KR20220123464A - 회전 가능한 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 공정 유체용 분배 시스템 - Google Patents

Abstract

본 개시는, 회전 가능한 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 공정 유체용 분배 시스템, 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 전기화학적 증착 시스템, 및 공정 유체 내에서의 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 방법에 관한 것이다. 분배 시스템은, 분배 몸체를 포함한다. 분배 몸체는, 공정 유체를 위한 복수의 개구부를 포함한다. 개구부들은, 분배 몸체의 표면 상에 나선형 패턴으로 배열된다.

Description

회전 가능한 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 공정 유체용 분배 시스템

본 개시는, 회전 가능한 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 공정 유체용 분배 시스템, 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 전기화학적 증착 시스템, 및 공정 유체 내에서의 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 방법에 관한 것이다.

무전해 및 전기화학적 또는 전해 증착과 같은, 화학적 및/또는 전해 표면 처리는, 평면뿐만 아니라 비-평면, 패터닝된, 비-금속뿐만 아니라 금속 및/또는 금속화된 표면의 표면 코팅에 자주 사용된다. 코팅을 통해, 표면을 부식으로부터 보호하고, 부품의 치수 및 표면 특징을 변경하며, 표면 상에 추가의 금속 구조를 얻는 것이 가능하다. 그 다양한 적용으로 인해, 화학적 및/또는 전해 표면 처리는, 많은 상이한 전자 장치의 생산에서, 예를 들어 반도체 기판들 또는 인쇄 회로 기판들에, 사용된다.

하나의 일반적인 전기화학적 증착 공정은, 전기 도금, 보다 구체적으로는 고속 플레이트(High-Speed-Plate)(HSP) 시스템을 사용하는 고속 도금이다. HSP 기반 시스템에서, 적어도 하나의 HSP는, 적어도 하나의 기판 및 적어도 하나의 애노드(anode)를 갖는 전해질을 포함하는 탱크에 침지된다. 전해질로부터의 전류 분포는, 애노드로부터 HSP 플레이트를 통해 (캐소드로 작용하는) 기판 표면으로 안내된다. 전류 분포의 방향은 또한, 특정 적용, 예를 들어 역펄스 도금에서 역전될 수도 있다.

예를 들어, DE 102010033256 A1은 화학적 및/또는 전해 표면 처리에서 표적화된 흐름 및 전류 밀도 패턴을 생성하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 이 장치는, 전면이 처리될 기판에 대해 평면-평행한 상태로 위치되고, 전면 상에 배출 개구부들을 가지며, 이 배출 개구부들을 통해 공정 용액이 기판 표면 상으로 유동하는, 유동 분배기 몸체를 포함한다. 기판으로부터 역류하는 공정 용액은, 연결 통로를 통해, 유동 분배기 몸체의 후면으로 유도된다. 동시에, 준비되어 제공된 기판 표면을 향한 전기장의 표적화된 분포는, 특정 배열의 연결 통로들에 의해 수행된다.

고속 플레이트를 사용하는, Cu와 같은 금속의, 매우 균일하고, 결함 패턴이 없는, 전기 도금은, 회전 기판 상에서 달성하기가 특히 어려운데, 이는 기판이 수평 위치에서 회전하고 있을 때 또는 또한 HSP 시스템을 직접 향하는 수직 위치에 배치될 때를 의미한다. 매우 균일하고, 결함 패턴이 없다는 것은 이러한 맥락에서 회전 패턴이 없는 것으로 이해될 수 있다.

고속 플레이트 설정을 사용하는, 금속의, 회전 패턴이 없고, 매우 균일한, 전기 도금을 달성하기 위해서는, 전체 처리 시간에 걸쳐 평균화될 때, 동일한 양의 전해질 유동 그리고 전류 밀도가 기판의 각각의 개별 단위 면적에 도달해야 하는 것이 필요하다.

종래 기술에서는, 예를 들어 배출 개구부들이 표면 요소들과 대략적으로 정렬되도록, 표시될 구조를 한정하는 기판에 반응하는 표면 요소들의 분포에 대략적으로 상응하는 고밀도의 전해질 제트들(jets) 및 전류 밀도 분포 요소들을 생성함으로써 기판의 공간적으로 불균일한 도금이 개선되었다.

기판에 반응하는 표면 요소들의 분포에 대략적으로 정렬된 고밀도의 전해질 제트들 및 전류 밀도 분포 요소들의 제조는, 이러한 표면 요소들의 지속적인 축소로 인해(즉, 전자 장치의 기하학적 구조는 계속해서 더 작은 차원으로 스케일 다운(scale down)되고 있음) 실제로 오늘날 사실상 불가능하게 점점 더 어려워지고 있다. 따라서, 기판에 대한 공간적 불균일한 도금의 문제는, HSP 특징을 축소하는 것만으로는 더 이상 해결될 수 없다.

또한, (예를 들어 직사각형 형상으로, 서로 90° 패턴으로 배열되는 패턴 및 형상으로 거의 전체적으로 배열되는) 기판 표면 요소들에 기하학적으로 정렬된 전해질 제트들 및 전류 밀도 분포 요소들의 배열은 결과적인 도금 균일성의 중요한 회전 아티팩트(rotational artefacts)를 생성한다. 이것은 전해질 제트들 및 전류 분배 개구부들의 기하학적 배열을 무한히 작게 만드는 데 제한이 있기 때문에 유발된다. 제조할 수 있는 가장 작은 개구부에 대해 기판을 회전시켜도, 불균일하고 정렬되지 않은 영역 평균 유입 전해질 유동 및 전류 밀도 패턴으로 인해, 기판 상에 불균일한 회전 패턴이 생성될 것이다.

따라서, 감소된 아티팩트 또는 결함 패턴을 갖는 기판의 균일한 전기 도금을 가능하게 하는, 회전 가능한 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 공정 유체용 개선된 분배 시스템을 제공할 필요성이 있을 수 있다.

위에서 설명된 문제점은, 독립 청구항의 대상에 의해 해결되며, 여기서 추가적인 실시예들은 종속 청구항에 포함된다. 다음에 설명되는 본 개시의 양태들은 또한, 회전 가능한 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 공정 유체용 분배 시스템, 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 전기화학적 증착 시스템, 및 공정 유체 내에서의 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 방법에도 적용된다는 점에 유의해야 한다.

본 개시에 따르면, 회전 가능한 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 공정 유체용 분배 시스템이, 제시된다. 분배 시스템은, 분배 몸체를 포함한다. 분배 몸체는, 공정 유체를 위한 복수의 개구부를 포함한다. 개구부들은, 분배 몸체의 표면 상에 나선형 패턴으로 배열된다.

본 개시에 따른 분배 시스템은, 기판을 향해 분배 몸체(예를 들어, HSP 플레이트)의 개구부들(예를 들어, 공정 유체 또는 전해질 및 전류 분배 개구부들)을 배열하는 신규한 방식을 구현함으로써, 종래 기술의 문제를 해결하고 있다. 개구부들은, 나선형 기하학적 순서로 배열되고, 여기서 (예를 들어, 회전하는) 기판의 각 단위 영역은, 처리(즉, 도금) 시간 동안 평균화될 때, 동일한 양의 유입 전해질 유동 및 전류 밀도에 노출될 수 있다.

공정 유체/전해질 및 전류 분배 개구부들의 나선형 배열은, 전해질 및 전류 분배 개구부들을 위한 개소들이, 고정된 시작점으로부터 바깥쪽으로 연속적으로 이동하는 나선에 의해 설명되는 선들을 따르는 개소 지점들에 상응하게 결정되는, 나선에 대한 수학적 지시에 따라 이루어질 수 있다.

전해질 및 전류 분배 개구부들을 위한 개소들은, 예를 들어 로그 나선, 포물선 나선, 제곱근 나선, 쌍곡선 나선과 같은, 다양한 유형의 나선 기하학적 구조에 따라, 또는, 예를 들어 회전하는 기판의 각 단위 영역이 처리 시간에 걸쳐 평균화될 때 거의 동일한 양의 유입 전해질 유동 및 전류 밀도에 노출되는 것을 가능하게 하는, 임의의 다른 유형의 기하학적 배열들에 기초하여 배열될 수 있다.

결과적으로, 회전 아티팩트 및/또는 결함 패턴이 감소되거나 또는 제거된, 기판의 균일한 전기 도금을 가능하게 하는, 회전 가능한 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 공정 유체용 개선된 분배 시스템이 달성된다. 개선된 분배 시스템은, 예를 들어 기판으로의 전해질 유동을 위한 임의의 복잡한 기계적 구현 또는 복잡한 관리 구현 없이 달성될 수 있다. 이것은, 분배 시스템이 큰 비용 없이 용이하게 제조되는 것 및/또는 큰 유지 보수 및 수리 비용 없이 용이하게 사용되는 것을 가능하게 한다.

일 예에서, 분배 몸체는, 분배 시스템의 전극과 기판 사이에 배열될 수 있다.

일 예에서, 분배 몸체는, 고속 플레이트(HSP)일 수 있다.

일 예에서, 분배 몸체는, 기판에 평행하게 위치될 수 있다.

일 예에서, 기판 및 분배 몸체는, 수평으로 위치될 수 있다. 다른 예에서, 기판 및 분배 몸체는, 수직으로 위치될 수 있다. 물론, 기판 및 분배 몸체는, 지면에 대해 임의의 다른 각도로 위치될 수 있다.

일 예에서, 분배 몸체는, 플라스틱, 특히 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 아크릴 유리, 즉, 폴리매틱 메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 또는 공정 유체에 의해 분해되지 않을 다른 재료를 포함할 수 있다.

일 예에서, 기판은, 분배 몸체에 대해 회전할 수 있다. 기판은, 전착(electrodeposition) 요구에 의존하여, 공정 유체의 표면 상에서의 완전한 확산 또는 분포를 위해, 및/또는 임계 영역에서 화학 종의 확산을 부가적으로 긍정적인 개선을 제공하기 위해, 회전할 수 있거나, 또는 이동 없이 고정된 상태를 유지할 수 있다.

일 예에서, 기판은, 금속(예를 들어, 구리) 또는 합금 또는 금속 화합물을 포함하거나 또는 이들로 이루어질 수 있다.

일 예에서, 기판은, 플레이트 형상의 공작물일 수 있다. 기판은, 예를 들어 마스킹되거나 또는 마스킹되지 않은 도체 플레이트, 반도체 기판, 필름 기판, 또는 임의의 금속 또는 금속화된 공작물일 수 있다.

일 예에서, 기판은, 기판 홀더에 배치될 수 있다.

일 예에서, 공정 유체는, 전해질이며, 그리고 전류 밀도를 운반할 수 있다. 일 예에서, 공정 유체는, 분배 몸체의 개구부들로부터 기판 표면 상으로 분배될 수 있다. 전해질 및 전류 밀도는, 기판 표면 상에 대략 정렬되어 분포될 수 있다. 분배 몸체의 개구부들을 통해 안내되는 전해질 유동 및/또는 전류 흐름의 양은, 도금 공정 전반에 걸쳐 동일할 수 있거나 또는 공정 중에 변경될 수 있다.

일 예에서, 개구부들은, 기판을 지향할 수 있다. 분배 몸체의 개구부들은, 공정 유체가 전극으로부터 기판으로 유동하는 것을 허용할 수 있을 것이다. 다른 예에서, 개구부들은, 기판의 반대 방향으로 지향할 수 있다.

개구부들은, 분배 몸체 전체에 걸쳐 동일한 크기를 가질 수 있거나, 또는, 개구부들의 반경이 증가하거나 또는 감소하도록, 분배 몸체 전체에 걸쳐 변할 수 있다. 개구부들은, 원형 단면을 가질 수 있지만, 그러나 대안적으로, 단면들은, 정사각형과 같은 임의의 다른 형태로 형성될 수 있다.

나선형 패턴으로 배열되는 개구부들은, 전해질을 방출하기 위한 전해질 제트들, 또는 전류 밀도 분포를 위한 전류 밀도 분포 요소들 또는 양자의 조합일 수 있다. 나선형 패턴으로 배열되는 개구부들이, 전해질을 방출하기 위한 제트들이거나 또는 전류 밀도 분포를 위한 분포 요소들인 경우, 다른 하나(분포 요소들 또는 제트들)는, 나선형 패턴으로 배열되는 제트들 또는 분포 요소들과 독립적으로 배열될 수 있다. 독립적이라 함은, 이들이, 다른 나선형 패턴을 형성하거나, 또는 비-나선형 패턴을 형성하거나, 또는 전혀 패턴을 형성하지 않는다는 것을 의미할 수 있다.

전해질 및 공정 유체의 보유 전류 밀도는, 분배 몸체의 동일한 또는 별도의 특징부들 및 섹션들로부터 방출될 수 있다. 후자의 대안예에서, 분배 몸체는, 전해질을 방출하기 위한 적어도 하나의 제트 및 전류 밀도 분포를 위한 적어도 하나의 분포 요소를 포함할 수 있다. 전해질 및 전류의 방출은, 동시에 또는 차례로 발생할 수 있다.

일 예에서, 개구부들은, 적어도 2개의 부분으로 분할될 수 있으며, 여기서 개구부들 중 제1 부분은, 공정 유체 유동을 제공하도록 구성되며, 그리고 개구부들 중 제2 부분은, 전류 밀도 분포를 제공하도록 구성된다. 개구부들 중 제1 부분은, 공정 유체 유동을 제공하기 위한 제트 홀들(jet holes)을 형성할 수 있으며, 그리고 개구부들 중 제2 부분은, 전류 밀도 분포를 제공하기 위한 드레인 홀들(drain holes)을 형성할 수 있다. 개구부들 중 제2 부분은 또한, 기판으로부터 분배 몸체를 통해 전극으로 공정 유체의 역류를 가능하게 하도록 구성될 수 있다.

따라서, 드레인 홀들은, 분배 몸체의 전면과 후면 사이에서 연장되는 관통 홀들일 수 있다. 분배 몸체의 전면은, 기판을 향해 지향될 수 있으며, 그리고 분배 몸체의 후면은, 기판을 지향하지 않도록(예를 들어, 적어도 하나의 애노드를 지향함), 전면의 반대 측면 상에 배열될 수 있다.

개개의 별개의 개구부들을 통해 공정 유체와 별개로 전류 밀도 분포를 안내하는 것은, 기판 표면의 처리에 있어서 추가적인 유연성 및 간결함을 제공할 수 있다. 따라서, 공정 유체 및 전류 밀도 분포의 유량은, 별개로 그리고 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 전류 밀도 분포의 유량은, 공정 유체의 유량이 일정하게 유지되는 동안, 감소될 수 있으며, 이는, 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리 동안, 수소 가스 버블들(bubbles)이 기판에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 유사하게, 전류 밀도 분포의 유량이 일정하게 유지되는 동안, 공정 유체의 유량은 변경(증가 또는 감소)될 수 있다.

일 예에서, 개구부들 중 제2 부분은, 분배 몸체의 표면 상에 나선형 패턴으로 배열될 수 있으며, 그리고 개구부들 중 제1 부분은, 개구부들 중 제2 부분과 독립적으로 분배 몸체의 표면 상에 배열될 수 있다.

일 예에서, 개구부들 중 제1 부분은, 개구부들 중 제2 부분보다 더 작은 직경을 구비할 수 있다. 일 예에서, 개구부들 중 제1 부분은, 개구부들 중 제2 부분을 둘러쌀 수 있다. 즉, 하나의 드레인 홀은, 하나의, 2개의 또는 여러 개의 제트 홀에 의해, 둘러싸일 수 있다.

일 실시예에서, 개구부들의 나선형 패턴은, 기판 상으로의 공정 유체의 유출을 조정할 수 있다. 즉, 분배 몸체는, 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 표적화된 전해질 유동 및 전류 밀도 패턴을 생성할 수 있다. 그 결과, 일정 양의 처리 시간에 걸쳐 평균화될 때, 기판의 (전체) 표면은, 균질한 전착을 위해 동일한 양의 물질에 노출될 수 있다.

일 실시예에서, 개구부들은, 공정 유체 유동 및/또는 전류 밀도 분포를 기판으로 안내하도록 구성되며, 그리고, 기판이 분배 몸체에 대해 회전하고 있는 경우, 나선형 패턴은, 기판의 여러 개의 영역이 개별적으로 유사한 공정 유체 유동들 및/또는 유사한 전류 밀도 분포들에 노출되는 것을 가능하게 한다. 기판의 회전에 따라, 공정 유체 유동은 기판 표면에 보다 균일하게 접촉할 수 있으며, 그리고 불균일한 전류 밀도 패턴의 형성이 감소되거나 방지될 수 있다. 나선형 패턴은, 기판의 단지 일부 또는 전체 표면이 유사한 양으로 코팅되는 것을 가능하게 할 수 있다.

나선 형상은, 극좌표를 포함하는 극방정식에 기초할 수 있다. 극좌표를 변경하여, 나선형 패턴이 변경될 수 있다. 극좌표에 대한 값들은 공정 액체 유동의 형상 및/또는 기판 상의 전류 밀도 분포를 결정하도록 한정될 수 있다.

일 실시예에서, 나선형 패턴은, 분배 몸체 상의 시작점 둘레로 시작점으로부터 연속적으로 증가하는 거리에서 감기는, 가상의 곡선을 따라 개구부들이 배열되도록, 형성된다. 이것은, 시작점 둘레의 하나의 나선의 하나의 호 또는 회전으로부터 시작점 둘레의 하나의 나선의 다음 루프 또는 회전까지의 거리가 증가할 수 있다는 것을 의미한다.

가상 곡선을 따라 인접한 개구부들 사이의 거리는, 나선의 시작점으로부터 시작점에서 더 멀리 떨어진 개구부까지 감소하거나 또는 증가하거나 또는 일정할 수 있다. 즉, 가상의 나선형 곡선 상에 배열된 개구부들은, 서로 균등하게 이격되도록 배치될 수 있다. 대안적으로, 가상의 나선형 곡선의 시작점에서 시작하는 개구부들은, 서로의 거리가 증가하거나 또는 감소하는 상태로 배치될 수 있다. 즉, 개구부들은 시작점에 가까운 곳에 집중될 수 있거나, 또는 시작점에서 멀리 떨어진 분배 몸체의 외측 부분에 집중될 수도 있다.

일 실시예에서, 나선형 패턴의 시작점은, 분배 몸체의 기하학적 중심이다. 분배 몸체의 기하학적 중심 또는 센트로이드(centroid)는, 모든 좌표에서 모든 지점의 산술 평균 위치로 정의되는 형상 종속 지점이다. 단면이 원형인 분배 몸체의 경우, 기하학적 중심은, 원주의 중심에 있을 것이다.

일 실시예에서, 나선형 패턴의 시작점은, 분배 몸체의 기하학적 중심 외부에 있다. 즉, 시작점은, 분배 몸체의 무게 중심점에 있을 수 있다. 대안적으로, 시작점은, 분배 몸체의 외측 부분에 더 가까운 지점에 있을 수 있으며, 예를 들어 기하학적 중심 주위에 임의의 개구부가 없는 영역을 남길 수 있다.

서로 다른 나선형 기하학적 구조들, 및 심지어 서로 다른 반경 방향 영역들에 대해 서로 다른 나선 유형들의 혼합들 또는 기하학적 시퀀스들을 선택함으로써, 기판의 전해 증착에서 높은 균일성을 달성하기 위해, 도금 결과를 조정하는 것이 가능하다. 아래에서 나선의 유형들에 의해 예시되는 바와 같이 분배 몸체 표면 상에서, 가상 나선의 경로 상에 전해질 및 전류 분포 개구부들을 배치함으로써, 자체 내부에서 매우 높은 균일도로 도금되는 것이 요구되는 기판의 서로 다른 표면 영역들을 표적화하는 것이 가능하다.

나선의 유형 및/또는 공식에서의 파라미터를 변경함으로써, 또는 분배 몸체의 반경을 따라 적용되는 나선의 유형들을 변경함으로써, 특정 반경 영역에서 코팅의 다양한 강도를 한정할 수 있다. 이러한 매우 균일하고 결함 패턴이 없는 또는 구체적으로 패터닝된 기판의 경우, 기판 위에 구체적으로 한정된 균일한 전기 도금이 획득될 수 있다.

일 실시예에서, 나선형 패턴은, 아르키메데스 나선(Archimedean spiral)에 기초한다. 방정식 r = a + bθ로 정의되고; 여기서 a 및 b는

이다. 이 공식에서, a 및 b는 파라미터이고, r은 중심으로부터 반경의 길이이며, θ는 반경의 각위치(회전량)이다. 아르키메데스 나선은, 일정한 각속도로 회전하는 선을 따라 일정한 속도로 고정된 지점으로부터 멀리 이동하는 지점의 시간 경과에 따른 위치들에 해당하는 지점들의 궤적(locus)을 정의한다. 파라미터(a)를 변경함으로써, 나선의 중심점이 분배 몸체의 중심으로부터 멀리 분배 몸체의 외측 부분의 방향으로 이동되고, b는 연속적인 루프들 사이의 거리를 제어한다. 아르키메데스 나선은, 항상 이웃하는 호들 사이의 거리가 동일하다.

본 발명자들의 실험 및 테스트는 매우 놀라웠고, 예를 들어 회전하는 기판의 중심에 더 가까운 곳에 아르키메데스 나선을 적용하면, 세장형 장치 구조의 증착에 대해 더 나은 균일성이 발생하는 결과를 보인 반면, 회전하는 것의 중심으로부터 더 먼 거리에서 세장형 구조에 대해 유사한 우수한 균일성을 달성하기 위해서는 로그 나선 배열이 더 나은 결과를 보인 것으로 나타났다. 다른 관찰은, 신장되지 않은 특징부, 따라서 보다 점 유형의(punctual type) 도금 구조에서는, 위에서 설명된 세장형 구조에 대한 반대 관찰이 이루어졌다는 것이다.

일 실시예에서, 나선형 패턴은, 로그 나선에 기초한다. 로그 나선은, 로그 나선의 호들 사이의 거리가 기하학적 진행에 따라 증가하는 반면, 아르키메데스 나선에서는 나선들 사이의 거리가 동일하게 유지된다는 사실에 의해, 아르키메데스 나선과 구별될 수 있다. 극좌표에서, 로그 나선은 방정식 r = ae^kθ로 정의되고; 여기서 a, k ≠ 0. 이 공식에서, r은 중심으로부터 반경의 길이이고, a는 상수이고, e는 자연 로그의 밑(natural logarithmic base)이고, k는 나선의 기울기이고, θ는 반경의 각위치이다.

일 실시예에서, 나선형 패턴은, 포물선 나선에 기초한다. 페르마의 나선(Fermat’s spiral)이라고도 하는 포물선 나선은, 극좌표에서 r = ± a √θ 방정식으로 표현되는 평면 곡선이고; 여기서 θ ≥ 0 이고, 수평 축이 있는 포물선을 나타낸다. 이 공식에서, r은 중심으로부터 반경의 길이이고, a는 파라미터이고, θ는 반경의 각위치이다. 페르마의 나선의 형상에 사용된 패턴은, 하나의 브랜치 또는 2개의 브랜치를 가질 수 있으며, 이들은 중심면에 대해 대칭으로 서로 주위에 감겨 있다.

일 실시예에서, 나선형 패턴은, 제곱근 나선에 기초한다. 제곱근 나선은, 에지 대 에지로 배치된 직각 삼각형에 의해 형성되는데, 즉, 하나의 삼각형의 빗변은 그 옆에 배치된 삼각형의 하나의 레그이고, 삼각형의 다른 레그는 항상 1의 크기를 갖는다. 따라서, 시퀀스의 n번째 삼각형은 한 변의 길이가 √n 및 1이고 빗변이 √n + 1인 직각 삼각형이다.

일 실시예에서, 나선형 패턴은, 쌍곡선 나선에 기초한다. 쌍곡선 나선은 방정식 r = a/θ로 설명되는 역 나선이고; 여기서 θ≠0 이다. 이 공식에서, r은 중심으로부터의 반경의 길이이고, a는 파라미터이고, θ는 반경의 각위치이다. 쌍곡선 나선은 아르키메데스 나선의 원 반전에 의해 생성될 수 있다.

일 실시예에서, 나선형 패턴은, 피보나치 수(Fibonacci numbers)를 기초로 한다. 피보나치 수에 의해 생성된 로그 나선(피보나치 나선)은

의 성장 인자, 즉, 피보나치 수열에서 연속적인 항들 사이의 일정한 비를 갖는다. 피보나치 나선은 정사각형들(각 후속 정사각형은, 이전의 2개의 정사각형의 에지의 합에 해당하는 길이를 갖는 에지들을 가짐)을 그리고 정사각형들의 모서리들을 연결하여 나선을 형성함으로써 이루어진다.

일 실시예에서, 나선형 패턴은, 2개의 이상의 나선의 조합이다. 분배 몸체 상에 하나 초과의, 바람직하게는 상이한, 나선형 유형들의 조합을 사용하는 것이 가능한데, 예를 들어 중심으로부터 반경(A)까지 피보나치 유형의 나선, 그리고 반경(A)으로부터 가장 외측 반경(B)까지 페르마 유형의 나선, 또는 위에 언급된 나선들의 임의의 다른 조합을 사용하는 것이 가능하다.

서로 다른 나선형 기하학적 구조들, 및 심지어 서로 다른 반경 방향 영역들에 대해 서로 다른 나선 유형들의 혼합들 또는 기하학적 시퀀스들을 선택함으로써, 기판의 전해 증착에서 높은 균일성을 달성하기 위해 도금 결과를 조정할 수 있다. 나선의 유형들에 의해 예시되는 바와 같이 분배 몸체 표면 상에서, 가상 나선의 경로 상에 전해질 및 전류 분포 개구부들을 배치함으로써, 자체 내부에서 매우 높은 균일도로 도금되는 것이 요구되는 기판의 서로 다른 표면 영역들을 표적화하는 것이 가능하다.

본 개시에 따르면, 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 전기화학적 증착 시스템이 또한, 제시된다. 전기화학적 증착 시스템은, 전술한 바와 같은 분배 시스템 및 기판 회전 시스템을 포함한다. 기판 회전 시스템은, 분배 시스템의 분배 몸체에 대해 기판을 회전시키도록 구성된다.

공정 유체를 적용하는 동안 기판을 회전시킴으로써, 균일한 확산 또는 분포가 보장되어, 이에 따라 기판 표면 상에 균질하고 결함 패턴이 감소된 또는 결함 패턴이 없는 코팅을 형성한다.

기판의 회전은, 360도 회전에 해당하는 전체 회전, 또는 360도 미만, 예를 들어 약 180도에 해당하는 부분 회전을 의미할 수 있다. 기판은 반대 방향으로, 예를 들어 앞뒤로 또는 다른 말로 하면, 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전할 수 있다.

회전 시스템의 회전 속도는, 예를 들어 규정된 시간 동안 축적된 코팅의 특정 두께를 달성하기 위해, 특정 표면 처리 요구에 따라 사용자에 의해 설정될 수 있다.

일 예에서, 기판은, 기판 홀더에 배치될 수 있다.

일 예에서, 기판은, 회전 시스템에 해제 가능하게 부착될 수 있다. 이렇게 하면, 기판이 다른 기판으로 교체될 수 있다.

본 개시에 따라, 공정 유체 내에서의 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 방법이, 또한 제시된다. 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 방법은, 다음 단계들을 포함하지만, 반드시 이 순서는 아니다:

- 복수의 개구부를 갖는 분배 몸체를 포함하는 분배 시스템을 제공하는 단계,

- 분배 시스템에 대해 기판을 회전시키는 단계, 및

- 개구부들 중 제1 부분을 통해 공정 유체 유동을 제공하며 그리고 개구부들 중 제2 부분을 통해 전류 밀도 분포를 제공하는 단계.

이 방법은, 표면을 화학적 및/또는 전해 처리하는 단계 이전에 공정 유체의 소스를 선택하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

독립 청구항에 따른 시스템, 장치 및 방법은, 특히 종속 청구항에 한정되는 바와 같은 유사한 및/또는 동일한 바람직한 실시예들을 갖는다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 개시의 바람직한 실시예들은 또한, 종속 청구항과 각각의 독립 청구항의 임의의 조합일 수도 있다는 것을 이해해야 한다.

본 개시의 이러한 그리고 다른 양태들은, 이하에서 설명되는 실시예들을 참조하여 명백해지고 설명될 것이다.

본 개시의 예시적인 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 다음에서 설명될 것이다.
도 1은 회전 가능한 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 공정 유체용 분배 몸체의 일 실시예를 개략적으로 그리고 예시적으로 도시한다.
도 2는 아르키메데스 나선을 개략적으로 그리고 예시적으로 도시한다.
도 3은 로그 나선을 개략적으로 그리고 예시적으로 도시한다.
도 4는 기판의 반경의 함수로서 "드레인 홀 비(drain hole ratio)"의 분포를 도시하는 그래프를 보여준다.
도 5a 및 도 5b는 회전 가능한 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 공정 유체용 분배 몸체의 일 실시예를 개략적으로 그리고 예시적으로 도시한다.

도 1은 회전 가능한 기판(도시되지 않음)의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 공정 유체용 분배 몸체(1)의 일 실시예를 개략적으로 그리고 예시적으로 도시한다. 분배 몸체(1)는, 회전 가능한 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 공정 유체용 분배 시스템(10)의 일부이다. 분배 몸체(1)는, 분배 시스템(10)의 전극(도시되지 않음)과 기판 사이에 배열될 수 있다. 분배 몸체(1)는, 고속 플레이트일 수 있다. 기판은, 분배 몸체(1)에 대해 회전할 수 있다.

분배 몸체(1)는, 공정 유체를 위한 복수의 개구부(2)를 포함한다. 공정 유체는, 전해질이며 그리고 전류 밀도를 운반할 수 있다. 개구부들(2)은, 기판을 지향하며, 그리고 공정 유체가 전극으로부터 기판으로 유동하는 것을 허용한다. 개구부들(2)은, 분배 몸체(1)의 표면 상에 나선형 패턴으로 배열된다. 개구부들(2)은, 공정 유체 유동 및/또는 전류 밀도 분포를 기판으로 안내하며, 그리고, 기판이 분배 몸체(1)에 대해 회전하고 있는 경우, 나선형 패턴은, 기판의 여러 개의 영역이 개별적으로 유사한 공정 유체 유동들 및/또는 유사한 전류 밀도 분포들에 노출되는 것을 가능하게 한다. 공정 유체의 전해질 및 전류 밀도는, 분배 몸체(1)의 별개의 특징부들 및 섹션들로부터 방출될 수 있다. 이를 위해, 분배 몸체(1)는, 전해질을 방출하기 위한 적어도 하나의 제트 및 전류 밀도 분포를 위한 적어도 하나의 분포 요소를 포함한다.

분배 시스템(10)은, 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 전기화학적 증착 시스템(20)의 일부이다. 전기화학적 증착 시스템(20)은, 분배 시스템(10) 및 기판 회전 시스템(도시되지 않음)을 포함한다. 기판 회전 시스템은, 분배 시스템(10)의 분배 몸체(1)에 대해 기판을 회전시키도록 구성된다. 공정 유체를 적용하는 동안 기판을 회전시킴으로써, 공정 유체의 균일한 분포가 보장되어, 이에 따라 기판 표면 상에 균질한 코팅을 형성한다.

개구부들(2)은, 도 2에 도시된 바와 같은 아르키메데스 나선(S1) 패턴, 또는 도 3에 도시된 바와 같은 로그 나선(S2) 패턴과 같이, 분배 몸체(1) 상에 나선형 패턴으로 배열된다. 개구부들(2)의 나선형 배열은, 개구부들(2)의 개소들이 고정된 시작점(C)으로부터 바깥쪽으로 연속적으로 이동하는 나선에 의해 그려지는 선을 따르는 개소 지점들에 대응하여 결정되는, 나선에 대한 수학적 지시를 따른다.

개구부들(2)의 나선형 패턴과 더불어, 기판의 각 단위 영역은, 공정 시간에 걸쳐 평균화될 때 동일한 양의 전류 밀도 및 유입 전해질 유동에 노출된다. 기판이 회전하고 있을 때 회전 아티팩트가 없는 균일한 전기 도금이 보장된다.

나선형 패턴은, 분배 몸체(1) 상의 시작점(C) 둘레로 시작점으로부터 연속적으로 증가하는 거리에서 감기는, 가상의 곡선을 따라 개구부들(2)이 배열되도록, 형성된다. 나선형 패턴의 시작점(C)은, 도 1의 분배 몸체(1)의 기하학적 중심(C)이다. 가상의 나선형 곡선을 따라 인접한 개구부들(2) 사이의 거리는, 나선의 시작점(C)으로부터 분배 몸체(1)의 더 먼 부분까지 일정하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 개구부들(2)은, 분배 몸체(1) 전체에 걸쳐 동일한 크기를 가지며, 임의의 단면, 예를 들어 원형, 정사각형, 또는 삼각형/다각형을 가질 수 있다.

도 2는 아르키메데스 나선(S1)을 개략적으로 그리고 예시적으로 도시한다. 인접한 호들(A) 사이의 거리는, 각각의 연속적인 나선형 루프들 또는 호들(A) 사이에서 동일하다. 아르키메데스 나선(S1)은, 분배 몸체(1)의 표면(1b) 상에서 개구부들(2)의 개소들을 한정하기 위해 사용된다.

도 3은, 연속적인 호들(A) 사이의 거리가 중심에서 시작하여 외부 부분으로 증가하는, 로그 나선(S2)을 개략적으로 그리고 예시적으로 도시한다. 로그 나선(S2) 또한, 분배 몸체(1)의 표면(1b) 상에서 개구부들(2)의 개소들을 한정하기 위해 사용될 수 있다.

도 4는, 전해질 및 전류 분포 개구부들(2)의 배열을 동반하는, 회전하는, 예를 들어 300 mm의, 웨이퍼의 반경(r)의 함수로서, "드레인 홀 비"(DHR)의 분포를 나타내는 그래프를 도시한다. 드레인 홀 비는, 나선의 시작점(C)으로부터 분배 몸체(1)의 외부 에지까지 분배 몸체(1)의 특정 반경을 따라 폐쇄된 영역(개구부들(2)이 없는 영역)에 대한 개방 영역(개구부들(2)의 영역)의 백분율을 나타낸다. 도 4의 "X" 기호는, 분배 몸체(1)의 드레인 홀 실제 값을 나타내며, 그리고 "O" 기호는, 10 개의 이웃하는 드레인 홀에 대한 평균 값을 나타낸다.

원칙적으로, 시작점으로부터 외부 에지까지의 반경에 걸쳐 드레인 홀 비 분포가 더 균일할수록, 특히 기판이 분배 몸체(1)에 대해 회전 운동할 때, 기판 상의 재료 증착의 균일성이 더 높아지는 것으로 밝혀졌다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 분배 몸체(1)는, 반경에 걸쳐 우수한 드레인 홀 균일성을 허용하고, 결과적으로 기판에 대한 증착 균일성 분포의 상당한 개선을 가져온다.

도 5a 및 도 5b는, 제1 부분(21)(제트 홀들) 및 제2 부분(22)(드레인 홀들)로 분할되는, 개구부들(2)의 배열을 도시한다. 각 드레인 홀(22)은, 3개의 제트 홀(21)에 의해 둘러싸이며, 여기서 드레인 홀들(22)은, 분배 몸체(1)의 표면(1b) 상에 나선형 패턴으로 배열된다. 드레인 홀들(22)은, 분배 몸체(1)를 관통하여 연장되는 관통 홀들로서 형성될 수 있으며, 그리고 기판에 전류 밀도 분포를 제공하도록 그리고 기판으로부터의 공정 유체의 역류를 가능하게 하도록 구성될 수 있을 것이다. 제트 홀들(21)은, 기판에 공정 유체를 제공하기 위해 분배 몸체(1) 상의 일 방향으로만, 바람직하게는 기판 방향으로만 형성될 수 있다.

본 개시의 실시예들은, 상이한 대상들을 참조하여 설명된다는 점에 유의해야 한다. 특히, 일부 실시예는, 방법 유형 청구항을 참조하여 설명되지만, 다른 실시예는, 장치 유형 청구항을 참조하여 설명된다. 그러나, 당업자는, 달리 언급되지 않는 한, 하나의 유형의 대상에 속하는 특징들의 임의의 조합 외에, 상이한 대상들과 관련된 특징들 간의 임의의 조합도 또한 본 출원에 의해 개시되는 것으로 간주된다는 것을, 상기 및 하기의 설명으로부터 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 모든 특징들이 조합되어, 이러한 특징들의 단순한 합 그 이상의 시너지 효과를 제공할 수 있다.

본 개시가 도면들 및 전술한 설명에서 상세하게 예시되고 설명되었지만, 이러한 예시 및 설명은, 예시적이거나 또는 예를 나타내는 것으로, 제한하는 것이 아닌 것으로, 간주되어야 한다. 본 개시는, 개시된 실시예들로 제한되지 않는다. 개시된 실시예들에 대한 다른 변형들이, 본 도면들, 본 개시, 및 종속 청구항들의 연구로부터, 청구된 개시를 실시함에 있어 당업자에 의해 이해되고 수행될 수 있다.

청구범위에서, "포함하는(comprising)"이라는 단어는, 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 부정 관사 "a" 또는 "an"은, 복수를 배제하지 않는다. 단일 프로세서 또는 다른 유닛이, 청구범위에 인용된 여러 항목들의 기능들을 수행할 수 있다. 특정 조치가 서로 다른 종속 청구항들에 인용되었다는 단순한 사실만으로, 이러한 조치의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다. 청구범위의 임의의 참조 부호들이, 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

실시예들

1. 회전 가능한 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 공정 유체용 분배 시스템(10)으로서,

상기 분배 시스템(10)은, 분배 몸체(1)를 포함하고,

상기 분배 몸체(1)는, 공정 유체를 위한 복수의 개구부(2)를 포함하며,

상기 개구부들(2)은, 분배 몸체(1)의 표면(1b) 상에 나선형 패턴으로 배열되는 것인, 분배 시스템.

2. 실시예 1에 있어서, 상기 개구부들(2)은, 공정 유체 유동 및/또는 전류 밀도 분포를 기판으로 안내하도록 구성되며, 그리고, 상기 기판이 분배 몸체(1)에 대해 회전하고 있는 경우, 나선형 패턴은, 기판의 여러 개의 영역이 개별적으로 유사한 공정 유체 유동들 및/또는 유사한 전류 밀도 분포들에 노출되는 것을 가능하게 하는 것인, 분배 시스템.

3. 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 나선형 패턴은, 분배 몸체(1) 상의 시작점(C) 둘레로 시작점으로부터 연속적으로 증가하는 거리에서 감기는, 가상의 곡선을 따라 개구부들(2)이 배열되도록, 형성되는 것인, 분배 시스템.

4. 실시예 3에 있어서, 상기 시작점(C)은, 분배 몸체(1)의 기하학적 중심(C)인 것인, 분배 시스템.

5. 실시예 3에 있어서, 상기 시작점(C)은, 분배 몸체(1)의 기하학적 중심(C) 외부에 있는 것인, 분배 시스템.

6. 실시예 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 나선형 패턴은, 아르키메데스 나선(S1)에 기초하는 것인, 분배 시스템.

7. 실시예 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 나선형 패턴은, 로그 나선(S2)에 기초하는 것인, 분배 시스템.

8. 실시예 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 나선형 패턴은, 포물선 나선에 기초하는 것인, 분배 시스템.

9. 실시예 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 나선형 패턴은, 제곱근 나선에 기초하는 것인, 분배 시스템.

10. 실시예 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 나선형 패턴은, 쌍곡선 나선에 기초하는 것인, 분배 시스템.

11. 실시예 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 나선형 패턴은, 피보나치 나선에 기초하는 것인, 분배 시스템.

12. 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 나선형 패턴은, 2개 이상의 나선의 조합인 것인, 분배 시스템.

13. 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 전기화학적 증착 시스템(20)으로서,

- 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 따른 분배 시스템(10), 및

- 기판 회전 시스템

을 포함하고,

상기 기판 회전 시스템은, 분배 시스템(10)의 분배 몸체(1)에 대해 기판을 회전시키도록 구성되는 것인, 전기화학적 증착 시스템.

14. 공정 유체 내에서의 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 방법으로서,

- 공정 유체를 위한 복수의 개구부(2)를 갖는 분배 몸체(1)를 포함하는 분배 시스템(10)을 제공하는 단계로서, 상기 개구부들(2)은 분배 몸체(1)의 표면 상에 나선형 패턴으로 배열되는 것인, 단계,

- 분배 시스템(10)에 대해 기판을 회전시키는 단계, 및

- 기판의 표면을 화학적으로 및/또는 전해식으로 처리하는 단계

를 포함하는 것인, 방법.

Claims (14)

1. 회전 가능한 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 공정 유체용 분배 시스템(10)으로서,
   상기 분배 시스템(10)은, 분배 몸체(1)를 포함하고,
   상기 분배 몸체(1)는, 적어도 제1 부분(21) 및 제2 부분(22)으로 분할되는 복수의 개구부(2)를 포함하며,
   상기 개구부들(2) 중 상기 제1 부분(21)은, 공정 유체 유동을 제공하도록 구성되며, 그리고 상기 개구부들(2) 중 상기 제2 부분(22)은, 전류 밀도 분포(current density distribution)를 제공하도록 구성되고,
   상기 개구부들(2) 중 상기 제2 부분(22)은, 상기 분배 몸체(1)의 표면(1b) 상에 나선형 패턴으로 배열되며, 그리고
   상기 개구부들(2) 중 상기 제1 부분(21)은, 상기 개구부들(2) 중 상기 제2 부분(22)과 독립적으로 상기 분배 몸체(1)의 상기 표면(1b) 상에 배열되는 것인, 분배 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기판이 상기 분배 몸체(1)에 대해 회전하고 있는 경우, 상기 나선형 패턴은, 상기 기판의 여러 개의 영역이 개별적으로 유사한 공정 유체 유동들 및/또는 유사한 전류 밀도 분포들에 노출되는 것을 가능하게 하는 것인, 분배 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 나선형 패턴은, 상기 분배 몸체(1) 상의 시작점(C) 둘레로 상기 시작점으로부터 연속적으로 증가하는 거리에서 감기는, 가상의 곡선을 따라 상기 개구부들(2)이 배열되도록, 형성되는 것인, 분배 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 시작점(C)은, 상기 분배 몸체(1)의 기하학적 중심(C)인 것인, 분배 시스템.
5. 제3항에 있어서,
   상기 시작점(C)은, 상기 분배 몸체(1)의 기하학적 중심(C) 외부에 있는 것인, 분배 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 나선형 패턴은, 아르키메데스 나선(Archimedean spiral)(S1)에 기초하는 것인, 분배 시스템.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 나선형 패턴은, 로그 나선(S2)에 기초하는 것인, 분배 시스템.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 나선형 패턴은, 포물선 나선에 기초하는 것인, 분배 시스템.
9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 나선형 패턴은, 제곱근 나선에 기초하는 것인, 분배 시스템.
10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나선형 패턴은, 쌍곡선 나선에 기초하는 것인, 분배 시스템.
11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나선형 패턴은, 피보나치 나선(Fibonacci spiral)에 기초하는 것인, 분배 시스템.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나선형 패턴은, 2개 이상의 나선의 조합인 것인, 분배 시스템.
13. 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 전기화학적 증착 시스템(20)으로서,
    - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 분배 시스템(10), 및
    - 기판 회전 시스템
    을 포함하고,
    상기 기판 회전 시스템은, 상기 분배 시스템(10)의 분배 몸체(1)에 대해 기판을 회전시키도록 구성되는 것인, 전기화학적 증착 시스템.
14. 공정 유체 내에서의 기판의 화학적 및/또는 전해 표면 처리를 위한 방법으로서,
    - 제1 부분(21) 및 제2 부분(22)으로 분할되는 복수의 개구부(2)를 갖는 분배 몸체(1)를 포함하는 분배 시스템(10)을 제공하는 단계,
    - 상기 분배 시스템(10)에 대해 상기 기판을 회전시키는 단계, 및
    - 상기 개구부들(2) 중 제1 부분을 통해 공정 유체 유동을 제공하며 그리고 상기 개구부들(2) 중 제2 부분을 통해 전류 밀도 분포를 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 개구부들(2) 중 상기 제1 부분(21)은, 상기 공정 유체 유동을 제공하도록 구성되며, 그리고 상기 개구부들(2) 중 상기 제2 부분(22)은, 전류 밀도 분포를 제공하도록 구성되고,
    상기 개구부들(2) 중 상기 제2 부분(22)은, 상기 분배 몸체(1)의 표면(1b) 상에 나선형 패턴으로 배열되며, 그리고
    상기 개구부들(2) 중 상기 제1 부분(21)은, 상기 개구부들(2) 중 상기 제2 부분(22)과 독립적으로 상기 분배 몸체(1)의 상기 표면(1b) 상에 배열되는 것인, 방법.

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