KR101087229B1 - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 기판을 유지하는 기판 홀더는 회전부재의 회전에 의하여 약액 유지조의 외부공간과 내부공간을 이동한다. 기판 홀더가 회전에 의하여 이동됨으로써 기판은 그 일부분부터 침지가 시작되어 순차적으로 전체면까지 약액에 침지된다. 이에 의하여 기판의 침지시, 패턴에 가해지는 스트레스(stress)가 최소화되며, 침지과정에서 약액중에 발생한 기포는 패턴내에 정체되지 않으므로 패턴불량을 최소화 된다.

기판, 약액, 기판홀더, 회전부재

Description

기판 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING SUBSTRATE}

본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 기판에 금속도금처리를 실시하는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근에는 반도체 기판상에 배선회로를 형성하기 위한 재료로서 알루미늄이나, 알루미늄 합금을 사용하는 대신에 전기저항이 작고 일렉트로마이그레이션 저항(electromigration resistance)이 큰 구리(Cu)를 사용하고자 한다. 일반적으로 구리 배선은 기판의 표면에 형성된 배선 패턴 트렌치에 구리를 채워 넣음으로써 형성된다. 이러한 구리 배선을 생성하는 기술의 하나로서, 도금 공정은 기판상에 구리나 그 합금을 금속층에 적층시켜 구리배선을 형성하기에 가장 효율적이다. 도금공정은 양극전극으로부터 용해된 구리이온(Cu²⁺)을 함유하는 약액에 기판을 침지시켜, 기판의 표면에 형성된 배선 패턴 트렌치에 구리를 채워 넣음으로써 구리 배선을 형성한다.

도금공정 중 기판을 약액에 침지시키는 과정에 있어서, 종래 기술은 패턴면이 지면과 나란하도록 기판을 유지하는 기판홀더가 그 하부에 위치하는 약액유지조 로 하강하여 기판을 침지시킨다. 이때, 기판은 지면과 나란하도록 유지되므로 기판의 패턴면은 전체면이 동시에 약액에 침지된다.

이와 같이, 기판(W)의 전체면이 동시에 약액에 침지되는 경우, 침지로 인한 약액의 저항력이 기판의 전체면에 동시에 전달되어 기판(W)에 형성된 패턴에 많은 스트레스(stress)가 가해진다. 그리고, 침지과정에서 발생하는 난류(亂流)로 인하여 약액중에 기포가 발생하며, 발생한 기포는 부력에 의해 상승되어 패턴내에 정체된다. 패턴내에 정체하는 기포는 도금공정에서 패턴불량을 일으키는 원인이 된다.

본 발명의 목적은 기판에 형성된 패턴에 가해지는 스트레스(stress)를 최소화하는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 목적은 기포로 인한 도금불량을 최소화하는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명은 기판 도금 장치를 제공한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 기판 도금 장치는 상부가 개방된 공간을 가지며, 상기 공간내에 약액을 유지할 수 있는 약액 유지조; 하부에 기판을 유지하는 기판 홀더를 포함하되, 상기 기판 홀더를 회전에 의하여 준비위치인 상기 공간 외부의 제1위치와 공정위치인 상기 공간 내부의 제2위치 사이를 이동시키는 회전부재를 포함한다.

상기 제1위치에서 상기 기판홀더의 저면과 지면이 이루는 제1각도와 상기 제2위치에서 상기 저면과 상기 지면이 이루는 제2각도는 서로 상이하다.

상기 회전부재는 제1방향으로 긴 로드형상으로 그 일단이 상기 기판 홀더와 결합하는 수평아암; 및 상기 제1방향에 수직한 제2방향으로 긴 로드형상으로, 상기 수평아암의 타단과 결합하여 상기 수평아암을 지지하는 수직아암을 포함하되, 상기 제2방향은 상기 지면에 수직한 방향이다. 상기 기판 홀더는 상기 제1방향 및 상기 제2방향에 수직한 제3방향을 축으로 회전한다.

상기 수평아암을 상기 제2방향으로 승강시키는 구동부를 더 포함한다.

상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 약액을 유지하는 약액 처리조에 기판을 침지시켜 기판을 처리한다. 본 발명의 기판 처리 방법은 기판이 지면과 제1각도를 이루도록 기판 홀더를 약액 처리조의 외부에 위치시키는 준비단계; 및 상기 기판을 상기 지면과 나란하도록 회전에 의하여 상기 약액에 침지시키는 침지단계를 포함하되, 상기 제1각도는 0°초과 180°이하이다.

상기 준비단계와 상기 침지단계 사이에는 상기 기판이 상기 지면과 상기 제1각도와 상이한 제2각도를 이루도록 회전에 의해 상기 기판홀더를 상기 약액 처리조의 상부에 위치시키는 준비단계; 및 상기 제 2 각도를 유지하며 상기 기판 홀더를 하강시키는 하강단계를 더 포함한다. 상기 제2각도는 0°초과 10°이하다.

또한, 본 발명의 기판 처리 방법은 약액 처리조에 약액을 채우는 단계; 기판을 상기 약액 내에 침지시키는 단계를 포함하되, 상기 기판은 그 일부분부터 침지가 시작되어 순차적으로 전체면까지 침지된다. 상기 기판은 회전에 의하여 상기 약액에 침지된다. 그리고, 상기 기판은 지면과 평행한 상태에서 처리 공정이 진행된다.

본 발명에 의하면, 기판이 일부분부터 전체면으로 침지가 일어나므로 패턴에 가해지는 스트레스를 최소화 할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 패턴에 정체하는 기포의 제거가 용이하여 기포로 인한 도금불량을 최소화 할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 2d를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 간략하게 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 약액을 유지하는 약액 유지부(100), 하부에 기판을 유지하며, 회전에 의하여 기판을 약액에 침지시키는 기판 홀더(210), 그리고 기판홀더를 회전시키는 회전부재(220)를 포함한다.

약액 유지부(100)는 양극부(110), 약액 유지조(121), 약액 공급관(124), 그리고 바울(131)을 포함한다.이하, 각 구성에 대해 상세하게 설명한다.

양극부(110)는 양극 전극(112)에서 용해된 양이온을 약액 유지조(121)에 공급하는 역할을 하는 것으로, 양극조(111), 양극전극(112), 홀딩부재(113), 그리고 이온 교환막(114)을 포함한다. 양극조(111)는 후술하는 약액 유지조(121)의 내부에 배치되며, 원통형상으로 상부가 개방된 내부공간을 갖는다. 양극조(111)의 내부공간에는 양극전극(112)이 구비된다. 양극 전극(112)은 원판형상으로 제공되며, 양극조(111)의 내부공간 하부에 배치된다. 양극전극(112)은 그 외주면이 양극조(111)의 내측벽과 접촉한다. 양극전극(112)은 양극조(111)에 유지되는 약액으로 양이온을 제공한다. 실시예에 의하면, 양극전극(112)으로 구리(Cu)판이 제공된다. 양극전극(112)으로 소정의 전압이 인가되면, 양극전극(112)으로부터 Cu²⁺의 양이온이 약액으로 용해된다. 홀딩부재(113)는 양극조(111)의 상단에 환형 링 형상으로 제공되며, 원주방향을 따라 내측면에 이온교환막(114)이 삽입되는 홈을 형성한다. 이온교환막(114)은 양극조(111)의 내부공간에서 양극전극(112)의 상부에 배치되며, 홀딩부재(113)에 형성된 홈에 삽입된다. 이온교환막(114)은 양극전극(112)에서 용해된 Cu²⁺의 양이온만을 통과시킨다.

약액 유지조(121)는 상부가 개방된 내부공간을 갖는 원통형상으로, 약액조(111)를 감싸도록 제공된다. 내부공간의 하부에는 약액조(111)가 배치되며, 저면의 외주단으로부터 위쪽방향으로 측벽이 제공된다. 측벽의 상단은 약액조(111) 의 상단보다 높게 제공된다. 약액유지조(121)는 후술하는 약액공급관(123)을 통하여 제공된 약액을 유지한다. 약액 유지조(121)의 내부공간은 유지되는 약액으로 기판(W)을 침지시켜 기판 처리공정이 진행되는 공간을 제공한다.

약액공급관(123)은 상하면이 개방된 원통형상으로, 내부에 약액이 공급되는 통로(124)를 갖는다. 약액공급관(123)은 약액 유지조(121)의 저면과 약액조(111)의 저면을 관통하여 그 상면이 양극전극(112)의 상부에 놓이도록 약액조(111)의 내부공간에 제공된다. 약액공급관(123)은 약액저장부(미도시)에 저장된 약액이 약액공급라인(미도시)을 거쳐 약액조(121)의 내부공간으로 공급되는 통로로 제공된다. 공급되는 약액은 황산구리(CuSO₄)용액이다.

바울(131)은 약액 유지조(121)를 감싸도록 제공된다. 바울(131)은 기판(W)의 침지로 인하여 약액 유지조(121)에서 오버플로우(overflow)된 약액을 회수한다. 바울(131)의 저면에는 배수구(132)가 형성된다. 배수구(132)는 바울(131)에 회수된 약액이 회수라인(미도시)을 거쳐 약액 회수탱크(미도시)로 이동하는 통로를 제공한다.

기판 홀더(210)는 약액 유지부(100)의 상부에 위치하며, 그 하부에 기판(W)을 유지한다. 기판 홀더(210)는 후술하는 회전부재(220)의 회전에 의하여 제1방향(3) 및 제2방향(4)에 수직한 제3방향(5)을 축으로 회전한다. 기판홀더(210)는 회전부재(220)의 회전에 의하여 준비위치인 약액유지조(121) 공간 외부의 제1위치(A)와 공정위치인 약액 유지조(121)의 공간 내부의 제2위치(B) 사이를 이동한 다. 회전부재(220)의 회전에 의하여 제1위치(A)에서 기판홀더(210)의 저면과 지면과 제1각도(θ₁)를 이루며, 제2위치(B)에서 기판홀더(210)의 저면과 지면이 제2각도(θ₂)를 이룬다. 제1각도(θ₁)와 제2각도(θ₂)는 서로 상이하다. 기판홀더(210)는 지지플레이트(211)와 지지핀(212)을 포함한다.

지지플레이트(211)는 원판형상으로 상부플레이트(211a)와 상부플레이트(211a)보다 작은 지름을 갖는 하부플레이트(211b)로 구성된다. 기판(W)은 하부플레이트(211b)의 하면에 유지되며, 상부플레이트(211a)의 상면에는 수평아암(221)이 결합한다. 상부플레이트(211a)의 하면에는 외주부를 따라 복수개의 지지핀(212)이 서로 이격하여 구비된다.

지지핀(212)은 그 상부가 상부플레이트(211a)의 하면으로부터 아래방향으로 돌출되고, 그 하부는 상부로부터 소정의 각도로 꺽여진 형상으로 전체적으로 'L' 형상을 갖는다. 지지핀(212)은 기판(W) 도금면의 외주부와 접촉한다. 지지핀(212)은 상부플레이트(211a)의 하면으로부터 그 하부로 이동이 가능하며, 기판(W)의 비도금면이 하부플레이트(212b)의 하면과 밀착되도록 기판(W)을 가압한다.

회전부재(220)는 회전에 의하여 기판 홀더(210)를 이동시키는 것으로, 수평아암(221), 연결부재(222), 수직아암(223), 그리고 구동부(224)를 포함한다.

수평아암(221)은 제1방향(3)으로 긴 로드형상으로 그 일단이 기판 홀더(210)와 결합한다. 구체적으로 수평아암(221)은 지면과 나란한 제1방향(3)으로 긴 로드형상을 가지며, 그 일단이 상부플레이트(211a)의 상면과 결합하고, 타단이 연결부 재(222)와 결합한다. 수평아암(221)은 구동부(224)의 구동에 의하여 연결부재(222)를 중심으로 회전되며, 수직아암(223)의 승강에 의하여 지면에 수직한 제2방향(4)으로 승강된다. 수평아암(221)의 회전으로 기판 홀더(210)는 약액 유지조(121)의 외부와 내부공간을 이동한다.

연결부재(222)는 제1방향(3)으로 제공되는 수평아암(221)의 타단과 제1방향(3)에 수직한 제2방향(4)으로 제공되는 수직아암(223)의 일단을 연결한다. 연결부재(222)는 수평아암(221)이 제1방향(3)과 제2방향(4)에 수직한 제3방향(5)을 축으로 회전될 수 있도록 수평아암(221)과 수직아암(223)을 연결한다.

수직아암(223)은 제1방향(3)에 수직한 제2방향(4)으로 긴 로드형상으로, 상단은 수평아암(221)의 타단과 결합하며 수평아암(221)을 지지한다. 구체적으로 수직아암(223)은 지면에 수직한 제2방향(4)으로 제공되는 긴 로드형상을 가지며, 그 상단은 수평아암(221)과 결합하고, 그 하단은 구동부(224)와 결합한다. 수직아암(223)은 구동부(224)의 구동에 의하여 제2방향(4)으로 승강한다.

구동부(224)는 수직아암(223)의 하단에 구비된다. 구동부(224)는 수직아암(223)을 제2방향(4)으로 승강시키며, 제3방향(5)을 축으로 수평아암(221)을 회전시킨다.

이하, 본 발명이 실시예에 따른 기판 처리 방법을 설명한다.

도 2a 내지 2d는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 도면이다.

도 2a 내지 2d를 참조하면, 기판 처리 방법은 약액을 유지하는 약액 처리조(121)에 기판(W)을 침지시켜 기판(W)을 처리한다.

기판 처리 방법은 기판(W)이 지면(2)과 제1각도(θ₁)를 이루도록 기판 홀더(210)를 약액 처리조(121)의 외부에 위치시키는 준비단계, 기판(W)이 지면과 제2각도(θ₂)를 이루도록 회전에 의해 상기 기판홀더(210)를 상기 약액 처리조(121)의 상부에 위치시키는 중간단계, 제2각도(θ₂)를 유지하며 기판 홀더(210)를 하강시키는 하강단계, 그리고 기판(W)을 지면(2)과 나란하도록 회전에 의하여 약액에 침지시키는 침지단계를 포함한다. 제1각도(θ₁)는 0°초과 180°이하의 값을 가지며, 제2각도(θ₂)는 0°초과 10°이하의 값을 갖는다.

기판 처리 방법을 상세하게 설명하면, 먼저, 약액 유지조(121)에 약액이 채워진다. 약액 공급관(124)을 통하여 약액이 약액 유지조(124)에 공급되어 측벽 상단까지 약액이 채워진다. 그리고 기판 홀더(210)는 준비위치인 제1위치(A)에 위치한다. 제1위치(A)는 약액 유지조(121)의 외부이다. 제1위치(A)에서 기판(W)은 비도금면이 지지플레이트(211)의 하면과 밀착하도록 유지되어 기판 처리 공정을 준비한다. 기판 홀더(210)에 유지된 기판은 제1위치(A)에서 지면(2)과 제1각도(θ₁)를 이룬다. 제1각도(θ₁)는 0°초과 180°이하의 값을 갖는다.

제1위치(A)에서 기판 처리 공정을 준비하는 기판 홀더(210)는 수평로드(221)의 회전에 의하여 약액 유지조(121)의 상부로 이동한다. 기판(W)은 지면(2)과 제2 각도(θ₂)를 유지한다. 제2각도(θ₂)는 제1각도(θ₁)와 상이한 값을 가지며, 구체적으로 0°초과 10°이하의 값을 갖는다.

약액 유지조(121)의 상부로 이동한 기판 홀더(210)는 기판(W)이 지면(2)과 제2각도(θ₂)를 유지하며 하강한다. 기판 홀더(210)의 하강은 수직로드(223)가 제2방향(4)으로 하강함에 따라 일어난다. 기판 홀더(210)는 약액의 상면과 인접한 위치까지 하강한다.

하강한 기판홀더(210)는 기판(W)이 지면(2)과 나란하도록 회전된다. 기판홀더(210)는 수평로드(221)의 회전에 의하여 회전된다. 기판홀더(210)의 회전에 의하여, 기판(W)은 그 일부분부터 침지가 시작되어 순차적으로 전체면까지 침지된다. 침지된 기판(W)은 지면(2)과 평행한 상태에서 처리 공정에 제공된다.

종래 기술에 의하면, 기판(W) 전체면이 동시에 약액에 침지되는 경우, 기판(W)에 형성된 패턴에 많은 스트레스(stress)가 가해지고, 침지로 인하여 약액중에 발생한 기포가 패턴내에 정체되어 도금공정에서 패턴불량을 일으키는 원인이 되었다. 그러나, 본 발명과 같이, 기판(W)이 일부분부터 순차적으로 전체면으로 약액에 침지되는 경우, 패턴에 가해지는 스트레스(stress)가 최소화 되며, 침지과정에서 약액중에 발생한 기포는 부력에 의하여 제2각도(θ₂)로 경사진 도금면을 따라 상승하여 대기중으로 이동하므로 패턴내에 정체되지 않는다. 따라서, 기판(W)의 도금공정에서 패턴불량을 최소화 할 수 있다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 간략하게 나타내는 단면도이다.

도 2a 내지 2d는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 도면이다.

Claims (11)

1. 상부가 개방된 공간을 가지며, 상기 공간 내에 약액을 유지할 수 있는 약액 유지조와;

   하부에 기판을 유지하는 기판 홀더와;

   상기 기판 홀더를 상기 공간의 외부와 상기 공간의 내부 간에 회전 이동시키는 회전부재와;

   상기 약액으로 양이온을 용해시키는 양극부를 포함하되;

   상기 양극부는,

   상기 공간 내에 배치되며, 상부가 개방된 양극조와;

   상기 양극조 내에 배치되며, 상기 양이온을 제공하는 양극전극과;

   상기 양극조 내에서 상기 양극전극보다 상부에 위치하고, 상기 양극전극에서 용해된 양이온만을 통과시키는 이온교환막을 포함하고,

   상기 기판홀더의 저면과 지면이 이루는 각도는 상기 공간의 외부와 상기 공간의 내부에서 서로 상이한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전부재는

   제1방향으로 긴 로드형상으로 그 일단이 상기 기판 홀더와 결합하는 수평아암; 및

   상기 제1방향에 수직한 제2방향으로 긴 로드형상으로, 상기 수평아암의 타단과 결합하여 상기 수평아암을 지지하는 수직아암을 포함하되,

   상기 제2방향은 상기 지면에 수직한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 기판 홀더는 상기 제1방향 및 상기 제2방향에 수직한 제3방향을 축으로 회전 이동하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 수평아암을 상기 제2방향으로 승강시키는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
6. 제1항의 기판처리장치를 이용하여 상기 기판을 도금 처리하는 기판 처리 방법에 있어서,

   상기 기판은 그 일부분부터 상기 약액 내에 침지되어 순차적으로 전체가 상기 약액 내에 침지되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 기판은 침지되기 전에,

   상기 기판은 상기 지면과 일정 각도를 유지하며 상기 약액의 상부로 인접하게 이동되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 제 6 항에 있어서,

    상기 기판은 약액 내에서 상기 지면과 평행하게 유지된 상태에서 도금 처리가 진행되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.

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