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GEBIET DER VORLIEGENDEN
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die elektrochemische Behandlung einer
Oberfläche
eines Substrats, das zur Herstellung von Mikrostrukturen dient, etwa
von Schaltungselementen integrierter Schaltungen, wobei ein Reaktor
zum Elektroplattieren oder stromlosen Plattieren oder zum Elektropolieren
verwendet wird, und betrifft insbesondere das Einstellen einer Position
der Substratoberfläche
innerhalb des Reaktors.
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In
vielen technischen Gebieten ist die elektrochemische Behandlung
einer Substratoberfläche, etwa
das Abscheiden von Metallschichten auf und/oder die Entfernung von
Metall von der Substratoberfläche
eine häufig
eingesetzte Technik. Beispielsweise hat sich zum effizienten Abscheiden
der relativ dicken Metallschichten auf einer Substratoberfläche das
Plattieren in Form des Elektroplattierens oder stromlosen Plattierens
als eine geeignete und kosteneffiziente Technik erwiesen, und somit
wurde das Elektroplattieren neben vielen anderen Bereichen, etwa
der Industrie für
bedruckte Schaltungsplatinen, ein attraktives Abscheideverfahren
in der Halbleiterindustrie.
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In
jüngster
Zeit wird Kupfer als ein bevorzugter Kandidat zur Herstellung von
Metallisierungsschichten in anspruchsvollen integrierten Schaltungen
betrachtet auf der Grund der besseren Eigenschaften des Kupfers
und Kupferlegierungen im Hinblick auf die Leitfähigkeit und die Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Elektromigration im Vergleich zu beispielsweise dem üblicherweise
verwendeten Aluminium. Da Kupfer nicht sehr effizient durch physikalische
Dampfabscheidung, beispielsweise durch Sputter-Abscheidung, mit
einer Schichtdicke in der Größenordnung
von 1 μm
und mehr abgeschieden werden kann, ist das Elektroplattieren von
Kupfer und Kupferlegierungen gegenwärtig ein bevorzugtes Abscheideverfahren
bei der Herstellung von Metallisierungsschichten. Obwohl das Elektroplattieren
von Kupfer eine gut etablierte Technik in diversen Bereichen ist,
so ist das zuverlässige
Abscheiden von Kupfer auf Scheiben mit großem Durchmesser, die eine strukturierte
Oberfläche
mit Gräben
und Durchführungen
aufweisen, eine herausfordernde Aufgabe für Pro zessingenieure. Beispielsweise
erfordert es das Herstellen einer Metallisierungsschicht eines Halbleiterbauelements
mit höchster
Integrationsstufe, das weite Gräben
mit einer Breite in der Größenordnung
von einigen hundert Nanometern oder einigen Mikrometern und auch
Kontaktdurchführungen und
Gräben
mit einem Durchmesser oder Breite von 0,1 μm oder sogar weniger zuverlässig gefüllt werden.
Die Situation wird noch komplexer, wenn die Durchmesser der Substrate
zunehmen. Gegenwärtig werden
acht Zoll oder sogar zehn oder zwölf Zoll-Scheiben üblicherweise
in einer Halbleiterfertigungslinie verwendet. Es werden daher große Anstrengungen
auf dem Gebiet des Kupferplattierens unternommen, um die Kupferschicht
so gleichförmig wie
möglich über die
Gesamtsubstratoberfläche
hinweg aufzubringen.
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Für gewöhnlich werden
bei der Herstellung von Metallisierungsschichten mittels der sogenannten
Damaszener-Technik Durchführungen
und Gräben,
die zuvor in einer dielektrischen Schicht strukturiert wurden mit
Metall gefüllt
und es muss dabei ein gewisses Maß an Überschussmetall vorgesehen werden,
um die Durchführungen
und Gräben
zuverlässig
zu füllen.
Anschließend
wird das überschüssige Metall
entfernt, um eine elektrische Isolierung zwischen benachbarten Gräben und
Durchführungen
sicherzustellen und um eine ebene Oberfläche für die Herstellung weiterer
Metallisierungsschichten bereitzustellen. Eine häufig angewendete Technik zum Entfernen
von überschüssigem Metall
und zum Einebnen der Substratoberfläche beinhaltet das chemisch-mechanische
Polieren (CMP), wobei das zu entfernende Oberflächenmaterial einer chemischen Reaktion
ausgesetzt und gleichzeitig mechanisch entfernt wird. Es zeigt sich
jedoch, dass das chemisch-mechanische Polieren einer strukturierten Oberfläche, die
auf einem Substrat mit großem Durchmesser
aufgebracht ist, an sich ein äußerst komplexer
Prozess ist. Die mit dem CMP-Prozess einhergehenden Probleme werden
noch vergrößert, wenn
die Dicke der zu entfernenden Metallschicht über die Oberfläche des
Substrats hinweg schwankt. Typischerweise kann der CMP-Prozess eine
gewisse intrinsische Ungleichförmigkeit
aufweisen, die von der Art der zu entfernenden Materialien und den
speziellen Prozessbedingungen und dergleichen abhängt, so
dass in Kombination die Ungleichförmigkeit des Metallabscheideprozesses
und des CMP-Prozesses zu nicht akzeptablen Schwankungen der schließlich erhaltenen
Metallgräben
und Durchführungen
führen
kann. Beispielsweise wird ein typischer Elektroplattierungsprozess
ausgeführt,
indem zunächst
eine Saatschicht auf der Oberfläche
gebildet wird, die das Metall erhalten soll, wobei die Saatschicht
auch als eine Stromverteilungsschicht während des eigentlichen elektrochemischen
Abscheideprozesses dient, während welchem
die Saatschicht mit der Kathode verbunden wird und als ein Leiter
für den
Stromfluss von einer Anode innerhalb des Reaktors durch die Elektrolytlösung im
Reaktor zu der Kathode dient. Zumindest während einer anfänglichen Phase,
in der lediglich geringe Mengen des Metalls bereits auf der Saatschicht
abgeschieden sind, wird der lokale Stromfluss und damit auch die
lokale Abscheiderate durch die Eigenschaften der Saatschicht, etwa
die Dickengleichförmigkeit,
die Stufenbedeckung und dergleichen, deutlich beeinflusst. Da ferner
die Saatschicht typischerweise am Substratrand kontaktiert wird,
ist der Widerstand der Saatschicht von dem Substratrand zur Substratmitte
ansteigend, wodurch ein Potentialabfall hervorgerufen wird, der
wiederum zu einer verringerten Abscheiderate führt. Folglich gibt es eine
Tendenz für
eine erhöhte
Metalldicke am Substratrand, wohingegen die Substratmitte eine reduzierte
Metalldicke aufweisen kann.
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Wie
zuvor erläutert
ist, kann das Abtragen von überschüssigem Metall
nach dem Füllen
der Gräben
und Kontaktdurchführungen
in aktuell bevorzugten Technologien das chemischmechanische Polieren
des Substrats mit beinhalten, wobei dieser Prozess typischerweise
eine intrinsische Ungleichförmigkeit
aufweisen kann, wobei Material in der Substratmitte schneller abgetragen
wird als Material am Scheibenrand. Daher kann das Zusammenwirken der
Abscheideungleichförmigkeit
und der CMP-Ungleichförmigkeit
zu einer deutlichen Beeinträchtigung von
Gräben
und Durchführungen
in der Substratmitte auf Grund eines hohen Maßes an Polieraktivität, die von
diesen Schaltungselementen erfahren wird, führen, während die Schaltungselemente
an dem Substratrand im Wesentlichen unbeeinflusst bleiben. Als Folge
davon werden große
Anstrengungen unternommen, um Prozessungleichförmigkeiten des elektrochemischen
Abscheidens von Metallen deutlich zu reduzieren oder geeignet anzupassen.
Mit Bezug zu 1 wird
ein typisches konventionelles Elektroplattierungssystem nunmehr
detailliert beschrieben, um die beim elektrochemischen Abscheiden
eines Metalls, etwa von Kupfer, beteiligten Probleme zu veranschaulichen.
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In 1 ist ein System 100 zur
elektrochemischen Behandlung eines Substrats 130 in einer
vereinfachten schematischen Art dargestellt, wobei das System 100 einen
Elektroplattierungsreaktor zum Abscheiden eines Metalls auf einer
Oberfläche 131 des
Substrats 130 repräsentieren
soll, das von einem verfahrbaren Substrathalter 120 transportiert
und in Position gehalten wird. Das System 100 umfasst ferner
ein Reaktorgefäß 110 zum
Halten einer Elektrolytlösung 102,
die chemische Mittel enthalten, die zum Abscheiden eines Metalls
auf Oberfläche 121 beim
in Gang setzen eines Stromflusses durch die Elektrolytlösung 102 erforderlich
sind. Das Reaktorgefäß 110 kann
ferner eine Zufuhrleitung 103 und eine Auslassleitung 104 zum
Einführen
der Elektrolytlösung 102 mit
einer spezifizierten Durchflussrate und zum Entfernen überflüssiger Lösung aus
dem Reaktorgefäß 110 aufweisen.
Die Zufuhrleitung 103 und Auslassleitung 104 können mit
einer Speicher- und Rezirkulationsanordnung 105 verbunden
sein, die ausgebildet ist, Elektrolytlösung bereitzustellen, die zu
dem Reaktorgefäß 110 zuzuführen ist,
und um die überschüssige Lösung über die
Auslassleitung 104 aufzunehmen. Es sollte beachtet werden,
dass die Speicher- und Rezirkulationsanordnung 105 beliebige
Mittel aufweisen kann, wie sie für
den Betrieb des Systems 100 erforderlich sind, etwa Umwälzpumpen,
Filter, Vorratsbehälter,
und dergleichen. Ferner ist in dem Reaktorgefäß 110 eine Elektrode 106 vorgesehen,
die aus zwei oder mehr einzelnen Elektrodenbereichen, abhängig von
der speziellen Struktur der Vorrichtung, aufgebaut sein kann. Typischerweise
ermöglicht
eine Elektrode mit mehreren Elektrodenbereichen eine flexiblere
Steuerung des Stromflusses innerhalb der Elektrolytlösung 102 während des
Betriebs des Systems 100. Es sollte beachtet werden, dass
die Elektrode 106 im Wesentlichen als eine Anode dient,
wenn das System 100 ein Metallabscheidesystem repräsentiert,
wobei jedoch typische Prozessrezepte zur Herstellung von Metallisierungsschichten
in modernen Mikrostrukturen äußerst komplexe
Strompulssequenzen erfordern, in denen die Elektrode 106 zeitweilig
auch als Kathode wirkt. Während
eines derartigen Betriebsmodus kennzeichnet das gemittelte Strom-Zeit-Integral
jedoch die Elektrode 106 als die Anode während eines Abscheideprozeses
auf Grund eines positiven Vorzeichens, während für einen Abtragsprozess die Elektrode
als Kathode erkannt werden kann auf der Grundlage des sich ergebenden
negativen Vorzeichens des Strom-Zeit-Integrals. Typischerweise ist ein
Verteilungselement 107 in dem Reaktorgefäß 110 vorgesehen,
um eine effiziente Steuerung des Elektrolytstromes von der Elektrode 106 zu
der Substratoberfläche 121 zu
ermöglichen.
Beispielsweise kann das Verteilungselement 107 mehrere
Durchlässe aufweisen,
um damit lokal den Elektrolytstrom in gewünschter Weise zu steuern. Beispielsweise
kann, wie zuvor erläutert
ist, das Verteilungselement 107 einen erhöhten Elektrolytstrom
durch dessen Mitte zulassen, um damit die Abscheiderate im Zentrum
des Substrats 130 zu vergrößern.
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Des
weiteren ist typischerweise eine Abschirmung 108 in dem
Reaktorgefäß 110 in
der Nähe des
Substrats 130 während
des Betriebs vorgesehen, das, abhängig vom Aufbau des Gesamtsystems,
an dem Reaktorgefäß 110 in
einer fixierten Position angebracht sein kann, oder das an dem bewegbaren
Substrathalter 120 befestigt sein kann. In der gezeigten
Aus führungsform
ist die Abschirmung 108 an der Seitenwand des Reaktorgefäßes 110 befestigt,
um damit den Elektrolytfluss insbesondere am Substratrand zu beeinflussen,
um damit das elektrostatische Potential abzuschirmen, das ohne die
Abschirmung 108 am Substratrand größer als in der Substratmitte
auf Grund eines Spannungsabfalls ist, der durch den nicht gleichförmigen radialen
Widerstand einer Saatschicht 132 hervorgerufen wird, die auf
der Substratoberfläche 131 vorgesehen
ist.
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Während des
Betriebs des Systems 100 wird das Substrat 130 in
den Substrathalter 120 an einer entfernten Position mittels
einer geeigneten automatischen Substrathandhabungseinrichtung eingeladen.
Danach wird der Substrathalter 120, der durch eine geeignete
Antriebsanordnung (nicht gezeigt) angetrieben wird, zu dem Reaktorgefäß 110 bewegt, um
die Substratoberfläche 131 mit
einer Flüssigkeitsoberfläche oder
Meniskus 102a in Kontakt zu bringen, der in dem Reaktorgefäß 110 erzeugt
wird, indem eine Elektrolytströmung über die
Speicher- und Rezirkulationsanordnung 105, die Zufuhrleitung 103 und
die Auslassleitung 104 hervorgerufen wird. Abhängig von
der Reaktorgestaltung kann die exakte Position der Oberfläche 102a leicht
variieren und der Substrathalter 120 wird in vertikaler
Richtung, wie dies durch den Pfeil 121 angedeutet ist,
verfahren, um damit eine gewünschte
Betriebsposition zu erkennen, bei der die Substratoberfläche 131 zuverlässig mit
dem Elektrolyt 102 in Kontakt ist. Das Bestimmen der Position
der Oberfläche 102a und
damit einer gewünschten
Betriebsposition des Substrathalters 120 wird häufig manuell
von einem Bediener durchgeführt,
der in einer schrittweisen Bewegung in Richtung auf das Elektrolyt 102 die
Position eines zuverlässigen
Kontakts zwischen der Substratoberfläche 131 und dem Elektrolyten 102 beobachtet.
In anderen Prozeduren kann der Stromfluss durch das Elektrolyt 102 beobachtet
werden, um damit den Zeitpunkt zu bestimmen, bei welchem das Substrat 131 das
elektrolytische Fluid 102 berührt. Ferner kann während und/oder
nach dem Positionieren des Substrathalters 120 relativ
zu der Oberfläche 102a der Substrathalter 120 gedreht
werden, wie dies durch den Pfeil 122 gekennzeichnet ist,
um damit axiale Ungleichförmigkeiten
während
des weiteren Bearbeitens des Substrats 130 zu reduzieren.
Wenn der Substrathalter 120 sich in der Betriebsposition
befindet, wird der eigentliche Abscheideprozess gestartet, indem
eine spezifizierte Strompulssequenz zwischen der Elektrode 106 und
der Substratoberfläche 131, die
als die Gegenelektrode dient, angelegt wird. Während dieses Abscheideprozesses
ist ein Abstand 109 zwischen den beiden Elektroden, d.h.
der Elektrode 106 und der „Gegenelektrode" 131 ein äußerst empfindlicher
Abscheideparameter, da der Abstand 109 global das elektrische
Feld bestimmt und damit die sogenannte Abscheide leistung des Abscheideprozesses,
die wiederum im Wesentlichen die Abscheidegleichförmigkeit über das
Substrat 130 hinweg beeinflusst. Da das obige Verfahren
zum Bestimmen der Position der Oberfläche 102a relativ ungenau
und auch relativ zeitaufwendig sein kann, zeigt folglich das System 100 unter
Umständen
eine Beeinträchtigung
der Abscheidegenauigkeit und einen verminderten Durchsatz. Ferner
werden in vielen elektrochemischen Systemen, etwa dem System 100,
Verschleiß-
bzw. Verbrauchselektroden verwendet, so dass eine merkliche Dickenschwankung
an der Elektrode 106 nach dem Bearbeiten mehrerer Substrate
auftreten kann. Somit kann der zuvor bestimmte Abstand 109 variieren,
wodurch eine weitere Reduzierung der Abscheidegenauigkeit eintreten kann.
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Wie
zuvor erläutert
ist, können
Prozessparameter des Abscheideprozesses so eingestellt werden, dass
ein spezifiziertes Dickenprofil über
die Substratoberfläche 131 hinweg
erreicht wird, um damit Eigenschaften hinsichtlich der Ungleichförmigkeit eines
nachfolgenden CMP-Prozesses zu berücksichtigen. Somit können Prozessfluktuationen
während des
Abscheideprozesses auch deutlich nachfolgende Prozesse beeinflussen,
wodurch möglicherweise Strukturelemente,
die von den nachfolgenden Prozessen erzeugt werden, etwa Metallgräben und
dergleichen, beeinträchtigt
werden.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation besteht ein Bedarf für eine verbesserte
Technik, die die elektrochemische Behandlung von Substraten mit
einem höheren
Maß an
Genauigkeit und/oder einem höheren
Maß an
Prozessflexibilität
und/oder höheren
Durchsatz ermöglicht.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik,
die das Bearbeiten von Substraten während einer elektrochemischen
Behandlung, etwa dem Elektroplattieren, dem Elektropolieren, dem
stromlosen Plattieren, und dergleichen, deutlich vereinfacht, indem
das Positionieren der Substrate mit erhöhter Genauigkeit und in einer äußerst automatisierten
Weise ausgeführt
wird.
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Gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein System eine Reaktoranordnung,
die ausgebildet ist, eine Elektrolytlösung für elektrochemische Behandlung einer
Oberfläche
eines Substrats zu halten. Das System umfasst ferner einen Substrathalter,
der ausgebildet ist, das Substrat aufzunehmen und das Substrat in
einer Betriebsposition zu halten, die so ausgewählt wird, dass die Elektrolytlösung mit
der Substartoberfläche
in Kontakt ist. Des weiteren umfasst das System eine elektrische
Antriebsanordnung, die funktionsmäßig mit der Reaktoranordnung
und dem Substrathalter verbunden und die ausgebildet ist, die Substratoberfläche relativ
zu der Elektrolytlösung
zu bewegen. Schließlich
umfasst das System eine Steuereinheit, die mit der elektrischen
Antriebsanordnung verbunden und ausgebildet ist, mindestens eine
Referenzposition des Substrathalters auf der Grundlage eines von
der elektrischen Antriebsanordnung erzeugten Signals zu bestimmen.
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In
einer weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Verfahren das Bewegen eines Substrathalters
relativ zu einem Elektrolytbad derart, dass eine Oberfläche des
Elektrolyts kontaktiert wird. Des weiteren umfasst das Verfahren
das Überwachen,
beim Bewegen des Substrathalters, eines Signals einer elektrischen Antriebsanordnung,
die zum Bewegen des Substrathalters dient. Schließlich umfasst
das Verfahren das Bestimmen einer Referenzposition auf der Grundlage
des überwachten
Signals.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird, in denen:
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1 schematisch
ein konventionelles Elektroplattierungssystem zum Abscheiden eines
Metalls auf eine Substratoberfläche
zeigt;
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2 schematisch
ein System für
das elektrochemische Behandeln, etwa das Elektroplattieren, Elektropolieren,
und dergleichen, einer Substratoberfläche gemäß anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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3 schematisch
ein Fertigungssystem einschließlich
einer elektrochemischen Station und einer Messstation zeigt, wobei
eine automatische Initialisierung der elektrochemischen Station
durch Messergebnisse eines nachgeordneten Messsystems ausgelöst wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist,
wie sie in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sowie in
den Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen
anschaulichen offenbarten Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Im
Allgemeinen beruht die vorliegende Erfindung auf dem Konzept, dass
ein erhöhtes
Maß an Genauigkeit
bei der elektrochemischen Behandlung eines Substrats erreicht werden
kann, indem die Positionierung eines Substrats relativ zu einer
Elektrode, die in der Elektrolytlösung enthalten ist, im Wesentlichen
in automatischer Weise bestimmt wird, wodurch Prozessschwankungen
deutlich reduziert werden, die durch manuelle oder haltautomatische Positionierung
hervorgerufen werden. Wie zuvor erläutert ist, sind eine Vielzahl
von Prozessparametern bei der elektrochemischen Behandlung eines
Substrats beteiligt, die zu dem schließlich erhaltenen Abscheideprofil
beitragen. Beispielsweise können
Verteilungselemente und Abschirmungen zum Beeinflussen des Elektrolytstromes
und des elektrischen Feldes innerhalb des Elektrolyts, d.h., zwischen
der Substratoberfläche
und einer Elektrode, die in die Elektrolytlösung eingetaucht ist, typischerweise
verwendet und eingestellt werden, so dass ein gewünschtes
Gesamtabscheideprofil erreicht wird. Diese Prozessparameter können jedoch
variieren, obwohl die Form des Verteilungselements und die Konfiguration
sowie die Position und die Form von Abschirmungselementen in äußerst präziser Weise steuerbar
ist, da die effektive elektrische Feldverteilung äußerst sensitiv
auf den Abstand zwischen den Elektroden reagiert und damit signifikant
von der Genauigkeit der anfänglichen
Positionierung der Substrate für
eine große
Anzahl von Substraten und für
variierende Prozessbedingungen abhängt, wenn beispielsweise eine
Verbrauchs- bzw- Opferelektrode verwendet wird. Folglich wird in
der vorliegenden Erfindung eine Technik bereitgestellt, die in äußerst automatisierte
Weise des Positionierens des Substrats in Bezug auf die eingetauchte
Elektrode ermöglicht, um
damit äußerst stabile
Prozessbedingungen zu erreichen. Zu diesem Zwecke werden Signale,
die von elektrischen Antnebsanordnun gen, wie sie typischerweise
in elektrochemischen Reaktoren zum Transportieren, Positionieren
und zum Rotieren von Substraten verwendet werden, erzeugt werden,
entsprechend überwacht
und bewertet, um damit zuverlässige
Positionierdaten zu erhalten, die dann zum Bestimmen einer gewünschten
anfänglichen
Betriebsposition verwendet werden können. Somit können ein
oder mehrere Elektromotoren der Antriebsanordnung zusätzlich als „Positionssensoren" zum Bestimmen einer
stabilen Betriebsposition auf der Grundlage einer Referenzposition
verwendet werden, wobei in einigen Ausführungsformen die kontinuierliche
Abnutzung einer Verbrauchselektrode berücksichtigt werden kann. Somit
ist die vorliegende Erfindung äußerst vorteilhaft
in Verbindung mit einer elektrochemischen Behandlung, die bei der
Herstellung von Mikrostrukturen und in speziellen Ausführungsformen von
integrierten Schaltungen verwendet wird, wobei eine zuverlässige und
reproduzierbare Abscheidung von Metall auf einer Substratoberfläche erforderlich ist,
die eine strukturierte dielektrische Schicht enthält, die
wiederum darauf eine leitende Saatschicht aufweisen kann. Es sollte
beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung in Verbindung mit
der elektrochemischen Abscheidung von Metallen, etwa von Kupfer,
Legierungen auf Kupferbasis, Lotmaterial, und dergleichen vorteilhaft
ist. In anderen Fällen kann
die elektrochemische Behandlung eines Substrats, das elektrochemische
Abtragen eines Metalls von einer Substratoberfläche, was auch als Elektropolieren
bezeichnet wird, betreffen, wobei dieser Prozess im Wesentlichen
als der inverse Prozess des Elektroplattierens betrachtet werden
kann. Daher ist eine elektrochemische Behandlung als die elektrochemische
Abscheidung oder Entfernung eines Metalls mittels einer Elektrolytlösung, die
mit der betrachteten Substratoberfläche in Kontakt zu bringen ist,
zu verstehen, sofern in der folgenden detaillierten Beschreibung
sowie in den angefügten
Patentansprüchen
dies nicht anders dargestellt ist.
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Mit
Bezug zu den 2 und 3 werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
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2 zeigt
schematisch ein System 200 für die elektrochemische Behandlung
einer Substratoberfläche 231 eines
Substrats 230. Das System 200 umfasst eine Reaktoranordnung 210,
die im Wesentlichen im Form eines Reaktorgefäßes vorgesehen sein kann, das
ausgebildet ist, eine spezifizierte Elektrolytlösung 202 zu halten.
Die Reaktoranordnung 210 umfasst ferner eine Einlassleitung 203 und
eine Auslassleitung 204, die mit einer Speicher- und Rezirkulationsanordnung 205 verbunden
sind. Es sollte beachtet werden, dass die Reaktoranordnung 210 in anderen
Ausführungsformen
(nicht gezeigt) eine andere Konfigura tion aufweisen kann, etwa einen
inneren Tank und einen Ablasstank, die miteinander durch eine entsprechende
Verbindungsleitung in Verbindung stehen, wobei der Ablasstank Überschusselektrolytlösung von
dem inneren Tank aufnimmt, die dann bei Bedarf in den inneren Tank
zurückgeführt wird.
Obwohl ferner die in 2 dargestellte Ausführungsform
eine brunnenartige Reaktoranordnung repräsentiert, können auch andere Reaktortypen,
etwa Brunnenreaktoren mit Zufuhr einer vordefinierten Menge der
Elektrolytlösung
in die eigentliche Prozesskammer, die der Reaktoranordnung 210 entsprechen
kann, oder beliebige andere Badreaktoren in Verbindung mit der vorliegenden
Erfindung verwendet werden.
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Die
Reaktoranordnung 210 kann ferner ein Verteilungselement 207 mit
einer spezifizierten Konfiguration und Form aufweisen, um damit
ein gewünschtes
Strömungsmuster
innerhalb des Elektrolyts 202 zu erzeugen. Hierbei kann
die Konfiguration und die effektive Form des Verteilungselements 207 variabel
sein, um damit die Möglichkeit
zu schaffen, unterschiedliche Abscheide- oder Behandlungsprofile
mit einem einzelnen Verteilungselement zu erzeugen. Des weiteren
kann die Reaktoranordnung 210 ein Abschirmelement 208 aufweisen,
um damit die Abscheiderate an einem Rand des Substrats 230 zu steuern.
Ferner ist eine Stromversorgung 201 vorgesehen und diese
ist mit einer Elektrode 206 und mit einem Substrathalter 220 verbunden,
der das Substrat 230 während
des Betriebs des Systems 200 positionieren und in Position
halten kann.
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Eine
erste Antriebsanordnung 240 ist mechanisch mit dem Substrathalter 220 verbunden
und ist ausgebildet, den Substrathalter 220 im Bereich von
0 bis mehreren 100 Umdrehungen pro Minute in Drehung zu
versetzen, wie dies durch den Pfeil 222 angezeigt ist.
Die Antriebsanordnung 240 umfasst einen Elektromotor 241,
der mit einer Motorsteuereinheit 242 verbunden ist, die
ausgebildet ist, dem Motor 241 in gesteuerter Weise Leistung
zuzuführen.
Des weiteren ist der Substrathalter 220 mechanisch mit einer
zweiten Antriebsanordnung 250 verbunden, die einen Elektromotor 251 und
eine Motorsteuereinheit 252 aufweist, die ausgebildet ist,
dem Motor 251 in steuerbarer Weise Leistung zuzuführen. Die
Antriebsanordnung 250 ist ausgebildet, den Substrathalter 220 vertikal
zu verfahren, wie dies durch den Pfeil 221 gezeigt ist.
Das System 200 umfasst ferner eine Steuereinheit 260,
die funktionsmäßig mit
der zweiten Antrebsanordnung 250 und, in einer anschaulichen
Ausführungsform,
auch funktionsmäßig mit
der ersten Antrebsanordnung 240 verbunden ist. In diesem
Zusammenhang bedeutet der Begriff „funktionsmäßig mit
der Antriebsanordnung 250 und möglicherweise der Antrebsanordnung 240 verbunden", dass die Steuerein heit 260 ausgebildet
ist, ein Signal zu empfangen, das den Status der entsprechenden Antriebsanordnungen 240, 250 repräsentiert.
In einer anschaulichen Ausführungsform
kann der Motor 251 einen bürstenlosen Gleichstrommotor,
einen Gleichstrommotor oder einen anderen geeigneten Elektromotor
repräsentieren,
und die Steuereinheit 260 kann Signale 253 und 254 empfangen,
die repräsentativ
sind für
die Versorgungsspannung und/oder den Versorgungsstrom, der von der
Motorsteuereinheit 252 zugeführt wird. Folglich kann das
Signal 253 und/oder 254 benutzt werden, um den
aktuellen Status des Motors 251 zu ermitteln, wobei diese
Information beim Bestimmen von Positionsdaten hinsichtlich des Substrathalters 220 verwendet
werden kann, wie dies später
detaillierter erläutert
ist. In anderen Ausführungsformen
kann die Motorsteuereinheit 252 direkt entsprechende Signale
bereitstellen, die den Status der Antriebsanordnung 250 kennzeichnen. Beispielsweise
kann die Antriebsanordnung 250 einen Drehgeber aufweisen,
der ein Signal in Abhängigkeit
von der Drehposition des Motors 251 bereitstellt. In ähnlicher
Weise kann die Antriebsanordnung 240 mit der Steuereinheit 260 verbunden
sein, um ein oder mehrere Signale 243, 244 bereitzustellen,
die den aktuellen Status der Antrebsanordnung 240 kennzeichnen.
Auch hier gelten die Kriterien, wie sie mit Bezug zu der Antriebsanordnung 250 beschrieben
sind, auch für
die Antriebsanordnung 240. Des weiteren kann die Steuereinheit 260 beliebige
Hardware- und Softwaremittel, etwa einen Mikroprozessor mit einem
geeigneten Instruktionssatz, und/oder andere digitale und/oder analoge
Schaltungen aufweisen, um damit ein oder mehrere von der Antriebsanordnung 250 und
möglicherweise
von der Antriebsanordnung 240 erhaltene Signale zu verarbeiten,
um damit Positionsdaten abzuschätzen
und mindestens ein Steuersignal 261 zu erzeugen, das zumindest
zu der Motorsteuereinheit 252 der Antriebsanordnung 250 zugeführt wird.
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In
einigen speziellen Ausführungsformen
ist die Steuereinheit 260 funktionsmäßig auch mit der Stromversorgung 201 verbunden,
um mindestens ein Signal 262 zu erhalten, das den aktuellen
Stromfluss innerhalb der Reaktoranordnung 210 kennzeichnet. Des
weiteren kann in einer anschaulichen Ausführungsform die Steuereinheit 260 so
gestaltet sein, um Informationen 263 im Hinblick auf den
Status der Elektrode 206 zu empfangen. In dieser Hinsicht
kann die Information über
den aktuellen Status der Elektrode 206 eine oder mehrere
der folgenden Informationen enthalten: eine Größe und eine Abmessung der Elektrode 206,
die Abtragsrate für
spezifizierte Betriebsbedingungen insbesondere, wenn die Elektrode 206 eine
Verbrauchselektrode ist, eine akkumulierte Betriebszeit der Elektrode 206,
wobei die akkumulierte Betriebszeit die zeitliche Entwicklung der speziellen
Betriebsbedingungen enthalten kann, und dergleichen.
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Während des
Betriebs des Systems 200 wird das Substrat 230 mit
einer Oberfläche 231,
die elektrochemisch zu behandeln ist, in den Substrathalter 220 eingeladen,
wobei der Substrathalter 220 zu einer geeigneten Belade-
und Entladeposition (nicht gezeigt) gefahren werden kann. Ferner
kann, wie zuvor erläutert
ist, die Substratoberfläche 231 vorbehandelt
sein, so dass diese ein Saatschicht (nicht gezeigt) aufweist, die
als eine Stromverteilungsschicht und damit als eine Elektrode während des
nachfolgenden elektrochemischen Prozesses dient. Danach wird der
Substrathalter 220 in eine Position gefahren, um damit
Kontakt mit dem Elektrolyt 202 durch vertikales Bewegen
des Substrathalters 220 mittels der Antriebsanordnung 250 zu
ermöglichen.
Wie zuvor dargelegt ist, kann eine Obeifläche 202a des Elektrolyts,
die auch als Meniskus bezeichnet wird, abhängig von dem Reaktoraufbau
und dem Prozessparametern leicht variieren. Somit wird in einer
anschaulichen Ausführungsform
der Substrathalter 220 in die Reaktoranordnung 210 so
abgesenkt, dass die Substratoberfläche 231 zuverlässig mit
dem Elektrolyt 202 in Kontakt gebracht wird. Zu diesem
Zweck kann die Abschirmung 208 als ein Stoppelement für die vertikale
Bewegung 221 des Substrathalters 220 dienen, wobei
ein oder mehrere der Signale 253, 254 durch die
Steuereinheit 260 überwacht
werden, um damit den Zeitpunkt des Kontaktierens der Abschirmung 208 beispielsweise
auf der Grundlage eines Anstiegs des Motorstroms zu erkennen.
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Es
sollte beachtet werden, dass in anderen Ausführungsformen die Abschirmung 208 an
dem Substrathalter 220 angebracht sein kann, um damit einen
im Wesentlichen konstanten Abstand zwischen der Substratoberfläche 331 und
der Abschirmung 208 sicherzustellen. In diesem Falle kann
ein entsprechendes Stoppelement (nicht gezeigt) zusätzlich zu
der nunmehr bewegbaren Abschirmung 208 an einer gut definierten
Position innerhalb der Reaktoranordnung 210 vorgesehen
werden, um den Bewegungsbereich des Substrathalters 220 zu
beschränken.
Bei Kontakt des Stoppelements oder Abschirmung 208 mit
dem Substrathalter 220 steigt der Motorstrom des Motors 251 merklich
an, was von der Steuereinheit 260 erkannt wird, die nunmehr
die aktuelle Position des Substrathalters 220 als die „Referenzposition" identifiziert, die
durch das Stoppelement oder die Abschirmung 208 definiert
ist. In einigen Ausführungsformen
wird die entsprechende Bewegung des Substrathalters 220 mit
moderat geringer Geschwindigkeit durchgeführt, zumindest in der Nähe der Refe renzposition,
deren Lage zumindest grob für
die Steuereinheit 206 bekannt sein kann, wobei dann die
Steuereinheit 260 die Antriebsanordnung 250 für eine Verringerung
der Motorgeschwindigkeit über
das Steuersignal 261 instruieren kann, das der Motorsteuereinheit 252 zugeführt wird.
In einer Ausführungsform
kann während
dieser moderat geringen Betriebsgeschwindigkeit des Substrathalters 220 von
der Steuereinheit 260 der Zeitpunkt aufgezeichnet werden,
bei dem ein Stromfluss das erste mal stattfindet, wodurch ein Kontakt
des Substrathalters 220 mit dem Meniskus 202a des
Elektrolyts 202 angezeigt wird. Beim Erkennen eines entsprechenden
Stromflusses kann die Stromversorgung 201 in einer anschaulichen
Ausführungsform
deaktiviert werden, um eine Behandlung, beispielsweise eine Abscheidung
eines Metalls auf der Substratoberfläche 231 bei Kontakt
mit dem Elektrolyt 202 während der weiteren Bewegung
des Substrathalters 220 in Richtung der Referenzposition
zu vermeiden. Des weiteren können
beim Erkennen eines ersten Stromflusses eines oder mehrere der Signale 253 kund 254 aufgezeichnet
und/oder bewertet werden, um ein Maß für den Abstand der Referenzposition
zu erhalten, die beim Kontaktieren des Stoppelelements oder der
Abschirmung 208 erreicht wird. Beispielsweise kann beim
Auftreten eines ersten Stromflusses, der dann sofort unterbrochen
werden kann, die Zeit und die Betriebsbedingungen, beispielsweise
der Strom und/oder die Spannung, die dem Motor 252 zugeführt werden,
abgetastet werden, um entsprechende „elektrische Positionsdaten" als ein Maß für die Strecke
zu erhalten, um die der Substrathalter 220 nach dem anfänglichen
Stromfluss weiter bewegt wird. Nach dem Erreichen der Referenzposition,
was durch einen Anstieg des Motorstroms auf Grund der Blockade der
Drehbewegung erkannt werden kann, kann die Position des Meniskus 202a in
Bezug auf die Referenzposition zumindest in der Form der elektrischen
Daten, die von der Antriebsanordnung 250 geliefert werden,
bestimmt werden. In einigen Ausführungsformen
können
diese „elektrische
Positions-" Daten
in eigentliche Positionsdaten umgewandelt werden, indem eine Abhängigkeit
zwischen der Drehbewegung des Motors 251, die in präziser Weise
durch die zugeführten
elektrische Leistung bestimmt werden kann, und der vertikalen Bewegung 221,
die von dem Substrathalter 220 für eine gegebene Drehbewegung
des Motors 251 ausgeführt
wird, erstellt wird. Es können
dann entsprechende „eigentliche" Positionsdaten berechnet
und einem Bediener und/oder einem übergeordneten Steuerungssystem und
dergleichen angezeigt werden. Es sollte jedoch betont werden, dass
eine beliebige andere Bearbeitung der Daten, die von der Antriebsanordnung 250 bereitgestellt
werden, in einem beliebigen geeigneten Format durchgeführt werden
kann, so dass eine Umwandlung elektrischer Positionsdaten in eigentliche
Positionsdaten ggf. nicht erforderlich ist. In einer Ausführungsform
kann die Steue rungseinheit 260 ausgebildet sein, um die
elektrischen Daten, die von der Antriebsanordnung 250 geliefert
werden und die eine erste spezifizierte Betriebsbedingung des Motors 251 kennzeichnen,
in andere elektrische Daten umzuwandeln, die sich auf einen unterschiedlichen Betriebszustand
des Motors 251 beziehen. Folglich kann auf der Grundlage
dieser Umwandlung der Motor 251 mit unterschiedlicher Geschwindigkeit
betrieben werden, wenn beispielsweise nachfolgende Substrate positioniert
werden, während
die Datenumwandlung dennoch eine korrekte Positionierung des Substrathalters 220 sicherstellt,
obwohl die Betriebsposition auf der Grundlage der anfänglichen
elektrischen Daten ermittelt wurde.
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Nach
dem Erreichen der Referenzposition kann dann eine gewünschte Betriebsposition
auf der Grundlage der elektrischen Daten bestimmt werden, die die
Position des Meniskus 202a definieren. Es sollte beachtet
werden, dass die „detektierte" Position des Meniskus 202a auf
der Grundlage der elektrischen Daten der Antriebsanordnung 250 und
der Stromzuführung 201 nicht
notwendigerweise eine optimale Betriebsposition darstellen muss
da, wie zuvor erläutert
wurde, der Zeitpunkt eines ersten Stromflusses beim Kontakt eines
unteren Bereichs eines Kontaktringes 223 mit dem Elektrolyt 202 detektiert worden
sein kann, ohne dass im Wesentlichen die Oberfläche 231 benetzt wurde.
Somit kann eine gewünschte
Betriebsposition des Substratshalters 220 durch einen speziellen
Versatz zu der detektierten Position des Meniskus 202a definiert
werden. Da ferner eine zuverlässige
Betriebsposition, die eine zuverlässige Benetzung der Substratoberfläche 231 sicherstellt,
einen im Wesentlichen konstanten Abstand zwischen der Elektrode 206 und
der Substratoberfläche 231 erfordert,
kann die eigentliche Betriebsposition auch auf der Grundlage der
Referenzposition bestimmt werden, die durch das Steuerelement oder
die Abschirmung 208 definiert ist.
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In
anderen Ausführungsformen
kann, wenn die Position des Meniskus 202a im Wesentlichen durch
die strukturellen Eigenschaften der Reaktoranordnung 210 festgelegt
ist, die Betriebsposition auf der Grundlage der Referenzposition
der Abschirmung 208, die durch Beobachten der Signale 253, 254 ermittelt
wird, und einem spezifizierten Versatz bestimmt werden, wobei der
Versatz dann den schließlich
ermittelten Abstand zwischen der Substratoberfläche 231 und der Elektrode 206 bestimmt. Beispielsweise
kann der Substrathalter 220 nach dem Erreichen der Referenzposition
an dem Stoppelement 208 mit spezifizierten Betriebsbedingungen des
Motors 251 gemäß einem
spezifizierten Versatz nach oben bewegt werden, um die Betriebsposition zu
erreichen, wodurch ein gut definierter Abstand 209 der
eingetauchten Oberfläche 231 in
Bezug auf die Elektrode 206 erreicht wird. Wie zuvor erläutert ist, können die „Versatzdaten" zum Erreichen der
Betriebsposition in Form eines Steuersignals 261 bereitgestellt
werden, das vordefinierte Betriebsbedingungen für den Motor 251, etwa
eine spezifizierte Spannung und/oder einen zugeführten Strom, kennzeichnet,
und einer spezifizierten Zeitdauer, über welche diese Betriebsbedingungen
des Motors 251 aufrecht erhalten werden. In anderen Ausführungsformen können die „Versatzdaten" in allgemeinerer
Form bereitgestellt werden, etwa als Positionsdaten und dergleichen,
die dann in die entsprechenden elektrischen Daten für den Motor 251 auf
der Grundlage eines in der Steuereinheit 260 eingerichteten
Umwandlungsalgorithmus umgewandelt werden. Beispielsweise ist für typische
Servomotoren eine präzise
Abhängigkeit
zwischen der dem Motor zugeführten elektrischen
Leistung und der mechanischen Ausgangsleistung des Motors gegeben,
womit eine entsprechende Umwandlung von elektrischen Daten in mechanische,
d.h. Positionsdaten, und umgekehrt möglich ist. Beim Erreichen der
Betriebsposition, d.h. beim Erreichen des spezifizierten Abstands 209 der Elektrode 206 und
der Substratoberfläche 231 wird die
eigentliche Behandlung in Gang gesetzt, beispielsweise durch entsprechendes
Instruieren der Stromzufuhr 201, um damit einen Stromfluss
entsprechend dem betrachteten Prozessrezept zu erzeugen. Somit kann
die Betriebsposition sehr zuverlässig
und reproduzierbar für
eine große
Anzahl von Substraten in automatisierter Weise erreicht werden, selbst
wenn die Position des Meniskus 202a zu bestimmen ist, um
damit eine geeignete Betriebsposition in Bezug auf die Position
des Meniskus 202a festzulegen.
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In
anderen anschaulichen Ausführungsformen
kann die Antriebsanordnung 240 zusätzlich oder alternativ zum
Erkennen der Referenzposition an dem Stoppelement 208 verwendet
werden. Zu diesem Zwecke kann der Substrathalter 220 durch
die Antriebsanordnung 240 in Drehung versetzt und dann
abgesenkt werden, bis die Drehbewegung des Substrathalters 220 bei
Kontakt mit dem Stoppelement oder der Abschirmung 208 beeinflusst
wird. Zu diesem Zeitpunkt kann ein entsprechender Anstieg des Motorstromes
auf der Grundlage eines oder mehrerer der Signale 243, 244 erkannt
werden, wodurch zuverlässig
das Eintreffen des Substrathalters 220 an der Referenzposition
angezeigt wird. Danach kann der Substrathalter 220 mittels
der Antriebsanordnung 250 zurückgefahren werden, wobei die Rückwärtsbewegung
auf der Grundlage von Versatzdaten so ausgeführt werden kann, dass die Substratoberfläche 231 an
einer gewünschten
Betriebsposition angeordnet wird. In anderen Ausführungsformen kann
eine geringfügige Änderung
des Betriebszustandes des Motors 241 beim Kontakt mit dem
Meniskus 202a auf Grund der zusätzlichen Reibung, die durch
das Elektrolyt 202 verursacht wird, erkannt werden. Somit
kann zusätzlich
oder alternativ zu dem Erfassen des Beginns eines Stromflusses durch
das Elektrolyt 202 eines oder mehrerer die Signale 243, 244 als
Sensorsignale verwendet werden, um den Kontakt des Substrats 230 mit
Elektrolyten 202 durch Messen des Anstiegs des Motorstroms,
einer Verringerung der Drehgeschwindigkeit, und dergleichen, die
durch den Übergang
von Luft zu Fluid hervorgerufen wird, zu erfassen. Somit kann der
Motor 242 als ein „Sensorelement" zur Erfassung entweder
der Zeit des Kontaktierens des Meniskus 202 oder des Stoppelements 208 oder
beidem verwendet werden, wobei gleichzeitig die elektrischen Daten 253, 254 des Motors 251 als
Positionsdaten für
die vertikale Bewegung 221 verwendet werden können.
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In ähnlicher
Weise kann in einigen Ausführungsformen
die Antriebsanordnung 250 als „Meniskussensor" verwendet werden,
indem die Signale 253, 254 in Bezug auf einen
leichten Anstieg des Motorstroms auf Grund eines abrupten Anstiegs
der Reibung beim Kontaktieren des Meniskus 202a überwacht
werden. Ferner können
zwei oder mehrere der obigen „Sensorschemata" in Kombination angewendet
werden, um die Gesamtgenauigkeit zu erhöhen. Beispielsweise kann das
Erfassen der Referenzposition und/oder der Meniskusposition durch
gleichzeitiges Überwachen
der Antriebsanordnung 240 und der Antriebsanordnung 250 durchgeführt werden.
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Die
zuvor beschriebenen Ausführungsformen
sind vorteilhaft, wenn konventionelle Plattierungssysteme, etwa
das mit Bezug zu 1 beschriebene System 100 in
Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Da in
diesem Falle die Steuereinheit 260 als eine separate Einheit vorgesehen
sein kann und mit den entsprechenden Antriebsanordnungen (in 1 nicht
gezeigt) verbunden sein kann, um davon die erforderlichen elektrischen
Daten zu erhalten. Folglich sind nur minimale zusätzliche
Aufwendungen beim Umgestalten der bestehenden Hardwarekonfiguration
der konventionellen Plattirungsanlage erforderlich. In anderen Ausführungsformen
kann die Antriebsanordnung 250 präzise Lagegeber oder Schrittmotoren
aufweisen, die in der Lage sind, genaue Signale für eine vordefinierte
Absolutposition, etwa eine Endposition für die vertikale Bewegung 221,
bereitzustellen, die dann als die Referenzposition zum Bestimmen
der Position des Meniskus 201a und/oder eine geeigneten
Betriebsposition mit einem spezifizierten Abstand 209 verwendet
werden können.
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Wie
zuvor erläutert
ist, erfordern viele elektrochemische Prozesse das Bereitstellen
einer Verbrauchselektrode für
die Elektrode 206, wodurch sich ein signifikanter Materialabtrag
oder eine Materialakkumulation nach dem Prozessieren mehrerer Substrate
ergibt. Somit kann der Abstand 209 zu der Elektrode 206 im
aktuellen Status nach mehreren Substraten deutlich unterschiedlich
sein, wenn die aktuelle Betriebsposition in Bezug auf die Referenzposition beibehalten
wird. Eine entsprechende Variation, d.h. eine Vergrößerung des
Abstands 209 für
einen Elektroplattierungsprozess auf Grund des Elektrodenverschleißes oder
eine Verringerung des Abstands 209 bei einem Elektropolierprozess,
kann daher zu einer unterschiedlichen Abscheideleistung führen, wodurch
das Gesamtabscheideprofil deutlich beeinflusst wird. Ferner kann
in Abhängigkeit
von der Gestaltung der Reaktoranordnung 210 eine variierende Dicke
der Elektrode 206 zu einer variierenden Position des Meniskus 202a führen, wenn
beispielsweise eine merkliche Menge an Elektrolyt pro Zeiteinheit
in das Innere der Reaktoranordnung 210 eingeleitet wird.
Wenn somit die Betriebsposition nahe an dem Meniskus 202a eingestellt
ist, ist eine Neujustierung der Betriebsposition erforderlich, um
irrreguläre
Abscheidebedingungen zu vermeiden, wenn die Position des Meniskus
im Laufe der Zeit absinkt. Somit empfängt in einigen anschaulichen
Ausführungsformen
die Steuereinheit 260 die Information 263, die den
aktuellen Status der Elektrode 206 anzeigt, wodurch die
Steuereinheit 260 in der Lage ist, den Materialabtrag oder
die Materialansammlung abzuschätzen
und damit eine Veränderung
des Abstandes 209 in Bezug auf die aktuell gültige Betriebsposition
zu bestimmen. Beispielsweise kann die Steuereinheit 260 Daten
hinsichtlich des Stromflusses durch den Elektrolyt 202 empfangen
und ebenso die Dauer jeder Prozessperiode mit spezifizierten Strombedingungen überwachen
und aufzeichnen. Auf der Grundlage dieser Information und der stromabhängigen Abtragsrate
oder Akkumulationsrate für
die Elektrode 206 kann die Steuereinheit 260 eine
entsprechende Dickenvariationen der Elektrode 206 und damit
eine entsprechende Änderung
des Abstands 209 abschätzen.
Basierend auf der abgeschätzten
Dickenvariation oder der Änderung
des Abstands 209 kann eine aktualisierte Betriebsposition
bestimmt werden und es kann ein entsprechendes Steuersignal 261 erzeugt
und der Antriebsanordnung 250 zugeleitet werden. Beispielsweise
kann in einem Prozessablauf, in welchem der Substrathalter 220 auf die
Referenzposition abgesenkt und dann mit einem spezifizierten Versatz
angehoben wird, um die gewünschte
Betriebsposition zu erreichen, der spezifizierte Versatz auf der
Grundlage der abgeschätzten Dicke
oder der Abstandsvariationen aktualisiert werden. Somit kann der
Abstand 209 im Wesentlichen innerhalb einer vordefinierten
Prozesstoleranz konstant gehalten werden. In anderen ranz konstant
gehalten werden. In anderen Ausführungsformen
kann die Position des Meniskus 202a bestimmt werden, wie
es beispielsweise zuvor beschrieben ist, wenn die Meniskusposition
mit der aktuellen Dicke der Elektrode 206 in Beziehung
steht. Folglich können äußerst stabile
Bedingungen für
die elektrochemische Behandlung einer großen Anzahl von Substraten in
einer äußerst automatisierten
Weise beibehalten werden, wobei eine Aktualisierung der Betriebsposition
durch die Steuereinheit 260 durch einen Bediener oder durch
ein übergeordnetes
Steuerungssystem (nicht gezeigt) initiiert werden kann.
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3 zeigt
schematisch eine Prozesssequenz 370 mit mehreren Prozessstationen
mit einer Station 300 für
die elektrochemische Behandlung eines Substrats, wobei die Station 300 ähnlich zu
dem System 200 aufgebaut sein kann, wie es mit Bezug zu 2 beschrieben
ist. Ferner kann die Sequenz 370 eine Messstation 380 umfassen,
die so ausgebildet ist, um ein globales Profil des Substrats nach
der Bearbeitung in der Station 300 zu bestimmen. In einer
speziellen Ausführungsform
kann die Station 300 eine Elektroplattierungsstation repräsentieren,
die mittels Prozessparameter betrieben wird, die ein gewünschtes
Abscheideprofil hervorrufen, das auf eine nachfolgende CMP-Station 390 zugeschnitten
ist, um damit verbesserte Mikrostrukturen nach dem chemisch-mechanischen
Polieren in der Station 390 zu erhalten. Beispielsweise
kann die Elektroplattierungsstation 300 so eingestellt
sein, um ein kuppelförmiges
Profil zu liefern, d.h. eine erhöhte
Schichtdicke in der Mitte des Substrats, um damit ein „in der Mitte
schnelles" Verhalten
der CMP-Station 390 zu kompensieren.
Beim Erfassen einer Abweichung von dem gewünschten Abscheideprofil in
der Messstation 380 kann die Station 380 die Abscheidestation 300 instruieren,
eine Reinitialisierung der Abscheidestation auszuführen, d.h.
erneut eine geeignete Betriebsposition des Substrats zu bestimmen,
wie dies mit Bezug zu 2 beschrieben ist. Somit können Abweichungen
von dem Abscheideprofil, die beispielsweise durch eine fehljustierte
Betriebsposition hervorgerufen werden, die somit z.B. einen nicht
geeigneten Abstand 209 der Substratoberfläche 231 zu der
Elektrode 206 (siehe 2) hervorrufen
kann, im Wesentlichen durch entsprechendes Neueinstellen der Elektroplattierungsstation 300 kompensiert
werden. In anderen Ausführungsformen
können
die von der Messstation 380 ermittelten Messergebnisse
verwendet werden – möglicherweise
in Verbindung mit Prozessinformationen 263 (siehe 2) – um die
aktuelle Betriebsposition zu aktualisieren, beispielsweise indem
ein entsprechender Versatz, wie er zuvor mit Bezug zu 2 beschrieben
ist, aktualisiert wird, ohne dass die Station 300 erneut
initialisiert wird. Somit kann die Gesamtgenauigkeit der Prozesssequenz 370 verbessert
werden, wobei gleichzeitig der Durchsatz vergrößert werden kann, da zeitaufwendige
und im Wesentlichen ungenaue manuelle oder halbautomatische Initialisierungsprozeduren
zum Bestimmen der Betriebsposition vermieden werden können.
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In
einigen der zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird auf brunnenartige
Reaktoren Bezug genommen, die eine Elektrode aufweisen, die als „Anode" in einem Abscheidevorgang
bezeichnet wird, und die an der Unterseite des Reaktors angeordnet
ist, während
das Substrat, das als die Gegenelektrode dient, an der Oberseite
des Reaktorgefäßes angeordnet
ist. In anderen Ausführungsformen kann
das Reaktorgefäß so gestaltet
sein, dass das Substrat an der Unterseite positioniert ist, während die
andere Elektrode, d.h. die „Anode" von der Oberseite
des Reaktorgefäßes herkommend
abgesenkt wird. Somit kann die Positionierung der Anode in der gleichen
Weise durchgeführt
werden, wie dies in den vorhegenden Ausführungsformen für das Substrat beschrieben
ist.
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In
noch anderen Ausführungsformen
können das
Substrat und die Elektrode des Reaktorgefäßes, d.h. die Anode in einem
Abscheidevorgang, parallel zueinander in einer im Wesentlichen aufrechten
Konfiguration angeordnet sein. Hierbei kann die Positionierung des
Substrats in Bezug auf die Elektrode im Wesentlichen in der gleichen
Weise ausgeführt
werden, wie dies zuvor beschrieben ist. d.h., das Substrat kann
in eine Referenzposition bewegt werden, die durch eine Abschirmung
oder ein Stoppelement definiert sein kann und das Substrat wird
dann zu der Betriebsposition auf der Grundlage der erfassten Referenzposition
gefahren. Es gilt also: die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes
System und ein Verfahren zum elektrochemischen Behandeln eines Substrats
bereit, wobei die Betriebsposition des Substrats in automatisierter
Weise mit hoher Genauigkeit bestimmt wird, wobei Signale von einer
oder zwei elektrischen Antriebsanordnungen beim geeigneten Positionieren
des Substrats in Bezug auf die Elektrode verwendet werden. Folglich
werden sehr stabile Prozessbedingungen beibehalten, insbesondere, wenn
eine Verbrauchselektrode verwendet wird, da der aktuelle Status
der Elektrode berücksichtigt
werden kann, wenn eine gewünschte
Betriebsposition des Substrats bestimmt wird. Somit kann die kontinuierliche Änderung
des Elektrodenstatus auf der Grundlage eines integrierten Stromflusses
und/oder auf der Grundlage von experimentellen Daten und/oder theoretischen
Modellen abgeschätzt
werden. Basierend auf dem aktuellen Status der Elektrode kann ein
im Wesentlichen kontinuierliches Aktualisieren einer geeigneten
Betriebsposition ausgeführt werden.
In anderen Ausführungsformen
kann eine erneute Bestimmung einer geeigneten Betriebsposition auf
der Grundlage von Messergebnissen durchgeführt werden, die das Oberflächenprofil
von Substraten kennzeichnen, die zuvor von dem System prozessiert
wurden, wodurch ein automatisches Zurücksetzen des Systems möglich ist.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung
als die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.