KR20210081441A - 고대류 (high convection) 도금 셀들에서 거품을 방지하기 위한 교차 플로우 (cross flow) 도관 - Google Patents
고대류 (high convection) 도금 셀들에서 거품을 방지하기 위한 교차 플로우 (cross flow) 도관 Download PDFInfo
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Abstract
본 명세서의 실시 예들은 기판 상에 하나 이상의 재료들을 전기 도금하기 위한 장치들 및 방법들과 관한 것이다. 본 명세서의 실시 예들은 기판과 기판 근처 채널형 이온 저항성 플레이트 사이의 영역으로부터 재순환을 위해 도금 시스템으로부터 오버플로우되는 유체를 수집하기 위한 유체 격납 유닛 내 유체의 레벨보다 낮은 레벨 아래로 유체의 플로우를 방향 전환하기 위해 전기 도금 셀 내 교차 플로우 도관을 활용한다. 교차 플로우 도관은 방향 전환된 플로우를 허용하도록 도금 셀의 컴포넌트들로 절단된 채널들을 포함할 수 있거나, 유체 격납 유닛으로 플로우를 하향으로 방향 전환하도록 기존 도금 셀에 마운팅 가능한 (mountable) 부착 가능한 방향 전환 디바이스를 포함할 수 있다. 실시 예들은 도금 동안 교차 플로우 도관 내 유체의 플로우를 조절하기 위한 압력 릴리프 밸브 또는 플레이트 일 수도 있는 플로우 제한기를 또한 포함한다.
Description
전기 화학 증착 프로세스들은 현대 최신 회로 제작에서 잘 확립되어 (well-established) 있다. 21 세기 초에 알루미늄으로부터 구리 (copper) 금속 라인 상호접속부 (interconnection) 들로의 전환 (transition) 은 점점 더 정교한 전착 (electrodepositon) 프로세스들 및 도금 툴들이 필요하게 했다. 대부분의 정교함은 디바이스 금속화 층들에서 더욱 작은 전류 전달 (carrying) 라인들에 대한 필요에 대응하여 발전했다. 이러한 구리 라인들은 “다마신 (damscene)”프로세싱 (사전-패시베이션 금속화) 이라고 일반적으로 지칭되는 방법론에서 매우 얇은, 고종횡비 트렌치들 및 비아들로 금속을 전기 도금함으로써 형성된다.
전기 화학 증착은 웨이퍼 레벨 패키징 (wafer level packaging; WLP) 및 실리콘 관통 비아 (through silicon via; TSV) 전기적 접속 기술로 일반적으로 및 구어로 알려진 정교한 패키징 및 다중칩 상호접속 기술들을 위해 이제 사용된다. 이러한 기술들은 일반적으로 (FEOL (Front End of Line) 상호접속들과 비교하여) 보다 큰 피처 사이즈들 및 고종횡비들 때문에 그들 자체의 매우 상당한 과제들을 제시한다.
이 기술들은 다마신 응용 예들보다 상당하게 큰 사이즈 규모 (scale) 에서 전기 도금을 수반한다. 패키징 피처들 (예를 들어, 관통 칩 연결 TSV, 상호연결 재분배 와이어링, 또는 플립-칩 필라 (pillar) 들과 같은 칩 투 보드 또는 칩 투 칩 본딩) 의 종류 및 응용 예에 따라, 도금된 피처들은 일반적으로, 현재 기술에서, 약 2 마이크로미터보다 크고 통상적으로 5 내지 300 마이크로미터 (예를 들어, 필라들은 약 50 마이크로미터일 수도 있다) 이다. 전력 버스들과 같은 일부 온-칩 (on-chip) 구조체들에 대해서, 도금될 피처는 300 마이크로미터보다 클 수도 있다. TSV 구조체들은 초고종횡비들 (예를 들어, 대략 약 20:1 (높이 대 폭)) 을 가질 수 있는 반면, WLP 피처들의 종횡비들은 통상적으로 약 1:1 (높이 대 폭) 이하이다.
참조로서 인용.
PCT 출원서 양식은 본 출원의 일부로서 본 명세서와 동시에 제출된다. 본 출원이 동시에 제출된 PCT 출원서에서 식별된 바의 이점 또는 우선권을 주장하는 출원 각각은 모든 목적을 위해 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다.
전기 도금 동안 전해질 (electrolyte) 유체역학을 제어하기 위한 장치들이 제공된다. 일 양태는 다음을 포함하는 전기 도금 장치를 수반한다: 기판 상에 금속을 도금하는 동안 전해질 및 애노드 (anode) 를 담도록 구성되는 전기도금 셀로, 전기 도금 동안 유체 레벨을 가지는 유체 격납 유닛 (fluid containment unit) 의 챔버 벽을 가지는 전기 도금 셀; 기판의 도금면이 전기 도금 동안 애노드에서 분리되도록 기판을 홀딩하게 구성된 기판 홀더; 교차 플로우 (cross flow) 영역에 의해 기판의 도금면으로부터 분리된 기판-대면 표면을 포함하는 채널형 이온 저항성 플레이트; 교차 플로우 영역에서 플로우하는 전해질을 수용하기 (receiving) 위한 교차 플로우 영역으로의 교차 플로우 유입구; 및 교차 플로우 영역으로부터 전기 도금 셀의 유체 격납 유닛으로의 유출구로 전해질을 방향 전환하기 (diverting) 위한 채널을 포함하는 교차 플로우 도관으로, 유출구는 유체 레벨보다 낮고 교차 플로우 영역은 교차 플로우 유입구와 교차 플로우 도관 사이에 있음.
다양한 실시 예들에서, 교차 플로우 영역은 채널형 이온 저항성 플레이트의 상부 표면과 동작중인 경우 기판 홀더 및 인서트 내 기판의 하부 표면에 의해 적어도 부분적으로 규정된다.
다양한 실시 예들에서, 교차 플로우 도관은 교차 플로우 영역으로부터 유출되는 (flowing out) 전해질을 수용하고 (accept) 기판의 표면의 하향으로 그리고 멀어지게 유출되는 전해질을 지향시키도록 (direct) 배치된다 (disposed).
다양한 실시 예들에서, 장치는 교차 플로우 도관 내 전해질의 플로우를 제한하기위한 플로우 제한기 (flow restrictor) 를 더 포함한다. 일부 실시 예들에서, 플로우 제한기는 채널형 이온 저항성 플레이트 아래에 인서트된 플레이트이다. 일부 실시 예들에서, 플로우 제한기는 교차 플로우 도관의 개구부 (opening) 사이즈를 가변할 수 있는 모터-구동 (motor-driven) 가변 애퍼처 (aperture) 플레이트이다. 일부 실시 예들에서, 플로우 제한기는 기판이 전기 도금 셀에 존재하는 지에 대응하는 전해질의 압력에 따라 전해질의 플로우를 시일링 (sealing) 하는 압력 릴리프 밸브 (pressure relief valve) 이다.
다양한 실시 예들에서, 교차 플로우 도관은 전기 도금 셀에 부착될 수 있는 부착 가능한 (attachable) 방향 전환 (diversion) 디바이스이다.
다양한 실시 예들에서, 장치는 또한 채널형 이온 저항성 플레이트 아래의 멤브레인 (membrane) 프레임을 포함하고, 교차 흐름 도관은 교차 플로우 영역으로부터 전기 도금 셀의 유체 격납 유닛으로의 유출구로 전해질을 흘리기 위한 멤브레인 프레임 내의 제 2 채널을 더 포함한다.
다양한 실시 예들에서, 장치는 위어 벽 (weir wall) 또한 포함한다. 장치는 기판 홀더에 인접한 인서트로서, 진입시 기판의 완전한 웨팅 (wetting) 을 보장하도록 전기 도금 동안 인서트 위의 유체 레벨로 전해질을 담기 위한 위어 벽을 포함하는 인서트를 또한 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 위어 벽은 인서트 위에 배치된 베이스 (base) 를 포함한다.
일부 실시 예들에서, 위어 벽은 채널형 이온 저항성 플레이트의 부분이 아니다.
일부 실시 예들에서, 동작 동안, 교차 플로우 도관은 전해질이 위어 벽 위로 흐르는 것을 방지한다.
일부 실시 예들에서, 교차 플로우 도관은 교차 플로우 영역의 출구에 근접한 채널형 이온 저항성 플레이트의 일부 상에 배치된다.
장치가 멤브레인 프레임을 또한 포함하는 다양한 실시 예들에서, 교차 플로우 도관은 멤브레인 프레임의 일부 상에 추가적으로 배치된다.
다양한 실시 예들에서, 교차 플로우 도관은 챔버 벽의 일부 상에 추가적으로 배치된다.
다양한 실시 예들에서, 교차 플로우 도관은 분리할 수 있는 (detachable) 부재 내 배치된다.
일부 실시 예들에서, 장치들은: 기판의 한쪽에서부터 기판의 반대쪽으로 기판의 표면을 가로지르는 (across) 교차 플로우를 통해 전해질의 플로우를 야기하고; 유체 격납 유닛 내 수거 (collection) 를 위해 전해질이 기판의 반대쪽으로 흐를 때 유체 레벨 아래로 전해질의 플로우의 방향 전환을 야기하고; 그리고 전해질의 플로우 레이트에 대응하여 모터-구동 가변 애퍼처 플레이트를 사용하여 교차 플로우 도관의 개구부의 확장 (widening) 및 협소화 (narrowing) 를 야기함으로써 기판 상에 재료를 전기 도금하기 위해 실행 가능한 (executable) 인스트럭션들을 포함하는 제어기를 또한 포함할 수도 있다.
또 다른 양태는 기판 상에 전기 도금을 하는 방법을 수반할 수도 있고, 방법은: 기판 홀더 내에 기판을 수용하는 것으로, 여기서 기판 홀더는 전기 도금 동안 기판의 도금면이 애노드로부터 분리되도록 기판을 홀딩하게 구성되는 것; 기판을 전해질에 침지하는 것 (immersing) 으로, 교차 플로우 영역이 기판의 도금면과 채널형 이온 저항성 플레이트의 표면 사이에 형성되는 것; 채널형 이온 저항성 플레이트 아래로부터, 교차 플로우 영역을 통과해 채널형 이온 저항성 플래이트를 가로질러, 교차 플로우 영역 내로, 및 교차 플로우 도관 밖으로 기판 홀더 의 기판에 콘택트하여 전해질을 흘리는 것; 플로우 제한기를 사용하여 교차 플로우 도관의 개구부를 조절하는 것 (modulating); 및 전해질을 흘리는 동안 그리고 교차 플로우 도관의 개구부를 조절하는 동안 기판의 도금면 상에 재료를 전기 도금하는 것을 포함한다.
다양한 실시 예들에서, 교차 플로우 영역은 채널형 이온 저항성 플레이트의 상부 표면과 동작 중인 경우 기판 홀더 및 인서트 내 기판의 하부 표면에 의해 적어도 부분적으로 규정된다.
다양한 실시 예들에서, 교차 플로우 도관은 교차 플로우 영역으로부터 유출되는 전해질을 수용하고 기판의 표면의 하향으로 멀어지게 유출되는 전해질을 지향시키도록 배치된다.
다양한 실시 예들에서, 플로우 제한기는 교차 플로우 도관 내 전해질의 플로우를 제한한다. 일부 실시 예들에서, 플로우 제한기는 채널형 이온 저항성 플레이트 아래에 인서트된 플레이트이다. 일부 실시 예들에서, 플로우 제한기는 교차 플로우 도관의 개구부 사이즈를 가변할 수 있는 모터-구동 (motor-driven) 가변 애퍼처 (aperture) 플레이트이다. 일부 실시 예들에서, 플로우 제한기는 기판이 전기 도금 셀에 존재하는 지에 대응하여 전해질의 압력에 따라 전해질의 플로우를 시일링하는 (sealing) 압력 릴리프 밸브 (pressure relief valve) 이다.
다양한 실시 예들에서, 교차 플로우 도관은 전기 도금 셀에 부착될 수 있는 부착될 수 가능한 방향 전환 디바이스이다.
다양한 실시 예들에서, 방법은 채널형 이온 저항성 플레이트 아래 배치된 멤브레인 프레임 내 제 2 채널을 사용하여 교차 플로우 영역으로부터 전기 도금 셀의 유체 격납 유닛으로 유출구로 전해질을 흘리는 것을 또한 포함한다.
다양한 실시 예들에서, 기판은 진입시 완전하게 웨팅된다. 방법은 위어 벽을 가지는 도금 셀을 사용하여 수행된다. 도금 셀은 기판 홀더에 인접한 인서트로, 진입시 기판의 완전한 웨팅 (wetting) 을 보장하도록 전기 도금 동안 인서트 위의 유체 레벨로 전해질을 담기 위한 위어 벽을 포함하는 인서트를 또한 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 위어 벽은 인서트 위에 배치되는 베이스를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 위어 벽은 채널형 이온 저항성 플레이트의 부분이 아니다.
일부 실시 예들에서, 동작 동안, 교차 플로우 도관은 전해질이 위어 벽 위로 흐르는 것을 방지한다.
다양한 실시 예들에서, 교차 플로우 도관은 교차 플로우 영역의 출구에 근접한 채널형 이온 저항성 플레이트의 일부 상에 배치된다.
다양한 실시 예들에서, 교차 플로우 도관은 추가적으로 챔버 벽의 일부에 배치된다.
다양한 실시 예들에서, 교차 플로우 도관은 분리할 수 있는 부재 내 배치된다.
이들 및 다른 양태들은 도면들을 참조하여 아래에서 더 기술된다.
도 1a는 콘 (cone) 및 컵 (cup) 을 포함하는 기판 홀딩 어셈블리 (assembly) 의 일부의 단면도를 도시한다.
도 1b는 특정 실시 예들을 실시할 때 달성되는 유체 역학의 상면도들과 함께, 기판의 면을 가로지르는 교차 플로우를 향상시키도록 사용될 수도 있는 전기 도금 장치 실시 예를 예시한다.
도 1c는 유출구의 플로우가 위어 위로 가는 전기도금 셀의 단면도를 예시한다.
도 1d는 채널형 이온 저항성 플레이트 (CIRP) 위어의 상단 위로 흐르는 유체를 가지는 채널형 이온 저항성 플레이트 (CIRP) 위어를 가지는 교차 플로우 유출구의 단면의 확대도를 도시한다.
도 1e는 위어 벽을 가지는 CIRP 의 예시를 도시한다.
도 2는 본 명세서에 개시된 특정 실시 예들에 따른 캐소드 (cathode) 챔버 내 통상적으로 존재하는 전기 도금 장치의 다양한 부분들의 분해도를 예시한다.
도 3은 본 명세서의 특정 실시 예들에 따른 교차 플로우 측면 유입구 및 주변 하드웨어의 확대도를 도시한다.
도 4는 특정 개시된 실시 예들에 따른 전기 도금 장치의 다양한 부분의 단면도를 도시한다.
도 5는 6 개의 개별적인 세그먼트 (segment) 들로 나누어진 (split) 교차 플로우 주입 매니폴드 및 샤워헤드를 도시한다.
도 6은 교차 플로우 영역의 유입구 및 유출구 측면들 모두를 도시하는 CIRP 및 연관된 하드웨어의 평면도를 도시한다.
도 7은 교차 플로우 영역의 유입구 및 유출구 측면들 모두를 도시하는 CIRP 및 연관된 하드웨어의 단순화된 평면도를 예시한다.
도 8a 및 도 8b는 특정 실시 예들에 따른 교차 플로우 유입구 영역의 예시적인 설계들을 도시한다.
도 9는 다양한 개시된 실시 예들에 따른 교차 플로우 유출구, CIRP, 멤브레인 프레임, 교차 플로우 도관 및 주변 하드웨어의 확대도를 도시한다.
도 10은 특정한 개시된 실시 예들에 따른 교차 플로우 도관을 사용하기 위한 도금 셀, 멤브레인 프레임, CIRP, 및 전면 인서트의 4 개의 수정된 컴포넌트들을 가지는 실시 예의 분해도를 도시한다.
도 11a는 특정한 개시된 실시 예들에 따른 고정된 플로우 제한기 플레이트를 가지는 교차 플로우 도관의 단면의 확대도를 도시한다.
도 11b는 특정한 개시된 실시 예들과 함께 사용될 수도 있는 플로우 제한기 플레이트들의 다양한 설계들을 도시한다.
도 12는 특정한 개시된 실시 예들에 따른 모터-구동 가변 애퍼처 플로우 제한기 플레이트를 가지는 교차 플로우 도관의 단면의 확대도를 도시한다.
도 13은 특정한 개시된 실시 예들에 따른 압력 릴리프 밸브 플로우 제한기를 가지는 교차 플로우 도관의 단면의 확대도를 도시한다.
도 14는 내장된 (built-in) 교차 플로우 도관 없이 툴들에서 유체의 플로우를 하향으로 방향 전환하기 위한 부착가능한 방향 전환 디바이스를 사용하는 대안적인 실시 예의 예시들을 도시한다.
도 1b는 특정 실시 예들을 실시할 때 달성되는 유체 역학의 상면도들과 함께, 기판의 면을 가로지르는 교차 플로우를 향상시키도록 사용될 수도 있는 전기 도금 장치 실시 예를 예시한다.
도 1c는 유출구의 플로우가 위어 위로 가는 전기도금 셀의 단면도를 예시한다.
도 1d는 채널형 이온 저항성 플레이트 (CIRP) 위어의 상단 위로 흐르는 유체를 가지는 채널형 이온 저항성 플레이트 (CIRP) 위어를 가지는 교차 플로우 유출구의 단면의 확대도를 도시한다.
도 1e는 위어 벽을 가지는 CIRP 의 예시를 도시한다.
도 2는 본 명세서에 개시된 특정 실시 예들에 따른 캐소드 (cathode) 챔버 내 통상적으로 존재하는 전기 도금 장치의 다양한 부분들의 분해도를 예시한다.
도 3은 본 명세서의 특정 실시 예들에 따른 교차 플로우 측면 유입구 및 주변 하드웨어의 확대도를 도시한다.
도 4는 특정 개시된 실시 예들에 따른 전기 도금 장치의 다양한 부분의 단면도를 도시한다.
도 5는 6 개의 개별적인 세그먼트 (segment) 들로 나누어진 (split) 교차 플로우 주입 매니폴드 및 샤워헤드를 도시한다.
도 6은 교차 플로우 영역의 유입구 및 유출구 측면들 모두를 도시하는 CIRP 및 연관된 하드웨어의 평면도를 도시한다.
도 7은 교차 플로우 영역의 유입구 및 유출구 측면들 모두를 도시하는 CIRP 및 연관된 하드웨어의 단순화된 평면도를 예시한다.
도 8a 및 도 8b는 특정 실시 예들에 따른 교차 플로우 유입구 영역의 예시적인 설계들을 도시한다.
도 9는 다양한 개시된 실시 예들에 따른 교차 플로우 유출구, CIRP, 멤브레인 프레임, 교차 플로우 도관 및 주변 하드웨어의 확대도를 도시한다.
도 10은 특정한 개시된 실시 예들에 따른 교차 플로우 도관을 사용하기 위한 도금 셀, 멤브레인 프레임, CIRP, 및 전면 인서트의 4 개의 수정된 컴포넌트들을 가지는 실시 예의 분해도를 도시한다.
도 11a는 특정한 개시된 실시 예들에 따른 고정된 플로우 제한기 플레이트를 가지는 교차 플로우 도관의 단면의 확대도를 도시한다.
도 11b는 특정한 개시된 실시 예들과 함께 사용될 수도 있는 플로우 제한기 플레이트들의 다양한 설계들을 도시한다.
도 12는 특정한 개시된 실시 예들에 따른 모터-구동 가변 애퍼처 플로우 제한기 플레이트를 가지는 교차 플로우 도관의 단면의 확대도를 도시한다.
도 13은 특정한 개시된 실시 예들에 따른 압력 릴리프 밸브 플로우 제한기를 가지는 교차 플로우 도관의 단면의 확대도를 도시한다.
도 14는 내장된 (built-in) 교차 플로우 도관 없이 툴들에서 유체의 플로우를 하향으로 방향 전환하기 위한 부착가능한 방향 전환 디바이스를 사용하는 대안적인 실시 예의 예시들을 도시한다.
개시된 실시 예들은 전기 도금 동안 전해질 유체 역학을 제어하기 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 보다 특히, 본 명세서에 기술된 방법들 및 장치들은, 관통 레지스트 (resist) 도금 (예를 들어, 구리, 니켈, 주석 및 주석 합금 납땜 (solder) 들), 및 구리 관통 실리콘 비아 (through silicon via; TSV) 피처들과 같은, 반도체 웨이퍼 기판들 상에 금속들을 도금하기 위해 특히 유용하다.
본 출원에서, 용어들 “반도체 웨이퍼”, “웨이퍼”, “기판”, “웨이퍼 기판”, 및 “부분적으로 제조된 집적 회로” 는 상호 교환적으로 사용된다. 통상의 기술자는 용어 “부분적으로 제조된 집적 회로” 가 집적 회로 제조의 임의의 많은 단계들 동안 실리콘 웨이퍼를 지칭할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다음의 상세한 설명은 개시된 실시 예들이 웨이퍼 상에서 구현된다고 가정한다. 종종, 반도체 웨이퍼들은 200 ㎜, 300 ㎜, 또는 450 ㎜ 의 직경을 가진다. 그러나 개시된 실시 예들은 그렇게 제한되지 않는다. 워크피스는 다양한 형상들, 사이즈들, 및 재료들일 수도 있다. 반도체 웨이퍼들에 더하여, 개시된 실시 예들을 이용할 수도 있는 다른 워크피스들은 인쇄 회로 보드들 등과 같은 다양한 물품들을 포함한다.
다음의 기술 (description) 에서, 많은 특정 세부 사항들이 본 실시 예들의 완전한 이해를 제공하기 위하여 설명된다. 개시된 실시 예들은 이러한 특정 세부 사항들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 동작들은 개시된 실시 예들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세하게 설명되지 않았다. 개시된 실시 예들은 특정 실시 예들과 함께 설명될 것이지만, 개시된 실시 예들을 제한하려는 의도가 아님이 이해될 것이다.
본 명세서에 제공된 방법들 및 장치들은 WLP, TSV, 및 다마신 (Damascene) 기판들을 포함하는, 다양한 기판 상의 전기 도금에 사용될 수 있다. 구리, 주석, 은, 주석-은 합금, 니켈, 금, 인듐, 및 코발트를 포함하지만 제한되지 않는 다양한 금속들 및 금속 합금들이 전기 도금될 수 있다. 통상적인 전기 도금 프로세스에서 노출된 도체 시드 (seed) 층을 포함하는 웨이퍼 기판은 캐소드로 (cathodically) 바이어스되고 (biased) 도금될 금속 이온들을 함유하는 전기 도금 용액과 콘택트하게 된다. 이온들은 금속 층을 형성하도록 시드 층의 표면에서 전기 화학적으로 환원된다 (reduced). 다양한 개시된 실시 예들이 예와 같이 관통-레지스트 전기 도금을 사용하여 예시될 것이지만, 개시된 실시 예들은 이에 제한되지 않는다.
개시된 실시 예들은 전기 도금 장치들 및 전기 도금 방법들에 관련된다 (pertain). 구체적으로, 이 개시된 실시 예들은 반도체 기판들 상에 금속 층들의 전기 도금 동안 전해질의 유체 역학 및 전류 및/또는 전압이 전기 도금 동안 기판들에 인가되는 방식들의 개선에 관련된다.
개시된 실시 예들은 매우 균일한 도금 층들이 얻어지도록 도금 동안 전해질 유체 역학의 제어를 위해 구성되는 전기 도금 장치들 및 제어를 포함하는 방법들을 포함한다. 특정 구현 예들에서, 개시된 실시 예들은 ( “교차 플로우” 또는 워크피스 표면에 평행한 속도로 흐르는 것으로 종종 지칭되는) 전단 플로우 (shear flow) 를 생성하는 방법들 및 장치들을 채용한다.
개시된 실시 예들은 매우 다양한 피처들을 충진하기에 적합하다. 다양한 실시 예들에서, 특정 개시된 실시 예들은 약 2 내지 약 240 ㎛, 또는 약 20 내지 240 ㎛ 의 깊이를 가지는 피처들을 충진하기에 적합하다. 피처들은 약 10 ㎛ 에서 약 240 ㎛, 또는 약 30 에서 200 ㎛의 피처의 넓이 또는 직경을 가질 수도 있다. 피처들은 약 0.1:1 내지 약 4:1, 또는 약 1:1 의 종횡비를 가질 수도 있다.
도금 챔버 (Plating Chamber)
일 실시 예는 다음의 피처들을 포함하는 전기 도금 장치이다: (a) 실질적으로 평면인, 기판 상에 금속을 전기 도금 하는 동안 전해질 및 애노드를 담도록 구성되는 도금 챔버; (b) 기판의 도금면이 전기 도금 동안 애노드로부터 분리되도록 기판을 홀딩하게 구성되는 기판 홀더; (c) 채널형 이온 저항성 플레이트 (CIRP) 는 복수의 비-연통 (non-communicating) 채널들을 포함하고, 비-연통 채널들은 전기 도금 동안 엘리먼트를 통한 전해질의 수송을 허용하는, 기판의 도금면과 실질적으로 평행이고 전기 도금 동안 기판의 도금면으로부터 분리되는 기판-대면 표면을 포함하는 채널형 이온 저항성 플레이트 (CIRP); (d) 기판의 도금면에서 교차 플로우 영역 내 흐르는 전해질로 전단력 (shearing force) (교차 플로우) 를 생성하고/또는 인가하는 메커니즘; (e) 교차 플로우 영역은 전기 도금 동안 동적으로 제어될 수 있는 높이를 가지는, 기판의 도금면과 채널형 이온 저항성 엘리먼트의 기판-대면 표면 사이에서 규정되는 선택 가능한 교차 플로우 영역; 및 (f) 기판/기판 홀더 인터페이스에 근접한, 기판의 주변부 (periphery) 근방에서 전단 플로우를 촉진하기 위한 선택가능한 메커니즘. 웨이퍼는 실질적으로 평면이지만, 통상적으로 하나 이상의 미세한 트렌치들을 가지고 전해질 노출로부터 마스킹된 표면의 하나 이상의 부분들을 가질 수도 있다. 다양한 실시 예들에서, 장치는 기판 도금면의 방향으로 전기 도금 셀 내 전해질을 흘리는 동안 기판 및/또는 CIRP 를 회전시키기 위한 메커니즘을 또한 포함한다. 특정 구현 예에서, 장치는 교차 플로우 영역의 유입구의 방위각으로 (azimuthally) 반대편에 위치된 교차 플로우 영역으로 지정된 유출구 이외의 위치들에서 전해질이 교차 플로우 영역을 떠나는 것을 방지하도록 구성되는 시일 (seal) 또는 플로우 링을 포함할 수도 있다.
일부 이러한 실시 예들에서, 기판 홀더가 가장 낮은 위치에 있는 경우, 시일 또는 플로우 링은 기판 홀더의 하부 표면과 기판 홀더 아래 위치된 엘리먼트 (예를 들어, 플로우 한정 (confinement) 엘리먼트 또는 인서트, CIRP, 등) 의 상부 표면 사이에 제공될 수도 있다. 예를 들어, 시일은 기판 홀더의 하단와 플로우 한정 엘리먼트의 상단 사이에서 장치 밖으로 전해질이 누출되는 것을 방지할 수도 있다. 많은 실시 예들에서, 장치는 시일링된 위치 (기판 홀더의 위치가 그것의 가장 낮은 위치에 있고 교차 플로우 영역의 높이가 최소일 때) 와 시일링되지 않은 위치 (기판 홀더가 상승되고 교차 플로우 영역의 높이가 상대적으로 클 때) 사이를 순환할 수도 있다. 기판은 장치가 시일링되지 않은 위치에 있는 동안 회전될 수도 있다. 이들 또는 다른 경우들에서, 기판은 장치가 시일링된 위치에 있는 동안 또한 회전될 수도 있다. 교차 플로우의 주기적인 시일링은 기판의 표면 위를 지나가는 교차 플로우 전해질의 부피 및 속도를 상승시킬 수 있고, 그렇게 함으로써 개선된 도금 균일도를 제공할 수 있다.
특정 실시 예들에서, 예를 들어, 교차 플로우를 적용하기 위한 메커니즘은 CIRP 의 주변부에 또는 근접하여 적절한 플로우 지향 및 분배 수단들을 가지는 유입구다. 유입구는 CIRP 의 기판-대면 표면을 따라 교차로 흐르는 캐소드액 (catholyte) 을 지향한다. 유입구는 방위각으로 비대칭이고, 부분적으로 CIRP 의 원주를 따르고, 하나 이상의 갭들을 가지고, 전기 도금 동안 CIRP 와 실질적으로 평면인 기판 사이에 교차 플로우 주입 매니폴드를 규정한다. 다른 엘리먼트들은 교차 플로우 주입 매니폴드와 함께 협력하기 위해 선택 가능하게 제공된다. 이것은 도면들과 함께 아래에서 추가로 설명되는, 교차 플로우 주입 플로우 분배 샤워헤드 및 교차 플로우 한정 링 또는 전면 인서트를 포함한다. 교차 플로우 한정 링 또는 전면 인서트는 반원 형상 (180°) 일 수도 있지만, 다양한 실시 예에서 완전한 원 형상 (360°) 일 수도 있다.
본 명세서의 실시 예들은 다양한 기판 사이즈들로 실시될 수도 있다. 일부 경우들에서, 기판은 약 200 ㎜, 약 300 ㎜, 또는 약 450 ㎜ 의 직경을 가진다. 게다가, 본 명세서의 실시 예들은 매우 다양한 전체 플로우 레이트들에서 실시될 수도 있다. 특정 구현 예들에서, 전체 전해질 플로우 레이트는 약 1 L/min 내지 60 L/min, 20 L/min 초과, 25 L/min 초과, 약 6 L/min 내지 60 L/min, 약 20 L/min 내지 55 L/min, 약 5 L/min 내지 25 L/min, 또는 약 15 L/min 내지 25 L/min 이다. 도금 동안 달성되는 플로우 레이트들은, 사용될 펌프의 사이즈 및 용량과 같은, 특정 하드웨어 제약 (constraint) 들에 의해 제한될 수도 있다. 통상의 기술자는 본 명세서에 인용된 플로우 레이트들은 개시된 기법들이 보다 큰 펌프들로 실시되는 경우보다 높을 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
일부 실시 예들에서, 전기 도금 장치는 두개의 챔버들 각각에 상이한 전해질 조성들, 전해질 순환 루프들, 및/또는 유체역학이 있는 분리된 애노드 및 캐소드 챔버들을 포함한다. 이온 투과성 멤브레인 (ionically permeable membrane) 은 챔버들 사이의 하나 이상의 컴포넌트들의 직접적인 대류 수송 (플로우에 의한 질량의 이동) 을 억제하고 챔버들 사이의 목표된 분리를 유지하도록 채용될 수도 있다. 멤브레인은 벌크 전해질 플로우를 차단할 (block) 수도 있고 양이온 (cation) 들과 같은 이온들의 수송을 허용하는 반면 유기 첨가제들과 같은 특정 종들의 수송을 배제할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 멤브레인은 DuPont 사의 NAFION™ 또는 관련된 이온 선택적 폴리머를 포함한다. 다른 경우들에서, 멤브레인은 이온 교환 재료를 포함하지 않고, 대신 미세-다공성 (micro-porous) 재료를 포함한다. 통상적으로, 캐소드 챔버 내 전해질은 “캐소드액 (catholyte)”으로 지칭되고 애노드 챔버 내 전해질은 “애노드액” 으로 지칭된다. 흔히, 캐소드액 및 애노드액은, 애노드액은 도금 첨가제들 (예를 들어, 가속화제, 억제제, 및/또는 평탄화제 (leveler) 을 거의 또는 전혀 함유하지 않고, 캐소드액들은 상당한 농도의 이러한 첨가제들을 함유하는, 상이한 조성들을 가진다. 금속 이온들 및 산들의 농도는 두 챔버들 사이에서 또한 종종 상이하다. 분리된 애노드 챔버를 포함하는 도금 장치의 예는 그 전체가 참조로서 본 명세서에 포함된, 2000 년 11 월 3 일에 출원된, 미국 특허 번호 제 6,527,920 호; 2002 년 8 월 27 일에 출원된 제 6,821,407 호, 및 2009 년 12 월 17 일에 출원된 제 8,262,871 호에 설명되어 있다.
일부 실시 예들에서, 애노드 멤브레인은 이온 교환 재료를 포함할 필요가 없다. 일부 예들에서, 멤브레인은 매사추세츠 윌밍턴 소재의 Koch Membrane 에 의해 제조되는 폴리에테르설폰 (polyethersulfone) 과 같은 미세-다공성 재료로부터 만들어진다. 이러한 멤브레인 유형은 주석-은 도금 및 금 도금과 같은 불활성 애노드 응용 예들에 가장 주목할만하게 적용되지만, 니켈 도금과 같은 용해성 애노드 응용 예들에서도 사용될 수도 있다.
다음의 논의에서, 개시된 실시 예들의 상단 및 하단 피처들 (또는 상부 및 하부 피처들 등과 같은 유사한 용어들) 또는 엘리먼트들을 지칭할 때, 용어들 상단 및 하단은 단순히 편의를 위해 사용되고 개시된 실시 예들의 참조 또는 구현의 단일 프레임만을 나타낸다. 상부 및 하부 컴포넌트들이 중력에 대해 역전되고 (reversed) 그리고/또는 상단 및 하단 컴포넌트들이 좌측 및 우측 또는 우측 및 좌측 컴포넌트가 되는 것과 같은, 다른 구성들이 가능하다.
본 명세서에 기술된 일부 양태들은 다양한 유형들의 도금 장치들에 채용될 수도 있지만, 단순성과 명확성을 위해, 대부분의 예들은 웨이퍼-페이스-다운 (wafer-face-down), “파운틴 (fountain)” 도금 장치에 관한 것이다. 이러한 장치에서, 도금될 워크피스 (통상적으로 본 명세서에 제시된 예들에서 반도체 웨이퍼) 는 (일부 경우들에서 전체 도금 프로세스 동안 또는 일부에 대해 진 수평 (true horizontal) 으로부터 몇 도가 가변될 수도 있는) 실질적으로 수평 방향을 일반적으로 가지고, 일반적으로 수직으로 상향의 전해질 대류 패턴을 산출하며 (yield), 도금 동안 회전하도록 전력을 공급받을 수도 있다. 웨이퍼의 중심으로부터 에지로 충돌하는 (impinging) 플로우 질량의 통합뿐만 아니라, 웨이퍼의 중심에 비해 에지에서 회전하는 웨이퍼의 내재된 보다 높은 각속도는, 방사상으로 증가하는 희미한 (웨이퍼 평행한) 플로우 속도를 생성한다. 셀들/장치의 파운틴 도금 클래스의 부재의 한 가지의 예는 캘리포니아 산 호세 소재의 Novellus Systems, Inc. 에서 생산되고 입수되는 Sabre® Electroplating System 이다. 추가적으로, 파운틴 전기 도금 시스템들은 예를 들어, 그 전체가 참조로서 본 명세서에 포함된 2001 년 8 월 10 일에 출원된 미국 특허 번호 제 6,800,187 호, 2008 년 11 월 7 일에 출원된 미국 특허 번호 제 8,308,931 호에 기술된다.
도금될 기판은 일반적으로 평면이거나 실질적으로 평면이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 트렌치들, 비아들, 포토레지스트 패턴들 등과 같은 피처들을 가지는 기판은 실질적으로 평면이라고 고려된다. 종종 이러한 피처들은 미시 규모 (microscopic scale) 이지만, 항상 그런 것은 아니다. 많은 실시 예들에서, 기판의 표면의 하나 이상의 부분들은 전해질로 노출로부터 마스킹될 수도 있다.
도 1a의 다음의 기술은 본 명세서에 기술된 장치 및 방법들을 이해하기에 도움이 되는 일반적인 비제한적인 컨텍스트를 제공한다. 전기 화학적으로 반도체 웨이퍼들을 처리하기 위한 웨이퍼 홀딩 및 포지셔닝 (positioning) 장치는 웨이퍼는 (“클램쉘 (clamshell)”컴포넌트들이라고 본 명세서에서 지칭되기도 하는) 웨이퍼 인게이지 (engaging) 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 실제 클램쉘은 웨이퍼와 시일 (seal) 사이에 압력이 가해질 (applied) 수 있게 하여, 컵에 웨이퍼를 고정시키는 (securing), 컵 (102) 및 콘 (103) (도 1a를 참고) 을 포함한다.
컵 (102) 은 상단 플레이트에 연결된 스트럿 (strut) 들 (104) 에 의해 지지된다. 이러한 어셈블리 (102 내지 105), 집합적으로 어셈블리 (101) 는 스핀들 (106) 을 통해 모터 (미도시) 에 의해 구동된다. 모터 (미도시) 는 마운팅 브래킷 (미도시) 에 부착된다. 스핀들 (106) 은 도금 동안 회전을 허용하도록 토크를 웨이퍼 (145) 로 전송한다. 스핀들 (106) 내 에어 실린더 (미도시) 는 컵 (102) 내에 하우징된 (housed) 웨이퍼 (145) 와 시일링 부재 (립 시일 (lipseal)) (143) 사이에 시일을 생성하도록 컵 (102) 과 콘 (103) 사이에 수직력을 또한 제공한다. 이러한 논의의 목적을 위해, 컴포넌트들 (102 내지 109) 을 포함하는 어셈블리는 집합적으로 웨이퍼 홀더라고 지칭된다. 그러나, “웨이퍼 홀더” 의 개념이 웨이퍼를 인게이지하고 그것의 이동 및 포지셔닝 (positioning) 을 허용하는 컴포넌트들의 다양한 조합들 및 하위 조합들로 일반적으로 확장된다는 것에 주목해야 한다.
(모두 구동 실린더에 연결되는) 제 2 플레이트에 슬라이딩 가능하게 (slidably) 연결되는 제 1 플레이트를 포함하는, 틸팅 어셈블리가 마운팅 브래킷에 연결된다. 구동 실린더는 제 2 플레이트를 가로질러 제 1 슬라이딩 (및 따라서 웨이퍼 홀더) 에 힘을 제공한다. 웨이퍼 홀더의 원위 단부 (distal end) 는 플레이트들 사이에 콘택트 영역을 규정하는 아크형 (arced) 경로 (미도시) 를 따라 이동되고, 따라서 웨이퍼 홀더의 근위 단부 (예를 들어, 컵 및 콘 언셈블리) 는 가상의 피벗 (pivot) 상에서 틸팅된다. 이것은 도금 욕 (bath) 으로의 웨이퍼의 기울어진 진입을 허용한다.
전체 장치 (101) 는 수직적으로 웨이터 홀더의 근위 단부를 또 다른 액추에이터 (actuator) (미도시) 를 통해 도금 용액에 침지하도록 위로 또는 아래로 리프팅된다. 이러한 액추에이터 (및 관련된 리프팅 움직임) 는 기판과 CIRP 사이의 교차 플로우 영역의 높이를 제어하기 위한 일 가능한 메커니즘을 제공한다. 웨이퍼 홀더 (또는 실제 웨이퍼를 지지하는 그것의 임의의 부분) 가 CIRP 를 향해서/멀어지게 이동하도록 허용하는 임의의 유사한 메커니즘은 이러한 목적을 위하여 사용될 수도 있다. 장치는 전해질에 직각인 (perpendicular) 궤적 (trajectory) 을 따른 수직 이동 및 웨이퍼에 대해 (전해질 표면에 수평인) 수평 배향으로부터 이탈을 허용하는 틸팅 이동 (기울어진 웨이퍼 침지 능력) 을 모두 제공하는 2-컴포넌트 포지셔닝 메커니즘을 제공한다. 장치 (100) 의 이동 능력들 및 연관된 하드웨어의 보다 자세한 기술은 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된 2018 년 8 월 10 일에 출원된, 미국 특허 출원 번호 제 16/101,291 호, 및 2017 년 1 월 23 일에 출원된 미국 특허 공개 번호 제 2017/0342590 호; 및 2001 년 5 월 31 일에 출원되고 2003 년 4 월 22 일에 허여된 미국 특허 제 6,551,487 호에 기술된다.
장치는 애노드 (예를 들어, 구리 애노드 또는 비금속 불활성 애노드) 및 전해질을 하우징하는 도금 챔버를 가지는 특정한 도금 셀과 함께 통상적으로 사용된다는 것이 주목된다. 도금 셀은 도금 셀을 통해-그리고 도금될 워크피스에 대해 (against) 전해질을 순환시키는 배관 (plumbing) 또는 배관 연결들을 또한 포함할 수도 있다. 이것은 애노드 격실 (compartment) 및 캐소드 격실에서 상이한 전해질 화학 물질들을 유지하도록 설계된 멤브레인들 또는 다른 분리기 (separator) 들을 또한 포함할 수도 있다. 일 실시 예에서, 하나의 멤브레인은 실질적으로 억제제들, 촉진제들, 또는 다른 유기 도금 첨가제들이 없는, 또 다른 실시 예에서, 캐소드액과 애노드액의 무기 도금 조성이 실질적으로 상이한, 전해질을 담는 애노드 챔버를 규정하도록 이용된다. 물리적 수단들 (예를 들어, 값들을 포함하는 직접 펌핑 또는 오버플로우 트로프 (trough)) 에 의해 캐소드액 또는 주 도금 욕으로 애노드액을 이송하는 수단들도 선택 가능하게 공급될 수도 있다.
다음의 기술은 클램쉘의 컵 및 콘 어셈블리의 보다 많은 세부 사항을 제공한다. 도 1a는 단면 포맷의 콘 (103) 및 컵 (102) 을 포함하는, 어셈블리 (100) 의 부분 (101) 을 도시한다. 이 도면은 컵 및 콘 제품 어셈블리의 실제 묘사보다는, 논의 목적들을 위해 양식화된 묘사를 의미하는 것을 주의하라. 컵 (102) 은 스크류들 (108) 을 통해 부착되는, 스트럿들 (104) 을 통하여 상단 플레이트 (105) 에 의해 지지된다. 일반적으로, 컵 (102) 은 웨이퍼 (145) 가 놓이는 (rest) 지지를 제공한다. 이것은 도금 셀로부터의 전해질이 이를 통해 웨이퍼에 콘택트할 수 있는 개구부를 포함한다. 웨이퍼 (145) 는 도금이 발생하는 전면부 (142) 를 갖는다는 점에 유의한다. 웨이퍼 (145) 의 주변부는 컵 (102) 위에 놓인다. 콘 (103) 은 도금 동안 웨이퍼를 제자리에 홀딩시키도록 웨이퍼의 뒷면을 아래로 누른다.
웨이퍼 (145) 를 부분 (101) 으로 로딩하도록, 콘 (103) 은 콘 (103) 이 상단 플레이트 (105) 에 닿을 때까지, 그것의 도시된 위치로부터 스핀들 (106) 을 통해 리프팅된다. 이 위치로부터, 웨이퍼 (145) 가 인서트되고 그래서 컵 (102) 으로 로딩될 수 있는, 갭이 컵 (102) 과 콘 (103) 사이에 생성된다. 이어서 콘 (103) 은 도시된 바와 같이 컵 (102) 의 주변부에 대해 웨이퍼 (145) 가 인게이지되고 방사상으로 웨이퍼의 외측 주변부를 따른 립 시일 (143) 을 너머 전기 콘택트들 세트 (도 1a에 미도시) 와 메이팅하도록 (mate) 하강된다.
스핀들 (106) 은 콘 (103) 이 웨이퍼 (145) 와 인게이지하게 하는 수직력과 어셈블리 (101) 를 회전시키는 토크 모두를 전달한다. 이러한 전달된 힘들은 도 1a 에서 화살표들로 표시된다. 웨이퍼 도금은 (도 1a의 상단에 점선 화살표들 (dashed arrows) 로 표시된 바와 같이) 웨이퍼 (145) 가 회전하는 동안 통상적으로 발생한다는 것에 주의하라.
컵 (102) 은 콘 (103) 이 웨이퍼 (145) 와 인게이지되는 경우 유체-밀봉 (fluid-tight) 시일을 형성하는, 압축 가능한 립 시일 (143) 을 가진다. 콘 (132) 및 웨이퍼 (145) 로부터 수직력은 유체밀봉 시일을 형성하도록 립 시일 (143) 을 압축한다 (compress). 립 시일 (143) 은 전해질이 (실리콘에 직접 구리 또는 주석 이온들과 같은 오염 종들을 도입할 수 있는) 웨이퍼 (145) 의 후면과 콘택트하는 것을 방지하고 전해질이 장치 (101) 의 민감한 컴포넌트들과 콘택트하는 것을 방지한다. 웨이퍼 (145) 의 후면을 더욱 보호하도록 유체-밀봉 시일들을 형성하는 컵 (102) 과 웨이퍼 (145) 의 계면 사이에 위치한 시일들이 있을 수도 있다.
콘 (103) 은 또한 시일 (149) 을 포함한다. 도시된 바와 같이, 시일 (149) 은 인게이지되는 경우 콘 (103) 의 에지 및 컵 (102) 의 상부 영역 근방에 위치된다. 이것은 또한 컵 (102) 위로부터 클램쉘로 진입할 수도 있는 임의의 전해질로부터 웨이퍼 (145) 의 후면을 보호한다. 시일 (149) 은 콘 (103) 또는 컵 (102) 에 부착될 수도 있고, 단일 시일 또는 멀티-컴포넌트 시일일 수도 있다.
도금의 개시시, 콘 (103) 은 컵 (102) 위로 상승되고 (raised) 웨이퍼 (145) 는 어셈블리 (102) 로 도입된다. 웨이퍼 (145) 가 컵 (102) 에 -통상적으로 로봇 암에 의해- 처음으로 도입되는 경우, 그 전면 (142) 은 립 시일 (143) 상에 약간 놓인다. 도금 동안 어셈블리 (101) 는 균일한 도금을 달성하는 것을 돕기 위하여 회전한다. 후속 도면들에서, 어셈블리 (101) 는 보다 단순한 포맷으로 그리고 도금 동안 웨이퍼 도금 표면 (142) 에서 전해질의 유체 역학을 제어하기 위한 컴포넌트들과 관련하여 도시된다. 따라서, 워크피스에서 질량 전달 및 유체 전단 (shear) 의 개요 (overview) 가 이어진다.
도 1b 는 도금될 기판의 면을 가로지르는 교차 플로우를 촉진하기 (encourage) 위하여 사용될 수도 있는 기법들에 관한 것이다. 이러한 도면들과 관련하여 기술된 다양한 기법들은 교차 플로우를 장려하기 위한 대안적인 전략들을 제시한다. 이와 같이, 이러한 도면들에 기술된 특정 엘리먼트들은 선택가능하고, 모든 실시 예들에 제시되지는 않는다.
일부 실시 예들에서, 전해질 플로우 포트들은 본 명세서에 기술된 플로우 성형 (shaping) 플레이트 및 플로우 방향 전환기 (diverter) 와 조합하여 또는 단독으로, 횡단의 (transverse) 플로우를 보조하도록 구성된다. 다양한 실시 예들은 플로우 성형 플레이트 및 플로우 방향 전환기와 조합과 관련하여 아래에서 기술되지만, 개시된 실시 예들은 이에 제한되지 않는다. 특정 실시 예들에서, 웨이퍼 표면을 가로지르는 전해질 플로우 벡터들의 크기 (magnitude) 는 벤트 (vent) 또는 갭에 근접하여 보다 크고 웨이퍼 표면을 가로지르며 점진적으로 보다 작아지며, 벤트 또는 갭으로부터 가장 먼 가상 (pseudo) 챔버의 내부에서 가장 작다고 믿어진다는 것을 주의하라. 도 1b에 도시된 바와 같이, 일부 경우들에서, (204) 에 도시된 일 예에서, 적절하게 구성된 전해질 플로우 포트 (200) 는 이러한 횡단의 플로우 벡터들 (150) 의 크기가 웨이퍼 표면을 가로질러 보다 균일하도록 사용될 수도 있다.
도 1c는 그 내부에 설치된 에지 플로우 엘리먼트 (151) 를 가지는 전기 도금 셀의 단면도를 도시한다. 이러한 예에서, 에지 플로우 엘리먼트 (151) 는 CIRP (154) 의 상승된 플래토 (plateau) 부분의 방사상 외측에 위치된다. 에지 플로우 엘리먼트 (151) 의 형상은 유입구 근처 전해질로 하여금 교차 플로우 영역 (152) 에 도달하도록 상향으로 비스듬히 이동하도록 (travel) 하고, 유사하게, 유출구 근처 전해질로 하여금 교차 플로우 영역 (152) 을 빠져나가도록 하향으로 비스듬히 이동하게 한다; 그러나, 예시의 우측면의 위어 위의 플로우는 스플래싱 (splashing) 하게 할 수도 있다. 에지 플로우 엘리먼트 (151) 의 최상 부분은 CIRP (154) 의 상승된 부분의 평면 위로 연장할 수도 있다. 다른 경우들에서, 에지 플로우 엘리먼트 (151) 의 최상 부분은 CIRP (154) 의 상승된 부분과 동일 평면 상에 있을 수도 있다. 일부 경우들에서, 에지 플로우 엘리먼트 (151) 의 위치는 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 바와 같이, 조정 가능하다. 에지 플로우 엘리먼트 (151) 의 형상 및 위치는 기판 (150) 과 기판 홀더 (156) 사이에 형성된 코너 근처에 더 높은 정도의 교차 플로우를 촉진할 수도 있다.
도 1d는 셀 유체 격납 영역 (183) 을 홀딩하는 유체 격납 유닛에서 공기의 비말 동반 (entrainment) 및 버블 (182) 형성을 유발하는, CIRP 위어 벽 (186) 위의 상향으로 이동하는 유체 (180) 의 효과의 예시를 도시한다. 일부 도금 디바이스들은 웨이퍼의 피처들에 깊이 전해질의 새로운 공급을 제공하는 목표와 함께, CIRP (184) 와 웨이퍼 (185) 사이에 높은 교차 플로우를 전달한다. 교차 플로우가 CIRP (184) 와 웨이퍼 (185) 사이 영역을 빠져나가면, 도 1d에 도시된 바와 같이 CIRP (184) 위 CIRP 위어 벽 (186) 위로 솟아서 흐르고 그 후 셀 유체 격납 영역 (183) -보다 큰 욕 저장고 (reservoir) 로 배수되기 전에 수집되는 도금 용액의 영역- 으로 아래로 떨어진다. 낮은 플로우 레이트들에서, CIRP 위어 벽 (186) 위로 떨어지는 유체의 폭포 (waterfall) 는 거품을 생성하기에 충분히 난류 (turbulent) 가 아니다. 그러나, 높은 플로우 레이트에서, 용액은 훨씬 보다 더욱 난류로 폭포로 될 뿐만 아니라, 셀 격납 외측 위어 벽 (181) 에 충돌하며, CIRP 위어 벽 (186) 위로 분사 (jet out) 된다. 이러한 상호 작용은 공기를 비말 동반하고 거품을 생성한다. 본 명세서에 기술된 바와 같은 방향 전환 디바이스 없는 장치들로 거품이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 도금 듀엣 유체 공급 플로우 레이트는 하드웨어 구성에 따라, 20 L/min 과 약 55 L/min 사이로 제한된다. 일부 경우들에서, 하드웨어는 플로우 레이트를 약 70 L/min 내지 약 90 L/min 으로 제한할 수도 있다. 그러나, 약 20 L/min 에서 약 55 L/min 이상에서, 도금 하드웨어에 결함 또는 오류를 야기하며, 상당한 거품이 생성된다. 약 20 L/min 및 약 55 L/min 로 플로우 레이트를 제한하는 것은 관통 레지스트 피처들 내로 깊은 금속 이온 공급을 제한하고, 그러므로 웨이퍼-상의 성능 (예를 들어, 은 혼입 및 균일도) 을 또한 저하시키는 동안, 도금 처리량을 감소시킨다.
도 1e는 교차 플로우 방향이 화살표 (172) 에 의해 도시되는 유체 격납 유닛에서 거품의 형성이 발생되게 하는, 유체가 CIRP 위어 벽 (170) 상향 및 위로 이동하게 하는 CIRP 위어 벽 (170) 을 가지는 CIRP (171) 의 투시도 예시를 도시한다.
도금 장치의 컴포넌트들
많은 도면들이 본 명세서의 실시 예들을 더욱 예시하고 설명하도록 제공된다. 도면들은, 다른 것들 중에서도, 개시된 전기 도금 장치와 연관된 구조적 엘리먼트들 및 플로우 경로들의 다양한 도안 (drawing) 들을 포함한다. 이러한 엘리먼트들은, 본 명세서의 특정 도면들을 기술하는데 일관되게 사용되는 특정 명칭들/참조 번호들이 주어진다.
다음의 실시 예들은, 대게, 전기 도금 장치가 분리된 애노드 챔버를 포함한다고 가정한다. 도 2는 전기도금 장치의 특정 컴포넌트들의 확대도를 도시한다. 개시된 피처들은 애노드 챔버로부터 캐소드 챔버를 분리하는 멤브레인 프레임 (274) 및 멤브레인 (206) 을 함유하는, 캐소드 챔버 내에 포함된다. 임의의 수의 가능한 애노드 및 애노드 챔버 구성들이 채용될 수도 있다. 도 3 및 도 4는 장치로 캐소드액 유체 플로우의 진입을 보여주는 장치의 단면들의 예시들이다. 다음의 실시 예들에서, 캐소드 챔버 내 담긴 캐소드액은 CIRP (206) 와 웨이퍼 (미도시) 사이의 프로세싱 영역 또는 이러한 매니폴드로 캐소드액을 전달하기 위한 채널들 (258) 중 어느 하나 내에 대체로 위치한다. 도 3은 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 교차 플로우 유입구 측면의 확대 단면도를 도시한다.
다음의 기술의 대부분의 초점은 유출구에서 유체 격납 유닛으로 캐소드액을 제어하는 것에 있다. 캐소드액은 CIRP (206) 내 개구부 및 교차 플로우 개시 구조체 (250) 로 분배 홀들 (246) 을 포함하는 채널을 통해 교차 플로우 영역 (226) 으로 진입하는 것에 의해 시작한다. 교차 플로우 개시 구조체 (250) 를 통하여 교차 플로우 영역 (226) 에 도달하는 캐소드액은 워크피스의 면에 대해 실질적으로 평행하게 지향된다.
상기 논의에서 나타낸 바와 같이, “채널형 이온 저항성 플레이트” (206) (또는 “CIRP”는 전기장 (electric field) 을 성형하고 전해액 플로우 특성들을 제어하도록, 도금 동안 작업 전극 (웨이퍼 또는 기판) 과 상대 전극 (애노드) 사이에 위치한다. 본 명세서의 다양한 도면들은 개시된 장치의 다른 구조적 피처들에 대한 CIRP (206) 의 상대적 위치를 도시한다. 이러한 CIRP (206) 의 한 예는 이전에 그 전체로 본 명세서에 참조로서 인용된, 2008 년 11 월 7 일에 출원된, 미국 특허 번호 제 8,308,931 호에 기술된다. 여기에 기술된 CIRP 는 상대적으로 낮은 전도도를 포함하는 것들 또는 매우 얇은 저항성 시드 층들을 포함하는 것들과 같은 웨이퍼의 표면들에서 방사상 도금 불균일도를 개선하기에 적합하다. 또 다른 예는 그 전체로 본 명세서에 참조로서 인용된, 2017 년 1 월 23 일에 출원된, 미국 특허 출원 번호 제 2017/0342590 호에 기술된다. 여기에 기술된 양태들을 웨이퍼의 에지들 주변의 유체의 플로우를 제어하도록 에지 플로우 엘리먼트를 사용함으로써 교차 플로우를 개선하기 위해 적합하다. 채널링된 엘리먼트의 특정 실시 예들의 추가적 양태가 아래에 기술된다.
(다른 문서들에서 애노드 멤브레인 프레임이라고 종종 지칭되는) “멤브레인 프레임” (274) 은 애노드 챔버를 캐소드 챔버로부터 분리하는 멤브레인 (202) 을 지지하도록 일부 실시 예들에서 채용되는 구조적 엘리먼트이다. 그것은 본 명세서에 개시된 특정 실시 예와 관련된 다른 피처들을 가질 수도 있다. 특히, 도면들의 실시 예를 참고하면, 그것은 교차 플로우 영역 (226) 을 향하여 캐소드액의 전달을 위한 플로우 채널 (258) 을 포함할 수도 있다. 도금 셀은 캐소드액의 최상의 레벨을 결정하고 규제하는데 유용한 셀 위어 벽 (282) 을 또한 포함할 수도 있다. 본 명세서의 다양한 도면들은 개시된 교차 플로우 장치와 연관한 다른 구조적 피처들의 문맥에서 멤브레인 프레임 (274) 을 도시한다.
멤브레인 프레임 (274) 은 통상적으로 애노드 챔버를 캐소드 챔버로부터 분리하는 역할을 하는 이온 교환 멤브레인인 멤브레인 (202) 을 홀딩하기 위한 견고한 구조적 부재이다. 설명된 바와 같이, 애노드 챔버는 캐소드 챔버가 제 2 조성의 전해질을 함유하는 반면 제 1 조성의 전해질을 함유할 수도 있다. 멤브레인 프레임 (274) 은 CIRP (206) 로 유체의 전달을 제어하는 것을 돕도록 사용될 수도 있는 복수의 유체 제어 로드들 (270) 을 또한 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 제어 로드들 (270) 은 선택 가능하다. 멤브레인 프레임 (274) 은 캐소드 챔버의 최하부 부분 및 애노드 챔버의 최상부 부분을 규정한다. 개시된 컴포넌트들은 애노드 챔버 및 멤브레인 (202) 위의 전기 화학적 도금 셀의 워크피스 측면에 모두 위치한다. 그들은 캐소드 챔버의 일부로 보여질 수 있다. 그러나, 교차 플로우 주입 장치의 특정 구현 예들은 분리된 애노드 챔버를 채용하지 않고, 이런 이유로 멤브레인 프레임 (274) 은 필수적이지 않다는 것이 이해되어야 한다.
일부 실시 예들에서 교차 플로우 링 개스킷 (gasket), 또는 대안적인 실시 예들에서 CIRP (206) 에 각각 부착될 수도 있는 플로우 링 (도 4에 도시) 및 웨이퍼 교차 플로우 한정 링 (210) 과 마찬가지로, CIRP (206) 는 워크피스와 멤브레인 프레임 (274) 사이에 일반적으로 위치한다. 보다 구체적으로, 교차 플로우 링 개스킷은 CIRP (206) 바로 위에 위치할 수도 있고, 웨이퍼 교차 플로우 한정 링 (210) 은 개스킷을 효과적으로 사이에 끼우며, 교차 플로우 링 개스킷 위에 위치될 수도 있고 CIRP (206) 의 상단 표면에 부착될 수도 있다. 본 명세서의 다양한 도면들은 CIRP (206) 에 대해 배열된 웨이퍼 교차 플로우 한정 링 (210) 을 도시한다. 일부 실시 예들에서, 웨이퍼 교차 플로우 한정 링 (210) 은 전면 인서트, 플로우 링 (얇은 폴리머 피스), 및 플로우 링을 전면 인서트에 부착하기 위한 클램프 (clamp) 링을 포함하는 단일-피스 전면 인서트 어셈블리로 지칭된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 개시의 가장 관련성 높은 구조적 피처는 워크피스 또는 웨이퍼 홀더이다. 특정 실시 예들에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 언급된 Novellus Systems 및 Lam Research 의 Sabre® 전기 도금 툴에 구현된 (embodied) 설계와 같은 콘 및 컵 클램쉘 유형 설계들에서 흔히 사용되는 워크피스 홀더는 컵 (254) 일 수도 있다. 도 2 및 도 8a 내지 도 8b 는, 예를 들어, 장치의 다른 엘리먼트들에 대한 컵 (254) 의 상대적인 배향을 도시한다. 본 명세서의 많은 실시 예들에서, 컵 (254) 과 CIRP (206) 사이의 거리는, 아래에서 더욱 논의되는 바와 같이, 전기도금 동안 동적으로 제어될 수도 있다.
다양한 실시 예들에서, 에지 플로우 엘리먼트 (도 2에 미도시) 가 제공될 수도 있다. 에지 플로우 엘리먼트는 일반적으로 CIRP (206) 위 및/또는 내부인 위치에서 및 컵 (254) 아래에서 제공될 수도 있다. 에지 플로우 엘리먼트는 아래에 더욱 기술된다.
교차 플로우 도관을 가지는 장치를 통한 플로우 경로들
도 4는, 본 명세서의 특정 실시 예에 따른 유입구 및 유출구 측면들 모두를 도시하는 도금 장치의 단면도를 도시한다. 도 4는 특정 개시된 실시 예들에 따른 도금 셀 장치의 단면의 예시를 도시한다. 도금 셀 장치는 도금 셀 (200), 멤브레인 프레임 (274), 전면 인서트 (210), (플로우 링 위어 (208a) 를 가지는) 플로우 링 (208), CIRP (206), 유출구로서 교차 플로우 도관 (280), 컵 또는 버스 바 (250), 및 웨이퍼 (245) 를 포함한다. 도금 셀 (200) 과 도금 셀 벽 (282) 사이의 영역은 도금 동안 오버플로우되는 캐소드액을 수집하기 위한 유체 격납 유닛이다. 교차 플로우 도관 (280) 은 CIRP (206) 와 웨이퍼 (245) 사이로부터의 유체 플로우가 전면 인서트 (210) 의 아래로 (그리고 위로, 지속적인 웨팅을 보장하게), 교차 플로우 도관 (280) 을 통해 아래로, 그리고 유체 격납 유닛 내로 화살표로 도시된 유출구를 통해 밖으로 흐르도록, 도금 셀 (200) 내 형성된 채널들, 멤브레인 프레임 (274), 및 CIRP (206) 을 포함한다. 교차 플로우 도관 (280) 은 방위각으로 위치하고 (a) 교차 플로우 유입구의 반대편 또는 (b) 교차 플로우 도관에 의해 차지되는 CIRP의 원주 (circumference) 의 각도의 범위 (예를 들어, 약 10 내지 약 180 도) 에 위치될 수 있다. 교차 플로우 도관 (280) 의 너비, 또는 방사상 방향에서 개구부 사이즈는, 약 0.1 ㎝ 와 약 1 ㎝ 사이일 수도 있다. 일반적으로, 교차 플로우 도관 (280) 은 “스마일” 형상이다. 추가 예시들이 도 9 내지 도 13에 관하여 아래에 기술된다.
유체 격납 유닛 (282) 내 검은 수평 라인들은 사용 동안 격납 유닛 내 유체 레벨을 나타낸다. 화살표들은 도금 동안 플로우의 방향을 도시한다 -즉, 유체는 교차 플로우 유입구를 통하여 상향으로, 보다 큰 화살표로 도시된 교차 플로우의 방향으로 CIRP (206) 와 웨이퍼 (245) 사이의 CIRP (206) 를 통하여 위로, 그리고 인서트 (210) 하향으로 아래로, 교차 플로우 도관 (280) 을 통해, 그리고 유체 격납 유닛 (282) 밖으로 흐름으로써 시작된다.
도금 프로세스 동안, 캐소드액은 셀 위어 벽 (282) 에 의해 결속된 (bound) 유체 격납 내의 유체 레벨로 교차 플로우 영역 (226) 과 멤브레인 프레임 (274) 상의 멤브레인 (202) 의 상단 사이 영역을 충진하고 차지한다. 이러한 캐소드액 영역은 세개의 하위-영역들로 분할될 수 있다: 1) CIRP (206) 아래 및 (애노드 챔버 양이온 멤브레인을 채용하는 설계들에서) 분리된 애노드 챔버들 양이온 멤브레인 (202) 위의 CIRP 매니폴드 영역 (208) (이 엘리먼트는 또한 때때로 하부 매니폴드 영역 (208) 이라고 지칭된다), 2) 웨이퍼 및 CIRP (206) 의 상부 표면 사이의, 교차 플로우 영역 (226), 및 3) 셀 위어 벽 (282) 내부의 유체 격납 유닛 내 및 인서트 위 유체 레벨을 가지는 클램쉘/컵 (254) 의 외부의, 상단 셀 영역 또는 “전해질 격납 영역” 웨이퍼가 침지되지 않고 클램쉘/컵 (254) 이 아래 위치에 있지 않는 경우, 제 2 영역 및 제 3 영역은 하나의 영역으로 결합된다.
상기 영역 (2) 은, 워크피스 홀더 (254) 내 설치되는 경우 CIRP (206) 의 상단과 워크피스의 하단 사이는 캐소드액을 담고 “교차 플로우 영역” (226) 으로 지칭된다. 워크피스의 표면에서부터 CIRP (206) 의 상부 표면까지 측정된 이러한 영역 내 형성된 갭은, 약 0.5 ㎜ 와 약 15 ㎜ 사이, 또는 일 예로, 약 2 ㎜ 와 같이 매우 작을 수도 있다. 교차 플로우 영역 (226) 의 직경은 일반적으로 웨이퍼의 직경에 의해 규정되지만, 약 150 ㎜ (보다 작은 직경의 웨이퍼들에서) 부터 ~500 ㎜ (보다 큰 직경의 웨이퍼들에서) 까지 사이즈가 가변할 수도 있다. 일반적으로, 교차 플로우 영역 (226) 의 형상은 편평하고 원형이다.
교차 플로우 영역 (226) 을 통한 유체의 플로우 레이트는 상이한 구성들에 따라 가변할 수 있다. 300 ㎜ 웨이퍼 및 2 ㎜ 높이의 교차 플로우 영역 (260) 에서, 단일 셀에 대한 플로우 레이트는 적어도 약 20 L/min, 또는 적어도 약 25 L/min, 또는 약 6 L/min 와 약 60 L/min 사이, 또는 약 20 L/min 또는 약 50 L/min 사이일 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 캐소드액은 단일 유입구 포트를 통하여 캐소드 챔버로 진입한다. 다른 실시 예들에서, 캐소드액은 도금 셀 내 다른 곳에 위치한 하나 이상의 포트들을 통하여 캐소드 챔버로 진입한다. 일부 경우들에서, 애노드 챔버 주변 및 애노드 챔버 벽들로부터 절단된, 셀의 욕을 위한 단일 유입구가 있다. 이러한 유입구는 셀 및 애노드 챔버의 베이스 (base) 에서 중심 캐소드액 유입구 매니폴드로 연결된다. 특정한 개시된 실시 예들에서, 주된 캐소드액 매니폴드 챔버는 복수의 캐소드액 챔버 유입구 홀들 (예를 들어, 12 개의 캐소드 챔버 유입구 홀들) 을 피딩한다 (feed). 다양한 경우들에서, 이러한 캐소드액 챔버 유입구 홀들은 두개의 그룹들로 나누어진다: 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 로 캐소드액을 피딩하는 제 1 그룹, 및 CIRP 매니폴드 (208) 로 캐소드액을 피딩하는 제 2 그룹. 다양한 실시 예들에서, 캐소드액은 멤브레인을 통한 상향으로 수직 플로우 없이 교차 플로우를 통해서만 또는 CIRP 매니폴드 (208) 를 통해서만 흐르지만; 일부 실시 예들에서, CIRP 매니폴드 (208) 는 캐소드액을 포함하지만 도금은 교차 플로우 영역 (226) 에서 교차 플로우에 의하여 우선적으로 수행된다.
언급된 바와 같이, 캐소드 챔버로 진입하는 캐소드액은 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 로, 샤워헤드 (242) 내 홀들 (246) 을 통하여, 그리고 교차 플로우 영역 (226) 내로 흐른다. 교차 플로우 주입 매니폴드 영역 (222) 으로부터 직접적으로 유입되는 플로우는, 때때로 교차 플로우 측 유입구들 (250) 로 지칭되는 교차 플로우 한정 링 입구 (entrance) 포트들을 통하여 진입될 수도 있고 웨이퍼에 평행하게 그리고 셀의 한 측면으로부터 방출될 (emanate) 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 캐소드 챔버로 진입하는 유체는 전기 도금 셀 챔버의 캐소드 챔버 부분의 주변 주위로 (종종 주변 벽) 분배되는 복수의 채널들 내로 지향된다. 특정 실시 예에서, 캐소드 챔버 벽에 포함된 12 개의 채널들이 있다.
캐소드 챔버 벽들 내 채널들은 멤브레인 프레임 내 대응하는 “교차 플로우 피드 채널들” 로 연결할 수도 있다. 이러한 피드 채널들의 일부는 CIRP 매니폴드 (208) 로 바로 캐소드액을 전달한다. 일부 실시 예들에서, CIRP (206) 는 교차 플로우 영역 (226) 으로 직접적으로 위로 유체를 흐르게 하기 위한 마이크로 채널들을 포함할 수도 있다. 기술되지는 않았으나, 본 명세서의 모든 실시 예들은 교차 플로우하는 전해질 뿐만 아니라, 웨이퍼의 표면에 충돌하도록 CIRP 내 채널들을 통하여 상향으로 흐르는 전해질을 포함하는 방식으로 구현될 수도 있다. 마이크로 채널들이 사용되는 경우, 이러한 매니폴드로 제공되는 캐소드액은 CIRP (206) 의 작은 수직으로 배향된 채널들을 통해 후속하여 통과하고 캐소드액의 제트 (jet) 들로서 교차 플로우 영역 (226) 으로 진입한다.
언급된 바와 같이, 도면들에 도시된 실시 예에서, 캐소드액은 12 개의 캐소드액 피더 (feeder) 라인들/튜브들 중 6 개를 통해 “CIRP 매니폴드 챔버” (208) 를 피딩한다. CIRP 매니폴드 (208) 를 피딩하는 이 6 개의 주된 튜브들 또는 라인들 (262) 은 (유체가 웨이퍼 아래 교차 플로우 영역 (226) 을 통과하는) 교차 플로우 한정 링의 출구 캐비티 (cavity) (234) 아래에, 그리고 모든 교차 플로우 영역 컴포넌트들 (교차 플로우 주입 매니폴드 (222), 샤워헤드 (242), 및 한정 링 입구 캐비티 (250)) 의 반대편에 있다 (reside).
다양한 도면들에 도시된 바와 같이, 멤브레인 프레임 내 일부 교차 플로우 피드 채널들 (258) 은 (예를 들어 12 개 중 6 개) 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 에 바로 이어진다. 이러한 교차 플로우 피드 채널들 (258) 은 셀의 애노드 챔버의 베이스에서 시작하고 그 후 멤브레인 프레임 (274) 의 매칭 채널들을 통과하고 그 후 CIRP (206) 의 보다 낮은 부분 상의 대응하는 교차 플로우 피드 채널들 (258) 과 연결된다. 예를 들어, 도 3을 참조하라.
특정 실시 예에서, 도 3을 참조하면, 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 로 그리고 그 후 교차 플로우 영역 (226) 으로 직접적으로 캐소드액을 전달하기 위한 6 개의 개별 피드 채널들 (258) 이 있다. 교차 플로우 영역 (226) 내 교차 플로우에 영향을 미치기 위해, 이들 채널들 (258) 은 방위각으로 불균일한 방식으로 교차 플로우 영역 (226) 으로 빠져나간다. 구체적으로, 그들은 교차 플로우 영역 (266) 의 특정 측면 또는 방위각 위치에서 교차 플로우 영역 (226) 으로 진입한다. 도 3에 도시된 특정 실시 예에서, 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 로 캐소드액을 직접적으로 전달하기 위한 유체 경로들 (258) 은 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 에 도달하기 전에 4개의 개별 엘리먼트들을 통과한다: (1) 셀의 애노드 챔버 벽 내 전용 채널들 (dedicated channels), (2) 멤브레인 프레임 (274) 내 전용 채널들, (3) CIRP (206) 내 전용 채널들 (즉, CIRP 매니폴드 (208) 로부터 교차 플로우 영역 (226) 으로 캐소드액을 전달하기 위해 사용되는 1-D 채널들이 아니라), (4) 웨이퍼 교차 플로우 한정 링 (210) 내 유체 경로들.
언급된 바와 같이, 멤브레인 프레임 (274) 을 통과하고 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 를 피딩하는 플로우 경로들의 부분들은 교차 플로우 피드 채널들 (258) 이라고 지칭된다. 다양한 실시 예들에서, 마이크로 채널들은 CIRP 에 존재하지 않고, 캐소드액을 교차 플로우 영역 (226) 으로 전달하도록 사용되지 않는다. 그러나, 마이크로 채널들이 CIRP 에 있고, “교차 플로우 피드 채널” 은 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 를 피딩하는 캐소드액 피드 채널들 (258) 및 CIRP 매니폴드 (208) 를 피딩하는 캐소드액 피드 채널들을 모두 포함한다. 마이크로 채널들이 사용되지 않는 경우, 교차 플로우 피드 채널은 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 를 피딩하는 캐소드액 피드 채널들 (258) 을 포함한다.
도 3을 참조하면, 캐소드액의 플로우 경로는 그것이 플레이트 (206) 내 교차 플로우 피드 채널 (258) 을 통과하면서 수직으로 위쪽 방향으로 이동하고, 그 후 CIRP (206) 의 바디 내에 형성된 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 로 진입한다. 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 는 다양한 개별 피드 채널들 (258) 로부터 (예를 들어, 개별 6개 교차 플로우 피드 채널들 각각으로부터) 교차 플로우 샤워헤드 플레이트 (242) 의 다양한 복수의 플로우 분배 홀들 (246) 로 유체를 분배할 수 있는 CIRP 내의 파낸 (dug out) 채널이 될 수도 있는 방위각 캐비티이다. 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 는 CIRP (206) 의 주변 또는 에지 영역의 각도 섹션을 따라 위치된다. 예를 들어, 도 3을 참조하라. 특정 실시 예들에서, 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 는 플레이트의 주위 (perimeter) 영역의 약 90° 내지 180° 의 각도 위에 C-형상 구조체를 형성한다. 특정 실시 예들에서, 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 의 각도의 크기 (extent) 는 약 120° 내지 약 170°, 더 구체적인 실시 예는 약 140° 와 약 150° 사이이다. 이러한 또는 다른 실시 예들에서, 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 의 각도 크기는 적어도 약 90° 이다. 다양한 구현 예들에서, 샤워헤드 (242) 는 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 와 대략 동일한 각도 크기에 걸쳐 있다. 게다가, (많은 경우들에서 하나 이상의 교차 플로우 주입 매니폴드 (222), 샤워헤드 (242), 샤워헤드 홀들 (246), 및 교차 플로우 한정 링의 개구부를 포함하는) 전체 유입구 구조체 (250) 는 이러한 동일한 각도 크기들에 걸쳐 있을 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 주입 매니폴드 (222) 의 교차 플로우는 CIRP (206) 내에 연속적인 유체적으로 커플링된 캐비티를 형성한다. 이러한 경우 교차 플로우 주입 매니폴드 (예를 들어, 6개 모두) 를 피딩하는 교차 플로우 피드 채널들 (258) 의 전부는 하나의 연속적이고 연결된 교차 플로우 주입 매니폴드 챔버로 빠져나간다. 다른 실시 예들에서, 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 및/또는 교차 플로우 샤워헤드 (242) 는 (6 개의 분리된 세그먼트들을 도시하는) 도 5에 도시된 바와 같이, 둘 이상의 각도적으로 구별되고 완전히 또는 부분적으로 분리된 세그먼트들로 분할된다 (divided). 일부 실시 예들에서, 각도적으로 분리된 세그먼트들의 수는 약 1 내지 12 또는 약 4 내지 6 이다. 특정 실시 예에서, 이러한 각도적으로 구별된 세그먼트들 각각은 CIRP (206) 내부에 배치된 분리된 교차 플로우 피드 채널 (258) 로 유체적으로 커플링된다. 그러므로, 예를 들어, 6 개의 각도적으로 구별되고 분리된 소구역 (subregion) 들이 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 내부에 있을 수도 있다. 특정 실시 예들에서, 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 의 이러한 구별된 소구역들 각각은 동일한 부피 및/또는 동일한 각도 정도를 가진다.
많은 경우들에서, 캐소드액은 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 를 빠져나가고 많은 각도적으로 분리된 캐소드액 유출구 포트들 (홀들) (246) 을 가지는 교차 플로우 샤워헤드 플레이트 (242) 를 통과한다. 예를 들어 도 3 및 도 6을 참조하라.
교차 플로우 도관으로 플로우 경로들
도 6은 샤워헤드 (242) 및 139 개의 유출구 홀들 (246) 과 함께, CIRP (206) 내부에 임베딩된 (embedded) 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 를 도시하는 교차 플로우 영역 (226) 의 평면도를 도시한다. 교차 주입 매니폴드 플로우를 위한 모든 6 개의 유체 조정 로드들 (270) 이 또한 도시된다. 교차 플로우 한정 링 (210) 은 이 도면에서 설치되지 않지만, 교차 플로우 한정 링 (210) 과 CIRP (206) 의 상부 표면 사이를 시일링하는 교차 플로우 한정 링 시일링 개스킷 (238) 의 윤곽 (outline) 이 도시된다. 도 6에 도시된 다른 엘리먼트들은 (예를 들어, 캐소드의 차폐 인서트에 사용될 수도 있는) CIRP (206) 의 애노드 측에 있는 교차 플로우 한정 링 패스너 (fastener) 들 (218), 멤브레인 프레임 (274), 및 스크류 홀들 (278) 을 포함한다.
일부 실시 예들에서, 교차 플로우 한정 링 유출구 (234) 의 기하학적 구조 (geometry) 는 교차 플로우 패턴을 더욱 최적화하도록 (optimize) 튜닝될 수도 있다. 예를 들어, 교차 플로우 패턴이 제한 링 (210) 의 에지로 갈라지는 (diverge) 경우는 교차 플로우 한정 링 유출구 (234) 의 외부 영역들의 개방 영역 (open area) 을 감소시킴으로써 수정될 수도 있다. 특정 실시 예들에서, 유출구 매니폴드 (234) 는, 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 와 매우 유사한, 분리된 섹션들 또는 포트들을 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 유출구 섹션들의 수는 약 1 내지 12, 또는 약 4 내지 6 이다. 포트들은 유출구 매니폴드 (234) 를 따라 상이한 (일반적으로 인접한) 위치들을 차지하며, 방위각으로 분리된다. 포트들 각각을 통한 상대적 플로우 레이트들은 일부 경우들에서 독립적으로 제어될 수도 있다. 이러한 제어는 예를 들어, 유입구 플로우와 관련하여 기술된 제어 로드들과 유사한 제어 로드들 (270) 을 사용함으로써 달성될 수도 있다. 또 다른 실시 예들에서, 유출구의 상이한 섹션들을 통한 플로우는 유출구 매니폴드의 기하학적 구조에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 측면 에지 각각 근처에 적은 개방 영역을 가지고 중심부 근처에 보다 많은 개방 영역을 가지는 유출구 매니폴드는 보다 많은 플로우가 유출구의 중심 근처에서 빠져나가고 보다 적은 플로우가 유출구의 에지 근처에서 빠져나가는 용액 플로우 패턴을 발생시킬 것이다. 유출구 매니폴드 (234) 의 포트들을 통한 상대적인 플로우 레이트들을 제어하는 것의 다른 방법들이 (예를 들어, 펌프들 등) 또한 사용될 수도 있다.
언급된 바와 같이, 캐소드액 챔버로 진입하는 벌크 캐소드액은, 예를 들어 12 개의 분리 채널들과 같은, 복수의 채널들 (258 및 262) 을 통하여 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 및 CIRP 매니폴드 (208) 내로 분리되어 지향된다. 특정 실시 예들에서, 이러한 개별 채널들 (258 및 262) 을 통한 플로우들은 적절한 메커니즘에 의해 서로 독립적으로 제어된다. 일부 실시 예들에서, 이러한 메커니즘은 개별 채널들로 유체를 전달하기 위한 분리된 펌프들을 수반한다. 다른 실시 예들에서, 단일 펌프는 주된 캐소드액 매니폴드를 피딩하도록 사용되고, 조정 가능한 다양한 플로우 한정 엘리먼트들이 다양한 채널들 (258 및 262) 사이 및 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 와 CIRP 매니폴드 (208) 영역들 사이 및/또는 셀의 각 주변 (angular periphery) 을 따라 상대적인 플로우들을 조절하기 위하여 제공되는 플로우 경로를 피딩하는 하나 이상의 채널들로 제공될 수도 있다. 도면들에 도시된 다양한 실시 예들에서, 하나 이상의 (플로우 제어 엘리먼트들로 때때로 또한 지칭되는) 유체 조정 로드들 (270) 은 독립적인 제어가 제공되는 채널들에 배치된다. 도시된 실시 예들에서, 유체 조정 로드 (270) 는 캐소드액이 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 또는 CIRP 매니폴드 (208) 를 향하는 플로우 동안 수축되는 환형 공간을 제공한다. 완전하게 수축된 상태에서, 유체 조정 로드 (270) 는 플로우에 대한 저항을 본질적으로 제공하지 않는다. 완전하게 인게이지된 상태에서, 유체 조정 로드 (270) 는 플로우에 최대 저항을 제공하고, 일부 구현 예에서 채널을 통한 모든 플로우를 중지시킨다. 중간의 상태들 또는 위치들에서, 로드 (270) 는 유체가 채널들의 내경과 유체 조절 로드의 외경 사이의 제한된 환형 공간을 통해 흐를 때 중간 레벨들의 플로우의 수축을 허용한다.
일부 실시 예들에서, 유체 조정 로드들 (270) 의 조정은 전기 도금 셀의 오퍼레이터 또는 제어기가 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 또는 CIRP 매니폴드 (208) 중 어느 하나의 플로우를 선호하게 한다. 특정 실시 예들에서, 캐소드액을 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 로 직접적으로 전달하는 채널들 (258) 내의 유체 조정 로드들 (270) 의 독립적인 조정은 오퍼레이터 또는 제어기가 교차 플로우 영역 (226) 으로 유체 플로우의 방위각의 컴포넌트를 제어하게 한다.
특정 실시 예들에서, 교차 플로우 샤워헤드 플레이트 (242) 는, 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이, CIRP (206) 에 통합된다. 일부 실시 예들에서, 샤워헤드 플레이트 (242) 는 CIRP (206) 의 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 의 상단에 접착되고, 볼팅되고, 또는 그렇지 않다면 부착될 수 있다. 특정 실시 예들에서, 교차 플로우 샤워헤드 (242) 의 상단 표면은 CIRP (206) 의 평면 또는 상단 표면과 동일한 높이거나 그 위로 약간 높다. 이러한 방식에서, 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 를 통해 흐르는 캐소드액은 캐소드액이 채널형 이온 저항성 플레이트의 상단 표면과 실질적으로 평행한 방향의 교차 플로우 영역 (226) 으로 들어가도록 샤워헤드 홀들 (246) 을 통해 처음에 수직으로 상향으로, 그 후 교차 플로우 한정 링 (210) 아래로 가로방향으로 그리고 교차 플로우 영역 (226) 내로 이동할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 샤워헤드 (242) 는 샤워헤드 홀들 (246) 을 빠져 나가는 캐소드액이 웨이퍼-평행 방향으로 이미 이동하도록 배향될 수도 있다.
구체적인 실시 예에서, 교차 플로우 샤워헤드 (242) 는 139 개의 각도적으로 분리된 캐소드액 유출구 홀들 (246) 을 갖는다. 보다 일반적으로, 교차 플로우 영역 (226) 내부의 균일한 교차 플로우를 합리적으로 확립하는 임의의 수의 홀들이 채용될 수도 있다. 특정 실시 예들에서, 교차 플로우 샤워헤드 (242) 내 약 50 개와 약 300개 사이의 이러한 캐소드액 유출구 홀들 (246) 이 있다. 특정 실시 예에서, 약 100 개와 약 200 개 사이의 이러한 홀들이 있다. 특정 실시 예들에서, 약 120 개와 약 160 개 사이의 이러한 홀들이 있다. 일반적으로, 개별 포트들 또는 홀들 (246) 의 사이즈는 직경으로 약 0.020″ 부터 약 0.10″ 로의 범위, 보다 구체적으로 약 0.03″ 로부터 약 0.06″ 일 수 있다.
특정 실시 예들에서, 이러한 홀들 (246) 은 각도적으로 균일한 방식으로 교차 플로우 샤워헤드 (242) 의 전체 각도의 크기로 배치된다 (예를 들어, 홀들 (246) 사이의 간격은 셀 중심과 두 인접한 홀들 사이의 고정된 각도에 의해 결정된다.) 도 3 및 도 7을 참조하라. 다른 실시 예들에서, 홀들 (246) 은 각도적으로 불균일한 방식으로 각도의 크기를 따라 분배된다. 추가적인 실시 예들에서, 각도적으로 불균일한 홀 분배는 그럼에도 불구하고 선형으로 (“”방향) 균일한 분배이다. 달리 말하자면, 후자의 경우에서, 홀 분배는 교차 플로우의 방향에 수직인 축 (이 축은 “x” 방향이다) 에 투영되는 경우 홀들이 동일하게 이격되도록 한다. 홀들 (246) 각각은 셀 중심으로부터 동일한 방사상 거리에 위치하고, 인접한 홀들로부터 “x” 항양으로 동일한 거리의 간격을 둔다. 이러한 각도적으로 불균일한 홀들 (246) 을 가지는 것의 순 효과 (net effect) 는 전체 교차 플로우 패턴이 훨씬 보다 더욱 균일하다는 것이다.
특정 실시 예들에서, 교차 플로우 샤워헤드 (242) 를 빠져나가는 캐소드액의 방향은 웨이퍼 교차 플로우 한정 링 (210) 에 의해 더욱 제어된다. 특정 실시 예들에서, 이러한 링 (210) 은 CIRP (206) 의 전체 원주에 걸쳐 연장된다. 특정 실시 예들에서, 교차 플로우 한정 링 또는 전면 인서트 (210) 의 단면은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, L-형상을 가진다. 특정 실시 예들에서, 웨이퍼 교차 플로우 한정 링 (210) 은 교차 플로우 샤워헤드 (242) 의 유출구 홀들 (246) 과 유체 연통하는 방향성 핀들 (fins) (266) 과 같은 일련의 플로우 지향 엘리먼트들을 포함한다. 보다 구체적으로, 방향성 핀들 (266) 은 웨이퍼 교차 플로우 한정 링 (210) 의 상부 표면 아래 및 인접한 방향성 핀들 (266) 사이에 크게 격리된 (segregated) 유체 통로들을 규정한다. 일부 경우에서, 핀들 (266) 의 목적은 교차 플로우 샤워헤드 홀들 (246) 로부터 빠져나가는 플로우를 그렇지 않으면 방사상 내측 방향으로부터 “왼쪽에서 오른쪽” 플로우 궤적으로 (왼쪽은 교차 플로우의 유입구 측면 (250) 이고, 오른쪽은 유출구 측면 (234)) 다시 지향시키고 제한하는 것이다. 이것은 실질적으로 선형적인 교차 플로우 패턴을 확립하는 것을 돕는다. 교차 플로우 샤워헤드 (242) 의 홀들 (246) 을 빠져나가는 캐소드액은 방향성 핀들 (266) 의 배향에 의해 야기되는 플로우 유선 (streamline) 을 따라 방향성 핀들 (266) 에 의해 지향된다. 특정 실시 예들에서, 웨이퍼 교차 플로우 한정 링 (210) 의 모든 방향성 핀들 (266) 은 서로 평행이다. 이러한 평행 배열은 교차 플로우 영역 (226) 내에서 균일한 교차 플로우 방향을 확립하는 것을 돕는다. 다양한 실시 예들에서, 웨이퍼 교차 플로우 한정 링 (210) 의 방향성 핀들 (266) 은 교차 플로우 영역 (226) 의 유입구 (250) 측면 및 유출구 (234) 측면을 따라 모두 배치된다. 이것은 예를 들어, 도 7의 평면도에 예시된다.
표시된 바와 같이, 교차 플로우 영역 (226) 내 흐르는 캐소드액은 일반적으로 웨이퍼 교차 플로우 한정 링 (210) 의 유입구 영역 (250) 으로부터 링 (210) 의 유출구 측면 (234) 으로 통과하고, 이는 도 9 내지 도 13에 대하여 아래에서 추가적으로 기술되는 교차 플로우 도관을 구현한다. 일정량의 캐소드액이 또한 기판의 전체 주변 주위에서 누출될 수도 있다. 이러한 누출은 유출구 측면 (234) 에서 교차 플로우 영역을 떠나는 캐소드액의 양에 비해 최소일 수도 있다. 유출구 측면 (234) 에서, 특정 실시 예에서, 유입구 측면의 방향성 핀들 (266) 과 평행할 수도 있고 정렬될 수도 있는 복수의 방향성 핀들 (266) 이 있다. 교차 플로우는 유출구 측면 (234) 상에 방향성 핀들 (266) 에 의해 생성된 채널들을 통과하고 그 후 교차 플로우 영역 (226) 을 궁극적으로 그리고 직접적으로 빠져나간다. 플로우는 그리고, 일반적으로 방사상으로 외측으로 그리고 웨이퍼 홀더 (254) 및 교차 플로우 한정 링 (210) 을 넘어서 캐소드 챔버의 또 다른 영역으로 통과하고, 그 후 교차 플로우 도관 (280) 을 통하여 수집 및 재순환을 위하여 도금 셀 위어 벽 (282) 에 의해 결합된 유체 격납 유닛으로 통과한다. 그러므로, 도면들 (예를 들어 도 3 및 도 4) 이 교차 플로우 영역을 진입하고 빠져나가는 캐소드액의 전체 순환 (circuit) 의 단지 부분적 경로를 도시한다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 도 3 및 도 4 에 도시된 실시 예에서, 교차 플로우 영역 (226) 을 빠져나가는 유체는 작은 홀들을 통해 또는 유입구 측면의 피드 채널들 (258) 과 유사한 (analogous) 채널들을 통해 다시 통과하지 않고, 오히려 앞서 언급한 축적 영역에 축적되며 웨이퍼 방향과 일반적으로 평행한 외측을 통과하는 것을 주의해야 한다.
교차 플로우 주입 몰드 및 플로우 경로 진입
도 8a 내지 도 8b 는 도금 컵 (254) 에 대한 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 및 대응하는 교차 플로우 유입구 (250) 단면도를 도시한다. 교차 플로우 유입구 (250) 의 위치는 교차 플로우 한정 링 (210) 의 위치에 의해, 적어도 부분적으로, 규정된다. 구체적으로, 유입구 (250) 는 교차 플로우 한정 링 (210) 이 종료되는 곳에서 시작되는 것으로 간주될 수도 있다. 도 8a 에서 보여지는, 초기 설계의 경우에서, 제한 링 (210) 종료 지점 (및 유입구 (250) 개시 (commencement) 지점) 은 웨이퍼의 에지 아래에 있었던 반면, 도 8b 에 보여지는 수정된 설계에서, 종료/개시 지점은 도금 컵 아래에 있고 초기 설계와 비교하여, 웨이퍼 에지로부터 더욱 방사상 외측으로 있다. 또한, 이전 설계의 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 는 교차 플로우 영역 (226) 으로 유체 진입 지점 근처에 원하지 않는 난류를 잠재적으로 형성하는 (일반적으로 왼쪽으로 향하는 화살표가 상향으로 상승하기 시작하는) 교차 플로우 링 캐비티 내 단차를 가진다. 일부 경우들에서, 에지 플로우 엘리먼트 (미도시) 는 기판의 주변 근접 및/또는 채널형 이온 저항성 플레이트의 주변에 존재할 수도 있다. 에지 플로우 엘리먼트는 유입구 (250) 근접 및/또는 유출구 근접에 존재할 수도 있다 (도 8a 및 도 8b에 미도시). 에지 플로우 엘리먼트는 전극을 기판의 도금면과 컵 (254) 의 에지 사이에 형성되는 코너부로 지향시키도록 사용될 수도 있고, 그렇게 함으로써, 그렇지 않으면 이 영역에서 상대적으로 낮은 교차 플로우에 대응한다.
교차 플로우 도관 컴포넌트들
도 4와 관련하여 위에서 언급한 바와 같이, 도금 동안 거품 생성을 줄이고 전해질 플로우를 개선하도록 전기 도금 셀 내 교차 플로우를 방향 전환하기 위한 방법들 및 장치들이 본 명세서에 제공된다. 본 명세서에 개시된 다양한 실시 예들은, 스플래싱, 공기 비말 동반, 및 후속적인 거품 형성을 최소화하기 위해 교차 플로우가 웨이퍼 아래 영역을 빠져나갈 때 교차 플로우를 방향 전환하는 교차 플로우 도관 (CFC) 으로 지칭되는, 플로우 방향 전환 디바이스를 수반한다. 특정 도금 화학물질들은 높은 대류에서 거품을 생성하는 경향이 있는 (prone) 첨가제들을 함유한다. 상당한 거품 생성은 도금 셀 및 욕 저장고의 레벨 센서들에 오류들을 야기할 수 있고 거품이 성장하여 도금 하드웨어의 다른 부분으로 이동하는 경우 부품 (part) 들을 오염시키고 부식시킬 (corrode) 수 있다.
CIRP 위어 또는 임의의 다른 위어의 상단 위를 흐름으로써 채널형 이온 저항 플레이트 (CIRP) 를 빠져 나가는 것 (도 1c 및 1d 에 도시) 과 반대로, 교차 플로우 용액은 CIRP 의 차단기 (cut-out), 멤브레인 프레임의 차단기, 및 셀의 차단기를 포함하는 교차 플로우 도관 내로 방향 전환되고, 그 후 배수하기 전에 욕으로 다시 수집하는 외측 셀 유체 격납 유닛으로 유출된다. 플로우가 CFC 를 빠져나와 도금 셀 격납고에서 수집된 용액들과 만나는 지점은 용액 레벨 아래이다. 즉, 저장고로 떨어지는 것과는 반대로 액체 표면 아래로 흐른다-폭포와 반대로 저류 (under-tow) 와 보다 유사하다.
다양한 실시 예들에서, 교차 플로우 도관은, 진입시 적당한 (proper) 웨이퍼 웨팅을 위해서 필요한 CIRP 위의 충분한 용액 레벨을 유지하도록 다양한 제한 플레이트들을 또한 포함할 수 있다. 제한 플레이트들은, 가변-애퍼처 설계와 함께, 또는 압력 릴리프 밸브에 의해 조절됨으로써 고정될 수 있다. 교차 플로우 도관은 다양한 하드웨어 컴포넌트들 (전면 인서트, CIRP, 멤브레인 프레임, 셀) 에 내장되거나 기존의 하드웨어에 장착하고 (mount) 활용하는 부착가능한 부품일 수 있다. 이러한 다양한 실시 예들은 도 9 내지 도 14 에 대하여 기술된다.
일 실시 예는, 교차 플로우가 스플래싱, 공기 비말 동반, 및 후속적인 거품 형성을 최소화하도록 웨이퍼 아래 영역을 빠져나가는 경우 교차 플로우를 방향 전환하는, 교차 플로우 도관 (CFC) 으로 지칭되는, 플로우 방향 전환 디바이스를 수반한다. 예가 도 9에 제공된다. 도 9는 특정 개시된 실시 예에 따라 캐소드액이 빠져나가는 도금 셀 장치의 부분의 단면의 단순화된 예시를 보여준다. 단면은 유체 격납 유닛 (940) 이 유체가 교차 플로우의 출구 측 (exiting side) 에서 빠져나오는 경우 도금 셀 (900) 로부터 유체를 홀딩하는 셀 위어 벽 (982) 을 가지는 도금 셀 (900) 을 포함한다. 도금 셀 (900) 은 CIRP (906), 및 멤브레인 프레임 (974) 을 포함한다. 채널은 (교차 플로우 출구에서 가장 가까운 에지에서) CIRP 로 절단된다. 동일한 채널은 멤브레인 프레임 (974) 및 도금 셀 (900) 로 절단된다. 이러한 채널들은 함께 공기와 혼합 없이 유체 격납고 (940) 의 하단 (유체 레벨 아래) 으로 교차 플로우 용액을 방향 전환하는 CFC 의 지붕/천장 역할을 하는 전면부 인서트 (910) 를 가지는 교차 플로우 도관 (980) 을 생성한다. 유체 및 공기의 최소 상호작용에 기인하여, 그리고 유체가 교차 플로우를 빠져나갈 때 더 이상 셀 벽 (982) 에 충돌하지 (impinge) 않기 때문에, 거품 생성이 방지된다. 도금 셀 (900) 은 유체 격납 유닛 (940) 으로 유출구를 또한 포함한다. CIRP (906) 및 인서트 (910) 는 인서트 (910) 가 웨이퍼 (945) 를 홀딩하기 위해 제자리에 컵 (902) 을 홀딩하기 위해 사용되도록 좁은 채널 (999) 에 의해 분리된다. 인서트 (910) 는 웨이퍼 (945) 위의 유체의 연속적인 플로우를 보장하기 위해 인서트 (910) 의 상단 위의 유체의 침수 (flooded) 영역 포함하도록 위어 벽 (910w) 을 포함한다. 교차 플로우로부터 유체 플로우는 웨이퍼 (945) 아래로, 컵과 CIRP 사이의 좁은 갭의 컵 (902) 아래로, 그리고 인서트 (910) 와 CIRP (906) 사이의 좁은 채널 (999) 통하여 그리고, 유체가 도금 셀의 다른 측면의 유입구로 그 후 재순환되고 다시 재펌핑되는 유체 격납 유닛 (940) 으로 교차 플로우 도관 (980) 을 통하여 아래로 흐른다.
도 10은, 왼쪽에서 오른쪽으로, 도금 셀 (1010), 멤브레인 프레임 (1012), CIRP (1014), 및 전면부 인서트 (1016) 를 포함하는, 도금 셀의 다양한 컴포넌트들의 분해도를 도시한다. CIRP (1014), 멤브레인 프레임 (1012), 및 셀 (1010) 각각은 개구부들이 정렬되는 경우, 교차 플로우 도관이 유체가 유출구로 (각각은 교차 플로우 도관의 컴포넌트로 지칭되는) CIRP 개구부, 멤브레인 프레임 개구부, 및 셀 개구부를 통해 아래로 흐르게 하게 형성되도록 환형 형상의 유출구에 개구부 (1020) 를 포함한다. 셀의 예시는 개구부의 상단이 교차 플로우 도관 유입구 (1020a) 이고, 개구부의 하단이 교차 플로우 도관 유출구 (1020b) 이라는 것을 도시한다. 교차 플로우 도관 (1020) 은 멤브레인 프레임 및 CIRP 모두에서 또한 도시된다. 전면부 인서트 (1016) 의 하단은 도 9에 대하여 상기 기술된 바와 같이 교차 플로우 도관의 “지붕” 으로 역할을 한다. 셀, 멤브레인 프레임, CIRP 의 개구부들에 의해 위에 형성되고 인서트의 하단 표면에 결합된 위의 채널들로 또한 지칭 되는, 교차 플로우 도관 (1020) 은 공기와의 난류 혼합 없이 CIRP 의 최상단에서 유체 레벨 아래로 격납 영역으로 전환되는 채널이다. 교차 플로우 도관은 전체 도금 셀 장치의 4개 부분에 걸쳐 있을 수도 있다.
특정 개시된 실시 예들은, 거품에 대한 임의의 화학물질의 고유의 경향에 관계 없이 모든 도금 화학물질들을 위해 초고 (ultra-high) 교차 플로우를 사용하기 위하여 적합하다. 이는: 높은 Ag % 혼힙, 개선된 WiF 균일도, 스커팅 (skirting) 감소, 상이한 임계 치수들, 및 다른 것들의 피처들을 포함하는 다이 유형들에 대한 낮은 WiD 를 포함하는 개선된 도금 성능을 발생시킨다. WiF 는 피처 내 불균일도 이고, 개별 피처 (범프/필라) 의 상단 프로파일 형상의 척도이다. 이는 모든 피처들에 걸쳐 평균을 낸, 피처 각각에 대하여 최대 높이에서 최소 높이를 뺀 값으로 결정된다. 일반적으로, 보다 높은 WiF 를 가지는 돔형 피처 상단과 반대로, 작은 WiF 를 가지는 편평한 피처 상단이 선호된다. WiD 는 다이 내 불균일도이고, 다이 내부의 모든 피처들의 높이의 변화의 척도이다. 이는 통상적으로 전체 웨이퍼에 걸쳐 평균을 낸, 다이 각각의 범프 높이 절반 범위, (최대-최소)/2 를 취하고, 평균 범프 높이로 나누고, 계산되어 백분율로 보고된다. 보다 낮은 WiD 값들은, 그들이 적당한 납땜 콘택트가 최종 패키지가 어셈블되는 경우 모든 범프와 만들어지는 것을 보장할 것이므로 선호된다. 개선된 대류는 도금 레이트들을 증가시키고 그러므로 전체적으로 높은 웨이퍼 처리량을 증가시키는, 피처 하단부로의 보다 우수한 이온 수송을 또한 발생시킨다.
플로우 제한기
본 명세서에 기술된 일부 실시 예들은 플로우 제한 플레이트 또는 밸브일 수도 있는 선택가능한 플로우 제한기를 또한 포함한다. 플로우 제한 플레이트는 충분한 유체 레벨이 인서트 위에 유지되는 것을 보장함으로써 웨이퍼의 유체의 연속적인 플로우를 유지하는 동안 유체가 유출구를 통하여 빠져나가도록 허락하게 유체의 플로우를 조절하기 위하여 교차 플로우 도관과 함께 사용될 수 있다. 일반적으로, 플로우 제한기는 교차 플로우 도관의 개구부의 약 15 % 와 약 85 % 사이를 차단할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 플로우 제한 플레이트는 교차 플로우 도관의 상이한 영역들을 가로질러 플로우 제한을 가변하도록 그 내부에 절단된 다양한 홀들을 가지는 “스마일” 형상의 플레이트들이다. 예를 들어, 약 25 개의 홀들 내지 약 75 개의 홀들, 또는 하나의 연속적인 홀, 또는 500 개 이하의 작은 홀들이 있을 수도 있다. 홀 각각은 목표하는 플로우에 따라 동일한 사이즈 일 수도 있고 또는 상이한 사이즈일 수도 있다. 플로우 제한 플레이트의 두께는 약 1 ㎜ 내지 약 75 ㎜ 일 수도 있고 교차 플로우 도관의 일 단부로부터 다른 단부까지 방사상의 교차 플로우 도관의 길이의 100 % 까지 걸칠 수도 (span) 있다. 다양한 실시 예들에서, 플로우 제한 플레이트는 멤브레인 프레임과 셀 사이에 위치하지만, 교차 플로우 도관의 다른 영역들에 위치할 수도 있다. 다양한 실시 예들에서, 플로우 제한기 밸브는 교차 플로우 도관에 위치한다.
도 11a는 멤브레인 프레임 (1174) 과 컵 (1102), 웨이퍼 (1145), 위어 벽 (1110w) 을 가지는 인서트 (1110), CIRP (1106), 멤브레인 프레임 (1174), 도금 셀 위어 벽 (1140), 및 유체 격납 유닛 (1140) 을 가지는 도금 셀 (1100) 사이의 플로우 제한 플레이트 (1170) 의 예를 도시한다. 이러한 예는 플로우 제한 플레이트 (1170) 를 사용하여 교차 플로우 도관 (1180) 내 플로우를 조절하기 위한 고정된 애퍼처들을 가지는 고정된 플레이트들을 수반한다. 이것은 충분한 유체 레벨로 지속적으로 웨팅된 인서트 (1110) 의 상단에 대한 충분한 제한을 유지함으로써 진입에 적당한 웨이퍼 웨팅을 보장하면서 도금 용액 펌프로 불필요한 압력을 감소시키도록 신중하게 만들어진다. 이러한 실시 예에서, 위어는 인서트 위어 (1110w) 에 도시된 바와 같이 CIRP 로부터 플로우 인서트 (1110) 로 이동된다. 플로우 화살표들 (1199) 은 플로우의 방향을 도시한다. 플로우 제한 플레이트 (1170) 는 도금 셀 (1100) 과 멤브레인 프레임 (1174) 사이 내 CFC (1180) 에 부착된다. 적절한 제한기는 출구를 과-제한하지 (over-restricting) (도금 용액 펌프로 향하는 불필요한 압력을 추가하는 것) 않으면서 (진입의 적당한 웨이퍼 웨팅을 위하여 필요한) CIRP/인서트 위로 충분한 유체 레벨을 유지하도록 선택될 수 있다. 제한 플레이트들은 다양한 유출구 개구부 영역들 및 기하학 구조들과 다양한 재료들 (예를 들어, 스테인리스 스틸, 티타늄, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리카보네이트, 및 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)) 로 이루어질 수 있다. 다양한 기하학적 구조의 예들은 도 11b에 제공된다. 11-A, 11-B, 11-C 는 홀 각각은 개구부의 상이한 사이즈이지만 모두 전체 플레이트를 공평하게 가로지르는, 플로우 제한 플레이트의 단일, 연속적인 홀을 위한 다양한 선택들을 도시한다. 11-D는 특정 개구부들의 세개의 분리된 캐비티들을 포함한다 (개구부들이 사이즈에서 유사한 것으로 도시되어 있지만, 캐비티의 다양한 사이즈와 형상이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.) 추가적으로, 11-E, 11-F, 11-G, 및 11-H 는 원하는 흐름에 따라 사용될 수도 있는 가변하는 유형의 홀들과 함께 원형 홀들을 사용하는 선택들을 도시한다. 제한 플레이트 각각은 단일한, 고정된 크기이고 다른 제한 플레이트가 필요한 (desired) 경우, 수동으로 교체되어야 한다.
도 11a 는 단일 크기의, 고정된 제한 플레이트를 활용하는 반면, 도 12는 모터-구동 가변 애퍼처 제한 플레이트 (1270) 를 사용하는 또 다른 대안적인 실시 예를 제공한다. 이러한 실시 예와 함께, 제한기 유출구 사이즈는 외부적으로 제어되는 스테퍼 모터 (1270m) 또는 공압 (pneumatic) 라인에 의해 자동으로 조정될 수 있다. 유출구 사이즈의 자동 제어는 웨이퍼/컵 진입 또는 큰 플로우 레이트 변화들 동안 액체의 서지 (surge) 들 을 수용하며, 유체 격납 액체 레벨을 실시간 조정할 수 있게 한다. 가변 애퍼처는, 여전히 과-제한은 아니지만, CIRP 위로 용액을 유지하도록 충분히 작게 유출구 사이즈를 튜닝함으로써 도금 펌프에 유도된 배압 (back pressure) 의 조절을 또한 가능하게 한다. 도 11a와 같이, 도 12는 도금 셀 (1200) 의 도금 셀 위어 벽 (1282), 멤브레인 프레임 (1274), CIRP (1206), 위어 (1210w) 를 가지는 인서트 (1210), 컵 (1202), 및 웨이퍼 (1245) 를 포함한다. CFC (1280) 의 개구부는 결국 유체 격납 유닛 (1240) 으로 빠져나가는 플로우를 조절하도록 가변-애퍼처 플로우 제한 플레이트 (1270) 에 의하여 조절된다.
도 13은 압력 릴리프 밸브를 수반하는 또 다른 실시 예를 도시한다. 도 11a 및 도 12, 도 13은 도금 셀 위어 벽 (1382) 을 포함하는 도금 셀 (1300), 멤브레인 프레임 (1374), CIRP (1306), 위어 (1310w) 를 가지는 인서트 (1310), 컵 (1302), 및 웨이퍼 (1345) 를 포함한다. CFC (1380) 의 개구부는 유체 격납 유닛 (1340) 으로 결국 빠져나가는 플로우를 조절하는 스프링 (1370a) 및 o-링 (1370b) 를 포함하는 압력 릴리프 밸브 (1370) 에 의해 조절된다. 스프링 실시 예가 도 13에 도시되어 있지만, 다양한 압력 릴리프 밸브들이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 실시 예에서, 위어 (1310w) 가 가득차게 유지되는 것을 보장하도록 CFC (1380) 를 제한하는 대신, 압력 릴리프 “밸브” (1370) 는 컵 (1302) 이 제자리에 있지 않는 경우 플로우를 봉인 (seal off) 하도록 구현된다. 실시 예는 스템, 스프링 (1370a), o-링 (1370b) 및 멤브레인 프레임 (1374) 의 일련의 홀들을 포함한다. 컵 (1302) 이 제자리에 있지 않을 때, 밸브 (1370) 에 동적 압력이 없고 스프링 (1370a) 이 밸브 (1370) 를 닫으면서, 정지 압력 (static pressure) 을 극복한다. 컵 (1302) 이 자리에 있는 경우, 유체의 동적 압력은 스프링 힘을 극복하고 밸브 (1370) 를 연다. 이러한 실시 예의 장점은 컵 (1302) 이 제자리에 있는 경우 낮은 제한, 그리고 컵 (1302) 이 제자리에 없는 경우 높은 제한이다. 다양한 압력 릴리프 밸브들이 다양한 실시 예들에서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 가로막 (diaphragm) 은 일부 릴리프 밸브들에서 스프링을 대신해 사용될 수도 있다.
대안적인 실시 예에서, 부착가능한 방향 전환 장치는 CIRP, 인서트, 및 교차 플로우 도관을 형성하기 위한 미리 절단된 채널들을 가지지 않는 셀 구조체들로 도금 셀 장치들을 조절하기 위한 개조 키트 (retrofit kit) 로 사용될 수도 있다. 이러한 디바이스는 임의의 화학적으로 호환되는 폴리머들 (폴리카보네이트, PET, PPS, PE, PP, PVC, ABS) 로 이루어질 수 있다. 개구부의 사이즈는 상기 기술된 바와 같은 통합된 버전에서 사용된 것과 거의 동일하고 통합된 버전과 유사한 제한 플레이트들을 구비할 수 있다. 도 14는 교차 플로우 유체가 빠져나가는 영역의 도금 셀 장치 (1430) 의 꼬리 단부에 부착될 수도 있는 (그리고 제거가능한) 14-A 및 14-B 에 도시된 부착가능한 방향 전환 디바이스 (1400) 의 예시적인 예시들을 포함한다. 디바이스는 기존 (구현을 위해 최소한의 하드웨어 변화들을 요구하는) 도금 프로세스 키트에 마운팅될 수 있는 부착가능한 피스이다. 14-B 는 부착가능한 방향 전환 디바이스 (1400) 만을 도시한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 이러한 디바이스는 위어의 상단 위로 스플래싱하고 버블들을 형성하는 위험을 제거하며, 14-B 의 화살표들 (1410) 및 14-D 의 화살표들 (1420) 로 도시된 바와 같이 하향으로 도금 유체를 전환한다.
응용 예들
특정 개시된 실시 예들은 다양한 응용 예들과 사용하기에 적합할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들은 특정한 전해질 화학물질들을 흘리는 경우 사용에 적합할 수도 있다. 교차 플로우 도관을 가지는 개시된 실시 예들에 사용을 위해 적합한 전해질 화학물질들 안에 있을 수도 있는 계면활성제의 예들은 : 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(프로필렌 글리콜), 피리디늄 (pyridinium), 또는 폴리에틸렌이민 (polyethylenimine) 을 포함한다. 추가적으로, 교차 플로우 도관 장치들은 은 착화제 (silver complexing agent) 들과 같은 특정 금속 착화제들 또는 리간드들을 가지는 용액들을 흘려주는 것에 특히 적합하다. EDTA (Ethylenediamine tetra acetic acid) 는 일 보통의 착화제이지만, 많은 화학 벤더들이 은을 함유한 욕들에 독점적인 (proprietary) 착화제를 채용한다. 개시된 실시 예들은, 사카린, 비스-3-설포프로필 디설파이드, 또는 3-메르캅토프로필 설포네이트와 같은, 결정 성장 억제제 (grain refiner) 들과 함께 사용하기에 또한 적합하다.
본 명세서에 기술된 개시된 장치들은 피처들을 통해 관통 실리콘 비아 도금에 사용되는 도금 장치들, 및 (㎚ 스케일 상호접속부들 및 트렌치들을 충진하기 위한) 필라들, 재분배 층들, 마이크로필라들, 메가필라들, 비아들, 및 다마신의 형성 프로세스들과 같은 많은 WLP 프로세스들에 공통인 관통 레지스트 도금 응용 예들에 적합하다.
장치 제어기
일부 실시 예들에서, 장치는 프로세스 동작들을 수행하기 위한 하드웨어 및 개시된 구현 예들에 따라 프로세스 동작들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 가지는 제어기를 포함한다. 시스템 제어기는 장치들이 개시된 구현 예들에 따라 방법을 수행하도록 인스트럭션들을 실행하도록 구성되는 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 통상적으로 포함할 것이다. 개시된 구현 예들에 따라 프로세스 동작들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함하는 기계-판독 가능 매체 (machine-readable media) 는 시스템 제어기에 커플링될 수도 있다. 구체적으로, 일부 실시 예들에서, 제어기는, 임의의 조합으로, 체류 시간, 기판 홀더의 수직 이동 거리, 기판 홀더의 최대 수직 가속 및 감속, 기판 홀더의 회전 속도, 회전 단계 각도, 기판 홀더의 최대 가속 및 감속, (본 명세서에 기술된 바와 같이 조절되거나 조정되지 않을 수도 있고 달리 제어될) 기판에 인가되는 전류 및/또는 전압, 기판 홀더를 이동하고 기판에 인가되는 전류 또는 전압을 변경하는 상대 및 절대 타이밍, 가변-애퍼처 플로우 제한 플레이트를 조절하는 것, 및/또는 플로우 레이트를 조절하는 것을 지정할 것이다. 일부 실시 예들에서, 사용자는 제어기에 목표된 체류 시간 및 최대 회전 가속을 제공하고, 제어기는 이러한 값들 및 메모리에 저장된 다른 파라미터 값들에 기초하여 전체 방법 시퀀스를 실행하도록 프로그래밍된다. 일부 다른 실시 예들에서, 사용자는 추가적으로 인가된 전류 및/또는 인가 전압의 목표된 레벨들을 지정할 수도 있다. 인가된 전류 또는 인가된 전압이, 각자, 교차 플로우 영역이 시일되고 언시일됨 (unsealed) 에 따라 높은 값과 낮은 값 사이에 조절되는 경우의 특정한 예에서, 제어기는 보다 높은 전류 또는 보다 높은 전압이 교차 플로우 영역이 시일되는 경우 단지 기판에 인가되는 것을 보장하도록 프로그래밍 될 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 기판 홀더가 낮은 위치에 도달하고 기판 홀더가 그러므로 시일된 것으로 결정한 후에만 낮은 값에서부터 높은 값으로 인가된 전류 또는 인가된 전압을 증가시킬 수도 있다. 유사하게, 제어기는 기판 홀더가 시일되지 않은 교차 플로우 영역으로 상향으로 이동을 시작하기 전에 높은 값으로부터 낮은 값으로 인가된 전류 또는 인가된 전압을 감소시킬 수도 있다. 이러한 신중한 타이밍은 교차 플로우 영역이 적절하게 시일되지 않는 한, 보다 높은 전류 또는 보다 높은 전압이 기판에 인가되지 않는 것을 보장하고, 그렇게 함으로써 (제한 전류가 상대적으로 낮은 경우) 교차 플로우 영역이 시일되지 않는 경우 제한 전류가 초과하지 않는 것을 보장한다.
일부 구현 예들에서, 제어기는 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 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 동작을 제어하기 위한 전자장치와 통합될 수도 있다. 전자장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부분들을 제어할 수도 있는 “제어기”로서 지칭될 수도 있다. 프로세싱 요건들 및/또는 시스템의 유형에 따라, 제어기는 도금 유체의 전달, 전력 공급부 설정들, 웨이퍼 회전 설정들, 위치 및 동작 설정들, 툴 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정한 시스템에 연결되거나 특정 시스템과 인터페이싱되는 로드 록들 내외로 웨이퍼 이송들을 포함하여, 본 명세서에 개시된 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도있다.
일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드포인트 측정들을 인에이블하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSPs), ASICs (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 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 동작 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.
제어기는, 일부 구현예들에서, 시스템에 포함되거나, 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 가능하게할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 “클라우드” 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 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 통해 시스템에 프로세스 레시피들을 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 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성되는 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 상기 기술된 바와 같이, 제어기는 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들과 같은, 공동의 목적을 향해 함께 네트워킹되고 작동하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의일 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는 (예컨대 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.
다양한 실시 예들에서, 관련 프로세싱 변수들/조건들에 대한 제어는 시스템 제어 소프트웨어를 사용하여 달성될 수도 있다. 이러한 소프트웨어는 하나 이상의 관련된 반응기 동작들을 제어할 수도 있다. 특정한 예에서, 소프트웨어 제어 프로그램은 (그렇게 함으로써, 교차 플로우 영역이 시일링되거나 시일링되지 않는지를 제어하는) 기판 홀더의 위치, (본 명세서에 기술된 바와 같이 높은 값과 낮은 값 사이에서 조절될 수도 있는) 기판에 인가되는 전류 및/또는 전압, 및 기판 홀더의 위치 및 기판에 인가되는 전류 또는 전압을 변화시기 위한 상대적 타이밍을 조종한다. 일부 실시 예들에서, 하나 이상의 이러한 반응기 동작들은 하나의 반응기 동작의 동작이 또 다른 반응기 동작에 종송되게 함으로써 달성될 수도 있다. 이것은 때때로 하나의 반응기 동작 또는 컴포넌트를 또 다른 반응기 동작 또는 컴포넌트로 “슬레이빙 (slaving)”하는 것으로 지칭된다. 예를 들어, (a) 기판 홀더의 위치를 제어하는 펌웨어 (firmware) (때때로 리프트 펌웨어 라고도 지칭됨) 및 (b) 전력 공급을 제어하는 펌웨어는 이러한 방식으로 함께 제어될 수 있다. 일 예에서, 기판 홀더의 위치를 제어하는 펌웨어는 전력 공급 펌웨어에 의해 지시되는 경우만 기판 홀더가 상승되거나 하강되도록 전력 공급을 제어하는 펌웨어에 종속될 수 있다. 예를 들어, 기판 홀더는 전력 공급을 제어하는 펌웨어가 그것이 보다 낮은 인가된 전류 또는 인가된 전압에 도달했다고 나타낸 후 교차 플로우 영역을 시일링 하지 않도록 상승될 수도 있다. 또 다른 예에서, 전력 공급을 제어하는 펌웨어는 전력 공급부가 기판 홀더의 이동에 의해 나타내지는 바와 같이 전류를 상승시키거나 감소시키도록 (ramp up/down) 기판 홀더의 위치를 제어하는 펌웨어에 동속될 수도 있다. 예를 들어, 전력 공급부는 기판 홀더의 위치를 제어하는 펌웨어가 기판 홀더가 그것의 하부 위치에 도달하고 교차 플로우 영역이 그러므로 시일링된 것을 나타낸 이후 기판으로 인가되는 전류 또는 전압을 증가시키기 시작할 수도 있다.
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.
상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로드 포트들로 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.
본 명세서에 상기 기술된 장치/프로세스는 예를 들어, 반도체 디바이스들, 디스플레이들, LED들, 광전 패널들 등의 제조 또는 제작을 위해 리소그래픽 패터닝 툴들 또는 프로세스들과 함께 사용될 수도 있다. 통상적으로, 반드시 그러한 것은 아니지만, 이러한 툴들/프로세스들은 공통 제조 설비에서 함께 사용되거나 수행될 것이다. 막의 리소그래픽 패터닝은 통상적으로 단계 각각이 다수의 가능한 툴들을 사용하여 인에이블되는 이하의 단계들: (1) 스핀온 (spin-on) 툴 또는 스프레이온 (spray-on) 툴을 사용하여 워크피스, 즉, 기판 상에 포토레지스트를 도포하는 동작; (2) 핫 플레이트 또는 노 또는 UV 경화 툴을 사용하여 포토레지스트를 경화하는 동작; (3) 웨이퍼 스텝퍼와 같은 툴을 사용하여 가시광선 또는 UV 또는 x-선 광에 포토레지스트를 노출시키는 동작; (4) 습식 벤치와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 선택적으로 제거하여 레지스트를 패터닝하도록 레지스트를 현상하는 동작; (5) 건식 또는 플라즈마 보조 에칭 툴을 사용함으로써 아래에 놓인 막 또는 워크피스 내로 레지스트 패턴을 전사하는 동작; 및 (6) RF 또는 마이크로파 플라즈마 레지스트 스트립퍼와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 제거하는 동작 중 일부 또는 전부를 포함한다.
일부 실시 예들에서, 장치는 CIRP 와 기판 홀더 사이의 갭 주위에 위치하고 CIRP 의 원주를 따라 위치하는 플로우 한정 엘리먼트를 더 포함한다. 이러한 실시 예들에서, 플로우 한정 엘리먼트는 교차 플로우 영역의 벽들을 형성할 수도 있다. 일부 실시 예들에서 플로우 한정 엘리먼트의 표면을 대면하는 기판은 원형이고, 이 엘리먼트는 플로우 한정 링으로 지칭된다. 플로우 한정 링이 사용되는 경우, 시일링 부재는 기판 홀더와 플로우 한정 링의 기판-대면 표면 사이의 유출구를 시일링 하도록 구성된다. 바람직하게, 시일링 부재는 링의 원주의 적어도 75 %를 시일링 한다. 도면들에 의해 예시되는 실시 예들에서, 그리고 실험적인 데이터에 의해서, 시일링 부재는 링의 원주의 100 %를 시일링한다. 플로우 한정 링이 사용되는 경우, 전해질 교차 플로우 영역에 대한 유입구 및 유출구는 플로우 한정 링의 기판-대면 표면보다 이온 저항성 엘리먼트에 보다 가깝게 위치한다는 것이 주목된다. 일부 실시 예들에서, 이온 저항성 엘리먼트를 대면하는 플로우-제한 링의 표면은 전해질의 교차 플로우를 위한 유출구 (유출구 (e)) 를 제공하도록 형성된다. 적합한 플로우-제한 링의 예가 도 7에 예시된다. 교차 플로우 방향의 예가 도 1e에 예시된다.
다른 실시 예들에서, 플로우 한정 엘리먼트는 이온 저항성 엘리먼트의 원주를 단지 부분적으로 따르는 기판-대면 표면을 가진다. 이러한 플로우 한정 엘리먼트는 이온 저항성 엘리먼트의 원주를 부분적으로 따르는 벽 및 하나 이상의 갭들을 포함하는 벤트 영역을 가지며, 벤트 영역에 의해 대치되는 (subtended) 각도는 약 20 내지 120 도 사이이다. 벤트 영역의 갭들은 교차 플로우의 유출구 (유출구 (e)) 의 역할을 할 수도 있다. 이러한 엘리먼트는 플로우 방향 전환기 (diverter) 로 또한 지칭되고 본 명세서에 기술된다. 이러한 실시 예들에서, 시일링 부재는 기판 홀더와 플로우 한정 엘리먼트의 기판-대면 표면 사이의 유출구를 시일링하도록 위치된다.
인가된 전류 또는 전압의 조절
전기 도금 동안, 전류 및/또는 전압은 캐소드로 역할을 하는, 재료가 기판 상에 증착되게 하는 방식으로 전기도금 장치로 공급된다. 전기 도금 프로세스가 제어된 전류를 사용하여 제어되는 경우, 관련 전류가 인가된 전류로 지칭된다. 전기 도금 프로세스가 제어된 전위 (potential) 를 사용하여 제어되는 경우, 관련 전위는 인가된 전위 또는 인가된 전압이라고 지칭된다. 본 명세서의 다양한 실시 예들에서, 예를 들어 교차 플로우 영역이 시일링 상태와 시일링되지 않은 상태 사이에서 조절되는 것과 같이, 인가된 전류 또는 인가된 전위는 전기 도금 동안 조절될 수도 있다.
교차 플로우 영역을 시일링하고 시일링하지 않는 것은 전기 도금 프로세스에 영향을 미치는 유체 역학 조건들에 영향을 미친다. 예를 들어, 교차 플로우 영역이 시일링되지 않는 경우, 특정 양의 전해질은 기판 홀더와 교차 플로우 한정 링 사이의 누출 갭을 통해 누출된다. 이러한 누출의 결과로서, 기판의 도금면을 통과하는 전해질의 선속도는 상대적으로 낮다. 비교해보면, 교차 플로우 영역이 시일링된 경우, 전해질은 누출 갭을 통해 탈출하지 않고 (또는 시일링이 완료되지 않은 경우보다 적은 전해질이 탈출하며), 기판의 도금면 위를 통과하는 전해질의 선속도는 상대적으로 보다 높다. 그 결과, 교차 플로우 영역이 시일링되지 않는 경우 기판의 도금면으로 질량 수송이 상대적으로 보다 적고, 교차 플로우 영역이 시일링되는 경우 기판의 도금면으로 질량 수송이 상대적으로 보다 많다.
기판의 도금면으로 질량 수송의 정도는 기판에 인가되는 전류 또는 전압에 강한 영향을 가진다. 예를 들어, 막을 빠르게 증착하고 그렇게 함으로써 처리량을 최대화하기 위해 가장 높은 지원 가능 전류 또는 전압에서 도금하는 것이 종종 바람직하다. 가장 높은 지원 가능 전류/전압은 각각 제한 전류 또는 제한 전압이라고 지칭된다. 이러한 값들은 예를 들어 전해질의 조성 및 증착 장치의 유체 역학적 조건들을 포함하는 많은 고려사항들에 영향을 받는다. 도금이 제한 전류 또는 전압을 초과하는 인가된 전류 또는 전압에서 발생하는 경우, 인가된 전류 또는 전압을 지속시키기에 전해질에 불충분한 금속이 존재한다. 결과적으로, 원치 않는 부 반응들이 발생하고 (예를 들어, 수소 발생) 도금의 결과들이 상당히 나쁘다. 예를 들어, 제한 전류를 초과하는 전류에서 형성되는 막은 종종 다공성이고, 수지상 (dendritic) 성장들을 포함하고, 열악한 전기적 특성들 (예를 들어, 낮은 전도도) 및 기계적 특성들 (예를 들어, 전단 강도) 를 가진다.
교차 플로우 영역이 시일링되지 않는 경우와 비교하여 시일링되는 경우 유체 역학적 조건들이 상이하기 때문에, 제한 전류 및 제한 전압은 이러한 두 상태들 사이에서 또한 상이하다. 예를 들어, 교차 플로우 영역은 시일링되고 기판의 도금면으로 상대적으로 큰 질량 수송이 있는 경우, 제한 전류 및 제한 전압은 상대적으로 높다. 이러한 결과는 교차 플로우 영역이 시일링되지 않고 기판의 도금면으로 질량 수송이 상대적으로 낮은 경우에 비교해서 상대적으로 보다 많은 정도의 금속 이온들이 기판의 도금면에서 이용가능하기 때문에 발생한다.
인가된 전류 또는 전압은 제한 전류/제한 전압이 전기 도금 프로세스의 임의의 부분 동안 초과되지 않는 것을 보장하도록 선택된다. 예를 들어, 교차 플로우 영역이 시일링되고 시일링되지 않는 상태들 사이에서 조절되고 단지 단일의 인가된 전류가 전기 도금 동안 사용되는 경우들에서, 인가된 전류는 교차 플로우 영역이 시일링되지 않는 상태인 경우 제한 전류를 초과하지 않도록 선택되어야 한다. 제한된 전류가 교차 플로우 영역이 시일링된 상태에 있는 경우보다 높기 때문에, 인가된 전류는 제한 전류를 거의 또는 전혀 초과하지 않는다는 것이 보장된다. 이러한 접근 (예를 들어, 단일 인가 전류를 사용함) 의 한가지 결점 (drawback) 은 교차 플로우 영역이 시일링된 상태에 있는 동안 그렇지 않으면 지원가능한 것보다 낮은 인가 전류에서 증착이 발생한다는 것이다.
이러한 제한을 극복하고 그럼으로써 처리량을 최대화하도록, 인가된 전류 또는 전압은 교차 플로우 영역과 함께 조절될 수 있다. 이러한 방식으로, 전기 도금 장치는 증착 프로세스 내내 제한 전류 또는 제한 전압 조건들 근처에서 동작할 수 있고, 그렇게 함으로써 고품질 막 증착을 달성하며 처리량을 최대화한다. 다양한 예들에서, 상대적으로 작은 전류가 교차 플로우 영역이 시일링되지 않는 동안 기판에 인가될 수도 있고, 상대적으로 높은 전류가 교차 플로우 영역이 시일링되는 동안 기판에 인가될 수도 있다. 유사하게, 일부 예들에서, 상대적으로 낮은 전압은 교차 플로우 영역이 시일링되지 않는 동안 기판에 인가될 수도 있고, 상대적으로 높은 전압이 교차 플로우 영역이 시일링되는 동안 기판에 인가될 수도 있다.
특정 실시 예들에서, 재료는 인가되는 전류 또는 인가되는 전압의 보다 높고 보다 낮은 레벨들 모두에서 전기 도금된다. 이들 또는 다른 경우들에서, 작은 양 또는 일부 경우들에서 무시할만한 양의 재료가 교차 플로우 영역이 시일링되지 않거나 보다 낮은 전류 또는 전압이 기판에 인가되는 경우 기판 상에 전기 도금된다. 특정 실시 예들에서, 이것은 전기 증착된 재료의 (무게로) 적어도 약 70 % (일부 경우에서 적어도 약 99 %) 가 교차 플로우 영역이 시일링되는 동안 기판 상에 증착될 수도 있다는 것을 의미한다.
이온 저항성 엘리먼트의 특징
전기적 기능
특정 실시 예들에서, CIRP (206) 는 기판 (캐소드) 부근에 있는 거의 일정하고 균일한 전류 소스에 근접하고, 따라서 일부 문맥들에서 고 저항 가상 애노드 (high resistance virtual anode; HRVA) 으로 지칭될 수도 있다. 상기 언급된 바와 같이, 이러한 엘리먼트는 플레이트 형태로 제공되는 경우 또한 채널형 이온 저항성 플레이트 (CIRP) 로서 지칭될 수도 있다. 보통, CIRP (206) 는 웨이퍼에 대해 매우 근접하게 위치된다. 대조적으로, 기판에 대해 동일한 근거리 (close-proximity) 의 애노드는 웨이퍼에 거의 일정한 전류를 공급하기에 상당히 덜 적합할 것이지만, 애노드 금속 표면에서 일정한 전위 평면을 단지 지지할 뿐이고, 그렇게 함으로써 애노드 평면으로부터 (예를 들어, 웨이퍼 상의 주변 콘택트 지점들에 대한) 말단으로의 순 저항이 보다 작은 곳에서 전류를 가장 크게 한다. 그래서 CIRP (206) 가 고저항 가상 애노드 (HRVA) 으로서 지칭되지만, 이것은 전기 화학적으로 2 개가 상호 교환 가능하다는 것을 암시하지 않는다. 최상의 동작 조건들 하에서, CIRP (206) 는 보다 밀접하게 근접할 것이고 아마도 가상의 균일한 전류 소스로서 보다 좋게 기술될 것이고, 거의 일정한 전류는 CIRP (206) 의 상부 평면을 가로질러 소싱된다. CIRP 가 "가상의 전류 소스"로서 분명히 보이고, 즉, CIRP가 전류가 나오는 평면이고, 그러므로 애노드 전류가 나오는 소스 또는 위치로서 보이기 때문에 "가상 애노드" 로 간주될 수 있지만, 동일한 물리적 위치에 위치된 금속성 애노드를 가진 것과 비교할 때 추가의 이점들, 일반적으로 보다 우수한 웨이퍼 균일도에 대해 그리고 면에 걸친 거의 균일한 전류를 유도하는 (전해액에 대한) CIRP (206) 의 상대적으로 고 이온 저항이 있다. 이온 전류 플로우에 대한 플레이트의 저항은 플레이트 (206) 의 다양한 채널들 내에 담긴 전해액의 증가하는 특정한 저항 (캐소드액과 동일하거나 거의 유사한 저항을 종종 갖지만 항상 그러한 것은 아님), 증가된 플레이트 두께, 감소된 다공성 (예를 들어, 동일한 직경의 보다 적은 홀들, 또는 보다 작은 직경들을 가진 동일한 수의 홀들 등을 가짐으로써 전류 통로에 대한 보다 적은 부분 단면적) 에 따라 증가한다.
구조
CIRP (206) 는 모든 구현 예들은 아니지만 많은 구현 예들에서, CIRP 의 바디 내의 상호연결된 채널들을 형성하지 않고 그리고 서로 공간적으로 및 이온적으로 고립되는 마이크로 사이즈의 (통상적으로 0.04″ 미만) 쓰루 홀들을 포함한다. 이러한 쓰루 홀들은 비연통 (non-communicating) 쓰루 홀들로 종종 지칭된다. 이들은 통상적으로 1차원으로 연장하고, 종종 그러나 반드시 그러한 것은 아니지만 웨이퍼의 도금된 표면에 대해 수직으로 연장한다 (일부 실시 예들에서 비연통 홀들은 CIRP 전면 표면에 일반적으로 평행한 웨이퍼에 대해 비스듬히 있다). 종종 쓰루 홀들은 서로 평행하다. 종종 홀들은 정사각형 어레이로 배치된다. 다른 때에는 레이아웃이 오프셋된 나선형 패턴이다. 이들 쓰루 홀들은, 쓰루 홀들이 내부의 표면에 평행한 유체 플로우 및 이온 전류 플로우 모두를 재구성하고, 그리고 웨이퍼 표면을 향하는 유체 플로우 및 전류 플로우 모두의 경로를 곧게 하기 때문에, 채널들이 3 차원으로 연장하고 그리고 상호 연결 구멍 구조체들을 형성하는, 3-D 다공성 네트워크들로부터 뚜렷이 구별된다. 그러나, 특정 실시 예들에서, 상호 연결된 네트워크의 구멍들을 가지는, 이러한 다공성 플레이트는 1-D 채널된 엘리먼트 (CIRP) 대신에 사용될 수도 있다. 플레이트의 상부 표면으로부터 웨이퍼로의 거리가 작은 경우 (예를 들어, 웨이퍼 반경의 약 1/10 사이즈의 갭, 예를 들어 약 5 ㎜ 미만의 갭), 전류 플로우 및 유체 플로우 모두의 분기는 CIRP 채널들로 국소적으로 제한되고, 주어지고 그리고 정렬된다.
일 예시적인 CIRP (206) 는 이온 저항성 그리고 전기적으로 저항성인 단단하고, 비다공성 유전체 재료로 이루어진 디스크이다. 재료는 사용 도금 용액에서 또한 화학적으로 안정하다. 특정 경우들에서 CIRP (206) 는 약 6,000 내지 12,000 개의 비연통 쓰루 홀들을 가진, 세라믹 재료들 (예를 들어, 알루미늄 옥사이드, 주석 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 또는 금속 옥사이드들의 혼합물들) 또는 플라스틱 재료 (예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVDF (polyvinylidene difluoride), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리설폰, PVC (polyvinyl chloride), 폴리카보네이트, 등) 으로 이루어진다. 디스크 (206) 는, 많은 실시 예들에서, 실질적으로 웨이퍼와 실질적으로 같은 공간을 차지하고 (예를 들어, CIRP 디스크 (206) 는 300 ㎜ 웨이퍼와 사용될 때 약 300 ㎜의 직경을 가짐) 그리고 웨이퍼에 보다 근접해, 예를 들어, 웨이퍼-하향 대면 (wafer-facing-down) 전기 도금 장치 내에서 웨이퍼 바로 아래에 놓인다. 바람직하게, 웨이퍼의 도금된 표면은 가장 가까운 CIRP 표면의 약 10 ㎜ 이내, 보다 바람직하게 약 5 ㎜ 이내에 놓인다. 이를 위해, CIRP (206) 의 상단 표면은 편평하거나 실질적으로 편평할 수도 있다. 종종, CIRP (206) 의 상단 표면 및 하단 표면 양자는 편평하거나 실질적으로 편평하다.
CIRP (206) 의 또 다른 특징은 쓰루 홀들의 직경 또는 주요 치수 및 CIRP (206) 와 기판 사이의 거리에 대한 관계이다. 특정 실시 예들에서, 쓰루 홀 각각의 직경 (또는 다수의 쓰루 홀들의 직경, 또는 쓰루 홀들의 평균 직경) 은 도금된 웨이퍼 표면으로부터 CIRP (206) 의 가장 가까운 표면으로의 대략적인 거리보다 크지 않다. 그러므로, 이러한 실시 예들에서, 쓰루 홀들의 직경 또는 주요 치수는 CIRP (206) 가 도금된 웨이퍼 표면의 약 5 ㎜ 이내에 배치될 때, 약 5 ㎜를 초과하지 않아야 한다.
상기와 같이, 플레이트 (206) 의 전체 이온 및 플로우 저항은 플레이트의 두께 및 전체 다공성 (플레이트를 통한 플로우에 대해 이용 가능한 영역의 부분) 및 홀들의 사이즈/직경 모두에 종속된다. 보다 낮은 다공성의 플레이트들은 보다 높은 충돌 플로우 속도들 및 이온 저항들을 가질 것이다. 동일한 다공성의 플레이트들과 비교하여, 보다 작은 직경 1-D 홀들 (그러므로 보다 많은 수의 1-D 홀들) 을 가진 플레이트는 동일한 갭을 통해 확산될 수 있는 지점 소스들로서 보다 많이 작용하는, 보다 많은 개별적인 전류 소스들이 있기 때문에 웨이퍼 상의 전류의 보다 더 마이크로-균일한 분배를 가질 것이고, 그리고 또한 보다 높은 총 압력 강하 (고 점성 플로우 저항) 를 가질 것이다.
특정 경우들에서, 그러나, 이온 저항성 플레이트 (206) 는, 상기 언급된 바와 같이, 다공성이다. 플레이트 (206) 내 구멍들은 독립적인 1-D 채널들을 형성하지 않을 수도 있지만, 대신에 상호 연결되거나 상호 연결되지 않을 수도 있는 쓰루 홀들의 메시 (mesh) 를 형성할 수도 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어들 채널형 이온 저항성 플레이트 및 채널형 이온 저항성 엘리먼트 (CIRP) 가 달리 언급되지 않는다면 이 실시 예들을 포함하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다.
여러 실시 예들에서, CIRP (206) 는 에지 플로우 엘리먼트를 포함하도록 (또는 수용하도록) 수정될 수도 있다. 에지 플로우 엘리먼트는 CIRP (206) 의 통합된 부품일 수도 있거나 (예를 들어, CIRP 및 에지 플로우 엘리먼트는 함께 모놀리식 구조체를 형성함), 에지 플로우 엘리먼트는 CIRP (206) 상 또는 CIRP (206) 근처에 설치된 교체 가능한 부품일 수도 있다. 에지 플로우 엘리먼트는 보다 높은 정도의 교차 플로우, 따라서 기판의 에지 근처의 (예를 들어, 기판과 기판 홀더 사이의 계면 근처의) 기판 표면 상에 전단을 촉진한다. 에지 플로우 엘리먼트 없이, 상대적으로 낮은 교차 플로우의 영역은 예를 들어 기판 및 기판 홀더의 기하학적 구조, 및 전해액 플로우의 방향에 기인하여, 기판과 기판 홀더의 계면 근처에서 발달될 (develop) 수도 있다. 에지 플로우 엘리먼트는 이 영역에서 교차 플로우를 증가시키도록 작용할 수도 있고, 이에 따라 기판에 걸친 보다 균일한 도금 결과들을 촉진한다. 에지 플로우 엘리먼트와 관련된 추가의 상세들은 이하에 제시된다.
웨이퍼와 CIRP 사이의 거리
특정한 실시 예들에서, 웨이퍼 홀더 (254) 및 연관된 포지셔닝 메커니즘은 CIRP (206) 의 평행한 상부 표면에 아주 가까이에서 회전하는 웨이퍼를 홀딩한다. 도금 동안, 기판은 대체로 기판이 이온 저항성 엘리먼트와 평행하거나 실질적으로 평행하도록 (예를 들어, 약 10° 이내) 위치된다. 기판이 기판 상에 특정한 피처들을 가질 수도 있지만, 기판의 일반적으로 평면형인 형상만이 기판과 이온 저항성 엘리먼트가 실질적으로 평행한지를 결정함에 있어서 고려된다.
통상적인 경우들에서, 이격 거리는 약 0.5 내지 15 ㎜, 또는 약 0.5 내지 10 ㎜, 또는 약 2 내지 8 ㎜ 이다. 일부 경우들에서, 이격 거리는 약 2 ㎜ 이하, 예를 들어 약 1 ㎜ 이하이다. 웨이퍼와 CIRP (206) 사이의 이격 거리는 교차 플로우 영역의 높이에 대응한다. 상기 언급된 바와 같이, 거리/높이는 기판 표면에 걸친 보다 높은 질량 수송의 정도를 촉진하도록 전기 도금 프로세스 동안 조절될 수도 있다.
작은 플레이트 대 웨이퍼 거리는 개별적인 홀들의 패턴의 근접 "이미징"과 연관된 웨이퍼 상에, 특히 웨이퍼 회전 중심 근방에 도금 패턴을 생성할 수 있다. 이러한 상황들에서, (두께 또는 도금된 텍스처에서) 도금 링들의 패턴은 웨이퍼 중심 근처에서 발생할 수도 있다. 이러한 현상을 피하도록, 일부 실시 예들에서, CIRP (206) 내의 (특히 웨이퍼 중심 및 웨이퍼 중심 근처의) 개별 홀들은 특히 작은 사이즈, 예를 들어 플레이트 대 웨이퍼 갭의 약 1/5 미만의 사이즈를 가지도록 구성될 수 있다. 웨이퍼 회전과 커플링되는 경우, 작은 구멍 사이즈는 플레이트 (206) 로부터 제트로 나오는 충돌 유체의 플로우 속도의 시간 평균을 허용하고 작은 스케일 불균일성들 (예를 들어, 약 ㎛의 불균일성들) 을 감소시키거나 회피한다. 상기 예방법 (precaution) 에도 불구하고, 그리고 사용된 도금 욕의 특성들 (예를 들어 증착된 특정한 금속, 전도도들, 및 채용된 욕 첨가제들) 에 따라, 일부 경우들에서 증착은 시간 평균 노출 및 가변 두께의 근접-이미징-패턴으로서 (예를 들어, 웨이퍼 중심 주위의 "불스 아이 (bulls eye)"의 형상으로) 그리고 사용된 개별적인 홀 패턴에 대응하여 마이크로-불균일한 패턴으로 발생하는 경향이 있을 수도 있다 (예를 들어, 중심 링들을 형성함). 이것은 한정된 홀 패턴이, 불균일하고 증착에 영향을 미치는 충돌 플로우 패턴을 생성한다면 발생할 수 있다. 이 경우에, 웨이퍼 중심을 가로질러 측면 플로우를 도입하는 것, 및/또는 중심 및/또는 중심 근처에서 홀들의 규칙적인 패턴을 수정하는 것 모두 다른 방식으로 발견되는 마이크로-불균일성들의 임의의 징후 (sign) 를 대체로 제거한다고 알려져 있다.
CIRP 의 다공성
다양한 실시 예들에서, CIRP (206) 는 정상 동작하는 체적 플로우 레이트들에서 점성 플로우 저항 배압 및 높은 수직 충돌 플로우 레이트들을 제공하도록 충분히 낮은 다공성 및 구멍 사이즈를 가진다. 일부 경우들에서, CIRP (206) 의 약 1 내지 25 % 는 유체로 하여금 웨이퍼 표면에 도달하게 하는 개방 영역이다. 특정 실시 예들에서, 플레이트 (206) 의 약 2 내지 5 % 는 개방 영역이다. 또 다른 실시 예에서, 플레이트의 (206) 의 약 5 내지 25 %, 또는 약 10 내지 25 %, 또는 약 15 내지 25 %, 또는 약 15 내지 20 %가 개방 영역이다. 특정 예에서, 플레이트 (206) 의 개방 영역은 약 3.2 % 이고 실질적인 총 개방 단면적은 약 23 ㎠ 이다.
일반적으로, CIRP 는 교차 플로우 영역이 간헐적으로 시일링되는 경우에, 이러한 시일링이 발생하지 않는 보다 관례적인 경우들에 비하여, 보다 다공성일 수도 있다. 경우들에서 CIRP 다공성은 약 5 % 이하로 때때로 제한된다. 교차 플로우 영역이 간헐적으로 (또는 지속적으로) 시일링되는 본 명세서의 다양한 실시 예들에서, CIRP 다공성은, 예를 들어 약 10 %, 또는 약 15 %, 또는 약 20 %, 또는 약 25 % 의 최대 다공성보다 클수도 있다. 일부 실시 예들에서, CIRP 는 약 3 %, 또는 약 5 %, 또는 약 10 %, 또는 약 15 %의 최소 다공성을 갖는다.
채널형 플레이트의 홀 사이즈
CIRP (206) 의 다공성은 많은 상이한 방식들로 구현될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 이는 작은 직경의 많은 수직 홀들로 구현된다. 일부 경우들에서, 플레이트 (206) 는 개별적인 “드릴링된 (drilled)”홀들로 구성되지 않고, 연속적으로 다공성인 재료의 소결된 (sintered) 플레이트로 생성된다. 이러한 소결된 플레이트들의 예들은 전체가 참조로서 본 명세서에 인용되는, 미국 특허 제 6,964,792 호에 기술된다. 일부 실시 예들에서, 드릴링된 비연통 홀들은 약 0.01 내지 0.05 인치의 직경을 갖는다. 일부 경우들에서, 홀들은 약 0.02 내지 0.03 인치의 직경을 가진다. 상기 언급된 바와 같이, 다양한 실시 예들에서, 홀들은 CIRP (206) 와 웨이퍼 사이의 갭 거리의 최대 약 0.2 배인 직경을 가진다. 홀들은 일반적으로 원형 단면이지만, 반드시 그런 것은 아니다. 게다가, 구성을 용이하게 하도록, 플레이트 (206) 내 모든 홀들은 동일한 직경을 가질 수도 있다. 그러나 이것이 필수적이지 않고, 특정한 필요 조건들이 지시될 수도 있기 때문에 홀들의 개별 사이즈 및 국소 밀도 모두가 플레이트 표면에 걸쳐 가변할 수도 있다.
예로서, 단단한 플레이트 (206) 는 적합한 세라믹 또는 플라스틱 재료 (일반적으로 유전체 절연성 그리고 기계적으로 강성인 재료) 로 이루어지고, 내부에 제공된 다수의 작은 홀들, 예를 들어 적어도 약 1000 개 또는 적어도 약 3000 개 또는 적어도 약 5000 개 또는 적어도 약 6000 개 (0.026 인치 직경의 9465 개의 홀들이 유용하다고 알려져 있음) 의 홀들을 갖는다. 언급된 바와 같이, 일부 설계들은 약 9000 개의 홀들을 갖는다. 플레이트 (206) 의 다공성은 높은 충돌 속도를 생성하기에 필요한 총 플로우 레이트가 너무 크지 않도록 때때로 약 25 퍼센트 미만, 또는 약 20 퍼센트 미만, 또는 약 5 퍼센트 미만이다. 보다 작은 홀들을 사용하는 것은 보다 큰 홀들과 비교할 때 플레이트에 걸쳐 큰 압력 강하를 생성하는 것을 돕고, 플레이트를 통한 보다 균일한 상향 속도를 생성하는 것을 돕는다.
일반적으로, CIRP (206) 위의 홀들의 분포는 균일한 밀도의 것이고 무작위적이지 않다 (non-ramdom). 일부 경우들에서, 그러나, 홀들의 밀도는, 특히 방사상 방향으로 가변될 수도 있다. 특정 실시 예에서, 아래에서 보다 완전하게 기술되는 바와 같이, 회전하는 기판의 중심을 향해 플로우를 지향시키는 플레이트의 영역 내 보다 큰 밀도 및/직경의 홀들이 있다. 게다가, 일부 실시 예들에서, 회전하는 웨이퍼의 중심 또는 중심 근처에서 전해질을 지향하는 홀들은 웨이퍼 표면에 대해 직각이 아닌 각도 (non-right angle) 로 플로우를 유도할 수도 있다. 게다가, 이 영역의 홀 패턴들은 제한된 수의 홀들과 웨이퍼 회전 사이의 가능한 상호작용을 해결하도록 (address) 불균일한 도금 “링들” 의 무작위 분배 또는 부분적으로 무작위 분포를 가질 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 플로우 방향 전환기 또는 한정 링 (210) 의 개방 세그먼트에 근접한 홀 밀도는 부착된 플로우 방향 전환기 또는 한정 링 (210) 의 개방 세그먼트로부터 보다 먼 CIRP (206) 의 영역들보다 낮다.
돌기들
특정 실시 예들에서, CIRP 의 상부단면은 최대 증착 레이트를 증가시키고 웨이퍼의 표면 위 및 개별 도금 피처들 내 모두에서 도금 균일도를 개선하도록 수정될 수도 있다. CIRP 의 상부단면의 수정은 돌기들의 모음의 형태를 취할 수도 있다.
돌기는 CIRP 평면과 웨이퍼 사이의 교차 플로우 영역으로 확장하는 CIRP 의 기판-대면 측면 상에 위치/부착되는 구조로 규정된다. (이온 저항성 엘리먼트 평면으로 또한 지칭되는) CIRP 평면은, 임의의 돌기들을 제외한, CIRP 의 상단 표면으로 규정된다. CIRP 평면은 돌기들이 CIRP 에 부착되고, 또한 유체가 CIRP 에서 교차 플로우 영역으로 빠져 나가는 곳이다.
돌기들은 다양한 방식들로 배향될 수도 있지만, 많은 구현 예들에서 돌기들은 CIRP 내 홀들의 열 (column) 들 사이에 위치한 길고, 얇은 리브 (rib) 들의 형태이고, 돌기의 길이 (즉, 이것의 주요/가장 긴 치수) 가 교차 플로우 영역을 통한 교차 플로우에 수직이 되도록 배향된다. 특정 경우들에서, 돌기들은 약 1 ㎜ 폭 미만일 수도 있다. 특정 경우들에서, 돌기들은 적어도 약 3:1, 또는 적어도 약 4:1, 또는 적어도 약 5:1 의 길이 대 폭 종횡비를 갖는다.
많은 구현 예들에서, 돌기들은 그들의 길이가 (때때로 본 명세서에서 “Z”방향이라고 지칭되는) 웨이퍼의 면을 가로지르는 교차 플로우의 방향에 수직이거나 실질적으로 수직이 되도록 배향된다. 특정 경우들에서, 돌기들은 상이한 각도 또는 각도들의 세트로 배향된다.
매우 다양한 돌기 형상들, 사이즈들, 및 레이아웃들이 사용될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 돌기들은 다른 구현 예들에서 돌기들이 CIRP 의 표면에 비스듬히 위치한 면을 갖는 반면에, CIRP 의 면에 대해 실질적으로 수직인 면을 갖는다. 또 다른 구현들에서, 돌기들은 임의의 편평한 면들을 가지지 않도록 성형될 수도 있다. 일부 실시 예들은 다양한 돌기 형상들 및/또는 사이즈들 및/또는 배향들을 채용할 수도 있다.
이온 저항성 엘리먼트들의 대체 실시 예들
다양한 실시 예들에서, 이온 저항성 엘리먼트는 상기 기술된 것과 다른 특성들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 전술한 설명의 대부분은 CIRP 를 플레이트로 지칭하였으나, 이온 저항성 엘리먼트는 멤브레인, 필터, 또는 다른 다공성 구조로 또한 제공될 수도 있다. 이온 저항성 엘리먼트들로 사용될 수도 있는 다공성 구조들의 예들은, 이온 저항성 멤브레인들 및 필터들, 나노-다공성 양이온성 멤브레인들, 및 적절한 이온 저항성을 가지는 다른 다공성 플레이트들 및 멤브레인들 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 광범위하게, 이러한 이온 저항성 엘리먼트들은 채널형 이온 저항성 플레이트와 관련하여 상기 기술된 바와 같이, 성형되고, 사이징되고 (sized), 포지셔닝되고 (positioned), 동일하거나 유사한 특성들을 가질 수도 있다. 이와 같이, CIRP 와 관련하여 (예를 들어, 사이즈, 다공성, 이온 저항성, 재료들 등과 관련하여) 본 명세서에 제공된 임의의 기술은 CIRP 를 대신하여 사용되는 상이한 이온 저항성 엘리먼트에 또한 적용될 수도 있다.
이러한 구조체들은 CIRP 에 대해 본 명세서에 기술된 것들과 상이한 특정 특성들을 또한 가질 수도 있다. 예를 들어, CIRP 를 대신하여 사용되는 이온 저항성 멤브레인은 통상적인 CIRP 보다 얇을 수도 있다. 특정 구현 예들에서, CIRP 를 대신하여 사용되는 다공성 구조는 구조적 안정성을 위해 스캐폴드 (scaffold) 또는 다른 구조에 제공될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 이온 저항성 엘리먼트는, 다른 경우들에서는 비연통 쓰루 홀들일 수도 있는 반면, 서로 연통하는 쓰루 홀들을 가질 수도 있다.
교차 플로우 영역이 기판과 지지된 멤브레인 또는 소결된 엘리먼트 구조 (예를 들어, 지지된 필터 매체, 프릿된 (fritted) 유리 또는 다공성 세라믹 엘리먼트) 사이에서 규정되는 경우들에서, 구멍 각각의 구멍 사이즈들은 약 0.01″ 미만일 수도 있다. 이러한 클래스의 드릴링되지 않은 연속 다공성 재료들의 경우, 개방 영역은 재료의 단단한 피스에 개별 홀들을 드릴링함으로써 만든 채널형 플레이트의 개방 면적보다 클 수도 (예를 들어, 약 30 % 초과의 개방 면적, 일부 실시 예들에서 최대 개방 면적은 약 50 % 또는 40 %) 있다. 드릴링되지 않은 연속 다공성 재료들로 이루어진 이온 저항성 구조들은 전해질 플로우가 멤브레인/엘리먼트 표면을 통해 단락되는 것 (short circuiting) 을 피하도록 점성 플로우 저항을 부여하게 (예를 들어, 드릴링된 CIRP 에 비해) 훨씬 보다 작은 구멍 사이즈 사용할 수도 있다. 플로우-단락을 피하기 위하여 구멍 사이즈, 개방 면적, 및 순 플로우 저항 사이에 균형이 있다. 보다 높은 다공성 재료들/구조들은 균형을 달성하도록 통상적으로 보다 작은 구멍들 및/또는 보다 큰 엘리먼트 두께를 사용한다.
이 클래스의 적합한 재료의 일 예는, 약 5 um 미만의 평균 구멍 사이즈 및 약 35 %미만의 다공성, 및 0.001 ″ 이상의 두께를 가지는 개방 프레임 네트워크에 의해 아래에서 지지되고 팽팽하게 늘어나는 기계적으로 강한 필터 매체의 시트일 것이다. 적절한 시트 멤브레인들의 몇 가지 구체적 예들은 모두 매사추세츠 주 윌링턴의 Koch Membrane systemsm 에 의해 공급되는, SelRO 나노 여과 (nanofiltration) MPF-34 멤브레인들, HKF-328 폴리설폰 울트라 여과 멤브레인들, 및 MFK-618 0.1 um 구멍 사이즈 폴리설폰 멤브레인들을 포함한다. 양이온성 및 음이온성 멤브레인들은 (예를 들어, NafionTM), 그들이 높은 플로우 저항성 및 멤브레인들을 가로질러 이온 전기를 전도하는 능력을 제공하기에, 또한 사용된다. 이온 저항성 엘리먼트가 소결된 (프릿된) 다공성 유리 또는 세라믹 엘리먼트의 경우에, 평균 및 최대 구멍 사이즈 뿐만 아니라 엘리먼트의 두께가 이온 저항성 엘리먼트를 통해 흐르는 저항을 결정한다. 일반적으로, (멤브레인, 필터, 소결된/프릿된 유리 엘리먼트, 다공성 세라믹 엘리먼트, CIRP, 등에 의해 구현되든 아니든) 이온 저항성 엘리먼트는 정적 수압 (static water pressure) 의 인치당 표면적 ㎠ 당 약 100 ml/min 미만의, 보다 일반적으로, 약 5 ml/min/㎠/in 와 같은, 약 20 ml/min/㎠/in 미만의 물을 허용해야 한다.
에지 플로우 엘리먼트
많은 구현 예들에서, 전기 도금 결과들은 에지 플로우 엘리먼트 및/또는 플로우 인서트의 사용을 통해 개선될 수도 있다. 일반적으로 말하면, 에지 플로우 엘리먼트는 기판과 기판 홀더 사이의 계면에 근접한 기판의 주변 근처에 플로우 분배에 영향을 미친다. 일부 실시 예들에서, 에지 플로우 엘리먼트는 CIRP 와 통합될 수도 있다. 일부 다른 실시 예들에서, 에지 플로우 엘리먼트는 기판 홀더와 함께 통합될 수도 있다. 그리고 또 다른 실시 예들에서, 에지 플로우 엘리먼트는 CIRP 또는 기판 홀더에 설치될 수 있는 분리된 피스일 수도 있다. 에지 플로우 엘리먼트는 특정 적용예를 위해 요구되는 바와 같이, 기판의 에지 근처의 플로우 분배를 튜닝하도록 사용될 수도 있다. 유리하게, 플로우 엘리먼트는 기판의 주변 근처에서 높은 정도의 교차 플로우를 촉진하고, 그러므로 (기판의 중심에서부터 에지까지) 보다 균일한 고품질 전기 도금 결과들을 촉진한다. 에지 플로우 엘리먼트는 통상적으로 기판 홀더의 내측 에지/기판의 주변부의 방사상 내부에, 적어도 부분적으로 위치된다. 일부 경우들에서, 에지 플로우 엘리먼트는 아래에 더 기술되는 바와 같이, 적어도 부분적으로 다른 위치들에, 예를 들어 기판 홀더 아래 및/또는 기판 홀더의 방사상 외측에 위치될 수도 있다. 본 명세서의 여러 도면들에서, 에지 플로우 엘리먼트는 “플로우 엘리먼트” 로 지칭된다.
에지 플로우 엘리먼트는 다양한 재료들로 이루어질 수도 있다. 일부 경우들에서, 에지 플로우 엘리먼트는 CIRP 및/또는 기판 홀더와 동일한 재료로 이루어질 수도 있다. 일반적으로 말하면, 에지 플로우 엘리먼트의 재료에 대해 전기적으로 절연이 되는 것이 바람직하다.
기판의 주변 근처에 교차 플로우를 개선하기 위한 또 다른 방법은 높은 레이트의 기판 회전을 사용하는 것이다. 그러나, 빠른 기판 회전은 그것 자체의 단점들의 세트가 존재하고 다양한 실시 예들에서 회피될 수도 있다. 예를 들어, 기판이 너무 빠르게 회전하는 경우 기판 표면을 가로지르는 적절한 (adequate) 교차 플로우의 형성을 방지할 수 있다. 특정 실시 예들에서, 그러므로, 기판은 약 50 내지 300 RPM 사이의 속도에서, 예를 들어 약 100 내지 200 RPM 사이에서 회전될 수도 있다. 유사하게, 기판의 주변 근처 교차 플로우는 CIRP 와 기판 사이의 상대적으로 보다 작은 갭을 사용함으로써 촉진될 수도 있다. 그러나, 보다 작은 CIRP-기판 갭들은 보다 민감하고 프로세스 변수들에 대한 좁은 허용 오차 (tolerance) 범위들을 가지는 전기 도금 프로세스들을 발생시킨다.
에지 플로우 엘리먼트는 기판 에지 근처의 낮은 대류 및 낮은 도금 레이트들을 돕도록 설치될 수도 있다. 이것은 또한 상이한 포토레지스트/피처 높이에 기인하여 발생하는 차이들을 예방하게 (combat) 도울 수도 있다.
특정 실시 예들에서, 에지 플로우 엘리먼트는 교차 플로우 영역의 교차 플로우가 기판 및 기판 홀더에 의해 형성되는 코너 내로 보다 양호하게 지향되도록 성형될 수도 있다. 다양한 형상이 이러한 목적을 달성하도록 사용될 수도 있다.
본 명세서에 기술된 구성들 및/또는 방법들은 본질적으로 예시적인 것이고, 수많은 변형들이 가능하기 때문에 이들 특정한 실시 예들 또는 예들은 제한적인 의미로 고려되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서에 기술된 특정한 루틴들 또는 방법들은 임의의 수의 프로세싱 전략들 중 하나 이상을 나타낼 수도 있다. 이와 같이, 예시된 다양한 동작들은 예시된 시퀀스로, 다른 시퀀스들로, 동시에 수행될 수도 있고, 또는 일부 경우들에서 생략될 수도 있다. 유사하게, 상기 기술된 프로세스들의 순서는 변경될 수 있다.
본 개시의 주제는 본 명세서에 개시된 다양한 프로세스들, 시스템들 및 구성들, 및 다른 특징들, 기능들, 동작들, 및/또는 속성들의 모든 신규하고 불분명한 조합들 및 서브-조합들, 뿐만 아니라 이들의 임의의 그리고 모든 등가물들을 포함한다.
추가적인 예들
교차 플로우 영역 (226) 을 통한 개선된 교차 플로우가 바람직하다는 것을 암시하는 몇몇의 관측들이 이 섹션에 제시된다. 이 섹션에 걸쳐, 2 개의 기본 도금 셀 설계들이 테스트된다. 설계들 모두는 CIRP (206) 의 상단 상에 교차 플로우 영역 (226) 을 규정하며, 때때로 플로우 방향전환기로서 지칭되는, 한정 링 (210) 을 포함한다. 설계는 에지 플로우 엘리먼트를 포함하지 않지만, 이러한 엘리먼트는 목표된 대로 어느 설정에 추가될 수도 있다. 때때로 제어 설계 및/또는 TC1 설계로서 지칭되는, 제 1 설계는 이 교차 플로우 영역 (226) 에 대한 측면 유입구를 포함하지 않는다. 대신에, 제어 설계에서, 교차 플로우 영역 (226) 내로의 모든 플로우는 CIRP (206) 아래에서 시작되고 그리고 웨이퍼 상에 충돌하고 기판의 면에 걸쳐 흐르기 전에 CIRP (206) 내의 홀들을 통해 상향으로 이동한다. 때때로 제 2 설계 및/또는 TC2 설계로서 지칭되는, 제 2 설계는 CIRP (206) 내의 채널들 또는 구멍들을 통과하지 않고 유체를 교차 플로우 영역 (226) 내로 바로 주입하기 위한 교차 플로우 주입 매니폴드 (222) 및 모든 연관된 하드웨어를 포함한다 (그러나, 일부 경우들에서, 교차 플로우 주입 매니폴드로 전달된 플로우는 CIRP (206) 의 주변 근방에서 전용 채널들을 통과하고, 이러한 채널들은 유체를 CIRP 매니폴드 (208) 로부터 교차 플로우 영역 (226) 으로 지향시키도록 사용된 채널들과 뚜렷이 구별되고/분리된다는 것을 주의하라).
다른 실시 예들
전술한 실시 예들이 이해의 명확성의 목적들을 위해 다소 상세히 기술되었지만, 특정한 변화들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수도 있다는 것이 자명할 것이다. 본 실시 예들의 프로세스들, 시스템들, 및 장치를 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것을 주의해야 한다. 이에 따라, 본 실시 예들은 예시적이고, 제한적이지 않은 것으로 간주될 것이며, 실시 예들은 본 명세서에 주어진 상세들로 한정되지 않을 것이다.
Claims (10)
- 전기 도금 장치에 있어서,
기판 상에 금속을 전기 도금하는 동안 전해질 및 애노드를 담도록 구성되는 전기 도금 셀로서, 상기 전기 도금 셀은 전기 도금 동안 유체 레벨을 가지는 유체 격납 (containment) 유닛의 챔버 벽을 가지는, 상기 전기 도금 셀 (cell);
상기 기판의 도금 면이 전기 도금 동안 상기 애노드로부터 분리되도록 상기 기판을 홀딩하도록 구성되는, 기판 홀더;
교차 플로우 (closs flow) 영역에 의해 상기 기판의 상기 도금 면으로부터 분리되는 기판-대면 표면을 포함하는, 채널형 이온 저항성 플레이트 (channeled ionically resistive plate);
상기 교차 플로우 영역 내 흐르는 전해질을 수용하기 위한 상기 교차 플로우 영역으로의, 교차 플로우 유입구; 및
상기 교차 플로우 영역으로부터 상기 전기 도금 셀의 상기 유체 격납 유닛으로의 유출구로 전해질을 방향 전환하기 (diverting) 위한 채널을 포함하는 교차 플로우 도관 (conduit) 으로서, 상기 유출구는 상기 유체 레벨보다 낮고 상기 교차 플로우 영역은 상기 교차 플로우 유입구와 상기 교차 플로우 도관 사이에 있는, 상기 교차 플로우 도관을 포함하는, 전기 도금 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 교차 플로우 영역은, 상기 채널형 이온 저항성 플레이트의 상부 표면과 동작 중인 경우 상기 기판 홀더 및 인서트 내 상기 기판의 하부 표면에 의해 적어도 부분적으로 규정되는, 전기 도금 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 교차 플로우 도관은 상기 교차 플로우 영역의 밖으로 흐르는 전해질을 받아들이고 (aceept) 상기 전해질을 상기 기판의 표면으로부터 하향으로 그리고 멀어지게 밖으로 흐르게 지향시키도록 배치되는 (disposed), 전기 도금 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 교차 플로우 도관 내 전해질의 플로우를 제한하기 위한 플로우 제한기 (restrictor) 를 더 포함하는, 전기 도금 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 플로우 제한기는:
상기 채널형 이온 저항 플레이트 아래에 인서트되는 (inserted) 플레이트,
상기 교차 플로우 도관의 개구부 (opening) 사이즈 가변이 가능한 모터-구동 가변 애퍼처 플레이트, 또는 상기 전기 도금 셀에 기판이 있는지 여부에 대응하여 전해질의 압력에 따라 상기 전해질의 플로우를 시일링하는 (sealing) 압력 릴리프 (relief) 밸브 중 하나인, 전기 도금 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 기판의 일측으로부터 상기 기판의 반대측으로 기판의 표면을 가로 지르는 (across) 교차 플로우를 통해 전해질의 플로우를 야기하는 단계;
전해질이 상기 유체 격납 유닛 내 수집 (collection) 을 위해 상기 기판의 반대측으로 흐를 때, 상기 유체 레벨 아래로 전해질의 플로우의 방향 전환 (diversion) 을 야기하는 단계; 및
전해질의 플로우 레이트에 대응하여 상기 모터-구동 가변 애퍼처 플레이트를 사용하는 상기 교차 플로우 도관의 상기 개구부의 확장 (widening) 및 협소화 (narrowing) 를 야기하는 단계에 의하여 재료를 상기 기판 상에 전기 도금하기 위하여 실행 가능한 인스트럭션 (instruction) 들을 포함하는 제어기를 더 포함하는, 전기 도금 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 교차 플로우 도관은 상기 전기 도금 셀에 부착되는 것이 가능한 부착될 수 있는 (attachable) 방향 전환 디바이스인, 전기 도금 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 채널형 이온 저항성 플레이트 아래 멤브레인 프레임 (membrane frame) 을 더 포함하고, 상기 교차 플로우 도관은 상기 교차 플로우 영역으로부터 상기 전기 도금 셀의 상기 유체 격납 유닛으로의 상기 유출구로 전해질을 흘려주기 위한 상기 멤브레인 프레임 내 제 2 채널을 더 포함하는, 전기 도금 장치. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
위어 벽 (weir wall) 을 더 포함하는, 전기 도금 장치. - 기판 상에 전기 도금을 하는 방법에 있어서,
기판 홀더 내에 기판을 수용하는 단계로서, 상기 기판 홀더는 상기 기판의 도금 면이 전기 도금 동안 애노드로부터 분리되도록 상기 기판을 홀딩하게 구성되는, 상기 기판 홀더 내 기판을 수용하는 단계;
전해질에 상기 기판을 침지시키는 단계로서, 교차 플로우 영역이 상기 기판의 상기 도금 면과 채널형 이온 저항성 플레이트의 상단 표면 사이에 형성되는, 상기 전해질에 상기 기판을 침지시키는 단계;
상기 채널형 이온 저항성 플레이트 아래로부터, 상기 채널형 이온 저항성 플레이트를 가로질러 상기 교차 플로우 영역을 통해, 상기 교차 플로우 영역 내로, 그리고 교차 플로우 도관 밖으로 상기 기판 홀더의 상기 기판과 콘택트하여 전해질을 흘리는 단계;
플로우 제한기를 사용하여 상기 교차 플로우 도관의 개구부를 조절하는 (modulating) 단계; 및
전해질을 흘리는 동안 그리고 상기 교차 플로우 도관의 상기 개구부를 조절하는 동안 상기 기판의 상기 도금 면 상에 재료를 전기 도금하는 단계를 포함하는, 기판 상에 전기 도금을 하는 방법.
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