KR100554855B1 - 기판도금장치 - Google Patents

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KR100554855B1
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나오아키 오구레
히로아키 이노우에
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후미오 구리야마
마나부 츠지무라
겐이치 스즈키
아츠시 죠노
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

기판도금장치는 기판에 형성된 미세한 홈 및/또는 구멍을 포함하여 이루어진 상호연결 영역 위에 상호연결층 형성한다. 기판도금장치는 상호연결영역을 포함하는 기판의 표면 위에 도금층을 형성하는 도금유닛, 상호연결영역에서 도금층 부분을 남기고 기판의 표면으로부터 도금된 층을 제거하도록 기판을 화학기계적 폴리싱하는 화학기계적 폴리싱유닛, 도금층을 형성하거나 화학기계적 폴리싱으로 기판을 처리한 이후에, 기판을 세정하는 세정유닛, 기판이 세정된 후에 기판을 건조시키는 건조유닛, 및 각각의 제 1 도금유닛, 제 1 화학기계적 폴리싱유닛, 세정유닛, 및 건조유닛 각각으로부터 및 각각으로 기판을 이송하는 기판이송유닛을 포함한다. 상기 제 1 도금유닛, 제 1 화학기계적 폴리싱유닛, 세정유닛, 건조유닛, 및 기판이송유닛은 하나의 단일 장치로 결합된다.

Description

기판도금장치
본 발명은 기판을 도금하는 기판도금장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 웨이퍼 등과 같은 기판에 형성되는 미세한 홈 및/또는 미세한 구멍으로 구성된 상호연결 영역에 금속으로 된 상호연결 층을 형성하기 위한 기판도금장치에 관한 것이다.
반도체 기판 위에 상호연결 회로를 형성하기 위한 일반적인 방법은, 스퍼터링 등을 이용하여 반도체 기판의 표면 위에 도체 막을 증착한 후 레지스트(resist) 등과 같은 패턴 마스크를 사용하는 화학적 건조 에칭에 의해 도체 막 중에서 원하지 않는 영역을 제거하는 것이 일반적이다.
상호연결 회로의 재료는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금이 일반적으로 쓰인다. 고도로 집적되어 있는 반도체 회로는 보다 얇은 상호연결부를 구비하므로, 그 결과 전류밀도가 증가되어 열응력과 온도상승이 증가된다. 응력이동 또는 전류이동 때문에 알루미늄 막이 점점 더 얇아지므로, 이러한 문제는 상호연결 점에서의 파괴 또는 회로단락으로 나타난다.
낮은 도전율을 실현하고 또한 통과 전류로 인한 전류이동을 피하기 위해서는 상호연결에 있어 알루미늄이나 알루미늄 합금보다는 구리(Cu)와 같이 전도성이 더 높은 재료가 사용될 것이 요구된다. 그러나, 구리나 구리의 합금에는 건조 에칭을 적용하는 것이 어렵기 때문에, 건조 에칭에 의해 구리막을 패터링(pattering)하거나 증착하는 통상적인 공정으로는 기판 위에 상호연결을 생산할 수 없다. 이에 대한 하나의 해결방법은 기판 표면에 원하는 패턴의 상호연결홈을 형성하고 이 상호연결홈을 구리나 그 합금으로 채우는 것이다. 이러한 처리는 원하지 않는 구리 또는 그 합금을 제거하는 어떤 에칭처리도 요구하지 않는다. 그 대신에, 표면의 불규칙한 부분 또는 계단부분 등은 폴리싱 처리에 의해 기판으로부터 제거된다. 이러한 공정은 수직 회로층 연결을 위한 상호연결 구멍도 동시에 형성될 수 있다는 면에서 유리하다.
그러나, 상호연결의 폭이 얇아짐에 따라, 그러한 상호연결홈 또는 구멍은 높은 종횡비를 가져, 즉, 직경 또는 폭에 대한 높이의 비율이 높아져 스퍼터링 막 형성시 구리나 그의 합금을 일정하게 채울 수 없다.
화학적증착법(CVD)은 다양한 재료의 막을 형성하는데 널리 사용된다. 그럼에도 불구하고, 구리나 그 합금막의 형성에 CVD를 적용하는 것은 구리나 그 합금의 원료로서 가스화된 적절한 물질을 조제하기 어렵기 때문에 장래성이 없다. 만약 유기물질을 사용한다면, 탄소(C)가 증착막에 유기물질을 이끌어들이는 경향 때문에 전기저항이 상당히 높아지게 된다.
기판 위에 구리막을 증착하는 도금공정이 제안되기도 하였다. 그러한 도금 처리공정에 따르면, 기판은, 예를 들어, 무전해도금(화학도금) 또는 전기도금에 따라 기판을 구리로 도금하기 위해 도금용액에 잠겨지고, 그 후, 구리도금층의 불필요한 영역을 화학기계적 폴리싱(CMP)으로 제거한다. 도금공정은 종횡비가 높은 상호연결홈도 고전도성의 구리금속으로 균일하게 채울 수 있도록 한다. 이러한 도금공정이 반도체 장비 내의 깨끗한 공기 내에서 연속적으로 수행되더라도, 예비처리 공정 및 도금공정에서 사용되는 화학제 또는 용제들이 화학적 미스트나 가스로서 퍼져있으며, 이들은 반도체 제조장비에서 처리되어온 깨끗한 기판에 쉽게 들러붙는다. 이러한 문제는 예비단계와 도금단계가 밀폐된 공정챔버에서 수행되더라도 발생된다. 특히, 밀폐된 공정챔버는 기판을 넣고 꺼내기 위해서는 열려야 하기 때문에, 도금조(bath) 또는 예비처리조 또는 챔버에서 발생하는 화학적 미스트 또는 가스가 반도체 제조장비의 챔버로 확산되는 것을 막을 수는 없다.
무전해도금 또는 전기도금에 따른 미세한 홈과 구멍으로 구성된 상호연결 영역을 갖는 반도체 웨이퍼의 표면 위에 구리도금층을 형성하고, 원하지 않는 구리층의 부분을 제거하고, 화학기계적 폴리싱에 따라 상호연결영역에서 구리도금층만을 남기도록 하는 단일 장치 또는 단일챔버에 대한 개발이 요구되어 왔다. 그러나, 그러한 단일장치 또는 단일 챔버는 실용화되기는 어렵다.
기판도금장치 및 화학기계적 폴리싱장치가 서로 분리되는 경우에는, 구리층으로 도금된 반도체 웨이퍼는 건조된 후 기판도금장치로부터 하역(unload)된 다음 건조된 반도체 웨이퍼는 원하지 않는 구리부분을 제거하는 화학적 폴리싱장치에 적재된다. 그러므로, 두 개의 건조 장치 또는 건조 챔버가 필요하다. 어떤 경우에는, 도금된 상호연결층 위에 표면 보호용 보호도금층이 증착되기도 한다. 그러나, 기판도금장치가 화학기계적 폴리싱장치로부터 분리되어있기 때문에, 보호도금층의 표면은 웨이퍼가 기판도금장치에서 화학기계적 폴리싱장치로 이동되는 동안 산화되기 쉽다.
일반적으로 기판도금장치는 기판을 담고있는 카세트를 이송하기 위한 적재 및 하역 영역과, 기판을 축적하고, 기판을 도금하는 도금영역, 및 도금된 기판을 세정하고 건조시키기 위한 세정 및 건조 영역을 포함하여 이루어진다. 만일 기판도금장치, 즉, 챔버 내에 있는 습식공정조(bath)가 반도체 제조 장비를 위한 청정실 안에 위치한다면, 다른 반도체 제조 처리로 인해 기판도금장치에서 도금 용액 또는 세정 용액으로부터 발생하는 입자나 미스트로 하여금, 다른 반도체 제조공정에서 처리되고 건조된 반도체 웨이퍼에 들러붙지 못하도록 막아야 한다. 다시 말해, 반도체 웨이퍼 처리가 기판도금장치로부터 하역되어 다음단계로 이송될 때, 기판도금장치에서 도금용액 또는 세정용액으로부터 나온 입자, 미스트 및 가스가 다른 제조 단계가 수행되고 있는 청정실로 퍼지는 것을 막아야만 한다.
본 발명의 목적은 반도체 제조 장비가 청정실 내에 설치될 경우에도 종래의 많은 문제를 해결하는 기판도금장치를 제공하는 것이며, 또한 기판에 형성되는 미세한 상호연결 구멍과 홈을 포함하여 이루어지는 상호연결 영역을 갖는 기판의 표면 위에 도금층을 형성하는 공정과, 기판 위에 상호연결영역에 상호연결층으로서 도금층만을 남기고, 원하지 않는 부분을 제거하는 공정을 포함하는 여러 공정을 단일 설비를 이용하여 수행할 수 있는 기판도금장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 도금된 반도체 웨이퍼가 기판도금장치로부터 하역되어 다음 공정으로 이송될 때, 반도체 제조 장치가 설치된 청정실와 기판도금장치의 세정 및 건조영역으로 도금용액과 세정액의 입자 및 미스트가 퍼지는 것을 효과적으로 차단할 수 있는 기판도금장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 기판에 형성된 미세한 홈 및/또는 구멍을 포함하는 상호연결영역 위에 상호연결층을 형성하는 기판도금장치에 있어서, 상호연결 영역을 포함하는 기판의 표면 위에 도금층을 형성하는 제 1 도금유닛; 상호연결영역에서 도금층의 일 부분만을 남기고 기판의 표면으로부터 도금층을 제거하도록 기판을 화학기계적으로 폴리싱하는 제 1 화학기계적 폴리싱유닛; 도금층이 형성되고 또는 기판이 화학기계적 폴리싱처리가 된 이후에 기판을 세정하는 세정유닛; 기판이 세정된 이후에 기판을 말리기 위한 건조유닛; 및 기판을 제 1 도금유닛, 제 1 화학기계적 폴리싱유닛, 세정유닛, 및 건조유닛 각각으로 및 각각으로부터 이송시키는 기판이송장치를 포함하여 이루어지고, 상기 제 1 도금유닛, 상기 제 1 화학기계적 폴리싱유닛, 세정유닛, 건조유닛, 및 기판이송장치는 단일의 일체형 설비로 결합되는 것을 특징으로 한다.
이러한 기판도금장치는, 화학기계적 폴리싱에 의해 원하지 않는 도금부분을 기판의 표면으로부터 제거한 후에 상호연결영역에서 제 1 도금층의 부분 위에 보호도금층을 형성하는 제 2 도금유닛을 더 포함하여 이루어질 수도 있다. 이 제 2 도금유닛도 상기 단일의 일체형 설비내에 포함된다.
또한 상기 기판도금장치는 상호연결 영역에서 도금층의 일 부분 위에 형성된 보호도금층을 평탄화하기 위해 기판을 화학기계적으로 폴리싱하는 제 2 화학기계적 폴리싱 장치를 더욱 포함할 수도 있으며, 이 제 2 화학기계적 폴리싱유닛도 단일의 일체형 설비에 포함된다.
상기 기판도금장치는 기판을 세척하는 세정유닛에 의해 사용되는 세척용액을 배출하는 배출 장비를 더 포함할 수도 있으며, 이 배출 장비는 단일의 일체형 설비내에 포함된다.
전술한 기판이송 장치는, 팔(arm)과, 이 팔의 도달 범위 이내에 배치되는, 제 1 도금유닛, 제 1 화학기계적 폴리싱유닛, 세정유닛, 및 건조유닛을 갖는 로봇을 포함할 수도 있다.
상기 기판도금장치는 도금층을 형성하는 제 1 도금유닛이 사용하는 도금용액의 성분의 농도를 분석하기 위한 농도 분석 장치와, 이 농도 분석 장치로부터 분석된 농도를 근거로 하여 도금용액을 조제하는 도금용액 조제장치를 더욱 포함할 수 도 있으며, 상기 농도분석장치 및 도금용액 조제 장치는 단일의 일체형 설비내에 포함된다.
적어도 제 1 도금유닛, 제 1 화학기계적 폴리싱유닛, 세정유닛, 건조유닛, 및 기판 이송 장치가 단일의 일체형 설비내에 포함되기 때문에, 얻을 수 있는 기판도금장치의 이점은 다음과 같다:
미세한 구멍과 홈을 갖는 상호연결 영역을 포함하는 반도체 기판의 표면 위에 도금층을 형성하는 단계와, 반도체 기판의 표면으로부터 상호연결 영역에서 도체층의 부분을 남기고 도금층을 제거하여 반도체 기판 위에 상호연결 층을 형성하는 작업이 단일의 일체형 설비로 된 기판도금장치에 의해 수행될 수도 있다.
만약 여러 유닛들이 서로 독립적으로 구성되었다면, 각 유닛마다 관련하여 기판을 건조시키기 위한 복수의 건조 공정이 필요할 것이다. 그러나 단일의 일체형 설비로 된 기판도금장치에서는 그러한 여러 번의 건조공정들이 필요하지 않다.
여러 유닛으로 되어있는 경우 한 장치가 다른 장치에서 수행되는 다음 공정을 기다림에 의해 발생되는 기판처리 대기 시간도 줄일 수 있다. 예를 들어, 기판은 도금용액조(bath)에 의해 도금된 후에 즉시 화학기계적 폴리싱될 수 있다. 결과적으로 도금층이 자연 산화되는 것을 막을 수 있고, 도금과 폴리싱 단계사이에서 깨끗한 도금층에 입자들이 과도하게 달라붙는 것을 막을 수 있다.
본 발명에 따라 제공되는 또 다른 기판도금장치는 기판을 담는 카세트를 이송하는 적재 및 하역영역, 기판을 도금하는 도금영역, 및 적재 및 하역영역 및 도금영역 사이에 배치되어 도금된 기판을 세정하고 건조시키는 세정 및 건조영역, 적재 및 하역영역 및 세정과 건조영역 사이에 배치되어 이들 사이에서 기판을 이송하도록 통로를 내부에 갖는 제 1 파티션과, 세정과 건조영역 및 도금영역 사이에 배치되어 이들 사이에서 기판을 이송하도록 하는 통로를 내부에 갖는 제 2 파티션을 포함하는 기판도금장치를 역시 제공한다.
상기 기판도금장치는 제 1 파티션 안에 형성된 통로를 개방하고 차단하도록 이동가능 하게 장착된 제 1 셔터와, 제 2 파티션 안에 형성된 통로를 개방하고 차단하도록 이동 가능하게 장착된 제 2 셔터를 더욱 포함할 수도 있다.
앞에서 기술한 바와 같이, 세정과 건조 영역은 적재 및 하역영역과 도금영역 사이에 배치된다. 제 1 파티션은 적재 및 하역영역과 세정과 건조영역 사이에 배치되고, 제 2 파티션은 세정 및 건조영역과 도금영역 사이에 배치된다. 그러므로, 건조된 상태에서 적재된 기판이 기판도금장치와 기판 세정장치에서 도금되고 세정된다. 결과적으로, 기판도금장치가 청정실 안에 설치되었더라도, 도금장치와 세정장치로부터의 미스트와 입자에 의해 청정실이 오염되는 것을 막을 수 있다.
기판도금장치는 청정실 안에 설치되고, 적재 및 하역영역, 도금영역, 세정 및 건조 영역의 압력은 적재 및 하역영역의 압력은 세정 및 건조영역의 압력보다 높게 설정되고, 세정 및 건조영역의 압력이 도금영역에서의 압력보다 높게 선택되며, 적재 및 하역영역에서의 압력은 청정실 내의 압력보다 낮다.
적재 및 하역영역에서 압력이, 도금영역에서의 압력보다 높은 세정과 건조영역의 압력보다도 높고, 적재 및 하역영역에서의 압력은 청정실 내의 압력보다 낮기 때문에, 기판도금장치에서의 공기 흐름이 청정실로 새어 들어가는 것을 막을 수 있으므로 결국 청정실의 오염되는 것을 막을 수 있다.
본 발명의 상기 진술한 목적뿐만 아니라 다른 목적들의 특징과 이점들은, 바람직한 실시예를 나타낸 첨부한 도면과 연관하여 예시적인 방식으로 기술하면 다음과 같다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따라 반도체 웨이퍼 위에 상호연결부를 형성하는 기판도금장치는 일반적으로 반도체 웨이퍼를 적재하는 적재유닛(1), 구리로 반도체 웨이퍼를 도금하는 도금챔버(2), 물로 반도체 웨이퍼를 세정하는 한 쌍의 물 세정챔버(3, 4), 반도체 웨이퍼를 화학적 및 기계적으로 폴리싱하는 화학기계적 폴리싱유닛(5), 물로 반도체 웨이퍼를 세정하는 한 쌍의 물 세정챔버(6, 7), 반도체 웨이퍼를 건조시키는 건조챔버(8), 상호연결층을 상부에 형성한 반도체 웨이퍼를 하역하는 하역유닛(9)을 포함하여 이루어진다. 기판도금장치는 또한 반도체 웨이퍼를 챔버(2, 3, 4), 화학기계적 폴리싱유닛(5), 챔버(5, 6) 및 하역유닛(9)으로 이송하기 위한 웨이퍼 이송메커니즘(미도시)을 가지고 있다. 상기 적재유닛(1), 챔버(2, 3, 4), 화학기계적 폴리싱유닛(5), 챔버(6, 7, 8), 및 하역유닛(9)들은 단일의 일체형 장치로 결합된다.
기판도금장치는 다음과 같이 작동한다: 웨이퍼 이송기구는 아직 상호연결부를 상부에 형성하고 있지 않은 반도체 웨이퍼(W)를 적재유닛(1)에 위치된 웨이퍼 카세트(1-1)로부터 구리 도금챔버(2)로 이송한다. 도 2a에 나타낸 바와 같이, 구리 도금챔버(2)에서, 상호연결홈(101)과 상호연결 구멍(102)(접촉구멍)을 포함하여 이루어진 상호연결영역을 갖는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 위에 구리도금층(103)이 형성된다.
구리도금층(103)이 구리 도금챔버(2)에서 반도체 웨이퍼(W)위에 형성된 후에, 반도체 웨이퍼(W)는 웨이퍼 이송기구에 의해 물 세정챔버(3, 4)로 이송되고 물 세정챔버(3,4)에서 물로 세정된다. 세정된 반도체 웨이퍼(W)는 웨이퍼 이송기구에 의해 화학기계적 폴리싱유닛(5)으로 이송된다. 도 2b에 나타낸 바와 같이, 화학기계적 폴리싱 장치(5)는 반도체 웨이퍼(W)로부터 원하지 않는 구리도금층(103)을 제거하고, 상호연결홈(101)과 상호연결 구멍(102)에서는 구리도금층(103)의 일 부분을 남긴다. 도 2a와 도 2b에서, TiN 등과 같은 것으로 만들어진 배리어층(104)은, 구리도금층(103)이 증착되기 전에, 상호연결홈(101)과 상호연결 구멍(102)의 내부 표면을 포함하여 반도체 웨이퍼(W)의 표면 위에 형성된다.
그리고 나서, 잔여 구리도금층(103)을 갖는 반도체 웨이퍼(W)는 웨이퍼 이송 메카니즘에 의해 물 세정챔버(6,7)로 이송되고, 물 세정챔버(6,7)에서 물로 세정된다. 세정된 반도체 웨이퍼(W)는 그 다음에 건조챔버(8)에서 건조된 후, 상호연결층으로 사용되는 잔여 구리도금층(103)을 갖는 반도체 웨이퍼(W)가 하역유닛(9)에서 웨이퍼 카세트(9-1) 안에 놓이게 된다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따라 반도체 웨이퍼 위에 상호연결을 형성하는 기판도금장치의 평면도이다. 도 3에 나타낸 기판도금장치와 도 1에 나타낸 기판도금장치와의 차이점은, 구리 도금챔버(2'), 물 세정챔버(10), 예비처리챔버(11), 및 반도체 기판 위에서 도금구리층 위에 보호도금층을 형성하기 위한 보호층 도금챔버(12)를 부가적으로 포함한다는 점에서만 다르다. 적재유닛(1), 챔버(2, 2', 3, 4), 화학기계적 폴리싱유닛(5), 챔버(6, 7, 8, 9, 10, 11, 12), 및 하역유닛(9)은 단일의 일체형 장치내에 결합된다. 도 1과 도 2a, 도2b에 나타낸 참조번호는 도 3 과 4a내지 4d에 서로 동일한 참조번호로 나타내므로 이하에서 상세히 설명하지 않는다.
도 3에 나타낸 기판도금장치의 기능은 다음과 같다: 적재유닛(1)에 위치된 웨이퍼 카세트(1-1)로부터 공급되는 반도체 웨이퍼(W)는 순차적으로 구리 도금챔버(2, 2')로 공급된다. 도 4a에 나타낸 바와 같이, 구리도금챔버(2, 2')에서는, 상호연결홈(101)과 상호연결구멍(접촉구멍)(102)을 포함하여 이루어진 상호연결영역을 갖는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 위에 구리도금층(103)이 형성된다. 두 개의 구리도금챔버(2, 2')은 반도체 웨이퍼(W)가 오랜 시간동안 구리층으로 도금될 수 있도록 한다. 특히, 반도체 웨이퍼(W)는 구리도금챔버(2)에서 전기도금으로 1차 구리층으로 도금된 후 구리도금챔버(2')에서 무전해도금에 따라 2 구리층으로 도금될 수도 있다. 기판도금장치는 두 개보다 많은 구리도금챔버를 구비할 수도 있다.
구리도금층(103)이 상부에 형성된 반도체 웨이퍼(W)가 물 세정챔버(3,4)에서 물로 세정된다. 그리고 나서, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 화학기계적 폴리싱유닛(5)은 반도체 웨이퍼(W)의 표면으로부터 원하지 않는 구리도금층(103)을 제거하고, 구리도금층(103)의 일 부분을 상호연결홈(101)과 상호연결구멍(102)에 남긴다.
그 후에, 잔여 구리도금층(103)을 갖는 반도체 웨이퍼(W)가 물 세정챔버(10)로 이송되고, 거기에서 반도체 웨이퍼(W)는 물로 세정된다. 그리고 나서, 반도체 웨이퍼는 예비처리챔버(11)로 이송되고, 거기서 보호도금층의 증착을 위해 예비처리된다. 예비처리된 반도체 웨이퍼(W)는 보호층도금챔버(12)로 이송된다. 도 4c에 나타낸 바와 같이, 보호층도금챔버(12)에서는, 반도체 웨이퍼(W) 상의 상호연결영역에서 구리도금층(103) 위에 보호도금층(105)이 형성된다. 예로서, 보호도금층(105)은 무전해도금으로 니켈(Ni)과 붕소(B)의 합금으로 형성된다. 보호도금층(105)이 증착되고 난 후, 반도체 웨이퍼(W)는 물 세정챔버(6,7)에 의해 세정되고, 건조챔버(8)에서 건조되고, 하역유닛(9)에서 웨이퍼 카세트(9-1)로 이송된다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따라 반도체 웨이퍼 위에 상호연결을 형성하는 기판도금장치의 평면도이다. 도 5에 나타낸 기판도금장치는 화학기계적 폴리싱유닛(15)과 물 세정챔버(13, 14)가 부가적으로 포함된다는 점에서 도 3에 나타낸 기판도금장치와 다르다. 적재유닛(1), 챔버(2, 2', 3, 4, 14), 화학기계적 폴리싱유닛(5, 15), 챔버(6, 7, 8, 10, 11, 12, 13), 및 하역유닛(9)은 단일의 일체형 장치로 결합된다. 도 3에 나타낸 바와 동일한 도 5에 나타낸 부분들은 동일한 참조 번호가 사용되며 이하에서 자세히 설명하지 않는다.
화학기계적 폴리싱유닛(15)에서, 구리도금층(103) 위에 증착된 보호도금층(105)의 상부는 도 4d에 나타낸 바와 같이 보호도금층(105)을 평탄화하기 위해 폴리싱된다. 물 세정챔버(13, 14)는 물로 반도체 웨이퍼(W)를 부가적으로 세정한다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따라 반도체 웨이퍼 위에 상호연결을 형성하는 기판도금장치의 평면도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 기판도금장치는 그 중심부에 로봇 팔(16-1)을 갖는 로봇(16)을 구비하며, 로봇(16)의 둘레에 배치되며 로봇팔(16-1)이 닿을 수 있는 범위 내에 배치되는 구리도금챔버(2), 한쌍의 물 세정챔버(3, 4), 화학기계적 폴리싱유닛(5), 예비처리챔버(11), 보호층도금챔버(12), 건조챔버(8), 적재 및 하역 스테이션(17)을 포함한다. 반도체 웨이퍼를 적재하는 적재유닛(1)과 반도체 웨이퍼를 하역하는 하역유닛(9)은 적재 및 하역 스테이션(17)에 인접하여 배치된다. 로봇(16), 챔버(2, 3, 4), 화학기계적 폴리싱유닛(5), 챔버(8, 11, 12), 적재 및 하역 스테이션(17), 적재유닛(1), 및 하역유닛(9)은 단일의 장치로 결합된다.
도 6에 나타낸 기판도금장치는 다음과 같이 작동한다:
도금된 반도체 웨이퍼는 적재유닛(1)으로부터 적재 및 하역 스테이션(17)으로 이송되고, 그곳으로부터 로봇팔(16-1)이 반도체 웨이퍼를 받아 구리도금챔버(2)로 이송한다. 구리도금챔버(2)에서는, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 상호연결홈(101)과 상호연결구멍(102)을 포함하여 이루어지는 상호연결영역을 갖는 반도체 웨이퍼의 표면 위에 구리도금층(103)이 형성된다. 구리도금층(103)이 위에 형성된 반도체 웨이퍼는 로봇팔(16-1)에 의해 화학기계적 폴리싱유닛(5)으로 이송된다. 화학기계적 폴리싱유닛(5)에서는, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 상호연결홈(101)과 상호연결구멍(102)에 구리도금층(103)의 일 부분을 남기면서, 구리도금층(103)은 반도체 웨이퍼(W)의 표면에서 제거된다.
그 다음 반도체 웨이퍼는 로봇팔(16-1)에 의해 물-세정챔버(4)로 이송되고, 그 곳에서 반도체 웨이퍼는 물로 세정된다. 그리고 나서, 반도체 웨이퍼는 로봇팔(16-1)에 의해 예비처리챔버(11)로 이송되고, 그 곳에서 반도체 웨이퍼는 보호도금층의 증착을 위해 예비처리된다. 예비처리된 반도체 웨이퍼는 로봇팔(16-1)에 의해 보호층도금챔버(12)로 이송된다. 보호층도금챔버(12)에서는, 도 4c에 나타낸 바와 같이, 반도체 웨이퍼(W) 위에 상호연결영역에서 구리도금층(103) 위에 보호도금층(105)이 형성된다. 보호도금층(105)을 상부에 갖는 반도체 웨이퍼가 로봇팔(16-1)에 의해 물 세정챔버(4)로 이송되고, 그 곳에서 반도체 웨이퍼는 물로 세정된다. 세정된 반도체 웨이퍼는 로봇팔(16-1)에 의해 건조챔버(8)로 이송되고, 그 곳에서 반도체 웨이퍼는 건조된다. 건조된 반도체 웨이퍼는 로봇팔(16-1)에 의해 적재 및 하역 스테이션(17)으로 이송되고, 상기 도금된 반도체 웨이퍼는 하역유닛(9)으로 옮겨진다.
만일 도 1, 3, 5, 6에 나타낸 기판도금장치의 구리 도금챔버(2, 2')가 구리 전기도금 챔버라면, 기판도금장치는 구리이온 농도 분석기, 산소 농도 분석기, 도금 첨가제 농도 분석기, 및 상기 분석기로부터 나온 분석 결과에 근거하여 도금용액을 제조하는 도금용액 제조유닛을 구비할 수 도 있다. 이러한 분석기와 도금용액 제조유닛은 기판도금장치의 다른 구성요소와 일체로 결합하여 단일장치를 이룰 수도 있다. 기판도금장치는 상기 모든 분석기를 구비하지 않고 상기 몇 개만의 분석기들을 구비할 수도 있다.
만일 구리도금챔버(2, 2')가 구리 무전해도금챔버라면, 기판도금장치는 구리이온 농도분석기, 산화제 농도 분석기, 환원제 농도 분석기, pH 측정유닛, 및 상기 분석기로부터 얻은 분결결과와 pH측정유닛에 의해 측정된 pH에 근거하여 도금용액을 제조하는 도금용액 제조유닛을 구비할 수도 있다. 이러한 분석기, pH-측정유닛, 및 도금용액 조제유닛은 기판도금장치의 다른 구성요소와 일체로 통합되어 단일 장치를 이룰 수도 있다. 기판도금장치는 상기 모든 것들을 구비하지 않고 상기 분석기들과 pH측정기유닛의 몇 개만을 구비할 수 도 있다.
만일 보호층도금챔버(12)가 Ni-B 무전해 도금챔버라면, 기판도금장치는 니켈 이온 농도분석기, 산화제 농도 분석기, 환원제 농도 분석기, pH 측정유닛, 및 상기 분석기로부터 분석의 결과와 pH측정유닛으로 측정된 pH에 근거하여 도금용액을 제조하는 도금용액 제조유닛을 구비할 수도 있다. 이러한 분석기들, pH-측정유닛, 및 도금용액 조제유닛은 기판도금장치의 다른 구성요소와 일체로 결합되어 단일 장치로 될 수 도 있다. 기판도금장치는 상기 모든 장치를 구비하지 않고 상기 분석기들과 pH 측정유닛의 일부만을 구비할 수도 있다.
기판도금장치는 이온을 회복하는 이온 교환 타워, 유기물질을 회복하는 활성 탄소 추출 타워, 배기가스를 처리하는 세정기, 및 분출된 용액을 응결하고 배출하는 응결기를 포함할 수 도 있다. 상기 타워들, 상기 세정기(scrubber), 및 상기 응결기는 기판도금장치의 다른 구성요소와 일체로 결합되어 단일장치를 이룰 수도 있다.
도 1, 3, 5, 6에 나타낸 기판도금장치에서 도금챔버, 물 세정챔버, 및 예비처리챔버의 개수는 단지 예시적인 것이지 도면에 나타낸 개수로써 제한되지 않는다.
화학기계적 폴리싱유닛은 슬러리 공급유닛, 배출 용액 처리유닛, 및 항온챔버(화학기계적 폴리싱유닛에 일체로 결합되어 단일의 일치형 설비로 될 수도 있음)와 연관될 수도 있다.
만일 도시된 기판도금장치 중의 어느 하나가 청정실 내에 설치되었다면, 처리되고 건조된 반도체 웨이퍼는 반드시 하역되어 장치내 미스트, 입자, 도금용액, 및 세정용액에 노출되지 않고 다음 공정으로 이송시킬 필요가 있다. 그러므로, 기판도금장치의 도금영역과 세정 및 건조 영역에서의 입자와 미스트는, 기판도금장치의 하역영역에 배치된 카세트에 들어있는 처리되고 건조된 반도체 웨이퍼에 들러붙지 않도록 해야만 한다.
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 상에 상호연결을 형성하는 기판도금장치의 평면도이다. 도 7에서 나타낸 바와 같이, 일반적으로 기판도금장치는, 반도체 웨이퍼를 축적하는 웨이퍼 카세트를 이송하는 적재 및 하역영역(20), 반도체 웨이퍼를 도금하는 도금영역(30), 도금된 반도체 웨이퍼를 세정하고 건조시키는 세정 및 건조영역(40)을 포함하여 이루어진다. 세정과 건조 영역(40)은 적재 및 하역영역(20) 및 도금영역(30) 사이에 위치된다. 적재 및 하역영역(20) 및 세정과 건조영역(40) 사이에 파티션(21)이 배치되고, 세정과 건조영역(40) 및 도금영역(30) 사이에 파티션(23)이 배치된다.
파티션(21)은 적재 및 하역 영역(20)과 세정 및 건조 영역(40) 사이에 반도체 웨이퍼를 이송하기 위해 내부에 형성된 통로(비도시)를 가지며, 이 통로를 개폐하기 위한 셔터(22)를 지지한다. 파티션(23)은 세정 및 건조 영역(40)과 도금 영역(30) 사이에 반도체 웨이퍼를 이송하기 위해 파티션 내에 형성된 통로(비도시)를 가지며, 이 통로를 개폐하기 위한 셔터(24)를 지지한다. 상기 세정 및 건조 영역(40)과 도금 영역(30)은 독립적으로 공기를 공급받으며 독립적으로 공기를 배기한다.
도 7에 도시된 상기 기판 도금 장치는 반도체 제조 장비를 수용하는 청정실 내에 위치한다. 적재 및 하역 영역(20), 도금 영역(30) 및 세정 및 건조 영역(40)내의 압력은 다음과 같이 선택된다:
적재 및 하역영역(20) 내의 압력 > 세정 및 건조영역(40) 내의 압력 > 도금영역(30) 내의 압력
적재 및 하역 영역(20)내의 압력이 청정실내의 압력보다 낮다. 따라서, 공기는 도금 영역(30)으로부터 세정 및 건조 영역(40)으로 흐르지 않으며, 또한 공기는 세정 및 건조 영역(40)으로부터 적재 및 하역 영역(20)으로 흐르지 않는다. 더욱이, 공기가 적재 및 하역(20)으로부터 청정실로 흐르지 않는다.
상기 적재 및 하역 영역(20)은 적재 유닛(20a) 및 하역 유닛(20b)을 수용하고, 각 유닛은 반도체 웨이퍼를 저장하기 위한 웨이퍼 카세트를 수용한다. 상기 세정 및 건조 영역(40)은 도금된 반도체 웨이퍼를 물로 세정하기 위한 두 개의 물 세정 유닛(41)과, 도금된 반도체 웨이퍼를 건조하기 위한 두 개의 건조 유닛(42)을 수용한다. 각각의 물 세정 유닛(41)은, 그 전방단부 상에 스펀지 층을 장착한 연필형태의 크리너 또는 스펀지 층을 외주면에 에워싸고 있는 롤러로 구성된다. 각각의 건조 유닛(42)은 탈수 및 건조를 위해 고속으로 반도체 웨이퍼를 돌리는 건조기를 포함한다. 또한, 세정 및 건조 영역(40)은 반도체 웨이퍼를 이송하기 위한 이송유닛(이송 로봇)(43)을 구비한다.
상기 도금 영역(30)은 도금에 앞서 반도체 웨이퍼를 예비처리하기 위한 복수개의 예비처리 챔버(31)와, 구리로 반도체 웨이퍼를 도금하기 위한 복수개의 도금 챔버(32)를 수용한다. 각각의 예비처리 챔버(31)는 황산을 포함하는 예비처리 용액조(bath)를 포함한다. 반도체 웨이퍼는 예비처리 챔버(31)내의 예비처리 용액조내에 담기어질 때 예비처리될 수 있다. 각각의 도금 챔버(32)는 구리 황산염을 포함하는 도금 용액조를 포함한다. 반도체 웨이퍼는 도금 챔버(32)내의 도금 용액조 내에 담기어질 때 구리로 도금될 수 있다. 또한, 도금 영역(30)은 반도체 웨이퍼를 이송하기 위한 이송 유닛(이송 로봇)을 갖는다.
도 8은 기판 도금 장치의 공기 흐름을 측면 전개로 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 청정 공기가 도관(46)을 통해 외부로부터 도입되어, 하향하는 청정 공기가 물 세정 유닛(41) 및 건조 유닛(42) 둘레로 흐름에 따라 팬에 의해 고성능 필터(44)를 통해 천장(40a)으로부터 세정 및 건조 영역(40)으로 보내지게 된다. 대부분의 공급된 세정 공기가 바닥(40b)으로부터 순환 도관(45)을 통해 천장(40a)으로 복귀하고, 이것으로부터의 청정 공기가 다시 팬에 의해 필터(44)를 통해 세정 및 건조 영역(40)으로 강제 압송된다. 세정 공기의 일부는 물 세정 유닛(41) 및 건조 유닛(42)으로부터 방출되어 도관(52)을 통해 세정 및 건조 영역 밖으로 방출된다.
예비처리 챔버(31) 및 도금 챔버(32)를 수용하는 도금영역(30)에서는, 비록 도금 영역(30)이 습식영역이기는 하지만 입자들이 반도체 웨이퍼 표면에 부착되어서는 안된다. 반도체 웨이퍼에 입자들이 가해지는 것을 방지하기 위해, 하향하는 세정 공기가 예비처리 챔버(31) 및 도금 챔버(32) 주위에서 흐른다. 청정 공기가 도관(39)을 통해 외부로부터 유입되고 팬에 의해 고성능 필터(33)를 통해 천장(30a)으로부터 도금 영역(30)으로 보내지게 된다.
만약 도금 영역(30)으로 유입된 하향하는 청정 공기의 전체량이 항상 외부로부터 공급된다면, 항상 도금 영역(30)으로 다량의 공기가 유입되고 방출되는 것이 요구된다. 이 실시예에 의하면, 공기는 세정 및 건조 영역(40)내의 압력 보다 낮은 도금 영역(30)내의 압력을 유지하도록 충분한 비율로 도관(53)을 통해 도금 영역으로부터 방출되고, 도금 영역(30)으로 유입된 하향의 세정 공기는 순환 도관(34, 35)을 통해 순환된다. 상기 순환 도관(34)은 세정 및 건조 영역(40)으로부터 연장되고 천장(30a) 위의 필터(33)에 연결된다. 상기 순환 도관(35)은 세정 및 건조 영역(40)내에 놓이고 세정 및 건조 영역(40)내의 파이프(34)로 연결된다.
예비처리 챔버(31) 및 도금 챔버(32) 주위를 통과한 순환 공기는 용액조로부터의 화학적 미스트 및 가스를 함유한다. 상기 화학적 미스트 및 가스가 파이프(35)에 연결된 파이프(34)내에 놓인 미스트 분리기(37, 38) 및 가스 세정기(scrubber)(36)에 의해 순환 공기로부터 제거된다. 세정 및 건조 영역(40)으로부터 가스 세정기(36) 및 미스트 분리기(37, 38)를 통하여 천장(30a) 위의 순환 도관(34)으로 되돌아 순환하는 공기는 어떠한 화학적 미스트 및 가스도 없게 된다. 그 다음에 세정 공기가 팬에 의해 필터(33)를 통해 보내져서 도금 영역(30)으로 되돌아 순환한다.
상기 공기의 일부는 도금 영역(30)의 바닥(30b)에 연결된 도관(53)을 통해 도금 영역(30)으로부터 방출된다. 화학적 미스트 및 가스를 함유한 공기 역시 도금 영역(30)내의 H2SO4 순환 탱크(51) 및 도금 용액 순환 탱크(50)로부터 도관(53)을 통해 방출된다. 도관(53)을 통해 방출된 공기량과 같은 양인 청정 공기량이 도관(39)으로부터 청정실내의 압력에 대하여 그 안에서 발생된 부압 하에 도금 챔버(30)로 공급된다.
상기 기술된 바와 같이, 도금 영역(30)내의 압력보다 높은 세정 및 건조 영역(40)내의 압력 보다 적재 및 하역 영역(20)내의 압력이 더 높다. 셔터(22, 24)(도 7 참조)가 개방되면, 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 공기가 적재 및 하역 영역(20), 세정 및 건조 영역(40), 및 도금 영역(30)을 통해 연속적으로 흐른다. 세정 및 건조 영역(40)과 도금 영역(30)으로부터 방출된 공기가 도관(52, 53)을 통해 청정실의 밖으로 연장되는 공통 도관(54)(도 10 참조)으로 흐른다.
도 10은 도 7에 도시된 청정실에 위치하는 기판 도금 장치의 사시도를 도시한다. 상기 적재 및 하역 영역(20)은 그 안에 형성된 카세트 이송 포트(55)를 갖는 측벽과 제어판넬(56)을 포함하고, 이것은 파티션벽(57)에 의해 청정실로 나누어진 작업 영역(58)으로 노출된다. 상기 파티션벽(57)은 또한 기판 도금 장치가 설치된 청정실내의 활용 영역(59)을 나눈다. 기판 도금 장치의 다른 측벽들은 공기의 청정도가 작업 영역(58)내의 공기 청정도보다 낮은 활용 영역(59)에 노출된다.
상기 기술된 바와 같이, 세정 및 건조 영역(40)이 적재 및 하역 영역(20)과 도금 영역(30) 사이에 놓인다. 파티션(21)이 적재 및 하역 영역(20)과 세정 및 건조 영역(40) 사이에 놓이고, 파티션(23)이 세정 및 건조 영역(40)과 도금 영역(30) 사이에 놓인다. 건조 반도체 웨이퍼가 작업 영역(58)으로부터 카세트 이송 포트(55)를 통해 기판 도금 장치로 적재되면, 기판 도금 장치에서 도금된다. 상기 도금된 반도체 웨이퍼는 세정되고 건조되며, 기판 도금 장치로부터 카세트 이송 포트(55)를 통해 작업 영역(58)으로 하역된다. 결과적으로, 입자 및 미스트가 반도체 웨이퍼 상에 부착되지 않으며, 활용 영역(57)보다 높은 공기 청정도를 가진 작업 영역(58)은 입자, 화학적 미스트, 및 세정 용액 미스트에 의해 오염되는 것이 방지된다.
도 7 및 도 8에 도시된 제 5 실시예에 있어서, 기판 도금 장치는 적재 및 하역 영역(20), 세정 및 건조 영역(40), 및 도금 영역(30)을 가진다. 그러나, 화학기계적 폴리싱(CMP) 유닛을 수용하는 영역이 도금 영역에 인접 또는 안에 위치할 수 있으며, 세정 및 건조 영역(40)이 도금 영역(30) 또는 화학기계적 폴리싱 유닛과 적재 및 하역 영역(20)을 수용하는 영역 사이에 위치할 수도 있다. 어떠한 다양한 다른 적당한 영역 및 유닛 레이아웃이 건조 반도체 웨이퍼가 기판 도금 장치로 적재될 수 있는 한 채택 될 수 있으며, 도금된 반도체 웨이퍼는 세정 및 건조될 수 있으며, 그 후에 기판 도금 장치로부터 하역된다.
도 11 내지 도 15는 본 발명의 제 6 실시예에 의한 반도체 웨이퍼 상에 상호연결을 형성하기 위한 기판 도금 장치를 도시한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 기판 도금 장치(110)는 파티션(111)으로 분할된 세정 영역(113)과 오염 영역(112)을 갖는다. 오염 영역(112) 및 세정 영역(113)은 독립적으로 공급되고 공기를 방출한다. 세정 영역(113)내의 압력은 오염 영역(112)내의 압력보다 높다.
상기 세정 영역(113)은 적재 유닛(114a), 하역 유닛(114b), 도금된 반도체 웨이퍼를 세정하고 건조하기 위한 두 개의 세정 및 건조 유닛(160), 및 반도체 웨이퍼를 이송하기 위한 이송 유닛(이송 로봇)(161)을 수용한다. 상기 오염 영역(112)은 예비처리 용액조에 의해 반도체 웨이퍼를 예비처리하기 위한 두 개의 예비처리 챔버(118), 도금 용액 용기들에 의해 구리로 반도체 웨이퍼를 도금하기 위한 복수개의 도금 챔버(119), 및 반도체 웨이퍼를 이송하기 위한 이송 유닛(이송 로봇)(162)을 수용한다.
예비처리 챔버(118) 및 도금 챔버(119)는 구조와 동작 면에서 상기 실시예와 유사하다.
도 12에 도시된 바와 같이, 오염 영역(112)내에 위치하는 이송 유닛(162)은 예를 들면, 팔(163)의 선단부 상에 장착된 개폐 가능한 그리핑 핸드(gripping hand)(164)를 구비한 복수개의 상호 연결된 팔(163)을 구비한 6축 로봇으로 구성된다. 그리핑 핸드(164)는 그 내주면 상에 장착된 회전가능한 복수개의 롤러(163)를 갖는 링의 형태이다.
도 11 및 13에 도시된 바와 같이, 복수개의(도시된 실시예에서는 4개) 지지베이스(166)를 구비한 적재 스테이지(167)가 파티션(111)에 인접한 세정 영역(113)내에 장착된다. 세정 영역(113)내의 이송 유닛(161)이 도금된 반도체 웨이퍼(W)를 지지하고 반도체 웨이퍼(W)를 적재 스테이지(167)의 지지베이스(166) 상으로 위치시키고, 그 다음에 오염영역(112)내의 이송 유닛이 지지베이스(166)로부터 반도체 웨이퍼(W)를 집어 올린다.
도 13에 도시된 바와 같이, 파티션벽(170)이 적재 스테이지(164)와 파티션(111) 사이에 위치한다. 파티션벽(170)은 이송 유닛(162)의 그리핑 핸드(164)의 통로를 위한 그 안에 형성된 개구(170a)와 개구(170a)를 개폐하기 위한 실린더(171)에 의해 작동 가능한 셔터(172)를 갖는다. 파티션(111)은 또한 이송 유닛(162)의 그리핑 핸드(164)의 통로를 위한 그 안에 형성된 개구(111a)를 갖는다.
예비세정챔버(183)가 적재 스테이지(167)와 병렬관계로 파티션(111)에 인접하여 위치한다. 상기 예비세정챔버(183)는 파티션벽(170)에 접촉하는 후방 파티션벽(180), 후방 파티션벽(180)과 결합된 실질적으로 C형의 전방 파티션벽(181), 및 천장(182)(도 15 참조)에 의해 박스와 같이 형성된다. 상기 예비세정챔버(183)는 복수개의 (도시된 실시예에서는 4개) 지지베이스(184)를 구비하는 하역 스테이지(185)를 수용한다. 상기 하역 스테이지(185)는 상기 적재 스테이지(167)와 구조가 똑같다.
도 15에 도시된 바와 같이, 세정 용액을 분사하기 위한 두 개의 수직으로 이격된 분사 노즐(186)이 예비세정챔버(183)내에 위치한다.
도 13 및 도 15에 도시된 바와 같이, 후방파티션벽(180)은 오염 영역(112)내의 이송 유닛(162)의 그리핑 핸드(164)의 통로를 위한 그 안에 형성된 개구(180a)와 개구(180a)를 개폐하기 위한 실린더(187)에 의해 작동되는 셔터(188)를 갖는다. 상기 전방 파티션벽(181)은 세정 영역(113)내의 이송 유닛(161)의 그리핑 핸드의 통로를 위한 그 안에 형성된 개구(181)와 개구(181a)를 개폐하기 위한 실린더(189)에 의해 작동 가능한 셔터(190)를 갖는다. 파티션(111)내의 개구(111a)가 적재 스테이지(167) 뒤쪽의 위치로부터 이송 유닛(162)의 그리핑 핸드(164)가 개구(170a, 180a)로부터 자유롭게 떨어지거나 향하여 이동할 수 있도록 허용하는 예비세정챔버(183) 뒤쪽의 위치로 계속 연장한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 셔터(188)는 이송 유닛(162)의 팔(163)의 통로를 위한 그 상부에지내에 형성된 함몰부(188a)를 갖는다.
오염 영역(112) 내의 이송 유닛(162)의 그리핑 핸드(164)는 함몰부(188a)를 통하여 예비세정챔버(183)로 삽입될 수 있다. 따라서, 그리핑 핸드(164) 및 그것에 의해 붙들린 도금된 반도체 웨이퍼(W)는 예비세정챔버(183)내에서 대략적으로 세정될 수 있다. 그리핑 핸드(164) 및 그것에 의해 붙들린 도금된 반도체 웨이퍼(W)가 예비세정챔버(183)내에서 대략적으로 세정된 후에, 그리핑 핸드(164)가 하역 스테이지(185)의 지지베이스(184)상에 반도체 웨이퍼(W)를 위치시킨다. 지지베이스(184)상에 놓인 반도체 웨이퍼(164)는 다시 대략적으로 세정되고, 그 후에 세정 영역(113)내의 이송 유닛(161)에 의해 들어 올려진다.
보다 자세히는, 셔터(188)가 실린더에 의해 내려감에 의해 개방되고, 이송 유닛(162)의 그리핑 핸드(164)에 의해 붙들린 도금된 반도체 웨이퍼(W)가 예비세정챔버(183)로 도입된다. 셔터(188)가 그 다음에 들어올려지고, 이송 유닛(162)의 팔(163)이 함몰부(188a)를 통해 삽입되어지고, 분사 노즐(186)이 세정 용액을 그리핑 핸드(164) 및 반도체 웨이퍼(W)를 대략적으로 세정하기 위해 반도체 웨이퍼(W)에 분사된다. 그 후에, 대략적으로 세정된 반도체 웨이퍼(W)는 지지베이스(184)상으로 위치되고, 그리핑 핸드(164)는 예비세정챔버로부터 후퇴된다. 그 다음에, 셔터(188)가 완전히 폐쇄된다.
그 다음에, 분사 노즐(186)이 다시 반도체 웨이퍼(W)를 대략적으로 세정하기 위하여 세정 용액을 반도체 웨이퍼(W) 상으로 다시 분사한다. 그 후에, 셔터(190)가 개방되고, 세정 영역(113)내의 이송 유닛(161)의 그리핑 핸드가 예비세정챔버(183)로 삽입된다. 이송 유닛(161)의 그리핑 핸드가 반도체 웨이퍼(W)를 들어올리고 반도체 웨이퍼(W)를 예비세정챔버(183)로부터 제거하면, 셔터(190)는 폐쇄된다.
오염 영역(112)내의 이송 유닛(162)의 그리핑 핸드(164)가 도금된 반도체 웨이퍼(W)와 함께 대략적으로 세정되기 때문에, 도금 용액이 그리핑 핸드(164) 상에 가해지고 증착되어지는 것을 방지할 수 있다. 결과적으로, 그리핑 핸드(164)는 실질적인 어떠한 오염물질이 세정 영역(113)내의 이송 유닛(161)으로 이송되어지지 않는다.
도시된 제 6 실시예에 있어서, 세정 영역(113)은 하역 스테이지(185)를 수용하는 예비세정챔버(183) 및 적재 스테이지(167)를 수용한다. 그러나, 하역 스테이지(185)를 수용하는 예비세정챔버(183) 및 적재 스테이지(167)는 오염 영역(112)내에 위치할 수도 있다.
도시된 실시예에 있어서, 본 발명은 반도체 웨이퍼를 도금하기 위한 기판 도금 장치를 공급한다. 그러나, 본 발명의 원리는 반도체 웨이퍼 이외의 기판을 도금하는 기판 도금 장치에도 또한 적용 가능하다. 더욱이, 기판 도금 장치에 의해 도금되는 기판 상의 영역은 기판 상의 연결 영역에 한정되지 않는다. 기판 도금 장치는 구리 이외의 다른 금속으로 기판을 도금하는데 사용될 수 있다.
비록 본 발명의 어떤 바람직한 실시예가 자세히 설명되고 도시됐지만, 첨부되는 청구항의 범위를 이탈하지 않으면서 그 안에서 다양한 변형과 변화가 일어날 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 반도체 기판 위에 상호연결을 형성하는 기판도금장치의 평면도;
도 2a와 도 2b는 도 1에 나타낸 기판도금장치에 의해 수행되는 상호연결영역의 도금과정을 나타내는 부분 단면도;
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따라 반도체 웨이퍼 위에 상호연결을 형성하는 기판도금장치의 평면도;
도 4a부터 도 4d는 도 3에 나타낸 기판도금장치에 의해 수행되는 상호연결의 도금공정을 나타내는 부분 단면도;
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 위에 상호연결을 형성하는 기판도금장치의 평면도;
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따라 반도체 웨이퍼 위에 상호연결을 형성하는 기판도금장치의 평면도;
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따라 반도체 웨이퍼 위에 상호연결을 형성하는 기판도금장치의 평면도;
도 8은 도 7에 나타낸 기판도금장치에서 공기의 흐름을 나타내는 개략도;
도 9는 도 7에 나타낸 기판도금장치에서 영역들 사이의 공기의 흐름을 나타내는 단면도;
도 10은 도 7에 나타낸 기판도금장치(청정실(clean room) 내에 위치함)의 사시도;
도 11은 본 발명의 제 6 실시예에 따라 반도체 웨이퍼 위에 상호연결을 형성하는 기판도금장치의 평면도;
도 12는 도 11의 ⅩⅡ-ⅩⅡ의 선을 따른 단면도;
도 13은 도 11에 나타낸 기판도금장치의 적재단계 및 예비 세정챔버를 나타내는 평면도;
도 14는 도 13에 나타낸 ⅩⅣ-ⅩⅣ의 선을 따른 단면도;
도 15는 도 13의 ⅩⅤ-ⅩⅤ의 선을 따른 단면도이다.

Claims (16)

  1. 기판을 도금한 후에 폴리싱하는 기판도금장치에 있어서,
    기판의 표면 상에 제1층을 형성하는 제1도금유닛;
    상기 기판을 화학기계적으로 폴리싱하여, 상기 기판의 표면으로부터 상기 제1층의 원하지 않는 부분을 제거하는 제1화학기계적폴리싱유닛;
    상기 기판이 화학기계적으로 폴리싱된 이후에 상기 기판을 세정하는 세정유닛;
    상기 기판이 세정된 이후에 상기 기판을 건조시키는 건조유닛; 및
    상기 제1도금유닛, 제1화학기계적폴리싱유닛, 세정유닛, 및 건조유닛 각각으로 및 각각으로부터 상기 기판을 이송하는 기판이송장치를 포함하여 이루어지고,
    상기 제1도금유닛, 상기 제1화학기계적폴리싱유닛, 상기 세정유닛, 상기 건조유닛, 및 상기 기판이송장치는 하나의 단일장치로 형성되며,
    상기 제1도금유닛 내 공기압은 상기 세정유닛 및 상기 건조유닛 내 공기압보다 낮은 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1층을 형성하기 위하여, 상기 제1도금유닛에 의하여 사용된 도금용액의 성분들의 농도를 분석하는 농도분석장치를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 농도분석장치는,
    (i) 구리 이온 농도 분석기;
    (li) 산화제 농도 분석기;
    (ili) 환원제 농도 분석기;
    (iv) pH 측정 유닛;
    (v) 산소 농도 분석기; 및
    (vi) 도금 첨가제 농도 분석기 중의 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1도금유닛은 상기 기판의 표면상에 구리층을 전기도금하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  5. 기판 상에 층을 형성하는 기판도금장치에 있어서,
    기판을 저장하는 카세트를 이송시키는 적재 및 하역 영역;
    상기 기판 상에 층을 형성하는 도금 영역;
    상기 기판을 세정 및 건조하는 세정 및 건조 영역; 및
    상기 적재 및 하역 영역과 상기 도금 영역 사이에 배치된 제1파티션으로서, 상기 적재 및 하역 영역과 상기 도금 영역 사이를 통하여 상기 기판을 이송하도록 형성된 통로를 구비한 상기 제1파티션을 포함하여 이루어지고,
    상기 장치는 청정실 내에 설치되고, 상기 청정실 내의 공기압은 상기 도금영역내의 공기압보다 높고,
    상기 세정 및 건조 영역 내의 공기압은 상기 도금 영역 내의 공기압보다 높은 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 세정 및 건조 영역은 상기 적재 및 하역 영역과 상기 도금 영역 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 적재 및 하역 영역과 상기 세정 및 건조 영역 사이에 배치된 제2파티션을 더 포함하여 이루어지고, 상기 제2파티션은 상기 적재 및 하역 영역과 상기 세정 및 건조 영역 사이를 통하여 상기 기판을 이송하도록 형성된 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  8. 기판을 도금한 후에 폴리싱하는 기판도금장치에 있어서,
    기판의 표면 상에 제1층을 형성하는 제1도금유닛;
    상기 기판을 화학기계적으로 폴리싱하여, 상기 기판의 표면으로부터 상기 제1층의 원하지 않는 부분을 제거하는 제1화학기계적폴리싱유닛;
    상기 기판이 화학기계적으로 폴리싱된 이후에 상기 기판을 세정하는 세정유닛;
    상기 기판이 세정된 이후에 상기 기판을 스핀건조시키는 스핀건조유닛; 및
    상기 제1도금유닛, 제1화학기계적폴리싱유닛, 세정유닛, 및 스핀건조유닛 각각으로 및 각각으로부터 상기 기판을 이송하는 기판이송로봇을 포함하여 이루어지고,
    상기 제1도금유닛, 상기 제1화학기계적폴리싱유닛, 상기 세정유닛, 상기 스핀건조유닛, 및 상기 기판이송로봇은 하나의 단일장치로 형성되고,
    상기 제1도금유닛 내 공기압은 상기 세정유닛 및 상기 스핀건조유닛 내 공기압보다 낮은 것을 특징으로 하는 기판도금장치,
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1층을 형성하기 위하여, 상기 제1도금유닛에 의하여 사용된 도금용액의 성분들의 농도를 분석하는 농도분석장치를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  10. 제 9항에 있엇,
    상기 농도분석장치는,
    (i) 구리 이온 농도 분석기;
    (ii) 산화제 농도 분석기;
    (iii) 환원제 농도 분석기;
    (iv) pH 측정 유닛;
    (v) 산소 농도 분석기; 및
    (vi) 도금 첨가제 농도 분석기 중의 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 농도분석장치에 의하여 분석된 농도에 기초하여 도금용액을 준비하기위한 도금용액준비장치를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  12. 기판 상에 층을 형성하는 기판도금장치에 있어서,
    기판을 저장하는 카세트를 이송시키는 적재 및 하역 영역;
    상기 기판 상에 층을 형성하는 도금 영역;
    상기 기판을 세정 및 스핀건조하는 세정 및 건조 영역;
    상기 기판을 상기 도금 영역으로부터 상기 세정 및 건조 영역으로 이송시키는 이송로봇; 및
    상기 적재 및 하역 영역과 상기 도금 영역 사이에 배치된 제1파티션으로서, 상기 적재 및 하역 영역과 상기 도금 영역 사이를 통하여 상기 기판을 이송하도록 형성된 통로를 구비한 상기 제1파티션을 포함하여 이루어지고,
    상기 기판도금장치는 청정실 내에 설치되고, 상기 청정실 내의 공기압은 상기 도금 영역내의 공기압보다 높은 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 세정 및 건조 영역은 상기 적재 및 하역 영역과 상기 도금 영역 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 기판도금장치는 청정실 내에 설치되고, 상기 청정실 내의 공기압은 상기 세정 및 건조 영역 내의 공기압보다 높고, 상기 세정 및 건조 영역 내의 공기압은 상기 도금 영역 내의 공기압보다 높은 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 층을 형성하기 위하여, 상기 도금 영역에 의하여 사용된 도금용액의 성분들의 농도를 분석하는 농도분석장치를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 농도분석장치는,
    (i) 구리 이온 농도 분석기;
    (ii) 산화제 농도 분석기;
    (iii) 환원제 농도 분석기;
    (iv) pH 측정 유닛;
    (v) 산소 농도 분석기; 및
    (vl) 도금 첨가제 농도 분석기 중의 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
KR1019980038368A 1997-09-17 1998-09-17 기판도금장치 KR100554855B1 (ko)

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