KR100854478B1 - 도금방법 및 도금장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 높은 균일전착력과 평준화특성을 가진 도금액을 사용하여 구리가 채워진 미세 배선패턴을 형성하면서 배선 영역과 비 배선 영역간에 도금된 필름의 필름두께를 실질적으로 동일하게 하여 그 후의 CMP 공정을 수월하게 할 수 있는 도금방법 및 도금장치에 관한 것이다. 도금방법은 기판과 상기 기판과 마주보도록 상기 기판과 근접하여 배치된 양극의 사이에 형성된 도금 공간에 금속 이온과 첨가제를 함유한 도금액을 채우는 단계와, 도금 공정 동안에 상기 도금 공간내에 채워진 도금액내의 첨가제의 농도를 변화시키는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

도금방법 및 도금장치{PLATING METHOD AND PLATING APPARATUS}
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 도금장치 및 도금방법에 의하여 도금을 수행하는 과정의 예를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 도금장치의 전체를 도시한 평면도,
도 3은 도금유닛을 도시한 평면도,
도 4는 도 3의 A-A선 단면도,
도 5는 기판 홀더 및 음극부의 확대 단면도,
도 6은 도 3의 정면도,
도 7은 도 3의 우측면도,
도 8은 도 3의 배면도,
도 9는 도 3의 좌측면도,
도 10은 프리코팅/회수 아암을 도시한 정면도,
도 11은 기판 홀더의 평면도,
도 12는 도 11의 B-B선 단면도,
도 13은 도 11의 C-C선 단면도,
도 14는 음극부의 평면도,
도 15는 도 14의 D-D선 단면도,
도 16은 전극 아암의 평면도,
도 17은 도 16의 종단면 정면도,
도 18은 도 16의 E-E선 단면도,
도 19는 확장된 방식에서의 도 18의 일부를 도시한 확대도,
도 20은 전극 아암의 전극부의 하우징이 제거된 상태의 평면도,
도 21은 본 발명의 제2실시예에 따른 기판 홀더를 포함하는 전극 아암의 종단면 정면도,
도 22는 본 발명의 제2실시예에 따른 기판과 양극간의 관계를 도시한 평면도,
도 23은 본 발명의 제3실시예에 따른 전극 아암의 평면도,
도 24는 본 발명의 제3실시예에 따른 기판과 양극간의 관계를 도시한 평면도,
도 25는 본 발명의 제4실시예에 따른 기판과 전극부간의 관계를 도시한 패턴 다이어그램,
도 26은 본 발명의 제5실시예에 따른 기판과 전극부간의 관계를 도시한 패턴 다이어그램,
도 27a는 본 발명의 제6실시예에 따른 도금 초기에 기판과 양극간의 관계를 도시한 패턴 다이어그램,
도 27b는 본 발명의 제6실시예에 따른 도금 완료시에 기판과 양극간의 관계를 도시한 패턴 다이어그램,
도 28a는 도 27a의 관계에서 양극과 기판간의 전기장의 상태를 도시한 등전위선도,
도 28b는 도 27b의 관계에서 양극과 기판간의 전기장의 상태를 도시한 등전위선도,
도 29는 본 발명의 제7실시예에 따른 하향식 도금장치의 단면도,
도 30은 종래의 도금장치 및 그것의 도금 처리에 의하여 일반적으로 형성되는 회로를 도시한 도면.
본 발명은 도금방법 및 도금장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 기판상의 미세 배선 패턴(트렌치)에 구리(Cu) 등의 금속을 채우기 위한 도금방법 및 도금장치에 관한 것이다.
반도체 기판상에 배선 회로를 형성하는 물질로서 일반적으로 알루미늄이나 알루미늄 합금이 사용되어 왔다. 최근들어 집적도가 증가하면서 배선 재료로서 더 큰 전도성을 가진 재료를 사용할 것이 요구되고 있다. 배선 패턴 트렌치를 가진 기판을 도금하여 그 트렌치를 구리나 그 합금으로 채워넣는 방법이 제안되어 있다.
배선 패턴 트렌치를 구리나 그 합금으로 채워넣기 위한 방법으로서 CVD(화학기상퇴적), 스퍼터링 등의 다양한 처리방법이 알려져 있다. 하지만, CVD 공정은 구리 배선을 형성하는 데 비용이 많이 들고 스퍼터링 공정으로는 배선 패턴 트렌치가 큰 종횡비 즉, 깊이 대 폭의 비가 큰 경우에는 배선 패턴 트렌치 안에 구리나 그 합금을 채워넣기 어렵다. 도금 공정은 기판상에 구리나 그 합금의 금속층을 퇴적시켜 구리 배선을 형성하기에 가장 효율적이다.
반도체 기판을 구리로 도금하는 데 이용할 수 있는 공정은 여러 가지가 있다. 거기에는 컵식(cup-type) 또는 침지식(dipping-type) 공정이라고 하여 도금조내에 항시 담겨 있는 도금액에 기판을 담그는 공정, 도금조내에 도금될 기판이 공급될 때에만 도금조내에 도금액을 담아두는 공정, 전위차로 기판을 도금하는 전기도금 공정 및 전위차없이 기판을 도금하는 무전해도금 공정이 포함된다.
도금액으로서 황산구리용액을 사용하는 전기구리도금으로 미세 배선 패턴을 구리로 채워넣는 경우에는, 균일전착력(throwing power)이 크고 평준화특성(leveling property)이 큰 도금공정을 수행할 것이 요구된다. 이러한 요구를 만족시키기 위해서, 도금액에 소위 첨가제로서 화합물을 첨가하여 행하는 것이 일반적이다.
일반적인 용법에서 그러한 첨가제는 다음과 같은 것을 포함한다:
소위 "캐리어"라고 하여, 도금된 표면 전체에 걸쳐 결정핵을 성장시킴으로써 더 미세한 입자의 퇴적을 촉진시키는 황 화합물;
구리 퇴적의 과전압을 증가시켜 전착성을 증가시키는 폴리머; 및
소위 "레벨러"라고 하여, 도금이 특히 많이 된 볼록부에 들러붙어 볼록부에서 과전압을 증가시키고 구리 퇴적을 저지함으로써 도금된 층을 편평하게 하는 질소 화합물.
하지만, 전기 구리도금에 의하여 구리로 미세 배선 패턴을 채워넣는 것을 상 기 첨가제를 사용함으로써 강화된 균일전착력과 평준화특성을 가진 도금액을 사용하여 행하는 경우에, 기판의 배선 영역의 필름 두께가 비 배선 영역의 필름 두께보다 두꺼워지는 현상이 생긴다. 필름 두께의 비균일성은 구리로 배선 영역을 채워넣음에 있어서 문제가 되지는 않는다. 하지만 비균일성으로 인하여 그 후 CMP(화학기계적 폴리싱) 공정으로 평탄한 표면을 얻기가 어려워진다.
구리나 그 합금과 같은 금속으로 배선 패턴을 채워넣기 위한 기판의 도금처리는 도 30에 도시된 도금장치를 사용하여 행해질 수 있다. 도 30에 도시된 바와 같이, 기판(W)과 양극(302)은 도금액(300)을 담고있는 도금조(301)내에서 서로 마주보며 평행하게 배치되어 있다. 기판(W)과 양극(302)의 사이에 도금전류(i)를 흘려줌으로써 도금이 행해진다. 어느 지점에서 기판(W)의 표면에 형성된 도금 필름의 필름두께(h)는 도금전류값(i)과 전압을 가한 시간의 곱에 비례한다. 도 30에서 도금전류값(i)는 다음의 수학식 1에 의하여 정의된다.
i = E/(R1 + R2 + R3 + R4)
상기 수학식 1에서, E는 전원 전압을, R1은 양극의 분극저항을, R2는 도금액(300)의 저항을, R3는 기판(음극의) 분극저항을, 그리고 R4는 어느 지점에서의 기판(W)의 시트저항을 나타낸다. 양극의 분극저항(R1) 및 기판 분극저항(R3)은 각각 양극(302) 및 기판(W)의 중간층저항(interfacial resistance)이다. 도금액(300)의 저항(R2)은 양극(302)과 기판(음극)(W)간의 거리에 비례한다.
기판(W)으로의 전기 공급은 일반적으로 기판(W)의 외주 끝단에 접속된 음전 극(303)을 통해 이루어진다. 따라서, 어느 지점에서의 시트저항(R4)은 기판(W)의 외주 끝단으로부터의 거리가 멀수록, 즉 그 지점이 기판(W)의 중심(P)에 가까울수록 커진다. 따라서, 기판(W)의 중심 안 쪽에서의 도금전류값(i)은 바깥 쪽 외주에서 보다 작아서(상기 수학식 1 참조), 바깥 쪽 외주에 비하여 중심 안 쪽에서의 필름두께가 더 얇아지기 쉽다. 따라서, 종래의 도금장치에서는 기판의 전체 표면에 걸쳐 균일한 필름두께를 가진 도금 필름을 형성하기 어렵다는 문제가 있었다. 특히, 도금으로 LSI 배선을 형성할 때에는 기판(Si 기판)의 얇은 시드층(대략 50 내지 200nm)은 그 시트저항(R4)이 상당히 커진다. 그렇게 큰 시트저항(R4)은 필름두께에 큰 영향을 미친다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점에 대한 시각에서 구상되었다. 따라서 본 발명의 첫 번째 목적은 높은 균일전착력과 평준화특성을 가진 도금액을 사용하여 구리가 채워진 미세 배선패턴을 형성하면서 배선 영역과 비 배선 영역간에 도금된 필름의 필름두께를 실질적으로 동일하게 하여 그 후의 CMP 공정을 수월하게 할 수 있는 도금방법 및 도금장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은 기판의 전면에 걸쳐 더욱 균일한 필름 두께를 가진 도금필름을 형성할 수 있는 도금장치 및 도금방법을 제공하는 것이다.
첫 번째 목적을 이루기 위하여, 본 발명은,
기판과 상기 기판과 마주보도록 상기 기판과 기판에 근접하여 배치된 양극의 사이에 형성된 도금 공간에 금속 이온과 첨가제를 함유한 도금액을 채우는 단계; 및
도금 공정 동안에 상기 도금 공간내에 채워진 도금액내의 첨가제의 농도를 변화시키는 단계를 포함하여 이루어지는 도금방법을 제공한다.
기판을 도금하는 과정에서, 기판과 양극의 사이에 형성된 도금 공간내에 채워진 도금액내의 첨가제의 농도는 퇴적된 금속 필름 내부에서의 첨가제의 흡수 및 양극에서의 산화 저하로 인하여 도금이 진행됨에 따라 점차 감소된다. 첨가제 농도의 변화는 ① 도금액 자체의 양이 적은 양극 인접 도금에 의해 기판이 도금되는 경우, ② 도금 공간으로의 도금액의 도입이 도금 전에만 행해지고 도금 중에는 행해지지 않는(일괄 유입식) 경우, 및 ③ 도금 중에 도금액이 간헐적으로 도입되는 경우에 더욱 커진다. 도금액의 농도 변화는 도금 공정 중에 별도로 상이한 농도의 첨가제를 함유한 첨가 용액이나 도금액이 별도의 도입 장치에 의하여 도금 공간으로 도입되는 경우에 더 커진다.
따라서 도금 공정 중에 도금 공간내에 채워진 도금액의 첨가제 농도를 변화시키면, 배선 영역과 비 배선 영역간에 도금된 필름두께의 비균일성이 감소되거나 교정된다.
도금 공정 중에 도금 공간내에 채워진 도금액의 첨가제 농도를 변화시키면 어떠한 메카니즘을 통해 배선 영역과 비 배선 영역간에 도금된 필름두께의 차를 교정하는 지가 아직 명확하지는 않다. 여하간에, 일반적으로는 도금 공정 중에 첨가제의 농도가 감소된 경우, 특별한 첨가제의 농도, 특히 소위 "광택제"라고 하는 도금 촉진 첨가제가 큰 값으로 설정된 경우, 또는 첨가제의 농도가 예를 들어, 첨가제의 흡착제거에 의하여 현저히 낮아진 경우에 필름두께의 차이를 효과적으로 교정할 수 있다. 문제가 되고 있는 필름두께의 차이는 도금 공정의 중간 단계 또는 후반 단계에서 미세 배선 트렌치에 금속을 채워넣는 것이 거의 완료된 때에 일어나는 것이라 여겨진다. 따라서, 도금의 중간 단계나 후반 단계에서 도금액의 첨가제 농도를 변화시키는 것이 배선 트렌치에 금속을 채워넣는 단계를 진행하고 있는 초기 단계에서 행하는 것보다 효과적이다.
도금액내의 첨가제의 농도는 도금 공간에 간헐적으로 도금액을 공급함으로써 조정될 수 있다.
첨가제 농도는 도금 공간으로 첨가제를 보충하여 첨가하거나 도금액내의 첨가제를 제거함으로써 조정될 수도 있다.
본 발명은 또한,
음극으로부터 기판에 전류가 흐를 수 있도록 기판을 유지하는 기판 홀더,
상기 기판 홀더에 의해 고정된 기판과 대향하여 있는 양극, 및
상기 기판과 상기 양극의 사이에 형성된 도금 공간내에 배치(batch) 처리방식 또는 간헐적 처리방식으로 도금액을 도입시키는 도금액 유입장치를 포함하여 이루어진 도금장치를 제공한다.
이 장치는 도금 공간내에 채워져 있는 도금액에서 첨가제의 농도를 변화시키면서 도금 처리를 수행할 수 있다.
도금 공간에는 도금액 함침재(impregnation material)가 제공될 수 있다. 도 금액 함침재, 예를 들어 합성섬유는 특정한 첨가제 성분, 예를 들어 레벨러를 흡착하고 제거할 수 있으며, 따라서 도금액의 레벨러 농도를 감소시키는 데 효과적이다.
또한, 상기 도금장치에는 상기 도금액의 첨가제 농도와는 다른 첨가제 농도를 가진 용액을 도금 공간으로 유입시키는 용액 유입장치가 제공될 수 있다. 상이한 첨가제 농도를 가진 액(용액 또는 도금액)의 첨가는 도금 공정 중에 기판과 양극의 사이에 형성된 도금 공간내에 채워져 있는 도금액에서의 첨가제 농도의 변화를 자유자재로 제어할 수 있게 한다. 예를 들어, 더 높은 레벨러 농도를 가진 용액의 첨가는 도금 공정 중에 필름두께의 차이를 교정할 수 있다.
상기 도금장치에는 또한 도금 공간내의 도금액의 온도를 조정하는 온도조정장치가 제공될 수 있다. 상기 도금액 함침재에서 발생하는 흡착반응은 온도 의존성이 높기 때문에, 온도가 더 높은 도금액을 사용하면 일반적으로 도금액 함침재의 흡착성을 증가시킨다.
두 번째 목적을 이루기 위하여, 본 발명은,
음극으로부터 기판에 전류가 흐를 수 있도록 기판을 고정하는 기판 홀더,
상기 기판 홀더에 의해 고정된 기판과 대향하여 있는 양극, 및
기판의 바깥 쪽 외주부가 상기 양극과 마주하는 시간보다 기판의 안 쪽 중심부가 상기 양극과 더 오랜 시간 동안 마주하는 상태가 되도록 상기 양극과 마주하는 기판의 일부를 이동시키는 이동장치를 포함하여 이루어진 도금장치를 제공한다.
이 도금장치는 기판의 바깥 쪽 외주부로 흐르는 도금 전류의 전압인가 시간 보다 기판의 안 쪽 중심부로 흐르는 도금 전류의 전압인가 시간을 더 길게 하여, 기판의 여러 지점에서 전류값과 전류의 인가 시간의 곱이 기판의 전면에 걸쳐 동일해지도록 할 수 있다. 이것은 기판의 전면에 걸쳐 균일한 필름두께를 가진 도금 필름의 형성을 가능하게 한다.
상기 이동장치는 기판을 회전시키는 기판회전장치, 양극을 회전시키는 양극회전장치 또는 양극을 병진시키는 양극병진장치를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한,
음극으로부터 기판에 전류가 흐를 수 있도록 기판을 고정하는 기판 홀더, 및
상기 기판 홀더에 의해 고정된 기판과 대향하여 있는 양극를 포함하며, 상기 양극과 기판의 안 쪽 중심부간의 거리가 상기 양극과 기판의 바깥 쪽 외주부간의 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 다른 도금장치를 제공한다.
이 장치는 기판의 안 쪽 중심부에서의 도금액의 저항이 기판의 바깥 쪽 외주부에서의 그것보다 작아서, 기판의 안 쪽 중심부에서의 전류값을 기판의 바깥 쪽 외주부에서의 전류값과 더욱 동일해지게 하여, 이에 따라 기판상에 형성된 도금 필름의 필름두께가 기판의 전면에 걸쳐 균일해지게 할 수 있다.
나아가 본 발명은,
음극으로부터 기판에 전류가 흐를 수 있도록 기판을 고정하는 기판 홀더,
상기 기판 홀더에 의해 고정된 기판과 대향하여 있는 양극, 및
도금이 시작된 후에 기판과 상기 양극간의 거리를 변화시키는 거리변화장치를 포함하여 이루어지는 또 다른 도금장치를 제공한다.
도금의 개시시에는 기판의 안 쪽 중심측에서의 전위구배가 외주부측에서의 전위구배보다 크고, 이에 따라 기판의 안 쪽에는 더 많은 양의 도금 필름이 형성된다. 이 상황은 이 장치에 의하여 나중에 기판과 양극간의 거리를 더 멀어지게 함으로써 반전될 수 있다. 그 결과, 기판의 전면에 걸쳐 균일한 필름두께를 가진 도금필름을 얻을 수 있다.
본 발명은 또한,
기판과 양극이 마주보는 상태로 상기 기판과 상기 양극을 배치하는 단계,
상기 기판과 양극의 사이에 도금액을 공급하는 동안 그 사이에 전류를 흘리는 단계, 및
상기 기판 표면의 바깥 쪽 외주부가 상기 양극과 마주하는 시간보다 더 오랜 동안 상기 기판 표면의 안 쪽 중심부가 상기 양극과 마주하는 상태가 되도록 상기 기판의 일부를 이동시키는 단계를 포함하는 도금방법을 제공한다.
본 발명은 또한,
기판과 양극이 마주보는 상태로 상기 기판과 상기 양극을 배치하는 단계, 및
상기 기판과 양극의 사이에 도금액을 공급하는 동안 그 사이에 전류를 흘리는 단계를 포함하며, 상기 기판의 안 쪽 중심부와 상기 양극간의 거리가 상기 기판의 바깥 쪽 외주부와 상기 양극간의 거리보다 짧게 하는 것을 특징으로 하는 또 다른 도금방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은
기판과 양극이 마주보는 상태로 상기 기판과 상기 양극을 배치하는 단계,
상기 기판과 양극의 사이에 도금액을 공급하는 동안 그 사이에 전류를 흘리는 단계, 및
도금이 시작된 후에 상기 기판과 상기 양극간의 거리를 변화시키는 단계를 포함하는 또 다른 도금방법을 제공한다.
본 발명의 실시예가 도면을 참고로 하여 아래에 기술될 것이다. 본 실시예에 따른 기판 도금 장치는 반도체 기판의 표면상에 구리 전기도금을 실시하기 위해 사용되고, 이로 인해 상부에 형성된 구리층을 포함하는 배선을 갖는 반도체 장치를 얻을 수 있다. 이 도금 공정은 도 1a 내지 1c를 참고로 하여 설명된다.
도 1a에 도시된 바와 같이, SiO2의 산화물 막(2)은 반도체 디바이스가 형성된 반도체 기판(1)의 전도층(1a)상에 퇴적된다. 콘택트 홀(3) 및 트렌치는 리소그래피 및 에칭 기술에 의하여 형성된다. TiN 등과 같은 배리어층(5)이 그 상부에 형성된 다음, 전기도금을 위한 급전층인 시드층(seed layer)(7)이 배리어층상(5)에 형성된다.
그 다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(W)의 표면은 산화물 막(oxide film)(2)상에 도금된 구리막(6)을 피복하기 위해서 전기도금한 구리에 의하여 덮이므로 반도체 기판(1)의 접촉 구멍(3) 및 트렌치(4)를 구리로 채운다. 이후에, 산화물 막(2)상의 도금된 구리막(6)은 화학 기계적 폴리싱(CMP)에 의하여 제거되므로 콘택트 홀(3) 및 트렌치(4)에 놓여있는 도금된 구리막(6)은 산화물 막(2)과 동일 평면상에 있게 된다. 이러한 방식으로, 도금된 구리막(6)으로 구성된 배선 이 도 1c에 도시된 바와 같이 형성된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판을 위한 전체 도금 장치를 도시한 평면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 도금 장치는 그 안에 복수의 기판(W)을 수용하기 위한 두개의 로딩/언로딩 유닛(10), 도금 처리 및 그것에 부수적인 처리를 수행하기 위한 두개의 도금 유닛(12), 로딩/언로딩 유닛(10)과 도금 유닛(12) 사이의 기판(W)를 이송하기 위한 이송 로봇(14) 및 도금액 탱크(16)을 구비한 도금액 공급 장치(18)를 수용하는 직사각형의 설비를 구비하고 있다.
본 실시예에서 사용되는 도금액은 싸이오유레아(thiourea) 및 아크릴 싸이오유레아와 같은 황함유 혼합물을 캐리어(광택제)로, 폴리에테르, 폴리에틸렌 글리콜 또는 그들의 유도체를 중합체로 그리고 폴리아민이나 색소와 같이 양전하를 갖는 질소 화합물을 레벨러로서 함유한다. 물론, 본 발명은 이들 첨가제의 사용에만 국한되지 않는다.
도 3에 도시된 바와 같은 도금 유닛(12)이 도금 처리 및 그것에 부수적인 처리를 수행하기 위해 기판 처리부(20)에 제공되며, 도금액을 저장하는 도금액 트레이(22)가 기판 처리부(20)에 인접하게 배치된다. 회전하는 샤프트(24) 주위를 선회할 수 있는 아암(26)의 전단부에 고정되며 기판 처리부(20) 및 도금액 트레이(22) 사이에서 선회하는, 전극부(28)를 구비한 전극 아암(30)도 제공된다. 더욱이, 예비-코팅/회수 아암(32) 및 순수 또는 이온수와 같은 화학액 및 가스등을 기판을 향해 분사하기 위해 고정된 노즐(34)이 기판 처리부(20)의 측방향에 배치된다. 상기 실시예에서는, 3개의 고정된 노즐(34)이 배치되며, 그들 중 하나는 순수를 공급 하기 위해 사용된다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 기판 처리부(20)는 도금될 표면이 위쪽을 향하는 기판(W)을 지지하기 위한 기판 홀더(36) 및 기판 홀더(36)의 주변부를 둘러싸도록 기판 홀더(36)의 상부에 배치된 캐소드부(38)를 갖는다. 또한, 처리시, 사용되는 다양한 화학액이 흩어지는 것을 막기 위하여 기판 홀더(36)의 주변을 둘러싸는 실질적으로 바닥이 원통형으로 된 컵(40)이 공기 실린더(42)에 의하여 수직으로 이동가능하도록 제공된다.
기판 홀더(36)는 공기 실린더(44)에 의하여 도 5에 도시된 바와 같이 하부 기판 이송 위치(A), 상부 도금 위치(B) 및 이들 사이의 중간인 전-처리/세정 위치(C) 사이에서 상승 및 하강하기에 적합하도록 되어있다. 또한, 회전 모터(46) 및 벨트(48)(도 4 참조)에 의하여 기판 홀더(36)는 캐소드부(38)와 일체로 임의의 가속도 및 임의의 속도로 회전하기에 적합하도록 되어있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 기판을 집어넣고 꺼내는 개구부(50)가 이송 로봇(14)을 향한 도금 유닛(12)의 프레임쪽 면의 기판 이송 위치(A)와 마주하도록 제공된다. 기판 홀더(36)가 도금 위치(B)로 상승될 때, (이후에 설명될) 캐소드부(38)의 밀봉 부재(90) 및 캐소드 전극(88)은 기판 홀더(36)에 의하여 고정된 기판(W)의 주변 에지부와 접촉하게 된다. 한편, 컵(40)은 기판을 집어넣고 꺼내는 개구부(50) 아래에 배치된 위쪽 끝단부를 가지며, 컵(40)이 상승할 경우, 도 5에서 가상의 선에 의하여 도시된 바와 같이 컵의 위쪽 끝단부는 기판을 집어넣고 꺼내는 개구부(50)를 폐쇄하면서 캐소드부(38) 위쪽 위치에 도달한다.
도금을 하고 있지 않을 때에도, 도금액 트레이(22)는 도금액으로 도금액 함침재(impregnation material)(110) 및 (이후에 설명될)전극 아암(30)의 애노드(98)를 적시는 작용을 한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 도금액 트레이(22)는 도금액 함침재(110)가 수용될 수 있는 크기로 설정되며, 상기 도금액 트레이(22)는 도금액 공급 포트 및 도금액 배출 포트(도시되지 않음)를 갖는다. 광-센서는 도금액 트레이(22)에 부착되어 도금액 트레이내의 도금액이 가득 찼는지, 즉 예를 들어 넘치고 배출되는 지를 감지할 수 있다. 도금액 트레이(22)의 바닥판(52)은 분리가 가능하며 국소 배기구(도시되지 않음)는 도금액 트레이 주위에 설치된다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 전극 아암(30)은 모터(54) 및 도시되지 않은 볼 스크루에 의하여 수직으로 이동가능하며 모터(56)에 의하여 도금액 트레이(22)와 기판 처리부(20) 사이에서 선회가능하다.
도 10에 도시된 바와 같은, 예비-코팅/회수 아암(32)은 수직 지지 샤프트(58)의 위쪽 끝단부에 연결된다. 예비-코팅/회수 아암(32)은 회전식 엑츄에이터(60)에 의하여 선회가능하며 공기 실린더(62)(도 7 참조)에 의하여 수직으로도 이동이 가능하다. 예비-코팅/회수 아암(32)은 자유단에서 예비-코팅액을 배출하기 위한 예비-코팅 노즐, 기단부에 인접한 부분에서 도금액을 회수 하기 위한 도금액 회수 노즐(66)을 지지한다. 예비-코팅 노즐(64)은 공기에 의하여 작동할 수 있는, 예를 들어, 예비-코팅 노즐(64)로부터 예비-코팅액을 간헐적으로 배출하는 주입기에 연결된다. 도금액 회수 노즐(66)로부터 기판위의 도금액을 흡인하기 위해서 도금액 회수 노즐(66)은 예를 들어, 실린더 펌프 또는 흡입기에 연결된다.
도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(36)는 디스크형상의 기판 스테이지(68) 및 기판(W)을 각각의 지지 아암(70) 상면에 수평면에 고정하기 위하여 기판 스테이지(68)의 원주 에지상에 소정의 간격으로 이격된 여섯개의 수직 지지 아암(70)을 구비한다. 위치설정 판(72)은 기판의 끝단부면과의 접촉에 의하여 기판을 위치설정하기 위한 지지 아암(70) 중 하나의 위쪽 끝단부에 장착된다. 회전시에 기판(W)의 끝단면에 맞대고 기판(W)을 위치설정 판(72)으로 가압하기 위하여, 가압핑거(74)는 위치설정 판(72)을 구비한 지지아암(70) 반대쪽에 배치된 지지아암(70)의 상단부에 회전가능하게 장착된다. 척킹 핑거(chucking finger)(76)는 아래쪽으로 기판(W)를 가압하고 기판(W)의 원주 에지를 잡기 위한 남아있는 네개의 지지 아암(70c)의 상단부에 장착된다.
가압 핑거(74) 및 척킹 핑거(76)는 코일 스프링(78)에 의하여 통상적으로 아래쪽으로 이동하도록 강제되는 가압 핀(80)의 상단부에 연결된다. 가압 핀(80)이 아래쪽으로 이동할 경우, 가압 핑거(74) 및 척킹 핑거(76)는 폐쇄된 위치로 반경방향 안쪽으로 회전된다. 지지판(82)은 개방 핀(80)의 하단부와 맞닿아 그들을 위쪽으로 밀기위하여 기판 스테이지(68)의 아래에 배치된다.
기판 홀더(36)가 도 5에 도시된 기판 이송 위치(A)에 배치될 경우, 가압 핀(80)은 지지판(82)에 의하여 맞닿아 위쪽으로 밀려 올라가서, 가압 핑거(74) 및 척킹 핑거(76)은 바깥쪽으로 회전하고 개방되도록 한다. 기판 스테이지(68)가 상승될 때, 개방 핀(80)은 코일 스프링(78)의 탄성의 영향으로 하강하여, 가압 핑거(74) 및 척킹 핑거(76)는 안쪽으로 회전하며 폐쇄되도록 한다.
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 캐소드부(38)는 지지판(82)(도 5 및 도 13 참조)의 주변 에지상에 장착된 수직 지지 칼럼(84)의 상단부에 고정된 환상 프레임(86), 환상 프레임(86)의 하부 표면에 부착되고 안쪽으로 돌출된 캐소드 전극(88) 및 캐소드 전극(88)의 상부 표면을 덮도록 환상 프레임(86)의 상부 표면에 장착된 환상 밀봉 부재(90)를 포함한다. 밀봉 부재(90)는 안쪽을 향하여 아래로 경사지고 점진적으로 두께가 얇아지는 내부의 주변 에지부와 아래로 드리운 내부 주변의 끝단부를 가지도록 되어있다.
도 5에 도시된 바와 같이 기판 홀더(36)가 도금 위치(B)에 상승될 경우, 전류가 기판(W)를 통해 흐르도록 하기 위하여 캐소드 전극(88)은 기판 홀더(36)에 의하여 고정된 기판(W)의 주변 에지부에 대해 가압된다. 동시에, 밀봉 부재(90)의 내부 주변의 끝단부는 수밀(watertight) 방식으로 접촉부를 밀봉하기 위해서 가압하에서 기판(W)의 주변 에지의 상부 표면과 접촉도록 되어 있다. 그에 따라서, 기판(W)의 상부 표면(도금될 표면)상에 공급되는 도금액이 기판(W)의 끝단부로부터 스며 나오는 것을 방지하며, 상기 도금액이 캐소드 전극(88)을 오염시키는 것을 방지한다.
본 실시예에서는, 캐소드부(38)는 수직으로 이동할 수는 없지만, 기판 홀더(36)와 일체로 회전하는 것은 가능하다. 하지만, 캐소드부(38)는 수직으로 이동이 가능하도록 배치되고, 밀봉 부재(90)는 캐소드부가 하강할 때 기판(W)의 도금될 표면에 대해 가압되도록 할수도 있다.
도 16 내지 도 20에 도시된 바와 같이, 전극 아암(30)의 전극 헤드(28)는 볼 베어링(92)을 개재하여 스윙 아암(30)의 자유단에 연결된 하우징(94), 하우징(94)을 둘러싸는 원통형 지지 프레임(96) 및 하우징(94)과 지지 프레임(96) 사이에서 조여진 주변 에지부를 구비하여 고정되는 애노드(98)를 포함한다. 애노드(98)는 내부에 형성된 흡입 챔버(100)를 구비하는 하우징(94)의 개구부를 덮는다. 흡입 챔버(100)에는, 직경방향으로 연장되는 도금액 도입관(104)이 도금액 공급 유닛(18)(도 2 참조)으로부터 연장되는 도금액 공급관(102)에 연결되고 애노드(98)의 상부 표면에 맞닿아 고정된다. 흡입 챔버(100)과 연통된 도금액 배출관(106)은 하우징(94)에 연결된다.
도금액 도입관(104)이 매니폴드 구조로 이루어져 있다면 도금액 도입관(104)이 도금될 표면에 균일하게 도금액을 공급하기에 효과적이다. 특히, 도금액 도입관(104)은 그것의 길이방향으로 연속적으로 뻗어있는 도금액 도입로(104a) 및 도금액 도입로(104a)를 따라 소정의 피치로 이격되고, 그것과 연통되어 아래방향으로 뻗어있는 복수의 도금액 주입구(104b)를 갖는다. 애노드(98)는 도금액 주입 포트(104b)에 대응하는 위치에서 그 내부에 형성된 복수의 도금액 공급구(98a)를 갖는다. 애노드(98)은 그것의 전체 영역에 걸쳐 그것의 내부에 형성된 수직으로 뻗어있는 많은 관통 구멍(98b)을 갖는다. 도금액 공급관(102)에서 도금액 도입관(104)으로 도입된 도금액은 도금액 도입구(104b) 및 도금액 공급구(98a)를 통하여 애노드(98)와 기판(W) 사이에 형성된 도금 공간(99)(도 17 참조)으로 흐른다. 도금액 배출관(106)은 도금액 배출관(106)으로부터 관통 구멍 (98b) 및 흡입 챔버(100)을 통해 애노드(98)와 기판(W) 사이에 형성된 도금 공간내에 도금액을 배출하기 위해 서 비워진다.
또한, 상기 도금액과는 다른 첨가제 농도를 갖는 용액이나 도금액을 애노드(98) 및 기판(W) 사이에 형성된 도금 공간(99)에 별도로 도입하기 위한 액 공급관(120)이 하우징(94)에 연결된다. 도금 처리시, 액 공급관(120)으로부터 도금 공간(99)에 다른 첨가제 농도를 갖는 용액이나 도금액을 도입함으로써, 도금 공간(99)에 함유된 도금액의 첨가제 농도의 변화가 임의로 제어될 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 애노드(98)는 실질적으로 기판(W)의 전체 표면을 포함할 수 있도록 기판(W)과 실질적으로 동일한 크기(지름)를 갖도록 설계된다.
슬라임의 생성을 억제하기 위해서, 애노드(98)가 인(인동(phosphorus copper))을 0.03 내지 0.05 % 함유한 구리로 만들어진다. 애노드(98)이 인동으로 만들어질 경우, 도금공정이 진행됨에 따라 애노드(98)의 표면에 흑색의 막이 형성된다. 흑색의 막은 인 및 Cl을 함유하는 Cu+ 복합체로 만들어지며, Cu2Cl2·Cu2O·Cu3P 등을 포함한다. 흑색의 막은 구리의 불균화 반응(disproportion reaction)을 억제하기 때문에, 도금 공정을 안정시킬 목적으로 애노드(98)의 표면에 흑색의 막을 안정적으로 형성하는 것이 중요하다. 하지만, 흑색의 막이 건조하거나 산화되어서 애노드(98)로 부터 떨어져 나가면, 그 경우 입자를 생성시키는 경향이 있고 도금 혼합물의 조성의 변화를 일으킨다.
본 실시예에서는, 보수성 재료(water retaining material)를 포함하며 애노드(98)의 전체 표면을 포함하는 도금액 함침재가 애노드(98)의 하부 표면에 부착된 다. 도금액 함침재(110)는 애노드(98)의 표면을 적시기 위해서 도금액으로 함침되며, 이로 인해 흑색의 막이 건조에 의하여 도금된 기판의 표면으로 떨어지는 것 및 산화를 방지하며, 동시에 기판의 도금될 면과 애노드(98) 사이에 도금액이 부어질 때 외부로 공기의 배기를 촉진한다.
또한, 앞서 말한 바와 같이 애노드(98)에 도금액 함침재(110)를 부착하고 기판의 도금될 면과 애노드(98) 사이의 도금 공간(99)에 부어지는 도금액과 함침재(110)를 접촉시킴으로써, 특별한 첨가제 성분, 예를 들어 레벨러(leveler)가 도금액 함침재(110)에 의하여 흡수 및 제거될 수 있다. 도금액 함침재를 사용하는 것은 따라서 도금 공간(99)내의 도금액의 레벨러 농도를 줄이는 데 효과적이다.
도금액 함침재(110)는 액을 보유하는 기능 및 그것을 통해 액이 통과하는 기능을 모두 가지며, 우수한 화학적 저항력을 지닌다. 특히, 도금액 함침재(110)는 고농도의 황산을 포함하는 산성 도금액에 대한 내구성을 지닌다. 도금액 함침재(110)는 예를 들어, 도금 성능(도금 속도, 저항성 및 충전 특성)에 나쁜 영향을 미치는 황산 용액 내의 불순물의 용리(elution)를 방지하기 위하여 폴리프로필렌으로 직조된 직물을 포함한다. 도금액 함침재(110)는 폴리프로필렌 이외의 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리비닐 클로라이드, 테플론, 폴리비닐 알코올, 폴리우레탄 및 이들 물질의 유도체 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 부직포(nonwoven fabric) 또는 스폰지형 구조체는 직조된 직물을 대신해 사용될 수 있다. 알루미나 및 SiC 등으로 만들어진 다공성 세라믹 및 소결된 폴리프로필렌이 사용가능하다.
즉, 각각 하단부에 헤드부를 갖는 많은 고정핀(112)은 위쪽으로 풀려나지 않도록 상기 헤드부가 도금액 함침재(110)내에 제공되도록 배치되고, 고정핀(112)의 샤프트부는 애노드(98)의 내부를 관통하고, 고정핀(112)은 U자형 판 스프링(114)에 의하여 위쪽으로 힘을 받으며, 이로 인해 도금액 함침재(110)는 판 스프링(114)의 탄성력에 의하여 애노드(98)의 하부 표면에 밀접하도록 되어 애노드(98)에 부착된다. 이러한 배치로, 애노드(98)의 두께는 도금이 진행됨에 따라 점진적으로 얇아지며, 도금액 함침재(110)는 확실히 애노드(98)의 하부 표면에 밀접될 수 있다. 따라서, 공기가 애노드의 하부 표면과 도금액 함침재(110) 사이로 들어가서 불량한 도금을 초래하는 것을 방지할 수 있다.
부수적으로, PVC(폴리비닐 클로라이드) 또는 PET로 만들어지고 예를 들어, 약 2mm의 지름을 갖는 원주상 핀은 애노드를 관통하도록 애노드의 상부 표면쪽으로부터 배치될 수 있으며, 도금액 함침재에 애노드를 고정하기 위해서 애노드의 하부 표면으로부터 돌출된 각각의 핀의 전단부 표면에 접착제가 도포될 수 있다. 도금액 함침재가 세라믹과 같은 충분한 강도를 가질 경우, 애노드는 핀을 사용하지 않고 함침재를 고정하는 지지물에 고정된 도금액 함침재상에 배치될 수 있다. 애노드와 도금액 함침재를 밀접시킬 필요는 없으며, 도금액은 도금액 및 애노드 사이의 틈새에 채워진다.
기판 홀더(36)가 기판 위치(B)에 있을 때(도 5 참조), 기판 홀더(36)에 의하여 고정된 기판(W)과 도금액 함침재(110) 사이의 틈새가 예를 들어, 약 0.5 내지 3mm 가 될 때 까지 전극 헤드(28)는 하강한다. 그다음, 도금액 함침재와 도금액이 공급되는 동안 기판(W)의 도금될 상부 표면과 애노드(98) 사이의 틈새를 채우기 위해서 도금액이 도금액 공급관(102)으로부터 공급되어 기판(W)의 상면을 도금한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스토퍼 바(116)는 캐소드부(38)을 지지하는 지지 칼럼(84)의 외부에 세워진다. 지지 프레임(96)의 주변에 제공된 돌기부(96a)는 스토퍼 바(116)의 상부 표면과 접촉되도록 하여, 이것에 의해 전극부(28)의 하강이 제어된다.
상기 실시예에 따른 기판 도금 장치에 의하여 수행되는 도금 공정이 아래에 설명될 것이다.
우선, 도금될 기판은 이송 로봇(14)에 의하여 로딩/언로딩 유닛(10) 중 하나로부터 꺼내져서 사이드 판넬에 형성된 기판을 집어넣고 꺼내는 개구부(50)을 통해 도금 유닛(12) 중 하나로 이송된다. 이 때, 기판 홀더(36)는 하부 기판 이송 위치(A)에 있다. 이송 로봇(14)의 손이 기판 스테이지(68)의 바로 위에 도달한 후에, 이송 로봇(14)의 손은 지지 아암(70)에 기판을 놓기 위하여 하강한다. 그다음 이송 로봇(14)의 손은 기판을 집어넣고 꺼내는 개구부(50)를 통해 원위치로 되돌아 온다.
이송 로봇(14)의 손이 돌아온 후에, 컵(40)이 상승한다. 그다음, 기판 홀더(36)가 기판 이송 위치(A)에서 전-처리/세정 위치(C)로 올려진다. 기판 홀더(36)가 상승함에 따라, 지지 아암(70)에 놓인 기판(W)은 위치설정 판(72) 및 가압 핑거(74)에 의하여 위치가 정해진다음 고정 핑거(76)에 의하여 안정적으로 잡힌다.
한편, 전극 아암(30)의 전극 헤드(28)는 이제 도금액 트레이(22) 상부의 표준 위치에 있으며, 도금액 함침재(110) 또는 애노드(98)는 도금액 트레이(22) 내에 위치된다. 컵(40)이 상승함과 동시에, 도금액이 도금액 트레이(22) 및 전극 헤드(28)로 공급되기 시작한다. 기판(W)를 도금하는 단계가 시작될 때까지, 새 도금액이 공급되며, 도금액 배출관(106)은 도금액 함침재(110)내의 도금액을 대체하고 도금액 함침재(110)내의 도금액으로부터 공기 방울을 제거하기 위해서 비워진다. 컵(40)이 상승 이동이 완료될 경우, 사이드 판넬의 기판을 집어넣고 꺼내는 개구부(50)는 컵(40)에 의하여 폐쇄되어, 사이드 판넬 내부의 대기와 사이드 판넬 외부의 대기를 서로 격리시킨다.
컵(40)이 상승되는 때에, 예비-코팅 단계가 시작된다. 특히, 기판(W)을 받아들인 기판 홀더(36)가 회전되며, 예비-코팅/회수 아암(32)은 후퇴한 위치로부터 기판(W)에 맞닿는 위치로 이동된다. 기판 홀더(36)의 회전 속도가 설정값에 도달하는, 예비-코팅/회수 아암(32)의 선단에 장착된 예비-코팅 노즐(64)은 예를 들어 계면 활성제를 포함하는 예비-코팅액을 기판(W)의 도금될 면을 향해 간헐적으로 배출한다. 이 때, 기판 홀더(36)가 회전하고 있기 때문에, 예비-코팅액은 기판(W)의 도금될 표면 전체로 퍼진다. 그 다음, 예비-코팅/회수 아암(32)은 후퇴위치로 되돌아 오고, 기판(W)의 도금될 면에서 예비-코팅 액을 털어내고 건조시키기 위하여 기판 홀더(36)의 회전 속도가 증가된다.
예비-코팅 단계가 완료된 후에는, 도금 단계가 시작된다. 우선, 기판 홀더(36)가 회전을 멈추거나 그것의 회전 속도가 도금을 위해 미리설정된 회전 속 도로 감소된다. 이 상태에서, 기판 홀더(36)가 도금 위치(B)로 상승한다. 그 다음, 전류가 흐르도록 하는것이 가능할 때에 기판(W)의 주변 에지가 캐소드 전극(88)과 접촉되어 지며, 동시에 밀봉 부재(90)는 기판(W)의 주변 에지의 상면으로 가압되어서 수밀 방식으로 기판(W)의 주변 에지를 밀봉한다.
로딩된 기판(W)을 위한 예비-코팅 단계가 완료된 것을 알리는 신호에 의거하여, 도금액 트레이(22) 상부의 위치에서 도금 위치의 상부 위치까지 전극 아암(30)을 변위시키기 위해서 전극 아암(30)이 수평방향으로 회전된다. 전극 헤드(28)이 상기 위치에 도달한 후에, 전극 헤드(28)은 캐소드부(38)을 향해서 하강한다. 이 때, 도금액 함침재(110)는 기판(W)의 도금될 표면과 접촉하지는 않고, 0.5 내지 3 mm 범위의 간격에서 기판(W)의 도금될 표면과 근접하게 고정된다. 전극 헤드(28)의 하강이 완료된 후에, 도금 전류가 공급되며, 도금액 공급관(102)에서 전극 헤드(28)로 도금액이 공급된 다음 애노드(98)를 통하여 도금액 공급구(98a)에서 도금액 함침재(110)로 도금액이 공급된다.
도금액의 공급이 계속될 때, 도금액 함침재(110)으로부터 스며나온 구리 이온을 함유하는 도금액이 도금액 함침재(110)와 반도체 기판(W)의 도금될 표면 사이의 갭에 채워져서, 기판의 도금될 표면에서 구리 도금이 수행될 수 있게 한다.
소정양의 도금액이 공급된 후에, 도금액의 도입이 중단되고 기판 홀더(36)는 저속으로 회전되어 기판의 도금될 표면에 도금액이 균일하게 공급될 수 있게 한다. 기판 홀더의 회전은 예를 들어 5분 동안 계속된다. 본 실시예에서 사용된 도금액은 예를 들어 1.0 mL/L 의 첨가제 농도를 가지며, 도금 공간(99)의 체적에 따라 예를 들어 50 mL 의 양이 사용된다. 첨가제 농도는 도금 공정이 진행됨에 따라 감소하며, 이것에 의해 배선 영역과 비배선 영역 사이의 도금된 막의 두께의 불균일이 보정된다.
보다 상세하게는, 기판의 도금 과정에서, 퇴적된 금속막내의 첨가제의 흡수 및 애노드에서의 산화 열화로 인하여 도금이 진행됨에 따라 첨가제 농도가 점진적으로 감소한다. 기판과 애노드 사이에 형성된 도금 공간(99)내에 함유된 도금액내의 첨가제 농도의 변화(감소)는 기판의 도금이 도금 공간(99)내의 도금액 자체가 작은 애노드 인접(close-to-anode) 도금에 의한 본 실시예와 같은 경우에 크며, 도금액을 도금 공간(99)로 도입하는 것은 도금 전에만 수행되며, 도금 공정이 진행중일 때는 수행되지 않는다. 이것은 배선 영역과 비배선 영역 사이의 도금된 막 두께의 불균일성을 효과적으로 보정한다. 또한, 도금액 함침재를 사용함으로써 특별한 첨가제 혼합물, 예를 들어 레벨러를 흡수 및 제거할 수 있어서, 더욱 효과적으로 도금 공간내에 함유된 도금액의 레벨러 농도를 감소시킬 수 있다.
본 실시예에서는 도금 공간(99)에 도금액을 도입하는 것은 도금 과정 전에만 수행되었지만(배치별(batch-wise) 도입), 도금액은 도금 과정동안 간헐적으로 주입될 수도 있다. 또한, 도금 공정 동안 서로 다른 첨가제 농도를 갖는 용액 또는 도금액을 액 공급관(120)으로부터 도금 공간(99)에 개별적으로 도입함으로써, 도금 공간(99)내에 수용된 도금액내의 첨가제 농도의 변화가 더 커지도록 할 수 있다.
도금 처리가 완료된 경우, 전극 아암(30)이 올라간 다음 도금액 트레이(22) 상부의 위치 및 통상의 위치 아래로 되돌아가기 위해서 선회한다. 그 다음, 예비- 코팅/회수 아암(32)이 후퇴한 위치에서 반도체 기판(W)과 마주하는 위치까지 이동되며, 도금액 회수 노즐(66)에 의하여 기판(W)상에 도금액의 잔류물을 회수 하기위해서 하강한다. 도금액의 잔류물의 회수가 완료된 후에, 예비-코팅/회수 아암(32)이 후퇴한 위치로 되돌려지며, 기판의 도금된 표면을 헹구기 위하여 기판(W)의 중앙부를 향해 순수를 공급하기 위한 고정 노즐(34)로부터 순수가 공급된다. 동시에, 기판 홀더(36)가 순수를 이용하여 기판(W) 표면상의 도금액을 대치시키기 위해 증가된 속도로 회전된다. 이러한 방식으로 기판(W)을 헹굼으로써 도금 위치(B)로부터 기판 홀더(36)가 하강하는 동안 도금액이 튀어서 캐소드부(38)의 캐소드 전극(88)을 오염시키는 것을 방지한다.
상승이 완료된 후에, 물을 이용한 헹굼단계가 시작된다. 즉, 기판 홀더(36)은 도금 위치(B)에서 전-처리/세정 위치(C)까지 하강한다. 그 다음, 순수 공급용 고정 노즐(34)로부터 순수가 공급되는 동안, 기판 홀더(36) 및 캐소드부(38)가 물을 이용하여 세정하기 위해서 회전된다. 이 때, 기판(W)과 함께, 캐소드(38)에 직접 공급되는 순수 또는 기판(W) 표면으로부터 흐트러지는 순수에 의해 밀봉 부재(90) 및 캐소드 전극(88)도 동시에 세정될 수 있다.
물을 이용한 세정이 완료된 후에, 건조 단계가 시작된다. 즉, 고정 노즐(34)로부터 순수의 공급이 중단되고, 원심력에 의하여 기판(W) 표면의 순수를 제거하고 상기 기판(W) 표면을 건조하기 위해서 기판 홀더(36) 및 캐소드부(38)의 회전 속도가 더욱 가속된다. 밀봉 부재(90) 및 캐소드 전극(88)도 동시에 건조된다. 건조가 완료되면, 기판 홀더(36) 및 캐소드부(38)의 회전이 중단되며, 기판 홀더(36)는 기 판 이송 위치(A)로 하강한다. 따라서, 고정 핑거(76)에 의하여 기판(W)을 잡는 것이 풀어지고, 기판(W)은 지지아암(70)의 상부 표면에 바로 놓여진다. 동시에 컵(40)도 하강한다.
도금 단계를 포함하는 모든 단계, 도금 단계에 수반하는 전-처리 단계, 세정 단계 및 건조 단계가 이제 끝이 났다. 이송 로봇(14)은 손을 기판을 집어넣고 꺼내는 개구부(50)을 통해 기판(W) 아래의 위치로 집어넣어서 기판 홀더(36)로부터 처리된 기판(W)을 받아들이기 위해 들어 올린다. 그다음, 이송 로봇(14)은 기판 홀더(36)에서 로딩/언로딩 유닛(10) 중 하나로 복귀한다.
본 실시예는 도금이 상온에서 수행되는 경우를 보여주고 있다. 이 경우에, 도금액의 첨가제 농도는 도금액 함침재가 흡수 포화(absorption saturation)에 도달할 때까지 감소하지만, 상기 효과를 흡수 포화 이후에까지 기대할 수는 없다. 따라서, 도금 공정의 경과에 따라 도금 온도를 점진적으로 올릴 수 있도록 예를 들어, 히터와 같이 도금 공정 동안 도금액의 온도를 조정하는 장치가 애노드 주위에 제공될 수 있으며, 이로 인해 도금액 내의 첨가재를 위한 도금액 함침재의 흡수 능력이 강화될 수 있다. 도금 공정동안 발생하는 줄 열로 인한 자연적인 온도의 상승을 활용하는 것도 가능하다. 이 경우에, 도금의 완료후에, 도금액 함침재는 흡수된 첨가제의 일부를 분리하기 위해서 저온의 도금액과 접촉되도록 할 수 있다.
또한, 도금 장치는 서로 다른 첨가제 농도를 갖는 많은 도금액이 도금액 공급관(102)을 통해 기판 및 애노드의 도금될 표면 사이의 공간으로 도입될 수 있도록 배치될 수 있다. 도금은 도금 과정의 초기 단계에서는, 배선에 금속을 채우기 위하여 적절한 첨가제 농도를 갖는 도금액 사용하여 수행될 수 있고, 도금 공정의 중간 또는 후반 단계에서는 낮은 첨가제 농도를 갖는 여타의 도금액을 이용하여 도금액을 변화시킴으로써 수행될 수 있으며, 이러한 방법으로 도금 공정 동안 도금액의 첨가제 농도를 조정하게 된다.
도금 과정 동안 첨가제 농도의 조정은, 도금 과정의 초기 단계에서는 금속 충전을 위하여 적절한 첨가제 농도를 갖는 도금액을 이용하여 주입된 도금액 함침재를 수용하는 애노드를 사용함으로써 수행될 수도 있고, 도금 공정의 중간 및 후반 단계에서는 낮은 첨가제 농도를 갖는 도금액을 이용하여 주입된 도금액 함침재를 수용하는 애노드를 사용함으로써 수행될 수도 있다.
다음은 본 실시예에 따른 도금 처리에 의하여 달성된 기술적인 효과를 보여주기 위해서 수행된 다양한 실험의 결과이다.
우선, 도금액의 양 및 충전 특성 사이의 관계를 시험하기 위해서, 도금 과정의 초기, 중간 및 후반 단계에서의 첨가제 농도, 배선 영역과 비배선 영역 사이의 막 두께의 차이 및 배선내 간극(voids)의 존재 여부를 결정하기 위해서 다음의 도금 상태하에서 다양한 양의 도금액을 이용하여 도금이 수행되었다.
* 구리 황산염 오수화물(pentahydrate) = 225 g/L,
황산 = 55 g/L, 염화 이온(Chloride ion) = 60 mg/L,
첨가제 = DMEC#40 (모두 EBARA-UDYLITE CO., LTD.에서 제조됨)
* 온도 = 25 ℃, 전류 밀도 = 20 mA/㎠,
도금 시간 = 5분 (도금된 막의 평균 두께 : 2000 nm)
* 함침재: 사용되지 않음
도금액의 양 및 충전 특성
도금액의 양 (ml/기판) 5 ml 50 ml 500 ml 1000 ml 5000 ml
측정된 첨가제 농도 (ml/l) 초기 단계 (0 분) 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
중간 단계 (2.5분) 0 0 0.6 0.9 1.0
후반 단계 (5 분) 0 0 0.1 0.5 0.9
막 두께 차 (nm) (=배선영역-비배선영역) 0 100 400 1000 1800
배선내 간극의 존재 발견됨 없음 없음 없음 없음
표 1에서 알 수 있는 것처럼, 더 작은 양의 도금액을 사용하는 것이 배선 영역 및 비배선 영역 사이의 도금된 막의 두께 차를 더 작게하므로 CMP 처리에 적합한 막 두께 분포를 제공한다. 이것은 막 두께 차이의 주요 요인인 광택제 성분의 감소로 인해 고려된다. 또한 표 1은 극소량의 도금액 사용은 연결부내에 간극을 형성하므로 바람직하지 않다는 것을 보여주고 있다. 이것은 미세 배선에 금속을 충전할 때 중요한 구멍을 통해 안으로 상향 성장(bottom-up growth in via holes)의 주요 인자인 광택제 성분의 부족에 의할 수 있다.
다음으로, 도금액 함침재로 사용하거나 사용하지 않는 첨가제 농도의 변화를 검사하기 위해서, 도금 과정의 초기, 중간 및 후반 단계에서 첨가제 농도, 배선 영역과 비배선 영역 사이의 막 두께 차 및 배선내의 간극의 존재 여부를 결정하기 위해서 다음의 도금 상태하에서 도금이 수행된다.
* 구리 황산염 오수화물(pentahydrate) = 225 g/L,
황산 = 55 g/L, 염화 이온(Chloride ion) = 60 mg/L,
첨가제 = DMEC#40 (모두 EBARA-UDYLITE CO., LTD.에서 제조됨)
* 온도 = 25 ℃, 전류 밀도 = 20 mA/㎠,
도금 시간 = 5분 (도금된 막의 평균 두께 : 2000 nm)
* 함침재: PVA 스폰지 (두께 : 4 mm),
사전에 첨가제-흡수 처리 않음
* 도금액의 양 : 1000 mL/기판
함침재에 의한 흡수로 인한 첨가제 조정
함침재 사용 함침재 미사용
측정된 첨가제 농도 (ml/l) 초기 단계(0 분) 1.0 1.0
중간 단계(2.5 분) 0.2 0.9
후반 단계(5 분) 0 0.5
막 두께 차 (nm) (=배선영역-비배선영역) 100 - 150 1000
배선내 간극의 존재 없음 없음
표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 첨가제-흡수 특성을 갖는 도금액 함침재가 존재하는 내에서 도금을 수행함으로써, 도금 과정 동안 첨가제 농도가 효과적으로 감소될 수 있으며, 이로 인해 막 두께 차가 더 작아지고 배선내에 간극의 형성이 없는 도금이 성취될 수 있다. 이것은 배선을 충전하기 위해 필요한 광택제의 농도가 도금액 함침재에 의한 흡수로 인하여 도금 과정의 초기 단계에서는 높은 반면, 도금 과정의 중간 및 후반 단계에서는 낮다는 사실에 기인하는 것으로 생각된다.
또한, 다음의 상태하에서 도금 과정의 초기, 중간 및 후반 단계에서의 첨가 제 농도, 배선 영역 및 비배선 영역 사이의 막 두께 차 및 배선내의 간극의 존재 여부를 결정하기 위해서 서로 다른 첨가제 농도를 갖는 도금액을 사용하는 다단계 도금 및 단일 도금액을 사용하는 표준 도금이 수행되었다. 그 결과는 표 3에 제시되어 있다.
* 구리 황산염 오수화물(pentahydrate) = 225 g/L,
황산 = 55 g/L, 염화 이온(Chloride ion) = 60 mg/L,
첨가제 = DMEC#40 (모두 EBARA-UDYLITE CO., LTD.에서 제조됨)
* 온도 = 25 ℃, 전류 밀도 = 20 mA/㎠,
도금 시간 = 5분 (도금된 막의 평균 두께 : 2000 nm)
* 함침재: 사용되지 않음
* 도금액의 양 : 5000 mL/기판.
첨가제 농도는 표 3에 제시됨.
다단계 도금의 결과
다단계 도금(ml/l) 0 - 1.5 분 : 농도 1.0 1.5 - 3 분 : 농도 0.3 3 - 5 분 : 농도 0 표준(단일 액) 농도 : 1.0 ml/l
측정된 첨가제 농도 (ml/l) 초기 단계(0 분) 1.0 1.0
중간 단계(2.5 분) 0.3 1.0
후반 단계(5 분) 0 0.9
막 두께 차(nm) (= 배선 영역 - 비 배선 영역) 100 - 150 1800
배선내의 간극의 존재 없음 없음
표 3에서 알 수 있듯이, 도금 공정에 따라 도금액의 첨가제 농도를 단계적으 로 감소시킴으로써, CMP 처리에 적합한 막 두께 차가 작은 도금된 막이 얻어질 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 상기 실시예에 따르면, 추후의 CMP 처리에 적합하도록 기판의 도금 배선 영역와 비배선 영역 사이의 막 두께 차를 작게하고 배선내에 간극을 형성하지 않으면서 기판의 도금이 수행될 수 있다. 이것은 제품 수율을 높이고 도금 공정 단계를 단순화할 수 있으며 생산 비용을 상당히 낮출 수 있다.
도 21 및 도 22는 본 발명에 따른 도금 장치를 도시하고 있다. 도 21은 기판 홀더를 포함하는 전극의 길이 방향 정 단면도이며, 도 22는 기판과 애노드 사이의 관계를 도시한 평면도이다.
본 실시예의 도금 장치에 따르면, 애노드(98)의 면적이 기판(W)의 면적보다 작도록 애노드(98)의 크기(지름)는 기판(W)의 크기(지름)보다 작도록 설계된다. 또한, 애노드를 회전시키는 장치인 회전 모터(130)는 애노드(98)가 상기 회전 모터(130)에 의하여 회전 될 수 있도록 전극부(28)의 상단부에 제공된다. 상기 장치의 다른 구조는 제1실시예에 따른 상술된 도금 장치와 실질적으로 동일하다.
상술된 바와 같이, 도금 전류가 흐를 때, 기판 내부 중앙측 전류값은 기판(W)의 시트 저항의 차로 인해 외부 주변측 전류값보다 작다.
도금 전류의 전압인가 시간이 외주측보다 기판(W)의 내부 중앙측에서 더 길어진다면, 전류값 및 전압인가 시간의 곱을 기판(W)의 내부 중앙측 및 외주측에 대해 실질적으로 동일하게 하는 것이 가능해진다. 기판(W)의 표면상에 형성되는 도금 막의 막 두께는 도금 전류의 전류값과 도금 전류의 전압인가 시간의 곱에 비례하므로, 상술한 바와 상기 곱이 동일하도록 하여 기판의 전체 표면에 걸쳐 균일한 막 두께를 갖는 도금막을 제공할 수 있도록 한다.
본 실시예의 도금장치에 따르면, 균일한 막 두께를 갖는 도금막의 형성을 실현하는 도금 전류의 전압인가 시간의 조정은, 기판(W)의 면적보다 더 작은 양극(98)의 면적을 만들고, 도금 처리하는 동안 상기 기판(W)과 함께 기판 홀더(36)를 회전시키기 위한 기판-회전장치(도 4 참조)로서 회전식 모터(46)를 구동함으로써 이루어진다. 따라서, 기판(W)이 회전되면, 기판의 내부 중앙측에 위치하는 도 22에 도시된 점(P1)은 항상 양극(98)을 향하고, 전류가 통하여 흐르게 한다. 한편, 기판의 외주측에 위치한 점(P2)의 경우에는, 그것이 실선(F)을 따라 이동(회전)할 때에는 양극(98)을 향하지만, 그것이 파선(G)을 따라 이동(회전)할 때에는 양극(98)을 향하지 않고, 전류는 그것을 통해 흐르지 않는다. 따라서, 전류의 전압인가 시간은 점(P2)보다 점(P1)에서 더 길어진다.
본 실시예에 따르면, 양극(98)의 형상, 크기, 면적 및 위치를 선택하는 특성 및 기판(W)의 회전속도에 의하여, 기판(W)의 내부 중앙측의 전류의 시간을 외주측보다 더 길게 만들어짐으로써, 기판(W)의 전체 표면에 걸쳐 동일한 도금 전류의 전압인가 시간 및 도금 전류값의 곱을 만들고, 이에 따라 균일한 막 두께를 갖는 도금막이 형성될 수 있다. 덧붙여, 양극(98)의 면적은 기판(W)의 면적보다 작으므로, 양극(98)을 향하지 않는 기판(W)의 표면, 즉 기판의 노출된 표면을 활용하여, 도금막의 형성과 동시에 광학적 막-두께 측정 등을 행하는 것이 가능해진다.
상술한 바와 같이, 양극(98)의 면적은, 도금막의 막두께가 기판의 전체 표면에 걸쳐 균일해질 수 있도록 선택되고, 기판(W)의 면적의 25~95%의 범위에서 선택되는 것이 바람직하다. 양극(98)이 디스크의 형태인 경우, 양극(98)의 면적이 기판의 면적의 25%보다 작다면, 즉 양극(98)의 직경이 기판(W)의 반경보다 작다면, 기판(W)의 중앙 근처의 일부분은 도금될 수 없다. 기판(W)의 회전속도는 분당 3~60 회전, 더 바람직하게는 분당 5~40 회전이 바람직하다.
도금처리는 양극-회전장치인 회전식 모터(130)를 구동하여 양극(98)을 회전시키는 동안 수행될 수 있다. 대안적으로, 도금은 회전식 모터(130)가 정지하여 양극(98)이 정지상태를 유지하는 동안에 수행될 수 있다. 양극(98)을 회전시키는 동안 도금이 행해지는 경우, 양극(98)의 회전방향은 기판(W)의 회전방향과 같거나 또는 반대일 수 있다. 그러나, 상기 양극(98)은 기판과 동일한 방향으로 회전시키는 것이 바람직하다. 양극의 회전속도는 분당 3~60 회전, 더 바람직하게는 분당 5~40 회전이 바람직하다.
상기 양극(98)은 전체 기판 표면에 걸쳐 균일한 도금막 두께가 얻어질 수 있는 한 임의의 어떤 형태, 예를 들어 타원형 또는 하트형태일 수 있다.
도 23은 본 발명의 제3실시예에 따른 도금장치의 전극 아암(30)의 평면도이다. 본 실시예의 도금장치의 구성은 제2실시예에 따른 상기 도금장치와 기본적으로 동일하다. 홈(130a)은 본 장치의 전극부(30)의 길이 방향으로 형성된다. 또한, 전극부(28)의 상단에 탑재된 양극-회전장치로서의 회전식 모터(130)는 양극-병진장치로서도 기능하도록 설계된다. 따라서, 회전식 모터(130)의 구동에 의하여, 상기 양 극(98)은 도 24에 도시된 화살표(H) 방향으로 병진운동할 수 있다. 다른 구성은 상술한 실시예의 장치와 동일하므로, 그 기술은 이하 생략한다.
본 실시예의 도금장치가 제2실시예의 도금장치와 동일한 방식으로 작동하는 한편, 본 장치의 경우에는, 도금처리시 회전식 모터(64)(도 4 참조)에 의한 기판(W)의 회전과 동시에, 상기 양극(98)은 양극-병진장치로서도 기능하는 회전식 모터(130)에 의하여, 도 23에 도시된 화살표(H)의 방향으로 병진운동한다. 양극(98)의 병진운동 속도는 분당 5~40 왕복운동이 바람직하다.
상술한 제2 및 제3실시예는 기판-회전장치가 상기 기판으로 하여금 그 중심축을 중심으로 회전하도록 하는 경우를 나타내지만, 상기 장치는 상기 기판으로 하여금 편심적으로 선회하도록 설계될 수도 있다. 또한, 상기 장치 자체가 양극에 대해 스크롤 운동을 할 수 있도록 하기 위하여, 상기 기판-회전장치를 설계하는 것도 가능하다.
도 25는 본 발명의 제4실시예에 따른 도금장치의 전극부(28)와 기판(W)간의 관계를 나타내는 패턴 다이어그램이다.
본 실시예의 도금장치의 구성은 상술한 장치와 기본적으로 동일하지만, 전극부(28)의 양극(98)은 도 25에 도시된 바와 같이 기판(W)에 대해 기울어져 있는 것이 다르다. 이 장치의 다른 구성은 상술한 제1실시예와 동일하므로, 그 기술은 이하 생략한다.
도 25에 도시된 바와 같이, 양극(98)은 상기 양극과 기판(W)간의 거리가 기판(W)의 내부 중앙측에서 가깝고, 기판(W)의 외주측에서 멀도록 기울어져 있다. 경 사각, 즉 도 25에 도시된 각(α)은 30°보다 크지 않은 것이 바람직하다. 이러한 방식으로 양극(98)을 기울임으로써, 도 30을 참조하여 상술된 도금액의 저항(R2)은 기판의 내부 중앙측에서 더 작고, 기판의 외주측에서 더 크게 되고, 이에 따라 전류값은 기판의 외주측에 대하여 내부 중앙측에서 더욱 같아진다. 따라서, 제2실시예에 따른 도금 전류의 전압인가 시간의 조정에 더하여, 기판의 다양한 점에서의 전류값들도 조정될 수 있으므로, 기판의 전체 표면에 걸쳐 전류값 및 전류를 통과시키는 시간의 곱을 동일하게 함으로써, 기판(W)상에 형성되는 도금막의 막두께가 기판(W)의 전체 표면에 걸쳐 균일하도록 할 수 있다.
양극(98)과 기판(W)간의 최소 거리, 즉 양극과 기판(W)의 중심부간의 거리는 2~65mm 범위가 바람직하다. 도금액 함침재(110)는 2~15mm의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 양극(98)의 크기는 기판(W)과 실질적으로 동일하게 하고, 도 26에 도시된 바와 같이 양극(98)과 도금액 함침재(110)의 조합, 즉 기판의 중심축을 중심으로 대칭적인 구성을 설계하는 것도 가능하다. 이 경우, 상술한 전류의 전압인가 시간의 조정은 필요하지 않으며, 균일한 막두께를 갖는 도금막의 형성은 단지 전류값의 조정에 의하여 달성될 수 있다.
도 27a는 본 발명의 제5실시예에 따른 도금장치에서의 도금처리의 개시시의 기판과 양극간의 관계를 나타내는 패턴 다이어그램이고, 도 27b는 본 발명의 제5실시예에 따른 도금장치에서의 도금처리의 종료시의 기판과 양극간의 관계를 나타내는 패턴 다이어그램이다. 도 28a 및 도 28b는 각각 도 27a 및 도 27b의 관계에 있어서 양극(98)과 기판(W)간의 전기장의 상태를 도시한 등전위선 다이어그램이다.
본 실시예의 도금장치의 구성은 기본적으로 상술한 제1실시예와 동일하지만, 도 27a 및 도 27b에 도시된 바와 같이, 수직운동을 위한 모터(54)(도 8 및 도 9 참조)가 양극(98)과 기판(W)간의 거리를 변화시키는 수단(풀링-어웨이장치; pulling-away device)으로서 기능하는 점이 다르다.
본 실시예의 도금장치가 제1실시예의 도금장치와 동일한 방식으로 동작하는 한편, 본 장치의 경우에는, 도금의 개시(도 27a)와 도금의 종료(도 27b)간의 기간 동안, 풀링-어웨이장치인 모터(54)에 의하여, 양극(98)과 기판(W)간의 거리가 변경된다. 따라서, 도금의 개시(도 27a)시, 양극(98)과 기판(W)간의 거리는 2~18mm의 범위내에서 설정되는 것이 바람직하다. 이 거리를 유지시키면서, 약 100nm의 두께를 갖는 도금막을 기판(W)의 표면상에 형성시킨다. 그 후, 모터(54)에 의해 위쪽으로 전극부(28)를 끌어당겨 양극(98)과 기판(W)간의 거리를 더 멀어지게 하면서 도금처리를 계속한다. 상기 도금처리는 소정의 도금막 두께가 얻어질 때에 종료된다(도 27b). 양극(98)과 기판(W)간의 거리는 3~50mm의 범위내에 있는 것이 바람직하다.
양극(98)과 기판(W)간의 거리는 도금의 개시시에 작기 때문에, 전위구배는 도 28a에 도시된 바와 같이 외주측보다 기판(W)의 내부 중앙측에서 더 높다. 따라서, 전류값은 외주측보다 기판(W)의 내부 중앙측에서 더 높으므로, 이에 따라 많은 양의 도금막이 기판(W)의 내부 중앙측에 형성된다. 이와 같이, 도금막이 기판(W)의 표면상에 형성되면, 도금막이 더 큰 양으로 형성되는 기판의 일부분, 즉 기판(W)의 내부 중앙부에서의 시트(sheet) 저항값이 저하된다. 도금이 여전히 계속된다면, 도 금막은 기판의 내부 중앙측에서 훨씬 더 두꺼워진다. 상술한 관점에서, 본 실시예에 따른 도금처리시, 양극(98)과 기판(W)간의 거리는 더 커진다.
도 28b에 도시된 바와 같이, 양극(98)과 기판(W)간의 거리가 더 커지면, 기판(W)의 외주측의 전위구배는 내부 중앙측보다 더 높아지고, 이에 따라 전류값은 내부 중앙측보다 기판(W)의 외주측에서 더 커진다. 따라서, 도 28a의 경우와 반대로, 더 많은 양의 도금막이 기판(W)의 외주측에 형성된다. 그러므로, 도 27a의 상태로부터 도 27b의 상태로의 전이의 결과로서, 본 실시예에 따르면, 도금막의 막두께는 최종적으로 기판의 전체 표면에 걸쳐 균일해질 수 있다.
전극부(28)가 위쪽으로 끌어당겨지는 경우, 그것은 상당한 시간동안 천천히 또는 단번에 재빨리 끌어올려질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 예시들로 나타내었지만, 본 발명은 이것에 국한되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않고도 상기 실시예에 대한 다양한 변형 및 수정이 가능하다는 것을 이해할 수 있다. 따라서, 상술한 실시예 및 그것의 조합들은 본 발명의 범위내에서 실시될 수 있다.
지금까지 도금 및 그 부수적인 처리가 단일 유닛에서 행해질 수 있는 기판-침지형의 도금장치를 기술하였지만, 본 발명은 이러한 형태에 국한되는 것이 아니라, 페이스-다운형(face-down type) 및 페이스-업형(face-up type)을 포함하는 어떠한 형태의 도금장치에도 적용가능하다. 예로서, 본 발명의 제7실시예가 적용되는 페이스-다운형의 도금장치가 도 29에 도시되어 있다.
도 29에 도시된 도금장치는 아래쪽으로 향하는 피도금면을 갖는 기판(W)을 분리가능하게 고정시키는 기판 홀더(200)를 구비한다. 기판(W)에 대해 편심인 디스크형상의 양극(202)(기판(W)보다 더 작은 크기를 가짐)은 실질적으로 원통형 도금조(201)의 바닥에 배치된다. 양극-회전장치인 회전식 모터(203)는 양극(202) 바로 밑에 제공된다. 또한, 기판-회전장치인 회전식 모터(205)는 기판 홀더(200)를 지지하는 프레임(204)의 상부 위에 탑재된다. 이렇게 양극-회전장치(203) 및 기판-회전장치 (205)를 설치함으로써, 상술한 기판-침지형의 도금장치에서, 외주측보다 기판(W)의 내부 중앙측에서의 전류의 전압인가 시간을 더 길게 하는 것이 가능해지고, 이에 따라 균일한 막두께를 갖는 도금막이 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 양극을 향하는 기판의 일부분은, 상기 기판의 표면의 외주부가 양극을 향하는 시간보다 더 긴 시간동안 기판의 표면의 내부 중앙부가 양극을 향하도록 하는 상태로 이동됨으로써, 기판의 내부 중앙부에 대한 도금 전류의 전압인가 시간이 외주부에 대한 도금 전류의 전압인가 시간보다 길어지게 하여, 이에 따라 기판의 다양한 점에서의 전류의 전압인가 시간과 전류값의 곱이 기판의 전체 표면에 걸쳐 동일하게 될 수 있다. 결과적으로, 기판상에 형성된 도금막의 막두께를 기판의 전체 표면에 걸쳐 균일하게 하는 것이 가능해진다.
또한, 양극과 기판의 내부 중앙부간의 거리를 기판과 상기 기판의 외주부간의 거리보다 작게 함으로써, 도금액의 저항은 기판의 내부 중앙부에서는 더 작게 그리고 외주부에서는 더 크게 할 수 있다. 이는 기판의 내부 중앙부에서와 외주부에서의 전류값을 더욱 동일하게 할 수 있으므로, 이에 따라 기판상에 형성되는 도금막의 막두께를 기판의 전체 표면에 걸쳐 균일하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판과 양극간의 거리는 도금의 개시후에 변화될 수 있다. 전위구배는 도금의 개시시에 외주측보다 기판의 내부 중앙측에서 더 높기 때문에, 더 많은 양의 도금막이 내부 중앙측에 형성된다. 이러한 상태는 이후에 양극과 기판간의 거리를 더 크게 함으로써 반전될 수 있고, 이에 따라 기판의 전체 표면에 걸쳐 균일한 막두께를 갖는 도금막이 얻어질 수 있다.
본 발명의 상기 목적 및 기타의 목적, 특징 및 장점들은, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 첨부도면과 연계되는 예시를 통하여 기술함으로써 명백해질 것이다.
본 발명에 따르면, 높은 균일전착력과 평준화특성을 가진 도금액을 사용하여 구리가 채워진 미세 배선패턴을 형성하면서 배선 영역과 비 배선 영역간에 도금된 필름의 필름두께를 실질적으로 동일하게 하여 그 후의 CMP 공정을 수월하게 할 수 있고, 기판의 전면에 걸쳐 더욱 균일한 필름 두께를 가진 도금필름을 형성할 수 있는 도금장치 및 도금방법을 제공할 수 있다.

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  12. 음극으로부터 기판에 전류가 흐를 수 있도록 기판을 유지하는 기판 홀더,
    상기 기판 홀더에 의해 유지된 기판과 대향하여 있는 양극, 및
    기판의 바깥 쪽 외주부가 상기 양극과 마주하는 시간보다 기판의 안 쪽 중심부가 상기 양극과 더 오랜 시간 동안 마주하는 상태가 되도록 상기 양극과 마주하는 기판의 일부를 이동시키는 이동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 이동장치는 기판을 회전시키는 기판회전장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 이동장치는 상기 양극을 회전시키는 양극회전장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 이동장치는 상기 양극을 병진시키는 양극병진장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  16. 음극으로부터 기판에 전류가 흐를 수 있도록 기판을 유지하는 기판 홀더, 및
    상기 기판 홀더에 의해 유지된 기판과 대향하여 있는 양극를 포함하며,
    상기 양극과 상기 기판의 안 쪽 중심부 사이의 거리가 상기 양극과 상기 기판의 바깥 쪽 외주부 사이의 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 도금장치.
  17. 음극으로부터 기판에 전류가 흐를 수 있도록 기판을 유지하는 기판 홀더,
    상기 기판 홀더에 의해 유지된 기판과 대향하여 있는 양극, 및
    도금이 시작된 후에 기판과 상기 양극간의 거리를 변화시키는 거리변화장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  18. 기판이 양극을 마주보는 상태로 상기 기판과 상기 양극을 배치하는 단계,
    상기 기판과 양극의 사이에 도금액을 공급하는 동안 그 사이에 전류를 흘리는 단계, 및
    상기 기판 표면의 바깥 쪽 외주부가 상기 양극과 마주하는 시간보다 더 오랜 동안 상기 기판 표면의 안 쪽 중심부가 상기 양극과 마주하는 상태가 되도록 상기 기판의 일부를 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 기판이 상기 양극을 마주보는 부분은 기판의 회전에 의하여 이동되는 것을 특징으로 하는 도금방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 기판이 상기 양극을 마주보는 부분은 상기 양극의 회전에 의하여 이동되는 것을 특징으로 하는 도금방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 기판이 상기 양극을 마주보는 부분은 상기 양극의 병진이동에 의하여 이동되는 것을 특징으로 하는 도금방법.
  22. 기판이 양극을 마주보는 상태로 상기 기판과 상기 양극을 배치하는 단계, 및
    상기 기판과 양극의 사이에 도금액을 공급하는 동안 그 사이에 전류를 흘리는 단계를 포함하며,
    상기 양극과 상기 기판의 안 쪽 중심부 사이의 거리가 상기 양극과 상기 기판의 바깥쪽 외주부 사이의 거리보다 짧게 하는 것을 특징으로 하는 도금방법.
  23. 기판이 양극을 마주보는 상태로 상기 기판과 상기 양극을 배치하는 단계,
    상기 기판과 양극의 사이에 도금액을 공급하는 동안 그 사이에 전류를 흘리는 단계, 및
    도금이 시작된 후에 상기 기판과 상기 양극간의 거리를 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금방법.
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