KR20190018530A - Wet processing system and method of operation - Google Patents
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Abstract
공통 플랫폼 상에 배열되고 기판 상에 하나 이상의 금속을 증착하기 위해 구성된 2개 이상의 전기 화학적 증착 모듈을 가지는 전기 화학적 증착 시스템이 설명된다. 각각의 전기 화학적 증착 모듈은 일정 체적의 애노드액 유체를 수용하도록 구성된 애노드 구획, 일정 체적의 캐소드액 유체를 수용하도록 구성된 캐소드 구획, 및 캐소드 구획으로부터 애노드 구획을 분리하는 멤브레인을 포함한다. 각각의 전기 화학적 증착 모듈은 클램핑 메커니즘을 통해 제1 및 제2 다리 부재들 사이에 가요성 워크피스의 반대편 가장자리들을 홀딩하도록 구성된 워크피스 홀더, 및 워크피스 홀더에 가요성 워크피스를 위치시키는 한편, 가요성 워크피스의 각각의 반대편 평면 표면 상에서 공기 쿠션을 사용하여 가요성 워크피스를 홀딩하도록 구성된 로더 모율을 추가로 포함한다.An electrochemical deposition system having two or more electrochemical deposition modules arranged on a common platform and configured for depositing one or more metals on a substrate is described. Each electrochemical deposition module includes an anode compartment configured to receive a volume of an anolyte fluid, a cathode compartment configured to receive a volume of the catholyte fluid, and a membrane separating the anode compartment from the cathode compartment. Each electrochemical deposition module includes a workpiece holder configured to hold opposite edges of the flexible workpiece between the first and second leg members through a clamping mechanism, and a workpiece holder configured to position the flexible workpiece in the workpiece holder, Further comprising a loader congestion configured to hold the flexible workpiece using an air cushion on each opposite planar surface of the flexible workpiece.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조Cross-reference to related application
본 출원은 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 2016년 6월 27일자 출원된 미국 특허 출원 제15/194,086호에 대해 우선권을 주장한다. This application claims priority to U.S. Patent Application No. 15 / 194,086, filed June 27, 2016, the entire contents of which are incorporated herein by reference.
본 발명은 반도체 기판과 같은 다양한 워크피스의 전기 도금을 포함하는 전기 화학적 증착을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for electrochemical deposition comprising electroplating of various workpieces such as semiconductor substrates.
전기 화학적 증착 시스템 또는 워크피스 표면 습식 처리 조절 시스템은, 비교적 강성인 실리콘 원형 디스크를 특징으로 하는 웨이퍼형 기하학적 구조(예를 들어, 반도체 웨이퍼)와, 훨씬 크고 더욱 가요성의 직사각형 형상 기판을 특징으로 하는 패널형 기하학적 구조에 대해 널리 공지되어 있다. 다양한 웨이퍼 장비로 초래되는 결과에 필적하는 증착된 금속의 결과적인 정밀도로 패널 워크피스를 처리할 수 있고, 기존의 패널 처리 장비와 필적하거나 또는 더욱 양호한 경제적인 생산성을 가지는 장비가 업계에서 필요하다.An electrochemical deposition system or a workpiece surface wet processing conditioning system may include a wafer geometry (e.g., a semiconductor wafer) that features a relatively rigid silicon circular disk and a panel that features a much larger, more flexible, Type geometry is widely known. There is a need in the industry for equipment that can handle panel workpieces with the resulting precision of deposited metal comparable to the results resulting from various wafer devices, and which have comparable or better economical productivity to existing panel processing equipment.
다른 공정들 중 전기 화학적 증착(electrochemical deposition, ECD)은 반도체 웨이퍼 및 실리콘 워크피스 또는 기판과 같은 다양한 구조 및 표면에 막의 도포를 위한 제조 기술로서 사용된다. 이러한 막은 주석, 은, 니켈, 구리 또는 다른 금속층들 또는 그 합금과 같은 금속 및 금속 합금을 포함할 수 있다. 전기 화학적 증착은 금속 이온을 포함하는 용액 내에 기판을 위치시키고, 그런 다음 전류를 인가하여 용액으로부터의 금속 이온이 기판 상에 증착되도록 하는 것을 포함한다. 전형적으로, 전류는 2개의 전극 사이, 즉 캐소드와 애노드 사이를 흐른다. 기판이 캐소드로서 사용될 때, 금속은 캐소드 상에 증착될 수 있다. 도금 용액은 하나 이상의 금속 이온 형태, 산, 금속 이온 봉쇄제(chelating agents), 착화제 및 특정 금속을 도금하는 것을 지원하는 몇몇 다른 형태의 첨가제 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 접착 및 균일한 도금을 가능하게 하고, 막 응력을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 도금이 일어남에 따라서, 도금 용액으로부터의 금속이 소비되고, 그러므로 전기 화학적 증착 작업을 계속하기 위해 교체될 필요가 있다.Among other processes, electrochemical deposition (ECD) is used as a fabrication technique for application of films to various structures and surfaces such as semiconductor wafers and silicon workpieces or substrates. Such membranes may include metals and metal alloys such as tin, silver, nickel, copper or other metal layers or alloys thereof. Electrochemical deposition involves placing a substrate in a solution containing metal ions and then applying an electric current to cause metal ions from the solution to deposit on the substrate. Typically, a current flows between two electrodes, that is, between the cathode and the anode. When the substrate is used as a cathode, the metal can be deposited on the cathode. The plating solution may include one or more of metal ionic forms, acids, chelating agents, complexing agents, and any other type of additive that supports plating of a particular metal. These additives enable adhesion and uniform plating, and can help reduce film stress. As the plating occurs, the metal from the plating solution is consumed and therefore needs to be replaced to continue the electrochemical deposition operation.
패널 처리시에, 종래의 시스템은 패널 배향이 수평 또는 수직인 연속 또는 일련의 공정 컨베이어 형태의 핸들링 시스템을 사용한다. 전술한 바와 같이, 패널 처리 시스템은 부분적으로 그 컨베이어 시스템의 결과로서 불량한 공정 균일성 및 입자 발생을 겪는다. 보다 일반적으로, 이러한 시스템은 열악한 환경 제어를 겪는다. 그러므로, 본 발명자들은 개선된 패널 핸들링 및 증착 균일성에 대한 필요성이 있다는 것을 인식하였다.In panel processing, conventional systems use a handling system in the form of a continuous or series of process conveyors whose panel orientation is horizontal or vertical. As discussed above, the panel processing system undergoes poor process uniformity and particle generation as a result of the conveyor system in part. More generally, such systems suffer from poor environmental control. Therefore, the present inventors have recognized that there is a need for improved panel handling and deposition uniformity.
실시예는 반도체 기판들 및 패널들과 같은 다양한 워크피스의 전기 도금을 포함하는 전기 화학적 증착을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.Embodiments relate to methods and systems for electrochemical deposition comprising electroplating of various workpieces such as semiconductor substrates and panels.
전기 화학적 증착에 사용되는 시스템의 중요한 특징은 막 두께, 조성 및 밑에 있는 워크피스 프로파일에 대한 프로파일과 같은 균일하고 반복 가능한 특징을 가진 막을 생산하는 능력이다. 전기 화학적 증착 시스템은 고갈시에 보충을 요구하는 1차 전해액(공정 전해액)을 사용할 수 있다. 예로서, 금속 적용에서, 금속 양이온 용액의 보충은 고갈시에 요구될 수 있다. 그리고, 이러한 보충이 적소에 수행될 수 없을 때, 보충 절차는 적용의 함수로서 비쌀 수 있으며, 서비스 및 공정 재인정을 위한 전기 화학적 증착 도구 또는 서브 모듈의 상당한 정지 시간을 요구할 수 있으며, 이러한 것은 증착 도구의 소유 비용에 악영향을 미친다.An important feature of systems used for electrochemical deposition is the ability to produce films with uniform and repeatable characteristics, such as film thickness, composition, and profiles for underlying workpiece profiles. The electrochemical deposition system may use a primary electrolyte (process electrolyte) that requires supplementation when depleted. As an example, in metal applications, replenishment of the metal cation solution may be required upon depletion. And, when such replenishment can not be performed in place, the replenishment procedure can be expensive as a function of application and may require a significant downtime of the electrochemical deposition tool or submodule for service and process reclassification, This has an adverse effect on the cost of ownership of the tool.
본 명세서에 기술된 기술은 그 중에서도 신뢰성있고 균일한 도금뿐만 아니라 보다 큰 도구 이용성을 위한 짧은 유지 보수 시간을 위한 개선된 화학제 관리를 포함하는 견고한 워크피스 핸들링, 개선된 환경 제어, 단순화된 전해액 순환 시스템을 제공하는 전기 화학적 증착 장치를 포함한다.The techniques described herein include, among other things, robust workpiece handling, including improved chemical control for short maintenance times for greater tool availability as well as reliable and uniform plating, improved environmental control, simplified electrolyte circulation The system comprising: an electrochemical deposition apparatus;
한 실시예에 따라서, 공통 플랫폼 상에 배열되고 기판 상에 하나 이상의 금속을 증착하도록 구성된 2개 이상의 전기 화학적 증착 모듈을 가지는 전기 화학적 증착 시스템이 설명된다. 각각의 전기 화학적 증착 모듈은 일정 체적의 애노드액 유체(anolyte fluid)를 수용하도록 구성된 애노드 구획, 일정 체적의 캐소드액 유체(catholyte fluid)를 수용하도록 구성된 캐소드 구획, 및 캐소드 구획으로부터 애노드 구획을 분리하는 멤브레인을 포함한다. 각각의 전기 화학적 증착 모듈은, 금속이 채워지는 관통 구멍들을 각각 한정하는 한 세트의 가요성 워크피스를 수용하도록 구성된 로딩 포트, 및 로딩 포트로부터 가요성 워크피스를 수용하고 워크피스 홀더에 가요성 워크피스를 위치시키는 한편, 가요성 워크피스의 각각의 반대편 평면 표면 상에서 공기 쿠션을 사용하여 가요성 워크피스를 홀딩하도록 구성된 로더 모듈을 추가로 포함한다. 워크피스 홀더는 제1 및 제2 다리 부재들을 분리하는 헤더 부재를 가지며, 워크피스 홀더는 탄성중합체 밀봉부에 의해 둘러싸인 전기 접촉부들을 이용하여 가요성 워크피스의 반대편 평면 표면들에 전기 접촉부들을 적용하는 클램핑 메커니즘을 통해 제1 및 제2 다리 부재들 사이에서 가요성 워크피스의 반대편 가장자리들을 홀딩하도록 구성되며, 헤더 부재는 워크피스 홀더에 의해 홀딩될 때 가요성 워크피스에 인장을 제공한다. 또한, 각각의 전기 화학적 증착 모듈은 워크피스 홀더를 통해 로더 모듈로부터 주어진 전기 화학적 증착 모듈로 가요성 워크피스를 운반하고 주어진 워크피스를 주어진 전기 화학적 증착 모듈 내로 하강시키도록 구성된 운반 메커니즘을 포함한다. 전기 시스템은, 각각의 반대편 평면 표면이 금속으로 도금되고 관통 구멍들이 금속으로 채워지도록 주어진 전기 화학적 증착 모듈 내에 홀딩될 때 가요성 워크피스의 각각의 반대편 평면 표면에 전류를 인가하도록 구성된다. 언로더 모듈은 워크피스 홀더로부터 가요성 워크피스를 제거하고 가요성 워크피스의 세트를 수용하도록 구성된 언로딩 포트로 가요성 워크피스를 이송하도록 구성된다.According to one embodiment, an electrochemical deposition system having two or more electrochemical deposition modules arranged on a common platform and configured to deposit one or more metals on a substrate is described. Each electrochemical deposition module includes an anode compartment configured to receive a volume of anolyte fluid, a cathode compartment configured to receive a volume of catholyte fluid, and a cathode compartment configured to receive the anode compartment from the cathode compartment. Membrane. Each electrochemical deposition module includes a loading port configured to receive a set of flexible workpieces defining respective through holes through which the metal is filled and a loading port configured to receive a flexible workpiece from the loading port and to receive a flexible workpiece Further comprising a loader module configured to position the piece, while holding the flexible workpiece using an air cushion on each of the opposite planar surfaces of the flexible workpiece. The workpiece holder has a header member separating the first and second leg members and the workpiece holder is configured to apply electrical contacts to the opposite planar surfaces of the flexible workpiece using electrical contacts surrounded by the elastomeric seal The clamping mechanism being configured to hold opposite edges of the flexible workpiece between the first and second leg members via a clamping mechanism, wherein the header member provides tension to the flexible workpiece when held by the workpiece holder. Each electrochemical deposition module also includes a transport mechanism configured to carry a flexible workpiece from a loader module to a given electrochemical deposition module via a workpiece holder and to lower a given workpiece into a given electrochemical deposition module. The electrical system is configured to apply current to each opposite planar surface of the flexible workpiece when each opposing flat surface is plated with metal and held in a given electrochemical deposition module such that the through holes are filled with metal. The unloader module is configured to transfer the flexible workpiece to an unloading port configured to remove the flexible workpiece from the workpiece holder and receive a set of flexible workpieces.
본 명세서에 개시된 시스템 및 기술은 몇몇 이점을 제공한다. 견고한 워크피스 핸들링 및 환경 제어뿐만 아니라 효율적인 워크피스 흐름은 공정 균일성 및 수율을 포함하여 개선된 공정 성능 및 감소된 입자 오염을 가능하게 한다. 단순화된 화학제 흐름 관리는 비용과 복잡성을 제거한다. 또한 처리 시스템에 근접한 탑재되거나(on-board) 또는 장외(off board)의 화학제 발생 시스템을 가지는 것은 화학제 농도의 보다 용이한 관리를 제공한다.The systems and techniques disclosed herein provide several advantages. As well as robust workpiece handling and environmental control, efficient workpiece flow enables improved process performance and reduced particle contamination, including process uniformity and yield. Simplified chemical flow management eliminates cost and complexity. In addition, having an on-board or off-board chemical generation system close to the processing system provides easier management of the chemical concentration.
물론, 여기에서 설명된 바와 같이 상이한 단계들의 논의 순서는 명료성을 위해 제시되었다. 일반적으로 이러한 단계들은 적절한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서의 상이한 특징들, 기술들, 구성들 등의 각각이 본 명세서의 상이한 곳에서 논의될 수 있을지라도, 각각의 개념들이 서로 독립적으로 또는 서로 조합되어 실행될 수 있는 것으로 의도된다. 따라서, 본 발명은 많은 다른 방식으로 구현되고 보여질 수 있다.Of course, the discussion order of the different steps as set forth herein has been presented for clarity. Generally, these steps can be performed in the proper order. Furthermore, although each of the different features, techniques, configurations, etc. of the present disclosure may be discussed elsewhere herein, it is contemplated that the respective concepts may be implemented independently of one another or in combination with one another. Thus, the present invention may be embodied and viewed in many different ways.
이러한 요약 섹션은 본 발명 또는 청구된 발명의 모든 실시예 및/또는 점진적으로 신규한 양태를 특정하지 않는다는 점에 유의해야 한다. 대신, 이러한 요약은 종래 기술에 비해 새로운 다른 실시예 및 대응점에 대한 예비 논의만을 제공한다. 본 발명 및 실시예의 추가 상세 및/또는 가능한 관점에 대해, 독자는 상세한 설명 부분 및 이하에 더욱 논의되는 바와 같이 본 개시 내용의 대응하는 도면을 참조한다.It should be noted that these summary sections do not specify all embodiments of the invention or claimed invention and / or progressively new aspects. Instead, this summary provides only a preliminary discussion of the different embodiments and corresponding points as compared to the prior art. For further details and / or possible aspects of the present invention and the embodiments, the reader will refer to the detailed description and corresponding drawings in this disclosure as discussed further below.
본 발명의 다양한 실시예 및 그에 따른 다수의 이점에 대한 보다 완전한 이해는 첨부된 도면과 관련하여 고려되는 이하의 상세한 설명을 참조하면 쉽게 명백해질 것이다. 도면은 반드시 축척으로 도시되지 않으며, 대신에 특징, 원리 및 개념을 설명하는 것으로 강조된다.
도 1은 실시예에 따른 전기 화학적 증착 시스템의 개략도.
도 2a 및 도 2b는 다른 실시예에 따른 전기 화학적 증착 모듈의 도면.
도 3은 다른 실시예에 따른 전기 화학적 증착 모듈의 단면도.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 전기 화학적 증착 시스템의 사시도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS A more complete understanding of the various embodiments of the present invention and many of its advantages will be readily apparent by reference to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. The drawings are not necessarily to scale, emphasis instead being placed upon illustrating features, principles and concepts.
1 is a schematic diagram of an electrochemical deposition system according to an embodiment.
Figures 2A and 2B are diagrams of an electrochemical deposition module according to another embodiment.
3 is a cross-sectional view of an electrochemical deposition module according to another embodiment;
4 is a perspective view of an electrochemical deposition system according to yet another embodiment.
본원에 기술된 기술은 견고한 워크피스 핸들링 시스템, 단순화된 순환 시스템, 보다 신뢰성 있고 균일한 도금을 위한 개선된 화학 관리 시스템뿐만 아니라 보다 큰 도구 이용성을 위한 짧은 유지 보수 시간을 제공하는 전기 화학적 증착 장치를 포함한다.The techniques described herein provide an electrochemical deposition apparatus that provides a robust workpiece handling system, a simplified circulation system, an improved chemical management system for more reliable and uniform plating, as well as a shorter maintenance time for greater tool availability .
본 명세서에서 개시된 시스템 및 기술은 시스템의 전기 화학적 증착 시스템 또는 모듈, 또는 워크피스 표면의 습식 처리 조절 시스템으로서 구현될 수 있다. 예시적인 시스템은 비교적 강성인 실리콘 원형 디스크를 특징으로 하는 웨이퍼형 기하학적 구조(예를 들어, 반도체 웨이퍼)와, 훨씬 크고 더욱 가요성의 직사각형 형상 기판을 특징으로 하는 패널형 기하학적 구조 모두를 포함하는, 다양한 형태 및 크기의 워크피스들을 처리 또는 조절할 수 있는 습식 처리 시스템을 포함한다. 한 실시예는 금속을 기판 상에 증착하기 위한 전기 화학적 증착 장치를 포함한다. 도 1은 실시예에 따른 전기 화학적 증착 시스템(100)의 개략도를 도시한다. 전기 화학적 증착 시스템(100)은, 공통 플랫폼 상에 배열되고 워크피스 상에 하나 이상의 금속을 증착하기 위해 구성된 전기 화학적 증착 모듈과 같은 후술될 2개 이상의 처리 모듈을 포함한다. 각각의 처리 모듈, 예를 들어 각각의 전기 화학적 증착 모듈은 일정 체적의 애노드액 유체를 수용하도록 구성된 애노드 구획, 일정 체적의 캐소드액 유체를 수용하도록 구성된 캐소드 구획, 및 애노드 구획과 캐소드 구획을 분리하는 멤브레인을 포함한다.The systems and techniques disclosed herein may be implemented as an electrochemical deposition system or module of a system, or as a wet processing conditioning system on a workpiece surface. Exemplary systems include, but are not limited to, a variety of configurations, including both wafer-like geometric features (e.g., semiconductor wafers) that feature relatively rigid silicon circular discs and paneled geometric features that are much larger and more flexible, And a wet processing system capable of processing or adjusting workpieces of a size. One embodiment includes an electrochemical deposition apparatus for depositing metal on a substrate. Figure 1 shows a schematic diagram of an
전기 화학적 증착 시스템(100)은 한 세트의 워크피스를 수용하는 로딩 포트를 포함하며, 로딩 포트는 로드/입력 스테이지(112)를 통해 전기 화학적 증착 시스템(100)에 진입하는 워크피스를 수용하고 각각의 수용된 워크피스를 가요성 패널 홀더(PH)와 같은 워크피스 홀더(125)에 로딩하기 위한 로더 모듈(110)을 포함한다. 각각의 워크피스는 가요성 패널, 예를 들어 다양한 치수의 가요성 직사각형 패널을 포함할 수 있다. 워크피스는 금속과 같은 재료가 채워지는 하나 이상의 막힌 구멍 또는 하나 이상의 관통 구멍을 포함할 수 있다. 하나 이상의 구멍의 채움은 단면 증착, 즉 워크피스의 단면으로부터의 증착, 또는 양면 증착, 즉 워크피스의 양면으로부터의 증착(예를 들어, 구멍이 관통 구멍인 경우에)을 포함할 수 있다.The
워크피스 홀더 내로의 로딩 동안 각각의 워크피스를 둘러싸는 환경을 제어하기 위해, 로더는 워크피스 이동 및 로딩 동안 가요성 워크피스의 각각의 반대편 평면 표면에 대해 공기 쿠션을 적용하는 것에 의해 워크피스의 실질적으로 무접촉 핸들링을 실행하도록 장치를 사용할 수 있다. 일부 실시예에 따라서, 워크피스 홀더(125)는 제1 및 제2 다리 부재들을 분리하는 파지 가능한 헤더 부재를 포함할 수 있으며, 워크피스 홀더는 탄성중합체 밀봉부에 의해 둘러싸인 전기 접촉부들을 이용하여 가요성 워크피스의 반대편 평면 표면들에 전기 접촉부들을 선택적으로 적용하는 클램핑 메커니즘을 통해 제1 및 제2 다리 부재들 사이에서 가요성 워크피스의 반대편 가장자리들을 홀딩하도록 구성된다. 헤더 부재는 또한 워크피스 홀더(125)에 의해 홀딩될 때 가요성 워크피스에 인장을 제공할 수 있다.To control the environment surrounding each of the workpieces during loading into the workpiece holder, the loader is configured to move the workpiece by applying an air cushion to each of the opposite planar surfaces of the flexible workpiece during workpiece movement and loading, The device can be used to perform substantially contactless handling. According to some embodiments, the
또한, 전기 화학적 증착 시스템(100)은, 워크피스 홀더(125)를 통해 로더 모듈(110)로부터 주어진 처리 모듈, 예를 들어 전기 화학적 증착 모듈로 가요성 워크피스를 운반하고 주어진 처리 모듈 내로 주어진 워크피스를 하강시키도록 구성된 운반 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 처리를 위해 지정된 워크피스 홀더(125)가 로딩되면, 이러한 것은 필요에 따라 하나 이상의 전처리 모듈(120)들에서 전처리되도록 공정 경로(115)를 따라서 진행되고(도 1의 PH 공정 경로 참조); 하나 이상의 처리 모듈(130, 132, 134, 136, 138)에서 처리되고; 필요에 따라 하나 이상의 후처리 모듈(140)에서 후처리될 수 있다. 전처리는 처리될 워크피스를 세정 및/또는 습윤시키는 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 처리는 워크피스 상에 금속과 같은 재료를 증착하는 것을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 그리고 후처리는 워크피스를 헹굼 및/또는 건조시키는 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.The
전기 화학적 증착 시스템(100)은 워크피스 홀더로부터 가요성 워크피스를 제거하고 가요성 워크피스의 세트를 수용하도록 구성된 언로딩 포트로 가요성 워크피스를 이송하도록 구성된 언로더 모듈을 추가로 포함한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 일부 실시예에서, 처리 후에, 처리된 워크피스를 운반하는 워크피스 홀더(125)는 언로더 모듈(150)로 진행할 수 있으며, 각각의 워크피스는 언로딩되고, 전기 화학적 증착 시스템(100)을 빠져나가기 위하여 언로드/출력 스테이지(152)로 운반된다. 언로딩되면, 워크피스 홀더(125)는 다른 워크피스를 수용하도록 복귀 경로(155)(도 1의 PH 복귀 경로 참조)를 따라서 로더 모듈(110)로 복귀할 수 있다. 다수의 워크피스 홀더가 사용될 수 있으며, 일부 워크피스 홀더가 저장 버퍼에서 홀딩된다는 것을 유념하여야 한다. 예시적인 워크피스 홀더에 대한 보다 상세한 설명은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 2016년 6월 27일자 출원된 미국 특허 출원 제15/193595호에서 보여진다. 예시적인 워크피스 로더 모듈에 대한 보다 상세한 설명은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 2016년 6월 27일자 출원된 미국 특허 출원 제15/193890호에서 보여진다.The
전기 화학적 증착 시스템(100)은 하나 이상의 처리 셀, 즉 모듈(120, 130, 132, 134, 136, 138, 140)들에서 처리 유체를 관리하기 위한 화학적 관리 시스템(160)을 추가로 포함한다. 화학적 관리는 공급, 보충, 투여, 가열, 냉각, 순환, 재순환, 저장, 모니터링, 배수, 저감 등이 포함될 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 또한, 전기 화학적 증착 시스템(100)은 전기 화학적 증착 시스템(100)의 조작성을 제어하기 위한 전기적 관리 시스템(170)을 포함한다. 전기적 관리는 스케줄링(scheduling), 조절, 모니터링, 조정, 통신 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전기적 관리 시스템(170)은 전기 화학적 증착 시스템(100)을 통한 워크피스 이동을 제어하도록, 또는 복수의 모듈(120, 130, 132, 134, 136, 138, 140)의 화학 조성, 온도, 유량(들) 등과 같은 화학 특성을 제어하도록 컴퓨터 인코딩된 명령에 따라서 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 추가적으로, 전기적 관리 시스템(170)은 주어진 전기 화학적 증착 모듈 내에서 홀딩될 때 가요성 워크피스의 한쪽 또는 양쪽 반대편 평면 표면들에 전류를 인가하도록 구성될 수 있다. 이렇게 함에 있어서, 한쪽 또는 양쪽의 반대편 표면들은 금속으로 도금될 수 있고, 막힌 구멍 및/또는 관통 구멍들은 금속으로 채워진다.The
이제 도 2a를 참조하면, 복수의 ECD 셀을 가지는 전기 화학적 증착 모듈의 도면이 다른 실시예에 따라서 제공된다. 도시된 바와 같이, 도 2a는 일정 체적의 애노드액 유체(232)를 수용하도록 구성된 양극액 저장소(230), 일정 체적의 캐소드액 유체를 구성된 복수의 캐소드 구획, 및 복수의 캐소드 구획(200)으로부터 애노드액 유체(232)를 분리하는 멤브레인의 평면도를 제공한다. 양극액 저장소(230)는 애노드액 유체(232)를 수용하는 양극액 저장소를 포함하며, 그 안에 복수의 캐소드 구획(200)이 위치된다. 양극액 저장소(230)는 양극액 공급 및 보관 저장소(262)를 포함할 수 있으며, 양극액은 양극액 펌핑 시스템(264)을 사용하여 순환되고, 보충되고, 및/또는 재조절되고, 그런 다음 양극액 저장소(230)와 교환될 수 있다. 또한, 양극액 저장소(230)는 음극액 공급 및 보관 저장소(266)를 포함할 수 있으며, 음극액은 음극액 펌핑 시스템(268)을 사용하여 순환되고, 보충되고, 및/또는 재조절되고, 그런 다음 복수의 캐소드 구획(200)과 교환될 수 있다. 화학적 관리 시스템(260)은 양극액 및 음극액 공급 및 보관 저장소(262, 266)들과 접속될 수 있으며, 그 중에서도 유체 레벨, 화학적 조성, 화학적 품질, 화학적 온도, 화학적 투여 등을 관리할 수 있다. 예를 들어, 화학적 관리 시스템(260)은 물, 산, 음이온 용액, 양이온 용액, 킬레이트제, 착화제, 레벨링제, 감속제 등의 첨가 또는 교체를 포함하는, 양극액 및/또는 음극액 용액을 회복시킬 수 있다. Referring now to FIG. 2A, a diagram of an electrochemical deposition module having a plurality of ECD cells is provided in accordance with another embodiment. As shown, FIG. 2A shows an
일부 실시예에 따라서, 워크피스(W)는 약 50 cm x 50 cm 내지 100 cm x 10 0cm 크기 범위의 치수를 가지는 가요성 직사각형 기판을 포함할 수 있다. 결과적으로, 양극액 저장소(230)에서의 유체 깊이는 90 cm 내지 150 cm 깊이의 범위일 수 있고, 양극액 저장소(230)의 폭은 90 cm 내지 150 cm의 범위일 수 있다. 각각의 ECD 모듈은 비교적 좁게 설계될 수 있으며, 예를 들어, 폭은 20 cm 미만의 애노드 대 애노드, 또는 애노드 대 캐소드이도록 설계될 수 있다. 결과적으로, 복수의 캐소드 구획(200)(ECD 모듈)은 길이가 120cm까지인 양극액 저장소 내에 배열될 수 있다. 양극액 저장소(230) 내에서 복수의 캐소드 구획(200)의 침지 또는 부분적인 침지는 공간의 효율적인 이용을 제공한다. 그러므로, 그 중에서도, 이 실시예의 다른 하나의 이점은 경제적인 배열로 복수의 ECD 모듈을 제공하는 단순화된 화학적 및 유체 관리 시스템을 가지는 애노드액 유체(232)의 단일 컨테이너이며, 장비, 화학 및 공장 풋프린트에 대한 지출을 절감한다.According to some embodiments, the workpiece W may comprise a flexible rectangular substrate having dimensions ranging from about 50 cm x 50 cm to about 100 cm x 10 0 cm. As a result, the fluid depth in the
도 2b는 대립하는 애노드 양극 조립체(240, 241)들 사이에 위치된 캐소드 구획(200)의 평면도를 제공한다. 워크피스(W)를 수용하는 워크피스 홀더(215)는 워크피스(W)의 표면에서 전기장 및 유체 유동장의 균일성에 영향을 미치는 ECD 모듈의 다른 중요한 요소들에 대해, ± 0.1 내지 1.0 mm 범위 내에서, 바람직하게 ± 0.5 mm 내에서 워크피스 홀더(215)를 유익하고 반복적으로 위치시키는 프레임(210) 내에 위치된다. 캐소드 구획(200)은 워크피스(W)의 표면들의 약 3 내지 10 mm에, 바람직하게 워크피스(W)의 표면들로부터 4 mm에 위치된 전기장 형상화 요소(201, 204)들을 포함할 수 있다. 캐소드 구획(200)은 워크피스(W)의 표면들에 근접하여, 바람직하게 워크피스(W)의 표면들로부터 10 ㎜ 내에 위치된 유체 교반 요소(202, 205)들을 추가로 포함할 수 있다.FIG. 2B provides a top view of the
이온 교환 멤브레인(203, 206)은 대립하는 애노드 조립체(240, 241)를 수용하는 캐소드 구획(200)과 애노드 구획 사이의 경계를 한정하고, 애노드 구획 내의 애노드액 유체(232)와 캐소드 구획 내의 음극액(220) 사이의 분리를 제공한다. 그 중에서도, 하나의 이점은 애노드액 유체(232)와 음극액(220) 사이의 경계를 한정하는 것에 의해 제공되는 콤팩트한 기하학적 구조이며, 작동 동안 애노드액 유체(232) 및 음극액(220)의 유체 압력이 가요성 이온 교환 멤브레인 전체에 걸쳐서 안정되어서, 각각의 워크피스(W)에 대해 음극액의 유체 정압(hydrostatic pressure)을 수용하도록 광범위한 벽 구조를 통합하는 것이 필요하지 않다. The
각각의 대립하는 애노드 조립체(240, 241)는 다구역 애노드(242), 예를 들어 반경 방향으로 링으로서 배열된 애노드들, 또는 예를 들어 직교 방향으로 그리드 상에 배열된 애노드들을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 2개의 대립하는 애노드 조립체(240, 241)는 캐소드 구획 반대편에 도시되어 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 단일 애노드 조립체는 캐소드 구획과 마주할 수 있다.Each opposing
도 3은 실시예에 따른 ECD 모듈의 상세 단면도를 제공한다. 워크피스 홀더(315)는 전기장 형상화 요소(330)들, 유체 교반 요소(310)들, 지지 구조체(320)에 의해 홀딩된 이온 교환 멤브레인(325)들, 및 애노드(342)들을 홀딩하는 애노드 조립체(340)들 사이에 워크피스(W)를 위치시킨다. 도시된 바와 같이, 전기장 형상화 요소(330)들은 워크피스(W)의 노출된 표면들 가까이 연장되며, 증착 공정의 균일성을 향상시키도록 배열된다. 추가적으로, 도시된 바와 같이, 유체 교반 요소(310)들은 워크피스(W)의 노출된 표면 가까이 연장되고, 유체 전단을 증가시키고 워크피스(W)의 노출된 표면 부근에서 질량, 운동량, 및 열 운반을 향상시키도록 배열된다.Figure 3 provides a detailed cross-sectional view of an ECD module according to an embodiment. The
도 4는 또 다른 실시예에 따른 전기 화학적 증착 시스템의 사시도를 제공한다. 전기 화학적 증착 시스템(500)은 그 사이에 배치된 복수의 처리 모듈(520, 530, 540)을 가지는 로더 모듈(510) 및 언로더 모듈(550)을 포함한다. 처리 모듈(520)들은 사전 헹굼 모듈들과 같은 전처리 모듈들을 포함할 수 있다. 처리 모듈(530)들은 전기 화학적 증착 모듈들을 포함할 수 있다. 그리고, 처리 모듈(540)들은 헹굼 또는 건조 모듈들과 같은 후처리 모듈들을 포함할 수 있다. 로더 모듈(510) 및 언로더 모듈(550)이 전기 화학적 증착 시스템(500)의 원위 단부에 있는 것으로 도시되어 있지만, 이러한 로딩 및 언로딩 모듈들은 전체 시스템의 동일한 단부 가까이에 배열될 수 있다. 워크피스(W)는 워크피스 홀더(525) 내로 로딩되고, 워크피스 전달 시스템(560)을 통해 병진되며, 복수의 처리 모듈(520, 530, 540) 내에 위치되기 위해 배향될 수 있다.Figure 4 provides a perspective view of an electrochemical deposition system according to yet another embodiment. The
본 명세서에서의 시스템을 사용하여, 도금 용액을 효율적으로 사용하고 종래의 증착 시스템에 비해 상대적으로 작은 풋프린트를 가지는 전기 화학적 증착 시스템이 생성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 전기 화학적 증착 모듈은 약 30 리터 미만의 도금 용액을 홀딩하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 공통 플랫폼은 약 16개 미만의 전기 화학적 증착 모듈을 포함할 수 있으며, 시간당 100개의 가요성 워크피스를 도금하도록 구성될 수 있다. 공용 플랫폼은 약 250 평방 피트 미만의 플로어 공간을 커버할 수 있다. 그러므로, 본 명세서에서의 시스템은 비교적 작은 시스템 및 워크피스당 사용되는 비교적 적은 도금 용액으로 상대적으로 높은 처리량을 제공할 수 있다.Using the system herein, an electrochemical deposition system can be created that efficiently uses the plating solution and has a relatively small footprint compared to conventional deposition systems. For example, each electrochemical deposition module may be configured to hold less than about 30 liters of plating solution. In some embodiments, the common platform may include less than about 16 electrochemical deposition modules and may be configured to plate 100 flexible workpieces per hour. The common platform can cover less than about 250 square feet of floor space. Thus, the system herein can provide relatively high throughput with relatively small systems and relatively few plating solutions used per workpiece.
전술한 설명에서, 처리 시스템의 특정 기하학적 구조 및 본 발명에서 사용되는 다양한 구성 요소 및 공정의 설명과 같은 특정 상세가 설명되었다. 그러나, 본 명세서에서의 기술은 이러한 특정 상세로부터 벗어나는 다른 실시예들에서 실시될 수 있고, 이러한 상세는 설명의 목적을 위한 것이며 제한적인 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에 개시된 실시예들은 첨부 도면을 참조하여 설명되었다. 마찬가지로, 설명의 목적을 위해, 특정 도면 부호, 재료 및 구성이 철저한 이해를 돕기 위해 제시되었다. 그럼에도 불구하고, 실시예들은 이러한 특정 상세없이 실시될 수 있다. 실질적으로 동일한 기능 구성을 가지는 구성 요소들은 동일한 도면 부호로 인용되고, 그러므로, 어떠한 중복 설명도 생략될 수 있다.In the foregoing description, specific details have been set forth, such as the specific geometry of the processing system and the description of the various components and processes used in the present invention. It should be understood, however, that the teachings herein may be practiced in other embodiments that depart from this specific detail, and that such details are for the purpose of description and not of limitation. The embodiments disclosed herein have been described with reference to the accompanying drawings. Likewise, for purposes of explanation, specific reference numerals, materials, and configurations have been set forth in order to provide a thorough understanding. Nevertheless, embodiments may be practiced without these specific details. Components having substantially the same function configuration are referred to by the same reference numerals, and therefore, any redundant description can be omitted.
다양한 기술이 다양한 실시예들을 이해하는 것을 돕도록 다수의 별개의 작동으로서 설명되었다. 설명의 순서는 이러한 작업이 반드시 순서 의존성인 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안된다. 실제로, 이러한 작업들은 표현의 순서대로 수행 할 필요가 없다. 기술된 작동은 설명된 실시예와 다른 순서로 수행될 수 있다. 다양한 추가 작동이 수행될 수 있고 및/또는 설명된 작동은 추가 실시예들에서 생략될 수 있다.Various techniques have been described as a number of discrete operations to aid in understanding various embodiments. The order of description should not be construed to imply that this operation is order-dependent. In practice, these tasks need not be performed in the order of presentation. The described operations may be performed in a different order than the described embodiments. Various additional operations may be performed and / or the described operations may be omitted in further embodiments.
본 명세서에서 사용되는 "기판" 또는 "목표 기판"은 대체로 본 발명에 따라서 처리되는 물체를 지칭한다. 기판은 디바이스, 특히 반도체 또는 다른 전자 디바이스의 임의의 재료 부분 또는 구조를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 반도체 웨이퍼, 레티클과 같은 베이스 기판 구조 또는 박막과 같은 베이스 기판 구조 상의 또는 중첩하는 층일 수 있다. 그러므로, 기판은 패턴화되거나 패턴화되지 않은 임의의 특정 베이스 구조, 밑에 있는 층 또는 위에 있는 층으로 제한되지 않고, 오히려 임의의 이러한 층 또는 베이스 구조, 및 층 및/또는 베이스 구조의 임의의 조합을 포함하도록 고려된다. 상세한 설명은 특정 형태의 기판을 참조할 수 있지만, 이는 단지 예시적인 목적을 위한 것이다.As used herein, " substrate " or " target substrate " generally refers to an object to be processed in accordance with the present invention. The substrate may comprise any material portion or structure of a device, particularly a semiconductor or other electronic device, and may be, for example, a semiconductor wafer, a base substrate structure such as a reticle, or a layer on or over a base substrate structure such as a thin film . Thus, the substrate is not limited to any particular base structure, underlying layer or overlying layer, that is not patterned or patterned, but rather may include any such layer or base structure, and any combination of layers and / . Although the detailed description may refer to a particular type of substrate, this is for illustrative purposes only.
당업자는 또한 전술한 기술의 작동에 대해 만들어지는 한편 본 발명의 동일한 목적을 여전히 달성하는 변형이 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 변형은 본 발명의 범위에 의해 커버되도록 의도된다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 대한 전술한 설명은 제한이도록 의도되지 않는다. 오히려, 본 발명의 실시예에 대한 임의의 제한은 다음의 청구항들에서 제시된다.Those skilled in the art will also appreciate that there may be variations that are made with respect to the operation of the above-described techniques while still achieving the same purpose of the present invention. Such variations are intended to be covered by the scope of the present invention. As such, the foregoing description of the embodiments of the invention is not intended to be limiting. Rather, any limitation on embodiments of the invention is set forth in the following claims.
Claims (16)
공통 플랫폼 상에 배열되고 기판 상에 하나 이상의 금속을 증착하기 위하여 구성되는 2개 이상의 전기 화학적 증착 모듈을 포함하며, 각각의 전기 화학적 증착 모듈은,
일정 체적의 애노드액 유체를 수용하도록 구성된 애노드 구획;
일정 체적의 캐소드액 유체를 수용하도록 구성된 캐소드 구획;
한 세트의 가요성 워크피스를 수용하도록 구성된 로딩 포트;
상기 로딩 포트로부터 가요성 워크피스를 수용하고 워크피스 홀더에 상기 가요성 워크피스를 위치시키는 한편, 상기 가요성 워크피스의 각각의 반대편 평면 표면 상에서 공기 쿠션을 사용하여 상기 가요성 워크피스를 홀딩하도록 구성된 로더 모듈로서,
상기 워크피스 홀더는 제1 및 제2 다리 부재들을 분리하는 헤더 부재를 가지며, 상기 워크피스 홀더는, 상기 워크피스 홀더에 의해 홀딩될 때 상기 가요성 워크피스의 반대편 평면 표면들에 전기 접촉부들을 적용하며, 상기 전기 접촉부들은 상기 가요성 워크피스에 대한 탄성중합체 밀봉부에 의해 둘러싸이는 클램핑 메커니즘을 통해, 상기 제1 및 제2 다리 부재들 사이에서 상기 가요성 워크피스의 반대편 가장자리들을 홀딩하도록 구성되며, 상기 홀더는 상기 워크피스의 양면을 도금 용액에 노출시키도록 구성되는, 상기 로더 모듈;
상기 워크피스 홀더를 통해 상기 로더 모듈로부터 주어진 전기 화학적 증착 모듈로 상기 가요성 워크피스를 운반하고 주어진 워크피스를 상기 주어진 전기 화학적 증착 모듈 내로 하강시키도록 구성된 운반 메커니즘;
각각의 반대편 평면 표면이 금속으로 도금되도록 상기 주어진 전기 화학적 증착 모듈 내에 홀딩될 때 상기 가요성 워크피스의 각각의 반대편 평면 표면에 전류를 인가하도록 구성된 전기 시스템;
상기 워크피스 홀더로부터 상기 가요성 워크피스를 제거하고 상기 가요성 워크피스의 세트를 수용하도록 구성된 언로딩 포트로 상기 가요성 워크피스를 이송하도록 구성된 언로더 모듈을 포함하는, 전기 화학적 증착 시스템.An electrochemical deposition system comprising:
At least two electrochemical deposition modules arranged on a common platform and configured to deposit one or more metals on a substrate, each electrochemical deposition module comprising:
An anode compartment configured to receive a volume of an anolyte fluid;
A cathode compartment configured to receive a volume of a catholyte fluid;
A loading port configured to receive a set of flexible workpieces;
To hold the flexible workpiece from the loading port and to position the flexible workpiece in the workpiece holder while using an air cushion on each opposing flat surface of the flexible workpiece to hold the flexible workpiece As a configured loader module,
The workpiece holder having a header member separating the first and second leg members, the workpiece holder having electrical contacts on opposite planar surfaces of the flexible workpiece when held by the workpiece holder Wherein the electrical contacts are configured to hold opposite edges of the flexible workpiece between the first and second leg members via a clamping mechanism encircled by an elastomeric seal for the flexible workpiece Wherein the holder is configured to expose both sides of the workpiece to the plating solution;
A conveying mechanism configured to convey the flexible workpiece from the loader module to a given electrochemical deposition module via the workpiece holder and to lower a given workpiece into the given electrochemical deposition module;
An electrical system configured to apply an electrical current to each opposite planar surface of the flexible workpiece when held in the given electrochemical deposition module such that each opposing planar surface is plated with metal;
An unloader module configured to remove the flexible workpiece from the workpiece holder and to transfer the flexible workpiece to an unloading port configured to receive the set of flexible workpieces.
공통 플랫폼 상에 배열되고 기판 상에 하나 이상의 금속을 증착하기 위하여 구성되는 2개 이상의 전기 화학적 증착 모듈을 포함하며, 각각의 전기 화학적 증착 모듈은,
일정 체적의 도금 용액을 수용하도록 구성된 도금 용액 구획;
한 세트의 워크피스를 수용하도록 구성된 로딩 포트;
상기 로딩 포트로부터 워크피스를 수용하고 워크피스 홀더에 상기 워크피스를 위치시키는 한편, 상기 워크피스의 각각의 반대편 평면 표면 상에서 공기 쿠션을 사용하여 상기 워크피스를 홀딩하도록 구성된 로더 모듈로서,
상기 워크피스 홀더는 제1 및 제2 다리 부재들을 분리하는 헤더 부재를 가지며, 상기 워크피스 홀더는, 상기 워크피스 홀더에 의해 홀딩될 때 상기 워크피스의 반대편 평면 표면들에 전기 접촉부들을 적용하며, 상기 전기 접촉부들은 상기 워크피스에 대한 탄성중합체 밀봉부에 의해 둘러싸이는 클램핑 메커니즘을 통해, 상기 제1 및 제2 다리 부재들 사이에서 상기 워크피스의 반대편 가장자리들을 홀딩하도록 구성되며, 상기 홀더는 상기 워크피스의 양면을 도금 용액에 노출시키도록 구성되는, 상기 로더 모듈;
상기 워크피스 홀더들을 통해 상기 로더 모듈로부터 주어진 전기 화학적 증착 모듈로 상기 워크피스들을 운반하고 주어진 워크피스를 상기 주어진 전기 화학적 증착 모듈 내로 하강시키도록 구성된 운반 메커니즘;
각각의 반대편 평면 표면이 금속으로 도금되거나 또는 하나의 반대편 평면 표면이 금속으로 도금되도록 상기 주어진 전기 화학적 증착 모듈 내에 홀딩될 때 상기 워크피스의 각각의 반대편 평면 표면에 전류를 인가하도록 구성된 전기 시스템;
상기 워크피스 홀더로부터 상기 워크피스를 제거하고 상기 세트의 워크피스를 수용하도록 구성된 언로딩 포트로 상기 워크피스를 이송하도록 구성된 언로더 모듈을 포함하는, 전기 화학적 증착 시스템.An electrochemical deposition system comprising:
At least two electrochemical deposition modules arranged on a common platform and configured to deposit one or more metals on a substrate, each electrochemical deposition module comprising:
A plating solution compartment configured to receive a volume of plating solution;
A loading port configured to receive a set of workpieces;
A loader module configured to receive a workpiece from the loading port and position the workpiece in a workpiece holder while holding the workpiece using an air cushion on an opposite planar surface of each of the workpieces,
The workpiece holder having a header member separating the first and second leg members, the workpiece holder applying electrical contacts to opposite planar surfaces of the workpiece when held by the workpiece holder, Wherein the electrical contacts are configured to hold opposite edges of the workpiece between the first and second leg members via a clamping mechanism surrounded by an elastomeric seal to the workpiece, The loader module being configured to expose both sides of the piece to the plating solution;
A transport mechanism configured to transport the workpieces from the loader module to the given electrochemical deposition module through the workpiece holders and to lower a given workpiece into the given electrochemical deposition module;
An electrical system configured to apply current to each opposite planar surface of the workpiece as it is held in the given electrochemical deposition module such that each opposite planar surface is plated with metal or one opposite planar surface is plated with metal;
An unloader module configured to remove the workpiece from the workpiece holder and to transfer the workpiece to an unloading port configured to receive a workpiece of the set.
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