KR20200116163A - Electroplating system with inert anode and active anode - Google Patents

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산티나트 곤가디
루단 후앙
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

기판들을 위한 전기화학적 도금 장치 상에서 도금 전해질 농도를 제어하기 위한 방법들 및 전기도금 시스템들이 개시된다. 불활성 애노드 (또는 필요하다면 불활성 애노드로서 작용할 수 있는 보조 전극) 는 하나 이상의 전해질 컴포넌트들의 농도를 제어한다. 불활성 애노드는 금속 이온들을 생성하지 않는 가스 방출 반응을 구현함으로써 도금 프로세스에서 전해질 금속 이온 생성 및 소비 레이트를 밸런싱한다 (balance). Methods and electroplating systems for controlling plating electrolyte concentration on an electrochemical plating apparatus for substrates are disclosed. The inert anode (or auxiliary electrode, which can act as an inert anode if necessary) controls the concentration of one or more electrolyte components. The inert anode balances the electrolytic metal ion generation and consumption rate in the plating process by implementing a gas evolution reaction that does not generate metal ions.

Figure P1020207027360
Figure P1020207027360

Description

불활성 애노드 및 활성 애노드를 갖는 전기도금 시스템Electroplating system with inert anode and active anode

관련 출원들에 대한 교차 참조Cross reference to related applications

본 출원은 2018년 2월 23일 출원되고, 명칭이 "ELECTROPLATING SYSTEM WITH INERT AND ACTIVE ANODES"인 미국 특허 가출원 번호 제 62/634,463 호의 우선권의 이익을 주장하고, 이는 전체가 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된다.This application claims the benefit of the priority of U.S. Provisional Application No. 62/634,463, filed on February 23, 2018, entitled "ELECTROPLATING SYSTEM WITH INERT AND ACTIVE ANODES", which is hereby incorporated by reference in its entirety for all purposes. It is cited in the specification.

본 개시는 전기도금 용액 농도의 제어에 관한 것이고, 특히 반도체 기판들에 대한 전기화학적 도금 장치 상에서 수행될 때 이러한 제어에 관한 것이다.The present disclosure relates to the control of the electroplating solution concentration, and in particular to such control when performed on an electrochemical plating apparatus for semiconductor substrates.

전기화학적 증착 프로세스는 IC 제작의 금속화를 위해 반도체 산업계에서 널리 사용된다. 이러한 일 적용예는 유전체 층들에 사전 형성되는 트렌치들 및/또는 비아들 내로 Cu 라인들의 증착을 수반할 수도 있는, 구리 (Cu) 전기화학적 증착이다. 이 프로세스에서, 박형의 접착 금속 확산-배리어 막이 PVD (physical vapor deposition) 또는 CVD (chemical vapor deposition) 를 활용함으로써 표면 상으로 사전 증착된다. 이어서 구리 박형 시드 층이 통상적으로 PVD 증착 프로세스에 의해 배리어 층의 상단부 상에 증착될 것이다. 이어서 피처들 (비아들 및 트렌치들) 이 전기화학적 증착 프로세스를 통해 Cu로 전기화학적으로 충진되고, 전기화학적 증착 프로세스 동안 구리 음이온이 구리 금속으로 전기화학적으로 환원된다. 또 다른 적용예는 동일하거나 상이한 맥락들에서 코발트 (Co) 증착이다. The electrochemical deposition process is widely used in the semiconductor industry for metallization of IC fabrication. One such application is copper (Cu) electrochemical deposition, which may involve deposition of Cu lines into trenches and/or vias that are pre-formed in dielectric layers. In this process, a thin adhesive metal diffusion-barrier film is pre-deposited onto the surface by utilizing physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD). A thin copper seed layer will then be deposited on top of the barrier layer, typically by a PVD deposition process. The features (vias and trenches) are then electrochemically filled with Cu via an electrochemical deposition process, and copper anions are electrochemically reduced to copper metal during the electrochemical deposition process. Another application is the cobalt (Co) deposition in the same or different contexts.

본 배경기술 섹션은 본 개시의 맥락을 제공할 목적이다. 본 배경기술 섹션 또는 종래기술로서 달리 인증되지 않은 기술 (description) 의 다른 부분들에 제시된 정도로, 본 발명자들에 의한 업적은 본 개시에 대한 종래기술로서 인정되지 않는다. This background section is intended to provide the context of this disclosure. To the extent presented in this background section or other portions of the description not otherwise certified as prior art, the work by the inventors is not admitted as prior art to the present disclosure.

분리된 양극액 부분 및 음극액 부분 그리고 양극액 부분의 활성 애노드를 갖는 전기화학적 도금 장치에서, 음극액 컴포넌트들 (예를 들어, 산, 음이온들, 양이온들, 첨가제들, 등) 의 농도는 활성 애노드와 함께 불활성 애노드를 사용함으로써 제어될 수도 있다. 불활성 애노드는 또한 금속 양이온들은 생성하지 않는 수소 이온 생성 반응을 시작함으로써 도금 프로세스에서 금속 양이온 생성 및 소비 레이트를 밸런싱할 (balance) 수도 있다. 불활성 애노드는 금속 양이온 생성 (활성 애노드에서) 및 수소 이온 생성 (불활성 애노드에서) 이 목표된 비율이도록 장치의 (활성 애노드에 비해) 총 애노드 전류의 분율 (fraction) 을 수용한다. 이 비율은 캐소드 (반도체 웨이퍼와 같은 워크피스 또는 기판) 에서 도금 반응의 전류 효율에 기초할 수도 있다. 불활성 애노드로 전달된 전류의 분율은 다양한 방식들, 예컨대 활성 애노드 및 불활성 애노드의 상대적인 전해질 대면 표면적들, 애노드들 간 전류르 분할하는 회로에 의해, 및/또는 (다시 활성 애노드에 비해) 불활성 애노드가 동작하는 시간의 분율에 따라 제어될 수도 있다. 달리 말하면, 불활성 애노드가 가용하지만, 이는 제한된, 종종 적어도 부분적으로, 캐소드 상으로 도금의 전류 효율에 의해 결정된, 정도로만 사용될 수도 있다. 예를 들어, 불활성 애노드는 전기도금 실행의 30 % 동안에만 동작할 수도 있다. In an electrochemical plating apparatus having separated anolyte portion and catholyte portion and an active anode of the anolyte portion, the concentration of catholyte components (e.g., acids, anions, cations, additives, etc.) is active. It can also be controlled by using an inert anode together with the anode. The inert anode may also balance the rate of metal cations generation and consumption in the plating process by initiating a hydrogen ion generation reaction that does not produce metal cations. The inert anode accommodates the fraction of the total anode current (relative to the active anode) of the device such that metal cation generation (at the active anode) and hydrogen ion generation (at the inactive anode) are the desired ratios. This ratio may be based on the current efficiency of the plating reaction at the cathode (a workpiece or substrate such as a semiconductor wafer). The fraction of current delivered to the inert anode can be determined in various ways, such as the active anode and the relative electrolyte facing surface areas of the inert anode, by a circuit that divides the current between the anodes, and/or by the inert anode (again compared to the active anode). It can also be controlled according to the fraction of time it operates. In other words, an inert anode is available, but it may only be used to a limited, often at least in part, extent determined by the current efficiency of the plating onto the cathode. For example, an inert anode may only operate during 30% of the electroplating run.

본 개시의 일 양태는 디바이스의 제조 동안 기판 상에 금속을 전기도금하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 다음의 동작들: (a) (i) 기판 상에 금속을 전기도금하는 동안 기판을 홀딩하도록 구성된 캐소드 부분, (ii) 금속의 이온들을 포함하는 전기도금 용액, (iii) 활성 애노드, 및 (iv) 불활성 애노드를 포함하는, 전기도금 시스템에 전기도금 용액을 제공하는 단계; (b) 기판 상에 금속을 전기도금하기 위해 총 전류의 제 1 분율을 활성 애노드에 제공하는 단계; 및 (c) 기판 상에 금속을 전기도금하기 위해 총 전류의 제 2 분율을 불활성 애노드에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수도 있다. 이들 방법에서, 제 1 분율 및 제 2 분율은 각각 금속 도금의 분율들 및 기판에서 하나 이상의 기생 반응들을 근사화할 수도 있다. 또한, 총 전류의 제 1 분율을 제공하는 단계 및 총 전류의 제 2 분율을 제공하는 단계는 금속으로 하여금 기판 상에 전기도금되게 한다. One aspect of the present disclosure relates to a method of electroplating metal on a substrate during fabrication of a device. This method includes the following operations: (a) (i) a cathode portion configured to hold a substrate while electroplating a metal on the substrate, (ii) an electroplating solution comprising ions of the metal, (iii) an active anode, And (iv) providing an electroplating solution to the electroplating system comprising an inert anode; (b) providing a first fraction of the total current to the active anode to electroplate metal on the substrate; And (c) providing a second fraction of the total current to the inert anode for electroplating the metal on the substrate. In these methods, the first fraction and the second fraction may each approximate the fractions of metal plating and one or more parasitic reactions in the substrate. In addition, providing a first fraction of the total current and providing a second fraction of the total current causes the metal to be electroplated onto the substrate.

특정한 구현예들에서, 금속은 코발트이고, 그리고 활성 애노드는 코발트를 포함한다. 특정한 구현예들에서, 하나 이상의 기생 반응들은 수소 이온 환원을 포함한다. 특정한 구현예들에서, 전기도금 용액은 코발트 이온, 산, 보레이트 이온, 및 유기 도금 첨가제들을 포함한다.In certain embodiments, the metal is cobalt, and the active anode comprises cobalt. In certain embodiments, one or more parasitic reactions include hydrogen ion reduction. In certain embodiments, the electroplating solution includes cobalt ions, acids, borate ions, and organic plating additives.

본 개시의 일 양태는 디바이스의 제조 동안 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 시스템에 관한 것이다. 이러한 시스템은 다음의 엘리먼트들: (a) 애노드 부분 및 캐소드 부분을 포함하고, 기판 상에 금속을 전기도금하는 동안 캐소드 부분에 기판을 홀딩하도록 구성된 전기도금 셀; (b) 금속을 포함하는 활성 애노드; (c) 불활성 애노드; 및 (d) 제어기를 특징으로 할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 제어기는 (i) 기판 상에 금속을 전기도금하기 위해 총 전류의 제 1 분율을 활성 애노드에 제공하고, 그리고 (ii) 기판 상에 금속을 전기도금하기 위해 총 전류의 제 2 분율을 불활성 애노드에 제공하기 위한 인스트럭션들을 포함한다. 제 1 분율 및 제 2 분율은 각각 기판에서 금속 도금의 분율들 및 하나 이상의 기생 반응들을 근사화할 수도 있다. One aspect of the present disclosure relates to a system for electroplating metal onto a substrate during manufacture of a device. Such a system comprises the following elements: (a) an electroplating cell comprising an anode portion and a cathode portion, and configured to hold a substrate in the cathode portion while electroplating metal on the substrate; (b) an active anode comprising a metal; (c) an inert anode; And (d) a controller. In some implementations, the controller (i) provides a first fraction of the total current to the active anode to electroplat metal on the substrate, and (ii) the control of the total current to electroplat metal on the substrate. Include instructions to provide 2 fractions to the inert anode. The first fraction and the second fraction may each approximate the fractions of metal plating on the substrate and one or more parasitic reactions.

일부 실시예들에서, 전기도금 시스템은 애노드 부분과 캐소드 부분 사이에, 그리고 애노드 부분 및 캐소드 부분의 전기도금 용액 간 이온 연통을 위한 경로를 제공하도록 구성된 이온 전달 분리기를 더 포함한다. 이온 전달 분리기는 양이온 교환 멤브레인을 포함할 수도 있다. 특정한 구현예들에서, 전기도금 셀은 하나 이상의 보조 캐소드들을 포함할 수도 있는, 하나 이상의 보조 전극 챔버들을 부가적으로 포함한다. In some embodiments, the electroplating system further includes an ion transfer separator configured to provide a path for ion communication between the anode portion and the cathode portion, and between the anode portion and the electroplating solution of the cathode portion. The ion transfer separator may also include a cation exchange membrane. In certain implementations, the electroplating cell additionally includes one or more auxiliary electrode chambers, which may include one or more auxiliary cathodes.

일부 실시예들에서, 디바이스는 집적 회로 (integrated circuit) 일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 금속은 구리 및/또는 코발트일 수도 있다.In some embodiments, the device may be an integrated circuit. In some embodiments, the metal may be copper and/or cobalt.

이들 및 다른 특징들이 연관된 도면들을 참조하여 이하에 기술될 것이다.These and other features will be described below with reference to the associated drawings.

예시적인 실시예들은 도면들과 함께 이제 기술될 것이다.
도 1은 예시적인 도금 전해질, 또는 전기도금 용액, 재순환 및/또는 도징 시스템의 개략도이다.
도 2는 예를 들어, 반투과 멤브레인을 통해 선택적으로 금속 이온들의 이동을 도시하는, 전기도금 배스-측 vs. 금속 이온 분할 효과를 예시한다.
도 3a 내지 도 3c는 시스템으로 보충 또는 이차, 전기도금 용액의 도입 없이 전기도금 배스 농도 경향들을 예시하는 다양한 그래프들을 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 예를 들어, 산을 보충하기 위한 산 도즈, 및 코발트 이온 농도 [CO2+] 를 제어하기 위한 탈이온 (DI) 수 도즈를 사용한 전기도금 배스 농도 경향들을 예시하는 다양한 그래프들을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 전기도금 시스템의 애노드 부분에 모두 위치된 불활성 애노드 및 활성 애노드를 갖는 예시적인 시스템을 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 전기도금 셀 동작의 일부 동안 불활성 애노드로서 역할하는 보조 캐소드를 갖는 예시적인 시스템을 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 보조 캐소드와 함께 사용된 불활성 애노드를 갖는 예시적인 시스템을 도시한다.
도 8은 예시적인 전착 (electrodeposition) 장치의 평면도의 개략도를 도시한다.
도 9는 대안적인 예시적인 전착 장치의 평면도의 개략도를 도시한다.
도 10은 불활성 애노드 및 활성 애노드 모두 애노드 챔버에 존재하는 전기도금 셀의 단면도를 도시한다.
Exemplary embodiments will now be described in conjunction with the drawings.
1 is a schematic diagram of an exemplary plating electrolyte, or electroplating solution, recirculation and/or dosing system.
Figure 2 is an electroplating bath-side vs. The metal ion splitting effect is illustrated.
3A-3C show various graphs illustrating electroplating bath concentration trends without supplemental or secondary, electroplating solution introduction into the system.
4A-4C are various graphs illustrating electroplating bath concentration trends using, for example, an acid dose to replenish an acid, and a deionized (DI) water dose to control the cobalt ion concentration [CO 2+ ]. Show them.
5A and 5B show an exemplary system with an inert anode and an active anode positioned both in the anode portion of the electroplating system.
6A and 6B illustrate an exemplary system with an auxiliary cathode serving as an inert anode during part of the electroplating cell operation.
7A and 7B show an exemplary system with an inert anode used with an auxiliary cathode.
8 shows a schematic diagram of a top view of an exemplary electrodeposition device.
9 shows a schematic diagram of a top view of an alternative exemplary electrodeposition device.
10 shows a cross-sectional view of an electroplating cell present in an anode chamber with both an inert anode and an active anode.

이하의 기술에서, 다수의 구체적인 상세들이 제시된 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 진술되었다. 개시된 실시예들은 이들 구체적인 상세들 중 일부 또는 전부가 없이 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 공지의 프로세스 단계들은 개시된 실시예들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다. 개시된 실시예들이 특정한 실시예들과 함께 기술될 것이지만, 개시된 실시예들을 제한하도록 의도되지 않았다는 것이 이해될 것이다.In the following description, a number of specific details have been set forth to provide a thorough understanding of the presented embodiments. The disclosed embodiments may be practiced without some or all of these specific details. In other instances, well-known process steps have not been described in detail so as not to unnecessarily obscure the disclosed embodiments. While the disclosed embodiments will be described in conjunction with specific embodiments, it will be understood that they are not intended to limit the disclosed embodiments.

도입 및 배경Introduction and background

전기도금 시스템에서 사용된 전기도금 용액의 조성 및 농도의 제어는 전기화학적 증착 프로세스의 성능에 중요할 수도 있다. 통상적으로, 미리 결정된 전기도금 용액에 복수의 컴포넌트들이 있다. 예를 들어, 웨이퍼 상에 구리의 증착을 위해 사용된 전기도금 용액의 조성은 가변할 수도 있지만, 황산, 구리 염 (예를 들어, CuSO4), 염화 이온, 및 유기 첨가제들의 혼합물을 포함할 수도 있다. 코발트 증착의 경우, 전기도금 용액의 조성은 황산, 보론산, 코발트 염 (예를 들어, CoSO4), 및 유기 첨가제들의 혼합물을 포함할 수도 있다. 전기도금 용액의 조성은 웨이퍼의 내부 피처들 또는 웨이퍼의 필드 내, 예를 들어, 웨이퍼 상 또는 웨이퍼 내에 형성된 피처들이 없는 영역의 전기도금의 레이트 및 균일도를 밸런싱하도록 선택된다. 도금 프로세스 동안, 코발트 염은 코발트 양이온의 소스로서 역할을 하고, 또한 전기도금 용액에 전도도를 제공한다; 또한, 특정한 실시예들에서, 황산은 전하 캐리어들로서 수소 이온들을 제공함으로써 전기도금 용액 전도도를 향상시킨다. 또한, 일반적으로 당업계에 가속화제들, 억제제들, 및/또는 평탄화제들로 공지된, 유기 첨가제들이 상이한 표면들 및 웨이퍼 피처들 상에서 코발트 증착 레이트를 선택적으로 향상시키거나 억제할 수 있다. 보론산은 전기도금 용액을 완충하는데 유용하다. Control of the composition and concentration of the electroplating solution used in the electroplating system may be important to the performance of the electrochemical deposition process. Typically, there are a plurality of components in a predetermined electroplating solution. For example, the composition of the electroplating solution used for the deposition of copper on a wafer may vary, but may contain a mixture of sulfuric acid, copper salts (e.g. CuSO 4 ), chloride ions, and organic additives. have. In the case of cobalt deposition, the composition of the electroplating solution may include a mixture of sulfuric acid, boronic acid, a cobalt salt (eg CoSO 4 ), and organic additives. The composition of the electroplating solution is selected to balance the rate and uniformity of the electroplating in an area without features formed on or within the wafer's internal features or within the field of the wafer, for example. During the plating process, the cobalt salt serves as a source of cobalt cations and also provides conductivity to the electroplating solution; Also, in certain embodiments, sulfuric acid improves electroplating solution conductivity by providing hydrogen ions as charge carriers. In addition, organic additives, generally known in the art as accelerators, inhibitors, and/or leveling agents, can selectively enhance or inhibit the rate of cobalt deposition on different surfaces and wafer features. Boronic acid is useful for buffering electroplating solutions.

반투과 멤브레인에 의한 전기도금 셀의 애노드성 영역 및 캐소드성 영역의 분리는 전기도금 동안 애노드에서 그리고 캐소드에서 발생하는 화학적 프로세스들이 양립하지 않을 수도 있기 때문에 바람직할 수도 있다. 예를 들어, 동작 동안 용해되지 않는 입자들이 애노드 상에 형성될 수도 있다. 이러한 용해되지 않는 입자들로부터 웨이퍼의 보호는 웨이퍼 상에서 수행된 후속 금속 증착 프로세스들과 이러한 입자들의 간섭을 방지하기 위해 바람직하다. 또한, 도금 셀의 캐소드 부분으로 유기 첨가제들의 제한은 또한 이러한 첨가제들이 애노드와 콘택트하고 그리고/또는 반응하는 것을 방지하기 위해 바람직할 수도 있다. 적합한 분리 멤브레인이 이온들의 플로우, 따라서 도금 셀의 애노드성 영역과 캐소드성 영역 사이의 전류를 허용할 수도 있지만, 분리 멤브레인을 통한 통과로부터 원치 않은 입자들 및/또는 유기 첨가제들을 여전히 제한한다. 따라서, 전착 동안 분리 멤브레인의 사용은 분리 멤브레인을 구비한 도금 셀의 캐소드성 영역 및 애노드성 영역에 상이한 화학적 분위기들을 생성할 것이다. 도금 셀의 애노드성 영역에 담긴 전해질은 "양극액"으로 지칭될 수도 있다. 유사하게, 도금 셀의 캐소드성 영역에 담긴 전해질은 "음극액"으로 지칭될 수도 있다.Separation of the anodic and cathodic regions of the electroplating cell by a semi-permeable membrane may be desirable because the chemical processes occurring at the anode and at the cathode during electroplating may not be compatible. For example, particles that do not dissolve during operation may form on the anode. Protection of the wafer from these undissolved particles is desirable to prevent interference of these particles with subsequent metal deposition processes performed on the wafer. In addition, restriction of organic additives to the cathode portion of the plating cell may also be desirable to prevent these additives from contacting and/or reacting with the anode. While a suitable separating membrane may allow the flow of ions and thus a current between the anodic and cathodic regions of the plating cell, it still restricts unwanted particles and/or organic additives from passage through the separating membrane. Thus, the use of a separation membrane during electrodeposition will create different chemical atmospheres in the cathodic region and the anodic region of the plating cell equipped with the separation membrane. The electrolyte contained in the anodic region of the plating cell may be referred to as “anolyte”. Similarly, the electrolyte contained in the cathodic region of the plating cell may be referred to as “catholyte”.

캐소드성 영역으로부터 애노드성 영역을 분리하기 위해 멤브레인을 갖는 전기도금 장치는 전체가 본 명세서에 참조로서 인용된 명칭이 "Copper Electroplating Apparatus"인 Msyer 등의 미국 특허 제 6,527,920 호에 더 상세히 기술된다. 상기 논의된 바와 같이, 이러한 분리 멤브레인은 전류로 하여금 애노드성 영역과 캐소드성 영역 사이로 흐르게 하지만, 이온의 타입에 따라 전류 플로우를 선택적으로 제한하도록 더 구성될 수도 있다. 즉, 음극액과 양극액을 분리하는 멤브레인은 상이한 타입들의 이온들에 대한 선택도를 입증할 수도 있다. 예를 들어, Cu 또는 Co 도금 적용예를 위해, 분리 멤브레인은 구리 또는 코발트 이온들, 예를 들어, Cu2 +, Cu+ 또는 Co2 +의 통과 레이트보다 빠르게 수소 이온들 (H+) 의 통과를 허용할 수도 있다. 멤브레인의 선택도에 따라, 특정한 타입들의 이온들 또는 전류의 가동성 (mobility) 은 보다 일반적으로 예를 들어, Cu2 + 농도와 H+ 농도 사이의 특정한 몰 비가 달성될 때까지, 수소 이온들에 의해 주로 반송될 수도 있다. 이 비가 달성된 후, 전기화학적 셀의 애노드성 부분의 Cu2 + 및 산 농도가 안정화되도록 구리 이온들 및 수소 이온들이 멤브레인을 가로질러 비례적으로 전류를 반송하기 시작할 수도 있다. 따라서, 구리 이온들과 수소 이온들 사이의 특정한 몰 비가 달성될 때까지, 수소 이온들이 이들 조건들 하에서 메인 전류 캐리어들이기 때문에, 양극액의 산성 컴포넌트가 연속해서 공핍될 수도 있다. 양극액의 산성 컴포넌트의 공급과 동시에, 구리 염의 농도는 특히 구리 함유 애노드가 사용될 때, 상승된다. 상기 효과, 예를 들어, 구리 염의 같은 정도의 상승과 함께 양극액으로부터 산의 공핍은 애노드 챔버 내부에서 발생하는 "산/금속 이온 분할 효과", 또는 산이 시간 기간에 따라 애노드에서 공핍되기 때문에 "애노드 챔버 공핍 효과"로서 당업계에서 지칭될 수도 있다. An electroplating apparatus having a membrane for separating the anodic region from the cathodic region is described in more detail in US Pat. No. 6,527,920 to Msyer et al. entitled “Copper Electroplating Apparatus”, which is incorporated herein by reference in its entirety. As discussed above, this separating membrane allows electric current to flow between the anodic and cathodic regions, but may be further configured to selectively limit the current flow depending on the type of ions. That is, the membrane separating the catholyte from the anolyte may demonstrate selectivity for different types of ions. For example, for Cu or Co plating applications, the separating membrane allows the passage of hydrogen ions (H + ) faster than the rate of passage of copper or cobalt ions, for example Cu 2 + , Cu + or Co 2 + You can also allow Depending on the selectivity of the membrane, the mobility of certain types of ions or current is more generally by hydrogen ions, for example, until a certain molar ratio between the Cu 2 + concentration and the H + concentration is achieved. It can also be mainly conveyed. After the ratio has been achieved, the sex of the anode portion of the electrochemical cell, Cu 2 +, and acid concentration of the copper ions and hydrogen ions to be stabilized may also begin to carry the current proportionally across the membrane. Thus, until a certain molar ratio between copper ions and hydrogen ions is achieved, since the hydrogen ions are the main current carriers under these conditions, the acidic component of the anolyte may be continuously depleted. Simultaneously with the supply of the acidic component of the anolyte, the concentration of the copper salt rises, especially when a copper containing anode is used. This effect, for example, the depletion of acid from the anolyte with the same degree of rise of the copper salt is the “acid/metal ion splitting effect” occurring inside the anode chamber, or “anode because the acid is depleted at the anode over time. It may also be referred to in the art as "chamber depletion effect".

상기 기술된 산/금속 분할 프로세스들은 또한 도금 시스템 상에서 몇몇 바람직하지 않은 부작용들을 의도치 않게 발생시킬 수도 있다. 몇몇 이러한 부작용들은 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된, 명칭이 "Control of Electrolyte Composition in Copper Electroplating Apparatus"인 Buckalew 등의 미국 특허 제 8,128,791 호 (본 명세서에서 791 특허) 에 기술된다. 바람직하지 않은 부작용들은 전기도금 용액으로부터 과잉 염의 애노드 챔버 내부 애노드 표면 상으로 잠재적인 결정화, 또는 침전을 포함한다. 또한, 장치의 애노드성 부분 및 캐소드성 부분 사이에 압력 경사 (gradient) 를 생성함으로써 전기-삼투 효과로 인해 물이 멤브레인을 가로질러 스며들 수도 있고, 이는 궁극적으로 멤브레인 손상 및 고장을 야기할 수도 있다. 미국 특허 제 8,128,791 호는 도금 전해질로 애노드 챔버를 빈번하게 보충함으로써 애노드성 전해질 조성을 제어하는 방식들을 기술한다. 이러한 프로세스는 "블리드 및 피드"로서 당업계에서 지칭될 수도 있다. 블리드 및 피드에 대한 대안으로서, 희석된 전해질이 도금 셀의 애노드 챔버 내로 첨가될 수도 있다.The acid/metal splitting processes described above may also unintentionally cause some undesirable side effects on the plating system. Some of these side effects are described in US Pat. No. 8,128,791 to Buckalew et al. (791 patent herein) entitled “Control of Electrolyte Composition in Copper Electroplating Apparatus”, which is incorporated herein by reference in its entirety. Undesirable side effects include potential crystallization, or precipitation, of excess salt from the electroplating solution onto the anode surface inside the anode chamber. In addition, water may seep across the membrane due to the electro-osmotic effect by creating a pressure gradient between the anodic and cathodic parts of the device, which may ultimately lead to membrane damage and failure. . U.S. Patent No. 8,128,791 describes ways to control the anodic electrolyte composition by frequently replenishing the anode chamber with a plating electrolyte. This process may also be referred to in the art as “bleed and feed”. As an alternative to bleed and feed, diluted electrolyte may be added into the anode chamber of the plating cell.

상기 기술된, 산 및 양이온 분할 효과는 전기도금 셀의 캐소드성 측면 상에서 바람직하지 않은 전기도금 용액 농도 등락 (fluctuation) 을 또한 생성할 수도 있고, 이는 결국, 전기도금 프로세스 성능에 영향을 줄 수도 있다. 몇몇 예들이 이하에 기술된다.The acid and cation splitting effects, described above, may also create undesirable fluctuations in electroplating solution concentration on the cathodic side of the electroplating cell, which in turn may affect the electroplating process performance. Some examples are described below.

분할 효과 (partition effect) 에 더하여, 시스템의 애노드 부분 및 캐소드 부분의 농도 변화들은 전기도금 전류 비효율들로부터 발생할 수도 있다. 전류 효율은 캐소드에 의해 수용된 총 전류의 백분율로서 금속 도금 (Me+ + e → Me) 전류를 규정한다. 비효율도는 채용된 전기화학물질의 함수이다. 구리가 일반적으로 고전류 효율들 (100 %에 도달) 로 반도체 기판들 상에 도금되는 한편, 코발트는 일반적으로 상당히 보다 낮은 전류 효율들 (예를 들어, 약 50 내지 90 %) 로 이러한 기판들 상에 도금된다. 코발트 도금 프로세스에서, 도금 전류 효율은 기판 표면에서 양성자들의 능력에 의해 주로 결정된다. 도금 전류 비효율들은 따라서 보다 낮은 도금 전류 밀도들에서, 전류의 상당한 부분이 표면 상의 수소 이온 환원에 의해 반송되기 때문에, 보다 낮은 전류 밀도들에서 증대될 수도 있다. In addition to the partition effect, concentration changes in the anode and cathode portions of the system may result from electroplating current inefficiencies. The current efficiency defines the metal plating (Me + + e → Me) current as a percentage of the total current received by the cathode. Inefficiency is a function of the employed electrochemical. While copper is generally plated on semiconductor substrates with high current efficiencies (reaching 100%), cobalt is usually plated on these substrates with significantly lower current efficiencies (e.g., about 50 to 90%). Plated. In the cobalt plating process, the plating current efficiency is mainly determined by the ability of protons at the substrate surface. Plating current inefficiencies may thus increase at lower plating current densities, since a significant portion of the current is carried by hydrogen ion reduction on the surface.

상술하면, 금속 도금 프로세스의 전류 효율은 금속 증착 (주로 Me+ + e → Me) 과 수소 이온 환원 (H+ + e → H2) 사이의 경합을 나타낸다. 반응 각각은 환원 전위를 특징으로 할 수도 있고; 환원 전위가 보다 포지티브일수록, 보다 용이하게 반응이 진행된다. 3 개의 관련 반응들을 고려하면, 표준 환원 전위들은: Cu2 + + 2e → Cu, 0.337 V; 2H+ + 2e → H2, 0 V; Co2 + + 2e → Co, -0.28 V이다. 구리 증착 반응에서, Cu 증착은 수소 이온 환원에 비해 열역학적으로 바람직하여, 증착 반응의 전류 효율이 통상적으로 상대적으로 높다. 그러나, 구리 이온들이 인가된 전류 밀도에 의해 지시되는 총 증착 레이트보다 낮은 레이트로 공급될 때, 전류 효율은 하락된다. 한계 전류를 벗어날 수도 있는, 고 전류들에서, 구리 도금 전류 효율이 하락된다. 코발트 증착 프로세스들에서, 수소 이온 환원은 코발트 증착에 열역학적으로 유리하기 때문에, 수소 이온들이 전체 증착 레이트에 비해 느리게 공급될 때 코발트를 도금하는 것의 전류 효율이 상승한다. 따라서 고 도금 전류들에서, 특히 상대적으로 저 산 농도 전해질들이 사용될 때, 코발트 전류 효율이 상승될 수도 있다.In detail, the current efficiency of the metal plating process represents the contention between metal deposition (mainly Me + + e → Me) and hydrogen ion reduction (H + + e → H 2 ). Each of the reactions may be characterized by a reduction potential; The more positive the reduction potential is, the easier the reaction proceeds. Considering the three related reactions, the standard reduction potentials are: Cu 2 + + 2e → Cu, 0.337 V; 2H + + 2e → H 2 , 0 V; Co 2 + + 2e → Co, -0.28 V. In the copper deposition reaction, Cu deposition is thermodynamically preferable compared to hydrogen ion reduction, so that the current efficiency of the deposition reaction is usually relatively high. However, when copper ions are supplied at a rate lower than the total deposition rate dictated by the applied current density, the current efficiency drops. At high currents, which may be outside the limit current, the copper plating current efficiency is degraded. In cobalt deposition processes, since hydrogen ion reduction is thermodynamically advantageous for cobalt deposition, the current efficiency of plating cobalt increases when hydrogen ions are supplied slowly compared to the overall deposition rate. Therefore, at high plating currents, especially when relatively low acid concentration electrolytes are used, the cobalt current efficiency may be increased.

예시적인 도금 반응에서, 금속 (예를 들어, Co) 은 다음 반응: Co → Co2 + + 2e를 통해 애노드로부터 제거된다. 그러나, 캐소드 표면에서, 금속 도금에 대해 100 %보다 낮은 도금 전류-효율로 인해, 2 개의 반응들: Co2 + + 2e → Co 및 2H+ + 2e → H2이 동시에 발생한다. 반응 각각에 의해 소비된 전류의 양이 도금 프로세스 설정들 사이에서 가변한다. 긴 기간에 걸쳐, (애노드에서 탈도금 (de-plating) 프로세스 및 캐소드에서 도금 프로세스의) 도금 배스 전해질에 대한 순 (net) 효과들은: (1) 캐소드에서 소비되는 것보다 애노드로부터 보다 많이 릴리즈되기 (release) 때문에 금속 이온 농도는 상승하고; (2) 산이 애노드로부터 공급되지 않고 캐소드 상에서만 소비되기 때문에 산 농도는 감소되고; (3) 보론 산이 반응에 활성으로 수반되지 않기 때문에 보론 산 농도가 변화되지 않는다는 것이다. 이는 도 3a 내지 도 3c에 예시된다. 산 금속 이온 분할 효과가 애노드 측면에서 발생하고 멤브레인을 통해 산에 의해 반송된 전하의 양이 상당하면, 금속 이온 및 산 농도는 훨씬 더 시프팅될 수 있다는 것을 주의한다. 그러나 일부 적용예들에서, 금속 이온 농도와 비교하여 훨씬 보다 낮은 산 농도로 인해, 분할 효과는 무시할 수 있게 된다. In an exemplary plating reaction, metal (eg Co) is removed from the anode via the following reaction: Co → Co 2 + + 2e. However, on the cathode surface, due to the plating current-efficiency lower than 100% for metal plating, two reactions: Co 2 + + 2e → Co and 2H + + 2e → H 2 occur simultaneously. The amount of current consumed by each of the reactions varies between plating process settings. Over a long period of time, the net effects on the plating bath electrolyte (of the de-plating process at the anode and the plating process at the cathode) are: (1) more released from the anode than is consumed at the cathode. (release) the metal ion concentration rises; (2) acid concentration is reduced because acid is not supplied from the anode and is consumed only on the cathode; (3) The boronic acid concentration does not change because boronic acid is not involved as an activity in the reaction. This is illustrated in FIGS. 3A to 3C. Note that if the acid metal ion splitting effect occurs on the anode side and the amount of charge carried by the acid through the membrane is significant, the metal ion and acid concentration can be shifted even further. However, in some applications, due to the much lower acid concentration compared to the metal ion concentration, the splitting effect becomes negligible.

도금 전해질로부터 산의 순 소비와 함께, 도금 배스로 산 첨가/도징 (dosing) 은 통상적으로 전기도금 시스템에서 구현된다. 금속 이온 농도는 또한 예를 들어, 전기도금 용액을 희석함으로써 제어되고; 일부 경우들에서 탈이온수 (deionized water) 가 첨가된다. 산 및 DI 수 모두의 도징 결과로서, 보론 산 농도가 하락된다. 이는 도 4a 내지 도 4c에 예시된다. 보론 산 (다른 금속 전기도금 용액에서 유사한 기능의 임의의 다른 컴포넌트) 이 금속 전기도금 프로세스에 대해 특정한 농도가 요구될 수도 있기 때문에, 이의 농도는 일부 메커니즘에 의해 상승되어야 한다. With the net consumption of acid from the plating electrolyte, acid addition/dosing to the plating bath is typically implemented in electroplating systems. The metal ion concentration is also controlled, for example by diluting the electroplating solution; In some cases deionized water is added. As a result of dosing of both the acid and DI water, the boronic acid concentration decreases. This is illustrated in Figures 4A-4C. Since boronic acid (any other component of similar function in other metal electroplating solutions) may require a specific concentration for the metal electroplating process, its concentration must be raised by some mechanism.

전기도금 시스템의 애노드 부분 및 캐소드 부분의 전기도금 용액의 조성을 제어하는 도징 및 유사한 모드들은 비용이 많이 들 수 있다. 전기도금 용액 컴포넌트들의 고 보충 레이트들은 도금 프로세스를 엄청나게 비용이 많이 들게 만들 수 있다.Dosing and similar modes of controlling the composition of the electroplating solution in the anode and cathode portions of the electroplating system can be expensive. High replenishment rates of electroplating solution components can make the plating process incredibly costly.

상기 논의된 현상을 이해하기 위해, 통상적인 전해질 관리 시스템이 도 1에 예시된다. 도시된 바와 같이, 전해질 관리 시스템 (100) 에서 몇 개의 주요 세그먼트들, 예를 들어, 애노드 용액 루프 (132) 및/또는 캐소드 용액 루프 (118) 가 있다. 통상적으로, 도금 셀 (148) 및 메인 캐소드 챔버 (122) 로 전기도금 용액을 제공하는 중앙 배스 (102) 가 있다. 중앙 배스 (102) 는 용액 재순환 루프 (도 1에 미도시) 를 포함한다. 부가적으로, 특정한 실시예들에서 또는 구성들에서, 중앙 배스는 또한 온도 제어부, 및 첨가제 도즈, 탈이온수 (DI) 도즈, 및 다른 활성 배스 컴포넌트들의 도즈를 위한 도즈 시스템을 가질 수도 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 중앙 배스 (102) 는 적절할 때 원치 않은 전기도금 용액을 제거하기 위해, 중앙 배스 (102) 로부터 멀어지는 인출 또는 오버플로우 라인 (146) 을 구비할 수도 있다. 더욱이, 도금 장치에서, 분리된 애노드성 부분 및 캐소드성 부분을 갖는 도금 셀 (148), 애노드성 부분, 예컨대 메인 애노드 챔버 (126) 는 전용 재순환 루프 (132), 및 도즈 라인 (도 1에 미도시), 및 오버플로우 및/또는 인출 라인 (도 1에 미도시) 을 가질 수도 있다. 이러한 구성에서, 메인 캐소드 챔버 (122) 는 중앙 배스 (102) 로부터 도금 전해질을 수용하고, 피드 라인 (112) 에 의해 도금 셀 (148) 을 향해 전해질을 순환시키고, 그리고 셀 및/또는 오버플로우 인출 라인 (142) 에 의해 중앙 도금 배스 (102) 로 다시 직접 오버플로우하도록 구성될 수도 있다. 당업자는 도 1에 도시된 구성은 예시이고 많은 다른 적합한 구성들이 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고 존재할 수도 있다는 것을 인식할 것이다. To understand the phenomenon discussed above, a typical electrolyte management system is illustrated in FIG. 1. As shown, there are several major segments in the electrolyte management system 100, for example the anode solution loop 132 and/or the cathode solution loop 118. Typically, there is a central bath 102 that provides an electroplating solution to the plating cell 148 and the main cathode chamber 122. The central bath 102 includes a solution recycle loop (not shown in FIG. 1). Additionally, in certain embodiments or configurations, the central bath may also have a temperature control, and a dose system for the dosing of additive doses, deionized water (DI) doses, and other active bath components. Further, in some embodiments, the central bath 102 may have a draw or overflow line 146 away from the central bath 102 to remove unwanted electroplating solution when appropriate. Moreover, in the plating apparatus, a plating cell 148 having separate anodic and cathodic portions, an anodic portion, such as a main anode chamber 126, has a dedicated recirculation loop 132, and a dose line (not shown in FIG. 1 ). City), and overflow and/or withdrawal lines (not shown in FIG. 1). In this configuration, the main cathode chamber 122 receives the plating electrolyte from the central bath 102, circulates the electrolyte toward the plating cell 148 by the feed line 112, and withdraws the cell and/or overflow. It may be configured to overflow directly back to the central plating bath 102 by line 142. Those of skill in the art will recognize that the configuration shown in FIG. 1 is exemplary and that many other suitable configurations may exist without departing from the scope of the present disclosure.

도 1에 도시된 전해질 관리 시스템 (100) 은 도금 셀 (148) 의 캐소드성 측면 또는 애노드성 측면 상에서 바람직하지 않은 전기도금 용액 농도 등락을 조절하기 위해 다양한 시스템 (100) 컴포넌트들로 이차, 또는 보충, 전해질을 공급하는 것에 관련한 시스템 (100) 의 변동들을 기술하도록 사용될 것이다. 일반적으로, 도 1에 도시된 시스템 (100) 은 특정한 실시예들에서, 전기도금 용액 저장부 (150) 에 담긴 배스 (102) 를 통해 서로 유체로 연통할 수도 있는, 캐소드 용액 루프 (118) 및 애노드 용액 루프 (132) 를 포함한다. 시스템 (100) 의 정상 동작 동안, 규정된 농도의 용액 내 금속 이온과 산을 갖는, 때때로 보충 용액이라고 하는, 인입 도금 전해질이 라인 (108) 을 통해 시스템 (100) 으로 제공된다. 다양한 조절 지점들 (110), 예컨대 밸브들, 압력, 및/또는 플로우 제어기들이 조절 지점 (110) 이 설치되는 라인을 통해 유체 플로우를 조절하도록, 라인 (108) 상 그리고/또는 유사한 다른 라인들에 설치될 수도 있다. 유사하게, 혼합 지점 (112) 이 인입 라인 (108) 으로부터 유체 플로우를 수용할 수도 있다. 혼합 지점들 (112) 은 유사하게 라인들 (108), 등을 통해 흐르는 유체의 양 및 전달을 조절하기 위해 시스템 (100) 전반에 필요에 따라 설치될 수도 있다.The electrolyte management system 100 shown in FIG. 1 is secondary, or supplemented, with various system 100 components to control undesirable electroplating solution concentration fluctuations on the cathodic side or the anodic side of the plating cell 148. , It will be used to describe variations in system 100 related to supplying electrolyte. In general, the system 100 shown in FIG. 1 is a cathode solution loop 118 and a cathode solution loop 118, which may be in fluid communication with each other through a bath 102 contained in an electroplating solution reservoir 150, in certain embodiments. And an anode solution loop 132. During normal operation of the system 100, an incoming plating electrolyte, sometimes referred to as a make-up solution, having a defined concentration of metal ions and acids in the solution is provided to the system 100 via line 108. Various control points 110, such as valves, pressure, and/or flow controllers, on line 108 and/or in other similar lines to regulate fluid flow through the line on which the control point 110 is installed. It can also be installed. Similarly, mixing point 112 may receive fluid flow from inlet line 108. Mixing points 112 may similarly be installed as needed throughout the system 100 to control the amount and delivery of fluid flowing through the lines 108, etc.

따라서, 인입 도금 전해질은 배스 (102) 를 홀딩하도록 의도된 저장부 (150) 에 축적하게 배스 (102) 로 들어가도록 조절 지점 (110) 을 통해 흐를 수도 있다. 특정한 실시예들에서, 유기 첨가제들은 라인 (104) 을 통해 배스 (102) 내로 흐른다. 유사하게, 탈이온수 (DI) 가 배스 (102) 의 다양한 컴포넌트들, 또는 성분들의 농도 레벨들을 조절하도록 라인 (106) 을 통해 배스 (102) 내로 흐를 수도 있다. 시스템 (100) 의 동작은 그 내부의 축적을 위해 도금 셀 (148) 의 캐소드 측면 (122) 을 향해 라인 (116) 을 통해 유체 배스 (102) 의 펌핑을 수반할 수도 있다. 특정한 실시예들에서, 캐소드 (128) 가 캐소드 측면 (122) 내에 적어도 부분적으로 담기고 (submerge) 애노드 (130) 에 전기적으로 접속될 수도 있고, 애노드는 전기 회로 (134) 를 완성하기 위해 애노드 측면 (126) 내로 담길 수도 있다. 또한, 전류 (또는 보다 정밀하게 전류를 반송하는 전자들) 는 일반적으로, 네거티브로 대전된 애노드 (130) 로부터 포지티브로 대전된 캐소드 (128) 로이다. 전류는 캐소드 측면, 또는 칸 (122) 내 산을 갖는 용액의 금속 이온들, 예를 들어, 코발트 이온들, Co2+의 반응을 구동하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 도금 셀 (148) 의 캐소드 측면 (122) 에 위치된 웨이퍼 (200) 상에 이러한 금속의 전기도금을 허용한다.Accordingly, the incoming plating electrolyte may flow through the adjustment point 110 to enter the bath 102 to accumulate in the reservoir 150 intended to hold the bath 102. In certain embodiments, organic additives flow through line 104 into bath 102. Similarly, deionized water (DI) may flow into bath 102 through line 106 to adjust the concentration levels of the various components, or components of bath 102. Operation of the system 100 may involve pumping the fluid bath 102 through line 116 towards the cathode side 122 of the plating cell 148 for accumulation therein. In certain embodiments, the cathode 128 may be at least partially submerge within the cathode side 122 and be electrically connected to the anode 130, the anode side to complete the electrical circuit 134 (126) It can also be contained within. Also, the current (or more precisely the electrons carrying the current) is generally from the negatively charged anode 130 to the positively charged cathode 128. The current drives the reaction of metal ions, e.g., cobalt ions, Co 2+ of a solution with an acid in the side of the cathode, or in the compartment 122, so that the plating cell 148, as shown in FIG. Allows electroplating of this metal on the wafer 200 located on the cathode side 122 of the.

캐소드 측면 (122) 으로부터 용액은 필요에 따라 셀 오버플로우, 또는 인출, 라인 (138) 을 통해 배스 (102) 로 다시 펌핑될 수도 있다. 유사하게, 애노드 측면 (126) 으로부터 용액은 필요에 따라 애노드 인출 라인 (142) 을 통해 또한 배스 (102) 로 펌핑될 수도 있다. 배스 (102) 로부터 오버플로우는 보다 일반적으로 배스 도즈 및 오버플로우 제어 루프 (144) 로 지칭될 수도 있는 배스 오버플로우, 인출, 라인 (146) 을 통해 간헐적으로 시스템 (100) 으로부터 펌핑될 수도 있다. 특정한 실시예들에서, 배스 도즈 및 오버플로우 제어 루프는 재순환 펌프 (미도시), 도즈 라인 (미도시), 배스 오버플로우 라인 (146), 및 온도 제어 장치 및/또는 메커니즘 (미도시) 을 포함할 수도 있다. 라인 (108) 을 통해 보충 용액을 공급하고 일차 전기도금 용액, 또는 배스 (102) 를 홀딩하는 저장부 (150) 로부터 전해질을 덤핑하는 것과 함께 블리드 및 피드 프로세스로서 역할을 한다.The solution from the cathode side 122 may be pumped back to the bath 102 via the cell overflow, or withdrawal, line 138 as needed. Similarly, solution from the anode side 126 may also be pumped to the bath 102 through the anode withdrawal line 142 as needed. The overflow from bath 102 may be intermittently pumped from system 100 via bath overflow, withdrawal, line 146, which may be more commonly referred to as bath dose and overflow control loop 144. In certain embodiments, the bath dose and overflow control loop includes a recirculation pump (not shown), a dose line (not shown), a bath overflow line 146, and a temperature control device and/or mechanism (not shown). You may. It serves as a bleed and feed process along with supplying the make-up solution via line 108 and dumping the electrolyte from the reservoir 150 holding the primary electroplating solution, or bath 102.

앞서 기술된 바와 같이, 도금 전해질의 캐소드성 측면 (122) 으로 공급 동안 고려해야 할 인자는 내부에 포함된 웨이퍼 상의 전기도금을 수행하기 위해 산 금속 음이온 분할 효과이다. 이 효과는 구리 도금 프로세스에서 관찰될 수 있고 다른 유사한 도금 시스템에 적용될 수도 있다. 도 2에 예시된 바와 같이, 애노드 상에, Cu 이온들, 예를 들어, 금속 이온들로 도시된, 또는 Me+이 Cu → Cu2 ++ 2e의 산화 반응을 통한 직류 전류의 통과로 인해 애노드성 용액 내로 탈도금된다 (de-plated). 캐소드 측면 (122) 상에, Cu2 + 이온들은 Cu2 + + 2e → Cu의 반응을 통해 용액으로부터 추출된다. 유사하게, 도금 전류의 많은 부분을 반송하는 산으로 인해, 애노드 측면 (126) 상에서 멤브레인 (124) 을 가로질러, 금속 이온이 풍부해진, 애노드성 전해질이 시간에 따라 산 또는 H+ 이온들을 천천히 공핍한다. 캐소드 측면 (122) 상에서, 그 내부에 포함된 웨이퍼 (200) 상에서 전기도금 또는 전착시 금속 이온들 (예를 들어, Cu 도금을 위한 제 2 구리 이온들) 이 용액으로부터 제거되기 때문에, 반면 분리 멤브레인을 가로질러 (애노드 챔버로부터 캐소드 챔버로) 흐르는 용액은 산 풍부이다. 언급된 바와 같이, 멤브레인을 통한 이온 이송은 구리 이온들보다 수소 이온들이 양호하다. 따라서, 그 내부의 산 농도가 상승하는 동안, 캐소드 측면 (122) 의 구리 이온 농도는 시간에 따라 하락할 것이다. 다른 곳에 기술된 바와 같이, 산 금속 이온 분할 효과는 애노드성 측면 (126) 으로 그리고/또는 많은 구성들에서 캐소드성 측면 (122) 과 유체로 연통하는, 배스 (102) 상으로 고 전해질 보충 레이트를 채택함으로써 방지될 수도 있다. 그러나 고 보충 레이트들은 전기도금 용액을 불필요하게 낭비할 수 있고 전기도금 장치의 동작 비용을 상승시킬 수 있다.As described above, a factor to be considered during the supply to the cathodic side 122 of the plating electrolyte is the acid metal anion splitting effect to perform electroplating on the wafer contained therein. This effect can be observed in the copper plating process and may be applied to other similar plating systems. As illustrated in FIG. 2, on the anode, as shown as Cu ions, e.g., metal ions, or due to the passage of a direct current through the oxidation reaction of Me + to Cu → Cu 2 + + 2e, the anode It is de-plated into the solution. On the cathode side 122, Cu 2 + ions are extracted from the solution through the reaction of Cu 2 + + 2e → Cu. Similarly, due to the acid carrying a large portion of the plating current, across the membrane 124 on the anode side 126, the anodic electrolyte, enriched with metal ions, slowly depletes acid or H + ions over time. do. On the cathode side 122, on the wafer 200 contained therein, since metal ions (e.g., secondary copper ions for Cu plating) are removed from the solution upon electroplating or electrodeposition, whereas the separation membrane The solution flowing across (from the anode chamber to the cathode chamber) is acid rich. As mentioned, ion transport through the membrane is better for hydrogen ions than for copper ions. Thus, while the acid concentration therein rises, the copper ion concentration of the cathode side 122 will decrease with time. As described elsewhere, the acid metal ion splitting effect results in a high electrolyte replenishment rate onto the bath 102, in fluid communication with the anodic side 126 and/or with the cathodic side 122 in many configurations. It can also be prevented by adopting it. However, high replenishment rates may unnecessarily waste the electroplating solution and increase the operating cost of the electroplating device.

산/금속 이온 분할 효과는 상대적으로 낮은 금속 이온 농도 (예를 들어, 약 5 g/l 이하) 를 갖는 전기도금 용액들에 상당한 영향을 가질 수도 있다. 이러한 용액들에서, 수십 리터 당 그램만큼 작은 농도 변화가 용액의 금속 이온의 전체 농도 및 따라서 전체 전기도금 성능에 상당한 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 타깃 구리 이온 농도가 약 2 g/l이고 농도 드리프트는 음극액으로부터 약 0.6 g/l의 구리를 공핍하면, 농도는 이제 30 %만큼 하락되고 도금 성능은 따라서 상당히 부정적인 영향을 경험할 수도 있다.The acid/metal ion splitting effect may have a significant effect on electroplating solutions having a relatively low metal ion concentration (eg, about 5 g/l or less). In such solutions, a change in concentration as small as grams per tens of liters can have a significant impact on the total concentration of metal ions in the solution and thus the overall electroplating performance. For example, if the target copper ion concentration is about 2 g/l and the concentration drift depletes about 0.6 g/l of copper from the catholyte, the concentration now drops by 30% and the plating performance may therefore experience a significant negative effect. have.

언급된 바와 같이, 상대적으로 저 산 농도 (예를 들어, 약 pH 2 내지 4) 를 채용하는 일부 시스템들에서, 분할 효과는 상당하지 않을 수도 있다. 그러나, 일부 이러한 시스템들 (예를 들어, 특정한 코발트 도금 시스템들) 은 저 금속 도금 효율을 나타낼 수도 있다. 코발트 도금의 관찰된 변동들은 도징이 전기도금 용액의 산 및 코발트 이온 농도를 제어하기 위해 채용된다고 가정하는, 도 4a 내지 도 4c에 도시된다. 언급된 바와 같이, 코발트 도금 전해질은 완충 용액으로서 코발트 염들, 술폰 산 (sulfuric acid), 유기 첨가제들, 및 보론 산을 포함할 수도 있다.As mentioned, in some systems that employ relatively low acid concentrations (eg, about pH 2-4), the splitting effect may not be significant. However, some such systems (eg, certain cobalt plating systems) may exhibit low metal plating efficiency. The observed fluctuations of cobalt plating are shown in Figures 4A-4C, assuming that dosing is employed to control the acid and cobalt ion concentration of the electroplating solution. As mentioned, the cobalt plating electrolyte may contain cobalt salts, sulfonic acid, organic additives, and boronic acid as a buffer solution.

도금 장치 상에서, 이는 모두 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된, 명칭이 "Method and Apparatus for Electroplating"인 Reid 등의 미국 특허 제 8,308,931 호 및 명칭이 "Method and Apparatus for Electroplating"인 Mayer 등의 미국 특허 제 8,475,644 호에 개시된 바와 같이, 보조 캐소드를 갖는 것이 때때로 바람직하다. 전해질 관리 시스템에서, 보조 캐소드, 또는 보조 애노드를 구현하는 것은 특정한 장점들을 제공한다. 보조 캐소드들은 보통 메인 캐소드 (도금 장치의 웨이퍼 기판) 와의 콘택트를 방지하도록 작은 격리된 챔버들 내에 포함되고, 이들은 보통 메인 캐소드 (웨이퍼 기판) 와 비교하여 보다 작은 사이즈이다. 때때로 보조 캐소드 챔버의 전해질에 대해 상이한 농도를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 때때로 보다 높은 전류가 보조 캐소드에 인가될 수 있도록, 보조 캐소드 챔버 내에서 보다 (메인 캐소드를 위한 도금 전해질에서보다) 높은 음이온 농도를 갖는 것이 바람직하다.On the plating apparatus, these are U.S. Patent No. 8,308,931 to Reid et al. entitled "Method and Apparatus for Electroplating", all of which are incorporated herein by reference in their entirety, and U.S. Patents such as Mayer et al., entitled "Method and Apparatus for Electroplating" As disclosed in 8,475,644, it is sometimes desirable to have an auxiliary cathode. In an electrolyte management system, implementing an auxiliary cathode, or auxiliary anode, provides certain advantages. The auxiliary cathodes are usually contained in small isolated chambers to prevent contact with the main cathode (wafer substrate of the plating apparatus), which are usually of a smaller size compared to the main cathode (wafer substrate). Sometimes it is desirable to have a different concentration for the electrolyte in the auxiliary cathode chamber. For example, it is desirable to have a higher anion concentration (than in the plating electrolyte for the main cathode) in the auxiliary cathode chamber so that sometimes higher currents can be applied to the auxiliary cathode.

본 개시는 코발트 및 구리 전기도금의 예들을 제시하지만, 본 개시는 이들 도금 적용예들로 제한되지 않는다. 본 명세서에 제시된 실시예들 및 개념들은 금속 도금 전류 효율이 100 %보다 낮은 임의의 금속 도금 시스템에 적용된다. 특정한 예들은 (수소 이온 환원 반응의 전위와 비교하여) 열역학적 전기도금 전위가 네거티브인 예들을 포함한다. 부가적으로, 개시된 실시예들 및 개념들은 수소 이온 환원이 금속 도금과 경쟁하는 주 반응인 도금 반응들뿐만 아니라, 기생 반응이 발생하는 임의의 도금 적용예에 적용된다. While the present disclosure presents examples of cobalt and copper electroplating, the present disclosure is not limited to these plating applications. The embodiments and concepts presented herein apply to any metal plating system where the metal plating current efficiency is lower than 100%. Specific examples include those in which the thermodynamic electroplating potential is negative (compared to the potential of the hydrogen ion reduction reaction). Additionally, the disclosed embodiments and concepts apply to plating reactions, where hydrogen ion reduction is the main reaction competing with metal plating, as well as to any plating application in which a parasitic reaction occurs.

정의들Definitions

이하의 용어들은 본 개시 전반에서 간헐적으로 사용된다:The following terms are used intermittently throughout this disclosure:

"기판" - 본 명세서에서, 용어들 "반도체 웨이퍼", "웨이퍼", "기판", "웨이퍼 기판" 및 "부분적으로 제조된 집적 회로"가 상호교환가능하게 사용된다. 당업자는 용어 "부분적으로 제조된 집적 회로"가 상부에서 집적 회로 제조의 임의의 많은 단계들 동안 실리콘 웨이퍼를 지칭할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 반도체 디바이스 산업계에서 사용된 웨이퍼 또는 기판은 통상적으로 200 ㎜, 또는 300 ㎜, 또는 450 ㎜의 직경을 갖는다. 또한, 용어들 "전해질", "도금 배스", "배스", 및 "도금 용액"은 상호교환가능하게 사용된다. 상세한 기술은 실시예들이 웨이퍼 상에서 구현된다고 가정한다. 그러나, 실시예들은 그렇게 제한되지 않는다. 워크피스는 다양한 형상들, 사이즈들, 및 재료들일 수도 있다. 반도체 웨이퍼들에 더하여, 개시된 실시예들의 장점을 취할 수도 있는 다른 워크피스들이 인쇄 회로 기판들, 자기 기록 매체, 자기 기록 센서들, 미러들, 광학 엘리먼트들, 마이크로-기계적 디바이스들, 등과 같은 다양한 물품들을 포함한다.“Substrate”-In this specification, the terms “semiconductor wafer”, “wafer”, “substrate”, “wafer substrate” and “partially fabricated integrated circuit” are used interchangeably. One of skill in the art will understand that the term “partially fabricated integrated circuit” can refer to a silicon wafer during any of the many stages of integrated circuit fabrication from above. Wafers or substrates used in the semiconductor device industry typically have a diameter of 200 mm, or 300 mm, or 450 mm. Further, the terms “electrolyte”, “plating bath”, “bath”, and “plating solution” are used interchangeably. The detailed description assumes that the embodiments are implemented on a wafer. However, the embodiments are not so limited. The workpiece may be of various shapes, sizes, and materials. In addition to semiconductor wafers, other workpieces that may take advantage of the disclosed embodiments include various articles such as printed circuit boards, magnetic recording media, magnetic recording sensors, mirrors, optical elements, micro-mechanical devices, etc. Includes them.

"금속" - 본 개시의 목적들을 위한, 기판 또는 웨이퍼 상으로 도금을 위해 바람직한, 재료 (원소, 화합물, 또는 합금). 예들은 구리, 코발트, 주석, 은, 니켈, 및 합금들 또는 이들 중 임의의 조합들을 포함한다. "Metal"-a material (element, compound, or alloy), preferred for plating onto a substrate or wafer, for the purposes of this disclosure. Examples include copper, cobalt, tin, silver, nickel, and alloys or any combination thereof.

"전기도금 셀" - 통상적으로 서로 반대편에 위치된, 애노드 및 캐소드를 하우징하도록 구성된 셀. 전기도금 셀의 캐소드 상에서 발생하는 전기도금은 전극 상에 박형의 응집성 금속 코팅을 형성하도록 용해된 금속 양이온들을 환원시키기 위해 전류를 사용하는 프로세스를 지칭한다. 특정한 실시예들에서, 전기도금 셀은 애노드를 하우징하기 위한 칸 및 캐소드를 하우징하기 위한 또 다른 칸의 2 개의 칸들을 갖는다. 특정한 실시예들에서, 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 반투과 멤브레인에 의해 분리되고 반투과 멤브레인은 이를 통해 이온 종의 농도들의 선택적인 이동을 허용한다. 멤브레인은 양이온 교환 멤브레인과 같은 이온 교환 멤브레인일 수도 있다. 일부 구현예들을 위해, Nafion™ (예를 들어, Nafion 324) 의 버전들이 적합하다. "Electroplated cell"-a cell configured to house an anode and a cathode, typically located opposite one another. Electroplating that occurs on the cathode of an electroplating cell refers to the process of using an electric current to reduce dissolved metal cations to form a thin, cohesive metal coating on the electrode. In certain embodiments, the electroplating cell has two compartments, a compartment for housing the anode and another compartment for housing the cathode. In certain embodiments, the anode chamber and the cathode chamber are separated by a semi-permeable membrane, through which the semi-permeable membrane allows selective movement of concentrations of ionic species. The membrane may be an ion exchange membrane such as a cation exchange membrane. For some implementations, versions of Nafion™ (eg, Nafion 324) are suitable.

"애노드 챔버" - 애노드를 하우징하도록 설계된 전기도금 셀 내 챔버. 애노드 챔버는 애노드를 홀딩하고 그리고/또는 애노드로의 하나 이상의 전자적 접속들을 제공하기 위한 지지부를 포함할 수도 있다. 애노드 챔버는 반투과 멤브레인에 의해 캐소드 챔버로부터 분리될 수도 있다. 애노드 챔버 내 전해질은 때때로 양극액으로서 지칭된다. "Anode Chamber"-A chamber in an electroplating cell designed to house an anode. The anode chamber may include a support for holding the anode and/or providing one or more electronic connections to the anode. The anode chamber may be separated from the cathode chamber by a semi-permeable membrane. The electrolyte in the anode chamber is sometimes referred to as an anolyte.

"캐소드 챔버" - 캐소드를 하우징하도록 설계된 전기도금 셀 내 챔버. 본 개시의 맥락에서 종종, 캐소드는 복수의 부분적으로 제조된 반도체 디바이스들을 갖는 실리콘 웨이퍼와 같은 웨이퍼와 같은 기판이다. 캐소드 챔버 내 전해질은 때때로 음극액으로 지칭된다."Cathode Chamber"-A chamber in an electroplating cell designed to house a cathode. Often in the context of the present disclosure, the cathode is a wafer-like substrate such as a silicon wafer having a plurality of partially fabricated semiconductor devices. The electrolyte in the cathode chamber is sometimes referred to as catholyte.

"전기도금 용액 (또는 전기도금 배스 또는 도금 전해질)" - 종종 산 또는 염기와 같은 전도도 향상 컴포넌트를 갖는 용액에 용해된 금속 이온들의 용액. 용해된 양이온들 및 음이온들은 용매를 통해 균일하게 분산된다. 전기적으로, 이러한 용액은 중성이다. 전기 전위가 이러한 용액에 인가되면, 음이온들이 전자들의 결손을 갖는 전극으로 인출되는 동안, 용액의 양이온들은 풍부한 전자들을 갖는 전극으로 인출된다. “Electroplating solution (or electroplating bath or plating electrolyte)”—a solution of metal ions dissolved in a solution, often with a conductivity enhancing component such as an acid or a base. The dissolved cations and anions are uniformly dispersed through the solvent. Electrically, these solutions are neutral. When an electric potential is applied to this solution, cations of the solution are drawn to the electrode with abundant electrons, while the anions are drawn to the electrode with the defect of electrons.

"보충 용액 (Make-up solution)" - 통상적으로 일차 전기도금 용액의 모든 또는 거의 모든 컴포넌트들을 함유하는 전기도금 용액의 타입. 보충 용액은 우수한 전기도금 성능을 유지하도록 선택된, 목표된 범위들 내의 용액 컴포넌트들의 농도를 유지하기 위해 전기도금 용액에 제공된다. 이 접근방법은 용액 내 컴포넌트들의 농도들이 이하에 기술된 바와 같은 임의의 수의 인자들로 인해, 시간에 따라 가변하거나 드리프팅되기 때문에 사용된다. 보충 용액은 종종 블리드 및 피드 시스템의 "피드"로서 제공된다. 보충 용액 내 컴포넌트들의 농도들은 종종 이들 컴포넌트들에 대한 타깃 농도들과 유사하거나 동일하다. 일부 보충 용액들은 유기 도금 첨가제들을 포함하지 않는다. “Make-up solution”-a type of electroplating solution that typically contains all or almost all components of the primary electroplating solution. A replenishment solution is provided to the electroplating solution to maintain the concentration of the solution components within target ranges, selected to maintain good electroplating performance. This approach is used because the concentrations of the components in the solution vary or drift over time, due to any number of factors as described below. The make-up solution is often provided as a “feed” of the bleed and feed system. The concentrations of the components in the make-up solution are often similar or equal to the target concentrations for these components. Some supplemental solutions do not contain organic plating additives.

"재순환 시스템" - 후속 재사용을 위해 중앙 저장부 내로 다시 유체 물질들의 제공. 재순환 시스템은 전기도금 용액을 효과적으로 재사용하고 그리고 또한 용액 내 금속 이온들의 농도 레벨들을 목표된 대로 제어 및/또는 유지하도록 구성될 수도 있다. 재순환 시스템은 재순환을 구동하기 위해 펌프 또는 다른 메커니즘과 함께 파이프들 또는 다른 유체 도관들을 포함할 수도 있다. "Recirculation System"-provision of fluid materials back into the central reservoir for subsequent reuse. The recirculation system may be configured to effectively reuse the electroplating solution and also to control and/or maintain concentration levels of metal ions in the solution as desired. The recirculation system may include pipes or other fluid conduits with a pump or other mechanism to drive recirculation.

"타깃 농도" - 목표된 도금 성능을 달성하도록 사용된 전기도금 용액 내 금속 이온들 및/또는 다른 컴포넌트들의 농도 레벨. 다양한 실시예들에서, 보충 용액의 컴포넌트들은 타깃 농도들로 제공된다. "Target concentration"-the concentration level of metal ions and/or other components in the electroplating solution used to achieve the desired plating performance. In various embodiments, the components of the replenishment solution are provided at target concentrations.

"활성 애노드" - 전류가 애노드를 통과할 때 전기도금 용액에 금속 이온들을 공여하는 애노드. 전기도금 동안 용액에 코발트 이온들을 공여하는 코발트 금속 애노드는 활성 애노드의 일 예이다. 활성 애노드에서 발생하는 전기화학적 반응은 종종 Me → Me+ + e 의 형태이다 (애노드 금속이 용액 내에 원자가 +1 금속 이온들을 생성한다고 가정함). 활성 애노드는 전기도금 동안 소비된다. "Active anode"-An anode that donates metal ions to the electroplating solution as an electric current passes through the anode. A cobalt metal anode that donates cobalt ions to the solution during electroplating is an example of an active anode. The electrochemical reaction that occurs at the active anode is often in the form of Me → Me + + e (assuming that the anode metal produces valent +1 metal ions in solution). The active anode is consumed during electroplating.

"불활성 애노드" - 전류가 애노드를 통과할 때 전기도금 용액에 금속 이온들 또는 다른 재료를 공여하지 않는 애노드. 많은 시스템들에서, 백금 애노드은 불활성 애노드이다. 불활성 애노드에서 발생하는 전기화학적 반응의 일 예는 2 H2O → 4H+ + O2 + 4e이다. 불활성 애노드는 전기도금 동안 소비되지 않는다.“Inert anode”-An anode that does not donate metal ions or other material to the electroplating solution when current passes through the anode. In many systems, the platinum anode is an inert anode. An example of an electrochemical reaction occurring at an inert anode is 2 H 2 O → 4H + + O 2 + 4e. The inert anode is not consumed during electroplating.

g/l로 상술된 농도들은 용액의 일 리터 당 그램의 컴포넌트의 총 질량을 지칭한다. 예를 들어, 컴포넌트 A의 10 g/l의 농도는 컴포넌트 A를 함유하는 용액의 일 리터 볼륨에 10 그램의 컴포넌트 A가 존재한다는 것을 의미한다. g/l로 구리 이온 또는 코발트 이온과 같은 이온의 농도를 명시할 때, 농도 값은 용액의 단위 볼륨 당 이온 단독 (이온이 생성되는 염 또는 염들이 아니라) 의 질량을 지칭한다. 예를 들어, 2 g/l의 구리 이온 농도는 구리 이온이 용해가능한 용액의 리터 당 2 g의 구리 이온을 함유한다. 이는 용액의 리터 당 2 g의 구리 염 (예를 들어, 구리 황산염) 을 지칭하지 않고 달리 음이온의 질량을 지칭한다. 그러나, 황산, 메탄 술폰 산, 또는 붕산과 같은 산의 농도를 지칭할 때, 농도 값은 단위 볼륨 당 전체 산 (수소 및 음이온) 의 질량을 지칭한다. 예를 들어, 10 g/l의 황산을 갖는 용액은 용액의 리터 당 10 g의 H2SO4를 함유한다.The concentrations specified in g/l refer to the total mass of components in grams per liter of solution. For example, a concentration of 10 g/l of component A means that there are 10 grams of component A in one liter volume of a solution containing component A. When specifying the concentration of ions such as copper ions or cobalt ions in g/l, the concentration value refers to the mass of ions alone (not salts or salts from which ions are formed) per unit volume of solution. For example, a copper ion concentration of 2 g/l contains 2 g of copper ions per liter of solution in which the copper ions are soluble. This does not refer to 2 g of copper salt (eg copper sulfate) per liter of solution, but otherwise refers to the mass of anions. However, when referring to the concentration of an acid such as sulfuric acid, methane sulfonic acid, or boric acid, the concentration value refers to the mass of total acid (hydrogen and anion) per unit volume. For example, a solution with 10 g/l sulfuric acid contains 10 g H 2 SO 4 per liter of solution.

농도 값들을 명시할 때, "실질적으로 동일 (substantially same)"은 명시된 타깃 값으로부터 약 +/- 5 % 이내라는 것을 의미한다. 예를 들어, 2 g/l와 실질적으로 동일한 농도는 약 1.9 내지 2.1 g/l의 범위 내일 수도 있다. 그렇지 않으면, 농도 값들을 명시할 때, "상당히 벗어나는 (significantly deviate from)", "상당히 상이한 (is significantly different than)"은 보다 농축된 컴포넌트가 보다 덜 농축된 컴포넌트의 농도의 약 1.3 배 내지 50 배인 농도를 갖는다는 것을 의미한다는 것을 주의한다. 일부 경우들에서, (a) 이차 전기도금 용액 및 (b) 일차 전기도금 용액의 타깃 농도 또는 보충 용액의 컴포넌트의 농도 차는 약 5 내지 50 배이다. 예를 들어, 컴포넌트 A의 농도는 일차 전기도금 용액에서보다 이차 전기도금 용액에서 약 5 내지 50 배 더 크고, 그 반대도 된다. 다른 예에서, 컴포넌트 A의 농도는 일차 전기도금 용액에서보다 이차 전기도금 용액에서 약 5 내지 20 배 더 크고, 그 반대도 된다. 또 다른 예에서, 컴포넌트 A의 농도는 일차 전기도금 용액에서보다 이차 전기도금 용액에서 약 15 내지 30 배 더 크고, 그 반대도 된다.When specifying concentration values, "substantially same" means within about +/- 5% from the specified target value. For example, a concentration substantially equal to 2 g/l may be in the range of about 1.9 to 2.1 g/l. Otherwise, when specifying concentration values, "significantly deviate from", "is significantly different than" means that the more concentrated component is about 1.3 to 50 times the concentration of the less concentrated component. Note that it means to have a concentration. In some cases, the difference in the target concentration of (a) the secondary electroplating solution and (b) the primary electroplating solution or the concentration of components of the make-up solution is about 5 to 50 times. For example, the concentration of component A is about 5 to 50 times greater in the secondary electroplating solution than in the primary electroplating solution, and vice versa. In another example, the concentration of component A is about 5 to 20 times greater in the secondary electroplating solution than in the primary electroplating solution, and vice versa. In another example, the concentration of component A is about 15 to 30 times greater in the secondary electroplating solution than in the primary electroplating solution, and vice versa.

활성 애노드와 함께 불활성 애노드를 사용하는 전기도금 시스템들Electroplating systems using an inert anode with an active anode

이전에 기술된 바와 같이, 도금 전해질의 컴포넌트 농도 드리프트는 일반적일 수도 있다. 분리된 애노드성 부분과 캐소드성 부분을 갖는 도금 장치에 대해 특히 참이지만, 이 종류의 설계로 국한될 필요는 없다. 용인가능한 전기화학적 도금 성능을 보장하기 위해 용인가능한 레벨로 음극액 농도 및 양극액 농도를 모두 유지하기 위해, 전해질 농도를 제어하는 일반적인 접근방법은 고 전해질 보충 (replenish) (예를 들어, "블리드 및 피드") 레이트를 채택하는 것이다. 그러나, 이렇게 하는 것은 도금 프로세스들을 실행하는 동작 비용들을 상당히 상승시킬 수도 있고, 때때로 도금 프로세스를 엄청나게 고가가 되게 한다. 이에 더하여, 일부 경우들에서, 고 블리드 및 피드 레이트만의 적용 및 사용은 전기화학적 도금 성능 관련 문제들을 적절히 해결하지 않을 수도 있다. 사용될 수 있는 제 2 접근방법은 전해질의 컴포넌트 각각 및 모든 컴포넌트에 대해 별도의 도징을 갖는 것이다. 그러나, 이렇게 하는 것은 도징 알고리즘을 매우 복잡하게 할 수 있다. 부가적으로, 도금 전해질에 모든 컴포넌트의 도징은 도금 전해질의 모든 다른 컴포넌트들에 희석 효과를 생성할 것이다. 따라서, 도금 장치는 항상 도징/계산 상태에 처할 수 있다. 이에 따라, 이 접근방법은 일반적으로 방지된다.As previously described, the component concentration drift of the plating electrolyte may be general. This is particularly true for plating apparatuses having separate annodic and cathodic parts, but need not be limited to this kind of design. To keep both catholyte concentration and anolyte concentration at an acceptable level to ensure acceptable electrochemical plating performance, a common approach to controlling electrolyte concentration is high electrolyte replenish (eg, "bleed and Feed") rate is adopted. However, doing so may significantly increase the operating costs of executing plating processes, and sometimes makes the plating process extremely expensive. In addition, in some cases, the application and use of only high bleed and feed rate may not adequately address problems related to electrochemical plating performance. A second approach that can be used is to have a separate dosing for each and every component of the electrolyte. However, doing so can very complicate the dosing algorithm. Additionally, dosing all components to the plating electrolyte will create a dilution effect on all other components of the plating electrolyte. Thus, the plating apparatus can always be subjected to a dosing/counting state. Accordingly, this approach is generally avoided.

이 문제들을 해결하기 위한 일 접근방법은 "상호보완적인" 이차 전기도금 용액을 채택하는 것에 의해, 그리고 이에 따라 전기도금 용액 내 농도 드리프트를 최소화하는 동안, 보충 레이트를 상당히 감소시킨다. 이차 전해질을 적절히 설계함으로써, 이차 전해질의 사용은 이차 전해질을 채택하는 것이 도금 장치를 설정하고 실행하는 것에 상당한 부가적인 비용들에 기여하지 않도록 최소화될 수 있다. 본 출원은 2018년 10월 23일 출원되고 발명자들로서 Zhian He 등이 명명된, PCT 특허 출원 PCT/US2018/057105에 상술되고, 이는 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다. 이차 전해질의 사용은 불활성 애노드들을 채용하고 본 명세서에 기술된는 방법들 및 시스템들과 함께 선택가능하게 구현될 수도 있다. One approach to solving these problems is by adopting a "complementary" secondary electroplating solution, and thus reducing the replenishment rate considerably, while minimizing concentration drift in the electroplating solution. By properly designing the secondary electrolyte, the use of the secondary electrolyte can be minimized so that adopting the secondary electrolyte does not contribute significant additional costs to setting up and implementing the plating apparatus. This application is detailed in PCT patent application PCT/US2018/057105, filed on October 23, 2018 and named by Zhian He et al. as inventors, which is incorporated herein by reference in its entirety. The use of a secondary electrolyte employs inert anodes and may optionally be implemented with the methods and systems described herein.

본 명세서에 기술된 특정한 실시예들은 활성 애노드 및 불활성 애노드를 갖는 전기도금 셀들을 채용한다. 이들 셀들은 워크피스 캐소드 (예를 들어, 반도체 웨이퍼) 에서 도금 효율과 매칭 또는 근사화하도록 이온들을 생성 및/또는 소비하는 방식으로 활성 애노드 및 불활성 애노드를 동작시킨다 (또는 동작시키도록 구성된다). 예를 들어, 활성 애노드는 금속 이온들을 생성하도록 동작될 수도 있고 그리고 불활성 애노드는 수소 이온들을 생성하도록 동작될 수도 있다. 활성 애노드 및 불활성 애노드에 의해 생성된 금속 이온들 및 수소 이온들의 상대적인 양들은 각각 워크피스 상의 전기도금 동안 소비된 이들 이온들의 상대적인 양들과 매칭할 수도 있다. 활성 애노드 및 불활성 애노드는 2 개의 애노드들 사이에서 총 전류를 분할함으로써 이 결과를 생성하도록 제어될 수도 있다. 전류는 동시에 그리고/또는 상이한 시간들에 2 개의 전극들로 전달될 수도 있다. Certain embodiments described herein employ electroplated cells having an active anode and an inert anode. These cells operate (or are configured to operate) the active and inert anodes in a manner that generates and/or consumes ions to match or approximate the plating efficiency at the workpiece cathode (eg, a semiconductor wafer). For example, an active anode may be operated to generate metal ions and an inert anode may be operated to generate hydrogen ions. The relative amounts of metal ions and hydrogen ions produced by the active and inert anodes may each match the relative amounts of these ions consumed during electroplating on the workpiece. The active anode and the inactive anode may be controlled to produce this result by dividing the total current between the two anodes. Current may be delivered to the two electrodes simultaneously and/or at different times.

다양한 실시예들에서, 전기도금 셀은 (1) 워크피스 이외의 전극 표면 상의 도금에 의해 전기도금 용액으로부터 금속 이온들을 제거하고, 그리고/또는 (2) 용액에 금속 이온들을 제공하지 않는 전기화학적 반응에 의해 전기도금 용액에 수소 이온들을 부가하는 방식으로 동작된다. 동작 (1) 은 전기도금 용액 내 금속 이온들의 농도를 감소시키고 그리고 동작 (2) 는 전기도금 용액 내 수소 이온들의 농도를 상승시킨다. 동작 (1) 에서 금속이 도금될 수도 있는 전극의 예들은 (선택가능하게 다른 목적들을 위해 또한 사용되는) 보조 캐소드 및 활성 애노드를 포함한다. 활성 애노드 상으로 도금하기 위해, 전기도금 셀은 약간 역전; 즉, 캐소드로 일시적으로 변환하는, 네거티브 전위가 활성 애노드에 인가되는, 방식으로 동작된다. In various embodiments, the electroplating cell is an electrochemical reaction that (1) removes metal ions from the electroplating solution by plating on an electrode surface other than the workpiece, and/or (2) does not provide metal ions to the solution. By adding hydrogen ions to the electroplating solution. Operation (1) reduces the concentration of metal ions in the electroplating solution and operation (2) increases the concentration of hydrogen ions in the electroplating solution. Examples of electrodes to which metal may be plated in operation (1) include an auxiliary cathode and an active anode (optionally also used for other purposes). To plate onto the active anode, the electroplating cell is slightly inverted; That is, it operates in such a way that a negative potential is applied to the active anode, which temporarily converts to the cathode.

본 명세서에 개시된 전기도금 시스템들은 불활성 애노드와 활성 애노드 사이에서 전류를 분할하는 회로를 갖는 전력 공급부를 채용한다. 일부 구현예들에서, 2 개의 애노드들이 2 개의 상이한 전력 공급 유닛들에 의해 별도로 제어된다. 다른 구현예들에서, 2 개의 애노드들은 동일한 전력 공급부의 2 개의 분리된 채널들에 의해 제어된다. 일부 경우들에서, 애노드들은 동일한 전력 공급부의 동일한 채널에 의해 순차적으로 (분리된 시간들 또는 중첩되지만 구별된 시간들로) 제어된다. 전력 공급부가 구성되는 방법과 무관하게, 제어기는 불활성 애노드 및 활성 애노드로 전달된 애노드 전류의 상대적인 양들을 제어하도록 채용될 수도 있다. 상대적인 양들은 반도체 기판 상의 도금 반응의 전류 효율에 의해, 적어도 부분적으로 결정될 수도 있다. The electroplating systems disclosed herein employ a power supply with a circuit that divides the current between the inert anode and the active anode. In some implementations, the two anodes are controlled separately by two different power supply units. In other implementations, the two anodes are controlled by two separate channels of the same power supply. In some cases, the anodes are controlled sequentially (separate times or overlapping but distinct times) by the same channel of the same power supply. Regardless of how the power supply is configured, the controller may be employed to control the inert anode and the relative amounts of anode current delivered to the active anode. The relative amounts may be determined at least in part by the current efficiency of the plating reaction on the semiconductor substrate.

특정한 구현예들에서, 전기도금 시스템은 기판 상으로 코발트를 전기도금하도록 구성된다. 본 명세에 제시된 실시예들에서, 코발트 전기도금 용액들은 코발트 염 (예를 들어, 코발트 설페이트), 및 산 (예를 들어, 술폰 산), 보론 산, 유기 첨가제들, 및 탈이온수를 포함할 수도 있다. 이러한 컴포넌트들에 대한 통상적인 농도 범위들은 약 2 내지 40 g/l(Co2 +), 약 10 내지 40 g/l (H3BO3) (보론 산), 약 0.01 내지 0.1g 산 (예를 들어, 술폰 산), 및 약 20 내지 400 ppm 유기 도금 첨가제들을 포함한다.In certain implementations, the electroplating system is configured to electroplate cobalt onto a substrate. In the embodiments presented herein, the cobalt electroplating solutions may comprise a cobalt salt (e.g., cobalt sulfate), and an acid (e.g., sulfonic acid), boronic acid, organic additives, and deionized water. have. Typical concentration ranges for these components are about 2 to 40 g/l (Co 2 + ), about 10 to 40 g/l (H 3 BO 3 ) (boronic acid), about 0.01 to 0.1 g acid (e.g. For example, sulfonic acid), and about 20 to 400 ppm organic plating additives.

불활성 애노드를 사용함으로써, 금속 이온 생성 및 소비 레이트는 장기간 전기도금 배스 안정성을 제공하도록 밸런싱될 수도 있다. 이하의 3 개의 예들이 개념들을 더 상술한다. By using an inert anode, the rates of metal ion generation and consumption may be balanced to provide long term electroplating bath stability. The following three examples further elaborate the concepts.

전기도금 시스템의 Electroplating system 애노드Anode 부분에 모두 위치된 불활성 Inert, all located in part 애노드Anode 및 활성 And active 애노드Anode

도 5a에 예시된 바와 같이, 불활성 애노드가 도 1 및 도 2에 기술된 바와 같은 도금 장치에 제공된다. 이 예에서, 불활성 애노드는 애노드 루프 내부 어느 곳에 제공될 수도 있다. 입증 목적들을 위해, 도 5a에서, 불활성 애노드는 활성 애노드 주변에 위치된다. 이는 메인 캐소드로부터 기계적으로 분리될 수도 있다. 이는 선택가능하게 활성 애노드와 동시에 사용되는지 여부에 따라 활성 애노드에 전기적으로 접속될 수도 있다. 도 10을 참조하라. 단독으로 사용되면, 이 접근방법은 단순히 수소 이온들을 생성하도록 애노드 전류의 분율을 사용한다. 활성 애노드 및 불활성 애노드는 함께 활성 애노드가 단독으로 사용되면, 발생하는 것보다 캐소드의 전류 효율에 보다 가깝게 근사화하는 비로 금속 이온들 및 수소 이온들을 생성한다. 특정한 구현예들에서, 활성 애노드 및 불활성 애노드는 이들 이온들이 캐소드에서 소비되는 비와 실질적으로 동일한 비로 금속 이온들 및 수소 이온들을 생성한다.As illustrated in FIG. 5A, an inert anode is provided in the plating apparatus as described in FIGS. 1 and 2. In this example, the inert anode may be provided anywhere inside the anode loop. For demonstration purposes, in FIG. 5A, an inert anode is positioned around the active anode. It can also be separated mechanically from the main cathode. It may optionally be electrically connected to the active anode depending on whether it is used simultaneously with the active anode. See Figure 10. When used alone, this approach simply uses a fraction of the anode current to generate hydrogen ions. The active anode and the inert anode together produce metal ions and hydrogen ions at a ratio that approximates the current efficiency of the cathode more closely than would occur if the active anode was used alone. In certain embodiments, the active anode and the inactive anode produce metal ions and hydrogen ions at a ratio substantially equal to the ratio these ions are consumed at the cathode.

도금 프로세스 동안, 활성 애노드가 반응 Me → Me+ + e을 통해 전기도금 용액에서 금속 이온들을 생성하지만, 불활성 애노드는 다음 반응: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e을 구동하기 위해 총 전류의 일부를 사용한다. 캐소드 측면에서, 다음의 두 반응들: Me+ + e → Me, 및 2H+ + 2e → H2은 동시에 발생한다. 불활성 애노드에 의해 사용된 전류의 양을 캐소드 상에서 H2 방출 (evolution) 반응에 의해 소비된 전류의 양과 매칭하도록 적절하게 선택함으로써, 금속 이온 생성 레이트 및 소비 레이트는 매칭하도록 맞춤될 (tailor) 수 있다. 따라서 장기간에 걸쳐, 금속 이온 농도 드리프팅이 거의 없거나 전혀 없을 것이다. During the plating process, the active anode generates metal ions in the electroplating solution through reaction Me → Me + + e, but the inert anode is the total current to drive the following reaction: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e. Use some. On the cathode side, the following two reactions: Me + + e → Me, and 2H + + 2e → H 2 occur simultaneously. By appropriately selecting the amount of current used by the inert anode to match the amount of current consumed by the H 2 evolution reaction on the cathode, the metal ion generation rate and consumption rate can be tailored to match. . Thus, over the long term, there will be little or no metal ion concentration drifting.

산에 대해, 예를 들어, 2H2O → O2 + 4H+ + 4e에 의해 생성된 산이 전기도금 용액으로 릴리즈되면, 산 생성 레이트 및 소비 레이트는 또한 밸런싱될 것이다. For acid, if the acid produced by, for example, 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e is released into the electroplating solution, the acid production rate and consumption rate will also be balanced.

산 생성 반응이 또한 애노드액 및/또는 캐소드액으로 가스를 릴리즈함으로써 도금 프로세스에 영향을 줄 수 있는, 가스 (이 경우 O2) 를 생성하는 잠재적인 문제가 있다. 특정한 실시예들에서, 이러한 가스는 용액으로부터 벤팅되고, 전기도금 용액의 일부는 시스템으로부터 블리딩되고 그리고 산은 도징 프로세스에 의해 보충된다. 산 도징의 총량은 작을 수도 있고 금속 이온 또는 다른 컴포넌트 (예를 들어, 보론 산) 농도에서 상당한 농도 하락을 유발하지 않을 것이다. 대안적으로, 각각이 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된, 2011년 12월 13일 출원된, 미국 특허 번호 제 9,816,913 호 및 2013년 4월 24일 출원된 미국 특허 번호 제 9,816,196 호에 기술된 바와 같이 산소 제어 시스템을 사용함으로써, 산소가 시스템으로부터 제거될 수도 있다. There is a potential problem of producing a gas (O 2 in this case), where the acid production reaction can also affect the plating process by releasing the gas into the anolyte and/or catholyte. In certain embodiments, this gas is vented from the solution, a portion of the electroplating solution is bleed from the system and the acid is replenished by a dosing process. The total amount of acid dosing may be small and will not cause a significant drop in concentration in the concentration of metal ions or other components (eg, boronic acid). Alternatively, as described in U.S. Patent No. 9,816,913, filed December 13, 2011, and U.S. Patent No. 9,816,196, filed April 24, 2013, each of which is incorporated herein by reference in its entirety. Together, by using an oxygen control system, oxygen may be removed from the system.

애노드 루프에 불활성 애노드를 채택하는 접근방법들은 활성 애노드 및 불활성 애노드들이 (동시가 아니라) 상이한 시간들에 활성화되는 방식으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 기판 상으로 도금을 위한 전류 효율이 50 %보다 크다면, 메인 애노드는 웨이퍼 도금 다수에 대해 사용될 수도 있고; 그리고 이 시간 동안, 전기도금 용액은 제거되는 것보다 많은 금속 이온을 수용하고, 따라서 금속 이온 농도의 순 상승을 생성한다. 일단 금속 이온 농도가 트리거 (trigger) 레벨에 달하면, 불활성 애노드는 활성 애노드 대신 사용될 수도 있다. 이 시간 기간 동안, 전기도금 용액은 금속 이온들을 수용하지 않고 캐소드 상에서 금속 이온들을 소비한다. 따라서, 전기도금 용액 내 금속 이온의 순 손실이 있다. 활성 애노드들과 불활성 애노드들 사이를 교번함으로써, 금속 이온 농도는 장기간에 걸쳐 밸런싱될 수도 있다. 이는 도 5b에 예시된다. Approaches to employing an inert anode in the anode loop can be applied in such a way that the active anode and the inactive anode are activated at different times (not simultaneously). For example, if the current efficiency for plating onto a wafer substrate is greater than 50%, the main anode may be used for a number of wafer plating; And during this time, the electroplating solution receives more metal ions than is removed, thus producing a net increase in metal ion concentration. Once the metal ion concentration reaches the trigger level, an inert anode may be used in place of the active anode. During this period of time, the electroplating solution does not accept metal ions and consumes metal ions on the cathode. Thus, there is a net loss of metal ions in the electroplating solution. By alternating between active and inactive anodes, the metal ion concentration may be balanced over a long period of time. This is illustrated in FIG. 5B.

불활성 Inert 애노드로서As anode 역할하는Role 보조 assistant 캐소드Cathode

이 접근방법의 일 예가 도 6a 및 도 6b에 예시된다. 이 접근방법에서, 불활성 애노드는 캐소드 측면에 존재하고 특정한 시간들에서만, 종종 워크피스들이 홀더에 존재하지 않을 때, 애노드로서 동작한다 (전류를 통과시킨다). 특정한 구현예들에서, 불활성 애노드는 기판들 때 사이에 가끔 동작한다 (즉, 일 기판이 전기도금 용액으로부터 제거된 후 그리고 다음 순서의 기판이 전기도금 용액에 제공되기 전. 특정한 구현예들에서, 도금 프로세스 동안, 불활성 애노드는 비활성이고; 즉, 전기화학적 반응에 참여하지 않는다. 따라서, 도금 프로세스 동안, 애노드 측면 상 금속 이온 생성 레이트는 캐소드 측면 상 금속 이온 소비 레이트보다 높고; 즉, 전기도금 용액으로 금속 이온의 순 부가가 있다. An example of this approach is illustrated in FIGS. 6A and 6B. In this approach, the inert anode is on the side of the cathode and acts as an anode (passing current) only at certain times, often when the workpieces are not present in the holder. In certain implementations, the inert anode operates occasionally between substrates (ie, after one substrate is removed from the electroplating solution and before the next sequence of substrates is provided to the electroplating solution. In certain embodiments, During the plating process, the inert anode is inert; that is, it does not participate in the electrochemical reaction Therefore, during the plating process, the metal ion generation rate on the anode side is higher than the metal ion consumption rate on the cathode side; that is, into the electroplating solution There is a net addition of metal ions.

특정한 시간들에서, 통상적으로 기판 도금 동작들 외에 (예를 들어, 도금 후 웨이퍼 처리 (handling) 동안 또는 전기도금 셀에 대해 유휴 (idle) 시간 동안), 불활성 애노드가 턴온되고 (turn on), 그리고 활성 애노드는 캐소드로서 작용하도록 바이어스된다. 불활성 애노드에서, 금속 이온들을 생성하지 않고 또는 소비하지 않는, 2H2O → O2 + 4H+ + 4e의 반응이 발생한다. (이제 캐소드로서 작용하는) 애노드 측면 상에서, 반응 Me+ + e → Me이 프로세스가 전기도금 용액으로부터 금속 이온들을 소비하도록 발생한다. 이제 캐소드로서 역할을 하는, 활성 애노드에서 금속 도금의 고 전류 효율을 제공하는 조건들 하에서 이 "역" 도금 동작을 수행하여, 상기 반응들은 순 금속 이온 소비를 유발한다. 반응들은 또한 순 수소 이온 생성을 유발할 수도 있다. 이들 효과들은 이전 웨이퍼 도금 단계에서, 순 금속 이온 생성을 밸런싱하는 경향이 있다. 상대적으로 고 도금 전류에서 활성 애노드를 동작시키는 것은 Me+ + e → Me 반응에 대해 고 전류 효율을 생성하는 경향이 있다는 것을 주의한다. 특정한 코발트 전기도금 용액 조성들에 대해, 전류 효율은 전류가 약 1 내지 2 A (약 1.5 내지 3 ㎃/㎠) 범위일 때 80 내지 90 %에 달하고; 전류 효율은 전류가 약 4 내지 6 A (5 내지 9 ㎃/㎠) 의 범위 내일 때 100 %에 도달한다.At certain times, typically in addition to substrate plating operations (e.g., during wafer handling after plating or during idle time for the electroplating cell), the inert anode is turned on, and The active anode is biased to act as a cathode. At the inert anode, a reaction of 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e takes place, without generating or consuming metal ions. On the anode side (now acting as cathode), the reaction Me + + e → Me takes place so that the process consumes metal ions from the electroplating solution. Performing this "reverse" plating operation under conditions that now provide high current efficiency of metal plating at the active anode, serving as a cathode, the reactions leading to net metal ion consumption. Reactions may also lead to net hydrogen ion production. These effects tend to balance the production of pure metal ions in the previous wafer plating step. Note that operating the active anode at relatively high plating current tends to produce high current efficiencies for Me + + e → Me reactions. For certain cobalt electroplating solution compositions, the current efficiency reaches 80 to 90% when the current ranges from about 1 to 2 A (about 1.5 to 3 mA/cm 2 ); Current efficiency reaches 100% when the current is in the range of about 4 to 6 A (5 to 9 mA/cm 2 ).

특정한 전기도금 툴들 (예를 들어, CA, Fremont 소재의 Lam Research, Inc.로부터 입수가능한 툴들의 Sabre®군) 상에서, 하나 이상의 보조 캐소드들은 말단 효과를 해결하는 것을 돕도록 포함된다 (즉, 보조적인 도움이 기판의 면에 걸쳐, 특히 기판의 에지에서, 전류 균일도를 개선함). 특정한 실시예들에서, 보조 캐소드는 귀금속 코팅 (예를 들어 Pt) 을 포함한다. 이러한 전극들은 이 접근방법에서 불활성 애노드로서 사용될 수도 있다. 하나 이상의 보조 캐소드들을 갖는 전기도금 툴들의 예들은 2006년 8월 16일 출원된 미국 특허 번호 제 7,854,828 호; 2012년 4월 3일 출원된 미국 특허 번호 제 8,858,774 호; 및 2015년 6월 9일 출원된 미국 특허 출원번호 제 14/734,882 호에 제공되고, 각각은 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다. On certain electroplating tools (e.g., Sabre® family of tools available from Lam Research, Inc., Fremont, CA), one or more auxiliary cathodes are included to help address the end effect (i.e., auxiliary Help to improve the current uniformity across the face of the substrate, especially at the edge of the substrate). In certain embodiments, the auxiliary cathode comprises a noble metal coating (eg Pt). These electrodes can also be used as inert anodes in this approach. Examples of electroplating tools having one or more auxiliary cathodes are described in US Pat. No. 7,854,828, filed Aug. 16, 2006; US Patent No. 8,858,774, filed April 3, 2012; And US Patent Application No. 14/734,882, filed on June 9, 2015, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

전기도금 툴이 불활성 애노드로서 보조 캐소드를 채용하는 실시예들에서, 정상 도금 동안, 일부 금속은 보조 캐소드에 도금될 수도 있다. 그럼에도 불구하고 개시된 프로세스들은 이를 넘어 산 생성이 보조 캐소드 표면 상에서 일어나는 (2H2O → O2 + 4H+ + 4e), (탈도금 프로세스에 의해) 보조 캐소드로부터 금속이 스트립핑된 후에도 여전히 작동할 것이다. 동시에, 활성 애노드 표면 (이제 캐소드) 상에서, 금속 이온은 Me+ + e → Me 반응을 통해 소비된다. 따라서, 금속 이온의 순 소비가 발생한다. In embodiments where the electroplating tool employs an auxiliary cathode as the inert anode, during normal plating, some metal may be plated on the auxiliary cathode. Nevertheless, the disclosed processes will still work beyond this, even after the metal has been stripped from the secondary cathode (by the deplating process), where acid generation takes place on the secondary cathode surface (2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e). . At the same time, on the active anode surface (now the cathode), metal ions are consumed through the Me + + e → Me reaction. Thus, net consumption of metal ions occurs.

보조 assistant 캐소드와With cathode 함께 불활성 Inert together 애노드Anode

이 접근방법의 일 예가 도 7a 및 도 7b에 예시된다. 이 접근 방법에서, 불활성 애노드 및 보조 전극 모두가 사용된다. 정상 기판 도금 동안, 불활성 애노드 및 보조 캐소드 모두가 비활성이고 도금 프로세스에 수반되지 않는다. 따라서 이 도금 프로세스 동안, 애노드 측면 상의 금속 이온 생성 레이트는 캐소드 측면 상의 금속 이온 소비 레이트를 초과하고, 전기도금 용액은 금속 이온의 순 부가를 경험한다. 정상 기판 도금 프로세스 외에 (예를 들어, 도금 후 기판 처리 동안 또는 툴 유휴 시간 동안), 불활성 애노드가 턴온되고, 보조 캐소드는 캐소드로 작용하도록 바이어스된다. 불활성 애노드에서, 2H2O → O2 + 4H+ + 4e의 반응이 발생하고 전기도금 용액에서 금속 이온이 생성되지 않고 또는 소비되지 않는다. 보조 캐소드 측면에서, 반응 Me+ + e → Me이 발생하여 전기도금 용액으로부터 금속 이온들을 당긴다 (pull). 적절한 도금 시간 및 전류 (따라서 총 전기량 (coulomb)) 를 채용함으로써, 순 금속 이온 소비의 이 보충 프로세스는 이 정상 기판 도금 프로세스 동안 생성된 순 금속 이온을 밸런싱하는 경향이 있다. 장기간에 걸쳐, 2 개의 프로세스들 (정상 기판 도금 및 보충 금속 이온 소비) 은 전기도금 용액 내 금속 이온 농도를 안정화하는 경향이 있다. An example of this approach is illustrated in FIGS. 7A and 7B. In this approach, both an inert anode and an auxiliary electrode are used. During normal substrate plating, both the inert anode and auxiliary cathode are inactive and are not involved in the plating process. Thus, during this plating process, the metal ion generation rate on the anode side exceeds the metal ion consumption rate on the cathode side, and the electroplating solution experiences net addition of metal ions. In addition to the normal substrate plating process (eg, during substrate processing after plating or during tool idle time), the inert anode is turned on and the auxiliary cathode is biased to act as a cathode. At the inert anode, a reaction of 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e occurs and no metal ions are generated or consumed in the electroplating solution. On the secondary cathode side, a reaction Me + + e → Me occurs, pulling metal ions from the electroplating solution. By employing an appropriate plating time and current (and thus total coulomb), this supplemental process of net metal ion consumption tends to balance the net metal ions generated during this normal substrate plating process. Over the long term, the two processes (normal substrate plating and supplemental metal ion consumption) tend to stabilize the metal ion concentration in the electroplating solution.

장치Device

많은 장치 구성들이 본 명세서에 기술된 실시예들에 따라 사용될 수도 있다. 일 예시적인 장치는 도금으로 하여금 웨이퍼의 면 상에서 진행하게 하는 동안 도금 용액으로부터 웨이퍼의 후면을 시일링하는 클램쉘 픽스처 (clamshell fixture) 를 포함한다. 클램쉘 픽스처는 예를 들어, 웨이퍼의 베벨 위에 배치된 시일을 통해, 또는 예컨대 베벨 근방에 적용된 시일들과 함께 웨이퍼의 후면에 인가된 진공에 의해, 웨이퍼를 지지할 수도 있다. Many device configurations may be used in accordance with the embodiments described herein. One exemplary apparatus includes a clamshell fixture that seals the back side of the wafer from the plating solution while causing the plating to proceed on the side of the wafer. The clamshell fixture may support the wafer, for example, through a seal disposed over the bevel of the wafer, or by vacuum applied to the back side of the wafer, for example with seals applied near the bevel.

클램쉘 픽스처는 어느 정도 배스로 들어가야 하고 이는 웨이퍼의 도금 표면의 우수한 습식 (wetting) 을 가능하게 한다. 기판 습식 품질은 이로 제한되는 것은 아니지만, 클램쉘 회전 속도, 수직 입사 속도, 및 도금 배스의 표면에 대한 클램쉘의 각도를 포함하여 복수의 변수들에 의해 영향을 받는다. 이들 변수들 및 이들의 효과들은 본 명세서에 참조로서 인용된, 미국 특허 제 6,551,487 호에 더 논의된다. 특정한 구현예들에서, 전극 회전 레이트는 약 5 내지 125 RPM이고, 수직 입사 속도는 약 5 내지 300 ㎜/s이고, 도금 배스의 표면에 대한 클램쉘의 각도는 약 1 내지 10 °이다. 특정한 적용예에 대해 이들 변수들을 최적화하는 목적들 중 하나는 웨이퍼 표면으로부터 공기를 완전히 배기함으로써 (displacing) 우수한 습식을 달성하는 것이다.The clamshell fixture has to go into the bath to some extent, which allows for good wetting of the plated surface of the wafer. The substrate wet quality is affected by a number of variables including, but not limited to, the clamshell rotation speed, the normal incidence speed, and the angle of the clamshell relative to the surface of the plating bath. These variables and their effects are further discussed in US Pat. No. 6,551,487, which is incorporated herein by reference. In certain embodiments, the electrode rotation rate is about 5 to 125 RPM, the normal incidence rate is about 5 to 300 mm/s, and the angle of the clamshell to the surface of the plating bath is about 1 to 10°. One of the objectives of optimizing these parameters for a particular application is to achieve good wetness by completely displacing air from the wafer surface.

본 명세서에 개시된 전착 방법들은 다양한 전기도금 툴 장치들을 참조하여 기술될 수 있고 그리고 다양한 전기도금 툴 장치들의 맥락에서 채용될 수도 있다. 본 명세서의 실시예들에 따라 사용될 수도 있는 도금 장치의 일 예는 Lam Research Sabre 툴이다. 기판 침지를 포함하는 전착 및 본 명세서에 개시된 다른 방법들은 보다 큰 전착 장치를 형성하는 컴포넌트들에서 수행될 수 있다. 도 8은 예시적인 전착 장치의 상면도의 개략도이다. 전착 장치 (1400) 는 3 개의 별도의 전기도금 모듈들 (1402, 1404, 및 1406) 을 포함할 수 있다. 전착 장치 (1400) 는 또한 다양한 프로세스 동작들을 위해 구성된 3 개의 별도의 모듈들 (1412, 1414, 및 1416) 을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 하나 이상의 모듈들 (1412, 1414, 및 1416) 은 SRD (spin rinse drying) 모듈일 수도 있다. 다른 실시예들에서, 하나 이상의 모듈들 (1412, 1414, 및 1416) 은 PEM들 (post-electrofill modules) 일 수도 있고, 각각 전기도금 모듈들 (1402, 1404, 및 1406) 중 하나에 의해 프로세싱된 후, 기판들의 에지 베벨 제거, 백사이드 에칭 및 산 세정과 같은 기능을 수행하도록 구성된다.The electrodeposition methods disclosed herein may be described with reference to various electroplating tool devices and may be employed in the context of various electroplating tool devices. An example of a plating apparatus that may be used according to the embodiments of the present specification is a Lam Research Saber tool. Electrodeposition, including substrate immersion, and other methods disclosed herein may be performed on components forming a larger electrodeposition device. 8 is a schematic diagram of a top view of an exemplary electrodeposition device. Electrodeposition apparatus 1400 may include three separate electroplating modules 1402, 1404, and 1406. Electrodeposition apparatus 1400 may also include three separate modules 1412, 1414, and 1416 configured for various process operations. For example, in some embodiments, the one or more modules 1412, 1414, and 1416 may be a spin rinse drying (SRD) module. In other embodiments, the one or more modules 1412, 1414, and 1416 may be post-electrofill modules (PEMs), each processed by one of the electroplating modules 1402, 1404, and 1406. Thereafter, it is configured to perform functions such as edge bevel removal, backside etching and acid cleaning of the substrates.

전착 장치 (1400) 는 중앙 전착 챔버 (1424) 를 포함한다. 중앙 전착 챔버 (1424) 는 전기도금 모듈들 (1402, 1404, 및 1406) 내에서 전기도금 용액으로서 사용된 화학 용액을 홀딩하는 챔버이다. 전착 장치 (1400) 는 또한 전기도금 용액에 대한 첨가제들을 저장할 수도 있고 전달할 수도 있는 도징 시스템 (1426) 을 포함한다. 화학적 희석 모듈 (1422) 은 에천트로서 사용될 화학물질들을 저장할 수도 있고 혼합할 수도 있다. 필터 및 펌핑 유닛 (1428) 은 중앙 전착 챔버 (1424) 에 대한 전기도금 용액을 필터링할 수도 있고 전기도금 모듈들로 펌핑할 수도 있다.The electrodeposition apparatus 1400 includes a central electrodeposition chamber 1424. The central electrodeposition chamber 1424 is a chamber that holds the chemical solution used as the electroplating solution within the electroplating modules 1402, 1404, and 1406. The electrodeposition apparatus 1400 also includes a dosing system 1426 that may store and deliver additives to the electroplating solution. The chemical dilution module 1422 may store or mix chemicals to be used as an etchant. The filter and pumping unit 1428 may filter the electroplating solution for the central electrodeposition chamber 1424 and may pump to the electroplating modules.

시스템 제어기 (1430) 는 전착 장치 (1400) 를 동작시키도록 요구되는 전자적 제어 및 인터페이스 제어를 제공한다. (하나 이상의 물리적 또는 논리적 제어기들을 포함할 수도 있는) 시스템 제어기 (1430) 는 전기도금 장치 (1400) 의 속성들 중 일부 또는 전부를 제어한다. 시스템 제어기 (1430) 는 통상적으로 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세스들을 포함한다. 프로세서는 CPU (central processing unit) 또는 컴퓨터, 아날로그 및/또는 디지털 입력/출력 접속부들, 스텝퍼 모터 제어기 보드들, 및 기타 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같은 적절한 제어 동작들을 구현하기 위한 인스트럭션들은 프로세서 상에서 실행될 수도 있다. 이들 인스트럭션들은 시스템 제어기 (1430) 와 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장될 수도 있고 또는 이들은 네트워크를 통해 제공될 수도 있다. 특정한 실시예들에서, 시스템 제어기 (1430) 는 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다.The system controller 1430 provides the electronic control and interface control required to operate the electrodeposition device 1400. The system controller 1430 (which may include one or more physical or logical controllers) controls some or all of the attributes of the electroplating apparatus 1400. System controller 1430 typically includes one or more memory devices and one or more processes. The processor may include a central processing unit (CPU) or computer, analog and/or digital input/output connections, stepper motor controller boards, and other components. Instructions for implementing appropriate control operations as described herein may be executed on a processor. These instructions may be stored on memory devices associated with the system controller 1430 or they may be provided over a network. In certain embodiments, system controller 1430 executes system control software.

전착 장치 (1400) 의 시스템 로직 (예를 들어, 제어 소프트웨어) 은 타이밍, (하나 이상의 전해질 컴포넌트들의 농도를 포함하여) 전해질 컴포넌트들의 혼합물, 유입구 압력, 도금 셀 압력, 도금 셀 온도, 기판 온도, 기판 및 임의의 다른 전극들에 인가된 전류 및 전위, 기판 위치, 기판 회전, 및 전착 장치 (1400) 에 의해 수행된 특정한 프로세스의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 시스템 제어 로직은 또한 저 구리 농도 전해질에 대해 적절하도록 맞춤되는 (tailored) 조건들 하에서 전기도금하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 시스템 제어 로직은 보텀-업 충진 스테이지 동안 상대적으로 저 전류 밀도 및/또는 오버버든 (overburden) 스테이지 동안 보다 높은 전류 밀도를 제공하도록 구성될 수도 있다. 제어 로직은 또한 도금 동안 웨이퍼 표면으로 특정한 레벨들의 질량 이송을 제공하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제어 로직은 기판이 공핍된 구리 상태들에 직면하지 않도록 도금 동안 웨이퍼로 충분한 질량 이송을 보장하도록 전해질의 플로우를 제어하도록 구성될 수도 있다. 특정한 실시예들에서 제어 로직은 도금 프로세스의 상이한 스테이지들에서 상이한 레벨들의 질량 이송 (예를 들어, 오버버든 스테이지 동안보다 보텀-업 충진 스테이지 동안 보다 높은 질량 이송, 또는 오버버든 스테이지 동안보다 보텀-업 충진 스테이지 동안 보다 낮은 질량 이송) 을 제공하도록 동작할 수도 있다. 또한, 시스템 제어 로직은 본 명세서에 개시된 임의의 범위들 내의 하나 이상의 전해질 컴포넌트들의 농도를 유지하도록 구성될 수도 있다. 특정한 예로서, 시스템 제어 로직은 약 1 내지 10 g/l의 구리 양이온들의 농도를 유지하도록 설계되거나 구성될 수도 있다. 시스템 제어 로직은 임의의 적합한 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 프로세스 툴 컴포넌트 서브-루틴들 또는 제어 객체들은 다양한 프로세스 툴 프로세스들을 수행하기 위해 사용된 프로세스 툴 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 작성될 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어는 임의의 적합한 컴퓨터 판독가능 프로그래밍 언어로 코딩될 수도 있다. 로직은 또한 프로그래밍가능 로직 디바이스 (예를 들어, FPGA), ASIC, 또는 다른 적절한 전달 수단 (vehicle) 의 하드웨어로서 구현될 수도 있다.The system logic (e.g., control software) of the electrodeposition apparatus 1400 includes timing, mixture of electrolyte components (including concentration of one or more electrolyte components), inlet pressure, plating cell pressure, plating cell temperature, substrate temperature, and substrate. And instructions for controlling current and potential applied to any other electrodes, substrate position, substrate rotation, and other parameters of a particular process performed by the electrodeposition apparatus 1400. The system control logic may also include instructions for electroplating under conditions tailored to suit low copper concentration electrolytes. For example, the system control logic may be configured to provide a relatively low current density during the bottom-up fill stage and/or a higher current density during the overburden stage. The control logic may also be configured to provide certain levels of mass transfer to the wafer surface during plating. For example, the control logic may be configured to control the flow of electrolyte to ensure sufficient mass transfer to the wafer during plating so that the substrate does not face depleted copper conditions. In certain embodiments, the control logic may have different levels of mass transfer at different stages of the plating process (e.g., a higher mass transfer during the bottom-up fill stage than during the overburden stage, or a bottom-up than during the overburden stage It may also operate to provide a lower mass transfer during the filling stage. Further, the system control logic may be configured to maintain the concentration of one or more electrolyte components within any ranges disclosed herein. As a specific example, the system control logic may be designed or configured to maintain a concentration of copper cations of about 1 to 10 g/l. System control logic may be configured in any suitable manner. For example, various process tool component sub-routines or control objects may be written to control the operation of process tool components used to perform various process tool processes. The system control software may be coded in any suitable computer readable programming language. The logic may also be implemented as hardware of a programmable logic device (eg, an FPGA), an ASIC, or other suitable vehicle.

일부 실시예들에서, 시스템 제어 로직은 상기 기술된 다양한 파라미터들을 제어하기 위한 IOC (input/output control) 시퀀싱 인스트럭션들을 포함한다. 예를 들어, 전기도금 프로세스의 페이즈 각각은 시스템 제어기 (1430) 에 의한 실행을 위한 하나 이상의 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 침지 프로세스 페이즈를 위한 프로세스 조건들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 대응하는 침지 레시피 페이즈에 포함될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 전기도금 레시피 페이즈들은 전기도금 프로세스 페이즈에 대한 모든 인스트럭션들이 이 프로세스 페이즈와 동시에 실행되도록 순차적으로 배열될 수도 있다. In some embodiments, the system control logic includes input/output control (IOC) sequencing instructions to control the various parameters described above. For example, each phase of the electroplating process may include one or more instructions for execution by system controller 1430. Instructions for setting process conditions for the immersion process phase may be included in the corresponding immersion recipe phase. In some embodiments, the electroplating recipe phases may be arranged sequentially such that all instructions for the electroplating process phase are executed concurrently with this process phase.

제어 로직은 일부 실시예들에서 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들과 같은 다양한 컴포넌트들로 분할될 수도 있다. 이 목적을 위한 로직 컴포넌트들의 예들은 기판 포지셔닝 컴포넌트, 전해질 조성 제어 컴포넌트, 압력 제어 컴포넌트, 가열기 제어 컴포넌트, 및 전위/전류 전력 공급부 제어 컴포넌트를 포함한다.The control logic may be divided into various components such as programs or sections of programs in some embodiments. Examples of logic components for this purpose include a substrate positioning component, an electrolyte composition control component, a pressure control component, a heater control component, and a potential/current power supply control component.

일부 실시예들에서, 시스템 제어기 (1430) 와 연관된 사용자 인터페이스가 있을 수도 있다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린, 장치 및/또는 프로세스 상태들의 그래픽 소프트웨어 디스플레이들, 및 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크로폰들, 등과 같은 사용자 입력 디바이스들을 포함할 수도 있다.In some embodiments, there may be a user interface associated with the system controller 1430. The user interface may include a display screen, graphical software displays of device and/or process states, and user input devices such as pointing devices, keyboards, touch screens, microphones, and the like.

일부 실시예들에서, 시스템 제어기 (1430) 에 의해 조정된 파라미터들은 프로세스 조건들과 관련될 수도 있다. 비제한적인 예들은 배스 조건들 (온도, 조성, 및 플로우 레이트), 다양한 스테이지들에서 기판 위치 (회전 레이트, 선형 (수직) 속도, 수평으로부터 각도), 등을 포함한다. 이들 파라미터들은 사용자 인터페이스를 활용하여 입력될 수도 있는, 레시피의 형태로 사용자에게 제공될 수도 있다. In some embodiments, parameters adjusted by system controller 1430 may be related to process conditions. Non-limiting examples include bath conditions (temperature, composition, and flow rate), substrate position at various stages (rotation rate, linear (vertical) speed, angle from horizontal), and the like. These parameters may be provided to the user in the form of a recipe, which may be input using a user interface.

프로세스를 모니터링하기 위한 신호들은 다양한 프로세스 툴 센서들로부터 시스템 제어기 (1430) 의 아날로그 및/또는 디지털 입력 접속부들에 의해 제공될 수도 있다. 프로세스를 제어하기 위한 신호들은 프로세스 툴의 아날로그 및 디지털 출력 접속부들에 출력될 수도 있다. 모니터링될 수도 있는 프로세스 툴 센서들의 비제한적인 예들은 질량 플로우 제어기들, 압력 센서들 (예컨대 압력계들), 써모커플들, 광학 위치 센서들, 등을 포함한다. 적절히 프로그램된 피드백 및 제어 알고리즘들은 프로세스 조건들을 유지하도록 이들 센서들로부터 데이터를 사용할 수도 있다.Signals for monitoring the process may be provided by analog and/or digital input connections of the system controller 1430 from various process tool sensors. Signals for controlling the process may be output to the analog and digital output connections of the process tool. Non-limiting examples of process tool sensors that may be monitored include mass flow controllers, pressure sensors (eg manometers), thermocouples, optical position sensors, and the like. Appropriately programmed feedback and control algorithms may use data from these sensors to maintain process conditions.

일 실시예에서, 인스트럭션들은 웨이퍼 홀더에 기판을 삽입하는 인스트럭션, 기판을 틸팅하는 인스트럭션, 침지 동안 기판을 바이어싱하는 인스트럭션, 및 구리 함유 구조체를 기판 상에 전착하는 인스트럭션을 포함할 수 있다.In one embodiment, the instructions may include instructions for inserting a substrate into a wafer holder, an instruction for tilting the substrate, an instruction for biasing the substrate during immersion, and an instruction for electrodepositing a copper-containing structure onto the substrate.

핸드-오프 툴 (1440) 은 카세트 (1442) 또는 카세트 (1444) 와 같은 기판 카세트로부터 기판을 선택할 수도 있다. 카세트들 (1442 또는 1444) 은 FOUP들 (front opening unified pods) 일 수도 있다. FOUP는 제어된 분위기에 기판들을 안정하고 안전하게 홀딩하고 기판들로 하여금 적절한 로드 포트들 및 로봇 핸들링 시스템들을 구비한 툴들에 의해 프로세싱 또는 측정을 위해 제거되게 하도록 설계된 인클로저이다. 핸드-오프 툴 (1440) 은 진공 부착 또는 일부 다른 부착 메커니즘을 사용하여 기판을 홀딩할 수도 있다.The hand-off tool 1440 may select a substrate from a substrate cassette such as cassette 1442 or cassette 1444. Cassettes 1442 or 1444 may be front opening unified pods (FOUPs). The FOUP is an enclosure designed to reliably and safely hold substrates in a controlled atmosphere and allow the substrates to be removed for processing or measurement by tools equipped with appropriate load ports and robotic handling systems. The hand-off tool 1440 may hold the substrate using a vacuum attachment or some other attachment mechanism.

핸드-오프 툴 (1440) 은 웨이퍼 핸들링 스테이션 (1432), 카세트들 (1442 또는 1444), 이송 스테이션 (1450), 또는 정렬기 (aligner) (1448) 와 인터페이싱할 수도 있다. 이송 스테이션 (1450) 으로부터, 핸드-오프 툴 (1446) 은 기판으로의 액세스를 획득할 수도 있다. 이송 스테이션 (1450) 은 핸드-오프 툴들 (1440 및 1446) 로부터 그리고 핸드-오프 툴들 (1440 및 1446) 로 정렬기 (1448) 를 통과하지 않고 기판들을 전달할 수도 있는 슬롯 또는 위치일 수도 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 기판이 전기도금 모듈로의 정밀 전달을 위해 핸드-오프 툴 (1446) 상에 적절히 정렬되었다는 것을 보장하도록, 핸드-오프 툴 (1446) 은 정렬기 (1448) 와 기판을 정렬할 수도 있다. 핸드-오프 툴 (1446) 은 또한 다양한 프로세스 동작들을 위해 구성된 전기도금 모듈들 (1402, 1404, 또는 1406) 중 하나로 또는 3 개의 분리된 모듈들 (1412, 1414, 및 1416) 중 하나로 기판을 전달할 수도 있다.The hand-off tool 1440 may interface with a wafer handling station 1432, cassettes 1442 or 1444, a transfer station 1450, or an aligner 1448. From the transfer station 1450, a hand-off tool 1446 may obtain access to the substrate. Transfer station 1450 may be a slot or location that may transfer substrates from hand-off tools 1440 and 1446 and to hand-off tools 1440 and 1446 without passing through aligner 1448. However, in some embodiments, to ensure that the substrate is properly aligned on the hand-off tool 1446 for precise transfer to the electroplating module, the hand-off tool 1446 is used with the aligner 1448 and the substrate. You can also sort. The hand-off tool 1446 may also transfer the substrate to one of the electroplating modules 1402, 1404, or 1406 configured for various process operations or to one of three separate modules 1412, 1414, and 1416. have.

상기 기술된 방법들에 따른 프로세스 동작의 예는 다음: (1) 전기도금 모듈 (1404) 내에서 구리 함유 구조체를 형성하기 위해 기판 상으로 구리를 전착하고 (2) 모듈 (1412) 내 SRD에서 기판을 린싱하고 건조하고, 그리고 (3) 모듈 (1414) 내에서 에지 베벨 제거를 수행하는 것으로 진행될 수도 있다.Examples of process operation according to the methods described above are: (1) electrodepositing copper onto a substrate to form a copper-containing structure in the electroplating module 1404 and (2) the substrate at the SRD in the module 1412. Rinse and dry, and (3) performing edge bevel removal within module 1414 may proceed.

순차적인 도금, 린싱, 건조 및 PEM 프로세스 동작들을 통해 기판들의 효과적인 사이클링을 가능하게 하도록 구성된 장치가 제조 분위기에 사용하기 위한 구현예들에서 유용할 수도 있다. 이를 달성하기 위해, 모듈 (1412) 은 스핀 린스 건조기 및 에지 베벨 제거 챔버로서 구성될 수 있다. 이러한 모듈 (1412) 을 사용하여, 기판은 단지 전기도금 모듈 (1404) 과 구리 도금 및 EBR 동작들을 위한 모듈 (1412) 사이에서 이송되어야 한다.An apparatus configured to enable effective cycling of substrates through sequential plating, rinsing, drying and PEM process operations may be useful in implementations for use in a manufacturing atmosphere. To achieve this, the module 1412 can be configured as a spin rinse dryer and an edge bevel removal chamber. Using this module 1412, the substrate only has to be transferred between the electroplating module 1404 and the module 1412 for copper plating and EBR operations.

일부 구현예들에서, 제어기 (예를 들어, 시스템 제어기 (1430)) 는 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는, 시스템의 일부이다. 제어기는 제어 로직 또는 소프트웨어를 포함할 수도 있고 그리고/또는 또 다른 소스로부터 제공된 인스트럭션들을 실행할 수도 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 단계를 제어하기 위한 전자장치에 통합될 수도 있다. 전자장치들은 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부품들을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 프로세싱 요건들 및/또는 시스템의 타입에 따라서, 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정사항들, RF 매칭 회로 설정사항들, 주파수 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 단계 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. In some implementations, a controller (eg, system controller 1430) is part of a system, which may be part of the examples described above. The controller may include control logic or software and/or may execute instructions provided from another source. Such systems may include semiconductor processing equipment, including processing tool or tools, chamber or chambers, platform or platforms for processing, and/or specific processing components (wafer pedestal, gas flow system, etc.) . These systems may be integrated into the electronics for controlling their steps prior to, during and after processing of a semiconductor wafer or substrate. Electronics may be referred to as a “controller” that may control the system or various components or sub-parts of the systems. The controller can, depending on the processing requirements and/or the type of system, the delivery of processing gases, temperature settings (e.g., heating and/or cooling), pressure settings, vacuum settings, power settings. , Radio frequency (RF) generator settings, RF matching circuit settings, frequency settings, flow rate settings, fluid delivery settings, position and step settings, tools and other transfer tools and/or It may be programmed to control any of the processes disclosed herein, including wafer transfers into and out of loadlocks connected or interfaced with a particular system.

일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 상기 기술된 동작들을 제어하고, 세정 단계들을 인에이블하고, 엔드포인트 측정들, 계측, 등을 인에이블하는 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), ASIC들 (application specific integrated circuits) 로서 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 단계 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 단계 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 산화물들, 실리콘, 이산화 실리콘, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.Generally speaking, the controller receives instructions, issues instructions, controls the operations described above, enables cleaning steps, enables endpoint measurements, instrumentation, etc. Various integrated circuits, logic, It may be defined as an electronic device with memory and/or software. Integrated circuits are chips in the form of firmware that store program instructions, digital signal processors (DSP), chips that are defined as application specific integrated circuits (ASICs) and/or execute program instructions (e.g., software). It may include one or more microprocessors, or microcontrollers. Program instructions may be instructions that are passed to a controller or to a system in the form of various individual settings (or program files) that specify step parameters for executing a specific process on or on a semiconductor wafer. In some embodiments, the step parameters are processed to achieve one or more processing steps during fabrication of one or more layers, materials, metals, oxides, silicon, silicon dioxide, surfaces, circuits, and/or dies of the wafer. It may be part of a recipe prescribed by the engineers.

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 단계들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 단계들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 단계들로부터 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 단계들 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. The controller may be coupled to, or be part of, a computer, which in some implementations may be integrated into the system, coupled to the system, otherwise networked to the system, or a combination thereof. For example, the controller may be in the “cloud” or all or part of a fab host computer system that may enable remote access of wafer processing. The computer monitors the current progress of manufacturing steps, examines the history of past manufacturing steps, examines trends or performance metrics from multiple manufacturing steps, changes parameters of current processing, and steps processing steps following the current processing. You can configure, or enable remote access to the system to start a new process. In some examples, a remote computer (eg, a server) can provide process recipes to the system over a local network or a network that may include the Internet. The remote computer may include a user interface that enables programming or input of parameters and/or settings to be subsequently passed from the remote computer to the system. In some examples, the controller receives instructions in the form of data, specifying parameters for each of the process steps to be performed during one or more steps. It should be understood that these parameters may be specific to the type of tool the controller is configured to control or interface with and the type of process to be performed. Thus, as noted above, the controller may be distributed, for example, by including one or more individual controllers that are networked with each other and cooperate together for a common purpose, eg, for the processes and controls described herein. An example of a decentralized controller for this purpose is one or more integrated circuits on a chamber that communicate with one or more remotely located integrated circuits (e.g., at the platform level or as part of a remote computer) that are combined to control a process on the chamber. It can be circuits.

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.Without limitation, exemplary systems include plasma etch chamber or module, deposition chamber or module, spin-rinse chamber or module, metal plating chamber or module, cleaning chamber or module, bevel edge etch chamber or module, physical vapor deposition (PVD). Chamber or module, chemical vapor deposition (CVD) chamber or module, atomic layer deposition (ALD) chamber or module, atomic layer etch (ALE) chamber or module, ion implantation chamber or module, track chamber or module, and semiconductor It may include any other semiconductor processing systems that may be used or associated with the fabrication and/or fabrication of wafers.

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. As described above, depending on the process step or steps to be performed by the tool, the controller is used in material transfer to move containers of wafers to/from tool locations and/or load ports within a semiconductor fabrication plant. May communicate with one or more of other tool circuits or modules, other tool components, cluster tools, other tool interfaces, adjacent tools, neighboring tools, tools located throughout the factory, main computer, another controller or tools .

전착 장치 (1500) 의 대안적인 실시예가 도 9에 개략적으로 예시되었다. 이 실시예에서, 전착 장치 (1500) 는 전기도금 셀들 (1507) 의 세트를 갖고, 셀 각각은 쌍 또는 복수의 "듀엣" 구성의 전기도금 욕을 포함한다. 전기도금 자체에 더하여, 전착 장치 (1500) 는 다양한 다른 전기도금 관련 프로세스들 및 서브-단계들, 예컨대 예를 들어, 스핀-린싱, 금속 및 실리콘 습식 에칭, 무전해 디포지션, 전-습식 (pre-wetting) 및 전-화학적 (pre-chemical) 처리, 환원, 어닐링, 포토레지스트 스트립핑, 및 표면 전-활성화를 수행할 수도 있다. 도 9에서 위에서 아래로 내려다 본 전착 장치 (1500) 가 개략적으로 도시되고, 단일 레벨 또는 "플로어"가 도면에서 드러나지만, 이러한 장치, 예를 들어, Lam SabreTM 3D 툴은 서로 상단에 2 이상의 레벨들이 "스택"될 수 있고, 레벨 각각은 잠재적으로 동일하거나 상이한 타입들의 프로세싱 스테이션들을 갖는다는 것이 당업자에게 용이하게 이해된다.An alternative embodiment of an electrodeposition apparatus 1500 is schematically illustrated in FIG. 9. In this embodiment, the electrodeposition apparatus 1500 has a set of electroplating cells 1507, each of which comprises a pair or a plurality of "duet" configuration electroplating baths. In addition to the electroplating itself , the electrodeposition apparatus 1500 includes various other electroplating related processes and sub-steps, such as, for example, spin-rinsing, metal and silicon wet etching, electroless deposition, pre-wet (pre -wetting) and pre-chemical treatment, reduction, annealing, photoresist stripping, and surface pre-activation may also be performed. In FIG. 9 an electrodeposition device 1500 viewed from top to bottom is schematically shown, and a single level or "floor" is revealed in the drawing, but such devices, for example Lam Sabre TM 3D tools, have two or more levels on top of each other. It is readily understood by those skilled in the art that they can be "stacked", and that each level potentially has the same or different types of processing stations.

도 9를 다시 한번 참조하면, 전기도금되는 기판들 (1506) 은 일반적으로 프론트 엔드 로딩 FOUP (1501) 를 통해 전착 장치 (1500) 로 피딩되고, 이 예에서, FOUP로부터 프론트-엔드 로봇 (1502) 을 통해서 전착 장치 (1500) 의 주 기판 프로세싱 구역으로 이동되며, 이 로봇 (1502) 은 액세스가능한 스테이션들―본 예에서는 2 개의 프론트-엔드 액세스 가능한 스테이션들 (1504) 및 또한 2 개의 프론트-엔드 액세스 가능한 스테이션들 (1508) 이 도시됨― 중 하나의 스테이션에서 다른 스테이션으로 다차원으로 (in multiple dimensions) 스핀들 (1503) 에 의해서 구동되는 기판 (1506) 을 후퇴 및 이동시킬 수 있다. 이 프론트-엔드 액세스 가능한 스테이션들 (1504, 1508) 은 예를 들어 전 처리 스테이션들 및 SRD (spin rinse drying) 스테이션들을 포함할 수도 있다. 프론트-엔드 로봇 (1502) 의 측 간 측 방향 이동은 로봇 트랙 (1502a) 을 활용하여 달성된다. 기판들 (1506) 각각은 모터 (미도시) 에 연결된 스핀들 (1503) 에 의해서 구동되는 컵/콘 어셈블리 (미도시) 에 의해서 홀딩될 수도 있고, 모터는 마운팅 브라켓 (1509) 에 부착될 수도 있다. 또한, 본 예에서는, 총 8 개의 전기도금 셀들 (1507) 에 대해서 4 개의 "듀엣형" 전기도금 셀들 (1507) 이 도시된다. 전기도금 셀들 (1507) 은 구리 함유 구조체를 위해 구리를 전기도금하기 위해 그리고 납땜 구조체를 위해 납땜 재료를 전기도금하기 위해 사용될 수도 있다. 시스템 제어기 (미도시) 가 전착 장치 (1500) 의 특성 일부 또는 전부를 제어하기 위해 전착 장치 (1500) 에 커플링될 수도 있다. 시스템 제어기는 본 명세서에 앞서 기술된 프로세스들에 따라 인스트럭션들을 실행하도록 프로그래밍되거나 이와 달리 구성될 수도 있다.Referring once again to FIG. 9, the substrates 1506 to be electroplated are generally fed to the electrodeposition apparatus 1500 via a front end loading FOUP 1501, in this example, from the FOUP to the front-end robot 1502. It is moved to the main substrate processing area of the electrodeposition apparatus 1500 via the robot 1502 which has accessible stations-in this example two front-end accessible stations 1504 and also two front-end access. It is possible to retract and move the substrate 1506 driven by the spindle 1503 in multiple dimensions from one of the possible stations 1508 shown-from one station to another. These front-end accessible stations 1504, 1508 may include, for example, pre-treatment stations and spin rinse drying (SRD) stations. The side-to-side lateral movement of the front-end robot 1502 is achieved by utilizing the robot track 1502a. Each of the substrates 1506 may be held by a cup/cone assembly (not shown) driven by a spindle 1503 connected to a motor (not shown), and the motor may be attached to a mounting bracket 1509. Also, in this example, four "duet-type" electroplating cells 1507 are shown for a total of eight electroplating cells 1507. Electroplating cells 1507 may be used to electroplate copper for a copper containing structure and to electroplat a solder material for a solder structure. A system controller (not shown) may be coupled to the electrodeposition device 1500 to control some or all of the characteristics of the electrodeposition device 1500. The system controller may be programmed or otherwise configured to execute instructions according to the processes previously described herein.

본 명세서에 상기 기술된 전기도금 장치/방법들은 예를 들어, 반도체 디바이스들, 디스플레이들, LED들, 광전 패널들, 등의 제조 또는 제작을 위해, 리소그래픽 패터닝 툴들 또는 프로세스들과 함께 사용될 수도 있다. 일반적으로, 반드시 그러한 것은 아니지만, 이러한 툴들/프로세스들은 공통 제조 설비에서 함께 수행되고 사용될 것이다. 막의 리소그래픽 패터닝은 일반적으로, 단계 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 툴을 사용하여 포토레지스트를 경화하는 단계; (3) 웨이퍼 스텝퍼와 같은 툴을 사용하여 가시광선 또는 UV 또는 x-선 광에 포토레지스트를 노출시키는 단계; (4) 습식 벤치와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 선택적으로 제거하여 레지스트를 패터닝하도록 레지스트를 현상하는 단계; (5) 건식 또는 플라즈마 이차 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.The electroplating apparatus/methods described above herein may be used in conjunction with lithographic patterning tools or processes, for example, for the manufacture or fabrication of semiconductor devices, displays, LEDs, photovoltaic panels, etc. . In general, although not necessarily, these tools/processes will be performed and used together in a common manufacturing facility. Lithographic patterning of a film is generally performed with the following steps, each of which is enabled using a number of possible tools: (1) a spin-on tool or a spray-on tool. Applying a photoresist onto a workpiece, ie, a substrate using; (2) curing the photoresist using a hot plate or furnace or UV tool; (3) exposing the photoresist to visible or UV or x-ray light using a tool such as a wafer stepper; (4) developing the resist to pattern the resist by selectively removing the resist using a tool such as a wet bench; (5) transferring the resist pattern into the underlying film or workpiece by using a dry or plasma secondary etching tool; And (6) some or all of the steps of removing the resist using a tool such as an RF or microwave plasma resist stripper.

수치적 범위들이 제시될 때 이들 범위들의 종점들은 사용된 것보다 상당히 많은 자릿 수들을 갖는 정확한 값들로 제한되지 않는다. 달리 명시되지 않는 한, 종점들은 본 개시의 모든 목적들을 따르면서 어느 정도 변동성을 포함한다. 예를 들어, 종점들은 상술된 값의 +/- 10 % 이내의 값들을 포함하도록 해석될 수도 있다. When numerical ranges are presented the endpoints of these ranges are not limited to exact values having significantly more digits than those used. Unless otherwise specified, endpoints include variability to some extent in accordance with all objectives of this disclosure. For example, the endpoints may be interpreted to include values within +/- 10% of the aforementioned value.

본 명세서에 기술된 구성들 및/또는 접근방법들은 본질적으로 예시적이고, 다수의 변경들이 가능하기 때문에, 이들 구체적인 실시예들 또는 예들이 제한하는 의미로 간주되지 않는다는 것이 이해된다. 본 명세서에 기술된 특정한 루틴들 또는 방법들은 임의의 수의 프로세싱 전략들 중 하나 이상을 나타낼 수도 있다. 이와 같이, 예시된 다양한 작용들은 예시된 순서로, 다른 순서들로, 동시에 수행될 수도 있고, 또는 일부 경우들에서 생략될 수도 있다. 유사하게, 상기 기술된 프로세스들의 순서는 변화될 수도 있다. It is to be understood that the configurations and/or approaches described herein are exemplary in nature, and because many variations are possible, these specific embodiments or examples are not to be regarded in a limiting sense. Certain routines or methods described herein may represent one or more of any number of processing strategies. As such, the various operations illustrated may be performed in the illustrated order, in different orders, simultaneously, or may be omitted in some cases. Similarly, the order of the processes described above may be varied.

본 개시의 주제는 본 명세서에 개시된 다양한 프로세스들, 시스템들 및 구성들, 및 다른 특징들, 기능들, 작용들, 및/또는 속성들의 모든 신규하고 명백하지 않은 조합들 및 하위 조합들뿐만 아니라 이들의 임의의 그리고 모든 등가물들을 포함한다.The subject matter of this disclosure is all novel and non-obvious combinations and subcombinations of the various processes, systems and configurations, and other features, functions, actions, and/or attributes disclosed herein, as well as these Includes any and all equivalents of.

Claims (22)

디바이스의 제조 동안 기판 상에 금속을 전기도금하는 방법에 있어서,
(a) (i) 기판 상에 금속을 전기도금하는 동안 상기 기판을 홀딩하도록 구성된 캐소드 부분,
(ii) 상기 금속의 이온들을 포함하는 전기도금 용액,
(iii) 활성 애노드, 및
(iv) 불활성 애노드를 포함하는, 전기도금 시스템에 전기도금 용액을 제공하는 단계;
(b) 상기 기판 상에 상기 금속을 전기도금하기 위해 총 전류의 제 1 분율 (fraction) 을 상기 활성 애노드에 제공하는 단계; 및
(c) 상기 기판 상에 상기 금속을 전기도금하기 위해 상기 총 전류의 제 2 분율을 상기 불활성 애노드에 제공하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 분율 및 상기 제 2 분율은 각각 상기 기판에서 금속 도금의 분율들 및 하나 이상의 기생 반응들을 근사화하고, 그리고
상기 총 전류의 상기 제 1 분율을 제공하는 단계 및 상기 총 전류의 상기 제 2 분율을 제공하는 단계는 상기 금속으로 하여금 상기 기판 상에 전기도금되게 하는, 전기도금 방법.
A method of electroplating a metal on a substrate during manufacture of a device, comprising:
(a) (i) a cathode portion configured to hold the substrate while electroplating metal on the substrate,
(ii) an electroplating solution containing ions of the metal,
(iii) an active anode, and
(iv) providing an electroplating solution to an electroplating system comprising an inert anode;
(b) providing the active anode with a first fraction of total current to electroplat the metal on the substrate; And
(c) providing a second fraction of the total current to the inert anode for electroplating the metal on the substrate,
The first fraction and the second fraction respectively approximate fractions of metal plating on the substrate and one or more parasitic reactions, and
The method of electroplating, wherein providing the first fraction of the total current and providing the second fraction of the total current causes the metal to be electroplated onto the substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 금속은 코발트이고, 그리고 상기 활성 애노드는 코발트를 포함하는, 전기도금 방법.
The method of claim 1,
The method of electroplating, wherein the metal is cobalt, and the active anode comprises cobalt.
제 1 항에 있어서,
상기 금속은 구리이고, 그리고 상기 활성 애노드는 구리를 포함하는, 전기도금 방법.
The method of claim 1,
The method of electroplating, wherein the metal is copper and the active anode comprises copper.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 기생 반응들은 수소 이온 환원을 포함하는, 전기도금 방법.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The method of electroplating, wherein the one or more parasitic reactions include hydrogen ion reduction.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 총 전류의 상기 제 2 분율을 상기 불활성 애노드에 제공하는 단계는 또한 금속 양이온들은 생성하지 않는 수소 이온 생성 반응을 유발하는, 전기도금 방법.
The method according to any one of claims 1 to 4,
The method of electroplating, wherein the step of providing the second fraction of the total current to the inert anode also causes a hydrogen ion generation reaction that does not generate metal cations.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기도금 용액은 코발트 이온, 산, 보레이트 이온, 및 유기 도금 첨가제들을 포함하는, 전기도금 방법.
The method according to any one of claims 1 to 5,
The electroplating solution comprises cobalt ions, acids, borate ions, and organic plating additives.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기도금 시스템은 상기 애노드 부분과 상기 캐소드 부분 사이에, 그리고 상기 애노드 부분 및 상기 캐소드 부분의 상기 전기도금 용액 간 이온 연통 (ionic communication) 을 위한 경로를 제공하도록 구성된 이온 전달 분리기를 더 포함하는, 전기도금 방법.
The method according to any one of claims 1 to 6,
The electroplating system further comprises an ion transfer separator configured to provide a path for ionic communication between the anode portion and the cathode portion and between the anode portion and the electroplating solution of the cathode portion. Electroplating method.
제 7 항에 있어서,
상기 이온 전달 분리기는 양이온 교환 멤브레인을 포함하는, 전기도금 방법.
The method of claim 7,
The method of electroplating, wherein the ion transfer separator comprises a cation exchange membrane.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 총 전류의 상기 제 1 분율 및 상기 총 전류의 상기 제 2 분율은 동시에 제공되는, 전기도금 방법.
The method according to any one of claims 1 to 8,
The electroplating method, wherein the first fraction of the total current and the second fraction of the total current are provided simultaneously.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기도금 셀은, 각각 전극을 포함하는 하나 이상의 보조 전극 챔버들을 더 포함하는, 전기도금 방법.
The method according to any one of claims 1 to 9,
The electroplating cell further comprises one or more auxiliary electrode chambers each including an electrode.
제 10 항에 있어서,
상기 금속이 상기 기판 상에 전기도금되지 않는 동안 상기 총 전류의 상기 제 2 분율의 적어도 일부를 상기 하나 이상의 보조 전극 챔버들의 상기 전극들에 제공하는 단계를 더 포함하는, 전기도금 방법.
The method of claim 10,
And providing at least a portion of the second fraction of the total current to the electrodes of the one or more auxiliary electrode chambers while the metal is not electroplating on the substrate.
디바이스의 제조 동안 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 시스템에 있어서,
(a) 애노드 부분 및 캐소드 부분을 포함하고, 기판 상에 금속을 전기도금하는 동안 상기 캐소드 부분에 상기 기판을 홀딩하도록 구성된 전기도금 셀;
(b) 상기 금속을 포함하는 활성 애노드;
(c) 불활성 애노드; 및
(d) 제어기로서,
(i) 상기 기판 상에 상기 금속을 전기도금하기 위해 총 전류의 제 1 분율을 상기 활성 애노드에 제공하고, 그리고
(ii) 상기 기판 상에 상기 금속을 전기도금하기 위해 상기 총 전류의 제 2 분율을 상기 불활성 애노드에 제공하기 위한 인스트럭션들을 포함하는, 상기 제어기를 포함하고,
상기 제 1 분율 및 상기 제 2 분율은 각각 상기 기판에서 금속 도금의 분율들 및 하나 이상의 기생 반응들을 근사화하는, 전기도금 시스템.
A system for electroplating metal on a substrate during manufacture of a device, comprising:
(a) an electroplating cell comprising an anode portion and a cathode portion, and configured to hold the substrate to the cathode portion while electroplating metal on the substrate;
(b) an active anode comprising the metal;
(c) an inert anode; And
(d) as a controller,
(i) providing a first fraction of the total current to the active anode to electroplat the metal on the substrate, and
(ii) the controller comprising instructions for providing a second fraction of the total current to the inert anode to electroplat the metal on the substrate,
Wherein the first fraction and the second fraction respectively approximate fractions of metal plating in the substrate and one or more parasitic reactions.
제 12 항에 있어서,
상기 전기도금 시스템은 상기 애노드 부분과 상기 캐소드 부분 사이에, 그리고 상기 애노드 부분 및 상기 캐소드 부분의 상기 전기도금 용액 간 이온 연통을 위한 경로를 제공하도록 구성된 이온 전달 분리기를 더 포함하는, 전기도금 시스템.
The method of claim 12,
The electroplating system further comprises an ion transfer separator configured to provide a path for ion communication between the anode portion and the cathode portion and between the anode portion and the electroplating solution of the cathode portion.
제 13 항에 있어서,
상기 이온 전달 분리기는 양이온 교환 멤브레인을 포함하는, 전기도금 시스템.
The method of claim 13,
Wherein the ion transfer separator comprises a cation exchange membrane.
제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기도금 셀은 하나 이상의 보조 전극 챔버들을 더 포함하는, 전기도금 시스템.
The method according to any one of claims 12 to 14,
Wherein the electroplating cell further comprises one or more auxiliary electrode chambers.
제 15 항에 있어서,
상기 하나 이상의 하나 이상의 보조 전극 챔버들은 하나 이상의 보조 캐소드들을 포함하는, 전기도금 시스템.
The method of claim 15,
The electroplating system, wherein the one or more one or more auxiliary electrode chambers comprise one or more auxiliary cathodes.
제 16 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 금속이 상기 기판 상에 전기도금되지 않는 동안 상기 총 전류의 상기 제 2 분율의 적어도 일부를 상기 하나 이상의 보조 캐소드들에 제공하기 위한 인스트럭션들을 더 포함하는, 전기도금 시스템.
The method of claim 16,
The controller further comprises instructions for providing at least a portion of the second fraction of the total current to the one or more auxiliary cathodes while the metal is not electroplating on the substrate.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속은 코발트인, 전기도금 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 17,
The metal is cobalt, electroplating system.
제 12 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속은 구리인, 전기도금 시스템.
The method according to any one of claims 12 to 18,
The electroplating system, wherein the metal is copper.
제 12 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 총 전류의 상기 제 1 분율 및 상기 총 전류의 상기 제 2 분율을 동시에 제공하기 위한 인스트럭션들을 더 포함하는, 전기도금 시스템.
The method according to any one of claims 12 to 19,
The controller further comprising instructions for simultaneously providing the first fraction of the total current and the second fraction of the total current.
디바이스의 제조 동안 기판 상에 금속을 전기도금하는 방법에 있어서,
(a) (i) 기판 상에 금속을 전기도금하는 동안 상기 기판을 홀딩하도록 구성된 캐소드 부분,
(ii) 상기 금속의 이온들을 포함하는 전기도금 용액,
(iii) 활성 애노드, 및
(iv) 불활성 애노드를 포함하는, 전기도금 시스템에 전기도금 용액을 제공하는 단계;
(b) 상기 기판 상에 상기 금속을 전기도금하기 위해 총 전류의 제 1 분율을 상기 활성 애노드에 제공하는 단계; 및
(c) 상기 기판 상에 상기 금속을 전기도금하기 위해 상기 총 전류의 제 2 분율을 상기 불활성 애노드에 제공하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 분율 및 상기 제 2 분율은 상기 기판에서 금속 도금의 도금 전류 효율을 근사화하고, 그리고
상기 총 전류의 상기 제 1 분율을 제공하는 단계 및 상기 총 전류의 상기 제 2 분율을 제공하는 단계는 상기 금속으로 하여금 상기 기판 상에 전기도금되게 하는, 전기도금 방법.
A method of electroplating a metal on a substrate during manufacture of a device, comprising:
(a) (i) a cathode portion configured to hold the substrate while electroplating metal on the substrate,
(ii) an electroplating solution containing ions of the metal,
(iii) an active anode, and
(iv) providing an electroplating solution to an electroplating system comprising an inert anode;
(b) providing the active anode with a first fraction of the total current to electroplat the metal on the substrate; And
(c) providing a second fraction of the total current to the inert anode for electroplating the metal on the substrate,
The first fraction and the second fraction approximate the plating current efficiency of metal plating on the substrate, and
The method of electroplating, wherein providing the first fraction of the total current and providing the second fraction of the total current causes the metal to be electroplated onto the substrate.
디바이스의 제조 동안 기판 상에 금속을 전기도금하기 위한 시스템에 있어서,
(a) 애노드 부분 및 캐소드 부분을 포함하고, 기판 상에 금속을 전기도금하는 동안 상기 캐소드 부분에 상기 기판을 홀딩하도록 구성된 전기도금 셀;
(b) 상기 금속을 포함하는 활성 애노드;
(c) 불활성 애노드; 및
(d) 제어기로서,
(i) 상기 기판 상에 상기 금속을 전기도금하기 위해 총 전류의 제 1 분율을 상기 활성 애노드에 제공하고, 그리고
(ii) 상기 기판 상에 상기 금속을 전기도금하기 위해 상기 총 전류의 제 2 분율을 상기 불활성 애노드에 제공하기 위한 인스트럭션들을 포함하는, 상기 제어기를 포함하고,
상기 제 1 분율 및 상기 제 2 분율은 상기 기판에서 상기 금속 도금의 도금 전류 효율을 근사화하는, 전기도금 시스템.
A system for electroplating metal on a substrate during manufacture of a device, comprising:
(a) an electroplating cell comprising an anode portion and a cathode portion, and configured to hold the substrate to the cathode portion while electroplating metal on the substrate;
(b) an active anode comprising the metal;
(c) an inert anode; And
(d) as a controller,
(i) providing a first fraction of the total current to the active anode to electroplat the metal on the substrate, and
(ii) the controller comprising instructions for providing a second fraction of the total current to the inert anode to electroplat the metal on the substrate,
The first fraction and the second fraction approximate plating current efficiency of the metal plating on the substrate.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113846356B (en) * 2021-09-28 2023-01-06 三门三友科技股份有限公司 Cathode stripping device and method

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56112500A (en) * 1980-02-09 1981-09-04 Ebara Yuujiraito Kk Method for electroplating
JPS63317698A (en) * 1987-06-20 1988-12-26 Toyota Motor Corp Controlling device for concentration of metallic ion and concentration of hydrogen ion in electroplating liquid
US20010054557A1 (en) * 1997-06-09 2001-12-27 E. Jennings Taylor Electroplating of metals using pulsed reverse current for control of hydrogen evolution
WO2005007933A1 (en) * 2003-07-08 2005-01-27 Applied Materials, Inc. Electrochemical processing cell
JP2005042158A (en) * 2003-07-28 2005-02-17 Ebara Corp Method and apparatus for plating
US10011917B2 (en) * 2008-11-07 2018-07-03 Lam Research Corporation Control of current density in an electroplating apparatus
US8795480B2 (en) * 2010-07-02 2014-08-05 Novellus Systems, Inc. Control of electrolyte hydrodynamics for efficient mass transfer during electroplating
US9404194B2 (en) * 2010-12-01 2016-08-02 Novellus Systems, Inc. Electroplating apparatus and process for wafer level packaging
US9534308B2 (en) * 2012-06-05 2017-01-03 Novellus Systems, Inc. Protecting anodes from passivation in alloy plating systems
KR20150132574A (en) * 2013-03-21 2015-11-25 아토테크더치랜드게엠베하 Apparatus and method for electrolytic deposition of metal layers on workpieces
JP5938426B2 (en) * 2014-02-04 2016-06-22 株式会社豊田中央研究所 Electroplating cell and metal film manufacturing method
JP5995906B2 (en) * 2014-05-19 2016-09-21 株式会社豊田中央研究所 Manufacturing method of diaphragm and manufacturing method of metal coating
US9567685B2 (en) * 2015-01-22 2017-02-14 Lam Research Corporation Apparatus and method for dynamic control of plated uniformity with the use of remote electric current
US10227707B2 (en) * 2015-07-17 2019-03-12 Applied Materials, Inc. Inert anode electroplating processor and replenisher

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