KR100865448B1 - 전기화학적 도금 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구리 ECP 장치의 웨이퍼 에지부의 구조를 개선하고, 웨이퍼 뒷면 에지부에 구리 시드막 증착 후 ECP 공정을 진행함으로써 에지 접촉 부위에서 발생되는 각종 파티클의 생성 및 이로 인한 웨이퍼 결함을 최소화할 수 있는 전기화학적 도금 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 이를 실현하기 위한 본 발명은, 전체 프레임을 형성하는 수조; 상기 수조내에 전해질 용액을 공급하는 전해질 용액 공급 장치; 상기 수조의 하단부에 형성되며 양극의 전압이 인가되는 구리 애노드; 상기 구리 애노드의 상측에 대향되도록 형성되며 음극의 전압이 인가되는 웨이퍼; 상기 웨이퍼의 둘레를 따라 형성되어 상기 웨이퍼에 전기장을 형성하는 클램셀; 상기 웨이퍼 뒷면의 에지부에 설치되며 상기 웨이퍼와 상기 클램셀을 전기적으로 연결하는 전기적 콘택 부재;및 상기 웨이퍼를 상기 수조내로 운반하고 회전시키는 운반대;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 ECP 공정전에 구리 시드막을 웨이퍼 뒷면의 에지부에 증착시킴으로써 파티클 생성을 미연에 방지하고 증착시 발생하는 웨이퍼의 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
전기화학적 도금, ECP, 구리 시드, 구리 도금, 전기적 접촉, 파티클

Description

전기화학적 도금 장치 및 그 방법{Electro chemical plating apparatus and method thereof}
도 1은 종래의 전기화학적 도금 장치의 구조를 나타내는 개략도,
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 도금 장치의 구조를 나타내는 개략도이고, 도 2b는 도 2a를 위에서 내려다 본 경우 웨이퍼 뒷면의 에지부에 구리 시드막이 증착된 모습을 나타내는 평면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 도금 방법을 나타내는 공정 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 수조 11 : 전해질 용액 공급 장치
12 : 구리 애노드 13 : 애노드 챔버
14 : 전해질 용액 15,25 : 클램셀
16 : 웨이퍼 17,27 : 구리 시드막
18,28 : 운반대 19 : 파티클
20,30 : 전기적 콘택 부재
본 발명은 구리 시드막 증착을 통한 전기화학적 도금(Electro Chemical Plating, 이하 'ECP'라 함) 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구리 ECP 장치의 웨이퍼 에지(edge)부의 구조를 개선하고, 웨이퍼 뒷면 에지부에 구리 시드막 증착 후 ECP 공정을 진행함으로써 에지 접촉 부위에서 발생되는 각종 파티클의 생성 및 이로 인한 웨이퍼 결함을 최소화할 수 있는 전기화학적 도금 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 ECP 공정은 반도체 기판 내에 비아(via) 또는 콘택(contact)과 같은 피춰(feature)를 채우는데 사용된다. ECP 공정은 우선 시드층 증착 공정을 진행한 후에 이루어지는 공정이다.
ECP 공정은 웨이퍼의 표면 미세 구조물이 전해질 용액(solution)에 노출되는 동안 그와 동시에 전기적 바이어스(electrical bias)는 웨이퍼와 애노드(anode) 사이에 인가된다. 전해질 용액은 일반적으로 기판의 표면에 도금되는 양 이온이 풍부하므로 전기적 바이어스로 인해 양 이온들이 전해질 용액으로부터 튀어나와 웨이퍼 표면에 도금이 이루어진다.
도 1은 종래의 ECP 장치의 구조를 나타내는 개략도이다.
종래의 ECP 장치는 전체 프레임에 해당하는 수조(10)와, 상기 수조(10)에 채워지는 전해질 용액(14)을 포함하는 클램셀(E-Field Shaping Clamshell, 15)과, 상기 클램셀(15)과 웨이퍼(16)를 전기적으로 연결하기 위해 상기 클램셀(15) 내부에 상기 웨이퍼(16)와 접촉되는 부분인 전기적 콘택 부재(20), 상기 클램셀(15)의 하방향 바닥면에 설치되는 애노드 챔버(13)와, 상기 애노드 챔버(13)내의 구리 애노드(12)와 대향되도록 설치되는 웨이퍼(16)와, 상기 웨이퍼(16) 상에 증착되는 구리 시드막(17)으로 구성된다. 웨이퍼(16)는 운반대(18)에 의해 전해질 용액(14) 속으로 침지되거나, 침지된 전해질 용액(14) 속에서 빠져 나올 수 있다.
구리 도금이 이루어지는 과정은, 전기적 콘택 부재(Sealed Electrical Contacts, 20)에 전압을 인가함으로써 웨이퍼(16)와 구리 애노드(12) 사이에 전계를 형성시킨다. 구리 애노드(12)에는 양극(+), 웨이퍼(16)에는 캐소드인 음극(-)의 전압이 인가된다.
구리 애노드(12)는 전해질 용액(14)과의 화학 반응에 의해 금속 이온을 구리 시드막(17)으로 공급한다. 여기서, 전해질 용액(14)은 구리 애노드(12)로부터 공급되는 금속 이온을 웨이퍼(16) 상의 구리 시드막(17)으로 운반하는 역할을 한다.
전기적 콘택 부재(20)는 웨이퍼(16)의 에지부에 물리적·전기적으로 접촉하는 다수의 금속 또는 금속 합금으로 이루어진다. 도 1에 도시된 부분 확대 도면은 클램셀(15)의 사시도이며, 전기적 콘택 부재(20)는 클램셀(15)과 웨이퍼(16)가 접촉되는 부분의 명칭을 나타낸다.
종래의 구리 ECP 공정 장치는 전기적 콘택 부재(20)를 통한 접촉면이 웨이퍼(16)의 에지부에 형성된 구조이다. 이러한 접촉은 전해질 용액 내에 파티클(19) 생성의 원인이 되며, 전해질 용액(14)의 흐름에 따라 웨이퍼(16) 에지부에서 발생하는 파티클(19)로 인하여 도금되어야할 부분이 채워지지 못하거나, 도금된 구리 금속이 떨어져 나가 소실될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 웨이퍼 에 전압을 인가하는 전기적 콘택 부재의 설치 위치를 변경하고, ECP 공정 전에 이루어지는 구리 시드막의 증착을 웨이퍼 뒷면의 에지부에도 실시함으로써 웨이퍼 에지부에서의 파티클 발생을 방지하고 웨이퍼의 결함을 최소화할 수 있는 전기화학적 도금 장치 및 그 방법을 제공함을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 전기화학적 도금 장치는, 전체 프레임을 형성하는 수조; 상기 수조내에 전해질 용액을 공급하는 전해질 용액 공급 장치; 상기 수조의 하단부에 형성되며 양극의 전압이 인가되는 구리 애노드; 상기 구리 애노드의 상측에 대향되도록 형성되며 음극의 전압이 인가되는 웨이퍼; 상기 웨이퍼의 둘레를 따라 형성되어 상기 웨이퍼에 전기장을 형성하는 클램셀; 상기 웨이퍼 뒷면의 에지부에 설치되며 상기 웨이퍼와 상기 클램셀을 전기적으로 연결하는 전기적 콘택 부재;및 상기 웨이퍼를 상기 수조내로 운반하고 회전시키는 운반대;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전기화학적 도금 방법은, 웨이퍼를 수조내로 로딩하는 단계; 상기 웨이퍼 뒷면의 에지부 및 상기 웨이퍼의 전면에 구리 시드막을 증착하는 단계; 상기 구리 시드막에 전기화학적 도금 방법에 의해 구리를 증착하는 단계;및 상기 웨이퍼를 언로딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구리 시드막에 전기화학적 도금 방법에 의해 구리를 증착하는 단계는, 상기 웨이퍼 뒷면의 에지부에 구비된 전기적 콘택 부재를 통하여 상기 웨이퍼에 음극의 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 도금 장치의 구조를 나타내는 개략도이고, 도 2b는 도 2a를 위에서 내려다 본 경우 웨이퍼 뒷면의 에지부에 구리 시드막이 증착된 모습을 나타내는 평면도이다.
본 발명의 전기화학적 도금 장치의 구성 요소 중 수조(10), 전해질 용액 공급 장치(11), 애노드 챔버(13)와 구리 애노드(12)의 구성은 도 1에 도시된 종래의 전기화학적 도금 장치와 동일한 구성이다.
본 발명의 전기화학적 도금 장치는 종래의 전기화학적 도금 장치의 구성요소 중에서 캐소드(cathode, 음극)에 해당하는 웨이퍼(16)의 에지부에 구비되는 전기적 콘택 부재(20)의 설치 위치를 달리함에 그 특징이 있다.
이하에서 웨이퍼(16)의 앞면(front side, 16A)과 뒷면(back side, 16B)의 구별은 웨이퍼(16)에 구리 금속이 도금되는 면을 앞면(16A)으로 표기하고, 그 반대면 을 뒷면(16B)으로 표기하여 사용한다.
도 1과 도 2a를 비교할 때, 웨이퍼(16)의 표면에 증착되는 구리 시드막(17,27)이 증착되는 위치에 차이점이 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 구리 시드막(27)이 웨이퍼(16)의 앞면(16A) 전체와 뒷면(16B) 중 일부분인 에지부에 까지 증착된다. 이에 따라, 웨이퍼(16)를 이송시키는 운반대(28)의 직경은 웨이퍼 뒷면(16B)의 에지부가 개방될 수 있을 정도의 크기로 구성된다.
또한, 도 1에 도시된 종래의 전기화학적 도금 장치의 전기적 콘택 부재(20)는 웨이퍼(16)의 측면 에지부에 구비되어 있음에 반하여, 본 발명에서의 전기적 콘택 부재(30)는 웨이퍼 뒷면(16B)의 에지부에 구비된다. 각각의 설치위치에 동그라미 표시를 하였다. 따라서 상기 전기적 콘택 부재(30)는 웨이퍼 앞면(16A)으로 유입되는 전해질 용액(14) 및 구리 이온과의 접촉이 차단되며, 후술하는 바와 같이 구리 시드막(27)이 웨이퍼 뒷면(16B)의 에지부에까지 증착될 수 있는 공간을 확보할 수 있도록 웨이퍼 뒷면(16B)의 에지부에서 웨이퍼(16)의 중심방향으로 소정거리 이격된 지점에 설치됨이 바람직하다.
ECP 공정이 진행되는 동안에는 웨이퍼(16)에 음극의 전압이 인가되어 전해질 용액(14)내의 금속 이온이 금속으로 환원되어 웨이퍼(16) 표면의 구리 시드막(27)에 증착되면서 도금이 이루어진다. 이때, 만일 전원을 웨이퍼(16)에 공급하도록 전기적으로 연결되는 전기적 콘택 부재(30)를 웨이퍼 앞면(16A)에 설치할 경우에는 상기 전기적 콘택 부재(30)에도 도금이 이루어지게 되어 파티클(19)이 발생하게 되는 문제가 있으므로, 전기적 콘택 부재(30)를 웨이퍼 뒷면(16B)의 에지부에 설치함으로써 상기 파티클(19)의 발생을 방지할 수 있게 된다.
클램셀(25)의 위치 또한 전해질 용액(14)의 흐름 방향보다 상측으로 형성되도록 하여 파티클(19)의 침투를 차단함이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 도금 방법을 나타내는 공정 순서도이다.
우선, 운반대(28)를 이용하여 웨이퍼(16)를 수조(10) 내부의 클램셀(25) 위치로 이송하여 로딩시킨다(제 1 단계).
그 후, 웨이퍼 뒷면(16B)의 일부분인 에지부와 웨이퍼 전면(16A) 전체에 구리 시드막(27)을 증착시킨다(제 2 단계).
상기 구리 시드막(27) 증착 공정이 이루어진 후에 ECP 공정을 진행하게 된다. ECP 공정은 전기적 콘택 부재(30)에 음극의 전압을 인가하여 구리 애노드(12)와 웨이퍼(16) 상의 구리 시드막(27) 사이에 전계를 형성하여 웨이퍼(16) 상에 구리 금속막을 형성하게 된다. ECP 공정의 진행 중에는 운반대(28)와 일체로 웨이퍼(16)가 회전되므로 구리 금속막이 웨이퍼(16) 표면에 고르게 증착된다(제 3 단계).
상기 과정을 마친 후에는 구리 금속막이 형성된 웨이퍼(16)를 수조(10)로부터 꺼내어 언로딩시킨다(제 4 단계).
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기화학적 도금 장치 및 그 방법에 의하면 전기적 콘택 부재를 통한 전기적 연결이 웨이퍼 뒷면의 에지부에서 이루어지도록 하여 웨이퍼 전면의 전해질 용액과의 접촉을 차단하고, 구리 ECP 공정전에 구리 시드막을 웨이퍼 뒷면의 에지부에 증착시킴으로써 파티클 생성을 미연에 방지할 수 있고, 구리 금속 증착시 발생하는 웨이퍼의 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면 전해질 용액의 파티클 방지 및 사용 연장을 이룰 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 웨이퍼에 구리를 도금하는 장치에 있어서,
    전체 프레임을 형성하는 수조;
    상기 수조내에 전해질 용액을 공급하는 전해질 용액 공급 장치;
    상기 수조의 하단부에 형성되며 양극의 전압이 인가되는 구리 애노드;
    상기 구리 애노드의 상측에 대향되도록 형성되며 음극의 전압이 인가되는 웨이퍼;
    상기 웨이퍼의 측면 둘레의 상측에 구비되어 상기 웨이퍼에 전기장을 형성하는 클램셀;
    상기 웨이퍼 뒷면의 최외곽 에지부에서 웨이퍼의 중심방향으로 소정간격 이격된 지점에 설치되며 상기 웨이퍼와 상기 클램셀을 전기적으로 연결하는 전기적 콘택 부재;및
    상기 웨이퍼를 상기 수조내로 운반하고 회전시키는 운반대;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 장치.
  2. 웨이퍼에 구리를 도금하는 방법에 있어서,
    웨이퍼를 수조내로 로딩하는 단계;
    상기 웨이퍼 뒷면의 에지부 및 상기 웨이퍼의 전면에 구리 시드막을 증착하는 단계;
    상기 웨이퍼 뒷면의 에지부에 구비된 전기적 콘택 부재를 통하여 상기 웨이퍼에 음극의 전압을 인가하는 단계;
    상기 웨이퍼 전면에 증착된 구리 시드막과 구리 애노드 사이에 형성된 전계를 이용하여 상기 웨이퍼 전면에 구리를 증착하는 단계;및
    상기 웨이퍼를 언로딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 도금 방법.
  3. 삭제
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