DE60013009T2

DE60013009T2 - Vorrichtung zur Kupfer-Elektroplattierung mit der Möglichkeit einer thermischen Behandlung

Info

Publication number: DE60013009T2
Application number: DE60013009T
Authority: DE
Inventors: Robin Cheung; Ashok K. Sinha; Avi Tepman; Dan Carl
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2020-02-24
Also published as: EP1037263A2; KR20000062731A; JP2001035813A; SG82070A1; EP1037263B1; JP3527169B2; TW500835B; US6136163A; EP1037263A3; KR100386714B1; DE60013009D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich insgesamt auf die Abscheidung einer Metallschicht auf einem Wafer/Substrat. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein elektrochemisches Abscheidungssystem oder ein Elektroplattiersystem zur Ausbildung einer Metallschicht auf einem Wafer/Substrat.
Eine Vielniveau-Metallisierung im Bereich unter einem Viertel μm ist eine der Schlüsseltechnologien für die nächste Generation der Ultraintegration (ULSI). Die Vielniveau-Zwischenverbindungen, die das Herz dieser Technologie bilden, erfordern eine Planarisierung der Zwischenverbindungsformen, die in Öffnungen mit hohem Seitenverhältnis ausgebildet sind, einschließlich der Kontakte, der Kontaktlöcher, der Leitungen und anderer Elemente. Eine zuverlässige Ausbildung dieser Zwischenverbindungsstrukturen ist besonders bedeutend für den Erfolg der ULSI und für die fortgesetzte Anstrengung, die Schaltungsdichte und die Qualität auf einzelnen Substraten und Chips zu steigern.
Mit einer Zunahme der Schaltungsdichten nehmen die Breiten der Kontaktlöcher, der Kontakte und anderer Elemente sowie der dielektrischen Materialien zwischen ihnen weniger als 250 Nanometer ab, während die Dicke der dielektrischen Schichten im Wesentlichen konstant bleibt, mit der Folge, dass die Seitenverhältnisse für die Strukturen, d.h. ihre Höhe geteilt durch ihre Breite, zunimmt. Bei vielen herkömmlichen Abscheidungsprozessen, wie der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) und der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), ist das Füllen von Strukturen schwierig, bei denen das Seitenverhältnis 4:1, und insbesondere 10:1 überschritten wird. Deshalb wird ein hohes Ausmaß der gegenwärtigen Anstrengung auf die Ausbildung von hohlraumfreien Strukturen mit Nanometergröße gerichtet, die hohe Seitenverhältnisse haben, bei denen das Verhältnis der Strukturhöhe zur Strukturbreite 4:1 oder mehr betragen kann. Wenn die Strukturbreiten abnehmen, bleibt außerdem der Vorrichtungsstrom konstant oder nimmt zu mit der Folge einer erhöhten Stromdichte in der Struktur.
Die herkömmlichen Metalle, die zur Bildung von Leitern und Steckern bei der Halbleiterbehandlung verwendet wurden, waren elementares Aluminium (AI) und seine Legierungen aufgrund des erkannten geringen elektrischen spezifischen Widerstands des Aluminium, seiner überlegenen Haftung an Siliciumdioxid (SiO₂), seiner einfachen Musterbildung und der Fähigkeit, es in hochreiner Form zu erhalten. Aluminium hat jedoch einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand als andere, besser leitende Metalle, wie Kupfer, und Aluminium kann auch an einer Elektromigration leiden, was zur Bildung von Hohlräumen in dem Leiter führt.
Kupfer und seine Legierungen haben geringere spezifische Widerstände als Aluminium und einen beträchtlich höheren Elektromigrationswiderstand verglichen mit Aluminium. Diese Eigenschaften sind wesentlich zur Stützung der höheren Stromdichten, die bei hohen Integrationsniveaus auftreten, und erhöhen die Bauelementgeschwindigkeit. Kupfer hat auch eine gute Wärmeleitfähigkeit und ist in hochreinem Zustand verfügbar. Deshalb ist Kupfer dabei, das Auswahlmetall zum Füllen von Zwischenverbindungsstrukturen mit hohem Seitenverhältnis und unter einem Viertel μm auf Halbleitersubstraten zu werten.
Obwohl die Verwendung von Kupfer für die Herstellung von Halbleiterbauelementen erwünscht ist, sind die Auswahlen der Herstellungsverfahren zum Abscheiden von Kupfer auf Strukturen mit sehr großem Seitenverhältnis, wie 4:1, und 0,35 μm (oder weniger) breiten Kontaktlöchern begrenzt. Als Folge dieser Prozessbegrenzungen wird das Plattieren, das früher auf die Herstellung von Leitern auf Leiterplatten begrenzt war, gerade jetzt zum Füllen von Kontaktlöchern und Kontakten auf Halbleiterbauelementen verwendet.
Die Metallelektroplattierung ist allgemein bekannt und lässt sich durch eine Vielzahl von Techniken erreichen. Zu einem typischen Verfahren gehört im Allgemeinen die physikalische Gasphasenabscheidung einer Sperrschicht über den Strukturoberflächen, eine physikalische Gasphasenabscheidung einer leitenden Metallimpfkristallschicht, vorzugsweise Kupfer, auf der Sperrschicht, und dann das Elektroplattieren eines leitenden Metalls über der Impfkristallschicht zum Füllen der/des Struktur/Elements. Schließlich werden die abgeschiedenen Schichten und die dielektrischen Schichten eben gemacht, beispielsweise durch chemisches/mechanisches Polieren (CMP), um eine leitende Zwischenverbindungsstruktur zu bilden.
1 ist eine Querschnittsansicht einer typischen Plattiereinrichtung 10 mit Sprühverteilung, die Kontaktstifte einschließt. Insgesamt weist die Plattiervorrichtung 10 mit Sprüheinrichtung einen Elektrolytbehälter 12 mit einer oberen Öffnung, einem Substrathalter 14, der über dem Elektrolytbehälter 12 angeordnet ist, einer Anode 16, die an einem unteren Abschnitt des Elektrolytbehälters 12 angeordnet ist, sowie einem Kontaktring 20 für einen Kontakt mit dem Substrat 22 auf. In der unteren Fläche des Substrathalters 14 ist eine Vielzahl von Nuten 24 ausgebildet. Mit dem Substrathalter 14 ist eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbunden und steht mit den Nuten 24 in Verbindung, um einen Vakuumzustand zu erzeugen, der in der Lage ist, das Substrat 22 an dem Substrathalter 14 während der Behandlung festzulegen. Der Kontaktring 20 hat eine Vielzahl von metallischen oder semi-metallischen Kontaktstiften 26, die um den Umfangsabschnitt des Substrats 22 verteilt sind und eine zentrale Substratplattierungsfläche bilden. Die Vielzahl der Kontaktstifte 26 erstreckt sich radial nach innen über einen schmalen Umfangsabschnitt des Substrats 22 und berührt eine leitende impfkristallschicht des Substrats 22 an den Spitzen der Kontaktstifte 26. An den Stiften 26 ist eine Stromzuführung (nicht gezeigt) befestigt, um so eine elektrische Vorspannung an dem Substrat 22 bereitzustellen. Das Substrat 22 ist über dem zylindrischen Elektrolytbehälter 12 angeordnet, und der Elektrolytstrom trifft senkrecht auf die Substratplattierungsoberfläche während des Betriebs der Zelle 10.
Obwohl gegenwärtige Elektroplattierzellen, wie die in 1 gezeigte, auf großen Substraten akzeptable Erfolge erzielen, beeinträchtigt eine Anzahl von Hindernissen eine konsistente zuverlässige Elektroplattierung auf Substraten mit Strukturen in Mikrogröße und großem Seitenverhältnis. Zu diesen Hindernissen gehört insgesamt die Bereitstellung einer gleichförmigen Leistungsverteilung und Stromdichte über die Substratplattierungsoberfläche zur Bildung einer Metallschicht mit einer gleichförmigen Dicke, die Unterbindung einer unerwünschten Rand- und Rückseitenabscheidung, um die Verunreinigung am zu behandelnden Substrat sowie an darauf folgenden Substraten zu regulieren, und die Aufrechterhaltung eines Vakuumzustandes, der das Substrat an dem Substrathalter während der Behandlung festlegt. Ferner haben die gegenwärtigen Elektroplattierzellen keinen zufrieden stellenden Durchsatz, um den Anforderungen anderer Behandlungssysteme zu genügen, und sind nicht mit einer flexiblen Bauweise ausgeführt, die für die Aufnahme von zukünftigen Auslegungsregeln und Spaltfüllerfordernissen ausgeweitet werden kann. Außerdem haben gegenwärtige Elektroplattier-Systemplattformen keine mechanische Nachabscheidungsbehandlung, wie beispielsweise eine schnelle thermische Abschreckbehandlung, zur Steigerung der Abscheidungsergebnisse mit der gleichen Systemplattform.
Es bleibt also ein Bedürfnis für ein elektrochemisches Abscheidesystem, das mit einem flexiblen Aufbau ausgeführt ist, das zur Anpassung an zukünftige Bauvorschriften und Spaltfüllerfordernissen erweiterbar ist und das einen zufrieden stellenden Durchsatz hat, um den Erfordernissen anderer Behandlungssysteme zu genügen. Ferner braucht man auch ein elektrochemisches Abscheidesystem, das eine gleichförmige Leistungsverteilung und Stromdichte über der Substratplattierungsoberfläche hat, um eine Metallschicht auszubilden, die eine gleichförmige Dicke hat, und um einen Vakuumzustand aufrechtzuerhalten, der das Substrat an dem Substrathalter während der Behandlung festlegt. Erwünscht ist bei dem System, eine unerwünschte Rand- und Rückseitenabscheidung zu unterbinden und/oder zu entfernen, um die Verunreinigung des in Behandlung befindlichen Substrats sowie von darauf folgenden Substraten zu steuern. Ferner möchte man ein elektrochemisches Abscheidesystem mit einer elektrochemischen Abscheidungsnachbehandlung, beispielsweise eine schnelle Wärmebehandlung, um die Abscheidungsergebnisse zu steigern.
Die US 5,092,975 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Metallplattierung.
Weiterhin wird Bezug auf die zum Stand der Technik gehörenden Dokumente US-a-5,324,684 und US-A-4,519,846 genommen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein elektrochemisches Abscheidesystem bereit, das mit einem flexiblen Aufbau ausgeführt ist, das zur Anpassung an zukünftige Bauvorschriften und Spaltfüllerfordernisse erweiterbar ist und das einen ausreichenden Durchsatz hat, um den Bedürfnissen anderer Behandlungssysteme zu genügen. Die vorliegende Erfindung stellt ein elektrochemisches Abscheidesystem

a) mit einem Hauptrahmen, der einen Hauptrahmen-Waferüberführungsrobot aufweist,
b) mit einer Ladestation, die in Verbindung mit dem Hauptrahmen angeordnet ist,
c) mit einem oder mehreren elektrischen Behandlungszellen, die in dem Hauptrahmen angeordnet sind, und
d) mit einer Elektrolytzufuhr bereit, die mit der einen oder den mehreren elektrischen Behandlungszellen in Fluidverbindung steht, wobei das Abscheidesystem weiterhin
e) eine Dreh-Spül-Trocknungs-(SRD-)Kammer, die zwischen der Ladestation und dem Hauptrahmen angeordnet ist, und
f) eine Wärmebehandlungskammer aufweist, die angrenzend an die Ladestation angeordnet ist.

Vorzugsweise hat das elektrochemische Abscheidesystem eine Systemsteuerung, die für die Steuerung des elektrochemischen Abscheideprozesses und der Bauelemente des elektrochemischen Abscheidesystems ausgelegt ist, wozu die schnelle Wärmebehandlungskammer gehört, die angrenzend an die Ladestation angeordnet ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein elektrochemisches Abscheidesystem bereitgestellt, das eine gleichförmige Leistungsverteilung und Stromdichte über der Substratplattierungsoberfläche hat, um eine Metallschicht mit gleichförmiger Dicke zu bilden und um einen Vakuumzustand aufrechtzuerhalten, der das Substrat an dem Substrathalter während der Behandlung festlegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektrochemisches Abscheidesystem bereitgestellt, bei dem eine unerwünschte Rand- und Rückseitenabscheidung verhindert und/oder entfernt wird, um die Verunreinigung an dem in Behandlung befindlichen Substrat sowie an darauf folgenden Substraten zu steuern.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine elektrochemische Abscheidungsnachbehandlung bereitgestellt, beispielsweise eine schnelle Wärmebehandlung, um die Abscheidungsergebnisse zu steigern. Die Vorrichtung für die schnelle Wärmebehandlung hat vorzugsweise eine schnelle Wärmebehandlungskammer, die angrenzend an die Ladestation des elektrochemischen Abscheidesystems angeordnet ist.
Damit die Art und Weise, auf die die oben angegebenen Merkmale, Vorteile und Ziele der vorliegenden Erfindung erreicht werden, im Einzelnen verstanden werden können, wird eine speziellere Beschreibung der vorstehend kurz zusammengefassten Erfindung unter Bezug auf ihre Ausführungsformen angegeben, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind.
Es ist jedoch zu erwähnen, dass die beiliegenden Zeichnungen nur typische Ausführungsformen dieser Erfindung darstellen und deshalb nicht als eine Beschränkung ihres Umfangs anzusehen sind, da die Erfindung auch bei anderen gleich wirkenden Ausgestaltungen eingesetzt werden kann.
1 ist eine Schnittansicht einer vereinfachten, typischen Sprühplattiereinrichtung 10 mit Kontaktstiften.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Plattform 200 eines Elektroplattiersystem nach der Erfindung.
3 ist eine schematische Ansicht einer Plattform 200 eines Elektroplattiersystems nach der Erfindung.
4 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Dreh-Spül-Trocknungs-(SRD-)Moduls der vorliegenden Erfindung mit Einlässen für das Spül- und Lösungsfluid.
5 ist eine geschnittene Seitenansicht des Dreh-Spül-Trocknungs-(SRD-)Moduls von 4 und zeigt ein Substrat vertikal zwischen den Fluideinlässen in einer Behandlungsposition angeordnet.
6 ist eine Schnittansicht einer Elektroplattierbehandlungszelle 400 nach der Erfindung.
7 ist eine perspektivische Teilschnittansicht eines Kathodenkontaktrings.
8 ist eine perspektivische Schnittansicht des Kathodenkontaktrings, wobei eine alternative Ausgestaltung von Kontaktinseln gezeigt ist.
9 ist eine perspektivische Schnittansicht des Kathodenkontaktrings, wobei eine alternative Ausgestaltung der Kontaktinseln und einer Isolierdichtung gezeigt ist.
10 ist eine perspektivische Schnittansicht des Kathodenkontaktrings, wobei die Isolierdichtung gezeigt ist.
11 ist ein vereinfachtes Schema der das Elektroplattiersystem darstellenden elektrischen Schaltung durch jeden Kontaktstift.
12 ist eine Schnittansicht einer Waferanordnung 450 nach der Erfindung.
12A ist eine vergrößerte Schnittansicht des die Blase aufweisenden Bereichs von 12.
13 ist eine Teilschnittansicht einer Waferhalteplatte.
14 ist eine Teilschnittansicht eines Verteilers.
15 ist eine Teilschnittansicht einer Blase.
16 ist ein Schema eines Elektrolyt-Nachfüllsystems.
17 ist eine Schnittansicht einer schnellen Wärmebehandlungskammer.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Plattform 200 eines Elektroplattiersystems nach der Erfindung. 3 ist eine schematische Ansicht einer Plattform 200 eines E lektroplattiersystems nach der Erfindung. Beiden beiden 2 und 3 hat die Plattform 200 des Elektroplattiersystems insgesamt eine Ladestation 210, eine Wärmebehandlungskammer 211, eine Dreh-Spül-Trocknungs-(SRD-)Station 212 und einen Hauptrahmen 214. Die Plattform 200 des Elektroplattiersystems ist vorzugsweise in eine Reinumgebung unter Verwendung von Platten, wie Plexiglastafeln, eingeschlossen. Der Hauptrahmen 214 hat insgesamt eine Hauptrahmen-Überführungsstation 216 und eine Vielzahl von Behandlungsstationen 218. Jede Behandlungsstation 218 hat eine oder mehrere Behandlungszellen 240. Angrenzend an die Plattform 200 des Elektroplattiersystems ist ein Elektrolyt-Nachfüllsystem 220 angeordnet und einzeln an die Behandlungszellen 240 angeschlossen, damit für den Elektroplattierprozess verwendeter Elektrolyt umläuft. Die Plattform 200 des Elektroplattiersystems hat auch ein Steuersystem 222, das gewöhnlich einen programmierbaren Mikroprozessor aufweist.
Die Ladestation 210 hat vorzugsweise ein oder mehrere Waferkassetten-Aufnahmebereiche 224, einen oder mehrere Ladestations-Überführungsroboter 228 und wenigstens eine Waferausrichteinrichtung 230. Die Anzahl der Waferkassetten-Aufnahmebereiche, der Ladestations-Überführungsroboter 228 und der Waferausrichteinrichtungen in der Ladestation 210 kann entsprechend dem gewünschten Durchsatz des Systems gestaltet werden. Wie für eine Ausführungsform in 2 und 3 gezeigt ist, hat die Ladestation 210 zwei Waferkassetten-Aufnahmebereiche 224, zwei Ladestations-Überführungsroboter 228 und eine Waferausrichteinrichtung 230. An dem Waferkassetten-Aufnahmebereich 224 wird eine Wafer 234 enthaltende Waferkassette 232 geladen, um Wafer 234 in die Plattform des Elektroplattiersystems einzuführen. Der Ladestations-Überführungsroboter 228 überführt Wafer 234 zwischen der Waferkassette 232 und der Waferausrichteinrichtung 230. Der Ladestations-Überführungsroboter 228 hat einen typischen Überführungsrobot, der beim Stand der Technik gemeinhin bekannt ist. Die Waferausrichteinrichtung 230 positioniert jeden Wafer 234 in einer gewünschten Ausrichtung, um zu gewährleisten, dass der Wafer richtig behandelt wird. Der Ladestations-Überführungsroboter 228 überführt auch Wafer 234 zwischen der Ladestation 210 und der SRD-Station 212 sowie zwischen der Ladestation 210 und der Wärmebehandlungskammer 211.
4 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Dreh-Spül-Trocknungs-(SRD-)Moduls der vorliegenden Erfindung mit Einlässen für das Spül- und Lösefluid. 5 ist eine geschnittene Seitenansicht des Dreh-Spül-Trocknungs-(SRD-)Moduls von 4 und zeigt ein Substrat in einer Behandlungsposition in vertikaler Anordnung zwischen den Fluideinlässen. Vorzugsweise hat die SRD-Station 212 ein oder mehrere SRD-Module 236 und ein oder mehrere Waferdurchgangskassetten 238. Vorzugsweise weist die SRD-Station 212 zwei SRD-Module 236 entsprechend der Anzahl der Ladestations-Überführungsroboter 228 auf, während eine Waferdurchgangskassette 238 über jedem SRD-Modul 236 angeordnet ist. Die Waferdurchgangskassette 238 erleichtert die Waferüberführung zwischen der Ladestation 210 und dem Hauptrahmen 214. Die Waferdurchgangskassette 238 bietet einen Zugang zu und von sowohl dem Ladestations-Überführungsroboter 228 als auch einem Roboter in der Hauptrahmen-Überführungsstation 216.
Gemäß 4 und 5 hat das SRD-Modul 238 einen Boden 330a und eine Seitenwand 330b sowie eine obere Abschirmung 330c, die zusammen eine SRD-Modulmandel 330d bilden, wobei die Abschirmung an der Seitenwand sitzt und dazu beiträgt, die Fluide in dem SRD-Modul zu halten. Alternativ kann auch ein entfernbarer Deckel verwendet werden. Ein in dem SRD-Modul angeordneter Sockel 236 hat einen Sockelträger 232 und eine Sockelbetätigungseinrichtung 334. Der Sockel 336 trägt das Substrat 338 (in 5 gezeigt) auf der oberen Sockelfläche während der Behandlung. Die Sockelbetätigungseinrichtung 334 dreht den Sockel, um das Substrat zu drehen, und hebt den Sockel, wie nachstehend beschrieben, an und senkt ihn ab. Das Substrat kann an Ort und Stelle auf dem Sockel durch eine Vielzahl von Klemmen 334 gehalten werden. Die Klemmen schwenken mit der Zentrifugalkraft und greifen an dem Substrat vorzugsweise in der Randausschlusszone des Substrats an. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung greifen die Klemmen an dem Substrat nur dann an, wenn das Substrat sich von dem Sockel während der Behandlung abhebt. Es können auch Vakuumkanäle (nicht gezeigt) sowie andere Halteelemente verwendet werden. Der Sockel hat eine Vielzahl von Sockelarmen 336a und 336b, so dass das Fluid durch die zweite Düse auf einen so großen Oberflächenbereich auf der unteren Oberfläche des Substrats treffen kann, wie praktisch ist. Ein Auslass 339 ermöglicht das Entfernen von Fluid aus dem SRD-Modul. Die Ausdrücke "unter", "über", "Boden", "Oberseite", "auf", "ab", "oberer" und "unterer" sowie andere hier verwendete Positionsausdrücke sind bezogen auf die Ausführungsformen in den Figuren gezeigt und können abhängig von der relativen Ausrichtung der Behandlungsvorrichtung variiert werden.
Mit einem Ventil 347a ist eine erste Leitung 346 verbunden, durch die ein erstes Fluid 347 strömt. Die Leitung können ein Schlauch, ein Rohr, eine Röhre oder andere Fluid enthaltende Leitungen sein. Das Ventil 347a steuert den Strom des ersten Fluids 347 und kann aus einer Vielzahl von Ventilen ausgewählt werden, zu denen ein Nadel-, Kugel-, Schmetterlings- oder andere Ventilarten gehören, und können eine Ventilbetätigungseinrichtung, wie einen Magneten, aufweisen, der über eine Steuerung 362 gesteuert werden kann. Die Leitung 346 ist an einen ersten Fluideinlass 340 angeschlossen, der über dem Substrat angeordnet ist und einen Halteabschnitt 342 für die Befestigung an dem SRD-Modul und einen Befestigungsabschnitt 344 für die Befestigung an der Leitung 346 aufweist. Der erste Fluideinlass ist mit einer einzigen ersten Düse 348 für die Abgabe eines ersten Druckfluids 347 auf die obere Fläche des Substrats gezeigt. Es können jedoch auch mehrere Düsen verwendet werden, und es können mehrere Fluideinlässe um den inneren Umfang des SRD-Moduls herum angeordnet werden. Über dem Substrat angeordnete Düsen sollten vorzugsweise außerhalb des Substratdurchmessers angeordnet sein, um die Gefahr zu verringern, dass die Düsen auf das Substrat tropfen lassen. Der erste Fluideinlass kann an einer Vielzahl von Positionen angebracht werden, einschließlich durch einen Deckel, der über dem Substrat angeordnet ist. Zusätzlich kann die Düse in eine Vielzahl von Positionen unter Verwendung eines Schwenkelements 343, beispielsweise eines Universalgelenks, schwenken.
Ähnlich wie die erste Leitung und die oben beschriebenen zugehörigen Elemente ist eine zweite Leitung 352 an ein Steuerventil 349a und einen zweiten Fluideinlass 350 mit einer zweiten Düse 351 angeschlossen. Der zweite Fluideinlass 350 ist unter dem Substrat und mit einem Winkel nach oben gezeigt, um ein zweites Fluid unter das Substrat durch die zweite Düse 351 zu leiten. Ähnlich wie bei dem ersten Fluideinlass kann der zweite Fluideinlass eine Vielzahl von Düsen, eine Vielzahl von Fluideinlässen und Anbringpositionen sowie eine Vielzahl von Ausrichtungen einschließlich der Verwendung des Schwenkelements 353 aufweisen. Jeder Fluideinlass kann sich in das SRD-Modul an einer Vielzahl von Positionen erstrecken. Wenn man beispielsweise einen Strom mit einem bestimmten Winkel haben möchte, der zurück zum SRD-Modulumfang längs des Randes des Substrats gerichtet ist, können sich die Düsen radial nach innen erstrecken, und die Abgabe aus den Düsen kann zurück zu dem SRD-Modulumfang gerichtet werden.
Die Steuerung 362 kann die beiden Fluide und ihre jeweiligen Durchsätze, ihren Druck und ihre zeitliche Abstimmung sowie jede zugehörige Ventiltätigkeit und den Drehzyklus (die Drehzyklen) steuern. Die Steuerung kann entfernt angeordnet sein, beispielsweise in einer Steuertafel oder einem Steuerraum, wobei die Installation mit Fernbetätigungseinrichtungen gesteuert wird. Eine alternative Ausführung, die gestrichelt gezeigt ist, hat einen mit der ersten Leitung 346 verbundenen zusätzlichen Fluideinlass 346a mit einer Leitung 346b und einem Steuerventil 346c, das dazu benutzt werden kann, ein Spülfluid auf die Rückseite des Substrats strömen zu lassen, nachdem das Auflösungsfluid strömen gelassen worden ist, ohne dass das Substrat neu ausgerichtet oder der Strom durch den zweiten Fluideinlass auf ein Spülfluid umgeschaltet zu werden braucht.
Bei einer Ausführungsform ist das Substrat mit der Abscheidefläche in dem SRD-Modulmantel nach oben weisend angeordnet. Wie nachstehend erläutert wird, strömt bei einer solchen Anordnung durch den ersten Fluideinlass insgesamt ein Spülfluid, gewöhnlich entionisiertes Wasser oder Alkohol. Die Rückseite des Substrats ist entsprechend nach unten weisend angeordnet, so dass das durch den zweiten Fluideinlass strömende Fluid ein auflösendes Fluid ist, beispielsweise eine Säure, wozu Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Fluorwasserstoffsäure oder andere auflösende Flüssigkeiten oder Fluide gehören, was von dem zu lösenden Material abhängt. Alternativ sind das erste Fluid und das zweite Fluid beide Spülfluide, wie entionisiertes Wasser oder Alkohol, wenn der gewünschte Prozess darin besteht, das behandelte Substrat zu spülen.
In Betrieb befindet sich der Sockel in einer angehobenen Stellung, die in 4 gezeigt ist, und ein Roboter (nicht gezeigt) ordnet das Substrat mit der Frontseite nach oben auf dem Sockel an. Der Sockel senkt das Substrat in eine Behandlungsposition ab, in der das Substrat vertikal zwischen den ersten und zweiten Fluideinlässen angeordnet ist. Gewöhnlich dreht die Sockelbetätigungseinrichtung den Sockel zwischen etwa 5 bis etwa 4000 UpM, wobei ein typischer Bereich zwischen etwa 20 und etwa 2000 UpM für ein Substrat von 200 mm liegt. Die Rotation führt dazu, dass das untere Ende 337a der Klemmen nach außen um die Schwenkachse 337b herum zu dem Umfang der SRD-Modulseitenwand aufgrund der Zentrifugalkraft gedreht wird. Die Klemmendrehung zwingt das obere Ende 337c der Klemme nach innen und nach unten, um das Substrat 338 in seiner Position auf dem Sockel 336 zu zentrieren und zu halten, vorzugsweise längs des Substratrandes. Die Klemmen können in Position gedreht werden, ohne das Substrat zu berühren, und halten das Substrat in Position auf dem Sockel nur, wenn sich das Substrat merklich vom Sockel während der Behandlung abhebt. Bei mit dem Sockel drehenden Substrat wird ein Spülfluid auf die Substratfrontseite durch den ersten Fluideinlass 340 abgegeben. Das zweite Fluid, beispielsweise eine Säure, wird auf die rückseitige Oberfläche durch den zweiten Fluideinlass abgegeben, um jegliche unerwünschte Abscheidungen zu entfernen. Das Lösungsfluid reagiert chemisch mit dem abgeschiedenen Material und löst es auf und spült dann das Material von der Substratrückseite und anderen Bereiche weg, wo sich unerwünschte Abscheidungen befinden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Spülfluid so eingestellt, dass es mit einem größeren Mengenstrom strömt als das auflösende Fluid, um die Frontseite des Substrats vor dem auflösenden Fluid zu schützen. Die ersten und zweiten Fluideinlässe sind für eine optimale Leistung abhängig von der Größe des Substrats, den jeweiligen Durchsätzen, den Spülmustern und von Menge und Art der zu entfernenden Abscheidungen neben anderen Faktoren angeordnet. In manchen Fällen kann das Spülfluid zu dem zweiten Fluideinlass geleitet werden, nachdem ein auflösendes Fluid die unerwünschten Abscheidungen aufgelöst hat, um die Rückseite des Substrats zu spülen. In anderen Fällen kann ein zusätzlicher Fluideinlass, der für ein Strömenlassen von Spülfluid auf die Rückseite des Substrats angeschlossen ist, dazu verwendet werden, den Rest des auflösenden Fluids von der Rückseite wegzuspülen. Nach dem Spülen der Vorderseite und/oder der Rückseite des Substrats wird der Strom des Fluids (der Fluide) unterbrochen, während sich der Sockel weiterdreht, und das Substrat gedreht, wodurch die Oberfläche wirksam getrocknet wird.
Das Fluid/die Fluide wird/werden insgesamt in einem Sprühmuster abgegeben, das abhängig von dem speziellen gewünschten Düsensprühmuster variiert werden kann und dafür ein Gebläse, ein Strahl, konische und andere Muster vorgesehen werden können. Ein Sprühmuster für das erste und zweite Fluid durch die jeweiligen Fluideinlässe, wenn das erste Fluid ein Spülfluid ist, ist ein Gebläsemuster mit einem Druck von etwa 10 bis etwa 15 Ibs/in² (psi) und einem Durchsatz von etwa 1 bis etwa 3 Gallonen pro Minute (gpm) für einen 200-mm-Wafer.
Die Erfindung kann auch dazu verwendet werden, die unerwünschten Abscheidungen längs des Rands des Substrats zu entfernen, um eine Randausschlusszone zu erzeugen. Durch Einstellung der Ausrichtung und der Anordnung der Düsen, der Durchsätze der Fluide, der Drehzahl des Substrats und der chemischen Zusammensetzung der Fluide können unerwünschte Abscheidungen von dem Rand und/oder der Randausschlusszone des Substrats ebenfalls entfernt werden. Indem im Wesentlichen eine Auflösung des abgeschiedenen Materials an der Vorderseitenfläche verhindert wird, kann dies nicht notwendigerweise den Rand oder die Randausschlusszone des Substrats einschließen. Die Unterbindung einer Auflösung des abgeschiedenen Materials auf der Vorderseitenfläche soll auch wenigstens das Unterbinden einer solchen Auflösung einschließen, so dass die Vorderseite mit dem abgeschiedenen Material nicht über einen kommerziellen Wert hinaus beeinträchtigt wird.
Ein Verfahren zum Erzielen des Lösungsprozesses an der Randausschlusszone besteht darin, die Scheibe mit einer geringeren Drehzahl zu drehen, beispielsweise etwa 100 bis etwa 1000 UpM, während das Lösungsfluid auf die Rückseite des Substrats abgegeben wird. Die Zentrifugalkraft bewegt das Lösungsfluid zum Rand des Substrats und bildet eine Fluidschicht um den Rand herum aufgrund der Oberflächenspannung des Fluids, so dass das Lösungsfluid von der Rückseite zur Vorderseite in dem Randbereich des Substrats überlappt. Die Drehzahl des Substrats und der Durchsatz des Lösungsfluids können dazu verwendet werden, das Ausmaß der Überlappung auf die Vorderseite zu bestimmen. Beispielsweise führt eine Verringerung der Drehzahl oder eine Erhöhung des Durchsatzes zu einer geringeren Fluidüberlappung auf gegenüberliegenden Seiten, beispielsweise der Vorderseite. Zusätzlich können der Durchsatz und der Strömungswinkel des zur Vorderseite abgegebenen Spülfluids so eingestellt werden, dass die Schicht des Lösungsfluids auf den Rand und/oder die Vorderseite des Substrats versetzt wird. In einigen Fällen kann das Lösungsfluid am Anfang ohne Spülfluid verwendet werden, um ein Entfernen vom Rand und/oder der Randausschlusszone zu erreichen, worauf der Spül-/Auflösprozess der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, folgt.
Das SRD-Modul 238 ist zwischen der Ladestation 210 und dem Hauptrahmen 214 angeordnet. Der Hauptrahmen 214 hat insgesamt eine Hauptrahmen-Überführungsstation 216 und eine Vielzahl von Behandlungsstationen 218. Gemäß 2 und 3 hat der Hauptrahmen 214, wie gezeigt, zwei Behandlungsstationen 218, von denen jede zwei Behandlungszellen 240 aufweist. Die Hauptrahmen-Überführungsstation 216 hat einen Hauptrahmen-Überführungsroboter 242. Vorzugsweise hat der Hauptrahmen-Überführungsroboter 242 eine Vielzahl von einzelnen Robotarmen 244, die einen unabhängigen Zugang der Wafer in den Behandlungsstationen 218 und den SRD-Stationen 212 vorsehen. Wie in 3 gezeigt ist, hat der Hauptrahmen-Überführungsroboter 242 zwei Robotarme 244 entsprechend der Anzahl von Behandlungszellen 240 pro Behandlungsstation 218. Jeder Robotarm 244 hat ein Robotblatt 246 zum Halten eines Wafers während einer Waferüberführung. Vorzugsweise ist jeder Robotarm 244 unabhängig von dem anderen Arm betätigbar, um unabhängige Überführungen von Wafern in dem System zu erleichtern. Alternativ arbeiten die Robotarme 244 in verbundener Weise so, dass ein Robotarm ausfährt, wenn der andere Robotarm eingezogen wird.
Vorzugsweise hat die Hauptrahmen-Überführungsstation 216 einen Wenderobot 248, der die Überführung eines Wafers aus einer Position auf dem Robotblatt 246 des Hauptrahmen-Überführungsroboters 242 mit Fläche nach oben in eine Position mit Fläche nach unten für eine Behandlungszelle 24 erleichtert, welche die Behandlung des Wafers mit Fläche nach unten erfordert. Der Wenderobot 248 hat einen Hauptkörper 250, der sowohl Vertikal- als auch Drehbewegungen bezogen auf eine vertikale Achse des Hauptkörpers 250 ausführt, und einen Wenderobotarm 252, der eine Drehbewegung längs einer horizontalen Achse längs des Wenderobotarms 252 ausführt. Vorzugsweise hält ein Vakuumsauggreifer 254, der am distalen Ende des Wenderobotarms 252 angeordnet ist, den Wafer, wenn der Wafer gewendet und von dem Wenderobot 248 überführt wird. Der Wenderobot 248 positioniert einen Wafer 234 in der Behandlungszelle 240 für die Behandlung mit Fläche nach unten. Die Einzelheiten der Elektroplattierbehandlungszelle nach der Erfindung werden nachstehend erörtert.
6 ist eine Schnittansicht einer Elektroplattier-Behandlungszelle 400 nach der Erfindung. Die Elektroplattier-Behandlungszelle 400, wie sie in 6 gezeigt ist, ist die gleiche wie die Elektroplattier-Behandlungszelle 240, wie sie in den 2 und 3 gezeigt ist. Die Behandlungszelle 400 hat insgesamt eine Kopfanordnung 410, eine Behandlungsausrüstung 420 und einen Elektrolytsammler 440. Der Elektrolytsammler 440 ist vorzugsweise an dem Körper 442 des Hauptrahmens 214 über eine Öffnung 443 befestigt, die die Stelle für die Anordnung der Behandlungsausrüstung 420 bildet. Der Elektrolytsammler 440 hat eine Innenwand 446, eine Außenwand 448 und einen Boden 447, der die Wände verbindet. Durch den Boden 447 des Elektrolytsammlers 440 hindurch ist ein Eletrolytauslass 449 angeordnet und mit dem Elektrolyt-Nachfüllsystem 220 (in 2 gezeigt) über Rohre, Schläuche, Röhren oder andere Fluidüberführungs-Verbindungseinrichtungen verbunden.
Die Kopfanordnung 410 ist an einem Kopfanordnungsrahmen 452 angebracht. Der Kopfanordnungsrahmen 452 hat einen Halteposten 454 und einen Kragarm 456. Der Haltepfosten 454 ist auf dem Körper 442 des Hauptrahmens 214 montiert, und der Kragarm 456 erstreckt sich seitlich von einem oberen Teil des Haltepfostens 454. Vorzugsweise sieht der Haltepfosten 454 eine Drehbewegung bezogen auf eine vertikale Achse längs des Haltepfostens vor, um eine Drehung der Kopfanordnung 410 zu ermöglichen. Die Kopfanordnung 410 ist an einer Halteplatte 460 befestigt, die am distalen Ende des Kragarms 456 angeordnet ist. Das untere Ende des Kragarms 456 ist mit einer Kragarm-Betätigungseinrichtung 457 verbunden, beispielsweise einem Druckluftzylinder, der an dem Haltepfosten 454 angebracht ist. Die Kragarm-Betätigungseinrichtung 457 sorgt für eine Schwenkbewegung des Kragarms 456 bezogen auf die Verbindung zwischen dem Kragarm 456 und dem Haltepfosten 454. Wenn die Kragarm-Betätigungseinrichtung 457 eingezogen ist, bewegt der Kragarm 456 die Kopfanordnung 410 von der Behandlungsausrüstung 420 weg und bildet den Abstand, der erforderlich ist, um die Behandlungsausrüstung 420 aus der Elektroplattier-Prozesszelle 400 zu entfernen und/oder auszutauschen. Wenn die Kragarm-Betätigungseinrichtung 457 ausgefahren ist, bewegt der Kragarm 456 die Kopfanordnung 410 zu der Behandlungsausrüstung 420, um den Wafer in der Kopfanordnung 410 in einer Behandlungsposition anzuordnen.
Die Kopfanordnung 410 hat insgesamt eine Waferhalteanordnung 450 und eine Waferanordnungs-Betätigungseinrichtung 458. Die Waferanordnungs-Betätigungseinrichtung 458 ist auf der Halteplatte 460 angebracht und hat einen Kopfanordnungsschaft 462, der sich nach unten durch die Halteplatte 460 erstreckt. Das untere Ende des Kopfanordnungsschaftes 462 ist mit der Waferhalteanordnung 450 verbunden, um die Waferhalteanordnung 450 in einer Behandlungsposition und in einer Waferladeposition anzuordnen.
Die Waferhalteanordnung 450 hat insgesamt einen Waferhalter 464 und einen Kathodenkontaktring 466. 7 ist ein Querschnitt durch eine Ausführungsform eines Kathodenkontaktrings 466 der vorliegenden Erfindung. Insgesamt hat der Kontaktring 466 einen Ringkörper mit einer Vielzahl von daran angeordneten leitenden Elementen. Der Ringkörper ist aus einem Isoliermaterial hergestellt, um die Vielzahl von leitenden Elementen elektrisch zu isolieren. Der Körper und die leitenden Elemente bilden zusammen eine diametral innere Substratsitzfläche, die während der Behandlung ein Substrat trägt und einen Strom daran bereitstellt.
Wie in 7 im Einzelnen gezeigt ist, hat der Kontaktring 466 insgesamt eine Vielzahl von leitenden Elementen 765, die wenigstens teilweise innerhalb eines ringförmigen Isolierkörpers 770 angeordnet sind. Der gezeigte Isolierkörper 770 hat einen Flansch 762 und einen sich nach unten neigenden Schulterabschnitt 764, der zu der Substratsitzfläche 768 führt, die sich unter dem Flansch 762 so befindet, dass der Flansch 762 und die Substratsitzfläche 768 in versetzten und im Wesentlichen parallelen Ebenen liegen. Dadurch kann der Flansch 762 eine erste Ebene bilden, während die Substratsitzfläche 768 eine zweite Ebene parallel zur ersten Ebene bildet, wobei die Schulter 764 zwischen den beiden Ebenen angeordnet ist. Der Kontaktringaufbau von 7 soll jedoch lediglich veranschaulichend sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Schulterabschnitt 764 einen steileren Winkel einschließlich eines im Wesentlichen vertikalen Winkels haben, so dass er im Wesentlichen senkrecht sowohl zum Flansch 762 als auch zu der Substratsitzfläche 768 ist. Alternativ kann der Kontaktring 466 im Wesentlichen eben sein, wodurch der Schulterabschnitt 764 beseitigt ist. Aus den nachstehend beschriebenen Gründen hat eine bevorzugte Ausführungsform jedoch den in 6 gezeigten Schulterabschnitt 764 oder eine Abänderung davon.
Die leitenden Elemente 765 werden von einer Vielzahl von äußeren elektrischen Kontaktinseln 780, die ringförmig auf dem Flansch 762 angeordnet sind, von einer Vielzahl von inneren elektrischen Kontaktinseln 772, die auf einem Teil der Substratsitzfläche 768 angeordnet sind, und von einer Vielzahl von eingebetteten leitenden Verbindungen 776 gebildet, die die Inseln 772, 780 miteinander verbinden. Die leitenden Elemente 765 sind voneinander durch den Isolierkörper 770 getrennt, der aus Kunststoff, wie Polyvinylidenfluorid (PVDF), Perfluoralkoxyharz (PFA), Teflon^TM und Tefzel^TM, oder irgendeinem anderen Isoliermaterial, wie Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder einer anderen Keramik, hergestellt sein kann. Die äußeren Kontaktinseln 780 sind mit einer Stromversorgung (nicht gezeigt) verbunden, um Strom und Spannung an die inneren Kontaktinseln 772 über die Verbindungseinrichtungen 776 während der Behandlung zu liefern. Die inneren Kontaktinseln 772 führen ihrerseits den Strom und die Spannung einem Substrat zu, indem ein Kontakt um einen Umfangsteil des Substrats herum aufrechterhalten wird. Somit wirken in Betrieb die leitenden Elemente 765 als diskrete Strombahnen, die elektrisch mit dem Substrat verbunden sind.
Mit einer guten Plattierung stehen ein niedriger spezifischer Widerstand und umgekehrt eine hohe Leitfähigkeit in direkter Beziehung. Um einen niedrigen spezifischen Widerstand zu gewährleisten, sind die leitenden Elemente 765 vorzugsweise aus Kupfer (Cu), Platin (Pt), Tantal (Ta), Titan (Ti), Gold (Au), Silber (Ag), rostbeständigem Stahl oder aus anderen leitenden Materialien hergestellt. Ein geringer spezifischer Widerstand und ein geringer Kontaktwiderstand können auch dadurch erreicht werden, dass die leitenden Elemente 765 mit einem leitenden Material beschichtet werden. So können beispielsweise die leitenden Elemente 765 aus Kupfer (spezifischer Widerstand für Kupfer beträgt etwa 2 × 10^–8 Ω·m) hergestellt und mit Platin (spezifischer Widerstand für Platin beträgt etwa 10,6 × 10^–8 Ω·m) beschichtet werden. Beschichtungen, wie Tantalnitrid (TaN), Titannitrid (TiN), Rhodium (Rh), Au, Cu oder Ag auf leitenden Basismaterialien, wie rostbeständigem Stahl, Molybdän (Mo), Cu und Ti sind ebenfalls möglich. Da außerdem die Kontaktinseln 772, 780 typisch getrennte Einheiten sind, die an die leitenden Verbindungseinrichtungen 776 gebunden sind, können die Kontaktinseln 772, 780 ein Material, wie Cu, und die leitenden Elemente 765 ein anderes Material, wie rostbeständigen Stahl, aufweisen. Die Inseln 772, 780 und/oder die leitenden Verbindungseinrichtungen 776 können mit einem leitenden Material beschichtet werden. Da die Plattierwiederholbarkeit von einer Oxidation nachteilig beeinflusst werden kann, die als Isolator wirkt, haben zusätzlich die inneren Kontaktinseln 772 vorzugsweise ein Material, das gegen Oxidation widerstandsfähig ist, wie Pt, Ag oder Au.
Zusätzlich zur Funktion als Kontaktmaterial hängt der gesamte Widerstand jeder Schaltung von der Geometrie oder der Form der inneren Kontaktinseln 772 und der Kraft ab, die durch den Kontaktring 466 zugeführt wird. Diese Faktoren bilden einen engen Widerstand R_CR an der Trennfläche der inneren Kontaktinseln 772 und der Substratsitzfläche 768 aufgrund Rauigkeiten zwischen den beiden Oberflächen. Wenn die angelegte Kraft erhöht wird, wird insgesamt auch die scheinbare Fläche gesteigert. Die scheinbare Fläche steht ihrerseits in einer inversen Beziehung zu R_CR derart, dass eine Vergrößerung der scheinbaren Fläche einen verringerten R_CR ergibt. Zur Minimierung des Gesamtwiderstands wird deshalb bevorzugt, die Kraft zu maximieren. Die im Betrieb angelegte Maximalkraft ist durch die Streckgrenze eines Substrats begrenzt, das bei einer übermäßigen Kraft und den daraus resultierenden Druck beschädigt werden kann. Da jedoch der Druck in einer Beziehung sowohl zur Kraft als auch zur Fläche steht, hängt die maximal erträgliche Kraft von der Geometrie der inneren Kontaktinseln 772 ab. Während die Kontaktinseln 772 eine ebene obere Fläche, wie in 7, haben können, können somit vorteilhaft auch andere Formen verwendet werden. Beispielsweise sind in 8 und 9 zwei bevorzugte Formen gezeigt. 8 zeigt eine Schneidkantenkontaktinsel, während 9 eine halbkugelige Kontaktinsel zeigt. Der Fachmann erkennt leicht andere Formen, die vorteilhaft eingesetzt werden können. Eine vollständigere Erörterung der Beziehung zwischen Kontaktgeometrie, Kraft und Widerstand ist in Ney Contact Manual, von Kenneth E. Pitney, The J. M. Ney Company, 1973, angegeben, das hier in seiner Gesamtheit als Referenz einbezogen wird.
Die Anzahl der Verbindungseinrichtungen 776 kann abhängig von der speziellen Anzahl der gewünschten Kontaktinseln 772 (in 7 gezeigt) variiert werden. Für ein Substrat von 200 mm sind vorzugsweise wenigstens vierundzwanzig Verbindungseinrichtungen 776 mit gleichem Abstand über 360° angeordnet. Wenn die Anzahl der Verbindungseinrichtungen einen kritischen Wert erreicht, wird aber die Nachgiebigkeit des Substrats bezogen auf den Kontaktring 466 nachteilig beeinflusst. Obwohl mehr als vierundzwanzig Verbindungseinrichtungen 776 verwendet werden können, kann die Kontaktgleichförmigkeit schließlich abhängig von der Topographie der Kontaktinseln 772 und der Substratsteifigkeit abnehmen. Obwohl weniger als vierundzwanzig Verbindungseinrichtungen 776 verwendet werden können, wird in gleicher Weise der Stromfluss zunehmend beschränkt und lokalisiert, was zu schlechten Plattierungsergebnissen führt. Da die Abmessungen der vorliegenden Erfindung zur Anpassung an eine spezielle Anwendung leicht geändert werden können (beispielsweise an eine Substrat mit 300 mm), kann die optimale Anzahl zur Änderung der Messungen und Ausführungen leicht bestimmt werden.
Wie in 10 gezeigt ist, hat die Substratsitzfläche 768 eine Isolierdichtung 782, die auf den Isolierkörper 770 angeordnet ist und sich diametral nach innen zu den inneren Kontaktinseln 772 erstreckt, um den Innendurchmesser des Kontaktrings 466 zu bilden. Die Isolierdichtung 782 erstreckt sich vorzugsweise leicht über die inneren Kontaktinseln 772 (beispielsweise wenige Tausendstel Zoll) und weist vorzugsweise ein Elastomer, wie Viton^TM, Teflon^TM, Bunakautschuk und dergleichen auf. Wenn der Isolierkörper 770 auch ein Elastomer aufweist, kann die Isolierdichtung 782 aus dem gleichen Material bestehen. Bei der letzteren Ausführung können die Isolierdichtung 782 und der Isolierkörper 770 monolithisch sein, d.h. als ein einziges Stück ausgebildet werden. Die Isolierdichtung 782 ist jedoch vorzugsweise vom Isolierkörper 770 getrennt, so dass sie für einen Austausch oder eine Reinigung leicht entfernt werden kann.
Während 10 eine bevorzugte Ausgestaltung der Isolierdichtung 782 zeigt, bei der die Isolierdichtung vollständig in dem Isolierkörper 770 sitzt, zeigen 8 und 9 eine alterna tive Ausführungsform. Bei der letzteren Ausführungsform ist der Isolierkörper 770 teilweise spanend abgehoben, um die obere Oberfläche des Verbindungselements 776 freizulegen, und die Isolierdichtung 782 ist darauf angeordnet. Dadurch steht die Isolierdichtung 782 mit einem Teil des Verbindungselements 776 in Kontakt. Dieser Aufbau erfordert den Einsatz von weniger Material für die inneren Kontaktinseln 772, was vorteilhaft sein kann, wenn Materialkosten beträchtlich sind, beispielsweise wenn die inneren Kontaktinseln 772 aus Gold bestehen. Der Fachmann erkennt weitere Ausgestaltungen, die nicht vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abweichen.
Während der Behandlung hält die Isolierdichtung 782 Kontakt mit einem Umfangsteil der Substratplattierungsoberfläche und wird zusammengedrückt, um eine Abdichtung zwischen dem verbleibenden Kathodenkontaktring 466 und dem Substrat zu bilden. Die Dichtung verhindert, dass der Elektrolyt mit dem Rand und der Rückseite des Substrats in Kontakt kommt. Wie oben erwähnt, ist es erforderlich, eine saubere Kontaktoberfläche aufrechtzuerhalten, um eine hohe Plattierwiederholbarkeit zu erreichen. Frühere Kontaktringauslegungen gaben keine beständigen Plattierergebnisse, da sich die Kontaktoberflächentopographie mit der Zeit veränderte. Der Kontaktring der vorliegenden Erfindung beseitigt oder minimiert zumindest Abscheidungen, die sich ansonsten an den inneren Kontaktinseln 772 ansammeln und ihre Eigenschaften ändern würden, wodurch eine in hohem Maße wiederholbare, konsistente und gleichförmige Plattierung quer über der Substratplattierungsoberfläche erzeugt wird.
11 ist ein vereinfachtes Schaltschema, das die mögliche Ausgestaltung der elektrischen Schaltung für den Kontaktring 466 wiedergibt. Für die Bereitstellung einer gleichförmigen Stromverteilung zwischen den leitenden Elementen 765 ist ein Außenwiderstand 700 in Reihe mit jedem der leitenden Elemente 765 geschaltet. Vorzugsweise ist der Widerstandswert des Außenwiderstands 700 (dargestellt als R_EXT) viel größer als der Widerstand irgendeiner anderen Schaltungskomponente. Wie in 11 gezeigt ist, wird die elektrische Schaltung durch jedes leitende Elemente 765 dargestellt durch den Widerstand einer jeden der Komponenten, die in Reihe zu der Leistungsversorgung 702 geschaltet sind. R_E stellt den Widerstand des Elektrolyten dar, der typischerweise abhängig von der Entfernung zwischen der Anode und dem Kathodenkontaktring und der Zusammensetzung der Elektrolytchemie ist. R_A stellt den Widerstand des Elektrolyten angrenzend an die Substratplattierungsoberfläche 754 dar. R_S ist der Widerstand der Substratplattieroberfläche 754, und R_C ist der Widerstand der leitenden Elemente 765 der Kathode plus dem Engewiderstand, der sich an der Trennfläche zwischen den inneren Kontaktinseln 772 und der Substratplattierschicht 754 ergibt. Insgesamt ist der Widerstandswert des Außenwiderstands (R_EXT) wenigstens so groß wie ΣR (wobei ΣR gleich der Summe R_E, R_A, R_S und R_C) ist. Vorzugsweise ist der Widerstandswert des Außenwiderstands (R_EXT) viel größer als ΣR, so dass ΣR vernachlässigbar ist und der Widerstand jeder Reihenschaltung sich R_EXT annähert.
Gewöhnlich ist eine Leistungszuführung mit allen äußeren Kontaktinseln 780 des Kathodenkontaktrings 466 verbunden, was Parallelschaltungen durch die inneren Kontaktinseln 772 hindurch ergibt. Wenn sich jedoch der Trennflächenwiderstand zwischen innerer Kontaktinsel zu Substrat mit jeder innerer Kontaktinseln 772 ändert, fließt mehr Strom, und somit ergibt sich eine stärkere Plattierung an der Stelle des geringsten Widerstands. Durch Anordnen eines Außenwiderstands in Reihe zu jedem leitenden Element 765 wird jedoch der Wert oder die Größe des elektrischen Stroms, der durch jedes leitende Element 765 geht, hauptsächlich durch den Wert des Außenwiderstands gesteuert. Als Folge beeinträchtigen die Änderungen der elektrischen Eigenschaften zwischen jeder der inneren Kontaktinseln 772 die Stromverteilung auf dem Substrat nicht, und es stellt sich über der Plattierungsfläche eine gleichförmige Stromdichte ein, die zu einer gleichförmigen Plattierungsdichte beiträgt. Die Außenwiderstände sehen auch eine gleichförmige Stromverteilung zwischen unterschiedlichen Substraten einer Prozesssequenz vor.
Obwohl der Kontaktring 466 der vorliegenden Erfindung so ausgelegt ist, dass er einem Abscheidungsaufbau auf den inneren Kontaktinseln 772 widersteht, kann der Substrat-Kissen-Trennflächenwiderstand bei mehreren Substratplattierungszyklen zunehmen und schließlich einen nicht akzeptablen Wert erreichen. An den Außenwiderstand 700 kann ein elektronischer Sensor/Alarm 704 angelegt werden, um die Spannung/den Strom an dem Außenwiderstand zu überwachen, um dieses Problem anzugehen. Wenn die Spannung/der Strom an dem Außenwiderstand 700 außerhalb eines vorgegebenen Betriebsbereichs fällt, ist dies ein Zeichen für einen hohen Substrat-Kissen-Widerstand, so dass der Sensor/Alarm 704 Korrekturmaßnahmen auslöst, beispielsweise das Unterbrechen des Plattierungsprozesses, bis die Probleme durch eine Bedienungsperson korrigiert sind. Alternativ kann eine gesonderte Leistungszuführung an jedes der leitenden Elemente 765 angeschlossen und gesondert gesteuert und überwacht werden, um eine gleichförmige Stromverteilung über dem Substrat zu bilden. Zum Modulieren des Stromflusses kann ein sehr intelligentes System (VSS) verwendet werden. Das VSS hat gewöhnlich eine Verarbeitungseinheit und irgendeine Kombination von in der Industrie bekannten Bauelementen, die dazu verwendet werden, den Strom zuzuführen und/oder zu steuern, beispielsweise variable Widerstände, getrennte Leistungszuführungen usw. Wenn sich die physikalisch-chemischen und somit elektrischen Eigenschaften der inneren Kontaktinseln 772 mit der Zeit ändern, verarbeitet und analysiert das VSS die Rückkoppelungsdaten. Die Daten werden mit vorher eingestell ten Sollwerten verglichen, und das VSS macht dann geeignete Strom- und Spannungsänderungen, um eine gleichförmige Abscheidung zu gewährleisten.
Vorzugsweise gemäß 6 und 12 ist der Waferhalter 464 über dem Kathodenkontaktring 466 angeordnet und hat eine Blasenanordnung 470, die Druck für die Rückseite eines Wafers bereitstellt und einen elektrischen Kontakt zwischen der Waferplattierungsoberfläche und dem Kathodenkontaktring 466 gewährleistet. Die aufblähbare Blasenanordnung 470 ist auf einer Waferhalteplatte 832 angeordnet. An einer unteren Fläche der Waferhalteplatte 832 ist eine Blase 836 angeordnet und somit gegenüber und angrenzend an die Kontakte auf Kathodenkontaktring 466 angeordnet, wobei das Substrat 821 dazwischen liegt. Eine Fluidquelle 838 führt der Blase 836 ein Fluid, beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit zu, damit sich die Blase 836 in sich ändernden Ausmaßen aufblähen kann.
Anhand von 12, 12A und 13 werden nun die Einzelheiten der Blasenanordnung 470 erörtert. Die Waferhalteplatte 832 ist als im Wesentlichen scheibenförmig gezeigt mit einer ringförmigen Aussparung 840, die auf einer Unterseite ausgebildet ist, und mit einem zentral angeordneten Vakuumkanal 841. In der Waferhalteplatte 832 sind ein oder mehrere Einlässe 842 ausgeführt und führen in den relativ erweiterten ringförmigen Haltekanal 843 und die ringförmige Aussparung 840. Für die Bereitstellung eines Fluids verbinden Schnellschlussschläuche 844 die Fluidquelle 838 mit den Einlässen 842. Der Vakuumkanal 841 ist vorzugsweise an einem Vakuum/Druck-Pumpsystem 859 befestigt, um selektiv an der Rückseite des Substrats 821 einen Druck aufzubringen oder ein Vakuum zu erzeugen. Das Pumpsystem 859, das in 12 gezeigt ist, hat eine Pumpe 845, ein Umschaltventil 847 und eine Saugstrahlpumpe 849 (üblicherweise bekannt als Venturi-Rohr). Eine Saugstrahlpumpe, die bei der vorliegenden Erfindung in vorteilhafterweise eingesetzt werden kann, ist bei SMC Pneumatics, Inc., Indianapolis, Indiana, erhältlich. Die Pumpe 845 kann eine im Handel erhältliche Druckgasquelle sein und ist mit einem Ende eines Schlauchs 851 verbunden, dessen anderes Ende mit dem Vakuumkanal 841 verbunden ist. Der Schlauch 851 ist in eine Druckleitung 853 und eine Vakuumleitung 855 aufgeteilt, in der die Saugstrahlpumpe 849 angeordnet ist. Der Fluidstrom wird durch das Umschaltventil 847 gesteuert, das wahlweise auf eine Verbindung mit der Pumpe 845 zwischen der Druckleitung 853 und der Vakuumleitung 855 schaltet. Vorzugsweise hat das Umschaltventil eine Aus-Einstellung, wodurch Fluid abgehalten wird, in jede Richtung durch den Schlauch 851 zu strömen. In dem Schlauch 851 ist ein Abschaltventil 861 angeordnet, das verhindert, dass Fluid aus der Druckleitung 855 stromauf durch die Saugstrahlpumpe 849 strömt. Die gewünschte Fluidstromrichtung wird durch Pfeile angezeigt.
Der Fachmann kommt leicht auf andere Anordnungen, die nicht vom Umfang und dem Rahmen der vorliegenden Erfindung abweichen. Wenn die Fluidquelle 838 beispielsweise eine Gaseinspeisung ist, kann sie mit dem Schlauch 851 verbunden werden, wodurch die Notwendigkeit für eine gesonderte Druckgaszufuhr, beispielsweise die Pumpe 845, entfällt. Außerdem können eine gesonderte Gaszuführung und Vakuumpumpe die Rückseite mit Druck und Vakuumzustand versorgen. Obwohl bevorzugt wird, sowohl einen Druck als auch ein Vakuum an der Rückseite vorzusehen, kann eine vereinfachte Ausführungsform eine Pumpe vorsehen, die in der Lage ist, nur ein Rückseitenvakuum bereitzustellen. Wie jedoch nachstehend erläutert wird, kann die Abscheidungsgleichförmigkeit verbessert werden, wenn ein Rückseitendruck während der Behandlung vorgesehen wird. Deshalb wird eine Anordnung wie die oben beschriebene mit einer Saugstrahlpumpe und einem Umschaltventil bevorzugt.
Gemäß 12A und 14 ist ein im Wesentlichen kreisringförmiger Verteiler 846 in der ringförmigen Aussparung 840 angeordnet. Der Verteiler 846 hat eine Halteschiene 852, die zwischen einer Innenschulter 848 und einer Außenschulter 850 angeordnet ist. Die Halteschiene 852 ist so ausgelegt, dass sie wenigstens teilweise in den ringförmigen Haltekanal 843 eingeführt werden kann. Eine Vielzahl von in den Verteiler 846 ausgebildeten Fluidauslässen 854 sorgt für eine Verbindung zwischen den Einlässen 842 und der Blase 836. In dem ringförmigen Verteilerkanal 843 sind in Ausrichtung mit dem Einlass 842 und dem Auslass 854 Dichtungen 837, wie O-Ringe, angeordnet und durch die Waferhalteplatte 832 festgelegt, um eine luftdichte Abdichtung zu gewährleisten. Herkömmliche Befestigungseinrichtungen (nicht gezeigt), wie Schrauben, können dazu verwendet werden, den Verteiler 846 an der Waferhalteplatte 832 über zusammenwirkende Gewindebohrungen (nicht gezeigt) festzulegen, die in dem Verteiler 846 und in der Waferhalteplatte 832 ausgebildet sind.
In 15 ist die Blase 836 im Schnitt als langgestrecktes, im Wesentlichen halbrohr-förmiges Materialteil gezeigt, das Ringlippendichtungen 856 oder Nollen an jedem Rand hat. In 12A sind die Lippendichtungen 856 angeordnet an der Innenschulter 848 und der Außenschulter 850 gezeigt. Ein Teil der Blase 836 ist gegen die Wände der ringförmigen Aussparung 840 durch den Verteiler 846 gedrückt, der eine Breite hat, die etwas kleiner ist (beispielsweise wenige Millimeter) als die ringförmige Aussparung 840. Der Verteiler 846, die Blase 836 und die ringförmige Aussparung 840 wirken so zur Bildung einer Fluidabdichtung zusammen. Zur Verhinderung eines Fluidverlustes besteht die Blase 836 vorzugsweise aus einem für Fluid undurchlässigen Material, wie Siliconkautschuk oder irgendeinem vergleichbaren Elastomer, das bezüglich des Elektrolyten chemisch inert ist und eine zuverlässige Elastizität hat. Erforderlichenfalls kann eine entsprechende Abdeckung 857 über der Blase 836, wie in 15 gezeigt, vorgesehen werden, die mittels eines Klebstoffs oder durch Thermobond befestigt ist. Die Abdeckung 857 weist vorzugsweise ein Elastomer, wie Viton^TM, Buna-Kautschuk oder dergleichen auf, das beispielsweise durch Kevlar^TM verstärkt sein kann. Bei einer Ausführungsform bestehen die Abdeckung 857 und die Blase 836 aus dem gleichen Material. Die Abdeckung 857 wird insbesondere dann verwendet, wenn die Blase 836 einem Reißen ausgesetzt ist. Alternativ kann die Dicke der Blase 836 einfach bei ihrer Herstellung vergrößert werden, um die Wahrscheinlichkeit eines Durchstichs zu verringern.
Die genaue Anzahl von Einlässen 842 und Auslässen 854 kann entsprechend der speziellen Anwendung variiert werden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Während 12 zwei Einlässe mit entsprechenden Auslässen zeigt, kann beispielsweise eine alternative Ausführungsform einen einzigen Fluideinlass verwenden, der der Blase 836 Fluid zuführt.
Im Einsatz wird das Substrat 821 in das Behältergehäuse 802 gebracht, indem es an der Unterseite der Waferhalteplatte 832 befestigt wird. Dies wird durch Einsatz des Pumpsystems 159 zum Evakuieren des Raums zwischen dem Substrat 821 und der Waferhalteplatte 832 über den Kanal 841 erreicht, wodurch ein Vakuumzustand erzeugt wird. Dann wird die Blase 836 aufgeblasen, indem ein Fluid, wie Luft oder Wasser, aus der Fluidquelle 838 den Einlässen 842 zugeführt wird. Das Fluid wird in die Blase 836 über die Verteilerauslässe 854 abgegeben, wodurch das Substrat 821 gleichförmig gegen die Kontakte des Kathodenkontaktrings 466 gedrückt wird. Dann wird der Elektroplattierprozess ausgeführt. Anschließend wird ein Elektrolyt in die Behandlungsausrüstung 420 zu dem Substrat 821 gepumpt, um mit der freiliegenden Substratplattierungsoberfläche 820 in Kontakt zu kommen. Die Leistungseinspeisung sorgt für eine negative Vorspannung an der Substratplattierungsfläche 820 über den Kathodenkontaktring 466. Wenn der Elektrolyt über die Substratplattierungsoberfläche 820 strömen gelassen wird, werden Ionen in der elektrolytischen Lösung zur Oberfläche 820 angezogen und auf der Oberfläche 820 zur Bildung des gewünschten Films abgeschieden.
Aufgrund ihrer Flexibilität verformt sich die Blase 836 und gleicht die Rauigkeiten der Substratrückseiten aus und kontaktiert den Kathodenkontaktring 466, wodurch eine Fehlausrichtung zu dem leitenden Kathodenkontaktring 466 abgemildert wird. Die nachgiebige Blase 836 verhindert, das der Elektrolyt die Rückseite des Substrats 821 verunreinigt, indem am Umfangsabschnitt einer Rückseite des Substrats 821 eine Fluidabdichtung hergestellt wird. Wenn die Blase einmal aufgeblasen ist, wirkt ein gleichförmiger Druck nach unten auf den Kathodenkontaktring 466, wodurch eine im Wesentlichen gleiche Kraft an allen Punkten erreicht wird, wo das Substrat 821 und der Kathodenkontaktring 466 eine Trennfläche haben. Die Kraft kann als Funktion des durch die Fluidquelle 838 zugeführten Drucks variiert werden. Weiterhin ist die Wirksamkeit der Blasenanordnung 470 nicht von der Ausgestaltung des Kathodenkontakts 466 abhängig. Während 12 eine Stiftausgestaltung mit einer Vielzahl von gesonderten Kontaktpunkten zeigt, kann der Kathodenkontaktring 466 auch eine durchgehende Fläche haben.
Da die an das Substrat 821 durch die Blase 836 abgegebene Kraft variabel ist, können Einstellungen für den Stromfluss ausgeführt werden, der durch den Kontaktring 466 eingespeist wird. Wie oben beschrieben, kann sich auf dem Kathodenkontaktring 466 eine Oxidschicht bilden und so wirken, dass der Stromfluss beschränkt wird. Eine Erhöhung des Drucks der Blase 836 kann jedoch der Stromflussbeschränkung aufgrund Oxidation entgegenwirken. Wenn der Druck erhöht wird, wird die anpassungsfähige Oxidschicht gefährdet, was einen überlegenen Kontakt zwischen dem Kathodenkontaktring 466 und dem Substrat 821 ergibt. Die Effektivität der Blase 836 kann in ihrer Kapazität dadurch verbessert werden, dass die Geometrie des Kathodenkontaktrings 466 geändert wird. Beispielsweise ist es für eine Schneidkantengeometrie wahrscheinlicher, die Oxidschicht leichter zu durchdringen als eine stumpf abgerundete oder flache Kante.
Die Fluiddichtung, die durch die aufgeblähte Blase 836 erzeugt wird, erlaubt zusätzlich der Pumpe 845, ein Rückseitenvakuum oder einen Druck entweder selektiv oder kontinuierlich vor, während und nach der Behandlung aufrechtzuerhalten. Insgesamt läuft die Pumpe 845 jedoch nur zur Aufrechterhaltung eines Vakuums während der Überführung von Substraten zu und aus der Elektroplattierbehandlungszelle 400, weil es sich gezeigt hat, dass die Blase 836 in der Lage ist, den Rückseitenvakuumzustand während der Behandlung ohne fortlaufendes Pumpen aufrechtzuerhalten. Während des Aufblasens der Blase 836, wie es oben beschrieben ist, wird somit gleichzeitig der Rückseitenvakuumzustand durch Abtrennen des Pumpsystems 859 freigegeben, beispielsweise durch Wahl einer AUS-Stellung an dem Umschaltventil 847. Das Lösen des Pumpsystems 859 kann ein deutlicher oder ein allmählicher Prozess sein, wodurch der Vakuumzustand verringert wird. Das Herunterfahren ermöglicht einen gesteuerten Austausch zwischen der aufgeblähten Blase 836 und dem gleichzeitigen abnehmenden Rückseitenvakuumzustand. Dieser Austausch kann von Hand oder durch einen Rechner gesteuert werden.
Wie oben beschrieben, ist das fortlaufende Rückseitenvakuumabpumpen, während die Blase 836 aufgebläht ist, nicht erforderlich und kann tatsächlich das Substrat 820 dazu bringen, sich aufzubauchen oder zu verwerten, was zu unerwünschten Abscheidungsergebnissen führt. Es kann jedoch erwünscht sein, einen Rückseitendruck an dem Substrat 820 vorzusehen, um einen "Biege"-Effekt des zu behandelnden Substrats herbeizuführen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass das Biegen zu einer überlegenen Abscheidung führt. Das Pumpsystem 859 ist somit in der Lage, selektiv einen Vakuum- oder Druckzustand an der Substratrückseite bereitzustellen. Für einen Wafer mit 200 mm wird ein Druck bis zu 5 psi zum Biegen des Substrats bevorzugt. Da Substrate gewöhnlich ein bestimmtes Ausmaß an Biegsamkeit haben, verursacht ein Rückseitendruck ein Biegen des Substrats oder das Annehmen einer konvexen Form bezogen auf den Aufwärtsstrom des Elektrolyten. Der Biegungsgrad ist entsprechend dem von dem Pumpsystem 859 eingespeisten Druck variabel.
Der Fachmann erkennt leicht andere Ausführungen, die unter die vorliegende Erfindung fallen. Während 12A eine bevorzugte Blase 836 mit einer Oberfläche zeigt, die ausreicht, einen relativ kleinen Umfangsabschnitt der Substratrückseite auf einem Durchmesser abzudecken, der im Wesentlichen dem des Kathodenkontaktrings 466 gleich ist, kann die Blasenanordnung 470 beispielsweise geometrisch variiert werden. Somit kann die Blasenanordnung unter Verwendung von mehr für Fluid undurchlässigem Material gebaut werden, um eine gesteigerte Oberfläche des Substrats 821 abzudecken.
Bei der in 6 im Querschnitt gezeigten Elektroplattierungs-Behandlungszelle 400 ist die Waferhalteanordnung 450 über der Behandlungsausrüstung 420 angeordnet. Die Behandlungsausrüstung 420 hat insgesamt einen Mantel 430, ein Behältergehäuse 472, eine Anodenanordnung 474 und einen Filter 476. Vorzugsweise ist die Anodenanordnung 474 unter dem Behältergehäuse 472 angeordnet und an einem unteren Teil des Behältergehäuses 472 befestigt, während der Filter 476 zwischen der Anodenanordnung 474 und dem Behältergehäuse 472 angeordnet ist. Das Behältergehäuse 472 ist vorzugsweise ein zylindrisches Gehäuse aus einem elektrisch isolierenden Material, wie Keramik, Kunststoff, Plexiglas (Acryl), Lexan, PVC, CPVC und PVDF. Alternativ kann das Behältergehäuse 472 aus einem Material wie rostfreiem Stahl, Nickel und Titan, hergestellt sein, das mit einer Isolierschicht, wie Teflon, PVDF, Kunststoff, Kautschuk oder anderen Kombinationen von Materialien beschichtet ist, die sich in dem Elektrolyten nicht auflösen und die elektrisch von den Elektroden isoliert werden können (d.h. der Anode und der Kathode des Elektroplattiersystems). Das Behältergehäuse 472 ist vorzugsweise in der Größe angepasst, um der Waferplattieroberfläche und der Form des zu behandelnden Wafers durch das System zu entsprechen, gewöhnlich mit einer Kreis- oder Rechtecksform. Eine bevorzugte Ausgestaltung des Behälterkörpers 472 hat ein zylindrisches Keramikrohr mit einem Durchmesser, der etwa die gleiche Abmessung hat oder etwas größer ist als der Waferdurchmesser. Die Erfinder haben festgestellt, dass die Drehbewegung, die typischerweise bei typischen Elektroplattiersystemen erforderlich ist, nicht benötigt wird, um gleichförmige Plattierungsergebnisse zu erreichen, wenn die Größe des Behältergehäuses etwa der Größe der Waferplattierungsoberfläche entspricht.
Ein oberer Teil des Behältergehäuses 472 erstreckt sich radial nach außen unter Bildung eines ringförmigen Wehrs 478. Das Wehr 478 erstreckt sich über die Innenwand 446 des Elektrolytsammlers 440 und ermöglicht es, dass der Elektrolyt in den Elektrolytsammler 440 strömt. Die obere Fläche des Wehrs 478 ist vorzugsweise an die untere Fläche des Kathodenkontaktrings 466 angepasst. Vorzugsweise hat die obere Fläche des Wehrs 478 einen inneren ringförmigen ebenen Teil 480, einen mittleren geneigten Teil 482 und einen äußeren geneigten Teil 484. Wenn ein Wafer in der Behandlungsposition angeordnet ist, befindet sich die Waferplattierfläche über der zylindrischen Öffnung des Containergehäuses 472, und es wird ein Spalt für einen Elektrolytstrom zwischen der unteren Fläche des Kathodenkontaktrings 466 und der oberen Fläche des Wehrs 478 ausgebildet. Die untere Fläche des Kathodenkontaktrings 466 ist über dem inneren ebenen Teil 480 und dem mittleren geneigten Teil des Wehrs 478 angeordnet. Der äußere geneigte Abschnitt 484 ist nach unten geneigt, um den Strom des Elektrolyten in den Elektrolytsammler 440 zu erleichtern.
Ein unterer Teil des Behältergehäuses 472 erstreckt sich radial nach außen zur Bildung eines unteren ringförmigen Flansches 486 zum Festlegen des Behältergehäuses 472 an den Mantel 430. Die Außenabmessung (d.h. der Umfang) des ringförmigen Flansches 486 ist kleiner als die Abmessungen der Öffnung 444 und des Innenumfangs des Elektrolytsammlers 440, um das Entfernen und den Austausch der Behandlungsausrüstung 420 von der Elektroplattier-Prozesszelle 400 zu ermöglichen. Vorzugsweise ist eine Vielzahl von Bolzen 488 fest an dem ringförmigen Flansch 486 angeordnet und erstreckt sich nach unten durch angepasste Bolzenlöcher an dem Mantel 430. Eine Vielzahl von lösbaren Befestigungsmuttern 490 befestigt die Behandlungsausrüstung 420 auf dem Mantel 430. Zwischen dem Behältergehäuse 472 und dem Mantel 430 ist eine Dichtung 487, beispielsweise ein elastomerer O-Ring, radial innerhalb der Bolzen 488 angeordnet, um einen Leckstrom von der Behandlungsausrüstung 420 zu verhindern. Die Kombination aus Muttern und Bolzen erleichtert ein schnelles und einfaches Entfernen und Austauschen der Bauelemente der Behandlungsausrüstung 420 während einer Wartung.
Der Filter 476 ist vorzugsweise an der unteren Öffnung des Behältergehäuses 472 befestigt und deckt sie vollständig ab, während die Anodenanordnung 474 unter dem Filter 476 angeordnet ist. Zwischen dem Filter 476 und der Anodenanordnung 474 ist ein Distanzstück 492 angeordnet. Vorzugsweise sind der Filter 476, das Distanzstück 492 und die Anodenanordnung 474 an der unteren Fläche des Behältergehäuses 472 unter Verwendung von lösbaren Befestigungseinrichtungen, wie Schrauben und/oder Bolzen, befestigt. Alternativ sind der Filter 476, das Distanzstück 492 und die Anodenanordnung 474 lösbar an dem Mantel 430 festgelegt.
Die Anodenanordnung 474 hat vorzugsweise eine selbstverzehrende Anode, die als Metallquelle in dem Elektrolyten dient. Alternativ weist die Anodenanordnung 474 eine sich nicht selbst verzehrende Anode auf, und das Metall für die Elektroplattierung wird in dem Elektrolyten von dem Elektrolyt-Nachfüllsystem 600 zugeführt. Wie in 6 gezeigt ist, ist die Anodenanordnung 474 ein in sich geschlossener Modul mit einem porösen Anodenmantel 494, der vorzugsweise aus dem gleichen Metall wie das Metall für die Elektroplattierung, beispielsweise Kupfer, hergestellt ist. Alternativ besteht der Anodenmantel 494 aus porösen Materialien, wie Keramik oder polymeren Membranen. In dem Anodenmantel 494 ist ein lösbares Metall 496, wie hochreines Kupfer für die elektrochemische Abscheidung von Kupfer, angeordnet. Ein lösbares Metall 496 besteht vorzugsweise aus Metallteilchen, Drähten oder perforiertem Blech. Der poröse Anodenmantel 494 wirkt auch als Filter, der die durch die Auflösung des Metalls erzeugten Teilchen in dem Anodenmantel 494 hält. Im Vergleich zu einer sich nicht selbst verzehrenden Anode sieht die selbstverzehrende (d.h. auflösbare) Anode einen von einer Gaserzeugung freien Elektrolyten vor und reduziert die Notwendigkeit auf ein Minimum, das Metall in dem Elektrolyten konstant nachzufüllen.
In den Anodenmantel 494 wird ein Anodenelektrodenkontakt 498 für eine elektrische Verbindung einer Leistungseinspeisung mit dem lösbaren Metall 496 eingeführt. Vorzugsweise besteht der Anodenelektrodenkontakt 498 aus einem leitenden Material, das in dem Elektrolyten unlöslich ist, beispielsweise aus Titan, Platin und mit Platin beschichtetem rostbeständigem Stahl. Der Anodenelektrodenkontakt 498 erstreckt sich durch den Mantel 430 und ist an eine elektrische Leistungseinspeisung angeschlossen. Vorzugsweise hat der Anodenelektrodenkontakt 498 einen Gewindeabschnitt 497 für eine Befestigungsmutter 499, um den Anodenelektrodenkontakt 498 an dem Mantel 430 festzulegen, während eine Dichtung 495, beispielsweise eine elastomere Beilagscheibe, zwischen der Befestigungsmutter 499 und dem Mantel 430 angeordnet ist, um einen Leckstrom aus der Behandlungsausrüstung 420 zu unterbinden.
Der Mantel 430 hat insgesamt einen zylindrischen Abschnitt 502 und einen Bodenabschnitt 504. Von der Oberseite des zylindrischen Abschnitts 502 aus erstreckt sich ein oberer ringförmiger Flansch 506 radial nach außen Der obere ringförmige Flansch 506 hat eine Vielzahl von Löchern 508, die an die Anzahl der Bolzen 488 von dem unteren ringförmigen Flansch 486 des Behältergehäuses 472 angepasst sind. Zur Befestigung des oberen ringförmigen Flansches 506 an dem Mantel 430 und des unteren ringförmigen Flansches 486 des Behältergehäuses 472 werden Bolzen 488 durch die Löcher 508 eingeführt und die Befestigungsmuttern 490 auf den Bolzen 488 festgezogen. Vorzugsweise ist die Außenabmessung (d.h. der Umfang) des oberen ringförmigen Flansches 506 in etwa die gleiche wie die Außenabmessung (d.h. der Umfang) des unteren ringförmigen Flansches 486. Vorzugsweise liegt die untere Fläche des oberen ringförmigen Flansches 506 auf einem Trägerflansch des Hauptrahmens 214, wenn die Behandlungsausrüstung 420 am Hauptrahmen 214 angeordnet ist.
Der innere Umfang des zylindrischen Abschnitts 502 nimmt die Anodenanordnung 474 und den Filter 476 auf. Vorzugsweise sind die äußeren Abmessungen des Filters 476 und der Anodenanordnung 474 etwas kleiner als die innere Abmessung des zylindrischen Abschnitts 502, um einen wesentlichen Teil des Elektrolyten zwangsweise zuerst durch die Anodenanordnung 474 strömen zu lassen, bevor er durch den Filter 476 strömt. Der Bodenabschnitt 504 des Mantels 430 hat einen Elektrolyteinlass 510, der mit einer Elektrolytzuführleitung ausgehend von dem Elektrolyt-Nachfüllsystem 220 verbunden ist. Vorzugsweise ist die Anodenanordnung 474 um einen Mittelteil des zylindrischen Abschnitts 502 des Mantels 430 herum angeordnet und bildet einen Spalt für den Elektrolytstrom zwischen der Anodenanordnung 474 und dem Elektrolyteinlass 510 an dem Bodenabschnitt 504.
Der Elektrolyteinlass 510 und die Elektrolytzuführleitung sind vorzugsweise durch einen lösbaren Anschluss verbunden, der ein leichtes Entfernen und Austauschen der Behandlungsausrüstung 420 ermöglicht. Wenn die Behandlungsausrüstung 420 eine Wartung benötigt, wird der Elektrolyt aus der Behandlungsausrüstung 420 abgelassen und der Elektrolytstrom in der Elektrolytzuführleitung unterbrochen und entleert. Die Verbindung für die Elektrolytzuführleitung wird von dem Elektrolyteinlass 510 gelöst, außerdem wird die Elektrolytverbindung mit der Anodenanordnung 474 unterbrochen. Die Kopfanordnung 410 wird angehoben oder gedreht, um einen freien Raum für das Entfernen der Behandlungsausrüstung 420 bereitzustellen. Dann wird die Behandlungsausrüstung 420 aus dem Hauptrahmen 214 entfernt und eine neue oder rekonditionierte Behandlungsausrüstung als Austausch in dem Rahmen 214 angeordnet.
Alternativ kann der Mantel 430 an dem Trägerflansch des Hauptrahmens 212 festgelegt werden, wobei für die Wartung das Behältergehäuse 472 zusammen mit der Anode und dem Filter entfernt werden. In diesem Fall werden die Muttern, die die Anodenanordnung 474 und das Behältergehäuse 472 am Mantel 430 festlegen, entfernt, um das Abnehmen der Anodenanordnung 474 und des Behältergehäuses 472 zu erleichtern. Dann wird als Austausch eine neue oder rekonditionierte Anodenanordnung 474 mit Behältergehäuse 472 in dem Rahmen 214 positioniert und an dem Mantel 430 festgelegt.
16 ist ein Schema eines Elektrolyt-Nachfüllsystems 600. Das Elektrolyt-Nachfüllsystem 600 hat insgesamt einen Elektrolythauptbehälter 602, einen oder mehrere Filterbehälter 604, einen oder mehrere Quellenbehälter 606 sowie einen oder mehrere Fluidpumpen 608. Das Elektrolyt-Nachfüllsystem 600 ist mit einer Steuerung 610 zum Steuern der Zusammensetzung des Elektrolyten und des Betriebs des Elektrolyt-Nachfüllsystems 600 verbunden. Vorzugsweise ist die Steuerung 610 unabhängig betätigbar, jedoch in das Steuersystem 222 der Plattform 200 des Elektroplattiersystems integriert.
Das Elektrolyt-Nachfüllsystem 600 stellt den Elektrolyten für die Elektroplattierbehandlungszellen des Elektroplattierprozesses bereit. Das Elektrolyt-Nachfüllsystem 600, wie es in 16 gezeigt ist, ist das gleiche wie das Elektrolyt-Nachfüllsystem 220 der 2 und 3. Der Elektrolyt-Hauptbehälter 602 hat eine Elektrolyt-Zuführleitung 612, die mit jedem der Elektroplattierbehandlungszellen über eine oder mehrere Fluidpumpen 608 verbunden ist. Das Elektrolyt-Nachfüllsystem 600 hat eine Vielzahl von Quellenbehältern, die mit dem Hauptbehälter 602 verbunden sind, um die Chemikalien zuzuführen, die für das Zusammensetzen des Elektrolyten erforderlich sind. Zu den Quellenbehältern gehört gewöhnlich ein Quellenbehälter für entionisiertes Wasser und ein Quellenbehälter für Kupfersulfat zum Zusammensetzen des Elektrolyten. Der Quellenbehälter für entionisiertes Wasser stellt vorzugsweise auch entionisiertes Wasser für das System zum Reinigen des Systems während der Wartung bereit.
Das Elektrolyt-Nachfüllsystem 600 hat auch eine Vielzahl von Filterbehältern 604, die mit dem Hauptbehälter 602 verbunden sind. Vorzugsweise ist eine Elektrolyt-Rückführleitung 614 zwischen jeder der Behandlungszellen und einem oder mehreren Filterbehältern 604 angeordnet. Die Filterbehälter 604 entfernen unerwünschten Inhalt in dem verwendeten Elektrolyt, bevor der Elektrolyt zum Hauptbehälter 602 für die Wiederverwendung zurückgeführt wird. Der Hauptbehälter 602 ist vorzugsweise mit einem oder mehreren der Filterbehälter 604 verbunden, um die Umwälzung und Filtrierung des Elektrolyten in dem Hauptbehälter 602 über die Filterbehälter 604 zu erleichtern. Durch die Umwälzung des Elektrolyten aus dem Hauptbehälter 602 durch die Filterbehälter 604 werden unerwünschte Inhalte in dem Elektrolyten kontinuierlich durch die Filterbehälter 604 entfernt.
Das elektrische Nachfüllsystem 600 hat vorzugsweise einen chemischen Analysator 616, der eine chemische Analyse der chemischen Zusammensetzung des Elektrolyten in Realzeit bereitstellt. Die Information aus dem chemischen Analysator 616 wird in die Steuerung 610 eingegeben, die diese Information benutzt, um eine Realzeiteinstellung der Nachfüllmengen der Chemikalienquelle vorzunehmen, um eine konstante chemische Zusammensetzung des Elektrolyten während des Elektroplattierprozesses aufrechtzuerhalten. Zusätzlich liefert der chemische Analysator vorzugsweise eine Analyse von organischen und anorganischen Bestandteilen des Elektrolyten.
Das Elektrolyt-Nachfüllsystem 600 hat vorzugsweise auch einen oder mehrere zusätzliche Behälter für die Lagerung von Chemikalien für das Waferreinigungssystem, beispielsweise die SRD-Station. Das Elektrolyt-Nachfüllsystem 600 hat ferner einen Elektrolyt-Abfallauslass 620, der mit einem Elektrolyt-Abfallentsorgungssystem 622 für ein sicheres Entsorgen von gebrauchten Elektrolyten, Chemikalien und anderen Fluiden verbunden ist, die in dem Elektroplattiersystem zum Einsatz kommen. Vorzugsweise haben die Elektroplattierzellen eine direkte Leitungsverbindung mit einem Elektrolyt-Abfallablauf oder dem Elektrolyt-Abfallentsorgungssystem zur Entleerung der Elektroplattierzelle ohne Rückführung des Elektrolyten durch das Elektrolyt-Nachfüllsystem 600. Das Elektrolyt-Nachfüllsystem 600 hat vorzugsweise auch einen Abführanschluss zum Abziehen von überschüssigem Elektrolyt zum Elektrolyt-Abfallablauf. Wahlweise hat das Elektrolyt-Nachfüllsystem 600 Anschlüsse an ein zusätzliches oder externes Elektrolyt-Behandlungssystem zur Bereitstellung von zusätzlichen Elektrolyteinspeisungen in das Elektroplattiersystem. Vorzugsweise hat das Elektrolyt-Nachfüllsystem 600 eine Doppelmantelverrohrung für Anschlüsse für gefährliches Material, um einen sicheren Transport der Chemikalien durch das System zu schaffen. Das Elektrolyt-Nachfüllsystem 600 steuert vorzugsweise die Temperatur des Elektrolyten über einen Wärmeaustauscher 624 oder eine Heiz-/Kühleinrichtung, die in thermischer Verbindung mit dem Hauptbehälter steht. Der Wärmeaustausches 624 ist an die Steuerung 610 angeschlossen und wird von ihr betätigt.
17 ist eine Schnittansicht einer schnellen Wärmebehandlungskammer nach der Erfindung. Die schnelle Wärmebehandlungs-(RTA-)Kammer 211 ist vorzugsweise mit der Ladestation 210 verbunden, und Substrate werden in die und aus der RTA-Kammer 211 durch den Ladestations-Überführungsroboter 228 überführt. Das Elektroplattiersystem, wie es in 2 und 3 gezeigt ist, hat vorzugsweise zwei RTA-Kammern 211, die auf gegenüberliegenden Seiten der Ladestation 210 entsprechend der symmetrischen Auslegung der Ladestation 210 angeordnet sind. Die Wärmebehandlungskammern sind insgesamt bekannt und werden gewöhnlich bei Substratbehandlungssystemen verwendet, um die Eigenschaften der abgeschiedenen Materialien zu verbessern. Die Erfindung zieht die Verwendung einer Vielzahl von Wärmebehandlungskammerkonstruktionen in Betracht, zu denen Ausführungen mit heißer Platte und Ausführungen mit Heizlampen gehören, um die Elektroplattierergebnisse zu steigern. Eine spezielle Wärmebehandlungskammer, die für die vorliegende Erfindung zweckmäßig ist, ist die WxZ-Kammer von Applied Materials, Inc., Santa Clara, Kalifornien. Obwohl die Erfindung für die Verwendung einer Wärmebehandlungskammer mit heißer Platte beschrieben ist, zieht die Erfindung die Anwendung anderer Wärmebehandlungskammern ebenfalls in Betracht.
Die RTA-Kammer 211 hat insgesamt einen Mantel 902, eine Heizplatte 904, eine Heizeinrichtung 907 und eine Vielzahl von Substratträgerstiften 906. Der Mantel 902 hat eine Basis 908, eine Seitenwand 910 und eine Oberseite 912. Vorzugsweise ist eine kalte Platte 913 unter der Oberseite 912 des Mantels angeordnet. Alternativ kann die kalte Platte in einem Stück als Teil der Oberseite 912 des Mantels ausgeführt sein. Vorzugsweise ist eine Reflektorisolatorscheibe 914 innerhalb des Mantels 914 auf der Basis 908 angeordnet. Die Reflektorisolatorscheibe 914 besteht gewöhnlich aus einem Material wie Quarz, Aluminiumoxid oder einem anderen Material, das hohen Temperaturen widerstehen (d.h. mehr als etwa 500°C) und als thermischer Isolator zwischen der Heizeinrichtung 907 und dem Mantel 902 wirken kann. Die Scheibe 914 kann auch mit einem reflektierenden Material, wie Gold, beschichtet sein, um Wärme zur Heizplatte 906 zurückzuleiten.
Die Heizplatte 904 hat vorzugsweise eine große Masse verglichen mit dem in dem System zu behandelnden Substrat und ist vorzugsweise aus einem Material, wie Siliciumcarbid, Quarz oder anderen Materialien hergestellt, die mit Umgebungsgasen in der RTA-Kammer 211 oder mit dem Substratmaterial nicht reagieren. Die Heizeinrichtung 907 hat gewöhnlich ein Heizwiderstandselement oder eine leitenden/strahlende Wärmequelle und ist zwischen der Heizplatte 906 und der Reflektorisolatorscheibe 914 angeordnet. Die Heizeinrichtung 907 ist mit einer Leistungsquelle 916 verbunden, die die Energie zuführt, die erforderlich ist, um die Heizeinrichtung 907 zu erhitzen. Vorzugsweise ist in einer Leitung 922, die durch die Basis 908 und die Scheibe 914 hindurchgehend angeordnet ist und sich in die Heizplatte 904 erstreckt, ein Thermoelement 920 angeordnet. Das Thermoelement 920 ist mit einer Steuerung (d.h. der nachstehend beschriebenen Systemsteuerung) verbunden und versorgt die Steuerung mit Temperaturmessungen. Die Steuerung erhöht oder verringert dann die Wärme, die von der Heizeinrichtung 907 entsprechend den Temperaturmessungen und der gewünschten Wärmebehandlungstemperatur zugeführt wird.
Der Mantel 902 hat vorzugsweise ein Kühlelement 918, das außerhalb des Mantels 902 in thermischem Kontakt mit der Seitenwand 910 angeordnet ist, um den Mantel 902 zu kühlen. Alternativ sind ein oder mehrere Kühlkanäle (nicht gezeigt) in der Seitenwand 910 ausgebildet, um die Temperatur des Mantels 902 zu steuern. Die kalte Platte 913, die an der Innenfläche der Oberseite 912 angeordnet ist, kühlt ein Substrat, das in unmittelbarer Nähe der kalten Platte 913 angeordnet ist.
Die RTA-Kammer 911 hat einen an der Seitenwand 910 des Mantels 902 angeordneten Schlitzschieber 922 zum Erleichtern der Überführung von Substraten in die RTA-Kammer und aus ihr heraus. Der Schlitzschieber 922 dichtet eine Öffnung 924 an der Seitenwand 910 des Mantels selektiv ab, die in Verbindung mit der Ladestation 210 steht. Der Ladestations-Überführungsroboter 228 (siehe 2) überführt Substrate in die RTA-Kammer durch die Öffnung 924 und aus ihr heraus.
Die Substratträgerstifte 906 sind vorzugsweise distal verjüngte Elemente, die aus Quarz, Aluminiumoxid, Siliciumcarbid oder anderen hochtemperaturfesten Materialien hergestellt sind. Jeder Substratträgerstift 906 ist in einer rohrförmigen Leitung 926 angeordnet, die vorzugsweise aus hitze- und oxidationsresistentem Material hergestellt ist und sich durch die Heizplatte 904 erstreckt. Die Substratträgerstifte 906 sind mit einer Hubplatte 928 zum Bewegen der Substratträgerstifte 906 in gleichförmiger Weise verbunden. Die Hubplatte 928 ist mit einer Betätigungseinrichtung 930, beispielsweise einem Schrittmotor, über einen Hubschaft 932 verbunden, der die Hubplatte 928 bewegt, um eine Positionierung eines Substrats an verschiedenen vertikalen Stellungen in der RTA-Kammer zu erleichtern. Der Hubschaft 932 erstreckt sich durch die Basis 908 des Mantels 902 und ist durch einen Dichtflansch 934 abgedichtet, der um den Schaft herum angeordnet ist.
Zum Überführen eines Substrats in die RTA-Kammer 211 wird der Schlitzschieber 922 geöffnet, und der Ladestations-Übertührungsroboter 228 fährt sein Robotblatt mit einem darauf positionierten Substrat durch die Öffnung 924 in die RTA-Kammer aus. Das Robotblatt des Ladestations-Überführungsroboters 228 positioniert das Substrat in der RTA-Kammer über der Heizplatte 904, und die Substratträgerstifte 906 werden nach oben ausgefahren, um das Substrat über das Robotblatt anzuheben. Das Robotblatt zieht sich dann aus der RTA-Kammer zurück, und der Schlitzschieber 922 schließt die Öffnung. Dann werden die Substratträgerstifte 906 eingezogen, um das Substrat auf eine gewünschte Entfernung von der Heizplatte 904 abzusenken. Wahlweise können die Substratträgerstifte 906 vollständig einfahren, um das Substrat in direkten Kontakt mit der Heizplatte zu platzieren.
Vorzugsweise ist ein durch die Seitenwand 910 des Mantels 902 hindurchgehender Gaseinlass 936 angeordnet, um einen ausgewählten Gasstrom in die RTA-Kammer 211 während der Wärmebehandlung zu ermöglichen. Der Gaseinlass 936 ist mit einer Gasquelle 938 über ein Ventil 940 zum Steuern des Gasstroms in die RTA-Kammer 211 verbunden. Ein Gasauslass 942 ist vorzugsweise an einem unteren Abschnitt der Seitenwand 910 des Mantels 902 angeordnet, um die Gase in der RTA-Kammer abzuführen, und ist vorzugsweise mit einem Abgas-/Rückschlagventil 944 verbunden, um einen Rückstrom der Atmosphäre von außerhalb der Kammer zu unterbinden. Wahlweise ist der Gasauslass 942 mit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbunden, um die RTA-Kammer auf einen gewünschten Vakuumpegel während einer Wärmebehandlung zu evakuieren.
Erfindungsgemäß wird in der RTA-Kammer 211 ein Substrat wärmebehandelt, nachdem es in der Elektroplattierzelle elektroplattiert und in der SRD-Station gereinigt wurde. Vorzugsweise wird die RTA-Kammer 211 auf etwa Atmosphärendruck gehalten und der Sauerstoffgehalt innerhalb der RTA-Kammer 211 auf weniger als 100 ppm während der Wärmbehandlung eingestellt. Vorzugsweise weist die Umgebung in der RTA-Kammer 211 Stickstoff (N₂) oder eine Kombination von Stickstoff (N₂) und weniger als etwa 4% Wasserstoff (N₂) auf, während der Umgebungsgasstrom in die RTA-Kammer 211 auf mehr als 20 l/min gehalten wird, um den Sauerstoffgehalt auf weniger als 100 ppm zu regulieren. Das elektroplattierte Substrat wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen etwa 200°C und etwa 450°C zwischen etwa 30 s und 30 min, und besonders bevorzugt zwischen etwa 250°C und etwa 400°C bei zwischen etwa 1 min und 5 min wärmbehandelt. Die schnelle Wärmebehandlung erfordert gewöhnlich eine Temperaturerhöhung von wenigstens 50°C pro Sekunde. Um die gewünschte Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs für das Substrat während der Wärmebehandlung zu ermöglichen, wird die Heizplatte vorzugsweise auf zwischen etwa 350°C und etwa 450°C gehalten, und das Substrat wird vorzugsweise bei zwischen etwa 0 mm (d.h. in Kontakt mit der Heizplatte) und etwa 20 mm von der Heizplatte über die Dauer der Wärmebehandlung angeordnet. Vorzugsweise steuert ein Steuersystem 222 den Betrieb der RTA-Kammer 211 einschließlich des Aufrechterhaltens der gewünschten Umgebung in der RTA-Kammer und der Temperatur der Heizplatte.
Nach dem Abschluss der Wärmebehandlung heben die Substratträgerstifte 906 das Substrat auf eine Position für die Überführung aus der RTA-Kammer 211. Der Schlitzschieber 922 öffnet, und das Robotblatt des Ladestations-Überführungsroboters 228 wird in die RTA-Kammer ausgefahren und unter dem Substrat positioniert. Die Substratträgerstifte 906 fahren ein, um das Substrat auf das Robotblatt abzusenken, und das Robotblatt zieht sich dann aus der RTA-Kammer zurück. Der Ladestations-Überführungsroboter 228 überführt dann das behandelte Substrat in die Kassette 232 zum Entfernen aus dem Elektroplattier-Behandlungssystem (siehe 2 und 3).
Die Plattform 200 für das Elektroplattiersystem hat, geht man zurück zur 2, ein Steuersystem 222, das die Funktionen jeder Komponente der Plattform steuert. Vorzugsweise ist das Steuersystem 222 über dem Hauptrahmen 214 angeordnet und hat einen programmierbaren Mikroprozessor. Der programmierbare Mikroprozessor wird gewöhnlich unter Verwendung einer Software programmiert, die speziell zum Steuern aller Bauelemente der Plattform 200 des Elektroplattiersystems ausgelegt ist. Das Steuersystem 222 stellt auch die elektrische Leistung für die Bauelemente des Systems bereit und hat eine Steuertafel 223, die es einer Bedienungsperson ermöglicht, die Plattform 200 des Elektroplattiersystems zu überwachen und zu betätigen. Die Steuertafel 223, wie sie in 2 gezeigt ist, ist ein für sich stehendes Modul, das mit dem Steuersystem 222 durch ein Kabel verbunden ist und einen leichten Zugang für eine Bedienungsperson bildet. Insgesamt koordiniert das Steuersystem 222 die Abläufe der Ladestation 210, der RTA-Kammer 211, der SRD-Station 212, des Hauptrahmens 214 und der Behandlungsstationen 218. Zusätzlich wirkt das Steuersystem 222 mit der Steuerung des Elektrolyt-Nachfüllsystems 600 zur Bereitstellung des Elektrolyten für den Elektroplattierprozess zusammen.
Es folgt eine Beschreibung einer typischen Wafer-Elektroplattierbehandlungssequenz durch die Plattform 200 für das Elektroplattiersystem, wie sie in 2 gezeigt ist. In die Waferkassettenaufnahmebereiche 224 in der Ladestation 210 der Plattform 200 des Elektroplattiersystems wird eine Waferkassette geladen, die eine Vielzahl von Wafern enthält. Ein Ladestations-Überführungsroboter 228 nimmt einen Wafer von einem Waferschlitz in der Waferkassette auf und platziert den Wafer in der Waferausrichteinrichtung 230. Die Waferausrichteinrichtung 230 bestimmt eine gewünschte Ausrichtung für die Behandlung durch das System und richtet den Wafer in die gewünschte Richtung aus. Dann überführt der Ladestations-Überführungsroboter 228 den ausgerichteten Wafer aus der Waferausrichteinrichtung 230 und positioniert den Wafer in einem der Waferschlitze in der Waferdurchgangskassette 238 in der SRD-Station 212. Der Hauptrahmen-Überführungsroboter 242 nimmt den Wafer aus der Waferdurchgangskassette 238 auf und positioniert ihn für die Überführung durch den Wenderoboter 248. Der Wenderoboter 248 dreht sein Robotblatt unter den Wafer und nimmt den Wafer von dem Hauptrahmen-Überführungsrobotblatt auf. Der Vakuumsauggreifer an dem Wenderobotblatt sichert den Wafer an dem Wenderobotblatt, und der Wenderobot wendet den Wafer einer Position mit Fläche nach oben in eine Position mit Fläche nach unten. Der Wenderoboter 248 dreht und positioniert in der Waferhalteanordnung 450 die Waferfläche nach unten. Der Wafer ist unter dem Waferhalter 464, jedoch über dem Kathoden kontaktring 466 angeordnet. Dann gibt der Wenderoboter 248 den Wafer frei und positioniert ihn in dem Kathodenkontaktring 466. Der Waferhalter 464 bewegt sich zu dem Wafer hin, und der Vakuumhalter legt den Wafer auf den Waferhalter 464 fest. Die Blasenanordnung 470 an der Waferhalteanordnung 450 übt einen Druck auf die Waferrückseite auf, um einen elektrischen Kontakt zwischen der Waferplattierfläche und dem Kathodenkontaktring 466 zu gewährleisten.
Die Kopfanordnung 452 wird auf eine Behandlungsposition über der Behandlungsausrüstung 420 abgesenkt. In dieser Position befindet sich der Wafer unter der oberen Ebene des Wehrs 478 und kommt mit dem Elektrolyt in Berührung, der in der Behandlungsausrüstung 420 enthalten ist. Es wird die Leistungszuführung aktiviert, um elektrische Leistung (d.h. Spannung und Strom) an die Kathode und die Anode anzulegen, um den Elektroplattierprozess zu ermöglichen. Gewöhnlich wird der Elektrolyt kontinuierlich in die Behandlungsausrüstung während des Elektroplattierprozesses gepumpt. Die der Kathode und der Anode zugeführte elektrische Leistung und der Elektrolytstrom werden von dem Steuersystem 222 gesteuert, um die gewünschten Elektroplattierergebnisse zu erhalten.
Nach dem Abschluss des Elektroplattierprozesses hebt die Kopfanordnung 410 die Waferhalteanordnung an und entfernt den Wafer aus dem Elektrolyt. Der Vakuumhalter und die Blasenanordnung des Waferhalters geben den Wafer vom Waferhalter frei, und der Waferhalter wird angehoben, um es dem Wenderobotblatt zu ermöglichen, den behandelten Wafer von dem Kathodenkontaktring aufzunehmen. Der Wenderoboter dreht das Wenderobotblatt über die Rückseite des behandelten Wafers in dem Kathodenkontaktring und nimmt den Wafer unter Verwendung des Vakuumsauggreifers an dem Wenderobotblatt auf. Der Wenderoboter dreht das Wenderobotblatt mit dem Wafer aus der Waferhalteanordnung heraus, wendet den Wafer von der Position mit Fläche nach unten in die Position mit Fläche nach oben und positioniert den Wafer auf dem Halterahmen-Überführungsrobotblatt. Der Hauptrahmen-Überführungsroboter überführt dann den behandelten Wafer über das SRD-Modul 236 und positioniert ihn dort. Der SRD-Waferhalter hebt den Wafer an, und das Hauptrahmen-Überführungsrobotblatt zieht sich zurück weg von dem SRD-Modul 236. Der Wafer wird in dem SRD-Modul unter Verwendung von entionisiertem Wasser oder einer Kombination von entionisiertem Wasser oder einem Reinigungsfluid gereinigt, wie es im Einzelnen oben beschrieben ist. Dann wird der Wafer für die Überführung aus dem SRD-Modul positioniert. Der Ladestations-Überführungsroboter 228 nimmt den Wafer aus dem SRD-Modul 236 auf und überführt den behandelten Wafer in die RTA-Kammer 211 für eine Wärmebehandlung, um die Eigenschaften der behandelten Materialien zu verbessern. Dann wird der wärmebehandelte Wafer aus der RTA-Kammer 211 durch den Ladestationsroboter 228 überführt und zurück in der Waferkassette zum Entfernen aus dem Elektroplattiersystem angeordnet. Die oben beschriebene Sequenz kann für eine Vielzahl von Wafern im Wesentlichen gleichzeitig in der Plattform 200 des Elektroplattiersystems nach der Erfindung ausgeführt werden. Das Elektroplattiersystem nach der Erfindung kann auch an eine Waferbehandlung mit Mehrfachstapel angepasst werden.
Obwohl die vorstehenden Ausführungen auf eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gerichtet sind, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung erdacht werden, ohne von ihrem Grundrahmen abzuweichen. Der Rahmen der Erfindung wird von den nachfolgenden Ansprüchen bestimmt.

Claims

Elektrochemisches Abscheidesystem (200) a) mit einem Hauptrahmen (214), der einen Hauptrahmen-Waferüberführungsrobot (242) hat, b) mit einer Ladestation (210), die in Verbindung mit dem Hauptrahmen (214) angeordnet ist, c) mit einem oder mehreren elektrischen Behandlungszellen (218, 240), die in dem Hauptrahmen (214) angeordnet sind, d) mit einer Elektrolytzufuhr (220), die mit der einen oder den mehreren elektrischen Behandlungszellen (218, 240) in Fluidverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheidesystem (200) weiterhin e) eine Dreh-Spül-Trocknungs (SRD)-Kammer (212), die zwischen der Ladestation (210) und dem Hautprahmen (214) angeordnet ist, und f) eine Wärmbehandlungskammer (211) aufweist, die angrenzend an die Ladestation (210) angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, bei welchem die Wärmebehandlungskammer (211) eine schnelle Wärmebehandlungskammer (211) mit einer Heizplatte (904) ist.
System nach Anspruch 2, bei welchem die Heizplatte (904) eine Atmosphärendruck-Heizplatte (904) aufweist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches weiterhin g) eine Systemsteuerung (222) aufweist, die für die Steuerung der Funktion von einer oder mehreren Komponenten des elektrochemischen Abscheidesystems (200) ausgelegt ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Wärmebehandlungskammer (211) weiterhin einen Gaseinlass (936) zum Einführen von einem oder mehreren Gasen in die Wärmebehandlungskammer (211) aufweist.
System nach Anspruch 5, bei welchem die Systemsteuerung (222) zur Steuerung des Gaseinlasses (936) in die Kammer (211) in einer Auslegung vorgesehen ist, die eine Kammerumgebung bereitstellt, die einen Sauerstoffgehalt von weniger als 100 Teilen pro Million hat.
System nach Anspruch 6, bei welche der Gaseinlass (936) mit einer Stickstoffgasquelle verbunden ist, um im Betrieb Stickstoff in die Kammer (211) einzuführen.
System nach Anspruch 6, bei welchem der Gaseinlass (936) mit einer Stickstoffgasquelle und einer Wasserstoffgasquelle verbunden ist, die für das Einführen von Stickstoff und Wasserstoff in die Kammer (211) ausgelegt sind, wobei der Wasserstoffgehalt auf weniger als 4% gehalten wird.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die Ladestation (210) i) einen oder mehrere Waferkassetten aufnehmende Bereiche (224), ii) einen oder mehrere Ladestations-Waferüberführungsrobots (228) zur Überführung eines Wafers zwischen der Ladestation (210) und der SRD-Station (212) und zwischen der Ladestation (210) und der Wärmebehandlungskammer (211) sowie iii) eine Waferausrichtungseinrichtung (230) aufweist.
Verwendung eines Systems nach einem der Ansprüche 2 bis 9 bei einem Verfahren zum Abscheiden von Metall auf einem Wafer oder auf einem Substrat, wobei bei dem Verfahren – eine Metallschicht elektrochemisch auf dem Wafer oder auf dem Substrat in der einen oder in den mehreren Behandlungszellen (218, 240) abgeschieden wird, – nach der elektrochemischen Abscheidung der Metallschicht ein Dreh-Spül-Trocknungs-Vorgang an dem Wafer oder an dem Substrat in der Dreh-Spül-Trocknungs (SRD)-Kammer (212) durchgeführt wird, und – nach dem Dreh-Spül-Trocknungs-Vorgang der Wafer oder das Substrat in der Kammer (211) für die schnelle Wärmebehandlung wärmebehandelt wird.
Verwendung des Systems nach Anspruch 10, bei welcher der Wafer oder das Substrat bei einer Temperatur zwischen 200°C und 450°C zwischen 30 Sekunden und 30 Minuten wärmebehandelt wird.