KR100660343B1 - 전기화학 도금 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기화학 도금 공정시 기판에 전원을 공급하는 콘택 링(Contact Ring)의 오염을 세정할 수 있도록 한 전기화학 도금 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전기화학 도금 방법은 시드층이 형성된 기판을 콘택 링에 전기적으로 접촉시킨 후, 애노드에 대향하도록 전해질 용액에 침지시키는 단계와, 상기 콘택 링에 제 1 바이어스 전원을 인가하여 상기 애노드로부터의 금속이온을 상기 시드층에 도금하는 단계와, 상기 금속이온이 도금된 상기 기판을 상기 전해질 용액에서 꺼내어 상기 콘택 링에서 언로딩시키는 단계와, 상기 콘택 링에 제 2 바이어스 전원을 인가하여 상기 콘택 링을 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하여 본 발명은 ECP 공정 후, 기판이 없는 콘택 링에 바이어스 전원, 즉 양극의 전류를 공급함으로써 ECP 공정시 콘택 링의 표면에 도금된 금속을 깨끗하게 세정할 수 있게 된다. 따라서 본 발명은 ECP 공정 후 콘택 링을 깨끗하게 세정함으로써 콘택 링에 도금된 금속으로 인한 불량을 방지할 수 있다.
ECP, 기판, 시드층, 금속이온, 콘택 링
Description
도 1은 종래의 전기화학 도금 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 종래의 전기화학 도금 방법을 단계적으로 나타내는 순서도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기화학 도금 방법을 단계적으로 나타내는 순서도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시 예에 따른 전기화학 도금 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10, 110 : 프로세스 베스 12, 112 : 전해 셀
14, 114 : 전해질 용액 20, 120 : 기판
30, 130 : 애노드 40, 140 : 시드층
50, 150 : 콘택 링 60, 160 : 제어기
본 발명은 전기화학 도금에 관한 것으로, 특히 전기화학 도금 공정시 기판에 전원을 공급하는 콘택 링(Contact Ring)의 오염을 세정할 수 있도록 한 전기화학 도금 방법에 관한 것이다.
회로보드 상에 라인을 제조하기 위해 집적회로 설계에 앞서 제한되는 전기화학 도금(Electro Chemical Plating; 이하, ECP라 함)은 기판 내에 비아 및 콘택과 같은 피춰(Feature)를 채우는데 사용된다. 일반적으로 ECP 공정은 우선 기판의 미세 구조물(Feature of the substrate) 및 표면에 시드층(Seed Layer)을 증착하는 것을 포함하고, 시드층 증착공정은 일반적으로 ECP 공정과 분리되어 있다. 그 후, 기판의 표면 미세 구조물이 전기화학 도금용액(Solution)에 노출되는 동안 그와 동시에 전기적 바이어스(Electrical Bias)는 기판 및 도금 용액에 위치되는 애노드(Anode) 사이에 인가된다. 도금 용액은 일반적으로 기판의 표면에 도금되는 양 이온이 풍부하므로 전기적 바이어스로 인해 양 이온들이 도금 용액으로부터 튀어나와 시드층에 도금된다.
도 1은 종래의 ECP 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 ECP 장치는 프로세스 베스(10)와, 프로세스 베스(10)에 채워지는 전해질 용액(14)을 포함하는 전해 셀(12)과, 전해 셀(12)의 바닥에 설치되며 금속(예를 들어 구리)재질의 애노드(Anode)(30)와, 애노드(30)와 대향되도록 설치되는 기판(또는 웨이퍼)(20)과, 기판(20) 상에 형성되는 시드층(40)과, 기판(20)을 지지함과 아울러 전원을 인가하기 위한 콘택 링(50)과, 콘택 링(50)과 애노드(30) 사이를 전기적으로 바이어스시키기 위한 제어기(60)를 구비한다.
제어기(60)는 콘택 링(50)에 전류를 공급함으로써 기판(20)에 형성된 시드층 (40)과 애노드(30) 사이에 전계를 형성시킨다.
애노드(30)는 제어기(60)로부터의 전원과 전해질 용액(14) 사이의 화학반응에 의해 금속이온을 시드층(40)으로 공급한다.
전해 셀(12)은 전해질 용액(14)을 포함하며, 콘택 링(50)에 의해 주변이 한정되는 개구부를 포함한다. 여기서, 전해질 용액(14)은 애노드(30)로부터 공급되는 금속이온을 기판(20) 상의 시드층(40)으로 운반하는 역할을 한다. 이때, 시드층(40) 상에 금속막 증착을 강화시키기 위하여 전해질 용액(14)의 유체 흐름은 애노드(30)에서 기판(20)을 향하도록 설정된다. 예를 들어, 전해질 용액(14)의 유체 흐름은 애노드(30)의 아래로부터 애노드(30)를 통해, 또는 애노드(30) 부근에서 기판(20)을 향하게 설정될 수 있다.
콘택 링(50)은 시드층(40)과 물리적으로 전기적으로 접촉하는 다수의 금속 또는 금속 합금의 전기적 콘택 부재를 포함한다. 전기적 콘택 부재는 예를 들면, 콘택 핀, 콘택 로드, 콘택 표면, 콘택 패드 등 일 수 있다. 이러한, 콘택 링(50)은 평면 형태 또는 경사면을 가지는 계단 형태로 제작될 수 있다.
한편, 콘택 링(50)과 전기적으로 접촉되는 기판(20)은 전해 셀(12)의 상부에 배치된 도시하지 않은 기판 홀더 장치에 의해 전해질 용액(14) 속으로 침지되거나, 침지된 전해질 용액(14)에서 빠져 나올 수 있다.
도 2는 종래의 ECP 방법을 단계적으로 나타내는 순서도이다.
도 2를 도 1과 결부하여 종래의 ECP 방법을 설명하면 다음과 같다.
우선, 기판(20) 상에 시드층(40)을 형성한 후, 콘택 링(50)에 전기적으로 접 촉되도록 안착시키게 된다. 제 1 단계(S1)
이어서, 기판(20) 상의 시드층(40)과 애노드(30) 사이에 전계를 형성하여 기판(20) 상에 금속막을 형성하게 된다. 제 2 단계(S2)
구체적으로, 제어기(60)로부터 콘택 링(50) 및 애노드(30)에 음극의 전류가 공급됨으로써 기판(20) 상의 시드층(40)과 애노드(30) 사이에 전계가 형성된다. 이로 인하여, 애노드(30)와 전해질 용액(14) 사이의 화학반응에 따라 애노드(30)를 형성하는 금속으로부터 전해질 용액(14) 속으로 금속이온을 공급하게 되고, 전해 셀(12)에서의 유체 흐름에 의해 금속이온을 애노드(30)로부터 시드층(40)으로 운반하게 된다. 따라서 시드층(40)으로 운반된 애노드(30)로부터의 금속이온은 시드층(40)에 증착되어 금속막을 형성하게 된다.
그런 다음, 기판(20) 상에 금속막이 형성되어 콘택 링(50)에 지지된 기판(20)을 전해 셀(12)에서 꺼내어 외부로 언로딩하게 된다. 제 3 단계(S3)
이와 같은, 종래의 ECP 방법은 ECP 진행 시 음극의 전류가 공급되어 전해질 용액(14) 내의 금속이온이 기판(20)에 금속으로 환원되어 도금이 이루어진다. 이때, 제어기(60)로부터의 전원을 기판(20)에 공급하는 콘택 링(50)에도 금속이 동시에 도금된다.
이와 같이 기판(20)의 금속 도금과 동시에 콘택 링(50)에 도금되는 금속막을 제거하기 위하여, 일정기간 단위로 탈이온수(DI)를 이용하여 세정하게 된다.
그러나, 탈이온수(DI)로 콘택 링(50)을 세정할 경우 콘택 링(50)에 도금되어 있는 금속이나 금속 산화물을 완벽하게 제거하기 어려우며, 기판(20)의 파티클 소 스(Particle Source)로 작용할 뿐 아니라 도금할 금속층의 두께 및 기판(20)에 도금되는 금속의 저항(Rs)이 불균일에도 영향을 미치게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 전기화학 도금 공정시 기판에 전원을 공급하는 콘택 링(Contact Ring)의 오염을 세정할 수 있도록 한 전기화학 도금 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 전기화학 도금 방법은 시드층이 형성된 기판을 콘택 링에 전기적으로 접촉시킨 후, 애노드에 대향하도록 전해질 용액에 침지시키는 단계와, 상기 콘택 링에 제 1 바이어스 전원을 인가하여 상기 애노드로부터의 금속이온을 상기 시드층에 도금하는 단계와, 상기 금속이온이 도금된 상기 기판을 상기 전해질 용액에서 꺼내어 상기 콘택 링에서 언로딩시키는 단계와, 상기 콘택 링에 제 2 바이어스 전원을 인가하여 상기 콘택 링을 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 콘택 링을 세정하는 단계는 상기 기판이 언로딩된 상기 콘택 링을 상기 전해질 용액에 침지시키는 단계와, 상기 전해질 용액에 침지된 상기 콘택 링에 상기 제 2 바이어스 전원을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 바이어스 전원은 음극의 전류이고, 상기 제 2 바이어스 전원은 양극의 전류인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기화학 도금 장치는 전해질 용액을 포함하는 전해 셀과, 시드층이 형성된 기판과, 상기 기판이 전기적으로 접촉되며 상기 전해질 용액에 선택적으로 침지되는 콘택 링과, 금속이온을 상기 시드층을 공급하는 애노드와, 상기 콘택 링에 바이어스 전원을 공급하는 제어기를 구비하고; 상기 제어기는 상기 시드층에 상기 금속이온의 도금시 상기 콘택 링에 제 1 바이어스 전원을 공급한 후, 상기 콘택 링을 세정하기 위하여 상기 콘택 링에 제 2 바이어스 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 바이어스 전원은 상기 도금 완료 후 상기 기판이 없는 상태에서 상기 전해질 용액에 침지된 상기 콘택 링에 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 바이어스 전원은 음극의 전류이고, 상기 제 2 바이어스 전원은 양극의 전류인 것을 특징으로 한다.
이하 발명의 바람직한 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기화학 도금(Electro Chemical Plating; 이하, ECP라 함) 방법을 단계적으로 나타내는 순서도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시 예에 따른 ECP 방법을 단계적으로 설명하기 위한 ECP 장치를 나타내는 도면이다.
도 3을 도 4a 및 도 4b와 결부하여 본 발명의 실시 예에 따른 ECP 방법을 설명하면 다음과 같다.
우선, 도 4a에 도시된 바와 같이 기판(또는 웨이퍼)(120) 상에 시드층(140) 을 형성한 후, 콘택 링(150)에 전기적으로 접촉되도록 로딩시키게 된다. 제 1 단계(S1)
이어서, 기판(120) 상의 시드층(140)과 애노드(130) 사이에 전계를 형성하여 기판(120) 상에 금속막을 형성하게 된다. 제 2 단계(S2)
구체적으로, 제어기(160)로부터 콘택 링(150) 및 애노드(130)에 음극의 전류가 공급됨으로써 기판(120) 상의 시드층(140)과 애노드(130) 사이에 전계가 형성된다. 이로 인하여, 애노드(130)와 전해질 용액(114) 사이의 화학반응에 따라 애노드(130)를 형성하는 금속으로부터 전해질 용액(114) 속으로 금속이온을 공급하게 되고, 전해 셀(112)에서의 유체 흐름에 의해 금속이온을 애노드(130)로부터 시드층(140)으로 운반하게 된다. 따라서 시드층(140)으로 운반된 애노드(130)로부터의 금속이온은 시드층(140)에 증착되어 금속막을 형성하게 된다. 여기서, 금속이온은 구리(Cu) 이온이 될 수 있다.
그런 다음, 도 4b에 도시된 바와 같이 기판(120) 상에 금속막이 형성되어 콘택 링(150)에 지지된 기판(120)을 전해 셀(112)에서 꺼내어 외부로 언로딩시키게 된다. 제 3 단계(S3)
한편, 제 2 단계(S2)에 있어서, ECP 진행 시 음극의 전류가 공급되어 전해질 용액(114) 내의 금속이온이 기판(120)에 금속으로 환원되어 도금이 이루어진다. 이때, 제어기(160)로부터의 전원을 기판(120)에 공급하는 콘택 링(150)에도 금속이 동시에 도금된다.
이에 따라, 제 2 단계(S2)에서 기판(120)에 전류를 공급시키는 역할을 하는 콘택 링(150)은 ECP 공정 진행 후, 기판(120)과 동일하게 금속이 도금된다. 도금된 콘택 링(150)은 유휴시간(Idle Time)이 길어질수록 도금된 금속이 산화(Oxide)될 가능성이 크며, 이러한 경우 원하는 전류를 기판(120)에 공급하기 어려워진다.
이를 개선하기 위해 기판(120)이 없는 상태에서 콘택 링(150)에 양극의 전류를 공급하여 콘택 링(150)의 표면에 도금된 금속이나 금속 산화물을 세정하여 원활한 전류 공급이 계속적으로 이루어질 수 있도록 한다. 제 4 단계(S4)
구체적으로, 도 4b에 도시된 바와 같이 제 3 단계(S3)에 의해 전해 셀(12)의 외부로 꺼내진 콘택 링(150)을 다시 전해 셀(112)의 전해질 용액(114)에 침지시킨 다음, 제어기(160)로부터 양극의 전류를 콘택 링(150)에 공급하게 된다. 이에 따라, 제어기(160)로부터 공급되는 양극의 전류에 의해 콘택 링(150)의 표면에 도금된 금속이 전해질 용액(114) 내로 금속 이온으로 용해(Dissolution)된다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 ECP 방법은 ECP 공정이 완료된 후, 기판(120)이 없는 상태의 콘택 링(150)에 양극의 전류를 공급함으로써 콘택 링(150) 표면에 도금되어 있는 금속이나 금속 산화물을 완벽하게 제거하게 된다.
결과적으로, 본 발명은 ECP 공정 완료 후 콘택 링(150)을 자동으로 세정하기 때문에 기판의 척킹(Chucking)을 하지 않아도 되므로, 백사이드 파티클(Backside Particle)의 생성을 방지하여 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 콘택 링(150)을 완벽하게 세정할 수 있으므로 파티클 소스(Particle Source)로 작용, 도금할 금속층의 두께 및 기판(20)에 도금되는 금속의 저항(Rs)이 불균일에 미치는 영향을 방지할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 전기화학 도금 방법은 ECP 공정 후, 기판이 없는 콘택 링에 바이어스 전원, 즉 양극의 전류를 공급함으로써 ECP 공정시 콘택 링의 표면에 도금된 금속을 깨끗하게 세정할 수 있게 된다. 따라서 본 발명은 ECP 공정 후 콘택 링을 깨끗하게 세정함으로써 콘택 링에 도금된 금속으로 인한 불량을 방지할 수 있다.
Claims (6)
- 시드층이 형성된 기판을 콘택 링에 전기적으로 접촉시킨 후, 애노드에 대향하도록 전해질 용액에 침지시키는 단계와,상기 콘택 링에 제 1 바이어스 전원을 인가하여 상기 애노드로부터의 금속이온을 상기 시드층에 도금하는 단계와,상기 금속이온이 도금된 상기 기판을 상기 전해질 용액에서 꺼내어 상기 콘택 링에서 언로딩시키는 단계와,상기 콘택 링에 제 2 바이어스 전원을 인가하여 상기 콘택 링을 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 도금 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 콘택 링을 세정하는 단계는,상기 기판이 언로딩된 상기 콘택 링을 상기 전해질 용액에 침지시키는 단계와,상기 전해질 용액에 침지된 상기 콘택 링에 상기 제 2 바이어스 전원을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 도금 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 바이어스 전원은 음극의 전류이고, 상기 제 2 바이어스 전원은 양 극의 전류인 것을 특징으로 하는 전기화학 도금 방법.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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