긴다 (submerged). 기판 표면과 확립된 하나 이상의 전기적 콘택트부들은 전기도금 셀을 통해 전류를 구동하고 전해액 내에서 이용가능한 금속 이온들로부터 기판 표면 상으로 금속을 증착하도록 채용된다. 통상적으로, 전기적 콘택트 엘리먼트들은 기판과 전류 소스로서 역할을 하는 버스 바 사이의 전기적 접속을 형성하도록 사용된다.

전기도금 시 일어나는 문제는 전기도금 용액의 잠재적으로 부식성 특성이다. 따라서, 많은 전기도금 장치에서 전해액 누설 및 전기도금 셀의 내부 이외의 전기도금 장치의 엘리먼트들과 전기도금을 위해 지정된 기판의 측면의 콘택트부를 방지할 목적을 위해 크램쉘과 기판의 계면에서 립시일이 사용된다.

전기도금 시 일어나는 또 다른 문제는 컵 하단부 또는 크램쉘 구조체의 다른 부분들의 의도치 않은 도금이다. 기판 대신 컵 하단부 또는 크램쉘 구조체의 다른 부분들의 모든 도금은 전기도금의 프로세스 성능에 유해할 수 있고, 이는 기판에 걸쳐 재료의 불균일한 도금 또는 심지어 크램쉘 구조체의 고장을 발생시킬 수 있다.

전기도금 컵 어셈블리의 컵 하단부는 고체 윤활제 코팅으로 커버된 비도전성 재료를 포함할 수 있다. 고체 윤활제 코팅은 소수성일 수 있고 내구성이 있을 수 있다. 고체 윤활제 코팅은 비도전성 재료의 용융 온도, 예컨대 350 ℉ 내지 약 500 ℉ 이하의 온도에서 경화될 수 있다. 고체 윤활제 코팅은 바인더 폴리머 및 윤활제 폴리머를 포함하는 적어도 2 개의 폴리머들의 혼합물일 수 있다. 일부 구현예들에서, 바인더 폴리머는 고-성능 또는 엔지니어링 폴리머를 포함할 수 있고, 그리고 윤활제 폴리머는 플루오로폴리머를 포함할 수 있다. 비도전성 컵 하단부 상의 고체 윤활제 코팅은 전기도금 컵 어셈블리의 구성을 단순화할 수 있고 코팅이 실패하는 경우에도 컵 하단부 도금 가능성을 감소시킬 수 있다.

본 개시는 전기도금 동안 웨이퍼를 홀딩하고, 웨이퍼를 시일링하고, 웨이퍼로 전류를 공급하기 위한 컵 어셈블리에 관한 것이다. 컵 어셈블리는 웨이퍼를 홀딩하도록 사이즈가 결정되고 메인 바디 부분 및 방사상 내측으로 돌출하는 표면을 포함하는 컵 하단부를 포함하고, 컵 하단부의 메인 바디 부분은 고체 윤활제 코팅으로 코팅된 비도전성 재료를 포함한다. 컵 어셈블리는 또한 방사상 내측으로 돌출하는 표면 상에 배치된 탄성체 시일부를 포함하고, 탄성체 시일부는, 웨이퍼에 대고 가압될 (pressed) 때, 전기도금 동안 도금 용액이 실질적으로 배제되는 웨이퍼의 주변 영역을 규정하도록 웨이퍼에 대고 시일링한다. 컵 어셈블리는 탄성체 시일부 상에 또는 인접하게 배치된 전기적 콘택트 엘리먼트로서, 전기적 콘택트 엘리먼트는 전기도금 동안 전기적 콘택트 엘리먼트가 웨이퍼로 전력을 제공할 수도 있도록, 탄성체 시일부가 웨이퍼에 대고 시일링할 때 주변 영역 내에서 웨이퍼에 콘택트하는, 전기적 콘택트 엘리먼트를 더 포함한다.

일부 구현예들에서, 고체 윤활제 코팅은 비도전성 재료의 용융 온도보다 낮은 온도에서 경화가능하다. 일부 구현예들에서, 고체 윤활제 코팅은 약 350 ℉ 내지 약 500 ℉의 온도에서 경화가능하다. 일부 구현예들에서, 고체 윤활제 코팅은 바인더 폴리머 및 윤활제 폴리머를 포함한다. 바인더 폴리머는 PES (polyether sulfone) 및 PPS (polyphenylene sulfide) 중 적어도 하나를 포함하고, 그리고 윤활제 폴리머는 PTFE (polytetrafluoroethylene), FEP (fluorinated ethylene propylene), 및 PFA (perfluoroalkoxy) 중 적어도 하나를 포함한다. 바인더 폴리머는 고체 윤활제 코팅의 경화 온도에서 용융되고, 그리고 윤활제 폴리머는 고체 윤활제 코팅의 경화 온도에서 용융되지 않는다. 일부 구현예들에서, 컵 하단부의 전체 또는 실질적으로 전체는 비도전성 재료로 이루어진다. 일부 구현예들에서, 컵 하단부의 비도전성 재료는 폴리머성 재료를 포함한다. 폴리머성 재료는 PAI (polyamide-imide), PEEK (polyether ether ketone), PPS, 및 PET (polyethylene terephthalate) 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 구현예들에서, 도금 용액은 주석 이온 및 은 이온을 포함한다.

본 개시는 또한 전기도금 동안 웨이퍼를 홀딩하고, 웨이퍼를 시일링하고, 웨이퍼로 전류를 공급하기 위한 컵 어셈블리를 준비하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 컵 어셈블리는 웨이퍼를 홀딩하도록 사이즈가 결정되고 메인 바디 부분 및 방사상 내측으로 돌출하는 표면을 포함하는 컵 하단부를 제공하는 단계를 포함하고, 적어도 메인 바디 부분은 비도전성 재료를 포함한다. 방법은 방사상 내측으로 돌출하는 표면 상에 탄성체 시일부를 고정하는 단계를 더 포함하고, 탄성체 시일부는, 웨이퍼에 대고 가압될 때, 전기도금 동안 도금 용액이 실질적으로 배제되는 웨이퍼의 주변 영역을 규정하도록 웨이퍼에 대고 시일링한다. 방법은 고체 윤활제 코팅으로 메인 바디부의 비도전성 재료를 코팅하는 단계를 더 포함한다.

일부 구현예들에서, 고체 윤활제 코팅은 바인더 폴리머 및 윤활제 폴리머를 포함한다. 바인더 폴리머는 PES 및 PPS 중 적어도 하나를 포함하고, 그리고 윤활제 폴리머는 PTFE, FEP, 및 PFA 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 구현예들에서, 방법은 비도전성 재료의 용융 온도 이하의 온도에서 고체 윤활제 코팅을 경화하는 단계를 더 포함한다. 고체 윤활제 코팅은 약 350 ℉ 내지 약 500 ℉의 온도에서 경화될 수 있다. 일부 구현예들에서, 방법은 고체 윤활제 코팅을 준비하는 단계를 더 포함하고, 고체 윤활제 코팅을 준비하는 단계는 바인더 폴리머 및 윤활제 폴리머를 용매에 용해시키는 것을 포함한다. 일부 구현예들에서, 방법은 고체 윤활제 코팅으로 비도전성 재료를 코팅하기 전에 비도전성 재료에 대한 고체 윤활제 코팅의 접착을 개선하도록 컵 하단부를 전처리하는 단계를 더 포함한다. 일부 구현예들에서, 방법은 탄성체 시일부 상에 또는 근방에 전기적 콘택트 엘리먼트를 적용하는 단계를 더 포함하고, 전기적 콘택트 엘리먼트는, 전기적 콘택트 엘리먼트가 전기도금 동안 웨이퍼로 전력을 제공할 수도 있도록 탄성체 시일부가 웨이퍼에 대고 시일링할 때 주변 영역에서 웨이퍼에 콘택트한다.

도 1a는 반도체 웨이퍼들을 전기화학적으로 처리하기 위한 웨이퍼 홀딩 및 포지셔닝 장치의 사시도이다.
도 1b는 전기도금 기판 홀더의 단면 개략도를 나타낸다.
도 2는 복수의 가요성 핑거들로 이루어진 콘택트부 링들을 갖는 크램쉘 어셈블리의 단면 개략도이다.
도 3은 반도체 기판을 전기도금하는 방법을 예시하는 플로우차트이다.
도 4a 내지 도 4d는 시간에 걸친 다양한 금속 민감화 (sensitization) 단계들을 예시하는 전기도금 컵의 컵 하단부에서 전기장 선들의 단면 개략도들을 도시한다.
도 5a는 전기도금 컵 어셈블리의 사시도를 도시한다.
도 5b는 도 5a의 선 5B-5B를 따른 전기도금 컵 어셈블리의 단면도를 도시한다.
도 6a는 고체 윤활제 코팅된 전기도금 컵 어셈블리의 사시도를 도시한다.
도 6b는 도 6a의 선 6B-6B를 따른 전기도금 컵 어셈블리의 단면도를 도시한다.
도 7은 고체 윤활제 코팅으로 코팅된 전기도금 컵 어셈블리의 형성 방법을 예시하는 플로우차트이다.
도 8a는 시간에 걸친 전기도금 후 PPS (polyphenylene sulfide) 로 이루어진 전기도금 컵 어셈블리의 이미지를 도시한다.
도 8b는 코팅이 스크래치된 후 그리고 시간에 걸친 전기도금 후 코팅된 티타늄으로 이루어진 전기도금 컵의 이미지를 도시한다.
도 8c는 코팅이 스크래치된 후 그리고 시간에 걸친 전기도금 후 코팅된 PPS로 이루어진 전기도금 컵의 이미지를 도시한다.

이하의 기술에서, 다수의 구체적인 상세들이 제시된 개념들의 전체적인 이해를 제공하기 위해 언급된다. 제시된 개념들은 이들 구체적인 상세들 중 일부 또는 전부가 없이 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 공지의 프로세스 동작들은 기술된 개념들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다. 일부 개념들은 구체적인 실시예들과 함께 기술될 것이지만, 이들 실시예들은 제한하는 것으로 의도되지 않았다는 것이 이해될 것이다.

본 개시에서, 용어들, "반도체 웨이퍼", "웨이퍼", "기판", "반도체 기판", "웨이퍼 기판", "워크피스" 및 "부분적으로 제조된 집적 회로"는 상호교환 가능하게 사용된다. 당업자는 용어 "부분적으로 제조된 집적 회로"가 그 위의 집적 회로 제조의 많은 단계들 중 임의의 단계 동안 실리콘 웨이퍼를 지칭할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 용어들 "전해액", "도금 욕", "욕" 및 "도금 용액"은 상호교환가능하게 사용된다. 이들 용어들은 일반적으로 음극액 (음극 챔버 내 또는 음극 챔버 재순환 루프 내에 존재하는 전해액) 또는 양극액 (양극 챔버 내 또는 양극 챔버 재순환 루푸 내에 존재하는 전해액) 을 지칭할 수도 있다. 부가적으로, 용어들 "전기도금 컵", "전기도금 컵 어셈블리", "컵 어셈블리", 및 "크램쉘 어셈블리"가 상호교환가능하게 사용될 수도 있다. 이하의 상세한 기술은 본 개시가 웨이퍼 상에서 구현되는 것을 가정한다. 그러나, 본 개시는 이렇게 제한되지 않는다. 웨이퍼는 다양한 형상들, 사이즈들, 및 재료들일 수도 있다. 반도체 웨이퍼들에 더하여, 본 개시의 이점들을 취할 수도 있는 다른 워크피스들은 인쇄 회로 기판들 등과 같은 다양한 물품들을 포함한다.

서문

반도체 제조 및 프로세싱의 이점들은 전기도금된 주석-은 합금들의 증가된 사용을 야기하였다. 주석-은 합금들의 일부 예시적인 적용예들은 전체가 모든 목적들을 위해 본 명세서에 참조로서 인용된, 2011년 11월 28일 출원된 명칭이"ELECTROPLATING APPARATUS AND PROCESS FOR WAFER LEVEL PACKAGING"인 미국 특허 출원 번호 제 13/305,384 호 (대리인 관리번호 NOVLP368) 에 개시된다. 다른 예시적인 적용예들은 2011년 6월 29일 출원되고 명칭이 "ELECTRODEPOSITION WITH ISOLATED CATHODE AND REGENERATED ELECTROLYTE"인 미국 특허 가 출원번호 제 61/502,590 호 (대리인 관리번호 NOVLP426P), 2012년 6월 5일 출원되고 명칭이 "METHOD OF PROTECTING ANODE FROM PASSIVATION IN ALLOY PLATING SYSTEMS WITH LARGE REDUCTION POTENTIAL DIFFERENCES"인 미국 특허 가 출원번호 제 61/655,930 호 (대리인 관리번호 NOVLP489P), 2011년 3월 18일 출원되고 명칭이 "ELECTROLYTE LOOP WITH PRESSURE REGULATION FOR SEPARATED ANODE CHAMBER OF ELECTROPLATING SYSTEM"인 미국 특허 출원번호 제 13/051,822 호 (대리인 관리번호 NOVLP421), 2013년 3월 29일 출원되고 명칭이 "CLEANING ELECTROPLATING SUBSTRATE HOLDERS USING REVERSE CURRENT DEPLATING"인 미국 특허 출원번호 제 13/853,935 호 (대리인 관리번호 NOVLP454) 에 개시되고, 이 출원들 각각은 전체가 모든 목적들을 위해 본 명세서에 참조로서 인용된다. 본 개시의 부분들은 주석-은 전기도금 화학물질들을 참조할 수도 있지만, 본 개시는 이렇게 제한되지 않고 다른 금속들의 전착에 동일하게 적용할 수도 있다는 것이 이해될 것이다.

많은 이들 적용예들 중에서, 은-주석 합금들은 주석 위스커 (whisker) 형성에 대한 우수한 내성, 가용한 상당히 안정한 도금 욕들 및 프로세스들, 보다 낮은 땜납 용융점, 및 충격력들 하에서 땜납 볼 연결 파괴에 대한 개선된 내성으로부터 적어도 부분적으로 이들의 효용성을 도출한다. 그러나, 반도체 기판들 상으로 은-주석 합금들의 전기도금은 전기도금 자체 상에 거짓 은-주석 증착들의 구축으로 인해 종종 문제가 되는 것으로 알려졌다. 특히, 전기도금 컵-또는 크램쉘 어셈블리-의 립시일 및/또는 컵 하단부 영역들 상 그리고 둘레에 주석-은 구축은 상당한 프로세싱 어려움들을 야기할 수도 있다는 것을 알았다. 이러한 거짓 금속 축적은 기판에 걸쳐 고르지 않은 도금 분포를 유발할 수도 있고, 심지어, 일부 환경들에서, 기판과 립시일 사이에 형성된 시일의 실패를 유발할 수도 있다. 이 결과는 프로세스 성능을 감소시킬 수도 있고 또는 심지어 디바이스가 고장날 수 있다. 예를 들어, 크램쉘 어셈블리의 내측 부분들은 립시일이 고장난다면 잠재적으로 유해하고 부식성인 전기도금 용액으로 오염될 수도 있다.

립시일 및 컵 하단부 설계

이 섹션 및 다음 섹션의 정보는 나중의 섹션들에서 보다 상세히 기술된 바와 같이 집적된 립시일을 통합할 수도 있는 기판 홀더를 포함하는 장치의 일 예를 제공한다.

본 명세서에 개시된 다양한 집적된 립시일 및 컵 어셈블리들에 대한 일부 맥락을 제공하기 위해 전기도금 장치의 기판/웨이퍼 홀딩 및 포지셔닝 컴포넌트가 도 1a에 나타낸다. 구체적으로, 도 1a는 반도체 웨이퍼들을 전기화학적으로 처리하기 위한 웨이퍼 홀딩 및 포지셔닝 장치 (100) 의 사시도를 나타낸다. 장치 (100) 는, 때때로 "크램쉘 컴포넌트들", 또는 "크램쉘 어셈블리", 또는 단순히 "크램쉘"로 지칭되는, 웨이퍼-인게이징 컴포넌트들을 포함한다. 크램쉘 어셈블리는 컵 (101) 및 콘 (103) 을 포함한다. 후속하는 도면들에 도시될 바와 같이, 컵 (101) 은 웨이퍼를 홀딩하고, 콘 (103) 은 웨이퍼를 컵 내에서 단단히 클램핑한다. 전기도금 프로세스 동안, 반도체 웨이퍼는 컵 (101) 및 콘 (103) 에 의해 지지된다. 본 명세서에 구체적으로 도시된 설계들을 능가하는 다른 컵 및 콘 설계들이 사용될 수 있다. 공통된 피처는 웨이퍼가 상주하는 내부 영역을 갖는 컵 및 웨이퍼를 제자리에 홀딩하기 위해 컵에 대고 웨이퍼를 가압하는 (press) 콘이다.

도시된 실시예에서, (컵 (101) 및 콘 (103) 을 포함하는) 크램쉘 어셈블리는 상단 플레이트 (105) 에 연결된 버팀대들 (104) 에 의해 지지된다. 이 어셈블리 (101, 103, 104, 및 105) 는 상단 플레이트 (105) 에 연결된 스핀들 (106) 을 통해 모터 (107) 에 의해서 구동된다. 모터 (107) 는 장착 브라켓 (미도시) 에 부착된다. 스핀들 (106) 은 도금 동안 크램쉘 어셈블리 내에 홀딩된 웨이퍼 (본 도면에서는 도시되지 않음) 의 회전을 유발하도록 크램쉘 어셈블리에 (모터 (107) 로부터의) 토크를 전달한다. 스핀들 (106) 내의 공기 실린더 (미도시) 는 또한 컵 (101) 과 콘 (103) 을 인게이징하기 위한 수직력을 제공한다. 크램쉘이 디스인게이징될 (disengaged) 때 (미도시), 엔드 이펙터 암을 갖는 로봇이 컵 (101) 과 콘 (103) 사이에 웨이퍼를 삽입할 수 있다. 웨이퍼가 삽입된 후, 콘 (103) 은 컵 (101) 과 인게이지되고, 이는 웨이퍼의 일 측면 (다른 측면은 제외하고) 상의 작업 표면이 전해액 용액과 콘택트하도록 노출된 채로 두면서, 웨이퍼를 장치 (100) 내에 고정 (i㎜obilize) 한다.

특정한 실시예들에서, 크램쉘 어셈블리는 전해액 스플래시로부터 콘 (103) 을 보호하는 스프레이 스커트 (109) 를 포함한다. 도시된 실시예에서, 스프레이 스커트 (109) 는 수직 원주형 슬리브 및 원형 캡 부분을 포함한다. 이격 부재 (110) 는 스프레이 스커트 (109) 와 콘 (103) 간의 분리를 유지한다.

이 논의의 목적들을 위해, 컴포넌트들 (101 내지 110) 을 포함하는 어셈블리는 "웨이퍼 홀더" (또는 "기판 홀더") (111) 로 집합적으로 지칭된다. 그러나, "웨이퍼 홀더"/"기판 홀더"의 개념은 일반적으로 웨이퍼/기판을 인게이지하고 웨이퍼/기판의 이동 및 포지셔닝을 허용하는 컴포넌트들의 다양한 조합들 및 서브-조합들로 연장한다.

틸팅 어셈블리 (미도시) 는 도금 용액으로의 웨이퍼의 (편평한 수평 침지에 반대되는) 기울어진 침지를 허용하도록 웨이퍼 홀더에 연결될 수도 있다. 플레이트들 및 피봇 조인트들의 구동 메커니즘 및 배열은 일부 실시예들에서 호형 (arced) 경로 (미도시) 를 따라 웨이퍼 홀더 (111) 를 이동시키도록 사용되고, 그 결과, (컵 및 콘 어셈블리를 포함하는) 웨이퍼 홀더 (111) 의 근위 단부는 도금 용액 내로 침지되는 동안 틸팅한다.

또한, 전체 웨이퍼 홀더 (111) 는 웨이퍼 홀더의 단부를 도금 용액 내로 침지시키기 위해 액추에이터 (미도시) 를 통해 위 또는 아래로 수직으로 리프팅된다. 따라서, 2-컴포넌트 포지셔닝 메커니즘은 전해액 표면에 수직인 궤적을 따른 수직 운동 및 웨이퍼 (기울어진-웨이퍼 침지 능력) 에 대한 수평 배향 (즉, 전해액 표면에 평행) 으로부터 일탈 (deviation) 을 허용하는 틸팅 운동 양자를 제공한다.

웨이퍼 홀더 (111) 는 양극 챔버 (157) 및 도금 용액을 하우징하는 도금 챔버 (117) 를 갖는 도금 셀 (115) 과 함께 사용된다는 것을 주의한다. 양극 챔버 (157) 는 양극 (119) (예를 들어, 구리 양극) 을 홀딩하고 멤브레인들 또는 양극 칸과 음극 칸에 상이한 전해액 화학물질들을 유지하도록 설계된 다른 분리기들을 포함할 수도 있다. 도시된 실시예에서, 확산기 (153) 는 균일한 전면에서 회전하는 웨이퍼를 향해 상향으로 전해액을 지향시키기 위해 채용된다. 특정한 실시예들에서, 플로우 확산기는 HRVA (high resistance virtual anode) 플레이트이고, 이는 많은 수 (예를 들어 4,000 내지 15,000) 의 1차원 작은 홀들 (직경이 0.01 내지 0.050 인치) 을 갖는 절연 재료 (예를 들어 플라스틱) 의 고체 조각으로 이루어지고, 플레이트 위의 음극 챔버에 연결된다. 홀들의 총 단면적은 총 돌출된 면적의 약 5 ％ 미만이고, 따라서, 도금 셀 내에 상당한 플로우 저항을 도입하여 시스템의 도금 균일성을 개선하는 것을 돕는다. 반도체 웨이퍼들을 전기화학적으로 처리하기 위한 HRVA 플레이트 및 대응하는 장치의 부가적인 기술은 본 명세서에 참조로서 인용된, 2012년 11월 13일 허여된 미국 특허 제 8,308,931 호에 제공된다. 도금 셀은 또한 분리된 전해액 플로우 패턴들을 제어하고 생성하기 위한 분리 멤브레인을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 멤브레인은, 억제제들, 가속제들, 또는 다른 유기 도금 첨가제들이 실질적으로 없는 전해액을 담는 양극 챔버를 규정하도록 채용된다.

도금 셀 (115) 은 또한 도금 셀을 통해 -그리고 도금될 워크피스에 대고- 전해액을 순환시키기 위한 플럼빙 또는 플럼빙 콘택트부들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 도금 셀 (115) 은 양극 (119) 의 중심의 홀을 통해 양극 챔버 (157) 의 중심 내로 수직으로 연장하는 전해액 유입 튜브 (131) 를 포함한다. 다른 실시예들에서, 셀은 챔버의 주변 벽에서 확산기/HRVA 플레이트 아래의 음극 챔버 내로 유체를 도입하는 전해액 유입 매니폴드를 포함한다 (미도시). 일부 경우들에서, 전해액 유입 튜브 (131) 는 멤브레인 (153) 의 양 측면들 (양극 측 및 음극 측) 상에 유출 노즐들을 호함한다. 이 배열은 전해액을 양극 챔버 및 음극 챔버 양자에 전달한다. 다른 실시예들에서, 양극 챔버 및 음극 챔버는 플로우 저항 멤브레인 (153) 에 의해 분리되고, 챔버 각각은 분리된 전해액의 개별 플로우 사이클을 갖는다. 도 1a의 실시예에 도시된 바와 같이, 유입 노즐 (155) 은 멤브레인 (153) 의 양극 측으로 전해액을 제공한다.

덧붙여, 도금 셀 (115) 은 린스 드레인 라인 (159) 및 도금 용액 복귀 라인 (161) 을 포함하고, 각각은 도금 챔버 (117) 에 직접적으로 연결된다. 또한, 린스 노즐 (163) 은 정상적인 동작 동안 웨이퍼 및/또는 컵을 세정하기 위해 탈이온화된 린스 수 (water) 를 전달한다. 도금 용액은 정상적으로 챔버 (117) 의 대부분을 채운다. 스플래싱 및 버블들의 생성을 완화시키기 위해, 챔버 (117) 는 도금 용액 복귀를 위한 내측 위어 (weir) (165) 및 린스 수 복귀를 위한 외측 위어 (167) 를 포함한다. 도시된 실시예에서, 이들 위어들은 도금 챔버 (117) 의 벽에서 원주형 수직 슬롯들이다.

도 1b는 컵 (101) 및 콘 (103) 의 단면도를 포함하는, 전기도금 장치의 기판 홀딩 컴포넌트 (100A) (컵/콘 어셈블리 또는 크램쉘 어셈블리) 의 단면도를 제공한다. 도 1b에 도시된 컵/콘 어셈블리 (100A) 는 비례적으로 정확한 것으로 의도되지 않는다는 것을 주의한다. 컵 하단부 (102) 를 갖는 컵 (101) 은 립시일 (143), 콘택트부들 (144), 버스 바, 및 다른 엘리먼트들을 지지하고, 컵 자체는 버팀대들 (104) 을 통해 상단 플레이트 (105) 에 의해 지지된다. 일반적으로, 기판 (145) 은 립시일 (143) 상, 기판을 지지하도록 구성된 콘택트부 (144) 바로 위에 놓인다. 컵 (101) 은 또한 전기도금 욕 용액이 기판 (145) 과 콘택트할 수도 있는 (도면에 라벨링된 바와 같이) 개구부를 포함한다. 전기도금은 기판 (145) 의 전면 측 (142) 상에서 일어난다는 것을 주의한다. 따라서, 기판 (145) 의 주변부는 컵 하단부 (102) 로 지칭되는 컵 (101) 의 하단 내향 돌출부 (예를 들어, "나이프-형상" 에지) 상, 또는 보다 구체적으로 컵 하단부 (102) 의 방사상 내측 에지 상에 위치된 립시일 (143) 상에 놓인다.

콘 (103) 은, 기판 (145) 을 인게이지하고 제자리에 기판 (145) 을 홀딩하고, 전기도금 동안 전기도금 욕 내로 기판을 담그는 동안 립시일 (143) 대고 시일링하기 위해 기판 (145) 의 후면 측 상으로 가압한다. 기판 (145) 을 통해 전달된 콘 (103) 으로부터의 수직력은 유체 기밀 시일링을 형성하도록 립시일 (143) 을 압축한다. 립시일 (143) 은 전해액이 (오염시키는 금속 원자들이 실리콘 내로 바로 도입될 수 있는) 기판 (145) 의 후면과 콘택트하는 것 및 기판 (145) 의 에지 부분들로 전기적 접속들을 확립하는 콘택트 핑거들과 같은, 장치 (100) 의 민감성 컴포넌트들에 도달하는 것을 방지한다. 립시일에 의해 젖는 것으로부터 시일링되고 보호된, 이 전기적 접속 및 연관된 전기적 콘택트부들 (144) 은 전해액에 노출된 기판 (145) 의 전도성 부분들로 전류를 공급하도록 사용된다. 전체적으로, 립시일 (143) 은 기판 (145) 의 노출된 부분들로부터 기판 (145) 의 노출되지 않은 에지 부분들을 분리한다. 두 부분들은 서로 전자적으로 통신하는 도전성 도면들을 포함한다.

기판 (145) 을 컵/콘 어셈블리 (100A) 내로 로딩하기 위해, 콘 (103) 은, 컵/콘 어셈블리 (100A) 내로 기판 (145) 의 삽입을 허용하도록 컵 (101) 과 콘 (103) 사이에 충분한 갭이 있을 때까지 스핀들 (106) 을 통해 도시된 위치로부터 리프팅된다. 이어서 일부 실시예들에서 로봇 암에 의해 기판 (145) 이 삽입되고, 립시일 및 컵 하단부 (102) 상 (또는 이하에 기술된 바와 같이 립시일 (143) 과 같은 컵에 부착된 관련 컴포넌트 상) 에 살짝 놓이게 된다. 일부 실시예들에서, 콘 (103) 은 상단 플레이트 (105) 에 닿을 때까지 도시된 위치로부터 리프팅된다. 후속하여, 도 1b에 도시된 바와 같이 콘 (103) 은 이어서 컵 (101) 의 주변부 (컵 하단부 (102)) 또는 부착된 립시일 (143) 에 대고 기판을 가압하고 인게이지하도록 하강된다. 일부 실시예들에서, 스핀들 (106) 은 콘 (103) 으로 하여금 기판 (145) 을 인게이지하게 하는 수직력, 및 또한 컵/콘 어셈블리 (100A) 뿐만 아니라 컵/콘 어셈블리에 의해 홀딩될 기판 (145) 을 회전시키기 위한 토크 양자를 전송한다. 도 1b는 실선 화살표들 (150) 및 점선 화살표들 (142) 으로 수직력의 지향성 및 토크의 회전 배향을 각각 나타낸다. 일부 실시예들에서, 기판 (145) 의 전기도금은 통상적으로 기판 (145) 이 회전하는 동안 일어난다. 이러한 특정한 실시예들에서, 전기도금 동안 기판 (145) 을 회전시키는 것은 균일한 도금을 달성하는 것을 보조하고, 그리고 이하에 상세히 기술된 프로세스의 일부로서 금속 구축 제거를 제거하는 것을 보조한다.

일부 실시예들에서, 콘 (103) 이 기판 (145) 을 인게이지할 때 실질적으로 유체 기밀 시일링을 일반적으로 형성하도록 컵 (101) 과 콘 (103) 의 표면들을 인게이지하는 컵 (101) 과 콘 (103) 사이에 위치된 부가적인 시일부 (149) 가 있을 수도 있다. 컵/콘 시일부 (149) 에 의해 제공된 부가적인 시일링은 기판 (145) 의 후면을 더 보호하도록 기능한다. 컵/콘 시일부 (149) 는 콘 (103) 이 기판 (145) 을 인게이지할 때 대안적인 엘리먼트를 인게이지하는 컵 (101), 또는 콘 (103) 에 고정될 수도 있다. 컵/콘 시일부 (149) 는 단일 컴포넌트 시일부 또는 복수-컴포넌트 시일부일 수도 있다. 유사하게, 립시일 (143) 은 단일 컴포넌트 시일부 또는 복수-컴포넌트 시일부일 수도 있다. 게다가, 당업자에게 이해되는 바와 같이, 다양한 재료들이 시일부들 (143 및 149) 을 구성하도록 사용될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 립시일은 탄성체 재료, 이러한 특정한 실시예들에서, 퍼플루오로폴리머로 구성된다.

상기 언급된 바와 같이, 전기도금 크램쉘은 통상적으로 시일링 및 전기적 접속 기능들을 제공하도록 립시일 및 하나 이상의 콘택트 엘리먼트들을 포함한다. 립시일은 탄성체 재료로 이루어질 수도 있다. 립시일은 반도체 기판의 표면과 시일을 형성하고 기판의 주변 영역으로부터 전해액을 배제한다. 이 주변 영역에서 증착이 일어나지 않고, 이 주변 영역은 IC 디바이스들을 형성하는데 사용되지 않는다, 즉 이 주변 영역은 작업 표면의 일부가 아니다. 때때로, 이 영역은 전해액이 이 영역으로부터 배제되기 때문에 또한 에지 배제 영역으로 지칭된다. 주변 영역은 프로세싱 동안 기판을 지지하고 시일링할 뿐만 아니라 콘택트 엘리먼트들과 전기적 접속을 형성하도록 사용된다. 작업 표면을 증가시키는 것이 일반적으로 바람직하기 때문에, 상기 기술된 기능들을 유지하면서 주변 영역은 가능한 한 작아야 한다. 특정한 실시예들에서, 주변 영역은 기판의 에지로부터 약 0.5 ㎜ 내지 3 ㎜이다.

설치 동안, 립시일 및 콘택트 엘리먼트들은 크램쉘의 다른 컴포넌트들과 함께 어셈블된다. 당업자는 특히 주변 영역이 작을 때 이 동작의 어려움을 이해할 수 있다. 이 크램쉘에 의해 제공된 전체적인 개구부는 기판의 사이즈 (예를 들어, 200 ㎜ 웨이퍼들, 300 ㎜ 웨이퍼들, 450 ㎜ 웨이퍼들, 등을 수용하기 위한 개구부) 에 필적할만 하다. 게다가, 기판들은 고유한 사이즈 오차들 (예를 들어, SEMI 사양에 따라 통상적인 300 ㎜ 웨이퍼에 대해 +/- 0.2 ㎜) 을 갖는다. 특히 어려운 태스크는 탄성체 립시일 및 콘택트 엘리먼트들 양자가 상대적으로 가요성 재료들로 이루어지기 때문에 탄성체 립시일 및 콘택트 엘리먼트들의 정렬이다. 이들 두 컴포넌트들은 매우 정밀한 상대적 위치를 가져야 한다. 립시일의 시일링 에지와 콘택트 엘리먼트들가 서로로부터 매우 멀리 이격되면, 크램쉘의 동작 동안 콘택트부들과 기판 사이에 불충분한 전기적 접속이 형성될 수도 있거나 전기적 접속이 형성되지 않을 수도 있다. 동시에, 시일링 에지는 콘택트부들에 매우 가깝게 위치되면, 콘택트부들은 시일링을 간섭할 수도 있고 주변 영역 내로의 누설을 유발할 수도 있다. 예를 들어, 종래의 콘택트 링들은, 도 2의 크램쉘 어셈블리 (컵 (201), 콘 (203), 및 립시일 (212)) 로 도시된 바와 같이 전기적 접속을 확립하기 위해 기판 상으로 스프링과 같은 작용으로 가압하는 종종 복수의 가요성 "핑거들"로 이루어진다.

크램쉘 내에 기판 시일링 방법

탄성체 립시일을 갖는 전기도금 크램쉘 내에 반도체 기판을 시일링하는 방법들이 또한 본 명세서에 개시된다. 도 3의 플로우차트는 이들 방법들 중 일부의 예시이다. 예를 들어, 일부 방법들은 크램쉘을 개방하는 단계 (블록 302), 기판을 전기도금 크램쉘에 제공하는 단계 (블록 304), 립시일의 상부 부분을 통해 그리고 립시일의 시일링 돌출부 상으로 기판을 하강시키는 단계 (블록 306), 및 기판을 정렬하기 위해 립시일의 상부 부분의 상단 표면을 압축하는 단계 (블록 308) 를 수반한다. 일부 실시예들에서, 동작 308 동안 탄성체 립시일의 상부 부분의 상단 표면을 압축하는 것은 상단 부분의 내측 측면 표면으로 하여금 반도체 기판에 콘택트하고 기판을 가압하여 크램쉘 내에 기판을 정렬한다.

동작 308 동안 반도체 기판을 정렬한 후, 일부 실시예들에서, 장치는, 시일링 돌출부와 반도체 기판 사이에 시일링을 형성하도록 동작 310에서 반도체 기판을 가압한다. 특정한 실시예들에서, 반도체 기판을 가압하는 동안 상단 표면을 압축하는 것이 계속된다. 예를 들어, 이러한 특정한 실시예들에서, 상단 표면을 압축하는 것 및 반도체 기판을 가압하는 것은 크램쉘의 콘의 2 개의 상이한 표면들에 의해 수행될 수도 있다. 따라서, 콘의 제 1 표면은 상단 표면을 압축하기 위해 상단 표면을 누를 수도 있고, 콘의 제 2 표면은 탄성체 립시일과 시일링을 형성하도록 기판을 누를 수도 있다. 다른 실시예들에서, 상단 표면을 압축하는 것과 반도체 기판을 가압하는 것은 크램쉘의 2 개의 상이한 컴포넌트들에 의해 독립적으로 수행된다. 크램쉘의 이들 2 개의 가압하는 컴포넌트들은 통상적으로 서로에 대해 독립적으로 이동가능하고, 따라서 일단 기판이 다른 가압하는 컴포넌트에 의해 립시일 상에 가압되고 립시일에 대해 시일링되면 상단 표면의 압축이 중단되게 한다. 게다가, 상단 표면의 압축 레벨은 연관된 가압하는 컴포넌트에 의해 가해진 가압하는 힘을 독립적으로 변경함으로써 반도체 기판의 직경에 기초하여 조정될 수도 있다.

이들 동작들은 보다 큰 전기도금 프로세스의 일부일 수도 있고, 이는 또한 도 3의 플로우차트에 도시되고 이하에 간략하게 기술된다.

처음에, 립시일과 크램쉘의 콘택트 영역은 세정되고 건조될 수도 있다. 크램쉘이 개방되고 (블록 302) 기판이 크램쉘 내로 로딩된다. 특정한 실시예들에서, 콘택트 팁들 (tips) 은 시일링 립의 평면 약간 위에 놓이고, 기판이 지지되고, 이 경우 기판 주변부 둘레의 콘택트 팁들의 어레이에 의해 지지된다. 이어서 크램쉘이 폐쇄되고 콘을 아래쪽으로 이동시킴으로써 시일링된다. 이 폐쇄 동작 동안, 전기적 콘택트들 및 시일링은 상기 기술된 다양한 실시예들에 따라 확립된다. 또한, 콘택트들의 하단 모서리들은 탄성체 립시일 베이스에 대고 눌려질 (force down) 수도 있고, 이는 콘택트 팁들과 웨이퍼의 전면 측 사이에 부가적인 힘을 발생시킨다. 시일링 립은 전체 주변부 둘레의 시일링을 보장하도록 약간 압축될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 기판이 처음에 컵에만 위치될 때 시일링 립은 전면 표면과 콘택트한다. 이 예에서, 콘택트 팁들과 전면 표면 사이의 전기적 콘택트는 시일링 립의 압축 동안 확립된다.

일단 시일링 및 전기적 콘택트가 확립되면, 기판을 반송하는 크램쉘이 도금 욕 내로 침지되고, 크램쉘 내에 홀딩되는 동안 욕 내에서 도금된다 (블록 312). 이 동작에서 사용된 구리 도금 용액의 통상적인 조성은 약 0.5 내지 80 g/L의 농도 범위, 보다 구체적으로 약 5 내지 60 g/L, 훨씬 보다 구체적으로 약 18 내지 55 g/L의 구리 이온들, 및 약 0.1 내지 400 g/L의 농도의 황산을 포함한다. 저 산성 구리 도금 용액들은 통상적으로 약 5 내지 10 g/L의 황산을 함유한다. 중간 및 고 산성 용액들은 약 50 내지 90 g/L 및 150 내지 180 g/L의 황산을 각각 함유한다. 염소 이온들의 농도는 약 1 내지 100 ㎎/L일 수도 있다. Enthone Viaform, Viaform NexT, Viaform Extreme (코네티컷, 웨이스 해이븐 소재의 Enthone Corporation으로부터 입수가능), 또는 다른 가속화제들, 억제제들, 및 평탄화제들 (levelers) 과 같은 다수의 구리 도금 유기 첨가제들이 사용될 수 있다. 도금 동작들의 예들은 2006년 11월 28일 출원된 미국 특허 출원번호 제 11/564,222 호에 기술되고, 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다. 일단 도금이 완료되고 적절한 양의 재료가 기판의 전면 표면 상에 증착되면, 이어서 기판이 도금 욕으로부터 제거된다. 이어서 기판 및 크램쉘은 표면 장력 및 접착력으로 인해 크램쉘 표면들 상에 남아 있는 대부분의 잔여 전해액을 제거하기 위해 스핀된다. 이어서 크램쉘은 혼입된 전해액 유체를 크램쉘 및 기판 표면들로부터 가능한 한 많이 희석하고 플러시 (flush) 하기 위해 스핀을 계속하는 동안 린싱된다. 이어서 기판은 일부 남아 있는 린스액을 제거하기 위해 얼마간, 보통 적어도 약 2 초 동안 턴오프되는 린싱 액체와 함께 스핀한다. 프로세스는 크램쉘을 개방하고 (블록 314) 프로세싱된 기판을 제거 (블록 316) 함으로써 진행될 수도 있다. 동작 블록들 304 내지 316은 도 3에 나타낸 바와 같이 새로운 웨이퍼 기판들에 대해 복수 회 반복될 수도 있다.

금속 민감화

크램쉘 어셈블리를 사용하는 전기도금 및 다른 프로세스들은 통상적으로 적어도 크램쉘 어셈블리의 하단 부분을 전기도금 용액 내로 담그는 것을 수반한다. 전기도금 컵 어셈블리의 컵 하단부를 포함하여, 크램쉘 어셈블리의 하단 부분은 전기도금 용액에 반복적으로 노출된다. 컵 하단부는 플라스틱 또는 금속과 같은 하나 이상의 재료들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 크램쉘 어셈블리의 컵 하단부는 PPS (polyphenylene sulfide) 또는 코팅된 티타늄을 포함할 수 있다.

도 4a 내지 도 4d는 시간에 걸친 다양한 금속 민감화 단계들을 예시하는 크램쉘 어셈블리의 컵 하단부에서 전기장 선들의 단면 개략도들을 도시한다. 도 4a는 전기도금 장치의 양극과 음극 사이의 전기장 선들의 단면 개략도를 도시한다. 양극은 주석 양극 또는 주석/은 양극과 같은 전극일 수 있고, 음극은 반도체 웨이퍼일 수 있다. 도 4a의 컵 하단부는 어떠한 금속 민감화도 겪지 않고, 전기장 선들 중 어느 것도 컵 하단부를 향해 일탈하지 않는다. 도 4b 내지 도 4d의 컵 하단부는 컵 하단부에서 시간에 걸친 금속 민감화의 진행을 도시하고, 이는 도 4d에서 컵 하단부를 향해 일탈하는 전기장 선들을 발생시킨다.

도 4a 내지 도 4d에서, 컵 어셈블리 (400) 는 컵 하단부 (401), 버스 링 (402), 립시일 (412), 및 콘택트 부재들 (미도시) 을 포함할 수 있다. 웨이퍼 (420) 는 립시일 (412) 에 의해 컵 어셈블리 (400) 내에 지지될 수 있다. 립시일 (412) 은 도금 동안 웨이퍼 (420) 를 지지하고, 정렬하고, 그리고 컵 어셈블리 (400) 내 전해액으로부터 웨이퍼 (420) 를 시일링할 수도 있다. 콘택트 부재들은 립시일 (412) 위에 배치될 수도 있고 웨이퍼 (420) 와 콘택트할 때 웨이퍼 (420) 로 전력을 제공하도록 구성될 수도 있다. 버스 링 (402), 콘택트 부재들, 및 웨이퍼 (420) 는 웨이퍼 (420) 의 음극과 양극 (410) 사이에 전기장 선들 (415) 을 생성하도록 전기적으로 에너자이징 (energize) 될 수 있다. 전기적으로 에너자이징된 웨이퍼 (420) 는 음극에서 전착 (electrodeposition) 반응을 생성한다. 그러나, 컵 어셈블리 (400) 의 컵 하단부 (401) 는 전기적으로 에너자이징되지 않는다. 일부 구현예들에서, 컵 하단부 (401) 는 재료 특성들, 예컨대 전기적으로 절연 재료로 이루어진 컵 하단부 (401) 를 갖는 것에 의해 전기적으로 절연될 수 있다. 예를 들어, 컵 하단부 (401) 는 PPS로 형성될 수 있다. 일부 구현예들에서, 컵 하단부 (401) 는, 예컨대 도전성 컵 하단부 (401) 와 전기적으로 에너자이징된 부분들 사이에 절연 재료/코팅을 제공함으로써, 전기적으로 에너자이징된 부분들의 나머지로부터 물리적으로 절연될 수 있다. 예를 들어, 컵 하단부 (401) 는 FEP (fluorinated ethylene propylene) 와 같은 절연 재료롤 코팅된 티타늄을 포함할 수 있다.

컵 하단부 (401) 가 PPS와 같은 전기적으로 절연성 재료로 이루어지면, 컵 하단부 (401) 는 "금속 민감화"라고 지칭되는 현상에 취약할 수도 있다. 금속 민감화는, 시간에 걸쳐 재료의 표면이 전기적으로 민감하게 되도록, 촉매 점을 형성하기 위해 금속 이온들이 재료의 표면에 물리적으로 흡착되는 프로세스이다. 금속 민감화는 플라스틱 상으로 금속의 무전해 디포지션과 같은 무전해 디포지션 프로세스들에서 관찰될 수 있다. 따라서, 금속 민감화는, 무전해 도금 적용예들에서 비도전성 재료들 상으로 주석 또는 팔라듐과 같은 금속들의 도금을 촉진할 수 있다. 그러나, 이러한 금속 민감화는 도금이 의도되지 않은 컴포넌트들 (예를 들어, 컵 하단부) 상에서 금속 민감화가 일어나는 전기도금 적용예들에서 바람직하지 않을 수도 있다.

일부 구현예들에서, 금속 민감화는 전기도금 적용예들에서 시간에 걸쳐 일어날 수도 있다. 예를 들어, 주석 민감화는, 주석-은 전기도금 적용예들 동안 일어날 수 있고, 베이스 재료의 표면이 전기적으로 민감화되도록 촉매점들을 형성하기 위해 베이스 재료의 표면 상에 주석 이온들이 물리적으로 흡착한다. 웨이퍼 레벨 패키지에서, 주석-은 전기도금 화학물질로의 컵 하단부 (401) 의 반복된 노출은 주석 민감화를 발생시킬 수 있다.

도 4b에서, 주석 민감화 프로세스는 주석-은 전기도금 화학물질로부터의 일부 주석 이온들 (416) 이 컵 하단부 (401) 의 표면에 물리적으로 흡착하고 접착하는 것으로 시작할 수 있다. 도 4b 내지 도 4d는 주석 민감화 프로세스를 예시하지만, 이 현상은 다른 도금 화학물질들을 사용하여 일어날 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 도 4c에서, 컵 하단부 (401) 가 주석-은 전기도금 화학물질에 반복적으로 노출되기 때문에, 보다 큰 표면 밀도를 형성하도록 보다 많은 주석 이온들 (416) 이 컵 하단부 (401) 표면에 축적될 수도 있다. 주석 이온들 (416) 은 컵 하단부 (401) 의 표면에 시간에 걸쳐 점점 더 집중된다. 도 4d에서, 주석 이온들 (416) 의 상승된 농도는, 컵 하단부 (401) 와 음극 (예를 들어, 웨이퍼 (420)) 사이에서 전기적 연속성이 발생하도록 컵 하단부 (401) 로 하여금 상당히 민감해지게 한다. 컵 하단부 (401) 가 도전체로서 효과적으로 기능하기 때문에 전류가 웨이퍼 (420) 로 지향되게 되고 또한 컵 하단부 (401) 로 지향되게 된다. 그 결과, 전기장 선들 (415) 은 컵 하단부 (401) 를 향해 일탈할 수도 있고 금속의 전착 (electrodeposition) 이 컵 하단부 (401) 상에서 발생한다.

컵 하단부 도금은 프로세스 성능에 유해할 수 있다. 컵 하단부 도금은 확률적이고, 따라서 본질적으로 불균일하다. 컵 하단부의 불균일 도금은 바로 웨이퍼 상에 도금된 금속들의 불균일한 결손을 발생시킨다. 불균일 도금은 도금된 막의 무결성 및 성능을 절충할 수 있다. 이는 패키징 및 WLP (wafer level packaging) 적용예들에서 심각한 열화 및 결함들을 유발할 수 있다.

도전성 재료들 상의 플루오로폴리머 코팅

주석 민감화에 의해 형성된 촉매점들은 베이스 재료의 소수성에 반비례한다. 컵 하단부의 소수성을 증가시키는 것은 주석 민감화를 감소시켜, 컵 하단부의 전기도금 성향을 바로 감소시킨다.

일부 구현예들에서, 컵 하단부의 적어도 일부는 내구성 있고, 소수성인 재료로 코팅된 도전성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컵 하단부의 일부는 PTFE (polytetrafluoroethylene) 및 FEP와 같은 순수 플루오로폴리머로 코팅된 티타늄을 포함할 수 있다. 소수성 코팅들의 다른 예들은 PVDF (polyvinylidene fluoride), 및 파릴렌 (Parylene) 을 포함할 수 있다.

도 5a는 전기도금 컵 어셈블리의 사시도를 도시한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 전기도금 컵 어셈블리는 몇몇 피처들을 포함한다. 전기도금 컵 어셈블리 (500) 는 도금 용액으로의 웨이퍼의 노출을 허용하기 위해 개구부 (525) 를 규정하도록 링-형상일 수 있는 컵 하단부 (501) 를 포함할 수 있다. 그러나, 컵 하단부 (501) 는 링-형상 이외의 다른 기하구조를 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 전기도금 컵 어셈블리 (500) 는 컵 하단부 (501) 의 메인 바디 부분을 둘러싸고 개구부 (525) 의 중심을 향해 방사상 내측으로 대면하는 버스 링 (502) 을 더 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 버스 링 (502) 은 연속하는 두꺼운 금속 링일 수도 있다. 복수의 버팀대들 (504) 은 크램쉘 내에서 전기도금 컵 어셈블리 (500) 를 지지하기 위해 버스 링 (502) 의 상단 표면으로부터 연장할 수도 있다. 전기도금 컵 어셈블리 (500) 는 도금 용액이 웨이퍼의 주변 영역에 도달하는 것을 방지하도록 전기도금 컵 어셈블리 (500) 내에 위치된 탄성체 립시일 (512) 을 더 포함할 수 있다. 탄성체 립시일 (512) 은 컵 하단부 (501) 의 방사상 내측으로 돌출하는 표면을 따라 배치될 수 있고 개구부 (525) 의 중심을 향해 방사상 내측으로 연장할 수 있다. 컵 하단부 (501) 의 일부는 소수성 코팅으로 코팅된 도전성 재료 (504) 로 이루어질 수 있다. 컵 하단부 (501) 의 하단 표면은 도 5a에 도시된 바와 같이 도전성 재료 (504) 를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 도전성 재료 (504) 는 티타늄일 수 있고, 소수성 코팅은 PTFE 또는 FEP일 수 있다.

도 5b는 도 5a의 선 5B-5B를 따른 전기도금 컵 어셈블리 (500) 의 단면을 도시한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 컵 하단부 (501) 는 메인 바디 부분 (501a) 및 보조 부분 (501b) 을 포함할 수 있다. 메인 바디 부분 (501a) 은 보조 부분 (501b) 위에 위치될 수 있고, 버스 링 (502) 은 메인 바디 부분 (501a) 상에 배치된다. 메인 바디 부분 (501a) 및 보조 부분 (501b) 은 스크루와 같은 부착 메커니즘 (505) 에 의해 연결될 수 있다. 보조 부분 (501b) 에서, 컵 하단부 (501) 는 컵 하단부 (501) 에 의해 규정된 개구부 (525) 의 중심을 향해 방사상 내측으로 돌출하는 부분을 포함한다. 방사상 내측으로 돌출하는 부분은 컵 하단부 (501) 에 의해 규정된 형상을 포함하여, 형상의 중심을 향해 돌출하는 구조체로 지칭될 수 있다. 보조 부분 (501b) 의 방사상 내측으로 돌출하는 부분은 개구부 (525) 의 노출된 표면을 제공하고, 그 위에 전기도금 컵 어셈블리 (500) 의 부가적인 피처들이 구축될 수도 있다. 이 표면은 방사상 내측으로 돌출하는 표면 (503) 으로 지칭될 수도 있다. 탄성체 립시일 (512) 은 컵 하단부 (501) 의 보조 부분 (501b) 의 방사상 내측으로 돌출하는 표면 (503) 상에 배치될 수 있다. 탄성체 립시일 (512) 은 전기도금 컵 어셈블리 (500) 내에 제공된 웨이퍼 (513) 를 지지할 수 있다. 탄성체 립시일 (512) 은 또한 도금 용액이 웨이퍼 (513) 의 주변 영역에 도달하는 것을 실질적으로 배제하도록 전기도금 컵 어셈블리 (500) 내에서 웨이퍼 (513) 를 정렬하고 시일링한다.

전기도금 컵 어셈블리 (500) 는 하나 이상의 외부 전력 공급부와 웨이퍼 (513) 사이의 전기적 접속부를 제공하도록 구성된 하나 이상의 전기적 콘택트 엘리먼트들 (508) 을 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 전기적 콘택트 엘리먼트들 (508) 은 탄성체 립시일 (512) 상에 또는 근방에 배치될 수 있다. 하나 이상의 전기적 콘택트 엘리먼트들 (508) 은 탄성체 립시일 (512) 이 웨이퍼 (513) 에 대고 시일링할 때 주변 영역에서 웨이퍼 (513) 에 콘택트할 수도 있다. 하나 이상의 전기적 콘택트 엘리먼트들 (508) 은 전기도금 동안 웨이퍼 (513) 로 전력을 제공하도록 구성될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 전기적 콘택트 엘리먼트들 (508) 은 하나 이상의 전기적 콘택트 엘리먼트들 (508) 로 전류를 공급하기 위한 전류 분배 버스 (516) 에 전기적으로 접속될 수도 있고, 전류 분배 버스 (516) 는 버스 링 (502) 에 전기적으로 접속될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 전기적 콘택트 엘리먼트들 (508) 은, 2015년 4월 13일 출원되고 명칭이 "LIPSEALS AND CONTACT ELEMENTS FOR SEMICONDUCTOR ELECTROPLATING APPARATUSES"인 미국 특허 출원번호 제 14/685,526 호 (대리인 관리번호 LAMRP162), 2012년 8월 13일 출원되고 명칭이 "LIPSEALS AND CONTACT ELEMENTS FOR SEMICONDUCTOR ELECTROPLATING APPARATUSES"인 미국 특허출원 번호 제 13/584,343 호 (대리인 관리번호 NOVLP433) 에 기술된 바와 같이 탄성체 립시일 (512) 에 통합될 수도 있고, 이 출원들 각각은 전체가 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된다. 일부 구현예들에서, 탄성체 립시일 (512) 은, 전체가 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된 2015년 11월 9일 출원되고 명칭이 "INTEGRATED ELASTOMERIC LIPSEAL AND CUP BOTTOM FOR REDUCING WAFER STICKING"인 미국 특허 출원번호 제 14/936,328 호 (대리인 관리번호 LAMRP224) 에 기술된 바와 같이 컵 하단부 (501) 의 방사상 내측으로 돌출하는 표면 (503) 과 인터로킹될 수도 있다.

일부 구현예들에서, 컵 하단부 (501) 는 전기적으로 도전성인 적어도 일부 및 전기적으로 절연하는 적어도 일부를 포함할 수 있다. 후자는 메인 바디 부분 (501a) 일 수도 있고, 전자는 보조 부분 (501b) 일 수도 있다. 예를 들어, 컵 하단부 (501) 는 PPS로 이루어진 메인 바디 부분 (501a) 및 티타늄과 같은 도전성 재료로 이루어진 보조 부분 (501b) 을 포함할 수 있다. 도전성 재료는 소수성 재료로 코팅될 수 있다. 소수성 코팅은 컵 하단부 (501) 의 표면을 따라 환형으로 배치될 수 있다.

소수성 재료는 PTFE 및 이의 유도체들과 같은 플루오로폴리머를 포함할 수 있다. 플루오로폴리머들은 높은 화학적 저항을 갖는 소수성 표면 특성들을 제공할 수 있다. 그러나, 플루오로폴리머들은 코팅으로서 적용될 고 용융 온도들을 필요로할 수 있다. 일부 구현예들에서, 플루오로폴리머들은 약 700 ℉ 초과, 예컨대 약 700 ℉ 내지 약 850 ℉의 온도에서 경화될 수 있다. 플루오로폴리머 코팅의 도포를 위해 이러한 고 용융 온도들을 허용할 수 있는 적절한 재료들은 통상적으로 금속들, 예컨대 티타늄이다. 덧붙여, 플루오로폴리머들은 불량한 접착을 나타낼 수 있다. 더구나, 플루오로폴리머들은 낮은 경도 (hardness) 를 가질 수도 있다. 플루오로폴리머 코팅은 쉽게 스크래치될 수도 있고 컵 하단부의 금속의 표면을 노출 시킬 수 있다. 그 결과, 노출된 금속은 도전점으로서 역할을 하고 그 위에서 전착이 발생할 수 있다.

플루오로폴리머로 코팅된 금속이 대체로 컵 하단부 도금을 방지하는데 효과적일 수도 있지만, 일단 플루오로폴리머 코팅이 스크래치되거나 박리되면, 컵 하단부는 여전히 컵 하단부 도금에 취약할 수도 있다. 플루오로폴리머 코팅은 전기도금 컵의 홀딩 또는 핸들링 동안 쉽게 스크래치되거나 박리될 수도 있다. 도전성 재료의 노출된 표면은 컵 하단부 도금을 야기할 수도 있다. 금속들의 전기적 도전도, 고 용융 온도 플루오로폴리머들, 저 경도 플루오로폴리머들, 및 기판들에 대한 불량한 접착 플루오로폴리머들 때문에, 여전히 컵 하단부 도금이 일어날 수도 있다. 상기에 논의된 바와 같이, 이는 프로세스 성능을 감소시킬 수 있고 심지어 디바이스 고장을 야기할 수 있다.

비도전성 재료들 상의 고체 윤활제 코팅들

본 개시는 비도전성 컵 하단부 상의 저 경화 온도 고체 윤활제 코팅에 관한 것이다. 고체 윤활제 코팅은 전기도금 컵의 컵 하단부 상에 내구성 있고 소수성인 표면 상태를 제공할 수 있다. 고체 윤활제 코팅은 저온, 예컨대 약 350 ℉ 내지 약 500 ℉에서 경화될 수 있다. 일부 구현예들에서, 고체 윤활제 코팅은, 상부에 코팅이 도포되는 컵 하단부의 베이스 재료의 용융 온도보다 낮은 온도에서 경화될 수 있다. 고체 윤활제 코팅 및 비도전성 컵 하단부의 조합은 부품들의 수를 감소시킴으로써 전기도금 컵을 단순화할 수 있고, 코팅 실패의 경우 컵 하단부 도금으로 인해 불량한 전기도금 균일성의 위험을 감소시킴으로써 프로세스 성능을 개선할 수 있다.

도 6a는 고체 윤활제 코팅된 전기도금 컵 어셈블리의 사시도이다. 전기도금 컵 어셈블리 (600) 는 도금 용액으로의 웨이퍼의 노출을 허용하기 위해 개구부 (625) 를 규정하도록 링-형상일 수 있는 컵 하단부 (601) 를 포함할 수 있다. 그러나, 컵 하단부 (601) 는 링-형상 이외의 다른 기하구조를 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 전기도금 컵 어셈블리 (600) 는 컵 하단부 (601) 의 메인 바디 부분을 둘러싸고 개구부 (625) 의 중심을 향해 방사상 내측으로 대면하는 버스 링 (602) 을 더 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 버스 링 (602) 은 연속하는 두꺼운 금속 링일 수도 있다. 복수의 버팀대들 (604) 은 크램쉘 내에서 전기도금 컵 어셈블리 (600) 를 지지하기 위해 버스 링 (602) 의 상단 표면으로부터 연장할 수도 있다. 전기도금 컵 어셈블리 (600) 는 도금 용액이 웨이퍼의 주변 영역에 도달하는 것을 방지하도록 전기도금 컵 어셈블리 (600) 내에 위치된 탄성체 립시일 (612) 을 더 포함할 수 있다. 탄성체 립시일 (612) 은 컵 하단부 (601) 의 방사상 내측으로 돌출하는 표면을 따라 배치될 수 있고 개구부 (625) 의 중심을 향해 방사상 내측으로 연장할 수 있다.

도 6b는 도 6a의 선 6B-6B을 따른 전기도금 컵 어셈블리의 단면도를 도시한다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 컵 하단부 (601) 는 메인 바디 부분 (601a) 을 포함할 수 있고, 그 위에 버스 링 (602) 이 배치된다. 버스 링 (602) 및 컵 하단부 (601) 의 메인 바디 부분 (601a) 은 스크루와 같은 부착 메커니즘 (605) 에 의해 연결될 수 있다. 컵 하단부 (601) 는 또한 컵 하단부 (601) 에 의해 규정된 개구부 (625) 의 중심을 향해 방사상 내측으로 돌출하는 부분을 포함할 수 있다. 컵 하단부 (601) 의 방사상 내측으로 돌출하는 부분은 개구부 (625) 내의 노출된 표면을 제공하고, 그 위에 전기도금 컵 어셈블리 (600) 의 부가적인 피처들이 구축될 수도 있다. 이 표면은 방사상 내측으로 돌출하는 표면 (603) 으로 지칭될 수도 있다. 탄성체 립시일 (612) 은 컵 하단부 (601) 의 방사상 내측으로 돌출하는 표면 (603) 상에 배치될 수 있다. 탄성체 립시일 (612) 은 전기도금 컵 어셈블리 (600) 내에 제공된 웨이퍼 (613) 를 지지할 수 있다. 탄성체 립시일 (612) 은 또한 도금 용액이 웨이퍼 (613) 의 주변 영역에 도달하는 것을 실질적으로 배제하도록 전기도금 컵 어셈블리 (600) 내에서 웨이퍼 (613) 를 정렬하고 시일링할 수 있다. 컵 하단부 (601) 의 방사상 내측으로 돌출하는 표면 (603) (및 연관된 탄성체 립시일 (612)) 은 웨이퍼 (613) 의 주변부를 인게이지하도록 사이즈가 결정되고 성형될 수 있다. 다양한 구현예들에서, 웨이퍼 (613) 는 반도체 웨이퍼, 예컨대 200-㎜, 300-㎜, 또는 450-㎜ 웨이퍼이고, 따라서 탄성체 립시일 (612), 및 통상적으로 지지하는 컵 하단부 (601) 의 내경은 200-㎜, 300-㎜, 또는 450-㎜보다 매우 약간 보다 작은, 예컨대 1 내지 5 ㎜ 더 작다.

전기도금 컵 어셈블리 (600) 는 외부 전력 공급부와 웨이퍼 (613) 사이에 전기적 접속을 제공하도록 구성된 하나 이상의 전기적 콘택트 엘리먼트들 (608) 을 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 전기적 콘택트 엘리먼트들 (608) 이 탄성체 립시일 (612) 상 또는 근방에 배치될 수 있다. 하나 이상의 전기적 콘택트 엘리먼트들 (608) 은 탄성체 립시일 (612) 이 웨이퍼 (613) 에 대고 시일링할 때 주변 영역에서 웨이퍼 (613) 에 콘택트할 수도 있다. 하나 이상의 전기적 콘택트 엘리먼트들 (608) 은 전기도금 동안 웨이퍼 (613) 로 전력을 제공하도록 구성될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 전기적 콘택트 엘리먼트들 (608) 은 하나 이상의 전기적 콘택트 엘리먼트들 (608) 로 전류를 공급하기 위한 전류 분배 버스 (616) 에 전기적으로 접속될 수도 있고, 전류 분배 버스 (616) 는 버스 링 (602) 에 전기적으로 접속될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 전기적 콘택트 엘리먼트들 (608) 은 본 명세서에 앞서 기술된 바와 같이 탄성체 립시일 (612) 에 통합될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 탄성체 립시일 (612) 은 본 명세서에 앞서 기술된 바와 같이 컵 하단부 (601) 의 방사상 내측으로 돌출하는 표면 (603) 과 인터로킹될 수도 있다.

도 6a 및 도 6b의 전기도금 컵 어셈블리는 도 5a 및 도 5b의 전기도금 컵 어셈블리와 동일하거나 유사한 몇몇 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 그러나, 도 5a 및 도 5b에서, 컵 하단부의 보조 부분은 고체 윤활제 코팅으로 코팅된 플라스틱으로 이루어지는 대신 플루오로폴리머 코팅으로 코팅된 금속으로 이루어진다. 도 6a 및 도 6b에서, 컵 하단부 (601) 전체 또는 실질적으로 전체는 PPS와 같은 플라스틱으로 이루어지고, 컵 하단부 (601) 는 FEP를 포함할 수 있는 고체 윤활제 코팅 (606) 으로 코팅된다. 고체 윤활제 코팅 (606) 은, 금속 민감화를 방해할 수 있는 소수성 코팅을 컵 하단부 (601) 에 제공하기 위해 컵 하단부 (601) 의 베이스 재료의 외부 표면에 도포될 수 있다. 도 6b에서, 고체 윤활제 코팅 (606) 은 컵 하단부 (601) 의 방사상 내측으로 돌출하는 표면 (603) 둘레로 계속될 수 있고 탄성체 립시일 (612) 과 컵 하단부 (601) 의 방사상 내측으로 돌출하는 표면 (603) 사이의 계면에 개재될 수 있다.

고체 윤활제 코팅 (606) 의 특성들은 컵 하단부 (601) 로 하여금 상부에 코팅 (606) 이 도포되는 도전성 재료 대신 비도전성 재료를 갖게 할 수도 있다. 특히, 고체 윤활제 코팅 (606) 이 비도전성 재료의 용융 온도 이하의 온도에서 경화될 수 있으면, 코팅 (606) 이 도포되는 컵 하단부 (601) 의 일부는 비도전성 재료를 포함할 수 있다. 도전성 재료는, 노출 시 (예를 들어, 코팅 (606) 이 스크래치되거나 박리되면) 보다 많은 바람직하지 않은 전착을 겪을 수도 있기 때문에, 비도전성 재료가 우수할 수도 있고, 이는 노출 시 (예를 들어, 코팅 (606) 이 스크래치되거나 박리되면) 바람직하지 않은 전착에 보다 덜 취약하기 때문이다. 일부 구현예들에서, 상부에 코팅 (606) 이 도포되는 베이스 재료는 금속이 아니라 플라스틱일 수 있다.

컵 하단부 (601) 가 형성되는 베이스 재료는 통상적으로 상대적으로 견고한 재료이다. 특정한 실시예들에서, 컵 하단부 (601) 는 약 300,000 내지 55,000,000 psi, 또는 약 450,000 내지 30,000,000 psi의 영률 (Young's modulus) 을 특징으로 하는 견고성을 갖는다. 컵 하단부 (601) 가 형성되는 베이스 재료는 상대적으로 낮은 물 흡수성을 가질 수 있다. 저 물 흡수성은 베이스 재료로 하여금 전기도금 용액으로의 반복된 노출 후에 치수 변화들을 회피하게 한다. 컵 하단부 (601) 가 형성되는 베이스 재료는 꽤 결정질일 수 있고, 이는 컵 하단부 (601) 에 강도 및 견고성을 제공할 수 있다. 더구나, 컵 하단부 (601) 가 형성되는 베이스 재료는, 심지어 전기도금 도금으로의 반복된 노출 후에도 매우 화학적으로 저항성일 수 있다.

상기 기술된 바와 같이, 컵 하단부 (601) 가 형성되는 베이스 재료는 폴리머성 재료와 같은 비도전성 재료일 수 있다. 일부 구현예들에서, 컵 하단부 (601) 는, 이로 제한되는 것은 아니지만 PPS, Torlon® 와 같은 PAI (polyamide-imide), PEEK (polyether ether ketone), 및 PET (polyethylene terephthalate) 를 포함하는, 플라스틱으로 이루어진다. 일부 구현예들에서, 컵 하단부 (601) 는 세라믹 재료로 이루어진다.

고체 윤활제 코팅 (606) 은 "바인더" 폴리머와 "윤활제" 폴리머의 혼합물일 수 있다. 바인더 폴리머와 윤활제 폴리머 각각은 실온에서 파우더 또는 다른 고체 형태일 수 있다. 바인더 폴리머 및 윤활제 폴리머는 글리콜과 같은 용액에서 혼합되고 부유할 (suspend) 수 있다. 고체 윤활제 코팅 (606) 이 적절한 경화 온도 (예를 들어, 약 350 ℉ 내지 500 ℉) 에서 경화될 때, 바인더 폴리머는 용융할 수 있지만, 윤활제 폴리머는 용액 내에서 부유한 채로 남을 수 있어서, 2-상 윤활제 코팅을 생성한다. 이는 바인더 폴리머의 매트릭스 내에 부유하는 윤활제 폴리머의 고체 입자들을 남긴다.

바인더 폴리머는 고체 윤활제 코팅 (606) 의 경화 온도에서 용융할 수 있고 바인더 또는 윤활제 폴리머에 대한 보호 매트릭스로서 역할을 할 수 있다. 바인더 폴리머는 고체 윤활제 코팅 (606) 의 매트릭스의 구조적 무결성을 제공할 수 있다. 바인더 폴리머는 엔지니어링 또는 고성능 폴리머들을 포함할 수 있고, 이러한 폴리머들은 꽤 결정질일 수 있고 고온 내성을 갖는다. 바인더 폴리머들의 예들은 이로 제한되는 것은 아니지만 PES (polyether sulfone) 및 PPS를 포함할 수 있다.

윤활제 폴리머는 고체 윤활제 코팅 (606) 의 경화 온도에서 용융하지 않고 고체 윤활제 코팅 (606) 에 소수성 표면 특성들을 제공할 수 있다. 고체 윤활제 코팅 (606) 은 강 소수성이기 때문에, 고체 윤활제 코팅 (606) 은 그렇게 습윤성이지 않고, 이는 물이 고체 윤활제 코팅 (606) 에 흡착하거나 접착하려고 하지 않는다는 것을 의미한다. 따라서, 주석 이온들과 같은 금속 이온들은 고체 윤활제 코팅 (606) 에 보다 덜 흡착하려고 하고, 이는 금속 민감화 가능성을 감소시킨다. 윤활제 폴리머는 소수성이고 화학적 공격에 내성이 있는 폴리머들, 예컨대 플루오로폴리머들 및 이들의 유도체들을 포함할 수 있다. 윤활제 폴리머들의 예들은 이로 제한되는 것은 아니지만, PTFE, FEP, 및 PFA (perfluoroalkoxy) 를 포함할 수 있다.

적절한 고체 윤활제 코팅 (606) 은 Xylan 8840 또는 다른 유사한 Xylan 코팅들인 적절한 코팅의 예와 함께 펜실베니아 엘버슨 소재의 Whitford Corporation에 의해 공급될 수 있다. Xylan 코팅들에서, 조성에 플루오로폴리머를 갖는 고체 윤활제 코팅 (606) 의 백분율은 상대적으로 높을 수도 있다. 고체 윤활제 코팅 (606) 은 상대적으로 낮은 온도, 예컨대 컵 하단부 (601) 의 비도전성 재료의 용융 온도 이하에서 경화될 수도 있다. 고체 윤활제 코팅 (606) 은 강 소수성일 수도 있다. 일부 구현예들에서, 측정된 웨이퍼와의 콘택트 각도는 적어도 90 °이다. 고체 윤활제 코팅 (606) 은 또한 내구성이 있을 수도 있다. 구체적으로, 고체 윤활제 코팅 (606) 은 플루오로폴리머 코팅보다 큰 경도를 가질 수도 있고, 그리고 도전성 재료 상의 플루오로폴리머 코팅보다 컵 하단부 (601) 의 비도전성 재료로 보다 우수한 접착을 제공할 수도 있다.

일부 구현예들에서, 고체 윤활제 코팅 (606) 의 목표 두께는 약 5 ㎛ 초과, 예컨대 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛일 수 있다. 고체 윤활제 코팅 (606) 은 주석 이온들 및 은 이온들을 갖는 도금 용액과 같은, 도금 용액으로 반복된 노출 시 금속 민감화를 방해하기에 충분히 소수성일 수도 있다. 고체 윤활제 코팅 (606) 은 또한 시간에 걸쳐 충분히 내구성이 있을 수도 있고 자신의 특성들을 유지할 수도 있다. 게다가, 고체 윤활제 코팅 (606) 은 컵 하단부 (601) 의 비도전성 재료에 충분히 접착할 수도 있고, 컵 하단부 (601) 의 비도전성 재료의 열화를 최소화하도록 저온에서 경화될 수도 있다.

비도전성 컵 하단부 (601) 로의 고체 윤활제 코팅 (606) 의 증착은 하나 이상의 단계들을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 비도전성 컵 하단부 (601) 는 고체 윤활제 코팅 (606) 의 보다 우수한 접착을 촉진하도록 미리 컨디셔닝될 수 있다. 예를 들어, 컵 하단부 (601) 는 코팅 (606) 의 도포 전에 샌드블라스트 (sandblast) 될 수도 있다. 고체 윤활제 코팅 (606) 의 준비는 글리콜과 같은 용매로의 바인더 폴리머 및 윤활제 폴리머의 용해를 수반할 수도 있다. 용액은 고체 윤활제 코팅 (606) 을 형성하도록 용액이 비도전성 컵 하단부 (601) 상에 브러싱되거나 스핀되거나 스프레이되는 것을 포함하는, 당업계 공지의 기법들을 사용하여 도포될 수도 있다. 고체 윤활제 코팅 (606) 은 당업계 공지의 기법들을 사용하여 저온, 예컨대 약 350 ℉ 내지 약 500 ℉에서 경화될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 고체 윤활제 코팅 (606) 은 오븐 경화될 수 있다.

고체 윤활제 코팅을 사용하여 컵 하단부 제작

도 7은 고체 윤활제 코팅으로 코팅된 전기도금 컵 어셈블리를 형성하는 방법을 예시하는 플로우차트이다. 프로세스 (700) 의 동작들은 상이한 순서들로 그리고/또는 상이한 동작들, 또는 보다 적은 동작들, 또는 부가적인 동작들과 함께 수행될 수도 있다.

프로세스 (700) 는 컵 하단부가 제공되는, 블록 705에서 시작될 수 있고, 컵 하단부는 웨이퍼를 홀딩하도록 사이즈가 결정되고 메인 바디 부분 및 방사상 내측으로 돌출하는 표면을 포함한다. 적어도 컵 하단부의 메인 바디 부분은 비도전성 재료를 포함한다. 일부 구현예들에서, 컵 하단부를 형성하는 베이스 재료는 비도전성 재료를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 컵 하단부 전체 또는 실질적으로 전체가 비도전성 재료를 포함한다. 일부 구현예들에서, 비도전성 재료는 폴리머성 재료를 포함할 수 있다. 폴리머성 재료의 예들은 PPS, PAI, PEEK, 및 PET를 포함한다.

프로세스 (700) 의 블록 (710) 에서, 탄성체 시일부는 방사상 내측으로 돌출하는 표면 상에 고정된다. 웨이퍼에 대고 가압될 때, 탄성체 시일부는 도금 용액이 실질적으로 배제되는 웨이퍼의 주변 영역을 규정하도록 웨이퍼에 대고 시일링한다. 일부 구현예들에서, 탄성체 시일부를 고정하는 것은 방사상 내측으로 돌출하는 표면 상의 탄성체 립시일의 형상으로 모드를 제공하는 것, 립시일 전구체를 몰드로 전달하는 것, 및 립시일 전구체를 탄성체 립시일로 변환하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 방법에서, 화학적 전구체 (예를 들어, 립시일 전구체) 는 탄성체 립시일이 상주하는 컵 하단부의 위치에 배치된다. 화학적 전구체는, 폴리머화, 경화, 또는 목표된 최종 구조적 형상으로 형성된 탄성체 립시일로 화학적 전구체를 변환하는 다른 메커니즘에 의해 목표된 탄성체 립시일을 형성하도록 프로세싱된다. 경화제들의 예들은 교차 결합제, 상승된 온도들, 및 자외선 복사를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 탄성체 시일부를 고정하는 것은, 접착제, 풀 (glue), 등 또는 일부 다른 적절한 고정 메커니즘을 통해 미리 형성된 탄성체 립시일을 컵 하단부 상의 적절한 위치에 고정함으로써 달성될 수 있다.

일부 구현예들에서, 프로세스 (700) 는 탄성체 시일부 상에 또는 근방에 전기적 콘택트 엘리먼트를 적용하는 것을 포함하고, 전기적 콘택트 엘리먼트는, 전기적 콘택트 엘리먼트가 전기도금 동안 웨이퍼로 전력을 제공할 수도 있도록, 탄성체 시일부가 웨이퍼에 대고 시일링할 때 웨이퍼를 주변 영역에 콘택트한다. 일부 구현예들에서, 다수의 병렬 전기적 콘택트 엘리먼트들이 웨이퍼 둘레에 제공될 수도 있고 웨이퍼에 콘택트하도록 적용될 수도 있다.

일부 구현예들에서, 프로세스 (700) 는 고체 윤활제 코팅으로 컵 하단부의 비도전성 재료를 코팅하기 전에 컵 하단부를 전처리하는 것을 더 포함할 수 있다. 이러한 전처리는 비도전성 재료에 대한 고체 윤활제 코팅의 접착을 개선하는 프로세스들, 예컨대 샌드블라스팅을 수반할 수도 있다.

일부 구현예들에서, 프로세스 (700) 는 글리콜과 같은 용매 내로 바인더 폴리머 및 윤활제 폴리머를 용해시킴으로써 고체 윤활제 코팅을 준비하는 것을 더 포함할 수 있다. 바인더 폴리머 및 윤활제 폴리머는 실온에서 파우더들 또는 다른 고체 형태들일 수 있다. 바인더 폴리머 및 윤활제 폴리머는 용액 내에 혼합되고 부유할 수 있다. 바인더 폴리머들의 예들은 PES 및 PPS를 포함할 수 있고, 윤활제 폴리머들의 예들은 PTFE, FEP, 및 PFA를 포함할 수 있다.

프로세스 (700) 의 블록 715에서, 컵 하단부의 비도전성 재료는 고체 윤활제 코팅으로 코팅된다. 고체 윤활제 코팅은 고체 윤활제 코팅이 컵 하단부의 비도전성 재료 상에 브러싱되거나 스핀되거나 스프레이되는 것과 같은, 당업계 공지된 임의의 적합한 증착 또는 코팅 기법들을 사용하여 코팅될 수도 있다. 예를 들어, 컵 하단부는 코팅 전에 세정되고 샌드블라스팅될 수도 있고, 이어서 고체 윤활제 코팅이 준비되고 경화 전에 컵 하단부 상에 스프레이될 수도 있다. 증착 기법은 비도전성 재료의 표면에 걸쳐 고체 윤활제 코팅을 실질적으로 고르게 분배할 수도 있다.

일부 구현예들에서, 프로세스 (700) 는 비도전성 재료의 용융 온도 이하의 온도에서 고체 윤활제 코팅을 경화하는 것을 더 포함한다. 예를 들어, 고체 윤활제 코팅을 경화하기 위한 온도는 약 350 ℉ 내지 약 500 ℉일 수 있다. 일부 구현예들에서, 고체 윤활제 코팅은 오븐 경화와 같은 임의의 적합한 기법을 사용하여 경화될 수 있다. 경화시, 바인더 폴리머는 바인더 및 보호 매트릭스를 형성하도록 용융되고, 한편 윤활제 폴리머는 용융되지 않고 바인더의 보호 매트릭스 내에 부유한 채로 남는다. 고체 윤활제 코팅을 경화하는 것은 2-상 윤활제 코팅을 생성하고, 윤활제 폴리머의 고체 입자들은 바인더 폴리머의 매트릭스 내에서 부유한다.

결과들

도 8a는 시간에 걸친 전기도금 후에 PPS로 이루어진 전기도금 컵의 이미지를 도시한다. PPS로 이루어진 전기도금 컵이 주석-은 전기도금 욕 내의 몇몇 웨이퍼들을 도금하도록 사용될 때, 전기도금 컵의 컵 하단부 일부분들은 도금을 나타낸다.

도 8b는 코팅이 스크래치된 후 그리고 시간에 걸친 전기도금 후 코팅된 티타늄으로 이루어진 전기도금 컵의 이미지를 도시한다. 코팅은 플루오로폴리머, 예컨대 FEP를 포함할 수 있다. 코팅이 스크래치될 때 및 전기도금 컵이 주석-은 전기도금 욕 내의 몇몇 웨이퍼들을 도금하도록 사용될 때, 전기도금 컵의 컵 하단부 일부분들은 도금을 나타낸다.

도 8c는 코팅이 스크래치된 후 그리고 시간에 걸친 전기도금 후 코팅된 PPS로 이루어진 전기도금 컵의 이미지를 도시한다. 코팅은 상기 기술된 바와 같은 고체 윤활제 코팅을 포함할 수 있다. 코팅이 스크래치될 때 및 전기도금 컵이 주석-은 전기도금 욕 내의 몇몇 웨이퍼들을 도금하도록 사용될 때, 컵 하단부 상에 도금 증거가 없다.

시스템 제어기들

일부 구현예들에서, 제어기는 상술한 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부일 수 있다. 이러한 시스템들은, 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치에 통합될 수도 있다. 전자장치들은 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부품들을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 전해액의 전달 및 순환, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들, 툴들 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드록들 내외로의 웨이퍼 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그램될 수도 있다. 시스템의 예는 캘리포니아, 프레몬트 소재의 Lam Research, Inc.에 의해 생산되고 입수가능한 Sabre® 군의 전기도금 시스템들로부터 나올 수 있다.

일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드포인트 측정들을 인에이블하는 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSP), ASIC (application specific integrated circuit) 으로서 규정되는 칩들 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.

제어기는, 일부 구현예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해서 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 인에이블하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안에 수행될 프로세스 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정한, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 이 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성된 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 제어기는 예를 들어 서로 네트워킹되어서 함께 공통 목적을 위해서, 예를 들어 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 위해서 협력하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는, (예를 들어, 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 수 있다.

비한정적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (physical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (chemical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, ALD (atomic layer deposition) 챔버 또는 모듈, ALE (atomic layer etch) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.

리소그래피 패터닝

상기 및 본 명세서에 기술된 장치들/프로세스들은, 예를 들어, 반도체 디바이스들, 디스플레이들, LEDs, 광전 패널들 등의 제조 또는 제작을 위해, 리소그래피 패터닝 툴들 또는 프로세스들과 함께 사용될 수도 있다. 통상적으로, 반드시 그런 것은 아니지만, 이러한 툴들/프로세스들은 공통 제조 설비 내에서 함께 이용되거나 수행될 것이다. 막의 리소그래픽 패터닝은 통상적으로 단계들 각각이 다수의 가능한 툴들을 사용하여 인에이블되는, 이하의 단계들: (1) 스핀-온 (spin-on) 툴 또는 스프레이-온 (spray-on) 툴을 사용하여 워크피스, 즉 기판 상에 포토레지스트를 도포하는 단계; (2) 핫 플레이트 또는 노 또는 UV 경화 툴을 사용하여 포토레지스트를 경화하는 단계; (3) 웨이퍼 스텝퍼와 같은 툴을 사용하여 가시광선 또는 UV 또는 x-선 광에 포토레지스트를 노출 시키는 단계; (4) 습식 벤치와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 선택적으로 제거하여 레지스트를 패터닝하도록 레지스트를 현상하는 단계; (5) 건식 또는 플라즈마 보조 에칭 툴을 사용함으로써 그 아래에 놓인 막 또는 워크피스 내로 레지스트 패턴을 전사하는 단계; 및 (6) RF 또는 마이크로파 플라즈마 레지스트 스트립퍼와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 제거하는 단계의 일부 또는 전부를 포함한다.

다른 실시예들

본 발명의 예시적인 실시예들 및 적용예들이 본 명세서에 도시되고 기술되었지만, 본 발명의 개념, 범위 및 정신 내에 남아 있는 많은 변형들 및 수정들이 가능하고, 이들 변형들은 본 출원을 정독한 후 당업자에게 명확해 질 것이다. 따라서, 본 실시예들은 예시적이고 비제한적인 것으로 간주되고, 본 발명은 본 명세서에 주어진 상세들로 제한되지 않고, 첨부된 청구항들의 범위 및 등가물들 내에서 수정될 수도 있다.

Claims

전기도금 동안 크램쉘 어셈블리 내에 웨이퍼를 인게이지하고 전기도금 동안 상기 웨이퍼로 전류를 공급하기 위한 컵 어셈블리에 있어서,
상기 컵 어셈블리는,
상기 웨이퍼를 홀딩하도록 사이즈가 결정되고 메인 바디 부분 및 방사상 내측으로 돌출하는 표면을 포함하는 컵 하단부로서, 적어도 상기 컵 하단부의 상기 메인 바디 부분은 고체 윤활제 코팅으로 코팅된 비도전성 재료를 포함하는, 상기 컵 하단부;
상기 방사상 내측으로 돌출하는 표면 상에 배치된 탄성체 시일부로서, 상기 탄성체 시일부는, 상기 웨이퍼에 대고 가압될 (pressed) 때, 전기도금 동안 도금 용액이 실질적으로 배제되는 상기 웨이퍼의 주변 영역을 규정하도록 상기 웨이퍼에 대고 시일링하는, 상기 탄성체 시일부; 및
상기 탄성체 시일부 상에 또는 인접하게 배치된 전기적 콘택트 엘리먼트로서, 상기 전기적 콘택트 엘리먼트는 전기도금 동안 상기 전기적 콘택트 엘리먼트가 상기 웨이퍼로 전력을 제공할 수도 있도록, 상기 탄성체 시일부가 상기 웨이퍼에 대고 시일링할 때 상기 주변 영역 내에서 상기 웨이퍼에 콘택트하는, 상기 전기적 콘택트 엘리먼트를 포함하는, 컵 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 고체 윤활제 코팅은 상기 비도전성 재료의 용융 온도보다 낮은 온도에서 경화가능한, 컵 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 고체 윤활제 코팅은 약 350 ℉ 내지 약 500 ℉의 온도에서 경화가능한, 컵 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 고체 윤활제 코팅은 소수성인, 컵 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 고체 윤활제 코팅은 바인더 폴리머 및 윤활제 폴리머를 포함하는, 컵 어셈블리.
제 5 항에 있어서,
상기 바인더 폴리머는 PES 및 PPS 중 적어도 하나를 포함하고, 그리고 상기 윤활제 폴리머는 PTFE, FEP, 및 PFA 중 적어도 하나를 포함하는, 컵 어셈블리.
제 5 항에 있어서,
상기 바인더 폴리머는 상기 고체 윤활제 코팅의 경화 온도에서 용융되고, 그리고 상기 윤활제 폴리머는 상기 고체 윤활제 코팅의 경화 온도에서 용융되지 않는, 컵 어셈블리.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컵 하단부의 전체 또는 실질적으로 전체는 상기 비도전성 재료로 이루어진, 컵 어셈블리.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방사상 내측으로 돌출하는 표면은 상기 고체 윤활제 코팅으로 코팅된 상기 비도전성 재료를 포함하는, 컵 어셈블리.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컵 하단부의 상기 비도전성 재료는 폴리머성 재료를 포함하는, 컵 어셈블리.
제 10 항에 있어서,
상기 폴리머성 재료는 PAI, PEEK, PPS, 및 PET 중 적어도 하나를 포함하는, 컵 어셈블리.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도금 용액은 주석 이온 및 은 이온을 포함하는, 컵 어셈블리.