DE69823556T2

DE69823556T2 - Prozesskammer und verfahren zum abschneiden von material auf einem substrat und/oder zum entfernen von material von einem substrat

Info

Publication number: DE69823556T2
Application number: DE69823556T
Authority: DE
Inventors: H. Ting CHIU; H. William HOLTKAMP; C. Wen KO; J. Kenneth LOWERY; Peter Cho
Original assignee: Mattson Thermal Products Inc
Current assignee: Mattson Thermal Products Inc
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1998-08-03
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2018-08-04
Also published as: JP3274457B2; US6017437A; WO1999010566A2; DE69823556D1; WO1999010566A3; KR100375869B1; KR20010052062A; EP1051544B1; AU8686498A; TW457572B; US6179982B1; EP1051544A2; US6077412A; JP2001514332A

Description

Ausgangspunkt der Erfindung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Halbleiterwaferbehandlung und insbesondere auf eine Kammer und die Verwendung der Kammer zum Abscheiden und/oder Entfernen eines Materials auf bzw. von einem Halbleiterwafer.
Ausgangspunkt
Bei der Herstellung von Elementen auf einem Halbleiterwafer ist es bekannte Praxis mehrere Niveaus von leitenden (typischerweise Metall) Schichten auf einem Substrat auszubilden. Die mehreren Metallisierungsschichten werden verwendet um höhere Dichten aufzunehmen, während die Einrichtung bzw. Elementedimensionen kleiner werden und zwar gut unterhalb der ein Mikrondesignregeln. In gleicher Weise müssen auch die Größe der Zwischenverbindungsstrukturen kleiner werden bzw. shrinken, um die kleineren Abmessungen aufzunehmen. Somit sind für integrierte Schaltungstechnologiefortschritte in den Sub-0,25 Mikronbereich fortschrittlichere Metallisierungstechniken notwendig, um Verbesserungen gegenüber existierenden Verfahren vorzusehen. Ein Teil dieser Notwendigkeit ergibt sich aus der Verwendung neuer Materialien.
Zum Beispiel ist ein übliches Metall, das zur Metallisierung auf einem Wafer verwendet wird, Aluminium. Aluminium wird verwendet, da es relativ kostengünstig ist im Vergleich zu anderen leitenden Materialien, es einen geringen Widerstand besitzt und auch relativ leicht zu ätzen ist. Während die Größe der unterschiedlichen Geometrien auf ein Sub-Mikronniveau skaliert wird, mani festieren sich jedoch die inhärent hohen Stromdichte- und Elektromigrationseigenschaften, die mit Aluminium assoziiert sind als erhebliche Probleme. Eine Verbesserung wurde durch die Verwendung anderer Metalle, wie beispielsweise die Verwendung von Wolfram für Via-Plugs bzw. Durchgangsstopfen, in Verbindung mit Aluminium erreicht aber die inhärenten Eigenschaften von Aluminium limitieren noch immer dessen effektiven Einsatz.
Ein Einsatz war die Verwendung von Kupfer als Material für einige oder alle Metallisierungen auf einem Halbleiterwafer (siehe z. B."Copper As The Future Interconnection Material;" Pei-lin Pai et. al.; Juni 12–13, 1989 VMIC Konferenz; Seiten 258–264). Da Kupfer bessere Elektromigrationseigenschaften und einen geringeren Widerstand besitzt als Aluminium, ist es ein bevorzugteres Material zum Vorsehen einer Metallisierung auf einem Wafer im Vergleich zu Aluminium. Zusätzlich besitzt Kupfer verbesserte elektrische Eigenschaften gegenüber Wolfram, was es ein wünschenswertes Metall für die Verwendung von Plugs (inter-level interconnect bzw. Lagenzwischenverbindungen) macht. Jedoch ist ein ernsthafter Nachteil der Verwendung von Kupfer für die Metallisierung, dass Kupfer schwierig abzuscheiden/zu ätzen ist. Es ist auch teurer zu implementieren als Aluminium. Obwohl verbesserte Waferbehandlungstechniken durch Kupfer erreicht werden, sind die potentiellen Kosten, die mit der Kupferprozessierung bzw. -behandlung assoziiert sind, ein negativer Faktor. Demgemäß ist es zweckmäßig, Kupfertechnologie zu implementieren, jedoch ohne den assoziierten Anstieg hinsichtlich der Kosten der Ausrüstung für die Kupferbehandlung.
Um Features, Schaltungen und Einrichtungen bzw. Elemente auf einem Substrat, wie beispielsweise einem Halbleiterwafer auszubilden, sind unterschiedliche Techniken zum Abscheiden und Ätzen von Materialien auf dem Wafer bekannt. Abscheidungstechniken umfassen Prozesse wie beispielsweise PVD, CVD, Sputtern und Eintauchen des Wafers in einen Elektrolyten. Diese zuletzt genannte Technik kann verwendet werden für eine elektrolose Abscheidung oder eine Elektroplattierung. Bei einer Elektroplattierungstechnik wird das Substrat in einen Elektrolyten eingetaucht und in einem elektrischen Feld positioniert zwischen einer Kathode und Anode, wobei geladene Partikel auf der Oberfläche des Wafers abgeschieden werden (siehe z. B. US Patent Nr. 5,441,629 mit dem Titel „Apparatus And Method Of Electroplating").
In gleicher Weise sind eine Anzahl von Techniken bekannt zum Entfernen eines Materials von einem Wafer. Diese Techniken umfassen RIE, Plasmaätzen, chemisch-mechanisches Polieren und Eintauchen in einen Elektrolyten. Eine Materialentfernung durch Aussetzen eines eingetauchten Wafers gegenüber einem elektrischen Feld verwendet ein äquivalentes Setup, wie für das Elektroplattieren, aber mit einem entgegengesetzten Ergebnis, da in diesem Fall geladene Partikel von dem Wafer entfernt werden.
Die vorliegende Erfindung verwendet Elektroplattier-/Elektropoliertechniken, bei denen ein Material auf einem Substrat abgeschieden bzw. von ihm entfernt wird. Diese Techniken werden in einem neuen Prozesswerkzeug implementiert, das für die Verwendung von Kupfer für die Metallisierung angepasst und beschrieben wird. Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung eine Materialabscheidung durch Elektroplattieren und/oder eine Materialentfernung durch Elektropolieren vor, wobei die beschriebenen Techniken wirtschaftlich implementiert werden können für die Massenherstellung von Halbleiterprodukten. Ferner können diese Techniken effektiv verwendet werden für die Kupfermetallisierung auf einem Halbleiterwafer.
Die Erfindung
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Prozesskammer zum Abscheiden und/oder Entfernen von Material auf/von einem Halbleiterwafer, wenn der Wafer einem Elektrolyten ausgesetzt ist, und sich in einem elektrischen Feld befindet. Eine hohle Hülse bzw. Ummantelung wird verwendet zur Bildung einer Haltekammer zum Halten des Elektrolyts. Die Hülse ist an ihrem unteren Ende offen, um mit dem Wafer zusammenzupassen. Der Wafer ruht auf einem Träger, der sich vertikal bewegt, um mit der Hülse in Eingriff zu kommen bzw. sich hiervon zu lösen. Sobald der Wafer auf dem Träger platziert ist, wird er angehoben, um mit der Hülse in Eingriff zu kommen. Der Träger und der Wafer passen mit der unteren Öffnung der Hülse zusammen, um einen Boden bzw. abschließenden Boden für die Haltekammer zu bilden.
Eine erste Elektrode ist innerhalb der Haltekammer angeordnet, und zwar getragen von einer Welle, die sich durch das obere Ende der Hülse erstreckt. Die erste Elektrode dient als eine Anode zum Elektroplattieren und als eine Kathode zum Elektropolieren. Die gegenüberliegende Elektrode (Kathode zum Elektroplattieren und Anode zum Elektropolieren) ist derart angeordnet, dass sie auf der Stirnseite (oder Behandlungsseite) des Wafers in Kontakt hiermit kommt. Diese Elektrode ist tatsächlich aus mehreren Elektroden aufgebaut, die um den Umfang des Wafers herum verteilt sind. Die Elektroden sind auch gegenüber dem Elektrolyten geschützt, wenn der Träger angehoben wird, und mit der Hülse in Eingriff kommt.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind der Träger und die Hülse während der Behandlung stationär. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden beide während der Behandlung gedreht oder hin und her bewegt. Das Prozessfluid (oder der Elektrolyt) wird durch die Welle eingeführt, die die Anode hält. Während der Behandlung wird der Elektrolyt über diese Welle eingeführt. In einer gelösten Position werden Reinigungs- und Trocknungsfluids, wie beispielsweise Wasser und Stickstoff durch die Welle eingeleitet bzw. eingefüllt.
Der Träger befindet sich auch auf einer Tragwelle, so dass der Wafer während der Reinigungs- und Trocknungszyklen gedreht werden kann. Bei dem Ausführungsbeispiel, bei dem das Gefäß während der Behandlung zum Drehen gebracht wird, ist das Gefäß mit dem Träger gekoppelt, so dass die Drehung des Trägers bewirkt, dass sich die Hülse dreht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigt:
1 eine bildhafte Darstellung einer Prozesskammer der vorliegenden Erfindung zu Behandlung eines Materials, wie beispielsweise eines Halbleiterwafers;
2 eine weggeschnittene Ansicht der in 1 gezeigten Prozesskammer;
3 eine bildhafte Darstellung eines Waferträgers, der bei der Prozesskammer der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
4 eine bildhafte Darstellung einer Fluidhülse, die verwendet wird zum Halten eines Prozesselektrolyten in der Prozesskammer der vorliegenden Erfindung;
5 eine Querschnittsansicht der Prozesskammer der 1 und 2, die die Position des Waferträgers zeigt, wenn er zum Eingriff mit der Hülse angehoben ist;
6 eine Querschnittansicht der Prozesskammer gemäß den 1 und 2, welche die gelöste Position des Waferträgers von der Hülse zeigt;
7 eine Querschnittansicht des Elektrolythaltebereichs, der gebildet wird, wenn der Waferträger mit der Hülse in Eingriff steht und die Positionierung einer Anode innerhalb des Haltebereichs;
8 eine Querschnittansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels mit einer Anodenwelle mit Öffnungen zur Verteilung von Fluiden;
9 eine Querschnittsansicht, die eine von mehreren Kathodenelektroden, die in der Prozesskammer verwendet werden, zeigt;
10 eine weggeschnittene Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei dem eine sich drehende oder oszillierende Hülse verwendet wird, um den Wafer während der Behandlung zu drehen;
11 eine bildhafte Darstellung einer Konfiguration für eine Verpackung bzw. einen Einbau der Prozesskammer der vorliegenden Erfindung;
12 ein bildhafte Darstellung eines Clustertools, bei dem mehrere der in 11 gezeigten Prozesseinheiten zusammengestellt bzw. -gebaut sind, um als ein System zu arbeiten;
13 eine Querschnittansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei dem zwei Hülsen zusammen konfiguriert sind innerhalb einer Prozesskammer, um mehrere Wafer zu prozessieren bzw. zu behandeln.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Eine Prozesskammer zur Verwendung bei der Abscheidung von Material auf einem Halbleiterwafer und/oder zum Entfernen von Material von einem Wafer durch Aussetzen des Wafers gegenüber einem elektrischen Feld und einem Elektrolyten wird beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden unterschiedliche spezielle Details, sowie spezielle Strukturen, Materialien, Prozessor usw. beschrieben, um ein tiefes Verständnis der vorliegenden Erfindung vorzusehen. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen wurden bekannte Techniken und Strukturen nicht im Detail beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht zu verdecken.
Es sei bemerkt, dass ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zunächst unter Bezugnahme auf die Abscheidung eines Metallmaterials durch eine Elektroplattiertechnik des Materials auf einem Halbleiterwafer beschrieben wird. Das bevorzugte Material für die beschriebene Abscheidung ist Kupfer. Es sei jedoch bemerkt, dass die vorliegende Erfindung leicht an die Abscheidung anderer Metalle und Legierungen (nachfolgend umfasst der Begriff Metall auch Metalllegierungen) und auch dielektrische Materialien angepasst werden kann. Ferner muss die vorliegende Erfindung nicht strikt auf Halbleiterwafer begrenzt sein. Die Erfindung kann auch leicht an Prozessmaterialien auf anderen Substraten einschließlich Substraten auf die für die Verpackung von Halbleitereinrichtungen bzw. -bauelementen verwendet werden, wie beispielsweise eine Buckelbildung oder Keramiksubstrate und an die Herstellung von Flachbildanzeigen zeigen bzw. Flachbildschirmen.
Zusätzliche alternative Ausführungsbeispiele sind beschrieben, bei denen die Kammer der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann zum Elektropolieren von Materialien von ähnlichen Substraten. Für die Vereinfachung der Beschreibung werden das Ätzen, Polieren, Entplattieren oder eine sonstige Entfernung von Material, die hier durchgeführt werden, kollektiv als Elektropolieren oder Polieren bezeichnet, bei dem ein Elektrolyt und ein elektrisches Feld für die Materialentfernung verwendet werden. Unterschiedliche Elektrolyte wären erforderlich und die Richtung des Stromflusses in der Kammer würde umgekehrt zur Durchführung des Materialentfernungsvorgangs. Die hier beschriebene Kammerstruktur für die Abscheidung eines Materials kann jedoch leicht angepasst werden, für die Entfernung eines bestimmten Materials von einem Halbleiterwafer oder anderen Substraten.
Gemäß den 1 und 2 ist eine Prozesskammer 10 des bevorzugten Ausführungsbeispiels gezeigt. 2 ist eine weggeschnittene Ansicht der Kammer 10, gemäß 1. Die Kammer 10 umfasst ein äußeres Gehäuse 11, eine innere Fluidhülse 12, einen Waferträger (der auch als Waferplatte oder Plattform bezeichnet wird) 13, eine Anodenelektrode 14, Kathodenelektroden 15, eine Fluidliefer- (und Anoden-) Welle 16, eine Waferdrehwelle 17, zwei Reinigungssammelleitungen 18 und 19, eine Rückseitenspülsammelleitung 20 und Abdeckungen 21 und 22. Es sei bemerkt, dass nicht alle diese Elemente für die Durchführung der vorliegenden Erfindung erforderlich sind.
Der Waferträger (oder das Podest) 13, der in größerer Einzelheit in der 3 dargestellt ist, ist ein kreisförmiges Glied mit einer im Wesentlichen flachen Oberseite zur Aufnahme des Wafers darauf. Der Wafer wird auf der Oberfläche des Trägers 13 platziert, wenn er innerhalb der Kammer prozessiert werden soll. Wie nachfolgend beschrieben wird, erlaubt ein Zugriffsanschluss 25, der in dem Außengehäuse 11 angeordnet ist, das Einführen oder Herausnehmen des Wafers aus dem inneren der Kammer 10. Der Waferträger 13 ist ty pischerweise als eine flache kreisförmige Scheibe ausgebildet, um den flachen kreisförmigen Halbleiterwafer, wie beispielsweise einen Siliziumwafer darauf aufzunehmen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt der Waferträger einen flachen oberen Abschnitt 26 und einen unteren ausgedehnten Abschnitt 27, so dass der Träger 13 mehr wie ein Zylinder ausschaut. Der obere Abschnitt 26 nimmt den Wafer darauf auf und der untere Abschnitt 27 wird verwendet als eine Abdeckung, um den freiliegenden Teil der Waferdrehwelle 17 zu schützen. Wie bemerkt, ist der untere Abschnitt 27 in der Mitte hohl, um die Welle 17 aufzunehmen, und um die Masse des Trägers zu reduzieren, wenn er gedreht werden soll. Der Boden des Gehäuses 11 ist zu einem Abfluss hin geneigt, der das verbrauchte Fluid aus der Kammer 10 ableitet. Ferner ist eine Vakuumleitung 44 (in größerer Einzelheit in den 5 und 6 gezeigt), die innerhalb der Welle 17 angeordnet ist, mit dem Träger 13 gekoppelt. An der Oberfläche des oberen Abschnitts 26 des Träger 13 gibt es eine Anzahl von kleinen Vakuumöffnungen. Das Vakuum wird an die Oberfläche des Trägers 13 angelegt, wenn der Wafer darauf abgelegt wird, um den Wafer an seinem Platz zu halten.
Die innere Fluidhülse 12 (die auch als ein Fluidhaltegefäß oder innere Prozesskammer bezeichnet wird) ist in größerer Einzelheit in 4 dargestellt und ist als ein hohler Zylinder geformt, der an beiden Enden offen ist. Die Hülse 12 wird auch verwendet zum Halten (Enthalten) des Prozessfluids (das auch als Elektrolyt, Prozessmedium oder Chemikalie bezeichnet wird), wenn der Wafer behandelt werden soll. Das untere Ende der Hülse 12 passt mit einem Wafer 35 zusammen, der sich auf dem Träger 13 befindet. Die obere Öffnung der Hülse 12 passt mit der Gehäuseabdeckung 22 zusammen. Wenigstens eine Öffnung 30 ist entlang der zylindrischen Seitenwand der Hülse 12 angeordnet. Die Größe und die tatsächliche Anzahl solcher Öffnungen sind eine Designauswahl und bei dem bestimmten Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind vier solche Öffnungen 30 gezeigt, die mit gleichem Abstand voneinander beabstandet sind. Die Öffnungen 30 dienen als Fluidauslassöffnungen (oder Überlauf) für das Fluid in der Hülse 12. Somit wird die Höhe dieser Öff nungen 30 entlang der Hülse 12 durch die gewünschte Höhe des Fluids, das die Hülse 12 füllen wird, bestimmt.
Wiederum ist die Form und Größe der Hülse 12 eine Designauswahl, abhängig von der Form des zu prozessierenden Substrats, aber im Allgemeinen ist die Form zylindrisch, um eine Haltewand vorzusehen, die an die Form eines kreisförmigen Wafers angepasst ist. Wenn er in seiner Position ist, ruht der Wafer 35 am Boden, um den Boden für die Hülse 12 zu bilden, so dass die Stirnseite des Wafers dem Elektrolyten ausgesetzt ist, der sich innerhalb der Hülse 12 befindet. Es sei bemerkt, dass nur der äußere Kantenteil des Wafers (der üblicherweise nicht prozessiert wird) mit der Hülse 12 zusammenpasst bzw. in Kontakt steht. Die Hülse 12 des bevorzugten Ausführungsbeispiels umfasst vier Kontaktorte 31, die mit der Platzierung der Kathodenelektroden 15 assoziiert sind. Dementsprechend sind an den Kontaktorten 31 und innerhalb der Wand der Hülse 12 hohle Öffnungen (oder Kanäle) 32 angeordnet. Die Kanäle 32 werden verwendet zum Kuppeln elektrischer Verbindungen mit den Kathoden 15, die am Boden der Hülse 12 vorgesehen sind. Diese Kanäle 32 erlauben die Platzierung von elektrischen Verbindungen zu der Waferoberfläche, aber sie schirmen die elektrischen Verbindungen gegenüber den korrodierenden Effekten des Elektrolyts ab.
2 zeigt das innere der Kammer 10, wenn es zusammengebaut ist, und 5 zeigt die entsprechende Querschnittsansicht. Der Waferträger 13 ist in der oberen (oder in Eingriff stehenden) Position gezeigt. In der Eingriffsposition wird der Waferträger 13 mit dem sich darauf befindlichen Wafer dazu gebracht, mit der Hülse 12 in Eingriff zu kommen. Obwohl unterschiedliche Techniken verfügbar sind, um zwei Bauelemente 12 und 13 in Eingriff zu bringen, ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Waferträger 13 in einer Vertikalrichtung bewegbar ausgebildet. Die untere (oder gelöste) Position des Waferträger 13 ist in 6 dargestellt.
Wie in den 2, 5 und 6 dargestellt ist, ist das obere Ende der Hülse 12 mit der Gehäuseabdeckung 22 gekoppelt. Die Art und Weise mit der die Hülse mit der Abdeckung 22 gekoppelt ist, wird später beschrieben und hängt auch davon ab, ob die Hülse 12 innerhalb der Kammer 10 gedreht wird. Die Abdeckung 22 ist auf dem Gehäuse 11 befestigt, um die Hülse 12 innerhalb der Kammer 10 anzubringen, sowie zum Vorsehen eines oberen Abschlusses für die Kammer 10. Wie dargestellt ist, besitzt die Abdeckung 22 eine Mittelöffnung, deren Platzierung dem oberen Ende der Hülse 12 entspricht. Die Anodenelektrode 14 und ihre Begleitwelle 16 sind in ihre Position eingeführt durch die Öffnung in der Abdeckung 22, um die Anode 14 so zu platzieren, dass sie sich im Inneren der Hülse 12 befindet. Das Innere der Hülse 12 bildet einen primären Haltebereich 28 zum Halten des Elektrolyten, wenn der Wafer so positioniert ist, dass er als Boden des Haltebereichs 28 dient. Die Welle 16 geht durch eine Wellenöffnung in der Anodenabdeckung 21 hindurch, und die Abdeckung 21 ist an der Gehäuseabdeckung 22 angebracht. Anbringungsmittel wie beispielsweise Bolzen oder Schrauben werden verwendet, um die Abdeckungen 21 und 22 anzubringen. Sobald die Abdeckungen 21 und 22 an ihrem Platz angebracht sind, ist die Kammer 10 vollständig für die Behandlung des Wafers ab-/eingeschlossen.
Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, ist der Waferträger 13 an einem Ende der Welle 17 angebracht. Das andere Ende der Welle 17 erstreckt sich durch das Gehäuse 11. Die Welle 17 sieht eine mechanische Bewegung vor, und eine Leitung, die sich in der Welle befindet, kuppelt ein Vakuum zur Oberfläche des Trägers 13. Wie nachfolgend beschrieben wird, kann die Welle 17 mit Drehantriebsmitteln, wie beispielsweise einem Motor, gekoppelt werden, der die Drehbewegung zum Drehen des Trägers 13 vorsieht. Laufbuchsen, Dichtungen bzw. Gasdichtungen, Lager und/oder andere Dichtungen werden verwendet um die Integrität beizubehalten, um das Entweichen von Flüssigkeiten und/oder Gasen bzw. Dämpfen zu verhindern.
Es ist im Allgemeinen eine akzeptierte Praxis einen Wafer zu drehen, wenn er einem bestimmten Prozessmedium ausgesetzt ist. Die Drehung stellt eine gleichförmigere Verteilung des Mediums über die Waferoberfläche hinweg sicher. Demgemäß hängt die Praxis der Drehung des Wafers 35 auf dem Wa ferträger auch von dem in der Kammer 11 verwendeten Medium ab, und die Effektivität bzw. Wirksamkeit seiner Verteilung für den durchzuführenden Prozess. Somit liegt ein Ansatz darin, den Wafer nicht zu drehen. Wo jedoch eine Waferdrehung die Medienverteilung unterstützt, kann der Waferträger 13 durch die Drehung der Welle 17 gedreht werden. Obwohl die Drehgeschwindigkeit eine Designauswahl für den bestimmten auszuführenden Prozess ist, liegt ein typischer Bereich zwischen 5 bis 500 Umdrehung/min. Ferner kann statt einer Drehung des Wafers mit einer bestimmten Drehzahl der Wafer hin und her oszilliert (oder angetrieben) werden. Es sei bemerkt, dass die vorliegende Erfindung durchgeführt werden kann, durch Drehen (oder Oszillieren) des Wafers oder der Waferträger kann stationär bleiben.
Bei der Ausführung der Erfindung ist die Welle 17 auch in der Vertikalrichtung bewegbar ausgebildet, um den Träger 13 vertikal zu bewegen. Wie in 6 in der unteren Position gezeigt ist, ist der Träger 13 positioniert zum Aufnehmen oder Entnehmen eines Wafers durch den Zugriffanschluss 25. Dies ist dann die Transfereingabe- (Aufnahme-)position des Waferträgers 13. Der Wafer ist mit dem Zugriffsanschluss 25 ausgerichtet, der die Schnittstelle zwischen dem Inneren der Kammer 11 und der Außenumgebung vorsieht. Unter Verwendung eines einer Vielzahl von Waferhandhabungswerkzeugen wird der Wafer 35 in die Kammer 11 geladen durch den Zugriffsanschluss 25, um über dem Träger 13 positioniert zu werden. Die Welle 17 mit dem Träger 13 wird angehoben, um den Transfer des Wafers zu dem Träger 13 zu bewirken. Der Lademechanismus zieht sich zurück und nachfolgend wird die Welle 17 mit dem Träger 13 angehoben und der Wafer 35 kommt mit der Hülse 12 in Eingriff.
Die Eingriffsposition des Trägers 13 ist in 5 dargestellt und ist als die obere (oder Eingriffs-) Position des Waferträgers 13 bezeichnet. Die untere (oder Reinigungs- und Trocknungs-) Position des Waferträgers platziert den Wafer unterhalb der Öffnung des Zugriffsanschlusses 25 zum Reinigen und Trocknen des Wafers 35. Diese untere Position stellt sicher, dass dann wenn der Wafer gedreht bzw. geschleudert wird, Flüssigkeiten nicht aus der Zugriffsöffnung herausgeschleudert werden, wenn die Behandlung beendet ist und der Wafer aus der Kammer entnommen werden soll, wird der Träger 13 zu einer Transferausgangsposition positioniert, zum Entnehmen des Wafers 35 aus der Kammer 10. Der Waferhandhabungsmechanismus (nicht gezeigt), der durch den Anschluss 25 eingeführt wird, nimmt dann den Wafer durch die Anschlussöffnung heraus. Die Transfereintritts- und -austrittspositionen können dieselben Position sein oder sie können sich unterscheiden, und zwar in Abhängigkeit von einem verwendeten optimalen Handhabungsverfahren, wenn es mit einem Waferhandhabungsmechanismus integriert ist.
Anodenelektrode
Wie in größerer Einzelheit in 7 dargestellt ist, ist die Anodenelektrode (die auch einfach als die Anode bezeichnet wird) 14 an dem Ende der oberen Welle 16 befestigt (mittels beispielsweise Bolzen, Schrauben, Klemmen oder Löten) und wird dazu gebracht, dass sie innerhalb des Haltebereichs 28 aufgenommen ist. Die Welle ist derart ausgebildet, dass sie durch die Abdeckplatte 21 hindurch passt. Die Höhe der Anode 14 oberhalb eines Wafers 35, der auf dem Waferträger 13 ruht, hängt ab von den elektrischen Parametern und dem durchzuführenden Prozess. Typischerweise ist es für Elektroplattier-/Elektropoliervorgänge bzw. -prozesse zweckmäßig, die Anode in den Elektrolyten einzutauchen. Demgemäß ist es zweckmäßig, die Anode 14 unterhalb der Strömungsöffnungen 30 zu positionieren, so dass die Anode in den Elektrolyten eingetaucht ist.
Im Allgemeinen ist die Höhe der Anode festgelegt, so dass sobald die Anode 14 einmal positioniert ist, sie an einer festgelegten Stelle innerhalb des Haltebereichs 28 positioniert ist. Die tatsächliche Position der Anode relativ zum Wafer ist eine Designauswahl, die durch das bestimmte System und den durchzuführenden Prozess vorgegeben wird. Der Anoden-Wafertrennungsabstand ist ein Parameter bei der Bestimmung der elektrischen Feldintensität zwischen der Anode 14 und dem Wafer 35.
Die Welle 16 positioniert nicht nur die Anode 14 an ihrem Platz sondern sieht auch eine Leitung zum Einführen eines Elektrolyten in den Haltebereich 28 der Hülse 12 vor, wie durch Strömungspfeile 38 dargestellt ist. Ein mittiger hohler Kanal (oder Passage) 36 innerhalb der Welle 16 erlaubt, dass ein oder mehrere Fluids in den Haltebereich 28 der Hülse 12 geleitet werden. Die Öffnung an dem Ende des Durchlasses 36 ist körpernah bzw. proximal zur Oberfläche der Anode 14, die zum Wafer weist, angeordnet, so dass das Fluid in den eingegrenzten Haltebereich 28 unterhalb der Anode 14 eingeführt wird. Dieser Injektions- bzw. Einführort des Behandlungsfluids in die Hülse 12 stellt das Vorhandensein von frischem Behandlungsfluid proximal zur Waferoberfläche sicher.
Es sei bemerkt, dass eine Rohr- oder Schlauchleitung zum Transportieren der Flüssigkeit leicht in den Durchlass 36 eingeführt oder mit ihm gekoppelt werden kann. Es sei auch bemerkt, dass eine Anzahl von Fluidmedien (sowohl Flüssigkeiten als auch Gase) in den Haltebereich 28 durch den Durchlass 36 eingeführt werden können. Demgemäß können bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel mehrere Fluids durch den Durchlass 36 eingeführt werden. Zum Beispiel wird für das Elektroplattieren von Metall auf den Wafer 35 das Elektroplattierfluid (das typischerweise eine Flüssigkeit ist) zunächst in den Haltebereich 28 gepumpt. Sobald der Elektroplattiervorgang beendet ist und der Elektrolyt abgelassen ist, wird de-ionisiertes (DI) Wasser gepumpt und auf die Oberfläche des Wafers gespritzt, um ihn zu waschen. Nachfolgend wird Stickstoff (N₂) Gas in den Haltebereich 28 gepumpt, um den Wafer vor dessen Entnahme aus der Kammer 10 zu trocknen. Es sei bemerkt, dass der Wafer 35 mehrere Male gereinigt und getrocknet werden kann, einschließlich vor dem Einführen des Elektrolyten. Typischerweise werden die Reinigungs- und Trocknungszyklen durchgeführt, während der Waferträger 13 sich an der unteren Position befindet.
Gemäß 8 ist ein alternatives Anodenwellendesign gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von Öffnungen 37 entlang der Seite der Welle 16 angeordnet. Der Mitteldurchlass 36 ist noch immer vorhanden, um unterschiedliche Fluids an der mittleren Anodenöffnung zu liefern, wie oben beschrieben. Jedoch ist ein Sekundärdurchlass zwischen dem Mitteldurchlass 36 und der Wand der Welle 16 ausgebildet, so dass ein Sekundärkanal oder -durchlass in der Form einer hohlen Hülse konzentrisch um den Mitteldurchlass 36 herum ausgebildet ist.
Wie in 8 dargestellt ist, ist die Vielzahl von Öffnungen 37 entlang der Außenwand der Welle 16 angeordnet. Die Öffnungen 37 erstrecken sich durch zum Sekundärdurchlass, so dass das Fluid, das in den Sekundärdurchlass gepumpt wird, durch die Öffnungen 37 hindurchgeht. Wieder können unterschiedliche Fluids durch Öffnungen 37 gepumpt werden und zwar ähnlich wie bei dem Mitteldurchlass 36. Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung werden jedoch nur die Fluids, die mit dem Reinigen und Trocknen assoziiert sind durch die Öffnungen 37 gepumpt.
Wenn der Wafer demgemäß in der oberen Position platziert ist, wird Elektrolyt nur durch den Mitteldurchlass 36 gepumpt, um in den Bereich zwischen der Anode 14 und den Wafer 35 ausgestoßen zu werden. Während des DI-Wasserspülschrittes und dem nachfolgenden N₂-Trocknungsschritt (wenn sich der Wafer 35 in der unteren Position befindet) nehmen beide Durchlässe das DI-Wasser und das N₂ auf. Somit wird nicht nur die Waferoberfläche gereinigt und getrocknet, sondern auch die Innenwand der Hülse 12, um jegliche Reste von Elektrolyt, der sich in dem Haltebereich 38 befindet, zu entfernen. Die Öffnungen 37 stellen sicher, dass DI-Wasser und N₂ in oberen Bereichen der Hülse 12 injiziert werden, um Reste von den Komponenten und Oberflächen, die innerhalb der Hülse 12 verbleiben, zu entfernen.
Kathodenelektroden
Gemäß 9 ist eine der Kathodenelektroden (die auch einfach als die Elektrode bezeichnet werden) 15 in größerer Einzelheit in 9 dargestellt. Obwohl die tatsächliche Anzahl solcher Elektroden 15 eine Designauswahl ist, verwendet die Prozesskammer 10 der vorliegenden Erfindung vier solche Elektroden 15 (für einen 200 mm großen Wafer), die gleichmäßig um das Bodenende der Hülse 12 beabstandet sind. Die Elektrode 15 ist ein langgestreckter elektrischer Leiter, der gebogen oder an einem Ende nach unten federbelastet ist, um einen Kontakt mit der Kante des Wafers 35 herzustellen. Jede Elektrode 15 ist an der Bodenoberfläche der Hülse 12 befestigt durch Koppeln derselben mit einem elektrischen Leiter 41. Wenn die Hülse 12 somit innerhalb der Kammer 10 angeordnet und platziert ist, ist jede Elektrode 15 mit ihrem entsprechenden elektrischen Leiter 41 an einem Ende befestigt und das andere Ende kommt in Kontakt mit der Kante des Wafers 35. Alle der Elektroden 15 bilden eine verteilte Kathode, deren Kontakte auf der zum Wafer weisenden Seite liegen, die dem Elektroplattiervorgang ausgesetzt wird.
Somit wird die elektrische Kopplung zu jeder der Elektroden 15 durch den entsprechenden elektrischen Leiter 41 vorgesehen, der durch einen entsprechenden Kanal 32 innerhalb der Hülse 12 eingeführt wird, wobei das Ende des Leiters 41 an seiner jeweiligen Elektrode 15 befestigt (wie beispielsweise durch Löten) ist. Die anderen Enden der Leiter treten aus der Kammer aus, und zwar durch die Gehäuseabdeckung 22 oder 21 oder integriert durch die Welle 16. Die Art und Weise wie die elektrische Verkabelung gelegt wird, ist eine Designauswahl.
Wie in 9 bemerkt wurde, ist eine Dichtung 42 zwischen dem Waferende der Elektrode 15 und der Innenwand der Hülse 12 angeordnet. Wie bemerkt, ist die Dichtung 42 benachbart zu der Innenwand der Hülse 12 positioniert, so dass sie effektiv verhindern kann, dass Elektrolyt die Elektrode 15 erreicht, wenn eine Leistung an die Elektrode angelegt wird. Es sei bemerkt, dass der Prozess des Elektroplattierens oder Elektropolierens nicht tatsächlich auftritt bis Leistung an die Anoden- und Kathodenelektroden angelegt wird.
Sobald jedoch Leistung angelegt wird, gibt es eine Tendenz dahingehend, dass Oberflächen (auch andere als die des Wafers 35), die in Kontakt mit der Lösung stehen, dem Plattier- oder Polierprozess auch unterworfen werden. Demgemäß wird durch die Verwendung der Dichtung 42 verhindert, dass E lektrolyt die Elektrode 15 erreicht, und somit werden die Elektroden nicht plattiert/poliert, sobald Leistung angelegt wird. Es sei bemerkt, dass sich durch Abdichten und Schützen der Kathodenelektroden 15 gegenüber der Plattierlösung keine Abscheidungen an den Elektroden 15 ansammeln (oder Material davon abnehmen). Dies verhindert das Aufbauen (oder Entfernen) von Material auf/von den Elektroden 15, das zu Verunreinigungen innerhalb der Kammer während der Behandlung führen kann.
Die Dichtung 42 kann aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, die gegenüber dem verwendeten Prozessfluid widerstandsfähig sind. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird Polypropylen oder ein anderes äquivalentes Polymer (z. B. VITON^TM oder TEFLON^TM Materialien) verwendet. Wenn die Hülse 12 derart angebracht ist, dass sie mit dem Wafer 35 entlang des gesamten Umfangs des Wafers 35 fluchtend ist, dann kann eine Ringdichtung verwendet werden. Wenn jedoch ein Strömungsspalt bzw. mehrere Spalte 43 (siehe 2, 7 und 8) an dem Boden der Hülse-Waferzwischenfläche bzw. -schnittstelle angeordnet ist/sind, dann sind individuelle Dichtungen, vorzugsweise U-förmige, an jeder der Elektrodenkontaktstellen erforderlich infolge des Spalts bzw. der Spalte. Die Dichtungen) sollte(n) effektiv verhindern, dass der Elektrolyt die Elektrodenkontakte 15 erreicht.
Einer oder mehrere Strömungsspalte 43 kann an oder in der Nähe des Bodens der Hülse 12 angeordnet sein. Die tatsächliche Anordnung ist eine Designauswahl. In den Figuren sind Strömungsspalte 43 dargestellt, die in der Nähe des Bodens der Hülse 12 angeordnet sind. Die Verwendung von Strömungsspalten 43 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der Hülse 12. Ein Zweck der Strömungsspalte 43 liegt darin, eine noch gleichmäßigere Strömungsverteilung entlang der Oberfläche der Waferstirnseite zu erlauben. Es sei bemerkt, dass die Öffnungen 30 weiterhin vorhanden sind. Die Strömungsspalte 43 erlauben eine Fluidbewegung entlang des Bodens des Haltebereichs 28 von der Mitte am Fluideintrittspunkt zum Umfang des Wafers 35. Die seitliche Fluidbewegung in der Nähe der Oberfläche des Wafers 35 stellt eine gleichförmigere Erneuerung des Elektrolyten sicher, was wiederum die Dickengleichförmigkeit des abgeschiedenen Materials verbessert (das typischerweise eine Dünnfilmschicht ist).
Es sei auch bemerkt, dass wenn der Prozess beendet ist, und sich der Wafer von der Wafer von der Hülse 12 löst, etwas Elektrolyt die Elektroden kontaktieren kann. Die Elektroden stehen zu diesem Zeitpunkt jedoch nicht unter Leistung bzw. Spannung und jegliche Fluidmenge, die die Elektroden 15 kontaktiert, wird während der Reinigungsphase weggewaschen.
Gemäß den 5 und 6 sind mehrere weitere Merkmale der Kammer 10 gezeigt. Die ringförmigen Sammelleitungen 18–20 werden verwendet um DI-Wasser und/oder Stickstoff an dem bestimmten Ort, an dem sie angeordnet sind, einzuspritzen. Die obere Sammelleitung 18 ist in der oberen Umgebung der Kammer 10 angeordnet, um DI-Wasser nach unten zu sprühen, um verbleibendes Elektrolyt von den Wänden des Gehäuses 11 und der Hülse 12 wegzuwaschen. Die untere Sammelleitung 19 ist um die untere Welle 17 in der Nähe des Waferträgers 13 angeordnet, so dass DI-Wasser zur Reinigung irgendwelchen verbleibenden Fluids auf oder um den Waferträger 13 herum gesprüht werden kann, wenn der Waferträger 13 sich in der unteren Position befindet. Die Reinigung wird typischerweise durchgeführt während sich der Waferträger 13 in der unteren Position befindet. Die zwei Reinigungssammelleitungen 18 und 19 spritzen auch N₂ ein, um das Trocknen des Inneren der Kammer vorzusehen, das einen sekundären Haltebereich 29 bildet. Die zwei Sammelleitungen 18 und 19 sind an ihren jeweiligen Orten positioniert durch Tragglieder (nicht gezeigt), die an der Gehäuseabdeckung 22 befestigt sind, so dass dann wenn die Gehäuseabdeckung 22 entfernt ist, die Sammelleitungen 18 und 19 zusammen mit der Hülse 12 aus der Kammer 10 als eine einzelne befestigte Einheit entfernt werden können. Die Fluidkupplungen (Wasser und N₂) für die Sammelleitungen 18 und 19 sind auch nicht gezeigt, aber sie sind vorhanden und solche Leitungen werden sich aus dem Gehäuse 11 im Allgemeinen durch die obere Abdeckung 21 oder 22 erstrecken oder sie sind innerhalb der Welle 16 integriert.
Die mittlere Reinigungssammelleitung 30 ist eine Spülsammelleitung. Sie ist um das obere Ende des Waferträgers 13 herum angeordnet. Ihre Tragglieder (nicht gezeigt) sind auch an der Gehäuseabdeckung 22 befestigt. Diese Sammelleitung 20 wird verwendet zum Einspritzen von N₂ auf die Kante des Wafers während der Behandlung, wenn Elektrolyt in die Kammer 10 strömt. Da es eine Elektrolytströmung während des Behandlungszyklus gibt, verhindert die Injektion bzw. das Einspritzen von N₂ entlang der Kante des Wafers, dass Elektrolyt die Rückseite des Wafers und die Oberfläche des Trägers 13 erreicht.
Es sei bemerkt, dass die Kammer 10 auch ohne eine oder alle der Reinigungssammelleitungen 18–20 voll funktionsfähig ist. Die Sammelleitungen können jedoch, wenn sie ordnungsgemäß verwendet werden, eine reinere Umgebung innerhalb der Kammer 10 vorsehen, die Systemproduktivität erhöhen, und den Wartungszyklus der Bauteile, die in der Kammer 10 vorhanden sind, ausdehnen.
Rotierende Hülse
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird die Hülse 12 dazu gebracht, sich zu drehen (oder zu oszillieren), wenn sich der Wafer 35 in der Eingriffsposition befindet. Das heißt, eine Waferdrehung ist zweckmäßig, wenn der Wafer dem Elektroplattier-/Elektropoliervorgang ausgesetzt ist. Um die Drehfähigkeit für die Hülse 12 vorzusehen, kann das obere Ende der Hülse 12 nicht an dem stationären Gehäuse oder der Abdeckung fixiert sein. Ferner ist eine Art von Drehkupplung notwendig, um die sich drehenden Leiter 41 mit einer stationären elektrischen Verbindung zu kuppeln.
10 illustriert ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine sich drehende elektrische Kupplung verwendet wird. Es können unterschiedliche sich drehende elektrische Kupplungen an der Hülse-/Abdeckungs-Zwischenfläche verwendet werden, aber das Beispiel gemäß 10 verwendet eine Schlupfringanordnung 46. Das Gefäß 12 wird zur Drehung angetrieben durch die Drehung des Waferträgers 13. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel passen Passstifte bzw. Stehbolzen, die an mehreren Punkten entlang des Umfangs an der Hülse 12 angeordnet sind mit entsprechenden Löchern zusammen, die an dem flachen oberen Abschnitt 26 des Waferträgers 13 angeordnet sind. Die Drehbewegung des Trägers 13 wird dann auch bewirken, dass sich die Hülse 12 gemeinsam hiermit dreht.
Bei einer sich bewegenden Hülse 12 werden sich auch die elektrischen Leiter 41 drehen. Die Schlupfringanordnung 46 ist an dem oberen Ende der Hülse 12 angebracht und ist derart ausgebildet, dass sie sich mit der Hülse 12 dreht. Ein Haltegehäuse 61 zusammen mit einem Abdeckungsflansch 62 bilden einen Einschluss für den oberen Teil der Hülse 12 und der Anordnung 46. Die Höhe des Haltegehäuses 61 ist derart, dass sich ein Hohlraum 47 zwischen der Oberseite der Hülse 12 und dem Abdeckungsflansch 62 bildet. Die Hülse 12 besitzt in diesem Fall ihr oberes Ende eingeschlossen mit der Ausnahme einer Mittelöffnung 45, die für das Hindurchführen der Anodenwelle 16 erforderlich ist. Die Schlupfringanordnung 46 passt in diesen Hohlraumbereich. Die Anodenwelle 16 geht durch den Abdeckungsflansch 62 und die Anordnung 46 durch die Öffnung 45 hindurch, so dass die Anode sich innerhalb des Haltebereichs 28 befindet.
Die elektrischen Leiter 41 sind mit Kontakten an der Schlupfringanordnung 46 gekuppelt und beide drehen sich gemeinsam. Der stationäre Teil der Schlupfringanordnung 46 befindet sich an der Mitte und die Welle 16 ist dort hindurch gekuppelt. Die stationären elektrischen Verbindungen werden an diesem Punkt hergestellt. Ein Beispiel einer Schlupfringanordnung ist das Modell AC4598 (oder AC4831), hergestellt durch Litton poly-Scientific aus Blacksburg, Virginia.
Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung wird bei der Verwendung einer sich drehenden Hülse 12, wie in 10 gezeigt ist, inertes Gas (wie beispielsweise N₂) dazu gebracht, innerhalb des Hohlraums 47 zu strömen. Das N₂-Gas wird dazu gebracht, von dem Hohlraum 47 zwischen der Hülse 12 und dem Halte- bzw. Einschlussgehäuse 61 nach unten zu strömen. Der positive Druck der N₂-Strömung stellt sicher, dass Gase bzw. Dämpfe von dem Elektrolyt sich nicht in den offenen Bereichen entlang der Seite und oberhalb der Hülse 12 ansammeln. Bei dem speziellen, in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel, wird eine mechanische Kupplung, wie beispielsweise ein Lagerflansch 63 zwischen der Hülse 12 und dem oberen Flansch 64 des Einschlussgehäuses 61 für das physikalische Tragen der Hülse 12 verwendet. Lager 48 werden verwendet zum Vorsehen des mechanischen Tragens, aber sie erlauben, dass sich die Hülse 12 relativ zum Flansch 64 und dem Einschlussgehäuse 61 dreht. Somit kann bei der Verwendung des in 10 gezeigten Ausführungsbeispiels der Wafer in der Eingriffsposition gedreht (oder oszilliert) werden, wenn er dem Elektrolyten ausgesetzt ist.
Waferbehandlung
Die folgende Beschreibung beschreibt die Durchführung der vorliegenden Erfindung zur Behandlung eines Halbleiterwafers, wie beispielsweise eines Siliziumhalbleiterwafers. Ferner wird der Prozess zum Elektroplattieren einer Metallschicht (der Begriff Metall umfasst hier Metalllegierungen) auf dem Wafer 34 beschrieben. Die Kammer wird als eine Abscheidungskammer in diesem Fall verwendet. Das beispielhafte abgeschiedene Material ist Kupfer. Nachfolgend wird ein Prozess beschrieben, bei dem ein Metall von dem Wafer 35 entfernt wird, wenn die Kammer für Elektropolieren verwendet wird. Es sei jedoch bemerkt, dass andere Prozesse und Materialien zur Abscheidung oder zur Politur verwendet werden können, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Unter Bezugnahme auf die vorhergehenden Figuren kann, wenn Kupfer (Cu) auf einem Halbleiterwafer abgeschieden werden soll, durch die Verwendung einer Elektroplattiertechnik, die Kammer der vorliegenden Erfindung, verwendet werden. Im Allgemeinen wird die Kammer 10 der vorliegenden Erfindung als ein Teil einer Funktionseinheit zusammengebaut, wobei ein Ausführungsbeispiel hiervon in 11 dargestellt ist. Das Gerätegehäuse 49 ist eine mo dulare Einheit, die aufgebaut ist zur Aufnahme der Prozesskammer 10 und ihre assoziierten mechanischen und elektrischen Bauteile, wie beispielsweise elektrische Verdrahtung, Fluidverteilungsrohre, Kupplungen an externe Systemkomponenten, Mechanismen zum Rotieren (oder Oszillieren), zum Anheben/Absenken des Waferträgers 13, Anheben/Absenken der Anode 14. Verbindungen für die Prozesschemikalie, DI-Wasser, Stickstoff und Vakuum werden an der Einheit 49 hergestellt zur Verteilung zur Kammer 10. Der Ablauf 23 ist mit einem Behälter zum Halten des Elektrolyten oder mit einer Abfallbehandlungskomponente des Systems gekoppelt. Es sei bemerkt, dass das Liefern und das Entfernen solcher Chemikalien und Fluids zu/von einer Prozesskammer in der Technik bekannt sind. Somit ist das Gehäuse 49 nur ein Beispiel, wie die Kammer 10 konfiguriert sein kann.
Sobald die Kammer zusammengebaut ist, und für die Behandlung des Wafers 35 konfiguriert ist, wird der Träger 13 in seine Ladeposition abgesenkt. Der Wafer wird dann in die Kammer 10 eingeführt durch die Anschlussöffnung 25. Typischerweise wird ein automatisierter Waferhandhabungsmechanismus verwendet, um den Wafer 35 in seine Position zu platzieren, damit der Träger 13 angehoben werden kann und den Wafer aufnimmt. Der Wafer 35 wird an seinem Platz gehalten durch das Anlegen eines Vakuums an die Unterseite des Wafers 35. Die Anschlussöffnung 25 wird geschlossen, um die Kammer 10 abzudichten. Nachfolgend wird der Träger 13 in seine obere Eingriffsposition angehoben durch die Bewegung der Welle 17, wie in 5 dargestellt ist, um mit der Hülse 12 zusammenzupassen.
Die Kupplung des Trägers 13 mit der Hülse 12 hängt von dem für die Hülse 12 ausgewählten Ausführungsbeispiel ab. Wenn die Hülse 12 stationär verbleibt, dann ist sie an der Abdeckung 22 fixiert und wird sich nicht drehen. Wenn sich die Hülse drehen soll, dann wir das Ausführungsbeispiel gemäß 10 verwendet. Es sei bemerkt, dass der Waferträger 13 noch immer gedreht werden kann, wenn er von der stationären Hülse 12 gelöst ist. Indiesem Fall wird der Wafer während der Reinigungs- und Trocknungszyklen rotiert, wenn der Wafer nicht mit der Hülse 12 in Eingriff steht.
Bei jeder Technik bildet das Zusammenführen des Trägers 13 und der Hülse 12 den primären Haltebereich 28. Der Wafer ist an dem Boden angeordnet, um den Boden dieses Haltebereichs 28 zu bilden. Das Prozessfluid (Elektrolyt) wird in den Haltebereich 28 eingeführt durch die Welle 16, wie zuvor beschrieben wurde. Elektrische Leistung bzw. Spannung wird dann an die Anoden- und Kathodenelektroden angelegt, um den Wafer einem Elektroplattiervorgang auszusetzen, um Material auf dem Wafer abzuscheiden. Wenn es zweckmäßig ist, kann der Wafer 35 innerhalb der Kammer 10 vor dem Einführen des Elektrolyten gewaschen und getrocknet werden.
Der Kathodenkontakt bzw. die -kontakte mit dem Wafer 35 wird/werden durch die Kathodenelektroden 15 erreicht, wie in 9 dargestellt ist. Die mehreren Elektroden sehen eine verteilte Kathode vor, wobei die elektrischen Kontakte mit der Behandlungsseite des Wafer hergestellt werden. Dies erlaubt, dass das Kathodenpotential an die Prozessstirnflächen- (Vorderflächen-)Seite des Wafer angelegt wird, statt an die Rückseite des Wafers. Es sei wiederum bemerkt, dass eine Kathodenelektrode oder mehrere Elektroden verwendet werden kann/können. Es wird bevorzugt, mehrere Elektroden 15 vorzusehen.
Während der Behandlung wird kontinuierlich neues Fluid in den Primärhaltebereich 28 eingeführt, um eine frische Versorgung der Prozesschemikalie sicherzustellen. Wenn das Niveau des Fluids ansteigt, wird eine Überströmung durch die Öffnung 30 ausgelassen. In dem Fall, dass Strömungsspalte 43 am unteren Ende der Hülse 12 vorgesehen sind, wird ein Teil des Mediums auch aus diesen Öffnungen abgeleitet. In jedem Fall sind die Kathoden gegenüber der Lösung geschützt, so dass ein Plattierprozess auf ihnen nicht auftreten wird. Wenn die Spülsammelleitung 20 vorhanden ist, wird Stickstoffgas dazu gebracht, aus der Sammelleitung 20 auszuströmen, um zu verhindern, dass Elektrolyt die Rückseite des Wafers und die Seitenwand des Trägers 13 kontaktiert.
Wenn der Prozess bzw. die Behandlung beendet ist, wird das elektrische Potential zwischen der Anode und der Kathode entfernt, und die Prozessfluidströmung wird gestoppt. Dann wird der Waferträger 13 in seiner unteren Position positioniert, um das Elektrolyt abzuleiten. Dann wird das DI-Wasser durch den Wellenkanal 36 eingeführt. Wenn Seitenwandöffnungen 37 vorhanden sind, wird DI-Wasser auch dazu gebracht, durch diese Öffnungen zu strömen. DI-Wasser wird auch von den oberen und unteren Sammelleitungen 18 und 19 gesprüht, um die Kammer 10 zu waschen. Nachfolgend wird DI-Wasser durch die Strömung von N₂ ersetzt, um den Wafer 35 und die Kammer 10 zu trocknen. Während der Spül- und Trocknungszyklen wird der Wafer 35 üblicherweise mit einer relativ hohen Drehzahl (z. B. in dem Bereich von 100–2000 Umdrehungen/min) geschleudert, um das Spülen und Trocknen des Wafers 35 zu fördern. Ferner können das DI-Wasser und N₂ auf eine erhöhte Temperatur erhitzt werden, um die Spül- und Trocknungsfunktionen zu fördern. Schlussendlich wird das an den Wafer angelegte Vakuum gelöst, und der Wafer wird durch den Zugriffsanschluss 25 entnommen.
Obwohl unterschiedliche Metallmaterialien durch die Elektroplattiertechnik abgeschieden werden können, ist das eine Material, das für die Prozesskammer der vorliegenden Erfindung geeignet ist, Kupfer. Ein Beispiel einer Kupferelektroplattierung ist in einem Artikel mit dem Titel „Copper Electroplating Process For Sub-Half-Micron ULSI Structures" von Robert J. Contolini et. al.; VMIC Conference; Juni 27–29, 1995; Seiten 322 und folgende, beschrieben.
Alternativ kann die Prozesskammer der vorliegenden Erfindung auch in dem Elektropolieren von Metallmaterialien verwendet werden. In diesem Fall werden die obigen Prozessschritte wiederholt, aber mit der Verwendung von Chemikalien, welche die Metallentfernungsfunktion durchführen. Ferner wird die Polarität des an die Elektroden angelegten Potentials umgekehrt, so dass die Elektroden 15 nun eine verteilte Anode werden, und die einzelne Elektrode 14 die Kathodenelektrode wird.
Obwohl wiederum unterschiedlich Metallmaterialien durch die Elektropoliertechnik poliert werden können, ist das eine Material, das für die Prozesskammer der vorliegenden Erfindung geeignet ist, Kupfer. Ein Beispiel einer Kupferelektropolitur ist in dem Artikel mit dem Titel „A Copper Via Plug Process by Eletrochemical Planarization" von R. Contolini et. al.; VMIC Conference; Juni 8–9, 1993; Seiten 470 und folgende, beschrieben.
Zusätzlich erlaubt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, dass mehrere Prozesse in der Prozesskammer der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Das heißt, es kann mehr als ein Elektroplattierschritt oder mehr als ein Elektropolierschritt durchgeführt werden. Die mehrfachen Elektroplattier- oder Elektropolierschritte können die Verwendung unterschiedlicher Chemikalien beinhalten. Zusätzlich sei bemerkt, dass dieselbe Kammer 10 sowohl zum Elektroplattieren als auch zum Elektropolieren verwendet werden kann. Zum Beispiel kann in dem ersten Zyklus ein Elektrolyt zum Abscheiden eines Materials eingeführt werden, und der Wafer wird einem Elektroplattierungsprozess ausgesetzt, wie oben beschrieben. Dann kann statt der Verwendung einer CMP zum Wegpolieren des überschüssigen Films der oben beschriebene Elektropolierschritt verwendet werden. Nachfolgend wird nach dem Spülen und Trocknen ein unterschiedliches Elektrolyt in die Kammer eingefüllt, und der Wafer wird elektropoliert. Somit werden zwei separate Prozesse ein Elektroplattieren und der andere Elektropolieren in der Kammer durchgeführt.
Demgemäß lässt sich eine Anzahl von Vorteilen aus der Verwendung der Kammer 10 der vorliegenden Erfindung ableiten. Da der primäre Haltebereich 28 vom Volumen her viel kleiner ist als der sekundäre Haltebereich 29, ist eine wesentlich geringere Chemikalienverwendung erforderlich, um einen Wafer zu behandeln. Das heißt, das Prozessfluid ist auf ein viel kleineres Volumen für die Behandlung des Wafers eingeschlossen. Der sekundäre Haltebereich 29 wird verwendet zum Ableiten der verbrauchten Chemikalie, und zum Vorsehen eines Sekundäreinschlusses. Dieser Aufbau erlaubt, dass die Kammer 10 eine viel größere Größe besitzt, wenn es notwendig ist, um andere Kom ponenten bzw. Bauteile aufzunehmen, wie beispielsweise Messgeräte, aber der Fluidfüllbereich wird klein gehalten. Die Prozessfluidverschwendung wird reduziert.
Die Vertikalbewegung des Waferträgers 13 erlaubt das Eintreten des Wafers in den Primärhaltebereich 28, schirmt aber zu selben Zeit die Unterseite des Wafers gegenüber dem Prozessfluid ab, wenn der Wafer behandelt wird. Der Wafer wird verwendet, um den Boden des Haltebereichs zu bilden. Die alternativen Designs der Hülse 12 erlauben, dass die stationär ist oder gemeinsam mit dem Wafer gedreht (oder oszilliert) wird.
Hinsichtlich der Waferelektroden werden erhebliche Vorteile aus der Platzierung der Kathodenelektroden 15 abgeleitet. Diese Elektroden 15 sind auf derselben Seite wie die Stirnfläche des Wafer angeordnet, die dem bestimmten Prozess ausgesetzt wird. Ferner erlaubt der Aufbau der Kammer, dass die Kathodenkontakte gegenüber dem Elektrolyten isoliert sind, um dadurch zu verhindern, dass Verunreinigungen von Kathodenkontakten in die Kammer eingeführt werden. Der Aufbau schirmt auch die Waferkante und Rückseite des Wafer gegenüber dem Elektrolyten ab, bzw. isoliert sie. Ferner ist der Wafer horizontal flach positioniert, so dass Gasblasen, die während der Behandlung des Wafers durch den Elektrolyten gebildet werden, dazu neigen, sich von der Waferoberfläche weg nach oben zu bewegen.
Zusätzlich erlaubt der Kammeraufbau der vorliegenden Erfindung, dass multiple Behandlungen in der Kammer durchgeführt werden. Diese multiplen Behandlungen innerhalb der Kammer umfassen sowohl Elektroplattieren als auch Elektropolieren. Somit kann eine Materialabscheidung und eine Materialentfernung in derselben Kammer durchgeführt werden. Ferner fördert das Spülen und Trocknen beider Haltebereiche 28 und 29 die Fähigkeit die Kammer gegenüber Verunreinigungen rein zu halten, was wiederum das Potential eliminiert, dass Prozesschemikalien den Herstellungsreinraum kontaminieren durch die Schnittstelle zur Umgebung während des Waferbeladens und -entladens.
Multiple Waferbehandlung
Es sei bemerkt, dass die Prozesskammer 10 des bevorzugten Ausführungsbeispiels in ein System 50 zum Prozessieren von mehr als einem Wafer zu einem Zeitpunkt konfiguriert sein kann. In 12 ist eine Zusammenballung bzw. ein Clustern von vier separaten Prozesskammern 10 gezeigt. Die vier Kammern 10 sind jeweils als eine Einheit innerhalb des Gehäuses 49 enthalten, sind mit einem zentralen Waferhandhabungsmechanismus 51 gekuppelt, der für die Bewegung des Wafers von einem Gehäuse 49 zum anderen verantwortlich ist. Der zentrale Handhabungsmechanismus 51 ist auch mit einer Interfaceeinheit 52 gekuppelt, die wenigstens einen Zugriffmechanismus umfasst (zwei Türen sind in der Zeichnung gezeigt) für das Einführen/Entfernen eines Wafers in bzw. aus dem System.
Wie in 12 dargestellt ist, wird ein Wafer oder eine Kassette von Wafern in das System 50 über eine Eintrittstür 53 eingeführt, die an der Interfaceeinheit 52 angeordnet ist (diese Einheit wird typischerweise als eine Ladestation für das Laden und Entladen der Wafer bezeichnet). Sobald der Wafer oder die Kassette von Wafern (nachfolgend einfach als der Wafer bezeichnet) durch die Tür 53 eintritt, wird er gegenüber der Umgebung isoliert bis er durch eine Austrittstür 54 austritt, die auch an der Interfaceeinheit 52 vorgesehen ist. Es sei bemerkt, dass es unterschiedliche Designs und Techniken für die Bewegung des Wafers durch unterschiedliche Stationen gibt. Die besondere Beschreibung hier und das in 12 gezeigte Werkzeug dienen nur zu Beispielszwecken. Die Kupplung zwischen der Interfaceeinheit 52 und dem Handhabungsmechanismus 51 sowie zwischen dem Handhabungsmechanismus 51 und jeder der Kammern 10 stellt sicher, dass der Wafer gegenüber der Außenumgebung isoliert ist. In einigen Fällen ist die Umgebung mit einem nicht aktiven Gas, wie beispielsweise Stickstoff gefüllt.
Wenn der Wafer durch die Interfaceeinheit 52 eingetreten ist, wird er in einer oder mehrere der Kammern 10 behandelt bzw. prozessiert. Jede Kammer 10 kann denselben Behandlungsschritt vorsehen, oder die Kammern 10 können so konfiguriert sein, dass sie unterschiedliche Behandlungsschritte oder Kombinationen davon vorsehen. Zum Beispiel können bei der Implementierung der Kupfertechnologie die vier dargestellten Kammern alle denselben Prozess vorsehen, oder sie können unterschiedliche Prozesse vorsehen. Sobald die Behandlung beendet ist, bewegt der Handhabungsmechanismus 51 den Wafer zu der Austrittstür 54 zur Entnahme aus dem System 50. Die Verwendung des Systems 50 erlaubt, dass mehrere Wafer innerhalb eines Systems behandelt werden.
13 zeigt einen weiteren Ansatz bei der Behandlung mehrerer Wafer. In diesem Fall werden mehrere Wafer in derselben Prozesskammer behandelt. Eine Prozesskammer 60 ist äquivalent zur Prozesskammer 10 mit der Ausnahme, dass nunmehr zwei separate Primärhaltebereiche 28 innerhalb desselben Gehäuses vorgesehen sind. Weiterhin sind eine separate Hülse 12, ein separater Waferträger 13, eine separate Anode 14 und ein separater Satz von Kathoden 15 für jeden zu behandelnden Wafer vorgesehen. Der Querschnitt des Bodens der Kammer 60 ist in der Darstellung flach (nicht wie bei der Kammer 10 geneigt), kann aber auch geneigt sein. Die Elektrolytablauföffnung ist auch nicht dargestellt, obwohl sie vorhanden ist. Ferner sind die Sammelleitungen 18–20 in der Figur nicht dargestellt, aber können ebenfalls verwendet werden. Der Zugriffsanschluss ist ebenfalls nicht dargestellt, aber ist ebenfalls vorhanden, und zwar einer für jeden Haltebereich 28.
Ein erheblicher Vorteil des Multi-Halteaufbaus gemäß 13 liegt in der Isolierung jedes Wafers innerhalb der Kammer 60. Jeder Wafer wird seinen eigenen primären Haltebereich 28 besitzen, ist seinem eigenen elektrischen Feld ausgesetzt und wird durch sein eigenes Elektrolyt behandelt. Somit kann für jeden Wafer der Prozess durchgeführt und die Parameter eingestellt werden, wenn dies notwendig ist, und zwar unabhängig von den anderen Wafern. Zum Beispiel kann die an einen Wafer angelegte Leistung bzw. Spannung getrennt werden, während sie in dem anderen aufrechterhalten wird. Obwohl es allgemein bevorzugt wird, dieselben Prozessschritte für jeden der Wafer in der Kammer 60 durchzuführen, könnte das Design angepasst werden, um unterschiedliche Prozesse in jeder der Primärhaltehülsen durchzuführen. Es sei auch bemerkt, dass nur zwei Halteeinheiten in der 13 gezeigt sind, dass aber mehr Halteeinheiten innerhalb der Kammer 60 vorgesehen bzw. konfiguriert sein könnten, wenn dies erwünscht bzw. zweckmäßig ist. Zusätzlich ist in 13 das Design der stationären Hülse 12 gezeigt, aber es sei bemerkt, dass das Design der rotierenden Hülse gemäß 10 verwendet werden kann.
Somit wurde eine Prozesskammer für die Abscheidung von Material und/oder das Entfernen von Material auf bzw. von einem Substrat, wie beispielsweise einem Halbleiterwafer beschrieben. Die beschriebenen Techniken sind im Allgemeinen anwendbar auf Metall und Metalllegierungen, obwohl die Techniken leicht für Nichtmetallbehandlungen angepasst werden können. Es sei bemerkt, dass es eine Anzahl von Variationen bei der Implementierung der Kammer der vorliegenden Erfindung gibt. Die unterschiedlichen, oben beschriebenen Merkmale können vorgesehen werden, in Abhängigkeit von dem ausgewählten Design.
Ferner sei bemerkt, dass die Kammer durch die Verwendung unterschiedlicher Materialien aufgebaut sein kann, die für den Aufbau von Prozesskammern im Allgemeinen bekannt sind. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse aus rostfreiem Stahl aufgebaut, mit einer Innenbeschichtung (wie beispielsweise TEFLON^TM) um eine chemische Reaktion an der Innenwand des Gehäuses zu verhindern. Der Waferträger und die Sammelleitungen sind aus Materialien hergestellt, die mit der Prozesschemikalie nicht reagieren. Polypropylen und andere äquivalente Materialien sind akzeptabel. Quarz oder Keramik sind auch weitere Materialien, welche für den Aufbau verwendet werden können. Das Material für die Hülse sollte ebenfalls ein Isolator sein, so dass die Hülse nicht als Anode wirkt oder mit ihr interagiert, wenn Leistung bzw. Spannung angelegt wird. Demgemäß können unterschiedliche Materialien leicht konfiguriert werden zum Aufbau der Kammer der vorliegenden Erfindung.

Claims

Vorrichtung zum Behandeln eines darin befindlichen Materials, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: einen Träger (13) zum Aufnehmen des Materials (35) darauf; ein hohles Rohr bzw. eine Hülse (12) zur Bildung einer Einschluss- bzw. Haltekammer (28) zum Halten eines Behandlungsfluids zur Behandlung des Materials (35), wobei die Hülse (12) ein unteres und ein oberes Ende besitzt; eine erste Elektrode (14) gekoppelt zum Verweilen innerhalb der hohlen Hülse (12); wenigstens eine zweite Elektrode (15), gekoppelt an das untere Ende der Hülse (12) zur Kopplung mit dem Material (35); wobei der Träger (13) in der Lage ist, mit der Hülse (12) in Eingriff zu kommen und wenn er mit der Hülse (12) in Eingriff steht bewirkt, dass das Material (35) das untere Ende der Hülse (12) abschließt durch Bildung eines abschließenden Bodens für die Einschluss- bzw. Haltekammer (28) zum Halten des Behandlungsfluids darinnen; und wobei die wenigstens eine zweite Elektrode (15) geeignet ist zum Kontakt mit einer Oberfläche des Materials (35), die gegenüber dem Behandlungsfluid freiliegt, wenn das Material (35) einem elektrischen Feld ausgesetzt ist, das durch eine Spannungsdifferenz zwischen der ersten Elektrode (14) und wenigstens einer zweiten Elektrode (15) erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine zweite Elektrode (15) am Boden der Hülse (12) angeordnet ist, und somit gegenüber dem Behandlungsfluid während der Behandlung abgeschirmt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei zum Elektroplattieren des Materials (35) die erste Elektrode (14) eine Anodenelektrode ist, und die zweiten Elektroden (15) Kathodenelektroden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei zum Elektropolieren des Materials (35) die erste Elektrode (14) eine Kathodenelektrode ist, und die zweiten Elektroden (15) Anodenelektroden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, die ferner Drehantriebsmittel oder Agitationsmittel aufweist zum Rotieren oder Oszillieren der Hülse (12) gemeinsam mit dem Träger (13) während der Behandlung.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei ferner Mittel (36) vorgesehen sind zum Einführen einer Anzahl von Fluidmedien in die hohle Hülse (12), die geeignet ist zum Halten eines ersten Behandlungsfluids zur Durchführung eines ersten Prozesses und zum nachfolgenden Halten eines zweiten Behandlungsfluids zum Durchführen eines zweiten Prozesses an dem Material (35).
Vorrichtung zum Durchführen einer Elektroplattierung zum Abscheiden von Material auf einem Substrat (35), wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: einen Träger (13) zum Aufnehmen des Substrats (35) darauf; ein hohles Rohr bzw. eine Hülse (12) zur Bildung einer Einschluss- bzw. Haltekammer (28) zum Halten eines Elektrolyts für ein Elektroplattieren des Materials auf das Substrat (35), wobei die Hülse (12) ein unteres Ende und ein oberes Ende besitzt; eine Anodenelektrode (14), gekoppelt zum Verweilen innerhalb der hohlen Hülse (12); eine Kathodenelektrode (15), gekoppelt an das untere Ende der Hülse (12) zum Koppeln an das Substrat (35) aber geschützt gegenüber dem Elektrolyt während dem Elektroplattieren; wobei der Träger (13) wenn er zum Ineingriffkommen mit der Hülse (12) bewirkt, angehoben ist, dass das Substrat (35) das untere Ende der Hülse (12) abschließt durch Bildung eines abschließenden Bodens für die Haltekammer (28) zum Halten des Elektrolyts darinnen; und wobei die Kathodenelektrode (15) geeignet ist zum Kontaktieren einer Oberfläche des Substrats (35), die zu dem Elektrolyt freiliegt, jedoch im Wesentlichen abgeschirmt gegenüber dem Elektrolyt, wenn das Substrat einem elektrischen Feld ausgesetzt ist, das durch eine Spannungsdifferenz zwischen einer Anode und Kathode erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Kathodenelektrode (15) aufgebaut ist aus einer oder mehreren Elektroden, die an das untere Ende der Hülse (12) gekoppelt sind, so dass dann, wenn der Träger (13) in Eingriff mit der Hülse (12) steht, die eine oder mehrere Elektroden (15) um einen Umfang des Substrats (35) herum verteilt sind, um den elektrischen Kontakt für die Kathode zu verteilen.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, die ferner eine bewegbare Welle (17) aufweist, die mit dem Träger (13) gekoppelt ist, um den Träger vertikal zum Ineingriffkommen und Lösen des Trägers (13) mit bzw. von der Hülse (12) zu bewegen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, die ferner Drehantriebsmittel oder Agitationsmittel aufweist zum Rotieren oder Oszillieren der Hülse (12) gemeinsam mit dem Träger (13), und zwar während des Elektroplattierens des Substrats (35).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die hohle Hülse (12) die Haltekammer (28) bildet, zum Halten eines Elektrolyts für das Elektroplattieren von Kupfer auf einen Halbleiterwafer (35).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, die ferner ein Gehäuse (11) aufweist, zum Aufnehmen bzw. Umschließen des Trägers (13), der Hülse (12), der Anoden- und Kathodenelektroden (14, 15), um ein sekundäres Aufnahme- bzw. Haltegehäuse vorzusehen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, die ferner mehrere Sätze aus Träger (13), Hülse (12), und der Anoden- und Kathodenelektroden (14, 15), aufgenommen in dem Gehäuse (11) aufweist, zum Vorsehen mehrerer Haltekammern für die Behandlung mehrerer Wafer (35) innerhalb des Gehäuses.
Vorrichtung zum Durchführen einer Elektropolitur zum Entfernen von Material von einem Substrat (35), wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: einen Träger (13) zum Aufnehmen des Substrats (35) darauf; ein hohles Rohr bzw. eine Hülse (12) zur Bildung einer Haltekammer (28) zum Halten eines Elektrolyts für das Elektropolieren des Materials von dem Substrat (35), wobei die Hülse (12) ein unteres und ein oberes Ende besitzt; eine Kathodenelektrode (14), gekoppelt zum Verweilen innerhalb der hohlen Hülse (12); eine Anodenelektrode (15), gekoppelt an das untere Ende der Hülse (12) zum Koppeln an das Substrat (35), aber geschützt gegenüber dem Elektrolyt während des Elektropolierens; wobei der Träger (13) geeignet ist zum Ineingriffkommen mit der Hülse (12) und wenn er im Eingriff mit der Hülse (12) steht bewirkt, dass das Substrat (35) das untere Ende der Hülse (12) abschließt durch Bildung eines abschließenden Bodens für die Haltekammer (28), um den Elektrolyt darinnen zu halten; und wobei die Anodenelektrode (15) geeignet ist zum Kontaktieren einer Oberfläche des Substrats (35), die zu dem Elektrolyt freiliegt, wobei der Kontakt aber im Wesentlichen gegenüber dem Elektrolyt abgeschirmt ist, wenn das Substrat (35) einem elektrischen Feld ausgesetzt ist, das durch eine Spannungsdifferenz zwischen einer Kathode und Anode erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Anodenelektrode (15) aufgebaut ist aus einer oder mehreren Elektroden, die an das untere Ende der Hülse (12) gekoppelt ist bzw. sind, so dass dann, wenn der Träger in Eingriff mit der Hülse (12) steht, die eine oder mehreren Elektroden um einen Umfang des Substrats (35) herum verteilt sind, um den elektrischen Kontakt für die Anode zu verteilen.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Vorrichtung eine bewegbare Welle (17) umfasst, die mit dem Waferträger (13) gekoppelt ist, zum vertikalen Bewegen des Trägers (13) zum Ineingriffbringen und Lösen des Trägers (13) mit bzw. von der Hülse (12).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Vorrichtung ferner Drehantriebsmittel oder Agitationsmittel aufweist, wobei die Hülse (12) sich während des Elektropolierens des Substrats gemeinsam mit dem Träger (13) dreht oder oszilliert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die hohle Hülse (12) eine Einschluss- bzw. Haltekammer (28) bildet, zum Halten eines Elektrolyts für das Elektropolieren von Kupfer von einem Halbleiterwafer (35).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die Vorrichtung ferner ein Gehäuse (11) aufweist, zum Einschließen bzw. Umgeben des Trägers (13), der Hülse (12), der Kathoden- und Anodenelektroden (14, 15), zum Vorsehen eines sekundären Aufnahmegehäuses.
Vorrichtung nach Anspruch 19, die ferner mehrere Sätze aus Träger (13), Hülse (12) und Kathoden- und Anodenelektroden (14, 15) in dem Gehäuse (11) aufgenommen aufweist, zum Vorsehen mehrerer Haltekammern (28) für die Behandlung mehrerer Wafer (35) innerhalb des Gehäuses (11).
Verfahren zum Behandeln eines Materials, das in einer Haltekammer verweilt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Plazieren eines zu behandelnden Materials auf einem Träger; Vorsehen einer hohlen Hülse bzw. eines hohlen Rohrs zum Bilden der Haltekammer, zum Halten eines Behandlungsfluids für die Behandlung des Materials, wobei die Hülse ein unteres und ein oberes Ende besitzt; Vorsehen einer ersten Elektrode innerhalb der hohlen Hülse; Vorsehen wenigstens einer zweiten Elektrode, die an das untere Ende der Hülse gekoppelt ist; Anheben des Trägers zum Ineingriffkommen mit der Hülse, so dass der Träger und das Material das untere Ende der Hülse abschließen durch Bildung eines abschließenden Bodens für die Haltekammer, zum Halten des Behandlungsfluids darinnen; Füllen der Haltekammer mit dem Behandlungsfluid; Anlegen einer Spannung zwischen den ersten und zweiten Elektroden, zum Behandeln des Materials.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Schritt des Vorsehens der zweiten Elektrode das Vorsehen einer Vielzahl der zweiten Elektroden umfasst, die um einen Umfang des Materials herum verteilt sind, und gegenüber dem Behandlungsfluid während der Behandlung geschützt sind.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei der Schritt des Füllens der Haltekammer das Füllen derselben mit einem Elektrolyten zum Elektroplattieren des Materials umfasst.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei der Schritt des Füllens der Haltekammer das Füllen derselben mit einem Elektrolyt für das Elektropolieren des Materials umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei ferner der Schritt des Drehens oder Oszillierens der Hülse gemeinsam mit dem Träger während des Elektroplattierens vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 21, das ferner den Schritt des Füllens der Haltekammer mit einem Elektrolyt umfasst, zum Elektroplattieren oder Elektropolieren von Kupfer.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, das ferner den Schritt des Füllens der Haltekammer mit unterschiedlichen Behandlungsfluids für die Durchführung mehrerer Behandlungen darinnen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 27, das ferner den Schritt des Füllens der Haltekammer mit einem Elektrolyt für das Elektroplattieren des Materials und eines unterschiedlichen Elektrolyts für das Elektropolieren des Materials umfasst.