KR20040030428A - 도금장치 및 방법 - Google Patents

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KR20040030428A
KR20040030428A KR10-2003-7005088A KR20037005088A KR20040030428A KR 20040030428 A KR20040030428 A KR 20040030428A KR 20037005088 A KR20037005088 A KR 20037005088A KR 20040030428 A KR20040030428 A KR 20040030428A
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plating
plating solution
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substrate holder
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KR10-2003-7005088A
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혼고아키히사
왕신밍
마츠다나오키
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가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

재료의 도금될 표면상에 균일한 도금막을 용이하게 형성할 수 있는 도금장치가 제공된다. 도금장치는, 도금될 표면을 위쪽으로 한 채로 또한 도금될 표면의 외주부가 밀봉된 채로 재료를 유지하는 홀더; 재료를 가열하기 위해 홀더에 의하여 유지된 재료의 뒷면과 접촉하도록 하는 가열된 유체를 유지하는 가열유체유지부; 및 홀더에 의하여 유지된 재료의 도금될 표면으로 도금용액을 공급하는 도금용액공급부를 포함한다.

Description

도금장치 및 방법{PLATING DEVICE AND METHOD}
무전해도금은 외부로부터 임의의 전류를 공급하지 않아도 전해용액내의 금속이온을 화학적으로 환원시켜 물질의 도금될 기판에 도금막이 형성되고, 내식성 및 내마모성을 주는 니켈-인 도금 및 니켈-붕소 도금, 및 인쇄배선기판용 구리도금에 광범위하게 사용된다.
무전해도금장치로서, 무전해도금용액을 유지시키는 도금조 및 아래쪽으로 향하도록(하향) 기판과 같은 도금될 재료를 유지시키기 위하여 도금조 위에 배치된 수직가동유지부를 포함하는 장치가 일반적으로 공지되어 있으며, 상기 유지부에 의하여 유지된 재료는 도금조내의 도금용액안으로 담궈진다. 또한, 위쪽을 향하도록(상향) 기판과 같은 도금될 재료를 유지시키는 유지부 및 유지부에 의하여 유지된 재료의 상면(도금될 표면)으로 도금용액을 공급하는 도금용액공급부(노즐)를 포함하는 도금장치도 일반적으로 공지되어 있으며, 도금용액은 유지부에 의하여 도금될 재료의 상면을 따라 흐른다.
최근 몇년동안, 반도체칩의 집적화 및 처리속도가 보다 고도화됨에 따라, 반도체기판상에 배선회로를 형성하기 위한 금속성재료로서 낮은 전기전도도 및 높은 일렉트로마이그레이션을 갖는 구리로 알루미늄합금 또는 알루미늄을 대체하려는 경향이 증가되고 있다. 일반적으로, 이러한 종류의 구리배선은 기판의 표면내에 형성된 미세한 후퇴부를 구리로 채움으로써 형성된다. 구리배선을 형성하는 방법으로는, CVD, 스퍼터링 및 도금이 공지되어 있으나, 일반적으로 도금이 사용된다. 어떠한 경우에라도, 구리막이 기판의 표면상에 퇴적된 후에는 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 공정에 의하여 기판의 표면이 평탄마무리로 폴리싱된다.
이러한 공정에 의하여 형성된 배선의 경우, 매립된 배선은 평탄화공정후에 노출면을 가진다. 추가로 매립된 배선구조가 반도체기판의 배선의 이러한 노출면상에 형성될 때에는, 다음과 같은 문제에 당면하게 된다. 예를 들어, 새로운 SiO2인터레벨 유전체(interlevel dielectric)의 형성중에는, 사전형성된 배선의 노출면이 산화되기 쉽다. 또한, 콘택홀을 형성하기 위해서 SiO2층을 에칭할 때, 콘택홀의 저면에서 노광된 사전형성된 배선이 에칭제, 떨어져 나온 레지스트 등등으로 오염될 수 있다. 더욱이, 구리배선의 경우에는, 구리확산이 우려된다.
이 점에서, 구리배선의 경우에는, 예를 들어, 구리에 대한 양호한 접착성 및 낮은 비저항(ρ)을 갖는 Ni-P합금등등의 보호층(도금막)으로 구리배선의 표면을 선택적으로 덮는 것을 고려할 수 있다. 예를 들어, 니켈이온, 니켈이온의 착화제 및 니켈이온의 환원제인 알킬아민 보란 또는 보로하이드라이드 화합물을 함유하는 무전해도금용액을 사용하여 무전해도금용액내에 기판의 표면을 침지시킴으로써 구리의 표면상에 선택적으로 Ni-B합금층이 형성될 수 있다.
무전해도금은 구리배선용 주요충전재료(Cu), 배리어금속상의 시드층의 형성 또는 시드(Cu)의 보강, 나아가 배리어금속 자체의 형성, 또는 구리배선에 대한 캡재료(Ni-P, Ni-B, Co-P, Ni-W-P, Ni-Co-P, Co-W-P중의 어느 경우이든)의 형성등등에 적용된다. 어떠한 무전해도금공정에서도, 기판의 전체표면에 걸쳐 막두께의 균일성이 요구된다.
무전해도금에서, 재료의 도금될 표면이 무전해도금용액과 접촉하게 되는 경우, 도금금속은 재료의 도금될 표면상에 곧바로 퇴적되기 시작하고, 도금금속의 퇴적속도는 도금용액의 온도에 따라 변화한다. 따라서, 재료의 도금될 표면상에 균일한 막두께를 갖는 도금막을 형성하기 위해서, 도금용액의 온도는 재료와 도금용액간의 접촉 초기시간으로부터 재료의 표면 전역에서 균일하도록 요구되고, 도금처리동안 내내 균일한 도금온도가 유지되어야 한다.
종래의 무전해도금장치에서, 처리될 재료는 내장된히터를 갖는 홀더의 상면 또는 하면상에 유지되고, 재료의 도금될 표면은 소정온도로 가열된 무전해용액과 접촉하게 되는 한편, 재료가 히터에 의하여 가열유지된다. 처리될 재료의 요철(irregulartity) 및 홀더의 표면거침으로 인하여, 재료와 홀더사이에 공기가 있을 수 있다. 어느 정도는 공기가 단열재로서 기능하기 때문에, 고체인 처리될재료와 홀더사이의 열전도가 고르지 않을 가능성이 크다. 또한, 일반적으로 열전도도가 나쁜 Teflon시트 등등이 홀더의 표면에 부착된다. 따라서, 도금시에 처리될 재료의 온도가 일정하지 않을 가능성이 크다. 즉, 도금시에 전체 표면에 걸쳐 재료를 균일한 온도로 유지하는 것이 어렵다.
무전해도금속도 및 도금막의 품질은 무전해도금용액의 온도에 따라 크게 좌우된다. 처리될 재료의 전체 표면에 걸친 막두께의 균일성을 확보하기 위해서, 처리될 재료의 전체 표면에 걸쳐 ±1℃의 범위내로 도금용액온도의 변화를 제어하는 것이 바람직하다. 하지만, 하향시스템을 이용하는 무전해도금장치의 경우에, 처리될 재료를 유지하는 홀더가 도금 이전에는 표준온도에 있기 때문에, 도금의 초기단계에서 홀더와 접촉하고 있는 재료의 부분에서 느린 온도상승이 국부적으로 생길 수 있다. 반면, 상향시스템을 이용하는 무전해도금장치의 경우에는, 도금용액이 재료의 도금될 표면에 닿을 때까지 사전설정된 온도로 도금용액을 유지시키기 어렵다. 따라서, 종래의 무전해도금장치에 따르면, 처리될 재료와 접촉하여 도금용액내에서 도금하는 동안에 ±5℃정도의 온도변화가 통상적으로 생기므로, ±1℃의 변화요건을 충족시키기 어렵다. 일정하지 않은 도금온도에 관한 문제는 종래의 전해도금장치에서도 지속된다.
더욱이, 하향시스템을 이용하는 무전해도금장치 역시 도금시 발생된 수소가스가 표면으로부터 거의 방출되지 않아 도금된 표면내에 도금되지 않은 반점(spot)이 형성되는 결점을 갖는다. 또한, 양호 또는 불량의 도금결과가 도금용액의 유속, 처리될 재료의 회전속도 등등과 같은 불안정한 인자에 의하여 민감하게 영향을받는다. 상향시스템을 이용하는 무전해도금장치는 양호 또는 불량의 도금결과가 도금용액공급부(노즐)의 이동에 의하여 민감하게 영향을 받는다는 문제를 가진다.
본 발명은 도금장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 무전해도금장치 및 구리나 은과 같은 전기전도체가 반도체기판과 같은 기판의 표면내에 형성된 배선(interconnect)을 위하여 미세한 후퇴부내에 매립되는(embeded) 매립된 배선을 형성하는 데 유용하고, 이 방식으로 형성된 배선의 표면을 보호하기 위한 보호층을 형성하는 데 유용한 방법에 관한 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 구리도금에 의한 구리배선의 형성의 예시를 공정순서대로 도시한 다이어그램;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무전해도금장치의 단면도;
도 3은 도 2의 처리조의 평면도;
도 4는 도 2의 무전해도금장치가 제공된 도금처리장치의 레이아웃을 도시한 평면도;
도 5는 도 2의 무전해도금장치가 제공된 또 다른 도금처리장치의 레이아웃을 도시한 평면도;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무전해도금장치의 단면도;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무전해도금장치의 단면도;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무전해도금장치의 단면도;
도 9는 도 8에 도시된 무전해도금장치의 수정례;
도 10은 제어기에서의 처리의 플로우차트;
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무전해도금장치의 단면도;
도 12는 도 11의 무전해도금장치의 평면도;
도 13은 도 11의 무전해도금장치에 의하여 수행되는 도금처리의 공정단계를 예시한 플로우차트;
도 14는 기판홀더가 예비가열위치에 있을 때에 도금장치의 상태를 도시한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무전해도금장치의 단면도;
도 15는 기판홀더가 도금위치에 있을 때에 도금장치의 상태를 도시한, 도 14의 장치의 단면도;
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무전해도금장치의 일반적인 구성을 도시하는 다이어그램;
도 17은 기판홀더가 비도금위치에 있을 때에 도금장치의 상태를 도시하는, 상향시스템을 이용하는 무전해도금장치를 도시한 도면;
도 18은 기판홀더가 도금위치에 있을 때에 도금장치의 상태를 도시하는, 하향시스템을 이용하는 무전해도금장치를 도시한 도면;
도 19는 기판도금장치의 예시의 평면도;
도 20은 도 19에 도시된 기판도금장치내의 기류를 도시한 개략도;
도 21은 도 19에 도시된 기판도금장치내의 영역간의 기류를 도시한 단면도;
도 22는 클린룸내에 배치된, 도 19에 도시된 기판도금장치의 사시도;
도 23은 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도;
도 24는 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도;
도 25는 기판도금장치의 또 다른 예시의 평면도;
도 26은 반도체기판처리장치의 평면구성례를 도시한 도면;
도 27은 반도체기판처리장치의 또 다른 평면구성례를 도시한 도면;
도 28은 반도체기판처리장치의 또 다른 평면구성례를 도시한 도면;
도 29는 반도체기판처리장치의 또 다른 평면구성례를 도시한 도면;
도 30은 반도체기판처리장치의 또 다른 평면구성례를 도시한 도면;
도 31은 반도체기판처리장치의 또 다른 평면구성례를 도시한 도면;
도 32는 도 31에 예시된 반도체기판처리장치내의 각각의 단계의 흐름을 도시한 도면;
도 33은 베벨 및 후방세정유닛의 개략적인 구성례를 도시한 도면;
도 34는 무전해도금장치의 예시의 개략적인 구성을 도시한 도면;
도 35는 무전해도금장치의 또 다른 예시의 개략적인 구성을 도시한 도면;
도 36은 어닐링유닛의 예시의 종단면도; 및
도 37은 어닐링유닛의 횡단면도이다.
본 발명은 관련된 기술의 상기 상황의 관점에서 만들어졌다. 그러므로, 본 발명의 목적은 기판의 도금될 표면에 균일한 도금막을 용이하게 형성할 수 있는 도금장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 기판을 처리용액에 접촉시켜 기판을 처리하도록 처리용액을 담는 처리조; 및 기판의 뒷면이 밀봉되고 도금될 표면을 처리용액과 접촉하도록 하는 상태에서 기판을 유지하는 기판홀더를 포함하는 도금장치를 제공하며, 상기 처리조는 기판의 뒷면에 접촉하는, 사전설정된 온도를 갖는 유체를 유지하는 유체유지부를 갖는다.
사전설정된 온도를 갖는 유체가 기판을 가열하기 위해서 처리될 기판의 뒷면과 접촉하게 될 때에, 사전설정된 온도를 갖는 유체는 기판의 뒷면의 요철을 용이하게 따라 전체 표면을 접촉하여 증가된 접촉면적을 갖고, 기판으로 효과적인 열전달이 가능하게 한다. 또한, 큰 열용량을 갖는 유체를 열원으로서 이용함으로써, 단시간내에 보다 균일하게 기판이 가열될 수 있다. 예를 들어, 60℃로 제어된 온수를 반도체웨이퍼의 뒷면과 접촉하게 함으로써, 반도체웨이퍼는 그 표면온도가 대략 2 내지 3초내에 60℃에 이르도록 가열될 수 있다. 더욱이, 기판이 도금용액내에 완전히 침지되지는 않기 때문에, 도금용액의 관리가 용이하게 행해질 수 있다.
기판홀더는 회전가능하고 수직으로 이동할 수 있는 것이 바람직하다. 이는기판홀더를 하강시켜 기판홀더에 의하여 유지된 기판의 뒷면이 사전설정된 온도를 갖는 유체와 접촉하게 되도록 하는 것을 가능하게 한다. 또한, 기판홀더를 회전시킴으로써, 기판홀더에 의하여 유지된 기판의 도금될 표면을 도금될 표면으로 공급된 도금용액으로 균일하게 적실 수 있고, 도금 후에 도금용액을 털어낼 수 있다.
또한, 기판홀더가 기울어질 수 있는 것이 바람직하다. 이는 기판의 뒷면을 사전설정된 온도를 갖는 유체와 접촉시킬 때에, 가열된 유체의 표면에 대하여 기판홀더에 의하여 유지된 기판을 기울일 수 있으며, 다음에 기판을 수평위치로 복귀시켜, 기포가 기판의 뒷면상에 남는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도금의 완료후에 기판을 다시 기울임으로써, 기판의 도금면상에 남아 있는 도금용액을 모을 수 있어, 도금용액의 배출이 용이하다.
도금장치는 헤드부를 더욱 포함할 수 있으며, 상기 헤드부는 수직으로 이동할 수 있고, 상기 헤드부가 기판홀더를 덮는 기판홀더위의 위치와 후퇴위치 사이를 이동할 수 있다. 헤드부내에 도금용액공급노즐이 제공될 수 있다. 헤드부는 도금시에 기판홀더에 의하여 유지된 기판을 덮는 위치내에 위치될 수 있고, 도금후에는 후퇴위치로 이동될 수 있어, 헤드부가 기판의 이송을 방해하는 것이 방지할 수 있다.
또한, 헤드부에는 도금용액의 사전설정된 양을 기판홀더에 의하여 유지된 기판의 표면으로 공급하는 도금용액유지부 및 도금용액보유조내에 유지된 도금용액을 사전설정된 온도로 유지하는 기구가 구비되는 것이 바람직하다. 예를 들어 무전해도금으로 반도체웨이퍼상에 보호막을 형성하기 위하여 구리도금을 수행함에 있어서, 필요한 도금용액의 양은 직경이 200㎜인 웨이퍼의 경우에는 대략 100 내지 200cc이고, 직경이 300㎜인 웨이퍼의 경우에는 대략 200 내지 400cc이다. 일정한 온도로 지속되는 이러한 도금용액의 양은 짧은 시간(예를 들어, 1 내지 5초)동안 기판의 도금될 표면으로 자유낙하시켜 공급될 수 있다.
또한, 헤드부에는 도금전처리액을 담고 기판홀더에 유지된 기판의 도금될 표면으로 도금전처리액을 공급하는 도금전처리액보유조가 제공되는 것이 바람직하다. 도금전세정을 수행하는 세정액 또는 촉매첨가처리(catalyst-imparting treatment)를 수행하기 위한 촉매첨가액이 도금전처리액으로서 사용될 수 있다. 헤드부내에 도금전처리액보유조의 제공에 의하여, 세정이나 촉매첨가처리와 같은 도금전처리 및 도금처리는 기판홀더에 의하여 유지된 기판의 도금될 표면상으로 하나의 보유조내에서 연속적으로 수행될 수 있다. 특정한 세정액의 예시는 H2SO2, HF, HCl, NH3, DMAH(디메틸아민 보란) 및 옥살산을 포함한다. 특정한 촉매첨가액의 예시는 PdSO4, PdCl2를 포함한다.
또한, 헤드부에는 기판홀더에 의하여 유지된 기판의 표면으로 순수를 공급하는 순수공급노즐이 구비되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 도금처리 및 도금처리 후에 하나의 보유조내에서 순수로 헹굼처리가 연속적으로 수행될 수 있게 한다.
또한, 도금장치는 기판홀더에 의하여 유지된 기판의 표면으로 공급된 도금용액을 회수하는 도금용액회수노즐을 포함하는 것이 바람직하다. 도금용액회수노즐에 의하여 도금용액을 회수하고 도금용액을 재사용함으로써, 사용되는 도금용액의양이 감소될 수 있어, 운전비용을 낮출 수 있다.
또한, 도금장치는 사전설정된 온도로 조정된 불활성가스를 기판홀더에 의하여 유지된 기판과 기판의 상면을 덮는 위치에 있는 헤드부 사이의 공간으로 도입되는 불활성가스도입부를 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 도금시에 기판홀더에 의하여 유지된 기판과 기판의 상면을 덮는 헤드부 사이의 공간으로 불활성가스가 도입될 수 있어, 상기 공간이 사전설정된 온도로 불활성가스분위가 된다. 이로 인해, 공기가 도금용액의 표면에 접촉하는 것을 효과적으로 막을 수 있다. 이와 관련하여, 공기가 도금용액의 표면에 접촉하는 경우, 공기내의 산소가 도금용액으로 들어가 도금용액내의 용존산소량을 증가시키므로, 환원제를 기본으로 한 환원작용이 억제될 수 있어 도금의 불량한 퇴적을 유도할 수 있다. 상기 공간을 불활성가스분위기가 되게 함으로써 이러한 결함을 없앨 수 있다. 또한, 사전설정된 온도로 가열된 불활성가스의 분위기하에서 공간을 유지시키면, 도금시에 도금용액의 온도가 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 자체분해(self-degradation)되기 쉬운 환원제(예를 들어, DMAB 및 GOA)를 이용하는 경우에는, 공기와의 접촉을 방지시켜 도금용액의 수명을 연장할 수 있다. 불활설가스는 예를 들어, N2가스일 수 있다. 예를 들어, 도금용액의 온도가 70℃이면, 불활성가스의 온도는 일반적으로 60 내지 70℃, 바람직하게는 65 내지 70℃이다.
또한, 도금장치는 도금용액보유조를 통하여 세정액이 흐르도록 하는 도입부 및 그것들을 세정하는 도금용액공급노즐을 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 도금용액보유조 및 도금용액공급노즐의 내측벽면에 부착된 이물질이 세정될 수 있다. 세정은 주기적으로 또는 임의적인 시간에 시행될 수 있다. 세정액으로서 순수 또는 HNO3, 왕수 또는 HF와 같은 세정화학제가 사용될 수 있다.
본 발명은, 처리용액과 기판을 접촉시켜 기판을 처리하도록 처리용액을 보유하는 처리조; 기판의 뒷면이 밀봉되고 도금될 표면이 처리용액과 접촉하게 되는 상태에서 기판을 유지하는 기판홀더; 기판홀더에 의하여 유지된 기판을 가열하는 히터; 기판홀더에 의하여 유지된 기판의 표면으로 도금용액을 공급하는 도금용액공급부; 및 기판홀더에 의하여 유지되는 기판의 표면을 덮을 수 있는 커버몸체를 포함하는 또 다른 도금장치를 제공한다.
이 도금장치에 따르면, 커버몸체는 도금시에 기판의 도금될 표면으로부터 열방사를 방지하고 도금시에 보다 균일한 온도로 기판을 유지시킬 수 있다. 또한, 기판홀더에 의하여 유지된 기판을 상하로 이동시킬 때에 커버몸체를 개방함으로써, 커버몸체가 작업을 방해하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은, 처리용액과 기판을 접촉시켜 기판을 처리하기 위한 처리용액을 보유하는 처리조; 기판의 뒷면이 밀봉되고 도금될 표면이 처리용액과 접촉하게 되는 상태에서 기판을 유지하는 기판홀더; 및 기판홀더에 의하여 유지된 기판의 표면을 덮을 수 있고, 기판의 표면으로 공급된 도금용액으로부터 열방사를 막는 히터가 제공된 커버몸체를 포함하는 또 다른 도금장치를 제공한다.
이 도금장치에 따르면, 기판의 도금될 표면으로 공급된 도금용액의 표면으로부터 열방사가 억제될 수 있다.
또한, 본 발명은, 가열된 도금용액을 보유하는 상향개방도금조; 기판의 뒷면이 밀봉되고 도금될 표면이 처리용액과 접촉하게 되는 상태에서 기판을 유지하고 도금조의 최상단개방부에 위치된 기판홀더; 및 기판홀더에 의하여 유지된 기판을 도금조내의 도금용액내에 침지시키는 기구를 포함하는 도금장치를 제공한다.
이 도금장치에 따르면, 소위 상향시스템이 채택되고 기판의 뒷면 및 외주부가 밀봉되어 있는 상태에서 처리될 기판을 도금용액내에 침지시켜 도금이 수행되므로, 도금시에 발생된 수소가스가 기판의 도금될 표면으로부터 용이하게 해제될 수 있고, 안정하게 도금이 수행될 수 있다.
기판홀더는 서로에 대하여 수직으로 이동할 수 있는 스테이지 및 유지부를 포함하는 것이 바람직하다. 기판은 스테이지로 기판의 뒷면을 덮고 유지부내에 제공된 시일링기판으로 기판의 도금될 표면의 외주부를 시일링함으로써 유지될 수 있다.
스테이지는 링형지지프레임 및 지지프레임내부에 뻗어 있는 박막형태의 열전도체를 가지는 것이 바람직하다.
이 바람직한 실시예에 따르면, 기판홀더에 의하여 유지된 기판을 도금용액내에 침지시킬 때에, 도금용액의 열이 열전도체를 거쳐 기판으로 전도될 수 있어, 기판이 가열될 수 있다. 열전도체로서 박막을 사용하면, 열전도체가 기판의 뒷면의 요철을 따르게 되어, 접촉면적을 증가시키고 기판의 열전도 효율을 향상시킨다. 또한, 열원으로서 큰 열용량을 갖는 유체(도금용액)을 사용하면, 단시간내에 보다균일하게 기판을 가열할 수 있다.
기판홀더는 도금조에 대하여 상하로 이동할 수 있고, 기판홀더에 의하여 유지된 기판을 예비가열하도록 열전도체가 도금조내의 도금용액과 접촉되게 하는 예비가열위치 및 도금을 수행하는 도금조내의 도금용액에 기판을 침지시키기 위한 도금위치에서 멈출 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기판을 유지하는 기판홀더는 안정된 온도까지 기판을 가열하는 예비가열위치에서 정지된 다음, 기판홀더는 도금을 수행하는 도금위치로 이동된다. 이것은 기판에서 느린 온도상승의 국부적인 발생을 방지할 수 있다.
도금조는 도금용액이 도금조의 저면으로부터 도금조내로 도입되고, 도금용액이 도금조의 최상부를 넘쳐 흐르도록 구성되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 제어된 온도로 제어된 성분농도를 갖는 도금용액을 도금조내로 순차적으로 도입할 수 있고, 도금조로부터 도금용액을 방출할 수 있다.
또한, 본 발명은, 가열된 도금용액을 유지하는 상향개방도금조; 기판의 뒷면이 밀봉되고 도금될 표면이 처리용액과 접촉하게 되는 상태에서 기판을 유지하고 도금조의 최상단개방부에 위치된 기판홀더; 및 기판홀더에 의하여 유지된 기판을 도금조내의 도금용액내에 침지시키는 기구; 도금조 위의 공간에서 기밀하게 폐쇄하는 챔버; 및 불활성가스를 챔버내로 도입하는 불활성가스도입부를 포함하는 또 다른 도금장치를 제공한다.
이 도금장치에 따르면, 불활성가스분위기하에서 챔버내의 공간을 유지시킴으로써, 도금막상의 도금용액내의 용존산소의 악영향을 제거할 수 있다. 예를 들어, 불활성가스는 N2가스이다.
또한, 본 발명은, 도금전에 기판의 표면을 활성화하기 위한 도금전처리를 수행하는 도금전처리장치; 기판의 활성화된 표면상에 도금막을 형성하는 도금장치; 도금후에 기판의 표면을 세정하는 후세정장치; 후세정처리후에 순수로 기판의 표면을 헹구는 세정/건조장치; 및 로딩/언로딩부를 포함하는 도금처리장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 기판의 뒷면이 밀봉된 상태에서 기판을 유지하는 단계; 유체유지부내의 유체와 기판의 뒷면을 접촉시키기 위해서 사전설정된 온도를 갖는 유체를 유체유지부내로 부어 넣는 단계; 및 기판홀더에 유지된 기판의 표면을 처리용액과 접촉시켜 기판을 처리하는 단계를 포함하는 도금방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 기판홀더에 의하여 기판을 유지하는 단계; 기판홀더에 의하여 유지된 기판을 도금조내에 유지된 도금용액으로 가열하는 단계; 및 가열된 기판을 도금조내의 도금용액에 침지시키는 단계를 포함하는 도금방법을 제공한다.
도금될 표면을 갖는 기판이 위쪽을 향하여 놓여지고 열전도체의 상면에 유지되며, 열전도체가 도금조내의 도금용액과 접촉하도록 되어 기판을 가열하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 서술하지만, 이는 본 발명을 제한하지 않는다.
도 1a 내지 도 1d는 반도체디바이스내의 구리배선의 형성의 예시를 공정순서대로 예시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 예를 들어 반도체디바이스가 제공되는, 반도체베이스(1)상에 형성된 도전층(1a)상에 SiO2로 된 절연막(2)이 퇴적된다. 리소그래피/에칭기술로 배선용 콘택홀(3) 및 트렌치(4)가 절연막(2)내에 형성된다. 그 후에, TaN등등으로 된 배리어층(5)이 전체 표면위에 형성되고, 전기도금용 전기공급층인 시드층(6)이 예를 들어 스퍼터링으로 배리어층(5)상에 형성된다.
그 후, 도 1b에 도시된 바와 같이, 콘택홀(3) 및 트렌치(4)를 구리로 채움과 동시에 절연막(2)상에 구리막(7)을 퇴적시키도록 반도체기판(W)의 표면상에 구리도금이 수행된다. 그 후, 절연막(2)상의 구리막(7) 및 배리어층(5)은 배선용 콘택홀(3) 및 트렌치(4)내에 채워진 구리막(7)의 표면을 만들기 위해 화학적 기계적 폴리싱(CMP)에 의하여 제거되며, 실질적으로 동일한 평면내에 절연막(2)의 표면이 놓인다. 따라서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 구리시드층(6) 및 구리막(7)으로 구성된 배선(8)이 절연층(2)내에 형성된다. 다음에는, 도 1d에 도시된 바와 같이, 배선(8)을 보호하기 위해 Ni-P합금으로 구성된 보호층(도금막)(9)을 구리배선(8)의 노출면상에 선택적으로 형성하도록 기판(W)의 표면상으로 예를 들어 무전해 Ni-B도금이 수행된다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무전해도금장치를 도시한다. 무전해도금장치(10)는 예를 들어, 도 1의 배리어층(5)의 형성, 시드층(6)의 보강과 구리막(7)의 퇴적 및 또한 보호층(도금막)(9)의 형성에도 사용될 수 있다.
무전해도금장치(10)는 앞면(도금될 표면)을 위로 한 채로 반도체웨이퍼와 같은 기판(처리될 재료)(W)을 유지하는 기판홀더(12)를 포함한다. 하기에 서술되는 바와 같이, 기판홀더(12)는 기판(W)을 가열하는 가열된 유체를 유지하는 가열유체유지부(40)를 구비한 처리조(14) 및 처리조(14)를 둘러싸는 기판가압부(16)를 주로 하여 구성되어 있다. 기판가압부(16)에 처리조(14) 위로 연장되는 연장부(18)가 일체로 형성된다. 연장부(18)의 하면의 내측 외주부에 아래로 돌출된 시일 링(20)이 장착된다.
처리조(14)는 모터(22)의 작동에 의하여 벨트(23)를 매개로 회전하는 메인샤프트(24)의 상단에 연결되고, 상면에는 기판(W)의 크기에 맞춘 단차(14a)가 제공된다. 한편, 기판가압부(16)는 메인샤프트(24)를 둘러싸는 베이스(26)의 외주부상에 수직으로 장착된 로드(28)의 상단에 접속된다. 베이스(26)와 메인샤프트(24)에 고정되어 있는 플랜지(24a) 사이에 실린더(30)가 제공된다. 실린더(30)의 작동에 의하여, 기판가압부(16)는 처리조(14)에 대하여 상하로 이동한다. 위쪽으로 돌출되고 기판가압부(16)의 연장부(18) 아래까지 이르는 상향추력핀(thrusting-up pin)(32)이 베이스(26)의 상면에 장착되고, 처리조를 수직으로 관통하는 관통구멍(14b)이 추력핀(32)에 대향하여 제공된다.
기판가압부(16)가 처리조(14)에 대하여 상승위치에 있을 때에, 기판(W)은 기판가압부(16)안으로 삽입되고, 상향추력핀(32)의 상단에 놓여지고 유지된다. 그 후, 기판가압부(14)는 처리조(14)의 상면의 단차(14a)내에 기판(W)을 놓기 위해서 처리조(14)에 대하여 하강되고, 기판(W)의 상면의 외주부와 시일 링(20)이 가압접촉하게 되도록 더욱 하강되어 외주부를 밀봉하고 기판(W)을 유지함으로써, 기판(W)의 상면 및 시일 링(20)에 의하여 둘러싸이고 위쪽으로 개방된 도금조(34)가 형성된다. 반대로 작동시키면 기판(W)의 유지가 해제될 수 있다. 모터(22)의 작동에 의하여 기판홀더(12)에 의하여 유지된 상태의 기판(W)과, 처리조(14) 및 기판가압부(16)가 함께 회전할 수 있다.
처리조(14)의 상면에는, 가열된 유체, 예를 들어 가열된 물, 알콜 또는 유기용액을 유지하는 가열유체유지부(40)가 제공되고, 기판(W)을 가열하기 위하여 가열된 유체가 기판홀더(12)에 의하여 유지된 기판(W)의 뒷면에 접촉하게 된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 가열유체유지부(40)는 단차(14a)로부터 안쪽으로 연장되고 기판(W)의 형상에 맞는 원형의 후퇴부(42) 및 후퇴부(42)보다 깊고 반경방향으로 연장되는 복수의 유체흐름채널(44)을 포함한다. 유체흐름채널(44)은 동일한 깊이를 가지며 처리조(14)의 외주까지 이른다. 각각의 유체흐름채널(44)은메인샤프트(24)내에 형성된 유체통로(24b)와 연통하고, 유체통로(24b)는 예를 들어, 가열된 유체로서 가열된 순수가 채택되는 경우, 순수공급원으로부터 연장되고, 도중에 도금온도, 예를 들어 60℃와 동일한 온도까지 순수를 가열하는 순수가열부(46)를 구비한 유체공급파이프(48)에 차례로 접속된다.
순수공급원으로부터 공급되고 순수가열부(46)내에 가열된 가열유체(온수)는 유체통로(24b)를 통과하고 가열유체유지부(40)안으로 흘러 들어가, 대부분의 가열유체는 유체흐름채널(44)을 통과하여 주로 흐르고 처리조(14)로부터 흘러 나온다.
가열액유지부(40)내로 유입된 가열유체는 홀더(12)에 의하여 유지된 기판(W)의 뒷면과 접촉하게 되어, 기판(W)을 가열한다. 가열유체는 기판(W)의 뒷면의 요철을 용이하게 따르므로, 증가된 접촉면적에 의하여 기판(W)으로 효율적인 열전달이 될 수 있게 한다. 또한, 열원으로서 온수와 같은 높은 열용량을 갖는 가열유체를 사용함으로써, 단시간내에 보다 균일하게 기판(W)이 가열될 수 있다. 예를 들어, 60℃로 제어된 온수가 반도체웨이퍼의 뒷면과 접촉하게 됨으로써, 반도체웨이퍼는 표면온도가 대략 2 내지 3초내에 60℃에 이르도록 가열될 수 있다. 또한, 기판(W)이 도금용액내에 완전히 침지되지 않아, 도금용액의 관리가 보다 용이하다.
또한, 이 실시예에 따르면, 처리조(14)는 내장형 히터(50)를 구비하고, 상기 히터(50)는 가열유체의 온도가 점차적으로 낮아지는 것을 방지하기 위해서 가열유체유지부(40)내에 흐르는 가열유체를 가열한다.
가열유체의 비산을 방지하고 가열유체를 수집하여 그것을 배수구(52a)로부터 배출하는 비산방지커버(52)가 기판가압부(16) 주위에 제공된다. 또한, 비산방지커버(52)위에 위치하고, 모터(56)에 의하여 개방 및 폐쇄될 수 있으며 기판홀더(12)에 의하여 유지된 기판(W)의 표면을 덮는, 한쌍의 커버몸체(58)가 배치되어, 기밀에 가까운 공간을 생성한다. 커버몸체(58)는 낱개의 판으로 구성될 수 있다.
기판(W)을 기밀에 가까운 공간내에 위치시키기 만들기 위해서 도금시에 커버몸체(58)를 덮음으로써, 커버몸체(58)에 의하여 기판(W)으로부터의 열방사가 방지될 수 있고, 도금시에 기판(W)이 보다 균일한 온도로 지속될 수 있다. 기판홀더(12)에 의하여 유지된 기판(W)을 상하로 이동시킬 때에, 커버몸체(58)가 기판홀더(12)를 방해하는 것을 막기 위해 커버몸체(58)는 개방된다.
또한, 기판홀더(12)위에 위치되어 있고, 사전설정된 온도, 예를 들어 60℃로 가열된 도금용액(무전해도금용액)을 기판(W)의 상면 및 시일 링(20)에 의하여 형성된 도금조(34)안으로 공급하는 도금용액공급부(62)가 제공된다. 도금용액공급부(62)는 피봇가능한 아암(64)을 가지고, 피봇가능한 아암(64)은 그 끝단에 기판홀더(12)에 의하여 유지된 기판(W)의 표면으로 도금용액(60)을 균일하게 분사하는 분사노즐을 가진다. 일반적으로, 도금용액의 온도는 25 내지 90℃, 바람직하게는 55 내지 85℃, 보다 바람직하게는 60 내지 80℃이다.
또한, 도시되지는 않았으나, 도금조(34)내의 도금용액을 흡입하고 회수하기 위한, 수직으로 이동가능하고 피봇가능한 도금용액회수노즐 및 도금후에 기판(W)의 표면으로 초순수와 같은 세정액을 공급하는 세정노즐이 기판홀더(12) 위에 제공된다.
본 실시예의 무전해도금장치(10)에 따르면, 기판가압부(16)가 처리조(14)에대하여 상승위치에 있을 때에 기판가압부(16)안으로 기판(W)이 삽입되고, 상향추력핀(62)상에 기판(W)이 놓이고 유지된다. 이 때에, 커버몸체(58)는 개방된 위치에 있다. 한편, 도금용액(60)과 동일한 온도, 예를 들어 60℃로 가열된 온수와 같은 가열유체가 처리조(14)의 가열유체유지부(40)내로 도입되고, 가열유체는 유체흐름채널(44)을 통과하며 처리조(14)를 넘쳐 흐르도록 된다.
다음에, 기판가압부(16)는 도금조(14)의 상면의 단차(14a)내에 기판(W)을 놓기 위해서 처리조(14)에 대하여 하강되고, 기판(W)의 상면의 외주부와 시일 링(20)이 가압접촉하게 되도록 더욱 하강되어, 외주부를 밀봉하고 기판(W)을 유지함으로써, 기판(W)의 상면 및 시일 링(20)에 의하여 둘러싸인 상향개방된 도금조(34)가 형성된다. 동시에, 기판(W)의 뒷면은 처리조(14)의 가열유체유지부(40)내로 도입된 가열유체와 접촉하게 된다.
기판(W)이 가열유체와 동일한 온도, 예를 들어 60℃에 이르도록 가열유체에 의하여 가열되면, 사전설정된 온도 예를 들어, 60℃로 가열된 도금용액(60)은 도금용액공급부(62)의 분사노즐(66)로부터 기판(W)의 상면 및 시일 링(20)에 의하여 둘러싸인 도금조(34)안으로 소정 량(예를 들어, 반도체웨이퍼의 직경이 200㎜인 경우에 대략 100 내지 200cc)이 주입된다. 가열된 유체공급의 시기는 도금용액공급의 시기에 따라 조정될 수 있다. 이로 인해, 도금용액이 기판(W)상에 주입되기 전에 기판이 고온의 판형히터상에서 가열되는 경우 생길 수 있는 기판의 표면의 건조를 방지할 수 있다.
그 후, 커버몸체(58)는 기판(W)의 표면으로부터 열방사를 방지하도록 폐쇄될수 있다. 또한 필요에 따라, 가열유체유지부(40)내로 도입된 가열유체는 도금시에 가열유체의 온도가 낮아지는 것을 방지하기 위하여 히터(50)에 의하여 가열된다. 따라서, 도금시에 전체면상에 걸쳐 가열유체의 온도로 기판(W)이 유지될 수 있어, 균일한 두께를 갖는 도금막이 성장될 수 있게 한다. 또한, 기판(W)의 외주부가 가열유체내에 침지된 채로 유지되기 때문에, 외주부의 온도 또한 낮아지지 않는다. 도금시에, 도금될 표면에 걸쳐 균일한 용존산소의 농도 및 수소가스의 밀도를 균일하게 하기 위해서 기판(W)을 회전시킬 수 있다.
도금처리의 완료후에는, 가열유체유지부(40)안으로 가열유체의 도입이 중단되며, 도입측으로부터 가열유체가 방출되고, 시일 링(20) 및 기판(W)의 상면에 의하여 둘러싸인 도금조(34)내의 도금용액은 예를 들어, 흡입에 의하여 제거된다. 그 후, 기판(W)을 회전시키면서, 도금면을 냉각시킴과 동시에 도금면을 희석시키고 세정하기 위해 세정노즐(도시되지 않음)로부터 기판(W)의 도금면을 향하여 세정액이 분사되어, 무전해도금반응을 종료한다.
그 후, 기판가압부(66)는 처리조(14)에 대하여 상승되고, 기판(W)은 상향추력핀(32)에 의하여 밀어 올려지며, 다음에 도금후의 기판은 로봇의 손에 의하여 다음 공정단계로 이송된다.
도 4는 무전해도금장치(10)가 구비되고 일련의 도금처리를 수행하는 도금처리장치의 일반적인 구성을 도시한다. 도금처리장치는 한 쌍들을 이루는 무전해도금장치, 로딩/언로딩부(70), 기판의 표면에 예를 들어, Pd 촉매를 첨가하는 촉매첨가처리 또는 배선의 노출면에 부착되는 산화막을 제거하기 위한 산화물막 제거처리와 같은 도금전처리를 수행하는 도금전처리장치(72), 초벌세정을 수행할 수 있는 임시저장부(74) 및 후세정장치(76)를 포함한다. 또한, 도금처리장치에는 로딩/언로딩부(70) 및 후세정장치(76)와 임시저장부(74) 사이에서 기판(W)을 이송하는 제1이송장치(78a) 및 무전해도금장치(10) 및 도금전처리장치(72)와 임시저장부(74) 사이에서 기판(W)을 이송하는 제2이송장치(78b)가 구비되어 있다.
이제, 상기 도금처리장치에 의하여 실행되는 일련의 도금처리공정단계를 설명한다. 먼저, 로딩/언로딩부(70)내에 유지된 기판(W)은 제2이송장치(78a)에 의하여 꺼내어져, 임시저장부(74)내에 기판을 놓는다. 제2이송장치(78b)는 기판이 PdCl2용액을 사용한 촉매첨가처리나 배선의 노출면에 부착되는 산화막을 제거하는 산화막제거처리와 같은 도금전처리되도록 하는 도금전처리장치(72)로 기판(W)을 이송한 다음, 처리된 기판(W)을 헹군다.
그 후, 제2이송장치(78b)는 사전설정된 환원제를 갖는 사전설정된 도금용액을 사용하여 무전해도금이 수행되는 무전해도금장치(10)로 기판(W)을 이송한다. 다음에, 제2이송장치(78b)는 무전해도금장치(10)로부터 도금된 기판을 집어 임시저장부(74)로 기판을 운반한다. 임시저장부(74)내에서 기판의 초벌세정이 수행된다. 그 후, 제1이송장치(78)는 예를 들어, 기판의 펜슬스폰지 및 스핀건조에 의하여 마무리세정이 수행되는 후세정장치(76)로 기판을 운반한다. 세정후에, 제1이송로봇(78a)는 로딩/언로딩부(70)로 기판을 복귀시킨다. 기판은 나중에 도금장치나 산화막형성장치로 보내진다.
도 5는 도 1d에 도시된 보호층(9)을 형성하는 일련의 도금처리(캡도금처리)를 실행하는 도금처리장치의 일반적인 구성을 도시한다. 도금처리장치는 한 쌍의 로딩/언로딩부(80), 예비처리부(82), Pd첨가처리부(84), 도금전처리부(86), 무전해도금장치(10) 및 세정/건조처리부(88)을 포함한다. 또한, 도금처리장치에는 이송경로(90)를 따라 이동할 수 있는 이송장치(92)가 제공되고, 상기 처리부들과 장치사이에 기판을 이송한다.
이하, 본 도금처리단계에 의하여 실행되는 일련의 도금처리(캡도금처리) 공정단계를 설명한다. 먼저, 로딩/언로딩부(80)내에 유지된 기판(W)은 이송장치에 의하여 꺼내지고, 기판의 처리, 예를 들어, 기판의 표면의 재세정이 수행되는 예비처리부(82)로 이송된다. 세정된 기판은 구리막(7)의 노출면을 활성화하도록 구리막(7)(도 1c 참조)의 표면에 Pd를 부착시키는 Pd첨가처리부(84)로 이송된다. 그 후에, 기판은 중화처리와 같은 도금전처리가 기판에 수행되는 도금전처리부(86)로 이송된다. 다음에, 기판은, 예를 들어 Co-W-P 합금의 선택적인 무전해도금이 구리막(7)의 활성면상에 수행되는 무전해도금장치(10)로 이송되어, 도 1d에 도시된 바와 같이 노출면을 보호하기 위해서 구리막(7)의 노출면상에 Co-W-P막(보호층)을 형성시킨다. 예를 들어, 코발트염 및 텅스텐염 및 첨가제로서 환원제, 착화제, pH 완충제 및 pH 조정제를 함유하는 도금용액이 무전해도금의 무전해도금용액으로서 사용될 수 있다.
대안적으로, 배선(8)을 보호하기 위해서 배선(8)의 노출면상에 Ni-B 합금막으로 구성된 보호층(도금막)(9)을 선택적으로 형성하도록 기판의 (폴리싱 후의) 노출면상에 무전해 Ni-B 도금이 수행될 수 있다. 일반적으로, 보호층(9)의 두께는 0.1 내지 500㎚, 바람직하게는 1 내지 200㎚, 보다 바람직하게는 10 내지 100㎚이다.
보호층(9)을 형성하는 무전해 Ni-B 도금용액으로서, 니켈이온, 니켈이온의 착화제 및 니켈이온의 환원제인 알킬아민 보란 또는 보로하이드라이드 화합물을 함유하는 용액이 사용될 수 있으며, 이는 TMAH(테트라메틸암모늄 수산화물)을 사용하여 pH가 5 내지 12로 조정된다.
다음에, 캡도금처리 후에 기판(W)은 기판의 세정/건조처리를 수행하도록 세정/건조처리부(88)로 이송되고, 세정된 기판(W)은 이송장치(92)에 의하여 로딩/언로딩부(80)내의 카세트로 복귀된다.
본 실시예는 캡도금으로서 도시하지만, 구리막(7)의 노출면을 사전에 활성화하는 경우 그 것에 Pd를 부착함으로써 Co-W-P 합금막으로 활성화된 구리면을 선택적으로 덮도록 무전해 Co-W-P도금을 수행하며, 이러한 실시예로 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무전해도금장치를 도시한다. 이 무전해도금장치는 개폐가능하고 수직으로 이동할 수 있으며, 기판홀더(12)에 의하여 유지된 기판(W)의 표면을 덮는 디스크형상의 커버몸체(58a)를 포함한다. 커버몸체(58a)는 도금용액공급부(62)와 통합된다. 또한, 커버몸체(58a)는 기판(W) 및 커버몸체(58a)에 의하여 둘러싸인 열보유공간을 도금용액의 온도와 근사한 온도로 유지시키기 위한 내장형 히터(59)를 가진다. 여타의 구성은 도 2 및 도 3에 도시된 것과 동일하다. 이 실시예에 따르면, 기판(W)의 도금될 표면상으로 공급된 도금용액의 표면으로부터의 열방사가 억제될 수 있다. 또한, 처리조(14)내에 내장형 히터(50)를 제공할 수 있고, 위아래로부터 기판을 가열할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무전해도금장치를 도시한다. 이 무전해도금장치(10b)는 앞면(도금될 표면)을 위로 한 채로 기판(처리될 재료)을 유지하는 기판홀더(100) 및 기판홀더(100) 아래에 제공된 처리조(102)를 포함한다. 기판홀더(100)는 그것의 하단에서 기판(W)의 외주부를 놓고 유지하기 위한 내향돌출유지네일(104a)을 갖는 하우징(104) 및 그것의 하단에 내향돌출시일네일(106a)을 갖는 기판가압부(106)를 포함한다. 아래로 돌출된 시일 링(108)은 시일 네일(106a)의 하면에 장착된다. 기판가압부(106)는 하우징(104)의 내부에 위치되고, 하우징(104)에 장착된 실린더(110)의 작동에 의하여 하우징(104)에 대하여 상하로 이동할 수 있다.
기판가압부(106)가 하우징(104)에 대하여 상승된 위치에 있을 때에, 하우징(104)안으로 기판(W)이 삽입되고, 유지네일(104a)상에 놓인다. 그 후, 기판가압부(106)는 시일 링(108)이 기판(W)의 상면의 외주부와 가압접촉하게 되도록 하우징(104)에 대하여 하강되어 외주부를 밀봉하고 기판(W)을 유지함으로써, 기판(W)의 상면 및 기판가압부(106)에 의하여 둘러싸이고 상향개방된 도금조(112)가 형성된다. 반대로 작동시키면 기판(W)의 유지가 해제될 수 있다.
기판홀더(100)는 하우징(104)을 매개로 모터에 연결되고, 모터(114)는 아암(116)의 자유단에 고정된다. 아암(116)은 모터(118)의 작동에 의하여 상하로이동하는 수직가동판(120)에 연결된다. 또한, 아암(116)은 기울이는 모터(121)의 작동에 의하여 수직평면을 따라 기울여질 수 있다. 따라서, 기판홀더(100)는 회전가능하고 수직으로 이동할 수 있고 기울어질 수 있으며, 결합하여 이동할 수 있다.
기판(W)보다 내경이 크며 오목한 형상이고 기판(W)을 가열하기 위해서 온수와 같은 가열유체를 유지하는 가열유체유지부(122)를 갖는 상면내에 처리조(102)가 제공된다. 가열유체유지부(122)는 오버플로위어(124)에 의하여 둘러싸이고, 오버플로위어(124)의 외측에 가열유체배출채널(126)이 제공된다. 예를 들어, 가열된 순수가 가열유체로서 채택된 때에, 순수공급원으로부터 연장되고 도중에 도금온도 예를 들어 60℃와 동일한 온도까지 순수를 가열하는 순수가열부(46)를 가지는 가열유체배출채널(126)은 가열유체공급파이프(48)에 연결된다.
순수공급원으로부터 공급되고 순수가열부(46)내에서 가열된 가열유체(온수)는 가열유체유지부(122)안으로 유입되고, 가열된 유체는 오버플로위어(124)를 넘쳐 처리조(102) 밖으로 유출된다.
또한, 기판홀더(100) 옆에는 사전설정된 온도, 예를 들어 60℃로 가열된 도금용액(무전해도금용액)(60)을 기판(W)의 상면 및 기판가압부(106)에 의하여 형성된 도금조(112)내로 공급하는 도금용액공급부(130)가 제공된다. 도금용액공급부(130)는 그 전단에 도금용액을 분사하는 분사노즐(132)을 가진다.
본 실시예에 따르면, 상술된 방식으로 기판(W)을 유지하는 기판홀더(100)는 기판(W)의 뒷면이 가열유체유지부(122)내에 유지된 가열유체와 접촉하게 되도록 하강되어, 기판(W)을 가열한다. 기판(W)의 온도가 도금용액에 이를 때에, 사전설정된 온도의 도금용액은 무전해도금을 수행하기 위해서 도금액공급부(130)로부터 기판(W)의 상면 및 기판가압부(106)에 의하여 형성된 도금조(112)로 주입된다.
또한, 본 실시예에 따르면, 기판홀더(100)에 의하여 유지된 기판(W)은 기판(W)의 뒷면이 가열유체와 접촉하게 되는 때에 가열유체의 표면에 대하여 기울어진 위치내에 있고, 그 후 기판(W)은 수평위치로 복귀된다. 이로 인해, 기포가 기판(W)의 뒷면상에 남아있는 것을 방지할 수 있다. 기판(W)은 기판(W)의 도금면상의 무전해도금용액을 모으기 위해서 도금의 완료후에 다시 기울여질 수 있어, 도금용액의 방출이 용이하다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무전해도금장치를 도시한다. 이 무전해도금장치(10c)는 다음의 관점에서: 하우징(104)은 하향으로 연장되어 있고, 하우징(104)의 하향연장부에 장착된 구동롤러(140)와 모터(142)에 장착된 구동롤러(144) 사이에 벨트(146)가 놓여 있다는 것이 상술된 도 7의 무전해도금장치(10b)와는 다르다. 모터(142)는 모터(148)에 의하여 수직으로 이동할 수 있는 수직가동판(150)상에 장착된 플랜지(152)상에 고정된다. 이로 인해, 기판홀더(100)는 회전하고 수직이동할 수 있다.
또한, 가열유체공급통로(102a) 및 가열유체방출통로(102b)가 처리조(102) 내부에 형성되며, 처리조(102)는 도금용액방출용 배수구(154a)를 갖는 비산방지커버(154)에 의하여 둘러싸여 있다. 또한, 도금용액공급부(156)는 비산방지커버(154) 옆에서 수직으로 연장되고, 직각으로 구부러져 기판홀더(100)의 중심의 바로 위에 다다른다. 도금용액공급부(156)의 끝단에 아래쪽을 향하는분사노즐(158)이 장착되고, 분사노즐(158)은 기판(W)의 상면(도금될 표면)을 향해 도금용액을 분사한다. 도금장치(10c)의 여타의 구성은 도 7과 동일하다.
본 실시예에 따르면, 기판홀더(100)의 회전 및 수직이동기구는 하우징(104) 아래에 제공되며, 기판홀더(100)가 상향개방되게 한다. 이로 인해, 기판홀더(100) 위에 도금용액공급부(156)를 배치할 수 있어, 도금용액의 공급이 용이하다.
도 9는 도 8에 도시된 무전해도금장치의 수정례를 도시한다. 이 무전해도금장치(10c)는 가열유체유지부내의 유체의 온도를 검출하는 온도센서(103) 및 순수가열부(46)내의 히터의 전력 및 펌프(107)에 의하여 공급될 유체의 유속(flow rate)을 제어하는 제어기(105)를 구비한다. 온도센서(103)는 복수의 위치에서 기판의 표면내의 위치에 대응하는 처리조(102)내에 배치된다. 따라서, 바람직한 위치에서의 유체의 온도(T1, T2,…, Tn)는 온도센서(103)에 의하여 검출될 수 있다. 제어기(105)는 히터의 전력 및 온도센서(103)에 의하여 검출된 온도(T1, T2,…, Tn)에 기초한 유체의 유속을 제어한다.
도 10은 제어기(105)내의 처리의 플로우차트이다. 도 10에서, Tmean은 온도센서(103)에 의하여 검출된 온도의 평균, Tmax는 검출된 온도의 최대값, Tmin은 검출된 온도의 최소값, Tset은 유체의 온도의 설정점, ΔT1은 평균 Tmean과 설정점 Tset간의 공차 및 ΔT2는 기판의 표면내의 변화의 공차(즉, 최대값 Tmax와 최소값 Tmin간의 차이의 공차)를 나타낸다. 많은 경우에, 도금처리시의 처리온도보다는 오히려 기판의 표면내의 균일성에 따라 기판의 품질이 좌우된다. 그러므로, 공차 ΔT2는 일반적으로 공차 ΔT1보다 작게 설정된다.
도금처리가 시작되면, 평균 Tmean과 설정점 Tset간의 차이(= Tmean- Tset)가 공차 ΔT1보다 작은지의 여부가 판정된다. 상기 차이가 공차 ΔT1보다 큰 경우, 유체온도가 허용수준보다 높기 때문에 순수가열부(46)내의 히터의 전력이 감소된다. 상기 차이가 공차 ΔT1보다 작은 경우에는, 평균 Tmean과 설정점 Tset간의 차이(= Tmean- Tset)는 공차 -ΔT1보다 큰지의 여부가 판정된다. 상기 차이가 -ΔT1보다 작은 경우에는, 유체온도가 허용수준보다 낮기 때문에 순수가열부(46)내의 히터의 전력이 감소한다. 상기 차이가 -ΔT1보다 큰 경우, 기판의 표면내의 균일성이 검사된다. 상세하게는, 최대값 Tmax와 최소값 Tmin간의 차이(= Tmax- Tmin)가 공차 ΔT2보다 작은지의 여부가 판정된다. 상기 차이가 공차 ΔT2보다 큰 경우, 유체의 온도가 크게 변화하기 때문에 유체의 유속이 증가된다. 상기 차이가 공차 ΔT2보다 작은 경우, 유속의 온도가 기판의 표면내에 균일하게 유지되기 때문에 도금처리는 현 상태로 계속된다.
상기 제어처리에 의해, 기판의 뒷면으로 적절한 온도를 갖는 유체를 일정하게 공급할 수 있어, 바람직한 온도에서 기판을 도금할 수 있다.
본 실시예에서는, 도금장치의 고정부에 온도센서가 제공된다. 하지만, 로터리커넥터를 사용하는 회전가능부에 온도센서가 제공될 수 있다.
상기 제어처리는 도금장치뿐 만 아니라 온도가 중요하게 제어되는 여타의 유체처리장치에도 적용할 수 있다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무전해도금장치를 도시한다. 이 무전해도금장치(10d)는 앞면(도금될 표면을) 위로 한채 기판(도금될 재료)을 유지하는 기판홀더(200)를 포함한다. 기판홀더(200)는 이하에 기술되는 같이 기판(W)을 가열하는 가열유체를 유지하는 가열유체유지부(216)를 갖는 처리조(202) 및 처리조(202)를 둘러싸는 원통형하우징(203)을 주로 하여 구성된다. 중공이고, 디스크형상의 지지판(206)은 하우징(203)의 상단에 고정되고, 하향돌출된 시링 링(208)은 지지판(206)의 내주면상에 장착된다.
기판(W)의 외주부를 지지하는 링형상 기판스테이지(210) 및 기판(W)의 외주부에 위치되어 기판(W)의 오정렬을 방지하는 가이드링(212)은 처리조(202)의 상면상에 장착된다. 처리조(202)는 하우징(203)에 대하여 상하로 이동할 수 있다. 처리조(202)가 하우징(203)에 대하여 하강된 위치에 있을 때에 하우징(203)내로 기판(W)이 삽입되고, 기판스테이지(210)의 상면에 기판(W)이 놓이고 유지된다. 그 후, 처리조(202)는 시일 링(208)이 기판(W)의 상면의 외주부와 접촉하게 되도록 하우징(203)에 대하여 상승되어, 외주부를 밀봉하고 기판(W)을 유지함으로써, 기판(W)의 상면과 시일 링(208)에 의하여 둘러싸여 있고 상향개방된 도금조(214)가 형성된다. 반대로 작동시키면 기판(W)의 유지가 해제될 수 있다. 모터(도시되지 않음)의 작동에 의하여, 기판홀더(200)에 의하여 기판을 유지한 채로, 처리조(202)및 하우징(203)이 함께 회전할 수 있다.
처리조(202)의 상면에, 가열유체, 예를 들어, 가열된 물, 알콜 또는 유기용액을 유지하는 가열유체유지부(216)가 제공되고, 기판(W)을 가열하기 위하여 가압된 유체가 기판홀더(12)에 의하여 유지된 기판(W)의 뒷면에 접촉하게 된다. 가열유체유지부(216)는 상향개방되고 그 부분이 나팔형인 흐름채널로 구성되어 있으며, 상술된 장치와 마찬가지로, 예를 들어 60℃까지 순수를 가열하기 위한 예를 들어 도중에 순수가열부를 가지는 유체공급파이프에 연결되어 있다. 가열유체유지부(216)에서 넘치는 가열유체는 처리조(202)와 하우징(203) 사이를 지나 외부로 유출된다. 또한, 상술된 장치와 마찬가지로, 가열유체의 비산을 방지하는 비산방지커버(204)가 하우징(203) 주위에 제공된다.
기판홀더(200)위에 위치된, 사전설정된 온도, 예를 들어, 60℃로 가열된 도금용액(60)(무전해도금용액)을 기판(W)의 상면 및 시일 링(208)에 의하여 형성된 도금조(214)내로 공급하는 도금용액공급부(220)가 제공된다. 도금용액공급부(220)는 수직으로 이동할 수 있고 피봇가능한 피봇아암(222)을 가지며, 도금조(214)의 개구부를 거의 덮는 디스크형상 헤드부(224)는 피봇아암(222)의 자유단에 고정된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 피봇아암(222)이 피봇되어 있어, 헤드부(224)는 기판홀더(200)를 덮는 위치와 후퇴위치 사이를 이동한다. 따라서, 도금처리가 수행되는 동안 헤드부(224)는 기판홀더(200)에 의하여 유지된 기판(W)의 상면을 덮는 위치내에 위치되고, 도금 후에는 후퇴위치로 이동함으로써, 헤드부(24)가 기판(W)등등의 이송을 방해하는 것을 방지한다.
헤드부(220)의 실질적인 중심부에는 하향개방된 도금용액공급노즐(226) 및 도금용액공급노즐(226) 위에 위치된, 한번의 도금처리에 필요한 사전설정된 양의 도금용액을 유지시킬 수 있는 크기를 갖는 도금용액보유조(228)가 제공된다. 도금용액공급노즐(226) 및 도금용액보유조(228)는 도금용액파이프(230)에 의하여 서로 연결된다. 도금용액공급파이프(232) 및 도금용액배출파이프(234)는 도금용액보유조(228)에 연결된다. 또한, 도금용액파이프(230), 도금용액공급파이프(232) 및 도금용액배출파이프(234)내에 전환밸브(도시되지 않음)가 제공된다.
비도금시에는, 도금용액파이프(230)의 전환밸브가 폐쇄된 채로 있는 반면 도금용액공급파이프(232) 및 도금용액배출파이프(234)의 전환밸브는 개방된 채로 있어, 도금용액보유조(228)내의 일정한 온도로 사전설정된 양의 도금용액을 일정하게 지속시키도록 도금용액보유조(228)내에 담긴 도금용액을 순환시킨다. 도금시에는, 도금파이프(230)의 전환밸브가 개방되고, 도금용액공급파이프(232) 및 도금용액배출파이프(234)의 전환밸브가 폐쇄되어, 도금용액보유조(228)내에 일정한 온도로 유지된 사전설정된 양의 도금용액이 시간(예를 들어, 1 내지 5초)동안 도금노즐(226)로부터 기판(W)의 상면 및 시일 링(208)에 의하여 형성된 도금조(214)내로 그 자체 무게에 의하여 공급되게 한다.
또한, 도금용액공급노즐(226)위에 위치된, 도금전세정을 수행하는 세정액 또는 촉매첨가처리를 수행하기 위한 촉매첨가액과 같은 도금전처리액을 유지하는 도금전처리액보유조(236)가 제공될 수 있다. 도금전처리액보유조(236) 및 도금용액공급노즐(226)은 예비처리액파이프(238)에 의하여 서로 연결된다. 도금전처리액공급파이프(240) 및 도금전처리액 배출파이프(242)는 도금전처리액보유조(236)에 연결된다. 또한, 도금전처리액파이프(238), 도금전처리액공급파이프(240) 및 도금전처리액배출파이프(242)내에 전환밸브(도시되지 않음)가 제공된다.
도금용액에 대하여 상술한 것과 동일한 밸브작동에 의하여, 사전설정된 양의 도금전처리액은 사전처리되지 않을 때에는 도금전처리보유조(236)내에서 일정한 온도로 지속되고, 도금전처리시에는 도금전처리보유조(236)내에 유지된 도금전처리액이 시간(예를 들어, 1 내지 5초)동안 도금노즐(226)로부터 기판(W)의 상면 및 시일 링(208)에 의하여 형성된 도금조(214)내로 그 자체 무게에 의하여 공급되도록 한다.
비록 본 실시예에서는 도금전처리액공급노즐로서 도금용액공급노즐(226)이 사용되나, 이러한 노즐을 별도로 제공할 수도 있다. 복수의 도금전처리가 수행되는 경우, 복수의 도금전처리액보유조를 제공할 수 있으며, 또한 기판(W)의 도금될 표면으로 각각의 조내에 유지된 도금전처리액을 순차적으로 제공할 수 있음은 물론이다.
상기 무전해도금장치(10d)의 구성은 세정이나 촉매첨가처리와 같은 사전처리 및 기판홀더(200)에 의하여 유지된 기판(W)의 도금될 표면상으로의 연속적인 도금처리를 하나의 조내에서 수행할 수 있다. 도금전세정을 수행하는 세정액으로서 H2SO2, HF, HCl, NH3, DMAB(디메틸아민 보란) 및 옥살산 등등이 사용될 수 있으며, 촉매첨가처리를 수행하는 촉매첨가액으로서 PdSO4, PdCl2등등이 사용될 수 있다.
헤드부(224)에는 기판홀더(200)에 의하여 유지된 기판(W)의 상면(도금된 표면)으로 순수를 공급하는 순수공급노즐(250)이 제공된다. 도금 후에, 순수공급노즐(250)로부터 기판의 표면으로 순수를 공급함으로써, 기판의 도금처리 및 도금된 기판을 순수로 헹구는 것이 단일 조내에서 연속적으로 수행될 수 있다.
또한, 헤드부(224)에는 기판홀더(200)에 의하여 유지된 기판(W)의 도금될 표면으로 공급된 도금용액을 회수하는 도금용액회수노즐(252) 및 기판홀더(200)에 의하여 유지된 기판(W)의 도금될 표면으로 공급된 도금전처리액을 회수하는 도금전처리액회수노즐(254)가 제공된다. 도금용액회수노즐(252)에 의하여 도금용액을 회수하고, 도금용액을 재사용하고 또한 필요에 따라 도금전처리액회수노즐(254)에 의하여 도금전처리액을 회수하고 액을 재사용함으로써, 도금용액의 사용양 및 도금전처리액의 사용양이 감소될 수 있어, 운전비용을 낮출 수 있다.
가열된 불활성가스, 예를 들어, N2가스를 도입하는 불활성가스도입라인(불활성가스도입부)(256)가 도금용액공급노즐(226)에 연결되어 있다. 도금용액공급노즐(226)의 내부를 퍼지한 후에, 불활성가스도입라인으로부터 도금용액공급노즐(226)로 도입된 가열된 불활성가스는 기판홀더(200)에 의하여 가열된 기판(W)을 향하여 분사된다. 따라서, 기판홀더(200)에 의하여 유지된 기판(W)과 기판(W)의 상면을 덮는 위치에 있는 헤드부(224) 사이의 공간으로 불활성가스가 도입되어, 상기 공간은 사전설정된 온도로 불활성가스 분위기가 된다. 이는 공기가 도금용액의 표면을 접촉하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이 점에서, 도금용액의 표면에 공기가 접촉해 있으면 공기중의 산소가 도금용액내에 녹아 도금용액내의 용존산소량을 증가시키므로, 환원제를 기본으로 한 산화작용이 억제될 수 있어 불량한 도금의 퇴적을 유도할 수 있다. 상기 공간을 불활성가스분위기가 되게 함으로써 이러한 결함을 없앨 수 있다. 또한, 공간을 가열된 불활성가스의 분위기하에서 유지시킴으로써, 도금시에 도금용액의 온도가 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 헤드부(224) 및 기판(W)에 의하여 둘러싸인 공간은 기판으로 도금용액을 공급하기 이전에 사전설정된 온도로 불활성가스의 분위기가 될 수 있어, 도금용액으로의 공기의 혼합 및 도금용액에 공기가 공급됨에 따른 용액온도의 하강이 방지될 수 있다. 예를 들어, 도금용액의 온도가 70℃이면, N2가스와 같은 불활성가스의 온도는 일반적으로 60 내지 70℃(도금용액의 온도 - 10℃ 내지 도금용액의 온도), 바람직하게는 65 내지 70℃((도금용액의 온도 - 5℃ 내지 도금용액의 온도)이다.
세정액도입라인(세정액도입부)(260a)은 도금용액보유조(228)에 연결되고, 세정액도입라인(세정액도입부)(260b)은 도금전처리액보유조(236)에 연결된다. 세정액도입라인(260a)으로부터의 세정액은 순서대로 도금용액보유조(228), 도금용액파이프(230) 및 도금용액노즐(226)을 통하여 흐르고, 세정용액도입라인(260b)으로부터의 세정용액은 도금전처리액보유조(236), 도금전처리액파이프(238) 및 도금용액공급노즐(226)을 통하여 순서대로 흐른다. 따라서, 이들 처리조, 파이프 및 노즐의 내측면에 부착되는 이물질이 세정될 수 있다. 세정은 주기적으로 또는 임의적인 시간에 시행될 수 있다. 세정액으로서 순수 또는 HNO3, 왕수 또는 HF와 같은 세정화학제가 사용될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 헤드부(224)는 기판홀더(200)에 의하여 유지된 기판(W)과 헤드부(224) 사이의 열보유공간을 거의 도금용액의 온도로 지속시키는 내장형 히터(262)를 구비한다.
이제, 도 13을 참조하여 이 실시예의 무전해도금용액(10d)에 의하여 실행된 도금처리를 설명한다. 먼저, 처리조(202)가 하우징(203)에 대하여 하강된 위치에 있을 때에 하우징(203)안으로 기판이 삽입되고, 기판스테이지(210)위에 기판이 놓이고 유지된다. 이 때에, 헤드부(224)는 후퇴위치에 있다. 그 후, 처리조(202)는 시일 링(208)이 기판(W)의 상면의 외주부와 접촉하게 되도록 하우징(203)에 대하여 상승되어, 외주부를 밀봉하고 기판(W)을 유지시킴으로써, 상향개방되고 기판(W)의 상면 및 시일 링(208)에 의하여 둘러싸인 처리조(214)를 형성한다.
다음에, 헤드부(224)는 기판홀더(200) 바로 위의 위치로 이동된 다음 하강된다. 그 후, 도금전처리액보유조(236)내에 유지된, 세정액이나 촉매첨가액과 같은 도금전처리액의 사전설정된 양이 시간마다 도금전처리액공급노즐로도 사용되는 도금용액공급노즐(226)로부터 기판홀더(200)에 의하여 유지된 기판(W)의 도금될 표면으로 그 자체 무게에 의하여 공급됨으로써, 도금전처리를 수행한다. 도금전처리의 완료후에, 도금전처리액회수노즐(254)에 의하여 기판(W)의 도금될 표면상에 남아있는 도금전처리액이 회수되고, 필요에 따라 재사용된다.
다음에, 도금용액(60)과 동일한 온도, 예를 들어 70℃로 가열된 온수와 같은 가열유체는 처리조(202)의 가열유체유지부(216)내로 도입되며, 상기 가열유체는 기판홀더(200)에 의하여 유지된 기판(W)의 뒷면에 접촉하도록 된 다음 흘러 넘친다. 기판(W)이 가열유체와 동일한 온도, 예를 들어, 70℃에 이르도록 가열유체에 의하여 가열되는 때에, 사전설정된 온도로 도금용액보유조(228)에 의하여 유지된 사전설정된 양의 도금용액(예를 들어, 직경이 200㎜인 웨이퍼의 경우에는 대략 100 내지 200cc, 직경이 300㎜인 웨이퍼의 경우에는 대략 200 내지 400cc)이 짧은 시간동안 도금용액공급노즐(226)로부터 기판홀더(200)에 의하여 유지된 기판의 도금될 표면으로 그 자체 무게에 의하여 공급되어 도금처리를 수행한다.
무전해도금처리시에, 가열된 불활성가스는 활성가스도입라인(256)으로부터 도금용액공급노즐(226)로 도입된다. 도금용액공급노즐(226)의 내부를 퍼지한 후에, 가열된 불활성가스는 공간을 사전설정된 온도로 불활성가스분위기하에 지속시키기 위해서 기판홀더(200)에 의하여 유지된 기판(W)과 기판(W)의 상면을 덮는 위치에 있는 헤드부(224) 사이의 공간으로 도입된다.
또한, 필요에 따라, 도금시에 도금용액온도가 낮아지는 것을 방지하기 위해 히터(262)에 의하여 도금용액이 가열된다.
상기의 도금처리시에, 전체 표면에 걸쳐 가열된 유체의 온도로 기판(W)이 유지되어, 균일한 막두께를 갖는 도금막이 성장하게 된다. 또한, 기판(W)의 외주부가 가열된 유체내에서 또한 침지되어 유지될 수 있기 때문에, 외주부의 온도 또한 낮아지지 않는다. 도금시에, 수소가스를 방출시키고 도금될 표면에 걸쳐 균일한 용존산소농도를 만들기 위해서 기판(W)을 회전시킬 수 있다.
도금처리의 완료후에, 가열유체유지부(216)으로의 가열유체의 도입이 중단되고, 도입측으로부터 가열유체가 배출되며, 시일 링(208) 및 기판(W)의 상면에 의하여 둘러싸인 도금조(214)내의 도금용액이 예를 들어, 진공흡입에 의하여 도금용액회수노즐(252)로부터 회수되고, 필요에 따라 재사용된다. 또한, 불화성가스도입라인(256)으로부터의 불화성가스의 도입이 중단된다. 그 후, 기판(W)을 회전시키면서, 기판(W)의 도금면을 향하여 순수공급노즐(250)로부터 순수가 공급되어 도금면을 냉각시킴과 동시에 도금면을 희석시키고 세정함으로써 무전해도금반응이 종료된다. 그 다음에, 기판(W)은 배수를 위해 고속으로 회전된다.
그 후, 헤드부가 상승되고 후퇴위치로 후퇴된 다음, 하우징(203)에 대하여 처리조(202)가 하강되어 기판(W)의 유지를 해제한다. 그 후, 도금된 기판은 예를 들어, 로봇의 손에 의하여 다음 공정단계로 이송된다.
본 실시예의 도금장치(10d)에 따르면, 도금전처리, 도금처리, 순수에 의한 헹굼과 세정 및 배수를 포함하는 일련의 도금처리가 단일 조내에서 연속적으로 수행될 수 있다. 따라서, 기판(W)의 표면(도금될 표면)은 젖은 상태로 유지되고, 즉 표면의 건조가 방지되어 처리가 수행될 수 있다. 또한, 처리조의 수가 감소될 수 있어, 설치공간을 보다 줄일 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 도금장치는 도금시에 처리될 재료의 온도가 도금될 표면에 걸쳐 고르지 않게 되는 방지할 수 있고, 도금시에 도금온도의 변화도 방지할 수 있어, 재료의 처리될 표면상에 보다 균일한 막두께를 갖는 도금막을 형성할 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무전해도금장치를 도시한다. 이 무전해도금장치(10e)는 도금용액(312)을 유지하는 위쪽으로 개방된 도금조(314) 및 도금조(314)의 최상개구부내에 제공된, 반도체와 같은 기판(처리될 재료)(W)을 그 앞면(도금될 표면)을 위로 한 채로 유지하는 기판홀더(316)을 포함한다.
도금조(314)는 그 저면의 중심에 도금용액도입구(318)를 가진다. 도금용액입구(318)는 도금용액공급파이프(320)에 연결된다. 도금용액공급파이프(320)에는 공급파이프(320)를 통과하는 도금용액(312)을 사전설정된 온도, 예를 들어 60℃로 가열하는 히터(322)가 제공된다. 오버플로위어(324)는 도금조(314)의 상부에 제공되고, 도금용액배출채널(326)은 오버플로위어(324)의 외부에 제공된다. 도금용액배출채널(326)은 도금조(314)를 수직으로 관통하는 도금용액배출구멍(328)과 연통한다.
도금용액(312)은 도금용액도입파이프(320)를 통하여 도금조(314)로 도입되고, 도중에 히터(322)에 의하여 사전설정된 온도로 가열된다. 도금조(314)내의 도금용액(312)의 양이 소정 레벨에 이르게 되면, 도금용액(312)은 오버플로위어(324)를 넘어 도금용액배출채널(326)내로 넘치고, 도금용액배출구멍(328)을 통하여 외부로 배출된다. 도금용액의 온도는 일반적으로 25 내지 90℃, 바람직하게는 55-85℃, 보다 바람직하게는 60 내지 80℃이다.
기판홀더(316)는 기판스테이지(330) 및 기판유지부(332)를 주로 하여 구성되어 있다. 기판스테이지(330)는 실질적으로 원통형인 하우징(334) 및 하우징(334)의 하단에 결합된 링형상의 지지프레임(336)을 포함한다. 프레임(336)의 내부에,박막의 형태의 열전도체(338)는 그 외주부를 지지프레임(336)에 부착하여 뻗어 있다. 지지프레임(336)의 상면에는, 그 내측면내에 터이퍼면(340a)을 갖는 돌출부(340)가 형성되어 있으며, 지지프레임(336)상에 기판(W)을 지지하도록 기판(W)을 도입할 때에, 기판(W)의 가이드로서 역할한다. 지지프레임(336)은 그 내경이 지지프레임(336)에 의하여 지지될 기판(W)의 직경보다 약간 작도록 설계된다. 또한, 지지프레임(336)은 돌출부(340)의 내면상의 그 상면이 열전도체(338)의 사염ㄴ과 동일한 평면상에 있도록 설계된다. 또한, 지지프레임(336)을 수직으로 관통하는 관통구멍(342)이 돌출부(340)의 외측위치에 형성된다.
한편, 기판유지부(332)는 기판스테이지(330)의 하우징(334)내부에 제공되는 원통형 몸체(344) 및 원통형 몸체(344)의 하단에 결합되고 안쪽으로 연장되는 링형상 네일부(346)를 포함한다. 링형상 시일재료(348a, 348b)는 각각 기판스테이지(330)의 지지프레임상에 지지되는 기판(W)의 외주부에 대응하는 위치로 또한 돌출부(340)의 상면에 일치하는 위치로 네일부(346)의 하면상에 동심으로 장착된다. 또한, 원통형 몸체(344)의 내부 및 외부와 연통되어 있는 연통구멍(350)은 원통형 몸체(344)의 높이방향으로 소정 위치에 형성된다.
또한, 모터(352)의 작동에 의하여 회전하고 수직으로 이동할 수 있는 디스크형상의 지지체(354)가 제공된다. 지지체(354)는 그 하면의 외주부에서 기판스테이지(330)의 하우징(334)에 결합된다. 또한, 기판유지부(332)를 수직으로 이동시키는 실린더(356)가 지지체(354)상에 장착된다. 따라서, 실린더(356)의 작동에 의하여, 기판유지부(332)는 기판스테이지(330)에 대하여 상하로 이동하고, 모터(352)의작동에 의하여, 기판유지부(332)는 기판스테이지(330)와 함께 회전하고 수직으로 이동한다.
기판홀더(316)에 따르면, 기판유지부(332)는 기판스테이지(330)에 대하여 상승된 위치에 있고, 지지프레임(336)상에 기판(W)을 놓고 지지하도록 기판스테이지(330)의 지지프레임(336)의 상면에 기판(W)을 떨어뜨린다. 그런 다음에, 기판유지부(332)는 시일재료(348a, 348b)가 지지체(336)상에 지지된 기판(W)의 외주부 및 지지프레임(336)의 돌출부(340)의 상면과 각각 접촉하게 되도록 기판스테이지(330)에 대하여 하강되어, 외주부 및 기판(W)의 뒷면을 시일하고 기판(W)을 유지한다. 이와 같이, 기판홀더(316)에 의하여 유지된 기판(W)에 의하여, 기판홀더(316)는 모터(352)에 의하여 회전하고 수직으로 이동하도록 된다.
기판(W)이 기판(316)에 의하여 유지될 때에, 기판(W)의 뒷면은 열전도체(338)로 덮이고, 기판(W)의 외주부는 기판스테이지(330)의 지지프레임(336) 및 시일재료(348a, 348b)에 의하여 밀봉된다. 따라서, 기판홀더(316)에 의하여 기판(W)이 도금조(314)내에서 도금용액(312)내에 침지될 때에, 기판(W)의 뒷면 및 외주부는 도금용액과 접촉하지 않고, 따라서 도금되지 않는다.
기판홀더(316)에 의하여 유지된 기판(W)은 원통형 몸체(344)에 의하여 둘러싸이고, 연통구멍(350)은 소정 위치에 원통형 몸체(344)의 높이방향으로 형성된다. 따라서, 기판홀더(316)가 그것에 의하여 유지된 기판(W)과 함께 하강될 때에, 도금조(314)내에 유지된 도금용액(312)은 원통형 몸체(344)의 내측으로 흐르지 않다가,즉 도금용액(312)의 표면이 연통구멍(350)에 다다를 때까지 기판(W)의 도금될 표면(상면)상으로 흐르지 않다가, 도금용액(312)이 연통구멍(350)에 다다랐을 때에, 관통구멍(350)을 통하여 실린더 몸체(344)의 내측으로 흐르기 시작하고, 기판(W)의 도금될 표면이 도금용액(312)내에 침지된다.
도금용액(312)이 연통구멍(350)을 통하여 실린더몸체(344)의 내측으로 흐르기 시작하기 이전에, 기판스테이지(330)의 지지프레임(336) 및 열전도체(338)는 도금용액(312)과 접촉하게 되어, 기판홀더(316)에 의하여 유지된 기판(W) 및 지지프레임(336)은 도금용액(312)의 열 그 자체에 의하여 가열(예비가열)된다. 박막의 열전도체(338)를 사용하면, 열전도체(338)가 기판(W)의 뒷면의 요철을 따르게 되어, 접촉면적이 증가되고 기판(W)으로의 열전달효율이 향상된다. 또한, 높은 열용량을 갖는 유체(도금용액)를 열원으로서 사용하면, 단시간내에 보다 균일하게 기판을 가열할 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 기판(W)의 효율적인 열처리(예비열처리)를 위해, 필요에 따라 예비열처리위치, 즉 기판스테이지(330)의 하면이 도금조(314)내의 도금용액(312)과 접촉하게 되는 위치에서 기판홀더(316)가 일시적으로 중지하며, 도금용액(312)의 표면은 원통형 몸체(344)내에 형성된 연통구멍(350) 아래에 있다. 따라서, 기판홀더(316)가 중지되지 않고 도 15에 도시된 도금위치로 하강된 때에, 기판(W) 및 기판프레임(336)이 충분히 가열될 수 없을 경우에는, 기판홀더(316)는 기판(W) 및 지지프레임(336)을 안정된 온도에 이르게 하기 위해서 도금용액자체의 열에 의하여 가열되도록 예비가열위치에서 중지되고, 안정된 온도에 이른 후에는,기판홀더(316)가 도 15에 도시된 도금위치로 하강된다.
본 실시예의 무전해도금장치(10e)에 따르면, 사전설정된 온도, 예를 들어, 60℃로 가열된 도금용액(312)이 도금조(314)내로 도입되어, 오버플로위어(324)를 넘칠 수 있다. 반면, 기판홀더(316)가 도금조(314)에 대하여 상승된 위치에 있고, 기판유지부(332)가 기판스테이지(330)에 대하여 상승된 위치에 있을 때에, 기판(W)은 기판스테이지(330)안으로 삽입되고, 지지프레임(336)상에 놓이고 지지된다. 그 후, 기판유지부(332)는 시일재료(348a, 348b)가 각각 지지프레임(336)상에 지지된 기판(W)의 외주부 및 지지프레임(336)의 돌출부의 상면과 접촉하게 되도록 하강되어, 외주부 및 기판(W)의 뒷면을 시일하고 기판(W)을 유지한다.
이와 같이, 유지된 기판(W)을 가진 기판홀더(316)가 하강된다. 기판(W)이 내려감에 따라, 기판스테이지(330)의 하면이 도금조(314)내의 도금용액(312)과 가장 먼저 접촉하게 되고, 도금용액(312) 자체의 열에 의하여 기판(W) 및 지지프레임(336)이 가열(예비가열)되게 된다. 도금용액에 다다르기 이전에, 필요에 따라, 도금용액(312) 자체의 열에 의하여 안정된 온도로 기판(W) 및 지지프레임(336)을 가열하도록 도 14에 도시된 예비가열위치에서 기판홀더(316)가 멈출 수 있다. 그 후, 기판홀더(316)는 도 15에 도시된 도금위치로 하강된다.
기판유지부(332)의 기판(W) 및 지지프레임(336)이 도금용액(312)내에 침지되기 이전에 도금온도로 미리 가열되기 때문에, 기판(W)은 초기도금단계로부터 전체면에 걸쳐 균일한 도금온도로 유지될 수 있어, 균일한 막두께를 갖는 도금막이 형성될 수 있다. 도금시에, 도금될 표면의 전역에 걸쳐 균일한 용존산소농도 및 수소밀도를 형성하기 위해 기판(W)을 회전시킬 수 있다.
도금처리의 완료후에, 기판홀더(316)가 상승되고, 기판(W)의 상면에 남아 있는 도금용액은 예를 들어 흡입에 의하여 제거된다. 그 후, 기판홀더(316)는 세정위치등등으로 이송된다. 기판(W)을 회전시키면서, 세정액노즐(도시되지 않음)로부터 도금면을 냉각시키기 위하여 기판(W)의 도금면상에 세정액이 분사됨과 동시에, 도금면을 희석하고 세정하여 무전해도금반응을 종료시킨다.
그 후, 기판유지부(332)는 기판스테이지(330)에 대하여 상승되어, 기판(W)의 유지를 해제한다. 그런 후, 도금된 기판은 예를 들어 로봇의 손에 의하여 다음 단계로 이송된다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무전해도금장치를 도시한다. 이 무전해도금장치(10f)는 도 14 및 도 15에 도시된 무전해도금장치(10e)에 다음의 구성을 더한 것이다.
상세하게는, 무전해도금장치(10f)는 도금조(314) 위의 공간을 기밀하게 폐쇄하는 챔버(360)를 포함한다. 상기 챔버(360)는 N2가스와 같은 불활성가스를 챔버(360)내로 도입하는 불활성가스도입구(360a)를 가진다.
또한, 무전해도금장치(10f)에는 초기도금용액조성탱크(361)가 제공된다. 초기도금용액조성탱크(361)로부터 도금조(314)로 연장된 도금용액공급파이프(320)는 도중에 펌프(362) 및 필터(363)를 가진다. 또한, 초기도금용액조성탱크(361)는 도금용액복귀파이프(364)를 매개로 도금용액배출구멍(328)과 연통해 있다. 초기도금용액조성탱크(361)에는 초기도금용액조성탱크(361)내의 도금용액(312)의 온도를 조절하는 도금용액온도조절기(365)가 구비되어 있다. 또한, 도금용액(312)의 농도를 조정하는 복수의 도금용액농도조정탱크(366)가 초기도금용액조성탱크(361)에 연결되어 있다.
펌프(362)의 작동에 의하여, 도금용액(312)은 도금조(314)와 초기도금용액조성탱크(361) 사이를 순환하게 된다. 따라서, 초기도금용액조성탱크(361)를 제공함으로써 도금용액(312)의 다양한 성분의 농도 및 용액의 온도가 제어될 수 있다.
본 실시예에 따르면, N2가스와 같은 불활성가스를 챔버(360)내로 도입함으로써, 도금막상의 도금용액(312)내의 용존산소의 역효과를 없앨 수 있다. 또한, 제어된 온도로 제어된 성분농도를 갖는 도금용액(312)은 도금조(314)안으로 순차적으로 도입될 수 있다.
상술된 실시예에서, 도금장치는 도금될 표면이 위쪽을 향하는 상태에서 기판이 도금되는 상향시스템을 이용한다. 하지만, 본 발명은 기판의 뒷면에 공급된 유체에 의하여 기판의 온도가 일정하게 제어될 수 있는 여타의 도금장치에도 적용할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 도금될 표면이 아래쪽을 향하여(하향하여) 또는 횡방향으로 향하는 상태에서 도금되는 도금장치에 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상향시스템을 이용한 도금장치로 제한되지 아니한다.
도 17 내지 도 18은 하향시스템을 이용하는 무전해도금장치를 도시한다. 이 무전해도금장치(10h)는 도금될 표면(S)이 아래를 향하는(하향) 방식으로 반도체웨이퍼와 같은 기판(W)을 잡아주는 기판홀더(410)를 가진다. 기판(W)의 외측외주부를 밀봉하는 시일 링(414)이 기판홀더(410)의 하부에 장착된다. 기판(410)은 수직으로 이동할 수 있고, 또한 하향개방된 하우징(412)과 일치하여 회전할 수 있도록 하우징(412)내에 하우징된다. 하우징(412)은 수직으로 이동할 수 있고 회전할 수 있는 메인샤프트(416)의 하단에 연결되고, 안쪽으로 돌출되어 기판(W)의 외측외주부를 유지하는 홀딩클로(holding claw)(418)를 형성하는 하단 및 개구부(420)를 갖는 주변벽을 가져 기판(W)이 안팎으로 운반되도록 한다. 무전해도금장치(10h)는 기판의 뒷면으로 유체를 공급하는 메인샤프트(416)내에 제공된 파이프(도시되지 않음) 및 메인샤프트(416) 및 기판의 뒷면으로부터 유체를 배출하는 기판홀더내에 제공된 파이프(440)를 가진다. 이들 파이프는 개별적으로 제공되거나 이중튜브로서 일체로 제공될 수 있다.
무전해도금용액을 유지하는 도금조(424)는 하우징(412)아래에 배치된다. 도금조(424)는 그 안에 도금용액을 유지하는 도금챔버(428)를 가진다. 도금챔버(428)의 외주는 오버플로댐(overflow dam)(430)에 의하여 둘러싸여 있고, 도금용액배출통로(432)는 오버플로댐(430)의 바깥쪽에 형성되어 있다. 따라서, 도금용액이 위쪽으로 흐르고 도금챔버(428)안으로 도입되어, 오버플로댐(430)을 흘러 넘치면, 도금용액배출통로(432)를 통하여 외부로 배출된다.
이 실시예에 따른 무전해도금장치(10h)에서, 기판(W)은 먼저 개구부(420)를 통하여 하우징(412)으로 도입되고, 홀딩클로(418)상에 놓인 기판(W)을 유지하도록 기판홀더(410)가 하강된다. 한편, 일정한 온도로 가열된 도금용액은도금챔버(428)안으로 도입되고 오버플로댐(430)을 넘치게 된다. 이러한 상태에서, 기판(W)은 기판(W)의 표면에 구리도금을 가하기 위해서 회전하면서 하강되어, 도금챔버(428)내의 도금용액내에 기판(W)이 담궈진다.
상술된 실시예는 무전해도금장치에 대한 본 발명의 적용에 관련된 것이지만, 본 발명은 도금전류가 음극과 양극 사이를 통하도록 되어 있는 전해도금장치에 적용할 수 있음은 물론이다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 도금장치에 따르면, 소위 상향이나 하향시스템이 채택된다. 기판의 뒷면 및 외주부의 시일링을 유지하면서 처리될 기판을 도금용액내에 침지시켜 도금이 수행되는 경우, 도금시에 발생된 수소가스는 기판의 도금될 표면으로부터 용이하게 방출될 수 있어 안정하게 도금이 수행될 수 있다.
또한, 도금용액내에 기판을 침지시켜 도금용액의 열에 의해 처리될 기판을 가열하면, 처리될 기판은 전체면에 걸쳐 균일한 도금온도로 유지될 수 있어, 균일한 막두께를 가진 도금막이 형성될 수 있다.
또한, 불활성가스분위기하에 도금조를 놓음으로써, 도금막에 대한 도금용액내의 용존산소의 악영향을 없앨 수 있다.
도 19는 기판처리장치의 예시의 평면도이다. 기판도금장치는 로딩/언로딩부(510), 각각 한 쌍의 세정/건조부(512), 제1기판스테이지(514), 베벨에칭/화학세정부(516) 및 제2기판스테이지(518), 기판을 180°로 반전시키는 기구가 제공되는 세척부(520) 및 4개의 도금장치(522)를 가진다. 또한, 도금기판장치에는 로딩/언로딩부(510), 세정/건조부(512) 및 제1기판스테이지(514) 사이로 기판을 이송하는 제1이송장치(524) 및 제1기판스테이지(514), 베벨에칭/화학세정부(516) 및 제2기판스테이지(518) 사이로 기판을 이송하는 제2이송장치(526), 및 제2기판스테이지(518), 세척부(520) 및 도금장치(522) 사이로 기판을 이송하는 제3이송장치(528)를 포함한다.
기판이송장치는 도금장치를 도금공간(530) 및 세정공간(540)으로 분할하는 격벽(523)을 가진다. 공기는 개별적으로 도금공간(530) 및 세정공간(540)의 각각에 공급되고 배기될 수 있다. 격벽(523)은 개방하고 폐쇄할 수 있는 셔터(도시되지 않음)를 가진다. 세정공간(540)의 압력은 대기압보다 낮고 도금공간(530)의 압력보다 높다. 이는 세정공간(540)의 공기가 도금장치로부터 유출되는 것을 방지 수 있고 도금공간(530)내의 공기가 세정공간(540)으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 20은 도금기판장치내의 공기흐름을 도시하는 개략도이다. 세정공간(540)에, 깨끗한 외부공기가 파이프(543)를 통하여 도입되고, 고성능필터(544)를 통해 팬에 의하여 세정공간(540)으로 밀려 들어간다. 따라서, 하향류청정공기는 천장(545a)으로부터 세정/건조부(512) 및 베벨에칭/화학세정부(516)로 공급된다. 공급된 청정공기의 대부분은 바닥(545b)으로부터 순환파이프(552)를 통하여 천장(545a)으로 복귀되고, 고성능필터(540)를 통해 팬에 의하여 세정공간(540)으로 다시 밀려들어 가므로, 청정공기(540)내에서 순환한다. 공기의 일부는 세정/건조부(512) 및 베벨에칭/화학세정부(516)로부터 파이프(546)를 통하여 외부로 배출되어, 세정공간(540)의 압력은 대기압보다 낮게 설정된다.
세척부(520) 및 그 안에 도금장치(522)를 갖는 도금공간(530)은 세정공간이 아니다(그러나, 오염구역이다). 하지만, 기판의 표면으로 입자가 부착되는 것을 허용할 수는 없다. 그러므로, 도금공간(530)내에, 파이프(547)를 통하여 깨끗한 외부공기가 도입되고, 하향류청정공기가 고성능필터(548)를 통해 팬에 의하여 밀려들어와, 입자가 기판의 표면에 부착되는 것이 방직된다. 하지만, 하향류청정공기의 전체유속이 외부공기공급에 의하여만 공급되고 및 배출되는 경우, 막대한 공기공급 및 배기가 요구된다. 그러므로, 도금공기(530)의 압력이 세정공간(540)의 압력보다 낮게 유지되는 상태에서, 파이프(553)를 통하여 외부로 공기가 방출되고, 하향류의 대부분은 바닥(549b)로부터 연장된 순환파이프(550)를 통한 순환공기에 의하여 공급된다.
따라서, 순환파이프(550)를 통하여 천장(549a)으로 복귀된 공기는 고성능필터(548)를 통해 팬에 의하여 도금공간(530)으로 다시 밀려 들어간다. 그러므로, 청정공기는 도금공간(530)으로 공급되어, 도금공간(530)내에서 순환한다. 이 경우, 화학 연무(mist)를 함유하는 공기나 세척부(520), 도금부(522), 제3이송장치(528) 및 도금용액조절조(551)로부터 방출된 가스는 파이프(553)를 통하여 외부로 배출된다. 따라서, 도금공간(530)의 압력은 세정공간(540)의 압력보다 낮도록 제어된다.
로딩/언로딩부(510)내의 압력은 도금공간(530)내의 압력보다 높은 세정공간(540)내의 압력보다 높다. 그러므로, 셔터(도시되지 않음)가 개방될 때에, 도 21에 도시된 바와 같이, 공기는 로딩/언로딩부(510), 세정공간(540) 및 도금공간(530)을 통하여 순차적으로 흐른다. 세정공간(540) 및 도금공간(530)으로부터 배출된 공기는 도관(552, 553)을 통하여 클린룸의 바깥으로 연장된 공통도관(554)(도 22참조)으로 흐른다.
도 22는 클린룸내에 놓인, 도 19에 도시된 기판도금장치의 사시도이다. 로딩/언로딩부(510)는 그 안에 형성된 카세트이송포트(555) 및 제어패널(556)을 가지며, 측벽(557)에 의하여 클린룸내에 구획되어 있는 작업구역(558)에 노출되어 있는 측면벽을 포함한다. 또한, 상기 격벽(557)은 기판도금장치가 설치되는 클린룸내의 유틸리티구역(559)을 구획한다. 기판도금장치의 다른 측면벽들은 공기청정도가 작업구역(558)내의 공기청정도보다 낮은 유틸리티구역(559)에 노출되어 있다.
도 23은 기판도금장치의 또 다른 예시를 도시한 평면도이다. 도 23에 도시된 기판도금장치는 반도체기판을 로딩하는 로딩유닛(601), 반도체기판을 구리로 도금하는 구리도금챔버(602), 반도체기판을 물로 세정하는 한 쌍의 물세정챔버(603, 604), 반도체기판을 화학적으로 또한 물리적으로 폴리싱하는 화학적기계적폴리싱유닛(605), 반도체기판을 물로 세정하는 한 쌍의 물세정챔버(606, 607), 반도체기판을 건조시키는 건조챔버(608), 및 그 위의 배선막을 가진 반도체기판을 언로딩하는 언로딩유닛(609)을 포함한다. 또한, 기판도금장치는 챔버(602, 603, 604)로 반도체기판을 이송하는 기판이송기구(도시되지 않음), 화학적기계적폴리싱유닛(605), 챔버(606, 607, 608) 및 언로딩유닛(609)을 구비한다. 로딩유닛(601), 챔버(602, 603, 604), 화학적기계적폴리싱유닛(605), 챔버(606, 607, 608) 및 언로딩유닛(609)은 장치로서 하나의 단일배치로 결합된다.
기판도금장치는 다음과 같이 작동한다. 기판이송기구는 배선막이 아직 형성되지 않은 반도체기판(W)을 로딩유닛(601)내에 놓인 기판카세트(601-1)로부터 구리도금장치(602)로 이송한다. 구리도금장치(602)에서, 도금된 구리막은 배선트렌치 및 배선홀(콘택홀)로 이루어진 배선지역을 갖는 반도체기판(W)의 표면상에 형성된다.
구리도금챔버(602)에서 도금된 구리막이 반도체기판(W)상에 형성된 후에는, 반도체기판(W)은 반도체이송에 의하여 물세정챔버(603, 604) 중 하나로 이송되고, 물세정챔버(603, 604) 중의 하나에서 물로 세정된다. 세정된 반도체기판(W)은 기판이송기구에 의하여 화학적기계적폴리싱기구(605)로 이송된다. 화학적기계적폴리싱기구(605)는 배선트렌치 및 배선홀내의 도금구리막의 부분을 남겨 두면서 반도체기판(W)의 표면으로부터 원치않는 도금구리막을 제거한다. 도금구리막이 퇴적되기 이전에, 배선트렌치 및 배선홀의 내면을 포함하는 반도체기판(W)의 표면상에 TiN등등으로 이루어진 배리어층이 형성된다.
그 후, 도금구리막이 남아 있는 반도체기판(W)은 기판이송기구에 의하여 물세정챔버(606, 607) 중 하나로 이송되고, 물세정챔버(606, 607) 중 하나에서 물로 세정된다. 그 다음, 세정된 반도체기판(W)은 건조챔버(608)에서 건조된다. 배선막으로서 역할하는 남아있는 도금구리막을 가진 건조된 반도체기판(W)은 언로딩유닛(609)내의 기판카세트(609-1)안으로 놓인다.
도 24는 기판도금장치의 또 다른 예시를 도시한 평면도이다. 도 24에 도시된 기판도금장치는 구리도금챔버(602), 물세정챔버(610), 전처리챔버(611), 반도체기판상의 도금구리막상에 보호도금층을 형성하는 보호층도금챔버(612), 물세정챔버(613, 614) 및 화학적기계적폴리싱유닛(615)을 추가로 포함한다는 점에서, 도 23에 도시된 기판도금장치와는 다르다. 챔버(602, 602, 603, 604, 614), 화학적기계적폴리싱유닛(605, 615), 챔버(606, 607, 608, 610, 611, 612, 613) 및 언로딩유닛(609)은 장치로서 하나의 단일배치로 결합된다.
도 24에 도시된 기판도금장치는 다음과 같이 작동한다. 반도체기판(W)은 차례대로 로딩유닛(601)내에 놓인 기판카세트(601-1)로부터 구리도금챔버(602, 602) 하나로 공급된다. 구리도금챔버(602, 602) 중 하나에서, 배선트렌치 및 배선홀(콘택홀)으로 구성된 배선지역을 갖는 반도체기판(W)의 표면상에 도금구리막이 형성된다. 두개의 구리도금챔버(602, 602)가 채택되어 반도체기판(W)이 장시간동안 구리막으로 도금되도록 한다. 상세하게, 반도체기판(W)은 구리도금챔버(602) 중 하나내에서 무전해도금에 의해 1차구리막으로 도금된 다음, 다른 구리도금챔버(602)내에서 전기도금에 의해 2차구리막으로 도금될 수 있다. 기판도금장치는 두 개의 도금챔버이상을 가질 수도 있다.
그 위에 형성된 도금구리막을 갖는 반도체기판(W)은 물세정챔버(603, 604) 중 하나내에서 물로 세정된다. 그 다음에, 화학적기계적폴리싱유닛(605)은 배선트렌치 및 배선홀내의 도금구리막의 부분은 남겨 놓고 반도체기판(W)의 표면으로부터 원치않는 도금구리막의 부분을 제거한다.
그 후, 도금구리막이 남아 있는 반도체기판(W)은 물세정챔버(610)로 이송되고, 거기에서 반도체기판(W)은 물로 세정된다. 그런 후, 반도체기판(W)은 전처리챔버(611)로 이송되고, 보호도금층의 퇴적을 위해 그 안에서 전처리된다. 전처리된 반도체기판(W)은 보호층도금챔버(612)로 이송된다. 보호층도금챔버(612)에서, 반도체기판(W)상의 배선지역내의 도금구리막상에 보호도금층이 형성된다. 예를 들어, 보호도금층은 무전해도금에 의하여 니켈(Ni)과 붕소(B)의 합금으로 형성된다.
물세정챔버(613, 614) 중 하나에서 반도체기판이 세정된 후에, 도금구리막에 퇴적된 보호도금층의 상부는 화학적기계적폴리싱유닛(614)에서 보호도금층을 평탄화하기 위해 폴리싱된다.
보호도금층이 폴리싱된 후에, 반도체기판(W)은 물세정챔버(606, 607) 중 하나내에서 물로 세정되고, 건조챔버(608)내에서 건조된 후, 언로딩유닛(609)내에서 기판카세트(609-1)로 이송된다.
도 25는 기판도금장치의 또 다른 예시를 도시한 평면도이다. 도 25에 도시된 바와 같이, 기판처리장치는 로봇(616)을 포함하고, 상기 로봇의 중심에는 로봇아암(616-1)을 가지며, 또한 로봇(616) 주위에 배치되어 있고 로봇아암(616-1)의 작업범위내에 위치되어 있는 구리도금챔버(602), 한 쌍의 물세정챔버(603, 604), 화학적기계적폴리싱유닛(605), 전처리챔버(611), 보호층도금챔버(612), 건조챔버(608), 및 로딩/언로딩유닛(607)을 가지고 있다. 반도체기판을 로딩하는 로딩부(601) 및 반도체기판을 언로딩하는 언로딩유닛(609)은 로딩/언로딩장치(617)에 인접하여 배치된다. 로봇(616), 챔버(602, 603, 604), 화학적기계적폴리싱유닛(605), 챔버(608, 611, 612), 로딩/언로딩스테이션(617), 로딩유닛(601) 및 언로딩유닛(609)은 장치로서 하나의 단일배치로 결합된다.
도 25에 도시된 기판도금장치는 다음과 같이 작동한다.
도금될 반도체기판은 로딩유닛(601)으로부터 로딩/언로딩장치(617)로 이송되고, 거기로부터 로봇아암(616-1)에 의하여 반도체기판이 수용되어 구리도금장치(602)로 이송된다. 구리도금챔버(602)에서, 배선트렌치 및 배선홀로 구성된 배선지역을 갖는 반도체기판의 표면상에 도금구리막이 형성된다. 그 위에 형성된 도금구리막을 갖는 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의하여 화학적기계적폴리싱유닛(605)으로 이송된다. 화학적기계적폴리싱유닛(605)에서, 도금구리막은 배선트렌치 및 배선홀내의 구리도금막의 부분을 남기면서 반도체기판(W)의 표면으로부터 제거된다.
그런 후, 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 퇴적을 위해 그 안에서 전처리된다. 전처리된 반도체기판은 로봇아암(616-1)에 의하여 보호층도금챔버(612)로 이송된다. 보호층도금챔버에서, 보호도금층은 반도체기판(W)상의 배선지역내의 도금구리막상에 형성된다. 그 위헤 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/언로딩장치(617)로 이송되고, 거기로부터 도금된 반도체기판이 언로딩유닛(609)으로 이송된다.
도 26은 반도체기판처리장치의 또 다른 예시를 도시한 평면구성도이다. 반도체기판처리장치는 로딩/언로딩부(701), 도금Cu막형성유닛(702), 제1로봇(703)제3세정기(704), 반전기(705), 반전기(706), 제2세정기(707), 제1폴리싱장치(710), 및 제2폴리싱장치(711)가 제공되는 구성으로 이루어져 있다. 도금전후에 막두께를 측정하는 도금전 및 도금후 막두께측정계(712) 및 폴리싱 후에 건조상태에서 반도체기판(W)의 막두께를 측정하는 건조상태막두께측정계(713)는 제1로봇(703)의 근처에 놓여 있다.
제1폴리싱장치(폴리싱유닛)(710)는 폴리싱테이블(710-1), 톱링(710-2), 톱링헤드(710-3), 막두께측정계(710-4) 및 푸셔(710-5)를 가진다. 제2폴리싱장치(폴리싱유닛)(711)는 폴리싱테이블(711-1), 톱링(711-2), 톱링(711-3), 막두께측정계(711-4) 및 푸셔(711-5)를 가진다.
배선용 비아홀 및 트렌치가 형성되고 그 위에 시드층이 형성된 반도체기판(W)을 수용하는 카세트(701-1)가 로딩/언로딩부(701)의 로딩부상에 놓인다. 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 막두께를 측정한다. 도금Cu막은 반도체기판(W)면의 친수성처리를 수행한 다음 Cu도금하여 형성된다. 도금Cu막의 형성 후에, 도금Cu막형성유닛(702)에서 반도체기판(W)의 헹굼이나 세정이 수행된다.
반도체기판(W)이 제1로봇(703)에 의하여 도금Cu막형성유닛(702)으로부터 꺼내질 때에, 도금전 및 도금후 막두께측정계(712)로 도금Cu막의 막두께를 측정한다.그 측정결과는 반도체기판상의 기록데이터로서 기록장치(도시되지 않음)로 기록되고, 도금Cu막형성유닛(702)의 비정상의 판단에 사용된다. 도금막의 측정 후에, 제1로봇(703)은 반전기(705)로 반도체기판(W)을 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 서술한다.
직렬모드폴리싱에서, 1차 폴리싱은 폴리싱장치(710)에 의하여 수행되고, 2차 폴리싱은 폴리싱장치(711)에 의하여 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 하여 1차 폴리싱을 수행한다. 1차 폴리싱에 의하여, 도금Cu막이 기본적으로 폴리싱된다. 폴리싱테이블(710-1)의 폴리싱면은 IC1000과 같은 발포된 폴리우레탄 또는 그 위에 고정되거나 그 안에 함침된 연삭입자를 갖는 물질로 구성되어 있다. 폴리싱면과 반도체기판(W)과 상대운동에 의하여, 도금Cu막이 폴리싱된다.
도금Cu막의 폴리싱의 완료후에, 반도체기판(W)은 톱링(710-2)에 의하여 푸셔(710-5)상에 복귀된다. 제2로봇(708)은 반도체기판(W)을 집어, 그것을 제1세정기(709)안으로 도입한다. 이 때에, 입자를 제거하거나 입자가 거기로 부착되기 어렵게 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 되어 2차 폴리싱을 실행한다. 폴리싱테이블의 구성은 톱링(711-2)과 동일하다. 이 2차 폴리싱에 의하여 배리어층이 폴리싱된다. 하지만, 1차 폴리싱이 폴리싱된 후에도 Cu막 및 산화막이 남아 있는 경우가 있을 수도 있다.
폴리싱테이블(711-1)의 폴리싱면은 IC-1000과 같은 발포된 폴리우레탄 또는 그 위에 고정되거나 그 안에 함침된 연삭입자를 갖는 물질로 구성되어 있다. 폴리싱면과 반도체기판(W)과의 상대운동에 의하여, 폴리싱이 수행된다. 이 때에, 연삭입자 또는 슬러리로서 실리카, 알루미나, 세리아등등이 사용된다. 폴리싱될 막의 종류에 따라 화학액이 조정된다.
광학막두께측정계를 주로 사용하여 배리어층의 막두께를 측정하고, 0이 된 막두께를 검출함으로써, 즉 SiO2를 포함하는 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 아닌지를 판정하는 데 사용된다. 2차 폴리싱의 종료점에 이르지 않은 경우, 재폴리싱이 실행된다. 어떤 비정상성으로 인하여 규정된 값을 너머 과도하게 폴리싱이 수행된 경우, 다음 폴리싱을 피하도록 반도체기판처리장치가 중지되어 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 입자가 거기로 붙기 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. 표면활성제, 킬레이트제 또는 pH 조절제가 첨가된 순수를 포함하는 세정액을 사용하는 PVA 스폰지로 반도체기판(W)의 면이 스크럽된다. 반도체기판(W)의 뒷면을 향하여 DHF와 같은 강한 화학액이 노즐로부터 분출되어 그 위에 확산된 Cu의 에칭이 실행된다. 확산의 문제가 없다면, 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, 반전기(706)는 반도체기판(W)을 반전시킨다. 반전된 반도체기판(W)은 제1로봇에 의하여 집혀, 제3세정기(704)로 이송된다. 제3세정기(704)에서, 반도체기판(W)을 세정하기 위해 초음파진동에 의하여 여기된 메가소닉수가 반도체기판(W)의 면을 향하여 분출된다. 이 때에, 반도체기판(W)의 면은 표면활성제, 킬레이트제 또는 pH 조절제가 첨가된 순수를 포함한 화학액을 이용하는 공지된 펜슬형 스폰지로 세정된다. 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 더이상의 처리가 필요없으므로 로딩/언로딩부(701)의 언로딩부상에 놓인 카세트안으로 수용된다.
도 27은 반도체기판처리장치의 또 다른 일례를 도시한 평면구성도이다. 기판처리장치는 도 26의 도금Cu막형성유닛(702) 대신에 캡도금유닛(750)이 제공된다는 점에서 도 26에 도시된 기판처리장치와는 다르다.
도금Cu막이 형성된 반도체기판(W)을 수용하는 카세트(701-1)는 로딩/언로딩부(701)의 로드포트상에 놓인다. 카세트(701-1)로부터 꺼내진 반도체기판(W)은 도금Cu막의 표면을 폴리싱하는 제1폴리싱장치(710)나 제2폴리싱장치로 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 실시되는 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/언로딩부(701)상에 놓인 카세트(701-1)안으로 복귀된다.
도 28은 반도체기판처리장치의 또 다른 예시를 도시한 평면구성도이다. 상기 기판처리장치는 도 27의 제1세정기 대신에 어닐링유닛(751)이 제공된다는 점에서 도 27에 도시된 기판처리장치와는 다르다.
폴리싱유닛(710 또든 711)내에서 폴리싱되고 상술된 제2세정기(707)내에서 세정된 반도체기판(W)은 도금Cu막의 표면상에 캠도금이 적용되는 캡도금유닛(750)으로 이송된다. 캡도금이 적용된 반도체기판은 제2로봇에 의하여 캡도금유닛(750)으로부터 세정되는 제2세정기(707)로 운반된다.
제2세정기(707)내에서의 세정의 완료후에, 반도체기판(W)은 기판이 어닐링되는 어닐링유닛(751)으로 이송되어, 도금Cu막의 일렉트로마이그레이션 저항을 증가시키도록 도금Cu막이 합금된다. 어닐링처리가 적용된 반도체기판(W)은 어닐링유닛(751)으로부터 순수 또는 탈이온수로 세정되는 제2세정기(707)로 운반된다. 세정의 완료 후에 반도체기판(W)은 로딩/언로딩부(701)상에 놓인 카세트(701-1)안으로 복귀된다.
도 29는 기판처리장치의 또 다른 예시를 도시한 평면레이아웃구성도이다. 도 29에서, 도 26과 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일부나 대응부를 도시한다. 기판처리장치에서, 푸셔인덱서(725)는 제1폴리싱장치(710) 및 제2폴리싱장치(711)에 근접하여 배치된다. 기판배치테이블(721, 722)은 각각 제3세정기(704) 및 도금Cu구리막형성유닛(702)에 근접하여 배치된다. 로봇(723)은 제1세정기(709) 및 제3세정기(704)에 근접하여 배치된다. 또한, 로봇(724)은 제2세정기(707) 및 도금Cu막형성유닛(702)에 근접하여 배치되고, 건조상태막두께측정계(713)는 로딩/언로딩부(701) 및 제1로봇(703)에 근접하여 배치된다.
상기 구성의 기판처리장치에서, 제1로봇(703)은 로딩/언로딩부(701)의 로드포트상에 놓인 카세트(701-1)로부터 반도체기판(W)을 꺼낸다. 건조상태막두께측정계(713)로 배리어층 및 시드층의 막두께가 측정된 후에, 제1로봇(703)은 기판배치테이블(721)상에 반도체기판(W)을 놓는다. 건조상태막두께측정계(713)가 제1로봇(703)의 손에 제공되는 경우에는, 그 위의 막두께가 측정되고, 기판배치테이블(721)상에 기판이 놓인다. 제2로봇(723)은 도금Cu막이 형성되는 도금Cu막형성유닛(702)으로 기판배치테이블(721)상의 반도체기판(W)을 이송한다. 도금Cu막의 형성후에는, 도금전 및 도금후 막두께측정계(712)로 도금Cu막의 막두께가 측정된다. 그런 후, 제2로봇(723)은 푸셔인덱서(725)로 반도체기판(W)을 이송하여 그 위에 그것을 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, 반도체기판은 세정을 위해 제2세정기(707)안으로 운반된다. 그 후, 반도체기판(W)은 제3세정기(704)안으로 운반되어, 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, 제3로봇은 반도체기판(W)을 집어 그것을 기판배치테이블(722)상에 놓는다.
제1로봇(703)은 건조상태막두께측정계(713)로 기판배치테이블(722)상의 반도체기판(W)을 이송한다. 막두께가 측정된 후에, 반도체기판(W)은 로딩/언로딩부(701)의 카세트(701-1)로 복귀된다.
도 30은 기판처리장치의 또 다른 예시를 도시한 평면레이아웃구성도이다. 기판처리장치는 배선을 형성하기 위해 시드층 및 시드층이 형성되지 않은 반도체기판상에 도금Cu막을 형성하고, 이들 막을 폴리싱하는 기판처리장치이다.
기판폴리싱장치에서, 푸셔인덱서(725)는 제1폴리싱장치(710) 및 제2폴리싱장치(711)에 근접하여 배치되고, 기판배치테이블(721, 722)은 각각 제2세정기(707) 및 시드층형성유닛(727)에 근접하여 배치되며, 로봇(723)은 시드층형성유닛(727) 및 도금Cu막형성유닛(702)에 근접하여 배치된다. 또한, 로봇(724)은 제1세정기(709) 및 제2세정기(707)에 근접하여 배치되고, 건조상태막두께측정계(713)는 로딩/언로딩부(701) 및 제1로봇(703)에 근접하여 배치된다.
제1로봇은 로딩/언로딩부(701)의 로드포트상에 놓인 카세트(701-1)로부터 배리어층을 갖는 반도체기판(W)을 꺼내, 그것을 기판배치테이블(721)상에 놓는다. 다음, 제2로봇(723)은 시드층이 형성되는 시드층형성유닛(727)으로 반도체기판(W)을 이송한다. 상기 시드층은 무전해도금으로 형성된다. 제2로봇은 그 위에 시드층이 있는 반도체기판이 도금전 및 도금후 막두께측정계(712)에 의하여 시드층의 두께가 측정될 수 있게 한다. 막두께의 측정후에, 반도체기판은 도금Cu막이 형성되는 도금Cu막형성유닛(702)안으로 운반된다.
도금Cu막의 형성후에, 그 막두께가 측정되고, 푸셔인덱서(725)로 반도체기판이 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 막두께측정계(710-4 또는 711-4)로 반도체기판(W)을 이송한다. 그 후, 톱링(710-2 또는 711-2)은 푸셔인덱서(725)로 반도체기판(W)을 이송하여 그 위에 그것을 놓는다.
그 다음, 제3로봇(724)은 푸셔인덱서(725)로부터 반도체기판(W)을 집어 그것을 제1세정기(709)로 운반한다. 제3로봇(724)은 제1세정기(709)로부터 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 건조상태막두께측정계(713)로 그것을 이송하고, 로딩/언로딩부(701)의 언로드포트상에 놓인 카세트(701)안으로 그것을 운반한다.
도 30에 도시된 기판처리장치에서는, 그 안에 형성된 회로패턴의 비아홀 또는 트렌치를 가진 반도체기판(W)상에 배리어층, 시드층 및 도금Cu막을 형성하고 폴리싱함으로써 배선이 형성된다.
배리어층의 형성 이전에 반도체기판(W)을 수용하는 카세트(701-1)가 로딩/언로딩부(701)의 로드포드상에 놓인다. 제1로봇(703)은 로딩/언로딩부(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 31은 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/언로딩부(820), 제1폴리싱장치(821), 제2폴리싱장치(822), 제1로봇(831), 제2로봇(832), 제3로봇(833), 제4로봇(834)이 제공된다. 막두께측정계(841, 842, 846)는 여타의 유닛(도금, 세정, 어닐링유닛등등)의 정면치수와 동일한 크기를 갖는 유닛이므로, 상호교환할 수 있다.
이 예에서, 배리어층형성유닛(811)으로는 무전해 Ru 도금장치가, 시드층형성유닛(812)으로는 무전해 Cu도금장치가, 또한 도금막형성유닛(813)으로는 전해도금장치가 사용될 수 있다.
도 32는 본 기판처리장치에서의 각각의 단계의 흐름을 도시한 플로우차트이다. 이 플로우차트에 따라 상기 장치에서의 각각의 단계를 설명한다. 먼저, 로드 및 언로드부(820)상에 놓인 카세트(820a)로부터 제1로봇(831)에 의하여 꺼내진 반도체기판은 도금될 표면이 위로 향한 상태에서 제1얼라이너 및 막두께측정계(841)내에 놓인다. 막두께측정이 행해지는 위치에 대한 기준점을 설정하기 위해서, 막두께측정을 위한 노치정렬이 실행된 다음, Cu막의 형성전의 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 반도체디바이스의 층간절연막(예를 들어, SiO2)안으로 Cu가 확산되는 것을 방지하는 막으로서 Ru막을 형성한다. 세정 및 건조 후에 배출된 반도체기판은 제1로봇(831)에 의하여 제1얼라이너, 및 반도체기판의 막두께, 즉 배리어층의 막두께가 측정되는 막두께측정계(841)로 이송된다.
막두께측정후에 반도체기판은 제2로봇(832)에 의하여 시드층형성유닛(812)안으로 운반되고, 시드층은 무전해 Cu 도금에 의하여 배리어층상에 형성된다. 함침도금유닛인 도금막형성유닛(813)으로 반도체기판이 이송되기 전에, 세정 및 건조단계후에 배출된 반도체기판은 제2로봇(832)에 의하여 노치위치의 결정을 위해 제2얼라이너 및 막두께측정계(842)로 이송된 다음, 막두께측정계(842)에 의하여 Cu도금을 위한 노치정렬이 실행된다. 필요한 경우, Cu막의 형성전의 반도체기판의 막두께가 막두께측정계(842)내에서 다시 측정될 수 있다.
노치정렬을 완료한 반도체기판은 제3로봇(833)에 의하여 반도체기판상에 Cu도금이 실시되는 도금막형성유닛(813)으로 이송된다. 세정 및 건조단계 후에 배출된 반도체기판은 제3로봇(833)에 의하여 반도체기판의 외주부의 불필요한 Cu막(시드층)을 제거하는 베벨 및 뒷면세정유닛(816)으로 이송된다. 베벨 및 배면세정유닛(816)에서, 베벨은 미리설정된 시간으로 에칭되고, 반도체기판의 뒷면에 부착된 Cu는 플루오르화수소산과 같은 화학액으로 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 수있으며, 얻어진 결과에 기초하여 에칭을 수행하도록 베벨에칭시간이 임의로 변경될 수 있다. 베벨에칭에 의하여 에칭된 지역은 기판의 외주에지부에 해당하며 그 안에 회로가 형성되지 않은 영역이거나, 회로가 형성되었을 지라도 최종적으로 칩으로서 활용되지 않는 영역이다. 이 영역내에 베벨영역이 포함된다.
베벨 및 뒷면세정유닛(816)에서 세정 및 건조단계 후에 배출된 반도체기판은 제3로봇(833)에 의하여 기판반전기(843)로 이송된다. 반도체기판은 도금면이 아래를 향하도록 하기 위해 기판반전기(843)에 의하여 뒤집힌 후, 제4로봇(834)에 의하여 어닐링유닛(814)안으로 반도체기판이 도입되어, 배선부를 안정시킨다. 어닐링처리 전후에, 반도체기판상에 형성된 구리박의 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, 바람직한 연삭입자 등등이 사용되나, 디싱을 방지하고 면의 평탄도를 향상시키기 위해서 고정연삭제가 사용될 수 있다. 1차 폴리싱의 완료후에, 반도체기판은 기판이 세정되는 제1세정유닛(815)으로 제4로봇(834)에 의하여 이송된다. 이 세정은 반도체기판의 직경과 실질적으로 같은 길이를 갖는 롤이 반도체기판의 정면 및 배면상에 놓이는 스크럽세정이고, 순수 또는 탈이온수가 흐르는 동안 반도체기판 및 롤이 회전되어, 반도체기판의 세정이 실행된다.
1차 세정의 완료후에, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여 반도체기판상의 배리어층을 폴리싱하는 제2폴리싱장치(822)로 이송된다. 이 때에, 바람직한 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 재이송된다. 세정의 완료후에, 반도체기판은 제4로봇(834)에 의하여 도금면이 위로 향하도록 하기 위해 반도체기판을 반전시키는 제2기판반전기(844)로 이송된 다음, 반도체기판은 제3로봇에 의하여 기판임시배치테이블(845)상에 놓인다.
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 완료후에 반도체기판은 로딩/언로딩부(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 수 있다. 이 경우에, 도금막은 도금막형성유닛(813)에서 바로 배리어층상에 형성될 수 있다.
베벨 및 뒷면세정유닛(816)은 에지(베벨) Cu 에칭과 배면세정을 동시에 실행할 수 있으며, 기판면상의 회로형성부에서의 자생적인 구리산화막의 성장을 억제할 수 있다. 도 33은 베벨 및 배면세정유닛(816)의 개략도를 도시한다. 도 33에 도시된 바와 같이, 베벨 및 배면세정유닛(816)은, 기판의 외주에지부의 원주방향을 따라 복수의 위치에서 스핀척(921)에 의하여 기판(W)을 수평으로 유지시키면서 기판(W)의 면이 위로 향한 상태에서, 바닥면을 가진 원통형방수커버(920) 내부에 위치되고 고속으로 기판(W)을 회전시키기 적합한 기판유지부(922), 기판유지부(922)에 의하여 유지된 기판(W)의 면의 거의 중심부 위에 놓인 중심노즐(924), 및 기판(W)의 외주에지부 위에 놓인 에지노즐(926)을 가진다. 중심노즐(924) 및 에지노즐(926)은 아래로 향한다. 후방노즐(928)은 기판(W)의 배면의 거의 중심부 아래에 위치되며 아래를 향한다. 에지노즐(926)은 기판(W)의 직경방향 및 높이방향으로 이동하기에 적합하도록 되어 있다.
에지노즐(926)의 운동폭(L)은 에지노즐(926)이 기판의 외측외주끝단면으로부터 중심을 향하는 방향에 임의로 위치될 수 있도록 설정되며, L의 설정값은 기판(W)의 크기, 취급법 등등에 따라 입력된다. 통상적으로, 에지절단폭(C)은 2㎜ 내지 5㎜의 범위내에서 설정된다. 기판의 회전속도가 뒷면으로부터 앞면까지의 액의 이동량이 문제되지 않는 소정값이상인 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 유지되어 있는 채로 기판유지부(922)와 일체가 되어 수평적으로 회전된다. 이 상태에서, 중심노즐(924)로부터 기판(W)표면의 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 끝단면상에 형성된 구리막등등은 산화제용액으로 신속하게 산화됨과 동시에 중심노즐(924)로부터 공급되어 기판의 전체면상에 퍼진 산용액으로 에칭됨으로써, 용해되고 제거된다. 산용액 및 산화제용액을 기판의 외주에지부에서 혼합하면, 공급되기 전에 미리 생성된 그들의 혼합물에 비하여 급격한 에칭 프로파일이 얻어질 수 있다. 이 때에, 구리에칭속도는 그들의 농도에 의하여 결정된다. 기판앞면상의 회로형성부내에 구리의 자연산화막이 형성되는 경우, 기판의 회전에 따라 기판의 전체면상에 퍼져 있는 산용액에 의하여 자연산화물이 즉시 제거되어, 더이상 성장하지 않는다. 중심노즐(924)로부터 산용액의 공급이 중단된 후에, 에지노즐(926)로부터 산화제용액의 공급이 중단된다. 그 결과로, 표면상에 노출된 실리콘이 산화되고, 구리퇴적이 억제될 수 있다.
한편, 산화제용액 및 실리콘산화물막에칭제는 후방노즐(928)로부터 기판의 뒷면의 중심부로 동시에 또는 교대로 공급된다. 그러므로, 반도체기판(W)의 뒷면에 금속형태로 부착되어 있는 구리등등은 기판의 실리콘과 함께 산화제용액으로 산화될 수 있고, 실리콘산화막에칭제로 에칭되고 제거될 수 있다. 화학제의 종류의 수가 감소되기 때문에, 상기 산화제용액은 면으로 공급된 산화제용액과 동일한 것이 바람직하다. 실리콘산화막에칭제로서 플루오르화수소산이 사용되고, 산용액으로서 플루오르화수소산이 기판의 면상에 사용되는 경우, 화학제의 종류의 수가 감될 수 있다. 따라서, 산화제의 공급이 먼저 중단되는 경우, 소수성 표면을 얻을 수 있다. 에칭제용액이 먼저 중단되는 경우, 물이 포화되어 있는 표면(친수성 표면)을 얻을 수 있으므로, 뒷면은 후속되는 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 수행되어, 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, 전체 배선의 전기저항을 증가시키게 되는 마이크로보이드와 같은 다수의 결함이 나타났다. 어닐링을 수행하면 전기저항의 증가가 개선되었다. 어닐링하기 이전에, 얇은 배선에서는 보이드가 없는 것으로 나타났다. 따라서, 결정립성장도는 이들 현상과 관련이 있는 것으로 추정된다. 즉, 다음과 같은 메카니즘을 추측할 수 있다. 얇은 배선에서는 결정립성장이일어나기 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 효과를 얻는다.
도 36 및 도 37은 어닐링유닛(814)을 도시한다. 어닐링유닛(814)은 반도체기판(W)을 넣고 꺼내는 게이트(1000)가 있는 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 가져 그것들상에 반도체기판(W)을 놓고 유지한다. 어닐링유닛은 어닐링시에 반도체기판(W)과 열판(1004) 사이에 산화방지제가스를 도입하는 가스도입파이프(1010) 및 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.
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 가스도입파이프(1010)가 연결된다.
작동시에, 게이트(1000)를 통하여 챔버(1002)내에 운반된 반도체기판(W)은 승강핀(1008)상에 유지되고, 상기 승강핀(1008)은 리프팅핀(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 배출됨으로써, 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 위치로 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.
N2가스의 수 %의 H2가스의 혼합가스가 상기 산화방지제가스로서 사용된다.하지만, N2가스가 단독으로 사용될 수 있다.
어닐링유닛은 전해도금장치내에 놓일 수 있다.
도 34는 무전해도금장치의 개략구성도이다. 도 34에 도시된 바와 같이, 이 무전해도금장치는 그 상면에 도금될 반도체기판(W)을 유지하는 유지수단(911), 외주에지부를 밀봉하도록 유지수단(911)에 의하여 유지된 반도체기판(W)의 도금될 표면(상면)의 외주에지부에 접촉하는 댐부재(dam member)(931), 상기 댐부재(931)로 밀봉된 외주에지부를 갖는 반도체기판(W)의 도금될 표면에 도금용액을 공급하는 샤워헤드(941)를 포함한다. 무전해도금장치는 반도체기판(W)의 도금될 표면으로 세정액을 공급하는 유지수단(911)의 상부외측외주 주변에 배치된 세정액공급수단(951), 배출된 세정액등등(도금폐수)을 회수하는 회수베셀(961), 반도체기판(W)상에 유지된 도금용액을 흡입하고 회수하는 도금용액회수노즐(965), 유지수단(911)을 회전구동하는 모터(M)를 더욱 포함한다.
유지수단(911)은 반도체기판(W)을 놓고 유지하는 그 상면상에 기판배치부(913)를 가진다. 기판배치부(913)는 반도체기판(W)을 놓고 고정하기에 적합하도록 되어 있다. 상세하게는, 기판배치부(913)는 반도체기판(W)을 진공흡입에 의하여 뒷면으로 흡인하는 진공흡인기구(도시되지 않음)를 가진다. 평평하며, 반도체기판(W)을 따뜻하게 유지시키기 위하여 아래쪽부터 반도체기판(W)의 도금될 표면을 가열하는 후방측히터(915)는 기판배치부(913)의 뒷면상에 설치된다. 후방측히터(915)는 예를 들어, 고무히터로 구성되어 있다. 이 유지수단(911)은모터(M)에 의하여 회전되고 상승 및 하강수단에 의하여 수직으로 이동할 수 있도록 되어 있다.
댐부재(931)는 튜브형상이며, 반도체기판(W)의 외측외주에지를 밀봉하는 하부내에 제공된 시일부(933)를 가지고, 예시된 위치로부터 수직으로 이동하지 않도록 설치된다.
샤워헤드(941)는 공급된 도금용액을 샤워형식으로 비산시키는 앞면끝단에 제공된 다수의 노즐을 가지고 반도체기판(W)의 도금될 표면으로 그것을 실질적으로 균일하게 공급하는 구조로 되어 있다. 세정액공급수단(951)은 노즐(953)로부터 세정액을 분출하는 구조를 가진다.
도금용액회수노즐(965)은 위아래로 이동할 수 있으며 스윙가능하도록 되어 있으며, 도금용액회수노즐(965)의 앞면끝단은 반도체기판(W)의 상면외주에지부상에 위치된 댐부재(931)의 안쪽으로 하강되고 반도체기판(W)상의 도금용액을 흡입하도록 되어 있다.
다음, 무전해도금장치의 작동을 설명한다. 먼저, 유지수단(911)과 댐부재(931) 사이의 사전설정된 치수의 간극을 제공하도록 예시된 상태로부터 하강되고, 반도체기판(W)은 기판배치위치(913)상에 놓이거나 거기에 고정된다. 반도체기판(W)으로서 예를 들어 8인치 기판이 사용된다.
다음, 유지수단(911)은 그 상면이 예시된 댐부재(931)의 하면과 접촉하게 되도록 상승되고, 반도체기판(W)의 외측외주부는 댐부재(931)의 시일부(933)로 밀봉된다. 이 때에, 반도체기판(W)의 표면은 개방된 상태에 있다.
다음, (도금의 종료시까지 유지되는) 반도체기판(W)의 온도, 예를 들어 70℃가 되도록 후방측히터(915)에 의하여 반도체기판(W) 자체가 직접 가열된다. 그런 후, 예를 들어 50℃로 가열된 도금용액은 반도체기판(W)의 실질적으로 전체면에 걸쳐 도금용액을 제공하기 위해 샤워헤드(941)로부터 분출된다. 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, 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 예시에서 도금반응에 최적인 온도가 달성될 수 있다.
반도체기판(W)은 도금될 표면에 균일하게 액이 적셔지도록 모터(M)에 의하여 순간적으로 회전된 다음, 반도체기판(W)이 정지한 상태에 있는 상태에서 도금될 표면의 도금이 실행된다. 상세하게는, 반도체기판(W)은 반도체기판(W)의 도금될 표면을 도금용액으로 균일하게 적시기 위해 겨우 1초동안 100rpm이하로 회전된다. 그런 후, 반도체기판(W)은 정지한 상태를 지속하고, 1분동안 무전해도금이 실행된다. 순간회전시간은 길어야 10초이하이다.
도금처리의 완료후에, 도금용액회수노즐(965)의 앞면끝단은 도금용액을 흡입하기 위해 반도체기판(W)의 외주에지부상의 댐부재(931)의 내부주변으로 하강된다. 이 때에, 반도체기판(W)이 예를 들어 100rpm이하의 회전율로 회전될 경우, 반도체기판(W)에 남아 있는 도금용액은 원심력하에서 반도체기판(W)의 외주에지부상의 댐부재(931)의 부분내에 모아질 수 있어, 양호한 효율 및 높은 회수속도로 도금용액의 회수가 실행될 수 있다. 유지수단(911)은 댐부재(931)로부터 반도체기판(W)을 분리하도록 하강된다. 도금면을 냉각시키기 위해 반도체기판(W)이 회전되기 시작하고, 세정액공급수단(951)의 노즐(953)로부터 반도체기판(W)의 도금면으로 세정액(초순수)가 분사됨과 동시에 희석 및 세정을 실행함으로써, 무전해도금반응이 중단된다. 이 때에, 노즐(953)로부터 분사된 세정액은 댐부재(931)의 세정을 동시에 실행하기 위해서 댐부재(931)로 공급될 수 있다. 이 때에, 도금폐액은 회수베셀(961)안으로 회수되고, 폐기처분된다.
그 후, 반도체기판(W)은 스핀건조용 모터(M)에 의하여 고속으로 회전된 다음, 반도체기판(W)은 유지수단(911)으로부터 제거된다.
도 35는 무전해도금장치의 또 다른 개략구성도이다. 도 35의 무전해도금장치는 유지수단(911)내의 후방측히터(915)를 제공하는 대신에, 램프히터(917)가 유지수단(911) 위에 배치되고, 램프히터(917) 및 샤워헤드(941-2)가 통합되어 있다는 점에서 도 34의 무전해도금장치와는 다르다. 예를 들어, 상이한 반경을 갖는 복수의 링형싱의 램프히터(917) 및 샤워헤드(941-2)의 다수의 노즐(943-2)은 램프히터(917)사이의 간극으로부터 링형으로 개방되어 있다. 램프히터(917)는 간단한 나선형 램프히터로 구성될 수 있거나 다양한 구조 및 구성을 갖는 여타의 램프히터로 구성될 수 있다.
이 구성에 의하여, 도금용액이 샤워형식으로 각각의 노즐(943-2)로부터 반도체기판(W)의 도금될 표면으로 실질적으로 균일하게 공급될 수 있다. 또한, 램프히터(917)에 의하여 직접 반도체기판(W)의 열 및 열보존이 균일하게 실행될 수 있다. 램프히터(917)는 반도체기판(W) 및 도금용액을 가열할 뿐만 아니라 주위공기도 가열하므로, 반도체기판(W)에 대한 열보존효과가 나타난다.
램프히터(917)에 의한 반도체기판(W)의 직접가열은 전력소비가 비교적 큰 램프히터(917)를 필요로 한다. 이러한 램프히터(917) 대신에, 전력소비가 비교적 적은 램프히터(917) 및 도 33에 도시된 후방측히터(915)가 주로 후방측히터(915)로 반도체기판(W)을 가열하고 주로 램프히터(917)에 의하여 도금용액 및 주위공기의 열보유를 실행하도록 결합시켜 사용된다. 상술한 실시예에서와 동일한 방식으로, 온도제어를 수행하기 위해 반도체기판(W)을 직접적으로 또는 간접적으로 냉각하는 수단이 제공될 수 있다.
상술된 캡도금은 무전해도금처리로 수행되는 것이 바람직하나, 전해도금처리로 수행될 수도 있다.
본 발명의 소정 바람직한 실시예를 상세히 설명하였을 지라도, 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 그 안에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 이해하여야 한다.
본 발명은 무전해도금장치, 및 반도체기판과 같은 기판의 표면내에 형성된배선을 위하여 구리나 은과 같은 전기전도체가 미세한 후퇴부내에 매립되는 매립된 배선을 형성하는 데 유용하고, 이 방식으로 형성된 배선의 표면을 보호하기 위한 보호층을 형성하는 데 유용한 방법에 관한 것이다.

Claims (42)

  1. 기판을 처리용액과 접촉시켜 기판을 처리하도록 상기 처리용액을 유지하는 처리조; 및
    상기 기판의 뒷면이 밀봉되고 도금될 표면이 상기 처리용액과 접촉하게 되는 상태에서 상기 기판을 유지하는 기판홀더를 포함하는 도금장치에 있어서,
    상기 처리조는 상기 기판의 상기 뒷면에 접촉하는 사전설정된 온도를 갖는 유체를 유지하는 유체유지부를 갖는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판홀더는 회전가능하고 수직으로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판홀더는 기울어질 수 있는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  4. 제1항에 있어서,
    수직으로 이동할 수 있고, 헤드부가 상기 기판홀더를 덮는 상기 기판홀더위의 위치와 후퇴위치 사이를 이동할 수 있는 헤드부; 및
    상기 헤드부내에 제공된 도금용액공급노즐을 더욱 포함하는 것을 특징으로하는 도금장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 헤드부에는 사전설정된 도금용액을 상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판의 표면으로 공급하는 도금용액보유조 및 상기 도금용액보유조내에 유지된 상기 도금용액을 사전설정된 온도로 유지하는 기구가 제공되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 헤드부에는 도금전처리액을 유지시키고 상기 기판홀더에 유지된 상기 기판의 도금될 표면으로 상기 도금전처리액을 공급하는 도금전처리액보유조가 제공되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 헤드부에는 상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판의 표면으로 순수를 공급하는 순수공급노즐이 제공되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판의 표면으로 공급된 상기 도금용액을 회수하는 도금용액회수노즐을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판과 상기 기판의 상면을 덮는 위치에 있는 상기 헤드부 사이의 공간으로 사전설정된 온도로 조정된 불활성가스를 도입하는 불활성가스도입부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  10. 제5항에 있어서,
    세정액이 상기 도금용액보유조 및 상기 도금용액공급노즐을 거쳐 흐르도록 하여 그것들을 세정하도록 하는 세정액도입부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  11. 기판을 처리용액과 접촉시켜 기판을 처리하도록 상기 처리용액을 유지하는 처리조;
    상기 기판의 뒷면이 밀봉되고 도금될 표면이 상기 처리용액과 접촉하게 되는 상태에서 상기 기판을 유지하는 기판홀더;
    상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판을 가열하는 히터;
    상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판의 표면으로 도금용액을 공급하는 도금용액공급부; 및
    상기 기판홀더에 의하여 유지되는 상기 기판의 표면을 덮을 수 있는 커버몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기판을 가열하기 위해 상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판의 뒷면에 접촉하는 사전설정된 온도를 갖는 유체를 유지하는 유체유지부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 기판홀더는 회전가능하고 수직으로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 기판홀더는 기울어질 수 있는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  15. 제11항에 있어서,
    수직으로 이동할 수 있고, 헤드부가 상기 기판홀더를 덮는 상기 기판홀더위의 위치와 후퇴위치 사이를 이동할 수 있는 헤드부; 및
    상기 헤드부내에 제공된 도금용액공급노즐을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 헤드부에는 도금용액의 사전설정된 양을 상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판의 표면으로 공급하는 도금용액보유조, 및 상기 도금용액보유조내에 유지된 상기 도금용액을 사전설정된 온도로 유지하는 기구가 제공되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 헤드부에는 도금전처리액을 유지시키고 상기 기판홀더에 유지된 상기 기판의 도금될 표면으로 상기 도금전처리액을 공급하는 도금전처리액보유조가 제공되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 헤드부에는 상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판의 표면으로 순수를 공급하는 순수공급노즐이 제공되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판의 표면으로 공급된 상기 도금용액을 회수하는 도금용액회수노즐을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판과 상기 기판의 상면을 덮는 위치에 있는 상기 헤드부 사이의 공간으로 사전설정된 온도로 조정된 불활성가스를 도입하는 불활성가스도입부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  21. 제16항에 있어서,
    세정액이 상기 도금용액보유조 및 상기 도금용액공급노즐을 거쳐 흐르도록 하여 그것들을 세정하도록 하는 세정액도입부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  22. 기판을 처리용액과 접촉시켜 상기 기판을 처리하도록 상기 처리용액을 유지하는 처리조;
    상기 기판의 뒷면이 밀봉되고 도금될 표면이 상기 처리용액과 접촉하게 되는 상태에서 상기 기판을 유지하는 기판홀더; 및
    상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판의 표면을 덮을 수 있고, 상기 기판의 표면으로 공급된 도금용액으로부터 열방사를 방지하는 히터가 제공된 커버몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 기판을 가열하기 위해 상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판의 뒷면에 접촉하는 사전설정된 온도를 갖는 유체를 유지하는 유체유지부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 기판홀더는 회전가능하고 수직으로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 기판홀더는 기울어질 수 있는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  26. 제22항에 있어서,
    수직으로 이동할 수 있고, 헤드부가 상기 기판홀더를 덮는 상기 기판홀더위의 위치와 후퇴위치 사이를 이동할 수 있는 헤드부; 및
    상기 헤드부내에 제공된 도금용액공급노즐을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 헤드부에는 도금용액의 사전설정된 양을 상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판의 표면으로 공급하는 도금용액보유조, 및 상기 도금용액보유조내에 유지된 상기 도금용액을 사전설정된 온도로 유지시키는 기구가 제공되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 헤드부에는 도금전처리액을 유지시키고 상기 기판홀더에 유지된 상기 기판의 도금될 표면으로 상기 도금전처리액을 공급하는 도금전처리액보유조가 제공되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 헤드부에는 상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판의 표면으로 순수를 공급하는 순수공급노즐이 제공되는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  30. 제22항에 있어서,
    상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판의 표면으로 공급된 상기 도금용액을 회수하는 도금용액회수노즐을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  31. 제22항에 있어서,
    상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판과 상기 기판의 상면을 덮는 위치에 있는 상기 헤드부 사이의 공간으로 사전설정된 온도로 조정된 불활성가스를 도입하는 불활성가스도입부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  32. 제27항에 있어서,
    세정액이 상기 도금용액보유조 및 상기 도금용액공급노즐을 거쳐 흐르도록하여 그것들을 세정하도록 하는 세정액도입부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  33. 가열된 도금용액을 유지하는 상향개방도금조;
    기판의 뒷면이 밀봉되고 도금될 표면이 처리용액과 접촉하게 되는 상태에서 상기 기판을 유지하고 상기 도금조의 최상개방부에 위치된 기판홀더; 및
    상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판을 상기 도금조내의 도금용액내에 침지시키는 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 기판홀더는 서로에 대하여 수직으로 이동할 수 있는 스테이지 및 유지부를 포함하고, 상기 스테이지로 상기 기판의 뒷면을 덮고 상기 유지부내에 제공된 시일링기판으로 상기 기판의 도금될 표면의 외주부를 밀봉함으로써 상기 기판을 유지하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 스테이지는 링형상의 지지프레임 및 상기 지지프레임의 내부에 펼쳐 있는 박막의 형태로 열전도체를 가지는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 기판홀더는 도금을 수행하기 위해서 도금조에 대하여 상하로 이동할 수 있고, 상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판을 예비가열하도록 열전도체를 상기 도금조내의 도금용액과 접촉하게 하는 예비가열위치에서, 또한 상기 도금조내의 도금용액에 상기 기판을 침지시키기 위한 도금위치에서 멈출 수 있는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  37. 제33항에 있어서,
    상기 도금조는 상기 도금용액이 상기 도금조의 저면으로부터 도금조내로 도입되고, 상기 도금용액이 상기 도금조의 최상부를 넘쳐 흐르도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  38. 가열된 도금용액을 유지하는 상향개방도금조;
    기판의 뒷면이 밀봉되고 도금될 표면이 처리용액과 접촉하게 되는 상태에서 상기 기판을 유지하고 도금조의 최상단개방부에 위치된 기판홀더; 및
    상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판을 상기 도금조내의 도금용액내에 침지시키는 기구;
    상기 도금조 위의 공간에서 기밀하게 폐쇄되는 챔버; 및
    불활성가스를 상기 챔버내로 도입하는 불활성가스도입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금장치.
  39. 도금전에 기판의 표면을 활성화하기 위한 도금전처리를 수행하는 도금전처리장치;
    상기 기판의 활성화된 표면상에 도금막을 형성하는 도금장치;
    도금후에 상기 기판의 표면을 세정하는 후세정장치;
    후세정처리후에 순수로 상기 기판의 표면을 헹구는 세정/건조장치; 및
    로딩/언로딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금처리장치.
  40. 기판의 뒷면이 밀봉된 상태에서 기판을 유지하는 단계;
    상기 기판의 뒷면이 유체유지부내의 유체와 접촉하도록 사전설정된 온도를 갖는 유체를 유체유지부내로 주입하는 단계; 및
    기판홀더에 유지된 상기 기판의 표면을 처리용액과 접촉시켜 상기 기판을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금방법.
  41. 기판홀더에 의하여 기판을 유지하는 단계;
    상기 기판홀더에 의하여 유지된 상기 기판을 도금조내에 유지된 도금용액으로 가열하는 단계; 및
    가열된 기판을 상기 도금조내의 도금용액에 침지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금방법.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 기판은 열전도체의 상부에 놓이고 유지되며, 상기 열전도체가 상기 도금조내의 도금용액과 접촉하게 되어 상기 기판을 가열하는 것을 특징으로 하는 도금방법.
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