KR20170104605A - 멤브레인 튜브 차폐부를 갖는 전기도금 장치 - Google Patents

멤브레인 튜브 차폐부를 갖는 전기도금 장치 Download PDF

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Abstract

전기도금 장치는, 워크피스의 둘레에 유리한 도금 특성들을 제공하기 위해, 전기장 차폐부들로서 작용하는 하나 또는 그 초과의 멤브레인 튜브 링들을 갖는다. 멤브레인 튜브 링들은, 상이한 타입들의 기판들을 전기도금하기 위해 요구되는 대로, 차폐 효과를 변화시키기 위해, 상이한 전도율을 갖는 유체들로 충전될 수 있다. 멤브레인 튜브 링들은 장치의 베슬에서의 확산기 플레이트에 또는 상에 선택적으로 제공될 수 있다.

Description

멤브레인 튜브 차폐부를 갖는 전기도금 장치
[0001] 전형적으로, 마이크로전자 디바이스들 및 다른 마이크로-스케일(micro-scale) 디바이스들의 제조는 웨이퍼 또는 다른 기판 상의 다수의 금속 층들의 형성을 요구한다. 다른 단계들과 조합하여 금속 층들을 전기도금함으로써, 마이크로-스케일 디바이스들을 형성하는 패터닝된 금속 층들이 생성된다.
[0002] 기판은, 기판의 하나의 측이 액체 전해질의 배스에 있고 전기 콘택들이 기판 표면 상의 전도성 층에 접한 상태로, 도금 장치 또는 챔버에서 전기도금된다. 전류가 전해질 및 전도성 층을 통해 통과된다. 전해질에서의 금속 이온들이 기판 상에 석출(plate out)되어, 기판 상에 금속 막을 형성한다. 균일한 도금된 막 두께를 더 양호하게 달성하기 위해, 도금 장치는 기판의 에지 근처에서 전해질에서의 전기장을 차폐하거나 또는 감소시키는 환상 유전체 차폐부를 가질 수 있다.
[0003] 균일하고 두껍게 도금된 금속 막을 달성하는 것은 다양한 이유들로 어려울 수 있다. 다마신(Damascene) 도금에서, 도금 프로세스 동안에 막의 시트 저항이 변화되는데, 이는 도금 장치 내의 전기장을 변경하고, 웨이퍼 에지에서 도금되는 막이 더 두껍게 되도록 하는 경향을 갖는다. 웨이퍼 레벨 패키징 애플리케이션들에서, 웨이퍼의 에지 주위의 활성 도금 영역은, 웨이퍼 상의 패턴들에 따라, 상당히 변화될 수 있다. 활성 도금 영역은 또한, 특정된 에지 배제 구역 또는 치수에 따라 변화될 수 있다. 기판 직경들이 또한, 최대 수 밀리미터만큼 변화될 수 있다. 이는, 기판 직경들의 변화로부터 기인하는 변화되는 기하형상들로 인해, 기판의 둘레 근처에서 도금된 금속 막이 변화되게 할 수 있다.
[0004] 본 전기도금 장치에서, 최적의 도금 결과들을 달성하기 위해, 전기장 차폐부들은 웨이퍼의 특성들과 매칭하도록 변화되어야만 한다. 차폐부들을 변화시키는 것이 시간 소모적이기 때문에, 차폐부들을 변화시킬 필요 없이, 변화하는 웨이퍼 활성 영역에 대해 조정될 수 있는 도금 장치가 필요하다.
[0005] 전기도금 장치는, 기판의 둘레에 유리한 도금 특성들을 제공하기 위해, 전기장 차폐부들로서 작용하는 하나 또는 그 초과의 멤브레인(membrane) 튜브 링들을 갖는다. 멤브레인 튜브 링들은, 상이한 타입들의 기판들을 전기도금하기 위해 요구되는 대로, 차폐 효과를 변화시키기 위해, 상이한 전도율을 갖는 유체들로 충전될(filled) 수 있다. 멤브레인 튜브 링들은 장치의 베슬(vessel)에서의 확산기 플레이트에 또는 상에 선택적으로 제공될 수 있다.
[0006] 도 1은 전기도금 장치의 개략적인 단면도이다.
[0007] 도 2는 대안적인 전기도금 장치의 베슬의 개략적인 단면도이다.
[0008] 도 1에서, 전기도금 장치(20)는 헤드(22)에서 로터(24)를 갖는다. 로터(24)는 배킹 플레이트(26), 및 밀봉 링(80)을 갖는 접촉 링(30)을 포함한다. 접촉 링 액추에이터들(34)은, 웨이퍼 또는 기판(50)의 하향 표면 상에 접촉 링(30) 및 밀봉 링(80)을 맞물리게 하기 위해, 수직으로(도 1에서 방향(T)으로) 접촉 링(30)을 이동시킨다. 벨로즈(32)가 헤드의 내부 컴포넌트들을 밀봉하기 위해 사용될 수 있다.
[0009] 접촉 링은 전형적으로, 기판(50) 상의 전도성 층과 접촉하는 금속 핑거들(35)을 갖는다. 도 1에서, 헤드(22)는 프로세스 위치에 기판(50)을 배치하도록 위치된 것으로 도시되고, 그 프로세스 위치에서, 기판은 베슬(38)에 보유된 액체 전해질의 배스와 접촉한다. 300 mm 직경 기판을 프로세싱하기 위해, 베슬은 305 내지 380 mm의 직경을 가질 수 있다.
[0010] 도 1이 단일 외측 전극(42)에 의해 둘러싸인 중앙 전극(40)을 갖는 설계를 도시하지만, 다수의 동심적인(concentric) 외측 전극들이 사용될 수 있다. 단일 전극이 또한 사용될 수 있다. 예컨대 구리 다마신을 이용하는 전형적인 전기도금 프로세스에서, 전극들(40 및 42)은 애노드들이고, 기판은 캐소드에 연결된다. 유전체 재료로 제조된 전기장 성형 유닛(44)이 베슬에서 전극들과 웨이퍼 사이에 위치될 수 있다. 멤브레인(60)이 선택적으로 포함될 수 있는데, 애노드액(anolyte)이 멤브레인 아래의 하측 챔버에 있게 되고, 캐소드액(catholyte)은 멤브레인(60) 위의 상측 챔버에 있게 된다. 멤브레인(60)이 사용되지 않는 경우에, 베슬은 단일 전해질을 보유하는 단일 챔버를 형성한다. 전류는 전극들로부터 전해질을 통해 웨이퍼 상의 전도성 표면으로 통과한다. 헤드에서의 모터(28)가 전기도금 동안에 웨이퍼를 회전시키기 위해 사용될 수 있다.
[0011] 링으로 형성된 멤브레인 튜브(90)가 베슬에 제공된다. 멤브레인 튜브(90)는, 멤브레인 튜브(90)가 기판(50)의 외측 에지에 인접하고 기판(50)과 애노드들(40 및/또는 42) 사이에 있도록 위치된다. 일반적으로, 멤브레인 튜브(90)는 기판(50)의 에지 근처에서 전기장을 더 양호하게 제어하도록 기판으로부터 1 내지 3 mm 내에 있을 수 있다. 멤브레인 튜브(90)는 베슬(38)의 측벽에 부착될 수 있고 그 측벽 상에 지지될 수 있거나, 또는 필드 성형 유닛(44)에 부착될 수 있고 그 필드 성형 유닛(44) 상에 지지될 수 있다. 사용되는 특정한 베슬에 따라, 멤브레인 튜브(90)는 유전체 스탠드오프(standoff)들 또는 브래킷(bracket)들 상에 지지될 수 있다.
[0012] 멤브레인 튜브(90)는, 요구되는 차폐를 제공하는데 적합한 전기 컨덕턴스를 갖는 유체로 멤브레인 튜브(90)가 충전되게 허용하기 위해, 유입구 및 배출구를 갖는다. 예컨대, 유입구는 유체 소스들(98 및 100), 예컨대 공기, 질소 또는 다른 가스, 및/또는 전해질 또는 물의 소스에 연결된 밸브(96)에 배관될(plumbed) 수 있다. 배출구는 멤브레인 튜브(90)를 퍼징(purging)하는데 사용하기 위한 드레인(drain)에 배관될 수 있거나, 또는 재순환 라인에 배관될 수 있다. 사용 시에, 멤브레인 튜브(90)에서의 유체는 유동적일 수 있거나 또는 정적일 수 있다.
[0013] 멤브레인 튜브는 나피온(Nafion) 술폰화 테트라플루오로에틸렌계 플루오로폴리머-코폴리머와 같은 멤브레인 재료일 수 있다. 나피온 튜브는, 멤브레인 튜브 그 자체가 부분적인 차폐부로서 작용하게 하기에 충분한 컨덕턴스(예컨대, 전형적으로 약 20 내지 100 mS/cm)를 갖는다. 제공되는 최소의 차폐 효과를 감소시키기 위해, 더 큰 전도율을 갖는 다른 멤브레인 튜브 재료들이 사용될 수 있다. 전형적인 멤브레인 튜브(90)는 2 내지 6 mm의 외측 직경, 약 0.5 mm의 벽 두께, 및 2.5 내지 6 mm, 또는 3 내지 5 mm의 내측 직경을 가질 수 있다. 대안적으로, 동일한 효과를 달성하기 위해, 베슬의 원통형 측벽 내에 둥근, 정사각형, 또는 직사각형 덕트가 구축될 수 있다.
[0014] 도 2에서 도시된 바와 같이, 멤브레인 튜브들(90 및 92)이, 특정한 웨이퍼 패턴 또는 웨이퍼 스크라이브 마크(wafer scribe mark)를 보상하기 위해, 확산기 플레이트(94) 상에 또는 내에 배열될 수 있다. 멤브레인 튜브들(90 및 92)은 링들로 형성되고, 본원에서 링 멤브레인 튜브들이라고 지칭된다. 확산기 플레이트와 함께 링 멤브레인 튜브들을 사용하는 것은, 단일 전기도금 장치(20)로 하여금, 상이한 사이즈들을 갖는 기판들을 더 균일하게 도금하게 허용한다. 내측 멤브레인 튜브(92) 및 외측 멤브레인 튜브(90)는, 멤브레인 튜브들 양자 모두에 동일한 유체가 공급되도록, 함께 배관될 수 있다. 각각의 멤브레인 튜브(90 및 92)는 링 또는 원으로 형성될 수 있고, 베슬(38)에 또는 상에 적소에 고정될 수 있다.
[0015] 2개의 멤브레인 튜브들(90 및 92)이 동일한 유체를 갖는 경우에, 이들은, 튜브가 내측 링으로부터 외측 링으로 이동하는 전환 구역을 갖는, 2개의 링들로 형성된 단일 튜브로서 제공될 수 있다. 2개의 튜브들이 별개인 경우에, 챔버 외부의 별개의 배관 연결들로부터 상이한 유체들이 2개의 튜브들에 공급될 수 있다. 이는 차폐의 부가적인 제어를 허용하고, 즉, 유효 차폐 ID는, 내측 튜브만이 비-전도성 유체로 충전되었는지 또는 튜브들 양자 모두가 비-전도성 유체로 충전되었는지에 기초하여 변화될 수 있다.
[0016] 멤브레인 튜브들은, 방사상 전류 밀도 제어를 달성하기 위해(즉, 동심적인 애노드들의 기능성을 복제하기 위해), 확산기 플레이트의 전체 면에 걸쳐 분배될 수 있다. 차폐부가 비활성이게 하기 위해, 멤브레인 튜브들은 20 % 개방 영역(open area) 확산기 내에 매립될 수 있다. 개방 영역은 캐소드액으로 충전되는 경우에 20 mS/cm 나피온 멤브레인 튜브의 저항과 매칭되는 저항을 확산기에 제공한다. 기판이 프로세싱 동안에 회전하지 않는 애플리케이션들에서, 특정한 기판 패턴과 함께 작동하도록 특별히 설계된 확산기 플레이트가 사용될 수 있다. 이 경우에서, 멤브레인 튜브들은, 특정한 웨이퍼 패턴 또는 스크라이브 영역에 의해 야기되는 전기장 변동들을 보상하는 방식으로, 확산기 플레이트 내에 레이아웃된다. 대안적으로, 멤브레인 튜브들은, 방사상 전류 밀도 제어를 달성하기 위해, 전체 확산기 플레이트에 걸쳐 분배될 수 있다. 멤브레인 튜브들의 2개 또는 그 초과의 링들은, 도 2에서 도시된 바와 같이, 확산기 플레이트에서 사용될 수 있거나, 또는 도 1에서 도시된 바와 같이, 확산기 플레이트 없이 사용될 수 있다.
[0017] 종래의 도금 장치에서의 유전체 재료 환상 차폐부는, 조정가능한 챔버 차폐부를 생성하기 위해, 멤브레인 튜브(90)로 대체될 수 있다. 멤브레인 튜브가 캐소드액(또는 더 높은 전도율 유체)으로 충전되면, 멤브레인 튜브는 차폐부로서 비활성이게 되는데, 이는 멤브레인 튜브가 베슬(38)에서 동일한 전도율을 갖는 캐소드액 또는 전해질에 침지되거나 또는 그 캐소드액 또는 전해질에 의해 둘러싸이기 때문이다. 그러나, 주위의 전해질보다 더 낮은 전도율을 갖는, 탈이온수와 같은 액체, 또는 공기 또는 질소와 같은 가스로 충전되는 경우에, 멤브레인 튜브는 전기장에 대한 차폐부로서 작용한다. 하나 또는 그 초과의 멤브레인 튜브들(90)이 또한, 상이한 사이즈 웨이퍼들을 프로세싱할 수 있는 브리지 장치로서 셋업된 전기도금 장치에서 사용될 수 있고, 멤브레인 튜브(90)는 선택된 웨이퍼 사이즈에 대해 요구되는 대로 베슬에서 전기장을 변경한다. 와이어 전극이, 멤브레인 튜브 그 자체가 애노드 또는 전류 시프(current thief)로서 작용하도록 더 양호하게 허용하기 위해, 멤브레인 튜브 내에 위치될 수 있다.
[0018] 다양한 전도율의 액체들이, 특정한 기판과 매칭되는 차폐를 달성하기 위해, 멤브레인 튜브(90)에서 사용될 수 있다. 멤브레인 튜브에서의 유체의 전도율을 변화시키는 것이 또한, 프로세스 조건들의 변화, 예컨대 도금 동안에 발생할 수 있는 막 저항의 변화를 보상하기 위해 사용될 수 있다. 멤브레인 튜브에서의 더 높은 전도율의 유체가, (국부적인 차폐와 반대로) 국부적으로 전류 유동을 증가시키기 위해 사용될 수 있다.
[0019] 본원에서 사용되는 바와 같이, 멤브레인 튜브 또는 멤브레인 튜브 링은 이온 전류가 튜브 벽들을 통해 유동하게 허용하는 재료의 튜브를 의미한다. 멤브레인 튜브들(90 및 92) 중 하나 또는 양자 모두가 선택적으로, 애노드 전류 소스에 연결될 수 있고, 애노드들(40 및/또는 42)과 동시에 동작하거나 또는 동시에 동작하지 않으면서, 애노드들로서 동작될 수 있다. 이러한 사용에서, 비활성 또는 활성 애노드 전도체가 멤브레인 튜브들에 제공될 수 있다. 멤브레인 튜브들의 애노드가, 예컨대 도금 솔더(plating solder)와 같이, 다수의 재료들이 공동-도금되게 허용하기 위해, 베슬 애노드들(40 및 42)의 재료와 상이한 재료를 통해 형성되는 것이 또한 가능하다. 멤브레인 튜브에 애노드 전류를 제공하는 전도체는 와이어일 수 있는데, 와이어는, 필요에 따라, 애노드 재료를 보충하기 위해 멤브레인 튜브를 통해 풀링된다(pulled).

Claims (15)

  1. 장치로서,
    베슬(vessel);
    상기 베슬에서의 하나 또는 그 초과의 애노드들;
    상기 베슬에서의 프로세스 위치에서 기판을 보유(holding)하기 위한 기판 홀더;
    상기 베슬에서 상기 프로세스 위치에 인접한 멤브레인(membrane) 튜브 링; 및
    상기 베슬에서 전기장을 변화시키기 위하여, 상기 멤브레인 튜브 링 내에 유체를 제공하기 위해, 상기 튜브 링에 연결된 적어도 하나의 유체 소스
    를 포함하는,
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 멤브레인 튜브 링은 상기 애노드들로부터 상기 기판 홀더를 차폐함으로써 상기 전기장을 변화시키는,
    장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 소스는 액체 전해질, 물, 또는 가스를 포함하는,
    장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제 1 유체 소스, 및 제 2 유체 소스, 및 상기 멤브레인 튜브 링에 상기 제 1 유체 소스 및 제 2 유체 소스를 연결시키기 위한 밸브를 포함하는,
    장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브 링은, 상기 베슬의 상단 단부 근처에서, 상기 베슬의 측벽에 또는 상에 지지되는,
    장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베슬에서 제 1 멤브레인 튜브 링과 동심적(concentric)이고 상기 제 1 멤브레인 튜브 링에 인접한 제 2 멤브레인 튜브 링을 더 포함하는,
    장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 멤브레인 튜브 링은 상기 제 1 멤브레인 튜브 링에 접하는(adjoining),
    장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 베슬에서의 확산기 플레이트를 더 포함하며, 상기 멤브레인 튜브 링은 상기 확산기 플레이트에 또는 상에 있는,
    장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 베슬은 305 내지 380 mm의 직경을 갖고, 상기 멤브레인 튜브 링은 2 내지 6 mm의 외측 직경을 갖는,
    장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 베슬 내의 제 1 전해질, 및 상기 튜브 링 내의 제 2 전해질을 더 포함하는,
    장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 베슬에서 상기 애노드들과 상기 프로세스 위치 사이에 유전체 필드 성형 유닛을 더 포함하며, 상기 멤브레인 튜브 링은 수직으로 상기 필드 성형 유닛과 상기 기판 사이에 있는,
    장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 멤브레인 튜브 링은 상기 기판보다 더 큰 직경을 갖는,
    장치.
  13. 전기도금 방법으로서,
    베슬에서의 전해질의 배스와 접촉하도록 기판을 이동시키는 단계;
    상기 전해질의 배스를 통해 상기 기판으로 전류를 전도하는 단계; 및
    상기 기판의 둘레에서 상기 전해질에서의 전기장을 변화시키기 위해, 상기 베슬에서의 멤브레인 튜브 링 내에 유체를 제공하는 단계
    를 포함하는,
    전기도금 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    전기도금의 제 1 페이즈 동안에 상기 멤브레인 튜브 링 내에 제 1 유체를 제공하고, 전기도금의 제 2 페이즈 동안에 상기 멤브레인 튜브 링 내에 제 2 유체를 제공하는 단계를 더 포함하는,
    전기도금 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 기판을 회전시키는 단계를 더 포함하는,
    전기도금 방법.
KR1020177023134A 2015-01-21 2016-01-19 멤브레인 튜브 차폐부를 갖는 전기도금 장치 KR102190958B1 (ko)

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