KR100845566B1

KR100845566B1 - 도금장치 및 도금액 조성의 관리방법

Info

Publication number: KR100845566B1
Application number: KR1020010074834A
Authority: KR
Inventors: 후쿠나가아키라; 나가사와히로시
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2008-07-10
Also published as: KR20020042482A; EP1217102A2; EP1217102A3; US20040163948A1; JP3642730B2; TW570998B; JP2002167699A; US20020063097A1; US6740242B2

Abstract

본 발명의 도금장치는, 그 안에 도금액을 보유하는 도금조를 구비한 도금유닛과, 액체크로마토그래피장치 및 산술유닛를 구비한 도금액감시유닛을 포함하여 이루어진다. 상기 액체크로마토그래피장치는 도금액의 샘플내에 있는 첨가제를 분리하고 정량화하는 역할을 한다. 상기 산술유닛은 첨가제의 정량화된 값을 상기 첨가제에 대한 주어진 소정의 농도와 비교하고, 상기 비교된 결과값을 표시하는 출력신호를 생성하는 역할을 한다. 상기 도금장치는, 상기 도금액감시유닛내의 산술유닛으로부터의 출력신호를 기초로 하여, 상기 첨가제를 포함하고 있는 용액을 첨가제탱크로부터 도금조내의 도금액에 첨가시키는 첨가제보급유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

도금장치 및 도금액 조성의 관리방법{PLATING APPARATUS AND METHOD OF MANAGING PLATING LIQUID COMPOSITION}

도 1a 내지 도 1c는 구리도금을 통하여 구리배선을 형성하는 공정의 예시를 도시한 단면도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도금장치를 도시한 개략도,

도 3a 내지 도 3c는 도금액의 첨가제를 농축시키는 시스템을 도시한 개략도,

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금장치의 개략도,

도 5는 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도,

도 6은 도 5에 도시된 기판도금장치에서의 공기흐름을 도시한 개략도,

도 7은 도 5에 도시된 기판도금장치내의 영역(area)들간의 공기흐름을 도시한 단면도,

도 8은 클린룸내에 위치하는 도 5에 도시된 기판도금장치의 사시도,

도 9는 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도,

도 10은 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도,

도 11은 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도,

도 12는 반도체기판처리장치의 설계 구성예를 도시한 도면,

도 13은 반도체기판처리장치의 또 다른 설계 구성예를 도시한 도면,

도 14는 반도체기판처리장치의 또 다른 설계 구성예를 도시한 도면,

도 15는 반도체기판처리장치의 또 다른 설계 구성예를 도시한 도면,

도 16은 반도체기판처리장치의 또 다른 설계 구성예를 도시한 도면,

도 17은 반도체기판처리장치의 또 다른 설계 구성예를 도시한 도면,

도 18은 도 17에 도시된 반도체기판처리장치에서의 각 단계의 흐름을 도시한 도면,

도 19는 베벨및배면세정유닛의 개략적인 구성예를 도시한 도면,

도 20은 무전해도금장치의 예시의 개략적인 구성을 도시한 도면,

도 21은 무전해도금장치의 또 다른 예시의 개략적인 구성을 도시한 도면,

도 22는 어닐링유닛의 예시의 수직단면도,

도 23은 어닐링유닛의 횡단면도이다.

본 발명은 도금장치 및 도금액 조성의 관리방법에 관한 것으로, 특히 황산구리도금을 통하여 반도체기판의 표면에 형성되는 미세배선홈내에 구리를 메꾸어 배선을 형성하는 도금장치 및 상기 도금장치에 사용되는 도금액내의 첨가제를 관리하는 방법에 관한 것이다.

도금에 의하여 금속층을 퇴적하는 공정은 인쇄회로기판 등을 제조하는 전자산업분야에 널리 사용되어 왔다. 최근에는, 반도체기판상에 배선회로를 형성하는 금속재료로서, 그 낮은 전기저항성 및 일렉트로마이그레이션(electromigration)에 대한 높은 저항성 때문에, 알루미늄 또는 알루미늄합금 대신에 구리(Cu)를 사용하는 더 많은 시도가 이루어지고 있다. 구리배선은 일반적으로 반도체기판의 표면에 형성되는 미세후퇴부내에 구리를 메꾸어 형성된다. 구리배선을 형성하기 위한 공정들은 화학기상성장(CVD)공정, 스퍼터링공정 및 도금공정을 포함한다. 이들 공정 가운데 어떤 것은, 구리층이 반도체기판의 전체표면상에 퇴적된 후, 불필요하게 퇴적된 구리는 화학적 기계적 폴리싱(CMP)에 의하여 반도체기판으로부터 제거된다.

도 1a 내지 도 1c는 구리도금을 통하여 기판(W)상에 구리배선을 형성하는 공정의 예시를 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, SiO₂의 산화층(2)이 반도체디바이스가 형성된 반도체베이스(1)에 있는 전기적 도전층(1a)상에 퇴적된다. 콘택트홀 (3) 및 배선홈(4)은 리소그래피 에칭기술에 의하여 산화층(2)내에 형성된다. 그 후, TaN 등으로 만들어진 장벽층(5)이 산화층(2)상에 형성되고, 전해도금에서 피드층(feeding layer)으로서 사용되는 시드층(7)이 장벽층(5)상에 형성된다.

이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 기판(W)의 표면은, 콘택트홀(3)과 배선홈(4)을 구리로 채우기 위하여 구리로 도금되어, 상기 산화층(2)상에 구리층(6)을 형성한다. 그런 다음, 기판(W)의 표면은 산화층(2)으로부터 구리층(6)을 제거하기 위하여 폴리싱되므로, 상기 콘택트홀(3)과 배선홈(4)내에 채워진 구리층(6)의 표면은 상기 산화층(2)의 표면과 실질적으로 같게 된다. 따라서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 구리층(6)을 포함하고 있는 배선이 형성된다.

상기 시드층(7)은 일반적으로 스퍼터링 또는 CVD에 의하여 형성된다. 상기 구리층(6)은, 일반적으로 황산구리와 황산을 포함하고 있는 황산구리 도금액으로 이루어진 도금액을 사용하는 전해구리도금공정에 의하여 형성된다.

회로배선이 더욱 미세하게 됨에 따라, 배선홈 또는 플러그는 더 큰 종횡비를 가진다. 이러한 추세의 관점에서 보면, 기판에 형성된 0.1㎛이하 폭의 미세후퇴부내에 결함을 일으키지 않고 구리를 완전히 메우기 위한 엄격한 기술 요구사항이 부과되고 있다.

이러한 요구사항을 만족시키기 위해서는, 전해조의 기하학적인 형상 및 도금공정에서의 전기적인 조건과 같은 작업조건이 최적화되는 것이 필요하다. 그러나, 가장 중요한 것은 도금액의 조성을 완전히 관리하는 것이다. 상기 도금액은 퇴적될 금속이온 및 그 카운터이온을 포함하는 주성분과, 피도금면상에서의 금속이온의 퇴적이 균일하도록 퇴적반응의 속도를 국부적으로 제어하는 첨가제를 포함하여 이루어진다. 첨가된 첨가제의 양이 극히 소량이더라도, 상기 첨가제들은 도금공정에 있어서 매우 중요한 영향을 미친다. 따라서, 상기 도금공정은 첨가제가 그 농도에 있어 엄격하게 관리되지 않으면, 상기 첨가제에 의하여 불리하게 영향을 받을 수도 있다.

요즘에는, 각종 생산공정에 있어서 환경 부담을 최소화시키는 것이 요구되고 있다. 특히, 농도가 높은 폐수를 생성하기 매우 쉬운 도금공정에서는 좀 더 긴 시간 동안 도금조를 사용하도록 하는 것이 기대되고 있다. 이들 관점에서 보면, 도금액을 효과적으로 사용하기 위해서는 도금액의 농도를 적극적으로 관리하는 것이 바 람직하다.

하지만, 지금까지는 도금액을 관리하기 위한 노력들이 거의 없었다. 종래의 도금공정에서는, 소정량의 도금액 성분들이 보충을 위하여 시간의 주어진 간격으로 도금액에 추가되고, 도금욕은 도금액 성분들이 소정의 회수로 추가된 후에 전체가 교체된다.

전기도금공정에서는, 퇴적반응의 상태들이 순환전압전류스트리핑(cyclic voltammetric stripping; CVS)과 같은 전기화학적 측정에 기초하여 감시되고, 첨가제의 농도에 대한 정보는 상기 측정된 결과값으로부터 간접적으로 얻어진다. 이러한 CVS 공정에서, 순환전압전류그림은 일정전위기 및 전위스캐너를 사용하여 플롯되고, 도금액내의 오염물 및 첨가제의 농도에 대한 정보는 상기 플롯된 순환전압전류그림의 형상으로부터 간접적으로 얻어진다. 그러나, CVS공정은 간접접근법을 기초로 하기 때문에, 도금액의 관리를 위한 요구사항들을 고도로 정밀하게 만족시킬 수 없다.

본 발명은 상기 결점들의 관점에서 만들어졌다. 따라서, 본 발명의 목적은, 도금액의 조성을 고도로 정밀하게 관리하기 위하여, 도금액내의 첨가제를 직접 분리하고 정량화하는 도금장치 및 상기 도금장치내의 도금액의 조성을 관리하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1형태에 따르면, 그 안에 도금액을 보유하는 도금조를 구비한 도금유닛; 상기 도금액의 샘플에서 첨가제를 분리하고 정량화하는 액체크로마토그래피장치와, 상기 첨가제의 정량화된 값을 상기 첨가제에 대한 주어진 소정의 농도와 비교하고 상기 비교된 결과값을 표시하는 출력신호를 생성하는 산술유닛을 구비한 도금액감시유닛과,; 및 상기 도금액감시유닛내의 상기 산술유닛으로부터의 상기 출력신호를 기초로 하여, 상기 첨가제를 포함하고 있는 용액을 첨가제탱크로부터 상기 도금조내의 도금액으로 첨가하는 첨가제보급유닛을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 도금장치가 제공된다.

상기 배치에 의하면, 도금액내의 첨가제는 액체크로마토그래피장치로 직접 분리되고 분석(정량화)되고, 불충분하거나 불충분하게 될 것이 예상되는 첨가제는 적절하게 상기 도금액에 첨가되어, 도금액내의 첨가제 양의 변동을 소정의 범위내로 유지시킨다.

본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 액체크로마토그래피장치는 상기 첨가제를 정량화하기 위한 기화성 광산란 검출기(evaporative light-scattering detector)를 포함한다. 상기 기화성 광산란 검출기는, 샘플이 분사를 통하여 증발된 후에 기화되지 않고 남아있는 용질에 의하여 산란되는 광도를 검출할 수 있다. 따라서, 상기 기화성 광산란 검출기는 기본적으로 어떠한 물질도 검출할 수 있고, 첨가제의 실용적인 농도레벨에서 충분한 검출감도를 가진다. 그러므로, 상기 기화성 광산란 검출기는 전체 시스템을 단순화할 수 있다. 상기 기화성 광산란 검출기가 어떠한 이유로 불충분한 검출감도를 가지는 경우에는, 상기 첨가제들이 프리-컬럼(pre-column) 농축에 의하여 검출가능한 레벨로 농축될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 형태에 따르면, 상기 도금액은 배선을 형성하기 위하여 기판에 형성된 미세오목부(fine recess) 내에 구리를 메꾸어 넣는 황산구리 도금액을 포함하고; 이온성분들은 상기 첨가제가 정량화되기 전에 미리 상기 도금액으로부터 제거된다. 이러한 배치에 의하면, 매우 높은 농도로 존재하는 황산이온, 구리이온 및 염소이온과 같은 주성분들이 미리 제거된다. 따라서, 도금액내의 첨가제의 극미량이 용이하게 검출될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 형태에 따르면, 상기 첨가제는 산소함유 수용성 중합화합물(oxygen-containing water-soluble polymeric compound), 황함유 유기화합물(surfur-containing organic compound) 및 질소함유 유기화합물(nitrogen-containing organic compound) 가운데 적어도 하나를 포함하여 이루어진다. 상기 산소함유 수용성 중합화합물은 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol) 등을 포함할 수 있다. 상기 황함유 유기화합물은 디설파이드(disulfide) 등을 포함할 수 있다. 상기 질소함유 유기화합물은 폴리아민(polyamine) 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 제2형태에 따르면, 도금조내의 도금액을 샘플링하는 단계; 상기 샘플링된 도금액내의 첨가제를 액체크로마토그래피로 분리하고 정량화하는 단계; 상기 첨가제의 정량화된 값을 상기 첨가제에 대한 주어진 소정의 농도와 비교하는 단계; 및 상기 비교된 결과값을 기초로 하여, 상기 첨가제를 포함하고 있는 용액을 상기 도금액에 첨가하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 도금액 조성의 관리방법이 제공된다.

본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 이온성분들은 첨가제가 정량화되기 전에 미리 도금액으로부터 제거된다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적, 특징 및 장점들은, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시를 통하여 도시한 첨부도면과 연계하여 아래에 기술함으로써 명백해질 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 도금장치를 첨부도면을 참조하여 아래에 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도금장치를 도시한 개략도이다. 상기 도금장치는 전해도금공정을 행하는 장치로서 아래에 기술된다. 그러나, 도금장치는 기본적으로 다른 도금공정에 적용될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 도금장치는 주로 3개의 유닛, 즉 도금유닛(10), 도금액감시유닛(12) 및 첨가제보급유닛(14)을 포함하여 이루어진다. 상기 도금장치는 또한 상기 유닛(10, 12, 14)에 더하여, 전원유닛 및 여러가지 목적을 위한 각종 기타 유닛(도시되지 않음)을 포함한다.

도금유닛(10)은 수행되어지는 도금공정에 따라 도금액(16)을 담기 위한 도금조(18)를 포함하여 이루어진다. 상기 도금조(18)는 그 내부에 양극(20) 및 피도금 가공물(22)을 수용하며, 상기 양극(20) 및 가공물(22)은 그것들이 서로 대향하는 상태로 도금액(16)내에 잠기어 있다. 양극(20)은 도금액(16)에서 가용성 또는 불용성일 수 있다. 상기 가공물(22)은 전류가 양극(20)과 가공물(22) 사이에 흐를 때 도금된다. 상기 전류는 직류 또는 펄스 전류로서 흐를 수 있다.

도금액감시유닛(12)은 액체크로마토그래피장치(24) 및 산술유닛(26)을 포함하여 이루어진다. 상기 액체크로마토그래피장치(24)는 도금조(18)로부터 연장되는 샘플액도입관(28)을 통하여 흐르는 도금액(16)을 샘플링하는 샘플링펌프(30)와, 난용성액탱크(hardly soluble liquid tank; 32)로부터 난용성액을 운반하는 난용성액 펌프 (34) 및 순수탱크(36)로부터 순수를 운반하는 순수펌프(38)를 구비한다. 상기 난용성액은, 분리될 성분 및 분리컬럼(separating column; 52a, 52b)의 특성에 따라, 알콜과 같은 유기용제 및 물과 유기용제의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 도금액감시유닛 (12)은 순수공급시스템 및 난용성액공급시스템 중 어느 하나를 포함하거나, 또는 복수의 난용성액공급시스템을 구비할 수 있다.

샘플링펌프(30)로부터 연장되는 관(40) 및 난용성액펌프(34)로부터 각각 연장되는 관(42) 및 순수펌프(38)는 그 내부에 2개의 통로(44a, 44b)를 구비하는 주입밸브(46)에 연결된다. 상기 샘플액복귀관(48) 및 분석시스템관(50)은 주입밸브 (46)에 연결된다.

샘플링펌프(30)가 작동되면, 도금조(18)내의 도금액(16)은 순차적으로 샘플액도입관(28), 관(40), 주입밸브(46) 및 샘플액복귀관(48)을 통하여 다시 도금조(18)내로 흐른다. 주입밸브(46)가 180°회전되면, 주입밸브(46)내의 통로 (44a, 44b)들은 상기 통로(44a)내에 도금액을 샘플링하기 위하여 전환된다. 난용성액펌프(34) 및/또는 순수펌프(38)가 작동되면, 통로(44a)내의 도금액은 난용성액 및/또는 순수에 의하여 분석시스템관(50)내로 밀린다.

2개의 분리컬럼(52a, 52b)은 직렬로 분석시스템관(50)상에 배치된다. 상기 분리컬럼(52a, 52b)은 충전재의 크로마토그래픽 흡착을 이용하여 샘플링된 도금액으로부터 각각의 첨가제를 분리시키는 역할을 한다. 일반적으로, 분리컬럼(52a, 52b)은 분리될 성분에 따라 선택적으로 사용된다. 본 실시예에서, 분리컬럼(52a, 52b)은 폴리에틸렌 글리콜과 폴리프로필렌 글리콜과 같은 산소함유 수용성 중합화 합물을 분리하는데 적합한 분자량 분류컬럼(fractionating column)과, 디설파이드와 같은 황함유 유기화합물 및 폴리아민과 같은 질소함유 유기화합물을 분리하는데 적합한 약간의 소수성 컬럼을 포함한다. 이들 컬럼은 샘플링된 도금액으로부터 상술된 첨가제를 분리하기 위하여 직렬로 연결된다. 도금액감시유닛(12)은 단일 분리컬럼을 구비할 수 있고, 또한 직렬로 연결된 3 이상의 분리컬럼을 구비할 수도 있다.

스위칭밸브(54)는 분리컬럼(52a, 52b)의 하류측에 배치된다. 상기 스위칭밸브(54)는 분리컬럼(52a, 52b)을 선택적으로 배수로 및 검출기(56)에 연결시키는 역할을 한다. 상기 검출기(56)는 분리컬럼(52a, 52b)에 의하여 분리되는 각각의 첨가제를 분석(정량화)하는 역할을 한다. 예를 들어, 검출기(56)는, 상기 샘플이 분무를 통하여 기화된 후에 기화되지 않고 남는 용질에 의하여 분산되는 광도를 검출하는 기화성 광산란 검출공정을 기초로 하여 첨가제를 분석하는 기화성 광산란 검출기(evaporative light-scattering detector)를 포함하여 이루어진다. 상기 기화성 광산란 검출기는 기본적으로 임의의 물질을 검출할 수 있고, 첨가제의 실용적인 농도 레벨에서 충분한 검출감도를 가지기 때문에, 본 실시예에서는 기화성 광산란 검출기가 사용된다. 따라서, 기화성 광산란 검출기가 상기 검출기(56)로서 사용되면, 간단한 시스템을 얻을 수 있다.

분리된 성분을 검출하는 어떤 공정들은 상기 성분들의 특성에 따라 자외선 흡수 또는 차등굴절을 활용한다. 이들 각각의 공정들이 그 자체로는 모든 성분들을 검출할 수 없더라도, 이들 공정들은 상기 성분들을 모두 검출하기 위하여 서로 조 합될 수 있다.

상기 검출기(56)는 출력신호를 산술유닛(26)으로 전송한다. 산술유닛(26)은 검출기(56)에 의하여 검출되는 첨가제의 정량적인 값을 각각의 첨가제에 대한 주어진 소정의 농도와 비교하고, 상기 소정의 농도로부터 첨가제의 차이 또는 편차를 계산한다. 산술유닛(26)으로부터의 출력신호는 첨가제보급유닛(14)의 제어기(58)로 전송된다.

상기 첨가제보급유닛(14)은 제어기(58), 각각의 첨가제를 포함하고 있는 용액을 저장하는 복수의 첨가제탱크(본 실시예에서는 3개의 첨가제탱크(60a, 60b, 60c)) 및 상기 첨가제탱크(60a, 60b, 60c)로부터 첨가제의 용액을 운반하는 첨가제펌프(62a, 62b, 62c)를 포함하여 이루어진다. 첨가제펌프(62a, 62b, 62c)의 운전은 제어기(58)에 의하여 제어된다. 상기 첨가제탱크(60a, 60b, 60c)로부터 각각의 첨가제펌프(62a, 62b, 62c)를 통하여 운반되는 첨가제의 용액은 첨가제보급관(64)을 통하여 도금조(18)내의 도금액(16)에 첨가된다.

도금장치에서 도금액 성분들을 관리하는 공정을 아래에 설명한다.

샘플링펌프(30)는 항상 또는 소정의 샘플링 시간에만 운전될 수 있다. 샘플링펌프(30)가 소정의 샘플링 시간에만 운전되는 경우에는, 분석시스템의 관에 남아있는 이전의 도금액을 교체하기 위하여, 분석될 도금용액이 분석시스템 안으로 도입될 때까지 소정의 시간주기동안 도금액을 흐르게 할 필요가 있다. 주입밸브(46)는 180°회전하여, 본 실시예의 통로(44a)내의 도금액을 샘플링하기 위하여 상기 통로(44a, 44b)를 전환시킨다.

그 후, 순수펌프(38)만이 작동되어, 샘플링된 도금액 및 순수를 분리컬럼(52a, 52b)내로 도입시킨다. 이 때, 스위칭밸브(54)는 순수를 배수하기 위하여 배수로에 연결된다. 황산이온, 구리이온 및 염소이온과 같이 이온성 (ionicity)이 높은 주성분들은 분리컬럼(52a, 52b)내에 전혀 남아있지 않고, 분리컬럼(52a, 52b)의 외부로 흐른다. 예를 들어, 황산구리 도금공정에서는, 황산이온, 구리이온 및 염소이온과 같은 이들 주성분들이 매우 고농도로 존재하고, 도금액내에 첨가제의 극미량을 검출하기 위하여 미리 제거되어야 하는 것이 바람직하다.

주성분들이 배수된 후, 스위칭밸브(54)는 다시 회전되어 상기 검출기(56)에 연결된다. 이와 동시에, 순수펌프(38)로부터 운반되는 순수의 양은 점차 감소되고, 난용성액펌프(34)가 작동되어, 메탄올 등의 농도를, 예를 들어 점차 100%까지 증가시키기 위하여 점차 증가하는 양으로 상기 난용성액을 운반시킨다. 도금액내의 첨가제는 분리컬럼(52a, 52b)으로부터 순차적으로 용리된다. 도금액내의 첨가제는 일정한 순서로 용리되지는 않지만, 황산함유 유기화합물, 질소함유 유기화합물 및 산소함유 수용성 중합화합물이 명칭의 순서로 용리된다는 것을 흔히 경험하고 있다.

그 후, 이들 용리된 첨가제는, 산술유닛(26)으로 출력신호를 전송하는 검출기(56)에 의하여 순차적으로 정량화된다. 산술유닛(26)은 각각의 첨가제에 대한 주어진 소정의 농도와 검출기(56)로부터의 출력신호(검출된 값)를 비교하고, 각각의 첨가제에 대한 주어진 소정의 농도로부터 차이 또는 편차를 계산한다. 계산된 데이터를 기초로 하여, 산술유닛(26)은 어떤 첨가제가 부족한지의 여부를 결정한다. 어떤 임의의 첨가제가 불충분하다면, 산술유닛(26)은 이러한 부족을 나타내는 신호를 제어기(58)로 전송한다. 대안적으로, 산술유닛(26)은 복수의 검사 사이클에 기초하여 수 분내에 어떤 첨가제가 부족하게 될지의 여부를 결정할 수도 있고, 어떤 임의의 첨가제가 수 분내에 불충분할 것이라면, 이러한 차후 부족을 나타내는 신호를 제어기(58)로 전송할 수도 있다.

산술유닛(26)으로부터의 현 부족 신호에 응답하여, 제어기(58)는 예를 들어 첨가제탱크(60a)로부터 부족한 첨가제를 운반하도록 첨가제펌프(62a)를 작동시키고, 이에 따라 상기 첨가제를 도금액(16)에 추가시킨다. 그 후, 제어기(58)는 첨가제펌프(62a)를 작동시키지 않는다. 제어기(58)가 산술유닛(26)으로부터의 차후 부족 신호를 수신하는 경우, 이는 어떤 임의의 첨가제가 수 분내에 불충분하게 될 것이라는 것을 나타내며, 그 후 제어기(58)는 수신된 차후 부족 신호에 응답하여 첨가제펌프를 작동시키거나 또는 수 분이 경과하기 전에 첨가제펌프를 작동시킨다.

따라서, 도금액내의 첨가제는 액체크로마토그래피장치(24)로 직접 분리되고 분석(정량화)되며, 불충분하거나 또는 불충분하게 될 상기 첨가제들은 도금액에 첨가되어, 도금액내의 첨가제의 양의 변동을 소정의 범위내로 유지시킨다.

기화성 광산란 검출기는 보통 첨가제의 실용적인 농도 레벨을 검출하기에 충분한 높은 검출감도를 가진다. 상기 기화성 광산란 검출기가 어떠한 이유로 불충분한 검출감도를 가지는 경우, 상기 첨가제들은 프리-컬럼(pre-column) 농축에 의하여 검출가능한 레벨로 농축되어야 한다.

도 3a 내지 도 3c는 첨가제를 농축시키는 시스템을 도시한 개략도이다. 샘플링펌프(30)로부터 연장되는 관(40)과 순수펌프(38)로부터 연장되는 관(70)은 그 내 부에 3개의 통로(72a, 72b, 72c)를 구비한 첫번째 6방향밸브(74)에 연결된다. 샘플추출관(76)은 상기 첫번째 6방향밸브(74)에 연결된 대향하는 단부를 가지며, 연결관(78)은 상기 첫번째 6방향밸브(74)에 연결된 단부를 가진다. 상기 연결관(78)의 타단부, HPLC펌프시스템(2액체 경사도(two-liquid gradient))(80)의 펌프(82)로부터 연장되는 관(84), 농축컬럼(86)의 반대쪽 단부 및 분석시스템관(50)은 그 내부에 3개의 통로(88a, 88b, 88c)를 구비한 두번째 6방향밸브(90)에 연결된다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 첫번째 6방향밸브(74)는 상기 관(40)을 첫번째 6방향밸브(74)내의 통로(72a), 샘플추출관(76) 및 첫번째 6방향밸브(74)내의 통로(72b)와 직렬로 연결하도록 배치된다. 이 때, 샘플액은 샘플링을 위하여 샘플링펌프(30)를 통하여 샘플추출관(76)내로 운반된다. 그 후, 도 3b에 도시된 바와 같이, 첫번째 6방향밸브(74)는 반시계방향으로 60°회전하여, 상기 관(70)을 첫번째 6방향밸브(74)내의 통로(72c), 샘플추출관(76), 첫번째 6방향밸브(74)내의 통로(72b), 연결관(78), 두번째 6방향밸브(90)내의 통로(88a), 농축컬럼(86) 및 두번째 6방향밸브(90)내의 통로(88b)와 직렬로 연결시킨다. 따라서, 샘플추출관(76)내로 운반되는 샘플액은 농축컬럼(86)내로 도입되어 그 안에서 농축된다. 이 때, 관(84), 두번째 6방향밸브(90)내의 통로(88c) 및 분석시스템관(50)은 무기이온 (inorganic ion) 세정을 행하기 위하기 서로 직렬로 연결된다. 그런 다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 두번째 6방향밸브(90)는 반시계방향으로 60°회전하여, 상기 관(84)을 두번째 6방향밸브(90)내의 통로(88c), 농축컬럼(86), 두번째 6방향밸브 (90)내의 통로(88b) 및 분석시스템관(50)과 직렬로 연결시킨다. 따라서, 상기 농축 컬럼(86)내에서 농축되는 샘플액은, 상기 샘플액을 첨가제로 분리시키는 분리컬럼 (52)내로 도입된다. 그 후, 분리된 첨가제는 검출기(56)에 의하여 분석(정량화)된다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금장치를 도시한다. 본 실시예에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 도금장치가 도금조(18)로부터 분리된 도금액저장조(92)를 구비한다. 도 2에 도시된 실시예에서와 같이, 도금조(18)는 그 내부에 도금액(16)내에 잠겨지는 양극(20) 및 도금될 가공물(22)을 수용한다. 도금액(16)은 도금액순환펌프(94)와 도금액순환관(96)을 통하여 도금조(18)와 도금액저장조(92) 사이에서 순환된다. 도금액(16)의 샘플은 도금액저장조(92)로부터 샘플액도입관 (28)을 거쳐 도금액감시유닛(12)(도 2 참조)내로 도입된다. 도금액감시유닛(12)으로부터 분석된 결과값을 기초로 하여, 첨가제보급유닛(14)(도 2 참조)은 불충분한 임의의 첨가제를 첨가제보급관(64)을 거쳐 도금액저장조(16)내의 도금액(16)으로 첨가시킨다.

상기 실시예에서, 도금장치는 반도체기판의 표면에 형성되는 미세한 배선 홈내에 구리를 메꾸어 배선을 형성하는데 사용된다. 그러나, 상기 도금장치는 기타 다른 목적, 예를 들어 반도체칩과 기판을 전기적으로 접속시키기 위하여 반도체기판의 표면상에 범프(돌출 전극)를 형성하는데 사용될 수 있다. 또한, 상기 실시예에서, 피도금 기판은 도금액내에 잠겨있다. 하지만, 기판이 도금액내에 반드시 담겨있을 필요는 없으며, 본 발명은 도금액이 도금액저장조로부터 샘플링되고 상기 도금액저장조로 되돌아가는 한 어떠한 형식의 도금장치에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 기판의 표면이 위쪽으로 향하는 상태에서 기판을 도금하는 도금장치 또는 도금액이 기판과 양극 사이에 형성된 통로를 통하여 흐르는 상태에서 기판을 도금하는 도금장치에 적용될 수 있다.

도 5는 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도이다. 도 5에 도시된 기판도금장치는 반도체웨이퍼를 수용하는 웨이퍼카세트를 수납하는 로딩및언로딩영역 (520), 반도체웨이퍼를 처리하는 처리영역(530) 및 도금된 반도체웨이퍼를 세정 및 건조하는 세정및건조영역(540)을 포함하여 이루어진다. 상기 세정및건조영역 (540)은 로딩및언로딩영역(520)과, 처리영역(530) 사이에 위치한다. 격벽(521)은 로딩및언로딩영역(520)과 세정및건조영역(540) 사이에 배치된다. 격벽(523)은 세정및건조영역(540)과 처리영역(530) 사이에 배치된다.

격벽(521)은 로딩및언로딩영역(520)과 세정및건조영역(540) 사이에 상기 격벽(521)을 통하여 반도체웨이퍼를 이송하도록 그 내부에 형성된 통로(도시되지 않음)를 구비하고, 상기 통로를 개폐하는 셔터(522)를 지지한다. 격벽(523)은 세정및건조영역(540)과 처리영역(530) 사이에 상기 격벽(523)을 통하여 반도체웨이퍼를 이송하도록 그 내부에 형성된 통로(도시되지 않음)를 구비하고, 상기 통로를 개폐하는 셔터(524)를 지지한다. 공기는 독립적으로 상기 세정및건조영역(540) 및 세정영역(530)으로 공급되고, 상기 세정및건조영역(540) 및 세정영역(530)으로부터 각각 배출될 수 있다.

도 5에 도시된 기판도금장치는 반도체 제조설비를 수용하는 클린룸내에 위치한다. 로딩및언로딩영역(520), 처리영역(530) 및 세정및건조영역(540)내의 압력은 다음과 같이 선택된다.

로딩및언로딩영역(520)내의 압력 > 세정및건조영역(540)내의 압력 > 처리영역(530)내의 압력.

상기 로딩및언로딩영역(520)내의 압력은 클린룸내의 압력보다 낮다. 그러므로, 공기는 처리영역(530)으로부터 세정및건조영역(540)내로 흐르지 않고, 세정및건조영역(540)으로부터 로딩및언로딩영역(520)내로 흐르지 않는다. 더 나아가, 공기는 로딩및언로딩영역(520)으로부터 클린룸내로 흐르지 않는다.

상기 로딩및언로딩영역(520)은 반도체웨이퍼를 저장하는 웨이퍼카세트를 각각 수용하고 있는 로딩유닛(520a)과 언로딩유닛(520b)을 수납한다. 상기 세정및건조영역(540)은 도금된 반도체웨이퍼를 물로 세정하는 2개의 물세정유닛(541)과, 도금된 반도체웨이퍼를 건조하는 2개의 건조유닛(542)을 수납한다. 각각의 물세정유닛(541)은 그 전단에 스폰지층이 장착되어 있는 연필형상의 클리너 또는 그 외주면상에 스폰지층이 장착되어 있는 롤러를 포함할 수 있다. 각각의 건조유닛(542)은 탈수 및 건조하기 위하여 고속으로 반도체웨이퍼를 회전시키는 건조기를 포함할 수 있다. 상기 세정및건조영역(540)은 또한 반도체웨이퍼를 이송하는 이송유닛(이송로봇)(543)을 구비한다.

상기 처리영역(530)은 도금되어지기 전에 반도체웨이퍼를 전처리하는 복수의 전처리챔버(531)와, 반도체웨이퍼를 구리로 도금하는 복수의 도금챔버(532)를 수납한다. 처리영역(530)은 또한 반도체웨이퍼를 이송하는 이송유닛(이송로봇) (543)을 구비한다.

도 6은 기판도금장치에서의 공기흐름의 입면도를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 신선한 공기가 외부로부터 덕트(546)를 통하여 도입되고, 팬(fan)에 의하여 고성능필터 (544)를 통하여 천정(540a)으로부터 세정및건조영역(540)내로 가해져, 하향 청정공기가 물세정유닛(541)과 건조유닛(542) 주위로 흐르게 된다. 대부분의 공급된 청정공기는 바닥(540b)으로부터 순환덕트(545)를 통하여 천정(540a)으로 되돌아가고, 이것으로부터 청정공기는 팬에 의하여 필터(544)를 통하여 다시 세정및건조영역(540)내로 보내진다. 청정공기의 일부는 물세정유닛(541)과 건조유닛(542)으로부터 덕트(552)를 통하여 세정및건조영역(540) 외부로 배출된다.

전처리챔버(531)와 도금챔버(532)를 수용하는 처리영역(530)에서는, 처리영역(530)이 습한구역(wet zone)이더라도 반도체 표면에 입자들이 부착되는 것은 허용되지 않는다. 입자들이 반도체웨이퍼로 부착되는 것을 방지하기 위하여, 하향 청정공기가 전처리챔버(531)와 도금챔버(532) 주위로 흐른다. 신선한 공기는 외부로부터 덕트(539)를 통하여 도입되고, 팬에 의하여 고성능필터(533)를 통하여 천정 (530a)으로부터 처리영역(530)내로 보내진다.

처리영역(530)내로 도입되는 하향 청정공기흐름으로 전량의 청정공기가 외부로부터 항상 공급된다면, 많은 양의 공기가 언제나 처리영역(530)내로 도입되고 상기 처리영역(530)으로부터 배출되어야 할 것이다. 본 실시예에 따르면, 처리영역(530)내의 압력을 세정및건조영역(540)내의 압력보다 낮게 유지하기에 충분한 속도로 처리영역(530)으로부터 덕트(553)를 통하여 공기가 배출되고, 상기 처리영역(530)내로 도입된 대부분의 하향 청정공기는 순환덕트(534, 535)를 통하여 순환된다. 순환덕트(534)는 세정및건조영역(540)으로부터 연장되어, 천정(530a) 위쪽의 필터(533)에 연결된다. 순환덕트(535)는 세정및건조영역(540)내에 배치되고, 세정및건조영역(540)내의 관(534)에 연결된다.

처리영역(530)을 통과한 순환공기는 용액조로부터 화학약품의 미스트(mist) 및 가스를 함유한다. 상기 화학약품의 미스트 및 가스는, 관(535)에 연결되는 상기 관(534)내에 배치되는 스크러버(scrubber; 536) 및 미스트분리기(537, 538)에 의하여 순환공기로부터 제거된다. 상기 세정및건조영역(540)으로부터 스크러버(536)와 미스트분리기(537, 538)를 통하여 다시 천정(530a) 위쪽에 있는 순환덕트(534)내로 순환하는 공기는 어떠한 화학약품의 미스트 및 가스도 없다. 그 후, 상기 청정공기는 팬에 의하여 필터(533)를 통하여 다시 처리영역(530)내로 순환되도록 보내진다.

상기 공기의 일부는 처리영역(530)의 바닥(530b)에 연결된 덕트(53)를 통하여 처리영역(530)으로부터 배출된다. 화학약품의 미스트와 가스를 함유하고 있는 공기는 또한 처리영역(530)으로부터 덕트(553)를 통하여 배출된다. 클린룸내의 압력에 대하여 그 내부에 부압이 조성된 상태하에서, 상기 덕트(553)를 통하여 배출되는 공기의 양과 동등한 양의 신선한 공기가 덕트(539)로부터 도금챔버(530)내로 공급된다.

상술한 바와 같이, 로딩및언로딩영역(520)내의 압력은, 처리영역(530)내의 압력보다 높은 세정및건조영역(540)내의 압력보다 더 높다. 셔터(522, 524)(도 5 참조)가 개방되면, 이에 따라 도 7에 도시된 바와 같이, 순차적으로 로딩및언로딩영역(520), 세정및건조영역(540) 및 처리영역(530)을 통하여 공기가 흐른다. 상기 세정및건조영역(540) 및 처리영역(530)으로부터 배출되는 공기는 덕트(552, 553)를 통하여 클린룸 외부로 연장되는 공통덕트(554)(도 8 참조)내로 흐른다.

도 8은 클린룸내에 위치하는, 도 5에 도시된 기판도금장치의 사시도를 도시한다. 상기 로딩및언로딩영역(520)은 그 내부에 형성된 카세트이송포트(555)와 제어패널(556)을 구비하는 측벽을 포함하고, 상기 측벽은 격벽(557)에 의하여 클린룸내에서 구획으로 나누어진 작업구역(558)으로 노출되어 있다. 상기 격벽(557)은 또한 기판도금장치가 설치되어 있는 클린룸내의 유틸리티구역(559)을 구획으로 나눈다. 기판도금장치의 다른 측벽들은 그 공기청정도가 작업구역(558)내의 공기청정도보다 낮은 유틸리티구역(559)으로 노출되어 있다.

상술한 바와 같이, 세정및건조영역(540)은 로딩및언로딩영역(520)과 처리영역(530) 사이에 배치된다. 상기 격벽(521)은 로딩및언로딩영역(520)과 세정및건조영역(540) 사이에 배치된다. 상기 격벽(523)은 세정및건조영역(540)과 처리영역 (530) 사이에 배치된다. 건식 반도체웨이퍼는 카세트이송포트(555)를 통하여 작업구역(558)으로부터 기판도금장치내로 로딩된 후, 기판도금장치에서 도금된다. 도금된 반도체웨이퍼는 세정 및 건조된 후, 카세트이송포트(555)를 통하여 기판도금장치로부터 작업구역(558)내로 언로딩된다. 그 결과, 반도체웨이퍼의 표면에 부착되는 입자 및 미스트가 전혀 없고, 입자, 화학약품의 미스트 및 세정액 미스트에 의하여 유틸리티구역(557)보다 공기청정도가 더 높은 작업구역(558)이 오염되는 것이 방지된다.

도 5 및 도 6에 도시된 실시예에 있어서, 기판도금장치는 로딩및언로딩영역 (520), 세정및건조영역(540) 및 처리영역(530)을 구비한다. 그러나, 화학적 기계적 폴리싱유닛을 수용하고 있는 영역은 처리영역(530)내에 또는 처리영역(530)에 인접하여 배치될 수 있으며, 세정및건조영역(540)은 처리영역(530)내에 또는 화학적 기계적 폴리싱유닛을 수용하고 있는 영역과 로딩및언로딩영역(520) 사이에 배치될 수도 있다. 건식 반도체웨이퍼가 기판도금장치내로 로딩될 수 있고, 도금된 반도체웨이퍼가 세정 및 건조된 후, 기판도금장치로부터 언로딩될 수 있는 한, 기타 각종 적절한 영역 및 유닛 레이아웃이 채택될 수 있다.

상술한 실시예에서, 본 발명은 반도체웨이퍼를 도금하기 위한 기판도금장치에 적용된다. 그러나, 본 발명의 원리는 또한 반도체웨이퍼 이외의 기판을 도금하는 기판도금장치에도 적용될 수 있다. 더 나아가, 기판도금장치에 의하여 도금된 기판상의 지역(region)은 기판상의 배선 지역에 국한되지 않는다. 상기 기판도금장치는 구리 이외의 금속으로 기판을 도금하는데 사용될 수 있다.

도 9는 기판도금장치의 또 다른 실시예의 평면도이다. 도 9에 도시된 기판도금장치는 반도체웨이퍼를 로딩하는 로딩유닛(601), 반도체웨이퍼를 구리로 도금하는 구리도금챔버(602), 반도체웨이퍼를 물로 세정하는 한 쌍의 물세정챔버(603, 604), 반도체웨이퍼를 화학적 및 기계적으로 폴리싱하는 화학적 기계적 폴리싱유닛(605), 반도체웨이퍼를 물로 세정하는 한 쌍의 물세정챔버(606, 607), 반도체웨이퍼를 건조하는 건조챔버(608) 및 그 위에 배선층을 갖는 반도체웨이퍼를 언로딩하는 언로딩유닛(609)을 포함하여 이루어진다. 상기 기판도금장치는 또한 반도체웨이퍼를 챔버(602, 603, 604), 화학적 기계적 폴리싱유닛(605), 챔버(606, 607, 608) 및 언로딩유닛(609)으로 이송하는 웨이퍼이송기구(도시되지 않음)를 구비한다. 상기 로딩유닛(601), 챔버(602, 603, 604), 화학적 기계적 폴리싱유닛 (605), 챔버(606, 607, 608) 및 언로딩유닛(609)은 장치로서 하나의 단일배치 (single unitary arrangement)로 조합된다.

기판도금장치는 다음과 같이 작동한다. 상기 웨이퍼이송기구는, 로딩유닛 (601)내에 위치한 웨이퍼카세트(601-1)로부터 배선층이 아직 형성되지 않은 반도체웨이퍼(W)를 구리도금챔버(602)로 이송한다. 구리도금챔버(602)에서는, 배선 트렌치 및 배선 홀(콘택트홀)로 이루어진 배선지역을 구비한 반도체웨이퍼(W)의 표면상에 구리도금층이 형성된다.

상기 구리도금층이 구리도금챔버(602)내에서 반도체웨이퍼(W)상에 형성된 후, 상기 반도체웨이퍼(W)는 웨이퍼이송기구에 의하여 물세정챔버(603, 604) 중의 하나로 이송되어, 상기 물세정챔버(603, 604) 중의 하나에서 물로 세정된다. 세정된 반도체웨이퍼(W)는 웨이퍼이송기구에 의하여 화학적 기계적 폴리싱유닛(605)으로 이송된다. 상기 화학적 기계적 폴리싱유닛(605)은, 배선 트렌치 및 배선 홀내에 구리도금층 부분은 남겨두면서, 불필요하게 구리도금층을 반도체웨이퍼(W)의 표면으로부터 제거한다. TiN 등으로 만들어진 장벽층은, 구리도금층이 퇴적되기 전에, 배선 트렌치 및 배선 홀의 내면을 포함하여, 반도체웨이퍼(W)의 표면상에 형성된다.

그 후, 구리도금층이 남아있는 반도체웨이퍼(W)는 상기 웨이퍼이송기구에 의하여 물세정챔버(606, 607) 중의 하나로 이송되어, 상기 물세정챔버(606, 607) 중 의 하나에서 물로 세정된다. 그 후, 세정된 반도체웨이퍼(W)는 건조챔버(608)에서 건조된 후, 배선층으로서 역할을 하는 구리도금층이 남아있는 건조된 반도체웨이퍼 (W)는 언로딩유닛(609)내의 웨이퍼카세트(609-1)내에 위치하게 된다.

도 10은 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도를 도시한다. 도 10에 도시된 기판도금장치는 추가로 구리도금챔버(602), 물세정챔버(610), 전처리챔버(611), 반도체웨이퍼상의 구리도금층에 도금보호층을 형성하는 보호층도금챔버(612), 물세정챔버(613, 614) 및 화학적 기계적 폴리싱유닛(615)를 포함한다는 점에서, 도 9에 도시된 기판도금장치와 다르다. 상기 로딩유닛(601), 챔버(602, 602, 603, 604, 614), 화학적 기계적 폴리싱유닛(605, 615), 챔버(606, 607, 608, 610, 611, 612, 613) 및 언로딩유닛(609)은 장치로서 하나의 단일배치로 조합된다.

도 10에 도시된 기판도금장치는 다음과 같이 작동한다. 로딩유닛(601)내에 위치한 웨이퍼카세트(601-1)로부터 구리도금챔버(602, 602) 중의 하나로 순차적으로 반도체웨이퍼(W)가 공급된다. 상기 구리도금챔버(602, 602) 중의 하나에서는, 배선 트렌치 및 배선 홀(콘택트홀)로 이루어진 배선 지역을 구비한 반도체웨이퍼(W)의 표면상에 구리도금층이 형성된다. 장시간동안 반도체웨이퍼(W)가 구리로 도금되어질 수 있도록 2개의 구리도금챔버(602, 602)가 채택된다. 특별히, 반도체웨이퍼(W)는 구리도금챔버(602) 중의 하나에서의 전기도금에 따른 제1구리층으로 도금된 후, 다른 구리도금챔버(602)에서의 무전해도금에 따른 제2구리층으로 도금될 수 있다.기판도금장치는 2 이상의 구리도금챔버를 구비할 수 있다.

그 위에 구리도금층이 형성된 반도체웨이퍼(W)는 물세정챔버(603, 604) 중의 하나에서 물로 세정된다. 그 후, 화학적 기계적 폴리싱유닛(605)은, 배선 트렌치 및 배선 홀내에 구리도금층 부분은 남겨두면서, 구리도금층의 불필요한 부분을 반도체웨이퍼(W)의 표면으로부터 제거한다.

그런 다음, 구리도금층이 남아있는 반도체웨이퍼(W)는, 반도체웨이퍼(W)가 물로 세정되는 물세정챔버(610)로 이송된다. 그 후, 반도체웨이퍼(W)는 전처리챔버(611)로 이송되고, 도금보호층의 퇴적을 위하여 그 내부에서 전처리된다. 상기 전처리 반도체웨이퍼(W)는 보호층도금챔버(612)으로 이송된다. 상기 보호층도금챔버(612)에 있어서, 도금보호층은 반도체웨이퍼(W)상의 배선지역내의 구리도금층상에 형성된다. 예를 들어, 도금보호층은 무전해도금에 의하여 니켈(Ni) 및 붕소(B) 합금으로 형성된다.

반도체웨이퍼가 물세정챔버(613, 614) 중의 하나에서 세정된 후, 구리도금층상에 퇴적된 도금보호층의 상부는, 화학적 기계적 폴리싱유닛(615)에서 상기 도금보호층을 평탄화하기 위하여 폴리싱되어 제거된다.

도금보호층이 폴리싱된 후, 반도체웨이퍼(W)는 물세정챔버(606, 607) 중의 하나에서 물로 세정되고, 건조챔버(608)에서 건조된 후, 언로딩유닛(609)내의 웨이퍼카세트(609-1)로 이송된다.

도 11은 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 기판도금장치는 그 중앙에 로봇팔(616-1)을 구비한 로봇(616)을 포함하고, 또한 구리도금챔버(602), 한 쌍의 물세정챔버(603, 604), 화학적 기계적 폴리싱유닛(605), 전처리챔버(611), 보호층도금챔버(612), 건조챔버(608) 및 로봇(616) 주 위에 배치되고 상기 로봇팔(616-1)이 닿는 범위내에 위치하는 로딩및언로딩스테이션(617)도 구비한다. 반도체웨이퍼를 로딩하는 로딩유닛(601) 및 반도체웨이퍼를 언로딩하는 언로딩유닛(609)은 상기 로딩및언로딩스테이션(617)에 인접하여 배치된다. 로봇(616), 챔버(602, 603, 604), 화학적 기계적 폴리싱유닛(605), 챔버(608, 611, 612), 로딩및언로딩스테이션(617), 로딩유닛(601) 및 언로딩유닛(609)은 장치로서 하나의 단일배치로 조합된다.

도 11에 도시된 기판도금장치는 다음과 같이 동작한다.

피도금 반도체웨이퍼는 로딩유닛(601)으로부터 로딩및언로딩스테이션(617)으로 이송되고, 이것으로부터 반도체웨이퍼는 로봇팔(616-1)에 의하여 수취되고, 구리도금챔버(602)로 이송된다. 상기 구리도금챔버(602)에서는, 도금된 구리층이 배선 트렌치 및 배선 홀로 이루어진 배선지역을 구비한 반도체웨이퍼의 표면상에 형성된다. 그 위에 구리도금층이 형성된 반도체웨이퍼는 로봇팔(616-1)에 의하여 화학적 기계적 폴리싱유닛(605)으로 이송된다. 화학적 기계적 폴리싱유닛(605)에서는, 배선 트렌치 및 배선 홀내의 구리도금층 부분을 남겨두면서, 반도체웨이퍼(W)의 표면으로부터 상기 구리도금층이 제거된다.

그 후, 반도체웨이퍼는 로봇팔(616-1)에 의하여, 반도체웨이퍼가 물로 세정되는 물세정챔버(604)로 이송된다. 그런 다음, 반도체웨이퍼는 로봇팔(616-1)에 의하여, 도금보호층의 퇴적을 위하여 그 내부에서 반도체웨이퍼가 전처리되는 전처리챔버(611)로 이송된다. 상기 전처리된 반도체웨이퍼는 로봇팔(616-1)에 의하여, 보호층도금챔버(612)로 이송된다. 상기 보호층도금챔버(612)에서는, 도금보호층이 반 도체웨이퍼(W)상의 배선지역내에 구리도금층상에 형성된다. 그 위에 도금보호층이 형성되는 반도체웨이퍼는 로봇팔(616-1)에 의하여, 반도체웨이퍼가 물로 세정되는 물세정챔버(604)로 이송된다. 세정된 반도체웨이퍼는 로봇팔(616-1)에 의하여, 반도체웨이퍼가 건조되는 건조챔버(608)로 이송된다. 건조된 반도체웨이퍼는 로봇팔(616-1)에 의하여, 로딩및언로딩스테이션(617)으로 이송되고, 이것으로부터 상기 도금된 반도체웨이퍼가 언로딩유닛(609)으로 이송된다.

도 12는 반도체기판 처리장치의 또 다른 예시의 설계 구성예를 도시한 도면이다. 반도체기판 처리장치는, 로딩및언로딩섹션(701), Cu도금층형성유닛 (702), 제1로봇(703), 제3세정장치(704), 반전장치(705), 반전장치(706), 제2세정장치 (707), 제2로봇(708), 제1세정장치(709), 제1폴리싱장치(710) 및 제2폴리싱장치 (711)가 제공되는 구성이다. 도금 전후의 층두께를 측정하는 도금전후층두께측정기구(712)와 폴리싱 후에 건식상태에서 반도체웨이퍼(W)의 층두께를 측정하는 건식상태층두께측정기구(713)는 제1로봇(703) 가까이 위치한다.

제1폴리싱장치(폴리싱유닛)(710)는 폴리싱테이블(710-1), 톱링(710-2), 톱링헤드(710-3), 층두께측정기구(710-4) 및 푸셔(710-5)를 구비한다. 제2폴리싱장치(폴리싱유닛)는 폴리싱테이블(711-1), 톱링(711-2), 톱링헤드(711-3), 층두께측정기구(711-4) 및 푸셔(711-5)를 구비한다.

배선용 비아 홀(via hole) 및 트렌치가 형성되고, 그 위에 시드층이 형성되는 반도체웨이퍼(W)를 수용하는 카세트(701-1)는 로딩및언로딩섹션(701)의 로딩포트상에 위치한다. 제1로봇(703)은 카세트(701-1)로부터 반도체기판(W)을 꺼내어, Cu도금층(106)이 형성되는 Cu도금층형성유닛(702)내로 상기 반도체기판(W)을 운반한다. 이 때, 시드층의 층두께는 도금전후층두께측정기구(712)로 측정된다. 상기 Cu도금층은 반도체기판(W)의 표면을 친수성 처리하고, Cu도금하여 형성된다. Cu도금층이 형성된 후, 상기 Cu도금층형성유닛(702)에서는 반도체기판(W)의 헹굼 또는 세정이 행해진다.

반도체기판(W)이 Cu도금층형성유닛(702)으로부터 제1로봇(703)에 의하여 꺼내지면, Cu도금층의 층두께가 도금전후층두께측정기구(712)로 측정된다. 그 측정 결과값은 반도체기판에 대한 기록데이터로서 기록장치(도시되지 않음)에 기록되고, Cu도금층형성유닛(702)의 비정상을 판단하는데 사용된다. 층두께의 측정 후, 제1로봇(703)은 반도체기판(W)을 반전장치(705)로 이송하고, 상기 반전장치(705)는 반도체기판(W)을 반전시킨다(Cu도금층이 형성된 표면이 아래쪽으로 향함). 제1폴리싱장치(710) 및 제2폴리싱장치(711)는 직렬 모드 및 병렬 모드로 폴리싱을 행한다. 이하, 직렬 모드의 폴리싱을 설명한다.

직렬 모드 폴리싱에 있어서, 1차폴리싱은 폴리싱장치(710)에 의하여 행해지고, 2차폴리싱은 폴리싱장치(711)에 의하여 행해진다. 제2로봇(708)은 반전장치 (705)상의 반도체기판(W)을 집어올리고, 폴리싱장치(710)의 푸셔(710-5)상에 반도체기판(W)을 위치시킨다. 톱링(710-2)은 흡입에 의하여 푸셔(710-5)상의 반도체기판(W)을 끌어당기고, 1차폴리싱을 행하기 위하여, 반도체기판(W)의 Cu도금층의 표면을 폴리싱테이블(710-1)의 폴리싱면과 압력하에서 접촉하게 한다. 1차폴리싱에 의하여, Cu도금층이 기본적으로 폴리싱된다. 폴리싱테이블(710-1)의 폴리싱면은 IC1000과 같은 발포 폴리우레탄, 또는 그것에 고정되거나 그 안에 함침된 연마입자를 구비한 물질로 이루어진다. 폴리싱면과 반도체기판(W)의 상대운동에 따라, 상기 Cu도금층이 폴리싱된다.

Cu도금층의 폴리싱이 완료된 후, 반도체기판(W)은 톱링(710-2)에 의하여 푸셔(710-5)상으로 되돌아간다. 제2로봇(708)은 반도체기판(W)을 집어올리고, 그것을 제1세정장치(709)내로 도입시킨다. 이 때, 푸셔(710-5)상에 있는 반도체기판(W)의 표면 및 배면을 향하여 약액이 분출되어, 그것으로부터 입자들을 제거하거나 또는 그것에 입자들이 부착되기 어렵게 할 수 있다.

제1세정장치(709)내에서 세정이 완료된 후, 제2로봇(708)은 반도체기판(W)을 집어올리고, 제2폴리싱장치(711)의 푸셔(711-5)상에 반도체기판(W)을 위치시킨다. 상기 톱링(711-2)은 흡입에 의하여 푸셔(711-5)상의 반도체기판(W)을 끌어당기고, 2차폴리싱을 행하기 위하여, 장벽층이 그 위에 형성된 반도체기판(W)의 표면을 폴리싱테이블(711-1)의 폴리싱면과 압력하에서 접촉하게 한다. 폴리싱테이블의 구성은 상기 톱링(711-2)에서와 동일하다. 이러한 2차폴리싱에 의하여, 장벽층이 폴리싱된다. 하지만, 1차폴리싱 후에 남아있는 Cu층 및 산화층이 또한 폴리싱되는 경우도 있을 수 있다.

폴리싱테이블(711-1)의 폴리싱면은 IC1000과 같은 발포 폴리우레탄, 또는 그것에 고정되거나 그 안에 함침된 연마입자를 구비한 물질로 이루어진다. 폴리싱면과 반도체기판(W)의 상대운동에 따라, 폴리싱이 행해진다. 이 때, 실리카, 알루미나, 세리아 등은 연마입자 또는 슬러리로서 사용된다. 폴리싱될 층의 형식에 따라 약액이 조정된다.

2차폴리싱의 종료점의 검출은 주로 광학적층두께측정기구의 사용으로 장벽층의 층두께를 측정하고, 층두께가 0이 되거나 또는 SiO₂를 포함하는 절연층의 표면이 나타나는 것을 검출하여 행해진다. 나아가, 폴리싱테이블(711-1) 가까이 제공되는 층두께측정기구(711-4)로는 화상처리기능이 있는 층두께측정기구가 사용된다. 이러한 측정기구의 사용에 의하여, 산화층의 측정이 이루어지고, 그 결과값은 반도체기판(W)의 처리기록으로서 저장되어, 2차폴리싱이 완료된 반도체기판(W)이 후속 단계로 이송될 수 있는지의 여부를 판단하는데 사용된다. 2차폴리싱의 종료점에 이르지 않았다면, 재폴리싱이 행해진다. 임의의 어떤 비정상으로 인하여 소정의 값을 넘는 오버폴리싱이 행해진다면, 결함있는 제품이 증가하지 않도록 다음의 폴리싱을 피하기 위하여 반도체기판 처리장치가 정지된다.

2차폴리싱의 완료 후, 반도체기판(W)은 톱링(711-2)에 의하여 푸셔(711-5)로 이동된다. 제2로봇(708)은 푸셔(711-5)상의 반도체기판(W)을 집어올린다. 이 때, 상기 푸셔(711-5)상에 있는 반도체기판(W)의 표면 및 이면을 향하여 약액이 분출되어, 그것으로부터 입자들을 제거하거나, 또는 그것에 입자들이 부착되기 어렵게 할 수 있다.

제2로봇(708)은 반도체기판(W)의 세정이 행해지는 제2세정장치(707)내로 상기 반도체기판(W)을 운반한다. 상기 제2세정장치(707)의 구성은 또한 상기 제1세정장치(709)의 구성과 동일하다. 반도체기판(W)의 표면은, 계면활성제, 킬레이팅제 또는 pH 조절제가 첨가되는 순수를 포함하여 이루어지는 세정액을 사용하여, PVA 스폰지 롤로 문질러 닦아낸다. 반도체기판(W)의 이면을 향하여 노즐로부터 DHF와 같은 강약액이 분출되어, 상기 이면 위에서 확산된 Cu의 에칭을 행한다. 확산의 문제가 없다면, 상기 표면에 사용된 것과 같은 약액을 사용하여, PVA 스폰지 롤에 의한 스크러빙 세정(scrubbing cleaning)이 행해진다.

상기 세정의 완료 후, 제2로봇(708)은 반도체기판(W)을 집어올리고, 그것을 반전장치(706)로 이송하며, 상기 반전장치(706)는 반도체기판(W)을 반전시킨다. 반전된 반도체기판(W)은 제1로봇(703)에 의하여 집어올려지고, 제3세정장치(704)로 이송된다. 상기 제3세정장치(704)에서는, 초음파 진동에 의하여 여기된 메가소닉 (megasonic) 물이 상기 반도체기판(W)의 표면을 향하여 분출되어, 반도체기판(W)을 세정한다. 이 때, 반도체기판(W)의 표면은, 계면활성제, 킬레이팅제 또는 pH 조절제가 첨가되는 순수를 포함하여 이루어지는 세정액을 사용하여, 공지된 연필식 스폰지로 세정될 수 있다. 그런 다음, 반도체기판(W)은 스핀-건조에 의하여 건조된다.

상술된 바와 같이, 폴리싱테이블(711-1) 가까이 제공되는 층두께측정기구 (711-4)로 상기 층두께가 측정된다면, 반도체기판(W)은 추가 공정으로 처리되지 않고, 로딩및언로딩섹션(771)의 언로딩포트상에 위치한 카세트내에 수용된다.

도 13은 반도체기판 처리장치의 또 다른 예시의 설계 구성예를 도시한 도면이다. 상기 기판처리장치는, 도 12에서의 Cu도금층형성유닛(702) 대신에 캡도금유닛(cap plating unit; 750)이 제공된다는 점에서, 도 12에 도시된 기판처리장치와 다르다.

로딩및언로딩섹션(701)의 로드포트상에는 Cu도금층이 형성된 반도체기판 (W)을 수용하고 있는 카세트(701-1)가 위치한다. 카세트(701-1)로부터 꺼내진 반도체기판(W)은, Cu도금층의 표면이 폴리싱되는 제1폴리싱장치(710) 또는 제2폴리싱장치(711)로 이송된다. 상기 Cu도금층의 폴리싱이 종료된 후, 반도체기판 (W)은 제1세정장치(709)에서 세정된다.

상기 제1세정장치(709)에서의 세정이 종료된 후, 반도체기판(W)은, Cu도금층의 대기로 인한 산화를 방지하기 위한 목적으로, Cu도금층의 표면상으로 캡도금이 적용되는 캡도금유닛(750)으로 이송된다. 캡도금이 실시된 반도체기판은, 캡도금유닛(750)으로부터 순수 또는 탈이온수로 세정되는 제2세정유닛 (707)으로 제2로봇 (708)에 의하여 운반된다. 세정 완료 후의 반도체기판은 로딩및언로딩섹션(701)상에 위치한 카세트(701-1)내로 되돌아간다.

도 14는 반도체기판 처리장치의 또 다른 예시의 설계 구성예를 도시한 도면이다. 상기 기판처리장치는, 도 13에서의 제3세정장치(709) 대신에 어닐링유닛 (751)이 제공된다는 점에서, 도 13에 도시된 기판처리장치와 다르다.

폴리싱유닛(710 또는 711)에서 폴리싱되고, 상술된 제1세정장치(709)에서 세정되는 반도체기판(W)은, Cu도금층의 표면상으로 캡도금이 실시되는 캡도금유닛 (750)으로 이송된다. 캡도금이 실시된 반도체기판은 캡도금유닛 (750)으로부터 상기 기판이 세정되는 제1세정유닛(707)으로 제2로봇(132)에 의하여 운반된다.

제1세정장치(709)에서 세정이 종료된 후, 반도체기판(W)은 상기 기판이 어닐 링되는 어닐링유닛(751)으로 이송되어, Cu도금층의 일렉트로마이그레이션 저항을 증가시키도록 상기 Cu도금층이 합금된다. 어닐링처리가 적용되어지는 반도체기판 (W)은, 어닐링유닛(751)으로부터 순수 또는 탈이온수로 상기 기판이 세정되는 제2세정유닛(707)으로 운반된다. 세정이 완료된 후의 반도체기판(W)은 로딩및언로딩섹션(701)상에 위치한 카세트(701-1)내로 되돌아간다.

도 15는 기판처리장치의 또 다른 예시의 설계 레이아웃 구성예를 도시한 도면이다. 도 15에 있어서, 도 12에서와 동일한 참조부호로 가리키는 부분들은 동일하거나 상응하는 부분들을 나타낸다. 기판처리장치에 있어서, 푸셔인덱서(pusher indexer; 725)는 제1폴리싱장치(710)와 제2폴리싱장치(711)에 근접하여 배치된다. 기판적재테이블(721, 722)은 각각 제3세정장치(704)와 Cu도금층형성유닛(702)에 근접하여 배치된다. 로봇(723)은 제1세정장치(709)와 제3세정장치(704)에 근접하여 배치된다. 또한, 로봇(724)은 제2세정장치(707)와 상기 Cu도금층형성유닛(702)에 근접하여 배치되고, 건식상태층두께측정기구(713)는 로딩및언로딩섹션(701)과 제1로봇(703)에 근접하여 배치된다.

상기 구성의 기판처리장치에 있어서, 제1로봇(703)은 로딩및언로딩섹션(701)의 로드포트상에 위치한 카세트(701-1)로부터 반도체기판(W)을 꺼낸다. 장벽층 및 시드층의 층두께가 상기 건식상태층두께측정기구(713)로 측정된 후, 상기 제1로봇(703)은 기판적재테이블(721)상에 반도체기판(W)을 위치시킨다. 상기 건식상태층두께측정기구(713)가 제1로봇(703)의 핸드상에 제공되는 경우에는, 그 위에서 층두께가 측정되고, 상기 기판은 기판적재테이블(721)상에 위치된다. 상기 제2 로봇(723)은 기판적재테이블(721)상에 있는 반도체기판(W)을 Cu도금층이 형성되는 Cu도금층형성유닛(702)으로 이송시킨다. 상기 Cu도금층의 형성 후, Cu도금층의 층두께는 도금전후층두께측정기구(712)로 측정된다. 그 후, 제2로봇 (723)은 상기 반도체기판(W)을 푸셔인덱서(725)로 이송하여, 상기 기판을 그 위에 로딩시킨다.

[직렬 모드]

직렬 모드에 있어서, 톱링헤드(710-2)는 흡입에 의하여 푸셔인덱서(725)상에 반도체기판(W)을 홀딩하고, 그것을 폴리싱테이블(710-1)로 이송하며, 폴리싱테이블 (710-1)상의 폴리싱면에 대하여 반도체기판(W)을 가압하여 폴리싱한다. 폴리싱 종료점의 검출은 상술한 바와 동일한 방법으로 수행된다. 폴리싱이 완료된 후의 반도체기판(W)은 톱링헤드(710-2)에 의하여 푸셔인덱서(725)로 이송되고, 그 위에 로딩된다. 제2로봇(723)이 반도체기판(W)을 꺼내어, 그것을 세정용 제1세정장치 (709)내로 운반한다. 그 후, 반도체기판(W)은 푸셔인덱서(725)로 이송되고, 그 위에 로딩된다.

톱링헤드(711-2)는 흡입에 의하여 푸셔인덱서(725)상에 반도체기판(W)을 홀딩하고, 그것을 폴리싱테이블(711-1)로 이송하며, 상기 반도체기판(W)을 폴리싱테이블(711-1)상의 폴리싱면에 대하여 가압하여 폴리싱한다. 폴리싱 종료점의 검출은 상술한 바와 동일한 방법으로 수행된다. 폴리싱이 종료된 후의 반도체기판(W)은 톱링헤드(711-2)에 의하여 푸셔인덱서(725)로 이송되어, 그 위에 로딩된다. 제3로봇(724)은 반도체기판(W)을 집어올리고, 그 층두께는 층두께측정기구(726)로 측정된다. 그 후, 반도체기판(W)은 세정용 제2세정장치(707)내로 운반된다. 그런 다음, 반도체기판(W)은 상기 기판이 세정되는 제3세정장치(704)내로 운반된 후, 스핀-건조에 의하여 건조된다. 그 후, 반도체기판(W)은 제3로봇(724)에 의하여 들어올려지고, 기판적재테이블(722)상에 위치된다.

[병렬 모드]

병렬 모드에 있어서, 톱링헤드(710-2 또는 711-2)는 흡입에 의하여 푸셔인덱서(725)상의 반도체기판(W)을 홀딩하고, 그것을 폴리싱테이블(710-1 또는 711-1)로 이송하며, 반도체기판(W)을 폴리싱테이블(710-1 또는 711-1)상의 폴리싱면에 대하여 가압하여 폴리싱한다. 층두께의 측정 후, 제3로봇(724)은 반도체기판(W)을 집어올리고, 그것을 기판적재테이블(722)상에 위치시킨다.

상기 제1로봇(703)은 기판적재테이블(722)상의 반도체기판(W)을 건식상태층두께측정기구(713)로 이송한다. 층두께가 측정된 후, 반도체기판(W)은 로딩및언로딩섹션(701)의 카세트(701-1)로 되돌아간다.

도 16은 기판처리장치의 또 다른 설계 레이아웃 구성예를 도시한 도면이다. 상기 기판처리장치는, 시드층 및 시드층이 형성되지 않은 반도체기판(W)상에 Cu도금층을 형성하고, 배선을 형성하기 위하여 이들 층들을 폴리싱하는 기판처리장치인 것이다.

기판폴리싱장치에 있어서, 푸셔인덱서(725)는 제1폴리싱장치(710)와 제2폴리싱장치(711)에 근접하여 배치되고, 기판적재테이블(721, 722)은 각각 제2세정장치 (707)와 시드층형성유닛(727)에 근접하여 배치되며, 로봇(723)은 상기 시드층형성유닛(727)과 Cu도금층형성유닛(702)에 근접하여 배치된다. 또한, 로봇(724)은 제1 세정장치(709)와 제2세정장치(707)에 근접하여 배치되고, 건식상태층두께측정기구 (713)는 로딩및언로딩섹션(701)과 제1로봇(702)에 근접하여 배치된다.

제1로봇(703)은 그 위에 장벽층이 있는 반도체기판(W)을 로딩및언로딩섹션 (701)의 로드포트상에 위치한 카세트(701-1)로부터 꺼내어, 그것을 기판적재테이블 (721)상에 위치시킨다. 그 후, 제2로봇(723)은 반도체기판(W)을 시드층이 형성되는 시드층형성유닛(727)으로 이송한다. 상기 시드층은 무전해도금에 의하여 형성된다. 상기 제2로봇(723)은 그 위에 형성된 시드층을 갖는 반도체기판이 도금전후층두께측정기구(712)에 의하여 시드층의 두께를 측정할 수 있도록 한다. 층두께의 측정 후, 반도체기판은 Cu도금층이 형성되는 상기 Cu도금층형성유닛 (702)내로 운반된다.

Cu도금층이 형성된 후, 그 층두께가 측정되고, 반도체기판은 푸셔인덱서 (725)로 이송된다. 톱링(710-2 또는 711-2)은 흡입에 의하여 푸셔인덱서(725)상의 반도체기판(W)을 홀딩하고, 그것을 폴리싱테이블(710-1 또는 711-1)로 이송하여 폴리싱한다. 폴리싱 후, 톱링(710-2 또는 711-2)은 반도체기판 (W)을 층두께측정기구(710-4 또는 711-4)로 이송하여, 층두께를 측정한다. 그 후, 톱링(710-2 또는 711-2)은 반도체기판(W)을 푸셔인덱서(725)로 이송하여, 그것을 그 위에 위치시킨다.

그 후, 제3로봇(724)은 푸셔인덱서(725)로부터 반도체기판(W)을 집어올리고, 그것을 제1세정장치(709)내로 운반한다. 제3로봇(724)은 제1세정장치(709)로부터 상기 세정된 반도체기판(W)을 집어올리고, 그것을 제2세정장치(707)내로 운반하여, 상기 세정되고 건조된 반도체기판을 상기 기판적재테이블(722)상에 위치시킨다. 그 후, 제1로봇(703)은 반도체기판(W)을 집어올리고, 그것을 층두께가 측정되는 건식상태층두께측정기구(713)로 이송하며, 제1로봇(703)은 그것을 로딩및언로딩섹션 (701)의 언로드포트상에 위치한 카세트(701-1)내로 운반한다.

도 16에 도시된 기판처리장치에서는, 장벽층, 시드층 및 그 내부에 형성된 비아 홀 또는 회선패턴의 트렌치를 갖는 반도체기판(W)상에 Cu도금층을 형성시키고, 그들을 폴리싱함으로써, 배선이 형성된다.

장벽층의 형성 전에 반도체기판(W)을 수용하는 카세트(701-1)는 로딩및언로딩섹션(701)의 로드포트상에 위치한다. 제1로봇(703)은 반도체기판(W)을 로딩및언로딩섹션(701)의 로드포트상에 위치한 카세트(701-1)로부터 꺼내어, 그것을 기판적재테이블(721)상에 위치시킨다. 그 후, 제2로봇(723)은 반도체기판(W)을 장벽층과 시드층이 형성되는 시드층형성유닛(727)으로 이송한다. 상기 장벽층과 시드층은 무전해도금에 의하여 형성된다. 제2로봇(723)은 장벽층과 시드층이 그 위에 형성되는 반도체기판(W)을 상기 장벽층과 시드층의 층두께를 측정하는 도금전후층두께측정기구(712)로 가져온다. 층두께의 측정 후, 반도체기판(W)은 Cu도금층이 형성되는 상기 Cu도금층형성유닛(702)내로 운반된다.

도 17은 기판처리장치의 또 다른 예시의 설계 레이아웃 구성예를 도시한 도면이다. 상기 기판처리장치에는, 장벽층형성유닛(811), 시드층형성유닛(812), 도금층형성유닛(813), 어닐링유닛(814), 제1세정유닛(815), 베벨및배면세정유닛 (816), 캡도금유닛(817), 제2세정유닛(818), 제1정렬기및층두께측정기구(841), 제2정렬기 및층두께측정기구(842), 제1기판반전장치(843), 제2기판반전장치(844), 기판임시위치테이블(845), 제3층두께측정기구(846), 로딩및언로딩섹션(820), 제1폴리싱장치 (821), 제2폴리싱장치(822), 제1로봇(831), 제2로봇(832), 제3로봇(833) 및 제4로봇(834)이 제공된다. 층두께측정기구(841, 842, 846)는 기타 유닛(도금유닛, 세정유닛, 어닐링유닛 등)의 정면 치수와 동일한 크기를 갖는 유닛이고, 이에 따라 상호교환가능하다.

본 예시에서는, 무전해Ru도금장치가 장벽층형성유닛(811)으로서 사용될 수 있고, 무전해Cu도금장치는 시드층형성유닛(812)으로서, 전기도금장치는 도금층형성유닛(813)으로서 사용될 수 있다.

도 18은 본 발명의 기판처리장치에서의 각 단계들의 흐름을 도시한 플로우차트이다. 본 장치에서의 각 단계들을 본 플로우차트에 따라 설명한다. 우선, 로딩및언로딩유닛(820)상에 위치한 카세트(820a)로부터 제1로봇(831)에 의하여 꺼내진 반도체기판은, 도금될 그 표면이 위쪽을 향하는 상태로 상기 제1정렬기및층두께측정유닛(841)내에 위치한다. 층두께측정이 이루어지는 위치를 위한 기준점(reference point)을 설정하기 위하여, 층두께측정을 위한 노치정렬이 행해지면, Cu층의 형성 전에 반도체기판에 대한 층두께데이터가 얻어진다.

그 후, 반도체기판은 제1로봇(831)에 의하여 장벽층형성유닛(811)으로 이송된다. 장벽층형성유닛(811)은 무전해Ru도금에 의하여 반도체기판상에 장벽층을 형성하기 위한 장치이고, 상기 장벽층형성유닛(811)은 Cu가 반도체디바이스의 층간절 연층(예를 들어, SiO₂)내로 확산되는 것을 방지하기 위한 층으로서 Ru층을 형성한다. 세정 및 건조단계 후에 배출된 반도체기판은 제1로봇(831)에 의하여, 반도체기판의 층두께, 즉 장벽층의 층두께가 측정되는 제1정렬기및층두께측정유닛(841)으로 이송된다.

층두께 측정 후의 반도체기판은 제2로봇(832)에 의하여 시드층형성유닛(812)내로 운반되고, 시드층은 무전해Cu도금에 의하여 장벽층상에 형성된다. 세정 및 건조단계 후에 배출된 반도체기판은, 제2로봇(832)에 의하여 노치 위치의 결정을 위하여 제2정렬기및층두께측정기구(842)로 이송되고, 상기 반도체기판이 함침도금유닛인 도금층형성유닛(813)으로 이송되기 전에, Cu도금을 위한 노치정렬이 층두께측정기구(842)에 의하여 수행된다. 필요하다면, Cu층이 형성되기 전에 상기 층두께측정기구(842)에서 반도체기판의 층두께가 다시 측정될 수 있다.

노치정렬이 완료된 반도체기판은 제3로봇(833)에 의하여 Cu도금이 상기 반도체기판에 실시되는 도금층형성유닛(813)으로 이송된다. 세정 및 건조단계 후에 배출된 반도체기판은, 상기 반도체기판의 주변부에 있는 불필요한 Cu층(시드층)이 제거되는 베벨및배면세정유닛(816)으로 제3로봇(833)에 의하여 이송된다. 베벨및배면세정유닛(816)에서는, 상기 베벨이 사전설정된 시간으로 에칭되고, 반도체기판의 배면에 부착되어 있는 Cu는 플루오르화수소산과 같은 약액으로 세정된다. 이 때, 반도체기판을 베벨및배면세정유닛(816)으로 이송하기 전, 반도체기판의 층두께 측정은 제2정렬기및층두께측정기구(842)에 의하여 이루어져, 도금에 의하여 형성된 Cu층의 두께값을 얻을 수 있고, 상기 얻어진 결과를 기초로 하여, 베벨에칭시간이 임의로 변화되어 에칭을 수행할 수 있다. 베벨에칭에 의하여 에칭된 지역은 기판의 주변에지부에 해당하고, 그 안에 배선이 형성되지 않은 지역이거나, 또는 배선이 형성되더라도 최종적으로 칩으로서 활용되지 않는 지역이다. 베벨부는 이러한 지역에 포함된다.

베벨및배면세정유닛(816)에서의 세정 및 건조단계 후에 배출된 반도체기판은 제3로봇(833)에 의하여 기판반전장치(843)로 이송된다. 반도체기판이 기판반전장치 (843)에 의하여 반전된 후에는, 도금된 표면이 아래쪽을 향하게 되고, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여 어닐링유닛(814)내로 도입됨으로써, 배선부를 안정화시킨다. 어닐링처리 전 및/또는 후에는, 반도체기판상에 형성된 구리층의 층두께가 측정되는 제2정렬기및층두께측정유닛(842)내로 상기 반도체기판이 운반된다. 그 후, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여 상기 반도체기판의 Cu층 및 시드층이 폴리싱되는 제1폴리싱장치(821)내로 운반된다.

이 때, 소정의 연마입자 등이 사용되지만, 디싱(dishing)을 방지하고 표면의 평탄도를 증대시키기 위하여 고정연마제가 사용될 수도 있다. 1차폴리싱이 종료된 후, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여 상기 기판이 세정되는 제1세정유닛 (815)으로 이송된다. 이러한 세정은 상기 반도체기판의 직경과 실질적으로 동일한 길이를 갖는 롤이 반도체기판의 표면 및 배면상에 위치하는 스크럽-세정(scrub-cleaning)이고, 상기 반도체기판 및 롤은 순수 또는 탈이온수가 흐르는 동안 회전되어, 상기 반도체기판의 세정을 행한다.

1차세정의 종료 후, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여 상기 반도체기판상의 장벽층이 폴리싱되는 제2폴리싱장치(822)로 이송된다. 이 때, 소정의 연마입자 등이 사용되지만, 디싱을 방지하고 표면의 평탄도를 증대시키기 위하여 고정연마제가 사용될 수도 있다. 2차폴리싱의 종료 후, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여 스크럽-세정이 행해지는 제1세정유닛(815)로 다시 이송된다. 세정의 종료 후, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여 상기 반도체기판이 반전되어 도금된 표면이 위쪽으로 향하게 하는 제2기판반전장치(844)로 이송된 후, 상기 반도체기판은 제3로봇에 의하여 기판임시위치테이블(845)상에 위치한다.

반도체기판은 제2로봇(832)에 의하여 상기 기판임시위치테이블(845)로부터, 대기로 인한 Cu의 산화를 방지하기 위하여 Cu 표면상으로 캡도금이 실시되는 캡도금유닛(817)으로 이송된다. 캡도금이 실시된 반도체기판은 제2로봇(832)에 의하여 캡도금유닛(817)으로부터, 구리층의 두께가 측정되는 제3층두께측정기구(146)로 운반된다. 그런 다음, 상기 반도체기판은 제1로봇(831)에 의하여 상기 기판이 순수 또는 탈이온수로 세정되는 제2세정유닛(818)내로 운반된다. 세정 종료 후의 반도체기판은 로딩및언로딩섹션(820)상에 위치한 카세트(820a)내로 되돌아간다.

정렬기및층두께측정기구(841) 및 정렬기및층두께측정기구(842)는 기판의 노치부의 위치설정 및 층두께의 측정을 수행한다.

베벨및배면세정유닛(816)은 에지(베벨)Cu에칭 및 배면세정을 동시에 수행하고, 기판의 표면상의 회선형성부에서의 구리의 자연 산화층의 성장을 억제할 수 있다. 도 19는 베벨및배면세정유닛(816)의 개략적인 도면을 도시한다. 도 19에 도시 된 바와 같이, 상기 베벨및배면세정유닛(816)은, 바닥이 원통형인 방수커버(920) 내부에 위치하고, 기판의 주변에지부의 원주방향을 따라 복수의 위치에서 스핀 척(921)에 의하여 수평방향으로 기판(W)을 홀딩하면서, 기판(W)의 표면이 위쪽으로 향하도록 하는 상태로, 기판(W)이 고속으로 회전하도록 적응되는 기판홀딩부 (922); 상기 기판홀딩부(922)에 의하여 홀딩되는 기판(W)의 표면의 거의 중앙부 위쪽에 위치한 중앙노즐(924); 및 상기 기판(W)의 주변에지부 위쪽에 위치한 에지노즐(926)을 구비한다. 상기 중앙노즐(924) 및 에지노즐(926)은 아래쪽으로 향한다. 후방노즐(928)은 기판(W)의 배면의 거의 중앙부 아래에 위치하며 위쪽으로 향한다. 상기 에지노즐(926)은 기판(W)의 직경방향 및 높이방향으로 이동가능하기에 적합하다.

에지노즐(926)의 이동 폭(L)은 상기 에지노즐(226)이 기판의 외주끝단면으로부터 중앙쪽 방향으로 임의로 위치될 수 있도록 설정되고, L에 대한 설정값은 기판(W)의 크기, 용도 등에 따라 입력된다. 보통, 에지커트폭(C)은 2mm ~ 5mm의 범위내로 설정된다. 기판의 회전속도가 배면으로부터 표면으로의 액체 이동량이 문제가 없을 정도의 소정값이거나 또는 그 이상일 경우에는, 에지커트폭(C)내의 구리층이 제거될 수 있다.

다음에는, 본 세정장치에서의 세정방법을 설명한다. 우선, 상기 기판이 기판홀딩부(922)의 스핀 척(921)에 의하여 수평방향으로 유지되면서, 상기 반도체기판(W)은 상기 기판홀딩부(922)와 일체로 수평방향으로 회전된다. 이러한 상태에서, 중앙노즐(924)로부터 상기 기판(W)의 표면의 중앙부로 산성용액이 공급 된다. 상기 산성용액은 비산화성 산(non-oxidizing acid)일 수 있고, 플루오르화수소산, 염산, 황산, 시트르산, 옥살산 등이 사용된다. 한편, 산화제용액은 연속적으로 또는 간헐적으로 에지노즐(926)로부터 상기 기판(W)의 주변에지부로 공급된다. 산화제용액으로는, 오존의 수용액, 과산화수소의 수용액, 질산의 수용액 및 하이포아염소산나트륨의 수용액 가운데 하나가 사용되거나, 이들 조합이 사용된다.

이러한 방식으로, 반도체기판(W)의 주변에지부(C) 지역내의 상면과 끝단면상에 형성되는 구리층 등은, 산화제용액으로 급속하게 산화되고, 이와 동시에 중앙노즐(924)로부터 공급되어 기판의 전체표면상에 뿌려지는 산성용액으로 에칭되어, 용해 및 제거된다. 기판의 주변에지부에서 산성용액과 산화제용액을 혼합시킴으로써, 상기 용액들의 혼합물을 미리 만들어 공급하는 것에 비해, 스티프 에칭 프로파일 (steep etching profile)이 얻어질 수 있다. 이 때, 구리에칭속도는 그들의 농도에 의하여 결정된다. 구리의 자연 산화층이 상기 기판의 표면상에 있는 회선형성부내에 형성된다면, 이러한 자연 산화물은 기판의 회전에 따른 기판의 전체표면상에 뿌려지는 산성용액에 의하여 즉시 제거되고, 더이상 성장하지 않는다. 중앙노즐(924)로부터 산성용액의 공급이 중단된 후, 에지노즐(926)로부터 산화제용액의 공급이 중단된다. 그 결과, 표면상에 노출된 실리콘이 산화되고, 구리의 퇴적이 억제될 수 있다.

한편, 산화제용액 및 실리콘산화층에칭제는 후방노즐(928)로부터 기판의 배면의 중앙부로 동시에 또는 번갈아 공급된다. 따라서, 금속형태로 반도체기판(W)의 배면에 부착되어 있는 구리 등은, 기판의 실리콘과 함께, 산화제용액으로 산화될 수 있고, 상기 실리콘산화층에칭제로 에칭 및 제거될 수 있다. 이러한 산화제용액은 표면으로 공급되는 산화제용액과 동일한 것이 바람직하며, 이는 화학제의 형식들이 숫자상으로 감소되기 때문이다. 플루오르화수소산은 상기 실리콘산화층에칭제로서 사용될 수 있고, 만일 플루오르화수소산이 기판의 표면상에서 산성용액으로 사용된다면, 화학제의 타입들이 숫자상으로 감소될 수 있다. 따라서, 산화제의 공급이 먼저 중단된다면, 소수성 표면이 얻어진다. 에칭제용액이 먼저 중단된다면, 물이 포화된 표면(친수성 표면)이 얻어지고, 이에 따라 상기 배면은 후속공정의 요구사항들을 만족시키는 조건으로 조정될 수 있다.

이러한 방식으로, 산성용액 즉, 에칭액이 기판으로 공급되어, 기판(W)의 표면상에 남아있는 금속이온들을 제거한다. 그 후, 순수가 공급되어, 상기 에칭액을 순수로 대체하고 에칭액을 제거하면, 상기 기판은 스핀-건조에 의하여 건조된다. 이러한 방식으로, 반도체기판의 표면상에 있는 주변에지부에서의 에지커트폭(C)내의 구리층 제거 및 배면상에 있는 구리 오염물의 제거가 동시에 수행되고, 이에 따라 상기 처리를 예를 들어 80초내에 완료되도록 한다. 에지의 에칭커트폭은 임의로(2mm ~ 5mm) 설정될 수 있지만, 에칭에 요구되는 시간은 커트폭에 의존하지 않는다.

CMP공정 전 및 도금 후에 수행되는 어닐링처리는, 후속 CMP처리에 있어서 그리고 배선의 전기적인 특성에 있어서의 유리한 효과를 가진다. 어닐링 없는 CMP처리 후의 넓은 배선(수 마이크로미터의 유닛)의 표면에 대한 관찰에서 마이크로보이드(microvoid)와 같은 많은 결점들이 나타났으며, 이는 전체 배선의 전기저항의 증 가를 초래하였다. 어닐링의 실시는 전기저항의 증가를 개선하였다. 어닐링이 없으면, 좁은(thin) 배선에 보이드가 없었다. 따라서, 그레인(grain) 성장의 정도가 이들 현상에 개입되는 것이라고 추정된다. 즉, 다음의 메커니즘이 예측될 수 있다. 그레인 성장은 좁은 배선에서 발생하기 어렵다. 한편, 넓은 배선에서는, 그레인 성장이 어닐링처리에 따라 진행된다. 그레인 성장이 진행되는 동안, 도금층의 초미세 구멍(이들은 너무 작아 SEM(스캐닝 전자현미경)으로 볼 수 있음)들은 모여져서 위쪽으로 이동하고, 이에 따라 배선의 상부에서의 마이크로보이드형 디프레션(microvoid-like depression)을 형성한다. 어닐링유닛(84)에서의 어닐링 조건은, 수소(2% 이하)가 가스 분위기에 첨가되고, 온도는 300℃~400℃의 범위이며, 시간은 1분~5분의 범위가 되도록 한다. 이들 조건하에서, 상기 효과들이 얻어졌다.

도 22 및 도 23은 어닐링유닛(814)을 도시한다. 상기 어닐링유닛(814)은, 반도체기판(W)을 집어넣고 꺼내는 게이트(1000)를 구비한 챔버(1002)와, 상기 반도체기판(W)을 예를 들어 400℃로 가열하는 챔버(1002)내의 상부위치에 배치된 가열판(1004) 및 예를 들어 냉각수를 판 내부에 흐르게 하여 상기 반도체기판(W)을 냉각시키기 위하여 챔버(1002)내에 하부위치에 배치된 냉각판(1006)을 포함하여 이루어진다. 상기 어닐링유닛(1002)은 또한 반도체기판(W)을 위치시키고 홀딩시키기 위하여, 상기 냉각판(1006)을 관통하여 그것을 통해 위쪽 및 아래쪽으로 연장되는 수직으로 이동가능한 복수의 승강핀(1008)을 구비한다. 어닐링유닛은 어닐링시 반도체기판(W)과 가열판(1004) 사이에 산화방지가스를 도입시키는 가스도입관(1010) 과, 상기 가스도입관(1010)으로부터 도입되고, 반도체기판(W)과 가열판(1004) 사이를 흐르는 가스를 배출시키는 가스배출관(1012)을 더 포함한다. 상기 관(1010, 1012)은 가열판(1004)의 반대측에 배치된다.

라인(1022)을 통하여 상기 가스도입관(1010)내로 흐르는 혼합된 가스를 형성하기 위하여, 필터(1014a)를 포함하고 있는 N₂가스도입라인(1016)을 통하여 도입되는 N₂가스와 필터(1014b)를 포함하고 있는 H₂가스도입라인(1018)을 통하여 도입되는 H₂가스가 혼합되는 혼합기(1020)에 연결되는 혼합가스도입라인(1022)에 상기 가스도입관(1010)이 연결된다.

작동시에, 게이트(1000)를 통하여 챔버(1002)내에 운반된 반도체기판(W)은 승강핀(1008)상에 유지되고, 상기 승강핀(1008)은 리프팅핀 (lifting pin; 1008)상에 유지되는 반도체기판(W)과 가열판(1004) 사이의 거리가 예를 들어 0.1mm~1.0mm가 되는 위치까지 상승된다. 이러한 상태에서, 반도체기판(W)은 가열판(1004)을 통하여 예를 들어 400℃까지 가열되는 동시에, 산화방지가스가 가스도입관(1010)으로부터 도입되고, 가스가 가스배출관(1012)으로부터 배출되는 동안, 상기 가스는 반도체기판(W)과 가열판(1004) 사이를 흐르게 됨으로써, 반도체기판의 산화를 방지하면서 상기 반도체기판(W)을 어닐링한다. 상기 어닐링처리는 약 수십초 내지 60초내에 완료될 수 있다. 상기 기판의 가열온도는 100℃~600℃의 범위에서 선택될 수 있다.

어닐링이 완료된 후, 상기 승강핀(1008)은, 승강핀(1008)상에 유지되는 반도 체기판(W)과 냉각판(1006) 사이의 거리가 예를 들어 0~0.5mm가 되는 위치까지 아래로 내려간다. 이러한 상태에서, 상기 냉각판(1006)내로 냉각수를 도입시킴으로써, 상기 반도체웨이퍼(W)는 상기 냉각판에 의하여 예를 들어 10초~60초내에 100℃ 또는 그 이하의 온도로 냉각된다. 상기 냉각된 반도체기판은 다음 단계로 보내진다.

수%의 H₂가스와 N₂가스의 혼합가스는 상기 산화방지가스로서 사용된다. 하지만, N₂가스가 단독으로 사용될 수도 있다.

도 20은 무전해도금장치의 개략적인 구성 도면이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 이러한 무전해도금장치는, 그 상면 위에 피도금 반도체기판(W)을 유지시키는 홀딩수단(911)과, 상기 홀딩수단(911)에 의하여 유지되는 반도체기판(W)의 피도금면(상면)의 주변에지부를 접촉시켜 상기 주변에지부를 밀봉시키는 댐부재(dam member; 931) 및 상기 댐부재(931)로 밀봉된 주변에지부를 갖는 반도체기판(W)의 피도금면에 도금액을 공급하는 샤워헤드(shower head; 941)를 포함하여 이루어진다. 상기 무전해도금장치는, 반도체기판(W)의 피도금면에 세정액을 공급하는 상기 홀딩수단(911)의 상외주부 가까이 배치되는 세정액공급수단(951)과, 배출된 세정액 등(도금폐액)을 회수하는 회수용기(961), 상기 반도체기판(W)상에 보유되는 도금액을 흡입 및 회수하는 도금액회수노즐(965) 및 상기 홀딩수단(911)을 회전구동시키는 모터(M)를 더 포함하여 이루어진다. 각각의 부재들을 아래에 설명한다.

상기 홀딩수단(911)은 그 상면에, 반도체기판(W)을 위치시키고 홀딩시키는 기판적재부(913)를 구비한다. 상기 기판적재부(913)는 반도체기판(W)을 위치시키고 고정하는데 적응된다. 특별히, 기판적재부(913)는 진공흡입에 의하여 그 배면에 반도체기판(W)을 끌어당기는 진공흡인기구(도시되지 않음)를 구비한다. 평평하고, 기판을 따뜻하게 유지하기 위하여 반도체기판(W)의 피도금면을 아래쪽에서 가열하여 뜨겁게 유지시키는 배면히터(915)가 기판적재부(913)의 배면에 설치된다. 상기 배면히터(915)는 예를 들어 러버히터(rubber heater)로 이루어진다. 이러한 홀딩수단 (911)은 모터(M)에 의하여 회전되도록 하는데 적합하고, 상승 및 하강수단(도시되지 않음)에 의하여 수직으로 이동가능하다.

상기 댐부재(931)는 튜브형상으로 그 하부에 제공되어 반도체기판(W)의 외주에지를 실링하는 실부(seal portion; 933)를 구비하고, 도시된 위치로부터 수직으로 이동되지 않도록 설치된다.

상기 샤워헤드(941)는, 공급된 도금액을 샤워방식으로 흩뿌리고, 그것을 반도체기판(W)의 피도금면에 실질적으로 균일하게 공급하기 위하여 전단부에 제공되는 많은 노즐들을 구비하는 구조체이다. 상기 세정액공급수단(951)은 노즐(953)로부터 세정액을 분출시키는 구조체를 구비한다.

도금액회수노즐(965)은 위아래쪽으로 이동가능하고, 회전가능하기에 적합하고, 상기 도금액회수노즐(965)의 전단부는 반도체기판(W)의 상면 주변에지부상에 위치한 댐부재(931)의 안쪽으로 하강되도록 하고, 반도체기판(W)상의 도금액을 흡입하기에 적합하도록 되어 있다.

다음으로, 무전해도금장치의 작동을 설명한다. 먼저, 홀딩수단(911)은 상기 홀딩수단(911)과 댐부재(931) 사이에 소정 치수의 갭을 제공하도록 도시된 상태로 부터 하강되고, 상기 반도체기판(W)은 기판적재부(913)에 위치하고 고정된다. 예를 들어, 8인치 웨이퍼가 반도체기판(W)으로서 사용된다.

그 후, 홀딩수단(911)은, 도시된 바와 같이, 그 상면이 댐부재(931)의 하면과 접촉하게 되도록 상승되고, 상기 반도체기판(W)의 외주부는 댐부재(931)의 실부 (933)로 밀봉된다. 이 때, 반도체기판(W)의 표면은 개방된 상태로 있다.

그 후, 반도체기판(W) 자체는 배면히터(915)에 의하여 직접 가열되어, 반도체기판(W)의 온도를 예를 들어 70℃가 되게 한다(도금이 종료될 때까지 유지됨). 그 후, 예를 들어 50℃로 가열된 도금액이 샤워헤드(941)로부터 분출되어, 실질적으로 반도체기판(W)의 전체표면에 걸쳐 도금액을 붓는다. 반도체기판(W)의 표면은 댐부재(931)에 의하여 둘러싸이기 때문에, 부은 도금액은 모두 반도체기판(W)의 표면상에 유지된다. 공급되는 도금액의 양은 반도체기판(W)의 표면상에서 1mm두께(약 30ml)가 되는 소량일 수 있다. 피도금면상에 유지되는 도금액의 깊이는 10mm 이하일 수 있고, 심지어 본 실시예에서와 같이 1mm가 될 수도 있다. 공급된 도금액의 소량이 충분하다면, 도금액을 가열하는 가열장치는 소형일 수 있다. 본 예시에서는, 반도체기판(W)의 온도가 70℃로 상승되고, 도금액의 온도는 가열에 의하여 50℃로 상승된다. 따라서, 반도체기판(W)의 피도금면은 예를 들어 60℃가 되고, 이에 따라 본 예시에서 도금반응을 위한 최적의 온도를 얻을 수 있다.

상기 반도체기판(W)은 모터(M)에 의하여 순간적으로 회전되어, 피도금면을 균일하게 액체로 적신 후, 반도체기판(W)이 정치상태에 있도록 하는 상태로 피도금면의 도금이 행해진다. 특별히, 반도체기판(W)은 단지 1초동안 100rpm 이하로 회전 되어, 반도체기판(W)의 피도금면을 도금액으로 균일하게 적신다. 그 후, 반도체기판(W)은 정치상태로 유지되고, 무전해도금이 1분동안 행해진다. 상기 순간회전시간은 최장 10초 이하이다.

도금처리가 종료된 후, 도금액회수노즐(965)의 전단부는 반도체기판(W)의 주변에지부상의 댐부재(931)의 내부 가까이에 있는 영역으로 하강되어, 도금액을 흡입한다. 이 때, 반도체기판(W)이 예를 들어 100rpm 이하의 회전속도로 회전된다면, 반도체기판(W)상에 남아있는 도금액은, 원심력하에서 반도체기판(W)의 주변에지부상의 댐부재(931)의 일부분에 모일 수 있으므로, 도금액의 회수가 양호한 효율 및 높은 회수율로 행해질 수 있게 된다. 상기 홀딩수단(911)은 반도체기판(W)을 상기 댐부재(931)로부터 분리시키기 위하여 하강된다. 상기 반도체기판(W)이 회전하기 시작하고, 도금된 표면을 냉각시키기 위하여 세정액공급수단(951)의 노즐(953)로부터 반도체기판(W)의 도금된 표면에 세정액(초순수)이 분출되며, 이와 동시에 희석 및 세정을 함으로써, 무전해도금반응을 중단시킨다. 이 때, 상기 노즐(953)로부터 분출된 세정액은 댐부재(931)로 공급되어, 동시에 댐부재(931)의 세정을 행할 수 있다. 이 때의 도금폐액는 회수용기(961)내에서 회수되어 폐기된다.

그 후, 반도체기판(W)은 스핀-건조를 위하여 모터(M)에 의하여 고속 회전된 후, 홀딩수단(911)으로부터 제거된다.

도 21은 또 다른 무전해도금장치의 개략적인 구성도면이다. 도 21의 무전해도금장치는, 홀딩수단(911)내에 배면히터(915)를 제공하는 대신에, 상기 홀딩수단(911) 위쪽에 램프히터(lamp heater; 917)가 배치된다는 점에서, 도 20의 무전해도금장치와 다르며, 상기 램프히터(917)와 샤워헤드(941-2)는 일체형이다. 예를 들어, 상이한 반경을 갖는 복수의 링형상 램프히터(917)는 동심을 갖도록 제공되며, 샤워헤드(941-2)의 많은 노즐(943-2)은 상기 램프히터(917)들간의 간격으로부터 링형태로 개방된다. 상기 램프히터(917)는 단일 나선형 램프히터로 구성되거나, 또는 다양한 구조 및 배치의 기타 램프히터로 구성될 수도 있다.

이러한 구성에 의하더라도, 상기 도금액은 각각의 노즐(943-2)로부터 반도체기판(W)의 피도금면으로 실질적으로 균일하게 샤워방식으로 공급될 수 있다. 또한, 반도체기판(W)의 가열 및 열보존은 직접 램프히터(917)에 의하여 균일하게 행해질 수 있다. 램프히터(917)는 반도체기판(W)과 도금액 뿐만 아니라, 순환공기도 가열하므로, 반도체기판(W)에 대한 열보존효과를 나타낸다.

램프히터(917)에 의하여 반도체기판(W)을 직접 가열하기 위해서는 전력소비가 비교적 큰 램프히터(917)가 필요하다. 이러한 램프히터(917) 대신에, 도 19에 도시된 소비전력이 비교적 작은 램프히터(917)와 배면히터(915)가, 반도체기판(W)은 주로 배면히터(915)로 가열하고, 도금액과 순환공기의 열보존은 주로 램프히터 (917)에 의하여 수행하는 조합으로 사용될 수 있다. 상술한 실시예에서와 동일한 방식으로, 반도체기판(W)을 직접 또는 간접으로 냉각시키는 수단이 제공되어, 온도제어를 행할 수 있다.

상술된 캡도금은 무전해도금공정에 의하여 행해지는 것이 바람직하지만, 전기도금공정에 의하여 행해질 수도 있다.

본 발명에 따르면, 상술한 바와 같이, 도금액내의 첨가제들이 액체크로마토그래피장치에 의하여 분리되고 직접 분석(정량화)되고, 불충분하거나 불충분이 예상되는 첨가제들은, 도금액내의 첨가제의 양의 변동을 소정 범위내로 유지하기 위하여 상기 도금액에 첨가된다. 도금액내에서 이와 같이 첨가제들이 관리되기 때문에, 상기 도금공정은 좀더 광범위한 초미세기판처리응용분야에 사용될 수 있고, 도금액이 효율적으로 사용될 수 있다. 따라서, 운전비용 및 환경적인 부담이 동시에 줄어들 수 있다. 특히, 분석에 필요한 샘플액의 양이 극도로 줄어들 수 있기 때문에, 운전비용 및 환경적인 부담이 더욱 줄어들 수 있다.

지금까지 본 발명의 임의의 바람직한 실시예가 도시되고 상세히 기술되었지만, 청구항의 범위를 벗어나지 않고도 다양한 변형 및 수정이 가능하다는 것이 명백하다.

Claims

기판에 설치한 미세한 오목부에 구리를 매립하여 배선을 형성하는 황산구리 도금액을 유지하는 도금조를 가지는 도금유닛과,

샘플링하여 이온성분을 제거한 도금액 중의 첨가제 성분을 액체크로마토그래피장치로 분리 정량하고, 각 첨가제 성분마다의 정량값과 첨가제 성분마다 미리 설정한 소정 농도를 비교하여 신호를 출력하는 도금액감시유닛과,

복수의 첨가제 탱크를 구비하고, 상기 도금액감시유닛으로부터의 신호에 의거하여 상기 첨가제 탱크 내의 첨가제 성분 용액을 도금액에 보급하는 첨가제보급 유닛을 가지는 것을 특징으로 하는 도금장치.
제1항에 있어서,

상기 크로마토그래피장치의 첨가제 성분을 정량하는 검출기는, 기화성(evaporative) 광산란 검출기인 것을 특징으로 하는 도금장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 첨가제 성분이, 산소함유 수용성 고분자화합물, 유황함유 유기화합물 또는 질소함유 유기화합물 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
기판에 설치한 미세한 오목부에 구리를 매립하여 배선을 형성하는 도금욕 중의 황산구리 도금액을 샘플링하여 이온성분을 제거한 샘플링액 중의 첨가제 성분을 액체크로마토그래피법에 의하여 분리 정량하고, 각 첨가제 성분마다의 정량값과 각 첨가제 성분마다 미리 설정한 소정 농도와의 비교를 행하여 부족되는 첨가제 성분을 도금액에 보급하는 것을 특징으로 하는 도금액 조성의 관리방법.
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