KR20180021211A - 불활성 애노드 전기도금 프로세서 및 보충기 - Google Patents
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Abstract
전기도금 프로세서는 전해질을 홀딩하는 용기를 갖는다. 용기 내의 불활성 애노드는 애노드 막 튜브 내에 애노드 와이어를 갖는다. 헤드는, 용기 내의 전해질과 접촉하는 웨이퍼를 홀딩하기 위한 것이다. 웨이퍼는 캐소드에 연결된다. 캐소드액 보충기가 용기에 연결된다. 캐소드액 보충기는, 캐소드액 보충기의 캐소드액 막을 통해 벌크 금속의 이온들을 이동시킴으로써, 캐소드액에 금속 이온들을 부가한다.
Description
[0001]
본 출원은, 2015년 7월 17일자로 출원되어 현재 계류 중인 미국 특허 출원 제14/802,859호를 우선권으로 주장하며, 상기 출원은 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0001]
반도체 집적 회로들 및 다른 마이크로-스케일 디바이스들의 제조는 통상적으로, 웨이퍼 또는 다른 기판 상에서의 다수의 금속 층들의 형성을 요구한다. 다른 단계들과 결합하여 금속 층들을 전기도금함으로써, 마이크로-스케일 디바이스들을 형성하는 패터닝된 금속 층들이 생성된다.
[0002]
전기도금은 전기도금 프로세서에서 수행되며, 웨이퍼의 디바이스 측은 액체 전해질의 배스(bath) 내에 있고 그리고 접촉 링(ring) 상의 전기 접촉부들이 웨이퍼 표면 상의 전도성 층을 터치(touch)한다. 전류는 전해질 및 전도성 층을 통과한다. 전해질의 금속 이온들이 웨이퍼 상에 석출(plate out)되어, 웨이퍼 상에 금속 층이 생성된다.
[0003]
전기도금 프로세서들은 통상적으로 소모성 애노드들을 가지며, 소모성 애노드들은 배스 안정성 및 소유 비용(cost of ownership)에 대해 유익하다. 예컨대, 구리를 도금할 때에는 구리 소모성 애노드들을 사용하는 것이 일반적이다. 도금 배스로부터 제거되는 구리 이온들은 애노드들에서 떨어지는 구리에 의해 보충(replenish)되며, 따라서, 도금 배스의 금속 농도가 유지된다. 이것은, 블리드(bleed) 및 피드(feed) 방식으로 전해질 배스를 교체하는 것에 비해 배스의 금속 이온들을 유지하는 매우 비용 효과적인 방식이다. 그러나, 소모성 애노드들을 사용하는 것은, 소모성 애노드들이 교체되게 하기 위해 상대적으로 복잡하고 비용이 많이 드는 설계를 요구한다. 유휴 상태 동작 동안 소모성 애노드들을 산화시키는 것 또는 전해질이 분해(degrade)되는 것을 방지하기 위해, 그리고 다른 이유들로 인해, 소모성 애노드들이 막(membrane)(예컨대, 양이온(cation) 막)과 결합될 때에는 더 많은 복잡도가 부가된다.
[0004]
그러한 시스템들은, 시일(seal)들 및 막 지지부들을 위한 많은 기계적 부품들을 요구한다. 소모성 애노드를 사용하는 것의 대안으로서 불활성(inert) 애노드들을 사용하는 전기도금 프로세서들이 제안되었다. 불활성 애노드 반응기(reactor)는, 챔버 복잡도, 비용, 및 유지보수를 감소시킨다는 기대를 갖는다. 그러나, 불활성 애노드들의 사용은, 특히, 소모성 애노드들에 비해 비용 효과적인 방식으로 금속 이온 농도를 유지하는 것, 및 작업부재(workpiece) 상에 결함들을 야기할 수 있는 불활성 애노드에서의 가스의 생성에 관련된 다른 단점들을 유발했다. 따라서, 불활성 애노드 전기도금 프로세서를 제공함에 있어 엔지니어링 난제들이 남아 있다.
[0005]
일 양상에서, 전기도금 프로세서는, 용기-캐소드액(vessel-catholyte)(전해질 액체)을 홀딩(hold)하는 용기를 갖는다. 용기 내의 불활성 애노드는 애노드 막 튜브 내에 애노드 와이어를 갖는다. 헤드는 용기-캐소드액과 접촉하는 웨이퍼를 홀딩한다. 웨이퍼는 캐소드에 연결된다. 용기 및 용기-캐소드액 보충기(replenisher)를 통해 용기-캐소드액을 순환시키기 위해, 리턴(return) 및 공급 라인들을 통해 용기-캐소드액 보충기가 용기에 연결된다. 용기-캐소드액 보충기는, 용기-캐소드액 보충기의 캐소드액 막을 통해 벌크(bulk) 금속의 이온들을 이동시킴으로써, 용기-캐소드액에 금속 이온들을 부가한다. 대안적으로, 용기-캐소드액 보충기는, 캐소드액 막을 사용함이 없이 용기-캐소드액에 금속 이온들을 직접 부가할 수 있다.
[0006]
도 1은, 불활성 애노드들을 사용하는 전기도금 프로세싱 시스템의 개략적인 도면이다.
[0007] 도 2는, 도 1에 도시된 바와 같은 애노드의 단면도이다.
[0008] 도 3은, 도 1에 도시된 용기-캐소드액 보충 시스템의 개략적인 도면이다.
[0009] 도 4는, 도 3에 도시된 캐소드액 보충기의 확대도이다.
[0010] 도 5는, 대안적인 용기-캐소드액 보충 시스템의 개략적인 도면이다.
[0011] 도 6 내지 도 10은, 부가적인 대안적 용기-캐소드액 보충 시스템들의 개략적인 도면들이다.
[0007] 도 2는, 도 1에 도시된 바와 같은 애노드의 단면도이다.
[0008] 도 3은, 도 1에 도시된 용기-캐소드액 보충 시스템의 개략적인 도면이다.
[0009] 도 4는, 도 3에 도시된 캐소드액 보충기의 확대도이다.
[0010] 도 5는, 대안적인 용기-캐소드액 보충 시스템의 개략적인 도면이다.
[0011] 도 6 내지 도 10은, 부가적인 대안적 용기-캐소드액 보충 시스템들의 개략적인 도면들이다.
[0012]
도 1에서, 전기도금 프로세서(20)는, 웨이퍼(50)를 홀딩하기 위한 헤드(22)에서 로터(rotor)(24)를 갖는다. 로터(24)는, 접촉 링(30) 상의 접촉 핑거(finger)들(35)을 웨이퍼(50)의 하향 대면 표면 상에 맞물리게 하도록 수직으로 이동할 수 있는 접촉 링(30)을 갖는다. 접촉 핑거들(35)은 전기도금 동안 네거티브(negative) 전압 소스에 연결된다. 헤드(22)의 내부 컴포넌트들을 시일링하기 위해 벨로우즈(bellows)(32)가 사용될 수 있다. 헤드 내의 모터(28)는, 전기도금 동안, 접촉 링(30)에 홀딩된 웨이퍼(50)를 회전시킨다. 프로세서(20)는 대안적으로, 다양한 다른 타입들의 헤드(22)를 가질 수 있다. 예컨대, 헤드(22)는, 웨이퍼(50)를 직접 핸들링(handle)하기보다는 웨이퍼(50)가 척(chuck)에 홀딩된 상태로 동작할 수 있거나, 전기도금 동안 웨이퍼가 정지된 채로 유지되어서 로터 및 모터가 생략될 수 있다. 접촉 링 상의 시일은, 프로세싱 동안 접촉 핑거들(35)을 캐소드액으로부터 떨어져 있게 시일링하도록 웨이퍼에 대하여 시일링한다.
[0013]
헤드(22)는, 전기도금 프로세서(20)의 전기도금 용기(38) 위에 포지셔닝된다. 용기(38) 내에 하나 또는 그 초과의 불활성 애노드들이 제공된다. 도시된 예에서, 전기도금 프로세서(20)는, 내측 애노드(40) 및 외측 애노드(42)를 갖는다. 시스템 내에서 웨이퍼들을 이동시키는 하나 또는 그 초과의 로봇들과 함께 다수의 전기도금 프로세서들(20)이 전기도금 시스템 내에 열들을 이루어 제공될 수 있다.
[0014]
도 2에서, 애노드들(40 및 42)은 막 튜브(47) 내에 와이어(45)를 갖는다. 막 튜브(47)는, 외측 보호 슬리브(sleeve) 또는 커버링(covering)(49)을 가질 수 있다. 막 튜브(47)(전극 와이어를 포함함)는 원형일 수 있거나, 선택적으로 나선형 또는 선형 어레이들로 형성될 수 있거나, 또는 프로세싱되는 작업부재에 적응되는 전기장을 생성하기에 적절한 다른 형태를 취할 수 있다. 와이어(45)는, 2-3 mm 내경의 막 튜브(47) 내의 0.5 내지 2 mm 직경의 백금 와이어일 수 있다. 와이어(45)는 또한, 니오븀, 니켈, 또는 구리와 같은 다른 금속의 내부 코어를 갖는 백금 클래드(clad) 와이어일 수 있다. 불활성 애노드들 위의 용기 내에 저항성 확산기가 제공될 수 있다.
[0015]
막 튜브(47) 내의 와이어(45) 주위에 유동 공간(51)이 제공된다. 와이어(45)는 막 튜브(47) 내에 공칭적으로 센터링(center)될 수 있지만, 실제로는, 막 튜브 내에서의 와이어의 포지션은, 일부 위치들에서 와이어가 막 튜브의 내부 벽을 터치할 수 있을 정도까지 변할 것이다. 와이어를 막 튜브 내에 센터링하기 위한 스페이서(spacer)들 또는 다른 기법들이 요구되지는 않는다.
[0016]
도 3을 참조하면, 3-구획(compartment) 보충기(70)에서, 전기도금 동안, 프로세스 애노드액(anolyte) 소스인 프로세스 애노드액 챔버(150) 및 애노드 막 튜브들(47)을 포함하는 프로세스 애노드액 루프(152)를 통해 프로세스 애노드액이 애노드들(40 및 42)로 펌핑(pump)된다. 애노드들(40 및 42)을 형성하는 막 튜브들은, 도 1에 도시된 바와 같이, 용기(38)의 애노드 플레이트(43)의 원형 슬롯(41) 내에 포함된 링 또는 원으로 형성될 수 있는데, 즉, 막 튜브들은 용기(38)의 바닥 상에 놓인다. 보충기(70)는, 보충기(70)가 프로세싱 시스템 내에서 프로세서로부터 멀리 떨어져 로케이팅될 수 있는 별개의 유닛이라는 점에서 프로세서(20) 외부에 있다.
[0017]
각각의 애노드(40, 42)의 와이어(45)는, 용기 내에 전기장을 생성하기 위해 (웨이퍼에 인가된 전압에 대해) 포지티브(positive) 전압 소스에 전기적으로 연결된다. 불활성 애노드들 각각은 하나의 전력 공급 채널에 연결될 수 있거나, 불활성 애노드들은 용기(38) 상의 전기 커넥터(connector)(60)를 통해 별개의 전력 공급 채널들에 연결될 수 있다. 통상적으로 1개 내지 4개의 불활성 애노드들이 사용될 수 있다. 막 튜브들을 통한 애노드액 유동이 용기 밖으로 가스를 운반한다. 사용 시, 전압 소스는, 불활성 애노드에서 워터(water)가 산소 가스 및 수소 이온들로 변환되는 것, 및 용기-캐소드액으로부터의 구리 이온들이 웨이퍼 상에 증착되는 것을 야기하는 전류 흐름을 유도한다.
[0018]
애노드들(40 및 42)의 와이어(45)는 불활성이며, 애노드액과 화학적으로 반응하지 않는다. 웨이퍼(50) 또는 웨이퍼(50) 상의 전도성 시드(seed) 층은 네거티브 전압 소스에 연결된다. 전기도금 동안, 용기(38) 내의 전기장은, 용기-캐소드액 내의 금속 이온들로 하여금 웨이퍼(50) 상에 증착되게 하여, 웨이퍼(50) 상에 금속 층들을 생성한다.
[0019]
도 1은 단일 외측 애노드(42)에 의해 둘러싸이는 내측 애노드(40)를 갖는 설계를 도시하지만, 단일 애노드 또는 다수의 동심 외측 애노드들이 사용될 수 있다. 유전체 재료로 제조된 전기장 형상화 유닛(44)은, 용기(38) 내에 포지셔닝되어 용기(38) 내에 전기장을 형상화할 수 있다. 미국 특허 제8,496,790호; 제7,857,958호 및 제6,228,232호에서 나타낸 것들과 같은 다른 설계들이 또한 사용될 수 있다.
[0020]
이제 도 3을 또한 참조하면, 웨이퍼(50) 상에 도금된 금속 층은, 용기(38) 내의 전기장에 기인하여 용기-캐소드액을 통해 웨이퍼 표면으로 이동하는 용기-캐소드액 내의 금속 이온들로부터 형성된다. 용기-캐소드액에 금속 이온들을 공급하기 위해 용기-캐소드액 보충 시스템(70)이 용기(38)에 연결된다. 용기-캐소드액 보충 시스템(70)은, 도 3에서 일반적으로 80으로 표시되는 캐소드액 순환 루프에 보충기(74)를 연결하는, 용기-캐소드액 리턴 라인(튜브 또는 파이프) 및 용기-캐소드액 공급 라인(78)을 갖는다. 통상적으로, 용기-캐소드액 탱크(76)가 캐소드액 순환 루프(80)에 포함되며, 용기-캐소드액 탱크(76)는, 프로세싱 시스템 내의 다수의 전기도금 프로세서들(20)에 용기-캐소드액을 공급한다. 캐소드액 순환 루프(80)는 적어도 하나의 펌프를 포함하며, 또한, 가열기들, 필터들, 밸브들 등과 같은 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 보충기(74)는 캐소드액 리턴과 인라인(in line)으로 있을 수 있거나, 대안적으로는, 다시 캐소드액 탱크로의 그리고 그 밖으로의 별개의 유동 루프에 연결될 수 있다.
[0021]
도 4는, 보충기(74)의 개략적인 확대도를 도시한다. 보충기 애노드액은, 보충기 애노드액 챔버(98) 및 선택적으로는 보충기 애노드액 탱크(96)를 포함하는 보충기 애노드액 루프(91)를 통해 보충기(74) 내에서 순환한다. 보충기 애노드액은 산이 없는 구리 황산염 전해질일 수 있다. 보충기(74) 내의 애노드액 보충기는 재순환 루프를 요구하지 않으며, 단지 애노드액 챔버(98)로 이루어질 수 있다. 가스 분사기(sparger), 예컨대 질소 가스 분사기는, 배관(plumbing) 및 펌프를 요구하는 재순환 루프를 복잡하게 하지 않고도 보충기에 대한 교반(agitation)을 제공할 수 있다. 저산(low acid) 전해질 또는 애노드액이 사용되면, 전류가 보충기에 걸쳐 전달될 때, 양성자들보다는 Cu++ 이온들이 막을 거쳐 캐소드액 내로 수송 또는 이동된다. 가스 분사는 벌크 구리 재료의 산화를 감소시킬 수 있다.
[0022]
탈이온수(de-ionized water) 공급 라인(124)은 보충기 애노드액 탱크(96) 또는 챔버(98) 내로 보상용(make-up) 탈이온수를 공급한다. 구리 펠릿(pellet)들과 같은 벌크 도금 재료(92)가 보충기 애노드액 챔버(98)에 제공되어 웨이퍼(50) 상에 도금되는 재료를 제공한다. 펌프는 보충기 애노드액을 보충기 애노드액 챔버(98)를 통해 순환시킨다. 보충기 애노드액은 애노드들(40 및/또는 42)에 제공되는 애노드액과 완전히 별개이다.
[0023]
대안적인 설계에서, 어떠한 보충기 애노드액 루프(91)도 없이 애노드액 챔버(98)가 사용된다. 가스 분사기, 예컨대 N2 분사는, 보충기 애노드액 루프를 사용하지 않고도 애노드액 챔버(98)에 대해 교반을 제공할 수 있다. 저산 애노드액은, 전류가 보충기에 걸쳐 전달될 때, 양성자들이 아닌 Cu++ 이온들이 막을 거쳐 캐소드액 내로 수송된다는 것을 보증한다.
[0024]
보충기(74) 내에서, 보충기 애노드액을 캐소드액으로부터 분리시키기 위해, 보충기 애노드액 챔버(98)의 보충기 애노드액과 캐소드액 챔버(106)의 캐소드액 사이에 제1 양이온 막(104)이 포지셔닝된다. 용기(38)로부터 캐소드액 챔버를 통해 용기-캐소드액을 순환시키기 위해, 캐소드액 리턴 라인(72)이 캐소드액 챔버(106)의 일 측에 연결되고 그리고 용기-캐소드액 공급 라인(78)이 캐소드액 챔버(106)의 다른 측에 연결된다. 대안적으로, 보충기(74)를 통한 캐소드액 유동 루프는 캐소드액 탱크를 갖는 별개의 낮은 서킷(circuit)일 수 있다.
[0025]
제1 양이온 막(104)은, 금속 이온들 및 워터가 캐소드액 챔버의 캐소드액 내로 보충기 애노드액 챔버(98)를 통과하게 하지만, 그렇지 않았다면, 캐소드액과 보충기 애노드액 사이에 배리어가 제공된다. 증발로 손실된 워터를 보충하기 위해 탈이온수가 용기-캐소드액에 부가될 수 있지만, 더 일반적으로는, 워터 증발은, 애노드액 보충기로부터 전기-삼투를 통해 용기-캐소드액 내로 들어가게 워터를 증발시키도록 향상될 수 있다. 이러한 목적을 위해 증발기가 제공될 수 있다. 용기-캐소드액 내로의 금속 이온들의 유동은 용기-캐소드액 내의 금속 이온들의 농도를 보충한다.
[0026]
용기-캐소드액 내의 금속 이온들이 웨이퍼(50) 상에 증착되어 웨이퍼(50) 상에 금속 층을 형성함에 따라, 그 금속 이온들은, 보충기(74)의 캐소드액 챔버(106)를 통해 유동하는 캐소드액 내로 보충기 애노드액 및 제1 막(104)을 통해 이동하는, 벌크 도금 재료(92)로부터 비롯되는 금속 이온들로 교체된다. 도시된 예에서, 금속 이온들은 구리 이온들(Cu++)이고 용기-캐소드액은 고산(high acid) 구리 전해질이다.
[0027]
제2 양이온 막(108)에 대향하게, 보충기 챔버(112) 내에 불활성 캐소드(114)가 로케이팅된다. DC 전력 공급부(130)의 캐소드 또는 네거티브가 불활성 캐소드(114)에 전기적으로 연결된다. DC 전력 공급부(130)의 애노드 또는 포지티브는 보충기 애노드액 챔버(98) 내의 금속 또는 벌크 도금 재료(92)에 전기적으로 연결되어 보충기(74) 양단에 전압 차를 인가하거나 생성한다. 보충기 챔버(112) 내의 보충기 전해질은 선택적으로 보충기 탱크(118)를 통해 순환할 수 있으며, 탈이온수 및 황산이 인렛(inlet)(122)을 통해 보충기 전해질에 부가된다. 보충기 챔버(112) 전해질은 1-10 % 황산을 갖는 탈이온수를 포함할 수 있다. 불활성 캐소드(114)는 백금 또는 백금 클래드 와이어 또는 플레이트일 수 있다. 제2 이온성 막(108)은 제1 구획에 구리 이온들을 보유(retain)하는 것을 돕는다.
[0028]
도 1 및 도 2를 참조하면, 프로세서(20)는 선택적으로, 용기(38) 내에 전류 시프(thief) 전극(46)을 포함할 수 있지만, 많은 경우들에서, 전류 시프가 필수적인 것은 아니다. 이러한 경우에서, 전류 시프 전극(46)은 또한, 위에 설명된 애노드(40 또는 42)와 유사하게, 전류 시프 막 튜브 내에 전류 시프 와이어를 가질 수 있다. 시프 전극이 사용되면, 리컨디셔닝(reconditioning) 전해질이 전류 시프 막 튜브를 통해 펌핑될 수 있다. 전류 시프 와이어는 일반적으로, 접촉 링(30)을 통해 웨이퍼(50)에 연결되는 네거티브 전압 소스와 독립적으로 제어되는 네거티브 전압 소스에 연결된다.
[0029]
전류 시프 막 튜브는, 보충기 전해질 리턴 라인(84) 및 보충기 전해질 공급 라인(86)을 경유하는, 일반적으로 82로 표시되는 보충기 순환 루프를 통해 보충기(74)의 보충기 챔버(112)에 연결될 수 있다. 사용된다면, 캐소드액 챔버(106) 내의 고산 캐소드액 배스는, 전류 통과 막(current crossing membrane)(108)의 높은 부분이 금속 이온들보다는 양성자들이라는 것을 보증한다. 이러한 방식으로, 보충기(74) 내의 전류는 용기-캐소드액 내에 구리를 보충하면서 구리가 막을 통해 손실되는 것을 방지한다.
[0030]
제2 양이온 막(108)은, 캐소드액 챔버(106) 내의 캐소드액과 보충기 챔버(112) 내의 보충기 전해질 사이에 포지셔닝된다. 제2 양이온 막(108)은, 양성자들 및 소량의 소스 금속이 캐소드액 챔버(106) 내의 캐소드액으로부터 보충기 챔버(112) 내의 보충기 전해질 내로 통과하게 한다. 보충기 챔버(112)의 주요 기능은, 금속을 불활성 캐소드(114) 상에 석출시키지 않는 방식으로 보충기 챔버에 대한 전기 회로를 완성하는 것이다. 보충기 챔버(112)는 가외의(extra) 탱크 또는 순환 루프와 함께 또는 가외의 탱크 또는 순환 루프 없이 사용될 수 있다.
[0031]
캐소드액 챔버(106) 내의 고산 전해질 또는 캐소드액 배스는, 불활성 캐소드(114) 상에서의 캐소드 반응이 대부분 수소 발생(evolution)이도록, 전류 통과 막(108)의 높은 부분이 금속 이온들보다는 양성자들이라는 것을 보증한다. 이러한 방식으로, 보충기(74) 내의 전류는 캐소드액 내에 구리를 보충하면서 구리가 막(108)을 통해 손실되는 것을 방지한다. 이는, 금속 축적 및 전극 유지보수를 회피한다.
[0032]
보충기에서, 챔버(112)는 가외의 탱크 또는 재순환 루프 없이 제공될 수 있다. 애노드액에서, 질소 분사는 배관 및 펌핑 요건들을 보다 간단하게 유지하는 데 충분할 수 있다.
[0033]
동작 시, 용기 내의 용기-캐소드액의 금속 이온들은, 애노드들(40 및 42)로부터 웨이퍼(50)로의 전류의 전도를 통해 웨이퍼(50) 상에 증착되어 웨이퍼(50) 상에 금속 층을 형성한다. 용기-캐소드액은 용기로부터 보충기(74)의 캐소드액 챔버(106) 내로 유동하고, 여기서, 금속 이온들은, 통상적으로 캐소드액 순환 루프(80)를 통해 연속적으로 유동하는 캐소드액과 함께 이후 용기로 리턴되는 용기-캐소드액 내로 다시 부가된다. 또한, 보충기 애노드액은 일반적으로, 보충기 애노드액 루프(91)에서 연속적으로 유동한다. 제1 양이온 막(104)을 통한 워터의 전기-삼투에서의 워터 손실을 보상하기 위해 탈이온수가 보충기 애노드액에 부가된다. 양성자들 및 소량의 금속 이온들이 제2 양이온 막(108)을 통해 보충기 챔버(112) 내의 보충기 전해질 내로 전달된다. 용기-캐소드액은, 전기도금 기술에서 잘 알려져 있는 바와 같은, 첨가제들을 갖는 고산 웨이퍼 레벨 패키징 도금 전해질일 수 있다.
[0034]
전기도금 동안, 워터를 산소 가스 및 수소 이온들(H+)로 변환시키는 화학 반응이 와이어 표면에서 발생한다. 수소 이온들은, 막 튜브 벽을 통해 챔버 캐소드액 내로 전달된다. 그런 다음, 이들 이온들은, 캐소드액 챔버(106)로 유동하는 용기-캐소드액의 일부가 된다. 이들 이온들의 대부분은 막(108)을 통해 전류를 운반하며, 여기서, 수소 이온들이 챔버 캐소드액으로부터 제거된다.
[0035]
산소 가스는, 진공 또는 통기(venting)를 통해 또는 질소 가스를 분사함으로써 막 튜브들로부터 배기된다. 프로세스 애노드액 자체는 전기도금 동안 달리 화학적으로 변화되지 않는다.
[0036]
도 5는, 프로세스 애노드액 유동 루프(152)에서 애노드들의 애노드 막 튜브들과 연결된 프로세스 애노드액 챔버(142)를 갖는 대안적인 보충기(140)를 도시한다. 프로세스 애노드액 챔버(142) 내의 프로세스 애노드액은, 프로세스 애노드액 챔버(142)의 일 측 상의 제2 양이온 막(108)에 의해 그리고 프로세스 애노드액 챔버(142)의 다른 측 상의 제3 양이온 막(154)에 의해 캐소드액으로부터 분리된다. 이러한 설계에서, 양성자들 및 소량의 금속 이온들이 제2 양이온 막(108)을 통과하고, 양성자들 및 훨씬 더 소량의 금속 이온들이 제3 양이온 막(154)을 통과한다.
[0037]
캐소드액 챔버(106) 내의 높은 Cu++ 캐소드액 배스와 불활성 캐소드(114) 사이의 가외의 보충기 애노드액은, 불활성 캐소드(114)에 도달하고 전극 상에 석출되어 유지보수를 요구할 수 있는 금속의 양을 추가로 감소시킨다. 또한, 그것은, 챔버(142)의 보충기를 통해 애노드액을 유동시키는 것이, 막(108)을 통해 애노드액에 들어갈 수 있는 소량의 구리를 사용하고 이후 그 구리를 애노드 튜브들을 통해 챔버 캐소드액 내로 다시 전달하는 것을 허용한다. 제3 양이온 막(154) 또는 막(108)은 음이온(anion) 막으로 대체될 수 있다. 챔버(142)를 통한 가외의 유동 애노드액은 또한, 캐소드액과 애노드액 사이에서의 양성자 교환의 균형을 허용한다. 양성자들은 도금 챔버 내의 애노드 막 튜브들을 통과하는 전류로서 애노드액을 벗어나고, 양성자들은 보충 셀에서 막(108)을 통해 대체된다. 구리는 애노드액으로부터 챔버 캐소드액으로의 전류 강제 양이온(current forces cation)들(즉, H+ 및 Cu++)로서 막 튜브들을 통해 챔버 캐소드액으로 다시 전달될 수 있다. 도 5의 실시예는 또한, 막(104)이 생략된 채 설계될 수 있다. 이러한 경우, 인라인 보충 셀은 어떠한 막(104)도 갖지 않으며, 벌크 구리는 챔버 캐소드액에 노출된다.
[0038]
유휴 상태 동작 동안, 시스템은, 준비되어 있지만 실제 사용 중이지는 않다. 유휴 상태에서, 보충기가 사용 중이지 않을 때, 시스템(170)은 소모성 애노드를 형성하는 벌크 도금 재료(92)에 대한 캐소드액의 유동을 중단시킨다. 유휴 상태 동작은 막에 걸친 워터의 삼투를 방지한다. 유휴 상태 동작은 또한, 유지 보수를 위한(예컨대, 구리 펠릿들이 소모됨에 따라 구리 펠릿들을 교체하기 위한) 소모성 애노드에 대한 용이한 액세스를 허용한다. 유휴 상태는, 다수의 프로세서들(20)에 공급을 제공하는 프로세싱 시스템의 대량의 용기-캐소드액 탱크에 비해 상대적으로 소량의, 보충기에 존재하는 챔버-캐소드액으로의 유동을 중단시킴으로써 달성될 수 있다. 이것은, 용기-캐소드액 탱크 내의 첨가제들을, 긴 유휴 시간 동안, 노출된 금속으로부터 보호한다.
[0039]
도 4의 수정된 설계에서, 불활성 캐소드(114)는, 애노드로의 물질 전달 및 불활성 캐소드(114)에 대한 금속 도금을 감소시키기 위해, 캐소드액 또는 보충기 챔버 내의 필터, 백(bag) 또는 인클로저(enclosure) 내에 배치될 수 있다. 선택적으로, 불활성 캐소드(114)에 대한 금속 도금을 제한하기 위해, 저항성 스크린이 불활성 캐소드(114) 상에 제공될 수 있다. 부가하여, 금속이 불활성 캐소드(114) 상에 증착되는 것을 방지하기 위해, 보충기 전해질이 제거되고 스케줄에 따라 교체될 수 있다. 금속은 또한, 불활성 캐소드를 디플레이팅(de-plate)하도록 (전력 공급부(130)의 극성을 스위칭함으로써) 보충기를 주기적으로 역방향으로 실행함으로써, 또는 화학적 에칭을 사용함으로써, 불활성 캐소드로부터 제거될 수 있다.
[0040]
막들(108 및/또는 154)은, 임의의 구리 이온들이 캐소드액으로부터 보충기 전해질로 이동하는 것을 방지하기 위해 음이온 막으로 대체될 수 있다. 과도한 전기적 부하 없이 보충기(74)를 동작시키기 위해, 챔버들(98, 106, 및 112)은 좁을 수 있는데, 예컨대, (사용된다면) 챔버들(106, 112, 및 142)은 3-8 또는 4-6 밀리미터의 폭을 갖고 그리고 챔버(98)는 8-12 밀리미터의 폭을 갖는다. 이러한 폭들 및 약 266 밀리리터의 길이 및 높이를 갖는 챔버들은, 300 밀리미터 직경의 웨이퍼 상에 구리를 전기 도금하는 프로세서를 동작시키기에 충분한 용량을 갖는 것으로 계산된다. 챔버들은 또한, 동축 어레인지먼트(arrangement)의 원통형일 수 있다. 각각이 약 300 mm 웨이퍼의 면적을 갖는 하나 또는 2개의 보충 셀들은, 4-12개의 전기도금 프로세서들(20)을 갖는 프로세싱 시스템을 동작시키기에 충분한 용량을 갖는 것으로 계산된다.
[0041]
좁은 챔버 갭들은, 보충기 전압을 감소시키고 그에 따라 전력 공급 와트수(wattage) 요건을 감소시키는 데 도움이 된다. 애노드액 챔버(98) 내의 금속 펠릿들은 챔버를 완전히 채우고 막(74)에 대하여 안정(rest)될 수 있다. 이는, 애노드로부터 막까지의 거리를 제한함으로써, 전류를 흐르게 할 필요가 있는 전압을 최소로 유지시킨다. 애노드액 배스 전도도가 시스템 내의 모든 배스 중에서 가장 낮으므로, 애노드액에서 이동해야하는 전류의 거리를 최소화함으로써 전력 공급 전압에서 가장 큰 이점을 갖는다.
[0042]
본원에 언급된 바와 같은 용기-캐소드액은 구리(또는 다른 금속 이온) 함유 전해질이다. 보충기 애노드액 및 보충기 전해질은 모두 동일한 전해질일 수 있으므로, 탱크들, 배관 등은 다양한 방식들로 결합될 수 있다. 프로세스 애노드액, 보충기 전해질, 및 (존재한다면) 시프 전해질(thiolyolyte)은 모두 동일한 전해질일 수 있다. 또한, 프로세스 애노드액, 보충기 전해질, 및 (존재한다면) 시프 전해질은 모두, 비교적 비싸지 않은, 탈이온수와 황산의 혼합물일 수 있다.
[0043]
도 3-5의 실시예들에서, 대안적인 보충기(90)는 도금 챔버 플럼핑(plumping) 시스템과 인라인에 있는 별개의 디바이스로서 제시된다. 보충기에 대한 배관은 선택적으로, 프로세스 애노드액이 또한 그 배관(즉, 도 5 상의 152)을 통해 유동하도록 배열될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 보충기는 용기-캐소드액 탱크(도 3의 76)에 통합될 수 있다. 이러한 방식으로 보충기를 구성하는 것은, 시스템을 단순화할 수 있고 그리고 주 시스템 용기-캐소드액 탱크 내의 대량의 용기-캐소드액에 직접 금속 보충이 적용되게 할 수 있다. 하나의 특정한 실시예로서, 용기-캐소드액 탱크의 측벽들 중 하나는, 보충기 애노드액 챔버(98)를 포함하는 다른 더 작은 탱크에 직접 연결될 수 있다. 유사하게, 보충기의 다른 챔버들은 벽들에 내장된 막들을 포함하는 공통 벽들을 갖는 인접한 탱크들일 수 있다.
[0044]
보충기는 용기-캐소드액 내의 금속 농도를 소모성 애노드 프로세서들로 이용가능한 것보다 높은 레벨들로 증가시키도록 동작될 수 있다. 이러한 작업은 더 높은 도금 레이트들을 허용한다. 이러한 전기화학적 방법은 금속 농도를 과포화 레벨들로 증가시킬 수 있어서, 도금 레이트 및 피쳐 모폴로지(feature morphology)가 추가로 증가된다. 일반적으로, 보충기는, 배스 내의 금속 농도가 유지된다는 것을 보증하기 위해, 적어도 도금 챔버(들)와 동일한 수의 암페어-분(amp-minute)들로 실행되어야 한다. 그러나, 보충기에서 막(108)을 통한 금속의 손실들 또는 시스템에서 발생할 수 있는 임의의 다른 손실들을 보상하기 위해, 보충기 암페어-분들이 약간 더 높게 실행될 수 있을 가능성이 있다. 보충기는 또한, 이미 설명된 바와 같이, 금속 농도가 증가되게 한다.
[0045]
보충기 접근법의 부가적인 이점은, 소모성 애노드 보충이 개별적으로 각각의 챔버에서보다는 하나의 위치(즉, 보충기(들))에 중앙 집중화된다는 것이다.
[0046]
따라서, 본 발명은, 동일한 낮은 소유 비용을 갖는 불활성 애노드들을 갖는 단순화된 챔버들을 허용한다. 구리 보충은 중앙 집중식이며, 유지 보수를 위해 툴을 분해하지 않고도 행해질 수 있다. 이러한 특징은 가동시간의 증가를 초래한다.
[0047]
애노드 와이어, 전류 시프 와이어, 애노드 막 튜브, 전류 시프 막 튜브, 캐소드액 막 및 보충기 전해질 막이라는 용어들은, 단지 청구된 엘리먼트들을 서로 구별하기 위해 청구항들에서 사용된 설명어들이며, 청구된 엘리먼트들의 특성들 또는 재료 특징들이 아니다. 실제로, 동일한 와이어, 막 튜브들, 및 막들이 이러한 엘리먼트들에 사용될 수 있다. 와이어라는 용어는, 통상적으로 와이어와 같이 원형인 세장형 금속 엘리먼트를 의미하지만, 평평한 리본 및 도금된 또는 편조식(braided) 엘리먼트들과 같은 다른 형상들을 또한 포함한다.
[0048]
보충기(74)의 동작은 주로 용기-캐소드액의 안정성을 유지시킨다. 캐소드액 순환 루프를 통하는 것 이외의 용기-캐소드액의 제거 및 교체는, 잠재적으로 첨가제 보충 및 첨가제 부산물들의 축적을 제한하는 것을 제외하고는 용기-캐소드액이 안정적으로 유지되기 때문에 최소이다.
[0049]
도 6을 참조하면, 대안적인 시스템(170)은 애노드액 막이 없는 도 5의 시스템과 유사하다. 보충기 캐소드액의 수직 배향은 동작 동안 생성된 가스를 방출(release)하는 것을 돕는다. 부가하여, 탱크들(172, 174)을 그들 사이의 탱크 막(174)과 함께 사용하는 것은, 인라인 보충기에서 요구되는 바에 따른 가외의 배관의 필요성을 회피한다. 보충기 막(178)은 제2 탱크(176) 내의 프로세스 애노드액을, 선택적으로 제2 탱크(176) 내의 제3 탱크(182)에 있는 보충기 캐소드액으로부터 분리시킨다. 가스 분사 아웃렛(outlet)(180)은 질소와 같은 가스를 제3 탱크(182)로 방출할 수 있다.
[0050]
도 6의 시스템은, 용기-캐소드액 내의 첨가제들이 소모성 애노드와 접촉할 수 있기 때문에, 용기-캐소드액 첨가제들의 소모를 증가시킬 수 있다. 첨가제 소모를 감소시키기 위해, 유휴 상태 동작은 소모성 애노드의 표면적을 최소화할 수 있다. 일 동작 방법에서, 보충기는 용기-캐소드액 내의 구리(또는 다른 애노드 재료)가 구리 농도 제어 제한의 하한에 도달할 때까지 유휴 상태로 유지된다. 그런 다음, 보충기는, 용기-캐소드액 내의 구리를 보충하기 위해, 시스템이 소모하는 것보다 높은 레이트의 동작에 진입한다. 구리의 제어 상한에 도달할 때, 보충기(190)는 턴 오프(turn off)되고 다시 유휴 상태 동작에 진입할 수 있다.
[0051]
도 7은, 도 6과 동일할 수 있지만 애노드에 대한 분할기 막을 더 포함하고 그리고 공통 캐소드액을 갖는 시스템을 도시한다. 보충기가 동작 중이지 않은 유휴 상태에서, 용기-캐소드액 탱크로부터 애노드 섹션으로의 재순환은 턴 오프될 수 있다. 재순환이 온(on)일 때, 막(192)의 양측들 상의 전해질 배스 구성은 균일하게 유지되고 워터 축적이 방지될 수 있다.
[0052]
도 8은, 다수의 전기도금 프로세서들(20)이 사용하기 위한 용기-캐소드액을 홀딩하는 용기-캐소드액 탱크(202)를 갖는 시스템(200)을 도시한다. 메쉬(mesh) 애노드 지지부(204)는 구리 애노드 아래에 포지셔닝된다. 메쉬 접촉부(206)는 메쉬 애노드 지지부에 전기적으로 연결되고 그리고 전력 공급부(130)에 연결된다. 구리 애노드 및 메쉬 애노드 지지부(204)는 용기-캐소드액 탱크(202) 내의 홀더(214) 내에 홀딩된다. 접촉 막(208)은 구리 애노드 주위의 전해질을 챔버 캐소드액으로부터 분리시킨다. 탱크(202) 내의 애노드액 유동은, 상부 막(210) 및 하부 막(212)을 통해 탱크(202) 내의 챔버 캐소드액으로부터 분리된다. 막들(208, 210, 및 212)은 수평이거나 수평의 10°내에 있을 수 있다.
[0053]
보충기에서의 전류 흐름은 소모성 애노드 재료 또는 벌크 구리 재료의 침식(erosion)을 야기한다. 거의 수평인 배향을 사용하는 것은, 소모성 애노드 재료, 예컨대 구리의 침식을 감소시킬 수 있다. 애노드액 구획은 최상부 상에 있고, 중력은, 구리가 침식될 때, 구리 재료를 막으로부터 동일한 거리로 항상 유지시킨다. 애노드 구획은 용이한 액세스를 위해 대기에 완전히 개방될 수 있다. 보충기를 시스템 용기-캐소드액 탱크(202) 내에 포지셔닝하는 것은, 플럼핑 연결들 및 컴포넌트들을 감소시킨다. 도 8-10은 일반적으로, 내부 탱크 또는 제2 탱크 내에 있거나 그들 내에 잠겨 있는(submerge) 제1 탱크를 도시한다. 이러한 설계들이 사용되는 경우, 배관은, 제1 탱크 및 제2 탱크의 함유물들의 혼합 및 유휴 상태 동작을 위한 제1 구획의 독립적인 배수(draining)를 허용하여 첨가제들의 소모를 줄일 수 있도록 제공될 수 있다. 소모성 애노드의 침식은, 제1 구획에 구리 이온들을 보유하고 그리고 제2 구획으로의 구리 이온 수송을 감소시키기 위한, 제2 막에 걸친 수소 이온들의 유동과 연관되며, 제2 막에 걸친 유동 수소 이온들은, 불활성 캐소드 상으로의 구리 증착을 감소시키기 위해, 제3 구획 내로의 구리 이온들의 수송을 감소시킨다.
[0054]
도 9는, 도 8과 유사하지만 구리 애노드 주위의 전해질이 홀더 위로 및 홀더 밖으로 그리고 탱크(202) 내의 챔버 캐소드액 내로 유동하게 하는 유동 경로(224)를 생성하도록 수정된 홀더(222)를 갖는 시스템(220)을 도시한다. 이러한 시스템에서, 애노드를 포함하는 보충기로의 유동은, 보충기를 유휴 상태에 진입시키기 위해 중단될 수 있다. 제1 구획 또는 다른 구획들은, 첨가제들의 소모를 줄이기 위해, 유휴 상태 동작 동안 독립적인 배수가 이루어질 수 있다.
[0055]
도 10은, 도 8 및 도 9와 유사하고 그리고 탱크(202) 내의 챔버 캐소드액에 개방되어 있는 홀더(232)를 갖고 그리고 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 제3 탱크(182) 및 보충기 막(178)을 사용하는 시스템(230)을 도시한다. 3개 구획 시스템은, 도 5에서와 같이 설계될 수 있지만, 구리 펠릿들이 챔버 캐소드액과 접촉하게 하고 워터 삼투를 회피하게 하는 막(74) 없이(그리고 선택적인 보충기 애노드액 탱크(96) 없이) 설계될 수 있다. 도 5와 같은, 그러나 막(74)이 없는 인라인 시스템은, 인라인 보충기를 통한 챔버 캐소드액의 유동을 중단시킴으로써 유휴 상태가 될 수 있다. 이는, 큰 챔버 캐소드액 탱크 내의 첨가제들을 벌크 애노드 재료 또는 벌크 구리로부터 보호할 것이다.
[0056]
위에서 설명한 시스템들은 3개의 구획들만을 가질 수 있다. 예컨대, 보충기 애노드액/챔버 캐소드액 막은 생략될 수 있다. 이는, 높은 암페어-분(amp-min) 프로세스들에서 매우 난제인, 용기-캐소드액에서의 워터 축적을 방지한다. 이솔라이트(isolyte) 섹션이 또한, 완전히 별개인 탱크/유동 경로에서 프로세스 챔버들로의 애노드액 유동과 함께 생략될 수 있다. 보충기 캐소드에 도달하는 더 많은 Cu++ 이온들의 영향들은 캐소드 유지보수 및/또는 블리드 및 피드에 의해 감소될 수 있다.
[0057]
설명된 바와 같이, 보충기는 툴에 위한 용기-캐소드액 탱크에 배치될 수 있다. 이것은, 보충기에 용기-캐소드액을 펌핑/배관작업하는 것을 회피한다. 이러한 설계에서, 보충기는, 보충기 애노드 구획을 포함하는 제1 섹션 또는 프레임을 가질 수 있다. 제2 섹션 또는 프레임은 애노드액 및 보충기 캐소드액을 홀딩한다. 그들 사이에 용기-캐소드액이 통과하게 하는 갭을 두고 서로 인접하게 배치되어, 보충기를 완성하고 그리고 탱크 내의 구리를 리프레시(refresh)한다. 보충기에 애노드액 막이 존재하지 않으면, 구리는, 애노드액/캐소드액 구획들로 구성되는 절반(half)-보충기에 인접한 시스템 용기-캐소드액 탱크 내에 직접 배치될 수 있다. 애노드로서 구리 펠릿들을 사용할 때, 펠릿들은 구획을 완전히 채우고 심지어 막을 터치하여 보충기 전압 강하를 최소화할 수 있으며, 소모성 애노드 재료의 보충을 단순화할 수 있다.
[0058]
설명된 시스템들은 또한, 웨이퍼를 수평으로보다는 수직으로 홀딩하도록 설계될 수 있다. 막들은 이온성 막들이다.
[0059]
양이온 막에 걸친 전류 흐름은, 막의 (이온성 전류 흐름에 대해) 상류(upstream) 측 상의 배스에서 포지티브 이온들에 의해 운반된다. 구리 산성 배스들에서, 이들은 구리 이온들 및 수소 이온들이다. 총 전류는, 구리 이온들에 의해 전달되는 부분 전류와 수소 이온들에 의해 운반되는 부분 전류의 합이다. 저산 배스는 매우 적은 수소 이온들을 가지며, 따라서 구리 이온 부분 전류는 (예컨대, 제 1 구획에서) 매우 높다. 고산 배스는 고농도의 수소 이온들을 함유한다. 이러한 이온들이 구리 이온들보다 훨씬 더 이동성이므로, 수소 이온 부분 전류는 매우 높다. 수소 이온 부분 전류는 막에 걸친 총 전류의 90 %보다 클 수 있다. 대응하게, 구리 이온 부분 전류는 막에 걸친 총 전류 흐름의 10 % 미만일 수 있다. 이상적으로, 제2 막에 걸친 전류가 모두 수소 이온들이어서 구리 보충 효율은 100 %이다. 그러나, 이러한 경우가 아니라면, 보다 낮은 구리 보충 효율을 보상하기 위해, 보충 셀 전류가 증가될 필요가 있을 수 있거나 블리드 및 피드가 필요할 수 있다. 높은 전류들에서는 줄(Joule) 가열이 온도 증가를 회피하기 위해 구획들을 통한 강제된 유동을 요구할 수 있기 때문에, 가스 분사의 사용에 부가하여 또는 그 대신, 상이한 구획들을 통한 펌핑된 또는 강제된 유동이 사용될 수 있다.
Claims (15)
- 전기도금(electroplating) 시스템으로서,
프로세스 애노드액(anolyte)과 접촉하는 적어도 하나의 불활성 애노드(inert anode)를 갖는 적어도 하나의 전기도금 용기(vessel);
용기-캐소드액(catholyte)과 접촉하는 전도성 시드(seed) 층을 갖는 웨이퍼를 홀딩(hold)하기 위한 헤드(head);
상기 전도성 시드 층에 전기 접촉하고 그리고 상기 웨이퍼를 시일링(seal)하기 위한 전기 접촉부들을 갖는 접촉 링(ring);
상기 적어도 하나의 불활성 애노드를 상기 전도성 시드 층에 연결하는 제1 전압 소스 ― 상기 제1 전압 소스는, 상기 애노드와 상기 전도성 시드 층 사이에 전류가 흐르는 것을 야기하여, 상기 불활성 애노드에서 워터(water)가 산소 가스 및 수소 이온들로 변환되는 것, 및 상기 용기-캐소드액으로부터의 구리 이온들이 상기 웨이퍼 상에 증착되는 것을 야기함 ―; 및
상기 용기-캐소드액을 보충(replenish)하기 위한 외부의 3-구획(compartment) 프로세서를 포함하며,
상기 3-구획 프로세서는,
벌크(bulk) 구리 재료 및 저산(low acid) 전해질을 포함하는 제1 구획,
용기-캐소드액을 포함하고 그리고 제1 막(membrane)에 의해 상기 제1 구획으로부터 분리되는 제2 구획,
불활성 캐소드(cathode) 및 프로세스 애노드액을 포함하고 그리고 제2 막에 의해 상기 제2 구획으로부터 분리되는 제3 구획, 및
벌크 애노드 재료를 상기 불활성 캐소드에 연결하는 제2 전압 소스
를 포함하고,
상기 제2 전압 소스는, 상기 불활성 캐소드와 상기 전도성 시드 층 사이에 전류가 흐르는 것을 야기하여, 상기 용기-캐소드액을 보충하기 위해 상기 제1 막을 거쳐 전류를 운반하는 구리 이온들로의 상기 벌크 구리 재료의 침식(erosion)을 야기하는, 전기도금 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 프로세스 애노드액을 상기 용기-캐소드액으로부터 분리하는, 상기 용기 내의 용기 막을 더 포함하는, 전기도금 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 불활성 애노드는, 상기 프로세스 애노드액을 포함하는 막 튜브 내부의 불활성 와이어를 더 포함하는, 전기도금 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 벌크 구리 재료는 구리 펠릿(pellet)들을 포함하는, 전기도금 시스템. - 제1항에 있어서,
불활성 캐소드 재료는 백금 클래드(clad) 와이어 메쉬(mesh) 또는 플레이트를 포함하는, 전기도금 시스템. - 제1항에 있어서,
수소 가스의 교반(agitation) 및 희석(dilution)을 위한, 상기 제3 구획 내의 질소 분사 아웃렛(sparging outlet)을 더 포함하는, 전기도금 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 벌크 구리 재료의 교반 및 감소된 산화를 위한, 상기 제1 구획 내의 질소 분사 아웃렛을 더 포함하는, 전기도금 시스템. - 제1항에 있어서,
교반을 위한, 상기 제2 구획 내의 질소 분사 아웃렛을 더 포함하는, 전기도금 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제1 막에 걸친 수송에 기인한 워터 손실들을 보상(make up)하기 위해, 상기 제1 구획에 워터를 보충하기 위한 탈이온수(deionized water) 소스를 더 포함하는, 전기도금 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제3 구획에 연결되는 탈이온수 소스를 더 포함하는, 전기도금 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제2 구획으로부터 워터를 제거하기 위한 증발기를 더 포함하는, 전기도금 시스템. - 전기도금 시스템으로서,
프로세스 애노드액과 접촉하고 그리고 막에 의해 용기-캐소드액으로부터 분리되는 적어도 하나의 불활성 애노드를 갖는 적어도 하나의 전기도금 용기;
상기 용기-캐소드액과 접촉하는 전도성 시드 층을 갖는 웨이퍼를 홀딩하기 위한 헤드;
상기 전도성 시드 층에 전기 접촉하기 위한 전기 접촉부들을 갖는 접촉 링;
상기 적어도 하나의 불활성 애노드를 상기 전도성 시드 층에 연결하는 제1 전압 소스 ― 상기 제1 전압 소스는, 상기 불활성 애노드로부터 상기 전도성 시드 층으로 전류가 흐르는 것을 야기하여, 상기 불활성 애노드에서 워터가 산소 가스 및 수소 이온들로 변환되는 것, 및 상기 용기-캐소드액으로부터의 구리 이온들이 상기 웨이퍼 상의 상기 전도성 시드 층 상에 증착되는 것을 야기함 ―; 및
상기 용기-캐소드액을 보충하기 위한 외부의 3-구획 프로세서를 포함하며,
상기 3-구획 프로세서는,
벌크 구리 재료 및 용기-캐소드액을 포함하는 제1 구획,
애노드액을 포함하고 그리고 제1 막에 의해 상기 제1 구획으로부터 분리되는 제2 구획,
불활성 캐소드 및 전도성 전해질을 포함하고 그리고 제2 막에 의해 상기 제2 구획으로부터 분리되는 제3 구획, 및
벌크 애노드 재료를 상기 불활성 캐소드에 연결하는 제2 전압 소스
를 포함하고,
상기 제2 전압 소스는, 상기 불활성 캐소드와 상기 전도성 시드 층 사이에 전류가 흐르는 것을 야기하고 그리고 상기 용기-캐소드액을 보충하기 위해 구리 이온들로의 상기 벌크 구리 재료의 침식을 야기하고, 상기 제2 막에 걸친 수소 이온들의 유동은, 상기 제1 구획에 구리 이온들을 보유하고 그리고 상기 제2 구획 내로의 구리 이온 수송을 감소시키기 위한 것이고, 상기 제2 막에 걸친 유동 수소 이온들은, 상기 불활성 캐소드 상으로의 구리 증착을 감소시키기 위해 상기 제3 구획 내로의 구리 이온들의 수송을 감소시키는, 전기도금 시스템. - 제12항에 있어서,
상기 제3 구획 내의 프로세스 애노드액을 더 포함하는, 전기도금 시스템. - 제12항에 있어서,
상기 용기-캐소드액 및 상기 애노드액은 막에 의해 분리되는, 전기도금 시스템. - 전기도금 시스템으로서,
프로세스 애노드액 및 용기-캐소드액을 홀딩하는 적어도 하나의 전기도금 용기 ― 적어도 하나의 불활성 애노드가, 상기 프로세스 애노드액과 접촉하고 그리고 막에 의해 상기 용기-캐소드액으로부터 분리됨 ―;
상기 용기-캐소드액과 접촉하는 전도성 시드 층을 갖는 웨이퍼를 홀딩하기 위한 헤드;
상기 전도성 시드 층에 전기 접촉하고 그리고 상기 웨이퍼를 시일링하기 위한 전기 접촉부들을 갖는, 상기 헤드 상의 접촉 링;
상기 불활성 애노드를 상기 전도성 시드 층에 연결하는 제1 전압 소스 ― 상기 제1 전압 소스는, 상기 불활성 애노드와 상기 전도성 시드 층 사이에 전류가 흐르는 것을 야기하여, 상기 불활성 애노드에서 워터가 산소 가스 및 수소 이온들로 변환되는 것, 및 상기 용기-캐소드액으로부터의 구리 이온들이 상기 웨이퍼 상의 상기 전도성 시드 층 상에 증착되는 것을 야기함 ―; 및
상기 용기-캐소드액을 보충하기 위한 외부의 4-구획 보충기(replenisher)를 포함하며,
상기 4-구획 보충기는,
벌크 구리 재료 및 용기-캐소드액을 포함하는 제1 구획,
용기-캐소드액을 포함하고 그리고 제1 막에 의해 상기 제1 구획으로부터 분리되는 제2 구획,
프로세스 애노드액을 포함하고 그리고 제2 막에 의해 상기 제2 구획으로부터 분리되는 제3 구획,
불활성 캐소드 및 고산(high acid) 전해질을 포함하고 그리고 제3 막에 의해 상기 제3 구획으로부터 분리되는 제4 구획, 및
벌크 애노드 재료를 상기 불활성 캐소드에 연결하는 제2 전압 소스
를 포함하고,
상기 제2 전압 소스는, 상기 벌크 애노드 재료로부터 상기 불활성 캐소드로 전류가 흐르는 것을 야기하여, 상기 용기-캐소드액을 보충하기 위해 상기 제1 막에 걸쳐 전류를 운반하는 구리 이온들로의 상기 벌크 구리 재료의 침식을 야기하고, 상기 제2 막에 걸친 수소 이온들의 유동은, 상기 용기-캐소드액에 구리 이온들을 보유하고 그리고 상기 제3 구획 내로의 구리 수송을 감소시키기 위한 것이고, 상기 제3 막에 걸친 유동 수소 이온들은, 상기 불활성 캐소드 상으로의 구리 증착을 감소시키기 위해 상기 제4 구획 내로의 구리 수송을 감소시키기 위한 것인, 전기도금 시스템.
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