KR100878515B1 - 도금장치 및 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 도금액과 기판의 표면을 원활하게 접촉시키고, 피도금면상에 기포가 남아있는 것을 막을 수 있는 도금장치 및 도금방법에 관한 것이다. 상기 도금장치는 양극이 담궈지는 도금액을 포함하고 있는 도금조, 기판을 분리가능하게 유지하고, 도금될 기판의 하면을 도금조에 유지된 도금액의 오버플로우면과 접촉하게 하기 위한 헤드부, 상기 헤드부를 회전시키기 위한 구동기구 및 상기 헤드부에 의하여 유지된 상기 기판이 수평면에 대하여 기울어지도록 상기 헤드부를 기울이기위한 틸트기구를 포함한다.

Description

도금장치 및 방법 {PLATING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 도금장치 및 도금방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 구리로 도금하여, 반도체기판의 표면에 형성되는 배선을 위한 미세한 후퇴부를 채워, 구리배선을 형성하는데 사용되는 도금장치 및 도금방법에 관한 것이다.
근래에는, 반도체웨이퍼와 같은 기판의 표면상에 형성된 배선을 위한 미세한 트렌치 또는 비아홀을 채우는 구리도금과 같은 금속도금용 장치의 사용이 일반화되었다. 이러한 장치를 사용하면, 트렌치 또는 비아홀이 알루미늄 또는 알루미늄계 재료보다 전기저항도가 낮은 구리와 같은 도금금속으로 채워짐에 따라, 매립배선(buried interconnection) 등을 형성할 수 있다.
도 13은 상술된 종류의 도금장치 중의 하향도금방식을 채택하는 분사도금방식의 종래의 일반적인 구성도를 나타낸다. 이 도금장치는 윗쪽으로 개방되어 있고 내부에 도금액(10)을 유지하는 원통형도금조(112) 및 반도체웨이퍼와 같은 기판(W)의 표면이 아랫쪽을 향하도록 분리가능하게 유지하고 도금조(112)의 상부 개방끝단부를 폐쇄하는 위치에 기판(W)을 배치하기 위한 헤드부(114)를 포함한다. 양극으로서 역할을 하도록 도금액(10)에 담궈진 평판형 양극판(116)은 도금조(112) 내부에 수평하게 위치되고, 기판(W)의 표면(피도금면)은 음극의 역할을 하도록 설계된다. 양극판(116)은 다공성물질 또는 그물형상 물질로 만들어진다.
도금액의 상향 흐름을 형성하기 위한 도금액분출파이프(118)는 도금조(112)의 저면부 중앙에 연결된다. 도금액저장소(120)는 도금조(112)의 상부 외측에 배치된다. 도금액분출파이프(118)는 그 내부에 펌프(124) 및 필터(126)가 설치된 도금액저장탱크(122)로부터 연장되는 도금액공급파이프(128)에 연결된다. 도금액저장탱크(122)는 도금액저장소(120)로부터 연장하는 도금액복귀파이프(130)에 연결된다.
본 구조에 따르면, 기판(W)은 기판(W)의 표면이 헤드부(114)에 의하여 도금조(112)의 최상부에서 표면이 아래쪽을 향하는 상태로 유지된다. 양극판(양극)(116)과 기판(W)의 표면(음극) 사이에 소정의 전압이 인가되면, 도금액저장탱크(122) 내부의 도금액(10)은 기판(W)의 하면(피도금면)에서 수직으로 도금액의 흐름을 지향시키도록 펌프(124)에 의하여 도금조(112)의 저면부로부터 윗쪽으로 분출된다. 이러한 방식으로, 기판(W)의 하면상에 도금막을 형성하기 위하여 양극판(116)과 기판(W) 사이에서 도금전류가 흐른다. 이 때, 도금조(112)를 넘쳐 흐르는 도금액(10)은 도금액저장소(120)에 의하여 회수되고, 도금액저장탱크(122)로 복귀된다.
종래의 분사도금장치에 의하면, 기판이 수평으로 유지된 채로 하강됨에 따라, 기판의 하면(피도금면)이 도금액의 액표면(오버플로우면)과 접촉하게 된다. 기판은 기판의 전체 하면이 도금액에 담궈질 때까지 더욱 하강된다. 따라서, 기판이 도금액에 담궈지면, 기포가 기판의 하면상에 남아있기 쉽다. 그 결과, 정상적인 도금막이 형성될 수 없고, 도금막에서의 도금부족과 같은 결점이 생성되는 경향이 있 다.
본 발명은 상술된 요인의 관점에서 달성되었다. 본 발명의 목적은 도금액이 피도금면과 원활하게 접촉하게 하며, 피도금면상에 기포가 남아있는 것을 막을 수 있는 도금장치 및 도금방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 형태에 따르면, 도금액을 포함하고 있는 도금조; 도금조에 담궈지는 양극; 기판을 잡아주고 기판의 표면을 도금액의 면과 접촉하도록 배치하는 헤드부; 헤드부를 회전시키기 위한 구동기구; 및 헤드부에 의하여 유지된 기판이 수평면에 대하여 기울어지도록 헤드부를 기울이기 위한 틸트기구를 포함하는 도금장치가 제공된다.
이러한 특징에 따르면, 기판이 수평면에 대하여 경사지도록 헤드부가 기울어진 채로, 기판을 회전시키면서, 도금액의 표면에 대하여 기판을 수직으로 이동시켜, 기판의 표면이 도금액의 표면과 접촉하게 할 수 있다. 그 결과, 도금액과 피도금면과의 접촉이 원활해질 수 있고, 기포가 피도금면에 남아있는 것을 방지할 수 있다.
도금조에는 상기 표면의 중앙부에서 도금액의 표면을 부풀어오르게하기 위하여 분사수단이 제공될 수 있다. 이 분사수단은 예를 들어, 도금액분출노즐을 포함한다.
도금액분출노즐은 일반적으로 수평으로 위치되지만, 도금조의 중앙을 향하여 돌출되면서 윗쪽으로 기울어질 수 있다.
구동기구는 헤드부를 회전시키기 위한 모터를 가질 수 있고, 헤드부는 모터의 출력샤프트에 연결될 수 있다. 상기 모터는 구동기구에 의하여 수직으로 이동될 수 있다.
틸트기구는 예를 들어, 그 틸트받침점을 중심으로 헤드부를 지지하는 구동기구를 기울이도록 되어 있다. 틸트기구의 틸트받침점은 도금조에 유지된 도금액의 오버플로우면에 의하여 형성된 평면과 실질적으로 동일한 평면에 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 헤드부가 기울어지는 범위가 도금장치의 소형화 및 간결화를 얻기 위하여 최대로 좁아진다.
틸트기구는 예를 들어, 헤드부에 의하여 유지된 기판을 수평면에 대하여 2°내지 10°범위로 기울이도록 되어 있다.
틸트기구에는 틸트기구가 역방향으로 기울어지는 것을 막기 위하여 스토퍼가 제공되는 것이 바람직하다.
상기 도금조는 도금공정시에 공급된 도금액의 양의 규모에 대처하도록 되어 있는 것이 바람직하다.
상기 헤드부는 그 안에 통기구멍을 가지며, 기판의 센터링을 수행하기 위하여 기판센터링기구가 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 도금액을 포함하고 있는 도금조; 도금조에 담궈지는 양극; 기판을 잡아주고 기판의 표면이 도금액의 표면과 접촉하도록 배치하기 위한 헤드부; 및 헤드부에 의하여 유지된 기판을 회전시키고 하강시키기 위한 구동기구를 포함하는 도금장치가 제공되며, 상기 헤드부는 기판이 상기 수평면 에 대하여 기울어지고, 양극이 헤드부에 의하여 유지된 기판에 평행하게 배치되도록 기판을 잡아주도록 되어 있다.
이러한 특징에 따르면, 기판이 유지 및 회전되는 채로, 상기 기판 및 도금액의 표면이 상대적으로 이동됨에 따라, 상기 수평면에 대하여 기판이 기울어진 채로, 상기 기판의 하면(피도금면)은 도금액의 표면과 접촉될 수 있다. 또한, 이러한 상태에서, 도금이 수행될 수 있다.
상기 헤드부는 상기 기판이 예를 들어, 상기 수평면에 대하여 1°내지 10°의 범위로 경사지도록 기판을 유지하도록 되어 있다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 도금조에 도금액을 유지하는 단계; 기판이 수평면에 대하여 기울어지도록 기판을 유지하는 단계; 기판의 표면을 도금액의 표면과 접촉시키도록 기판을 회전시키면서 도금조에 유지된 도금액의 표면에 대하여 기판을 하강시키는 단계; 및 기판의 콘택트홀 및 트렌치내로 구리를 채우도록 기판을 도금하는 단계를 포함하는 도금방법이 제공된다.
상기 기판은 수평면에 대하여 2°내지 10°범위로 경사지고, 기판이 도금액에 담궈진 후에는 수평상태를 이루도록 유지될 수 있다.
상기 기판은 일반적으로 10 rpm 내지 250 rpm 범위, 바람직하게는 40 rpm 내지 200 rpm의 범위의 회전속도로 회전된다.
기판은 상기 도금조에 유지된 도금액의 오버플로우면에 대하여 10 mm/sec 내지 250 mm/sec 범위의 속도로 수직으로 이동될 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 도금조에 도금액을 유지하는 단계; 기판 이 수평면에 대하여 기울어지도록 기판을 유지하는 단계; 기판의 표면을 도금액의 표면과 접촉시키도록 기판을 회전시키면서 도금조에 유지된 도금액의 표면에 대하여 기판을 하강시키는 단계; 및 기판의 전체 표면이 도금액에 담궈진 후, 경사진 상태로 기판을 유지하는 단계를 포함하는 도금방법이 제공된다.
기판은 수평면에 대하여 예를 들어, 1°내지 10°의 범위로 경사지도록 유지된다.
본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 이점은 예시에 의하여 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하는 첨부된 도면을 참고로 하는 이하의 설명으로부터 명백해진다.
도 1은 도금위치에 놓여진 본 발명의 제1실시예에 따른 도금장치의 정면도;
도 2는 도 1의 도금장치의 좌측면도;
도 3은 상승되어 더욱 기울어지는 헤드부를 구비한 도금장치를 나타내는 정면도;
도 4는 기울어져서 하강되는 헤드부를 구비한 도금장치를 나타내는 정면도;
도 5는 기판이송시, 하우징, 가압링 및 기판간의 관계를 예시하는 단면도;
도 6은 도 5의 부분 확대도;
도 7a 내지 도 7d는 도금시와 비도금상태에서 도금액의 흐름을 예시하는 도면;
도 8은 센터링기구의 확대 단면도;
도 9는 전력공급콘택트(프로브)를 나타내는 단면도;
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 도금장치에 의하여 도금을 실시하는 공정의 예를 나타내는 단면도;
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 도금장치를 나타내는 정면도;
도 12a 내지 도 12f는 도 11에 도시된 도금장치에 의한 도금을 단계의 순서대로 나타내는 단면도;
도 13은 종래의 제트도금장치의 수직단면의 정면도;
도 14는 기판도금장치의 일례의 평면도;
도 15는 도 14에 도시된 기판도금장치의 공기흐름을 나타내는 개략도;
도 16은 도 14에 도시된 기판도금장치의 영역들 사이에서 공기흐름을 도시하는 단면도;
도 17은 클린룸에 위치된, 도 14에 도시된 기판도금장치의 사시도;
도 18은 기판도금장치의 또 다른 예의 평면도;
도 19는 기판도금장치의 또 다른 예의 평면도;
도 20은 기판도금장치의 또 다른 예의 평면도;
도 21은 반도체 기판처리장치의 평면 구성예를 나타내는 도면;
도 22는 반도체 기판처리장치의 또 다른 평면 구성예를 나타내는 도면;
도 23은 반도체 기판처리장치의 또 다른 평면 구성예를 나타내는 도면;
도 24는 반도체 기판처리장치의 또 다른 평면 구성예를 나타내는 도면;
도 25는 반도체 기판처리장치의 또 다른 평면 구성예를 나타내는 도면;
도 26은 반도체 기판처리장치의 또 다른 평면 구성예를 나타내는 도면;
도 27은 도 26에 예시된 반도체 기판처리장치의 각각의 단계의 흐름을 나타내는 도면;
도 28은 베벨 및 이면세정유닛의 개략적인 구성의 예를 나타내는 도면;
도 29는 무전해도금장치의 개략적인 구성의 예를 나타내는 도면;
도 30은 무전해도금장치의 개력적인 구성의 또 다른 예를 나타내는 도면;
도 31은 어닐링유닛의 예를 나타내는 수직 단면도; 및
도 32는 어닐링유닛의 횡단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부되는 도면을 참조하여 상세히 설명된다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 도금장치이다. 도금장치는 그 안에 도금액(10)을 포함하는 실질적으로 원통형인 도금조(12), 상기 도금조(12)의 위쪽에 배치되고 기판(W)을 잡아주도록 되어 있는 헤드부(14), 상기 헤드부(14)를 회전시키고 수직으로 이동시키는 구동기구(15) 및 헤드부(14)와 구동기구(15)를 일체로 기울이는 틸트기구(16)를 주로 포함한다. 도 1은 헤드부(14)가 하강되고, 도금액(10)의 오버플로우면(액의 높이)(10a)이 높아져 있는 도금위치에 있는 도금장치를 나타낸다.
도금조(12)는 그 저부에 수평으로 배치된 평판형 양극(17)을 가지며, 위쪽으로 개방되어 있는 도금챔버(18)를 갖는다. 도금조(12)의 내주벽에는, 도금챔버(18)의 중심을 향하여 수평으로 돌출되어 있는 도금액분출노즐(20)이 원주방향을 따라 동일한 간격으로 배치된다. 이들 도금액분출노즐(20)은 도금조(12)내에서 수직으로 연장된는 도금액공급통로(도시되지 않음)와 연통된다. 도금액분출노즐(20)은 도금챔버(18)의 중심을 향하여 돌출되면서 위쪽으로 기울어질 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 예를 들어, 대략 3mm의 많은 구멍이 형성된 천공판(22)은 양극(17) 위쪽의 위치에서 도금챔버(18)내에 배치되어, 양극(17)의 표면상에 형성되는 흑막(black film)이 도금액(10)의 흐름에 의하여 위로 올라가고 유출되는 것을 방지할 수 있다.
도금조(12)에는 도금챔버(18)의 저부의 주변 에지로부터 도금챔버(18)의 도금액(10)을 빼내기 위한 제1도금액배출포트(24) 및 도금조(12)의 내부를 도금챔버(18) 및 오버플로우채널(26)로 분할하기 위한 오버플로우위어(28)(overflow weir)를 넘쳐 흐르는 도금액(10)을 배출하고, 또한 오버플로우위어(28)를 넘쳐흐르기 전에 도금액(10)을 배출하도록 설계된 제2도금액배출포트(30)(도 7a 및 도 7b 참조)가 또한 제공된다. 오버플로우위어(28)의 하부에는, 사전설정된 폭을 갖는 개구부(28a)가 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 오버플로우위어(28)를 넘쳐 흐르기 전에, 도금액(10)을 제2도금액배출포트(30)로 배출시키기 위하여 원주방향을 따라 사전설정된 간격으로 제공된다.
상기 구조로 인하여, 도금공정시에 공급된 도금액의 양이 많으면, 도금액이 오버플로우위어(28)를 넘쳐 흐르게 되고, 또한 도 7a에 도시된 바와 같이, 제2도금액배출포트(30)을 통하여 외부로 배출시키기 위하여 개구부(28a)를 통과한다. 도금공정시에 공급된 도금액의 양이 적으면, 도 7b에 도시된 바와 같이, 도금액이 개구 부(28a)를 통과하고 제2도금액배출포트(30)를 통하여 외부로 배출된다. 이들 장치는 도금액의 양이 쉽게 적응되도록 한다. 도금액의 액높이가 낮으면, 차폐판과 오버플로우위어(28)사이에 존재하는 도금액이 개구부(28a)를 통하여 빠져나갈 수 있다.
또한, 도 7d에 도시된 바와 같이, 액높이 조절을 위하여 도금챔버(18)와 제2도금액배출포트(30)를 연통시키는, 관통구멍(32)(through-hole)이 도금액분출노즐(20)의 위쪽에, 원주방향을 따라 사전설정된 피치로 제공된다. 따라서, 도금액은 비도금공정시에는 관통구멍(32)을 통과하여, 제2도금액배출포트(30)를 거쳐 외부로 배출되어, 도금챔버(18)의 도금액의 액높이가 조절된다. 이들 관통구멍(32)은 도금공정동안, 이들을 통과하여 유출하는 도금액의 양을 제한하기 위한 오리피스의 역할을 한다.
도금챔버(18)의 내주 근처에서, 후크형상 단면의 흐름조절링(34)은 도금조(12)에 고정되는 외주 끝단부를 가지고서 배치된다. 흐름조절링(34)은 도금챔버(18)에서 상부 및 하부흐름으로 나뉘어진 도금액(10)의 상부흐름에 의하여 도금액표면의 중심을 밀어올리고, 하부흐름을 평활하게 하는 역활을 하여, 전류밀도의 분포를 보다 균일하게 만든다.
헤드부(14)는 회전가능하고, 저부가 있고, 아래쪽으로 개방되고 그 주변벽에 개구부(36a)를 갖는 원통형하우징(36) 및 그 하부 끝단부에서 가압링(38)에 부착된 수직으로 이동가능한 가압로드(40)를 포함한다. 내부로 돌출한 링형태 기판홀딩부(42)는 도 6에 도시된 바와 같이, 하우징(36)의 하부 개방끝단부에 제공 된다. 내부로 돌출하고, 피너클의 형상으로 정면 끝단부에서 윗쪽으로 돌출하는 상면을 갖는 링형태 밀봉부재(44)는 기판홀딩부(42)에 부착된다. 음극콘택트(46)는 밀봉부재(44)의 위쪽에 배치된다. 기판홀딩부(42)에서, 수평방향으로 외부로 연장되며 또한, 외부를 향하여 비스듬하게 윗쪽으로 연장하는 통기공(48)은 원주방향을 따라 동일한 간격으로 제공된다. 통기공(48)은 기판의 표면상에 기포가 잔류하는 것을 억제할 수 있다. 밀봉부재(44) 및 기판홀딩부(42)의 두께를 감소시켜도 유사한 통기특성을 확보할 수 있다. 통기특성은 또한 기판홀딩부의 재료에 의하여 좌우되고, 테플론(Teflon)과 같은 평활하고 방수성이 있는(water repellent)재료가 기판홀딩부로 사용되는 것이 바람직하다.
도금챔버(18)의 도금액(10)의 액높이가 낮아지면, 기판(W)이 기판홀딩부(42)의 밀봉부재(44)의 상면상에 위치되도록 흡인핸드(H) 등에 의하여 하우징(36)에 유지되고 놓여진다. 흡인핸드(H)가 하우징(36)을 빠져나온 후, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 기판(W)을 유지하도록 가압링(38)이 하강되는 한편, 기판(W)의 원주 에지부는 밀봉부재(44)와 가압링(38)의 하면 사이에 끼워진다. 기판(W)이 이러한 방식으로 유지되면, 기판(W)의 하면 및 밀봉부재(44)는 신뢰할만한 밀봉이 될 수 있도록 가압접촉(pressed contact)된다. 동시에, 기판(W)의 표면상에 형성된 시드층(7)(도 10a 참조) 및 음극콘택트(46)는 그곳으로 전류를 통과시키도록 접촉되어, 상기 시드층(7)은 음극이 된다.
회전모터(50)는 구동기구(15)에 제공된다. 하우징(36)은 상기 모터(50)의 출력샤프트(52)에 연결되고, 상기 모터(50)의 구동에 의하여 회전하도록 되어 있다. 상기 가압로드(40)는 상기 모터(50)에 고정된 안내부장착실린더(54)의 작동에 의하여 수직으로 이동가능한 슬라이더(56)의 하단부에서 베어링(58)을 개재하여 회전가능하게 지지된 링형태 지지프레임(60)의 원주방향을 따라 사전설정된 위치에 수직하게 위치된다. 따라서, 가압로드(40)는 실린더(54)의 작동에 따라 수직으로 이동하고, 기판(W)이 유지될 때, 하우징(36)과 일체로 회전하도록 되어 있다.
커넥터(62)는 회전모터(50)의 외주면상에 장착된다. 수직으로 함께 이동하도록 승강모터(64)의 구동에 따라 회전하는 볼스크루(66)에 나사고정되는 슬라이드베이스(68)는 커넥터(62)에 부착된다. 따라서, 회전모터(50) 및 헤드부(14)는 승강모터(64)의 구동에 따라 일체로 되어 상하로 이동된다.
도금액의 결정은 오버플로우위어(28)의 내주면상에 쉽게 퇴적한다. 다량의 도금액이 흐르면, 헤드부(14) 및 구동기구(15)가 상승하여, 오버플로우위어(28)를 넘쳐 흐르게 되어, 오버플로우위어(28)의 내주면상에 도금액의 결정이 퇴적하는 것을 방지할 수 있다.
하우징(36)의 기판홀딩부(42) 위쪽에는, 기판(W)의 중심을 잡는 기판센터링기구(70)가 본 실시예의 원주방향을 따라 4개소에 각각 제공된다. 도 8은 하우징(36)에 고정된 게이트형상 브래킷(72) 및 상기 브래킷(72)내에 위치된 위치설정블록(74)을 포함하는 기판센터링기구(70)의 상세도이다. 상기 위치설정블록(74)은 브래킷(72)에 수평으로 고정된 피벗샤프트(76) 및 하우징(36)과 위치설정블록(74)사이에 개재된 나선형 압축스프링(78)에 의하여 피벗가능하게 지지된 상부를 갖는다. 따라서, 위치설정블록(74)은, 그 하부가 피벗샤프트(76)에 대하여 내부로 돌출하는 한편, 그 상면(74a)은 스토퍼의 역할을 하는 브래킷(72)의 상부의 하면(72a)과 접촉하도록 나선형 가압스프링(78)을 통하여 밀려짐에 따라, 위치설정블록(74)의 운동이 억제된다. 또한, 위치설정블록(74)의 내면은 윗쪽으로 부채꼴모양으로 펼쳐져 있는 테이퍼면(74b)을 만든다.
기판이 기판홀딩부(42)상에 놓여지도록 이송로봇과 같은 흡인핸드에 의하여 하우징(36)으로 유지되며 이송될 때, 기판의 중심은 기판홀딩부(42)의 중심으로부터 변위될 수 있다. 이 경우에, 위치설정블록(74)은 나선형 가압스프링(78)의 탄성력과 반대로 바깥쪽으로 피벗한다. 이 경우에, 캐리어로봇과 같은 흡인핸드에 의한 포획(grasp)이 해제되면, 위치설정블록(74)은 나선형 가압스프링(78)의 탄성력을 받아 원래의 위치로 복귀됨에 따라, 기판의 중심이 맞춰질 수 있다.
도 9는 음극콘택트(46)의 음극판(80)에 전력을 공급하기 위한 전력공급콘택트(프로브)(82)를 나타낸다. 전력공급콘택트(82)는 플런저로 구성되며, 음극판(80)까지 뻗어 있는 원통형 보호장치(84)로 둘러싸여, 도금액으로부터 보호된다.
틸트기구(16)는 바닥면상에 사전설정된 간격으로 세워진 레스트(rest)(86), 저부에 제3부재에 의하여 연결된 2개의 직립부로 이루어지는 틸트스탠드(90)로서, 회전의 받침점인 피벗샤프트(88)를 중심으로 기울어질 수 있도록 레스트(86)에 연결된 틸트스탠드(90) 및 레스트(86)의 측면과 틸트스탠드(90)의 측면 사이로 연장되는 틸트실린더(92)를 포함한다. 베이스플레이트(94)는 틸트스탠드(90)의 상면에 고정되고, 구동기구(15)는 베이스플레이트(94)상에 장착된다. 따라서, 틸트실린더(92)의 작동에 따라, 틸트스탠드(90)는 피벗샤프트(88)를 중심으로 기울 어진다. 틸트스탠드(90)의 기울임에 의하여, 헤드부(14) 및 구동기구(15)는 일체로 기울어진다.
즉, 도금장치는 직립상태 및 기운상태의 2가지 상태일 수 있다. 직립상태에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 구동기구(15)의 회전모터(50)의 출력샤프트(52) 및 볼스크루(66) 모두가 수직방향을 향하고 있으며, 헤드부(14)는 기판(W)을 수평하게 유지하며, 기판(W)은 이 수평상태로 회전되고 상승 및 하강될 수 있다. 기운상태에서는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 구동기구(15)의 회전모터(50)의 출력샤프트(52) 및 볼스크루(66) 모두가 수직방향에 대하여 경사각(α)로 기울어지고, 헤드부(14)는 수평면에 대하여 경사각(α)만큼 경사진 방식으로 기판(W)을 유지하고, 이 경사진 상태에서, 기판(W)은 회전모터(50)의 출력샤프트(52)의 축선을 중심으로 회전되고, 이 축선을 따라 상승 및 하강될 수 있다. 상기 경사각(α)은 2°내지 10°인 것이 바람직하고, 본 실시예에서는 2°30'으로 설정된다.
피벗샤프트(88)는 도금조(12)에 유지된 도금액(10)의 오버플로우면(액면)(10a)에 의하여 형성된 평면과 실질적으로 동일한 평면에 위치되도록 배치된다. 이러한 배치에 의하여, 헤드부(14) 및 구동기구(15)가 기울어지는 범위가 최대한 좁아져서, 도금장치의 소형화를 달성할 수 있다.
스토퍼(96)는 바닥면쪽에 제공되는 한편, 스토퍼피스(98)는 틸트스탠드(90)쪽에 각각 제공된다. 구동기구(15)의 회전모터(50)의 출력샤프트(52) 및 볼스크루(66) 모두는 수직방향을 향하고 있으며, 직립상태로 서있을 때, 상기 스토퍼피스(98)는 스토퍼(96)와 접촉하고, 이 상태를 유지하며, 틸트스탠드(90)가 역방 향으로 기울어지는 것을 막는다.
다음은, 배선회로를 형성하기 위하여 구리 또는 그 합금으로 반도체기판을 도금할 때, 도금장치에 의한 도금공정을 설명한다. 처리될 대상인 기판(W)에는, 도 10a에 도시된 바와 같이, 그 안에 반도체회로디바이스가 형성된 반도체기판(1)상에 도전층(1a) 및 SiO2의 절연막(2)이 퇴적된다. 그런 다음, 배선을 위한 콘택트홀(3) 및 트렌치(4)가 리소그래피 및 에칭기술에 의하여 절연막(2)에 형성되고, TaN 등의 배리어층(5) 및 구리시드층(7)이 그 위에 형성된다.
기판(W)이 도금장치로 이송되면, 흡인핸드에 의하여 기판(W)의 표면이 아래쪽으로 향하는 상태로 유지되는 기판(W)이 그 개구부(36a)를 통하여 하우징(36)으로 삽입되고, 도 1에 도시된 바와 같이 헤드부(14)와 함께 도금위치로 하강된다. 흡인핸드가 아래로 움직이면, 그 다음에는 하우징(36)의 기판홀딩부(42)상에 기판(W)을 위치시키도록 진공흡인이 해제된다. 그런 다음, 흡인핸드가 상승되고 하우징(36)으로부터 빠져 나온다. 그런 다음에, 기판(W)의 원주 에지부를 기판홀딩부(42)와 가압링(38)의 하면 사이에 끼워넣고 기판(W)을 수평으로 유지시키기 위하여 가압링(38)이 하강된다.
그런 후, 도 3에 도시된 바와 같이, 구동기구(15)의 승강모터(64)가 헤드부(14)를 상승시키기 위하여 구동되고, 틸트실린더(92)가 헤드부(14) 및 구동기구(15)를 일체로 기울이도록 작동되어, 회전모터(50)의 출력샤프트(52) 및 볼스크루(56)가 수직방향으로 경사각(α)만큼 경사진다.
도금조(12)에서는, 예를 들어, 대략 5 L/min 내지 30 L/min, 바람직하게는 15L/min 내지 25 L/min의 비교적 많은 양의 도금액이 도금액분출노즐(20)을 통하여 분출되어, 도금액(10)의 액높이를 상승시키고, 도금챔버(18)내에서 윗쪽으로 볼록한 도금액(10)의 흐름을 형성한다. 도금챔버(18)를 넘쳐 흐르는 도금액(10)은 오버플로우채널(26)을 통하여 회수된다.
이 경우에, 도 4에 도시된 바와 같이, 양극(17)과 기판(W)의 표면상에 형성된 음극으로서의 시드층(7) 사이를 도금전류가 통과함에 따라, 수평면에 대하여 비스듬하게 유지된 기판(W)은 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 10 rpm 내지 250 rpm, 바람직하게는 40 rpm 내지 200 rpm의 회전속도로 회전모터(50)의 축선을 중심으로 회전되고, 예를 들어, 대략 10 mm/sec 내지 250 mm/sec, 바람직하게는 50 mm/sec의 속도로 이 축선을 따라 하강된다. 기판의 회전속도가 10 rpm미만이면, 잔류 기포를 억제하는 효과가 감소한다. 기판의 회전속도가 250 rpm을 초과하면, 도금액에 거품이 발생한다. 기판의 회전속도는 100 rpm 내지 200 rpm인 것이 더욱 바람직하다. 기판의 하강속도가 증가함에 따라, 기판이 도금액에 접촉하는데 필요한 시간이 더 짧아지고, 균일한 막의 형성이 더 용이해진다. 그러나, 하강속도가 너무 높아지면, 도금장치의 업사이징(upsizing)이 일어난다.
기판(W)의 하면(피도금면)은 도금액의 흐름에 의하여 형성된 볼록한 오버플로우면(액의 표면)(10a)의 중심부와 먼저 접촉하고, 더욱 하강된다. 기판(W)은 수평면에 대하여 기판이 경사진 상태로 도금액의 오버플로우면(10a)과 접촉하므로, 기판의 하강시에 기판(W)이 도금액으로부터 받는 저항이 감소된다. 따라서, 이 작 업이 원활하게 이루어진다. 더욱이, 접촉면적이 점차적으로 바깥쪽으로 퍼져나간다. 동시에, 기판(W)의 회전과 관련된 원심력이 작용함에 따라, 피도금면 아래의 기포가 외부로 배출된다.
기판(W)의 절반 이상이 도금액(10)에 담궈진 후, 기판(W)이 상승된 상태로 또는 상승되지 않은 상태에서, 틸트실린더(92)가 상술된 방식과 반대로 작동한다. 이 과정에 의하여, 수평면에 대하여 경사진 상태에서 기판(W)이 수평상태 즉, 도 1에 도시된 상태로 복귀되면, 기판(W)의 도금될 전체 표면이 도금액(10)에 담궈진다. 이 작업은 상술된 작업과 같이 원활하게 실시되고, 도금될 기판의 표면 아래의 기포도 또한 외부로 배출된다.
이 상태는 사전설정된 시간의 주기동안 유지되며, 도금공정이 완료된다. 전압적용가 중돤된 후, 도 7d에 도시된 바와 같이, 공급된 도금액의 양이 감소되어, 도금액분출노즐(20) 위쪽에 위치되는 액높이조절용의 관통구멍(32)과 연통된 제1도금액배출포트(24) 및 제2도금액배출포트(30)를 통하여 도금액이 외부로 흐른다. 이러한 방식에 의하여, 헤드부(14) 및 이것에 의하여 유지된 기판(W)은 도금액의 표면위에 노출된다. 헤드부(14) 및 이것에 의하여 유지된 기판(W)이 도금액의 표면 위쪽에 놓여지면, 원심력으로 도금액을 탈수시키기 위하여, 헤드부(14) 및 기판(W)이 고속으로(예, 500 rpm 내지 800 rpm) 회전된다. 도금액의 탈수가 완료된 후, 하우징(36)은 사전설정된 방향으로 향해지고, 헤드부(14)의 회전이 정지된다.
상술된 도금공정에 의하여, 도 10b에 도시된 바와 같이, 반도체기판(W)의 콘택트홀(3) 및 트렌치(4)가 구리로 채워진다. 그런 다음, 절연막(2)상에 퇴적된 구 리막(6) 및 배리어층(5)이 화학기계적폴리싱(CMP)에 의하여 제거됨에 따라, 배선을 위하여 콘택트홀(3) 및 트렌치(4)로 채워진 구리막(6)의 표면이 절역막(2)의 표면과 높이가 같아진다. 이러한 방식으로, 구리막(6)으로 구성된 배선이 도 10c에 도시된 바와 같이 형성된다.
헤드부(14)가 완전히 정지된 후, 가압링(38)이 상승된다. 그런 다음, 흡인핸드의 흡인면이 아래쪽을 향한 채로, 흡인핸드가 하우징의 개구부(36a)를 통하여 하우징(36)으로 삽입된다. 흡인핸드는 기판을 끌어당길 수 있는 위치로 하강된다. 기판이 흡인핸드에 의하여 진공흡인되고, 흡인핸드가 하우징(36)의 개구부(36a)의 상부 위치로 이동되어, 흡인핸드 및 그것에 의하여 유지되는 기판은 하우징(36)의 개구부(36a)를 통하여 빠져나온다.
본 실시예에 따르면, 헤드부(14)의 하강이 개시되는 시간을 기초로 하여, 전압적용가 개시될 수 있다. 따라서, 도금액과의 접촉 완료 및 전압적용의 개시가 근접한 시간으로 수행될 수 있으므로, 전압이 적용되지 않은 기간동안 도금액과의 접촉으로 인한 시드층의 에칭을 막을 수 있다. 따라서, 생성되는 패턴의 충전특성 및 막의 균일성이 향상된다. 또한, 기판(W)이 도금액과 접촉하는 속도가 매우 높아지면, 도금액과의 접촉개시와 도금액과의 접촉완료간의 시간차가 줄어든다. 또한, 이러한 이점으로 인하여, 충전특성 및 막의 균일성이 향상된다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 도금장치를 나타낸다. 상기 도금장치는 구동기구(15)의 회전모터(50)가 수직방향에 대하여 각도(β)만큼 경사지게 배치되도록 구성된다. 이러한 배치에 의하여, 수평면에 대하여 각도(β)만큼 경사지도록 헤드부(14)의 하우징(36)에 의하여 기판(W)이 유지된다. 이 각도(β)와 일치하여, 도금조(12)내에 위치된 양극(17)도 하우징(36)에 의하여 유지된 기판(W)에 평행해지도록 수평면에 대하여 각도(β)만큼 경사진다. 이 각도(β)는 1°내지 10°의 범위인 것이 바람직하고, 본 실시예에서는 3°로 설정된다. 상기 구동기구(15)에는 회전모터(50)의 출력샤프트(52)의 축선을 따라 헤드부(14)를 수직으로 이동시키기 위한 승강장치(도시되지 않음)가 제공된다. 여타의 특징은 제1실시예와 실질적으로 동일하다.
본 도금장치의 사용예는 도 12a 내지 도 12f를 참조하여 설명된다.
피도금면이 아래쪽으로 향하고 있는 기판(W)은 하우징(36)내로 삽입되어 유지되며, 도 12a에 도시된 바와 같이 헤드부(14)와 함께 도금위치로 하강된다. 그런 다음, 헤드부(14)는 도 12b에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 대략 20mm 내지 30mm 만큼 상승된다. 그런 다음, 도금액의 액높이를 상승시키고, 도금공정시의 유량으로 도금액을 안정화시키기 위하여, 도금조(12)의 도금챔버(18)로 도금액(10)이 부어진다.
이 상태에서, 기판(W)의 표면상에 형성된 양극(17)과 음극인 시드층(7) 사이를 도금전류가 통과함과 동시에, 도 12c에 도시된 바와 같이, 헤드부(14)에 의하여 기판(W)이 회전되고 하강된다. 기판(W)이 도 12d에 도시된 도금위치로 하강하면, 기판의 하강이 멈춰진다. 도금위치로 기판(W)이 하강하는 동안, 피도금면의 중심부는 도금액(10)의 오버플로우면(액의 표면)(10a)과 접촉한다. 도금될 기판의 표면 아래의 기포가 제거되는 한편, 이 접촉면적이 점차적으로 외부로 퍼진다. 기판(W) 이 도금액(10)의 오버플로우면(액높이)(10a)과 접촉하는 때에, 전류가 흐르고 도금공정이 시작된다.
도금공정이 완료되면, 전류의 공급이 중단되고, 도금액(10)의 액높이가 낮아져서, 도 12e에 도시된 바와 같이, 기판(W)이 도금액의 위쪽으로 노출된다. 그런 다음, 기판(W)은 도금액을 탈수시키기 위하여 고속으로 회전된다. 도금액이 탈수된 후에, 도 12f에 도시된 바와 같이, 로봇핸드에 의하여, 기판(W)이 하우징(36)으로부터 빼내진다.
본 발명에 따르면, 상술된 바와 같이, 도금될 기판의 표면이 도금액의 오버플로우면에 대하여 경사지는 한편, 피도금면이 도금액과 접촉한다. 이러한 방식에 의하여, 도금액이 도금될 기판의 표면과 원활하게 접촉될 수 있고, 이 작업은 신속하게 수행될 수 있다. 또한, 기포가 도금될 기판의 표면상에 남아있는 것을 억제함으로써, 도금된 막에서의 도금부족과 같은 결함을 방지할 수 있다.
상기 실시예에서는, 콘택트홀 및 트렌치로 채워지는 도금물질로서, 구리가 사용되었지만, 은 및 그것의 합금과 같은 여타의 물질이 도금물질로서 사용될 수 있다. 또한, 이 도금장치는 기판상에 금속층을 형성하고, 무전해 도금공정에 적합하도록 되어 있다.
도 14는 기판도금장치의 일례의 평면도이다. 기판도금장치는 로딩/언로딩부(510), 각 쌍의 세정/건조부(512), 제1기판스테이지(514), 베벨에칭/화학적 세정부(516) 및 제2기판스테이지(518), 기판을 180°반전시키는 기구가 제공되는 세척부(520) 및 4개의 도금장치들(522)을 포함한다. 기판도금장치에는 로딩/언로딩부(510)들과, 세정/건조부(512)들과, 제1기판스테이지(514)들 사이로 기판을 이송하는 제1이송장치(524), 제1기판스테이지(514)들과, 베벨에칭/화학적 세정부(516)들과, 제2기판스테이지(518)들 사이로 기판을 이송하는 제2기판이송장치(526) 및 제2기판스테이지(518)들과, 세척부(520)와, 도금장치(522)들 사이로 기판을 이송하는 제3기판이송장치(528)를 또한 포함한다.
기판도금장치는 도금장치를 도금공간(530) 및 세정공간(540)으로 나누는 분할벽(523)을 가진다. 공기는 각각의 도금공간(530) 및 세정공간(540)으로 개별적으로 공급되고 그곳으로부터 배기될 수 있다. 분할벽(523)은 개폐가 가능한 셔터(도시되지 않음)를 가진다. 세정공간(540)의 압력은 대기압보다 낮고, 도금공간(530)의 압력보다 높다. 이것은 세정공간(540)의 공기가 도금장치로부터 흘러 나오는 것을 막을 수 있고, 도금공간(530)의 공기가 세정공간(540)으로 흘러가는 것을 막을 수 있다.
도 15는 기판도금장치의 공기흐름을 나타내는 개략도이다. 세정공간(540)에서, 신선한 외부공기가 파이프(543)를 통하여 도입되고, 팬에 의하여 고성능필터(544)를 통하여 세정공간(540)으로 밀려 들어간다. 따라서, 천정(545a)으로부터 세정/건조부(512) 및 베벨-에칭/화학적 세정부(516) 주위의 위치로 하향류세정공기가 공급된다. 공급된 세정공기의 많은 부분은 순환파이프(552)를 통하여 바닥부(545b)로부터 천정(545a)으로 복귀되고, 팬에 의하여 고성능필터(544)를 통하여 세정공간(540)으로 다시 들어가서, 세정공간(540)내에서 순환된다. 일부의 공기는 파이프(546)를 통하여 세정/건조부(512) 및 베벨-에칭/화학적 세정부(516)로 부터 외부로 배출되어, 세정공간(540)의 압력이 대기압보다 낮아지도록 설정되도록 한다.
내부에 세척부(520) 및 도금장치(522)들을 갖는 도금공간(530)은 청정공간이 아니다(오염지역이다). 그러나, 기판의 표면에 입자가 달라 붙는 것은 허용될 수 없다. 따라서, 파이프(547)를 통하여, 도금공간(530)에 신선한 외부공기가 도입되고, 하향류세정공기가 팬에 의하여 고성능필터(548)를 통하여 도금공간(530)으로 밀려 들어가므로, 기판의 표면에 입자가 달라 붙지 않도록 방지한다. 그러나, 하향류세정공기의 전체 유량이 외부공기공급에 의하여 공급되고 및 배기된다면, 막대한 공기공급 및 배기가 필요하다. 따라서, 도금공간(530)의 압력이 세정공간(540)의 압력보다 낮게 유지되는 상태에서, 공기가 파이프(553)를 통하여 외부로 배기되고, 바닥부(549b)로부터 연장된 순환파이프(550)를 통하여 공기를 순환시킴으로써, 많은 부분의 하향류가 공급된다.
따라서, 순환파이프(550)를 통하여 천정(549a)으로 복귀된 공기는 팬에 의하여 고성능필터(548)를 통하여 도금공간(530)으로 다시 밀려 들어간다. 따라서, 청정공기가 도금공간(530)으로 공급되어 도금공간(530)을 순환한다. 이 경우에는, 세척부(520), 도금부(522), 제3이송장치(528) 및 도금액조절탱크(551)로부터 방출된 화학연무 또는 가스를 포함하는 공기가 파이프(553)를 통하여 외부로 배출된다. 따라서, 도금공간(530)의 압력이 세정공간(540)의 압력보다 낮아지도록 제어된다.
로딩/언로딩부(510)의 압력은 도금공간(530)의 압력보다 높은 세정공간(540)의 압력보다 높다. 셔터(도시되지 않음)가 개방되면, 도 16에 도시된 바와 같이, 공기가 로딩/언로딩부(510), 세정공간(540) 및 도금공간(530)을 통하여 연속적으로 흐른다. 세정공간(540) 및 도금공간(530)으로부터 배출된 공기는 덕트(552, 553)를 통하여 클린룸의 외부로 연장되는 공통덕트(554)(도 17참조)로 흘러 들어간다.
도 17은 클린룸에 위치되는, 도 14에 도시된 기판도금장치의 사시도이다. 로딩/언로딩부(510)는 내부에 카세트이송포트(555)가 형성되는 측벽 및 제어패널(556)을 포함하고, 이는 분할벽(557)에 의하여 클린룸에서 구획되어 지는 작업지역(558)에 노출된다. 분할벽(557)은 기판도금장치가 설치되는 클린룸내의 유틸리티지역(559)으로 구획화된다. 기판도금장치의 여타의 측벽은 작업지역(558)보다 공기 청정도가 낮은 유틸리티지역(559)에 노출되어 있다.
도 18은 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도이다. 도 18에 도시된 기판도금장치는 반도체기판을 로딩하기 위한 로딩유닛(601), 반도체기판을 구리로 도금하기 위한 구리도금챔버(602), 반도체기판을 물로 세정하기 위한 한 쌍의 수세챔버(603, 604), 반도체기판을 화학적 및 기계적으로 폴리싱하기 위한 화학기계적폴리싱유닛(605), 반도체기판을 물로 세정하기 위한 한 쌍의 수세챔버(606, 607), 반도체기판을 건조시키기 위한 건조챔버(608) 및 그 위에 배선막을 가지고 있는 반도체기판을 언로딩하기 위한 언로딩유닛(609)을 포함한다. 기판도금장치는 상기 챔버(602, 603, 604), 화학기계적폴리싱유닛(605), 상기 챔버들(606, 607, 608) 및 언로딩유닛(609)으로 반도체기판을 이송하기 위한 기판이송기구(도시되지 않음)를 또한 포함한다. 상기 로딩유닛(601), 챔버들(602, 603, 604), 화학기계적폴리싱유닛(605), 챔버들(606, 607, 608) 및 언로딩유닛(609)은 장치로서 하나의 단일 배치로 결합된다.
기판도금장치는 아래와 같이 작동한다: 기판이송기구는 그 위에 아직 배선막이 형성되지 않은 반도체기판(W)을 로딩유닛(601)에 위치된 기판카세트(601-1)로부터 구리도금챔버(602)로 이송한다. 구리도금챔버(602)에서는, 배선트렌치 및 배선홀(콘택트홀)로 구성된 배선영역을 갖는 반도체기판(W)의 표면상에 도금구리막이 형성된다.
구리도금챔버(602)에서 반도체기판(W)상에 도금구리막이 형성된 후, 기판이송기구에 의하여 반도체기판(W)이 수세챔버(603, 604) 중의 하나로 이송되고, 수세챔버(603, 604) 중 하나에서 물로 세정된다. 세정된 반도체기판(W)은 기판이송기구에 의하여 화학기계적폴리싱유닛(605)으로 이송된다. 화학기계적폴리싱유닛(605)은 배선트렌치 및 배선홀의 도금구리막의 일부를 남겨두고, 불필요한 도금구리막을 반도체기판(W)의 표면으로부터 제거한다. 도금구리막이 퇴적되기 전에, 배선트렌치 및 배선홀의 내면을 포함하는 반도체기판(W)의 표면상에 TiN 등으로 만들어진 배리어층이 형성된다.
그런 다음에, 잔여 도금구리막을 가지고 있는 반도체기판(W)은 기판이송기구에 의하여 수세챔버(606, 607)중의 하나로 이송되고, 수세챔버(607, 608) 중 하나에서 물로 세정된다. 세정된 반도체기판(W)은 건조챔버(608)에서 건조된 후, 배선막으로서 역할을 하는, 잔여 도금구리막을 가지고 있는 건조된 반도체기판(W)이 언로딩유닛(609)의 기판카세트(609-1)로 놓여진다.
도 19는 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도이다. 도 19에 도시된 기판도 금장치는 구리도금챔버(602), 수세챔버(610), 전처리챔버(611), 반도체기판상의 도금구리막에 보호용 도금층을 형성하는 보호층도금챔버(612), 수세챔버(613, 614) 및 화학기계적폴리싱유닛(615)을 추가로 포함한다는 점에서 도 18에 도시된 기판도금장치와 상이하다. 상기 로딩유닛(601), 챔버들(602, 602, 603, 604, 614), 화학기계적폴리싱유닛(605, 615), 챔버들(606, 607, 608, 610, 611, 612, 613) 및 언로딩유닛(609)은 장치로서 하나의 단일 배치로 결합된다.
도 19에 도시된 기판도금장치는 아래와 같이 작동한다: 반도체기판(W)은 로딩유닛(601)에 위치된 기판카세트(601-1)로부터 구리도금챔버(602, 602)중의 하나로 연속적으로 공급된다. 구리도금챔버(602, 602)중 하나에서, 배선트렌치 및 배선홀(콘택트홀)로 구성된 배선영역을 갖는 반도체기판(W)의 표면상에 도금구리막이 형성된다. 오랜시간동안 반도체기판(W)이 구리막으로 도금되도록, 2개의 구리도금챔버(602, 602)가 채택된다. 상세하게는, 반도체기판(W)은 구리도금챔버(602)중의 하나에서 무전해도금에 따라 1차도금막으로 도금된 후, 다른 하나의 구리도금챔버(602)에서 전기도금에 따라 2차구리막으로 도금될 수 있다. 기판도금장치는 2이상의 구리도금챔버를 가질 수도 있다.
그 위에 도금구리막이 형성된 반도체기판(W)은 수세챔버(603, 604)중의 하나에서 물로 세정된다. 그런 다음에, 화학기계적폴리싱유닛(605)은 배선트렌치 및 배선홀의 도금구리막의 일부를 남겨두고, 불필요한 도금구리막을 반도체기판(W)의 표면으로부터 제거한다.
그 후, 잔여 도금구리막을 가지고 있는 반도체기판(W)은 반도체기판(W)이 물 로 세정되는 수세챔버(610)로 이송된다. 그런 다음, 반도체기판(W)은 전처리챔버(611)로 이송되고, 보호도금층을 퇴적시키기 위하여 전처리된다. 전처리된 반도체기판(W)은 보호층도금챔버(612)로 이송된다. 보호층도금챔버(612)에서, 보호용 도금층은 반도체기판(W)의 배선영역내의 도금구리막위에 형성된다. 예를 들어, 보호용 도금층은 무전해도금에 의하여 니켈(Ni) 및 붕소(B)의 합금으로 형성된다.
반도체기판이 수세챔버(613, 614) 중의 하나에서 세정된 후, 도금구리막에 퇴적된 보호용 도금층의 상부는 화학기계적폴리싱유닛(615)에서, 보호용 도금층을 평탄화시키기 위하여 폴리싱된다.
보호용 도금층이 폴리싱된 후, 반도체기판(W)은 수세챔버(606, 607) 중의 하나에서 물로 세정되고, 건초챔버(608)에서 건조된 후, 언로딩유닛(609)의 기판카세트(609-1)로 이송된다.
도 20은 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 기판도금장치는 그 중심에 로봇아암(616-1)을 갖는 로봇(616)을 포함하고, 또한 구리도금챔버(602), 한쌍의 수세챔버(603, 604), 화학기계적폴리싱유닛(605), 전처리챔버(611), 보호층도금챔버(612), 건조챔버(608) 및 로봇(616)의 주위에 배치되어, 로봇아암(616-1)의 도달범위내에 위치되는 로딩/언로딩스테이션(617)을 가진다. 반도체기판을 로딩시키기 위한 로딩유닛(601) 및 반도체기판을 언로딩시키기 위한 언로딩유닛(609)은 로딩/언로딩스테이션(617)에 인접하여 배치된다. 상기 로봇(616), 챔버(602, 603, 604), 화학기계적폴리싱유닛(605), 챔버(608, 611, 612), 로딩/언로딩스테이션(617), 로딩유닛(601) 및 언로딩유닛(609)은 장치로서 하나의 단일 배치로 결합된다.
도 20에 도시된 기판도금장치는 아래와 같이 작동한다:
도금될 반도체기판은 로딩유닛(601)으로부터 로딩/언로딩스테이션(617)으로 이송되고, 로딩/언로딩스테이션(617)으로부터의 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의하여 수용되어, 구리도금챔버(602)로 이송된다. 구리도금챔버(602)에서, 도금구리막은 배선트렌치 및 배선홀로 구성된 배선영역을 갖는 반도체기판의 표면상에 형성된다. 그 위에 도금구리막이 형성된 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의하여 화학기계적폴리싱유닛(605)으로 이송된다. 화학기계적폴리싱유닛(605)에서는, 배선트렌치 및 배선홀에 도금구리막 일부를 남겨두고, 반도체기판(W)의 표면으로부터 도금구리막이 제거된다.
그런 다음에, 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의하여 반도체기판이 물로 세정되는 수세챔버(604)로 이송된다. 그 후, 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의하여, 보호용 도금층의 퇴적을 위하여 반도체기판이 전처리되는 전처리챔버(611)로 이송된다. 전처리된 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의하여 보호층도금챔버(612)로 이송된다. 보호층도금챔버(612)에서는, 반도체기판(W)상의 배선영역의 도금구리막위에 보호용 도금층이 형성된다. 그 위에 보호용 도금층이 형성된 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의하여 반도체기판이 물로 세정되는 수세챔버(604)로 이송된다. 세정된 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의하여 반도체기판이 건조되는 건조챔버(608)로 이송된다. 건조된 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의하여 로딩/ 언로딩스테이션(617)으로 이송된 후, 도금된 반도체기판은 언로딩유닛(609)으로 이송된다.
도 21은 반도체기판처리장치의 또 다른 예의 평면구성도이다. 반도체기판처리장치는 로딩/언로딩부(701), 도금Cu막형성유닛(702), 제1로봇(703), 제3세정기(704), 반전기(705), 반전기(706), 제2세정기(707), 제2로봇(708), 제1세정기(709), 제1폴리싱장치(710) 및 제2폴리싱장치(711)가 제공되는 구성을 가진다. 도금전후의 막두께를 측정하는 도금전 및 도금후의 막두께측정기(712) 및 폴리싱후 건조상태에서 반도체기판(W)의 막두께를 측정하는 건조상태 막두께측정기(713)는 제1로봇(703)의 근처에 위치된다.
제1폴리싱장치(폴리싱유닛)(710)는 폴리싱테이블(710-1), 톱링(710-2), 톱링헤드(710-3), 막두께측정기(710-4) 및 푸셔(710-5)를 가진다. 제2폴리싱장치(폴리싱유닛)(711)는 폴리싱테이블(711-1), 톱링(711-2), 톱링헤드(711-3), 막두께측정기(711-4) 및 푸셔(711-5)를 가진다.
배선용의 비아홀 및 트렌치가 형성되고, 그 위에 시드층이 형성되는 반도체기판(W)을 수용하는 카세트(701-1)는 로딩/언로딩부(701)의 로딩포트에 위치된다. 제1로봇(703)은 카세트(701-1)로부터 반도체기판(W)을 빼내고, 도금Cu막이 형성되는 도금Cu막형성유닛(702)으로 반도체기판(W)을 운반한다. 이 때, 시드층의 막두께가 도금전 및 도금후 막두께측정기(712)로 측정된다. 반도체기판(W)의 표면의 친수성처리를 수행한 후, Cu를 도금하여, 도금Cu막이 형성된다. 도금Cu막을 형성한 후, 반도체기판(W)의 헹굼 또는 세정이 도금Cu막형성유닛(702)에서 수행된다.
반도체기판(W)이 제1로봇(703)에 의하여 도금Cu막형성유닛(702)으로부터 빼내지면, 도금Cu막의 막두께가 도금전 및 도금후 막두께측정기(712)에 의하여 측정된다. 측정결과는 반도체기판에 대한 기록데이터로서 기록장치(도시되지 않음)에 기록되고, 도금Cu막형성유닛(702)의 이상을 판단하는데 사용된다. 막두께를 측정한 후, 제1로봇(703)은 반도체기판(W)을 반전기(705)로 이송하고, 반전기(705)는 (도금Cu막이 형성된 표면이 아래쪽을 향하도록)반도체기판(W)을 반전시킨다. 제1폴리싱장치(710) 및 제2폴리싱장치(711)는 직렬모드 및 병렬모드로 폴리싱를 수행한다. 다음에, 직렬모드의 폴리싱이 설명된다.
직렬모드 폴리싱에서, 1차폴리싱는 폴리싱장치(710)에 의하여 수행되고, 2차폴리싱는 폴리싱장치(711)에 의하여 수행된다. 제2로봇(708)은 반전기(705)상의 반도체기판(W)을 집어 올려서, 폴리싱장치(710)의 푸셔(710-5)상에 반도체기판(W)을 놓는다. 톱링(710-2)은 흡입에 의하여 푸셔(710-5)상의 반도체기판(W)을 끌어당기고, 반도체기판(W)의 도금Cu막의 표면을 가압하에 폴리싱테이블(710-1)의 폴리싱면과 접촉하게 하여, 1차폴리싱를 수행한다. 1차폴리싱되면, 도금Cu막이 기본적으로 폴리싱된다. 폴리싱테이블(710-1)의 폴리싱면은 IC1000과 같은 발포된 폴리우레탄 또는 연마입자(abrasive grain)가 그 위에 고착되거나 그 안에 함침되는 물질로 구성된다. 폴리싱면과 반도체기판(W)과의 상대운동에 의하여, 도금Cu막이 폴리싱된다.
도금Cu막의 폴리싱이 완료된 후, 반도체기판(W)은 톱링(710-2)에 의하여 푸셔(710-5)로 복귀된다. 제2로봇(708)은 반도체기판(W)을 집어 올려서, 제1세정기(709)로 도입한다. 이 때, 반도체기판(W)으로부터 입자를 제거하거나 또는 반도체기판(W)으로 입자가 달라 붙는것을 어렵게 하도록 푸셔(710-5)상의 반도체기판(W)의 표면 및 이면을 향하여 화학액이 분출될 수 있다.
제1세정기에서 세정이 완료된 후, 제2로봇(708)은 반도체기판(W)을 집어 올려서, 제2폴리싱장치(711)의 푸셔(711-5)상에 반도체기판(W)을 놓는다. 톱링(711-2)은 흡입에 의하여 푸셔(711-5)상의 반도체기판(W)을 끌어당기고, 그 위에 배리어층이 형성되는 반도체기판(W)의 표면을 가압하에 폴리싱테이블(711-1)의 폴리싱면과 접촉하게 하여, 2차폴리싱를 수행한다. 폴리싱테이블의 구성은 톱링(711-2)과 동일하다. 이러한 2차폴리싱에 의하여, 배리어층이 폴리싱된다. 그러나, 1차폴리싱 이후에 남아있던 Cu막 및 산화막도 폴리싱되는 경우가 있을 수 있다.
폴리싱테이블(711-1)의 폴리싱면은 IC1000과 같은 발포된 폴리우레탄 또는 연마입자가 그 위에 고착되거나 그 안에 함침되는 물질로 구성된다. 폴리싱면과 반도체기판(W)과의 상대운동에 의하여, 폴리싱이 수행된다. 이 때, 실리카, 알루미나, 산화세륨 등이 연마제 또는 슬러리로서 사용된다. 폴리싱될 막의 종류에 따라 화학액이 조정된다.
2차폴리싱의 종료점(end point)의 검출은 주로 광학적 막두께측정기를 사용하여 배리어층의 막두께를 측정하고, 막두께가 제로가 될 때를 검출하거나 또는 SiO2를 포함하는 절연막의 표면이 나타나기 시작하는 것을 검출하여 수행된다. 또한, 이미지처리기능을 구비한 막두께측정기는 폴리싱테이블(711-1) 근처에 제공된 막두께측정기(711-4)로서 사용된다. 상기 측정기를 사용하여, 산화막의 측정이 이루어지고, 그 결과치는 반도체기판(W)의 처리기록으로서 저장되고, 2차폴리싱이 종료된 반도체기판(W)이 다음 단계로 이송될 수 있는지의 여부를 판정하는데 사용된다. 2차폴리싱의 종료점에 도달되지 않았다면, 재폴리싱이 수행된다. 어떤 이상으로 인하여, 규정된 값을 초과하여 과폴리싱이 수행되었다면, 반도체기판처리장치는 차기 폴리싱를 피하도록 정지되어, 불량품이 증가되지 않도록 할 것이다.
2차폴리싱이 완료된 후, 반도체기판(W)은 톱링(711-2)에 의하여 푸셔(711-5)로 이동된다. 제2로봇(708)은 푸셔(711-5)상의 반도체기판(W)을 집어 올린다. 이 때, 반도체기판(W)으로부터 입자를 제거하거나 또는 반도체기판(W)으로 입자가 들러붙는 것을 어렵게 하도록 푸셔(711-5)상의 반도체기판(W)의 표면 및 이면을 향하여 화학액이 분출될 수 있다.
제2로봇(708)은 반도체기판(W)의 세정이 수행되는 제2세정기(707)안으로 반도체기판(W)을 운반한다. 제2세정기(707)의 구성은 제1세정기(709)의 구성과 역시 동일하다. 반도체기판(W)의 표면은 계면활성제, 킬레이트제 또는 pH조절제가 첨가된 순수를 포함하는 세정액을 사용하여, PVA스폰지롤로 스크럽된다. 그 위에 확산된 Cu의 에칭을 수행하기 위하여 DHF와 같은 강한 화학액이 반도체기판(W)의 이면을 향하여 노즐로부터 분출된다. 확산의 문제점이 없다면, 표면에 사용된 것과 동일한 화학액을 사용하여, PVA스폰지롤을 가지고 스크럽세정이 수행된다.
상기 세정이 완료된 후, 제2로봇(708)은 반도체기판(W)을 집어 올려서 반전기(706)로 이송하고, 반전기(706)는 반도체기판(W)을 반전시킨다. 반전된 반도체기 판(W)은 제1로봇(703)에 의하여 집어 올려져서, 제3세정기(704)로 이송된다. 제3세정기(704)에서, 초음파 진동에 의하여 여기된(excited) 메가소닉 수(megasonic water)가 반도체기판(W)을 세정하도록 반도체기판(W)의 표면을 향하여 분출된다. 이 때, 반도체기판(W)의 표면은 계면활성제, 킬레이트제 또는 pH조절제(regulating agent)가 첨가된 순수를 포함하는 세정액을 사용하여, 공지된 연필식 스폰지로 세정될 수 있다. 그 후, 반도체기판(W)은 스핀건조에 의하여 건조된다.
상술된 바와 같이, 폴리싱테이블(711-1) 근처에 제공된 막두께측정기(711-4)로 막두께가 측정되면, 반도체기판(W)은 더이상 처리되지 않고, 로딩/언로딩부(771)의 언로딩포트상에 있는 카세트로 수용된다.
도 22는 반도체기판처리장치의 또 다른 예의 평면구성도이다. 반도체처리장치는 도 21의 도금Cu막형성유닛(702) 대신에 캡도금유닛(750)이 제공된다는 점에서, 도 21에 도시된 기판처리장치와 상이하다.
도금Cu막이 형성된 반도체기판(W)을 수용하는 카세트(701-1)는 로딩/언로딩부(701)의 로드포트에 놓여진다. 카세트(701-1)로부터 빼내진 반도체기판(W)은 도금Cu막의 표면이 폴리싱되는 제1폴리싱장치(710) 또는 제2폴리싱장치(711)로 이송된다. 도금Cu막의 폴리싱이 완료된 후, 반도체기판(W)은 제1세정기(709)에서 세정된다.
제1세정기(709)에서 세정이 완료된 후, 반도체기판(W)은, 대기로 인한 도금Cu막의 산화를 방지하기 위한 목적으로 도금Cu막의 표면상으로 캡도금이 실시되는 캡도금유닛(750)으로 이송된다. 캡도금이 실시된 반도체기판은 제2로봇(708) 에 의하여 캡도금유닛(750)으로부터 순수 또는 탈이온수로 세정되거는 제2세정유닛(707)으로 운반된다. 세정이 완료된 후, 반도체 기판은 로딩/언로딩부(701)에 위치된 카세트(701-1)로 복귀된다.
도 23은 반도체기판처리장치의 또 다른 예의 평면구성도이다. 상기 기판처리장치는 도 22의 제3세정기(709) 대신에 어닐링유닛(751)이 제공된다는 점에서, 도 22에 도시된 기판처리장치와 상이하다.
상술된 폴리싱유닛(710 또는 711)에서 폴리싱되고 제1세정기(709)에서 세정된 반도체기판(W)은 도금Cu막의 표면상으로 캡도금이 실시되는 캡도금유닛(750)으로 이송된다. 캡도금이 실시된 반도체기판은 제2로봇(732)에 의하여, 캡도금유닛(750)으로부터 기판이 세정되는 제1세정유닛(707)으로 운반된다.
제1세정기(709)에서 세정이 완료된 후, 기판이 어닐링되는 어닐링유닛(751)으로 반도체기판(W)이 이송됨에 따라, 도금Cu막의 전기영동저항을 증가시키기 위하여 도금Cu막이 합금처리된다. 어닐링처리가 실시된 반도체기판(W)은 어닐링유닛(751)으로부터 순수 또는 탈이온수로 세정되는 제2세정유닛(707)으로 운반된다. 세정이 완료된 후, 반도체기판(W)은 로딩/언로딩부(701)에 위치된 카세트(701-1)로 복귀된다.
도 24는 기판처리장치의 또 다른 예시의 평면 레이아웃구성을 나타내는 도면이다. 도 24에서, 도 21의 부분과 동일한 참조부호로 표시된 부분은 동일하거나 대응하는 부분이다. 기판처리장치에서, 푸셔인덱서(725)는 제1폴리싱장치(710) 및 제2폴리싱장치(711)에 근접하게 배치된다. 기판배치테이블(721, 722)은 각각 제3세 정기(704) 및 도금Cu막형성유닛(702)에 근접하여 배치된다. 로봇(23)은 제1세정기(709) 및 제3세정기(704)에 근접하여 배치된다. 또한, 로봇(724)은 제2세정기(707) 및 도금Cu막형성유닛(702)에 근접하여 배치되고, 건조상태 막두께측정기(713)는 로딩/언로딩부(701) 및 제1로봇(703)에 근접하여 배치된다.
상기 구성의 기판처리장치에서, 제1로봇(703)은 로딩/언로딩부(701)의 로드포트에 위치된 카세트(701-1)로부터 반도체기판(W)을 빼낸다. 배리어층 및 시드층의 막두께가 건조상태 막두께측정기(713)로 측정된 후, 제1로봇(703)은 기판배치테이블(721)상에 반도체기판(W)을 놓는다. 건조상태 막두께측정기(713)가 제1로봇의 핸드상에 제공되면, 막두께가 그 위에서 측정되고, 기판은 기판배치테이블(721)상에 놓여진다. 제2로봇(723)은 도금Cu막이 형성되는 도금Cu막형성유닛(702)으로 기판배치테이블(721)상의 반도체기판(W)을 이송한다. 도금Cu막이 형성된 후, 도금Cu막의 막두께가 도금전 및 도금후 막두께측정기(712)로 측정된다. 그 다음, 제2로봇(723)이 푸셔인덱서(725)로 반도체기판(W)을 이송하고, 기판을 그 위에 로드한다.
[직렬모드]
직렬모드에서, 톱링헤드(710-2)는 흡입에 의하여 푸셔인덱서(725)상의 반도체기판(W)을 유지하고, 그것을 폴리싱테이블(710-1)로 이송하고, 폴리싱를 수행하도록 폴리싱테이블(710-1)상의 폴리싱면에 대하여 반도체기판(W)을 가압한다. 폴리싱의 종료점 검출은 상술된 바와 동일한 방법으로 수행된다. 폴리싱이 완료된 후, 반도체기판(W)은 톱링헤드(710-2)에 의하여 푸셔인덱서(725)로 이송되고, 그 위에 실려진다. 제2로봇(723)은 반도체기판(W)을 빼내서, 세정을 위하여 제1세정기(709)로 운반한다. 그 다음, 반도체기판(W)은 푸셔인덱서(725)로 이송되고, 그 위에 실려진다.
톱링헤드(711-2)는 흡입에 의하여 푸셔인덱서(725)상의 반도체기판(W)을 유지하고, 그것을 폴리싱테이블(711-1)로 이송하고, 폴리싱를 수행하도록 폴리싱테이블(711-1)상의 폴리싱면에 대하여 반도체기판(W)을 가압한다. 폴리싱의 종료점 검출은 상술된 바과 동일한 방법으로 수행된다. 폴리싱이 완료된 후, 반도체기판(W)은 톱링헤드(711-2)에 의하여 푸셔인덱서(725)로 이송되고, 그 위에 실려진다. 제3로봇(724)이 반도체기판(W)을 들어 올리고, 그것의 막두께를 막두께측정기(726)로 측정한다. 그 다음, 반도체기판(W)은 세정을 위하여 제2세정기(707)로 운반된다. 그 후, 반도체기판(W)은 세정된 후 스핀건조에 의하여 건조되는 제3세정기(704)로 운반된다. 그런 다음, 반도체기판(W)은 제3로봇(724)에 의하여 집어 올려지고, 기판배치테이블(722)상에 놓여진다.
[병렬모드]
병렬모드에서, 톱링헤드(710-2 또는 711-2)는 흡입에 의하여 반도체기판(W)을 푸셔 인덱서(725)상에 유지하고, 기판을 폴리싱테이블(710-1 또는 711-1)로 이송하고, 폴리싱를 수행하기 위하여 폴리싱테이블(710-1 또는 711-1)상의 폴리싱면에 대하여 반도체기판(W)을 가압한다. 막두께가 측정된 후, 제3로봇은 반도체기판(W)을 들어 올리고, 이것을 기판배치테이블(722)상에 놓는다.
제1로봇(703)은 기판배치테이블(722)상의 반도체기판(W)을 건조상태 막두께 측정기(713)로 이송한다. 막두께가 측정된 후, 반도체기판(W)은 로딩/언로딩부(701)의 카세트(701-1)로 복귀된다.
도 25는 기판처리장치의 또 다른 평면레이아웃구성을 나타내는 도면이다. 상기 기판처리장치는 그 위에 시드층이 형성되지 않은 반도체기판(W)상에 시드층 및 도금Cu막을 형성하고, 배선을 형성하도록 이들 막을 폴리싱하는 기판처리장치이다.
상기 기판처리장치에서, 푸셔인덱서(725)는 제1폴리싱장치(710) 및 제2폴리싱장치(711)에 근접하게 배치되고, 기판배치테이블(721, 722)은 각각 제2세정기(707) 및 시드층형성유닛(727)에 근접하게 배치되고, 로봇(723)은 시드층형성유닛(727) 및 도금Cu막형성유닛(702)에 근접하게 배치된다. 또한, 로봇(724)은 제1세정기(709) 및 제2세정기(707)에 근접하게 배치되고, 건조상태 막두께측정기(713)는 로딩/언로딩부(701) 및 제1로봇(702)에 근접하게 배치된다.
제1로봇(703)은 그 위에 배리어층을 가지고 있는 반도체기판(W)을 로딩/언로딩부(701)의 로드포트에 있는 카세트(701-1)로부터 빼내서, 기판배치테이블(712)상에 놓는다. 그 다음, 제2로봇(723)은 반도체기판(W)을 시드층이 형성되는 시드층형성유닛(727)으로 이송한다. 상기 시드층은 무전해도금에 의하여 형성된다. 제2로봇(723)은 그 위에 시드층이 형성된 반도체기판이 도금전 및 도금후 막두께측정기(712)에 의하여 시드층의 두께가 측정되게 한다. 막두께의 측정 후, 반도체기판은 도금Cu막이 형성되는 도금Cu막형성유닛(702)으로 운반된다.
도금Cu막이 형성된 후, 그것의 막두께가 측정되고, 반도체기판이 푸셔인덱서(725)로 이송된다. 톱링(710-2 또는 711-2)은 흡입에 의하여 푸셔인덱서(725)상의 반도체기판(W)을 유지하고, 폴리싱를 수행하도록 폴리싱테이블(710-1 또는 711-1)로 기판을 이송한다. 폴리싱 후에, 톱링(710-2 또는 711-2)은 막두께를 측정하기 위하여 반도체기판(W)을 막두께측정기(710-4 또는 711-4)로 이송한다. 그런 다음, 톱링(710-2 또는 711-2)은 반도체기판(W)을 푸셔인덱서(725)로 이송하고, 이를 그 위에 놓는다.
그런 다음, 제3로봇(724)이 푸셔인덱서(725)로부터 반도체기판(W)을 들어 올리고, 이것을 제1세정기(709)로 운반한다. 제3로봇(724)은 제1세정기(709)로부터 반도체기판(W)을 들어 올리고, 이것을 제2세정기(707)로 운반하고, 세정 및 건조된 반도체기판을 기판배치테이블(722)상에 놓는다. 그 다음, 제1로봇(703)은 반도체기판(W)을 들어 올리고, 이것을 막두께가 측정되는 건조상태 막두께측정기(713)로 이송하고, 제1로봇(703)이 이것을 로딩/언로딩부(701)의 언로드포트상에 있는 카세트(701-1)로 운반한다.
도 25에 도시된 기판처리장치에서, 그 안에 회로패턴의 비아홀 또는 트렌치가 형성된 반도체기판(W)상에 배리어층, 시드층 및 도금Cu막을 형성하고, 이를 폴리싱하여 배선이 형성된다.
배리어층의 형성 이전에, 반도체기판(W)을 수용하는 카세트(701-1)는 로딩/언로딩부(701)의 로드포트에 놓여진다. 제1로봇(703)은 로딩/언로딩부(701)의 로드포트에 있는 카세트(701-1)로부터 반도체기판(W)을 빼내고, 이를 기판배치테이블(721)상에 놓는다. 그 다음, 제2로봇(723)이 반도체기판(W)을 배리어층 및 시드층이 형성되는 시드층형성유닛(727)으로 이송한다. 배리어층 및 시드 층은 무전해도금에 의하여 형성된다. 제2로봇(723)은 그 위에 배리어층 및 시드층이 형성된 반도체기판(W)을 배리어층 및 시드층의 막두께를 측정하는 도금전 및 도금후 막두께측정기(712)로 가져온다. 막두께가 측정된 후, 반도체기판(W)은 도금Cu막이 형성되는 도금Cu막형성유닛(702)으로 운반된다.
도 26은 기판처리장치의 또 다른 평면 레이아웃구성도를 나타내는 도면이다. 본 기판처리장치에는, 배리어층형성유닛(811), 시드층형성유닛(812), 도금Cu막형성유닛(813), 어닐링유닛(814), 제1세정유닛(815), 베벨 및 이면세정유닛(816), 캡도금유닛(817), 제2세정유닛(818), 제1정렬기 및 막두께측정기(841), 제2정렬기 및 막두께측정기(842), 제1기판반전기(843), 제2기판반전기(844), 기판임시배치테이블(845), 제3막두께측정기(846), 로딩/언로딩부(820), 제1폴리싱장치(821), 제2폴리싱장치(822), 제1로봇(831), 제2로봇(832), 제3로봇(833) 및 제4로봇(834)이 제공된다. 막두께측정기(841, 842, 846)는 유닛으로서, 다른 유닛(도금, 세정, 어닐링유닛 등)의 정면 크기와 동일한 크기를 가지므로, 상호교체가능하다.
본 예시에서는, 무전해Ru도금장치가 배리어층형성유닛(811)으로 사용되고, 무전해(Cu)도금장치가 시드층형성유닛(812)으로 사용되며, 전기도금장치가 도금막형성유닛(813)으로 사용될 수 있다.
도 27은 본 기판처리장치의 각 단계의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 본 장치의 각 단계는 흐름도에 따라 설명된다. 우선, 제1로봇(831)에 의하여 로드/언로드유닛(820)에 있는 카세트(820a)로부터 빼내어진 반도체기판은 피도금면이 윗쪽을 향하는 상태로, 제1정렬기 및 막두께측정유닛(841)내에 놓여진다. 막두께측정이 이루어지는 위치에 대하여 기준점을 설정하기 위하여, 막두께측정을 위한 노치정렬이 실시된 후, Cu막이 형성되기 전에, 반도체기판에 대한 막두께데이터가 획득된다.
그런 다음, 반도체기판은 제1로봇(831)에 의하여 배리어층형성유닛(811)으로 이송된다. 배리어층형성유닛(811)은 무전해Ru도금에 의하여 반도체기판상에 배리어층을 형성하기 위한 장치이고, 배리어층형성유닛(811)은 반도체디바이스 중간층의 절연막(예를 들어, SiO2)으로 Cu가 확산하는 것을 방지하기 위한 막으로, Ru막을 형성한다. 세정 및 건조단계 후에, 배출된 반도체기판은 제1로봇(831)에 의하여, 반도체기판의 막두께, 즉 배리어층의 막두께를 측정하는 제1정렬기 및 막두께측정유닛(841)으로 이송된다.
막두께가 측정된 후, 반도체기판은 제2로봇(832)에 의하여 시드층형성유닛(812)으로 운반되고, 무전해(Cu)도금에 의하여 배리어층위에 시드층이 형성된다. 함침도금유닛인 도금막형성유닛(813)으로 반도체기판이 이송된 다음, Cu도금에 대한 노치정렬이 막두께측정기(842)에 의하여 실시되기 전에, 세정 및 건조단계 후에 배출된 반도체기판은 제2로봇(832)에 의하여, 노치위치를 판정하기 위하여 제2정렬기 및 막두께측정기(842)로 이송된다. 필요하다면, Cu막이 형성되기 전에, 반도체기판의 막두께가 막두께측정기(842)에서 다시 측정될 수도 있다.
노치정렬이 완료된 반도체기판은 제3로봇(833)에 의하여, 반도체기판에 Cu도금이 실시되는 도금막형성유닛(813)으로 이송된다. 세정 및 건조단계 후에 배출된 반도체기판은 제3로봇(833)에 의하여, 반도체기판의 원주부에 있는 불필요한 Cu막(시드층)을 제거하는 베벨 및 이면세정유닛(816)으로 이송된다. 베벨 및 이면세정유닛(816)에서, 사전설정된 시간에 베벨이 에칭되고, 반도체기판의 이면에 부착된 Cu가 플루오르화수소산과 같은 화학액으로 세정된다. 이 때, 반도체기판이 베벨 및 이면세정유닛(816)으로 이송되기 전에, 도금에 의하여 형성된 Cu막의 두께값을 얻기 위하여 제2정렬기 및 막두께측정기(842)에 의하여 반도체기판의 막두께측정이 이루어질 수 있고, 이 얻어진 결과값을 기초로, 베벨에칭시간은 에칭을 수행하기 위하여 임의로 변경될 수 있다. 베벨에칭에 의하여 에칭된 영역은 기판의 원주에지부에 대응하고, 그 안에 회로패턴이 형성되지 않은 영역이거나 또는 회로가 형성되어 있으나, 결국 칩으로 사용되지 않는 영역이다. 베벨부는 이 영역에 포함된다.
베벨 및 이면세정유닛(816)에서 세정 및 건조단계 후에 배출된 반도체기판은 제3로봇(833)에 의하여 기판반전기(843)로 이송된다. 기판반전기(843)에 의하여, 도금된 표면이 아래쪽을 향하도록 반도체기판이 뒤집어진 후, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여 어닐링유닛(814)으로 안내되어, 배선부를 안정화시킨다. 어닐링처리 전 및/또는 후에, 반도체기판상에 형성된 구리막의 막두께를 측정하는 제2정렬기 및 막두께측정유닛(842)으로 반도체기판이 운반된다. 그런 다음, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여 반도체기판의 Cu막 및 시드층이 폴리싱되는 제1폴리싱장치(821)로 운반된다.
이 때, 소정의 연마입자 등이 사용될 수 있으나, 디싱(dishing)을 방지하고 표면의 평탄도를 증대시키기 위하여 고정연마제가 사용될 수 도 있다. 1차폴리싱이 완료된 후, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여 기판이 세정되는 제1세정유닛(815)으로 이송된다. 이 세정은 반도체기판의 직경과 실질적으로 동일한 길이의 롤이 반도체기판의 표면 및 이면에 놓여지고, 반도체기판과 롤이 회전되는 한편, 순수 및 탈이온수가 흘려짐에 따라, 반도체기판의 세정이 수행되는 스크럽세정이다.
제1세정이 완료된 후, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여, 반도체기판상의 배리어층이 폴리싱되는 제2폴리싱장치(822)로 이송된다. 이 때, 소정의 연마입자 등이 사용되지만, 디싱(dishing)을 방지하고 표면의 평탄도를 증대시키기 위하여 고정연마제가 사용될 수 도 있다. 2차폴리싱이 완료된 후, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여, 스크럽세정이 수행되는 제1세정유닛(815)으로 다시 이송된다. 세정이 완료된 후, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여, 도금된 표면이 윗쪽을 향하도록 반도체기판이 반전되는 제2기판반전기(844)로 이송된 후, 반도체기판은 제3로봇에 의하여 기판임시배치테이블(845)에 놓여진다.
반도체기판은 제2로봇(822)에 의하여, 기판임시배치테이블(845)로부터 대기로 인한 Cu의 산화를 막기 위하여 Cu표면상으로 캡도금을 실시하는 캡도금유닛(817)으로 이송된다. 캡도금이 실시된 반도체기판은 제2로봇(832)에 의하여 커버도금유닛(817)으로부터 구리막의 두께가 측정되는 제3막두께측정기(146)로 운반된다. 그 후, 반도체기판은 제1로봇(831)에 의하여 기판이 순수 또는 탈이온수로 세정되는 제2세정유닛(818)으로 운반된다. 세정이 완료된 후, 반도체기판은 로딩/언로딩부(820)에 있는 카세트(820a)로 복귀된다.
정렬기 및 막두께측정기(841)와 정렬기 및 막두께측정기(842)는 기판의 노치위치의 위치설정 및 막두께의 측정을 수행한다.
시드층형성유닛(182)은 생략될 수 있다. 이 경우에, 도금막은 도금막형성유닛(817)에서 직접 배리어층상에 형성될 수 있다.
베벨 및 이면세정유닛(816)은 에지(베벨)Cu에칭 및 이면세정을 동시에 수행할 수 있고, 기판의 표면상의 회로형성부에서 구리의 자연산화막의 성장을 억제할 수 있다. 도 28은 베벨 및 이면세정유닛(816)의 개략도를 나타낸다. 도 28에 도시된 바와 같이, 베벨 및 이면세정유닛(816)은, 기판(W)의 표면이 윗쪽을 향하는 상태로, 저면부가 있는 원통형 방수커버(920)내부에 위치되고, 고속으로 기판(W)을 회전시키도록 되어 있는 기판홀딩부(922)를 갖는 한편, 기판의 원주에지부의 원주방향을 따르는 복수의 위치에서 스핀척(921)에 의하여 기판(W)이 수평으로 유지되고; 중심노즐(924)은 기판홀딩부(922)에 의하여 유지된 기판(W)의 표면의 중앙부 근처의 위쪽에 배치되고; 에지노즐(926)은 기판(W)의 원주에지부 위쪽에 배치된다. 중심노즐(924) 및 에지노즐(926)은 아래쪽을 향한다. 이면노즐(928)은 기판(W)의 이면의 중앙부 근처의 아래에 배치되고, 윗쪽을 향한다. 에지노즐(926)은 기판(W)의 직경방향 및 높이방향으로 이동가능하도록 되어 있다.
에지노즐(926)의 이동너비(L)는, 에지노즐(926)이 기판의 원주끝단면으로부터 중심을 향하는 방향으로 임의로 배치될 수 있도록 설정되고, L에 대한 설정값은 기판(W)의 크기, 용도 등에 따라 입력된다. 즉, 에지커트너비(C)는 2mm 내지 5mm로 설정된다. 기판의 회전속도가 이면으로부터 표면으로의 액이동(liquid migration) 량이 문제가 되지 않는 소정의 값 또는 그 보다 큰 경우에, 에지커트너비(C)내에서 구리막이 제거될 수 있다.
다음은, 본 세정장치로 세정하는 방법이 설명된다. 우선, 기판이 기판홀딩부(922)의 스핀척(921)에 의하여 수평으로 유지되는 상태로, 반도체기판(W)이 기판홀딩부(922)와 일체로 수평하게 회전된다. 이 상태에서, 중심노즐(924)로부터 기판(W) 표면의 중앙부로 산성용액이 공급된다. 산성용액은 비산화산 및 플루오르화수소산, 염산, 황산, 시트르산, 옥살산 등이 사용된다. 한편, 산화제용액은 에지노즐(926)로부터 기판(W)의 원주에지부로 연속적으로 또는 간헐적으로 공급된다. 오존 수용액, 과산화수소 수용액, 질산 수용액 및 하이포아염소산나트륨 수용액 중의 하나가 산화제용액으로 사용되거나 또는 이들의 조합이 사용된다.
이러한 방식으로, 반도체기판(W)의 원주에지부(C) 영역의 상면 및 끝단면상에 형성된 구리막 등은 산화제용액으로 빠르게 산화되고, 동시에 중심노즐(924)로부터 공급된 산성용액으로 에칭되고, 기판의 전체표면상에 퍼짐에 따라, 이에 따라 용해되어 제거된다. 산성용액과 산화제용액을 기판의 원주에지부에서 혼합하면, 이들을 미리 혼합하여 제공하는 것보다 급격한 에칭프로파일이 얻어질 수 있다. 이 때, 구리에칭속도는 그 농도에 의하여 결정된다. 구리의 자연산화막이 기판의 표면상의 회로형성부에 형성되면, 기판의 회전에 따라 기판 전체표면상에 퍼지는 산성용액으로 인하여 이 자연산화가 즉시 제거되고, 더 이상 성장하지 않는다. 중심노즐(924)로부터 산성용액이 공급이 중단된 후, 에지노즐(926)로부터 산화제용액의 공급이 중단된다. 그 결과, 기판상에 노출된 실리콘이 산화되고, 구리의 퇴적이 억제될 수 있다.
한편, 산화제용액 및 실리콘산화막에칭제가 이면노즐(928)로부터 기판 이면의 중앙부로 동시에 또는 교대로 공급된다. 따라서, 반도체기판(W)의 이면에 금속의 형태로 부착되는 구리 등이 기판의 실리콘과 함께 산화제용액으로 산화될 수 있고, 실리콘산화막에칭제로 에칭되고 제거된다. 화학물질의 종류가 수적으로 감소되기 때문에, 이 산화제용액은 표면에 공급된 산화제용액과 동일한 것이 바람직하다. 플루오르화수소산은 실리콘산화막에칭제로 사용될 수 있고, 플루오르화수소산이 기판의 표면에 대한 산성용액으로 사용된다면, 화학물질의 종류가 수적으로 감소될 수 있다. 따라서, 산화제의 공급이 먼저 중단되면, 소수성표면이 얻어진다. 에칭제용액이 먼저 중단되면, 수포화면(친수성표면)이 얻어지므로, 상기 이면은 후속 공정의 요건을 만족할 수 있는 상태로 조절될 수 있다.
이러한 방식으로, 산성용액 즉, 에칭용액은 기판(W)의 표면상에 남아있는 금속이온을 제거하기 위하여 기판에 공급된다. 그런 다음, 에칭용액을 순수로 교체하고 에칭용액을 제거하도록 순수가 공급된 후, 기판이 스핀건조에 의하여 건조된다. 이러한 방식으로, 반도체기판 표면의 원주에지부에서 에지커트너비(C)로의 구리막제거 및 상기 이면상의 구리오염물의 제거가 동시에 수행됨에 따라, 예를 들어, 80초내에 이 처리가 완료되게 할 수 있다. 에지의 에칭커트너비는 (2mm 내지 5mm에서)임의대로 설정될 수 있지만, 에칭에 필요한 시간은 커트너비에 따라 좌우되지 않는다.
CMP처리이전과 도금이후에 수행되는 어닐링처리는 후속 CMP처리 및 배선의 전기적 특성에 유리한 영향을 미친다. 어닐링하지 않는, CMP처리후에 보드배선(수 마이크로미터 단위)의 표면을 관찰하면, 전체배선의 전기저항을 증가시키는 마이크로보이드(microvoid)와 같은 많은 결함을 찾을 수 있다. 어닐링을 실행하면, 전기저항의 증가가 호전된다. 어닐링을 하지 않으면, 얇은 배선에는 보이드가 보이지 않는다. 따라서, 입자(grain)성장의 정도는 이들 현상과 연관되는 것으로 간주된다. 즉, 다음의 기구가 고려될 수 있다: 입자성장은 얇은 배선에서 발생하기 어렵다. 한편, 넓은배선에서, 입자성장은 어닐링처리에 따라 진행된다. 입자성장 과정동안에, 너무 작아서 SEM(주사전자현미경)으로는 보이지 않는 도금막의 극세공(ultra-fine pore)이 모여지고, 윗쪽으로 이동함에 따라, 배선의 상부에 마이크로보이드모양의 함몰부를 형성한다. 어닐링유닛(814)의 어닐링조건은, 가스분위기에 수소(2%이하)가 첨가되고, 온도는 300℃ 내지 400℃의 범위이고, 시간은 1분 내지 5분의 범위이다. 이들 조건하에서, 상기 효과가 얻어졌다.
도 31 및 도 32는 어닐링유닛(814)을 나타낸다. 어닐링유닛(814)은 반도체기판(W)이 출입하기 위한 게이트(1000)를 갖는 챔버(1002), 반도체기판(W)을 예를 들어, 400℃까지 가열하기 위하여 챔버(1002)의 상부위치에 배치된 가열판(1004) 및 예를 들어, 상기 판 내부로 냉각수를 흘려, 반도체기판(W)을 냉각시키기 위하여, 챔버(1002)의 하부위치에 배치된 냉각판(1006)을 포함한다. 어닐링유닛(1002)은 또한 그 위에 반도체기판(W)을 위치시키고 유지시키기 위하여, 냉각판(1006)을 관통하고, 윗쪽 및 아래쪽으로 연장하는 수직으로 이동가능한 복수의 승강핀(1008)을 가진다. 어닐링유닛은 어닐링시, 반도체기판(W)과 가열판(1004) 사이에 산화방지가스를 도입하기 위한 가스도입파이프(1010) 및 상기 가스도입파이프(1010)로부터 도입되어, 반도체기판(W)과 가열판(1004) 사이에 흐르는 상기 가스를 배출하기 위한 가스배출파이프(1012)를 더욱 포함한다. 이 파이프(1010, 1012)는 가열판(1004)의 맞은편에 배치된다.
가스도입파이프(1010)는 필터(1014a)를 포함하는 N2가스도입라인(1016)을 통하여 도입된 N2가스 및 필터(1014b)를 포함하는 H2가스도입라인(1018)을 통하여 도입된 H2가스가 상기 라인(1022)을 통하여 가스도입파이프(1010)로 흐르는 혼합가스를 형성하도록 혼합되는 믹서(1020)에 차례로 연결된다.
동작시, 게이트(1000)를 통하여 챔버(1002)에 운반된 반도체기판(W)은 승강핀(1008)에 유지되고, 상기 승강핀(1008)은 리프팅핀(lifting pin)(1008)상에 유지된 반도체기판(W)과 가열판(1004)간의 거리가 예를 들어, 0.1mm 내지 1.0mm가 되는 위치까지 상승된다. 이 상태에서, 반도체기판(W)은 가열판(1004)에 의하여 예를 들어, 400℃까지 가열되고, 동시에, 산화방지가스가 가스도입파이프(1010)로부터 도입되고, 가스가 반도체기판(W)과 가열판(1004) 사이로 흐르게 하는 한편, 상기 가스는 가스배출파이프(1012)로부터 배출됨에 따라, 반도체기판의 산화를 방지하면서, 반도체기판(W)을 어닐링시킨다. 상기 어닐링처리는 대략 수십초 내지 60초내에 완료될 수 있다. 기판의 가열온도는 100℃ 내지 600℃의 범위로 선택될 수 있다.
어닐링이 완료된 후, 승강핀(1008)은 승강핀(1008)상에 유지된 반도체기판(W)과 냉각판(1006) 간의 거리가 예를 들어, 0 내지 0.5mm가 되는 위치까지 아래쪽으로 하강된다. 이 상태에서, 냉수를 냉각판(1006)으로 도입하면, 반도체기판(W)은 냉각판에 의하여, 예를 들어, 10초 내지 60초내에 100℃이하의 온도까지 냉각된다. 냉각된 반도체기판은 다음 단계로 보내진다.
몇 %의 H2가스와 N2가스와의 혼합가스가 상기의 산화방지가스로서 사용된다. 그러나, N2가스가 단독으로 사용될 수도 있다.
어닐링유닛은 전기도금장치내에 위치될 수 있다.
도 29는 무전해도금장치의 개략적인 구성도이다. 도 29에 도시된 바와 같이, 이 무전해도금장치는 그 상면이 도금될 반도체기판(W)을 잡아주는 홀딩수단(911), 원주에지부를 밀봉하기 위하여 홀딩수단(911)에 의하여 유지된 반도체기판(W)의 피도금면(상면)의 원주에지부를 접속시키는 댐부재(931) 및 상기 댐부재(931)로 밀봉된 원주에지부를 갖는 반도체기판(W)의 피도금면에 도금액을 공급하는 샤워헤드(941)를 포함한다. 무전해도금장치는 반도체기판(W)의 피도금면으로 세정액을 공급하기 위한 홀딩수단(911)의 상부 외주부 근처에 배치된 세정액공급수단(951), 배출된 세정액 등(도금폐액)을 회수하기 위한 회수용기(recovery vessel)(961), 반도체기판(W)상에 유지된 도금액을 흡입 및 회수하기 위한 도금액회수노즐(965) 및 상기 홀딩수단(911)을 회전가능하게 구동시키기 위한 모터(M)를 더욱 포함한다. 상기 각각의 부재들은 이하에 설명된다.
홀딩수단(911)은 그 상면에, 반도체기판(W)을 배치하고 유지하기 위한 기판 배치부(913)를 가진다. 상기 기판배치부(913)는 반도체기판(W)을 배치 및 고정시키도록 되어 있다. 특히, 상기 기판배치부(913)는 진공흡입에 의하여 그 이면으로 반도체기판(W)을 끌어당기기 위한 진공흡인수단(도시되지 않음)을 가진다. 아래쪽으로부터 반도체기판(W)의 피도금면을 따뜻하게 유지하도록 가열하는 평탄한 이면히터(915)는 기판배치부(913)의 이면상에 설치된다. 상기 이면히터(915)는 예를 들어, 러버히터(rubber heater)로 구성된다. 이 홀딩수단(911)은 모터(M)에 의하여 회전하도록 되어 있고, 상승 및 하강수단(도시되지 않음)에 의하여 수직으로 이동가능하다.
댐부재(931)는 튜브형상이고, 반도체기판(W)의 외주 에지부를 밀봉하기 위하여 그 하부에 제공된 밀봉부(933)를 가지며, 예시된 위치로부터 수직으로 이동하지 않도록 설치된다.
샤워헤드(941)는 샤워형태로 공급되는 도금액을 살포하고, 이것을 반도체기판(W)의 피도금면에 실질적으로 균일하게 공급하기 위하여, 전방 끝단에 제공된 다수의 노즐을 갖는 구조체이다. 세정액공급수단(951)은 노즐(953)로부터 세정액을 분출하기 위한 구조를 가진다.
도금액회수노즐(965)은 윗쪽 및 아래쪽으로 이동가능하고 스윙가능하게 되어 있고, 도금액회수노즐(965)의 전방 끝단부는 반도체기판(W)의 상면 원주에지부에 위치된 댐부재(931)의 내부로 하강하도록 되어 있으며, 반도체기판(W)상의 도금액을 흡입하게 되어 있다.
다음은, 무전해도금장치의 동작이 설명된다. 우선, 홀딩수단(911)은 홀딩수 단(911)과 댐부재(931)사이에 사전설정된 크기의 간극을 제공하기 위하여 상기 예시된 상태로부터 하강되고, 반도체기판(W)은 기판배치부(913)에 놓여지고 고정된다. 반도체기판(W)으로는 예를 들어, 8인치 기판이 사용된다.
그런 다음, 홀딩수단(911)은 예시된 바와 같이, 그 상면이 댐부재(931)의 하면과 접촉하도록 상승되고, 반도체기판(W)의 외주부는 댐부재(931)의 밀봉부(933)로 밀봉된다. 이 때, 반도체기판(W)의 표면은 개방상태이다.
그런 다음, 반도체기판(W)의 온도가 예를 들어, 70℃(도금종료시까지 유지)가 되도록 이면히터(915)에 의하여 반도체기판(W) 자체가 직접 가열된다. 그런 다음, 예를 들어, 50℃까지 가열된 도금액은 실질적으로 반도체기판(W)의 전체 표면에 걸쳐 도금액을 붓기 위하여 샤워헤드(941)로부터 분출된다. 반도체기판(W)의 표면은 댐부재(931)로 둘러싸여 있으므로, 부어진 도금액은 반도체기판(W)의 표면상에 전부 유지된다. 공급된 도금액의 양은 반도체기판(W)의 표면상에서 1mm의 두께(대략 30ml)가 되는 작은 양일 수도 있다. 피도금면상에 유지된 도금액의 깊이는 10mm이하일 것이며, 심지어 본 실시예에서와 같이 1mm일 수도 있다. 공급되는 도금액의 적은 양이 충분하다면, 도금액을 가열하기 위한 가열장치가 작은 크기일 수 있다. 본 예시에서는, 반도체기판(W)의 온도가 70℃ 까지 상승되고, 도금액의 온도는 가열에 의하여 50℃까지 올라간다. 따라서, 반도체기판(W)의 피도금면이 예를 들어, 60℃가 되므로, 본 예시에서의 도금반응에 대한 최적온도가 성취될 수 있다.
반도체기판(W)은 피도금면에 액체가 균일하게 적셔지도록 모터(M)에 의하여 순간적으로 회전된 후, 반도체기판(W)이 정치된 상태로, 피도금면의 도금이 수행된 다. 특히, 반도체기판(W)은 반도체기판(W)의 피도금면을 도금액으로 균일하게 적시기 위하여 단지 1초동안 100 rpm이하로 회전된다. 그런 다음, 반도체기판(W)이 정치상태로 유지되고, 무전해도금이 1분동안 수행된다. 순간적인 회전시간은 최장 10초이하이다.
도금처리가 완료된 후, 도금액회수노즐(965)의 전방 끝단부는 도금액을 흡입하기 위하여, 반도체기판(W)의 원주에지부상의 댐부재(931) 내부 근처의 영역으로 하강된다. 이 때, 반도체기판(W)이 예를 들어, 100 rpm이하의 회전속도로 회전되면, 반도체기판(W)상에 유지되는 도금액은 원심력을 받아 반도체기판(W)의 원주에지부상의 댐부재(931)의 영역으로 모여져서, 도금액의 회수가 양호한 효율 및 높은 회수율로 수행될 수 있다. 홀딩수단(911)은 댐부재(931)로부터 반도체기판(W)을 분리하기 위하여 하강된다. 반도체기판(W)은 회전되기 시작하고, 세정액(초순수)은 도금된 표면을 냉각시키기 위하여 세정액공급수단(951)의 노즐(953)로부터 분사되는 동시에 희석(dilution) 및 세정을 수행함에 따라, 무전해도금반응을 중단시킨다. 이 때, 노즐(953)로부터 분사된 세정액은 동시에 댐부재(931)의 세정을 수행하도록 댐부재(931)로 공급될 수 있다. 이 때, 도금폐액은 회수용기(961)으로 회수되고 폐기된다.
그런 다음, 반도체기판(W)은 스핀건조를 위하여 모터(M)에 의하여 고속으로 회전된 후, 반도체기판(W)은 홀딩수단(911)으로부터 제거된다.
도 30은 또 다른 무전해도금의 개략적인 구성도이다. 도 30의 무전해도금장치는 홀딩수단(911)내에 이면히터(915)를 제공하는 대신에, 램프히터(917)가 홀딩 수단(911) 위쪽에 배치되고, 램프히터(917) 및 샤워헤드(941-2)가 일체화된다는 점에서 도 29의 무전해도금장치와 상이하다. 예를 들어, 상이한 반경을 갖는 복수의 링형상의 램프히터(917)가 동심으로 배치되고, 샤워헤드(941-2)의 다수의 노즐(943-2)이 램프히터(917)들간의 간극으로부터 링형태로 개방된다. 램프히터(917)는 단일 나선형 램프히터로 이루어질 수도 있고, 또는 다양한 구조 및 배치의 여타의 램프히터로 이루어질 수도 있다.
이러한 구성에서도, 도금액은 각 노즐(943-2)로부터 반도체기판(W)의 피도금면으로 실질적으로 균일하게 샤워형태로 공급될 수 있다. 또한, 반도체기판(W)의 가열 및 열보존은 램프히터(917)에 의하여 직접적으로 균일하게 수행될 수 있다. 램프히터(917)는 반도체기판(W) 및 도금액 뿐만 아니라 주위공기도 가열하므로, 반도체기판(W)상의 열보존효과를 가져온다.
램프히터(917)에 의한 반도체기판(W)의 직접가열은 비교적 큰 전력을 소모하는 램프히터(917)를 필요로 한다. 이러한 램프히터(917)를 대신하여, 이면히터(915)를 가지고 주로 반도체기판(W)을 가열하고, 램프히터(917)에 의하여 주로 도금액 및 주위공기의 열보존을 수행하도록 비교적 적은 전력을 소모하는 램프히터(917) 및 도 28에 도시된 이면히터(915)가 조합하여 사용될 수 있다. 상술된 실시예와 동일한 방식으로, 반도체기판(W)을 직접 또는 간접적으로 냉각시키기 위한 수단이 온도제어를 수행하도록 제공될 수 있다.
상술된 캡도금은 무전해도금공정에 의하여 수행되는 것이 바람직하지만, 전기도금공정에 의하여 수행될 수도 있다.
본 발명의 소정의 바람직한 실시예가 상세하게 도시되고 기술되었지만, 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않으면서, 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 유의하여야 한다.
본 발명은 구리로 도금하여, 반도체기판의 표면에 형성되는 배선을 위한 미세한 후퇴부를 채워, 구리배선을 형성하는데 사용되는 도금장치 및 도금방법에 관한 것이다.

Claims (22)

  1. 도금장치에 있어서,
    도금액을 포함하고 있는 도금조;
    상기 도금조에 담궈지는 양극;
    기판을 잡아주고 상기 기판의 표면을 도금액의 표면과 접촉하도록 배치하기 위한 헤드부;
    상기 헤드부를 회전시키기 위한 구동기구; 및
    상기 헤드부에 의하여 유지된 상기 기판이 수평면에 대하여 기울어지도록 상기 헤드부를 기울이는 틸트기구를 포함하고,
    상기 틸트기구는 상기 헤드부를 지지하는 상기 구동기구를, 그 틸트 받침점(tilt fulcrum)을 중심으로 기울이도록 구성되며, 상기 틸트기구의 상기 틸트 받침점은 상기 도금조에 유지된 도금액의 표면에 의하여 형성된 평면과 실질적으로 동일한 평면에 위치되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도금조에는 도금액 표면의 중앙부에서 도금액의 표면을 부풀어 오르게 하기 위하여 분사수단(jet means)이 제공되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분사수단은 도금액분출노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동기구는 상기 헤드부를 회전시키기 위한 모터를 갖고, 상기 헤드부는 상기 모터의 출력샤프트에 연결되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구동기구는 상기 모터를 수직으로 이동시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 틸트기구는 상기 헤드부에 의하여 유지된 상기 기판을 상기 수평면에 대하여 2°내지 10°범위로 기울이도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 틸트기구에는 상기 틸트기구가 역방향으로 기울어지는 것을 막기 위하여 스토퍼가 제공되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 도금조는 도금공정시 공급되는 도금액의 양의 규모에 대처하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 헤드부는 그 안에 통기구를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 헤드부에는 상기 기판의 센터링을 수행하기 위한 기판센터링기구가 제공되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
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  21. 삭제
  22. 삭제
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