KR20030007468A - 기판처리장치 - Google Patents

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KR20030007468A
KR20030007468A KR1020027012199A KR20027012199A KR20030007468A KR 20030007468 A KR20030007468 A KR 20030007468A KR 1020027012199 A KR1020027012199 A KR 1020027012199A KR 20027012199 A KR20027012199 A KR 20027012199A KR 20030007468 A KR20030007468 A KR 20030007468A
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unit
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KR1020027012199A
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구메카와마사유키
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가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명에 따른 기판처리장치는 도금조(44)를 구비하여 그 내부에 도금액을 보유하는 도금부(32) 및 기판(W)을 유지시키고 도금조(44)내의 도금액속으로 기판(W)을 담그는 헤드조립체(42)를 포함한다. 도금액속에서 기판(W)의 표면에는 도금막이 형성된다. 상기 기판처리장치는, 도금된 기판(W)의 주변에지와 상기 기판과 접촉하여 유지되는 기판접촉부(112)를 세정하는 세정부(34), 및 도금부(32)와 세정부(34) 사이에서 헤드조립체(42)를 이동시키는 구동기구(170)를 더욱 포함한다.

Description

기판처리장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
최근에는, 기판의 표면에 형성된 미세한 배선트렌치 또는 비아홀을 충전시키기 위하여, 트렌치 또는 비아홀내에 매립된 배선을 형성하도록 알루미늄 또는 알루미늄계 재료보다 작은 전기비저항을 가지는 구리와 같은 금속으로 반도체기판과 같은 기판을 도금하는 기판처리장치(도금장치)를 사용하는 것이 일반화 되어 있다.
도 1은 하향도금장치(facedown plating apparatus)의 종래형태를 나타내고 있는 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 하향도금장치는 내부에 도금액(310)을 보유하는 상향개방식 원통도금조(312) 및 그 위에 반도체기판과 같은 기판(W)을 상기 기판(W)의 표면이 아래쪽을 향하는 상태로 분리가능하게 유지시키는 헤드(314)를 포함한다. 헤드(314)는 도금조(312)의 상향개방된 끝단부를 덮도록 위치된다. 도금조(312)에서, 편평한 양극판(316)은 수평방향으로 배치되어 도금액(310)속에 담궈진다. 양극판(316)은 양극전극으로서의 역할을 한다. 헤드(314)에 의하여 유지되는 기판(W)은 헤드(314)상에 제공되는 전극접점에 의하여 음극전극에연결되는 주변에지를 가진다. 양극판(316)은 다공성 또는 메시형(mesh-like) 재료로 만들어진다.
도금조(312)의 저부중심은 도금조(312)내의 도금액의 상향흐름을 형성하는 도금액분출관(318)에 연결된다. 도금조(312)의 상부는 도금액조(312)을 넘치는 도금액을 수용하는 도금액저장실(320)로 둘러싸여 있다. 도금액분출관(318)은 도금액조절탱크(322)로부터 연장된 도금액공급관(328)에 연결된다. 도금액공급관(328)은 펌프(324)와 그것에 연결된 필터(326)를 가진다. 도금액조절탱크(322)는 도금액저장실(320)로부터 연장된 도금액회송관(330)에 연결된다.
종래의 도금장치는 다음과 같이 작동한다. 기판(W)은 헤드(314)에 의하여 기판(W)의 표면이 아래쪽을 향하는 상태로 유지되고, 도금조(312)의 도금액(310)내에 잠기도록 도금조(312)까지 아랫쪽으로 도입된다. 소정의 전압이 양극판(316)(양극전극)과 기판(W)(음극전극) 사이에 인가되고 있는 동안, 도금액조절탱크(322)내의 도금액은 도금액분출관(318)에 의하여 도금조(312)의 저부로부터 윗쪽으로 분출되고, 제트(jet)로서 기판(W)의 하면(피도금면)에 대하여 수직방향으로 가해진다. 이러한 방식으로, 양극판(316)과 기판(W) 사이에 전류가 흐르는 동안 도금막이 기판(W)의 하면에 형성된다. 이 때 도금조(312)를 넘쳐흐르는 도금액(310)은 도금액저장실(320)에 의하여 회수되어 도금액회송관(330)을 통해 도금액조절탱크(322)로 회송된다.
상술된 바와 같이, 기판은 도금조내의 도금액속에 담궈진다. 기판의 주변에지가 건조상태로 헤드상에 제공되는 음극전극에 연결되는 경우에, 기판의 주변에지에 연결되는 전극접점은 도금액으로부터 완전히 밀봉되는 것이 바람직하다. 따라서, 전극접점은 밀봉부재에 의하여 도금액으로부터 밀봉된다. 하지만, 도금처리가 연속적으로 수행되는 경우에, 잔류도금액은 밀봉부재상에서 퇴적 및 결정화되려는 경향이 있다. 밀봉부재상에 있는 도금액의 결정화된 잔류물은 밀봉부재의 밀봉능력을 저하시켜, 그 결과, 기판과 음극전극 사이의 전기전도성을 열화시키기 쉽다. 또한, 기판이 도금된 직후에, 기판상에 잔류하는 도금액에 의하여 기판의 표면에 산화막이 형성되기 쉽다. 따라서, 기판이 도금된 후에는, 잔류하는 도금액을 순수 등으로 대체하기 위해 기판 및 밀봉부재를 순수 등을 이용하여 바로 세정할 필요가 있다.
종래의 제트 도금장치에서, 도금될 기판은 수평방향으로 유지되어 기판의 하면을 도금액의 표면(오버플로우 표면)과 접촉시키기 위하여 도금조속으로 하강시킨 다음, 기판의 전체 하면이 도금액내에 잠길때까지 더욱 하강시킨다. 따라서, 기판이 도금액내에 잠길 때, 전극접점 및 밀봉부재를 포함하는 구성요소의 하향 오버행부(overhung portions), 즉, 기판접촉부 때문에 기판의 하면상에 공기방울이 잔류하려는 경향이 있다. 잔류공기방울은 일반적으로 도금막이 기판의 표면에 형성되는 것을 방해하며, 도금막내의 보이드와 같은 결함을 발생시키기 쉽다.
본 발명은 기판을 처리하는 기판처리장치에 관한 것으로, 특히, 반도체기판에 형성된 배선 후퇴부내에 구리 등과 같은 금속을 충전시키는 기판처리장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 도금장치를 나타내고 있는 종단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내고 있는 평면도,
도 3은 도 2에 나타낸 기판처리장치의 도금유닛을 나타내고 있는 평면도,
도 4는 도 3에 나타낸 도금유닛의 정면도,
도 5는 도 3에 나타낸 도금유닛의 측면도,
도 6은 도 3에 나타낸 도금유닛의 도금부를 나타내고 있는 수직단면도,
도 7은 도 3에 나타낸 도금유닛의 선회아암 및 헤드조립체를 나타내고 있는 종단면도,
도 8은 도 3에 나타낸 도금유닛의 기판유지 아암조립체를 나타내고 있는 평면도,
도 9는 도 8의 IX-IX 선을 따라 취한 단면도,
도 10은 도 9에 나타낸 기판접촉부를 나타내고 있는 확대단면도,
도 11은 도 7에 나타낸 헤드조립체와 기판유지 아암조립체의 회전축이 서로 연결되는 영역을 나타내고 있는 확대단면도,
도 12는 도 3에 나타낸 도금유닛의 세정부를 나타내고 있는 정면도,
도 13은 도 3에 나타낸 도금유닛의 구동기구를 나타내고 있는 평면도,
도 14는 도 13에 나타낸 구동기구의 측면도,
도 15는 도 13의 XV-XV 선을 따라 취한 단면도,
도 16은 도 13의 XVI-XVI 선을 따라 취한 단면도,
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도금유닛을 나타내고 있는 평면도,
도 18은 기판도금장치의 일 예시의 평면도,
도 19는 도 18에 나타낸 기판도금장치의 공기흐름(airflow)을 나타내고 있는 개략도,
도 20은 도 18에 나타낸 기판도금장치의 영역들 사이에서의 공기흐름을 나타내고 있는 단면도,
도 21은 도 18에 나타낸, 클린룸내에 위치한 기판도금장치의 사시도,
도 22는 기판도금장치의 다른 예시의 평면도,
도 23은 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도,
도 24는 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도,
도 25는 반도체기판처리장치의 평면구성의 예시를 나타내고 있는 도면,
도 26은 반도체기판처리장치의 다른 평면구성의 예시를 나타내고 있는 도면,
도 27은 반도체기판처리장치의 또 다른 평면구성을 나타내고 있는 도면,
도 28은 반도체기판처리장치의 또 다른 평면구성을 나타내고 있는 도면,
도 29는 반도체기판처리장치의 또 다른 평면구성을 나타내고 있는 도면,
도 30은 반도체기판처리장치의 또 다른 평면구성을 나타내고 있는 도면,
도 31은 도 30에 예시된 반도체기판처리장치의 각 단계의 흐름을 나타내고 있는 도면,
도 32는 베벨 및 이면 세정유닛의 개략적인 구성의 예시를 나타내고 있는 도면,
도 33은 무전해도금장치의 일 예시의 개략적 구성을 나타내고 있는 도면,
도 34는 무전해도금장치의 다른 예시의 개략적 구성을 나타내고 있는 도면,
도 35는 어닐링유닛의 일 예시의 수직단면도,
도 36은 어닐링유닛의 횡단면도이다.
본 발명은 상기 결점을 고려하여 만들어졌다. 따라서, 본 발명의 목적은 기판 및 기판과 접촉되어 유지되는 기판접촉부를 효과적으로 세정하여 그로부터 도금액을 제거하고, 기판이 도금액에 접촉하기 쉽도록 개선하여 고품질의 처리를 수행할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 형태에 따르면, 기판을 잡아주는 헤드조립체; 및 기판조립체에 의하여 유지되는 기판상에서 각각의 처리를 수행하는 복수의 기판처리부를 포함하는, 기판을 처리하기 위한 기판처리장치가 제공되며, 여기서, 헤드조립체는 기판이 유지되는 동안 기판처리부들 사이에서 이동가능하고, 기판상에서의 각각의 처리는 각각의 기판처리부에서 연속적으로 수행된다.
바람직하게는, 기판처리부 중 하나는 기판을 도금하는 도금부를 포함하고, 다른 하나는 기판을 세정하는 세정부를 포함한다. 특히, 기판처리장치(도금장치)는, 그 안에 도금액을 보유하는 도금조; 기판을 유지하고 기판의 표면에 도금막을 형성하기 위해 도금조의 도금액내로 기판을 담그는 헤드조립체; 도금된 기판의 주변에지와 기판과 접촉되어 유지되는 기판접촉부를 세정하는 세정부; 및 도금부와 세정부 사이에서 헤드조립체를 이동시키는 구동기구를 포함한다.
이러한 배치에 의하여, 헤드조립체에 의하여 기판이 유지되는 상태로 기판의 하면 및 기판접촉부를 세정할 수 있기 때문에, 기판 및 기판접촉부에 묻어있는 도금액이 결정화되는 것을 효과적으로 방지한다. 따라서, 높은 전기전도성을 유지하면서 기판접촉부의 내구성을 키우고 고품질의 도금처리가 수행될 수 있다.
세정부는 세정된 기판을 건조시키기 위하여 청정가스(clean gas), 예를 들어, 질소를 가하는 에어블로어를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 세정부는 기판을 건조시키기 위하여 고속으로 기판을 회전시킬 수 있다. 이러한 배치에 의하여, 세정처리뿐 아니라 건조처리 또한 하나의 유닛안에서 수행될 수 있다. 그러므로, 기판처리장치는 컴팩트한 구조를 가진다. 더욱이, 기판접촉부는 항상 건조한 상태로 유지될 수 있다.
헤드조립체는 기판을 경사지게 지지하는 틸팅기구(tilting mechanism)를 포함할 수 있다. 이러한 배치에 의하여, 기판의 피도금면은 기판이 수평면에 대하여 경사진 상태로 도금액의 오버플로우 표면과 접촉될 수 있다. 따라서, 기판이 도금액과 접촉하는 성향이 개선되어, 도금액이 기판과 원활하게 접촉하고 기판의 피도금면에 공기방울이 잔류하는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 기판은 헤드조립체의 회전축을 수직으로 유지시키면서 큰 각도로 경사지게 할 수 있으므로, 그것의 틸팅작업을 위해 기판을 용이하게 제어하고 줄어든 하중으로 경사지게 할 수 있다.
상기 부분들은 단일 커버내에 수납될 수 있다. 도금조 주위에서는 연무(mist)가 발생하여, 부식성이 높은 환경이 도금조 주위에 조성되기 쉽다. 상기 커버는 연무가 확산되는 것을 막아주는데 효과적이다. 구동기구가 커버의 바깥쪽에 배치된다면, 구동기구에 의하여 발생된 입자들이 도금부 및 기타 부분으로 미립자들이 칩입하는 것이 방지되고, 도금처리중 발생된 연무가 구동기구에 악영향을 미치는 것을 막아 구동기구의 내구성이 향상된다. 또한, 도금부 및 세정부가 서로 분리된다면, 세정액은 도금조의 도금액과 혼합되지 않는다. 따라서, 도금액의 농도는 혼합되는 세정액에 의하여 변화되지 않는다. 도금부 및 세정부가 서로 합체될 수 있으므로, 전체 기판처리장치는 컴팩트한 구조를 가진다.
본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 이점은 예시의 방식으로 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 있는 첨부도면과 연계하여 다루어지는 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치가 도 2 내지 도 16을 참조하여 후술될 것이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내고 있는 평면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치는 기판의 표면을 구리 등과 같은 금속으로 도금하는 도금장치로서의 역할을 한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 기판처리장치는 직사각형하우징(1)내에 위치하며, 그 안에서 반도체기판과 같은 복수의 기판이 연속적으로 도금된다. 기판처리장치(도금장치)는 복수의 기판을 각각 저장하기 위한 한쌍의 로딩/언로딩유닛(10), 도금된 표면을 화학액으로 세정하는 한쌍의 베벨에칭/화학세정/건조유닛(16), 그 위에서 기판을 유지하고 기판을 반전시키는 한 쌍의 기판스테이지(18) 및 기판을 도금하고 도금된 기판을 세정하는 4개의 도금유닛(22)을 포함한다. 하우징(1)은 그 안에, 로딩/언로딩유닛(10), 베벨에칭/화학세정/건조유닛(16) 및 기판스테이지(18) 사이에서 기판을 이송하는 제1이송장치(24) 및 기판스테이지(18)와 도금유닛(22) 사이에서 기판을 이송하는 제2이송장치(28)를 가진다.
기판들은 각 기판의 피가공면(face side)(반도체디바이스가 형성되어 있는 표면 또는 처리될 표면)이 윗쪽을 향하는 상태로 카세트내에 수용된다. 기판을 수용하는 카세트는 로딩/언로딩유닛(10) 중 하나상에 위치된다. 제1이송장치(24)는 카세트로부터 기판을 집어올려 기판스테이지(18) 중 하나로 이송시키고, 기판스테이지(18)상에 위치시킨다. 기판스테이지(18)상에서, 상기 기판은 기판스테이지(18)에 제공되는 인버터에 의하여 그것의 피가공면이 아랫쪽을 향하도록 윗면이 아래쪽으로 회전, 즉, 반전된다. 그 다음, 반전된 기판은 기판스테이지(18)로부터 제2이송장치(28)로 이송된다. 제2이송장치(28)는 기판을 기판의 도금처리가 수행되는 도금유닛(22) 중 하나의 헤드조립체(후술함)로 이송한다.
본 실시예에 따른 도금장치의 도금유닛(22)에 대해 후술된다. 모두 4개의 도금유닛(22)은 구조적으로 동일하기 때문에, 그들 중 하나만을 상세히 후술하기로 한다. 도 3은 본 실시예에 따른 도금유닛(22)을 나타내는 평면도, 도 4는 도 3에 나타낸 도금유닛(22)의 정면도, 도 5는 도 3에 나타낸 도금유닛(22)의 측면도이다.
도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 도금유닛(22)은 분할벽(30)에 의하여 2개의 기판처리부, 즉, 기판(W)을 도금하는 도금부(32)와 도금된 기판(W)을 세정하는 세정부(34)로 나누어진다. 세정부(34)는 기판(W)을 수용 및 이송하고, 기판(W)을 전처리하고, 도금된 기판(W)을 세정 및 건조시키는 기능을 가진다.
도금부(32) 및 세정부(34)는 커버(36)로 보호된다. 세정부(34) 부근의 커버(36)의 측면 패널에는 개구부(36a)가 형성되어 있고, 개구부(36a)를 개폐할 수 있는 셔터(38)가 개구부(36a)내에 배치된다. 셔터(38)가 도금유닛(22)의 내부를 밀봉시키기 위하여 개구부(36)를 폐쇄시키는 경우, 도금처리시 도금유닛(22)에서 발생되는 연무가 도금유닛(22)으로부터 확산되는 것을 방지한다.
도금유닛(22)의 내부에는 도금부(32)와 세정부(34) 사이에 그것의 피봇 끝단부(pivoted end)를 중심으로 하는 선회운동을 위하여 배치되는 선회아암(40)을 가진다. 선회아암(40)은 자유끝단부에 매달려 있는 헤드조립체(42)에 연결되는 상기 자유끝단부를 가져 기판(W)을 유지시킨다. 선회아암(40)이 그것의 피봇끝단부를 중심으로 하여 각이동하면, 헤드조립체(42)는 도금부(32)의 도금위치(P)와 세정부(34)의 세정위치(Q) 사이에서 각이동된다.
대안적으로, 도금유닛(22)은 선회아암(40) 이외에 도금부(32)의 도금위치(P)와 세정부(34)의 세정위치(Q) 사이에서 헤드조립체(42)를 병진시키는 직선운동이 가능한 기구를 구비할 수도 있다.
도 6은 도금유닛(22)의 도금부(32)의 주요부를 나타내고 있는 수직단면도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 도금부(32)는 그 안에 도금액을 보관하는 실질적으로 원통형의 도금조(44)와 도금조(44)안에 배치되는 원통형의 내측 위어(weir) 부재(46) 및 원통형의 외측위어부재(48)를 구비한다. 내측위어부재(46)는 도금조(44)의 상향개방된 도금챔버(50)를 형성하고 양극(52)은 도금챔버(50)의 저부에 배치된다.
도금챔버(50)의 중심을 향하여 수평방향으로 돌출되어 있는 복수의 도금액분출노즐(54)은 원주방향을 따라 등간격으로 내측위어부재(46)의 내부 원주벽상에 제공된다. 도금액분출노즐(54)은 내측위어부재(46)의 내부를 통하여 수직방향으로 연장되는 도금액공급통로(56)와 연통되어 있다. 도금액은 도금액공급통로(56)를 통하여 도금액조절탱크(도시 안됨)로부터 도금액분출노즐(54)로 공급된다. 일정한 양으로 도금액을 공급하는 제어밸브(58)는 도금액공급통로(56)와 도금액조절탱크 사이에 배치된다.
도금챔버(50)내의 도금액을 회수화는 제1도금액배출포트(62)는 도금챔버(50)의 저부의 주변부에 형성된다. 외측위어부재(48)를 넘쳐흐르는 도금액을 배출시키는 제2도금액배출포트(64)는 외측위어부재(48) 주위에 반경방향으로 형성된다. 내측위어부재(46)를 넘쳐흐르는 도금액을 배출하는 제3도금액배출포트(66)는 내측위어부재(46)와 외측위어부재(48) 사이에 형성된다.
각각의 제1도금액배출포트(62)는 저장실(도시 안됨)에 연결된다. 유량제어기(68)는 도금액배출포트(62)와 저장실 사이에 배치된다. 각각의 제2도금액배출포트(64)와 각각의 제3도금액배출포트(66)는 저장실에 직접 연결된다. 저장실로 공급되는 도금액은 펌프에 의하여 저장실로부터 도금액조절탱크로 공급된다. 도금액조절탱크는 도금액조절탱크내의 도금액의 온도를 제어하는 온도제어기(도시 안됨) 및 도금액조절탱크내의 도금액으로부터 샘플을 채취 및 분석하는 도금액분석장치(도시 안됨)을 구비한다.
본 실시예에서, 배플판(흐름조절판)(60)은 도금챔버(50)의 양극(52) 위에 배치된다. 배플판(60)은 양극(52)을 향하는 방향으로 도금액의 하향흐름을 발생시키고, 이러한 하향흐름의 도금액은 제1도금액배출포트(62)로부터 배출된다. 배플판(60)은 도금액분출노즐(54)로부터 분사된 도금액 제트가 양극(52) 표면 위로직접 흐르는 것을 막아 도금액 제트에 의하여 양극(52) 표면에 형성된 흑막이 양극(52)로부터 벗겨져 나가는 것을 막아주는 역할을 한다.
도 7은 선회아암(40)과 헤드조립체(42)의 주요부를 나타내고 있는 종단면도이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 선회아암(40)은 회전중공지지기둥(74)의 상끝단부에 고정되어 지지기둥(74)의 회전에 따라 수평방향으로 이동하도록 되어 있다. 베어링(76)에 의하여 회전가능하게 지지된 회전축(78)은 지지기둥(74)을 통해 삽입되어 지지기둥(74)에 대하여 회전하도록 되어 있다. 상부의 회전축풀리(80)는 회전축(78)의 상끝단부에 고정된다.
헤드조립체(42)는 선회아암(40)상에 고정되어 장착된다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 헤드조립체(42)는 선회아암(40)에 고정된 외측튜브(82), 상기 외측튜브(82)를 통해 수직방향으로 연장되는 회전축(84) , 하면상에 기판(W)을 유지시키는 기판유지아암조립체(86) 및 외측튜브(82)에 대하여 수직으로 이동가능한 가동부재(96)를 포함한다. 기판유지아암조립체(86)는 핀(88)에 의하여 회전축(84)의 하끝단부에 연결된다.
회전축(84)은 외측튜브(82)에 대하여 회전되도록 베어링(90)에 의하여 외측튜브(82)상에 회전가능하게 지지된다. 헤드조립체풀리(92)는 회전축(84)의 상끝단부에 고정된다. 헤드조립체풀리(92)는 타이밍벨트(94)를 매개로 상부 회전축풀리(80)에 작동하도록 연결된다. 그러므로, 지지기둥(94)의 회전축(78)이 자신의 축선을 중심으로 회전되면, 회전축(84)은 기판유지아암조립체(86)과 함께 회전된다.
밀봉부재(97)에 의하여 가동부재(96)와 외측튜브(82) 사이에는 기밀공간(98)이 형성되어 있으며, 공기공급통로(99)와 연통되어 있다. 공기는 공기공급통로(99)를 통해 선택적으로 기밀공간(98)으로 공급되거나 그로부터 배출되면, 가동부재(96)는 외측튜브(82)에 대해 수직으로 이동된다. 가동부재(96)는 외주에지상에 장착되는 복수의 아랫쪽으로 연장된 프레싱로드(100) 및 수직방향으로 이동하는 각각의 푸셔(102)용의 복수의 에어실린더(104)를 구비한다.
도 8은 기판유지 아암조립체(86)를 나타내는 평면도, 도 9는 도 8의 IX-IX 선을 따라 취한 단면도이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 기판유지 아암조립체(86)는 중앙에 위치한 베이스(86a) 및 베이스(6a)로부터 반경방향 바깥쪽으로 연장된 6개의 아암(86b)을 포함한다. 6개의 아암(86b) 중에서 하나씩 거른 3개의 아암은 그들의 반경방향 외측 끝단부상에서 아암(86b)의 외주에지를 통하여 수직방향으로 연장되는 각각의 상하이동식 로드(106)(도 9 참조)를 지지한다. 나선형 압축스프링(110)들이 각각 너트(108)와 아암(86b) 사이에 개재되는 상태로 상하이동식 로드(106)의 상끝단부상에 너트들(108)이 각각 장착된다. 반경방향 안쪽으로 돌출된 링형상 기판접촉부(112)는 상하이동식 로드(106)의 하끝단부에 고정된다. 가동부재(96)상의 프레싱로드(100)가 상하이동식 로드(106)의 상끝단부상의 너트(108)와 맞대어진 다음, 상하이동식 로드(106)를 나선형 압축스프링(110)의 편향에 대항하여 아랫쪽으로 이동시키기 위해 하강하면, 기판접촉부(112)는 도 9에 점선으로 표시된 기판유지 아암조립체(86)로부터 아랫쪽으로 이동된다.
도 10은 기판접촉부(112)를 나타내고 있는 확대단면도이다. 도 10에 나타낸바와 같이, 링형상 밀봉부재(114)는 기판접촉부(112)상에 장착된다. 링형상 밀봉부재(114)는 반경방향 안쪽으로 연장되며 반경방향 안쪽 끝단부상의 위쪽으로 돌출된 팁을 구비한다. 기판유지 아암조립체(86)는 링형상 밀봉부재(114)의 윗쪽으로 돌출된 첨단부(tip) 부근에서 아랫쪽으로 돌출된 프레서(116)를 구비한다. 기판접촉부(112)가 척기구에 의하여 유지되는 기판(W)에 대하여 상대적으로 들어올려지는 경우에, 밀봉부재(114)가 기판(W)의 주변에지에 대하여 가압되어 기판(W)의 가압된 주변에지를 신뢰할만 하게 밀봉시키는 스프링의 특성을 가지도록 나선형 압축스프링(110)이 선택된다. 전극에 연결된 음극전극접점(118)은 밀봉부재(114) 윗쪽에 배치된다. 음극전극접촉부(118)는 밀봉부재(114)가 기판(W)의 주변에지에 대하여 가압될 때 기판(W)과 전기적으로 접촉하게 된다.
하나씩 거른 3개의 아암(86b) 또한 같은 각도의 간격으로 이격된 각각의 척기구(120)를 가진다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 척기구(120) 각각은 아암(86b)의 윗면에 장착되는 베이스(122), 상기 베이스(122)상에 상하이동식으로 장착되는 로드(124) 및 피봇축(126)을 중심으로 각이동가능한 클로우(claw)(128)를 포함한다. 너트(130)는 로드(124)의 상끝단부상에 장착되고, 나선형 압축스프링(132)은 너트(130)와 베이스(122) 사이에 개재된다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 클로우(128)는 수평이동가능한 핀(134)에 의하여 로드(124)에 연결된다. 따라서, 로드(124)가 윗쪽으로 이동하면, 클로우(128)는 피봇축(126)에 대하여 반경방향 안쪽으로 각이동하고, 로드(124)가 아랫쪽으로 이동하면, 클로우(128)는 피봇축(126)에 대하여 반경방향 바깥쪽으로 각이동한다.로드(124)를 아랫쪽으로 밀어주는 너트(130)에 대하여 푸셔(102)를 가압하기 위해 가동부재(96)상의 에어실린더(104)가 작동되는 경우, 로드(124)는 나선형 압축스프링(132)의 편향에 대항하여 아랫쪽으로 이동하여 클로우(128)를 피봇축(126)에 대하여 반경방향 바깥쪽으로 각이동시킨다. 에어실린더(104)의 작동이 멈추면, 클로우(128)를 피버축(126)에 대하여 반경방향 안쪽으로 각이동시키기 위해 나선형 압축스프링(132)의 바이어스하에 로드(124)가 들어올려진다. 따라서, 기판(W)의 주변에지는 척기구(120)에 의하여 조여질 수 있다. 특히, 기판(W)의 주변에지는 3개의 척기구(120)(클로우(128))에 의하여 위치설정되고 조여져 기판(W)이 기판유지 아암조립체(86)의 하면에서 유지된다.
도 11은 도 7에 나타낸 헤드조립체(42)의 회전축 및 기판유지 아암조립체(86)가 서로 연결되는 영역을 나타내고 있는 확대단면도이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 디스크형상의 상부 부재(140)는 헤드조립체(42)의 회전축(84)의 하끝단부에 부착되고, 디스크형상의 하부 부재(142)는 기판유지 아암조립체(86)의 윗면에 부착된다. 상부 및 하부 부재(140, 142)는 핀(88)에 대하여 하부 부재(142) 및 기판유지 아암조립체(86)에 경사를 줌으로써 수평방향 핀(88)에 의해 서로 결합되어 기판유지 아암조립체(86)를 경사진 상태로 지지하는 틸팅기구를 구성한다. 나선형 압축스프링(144)은 통상적으로 서로 이격되도록 주변의 측면을 편향시키기 위하여 상부 부재(140)의 주변측면과 하부 부재(142)의 주변측면 사이에 개재되며, 멈춤볼트(146)는 나선형 압축스프링(144)에 직경방향으로 대향하는 위치에서 하부부재(142)의 주변측에 고정된다. 상기 멈춤볼트(146)는 상부 부재(140)의 아랫면과맞닿는 상끝단부를 가진다. 멈춤볼트(146)의 상끝단부가 상부 부재(140)의 아랫면과 맞닿게 되면, 기판유지 아암조립체(86)는 수평방향으로 위치된다. L자형 후크(146)는 기판유지 아암조립체(86)상에 장착된다.
도 8 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 에어실린더(150)는 헤드조립체(82)의 외측튜브(82)상에 장착되고 푸셔(152)는 에어실린더(150)의 작동시 상하로 이동할 수 있도록 에어실린더(150)에 연결된다. 에어실린더(150)가 작동되면, 푸셔(152)가 하강하여 후크(148)의 상끝단부와 맞닿게되어 후크(148)가 하강하게 된다. 따라서, 후크(148) 및 기판유지 아암조립체(86)는 나선형 압축스프링(144)의 편향에 대항하여 핀(88)에 대해 아랫쪽으로 경사지게 된다. 에어실린더(150)의 작동이 멈추면, 후크(148) 및 기판유지 아암조립체(86)는 나선형 압축스프링(144)의 편향하에 본래의 위치로 되돌아 오도록 경사가 주어지며, 결국에는 멈춤볼트(146)의 상끝단부가 상부 부재(140)의 아랫면과 맞닿게되어 기판유지 아암조립체(86)가 수평방향으로 위치된다.
다음으로, 도금유닛(22)의 세정부(34)에 대하여 후술하기로 한다. 도 12는 도 3에 나타낸 세정부(34)를 나타내고 있는 정면도이다.
도 3 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 세정부(34)는 도금된 기판(W), 특히 도금된 기판(W)의 주변부 및 기판접촉부(112)를 세정하기 위한 6개의 세정노즐(160)을 구비한다. 세정노즐(160)은 세정액공급부(도시 안됨)에 연결되어 세정액, 예를 들어, 순수가 세정노즐(160)로부터 기판(W)의 아랫면을 향해 분출된다. 또한, 세정부(34)는 세정된 기판(W)을 건조시키기 위한 아암형상의 에어블로어(162)를 구비한다. 에어블로어(162)는 공기공급통로(164)를 매개로 공기공급부(도시 안됨)에 연결되고, 건조공기나 질소와 같은 건조가스를 에어블로어(162)로부터 기판(W)의 하면을 향하여 분출한다. 에어블로어(162)는 공기공급통로(164) 상끝단부에 연결되는 일 끝단부를 중심으로 하여 회전가능하다.
상술된 바와 같이, 지지기둥(74)은 상하로 이동가능하고 자신의 축선을 중심으로 회전가능하며 지지기둥(74)에 배치되는 회전축(78)은 지지기둥(74)에 대하여 회전가능하다. 다음으로, 지지기둥(74)을 상하로 이동시키고 회전시키며 또한 회전축(78)을 회전시키는 구동기구에 대하여 도 13 내지 도 16을 참조하여 후술하기로 한다. 도 13은 구동기구를 나타내고 있는 평면도, 도 14는 구동기구의 측면도, 도 15는 도 13의 XV-XV 선을 따라 취한 단면도, 도 16은 도 13의 XVI-XVI 선을 따라 취한 단면도이다. 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 구동기구(170)는 커버(36)의 바깥쪽에 배치된다. 따라서, 구동기구(170)에 의하여 발생되는 미립자들이 도금부(32)나 기타 부로 칩입하는 것이 방지되며, 도금처리중 발생되는 연무가 구동기구(170)에 악영향을 미치는 것을 막아, 구동기구(170)의 내구성이 향상된다.
도 13 내지 도 16에 나타낸 바와 같이, 구동기구(170)는 기본적으로 도금유닛(22)의 프레임상에 고정적으로 장착되는 고정베이스(172) 및 고정베이스(172)상에 상하이동이 가능하게 장착되는 상하이동식 베이스(174)를 포함한다. 고정베이스(172)는 그 위에 있는 상승/하강용 모터(176)를 지지하고 상하이동식 베이스(174)는 그 위에 있는 회전모터(178) 및 선회모터(180)를 지지한다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 수직방향으로 연장되는 스크루축(182)은베어링(184)에 의하여 고정베이스(172)상에 회전가능하게 장착된다. 상하이동식 베이스(174)상에 장착되는 너트(186)는 스크루축(182)과 맞물려 유지된다. 스크루축 풀리(188)는 스크루축(182)의 하끝단부상에 장착되고 타이밍벨트(190)를 매개로 상승/하강용 모터(176)의 축상에 장착되는 상승/하강용 모터풀리(192)에 작동가능하게 연결된다. 상하이동식 베이스(174)는 고정베이스(172)상에 장착되는 슬라이드지지부(194)에 의하여 수직방향으로 안내된다. 상승/하강용 모터(176)에 전압을 가하면(energize), 고정베이스(172)상에 장착되는 슬라이더지지부(194)에 의하여 슬라이더(196)가 안내되는 동안 너트(186) 및 상하이동식 베이스(174)를 수직방향으로 이동시키기 위하여 스크루축(182)은 자신의 축선을 중심으로 회전된다.
지지기둥(74)은 베어링(198)에 의하여 상하이동식 베이스(174)상에 지지되고, 지지기둥풀리(200)는 지지기둥(74)의 하끝단부에 고정된다. 지지구둥풀리(200)는 타이밍벨트(202)를 매개로 하여 선회모터(180)(도 14 참조)의 축상에 장착되는 선회모터풀리(204)에 유효하게 연결된다. 선회모터(180)에 전압을 가하면, 지지기둥(74)에 고정된 선회아암(40)을 각이동시키기 위하여 지지기둥(74)이 자신의 축선을 중심으로 하여 회전된다.
도 15에 나타낸 바와 같이, 하부 회전축풀리(206)는 지지기둥(74)에 삽입된 회전축(78)의 하끝단부상에 장착된다. 하부 회전축풀리(206)는 타이밍벨트(208)를 매개로 하여 회전모터(178)의 축상에 장착되는 회전모터풀리(210)에 작동가능하게 연결된다. 회전모터(178)에 전압을 가하면, 상부 회전축풀리(80)에 연결된 헤드조립체풀리(92)를 회전시키기 위해 회전축(78)이 자신의 축선을 중심으로 회전하여헤드조립체(42)의 회전축(84)을 회전시킨다.
본 실시예에 따른 기판처리장치(도금장치)를 이용해 반도체기판과 같은 기판을 도금하는 도금공정에 대하여 후술하기로 한다.
기판은 각 기판의 피가공면(반도체 디바이스가 형성되는 표면이나 처리될 표면)이 윗쪽을 향하는 상태로 카세트안에 수용되어 있다. 기판을 수용하는 카세트는 로딩/언로딩 유닛(10) 중 하나상에 위치한다. 제1이송장치(24)는 카세트로부터 기판을 집어올려 기판스테이지(18) 중 하나로 이송하여 기판스테이지(18)상에 위치시킨다. 기판스테이지(18)상에서, 기판은 윗면이 아래로 가도록 회전, 즉, 기판스테이지(18)에 제공되는 반전기에 의하여 피가공면이 아랫쪽을 향하도록 반전된다. 그 다음, 반전된 기판은 기판스테이지(18)로부터 제2이송장치(28)로 이송된다. 도금유닛(22) 중 하나의 셔터(38)가 개방되고, 제2이송장치(28)는 커버(36)의 개구부(36a)를 통해 기판을 도금유닛(22)으로 이송한다.
도금유닛(22)으로 기판을 이송하기 위하여, 구동기구(170)의 선회모터(180)에 전압을 가하여 지지기둥(74)을 자신의 축선을 중심으로 소정 각도 회전시킴으로써 헤드조립체(42)를 세정위치(Q)로 이동시킨다. 그 다음, 프레싱로드(100)가 상하이동식 로드(106)의 상끝단부상의 너트와 맞닿도록 하고 상하이동식 로드(106)를 나선형 압축스프링(110)의 편향에 대항하여 내리눌러주기 위해 가동부재(96)가 하강한다. 따라서, 기판접촉부(112)는 기판유지 아암조립체(86)로부터 아랫쪽으로 이동된다.
그 다음, 푸셔(102)가 척기구(120)의 너트(130)와 맞닿도록 가동부재(96)상의 에어실린더(104)가 작동한다. 결과적으로, 클로우(128)를 반경방향 바깥쪽으로 각이동시키기 위해 로드(124)가 나선형 압축스프링(132)에 대항하여 하강한다.
도금유닛(22)내에 삽입된 제2이송장치(28)의 핸드는 기판(W)의 윗면(배후면)이 기판유지 아암조립체(86)의 프레서(116)와 맞닿도록 들어올려진다. 이러한 상태에서, 푸셔(102)를 해제하여 척기구(120)의 클로우(128)를 반경방향 안쪽으로 이동시키기 위해 에어실린더(104)의 작동이 멈춰진다. 따라서, 기판(W)이 배치되고 클로우(128)에 의하여 조여진다. 그 다음, 제2이송장치(28)의 핸드가 도금유닛(22)로부터 후퇴되고, 셔터(38)가 닫힌다.
상기한 기판(W)의 이송이 완료되면, 기판접촉부(112)를 들어올리기위해 가동부재(96)가 윗쪽으로 이동한다. 이렇게 기판접촉부(122)가 들어올려지면, 기판(W)의 주변에지가 음극전극접점(118)과 전기적으로 접촉하게 되고 도금액속에 잠길것을 대비해 보호용 밀봉부재(114)로 밀봉된다. 이후에, 세정부(34)의 세정노즐(160)로부터 기판(W)의 아랫면을 향하여 분사되는 화학액에 의하여 기판(W)이 전처리(예비코팅)될 수도 있다.
그 다음, 구동기구(170)의 선회모터(180)에 전압을 가하여 소정 각도로 지지기둥(74)을 회전시킴으로써 도금위치(P)에서 기판(W)을 유지시키는 헤드조립체(42)를 이동시킨다. 푸셔(152)를 기판유지 아암조립체(86)의 후크(148)와 맞닿게하여 후크(148)가 하강할 수 있도록 헤드조립체(42)의 에어실린더(150)가 작동함으로써 1°내지 3° 범위의 각도로 기판유지 아암조립체(86)에 경사를 준다. 기판유지 아암조립체(86)에 경사가 주어지면, 구동기구(170)의 상승/하강용 모터(176)에 전압을 가하여 기판유지 아암조립체(86)의 아랫면상에서 유지되는 기판(W)이 도금조(44)의 도금액속에 잠길때까지 사전 설정된 거리만큼 지지기둥(74)을 하강시킨다.
이렇게 기판(W)이 경사진채로 도금액속에 잠기면, 기판(W)의 표면은 기판(W)이 하강함에 따라 도금액의 오버플로우면(overflow surface)과 점진적으로 접촉하게 된다. 따라서, 기판(W)의 표면에서 공기방울이 제거되면서 기판(W) 표면과 도금액과의 접촉면적이 점진적으로 확장된다. 그러므로, 도금액과 접촉하는 기판(W)의 성향이 개선된다. 헤드조립체(42)의 회전축(84)이 수직으로 유지되는 동안, 기판유지 아암조립체(86)에만 경사가 주어질 수 있기 때문에, 헤드조립체(42) 및 선회아암(40)은 경사질 필요가 없다. 그러므로, 기판(W)은 큰 각도로 경사질 수 있으며, 따라서, 기판(W)의 틸팅작업이 용이하게 제어될 수 있으며 적은 하중으로 경사가 설정될 수 있다. 기판유지 아암조립체(86)는 기울지 않은 수평상태로 하강할 수도 있다.
기판(W)이 도금액속에 잠긴 후에, 기판유지 아암조립체(86)를 수평위치로 복귀시키기 위해 에어실린더(150)의 작동은 정지된다. 이후에, 구동기구(170)의 회전모터(178)에 전압을 가하여 지지기둥(74)의 회전축(78)을 경유하여 헤드조립체(42)의 회전축(84)을 회전시킴으로써 대략 수십 rpm의 중간 회전속도로 기판(W)을 회전시킨다. 기판(W)의 표면에 도금막을 형성하기 위하여 양극(52) 및 기판(W) 사이에 전류가 공급된다.
도금공정이 완료된 후에, 기판(W)의 회전이 멈춘다. 푸셔(152)를 후크(148)에 맞대고 기판유지 아암조립체(86)에 1° 내지 3°범위의 각도를 주기 위하여 에어실린더(150)가 작동된다. 그러므로, 기판(W)의 아랫면에 묻어있는 잔류 도금액이 중력에 의해 기판(W)에서 쉽게 떨어져 나갈 수 있다. 이렇게 기판유지 아암조립체(86)에 경사가 주어지면, 상승/하강용 모터(176)에 전압을 가하여 지지기둥(74) 및 헤드조립체(42)를 소정 거리만큼 들어올린다. 이후에, 기판유지 아암조립체(86)를 수평위치로 복귀시키기 위해 에어실린더(150)의 작동이 멈춘다.
그 다음, 구동기구(170)의 선회모터(180)에 전압을 가하여 지지기둥(74)을 소정 각도로 자신의 축선을 중심으로 회전시켜 기판(W)을 유지시키는 헤드조립체(42)를 세정위치(Q)로 이동시킨다. 상승/하강용 모터(176)에 전압을 가하여 소정 거리만큼 지지기둥(74)을 하강시킨다. 그 다음, 회전모터(178)에 전압을 가하여 예를 들어 100rpm의 회전속도로 기판유지 아암조립체(86)를 회전시키는 동시에, 세정노즐(160)로부터 기판(W)의 아랫면을 향해 세정액, 예를 들어, 순수를 분사하여 도금된 기판(W) 및 기판접촉부(112)를 세정한다. 기판(W)이 기판유지 아암조립체(86)에 의하여 유지되는 상태로 기판(W)의 아랫면과 헤드조립체(42)의 기판접촉부(112)를 세정할 수 있기 때문에, 기판(W)이 해제될 때 기판접촉부(112)의 밀봉부재(114)의 첨단에는 도금액이 남아있지 않게 된다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 밀봉능력 및 전기전도성이 잔류하는 도금액의 결정화에 의하여 열화되는 것을 방지할 수 있다.
이후에, 기판유지 아암조립체(86)의 회전속도를, 예를 들어, 300rpm까지 증가시켜 세정액을 털어낸다. 동시에, 기판(W)을 건조시키기 위해 에어블로어(162)로부터 기판(W)으로 공기가 공급된다. 스핀건조처리가 채용되는 경우, 기판은 통상적으로 건조되는 동안 2000rpm으로 회전될 필요가 있다. 본 발명에 따르면, 에어블로어(162)로부터 기판(W)으로 공기가 공급되기 때문에, 기판(W)이 상기한 바와 같이 고속으로 회전될 필요는 없다.
기판(W)으로부터 세정액이 제거되어 기판(W)이 건조된 후에, 프레싱로드(100)를 상하이동식 로드(106)의 상끝단부상의 너트(108)에 맞대고 상기 상하이동식 로드(106)를 나선형 압축스프링(110)의 편향에 대항하여 하강시키기 위하여 가동부재(96)가 하강됨으로써 기판(W)에 대해 상대적으로 기판접촉부(112)를 아래로 이동시킨다.
이어서, 도금유닛(22)의 셔터(38)가 개방되고 제2이송장치(28)의 핸드가 커버(36)의 개구부(36a)를 통해 도금유닛(22)내로 삽입된다. 그 다음, 제2이송장치(28)의 핸드가 기판(W)을 수용할 수 있는 위치로 들어올려진다. 그 다음, 가동부재(96)상의 에어실린더(104)는 푸셔(102)를 척기구(120)의 너트(130)와 맞대고 나선형 압축스프링(132)의 편향에 대항하여 로드(124)를 하강시키기 위해 작동되어 클로우(128)를 반경방향 바깥쪽으로 각이동시킨다. 기판(W)은 해제되어 제2이송장치(28)의 핸드상에 배치된다. 이후에, 그 위에 기판(w)이 놓여져 있는 제2이송장치(28)의 핸드가 도금유닛(22)으로부터 후퇴되고, 셔터(38)가 폐쇄된다.
기판(W)이 수용된 제2이송장치(28)는 기판(W)을 베벨에칭/화학세정/건조유닛(16) 중 하나로 이송시킨다. 베벨에칭/화학세정/건조유닛(16)에서, 도금된 기판(W)은 화학액으로 세정되고, 기판(W)의 베벨부상에 형성된얇은 구리막이 에칭되어 나가고, 기판(W)이 물로 세정되고 건조된다. 따라서, 기판(W)이 베벨에칭/화학세정/건조유닛(16)에서 처리된 후에, 제1이송장치(10)에 의하여 로딩/언로딩 유닛(10)의 카세트로 기판(W)이 복귀된다. 이렇게 일련의 도금공정이 수행된다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 기술되었으나, 당업자라면 본 발명의 기술적사상 및 범위를 벗어남 없이 본 명세서내에서 많은 수정 및 변경이 이루어질 수도 있다는 것이 명백히 이해될 것이다. 다음으로, 상기 실시예의 몇몇 가능한 변형례에 대하여 후술될 것이다.
처리액속에 기판(W)을 담그는 탱크가 세정부(34)에 설치될 수도 있다. 이 경우에, 도금유닛(22)에서 기판(W)이 전처리, 예를 들어, 예비침지(pre-dipped) 또는 예비도금(pre-plating)될 수 있다. 예비침지처리는 배리어층과 시드층이 연속해서 퇴적된 기판의 표면에 도금액의 구성요소를 포함하는 전처리 액(예비침지 액)의 균일한 막을 코팅하여 기판에 대한 도금액의 부착성을 향상시키는 처리이다. 예비도금처리는 배리어층과 시드층이 연속해서 퇴적된 기판의 표면을 예비도금하여 불완전한 시드층을 강화하는 처리이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도금유닛을 나타내고 있는 평면도이다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 도금유닛은 선회아암(40)이 고정되는 지지기둥(74) 주위에 배치되는 예비도금부(250), 전처리/후처리/세정부(251) 및 제2도금부(252)를 포함하는 복수의 기판처리부를 가진다. 따라서, 복수의 기판처리부에 의하여, 단일의 도금유닛(22)내에서 기판상의 개별적인 처리들이 수행될 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기판이 헤드조립체에 의하여 유지되는 상태로 기판의 아랫면과 기판의 접촉부를 세정할 수 있기 때문에, 기판접촉부상에 남아 있거나 묻어있을 수 있는 도금액이 결정화되는 것을 효과적으로 방지한다. 그러므로, 기판접촉부의 내구성이 향상되고, 높은 전기전도성을 유지하면서 고품질의 도금처리가 수행될 수 있다.
또한, 도금부와 세정부가 서로 분리되기 때문에, 세정액은 도금조의 도금액과 섞이지 않는다. 따라서, 도금액의 농도는 혼합되는 세정액에 의하여 변하지 않는다.
기판처리부는 하나의 커버로 덮이기 때문에, 커버내에서 발생되는 연무가 커버로부터 확산되는 것이 방지된다. 또한, 구동기구는 커버의 외부에 배치되기 때문에, 구동기구에 의하여 발생된 미립자가 도금부 및 기타 부로 침입하는 것이 방지된다. 구동기구의 내구성이 향상되도록 도금처리중 발생된 연무가 구동기구에 악영향을 미치는 것이 방지된다. 다양한 구성요소가 서로 통합되어 있으므로, 전체 기판처리장치는 소형의 구조를 가진다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판이 수평면에 대하여 기울어진 상태로 기판의 피도금면이 도금액의 오버플로우면과 접촉될 수 있다. 따라서, 도금액과 접촉시키기 위한 기판의 성향이 개선되어, 도금액이 기판과 원활히 접촉하게 되고 공기방울이 기판의 피도금면상에 잔류하는 것이 방지될 수 있다. 더욱이, 헤드조립체의 회전축을 수직방향으로 유지하면서 기판이 큰 각도의 경사를 가질 수 있기 때문에, 기판은 틸팅작업이 용이하게 제어될 수 있고 적은 하중으로 경사질 수 있다.
도 18은 기판도금장치의 일 예의 평면도이다. 도 18에 나타낸 기판도금장치는 반도체기판을 수용하는 기판카세트를 수납하는 로딩/언로딩 영역(520), 반도체기판을 처리하는 처리영역(530) 및 도금된 반도체기판을 세정 및 건조시키는 세정및건조영역(540)을 포함한다. 세정 및 건조영역(540)은 로딩/언로딩영역(520)과 처리영역(530) 사이에 위치한다. 분할벽(521)은 로딩/언로딩영역(520)과 세정및건조영역(540) 사이에 배치된다. 그리고, 분할벽(523)은 세정및건조영역(540)과 처리영역(530) 사이에 배치된다.
분할벽(521)은 그 내부에 형성된 통로(도시 안됨)를 가지며 그것을 통해 로딩/언로딩영역(520)과 세정및건조영역(540) 사이에서 반도체기판을 이송시키고 상기 통로를 개폐시키는 셔터(523)를 지지한다. 분할벽(523)은 그 내부에 형성된 통로(도시 안됨)를 가지며 그것을 통해 세정및건조영역(540)과 처리영역(530) 사이에서 반도체기판을 이송시키고 상기 통로를 개폐시키는 셔터(524)를 지지한다. 세정및건조영역(540) 및 처리영역(530)에는 별개로 공기가 공급 및 배출될 수 있다.
도 18에 나타낸 기판도금장치는 반도체제조설비를 수용하고 있는 클린룸내에 위치한다. 로딩/언로딩영역(520), 처리영역(530) 및 세정및건조영역(540)의 압력은 다음과 같이 선택된다.
로딩/언로딩영역(520)의 압력＞세정및건조영역(540)의 압력＞처리영역(530)의 압력
로딩/언로딩영역(520)의 압력은 클린룸의 압력보다 낮다. 그러므로, 처리영역(530)으로부터 세정및건조영역(540)으로는 공기가 흐르지 않고세정및건조영역(540)으로부터 로딩/언로딩영역(520)으로는 공기가 흐르지 않는다. 또한, 로딩/언로딩영역(520)으로부터 클린룸으로도 공기가 흐르지 않는다.
로딩/언로딩영역(520)은 각각 반도체기판을 저장하는 기판카세트를 수용하고 있는 로딩유닛(520a) 및 언로딩유닛(520b)를 수납하고 있다. 세정및건조영역(540)은 물을 이용해 도금된 반도체기판을 세정하는 2개의 수세유닛(541) 및 도금된 반도체기판을 건조시키는 2개의 건조유닛(542)를 수납하고 있다. 각각의 수세유닛(541)은 전방끝단부상에 장착된 스폰지층을 구비한 연필형상의 클리너 또는 외주면상에 장착되는 스폰지층을 구비한 롤러를 포함할 수도 있다. 각각의 건조유닛(542)은 반도체기판을 고속으로 회전시켜 탈수 및 건조시키는 드라이어를 포함할 수도 있다. 또한, 세정및건조영역(540)은 반도체기판을 이송시키는 이송유닛(이송로봇)(543)을 구비한다.
처리영역(530)은 도금되기 이전의 반도체기판을 전처리하는 복수의 전처리챔버(531) 및 구리로 반도체기판을 도금하는 복수의 도금챔버(532)를 수납하고 있다. 또한, 처리영역(530)은 반도체기판을 이송하는 이송유닛(이송로봇)(543)을 구비한다.
도 19는 기판도금장치에서의 공기흐름을 나타내고 있는 측면도이다. 도 19에 나타낸 바와 같이, 덕트(546)를 통해 외부로부터 신선공기가 유입되고, 하향청정공기가 수세유닛(541) 및 건조유닛(542) 주위를 흐르도록 고성능 필터(544)를 지나 팬에 의하여 천정(540a)으로부터 세정 및 건조영역(540)으로 강제이송된다. 공급된 청정공기 대부분은 바닥(540b)로부터 순환덕트(545)를 통해 청정공기가 필터(544)를 지나 팬에 의하여 세정 및 건조영역(540)으로 다시 강제이송되는 천정(540a)으로 회송된다. 청정공기의 일부는 덕트(552)를 통해 기판세정유닛(541) 및 건조유닛(542)으로부터 세정 및 건조유닛(540) 밖으로 배출된다.
전처리챔버(531) 및 도금챔버(532)를 수용하는 처리영역(530)에서, 상기 처리영역(530)은 습구역(wet zone)이지만 반도체기판의 표면에는 미립자들이 들러붙지 않는다. 미립자들이 반도체기판에 들러붙는 것을 방지하기 위하여, 하향청정공기가 전처리챔버(531)와 도금챔버(532) 주위를 흐른다. 신선공기는 덕트(539)를 통해 외부로부터 도입되어 고성능필터(533)를 지나 팬에 의해 천정(530a)으로부터 처리영역(530)으로 강제이송된다.
하향청정공기가 처리영역(530)으로 도입될 때 전량의 청정공기가 항상 외부로부터 공급된다면, 그 때는 다량의 공기가 항상 처리영역(530)내로 도입되고 그로부터 배출될 필요가 있다. 본 실시예에 따르면, 처리영역(530)의 압력을 세정및건조영역(540)의 압력보다 낮게 유지하기에 충분한 양으로 덕트(553)를 통해 처리영역(530)으로부터 공기가 배출되고 처리영역(530)내로 도입된 하향청정공기의 대부분은 순환덕트(534, 535)를 통해 순환된다. 순환덕트(534)는 세정및건조영역(540)으로부터 연장되어 천정(530a) 윗쪽의 필터(533)에 연결된다. 순환덕트(535)는 세정및건조영역(540)에 배치되고 세정및건조영역(540)의 파이프(534)에 연결된다.
처리영역(530)을 통과한 순환공기는 용액조로부터의 화학연무 및 가스를 함유한다. 파이프(535)에 연결되는 파이프(534)에 배치되는 스크러버(scrubber)(536) 및 연무 분리기(537)에 의하여 순환공기로부터 화학연무 및 가스가 제거된다. 세정및건조영역(540)으로부터 공기세정기(536) 및 연무 분리기(537, 538)를 통해 다시 천정(530a) 윗쪽의 순환덕트(534)로 순환하는 공기에는 화학 연무 및 가스를 가지고 있지 않다. 그 다음, 청정공기는 팬에 의하여 필터(533)를 통해 강제로 보내져 처리영역(530)내로 다시 순환한다.
공기의 일부는 처리영역(530)의 바닥(530b)에 연결된 덕트(53)를 통해 처리영역(530)으로부터 배출된다. 화학 연무 및 가스를 함유한 공기 또한 덕트(553)를 통해 처리영역(530)으로부터 배출된다. 클린룸의 압력에 대하여 도금챔버(530)의 내부에 조성된 부압하에서 덕트(533)를 통해 배출되는 공기의 양과 동등한 양의 신선공기가 덕트(539)로부터 상기 도금챔버(530)로 공급된다.
상술된 바와 같이, 로딩/언로딩 영역(520)의 압력은 처리영역(530)의 압력보다 높은 세정및건조영역(540)의 압력보다 높다. 그러므로, 셔터(522, 524)(도 18 참조)가 개방되면, 도 20에 나타낸 바와 같이, 공기는 로딩/언로딩 영역(520), 세정및건조영역(540) 및 처리영역(530)을 통해 연속적으로 흐른다. 세정및건조영역(540) 및 처리영역(530)으로부터 배출된 공기는 덕트(552, 553)를 통해 클린룸 외부로 연장되어 있는 공통덕트(554)(도 21 참조)로 흐른다.
도 21은 클린룸내에 위치한 도 18에 나타낸 기판도금장치의 사시도를 나타내고 있다. 로딩/언로딩영역(520)은 내부에 카세트이송포트(555)와 제어패널(556)이 형성되어 있고 클린룸내에서 분할벽(557)에 의하여 구획된 작업구역(working zone)(558)에 노출되는 측벽을 포함한다. 또한, 분할벽(557)은 기판도금장치가 설치되는 클린룸내의 유틸리티구역(utility zone)(559)을 구획한다. 기판도금장치의다른 측벽들은 공기청정도가 작업영역(558)의 공기청정도보다 낮은 유틸리티구역(559)에 노출된다.
상술된 바와 같이, 세정및건조영역(540)은 로딩/언로딩영역(520)과 처리영역(530) 사이에 배치된다. 분할벽(521)은 로딩/언로딩영역(520)과 세정및건조영역(540) 사이에 배치된다. 분할벽(523)은 세정및건조영역(540)과 처리영역(530) 사이에 배치된다. 건조한 반도체기판은 작업구역(558)으로부터 카세트이송포트(555)를 통해 기판도금장치로 로딩된 다음, 기판도금장치에서 도금된다. 도금된 반도체기판은 세정 및 건조된 다음, 기판도금장치로부터 카세트이송포트(555)를 통해 작업구역(558)으로 언로딩된다. 따라서, 미립자와 연무가 반도체기판의 표면에 묻지않고, 유틸리티구역(557)보다 높은 공기청정도를 가지는 작업구역(557)이 미립자, 화학연무 및 세정용액연무에 의하여 오염되는 것을 방지한다.
도 18 및 도 19에 나타낸 실시예에서, 기판도금장치는 로딩/언로딩영역(520), 세정및건조영역(540) 및 처리영역(530)을 가진다. 하지만, 화학기계적폴리싱유닛을 수용하는 영역은 처리영역(530)내에 배치되거나 인접하게 배치될 수도 있으며, 세정및건조영역(540)은 처리영역(530)내에 배치되거나 화학기계적폴리싱유닛을 수용하는 영역과 로딩/언로딩영역(520) 사이에 배치될 수도 있다. 건조한 반도체기판이 기판도금장치로 로딩되고, 도금된 반도체기판이 세정 및 건조되며, 그 후 기판도금장치로부터 언로딩될 수 있다면 다양한 여타의 적합영역 및 단위 레이아웃 중 어느것도 채용될 수 있다.
상술된 실시예에서, 본 발명은 반도체기판을 도금하는 기판도금장치에 적용된다. 하지만, 본 발명의 원리는 반도체기판 이외의 기판을 도금하는 기판도금장치에 적용될 수도 있다. 또한, 기판도금장치에 의하여 도금된 기판상의 영역은 기판상의 배선영역으로 제한되지 않는다. 기판도금장치는 구리 이외의 금속으로 기판을 도금하는데 사용될 수도 있다.
도 22는 기판도금장치의 다른 예시의 평면도이다. 도 22에 나타낸 기판도금장치는 반도체기판을 로딩하는 로딩유닛(601), 반도체기판을 구리로 도금하는 구리도금챔버(602), 반도체기판을 물로 세정하는 한 쌍의 수세챔버(603, 604), 반도체기판을 화학기계적으로 폴리싱하는 화학기계적폴리싱유닛(605), 반도체기판을 물로 세정하는 한 쌍의 수세챔버(606, 607) 및 그 위에 배선막을 가진 반도체기판을 언로딩하는 언로딩유닛(609)를 포함한다. 또한, 기판도금장치는 반도체기판을 챔버(602, 603, 604), 화학기계적폴리싱유닛(605), 챔버(606, 607, 608) 및 언로딩유닛(609)으로 이송하는 기판이송기구(도시 안됨)를 가진다. 로딩유닛(601), 챔버(602, 603, 604), 화학기계적폴리싱유닛(605), 챔버(606, 607, 608) 및 언로딩유닛(609)은 하나의 단일구조의 장치로 조합된다.
기판도금장치는 다음과 같이 작동한다. 기판이송기구는 배선막이 아직 형성되지 않은 반도체기판(W)을 로딩유닛(601)내에 위치한 기판카세트(601-1)로부터 구리도금챔버(602)로 이송한다. 구리도금챔버(602)에서, 도금된 구리막은 배선트렌치 및 배선홀(콘택트홀)로 이루어진 배선영역을 가지는 반도체기판(W)의 표면에 형성된다.
구리도금챔버(602)에서 반도체기판(W)상에 도금된 구리막이 형성된 후에, 반도체기판(W)은 기판이송기구에 의하여 수세챔버(603, 604) 중 하나로 이송되고, 수세챔버(603, 604) 중 하나에서 물로 세정된다. 세정된 반도체기판(W)은 기판이송기구에 의하여 화학기계적폴리싱유닛(605)으로 이송된다. 화학기계적폴리싱유닛(605)은 배선트렌치 및 배선홀내에 도금된 구리막의 부분을 남겨두고 불필요하게 도금된 반도체기판(W)의 표면으로부터 구리막을 제거한다. 도금된 구리막이 퇴적되기 전에, 배선트렌치 및 배선홀의 내면을 포함하는 반도체기판(W)의 표면에 TiN 등으로 만들어진 배리어층이 형성된다.
그 다음, 도금된 구리막이 잔류하는 반도체기판(W)이 기판이송기구에 의하여 수세챔버(606, 607)로 이송되고 수세챔버(607, 608) 중 하나에서 물로 세정된다. 그 다음, 배선막의 역할을 하는 잔류하는 도금된 구리막을 가지는 건조된 반도체기판(W)이 언로딩유닛(609)의 기판카세트(609-1)내에 자리한 후에 세정된 반도체기판(W)이 건조챔버(608)에서 건조된다.
도 23은 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도이다. 도 23에 나타낸 기판도금장치는 구리도금챔버(602), 수세챔버(610), 전처리챔버(611), 반도체기판상의 도금된 구리막상에 보호용 도금층을 형성시키는 보호층 도금챔버(612), 수세챔버(613, 614) 및 화학기계적폴리싱유닛(615)를 추가로 포함한다는 점이 도 22에 나타낸 기판도금장치와는 다르다. 로딩유닛(601), 챔버(602, 602, 603, 604, 614), 화학기계적폴리싱유닛(605, 615), 챔버(606, 607, 608, 610, 611, 612, 613) 및 언로딩유닛(609)은 하나의 단일구조의 장치로 조합된다.
도 23에 나타낸 기판도금장치는 다음과 같이 작동한다. 반도체기판(W)은 로딩유닛(601)내에 위치한 기판카세트(601-1)로부터 구리도금챔버(602, 602) 중 하나로 연속적으로 공급된다. 구리도금챔버(602, 602) 중 하나에서, 배선트렌치 및 배선홀(콘택트홀)로 이루어진 배선영역을 가지는 반도체기판(W)의 표면에 도금된 구리막이 형성된다. 반도체기판(W)이 장시간동안 구리막으로 도금되도록 하기 위해 2개의 구리도금챔버(602, 602)가 채용된다. 상세하게는, 반도체기판(W)은 무전해도금에 따라 구리도금챔버(602) 중 하나에서 1차 구리막으로 도금된 다음, 전기도금에 따라 나머지 구리도금챔버(602)에서 2차 구리막으로 도금될 수 있다. 기판도금장치는 2개보다 많은 구리도금챔버를 가질 수도 있다.
표면에 구리막이 도금되어 있는 반도체기판(W)은 수세챔버(603, 604) 중 하나에서 물로 세정된다. 그 다음, 화학기계적폴리싱유닛(605)은 반도체기판(W)의 표면으로부터 배선트렌치 및 배선홀의 도금된 구리막의 부분을 남겨두고 도금된 구리막의 불필요한 부분을 제거한다.
이후에, 잔류하는 도금된 구리막을 가지는 반도체기판(W)은 물을 이용해 반도체기판(W)을 세정하는 수세챔버(610)로 이송된다. 그 다음, 반도체기판(W)은 전처리챔버(611)로 이송되어 그 내부에서 보호도금층의 퇴적을 위해 전처리된다. 전처리된 반도체기판(W)은 보호층-도금챔버(612)로 이송된다. 보호층도금챔버(612)에서, 반도체기판(W)상의 배선영역의 도금된 구리막상에 보호도금층이 형성된다. 예를 들어, 보호도금층은 무전해 도금에 의하여 니켈(Ni) 및 보론(B)의 합금으로 형성된다.
반도체기판이 수세챔버(613, 614) 중 하나에서 세정된 후에, 도금된 구리막상에 퇴적된 보호도금층의 상부는 화학기계적폴리싱유닛(615)에서 보호도금층을 평탄화하기 위해 폴리싱된다.
보호도금층이 폴리싱된 후에, 반도체기판(W)은 수세챔버(606, 607) 중 하나에서 물로 세정되고, 건조챔버(608)에서 건조된 뒤, 언로딩유닛(609)의 기판카세트(609-1)로 이송된다.
도 24는 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도이다. 도 24에 나타낸 바와 같이, 기판도금장치는 그 중심에 로봇아암(616-1)을 구비한 로봇(616)을 포함하며, 또한, 로봇(616) 주위에 배치되고 로봇아암(616-1)의 도달거리안에 위치하는 구리도금챔버(602), 한 쌍의 수세챔버(603, 604), 화학기계적폴리싱유닛(605), 전처리챔버(611), 보호층도금챔버(612), 건조챔버(608) 및 로딩/언로딩스테이션(617)을 구비한다. 반도체기판을 로딩하는 로딩유닛(601) 및 반도체기판을 언로딩하는 언로딩유닛(609)는 로딩/언로딩스테이션(617)에 인접하게 배치된다. 로봇(616), 챔버(602, 603, 604), 화학기계적폴리싱유닛(605), 챔버(608, 611, 612), 로딩/언로딩스테이션(617), 로딩유닛(601) 및 언로딩유닛(609)은 하나의 단일구조의 장치로 조합된다.
도 24에 나타낸 기판도금장치는 다음과 같이 작동한다.
도금될 반도체기판은 로딩유닛(601)으로부터 로딩/언로딩스테이션(617)으로 이송되는데, 이것으로부터 반도체기판이 로봇아암(616-1)에 의해 수용되어 구리도금챔버(602)로 이송된다. 구리도금챔버(602)에서, 배선트렌치 및 배선홀로 이루어진 배선영역을 가지는 반도체기판의 표면상에 도금된 구리막이 형성된다. 표면에 구리막이 도금되어 있는 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의하여 화학기계적폴리싱유닛(605)으로 이송된다. 화학기계적폴리싱유닛(605)에서, 배선트렌치 및 배선홀의 도금된 구리막의 부분을 남겨두고 반도체기판(W)의 표면으로부터 남아있는 도금된 구리막이 제거된다.
그 다음, 반도체기판이 로봇아암(616-1)에 의하여 반도체기판이 물로 세정되는 수세챔버(604)로 이송된다. 그후에, 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의해 보호도금층의 퇴적을 위해 반도체기판을 전처리하는 전처리챔버(611)로 이송된다. 전처리된 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의해 보호층도금챔버(612)로 이송된다. 보호층도금챔버(612)에서, 반도체기판(W)상의 배선영역에 도금된 구리막상에 보호도금층이 형성된다. 표면에 보호도금층이 형성되어 있는 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의해 반도체기판이 물로 세정되는 수세챔버(604)로 이송된다. 세정된 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의해 반도체기판이 건조되는 건조챔버(608)로 이송된다. 건조된 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의해 도금된 반도체기판이 언로딩유닛(609)으로 이송되는 로딩/언로딩스테이션(617)으로 이송된다.
도 25는 반도체기판처리장치의 다른 예시의 평면구성을 나타내고 있는 도면이다. 반도체기판처리장치는 로딩/언로딩부(701), 도금된 구리막형성유닛(702), 제1로봇(703), 제3세정기(704), 반전기(705), 반전기(706), 제2세정기(707), 제2로봇(708), 제1세정기(709), 제1폴리싱장치(710) 및 제2폴리싱장치(711)가 제공되는 구성을 가진다. 도금 전후의 막두께를 측정하는 도금전후 막두께측정기구(712)와폴리싱후에 건조된 상태의 반도체기판(W)의 막두께를 측정하는 건조상태의 막두께 측정기구(713)는 제1로봇(703) 부근에 위치한다.
제1폴리싱장치(폴리싱유닛)(710)는 폴리싱테이블(710-1), 톱링(710-2), 톱링헤드(710-3), 막두께측정기구(710-4) 및 푸셔(710-5)를 가진다. 제2폴리싱장치(폴리싱유닛)(711)는 폴리싱테이블(711-1), 톱링(711-2), 톱링헤드(711-3), 막두께측정기구(711-4) 및 푸셔(711-5)를 가진다.
배선용 트렌치 및 비아홀이 형성되어 있고, 표면에 시드층이 형성되어 있는 반도체기판(W)을 수용하는 카세트(701-1)는 로딩/언로딩부(701)의 로딩부상에 위치한다. 제1로봇(703)은 반도체기판(W)을 카세트(701-1)로부터 꺼내어 구리막이 형성되는 도금된 구리막형성유닛(702)으로 운반한다. 이 때, 시드층의 막두께는 도금전후 막두께 측정기구(712)를 이용해 측정된다. 도금된 구리막은 반도체기판(W)의 피가공면의 친수성처리를 수행한 다음 구리도금함으로써 형성된다. 도금된 구리막의 형성후에, 도금된 구리막 형성유닛(702)에서 반도체기판(W)을 헹구거나 세정한다.
반도체기판(W)이 제1로봇(703)에 의해 도금된 구리막 형성유닛(702)으로부터 꺼내어지면, 도금전후 막두께측정기구(712)를 이용해 도금된 구리막의 막두께가 측정된다. 그 측정결과는 반도체기판의 기록데이터로서 기록장치(도시 안됨)에 기록되고 도금된 구리막 형성유닛(702)의 이상여부의 판단을 위해 사용된다. 막두께의 측정후에, 제1로봇(703)은 반도체기판(W)을 반전기(705)로 이송하고, 반전기(705)는 반도체기판(W)을 (도금된 구리막이 형성된 표면이 아랫쪽을 향하도록) 반전시킨다. 제1폴리싱장치(710) 및 제2폴리싱장치(711)는 직렬모드 및 병렬모드로 폴리싱을 실시한다. 다음에는, 직렬모드의 폴리싱에 대하여 기술하기로 한다.
직렬모드 폴리싱에서는, 폴리싱장치(710)에 의하여 1차 폴리싱이 수행되고, 폴리싱장치(711)에 의하여 2차 폴리싱이 실시된다. 제2로봇(708)은 반전기(705)상의 반도체기판(W)을 집어올려 폴리싱장치(710)의 푸셔(710-5)상에 반도체기판(W)을 위치시킨다. 톱링(710-2)은 흡입에 의해 푸셔(710-5)상의 반도체기판(W)을 끌어당겨 1차 폴리싱을 실시하기 위한 압력하에 반도체기판(W)의 도금된 구리막의 표면을 폴리싱테이블(710-1)의 폴리싱면과 접촉시킨다. 1차 폴리싱에 의하여, 도금된 구리막이 기본적으로 폴리싱된다. 폴리싱테이블(710-1)의 폴리싱면은 IC1000과 같은 발포 폴리우레탄또는 연마입자가 고착되어 있거나 함침되어 있는 재료로 구성된다. 폴리싱면과 반도체기판(W)의 상대운동에 의해 도금된 구리막이 폴리싱된다.
도금된 구리막의 폴리싱의 완료후에, 반도체기판(W)은 톱링(710-2)에 의해 푸셔(710-5)상으로 회송된다. 제2로봇(708)은 반도체기판(W)을 집어올려 제1세정기내로 가져간다. 이 때, 미립자들을 제거하거나 미립자가 들러붙는 것을 어렵게 하기 위하여 푸셔(710-5)상의 반도체기판(W)의 피가공면과 뒷면에 화학액이 분출될 수 있다.
제1세정기(709)에서의 세정완료후, 제2로봇(708)은 반도체기판(W)을 집어올려 제2폴리싱장치(711)의 푸셔(711-5)상에 반도체기판(W)을 위치시킨다. 톱링(711-2)은 흡입에 의해 푸셔(711-5)상의 반도체기판(W)을 끌어당겨 2차 폴리싱을 실시하기 위한 압력하에 배리어층이 형성되어 있는 반도체기판(W)의 표면을 폴리싱테이블(711-1)의 폴리싱면과 접촉시킨다. 이 2차 폴리싱에 의하여, 배리어층이 폴리싱된다. 하지만, 2차 폴리싱이 완료된 후에도 구리막 및 산화막이 남아있는 경우가 있을 수도 있다.
폴리싱테이블(711-1)의 폴리싱면은 IC1000과 같은 발포 폴리우레탄이나 연마입자가 고착되어 있거나 함침되어 있는 재료로 이루어진다. 폴리싱면과 반도체기판(W)의 상대운동에 의해 폴리싱이 수행된다. 이 때, 실리카, 알루미나, 세리아 등이 연마입자나 슬러리로 사용된다. 화학액은 폴리싱될 막의 종류에 따라 조정된다.
2차 폴리싱의 종료점의 검출은 주로 광학막두께측정기구를 사용하여 배리어층의 막두께를 측정하고, 두께가 0이 되거나 SiO2를 포함하는 절연막의 표면이 나타나는 막두께를 검출함으로써 실시된다. 또한, 이미지처리기능을 갖는 막두께측정기구가 폴리싱테이블(711-1) 부근에 제공되는 막두께측정기구(711-4)로서 사용된다. 이러한 측정기구를 사용하여, 산화막의 측정이 이루어지고 그 결과가 반도체기판(W)의 처리기록으로서 저장되어 2차 폴리싱이 마무리된 반도체기판(W)이 후속단계로 이송될 수 있을지의 여부를 판단하는데 사용된다. 2차 폴리싱의 종료점에 도달하지 못했다면, 재차 폴리싱이 수행된다. 어떠한 이상으로 인해 소정값을 초과하여 과도하게 폴리싱이 수행되었다면, 불량품이 증가되지 않도록 다음의 폴리싱을 피하기 위해 반도체기판처리장치가 멈춘다.
2차 폴리싱의 완료후에, 반도체기판(W)은 톱링(711-2)에 의하여 푸셔(711-5)로 이동된다. 제2로봇(708)은 푸셔(711-5)상의 반도체기판(W)을 집어올린다. 이때, 미립자를 제거하거나 들러붙는 것을 어렵게 하기 위해 푸셔(711-5)상의 반도체기판의 피가공면과 뒷면을 향해 화학액이 분출될 수 있다.
제2로봇(708)은 반도체기판(W)의 세정이 수행되는 제2세정기(707)내로 반도체기판(W)을 운반한다. 제2세정기(707)의 구조는 제1세정기(709)의 구조와 동일하다. 반도체기판(W)의 피가공면은 계면활성제, 킬레이트제 또는 pH 조절제가 첨가된 순수를 포함하는 세정액을 사용하여 PVA 스폰지 롤로 문질러 닦는다. DHF와 같은 강한 화학액이 노즐로부터 반도체기판(W)의 뒷면을 향하여 분출되어 표면에 확산된 구리의 에칭을 수행한다. 확산의 문제가 없다면, 피가공면에 사용되는 것과 동일한 화학액을 사용하여 PVA 스폰지 롤에 의하여 스크럽세정(scrubbing cleaning)이 수행된다.
상기 세정의 완료후에, 제2로봇(708)은 반도체기판(W)을 집어올려 반전기(706)로 이송하고 회송기(706)는 반도체기판(W)을 반전시킨다. 반전된 반도체기판(W)은 제1로봇(703)에 의해 집어올려져 제3세정기(704)로 이송된다. 제3세정기(704)에서는, 반도체기판(W)을 세정하기 위하여 초음파진동에 의하여 여기된 극초음파수(megasonic water)가 반도체기판(W)의 피가공면을 향하여 분출된다. 이 때, 반도체기판(W)의 피가공면은 계면활성제, 킬레이트제 또는 pH 조절제가 첨가된 순수를 포함하는 세정액을 사용하여, 공지된 연필형상의 스폰지를 이용해 세정될 수도 있다. 이후에, 반도체기판(W)은 스핀건조에 의해 건조된다.
상술된 바와 같이, 폴리싱테이블(711-1) 부근에 제공되는 막두께측정기구(711-4)를 이용하여 막두께가 측정되면, 반도체기판(W)은 더 처리되지 않고 로딩/언로딩부(771) 의 언로딩포트상에 위치한 카세트내에 수용된다.
도 26은 반도체기판처리장치의 다른 예시의 평면구성을 나타내고 있는 도면이다. 기판처리장치는 도 25에 나타낸 도금된 구리막 형성유닛(702) 대신 캡도금유닛(750)이 제공된다는 점이 도 25에 나타낸 기판도금장치와는 다르다.
구리막이 도금되어 있는 반도체기판(W)을 수용하는 카세트(701-1)는 로딩/언로딩부(701)의 로드포트상에 위치한다. 카세트(701-1)로부터 꺼내어진 반도체기판(W)은 도금된 구리막의 표면이 폴리싱되는 제1폴리싱장치(710) 또는 제2폴리싱장치(711)로 이송된다. 도금된 구리막의 폴리싱의 완료후에, 제1세정기(709)에서 반도체기판(W)이 세정된다.
제1세정기(709)에서의 세정의 완료후에, 대기로 인한 도금된 구리막의 산화를 방지를 방지하기 위한 목적으로 도금된 구리막의 표면상에 캡도금을 실시하는 캡도금유닛(750)으로 반도체기판(W)이 이송된다. 캡도금이 실시된 반도체기판은 제2로봇(708)에 의해 캡도금유닛(750)으로부터 반도체기판(W)이 순수나 탈이온수에 의해 세정되는 제2세정유닛(707)으로 운반된다. 세정완료후의 반도체기판은 로딩/언로딩부(701)상에 위치한 카세트(701-1)내로 회송된다.
도 27은 반도체기판처리장치의 또 다른 예시의 평면구성을 나타내고 있는 도면이다. 기판처리장치는 도 26의 제3세정기(709) 대신 어닐링유닛(751)이 제공된다는 점이 도 26에 나타낸 기판처리장치와는 다르다.
상술된 폴리싱유닛(710 또는 711)에서 폴리싱되고 제1세정기(709)에서 세정되는 반도체기판(W)은 도금된 구리막의 표면에 캡도금이 실시되는 캡도금유닛(750)으로 이송된다. 캡도금이 실시된 반도체기판은 제2로봇(732)에 의해 캡도금유닛(750)으로부터 반도체기판이 세정되는 제1세정유닛(707)으로 운반된다.
제1세정기(709)에서의 세정의 완료후에, 반도체기판(W)은 기판이 어닐링되는 어닐링유닛(751)으로 이송되어, 도금된 구리막의 전자영동 저항(electromigration resistance)을 증가시키기 위하여 도금된 구리막이 합금된다. 어닐링처리가 실시된 반도체기판(W)은 어닐링유닛(751)으로부터 순수나 탈이온수로 반도체기판을 세정하는 제2세정유닛(707)으로 운반된다. 세정완료후의 반도체기판(W)은 로딩/언로딩부(701)상에 위치한 카세트(701-1)내로 회송된다.
도 28은 기판처리장치의 다른 예시의 평면레이아웃구성을 나타내고 있는 도면이다. 도 28에서, 도 25에서와 동일한 참조부호로 나타낸 부분은 같거나 동일한 부분을 나타낸다. 기판처리장치에서, 푸셔인덱서(725)는 제1폴리싱장치(710) 및 제2폴리싱장치(711)에 근접하게 배치된다. 기판배치테이블(721, 722)은 각각 제3세정기(704) 및 도금된 구리막 형성유닛(702)에 근접하게 배치된다. 로봇(23)은 제1세정기(709) 및 제3세정기(704)에 근접하게 배치된다. 또한, 로봇(724)은 제2세정기(707) 및 도금된 구리막 형성유닛(702)에 근접하게 배치되고, 건조상태의 막두께 측정기구(713)는 로딩/언로딩부(701) 및 제1로봇(703)에 근접하게 배치된다.
상기 구성의 기판처리장치에서, 제1로봇(703)은 로딩/언로딩부(701)의 로드포트상에 위치한 카세트(701-1)로부터 반도체기판(W)을 꺼낸다. 건조상태의 막두께 측정기구(713)를 이용하여 배리어층과 시드층의 막두께가 측정된 후에, 제1로봇(703)은 반도체기판(W)을 기판배치테이블(721)상에 위치시킨다.제1로봇(703)의 핸드상에 건조상태의 막두께 측정기구(713)가 제공되는 경우에, 그위에서 막두께가 측정되고 기판배치테이블(721)상에 기판이 배치된다. 제2로봇(723)은 기판배치테이블(721)상의 반도체기판(W)을 도금된 구리막이 형성되는 도금된 구리막 형성유닛(702)으로 이송시킨다. 도금된 구리막의 형성후에, 도금전후 막두께측정기구(712)로 도금된 구리막의 막두께가 측정된다. 그 다음, 제2로봇(723)은 반도체기판(W)을 푸셔인덱서(725)로 이송하여 그 위에 로딩시킨다.
[직렬모드]
직렬모드에서, 톱링헤드(710-2)는 흡입에 의해 푸셔인덱서(725)상에 반도체기판(W)을 유지시키고, 그것을 폴리싱테이블(710-1)로 이송시키고, 반도체기판(W)을 폴리싱테이블(710-1)상의 폴리싱면에 대하여 가압하여, 폴리싱을 실시한다. 폴리싱의 종료점의 검출은 상술된 바와 같은 방법으로 실시된다. 폴리싱 완료후의 반도체기판(W)은 톱링헤드(710-2)에 의해 푸셔인덱서(725)로 이송되어 그 위에 로딩된다. 제2로봇(723)은 반도체기판(W)을 꺼내어 세정을 위해 제1세정기(709)로 운반한다. 그 다음, 반도체기판(W)은 푸셔인덱서(725)로 이송되어 그 위에 로딩된다.
톱링헤드(711-2)는 흡입에 의해 반도체기판을 푸셔인덱서(725)상에 유지시키고, 그것을 폴리싱테이블(711-1)로 이송하여 폴리싱테이블(711-1)상의 폴리싱면에 대하여 가압함으로써, 폴리싱을 실시한다. 폴리싱 종료점의 검출은 상술된 바와 동일한 방법으로 수행된다. 폴리싱완료후의 반도체기판(W)은 톱링헤드(711-2)에 의해 푸셔인덱서(725)로 이송되어 그 위에 로딩된다. 제3로봇(724)은 반도체기판(W)을 집어올리고 막두께측정기구(726)로 그것의 막두께를 측정한다. 그 다음, 세정을 위해 반도체기판(W)이 제2세정기(707)로 운반된다. 그후에, 반도체기판(W)은 제3세정기(704)로 운반되어 세정된 다음, 스핀건조에 의해 건조된다. 그 다음, 반도체기판(W)은 제3로봇(724)에 의해 집어올려져 기판배치테이블(722)상에 배치된다.
[병렬모드]
병렬모드에서, 톱링헤드(710-2 또는 711-2)는 흡입에 의해 반도체기판(W)을 푸셔인덱서(725)상에서 유지시키고 폴리싱테이블(710-1 또는 711-1)로 이송시켜 폴리싱테이블(710-1 또는 711-1)상의 폴리싱면에 대하여 가압함으로써, 폴리싱을 수행한다. 막두께의 측정후에, 제3로봇(724)은 반도체기판(W)을 집어올려 기판배치테이블(722)상에 배치시킨다.
제1로봇(703)은 기판배치테이블(722)상의 반도체기판(W)을 건조상태의 막두께 측정기구(713)로 이송시킨다. 막두께가 측정된 후에, 반도체기판(W)은 로딩/언로딩부(701)의 카세트(701-1)로 회송된다.
도 29는 기판처리장치의 다른 평면레이아웃구성을 나타내고 있는 도면이다. 본 기판처리장치는 표면에 시드층이 형성되어 있지 않은 반도체기판(W)에 시드층과 도금된 구리막을 형성시키고 배선을 형성하기 위해 이들 막을 폴리싱하는 기판처리장치이다.
본 기판폴리싱장치에서, 푸셔인덱서(725)는 제1폴리싱장치(710) 및 제2폴리싱장치(711)에 근접하게 배치되고, 기판배치테이블(721, 722)은 각각 제2세정기(707) 및 시드층형성유닛(727)에 근접하게 배치되며, 로봇(723)은 시드층형성유닛(727)과 도금된 구리막 형성유닛(702)에 근접하게 배치된다. 또한, 로봇(724)은 제1세정기(709) 및 제2세정기(707)에 근접하게 배치되고, 건조상태의 막두께 측정기구(713)는 로딩/언로딩부(701)와 제1로봇(702)에 근접하게 배치된다.
제1로봇(703)은 로딩/언로딩부(701)의 로드포트상에 배치되는 카세트(701-1)로부터 표면에 배리어층이 형성되어 있는 반도체기판(W)을 꺼내어 기판배치테이블(721)상에 배치시킨다. 그 다음, 제2로봇(723)이 시드층을 형성하는 시드층형성유닛(727)으로 반도체기판(W)을 이송시킨다. 시드층은 무전해도금에 의해 형성된다. 제2로봇(723)은 도금전후 막두께 측정기구(712)에 의해 표면에 시드층이 형성되어 있는 반도체기판에 있어서 시드층의 두께가 측정될 수 있도록 한다. 막두께의 측정후에, 반도체기판은 도금막이 형성되는 도금된 구리막 형성유닛(702)으로 운반된다.
도금된 구리막의 형성후에, 그것의 막두께가 측정되고, 반도체기판이 푸셔인덱서(725)로 이송된다. 톱링(710-2 또는 711-2)은 흡입에 의해 반도체기판(W)을 푸셔인덱서(725)상에서 유지시키고 폴리싱테이블(710-1 또는 711-1)로 이송시킴으로써, 폴리싱을 실시한다. 폴리싱후에는, 막두께를 측정하기 위해서 톱링(710-2 또는 711-2)이 막두께측정기구(710-4 또는 711-4)로 반도체기판(W)을 이송시킨다. 그 후, 톱링(710-2 또는 711-2)은 반도체기판(W)을 푸셔인덱서(725)로 이송시켜 그 위에 배치시킨다.
그 다음, 제3로봇(724)은 푸셔인덱서(725)로부터 반도체기판(W)을 집어올려 제1세정기(709)로 운반한다. 제3로봇(724)은 제1세정기(709)로부터 세정된 반도체기판(W)을 집어올려 제2세정기(707)로 운반하며 기판배치테이블(722)상에 세정 및 건조된 반도체기판을 배치시킨다. 그 다음, 제1로봇(703)이 반도체기판(W)을 집어올려 막두께가 측정되는 건조상태의 막두께 측정기구(713)로 이송시키고, 상기 제1로봇(703)은 로딩/언로딩부(701)의 언로드포트상에 위치한 카세트(701-1)로 반도체기판을 운반한다.
도 29에 나타낸 기판처리장치에서, 회로패턴의 트렌치 또는 비아홀이 내부에 형성되어 있는 반도체기판(W)상에 배리어층, 시드층 및 도금된 구리막을 형성시키고 그들을 폴리싱함으로써 배선이 형성된다.
배리어층의 형성전에 반도체기판(W)을 수용하는 카세트(701-1)는 로딩/언로딩부(701)의 로드포트상에 배치된다. 제1로봇(703)은 로딩/언로딩부(701)의 로드포트상에 위치한 카세트(701-1)로부터 반도체기판(W)을 꺼내어 기판배치테이블(721)상에 배치시킨다. 그 다음, 제2로봇(723)은 반도체기판(W)을 배리어층 및 시드층이 형성되는 시드층 형성유닛(727)으로 이송한다. 배리어층 및 시드층은 무전해도금에 의해 형성된다. 제2로봇(723)은 표면에 배리어층 및 시드층이 형성되어 있는 반도체기판(W)을 도금전후 막두께 측정기구(712)로 이송하여 배리어층 및 시드층의 막두께를 측정한다. 막두께측정후에, 반도체기판(W)은 도금된 구리막이 형성되는 도금된 구리막 형성유닛(702)으로 운반된다.
도 30은 기판처리장치의 다른 예시의 평면레이아웃구성을 나타내고 있는 도면이다. 기판처리장치에는, 배리어층 형성유닛(811), 시드층 형성유닛(812), 도금막 형성유닛(813), 어닐링유닛(814), 제1세정유닛(815), 베벨 및 뒷면세정유닛(816), 캡도금유닛(817), 제2세정유닛(818), 제1정렬기(aligner) 및 막두께측정기구(841), 제2정렬기 및 막두께측정기구(842), 제1기판반전기(843), 제2기판반전기(844), 기판임시배치테이블(845), 제3막두께측정기구(846), 로딩/언로딩부(820), 제1폴리싱장치(821), 제2폴리싱장치(822), 제1로봇(831), 제2로봇(832), 제3로봇(833) 및 제4로봇(834)이 제공된다. 막두께 측정기구(841, 842, 846)는 단위체로서 기타유닛(도금, 세정, 어닐링유니 등)의 정면의 치수와 동일한 크기를 가지기 때문에 교체가능하다.
본 예시에서, 무전해 루테늄 도금장치가 배리어층 형성유닛(811)으로, 무전해 구리도금장치가 시드층 형성유닛(812)으로, 전기도금장치가 도금된 구리막 형성유닛(813)으로 사용될 수 있다.
도 31은 본 기판처리장치의 각 단계별 흐름을 나타내고 있는 플로우차트이다. 상기 장치의 각 단계는 이 플로우차트에 따라 기술될 것이다. 우선, 제1로봇(831)에 의해 로드 및 언로드유닛(820)상에 위치한 카세트(820a)로부터 꺼내어진 반도체기판은 피도금면이 윗쪽을 향하는 상태로 제1정렬기 및 막두께측정유닛(841)에 배치된다. 막두께의 측정이 이루어지는 위치에 대한 기준점을 설정하기 위하여, 막두께측정을 위한 노치 정렬(notch alignment)이 실시된 다음, 구리막의 형성전에 반도체기판에 대한 막두께 데이터가 얻어진다.
그 다음, 제1로봇(831)에 의해 반도체기판이 배리어층 형성유닛(811)으로 이송된다. 배리어층 형성유닛(811)은 무전해 루테늄 도금에 의해 반도체기판상에 배리어층을 형성시키는 장치이고, 이 배리어층 형성유닛(811)은 반도체디바이스 층간의 절연막(예를 들어, SiO2)내로 구리가 확산되는 것을 방지하는 막으로서 루테늄 막을 형성시킨다. 세정 및 건조 단계후에 배출된 반도체기판은 제1로봇(831)에 의해 제1정렬기 및 막두께측정유닛(841)으로 이송되며, 여기서 반도체기판의 막두께, 즉, 배리어층의 막두께가 측정된다.
막두께측정후의 반도체기판은 제2로봇(832)에 의해 시드층 형성유닛(812)으로 운반되고, 시드층은 무전해 구리도금에 의해 배리어층상에 형성된다. 반도체기판이 함침도금유닛인 도금막 형성유닛(813)으로 이송되기 전에, 노치 위치의 판정(determination)을 위하여 세정 및 건조단계후에 배출된 반도체기판은 제2로봇(832)에 의해 제2정렬기 및 막두께측정기구(842)로 이송된 다음, 막두께측정기구(842)에 의하여 Cu 도금을 위한 노치정렬이 수행된다. 필요하다면, 구리막형성전의 반도체기판의 막두께는 막두께측정기구(842)에서 재차 측정될 수도 있다.
노치맞춤이 완료된 반도체기판은 제3로봇(833)에 의해 도금막 형성유닛(813)으로 이송되어 반도체기판에 구리도금이 실시된다. 세정 및 건조 단계후에 배출된 반도체기판은 제3로봇(833)에 의해 베벨 및 뒷면세정유닛(816)으로 이송되고, 여기서 반도체기판의 주변부에 있는 불필요한 구리막(시드층)이 제거된다. 베벨 및 뒷면 세정유닛(816)에서, 미리설정된 시간에 베벨이 에칭되고, 플루오르화 수소산과 같은 화학액을 이용해 반도체기판의 뒷면에 들러붙는 구리가 세정된다. 이 때, 반도체기판이 베벨 및 뒷면세정유닛(816)으로 이송되기 전에, 도금에 의하여 형성된 구리막의 두께값을 얻고, 그 얻어진 결과를 기초로 하여, 에칭을 수행하기 위한 베벨에칭시간이 임의로 변경될 수 있는 제2정렬기 및 막두께 측정기구(842)에 의해 반도체기판의 막두께측정이 수행될 수 있다. 베벨에칭에 의해 에칭된 영역은 기판의 주변에지부에 해당하며 그 내부에 회로가 형성되어 있지 않은 영역 또는 회로는 형성되어 있으나 결국 칩으로서 활용되지는 않는 영역이다. 베벨부는 상기 영역내에 포함된다.
베벨 및 뒷면 세정유닛(816)에서의 세정 및 건조단계후에 배출된 반도체기판은 제3로봇(833)에 의해 기판반전기(843)로 이송된다. 도금된 표면이 아래쪽을 향하도록 반도체기판이 기판반전기(843)에 의해 반전된후에, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의해 어닐링유닛(814)내로 들어가 배선부를 안정시킨다. 어닐링처리 전 및/또는 후에, 반도체기판은 제2정렬기 및 막두께 측정유닛(842)으로 운반되고, 여기서 반도체기판상에 형성된 구리막의 막두께가 측정된다. 그 다음, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의해 반도체기판의 구리막과 시드층이 폴리싱되는 제1폴리싱장치(821)내로 운반된다.
이 때, 소정의 연마입자 등이 사용되지만, 고정연삭제(fixed abrasive)는 디싱(dishing)을 방지하고 피가공면의 평활도를 개선하기 위하여 사용될 수도 있다. 1차 폴리싱의 완료후에, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의해 제1세정유닛(815)로 이송되어 세정된다. 여기서의 세정은 반도체기판의 직경과 실질적으로 동일한 길이를 갖는 롤을 반도체기판의 피가공면 및 뒷면상에 위치시키고, 반도체기판과 롤을 회전시키면서, 순수나 탈이온수를 흘려주면서 반도체기판의 세정을 수행하는 스크럽 세정이다.
1차 세정의 완료후에, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의해 반도체기판상의 배리어층이 폴리싱되는 제2폴리싱장치(822)로 이송된다. 이 때, 소정의 연마입자 등이 사용되나, 디싱을 방지하고 피가공면의 평활도를 개선시키기 위하여 고정연삭제가 사용될 수 있다. 2차 폴리싱의 완료후에, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의해 제1세정유닛(815)으로 다시 이송되고, 여기서 스크럽세정이 수행된다. 세정의 완료후에, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의해 제2기판반전기(844)로 이송되고, 여기서 반도체기판은 도금된 표면이 윗쪽을 향하도록 반전된 다음, 제3로봇에 의해 기판임시배치테이블(845)상에 배치된다.
반도체기판은 제2로봇(832)에 의해 기판임시배치테이블(845)로부터 캡도금유닛(817)으로 이송되고, 여기에서 대기로 인한 구리의 산화를 방기하기 위하여 구리면상에 캡도금이 실시된다. 캡도금이 도포된 반도체기판은 제2로봇(832)에 의해 커버도금유닛(817)으로부터 제3막두께측정기구(146)로 운반되고, 여기에서 구리막의 두께가 측정된다. 이후에, 반도체기판은 제1로봇(831)에 의해 제2세정유닛(818)으로 운반되고, 여기에서 순수나 탈이온수를 이용해 세정된다. 세정의 완료후의 반도체기판은 로딩/언로딩부(820)상에 배치된 카세트(820a)내로 회송된다.
정렬기 및 막두께측정기구(841)와 정렬기 및 막두께측정기구(842)는 기판의 노치부의 위치설정 및 막두께의 측정을 수행한다.
시드층형성유닛(182)은 생략될 수도 있다. 이 경우에, 도금된 막이 직접적으로 도금막형성유닛(817)의 배리어층상에 형성될 수도 있다.
베벨 및 뒷면 세정유닛(816)은 에지(베벨)의 구리에칭 및 뒷면세정을 동시에수행할 수 있고, 기판표면상의 회로형성부에 있는 구리의 자연산화막의 성장을 억제할 수 있다. 도 32는 베벨 및 뒷면 세정유닛(816)의 개략도를 나타내고 있다. 도 32에 나타낸 바와 같이, 베벨 및 뒷면 세정유닛(816)은, 바닥이 있는 원통형 방수커버(920) 내측에 자리하고, 기판 주변에지부의 원주방향을 따른 복수개소에 있는 스핀척(921)에 의해 기판을 수평으로 유지하면서 상기 기판(W)의 피가공면이 윗쪽을 향하는 상태로 상기 기판(W)을 고속회전시키기 위해 채택된 기판유지부(922); 기판유지부(922)에 의해 유지되는 기판(W) 피가공면의 거의 중심부 위에 배치된 중앙노즐(924); 및 기판(W)의 주변에지부 위에 배치된 에지노즐(926)을 구비한다. 중앙노즐(924) 및 에지노즐(926)은 아랫쪽을 향하고 있다. 백노즐(928)은 기판(W)의 뒷면의 거의 중심부 아래에 위치하며 윗쪽을 향하고 있다. 에지노즐(926)은 직경방향 및 기판(W)의 높이방향으로 이동가능하도록 되어 있다.
에지노즐(926)의 이동폭(L)은 기판의 외주끝단면으로부터 중심을 향하는 방향으로 임의로 위치되도록 설정되며, L에 대한 설정값은 기판(W)의 크기, 용도 등에 따라 입력된다. 통상적으로, 에지커트폭(C)은 2mm 내지 5mm의 범위내에서 설정된다. 기판의 회전속도가 뒷면으로부터 피가공면으로의 액의 이동량에 문제가 없는 소정값 이상인 경우에, 에지커트폭(C) 이내의 구리막이 제거될 수 있다.
다음으로, 본 세정장치에 의한 세정방법에 대해 기술하기로 한다. 우선, 반도체기판(W)은 기판유지부(922)의 스핀척(921)에 의해 수평으로 유지되는 상태로 기판유지부(922)와 일체로 수평회전된다. 이 상태에서, 산성용액이 중앙노즐(924)로부터 기판(W) 피가공면의 중심부로 공급된다. 산성용액은 비산화산(non-oxidizing acid)일 수 있으며, 플루오르화수소산, 염산, 황산, 시트르산, 옥살산 등이 사용된다. 한편, 산화제용액은 에지노즐(926)로부터 기판(W)의 주변에지부로 연속적 또는 간헐적으로 공급된다. 산화제용액으로는, 오존 수용액, 과산화수소 수용액, 질산 수용액, 차아염소산 나트륨 수용액 중 하나가 사용되거나 이들의 조합이 사용된다.
이러한 방식으로, 반도체기판(W)의 주변에지부(C) 영역의 끝단면 및 상면에 형성된 구리막 등은 산화제용액으로 급속히 산화되는 동시에 중앙노즐(924)로부터 공급되어 기판의 전체면으로 확산되는 산성용액에 의해 에칭되어 용해되고 제거된다. 미리 공급되기 전에 그들의 혼합물을 만드는 것에 비하여, 기판 주변에지부에서 산성용액과 산화제용액을 혼합하는 것이, 스팁에칭 프로파일(steep etching profile)이 얻을 수 있다. 이 때, 구리에칭속도는 그들의 농도에 의해 결정된다. 기판의 피가공면의 회로형성부에 구리의 자연산화막이 형성되는 경우에, 이러한 자연산화막은 기판을 회전시켜 기판의 전체면으로 퍼지는 산성용액에 의하여 즉시 제거될 수 있고, 더 이상 성장되지 않는다. 중앙노즐(924)로부터의 산성용액의 공급이 중단된 후에, 에지노즐(926)로부터의 산화제용액의 공급이 중단된다. 그 결과, 표면에 노출된 실리콘이 산화되고, 구리의 퇴적이 억제될 수 있다.
한편, 산화제용액 및 실리콘 산화막 에칭제는 백노즐(928)로부터 기판 뒷면의 중심부로 동시에, 혹은 교대로 공급된다. 그러므로, 금속형태로 반도체기판(W)의 뒷면에 둘러붙은 구리등은 기판의 실리콘과 함께 산화제용액에 의해 산화되고, 실리콘 산화막에칭제에 의해 에칭 및 제거될 수 있다. 화학제품 종류의 수가 줄기때문에, 이 산화제용액은 피가공면에 공급되는 산화제용액과 동일한 것이 바람직하다. 플루오르화수소산은 실리콘 산화막에칭제로서 사용될 수 있으며, 만일 플로우로화수소산이 기판 피가공면상에서 산성용액으로 사용된다면, 화학제품 종류의 수를 줄일 수 있다. 따라서, 산화제용액의 공급이 먼저 중단되는 경우에, 소수성표면이 얻어진다. 에칭제용액의 공급이 먼저 중단되는 경우에는, 수포화면(water-saturated surface)(친수성표면)이 얻어지며, 따라서 뒷면은 후속처리의 요건을 만족시키는 상태로 조정될 수 있다.
이러한 방식으로, 산성용액, 즉, 에칭용액이 기판(W)의 표면상에 잔류하는 금속이온을 제거하기 위해 기판으로 공급된다. 그 다음, 에칭용액을 순수로 대체하기 위하여 순수가 공급된 뒤, 스핀건조에 의해 기판이 건조된다. 이러한 방식으로, 반도체기판 피가공면의 주변에지부에서의 에지커트폭(C)의 구리막의 제거 및 뒷면의 구리오염물의 제거가 동시에 수행됨으로써, 예를 들어, 80초내에 상기 처리가 완료되도록 한다. 에지의 에칭커트폭은 임의(2mm 내지 5mm)로 설정될 수 있으나, 에칭을 위해 요구되는 시간은 커팅폭에 의해 좌우되지 않는다.
CMP처리전과 도금후에 수행되는 어닐링처리는 후속 CMP처리 및 배선의 전기적특성에 바람직한 영향을 미친다. 어닐링하지 않은 CMP처리후의 폭 넓은 배선(수 마이크로미터 단위)의 표면을 관찰하면, 마이크로보이드(microvoids)와 같은 많은 결함이 나타나, 전체 배선의 전기저항의 증가를 야기시킨다. 어닐링의 수행은 전기저항의 증가를 개선시킨다. 어닐링을 하지않으면, 배선에는 보이드가 나타나지 않는다. 따라서, 입자 성장도가 이들 현상에 연루되어 있음을 추정할 수 있다. 즉,다음의 메카니즘을 생각해볼 수 있다. 입자성장은 얇은 배선에서는 발생하기 어렵다. 한편, 폭넓은 배선에서는, 어닐링처리에 따라 입자성장이 진행된다. 입자성장이 진행되는 동안, 도금된 막에는 너무 작아서 SEM(주사전자현미경)으로는 볼 수 없는 초미세공들(ultrafine pores)이 모여 윗쪽으로 이동함으로써, 배선의 상부에 마이크로보이드 형태의 침하부(depression)가 형성된다. 어닐링유닛(814)에서의 어닐링조건은 수소(2% 이하)가 가스 분위기에 첨가되고, 온도는 300℃ 내지 400℃의 범위내에 있으며, 시간은 1분 내지 5분의 범위내에 있도록 되어 있다. 이들 조건하에서 상술된 효과가 얻어진다.
도 35 및 도 36은 어닐링유닛(814)을 나타내고 있다. 어닐링유닛(814)은 반도체기판(W)이 드나드는 게이트(1000)를 갖는 챔버(1002), 반도체기판(W)을, 예를 들어, 400℃로 가열하는, 챔버(1002)의 상부위치에 배치되는 가열판(1004) 및 예를 들어, 판 안쪽으로 냉각수를 흘려주어 반도체기판(W)을 냉각시키는, 챔버(1002)의 하부위치에 배치되는 냉각판(cool plate)(1006)을 포함한다. 또한, 어닐링유닛(1002)은 냉각판(1006)을 관통하고 그를 통해 상하로 연장되는 복수의 상하이동식 승강핀(1008)을 구비하여 그들 위에서 반도체기판(W)을 배치 및 유지시킨다. 어닐링유닛은 어닐링시 반도체기판(W)과 가열판(1004) 사이에서 산화방지가스를 유입시키는 가스유입관(1010) 및 가스유입관(1010)으로부터 유입되어 반도체기판(W)과 가열판(1004) 사이를 흐르는 가스를 배출하는 가스배출관(1012)을 더욱 포함한다. 상기 관들(1010, 1012)은 가열판(1004)의 반대쪽에 배치된다.
가스유입관(1010)은, 필터(1014a)를 포함하는 N2가스유입라인(1016)을 통해 유입되는 N2가스 및 필터(1014b)를 포함하는 H2가스유입라인(1018)을 통해 유입되는 H2가스를 혼합하여, 라인(1022)을 통해 가스유입관(1010)으로 흐르는 혼합가스를 형성하는 혼합기(1020)에 연결되는, 혼합가스유입관(1022)에 연결된다.
작업시, 승강핀(1008)상에서 유지되는 게이트(1000)를 통해 챔버(1002)로 운반된 반도체기판(W)은 승강핀(1008)상에서 유지되고, 상기 승강핀(1008)은 승강핀(1008)상에서 유지되는 반도체기판(W)과 가열판(1004)간의 거리가, 예를 들어, 0,1mm 내지 1.0mm가 되는 위치까지 상승한다. 이러한 상태에서, 반도체기판(W)이 예를 들어, 400℃까지 가열판(1004)에 의해 가열되는 동시에 산화방지가스가 가스유입관(1010)으로부터 유입되어, 상기 가스가 반도체기판(W)과 가열판(1004) 사이를 흐르면서 가스배출관(1012)으로부터 가스가 배출되도록 하여, 반도체기판(W)의 산화를 방지하면서 반도체기판(W)을 어닐링한다. 어닐링처리는 대략 수십초 내지 60초내에 완료될 수 있다. 기판의 가열온도는 100℃ 내지 600℃의 범위내에서 선택될 수 있다.
어닐링의 완료후에, 승강핀(1008)상에 유지되는 반도체기판(W)과 냉각판(1006)간의 거리가, 예를 들어, 0 내지 0.5mm가 되는 위치까지 승강핀(1008)이 하강한다. 이 상태에서, 냉각판(1006)내로 냉각수를 유입시킴으로써, 반도체기판(W)은 냉각판에 의해 10초 내지 60초내에 100℃ 이하의 온도로 냉각된다. 냉각된 반도체기판은 다음 단계로 보내진다.
수 %의 H2가스를 가지는 N2가스의 혼합가스가 상기 산화방지가스로서 사용된다. 하지만, N2가스가 단독으로 사용될 수도 있다.
어닐링유닛은 전기도금장치에 자리할 수도 있다.
도 33은 무전해도금장치의 개략적인 구성도이다. 도 33에 나타낸 바와 같이, 이 무전해도금장치는 그 상면상에서 도금될 반도체기판(W)을 유지시키는 유지수단(911), 주변에지부를 밀봉시키기 위한 유지수단(911)에 의해 유지되는 반도체기판(W)의 피도금면(상면)의 주변에지부와 접촉하는 댐부재(931) 및 댐부재로 주변에지부가 밀봉되는 반도체기판(W)의 피도금면으로 도금액을 공급하는 샤워헤드(941)를 포함한다. 무전해도금장치는 유지수단(911) 의 상부외주 부근에 배치되어 반도체기판(W)의 피도금면으로 세정액을 공급하는 세정액공급수단(951), 배출된 세정액 등(도금폐액)을 회수하는 회수용기(961), 반도체기판(W)상에 유지되는 도금액을 흡입하여 회수하는 도금액회수노즐(965) 및 유지수단(911)을 회전구동시키는 모터(M)를 더 포함한다. 각각의 부재는 이하에 설명된다.
유지부재(911)는 그것의 상면에 반도체기판(W)을 배치 및 유지시키는 기판배치부(913)를 가진다. 기판배치부(913)는 반도체기판(W)을 배치 및 고정시키기에 적합하다. 상세하게는, 기판배치부(913)는 반도체기판(W)을 진공흡입에 의해 그것의 뒷면으로 흡인시키는 진공흡인기구(도시 안됨)를 가진다. 반도체기판(W)을 따뜻하게 유지시키기 위해 밑면으로부터 반도체기판(W)의 피도금면을 가열하는 평면형의 이면히터(915)가 기판배치부(913)의 뒷면에 설치된다. 이면히터(915)는, 예를 들어, 고무히터로 구성된다. 상기 유지수단(911)은 모터(M)에 의해 회전되도록 되어 있고 상승 및 하강수단(도시 안됨)에 의해 상하로 이동가능하다.
댐부재(931)는 튜브형태이고, 그 하부에 반도체기판(W)의 외주에지를 밀봉시키기 위하여 제공되는 밀봉부(933)을 가지며, 예시된 위치로부터 상하로 이동할 수 없도록 설치된다.
샤워헤드(941)는 전방끝단부에 많은 노즐을 구비하는 구조로 되어 있어 공급된 도금액을 샤워형태로 살포하고 그것을 반도체기판(W)의 피도금면에 실질적으로 균일하게 공급한다. 세정액공급수단(951)은 노즐(953)로부터 세정액을 분출하는 구조를 가진다.
도금액회수노즐(965)은 상하이동 및 선회가능하도록 되어 있고, 도금액회수노즐(965)의 전방끝단부는 반도체기판(W) 상면의 주변에지부상에 제공되는 댐부재(931)의 안쪽으로 하강하고 반도체기판(W)상의 도금액을 흡입하기에 적합하게 되어 있다.
다음으로, 무전해도금장치의 작동에 대해 기술하기로 한다. 우선, 유지수단(911)과 댐부재(931) 사이에 소정치수의 갭을 제공하기 위하여 유지수단(911)이 예시된 상태로부터 하강하고, 반도체기판(W)이 기판배치부(913)상에 배치 및 고정된다. 예를 들어, 8인치의 기판이 반도체기판(W)으로 사용된다.
그 다음, 유지수단(911)은, 예시된 바와 같이, 그것의 상면을 댐부재(931)의 하면과 접촉시키기 위해 상승하고, 반도체기판(W)의 외주는 댐부재(931)의 밀봉부재(933)에 의해 밀봉된다. 이때, 반도체기판(W)의 표면은 개방된 상태로 되어 있다.
그 다음, 반도체기판(W)의 온도를, 예를 들어, 70℃(도금종료때까지 유지됨)로 만들기 위해 반도체기판(W) 자체가 이면히터(915)에 의해 직접 가열된다. 그 다음, 실질적으로 반도체기판(W)의 전체표면에 걸쳐 도금액을 부어주기 위해, 예를 들어, 50℃로 가열된 도금액이 샤워헤드(941)로부터 분출된다. 반도체기판(W)의 표면은 댐부재(931)로 둘러싸이기 때문에, 부어진 도금액은 모두 반도체기판(W)의 표면상에 유지된다. 공급된 도금액의 양은 반도체기판(W)의 표면위에 1mm의 두께(대략 30ml)가 되는 소량일 수 있다. 피도금면상에서 유지되는 도금액의 깊이는 10mm 이하일 수 있으며, 본 실시예에서와 같이 1mm일 수도 있다. 공급되는 도금액이 소량으로도 충분하다면, 도금액을 가열하는 가열장치는 작은 크기로 만들어질 수 있다. 본 예시에서, 가열에 의해, 반도체기판(W)의 온도는 70℃까지 상승하고, 도금액의 온도는 50℃까지 상승한다. 따라서, 반도체기판(W)의 피도금면이, 예를 들어, 60℃가 되면, 본 예시에서의 도금반응을 위한 최적의 온도가 얻어질 수 있다.
피도금면의 균일한 액적심을 수행하기 위하여 모터(M)에 의해 반도체기판(W)이 순간적으로 회전된 다음, 반도체기판(W)이 정지한 상태에서 피도금면의 도금이 수행된다. 상세하게는, 반도체기판(W)의 피도금면을 도금액으로 균일하게 적시기 위하여 반도체기판(W)은 100rpm 이하로 단 1초동안만 회전된다. 그 다음, 반도체기판(W)은 정지상태로 유지되고, 1분동안 무전해도금이 수행된다. 순간회전시간은 최장 10초 이하이다.
도금처리의 완료후에, 도금액을 흡입하기 위하여 도금액회수노즐(965)의 전방끝단부는 반도체기판(W)의 주변에지부상의 댐부재(931)의 내측 부근의 영역까지 하강한다. 이 때, 반도체기판(W)이, 예를 들어, 100rpm 이하의 회전속도로 회전된다면, 반도체기판(W)상에 잔류하는 도금액은 원심력하에 반도체기판(W)의 주변에지부상의 댐부재(931)의 부분에 모여, 좋은 효율과 높은 회수율로 도금액의 회수가 수행될 수 있다. 유지수단(911)은 댐부재(931)로부터 반도체기판(W)을 분리시키기 위하여 하강된다. 도금된 표면을 냉각시키기 위하여 반도체기판(W)의 회전이 개시되고 세정액(초순수)이 세정액공급수단(951)의 노즐(953)로부터 반도체기판(W)의 도금된 표면으로 분사되는 동시에, 희석 및 세정을 실시하여 무전해도금반응을 중단시킨다. 이 때, 댐부재(931)의 세정을 동시에 실시하기 위해 노즐(953)로부터 분사된 세정액이 댐부재(931)로 공급될 수 있다. 이 때의 도금폐액은 회수용기(961)내로 회수되어 폐기된다.
그 다음, 스핀건조용 모터(M)에 의해 반도체기판(W)이 고속으로 회전된 뒤, 유지수단(911)으로부터 반도체기판(W)이 제거된다.
도 34는 다른 무전해도금의 개략적 구성도이다. 도 34의 무전해도금장치는 유지수단(911)에 이면히터(915)를 제공하는 대신, 램프히터(917)가 유지수단(911) 위에 배치되고, 램프히터(917) 및 샤워헤드(941-2)가 일체화되어 있다는 점이 도 33의 무전해도금장치와는 다르다. 예를 들어, 상이한 반경을 가지는 복수의 링형상램프히터(917)가 동심으로 제공되고, 다수의 샤워헤드(941-2)의 노즐(943-2)이 램프히터들(917) 사이의 갭으로부터 링형태로 개방되어 있다. 램프히터(917)는 단일나선의 램프히터로 구성되거나 다양한 구조 및 형태의 여타 램프히터로 구성될 수도 있다.
이러한 구성에 의해서도, 각각의 노즐(943-2)로부터 반도체기판(W)의 피도금면으로 샤워형태로 실질적으로 균일하게 도금액이 공급될 수 있다. 또한, 램프히터(917)에 의해 직접적으로 균일하게 반도체기판(W)의 가열이나 열보존이 수행될 수 있다. 램프히터(917)는 반도체기판(W)과 도금액뿐 아니라 주위의 공기 또한 가열시켜 반도체기판(W)상에 열보존효과를 제공한다.
램프히터(917)에 의한 반도체기판(W)의 직접적인 가열은 비교적 큰 전력을 소모하는 램프히터(917)를 필요로 한다. 이러한 램프히터(917) 대신에, 주로, 이면히터(915)를 이용해 반도체기판(W)을 가열하고 주로 램프히터(917)에 의해 도금액 및 주위의 공기의 열보존을 수행하기 위하여, 비교적 작은 전력을 소모하는 램프히터(917) 및 도 32에 나타낸 이면히터(915)를 조합해 사용할 수 있다. 상술된 실시예에서와 동일한 방식으로, 온도제어를 실시하기 위하여 반도체기판(W)을 직간접적으로 냉각시키는 수단이 제공될 수도 있다.
상술된 캡도금은 무전해도금처리에 의해 수행되는 것이 바람직하나, 전기도금처리에 의해 수행될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 소정의 실시예들이 상세히 제시되고 기술되었으마, 첨부된 청구항의 범위를 벗어남 없이 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수도 있음을 이해해야만 한다.
본 발명에 따른 기판도금장치는 구리 등과 같은 금속을 반도체기판에 형성된배선후퇴부내에 충전시키는데 적절히 사용된다.

Claims (9)

  1. 기판을 처리하는 기판처리장치로서,
    기판을 유지하는 헤드조립체; 및
    상기 헤드조립체에 의하여 유지되는 상기 기판상에서 각각의 처리를 실시하는 복수의 기판처리부를 포함하는 기판처리장치에 있어서,
    상기 헤드조립체는 상기 기판을 유지하면서 상기 기판처리부들 사이에서 이동가능하며, 상기 기판상에서의 상기 각각의 처리는 상기 각각의 기판처리부에서 연속적으로 실시되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판처리부들 중 적어도 하나는 상기 기판을 도금하는 도금부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판처리부들 중 적어도 하나는 상기 기판을 세정하는 세정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 세정부는 세정된 기판을 건조시키기 위한 가스를 가하기 위한송풍기(air blower)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 헤드조립체는 상기 기판을 경사지게 지지할 수 있는 틸팅기구(tilting mechanism)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 기판을 처리하는 기판처리장치로서,
    도금조를 구비하여 그 내부에 도금액을 보유하는 도금부;
    상기 기판의 표면에 도금막을 형성시키기 위하여, 기판을 유지시키고 상기 도금조내의 상기 도금액속에 상기 기판을 담그는 헤드조립체;
    상기 도금된 기판의 주변에지 및 상기 기판과 접촉하여 유지되는 기판접촉부를 세정하는 세정부; 및
    상기 도금부와 상기 세정부 사이에서 상기 헤드조립체를 이동시키는 구동기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도금부 및 상기 세정부를 덮기 위한 커버를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구동기구는 상기 커버의 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 도금부 및 상기 세정부는 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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