KR20230028461A - 다중 격실 전기화학 보충 셀 - Google Patents

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KR20230028461A
KR20230028461A KR1020237002448A KR20237002448A KR20230028461A KR 20230028461 A KR20230028461 A KR 20230028461A KR 1020237002448 A KR1020237002448 A KR 1020237002448A KR 20237002448 A KR20237002448 A KR 20237002448A KR 20230028461 A KR20230028461 A KR 20230028461A
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catholyte
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놀란 엘. 짐머만
찰스 샤르보노
그레고리 제이. 윌슨
폴 알. 맥휴
폴 반 발켄버그
디팍 사가르 칼라이카달
카일 엠. 핸슨
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

전기도금 시스템들은 전기도금 챔버를 포함할 수 있다. 시스템들은 또한, 전기도금 챔버와 유체적으로 연결된 보충 조립체(replenish assembly)를 포함할 수 있다. 보충 조립체는 양극 재료(anode material)를 수용하는 제1 격실(compartment)을 포함할 수 있다. 제1 격실은 음극 재료가 수용된 제1 격실 섹션 및 디바이더(divider)에 의해 제1 격실 섹션으로부터 분리된 제2 격실 섹션을 포함할 수 있다. 보충 조립체는, 전기도금 챔버와 유체적으로 연결되고 제1 격실과 전기적으로 연결된 제2 격실을 포함할 수 있다. 보충 조립체는 또한, 제2 격실과 전기적으로 연결된 제3 격실을 포함할 수 있고, 제3 격실은 불활성 음극(inert cathode)을 포함한다.

Description

다중 격실 전기화학 보충 셀
[0001] 본 출원은 "MULTI-COMPARTMENT ELECTROCHEMICAL REPLENISHMENT CELL"이라는 명칭으로 2020년 10월 23일자로 출원된 미국 정규 출원 번호 제17/078,413호의 권익 및 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 모든 목적들을 위해 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002] 본 기술은 반도체 프로세싱에서의 전기도금 동작들에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 기술은 전기도금 시스템들에 대해 이온 보충을 수행하는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
[0003] 집적 회로들은, 기판 표면들 상에 복잡하게 패터닝된 재료 층들을 생성하는 프로세스들에 의해 만들어질 수 있다. 기판 상에서의 형성, 에칭 및 다른 프로세싱 이후에, 컴포넌트들 사이에 전기적 접속들을 제공하기 위해서 금속 또는 다른 전도성 재료들이 대개 증착되거나 형성된다. 이러한 금속화(metallization)가 많은 제조 동작들 이후에 수행될 수 있기 때문에, 금속화 동안 발생하는 문제로 인해, 고가의 폐 기판들 또는 폐 웨이퍼들이 생성될 수 있다.
[0004] 전기도금은, 전기도금 챔버 내에서, 웨이퍼의 디바이스 측이 액체 전해질의 배쓰(bath) 내에 있고 접촉 링(contact ring) 상의 전기 접촉부들이 웨이퍼 표면 상의 전도성 층을 터치한 상태로, 수행된다. 전해질과 전도성 층에 전류가 통과한다. 전해질 플레이트의 금속 이온들이 웨이퍼 상으로 석출(plate out)되어, 웨이퍼 상에 금속 층을 생성한다. 전기도금 챔버들은 전형적으로 소모성 양극(consumable anode)들을 갖고 있으며, 이는 배쓰 안정성과 소유 비용의 측면에서 바람직하다. 예를 들어, 구리를 도금할 때, 구리의 소모성 양극들을 사용하는 것이 일반적이다. 도금 배쓰에서 꺼내어 나온 구리 이온들을, 양극들로부터 제거된 구리가 보충함으로써, 도금 배쓰 내의 금속 농도를 유지한다. 소모성 양극들을 사용하는 것이 도금된 금속 이온들을 교체하는 데 효과적이지만, 소모성 양극들을 사용하려면 소모성 양극들이 교체될 수 있게 하는 설계가 필요한데, 이는 비교적 복잡하고 비용이 많이 든다. 소모성 양극들이 전해질을 분해시키거나 또는 유휴 상태 동작 동안 소모품 양극들을 산화시키는 것을 방지하기 위해서 소모성 양극들이 멤브레인과 결합될 때에는, 훨씬 더 복잡해진다.
[0005] 따라서, 기판과 도금 배쓰들 둘 모두를 보호하면서 고품질의 디바이스들 및 구조들을 생산하는 데 사용될 수 있는 개선된 시스템들 및 방법들이 필요하다. 이러한 그리고 다른 필요성들이 본 기술에 의해 다루어진다.
[0006] 전기도금 시스템들은 전기도금 챔버를 포함할 수 있다. 시스템들은 또한 전기도금 챔버와 유체적으로 연결된 보충 조립체를 포함할 수 있다. 보충 조립체는 양극 재료를 수용하는 제1 격실을 포함할 수 있다. 제1 격실은, 양극 재료가 수용되는 제1 격실 섹션 및 디바이더에 의해 제1 격실 섹션으로부터 분리된 제2 격실 섹션을 포함할 수 있다. 보충 조립체는 전기도금 챔버와 유체적으로 연결되고, 제1 격실과 전기적으로 연결된 제2 격실을 포함할 수 있다. 보충 조립체는 또한 제2 격실과 전기적으로 연결된 제3 격실을 포함할 수 있고, 제3 격실은 불활성 음극(inert cathode)을 포함할 수 있다.
[0007] 일부 실시예들에서, 시스템은 양극 재료를 불활성 음극과 연결시키는 전압원을 포함할 수 있다. 제1 격실은 양극액(anolyte)을 포함할 수 있고, 제2 격실은 음극액(catholyte)을 포함할 수 있으며, 제3 격실은 시폴라이트(thiefolyte)를 포함할 수 있다. 제3 격실은 전기도금 챔버와 유체적으로 연결되어서, 제3 격실과 전기도금 챔버 사이에 시폴라이트를 전달할 수 있다. 제2 격실은 전기도금 챔버와 유체적으로 연결될 수 있다. 시스템들은, 제1 격실의 제2 격실 섹션과 제2 격실 사이에 포지셔닝된 제1 이온성 멤브레인을 포함할 수 있다. 시스템들은 제2 격실과 제3 격실 사이에 포지셔닝된 제2 이온성 멤브레인을 포함할 수 있다. 제2 이온성 멤브레인은 1가 멤브레인(monovalent membrane)일 수 있다. 시스템들은 제1 격실의 제1 격실 섹션과 제1 격실의 제2 격실 섹션 사이에 유체적으로 연결된 펌프를 포함할 수 있다. 펌프는, 양극액을 제1 격실의 제1 격실 섹션으로부터 제1 격실의 제2 격실 섹션으로 유동시키도록 제1 설정으로 동작가능할 수 있다. 펌프가 제1 설정으로 동작할 때, 양극액이 제1 격실의 제2 격실 섹션으로부터 제1 격실의 제1 격실 섹션으로 유동되게 하도록, 디바이더 주위에 유체 경로(fluid path)가 정의될 수 있다. 펌프는 제1 격실의 제2 격실 섹션으로부터 양극액을 완전히 배수시키도록 제2 설정으로 동작가능할 수 있다. 시스템들은 제2 격실에 놓인 삽입체(insert)를 포함할 수 있다. 삽입체는 이 삽입체를 따라서 적어도 하나의 유체 채널을 정의할 수 있다. 시스템들은 제1 격실의 제1 격실 섹션 내에 배치된 격실을 포함할 수 있다. 격실은 양극 재료를 수용할 수 있다. 디바이더는 제1 격실의 제1 격실 섹션과 제1 격실의 제2 격실 섹션 사이에서 유동 경로(flow path)를 유체적으로 격리시키는 이온성 멤브레인일 수 있다.
[0008] 본 기술의 일부 실시예들은 전기도금 시스템을 동작시키는 방법을 포함할 수 있다. 이 방법은 보충 조립체를 통해 전압을 구동시키는 단계를 포함할 수 있다. 보충 조립체는 양극 재료를 수용하는 제1 격실을 포함할 수 있다. 제1 격실은 양극 재료가 수용되는 제1 격실 섹션 및 디바이더에 의해 이 제1 격실 섹션으로부터 분리된 제2 격실 섹션을 가질 수 있다. 보충 조립체는, 전기도금 챔버와는 유체적으로 연결되고 제1 격실과는 전기적으로 연결된 제2 격실 섹션을 포함할 수 있다. 보충 조립체는 제2 격실과 전기적으로 연결된 제3 격실을 포함할 수 있다. 제3 격실은 불활성 음극을 포함할 수 있다. 전압은 양극 재료로부터 제1 격실의 제1 격실 섹션, 제1 격실의 제2 격실 섹션, 제2 격실 및 제3 격실을 통해 불활성 음극으로 구동될 수 있다. 이 방법은 양극 재료의 이온들을 제2 격실을 통해 유동되는 음극액에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
[0009] 일부 실시예들에서, 방법들은 양극 재료와 불활성 음극 사이에서 전압을 반전시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은, 불활성 음극으로부터 도금된 양극 재료를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 제1 격실의 제2 격실 섹션으로부터 제1 격실의 제1 격실 섹션으로 양극액을 펌핑하여, 제1 격실의 제2 격실 섹션을 배수시키는 단계를 포함할 수 있다. 보충 조립체는 제1 격실의 제2 격실 섹션과 제2 격실 사이에 포지셔닝된 제1 이온 멤브레인을 포함할 수 있다. 보충 조립체는 제2 격실과 제3 격실 사이에 포지셔닝된 제2 이온성 멤브레인을 포함할 수 있다. 펌핑은 제1 이온성 멤브레인을 음극액과만 유체적으로 접촉하도록 유지할 수 있다.
[0010] 본 기술의 일부 실시예들은 전기도금 시스템들을 포함할 수 있다. 시스템들은 전기도금 챔버를 포함할 수 있다. 시스템들은 전기도금 챔버와 유체적으로 연결된 보충 조립체를 포함할 수 있다. 보충 조립체는 양극 재료 및 양극액을 수용하는 제1 격실을 포함할 수 있다. 제1 격실은 양극 재료가 수용되는 제1 격실 섹션 및 디바이더에 의해 제1 격실 섹션으로부터 분리된 제2 격실 섹션을 가질 수 있다. 제1 격실 섹션과 제2 격실 섹션 사이에 유체 회로가 정의될 수 있다. 보충 조립체는 전기도금 챔버와 유체적으로 연결되고, 제1 격실과 전기적으로 연결된 제2 격실을 포함할 수 있다. 제2 격실은 음극액을 포함할 수 있다. 보충 조립체는 제1 격실의 제2 격실 섹션과 제2 격실 사이에 포지셔닝된 제1 이온 멤브레인을 포함할 수 있다. 보충 조립체는 제2 격실과 전기적으로 연결된 제3 격실을 포함할 수 있다. 제3 격실은 불활성 음극을 포함할 수 있다. 제3 격실은 산성 시폴라이트(acid thiefolyte)를 포함할 수 있다. 보충 시스템은 제2 격실과 제3 격실 사이에 포지셔닝된 제2 이온성 멤브레인을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 디바이더는 제3 이온성 멤브레인일 수 있다.
[0011] 이러한 기술은 종래 기술에 비해 많은 이익들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 기술은 시스템 유휴 상태 동안의 첨가제 손실을 제한할 수 있다. 추가적으로, 시스템들은 또한, 음극액에 공기가 유입되어서 발생하는 도금 결함들을 제한할 수 있다. 이러한 그리고 다른 실시예들은 이들의 많은 장점들 및 특징들과 함께, 이하의 설명 및 첨부된 도면들을 참조로 더 상세하게 설명된다.
[0012] 개시된 실시예들의 성질 및 장점들의 추가적인 이해는, 본 명세서의 나머지 부분들 및 도면들을 참조하여 실현될 수 있다.
[0013] 도 1은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 전기도금 프로세싱 시스템의 개략도를 도시한다.
[0014] 도 2는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 불활성 양극의 단면도를 도시한다.
[0015] 도 3은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 보충 조립체의 개략도를 도시한다.
[0016] 도 4는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 보충 조립체의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0017] 도 5는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 보충 조립체의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0018] 도 6은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 보충 조립체의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0019] 도 7은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 양극 재료 용기의 개략적인 사시도를 도시한다.
[0020] 도 8은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 셀 삽입체의 개략적인 사시도를 도시한다.
[0021] 도 9는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 보충 조립체의 셀 삽입체의 개략적인 부분 단면도를 도시한다.
[0022] 도 10은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 전기도금 시스템을 동작시키는 방법에서의 예시적인 동작들을 도시한다.
[0023] 도면들 중 몇몇은 개략도들로서 포함된다. 도면들은 예시적인 목적들을 위한 것이며, 실척대로인 것으로 구체적으로 명시되지 않는 한, 실척대로인 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 추가적으로, 도면들은 개략도들로서 이해를 돕기 위해 제공되며, 현실적인 표현들과 비교하여 모든 양상들 또는 정보를 포함하지 않을 수 있고, 예시의 목적으로 과장된 자료를 포함할 수 있다.
[0024] 도면들에서, 유사한 컴포넌트들 및/또는 피처(feature)들은 동일한 숫자 참조 라벨을 가질 수 있다. 또한, 동일한 유형의 다양한 컴포넌트들은, 유사한 컴포넌트들 및/또는 피처들 사이를 구별하는 문자가 참조 라벨을 뒤따르게 함으로써 구별될 수 있다. 본 명세서에서 제1 숫자 참조 라벨만이 사용되는 경우, 그 설명은, 문자 첨자와 무관하게, 동일한 제1 숫자 참조 라벨을 갖는 유사한 컴포넌트들 및/또는 피처들 중 임의의 것에 적용가능하다.
[0025] 반도체 제조 및 프로세싱에서 기판 전체에 많은 피처들의 어레이를 생성하기 위해서 다양한 동작들이 수행된다. 반도체들의 층들이 형성됨에 따라서, 구조 내에 비아들, 트렌치들 및 기타 경로들이 생성된다. 그런 다음, 이들 피처들은 전도성 재료 또는 금속 재료로 채워져서, 디바이스를 통해 층들 사이에 전기가 전도되게 할 수 있다.
[0026] 기판 상의 비아들 및 다른 피처들에 전도성 재료를 제공하기 위해서 전기도금 동작이 수행될 수 있다. 전기도금은 전도성 재료의 이온들을 포함하고 있는 전해질 배쓰를 사용해서, 기판 상에 그리고 기판에 정의된 피처들에 전도성 재료를 전기화학적으로 증착한다. 금속이 도금되는 기판은 음극으로서 동작한다. 링 또는 핀들과 같은 전기 접촉부는, 시스템을 통해 전류가 흐르는 것을 가능하게 할 수 있다. 전기도금 동안, 기판은 헤드에 클램핑되어 전기도금 배쓰에 잠겨서, 금속 배선(metallization)을 형성할 수 있다. 금속 이온들이 배쓰로부터 기판 상에 증착될 수 있다.
[0027] 불활성 양극을 이용하는 도금 시스템들에서, 음극액 용액을 보충하기 위해 금속 이온들의 추가의 공급원이 사용될 수 있다. 본 기술은, 양극 재료를 이용해서 도금된 금속 이온들을 음극액 용액으로 대체할 수 있는 별도의 보충 조립체를 이용한다. 이 조립체는 다수의 도금 챔버들과 유체적으로 연결될 수 있으며, 이는 재료들을 보충하기 위한 가동 중지 시간을 제한하는 데 도움이 될 수 있다. 그러나, 시스템이 동작하지 않을 때에는 새로운 난제들이 발생할 수 있다.
[0028] 보충 모듈은, 격실들 사이의 2개의 멤브레인들에 의해 분리되어 있는 보충 조립체의 개개의 격실들에 포함되어 있는, 양극액, 음극액 및 시폴라이트를 가질 수 있다. 유휴 상태들 동안, 이온 전달이 제한될 수는 있지만, 첨가제들이 손실될 수 있다. 도금 배쓰들은 도금 동작들 용이하게 하는 다른 첨가제들 및 유기 화합물들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 음극액 용액에는 특정 이온들에 대한 촉진제(accelerator)들, 레벨러(leveler)들 및 억제제(suppressor)들이 포함될 수 있다. 이들 첨가제들은 멤브레인들에 증착될 수 있거나, 또는 다르게는 음극액으로부터 투과될 수 있으며, 이것이 교체되지 않을 경우, 후속하는 도금에 악영향을 미칠 수 있다. 이러한 손실은, 유휴 상태들 동안, 유체 격실들을 배수함으로써 감소될 수 있지만, 이로 인해 추가적인 난제들이 발생할 수 있다. 양극액 격실을 배수하면, 양극 재료를 공기에 노출시킬 수 있고, 이는 산화를 유발해서 기능을 제한할 수 있다. 음극액 격실을 배수하고 나서 시동 시에 다시 채우면, 음극액 유체 루프에 기포들이 유입될 수 있으며, 이는 웨이퍼에 공극들을 발생시켜서 증착에 영향을 미칠 수 있다.
[0029] 본 기술에 따른 보충 조립체들은, 3-격실 모듈(three-compartment module)의 양극액 격실에 디바이더를 포함시킴으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다. 양극액 격실의 일부가 양극액 격실의 메인 부분으로 배수되게 함으로써, 양극 재료가 양극액에 잠긴 상태로 유지될 수는 있지만, 반면에 음극액 격실에 인접해서 공기 공간이 형성될 수 있다. 바람직하게는, 이것은 또한 시스템 유휴 상태 동안 모든 유체 멤브레인들의 한쪽 면을 유체와 접촉해서 유지시킬 수 있다. 이렇게 함으로써 멤브레인이 건조되는 것을 제한할 수 있는데, 이렇게 하지 않았다면 멤브레인이 건조되어서 수축되고 부서질 수 있을 것이다. 양극액 격실을 배수하고 다시 채우면, 해당 회로에 많은 양의 공기가 유입될 수 있지만, 양극액이 워크피스와 접촉하지 않을 수 있으므로 프로세싱에는 악영향을 미지치 않을 수 있다. 한편, 음극액 격실을 배수하고 채우면 공기가 유입되어서, 프로세싱되고 있는 기판과 접촉할 수 있고, 이는 기판 상에서의 도금 결함들을 유발해서 도금이 일어나지 못하게 할 수 있다. 본 기술의 실시예들이 통합될 수 있는 예시적인 시스템을 설명한 후에, 나머지 개시내용은 본 기술의 시스템들 및 프로세스들의 양상들을 논의할 것이다.
[0030] 도 1은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 전기도금 프로세싱 시스템의 개략도를 도시한다. 도 1에서, 전기도금 챔버(20)는 웨이퍼(50)를 고정하기 위한 헤드(22) 내에 로터(24)를 포함할 수 있다. 로터(24)는 접촉 링(30)을 포함할 수 있으며, 접촉 링(30)은 수직으로 이동해서 접촉 링(30) 상의 접촉 핑거들(35)을 웨이퍼(50)의 하향 표면에 맞물리게 할 수 있다. 접촉 핑거들(35)은 전기도금 동안 음의 전압원에 접속될 수 있다. 헤드(22)의 내부 컴포넌트들을 밀봉하는 데 벨로우즈(32)가 사용될 수 있다. 전기도금 동안에, 헤드의 모터(28)가 접촉 링(30)에 고정된 웨이퍼(50)를 회전시킬 수 있다. 대안적으로, 챔버(20)는 다양한 다른 타입들의 헤드(22)를 가질 수 있다. 예를 들어, 헤드(22)는 웨이퍼(50)를 직접 핸들링하지 않고 웨이퍼(50)를 척에 고정해서 동작시킬 수 있거나, 또는 전기도금 동안에 웨이퍼를 고정해 유지함으로써 로터 및 모터가 생략될 수 있다. 접촉 링 상의 밀봉부는 웨이퍼를 밀봉시켜서, 프로세싱 동안 음극액으로부터 이격해서 접촉 핑거들(35)을 밀봉시킬 수 있다. 헤드(22)는 전기도금 챔버(20)의 전기도금 베셀(38) 위에 포지셔닝될 수 있다. 베셀(38)에 하나 이상의 불활성 양극이 제공될 수 있다. 도시된 예에서, 전기도금 챔버(20)는 내부 양극(40) 및 외부 양극(42)을 포함할 수 있다. 다수의 전기도금 챔버(20)들이 전기도금 시스템 내에 일렬로(in column) 제공될 수 있으며, 하나 이상의 로봇들이 시스템 내에서 웨이퍼들을 이동시킨다.
[0031] 도 2는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 불활성 양극의 단면도를 도시한다. 도 2에서 양극들(40, 42)은 멤브레인 튜브(47) 내에 와이어(45)를 포함할 수 있다. 멤브레인 튜브(47)는 외부 보호 슬리브 또는 커버링(49)을 가질 수 있다. 전극 와이어를 포함하는 멤브레인 튜브(47)는 원형일 수 있거나, 또는 선택적으로 나선형이나 선형 어레이로 형성될 수 있거나, 또는 프로세싱되고 있는 워크피스에 적절한 전기장을 생성하기에 적합한 다른 형태를 취할 수 있다. 일부 실시예들에서, 와이어(45)는 내경이 2-3 mm인 멤브레인 튜브(47) 내에 최대 2 mm 직경의 백금 와이어일 수 있다. 와이어(45)는 또한, 니오븀, 니켈 또는 구리와 같은 다른 금속의 내부 코어를 가진 백금 클래드 와이어(platinum clad wire)일 수 있다. 불활성 양극 위의 베셀에 저항성 디퓨저(resistive diffuser)가 제공될 수 있다. 멤브레인 튜브(47) 내의 와이어(45) 주위에 유동 공간(51)이 제공될 수 있다. 와이어(45)는 멤브레인 튜브(47) 내에 공칭적으로 센터링될 수 있지만, 실제로는, 멤브레인 튜브 내에서의 와이어의 포지션은 와이어가 일부 로케이션들에서 멤브레인 튜브의 내벽을 터치할 수 있을 정도까지 변할 수 있다. 튜브 내에서 와이어를 유지하기 위해 스페이서들이 사용될 수는 있지만, 멤브레인 튜브 내에서 와이어를 센터링하기 위한 스페이서들 또는 다른 기법들은 필요하지 않을 수 있다.
[0032] 도 1에는 3-격실 보충 조립체(70)가 추가적으로 예시되어 있으며, 이는 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다. 전기도금 동안, 프로세스 양극액(process anolyte) 소스인 프로세스 양극액 챔버(150) 및 양극 멤브레인 튜브(47)들을 포함하는 프로세스 양극액 루프를 통해서, 프로세스 양극액이 양극들(40, 42)로 펌핑될 수 있다. 양극들(40, 42)을 형성하는 멤브레인 튜브는 베셀(38)의 양극 플레이트(anode plate)(43)의 원형 슬롯(41) 내에 포함된 링 또는 원으로 형성될 수 있으며, 멤브레인 튜브들이 베셀(38)의 바닥에 놓인 것으로 도시되어 있다. 보충 시스템(70)은 프로세싱 시스템 내에서 프로세서로부터 멀리 떨어져 로케이팅될 수 있는 별개의 유닛이라는 점에서 챔버(20) 외부에 있을 수 있다. 이는, 보충 조립체가 다수의 전기도금 챔버들과 유체적으로 연결되는 것을 가능하게 할 수 있으며, 여기서 보충 조립체는 임의의 수의 챔버들에 의해 사용되는 음극액을 보충한다.
[0033] 각각의 양극(40, 42)의 와이어(45)는 웨이퍼에 인가되는 전압에 대해 양의 전압원과 전기적으로 접속되어서, 베셀 내에 전기장을 생성할 수 있다. 불활성 양극들 각각은 하나의 전원 채널에 접속될 수 있거나, 또는 베셀(38) 상의 전기 커넥터(60)를 통해서 별도의 전원 채널에 접속될 수 있다. 전형적으로 1개 내지 4개의 불활성 양극들이 사용될 수 있다. 멤브레인 튜브들에 양극액이 유동하면서, 가스를 용기 밖으로 운반할 수 있다. 사용 시에, 전압원은 불활성 양극에서의 물을 산소 가스와 수소 이온들로 변환시키고 음극액으로부터의 구리 이온을 웨이퍼 상에 증착시키는 전류 흐름을 유도할 수 있다.
양극들(40, 42) 내의 와이어(45)는 불활성일 수 있고, 양극액과 화학적으로 반응하지 않을 수 있다. 웨이퍼(50) 또는 웨이퍼(50) 상의 전도성 시드층(seed layer)은 음의 전압원에 접속될 수 있다. 전기도금 동안, 베셀(38) 내의 전기장은 음극액 내의 금속 이온들이 웨이퍼(50) 상에 증착되게 하여, 웨이퍼(50) 상에 금속층을 생성할 수 있다.
[0034] 웨이퍼(50) 상에 도금되는 금속층은, 베셀(38) 내의 이온 확산 및 챔버 음극액의 유동으로 인해, 웨이퍼 표면으로 이동하는 챔버 음극액 내의 금속 이온들로부터 형성될 수 있다. 음극액 보충 시스템(70)은 금속 이온들을 시스템 음극액 내로 다시 공급하기 위해 전기도금 챔버와 유체적으로 연결될 수 있다. 보충 시스템(70)은, 음극액 순환 루프 내에서, 튜브 또는 파이프일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있는 챔버 음극액 복귀 라인, 및 보충 조립체(74)를 접속하는 챔버 음극액 공급 라인(78)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 음극액 순환 루프에는 추가 음극액 탱크가 포함될 수 있으며, 챔버 음극액 탱크는 프로세싱 시스템 내의 다수의 전기도금 챔버(20)들에 음극액을 공급한다. 음극액 순환 루프는 적어도 하나의 펌프를 포함할 수 있고, 또한, 히터들, 필터들, 밸브들, 및 임의의 다른 유체 루프 또는 순환 컴포넌트들과 같은 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 보충 조립체(74)는 음극액 복귀 라인에 있을 수 있거나, 또는 대안적으로 음극액 탱크로부터 나가고 들어오는 별도의 유동 루프에 접속될 수 있다.
[0035] 도 3은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 보충 조립체의 개략도를 도시하고 있으며, 아래에서 추가로 설명되는 보충 조립체의 세부사항을 제공할 수 있다. 도면에는, 보충 조립체(74)의 확대 개략도를, 아래에서 추가로 설명되는 구성들을 포함한 임의의 수의 특정 보충 조립체 구성들에 적용될 수 있는 동작 컴포넌트들로서, 도시하고 있다. 보충 조립체 양극액은, 보충 조립체의 제1 격실이 될 수 있는 보충 조립체 양극액 격실(98) 및 선택적으로 보충 조립체 양극액 탱크(96)를 포함하는 보충 조립체 양극액 루프(90)를 통해서, 보충 조립체(74) 내에서 순환할 수 있다. 구리 도금과 같은 일부 실시예들에서, 보충 조립체 양극액은 산이 없는 구리 황산염 전해질일 수 있지만, 시스템은 이들 동작들에 적합한 화학 물질들 및 재료들을 사용하는 임의의 수의 전기도금 동작들에 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 보충 조립체(74) 내의 양극액 보충 조립체는 재순환 루프를 필요로 하지 않을 수 있고, 단지 양극액 격실(98)을 포함할 수 있다. 가스 분사기(sparger), 예를 들어, 질소 가스 분사기를 사용함으로써, 배관(plumbing) 및 펌프를 필요로 하는 재순환 루프의 복잡성을 도입하는 일 없이, 보충 조립체에 교반(agitation)을 제공할 수 있다. 구리 도금 시스템을 다시 참조하면, 비제한적인 예시로서, 저산성(low acid) 전해질 또는 양극액이 사용되는 경우, 보충 조립체에 전류가 통과할 때, 양성자들이 아닌 Cu2+ 이온들이 멤브레인을 거쳐서 음극액으로 수송 또는 이동될 수 있다. 가스 분사는 또한 벌크 구리 재료의 산화를 감소시킬 수 있다.
[0036] 탈이온수(de-ionized water) 공급 라인(124)은 보충 조립체 양극액 탱크(96) 또는 격실(98) 내로 보상용(make-up) 탈이온수를 공급할 수 있다. 예를 들어, 구리 펠릿(pellet)들과 같은 벌크 도금 재료(92)가 보충 조립체 양극액 격실(98)에 제공되어, 웨이퍼(50) 상에 도금될 수 있는 재료를 제공할 수 있다. 펌프는 보충 조립체 양극액 격실(98)을 통해 보충 조립체 양극액을 순환시킬 수 있다. 보충 조립체 양극액은 양극들(40 및/또는 42)에 제공되는 양극액과는 완전히 별개일 수 있다. 추가적으로, 일부 실시예들에서, 양극액 격실(98)은 어떠한 보충 조립체 양극액 루프(90)도 없이 사용될 수 있다. 보충 조립체 양극액 루프를 사용하지 않고, 예를 들어, 가스 분사기 또는 일부 다른 펌핑 시스템이 양극액 격실(98)에 교반을 제공할 수 있다. 아래에서 추가로 설명될 바와 같이, 예를 들어, 양극액 격실들, 또는 제1 격실들의 일부 실시예들은 양극액 보충 탱크를 포함할 수 있거나, 또는 단순히 격실 내에서 또는 격실의 2개 섹션들 내에서 양극액을 순환시킬 수 있다.
[0037] 보충 조립체(74) 내에서, 보충 조립체 양극액 격실(98) 내의 보충 조립체 양극액과 음극액 격실(106) 내의 음극액 사이에 제1 양이온 멤브레인(104)이 위치되어서, 보충 조립체 양극액을 음극액으로부터 분리시킬 수 있다. 음극액 격실(106)의 한쪽에 음극액 복귀 라인(72)이 접속되고, 음극액 격실(106)의 다른 쪽에 음극액 공급 라인(78)이 접속되어서, 베셀(38)로부터의 음극액이 음극액 챔버를 순환하게 할 수 있다. 대안적으로, 보충 조립체(74)를 지나는 음극액 유동 루프는 음극액 탱크를 가진 별개의 유동 회로일 수 있다. 제1 양이온 멤브레인(104)이 금속 이온들 및 물을 보충 조립체 양극액 격실(98)을 지나서 음극액 챔버 내의 음극액 내로 통과시킬 수 있고, 그렇지 않고 보충 조립체 양극액과 음극액 사이에 장벽을 제공할 수 있다. 증발로 손실된 물을 보충하기 위해 음극액에 탈이온수가 첨가될 수 있지만, 보다 일반적으로 양극액 보충 조립체로부터 전기 삼투를 통해 음극액으로 들어가는 물을 증발시키기 위해 물 증발이 향상될 수 있다. 과도한 물의 제거를 용이하게 하기 위해 증발기가 또한 포함될 수 있다.
[0038] 금속 이온들이 음극액으로 흘러감으로써, 음극액 내의 금속 이온들의 농도를 보충할 수 있다. 음극액 내의 금속 이온들이 웨이퍼(50) 상에 증착되어서 웨이퍼(50) 상에 금속층을 형성함에 따라, 이 금속 이온들은 벌크 도금 재료(92)가 보충 조립체 양극액 및 제1 멤브레인(104)을 통해 보충 조립체(74)의 음극액 격실(106)을 통해 유동되는 음극액 내로 이동하는 것에 의해 발생되는 금속 이온들로 대체될 수 있다.
[0039] 시폴라이트 격실(112) 내에서 제2 양이온 멤브레인(108)과는 반대쪽에 불활성 음극(114)이 로케이팅될 수 있다. DC 전원과 같은 전원(130)의 네거티브 또는 음극(cathode)이 불활성 음극(114)에 전기적으로 접속될 수 있다. 전원(130)의 포지티브 또는 양극(anode)은 보충 조립체 양극액 격실(98) 내의 벌크 도금 재료(92) 또는 금속에 전기적으로 접속되어서, 보충 조립체(74)에 차동 전압을 인가 또는 생성할 수 있다. 시폴라이트 격실(112) 내의 보충 조립체 전해질은 선택적으로 보충 조립체 탱크(118)를 통해 순환할 수 있고, 이 때, 탈이온수 및 황산이 유입구(122)를 통해 보충 조립체 전해질에 첨가된다. 시폴라이트 격실(112) 전해질은, 예를 들어, 1-10% 황산을 갖는 탈이온수를 포함할 수 있다. 불활성 음극(114)은 백금 또는 백금 클래드 와이어 또는 플레이트일 수 있다. 제2 이온성 멤브레인(108)은 제2 격실 내에서의 구리 이온들의 보유를 도울 수 있다. 추가적으로, 제2 이온성 멤브레인(108)은, 특히, 음극액 내에 Cu2+를 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제2 이온성 멤브레인은 1가 멤브레인일 수 있으며, 이는 구리가 멤브레인을 통과하는 것을 추가로 제한할 수 있다.
[0040] 다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 챔버(20)는 선택적으로 베셀(38) 내에 전류 시프 전극(electric current thief electrode)(46)을 포함할 수 있지만, 일부 실시예들에서는 전류 시프가 포함되지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 전류 시프 전극(46)은 또한, 위에서 설명된 양극(40 또는 42)과 유사하게, 전류 시프 멤브레인 튜브 내에 전류 시프 와이어를 가질 수 있다. 시프 전극이 사용되는 경우, 리컨디셔닝(reconditioning) 전해질이 전류 시프 멤브레인 튜브를 통해 펌핑될 수 있다. 전류 시프 와이어는 일반적으로 음의 전압원에 접속될 수 있으며, 이는 접촉 링(30)을 통해 웨이퍼(50)에 접속된 음의 전압원과는 독립적으로 제어된다. 전류 시프 멤브레인 튜브는, 보충 조립체 전해질 복귀 라인(84) 및 보충 조립체 전해질 공급 라인(86)을 통해, 일반적으로 82에 표시된 보충 조립체 순환 루프를 통해서, 보충 조립체(74) 내의 시폴라이트 격실(112)에 접속될 수 있다. 음극액 격실(106) 내에서 고산성 음극액 배쓰가 사용된다면, 이는 전류 통과 멤브레인(current crossing membrane)(108)의 높은 부분이 금속 이온들이 아닌 양성자일 수 있음을 보장할 수 있다. 이러한 방식으로, 보충 조립체(74) 내의 전류는 음극액 내에 구리를 보충해서, 구리가 멤브레인을 통해 손실되는 것을 방지할 수 있다.
[0041] 음극액 격실(106) 내의 음극액과 시폴라이트 격실(112) 내의 보충 조립체 전해질 사이에 제2 양이온 멤브레인(108)이 포지셔닝될 수 있다. 제2 양이온 멤브레인(108)은 양성자들을 음극액 격실(106) 내의 음극액으로부터 시폴라이트 격실(112) 내의 보충 조립체 전해질 내로 통과시키는 한편, 멤브레인을 통과하는 금속 이온들의 양은 제한할 수 있으며, 그런 다음, 이는 불활성 음극 상에 석출될 수 있다. 시폴라이트 격실(112)의 주요 기능은 불활성 음극(114) 상에 금속을 석출시키지 않는 방식으로 보충 조립체 챔버에 대한 전기 회로를 완성하는 것이다. 시폴라이트 격실(112)은 추가 탱크 또는 순환 루프와 함께 사용될 수 있거나, 추가 탱크 또는 순환 루프 없이 사용될 수 있다. 음극액 격실(106) 내의 고산성 전해질 또는 음극액 배쓰는 전류 통과 멤브레인(108)의 높은 부분이 금속 이온들이 아니라 양성자들이도록 보장할 수 있어서, 불활성 음극(114) 상의 음극 반응은 대부분 수소 발생으로 된다. 이러한 방식으로, 보충 조립체(74) 내의 전류는 음극액 내의 구리를 보충하면서, 멤브레인(108)을 통한 손실은 방지한다.
[0042] 유휴 상태 동작 동안, 보충 조립체가 사용되지 않을 때, 보충 시스템(70)은 소모성 양극을 형성하는 벌크 도금 재료(92) 위에서의 음극액의 유동을 중지시킨다. 일부 실시예들에서, 유휴 상태 동안 시폴라이트는 시폴라이트 격실로부터 배수되어서, 멤브레인(108)에서의 Cu2+의 확산 또는 다른 수송 메커니즘으로 인해서 음극액으로부터 구리, 첨가제들 또는 다른 배쓰 성분들이 추가적으로 손실되는 것을 제한할 수 있다. 그러나, 위에서 설명된 바와 같이, 개개의 격실들 내에 음극액 및 양극액을 남겨두는 것 뿐만 아니라, 두 재료를 배출하는 것에는 난제들이 존재할 수 있다. 음극액을 배수하면, 시동 시에 공기가 쉽게 유입되어서 도금에 악영향을 미칠 수 있다. 양극액을 배수하면, 양극 재료가 노출되어 산화될 수 있다. 그러나 두 개의 전해질을 개개의 챔버 내에 남겨두면, 멤브레인을 가로질러서 재료 사이에 그래디언트(gradient)가 발생해서, 음극액으로부터 첨가제들이 손실될 수 있다. 따라서, 본 기술의 일부 실시예들은, 유휴 상태 동작 동안, 그 개개의 격실 내에서 양극액과 음극액을 분리하는 데 사용될 수 있는 추가 디바이더를 포함할 수 있다.
[0043] 도 4를 참조하면 본 기술의 일부 실시예들에 따른 보충 조립체(400)의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 보충 조립체(400)는 보충 조립체(74)의 특징들, 컴포넌트들 또는 특성들 중 임의의 특징, 컴포넌트 또는 특성을 포함할 수 있으며, 위에서 설명된 보충 시스템(70)에 포함될 수 있다. 보충 시스템(400)은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 보충 조립체(74)의 추가적인 특징들을 예시할 수 있다.
[0044] 보충 조립체(400)는 양극액 격실(405) 또는 제1 격실, 음극액 격실(410) 또는 제2 격실, 및 시폴라이트 격실(415) 또는 제3 격실을 포함하는 3-격실 셀을 포함할 수 있다. 이 조립체는 또한 양극액 격실과 음극액 격실 사이에 제1 이온성 멤브레인(420)을 포함할 수 있고, 음극액 격실과 시폴라이트 격실 사이에 제2 이온성 멤브레인(425)을 포함할 수 있다. 추가적으로, 이전에 설명된 바와 같이, 유휴 상태 동안의 문제들을 극복하기 위해서, 추가 디바이더(430)가 양극액 격실(405) 내에 포함될 수 있으며, 이는 양극액 격실 내의 제1 격실 섹션(407)과 제2 격실 섹션(409) 사이의 유체 분리를 제공할 수 있다. 양극액의 격실의 각각의 격실 섹션은 양극액 격실(405) 내의 연속 루프에서 양극액에 의해서만 액세스될 수 있지만, 아래에서 추가로 설명될 바와 같이, 추가 디바이더(430)가 동작들을 용이하게 할 수 있다.
[0045] 양극액 격실(405)은, 이전에 설명된 바와 같은 전원과 연결될 수 있는 전극(406)을 포함할 수 있다. 도금에 사용되는 구리 펠릿들 또는 다른 금속 재료들과 같은 양극 재료는 전극(406)과 접촉해서 셀에 증착될 수 있다. 양극 재료를 전극에 대항해서 그리고 이온성 멤브레인과 접촉하지 않도록 멀리 유지하기 위해서, 예를 들어, 리테이너(retainer)(408) 또는 스크린(screen)이 포함될 수 있다. 아래에서 설명될 바와 같이, 양극 재료가 양극액 격실 내에 수용되고 전극과 접촉하는 것을 보장하기 위해, 착탈식 용기가 또한 사용될 수 있다.
[0046] 디바이더(430)는 또한 이온성 멤브레인일 수 있으며, 이는 양극액이 양극액 격실의 각각의 섹션으로 유동될 때, 제1 격실 섹션이 제2 격실 섹션과 전기적으로 연결되게 하면서, 유휴 상태 동안, 격실을 유체적으로 격리시켜서 배수 동작이 일어날 수 있게 하는 데 사용될 수 있는 유체 분리(fluid separation)를 가능하게 한다. 일부 실시예들에서, 양극액 격실(405)의 제1 격실 섹션 및 제2 격실 섹션 각각에 펌프(435) 또는 펌핑 시스템이 접속될 수 있고, 이는 양극액 격실의 제2 격실 섹션 내로 및/또는 제2 격실 섹션으로부터 유체를 펌핑하도록 동작가능할 수 있다. 양극액은 제1 격실 섹션(407)으로부터 제2 격실 섹션(409)으로 펌핑될 수 있으며, 양극액은 제2 격실 섹션 내에서 상승하여 디바이더(430)와 제1 이온성 멤브레인(420) 사이에 있을 수 있는 제2 격실 섹션을 채울 수 있다. 유체는 격실 섹션 내에서의 양극액의 농도(consistency)를 보장하기 위해 연속적으로 펌핑될 수 있다. 유체가 양극액 격실(405)의 제2 격실 섹션을 채움에 따라서, 유체는 스필웨이(spillway)(438)로 들어갈 수 있고, 이 유체는 다시 양극액이 제1 격실 섹션(407) 내로 들어가서, 아래에서 추가로 설명될 바와 같이, 두 섹션들 사이의 양극액 격실(405) 내에 연속적인 유체 루프를 형성할 수 있다.
[0047] 음극액 격실(410)은, 이전에 설명된 바와 같이, 전기도금 챔버와 유체적으로 연결될 수 있고 음극액으로 채워질 수 있으며, 아래에서 추가로 설명될 바와 같이, 음극액은 유휴 상태 동안 음극액 격실(410) 내에 유지될 수 있다. 음극액 격실(410)은 제2 이온성 멤브레인(425)에 의해 시폴라이트 격실(415)로부터 분리될 수 있으며, 제2 이온성 멤브레인(425)은, 일부 실시예들에서, 1가 멤브레인일 수 있다. 시폴라이트 격실은 시폴라이트를 가질 수 있으며, 이는 이전에 설명된 바와 같이, 전원과 전기적으로 연결된 불활성 음극(440)을 또한 포함할 수 있는 공간 내에서 유동된다. 따라서, 전원은 챔버의 3개의 격실들을 통해 양극 재료와 불활성 음극(440)을 연결시키는 전압원으로서 동작할 수 있으며, 3개의 격실들 각각은 개별 전해질들 및 이온성 멤브레인들을 통해 함께 전기적으로 연결될 수 있다.
[0048] 도 5는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 보충 조립체(500)의 개략적인 단면도를 도시하는 것으로, 동작 동안의 보충 조립체(400)를 예시할 수 있다. 보충 조립체(500)는 이전에 설명된 시스템들 또는 조립체들의 컴포넌트들 또는 특징들 중 임의의 컴포넌트 또는 특징을 포함할 수 있으며, 위에서 논의된 바와 같이 전기도금 시스템 내에 포함될 수 있다.
[0049] 예시된 바와 같이, 보충 조립체(500)는 양극액 격실(405) 내에 양극액을 포함할 수 있으며, 이는 음극액에 이온들을 보충하는 제1 동작 동안 양극액 격실 섹션의 제1 격실 섹션과 제2 격실 섹션 각각을 통해 유동될 수 있다. 환언하면, 보충을 위한 제1 동작 동안, 펌프(435)는 양극액이 양극액 격실(405)의 제1 격실 섹션으로부터 제2 격실 섹션으로 유동시키도록 제1 설정으로 동작가능할 수 있다. 그런 다음, 예시된 바와 같이, 양극액은 음극액 격실에 인접한 제1 이온성 멤브레인과 접촉할 수 있고, 이로써 음극액을 멤브레인의 반대쪽으로 유동시킬 수 있다. 양극액은 양극액 격실의 제2 격실 섹션을 계속 유동할 수 있고, 스필웨이(438)를 통해서 양극액 격실(405)의 제1 격실 섹션으로 다시 유동될 수 있다. 스필웨이(438)는 디바이더 위로 연장되는 유체 경로로서 동작해서, 동작 동안 연속해서 유동할 수 있는 유체 루프를 생성할 수 있다.
[0050] 도 6은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 보충 조립체(600)의 개략적인 단면도를 도시하는 것으로, 동작 동안의 보충 조립체(400)를 예시할 수 있다. 보충 조립체(600)는 이전에 설명된 시스템들 또는 조립체들의 컴포넌트들 또는 특징들 중 임의의 컴포넌트 또는 특징을 포함할 수 있으며, 위에서 논의된 바와 같이, 전기도금 시스템 내에 포함될 수 있다.
[0051] 예시된 바와 같이, 보충 조립체(600)는 양극액 격실(405) 내에 양극액을 포함할 수 있으며, 이 양극액은, 유휴 상태인 시스템의 제2 동작 동안에 제1 격실 섹션(407) 내에 유지될 수 있고, 양극액 격실(405)의 제2 격실 섹션(409)으로부터는 배수된다. 환언하면, 유휴 또는 대기 상태에서 시스템의 제2 동작 동안에, 펌프(435)는 제2 격실 섹션(409)으로부터 양극액을 배수하고, 이를 양극액 격실(405)의 제1 격실 섹션(407)으로 다시 펌핑하도록, 제1 설정과는 반대일 수 있는, 제2 설정으로 동작가능할 수 있다. 예시된 바와 같이, 제1 격실 섹션(407)은 격실 섹션 내에 추가의 헤드스페이스 부피를 포함할 수 있고, 이로써 제2 격실 섹션(409)의 전체 부피가 양극액 격실의 제1 격실 섹션(407) 내로 다시 펌핑되게 할 수 있다.
[0052] 시폴라이트 격실(415)은 유사하게 유휴 상태 동안 시폴라이트를 배수할 수 있으며, 이는 제2 이온성 멤브레인을 통한 추가적인 구리 이동 및 불활성 음극 상에서의 도금을 방지할 수 있다. 음극액은 음극액 격실 내에 보유될 수 있고, 이는 전기도금 챔버로의 전체 음극액 유체 회로를 가득차게 유지할 수 있으며, 이로써 루프 내의 공기의 유입을 방지할 수 있다. 이러한 구성은, 유휴 상태 동안, 보충 조립체 내의 모든 유체를 분리해서 유지시키는 것을 포함하여 다수의 이익들을 제공할 수 있다. 추가적으로, 제3 이온성 멤브레인으로서 디바이더(430)를 포함할 수 있는 각각의 이온성 멤브레인은 멤브레인의 표면을 따라 전해질과 접촉되면서 유지될 수 있다. 예를 들어, 예시된 바와 같이, 제1 이온성 멤브레인은, 유휴 상태 동안, 음극액과만 접촉되면서 유지될 수 있고, 또한 실질적으로 양극액 없이 또는 본질적으로 양극액 없이 유지될 수 있고, 멤브레인 상에 보유될 수 있는 잔류 양극액의 양은 적게 유지될 수 있다. 이로써, 유휴 시간 기간들 동안 멤브레인이 건조되지 않게 해서, 멤브레인의 균열 및 파손을 방지할 수 있다. 추가적으로, 제1 격실 섹션(407)에 보유된 양극 재료들은 양극액에 완전히 잠긴 상태로 남아있을 수 있고, 이는 산화를 방지할 수 있다. 따라서, 양극액 격실 내에 추가 디바이더를 포함시켜서 양극액 격실의 제2 격실 섹션을 통합시킴으로써, 정체된 유체들이 멤브레인을 가로질러서 이동하는 것을 제한 또는 방지하는 유휴 상태 구성이 생성될 수 있다.
[0053] 도 7을 참조하면, 본 기술의 일부 실시예들에 따른 양극 재료 용기(700)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 이전에 논의된 바와 같이, 구리 펠릿들 또는 금속 이온들을 보충하기 위한 재료와 같은 양극 재료는 양극액이 동작 상태 및 유휴 상태 동안 유지될 수 있는 양극액 격실의 제1 격실 섹션 내에서와 같은, 양극액 격실 내에 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 용기(700)는, 양극 재료가 이온성 멤브레인과 접촉해서 이온성 멤브레인의 찢어짐 또는 다른 천공들을 야기시키는 것을 방지하기 위해서, 양극 재료들을 보유할 수 있는 격실(705)을 포함할 수 있다. 격실(705)은 전면 스크린(710)을 포함할 수 있으며, 이는 동작 동안 양극액이 격실을 유동할 수 있게 한다. 추가적으로, 예시된 바와 같이 격실 내로 전극(715)이 연장될 수 있으며, 이는 양극 재료와의 전기적 소통을 추가로 보장할 수 있다. 예를 들어, 격실(705)은 전기 전도성일 수 있고, 이는 양극 재료가 전원과 전기적으로 접촉하는 것을 보장할 수 있다. 용기(700)는 이전에 설명된 조립체들 또는 구성들 중 임의의 것에 통합될 수 있음을 이해해야 한다.
[0054] 도 8은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 셀 삽입체(800)의 개략적인 사시도를 도시한다. 일부 실시예들에서 셀 삽입체(800)는 음극액 격실 섹션 내에 포함되어서 언제든지 격실을 유동하는 유체의 양을 제한할 수 있다. 유휴 상태 동안, 일정 부피의 음극액이 음극액 격실 내에 보유될 수 있고, 이는 제1 이온성 멤브레인 및 제2 이온성 멤브레인과 접촉할 수 있다. 첨가제들이 여전히 음극액으로부터 멤브레인들로 발산(express)될 수 있으며, 이는 재시작 시에 음극액 내로 모두 재흡수되지 않을 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서 음극액 격실 내에서의 음극액의 부피를 감소시킴으로써, 첨가제들의 추가적인 손실이 제한되거나 방지될 수 있다.
[0055] 셀 삽입체(800)는 이 삽입체를 지나는 복수의 유체 채널(805)들을 포함해서, 하나 이상의 유체 채널들을 정의할 수 있다. 채널(805)들이 형성된 방향으로 셀 삽입체의 양단들을 지나도록 개구(810)들이 형성될 수 있다. 도 9는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 보충 조립체 내의, 예를 들어 이전에 설명된 바와 같이 음극액 격실 내의 셀 삽입체(800)의 개략적인 부분 단면도를 도시한다. 셀 삽입체(800)는 이전에 설명된 조립체들 또는 구성들 중 임의의 조립체 또는 구성에 포함될 수 있음을 이해해야 한다. 예시된 바와 같이, 셀 삽입체(800)는 음극액 격실 내에서 측방향으로 연장되어서, 음극액 유동에 이용가능한 부피를 제한할 수 있다. 일부 실시예들에서, 셀 삽입체(800)는 제1 이온성 멤브레인 또는 제2 이온성 멤브레인 중 하나 또는 둘 모두와 접촉할 수 있지만, 멤브레인의 적절한 습윤을 보장하기 위해서 컴포넌트들 사이에 소량의 유체 공간이 유지될 수 있다. 셀 삽입체의 상부 및 하부 내에 오목 채널(905)이 형성되어서, 개구(810)로의 유체 액세스를 제공할 수 있다. 개구(810)는 오목 채널들로부터, 셀 삽입체를 통해 수직으로 정의된 유체 채널들로 유체를 제공할 수 있다. 본 기술에 따른 셀 삽입체들은 음극액 격실 또는 임의의 다른 격실 내에서의 부피를 약 10% 이상 제한할 수 있으며, 격실 내의 부피를 약 20% 이상, 약 30% 이상, 약 40% 이상, 약 50% 이상, 약 60% 이상, 약 70% 이상, 약 80% 이상, 약 90% 이상, 또는 그 초과만큼 제한할 수 있다.
[0056] 도 10은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 전기도금 시스템을 동작시키는 방법(1000)의 예시적인 동작들을 도시한다. 이 방법은 위에서 설명된 전기도금 시스템들을 포함하는 다양한 프로세싱 시스템들에서 수행될 수 있으며, 이는 보충 조립체(400)와 같은 본 기술의 실시예들에 따른 보충 조립체를 포함할 수 있고, 본 개시내용 전체에 걸쳐 논의된 추가 컴포넌트들 또는 특징들 중 임의의 컴포넌트 또는 특징을 포함할 수 있다. 방법(1000)은 다수의 선택적 동작들을 포함할 수 있으며, 이는 본 기술에 따른 방법들의 일부 실시예들과 구체적으로 연관될 수 있거나 연관되지 않을 수 있다.
[0057] 방법(1000)은, 이전에 설명된 바와 같이 보충 조립체를 포함할 수 있는, 전기도금 시스템을 동작시키기 위한 동작들을 포함할 수 있는 프로세싱 방법을 포함할 수 있다. 방법은, 이 방법(1000)의 개시 이전에 선택적인 동작들을 포함할 수 있거나, 또는 이 방법은 추가 동작들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법(1000)은 예시된 것과는 상이한 순서로 수행되는 동작들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법(1000)은 동작(1010)에서 보충 조립체를 통해 전압을 구동시키는 단계를 포함할 수 있고, 이는 이전에 설명된 조립체들 또는 디바이스들의 컴포넌트들, 특징들, 또는 특성들 중 임의의 컴포넌트, 특징, 또는 특성을 포함하는 3-격실 조립체를 포함할 수 있다. 조립체는 양극액 격실 내에 디바이더를 포함할 수 있으며, 이는, 이전에 설명된 바와 같이, 유휴 동작들을 용이하게 하는 데 사용될 수 있다. 이 방법은 동작(1020)에서 양극 재료의 이온들을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이온들은, 조립체의 음극액 격실을 통해 흐르는 음극액에 제공되거나 보충되는 금속 이온들일 수 있다.
[0058] 일부 실시예들에서, 도금 동작에 이어서, 선택적인 동작(1030)에서, 불활성 음극일 수 있는 음극과 양극 재료 사이에서 전압이 반전될 수 있다. 이것은, 음극액을 거쳐서 시폴라이트로 전달되어 불활성 음극 상에 도금된 임의의 재료가, 다시 도금 용액 내로 제공되고 불활성 음극으로부터는 제거되게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전압 반전 동작들은 규칙적인 간격으로 수행될 수 있다. 연장된 시간 기간 동안 시스템이 실행된 이후에 연장된 전압 반전이 후속할 수 있지만, 일부 실시예들에서, 반전은 더 짧은 시간 기간들 동안 더 규칙적인 간격으로 수행될 수 있다. 이것은 음극액 내에 금속을 유지하는 것을 용이하게 할 수 있고, 덴드라이트(dendrite) 형성이나 또는 양극 재료의 다른 결함을 제한할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 이 반전은 규칙적인 간격들로 수행될 수 있으며, 이는 반전이 표준 동작 사이클들 사이에서 약 60분 이하의 시간 기간 동안 수행되게 할 수 있고, 반전이 약 50분 이하, 약 40분 이하, 약 30분 이하, 약 20분 이하, 약 10분 이하, 또는 그 미만 동안 수행되게 할 수 있다.
[0059] 일부 실시예들에서, 방법들은 시스템의 유휴 상태 이전에 수행될 동작들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 선택적인 동작(1040)에서, 펌프는 양극액 격실의 제2 격실 섹션으로부터 양극 재료가 수용될 수 있는 양극액 격실의 제1 격실 섹션으로 다시 펌핑하도록 동작될 수 있다. 이 펌핑은 제2 격실 섹션으로부터 양극액을 배수시킬 수 있고, 이로써 양극액이 양극액 격실과 음극액 격실 사이에 포지셔닝된 이온성 멤브레인과 유체적으로 접촉하지 못하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이온성 멤브레인은 배수 동안 또는 펌프 아웃 동작 동안 멤브레인 내에 잔류하는 잔류량을 제외하고는, 양극액이 없는 상태로 유지될 수 있다. 본 기술의 실시예들에 따른 보충 모듈들을 이용함으로써, 첨가제 손실을 제한하고 시스템 유휴 기간들과 연관된 난제들을 해결하면서 금속 이온 보충이 용이하게 될 수 있다.
[0060] 이전의 설명에서, 설명을 위해, 본 기술의 다양한 실시예들의 이해를 제공하기 위해 수많은 세부사항들이 설명되었다. 그러나, 이러한 세부사항들 중 일부 없이 또는 추가적인 세부사항들과 함께 특정 실시예들이 실시될 수 있다는 것이 당업자에게는 자명할 것이다. 예컨대, 설명되는 습윤화 기법들로부터 이익을 얻을 수 있는 다른 기판들이 또한, 본 기술과 함께 사용될 수 있다.
[0061] 몇몇 실시예들을 개시했지만, 이 실시예들의 사상을 벗어나지 않으면서, 다양한 수정들, 대안적인 구성들, 및 등가물들이 사용될 수 있다는 것을 당업자들은 인식할 것이다. 추가적으로, 본 기술을 불필요하게 모호하게 하는 것을 방지하기 위해, 다수의 잘 알려진 프로세스들 및 엘리먼트들은 설명하지 않았다. 따라서, 위의 설명은 본 기술의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
[0062] 값들의 범위가 주어진 경우, 그러한 값들의 범위의 상위 한계값과 하위 한계값 사이에 존재하는 각각의 값은, 문맥상 달리 명백히 표시되어 있지 않은 한, 하위 한계값의 최소 자릿수의 단위 값의 10분의 1까지 또한 구체적으로 기재된 것으로 해석된다. 명시된 범위 내의 임의의 명시된 값들 또는 그 범위에 속하는 명시되지 않은 값들과 그러한 명시된 범위 내의 임의의 다른 명시된 값 또는 그 범위에 속하는 다른 값 사이에 존재하는 임의의 소범위가 포함된다. 이러한 소범위의 상위 한계값 및 하위 한계값은 독립적으로 그러한 범위에 포함되거나 그러한 범위에서 제외될 수 있고, 각각의 범위는, 상위 한계값과 하위 한계값 중 하나 또는 둘 모두가 그러한 소범위에 포함되든지, 둘 모두가 그러한 소범위에서 제외되는지 간에, 구체적으로 제외된 임의의 한계값이 명시된 범위에 있는 한, 또한 본 기술에 포함된다. 명시된 범위가 한계값들 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 경우, 그렇게 포함된 한계값들 중 하나 또는 둘 모두를 제외한 범위들이 또한 포함된다. 다수의 값들이 리스트에 제공되는 경우, 이들 값들 중 임의의 값을 포함하거나 또는 이들 값들 중 임의의 값에 기초하는 임의의 범위가 유사하게 구체적으로 개시된다.
[0063] 본원 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들의 표현은 문맥상 명백히 달리 지시되지 않는 한, 복수의 지칭들을 포함한다. 따라서, 예컨대, "재료"에 대한 지칭은 복수의 그러한 재료들을 포함하고, "채널"에 대한 지칭은 당업자에게 알려져 있는 하나 이상의 채널들 및 그 등가물들에 대한 지칭을 포함하는 식이다.
[0064] 또한, "포함하다", "포함하는", "함유하다", "함유하는", "구비하다", 및 "구비하는"이라는 단어들은, 본 명세서에서 및 후속 청구항들에서 사용되는 경우, 명시된 특징들, 인티저(integer)들, 컴포넌트들, 또는 동작들의 존재를 특정하도록 의도되지만, 이들은 하나 이상의 다른 특징들, 인티저들, 컴포넌트들, 동작들, 액트들, 또는 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

Claims (20)

  1. 전기도금 시스템으로서,
    전기도금 챔버; 및
    상기 전기도금 챔버와 유체적으로 연결된 보충 조립체(replenish assembly)를 포함하며,
    상기 보충 조립체는,
    양극 재료(anode material)를 수용하는 제1 격실(compartment) ― 상기 제1 격실은, 상기 양극 재료가 수용되는 제1 격실 섹션 및 디바이더(divider)에 의해 상기 제1 격실 섹션으로부터 분리된 제2 격실 섹션을 가짐 ―,
    상기 전기도금 챔버와 유체적으로 연결되고, 상기 제1 격실과 전기적으로 연결된 제2 격실, 및
    상기 제2 격실과 전기적으로 연결된 제3 격실 ― 상기 제3 격실은 불활성 음극(inert cathode)을 포함함 ― 을 포함하는,
    전기도금 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 양극 재료를 상기 불활성 음극과 연결시키는 전압원(voltage source)을 더 포함하는,
    전기도금 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 격실은 양극액(anolyte)을 포함하고, 상기 제2 격실은 음극액(catholyte)을 포함하며, 상기 제3 격실은 시폴라이트(thiefolyte)를 포함하는,
    전기도금 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제3 격실은 상기 전기도금 챔버와 유체적으로 연결되어서 상기 제3 격실과 상기 전기도금 챔버 사이에서 시폴라이트를 전달하고,
    상기 제2 격실은 상기 전기도금 챔버와 유체적으로 연결되는,
    전기도금 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 격실의 제2 격실 섹션과 상기 제2 격실 사이에 포지셔닝된 제1 이온성 멤브레인(ionic membrane); 및
    상기 제2 격실과 상기 제3 격실 사이에 포지셔닝된 제2 이온성 멤브레인을 더 포함하는,
    전기도금 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 이온성 멤브레인은 1가 멤브레인(monovalent membrane)인,
    전기도금 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 격실의 제1 격실 섹션과 상기 제1 격실의 제2 격실 섹션 사이에 유체적으로 연결된 펌프를 더 포함하는,
    전기도금 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 펌프는, 상기 제1 격실의 제1 격실 섹션으로부터 상기 제1 격실의 제2 격실 섹션으로 양극액을 유동시키도록 제1 설정으로 동작가능한,
    전기도금 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 펌프가 상기 제1 설정으로 동작할 때, 양극액이 상기 제1 격실의 제2 격실 섹션으로부터 상기 제1 격실의 제1 격실 섹션으로 유동하도록, 상기 디바이더 주위로 유체 경로(fluid path)가 정의되는,
    전기도금 시스템.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 펌프는, 상기 제1 격실의 제2 격실 섹션으로부터 상기 양극액을 완전히 배수시키도록 제2 설정으로 동작가능한,
    전기도금 시스템.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 격실에 놓인 삽입체(insert)를 더 포함하며,
    상기 삽입체는 상기 삽입체를 따라 적어도 하나의 유체 채널을 정의하는,
    전기도금 시스템.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 격실의 제1 격실 섹션 내에 배치되고, 상기 양극 재료를 수용하는 격실을 더 포함하는,
    전기도금 시스템.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 디바이더는, 상기 제1 격실의 제1 격실 섹션과 상기 제1 격실의 제2 격실 섹션 사이에서 유동 경로(flow path)를 유체적으로 격리시키는 이온성 멤브레인인,
    전기도금 시스템.
  14. 전기도금 시스템을 동작시키는 방법으로서,
    보충 조립체를 통해 전압을 구동시키는 단계 ― 상기 보충 조립체는,
    제1 격실,
    제2 격실, 및
    제3 격실을 포함하고,
    상기 제1 격실은 양극 재료를 수용하고, 상기 제1 격실은, 상기 양극 재료가 수용되는 제1 격실 섹션 및 디바이더에 의해 상기 제1 격실 섹션으로부터 분리된 제2 격실 섹션을 갖고,
    상기 제2 격실은 전기도금 챔버와 유체적으로 연결되고 상기 제1 격실과 전기적으로 연결되고, 그리고
    상기 제3 격실은 상기 제2 격실과 전기적으로 연결되고, 상기 제3 격실은 불활성 음극을 포함하고, 상기 전압은, 상기 양극 재료로부터 상기 제1 격실의 제1 격실 섹션, 상기 제1 격실의 제2 격실 섹션, 상기 제2 격실, 및 상기 제3 격실을 통해 상기 불활성 음극으로 구동됨 ―; 및
    상기 양극 재료의 이온들을 상기 제2 격실을 통해 유동하는 음극액에 제공하는 단계를 포함하는,
    전기도금 시스템을 동작시키는 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 양극 재료와 상기 불활성 음극 사이에서 상기 전압을 반전시키는 단계; 및
    상기 불활성 음극으로부터 도금된 양극 재료를 제거하는 단계를 더 포함하는,
    전기도금 시스템을 동작시키는 방법.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 격실의 제2 격실 섹션으로부터 상기 제1 격실의 제1 격실 섹션으로 양극액을 펌핑하여, 상기 제1 격실의 제2 격실 섹션을 배수시키는 단계를 더 포함하는,
    전기도금 시스템을 동작시키는 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 보충 조립체는,
    상기 제1 격실의 제2 격실 섹션과 상기 제2 격실 사이에 포지셔닝된 제1 이온성 멤브레인; 및
    상기 제2 격실과 상기 제3 격실 사이에 포지셔닝된 제2 이온성 멤브레인을 더 포함하는,
    전기도금 시스템을 동작시키는 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 펌핑은, 상기 제1 이온성 멤브레인을 상기 음극액과만 유체적으로 접촉하도록 유지시키는,
    전기도금 시스템을 동작시키는 방법.
  19. 전기도금 시스템으로서,
    전기도금 챔버; 및
    상기 전기도금 챔버와 유체적으로 연결된 보충 조립체를 포함하며,
    상기 보충 조립체는,
    양극 재료 및 양극액을 수용하는 제1 격실 ― 상기 제1 격실은, 상기 양극 재료가 수용되는 제1 격실 섹션 및 디바이더에 의해 상기 제1 격실 섹션으로부터 분리된 제2 격실 섹션을 갖고, 상기 제1 격실 섹션과 상기 제2 격실 섹션 사이에 유체 회로(fluid circuit)가 정의됨 ―,
    상기 전기도금 챔버와 유체적으로 연결되고 상기 제1 격실과 전기적으로 연결된 제2 격실 ― 상기 제2 격실은 음극액을 포함함 ―,
    상기 제1 격실의 제2 격실 섹션과 상기 제2 격실 사이에 포지셔닝된 제1 이온성 멤브레인,
    상기 제2 격실과 전기적으로 연결된 제3 격실 ― 상기 제3 격실은 불활성 음극을 포함하고, 상기 제3 격실은 산성 시폴라이트(acid thiefolyte)를 포함함 ―, 및
    상기 제2 격실과 상기 제3 격실 사이에 포지셔닝된 제2 이온성 멤브레인을 포함하는,
    전기도금 시스템.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 디바이더는 제3 이온성 멤브레인인,
    전기도금 시스템.
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