KR100800925B1 - 구리 도금 공정에서의 애노드 세정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 구리 도금 공정에서의 애노드 세정 장치는 도금조(10) 및 이 도금조(10)에 인접하여 세정 모듈(20)이 설치되며, 제 1 및 제 2 애노드(12)(22)의 두 개의 애노드가 회전 바아(30)에 연결되어 있고, 이러한 회전 바아(30)는 회전구동부(40)에 의해 상하로 업/다운하고 회전된다. 도금조(10)는 하부에 애노드가 위치되는 하부의 애노드 셀(32)과, 상부에 기판(34)이 위치되는 상부의 메인 도금 셀(36)과, 애노드 셀(32)과 메인 도금 셀(36)사이의 멤브레인(38)으로 이루어지며, 내부에 전해액으로서 황산구리용액이 채워지고, 도금 후 애노드가 격리된 다음 드레인된다.

본 발명에 따르면, 도금조에 인접하여 세정 모듈이 설치되고, 두 개의 애노드가 도금조와 세정모듈을 회전함으로서 연속하여 새로운 애노드를 도금할 수 있게 되는 효과를 가진다.

구리 도금, 복수의 애노드, 회전 바아, 업/다운 구동, 애노드 교체

Description

구리 도금 공정에서의 애노드 세정장치 및 방법{Anode cleaning apparatus in a Cu electroplating process and Method thereof}

도 1a 및 도 1b는 종래의 구리배선의 형성방법을 나타내는 도면이고,

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 구리 도금 공정에서의 애노드 세정장치와, 이 세정장치의 작동 상태를 나타내는 개략도이고,

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 구리 도금 공정에서의 애노드 세정방법을 나타내는 흐름도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

10 : 도금조 12, 22 : 애노드

20 : 세정 모듈 24 : DI 노즐

30 : 회전 바아 32 : 애노드 셀

34 : 기판 36 : 메인 도금 셀

38 : 멤브레인 40 : 회전구동부

본 발명은 반도체 제조공정의 구리배선을 위한 도금공정(Cu electroplating process)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구리 애노드의 표면에서의 블랙 필름(black film)의 발생을 방지하여 세정된 애노드로 도금이 진행되어 결함발생을 저하시킴으로서 수율을 향상하고, 애노드의 교체를 용이하게 실행할 수 있는 구리 도금 공정에서의 애노드 세정장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 종래에 반도체 제조의 금속 배선으로 널리 사용되는 금속으로는 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 및 알루미늄 합금등이 있다. 그러나, 구리(Cu)는 텅스텐, 알루미늄에 비하여 비저항이 작으며, 신뢰성이 우수한 금속 배선 재료이므로, 반도체 소자의 금속 배선을 구리로 대체하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.

그렇지만, 구리는 텅스텐, 알루미늄과는 달리 건식 식각(Reactive Ion Etching)에 의한 배선 형성이 어려운 재료이므로, 구리의 경우, 건식 식각 공정을 거치지 않으면서 배선을 형성할 수 있는 방법에 관하여 활발히 연구되고 있는 바, 이러한 공정을 다마신(damascene) 공정이라 한다.

도 1에는 종래의 구리배선의 형성 방법을 간략히 도시하고 있으며, 도 1a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판의 구조물(1)상에 형성된 하부절연막(2) 및 하부구리배선(3)의 상부전면에 증착된 SiC 베리어막(4)상에 층간 절연막으로서 6000Å의 두께로 증착된 비아(101)를 포함하는 SiOC막(5)의 상부 전면에 구리의 확산 방지를 위해 TaN으로 이루어진 확산방지막(6)을 300Å의 두께로 증착한 다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 확산 방지막(6)상에 플라즈마 화학기상증착으로 구리씨드층을 1000Å의 두께로 형성하고, 구리씨드층상에 전기도금법으로 비아를 충분히 매립하도록 3500Å의 두께로 구리도금층을 형성한다.

전기도금법은 캐소드로서 작용하는 씨드층이 형성된 기판을 콘택링에 전기적으로 접촉시킨 후, 애노드에 대향하도록 도금용액이 담겨져 있는 용기내에 침지시키고, 콘택링에 전원을 인가하면, 상기 애노드로부터의 Cu가 용출되어 Cu2+이온이 전해액에 공급되어 구리도금층이 형성된다. 이때 애노드에서는 다음과 같은 두가지의 산화반응이 주로 일어난다.

전극에서의 구리이온의 용출에 의한 Cu → Cu2 + 2e 의 산화 반응과,

전해질내의 OH- 이온의 애노드 전극에서의 산소 가스 방출반응에 의한

2OH- → O2 + 2e의 산화 반응

이러한 산화 반응에 의해 구리 애노드의 표면에 슬러지와 같은 블랙 필름(black film)이 발생하게 되어 결함으로 작용하여 수율이 저하된다. 이는 가용성 애노드를 사용하면 구리가 용출되면서 산소와 반응하여 애노드 전극의 표면에 구리산화막이 형성되어 전류효율이 떨어지게 되며, 이러한 슬러지가 부산물로서 작용하여 도금시 결함으로서 작용하여 생산성 저하의 원인이 되는 바, 이를 해소하고자 종래에는 애노드를 정기적으로 유지보수해야 하였으며, 또한 애노드의 수명이 다되어 교체해야 하는 경우, 메인 셀 케미칼을 모두 드레인시킨 후에 교체해야 하는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 애노드의 세정을 원활하게 진행하고 또한 애노드 교체가 용이한 모듈을 제공할 수 있는 구리 도금 공정에서의 애노드 세정장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의구리 도금 공정에서의 애노드 세정 장치는 제 1 및 제 2 애노드와, 상기 애노드의 어느 하나을 도금하는 도금조와, 상기 도금조에 인접 설치되어 상기 어느 하나의 애노드가 도금될 때, 다른 하나의 애노드를 세정하는 세정 모듈과, 상기 제 1 및 제 2 애노드를 연결하는 회전 바아와, 상기 제 1 및 제 2 애노드가 각각 도금조와 세정 모듈에 위치되도록 회전 바아를 회전시키고 상하이동하는 회전구동부를 포함한다.

이때, 본 발명의 도금조는 하부에 애노드가 위치되는 하부의 애노드 셀과, 상부에 기판이 위치되는 상부의 메인 도금 셀과, 상기 애노드 셀과 메인 도금 셀사이의 멤브레인으로 이루어지는 것이 바람직하고, 도금조내에는 황산구리용액이 채워져 있으며, 이 황산구리용액은 도금 후 애노드가 격리된 다음 드레인되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 구리 도금 공정에서의 애노드 세정방법은 제 1 및 제 2 애노드를 회전 바아에 로딩하는 단계(S1)와, 상기 회전 바아를 업하여 상기 제 1 애노드를 도금조에 진입하고, 상기 제 2 내노드를 세정 모듈에 집입하는 단계(S2)와, 상기 제 1 애노드를 도금하는 단계(S3)와, 상기 제 1 애노드의 격리 후 전해액을 드레인하는 동시에, 상기 제 2 애노드를 세정하는 단계(S4)와, 상기 회전 바아를 다운하여 회전하고, 상기 제 1 애노드를 교체한 후, 다시 상기 회전 바아를 회전하는 단계(S5)와, 상기 회전 바아를 업하여 상기 제 2 애노드를 도금조에 진입하고, 상기 교체된 제 1 애노드를 세정 모듈에 진입하는 단계(S6)와, 상기 제 2 애노 드를 도금하는 단계(S7)와, 상기 제 2 애노드의 격리 후, 전애핵을 드레인하는 동시에, 상기 제 1 애노드를 세정하는 단계(S8)와, 상기 회전 바아를 다운하여 회전하고, 상기 제 2 애노드를 교체한 후, 다시 상기 회전 바아를 회전하는 단계(S9)와, 상기 (S2)∼(S9) 단계들을 반복하여 다수의 애노드를 연속하여 세정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 도금조에 인접하여 세정 모듈이 설치되고, 두 개의 애노드가 도금조와 세정모듈을 회전함으로서 연속하여 새로운 애노드를 도금할 수 있게 된다.

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 구리 도금 공정에서의 애노드 세정장치와, 이 세정장치의 작동 상태를 나타내고 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구리 도금 공정에서의 애노드 세정 장치에 있어서, 도금조(10) 및 이 도금조(10)에 인접하여 세정 모듈(20)이 설치되며, 제 1 및 제 2 애노드(12)(22)의 두 개의 애노드가 회전 바아(30)에 연결되어 있고, 이러한 회전 바아(30)는 회전구동부(40)의 업/다운 수단 및 회전 모터(도시하지 않음)에 의해 상하로 업/다운하고 회전된다.

도금조(10)는 하부에 애노드가 위치되는 하부의 애노드 셀(32)과, 상부에 기판(34)이 위치되는 상부의 메인 도금 셀(36)과, 애노드 셀(32)과 메인 도금 셀(36)사이의 멤브레인(38)으로 이루어지며, 내부에 전해액으로서 황산구리용액이 채워지고, 도금 후 애노드가 격리된 다음 드레인되는 것이 바람직하다.

이상과 같이 구성된 구리 도금 공정에서의 애노드 세정장치에 대한 애노드 세정방법을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 구리 도금 공정에서의 애노드 세정을 위하여, 회전 바아(30)에 제 1 및 제 2 애노드(12)(22)를 로딩한다(S1).

이어서, 회전구동부(40)를 구동하여 회전 바아(30)를 업하여 제 1 애노드(12)를 도금조(10)에 진입하고, 제 2 애노드(22)를 세정 모듈(20)에 집입하여(S2), 도금조(10)에서, 제 1 애노드(12)를 도금한다(S3).

도금이 끝나면, 제 1 애노드(12)를 격리한 후 황상 구리용액의 전해액을 드레인하는 동시에, 세정 모듈(20)의 DI 노즐(24)을 통해 순수를 분사하여, 제 2 애노드(22)를 세정한다(S4).

이 후, 회전구동부(40)을 작동하여 회전 바아(30)를 다운하여 회전한 다음, 제 1 애노드(12)를 교체한 후, 다시 회전 바아(30)를 반대로 회전한다.(S5)

이어서, 다시 회전구동부(40)를 작동하여 회전 바아(30)를 업하여 제 2 애노드(22)를 도금조(10)에 진입하고, 교체된 새로운 제 1 애노드(12)를 세정 모듈(20)에 진입하여(S6), 도금조(10)에서 제 2 애노드(22)를 도금한 다음(S7), (S4) 단계와 유사하게 제 2 애노드(22)의 격리 후, 전해액을 드레인하는 동시에, 세정 모 듈(20)에서 DI 노즐(24)을 통해 순수를 분사하여 제 1 애노드(12)를 세정한다(S8).

그리고, 다시 회전구동부(40)를 구동하여 회전 바아(30)를 다운하여 회전하고, 제 2 애노드(22)를 새로운 애노드로 교체한 후, 다시 회전구동부(40)를 작동하여 회전 바아(30)를 회전한다(S9).

이러한 상기 (S2)∼(S9) 단계들을 반복하여 다수의 애노드를 연속하여 세정함으로서 항상, 새로운 애노드로 도금이 진행된다.

이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 도금조에 인접하여 세정 모듈이 설치되고, 두 개의 애노드가 도금조와 세정모듈을 회전함으로서 연속하여 새로운 애노드로서 도금할 수 있게 됨에 따라 결함의 발생이 줄게 되어 수율이 향상되고, 애노드에 대한 유지보수를 정기적으로 행할 필요도 없게 되고, 애노드의 교체 역시 세정 모듈에서 용이하게 교체되므로, 주 셀내의 케미칼에 대한 드레인을 행할 필요가 없게되는 효과를 가진다.

Claims (6)

1. 구리 도금 공정에서의 애노드 세정 장치에 있어서,

   제 1 및 제 2 애노드와,

   상기 애노드의 어느 하나을 도금하는 도금조와,

   상기 도금조에 인접 설치되어 상기 어느 하나의 애노드가 도금될 때, 다른 하나의 애노드를 세정하는 세정 모듈과,

   상기 제 1 및 제 2 애노드를 연결하는 회전 바아와,

   상기 제 1 및 제 2 애노드가 각각 도금조와 세정 모듈에 위치되도록 회전 바아를 회전시키고 상하이동하는 회전구동부를 포함하는

   구리 도금 공정에서의 애노드 세정장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 도금조는 하부에 애노드가 위치되는 하부의 애노드 셀과, 상부에 기판이 위치되는 상부의 메인 도금 셀과, 상기 애노드 셀과 메인 도금 셀사이의 멤브레인으로 이루어지는 것을 특징으로 하는

   구리 도금 공정에서의 애노드 세정장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 도금조내에는 황산구리용액이 채워져 있는 것을 특징으로 하는

   구리 도금 공정에서의 애노드 세정장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 도금조내의 황산구리용액은 도금 후 애노드가 격리된 다음 드레인되는 것을 특징으로 하는

   구리 도금 공정에서의 애노드 세정장치.
5. 구리 도금 공정에서의 애노드 세정방법에 있어서,

   제 1 및 제 2 애노드를 회전 바아에 로딩하는 단계(S1)와,

   상기 회전 바아를 업하여 상기 제 1 애노드를 도금조에 진입하고, 상기 제 2 내노드를 세정 모듈에 집입하는 단계(S2)와,

   상기 제 1 애노드를 도금하는 단계(S3)와,

   상기 제 1 애노드의 격리 후 전해액을 드레인하는 동시에, 상기 제 2 애노드를 세정하는 단계(S4)와,

   상기 회전 바아를 다운하여 회전하고, 상기 제 1 애노드를 교체한 후, 다시 상기 회전 바아를 회전하는 단계(S5)와,

   상기 회전 바아를 업하여 상기 제 2 애노드를 도금조에 진입하고, 상기 교체된 제 1 애노드를 세정 모듈에 진입하는 단계(S6)와,

   상기 제 2 애노드를 도금하는 단계(S7)와,

   상기 제 2 애노드의 격리 후, 전애핵을 드레인하는 동시에, 상기 제 1 애노 드를 세정하는 단계(S8)와,

   상기 회전 바아를 다운하여 회전하고, 상기 제 2 애노드를 교체한 후, 다시 상기 회전 바아를 회전하는 단계(S9)와,

   상기 (S2)∼(S9) 단계들을 반복하여 다수의 애노드를 연속하여 세정하는 것을 특징으로 하는

   구리 도금 공정에서의 애노드 세정방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 도금조내에는 황산구리용액이 채워져 있는 것을 특징으로 하는

   구리 도금 공정에서의 애노드 세정방법.

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