KR20180073657A - 음이온성 막들을 갖는 비활성 애노드 전기도금 프로세서 및 보충기 - Google Patents

음이온성 막들을 갖는 비활성 애노드 전기도금 프로세서 및 보충기 Download PDF

Info

Publication number
KR20180073657A
KR20180073657A KR1020187014758A KR20187014758A KR20180073657A KR 20180073657 A KR20180073657 A KR 20180073657A KR 1020187014758 A KR1020187014758 A KR 1020187014758A KR 20187014758 A KR20187014758 A KR 20187014758A KR 20180073657 A KR20180073657 A KR 20180073657A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
compartment
processor
catholyte
replenisher
anolyte
Prior art date
Application number
KR1020187014758A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102179205B1 (ko
Inventor
폴 알. 맥휴
그레고리 제이. 윌슨
Original Assignee
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 filed Critical 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Publication of KR20180073657A publication Critical patent/KR20180073657A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102179205B1 publication Critical patent/KR102179205B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D21/00Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
    • C25D21/16Regeneration of process solutions
    • C25D21/18Regeneration of process solutions of electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/288Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a liquid, e.g. electrolytic deposition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/001Apparatus specially adapted for electrolytic coating of wafers, e.g. semiconductors or solar cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/002Cell separation, e.g. membranes, diaphragms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/10Electrodes, e.g. composition, counter electrode
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D21/00Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
    • C25D21/12Process control or regulation
    • C25D21/14Controlled addition of electrolyte components
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00Electroplating characterised by the article coated
    • C25D7/12Semiconductors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28026Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor
    • H01L21/28123Lithography-related aspects, e.g. sub-lithography lengths; Isolation-related aspects, e.g. to solve problems arising at the crossing with the side of the device isolation; Planarisation aspects
    • H01L21/28132Lithography-related aspects, e.g. sub-lithography lengths; Isolation-related aspects, e.g. to solve problems arising at the crossing with the side of the device isolation; Planarisation aspects conducting part of electrode is difined by a sidewall spacer or a similar technique, e.g. oxidation under mask, plating
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67155Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations
    • H01L21/67207Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations comprising a chamber adapted to a particular process
    • H01L21/6723Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations comprising a chamber adapted to a particular process comprising at least one plating chamber
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/38Electroplating: Baths therefor from solutions of copper

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

전기도금 시스템은 프로세서를 포함하며, 이 프로세서는, 음극액 및 양극액을 각각 포함하는 제1 또는 상부 구획 그리고 제2 또는 하부 구획을, 그들 사이에 프로세서 음이온성 막이 있는 상태로 가지는 용기를 갖는다. 비활성 애노드가 제2 구획에 위치된다. 보충기는, 보충기 음이온성 막에 의해 분리된, 이러한 보충기의 구획들을 통과하여 음극액 및 양극액을 순환시키기 위해, 음극액 복귀 및 공급 라인들 그리고 양극액 복귀 및 공급 라인들을 통해 용기에 연결된다. 보충기는, 벌크 금속 소스로부터의 이온들을 이동시킴으로써 금속 이온들을 음극액에 추가하며, 양극액으로부터의 음이온들을 음이온성 막을 통해 그리고 음극액으로 이동시킨다. 음극액 및 양극액의 금속 이온들 및 음이온들의 농도들은 평형 상태로 유지된다.

Description

음이온성 막들을 갖는 비활성 애노드 전기도금 프로세서 및 보충기
본 발명의 분야는, 비활성 전극 및 이온 보충기를 사용하여 전기도금하기 위한 장치 및 방법들이다.
반도체 집적 회로들 및 다른 마이크로-스케일 디바이스들의 제조는 통상적으로, 웨이퍼 또는 다른 기판 상의 다수의 금속 층들의 형성을 요구한다. 다른 단계들과 결합하여 금속 층들을 전기도금함으로써, 마이크로-스케일 디바이스들을 형성하는 패터닝된 금속 층들이 생성된다.
전기도금은, 웨이퍼의 디바이스 측이 용기 내의 액체 전해질의 욕(bath)에 있고, 접촉 링 상의 전기 접점들이 웨이퍼 표면 상의 전도성 시드 층을 터치하는 상태로, 전기도금 프로세서에서 수행된다. 전류가 전해질 및 전도성 층을 통해 전달된다. 전해질의 금속 이온들이 웨이퍼 상에 석출(plate out)되어서, 웨이퍼 상에 금속 층이 생성된다.
전기도금 프로세서들은 통상적으로, 소모성 애노드들을 가지며, 이러한 소모성 애노드들은 욕 안정성 및 소유 비용에 유익하다. 예컨대, 구리를 도금할 때, 구리 소모성 애노드들을 사용하는 것은 흔하다. 웨이퍼 상에 도금 구리 층을 형성하기 위해 도금 욕 밖으로 이동하는 구리 이온들이, 애노드들에서 떨어져 나오는 구리 이온들에 의해 보충되어서, 그에 따라 도금 욕 내의 구리 이온 농도는 유지된다. 이는, 전해질 욕을 교체하는 것과 비교하여, 욕 내의 금속 이온들의 농도를 유지하기 위한 비용 효과적인 방법이다. 그러나, 소모성 애노드들을 사용하는 것은, 소모성 애노드들이 주기적으로 교체될 수 있게 하기 위해, 비교적 복잡하고 비싼 설계를 요구한다. 애노드들이 챔버의 상단을 통해 교체되면, 전기장 형성 하드웨어가 교란되어서, 챔버의 성능을 재검사할 것이 요구된다. 애노드들이 챔버의 바닥으로부터 교체되면, 쉽게 챔버의 하부 섹션을 제거하고 신뢰성 있는 밀봉부들을 추가하기 위해, 가외의 문제가 챔버 바디에 추가된다.
유휴 상태 동작 동안 소모성 애노드들을 산화시키는 것 또는 전해질을 열화시키는 것을 방지하기 위해, 그리고 다른 이유들로, 소모성 애노드들이 막(예컨대, 양이온 막)과 결합될 때, 훨씬 더 많은 복잡성이 추가된다. 양이온성 막들은 일부 금속 이온들이 전달될 수 있게 하며, 이는 보충 시스템의 효율을 낮추고, 양이온성 막을 통과하는 금속 이온들의 손실을 상쇄하기 위해 가외의 구획 및 전해질을 요구할 수 있다.
소모성 애노드를 사용하는 것에 대한 대안으로서, 비활성 애노드들을 사용하는 전기도금 프로세서들이 제안되었다. 비활성 애노드 프로세서는 복잡성, 비용, 및 유지보수를 감소시킬 수 있다. 그러나, 비활성 애노드들의 사용은, 특히, 소모성 애노드들과 비교하여 비용 효과적인 방식으로 금속 이온 농도를 유지하는 것, 그리고 웨이퍼 상에 결함들을 유발할 수 있는, 비활성 애노드에서의 가스의 생성에 관련된 다른 단점들로 이어졌다. 그에 따라서, 비활성 애노드 전기도금 프로세서를 제공하는 것에 대한 엔지니어링 난제들이 남아 있다.
일 양상에서, 전기도금 프로세서는, 제1 또는 상부 프로세서 구획 그리고 제2 또는 하부 프로세서 구획을, 그들 사이에 프로세서 음이온성 막이 있는 상태로 가지는 용기를 갖는다. 프로세서 음이온성 막 위의 상부 구획에 음극액(제1 전해질 액체)이 제공된다. 프로세서 음이온성 막 아래의 하부 구획에, 그리고 프로세서 음이온성 막과 접촉한 상태로, 양극액(음극액과 상이한 제2 전해질 액체)이 제공된다. 양극액과 접촉한 상태로 제2 구획에 적어도 하나의 비활성 애노드가 위치된다. 헤드는 웨이퍼를 음극액과 접촉한 상태로 유지한다. 웨이퍼는 전력 공급부의 캐소드에 연결되고, 비활성 애노드는 전력 공급부의 애노드에 연결된다.
보충기는, 음이온성 막에 의해 분리된, 이러한 보충기의 제1 보충기 구획 및 제2 보충기 구획을 통과하여 음극액 및 양극액을 순환시키기 위해, 음극액 복귀 및 공급 라인들 그리고 양극액 복귀 및 공급 라인들을 통해 용기에 연결된다. 보충기는, 벌크 금속 소스로부터의 이온들, 이를테면, 구리 펠릿들을 제1 보충기 구획의 음극액으로 이동시킴으로써, 금속 이온들을 음극액에 추가한다. 동시에, 음이온들, 이를테면, 구리를 도금하는 경우, 황산 이온들이 제2 보충기 구획의 양극액으로부터 음이온성 막을 통해 그리고 제1 보충기 구획의 음극액으로 이동한다. 프로세서 내의 음극액의 이온 농도 및 양극액의 이온 농도는 평형 상태로 유지된다.
도 1은 비활성 애노드들을 사용하는 전기도금 프로세싱 시스템의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1에서 도시된 시스템의 동작 동안 발생하는 이온성 종 수송의 다이어그램이다.
도 3은 도 1에서 도시된 시스템에서 사용하기 위한 대안적인 보충기의 개략적인 다이어그램이다.
도 1에서, 전기도금 프로세서(20)는 웨이퍼(50)를 유지하기 위한 헤드(22)에 회전자(24)를 갖는다. 웨이퍼(50)는 수평으로 있거나 또는 거의 수평으로 있으며, 웨이퍼(50)의 디바이스 측이 아래를 향한다. 회전자(24)는 접촉 링(30)을 가지며, 이러한 접촉 링(30)은, 웨이퍼(50)의 아래를 향하는 표면 상에, 접촉 링(30) 상의 접촉 핑거들(35)을 맞물리게 하기 위해 수직으로 이동할 수 있다. 접촉 핑거들(35)은 전기도금 동안 네거티브 전압원에 연결된다. 헤드(22)의 내부 컴포넌트들을 밀봉하기 위해 벨로즈(32)가 사용될 수 있다. 헤드의 모터(28)는, 전기도금 동안 접촉 링(30)에서 유지되는 웨이퍼(50)를 회전시킨다.
전기도금 프로세서(20)는 대안적으로, 다양한 다른 타입들의 헤드(22)를 가질 수 있다. 예컨대, 헤드(22)가 웨이퍼(50)를 직접적으로 핸들링하는 것이 아니라 척에서 유지되는 웨이퍼(50)와 함께 동작할 수 있거나, 또는 웨이퍼가 전기도금 동안 고정된 채로 유지됨에 따라, 회전자 및 모터가 생략될 수 있다. 일부 애플리케이션들에서, 프로세싱 동안 음극액으로부터 떨어져 접촉 핑거들(35)을 밀봉하기 위해, 접촉 링 상의 밀봉부가 웨이퍼(50)의 에지에 맞대고 누른다.
프로세싱 동안, 헤드(22)는 전기도금 프로세서(20)의 전기도금 용기(38) 위에 포지셔닝된다. 용기(38)는 프로세서 음이온성 막(54)에 의해, 제2 또는 하부 프로세서 구획(52) 위의 제1 또는 상부 프로세서 구획(36)으로 분할된다. 프로세서 음이온성 막(54)을 제자리에 더욱 잘 유지하기 위해, 프로세서 음이온성 막(54) 아래에 또는 프로세서 음이온성 막(54) 위아래에, 유전체 재료 막 지지부(56)가 제공될 수 있다.
제1 프로세서 구획(36)은 음극액으로 지칭되는 제1 전해질로 채워지고, 이러한 음극액은 프로세서 음이온성 막(54)의 상단 표면과 접촉한다. 제2 프로세서 구획(52)은 양극액으로 지칭되는 제2 전해질로 채워지고, 이러한 양극액은 프로세서 음이온성 막(54)의 하단 표면과 접촉한다. 하부 구획(52)의 용기(38)에 하나 또는 그 초과의 비활성 애노드들(40)이 제공된다. 프로세싱 동안 음극액에 전기장을 형성하기 위해, 상부 구획(36)에 유전체 재료 필드 형성 엘리먼트(44)가 제공된다. 상부 구획(36)의 상단 근처의 전류 시프(thief) 전극(46)이, 웨이퍼(50)의 둘레 주위의 전기장에 영향을 끼치기 위해 선택되는 제2 캐소드 전류원에 연결된다.
이제, 도 1 및 도 2를 참조하면, 보충기(60)는 보충기 음이온성 막(64)을 통해 제2 보충기 구획(66)으로부터 분리된 제1 보충기 구획(62)을 갖는다. 보충기 음이온성 막(64)이 실질적으로 수직인 반면에, 프로세서 음이온성 막(54)이 수평이거나 또는 실질적으로 수평이지만(즉, 각각, 수직의 20 도 및 수평의 20 도 내에 있음), 보충기 음이온성 막(64)은 프로세서 음이온성 막(54)과 동일한 막 재료일 수 있다. 보충기 음이온성 막(64)은 유전체 재료 흐름 스크린(90)에 부착되거나 또는 이러한 유전체 재료 흐름 스크린(90)에 의해 지지될 수 있다.
제1 프로세서 구획(36)의 음극액은 공급 및 복귀 라인들(80 및 82)을 통해 제1 보충기 구획(62)을 통과하여 순환한다. 제2 프로세서 구획(52)의 양극액은 공급 및 복귀 라인들(84 및 86)을 통해 제2 보충기 구획(66)을 통과하여 순환한다. 공급 및 복귀 라인들은 하나 또는 그 초과의 중간 펌프들, 필터들, 탱크들 또는 가열기들에 연결될 수 있다. 보충 양극액 및 음극액을 유지하기 위해 탱크들(92)이 제공될 수 있으며, 다수의 전기도금 프로세서들(20)은 보충기(60)로부터 직접적으로 공급받는 것이 아니라, 탱크들(92)로부터 공급받는다.
벌크 금속(68), 이를테면, 구리 펠릿들의 소스가 제1 보충기 구획(62)에 제공된다. 벌크 금속(68)은, 천공된 벽들을 갖거나 또는 개방 매트릭스 또는 스크린으로서 만들어진 유전체 재료 홀더(74) 내에 포함될 수 있으며, 따라서 벌크 금속(68)은, 제1 보충기 구획(62)의 음극액에 또한 노출되면서, 제자리에 유지된다. 홀더(74)는 일반적으로, 음극액에 노출되는 벌크 금속의 표면적을 증가시키기 위해, 비교적 얇은 층으로 벌크 금속(68)을 유지한다. 홀더(74)는 보충기 음이온성 막(64)에 대향하는, 제1 보충기 구획(62)의 수직 측벽에 부착될 수 있다.
제2 보충기 구획(66)에 비활성 캐소드(70)가 제공된다. 통상적으로, 비활성 캐소드(70)는 금속 플레이트 또는 와이어 메시, 예컨대, 백금 클래드 와이어 메시 또는 플레이트이다. 비활성 캐소드는 보충기 음이온성 막(64)에 대향하는, 제2 보충기 구획(66)의 수직 측벽에 부착될 수 있다. 벌크 금속(68)은 전력 공급부(72)의 애노드 전류원에 전기적으로 연결된다. 비활성 캐소드(70)는 전력 공급부(72)의 캐소드 전류원에 전기적으로 연결된다.
전기도금 시스템 내의 칼럼(column)들에 다수의 전기도금 프로세서들(20)이 제공될 수 있으며, 하나 또는 그 초과의 로봇들이 시스템 내의 웨이퍼들을 이동시킨다. 다수의 전기도금 프로세서들(20)에 음극액을 보충하기 위해 단일 보충기(60)가 사용될 수 있다. 보충기(60)에 연결된 전력 공급부(72)는 프로세서들(20)에 연결된 전력 공급부와 별개이거나, 또는 별개로 제어가능하다.
예컨대, 구리를 전기도금하기 위한 용도에서, 음극액은 황산구리 및 물을 포함하며, 벌크 금속(68)은 구리 펠릿들이다. 용기(38)의 상부 구획(36)의 음극액과 접촉하도록 웨이퍼(50) 또는 웨이퍼(50)의 디바이스 측을 배치하기 위해, 헤드(22)가 이동된다. 비활성 애노드(40)로부터 웨이퍼(50)로 전류가 흘러서, 음극액의 구리 이온들로 하여금 웨이퍼(50) 상에 석출되게 한다. 비활성 애노드에서의 물은 산소 가스 및 수소 이온들로 변환된다.
황산 이온들이 제1 프로세서 구획(36)의 음극액으로부터 프로세서 음이온성 막(54)을 통해 제2 프로세서 구획(52)의 양극액으로 이동한다. 음극액의 구리 이온들의 농도를 유지하기 위해, 음극액은 제1 보충기 구획(62)을 통해 순환된다. 양극액에서의 황산 이온들의 빌드업(buildup)을 방지하기 위해, 양극액은 제2 보충기 구획(66)을 통해 순환된다. 보충기(60) 내에서, 전류는 벌크 금속으로부터 음극액, 보충기 음이온성 막(64) 및 양극액을 통과하여 비활성 캐소드로, 전력 공급부(72)를 통해 흐른다. 구리 펠릿들로부터의 구리 이온들, 및 양극액으로부터의 황산 이온들은 음극액 안으로 재배치된다. 그 결과, 음극액의, 그리고 양극액의 구리 이온들 및 황산 이온들은 프로세싱 동안 평형 상태로 유지된다.
비활성 캐소드(70)가 수직이기 때문에, 비활성 캐소드(70)에서 생성된 가스 버블들은 제2 보충기 구획(66)의 상단으로 올라가는 경향이 있으며, 그리고 제거된다. 필요한 경우, 금속 이온 및 음이온 농도들이 점진적으로 변화하기 때문에, 프로세서들이 계속해서 동작하는 동안, 보충기(60)는 예컨대 유지보수를 위해 일시적으로 프로세서들(20)로부터 연결해제되거나 또는 턴 오프(turn off)될 수 있다.
단일 보충기(60)가 예컨대 10 개의 프로세서들에 연결됨에 따라, 보충기(60)의 전력 요건들은 상당할 수 있다. 벌크 금속(68)과 비활성 캐소드(70) 사이의 전압 강하를 감소시키기 위해(이는 결국, 보충기(60)의 전력 소비를 감소시킴), 보충기(60)는 벌크 금속(68)과 비활성 캐소드(70) 사이의 간격을 최소화시키도록 설계될 수 있다. 예컨대, 300 mm 직경 웨이퍼들을 위한 프로세서들(20)에 대해, 프로세서 음이온성 막(54)은 300 mm보다 명목상 더 큰 직경을 갖는다. 보충기 음이온성 막(64)은 프로세서 음이온성 막(54)의 표면적보다 100% 내지 300% 더 큰 표면적을 가질 수 있다. 벌크 금속(68)과 비활성 캐소드(70) 사이의 치수(DD)는 예컨대 10 내지 25 cm일 수 있고, 벌크 금속(68) 및/또는 비활성 캐소드(70)는 DD의 150% 내지 300%의 높이를 갖는다.
도 3에서 도시된 대안적인 설계에서, 벌크 금속(68)과 비활성 캐소드(70) 사이에 끼워진 유전체 재료 흐름 스크린(102)이 보충기(100)에 제공될 수 있으며, 보충기 음이온성 막(64)이 흐름 스크린(102) 안에 형성되거나 또는 내장된다. 이 설계에서, 흐름 스크린(102)은 벌크 금속(68)과 비활성 캐소드(70) 사이의 전체 볼륨을 점유하며, 따라서 보충기(60)에는 어떤 개방 음극액 또는 양극액 볼륨도 없다. 흐름 스크린(102)은 벌크 금속(68), 또는 홀더(74), 또는 비활성 캐소드(70)와 접촉하거나, 또는 홀더(74) 또는 비활성 캐소드(70)로부터 최대 5 mm의 작은 갭만큼 약간 이격될 수 있다. 흐름 스크린(102)은 70% 내지 95% 개방 면적을 가질 수 있다. 벌크 금속(68), 흐름 스크린(102), 보충기 음이온성 막(64) 및 비활성 캐소드(70)는 단일 일체형 유닛으로 결합될 수 있으며, 이러한 단일 일체형 유닛은, 유닛으로서 신속하게 그리고 쉽게 교체될 수 있다.
다른 보충 기법들에 반하여, 본 시스템 및 방법은 프로세서의, 그리고 보충기의 단일 막, 단일 음극액, 그리고 단일 양극액만을 사용하며, 어떤 추가적인 중간 전해질들 또는 구획들도 요구되지 않는다. 따라서, 보충기는 2 개의 구획들만을 요구한다. 음이온성 막들이 금속 이온들이 전달되는 것을 방지하기 때문에, 시스템은 높은 레벨의 효율을 유지한다. 위에서는 구리를 전기도금하기 위한 예에서 설명되지만, 본 시스템 및 방법은 또한, 다른 금속들도 또한 전기도금하기 위해 사용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 전기도금 시스템으로서,
    제1 프로세서 구획 및 제2 프로세서 구획을 가지는 전기도금 용기를 갖는 프로세서 ―상기 제2 프로세서 구획은 양극액을 포함하고, 상기 제1 프로세서 구획은 음극액을 포함하며, 상기 양극액은 프로세서 음이온성 막에 의해 상기 음극액으로부터 분리되며, 상기 음극액은 금속 이온들을 포함함―;
    상기 제2 프로세서 구획의 양극액과 접촉하는 적어도 하나의 비활성 애노드;
    전도성 시드 층을 갖는 웨이퍼를 상기 음극액과 접촉한 상태로 유지하기 위한 헤드;
    상기 전도성 시드 층에 전기 접촉하기 위한 전기 접점들을 갖는, 상기 헤드 상의 접촉 링; 및
    보충기
    를 포함하며,
    상기 보충기는,
    제1 공급 및 복귀 라인들을 통해 상기 제1 프로세서 구획에 연결된 제1 보충기 구획 ―상기 제1 보충기 구획은 상기 음극액 및 벌크 금속을 포함함―;
    제2 공급 및 복귀 라인들을 통해 상기 제2 프로세서 구획에 연결된 제2 보충기 구획 ―상기 제2 보충기 구획은 상기 양극액 및 비활성 캐소드를 포함함―;
    상기 제1 보충기 구획의 음극액을 상기 제2 보충기 구획의 양극액으로부터 분리하는 보충기 음이온성 막
    을 포함하는,
    전기도금 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 비활성 캐소드는 백금 클래드 와이어 메시 또는 플레이트를 포함하는,
    전기도금 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 프로세서 음이온성 막은 수평이고, 상기 보충기 음이온성 막은 수직인,
    전기도금 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 벌크 금속은 구리를 포함하며, 음이온들은 황산염을 포함하는,
    전기도금 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 보충기는 상기 제1 보충기 구획 및 상기 제2 보충기 구획만을 갖는,
    전기도금 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 보충기는 상기 음극액 및 상기 양극액만을 유지하며, 어떤 다른 전해질들도 유지하지 않는,
    전기도금 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 보충기 음이온성 막을 지지하는, 상기 보충기의 흐름 스크린
    을 더 포함하는,
    전기도금 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 보충기 음이온성 막은 상기 흐름 스크린에 내장되는,
    전기도금 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 벌크 금속은 상기 제1 보충기 구획의 측벽 상의 홀더에 있는,
    전기도금 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 흐름 스크린은 상기 홀더 및 상기 비활성 캐소드를 터치하는,
    전기도금 시스템.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 프로세서 음이온성 막 및 상기 보충기 음이온성 막은 동일한 막 재료를 포함하는,
    전기도금 시스템.
  12. 전기도금 시스템으로서,
    음극액을 포함하는 제1 프로세서 구획 및 양극액을 포함하는 제2 프로세서 구획을 가지는 적어도 하나의 전기도금 용기를 갖는 프로세서 ―상기 양극액은 실질적으로 수평인 프로세서 음이온성 막에 의해 상기 음극액으로부터 분리되며, 상기 음극액은 금속 이온들을 포함함―;
    상기 제2 프로세서 구획의 양극액과 접촉하는 적어도 하나의 비활성 애노드;
    전도성 시드 층을 갖는 실질적으로 수평인 웨이퍼를 상기 음극액과 접촉한 상태로 유지하기 위한 헤드;
    상기 전도성 시드 층에 전기 접촉하기 위한 전기 접점들을 갖는, 상기 헤드 상의 접촉 링;
    상기 적어도 하나의 비활성 애노드 및 상기 전도성 시드 층에 연결된 제1 전력 공급부; 및
    보충기
    를 포함하며,
    상기 보충기는,
    제1 공급 및 복귀 라인들을 통해 상기 제1 프로세서 구획에 연결된 제1 보충기 구획 ―상기 제1 보충기 구획은 상기 음극액, 및 상기 음극액에 노출된 벌크 금속을 유지하는 홀더를 포함함―;
    제2 공급 및 복귀 라인들을 통해 상기 제2 프로세서 구획에 연결된 제2 보충기 구획 ―상기 제2 보충기 구획은 상기 양극액, 및 상기 제2 보충기 구획의 수직 측벽 상의 비활성 캐소드를 포함함―;
    상기 제1 보충기 구획의 음극액을 상기 제2 보충기 구획의 양극액으로부터 분리하는 실질적으로 수직인 보충기 음이온성 막; 및
    상기 벌크 금속 및 상기 비활성 캐소드에 연결된 제2 전력 공급부
    를 포함하는,
    전기도금 시스템.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 보충기는 상기 음극액을 유지하는 상기 제1 보충기 구획 및 상기 양극액을 유지하는 상기 제2 보충기 구획만을 가지며, 상기 보충기는 어떤 다른 전해질들도 포함하지 않는,
    전기도금 시스템.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 보충기의 흐름 스크린
    을 더 포함하며,
    상기 보충기 음이온성 막은 상기 흐름 스크린에 부착되는,
    전기도금 시스템.
  15. 전기도금 프로세서와 함께 사용하기 위한 보충기로서,
    제1 전해질, 및 음극액에 노출된 벌크 금속을 유지하는 홀더를 포함하는 제1 보충기 구획;
    상기 제1 보충기 구획에 연결되는 제1 공급 및 복귀 라인들;
    상기 제1 전해질과 상이한 제2 전해질, 및 비활성 캐소드를 포함하는 제2 보충기 구획 ―상기 비활성 캐소드는 상기 제2 보충기 구획의 측벽 상에 있음―;
    상기 제2 보충기 구획에 연결되는 제2 공급 및 복귀 라인들;
    상기 제1 보충기 구획의 제1 전해질을 상기 제2 보충기 구획의 제2 전해질로부터 분리하는 실질적으로 수직인 보충기 음이온성 막; 및
    상기 벌크 금속 및 상기 비활성 캐소드에 연결된 제2 전력 공급부
    를 포함하는,
    전기도금 프로세서와 함께 사용하기 위한 보충기.
KR1020187014758A 2015-11-18 2016-11-10 음이온성 막들을 갖는 비활성 애노드 전기도금 프로세서 및 보충기 KR102179205B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/944,585 US9920448B2 (en) 2015-11-18 2015-11-18 Inert anode electroplating processor and replenisher with anionic membranes
US14/944,585 2015-11-18
PCT/US2016/061415 WO2017087253A1 (en) 2015-11-18 2016-11-10 Inert anode electroplating processor and replenisher with anionic membranes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180073657A true KR20180073657A (ko) 2018-07-02
KR102179205B1 KR102179205B1 (ko) 2020-11-16

Family

ID=58689825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187014758A KR102179205B1 (ko) 2015-11-18 2016-11-10 음이온성 막들을 갖는 비활성 애노드 전기도금 프로세서 및 보충기

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9920448B2 (ko)
KR (1) KR102179205B1 (ko)
CN (2) CN206319075U (ko)
TW (2) TWI695911B (ko)
WO (1) WO2017087253A1 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9920448B2 (en) * 2015-11-18 2018-03-20 Applied Materials, Inc. Inert anode electroplating processor and replenisher with anionic membranes
CN109056002B (zh) * 2017-07-19 2022-04-15 叶旖婷 一种通孔隔离法酸性电镀铜工艺及其装置
CN111032923B (zh) * 2017-08-30 2021-12-28 盛美半导体设备(上海)股份有限公司 电镀装置
TWI682074B (zh) * 2018-12-11 2020-01-11 欣興電子股份有限公司 電鍍裝置及電鍍方法
US11268208B2 (en) 2020-05-08 2022-03-08 Applied Materials, Inc. Electroplating system
CN111905916B (zh) * 2020-08-20 2024-02-09 南京工业职业技术学院 一种斜面式变浮力选种机
JP2022059250A (ja) * 2020-10-01 2022-04-13 株式会社荏原製作所 めっき装置の気泡除去方法及びめっき装置
US11686005B1 (en) * 2022-01-28 2023-06-27 Applied Materials, Inc. Electroplating systems and methods with increased metal ion concentrations

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001092604A2 (en) * 2000-05-31 2001-12-06 De Nora Elettrodi S.P.A. Electrolysis cell for restoring the concentration of metal ions in processes of electroplating
KR20140027247A (ko) * 2011-04-14 2014-03-06 텔 넥스 인코포레이티드 전기 화학 증착 및 보충 장치

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6228232B1 (en) 1998-07-09 2001-05-08 Semitool, Inc. Reactor vessel having improved cup anode and conductor assembly
US8236159B2 (en) 1999-04-13 2012-08-07 Applied Materials Inc. Electrolytic process using cation permeable barrier
US20060157355A1 (en) 2000-03-21 2006-07-20 Semitool, Inc. Electrolytic process using anion permeable barrier
US20060189129A1 (en) 2000-03-21 2006-08-24 Semitool, Inc. Method for applying metal features onto barrier layers using ion permeable barriers
US6878258B2 (en) 2002-02-11 2005-04-12 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for removing contaminants from semiconductor copper electroplating baths
US20050016857A1 (en) 2003-07-24 2005-01-27 Applied Materials, Inc. Stabilization of additives concentration in electroplating baths for interconnect formation
JP4738910B2 (ja) 2005-06-21 2011-08-03 日本表面化学株式会社 亜鉛−ニッケル合金めっき方法
US20070261964A1 (en) 2006-05-10 2007-11-15 Semitool, Inc. Reactors, systems, and methods for electroplating microfeature workpieces
US9523155B2 (en) 2012-12-12 2016-12-20 Novellus Systems, Inc. Enhancement of electrolyte hydrodynamics for efficient mass transfer during electroplating
US8808888B2 (en) 2010-08-25 2014-08-19 Applied Materials, Inc. Flow battery systems
TW201228942A (en) * 2010-11-12 2012-07-16 Siemens Pte Ltd Method of providing a source of potable water
US9404194B2 (en) 2010-12-01 2016-08-02 Novellus Systems, Inc. Electroplating apparatus and process for wafer level packaging
US9005409B2 (en) 2011-04-14 2015-04-14 Tel Nexx, Inc. Electro chemical deposition and replenishment apparatus
US8496790B2 (en) 2011-05-18 2013-07-30 Applied Materials, Inc. Electrochemical processor
US8496789B2 (en) 2011-05-18 2013-07-30 Applied Materials, Inc. Electrochemical processor
KR101769720B1 (ko) * 2013-07-03 2017-08-18 텔 넥스 인코포레이티드 전기화학 증착 장치 및 그 안의 화학작용을 제어하는 방법
US9677190B2 (en) 2013-11-01 2017-06-13 Lam Research Corporation Membrane design for reducing defects in electroplating systems
US9920448B2 (en) * 2015-11-18 2018-03-20 Applied Materials, Inc. Inert anode electroplating processor and replenisher with anionic membranes

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001092604A2 (en) * 2000-05-31 2001-12-06 De Nora Elettrodi S.P.A. Electrolysis cell for restoring the concentration of metal ions in processes of electroplating
KR20140027247A (ko) * 2011-04-14 2014-03-06 텔 넥스 인코포레이티드 전기 화학 증착 및 보충 장치

Also Published As

Publication number Publication date
US20170137959A1 (en) 2017-05-18
TWI695911B (zh) 2020-06-11
CN106929900A (zh) 2017-07-07
TWM547559U (zh) 2017-08-21
WO2017087253A1 (en) 2017-05-26
KR102179205B1 (ko) 2020-11-16
US9920448B2 (en) 2018-03-20
TW201728789A (zh) 2017-08-16
CN106929900B (zh) 2020-08-07
CN206319075U (zh) 2017-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102179205B1 (ko) 음이온성 막들을 갖는 비활성 애노드 전기도금 프로세서 및 보충기
US10227707B2 (en) Inert anode electroplating processor and replenisher
TWI622667B (zh) 電化學沉積及補充設備
US9303329B2 (en) Electrochemical deposition apparatus with remote catholyte fluid management
KR102364586B1 (ko) 황이 없는 니켈 애노드들을 사용하여서 니켈을 전기도금하기 위한 방법들 및 장치들
US9005409B2 (en) Electro chemical deposition and replenishment apparatus
KR102134929B1 (ko) 전해질에서 양이온들을 제어할 때 반도체 웨이퍼를 전기 도금하는 방법 및 장치
JP2014510842A5 (ko)
US20140166492A1 (en) Sn ALLOY PLATING APPARATUS AND METHOD
TWI798281B (zh) 在電化學電鍍設備上控制鍍電解液濃度
US9816197B2 (en) Sn alloy plating apparatus and Sn alloy plating method
KR102523503B1 (ko) 전기도금 시스템들에서 오염을 제거하기 위한 시스템들 및 방법들
TWI805029B (zh) 電鍍系統及操作其的方法
JP7162785B1 (ja) アノード室の液管理方法、及びめっき装置
TWI809948B (zh) 陽極室之液管理方法、及鍍覆裝置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant