KR20050056263A - 접촉링 성형에 의한 도금 균일도 제어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프로세싱 시스템에서 기판에 전기 바이어스를 제공하기 위한 장치에 관한 것이다. 일반적으로, 상기 장치는 중앙 개구를 형성하는 전도성 환형 본체를 포함한다. 상기 전도성 환형 본체는 기판을 수용하는 기판 안착면과 상기 기판 안착면의 반대 표면에 형성된 다수의 스캘럽을 가질 수 있다. 상기 다수의 스캘럽과 반대로 기판 안착면에는 전기 접촉부가 형성될 수 있다. 상기 전기 접촉부는 기판의 도금면과 접촉될 수 있다.

Description

접촉링 성형에 의한 도금 균일도 제어 {PLATING UNIFORMITY CONTROL BY CONTACT RING SHAPING}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 전기 화학적 도금에 관한 것이며, 구체적으로는 전기 화학적 도금 프로세스 과정에서 전기 바이어스를 기판에 제공하기 위한 접촉링에 관한 것이다.
0.25 μ 크기의 피쳐(feature)를 배선화(metallization)하는 프로세스는 현재 및 미래 세대의 집적회로를 제조하는 프로세스에 있어서의 기초 기술이다. 특히, 초대규모 집적형 소자, 즉 밀리언 로직 게이트 이상의 집적 회로를 갖는 소자와 같은 소자들에 있어서, 소자들의 심장부에 놓이는 다층 인터커넥트(multilevel interconnects)는 일반적으로, 고종횡비(예를들어, 약 4:1 이상)의 인터커넥트 피쳐를 예를들어, 구리 또는 알루미늄과 같은 전도성 재료로 충전시킴으로써 형성된다. 통상적으로, 화학 기상 증착(CVD) 및 물리 기상 증착(PVD)과 같은 증착 기술이 인터커넥트 피쳐를 충전시키는데 사용되어 왔다. 그러나, 인터커넥트의 크기가 감소되고 종횡비가 증가되면서, 종래의 배선화 기술에 의해 인터커넥트 피쳐를 공동이 생기지 않게 충전시키는 것은 점점 더 어려워졌다. 그 결과로서, 예를들어 전기 화학적 도금(ECP) 및 무전해 도금과 같은 도금 기술이 집적 회로 제조 프로세스에 있어서 0.25 μ 크기의 고종횡비 인터커넥트 피쳐를 무공 충전시키기 위한 유망한 프로세스로서 출현하게 되었다.
ECP 프로세스에 있어서, 기판 표면(또는 기판 위에 증착된 층)에 형성된 예를들어 0.25 μ 크기의 고종횡비 피쳐는 예를들어 구리와 같은 전도성 재료로 효과적으로 충전될 수 있다. ECP 프로세스는 2단계의 프로세스로 이루어지는데, 그 첫번째 프로세스는 시드층을 기판의 표면 피쳐 위에 형성하는 단계이고, 두번째 프로세스는 기판의 표면 피쳐를 도금액에 노출시키는 프로세스이며, 이때 상기 도금액 내부에 위치된 구리 애노드와 기판 사이에는 전기 바이어스가 동시에 인가된다. 상기 도금액은 일반적으로 기판 표면상에 도금될 이온들이 풍부한 용액이므로, 전기 바이어스의 인가에 의해 상기 이온들은 도금액으로부터 튀어나와 시드층 상에 도금된다.
전기 바이어스는 통상적으로, 전도성 접촉링을 경유하여 기판 상에 형성된 시드층에 인가된다. 균일한 전기 바이어스를 기판에 제공하기 위한 노력으로써, 접촉링은 균등한 간격으로 기판의 주변 엣지를 따라 시드층과 전기적으로 접촉하도록 구성된 복수의 전기 접촉부을 가질 수 있다. 전기 접촉부는 통상적으로 네가티브 전압을 기판의 시드층에 인가하여, 관련 저항을 갖는 전류 밀도를 시드층에 걸쳐 형성한다. 시드층을 통한 전기 접촉부로의 전기 통로는 전기 접촉부에 보다 가까운 지점에 비해서 전기 접촉부로부터 보다 멀리 떨어진 지점에서 증가한다. 불행히도, 이와 함께 증가된 전류 통로는 시드층의 저항을 증가시키는데, 이는 접촉부에 또는 접촉부 근처에 있는 지점과 관련된 접촉부들 사이의 지점에서 전류를 감소시키게 된다. 일반적으로, 이러한 전류의 감소는 시드층 위의 지점에서 도금의 감소를 초래한다. 결과적으로, 접촉부 사이의 이러한 전류 감소는 접촉부들 사이에서는 도금이 감소되고 접촉부와 접촉부 근처에서는 도금이 증가되는 형태로 기판의 주변 엣지를 따라 도금이 불균일해지게 된다.
그러므로, 기판의 주변 엣지를 따라 개선된 도금 균일도를 제공할 수 있으며 전기 화학적 증착 시스템에 사용할 수 있는 개선된 접촉링이 필요하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 도금 셀을 도시하는 도면이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉링 및 추력판 조립체의 사시도이며,
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉링의 세부 횡단면도이며,
도 4a 및 도 4b는 각각, 종래의 접촉링과 본 발명의 실시예에 따른 접촉링을 사용하여 달성된 도금 균일도를 나타내는 그래프이며,
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조 프로세스의 상이한 단계에 있는 예시적인 접촉링을 도시하는 도면이다.
본 발명의 일 실시예로서, 전기 바이어스를 프로세싱 시스템의 기판에 제공하기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 일반적으로, 중앙 개구를 형성하는 환형 전도성 본체를 포함하며, 상기 환형 전도체 본체는 기판을 수용하기 위한 기판 안착면 및 상기 기판 안착면의 대향면에 형성된 복수의 돌출부를 가진다. 복수의 전기 접촉부가 복수의 돌출부와 반대편에 있는 기판 안착면에 형성될 수 있으며 상기 기판의 도금면과 결합한다.
본 발명의 다른 실시예로서, 일반적으로 중앙 개구를 형성하는 환형 전도성 본체를 갖춘 접촉링을 포함하는 프로세싱 시스템 내에 기판을 고정하기 위한 장치가 제공되는데, 상기 환형 전도체 본체는 기판 안착면과, 상기 기판 안착면 상에 배열되며 상기 도금면과 결합되는 복수의 전기 접촉부, 및 상기 기판 안착면과 대향하는 표면 상에 상기 전기 접촉부와 대향되게 형성되는 복수의 돌출부를 포함한다. 상기 장치는 또한 기판에 고정력을 가하여 기판을 기판 안착면에 고정하는 추력판을 갖춘 추력판 조립체를 포함한다.
본 발명의 또다른 실시예로서, 전기 바이어스를 프로세싱 시스템 내의 기판에 제공하기 위한 접촉링의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 일반적으로, 상기 기판을 수용하는 실질적으로 평탄한 제 1 표면 및 상기 제 1 표면과 대향되며 복수의 돌출부가 표면으로부터 연장하는 제 2 표면을 갖춘 환형 전도성 링을 제공하는 단계, 및 상기 복수의 돌출부와 대향되게 형성되는 복수의 전기 접촉부를 상기 환형 전도성 링의 제 1 표면에 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 전술한 특징들이 명확히 이해될 수 있도록 위에서 간단히 요약한 본 발명에 대해 일부가 첨부 도면에 도시된 실시예들을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 첨부 도면은 본 발명의 전형적인 실시예만을 도시한 것이므로 본 발명의 범주를 한정하는 것이라고 판단하면 않되며 다른 균등한 효과를 갖는 본 발명의 실시예들이 있을 수 있다고 이해해야 한다.
본 발명의 몇몇 특징에 따라서, 복수의 전기 접촉부를 갖는 접촉링이 전기 바이어스를 프로세싱 시스템 내의 기판에 공급하도록 제공된다. 접촉링의 평균 두께는 접촉부들 아래에 있는 접촉링에 형성되는 돌출부 또는 스캘럽을 지나면서 증가될 수 있다. 스캘럽은 접촉부 사이에 존재하는 증가된 시드층의 저항을 보상함으로써 접촉부들 사이의 전류 밀도에 대한 편차를 제어하는데 도움을 줄 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 스캘럽이라는 용어는 일반적으로 접촉부들 사이에 있는 접촉링의 (얇은) 부분들에 비해서 접촉부에 또는 접촉부 근처에서 두께가 증되는 접촉링의 부분들을 지칭한다. 예를들어, 스캘럽은 전기 접촉부 아래 접촉링의 바닥면에 형성될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 바와 같이, 상부 및 바닥은 상대적인 용어이며 어떤 특정 방위를 한정하지 않고 일반적으로 도금조로부터 이격되거나(상부) 도금조와 대향하는(바닥) 접촉링의 부분들을 의미하는 것이다. 환언하면, 기판의 도금면이 위로 향하고 있는 프로세싱 시스템에 있어서 접촉링의 상부면으로서 지칭되는 것은 실제로 아래쪽으로 향하고 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캘럽(156)을 갖춘 접촉링(150)을 사용하는 예시적인 전기 화학적 도금(ECP) 시스템의 부분 사시도 및 단면도이다. ECP 시스템은 일반적으로 헤드 조립체(102), 기판 고정 조립체(110) 및 도금조 조립체(161)를 포함한다. 헤드 조립체(102)는 지지 아암(106)에 의해 베이스(104)에 부착된다. 헤드 조립체(102)는, 당해 헤드 조립체(102)가 처리를 위한 도금조(165) 내에 (기판 고정 조립체(110) 내에 유지된) 기판(120)을 위치시킬 수 있도록, 도금조 조립체(161) 위의 위치에서 기판 고정 조립체(110)를 지지한다. 헤드 조립체(102)는 기판(120)이 도금조(165) 내에 놓이기 이전과 놓인 동안, 및 놓인 이후에 기판 고정 조립체(110)에 수직, 회전, 및 각 운동을 제공할 수 있다.
도금조 조립체(161)는 대체로 더 큰 직경의 외부 베이슨(163)내에 수용되는, 내부 베이신(167)을 포함한다. 소정의 적절한 기술이 도금 조립체(160)로 도금액을 공급하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 도금액은 내부 베이슨(167)의 바닥면에서 입구(166)를 통하여 내부 베이슨(167)으로 공급될 수 있다. 입구(166)는 예를 들면, 저장 시스템(도시안됨)으로부터 공급 라인으로 연결될 수 있다. 외부 베이슨(163)은 내부 베이슨(163)으로부터 유체를 수집하고 전해액 저장 시스템으로 연결될 수 있는 유체 드레인(168)을 경유하여 수집된 유체를 배출하도록 작동될 수 있다.
아노드 조립체(170)는 대체로 내부 베이신(163)의 하부 영역 내에 위치한다. 아노드 조립체(170)는 소정의 적절한 소모형 또는 비소모형 아노드일 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 막(도시안됨)은 대체로 아노드 조립체(170) 위의 위치에서 내부 베이신의 직경을 가로질러 위치한다. 막은 양이온 막, 음이온 막, 비하전형 막 또는 다층 확산 구별성 투과막과 같은 소정의 적절한 타입의 막일 수 있다. 소정의 적절한 방법이 아노드 조립체(170)로 전기 연결을 제공하기 위해 이용될 수 있다.
예를 들면, 아노드 조립체(170)으로의 전기 연결은 아노드 전극 접촉부(174)를 통하여 제공될 수 있다. 아노드 전극 접촉부(174)는 티타늄, 백금, 백금 코팅 스테인레스강과 같은 도금액에서 불용성인 소정의 적절한 전도성 재료로 제조될 수 있다. 도시된 바와 같이, 아노드 전극 접촉부(174)는 도금조 조립체(161)의 바닥면을 통하여 연장되어 예를 들면, 소정의 적절한 와이어 도관을 통하여 전원(도시안됨)의 아노드 연결부로 연결될 수 있다. 전원의 캐쏘드 연결부는 아노드 조립체(170)와 기판(120) 사이에 전기 바이어스를 공급하도록 접촉링(150)에 연결될 수 있다. 아노드 조립체(170)와 기판(120)의 도금면(122) 사이에 인가되는 전기 바이어스에 반응하여, 전류 선속(180)에 의해 표시되는, 전류가 대체로 아노드 조립체(170)로부터 기판(120)으로 흐른다. 전류 선속(180)은 기판(120)의 주변 엣지에 모일 수 있다. 따라서, 접촉링(150)은 대체로 다수의 접촉부(154) 아래에 형성된 다수의 스캘럽(156)을 포함할 수 있다. 스캘럽(156)은 접촉부(154)에서 또는 접촉부(154) 근처에서 기판(120)의 주변 엣지에서 전류 선속(180)을 제어하는 기능을 할 수 있어, 더 상세하게 후술되는 바와 같이, 기판(120)의 주변 엣지를 따른 전류 밀도에서의 변화를 제어한다.
기판 고정 조립체
기판 고정 조립체(110)는 대체로 부착 부재(116)를 경유하여 접촉링(150)에 부착된 장착 부재(112)를 포함한다. 부착 부재(116)는 충분히 이격되어 기판(120)의 삽입을 허용할 수 있다(즉, 부착 부재(116)의 간격은 기판(120)의 직경 보다 더 클 수 있다). 장착 부재(112)는 추력판 조립체의 장착판(146)을 경유하여, 헤드 조립체(102)로 기판 고정 조립체(110)의 부착을 허용할 수 있다. 기판 고정 조립체(11)의 다른 실시예는 장착 부재(112) 없이 예를 들면 접촉링(150)을 경유하여 장착판(146)에 직접 부착될 수 있다. 장착 부재(112), 접촉링(150) 및 부착 부재(116)는 각각 PTFE 재료(예를 들면, 아플론(Aflon)(등록상표) 또는 테프젤(Tefzel)(등록상표))와 같은, 내도금성 재료 또는 소정의 다른 적절한 내도금성 코팅 재료로 코팅될 수 있다.
접촉링(150)은 대체로 도금조(165)를 향하는 기판 도금면(122)를 구비한 기판(120)을 수용하는 기판 안착면(152)을 가질 수 있다. 기판 고정 조립체(110)는 또한 대체로 기판 안착면(152)에 기판(120)을 고정하기 위한 기판(120) 상에 고정력을 가하도록 부착된 밀봉판(142)을 구비한 추력판(144)을 포함할 수 있다. 추력판(144)에 의해 가해지는 고정력은 밀봉판(142)에 배치되는 환형 밀봉 부재(148)와 기판의 비도금면(124) 사이의 적절한 밀봉을 보장하기에 충분하다. 도시된 바와 같이, 환형 밀봉 부재(148)는 접촉부(154)가 기판의 도금면(122)과 결합할 때 기판의 엣지로부터 방사상 내측으로 실질적으로 균일한 위치에서 기판(120)의 비도금면(124)과 접촉하도록 할 수 있다. 소정의 실시예에 있어서, 기판 고정 조립체(110)는 기판(120)의 비도금면(124)을 따라 균일하게 분배되는 하방력을 가하는 팽창식 블래더 조립체(도시안됨)를 포함할 수 있다.
추력판(144)에 의해 가해지는 고정력은 또한 접촉링(150)의 기판 안착면(152)으로부터 연장하는 접촉부(154)와 기판의 도금면(122) 사이의 적절한 전기 접촉을 보장하기에 충분할 수 있다. 접촉부(154)는 대체로 도금면(122)에 전기 도금 바이어스를 공급하도록 기판(120)의 도금면(122)과 전기 접촉될 수 있다. 접촉부(154)는 구리(Cu), 플레티늄(Pt), 탄탈(Ta), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag), 스테인레스 강, 이들의 합금, 또는 소정의 다른 적절한 전도성 재료와 같은 소정의 적절한 전도성 재료로 제조될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 접촉부(154)는 접촉링(150)의 기판 안착면(152) 둘레의 일반적인 원형 패턴으로 스캘럽 위에 형성될 수 있다. 접촉부(154)는 예를 들면, 기판(120)(도 2에 도시안됨)의 크기에 따라, 개수가 달라질 수 있다. 접촉부(154)는 또한 비균일한 높이의 비도금면과 접촉하도록 가요적일 수 있다. 전력은 전원(도시안됨)을 경유하여 접촉부(154)로 공급될 수 있다. 전원은 모든 전기 접촉부(154)에 공동으로, 전기 접촉부(154) 그룹 또는 뱅크(bank)에 별도로, 또는 개별 접촉부(154)에 전력을 공급할 수 있다. 전류가 그룹 또는 개별 접촉부(154)로 공급되는 실시예에서, 전류 제어 시스템은 각각의 그룹 또는 핀에 인가되는 전류를 제어하도록 적용될 수 있다.
소정의 실시예에 있어서, 접촉링(150), 부착 부재(116) 및 장착 부재(112)는 모두 전기 전도성 재료로 제조될 수 있다. 접촉부(154), 접촉링(150)과 같이, 부착 부재(116) 및 장착 부재(112)는 소정의 적절한 전기 전도성 재료로 제조될 수 있으며, 소정의 실시예에서 스테인레스 강으로 제조될 수 있다. 따라서, 부착 부재(116)는 장착 부재(112)와 접촉링(150)을 전기적으로 결합할 수 있다. 따라서, 전력은 장착 부재(112)와 전원 사이의 하나 이상의 전기 연결부에 의해 접촉부(154)에 공급될 수 있다.
또한, 소정의 실시예에 있어서, 장착 부재(112)는 추력판 장착판(146)과 물리적이며 전기적으로 결합될 수 있으며, 상기 추력판 장착판은 또한 전기 전도성 재료로 제조되고 전원에 부착될 수 있다. 기판 고정 조립체(110)가 도 1의 헤드 조립체(102)에 의해 운동(즉, 상승, 하강 및 회전)할 때, 장착 부재(112) 또는 장착판(146)은 접촉부(154)로 전력을 공급하도록 적용되는 소정의 적절한 부착 수단을 경유하여 전원에 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 밀봉판(142)은 추력판(144)에 부착될 수 있다. 추력판(144)은 기판의 비도금면 상에 밀봉 부재(148)와의 고정력을 발휘하도록 접촉링(150)과 무관하게 운동(즉, 상방 및 하방으로)하도록 적용되어 접촉링(150)의 기판 안착면(152)에 기판을 고정할 수 있다. 밀봉 부재(148)는 기판의 도금면과 접촉부(154) 사이에 균일한 접촉력을 제공하도록 설계될 수 있다.
예를 들면, 밀봉 부재(148)는 밀봉 부재(148)의 유효 스프링 상수를 감소시키도록 설계되는 유연한 부재로 제조될 수 있다. 즉, 밀봉 부재(148)는 기판의 비도금면에서의 약간의 비균일도(또는 환형 밀봉 부재(148)에서의 약간의 비균일도)에 부합하도록 압축될 수 있다. 예를 들면, 밀봉 부재(148)가 압축될 때, 최하 지점을 밀봉하기 전에 비도금면의 최상 지점을 밀봉하기 위하여 더 작은 힘이 필요할 수 있다. 최상 및 최하 지점간의 작은 힘의 차이로 인하여, 기판의 비도금면 그리고 이에 따른 기판의 도금면과 접촉하는 접촉부(154)상에 국부적 힘이 더 균일하게 될 수 있다. 접촉부(154)의 더 균일한 힘은 균일한 접촉 저항 및 개선된 도금 균일도를 유발할 수 있다.
다수의 스캘럽(156)은 다수의 접촉부(154) 아래 접촉링(150)의 바닥면 상에 형성될 수 있다. 스캘럽(156)의 크기 및 형상은 제한되지 않으며 다른 적용분야에 따라 변화될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 접촉부(154) 아래 형성된 스캘럽(156)은 실질적으로 사각형 형상일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 그러나, 스캘럽은 원형(예를 들면, 반원통형, 또는 반구형) 또는 삼각형(예를 들면, 피라미드형 또는 톱니형)을 포함하여 다른 형상일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 그러나, 다른 실시예에 있어서, 스캘럽은 기판 안착면(152)으로부터 연장될 수 있으며, 접촉부(154)를 상승시키게 된다.
도 3a는 접촉링(150)의 상세 단면도이다. 도시된 바와 같이, 접촉링(150)은 접촉부들(154) 사이의 두께(t1), 및 스캘럽(156)에서의 두께(t2)를 가질 수 있다. 두께(t1 및 t2)는 각각 기판 안착면(152)으로부터 접촉부 아래의 접촉링(150)의 바닥면(162) 그리고 접촉부(154) 사이의 접촉링(150)의 바닥면(164)까지로 측정될 수 있다. 대체로, t2가 증가하면, 접촉부(154)에서 또는 접촉부 근처에서 전류 밀도의 양이 감소하여, 접촉부(154)에서 또는 근처에서 도금의 양이 감소한다. 이와 유사하게, t1이 감소하면, 접촉부간의 전류 밀도의 양이 증가하고, 접촉부(154)간의 도금의 양이 증가한다. 두께 t1에 대한 t2의 비율을 제어함으로써, 균일한 전류 밀도 및 이에 따라 기판(120)의 주변 엣지 둘레의 도금 두께에서의 비 균일도가 감소될 수 있다.
도시된 바와 같이, 접촉링(150)은 내도금성(plating-resistant) 코팅(158)에 의해 둘러싸인 전도성 코어(160)로 형성될 수 있다. 일부 실시예들의 경우에, 전도성 코어(160)는 전도성 재료로 이루어진 중실(中實;solid) 단편(piece)일 수 있다. 접촉부(154)는 도금면(152)으로부터 내도금성 코팅(158)을 통해 연장할 수 있다. 도금액에 노출되는 도금면(122)의 표면적을 최대화하기 위해, 접촉부(154)가 주변 엣지에서 또는 그 부근에서 기판(120)의 도금면(122)과 접촉되게 구성될 수 있다. 예를 들어, 다른 실시예들의 경우에, 접촉부(154)는 기판(120)의 엣지로부터 5mm 미만(예를 들어, 2.5 mm 또는 4.5 mm)의 거리에서 도금면(122)과 접촉될 수 있다. 전술한 바와 같이, 추력판 조립체는 밀봉 부재(도 3a에는 미도시 됨)를 포함할 수 있으며, 상기 밀봉 부재는 접촉링(150)의 기판 안착면(152)에 대해 기판(120)을 고정하기 위해 접촉부(154)의 반대쪽 위치에서 기판(120)의 비도금면(124)에 대해 고정력(securing force)을 가하도록 구성된다. 밀봉 부재는 접촉부(154)와 도금면(122) 사이에 균일한 밀봉력을 제공하도록 구성될 수 있으며, 그러한 균일한 밀봉력은 도금면(122)에 걸쳐 균일한 전류를 제공하는데 도움이 될 수 있는 균일한 접촉 저항을 제공하는데 도움이 된다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들의 경우에, 접촉링(150)에 부착된 밀봉 부재(130)는 전기적 접촉부(154)로부터 방사상 내측으로 기판(120)의 도금면(122)에 결합되도록 구성될 수 있다. 따라서, 밀봉 부재(130)는 도금액의 유동으로부터 접촉부(154)를 차폐할 것이며, 이러한 차폐는 예를 들어 접촉부(154)상에 도금이 되는 것을 방지함으로써 균일한 접촉 저항을 제공하는데 도움이 될 것이다.
일반적으로, 도금면(122)상의 임의 지점에서의 전류는 시드층 저항, 접촉 저항, 및 전해질 저항의 합에 반비례한다. 전술한 바와 같이, 접촉부(154)들 사이의 도금면(122)상의 지점들은 접촉부(154)에서의 또는 그 부근에서의 도금면들상의 지점들 보다 큰 유효 시드층 저항을 나타낼 것이다. 이러한 시드층 저항의 증대는 전류의 감소를 초래할 것이고, 그에 따라 접촉부들 사이에 보다 적은 도금을 초래할 것이다. 그러나, 도 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 스캘럽(scallop)(156)의 보다 두꺼운 치수가 접촉부들 사이의 증대된 시드층 저항을 보상할 것이며, 그에 따라 도금면(122)의 둘레를 따른 전류 편차를 감소시킬 것이다.
도 3c는 접촉부(154) 아래쪽에서 도금면(122)으로 연장하는 전류 선속(current flux lines)(180)을 도시하고, 도 3d는 접촉부(154)들 사이에서 도금면(122)으로 연장하는 선속(180)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 두 경우 모두, 선속(180)은 접촉링(150) 주변에서 함께 모아지는 경향이 있으며, 이러한 경향은 도금액의 유효 저항을 효과적으로 증대시킨다. 그러나, 스캘럽(156)의 증대된 두께로 인해, 도 3c의 선속(180)은 도 3d의 선속(180) 보다 긴 거리에 걸쳐 함께 모아지게 된다. 따라서, 스캘럽(156)들 사이의 영역에는 도금액의 낮은 유효 저항이 존재하며, 이는 접촉부(154)들 사이의 증대된 시드층 저항을 보상할 것이다.
도 4a 및 도 4b는 통상적인 접촉링 및 스캘럽형 접촉링을 각각 이용하여 달성된 도금 균일도를 도시한다. 각 그래프는 40nm 시드층을 가지는 2개의 300mm 기판의 주변 엣지를 따라 샘플링된 도금 두께를 나타낸다. 도금 두께는 둘레의 1/8(예를 들어, 45도)을 따라 샘플링되었다. 도시된 바와 같이, 1/8에 해당하는 부분은 도면에 핀으로 표시된 6개의 접촉부를 포함할 것이다(즉, 총 48개의 접촉부가 존재할 것이다). 도 4a의 샘플 기판은 약 7mm(즉, 접촉부들 사이 및 아래쪽으로)의 균일한 두께를 가지는 통상적인 접촉링을 이용하여 도금되었다. 도 4b의 샘플 기판은 접촉부들 사이의 5mm 두께(t1) 및 접촉부 아래로 7mm 두께(t2)를 가지는 스캘럽형 접촉링을 이용하여 도금되었다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 통상적인 접촉링을 이용하는 경우, 접촉부에서의 또는 그 부근에서의 도금 두께는 증대되고, 접촉부들 사이에서의 도금 두께는 감소된다. 예를 들어, 도금 두께는 접촉부에서 또는 그 부근에서의 약 8000Å으로부터 접촉부들 사이의 지점들에서의 6500Å으로 변화될 것이다. 이와 대조적으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 스캘럽형 접촉링을 이용하는 경우, 도금 두께는 약간만 변화된다. 물론, 실제 도금 균일도는 여러가지 실시예들에 따라서 그리고 여러가지 용도에 따라서 달라질 것이다.
따라서, 여러가지 용도에 따라, 최적의 도금 균일도를 달성하기 위해 스캘럽의 크기 및 형상이 달라질 수 있다. 예를 들어, 스캘럽들 사이의 접촉링의 두께(t1)와 접촉링의 두께(t2)는 시드층 두께, 원하는 도금 두께, 기판 크기, 전기 바이어스의 강도, 도금되는 재료 등과 같은 여러가지 용도 파라미터를 기초로 변화될 수 있다. 다시 말해, 접촉부에서의 또는 그 부근에서의 도금 두께를 감소시키기 위해 필요에 따라 t2가 증대될 수 있고, 접촉부들 사이의 도금 두께를 증대시키기 위해 필요에 따라 t1이 감소될 수 있다. 상기 예에서 설명한 바와 같이, 일 실시예의 경우에, 두께(t2)는 약 7mm일 수 있고, 두께(t1)는 약 5mm일 수 있다. 통상적으로, (접촉부 아래쪽)두께(t2)는 3mm 내지 9mm일 수 있고, (접촉부들 사이)두께(t1)는 1mm 내지 5mm일 수 있다.
접촉링 제조
전술한 바와 같이, 균일한 접촉 저항은 또한 균일한 도금 두께를 촉진할 것이다. 따라서, 일부 실시예들의 경우에, 접촉링은 균일한 접촉 저항을 보장하도록 의도된 작업을 포함하는 프로세스에 따라 제조될 수 있다. 도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제조 프로세스의 여러 단계들에서의 예시적인 접촉링(550)을 평면(예를 들어, 기판 안착면에서 아래쪽을 향한 상태에서 본) 도시한 것이다.
예를 들어, 도 5a에서, 접촉링(550)은 전도성 재료(560)(예를 들어, 스테인레스 스틸)로 이루어진 단일 피스(single piece)를 포함할 수 있다. 접촉부는 접촉 재료(570) 피스를 접촉링(550)에 부착함으로써 접촉링(550)상에 형성될 수 있다. 접촉 재료(570) 피스는 납땜 또는 용접과 같은 임의의 적절한 부착 기술을 이용함으로써 접촉링(550)에 부착될 수 있다. (일반적으로, 납땜은 용융 온도가 450℃ 이하인 금속으로 실시되는 반면, 브레이징(brazing)은 용융 온도가 450℃이상인 금속으로 실시된다.) 일부 실시예들의 경우에, 접촉 재료(570)의 피스는 브레이징 프로세스를 통해 부착된다. 예를 들어, 접촉 재료(570)의 피스는 접촉링(550)내에 형성된 공동(562)내에 위치될 것이며, 이때 접촉 재료(570)의 상단부는 공동(562)의 상부 표면 위쪽으로 돌출한다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 브레이징 재료(572)의 하나 이상의 피스가 접촉 재료(570) 피스에 인접하여 공동(562)내에 위치될 것이다. 일반적으로, 브레이징 재료(572)는 또한 전도성 재료(560) 및 접촉 재료(570)의 용융 온도 보다 낮은 용융 온도를 가져야 할 것이다. 브레이징 재료(572)는 또한 높은 내마모성, 오염 방지를 위한 높은 순도, 브레이징 온도에서의 낮은 증기압, 그리고 접촉 재료(570) 및 전도성 재료(560)를 습윤(wet)시킬 수 있는 능력을 갖도록 선택될 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들의 경우에, 접촉 재료(570)는 용융 온도가 약 2230℃인 플레티늄 인듐 합금(예를 들어, 85% 플래티늄, 15% 인듐)일 수 있고, 전도성 재료(560)는 융점이 약 1650℃인 스테인레스 스틸일 수 있다. 플래티늄 인듐 합금 접촉부를 스테인레스 스틸 접촉링(예를 들어, 전술한 특성들을 가진다)에 브레이징하는데 적합한 브레이징 재료(572)의 일 예를 들면, 용융 온도가 약 1220℃인 팔라듐 코발트 합금(예를 들어, 65% 팔라듐, 35% 코발트)이 있다. 다시 말해, 접촉링(550)은 브레이징 재료(572)의 융점 이상의 온도(예를 들어, 1220℃ 이상)까지 가열될 수 있고, 이는, 도 5c에 도시한 바와 같이, 브레이징 재료(572)를 용융시키고 그리고 접촉 재료(570)를 접촉링(550)에 고정하는 브레이징 재료(572)의 단일 피스를 형성하게 한다. 브레이징의 장점들은 증대된 접촉 수명, 보다 균일한 접촉 높이 및 보다 균일한 접촉 저항을 포함할 것이다.
전술한 바와 같이, 기판의 도금면적을 최대화하는 것이 일반적으로 바람직하다. 따라서, 일부 실시예들의 경우에, 도 5d에 점선으로 표시된 접촉링(550)의 내측 환형 부분을 제거하여, 그 제거된 부분이 도금액으로부터 기판을 차폐하는 것을 방지하게 할 수 있고 또 기판의 엣지 부근에서 접촉부들이 기판의 도금면에 접촉하여 형성될 수 있게 한다.
도 5e는 환형 내측 부분을 제거한 후의 접촉링(550)을 도시한다. 일부 실시예들의 경우에, 내도금성 재료(558)(도 5f에 도시됨) 코팅을 도포하기에 앞서서, 접촉링(550)의 전도성 재료(560)의 표면을 처리하여 내도금성 재료(558)이 접촉링(550)에 부착되는 것을 개선할 수도 있다. 예를 들어, 전도성 재료(560)의 표면을 그릿 블래스트 처리(grit blasted)할 수도 있으며, 그러한 처리는 전도성 재료(560)의 표면 마무리(surface finish)를 변화시키고 내도금성 재료(558)의 부착을 개선할 것이다. 그릿 블래스팅은 또한 시간 경과 후에 내도금성 재료(558)가 접촉 재료(570)의 상부로부터 미끄러지는 것을 방지할 것이고, 상기와 같은 미끄러짐은 기판 도금면과 접촉부 사이의 충분한 전기적 접촉을 방해하고 결과적으로 접촉 저항을 높이게 될 것이다. 또한, 일부 실시예들의 경우에, 내도금성 재료(558)의 부착을 개선하기 위해, 표면의 그릿 브래스팅 처리와 함께 또는 그 대신에, 전처리 재료(primer material)의 코팅이 전도성 재료(560)의 표면에 도포될 수 있다.
도 5f는 내도금성 재료(558)의 코팅을 도포한 후의 접촉링(550)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 접촉 재료(570)의 일부는 내도금성 재료(558)의 코팅을 통해 노출되어, 접촉 재료(570)가 기판의 도금면에 결합될 수 있게 한다. 일부 실시예들의 경우에, 접촉 재료가 내도금성 재료(558)로 코팅되는 것을 방지하기 위해, 내도금성 재료(558) 코팅의 도포에 앞서서 접촉 재료(570)가 마스크 처리(masked)될 수도 있다. 다른 실시예들의 경우에, 내도금성 재료(558)의 코팅이 접촉 재료(570)에 도포되고, 이어서 제거될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대해 설명하였지만, 본 발명의 기본 범위내에서 본 발명의 또 다른 추가적인 실시예들이 가능할 것이며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 프로세싱 시스템에서 기판에 전기 바이어스를 제공하기 위한 장치로서,
    상기 기판을 수용하는 기판 안착면을 구비하고, 중앙 개구를 형성하는 전도성 환형 본체;
    상기 기판 안착면에 형성되어 상기 기판의 도금면과 접촉하는 다수의 전기 접촉부; 및
    상기 전도성 환형 본체의 표면에 형성된 다수의 돌출부;를 포함하며,
    상기 전기 접촉부를 통하여 기판에 전기 바이어스가 제공될 때, 상기 돌출부가 상기 기판의 주변 엣지를 따라 실질적으로 균일한 전류 밀도를 제공하도록 성형된, 전기 바이어스 제공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 돌출부가 실질적으로 직사각형 형상인, 전기 바이어스 제공 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 안착면으로부터 돌출부가 형성된 표면까지 측정한 상기 전도성 환형 본체의 제 1 두께가 돌출부에서 약 3㎜ 내지 약 9㎜이고, 돌출부 사이에서 약 1㎜ 내지 약 5㎜인, 전기 바이어스 제공 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전기 접촉부가 상기 전도성 환형 본체의 기판 안착면에 형성된 공동에 본딩된, 전기 바이어스 제공 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 전기 접촉부가 상기 전도성 환형 본체의 기판 안착면에 형성된 공동에 브레이징된, 전기 바이어스 제공 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 전기 접촉부가 플레티늄-인듐 합금으로 제조되고, 땜납 재료로서 팔라듐 코발트 합금을 사용하여 상기 공동에 브레이징된, 전기 바이어스 제공 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 프로세싱 시스템의 기판 위치결정 조립체에 대한 부착을 위하여 상기 전도성 환형 본체와 연결되는 환형 장착 부재를 더 포함하고, 상기 환형 장착 부재가 전기 전도성이며, 상기 환형 장착 부재가 전도성 부착 부재를 통해 상기 전도성 환형 본체에 전기적으로 접속되는, 전기 바이어스 제공 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전도성 부착 부재의 간격이 기판의 직경보다 더 큰, 전기 바이어스 제공 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 환형 본체가 내도금성 재료로 코팅된 중실 전도성 코어를 포함하고, 상기 전기 접촉부가 상기 내도금성 재료를 통하여 연장된, 전기 바이어스 제공 장치.
  10. 기판의 도금면에 도금될 이온 함유 도금액을 수용하는 도금조 조립체; 및
    상기 기판이 도금액에 노출될 때, 기판을 고정하도록 구성된 기판 고정 조립체;를 포함하고,
    상기 기판 고정 조립체가 중앙 개구를 형성하는 전도성 환형 본체, 상기 전도성 환형 본체의 기판 안착면에 형성되어 상기 기판의 도금면과 접촉하는 다수의 전기 접촉부 및 상기 전도성 환형 본체의 표면에 형성된 다수의 돌출부를 포함하며,
    상기 전기 접촉부를 통하여 기판의 도금면에 전기 바이어스가 제공될 때, 상기 돌출부가 상기 기판의 도금면 주변 엣지를 따라 실질적으로 균일한 전류 밀도를 제공하도록 성형된, 프로세싱 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 기판에 고정력을 가하여 상기 기판을 기판 안착면에 고정시키는 추력판을 포함하는 추력판 조립체를 더 포함하는, 프로세싱 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 추력판 조립체는, 상기 추력판이 기판에 고정력을 가할 때, 상기 기판의 비도금면과 접촉하는 환형 밀봉 부재를 더 포함하는, 프로세싱 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 환형 밀봉 부재는, 상기 전기 접촉부가 기판의 도금면과 접촉할 때, 상기 기판의 엣지로부터 방사상 내측으로 실질적으로 동일한 거리에서 기판의 비도금면과 접촉하도록 설계된, 프로세싱 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 기판 고정 조립체가 상기 추력판 조립체에 전기적으로 접속되고, 상기 추력판 조립체가 전원에 부착되어 상기 전기 접촉부에 전력을 공급하는, 프로세싱 시스템.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 전기 접촉부가 상기 전도성 환형 본체의 기판 안착면에 형성된 공동에 본딩된, 프로세싱 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 전기 접촉부가 상기 전도성 환형 본체의 기판 안착면에 형성된 공동에 브레이징된, 프로세싱 시스템.
  17. 도금 프로세스 과정에서 기판의 주변 엣지를 따라 도금 균일도를 제어하는 방법으로서,
    전도성 환형 링의 기판 안착면에 형성된 다수의 전기 접촉부를 통하여 상기 기판의 도금면에 전기 바이어스를 인가하고, 상기 전기 바이어스의 인가로 인하여 상기 도금면의 주변 엣지를 따라 전류 밀도가 유발되는 단계; 및
    상기 전도성 환형 링의 표면에 형성된 다수의 돌출부를 통하여 상기 도금면의 주변 엣지를 따라 상기 전류 밀도를 제어하는 단계;를 포함하며,
    상기 돌출부가 상기 전기 접촉부간의 도금면에서 증가된 저항을 보상하는 형상인, 도금 균일도 제어 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 기판 안착면에 형성된 공동에 상기 전기 접촉부를 본딩하는 단계를 더 포함하는, 도금 균일도 제어 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 기판 안착면에 형성된 공동에 상기 전기 접촉부를 본딩하는 단계는 브레이징하는 단계를 포함하는, 도금 균일도 제어 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 전기 접촉부를 브레이징하는 단계는 땜납 재료로서 팔라듐 코발트 합금을 사용하여 상기 전기 접촉부를 브레이징하는 단계를 포함하는, 도금 균일도 제어 방법.
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