KR100778131B1 - 반도체 기판의 도금 및 폴리싱 장치 - Google Patents

반도체 기판의 도금 및 폴리싱 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 기판(2)상에 도전체를 도금/퇴적한 다음에 상기 동일 기판(2)을 폴리싱하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 이는 단일 장치내에 다중 챔버(100, 200)를 제공함으로써 달성되며, 여기에서 하나의 챔버(100)는 도전체를 도금/퇴적하기 위해 사용될 수 있으며 다른 챔버(200)는 반도체 기판을 폴리싱하기 위해 사용될 수 있다. 도금/퇴적 공정은 브러시 도금이나 전기화학 기계적 퇴적을 사용하여 수행될 수 있으며 폴리싱 공정은 전기폴리싱이나 화학 기계적 폴리싱을 사용하여 수행될 수 있다. 본 발명은 또한 간헐적으로 반도체 기판(2)에 도전체를 도포하는 방법 및 장치와 또한 이러한 도전체가 기판(2)에 도포되고 있지 않는 때에 간헐적으로 기판을 폴리싱하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 도전체를 도금/퇴적 및/또는 폴리싱하며 새로운 양극 조립체를 사용하여 기판(2)상의 전해질 양 전달 특성을 개선시키는 방법 및 장치를 제공한다.

Description

반도체 기판의 도금 및 폴리싱 장치{APPARATUS FOR PLATING AND POLISHING A SEMICONDUCTOR SUBSTRATE}
본 발명은 도전체를 반도체 기판상에 도금 및 폴리싱하는 방법 및 장치와 관련된다. 보다 상세하게는, 본 발명은 단일 장치를 사용하여 먼저 도전체를 반도체 기판상에 도금한다음 폴리싱하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 간헐적으로 상기 도전체를 반도체 기판에 도포하고 또한 상기 도전체가 기판에 도포되지 않는 때에 간헐적으로 상기 기판을 폴리싱하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 새로운 패드 조립체를 사용하여 도전체를 반도체 기판상에 도금/퇴적 및/또는 폴리싱하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
종래의 집적 회로 및 디바이스를 제조하는 공정의 단계는 도금 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼면에 금속층을 도금하는 것을 포함하여 이루어졌다. 통상적으로, 상기 웨이퍼면은 사전에 에칭되며 많은 구멍 및/또는 트렌치를 포함하고 있다. 웨이퍼를 도금하는 한가지 목적은 구멍 및 트렌치를 도전체로 균일하게 채우는 것이다. 하지만, 보이드(voids)가 존재하지 않도록 구멍 및 트렌치를 균일하게 채우기는 어렵다. 보이드의 존재는 열등한 성능과 결함이 있는 디바이스를 초래한다는 것이 잘 알려져 있다. 이러한 도금 단계를 거친후에는, 통상적으로 폴리싱 장치를 사용하는 폴리싱 단계가 진행되어서 웨이퍼의 면을 대체적으로 평면이 되게 한다.
반도체 산업에서는 시드 금속층을 덮고 있는 도전체로 웨이퍼 기판을 도금하는 것이 중요하고 폭넓게 적용되고 있다. 전통적으로, 알루미늄 및 기타 금속들이 반도체 칩을 구성하는 많은 금속층들 가운데에 하나로서 도금된다. 하지만, 최근에는, 반도체 칩상의 배선을 위하여 구리 퇴적에 대한 관심이 큰데, 이는 알루미늄에 비하여, 구리가 전기적 저항을 줄여주며 반도체 칩이 적은 열을 생성하면서 더욱 빨리 작동되도록 하여 칩의 성능과 효율에 상당한 이득을 가져다 주기 때문이다. 또한 구리가 알루미늄보다는 더 좋은 도전체라고 알려져 있다.
USLI 칩 가공처리에서 특히 피쳐크기가 5 대 1보다 큰 종횡비를 갖는 0.25 ㎛ 에 미치지 못하는 경우에 서브-미크론 구멍 및 트렌치, 안에 얇은 구리막을 도금하는 것은 더욱 어려워 지고 있다. 실리콘 기판 안으로 에칭된 이들 구멍 및 트렌치를 채우기 위해 통상의 화학적 증기 퇴적이 이용되고 있다. 불행히도, 이러한 공정에는 USLI 기술을 위한 배선을 개발하고 집적하기 위하여 지금까지는 매우 높은 비용이 소요되어 왔다.
따라서, 도전체를 반도체 기판에 도포하는 보다 정확하면서, 저비용이며 신뢰할만한 방식이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 도전체를 반도체 작업대상물(workpiece) 표면상에 도금/퇴적한 다음 동일한 작업대상물 표면을 폴리싱하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 브러시 도금 또는 전기화학 기계적 퇴적을 사용하여 도전체를 작업대상물 표면상에 도금/퇴적하고 전기폴리싱 또는 화학 기계적 폴리싱 방법을 이용하여 상기 동일 작업대상물 표면을 폴리싱하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 도전체를 도금/퇴적하고 상기 작업대상물 표면을 폴리싱하는 단일 장치내에 다중 챔버를 구비하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 도전체를 도금/퇴적 및 상기 작업대상물 표면의 폴리싱 모두를 위한 새로운 패드 조립체를 구비한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 작업대상물 표면과 직접적으로 접촉하는 패드나 기타 고정 피처없이 도전체를 작업대상물 표면상에 도금/퇴적하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 이들 및 기타 목적은 별도의 도금 및 폴리싱 단계를 단일 장치내에 서로 매우 근접시켜 제공함으로써 달성된다. 제1챔버는 전해질 용액으로부터의 도전체를 작업대상물 표면에 도금/퇴적하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 원통형 양극상에 장착된 패드를 제공하고 상기 패드상에 배치되거나 또는 패드를 관통하는 전해질 용액을 사용하여 도전체를 작업대상물 표면에 도포함으로써 달성된다.
이러한 도금을 수행하는 장치는 양극 및 음극, 작업대상물 또는 양극으로부터 이격된 작업대상물을 포함한다. 원통형 양극상에 장착된 패드는 제1축선 주위를 회전하고 상기 작업대상물은 제2축선 주위를 회전하며 작업대상물과 양극 사이에 전위차를 인가할 때 전해질 용액으로부터의 금속은 작업대상물상에 퇴적된다.
대안적으로, 상기 도금 챔버는 음극 또는 작업대상물로부터 이격된 양극판을 포함할 수 있다. 상기 양극판 및 음극에 전원을 공급하는 때에, 도금 챔버내에 배치된 상기 전해질 용액은 도전체를 작업대상물 표면에 퇴적시키기 위해 사용된다.
폴리싱 챔버에서는, 패드는 작업대상물 표면을 폴리싱하기 위하여 다른 원통형 애노드 또는 원통형 롤러상에 또한 장작된다. 폴리싱은 전기폴리싱 또는 화학 기계적 폴리싱 방법을 사용하여 달성될 수 있다. 작업대상물 표면의 폴리싱이 그 표면을 대체적으로 평면으로 만들어가는 동안 도전체가 작업대상물의 소정 영역에 축척되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
본 발명은 독특한 양극-패드 배치를 갖는 새로운 양극 조립체를 추가로 기술하고 있으며, 상기 배치는 작업대상물 표면을 도금 및/또는 폴리싱하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 이들 및 이외의 목적 및 이점이 명백히 이해될 것이고 다음에 나오는 첨부도면과 연계된 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명을 읽고나면 보다 쉽게 이해될 것이다. 상기 첨부 도면은:
도 1은 본 발명에 따른 도체로 채워질 대표적인 바이어(via)를 도시한 도면;
도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시예의 사시도;
도 3은 본 발명의 바람직한 제1실시예의 단면도;
도 4는 본 발명의 바람직한 제2실시예의 사시도;
도 5는 본 발명의 바람직한 제2실시예의 측단면도;
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 새로운 제1양극 조립체의 사시도;
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 새로운 제1양극 조립체의 단면도;
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 새로운 제2양극 조립체의 사시도;
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 새로운 제2양극 조립체의 단면도;
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 "인접 도금" 장치 및 방법의 단면도;
도 11은 다양한 층과 그위에 퇴적된 그레인을 갖는 기판의 단면도;
도 12a 내지 12b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도전체의 조직에 유리하게 영향을 미치는 방법의 단면도를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도 1 내지 도 12를 참조하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 종래의 처리공정은, 홀과 트렌치내, 또는 여러 상이한 반도체 칩을 수용하는 반도체 웨이퍼의 표면상의 다른 소정의 위치에 도전체를 얻기 위하여, 상이한 시간에 다른 설비들을 사용한다. 따라서, 고집적회로 반도체 디바이스를 제조하는데 과도한 설비 비용이 요구된다.
본 발명은 도전체를 표면상으로 그리고 콘택트, 바이어 홀 및 트렌치 안으로 도금/퇴적할 뿐만 아니라, 웨이퍼 표면을 폴리싱하는데 사용되는 장치와 같은 여러 실시예를 예시하고 있다. 본 발명은 소정의 도전체가 사용될 수 있는데, 큰 종횡비를 갖는 서브마이크론 크기의 ULSI 집적회로의 제조에 있어, 도체로서 구리를 사용되는 것에 특히 적합하다.
더 나아가, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위하여 반도체 웨이퍼가 사용되지만, 플랫 패널(flat panel) 또는 자성막 헤드와 같은 기타의 반도체 작업대상물들이 본 발명에 따라 사용될 수도 있다.
도 1은 바이어(via)가 형성되어지는 웨이퍼(2)의 단면도를 나타낸다. 반도체 기술분야에서 공지된 바와 같이, 상기 바이어는 여러 회선층(circuit layer)을 전기적으로 접속시키는 도전체이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 바이어는 하부 레벨 도전층(4)을 상부 레벨 도전층(6)과 연결시킬 수 있는 도체(8)를 수용하며, 상기 도체 주위에는 절연 물질(10)이 배치된다. 본 발명은 다층 집적회로 칩의 소정의 금속층에 작업할 수 있음을 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시예의 사시도이고, 도 3은 상기 제1실시예의 단면도를 나타낸다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 도전체(바람직하게는 구리)는 바이어, 트렌치, 및/또는 웨이퍼의 기타 소정의 영역에 제1챔버(100)로부터 전해질 용액(11)을 사용하여 적용되는 반면, 제2챔버(200)에서는, 웨이퍼의 표면에서 행해지는 전기폴리싱 또는 화학적 기계적 폴리싱에 의하여, 콘택트, 바이어 홀 및 트렌치를 제외한, 도전체가 원하지 않는 영역에 축적되는 것을 제거하거나 최소화한다. 상기 제1챔버(100)는 상기 제2챔버(200)와 중앙 격벽(60)에 의하여 분리된다.
제1챔버(100) 및 제2챔버(200) 각각은 제1축선(24)을 중심으로 회전하는 원통형 양극(20, 22)상에 장착된 원형 또는 정방형 기계식 패드(16, 18)를 구비한 양극 조립체(12, 14)와; 제2축선(28)을 중심으로 회전하는 웨이퍼(2)를 구비한 웨이 퍼 헤드 조립체(26)를 포함한다. 웨이퍼 헤드 조립체(26) 전체는 또한 상기 웨이퍼(2)의 중앙 영역이 도금되고 폴리싱될 수 있도록 화살표(30)방향으로 측면에서 측면으로 이동하기에 적합하다. 원통형 양극(20, 22)은 축선(24)을 중심으로 회전하기 위하여 샤프트(32, 34)에 연결된다. 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(2)는 기계식 패드(16, 18)로 덮인 영역내에서 회전하며, 이하 더욱 상세하게 기술하는 바와 같이, 상기 영역은 전해질 용액(11)이 그 안에 배치되어 유지되는 챔버(100, 200) 내부이다. 비록 단일 웨이퍼상에 작용하는 것을 도시하였지만, 본 발명에서 복수의 웨이퍼 헤드 조립체(26)가 사용될 수 있음을 이해할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 웨이퍼 헤드 조립체(26)는, 그 중심이 수 밀리미터 깊은 것이 바람직하고, 장착 패드(resting pad; 도시되지 않음)를 수용할 수 있는 공동을 갖는, 바람직하게는 원형의 비도전성 척(36)을 포함할 수 있다. 웨이퍼(2)는 우선 뒷면이 먼저, 사용시 상기 웨이퍼(2)가 웨이퍼 헤드 조립체(26)에 대해 확실히 고정되도록, 종래 형태의 이송 또는 진공 기구를 사용하여 상기 장착 패드에 공동(우선, 이면) 안으로 로딩된다. O-링 또는 웨이퍼 헤드 조립체(26) 주변의 기타 고무 형태의 시일과 같은 비도전성 리테이닝 링(retaining ring; 40) 및 음극 콘택트 전극(38) 각각은 웨이퍼(2)의 에지를 밀어서, 상기 웨이퍼(2)를 제자리에 유지시킨다. 따라서, 상기 리테이닝 링(40) 아래에 있으며, 척(36)을 밀고 있는 웨이퍼(2)의 뒷면 전체는 전해질을 포함하는 소정의 용액 또는 전체 용액으로부터 보호된다. 종래의 다른 웨이퍼 헤드 조립체가 본 발명에 따라 사용될 수 있다.
상술한 음극 콘택트(38)를 사용하는 대신에, 링 도체를 사용하여 웨이퍼에 전위가 인가될 수 있다. 또한, 전위를 웨이퍼에 인가하는 다른 방법이 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 예를 들면, 액체 도체 또는 도전체로 도포된 팽창성 관(inflatable tube)이 본 발명에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 소요 전위를 제공하기 위하여 액체 도체 또는 도전관을 사용하는 예시는, 본 발명의 양수인의 공유로서, 특허 출원중인 미국 출원 번호 제 09/283,024호, 대리인 참조번호 # 42496/0253036, "반도체 기판에 전기 콘택트를 형성하는 방법 및 장치"에 개시되어 있으며, 그 내용은 여기서 참고자료로 채택된다.
본 발명에 따르면, 제1챔버(100)는 도금하는데 사용될 수 있고, 제2챔버(200)는 폴리싱하는데 사용될 수 있다. 상기 2개의 챔버(100, 200)는 상호교환가능하게 사용될 수 있는데, 즉 제1챔버(100)는 폴리싱하는데 사용되고, 제2챔버(200)는 도금하는데 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1챔버(100)는 도금을 위한 제1양극조립체(12)를 포함하고, 제2챔버(200)는 전기폴리싱을 위한 제2양극조립체(14)를 포함한다. 전위들은 양극(20), 양극(22) 및 웨이퍼(2)에 인가된다. 전위를 2개의 원통형 양극에 제공하는 기존의 방법이 본 발명에 사용될 수 있다. 본 기술분야에서 공지된 바와 같이, 2개의 원통형 양극(20, 22) 각각에 인가된 전위량의 차이는, 어떤 양극 조립체가 도금하는데 사용되고, 어떤 것이 전기폴리싱에 사용되는지에 따라 결정된다.
전해질 용액(11)은, 상기 용액(11)이 패드(16, 18)와 접촉하게 될 때까지, 2개의 챔버(100, 200)의 바닥 개구부(50)로부터 유동된다. 전해질 용액(11)은 또한 측면 개구부(52)를 통해, 채널(54)과 바닥 개구부(50)로 순환된다. 전해질 용액(11)은 처음에는 내부-채널(in-channel; 도시되지 않음)을 거쳐 저장조(도시되지 않음)를 통해 제1챔버(100) 및 제2챔버(200) 안으로 공급될 수 있다.
제1챔버(100)에서는, 원통형 양극(20)과 음극 웨이퍼(2)간의 제1전위차에 의하여, 전해질 용액(11)의 금속이 패드(16)를 통해 웨이퍼 표면상에 도금되어진다. 제2챔버(200)에서는, 원통형 양극(22)과 음극 웨이퍼(2)간의 제2전위차에 의하여, 웨이퍼의 폴리싱이 이루어진다.
본 발명의 도금 처리는 브러쉬 도금 방법 또는 "전기화학적 기계적 퇴적" 방법을 사용하여 구현될 수 있다. 상기 "전기화학적 기계적 퇴적" 방법의 더욱 상세한 설명은, 본 발명의 양수인의 공유로서, 특허 출원중인 미국 출원 번호 제 09/201,929호, "전기화학적 기계적 퇴적을 위한 방법 및 장치"에 개시되어 있으며, 그 내용은 여기서 참고자료로 채택된다.
본 발명의 폴리싱 처리는, 이하 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 전기폴리싱 또는 화학적 기계적 폴리싱에 의하여 구현될 수 있다. 작업시, 롤러-형상 기계식 패드(18)는 롤러 샌더(roller sander)가 벽으로부터 도장(paints)을 제거하는 방식과 유사하게 웨이퍼를 폴리싱한다는 것을 이해할 수 있다.
폴리싱 챔버(200)에 있어서, 기계식 패드(18)는 소정의 시간에 웨이퍼(2)의 단면을 폴리싱하는 크기를 가질 수 있다. 원통형 양극(20, 22)을 회전시키기 위하여, 1 이상의 구동 조립체(도시되지 않음)도 포함되고, 이에 따라 기계식 패드(16, 18)가 회전되어 도금되고 폴리싱될 필요가 있는 웨이퍼(2)의 단면과 접촉되게 된다. 상기 기계식 패드(16, 18)는 폴리우레탄과 같은 비도전성, 다공성 형태의 물질 로 만들어지는 것이 바람직하다. 또한, 기계식 패드(16, 18)는 원형이 바람직하지만, 웨이퍼를 효과적으로 도금 및/또는 폴리싱할 수 있는 한 다른 형태의 모양이어도 좋다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2실시예의 사시도이고, 도 5는 상기 실시예의 단면도이다. 바람직한 상기 제2실시예는 또한 도금을 위한 제1챔버(300) 및 웨이퍼(2)의 폴리싱을 위한 제2챔버(400)로 구현된다. 상기 제1챔버(300)는 상기 제2챔버(400)와 중앙 격벽/벽(460)에 의하여 분리된다.
이하, 도 5를 참조하면, 상기 제1챔버(300)는 상기 챔버(300)의 바닥에 양극판(306)을 포함한다. 상기 양극판(306)을 부착하거나 상기 챔버(300)의 바닥에 형성시키기 위한 기존의 방법이 사용될 수 있다. 전해질 용액(11)은 드레인 채널(302)을 통해 바닥 개구부(304)와, 양극판(306)을 거쳐 순환된다.
상기 제2챔버(400)는 웨이퍼(2)의 화학적 기계적 폴리싱(CMP)을 위하여 원통형 롤러(404)상에 장착된 기계식 패드(402)를 포함한다. 축선(408)을 중심으로 상기 롤러를 회전시키기 위하여 샤프트(406)가 사용된다. CMP는 절연체 또는 금속과 같은 반도체 층의 화학적 제거와 기판 표면의 기계적 버퍼링(buffering)을 결합하는 물질 평탄화 처리(material planarization process)이다. CMP는 웨이퍼 표면의 전반적인 평탄화를 제공할 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼 제조 공정시, 다중층 금속 배선 구성에 있어서 축적되는 프로파일을 폴리싱하는데 CMP가 종종 사용된다.
본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 작업에 있어서, 상기 장치는, 전원을 사용하여, 음극 콘택트(38)에 음전위를 인가하고, 양극 판/차양(shade)(306)에 양 전위를 인가한다. 전류가 상기 2개의 전극사이에 흐르는 경우, 전해질 안에 있는 금속이 웨이퍼(2)의 표면상에 퇴적된다.
이러한 퇴적 후, 기계식 패드 조립체(412)를 사용하여, 웨이퍼(2)의 기계적 화학적 폴리싱도 실행된다. 웨이퍼(2)를 폴리싱하기 위하여, 슬러리 채널(410)을 통해 연마제 또는 슬러리가 폴리싱 패드(402)에 적용될 수 있다. 상기 제1챔버(300)로부터 제2챔버(400)를 분리시키는 중앙 벽(420)은 슬러리가 제1챔버(300)에 들어가지 않도록 충분히 높아야 한다. 슬러리가 도금 챔버(300)에 들어가는 것을 방지하는 기존의 다른 방법이 본 발명에 사용될 수 있다. 기계식 패드 조립체(412)는 실질적으로 웨이퍼(2)의 표면상에 금속이 영구적으로 퇴적되어지는 것을 방지하는데, 이러한 퇴적은 기계식 패드(402)의 폴리싱 또는 비벼 닦는 작용으로 인하여 발생하는 바람직하지 않은 것이다. 따라서, 금속, 즉 구리는 바이어, 트렌치 등의 소정의 장소에 퇴적되고, 실질적으로 웨이퍼상의 표면 또는 필드 영역과 같은 원하지 않는 영역에 퇴적되는 것을 방지한다.
웨이퍼 헤드 조립체(26)는 기계식 패드 조립체(412)쪽을 향하고, 제어력에 의하여 아래로 밀린다. 상기 웨이퍼 헤드 조립체(26)는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 것과 유사하고, 종래의 모터구동 스핀들(도시되지 않음)을 사용하여 축선(28)을 중심으로 회전한다. 상기 웨이퍼 헤드 조립체(26)는 또한 웨이퍼(2)의 중앙 영역이 도금되고 폴리싱될 수 있도록 화살표(30)방향으로 측면에서 측면으로 이동하기에 적합하다.
본 발명은 패드의 움직임에 의하여 충분한 펄싱을 만들어내는 기계적 펄싱으 로 인하여, 펄스 발생 전원 공급의 필요가 줄어들 수 있다. 이 기계적 펄싱은 웨이퍼에 대해 이동될 때에 웨이퍼가 패드와 접촉하고 있으므로 생성된다. 기계적 펄싱의 이점은 펄싱 능력을 가진 전원 공급을 필요로 하지 않고도 그레인 사이즈 및 구리막 완전성(integrity)을 향상시킨다는 것이다.
본 발명의 범위는 본 발명의 바람직한 제1 및 제2실시예의 도금 방법과 폴리싱 방법을 서로 교환하여 생각할 수 있다는 것에 유의한다. 예를 들면, 본 발명의 바람직한 제2실시예의 CMP 방법은 상기 바람직한 제1실시예의 전기폴리싱 방법과 교체될 수 있다. 마찬가지로, 제1실시예의 도금 방법은 제2실시예의 도금 방법과 교체될 수 있다.
지금까지 본 발명의 두가지 실시예만을 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 발명의 목적을 달성하기 위하여 다양한 도금 및 폴리싱 방법을 사용하는 여러 개의 용기로 구현될 수 있다. 예를 들면, 3개의 챔버가 본 발명에 사용될 수 있는데, 즉 좌측 및 우측 챔버는 도금/퇴적을 위하여 사용되고, 중앙 챔버는 폴리싱하는데 사용될 수 있다.
도 6 내지 도 9에 도시된 본 발명은 도전체를 반도체 기판에 간헐적으로 도포하고, 또한 이러한 도전체가 기판에 도포되고 있지 않을 때에 상기 기판을 간헐적으로 폴리싱하는 방법 및 장치를 더 설명한다. 도전체를 간헐적으로 도포할 때, 본 발명은 작업대상물과 양극간의 전위차를 갖는 전류를 인가함으로써, 이러한 전류가 인가될 때 도전체가 작업대상물에 도포될 수 있도록 한다. 또한, 역전류 펄스가 작업대상물간에 인가될 수 있다.
도 6은 사시도를 나타내고 도 7은 본 발명에 따른 제1양극 조립체의 단면도를 나타낸다. 양극 조립체(500)는 작업대상물(802)을 폴리싱하고 도금하는 독특한 양극 패드 배치를 포함한다. 패드(502)의 다중 스트립은 패드(502)가 양극(504)의 외면으로부터 돌출되도록 원통형 양극(504)위에 부착, 접착 또는 기계화된다. 전력은 원통형 양극(504)과 음극 작업대상물(802)에 가해진다. 원통형 양극(504)이 제1축선(510)에 대하여 회전하고, 작업대상물(802)이 제2축선(512)에 대하여 회전하기 때문에, 작업대상물(802)은 양극(504)이 그 사이에 패드를 갖지 않는 작업대상물(양극)(802)쪽을 향할 때 도금되고, 패드(502)가 작업대상물(802)과 기계적 접촉할 때 폴리싱된다. 또한, 작업대상물(802)은, 필요하다면, 화살표(520)로 나타난 바와 같이 작업대상물 헤드 조립체(도시 생략)를 통해 측면에서 측면으로 이동시키는데적합하다. 작업대상물 표면에 대하여 패드(502)를 브러싱하여 생기는 기계적 폴리싱 효과 및, 양극, 전해질, 및 작업대상물 배치로부터 금속을 도금하기 때문에 양극 조립체(500)에서 이러한 독특한 도금과 폴리싱이 일어난다.
도 8은 사시도를 나타내고, 도 9는 본 발명에 따른 제2양극 조립체의 단면도를 나타낸다. 또한, 양극 조립체(600)는 작업대상물(802)을 폴리싱하고 도금하는 독특한 양극 패드 배치를 포함한다. 양극 조립체(600)는 중앙에 구멍(606)을 갖는 도넛 또는 원형 형상으로 형성된다. 패드(602)의 다중 스트립은 패드(602)가 양극(604)의 표면으로부터 돌출되도록 양극(604)위에 장착된다. 양극(604)과 음극 작업대상물(802)에 전력이 가해질 때, 양극(604)은 제1축선(610)에 대하여 회전하고 작업대상물(802)은 제2축선(612)에 대하여 회전하기 때문에, 작업대상물(802)은 양극(604)이 그 사이에 패드를 갖지 않는 작업대상물(양극)(802)쪽을 향할 때 도금되고 패드(602)가 작업대상물(802)과 기계적인 접촉할 때 폴리싱된다. 상술된 바와 같이, 이러한 독특한 도금과 폴리싱은 작업대상물 표면에 대하여 패드(502)를 브러싱함으로써 발생되는 기계적 폴리싱 효과로 인해 양극 조립체(500)에서 발생한다. 또한, 양극 조립체(600)의 직경이나 크기는 작업대상물(802)의 직경이나 크기보다 더 작을 수 있다.
도 6 내지 도 9에서, 양극 조립체를 작동시킬 때, 전해질 또는 기타 용액은 양극(504,604)에 인접하게 위치된 저장소(도시 생략)로부터 기계적 패드(502,602)로 도입될 수 있다. 일 특정 실시예에서, 양극(504,604)은 양극과 음극 사이의 갭에 공급되도록 용액에 대한 경로를 함께 제공하는 양극(504,604)에 만들어진 구멍과 양극(504 ,604)의 중심부 내의 통로를 포함하는 내부 통로를 가질 수 있다. 대안적으로, 전해질 용액은 상술된 방법을 따라 또다른 채널을 거쳐 양극 조립체 (500,600)상에서 바로 공급될 수 있다.
부가적으로, 도 7에서 나타난 바와 같이, 전해질 용액은 작업대상물 주위에 만들어진 비도전 챔버(530)내부에 수용될 수 있다. 상술된 바와 같이, O-링 및 기타 종래의 구조체들은 이러한 실시예에서 챔버(530)내에 용액을 수용하도록 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에서, 기계적 작용이 웨이퍼면의 바람직하지 않은 영역상에서 도체의 바람직하지 않은 축적을 막기 위해서 사용되기 때문에, 평활제 (agents)의 필요성이 감소될 수 있거나, 종래에 사용했던 것 보다 더 적은 퍼센테 이지를 필요로한다.
또다른 실시예에서, 도 6 내지 도 9에 나타난 새로운 양극 조립체는 동일한 표면을 폴리싱하지 않고 작업대상물 표면위에 도전체를 퇴적/도금하는데 주로 사용될 수 있다. 이것은 전해질 양의 전달을 개선시키기 위해서 패드 또는 다른 고정된 피처(feature)가 작업대상물 표면 근처에서만 사용될 때 성취된다.
예를 들어, 도 10은 본 발명에 따라 "인접 도금" 장치의 단면도와 그 방법을 나타낸다. 도 10은 그 안에 배치된 전해질 용액(11)을 갖는 비도전성 챔버(700)를 나타낸다. 챔버(700)는 원통형 양극(504)위에 장착 또는 기계 가공된 고정 피처 또는 다중 스트립 패드(502)를 갖는 양극 조립체(500)를 포함한다. 동작시, 패드 스트립 (502)이 축선(510)에 대하여 회전하고 있고 작업대상물(802)로부터 이격될 때(패드 스트립(502)이 작업대상물(802)과 직접 접촉하지 않을 때), 전해질 용액(11)을 사용하여 작업대상물(802)이 도금된다. 바람직하게는 전해질 용액(11)이 계속되어 공급되고 작업대상물(802)에 가해지거나 스플래쉬(splash)되고, 그리하여 양극 조립체(500), 전해질 및 작업대상물 (음극) (802)을 통해 폐쇄된 전기 회로를 형성하도록 하는 속도로 양극(510)과 패드 스트립(502)이 회전된다. 갭 (800)이 대략 0 내지 5 mm이고 전해질의 메니스커스(meniscus) 용액을 포함할 때, 매우 많은 양의 전달이 발생하고 작업대상물 표면위에 고품질의 금속막을 퇴적시킨다. 또한, 원통형 양극(504)에 부착된 패드 및 고정 피처의 유형, 형상 및 구조에 따라, 갭(800)은 5 mm 보다 커질 수 있다.
상술된 실시예에서, 패드 또는 고정물의 경도는 작업대상물에 대한 패드의 상대적인 이동 속도와 결부된다. 바람직하게는, 패드는 최적 성능을 위해 단단하고 다공성이 되어야 한다.
본 발명은 작업대상물의 표면에 대하여 패드를 이동시켜 발생되는 기계적 펄싱이 충분한 펄싱을 발생시키기 때문에 발생시키는 펄스 생성 전원 공급에 대한 필요성이 감소될 수 있다. 이러한 기계적 펄싱은 패드가 작업대상물에 대하여 이동하므로 웨이퍼가 패드에 근접하여 있는 결과로서 발생된다. 기계적 펄싱의 이점은 그레인 사이즈, 콘텍트 홀, 바이어스, 및 트렌치(trenches)의 충전효율을 개선시키고 펄싱 능력을 갖는 전력 공급에 대한 필요성 없이 구리막 완전성(integrity)을 개선시킨다는 것이다.
도 11 및 도 12a 내지 도 12b는 본 발명의 개선된 실시예를 설명하기 위해 사용될 것이다. 본 발명은 또한 도금 공정을 사용하여 도포된 도전체의 구조에 유리하게 영향을 미치도록 결정된다. 도 11은 배리어 층(902)과 평행 성장(epitaxial) 시드층 (904)을 그 위에 퇴적시킨 종래의 기판(900)을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 시드층(904)은 <111> 결정 방향등의 소정 방식으로 배향된 개별 그레인(906)으로 구성된다. 종래의 도금 공정 후, 그 위에 도포된 도전 도금층(908)을 구성하는 원자들은 그레인(910)을 형성하기 위해 시간이 경과함에 따라 덩어리(cluster)가 될 것이고, 이러한 그레인(910)은 아래에 배치된 시드층(904)의 초기 결정 방향을 유지한다. 따라서, 시드층(904)이 <111> 결정 방향을 갖는다면, 도전 도금층(908)도 그러할 것이다.
대조적으로, 본 발명은, 상술된 바와 같이, 도금과 폴리싱에 의해서, 폴리싱 은, 더욱 랜덤화(random)되도록 도포된 도전 도금층의 결정 방향을 변화시킨다는 것을 알 수 있다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 도금층(958)에서 원자의 제1레벨 (958A)을 도포할 때, 상술된 패드(402)등의 폴리셔(polisher)는 원자의 제1레벨을 폴리싱하고 제1레벨에서의 원자의 댕글링 본드(dangling bonds)를 발생시킨다. 따라서, 도 12b에 도시된 바와 같이, 적용된 원자의 다음 레벨은 제1레벨이 형성되었던 것과 동일한 방식으로 형성되지 않을 것이다. 폴리싱 작용은 원자들이, 그레인이 자연스럽게 시간이 경과함에 따라, 원자 덩어리들이 그와는 다르게 되는 것과도 다른 조직을 갖기 쉽도록 하는 방식으로 형성하도록 한다. 일반적으로, 이러한 구조는 그 자체가 더욱 랜덤화되는 것으로 나타난다. 이것은 결과로 얻어진 그레인 (960)으로서 12b에 보여준다. 따라서, 도금층(958)은 시드층과 같은 동일한 결정 방향을 갖지 않을 것이다.
이러한 공정이 반복되고, 도금이 계속되어 도포된 그레인이 폴리싱되기 때문에, 이것은 그레인 레벨에서 더 큰 랜덤 정도를 갖는 도금층(968)으로 되고, 따라서, 도금층은 더욱 균일한 특성을 갖는다.
시드층위로 도포된 원자의 제1의 매우 적은층들이 폴리싱될 수 있고 이것은 생성된 그레인 패턴을 효과적으로 변화시킬 것이다. 또한, 도금 공정을 통해 적용된 원자를 연속적으로 폴리싱할 수 있고 이러한 효과를 연속적으로 증가시킬 수 있다.
본 발명의 상술한 실시예만이 상세히 설명되고 있지만, 당업자들은 본 발명의 새로운 원리와 이점을 실질적으로 이탈하지 않고 실시예의 많은 변형이 이루어 질 수 있다는 것을 쉽게 이해될 수 있다.

Claims (42)

  1. 반도체 작업대상물의 표면을 도금하고 폴리싱하는 장치에 있어서,
    작업대상물의 표면을 도금하는 도금 장치를 갖는 제1챔버,
    상기 작업대상물의 표면을 폴리싱하는 폴리싱 장치를 갖는 제2챔버,
    상기 제2챔버로부터 상기 제1챔버를 분리하는 격벽, 및
    상기 작업대상물의 일부분이 상기 도금 장치에 의해 도금될 수 있고, 상기 작업대상물의 다른 일부분이 상기 폴리싱 장치에 의해 폴리싱될 수 있도록 상기 제1 및 제2챔버에 대해 상기 작업대상물을 지지하도록 구성된 작업대상물 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도금 장치는 원통형 양극위에 장착된 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 원통형 양극은 제1축선에 대하여 회전하는데 적합한 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도금장치는 제1챔버의 저부쪽에 근접하여 장착된 양극판을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리싱 장치는 원통형 양극위에 장착된 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    원통형 양극은 제1축선에 대하여 회전하는데 적합한 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴리싱 장치는 화학적 기계적 폴리싱 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 화학적 기계적 폴리싱 장치는 원통형 롤러위에 장착된 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 원통형 롤러는 제1축선에 대하여 회전하는데 적합한 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    제1 및 제2챔버에 배치된 전해질 용액을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 작업대상물 지지체는 측면에서 측면으로 이동하고, 회전하는데 적합한 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 작업대상물은 웨이퍼, 플랫 패널 및 자성막 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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  40. 제2항에 있어서,
    상기 폴리싱 장치는 원통형 양극 상에 장착되는 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  41. 제1항에 있어서,
    도금 및 폴리싱하는 동안 상기 작업대상물의 일부분이 교대로 도금되고 폴리싱되도록 상기 작업대상물 지지체가 회전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  42. 제1항에 있어서,
    상기 작업대상물의 일부분이 상기 도금 장치에 의해 도금될 수 있고, 동시에 상기 작업대상물의 다른 일부분이 상기 폴리싱 장치에 의해 폴리싱될 수 있도록 상기 작업대상물 지지체가 상기 제1 및 제2챔버에 대해 상기 작업대상물을 지지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
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