多化学物質の電気化学的処理システム
本発明の実施形態は、一般に、単一のメッキプロセスに対して複数の化学物質を与えるように構成された電気化学的処理システムを提供する。これらの複数の化学物質は、一般に、処理システムに位置決めされた個々のメッキセルへ配送される。個々の化学物質は、一般に、バリア層への直接的なメッキ、合金メッキ、薄いシード層へのメッキ、最適な特徴部充填及びバルク充填メッキ、最小限の欠陥を伴うメッキ、及び／又は複数の化学物質を使用して各化学物質の希望の特性の利点を取り入れられる他のメッキプロセス、を遂行するのに使用できる。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
【発明の分野】
【０００２】
[0001]本発明の実施形態は、一般に、基板に導電性材料を電気化学的に堆積するための電気化学的処理システム及び方法に関する。
【関連技術の説明】
【０００３】
[0002]サブクオーターミクロンサイズの特徴部を金属化することは、現在及び将来世代の集積回路製造プロセスのための基本的技術である。より詳細には、超大規模集積型デバイス、即ち百万を越える論理ゲートを伴う集積回路を有するデバイスのようなデバイスでは、これらデバイスの中心部に存在する多レベル相互接続部が、一般に、アスペクト比が高い即ち約４：１以上の相互接続特徴部に銅やアルミニウムのような導電性材料を充填することで形成される。従来、これらの相互接続特徴部を充填するために、化学気相堆積（ＣＶＤ）及び物理気相堆積（ＰＶＤ）のような堆積技術が使用されている。しかしながら、相互接続部のサイズが小さくなり且つアスペクト比が高くなるにつれて、従来の金属化技術によりボイドなしに相互接続特徴部を充填することが次第に困難になる。それ故、集積回路製造プロセスにおいてサブクオーターミクロンサイズの高アスペクト比の相互接続特徴部をボイドなしに充填するための有望なプロセスとして、メッキ技術、即ち電気化学メッキ（ＥＣＰ）及び無電気メッキが出現した。
【０００４】
[0003]例えば、ＥＣＰプロセスでは、基板（又はそこに堆積された層）の表面に形成されたサブクオーターミクロンサイズの高アスペクト比の特徴部に、銅のような導電性材料を効率的に充填することができる。ＥＣＰメッキプロセスは、一般に、２段階プロセスであり、即ち基板の表面特徴部の上にシード層を最初に形成し、次いで、基板の表面特徴部を電解溶液に露出しつつ、シード層と、電解溶液内に位置決めされた銅のアノードとの間に電気的バイアスを印加する。電解溶液は、一般に、基板の表面にメッキされるべきイオンを含み、それ故、電気的バイアスを印加すると、これらのイオンが電解溶液からそのバイアスされたシード層にメッキされるように押しやられ、従って、基板表面上にイオンの層を堆積して特徴部を充填することができる。
【０００５】
[0004]ビアやトレンチのような表面特徴部は、半導体デバイス製造プロセスのスループットを促進するために、充填層に欠陥を生じることなく、できるだけ素早く充填することが望ましい。しかしながら、特徴部充填率を一般的に高めるメッキ化学物質は、平坦さが悪く且つ欠陥比の高い膜をしばしば形成する。例えば、至近間隔の特徴部の上に材料を迅速に堆積するように構成された化学物質は、一般に、特徴部の上角から厚みを積み上げて、最終的に、特徴部の頂部を横切って合流させ、周囲の膜に対して高いスポットを作り出す。更に、特徴部の上角からあまりに迅速に材料が積み上がる場合には、特徴部の開口が閉じて、ボイドが形成されることがある。逆に、平坦化及び実質的に欠陥のない膜を促進する化学物質は、一般に、メッキ速度が低速で、特徴部の上部を開いたままにするが、本来スループットが低速になる。それ故、従来の電気化学メッキの化学物質は、一般に、特徴部充填性能と、欠陥及び平坦化特性とをバランスさせ又は妥協させるように構成される。より詳細には、メッキセルにおける化学物質は、一般に、欠陥を最小限にしながら、スループットを容易に得るのに受け入れられる特徴部充填率を与えるよう構成される。しかしながら、化学物質は、異なる目標をもつ２つの別々のプロセスの必要性をバランスさせねばならないので、各々のプロセスにおけるある特性を本来犠牲にしなければならず、即ちスループットの上昇は、一般に、欠陥比を犠牲にして達せられる。
【０００６】
[0005]しかしながら、複数の化学物質の効果的な特性を単一のメッキプロセスに合体できるように多化学物質能力を与えることのできるメッキシステムを提供することが要望される。特徴部充填及びバルク充填プロセスに適用するのに加えて、多化学物質能力を有するシステムは、単一化学物質メッキプロセスのメッキ特性をバランスさせることが従来必要とされる他の種々のメッキプロセスに対しても効果を発揮する。例えば、多化学物質メッキシステムは、第１メッキ化学物質を使用して、バリア層への付着を容易にすることができ（一般的な低速メッキプロセス）、次いで、第２化学物質を使用して、付着の難題を伴うことなくバリア層の頂部の層の上にメッキを行って特徴部を充填することができるので、バリア層上での直接的なメッキを容易にする。更に、多化学物質システムは、第１化学物質を使用して合金層をメッキすることができ、次いで、第２化学物質を使用して、既に堆積された層の上に異なる層又は別の合金層をメッキできるような合金メッキプロセスにも有益である。更に、多化学物質プロセスは、最小限の欠陥で第１層をメッキする（一般に低い速度で）ように構成された第１化学物質を使用し、次いで、スループットを最適化するように最小限の欠陥で第１層の上に第２層をメッキするように構成された第２化学物質を使用することにより、半導体基板メッキプロセスにおける欠陥比を実質的に改善するのに使用することができる。
【０００７】
[0006]それ故、単一の電気化学的メッキプロセスに対して複数の化学物質を与えるように構成された改良された電気化学的メッキシステムが要望される。
【発明の概要】
【０００８】
[0007]本発明の実施形態は、一般に、単一のメッキプロセスに対して複数の化学物質を与えるように構成された電気化学的処理システムを提供する。これら複数の化学物質は、バリア層への直接的なメッキ、合金メッキ、薄いシード層へのメッキ、最適な特徴部充填及びバルク充填メッキ、最小限の欠陥を伴うメッキ、及び／又は複数の化学物質を使用して各化学物質の特性の利点を取り入れることのできる他のメッキプロセス、を遂行するのに使用できる。複数の化学物質は、一般に、一体的な電気化学的メッキシステムに位置決めされた別々の電気化学的処理セルに与えられる。
【０００９】
[0008]本発明の実施形態は、更に、複数の処理セルが位置決めされたシステムプラットホームと、これら複数の処理セル間で基板を移送するように位置決めされたロボットと、システムプラットホームと連通するように位置決めされたファクトリインターフェイスであって、基板を処理のためにシステムプラットホームに供給するように構成されたファクトリインターフェイスとを備えた電気化学的処理システムを提供する。このシステムは、更に、複数の処理セルの各々と流体連通する流体配送システムを備え、この流体配送システムは、複数の処理セルの各々に複数の化学物質を与えるように構成される。
【００１０】
[0009]本発明の実施形態は、更に、電気化学的処理システムを提供することができる。この処理システムは、複数の処理セル位置を有する処理システムベースと、処理セル位置の２つに位置決めされた少なくとも２つの電気化学メッキセルと、処理セル位置の１つに位置決めされた少なくとも１つのスピンリンス乾燥セルと、処理セル位置の別の１つに位置決めされた少なくとも１つの基板ベベル清掃セルとを含むことができる。処理システムは、更に、少なくとも２つの電気化学的処理セルに流体連通した多化学物質メッキ溶液配送システムを含むことができる。この多化学物質メッキ溶液配送システムは、一般に、計測ポンプと、該計測ポンプと流体連通する複数のメッキ溶液添加容器と、計測ポンプと流体連通する少なくとも１つの第１のバージン電解溶液容器と、計測ポンプの出口と流体連通すると共に、少なくとも２つの電気化学的メッキセルの各々と選択的に個々に流体連通するメッキ溶液分配マニホールドとを備えている。
【００１１】
[0010]本発明の実施形態は、更に、システムベースに位置決めされた複数の電気化学的処理セルと、これら複数の電気化学的処理セルの各々に複数の異なる電気化学的メッキ溶液を配送する手段とを有する電気化学的処理システムを提供することができる。
【００１２】
[0011]本発明の実施形態は、更に、半導体基板上に少なくとも１つの層を電気化学的にメッキするための方法を提供することができる。この方法は、一般に、第１のメッキ操作のために一体的メッキシステムプラットホーム上の第１の電気化学的メッキセルに基板を位置決めするステップと、第２のメッキ操作のために一体的メッキシステムプラットホーム上の第２のメッキセルに基板を位置決めするステップと、多化学物質の流体配送システムで第１のメッキセルに第１の電気化学的メッキ化学物質を供給するステップと、多化学物質の流体配送システムで第２のメッキセルに第２の電気化学的メッキ化学物質を供給するステップであって、第１及び第２の化学物質が異なるものであるステップと、を備えている。
【００１３】
[0012]本発明の上述した特徴を詳細に理解できるようにするため、前記で簡単に要約した本発明の更に特定の説明を、添付図面に示された実施形態を参照して行うことができる。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を示すに過ぎず、従って、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は、等しく有効な他の実施形態も受け入れられることに注意されたい。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００１４】
[0019]本発明の実施形態は、一般に、複数の化学物質を使用して半導体基板上に金属のような導電性材料をメッキするように構成された電気化学的メッキシステムを提供する。単一のメッキプラットホーム上に複数の化学物質を実施することで、複数のプロセスステップの最適化を許容し、これは、膜のクオリティの向上及びシステムスループットの改善をもたらす。本発明の実施形態は、バリア層への直接的なメッキ、合金メッキ、従来の金属メッキと結合された合金メッキ、薄いシード層へのメッキ、最適な特徴部充填及びバルク充填メッキ、最小限の欠陥での複数層のメッキ、或いは２つ以上の化学物質がメッキプロセスに有益となり得るような他のメッキプロセスを含む（それらに限定されないが）種々のメッキプロセスに多化学物質システムを使用できることを意図している。
【００１５】
[0020]図１は、本発明の電気化学的処理システム（ＥＣＰ）１００の一実施形態を示す上面図である。ＥＣＰシステム１００は、一般に、ロボット１２０が中央に位置決めされた処理ベース１１３を備えている。ロボット１２０は、一般に、基板を支持するように構成された１つ以上のロボットアーム１２２、１２４を備えている。更に、ロボット１２０及びそれに付随するブレード１２２、１２４は、一般に、伸張し、回転し且つ垂直に移動するように構成されて、ロボット１２０が、ベース１１３に位置決めされた複数の処理位置１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６へ基板を挿入したり取り出したりできるようにする。
【００１６】
[0021]ＥＣＰシステム１００は、更に、ファクトリインターフェイス（ＦＩ）１３０を備えている。このＦＩ１３０は、一般に、処理ベース１１３に隣接するＦＩの側の付近に位置決めされた少なくとも１つのＦＩロボット１３２を備えている。ロボット１３２のこの位置は、該ロボットが基板カセット１３４にアクセスして、そこから基板１２６を取り出し、次いで、その基板１２６を処理セル１１４、１１６の１つへ配送して、処理シーケンスを開始するのを許容する。同様に、ロボット１３２は、基板の処理シーケンスが完了した後に処理セル１１４、１１６の１つから基板を回収するのにも使用できる。この状態において、ロボット１３２は、基板１２６をカセット１３４の１つへ戻し、システム１００から取り出せるようにする。更に、ロボット１３２は、ＦＩ１３０と連通するように位置決めされたアニールチャンバー１３５にもアクセスするように構成される。このアニールチャンバー１３５は、一般に、２位置アニールチャンバーを含み、ここでは、冷却プレート即ち位置１３６と、加熱プレート即ち位置１３７とが隣接位置決めされ、その付近、例えば、これら２つのステーション間に、基板移送ロボット１４０が位置決めされている。このロボット１４０は、一般に、加熱プレート１３７と冷却プレート１３６との間で基板を移動するように構成される。
【００１７】
[0022]一般に、処理位置１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６は、電気化学的メッキプラットホームに使用される多数の処理セルでよい。より詳細には、これらの処理位置は、電気化学的メッキセル、リンスセル、ベベル清掃セル、スピンリンス乾燥セル、基板面清掃セル、無電気メッキセル、計測点検ステーション、及びメッキプラットホームに関連して有益に使用できる他のセル又はプロセスとして構成されてもよい。
【００１８】
[0023]図２Ａは、処理システム１００の処理位置１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６のいずれか１つで実施することのできる処理セルの一実施形態を示す断面図である（図２Ａは、電気化学的メッキセルの一例を示す）。しかしながら、一般に、ここに例示する処理システム１００は、処理位置１０２、１０４、１１２及び１１０に４つの電気化学的メッキセルを含むように構成される。処理位置１０６及び１０８は、一般に、エッジビード除去又はベベル清掃チャンバーとして構成される。更に、処理位置１１４及び１１６は、一般に、基板面清掃チャンバー及びスピンリンス乾燥チャンバーとして構成され、これらは、積み重ね式に、即ち互いに上下に位置決めされてもよい。しかしながら、本発明は、本発明の範囲から逸脱せずに種々の組合せ及び配列が実施できるので、セルの特定の順序又は配列に限定されるものではない。
【００１９】
[0024]図２Ａに戻ると、電気化学的処理セル１０２は、一般に、ヘッドアッセンブリ２２０と、アノードアッセンブリ２２０と、内部深皿２７２と、外部深皿２４０とを備えている。外部深皿２４０は、ベース１０８に結合されると共に、内部深皿２７２を取り囲んでいる。内部及び外部深皿２７２、２４０は、通常、プロセス化学物質に適合する電気絶縁材料、例えば、セラミック、プラスチック、プレキシグラス（アクリル樹脂）、レキサン、ＰＶＣ、ＣＰＶＣ又はＰＶＤＦから製造される。或いは又、内部及び外部深皿２７２、２４０は、ステンレススチール、ニッケル又はチタンのような金属から形成して、これに、テフロン（登録商標）、フルオロポリマー、ＰＶＤＦ、プラスチック、ゴム、及びメッキ流体に適合し得る材料の他の組合せのような絶縁層を被覆し、電極（即ち、電気メッキシステムのアノード及びカソード）から電気的に絶縁できるようにしてもよい。内部深皿２７２は、通常、基板のメッキ面に合致するように構成され、システムにより処理されている基板の形状は、一般に、円形又は長方形である。一実施形態では、内部深皿２７２は、円筒状のセラミック管で、その内径は、セル１０２でメッキされる基板の直径とほぼ同じ寸法又はそれより若干大きい。外部深皿２７２は、一般に、内部深皿２７２から流れ出るメッキ流体を捕獲するためのチャンネル２４８を含む。又、外部深皿２７２は、これを貫通して形成された排出口２１８も有し、これは、使用済みメッキ流体を処理、リサイクル及び／又は廃棄するための再生システムへチャンネル２４８を結合する。
【００２０】
[0025]ヘッドアッセンブリ２２０は、ヘッドアッセンブリフレーム２５２に取り付けられる。このヘッドアッセンブリフレーム２５２は、取り付けポスト２５４及び片持梁アーム２５６を含む。取り付けポスト２５４は、処理システム１００のベース１０８に結合され、又、片持梁アーム２５６は、取り付けポスト２５４の上部から横方向に延びて、取り付けポスト２５４の垂直軸の周りで回転するように一般的に適応され、深皿２４０、２７２の上への又はそれらを越えるヘッドアッセンブリ２２０の移動を許容する。ヘッドアッセンブリ２２０は、一般に、片持梁アーム２５６の遠方端に配置された取り付けプレート２６０に固定される。片持梁アーム２５６の下端は、取り付けポスト２５４に取り付けられた空気シリンダーのような片持梁アームアクチュエータ２６８に接続される。この片持梁アームアクチュエータ２６８は、片持梁アーム２５６と取り付けポスト２５４との間の接合部に対して片持梁アーム２５６を枢着運動させる。片持梁アームアクチュエータ２６８が引っ込められると、片持梁アーム２５６は、ヘッドアッセンブリ２２０を、内部深皿２７２に配置されたアノードアッセンブリ２２０から離れるように移動し、アノードアッセンブリ２２０を第１処理セル１０２から取り出し及び／又は交換するのに必要なスペースを与える。片持梁アームアクチュエータ２６８が伸ばされると、片持梁アーム２５６は、ヘッドアッセンブリ２２０をアノードアッセンブリ２２０に向けて軸方向に移動し、ヘッドアッセンブリ２２０の基板を処理位置に位置決めさせる。又、ヘッドアッセンブリ２２０は、そこに保持された基板を、水平からある角度に傾斜又は方向付けすることもできる。
【００２１】
[0026]ヘッドアッセンブリ２２０は、一般に、基板ホルダアッセンブリ２５０及び基板アッセンブリアクチュエータ２５８を備えている。この基板アッセンブリアクチュエータ２５８は、取り付けプレート２６０に取り付けられると共に、この取り付けプレート２６０を貫通して下方に延びるヘッドアッセンブリシャフト２６２を備えている。このヘッドアッセンブリシャフト２６２の下端は、基板ホルダアッセンブリ２５０に接続されて、この基板ホルダアッセンブリ２５０を処理位置及び基板ロード位置に位置決めする。基板アッセンブリアクチュエータ２５８は、更に、ヘッドアッセンブリ２２０に回転運動も与えるように構成されてもよい。一実施形態では、ヘッドアッセンブリ２２０は、電気メッキプロセス中に約２ｒｐｍから約５０ｒｐｍで回転されるが、約５から約２０ｒｐｍで回転されてもよい。又、ヘッドアッセンブリ２２０は、基板を処理セル内のメッキ溶液に接触位置決めするためにこれを下げるとき、及び基板を処理セル内のメッキ溶液から取り出すためにこれを上げるときにも、回転することができる。ヘッドアッセンブリ２２０は、これを処理セルから持ち上げた後に、このヘッドアッセンブリ２２０及び基板からの残留メッキ溶液の除去を促進するために、高い速度（即ち＞２０ｒｐｍ）で回転されてもよい。
【００２２】
[0027]基板ホルダアッセンブリ２５０は、一般に、スラストプレート２６４及びカソード接触リング２６６を備えている。このカソード接触リング２６６は、メッキされるべき基板の表面に電気的に接触するように構成される。通常、基板は、銅のような金属のシード層が基板の特徴部側に堆積されている。カソード接触リング２６６とアノードアッセンブリ２２０との間に電源２４６が結合され、メッキプロセスを推進する電気的バイアスを与える。
【００２３】
[0028]スラストプレート２６４及びカソード接触リング２６６は、ハンガープレート２３６から懸架される。ハンガープレート２３６は、ヘッドアッセンブリシャフト２６２に結合される。カソード接触リング２６６は、ハンガーピン２３８によりハンガープレート２３６に結合される。ハンガーピン２３８は、カソード接触リング２６６が、内部深皿２７２に嵌合されたときに、ハンガープレート２３６に接近するように移動するのを許容し、従って、スラストプレート２６４により保持された基板を、処理中に、ハンガープレート２３６とスラストプレート２６４との間にサンドイッチさせ、これにより、基板のシード層とカソード接触リング２６６との間に良好な電気的接触を確保することができる。
【００２４】
[0029]アノードアッセンブリ２２０は、一般に、基板ホルダアッセンブリ２５０の下で、内部深皿２７２の下部内に位置決めされる。アノードアッセンブリ２２０は、一般に、１つ以上のアノード２４４及び拡散プレート２２２を含む。アノード２４４は、通常、内部深皿２７２の下端に配置され、又、拡散プレート２２２は、アノード２４４と、基板ホルダアッセンブリ２５０により内部深皿２７２の頂部に保持された基板との間に配置される。アノード２４４及び拡散プレート２２２は、一般に、絶縁スペーサ２２４により離間関係に維持される。拡散プレート２２２は、通常、内部深皿２７２の内部開口に実質的にまたがって固定される。拡散プレート２２２は、一般に、メッキ溶液を浸透でき、通常、プラスチック又はセラミック材料、例えば、スピン結合ポリエステル膜のようなオレフィンで製造される。又、拡散プレート２２２は、一般に、メッキされている基板１１２の表面にわたる流れの均一性を改善するための流体制流板として働く。又、拡散プレート２２２は、電気化学的セルの電気的変動を減衰し、即ち電束を制御するように働いて、メッキの均一性を改善する。或いは又、拡散プレート２２２は、親水性プラスチック、例えば、処理されたＰＥ、ＰＶＤＦ、ＰＰ、或いは電気抵抗減衰特性を与える他の多孔性又は浸透性材料で作られてもよい。
【００２５】
[0030]アノードアッセンブリ２２０は、メッキプロセスの金属ソースとして働く消耗性アノード２４４を含んでもよい。或いは又、アノード２４４は、非消耗性アノードでもよく、電気メッキされるべき金属は、メッキ溶液配送システム１１１からのメッキ溶液内で供給される。アノードアッセンブリ２２０は、銅のような電気メッキされるべき金属と同じ金属で好ましくは作られた多孔性包囲体を有する自己包囲型モジュールでよい。或いは又、この包囲体は、セラミック又はポリマー系メンブレーンのような多孔性材料で作られてもよい。消耗性及び非消耗性アノードは、例えば、銅／ドープされた銅及び白金を各々含む。アノード２４４は、通常、金属粒子、ワイヤ及び／又は孔付きシートであると共に、通常、基板上に堆積されるべき材料、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、白金、タングステン、燐酸銅、貴金属、或いは基板上に電気化学的に堆積できる他の材料から製造される。アノード２４４は、多孔性、孔付き、浸透性、或いはその他、メッキ溶液の通過を許容するように構成されてもよい。或いは又、アノード２４４は、個体でもよい。非消耗性アノードに比して、消耗性（即ち可溶性）アノードは、ガス発生のないメッキ溶液を与えると共に、メッキ溶液に金属を常時補充する必要性を最小にする。図２Ａに示す実施形態では、アノード２４４は、固体銅円板である。
【００２６】
[0031]電解液入口２１６は、内部深皿２７２を貫通して形成され、メッキ溶液配送システム１１１に結合される。電解液入口２１６を経て内部深皿２７２に入るメッキ溶液は、アノードアッセンブリ２２０を通り又はその周囲を流れて、内部深皿２７２の上端に位置決めされた基板１１２の面に向って上昇する。メッキ溶液は、基板面を横切って流れ、次いで、カソード接触リング２６６のスロット（図示せず）を通り、外部深皿２４０に形成された流路へと流れる。電源２４６により基板（カソード接触リング２６６を経て）とアノード２４４との間に印加されたバイアスは、メッキ流体及び／又はアノードからの金属イオンを基板の面に堆積させる。本発明から利益を得るように適応できる処理セルは、例えば、２００１年７月１３日に出願された米国特許出願第０９／９０５，５１３号、及び２００２年１月３０日に出願された米国特許出願第１０／０６１，１２６号に説明されており、これら両特許出願は、参考としてその全体をここに援用する。
【００２７】
[0032]図２Ｂは、処理セルの別の実施形態の部分断面図で、特に、電気化学的メッキセル２００の一例を示す。この電気化学的メッキセル２００は、一般に、外部深皿２０１と、その中に位置決めされた内部深皿２０２とを備えている。内部深皿２０２は、一般に、電気化学的メッキプロセス中に基板に例えば銅のような金属をメッキするのに使用されるメッキ溶液を収容するように構成される。メッキプロセス中に、メッキ溶液は、一般に、内部深皿２０２へ連続的に供給され（例えば、１０リッターのメッキセルの場合に約１ガロン／分で）、それ故、メッキ溶液は、内部深皿２０２の最上点を常時オーバーフローして、外部深皿２０１へと流れ込む。オーバーフローしたメッキ溶液は、次いで、外部深皿２０１により収集され、そこから、内部深皿２０２へ再循環するように排出される。メッキセル２００は、一般に、ある傾斜角度で位置決めされ、即ちメッキセル２００のフレーム部分２０３は、メッキセル２００の各要素が約３°から約３０°傾斜されるように、片側が一般的に持ち上げられている。それ故、メッキ操作中に内部深皿２０２内に充分な深さのメッキ溶液を収容するために、深皿２０２の最上部をメッキセル２００の片側において上方に延長して、内部深皿２０２の最上部が一般的に水平になるようにし、そこに供給されるメッキ溶液が深皿２０２の周囲を連続的にオーバーフローするのを許容する。
【００２８】
[0033]メッキセル２００のフレーム部材２０３は、一般に、このフレーム部材２０３に固定された環状ベース部材２０４を備えている。フレーム部材２０３は片側が持ち上げられているので、ベース部材２０４の上面は、水平位置に対するフレーム部材２０３の角度に対応する角度で、水平から一般的に傾斜される。ベース部材２０４には、環状又は円板状のくぼみが形成されており、環状のくぼみは、円板状のアノード部材２０５を受け入れるように構成される。ベース部材２０４は、更に、複数の流体入口／排出口２０９がその下面に位置決めされている。流体入口／排出口２０９の各々は、一般に、メッキセル２００のアノード区画又はカソード区画へ流体を個々に供給し又はそこから流体を排出するように構成される。アノード部材２０５は、一般に、これを貫通して形成された複数のスロット２０７を含み、これらスロット２０７は、一般に、アノード２０５の表面にわたり互いに平行な向きに位置決めされる。この平行な向きは、アノード表面に発生される高濃度の流体がアノード表面を横切って下方に流れてスロット２０７の１つに流れ込むのを許容する。メッキセル２００は、更に、メンブレーン支持アッセンブリ２０６も備えている。このメンブレーン支持アッセンブリ２０６は、一般に、その外周がベース部材２０４に固定され、且つその内部領域は、流体の通過を許容するように構成されている。メンブレーン２０８は、支持体２０６にわたって張られ、メッキセルのカソード液チャンバー及びアノード液チャンバー部分を流体分離するように働く。メンブレーン支持アッセンブリは、メンブレーンの周囲付近に位置決めされたＯリング形式のシールを含んでもよく、このシールは、メンブレーン支持体２０６に固定されたメンブレーンの片側からメンブレーンの他側へ流体が流れるのを防止するように構成される。拡散プレート２１０がメンブレーン２０８の上に位置決めされ、これは、図２Ａに示された拡散部材２２２と同様に構成される。
【００２９】
[0034]操作中に、傾斜実施が使用されると仮定すれば、メッキセル２００は、一般に、内部深皿２０２内に収容されたメッキ溶液に基板を浸漬する。硫酸銅、塩素、及びメッキパラメータを制御するように構成された複数の有機メッキ添加剤（ならし剤、抑制剤、加速剤、等）の１つ以上を一般に含むメッキ溶液に基板が浸漬されると、基板上のシード層と、メッキセルに位置決めされたアノード２０５との間に電気的バイアスが印加される。この電気的バイアスは、一般に、メッキ溶液を通して移動する金属イオンを、カソードである基板表面に堆積させるように構成される。メッキセル２００のこの実施形態では、メンブレーン２０８より上の容積部と、メンブレーン２０８より下の容積部とに別々の流体溶液が供給される。一般に、メンブレーンより上の容積部は、カソード電極又はメッキ電極が位置決めされる領域であるので、カソード区画又は領域と指定される。同様に、メンブレーン２０８より下の容積部は、アノードが配置される領域であるので、アノード区画又は領域と一般に指定される。各アノード及びカソード領域は、一般に、メンブレーン２０８（これは、一般に、イオン性メンブレーンである）を介して互いに流体分離される。従って、カソード区画に供給される流体は、一般に、メッキ操作をサポートするに必要な全ての成分を含むメッキ溶液であり、一方、アノード区画に供給される流体は、一般に、例えば、硫酸銅溶液のような、カソードチャンバーに存在するメッキ溶液添加剤を含まない溶液である。図２Ｂに示す例示的メッキセルの構成及び操作に関する更なる詳細は、２００２年１０月９日に出願された「ELECTROCHEMICAL PROCESSING CELL」と題する共通に譲渡された米国特許出願第１０／２６８，２８４号に見ることができる。
【００３０】
[0035]図３は、メッキ溶液配送システム１１１の一実施形態を示す概略図である。このメッキ溶液配送システム１１１は、一般に、メッキ溶液を必要とするシステム１００の各処理位置へメッキ溶液を供給するように構成される。より詳細には、このメッキ溶液配送システムは、更に、処理位置の各々に異なるメッキ溶液即ち化学物質を供給するように構成される。例えば、この配送システムは、処理位置１１０、１１２に第１メッキ溶液即ち化学物質を供給する一方、処理位置１０２、１０４には異なるメッキ溶液即ち化学物質を供給することができる。個々のメッキ溶液は、一般に、単一のメッキセルに使用するように分離され、それ故、異なる化学物質との交配汚染の問題は生じない。しかしながら、本発明の実施形態は、２つ以上のセルが、システムの別のメッキセルへ供給される別の化学物質とは異なる共通の化学物質を共有してもよいことも意図する。これらの特徴は、単一の処理プラットホームに複数の化学物質を供給できることにより単一のプラットホーム上で複数の化学物質メッキプロセスを許容するので、効果的である。
【００３１】
[0036]本発明の別の実施形態では、第１のメッキ溶液と、それとは別個の異なる第２のメッキ溶液を、単一のメッキセルへ順次に供給することができる。通常、２つの別々の化学物質を単一のメッキセルに供給するには、各化学物質と化学物質との間にメッキセルを排出し及び／又はパージする必要があるが、第１メッキ溶液と第２メッキ溶液の混合比が約１０％未満であれば、膜の特性に有害とはならない。
【００３２】
[0037]より詳細には、メッキ溶液配送システム１１１は、通常、マニホールド３３２を経てシステム１００の各処理セルに流体結合された複数の添加剤ソース３０２及び少なくとも１つの電解液ソース３０４を備えている。通常、添加剤ソース３０２は、加速剤ソース３０６と、ならし剤ソース３０８と、抑制剤ソース３１０とを含む。加速剤ソース３０６は、通常、基板の表面に吸収されて、その吸収された場所で所与の電圧における電流を局部的に加速する加速剤物質を供給するように適応される。加速剤は、例えば、硫化物系の分子を含む。ならし剤ソース３０８は、平坦なメッキを容易にするように働くならし剤物質を供給するように適応される。ならし剤は、例えば、窒素を含む長連鎖ポリマーである。抑制剤ソース３１０は、それらが吸収される場所（通常、アスペクト比の高い特徴部の上縁／角）において電流を減少する傾向のある抑制剤物質を供給するように適応される。それ故、抑制剤は、これらの位置においてメッキプロセスを低速化し、これにより、特徴部が完全に充填される前に特徴部が早目に閉じるのを減少すると共に、有害なボイドの形成を最小限にする。抑制剤は、例えば、ポリエチレングリコールのポリマー、エチレン酸化物及びプロピレン酸化物の混合物、又はエチレン酸化物及びプロピレン酸化物のコポリマーを含む。
【００３３】
[0038]添加剤ソースを使い果たす状態を防止すると共に、バルク容器交換中の添加剤の浪費を最小限にするために、添加剤ソース３０２の各々は、一般に、小さな緩衝容器３１６に結合された大きな即ちバルク蓄積容器を備えている。緩衝容器３１６は、一般に、バルク蓄積容器３１４から充填され、それ故、バルク容器は、流体配送システムの操作に影響せずに交換のために取り外すことができる。というのは、バルク容器の交換中にそれに関連した緩衝容器がシステムへ特定の添加剤を供給できるからである。緩衝容器３１６の容積は、通常、バルク容器３１４の容積より著しく小さい。これは、１０から１２時間の非中断操作に充分な添加剤を収容するサイズとされる。これは、バルク容器が空になったときに操作者がバルク容器を交換するに充分な時間を与える。緩衝容器が存在せずに、非中断操作が要望される場合には、バルク容器を、それが空になる前に交換しなければならず、従って、添加剤の著しい浪費を招く。
【００３４】
[0039]図３に示す実施形態では、複数の添加剤ソース３０２と複数の処理セルとの間に計量ポンプ３１２が結合される。この計量ポンプ３１２は、一般に、少なくとも第１から第４の入口ポート３２２、３２４、３２６、３２８を備えている。例えば、第１の入口ポート３２２は、一般に、加速剤ソース３０６に結合され、第２の入口ポート３２４は、一般に、ならし剤ソース３０８に結合され、第３の入口ポート３２６は、一般に、抑制剤ソース３１０に結合され、更に、第４の入口ポート３２８は、一般に、電解液ソース３０４に結合される。計量ポンプ３１２の出口３３０は、一般に、出口ライン３４０によりマニホールド３３２を経て処理セルに結合され、ここでは、順次に供給される添加剤の混合物（即ち、少なくとも１つ以上の加速剤、ならし剤、及び／又は抑制剤）が、電解液ソース３０４から第１配送ライン３５０を経てマニホールド３３２へ供給される電解液と合成されて、必要に応じて第１又は第２のメッキ溶液を形成することができる。計量ポンプ３１２は、測定された量の選択的添加剤を処理セル１０２、１０４へ供給するように適応されたいかなる計測装置（１つ又は複数）でもよい。計量ポンプ３１２は、ロータリー計測バルブ、ソレノイド計測ポンプ、ダイアフラムポンプ、注射器、蠕動ポンプ、或いは単独で又は流量センサに結合されて使用される他の正変位ポンプでよい。更に、添加剤は、加圧して流量センサに結合することもできるし、液体質量流量コントローラに結合することもできるし、或いは電気化学的メッキ溶液をメッキセルへ流すのに受け入れられる加圧分与容器又は他の流体計測装置の重量利用ロードセル測定により計測することもできる。一実施形態では、計量ポンプは、０．３２ｍｌ／サイクルの所定添加剤を推進する回転及び往復運動セラミックピストンを備えている。
【００３５】
[0040]本発明の別の実施形態では、流体配送システムは、第２の完全に異なるメッキ溶液及びそれに関連した添加剤を供給するように構成できる。例えば、この実施形態では、例えば２つの別々の製造者からのメッキ溶液を使用する能力を処理システム１００に与えるように、異なる基本的電解溶液（容器３０４に収容された溶液と同様の）を実施することができる。更に、第２の基本的メッキ溶液に対応するように、添加剤容器の追加セットも実施することができる。それ故、本発明のこの実施形態は、第１の化学物質（第１の製造者により提供される化学物質）をシステム１００の１つ以上のメッキセルへ供給するのを許容する一方、第２の化学物質（第２の製造者により提供される化学物質）をシステム１００の１つ以上のメッキセルへ供給するのを許容する。各々の化学物質は、一般に、それら自身の関連添加剤を有するが、１つ又は複数の添加剤ソースからの化学物質の交配量が本発明の範囲を越えることはない。
【００３６】
[0041]個別の基本的電解液から２つの個別の化学物質を供給できる流体配送システムを実施するために、図３に示す流体配送システムの複製が処理システムに接続される。より詳細には、図３に示す流体配送システムは、一般に、第２組の添加剤容器３０２と、第２のポンプアッセンブリ３３０と、第２のマニホールド３３２（共有マニホールドも可能である）とを含むように変更される。更に、バージン補給溶液／基本的電解液３０４の個別ソースも設けられる。図３に示すハードウェアと同じ構成で付加的なハードウェアが設定されるが、第２の流体配送システムは、一般に、図示された即ち第１の流体配送システムと並列である。従って、この構成が実施されると、使用可能な添加剤の組合せを伴う各基本的化学物質をシステム１００の１つ以上の処理セルに供給することができる。
【００３７】
[0042]マニホールド３３２は、通常、バルブのバンク３３４とインターフェイスするように構成される。バルブバンク３３４の各バルブは、マニホールド３３２からメッキシステム１００の処理セルの１つへ流体を向けるように選択的に開閉することができる。マニホールド３３２及びバルブバンク３３４は、付加的な数の処理セルへの選択的な流体配送をサポートするように任意に構成することができる。図３に示す実施形態では、マニホールド３３２及びバルブバンク３３４は、システム１００に使用される化学物質及びその成分を異なる組合せで、処理を中断せずに、サンプリングするのを許容するサンプルポート３３６を備えている。
【００３８】
[0043]ある実施形態では、計量ポンプ３１２、出口ライン３４０及び／又はマニホールド３３２をパージすることが望ましい。このようなパージを容易にするために、メッキ溶液配送システム１１１は、製造及び／又はパージ流体の少なくとも一方を供給するように構成される。図３に示す実施形態では、メッキ溶液配送システム１１１は、第１配送ライン３５０に結合された脱イオン水ソース３４２及び非反応ガスソース３４４を備えている。非反応ガスソース３４４は、不活性ガス、空気又は窒素のような非反応ガスを、第１配送ライン３５０を経て供給し、マニホールド３３２からどっと流すことができる。脱イオン水は、非反応ガスに加えて又はそれに代わって、脱イオン水ソース３４２から供給して、マニホールド３３２からどっと流すことができる。又、電解液ソース３０４からの電解液をパージ媒体として使用してもよい。
【００３９】
[0044]第１のガス配送ライン３５０と計量ポンプ３１２との間に第２の配送ライン３５２が設けられる。パージ流体は、各ソース３０４、３４２、３４４からの電解液、脱イオン水又は非反応ガスの少なくとも１つを含み、これは、第１の配送ライン３５０から第２のガス配送ライン３５２を経て計量ポンプ３１２へと転向することができる。このパージ流体は、計量ポンプ３１２を経て出口ライン３４０からマニホールド３３２へ推進される。バルブバンク３３４は、通常、パージ流体を排出ポート３３８から再生システム２３２へ向ける。簡単化のために、ここでは、種々の他のバルブ、レギュレータ及び他の流量制御装置は、説明及び／又は図示しない。
【００４０】
[0045]本発明の一実施形態では、半導体基板上の特徴部に銅を充填するのを促進する第１化学物質をマニホールド３３２へ供給することができる。この第１化学物質は、約３０から約６５ｇ／ｌの銅と、約５５から約８５ｐｐｍの塩素と、約２０から約４０ｇ／ｌの酸と、約４から約７．５ｍｌ／Ｌの加速剤と、約１から５ｍｌ／Ｌの抑制剤とを含むことができ、ならし剤は含まない。この第１化学物質は、マニホールド３３２から第１メッキセル１０２へ配送されて、基板上に堆積された特徴部に実質的に金属を充填させることができる。第１化学物質は、一般に、特徴部を完全に充填せず、本来ゆっくりした堆積速度であるので、第１化学物質は、堆積層のギャップ充填性能及び欠陥比を向上するのに最適なものとすることができる。第１化学物質とは異なる化学物質を伴う第２化学物質補給物は、マニホールド３３２を経てシステム１００の別のメッキセルへ供給することができ、ここで、第２化学物質は、基板上に銅を平坦にバルク堆積するのを促進するように構成される。この第２化学物質は、例えば、約３５から約６０ｇ／ｌの銅と、約６０から約８０ｐｐｍの塩素と、約２０から約４０ｇ／ｌの酸と、約４から約７．５ｍｌ／Ｌの加速剤と、約１から約４ｍｌ／Ｌの抑制剤と、約６から約１０ｍｌ／Ｌのならし剤とを含むことができる。第２化学物質は、マニホールド３３２から第２の処理セルへ配送され、特徴部充填及び平坦化堆積ステップ中に堆積された金属の上に効率的なバルク金属堆積プロセスを実行して、特徴部の残り部分を充填することができる。第２の化学物質は、一般に、特徴部の上部を充填するので、第２の化学物質は、基板のスループットに実質的に影響せずに、堆積材料の平坦化を促進するのに最適なものとすることができる。従って、２ステップの、異なる化学材料での堆積プロセスは、迅速な堆積と、堆積膜の良好な平坦化との両方を実現することができる。
【００４１】
[0046]図２Ｂの処理セル２００のようにアノード溶液を必要とする処理セルに使用するときには、メッキ溶液配送システム１１１は、一般に、メッキセル２００の入口２０９に結合されたアノード液流路３８０を含む。このアノード液流路３８０は、複数の添加剤ソース３８２を備え、これは、計量ポンプ３８４によりマニホールド３８６に結合され、このマニホールド３８６は、ソース３８２の１つ以上から選択的に計量されてマニホールド３８６においてアノード液と合成される添加剤（通常使用されない）を、メッキプロセス中にアノード溶液を必要とする処理セル（セル２００のような）へ向ける。アノード液は、アノード液ソース３８８により供給されてもよい。
【００４２】
[0047]図４は、基板４０２のエッジから堆積材料を除去するように構成された処理セル４００の一実施形態を示す。この処理セル４００は、基板チャック４０６が配置されたハウジング４０４を備えている。基板チャック４０６は、中央ハブ４１０から延びる複数のアーム（４０８Ａ−Ｃで示す）を備えている。各アーム４０８Ａ−Ｃは、アームの遠方端に配置された基板クランプ４１２を備えている。ハブ４１０は、シャフト４１４により、ハウジング４０４の外部に配置されたモーター４１６に結合される。モーター４１６は、チャック４０６及びそこに配置された基板４０２を処理中に回転するように適応される。処理中に、基板４０２が回転され、その間に、エッチング剤がエッチング剤ソース４１８から基板のエッジに配送される。エッチング剤は、通常、ハウジング４０４内に位置決めされた複数の上部ノズル４２０を経て、そこから流れるエッチング剤を基板の表面に対して半径方向外方に向ける方向で、基板のエッジへ配送される。又、処理セル４００は、エッチング剤ソース４１８に結合された複数の下部ノズル４２２を含むこともでき、これは、上部ノズル４２０とは反対の基板の側で基板のエッジにエッチング剤を向けるように適応される。エッチング剤は、通常、基板が約１００から約１０００ｒｐｍで回転する間に基板４０２に配送される。ノズル４２０、４２２は、通常、エッチング剤を基板において実質的に接線方向に、通常、約１０から約７０°の角度で、或いは約１０から約３０°の角度で向けるように構成され、ここで、角度は、基板面と、流体の流れ方向即ち分配ノズルの長手軸との間の角度として定義される。一実施形態において、エッチング剤は、酸と、酸化剤、例えば、硫酸、硝酸、クエン酸、或いは過酸化水素と結合された燐酸との組合せであり、これは、基板の除外ゾーン（一般に、基板面の外環で、巾が一般に約２ｍｍ又は３ｍｍ）から堆積銅を除去する。
【００４３】
[0048]堆積材料が基板のエッジから除去された後に、脱イオン水又は他の清掃剤がノズル４２０、４２２を経て供給されて、基板面を清掃する。基板４０２は、通常、約２００ｒｐｍで回転され、エッチング剤、脱イオン水及び他の不純物を基板４０２の上面及び下面の各々から除去する。処理中に分与される種々の流体は、ハウジング４０４から、ハウジング４０４の底に形成されたポート４２４を経て排出される。本発明から利益を得るように適応できる、基板のエッジから堆積材料を除去するように構成された２つの処理セルは、１９９９年７月９日に出願された米国特許出願第０９／３５０，２１２号、及び２０００年７月１２日に出願された米国特許出願第０９／６１４，４０６号に説明されており、これら両方は、参考としてその全体をここに援用する。
【００４４】
[0049]図５は、処理後に基板５０２をスピンし、リンスし、乾燥するように構成された処理セル５００の部分断面図である。この処理セル５００は、基板チャック５０６が配置されたハウジング５０４を備えている。基板チャック５０６は、中央ハブ５１０から延びる複数のアーム（５０８Ａ−Ｃで示す）を備えている。各アーム５０８Ａ−Ｃは、アームの遠方端に配置された基板クランプ５１２を備えている。ハブ５１２は、シャフト５１４により、ハウジング５０４の外部に配置されたモーター５１６に結合される。モーター５１６は、チャック５０６及びそこに配置された基板５０２を処理中に回転するように適応される。処理中に、基板が回転され、その間に、脱イオン水又はアルコールのような清掃剤が流体ソース５１８から基板５０２の上面へ配送されるが、これは、ハウジング５０４内でチャック５０６の上に位置決めされた複数の上部ノズル５２０から行なわれる。基板５０２の背面は、チャック５０６の下に配置されて流体ソース５１８に結合された複数の下部ノズル５２２から分与される清掃剤又は溶解剤の少なくとも１つで処理される。溶解剤は、とりわけ、例えば、塩酸、硫酸、燐酸、フッ化水素酸を含む。流体は、通常、基板が約４から４０００ｒｐｍで回転する間に基板へ配送される。堆積材料が基板のエッジから除去された後に、脱イオン水又は他の清掃剤がノズル５２０、５２２を経て供給されて、基板面を清掃する。基板５０２は、通常、約１００から約５０００ｒｐｍで回転され、基板５０２の上面及び下面の各々から液体及び他の不純物を除去しながら基板を乾燥させる。処理中に分与された種々の流体は、ハウジング５０４から、ハウジング５０４の底に形成されたポート５２４を経て排出される。本発明から利益を得るように適応できる、基板を清掃及び乾燥するように構成された１つの処理セルが、参考としてその全体をここに援用する２００１年９月１８日付の米国特許第６，２９０，８６５号に説明されている。
【００４５】
[0050]操作に際し、本発明の実施形態は、一般に、単一の一体的プラットホームに複数のメッキセルを有するメッキシステムであって、該メッキシステムのための流体配送システムが複数の化学物質をメッキセルに供給できるようなメッキシステムを提供する。より詳細には、例えば、共通のシステムプラットホームに４つの個々のメッキセルが位置決めされると仮定すれば、本発明の流体配送システムは、４つのメッキセルの各々に異なる化学物質を供給することができる。異なる化学物質は、異なる基本的溶液又はバージン補給溶液を含んでもよく、更に、種々の添加剤を、選択された添加剤の不存在を含む種々の濃度で含んでもよい。
【００４６】
[0051]単一プラットホームのための多化学物質能力は、半導体処理の多数の分野で効果を有する。例えば、一体的プラットホーム上の複数のメッキセルへ複数の化学物質を供給する能力は、単一のメッキシステムで、単一基板に対して単一プラットホームにおける複数の化学物質の確実な特性の効果を得られるようにする。多化学物質能力は、例えば、第１のメッキ溶液即ち化学物質を特徴部充填プロセス（低欠陥であるが、堆積速度の遅いプロセス）に対して調整できる一方、第２の溶液を特徴部バルク充填プロセス（第１のプロセスにより特徴部が主として充填されたときに実施できるより迅速な堆積プロセス）に対して調整できるので、特徴部充填及びバルク充填プロセスに適用することができる。更に、多化学物質メッキシステムは、第１メッキ化学物質を使用して、バリア層への第１材料の付着を容易にすることができ、次いで、第２化学物質を使用して、バリア層メッキ付着の難題に遭遇することなくバリア層の頂部の第１材料層の上に第２材料をメッキして特徴部を充填することができるので、バリア層上での直接的なメッキを容易にする。更に、多化学物質システムは、第１化学物質を使用して合金層をメッキすることができ、次いで、第２化学物質を使用して、既に堆積された層の上に異なる層又は別の合金層をメッキできるような合金メッキプロセスにも有益である。更に、多化学物質プロセスは、最小限の欠陥で第１層をメッキするように構成された第１化学物質を使用し、次いで、スループットを最適化するように最小限の欠陥で第１層の上に第２層をメッキするように構成された第２化学物質を使用することにより、半導体基板メッキプロセスにおける欠陥比を実質的に改善するのに使用することができる。
【００４７】
[0052]以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の基本的な範囲及び特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱せずに他の、更に別の実施形態を案出することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の電気化学的メッキシステムの一実施形態を示す上面図である。
【図２Ａ】電気化学的処理セルの一実施形態の部分断面図である。
【図２Ｂ】電気化学的処理セルの別の実施形態の部分断面図である。
【図３】メッキ溶液配送システムの一実施形態の概略図である。
【図４】基板のエッジから堆積された材料を除去するように構成された処理セルの一実施形態を示す部分断面図である。
【図５】基板をスピンし、リンスし、乾燥するように構成された処理セルの一実施形態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００…電気化学的処理システム、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６…処理位置、１０８…ベース、１１３…処理ベース、１２０…ロボット、１２２、１２４…ロボットアーム、１２６…基板、１３０…ファクトリインターフェイス、１３２…ＦＩロボット、１３４…基板カセット、１３５…アニールチャンバー、１３６…冷却プレート、１３７…加熱プレート、１４０…基板移送ロボット、２００…電気化学的メッキセル、２０１…外部深皿、２０２…内部深皿、２０３…フレーム部分、２０４…環状ベース部材、２０５…アノード部材、２０７…スロット、２０８…メンブレーン、２１０…拡散プレート、２１６…電解液入口、２１８…排出口、２２０…アノードアッセンブリ、２２２…拡散プレート、２２４…スペーサ、２３６…ハンガープレート、２３８…ハンガーピン、２４０…外部深皿、２４４…アノード、２４８…チャンネル、２５０…基板ホルダアッセンブリ、２５２…ヘッドアッセンブリフレーム、２５４…取り付けポスト、２５６…片持梁アーム、２５８…基板アッセンブリアクチュエータ、２６０…取り付けプレート、２６２…シャフト、２６４…スライスプレート、２６６…カソード接触リング、２６８…アクチュエータ、２７２…内部深皿、３０２…添加剤ソース、３０４…電解液ソース、３１２…計量ポンプ、３３２…マニホールド
【発明の背景】
【０００１】
【発明の分野】
【０００２】
[0001]本発明の実施形態は、一般に、基板に導電性材料を電気化学的に堆積するための電気化学的処理システム及び方法に関する。
【関連技術の説明】
【０００３】
[0002]サブクオーターミクロンサイズの特徴部を金属化することは、現在及び将来世代の集積回路製造プロセスのための基本的技術である。より詳細には、超大規模集積型デバイス、即ち百万を越える論理ゲートを伴う集積回路を有するデバイスのようなデバイスでは、これらデバイスの中心部に存在する多レベル相互接続部が、一般に、アスペクト比が高い即ち約４：１以上の相互接続特徴部に銅やアルミニウムのような導電性材料を充填することで形成される。従来、これらの相互接続特徴部を充填するために、化学気相堆積（ＣＶＤ）及び物理気相堆積（ＰＶＤ）のような堆積技術が使用されている。しかしながら、相互接続部のサイズが小さくなり且つアスペクト比が高くなるにつれて、従来の金属化技術によりボイドなしに相互接続特徴部を充填することが次第に困難になる。それ故、集積回路製造プロセスにおいてサブクオーターミクロンサイズの高アスペクト比の相互接続特徴部をボイドなしに充填するための有望なプロセスとして、メッキ技術、即ち電気化学メッキ（ＥＣＰ）及び無電気メッキが出現した。
【０００４】
[0003]例えば、ＥＣＰプロセスでは、基板（又はそこに堆積された層）の表面に形成されたサブクオーターミクロンサイズの高アスペクト比の特徴部に、銅のような導電性材料を効率的に充填することができる。ＥＣＰメッキプロセスは、一般に、２段階プロセスであり、即ち基板の表面特徴部の上にシード層を最初に形成し、次いで、基板の表面特徴部を電解溶液に露出しつつ、シード層と、電解溶液内に位置決めされた銅のアノードとの間に電気的バイアスを印加する。電解溶液は、一般に、基板の表面にメッキされるべきイオンを含み、それ故、電気的バイアスを印加すると、これらのイオンが電解溶液からそのバイアスされたシード層にメッキされるように押しやられ、従って、基板表面上にイオンの層を堆積して特徴部を充填することができる。
【０００５】
[0004]ビアやトレンチのような表面特徴部は、半導体デバイス製造プロセスのスループットを促進するために、充填層に欠陥を生じることなく、できるだけ素早く充填することが望ましい。しかしながら、特徴部充填率を一般的に高めるメッキ化学物質は、平坦さが悪く且つ欠陥比の高い膜をしばしば形成する。例えば、至近間隔の特徴部の上に材料を迅速に堆積するように構成された化学物質は、一般に、特徴部の上角から厚みを積み上げて、最終的に、特徴部の頂部を横切って合流させ、周囲の膜に対して高いスポットを作り出す。更に、特徴部の上角からあまりに迅速に材料が積み上がる場合には、特徴部の開口が閉じて、ボイドが形成されることがある。逆に、平坦化及び実質的に欠陥のない膜を促進する化学物質は、一般に、メッキ速度が低速で、特徴部の上部を開いたままにするが、本来スループットが低速になる。それ故、従来の電気化学メッキの化学物質は、一般に、特徴部充填性能と、欠陥及び平坦化特性とをバランスさせ又は妥協させるように構成される。より詳細には、メッキセルにおける化学物質は、一般に、欠陥を最小限にしながら、スループットを容易に得るのに受け入れられる特徴部充填率を与えるよう構成される。しかしながら、化学物質は、異なる目標をもつ２つの別々のプロセスの必要性をバランスさせねばならないので、各々のプロセスにおけるある特性を本来犠牲にしなければならず、即ちスループットの上昇は、一般に、欠陥比を犠牲にして達せられる。
【０００６】
[0005]しかしながら、複数の化学物質の効果的な特性を単一のメッキプロセスに合体できるように多化学物質能力を与えることのできるメッキシステムを提供することが要望される。特徴部充填及びバルク充填プロセスに適用するのに加えて、多化学物質能力を有するシステムは、単一化学物質メッキプロセスのメッキ特性をバランスさせることが従来必要とされる他の種々のメッキプロセスに対しても効果を発揮する。例えば、多化学物質メッキシステムは、第１メッキ化学物質を使用して、バリア層への付着を容易にすることができ（一般的な低速メッキプロセス）、次いで、第２化学物質を使用して、付着の難題を伴うことなくバリア層の頂部の層の上にメッキを行って特徴部を充填することができるので、バリア層上での直接的なメッキを容易にする。更に、多化学物質システムは、第１化学物質を使用して合金層をメッキすることができ、次いで、第２化学物質を使用して、既に堆積された層の上に異なる層又は別の合金層をメッキできるような合金メッキプロセスにも有益である。更に、多化学物質プロセスは、最小限の欠陥で第１層をメッキする（一般に低い速度で）ように構成された第１化学物質を使用し、次いで、スループットを最適化するように最小限の欠陥で第１層の上に第２層をメッキするように構成された第２化学物質を使用することにより、半導体基板メッキプロセスにおける欠陥比を実質的に改善するのに使用することができる。
【０００７】
[0006]それ故、単一の電気化学的メッキプロセスに対して複数の化学物質を与えるように構成された改良された電気化学的メッキシステムが要望される。
【発明の概要】
【０００８】
[0007]本発明の実施形態は、一般に、単一のメッキプロセスに対して複数の化学物質を与えるように構成された電気化学的処理システムを提供する。これら複数の化学物質は、バリア層への直接的なメッキ、合金メッキ、薄いシード層へのメッキ、最適な特徴部充填及びバルク充填メッキ、最小限の欠陥を伴うメッキ、及び／又は複数の化学物質を使用して各化学物質の特性の利点を取り入れることのできる他のメッキプロセス、を遂行するのに使用できる。複数の化学物質は、一般に、一体的な電気化学的メッキシステムに位置決めされた別々の電気化学的処理セルに与えられる。
【０００９】
[0008]本発明の実施形態は、更に、複数の処理セルが位置決めされたシステムプラットホームと、これら複数の処理セル間で基板を移送するように位置決めされたロボットと、システムプラットホームと連通するように位置決めされたファクトリインターフェイスであって、基板を処理のためにシステムプラットホームに供給するように構成されたファクトリインターフェイスとを備えた電気化学的処理システムを提供する。このシステムは、更に、複数の処理セルの各々と流体連通する流体配送システムを備え、この流体配送システムは、複数の処理セルの各々に複数の化学物質を与えるように構成される。
【００１０】
[0009]本発明の実施形態は、更に、電気化学的処理システムを提供することができる。この処理システムは、複数の処理セル位置を有する処理システムベースと、処理セル位置の２つに位置決めされた少なくとも２つの電気化学メッキセルと、処理セル位置の１つに位置決めされた少なくとも１つのスピンリンス乾燥セルと、処理セル位置の別の１つに位置決めされた少なくとも１つの基板ベベル清掃セルとを含むことができる。処理システムは、更に、少なくとも２つの電気化学的処理セルに流体連通した多化学物質メッキ溶液配送システムを含むことができる。この多化学物質メッキ溶液配送システムは、一般に、計測ポンプと、該計測ポンプと流体連通する複数のメッキ溶液添加容器と、計測ポンプと流体連通する少なくとも１つの第１のバージン電解溶液容器と、計測ポンプの出口と流体連通すると共に、少なくとも２つの電気化学的メッキセルの各々と選択的に個々に流体連通するメッキ溶液分配マニホールドとを備えている。
【００１１】
[0010]本発明の実施形態は、更に、システムベースに位置決めされた複数の電気化学的処理セルと、これら複数の電気化学的処理セルの各々に複数の異なる電気化学的メッキ溶液を配送する手段とを有する電気化学的処理システムを提供することができる。
【００１２】
[0011]本発明の実施形態は、更に、半導体基板上に少なくとも１つの層を電気化学的にメッキするための方法を提供することができる。この方法は、一般に、第１のメッキ操作のために一体的メッキシステムプラットホーム上の第１の電気化学的メッキセルに基板を位置決めするステップと、第２のメッキ操作のために一体的メッキシステムプラットホーム上の第２のメッキセルに基板を位置決めするステップと、多化学物質の流体配送システムで第１のメッキセルに第１の電気化学的メッキ化学物質を供給するステップと、多化学物質の流体配送システムで第２のメッキセルに第２の電気化学的メッキ化学物質を供給するステップであって、第１及び第２の化学物質が異なるものであるステップと、を備えている。
【００１３】
[0012]本発明の上述した特徴を詳細に理解できるようにするため、前記で簡単に要約した本発明の更に特定の説明を、添付図面に示された実施形態を参照して行うことができる。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を示すに過ぎず、従って、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は、等しく有効な他の実施形態も受け入れられることに注意されたい。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００１４】
[0019]本発明の実施形態は、一般に、複数の化学物質を使用して半導体基板上に金属のような導電性材料をメッキするように構成された電気化学的メッキシステムを提供する。単一のメッキプラットホーム上に複数の化学物質を実施することで、複数のプロセスステップの最適化を許容し、これは、膜のクオリティの向上及びシステムスループットの改善をもたらす。本発明の実施形態は、バリア層への直接的なメッキ、合金メッキ、従来の金属メッキと結合された合金メッキ、薄いシード層へのメッキ、最適な特徴部充填及びバルク充填メッキ、最小限の欠陥での複数層のメッキ、或いは２つ以上の化学物質がメッキプロセスに有益となり得るような他のメッキプロセスを含む（それらに限定されないが）種々のメッキプロセスに多化学物質システムを使用できることを意図している。
【００１５】
[0020]図１は、本発明の電気化学的処理システム（ＥＣＰ）１００の一実施形態を示す上面図である。ＥＣＰシステム１００は、一般に、ロボット１２０が中央に位置決めされた処理ベース１１３を備えている。ロボット１２０は、一般に、基板を支持するように構成された１つ以上のロボットアーム１２２、１２４を備えている。更に、ロボット１２０及びそれに付随するブレード１２２、１２４は、一般に、伸張し、回転し且つ垂直に移動するように構成されて、ロボット１２０が、ベース１１３に位置決めされた複数の処理位置１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６へ基板を挿入したり取り出したりできるようにする。
【００１６】
[0021]ＥＣＰシステム１００は、更に、ファクトリインターフェイス（ＦＩ）１３０を備えている。このＦＩ１３０は、一般に、処理ベース１１３に隣接するＦＩの側の付近に位置決めされた少なくとも１つのＦＩロボット１３２を備えている。ロボット１３２のこの位置は、該ロボットが基板カセット１３４にアクセスして、そこから基板１２６を取り出し、次いで、その基板１２６を処理セル１１４、１１６の１つへ配送して、処理シーケンスを開始するのを許容する。同様に、ロボット１３２は、基板の処理シーケンスが完了した後に処理セル１１４、１１６の１つから基板を回収するのにも使用できる。この状態において、ロボット１３２は、基板１２６をカセット１３４の１つへ戻し、システム１００から取り出せるようにする。更に、ロボット１３２は、ＦＩ１３０と連通するように位置決めされたアニールチャンバー１３５にもアクセスするように構成される。このアニールチャンバー１３５は、一般に、２位置アニールチャンバーを含み、ここでは、冷却プレート即ち位置１３６と、加熱プレート即ち位置１３７とが隣接位置決めされ、その付近、例えば、これら２つのステーション間に、基板移送ロボット１４０が位置決めされている。このロボット１４０は、一般に、加熱プレート１３７と冷却プレート１３６との間で基板を移動するように構成される。
【００１７】
[0022]一般に、処理位置１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６は、電気化学的メッキプラットホームに使用される多数の処理セルでよい。より詳細には、これらの処理位置は、電気化学的メッキセル、リンスセル、ベベル清掃セル、スピンリンス乾燥セル、基板面清掃セル、無電気メッキセル、計測点検ステーション、及びメッキプラットホームに関連して有益に使用できる他のセル又はプロセスとして構成されてもよい。
【００１８】
[0023]図２Ａは、処理システム１００の処理位置１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６のいずれか１つで実施することのできる処理セルの一実施形態を示す断面図である（図２Ａは、電気化学的メッキセルの一例を示す）。しかしながら、一般に、ここに例示する処理システム１００は、処理位置１０２、１０４、１１２及び１１０に４つの電気化学的メッキセルを含むように構成される。処理位置１０６及び１０８は、一般に、エッジビード除去又はベベル清掃チャンバーとして構成される。更に、処理位置１１４及び１１６は、一般に、基板面清掃チャンバー及びスピンリンス乾燥チャンバーとして構成され、これらは、積み重ね式に、即ち互いに上下に位置決めされてもよい。しかしながら、本発明は、本発明の範囲から逸脱せずに種々の組合せ及び配列が実施できるので、セルの特定の順序又は配列に限定されるものではない。
【００１９】
[0024]図２Ａに戻ると、電気化学的処理セル１０２は、一般に、ヘッドアッセンブリ２２０と、アノードアッセンブリ２２０と、内部深皿２７２と、外部深皿２４０とを備えている。外部深皿２４０は、ベース１０８に結合されると共に、内部深皿２７２を取り囲んでいる。内部及び外部深皿２７２、２４０は、通常、プロセス化学物質に適合する電気絶縁材料、例えば、セラミック、プラスチック、プレキシグラス（アクリル樹脂）、レキサン、ＰＶＣ、ＣＰＶＣ又はＰＶＤＦから製造される。或いは又、内部及び外部深皿２７２、２４０は、ステンレススチール、ニッケル又はチタンのような金属から形成して、これに、テフロン（登録商標）、フルオロポリマー、ＰＶＤＦ、プラスチック、ゴム、及びメッキ流体に適合し得る材料の他の組合せのような絶縁層を被覆し、電極（即ち、電気メッキシステムのアノード及びカソード）から電気的に絶縁できるようにしてもよい。内部深皿２７２は、通常、基板のメッキ面に合致するように構成され、システムにより処理されている基板の形状は、一般に、円形又は長方形である。一実施形態では、内部深皿２７２は、円筒状のセラミック管で、その内径は、セル１０２でメッキされる基板の直径とほぼ同じ寸法又はそれより若干大きい。外部深皿２７２は、一般に、内部深皿２７２から流れ出るメッキ流体を捕獲するためのチャンネル２４８を含む。又、外部深皿２７２は、これを貫通して形成された排出口２１８も有し、これは、使用済みメッキ流体を処理、リサイクル及び／又は廃棄するための再生システムへチャンネル２４８を結合する。
【００２０】
[0025]ヘッドアッセンブリ２２０は、ヘッドアッセンブリフレーム２５２に取り付けられる。このヘッドアッセンブリフレーム２５２は、取り付けポスト２５４及び片持梁アーム２５６を含む。取り付けポスト２５４は、処理システム１００のベース１０８に結合され、又、片持梁アーム２５６は、取り付けポスト２５４の上部から横方向に延びて、取り付けポスト２５４の垂直軸の周りで回転するように一般的に適応され、深皿２４０、２７２の上への又はそれらを越えるヘッドアッセンブリ２２０の移動を許容する。ヘッドアッセンブリ２２０は、一般に、片持梁アーム２５６の遠方端に配置された取り付けプレート２６０に固定される。片持梁アーム２５６の下端は、取り付けポスト２５４に取り付けられた空気シリンダーのような片持梁アームアクチュエータ２６８に接続される。この片持梁アームアクチュエータ２６８は、片持梁アーム２５６と取り付けポスト２５４との間の接合部に対して片持梁アーム２５６を枢着運動させる。片持梁アームアクチュエータ２６８が引っ込められると、片持梁アーム２５６は、ヘッドアッセンブリ２２０を、内部深皿２７２に配置されたアノードアッセンブリ２２０から離れるように移動し、アノードアッセンブリ２２０を第１処理セル１０２から取り出し及び／又は交換するのに必要なスペースを与える。片持梁アームアクチュエータ２６８が伸ばされると、片持梁アーム２５６は、ヘッドアッセンブリ２２０をアノードアッセンブリ２２０に向けて軸方向に移動し、ヘッドアッセンブリ２２０の基板を処理位置に位置決めさせる。又、ヘッドアッセンブリ２２０は、そこに保持された基板を、水平からある角度に傾斜又は方向付けすることもできる。
【００２１】
[0026]ヘッドアッセンブリ２２０は、一般に、基板ホルダアッセンブリ２５０及び基板アッセンブリアクチュエータ２５８を備えている。この基板アッセンブリアクチュエータ２５８は、取り付けプレート２６０に取り付けられると共に、この取り付けプレート２６０を貫通して下方に延びるヘッドアッセンブリシャフト２６２を備えている。このヘッドアッセンブリシャフト２６２の下端は、基板ホルダアッセンブリ２５０に接続されて、この基板ホルダアッセンブリ２５０を処理位置及び基板ロード位置に位置決めする。基板アッセンブリアクチュエータ２５８は、更に、ヘッドアッセンブリ２２０に回転運動も与えるように構成されてもよい。一実施形態では、ヘッドアッセンブリ２２０は、電気メッキプロセス中に約２ｒｐｍから約５０ｒｐｍで回転されるが、約５から約２０ｒｐｍで回転されてもよい。又、ヘッドアッセンブリ２２０は、基板を処理セル内のメッキ溶液に接触位置決めするためにこれを下げるとき、及び基板を処理セル内のメッキ溶液から取り出すためにこれを上げるときにも、回転することができる。ヘッドアッセンブリ２２０は、これを処理セルから持ち上げた後に、このヘッドアッセンブリ２２０及び基板からの残留メッキ溶液の除去を促進するために、高い速度（即ち＞２０ｒｐｍ）で回転されてもよい。
【００２２】
[0027]基板ホルダアッセンブリ２５０は、一般に、スラストプレート２６４及びカソード接触リング２６６を備えている。このカソード接触リング２６６は、メッキされるべき基板の表面に電気的に接触するように構成される。通常、基板は、銅のような金属のシード層が基板の特徴部側に堆積されている。カソード接触リング２６６とアノードアッセンブリ２２０との間に電源２４６が結合され、メッキプロセスを推進する電気的バイアスを与える。
【００２３】
[0028]スラストプレート２６４及びカソード接触リング２６６は、ハンガープレート２３６から懸架される。ハンガープレート２３６は、ヘッドアッセンブリシャフト２６２に結合される。カソード接触リング２６６は、ハンガーピン２３８によりハンガープレート２３６に結合される。ハンガーピン２３８は、カソード接触リング２６６が、内部深皿２７２に嵌合されたときに、ハンガープレート２３６に接近するように移動するのを許容し、従って、スラストプレート２６４により保持された基板を、処理中に、ハンガープレート２３６とスラストプレート２６４との間にサンドイッチさせ、これにより、基板のシード層とカソード接触リング２６６との間に良好な電気的接触を確保することができる。
【００２４】
[0029]アノードアッセンブリ２２０は、一般に、基板ホルダアッセンブリ２５０の下で、内部深皿２７２の下部内に位置決めされる。アノードアッセンブリ２２０は、一般に、１つ以上のアノード２４４及び拡散プレート２２２を含む。アノード２４４は、通常、内部深皿２７２の下端に配置され、又、拡散プレート２２２は、アノード２４４と、基板ホルダアッセンブリ２５０により内部深皿２７２の頂部に保持された基板との間に配置される。アノード２４４及び拡散プレート２２２は、一般に、絶縁スペーサ２２４により離間関係に維持される。拡散プレート２２２は、通常、内部深皿２７２の内部開口に実質的にまたがって固定される。拡散プレート２２２は、一般に、メッキ溶液を浸透でき、通常、プラスチック又はセラミック材料、例えば、スピン結合ポリエステル膜のようなオレフィンで製造される。又、拡散プレート２２２は、一般に、メッキされている基板１１２の表面にわたる流れの均一性を改善するための流体制流板として働く。又、拡散プレート２２２は、電気化学的セルの電気的変動を減衰し、即ち電束を制御するように働いて、メッキの均一性を改善する。或いは又、拡散プレート２２２は、親水性プラスチック、例えば、処理されたＰＥ、ＰＶＤＦ、ＰＰ、或いは電気抵抗減衰特性を与える他の多孔性又は浸透性材料で作られてもよい。
【００２５】
[0030]アノードアッセンブリ２２０は、メッキプロセスの金属ソースとして働く消耗性アノード２４４を含んでもよい。或いは又、アノード２４４は、非消耗性アノードでもよく、電気メッキされるべき金属は、メッキ溶液配送システム１１１からのメッキ溶液内で供給される。アノードアッセンブリ２２０は、銅のような電気メッキされるべき金属と同じ金属で好ましくは作られた多孔性包囲体を有する自己包囲型モジュールでよい。或いは又、この包囲体は、セラミック又はポリマー系メンブレーンのような多孔性材料で作られてもよい。消耗性及び非消耗性アノードは、例えば、銅／ドープされた銅及び白金を各々含む。アノード２４４は、通常、金属粒子、ワイヤ及び／又は孔付きシートであると共に、通常、基板上に堆積されるべき材料、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、白金、タングステン、燐酸銅、貴金属、或いは基板上に電気化学的に堆積できる他の材料から製造される。アノード２４４は、多孔性、孔付き、浸透性、或いはその他、メッキ溶液の通過を許容するように構成されてもよい。或いは又、アノード２４４は、個体でもよい。非消耗性アノードに比して、消耗性（即ち可溶性）アノードは、ガス発生のないメッキ溶液を与えると共に、メッキ溶液に金属を常時補充する必要性を最小にする。図２Ａに示す実施形態では、アノード２４４は、固体銅円板である。
【００２６】
[0031]電解液入口２１６は、内部深皿２７２を貫通して形成され、メッキ溶液配送システム１１１に結合される。電解液入口２１６を経て内部深皿２７２に入るメッキ溶液は、アノードアッセンブリ２２０を通り又はその周囲を流れて、内部深皿２７２の上端に位置決めされた基板１１２の面に向って上昇する。メッキ溶液は、基板面を横切って流れ、次いで、カソード接触リング２６６のスロット（図示せず）を通り、外部深皿２４０に形成された流路へと流れる。電源２４６により基板（カソード接触リング２６６を経て）とアノード２４４との間に印加されたバイアスは、メッキ流体及び／又はアノードからの金属イオンを基板の面に堆積させる。本発明から利益を得るように適応できる処理セルは、例えば、２００１年７月１３日に出願された米国特許出願第０９／９０５，５１３号、及び２００２年１月３０日に出願された米国特許出願第１０／０６１，１２６号に説明されており、これら両特許出願は、参考としてその全体をここに援用する。
【００２７】
[0032]図２Ｂは、処理セルの別の実施形態の部分断面図で、特に、電気化学的メッキセル２００の一例を示す。この電気化学的メッキセル２００は、一般に、外部深皿２０１と、その中に位置決めされた内部深皿２０２とを備えている。内部深皿２０２は、一般に、電気化学的メッキプロセス中に基板に例えば銅のような金属をメッキするのに使用されるメッキ溶液を収容するように構成される。メッキプロセス中に、メッキ溶液は、一般に、内部深皿２０２へ連続的に供給され（例えば、１０リッターのメッキセルの場合に約１ガロン／分で）、それ故、メッキ溶液は、内部深皿２０２の最上点を常時オーバーフローして、外部深皿２０１へと流れ込む。オーバーフローしたメッキ溶液は、次いで、外部深皿２０１により収集され、そこから、内部深皿２０２へ再循環するように排出される。メッキセル２００は、一般に、ある傾斜角度で位置決めされ、即ちメッキセル２００のフレーム部分２０３は、メッキセル２００の各要素が約３°から約３０°傾斜されるように、片側が一般的に持ち上げられている。それ故、メッキ操作中に内部深皿２０２内に充分な深さのメッキ溶液を収容するために、深皿２０２の最上部をメッキセル２００の片側において上方に延長して、内部深皿２０２の最上部が一般的に水平になるようにし、そこに供給されるメッキ溶液が深皿２０２の周囲を連続的にオーバーフローするのを許容する。
【００２８】
[0033]メッキセル２００のフレーム部材２０３は、一般に、このフレーム部材２０３に固定された環状ベース部材２０４を備えている。フレーム部材２０３は片側が持ち上げられているので、ベース部材２０４の上面は、水平位置に対するフレーム部材２０３の角度に対応する角度で、水平から一般的に傾斜される。ベース部材２０４には、環状又は円板状のくぼみが形成されており、環状のくぼみは、円板状のアノード部材２０５を受け入れるように構成される。ベース部材２０４は、更に、複数の流体入口／排出口２０９がその下面に位置決めされている。流体入口／排出口２０９の各々は、一般に、メッキセル２００のアノード区画又はカソード区画へ流体を個々に供給し又はそこから流体を排出するように構成される。アノード部材２０５は、一般に、これを貫通して形成された複数のスロット２０７を含み、これらスロット２０７は、一般に、アノード２０５の表面にわたり互いに平行な向きに位置決めされる。この平行な向きは、アノード表面に発生される高濃度の流体がアノード表面を横切って下方に流れてスロット２０７の１つに流れ込むのを許容する。メッキセル２００は、更に、メンブレーン支持アッセンブリ２０６も備えている。このメンブレーン支持アッセンブリ２０６は、一般に、その外周がベース部材２０４に固定され、且つその内部領域は、流体の通過を許容するように構成されている。メンブレーン２０８は、支持体２０６にわたって張られ、メッキセルのカソード液チャンバー及びアノード液チャンバー部分を流体分離するように働く。メンブレーン支持アッセンブリは、メンブレーンの周囲付近に位置決めされたＯリング形式のシールを含んでもよく、このシールは、メンブレーン支持体２０６に固定されたメンブレーンの片側からメンブレーンの他側へ流体が流れるのを防止するように構成される。拡散プレート２１０がメンブレーン２０８の上に位置決めされ、これは、図２Ａに示された拡散部材２２２と同様に構成される。
【００２９】
[0034]操作中に、傾斜実施が使用されると仮定すれば、メッキセル２００は、一般に、内部深皿２０２内に収容されたメッキ溶液に基板を浸漬する。硫酸銅、塩素、及びメッキパラメータを制御するように構成された複数の有機メッキ添加剤（ならし剤、抑制剤、加速剤、等）の１つ以上を一般に含むメッキ溶液に基板が浸漬されると、基板上のシード層と、メッキセルに位置決めされたアノード２０５との間に電気的バイアスが印加される。この電気的バイアスは、一般に、メッキ溶液を通して移動する金属イオンを、カソードである基板表面に堆積させるように構成される。メッキセル２００のこの実施形態では、メンブレーン２０８より上の容積部と、メンブレーン２０８より下の容積部とに別々の流体溶液が供給される。一般に、メンブレーンより上の容積部は、カソード電極又はメッキ電極が位置決めされる領域であるので、カソード区画又は領域と指定される。同様に、メンブレーン２０８より下の容積部は、アノードが配置される領域であるので、アノード区画又は領域と一般に指定される。各アノード及びカソード領域は、一般に、メンブレーン２０８（これは、一般に、イオン性メンブレーンである）を介して互いに流体分離される。従って、カソード区画に供給される流体は、一般に、メッキ操作をサポートするに必要な全ての成分を含むメッキ溶液であり、一方、アノード区画に供給される流体は、一般に、例えば、硫酸銅溶液のような、カソードチャンバーに存在するメッキ溶液添加剤を含まない溶液である。図２Ｂに示す例示的メッキセルの構成及び操作に関する更なる詳細は、２００２年１０月９日に出願された「ELECTROCHEMICAL PROCESSING CELL」と題する共通に譲渡された米国特許出願第１０／２６８，２８４号に見ることができる。
【００３０】
[0035]図３は、メッキ溶液配送システム１１１の一実施形態を示す概略図である。このメッキ溶液配送システム１１１は、一般に、メッキ溶液を必要とするシステム１００の各処理位置へメッキ溶液を供給するように構成される。より詳細には、このメッキ溶液配送システムは、更に、処理位置の各々に異なるメッキ溶液即ち化学物質を供給するように構成される。例えば、この配送システムは、処理位置１１０、１１２に第１メッキ溶液即ち化学物質を供給する一方、処理位置１０２、１０４には異なるメッキ溶液即ち化学物質を供給することができる。個々のメッキ溶液は、一般に、単一のメッキセルに使用するように分離され、それ故、異なる化学物質との交配汚染の問題は生じない。しかしながら、本発明の実施形態は、２つ以上のセルが、システムの別のメッキセルへ供給される別の化学物質とは異なる共通の化学物質を共有してもよいことも意図する。これらの特徴は、単一の処理プラットホームに複数の化学物質を供給できることにより単一のプラットホーム上で複数の化学物質メッキプロセスを許容するので、効果的である。
【００３１】
[0036]本発明の別の実施形態では、第１のメッキ溶液と、それとは別個の異なる第２のメッキ溶液を、単一のメッキセルへ順次に供給することができる。通常、２つの別々の化学物質を単一のメッキセルに供給するには、各化学物質と化学物質との間にメッキセルを排出し及び／又はパージする必要があるが、第１メッキ溶液と第２メッキ溶液の混合比が約１０％未満であれば、膜の特性に有害とはならない。
【００３２】
[0037]より詳細には、メッキ溶液配送システム１１１は、通常、マニホールド３３２を経てシステム１００の各処理セルに流体結合された複数の添加剤ソース３０２及び少なくとも１つの電解液ソース３０４を備えている。通常、添加剤ソース３０２は、加速剤ソース３０６と、ならし剤ソース３０８と、抑制剤ソース３１０とを含む。加速剤ソース３０６は、通常、基板の表面に吸収されて、その吸収された場所で所与の電圧における電流を局部的に加速する加速剤物質を供給するように適応される。加速剤は、例えば、硫化物系の分子を含む。ならし剤ソース３０８は、平坦なメッキを容易にするように働くならし剤物質を供給するように適応される。ならし剤は、例えば、窒素を含む長連鎖ポリマーである。抑制剤ソース３１０は、それらが吸収される場所（通常、アスペクト比の高い特徴部の上縁／角）において電流を減少する傾向のある抑制剤物質を供給するように適応される。それ故、抑制剤は、これらの位置においてメッキプロセスを低速化し、これにより、特徴部が完全に充填される前に特徴部が早目に閉じるのを減少すると共に、有害なボイドの形成を最小限にする。抑制剤は、例えば、ポリエチレングリコールのポリマー、エチレン酸化物及びプロピレン酸化物の混合物、又はエチレン酸化物及びプロピレン酸化物のコポリマーを含む。
【００３３】
[0038]添加剤ソースを使い果たす状態を防止すると共に、バルク容器交換中の添加剤の浪費を最小限にするために、添加剤ソース３０２の各々は、一般に、小さな緩衝容器３１６に結合された大きな即ちバルク蓄積容器を備えている。緩衝容器３１６は、一般に、バルク蓄積容器３１４から充填され、それ故、バルク容器は、流体配送システムの操作に影響せずに交換のために取り外すことができる。というのは、バルク容器の交換中にそれに関連した緩衝容器がシステムへ特定の添加剤を供給できるからである。緩衝容器３１６の容積は、通常、バルク容器３１４の容積より著しく小さい。これは、１０から１２時間の非中断操作に充分な添加剤を収容するサイズとされる。これは、バルク容器が空になったときに操作者がバルク容器を交換するに充分な時間を与える。緩衝容器が存在せずに、非中断操作が要望される場合には、バルク容器を、それが空になる前に交換しなければならず、従って、添加剤の著しい浪費を招く。
【００３４】
[0039]図３に示す実施形態では、複数の添加剤ソース３０２と複数の処理セルとの間に計量ポンプ３１２が結合される。この計量ポンプ３１２は、一般に、少なくとも第１から第４の入口ポート３２２、３２４、３２６、３２８を備えている。例えば、第１の入口ポート３２２は、一般に、加速剤ソース３０６に結合され、第２の入口ポート３２４は、一般に、ならし剤ソース３０８に結合され、第３の入口ポート３２６は、一般に、抑制剤ソース３１０に結合され、更に、第４の入口ポート３２８は、一般に、電解液ソース３０４に結合される。計量ポンプ３１２の出口３３０は、一般に、出口ライン３４０によりマニホールド３３２を経て処理セルに結合され、ここでは、順次に供給される添加剤の混合物（即ち、少なくとも１つ以上の加速剤、ならし剤、及び／又は抑制剤）が、電解液ソース３０４から第１配送ライン３５０を経てマニホールド３３２へ供給される電解液と合成されて、必要に応じて第１又は第２のメッキ溶液を形成することができる。計量ポンプ３１２は、測定された量の選択的添加剤を処理セル１０２、１０４へ供給するように適応されたいかなる計測装置（１つ又は複数）でもよい。計量ポンプ３１２は、ロータリー計測バルブ、ソレノイド計測ポンプ、ダイアフラムポンプ、注射器、蠕動ポンプ、或いは単独で又は流量センサに結合されて使用される他の正変位ポンプでよい。更に、添加剤は、加圧して流量センサに結合することもできるし、液体質量流量コントローラに結合することもできるし、或いは電気化学的メッキ溶液をメッキセルへ流すのに受け入れられる加圧分与容器又は他の流体計測装置の重量利用ロードセル測定により計測することもできる。一実施形態では、計量ポンプは、０．３２ｍｌ／サイクルの所定添加剤を推進する回転及び往復運動セラミックピストンを備えている。
【００３５】
[0040]本発明の別の実施形態では、流体配送システムは、第２の完全に異なるメッキ溶液及びそれに関連した添加剤を供給するように構成できる。例えば、この実施形態では、例えば２つの別々の製造者からのメッキ溶液を使用する能力を処理システム１００に与えるように、異なる基本的電解溶液（容器３０４に収容された溶液と同様の）を実施することができる。更に、第２の基本的メッキ溶液に対応するように、添加剤容器の追加セットも実施することができる。それ故、本発明のこの実施形態は、第１の化学物質（第１の製造者により提供される化学物質）をシステム１００の１つ以上のメッキセルへ供給するのを許容する一方、第２の化学物質（第２の製造者により提供される化学物質）をシステム１００の１つ以上のメッキセルへ供給するのを許容する。各々の化学物質は、一般に、それら自身の関連添加剤を有するが、１つ又は複数の添加剤ソースからの化学物質の交配量が本発明の範囲を越えることはない。
【００３６】
[0041]個別の基本的電解液から２つの個別の化学物質を供給できる流体配送システムを実施するために、図３に示す流体配送システムの複製が処理システムに接続される。より詳細には、図３に示す流体配送システムは、一般に、第２組の添加剤容器３０２と、第２のポンプアッセンブリ３３０と、第２のマニホールド３３２（共有マニホールドも可能である）とを含むように変更される。更に、バージン補給溶液／基本的電解液３０４の個別ソースも設けられる。図３に示すハードウェアと同じ構成で付加的なハードウェアが設定されるが、第２の流体配送システムは、一般に、図示された即ち第１の流体配送システムと並列である。従って、この構成が実施されると、使用可能な添加剤の組合せを伴う各基本的化学物質をシステム１００の１つ以上の処理セルに供給することができる。
【００３７】
[0042]マニホールド３３２は、通常、バルブのバンク３３４とインターフェイスするように構成される。バルブバンク３３４の各バルブは、マニホールド３３２からメッキシステム１００の処理セルの１つへ流体を向けるように選択的に開閉することができる。マニホールド３３２及びバルブバンク３３４は、付加的な数の処理セルへの選択的な流体配送をサポートするように任意に構成することができる。図３に示す実施形態では、マニホールド３３２及びバルブバンク３３４は、システム１００に使用される化学物質及びその成分を異なる組合せで、処理を中断せずに、サンプリングするのを許容するサンプルポート３３６を備えている。
【００３８】
[0043]ある実施形態では、計量ポンプ３１２、出口ライン３４０及び／又はマニホールド３３２をパージすることが望ましい。このようなパージを容易にするために、メッキ溶液配送システム１１１は、製造及び／又はパージ流体の少なくとも一方を供給するように構成される。図３に示す実施形態では、メッキ溶液配送システム１１１は、第１配送ライン３５０に結合された脱イオン水ソース３４２及び非反応ガスソース３４４を備えている。非反応ガスソース３４４は、不活性ガス、空気又は窒素のような非反応ガスを、第１配送ライン３５０を経て供給し、マニホールド３３２からどっと流すことができる。脱イオン水は、非反応ガスに加えて又はそれに代わって、脱イオン水ソース３４２から供給して、マニホールド３３２からどっと流すことができる。又、電解液ソース３０４からの電解液をパージ媒体として使用してもよい。
【００３９】
[0044]第１のガス配送ライン３５０と計量ポンプ３１２との間に第２の配送ライン３５２が設けられる。パージ流体は、各ソース３０４、３４２、３４４からの電解液、脱イオン水又は非反応ガスの少なくとも１つを含み、これは、第１の配送ライン３５０から第２のガス配送ライン３５２を経て計量ポンプ３１２へと転向することができる。このパージ流体は、計量ポンプ３１２を経て出口ライン３４０からマニホールド３３２へ推進される。バルブバンク３３４は、通常、パージ流体を排出ポート３３８から再生システム２３２へ向ける。簡単化のために、ここでは、種々の他のバルブ、レギュレータ及び他の流量制御装置は、説明及び／又は図示しない。
【００４０】
[0045]本発明の一実施形態では、半導体基板上の特徴部に銅を充填するのを促進する第１化学物質をマニホールド３３２へ供給することができる。この第１化学物質は、約３０から約６５ｇ／ｌの銅と、約５５から約８５ｐｐｍの塩素と、約２０から約４０ｇ／ｌの酸と、約４から約７．５ｍｌ／Ｌの加速剤と、約１から５ｍｌ／Ｌの抑制剤とを含むことができ、ならし剤は含まない。この第１化学物質は、マニホールド３３２から第１メッキセル１０２へ配送されて、基板上に堆積された特徴部に実質的に金属を充填させることができる。第１化学物質は、一般に、特徴部を完全に充填せず、本来ゆっくりした堆積速度であるので、第１化学物質は、堆積層のギャップ充填性能及び欠陥比を向上するのに最適なものとすることができる。第１化学物質とは異なる化学物質を伴う第２化学物質補給物は、マニホールド３３２を経てシステム１００の別のメッキセルへ供給することができ、ここで、第２化学物質は、基板上に銅を平坦にバルク堆積するのを促進するように構成される。この第２化学物質は、例えば、約３５から約６０ｇ／ｌの銅と、約６０から約８０ｐｐｍの塩素と、約２０から約４０ｇ／ｌの酸と、約４から約７．５ｍｌ／Ｌの加速剤と、約１から約４ｍｌ／Ｌの抑制剤と、約６から約１０ｍｌ／Ｌのならし剤とを含むことができる。第２化学物質は、マニホールド３３２から第２の処理セルへ配送され、特徴部充填及び平坦化堆積ステップ中に堆積された金属の上に効率的なバルク金属堆積プロセスを実行して、特徴部の残り部分を充填することができる。第２の化学物質は、一般に、特徴部の上部を充填するので、第２の化学物質は、基板のスループットに実質的に影響せずに、堆積材料の平坦化を促進するのに最適なものとすることができる。従って、２ステップの、異なる化学材料での堆積プロセスは、迅速な堆積と、堆積膜の良好な平坦化との両方を実現することができる。
【００４１】
[0046]図２Ｂの処理セル２００のようにアノード溶液を必要とする処理セルに使用するときには、メッキ溶液配送システム１１１は、一般に、メッキセル２００の入口２０９に結合されたアノード液流路３８０を含む。このアノード液流路３８０は、複数の添加剤ソース３８２を備え、これは、計量ポンプ３８４によりマニホールド３８６に結合され、このマニホールド３８６は、ソース３８２の１つ以上から選択的に計量されてマニホールド３８６においてアノード液と合成される添加剤（通常使用されない）を、メッキプロセス中にアノード溶液を必要とする処理セル（セル２００のような）へ向ける。アノード液は、アノード液ソース３８８により供給されてもよい。
【００４２】
[0047]図４は、基板４０２のエッジから堆積材料を除去するように構成された処理セル４００の一実施形態を示す。この処理セル４００は、基板チャック４０６が配置されたハウジング４０４を備えている。基板チャック４０６は、中央ハブ４１０から延びる複数のアーム（４０８Ａ−Ｃで示す）を備えている。各アーム４０８Ａ−Ｃは、アームの遠方端に配置された基板クランプ４１２を備えている。ハブ４１０は、シャフト４１４により、ハウジング４０４の外部に配置されたモーター４１６に結合される。モーター４１６は、チャック４０６及びそこに配置された基板４０２を処理中に回転するように適応される。処理中に、基板４０２が回転され、その間に、エッチング剤がエッチング剤ソース４１８から基板のエッジに配送される。エッチング剤は、通常、ハウジング４０４内に位置決めされた複数の上部ノズル４２０を経て、そこから流れるエッチング剤を基板の表面に対して半径方向外方に向ける方向で、基板のエッジへ配送される。又、処理セル４００は、エッチング剤ソース４１８に結合された複数の下部ノズル４２２を含むこともでき、これは、上部ノズル４２０とは反対の基板の側で基板のエッジにエッチング剤を向けるように適応される。エッチング剤は、通常、基板が約１００から約１０００ｒｐｍで回転する間に基板４０２に配送される。ノズル４２０、４２２は、通常、エッチング剤を基板において実質的に接線方向に、通常、約１０から約７０°の角度で、或いは約１０から約３０°の角度で向けるように構成され、ここで、角度は、基板面と、流体の流れ方向即ち分配ノズルの長手軸との間の角度として定義される。一実施形態において、エッチング剤は、酸と、酸化剤、例えば、硫酸、硝酸、クエン酸、或いは過酸化水素と結合された燐酸との組合せであり、これは、基板の除外ゾーン（一般に、基板面の外環で、巾が一般に約２ｍｍ又は３ｍｍ）から堆積銅を除去する。
【００４３】
[0048]堆積材料が基板のエッジから除去された後に、脱イオン水又は他の清掃剤がノズル４２０、４２２を経て供給されて、基板面を清掃する。基板４０２は、通常、約２００ｒｐｍで回転され、エッチング剤、脱イオン水及び他の不純物を基板４０２の上面及び下面の各々から除去する。処理中に分与される種々の流体は、ハウジング４０４から、ハウジング４０４の底に形成されたポート４２４を経て排出される。本発明から利益を得るように適応できる、基板のエッジから堆積材料を除去するように構成された２つの処理セルは、１９９９年７月９日に出願された米国特許出願第０９／３５０，２１２号、及び２０００年７月１２日に出願された米国特許出願第０９／６１４，４０６号に説明されており、これら両方は、参考としてその全体をここに援用する。
【００４４】
[0049]図５は、処理後に基板５０２をスピンし、リンスし、乾燥するように構成された処理セル５００の部分断面図である。この処理セル５００は、基板チャック５０６が配置されたハウジング５０４を備えている。基板チャック５０６は、中央ハブ５１０から延びる複数のアーム（５０８Ａ−Ｃで示す）を備えている。各アーム５０８Ａ−Ｃは、アームの遠方端に配置された基板クランプ５１２を備えている。ハブ５１２は、シャフト５１４により、ハウジング５０４の外部に配置されたモーター５１６に結合される。モーター５１６は、チャック５０６及びそこに配置された基板５０２を処理中に回転するように適応される。処理中に、基板が回転され、その間に、脱イオン水又はアルコールのような清掃剤が流体ソース５１８から基板５０２の上面へ配送されるが、これは、ハウジング５０４内でチャック５０６の上に位置決めされた複数の上部ノズル５２０から行なわれる。基板５０２の背面は、チャック５０６の下に配置されて流体ソース５１８に結合された複数の下部ノズル５２２から分与される清掃剤又は溶解剤の少なくとも１つで処理される。溶解剤は、とりわけ、例えば、塩酸、硫酸、燐酸、フッ化水素酸を含む。流体は、通常、基板が約４から４０００ｒｐｍで回転する間に基板へ配送される。堆積材料が基板のエッジから除去された後に、脱イオン水又は他の清掃剤がノズル５２０、５２２を経て供給されて、基板面を清掃する。基板５０２は、通常、約１００から約５０００ｒｐｍで回転され、基板５０２の上面及び下面の各々から液体及び他の不純物を除去しながら基板を乾燥させる。処理中に分与された種々の流体は、ハウジング５０４から、ハウジング５０４の底に形成されたポート５２４を経て排出される。本発明から利益を得るように適応できる、基板を清掃及び乾燥するように構成された１つの処理セルが、参考としてその全体をここに援用する２００１年９月１８日付の米国特許第６，２９０，８６５号に説明されている。
【００４５】
[0050]操作に際し、本発明の実施形態は、一般に、単一の一体的プラットホームに複数のメッキセルを有するメッキシステムであって、該メッキシステムのための流体配送システムが複数の化学物質をメッキセルに供給できるようなメッキシステムを提供する。より詳細には、例えば、共通のシステムプラットホームに４つの個々のメッキセルが位置決めされると仮定すれば、本発明の流体配送システムは、４つのメッキセルの各々に異なる化学物質を供給することができる。異なる化学物質は、異なる基本的溶液又はバージン補給溶液を含んでもよく、更に、種々の添加剤を、選択された添加剤の不存在を含む種々の濃度で含んでもよい。
【００４６】
[0051]単一プラットホームのための多化学物質能力は、半導体処理の多数の分野で効果を有する。例えば、一体的プラットホーム上の複数のメッキセルへ複数の化学物質を供給する能力は、単一のメッキシステムで、単一基板に対して単一プラットホームにおける複数の化学物質の確実な特性の効果を得られるようにする。多化学物質能力は、例えば、第１のメッキ溶液即ち化学物質を特徴部充填プロセス（低欠陥であるが、堆積速度の遅いプロセス）に対して調整できる一方、第２の溶液を特徴部バルク充填プロセス（第１のプロセスにより特徴部が主として充填されたときに実施できるより迅速な堆積プロセス）に対して調整できるので、特徴部充填及びバルク充填プロセスに適用することができる。更に、多化学物質メッキシステムは、第１メッキ化学物質を使用して、バリア層への第１材料の付着を容易にすることができ、次いで、第２化学物質を使用して、バリア層メッキ付着の難題に遭遇することなくバリア層の頂部の第１材料層の上に第２材料をメッキして特徴部を充填することができるので、バリア層上での直接的なメッキを容易にする。更に、多化学物質システムは、第１化学物質を使用して合金層をメッキすることができ、次いで、第２化学物質を使用して、既に堆積された層の上に異なる層又は別の合金層をメッキできるような合金メッキプロセスにも有益である。更に、多化学物質プロセスは、最小限の欠陥で第１層をメッキするように構成された第１化学物質を使用し、次いで、スループットを最適化するように最小限の欠陥で第１層の上に第２層をメッキするように構成された第２化学物質を使用することにより、半導体基板メッキプロセスにおける欠陥比を実質的に改善するのに使用することができる。
【００４７】
[0052]以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の基本的な範囲及び特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱せずに他の、更に別の実施形態を案出することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の電気化学的メッキシステムの一実施形態を示す上面図である。
【図２Ａ】電気化学的処理セルの一実施形態の部分断面図である。
【図２Ｂ】電気化学的処理セルの別の実施形態の部分断面図である。
【図３】メッキ溶液配送システムの一実施形態の概略図である。
【図４】基板のエッジから堆積された材料を除去するように構成された処理セルの一実施形態を示す部分断面図である。
【図５】基板をスピンし、リンスし、乾燥するように構成された処理セルの一実施形態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００…電気化学的処理システム、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６…処理位置、１０８…ベース、１１３…処理ベース、１２０…ロボット、１２２、１２４…ロボットアーム、１２６…基板、１３０…ファクトリインターフェイス、１３２…ＦＩロボット、１３４…基板カセット、１３５…アニールチャンバー、１３６…冷却プレート、１３７…加熱プレート、１４０…基板移送ロボット、２００…電気化学的メッキセル、２０１…外部深皿、２０２…内部深皿、２０３…フレーム部分、２０４…環状ベース部材、２０５…アノード部材、２０７…スロット、２０８…メンブレーン、２１０…拡散プレート、２１６…電解液入口、２１８…排出口、２２０…アノードアッセンブリ、２２２…拡散プレート、２２４…スペーサ、２３６…ハンガープレート、２３８…ハンガーピン、２４０…外部深皿、２４４…アノード、２４８…チャンネル、２５０…基板ホルダアッセンブリ、２５２…ヘッドアッセンブリフレーム、２５４…取り付けポスト、２５６…片持梁アーム、２５８…基板アッセンブリアクチュエータ、２６０…取り付けプレート、２６２…シャフト、２６４…スライスプレート、２６６…カソード接触リング、２６８…アクチュエータ、２７２…内部深皿、３０２…添加剤ソース、３０４…電解液ソース、３１２…計量ポンプ、３３２…マニホールド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電気化学的メッキセルが位置決めされたシステムプラットホームと、
上記複数のメッキセル間で基板を移送するように位置決めされた少なくとも１つのロボットと、
上記複数のメッキセルの各々に流体連通する流体配送システムであって、上記複数の処理セルの各々に複数のメッキ化学物質を与えるように構成された流体配送システムと、
を備えた電気化学的処理システム。
【請求項２】
上記流体配送システムは、
第１の複数の添加剤ソースと、
上記添加剤ソースの各々に流体連通する計測ポンプと、
上記計測ポンプに流体連通する第１のバージン電解液ソースと、
入口では上記計測ポンプに、出口では上記複数のメッキセルに流体連通するマニホールドであって、上記複数のメッキセルの選択された１つに特定の化学物質を向けるように構成されたマニホールドと、
を備えた、請求項１に記載の電気化学的処理セル。
【請求項３】
第２の複数の添加剤ソース及び第２のバージン電解液ソースを更に備え、該第２の複数の添加剤ソース及び第２のバージン電解液ソースは、上記複数のメッキセルに選択的に流体連通する第２のマニホールドと流体連通する、請求項１に記載の電気化学的処理セル。
【請求項４】
上記第１の複数の添加剤ソースは、
電気化学的メッキ加速剤を与える第１ソースと、
電気化学的メッキならし剤を与える第２ソースと、
電気化学的メッキ抑制剤を与える第３ソースと、
を備えた、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
上記第１の複数の添加剤ソースの各々は、
少なくとも１つのバルク添加剤容器と、
容積が上記バルク添加剤容器より小さく、且つ関連バルク添加剤容器及び上記計測ポンプに流体連通する少なくとも１つの緩衝容器と、
を更に備えた、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
上記システムプラットホームに連通する少なくとも１つのアニールチャンバーを更に備えた、請求項１に記載の電気化学的処理セル。
【請求項７】
上記流体配送システムは、更に、上記メッキセルのアノードチャンバーにアノード溶液を、上記メッキセルのカソードチャンバーにカソード溶液を供給するように構成された、請求項１に記載の電気化学的処理システム。
【請求項８】
複数の処理セル位置を有する処理システムベースと、
２つの上記処理セル位置に位置決めされた少なくとも２つの電気化学的メッキセルと、
１つの上記処理セル位置に位置決めされた少なくとも１つのスピンリンス乾燥セルと、
１つの上記処理セル位置に位置決めされた少なくとも１つの基板ベベル清掃セルと、
上記少なくとも２つの電気化学的処理セルに流体連通する多化学物質メッキ溶液配送システムであって、計測ポンプ、該計測ポンプに流体連通する複数のメッキ溶液添加剤容器、上記計測ポンプに流体連通する少なくとも１つの第１バージン電解溶液容器、及び上記計測ポンプの出口に流体連通すると共に、前記少なくとも２つの電気化学的メッキセルの各々に選択的に個々に流体連通するメッキ溶液分配マニホールド、を含む、多化学物質メッキ溶液配送システムと、
を備えた電気化学的処理システム。
【請求項９】
上記複数のメッキ溶液添加物容器は、緩衝容器に流体連通するバルク容器を備え、上記緩衝容器は上記計測ポンプに流体連通する、請求項８に記載の電気化学的処理システム。
【請求項１０】
上記計測ポンプは、複数の流体入口及び少なくとも１つの流体出口を有する高精度流体配送ポンプで構成され、更に、上記計測ポンプは、上記複数の流体入口で受け取られた流体成分を所定の比で混合して、上記流体成分の所定の比の混合物を上記少なくとも１つの流体出口から送出するように構成された、請求項８に記載の電気化学的処理システム。
【請求項１１】
上記多化学物質メッキ溶液配送システムは、更に、上記計測ポンプと流体連通する第２のバージン電解溶液容器を備え、該第２のバージン電解溶液容器は、上記少なくとも１つの第１バージン電解液容器に収容された第１バージン電解液とは異なる第２バージン電解液を与えるように構成された、請求項８に記載の電気化学的処理システム。
【請求項１２】
上記多化学物質メッキ溶液配送システムは、上記少なくとも２つの電気化学的メッキセルへ少なくとも２つの異なるメッキ化学物質を与えるように構成された、請求項８に記載の電気化学的処理システム。
【請求項１３】
上記多化学物質メッキ溶液配送システムは、上記電気化学的メッキセルのカソード液領域にカソード液メッキ溶液を且つ上記電気化学的メッキセルのアノード液領域にアノード溶液を供給するように構成された、請求項８に記載の電気化学的処理システム。
【請求項１４】
半導体基板上に少なくとも１つの層を電気化学的にメッキする方法において、
第１のメッキ操作に対して一体的メッキシステムプラットホーム上の第１電気化学的メッキセルに上記基板を位置決めするステップと、
第２のメッキ操作に対して上記一体的メッキシステムプラットホーム上の第２メッキセルに上記基板を位置決めするステップと、
上記システムプラットホームに連通して位置決めされた多化学物質の流体配送システムで上記第１メッキセルに第１の電気化学的メッキ化学物質を供給するステップと、
上記多化学物質の流体配送システムで上記第２メッキセルに第２の電気化学的メッキ化学物質を供給するステップであって、上記第１及び第２のメッキ化学物質が異なるものである、ステップと、
を備えた方法。
【請求項１５】
上記第１及び第２の電気化学的メッキ化学物質は異なるメッキ溶液ベースを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
上記第１及び第２の電気化学的メッキ化学物質は異なる添加剤濃度を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
上記第１の電気化学的メッキ化学物質は、最適化されたギャップ充填化学物質であり、上記第２の電気化学的メッキ化学物質は、最適化されたバルク充填化学物質である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
上記第１の電気化学的メッキ化学物質は、最適化されたバリア上メッキ化学物質であり、上記第２の電気化学的メッキ化学物質は、最適化された特徴部充填平坦化化学物質である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
上記第１の電気化学的メッキ化学物質は、最適化され合金メッキ化学物質であり、上記第２の電気化学的メッキ化学物質は、最適化された銅メッキ化学物質である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
上記第１メッキ操作と第２メッキ操作との間に上記半導体基板をリンスするステップを更に備えた、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
上記第１メッキ操作と第２メッキ操作との間に上記半導体基板をスピン乾燥するステップを更に備えた、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
上記第１メッキ操作は銅メッキプロセスであり、上記第２メッキ操作は合金メッキプロセスである、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
上記第１メッキ操作は欠陥減少メッキプロセスである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１】
複数の電気化学的メッキセルが位置決めされたシステムプラットホームと、
上記複数のメッキセル間で基板を移送するように位置決めされた少なくとも１つのロボットと、
上記複数のメッキセルの各々に流体連通する流体配送システムであって、上記複数の処理セルの各々に複数のメッキ化学物質を与えるように構成された流体配送システムと、
を備えた電気化学的処理システム。
【請求項２】
上記流体配送システムは、
第１の複数の添加剤ソースと、
上記添加剤ソースの各々に流体連通する計測ポンプと、
上記計測ポンプに流体連通する第１のバージン電解液ソースと、
入口では上記計測ポンプに、出口では上記複数のメッキセルに流体連通するマニホールドであって、上記複数のメッキセルの選択された１つに特定の化学物質を向けるように構成されたマニホールドと、
を備えた、請求項１に記載の電気化学的処理セル。
【請求項３】
第２の複数の添加剤ソース及び第２のバージン電解液ソースを更に備え、該第２の複数の添加剤ソース及び第２のバージン電解液ソースは、上記複数のメッキセルに選択的に流体連通する第２のマニホールドと流体連通する、請求項１に記載の電気化学的処理セル。
【請求項４】
上記第１の複数の添加剤ソースは、
電気化学的メッキ加速剤を与える第１ソースと、
電気化学的メッキならし剤を与える第２ソースと、
電気化学的メッキ抑制剤を与える第３ソースと、
を備えた、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
上記第１の複数の添加剤ソースの各々は、
少なくとも１つのバルク添加剤容器と、
容積が上記バルク添加剤容器より小さく、且つ関連バルク添加剤容器及び上記計測ポンプに流体連通する少なくとも１つの緩衝容器と、
を更に備えた、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
上記システムプラットホームに連通する少なくとも１つのアニールチャンバーを更に備えた、請求項１に記載の電気化学的処理セル。
【請求項７】
上記流体配送システムは、更に、上記メッキセルのアノードチャンバーにアノード溶液を、上記メッキセルのカソードチャンバーにカソード溶液を供給するように構成された、請求項１に記載の電気化学的処理システム。
【請求項８】
複数の処理セル位置を有する処理システムベースと、
２つの上記処理セル位置に位置決めされた少なくとも２つの電気化学的メッキセルと、
１つの上記処理セル位置に位置決めされた少なくとも１つのスピンリンス乾燥セルと、
１つの上記処理セル位置に位置決めされた少なくとも１つの基板ベベル清掃セルと、
上記少なくとも２つの電気化学的処理セルに流体連通する多化学物質メッキ溶液配送システムであって、計測ポンプ、該計測ポンプに流体連通する複数のメッキ溶液添加剤容器、上記計測ポンプに流体連通する少なくとも１つの第１バージン電解溶液容器、及び上記計測ポンプの出口に流体連通すると共に、前記少なくとも２つの電気化学的メッキセルの各々に選択的に個々に流体連通するメッキ溶液分配マニホールド、を含む、多化学物質メッキ溶液配送システムと、
を備えた電気化学的処理システム。
【請求項９】
上記複数のメッキ溶液添加物容器は、緩衝容器に流体連通するバルク容器を備え、上記緩衝容器は上記計測ポンプに流体連通する、請求項８に記載の電気化学的処理システム。
【請求項１０】
上記計測ポンプは、複数の流体入口及び少なくとも１つの流体出口を有する高精度流体配送ポンプで構成され、更に、上記計測ポンプは、上記複数の流体入口で受け取られた流体成分を所定の比で混合して、上記流体成分の所定の比の混合物を上記少なくとも１つの流体出口から送出するように構成された、請求項８に記載の電気化学的処理システム。
【請求項１１】
上記多化学物質メッキ溶液配送システムは、更に、上記計測ポンプと流体連通する第２のバージン電解溶液容器を備え、該第２のバージン電解溶液容器は、上記少なくとも１つの第１バージン電解液容器に収容された第１バージン電解液とは異なる第２バージン電解液を与えるように構成された、請求項８に記載の電気化学的処理システム。
【請求項１２】
上記多化学物質メッキ溶液配送システムは、上記少なくとも２つの電気化学的メッキセルへ少なくとも２つの異なるメッキ化学物質を与えるように構成された、請求項８に記載の電気化学的処理システム。
【請求項１３】
上記多化学物質メッキ溶液配送システムは、上記電気化学的メッキセルのカソード液領域にカソード液メッキ溶液を且つ上記電気化学的メッキセルのアノード液領域にアノード溶液を供給するように構成された、請求項８に記載の電気化学的処理システム。
【請求項１４】
半導体基板上に少なくとも１つの層を電気化学的にメッキする方法において、
第１のメッキ操作に対して一体的メッキシステムプラットホーム上の第１電気化学的メッキセルに上記基板を位置決めするステップと、
第２のメッキ操作に対して上記一体的メッキシステムプラットホーム上の第２メッキセルに上記基板を位置決めするステップと、
上記システムプラットホームに連通して位置決めされた多化学物質の流体配送システムで上記第１メッキセルに第１の電気化学的メッキ化学物質を供給するステップと、
上記多化学物質の流体配送システムで上記第２メッキセルに第２の電気化学的メッキ化学物質を供給するステップであって、上記第１及び第２のメッキ化学物質が異なるものである、ステップと、
を備えた方法。
【請求項１５】
上記第１及び第２の電気化学的メッキ化学物質は異なるメッキ溶液ベースを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
上記第１及び第２の電気化学的メッキ化学物質は異なる添加剤濃度を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
上記第１の電気化学的メッキ化学物質は、最適化されたギャップ充填化学物質であり、上記第２の電気化学的メッキ化学物質は、最適化されたバルク充填化学物質である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
上記第１の電気化学的メッキ化学物質は、最適化されたバリア上メッキ化学物質であり、上記第２の電気化学的メッキ化学物質は、最適化された特徴部充填平坦化化学物質である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
上記第１の電気化学的メッキ化学物質は、最適化され合金メッキ化学物質であり、上記第２の電気化学的メッキ化学物質は、最適化された銅メッキ化学物質である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
上記第１メッキ操作と第２メッキ操作との間に上記半導体基板をリンスするステップを更に備えた、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
上記第１メッキ操作と第２メッキ操作との間に上記半導体基板をスピン乾燥するステップを更に備えた、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
上記第１メッキ操作は銅メッキプロセスであり、上記第２メッキ操作は合金メッキプロセスである、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
上記第１メッキ操作は欠陥減少メッキプロセスである、請求項１４に記載の方法。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２００６−５１１７１７（Ｐ２００６−５１１７１７Ａ）
【公表日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５０２６５７（Ｐ２００５−５０２６５７）
【出願日】平成１５年１２月１８日（２００３．１２．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０４０７１９
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０５７０６０
【国際公開日】平成１６年７月８日（２００４．７．８）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年１２月１８日（２００３．１２．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０４０７１９
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０５７０６０
【国際公開日】平成１６年７月８日（２００４．７．８）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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