KR20040017306A - 도금장치 - Google Patents

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KR20040017306A
KR20040017306A KR10-2004-7000624A KR20047000624A KR20040017306A KR 20040017306 A KR20040017306 A KR 20040017306A KR 20047000624 A KR20047000624 A KR 20047000624A KR 20040017306 A KR20040017306 A KR 20040017306A
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KR
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plating
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unit
semiconductor substrate
air
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KR10-2004-7000624A
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홍고아키히사
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가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

기판을 도금하는 도금장치는 클린룸내에 형성된 처리부(12), 기판을 처리하는 처리부(12)내에 배치된 처리유닛(5, 6), 처리부(12)내에 형성된 도금부(14) 및 기판(W)을 도금하는 도금부(14)내에 배치된 도금유닛(4)을 포함한다. 도금부(14)의 외부에서 처리부(12)와는 독립적으로, 도금부(14)로 공기가 공급되고, 그로부터 공기가 배출된다. 도금장치는 처리부(12)로부터 도금부(14)를 격리시키는 격벽(10), 및 도금부(14)와 처리부(12) 사이로 기판(W)을 이송하는 격벽(10)내에 형성된 1이상의 개구부를 포함한다.

Description

도금장치{PLATING APPARATUS}
일반적으로, 반도체기판상에 배선회로를 형성하는 물질로는 알루미늄 또는 알루미늄합금이 사용되어 왔다. 반도체 디바이스의 보다 높은 집적밀도는 보다 높은 전기전도도를 갖는 물질이 배선회로에 사용될 것을 요구한다. 그러므로, 회로패턴용 트렌치 및/또는 그 안에 형성된 홀을 갖는 반도체기판의 표면을 도금하여 트렌치 및/또는 홀안으로 구리(Cu) 또는 구리합금을 채우는 단계, 및 채워진 부분을 제외한 표면상의 구리 또는 구리합금을 제거하여 배선회로를 형성하는 단계를 포함하는 방법이 제시되어 왔다.
이전에는, 반도체기판의 표면을 도금하는 다수의 도금장치는 기판을 이송하기 위해 중앙에 배치된 로봇 및 상기 로봇의 좌측 및 우측에 대칭으로 배치된 동일한 처리유닛(예를 들어, 도금유닛 또는 세정유닛)을 포함한다. 이러한 도금장치에서, 동일한 처리유닛이 로봇의 좌측 및 우측에 대칭으로 배치되어 있기 때문에, 도금장치의 한쪽은 도금장치가 충분한 스루풋을 달성할 수 있을 때에만 개별적으로작동될 수 있다.
예비처리 및 도금처리에서 사용되는 화학제들은 화학제 미스트 또는 가스로서 설비안으로 비산되고, 처리된 기판에 적용될 수 있어, 기판을 오염을 유발한다. 이러한 오염을 방지하기 위해, 중앙로봇의 양측상의 처리유닛을 에워싸서, 화학제 미스트 또는 가스가 설비안으로 비산되는 것을 방지할 필요가 있다. 그러므로, 중앙로봇의 양측상의 처리유닛을 둘러싸는 오염된 큰 공간에 공급되고 그 공간으로부터 방출되기 위해서는 많은 양의 공기가 요구된다.
도금장치는 릴레이탱크(relay tank) 및 압력하에서 도금용액을 순환탱크로 전달하는 압력펌프를 필요로 한다. 도금유닛이 로봇의 각측에 하나씩 배치되어 있기 때문에, 좌측 및 우측 도금유닛의 각각에 릴레이탱크 및 압력펌프가 필요하다.
본 발명은 도금장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체기판내에 형성된 배선홈들(interconnection grooves)을 구리와 같은 금속으로 채우는 도금장치에 관한 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 반도체기판내에 배선을 형성하는 공정의 일례를 도시한 개략도;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 도금장치의 전체구성을 도시하는 평면도;
도 3은 도 2에 도시된 도금장치내의 공기의 흐름을 도시하는 설명도;
도 4는 도 2에 도시된 도금유닛의 주요 부분을 도시하는 확대단면도;
도 5는 도 4에 도시된 도금처리 컨테이너를 도시하는 평면도;
도 6은 도 2에 도시된 도금장치내의 도금용액의 흐름을 도시하는 개략도;
도 7은 도 4에 도시된 헤드를 도시하는 부분확대도;
도 8은 반도체기판의 베벨(bevel) 에칭공정없이 실행된 CMP의 결과로서 시드층 및 배리어층이 베벨부내에 남아 있는 상태를 도시하는 개략도;
도 9는 도 2에 도시된 베벨 및 뒷면 세정유닛을 개략적으로 도시한 수직단면도;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전가능한 유지기구를 개략적으로 도시하는 측면도;
도 11은 도 10의 평면도;
도 12는 도 10에 도시된 회전가능한 유지기구내의 유지부재의 상세부들을 도시한 부분측면도;
도 13은 도 12의 라인 XIII-XIII으로 나타낸 방향으로 도시된 부분저면도;
도 14는 도 2에 도시된 어닐링유닛을 도시하는 개략적인 평면도;
도 15는 도 14의 수직단면도;
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금장치내의 도금유닛을 개략적으로 도시하는 단면도;
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금장치내의 도금유닛을 개략적으로 도시하는 단면도;
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금장치내의 도금유닛을 개략적으로 도시하는 단면도;
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금장치내의 도금유닛을 개략적으로 도시하는 단면도;
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금장치내의 도금유닛을 개략적으로 도시하는 단면도;
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금장치내에서의 도금처리시 도금유닛의 전체구조를 도시하는 단면도;
도 22는 비도금처리시(기판의 이송시) 도 21에 도시된 도금유닛의 전체구조를 도시하는 단면도;
도 23은 유지보수시 도 21에 도시된 도금유닛의 전체 구조를 도시하는 단면도;
도 24a 내지 도 24d는 도금처리시 그리고 비도금처리시 도 21에 도시된 도금유닛의 도금용액의 흐름을 설명하는 개략도;
도 25는 도 21에 도시된 도금유닛을 도시하는 부분확대도;
도 26은 도 21에 도시된 도금유닛내에서의 기판의 전달시 하우징, 가압링 및 기판 사이의 관계를 설명하는 단면도;
도 27은 도 21에 도시된 도금유닛내의 센터링기구(centering mechanism)를 도시하는 확대단면도;
도 28은 도 21에 도시된 도금유닛내의 피딩콘택(feeding contact)(프로브)을 도시하는 단면도;
도 29는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금장치의 전체 구성을 도시하는 평면도;
도 30은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금장치의 전체 구성을 도시하는 평면도;
도 31은 기판도금장치의 일례의 평면도;
도 32는 도 31에 도시된 기판도금장치의 공기흐름을 도시하는 개략도;
도 33은 도 31에 도시된 기판도금장치내의 영역들간의 공기흐름을 도시하는 단면도;
도 34는 클린룸내에 배치된 도 31에 도시된 기판도금장치의 사시도;
도 35는 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도;
도 36은 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도;
도 37은 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도;
도 38은 반도체기판처리장치의 평면구성례를 도시한 도면;
도 39는 반도체기판처리장치의 또 다른 평면구성례를 도시한 도면;
도 40은 반도체기판처리장치의 또 다른 평면구성례를 도시한 도면;
도 41은 반도체기판처리장치의 또 다른 평면구성례를 도시한 도면;
도 42는 반도체기판처리장치의 또 다른 평면구성례를 도시한 도면;
도 43은 반도체기판처리장치의 또 다른 평면구성례를 도시한 도면;
도 44는 도 43에 예시된 반도체기판처리장치내의 각각의 단계의 흐름을 도시하는 도면;
도 45는 베벨 및 뒷면 세정유닛의 개략적인 구성례를 도시하는 도면;
도 46은 무전해도금장치의 일례의 개략적인 구성을 도시하는 도면;
도 47은 무전해도금장치의 또 다른 일례의 개략적인 구성을 도시하는 도면;
도 48은 어닐링유닛의 일례의 종단면도;
도 49는 어닐링유닛의 횡단면도; 및
도 50은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금장치의 전체구성을 도시하는 평면도이다.
본 발명은 상기 단점의 관점에서 만들어졌다. 그러므로, 본 발명의 목적은, 오염된 공간의 크기를 감소시키고 그로 인해 오염된 공간으로의 공급과 그 공간으로부터의 방출에 필요한 공기량을 감소시켜 오염 제어가능성을 증가시킬 수 있고, 도금유닛에 필요한 릴레이탱크 및 압력펌프를 단순화하여 장치가 소형화될 수 있는 도금장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1실시형태에 따르면, 기판을 로딩하고 언로딩하는 로딩/언로딩유닛 및 상기 로딩/언로딩유닛으로부터 기판을 이송하는 제1기판이송장치를 구비한 로딩/언로딩부; 상기 기판을 처리하는 1이상의 처리유닛, 상기 기판을 도금하는 1이상의 도금유닛을 구비한 도금부 및 상기 기판을상기 도금유닛으로 이송하는 제2기판이송장치를 구비한 처리부; 상기 처리부로 공기를 공급하는 제1공기공급시스템; 및 상기 제1공기공급시스템과는 독립적으로 상기 도금부로 공기를 공급하는 제2공기공급시스템을 포함하는 기판을 도금하는 도금장치가 제공된다.
본 발명의 제2실시형태에 따르면, 기판을 로딩하고 언로딩하는 로딩/언로딩유닛, 기판을 처리하는 1이상의 처리유닛, 기판을 도금하는 1이상의 도금유닛을 구비한 도금부 및 상기 로딩/언로딩유닛으로부터 상기 도금유닛으로 기판을 이송하는 기판이송장치를 구비한 처리부; 공기를 상기 처리부로 공급하는 제1공기공급시스템; 및 상기 제1공기공급시스템과는 독립적으로 공기를 도금부로 공급하는 제2공기공급시스템을 포함하는, 기판을 도금하는 도금장치가 제공된다.
상기 구성으로, 오염된 공간인 도금부(도금공간)의 크기가 감소될 수 있어, 상기 도금부로의 공급과 방출에 필요한 공기의 양을 감소시킬 수 있다. 그러므로, 장치가 소형화될 수 있으며, 운전비용이 감소될 수 있다. 또한, 복수의 도금유닛에 요구되는 릴레이탱크 및 압력펌프가 단순화될 수 있다. 그러므로, 장치가 소형화될 수 있고, 장비의 비용이 절감될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 처리유닛은 기판을 유지하는 기판홀더를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 도금유닛은 도금용액을 그 안에 유지하는 도금컨테이너를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 도금장치는 도금부로부터 공기를 배출하는 공기배출시스템을 더 포함한다. 공기배출시스템은 도금부내의 압력이 처리부내의 압력보다 낮도록 도금부로부터 공기를 배출하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 제1공기공급시스템은 공기를 처리부로 공급하는 팬(fan) 및 처리부내의 공기를 순환시키는 순환파이프를 구비한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 제2공기공급시스템은 공기를 처리부로 공급하는 팬 및 도금부내의 공기를 순환시키는 순환파이프를 구비한다.
본 발명의 제1실시형태에 따른 제2이송장치는 제1기판이송장치, 처리유닛 및 도금유닛 사이에 기판을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 제2실시형태에 따른 상기 이송장치는 기판을 처리유닛으로 이송하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 도금부는 처리부내에 제공된 격벽에 의하여 에워싸여 있고; 기판을 도금부로 도입시키기 위해 상기 격벽내에는 1이상의 개구부가 형성된다. 기판이송장치는 이동형(mobile-type) 로봇을 포함하는 것이 바람직하다. 기판이송장치는 도금부내에 기판을 이동시키며, 상기 기판이송장치는 도금부내에 배치되지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 도금부는 기판이송장치의 한쪽에 서로 인접하여 배치된 복수의 도금유닛을 구비한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 처리유닛은 기판을 가열하는 어닐링유닛(annealing unit)을 포함한다. 어닐링유닛 및 도금유닛은 그 사이에 개재되어 있는 기판이송장치와 함께 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 처리유닛은 기판의 외주부를 세정하는 세정유닛을 포함한다. 세정유닛 및 도금유닛은 그 사이에 개재되어 있는 기판이송장치와 함께 배치되는 것이 바람직하다.
이하, 예시의 방식으로 본 발명의 바람직한 실시예들을 예시하는 첨부한 도면과 연계하여, 본 발명의 상기 목적 및 또 다른 목적, 특징 및 장점들을 보다 명확히 설명한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 따른 도금장치를 설명한다.
도 1a 내지 도 1c는 반도체기판상에 구리배선을 형성하도록 반도체기판의 표면을 구리로 전기도금하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 도금장치로 반도체 디바이스를 생성하는 공정의 일례를 도시한다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 디바이스가 형성된 기판(101)상에 도전층(101a)이 형성되고, SiO2로 된 절연막이 도전층(101a)에 증착된다. 콘택홀(103) 및 배선홈(104)은 리소그래피 에칭기술에 의하여 절연막(102)내에 형성된다. 그 다음, 절연막(102)상에는 TiN 등등으로 이루어진 배리어층(105)이 형성되고, 전해질도금시 피딩층(feeding layer)으로서 사용되는 시드층(107)이 배리어층(105)상에 추가로 형성된다.
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 콘택홀(103) 및 배선홈(104)을 구리로 채우고 절연막(102)상에 구리막(106)을 증착시키도록 기판(W)의 표면이 구리로 도금된다. 그 후, 절연막(102)으로부터 구리막(106)을 제거하기 위해 화학 기계적 폴리싱(CMP)에 의하여 기판의 표면이 폴리싱되므로, 콘택홀(103)과 배선홈(104)내에 채워진 구리막(106)의 표면이 절연막(102)의 표면과 실질적으로 고르게 된다. 따라서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 구리막(106)을 포함하는 배선이 형성된다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 도금장치의 전체구성을 도시하는 평면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 도금장치는 클린룸내에 배치되어 있으며, 로딩/언로딩부(11) 및 처리부(처리공간)(12)를 포함한다. 로딩/언로딩부(11)는 기판저장 카세트를 그안에 배치시키고 그 카세트내에 기판을 로딩 및 언로딩하는 3개의 로딩/언로딩유닛(1), 및 상기 로딩/언로딩유닛(1)으로부터 반도체기판을 이송하는 제1이동형 회전가능로봇(기판이송장치)(2)을 구비한다. 기판저장카세트는, 포드의 외부 환경에서 보다 낮은 청정도를 허용하는 시일링된 컨테이너인 SMIF(standard mechanical interface)포드 및 FOUP(front opening unified pod)를 포함한다. 처리부(12)는 반도체기판을 이송하는 제2이동형 회전가능로봇(기판이송장치)(3), 기판의 표면이 아래쪽으로 향한 상태에서 기판의 표면을 구리로 도금하는 3개의 도금장치(4), 기판의 외주부로부터 원치 않는 구리막(시드층)을 제거하는 2개의 베벨 및 뒷면 세정유닛(5) 및 기판상에 형성된 배선을 안정화하는 어닐링유닛(6)을 구비한다.
제1로봇(2)과 제2로봇(3) 사이에는 기판을 그 위에 배치시키고 유지하는 임시유지스테이지(7)가 배치된다. 제1로봇(2)은 로딩/언로딩유닛(1)과 임시유지스테이지(7)상에 배치된 카세트에 기판을 이송하고, 제2로봇(3)은 임시유지스테이지(7), 도금유닛(4), 베벨 및 뒷면 세정유닛(5)과 어닐링유닛(6) 사이로 기판을 이송한다.
3개의 도금유닛(4)은 제2로봇(3)의 한쪽에 서로 인접하여 배치되어 있다. 도금부(도금공간)(14)를 그 안에 형성하도록 도금장치의 처리부(12)내에 격벽(10)이 제공된다. 상세하게는, 도금부(14)는 격벽에 의하여 에워싸여 있다. 서로에 인접하여 배치된 도금유닛(4)은 도금부(14)에 의하여 둘러싸여 있다. 격벽(10)은, 그것을 통하여 처리부(12)로부터 도금부(14)로 기판을 이송하도록 그리고 그것을통하여 도금부(14)로부터 처리부(12)로 기판을 배출하도록 그 안에 형성된 1이상의 개구부(도시되지 않음)를 구비한다. 개구부를 개폐하기 위해서 격벽(10)상에는 셔터가 제공된다. 제2로봇(3)은 도금부(14)로 기판을 이동시키고, 기판을 이송하는 로봇은 도금조내에 배치되어 있지 않다. 도 2에 도시된 바와 같이, 베벨 및 뒷면 세정유닛(5) 및 도금유닛(4)은 제2로봇(3)이 그 사이에 개재되어 있는 채로 배치되며, 어닐링유닛(6) 및 도금유닛(4)은 제2로봇(3)이 그 사이에 개재되어 있는 채로 배치된다.
도 3은 도금장치내의 공기의 흐름을 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 도금장치는 처리부(12)를 그 안에 형성하도록 하우징(13)을 구비하고, 도금부(14)는 처리부(12)내에 배치된다. 도금부(14)의 외부의 처리부(12)와는 독립적으로, 도금부(14)로 공기가 공급되고 그로부터 공기가 배출될 수 있다.
본 실시예에서, 도금장치는 공기를 처리부(12)로 공급하는 제1공기공급시스템, 제1공기공급시스템과는 독립적으로 공기를 도금부(14)로 공급하는 제2공기공급시스템을 포함한다. 제1공기공급시스템은 새로운(fresh) 외부공기를 처리부(12)로 도입시키는 파이프(20), 새로운 공기를 처리부(12)로 공급하는 팬(20a), 고성능필터(21) 및 처리부(12)내의 공기를 순환시키는 순환파이프(23)를 구비한다. 제2공기공급시스템은 새로운 외부공기를 도금부(14)로 도입시키는 파이프(25), 새로운 공기를 도금부(14)로 공급하는 팬(25a), 고성능필터(26) 및 도금부(14)내의 공기를 순환시키는 순환파이프(29)를 구비한다. 도금장치는 도금부(14)로부터 공기를 배출시키는 공기배출시스템을 더욱 포함한다. 공기배출시스템은 도금부(14)로부터공기를 배출시키는 파이프(28)를 구비한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 새로운 외부공기는 파이프(20)를 통하여 도입되고, 팬(20a)에 의하여 고성능필터(21)를 거쳐 처리부(12)로 취입된다. 따라서, 하류세정공기로서 외부공기가 천장(22a)으로부터 유닛 주변의 위치로 공급된다. 공급된 세정공기의 대부분은 순환파이프(23)를 통하여 바닥(22b)으로부터 천장(22a)으로 복귀되며, 팬(20a)에 의하여 고성능필터(21)를 거쳐 처리부(12)로 다시 취입되므로, 처리부(12)내에서 공기가 순환된다. 공기의 일부는 파이프(24)를 통하여 유닛들로부터 외부로 배출되므로, 처리부(12)의 압력은 대기압력보다 낮게 설정된다.
그 안에 도금유닛(4)을 구비한 도금부(14)는 깨끗한 공간은 아니다(오염된 공간이다). 하지만, 기판의 표면에 입자들이 부착되는 것을 허용할 수 없다. 그러므로, 하류 세정공기로서 새로운 외부공기가 파이프(25)를 통하여 도입되고, 팬(25a)에 의하여 고성능필터(26)를 거쳐 도금부(14)로 취입되므로, 입자들이 기판의 표면에 부착되는 것이 방지된다. 하지만, 하류 세정공기의 전체 유속이 외부공기의 공급 및 배기에 의하여만 공급되는 경우, 막대한 공기 공급 및 배기가 요구된다. 그러므로, 공기는 파이프(28)를 통하여 외부로 배출되고, 도금부(14)의 압력이 처리부(12)의 압력보다 낮게 유지된 상태에서, 바닥(27b)으로부터 연장된 순환파이프(29)를 통하여 공기를 순환시킴으로써 하류의 대부분이 공급된다. 따라서, 순환파이프(29)를 통하여 천장(27a)으로부터 복귀된 공기는 팬(25a)에 의하여 고성능필터를 거쳐 도금부(14)안으로 다시 취입된다. 그리하여, 깨끗한 공기가도금부(14)로 공급되어, 도금부(14)내에서 공기가 순환된다. 이 경우, 도금유닛(4)으로부터 방출된 화학제 미스트 또는 가스를 함유한 공기는 파이프(28)를 통하여 외부로 배출된다. 따라서, 도금부(14)의 압력은 처리부(12)의 압력보다 낮도록 제어된다.
이하, 도 2에 도시된 도금유닛(4)을 설명한다. 도 4는 도금유닛(4)의 주요 부분을 도시하는 확대 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 도금유닛(4)은 도금용액(45)을 그 안에 유지하는 실질적으로 원통형의 도금처리컨테이너(46), 기판을 유지하는 상기 도금처리컨테이너(46) 위에 배치된 헤드(47)를 주로 포함하여 이루어진다. 도 4에서, 헤드(47)는 헤드(47)에 의하여 유지된 기판(W)이 하강되는 도금위치에 위치된다.
도금처리컨테이너(46)에는 도금용액을 그 안에 유지하기 위하여 상향 개방된 도금챔버(49)가 제공된다. 잔여-인 구리(residual-phosphorus copper)로 만들어진 애노드(anode)(48)가, 예를 들어 도금챔버(49)의 바닥에 제공된다. 상기 애노드(48)는 외부제어유닛에 제공된 전원의 애노드에 연결된다. 애노드(48)는 0.03% 내지 0.05% 인(잔여-인 구리)을 포함하는 구리로 만들어져 있으므로, 도금이 진행됨에 따라 애노드(48)의 상면에 검은 막이 형성된다. 이러한 검은 막은 애노드 찌꺼기(anode slime)의 발생을 감소시킬 수 있다.
애노드(48)는, 도금컨테이너(50)상에 탈착가능하게 장착된, 즉 애노드지지체(52)상에 제공된 노브(knob)(51)를 거쳐 빼내어질 수 있는 애노드지지체(52)에 의하여 유지된다. 도금용액이 새는 것을 방지하는 시일링부재(200)는 도금컨테이너(50)의 앞면과 애노드지지체(52)의 플랜지(52a)의 뒷면 사이에 개재되어 있다. 따라서, 도금컨테이너(50)상에 탈착가능하게 장착된 애노드지지체(52)에 의하여 애노드(48)가 지지됨에 따라, 애노드(48)가 애노드지지체(52)를 거쳐 도금컨테이너(50)에 용이하게 부착되고 그로부터 탈착되도록 한다. 따라서, 이 구성은 애노드(48) 등등의 유지보수 및 교체를 용이하게 한다.
도 5는 도 4에 도시된 도금처리컨테이너(46)를 도시한 평면도이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 도금챔버(49)의 중심을 향하여 수평으로 돌기된 도금용액공급노즐(53)은 원주 방향을 따라 같은 간격으로 도금컨테이너(50)의 내주벽상에 제공된다. 도금용액공급노즐(53)의 각각은 도금컨테이너(50)의 내부를 통해 수직으로 연장되는 도금용액공급통로(54)와 연통되어 있다. 본 실시예에서, 아크형상의 4개의 분할된 도금용액용기(202)가 도금컨테이너(50)의 내주벽내에 제공된다. 도금용액용기(202)의 각각은 도금용액저장기(202)의 원주방향을 따라 중심부에 위치된 도금용액공급통로(54)와 연통되어 있다. 도금용액용기(202)의 각각은 도금용액용기(202)의 원주방향을 따라 양단에 제공된 2개의 도금용액공급노즐(53)을 구비하고 있다.
또한, 도금컨테이너(50)에는 도금챔버(49)의 바닥의 외주부로부터 도금챔버(49)내의 용액(45)을 인출시키는 제1도금용액배출포트(57) 및 도금컨테이너(50)의 상단에 제공된 위어부재(weir member)(58)를 넘쳐흐른 도금용액(45)을 배출하는 제2도금용액배출포트(59)가 제공된다. 예를 들어, 직경이 16mm 내지 20mm인 원형내에 있는 제1도금용액배출부(57)(도 5에서 16개의 포트)는 원주방향을 따라 같은 간격으로 배치된다. 제2도금용액배출포트(59)(도 5에서 3개의 포트)는 거의 25°의 중심각을 갖는 아크형상으로 형성된다.
도 6은 본 발명에 따른 도금장치내의 도금용액의 흐름을 도시하는 개략적인 도면이다. 도금용액공급통로(54)의 각각은 도금용액공급파이프(55)를 거쳐 도금용액조절탱크(40)에 연결된다. 일정하도록 배압을 제어하는 제어밸브(56)가 도금용액공급파이프(55)의 각각에 배치된다. 동일한 유속의 도금용액은 제어밸브(56)를 거쳐 각각의 도금용액용기(202)으로 각각 공급된다. 그러므로, 도금용액은 도금용액공급노즐(53)의 각각으로부터 도금챔버(49)안으로 균일하게 분사된다.
제1도금용액배출포트(57)의 각각은 도금용액배출파이프(60a)를 거쳐 용기(226)에 연결된다. 흐름제어기(61a)는 도금용액배출파이프(60a)상에 제공된다. 한편, 제2도금용액배출포트(59)의 각각은 도금용액배출파이프(60b)를 거쳐 용기(226)에 연결된다. 흐름제어기(61b)(도 6에 도시되지 않음)는 도금용액배출파이프(60b)에 제공된다. 흐름제어기(61b)가 제공되지 않을 수도 있다.
도금용액공급노즐(53)로부터 분사된 도금용액(45)은 제1도금용액배출포트(57) 및 제2액배출포트(59) 중 하나 또는 둘 모두로부터 용기(226)로 배출됨에 따라, 도금챔버내의 도금용액의 수위를 일정한 값으로 유지시킨다. 상기 용기(226)로 공급된 도금용액은 펌프(228)에 의하여 용기(226)로부터 도금용액조절탱크(40)로 공급된다. 도금용액조절탱크(40)에서, 도금용액의 온도가 조정되고, 도금용액내의 다양한 성분의 농도가 측정되고 조정된다. 펌프(234)가 작동되면, 도금용액은 도금유닛(4)의 각각에서 필터(236)를 통하여 도금용액조절탱크(40)로부터 도금용액공급노즐(53)로 공급된다. 이 도금용액조절탱크(40)에는 온도제어기(230) 및 도금용액을 샘플링하고 샘플 액체를 분석하는 도금용액분석유닛(232)이 제공된다.
수직 스트림조절링(62) 및 수평 스트림조절링(63)은 도금챔버(49)의 내부 원주 주위의 위치에서 도금챔버(49)내에 배치된다. 수직 스트림조절링(62)은 도금용액(45)이 도금챔버(49)내에서 수평 바깥쪽으로 흐르는 것을 방지하는 역할을 한다. 수평 스트림조절링(63)은 그것의 외측 원주단부에서 도금컨테이너(50)에 고정된다. 수직 스트림조절링(62)은 수평 스트림조절링(63)의 내측 원주단부에 연결된다.
도금용액공급노즐(53)의 각각으로부터 수평적으로 분사된 도금용액은 상향 흐름 및 하향 흐름을 형성하도록 도금챔버(49)의 중심부에서 서로 충돌한다. 기판이 헤드(47)에 의하여 유지되지 않는 경우, 상향 흐름은 수직 스트림조절링(62) 내부의 중심부에서 도금용액(45)의 액체표면을 위로 민다. 기판이 하강되는 경우, 기판은 먼저 상향 흐름에 의하여 위로 밀린 중심부에서 도금용액(45)과 접촉하게 되므로, 기판의 하면상의 기포들이 바깥쪽으로 밀린다. 한편, 애노드(48)의 중심부로부터 애노드(48)의 외주부로 흐르는 수평 흐름으로 하향 흐름이 변경되어, 애노드(48)의 표면상에 형성된 검은 막의 벗겨진 미세 조각들을 날려버린다. 검은 막의 벗겨진 조각들은 수평 스트림조절링(63)을 통하여 애노드(48)의 외주부로부터 제1도금용액배출포트(57)로 통과되므로, 검은 막의 벗겨진 조각들이 처리될 기판의 표면에 접근하고 부착되는 것이 방지될 수 있다.
전기도금시, 도금용액내의 전류세기는 도금된 막의 두께를 결정한다. 그러므로, 도금된 막의 두께를 균일하게 하기 위해서는, 도금용액내의 전류밀도의 분포를 균일하게 할 필요가 있다. 기판의 외주부가 전기적 콘택을 가지는 경우, 기판의 외주부상에 존재하는 도금용액의 전류밀도가 증가되는 경향이 있다. 그러므로, 수직으로 연장된 수직 스트림조절링(62)은 기판의 외주부의 주변에 배치되고, 수평 바깥쪽으로 연장된 수평 스트림조절링(63)은 수평 스트림조절링(62) 아래에 배치됨에 따라, 기판의 외주부 주변에 흐르는 전류를 조절한다. 따라서, 이들 스트림조절링은 전류의 국부적인 농도를 감소시킬 수 있고 도금용액의 전류세기를 일정하게 할 수 있어, 도금된 막이 기판의 외주부에서 두꺼워지는 것이 방지될 수 있다. 본 실시예에서, 수직 스트림조절링 및 수평스트림조절링은 기판의 외주부 주위에서 전류를 조절하는 데 사용된다. 하지만, 본 발명은 이 예시로 제한되지 아니한다.
도 7은 도금유닛(4)의 헤드(47)를 도시하는 부분확대도이다. 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 도금유닛(4)의 헤드(47)에는 그 하면상에 기판(W)을 유지하는 중공 원통형의 회전가능한 하우징(70) 및 디스크형 기판테이블(71)이 제공된다. 기판테이블(71)은 하우징(70)과 함께 회전된다. 반경 안쪽으로 돌기된 링형 기판유지부재(기판홀더)(72)는 하우징(70)의 하단부에 제공된다. 예를 들어, 기판유지부재(72)는 패킹물질로 형성되며, 기판(W)을 가이드하는 그 내주면의 일부상에 테이퍼진 표면을 가진다. 기판유지부재(72)와 기판테이블(71)의 사이에는 기판(W)의 외주부가 유지된다. 기판테이블(71)은 기판유지부재(72)에 대하여 기판(W)을 가압하는 가압부재로서 구성된다. 기판(W) 및 로봇 핸드가 그것을 통하도록 하는 하우징(70)의 원통형 표면의 양쪽에 개구부(96)가 제공된다.
도 7에서, 링형 하부 시일링부재(73)는 기판유지부재(72)상에 장착된다. 하부 시일링부재(73)는 반경 안쪽으로 돌기되어 있으며, 그 상면의 앞단부는 고리형 테이퍼진 형식으로 위쪽으로 돌기되어 있다. 상부 시일링부재(74)는 기판테이블(71)의 하면의 외주부상에 장착된다. 상부 시일링부재(74)는 기판테이블(71)의 하면으로부터 아래쪽으로 돌기된 나사형상부를 가진다. 따라서, 기판(W)이 기판유지부재(72)에 의하여 유지되는 경우, 기판(W)의 하면은 하부 시일링부재(73)와 압력 접촉하게 되고, 기판(W)의 상면이 상부 시일링부재(74)와 압력 접촉하게 됨에 따라, 기판(W)의 외주부를 신뢰성있게 시일링할 수 있다.
본 실시예에서는, 원주방향을 따라 같은 간격으로 80개의 통기구멍(75)이 기판유지부재(72)내에 형성된다. 통기구멍(75)의 각각은 수평 바깥쪽으로 연장되고 위쪽으로 경사진 상태로 바깥쪽으로 더욱 연장된다. 헤드(47)가 도금위치에 위치되는 경우, 통기구멍(75)의 외주 개구부 단부의 거의 절반이 도금챔버(49)내의 도금용액(45)의 액체표면으로부터 외부로 노출되는 상태로, 통기구멍(75)이 제공된다. 상술된 바와 같이, 도금챔버(49)내의 도금용액(45)의 상향 흐름은 기판(W)과 접촉하게 되어, 기판(W)의 중심부로부터 외부로 기포를 제거한다. 따라서, 상향 흐름에 의하여 제거된 기포는 통기구멍(75)을 통하여 외부로 연속하여 배출된다. 따라서, 기포가 도금용액(45)의 표면과 기판 사이에 남아 있는 것이 방지될 수 있다.
예를 들어, 통기구멍(75)의 경사각(θ)은 30°로 설정된다. 또한, 통기구멍(75)은 적어도 20°, 바람직하게는 30°의 각도로 바깥쪽 방향 위쪽으로경사지는 것이 바람직하다. 통기를 고려한다면, 통기구멍(75)은 직경이 2mm 내지 5mm, 더욱 바람직하게는 3mm인 것이 바람직하다. 통기구멍(75)은 2개의 구멍으로 나뉠 수 있는 데, 그 중 하나는 액체표면의 부근에서 개방되고, 그 다른 하나는 액체표면 위의 위치에서 완전히 개방된다. 통기구멍(75)의 각각은 어떠한 형태, 예를 들어 선형으로도 제공될 수 있거나, 또는 통기구멍(75)의 각각은 바깥쪽을 향하여 2개의 구멍들로 나뉠 수 있다. 기판테이블(71)의 하면에 유지된 기판(W)의 하면과 통기구멍(75)의 상단부 사이의 간극(S)이 최대 1.5mm인 경우, 단시간에 통기될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 캐소드전극용 판-스프링형 콘택부(76)가 하우징(70)의 기판유지부재(72)상에 배치된다. 기판(W)이 기판테이블(71)의 하면에 유지되는 경우, 캐소드전극용 콘택부(76)는 기판(W)에 전압을 가한다(energize). 피딩콘택부(프로브)(77)는 기판테이블(71)의 외주쪽에서 수직 하향으로 제공된다. 기판테이블(71)이 하강되는 경우, 피딩접촉부(77)의 각각은 캐소드전극용 접촉부(76)의 각각에 전력을 공급한다. 도금용액(45)이 기판(W)과 기판유지부재(72) 사이에 배치된 하부시일링부재(73)로 시일링되기 때문에, 캐소드전극용 접촉부(76) 및 피딩접촉부(77)는 도금용액(45)과 접촉하게 되는 것이 방지될 수 있다.
이하, 도 2에 도시된 베벨 및 뒷면 세정유닛(5)을 설명한다. 도 1a에서, 배리어층(105)은 절연막(102)의 실질적으로 전체 표면을 덮도록 형성되고, 또한 시드층(107)도 배리어층(105)의 실질적으로 전체 표면을 덮도록 형성된다. 따라서, 도8에 도시된 바와 같이, 어떤 경우에는, 시드층(107)에 있는 구리막이 기판(W)의 베벨(외주부)에 존재하거나, 기판(W)의 베벨의 안쪽을 향하여 에지(외주부)에 구리가 퇴적되고, 폴리싱되지 않은 채로 남아 있게 된다(도면에 도시되지 않음).
예를 들어, 어닐링과 같은 반도체 제조공정에서는 구리가 절연막(102)안으로 용이하게 확산될 수 있기 때문에, 절연막의 전기적 절연을 저하시키고, 후속하여 증착될 막을 갖는 절연막의 부착성을 떨어뜨려 증착된 막의 분리를 유발한다. 그러므로, 적어도 막의 증착 이전에 남아 있는 불필요한 구리를 기판으로부터 완전히 제거할 필요가 있다. 더욱이, 회로형성영역 이외의 기판의 외주부상에 증착된 구리는 불필요할 뿐만 아니라, 반도체기판을 전달하고, 저장하며, 처리하는 후속 공정에서 교차하여 오염을 유발할 수 있다. 이러한 이유로, 기판의 외주부상의 남아 있는 증착된 구리는 구리막 증착공정 또는 CMP 공정 직후에 완전히 제거되어야 할 필요가 있다. 본 명세서에서, 기판의 외주부는 기판의 에지 및 베벨, 또는 에지나 베벨 중 어느 하나를 포함하는 영역으로서 정의된다. 기판의 에지는 기판의 외주단부로부터 거의 5mm내에서 기판(W)의 앞면과 뒷면의 영역을 의미하고, 기판의 베벨은 기판의 외주단부로부터 0.5mm내에서 기판(W)의 단면으로 굴곡된 부분 및 외주 단부면의 영역을 의미한다.
베벨 및 뒷면 세정유닛(5)은 에지(베벨) Cu 에칭 및 뒷면 세정을 실행함과 동시에, 기판의 표면상의 회로형성영역에서 구리의 자연산화물(native oxide)이 성장하는 것을 억제할 수 있다. 도 9는 도 2에 도시된 베벨 및 뒷면 세정유닛(5)을 개략적으로 도시하는 수직 단면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 베벨 및 뒷면세정유닛(5)은 기판(W)을 수평으로 고속 회전시키는 데 적합한 기판유지부(기판홀더)(300), 상기 기판유지부(300)에 의하여 유지된 기판(W) 앞면의 거의 중심부 위에 위치된 중심노즐(302), 및 기판(W)의 외주에지부 위에 배치된 에지노즐(304)을 가진다.
기판유지부(300)는 바닥이 있는(bottomed) 원통형 방수커버(308) 내부에 위치되며, 기판(W)의 앞면이 위쪽을 향해 있는 동안, 기판의 외주에지부의 원주방향을 따라 복수의 위치들에서 회전가능한 유지기구(스핀척(spin chuck))에 의하여 기판(W)을 수평으로 유지시킨 상태에서, 기판(W)을 고속 회전하는 데 적합하게 되어 있다. 중심노즐(302) 및 에지노즐(304)은 아래쪽으로 지향된다. 후방노즐(306)은 기판(W)의 뒷면의 거의 중심부 아래에 위치되고, 위쪽으로 지향된다.
에지노즐(304)은 직경방향으로 그리고 기판(W)의 높이 방향으로 이동할 수 있도록 되어 있다. 에지노즐(304)의 이동폭(L)은, 에지노즐(304)이 기판의 외주단부면으로부터 중심을 향하여 소정 방향으로 임의로 배치될 수 있도록 설정되며, 설정된 L의 값은 기판(W)의 크기, 용도 등등에 따라 입력된다. 통상적으로, 에지절단폭(C)은 2mm 내지 5mm의 범위내에서 설정된다. 뒷면으로부터 앞면으로의 액이동량이 문제가 되지 않는 소정 최대 속도로 기판이 회전되는 경우, 에지절단폭(C)내의 구리막이 제거될 수 있다.
이하, 회전가능한 유지기구(310)를 설명한다. 도 10은 회전가능한 유지기구(310)를 개략적으로 도시하는 측면도이고, 도 11은 도 10의 평면도이다. 회전가능한 유지기구(310)는 기판(W)을 회전시키는 동안 그것을 수평으로 유지시키는 역할을 한다. 회전가능한 유지기구(310)는 수평으로 설정되고 회전가능한 구동샤프트(312)에 의하여 회전되는 디스크형 회전가능한 부재(314) 및 회전가능한 부재(314) 위에 기판(W)을 유지시키는 복수의 유지부재(316)를 포함한다. 유지부재(316)는 2개의 인접한 부재가 사전설정된 거리(도 11의 실시예에서는 60°)로 각각 이격된 채로 회전가능한 부재(314)의 외주부상에 장착되며, 중심으로서는 회전가능한 구동샤프트(312)를 갖는 원을 따라 배치된다. 유지부재(316)는 기판(W)의 외주부(W')와 맞물려 있으므로, 기판(W)을 수평으로 유지시킨다.
회전가능한 구동샤프트(312)는 벨트구동장치(318)를 거쳐 모터(M)에 결합된다. 방수커버(308)는 중심노즐(302) 및 에지노즐(304)로부터 기판(W)으로 공급되는 화학액이 기판(W)의 주위에 비산되는 것을 방지하고, 배출파이프(D)를 통하여 배출된 비산된 액체를 수집하는 역할을 한다.
도 12는 유지부재(316)의 상세부들을 도시한 부분측면도이고, 도 13은 도 12의 라인 XIII-XIII로 나타낸 방향으로 도시된 부분저면도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 유지부재(316)는 실질적으로 원형이고, 그 최상부 주위에 고리형 홈형태로 형성된 맞물림 표면(320)을 가진다. 상기 맞물림 표면(320)은 기판(W)의 외주(W')와의 마찰 맞물림으로 유지된다. 유지판(322)은 회전가능한 부재(314) 아래에 배치되고, 상기 회전가능한 부재(314)와 함께 회전된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 유지부재(316)는 회전가능한 부재(314)의 외주내에 형성되고 회전가능한 부재(314)의 반경반향으로 연장된 슬롯(324)을 수직으로 관통한다. 유지부재(316)의 하부는 유지판(322)에 의하여 유지되므로, 유지부재(316)는 그 축선을 중심으로회전할 수 있다. 상세하게는, 유지판(322)은 위쪽으로 수직하여 연장된 작은 직경의 샤프트(326)를 가지며, 유지부재(316)는 그 안에 형성되고 유지부재(316)의 저부로부터 위쪽으로 연장되는 구멍(328)을 가진다. 구멍(328)은 작은 직경의 샤프트(326)와 이동가능하게 끼워맞춰지므로, 유지부(316)는 작은 직경의 샤프트(326)를 중심으로 회전할 수 있다.
또한, 수평으로 연장되는 추(330)는 유지부재(316)의 하단부에 장착된다. 회전가능한 부재(314)가 그 회전축선, 즉 회전가능한 구동샤프트(312)를 중심으로 회전됨에 따라, 샤프트(312)를 중심으로 유지부재(316)를 회전시키는(또는 리볼빙시키는) 경우, 그 자체 축선을 중심으로 유지부재(316)를 선회시키도록(스윙시키도록) 추(330)에 원심력이 작용한다. 도 13에서 실선으로 도시된 추(330)의 위치는 탄성부재(도시되지 않음)에 의하여 추(330)가 가압된 원래 위치를 나타낸다. 소정 원심력이 추(330)에 작용할 때에, 추(330)는 1점 쇄선으로 도시된 위치를 향하여 화살표 A 방향으로 이동되므로, 기판(W)은 화살표 B의 방향으로 회전된다.
유지판(322)은 화살표 C의 방향으로, 즉 회전가능한 부재(314)의 반경반향으로 슬롯(324)을 따라 수평으로 이동가능하도록 링크부재 등등(도시되지 않음)에 의하여 지지된다. 그러므로, 유지판(322)은 유지부재(316)가 기판(W)의 외주(W')와 맞물리는 맞물림/유지위치(도 12에 도시된 위치)와 상기 맞물림/유지위치로부터 반경방향 바깥쪽으로 이격된 해제위치 사이에서 이동가능하다. 또한, 유지판(322)은, 맞물림/유지위치내의 유지부재(316)의 맞물림표면(320)이 스프링(33)을 통하여 기판(W)의 외주(W')와 탄성적으로 맞물리도록 회전가능한 부재(314)의 반경방향 안쪽으로 스프링(332)에 의하여 가압된다.
기판(W)을 유지시키고 회전시키는 회전가능한 유지기구(310)의 작동을 설명한다. 우선, 유지부재(316)의 각각은 스프링(332)의 압력에 대하여 회전가능한 부재(314)의 반경반향 바깥쪽으로 위치된 해제위치로 이동된다. 그 후, 기판(W)은 회전가능한 부재(314) 위에 수평으로 설정되고, 유지부재(316)는 맞물림 표면(320)이 기판(W)의 외주(W')와 맞물리도록 맞물림/유지위치로 복귀됨에 따라, 유지부재(316)는 기판(W)을 탄성적으로 유지하도록 한다.
회전가능한 부재(314)가 유지부재(316)를 리볼빙하도록 회전되는 경우, 추(330)에 원심력이 작용한다. 회전가능한 부재(314)의 회전속도가 느린 경우, 추(330)에 작용하는 원심력이 작으며, 추(330)는 원래 위치를 향하여 추(330)를 가압하는 스프링에 의한 압력으로 인하여 정지해 있다. 회전가능한 부재(314)의 회전속도가 특정 값보다 빠른 경우, 추(330)에 작용하는 원심력은 스프링의 대향 압력을 초과하고 추(330)가 스윙하도록 하여, 그 자체 축선을 중심으로 유지부재(316)를 스윙시킨다(회전시킨다). 상술된 바와 같이, 유지부재(316)가 기판(W)의 외주(W')와 마찰맞물림으로 유지되기 때문에, 유지부재(316)의 스윙은 도 13에 도시된 화살표 B의 방향으로 기판(W)이 회전되게 한다. 따라서, 기판(W)의 외주(W')에 대한 맞물림부는 유지부재(316)의 스윙에 따라 시프트된다.
도 12 및 도 13에 도시된 실시예에 따르면, 유지부재(316)의 중심축선에서 벗어난 위치에서 중력의 중심을 갖는 추(330)는 유지부재(316)상에 장착된다. 이러한 편심 추(330)의 사용은 유지부재(316)가 회전가능한 부재(314)의 회전을 따라그 자체 축선을 중심으로 스윙(회전)시킬 수 있도록 한다. 하지만, 유지부재(316)를 스윙(회전)시키는 기구는 그것으로 제한되지 아니한다. 예를 들어, 링크기구는 유지부재(316)에 연결될 수 있으며, 유지기구(316)는 링크기구의 작동을 통하여 스윙(회전)되도록 할 수 있다.
이렇게 구성된 회전가능한 유지기구가 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 유지시키고 회전시키는 데 사용되는 경우, 유지부재와 맞물린 기판의 외주부는 베벨 에칭(즉, 기판의 에지 및 베벨의 에칭) 도중에 시프트될 수 있다. 그러므로, 베벨 에칭에 사용된 화학액은 기판(W)의 전체 외주영역에 공급될 수 있어, 만족할만한 세정처리를 가능하게 한다.
회전가능한 유지부재(310)는 베벨 및 뒷면 세정유닛(5)뿐만 아니라 여타의 세정장치에도 적용될 수 있지만, 베벨 및 뒷면 세정유닛(5)내에서는 회전가능한 유지기구를 채택하는 것이 가장 적절하다. 베벨 및 뒷면 세정유닛(5)에서 회전가능한 유지기구(310)의 사용으로, 기판은 회전가능한 유지기구(310)에 의하여 신뢰성있게 유지될 수 있으며, 유지부재(316)와 맞물린 기판(W)의 에지부(외주(W'))는 기판(W)의 전체 에지 및 베벨부를 에칭하도록 시프트될 수 있다. 또한, 반도체 웨이퍼와 같이 회전될 작업물이 회전가능한 유지기구내에 제공된 모든 유지기구에 의하여 유지되기 때문에, 회전될 작업물은 회전가능한 유지기구에 의하여 신뢰성있게 유지될 수 있으며, 따라서 입자들이 생성되는 것이 방지된다.
이하, 도 2에 도시된 어닐링유닛(6)을 설명한다. 도 14는 어닐링유닛(6)을 개략적으로 도시하는 평면도이고, 도 15는 도 14에 도시된 어닐링유닛(6)의 수직단면도이다.
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 어닐링유닛(6)은 챔버(350)내의 한 평면에 나란히 놓인 히터(360) 및 냉각기(370)를 가진다. 히터(360)는, 예를 들어 기판(W)을 400℃로 가열하는 열판(362)을 가지며, 냉각기(370)는 냉각수의 흐름으로 기판(W)을 냉각시키는 냉각판(372)을 가진다.
히터(360)는 그들 상단부상에 기판(W)을 지지하는 열판(362)을 통하여 수직으로 연장된 복수의 수직가동핀(기판홀더)(364)을 가진다. 유사하게, 냉각기(370)는 그들 상단부상에 기판(W)을 지지하는 냉각판(372)을 통하여 수직으로 연장된 복수의 수직가동핀(기판홀더)(364)을 가진다.
개폐가능한 셔터(380)가 히터(360)와 냉각기(370) 사이에 위치된다. 기판을 챔버(350) 안팎으로 이송하는 개폐가능한 게이트(382)가 챔버(350)내의 냉각기(370) 주변에 배치된다. 또한, 챔버(350)는 히터(360)와 냉각기(370) 사이로 기판(W)을 이송하는 이송아암(384)을 그 안에 하우징한다.
열판(362) 및 냉각판(372)은 산화방지제 가스를 챔버(350)로 도입하기 위하여 그 외주영역내에 형성된 복수의 퍼지구멍(purge hole)(도시되지 않음)을 구비하고 있다. 산화방지제 가스로서 N2와 H2가스의 혼합물이 필터(도시되지 않음)를 통하여 퍼지구멍으로부터 챔버(350)로 도입된다. 가스배출파이프(386)는 퍼지구멍으로부터 챔버(350)로 도입된 산화방지제 가스를 배출하는 챔버(350)에 연결된다. 본 실시예에서는, 산화방지제 가스로서 N2가스와 몇 퍼센트의 H2가스의 혼합물이도입된다. 하지만, 산화방지제 가스로서 N2가스만이 챔버(350)에 도입될 수도 있다.
다음에는, 본 실시예에 따른 도금장치를 사용하는 일련의 도금처리가 이하에 설명될 것이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 콘택홀(103) 및 배선홈(104)이 반도체기판에 형성되고, 시드층(107)이 그 위에 형성된다. 표면(반도체 디바이스가 형성되는 표면, 즉 처리될 표면)이 위로 향한 상태로, 복수의 반도체기판(W)을 하우징하는 카세트가 로딩/언로딩유닛(1)에 배치된다.
제1로봇(2)은 카세트가 배치된 로딩/언로딩유닛(1)으로 이동된 다음, 그 핸드를 카세트 속으로 집어넣는다. 제1로봇(2)은 카세트로부터 기판을 집은 다음, 임지 유지스테이지(7)로 이동하고, 기판을 임시유지스테이지(7)상에 배치한다. 임시 유지스테이지(7)상에 배치된 기판은 임시유지스테이지(7)와 조합된 인버터에 의하여 반전되므로, 기판의 표면은 아래로 향하게 된다.
제2로봇(3)은 임시유지스테이지(7)로 이동하고 그 손으로 아래로부터 기판을 유지한다. 그런 후, 제2로봇(3)은 도금유닛들(4) 중 어느 하나로 이동하고 격벽(10)내의 개구부(도시되지 않음)를 통하여 도금유닛(4)의 헤드(47)로 기판을 이송한다. 이 때에, 기판테이블(71)이 하우징(70)의 상단부로 들어올려진 채로, 도금유닛(4)의 기판테이블(71) 및 하우징(70)은 기판 부착/제거 위치로 승강되었다. 제2로봇(3)은 그 안에 형성된 개구부(96)를 통하여 그 핸드 및 기판을하우징(70)안으로 집어넣고, 기판테이블(71) 아래에서 소정 위치까지 그 핸드를 들어올린다. 그런 후, 기판을 유지하기 위해서 나선형 압축스프링의 바이어스 하에서 후크(도시되지 않음)가 폐쇄된다. 기판이 후크에 의하여 유지된 후, 제2로봇(3)의 핸드는 약간 하강되고, 하우징(70)내의 개구부(96)로부터 빼내어진다.
도금유닛(4)에서는, 기판의 표면상에 구리막(106)을 형성하기 위해서 기판이 도금된다. 도금처리시, 기판테이블(71)이 하강되고, 기판은 하우징(70)의 기판유지부재(72)의 내부측상의 테이퍼진 부분에 의하여 중심이 잡혀진다. 기판은 기판유지부재(72)의 하부시일링부재(73)상에 위치되고, 도금용액이 전극접촉측에 들어가는 것을 방지하기 위한 시일을 형성하기 위해서 기판테이블(71)의 외주부 주변의 상부시일링부재(74)에 대하여 더욱 가압된다. 동시에, 기판테이블(71)은 캐소드전극용 접촉부(76)에 대하여 피딩접촉부(77)를 가압하도록 하강되어, 신뢰성있는 접촉을 달성한다.
이 상태에서, 도금용액이 도금처리컨테이너(46)에서 도금용액공급노즐(53)을 통하여 분사되는 경우, 액체표면은 그 중심부에서 상승된다. 동시에, 기판(W) 및 기판테이블(71)은, 예를 들어 150min-1의 중간속도로 회전되는 동안 볼스크루 등등에 의하여 하강된다. 기판의 회전속도는 공기 제거의 관점에서 100 내지 250min-1정도인 것이 바람직하다. 이 경우, 기판의 중심부가 도금용액(45)의 표면과 접촉하게 된 후에, 기판과 상승된 액체표면 사이의 접촉 면적은 점차적으로 증가한 다음, 도금용액(45)은 기판의 외주에 도달한다. 기판의 하면의 외주에서, 하부시일링부재(73)가 기판표면으로부터 돌기되어 있으므로, 기판의 하면의 외주상에는 공기가 쉽게 남게 된다. 하지만, 기포를 함유한 도금용액이 하우징(70)의 회전에 의해 통기구멍(75)을 통하여 외부로 유출되도록 함으로써, 기판의 하면으로부터 기포가 제거될 수 있다. 따라서. 기판의 하면상의 기포가 완전히 제거될 수 있으며, 균일한 도금이 실현될 수 있다. 기판이 도금되는 사전설정된 위치는, 도금챔버(49)내의 도금용액(45)에 기판이 침지되고 개구부(96)를 통하여 도금용액이 하우징(70)에 들어하지 않게 한다.
기판이 사전설정된 위치로 하강되는 경우, 하우징(70)은 공기를 제거하기 위해서 몇 초동안 중간속도로 회전된다. 그런 후, 하우징(70)의 회전속도는, 예를 들어 100min-1의 낮은 회전속도로 하강되고, 애노드(48)가 애노드로서 역할하고 기판의 처리될 표면이 캐소드로서 역할하는 상태에서 기판을 전기도금하기 위해서 도금전류가 흐른다. 이 경우, 회전속도는, 예를 들어 0 내지 225min-1의 범위내에 있다. 도금처리시, 도금용액은 도금용액공급노즐(53)을 통하여 사전설정된 유속으로 계속 공급되고, 제1도금용액배출포트(57) 및 제2도금용액배출포트(59)를 통하여 배출된다. 도금용액은 도금용액조절탱크(40)를 통하여 순환된다. 이 경우, 도금두께가 전류밀도와 전류공급시간에 의하여 결정되기 때문에, 전류공급시간(도금시간)은 바람직한 증착량에 따라 설정된다.
전류 공급의 완료 후에, 하우징(70), 기판(W) 및 기판테이블(71)은도금챔버(49)안의 도금용액(45)의 표면 위의 위치 및 도금처리컨테이너 커버의 상단부 아래의 위치로 들어올려진다. 그런 후, 기판은, 예를 들어 500 내지 800min-1의 고속으로 회전되어, 원심력 하에서 기판으로부터 도금용액을 제거한다. 기판으로부터의 액체의 제거의 완료 후에, 하우징(70)의 회전은 하우징(70)이 사전설정된 방향으로 향하도록 중지된다. 하우징(70)이 기판 부착/제거 위치로 들어올려진 후에, 기판테이블(71) 또한 기판 부착/제거 위치로 들어올려진다.
다음, 제2로봇의 핸드는 하우징(70)의 개구부(96)를 통하여 하우징(70)으로 삽입되고, 핸드가 기판을 수용하는 위치로 들어올려진다. 그런 후, 후크(도시되지 않음)는 후크에 의하여 유지되는 기판을 후퇴형 핸드상으로 떨어뜨리기 위해 개방된다. 이 상태에서, 핸드가 약간 하강되고, 핸드 및 핸드에 의하여 유지된 기판은 하우징(70)의 개구부(96)를 통하여 밖으로 꺼내어진다. 기판의 표면이 아래쪽을 향하고, 기판을 핸드에 장착한 채 기판의 외주 에지만이 핸드와 접촉하게 되는 방식으로 기판이 유지된다.
제2로봇(3)은 도금유닛(4)으로부터 기판(W)을 꺼내고, 제2로봇(3)에 의하여 유지된 기판(W)은 반도체기판의 외주부로부터 불필요한 Cu 막(시드층)이 제거되는 베벨 및 뒷면 세정유닛(5)으로 이송된다. 베벨 및 뒷면 세정유닛(5)에서, 베벨은 미리설정된 시간으로 에칭되고, 반도체기판의 뒷면에 부착된 Cu가 플루오르화수소산과 같은 화학액으로 세정된다. 베벨 에칭에 의하여 에칭된 영역은 기판의 외주에지부에 대응하고 그 안에 회로가 형성되지 않은 영역이거나, 회로가 형성되어 있을 지라도 최종적으로는 칩으로서 활용될 수 없는 영역이다. 베벨부는 이 영역내에 포함된다.
다음, 베벨 및 뒷면 세정유닛(5)에서의 세정방법을 설명한다. 우선, 반도체기판(W)은 기판유지부(300)의 회전가능한 유지기구(310)에 의하여 기판이 수평으로 유지된 채로, 기판유지부(300)와 일체로 수평 회전된다. 이 상태에서, 중심노즐(302)로부터 기판(W)의 표면의 중심부로 산용액이 공급된다. 상기 산용액은 플루오르화수소산, 염산, 황산, 구연산, 옥살산 등등과 같은 비산화제일 수 있다. 한편, 에지노즐(304)로부터 기판(W)의 외주에지부로 산화제용액이 연속적으로 또는 일시적으로 공급된다. 오존의 수용액, 과산화수소의 수용액, 질산의 수용액 및 차아염소산나트륨의 수용액, 또는 그 조합 중 어느 하나가 산화제용액으로서 사용된다.
이러한 방식으로, 반도체기판(W)의 외주에지부(C)의 영역에서 상면 및 하면상에 형성된 구리막 등등은 산화제용액으로 신속히 산화됨과 동시에, 중심노즐(302)로부터 공급되어 기판의 전체 표면상에 퍼진 산용액으로 에칭되므로, 구리막 등등은 용해되거나 제거된다. 기판의 외주에지부에서 산용액 및 산화제용액을 혼합하면, 미리 준비된 그것들의 혼합물을 기판의 표면으로 공급하는 경우에 비하여, 보다 급격한 에칭 프로파일이 획득될 수 있다. 이 때, 구리에칭속도는 그들의 농도에 의하여 결정된다. 구리의 자연산화물이 기판의 표면상의 회로형성영역에 형성되는 경우, 이 자연산화물은 기판의 회전에 따라 기판의 전체 표면에 퍼진 산용액에 의하여 즉시 제거되며, 더이상 성장하지 않는다. 상세하게는, 도금시기판의 표면상에 형성된 구리의 산화막은 기판의 표면에 걸쳐 HF를 흐르게 함으로써 제거될 수 있다. 또한, 에칭시에는 구리의 산화막이 새로이 형성되지 않는다. 이에 대하여, 구리의 산화막이 기판의 표면상에 남아 있는 경우, 처리된 표면의 평탄도에 부정적인 영향을 주는 구리의 산화부위만이 이후의 CMP 처리시에 우선적으로 폴리싱된다는 것을 유의한다. 상기 방식으로, 구리의 산화막의 제거에 의하여 상기 부정적인 영향이 회피될 수 있다.
중심노즐(302)로부터의 산용액의 공급이 중지된 후에는, 에지노즐(304)로부터의 산화제용액의 공급이 중지된다. 그 결과, 표면상에 노출된 실리콘이 산화되고, 구리의 증착이 억제될 수 있다. 따라서, 예를 들어 기판의 표면상에 노출된 Si의 활성화된 표면이 산화될 수 있기 때문에, 이후 H202의 공급을 중지시키면 비활성화된다. 이는, 이후 CMP 처리시에 스크레치를 유발할 수 있는 기판의 표면상으로 큰 입자들이 흡착되는 것을 방지한다.
따라서, H2O2에 의한 구리의 산화 및 HF에 의한 산화된 구리의 제거의 반복되는 공정은 구리의 산화 및 그 제거가 H202및 HF의 혼합물을 사용하여 동시에 수행되는 경우에 비하여 구리제거의 속도를 향상시킬 수 있다.
한편, 산화제용액 및 실리콘산화막 에칭제는 후방노즐(306)로부터 기판의 뒷면의 중심부로 동시에 또는 교대로 공급된다. 그 결과, 금속의 형태로 반도체기판(W)의 뒷면에 부착된 구리 등등은 기판의 실리콘과 함께 산화제용액으로 산화될 수 있으며, 실리콘산화막 에칭제로 에칭되고 제거될 수 있다. 산화제용액은 앞면에 공급된 산화제용액과 동일한 것이 바람직한데, 그 이유는 화학제의 종류가 숫자상으로 감소되기 때문이다. 실리콘산화막 에칭제로서 플루오르화수소산이 사용될 수 있다. 또한, 산용액으로서 플루오르화수소산이 기판의 표면상에 사용되는 경우, 화학제의 종류가 숫자상으로 감소될 수 있다. 산화제의 공급이 우선적으로 중지되면, 소수성 표면이 획득된다. 에칭제용액이 우선적으로 중지되면, 포화수 표면(친수성 표면)이 획득된다. 따라서, 후속 공정의 요건을 만족하는 상태로 뒷표면이 조정될 수 있다.
이 방식으로, 기판(W)의 표면에 남아 있는 금속이온을 제거하기 위해서 산용액, 즉 에칭용액이 기판으로 공급된다. 그런 후, 에칭용액을 순수(pure water)로 교체하고 에칭용액을 제거하도록 순수가 공급된다. 그 후, 스핀 건조에 의하여 기판이 건조된다. 이 방식으로, 반도체기판의 표면상의 외주에지부에서의 에지절단폭(C)으로 구리막의 제거 및 뒷면상의 구리오염물의 제거가 동시에 수행되므로, 이 처리가 예를 들어 80초내에 완료되도록 한다. 에지의 에지절단폭은 임의로(2mm 내지 5mm정도로) 설정될 수 있지만, 에칭에 요구되는 시간은 절단폭에 따라 좌우되지 않는다.
그 후, 제2로봇(3)은 기판상에 형성된 배선을 안정화하기 위해서 베벨 및 뒷면 세정유닛(5)에서 처리된 기판을 어닐링유닛(6)으로 이송한다. 어닐링유닛(6)에서, 게이트(382)가 개방되고, 제2로봇의 핸드는 챔버(350)안으로 삽입되며 냉각기(370)의 수직가동핀(374)상에 기판(W)을 배치한다. 수직가동핀(374)이 들어올려진 후, 제2로봇(3)의 핸드는 게이트(382)로부터 빼내어진다. 그 후,게이트(382)가 폐쇄되고, 냉각기(370)의 수직가동핀(374)이 하강된다. 질소를 교체하도록 냉각판(372)의 외주영역에 형성된 퍼지구멍으로부터 냉각기(370)로 가스의 혼합물이 도입된다.
질소의 교체 후에는, 히터(360)와 냉각기(370) 사이에 위치된 셔터(380)가 개방되고, 이송아암(384)이 들어올려지고 회전된다. 이송아암(384)은 기판(W)을 냉각판(372)상에 유지시키고 기판(W)을 히터(360)로 이송한다. 이송아암(384)에 의하여 이송된 반도체기판(W)은 히터(360)의 수직가동핀(364)상에 배치된다. 그런 후, 이송아암(384)은 냉각기(370)로 인출되고, 셔터(380)가 폐쇄된다. 수직가동핀(364)은 수직가동핀(364)상에 유지된 반도체기판(W)과 열판(362) 사이의 거리가 예를 들어 0.1 내지 1.0mm가 되는 위치로 하강된다. 이 상태에서, 반도체기판(W)은 열판(362)을 통하여 예를 들어 400℃로 가열됨과 동시에, 열판(362)의 외주영역에 형성된 퍼지구멍으로부터 산화방지제 가스가 도입된다. 산화방지제 가스는 반도체기판(W)과 열판(362) 사이를 흐르고, 가스배출파이프(386)로부터 배출된다. 그 결과, 반도체기판(W)은 그 산화를 방지하면서 어닐링된다. 어닐링 공정은 거의 수십초 내지 60초에서 완료될 수 있다. 기판의 가열온도는 100 내지 600℃의 범위내에서 선택될 수 있다.
어닐링 후에는, 수직가동핀(364)이 들어올려지고, 냉각기(370)로부터 히터(360)로 이송아암(384)을 도입하기 위해서 셔터(380)가 개방된다. 그 후, 수직가동핀(364)은 기판(W)이 이송아암(384)에 의하여 유지되도록 하강된다. 기판은 이송아암(384)에 의하여 냉각기(370)로 이송된다. 이송아암(384)에 의하여 이송된기판(W)은 냉각기(370)의 수직가동핀(374)상에 배치된다. 수직가동핀(374)은 수직가동핀(374)에 유지된 반도체기판(W)과 냉각판(372) 사이의 거리가 예를 들어 0 내지 0.5mm가 되는 위치로 하강된다. 이 상태에서, 반도체기판(W)은 예를 들어 냉각수가 도입되는 냉각판(372)을 통하여 10 내지 60초 동안 100℃이하로 냉각된다.
기판이 냉각된 후에, 수직가동핀(374)이 들어올려지고, 게이트(382)가 개방되며, 제2로봇(3)의 핸드가 챔버(350)로 삽입된다. 제2로봇(3)의 핸드는 가동수직핀(374)상에 배치된 기판(W)을 유지하고, 어닐링유닛(6)으로부터 기판을 제거한다. 어닐링유닛(6)으로부터 제거된 기판(W)은 임시유지스테이지(7)상에 다시 배치된 다음, 제1로봇(2)에 의하여 로딩/언로딩유닛(1)에서 카세트로 복귀된다.
본 발명은 그 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정례 및 변형례가 가능함을 당업자는 이해할 것이다. 이하, 본 발명의 다른 실시예들을 설명한다. 같은 부분 및 구성요소는 상술된 실시예에서 도시된 것들과 동일한 참조번호로 표시된다. 다음의 설명에서 특별히 언급되지 않는 부분들은 상기 실시예서의 부분들과 동일하다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금유닛을 개략적으로 도시하는 수직단면도이다. 이 실시예에서, 평행하게 배치된 다수의 홈(210)을 포함하는 미로형 시일(labyrinth seal)(212)이 애노드(48)를 유지하는 애노드 지지체(52)의 유입구 주위에 제공된다. 질소가스와 같은 불활성가스를 도입하는 불활성가스도입통로(214)가 홈(210) 중 하나에 연결된다. 도금용액복귀통로(216)는 그 한쪽 단부가 모든 홈(210)의 저부에 연결되고 그 다른 쪽 단부가 넘친 도금용액을 저장하는 도금용액용기(218)로 연결되며, 공기에 개방되어 있다.
따라서, 도금컨테이너(50)에 애노드 지지체(52)의 유입구 주변의 복수의 홈(210)을 포함하는 미로형 시일(212)을 제공하면, 시일링부재(200)를 큰 힘으로 기밀시킬 필요성을 제거할 수 있고, 도금컨테이너(50)와 애노드 지지체(52) 사이의 간극의 신뢰성있는 시일링을 확보하여 도금용액이 누수되는 것을 방지할 수 있다. 불활성가스도입통로(214)는 홈(210) 중 하나에 연결되고, 도금용액복귀통로(216)는 모든 홈(210)의 저부에 연결된다. 홈(210)안에 남아 있는 도금용액을 배출하기에 충분한 압력을 가진 질소가스와 같은 불활성가스가 불활성가스도입통로(214)를 통하여 홈(210)으로 도입된다. 따라서, 홈(210)안에 남아 있는 도금용액이 외부로 배출될 수 있고, 미로형 시일(212)의 영향이 홈(210)안에 남아 있는 도금용액에 의하여 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이 실시예에서, 복수의 홈(210)을 포함하는 미로형 시일(212)은 도금컨테이너(50)상에 제공된다. 대안적으로, 미로형 시일은 애노드 지지체(52)상에, 또는 도금컨테이너(50)와 애노드 지지체측면(52) 양자 모두에 제공될 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금유닛을 개략적으로 도시하는 수직단면도이다. 도 4에 도시된 도금유닛(4)에서는, 하우징(40)을 상하로 이동시킴으로써 기판의 이송이 실행된다. 이 실시예의 도금유닛에서는, 하우징(70)의 수직 이동없이 기판을 이송(수용 및 인출)하기 위해서 도금처리컨테이너내의 도금용액의 액수위가 상승되거나 하강된다.
도금유닛은 도금처리컨테이너(46) 및 헤드(47)를 포함한다. 도금처리컨테이너(46)의 도금컨테이너(50)는 애노드(48) 주변에 위치되고 도금컨테이너(50)의 저부에서 개방된 제1도금용액배출포트(도시되지 않음) 및 도금컨테이너(50)내에 있는 위어부재(58)를 넘친 도금용액(45)을 배출하는 제2도금용액배출포트(59)를 구비한다. 또한, 도금용액(50)은 위어부재(58)의 원주벽의 높이 방향을 따라 중간에 제공된 단차부(50a)에서 개방된 제3도금용액배출포트(120)를 가진다. 제3도금용액배출포트(120)로부터 용기(226)로 연장되는 도금용액배출파이프(121)내에 셧오프 밸브(122)가 제공된다(도 6참조).
이 구성으로, 도금용액(50)내의 위어부재(58)의 상단부에 의하여 형성된 평면이 기판을 도금하기 위한 액수위(A)를 구성하는 한편, 단차부(50a)에 의하여 형성된 평면은 기판을 이송하기 위한 액수위(B)를 구성한다. 상세하게는, 도금처리시, 셧오프 밸브(122)가 폐쇄되고, 도금챔버(49)내의 도금용액(45)의 액수위를 상승시키기 위해 도금용액공급노즐(53)을 통하여 도금용액이 분사된다. 도금용액이 도금컨테이너(50)내의 위어부재(58)의 상단부를 넘치게 하여, 기판을 도금시키기 위한 액수위(A)에서 액수위를 유지시킨다. 도금처리의 완료후에, 셧오프 밸브(122)는 제3도금용액배출포트(120)를 통하여 도금챔버(49)내의 도금용액(45)을 배출시키도록 개방됨으로써, 기판을 이송하는 액수위(B)가 되게 한다.
따라서, 도금처리 이외의 기간에 도금용액(45)내에 애노드(48)를 침지시키면, 애노드(48)의 표면에 형성된 검은 막이 건조되고 산화되는 것이 방지될 수 있으므로, 도금처리가 안정되게 수행될 수 있다.
기판(W)이 하우징의 하단부에 제공된 기판유지부재(72)에 의하여 유지되는경우, 헤드(47)의 하우징(70)은 수직으로 이동할 수 없지만, 그 자체 축선을 중심으로 회전될 수 있으며, 기판을 도금하는 액수위(A)와 기판을 이송하는 액수위(B) 사이의 위치에 기판(W)이 위치된다. 기판테이블(71)에는 기판을 유지하는 어떠한 기구도 제공되지 않는다. 기판(W)은 하우징(70)의 기판유지부재(72)상에 배치된 후, 기판유지부재(72)와 기판테이블(71)의 하부외주부 사이에 기판(W)의 외주부를 개재시키기 위해서 기판테이블(71)이 하강됨에 따라, 기판(W)을 유지한다.
다음, 도금유닛을 갖는 기판처리장치로 기판을 처리하는 공정을 이하에 설명한다. 이 실시예는 제2로봇(3)을 통한 기판의 이송과 도금유닛에서의 처리인 것을 제외하면 상기의 실시예들과 실질적으로 동일하다. 그러므로, 상이한 구성 및 동작만을 이하에 설명한다.
다음과 같은 방식으로, 기판이 도금유닛으로 이송된다. 제2로봇의 흡입형 핸드 및 기판의 표면이 아래쪽으로 향하는 방식으로 상기 흡입형 핸드에 의하여 유지된 기판(W)이 하우징(70)의 개구부(96)를 통하여 하우징(70)으로 삽입된다. 그런 후, 흡입형 핸드가 아래쪽으로 이동되며, 하우징(70)의 기판유지부재(72)상에 기판(W)을 배치하기 위해 진공흡입이 해제된다. 그 후, 흡입형 핸드가 들어올려지고 하우징(70)으로부터 인출된다. 그 다음에는, 기판유지부재(72)와 기판테이블(71)의 하부 외주부 사이에 기판(W)의 외주부를 개재시키기 위해서 기판테이블(71)이 하강됨에 따라, 기판(W)을 유지시킨다.
그 후, 제3도금용액배출포트(120)에 연결된 도금용액배출파이프(121)는 셧오프 밸브(122)에 의하여 폐쇄되고, 도금용액공급노즐(53)을 통하여 도금용액이 분사된다. 동시에, 하우징(70) 및 하우징(70)에 의하여 유지된 기판(W)은 중간 속도로 회전된다. 도금용액이 사전설정된 수위에 도달하고 몇 초 경과한 후에는, 예를 들어 100min-1의 낮은 회전속도로 하우징(70)의 회전속도가 느려지고 도금전류가 흐르게 됨에 따라, 애노드(48)가 애노드로서 역할하고 기판의 처리될 표면이 캐소드로서 역할하는 상태에서 전기도금을 수행한다.
전류의 공급의 완료 후에, 셧오프 밸브(122)는 제3도금용액배출포트(120)를 통하여 단차부(50a) 위의 위치에 있는 도금용액(45)을 용기(226)로 배출하도록 개방된다. 따라서, 하우징(70) 및 하우징(70)에 의하여 유지된 기판은 도금용액의 액수위 위에 위치되고 대기로 노출된다. 하우징(70) 및 하우징(70)에 의하여 유지된 기판(W)이 도금용액의 액수위 위에 위치된 상태에서, 하우징(70) 및 기판(W)은 예를 들어 500 내지 800min-1의 고속으로 회전되어, 원심력하에서 기판으로부터 도금용액을 제거한다. 기판으로부터 도금용액의 제거의 완료 후에, 하우징(70)은 하우징(70)이 사전설정된 방향으로 향하는 위치에서 중지된다.
하우징(70)의 회전이 완전히 중지된 후에는, 기판테이블(70)이 기판 부착/제거 위치로 들어올려진다. 그 다음, 제2로봇(3)의 흡입형 핸드는 흡입표면이 아래를 향한 채로 하우징(70)의 개구부(96)를 통하여 하우징(70)으로 삽입되고, 흡입형 핸드가 흡입으로 기판을 유지할 수 있는 위치로 하강된다. 그 후, 기판은 흡입형 핸드로 진공흡입으로 유지된 다음, 하우징(70)의 개구부(96) 위의 위치로 흡입형 핸드가 이동된다. 그 후, 흡입형 핸드 및 흡입형 핸드에 의하여 유지된 기판은 하우징(70)의 개구부(96)를 통하여 하우징(70)으로부터 인출된다.
이 실시예에 따르면, 헤드(47)의 기구가 단순화될 수 있고 소형으로 만들어질 수 있다. 또한, 도금처리컨테이너(46)내의 도금용액의 표면이 기판을 도금하기 위한 액수위(A)에 있을 때에 도금처리가 수행되는 한편, 도금용액의 표면이 기판을 이송하기 위한 액수위(B)에 있을 때 기판이 탈수되고 이송된다. 또한, 애노드(48)의 표면상에 형성된 검은막이 건조되고 산화되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도금되는 기판의 위치가 기판의 회전에 의하여 과도한 도금용액이 제거된 기판의 위치와 동일하기 때문에, 비말(mist-splash) 방지를 수행하는 위치가 하강될 수 있다.
더욱이, 이 실시예에서는, 다음과 같은 공정이 수행될 수 있다. 도금용액의 표면이 기판을 이송하기 위한 액수위(B)에 있는 경우, 기판(W)은 하우징(70)으로 삽입되고 하우징(70)에 의하여 유지된 다음, 도금용액의 액수위가 기판을 도금하기 위한 액수위(A)로 상승된다. 동시에, 하우징(70)은 소정 거리만큼 상승된다. 도금용액의 표면이 기판을 도금하는 액수위(A)로 상승된 후에, 하우징(70)은 예를 들어 150min-1의 중간속도로 회전되고 하강되므로, 기판(W)은 그 중심부에서 상승하는 도금용액의 표면과 접촉하게 된다. 따라서, 기판의 표면상의 기포가 그로부터 확실히 제거될 수 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금유닛을 개략적으로 도시하는 수직단면도이다. 상기 도금유닛은, 도 17에 도시된 도금유닛의 기판을 가압하는가압부재를 구성하는 기판테이블(71) 대신에 가압링(130)이 사용되고 가압링(130)을 수직으로 이동시키는 실린더와 같은 액츄에이터(131)가 하우징(70)내에 수용되어 있다는 점에서 도 17에 도시된 도금유닛과 상이하다.
이 실시예에 따르면, 액츄에이터(131)가 가압링(130)을 하강시키도록 작동되는 경우, 기판의 외주부는 하우징(70)의 기판유지부재(72)와 가압링(130)의 하면 사이에 개재되므로, 기판(W)이 유지된다. 기판은 가압링(130)을 들어올림으로써 해제될 수 있다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금유닛을 개략적으로 도시하는 수직단면도이다. 도 17에 도시된 도금유닛의 기판을 가압하는 가압부재를 구성하는 기판테이블(71) 대신에 스윙링크(swing link)(142)를 구비한 클램프기구(141)가 사용되고 상기 클램프기구(141)는 그 하부에서 하우징(70)내에 수용된다는 점에서, 상기 도금유닛은 도 17에 도시된 도금유닛과 상이하다.
이 실시예에 따르면, 스윙링크(142)는 수평방향으로 위치되도록 클램프기구(141)를 통하여 안쪽으로 스윙되고, 기판의 외주부는 하우징(70)의 기판유지부재(72)와 스윙링크(142) 사이에 개재되므로, 기판(W)이 유지된다. 스윙링크(142)가 수직방향으로 위치되도록 바깥쪽으로 스윙되는 경우, 기판이 해제된다. 동시에, 스윙링크(142)가 기판(W)의 인출을 방해하는 것을 방지할 수 있다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금유닛을 개략적으로 도시하는 수직단면도이다. 도 17에 도시된 도금유닛의 기판을 가압하는 가압부재를 구성하는 기판테이블(71) 대신에 탄성적으로 변형가능한, 즉 공압에 의하여 팽창가능하거나 수축가능한 탄성부재(150)가 사용되고 이 탄성부재(150)가 그 하부에서 하우징(70)내에 수용된다는 점에서, 상기 도금유닛은 도 17에 도시된 도금유닛과 상이하다.
이 실시예에 따르면, 공압으로 탄성부재(150)를 팽창시킴으로써, 하우징(70)의 기판유지부재(72)와 탄성부재(150) 사이에 기판의 외주부가 개재되므로, 기판(W)이 유지된다. 탄성부재(150)로부터 공기를 배출시킴으로써 기판이 해제될 수 있다. 동시에, 탄성부재(150)가 기판(W)의 인출을 방해하는 것을 방지할 수 있다.
도 21 내지 도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금유닛을 개략적으로 도시하는 수직단면도이다. 도 21에 도시된 바와 같이, 도금유닛은 실질적으로 원통형이고 그 안에 도금용액(45)을 담는 도금처리컨테이너(46) 및 기판(W)을 유지하는 도금처리컨테이너(46) 위에 배치된 헤드(47)를 주로 포함하여 이루어진다. 도 21에서, 도금유닛은 기판(W)이 헤드(47)에 의하여 유지되고, 도금용액(45)의 표면이 기판을 도금하기 위한 액수위에 있는 상태에 있다.
도금처리컨테이너(46)는 상향 개방된 도금챔버(49)를 가지며, 그 저부에 애노드(48)를 가진다. 도금용액(45)을 담는 도금컨테이너(50)가 도금챔버(49)내에 제공된다. 도금챔버(49)의 중심을 향해 수평으로 돌기된 도금용액공급노즐(53)은 원주방향으로 동일한 간격으로 도금컨테이너(50)의 내주벽상에 배치되어 있다. 도금용액공급노즐(53)은 도금컨테이너(50)내에서 수직으로 연장되는 도금용액공급통로(54)(도 4 참조)와 연통해 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 도금용액공급통로(54)는 도금용액공급파이프(55)를 통하여 도금용액조절탱크(40)에 연결된다. 배압을 일정하게 제어하는 제어밸브(56)는 도금용액공급파이프(55)의 각각에 배치된다.
또한, 이 실시예에 따르면, 크기가 거의 3mm인 다수의 구멍을 갖는 펀치판(220)이, 예를 들어 도금챔버(49)내의 애노드(48) 위의 위치에 배치된다. 상기 펀치판(220)은, 애노드(48)의 표면상에 형성된 검은 막이 도금용액(45)에 의하여 오그라들어 결과적으로 유출되는 것을 방지한다.
도금컨테이너(50)는 도금챔버(49)내의 저부의 외주부로부터 도금챔버(49)내에 담긴 도금용액(45)을 인출하는 제1도금용액배출포트(57) 및 도금컨테이너(50)의 상단에 제공된 위어부재(58)를 넘친 도금용액(45)을 배출하는 제2도금용액배출포트(59)를 구비하고 있다. 또한, 도금컨테이너(50)는 위어부재(58)를 넘치기 전에 도금용액을 배출하는 제3도금용액배출포트(120)를 구비하고 있다. 제2도금용액배출포트(59) 및 제3도금용액배출포트(120)를 통하여 흐른 도금용액은 도금컨테이너(50)의 하단부에서 결합된 다음, 도금컨테이너(50)로부터 배출된다. 도 24a 및 도 24c에 도시된 바와 같이, 제3도금용액배출포트(120)를 제공하는 대신에, 위어부재(58)는 사전설정된 간격으로 사전설정된 폭을 갖는 개구부(222)를 그 하부에 가지므로, 도금용액(45)이 개구부(222)를 통과한 다음 제2도금용액배출포트(59)로 배출될 수 있다.
이 구성으로, 도금시, 공급된 도금용액의 양이 많은 경우, 도금용액은 제3도금용액배출포트(120)를 통하여 외부로 배출되거나 개구부(222)를 통하여 통과되고제2도금용액배출포트(59)를 통하여 외부로 배출된다. 또한, 도 24a에 도시된 바와 같이, 위어부재(58)를 넘친 도금용액은 제2도금용액배출포트(59)를 통하여 외부로 배출된다. 한편, 도금시, 공급된 도금용액의 양이 적은 경우, 도금용액은 제3도금용액배출포트(120)를 통하여 외부로 배출되거나, 대안적으로 도 24b에 도시된 바와 같이, 개구부(222)를 통하여 통과되고 제2도금용액배출포트(59)를 통하여 외부로 배출된다. 이 방식으로, 이 구성은 공급된 도금용액의 양이 많거나 적은 경우에 용이하게 대처할 수 있다.
또한, 도 24d에 도시된 바와 같이, 도금용액공급노즐(53) 위에 배치되고 도금챔버(49) 및 제2도금용액배출포트(59)와 연통해 있는 액수위를 제어하는 관통구멍(224)이 원주방향으로 사전설정된 피치에 제공된다. 따라서, 도금이 실행되지 않은 경우, 도금용액은 관통구멍(224)을 통하여 통과되고, 제2도금용액배출포트(59)를 통하여 외부로 배출됨에 따라, 도금용액의 액수위를 제어한다. 도금시, 관통홀(224)은 그것을 통하여 흐르는 도금용액의 양을 제한하는 오리피스로서 역할한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1도금용액배출포트(57)는 도금용액배출파이프(60a)를 통하여 용기에 연결되고, 흐름제어기(61a)가 도금용액배출파이프(60a)내에 제공된다. 제2도금용액배출포트(59) 및 제3도금용액배출포트(120)는 도금컨테이너(50)내에서 서로 결합된 다음, 결합된 통로는 도금용액배출파이프(60b)를 통하여 용기(226)에 직접 연결된다.
용기(226)는 모든 여타의 도금유닛들로부터의 도금용액이 용기(226)로 유입되도록 구성된다. 용기(226)로 유입된 도금용액은 펌프(228)에 의하여 도금용액조절탱크(40)(도 6 참조)로 도입된다. 이 도금용액조절탱크(40)에는 온도제어기(230) 및 도금용액을 샘플링하고 샘플 액체를 분석하는 도금용액분석유닛(232)이 제공된다. 단일 펌프(234)가 작동되는 경우, 필터(236)를 통하여 도금용액조절탱크(40)로부터 도금유닛의 각각에서 도금용액공급노즐(53)로 도금용액이 공급된다. 제어밸브(56)는 도금용액조절탱크(40)로부터 도금유닛의 각각으로 연장되는 도금용액공급파이프(55)내에 제공된다. 이 제어밸브(56)는 2차 측면상의 압력을 일정하게 하는 역할을 하며, 하나의 도금유닛이 중지될 지라도, 상기 제어밸브(57)는 다른 도금유닛내의 도금용액의 공급압력을 일정하게 할 수 있다.
따라서, 단일 도금처리시스템에서 도금용액조절탱크(40)내에 준비된 도금용액은 단일 펌프(234)를 통하여 복수의 도금유닛으로 공급된다. 도금용액을 준비하기 위해서 대용량의 도금용액준비탱크(40)가 도금처리시스템에 사용된다. 이 구성으로, 도금용액은 도금유닛의 각각에서 제어밸브(56)를 통하여 유속을 제어하면서 도금유닛의 각각으로 공급되고, 도금용액의 품질변화가 억제될 수 있다.
수직 스트림조절링(62) 및 수평 스트림조절링(63)이 도금챔버(49)의 내주 근처의 위치에서 도금챔버(49)내에 배치되고, 액체표면의 중심부가 도금챔버(49)내에서 도금용액(45)의 2개의 분할된 상향 및 하향 스트림으로부터 상향 스트림에 의하여 위로 밀리므로, 하향 흐름이 평탄해지고 전류밀도의 분포가 더욱 균일해진다. 수평 스트림조절링(63)은 도금컨테이너(50)에 고정된 외주부를 가지고, 수직 스트림조절링(62)은 수평스트림조절링(63)에 연결된다.
한편, 헤드(47)는 상향 개방된 단부를 가지는 회전가능하고 실린더형인 용기이며 원주벽상에 개구부(96)를 가지는 하우징(70) 및 그 하단부에 가압링(240)을 가지는 수직가동가압로드(242)로 구성된다. 도 25 및 도 26에 도시된 바와 같이, 안쪽으로 돌기된 링형상의 기판유지부재(72)는 하우징(70)의 하단부에 제공된다. 링형상의 시일링부재(244)가 기판유지부재(72)상에 장착된다. 링형상의 시일링부재(244)는 안쪽으로 돌기되어 있으며, 링형상의 시일링부재(244)의 최상면의 앞단부는 고리형의 테이퍼진 형태로 위쪽으로 돌기되어 있다. 또한, 캐소드전극용 접촉부(76)가 시일링부재(244) 위에 배치된다. 수평방향 바깥쪽으로 연장되고 위쪽으로 경사진 상태로 바깥쪽으로 더욱 연장되어 있는 통기구멍(75)은 원주방향으로 동일한 간격으로 기판유지부재(72)내에 제공된다. 캐소드전극용 접촉부(76) 및 통기구멍(75)은 도 4에 도시된 것들과 동일하다.
이 구성으로, 도금용액의 액수위가 도 22에 도시된 바와 같이 하강되는 상태로, 기판(W)이 로봇 핸드(H) 등등에 의하여 유지되고, 도 25 및 도 26에 도시된 바와 같이 기판(W)이 기판유지부재(72)의 시일링부재(244)의 상면에 배치되는 하우징(70)안으로 삽입된다. 그 후, 로봇 핸드(H)는 하우징(70)으로부터 인출된 다음, 시일링부재(244)와 가압링(240)의 하면 사이에 기판(W)의 외주부를 개지시키기 위해 가압링(240)이 하강됨에 따라, 기판(W)을 유지한다. 또한, 기판(W)의 유지시, 기판(W)의 하면이 시일링부재(244)와 접촉하게 되어 이 접촉부를 확실히 시일링한다. 이와 동시에, 기판(W)과 캐소드전극용 접촉부(76) 사이에는 전류가 흐른다.
도 21에 도시된 바와 같이, 하우징(70)은 모터(246)의 출력샤프트(248)에 결합되고, 모터(246)의 힘에 의하여 회전된다. 가압로드(242)는 베어링(256)을 통하여 슬라이더(254)의 하단부상에 회전가능하게 장착된 링형상의 지지프레임(258)의 원주방향을 따라 사전설정된 위치에서 수직으로 제공된다. 슬라이더(254)는 모터(246)를 둘러싸는 지지체(250)에 고정된 가이드를 따라 실린더(252)의 작동에 의하여 수직으로 이동할 수 있다. 이 구성으로, 가압로드(242)는 실린더(252)의 작동에 의하여 수직으로 이동할 수 있으며, 또한 기판(W)의 유지시, 하우징(70)과 일체로 회전된다.
지지체(250)는 볼스크루(261)와 맞물려 있고 모커(260)의 힘에 의하여 회전되는 볼스크루(261)에 의하여 수직으로 이동가능한 슬라이드 베이스(262)상에 장착된다. 지지체(250)는 상부 하우징(264)에 의하여 둘러싸여 있고, 모터(260)의 힘에 의하여 상부 하우징(264)과 함께 수직으로 이동할 수 있다. 또한, 도금 시, 하우징(70)을 둘러싸는 하부 하우징(257)이 도금컨테이너(50)의 상면에 장착된다.
이 구성으로, 도 22에 도시된 바와 같이, 지지체(250) 및 상부 하우징(264)이 들어올려진 상태로 유지보수가 수행될 수 있다. 도금용액의 결정(crystal)은 위어부재(58)의 내주면상에 증착되기 쉽다. 하지만, 지지체(250) 및 상부 하우징(264)이 들어올려지고, 다량의 도금용액이 흐르게 되어 위어부재(58)를 넘치므로, 도금용액의 결정이 위어부재(58)의 내주면상에 장착되는 것이 방지될 수 있다. 도금용액의 스플래시(splash)를 방지하는 커버(50b)가 도금처리시 넘친 도금용액 위의 위치를 덮도록 도금컨테이너(50)내에 일체로 제공된다. 도금용액의 스플래쉬를 방지하는 커버(50b)의 하면상에 (NTT Advance Technology Inc.에 의하여 제조된) HIREC와 같은 초발수(Ultra Water Repellent) 재료를 코팅함으로써, 도금용액의 결정이 커버(50b)의 하면에 퇴적되는 것이 방지될 수 있다.
이 실시예에서, 기판(W)의 센터링을 수행하는 하우징(70)의 기판유지부재(72)상에 위치된 기판센터링기구(270)가 원주방향을 따라 4개의 장소에 제공된다. 도 27은 기판센터링기구(270)를 상세히 도시한다. 기판센터링기구(270)는 하우징(70)에 고정된 게이트형 브래킷(272) 및 브래킷(272)내에 배치된 위치설정블록을 포함한다. 이 위치설정블록(274)은 브래킷(272)에 수평으로 고정된 지지샤프트(276)를 통하여 스윙가능하게 장착된다. 또한, 하우징(70)과 위치설정블록(274) 사이에는 압축코일스프링(278)이 개재된다. 따라서, 위치설정블록(274)은 압축코일스프링(278)에 의하여 추진되므로, 위치설정블록(274)은 지지샤프트(276)를 중심으로 회전하고 위치설정블록(274)의 하부가 안쪽으로 돌기된다. 위치설정블록(274)의 상면(274a)은 스토퍼로서 역할하며, 위치설정블록(274)의 이동을 제한하도록 브래킷(272)의 하면(272a)과 접촉하게 된다. 또한, 위치설정블록(274)은 위쪽 방향 바깥쪽으로 확장된 테이퍼진 내면(274b)을 가진다.
이 구성으로, 기판은 이송로봇의 핸드 등등에 의하여 유지되고, 하우징(70)으로 이송되며, 기판유지부재(72)상에 배치된다. 이 경우, 기판의 중심이 기판유지부재(72)의 중심으로부터 벗어난 경우, 위치설정블록(274)은 이송로봇의 등등으로부터 기판의 유지를 해제할 시에 압축코일스프링(278)의 추진력에 대하여 바깥쪽으로 회전되고, 위치설정블록(274)은 압축코일스프링(278)의 추진력에 의하여 원래 위치로 복귀된다. 따라서, 기판의 센터링이 수행될 수 있다.
도 28은 캐소드전극용 접촉부(76)의 캐소드전극판(208)으로 전력을 공급하는 피딩접촉부(프로브)(77)를 도시한다. 이 피딩접촉부(77)는 플런저로 구성되며, 캐소드전극판(208)으로 연장되는 실린더형 보호부재(280)에 의하여 둘러싸여 있으므로, 피딩접촉부(77)가 도금용액에 대하여 보호된다.
상술된 바와 같이 도금유닛을 갖는 기판처리장치에서, 도금용액의 표면이 도 22에 도시된 바와 같은 기판을 이송하는 낮은 수위에 있는 경우, 기판은 하우징(70)으로 삽입되고 그 안에 유지된다. 이 상태에서, 도금용액의 액수위가 상승되고 기판이 도금된다. 그 후, 도금용액의 액수위가 하강되고, 도금된 기판이 하우징(70)으로부터 인출된다. 또한, 지지체(250) 및 상부 하우징(264)이 들어올려진 상태에서 유지보수가 수행된다. 이 상태에서, 필요하다면, 다량의 도금용액이 흐르게 하여 위어부재(58)를 넘치게 함으로써, 도금용액의 결정이 위어부재(58)의 내주면상에 증착되는 것을 방지한다.
또한, 이 실시예에서, 다음의 공정은 다음의 방식으로 실행될 수 있다. 도금용액의 표면이 기판을 이송하는 액수위(B)상에 있는 경우, 기판(W)은 하우징(70)으로 삽입되고 하우징(70)에 의하여 유지된 다음, 도금용액의 액수위가 기판을 도금하기 위한 액수위(A)로 상승된다. 이와 동시에, 하우징(70)은 소정 위치로 들어올려진다. 폴리싱액의 액수위가 기판을 도금하는 액수위(A)에 도달한 후에는, 예를 들어 150min-1의 중간속도로 회전되고 하강되므로, 기판(W)은 그 중심부에서 상승된 도금용액의 표면과 접촉하게 된다. 따라서, 기판의 표면상의 기포가 그로부터 확실히 제거될 수 있다.
상기 실시예에서는, 도금유닛(4)이 제2로봇(3)의 한쪽에 배치된다. 하지만, 본 발명은 그것으로 제한되지 아니한다. 예를 들어, 도금유닛은 도 29 및 도 30에 도시된 바와 같은 이러한 구성으로 배치된다.
도 29에 도시된 도금장치는 로딩/언로딩유닛(404), 4개의 도금유닛(410), 제1로봇(400), 제2로봇(402), 제3로봇(412), 2개의 어닐링유닛(406) 및 2개의 세정유닛(408)(스핀-헹굼-건조 유닛 및/또는 베벨-에칭/화학제 세정유닛)을 포함한다. 로딩/언로딩유닛(404), 2개의 어닐링 유닛(406) 및 세정유닛(408)은 제1로봇(400) 및 제2로봇(402) 주위에 배치된다. 또한, 제3로봇(412)은 세정유닛(408) 및 4개의 도금유닛(410)에 의하여 둘러싸인 위치에 배치된다. 또한, 상기 장치에는 도금유닛(410)으로 도금용액을 공급하는 화학액공급시스템(414)이 제공된다. 이 경우, 도금유닛(410) 및 화학액공급시스템(414)은 여타의 유닛(어닐링유닛(406) 및 세정유닛(408))이 배치된 처리부로부터 격벽(도시되지 않음)에 의하여 고립된 도금부내에 배치된다.
도 30에 도시된 도금장치는 로딩/언로딩유닛(450) 및 처리부(452)를 포함한다. 반도체 웨이퍼 등등의 스루풋의 관점에서, 이송장치(454)가 처리부(452)의 중심에 배치되고, 복수의 도금유닛(456) 및 복수의 세정/건조 유닛(스핀-헹굼-건조유닛)(458)이 이송장치(454)의 주변에 배치된다. 이 실시예에서는, 3개의 도금유닛(456) 및 3개의 세정/건조 유닛(458)이 이송장치(454) 주위에 배치된다. 세정/건조 유닛(456) 대신에, 베벨-에칭/화학제 세정유닛이 배치될 수 있다. 도금유닛(456)은 상향식 또는 하향식 중 어느 하나일 수 있다. 이 경우, 도금유닛(456)은 여타의 유닛(세정/건조 유닛(458))이 배치된 처리부로부터 격벽(도시되지 않음)에 의하여 고립된 도금부내에 위치된다.
이 실시예에서, 전기도금에 의하여 도금된 Cu 막이 형성된 예시들을 설명하고 있으나, 도금은 Cu 도금으로 제한되지 아니한다. 기판은 Cu 합급 또는 여타의 금속으로 도금될 수 있다. 도금된 막은 무전해 도금방법으로도 형성될 수 있다. 도금유닛은 상향식 또는 하향식 중 어느 하나일 수 있다.
도 31은 기판도금장치의 일 실시예의 평면도이다. 기판도금장치는 로딩/언로딩유닛(510), 각 쌍의 세정/건조 유닛(512), 제1기판스테이지(514), 베벨-에칭/화학제 세정유닛(516) 및 제2기판스테이지(518), 기판을 180°반전시키는 기구가 제공된 세척유닛(520) 및 4개의 도금유닛(522)을 포함한다. 또한, 기판도금장치에는 로딩/언로딩유닛(510)과 세정/건조 유닛(512)과 제1기판스테이지(514) 사이로 기판을 이송하는 제1이송장치(524), 제1기판스테이지(514)와 베벨-에칭/화학제 세정유닛(516)과 제2기판스테이지(518) 사이로 기판을 이송하는 제2이송장치(526) 및 제2기판스테이지(518)와 세척유닛(520)과 도금유닛(522) 사이로 기판을 이송하는 제3이송장치(528)가 제공된다.
기판도금장치는 도금장치를 도금부(530) 및 세정공간(540)로 분할하는 격벽을 가진다. 공기는 도금부(530) 및 세정공간(540) 중 각각으로 개별적으로 공급될 수 있고 그로부터 배기될 수 있다. 격벽(523)은 개폐가능한 셔터(도시되지 않음)를 가진다. 세정공간(540)의 압력은 대기압보다 낮으며 도금부(530)의 압력보다 높다. 이는 세정공간(540)내의 공기가 도금장치로부터 유출되는 것을 방지할 수 있고, 도금부(530)내의 공기가 세정공간(540)안으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 32는 기판도금장치에서의 공기흐름을 도시하는 개략도이다. 세정공간(540)에서, 새로운 외부공기는 파이프(543)를 통하여 도입되고 팬에 의하여 고성능필터(544)를 거쳐 세정공간(540)으로 취입된다. 그러므로, 천장(545a)으로부터 세정/건조 유닛(512) 및 베벨-에칭/화학제 세정유닛(516)의 주변 위치로 하류 세정 공기가 공급된다. 공급된 세정공기의 대부분은 순환파이프(552)를 통하여 바닥(545b)으로부터 천장(545a)으로 복귀되고, 팬에 의하여 고성능필터(544)를 거쳐 세정공간(540)으로 다시 취입됨에 따라, 세정공간(540)내에서 순환하게 한다. 공기의 일부는 파이프(546)를 통하여 세정/건조 유닛(512) 및 베벨-에칭/화학제 세정유닛(516)으로부터 외부로 배출되므로, 세정공간(540)의 압력은 대기압보다 낮게 설정된다.
그 안에 세척유닛(520) 및 도금유닛(522)을 구비한 도금부(530)는 깨끗한 공간은 아니다(오염된 공간이다). 하지만, 기판의 표면에 입자들이 부착되는 것을 허용할 수 없다. 그러므로, 하류 세정공기로서 새로운 외부공기가 파이프(547)를 통하여 도입되고, 팬에 의하여 고성능필터(548)를 거쳐 도금부(540)로 취입되므로,입자들이 기판의 표면에 부착되는 것이 방지된다. 하지만, 하류 세정공기의 전체 흐름속도가 외부공기의 공급 및 배기에 의하여만 공급되는 경우, 막대한 공기 공급 및 배기가 요구된다. 그러므로, 파이프(553)를 통하여 공기가 외부로 배출되고, 도금부(530)의 압력이 세정공간(540)의 압력보다 낮게 유지된 상태에서, 바닥(549b)으로부터 연장된 순환파이프(550)를 통하여 공기를 순환시킴으로써 하류의 대부분이 공급된다.
따라서, 순환파이프(550)를 통하여 천장(549a)으로부터 복귀된 공기는 팬에 의하여 고성능필터(548)를 거쳐 도금부(530)안으로 다시 취입된다. 그리하여, 깨끗한 공기가 도금부(530)로 공급되어, 도금부(530)내에서 순환하게 된다. 이 경우, 세척유닛(520), 도금유닛(522), 제3이송장치(528) 및 도금용액조절조(551)로부터 방출된 화학제 미스트 또는 가스를 함유한 공기는 파이프(553)를 통하여 외부로 배출된다. 따라서, 도금부(530)의 압력은 세정공간(540)의 압력보다 낮도록 제어된다.
로딩/언로딩유닛(510)내의 압력은 도금부(530)내의 압력보다 높은 세정공간(540)내의 압력보다 높다. 그러므로, 셔터(도시되지 않음)가 개방되면, 공기는 도 33에 도시된 바와 같이 로딩/언로딩유닛(510)을 통하여 세정공간(540) 및 도금부(530)를 연속하여 흐른다. 세정공간(540) 및 도금부(530)로부터 배출된 공기는 도관(552, 553)을 통하여 클린룸으로부터 연장된 공통 도관(554)(도 34 참조)내로 흐른다.
도 34는 클린룸내에 배치된, 도 31에 도시된 기판도금장치를 사시도로 도시한다. 로딩/언로딩유닛(510)은 그 안에 형성된 카세트 이송포트(555) 및 클린룸내에서 격벽(557)에 의하여 구획된 작업영역(558)에 노출된 제어패널(556)을 구비한 측면벽을 포함한다. 또한, 격벽(557)은 기판도금장치가 설치되는 클린룸내에 유틸리티 구역(559)을 구획한다. 기판도금장치의 여타의 측면벽들은 작업영역(558)의 공기청정도보다 공기 청정도가 낮은 유틸리티 구역으로 노출되어 있다.
도 35는 기판도금장치의 또 다른 일례의 평면도이다. 도 35에 도시된 기판도금장치는 반도체기판을 로딩하는 로딩유닛(601), 구리로 반도체기판을 도금하는 구리도금챔버(602), 물로 반도체기판을 세정하는 한 쌍의 물세정챔버(603, 604), 반도체기판을 화학적으로 또한 기계적으로 폴리싱하는 화학기계적 폴리싱 유닛(605), 물로 반도체기판을 세정하는 한 쌍의 물세정챔버(606, 607), 반도체기판을 건조시키는 건조챔버(608) 및 그 안에 배선막이 있는 반도체기판을 언로딩하는 언로딩유닛(609)을 포함한다. 또한, 기판도금장치는 반도체기판을 챔버(602, 603, 604), 화학 기계적 폴리싱 유닛(605), 챔버(606, 607, 608) 및 언로딩유닛(609)로 이송하는 기판이송기구(도시되지 않음)를 구비한다. 로딩유닛(601), 챔버(602, 603, 604), 화학 기계적 폴리싱 유닛(605), 챔버(606, 607, 608) 및 언로딩유닛(609)은 장치로서 하나의 단일배치로 결합된다.
기판도금장치는 다음과 같이 작동한다. 기판이송기구는, 로딩유닛(601)내에 배치된 기판 카세트(601-1)로부터 배선막이 아직 형성되지 않은 반도체기판(W)을 구리도금챔버(602)로 이송한다. 구리도금챔버(602)에서, 도금된 구리막은 배선 트렌치 및 배선 홀(콘택홀)로 구성된 배선영역을 갖는 반도체기판(W)의 표면상에 형성된다.
구리도금챔버(602)내에서 반도체기판(W)상에 도금된 구리막이 형성된 후, 반도체기판(W)은 기판이송기구에 의하여 물세정챔버(603, 604) 중 하나로 이송되고, 물세정챔버(603, 604) 중 하나에서 물로 세정된다. 세정된 반도체기판(W)은 기판이송기구에 의하여 화학 기계적 폴리싱 유닛(605)으로 이송된다. 화학 기계적 폴리싱 유닛(605)은 반도체기판(W)의 표면으로부터 원치 않는 도금된 구리막을 제거하여, 배선 트렌치 및 배선 홀내에 도금된 구리막의 일부를 남게 한다. 도금된 구리막이 증착되기 이전에, TiN 등등으로 만들어진 배리어층이 배선 트렌치 및 배선 홀의 내면을 포함하는 반도체기판(W)의 표면상에 형성된다.
그런 후, 도금된 구리막이 남아 있는 반도체기판(W)은 기판이송기구에 의하여 물세정챔버(606, 607) 중 하나로 이송되고, 물세정챔버(606, 607) 중 하나에서 물로 세정된다. 그런 다음, 세정된 반도체기판(W)은 건조챔버(608)에서 건조되며, 그 후에, 배선막으로서 역할하는 도금된 구리막이 남아 있는 건조된 반도체기판(W)은 언로딩유닛(609)내의 기판카세트(609-1)로 배치된다.
도 36은 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도를 도시한다. 도 36에 도시된 기판도금장치는, 구리도금챔버(602), 물세정챔버(610), 전처리챔버(611), 반도체기판상의 도금된 구리막상에 보호도금층을 형성하는 보호층도금챔버(612), 물세정챔버(613, 614) 및 화학 기계적 폴리싱 유닛(615)을 추가로 포함하고 있다는 점에서 도 35에 도시된 기판도금장치와 상이하다. 로딩유닛(601), 챔버(602, 602 603, 604, 614), 화학 기계적 폴리싱 유닛(605, 615), 챔버(606, 607, 608, 610,611, 612, 613), 언로딩유닛(609)은 장치로서 하나의 단일배치로 결합된다.
도 36에 도시된 기판도금장치는 다음과 같이 작동한다. 반도체기판(W)은 로딩유닛(601)내에 배치된 기판카세트(601-1)로부터 구리도금챔버(602, 602) 중 하나로 연속하여 공급된다. 구리도금챔버(602, 602) 중 어느 하나에서, 도금된 구리막은 배선 트렌치 및 배선 홀(콘택홀)로 구성된 배선영역을 갖는 반도체기판(W)의 표면상에 형성된다. 2개의 구리도금챔버(602, 602)는, 반도체기판(W)이 장시간동안 구리막으로 도금되도록 하기 위해 채택된다. 상세하게는, 반도체기판(W)은 구리도금챔버 중 어느 하나(602)에서 무전해 도금에 따라 1차 도금막을 갖도록 도금된 다음, 다른 구리도금챔버(602)에서 전기도금에 따라 2차 도금막을 갖도록 도금될 수 있다. 기판도금장치는 2개의 도금챔버보다 많을 수 있다.
그 위에 도금된 구리막이 형성된 반도체기판(W)은 물세정챔버(603, 604) 중 어느 하나에서 물로 세정된다. 그 후, 화학 기계적 폴리싱 유닛(605)은 반도체기판(W)의 표면으로부터 도금된 구리막의 원치 않는 부분을 제거하여, 배선 트렌치 및 배선 홀내에 도금된 구리막의 일부를 남게 한다.
그 후, 도금된 구리막이 남아 있는 반도체기판(W)은 물세정챔버(610)로 이송되고, 그 챔버안에서 반도체기판(W)이 물로 세정된다. 그런 후, 반도체기판(W)은 전처리챔버(611)로 이송되고, 보호도금층의 퇴적을 위해 그 안에서 전처리된다. 전처리된 반도체기판(W)은 보호층-도금챔버(612)로 이송된다. 보호층 도금챔버(612)에서, 반도체기판(W)상의 배선 영역에 있는 도금된 구리막상에 보호도금층이 형성된다. 예를 들어, 보호도금층은 무전해 도금에 의하여 붕소(B) 및니켈(Ni)의 합금으로 형성된다.
물세정챔버(613, 614) 중 어느 하나에서 반도체기판이 세정된 후에는, 보호도금층을 평탄화하기 위해서 도금된 구리막상에 증착된 보호도금층의 상부가 화학 기계적 폴리싱 유닛(615)에서 폴리싱된다.
보호도금막이 폴리싱된 후에, 반도체기판(W)은 물세정유닛(606, 607) 중 하나에서 물로 세정되고, 건조챔버(608)에서 건조된 다음 언로딩유닛(609)내의 기판카세트(609-2)로 이송된다.
도 37은 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도이다. 도 37에 도시된 바와 같이, 기판도금장치는 로봇아암(616-1)을 가지는 로봇(616)을 그 중심에 포함하고, 또한 로봇(616) 주위에 배치되고 로봇아암(616-1)의 도달범위내에 위치된 구리도금챔버(602), 한 쌍의 물세정챔버(603, 604), 화학 기계적 폴리싱 유닛(605), 전처리챔버(611), 보호층 도금챔버(612), 건조챔버(608) 및 로딩/언로딩 스테이션(617)을 구비하고 있다. 반도체기판을 로딩하는 로딩유닛(601) 및 반도체기판을 언로딩하는 언로딩유닛(609)은 로딩/언로딩 스테이션(617)에 인접하여 배치된다. 로봇(616), 챔버(602, 603, 604), 화학 기계적 폴리싱 유닛(605), 챔버(608, 611, 612), 로딩/언로딩 스테이션(617), 로딩유닛(601) 및 언로딩유닛(609)는 장치로서 하나의 단일배치로 결합된다.
도 37에 도시된 기판도금장치는 다음과 같이 작동한다.
도금될 반도체기판은 로딩유닛(601)으로부터 로딩/언로딩 스테이션(617)으로 이송되며, 그로부터 로봇아암(616-1)에 의하여 반도체기판이 수용되어 구리도금챔버(602)로 이송된다. 구리도금챔버(602)에서, 도금된 구리막은 배선 트렌치 및 배선 홀로 구성된 배선 영역을 갖는 반도체기판의 표면상에 형성된다. 그 위에 도금된 구리막이 형성된 반도체기판은 로봇 아암(616-1)에 의하여 화학 기계적 폴리싱 유닛(605)으로 이송된다. 화학 기계적 폴리싱 유닛(605)에서, 도금된 구리막은 반도체기판(W)의 표면상으로부터 제거되어, 배선 트렌치 및 배선 홀내에 도금된 구리막의 일부를 남게 한다.
그런 다음에, 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의하여 물세정챔버(604)로 이송되고, 거기에서 반도체기판은 물로 세정된다. 그 후, 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의하여 전처리챔버(611)로 이송되고, 거기에서 반도체기판은 보호도금층의 증착을 위해 그 안에서 전처리된다. 전처리된 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의하여 보호층도금챔버(612)로 이송된다. 보호층도금챔버에서, 보호도금층은 반도체기판(W)상의 배선영역내의 도금구리막상에 형성된다. 그 위에 형성된 보호도금층을 갖는 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의하여 물세정챔버(604)로 이송되고, 거기에서 반도체기판은 물로 세정된다. 세정된 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의하여 건조챔버(608)로 이송되고, 거기에서 반도체기판이 건조된다. 건조된 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의하여 로딩/언로딩 스테이션(617)으로 이송되고, 도금된 반도체기판은 거기로부터 언로딩유닛(609)으로 이송된다.
도 38은 반도체기판 처리장치의 또 다른 예시의 평면구성도를 도시하는 도면이다. 반도체기판 처리장치는 로딩/언로딩유닛(701), 도금Cu막형성유닛(702), 제1로봇(703), 제3세정기(704), 반전기(705), 반전기(706), 제2세정기(707), 제2로봇(708), 제1세정기(709), 제1폴리싱장치(710) 및 제2폴리싱장치가 제공되는 구성으로 이루어져 있다. 도금전후에 막두께를 측정하는 도금전 및 도금후 막두께측정계(712) 및 폴리싱 후 건조상태에서 반도체기판(W)의 막두께를 측정하는 건조상태막두께측정계(713)가 제1로봇(703)의 근처에 배치되어 있다.
제1폴리싱장치(폴리싱유닛)(710)는 폴리싱테이블(710-1), 톱링(710-2), 톱링헤드(710-3), 막두께측정계(710-4) 및 푸셔(710-5)를 구비하고 있다. 제2폴리싱장치(폴리싱유닛)(711)는 폴리싱테이블(711-1), 톱링(711-2), 톱링헤드(711-3), 막두께측정계(711-4) 및 푸셔(711-5)를 구비하고 있다.
배선용 비아홀 및 트렌치가 형성되고 그 위에 시드층이 형성된 반도체기판(W)을 수용하는 카세트(701-1)가 로딩/언로딩유닛(701)의 로딩포트상에 배치된다. 제1로봇(703)은 카세트(701-1)로부터 반도체기판(W)을 꺼내, 도금Cu막이 형성되는 도금Cu막형성유닛(702)안으로 반도체기판(W)을 운반한다. 이 때에, 도금전 및 도금후 막두께측정계(712)로 시드층의 막두께가 측정된다. 도금Cu막은 반도체기판(W)면에 친수성처리를 수행한 다음에, Cu도금하여 형성된다. 도금Cu막의 형성 후에, 도금Cu막형성유닛(702)에서 반도체기판(W)의 헹굼이나 세정이 수행된다.
반도체기판(W)이 제1로봇(703)에 의하여 도금Cu막형성유닛(702)으로부터 꺼내어지면, 도금전 및 도금후 막두께측정계(712)로 도금Cu막의 막두께가 측정된다. 그 측정결과는 반도체기판상의 기록데이터로서 기록장치(도시되지 않음)로 기록되고, 도금Cu막형성유닛(702)의 비정상의 판단에 사용된다. 막두께의 측정 후에, 제1로봇(703)은 반도체기판(W)을 반전기(705)로 이송하고, 반전기(705)는 반도체기판(W)(도금Cu막이 하향형성된 표면)을 반전시킨다. 제1폴리싱장치(710) 및 제2폴리싱장치(711)는 직렬모드 및 병렬모드로 폴리싱을 수행한다. 다음, 직렬모드에서의 폴리싱을 설명한다.
직렬모드폴리싱에서, 폴리싱장치(710)에 의하여 1차 폴리싱이 수행되고, 폴리싱장치(711)에 의하여 2차 폴리싱이 수행된다. 제2로봇(708)은 반전기(705)상의 반도체기판(W)을 집어, 폴리싱장치(710)의 푸셔(710-5)상에 반도체기판(W)을 놓는다. 톱링(710-2)은 흡입으로 푸셔(710-5)상의 반도체기판(W)을 흡인하여, 반도체기판(W)의 도금Cu막의 표면이 압력하에서 폴리싱테이블(710-1)의 폴리싱면과 접촉하게 함으로써, 1차 폴리싱을 수행한다. 1차 폴리싱에 의하여, 도금Cu막이 기본적으로 폴리싱된다. 폴리싱테이블(710-1)의 폴리싱면은 IC1000과 같은 발포된(foamed) 폴리우레탄 또는 그 위에 고정되거나 그 안에 함침된 연삭입자를 갖는 물질로 구성되어 있다. 폴리싱면과 반도체기판(W)의 상대운동시, 도금Cu막이 폴리싱된다.
도금Cu막의 폴리싱의 완료후에, 반도체기판(W)은 톱링(710-2)에 의하여 푸셔(710-5)상으로 복귀된다. 제2로봇(708)은 반도체기판(W)을 집어, 그것을 제1세정기(709)안으로 도입한다. 이 때에, 거기로부터 입자를 제거하거나 거기로 입자가 부착되기 힘들게 하기 위해서 푸셔(710-5)상의 반도체기판(W)면 및 뒷면을 향하여 화학액이 분출된다.
제1세정기(709)에서의 세정의 완료후에, 제2로봇(708)은 반도체기판(W)을 집어, 제2폴리싱장치(711)의 푸셔(711-5)상에 반도체기판(W)을 놓는다. 톱링(711-2)은 흡입으로 푸셔(711-5)상의 반도체기판(W)을 흡인하여, 그 위에 형성된 배리어층을 갖는 반도체기판(W)의 표면이 압력하에서 폴리싱테이블(711-1)의 폴리싱면과 접촉하게 됨으로써, 2차 폴리싱을 실행한다. 폴리싱테이블의 구성은 톱링(711-2)과 동일하다. 이 2차 폴리싱에 의하여, 배리어층이 폴리싱된다. 하지만, 1차 폴리싱이 폴리싱된 후에도 Cu막과 산화막이 남아 있는 경우가 있을 수도 있다.
폴리싱테이블(711-1)의 폴리싱면은 IC1000과 같은 발포된 폴리우레탄 또는 그 위에 고정되거나 그 안에 함침된 연삭입자를 갖는 물질로 구성되어 있다. 폴리싱면과 반도체기판(W)과의 상대운동시, 폴리싱이 수행된다. 이 때에, 연삭입자 또는 슬러리로서 실리카, 알루미나, 세리아 등등이 사용된다. 폴리싱될 막의 종류에 따라 화학액이 조정된다.
광학 막두께측정계를 주로 사용하여 배리어층의 막두께를 측정하고, 0이 된 막두께를 검출하거나, 또는 SiO2로 이루어진 절연막의 표면이 드러나게 함으로써, 2차 폴리싱의 종료점의 검출이 수행된다. 또한, 폴리싱테이블(711-1)의 주변에 제공되는 막두께측정계(711-4)로서는 이미지처리기능을 갖는 막두께측정계가 사용된다. 이 측정계를 사용함으로써, 산화막의 측정이 행해지고, 반도체기판(W)의 처리기록으로서 그 결과가 저장되어, 2차 폴리싱이 마무리된 반도체기판(W)이 다음 단계로 이송될 것인지 여부를 판정하는 데 사용된다. 2차 폴리싱의 종료점에 이르지않은 경우, 재폴리싱이 실행된다. 어떤 비정상으로 인하여 규정된 값을 너머 과도한 폴리싱이 수행된 경우, 다음 폴리싱을 피하기 위해 반도체기판처리장치가 중지되므로, 결함이 있는 제품이 증가하지 않을 것이다.
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 집는다. 이 때에, 푸셔(711-5)상의 반도체기판(W)면 및 뒷면을 향하여 화학액이 분출되어 그로부터 입자를 제거하거나 거기로 입자가 부착되기 어렵게 할 수 있다.
제2로봇(708)은 반도체기판(W)의 세정이 실행되는 제2세정기(707)로 반도체기판(W)을 운반한다. 또한, 제2세정기(707)의 구성은 제1세정기(709)의 구성과 동일하다. 반도체기판(W)면은 표면활성제, 킬레이트제 또는 pH 조절제가 첨가된 순수를 포함하는 세정액을 사용하는 PVA 스폰지로 스크럽된다. 그 위에 확산된 Cu의 에칭을 실행하기 위해 노즐로부터 반도체기판(W)의 뒷면을 향하여 DHF와 같은 강한 화학액이 분출된다. 확산의 문제가 없다면, 상기 면에 사용된 것과 동일한 화학액을 사용하는 PVA 스폰지로 스크럽세정이 실행된다.
상기 세정의 완료후에, 제2로봇(708)은 반도체기판(W)을 집어 그것을 반전기(706)로 이송하고, 상기 반전기(706)는 반도체기판(W)을 반전시킨다. 제1로봇(703)은 반전된 반도체기판(W)을 집어, 제3세정기(704)로 이송한다. 제3세정기(704)에서, 반도체기판(W)을 세정하기 위해 초음파진동에 의하여 여기된 메가소닉수(megasonic water)가 반도체기판(W)의 면을 향하여 분출된다. 이 때에, 반도체기판(W)면은 표면활성제, 킬레이트제 또는 pH 조절제가 첨가된 순수를 포함한 화학액을 이용하는 공지된 펜슬형 스폰지로 세정될 수 있다. 그 후, 반도체기판(W)은 스핀건조에 의하여 건조된다.
상술된 바와 같이, 폴리싱테이블(711-1)의 주변에 제공된 막두께측정계(711-4)로 막두께가 측정된 경우, 반도체기판(W)은 또 다른 처리가 필요없으므로 로딩/언로딩유닛(701)의 언로딩포트상에 놓인 카세트안으로 수용된다.
도 39는 반도체기판처리장치의 또 다른 일례의 평면구성도를 도시하는 도면이다. 상기 기판처리장치는, 도 38의 도금Cu막형성유닛(702) 대신에 캡도금유닛(750)이 제공된다는 점에서 도 38에 도시된 기판처리장치와는 다르다.
도금Cu막이 형성된 반도체기판(W)을 수용하는 카세트(701-1)는 로딩/언로딩유닛(701)의 로드포트상에 놓인다. 카세트(701-1)로부터 꺼내진 반도체기판(W)은 도금Cu막의 표면을 폴리싱하는 제1폴리싱장치(710) 또는 제2폴리싱장치(711)로 이송된다. 도금Cu막의 폴리싱의 완료후에는, 제1세정기(709)내에서 반도체기판(W)이 세정된다.
제1세정기(709)내에서의 세정의 완료후에, 반도체기판(W)은 대기에 의한 도금Cu막의 산화를 방지하고자 도금Cu막의 표면상에 캡도금이 적용되는 캡도금유닛(750)으로 이송된다. 캡도금이 적용된 반도체기판은 제2로봇(708)에 의하여 캡도금유닛(750)으로부터 순수 또는 탈이온수로 세정되는 제2세정기(707)로 운반된다. 세정의 완료후에 반도체기판은 로딩/언로딩유닛(701)상에 놓인 카세트(701-1)안으로 복귀된다.
도 40은 반도체기판처리장치의 또 다른 예시의 평면구성도를 도시하는 도면이다. 상기 기판처리장치는 도 39의 제1세정기 대신에 어닐링유닛(751)이 제공된다는 점에서 도 39에 도시된 기판처리장치와 상이하다.
폴리싱유닛(710 또는 711)내에서 폴리싱되고 상술된 제2세정기(707)내에서 세정된 반도체기판(W)은 도금Cu막의 표면상에 캡도금이 적용되는 캡도금유닛(750)으로 이송된다. 캡도금이 적용된 반도체기판은 제2로봇(708)에 의하여 캡도금유닛(750)으로부터 제2세정기(707)로 운반되며, 상기 제2세정기(707)에서 반도체기판이 세정된다.
제2세정기(707)내에서의 세정의 완료후에, 반도체기판(W)은 기판이 어닐링되는 어닐링유닛(751)으로 이송되어, 도금Cu막의 일렉트로마이그레이션 저항을 증가시키기 위해 도금Cu막이 합금된다. 어닐링처리가 적용된 반도체기판(W)은 어닐링유닛(751)으로부터 제2세정기(707)로 운반되어, 그곳에서 순수 또는 탈이온수로 세정된다. 세정의 완료 후에 반도체기판(W)은 로딩/언로딩유닛(701)상에 놓인 카세트(701-1)안으로 복귀된다.
도 41은 기판처리장치의 또 다른 예시의 평면레이아웃구성을 도시하는 도면이다. 도 41에서, 도 38과 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일부나 대응부를 나타낸다. 기판처리장치에서, 제1폴리싱장치(710) 및 제2폴리싱장치(711) 근처에 푸셔인덱서(725)가 배치된다. 기판배치테이블(721, 722)은 각각 제3세정기(704) 및 도금Cu구리막형성유닛(702) 근처에 배치된다. 로봇(723)은 제1세정기(709) 및 제3세정기(704) 근처에 배치된다. 또한, 로봇(724)은 제2세정기(707) 및 도금Cu막형성유닛(702) 근처에 배치되고, 건조상태 막두께측정계(713)는로딩/언로딩유닛(701) 및 제1로봇(703) 근처에 배치된다.
상기 구성의 기판처리장치에서, 제1로봇(703)은 로딩/언로딩유닛(701)의 로드포트상에 놓인 카세트(701-1)로부터 반도체기판(W)을 꺼낸다. 건조상태 막두께측정계(713)로 배리어층 및 시드층의 막두께가 측정된 후에, 제1로봇(703)은 기판배치테이블(721)상에 반도체기판(W)을 놓는다. 건조상태 막두께측정계(713)가 제1로봇(703)의 핸드에 제공되는 경우에는, 막두께가 그 위에서 측정되고, 기판이 기판배치테이블(721)상에 놓인다. 제2로봇(723)은 기판배치테이블(721)상의 반도체기판(W)을 도금Cu막이 형성되는 도금Cu막형성유닛(702)으로 이송한다. 도금Cu막의 형성후에는, 도금전 및 도금후 막두께측정계(712)로 도금Cu막의 막두께가 측정된다. 그런 후, 제2로봇(723)은 반도체기판(W)을 푸셔인덱서(725)로 이송하여 그 위에 로딩한다.
[직렬모드]
직렬모드에서, 톱링(710-2)은 폴리싱을 실행하기 위해 흡입으로 푸셔인덱서(725)상에 반도체기판(W)을 유지시키고, 그것을 폴리싱테이블(710-1)로 이송하며, 폴리싱테이블(710-1)상의 폴리싱면에 대하여 반도체기판(W)을 가압한다. 폴리싱의 종료점의 검출은 상술된 것과 동일한 방법에 의하여 실행된다. 폴리싱의 완료 후에, 반도체기판(W)은 톱링(710-2)에 의하여 푸셔인덱서(725)로 이송되고 그 위에 로딩된다. 제2로봇(723)은 세정을 위하여 반도체기판(W)을 꺼내 그것을 제1세정기(709)로 운반한다. 그 후, 반도체기판(W)은 푸셔인덱서(725)로 이송되고 그 위에 로딩된다.
톱링(711-2)는 폴리싱을 실행하기 위해 흡입으로 푸셔인덱서(725)상에 반도체기판(W)을 유지시키고, 그것을 폴리싱테이블(711-1)로 이송하며, 폴리싱테이블(711-1)상의 폴리싱면에 대하여 반도체기판(W)을 가압한다. 폴리싱의 종료점의 검출은 상술된 것과 동일한 방법에 의하여 실행된다. 폴리싱의 완료 후에, 반도체기판(W)은 톱링(711-2)에 의하여 푸셔인덱서(725)로 이송되고 그 위에 로딩된다. 제3로봇(724)은 반도체기판(W)을 집고, 막두께측정계(726)로 그 막두께가 측정된다. 그런 후, 반도체기판(W)은 세정을 위해 제2세정기(707)안으로 운반된다. 그 후, 반도체기판(W)은 제3세정기(704)안으로 운반되고, 거기서 세정된 다음 스핀건조에 의하여 건조된다. 그런 후, 제3로봇은 반도체기판(W)을 집어 기판배치테이블(722)상에 놓는다.
[병렬모드]
병렬모드에서, 톱링(710-2 또는 711-2)은 폴리싱을 실행하기 위해 흡입으로 푸셔인덱서(725)상에 반도체기판(W)을 유지시키고, 그것을 폴리싱테이블(710-1 또는 711-1)로 이송하며, 폴리싱테이블(710-1 또는 711-1)상의 폴리싱면에 대하여 반도체기판(W)을 가압한다. 막두께의 측정후에, 제3로봇(724)은 반도체기판(W)을 집어 그것을 기판배치테이블(722)상에 놓는다.
제1로봇(703)은 기판배치테이블(722)상의 반도체기판(W)을 건조상태 막두께측정계(713)로 이송한다. 막두께가 측정된 후에, 반도체기판(W)은 로딩/언로딩유닛(701)의 카세트(701-1)로 복귀된다.
도 42는 기판처리장치의 또 다른 평면레이아웃구성을 도시하는 도면이다.상기 기판처리장치는 배선을 형성하기 위해 시드층 및 그 위에 시드층이 형성되지 않은 반도체기판상에 도금Cu막을 형성하고, 이들 막을 폴리싱하는 기판처리장치이다.
기판폴리싱장치에서, 푸셔인덱서(725)는 제1폴리싱장치(710) 및 제2폴리싱장치(711) 근처에 배치되고, 기판배치테이블(721, 722)은 각각 제2세정기(707) 및 시드층형성유닛(727) 근처에 배치되며, 로봇(723)은 시드층형성유닛(727) 및 도금Cu막형성유닛(702) 근처에 배치된다. 또한, 로봇(724)은 제1세정기(709) 및 제2세정기(707) 근처에 배치되고, 건조상태 막두께측정계(713)는 로딩/언로딩유닛(701) 및 제1로봇(703) 근처에 배치된다.
제1로봇(703)은 로딩/언로딩유닛(701)의 로드포트상에 놓인 카세트(701-1)로부터 배리어층을 갖는 반도체기판(W)을 꺼내, 그것을 기판배치테이블(721)상에 놓는다. 그 다음, 제2로봇(723)은 시드층이 형성되는 시드층형성유닛(727)으로 반도체기판(W)을 이송한다. 상기 시드층은 무전해도금으로 형성된다. 제2로봇(723)은 그 위에 시드층이 있는 반도체기판이 도금전 및 도금후 막두께측정계(712)에 의하여 시드층의 두께가 측정될 수 있게 한다. 막두께의 측정 후에, 반도체기판은 도금Cu막이 형성되는 도금Cu막형성유닛(702)안으로 운반된다.
도금Cu막의 형성 후에, 그 막두께가 측정되고, 반도체기판이 푸셔인덱서(725)로 이송된다. 톱링(710-2 또는 711-2)은 폴리싱을 실행하기 위해 흡입으로 푸셔인덱서(725)상에 반도체기판(W)을 유지시키고, 그것을 폴리싱테이블(710-1 또는 711-1)로 이송한다. 폴리싱 후에, 톱링(710-2 또는 711-2)은 막두께측정을 위해서 반도체기판(W)을 막두께측정계(710-4 또는 711-4)로 이송한다. 그 후, 톱링(710-2 또는 711-2)은 반도체기판(W)을 푸셔인덱서(725)로 이송하여 그 위에 놓는다.
그 다음, 제3로봇(724)은 푸셔인덱서(725)로부터 반도체기판(W)을 집어 그것을 제1세정기(709)로 운반한다. 제3로봇(724)은 제1세정기(709)로부터 세정된 반도체기판(W)을 집어 그것을 제2세정기(707)로 운반하고, 세정되고 건조된 반도체기판을 기판배치테이블(722)상에 놓는다. 그 다음, 제1로봇(703)은 반도체기판(W)을 집어 막두께가 측정되는 건조상태 막두께측정계(713)로 그것을 이송하고, 로딩/언로딩유닛(701)의 언로드포트상에 놓인 카세트(701)안으로 그것을 운반한다.
도 42에 도시된 기판처리장치에서는, 회로패턴이 형성된 비아홀 또는 트렌치를 가진 반도체기판(W)상에 배리어층, 시드층 및 도금Cu막을 형성하고 그것들을 폴리싱함으로써 배선이 형성된다.
배리어층의 형성 이전에 반도체기판(W)을 수용하는 카세트(701-1)가 로딩/언로딩유닛(701)의 로드포드상에 놓인다. 제1로봇(703)은 로딩/언로딩유닛(701)의 로드포드상에 놓인 카세트(701-1)로부터 반도체기판(W)을 꺼내, 그것을 반도체배치테이블(721)상에 그것을 놓는다. 그 후, 제2로봇(723)은 배리어층 및 시드층이 형성되는 시드층형성유닛(727)으로 반도체기판(W)을 이송한다. 배리어층 및 시드층은 무전해도금에 의하여 형성된다. 제2로봇(723)은 배리어층 및 시드층이 형성되어 있는 반도체기판(W)을 배리어층 및 시드층의 막두께를 측정하는 도금전 및 도금후 막두께측정계(712)로 가져간다. 막두께의 측정후에, 반도체기판(W)은 도금Cu막이 형성되는 도금Cu막형성유닛(702)안으로 운반된다.
도 43은 기판처리장치의 또 다른 예시의 평면레이아웃구성을 도시한 도면이다. 기판처리장치에는, 배리어층형성유닛(811), 시드층형성유닛(812), 도금막형성유닛(813), 어닐링유닛(814), 제1세정유닛(815), 베벨 및 뒷면세정유닛(816), 캡도금유닛(817), 제2세정유닛(818), 제1얼라이너 및 막두께측정계(841), 제2얼라이너 및 막두께측정계(842), 제1기판반전기(843), 제2기판반전기(844), 기판임시배치테이블(845), 제3막두께측정계(846), 로딩/언로딩유닛(820), 제1폴리싱장치(821), 제2폴리싱장치(822), 제1로봇(831), 제2로봇(832), 제3로봇(833) 및 제4로봇(834)이 제공된다. 막두께측정계(841, 842, 846)는 유닛이고, 여타의 유닛(도금, 세정, 어닐링유닛등등)의 정면치수와 동일한 크기를 가지므로, 상호교환할 수 있다.
이 예시에서, 배리어층형성유닛(811)으로는 무전해 Ru 도금장치가 사용되고, 시드층형성유닛(812)으로는 무전해 Cu도금장치가 사용되며, 또한 도금막형성유닛(813)으로는 전해도금장치가 사용될 수 있다.
도 44는 본 기판처리장치에서의 각각의 단계의 흐름을 도시한 플로우차트이다. 이 플로우차트에 따라 상기 장치에서의 각각의 단계를 설명한다. 먼저, 제1로봇(831)에 의하여 로드 및 언로드 유닛(820)상에 놓인 카세트(820a)로부터 꺼내진 반도체기판은 도금될 표면이 위로 향한 상태에서 제1얼라이너 및 막두께측정계(841)내에 놓인다. 막두께측정이 행해지는 위치에 대한 기준점을 설정하기 위해서, 막두께측정을 위한 노치정렬(notch alignment)이 실행된 다음, Cu막의 형성 전에 반도체기판상의 막두께데이터가 얻어진다.
그 후, 반도체기판은 제1로봇(831)에 의하여 배리어층형성유닛(811)으로 이송된다. 배리어층형성유닛(811)은 무전해 Ru 도금에 의하여 반도체기판상에 배리어층을 형성하는 장치이며, 상기 배리어층형성유닛(811)은 반도체 디바이스의 층간절연막(예를 들어, SiO2)안으로 Cu가 확산되는 것을 방지하는 막으로서 Ru막을 형성한다. 세정 및 건조 단계후에 배출된 반도체기판은 제1로봇(831)에 의하여 제1얼라이너 및 막두께측정계(841)로 이송되고, 거기에서 반도체기판의 막두께, 즉 배리어층의 막두께가 측정된다.
막두께측정후에 반도체기판은 제2로봇(832)에 의하여 시드층형성유닛(812)안으로 운반되고, 시드층은 무전해 Cu 도금에 의하여 배리어층상에 형성된다. 반도체기판이 함침도금유닛인 도금막형성유닛(813)으로 이송되기 전에, 세정 및 건조단계후에 배출된 반도체기판은 노치위치의 결정을 위해 제2로봇(832)에 의하여 제2얼라이너 및 막두께측정계(842)로 이송된 다음, 막두께측정계(842)에 의하여 Cu도금을 위한 노치정렬이 실행된다. 필요한 경우, Cu막 형성 전에 반도체기판의 막두께는 막두께측정계(842)에서 다시 측정될 수 있다.
노치정렬을 완료한 반도체기판은 제3로봇(833)에 의하여 도금막형성유닛(813)으로 이송되며, 거기에서 반도체기판상에 Cu도금이 적용된다. 세정 및 건조단계 후에 배출된 반도체기판은 제3로봇(833)에 의하여 베벨 및 뒷면세정유닛(816)으로 이송되고, 거기에서 반도체기판의 외주부의 불필요한 Cu막(시드층)이 제거된다. 상기 베벨 및 배면세정유닛(816)에서, 베벨은 미리설정된 시간으로 에칭되고, 플루오르화수소산과 같은 화학액으로 반도체기판의 뒷면에 부착된 Cu가 세정된다. 이 때에, 반도체기판을 베벨 및 뒷면세정유닛(816)으로 이송하기 전에, 제2얼라이너 및 막두께측정계(842)로 반도체기판의 막두께측정을 행하여, 도금에 의하여 형성된 Cu막의 두께값을 얻을 수 있으며, 그 얻어진 결과에 기초하여 에칭을 수행하도록 베벨에칭시간이 임의로 변경될 수 있다. 베벨에칭에 의하여 에칭된 지역은 기판의 외주에지부에 대응하며 그 안에 회로가 형성되지 않은 영역이거나, 회로가 형성되었을 지라도 최종적으로 칩으로서 활용되지 않는 영역이다. 이 영역내에 베벨영역이 포함된다.
베벨 및 뒷면 세정유닛(816)에서 세정 및 건조단계 후에 배출된 반도체기판은 제3로봇(833)에 의하여 기판반전기(843)로 이송된다. 도금면이 아래를 향하도록 하기 위해 기판반전기(843)에 의하여 반도체기판이 뒤집힌 후, 상기 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여 어닐링유닛(814)안으로 도입되어, 배선부를 안정화한다. 어닐링처리전 및/또는 어닐링처리후에, 반도체기판상에 형성된 구리막의 막두께를 측정하는 제2얼라이너 및 막두께측정계(842)안으로 반도체기판이 운반된다. 그 후, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여 반도체기판의 Cu막 및 시드층을 폴리싱하는 제1폴리싱장치(821)안으로 운반된다.
이 때에, 원하는 연삭입자 등등이 사용되지만, 디싱(dishing)을 방지하고 면의 평탄도를 향상시키기 위해서 고정연삭제가 사용될 수 있다. 1차 폴리싱의 완료후에, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여 기판이 세정되는 제1세정유닛(815)으로 이송된다. 이 세정은 반도체기판의 직경과 실질적으로 같은 길이를 갖는 롤이 반도체기판의 정면 및 배면상에 놓이는 스크럽세정이고, 순수 또는 탈이온수가 흐르는 동안 반도체기판 및 롤이 회전됨에 따라, 반도체기판의 세정이 실행된다.
1차 세정의 완료후에, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여 반도체기판상의 배리어층을 폴리싱하는 제2폴리싱장치(822)로 이송된다. 이 때에, 원하는 연삭입자 등등이 사용되나, 디싱을 방지하고 면의 평탄도를 향상시키기 위해서 고정연삭제가 사용될 수 있다. 2차 폴리싱의 완료후에, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여 스크럽세정을 실행하는 제1세정유닛(815)으로 다시 이송된다. 세정의 완료 후에, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여 제2기판반전기(844)로 이송되고, 상기 반전기(844)에서 도금면이 위로 향하도록 하기 위해 반도체기판을 반전시킨 다음, 제3로봇에 의하여 반도체기판을 기판임시배치테이블(845)상에 놓는다.
반도체기판은 제2로봇(832)에 의하여 기판임시배치테이블(845)로부터 대기에 대한 Cu의 산화를 방지하려는 목적으로 Cu표면상을 캡도금하는 캡도금유닛(817)으로 이송된다. 캡도금을 한 반도체기판은 제2로봇(832)에 의하여 캡도금유닛(817)으로부터 구리막의 두께를 측정하는 제3막두께측정계(846)로 운반된다. 그 후, 반도체기판은 제1로봇(831)에 의하여 순수나 탈이온수로 세정하는 제2세정유닛(818)안으로 운반된다. 세정의 완료 후에 반도체기판은 로딩/언로딩유닛(820)상에 놓인 카세트(820a)안으로 복귀된다.
얼라이너 및 막두께측정계(841)와 얼라이너 및 막두께측정계(842)는 기판의 노치부의 위치설정 및 막두께의 측정을 실행한다.
시드층형성유닛(812)은 생략될 수도 있다. 이 경우에, 도금막은 도금막형성유닛(813)에서 배리어층상에 직접 형성될 수 있다.
베벨 및 뒷면 세정유닛(816)은 에지(베벨) Cu에칭과 배면세정을 동시에 실행할 수 있으며, 기판면상의 회로형성부에서의 자연 구리산화막의 성장을 억제할 수 있다. 도 45는 베벨 및 뒷면 세정유닛(816)의 개략도를 도시한다. 도 45에 도시된 바와 같이, 베벨 및 뒷면 세정유닛(816)은, 기판의 외주에지부의 원주방향을 따라 복수의 위치에서 스핀척(921)에 의하여 기판(W)을 수평으로 유지시키면서, 기판(W)의 면이 위로 향한 상태로, 바닥이 있는 원통형 방수커버(920) 내부에 위치되고 고속으로 기판(W)을 회전시키기 적합한 기판유지부(922), 상기 기판유지부(922)에 의하여 유지된 기판(W)의 면의 거의 중심부 위에 배치된 중심노즐(924) 및 기판(W)의 외주에지부 위에 배치된 에지노즐(926)을 구비하고 있다. 중심노즐(924) 및 에지노즐(926)은 아래로 향한다. 후방노즐(928)은 기판(W)의 뒷면의 거의 중심부 아래에 위치되며 위를 향한다. 에지노즐(926)은 기판(W)의 직경방향 및 높이방향으로 이동하기에 적합하도록 되어 있다.
에지노즐(926)의 이동폭(L)은, 에지노즐(926)이 기판의 외주 단부면으로부터 중심을 향하는 방향에 임의로 위치될 수 있도록 설정되며, L의 설정값은 기판(W)의 크기, 용도 등등에 따라 입력된다. 통상적으로, 에지절단폭(C)은 2㎜ 내지 5㎜의 범위내에서 설정된다. 기판의 회전속도가 뒷면으로부터 앞면까지의 액의 이동량이 문제되지 않는 소정값 이상인 경우, 에지절단폭(C)내의 구리막이 제거될 수 있다.
다음, 이 세정장치로 세정하는 방법을 설명한다. 먼저, 반도체기판(W)은 기판유지부(922)의 스핀척(921)에 의하여 수평으로 유지된 채로 기판유지부(922)와일체로 수평 회전된다. 이 상태에서, 중심노즐(924)로부터 기판(W)의 면의 중심부로 산용액이 공급된다. 상기 산용액은 비산화산일 수 있으며, 플루오르화수소산, 염산, 황산, 구연산, 옥살산 등등이 사용된다. 한편, 에지노즐(926)로부터 기판(W)의 외주에지부로 계속하여 또는 간헐적으로 산화제용액이 공급된다. 산화제용액으로서, 오존 수용액, 과산화수소 수용액, 질산 수용액 및 차아염소산나트륨 수용액 중 하나가 사용되거나 그들의 혼합액이 사용된다.
이 방식으로, 반도체기판(W)의 상면 및 외주에지부(C)의 영역의 단부면상에 형성된 구리막 등등은 산화제용액으로 신속하게 산화됨과 동시에, 중심노즐(924)로부터 공급되어 기판의 전체면상에 퍼진 산용액으로 에칭됨으로써, 용해되고 제거된다. 기판의 외주에지부에서 산용액 및 산화제용액을 혼합하면, 공급되기 전에 미리 생성된 그들의 혼합물에 비하여 급격한 에칭 프로파일이 얻어질 수 있다. 이 때에, 구리에칭속도는 그들의 농도에 의하여 결정된다. 기판 앞면상의 회로형성부내에 구리의 자연산화물막이 형성되는 경우, 자연산화물은 기판의 회전에 따라 기판의 전체면상에 퍼져 있는 산용액에 의하여 자연산화물이 즉시 제거되어, 더이상 성장하지 않는다. 중심노즐(924)로부터 산용액의 공급이 중지된 후에는, 에지노즐(926)로부터 산화제용액의 공급이 중지된다. 그 결과로, 표면상에 노출된 실리콘이 산화되고, 구리증착이 억제될 수 있다.
한편, 산화제용액 및 실리콘산화물막 에칭제는 후방노즐(928)로부터 기판의 뒷면의 중심부로 동시에 또는 교대로 공급된다. 그러므로, 반도체기판(W)의 뒷면에 금속형태로 부착되어 있는 구리 등등은 기판의 실리콘과 함께 산화제용액으로산화될 수 있으며, 실리콘산화막 에칭제로 에칭되고 제거될 수 있다. 화학제의 종류가 숫자상으로 감소되기 때문에, 상기 산화제용액은 상기 면으로 공급된 산화제용액과 동일한 것이 바람직하다. 실리콘산화막 에칭제로서 플루오르화수소산이 사용될 수 있으며, 산용액으로서 플루오르화수소산이 기판의 면상에 사용되는 경우, 화학제의 종류가 숫자상으로 감소될 수 있다. 따라서, 산화제의 공급이 먼저 중지되는 경우, 소수성 표면이 획득된다. 에칭제용액이 먼저 중지되는 경우, 포화수 표면(친수성 표면)이 획득됨에 따라, 뒷면은 후속하는 처리요건을 만족시키는 조건으로 조정될 수 있다.
이 방식으로, 산용액, 즉 에칭용액은 기판(W)의 표면에 남아 있는 금속이온을 제거하기 위해서 기판에 공급된다. 그 후, 에칭용액을 순수로 교체하고 에칭용액을 제거하기 위해 순수가 공급된 다음, 스핀건조에 의하여 기판이 건조된다. 이 방식으로, 반도체기판면상의 외주에지부에서의 에지절단폭(C)내의 구리막의 제거 및 뒷면상의 구리오염물의 제거가 동시에 수행됨에 따라, 이 처리가 예를 들어 80초내에 완료되도록 한다. 에지의 에칭절단폭은 임의로(2 내지 5㎜) 설정될 수 있으나 에칭에 요구되는 시간은 절단폭에 좌우되지 않는다.
CMP처리 이전에 또한 도금 이후에 실행되는 어닐링처리는 후속하는 CMP처리 및 배선의 전기적 특성에 바람직한 영향을 준다. 어닐링하지 않고 CMP한 후에 폭넓은 배선(수 ㎛의 단위)의 표면을 관찰하면, 마이크로보이드(microvoid)와 같은 다수의 결함이 나타나 있으며, 이로 인해 전체 배선의 전기저항이 증가된다. 어닐링을 수행하면 전기저항의 증가가 개선되었다. 어닐링이 있는 경우, 얇은 배선에서는 보이드가 없는 것으로 나타났다. 따라서, 결정립 성장도는 이들 현상과 관련이 있는 것으로 추정된다. 즉, 다음과 같은 메카니즘을 추측할 수 있다. 얇은 배선에서는 결정립성장이 일어나기 어렵다. 한편, 폭넓은 배선에서는 어닐링처리에 따라 결정립성장이 진행된다. 결정립성장의 공정중에, SEM(주사전자현미경)으로 보기에는 너무 작은 도금막내의 초미세기공은 모아져 위로 이동하므로, 따라서 배선의 상부내에 마이크로보이드와 같은 침하부(depression)가 형성된다. 어닐링유닛(814)내의 어닐링조건은 수소(2%이하)가 가스분위기에 첨가되고, 온도는 300℃ 내지 400℃의 범위내에 있으며, 시간은 1 내지 5초범위내에 있도록 한다. 이들 조건하에서, 상기 효과들이 획득되었다.
도 48 및 도 49는 어닐링유닛(814)을 도시한다. 어닐링유닛(814)은 반도체기판(W)을 넣고 꺼내는 게이트(1000)를 구비한 챔버(1002), 예를 들어 400℃로 반도체기판(W)을 가열하는 챔버(1002)내의 상부에 배치된 열판(1004), 및 예를 들어 상기 판의 내부로 냉각수를 흐르게 하여 반도체기판(W)을 냉각시키는 챔버(1002)내의 하부에 배치된 냉각판(1006)을 포함한다. 또한, 어닐링유닛(814)은 냉각판(1006)을 관통하고 그것을 통하여 위아래로 연장된 복수의 수직가동승강핀(1008)을 구비하여 그것들상에 반도체기판(W)을 배치시키고 유지한다. 어닐링유닛은 어닐링시에 반도체기판(W)과 열판(1004) 사이에 산화방지제가스를 도입하는 가스도입파이프(1010) 및 상기 가스도입파이프(1010)로부터 도입되고 반도체기판(W)과 열판(1004) 사이에서 흘러나온 가스를 방출하는 가스배출파이프(1012)를 더욱 포함한다. 파이프(1010, 1012)는 열판(1004)의 대향측상에 배치된다.
가스도입파이프(1010)는, 필터(1014a)를 포함하는 N2가스도입라인(1016)을 통하여 도입된 N2가스 및 필터(1014b)를 포함하는 H2가스도입라인(1016)을 통하여 도입된 H2가스가 상기 라인(1022)을 통하여 가스도입파이프(1010)안으로 흐르는 혼합가스를 형성하도록 혼합되는 믹서(1020)에 순서대로 연결된 혼합가스도입라인(1022)에 연결된다.
작동시에, 게이트(1000)를 통하여 챔버(1002)내에 운반된 반도체기판(W)은 승강핀(1008)상에 유지되고, 상기 승강핀(1008)은 승강핀(1008)상에 유지된 반도체기판(W)과 열판(1004) 사이의 거리가 0.1 내지 1.0㎜가 되는 위치까지 상승된다. 그런 후 이 상태에서, 반도체기판(W)은 열판(1004)을 통하여 예를 들어 400℃로 가열됨과 동시에, 산화방지제가스가 가스도입파이프(1010)로부터 도입되고, 반도체기판(W)과 열판(1004) 사이에 가스가 흐르도록 되는 한편, 가스배출파이프(1012)로부터 가스가 배출되므로, 기판의 산화를 방지하면서 반도체기판(W)을 어닐링한다. 어닐링처리는 대략 수십초 내지 60초내에서 완료될 수 있다. 기판의 가열온도는 100℃ 내지 600℃의 범위내에서 선택될 수 있다.
어닐링의 완료후에, 승강핀(1008)은 승강핀(1008)내에 유지된 반도체기판(W)과 냉각판(1006)의 거리가 예를 들어 0 내지 0.5㎜가 되는 위치 아래로 하강된다. 이 상태에서, 냉각판(1006)안으로 냉각수를 도입함으로써, 반도체기판(W)은 냉각판에 의하여 예를 들어 10 내지 60초내에 100℃이하의 온도로 냉각된다. 냉각된 반도체기판은 다음 단계로 보내진다.
몇 %의 H2가스를 갖는 N2가스의 혼합가스가 상기 산화방지제가스로서 사용된다. 하지만, N2가스가 단독으로 사용될 수 있다.
어닐링유닛은 전해도금장치내에 놓일 수 있다.
도 46은 무전해 도금장치의 개략적인 구성도이다. 도 46에 도시된 바와 같이, 이 무전해도금장치는 그 상면에 도금될 반도체기판(W)을 유지하는 유지수단(911), 외주에지부를 시일링하도록 상기 유지수단(911)에 의하여 유지된 반도체기판(W)의 도금될 표면(상면)의 외주에지부에 접촉하는 댐부재(dam member)(931), 상기 댐부재(931)로 시일링된 외주에지부를 갖는 반도체기판(W)의 도금될 표면에 도금용액을 공급하는 샤워헤드(941)를 포함한다. 무전해도금장치는 반도체기판(W)의 도금될 표면으로 세정액을 공급하는 유지수단(911)의 상부 외주 주변에 배치된 세정액공급수단(951), 배출된 세정액 등등(도금폐수)을 회수하는 회수베셀(961), 반도체기판(W)상에 유지된 도금용액을 흡입하고 회수하는 도금용액회수노즐(965) 및 유지수단(911)을 회전 구동시키는 모터(M)를 더욱 포함한다. 이하, 각각의 부재를 설명한다.
유지수단(911)은 반도체기판(W)을 놓고 유지하는 그 상면상에 기판배치부(913)를 가진다. 상기 기판배치부(913)는 반도체기판(W)을 놓고 고정하기에 적합하도록 되어 있다. 상세하게는, 상기 기판배치부(913)는 진공흡입에 의하여 뒷면으로 반도체기판(W)을 흡인하는 진공흡인기구(도시되지 않음)를 구비한다. 평평하며, 또한 반도체기판(W)을 따뜻하게 유지시키기 위하여 아래쪽부터 반도체기판(W)의 도금될 표면을 가열하는 후방측히터(915)는 기판배치부(913)의 뒷면에 설치된다. 상기 후방측히터(915)는 예를 들어, 고무히터로 구성되어 있다. 이 유지수단(911)은 모터(M)에 의하여 회전되고 상승 및 하강수단(도시되지 않음)에 의하여 수직으로 이동할 수 있도록 되어 있다.
댐부재(931)는 튜브형이며, 반도체기판(W)의 외주에지를 시일링하기 위해 하부내에 제공된 시일부(933)를 가지고, 예시된 위치로부터 수직으로 이동하지 않도록 설치된다.
샤워헤드(941)는 공급된 도금용액을 샤워형식으로 비산시키는 앞면단부에 제공된 다수의 노즐을 가지고 반도체기판(W)의 도금될 표면으로 그것을 실질적으로 균일하게 공급하는 구조로 되어 있다. 세정액공급수단(951)은 노즐(953)로부터 세정액을 분사하기 위한 구조를 가진다.
도금용액회수노즐(965)은 위아래로 이동할 수 있고 스윙가능하도록 되어 있으며, 상기 도금용액회수노즐(965)의 앞단부는 반도체기판(W)의 상면 외주에지부상에 위치된 댐부재(931) 안쪽으로 하강되고 반도체기판(W)상의 도금용액을 흡입하도록 되어 있다.
다음에는, 무전해도금장치의 작동을 설명한다. 먼저, 유지수단(911)은 유지수단(911)과 댐부재(931) 사이의 사전설정된 치수의 간극을 제공하도록 예시된 상태로부터 하강되고, 반도체기판(W)은 기판배치부(913)상에 배치되거나 거기에 고정된다. 반도체기판(W)으로서, 예를 들어 8인치 기판이 사용된다.
그런 후, 유지수단(911)은 예시된 바와 같이 그 상면이 예시된 댐부재(931)의 하면과 접촉하게 되도록 상승되고, 반도체기판(W)의 외주부는 댐부재(931)의 시일부(933)로 시일링된다. 이 때에, 반도체기판(W)의 표면은 개방된 상태로 있다.
그 다음, (도금의 종료시까지 유지되는) 반도체기판(W)의 온도, 예를 들어 70℃가 되도록 반도체기판(W) 자체가 후방측히터(915)에 의하여 직접 가열된다. 그런 후, 예를 들어 50℃로 가열된 도금용액은 반도체기판(W)의 실질적으로 전체면에 걸쳐 도금용액을 제공하기 위해 샤워헤드(941)로부터 분사된다. 반도체기판(W)의 표면이 댐부재(931)로 둘러싸여 있기 때문에, 제공된 도금용액은 반도체기판(W)의 표면상에 모두 유지된다. 공급된 도금용액의 양은 반도체기판(W)의 표면상에 1㎜ 두께(대략 30ml)가 되는 적은 양일 수 있다. 도금될 표면상에 유지된 도금용액의 깊이는 10㎜이하일 수 있고, 심지어는 본 실시예에서와 마찬가지로 1㎜일 수도 있다. 공급된 적은 양의 도금용액으로도 충분하다면, 도금용액을 가열하는 가열장치는 작은 크기로 구성될 수 있다. 이 예시에서, 반도체기판(W)의 온도는 70℃까지 상승되고, 도금용액의 온도는 가열에 의하여 50℃로 상승된다. 따라서, 반도체기판(W)의 도금될 표면은 예를 들어, 60℃가 되므로, 이 예시에서는 도금반응에 최적인 온도가 달성될 수 있다.
반도체기판(W)은 도금될 표면에 균일하게 액이 적셔지도록 모터(M)에 의하여 일시적으로 회전된 다음, 반도체기판(W)이 정지한 상태로 있는 상태에서 도금될 표면의 도금이 실행된다. 상세하게는, 반도체기판(W)은 반도체기판(W)의 도금될 표면을 도금용액으로 균일하게 적시기 위해 1초동안만 100rpm이하로 회전된다. 그런후, 반도체기판(W)은 정지한 상태를 지속하고, 1분동안 무전해도금이 실행된다. 순간회전시간은 길어야 10초이하이다.
도금처리의 완료후에, 도금용액회수노즐(965)의 앞단부는 도금용액을 흡입하기 위해 반도체기판(W)의 외주에지부상의 댐부재(931)의 내부 주변의 영역으로 하강된다. 이 때에, 반도체기판(W)이 예를 들어 100rpm이하의 회전속도로 회전되는 경우, 반도체기판(W)에 남아 있는 도금용액은 원심력하에서 반도체기판(W)의 외주에지부상의 댐부재(931)의 부분에 모아질 수 있어, 양호한 효율 및 높은 회수속도로 도금용액의 회수가 실행될 수 있다. 유지수단(911)은 댐부재(931)로부터 반도체기판(W)을 분리하도록 하강된다. 도금된 면을 냉각시키기 위해 반도체기판(W)이 회전되기 시작하고, 세정액(초순수)가 세정액공급수단(951)의 노즐(953)로부터 반도체기판(W)의 도금된 면에 분사됨과 동시에, 희석 및 세정을 실행함으로써, 무전해도금반응이 중지된다. 이 때에, 노즐(953)로부터 분사된 세정액은 댐부재(931)의 세정을 동시에 실행하기 위해서 댐부재(931)로 공급될 수 있다. 이 때에, 도금폐수는 회수베셀(961)안으로 회수되고, 폐기처분된다.
그 후, 반도체기판(W)은 스핀건조용 모터(M)에 의하여 고속으로 회전된 다음, 반도체기판(W)이 유지수단(911)으로부터 제거된다.
도 47은 무전해 도금장치의 또 다른 개략적인 구성도이다. 도 47의 무전해 도금장치는 유지수단(911)내의 후방측히터(915)를 제공하는 대신에, 램프히터(917)가 유지수단(911) 위에 배치되고, 상기 램프히터(917) 및 샤워헤드(941-2)가 통합되어 있다는 점에서 도 46의 무전해 도금장치와는 다르다. 예를 들어, 상이한 반경을 갖는 복수의 링형상의 램프히터(917) 및 샤워헤드(941-2)의 다수의 노즐(943-2)은 램프히터(917)사이의 간극으로부터 링형으로 개방되어 있다. 램프히터(917)는 단순한 나선형 램프히터로 구성될 수 있거나 다양한 구조 및 구성을 갖는 여타의 램프히터로 구성될 수 있다.
이 구성에서도, 도금용액은 샤워형식으로 각각의 노즐(943-2)로부터 반도체기판(W)의 도금될 표면으로 실질적으로 균일하게 공급될 수 있다. 또한, 반도체기판(W)의 가열 및 열보존은 램프히터(917)에 의하여 직접 균일하게 실행될 수 있다. 램프히터(917)는 반도체기판(W) 및 도금용액을 가열할 뿐만 아니라, 주위공기도 가열하므로, 반도체기판(W)에 대한 열보존효과를 나타낸다.
램프히터(917)에 의한 반도체기판(W)의 직접적인 가열은 전력소비가 비교적 큰 램프히터(917)를 필요로 한다. 이러한 램프히터(917) 대신에, 비교적 전력소비가 적은 램프히터(917) 및 도 45에 도시된 후방측히터(915)가 조합하여 사용될 수 있으므로, 후방측히터(915)를 주로 하여 반도체기판(W)을 가열하고 램프히터(917)를 주로 하여 도금용액 및 주위공기의 열보유를 실행할 수 있다. 상술한 실시예에서와 동일한 방식으로, 온도제어를 수행하기 위해 반도체기판(W)을 직접적으로 또는 간접적으로 냉각하는 수단이 제공될 수 있다.
상술된 캡도금은 무전해도금처리로 수행되는 것이 바람직하나, 전기도금처리로 수행될 수도 있다.
도 50은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다. 상기 도금장치는 로딩/언로딩부(11) 및 임지유지스테이지(7)가 상기장치에 제공되지 않고 단일 기판이송장치(3a)가 처리부(12)내에 제공된다는 점에서 도 2에 도시된 도금장치와는 다르다. 상세하게는, 제1로봇(2) 및 제2로봇(3)은 처리부(12)가 로딩/언로딩부를 포함하도록 단일 기판이송장치(3a)안으로 통합된다. 이 경우, 단일 기판이송장치(3a)는 로딩/언로딩유닛(1)에 배치된 카세트와 도금유닛(4)과 베벨 및 뒷면 세정유닛(5)과 어닐링 유닛(6) 사이로 기판을 이송하는 역할을 한다. 본 실시예의 여타의 구조 및 구성은 제1실시예의 그것과 동일하다.
본 발명의 소정 바람직한 실시예를 상세히 설명하였을 지라도, 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 그 안에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 이해하여야 한다.
본 발명은 반도체기판내에 형성된 배선홈을 구리와 같은 금속으로 채우는 도금장치에서 사용하기에 적합하다.

Claims (36)

  1. 기판을 도금하는 도금장치에 있어서,
    상기 기판을 로딩하고 언로딩하는 로딩/언로딩유닛 및 상기 로딩/언로딩유닛으로부터 상기 기판을 이송하는 제1기판이송장치를 구비한 로딩/언로딩부;
    상기 기판을 처리하는 1이상의 처리유닛, 상기 기판을 도금하는 1이상의 도금유닛을 구비한 도금부 및 상기 기판을 상기 도금유닛으로 이송하는 제2기판이송장치를 구비한 처리부;
    상기 처리부로 공기를 공급하는 제1공기공급시스템; 및
    상기 제1공기공급시스템과는 독립적으로 상기 도금부로 공기를 공급하는 제2공기공급시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리유닛은 상기 기판을 유지하는 기판홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도금유닛은 그 안에 도금용액을 유지하는 도금컨테이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2이송장치는 상기 제1기판이송장치와 상기 처리유닛과 상기 도금유닛 사이로 기판을 이송하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1공기공급시스템은 상기 처리부로 공기를 공급하는 팬을 구비하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1공기공급시스템은 상기 처리부내의 공기를 순환시키는 순환파이프를 구비하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2공기공급시스템은 상기 도금부안으로 공기를 공급하는 팬을 구비하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2공기공급시스템은 상기 도금부내의 공기를 순환시키는 순환파이프를 구비하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 도금부로부터 공기를 배출하는 공기배출시스템을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 공기배출시스템은, 상기 도금부내의 압력이 상기 처리부내의 압력보다 낮도록 상기 도금부로부터 공기를 배출하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 도금부는 상기 처리부내에 제공된 격벽에 의하여 둘러싸여 있으며;
    상기 도금부내로 기판을 도입하기 위해서 1이상의 개구부가 상기 격벽내에 형성되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 도금부는 상기 제2기판이송장치의 한쪽상에서 서로에 대해 인접하여 배치된 복수의 도금유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2기판이송장치는 이동형 로봇을 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2기판이송장치는 상기 도금부내에서 기판을 이동시키는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 처리유닛은 기판을 가열하는 어닐링유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 어닐링유닛 및 상기 도금유닛은 상기 제2기판이송장치가 그 사이에 개재된 채로 배치되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 처리유닛은 기판의 외주부를 세정하는 세정유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 세정유닛 및 상기 도금유닛은 상기 제2기판이송장치가 그 사이에 개재된 채로 배치되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  19. 기판을 도금하는 도금장치에 있어서,
    상기 기판을 로딩하고 언로딩하는 로딩/언로딩유닛, 상기 기판을 처리하는 1이상의 처리유닛, 상기 기판을 도금하는 1이상의 도금유닛을 구비한 도금부 및 상기 로딩/언로딩유닛으로부터 상기 도금유닛으로 상기 기판을 이송하는 기판이송장치를 구비한 처리부;
    상기 처리부로 공기를 공급하는 제1공기공급시스템; 및
    상기 제1공기공급시스템과는 독립적으로 상기 도금부로 공기를 공급하는 제2공기공급시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 처리유닛은 상기 기판을 유지하는 기판홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 도금유닛은 그 안에 도금유닛을 유지하는 도금컨테이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 이송장치는 상기 기판을 상기 처리유닛으로 더욱 이송하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 제1공기공급시스템은 상기 처리부내로 공기를 공급하는 팬을 구비하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 제1공기공급시스템은 상기 처리부내의 공기를 순환시키는 순환파이프를 구비하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  25. 제19항에 있어서,
    상기 제2공기공급시스템은 상기 도금부내로 공기를 공급하는 팬을 구비하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  26. 제19항에 있어서,
    상기 제2공기공급시스템은 상기 도금부내의 공기를 순환시키는 순환파이프를 구비하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  27. 제19항에 있어서,
    상기 도금부로부터 공기를 배출시키는 공기배출시스템을 더욱 포함하는 것을특징으로 하는 도금장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 공기배출시스템은, 상기 도금부내의 압력이 상기 처리부내의 압력보다 낮도록 상기 도금부로부터 공기를 배출시키는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  29. 제19항에 있어서,
    상기 도금부는 상기 처리부내에 제공된 격벽에 의하여 둘러싸여 있고;
    상기 도금부안으로 기판을 도입하기 위해서 1이상의 개구부가 상기 격벽에 형성되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  30. 제19항에 있어서,
    상기 도금부는 상기 기판이송장치의 한쪽상에서 서로에 대해 인접하여 배치된 복수의 도금유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  31. 제19항에 있어서,
    상기 기판이송장치는 이동형 로봇을 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  32. 제19항에 있어서,
    상기 기판이송장치는 상기 도금부내에서 상기 기판을 이동시키는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  33. 제19항에 있어서,
    상기 처리유닛은 상기 기판을 가열하는 어닐링유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 어닐링유닛 및 상기 도금유닛은 상기 기판이송장치가 그 안에 개재된 채로 배치되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  35. 제19항에 있어서,
    상기 처리유닛은 상기 기판의 외주부를 세정하는 세정유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 세정유닛 및 상기 도금유닛은 상기 기판이송장치가 그 사이에 개재된 채로 배치되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
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KR101367898B1 (ko) * 2007-05-17 2014-02-26 위순임 플라즈마 감금 장벽 및 이를 구비한 기판 처리 시스템 및방법

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