KR100694563B1 - 기판도금장치 - Google Patents

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KR100694563B1
KR100694563B1 KR1020007005920A KR20007005920A KR100694563B1 KR 100694563 B1 KR100694563 B1 KR 100694563B1 KR 1020007005920 A KR1020007005920 A KR 1020007005920A KR 20007005920 A KR20007005920 A KR 20007005920A KR 100694563 B1 KR100694563 B1 KR 100694563B1
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구리야마후미오
오구레나오아키
혼고아키히사
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 기판면상에 도금층을 형성하고 그 다음공정까지 상기 기판을 대기에 노출하는 일 없이 보관할 수 있는 기판도금장치를 제공한다. 또 반도체웨이퍼를 카세트에 넣지 않고 1매씩 연속적으로 도금장치내로 도입하여 처리할 수 있음과 동시에, 파티클오염이나 산화막의 형성을 적극 감소할 수 있고, 또한 공정을 적게 하여 장치의 설치면적을 작게 하는 것이 가능한 기판도금장치를 제공한다.
본 발명의 기판도금장치는 기판에 도금처리를 실시하는 도금처리부(20)와, 이 도금처리후의 기판을 세정하는 세정처리부(10)를 구비하는 기판도금장치에 있어서, 도금처리부에서 도금처리를 행하고 다시 세정처리부에서 세정처리가 종료된 기판을 보관액 중에 침지하여 보관하는 기판보관조(16)를 설치하였다.
또 도금처리되는 기판을 1매씩 기판도금장치내로 도입하여 도금처리 및 수세처리를 한 후, 1매씩 상기 기판도금장치밖으로 배출하도록 기판의 상기 기판도금장치내로의 도입과, 배출의 적어도 한쪽을 도금장치내의 기판반송기로 행하도록 하였다.

Description

기판도금장치{SUBSTRATE PLATING DEVICE}
본 발명은 기판에 도금을 실시하는 기판도금장치에 관한 것으로, 특히 반도체웨이퍼 등의 기판면상에 형성된 미세홈 및/또는 미세구멍으로 이루어지는 배선부에 배선층을 형성하는 도금장치로서 가장 적합한 기판도금장치에 관한 것이다.
종래, 반도체디바이스의 회로배선재료에는 알루미늄이 많이 사용되고 있다. 그리고 반도체디바이스의 배선형성은 알루미늄 스퍼터에 에치백을 행하는 방법이 많이 행해지고 있다. 한편 구리 등의 다른 금속재료에 의한 배선형성에는 상기한 방법으로는 배선형성이 곤란한 경우가 있다. 따라서 기판에 배선용 홈이나 구멍을 미리 형성하여 금속재료를 상기 홈이나 구멍속에 매몰하고, 그후 표면을 화학기계연마(CMP)하는 방법이 채용되고 있다.
그러나 반도체디바이스의 집적도의 향상에 따라 배선의 미세화가 진행되어 배선의 폭은 더욱 작아져 스텝커버리지가 커짐에 따라 종래 행하여졌던 스퍼터에 의한 미세홈이나 미세구멍(미세콘택트홀)으로 이루어지는 배선부에 금속을 매몰하기 위해서는 한계가 있고, 이들 배선부에 빈구멍이 생기기 쉽다는 문제가 있었다.
예를 들어 반도체디바이스의 고집적화에 의해 폭이 0.18㎛나 0.l3㎛의 배선홈이나 배선구멍이 요구된다. 이와 같이 미세화한 배선홈이나 배선구멍에 스퍼터 에 의해 금속재의 매몰을 행하는 것은 어렵다.
따라서 스퍼터에 의한 금속재의 매몰을 대신하여 이와 같은 미세홈이나 미세구멍으로 이루어지는 배선부를 포함하는 반도체웨이퍼 표면에 전해도금이나 무전해도금에 의해 Cu도금층을 형성하고, 그후 상기 배선부의 Cu도금층을 남겨, 반도체웨이퍼 표면의 Cu도금층을 제거하는 공정을 1개의 장치로 실시하는 기술의 개발이 요망된다.
또 Cu도금장치와 CMP장치가 분리되어 있는 경우에도 도금처리 세정후 공기중에 방치하면 Cu도금막 표면이 산화되거나 파티클이 부착한다는 문제가 있다.
또 Cu도금장치와 화학기계연마(CMP)장치를 분리하고 있으면, Cu도금장치에서는 반도체웨이퍼는 Cu도금 종료 후에 건조하여 반출되고, 화학기계연마(CMP)장치에는 건조된 상태의 반도체웨이퍼가 반입되게 되어 건조공정이라는 여분의 공정이 필요하게 된다. 또 다시 배선도금층상에 설치하는 덮개도금장치를 분리하고 있으면 상기한 바와 같이 건조반출, 건조반입의 문제에 더하여 시간경과에 의한 배선도금층의 표면산화가 진행된다는 문제가 있다.
또한 도금처리공정의 전공정인 시드층의 형성을 무전해 Cu도금 또는 액조성이 다른 전해 Cu도금으로 행하는 경우, 이들 도금처리 및 세정처리후의 반도체웨이퍼를 건조시켜 웨이퍼카세트에 넣어 이 웨이퍼카세트마다 장치사이를 이동시키고 있으나, 이 방법보다도 반도체웨이퍼에 세정액이 부착된 상태, 즉 젖은 상태에서 Cu도금장치에 도입하는 것이 건조공정 등을 생략할 수 있다. 그것을 위해서는 반도체웨이퍼를 카세트에 넣지 않고 1매씩 연속적으로 Cu 도금장치내로 도입하는 것 이 반도체웨이퍼의 오염의 문제가 적어진다.
또 반도체웨이퍼를 1매씩 Cu도금장치내에 도입한 후 도금처리되기까지의 대기시간중 파티클오염, 산화막형성방지를 위해 순수 중이나 희석황산 중에 일시보관시키고 있으면, 도금액 중에 반도체웨이퍼를 침지한 후에 표면산화피막을 제거하기 위한 무통전시간의 설정이 불필요하게 된다.
또 반도체디바이스가 미세화하여 구멍 중의 시트층의 두께가 얇아지면 표면산화피막을 제거하는 목적의 에칭은 아주 적지 않으면 안된다. 즉, 도금처리전의 산화막형성을 적극 방지하지 않으면 안된다. 또 도금처리후의 반도체웨이퍼를 연속적으로 1매씩 Cu도금장치밖으로 배출한 그 후 공정인 CMP 장치를 접근시켜 설치하면 장치로서는 Cu도금장치와 CMP장치는 분리는 되어 있으나, 언로드스테이지나 경우에 따라서는 건조공정을 생략할 수 있기 때문에 장치의 설치면적을 적게 하는 것이 가능하게 된다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 기판면상에 도금층을 형성하고, 그 다음공정까지 상기 기판을 대기에 노출하지 않고 보관할 수 있는 기판도금장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 기판면상에 도금층을 형성하고, 그 후 배선부의 도금층을 남겨 기판면상에서 도금층을 제거하는 CMP 처리 등의 웨트(wet)처리를 포함하는 모든 처리공정을 연속하여 실시할 수 있는 장치를 용이하게 실현할 수 있는 기판도금장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 반도체웨이퍼를 카세트에 넣지 않고 1매씩 연속적으로 도금장치내로 도입하여 처리할 수 있음과 동시에, 파티클오염이나 산화막의 형성을 적극 감소할 수 있고 또한 공정을 적게 하여 장치의 설치면적을 작게 하는 것이 가능한 기판도금 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 청구항 1에 기재된 발명은, 기판에 도금처리를 실시하는 도금처리부와, 이 도금처리후의 기판을 세정하는 세정처리부를 구비하는 기판도금장치에 있어서, 도금처리부에서 도금처리를 행하고 또한 세정처리부에서 세정처리가 종료된 기판을 보관액 중에 침지하여 보관하는 기판보관조를 설치한 것을 특징으로 한다.
청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 도금처리부에서 도금처리를 행하고 또한 세정부에서 세정처리가 종료된 기판을 보관액 중에 침지하여 보관하는 기판보관조를 설치하였기 때문에 기판면상에 도금층을 형성하고, 그 다음공정까지 상기 기판을 대기에 노출하지 않고 보관할 수 있어 파티클오염 및 산화막의 형성을 방지할 수 있다.
또 청구항 3에 기재된 발명은, 기판에 도금처리를 실시하는 도금처리부를 구비하는 기판도금장치에 있어서, 도금처리부에서 도금처리를 행하고, 이 도금처리후의 기판을 순수가 흐르는 수로 중을 이동시키는 기판수중반송기를 설치한 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 다음공정까지 상기 기판을 대기에 노출하지 않고 이동시키는 것이 가능함과 동시에, 상기 기판반송기의 반송끝단에 CMP나 세정처리공정과 같이 웨트처리 및 건조처리공정을 배치할 수 있다. 이에 따라 기판면상에 도금층을 형성하고, 그 후 도금층의 배선부를 남기고 기판면상에서 도금층을 제거하는 CMP 처리 등의 웨트처리를 포함하는 모든 처리공정을 연속하여 실시할 수 있는 장치를 용이하게 실현할 수 있다.
또 청구항 4에 기재된 발명은, 기판에 도금처리를 실시하는 도금처리부와, 이 도금처리후의 기판을 세정하는 세정처리부를 구비하는 기판도금장치에 있어서, 도금처리되는 기판을 1매씩 기판도금장치내로 도입하여 도금처리 및 수세처리를 행한 후, 1매씩 상기 기판도금장치밖으로 배출하도록 기판의 상기 기판도금장치내로의 도입과 배출중의 적어도 한쪽을 도금장치내의 기판반송기로 행하는 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 예를 들어 도금공정의 전공정인 시드층의 형성을 무전해 Cu도금 또는 액조성이 다른 전해 Cu도금으로 행하는 경우, 이들 도금처리 및 세정처리후의 반도체웨이퍼를 건조시켜 웨이퍼카세트에 넣어 이 웨이퍼카세트마다 장치사이를 이동시킬 필요가 없고, 세정액이 부착된 상태에서 기판을 취급할 수 있어 건조공정 등을 생략할 수 있다. 이 때문에 전체로서 장치규모 전체를 작게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태예의 반도체웨이퍼 배선도금장치의 평면구성을 나타내는 도,
도 2는 반도체웨이퍼 배선도금장치에 의해 도금을 행하는 공정의 일례를 나 타내는 반도체웨이퍼 단면도,
도 3은 반도체웨이퍼 배선도금장치에 사용하는 기판보관조의 구성을 나타내는 도,
도 4는 반도체웨이퍼 배선도금장치에 사용하는 수중반송기구의 구성을 나타내는 도,
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태예의 반도체웨이퍼 배선도금장치에 인접하여 CMP실, 세정모듈 등을 배치한 평면구성을 나타내는 도,
도 6은 도 5의 변형예를 나타내는 도,
도 7은 본 발명의 제 2 실시형태예의 기판도금장치의 평면구성을 나타내는 도,
도 8은 도 7의 변형예를 나타내는 도,
도 9는 도 7의 다른 변형예를 나타내는 도,
도 10은 도 7의 또 다른 변형예를 나타내는 도,
도 11은 본 발명의 제 2 실시형태예의 기판도금장치에 인접하여 시드층형성용 도금장치를 배치한 평면구성을 나타내는 도,
도 12는 본 발명의 기판도금장치와 시드층형성용 도금장치에 의해 도금을 행하는 공정의 일례를 나타내는 반도체웨이퍼 단면도,
도 13은 본 발명의 제 2 실시형태예의 기판도금장치에 인접하여 시드층형성용 도금장치, CMP실, 세정모듈, 언로드실을 배치한 평면구성을 나타내는 도이다.
이하, 본 발명의 제 1 실시형태예를 도 l 내지 도 6에 의거하여 설명한다. 또한, 본 실시형태예에서는 기판도금장치를 반도체웨이퍼 배선도금장치를 예로 설명한다. 도 1은 본 발명의 반도체웨이퍼 배선도금장치의 평면구성을 나타내는 도이다. 도시하는 바와 같이 반도체웨이퍼 배선도금장치는 반도체웨이퍼의 반입 및 도금세정처리가 종료한 반도체웨이퍼를 보관하는 반입보관실(10)과 도금처리를 행하는 도금처리실(20)을 구비한다.
반입보관실(10)에는 미처리의 반도체웨이퍼가 수용된 로드카세트(11)를 반입하는 반입부(12), 로봇(13), 미처리의 반도체웨이퍼(W)를 얹어 놓는 로드스테이지 (14), 초벌수세를 행하는 초벌수세조(15), 초벌수세가 종료된 반도체웨이퍼(W)를 보관하는 기판보관조(16)가 배치되어 있다. 또 도금처리실(20)에는 전처리조(21), Cu도금조(22), 로봇(23)이 배치되어 있다.
상기 배치구성의 반도체웨이퍼 배선도금장치에 있어서, 도시 생략한 웨이퍼이송수단에 의해 반입보관실(10)의 반입부(12)에 반입된 로드카세트(ll)에는 상기한 바와 같이 미처리의 반도체웨이퍼(W)가 수용되어 있다. 이 반도체웨이퍼(W)는 도 2a에 나타내는 바와 같이, 반도체웨이퍼(W)상의 도전층(106)상에 SiO2로 이루어지는 절연막(105)이 형성되고, 이 절연막(105)에 리소그래피 에칭기술에 의한 배선홈(101) 및 배선구멍(102)이 형성되어 있다. 로봇(13)으로 상기 미처리 반도체웨이퍼(W)를 픽업하여 로드스테이지(14)에 얹어 놓는다.
도금처리실(20)에서는 로봇(23)이 로드스테이지(14)의 반도체웨이퍼(W)를 픽 업하여 전처리조(21)로 이송하여 도금전의 전처리를 행하고, 그후 Cu도금조(22)로보내어 도금처리를 행한다. 이 도금처리에 있어서 도 2b에 나타내는 바와 같이 배선홈(101)이나 배선구멍(콘택트홀)(102)으로 이루어지는 배선부를 포함하는 반도체웨이퍼(W)의 표면상에 Cu 도금층(103)을 형성한다. 또한 도 2에 있어서 104는 TiN 등으로 이루어지는 배리어층이다.
상기 도금처리가 종료된 반도체웨이퍼(W)를 로봇(23)으로 초벌수세조(15)로 이송하여 초벌수세를 행한다. 이 초벌수세가 종료된 반도체웨이퍼(W)는 로봇(13)에 의해 기판보관조(16)로 이송되고, 그 보관액속에 침지되어 다음공정으로 이송될때까지 일정시간 보관한다.
도 3은 기판보관조(16)의 구성을 나타내는 도면이다. 기판보관조(16)는 도시하는 바와 같이 보관조(16-1)를 구비하고, 그 바닥부에는 웨이퍼카세트(16-2)를 얹어 놓는 탑재대(16-3) 및 보관액을 공급하는 보관액 공급노즐(16-4)이 배치되고, 또한 보관조(16-1)의 상단부에는 보관조(16-l)의 상단으로부터 넘쳐흐르는 보관액을 회수하기 위한 회수홈통(16-5)이 설치되어 있다.
상기 초벌수세조(15)에서 초벌수세처리가 종료된 반도체웨이퍼(W)는 다음 처리공정에서 CMP처리공정으로 보내여질 때까지 기판보관조(16)의 웨이퍼카세트(16-2)에 수용된다. 상기 보관조(16-1)나 웨이퍼카세트(l6-2)의 내부는 순수등의 보관액으로 채워져 있고, 반도체웨이퍼(W)는 상기 순수 중에 침지된 상태로 CMP로 보내지는 것을 기다린다. 또한 보관액으로서는 순수 외에 희석황산액 또는 Cu 도금 층(103)의 표면의 산화를 방지하는 산화방지액 등을 사용한다.
상기 구성의 기판도금장치에서 도금 및 세정처리되어 기판보관조(16)에 보관된 반도체웨이퍼(W)를 다음 처리공정인 예를 들어 CMP 장치로 대기에 노출되는 일 없이 보내기 위하여 도 4에 나타내는 것 같은 기판수중반송기를 사용한다. 도 4에 있어서 기판수중반송기(30)는 수로(31)를 구비하고, 이 수로(31)에는 순수(Q)가 화살표(A)방향으로 수면(H)의 높이를 유지하면서 흐르고 있다. 또 수로(3l)의 바닥부에는 다수의 반송롤러(32)를 구비하는 롤러컨베이어(33)가 배치되어 있다.
상기 구성의 기판수중반송기(30)가 상기 기판도금장치와 도시 생략한 CMP장치를 접속하고 있고, 기판도금장치의 기판보관조(16)로부터의 반도체웨이퍼(W)가 로봇(13)에 의해 기판수중반송기(30)의 롤러컨베이어(33)의 위에 얹어 놓여지면 상기 반도체웨이퍼는 순수의 흐름방향[화살표(A)방향]과는 반대의 화살표(B)방향으로 순수(Q)중으로 이송된다. 이에 따라 기판도금장치에서 도금 및 세정처리가 종료된 반도체웨이퍼(W)는 대기에 노출되는 일 없이 다음 처리공정을 행하는 예를 들어 CMP장치(도시 생략)로 이송된다.
CMP 장치에 보내여진 반도체웨이퍼(W)는 도 2c에 나타내는 바와 같이, Cu 도금층(103)으로부터 배선홈(101)이나 배선구멍(102)에 형성한 Cu도금층을 남겨 반도체웨이퍼(W)의 표면상 Cu도금층을 제거한다. 이에 따라 도금 및 세정처리가 끝난 반도체웨이퍼(W)는 공기중에 노출되는 일이 없기 때문에 Cu도금층(103)의 표면이 산화되거나 파티클이 부착되는 일이 없다.
도 5는 본 발명의 반도체웨이퍼 배선도금장치에 인접하여 CMP실, 세정모듈 등을 배치한 평면구성을 나타내는 도면이다. 도 5에 있어서 40은 Cu도금장치이고, 이 Cu도금장치(40)는 미처리 반도체웨이퍼가 수용된 로드카세트(41), 레일(43)상을 화살표(C)에 나타낸 바와 같이 왕복이동하는 로봇(42), 전처리조(44), Cu도금 조(45), 수로식 세정조(46)를 구비한다. Cu도금장치(40)에 인접하여 CMP실(50)이 배치되고, 또한 이 CMP실(50) 및 Cu도금장치(40)에 인접하여 세정모듈(60, 61, 62)이 배치되어 있다. CMP실(50)에는 CMP장치가 배치되고, 각 세정모듈(60, 61, 62)에는 세정기(또는 세정·건조기)(63, 64, 65)가 배치되어 있다.
상기한 배치구성의 장치에 있어서 로드카세트(41)에는 도 2a에 나타내는 바와 같이 배선홈(101)이나 배선구멍(102)으로 이루어지는 배선부가 형성된 반도체웨이퍼(W)가 수용되어 있다. 로봇(42)으로 상기 반도체웨이퍼(W)를 픽업하여 전처리조(44)에서 도금의 전처리를 행하고, 계속해서 Cu 도금조(45)에서 도 2b에 나타내는 바와 같이 배선홈(101)이나 배선구멍(102)으로 이루어지는 배선부를 포함하는 반도체웨이퍼(W)의 표면상에 Cu 도금층(103)을 형성한다.
계속해서 도 2c에 나타내는 바와 같이, CMP장치(51)에서 Cu도금층(l03)으로부터 배선홈(101)이나 배선구멍(102)에 형성한 Cu도금층을 남기고 반도체웨이퍼(W) 표면상의 Cu 도금층을 제거한다. 또한 여기서 2대의 Cu도금조(45)를 배치한 것은 Cu도금에 장시간을 필요로 하는 경우를 고려한 것으로, 경우에 따라서는 2대 이상이어도 좋다.
또 Cu도금을 예를 들어 1차도금을 무전해도금, 2차도금을 전해도금으로 한 경우, 2대의 Cu 도금조(45)중 한쪽을 무전해도금조, 다른쪽을 전해도금조로 하는 것도 있다. 계속해서 수로식 세정조(46)에서 세정한다. 이 수로식 세정조(46)는 도 4에 나타내는 기판수중반송기(30)와 대략 동일구조로, 수로 중을 순수 등의 세정액이 흐르고 있고, Cu도금이 종료된 반도체웨이퍼(W)를 수로식 세정조(46)의 Cu도금 조(45)의 측단에 넣어 CMP 실(50)의 측단으로 이동하는 사이에 세정한다.
세정이 종료된 반도체웨이퍼(W)를 로봇(42)으로 CMP실(50)의 CMP장치(51)로 이동하고 이 CMP장치(51)에서 Cu 도금면을 연마함으로써 도 2c에 나타내는 바와 같이 배선홈(101)이나 배선구멍(102)으로 이루어지는 배선부에 형성된 Cu도금층(103)을 남기고 반도체웨이퍼(W) 표면상의 Cu 도금층을 제거한다. 상기 연마가 종료된 반도체웨이퍼(W)는 로봇(42)에 의해 세정모듈(60, 6l, 62)의 세정기(63, 64, 65)에 순차 이송세정하고 건조하여 언로드실(70)의 언로드카세트(71)에 수용된다.
상기한 바와 같이 Cu 도금장치(40)는 반도체웨이퍼(W)를 건조상태로 반입하여 세정액이 부착된 상태로 반출하는 구성이나, 상기 Cu도금장치(40)에 인접하여 CMP실(50)이나 세정모듈(60, 61, 62) 등의 웨트처리 및 건조처리공정을 배치함으로써 도 2에 나타내는 도금처리의 전공정(全工程)을 연속하여 행하는 장치를 용이하게 구성할 수 있다. 또 이 전공정을 행하는 데 반도체웨이퍼(W)를 건조상태로 반입하여 건조상태로 반출하도록 구성하는 것도 용이해진다.
또 상기 Cu 도금장치(40)의 로드카세트(41)를 반입하는 부분을 Cu 도금장치 (40)로부터 구분하고, 도 6에 나타내는 바와 같이 로드언로드실(95)로 하고, 로드카세트(41) 및 언로드카세트(7l)의 반입반출을 행하도록 하고, 다시 로드언로드실 (95)과 Cu 도금장치(40)를 격벽(96)으로 격리하고 이 격벽에 반도체웨이퍼(W)를 로봇(42)으로 이동할 수 있는 통로를 설치하고, 또한 이 통로를 셔터(97)로 개폐하 도록 구성함으로써 도 2에 나타내는 도금처리의 전공정을 연속하여 행하는 장치를 외부로부터 격리된 상태로 실현할 수 있다.
따라서 예를 들어 도 6에 나타내는 구성의 장치 전체를 크린룸내에 배치하고, Cu 도금장치(40)의 내기압, 로드언로드실(95)의 내기압, 크린룸내의 기압의 관계를 하기와 같이 함으로써 크린룸에 배치하여도 크린룸내를 오염하는 일이 없는 장치로 할 수 있다.
(Cu도금장치의 내기압) < (로드언로드실의 내기압) < (크린룸내의 기압)
다음에 본 발명의 제 2 실시형태예를 도 7 내지 도 13에 의거하여 설명한다. 도 7은 청구항 4에 기재된 기판도금장치의 평면구성을 나타내는 도이다. 도시하는 바와 같이 도금장치(80)는 레일(8l)상을 화살표(A)로 나타내는 바와 같이 왕복이동하는 반송로봇(82), Cu도금조(83, 83), 세정조(84)가 배치되어 있다.
도금처리를 행하는 반도체웨이퍼는 반송로봇(82)에 의해 도입구(85)로부터 1매씩 도금장치(80)내로 도입되고, Cu도금조(83)에서 Cu 도금처리가 실시되며, 계속해서 세정조(84)에서 세정되어 배출구(86)로부터 도금장치밖으로 배출된다.
상기 배치구성의 도금장치에 있어서, 반송로봇(82)에 의해 도입구(85)로부터 도입되는 미처리 반도체웨이퍼는 도 2a에 나타내는 바와 같이 반도체웨이퍼(W)상의 도전층(106)에 위에 SiO2로 이루어지는 절연막(105)이 형성되고, 이 절연막(105)에 리소그래피·에칭기술에 의해 배선홈(101) 및 배선구멍(콘택트홀)(102)으로 이루어지는 배선부가 형성되어 있다.
이와 같은 반도체웨이퍼에 Cu 도금조(83)에서 Cu 도금처리를 실시하면 도 2b에 나타내는 바와 같이, 배선홈(101)이나 배선구멍(102)으로 이루어지는 배선부를 포함하는 반도체웨이퍼(W)의 표면상에 Cu 도금층(103)을 형성한다. 또한 도 2에 있어서 104는 TiN 등으로 이루어지는 배리어층이다.
Cu 도금조(83, 83)에서 행하여지는 도금처리는 무전해도금이어도 전해도금이어도 좋고, 예를 들어 전단(前段)이 무전해도금, 후단(後段)을 전해도금으로 하여도 좋다. Cu도금처리에 의해 Cu도금층(103)이 형성된 반도체웨이퍼는 세정조(84)에서 순수 등의 세정액으로 세정되어 세정액이 부착된 상태로 반송로봇(82)에 의해배출구(86)로부터 도금장치(80)의 밖으로 배출된다.
배출구(86)로부터 세정액이 부착된 채로 배출된 반도체웨이퍼는 다음공정인 예를 들어 도시 생략한 CMP장치로 이송되고, 이 CMP 장치에서 도 2c에 나타내는 바와 같이, Cu 도금층(103)으로부터 배선홈(101)이나 배선구멍(102)에 형성한 Cu 도금층을 남기고 반도체웨이퍼(W) 표면상의 Cu 도금층을 제거한다. 따라서 CMP 장치를 배출구(86)에 인접하여 배치하면 도금처리 및 세정처리한 후의 반도체웨이퍼의 건조처리공정은 불필요하게 된다.
도 8은 청구항 5에 기재된 기판도금장치의 평면구성을 나타내는 도이다. 도시하는 바와 같이 도금장치(80)에는 보관액을 수용한 기판보관조(87)가 설치되어 있다. 반송로봇(82)에 의하여 도입구(85)로부터 1매씩 도금장치(80)내로 도입된 미처리 반도체웨이퍼는 Cu도금조(83, 83)에서 Cu 도금처리하기까지의 대기시간 중 상기 기판보관조(87)의 보관액 중에 침지하여 보관한다.
여기서 기판보관조(87)의 구성은 도 3에 나타낸 것과 마찬가지이다. 여기서 보관액으로서는 순수 외에 희석황산액 또는 Cu도금층(103) 표면의 산화를 방지하는 산화방지액 등을 사용한다. 이에 따라 도금처리의 대기시간중에 반도체웨이퍼의 표면에 도금처리의 장해가 되는 산화피막의 형성이나 파티클오염을 방지할 수 있다.
상기 구성의 도금장치(80)에 있어서 도입구(85)로부터 도금장치(80)내로 도입되는 미처리 반도체웨이퍼의 처리방법은 하기의 3가지를 생각할 수 있다.
제 l 처리방법은, 기판보관조(87)에 일시보관하고, 보관후 Cu도금조(83, 83)에서 Cu 도금처리하여 세정조(84)에서 세정하고 배출구(86)로부터 배출한다.
제 2 처리방법은, 도입된 미처리 반도체웨이퍼를 Cu 도금조(83, 83)에서 Cu 도금처리하여 세정조(84)에서 세정하고, 기판보관조(87)에 일시보관하여 배출구 (86)로부터 배출한다.
제 3 방법은 기판보관조(87)에 일시보관하고, 보관후 Cu 도금조(83, 83)에서 Cu 도금처리하여 세정조(84)에서 세정하고, 기판보관조(87)에 일시보관하여 배출구 (86)로부터 배출한다.
즉, 보관액을 수용한 기판보관조를 설치하고, 도금처리부에서 도금처리할 때까지의 대기 중의 기판 또는 도금처리부 및 세정처리부에서 도금처리 및 세정처리한 후의 기판을 상기 기판보관조의 보관액 중에 침지하여 보관하기 때문에, 도금처리되기까지의 대기시간 중에 파티클오염, 산화막형성을 방지할 수 있다. 또 산화막형성을 방지할 수 있음으로써, 도금액 중에 기판을 침지한 후에 표면산화피막을 제거하기 위한 무통전시간의 설정이 불필요하게 된다.
도 9는 청구항 6에 기재된 기판도금장치의 평면구성을 나타내는 도이다. 도시하는 바와 같이 도금장치(80)에는 도입구(85)로부터 Cu도금조(83)의 근방에 이르도록 기판수중반송기(30)가 배치되어 있다. 이 기판수중반송기(30)는 도 4에 나타낸 것과 동일한 구성을 가지고 있다.
상기 구성의 기판수중반송기(30)의 반입끝단의 롤러컨베이어에 도입구(85)로부터 도입되는 미처리 반도체웨이퍼(W)를 얹어 놓으면 이 반도체웨이퍼(W)는 화살표(C)에 나타내는 바와 같이 순수(Q)의 흐름(화살표 B 방향)과는 반대방향으로 순수 중을 지나 이송된다. 그리고 반송로봇(82)에 의해 Cu도금조(83)로 이송되어 Cu 도금처리가 실시되고, 세정조(84)에서 세정된 후, 반송로봇(82)에 의해 배출구(86)로부터 도금장치(80)의 밖으로 배출된다.
도 10은 청구항 6에 기재된 기판도금장치의 다른 평면구성을 나타내는 도면이다. 도시하는 바와 같이 도금장치(80)에는 세정조(84)의 근방으로부터 배출구 (86)에 이르도록 기판수중반송기(30)가 배치되어 있다. 이 기판수중반송기(30)의 구성은 도 4에 나타내는 기판수중반송기(30)와 동일한 구성이다.
도입구(85)로부터 반송로봇(82)에 의해 1매씩 도금장치(80)내로 도입되는 미처리 반도체웨이퍼(W)는, Cu도금조(83)에서 Cu 도금처리가 실시된 후, 기판수중반송기(30)의 반입끝단의 롤러컨베이어에 얹어 놓여지면 이 반도체웨이퍼(W)는 화살표(C)로 나타내는 바와 같이 순수(Q)의 흐름[화살표(B) 방향]과는 반대방향으로 순수 중을 지나 배출구(86)의 근방까지 이송된다. 이 배출구(86)의 근방까지 이송된 반도체웨이퍼(W)는 도금장치(80)의 외부에 배치된 이송수단에 의해 순수가 부착된 상태, 즉 젖은 상태로 배출된다.
즉, 기판도금장치내로 도입된 기판의 반입위치로부터 도금처리부 근방에 도달할 때까지 및/또는 세정처리부 근방으로부터 기판도금장치의 기판배출위치에 도달할 때까지 기판을 순수 중을 지나 반송하는 기판수중반송기를 설치하였기 때문에, 도입된 기판이 도금처리부로 이송될 때까지 도금처리 및 세정처리후의 기판이 기판배출위치까지 이송되는 사이에 대기 중에 대기에 노출되는 일이 없어 파티클오염 및 산화막형성을 방지할 수 있다. 또 산화막형성을 방지할 수 있음으로써 도금액 중에 기판을 침지한 후에 표면산화피막을 제거하기 위한 무통전시간의 설정이 불필요하게 된다.
도 11은 도 7에 나타내는 평면구성의 도금장치(80)의 도입구(85) 및 배출구 (86)측에 인접하여 시드층형성용 도금장치(90)를 배치한 평면구성을 나타내는 도면이다. 시드층형성용 도금장치(90)의 반입구(9l)로부터 복수매의 반도체웨이퍼를 수납하여 웨이퍼카세트(도시 생략)가 반입되고, 상기 각 반도체웨이퍼(W)의 표면에는 뒤에서 설명하는 바와 같이 시드층이 형성된다.
그리고 이 시드층형성용 도금장치(90)에서 시드층이 형성된 반도체웨이퍼(W)는 도금장치(80)내에 배치된 반송로봇(82)에 의해 도입구(85)를 지나 1매씩 도금장치(80)내로 도입되고, Cu 도금조(83, 83)에서 Cu 도금처리되고, 세정조(84)에서 세정처리되어 반송로봇(82)에 의해 시드층형성용 도금장치(90)로 이송된 후, 이 시드층형성용 도금장치(90)내에 배치된 반송로봇 등에 의해 웨이퍼카세트에 복수매 수 납되고, 이 웨이퍼카세트별로 반출구(92)로부터 외부에 반출된다.
배선도금층을 형성하는 미처리 반도체웨이퍼(W)에 도 2a에 나타내는 바와 같이, 반도체웨이퍼(W)상의 도전층(106)의 위에 SiO2로 이루어지는 절연막(105)이 형성되고, 이 절연막(105)에 배선홈(101) 및 배선구멍(102)으로 이루어지는 배선부가 형성되며, 또한 그 표면에 TiN이나 TaN 등으로 이루어지는 배리어층(104)이 형성되어 있다. 이 배리어층(104)은 도전체가 아니기 때문에 그 표면에 전해도금으로 직접 Cu 도금층을 형성할 수 없다. 또 무전해도금으로 Cu 도금층을 형성하도록 하여도 금속(여기서는 Cu)의 성장개시를 위한 시드층을 배리어층(104)의 표면에 형성할 필요가 있다.
상기 시드층형성용 도금장치(90)에서는 도 12에 나타내는 바와 같이 시드층 (107)으로서 배리어층(104)의 표면에 무전해도금으로 Cu의 박막을 형성한다. 무전해도금으로 Cu의 박막을 형성하기 위해서는 팔라듐처리에 의해 배리어층(104)의 표면에 금속성장을 위한 다수의 팔라듐의 핵을 형성하고, 이 핵을 중심으로 금속(여기서는 Cu)을 성장시켜 행한다.
상기한 바와 같이 시드층형성용 도금장치(90)의 배치는, 도 11에 나타내는 도금장치에 한정되는 것이 아니라, 도 8에 나타내는 도금장치(80)의 도입구(85) 및 배출구(86)측에 인접하여 배치하는 것도 가능하며, 또 도 9 및 도 l0에 나타내는 도금장치(80)의 도입구(85)측에 인접하여 배치하는 것도 가능하다.
도 13은 도 7에 나타내는 평면구성의 도금장치(80)에 인접하여 시드층형성용 도금장치(90), CMP실(50), 세정모듈(60, 6l, 62), 언로드실(70)을 배치한 구성이다. CMP실(50)에는 CMP장치(51)가 배치되고, 세정모듈(60, 6l, 62)에는 각각 세정기(또는 세정·건조기)(63, 64, 65)가 배치되어 있다.
도 13에 나타내는 장치에 있어서, 시드층형성용 도금장치(90)에서는 도 12에 나타내는 바와 같이 반도체웨이퍼(W)의 배리어층(104)의 표면에 시드층(107)이 형성된다. 이 시드층(107)이 형성된 반도체웨이퍼(W)는 도금장치(80)의 반송로봇 (82)에 의해 l매씩 도입되고, Cu 도금조(83, 83)에서 Cu 도금처리되어 도 l2b에 나타내는 바와 같이 Cu 도금층(103)이 형성되고, 세정조(84)에서 세정되어 세정액이 부착된 상태로 CMP실(50)의 CMP장치(5l)로 이송되고, 이 CMP장치(51)에서 도 2c에 나타내는 바와 같이, Cu 도금층(103)으로부터 배선홈(101)이나 배선구멍(102)에 형성한 Cu 도금층을 남기고 반도체웨이퍼(W) 표면상의 Cu 도금층을 제거한다.
상기 배선홈(101)이나 배선구멍(102)에 형성한 Cu 도금층을 남기고 Cu 도금층이 제거된 반도체웨이퍼(W)는 세정모듈(60, 61)의 세정기(63, 64)로 순차 세정되고, 세정모듈(62)의 세정기(65)로 세정건조되며, 이 건조된 반도체언로드웨이퍼 (W)는 언로드실(70)내에 배치된 웨이퍼카세트에 복수매 수용되고, 이 웨이퍼카세트별로 반출구(7l)로부터 반출된다.
또한 상기예에서는 도 7에 나타내는 도금장치(80)에 시드층형성용 도금 장치(90), CMP실(50), 세정모듈(60, 61, 62), 언로드실(70)을 배치한 구성을 나타내었으나, 도 8, 도 9, 도 10에 나타내는 도금장치(80)도 그것에 인접시켜 시드층형성용 도금장치(90), CMP실(50), 세정모듈(60, 61, 62), 언로드실(70)을 배치하는 것은 물론 가능하다.
상기한 바와 같이 도금처리되는 반도체웨이퍼(W)를 1매씩 도금장치(80)내로 도입하여 Cu 도금조(83), 세정조(84)에서 세정처리한 후, 1매씩 도금장치(80) 밖으로 배출하도록 도금장치(80)를 구성하였기 때문에, 반도체웨이퍼(W)를 카세트에 넣지 않고 1매씩 연속적으로 Cu 도금장치내에 도입하여 처리할 수 있음과 동시에, 파티클오염이나 산화막의 형성을 적극 감소할 수 있고, 장치사이를 이동시키는 경우에도 도금장치(80)에 인접하여 배치함으로써 건조공정 등의 공정을 생략할 수 있고 전체로서 설비규모를 작게 할 수 있어 설치면적을 적게 하는 것이 가능한 반도체웨이퍼 배선도금장치의 구축을 용이하게 할 수 있다.
또한 상기예에서는 기판도금장치를 반도체웨이퍼 배선도금장치를 예로 설명하였으나, 기판은 반도체웨이퍼에 한정되는 것이 아니며, 또한 도금처리하는 부분도 기판면상에 형성된 배선부에 한정되는 것이 아니다. 또 상기예에서는 Cu 도금을 예로 설명하였으나, Cu 도금에 한정되는 것이 아니다.
본 발명은 반도체웨이퍼 등의 기판면상에 형성된 미세홈 및/또는 미세구멍으로 이루어지는 배선부에 배선층을 형성하는 도금장치로서 적합하게 이용가능하다. 따라서, 반도체디바이스의 제조장치로서 산업상 이용가능하다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 기판에 도금처리를 실시하는 도금처리부를 구비하는 기판도금장치에 있어서,
    상기 도금처리부와, 도금처리 이후의 공정을 행하는 장치 사이에 접속되며 도금처리된 기판을 순수가 흐르는 수로 중으로 이동시키는 기판수중반송기를 포함하고,
    상기 기판수중반송기는 상기 기판을 상기 도금처리부와 상기 도금처리 이후의 공정을 행하는 장치 사이에서 이송하되, 상기 기판이 대기 중에 노출되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  4. 기판에 도금처리를 실시하는 도금처리부와, 이 도금처리후의 기판을 세정하는 세정처리부를 구비하는 기판도금장치에 있어서,
    상기 도금처리되는 기판을 1매씩 상기 기판도금장치내로 도입하여 도금처리및 수세처리를 행한 후, 1매씩 상기 기판도금장치밖으로 배출하도록 상기 기판의 상기 기판도금장치내로의 도입과 배출 중의 적어도 한 쪽을 도금장치내의 기판반송기로 행하되,
    상기 기판은 젖은 상태로 상기 기판반송기에 의해 상기 기판도금장치 내외로 도입 또는 배출되는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    보관액을 수용한 기판보관조를 설치하고, 상기 기판도금장치내로 도입하여 상기 도금처리부에서 도금처리하기까지의 대기 중의 기판 또는 상기 도금처리부 및 세정처리부에서 도금처리 및 세정처리한 후의 기판을 상기 기판보관조의 보관액 중에 침지하여 보관하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 기판도금장치내에 도입된 기판의 반입위치로부터 상기 도금처리부 근방에 도달할 때까지 또는 상기 세정처리부 근방으로부터 상기 기판도금장치의 기판배출위치에 도달할 때까지, 상기 기판을 순수 중을 지나 반송하는 기판수중반송기를 설치하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 도금처리부 및 세정처리부에서 도금처리 및 세정처리한 후의 기판을 세정액이 부착된 채로 상기 기판도금장치내에 배치되어 있는 로봇에 의해 상기 기판도금장치의 밖으로 배출하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 기판수중반송기는 바닥부에 배치되는 반송롤러와 롤러 컨베이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
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