KR20220003145A - 기판상의 균일한 금속화를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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에이씨엠 리서치 (상하이) 인코포레이티드
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Abstract

전해질 용액에서 통상의 필름 성장 속도 보다 훨씬 더 큰 속도로 매우 균일한 금속 필름 디포지션을 달성하는, 기판상의 균일한 금속화 장치 및 방법이 제공된다. 상기 장치는 침지조(3021), 적어도 하나의 전극 세트(3002), 기판 홀더(3003), 적어도 하나의 울트라/메가 소닉 디바이스(3004), 반사판(3005), 및 회전 액추에이터(3030)를 포함한다. 침지조(3021)는 적어도 하나의 금속염 전해질(3020)을 함유한다. 적어도 하나의 전극 세트(3002)는 독립적인 파워 서플라이(power supply)에 연결된다. 기판 홀더(3003)는 적어도 하나의 기판을 유지하고, 기판의 전도성 측면과 전기적으로 연결된다. 기판의 전도성 측면은 전극과 마주 보도록 노출된다. 적어도 하나의 울트라/메가 소닉 디바이스(3004) 및 반사판(3005)은 침지조에서 울트라/메가 소닉 정상파를 생성하기 위해 평행하게 배치된다. 회전 액추에이터(3030)는 정상파장(field)에서 그 축을 따라 기판 홀더(3003)를 회전시켜서, 축적된 시간에, 기판(3001)을 가로질러 균일한 전체 파워 세기 분포가 되도록 한다.

Description

기판상의 균일한 금속화를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR UNIFORM METALLIZATION ON SUBSTRATE}
본 발명은 일반적으로 전해질 용액으로부터 기판상의 금속화를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 적어도 하나의 울트라/메가 소닉 디바이스(ultra/mega sonic device)를 금속화 장치에 적용하고, 음향파(acoustic wave)를 기판 표면을 가로질러 균일하게 적용하기 위해 기판 운동의 동적 제어 메카니즘(a dynamical controlling mechanism)을 포함시켜서, 전해질 용액에서의 통상적인 필름 성장 속도(film growth rate) 보다 훨씬 더 큰 속도로 매우 균일한 금속 필름 디포지션을 달성하는 것에 관한 것이다.
전해질 환경에서 얇은 도전층(conductive layer)(일반적으로 구리)을 갖는 기판 상에 금속층을 형성하는 것은 ULSI(ultra large scale integrated, 극초대규모 집적) 회로 제조 중에 도전 선을 형성하도록 구현된다. 이러한 공정은 전기화학적 방법에 의해 비아, 트렌치 또는 양자의 결합된 구조물과 같은 공동을 채우기 위해 사용되며, 기판의 표면을 덮는 과도한 필름을 포함한다. 과량의 전도성 금속 재료를 제거하기 위한 후속 공정 단계, 일반적으로 평탄화 단계(예컨대, CMP, 화학-기계적 평탄화(chemical-mechanical planarization))는 생산라인의 마지막에서 디바이스에서 디바이스로의 동일한 전기적 성능이 달성되도록 하기 위해 높은 균일도가 요구되므로, 균일한 최종 디포지션 필름을 얻기 위해 중요하다.
현재, 전해질 용액으로부터의 금속화는 TSV(through silicon via, 쓰루 실리콘 비아)를 충전하여 기판 스택의 3-D 패키지에 대한 수직 연결을 제공하는 데에도 사용된다. TSV 적용에서, 비아 개구부는 수 마이크로미터 또는 그 보다 큰 직경을 가지며, 비아의 깊이는 수백 마이크로미터 정도로 깊다. TSV의 치수는 전형적인 이중 다마신 공정(dual damascene process)의 치수보다 훨씬 더 크다. TSV 기술에서 기판 자체의 두께에 가까운 깊이로 그리고 이러한 높은 애스팩트비(aspect ratio)로 캐비티(cavities)의 금속화를 수행하는 것은 도전이다. 일반적으로 분당 수천 옹스트롱의 전형적인 이중 다마신 공정에서 사용하기 위해 디자인된 금속화 시스템의 디포지션 속도는 너무 낮아서, TSV 제조에 효율적으로 적용될 수 없다.
깊은 캐비티에서 보이드-프리(void-free) 및 바텀-업 갭충진(bottom-up gapfill)을 달성하기 위해, 다수의 유기 첨가제가 국부적인 디포지션 속도를 제어하기 위해 전해질 용액에 첨가된다. 디포지션 동안, 이들 유기 첨가제는 종종 원하는 금속화 공정을 변경할 수 있는 부산물 종으로 분해된다. 디포지트된 필름에 불순물로서 포함되면, 이들은 공극 형성을 위한 핵으로서 작용할 수 있으며, 이는 디바이스 신뢰성 실패를 야기한다. 따라서, 디포지션 공정 동안, 새로운 화학 물질을 공급하고 캐비티에서 또는 캐비티 주위에서, 분해 부산물을 제거하는, 높은 화학물질 교환 속도(chemical exchange rate)가 필요하다. 또한, 높은 애스택트비의 경우에, 캐비티 아래의 안쪽에 와류(vortex)가 형성되어, 꾸준한 전해질 흐름이 캐비티 개구부의 상부를 통과한다. 와류와 주된 흐름(main flow) 사이에는 대류가 거의 일어나지 않으며, 벌크 전해질 용액과 캐비티 바닥 사이의 새로운 화학 물질과 분해 부산물의 이동은 주로 확산에 의한다. TSV와 같은 깊은 캐비티의 경우, 확산 경로의 길이가 더 길어서, 캐비티 내의 화학물질 교환은 더욱 제한된다. 더욱이, TSV 내부의 긴 경로를 따른 느린 확산 프로세스는 경제적인 제조에서 요구되는 높은 디포지션 속도(deposition rate)를 방해한다. 질량-전달이 제한된 경우(a mass-transfer limited case)의 전기 화학적 방법에 의한 최대 디포지션 속도는 한계 전류 밀도(limiting current density)와 관련이 있으며, 한계 전류 밀도는 주어진 전해질 농도에 대한 확산 이중층 두께에 반비례한다. 확산 이중층이 얇을수록 한계 전류 밀도가 높아지며, 따라서, 더 높은 디포지션 속도가 가능하다. PCT 공개 번호 WO/2012/174732 및 PCT 출원 번호 PCT/CN2011/076262의 PCT 국제 출원은 상기 문제를 해결하기 위해 기판 금속화에 울트라/메가 소닉(ultra/mega sonic)을 사용하는 장치 및 방법을 개시한다.
한 조각의 울트라/메가 소닉 디바이스를 갖는 도금조에서, 울트라/메가 소닉 디바이스 길이를 가로지르는 음향파(acoustic wave) 분포는 균일하지 않으며, 이는 음향 센서(acoustic sensor) 및 다른 광-음향 조사 도구(optical-acoustic inspection tool)의 파워 세기 테스트(power intensity test)에 의해 입증된다. 음향파를 기판상에 적용하면, 기판의 각 지점에 작용하는 음향 에너지는 동일하지 않다.
또한, 음향 장(acoustic field)을 갖는 도금조에서, 파동 에너지 손실은 도금조 벽에 흡수되는 음향파 및 첨가제 및 부산물 주변의 회절에 기인하여 발생한다. 따라서, 음향 원(acoustic source) 근처의 영역에서 음향 파의 파워 세기(power intensity)는 음향 원으로부터 멀리 떨어진 영역의 음향 파의 파워 세기와 다르다. 두 개의 평행한 평면 사이에 형성된 정상파(standing wave)는 도금조 내의 파동 에너지를 유지하여, 파동 에너지 손실(wave energy lost)을 최소화한다. 그리고, 상기 에너지 전달은 정상파 내의 노드(node)와 안티-노드(anti-node) 사이에서만 발생한다. 그러나, 노드와 안티-노드에서의 음향파의 파워 세기가 다르며, 이는 프로세스 동안 기판 표면을 가로질러서 불균일한 음향 성능을 초래한다. 더욱이, 평면 간의 평행성(parallelism) 및 거리를 조절하기가 어렵기 때문에, 프로세스 중 정상파 형성을 제어하기가 어렵다.
따라서, 도금 디포지션의 균일성을 더욱 향상시키는 음향 에너지 분포(acoustic energy distribution)의 균일성을 제어하는 방식이 요구된다. 그리고 도금조에서 낮은 파동 에너지 손실로 음향 장(acoustic field)을 제어하는 방식이 더욱 요구된다.
본 발명은 전해질 용액에서 종래의 필름 성장 속도보다 훨씬 더 빠른 속도로 매우 균일한 금속 필름 디포지션을 달성하기 위해 금속화 장치에 적어도 하나의 울트라/메가 소닉 디바이스를 제공한다. 본 발명에서, 기판은 동적으로 제어되어 각 운동 사이클(motion cycle)에서 파워 세기가 다른 전체 음향 파장(acoustic wave field)을 통과하는, 기판의 위치는 기판의 각 위치가 프로세스 시간동안 동일한 양의 총(전체) 소닉 에너지(sonic energy)를 수신하고, 빠른 속도로 균일한 디포지션 두께를 누적적으로 성장시킬 수 있는 것을 보장한다.
본 발명의 일 구현예에서, 기판상의 균일한 금속화를 위한 장치는 침지조, 적어도 하나의 전극 세트, 기판 홀더, 적어도 하나의 울트라/메가 소닉 디바이스, 반사판(a reflection plate) 및 회전 액추에이터(a rotating actuator)를 포함한다. 침지조는 적어도 하나의 금속염 전해질을 함유한다. 적어도 하나의 전극 세트는 독립적인 파워 서플라이(power supply)에 연결된다. 기판 홀더는 적어도 하나의 기판을 유지하고, 기판의 전도성 측면과 전기적으로 연결된다. 기판(substrate)의 전도성 측면은 전극과 마주 보도록 노출된다. 적어도 하나의 울트라/메가 소닉 디바이스 및 반사판은 침지조에서 울트라/메가 소닉 정상파를 생성하기 위해 평행하게 배치된다. 회전 액추에이터는 정상파장(standing wave field) 내에서 기판 홀더를 그 축을 따라 회전시켜서, 축적된 시간에 기판을 가로질러서 균일한 전체 파워 세기 분포가 되도록 한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 기판상의 균일한 금속화를 위한 장치는 침지조, 적어도 하나의 전극 세트, 기판 홀더, 적어도 하나의 울트라/메가 소닉 디바이스, 및 회전 액추에이터를 포함한다. 침지조는 적어도 하나의 금속염 전해질을 함유한다. 적어도 하나의 전극 세트는 독립적인 파워 서플라이(power supply)에 연결된다. 기판 홀더는 적어도 하나의 기판을 유지하고, 기판의 전도성 측면과 전기적으로 연결된다. 기판의 전도성 측면은 전극과 마주 보도록 노출된다. 적어도 하나의 울트라/메가 소닉 디바이스는 침지조에서 울트라/메가 소닉 파를 발생한다. 회전 액추에이터는 음향파장에서 그 축을 따라 기판 홀더를 회전시켜서, 축적된 시간에 기판을 가로질러서 균일한 전체 파워 세기 분포가 되도록 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 기판상의 균일한 금속화 방법은, 다음의 단계를 포함한다: 적어도 하나의 금속염 전해질을 침지조에 공급하는 단계; 기판을 기판 홀더로 이송하는 단계, 여기서, 상기 기판 홀더는 상기 기판의 전도성 측면과 전기적으로 연결되며, 상기 기판의 상기 전도성 측면은 독립적인 파워 서플라이에 연결되는 전극에 마주하도록 노출된다; 제1 바이어스 전압(a first bias voltage)을 상기 기판에 적용하는 단계; 상기 기판을 회전시키는 단계; 상기 기판을 상기 침지조에 침지하는 단계; 상기 기판에 전류를 적용하는 단계; 울트라/메가 소닉 디바이스를 켜는 단계(turning on); 상기 기판 홀더를 상기 음향파장에서 진동시키고, 그 동안에, 상기 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간의 거리를 주기적으로 변화시키는 단계; 상기 울트라/메가 소닉 디바이스를 끄고(turning off), 상기 기판 홀더의 진동을 정지하고, 상기 울트라/메가 소닉 디바이스와 상기 반사판 사이의 공간의 거리를 주기적으로 변화시키는 것을 정지하는 단계; 제2 바이어스 전압을 상기 기판에 적용하는 단계; 상기 기판을 상기 금속염 전해질로부터 꺼내는 단계; 및 상기 기판의 회전을 정지시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여, 그 구현예에 대한 설명을 읽음으로써 당업자에게 명백할 것이다:
도 1은 울트라/메가 소닉 디바이스의 정면에서의 음향 영역에서의 파워 세기분포를 나타낸다.
도 2a 내지 도 2b는 예시적인 장치에서 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간을 따른 파워 세기 분포를 나타내며, 도 2c는 예시적인 장치에서 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간 내의 특정한 지점의 파워 세기를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 예시적인 구현예에 따른 기판상의 균일한 금속화 장치를 나타내는 단면도이다.
도 4a는 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간의 거리의 변화에 따른 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 파워 세기의 변화를 나타내며, 도 4b는 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간의 거리가 변화하는 동안, 예시적인 장치에서, 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간 내의 특정한 지점의 파워 세기를 나타낸다.
도 5a 및 5b는 Y 축을 따른 기판의 운동과 X' 방향을 따른 반사판의 운동에 따른, 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 파워 세기의 변화를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 예시적인 구현예에 따른 기판상의 균일한 금속화 장치를 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 추가적인 다른 예시적인 구현예에 따른 기판상의 균일한 금속화 장치를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 추가적인 다른 예시적인 구현예에 따른 기판상의 균일한 금속화 장치를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 기판상의 균일한 금속화 장치를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 예시적인 구현예에 따르면, 울트라/메가 소닉 디바이스가 이용되고, 예시적인 울트라/메가 소닉 디바이스는 미국 특허 제6,391,166호 또는 WO/2009/055992에 기재된 바와 같은 도금 장치에 적용될 수 있다.
도 1을 참고하면, 도 1은 막대-형상의 울트라/메가 소닉 디바이스(102)의 정면에서의 음향 영역(acoustic area)에서의 파워 세기 분포를 나타낸다. 도 1은 하이드로폰 센서(a hydrophone sensor)에 의해 얻어진다. 도 1의 어두운 영역은 낮은 파워 세기를 나타내고, 밝은 영역은 높은 파워 세기를 나타낸다. 도 1로부터, 울트라/메가 소닉 디바이스(102)의 중심에서 가장자리(edge)로의 파워 세기 분포는 불균일함을 알 수 있다. 울트라/메가 소닉 디바이스(102)의 표면에 수직인 D 방향의 파워 세기 분포도 불균일하다. 파워 세기는 울트라/메가 소닉 디바이스(102)에 가까운 영역에서 높고, 울트라/메가 소닉 디바이스(102)로부터 멀리 떨어진 영역에서는 낮다. 도 1에서, 문자 "D"는 D 방향을 나타내고, 문자 "C"는 울트라/메가 소닉 디바이스의 중심을 의미하고, 문자 "N"은 울트라/메가 소닉 디바이스의 중심 근처의 위치를 의미하며, 문자 "F"는 울트라/메가 소닉 디바이스의 중심에서 멀리 떨어진 위치를 의미하며, 숫자 "104"는 높은 파워 세기의 밝은 스트립을 나타낸다.
도 2a는 기판의 표면을 가로질러 정상파(standing wave)로 도금조 내에서 처리된 기판을 나타낸다. 울트라/메가 소닉 디바이스와 울트라/메가 소닉 디바이스와 평행한 반사판 사이의 공간에서 진행하는 음향파로서, 정상파는 공간의 거리가 하기 식과 같은 경우에, 진행파(propagating wave)와 그 반사파의 간섭에 의해 형성된다.
Figure pat00001
, N=1, 2, 3 ...
여기서, λ는 음향 파장이고, N은 정수이다. 가장 큰 파워 세기의 정상파가 공간 내에 형성된다. 공간의 거리가 반 파장의 정수배에 근사하다는 조건하에서, 정상파가 또한 형성되지만 정상파의 파워 세기는 이와 같이 강하지 않다. 정상파는 파의 전파(진행) 방향을 따라 상기 공간 내에서 높은 균일성을 갖는 파동 에너지를 유지한다. 전해질에서의 파동 전파로 인한 파동 에너지 손실이 최소화된다. 이 경우, 음향 원(acoustic source)에 가까운 영역으로부터 음향 원으로부터 멀리 떨어져 있는 영역까지의 음향 파워 세기 분포의 균일성이 향상되고, 음향 발생기의 효율도 향상된다. 도 2a에서, 숫자 "202"는 울트라/메가 소닉 디바이스를 나타내고, 숫자 "204"는 반사판을 나타내며, 숫자 "206"은 기판을 나타내며, 문자 "X"는 X 축을 나타낸다.
그러나, 정상파의 특정 파장 내의 에너지 분포는 정상파의 노드와 안티노드 사이에서 전달되는 에너지로 인해 불균일하다. 도 2b는 누적 시간에서, 기판의 표면을 가로질러 균일한 전체 파동 파워 세기를 얻기 위해, 노드로부터 안티노드로, 파장의 4분의 1의 거리에서 진동하는 기판을 나타낸다. 나아가, 기판의 각 지점에서 울트라/메가 소닉 파에 의해 적용되는 총 음향 에너지를 동일하게 유지하기 위한, 기판의 진동 거리는 다음과 같다.
Figure pat00002
, N=1, 2, 3 ...
여기서, λ는 울트라/메가 소닉 파장이고, N은 정수이다. 기판의 각 지점은 축적 도금 시간동안 울트라/메가 소닉 파의 동일한 전체 파워 세기를 얻는다. 낮은 파동 에너지 손실로 기판을 가로질러 작용하는 균일한 울트라/메가 소닉 파로서, 높은 도금 속도 및 도금된 필름의 균일성이 달성될 수 있다. 도 2b에서, 숫자 "202"는 울트라/메가 소닉 디바이스를 나타내고, 숫자 "204"는 반사판을 나타내고, 숫자 "206"은 기판을 나타내고, 문자 "X"는 X 축을 나타낸다.
도 2c는 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간 내의 특정 지점의 파워 세기를 나타낸다. 결과는 음향 센서에 의해 얻어지며 측정은 도금조에서 행하여진다. 이는 파워 세기가 도금조에서 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간의 거리를 따라 주기적으로 변하는 것을 증명한다. 노드 대 노드 거리는 울트라/메가 소닉 파의 반 파장이며, 노드 대 안티노드 거리는 울트라/메가 소닉 파의 파장의 1/4이다.
도 3은 본 발명의 일 예시적인 구현예에 따른 울트라/메가 소닉을 이용하여, 전해액으로부터 기판상의 균일한 금속화를 위한 장치를 나타내는 단면도이다. 상기 장치는 침지조(3021), 적어도 하나의 전극 세트(3002), 전기 전도성 기판 홀더(3003), 울트라/메가 소닉 디바이스(3004), 반사판(3005), 회전 액추에이터(3030), 수직 액추에이터(3012) 및 수평 액추에이터(3013)를 포함한다. 침지조(3021)는 적어도 하나의 금속염 전해질(3020)을 함유한다. 적어도 하나의 전극 세트(3002)는 독립적인 파워 서플라이(power supply)에 연결된다. 전기 전도성 기판 홀더(3003)는 적어도 하나의 기판(3001)을 유지하고, 기판(3001)의 전도성 측면과 전기적으로 연결된다. 기판(3001)의 전도성 측면은 전극(3002)과 마주 보도록 노출된다. 울트라/메가 소닉 디바이스(3004) 및 반사판(3005)은 침지조(3021)에서 울트라/메가 소닉 정상파를 생성하기 위해 평행하게(paralled) 배치된다. 회전 액추에이터(3030)는 정상파장(standing wave field) 내에서 그 축을 따라 기판 홀더(3003)를 회전시켜서, 축적된 시간에, 기판(3001)을 가로질러서 균일한 전체 파워 세기 분포가 되도록 한다. 상기 회전 액추에이터(3030)의 회전 속도는 10 내지 100rpm이다. 금속염 전해질(3020)은 침지조(3021)의 바닥으로부터 침지조(3021)의 상부로 흐른다. 금속염 전해질(3020)의 순환을 위해 적어도 하나의 유입구 및 유출구 세트가 침지조(3021)에 배치된다. 울트라/메가 소닉 디바이스(3004)는 침지조(3021)의 벽에 장착된다. 울트라/메가 소닉 디바이스(3004)의 표면은 금속염 전해질(3020)에 침지된다. 울트라/메가 소닉 발생기가 20KHz 내지 10MHz의 진동수 및 0.01 내지 3W/㎠의 파워 세기를 갖는 음향파를 생성하도록, 울트라/메가 소닉 디바이스(3004)에 연결된다. 울트라/메가 소닉 디바이스(3004)는 적어도 한 조각의 피에조 크리스탈(piezo crystal)로 제조된다. 음향 파장(acoustic wave field)은 울트라/메가 소닉 디바이스(3004)의 전방 공간에 형성된다. 반사판(3005)는 울트라/메가 소닉 디바이스(3004)와 서로 마주하고 평행이며, 정상파를 형성한다. 독립적인 파워 서플라이는 전극(3002)에 연결되고 전압-제어 모드 또는 전류-제어 모드로 작동하며, 원하는 시간에 두 모드를 전환할 수 있다. 전압-제어 모드 및 전류-제어 모드는 각각 사전 프로그래밍된 파형을 갖는다. 공급 전류는 DC 모드, 또는 5ms 내지 2s의 펄스주기를 갖는 펄스 역전 모드(pulse reverse mode)에서 작동할 수 있다. 각각의 전극 세트(3002)는, 각 조각의 전극에 대하여 파워 서플라이를 갖는. 한 조각의 전극 또는 더 많은 조각의 전극으로 제조될 수 있다. 단층 또는 다층의 투과성 막(3011)의 적어도 한 조각이 전극(3002)과 기판(3001) 사이에 설정된다. 기판 홀더(3003)는 기판(3001)을 침지조(3021) 내 또는 외로 로딩(loading) 또는 언로딩(unloading)하기 위해 수직 액추에이터(3012)에 연결된다. 수평 액추에이터(3013)는 음향파장에서 기판(3001)을 1 내지 300mm의 진폭(amplitude) 및 0.001 내지 0.5Hz의 진동수로 수평 진동시킨다. 수평 진동 거리는
Figure pat00003
와 같고, N=1, 2, 3...이고, 여기서, λ는 울트라/메가 소닉 파의 파장이고, N은 정수이다. 기판(3001)은 도 2a 내지 2c에 개시된 이론에 기초하여, 정상파장에서 회전함과 동시에, 울트라/메가 소닉 정상파의 진행 방향을 따라 수평으로 진동하며, 기판(3001)의 각 지점에서의 파워 세기는 프로세스 과정에 걸쳐 균일하다. 수평 액추에이터(3013)는 선형 액추에이터(linear actuator) 또는 스윙 액추에이터(swing actuator)이다.
도 4a는 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간의 거리의 변화에 의한, 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 파워 세기의 변화를 나타낸다. 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간의 파워 세기 분포도는 음향 테스트 스테이션에 의해 측정되며, 여기서 어두운 영역은 낮은 파워 세기를 나타내고, 밝은 영역은 높은 파워 세기를 나타낸다. 파워 세기 분포도에서 Y 축을 따른, 교번하는 어두운 선과 밝은 선은 정상파의 형성을 나타내며, 여기서, 노드가 가장 어두운 선에 있고, 안티노드가 가장 밝은 선에 있다. 파워 세기 분포도에서 X 축을 따른 어두운 스트립은 울트라/메가 소닉 디바이스 길이를 가로지르는 불균일한 파워 세기 분포를 개시한다. 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간의 거리는 d로 표시된다. 거리 d를 d1에서 d2(d1 ≠d2)로 변경하려면, 파워 세기 분포도가 가장 밝은 곳에서 가장 어둡게 변하며; 여기서, d2-d1은 울트라/메가 소닉 파의 1/4 파장의 정수배이다. 이는 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간 거리가 변하는 경우에, 도금조 내에서의 정상파 형성이 달라지는 것을 개시한다. 도 4a에서, 숫자 "402"는 울트라/메가 소닉 디바이스를 나타내고, 숫자 "404"는 반사판을 나타낸다. 도 4b는 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간의 거리의 변화에 따른, 예시적인 장치에서의 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간 내의 특정 지점의 파워 세기를 나타낸다. 결과는 음향 센서에 의해 얻어지며, 측정은 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간의 거리가 dn에서 dm으로 감소하는 동안(dn≠dm, dn<dm) 또는 dm에서 dn으로 증가하는 동안, 울트라/메가 음향 원을 구비한 도금조에서 행하여진다. 이는 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간의 거리가 변하는 동안, 파워 세기가 주기적으로 변하는 것을 개시한다. 피크 파워 세기는, 도금조가 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간의 거리가 반-파장의 정수배인 정상파 형성 조건을 만족시키는 경우에 달성된다. 상기 에너지는 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이에서 최소 에너지 손실로 유지된다. 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간에서 균일한 울트라/메가 소닉 에너지 세기 분포(sonic energy intensity distribution)를 달성하고 도금조에서 에너지 손실을 최소화하기 위해, 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간의 거리를 조절하는 모션 제어 메카니즘이 도금조에서 중요하다.
도 5a 및 도 5b는 Y 축을 따른 기판의 운동과 X' 방향을 따른 반사판의 운동에 의한 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 파워 세기의 변화를 나타낸다. 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간의 파워 세기 분포도는 음향 테스트 스테이션에 의해 측정되며, 여기서, 어두운 영역은 낮은 파워 세기를 나타내고 밝은 영역은 높은 파워 세기를 나타낸다. 파워 세기 분포도에서 Y 축을 따른 교번하는 어두운 라인과 밝은 라인은 정상파의 형성을 나타내며, 여기서 노드는 가장 어두운 선에 있고 안티노드는 가장 밝은 선에 있다. 파워 세기 분포도에서 X' 방향을 따른 어두운 스트립은 울트라/메가 소닉 디바이스 길이를 가로지르는 불균일한 파워 세기 분포를 개시한다. 기판은 Y 축을 따라 다음의 진폭으로 진동한다.
Figure pat00004
, N=1, 2, 3...
여기서, λ은 울트라/메가 소닉 파의 파장이고, N은 정수이다. Y' 방향을 따른 측면 성분 움직임, Y 축으로부터의 경사진 각도 θ(0<θ<45)는 스트립을 통과하는 기판상의 각 지점을 인도하고, X' 방향을 따른 측면 성분 움직임, X 축으로부터 경사진 각도 θ(0<θ<45)는 각 진동 사이클에서, 울트라/메가 소닉 파의 노드 및 안티노드를 통과하는 기판상의 각 지점을 인도한다. 한편, 반사판은 반 파장의 정수배의 진폭으로 X' 방향으로 진동하여, 각 진동 사이클에서의 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간에서의 전체 파워 세기를 동일하게 한다. 여기서, 반사판의 진동 속도는 기판의 진동 속도보다 빠르다. 이는 최상의 정상파 형성 조건을 충족시키기 위해 반사판의 평행도 조절이 어렵다는 것을 해결하는 방안이다. 이는, 또한, 도금조의 상태가 시간에 따라 불안정하면, 각 진동 기간 사이에 도금조 내의 음향파장을 안정하게 만든다. 상기 모션 제어 메카니즘의 적용은 도금조에서 중요하다. 도 5a 및 도 5b에서, 숫자 "502"는 울트라/메가 소닉 디바이스를 나타내고, 숫자 "504"는 반사판을 나타내며, 숫자 "506"은 기판을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 예시적인 구현예에 따른 기판상의 균일한 금속화 장치를 나타낸 평면도이다. 상기 장치는 침지조(6021), 적어도 하나의 전극 세트, 전기 전도성 기판 홀더(6003), 울트라/메가 소닉 디바이스(6004), 반사판(6005), 회전 액추에이터(6030) 및 수평 액추에이터(6013)를 포함한다. 침지조(6021)는 적어도 하나의 금속염 전해질을 함유한다. 적어도 하나의 전극 세트는 독립적인 파워 서플라이에 연결된다. 전기 전도성 기판 홀더(6003)는 적어도 하나의 기판을 유지하고 기판의 전도성 측면과 전기적으로 연결된다. 기판의 전도성 측면은 전극과 마주 보도록 노출된다. 울트라/메가 소닉 디바이스(6004) 및 반사판(6005)은 침지조(6021)에서 울트라/메가 소닉 정상파를 발생시키도록 평행하게(parallel) 배치된다. 회전 액추에이터(6030)는 정상파장에서 그 축을 따라 기판 홀더(6003)를 회전시켜서, 축적된 시간에 기판을 가로질러 균일한 전체 파워 세기 분포가 되도록 한다. 상기 회전 액추에이터(6030)의 회전 속도는 10 내지 100rpm이다. 투과성 막의 적어도 하나의 층이 기판과 전극 사이에 놓여진다. 각각의 전극 세트는 독립적인 전력 제어를 갖는 한 조각의 전극 또는 그 보다 많은 조각의 전극을 포함한다. 수평 액추에이터(6013)는 기판 홀더(6003)를 기판 홀더(6003)의 평면 내에서 진동시킨다. 수평 액추에이터(6013)는 선형 타입 또는 스윙 타입이다. 울트라/메가 소닉 디바이스(6004) 및 울트라/메가 소닉 디바이스(6004)에 평행한 반사판(6005)은 작은 경사각 θ(0<θ<45)로 침지조(6021)의 대향 측벽(opposite sidewalls) 상에 장착되어, 기판 홀더(6003) 수평 진동 방향과 울트라/메가 소닉 정상파의 진행 방향의 법선 방향(normal direction) 사이에 각도 θ가 형성된다. 기판 홀더(6003)는 수평면에 평행하게 설정된다. 울트라/메가 소닉 디바이스(6004) 및 반사판(6005)의 표면은 금속염 전해질에 침지되고, 정상파는 울트라/메가 소닉 디바이스(6004)와 반사판(6005)의 평행한 표면 사이의 공간에 형성된다. 정상파의 진행 방향은 기판의 표면에 평행하다. 정상파는 기판 홀더(6003) 진동 방향에 수직인 X 축으로부터의 각도 θ로 경사진다. 울트라/메가 소닉 정상파의 진행 방향을 따라, 기판의 진동 거리의 측면 성분(lateral component) ΔX'가 울트라/메가 소닉 정상파의 1/4 파장의 정수배인 경우, 기판 표면의 각 지점은 진동 동안 정상파의 노드 및 안티노드를 통과하고, 각각의 진공 사이클에서 동일한 전체 파워 세기의 울트라/메가 소닉 파를 얻는다. 이 경우, 진동 진폭 ΔY는 다음과 같아야 한다:
Figure pat00005
, N=1, 2, 3...
여기서, λ은 울트라/메가 소닉 파의 파장이고, N은 정수이다. 반사판(6005)은 단층 또는 다층으로 이루어지며, 공간은 음향 에너지 손실을 최소화하기 위해 반사판(6005)의 층 사이에 제공될 수 있다. 반사판(6005)의 표면을 울트라/메가 소닉 디바이스(6004)의 표면과 평행하게 유지하기 위해, 조절 메가니즘이 반사판(6005) 위치를 설정하는데 사용된다. 진동 액추에이터(6006)는 가요성 밀봉을 위한 벨로우 구성요소(bellow component)(6007)에 의해 반사판(6005)의 배면에 장착된다. 진동 액추에이터(6006)는 정상파 진행 방향인 X' 방향을 따라 반사판(6005)을 전후로 진동시켜, 울트라/메가 소닉 디바이스(6004)와 반사판(6005) 사이의 공간 거리를 변화시킨다. 진동 액추에이터(6006)는 1 내지 10Hz에서 작동하는 진동수 및 울트라/메가 소닉 파의 반파장의 N 배와 동일한 진폭을 가지며, N은 1 내지 10의 정수이다. 진동 액추에이터(6006)는 수평 액추에이터(6013)가 기판을 수평으로 진동시키는 동안 작동하고, 회전 액추에이터(6030)는 음향파장에서 기판을 회전시킨다. 진동 액추에이터(6006)의 진동 속도는 수평 액추에이터(6013)의 진동 속도보다 빠르다. 수직 액추에이터는 기판을 침지조(6021)의 내 또는 외로 로딩 또는 언로딩하기 위해 기판 홀더(6003)를 상하로 움직인다.
도 7은 본 발명의 추가적인 다른 예시적인 구현예에 따른 기판상에 대한 균일한 금속화 장치를 나타내는 단면도이다. 상기 장치는 침지조(7021), 적어도 하나의 전극 세트(7002), 전기 전도성 기판 홀더(7003), 적어도 하나의 울트라/메가 소닉 디바이스(7004), 반사판(7005), 회전 액추에이터(7030) 및 수직 액추에이터(7021)를 포함한다, 침지조(7012)는 적어도 하나의 금속염 전해질을 함유한다. 적어도 하나의 전극 세트(7002)는 독립적인 파워 서플라이에 연결된다. 전기 전도성 기판 홀더(7003)는 적어도 하나의 기판(7001)을 유지하고 기판(7001)의 전도성 측면과 전기적으로 연결된다. 기판(7001)의 전도성 측면은 전극(7002)에 마주 보도록 노출된다. 적어도 하나의 울트라/메가 소닉 디바이스(7004) 및 반사판(7005)은 침지조(7021)에 울트라/메가 소닉 정상파를 발생시키기 위해 팽행하게 배치된다. 회전 액추에이터(7030)는 정상파장에서 그 축을 따라 기판 홀더(7003)를 회전시켜서, 축적된 시간에, 기판(7001)을 가로질러 균일한 전체 파워 세기 분포가 되도록 한다. 회전 액추에이터(7030)의 회전 속도는 10 내지 100rpm 범위이다. 단층 또는 다층인 투과성 막(7011)의 적어도 하나의 조각이 전극(7002)과 기판(7001) 사이에 설정된다. 각각의 전극 세트(7002)는 독립적인 전력 제어를 갖는 한 조각의 전극 또는 더 많은 조각의 전극을 포함한다. 울트라/메가 소닉 디바이스(7004) 및 울트라/메가 소닉 디바이스(7004)에 평행한 반사판(7005)은, 기판 진동 방향인 Z 축에 대해 작은 각도 θ(0<θ<45)로 침지조(7021)의 대향 측벽에 장착되고, 기판(7001)은 수평면에 평행하게 설정된다. 울트라/메가 소닉 디바이스(7004)와 반사판(7005)은 금속염 전해액에 침지되고, 정상파는 울트라/메가 소닉 디바이스(7004)와 반사판(7005)의 평행한 표면 사이에 형성된다. 기판 홀더(7003)는 수직 액추에이터(7012)에 연결되고, 기판 홀더(7003)는 수직 액추에이터(7012)에 의해 수평면에 대하여 수직인 방향을 따라, 1 내지 300mm의 진폭 및 0.001 내지 0.5Hz의 진동수로 진동한다. 수직 액추에이터(7012)는 기판(7001)을 유지하는 기판 홀더(7003)를 정상파 진행 방향의 법선 방향에 대하여 각도 θ(0<θ<45)로 경사진 Z 축을 따라, 주기적으로 상하로 진동시킨다. 정상파 진행 방향을 따르는, 기판(7001)의 진동 거리의 측면 성분(lateral component) ΔX"가 정상파의 1/4 파장의 정수배인 경우, 기판(7001) 표면의 각 점은 진동하는 동안 정상파의 노드 및 안티노드를 통과하며, 각각의 진동 사이클에서 울트라/메가 소닉 파의 동일한 전체 파워 세기를 얻는다. 이 경우, 진동 진폭 ΔZ는 다음과 같아야 한다:
Figure pat00006
, N=1, 2, 3...
여기서, λ은 울트라/메가 소닉 정상파의 파장이고, N은 정수이다. 한편, Z 축을 따르는 진동의 측면 성분 ΔZ는 음향파장에서 기판(7001)상의 각각의 지점이, 각각의 진동 사이클에서 울트라/메가 소닉 파의 동일한 전체 파워 세기를 얻을 수 있음을 보장한다. 이 경우, 기판(7001)의 각 점에서의 파워 세기는 프로세스 과정에 걸쳐 균일하다. 수직 액추에이터(7012)는 기판 홀더(7003)를 상하로 움직여서 기판(7001)을 침지조(7021)의 내 또는 외로 로드 또는 언로드한다.
도 8은 본 발명의 추가적인 다른 예시적인 구현예에 따른 기판상의 균일한 금속화 장치를 나타내는 단면도이다. 상기 장치는 침지조(8021), 적어도 하나의 전극 세트(8002), 전기 전도성 기판 홀더(8003), 적어도 하나의 울트라/메가 소닉 디바이스(8004), 반사판(8005), 회전 액추에이터(8030) 및 수직 액추에이터(8012)를 포함한다. 침지조(8021)는 적어도 하나의 금속염 전해질을 함유한다. 적어도 하나의 전극 세트(8002)는 독립적인 파워 서플라이에 연결된다. 전기 전도성 기판 홀더(8003)는 적어도 하나의 기판(8001)을 유지하고 기판(8001)의 전도성 측면과 전기적으로 연결된다. 기판(8001)의 전도성 측면은 전극(8002)과 마주 보도록 노출된다. 적어도 하나의 울트라/메가 소닉 디바이스(8004) 및 반사판(8005)은 침지조(8021)에서 울트라/메가 소닉 정상파를 생성하도록 평행하게 배치된다. 회전 액추에이터(8030)는 정상파장에서, 기판 홀더(8003)를 그 축을 따라 회전시켜서, 축적된 시간에, 기판(8001)을 가로질러 균일한 전체 파워 세기 분포가 되도록 한다. 회전 액추에이터(8030)의 회전 속도는 10 내지 100 rpm의 범위이다. 단층 또는 다층의 적어도 한 조각의 투과성 막(8011)이 전극(8002)과 기판(8001) 사이에 설정된다. 각각의 전극 세트(8002)는 독립적인 전력 제어를 갖는 한 조각의 전극 또는 더 많은 조각의 전극을 포함한다. 울트라/메가 소닉 디바이스(8004) 및 울트라/메가 소닉 디바이스(8004)에 평행한 반사판(8005)은 침지조(8021)의 대향 측벽에 장착되고 수평면에 수직이다. 경사조 베이스(a sloping bath base)(8022) 상에 안착된 전극(8002) 및 기판 홀더(8003)는 수평면에 대해 작은 경사각도 θ(0<θ<45)를 갖는다. 울트라/메가 소닉 디바이스(8004)와 반사판(8005)은 상기 금속염 전해액에 침지되고, 정상파는 울트라/메가 소닉 디바이스(8004)와 반사판(8005) 사이에 형성된다. 상기 기판 홀더(8003)는 상기 수직 액추에이터(8012)에 연결되고, 상기 기판 홀더(8003)는 수평면의 법선 방향에 대하여 각도 θ(0<θ<45)로 경사진 방향을 따라, 수직 액추에이터(8012)에 의해, 1 내지 300 mm의 진폭 및 0.001 내지 0.5 Hz의 진동수로 진동된다. 수직 액추에이터(8012)는 그 축을 따라 상기 기판(8001)을 유지하는 기판 홀더(8003)를 정상파 진행 방향에 수직인 Z 축으로부터 작은 각도 θ(0<θ<45)로 경사진, Z' 방향을 따라 주기적으로 상하로 진동시킨다. 정상파 진행 방향을 따르는, 기판(8001)의 진동 거리의 측면 성분(lateral component) ΔX가 울트라/메가 소닉 정상파의 1/4 파장의 정수배인 경우, 기판(8001) 표면의 각 지점은 진동하는 동안 정상파의 노드 및 안티노드를 통과하며, 각각의 진동 사이클에서 울트라/메가 소닉 파의 동일한 전체 파워 세기가 얻어진다. 이 경우, 진동 진폭 ΔZ'는 다음과 같아야 한다:
Figure pat00007
, N= 1, 2, 3...
여기서, λ은 울트라/메가 소닉 파의 파장이고, N은 정수이다. 한편, Z' 방향을 따르는 진동의 측면 성분 ΔZ'는 음향파장에서 기판(8001)상의 각각의 지점이, 동일한 전체 파워 세기를 얻을 수 있음을 보장한다. 이 경우에, 기판(8001)의 각 지점에서의 파워 세기는 프로세스 과정에 걸쳐 균일하다. 수직 액추에이터(8012)는 기판 홀더(8003)를 상하로 움직여서 기판(8001)을 침지조(8021)의 내 또는 외로 로드 또는 언로드한다.
도 7 및 도 8로부터, 수직 액추에이터는 기판 홀더를, 기판 홀더 진동 방향과 울트라/메가 소닉 정상파의 진행 방향의 법선 방향 사이에 각도 θ(0 <θ <45)가 형성되는 방향을 따라 진동시킨다. 기판 진동의 진폭은
Figure pat00008
와 같고, N=1, 2, 3...이며, λ은 울트라/메가 소닉 정상파의 파장이고, N은 정수이며, θ는 기판 진동 방향과 울트라/메가 소닉 정상파의 진행 방향의 법선 방향 사이의 각도이다.
도 9는 본 발명의 다른 예시적인 구현예에 따른 기판상의 균일한 금속화 장치를 나타낸 단면도이다. 상기 장치는 침지조(9021), 적어도 하나의 전극 세트(9002), 전기 전도성 기판 홀더(9003), 적어도 하나의 울트라/메가 소닉 디바이스(9004), 회전 액추에이터(9030), 수직 액추에이터(9012) 및 음향 반사기(9005)를 포함한다. 침지조(9021)는 적어도 하나의 금속염 전해질을 함유한다. 적어도 하나의 전극 세트(9002)는 독립적인 파워 서플라이에 연결된다. 전기 전도성 기판 홀더(9003)는 적어도 하나의 기판(9001)을 유지하며, 기판(9001)의 전도성 측면과 전기적으로 연결된다. 기판(9001)의 전도성 측면은 전극(9002)과 대면하도록 노출된다. 적어도 하나의 울트라/메가 소닉 디바이스(9004)는 침지조(9021)에서 울트라/메가 소닉 파를 발생한다. 회전 액추에이터(9030)는 기판 홀더(9003)를 음향파장에서 그 축을 따라 회전시켜서, 축적된 시간에, 기판(9001)을 가로질러 균일한 전체 파워 세기 분포가 되도록 한다. 기판 홀더(9003)는 수직 액추에이터(9012)에 연결되고, 기판 홀더(9003)는 울트라/메가 소닉 파의 진행 방향의 법선 방향을 따라, 수직 액추에이터(9012)에 의해, 1 내지 300㎜의 진폭 및 0.001 내지 0.5 Hz의 진동수로 진동된다. 음향 반사기(9005)는 울트라/메가 소닉 디바이스(9004)에 대향(opposite)하여, 그리고 울트라/메가 소닉 디바이스(9004)에 대해 경사진 각도로 배치되어, 기판(9001)의 표면을 가로질러 정상파가 형성되는 것을 방지한다. 음향 반사기(9005)는 울트라/메가 소닉 디바이스(9004)에 대해 각도 α(0<α<45)를 형성하도록 이의 폭 방향에서 경사져서, 일차 음향파(primary acoustic wave)를 침지조(9021)의 상향 및 외부로 반사시킴으로써, 정상파 형성을 방지한다. 또한, 울트라/메가 소닉 디바이스(9004) 및 경사진 음향 반사기(9005)는, 음향파(acoustic wave)에 의해 형성되는 음향 스트림이 수평으로 흐르고, 그 후에, 침지조(9021)의 밖으로 흐르는 경로를 설정한다. 단층 또는 다층인 적어도 한 조각의 투과막(9011)이 전극(9002)과 기판(9001) 사이에 설정된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 기판상의 균일한 금속화 방법은 다음 단계를 포함한다.
프로세스 순서
단계 1: 적어도 하나의 금속염 전해질을 침지조에 공급하는 단계, 여기서, 상기 금속은 Cu, Au, Ag, Pt, Ni, Sn, Co, Pd, Zn을 포함하는 금속 그룹으로부터 선택됨;
단계 2: 기판을 기판의 전도성 측면과 전기적으로 연결된 기판 홀더로 이송하는 단계, 상기 기판의 전도성 측면은 독립적인 파워 서플라이에 연결된 전극과 마주보도록 노출됨;
단계 3: 제1 바이어스 전압을 상기 기판에 적용하는 단계로서, 상기 제1 바이어스 전압은 0.1V 내지 10V의 범위임;
단계 4: 상기 기판을 10rpm 내지 100rpm 범위의 회전 속도로 회전시키는 단계;
단계 5: 상기 기판을 상기 침지조 내로 침지시키는 단계;
단계 6: 전류를 상기 기판에 적용하는 단계, 여기서, 상기 전류는 0.1A 내지 100A 범위임;
단계 7: 울트라/메가 소닉 디바이스를 켜는 단계, 여기서, 상기 울트라/메가 소닉 디바이스의 파워 세기는 0.01 내지 3W/cm2 범위이고, 상기 울트라/메가 소닉 디바이스의 작동 진동수는 20KHz 내지 10MHz로 설정됨;
단계 8: 상기 기판 홀더를 음향파장(acoustic wave field)에서 진동시키는 단계, 상기 진동 진폭은 1mm에서 300mm이며, 진동수는 0.001에서 0.5Hz이며, 한편, 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간의 거리는 주기적으로 변화되고, 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간의 거리의 길이 변화는
Figure pat00009
와같고, N=1, 2, 3...이며, 여기서, λ은 울트라/메가 소닉 파의 파장이고, N은 1 내지 10의 정수이고, 진동수 변화는 1 내지 10Hz 범위임;
단계 9: 울트라/메가 소닉 디바이스를 끄고 기판 홀더의 진동을 정지하고, 울트라/메가 소닉 디바이스 및 반사판 사이의 공간의 거리의 주기적인 변화를 정지하는 단계;
단계 10: 제2 바이어스 전압을 상기 기판에 적용하는 단계로서, 여기서, 상기 제2 바이어스 전압은 0.1V 내지 5V의 범위임;
단계 11: 기판을 금속염 전해질에서 꺼내는 단계;
단계 12: 기판의 회전을 정지시키는 단계.
단계 8에서, 기판 진동의 진폭은
Figure pat00010
와 같고, N=1, 2, 3 ...이며, 여기서, λ은 울트라/메가 소닉 파의 파장이고, N은 정수이며, θ는 기판 진동 방향과 울트라/메가 소닉 파의 진행 방향의 법선 방향이 사이의 각도이다. θ는 0 내지 45도 범위이다. 주기적으로 변화하는 공간 거리의 진동수는 기판 진동의 진동수보다 크다. 또한, 음향파장에서 기판 진동의 진폭은 울트라/메가 소닉 파의 1/4 파장의 정수배로 조절된다. 또한, 기판은 0 내지 45도 범위의 각도 θ로 진동하고, 울트라/메가 소닉 파의 진행 방향의 법선 방향으로 경사지고, 기판 진동의 진폭은
Figure pat00011
와 같고, N=1, 2, 3...이고, 여기서, λ은 울트라/메가 소닉 파의 파장이고, N은 정수이다.
본 발명은 특정 구현예, 예 및 적용에 관하여 기술되었지만, 본 발명을 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (33)

  1. 적어도 하나의 금속염 전해질을 함유하며, 침지조의 바닥으로부터 침지조의 상부로 금속염 전해질이 흐르도록 구성되는 침지조;
    독립적인 파워 서플라이에 연결된 적어도 하나의 전극 세트;
    적어도 하나의 기판을 유지하고 상기 기판의 전도성 측면과 전기적으로 연결되는 기판 홀더로서, 상기 기판의 전도성 측면은 전극과 마주하도록 노출되며, 상기 기판은 수평면에 평행하거나 수평면에 대해 경사진 각도 θ로 설정되는, 기판 홀더;
    침지조 내에 울트라/메가 소닉 정상파를 발생시키기 위해 평행하게 배치된 적어도 하나의 울트라/메가 소닉 디바이스 및 반사판; 및
    상기 정상파 장에서 그 축을 따라 상기 기판 홀더를 회전시켜서, 축적된 시간에서, 상기 기판을 가로질러 균일한 전체 파워 세기 분포가 되도록 하는, 회전 액추에이터를 포함하고,
    상기 회전 액추에이터는 상기 금속염 전해질의 표면 위에 배치되고,
    상기 회전 액추에이터의 회전 축은 수평면에 수직이거나 수평면에 대해 경사진 각도 θ로 설정되는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 울트라/메가 소닉 정상파의 진행 방향을 따라 상기 기판 홀더를 진동시키는 수평 액추에이터를 추가로 포함하는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기판 진동의 진폭은
    Figure pat00012
    와 같고, N = 1, 2, 3이며, 여기서 λ은 상기 울트라/메가 소닉 정상파의 파장이고, N은 정수인, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 울트라/메가 소닉 정상파의 진행 방향의 법선 방향에 대해 각도 θ로 경사진 방향을 따라 상기 기판 홀더를 진동시키는 수평 액추에이터를 추가로 포함하는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기판 진동의 진폭은
    Figure pat00013
    와 같고, N = 1, 2, 3이며, 여기서 λ은 상기 울트라/메가 소닉 정상파의 파장이고, N은 정수이며, θ는 상기 기판 진동 방향과 상기 울트라/메가 소닉 정상파의 진행 방향의 법선 방향 사이의 각도인 기판상의 균일한 금속화 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 θ는 0-45도인, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 침지조 내로 또는 외로 상기 기판을 로딩 또는 언로딩하기 위해 상기 기판 홀더를 상하로 움직이는 수직 액추에이터를 추가로 포함하는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기판 홀더 진동 방향과 상기 울트라/메가 소닉 정상파의 진행 방향의 법선 방향 사이에 상기 각도 θ가 형성되는 방향을 따라, 상기 기판 홀더를 진동시키는 수직 액추에이터를 추가로 포함하는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기판 진동의 진폭은
    Figure pat00014
    와 같고, N = 1, 2, 3이며, 여기서 λ은 상기 울트라/메가 소닉 정상파의 파장이고, N은 정수이고, θ는 상기 기판 진동 방향과 상기 울트라/메가 소닉 정상파의 진행 방향의 법선 방향 사이의 각도인, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 수직 액추에이터는 상기 기판을 상기 침지조 내로 또는 외로 로딩 또는 언로딩하기 위해 상기 기판 홀더를 상하로 움직이는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 수직 액추에이터는 상기 기판 홀더를 수평면에 수직인 방향을 따라 진동시키는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 수직 액추에이터는 상기 기판 홀더를 수평면의 법선 방향에 대한 각도로 경사진 방향을 따라 진동시키는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 기판 및 상기 전극은 수평면에 대해 경사진 각도로 설정되는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  14. 제1항에 있어서, 각각의 전극 세트는 독립적인 전력 제어를 갖는 한 조각의 전극 또는 더 많은 조각의 전극을 포함하는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 기판과 상기 전극 사이에 설정되는 적어도 한 층의 투과성 막을 추가로 포함하는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 회전 액추에이터의 회전 속도는 10 내지 100rpm 범위인, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 울트라/메가 소닉 디바이스 및 상기 반사판은 상기 침지조의 대향 측벽 상에 장착되고 상기 기판 진동 방향에 대해 각도 θ로 경사지며, 상기 기판은 수평면에 평행하게 설정되고, 상기 기판 진동 방향은 수평면에 수직인, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 울트라/메가 소닉 디바이스 및 상기 반사판은 상기 침지조의 대향 측벽 상에 장착되고 수평면에 수직하며, 상기 기판 및 상기 전극은 수평면에 대해 경사진 각도 θ로 설정되며, 상기 기판은 수평면의 법선 방향에 대한 각도 θ로 경사진 방향을 따라 진동하는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 반사판의 상기 표면을 상기 울트라/메가 소닉 디바이스의 상기 표면과 평행하게 조절하는 조절 메카니즘을 추가로 포함하는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 조절 메카니즘은 상기 반사판을 상기 울트라/메가 정상파의 진행 방향을 따라 진동시키기 위한 진동 액추에이터를 포함하고, 상기 진동 진폭은 상기 울트라/메가 소닉 정상파의 반파장의 N배와 같으며, N은 1 내지 10의 정수인, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 진동 액추에이터의 진동수는 1 내지 10Hz인, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  22. 적어도 하나의 금속염 전해질을 함유하며, 침지조의 바닥으로부터 침지조의 상부로 금속염 전해질이 흐르도록 구성되는 침지조;
    독립적인 파워 서플라이에 연결된 적어도 하나의 전극 세트;
    적어도 하나의 기판을 유지하고 상기 기판의 전도성 측면과 전기적으로 연결되는 기판 홀더로서, 상기 기판의 전도성 측면은 전극과 마주보도록 노출되며, 상기 기판은 수평면에 평행하거나 수평면에 대해 경사진 각도 θ로 설정되는, 기판 홀더;
    상기 침지조에 울트라/메가 소닉파를 발생시키는 적어도 하나의 울트라/메가 소닉 디바이스; 및
    음향파 장(acoustic wave field)에서 그 축을 따라 상기 기판 홀더를 회전시켜서, 축적된 시간에 상기 기판을 가로질러 균일한 전체 파워 세기 분포가 되도록 하는, 회전 액추에이터를 포함하고,
    상기 회전 액추에이터는 상기 금속염 전해질의 표면 위에 배치되고,
    상기 회전 액추에이터의 회전 축은 수평면에 수직이거나 수평면에 대해 경사진 각도 θ로 설정되는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 울트라/메가 소닉파 진행 방향의 법선 방향을 따라 상기 기판 홀더를 진동시키는 수직 액추에이터를 추가로 포함하는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 기판의 상기 표면을 가로질러 정상파를 형성하는 것을 방지하도록, 상기 울트라/메가 소닉 디바이스에 대하여 경사진 각도로 놓여진 음향 반사기를 추가로 포함하는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 음향 반사기는 상기 울트라/메가 소닉 디바이스에 대해 경사진 각도를 형성하도록 이의 폭 방향으로 경사져서, 상기 음향파를 상기 침지조로부터 상향 및 외부로 반사시키는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 울트라/메가 소닉 디바이스 및 상기 경사진 음향 반사기는 상기 음향 스트림이 수평으로, 그리고 그 후에, 상기 침지조의 외부로 흐르는, 경로를 설정하는, 기판상의 균일한 금속화 장치.
  27. 적어도 하나의 금속염 전해질을 침지조에 공급하고, 침지조의 바닥으로부터 침지조의 상부로 금속염 전해질을 흐르도록 하는 단계;
    독립적인 파워 서플라이에 연결된 전극과 마주보도록 노출된 기판의 전도성 측면과 전기적으로 연결된 기판 홀더로 기판을 이송하는 단계;
    제1 바이어스 전압을 상기 기판에 적용하는 단계;
    상기 기판을 금속염 전해질의 표면 위에 배치된 회전 액추에이터로 회전하는 단계로서, 상기 회전 액추에이터의 회전 축은 수평면에 수직이거나 수평면에 대해 경사진 각도 θ로 설정되는, 회전하는 단계;
    상기 기판을 상기 침지조 내로 침지시키는 단계로서, 상기 기판은 수평면에 평행하거나 수평면에 대해 경사진 각도 θ로 설정되는, 침지시키는 단계;
    전류를 상기 기판에 적용하는 단계;
    울트라/메가 소닉 디바이스를 켜는 단계;
    상기 기판 홀더를 음향파 장에서 진동시키고, 한편, 상기 울트라/메가 소닉 디바이스와 반사판 사이의 공간의 거리를 주기적으로 변화시키는 단계;
    상기 울트라/메가 소닉 디바이스를 끄고, 상기 기판 홀더의 진동을 정지하고, 상기 울트라/메가 소닉 디바이스 및 상기 반사판 사이의 공간의 거리를 주기적으로 변화시키는 것을 정지하는 단계;
    제2 바이어스 전압을 상기 기판에 적용하는 단계;
    상기 기판을 상기 금속염 전해질에서 꺼내는 단계; 및
    상기 기판의 회전을 정지시키는 단계
    를 포함하는, 기판상의 균일한 금속화 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제1 바이어스 전압은 0.1V 내지 10V이고;
    상기 전류는 0.1A 내지 100A이며;
    상기 울트라/메가 소닉 디바이스는 20KHz 내지 10MHz의 작동 진동수 및 0.01 내지 3W/cm2의 파워 세기를 가지며;
    상기 기판은 1mm 내지 300mm의 진폭 및 0.001 내지 0.5Hz의 진동수로 진동하며;
    상기 제2 바이어스 전압은 0.1V 내지 5V인, 기판상의 균일한 금속화 방법.
  29. 제27항에 있어서, 상기 기판은 10rpm 내지 100rpm 범위의 회전 속도로 회전하는, 기판상의 균일한 금속화 방법.
  30. 제27항에 있어서, 상기 기판 진동의 상기 진폭은
    Figure pat00015
    이고, N = 1, 2, 3이며, 여기서 λ은 상기 울트라/메가 소닉 파의 파장이고, N은 정수이고, θ는 상기 기판 진동 방향과 상기 울트라/메가 소닉 파의 진행 방향의 법선 방향 사이의 각도인, 기판상의 균일한 금속화 방법.
  31. 제27항에 있어서, 주기적으로 변화하는 상기 공간 거리의 상기 진동수는 기판 진동의 상기 진동수보다 큰, 기판상의 균일한 금속화 방법.
  32. 제27항에 있어서, 상기 음향파 장에서의 상기 기판 진동의 상기 진폭은 상기 울트라/메가 소닉 파의 4분의 1 파장의 정수배로 조절되는, 기판상의 균일한 금속화 방법.
  33. 제27항에 있어서, 상기 기판은 상기 울트라/메가 소닉 파의 진행 방향의 법선 방향으로 경사진, 0 내지 45도 범위의 각도 θ로 진동하고, 상기 기판 진동의 상기 진폭은
    Figure pat00016
    와 같고, N = 1, 2, 3이며, 여기서 λ은 상기 울트라/메가 소닉 파의 파장이고, N은 정수인, 기판상의 균일한 금속화 방법.
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