KR20040083103A - 전해질 처리장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판의 표면에 형성된 도전재를 처리하거나 기판의 표면에 부착된 불순물을 제거하는데 유용한 전해질 처리장치에 관한 것이다. 전해질 처리장치는, 워크피스에 접근할 수 있는 처리전극, 워크피스에 전기를 공급하는 공급전극, 워크피스와 처리전극 및 공급전극 사이의 공간에 배치되는 이온교환기, 워크피스와 이온교환기 사이에 유체를 공급하는 유체공급섹션 및 전원을 포함하고, 처리전극 및/또는 공급전극은 전기적으로 복수의 부분들로 분할되고, 전원은 각각의 분할된 전극부분들에 전압을 인가하고 각각의 분할된 전극부분들에 대하여 전압 및/또는 전기전류를 독립적으로 제어할 수 있다.
Description
최근에는, 반도체 웨이퍼와 같은 기판상에 배선회로를 형성하기 위한 재료로서 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 이용하는 대신에, 낮은 전기저항도 및 높은 전기이동저항을 갖는 구리(Cu)를 이용하고 있는 추세에 있다. 구리배선은 일반적으로 기판의 표면에 형성된 미세한 후퇴부에 구리를 채워서 형성된다. CVD, 스퍼터링 및 도금을 포함하는 이러한 구리배선을 형성하는 다양한 기술들이 공지되어 있다. 이러한 기술들에 따르면, 구리막이 실질적으로 기판의 전체 표면에 형성된 다음, 화학적 기계적 폴리싱(CMP)에 의하여 불필요한 구리를 제거한다.
도 1a 내지 도 1c는 구리배선을 갖는 이러한 기판(W)을 형성하는 예를 일련의 공정에 따라 예시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, SiO2의 산화막 또는 k가 낮은 재료의 막과 같은 절연막(2)이 반도체 디바이스가 형성되는 도전층(1a)상에 증착되어, 반도체베이스(1)상에 형성된다. 배선용 컨택트홀들(3) 및 트렌치들(4)이 리소그래피/에칭 기술에 의하여 절연막(2)에 형성된다. 그 후, TaN 등등의 배리어층(5)이 전체 표면상에 형성되고, 전기도금용의 전기공급층과 같은 시드층이 배리어층(5)상에 형성된다.
그런 다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 구리도금이 기판(W)의 표면상에서 수행되어, 구리로 컨택트홀(3) 및 트렌치(4)를 채우는 동시에, 절연막(2)상에 구리막(6)을 증착시킨다. 그 후, 배선용 컨택트홀(3) 및 트렌치(4)에 채워진 구리막(6)의 표면을 만들기 위해 절연막(2)상의 구리막(6) 및 배리어층(5)이 화학적 기계적 폴리싱(CMP)에 의해 제거되고, 절연막(2)의 표면이 실질적으로 동일한 평면상에 놓여진다. 이에 따라, 도 1c에 도시된 바와 같이 구리막(6)으로 이루어진 배선이 형성된다.
최근에는 다양한 종류의 장치들내의 구성요소들이 보다 미세해지고 고도의 정확성을 요구한다. 서브-마이크로 제조기술이 일반적으로 사용됨에 따라, 재료의 특성들이 처리방법에 더 영향을 받게 된다. 이들 환경하에서, 워크피스내의 소정 부분이 툴에 의하여 그 표면으로부터 물리적으로 분쇄되거나(destroy) 제거되는 종래의 기계가공방법(machining method)에서는, 워크피스의 특성을 저하시키는 다수의 결함들이 생성될 수 있다. 따라서, 재료의 특성을 저하시키지 않으면서, 처리를 수행하는 것이 중요해졌다.
화학적 폴리싱, 전해질 처리 및 전해질 폴리싱과 같은 일부 처리방법이 이러한 문제를 해결하기 위해 개발되어 왔다. 종래의 물리적 처리와 대조적으로, 이들 방법은 화학적 분해반응을 통하여 제거처리 등등을 수행한다. 따라서, 이들 방법은 플라스틱변형으로 인해 층변화(altered layer) 및 전위(dislocation)의 형성과 같은 결함을 입지 않아, 재료의 특성을 저하시키지 않으면서, 처리를 수행할 수 있다.
이온교환기를 이용하는 전해질 처리방법이 개발되어왔다. 이러한 방법에 따르면, 처리전극상에 장착된 이온교환기 및 공급전극상에 장착된 이온교환기가 접근하거나 워크피스의 표면과 접촉하게 되어 있다. 전압은 전원으로부터 처리전극과 공급전극 사이로 인가되는 한편, 극순수와 같은 액체가 유체공급섹션으로부터 처리전극 및 공급전극과 워크피스 사이로 공급되어, 워크피스의 표면층의 제거처리를 수행한다.
도 2는 이러한 전해질 처리에 일반적으로 채택된 종래의 전해질 처리장치를 개략적으로 나타낸다. 전해질 처리장치는 처리전극 및 처리전극(52)상에 장착된 이온교환기(54)를 포함한다. 워크피스(W)의 재료에 따라, 처리전극(52)이 전원(56)의 캐소드 또는 애노드에 접속되고, 워크피스(W)는 반대 극성에 접속되어, 워크피스(W)가 공급전극으로서 활용된다. 도 2는 처리전극(52)이 전원(56)의 캐소드에 접속되고, 워크피스(W)가 전원(56)의 애노드에 접속되는 경우를 나타낸다. 처리전극(52)은 처리전극(52)에 근접한 처리될 표면(WA)에서, 워크피스(W)의 처리될표면(WA)의 원자를 용해시킬 수 있는 전해질 용액내에 예를 들어, OH-이온들을 농축시켜 워크피스(W)의 원자와 OH-이온 사이에서 반응을 발생시켜, 워크피스(W)를 처리한다. 반도체기판(W)의 경우에, 기판표면(WA)상에 형성된 도전재의 막이 처리전극(52)에 의해 제거되어, 반도체 배선 또는 컨택트들을 형성한다.
종래의 전해질 처리장치에 따르면, 이러한 전해질 처리에 사용하기 위한 이온교환기는 처리전극 또는 공급전극의 노출된 표면상에 단단히 고정되어(tight)있고, 이온교환기의 둘레부에서 일반적으로 나사로 고정하거나 접착테이프 등등을 이용하여 예를 들어, 전극을 지지하는 지지체의 둘레부 또는 전극상에 고정된다.
최근에는, 반도체 디바이스의 고집적도와 함께 반도체 기판에 형성될 회로의 배선이 더 미세해짐에 따라, 반도체 기판의 처리될 표면의 평탄도를 개선시키는 것이 바람직하다. 따라서, 처리될 전체 표면에 걸쳐 균일한 처리율을 달성할 수 있는 기술에 대한 요구가 발생한다.
백금 그룹의 금속들 또는 그 산화물들은 반도체 기판상에 높은 유전재료를 이용하는 캐패시터를 형성하는데 사용하기 위한 전극재료로 각광받고 있다. 이들 중에서, 우수한 막형성 특성 및 패터닝에 대한 우수한 처리능력으로 인해 루테늄들이 가능한 재료로서 점차적으로 연구되고 있다.
루테늄막은 스퍼터링 또는 CVD에 의하여 일반적으로 기판상에 형성될 수 있다. 어느 하나의 방법에서, 둘레영역을 포함하는 기판의 전체 앞면상에 루테늄막의 증착이 수행된다. 따라서, 루테늄막이 기판의 둘레지역에도 형성되고 또한, 기판의 뒷면이 불가피하게 루테늄으로 오염된다.
기판의 둘레지역 또는 뒷면에 형성되거나 부착된 루테늄막 즉, 기판의 비회로지역은 불필요할 뿐만 아니라, 이후의 이송(transfer), 저장(storage) 및 기판의 다양한 처리단계시에 크로스-오염을 발생시킬 수 있어 예를 들어, 유전재료의 성능이 저하될 수 있다. 또한, 루테늄막을 형성하기 위한 공정시에 또는 형성된 루테늄막의 어떤 처리를 수행한 후에, 불필요한 루테늄막을 완전히 제거할 필요가 있다. 또한, 캐패시터를 형성하기 위한 전극재료로서 루테늄을 이용하는 경우에는, 기판의 회로영역상에 형성된 루테늄막의 일부를 제거하는 단계가 필요하다.
도 2에 도시된 바와 같이 종래의 전해질 처리장치에 따르면, 처리전극(52)의 형상 또는 처리시에 발생된 반응생성물 또는 기포의 영향으로 인한 전기전류값의 불규칙성 때문에, 처리될 표면(WA)내에서 처리율이 불규칙할 수 있다.
한편, 화학적 기계적 폴리싱(CMP)은 예를 들어, 복잡한 작업 및 제어를 필연적으로 수반하고 상당히 긴 처리시간을 필요로 한다. 또한, 폴리싱처리후에 기판의 충분한 세정이 수행되어야 한다. 이것은 슬러리 또는 세정액 폐수처리(waste disposal)에 상당한 부하를 부과한다. 따라서, CMP를 전부 생략하거나 CMP시에 부하를 감소시키는 것이 강력히 요구된다. 이에 관하여, 장차 낮은 유전상수를 갖는 k가 낮은 재료가 반도체기판의 절연막용 재료로서 지배적으로 사용될 것이라 기대되지만, k가 낮은 재료는 기계적 강도가 낮고 따라서 CMP처리시에 가해지는 응력을 견디기 어렵다는 점이 지적되고 있다. 따라서, 이러한 관점에서, 그것에 응력을 주지 않으면서, 기판을 평탄화시킬 수 있는 기술이 요구된다.
또한, 도금과 동시에 CMP처리를 수행하는 방법 즉, 화학적 기계적 전해질 폴리싱이 알려져 있다. 이러한 방법에 따르면, 도금막의 성장면에 기계적처리가 수행되어, 생성되는 막을 변성(denaturing)시키는 문제점을 일으킨다.
또한, 전해질 처리에 사용하기 위한 이온교환기는 상술된 바와 같이, 처리정확도의 균일성을 보장하기 위하여, 처리전극 또는 공급전극의 노출된 표면에 단단히 고정되는 것이 바람직하지만, 전극상에 이온교환기를 단단하게 고정한 채로 유지시키는 것을 실질적으로 어렵다.
따라서, 나사로 고정하거나 접착테이프에 의하여 전극상에 이온교환기가 고정된 채로 전해질 처리를 계속하면, 이온교환기의 고정이 불완전하게 될 수 있어, 이온교환기가 쉽게 이동할 수 있고, 처리정확도의 균일성을 저하시킬 수 있다.
본 발명은 전해질 처리장치 및 방법에 관한 것으로 특히, 기판 특히 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 도전재를 처리하거나 기판의 표면에 부착된 불순물을 제거하는데 유용한 전해질 처리장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 표면내의 도전재를 처리하거나 기판의 표면에 부착된 불순물을 제거하기 위한 전해질 처리에 사용되는 이온교환기에 대한 응고방법(fixing method) 및 구조에 관한 것이며, 이온교환기-응고 구조체가 제공되는 전해질 처리장치에 관한 것이기도 하다.
도 1a 내지 도 1c는 구리배선 형성의 일례를 공정단계별로 예시하는 도면;
도 2는 종래의 전해질 처리장치를 개략적으로 나타내는 단면도;
도 3은 그 위에 모두 이온교환기가 장착되는 처리전극 및 공급전극을 기판(워크피스)에 접근시키거나 접촉시키고, 처리전극 및 공급전극과 기판(워크피스) 사이에 액체를 공급하여 수행되는, 본 발명에 따른 전해질 처리의 원리를 예시하는 도면;
도 4는 처리전극에만 이온교환기를 장착하고 처리전극과 기판(워크피스) 사이에 액체를 공급하여 수행되는, 본 발명의 전해질 처리의 원리를 예시하는 도면;
도 5a는 더미부재를 제공하지 않는 경우에 "마주보는"면적을 예시하는 도면이고, 도 5b는 더미부재를 제공하는 경우에 "마주보는"면적을 예시하는 도면;
도 6a는 더미부재를 제공하지 않는 경우에 전기장의 세기를 나타내는 도면이고, 도 6b는 도 6a의 경우에 처리 후의 워크피스를 예시하는 도면이며, 도 6c는 더미부재를 제공한 경우에 전기장의 세기를 나타내는 도면;
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 전해질 처리장치를 개략적으로 나타내는 단면도;
도 8은 처리전극과 와이어(wiring)간의 접속 및 기판과 도 7의 전해질 처리장치의 와이어간의 접속을 예시하는 도면;
도 9는 도 7의 전해질 처리장치의 평면도;
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 전해질 처리장치를 개략적으로 나타내는 도면;
도 11은 도 10의 전해질 처리장치의 전극홀더의 평면도;
도 12는 도 10의 전해질 처리장치내의 처리전극과 와이어간의 접속 및 기판과 와이어간의 접속을 나타내는 도면;
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 전해질 처리장치의 처리전극과 공급전극을 나타내는 평면도;
도 14는 도 13의 전해질 처리장치내의 처리전극과 와이어간의 접속 및 기판과 와이어간의 접속을 나타내는 도면;
도 15는 이온교환기의 분할의 경우를 나타내는 평면도;
도 16은 본 발명에 따른 전해질 처리장치가 제공된 기판처리장치의 평면도;
도 17은 본 발명의 제4실시예에 따른 전해질 처리장치를 개략적으로 나타내는 단면도;
도 18a는 도 17의 전해질 처리장치의 회전-방지기구를 나타내는 평면도이고, 도 18b는 도 18a의 A-A라인을 따라 취해진 단면도;
도 19는 도 17의 전해질 처리장치의 기판홀더와 전극섹션을 개략적으로 나타내는 단면도;
도 20은 도 17의 기판홀더와 전극섹션간의 관계를 나타내는 평면도;
도 21a는 표면에 2개의 상이한 재료로 이루어진 적층 막을 가지는 기판 표면의 전해질처리에서 전기전류와 시간간의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 21b는 표면에 2개의 상이한 재료로 이루어진 적층 막을 가지는 기판 표면의 전해질처리에서 전압과 시간간의 관계를 나타내는 그래프;
도 22는 본 발명의 제5실시예에 따른 전해질 처리장치를 개략적으로 나타내는 사시도;
도 23은 도 22의 전해질 처리장치의 평면도;
도 24는 본 발명의 제6실시예에 따른 전해질 처리장치를 개략적으로 나타내는 단면도;
도 25는 도 24의 전해질 처리장치의 기판홀더와 전극섹션을 개략적으로 나타내는 단면도;
도 26은 도 25의 전극섹션과 기판간의 관계를 나타내는 단면도;
도 27은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판홀더와 전극을 개략적으로 나타내는 단면도;
도 28은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극섹션의 평면도;
도 29는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극섹션의 사시도;
도 30은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극섹션을 기판과 함께 나타내는 평면도;
도 31은 본 발명의 제7실시예에 따른 전해질 처리장치를 개략적으로 나타내는 단면도;
도 32는 도 31의 전해질 처리장치의 평면도;
도 33은 도 31의 전해질 처리장치의 전극섹션을 나타내는 단면도;
도 34는 도 33의 전극섹션의 일부를 확대한 도면;
도 35는 본 발명의 제8실시예에 따른 전극섹션을 나타내는 평면도;
도 36은 도 35의 전극섹션의 일부를 확대한 도면;
도 37은 본 발명의 제9실시예에 따른 전극섹션을 나타내는 평면도;
도 38은 도 37의 전극섹션의 일부를 확대한 도면;
도 39는 이온교환기에 대한 고정구조체가 제공되는, 본 발명의 제10실시예에 따른 전해질 처리장치를 개략적으로 나타내는 도면;
도 40은 이온교환기를 전극지지체에 고정하기 전에, 고정구조체의 상태를 나타내는 단면도;
도 41은 또 다른 실시예에 따른 이온교환기용 고정구조체의 주요부를 나타내는 단면도;
도 42a 및 도 42b는 또 다른 실시예에 따른 이온교환기용 고정구조체의 주요부를 나타내는 단면도;
도 43은 본 발명의 제11실시예에 따른 전해질 처리장치를 개략적으로 나타내는 단면도;
도 44는 이온교환기의 고정 이전에 장치의 상태를 나타내는, 도 43의 전해질 처리장치에 제공된 이온교환기-고정장치의 주요부의 단면도;
도 45는 본 발명의 제12실시예에 따른 전해질 처리장치의 주요부를 나타내는 단면도;
도 46은 본 발명의 제13실시예에 따른 전해질 처리장치의 주요부를 나타내는 단면도;
도 47은 재생섹션의 일례를 나타내는 단면도;
도 48은 재생섹션의 또 다른 예시를 나타내는 단면도;
도 49는 이온교환기-고정장치의 변형례를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
본 발명은 배경기술의 상기 상황을 고려하여 만들어졌다. 따라서, 본 발명의 제1목적은 처리될 워크피스의 전체 표면에 걸쳐 처리율 분포를 제어할 수 있어, 처리율의 균일성을 향상시키거나 처리된 표면의 평탄도를 개선시킬 수 ㅇ ㅣㅆ는 전해질 처리장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2목적은, CMP처리를 전부 생략하거나 CMP처리시의 부하를 최소한의 정도로 감소시키면서, 재료를 평탄화시키고 위해 기판의 표면에 형성된 도전재를 처리하거나 기판과 같은 워크피스의 표면에 부착된 이물질을 제거(세정)할 수 있는 전해질 처리장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3목적은, 전극의 표면상에 신속하게 용이하게 이온교환기를 단단히 고정할 수 있는 이온교환기용 고정방법 및 구조체를 제공하고 이온교환기-고정구조체가 제공된 전해질 처리장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
워크피스에 접근하거나 접촉할 수 있는 처리전극; 워크피스에 전기(electricity)를 공급하기 위한 공급전극; 워크피스와 처리전극 사이 또는 워크피스와 공급전극 사이 중 적어도 하나에 배치되는 이온교환기; 워크피스와 이온교환기 사이에 유체를 공급하는 유체공급섹션; 및 처리전극과 공급전극 사이에 각각 전압을 인가하기 위한 복수의 전원을 포함하는 전해질 처리장치를 제공하고, 상기 1이상의 처리전극 및 공급전극은 전기적으로 복수의 부분으로 분할되고, 전원은 분할된 각각의 전극부분에 각각 전압을 인가하고 상기 분할된 각각의 전극부분에 대하여 독립적으로 전압 및 전기전류를 제어할 수 있다.
처리전극 및 공급전극의 제공, 1이상의 처리전극 및 공급전극의 복수의 부분으로의 전기적 분할 및 분할된 각각의 전극부분에 대한 전압 및 전기전류 중의 적어도 하나의 독립적인 제어에 따라, 전해질 처리장치가 워크피스의 처리될 표면의 전체 표면에 걸쳐 전기장세기의 균일성을 향상시킬 수 있어, 처리율의 균일성을 개선시키거나 처리율분포를 제어할 수 있어, 처리된 표면의 평탄도를 개선시킬 수 있다.
본 명세서에서 "분할된 각각의 전극부분에 대하여 전압 및 전기전류 중의 적어도 하나를 독립적으로 제어"하는 것은, (1) 각각의 분할된 처리전극부분과 분할되지 않은 공급전극 사이에서 전압 및 전기전류 중의 적어도 하나를 제어하는 경우, (2) 분할되지 않은 처리전극과 각각의 분할된 공급전극부분 사이에서 전압 및 전기전류 중의 적어도 하나를 제어하는 경우, (3) 처리전극부분 및 공급전극부분에 의하여 형성된 복수의 회로(N회로)내의 각각의 분할된 처리전극부분(N부분)과 각각의 분할된 공급전극부분(N부분) 사이에서 전압 및 전기전류 중의 적어도 하나를 제어하는 경우를 포함한다.
유체는 극순수, 순수, 500 μS/cm미만의 전기 전도율을 갖는 액체일 수 있다. 초순수, 순수, 500 μS/cm미만의 전기 전도율을 갖는 액체 또는 전해질 용액의 사용은 워크피스의 표면상에 불순물을 남기지 않으면서 세정처리를 수행할 수 있게 하여, 전해질 처리후에 세정단계를 간소화시킬 수 있다. 본 명세서에서 전기 전도율 값은 1atm, 25℃에 대응하는 값을 나타낸다.
각각 상이한 일정전압이 각각의 분할된 전극부분에 적어도 한번씩 인가되는 것이 바람직하다. 이것은 처리의 종료점의 제어를 수월하게 한다.
각각 상이한 일정전압을 분할된 전극부분들 중의 2이상에 적어도 한번씩 인가할 수 있다. 이것은 보다 유연한 제어를 가능하게 한다. 본 명세서에서 "일정전압"이라는 용어는 실질적으로 일정한 것으로 간주될 수 있는 대체로 일정한 전압을 나타낸다.
시간에 따라 변화하는 전기전류 또는 전압이 각각의 분할된 전극부분에 공급되는 것이 또한 바람직하다. 이것은 처리의 종료점의 제어를 수월하게 한다.
시간에 따라 변화하는 전기전류 또는 전압을 분할된 전극부분 중의 2이상에 공급할 수 있다.
본 발명은,
적어도 하나는 전기적으로 복수의 부분들로 분할되는 처리전극 및 공급전극을 제공하는 단계; 워크피스를 처리전극에 접근시키거나 접촉시키는 단계; 공급전극으로부터 워크피스로 전기를 공급하는 단계; 워크리스와 처리전극 사이 또는 워크피스와 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 이온교환기를 배치시키는 단계; 워크피스와 이온교환기 사이에 유체를 공급하는 단계; 각각의 분할된 전극부분들에 전압을 인가하는 단계; 및 각각의 분할된 전극부분들에 대하여 전압 및 전기전류 중의 적어도 하나를 독립적으로 제어하는 단계를 포함하는 전해질 처리방법을 제공한다.
본 발명은 또한,
처리전극; 워크피스에 전기를 공급하는 공급전극; 처리전극에 접근하거나 접촉할 수 있는 워크피스를 유지하는 홀더; 워크피스와 처리전극 사이 또는 워크피스와 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 배치되는 이온교환기; 처리전극과 공급전극 사이에 전압을 인가하는 전원; 이온교환기가 배치되는, 워크피스와 처리전극 사이 또는 워크피스와 공급전극 사이 중 적어도 하나에 유체를 공급하는 유체공급섹션; 및 홀더에 의해 유지되는 워크피스 및 처리전극의 상대이동을 허용하는 구동섹션을 포함하는 전해질 처리장치를 또한 제공하며, 적어도 전기 전도율을 가지는 더미부재(dummy member)의 표면은 워크피스의 둘레부의 외측에 배치되는 것을 특징으로 한다. 워크피스와 처리전극의 상대이동 시에 워크피스의 일부의 면적은 처리전극을 향하게 하는 것이 바람직하다.
도 3 및 도 4는 이온교환기를 이용하는 전해질 처리의 원리를 나타낸다. 도 3은 처리전극(64)상에 장착된 이온교환기(62a) 및 공급전극(66)상에 장착된 이온교환기(62b)가 워크피스(60)의 표면과 접촉하거나 접근하는 한편, 전압이 처리전극(64)과 공급전극(66) 사이에 전원(67)을 통하여 인가되고 예를 들어, 극순수와 같은 액체(68)가 액체공급섹션(69)으로부터 처리전극(64), 공급전극(66) 및 워크피스(60) 사이에 공급되는 이온화상태(ionic state)를 나타낸다. 도 4는 처리전극(64)상에 장착된 이온교환기(62a)가 워크피스(60)의 표면과 접촉하거나 접근하고, 공급전극(66)이 워크피스(60)와 직접 접촉하는 한편, 전압이 처리전극(64)과 공급전극(66) 사이에 전원(67)을 통하여 인가되고 예를 들어, 극순수와 같은 액체(68)가 액체공급섹션(69)으로부터 처리전극(64)과 워크피스(60) 사이에 공급되는 이온화상태(ionic state)를 나타낸다.
그 자체가 큰 저항도를 갖는 극순수와 같은 액체가 사용되면, 이온교환기(62a)를 워크피스(60)의 표면과 접촉시키는 것이 바람직하다. 이것은 전기저항도를 낮추고, 필요한 전압을 낮추며 전력소모를 감소시킬 수 있다. 본 발명의 전해질 처리에서 "접촉"이라는 용어는 CMP에서와 같이 워크피스에 물리적인 에너지(응력)를 제공하기 위한 "압축"의 의미를 내포하지 않는다.
극순수와 같은 액체(68)내의 물분자(70)는 이온교환기(62a, 62b)를 이용하여 수산화물 이온(73)과 수소이온(74)으로 효과적으로 분해된다. 이에 따라 생성된 수산화물 이온(73)은 전기장에 의해 워크피스(60)와 처리전극(64) 사이로 운반되고, 액체(68)의 흐름에 의해, 처리전극(64)에 대항하는 워크피스의 표면으로 운반되어, 워크피스(60)의 부근에서 수산화물 이온(73)의 밀도가 증가되고, 수소이온(73)은 워크피스(60)의 원자와 반응한다. 이러한 반응에 의해 생성된 반응생성물(76)은 용액(68)내에 용해되고, 워크피스(60)의 표면을 따르는 액체(68)의 흐름에 의하여 워크피스(60)로부터 제거된다. 이에 따라, 워크피스(60)의 표면 제거처리가 달성된다.
상기에서 알 수 있듯이, 이러한 처리방법에 따른 제거처리는 순전히 반응이온과 워크피스 사이의 상호작용에 의하여 달성된다. 따라서, 이러한 전해질처리는 연마재와 워크피스간의 물리적인 상호작용과 폴리생액내의 화학 종들과 워크피스간의 화학적인 상호작용의 조합에 의하여 처리가 달성되는 CMP와 명백히 다르다. 상술된 방법에 따르면, 처리전극(64)을 향하는 워크피스(60)의 부분이 처리된다. 따라서, 처리전극(64)을 이동시켜, 워크피스(60)가 소정의 표면 형태로 처리될 수 있다.
상술된 바와 같이, 전해질처리의 제거처리는 전기화학적 상호작용으로 인한 용해반응에 의하여만 달성되고, 연마재와 워크피스간의 물리적인 상호작용과 폴리싱액내의 화학 종들과 워크피스간의 화학적 상호작용의 조합에 의하여 처리가 달성되는 CMP와 그 처리원리가 뚜렷히 구별된다. 따라서, 전해질 처리는 워크피스의 재료의 특성을 손상시키지 않으면서 워크피스의 표면의 제거처리를 수행할 수 있다. 워크피스의 재료가 상술된 k가 낮은 재료와 같이 낮은 기계적 강도를 갖더라도, 워크피스에 어떠한 물리적 손상도 주지않으면서 워크피스의 표면 제거처리가 달성될 수 있다. 또한, 처리액으로 전해질 용액을 이용하는 종래의 전해질 처리에비해, 500 μS/cm미만의 전기 전도율을 갖는 액체 바람직하게는 순수, 더 바람직하게는 극순수를 처리액으로 이용하면, 워크피스의 표면의 오염을 현저하게 감소시킬 수 있고, 처리후에 용액의 폐수를 용이하게 처리할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상술된 바와 같이, 워크피스(60) 및 처리전극(64)이 처리전극(64)을 향하는 워크피스(60)의 부분을 이동시키도록 상대적으로 이동되어, 워크피스(60)의 전체 표면의 처리가 수행될 수 있다. 그러나, 워크피스(60)와 처리전극(64)의 형상에 따라, 처리전극(64)를 향하는 워크피스(60)의 부분 즉, 마주보는 면적이 워크피스(60)와 처리전극(64) 사이의 상대이동으로 변화할 수 있다. 예를 들어, 도 5a의 경우에, 처리전극(64)이 워크피스(60)에 대하여 이동함에 따라, 처리전극(64)을 향하는 워크피스(60)의 부분이 S1에서 S2로 변화한다. 처리율(전류값/마주보는 면적)은 전류밀도에 비례한다. 처리가 일정한 전류값에서 수행되면, 처리율이 마주보는 면적이 작을 때 빠르고, 마주보는 면적이 클때는 느리다. 따라서, 처리율이 워크피스(60)의 전체 표면에 걸쳐 동일하게 만들어질 수 없어, 워크피스(60)의 균일한 처리를 달성할 수 없다. 이러한 경우에, 워크피스(60)의 전체 표면에 걸쳐 처리율을 동일하게 하기 위하여 마주보는 면적에 따라 전류값을 적절하게 제어하는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 처리시에 변화하는 마주보는 면적에 따라 전류값을 적절히 제어하는 것은 어렵다.
본 발명에 따르면, 워크피스의 둘레부의 외측에 더미부재를 제공하면, 마주보는 면적을 일정하게 만들 수 있어, 균일한 처리를 달성할 수 있다. 보다 상세하게는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 워크피스(60)의 외측에 더미부재(78)를 제공하면, 워크피스(60) 및 더미부재(78)를 향하는 처리전극(64)의 면적 즉, 마주보는 면적이 워크피스(60)와 처리전극(64)의 상대이동에 관계없이 항상 일정하다(S3). 따라서, 일정한 전류값과 동일하게 전류밀도가 항상 일정하게 만들어질 수 있어, 워크피스(60)의 전체 표면에 걸쳐 처리율을 균일화시킬 수 있으며 균일한 처리를 안정적으로 수행할 수 있다.
전기화학 처리에서, 반응이온은 처리전극(64)과 워크피스(60)(공급전극) 사이에서 전기장에 의하여 워크피스(60)의 표면으로 이동되고, 워크피스(60)의 표면은 이온에 의해 처리된다. 따라서, 워크피스(60)의 균일한 처리를 수행하기 위하여, 처리전극(64)과 워크피스(60) 사이에 전기장의 세기를 워크피스(60)의 전체 표면에 걸쳐 균일하게 만들 필요가 있다. 그러나, 전기장 세기의 균일성은 전극과 워크피스(60)의 형상에 의해 저하될 수 있다 예를 들어, 도 6a에 도시된 바와 같이, 처리전극(64)(캐소드)과 워크피스(60)(애노드) 사이에서 처리가 진행되고, 전속선(electric flux lines)(화살표) 및 등전위선(isoelectric lines)(실선)이 다른 부분에 비해 워크피스(60)의 끝단부에서 조밀하다. 즉, 워크피스(60)의 끝단부에 전기장의 집중이 발생한다. 따라서, 반응이온의 양이 워크피스(60)의 끝단부에서 증가하여, 그 끝단부에서 처리율이 나머지 부분에 비해 현저하게 높아진다. 따라서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 워크피스(60)의 끝단부(A)에서 처리량이 국부적으로 커진다. 따라서, 워크피스(60)가 균일하게 처리될 수 없다.
본 발명에 따르면, 도 6c에 도시된 바와 같이, 더미부재(78)가 워크피스(60)의 둘레부의 외측에 제공되기 때문에, 상술된 전기장 세기의 집중이 더미부재(78)에 발생한다. 이것은 워크피스(60)의 끝단부에서의 전기장 세기를 다른 부분과 동일하게 만들 수 있게 하여, 워크피스(60)의 전체 표면에 걸쳐 처리율을 균일화시킨다. 따라서, 본 발명은 워크피스(60)의 전체 표면에 걸쳐 처리율을 균일화시킬 수 있고 균일한 처리를 안정적으로 수행할 수 있다.
더미부재의 전도성이 있는 부분(conductive portion)은 전기화학적으로 불활성재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 적어도 더미부재의 표면을 전기화학적인 불활성재료로 만들면, 더미부재가 전해질처리시에 워크피스와 함께 처리되는 것을 방지할 수 있다.
더미부재의 전도성이 있는 부분은 워크피스와 동일한 재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 적어도 더미부재의 표면을 워크피스와 동일한 재료로 만들면, 더미부재의 반응이 워크피스에서의 반응과 동일하게 이루어질 수 있어, 처리의 균일성이 더 향상될 수 있다.
완충부재는 워크피스와 더미부재 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 완충부재는 워크피스의 충격을 흡수할 수 있다. 완충부재는 더미부재보다 낮은 경도(hardness)를 갖는 재료로 만들어지는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한,
워크피스보다 직경이 큰 처리전극; 워크피스에 전기를 공급하는 공급전극; 처리전극에 접근하거나 접촉할 수 있는 워크피스를 유지하는 홀더; 워크피스와 처리전극 사이 또는 워크피스와 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 배치되는 이온교환기; 처리전극과 공급전극 사이에 전압을 인가하는 전원; 이온교환기가 배치되는, 워크피스와 처리전극 사이 또는 워크피스와 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 유체를 공급하는 유체공급섹션; 및 처리전극의 이동중심(center of movement)이 워크피스의 범위내에 놓이는 상태로 홀더에 의해 유지되는 워크피스 및 처리전극의 상대이동을 허용하는 구동섹션을 포함하는 전해질 처리장치를 제공한다.
전해질 처리에서, 처리량은 워크피스에 걸친 처리전극의 존재 빈도 및 인가된 전압에 의해 결정된다. 따라서, 워크피스의 전체 표면을 균일한 평탄면으로 처리하려고 할때, 워크피스의 전체 표면에 걸쳐 처리전극의 존재 빈도를 동일하게 만들 필요가 있다. 예를 들어, 워크피스가 반도체 기판과 같이 디스크형상을 가지고, 처리전극도 디스크형상을 가지며, 그 직경이 워크피스의 직경보다 작을 때, 처리전극이 워크피스의 전체 표면에 걸쳐 존재할 수 있도록 워크피스 및 처리전극의 상대이동을 허용하여, 워크피스의 전체 표면을 처리할 수 있다. 그러나, 이러한 방법을 따르더라도, 처리전극의 존재 빈도가 워크피스의 일부 지점에서 변화할 수 있어, 처리량의 불균일성을 초래한다. 처리전극의 존재 빈도의 균일성은 처리전극의 직경이 워크피스의 직경보다 클 때 증가될 수 있다. 그러나, 금속인 처리전극은 반드시 더 커야하므로, 무게가 증가하는 문제점을 가져온다. 또한, 이온교환기와 워크피스 사이의 접촉상태에 따라, 접촉 끝단부에서 처리량이 변할 수 있다.
본 발명의 전해질 처리장치에 따르면, 처리전극이 워크피스의 직경보다 크기 때문에, 더 높은 처리율이 얻어질 수 있다. 또한, 전해질 처리시에, 처리전극의이동중심이 워크피스의 범위내에 놓이기 때문에, 워크피스의 표면에 걸쳐 처리전극의 존재 빈도가 균일화될 수 있다. 또한, 현저히 작은 처리전극을 이용할 수 있게 되어, 전체 장치의 크기 및 무게를 를 현저하게 감소시킬 수 있다. 처리전극의 이동중심은 처리전극이 스크롤이동을 하는 경우에는 스크롤 이동중심이며, 처리전극이 회전이동을 하는 경우에는 회전중심이다.
본 발명은,
워크피스보다 큰 직경을 갖는 처리전극; 워크피스에 전기를 공급하는 공급전극; 처리전극 및 공급전극에 접근하거나 접촉할 수 있는 워크피스를 유지하는 홀더; 처리전극과 공급전극 사이에 전압을 인가하는 전원; 워크피스와 처리전극 및 공급전극 사이에 유체를 공급하는 유체공급섹션; 및 처리전극의 이동중심이 워크피스의 범위내에 놓이는 상태로 홀더에 의해 유지되는 워크피스, 처리전극, 공급전극의 상대이동을 허용하는 구동섹션을 포함하는 전해질 처리장치를 또한 제공한다.
본 발명은 또한,
워크피스보다 큰 직경을 갖는 처리전극; 처리전극의 둘레부에 배치되는 복수의 공급전극; 처리전극에 접근하거나 접촉할 수 있는 워크피스를 유지하는 홀더; 워크피스와 처리전극 사이 또는 워크피스와 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 배치되는 이온교환기; 처리전극과 공급전극 사이에 전압을 인가하는 전원; 이온교환기가 배치되는, 워크피스와 처리전극 사이 또는 워크피스와 공급전극 사이의 공간 중의 적어도 하나의 공간에 유체를 공급하는 유체공급섹션; 및 공급전극들 중의 적어도 하나가 워크피스에 항상 전기를 공급하는 상태에서 홀더에 의해 유지되는 워크피스 및 처리전극의 상대이동을 허용하는 구동섹션을 포함하는 전해질 처리장치를 제공한다.
워크피스는 공급전극이 존재하는 지역에서 처리될 수 없기 때문에, 다른 지역에 비해, 공급전극이 존재하는 지역에서는 처리율이 낮다. 따라서, 처리율에 대한 공급전극의 영향을 감소시키기 위하여 공급전극에 의해 점유되는 면적(지역)을 보다 작게 만드는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 본 발명의 전해질 처리장치에 따르면, 작은 면적을 갖는 복수의 공급전극이 처리전극의 둘레부에 배치되고, 1이상의 공급전극이 상대이동 시에 워크피스에 접근하거나 접촉하게 되어 있다. 이것은 처리전극의 둘레부내에 링형상의 공급전극이 배치되는 경우에 비해, 비처리지역(unprocessible region)을 감소시킬 수 있어, 워크피스의 둘레부가 처리되지 않은 상태로 남아있는 것을 방지할 수 있다.
처리전극은 공급전극이 배치되는 둘레부에 의해 한정된 외측 처리전극 및 외측 처리전극의 내측에 위치된 내측 처리전극으로 이루어진다. 또한, 전원이 외측 처리전극 및 내측 처리전극으로 인가되는 개별적인 전압 또는 전기전류를 독립적으로 제어하는 것이 바람직하다. 따라서, 처리전극을 공급전극이 처리율에 영향을 미치는 지역 및 공급전극이 처리율에 영향을 미치지 않는 부분에 각각 위치된 2부분으로 분할하면, 2개의 처리전극부분에서 각각의 처리율을 독립적으로 제어할 수 있고, 공급전극이 존재하는 지역내의 처리율의 저하를 방지할 수 있다. 따라서, 외측 처리전극에서의 처리율을 내측 처리전극에서의 처리율보다 비교적 높게 하면, 공급전극의 존재로 인한 영향을 억제할 수 있고, 처리전극의 전체 표면에 걸쳐 균일한 처리율을 달성할 수 있다.
본 발명은 또한,
워크피스보다 큰 직경을 갖는 처리전극; 처리전극의 둘레부에 배치되는 복수의 공급전극; 처리전극 및 공급전극에 접근하거나 접촉할 수 있는 워크피스를 유지하는 홀더; 처리전극과 공급전극 사이에 전압을 인가하는 전원; 워크피스와 처리전극 및 공급전극 사이에 유체를 공급하는 유체공급섹션; 및 공급전극들 중의 적어도 하나가 워크피스에 항상 전기를 공급하는 상태에서 홀더에 의해 유지되는 워크피스 및 처리전극의 상대이동을 허용하는 구동섹션을 포함하는 전해질 처리장치를 제공한다.
본 발명은 또한,
워크피스보다 큰 직경을 갖는 처리전극 및 워크피스에 전기를 공급하는 공급전극을 제공하는 단계; 워크피스와 처리전극 사이 또는 워크피스와 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 이온교환기를 배치하는 단계; 처리전극과 공급전극 사이에 전압을 인가하는 단계; 워크피스를 처리전극에 접근시키거나 접촉시키는 단계; 이온교환기가 배치되는, 워크피스와 처리전극 사이 또는 워크피스와 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 유체를 공급하는 단계; 및 처리전극의 이동중심이 워크피스의 범위내에 항상 놓여지는 상태로 워크피스 및 처리전극의 상대이동을 허용하고, 그에 의해 워크피스의 표면을 처리하는 단계를 포함하는 전해질 처리방법을 제공한다.
본 발명은 또한,
워크피스보다 큰 직경을 갖는 처리전극 및 워크피스에 전기를 공급하는 공급전극을 제공하는 단계; 처리전극과 공급전극 사이에 전압을 인가하는 단계; 워크피스를 처리전극 및 공급전극에 접근시키거나 접촉시키는 단계; 워크피스와 처리전극 및 공급전극 사이에 유체를 공급하는 단계; 및 처리전극의 이동중심이 워크피스의 범위내에 항상 놓여지는 상태로 워크피스, 처리전극, 공급전극의 상대이동을 허용하고 그에 의해, 워크피스의 표면을 처리하는 단계를 포함하는 전해질 처리방법을 제공한다.
본 발명은 또한,
워크피스보다 큰 직경을 갖는 처리전극 및 워크피스에 전기를 공급하는 공급전극을 제공하는 단계; 워크피스와 처리전극 사이 또는 워크피스와 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 이온교환기를 배치하는 단계; 처리전극과 공급전극 사이에 전압을 인가하는 단계; 워크피스를 처리전극에 접근시키거나 접촉시키는 단계; 이온교환기가 배치되는, 워크피스와 처리전극 사이 또는 워크피스와 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 유체를 공급하는 단계; 및 공급전극들 중의 적어도 하나가 워크피스에 항상 전기를 공급하는 상태에서 워크피스 및 처리전극의 상대이동을 허용하고, 그에 의해 워크피스의 표면을 처리하는 단계를 포함하는 전해질 처리방법을 제공한다.
본 발명은 또한,
워크피스보다 큰 직경을 갖는 처리전극 및 처리전극의 둘레부에 배치된 복수의 공급전극을 제공하는 단계; 처리전극과 공급전극 사이에 전압을 인가하는 단계; 워크피스를 처리전극 및 공급전극에 접근시키거나 접촉시키는 단계; 워크피스와 처리전극 및 공급전극 사이에 유체를 공급하는 단계; 및 공급전극들 중의 적어도 하나가 워크피스에 항상 전기를 공급하는 상태로 워크피스, 처리전극, 공급전극의 상대이동을 허용하고, 그에 의해 워크피스의 표면을 처리하는 단계를 포함하는 전해질 처리방법을 제공한다.
본 발명은 또한,
워크피스를 복수의 처리전극에 접근시키거나 접촉시키는 단계; 워크피스에 전기를 공급하기 위하여 처리전극과 공급전극 사이에 전압을 인가하는 단계; 워크피스와 처리전극 사이 또는 워크피스와 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 유체를 공급하는 단계; 및 단위시간당 처리량이 불균일한 복수의 처리전극들이 워크피스의 처리될 표면내의 모든 지점을 통과하도록 처리전극 및 워크피스의 상대이동을 허용하고, 그에 의해 워크피스의 표면을 처리하는 단계를 포함하는 전해질 처리방법을 제공한다.
전기화학적 처리는 반응이온과 워크피스 사이의 전기화학적 상호작용에 의해 달성되고, 워크피스의 표면내의 다양한 지점들에서의 처리율은 워크피스의 물리적인 특성을 제외하고, 기본적으로 워크피스에 걸친 전류밀도 및 처리전극의 존재빈도에 따라 달라진다. 실제로, 처리시에 워크피스와 반응이온 사이의 전기화학적 반응에 의하여 워크피스의 표면에 생성된 반응생성물 및 워크피스 및 전극의 표면에서 부차적인 반응(side reaction)에 의해 발생된 기포는 워크피스의 표면으로의 반응이온들의 이동을 방해한다. 또한, 전기화학적 상호작용으로 인해, 온도변화 등등에 의해 반응율이 변화한다. 이들 요인들로 인해, 하나의 처리전극이 채택될때, 동일한 처리전극내에서 처리율이 변할 수 있다. 복수의 처리전극이 채택되더라도, 처리전극들 사이에서 처리율이 변할 수 있다.
따라서, 복수의 처리전극들을 사용하여, 워크피스의 표면을 균일한 처리율로 처리하려고 하는 경우에는, 상기 사실들을 고려하여, 반응생성물 및 기포의 제거 및 처리전극들의 존재빈도의 균일화가 수행될 수 있다. 그러나, 그럼에도 불구하고, 개별적인 처리전극들간의 처리율의 변화가 발생할 수 있어, nm/min정도로 처리율을 균일화하는 것이 어렵다. 본 발명의 전해질 처리방법에 따르면, 처리전극 및 워크피스는 복수의 처리전극들이 워크피스의 처리될 표면내의 모든 지점을 통과하도록 상대이동을 허용하여, 처리전극들간의 처리율의 변화를 없앨 수 있고, 처리율을 균일화시킬 수 있다. 이것은 워크피스 전체 표면에 걸쳐 처리율을 nm/min정도로 균일화시킬 수 있게 한다.
상대이동 시에, 워크피스의 처리될 표면내의 모든 지점에서 처리전극의 존재빈도가 실질적으로 동일해지도록 복수의 처리전극이 배치되는 것이 바람직하다. 복수의 처리전극은 동일한 형상을 가지는 것이 바람직하다.
공급전극은 복수의 전극들로 이루어지는 것이 바람직하다. 복수의 공급전극들은, 상대이동 시에, 워크피스의 처리될 표면내의 모든 지점에서 공급전극의 존재빈도가 실질적으로 동일해지도록 배치된다.
상대이동은 회전이동, 왕복이동, 편심 회전이동 및 스크롤이동 또는 그 조합 중의 하나인 것이 바람직하다.
이온교환기는 처리전극 및 공급전극 중의 적어도 하나와 워크피스 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
유체는 극순수, 순수, 500 μS/cm미만의 전기 전도율을 갖는 액체 또는 전해질 용액인 것이 바람직하다.
본 발명은 또한,
워크피스를 처리전극에 접근시키거나 접촉시키는 단계; 워크피스에 전기를 공급하기 위하여 처리전극과 공급전극 사이에 전압을 인가하는 단계; 워크피스와 처리전극 사이 또는 워크피스와 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 유체를 공급하는 단계; 단위시간당 처리량이 불균일한 처리전극내의 복수의 지점들이 워크피스의 처리될 표면내의 모든 지점들을 통과하도록 처리전극 및 워크피스의 상대이동을 허용하고, 그에 의해 워크피스의 표면을 처리하는 단계를 포함하는 전해질 처리방법을 제공한다.
본 발명은 또한,
복수의 처리전극; 워크피스에 전기를 공급하는 공급전극; 처리전극들에 접근하거나 접촉할 수 있는 워크피스를 유지하는 홀더; 처리전극과 공급전극 사이에 전압을 인가하는 전원; 워크피스와 처리전극 사이 또는 워크피스와 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 유체를 공급하는 유체공급섹션; 및 단위시간당 처리량이 불균일한 복수의 처리전극들이 홀더에 의해 유지되는 워크피스의 처리될 표면내의 모든 지점들을 통과하도록 처리전극 및 워크피스의 상대이동을 허용하는 구동섹션을 포함하는 전해질 처리장치를 제공한다.
본 발명은 또한,
처리전극; 워크피스에 전기를 공급하는 공급전극; 처리전극들에 접근하거나 접촉할 수 있는 워크피스를 유지하는 홀더; 처리전극과 공급전극 사이에 전압을 인가하는 전원; 워크피스와 처리전극 사이 또는 워크피스와 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 유체를 공급하는 유체공급섹션; 및 단위시간당 처리량이 불균일한 처리전극내의 복수의 지점들이 홀더에 의해 유지되는 워크피스의 처리될 표면내의 모든 지점들을 통과하도록 처리전극 및 워크피스의 상대이동을 허용하는 구동섹션을 포함하는 전해질 처리장치를 제공한다.
본 발명은,
그 표면이 노출되어 있는 전극을 지지하는 전극지지체와 전극지지체의 둘레부와 맞물릴 수 있는 고정지그(fixing jig) 사이에 이온교환기를 위치시키는 단계; 및 고정지그와 전극지지체를 맞물려서, 고정지그와 전극지지체 사이에 그 둘레부가 끼워지게 하여 이온교환기를 고정시키는 단계를 포함하는 전극의 전해질처리에 이용하는 이온교환기를 고정시키는 고정방법을 제공한다.
고정방법에 따르면, 이온교환기는, 단순히 고정지그를 단순히 압축시킬때 생성된 고정지그, 이온교환기 및 전극지지체 사이의 마찰력으로 인해 바깥쪽으로 균일하게 펼쳐지고, 이에 따라 이온교환기가 팽팽한 상태로 균일하게 펼쳐져서, 이온교환기가 전극의 노출된 표면상에 자동으로 단단히 고정될 수 있다.
고정지그는 한 쌍의 분할된 지그들로 이루어지는 것이 바람직하고, 이온교환기의 둘레부가 그들 사이에 끼워지며, 한 쌍의 분할된 지그들은 전극지지체와 맞물려서 압축된다.
이에 따라, 분할된 지그들을 전극지지체와의 맞물려서 압축시키기 전에, 이온교환기의 둘레부가 분할된 지그들 사이에 끼워져서, 분할된 고정지그들내에 이온교환기를 임시로 고정시키면, 압축시에 이온교환기와 고정지그 사이의 미끄러짐(slipping)이 방지되어, 이온교환기가 항상 팽팽한 상태로 고정될 수 있다.
본 발명은 또한,
전극의 외부에 이온교환기-고정지그를 배치시키는 단계; 이온교환기-고정지그에 의하여 이온교환기를 유지하는 단계; 및 전극상에 이온교환기를 팽팽한 상태로 지지되게 한 채로, 전극에 이온교환기-고정지그를 부착시키는 단계를 포함하는 전극의 전해질처리에 사용하는 이온교환기를 고정시키는 방법을 제공한다.
본 발명은,
그 표면이 노출되어 있는 전극을 지지하는 전극지지체 및 전극지지체의 둘레부와 맞물릴 수 있는 고정지그를 포함하는 전극의 전해질처리에 사용하는 이온교환기를 고정시키는 고정구조체를 제공하고, 전극지지체 및 고정지그는, 그들 사이에 이온교환기의 둘레부를 끼워넣고, 전극의 표면에 걸쳐 이온교환기를 펼쳐서 이온교환기를 고정시킨다.
고정지그는 한 쌍의 분할된 지그로 이루어지고, 전극지지체를 덮는 부분의 외부에서 이온교환기의 외주부가 고정지그들 사이에 끼워진다.
본 발명은 또한,
이온교환-고정장치를 포함하는 전해질 처리장치를 제공하며, 상기 이온교환-고정장치는, 표면이 노출되어 있는 전극을 지지하는 전극지지체; 및 전극지지체의둘레부와 맞물리는 고정지그를 포함하고, 이온교환-고정장치는 전극지지체와 고정지그 사이에 이온교환기의 둘레부를 끼워넣음으로써 이온교환기를 고정한다.
전극지지체 및 고정지그는 상대적으로 이동하도록 되어 있어, 전극지지체와 고정지그 사이에 이온교환기의 둘레부를 끼워넣음으로써 이온교환기를 고정시키도록 되어 있는 것이 바람직하다.
이것은 이온교환기를 새것으로 교환할 수 있게 한다. 따라서, 이온교환기가 오염되는 경우에, 예를 들어, 고정지그와 전극지지체 중 적어도 하나가 서로 멀어지는 방향으로 이동되어, 이온교환기의 고정을 해제하고, 이온교환기를 필요한 거리로 이동하게 한 후, 이온교환기를 고정시키도록 고정지그와 전극지지체 중 적어도 하나가 서로 가까워지는 방향으로 이동되어, 연속적인 방식으로 이온교환기의 교환을 수행한다.
전극지지체와 고정지그 사이에 배치되는 이온교환기는 이동할 수 있는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에서, 이온교환기는 엔드리스형태(endless form)이고, 한방향으로 이도할 수 있으며, 이온교환기를 재생시키기 위한 재생섹션은 이온교환기의 이동루트내에 제공된다.
이것은 엔드리스 이온교환기의 일부를 고정할 수 있게 하고, 일부를 처리용으로 이용하면서, 처리에 이용되지 않는 이온교환기의 다른 부분을 재생시킬 수 있게 하고, 이온교환기를 한 방향으로 이동시킨 후에, 이온교환기의 재생된 부분을 처리에 사용하도록 고정시킨다. 이러한 작업의 반복이 엔드리스 이온교환기의 순환 및 반복 사용을 가능하게 한다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 이온교환기는 양방향으로 이동할 수 있고, 이온교환기를 재생하기 위하여 2개의 재생섹션이 이온교환기의 이동방향으로 전극지지체의 양측면에 제공된다.
이것은 이온교환기의 일부를 고정할 수 있게 하고, 일부를 처리면서, 처리에 이용되지 않는 이온교환기의 다른 부분을 재생시킬 수 있게 하고, 처리에 사용된 이온교환기의 부분과 처이온교환기의 재생된 부분을 교환할 수 있게 한다. 이러한 작업의 반복이 이온교환기의 장기간의 반복 사용을 가능하게 한다.
본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 이점은, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
이제, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 설명된다. 후술되는 실시예들은 처리될 워크피스로 기판을 이용하고 기판의 표면상에 형성된 구리 등등을 제거(폴리싱)하는 전해질 처리장치에 대한 적용례에 관한 것이지만, 본 발명은 여타의 워크피스에도 적용가능하다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 전해질 처리장치(50)를 개략적으로 나타내는 부분적인 단면도이다. 전해질 처리장치(50)는 전극으로 처리전극(18)을 유지하는 전극홀더(12), 전극홀더(12)에 장착된 전극-회전샤프트(13), 워크피스 또는 공급전극으로 기판(W)을 흡인하고 유지하기 위하여 상기 전극홀더(12) 위에 제공되는 기판홀더(14) 및 기판홀더(14)에 장착된 기판-회전샤프트(15)를 포함한다. 본 실시예에 따르면, 기판(W)이 공급전극으로서 작용한다. 전해질 처리장치(50)는 또한, 후술되는 바와 같이, 처리전극(18)과 기판(W) 사이에 전압 또는 전기전류를 인가하는 전원(23)을 포함한다.
전해질 처리장치(50)에는, 기판-회전샤프트(15)에 의하여 기판홀더(14)를 회전(기판-회전샤프트(15)의 중심축선을 중심으로 하는 회전)시키기 위한 기판-회전수단으로서 중공모터(41), 전극-회전샤프트(13)에 의하여 전극홀더(13)를 회전(전극-회전샤프트(13)의 중심축선을 중심으로 하는 회전)시키기 위한 전극-회전수단으로서 중공모터(42), 피벗아암(43), 전극홀더(12) 바로 위의 위치에 기판홀더(14)를 피벗시키거나 전극홀더(12) 바로 위의 위치로부터 수평으로 기판홀더(14)를 피벗시키는 기판-피벗수단으로서 피벗샤프트(44) 및 피벗모터(45), 볼스크루(46) 및 전극홀더(12)로부터 멀리 기판홀더(14)를 상승시키거나 전극홀더(12) 근처로 기판홀더를 하강시키는 수직이동수단으로서 수직이동모터(47)가 제공되고, 도시되지는 않았지만, 유체 또는 액체로서 전해질용액(49)을 공급하는 유체공급수단으로 전해질용액 공급수단도 제공된다. 피벗아암(43)은 피벗모터(45)에 의해 구동되고, 피벗샤프트(44)를 중심으로 기판홀더(14)를 피벗시킨다. 볼스크루(46)는 수직 이동모터(47)에 의해 구동되고, 피벗샤프트(44), 피벗아암(43) 및 기판홀더(14)를 상승 및 하강시킨다.
전극홀더(12)는 일반적으로 원반형상을 가지고 수평으로 배치된다. 주위벽(16)은 전극홀더(12)의 상면(12B)의 둘레에 형성된다. 유체공급섹션으로서 후퇴부(17)가 주위벽(16) 내부에 형성된다. 디스크형상의 처리전극(18)은 주위벽(16)의 상면(16B)상에 수평으로 장착된다. 유체공급섹션으로서 스루홀(19)이 전극홀더(12)의 중심에 형성된다. 처리전극(18)은 절연기(40)에 의하여 7개의 부분으로 분할된다. 도 7은 처리전극(18)의 실제 단면도를 나타내는 것이 아니라, 7개의 분할부의 패턴을 예시한다. 분할된 부분들 전부(이하, 처리전극부(18-1 내지 18-7)로 일컬어짐)에는, 기판(W)에 전해질용액을 공급하기 위한 유체공급섹션으로서 다수의 스루홀들(29)이 형성된다(도 7에는 단지 예시의 목적으로, 각각의 처리전극부분들(18-1 내지 18-7)에 대하여 하나의 스루홀(29)만 도시된다).
이온교환기(35)는 처리전극(18)의 상면상에 장착된다. 이온교환기(35)는 처리전극부분들(18-1 내지 18-7)에 따라 7개의 부분으로 분할되고, 개별적인 부분들은 서로 간격(35C)만큼 이격된다. 이온교환기(35)는 처리전극부분(18-1 내지 18-7)과 동일한 형상으로 분할된다. 처리전극(18)의 경우에서와 같이, 간격(35C)에 절연기를 삽입하여, 분할된 이온교환기들(35) 사이에 절연기를 개재시킬 수 있다. 이 경우에, 절연기는 이온교환기(35)의 처리표면으로부터 돌출되지 않아야 한다. 도 7은 이온교환기(35)의 실제 단면도를 나타내는 것이 아니라, 7개의 분할부의 패턴을 예시한다.
원형 막형상의 이온교환기(35)(비분할형태)는 이것이 전체 상면(18B)을 덮도록 처리전극(18)의 상면(18B)에 장착될 수 있다. 이온교환기(35) 및 처리전극(18)의 최외측 반경은 각각 기판(W)의 반경과 거의 동일하게 디자인된다.
이온교환기(35)는 양이온-교환그룹 및 음이온-교환그룹 중의 적어도 하나를 가질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 이온교환기(35)는 평면내에 동심적으로 또는 반경방향으로 교대로 배치되거나 또는 두께방향으로 층들내에 교대로 배치될 수 있는 양이온-교환그룹 및 음이온-교환그룹 모두를 가진다.
중공 원주형상의 전극-회전샤프트(13)는 전극홀더(12)의 하면(12A)에 수직으로 장착된다. 유체공급섹션으로서 중공통로(20)가 전극-회전샤프트(13)에 형성된다. 중공통로(20)는 전극홀더(12)의 스루홀(19)과 연통한다. 중공모터(42)는 전극-회전샤프트(13)의 하면(13A)에 연결된다. 유체공급섹션으로서 중공모터(42)의 중공부(42C)는 중공통로(20)와 연통한다. 처리전극(18)의 하면(18A)에 연결된 와이어(24)는 후퇴부(17), 스루홀(19), 중공통로(20) 및 중공부(42C)와 중공모터(42)의 하단부(42A)에 제공된 슬립 링(26)을 통과하고, 전원(23)에 연결된다. 유체공급섹션으로서 전해질 용액 공급유입구(28)가 슬립 링(26)에 형성되고, 전해질 용액 공급유입부(28)는 중공부(42C)와 연통한다. 도시되지 않은 전해질용액 공급수단은 슬립 링(26)의 전해질용액 공급유입부(28)에 전해질용액(49)을 공급한다.
기판홀더(14)는 디스크형상을 가지고, 수평으로 배치된다. 기판홀더(14)는 흡인부(14C)에 워크피스로서 기판(W)을 흡인 및 유지한다. 스루홀(21)은 기판홀더(14)의 중심에 형성된다. 기판홀더(14)는 기판(W)과 접촉될 부분에, 도시되지 않은 진공소스에 연결되는 도시되지 않은 다수의 흡입홀들을 가진다.
기판-회전샤프트(15)는 중공 원주형상을 가지며, 기판홀더(14)의 상면(14B)에 수직으로 장착된다. 중공통로(22)는 기판회전샤프트(15)에 형성되고, 중공통로(22)는 기판홀더(14)의 스루홀(21)과 연통한다. 중공모터(41)는 기판-회전샤프트(15)의 상단면(15B)에 연결된다. 중공모터(41)의 중공부(41C)는 중공통로(22)와 연통한다. 중공모터(41)는 그 자유단(43C)의 부근에서 피벗아암(43)의 하면(43A)에 연결된다. 중공부(48)(점선)는 중공모터(41)와의 접속부로부터 연장하는 피벗아암(43)에 형성되고, 중공부(48)는 중공부(41C)와 연통한다.
기판(W)의 상면(WB)에 연결된 와이어(25)는 스루홀(21), 중공통로(22), 중공부(41C) 및 중공부(48)를 통과하고, 그 자유단(43C) 부근의 피벗아암(43)의 상면(43B)에 장착된 슬립 링(27)을 통과하고, 피벗샤프트(44)에 형성된 피벗아암(43) 및 중공부(39)(점선으로 도시됨)를 더 통과하여, 전원(23)에 접속된다. 본 실시예의 전해질 처리장치(50)는 기판(W)에 직접 전기를 공급하는 직접공급방식이다. 기판(W)은 처리전극(18)과 평행하게 배치된다.
이제, 도 8을 참조하여, 처리전극(18)이 7개의 부분들로 분할되는 경우에 와이어(24, 25)의 세부항목이 설명된다. 도 8에서, 기판(W)에 대한 와이어의 배선상태(state of wiring)를 예시하기 위하여, 기판(W)과 접촉하는 기판홀더(14)의 일부가 부분적으로 차단된다. 도 7에서, 와이어(24, 25)는 각각 하나의 와이어로 도시되고, 그들이 하나의 회로를 형성하도록 하나의 전원이 도시된다. 그러나, 사실상, 각각의 처리전극부분들(18-1 내지 18-7)은 하나의 와이어(24)에 접속되고, 처리전극부분(18-1 내지 18-7) 바로 위의 지점에서 하나의 와이어(25)에 또한 접속된다. 또한, 각각의 와이어(24, 25)는 개별적인 전원(23)에 접속되어, 개별적인 회로들을 형성한다. 개별적인 회로들은 각각의 처리전극부분들(18-1 내지 18-7)과 공급전극 사이에서 전압 및 전기전류 중의 적어도 하나가 도시되지 않은 컨트롤러에 의하여 독립적으로 제어될 수 있도로고 설계된다. 개별적인 회로들은 각각 상이한 일정한 전압 및 일정한 전기전류들이 적어도 1번씩 교대로 인가되고, 도시되지 않은 컨트롤러에 의하여 독립적으로 제어되도록 설계될 수 있다. 도 8에서, 스루홀(29)의 도시가 생략되었다. 본 명세서에서 "일정한 전압" 또는 "일정한 전기전류"라는 용어는 사실상 일정한 것으로 간주될 수 있는 실질적으로 일정한 전압 또는 전기전류를 포함한다.
이제, 본 실시예의 전해질 처리장치(50)의 동작이 도 7을 참조하여 설명된다.
기판(W)은 기판홀더(14)의 흡인부(14C)상에 위치되고, 그 위에 흡인 및 유지된다. 피벗모터(45)는 피벗샤프트(44)에 의하여 피벗샤프트(44)를 중심으로 피벗아암(43)을 피벗시키고 이에 따라, 기판홀더(14)가 전극홀더(12) 바로 위의 위치에 수평하게 피벗된다. 그 후, 수직이동모터(47)가 볼 스크루(46)를 회전시켜, 피벗샤프트(44)를 하강시킨다. 피벗샤프트(44)는 피벗아암(43)에 의하여 전극홀더(12)를 향해 기판홀더(14)를 하강시켜, 기판(W)의 하면(WA)을 처리전극(18)의 상면(18B)과 접촉시킨다.
전해질용액(49)은 도시되지 않은 전해질용액 공급수단에 의하여 전해질용액 공급유입구(28)로 공급된다. 전해질용액(49)은 중공부(42C), 중공통로(20), 스루홀(19), 후퇴부(17) 및 스루홀들(29)을 통과하고, 처리전극(18)의 기판(W)을 향하는 전체 표면(18B)으로부터 이온교환기(35)로 공급된다. 그런 다음, 전압이 각각의 전원(23)으로부터 각각의 처리전극부분(18-1 내지 18-7)과 기판(W) 사이로 각각 인가된다.
전극홀더(12)는 중공모터(42)의 작동에 의하여 전극-회전샤프트(13)에 의하여 주어진 각속도로 회전되고, 기판홀더(14)는 중공모터(41)의 작동에 의하여 기판-회전샤프트(15)에 의하여 주어진 각속도로 회전되면서, 기판표면(WA)의 전해질처리가 수행된다.
처리전극(18)은 기판(W)의 하면(WA)에 마주보고 배치된다. 또한, 이온교환기(35)가 처리전극(18)과 기판(W) 사이에 배치된다. 따라서, 예를 들어, 500 μS/cm 미만의 전기 전도율을 갖는 물, 순수 또는 극순수가 전해질용액(49)으로 사용되면, 물분자가 수산화물 이온(OH-)과 수소이온(H＋)으로 분리된다. 기판(W)의 하면(WA)에서 수산화물 이온의 밀도는 전해질용액(49)의 흐름 및 기판(W)과 처리전극(18) 사이의 전기장에 의하여 증가되어, 예를 들어, 도금막의 원자들(도시되지 않음)과 수산화물 이온들 사이에 반응이 발생한다. 반응생성물은 전해질용액(49)에 용해되고, 기판(W)의 하면(WA)을 따라 전해질용액(49)의 흐름에 의하여 기판(W)으로부터 제거된다. 이에 따라, 기판(W)의 하면(WA)의 전해질 처리가 달성된다.
500 μS/cm 미만, 바람직하게는 50 μS/cm 미만, 더 바람직하게는 10 μS/cm 미만, 특히 더 바람직하게는 0.1 μS/cm 미만의 전기 전도율을 갖는 물, 순수 또는 극순수에 계면활성제와 같은 첨가제를 추가하여 얻어진 액체를 전해질용액(49)으로사용하는 것이 바람직하다. 이러한 액체의 사용으로 기판표면(WA)상에 불순물을 남기지 않으면서 세정처리를 수행할 수 있어, 전해질처리 후에, 기판(W)을 세정하는 단계가 간소화될 수 있다. 본 명세서에서, 액체의 전기 전도율은 25℃, 1atm에 대응하는 값을 나타낸다.
이제, 처리전극(18)과 기판(W) 사이에 공급되는 전압의 제어에 대한 설명이 이루어진다. 상술된 바와 같이, 각각의 처리전극부분들(18-1 내지 18-7)과 기판(W) 사이에 인가되는 전압 및 전기전류 중의 적어도 하나가 독립적으로 제어되어, 처리전극(18)의 전체 표면에 걸쳐 전기장세기를 균일화시킬 수 있고, 처리전극(18)의 전체 표면에 걸쳐 동일한 세기의 전기장이 흐를 수 있도록 개별적인 처리전극부분들(18-1 내지 18-7)에 각각 상이한 전압을 인가할 수 있다. 이것은 전체 하면(WA)에 걸쳐 수산화물 이온농도를 균일화시키도록 기판(W)의 하면(WA)으로의 수산화물 이온의 공급을 균일화시킬 수 있어, 기판(W)의 하면(WA)에 걸쳐 처리율을 균일화시킬 수 있다. 또한, 처리전에 처리될 표면의 형태에 대한 적절한 처리율분배가 얻어지는 이러한 제어를 달성하여, 처리된 표면의 평탄도가 기판(W)의 전체 하면(WA)에 걸쳐 개선될 수 있다.
또한, 처리 후에, 처리전극(18)의 형상 또는 처리시에 생성된 기포의 영향으로 인한 전류값의 불균일성에 의해 야기될 수 있는 기판표면의 비평탄도가 감소될 수 있다.
예를 들어, 기판(W)의 처리될 재료가 구리, 몰리브덴 또는 철이면, 처리전극(18)이 캐소드가 되고, 기판(W)이 애노드가 되도록 전압이 인가된다. 한편, 처리될 재료가 알루미늄 또는 실리콘인 경우에는, 처리전극(18)이 애노드가 되고, 기판(W)이 캐소드가 되도록 전압이 인가된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 전해질 처리장치(50)에는 기판(W)(점선으로 도시됨)을 유지하는 기판홀더(12) 옆에 배치되는 오인교환기(35)(도 7참조)를 재생시키는 재생섹션(71)이 제공될 수 있다. 재생섹션(71)은 도시되지 않은 재생용 이온교환기가 제공되는 재생탱크(72)를 포함한다. 재생탱크(72)는 도시되지 않은 전극에 연결된다. 또한, 재생탱크(72)는 전해질용액(49)(도 7참조)이 이온교환기 아래에서 위쪽으로 이온교환기의 상면에 공급될 수 있도록 설계된다. 작동시, 피벗아암(43)은 전극홀더(12)를 재생탱크(72) 바로 위로 이동시키도록 피벗되고, 재생용 이온교환기에 접근하거나 접촉하도록 이온교환기(35)를 하강시킨다. 도 9에서, 재생위치의 피벗아암(43) 및 기판홀더(12)는 쇄선(chain line)으로 도시된다.
예를 들어, 양전위가 처리전극(18)(도 7참조)에 인가되고, 음전위가 재생될 이온교환기(35)에 인가되어, 이온교환기(35)에 부착되는 구리, 몰리브덴 또는 철과 같은 이물질(extraneous matter)의 분리를 촉진시키고, 이에 따라 이온교환기(35)를 재생시킨다. 재생된 이온교환기(35)는 예를 들어, 순수로 헹궈질 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 전해질 처리장치를 개략적으로 나타내는 부분적인 단면도이다.
전해질 처리장치(50a)에 따르면, 처리전극(118) 및 공급전극(136)이 전극홀더(112)에 의하여 유지된다. 처리전극(118)은 링형상의 4개의 절연기(140-1 내지 140-4)에 의하여 5개의 처리전극부분들(118-1 내지 118-5)로 분할되고, 링형상 절연기(140-4)에 의하여 주변이 둘러싸인다. 처리전극부분들(118-1 내지 118-5)에는, 기판(W)에 전해질용액(102)을 공급하기 위한 유체공급섹션으로서 다수의 스루홀들(129)이 형성된다(도 10에는 각각의 처리전극부분들(118-1 내지 118-5)에 대하여 하나의 스루홀(129)이 도시된다).
최외측 절연기(140-5)는 링형상의 공급전극(136)에 의해 둘러싸인다. 전체 처리전극부분(118-1 내지 118-5), 전체 절연기(140-1 내지 140-5) 및 공급전극(136)은 디스크형상으로 일체로 형성된다(도 11참조).
본 실시예의 전해질 처리장치(50a)에 따르면, 처리전극(118)에 연결된 와이어(124) 및 공급전극(136)에 연결된 와이어(125) 모두가 전극홀더(112)에 형성된 후퇴부(117), 스루홀(119), 전극홀더(112)에 장착된 전극-회전샤프트(113)에 형성된 유체공급섹션으로서 중공통로(120), 전극-회전샤프트(113)의 하단부(113A)에 장착된 중공모터(142)의 중공부(142C) 및 중공모터(142)의 하단부(142A)에 장착된 슬립 링(126)을 통과하고, 전원(123)에 연결된다. 슬립 링(126)은 전해질용액(102)이 도시되지 않은 전해질용액 공급수단에 의해 공급되는 전해질용액 공급유입구를 가진다.
도 10에서, 처리전극(118)에 연결된 와이어(124) 및 공급전극(136)에 연결된 와이어(125)는 하나의 와이어로 각각 도시되며, 하나의 전원(123)이 도시된다. 그러나, 도 12에 도시된 바와 같이, 와이어(124)는 실제로 4개의 와이어들로 구성되고, 각각의 와이어(124)는 각각의 처리전극부분들(118-1 내지 118-5)에 연결된다. 와이어(125)는 또한 5개의 와이어들로 이루어지고, 각각의 와이어들(125)은 공급전극(136)에 연결되고, 연결부들은 서로 이격되어 있다. 또한, 한 쌍의 와이어들(124, 125)이 개별적인 (5개의)전원(123)에 연결되어, 개별적인 회로를 형성한다.
기판홀더(114)에는, 기판홀더와 기판(W) 사이에 간격을 형성하는 후퇴부가 형성되지 않으며 스루홀도 형성되지 않는다. 기판-회전샤프트(115)는 중공통로를 가지지 않으며, 피벗아암(143) 및 피벗샤프트(144)도 각각 중공부를 가지지 않는다. 또한, 슬립 링은 피벗아암(143)에 부착되지 않는다. 또한, 본 실시예에 따르면, 하나의 공급전극(136)이 채택되기 때문에, 이온교환기(135)가 링형상 공급전극(136)의 적어도 일부와 접촉하기 충분한다.
본 실시예의 전해질 처리장치(50a)가 상술된 제1실시예의 전해질 처리장치(50)와 상이하더라도, 여타의 구성은 동일하다.
본 실시예의 전해질 처리장치(50a)의 작동은, 기판(W)이 공급전극으로서 작용하지 않고 또한, 처리전극(118) 외부에 링형상의 공급전극(136)의 제공 및 링형상 절연기(140-1 내지 140-5)에 의한 처리전극(118)의 분할이 상이하게 작용한다는 것을 제외하고는, 제1실시예의 전해질 처리장치(50)와 동일하다.
본 실시예의 전해질 처리장치(50a)에 따르면, 처리전극(118)은 링형상 절연기(140-1 내지 140-5)에 의해 분할되는 처리전극부분(118-1 내지 118-5)으로 이루어지고, 각각의 처리전극부분(118-1 내지 118-5) 및 공급전극(136)이 개별적인 회로를 형성하고, 각각의 처리전극부분(118-1 내지 118-5)과 공급전극(136) 사이에 공급되는 전압 및 전기전류 중의 적어도 하나가 개별적으로 제어된다. 따라서, 처리전극(118)의 전체 표면에 걸쳐 동일한 세기의 전기전류가 흐를 수 있는 상태로,처리전극부분들(118-1 내지 118-5)과 공급전극(136) 사이에 전압이 인가될 수 있다. 이것은 전체 하면(WA)에 걸쳐 수산화물 이온농도를 균일화 시킬 수 있도록 기판(W)의 하면(WA)에 수산화물 이온의 공급을 균일화시킬 수 있어, 기판(W)의 전체 하면(WA)에 걸쳐 처리율을 균일화시킨다. 기판(W)이 공급전극으로 이용되지 않고, 공급전극(136)이 본 실시예에 따라 제공되지 않기 때문에, 기판(W)의 표면이 도전재로 형성될 때 뿐만 아니라, 기판(W)이 비도전재로 형성될 때도 기판(W)의 표면의 도전재의 전해질처리가 수행될 수 있다.
본 실시예의 전해질 처리장치(50a)에서, 공급전극(136) 대신에, 다음의 공급전극(236)이 채택될 수도 있다 :
도 13에 도시된 바와 같이, 공급전극(236)에는 5개의 절연기(251-1 내지 251-5)가 제공되어, 5개의 공급전극부분들(236-1 내지 236-5)로 분할된다. 공급전극부분들(236-1 내지 236-5)은 각각 와이어에 연결된다(도 14참조).
도 14에 도시된 바와 같이, 개별적인 처리전극부분들(218-1 내지 218-5)에 연결된 개별적인 와이어(224) 및 개별적인 공급전극부분들(236-1 내지 236-5)에 연결된 개별적인 와이어(225)가 별도의 전원(223)에 연결되어, 별도의 회로를 형성한다.
본 실시예의 경우에, 공급전극(236)이 절연기(251-1 내지 251-5)에 의하여 분리되기 때문에, 기판(W)을 처리전극(218) 및 공급전극(236)의 전체 표면과 접촉시킬 필요가 있다.
상술된 제1실시예 내지 제3실시예에서, 기판의 중심이 처리전극의 중심과 만나고, 동일한 크기를 갖는 기판 및 처리전극이 반대 방향으로 회전된다. 이것은 구역제어를 수월하게 한다. 한편, 전극 또는 이온교환기의 형상은 기판의 처리될 표면으로 전사될 수 있어, 기판표면상에 루트형(rut-like) 패턴을 형성한다. 따라서, 회전과 함께, 스크롤운동(자체-회전이 없는 궤도 운동) 또는 근거리 왕복운동과 같은 어느 정도의 여타의 운동을 수행하는 것이 바람직하다. 본 명세서에서, "구역"이라는 용어는 기판의 표면의 부분적인 지역을 나타내며, "구역제어"라는 용어는, 소정의 처리율분포를 얻기 위하여, 각각의 처리전극부분과 공급전극(또는 공급전극부분) 사이에 공급된 전압 및 전기전류 중의 적어도 하나의 독립적인 제어에 의하여 달성된 다양한 구역들에서의 처리율의 제어를 나타낸다.
상술된 제2실시예 및 제3실시예에서, 처리전극(118)(도 11참조), (218)(도 13참조)의 경우에서와 같이, 이온교환기(135, 235)는 절연기(140-1 내지 140-5)(도 11참조), (240-1 내지 240-5)(도 13참조)와 동일한 형상을 갖는 링형상의 절연기들(130-1 내지 130-5, 230-1 내지 230-5)에 의하여 도 15에 도시된 바와 같이, 중심 원형부와 외측 링형상부로 분할될 수 있다. 5개의 절연기들(130-1 내지 130-5, 230-1 내지 230-5) 중의 일부는 생략될 수 있어, 이온교환기들(135, 235)의 분할부분의 개수를 6에서 1 내지 5로 감소시킬 수 있다. 물론, 이온교환기들(135, 235)을 7이상으로 분할할 수도 있다.
도 11 내지 도 14에는, 이온교환기에 형성된 스루홀의 도시가 생략된다.
이제, 일례로서 전해질 처리장치(50)를 취하고, 필요에 따라 도 7을 참조하여, 상술된 전해질 처리장치(50)가 제공되는 기판처리장치(260)가 도 16을 참조하여 설명된다. 도 16에 도시된 바와 같이, 기판처리장치(260)는 기판(W)을 반입 및 반출(carrying in and out)시키기 위한 반입 및 반출섹션으로서 한 쌍의 로딩/언로딩섹션(262), 기판(W)을 반전시키는 반전기구(264) 및 전해질 처리장치(50)를 포함하고, 이들은 일렬로 배치된다. 이송장치로서 이송로봇(268a)이 기판(W)의 이송 및 송달(delivery)을 위한 이들 장비들과 평행하게 이동한다.
기판처리장치(260)에는, 전해질 처리장치(50)에 의하여 전해질 처리를 수행할 때, 처리전극(18)(도 7참조) 및 기판(공급전극)(W) 사이에 인가되는 전압(도 7참조) 및 그들 사이에 흐르는 전기전류를 모니터링하고, 각각의 처리전극부분(18-1 내지 18-7)(도 7참조)과 기판(공급전극)(W) 사이의 전압 및 전기전류 중의 적어도 하나를 독립적으로 제어하는 컨트롤러(266)가 제공된다. 상술된 전해질 처리장치(50)의 제공에 의하여, 기판처리장치(260)는 전체 하면(WA)에 걸쳐 기판(W)의 전해질 처리의 처리율을 균일화시킬 수 있고, (기판 균일성에서)매우 평탄한 표면(WA)을 갖는 처리된 기판(W)을 생성할 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 실시예에 따르면, 처리전극 및 공급전극이 제공되고, 처리전극 및 공급전극 중의 적어도 하나가 복수의 부분으로 전기적으로 분할되고, 각각의 분할된 전극부분에 대하여, 전압 및 전기전류 중의 적어도 하나가 독립적으로 제어될 수 있다. 따라서, 본 발명은 워크피스의 전체 처리될 표면에 걸쳐 전기장세기의 균일성을 향상시킬 수 있어, 처리율의 균일성을 향상시킬 수 있고, 처리전에 처리될 표면의 형태에 대한 최적 처리율분배에서 처리율을 제어할 수 있어, 처리 후에 표면의 균일성을 개선시킬 수 있다.
도 17은 본 발명의 제14실시예에 따른 전해질 처리장치(334)를 개략적으로 나타내는 수직 단면도이다. 도 17에 도시된 바와 같이, 전해질 처리장치(334)는 수평으로 피벗될 수 있고 수직으로 이동할 수 있는 피벗아암(340), 그 앞면이 아래쪽을 향한채로(하향) 기판(W)을 흡인 및 유지하기 위하여 피벗아암(340)의 자유단에 지지되는 기판홀더(342), 기판홀더(342) 바로 아래에 위치된 디스크형상 전극섹션(344) 및 전극섹션(344)에 연결된 전원(346)을 포함한다. 본 실시예에서, 전극섹션(344)의 크기는 기판홀더(342)에 의해 유지되는 기판(W)의 직경보다 약간 더 큰 직경을 가지도록 설계된다.
피벗용 모터(348)에 작동에 의하여 수평으로 피벗되는 피벗아암(340)은 피벗샤프트(350)의 상단부에 연결된다. 수직운동용 모터(354)의 작동에 의하여 볼스크루(352)를 통하여 피벗아암(340)과 일체로 상하로 이동하는 피벗샤프트(350)는 수직으로 연장하는 볼스크루(352)와 맞물린다.
기판홀더(342)는 기판홀더(342)에 의해 유지되는 기판(W) 및 전극섹션(344)을 서로 상대적으로 이동시키는 제1구동요소로서 회전모터(356)에 연결된다. 기판홀더(342)는 회전모터(356)의 작동에 의하여 회전된다. 피벗아암(340)은 상술된 바와 같이, 수평으로 피벗될 수 있고 수직으로 이동할 수 있으며, 기판홀더(342)는 수평으로 피벗될 수 있고 피벗아암(340)과 일체로 수직으로 이동될 수 있다.
기판(W) 및 전극섹션(344)을 서로 상대적으로 이동시키는 제2구동요소로서 중공모터(360)가 전극섹션(344) 아래에 배치된다. 구동단부(364)는 메인 샤프트(362)의 상단부에 형성되고, 메인 샤프트(362)의 중심에서 벗어난 위치에 배치된다. 전극섹션(344)은 베어링(도시되지 않음)에 의하여 그 중심부에서 구동단부(364)에 회전가능하게 결합된다. 3이상의 회전-방지기구가 전극섹션(344)과 중공모터(360) 사이에 둘레방향으로 제공된다.
도 18a는 본 실시예의 회전-방지기구를 나타내는 평면도이고, 도 18b는 도 18a의 A-A라인을 따라 취해진 단면도이다. 도 18a 및 도 18b에 도시된 바와 같이, 3이상(도 18a에서는 4개)의 회전-방지기구(366)가 전극섹션(344)과 중공모터(360) 사이에 둘레방향으로 제공된다. 도 18b에 도시된 바와 같이, 복수의 후퇴부(368, 370)가 중공모터(360)의 상면 및 전극섹션(344)의 하면내의 대응하는 위치에 둘레방향으로 동일한 간격으로 형성된다. 베어링(372, 374)은 각각의 후퇴부(368, 370)에 각각 고정된다. 2개의 샤프트(376, 378)를 가지고, 서로 편심거리 "e"만큼 편심되는 연결부재(380)는 샤프트들(376, 374)의 각각의 끝단부를 베어링들(372, 374)에 삽입하여 한 쌍의 베어링(372, 374)에 결합된다. 메인 샤프트(362)의 중심에 대한 구동끝단부(364)의 편심거리도 "e"이다. 따라서, 전극섹션(344)은 그 축선을 중심으로 회전하지 않고, 메인 샤프트(362)의 중심과 구동단부(364) 사이의 거리를 반경("e")으로 회전운동(revolutionary movement) 즉, 중공모터(360)의 작동에 의한 소위 스크롤운동(병진 회전운동)을 하게 된다.
도 17에 도시된 바와 같이, 순수, 바람직하게는 극순수를 공급하는 순수공급섹션으로서 스루홀(344a)이 전극섹션(344)의 중심부에 형성된다. 스루홀(344a)은 메인 샤프트(362)에 형성된 스루홀(362a)을 통하여 중공모터(360) 내부에서 수직으로 연장하는 순수공급파이프(382)에 연결된다. 따라서, 순수 또는 극순수가 전극센션(344)의 상면에 공급된다.
도 19는 기판홀더(342)와 전극섹션(344)를 개략적으로 나타내는 수직 단면도이고, 도 20은 기판홀더(342)와 전극섹션(344)간의 관계를 나타내는 평면도이다. 도 20에서, 기판홀더(342)는점선으로 도시된다. 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 전극섹션(344)은 디스크형상의 처리전극(384), 처리전극(384)을 둘러싸는 링형상의 공급전극(386) 및 처리전극(384)을 공급전극(386)으로부터 분리시키는 링형상의 절연기(388)를 포함한다. 처리전극(384)의 상면은 이온교환기(390)로 덮히고, 공급전극(386)의 상면은 이온교환기(392)로 덮힌다. 이온교환기(390, 392)는 절연기(388)에 의하여 서로 분리된다.
본 실시예에 따르면, 처리전극(384)이 전원(346)의 캐소드에 연결되고, 공급전극(386)이 전원(346)의 애노드에 연결된다. 처리될 재료에 따라, 전원(346)의 캐소드에 연결된 전극이 공급전극이 될 수 있고 전원(346)의 애노드에 연결된 전극이 처리전극이 될 수 있다. 보다 상세하게는, 처리될 재료가 구리, 몰리브덴, 철 등등인 경우에는, 전해질 처리가 캐소드측에서 진행되므로, 전원(346)의 캐소드에 연결된 전극이 처리전극이 될 것이고, 전원(346)의 애노드에 연결된 전극이 공급전극이 될 것이다. 한편, 알루미늄, 실리콘 등등의 경우에는, 전해질 처리가 애노드측에서 진행된다. 따라서, 전원(346)의 애노드에 연결된 전극이 처리전극이 될 것이고, 전원(346)의 캐소드에 연결된 전극이 공급전극이 될 것이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 기판홀더(342)는 회전모터(356)에 연결된 샤프트(394), 샤프트(394)에 결합된 몸체(396), 기판(W)의 둘레 외부에 배치된 고리모양의 더미부재(398) 및 더미부재(398)와 기판(W) 사이에 배치된 고리모양의 완충부재(쿠션재료)(399)를 포함한다. 적어도 더미부재(398)의 앞면은 전기적인 도전재로 형성된다. 상기 장치는, 기판(W)이 회전되고 동시에, 기판(W)이 이온교환기(390, 392)에 접근하거나 접촉하면서 전극섹션(386)이 스크롤운동을 하게 될 때, 더미부재(398)의 일부가 항상 공급전극(386)과 처리전극(384) 위에 배치되도록 설계된다.
더미부재(398)의 전도성이 있는 부분에 대한 재료로서, 종래의 재료 이외에, 금속화합물, 탄소, 비교적 불활성인 귀금속, 전도성 산화물들 또는 전도성 세라믹들을 사용할 수도 있다. 전기화학적인 불활성재료가 바람직하다. 전기화학적인 불활성재료가 더미부재(398)로 채택되면, 더미부재(398)이 처리되지 않기 때문에, 더미부재(398)의 수명이 연장될 수 있다. 또한, 더미부재(398)로서 전도재료로 코팅된 예를 들어, 수지와 같은 절연기판을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 기판 전체 표면이 백금과 같이 거의 산화되지 않는 재료로 덮히거나 이리듐 산화물과 같이 전도성 산화물로 덮힐 수 있다. 이러한 더미부재는 코팅 및 도금에 의하여 예를 들어, 티타늄기판의 표면에 백금 또는 이리듐을 부착시킨 후, 생성물을 안정화시키고 강화시키기 위해 고온에서 신터링을 수행하여 생성될 수 있다. 일반적으로, 세라믹 제품은 무기 시동재료(inorganic starting material)의 온도처리에 의해 얻어지고, 다양한 특성을 갖는 세라믹제품은 전기 전도율을 갖는 세라믹인 금속 및 비금속의 산화물, 탄화물 및 질화물을 포함하는 다양한 재료들을 이용하여 현재 상업적으로 생산된다.
더미부재(398)와 기판(W) 사이에 배치되는 완충부재(399)는 더미부재(398)보다 낮은 경도를 갖는 재료로 형성되고, 기판(W)의 충격을 흡수할 수 있다. 완충부재(399)가 절연기일 수 있지만, 전기적인 도체인 것이 바람직하다.
다음으로, 도 16에 도시된 기판처리장치(260)의 전해질 처리장치(50) 대신에, 본 실시예의 전해질 처리장치(334)를 이용하는 기판처리(전해질처리)가 기술된다. 우선, 전도막(처리될 부분)으로서 그 표면에 구리막(6)을 가지는 도 1b에 도시된 바와 같은 기판(W)이 이송로봇에 의하여 기판을 수용하는 카세트의 외부로 빼내져서, 로딩/언로딩유닛(262)에 설정된다. 필요하다면, 기판(W)이 이송로봇에 의하여 반전기기(264)로 이송되어, 전도막(구리막(6))을 갖는 기판(W)의 앞면이 아래쪽을 향하도록 기판을 반전시킨다.
이송로봇(268a)은 반전된 기판(W)을 받아들이고, 이를 전해질 처리장치(334)로 이송한다. 그런 다음, 기판(W)이 기판홀더(342)에 의해 흡인 및 유지된다. 기판(W)을 유지하는 기판홀더(342)는 피벗아암(340)의 피벗팅에 의하여 전극섹션(344) 바로 위의 처리위치로 이동된다. 그런 다음, 기판홀더(342)가 수직이동용 모터(354)의 작동에 이해 하강되어, 기판홀더(342)에 의해 유지되는 기판(W) 및 더미부재(398)가 전극섹션(344)의 이온교환기(390, 392)의 표면과 접촉하거나 접근하게 된다. 그런 다음, 회전모터(제1구동요소)(356)가 기판(W)을 회전시키도록 작동되는 동시에, 중공모터(제2구동요소)(360)가 전극섹션(344)의 스크롤이동을 하도록 작동되는 한편, 전극섹션(344)의 스루홀(344a)을 통하여 기판(W)과 이온교환기(390, 392) 사이로 순수 또는 극순수를 공급한다.
주어진 전압은 전원(346)으로부터 처리전극(384)과 공급전극(386) 사이로 인가되어, 이온교환기(390, 392)의 도움으로 발생된 수소이온 또는 수산화물 이온의 작용에 의해 처리전극(캐소드)(384)에서 기판(W)의 표면에 전도막(구리막(6))의 전해질 처리를 수행한다. 처리는 처리전극(384)을 향하는 기판의 부분에서 진행된다. 그러나, 상술된 바와 같이 기판(W) 및 처리전극(384)의 상대이동을 허용하면, 기판(W)의 전체 표면이 처리될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 기판(W)의 둘레 외부에전도성 더미부재(398)를 제공하여, 도 20에 도시된 바와 같이, 기판(W)을 향하는 처리전극(384)과 더미부재(398)의 면적 즉, 마주보는 면적이 기판(W) 및 처리전극(384)의 상대이동과 관계없이 항상 일정하다(빗금친 면적 S4). 따라서, 전류밀도가 일정한 전류값과 동일하게 항상 일정하게 만들어질 수 있어, 기판(W)의 전체 표면에 걸쳐 처리율을 균일화시킬 수 있고 균일한 처리를 안정적으로 수행할 수 있다. 또한, 더미부재(398)에서 전기장세기의 집중이 발생하기 때문에, 기판(W)의 끝단부에서 전기장세기가 다른 부분에서와 동일하게 만들어질 수 있다. 따라서, 도 6c에 도시된 바와 같이, 워크피스(60)의 전체 표면에 걸쳐 전기장세기가 균일해질 수 있어, 워크피스(60)의 전체 표면에 걸쳐 처리율을 균일화시킬 수 있고, 균일한 처리를 안정적으로 수행할 수 있다. 전기화학적인 불활성재료로 더미부재(398)를 형성하면, 전해질처리시에, 더미부재(398)가 기판(W)과 함께 처리되는 것을 방지할 수 있다.
컨트롤러(266)(도 16참조)는 처리전극과 공급전극 사이에 인가되는 전압 또는 그들 사이에 흐르는 전기전류를 모니터링하여, 종료점(처리 종료점)을 검출한다. 이러한 연결시에, 전해질처리에서, 동일한 전압(전기전류)을 갖더라도 처리될 재료에 따라 전기전류(인가되는 전압)가 변하는 것을 유의해야 한다. 예를 들어, 도 21a에 도시된 바와 같이, 재료(B)의 막 및 재료(A)의 막이 이러한 순서로 적층되는 기판(W) 표면의 전해질처리에서 전기전류가 모니터링될 때, 재료(A)의 처리시에는 일정한 전기전류가 관찰되지만, 상이한 재료(B)의 처리로 이동했을 때는 이것이 변화한다. 게다가, 도 21b에 도시된 바와 같이, 재료(A)의 처리시에, 일정한 전압이 처리전극과 공급전극 사이에 인가되면, 상이한 재료(B)의 처리로 이동시에 인가된 전압이 변한다. 도 21a는 예로써, 재료(A)의 전해질처리에 비해 재료(B)의 전해질처리에서 전기전류가 더 흐르기 어렵운 경우를 예시하고, 도 21b는 재료(A)의 전해질처리에 비해 재료(B)의 전해질처리에서 인가된 전압이 더 높아지는 경우를 예시한다. 상술된 예시로부터 알 수 있듯이, 전기전류 또는 전압의 변화를 모니터링하면 종료점을 확실히 검출할 수 있다.
본 실시예는 컨트롤러가 처리전극과 공급전극 사이에 인가된 전압 또는 그들 사이에 흐르는 전기전류를 모니터링하여 처리의 종료점을 검출하는 경우를 나타내지만, 임의대로 설정된 처리의 종료점을 검출하기 위하여 컨트롤러(266)가 처리중인 기판의 상태 변화를 모니터링할 수도 있다. 이 경우에, "처리 종료점"은 처리될 표면의 특정 지역에 대하여 소정의 처리량이 달성되는 지점 또는 처리될 표면의 특정 지역에 대하여 처리량과 관련된 파라미터에 관하여 소정의 처리량이 달성되는 지점을 나타낸다. 이에 따라, 처리의 중반부에 처리의 종료점을 임의대로 설정 및 검출하여, 여러 단계의 전해질처리를 수행할 수 있다.
예를 들어, 처리표면이 상이한 재료에 도달할 때 생성되는 마찰계수의 차로 인한 마찰력의 변화 또는 기판의 표면내의 불균일성의 제거에 의해 생성되는 마찰력의 변화를 검출하여 처리량이 결정될 수도 있다. 처리의 종료점은 이에 따라 결정된 처리량을 토대로 검출될 수 있다. 전해질처리시에, 처리될 표면의 전기저항 또는 처리중인 표면과 처리될 표면 사이에서 액체(순수)에서 이동하는 물분자와 이온들간의 충돌에 의해 열이 발생된다. 전해질처리가 진행되고, 배리어층 및 절연막이 노출된 채로, 제어된 일정 전압하에서 예를 들어, 기판의 표면에 증착된 구리막을 처리하면, 전기저항이 증가하고 전류값이 감소하고, 열량(heat value)이 점차적으로 감소한다. 따라서, 열량의 변화를 검출함으로써 처리량이 결정될 수 있다. 따라서, 처리의 종료점이 검출될 수 있다. 대안적으로, 기판상의 처리될 막의 막두께는, 처리중인 표면이 상이한 재료에 도달할 때 생성되는 반사율의 차로 인한 반사광의 세기의 변화를 검출하여 결정될 수 있다. 처리의 종료점은 이에 따라 결정된 막두께를 토대로 검출될 수 있다. 기판상의 처리될 표면의 막두께는 처리될 전도막 예를 들어, 구리막내에 맴돌이전류를 발생시키고, 예를 들어, 주파수의 변화를 검출하도록 기판내에 흐르는 맴돌이전류를 모니터링하여 결정될 수도 있다. 따라서, 처리의 종료점이 검출될 수 있다. 또한, 전해질처리시에, 처리율은 처리전극과 공급전극 사이에 흐르는 전기전류의 값에 따라 달라지고, 처리량은 전류값과 처리시간의 곱으로 결정된 전기량에 비례한다. 따라서, 처리량은 전류값과 처리시간의 곱으로 결정된 전기량을 적분하고, 적분된 값이 사전설정된 값에 도달하는 것을 검출하여 결정될 수 있다. 이에 따라, 처리 종료점이 검출될 수 있다.
전해질처리의 완료 후에, 전원(346)이 차단되고, 기판홀더(342)의 회전 및 전극섹션(344)의 스크롤운동이 정지된다. 그 후, 기판홀더(342)가 상승되고, 피벗아암(340)을 피벗시킨 후에 기판(W)이 이송로봇(268a)으로 이송된다. 이송로봇(268a)은 기판홀더(344)로부터 기판(W)을 빼내고, 필요한 경우에, 이를 반전시키기 위하여 기판(W)을 반전기기(264)로 이송한 다음, 로딩/언로딩유닛(262)내의 카세트로 기판(W)을 복귀시킨다.
전해질처리시에 기판(W)과 이온교환기(390, 392) 사이에 공급되는 순수는 본 명세서에서는 10 μS/cm 미만의 전기 전도율을 갖는 물을 나타내고, 극순수는 0.1 μS/cm 미만의 전기 전도율을 갖는 물을 나타낸다. 전해질처리시에 전해질을 포함하지 않는 순수 또는 극순수의 사용은 기판(W)의 표면상에 전해질과 같은 불순물이 부착되거나 남아있게 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전해질처리시에 용해된 구리 이온 등등은 이온-교환반응에 의하여 이온교환기(390, 392)에 의해 즉시 포획된다. 이것은 용해된 구리이온 등등이 기판(W)의 다른 부분에 침전(precipitating)되거나 또는 산화되어, 기판(W)의 표면을 오염시키는 미세 입자들이 되는 것을 방지할 수 있다.
순수 또는 극순수 대신에, 500 μS/cm 미만의 전기 전도율을 갖는 액체 예를 들어, 순수 또는 극순수에 전해질을 첨가하여 얻어진 전해질용액을 사용할 수도 있다. 이러한 전해질용액의 사용은 전기 저항을 더 낮추며 전력소비를 더 감소시킬 수 있다. NaCl 또는 Na2SO4와 같은 중성염 용액, HCl 또는 H2SO4와 같은 산성용액또는 암모니아와 같은 염기성용액이 전해질용액으로 사용될 수도 있으며, 이들 용액들은 워크피스의 특성에 따라 선택적으로 사용될 수도 있다.
또한, 순수 또는 극순수 대신에, 순수 또는 극순수에 계면활성제를 첨가하여 얻어진, 500 μS/cm 미만, 바람직하게는 50 μS/cm 미만, 더 바람직하게는 0.1 μS/cm미만의 전기 전도율을 갖는 액체를 사용할 수도 있다. 순수 또는 극순수내의 계면활성제의 존재로 인하여, 기판(W)과 이온교환기들(390, 392) 사이의 계면서에 이온의 이동을 균일하게 억제하는 기능을 하는 층을 형성할 수 있어, 이온교환기(금속용해)의 농도를 알맞게 하여, 처리된 표면의 평탄도를 증가시킬 수 있다. 계면활성제 농도는 100ppm 미만인 것이 바람직하다. 전기 전도율 값이 너무 높으면, 전류효율이 낮아지고 처리율이 감소된다. 500 μS/cm 미만, 바람직하게는 50 μS/cm 미만, 더 바람직하게는 0.1 μS/cm 미만의 전기 전도율을 갖는 액체의 사용으로 소정의 처리율을 달성할 수 있다.
전극섹션(344)의 이온교환기(390, 392)는 음이온-교환그룹 또는 양이온-교환그룹을 가지는 부직포(nonwoven fabric)로 이루어질 수 있다. 양이온교환기는 강산 양이온-교환그룹(황산그룹)을 가지고 있는 것이 바람직하다; 그러나, 약산 양이온-교환그룹(카르복실그룹)을 가지고 있는 양이온교환기가 사용될 수도 있다. 음이온교환기는 강염기 음이온-교환그룹(제4기 암모늄그룹)을 가지고 있는 것이 바람직하지만, 약염기 음이온-교환그룹(제3기 이하의 아민그룹)을 가지고 있는 음이온 교환기도 사용될 수 있다.
강염기 음이온-교환그룹을 가지고 있는 부직포는 예를 들어, 다음의 방법에의해 준비될 수 있다 : 20 내지 50㎛의 섬유직경 및 90%정도의 다공률(porosity)을 가지는 폴리올레핀 부직포는 부직포상에 γ-선 조사를 포함하는 소위 방사선 그래프트 중합반응(radiation graft polymerization) 및 연이은 그래프트 중합반응이 일어나기 쉬워, 그래프트 체인을 도입할 수 있다; 그런 다음, 이에 따라 도입된 그래프트 체인은 그안에 제4기 암모늄그룹들을 도입하도록 아민화된다(aminated). 도입된 이온-교환그룹의 용량은 도입된 그래프트 체인들의 양에 의해 결정될 수 있다. 그래프트 중합반응은 아크릴산(acrylic acid), 스틸렌(styrene), 글리시딜 메타크릴레이트(glicidyl methacrylate), 나트륨 스티렌황산염(sodium styrenesulfonate) 또는 클로로메틸스티렌(chloromethylstyrene)과 같은 모노머(monomer)의 사용으로 수행될 수 있다. 그래프트 체인의 양은 모노머 농도, 반응온도 및 반응시간을 조정하여 제어될 수 있다. 따라서, 그래프팅도(degree of grafting) 즉, 그래프트 중합반응 후의 부직포의 무게 대 그래프트 중합반응 전의 부직포의 무게의 비율은 최대 500%가 될 수 있다. 따라서, 그래프트 중합반응 후에 도입된 이온-교환그룹들이 최대 5 meq/g가 될 수 있다.
강산 양이온-교환그룹을 가지고 있는 부직포는 다음의 방법에 의해 준비될 수 있다 : 감염기 음이온-교환그룹을 가지고 있는 부직포의 경우에서와 같이, 20 내지 50 ㎛의 섬유직경 및 90%정도의 다공률을 가지는 폴리올레핀 부직포는 부직포상에 γ-선 조사를 포함하는 소위 방사선 그래프트 중합반응 및 연이은 그래프트 중합반응이 되기 쉬위, 그래프트 체인을 도입할 수 있다; 그런 다음, 도입된 그래프트 체인은 가열된 황산으로 처리되어, 그 안에 황산그룹을 도입한다. 그래프트체인이 가열된 인산으로 처리되는 경우에는, 인산그룹이 도입될 수 있다. 그래프팅도는 최대 500%에 도달할 수 있고, 이에 따라 그래프트 중합반응 후에 도입된 이온-교환그룹들의 용량은 최대 5 meq/g에 도달할 수 있다.
이온교환기(390, 392)의 기재(base material)는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 또는 여타의 유기 폴리머(organic polymer)일 수 있다. 또한, 부직포의 형태 이외에도, 이온교환기는 직물(woven fabric), 시트, 다공성재료, 그물 또는 단섬유(short fiber) 등등의 형태일 수 있다. 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌이 기재로 사용되면, 그래프트 중합반응은 라디칼(radical)을 생성하기 위해 먼저, 기재상에 방사성 광선(radioactive ray)(γ광 또는 전자빔)을 조사하고 그 다음에, 라디칼을 모노머와 반응시켜 달성될 수 있으며, 이에 따라 불순물을 거의 갖지 않은 균일한 그래프트 체인이 얻어질 수 있다. 한편, 폴리올레핀 이외에 유기 폴리머가 기재로 사용되는 경우에는, 기재에 모노머를 포화시키고, 지개상에 방사성 광선(γ선, 전자빔 또는 UV선)을 조사하여(동시 조사) 달성될 수 있다. 이러한 방법은 균일한 그래프트 체인을 제공하지 못할 수도 있지만, 광범위한 기재에 적용할 수 있다.
음이온-교환그룹 또는 양이온-교환그룹을 가지는 부직포를 이온교환기(390, 392)로 이용하면, 순수나 극순수 또는 전해질용액과 같은 액체가 부직포내에서 자유롭게 이동할 수 있고, 물 분해를 위한 촉매기능(catalytic activity)을 갖는 부직포내의 활성지점(active point)에 용이하게 도달할 수 있어, 많은 물 분자들이 수소이온 및 수산화물 이온으로 분리된다. 또한, 순수나 극순수 또는 전해질용액과 같은 용액의 액체에 의하여, 물 분해에 의해 생성된 수산화물 이온들이 처리전극들(384)의 표면으로 효과적으로 운송될 수 있어, 낮은 전압이 인가되더라도, 높은 전기전류가 얻어질 수 있다.
이온교환기(390, 392)가 음이온-교환그룹과 양이온-교환그룹 중 하나만 갖는 경우에는, 전기분해적으로 처리할 수 있는 재료가 제한되고, 극성으로 인하여 불순물이 형성되기 쉽다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 음이온 교환기 및 양이온교환기가 추가되거나(superimpose) 이온교환기들(390, 392)이 본질적으로 음이온-교환그룹 및 양이온-교환그룹 모두를 가지고 있을 수 있어, 처리될 재료의 범위가 넓어질 수 있고, 불순물의 형성이 억제될 수 있다.
전극에 있어서, 일반적으로 전해질 반응에 의한 산화 또는 분해가 문제가 된다. 따라서, 더미부재(398)의 경우에서와 같이, 탄소, 비교적 불활성 귀금속, 전도성 산화물 또는 전도성 세라믹을 전극재료로 사용하는 것이 바람직하다. 산화될 때, 전극은 그 전기저항이 증가하고 인가되는 전압의 상승을 초래한다. 백금과 같이 잘 산화되지 않는 재료 또는 이리듐 산화물과 같은 전도성 산화물로 표면을 보호하면, 전극재료의 산화로 인한 전도율의 저하가 방지될 수 있다.
상술된 실시예에서, 전기화학적인 불활성재료로 더미부재(398)가 형성되었지만, 기판(W)과 동일한 재료로 더미부재(398)를 형성할 수도 있다. 더미부재(398)가 전기화학적인 불활성 재료로 형성되면, 더미부재(398)의 재료에 따라, 기판(W)에서의 반응과 상이한 반응이 더미부재(398)에서 발생할 수 있어, 처리의 균일성이 나빠질 수 있다. 한편, 더미부재(398)가 기판(W)과 동일한 재료로 형성되면, 더미부재(398)에서의 반응이 기판(W)에서의 반응과 동일해질 수 있어, 처리의 균일성을 향상시킨다.
도 22는 본 발명의 제5실시예에 따른 전해질 처리장치(334a)를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 23은 도 22의 전해질 처리장치(334a)의 평면도이다. 본 실시예의 전해질 처리장치(334a)는 그 앞면이 위쪽을 향하게 기판(W)을 유지하는 기판홀더(342a), 기판홀더(342a) 위에 배치되는 원통형 처리전극(384a) 및 기판홀더(342a) 위에 배치되는 2개의 공급전극(386a)(도 23에 도시되지 않음)을 포함한다. 기판홀더(342a)는 기판(W)을 수용하기 위한 후퇴부(398a)를 가지는 직사각형 더미부재(398b) 및 더미부재(398b)와 기판(W) 사이에 배치되는 완충부재(399a)를 포함한다.
각각의 공급전극(386a)은 기판(W) 및 더미부재(398b)에 걸쳐 배치되고, 기판(W)과 더미부재(398b) 모두와 접촉한다. 이온교환기는 처리전극(384a)의 표면에 부착된다. 처리전극(384a)은 도시되지 않은 구동섹션에 의하여 샤프트(384b)를 중심으로 회전될 수 있다. 또한, 처리전극(384a)은 기판(W)에 걸쳐 이동할 수 있는 한편, 기판(W)에 접근하거나 접촉한다.
도시되지 않은 순수공급섹션으로부터 기판(W)과 처리전극(384a)의 이온교환기 사이로 순수나 극순수를 공급하면서, 기판(W)에 접근하거나 접촉되는 처리전극(384a)이 구동섹션에 의하여한 방향으로 이동되어, 기판(W) 표면의 전해질처리를 수행한다.
본 실시예에서는 또한, 도 23에 도시된 바와 같이, 기판(W) 및 더미부재(398b)를 향하는 처리전극(384a)의 면적(마주보는 면적)이 기판(W)과 처리전극(384a)의 상대이동과 관계없이 항상 일정하다. 따라서, 일정한 전기전류를 가지는 경우에, 전류밀도가 항상 일정하게 만들어질 수 있어, 기판(W)의 전체 표면에 걸쳐 처리율을 균일화시킬 수 있으며 균일한 처리를 안정적으로 수행할 수 있다.
상술된 바와 같이, 상술된 전해질 처리장치(334, 334a)에 따르면, CMP처리와 달리, 기판과 같은 워크피스의 전해질처리는, 워크피스의 특성을 손상시킬 수도 있는 워크피스내의 어떠한 물리적 결함도 일으키지 않으면서 전기화학적 작용을 통하여 달성될 수 있다. 따라서, 전해질 처리장치는 CMP처리를 완전히 생략하거나 적어도 CMP처리시의 부하를 감소시킬 수 있으며, 기판과 같은 워크피스의 표면에 부착되는 물질을 효과적으로 제거(세정)할 수 있다. 또한, 기판의 전해질 처리는 순수 또는 극순수만을 이용해도 달성될 수 있다. 이것은, 이러한 전해질과 같은 불순물이 기판의 표면상에 부착되거나 남아있을 가능성을 제거하고, 제거처리후에 세정공정을 간소화시킬 수 있으며, 폐수처리시의 부하를 현저하게 감소시킬 수 있다.
도 24는 본 발명의 제6실시예에 따른 전해질 처리장치(434)를 개략적으로 나타내는 수직 단면도이다. 도 24에 도시된 바와 같이, 전해질 처리장치(434)는 수평으로 피벗될 수 있고 수직으로 이동할 수 있는 피벗아암(440), 그 앞면이 아래로 향하게(하향) 기판(W)을 흡인 및 유지하기 위하여 피벗아암(440)의 자유단에서 지지되는 기판홀더(442), 기판홀더(442) 바로 아래에 위치되는 디스크형상 전극섹션(444) 및 전극섹션(444)에 연결된 전원(446)을 포함한다.
피벗용 모터(448)의 작동에 의하여 수평으로 피벗되는 피벗아암(440)은 피벗샤프트(450)의 상단부에 연결된다. 수직이동용 모터(454)의 작동에 의하여 볼 스크루(452)를 통해 피벗아암(440)과 일체로 상하로 이동하는 피벗샤프트(450)는 수직으로 연장하는 볼 스크루(452)와 맞물린다.
기판홀더(442)는 기판홀더(442)에 의해 유지되는 기판(W)과 전극섹션(444)을 서로 상대적으로 이동시키게 되어 있는 제1구동요소로서 회전모터(456)에 연결된다. 기판홀더(442)는 모터(456)의 작동에 의하여 회전된다. 피벗아암(440)은 상술된 바와 같이 수평으로 스윙할 수 있고 수직으로 이동할 수 있으며, 기판홀더(442)는 수평으로 피벗될 수 있고 피벗아암(440)과 일체로 수직으로 이동할 수 있다.
중공모터(460)는 기판(W)과 전극섹션(444)를 서로 상대적으로 이동시키도록 되어 있는 제2구동요소로서 전극섹션(444) 아래에 배치된다. 구동단부(464)는 메인 샤프트(462)의 상단부에 형성되고, 메인 샤프트(462)의 중심에서 편심된 위치에 배치된다. 전극섹션(444)은 그 중심부에서 베어링(도시되지 않음)에 의하여 구동단부(464)에 회전가능하게 결합된다. 3이상의 회전-방지기구가 전극섹션(444)과 중공모터(460) 사이에 둘레방향으로 제공된다. 따라서, 전극섹션(444)은, 상술된 제5실시예의 전해질 처리장치에서와 같이, 그 축선을 중심으로 회전하지 않고, 메인 샤프트(462)의 중심과 구동단부(464)의 중심 사이의 거리를 반경 "e"으로 회전운동 즉, 중공모터(460)의 작동에 의한 소위, 스크롤 운동(병진 회전운동)을 하게 되어 있다.
도 25는 전극홀더(442) 및 전극섹션(444)의 개략적인 단면도이고, 도 26은기판(W)과 전극섹션(444)간의 관계를 나타내는 평면도이다. 도 26에서, 기판(W)은 점선으로 도시된다. 도 25 및 도 26에 도시된 바와 같이, 전극섹션(444)은 기판(W)보다 큰 직경을 갖는 실질적으로 디스크형상의 처리전극(484), 처리전극(484)의 둘레부에 배치된 복수의 공급전극(486) 및 처리전극(484)과 공급전극(486)을 분리하는 절연기(488)를 포함한다. 도 25에 도시된 바와 같이, 처리전극(484)의 상면은 이온교환기(490)로 덮히고, 공급전극(486)의 상면은 이온교환기(492)로 덮힌다. 이온교환기(490, 492)는 일체로 형성될 수도 있다. 이온교환기(490, 492)는 도 26에는 도시되지 않는다.
본 실시예에 따르면, 전해질처리시에, 전극섹션(444)과 기판홀더(442)간의 크기 관계로 인하여, 상기 전극섹션(444)으로부터 전극섹션(444)의 상면으로 순수 또는 극순수를 공급할 수 없다. 따라서, 도 25 및 도 26에 도시된 바와 같이, 처리전극(484)의 상면에 순수 또는 극순수를 공급하기 위한 액체공급홀들(484a)이 처리전극(484)에 형성된다. 본 실시예에 따르면, 다수의 유체공급홀(484a)이 처리전극(484)의 중심으로부터 반경방향으로 배치된다. 유체공급홀(484a)은 중공모터(460)의 중공부를 토해 연장하는 순수공급파이프(482)(도 24참조)에 연결되어, 유체공급홀(484a)을 통하여 전극섹션(444)의 상면으로 순수 또는 극순수가 공급된다.
본 실시예에서, 처리전극(484)은 전원(446)의 캐소드에 연결되고, 공급전극(486)은 전원(446)의 애노드에 연결된다. 처리될 재료가 주석 산화물 또는 이리듐 주석 산화물(ITO)과 같은 전도성 산화물인 경우에는, 처리될 재료를 환원(reducing)시킨 후에, 전해질처리가 수행된다. 보다 상세하게는, 도 24를 참조하여, 전원의 애노드에 연결된 전극이 환원전극으로 작용하고, 캐소드에 연결된 전극이 공급전극으로 작용하여, 전도성 산화물의 환원을 달성한다. 따라서, 예비 공급전극을 처리전극으로 작용하게 하여 환원된 전도성재료의 처리가 수행된다. 대안적으로는, 전도성 산화물의 환원시에 환원전극의 극성이 반대가 될 수 있어, 환원전극이 공급전극으로 작용할 수도 있다. 전도성 산화물의 제거처리는 또한 처리될 전극을 캐소드로 작용하게 하고 이를 애노드 전극을 향하게 하여 달성될 수 있다.
상술된 실시예에 따르면, 기판의 표면에 형성된 도체 막으로서 구리막(6)(도 1b참조)이 전해질처리에 의해 처리되더라도, 루테늄 막이 애노드로 작용하게 하고, 캐소드에 연결된 전극이 공급전극으로 작용하게 하여 동일한 방식으로 기판의 표면에 형성되거나 부착되는 불필한 루테늄(Ru) 막이 전해질처리에 의해 처리될 수 있다.
전해질 처리시에, 회전모터(456)(제1구동요소)가 구동되어 기판(W)을 회전시키는 동시에, 중공모터(460)(제2구동요소)가 구동되어, 전극섹션(444)가 스크롤 센터 "O"(도 26참조)를 중심으로 스크롤 운동하게 된다. 이에 따라, 기판홀더(442)에 의해 유지되는 기판(W) 및 처리전극(484)을 스크롤지역(S)내에서 상대이동하게 하여, 기판(W)의 전체 표면(구리 막(6))의 처리가 달성된다. 본 실시예의 전해질 처리장치(434)는 상대이동 시에, 이동의 중심(본 실시예에 따른 스크롤운동의 센터 "O")가 항상 기판(W)의 범위내에 있도록 설계된다. 이에 따라, 처리전극(484)의 직경을 기판(W)의 직경보다 크게 하고, 처리전극(484)의 이동 중심이 항상 기판(W)의 범위내에 있게 하면, 기판(W)의 표면에 걸쳐 처리전극(484)의 존재빈도를 가장균일화시킬 수 있다. 또한, 전극섹션(444)의 크기를 현저하게 감소시킬 수 있어, 전체 장치의 크기 및 무게를 현저하게 감소시킬 수 있다. 처리전극(484)의 직경은 기판(W) 및 처리전극(484)의 상대이동의 거리(본 실시예에 따른 스크롤 반경 "e")와 기판(W)의 직경의 합보다 크고, 기판(W)의 직경의 2배보다 작은 것이 바람직하다.
공급전극(486)이 존재하는 지역에서는 기판(W)이 처리될 수 없기 때문에, 여타의 지역에 비하여, 공급전극(486)이 배치되는 둘레부에서 처리율이 낮다. 따라서, 처리율에 대한 공급전극(486)의 영향을 감소시키기 위하여 공급전극(486)에 의해 점유되는 면적을 보다 작게 만드는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 본 실시예에 따르면, 작은 면적을 갖는 복수의 공급전극이 처리전극(484)의 둘레부에 배치되고, 공급전극들(484) 중의 적어도 하나가 상대이동 시에, 기판(W)에 접근하거나 좁촉하게 되어 있다. 이것은 처리전극(484)의 둘레부에 링형상의 공급전극을 배치하는 경우에 비해, 처리될 수 없는 지역을 감소시킬 수 있어, 기판의 둘레부가 처리되지 않는 채로 남아있는 것을 방지할 수 있다.
전해질 처리장치(434)의 동작시에, 수직운동용 모터(454)가 구동되어 기판(442)이 하강됨에 따라 기판홀더(442)에 의해 유지되는 기판(W)이 전극섹션(444)의 이온교환기(490, 492)에 접근하거나 접촉하게 된다. 그 후, 회전모터(456)(제1구동요소)가 구동되어 기판(W)을 회전시키는 동시에, 중공모터(460)(제2구동요소)가 구동되어 전극섹션(444)이 스크롤 센터 "O"를 중심으로 스크롤운동하게 하는 한편, 처리전극(484)의 유체공급홀들(484a)로부터 기판(W)과 이온교환기(490, 492) 사이로 순수 또는 극순수가 공급된다.
전원(446)으로부터 처리전극(484)과 공급전극(486) 사이에 주어진 전압이 인가되어, 이온교환기(490, 492)에 의해 발생된 수소이온 또는 수산화물 이온의 작용을 통하여 기판(W)의 표면내의 전도막(구리막(6))의 전해질처리를 수행한다. 처리전극(484)을 향하는 기판(W)의 일부에서 처리가 진행된다. 상술된 바와 같이, 기판(W) 및 처리전극(484)의 상대이동을 허용하여, 기판(W)의 전체 표면이 처리될 수 있다. 또한, 상술된 바와 같이, 처리전극(484)의 직경을 기판(W)의 직경보다 크게 만들고, 처리전극(484)의 이동중심 "O"이 항상 기판(W)의 범위내에 있게 하면, 기판(W)의 존재빈도를 최대로 균일화시킬 수 있다. 또한, 전극섹션(444)의 크기를 현저하게 감소시킬 수 있어, 전체 장치의 무게도 줄일 수 있다.
상술된 제4실시예에서와 같이, 전해질 처리시에, 처리전극과 공급전극 사이에 인가되는 전압 또는 그들 사이에 흐르는 전기전류가 컨트롤러(266)에 의해 모니터링되어, 처리의 종료점을 검출한다.
도 27은 본 발명의 여타의 실시예에 따른 기판홀더(442)와 전극섹션(444a)를 개략적으로 나타내는 단면도(도 25에 대응함)이다. 상술된 실시예에서와 같이, 전극섹션(444a)은 기판(W)보다 큰 직경을 갖는 실질적인 디시크형상의 처리전극(484), 처리전극(484)의 둘레부에 배치되는 복수의 공급전극(486) 및 처리전극(484)으로부터 공급전극(486)을 분리시키는 절연기(488)를 포함한다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 전극들이 그 표면상에 이온교환기를 가지고 있지 않다. 여타의 구조는 이전의 실시예와 동일하다. 따라서, 예를 들어, 순수, 바람직하게는 극순수 또는 전해질용액과 같은 처리용액을 처리전극(484)에 공급하기 위한 유체공급섹션으로서, 복수의 유체공급홀들(484a)이 처리전극(484)에 반경방향으로 배치된다.
본 실시예에서, 이온교환기들이 전극들의 표면에 장착되지 않았지만, 이온교환기 이외의 부재가 전극과 워크피스 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 스폰지와 같은 액체-투과성 부재(liquid-permeable member)가 사용되어, 전극과 워크피스 사이에서 액체를 통하여 이온이 이동할 수 있다.
부재가 전극과 워크피스 사이에 개지되지 않는 경우에는, 워크피스와 각 전극간의 거리 및 개재된 절연기(488)와 서로 인접한 처리전극(484)과 각 공급전극(486)간의 거리는, 워크피스와 각 전극간의 저항이 처리전극(484)과 각 공급전극(486)간의 저항보다 작아질 수 있도록 결정될 필요가 있다. 이것은 인접한 전극들 사이에서보다 전극과 워크피스 사이에서 이온이 우선적으로 이동하게 하여, 전기전류가 다음과 같은 우선순위로 흐른다:
공급전극 - 워크피스 - 처리전극
본 실시예의 전해질 처리장치에 의해 기판(W)의 표면에 형성되거나 부착되는 불필요한 루테늄(Ru) 막을 에칭 및 제거할 때, 예를 들어, 할로겐화물을 포함하는 전해질용액이 처리전극(484), 공급전극(486)과 기판(W)의 처리될 부분으로서 루테늄(Ru) 막 사이에 공급된다. 공급전극(486)은 전원의 애노드에 연결되고, 처리전극(484)은 캐소드에 연결되어, 기판(W)의 표면상의 루테늄(Ru) 막이 애노드가 되고, 처리전극(484)이 캐소드가 되며, 기판(W)과 처리전극(484) 및 공급전극(486) 사이에 전해질용액이 공급되어, 처리전극(484)을 향하는 처리될 부분을 에칭 및 제거한다.
전해질용액에 관하여, 물 또는 알코올, 아세토니트릴(acetonitrile), 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 디메틸 술폭시드(dimethyl sulfoxide) 등등과 같은 유기용매가 할로겐화물용 용매로 사용될 수 있다. 처리될 루테늄 막의 용도, 처리 후에 필요한 세정단계, 루테늄 막의 표면상태 등등에 따라 적절한 용매가 선택될 수 있다. 반도체 제조에 사용하는 기판에 있어서, 기판의 불순물 오염을 최대한 피하기 위하여 순수, 극순수를 사용하는 것이 바람직하다.
루테늄 막의 에칭처리가 전기화학적 상호작용에 의해 진행될 수 있고, 루테늄과의 전기분해 반응(electrolytic react)시에 발생된 화합물 및 반응생성물이 전해질용액내에 용해되거나 휘발되거나 제거될 수 있는 한 어떠한 할로겐화물의 전해질용액이 채택될 수 있다. 이용가능한 전해질용액의 특정 예시는 HCl, HBr 또는 HI와 같은 하이드로할로겐산(hydrolalogenic acid)의 수용액, HClO3, HBrO3, HIO3, HClO, HBrO 또는 HIO와 같은 할로겐 옥소산(halogen oxo acid)의 수용액, NaClO3, KClO3, NaClO 또는 KClO와 같은 할로겐 옥소산염의 수용액 및 NaCl 또는 KCl과 같은 중성염의 수용액을 포함할 수 있다. 처리된 후의 루테늄 막의 용도 및 사용시에 남아있는 재료의 영향, 루테늄 막의 두께, 루테늄 막 아래에 있는 막의 특성에 따라 적절한 전해질용액이 선택될 수 있다.
상술된 실시예에서와 같이, 전해질 처리장치의 작동시에, 기판(W)은 기판(W)이 처리전극(484) 및 공급전극(486)에 접근하거나 접촉한 상태로 기판홀더(442)에의해 회전되고, 전극섹션(444)이 스크롤운동을 하여, 루테늄 막이 전기화학적 작용에 의해 에칭된다. 또한, 전기분해에 의해 생성된 할로겐화물이 루테늄과 반응하여, 루테늄 막의 에칭 및 제거가 진행된다. 처리 후에 기판표면은 극순수공급노즐(도시되지 않음)로부터 공급된 극순수에 의해 세정된다.
할로겐화물-함유 전해질용액의 할로겐화물 농도는 일반적으로 1 mg/l 내지 10 g/l이며, 100 mg/l 내지 1 g/l인 것이 바람직하다. 전해질처리 후에 기판의 표면상태, 폐수처리용량에 따라 할로겐화물의 종류, 처리시간, 처리면적, 애노드로서 루테늄 막과 캐소드로서 처리전극간의 거리, 전기분해전압 등등이 적절하게 결정될 수 있다. 예를 들어, 묽은 할로겐화물 농도를 갖는 전해질용액을 이용하고 전기분해전압을 증가시키면 화학약품의 양이 감소될 수 있다. 처리율은 전해질용액의 할로겐화물 농도를 증가시킴으로써 증가될 수 있다.
이전의 실시예들이 하나의 부재로 이루어진 처리전극(484)을 포함하는 전극섹션(444, 444a)을 채택하였지만, 이용가능한 전극섹션이 이러한 전극섹션에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 도 28에 도시된 바와 같이, 격자형태의 복수의 부분으로 분할되는 처리전극들(484b)을 포함하는 전극섹션(444b)을 사용할 수도 있다. 도 29에 도시된 바와 같이, 복수의 링형상 부분들로 분할되는 처리전극들(484c)을 포함하는 전극섹션(444c)을 사용할 수도 있다. 이들 경우에, 분할된 처리전극부분들은 전기적으로 통합되거나 절연기에 의해 전기적으로 분리될 수 있다. 처리전극이 전기적으로 분리되는 경우에는, 개별적인 분할된 부분들에서 처리율을 균일화시키는 것이 용이하지 않다. 분할된 부분들간의 처리율의 변화를 고려하면, 하나의부재로 이루어진 처리전극을 이용하는 것이 바람직하다.
상술된 바와 같이, 하나의 부재로 이루어진 처리전극(484)을 갖는 전극섹션들(444, 444a)에서, 공급전극(486)이 존재하는 지역에서는 기판(W)이 처리될 수 없기 때문에, 다른 지역에 비해, 공급전극이 배치되는 둘레부에서 처리율이 낮다. 기판(W)의 둘레부의 처리율은 처리전극(484)의 둘레부의 차단폭(cut-off width)(W) 및 차단길이(L)를 조정하여 제어될 수 있다. 또한, 도 30에 도시된 바와 같이, 처리전극이 절연기(489)에 의하여 공급전극(486)이 처리율에 영향을 미치는 지역 즉, 공급전극(486)이 배치되는 둘레부에 의해 형성된 외측 처리전극(484d) 및 공급전극이 처리율에 영향을 미치지 않는 지역 즉, 외측 처리전극(484d)의 내측상의 지역에 의해 형성된 내측 처리전극(484e)으로 분할되는 전극섹션(444d)의 사용으로 처리전극의 전체 표면에 걸쳐 균일한 처리율을 실현할 수 있다. 따라서, 공급전극(486)의 존재 영향을 고려하여, 전원(446)으로부터 각 처리전극(484d)에 인가되는 전압 또는 전기전류가, 외측 처리전극(484d)에서의 처리율이 내측 처리전극(484e)에서의 처리율보다 높게 되도록 조정될 수 있어, 처리전극의 전체 표면에 걸쳐 균일한 처리율을 실현할 수 있다.
상술된 실시예에서, 전극섹션(444)이 스크롤운동을 하는 한편, 기판(W)이 회전되지만, 처리전극(484) 및 기판(W)을 상대적으로 이동시킬 수 있는 한, 여하한의 방식의 상대이동이 채택될 수 있다. 예를 들어, 전극섹션(444) 및 기판(W)을 반대 방향으로 회전시킬 수도 있다. 이 경우에, 회전의 중심은 처리전극의 이동중심에 해당한다. 또한, 상술된 실시예에서, 기판(W)이 기판홀더(442)에 의하여 그 표면이 아래쪽을 향한 채로 흡인 및 유지되지만, 기판(W)은 예를 들어, 그 표면이 위쪽을 향하는 등의 여타의 방식으로 유지될 수도 있다.
상술된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 기판과 같은 워크피스의 전해질 처리장치(434)가 CMP처리 대신에, 전기화학적 작용에 의하여 워크피스의 특성을 저하시킬 수 있는 워크피스내의 어떠한 물리적 결함도 일으키지 않으면서 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명은 CMP처리를 완전히 제거하거나 적어도 CMP시의 부하를 감소시킬수 있고, 기판과 같은 워크피스의 표면에 부착되는 물질을 효과적으로 제거(세정)할 수 있다. 또한, 기판의 전해질처리는 단지 순수 또는 극순수만을 이용하더라도 달성될 수 있다. 이것은 전해질과 같은 불순물이 기판의 표면상에 부착되거나 남아있을 가능성을 제거하고, 제거처리 후에 세정공정을 간소화시킬 수 있으며, 폐수처리시에 부하를 현저하게 감소시킬 수 있다.
도 31은 본 발명의 제7실시예에 따른 전해질 처리장치(534)를 개략적으로 나타내는 수직단면도이고, 도 32는 도 31의 전해질 처리장치(534)의 평면도이다. 도 31에 도시된 바와 같이, 전해질 처리장치(534)는 수평으로 피벗되고 수직으로 이동할 수 있는 피벗아암(540), 그 앞면이 아래쪽을 향한채로(하향) 기판(W)을 흡인 및 유지하기 위하여, 피벗아암(540)의 자유단에 지지되는 기판홀더(542), 기판홀더(542) 바로 아래에 위치되는 디스크형상 전극섹션(544) 및 전극섹션(544)에 연결된 전원(546)을 포함한다. 막형상의 이온교환기(547)가 전극섹션(544)의 상면에 장착된다.
피벗용 모터(548)의 작동에 의하여 수평으로 피벗되는 피벗아암(540)은 피벗샤프트(550)의 상단부에 연결된다. 수직이동용 모터(554)의 작동에 의해 볼 스크루(552)를 통해 피벗아암(540)과 일체로 상하로 이동하는 피벗샤프트(550)는 수직으로 연장하는 볼 스크루(552)와 맞물린다.
기판홀더(542)는 기판홀더(542)에 의해 유지되는 기판(W)과 전극섹션(544)을 서로 상대적으로 이동시키게 되어 있는 제1구동요소로서 회전모터(556)에 연결된다. 기판홀더(542)는 모터(556)의 작동에 의하여 회전된다. 피벗아암(540)은 상술된 바와 같이 수평으로 스윙할 수 있고 수직으로 이동할 수 있으며, 기판홀더(542)는 수평으로 피벗될 수 있고 피벗아암(540)과 일체로 수직으로 이동할 수 있다. 전극섹션(544)은 기판(W) 및 전극섹션(544)을 서로 상대적으로 이동시키도록 되어 있는 제2구동요소로서 중공모터(560)에 직접 연결된다. 전극섹션(544)은 중공모터(560)의 작동에 의하여 회전된다.
순수공급섹션으로서 순수노즐(562)이 전극섹션(544) 위에 배치되고, 전극섹션(544)의 반경방향으로 연장한다. 순수노즐(562)은 전극섹션(544)의 상면으로 순수 또는 극순수를 공급하기 위한 복수의 공급포트를 가진다. 본 명세서에서 순수는 10 μS/cm미만의 전기 전도율을 갖는 물을 나타내고, 극순수는 0.1 μS/cm 미만의 전기 전도율을 갖는 물을 나타낸다. 전해질처리시에 전해질을 포함하고 있지 않은 순수 또는 극순수의 사용은 전해질과 같은 불순물이 기판(W)의 표면상에 부착되거나 남아있게 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전해질처리시에 용해되는 구리 이온 등등이 이온-교환반응을 통하여 이온교환기(547)에 의해 즉시 포획된다. 이것은 용해된 구리이온 등등이 기판(W)의 여타의 부분에 재침전(re-precipitating)하거나 산화되어 기판(W)의 표면을 오염시키는 미세 입자가 되는 것을 방지할 수 있다.
상술된 바와 같이, 순수 또는 극순수 대신에, 500 μS/cm 미만의 전기 전도율을 갖는 액체 또는 예를 들어, 전해질에 순수 또는 극순수를 첨가하여 얻어진 전해질용액과 같은 여하한의 전해질용액이 사용될 수도 있다.
도 33은 전극섹션(544)을 나타내는 평면도이고, 도 34는 도 33의 전극섹션(544)의 일부의 확대도이다. 도 33 및 도 34에 도시된 바와 같이, 전극섹션(544)은 디스크형상의 공급섹션(570) 및 공급섹션(570)의 거의 전체 표면에 배치되는 다수의 처리전극들(572)을 포함한다. 각각의 처리전극(572)은 절연기(574)에 의하여 공급전극(570)으로부터 분리된다. 공급전극(570) 및 처리전극(572)의 상면들은 상술된 이온교환기(547)로 완전히 덮힌다. 처리전극들(572)은 동일한 형상을 가지고 기판(W) 및 전극섹션(544)이 상대적으로 이동할 때, 기판(W)의 처리될 표면내의 모든 지점에서 처리전극들(570)의 존재 빈도가 실질적으로 동일해지도록 공급전극(570)의 거의 전체 표면에 배치된다.
본 실시예에 따르면, 공급전극(570)은 슬립 링(564)(도 31참조)에 의하여 전원(546)의 애노드에 연결되고, 처리전극(572)은 슬립 링(564)에 의하여 전원(546)의 캐소드에 연결된다. 구리의 처리시에 예를 들어, 전해질처리 작용은 캐소드측에서 발생한다. 따라서, 캐소드에 연결된 전극이 처리전극이 되고, 애노드에 연결된 전극이 공급전극이 된다.
본 실시예의 전해질 처리장치(534)에 따르면, 표면에 형성된 전도막(처리될부분)으로 구리막(6)(도 1b참조)을 갖는 기판(W)이 전해질 처리장치(534)의 푸셔(566)(도 32참조)에 위치된다.
푸셔(566)상의 기판(W)은 기판홀더(542)에 의하여 흡인 및 유지되고, 아암(540)이 이동되어 기판(W)을 유지하는 기판홀더(542)를 전극섹션(544) 바로 위의 처리위치로 이동시킨다. 그런 다음, 수직이동 모터(554)가 구동되어, 기판홀더(542)를 하강시켜, 기판홀더(542)에 의해 유지되는 기판(W)을 전극섹션(544)의 이온교환기(547)의 표면에 접근시키거나 접촉시킨다. 그 후, 중공모터(560)가 구동되어, 전극섹션(544)을 회전시키고, 회전모터(556)가 구동되어, 기판홀더(542) 및 기판(W)을 회전시켜, 기판(W) 및 전극섹션(544)이 상대이동(편심 회전운동)할 수 있게 한다. 기판(W) 및 전극섹션(544)의 상대이동을 허용하여, 순수노즐(562)의 공급포트들로부터 기판(W)과 전극섹션(544) 사이로 순수나 극순수가 공급되고, 전원(546)으로부터 처리전극(572)과 공급전극(570) 사이로 주어진 전압이 인가되어, 이온교환기(547)에 의해 발생된 수소 이온 및 수산화물 이온들의 작용을 통하여, 처리전극(캐소드)(572)에서 기판(W)의 표면내의 전도막(구리막(6))의 전해질처리를 수행한다.
본 실시예의 경우에서와 같이, 다수의 전극들이 제공되면, 각 전극들간에 접촉면적 또는 높이에 약간의 차이가 있을 수 있다. 또한, 전극들에 장착된 이온교환기의 두께가 약간 다를 수도 있고, 각 전극들 사이에서 이온교환기의 고정이 불규칙할 수도 있다. 따라서, 단위시간당 처리량이 각 전극들 사이에서 실질적으로 상이할 것이다. 본 실시예에 따르면, 전극섹션(544) 및 기판(W)이 전해질처리시에상대이동을 하는 경우에, 단위시간당 처리율이 고르지 않은 복수의 처리전극들(572)이 기판(W)의 처리될 표면내의 모든지점을 통과할 수 있다. 처리전극들(572) 및 워크피스(W)는, 단위시간당 처리량이 고르지 않은 최대로 가능한 수의 처리전극들(572)이 기판(W)의 처리될 표면내의 모든 지점을 통과할 수 있도록 상대이동이 허용된다. 따라서, 각 처리전극들(572)간의 처리율이 다르더라도, 처리율의 변화량이 동등해질 수 있어, 기판(W)의 전체 표면에 걸쳐 nm/min 정도로 처리율을 균일화시킬 수 있다.
동일한 높이를 갖는 처리전극들(572)이 공급전극(570)에 매입(embedded)되어, 이들 표면들(상면들)이 공급전극(570)의 표면과 수평이 되는(flush with) 것이 바람직하다. 이것은 각 전극의 표면과 워크피스간의 균일한 거리를 보장하여, 전극들과 워크피스간의 상이한 거리가 그들 사이의 저항의 변화를 일으켜, 전기전류의 변화를 가져오는 것을 방지한다.
일부 처리전극들(572)을 그룹화시키고 각 그룹에 대한 전압 또는 전기전류를 독립적으로 제어할 수 있다.
그 자체가 큰 저항률을 가지는 극순수와 같은 액체가 사용되면, 이온교환기(547)를 기판(W)과 접촉시킴으로써 전기저항이 낮아질 수 있어, 필수 전압이 또한 낮아질 수 있어, 전력소모가 감소될 수 있다.
"접촉"이라 함은 CMP와 같이 워크피스에 물리적인 에너지를 주기 위한 "압축"을 의미하지 않는다. 따라서, 본 실시예의 전해질 처리장치(534)는 기판(W)을 전극섹션(544)와 접촉시키거나 접근시키기 위한 수직-이동모터(554)를 채택하고,폴리싱부재에 대하여 기판을 압축하는 CMP장치에 일반적으로 채택되는 바와 같은 압축기구를 가지지 않는다. 이것은 후술된 실시예들로 지지된다. 이러한 관점에서, CMP장치에 따르면, 기판은 일반적으로 20 내지 50 kPa의 압력으로 폴리싱표면에 대하여 압축되는 한편, 본 실시예의 전해질 처리장치(534)에서는, 기판(W)이 20 kPa 미만의 압력으로 이온교환기(547)와 접촉될 수 있다. 10 kPa 미만의 압력에서도, 충분한 제거처리결과가 얻어질 수 있다.
본 실시예에서, 전극섹션(544) 및 기판(W) 모두는 그들이 편심 회전운동을 하도록 회전되지만, 복수의 처리전극들이 워크피스의 처리될 표면내의 모든 지점을 통과할 수 있는 한 여하한의 상대운동이 채택될 수 있다. 이러한 상대운동은 회전운동, 왕복운동, 편심 회전운동, 스크롤운동 및 이들 운동의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 이전 실시예에서, 처리전극 및 공급전극은 서로 대체될 수도 있다. 도 35 및 도 36은 본 발명의 제8실시예에 따른 전극섹션을 나타내고, 여기서 제7실시예의 전극섹션의 처리전극 및 공급전극이 서로 대체될 수 있다. 도 35 및 도 36에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 전극섹션(544a)은 디스크형상 처리전극(546a) 및 처리전극(546a)의 거의 전체 표면에 배치되는 다수의 공급전극(548a)을 포함한다. 각각의 공급전극(548a)은 절연기(550a)에 의하여 처리전극(546a)으로부터 분리된다. 처리전극(546a) 및 공급전극(548a)의 상면들은 상술된 이온교환기(547)(도 31참조)로 완전히 덮힌다. 공급전극들(548a)은 동일한 형상이고, 처리전극(546a)의 거의 전체 표면에 배치되어 기판(W) 및 전극섹션(544a)이 상대적으로 이동될 때, 기판(W)의 처리될 표면내의 모든 지점에서 공급전극들(548a)의 존재 빈도가 실질적으로 동일하다.
본 실시예는 하나의 처리전극(546a)을 채택한다. 그러나, 하나의 처리전극을 구비하더라도, 어떤 지점에서는 단위시간당 처리량이 변할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 전극섹션(544a) 및 기판(W)이 전해질처리시에 상대이동할 때, 단위시간당 처리율이 불균일한 처리전극(546a)내의 복수의 지점들이 기판(W)의 처리될 표면내의 모든 지점을 통과할 수 있다. 전극섹션(544a) 및 기판(W)의 상대이동을 허용하여, 단위시간당 처리량이 불균일한 처리전극(546a)내의 최대로 가능한 지점들이 기판(W)의 처리될 표면내의 모든 지점을 통과할 수 있다. 따라서, 처리전극(546a)내의 처리율이 변화하더라도, 처리율의 변화량이 동일해질 수 있어, 기판(W)의 전체 표면에 걸쳐 nm/min 정도로 처리율의 균일화를 달성할 수 있다.
이전 실시예에서와 같이, 동일한 높이를 갖는 공급전극들(548a)이 처리전극(546a)에 매입되어, 그 표면이 처리전극(546a)의 표면과 수평이 되는 것이 바람직하다. 또한, 일부 공급전극들(548a)을 그룹화할 수 있고 각 그룹에 대하여 전압 또는 전기전류를 독립적으로 제어할 수 있다.
도 37은 본 발명의 제9실시예에 따른 전해질 처리장치의 전극섹션(544b)을 나타내는 평면도이고, 도 38은 도 37의 전극섹션(544b)의 일부의 확대도이다. 도 37 및 도 38에 도시된 바와 같이, 전극섹션(544b)은 수지와 같은 절연재로 만들어진 디스크형상의 전극플레이트(546b) 및 전극플레이트(546b)의 거의 전체 표면에 배치된, 동일한 형상의 다수의 전극들(548b)을 포함한다. 그 둘레가 절연기(550b)로 덮힌 각각의 전극(548b)은 전극플레이트(546b)에 매입된다. 전극들(548b)의 상면은 상술된 이온교환기(547)(도 31참조)를 완전히 덮는다.
전극들(548b)은 본 실시예에 따라 격자형태로 일렬로 배치되고, 모든 길이방향 라인에 배치되는 전극들(548c)은 슬립 링(564)(도 31참조)에 의하여 전원(546)의 애노드에 연결되고, 여타의 라인들에 배치되는 전극들(548d)은 슬립 링(564)에 의하여 전원(546)의 캐소드에 연결된다. 전원(546)의 애노드에 연결된 전극들(548c)은 공급전극들로 작용하며, 전원(546)의 캐소드에 연결된 전극들(548d)은 처리전극들로 작용한다. 따라서 공급전극들(548c) 및 처리전극들(548)이 전극섹션(544b)의 거의 전체 표면에 배치되어, 전극섹션(544b) 및 기판(W)이 상대적으로 이동될 때, 공급전극들(548c) 및 처리전극들(548d)의 존재 빈도가 기판(W)의 처리될 표면내의 모든 지점들에서 실질적으로 동일하다. 상술된 바와 같이, 처리될 재료에 따라, 전원의 캐소드에 연결된 전극들이 공급전극들로 작용할 수도 있으며, 애노드에 연결된 전극들이 처리전극으로 작용할 수도 있다.
이전 실시예에서와 같이, 전극섹션의 전체 평탄도를 고려하여, 동일한 높이를 갖는 전극들(548b)이 전극플레이트(546b)에 매입되어, 그 표면들(상면들)이 전극플레이트(546b)의 표면과 수평이 되는 것이 바람직하다. 그러나, 전극섹션(544b)의 처리능력에 따라, 전극들(548b)이 전극플레이트(546b)로부터 몇 ㎛ 정도로 돌출할 수도 있다. 또한, 일부 공급전극들(548c) 및 처리전극들(548d)을 그룹화할 수도 있고, 각 그룹에 대하여 전압 또는 전기전류를 독립적으로 제어할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 공급전극들(548c)의 수는 처리전극들(548d)의 수와 실질적으로 동일하다. 그러나, 처리조건에 따라, 공급전극들(548c) 및 처리전극들(548d)의 각각의 개수가 임의대로 변할 수 있다. 예를 들어, 처리율을 증가시키기 위하여, 처리전극들의 수가 증가될 수도 있다. 또한, 본 실시예에 따르면, 전극플레이트(546b)의 전체 표면이 이온교환기로 덮혀 있어, 극순수를 이용하여 전해질처리를 수행할 수 있다. 그러나, 전해질용액을 이용할 때, 전극플레이트의 전체 표면을 스크럽 부재(다공성재료와 같은 액체-투과성 부재)로 덮을 수도 있다.
상술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전해질 처리장치(534)에서는, 예를 들어, 워크피스의 특성을 저하시킬 수 있는 워크피스내의 물리적인 결함을 일으키지 않으면서, 기판과 같은 워크피스가 CMP처리 대신에 전기화학적 작용을 통하여 처리될 수 있다. 따라서, 본 발명은 CMP처리를 완전히 생략하거나 적어도 CMP처리시에 부하를 감소시킬 수 있고, 기판 등등의 워크피스의 표면에 부착되는 재료를 효과적으로 제거(세정)할 수 있다. 또한, 단지 순수 또는 극순수만 이용하더라도, 기판의 전해질처리가 달성될 수 있다. 이것은 전해질과 같은 불순물이 기판의 표면에 부착되거나 남아있게 되는 것을 방지하고, 제거처리후에 세정공정을 간소화시킬 수 있으며, 폐수의 처리시에 부하를 현저하게 감소시킬 수 있다.
도 39 및 도 40은 본 발명의 제10실시예에 따라 이온교환기를 고정하는 고정구조체가 제공되는 전해질 처리장치(636a)를 나타낸다. 도 39 및 도 40에 도시된 바와 같이, 전해질 처리장치(636a)는, 그 앞면이 아래쪽을 향한 채로(하향) 기판(W)을 흡인 및 유지하기 위하여, 수평으로 피벗할 수 있는 피벗아암(644)의 자유단에 지지되는 기판홀더(646) 및 기판홀더(646) 바로 아래에 위치되고, 절연재료로 만들어진 디스크형상의 전극섹션(648)을 포함한다. 전극섹션(648)은 그 안에 매입되어, 표면(상면)이 노출된 채로 벌갈아 배치되는 팬 형상의 처리전극들(650) 및 공급전극들(652)을 가진다. 막형상의 이온교환기(656)가 전극섹션(648)의 상면에 장착되어, 처리전극들(650) 및 공급전극들(652)의 표면을 덮는다.
본 실시예에서, 처리전극들(650) 및 공급전극들(652)을 갖는 전극섹션(648)의 일례로서, 기판(W)보다 약간 큰 직경을 가지는 전극섹션이 채택되어, 전극섹션(648)의 상대이동(스크롤운동)에 의하여 기판(W)의 전체 표면이 동시에 전해질처리를 받을 수 있다.
수직운동용 모터(660)의 작동에 의하여 볼 스크루(662)를 통해 상하로 이동하는 피벗아암(644)은 스윙용 모터(664)의 작동에 의하여 회전되는 샤프트(666)의 상단부에 연결된다. 기판홀더(646)는 피벗아암(644)의 자유단에 장착되는 회전용 모터(668)에 연결되고, 회전용 모터(668)의 작동에 의하여 회전된다.
전극섹션(648)은 중공모터(670)에 직접 연결되고, 중공모터(670)의 작동에 의하여 스크롤운동(병진 회전운동)을 하게 된다. 순수, 바람직하게는 극순수를 공급하기 위한 순수공급섹션으로서 스루홀(648a)이 전극섹션(648)의 중심부에 형성된다. 스루홀(648a)은 순수공급파이프(672)에 연결되고, 이는 스크롤운동용 중공모터(670)의 구동 샤프트에 직접 연결된 크랭크 샤프트(673) 내부에 형성된 스루홀(673a)에 의하여 중공모터(670) 내부에서 수직으로 연장한다. 순수 또는 극순수는 스루홀(648a)을 통하여 공급되고, 이온교환기(656)에 의하여 기판(W)의 전체 처리표면에 공급된다.
본 실시예에 따르면, 복수의 팬형상 전극플레이트들(676)이 전극섹션(648)의 둘레방향으로 전극섹션(648)의 상면에 배치되어, 전극플레이트들(676)의 표면이 실질적으로 동일한 평면상에 놓여지고, 전원(680)의 캐소드 및 애노드가 전극플레이트들(676)에 번갈아 연결된다. 전원(680)의 캐소드에 연결된 전극플레이트들(676)은 처리전극들(650)이 되고, 애노드에 연결된 전극플레이트들(676)은 공급전극들(652)이 된다.
따라서, 전극섹션(648)의 둘레방향에 독립적으로 교대로 처리전극들(650) 및 공급전극들(652)을 배치하면, 기판의 전도막(처리될 부분)에 전기를 공급하는 고정된 공급부가 필요하지 않고, 기판의 전체 표면에 처리를 수행할 수 있다. 또한, 펄스방식으로 또는 교대로 포지티브(positive) 및 네가티브(negative)를 변화시키면, 전기분해 생성물이 용해될 수 있고 처리를 여러번 반복하여 처리된 표면의 평탄도를 향상시킬 수 있다.
이온교환기(656)는 절연재로 형성된 전극섹션(648)내에 매입되는 처리전극들(650) 및 공급전극들(652)의 상면의 전극섹션(648)에 단단하게 고정된다. 보다 상세하게는, 전극섹션(648)은 직경이 큰 베이스(648b) 및 베이스(648b)의 상부에 일체로 형성된 직경이 작은 원주형 전극지지체(648c)를 포함한다. 이온교환기(656)의 고정시에, 이온교환기(656)는 전극지지체(648c) 및 전극플레이트(676)의 전체 표면을 덮게 되어 있는 한편, 이온교환기(656)의 둘레부는 전극지지체(648c)와, 전극지지체(648c)와 맞물릴 수 있는 고정지그(690) 사이에 위치되며 절연재로 만들어진다. 고정지그(690)를 전극지지체(648c)에 고정시키기 위하여 고정지그(690)가 전극지지체(648c)와 맞물려서 압축됨에 따라, 고정지그(690)의 내측 둘레면과 전극지지체(648c)의 외측 둘레면 사이에 이온교환기(656)의 둘레부를 끼워넣고 전극지지체(648c)에 이온교환기(656)를 고정하여, 이온교환기(656)가 균일하게 펼쳐진(인장) 상태로 처리전극(650) 및 공급전극(652)의 노출된 표면상에 단단히 고정된다.
따라서, 도 40에 도시된 바와 같이, 고정지그(690)를 원주형 전극지지체(648c)와 맞물리게 압축할 때 생성된 고정지그(690), 이온교환기(656) 및 전극지지체(648c)간의 마찰력으로 인해 이온교환기(656)가 외측으로 균일하게 펼쳐지고, 이에 따라 이온교환기(656)가 인장상태로 균일하게 펼쳐짐에 따라, 이온교환기가 전극지지체(648c)의 표면상에 자동으로 단단히 고정된다.
고정지그(690)는 베이스(648b)와 접촉되어 압축된다. 또한, 고정지그(690)의 둘레부는, 후크형상의 단면을 갖는 유지지그(692)(holding jig)에 의하여 베이스(648b)에 대하여 압축되고, 유지지그(692)의 스커트부(692a)가 볼트(694)에 의하여 전극섹션(648)에 고정됨에 따라, 유지지그(690)의 이탈을 방지할 수 있다. 유지지그(692)는 핀 또는 크랭크와 같은 여타의 고정수단에 의하여 전극섹션(648)에 고정될 수 있다.
이온교환기(656)에 인가된 장력은 전극지지체(648c)의 돌출부의 높이를 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 대안적으로, 도 41에 도시된 바와 같이, 링형상의 스페이서(696)가 전극섹션(648)의 베이스(648b)와 고정지그(690) 사이에 개재될 수도 있다. 이온교환기(656)에 인가된 장력은 스페이서(696)의 두께 "a"를 조절하여 조정될 수 있다.
도 42a에 도시된 바와 같이, 고정지그(690)는 한 쌍의 분할된 지그들(690a, 690b)로 구성될 수 있고, 그 둘레부에서 그들사이에 이온교환기(656)가 끼워지고 볼트 등등의 수단에 의하여 임시로 고정된 채로, 한 쌍의 분할된 지그들(690a, 690b)이 도 42b에 도시된 바와 같이, 전극섹션(648)의 전극지지체(648c)와 맞물려서 압축될 수 있다. 이것은 고정지그(690)의 압축시에, 이온교환기(656)와 고정지그(690) 사이에서 미끄러지는 것을 방지할 수 있어, 이온교환기(656)를 항상 인장상태로 고정시킬 수 있다. 또한, 이온교환기(656)에 인가된 장력은 분할된 상부 지그(690a)의 두께 "b"를 조절하여 조정될 수 있다.
전해질처리(전해질 폴리싱)에서 전해질 처리장치의 동작은 도 17에 도시된 상술된 전해질 처리장치(334)와 실질적으로 동일하므로, 그 설명은 생략하기로 한다.
도 43 및 도 44는 본 발명의 제11실시예에 따른 전해질 처리장치를 나타낸다. 전해질 처리장치(636b)에 따르면, 공급샤프트(702)와, 지지체(700)의 양 끝단부에 제공된 테이크업 샤프트(704)(take-up shaft) 사이에 긴 이온교환기(656a)가 펼쳐지고, 테이크업 샤프트(704)는 테이크업 모터에 의해 회전되어, 이온교환기(656a)를 순차적으로 감아올린다. 또한, 전해질 처리장치(636b)에는 이온교환기(656a)를 고정시키기 위한 이온교환기-고정장치(706)가 제공된다. 나머지 구조는 도 39 및 도 40에 도시된 장치와 동일하다.
이온교한기-고정장치(706)는 전극섹션(648)을 수직으로 이동시키기 위한 전극섹션-상승기구(708), 전극섹션(648)위에 배치되는 고정지그(690)를 수직으로 이동시키기 위한 고정지그-상승기구(710)를 포함한다. 이온교환기(656a)는 전극섹션(648)과 고정지그(690) 사이에서 이동하게 되어 있다. 이온교환기(656a)가 정지되어 있는 동안, 전극섹션(648)이 상승되고, 고정지그(690)가 하강되어, 그들 사이에 이온교환기(656a)가 끼워진다. 그런 다음, 고정지그(690)는 전극섹션(648)의 전극지지체(648c)와 맞물리게 압축되어, 고정지그(690)를 고정시키고, 이에 따라 이온교환기(656a)가 균일하게 펼쳐진 상태로 전극지지체(648c)에 고정된다.
본 실시예에 따르면, 전극섹션(648)은 중공모터(670)의 작동에 의하여 회전되는 지지체(700)상에 제공된다. 따라서, 전극섹션(648)은 스크롤운동이 아닌 회전운동을 하게 된다. 따라서, 전극플레이트(676)가 슬립 링(678)에 의하여 전원의 캐소드 및 애노드에 교대로 연결된다.
본 실시예에 따르면, 예를 들어, 이온교환기-고정장치(706)에 의하여 고정되어 처리용으로 사용되는 이온교환기(656a)의 일부가 오염된 경우에는, 전극섹션(648)이 하강되는 한편 고정지그(690)가 상승되어, 이온교환기(656a)의 고정을 해제하고, 이온교환기(656a)를 필요한 거리만큼 이동시킨 다음, 전극섹션(648)이 상승되는 한편 고정지그(690)가 하강되어 이온교환기(656a)를 고정시킨다. 이러한 방식으로, 이온교환기(656a)의 교환이 연속적인 방식으로 수행될 수 있다. 또한, 이것이 처리전극(650) 및 공급전극(652)의 상면에 단단히 고정되어 유지된 채로, 이온교환기(656a)가 전해질처리에 사용될 수 있다.
도 45는 본 발명의 제12실시예에 따른 전해질 처리장치를 나타낸다. 본 실시예에 따르면, 하나의 구동샤프트(720) 및 3개의 종동 샤프트들(722)이 사다리꼴 배열로 배치되고, 엔드리스 형태의 이온교환기(656b)가 샤프트들(720, 722)상에 펼쳐져서, 이것이 한방향으로 이동 및 순환할 수 있다. 상부측에서 이동하는 이온교환기(656b)의 부분은 이온교환기-고정장치(706)에 의하여 고정되고 처리용으로 사용되며, 하부측에서 이동하는 이온교환기(656b)의 부분은 이동루트에 제공된 재생섹션(724)에서 재생된다.
본 실시예는 이음새가 없는 순환(endless) 이온교환기(656b)의 일부를 고정시킬 수 있고, 재생섹션(724)에서 처리용으로 사용하지 않는 이온교환기(656b)의 나머지 부분을 재생하면서 상기 부분을 처리용으로 사용할 수 있으며, 이온교환기(656b)를 한방향으로 이동시킨 후에, 이온교환기(656b)의 재생된 부분을 처리에 이용하기 위해 고정시킬 수 있다. 이러한 동작의 반복은 이음새가 없는 순환 이온교환기(656b)의 순환 및 재사용을 가능하게 한다.
이온교환기의 재생은, 양이온 교환기의 경우에는 수소이온에 대하여, 음이온 교환기의 경우에는 수산화물 이온에 대하여 이온교환기에 의해 포획된 이온의 교환에 의해 달성된다. 양이온-교환그룹을 갖는 양이온교환기를 이온교환기로 이용하여 예를 들어, 구리의 전해질 처리를 수행하는 경우에는, 구리가 양이온-교환그룹에 의해 포획된다. 구리에 의한 양이온-교환그룹의 소비가 진행되면, 전해질처리를 계속할 수가 없다. 한편, 음이온-교환그룹을 갖는 음이온교환기를 이온교환기로 이용하여 구리의 전해질처리가 수행되는 경우에는, 구리 산화물의 미세 입자들이 생성되고 입자들이 이온교환기(음이온 교환기)의 표면에 부착된다. 이온교환기상의 이러한 입자들은 다음에 처리될 기판의 표면을 오염시킬 수 있다. 이러한 소비되거나 오염된 이온교환기의 재생은 상기 문제들을 방지할 수 있다.
도 47은 재생섹션(724)의 예를 나타낸다. 재생섹션(724)은, 한 쌍중에 재생용인 하나의 전극(730)이 그 표면이 노출된 채로 매입되는 고정 재생 전극부(732), 한 쌍중에 재생용인 나머지 전극(734)을 수직으로 이동시킬 수 있고 유지시키는 이동가능한 재생 전극섹션(738)으로 이루어지며, 이들 표면은 재생용 이온교환기(736), 전극부분들(732, 838) 사이에 재생용 액체를 공급하기 위한 액체공급노즐(740) 및 재생용의 한 쌍의 전극들(730, 734) 사이에 재생전압을 인가하는 재생 전원(742)으로 덮힌다.
재생용 이온교환기(736)는 재생될 이온교환기(656b)와 동일한 종류의 이온-교환그룹을 가진다. 즉, 양이온-교환그룹을 갖는 양이온교환기가 이온교환기(656b)로 사용되면, 양이온교환기가 재생용 이온교환기(736)로도 사용된다. 음이온-교환그룹을 갖는 음이온교환기가 재생될 이온교환기(656b)로 사용되면, 음이온교환기가 재생용 이온교환기(736)로도 사용된다.
동작시에, 고정 재생 전극부(732)의 전극(730)의 표면은 재생될 이온교환기(656b)로 덮힌다. 이동가능한 재생 전극부(738)는 재생용 이온교환기(736)가 재생될 이온교환기(656b)의 표면(상면)에 접근하거나 접촉하도록 하강된다. 그 후, 재생전압이 전극들(730, 734) 사이에 인가되어, 재생용 이온교환기(736)측의 전극 즉, 전극(734)이 재생될 이온교환기(656b)의 극성과 반대의 극성을 가진다. 따라서, 음이온-교환그룹을 갖는 음이온교환기가 이온교환기(656b)로 사용되고, 전극(734)이 캐소드가 되며 전극(730)이 애노드가 된다. 반대로, 음이온교환기가 이온교환기(656b)로 사용되면, 전극(734)이 애노드가 되고 전극(730)이 캐소드가 된다. 동시에, 액체공급노즐(740)로부터 전극부들(732, 738) 사이의 공간으로 순수 또는 극순수가 공급되어, 공간을 순수 또는 극순수로 채우고, 이에 따라 재생될 이온교환기(656b) 및 재생용 이온교환기(736)가 순수 또는 극순수에 침지된다.
상기 작동에 의하여, 고체 전해질로서 이온교환기(656b)를 이용하는 이온-교환 반응을 통하여, 재생될 이온교환기(656b)내의 이온들이 재생용 이온교환기(736)로 이동된다. 따라서, 이온교환기(656b)의 재생이 달성된다. 음이온교환기가 이온교환기(656b)로 사용되면, 이온교환기(656b)에 흡수된 음이온들이 재생용 이온교환기(736)로 이동되고; 양이온교환기가 이온교환기(656b)로 사용되면, 이온교환기(656b)에 흡수된 양이온들이 재생용 이온교환기(736)로 이동되어, 이온교환기(656b)가 재생된다.
상술된 바와 같이, 순수 또는 극순수 대신에, 500 μS/cm 미만의 전기 전도율을 갖는 액체 또는 전해질용액을 이용할 수도 있다.
도 48은 재생섹션(724)의 또 다른 예를 나타낸다. 본 예시의 이동가능한 재생전극부(738)는 아래쪽으로 개방된 원형 후퇴부(738a)를 가진다. 후퇴부(738a)의 하부 개구부는 재생용 이온교환기(736)로 폐쇄되어, 후퇴부(738a) 및 재생용 이온교환기(736)에 의해 형성된 방출부(750)가 형성된다. 디스크형상의 전극(734)은 후퇴부(738a)의 바닥부에 장착된다. 또한, 방출부(750)의 둘레부와 연통하는 액체 유입구(752) 및 액체 유출구(754)가 이동가능한 재생 전극부(738)의 둘레방향으로양 끝단부에 제공된다. 액체 유입구(752) 및 액체 유출구(754)는 액체 유입파이프(756) 및 액체 유출파이프(758)에 연결된다. 나머지 구조는 도 47에 도시된 이전의 예시와 실질적으로 동일하다.
본 예시에 따르면, 이온교환기(656b)의 재생시에, 액체 유입파이프(756)로부터 방출부(750)로 액체가 공급되어, 방출부(750)에서 한방향으로 흐르고 액체 유출구(758)로부터 방출되는 액체의 흐름을 형성하고, 액체내에 전극(734)를 침지시킨다. 이온교환기(656b)내의 이온들은 전극(734)을 향해 이동되고, 재생용 이온교환기(736)를 통과하여 방출부(750)로 도입된다. 방출부(750)로 이동된 이온들은 방출부(750)로 공급되는 액체의 흐름에 의하여 시스템의 외부로 방출된다. 따라서, 이온교환기(656b)가 더 효과적으로 재생될 수 있다.
방출부(750)에 공급될 액체는 높은 전기 전도율을 가지는 액체이고, 이온교환기로붜 제거된 이온들과 반응하여 가용성 또는 불용성의 화합물을 거의 형성하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 액체의 예는 전해질용액 특히, 1 wt% 이상의 농도를 갖는 황산을 포함할 수 있으며, 이는 구리의 전해질처리에 사용된 이온교환기를 재생하는데 채택될 수 있다.
도 46은 본 발명의 제13실시에에 따른 전해질 처리장치의 주요부를 나타낸다. 본 실시예에 따르면, 한 쌍의 공급/테이크업 샤프트(760) 및 한 쌍의 중간 샤프트(762)가 이온교환기-고정장치(706)의 양 측면상에 게이트형상의 배열로 배치된다. 이온교환기(656c)는 2개의 방향(반대방향)으로 이동할 수 있다. 또한, 2개의 재생전극들(724)이 하나의 공급/테이크업 샤프트(760)와 하나의 중간 샤프트(762)사이, 여타의 공급/테이크업 샤프트(760)와 여타의 중간 샤프트(762) 사이에 각각 배치된다. 나머지 구조는 도 45에 도시된 실시예와 동일하다.
본 실시예는 이온교환기-고정장치(706)에 의하여 이온교환기(656c) 일부를 고정시킬 수 있고, 하나의 재생섹션(724)에서 처리에 사용되지 않는 이온교환기(656c)의 나머지 부분을 재생하면서 상기 부분을 처리용으로 사용할 수 있으며, 처리에 사용된 이온교환기(656c)의 부분을 이온교환기(656c)의 재생된 부분과 교환할 수 있다. 따라서, 도 46을 참조하여, 이온교환기(656c)가 좌측으로 이동할 때는, 이동방향으로 하류에 위치된, 우측 재생섹션(724)내의 재생된 이온교환기(656c) 부분이 처리용으로 사용되고; 이온교환기(656c)가 우측으로 이동할 때는, 이동방향으로 하류에 위치된, 좌측 재생섹션(724)에서 재생된 이온교환기(656c)의 부분이 처리용으로 사용된다. 상기 동작의 반복으로 예를 들어, 기계적인 저하가 발생할 때까지 이온교환기(656c)를 재사용할 수 있다.
상술된 실시예에서, 전극지지체(648c)의 전체 둘레면을 덮는 링형상의 고정 지그(690)가 사용되어, 이온교환기(656a 내지 656c)의 전체 표면에 걸쳐 균일하게 장력이 인가될 수 있다. 그러나, 이온교환기(656a 내지 656c)를 고정시키도록 이동방향으로 이온교환기(656a 내지 656c)의 앞뒤에 한 쌍의 로드형상의 고정지그(690a)를 배치하고 고정지그(690a)를 하강시킬 수도 있다. 고정지그의 위치는 처리용으로 사용되는 이온교환기(656a 내지 656c) 지역의 외부에 위치되어야 하며, 이것은 장력을 받아 이온교환기를 유지할 수 있다. 고정지그의 형상은 또한 링형상으로 제한되지 않으며, 주로 전극의 형상에 따라 전극의 형상과 유사하게 다양한형상이 사용될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상술된 실시예의 전해질 처리장치(636a, 636b)에 따르면, 단순히 고정지그를 전극섹션의 전극지지체와 맞물리게 압축함으로써, 이온교환기가 인장상태로 외측으로 균일하게 펼쳐질 수 있고, 이온교호나기가 전극의 표면상에 자동으로 단단히 고정될 수 있다. 따라서, 본 발명은 용이하고 신속하게 전극의 표면상에 이온교환기를 단단히 고정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 특정 실시예가 상세히 도시 및 설명되었지만, 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않으면서, 다양한 변화 및 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
본 특허는, 그 전체가 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 2002년 11월 22일에 출원된 U.S 특허 제 10/296,333호의 계속출원으로 출원된 2003년 1월 7일에 출원된 U.S특허 출원을 기초로 한다.
본 발명은 기판 특히, 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 도전재를 처리하거나 기판의 표면에 부착된 불순물을 제거하는데 유용한 전해질 처리장치 및 방법에 관한 것이다.
Claims (62)
- 전해질 처리장치에 있어서,워크피스와 접근하거나 접촉할 수 있는 처리전극;상기 워크피스에 전기를 공급하는 공급전극;상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 배치되는 이온교환기;상기 워크피스와 상기 이온교환기 사이에 유체를 공급하는 유체공급섹션; 및상기 처리전극과 상기 공급전극 사이에 각각 전압을 인가하는 복수의 전원을 포함하고,상기 처리전극 및 상기 공급전극 중 적어도 하나는 전기적으로 복수의 부분으로 분할되고, 상기 전원들은 각각의 분할된 전극부분들로 각각의 전압을 인가하고, 각각의 상기 분할된 전극부분들에 대하여 전압 및 전기전류 중의 적어도 하나를 독립적으로 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제1항에 있어서,상기 유체는 극순수, 순수, 500 μS/cm 미만의 전기 전도율을 갖는 액체인 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제1항에 있어서,상기 전원은 각각의 상기 분할된 전극부분들에 적어도 한번씩 상이한 일정전압을 각각 인가하는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제1항에 있어서,각각의 상기 전원은 각각의 상기 분할된 전극부분들에 시간에 따라 변하는 전기전류 또는 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 전해질 처리방법에 있어서,적어도 하나가 전기적으로 복수의 부분들로 분할되는, 처리전극 및 공급전극을 제공하는 단계;상기 처리전극을 워크피스에 접근시키거나 접촉시키는 단계;상기 공급전극으로부터 상기 워크피스에 전기를 공급하는 단계;상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 이온교환기를 배치하는 단계;상기 워크피스와 상기 이온교환기 사이에 유체를 공급하는 단계;각각의 상기 분할된 전극부분들로 전압을 인가하는 단계; 및각각의 상기 분할된 전극부분들에 대하여 전압 및 전기전류 중의 적어도 하나를 독립적으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해질 처리방법.
- 제5항에 있어서,상기 유체는 극순수, 순수, 500 μS/cm 미만의 전기 전도율을 갖는 액체인 것을 특징으로 하는 전해질 처리방법.
- 제5항에 있어서,상기 제어하는 단계는 각각의 상기 분할된 전극부분들에 적어도 한번씩 상이한 일정전압들을 각각 인가하도록 달성되는 것을 특징으로 하는 전해질 처리방법.
- 전해질 처리장치에 있어서,처리전극;워크피스에 전기를 공급하는 공급전극;상기 처리전극에 접근하거나 접촉할 수 있는 상기 워크피스를 유지하는 홀더;상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 배치되는 이온교환기;상기 처리전극과 상기 공급전극 사이에 전압을 인가하는 전원;상기 이온교환기가 배치되는, 상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중 적어도 하나에 유체를 공급하는 유체공급섹션; 및상기 홀더에 의해 유지되는 상기 워크피스 및 상기 처리전극의 상대이동을 허용하는 구동섹션을 포함하고,적어도 전기 전도율을 가지는 더미부재(dummy member)의 표면은 상기 워크피스의 둘레부의 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제8항에 있어서,상기 더미부재는 상기 워크피스 및 상기 처리전극의 상대이동 시에 상기 처리전극을 향하는 상기 워크피스 부분의 면적을 일정하게 만드는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제8항에 있어서,상기 더미부재의 상기 전도성이 있는 부분은 전기화학적인 불활성 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제8항에 있어서,상기 더미부재의 전도성이 있는 부분은 상기 워크피스와 동일한 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제8항에 있어서,상기 완충부재는 상기 워크피스와 상기 더미부재 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 전해질 처리장치에 있어서,워크피스보다 직경이 큰 처리전극;상기 워크피스에 전기를 공급하는 공급전극;상기 처리전극에 접근하거나 접촉할 수 있는 상기 워크피스를 유지하는 홀더;상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 배치되는 이온교환기;상기 처리전극과 상기 공급전극 사이에 전압을 인가하는 전원;상기 이온교환기가 배치되는, 상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 유체를 공급하는 유체공급섹션; 및상기 처리전극의 이동중심(center of movement)이 상기 워크피스의 범위내에 놓이는 상태로 상기 홀더에 의해 유지되는 상기 워크피스 및 상기 처리전극의 상대이동을 허용하는 구동섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 전해질 처리장치에 있어서,상기 워크피스보다 큰 직경을 갖는 처리전극;상기 워크피스에 전기를 공급하는 공급전극;상기 처리전극 및 상기 공급전극에 접근하거나 접촉할 수 있는 상기 워크피스를 유지하는 홀더;상기 처리전극과 상기 공급전극 사이에 전압을 인가하는 전원;상기 워크피스와 상기 처리전극 및 상기 공급전극 사이에 유체를 공급하는 유체공급섹션; 및상기 처리전극의 이동중심이 상기 워크피스의 범위내에 놓이는 상태로 상기 홀더에 의해 유지되는 상기 워크피스, 상기 처리전극, 상기 공급전극의 상대이동을 허용하는 구동섹션을 포함하는 전해질 처리장치.
- 전해질 처리장치에 있어서,상기 워크피스보다 큰 직경을 갖는 처리전극;상기 처리전극의 둘레부에 배치되는 복수의 공급전극;상기 처리전극에 접근하거나 접촉할 수 있는 상기 워크피스를 유지하는 홀더;상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 배치되는 이온교환기;상기 처리전극과 상기 공급전극 사이에 전압을 인가하는 전원;상기 이온교환기가 배치되는, 상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이의 공간 중의 적어도 하나의 공간에 유체를 공급하는 유체공급섹션; 및상기 공급전극들 중의 적어도 하나가 상기 워크피스에 항상 전기를 공급하는 상태에서 상기 홀더에 의해 유지되는 상기 워크피스 및 상기 처리전극의 상대이동을 허용하는 구동섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제15항에 있어서,상기 처리전극은 상기 공급전극이 배치되는 둘레부에 의해 한정되는 외측 처리전극 및 상기 외측 처리전극의 내측에 위치되는 내측 처리전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제16항에 있어서,상기 전원은 상기 외측 처리전극 및 상기 내측 처리전극에 인가되는 각각의 전압 또는 전기전류를 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 전해질 처리장치에 있어서,워크피스보다 큰 직경을 갖는 처리전극;상기 처리전극의 둘레부에 배치되는 복수의 공급전극;상기 처리전극 및 공급전극에 접근하거나 접촉할 수 있는 워크피스를 유지하는 홀더;상기 처리전극과 상기 공급전극 사이에 전압을 인가하는 전원;상기 워크피스와 상기 처리전극 및 상기 공급전극 사이에 유체를 공급하는 유체공급섹션; 및상기 공급전극들 중의 적어도 하나가 상기 워크피스에 항상 전기를 공급하는상태에서 상기 홀더에 의해 유지되는 상기 워크피스, 상기 처리전극, 상기 공급전극의 상대이동을 허용하는 구동섹션을 포함하는 전해질 처리장치.
- 제18항에 있어서,상기 처리전극은 상기 공급전극이 배치되는 둘레부에 의해 한정되는 외측 처리전극 및 상기 외측 처리전극의 내측에 위치되는 내측 처리전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제19항에 있어서,상기 전원은 상기 외측 처리전극 및 상기 내측 처리전극에 인가되는 각각의 전압 또는 전기전류를 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 전해질 처리방법에 있어서,워크피스보다 큰 직경을 갖는 처리전극 및 상기 워크피스에 전기를 공급하는 공급전극을 제공하는 단계;상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 이온교환기를 배치하는 단계;상기 처리전극과 상기 공급전극 사이에 전압을 인가하는 단계;상기 워크피스를 상기 처리전극에 접근시키거나 접촉시키는 단계;상기 이온교환기가 배치되는, 상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 유체를 공급하는 단계; 및상기 처리전극의 이동중심이 상기 워크피스의 범위내에 항상 놓여지는 상태로 상기 워크피스 및 상기 처리전극을 상대이동을 허용하고, 그에 의해 상기 워크피스의 표면을 처리하는 단계를 포함하는 전해질 처리방법.
- 전해질 처리방법에 있어서,워크피스보다 큰 직경을 갖는 처리전극 및 상기 워크피스에 전기를 공급하는 공급전극을 제공하는 단계;상기 처리전극과 상기 공급전극 사이에 전압을 인가하는 단계;상기 워크피스를 상기 처리전극 및 상기 공급전극에 접근시키거나 접촉시키는 단계;상기 워크피스와 상기 처리전극 및 상기 공급전극 사이에 유체를 공급하는 단계; 및상기 처리전극의 이동중심이 상기 워크피스의 범위내에 항상 놓여지는 상태로 상기 워크피스, 상기 처리전극, 상기 공급전극의 상대이동을 허용하고, 그에 의해 상기 워크피스의 표면을 처리하는 단계를 포함하는 전해질 처리방법.
- 전해질 처리방법에 있어서,워크피스보다 큰 직경을 갖는 처리전극 및 상기 처리전극의 둘레부에 배치된 복수의 공급전극을 제공하는 단계;상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 이온교환기를 배치하는 단계;상기 처리전극과 상기 공급전극 사이에 전압을 인가하는 단계;상기 워크피스를 상기 처리전극에 접근시키거나 접촉시키는 단계;상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 유체를 공급하는 단계; 및상기 공급전극들 중의 적어도 하나가 상기 워크피스에 항상 전기를 공급하는 상태로 상기 워크피스 및 상기 처리전극의 상대이동을 허용하고, 그에 의해 상기 워크피스의 표면을 처리하는 단계를 포함하는 전해질 처리방법.
- 전해질 처리방법에 있어서,워크피스보다 큰 직경을 갖는 처리전극 및 상기 처리전극의 둘레부에 배치된 복수의 공급전극을 제공하는 단계;상기 처리전극과 상기 공급전극 사이에 전압을 인가하는 단계;상기 워크피스를 상기 처리전극 및 상기 공급전극에 접근시키거나 접촉시키는 단계;상기 워크피스와 상기 처리전극 및 상기 공급전극 사이에 유체를 공급하는 단계; 및상기 공급전극들 중의 적어도 하나가 상기 워크피스에 항상 전기를 공급하는 상태로 상기 워크피스, 상기 처리전극, 상기 공급전극의 상대이동을 허용하고, 그에 의해 상기 워크피스의 표면을 처리하는 단계를 포함하는 전해질 처리방법.
- 전해질 처리방법에 있어서,워크피스를 복수의 처리전극에 접근시키거나 접촉시키는 단계;상기 워크피스에 전기를 공급하기 위하여 상기 처리전극과 상기 공급전극 사이에 전압을 인가하는 단계;상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 유체를 공급하는 단계; 및단위시간당 처리량이 불균일한 복수의 처리전극들이 상기 워크피스의 처리될 표면내의 모든 지점을 통과하도록 상기 처리전극 및 상기 워크피스의 상대이동을 허용하고, 그에 의해 상기 워크피스의 표면을 처리하는 단계를 포함하는 전해질 처리방법.
- 제25항에 있어서,상기 공급전극은 복수의 전극들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해질 처리방법.
- 제25항에 있어서,상기 상대이동 시에, 상기 워크피스의 상기 처리될 표면내의 모든 지점들에서 처리전극의 존재빈도가 실질적으로 동일해지도록 상기 복수의 처리전극들이 배치되는 것을 특징으로 하는 전해질 처리방법.
- 제26항에 있어서,상기 상대이동 시에, 상기 워크피스의 상기 처리될 표면내의 모든 지점들에서 공급전극의 존재빈도가 실질적으로 동일해지도록 상기 복수의 공급전극들이 배치되는 것을 특징으로 하는 전해질 처리방법.
- 제25항에 있어서,상기 복수의 처리전극들은 동일한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전해질 처리방법.
- 제25항에 있어서,상기 상대이동은 회전운동, 왕복운동, 편심 회전운동 및 스크롤 운동 중의 하나 또는 그 조합인 것을 특징으로 하는 전해질 처리방법.
- 제25항에 있어서,이온교환기는 상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 배치되는 것을 특징으로 하는 전해질 처리방법.
- 제25항에 있어서,상기 유체는 극순수, 순수, 500 μS/cm 미만의 전기 전도율을 갖는 액체인 것을 특징으로 하는 전해질 처리방법.
- 전해질 처리방법에 있어서,워크피스를 처리전극에 접근시키거나 접촉시키는 단계;상기 워크피스에 전기를 공급하기 위하여 상기 처리전극과 공급전극 사이에 전압을 인가하는 단계;상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 유체를 공급하는 단계; 및단위시간당 처리량이 불균일한 처리전극내의 복수의 지점들이 상기 워크피스의 처리될 표면내의 모든 지점을 통과하도록 상기 처리전극 및 상기 워크피스의 상대이동을 허용하고, 그에 의해 상기 워크피스의 표면을 처리하는 단계를 포함하는 전해질 처리방법.
- 제33항에 있어서,상기 상대이동 시에, 상기 워크피스의 상기 처리될 표면내의 모든 지점들에서 그 존재빈도가 실질적으로 동일하도록 상기 공급전극이 배치되는 것을 특징으로 하는 전해질 처리방법.
- 제33항에 있어서,상기 공급전극은 복수의 전극들로 이루어지고, 상기 복수의 공급전극들은 동일한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전해질 처리방법.
- 제33항에 있어서,상기 상대이동은 회전운동, 왕복운동, 편심 회전운동 및 스크롤 운동 중의 하나 또는 그 조합인 것을 특징으로 하는 전해질 처리방법.
- 제33항에 있어서,이온교환기는 상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 배치되는 것을 특징으로 하는 전해질 처리방법.
- 제33항에 있어서,상기 유체는 극순수, 순수, 500 μS/cm 미만의 전기 전도율을 갖는 액체인 것을 특징으로 하는 전해질 처리방법.
- 전해질 처리장치에 있어서,복수의 처리전극들;워크피스에 전기를 공급하는 공급전극;상기 처리전극들에 접근하거나 접촉할 수 있는 상기 워크피스를 유지하는 홀더;상기 처리전극과 상기 공급전극 사이에 전압을 인가하는 전원;상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 유체를 공급하는 유체공급섹션; 및단위시간당 처리량이 불균일한 복수의 처리전극들이 상기 홀더에 의해 유지되는 상기 워크피스의 처리될 표면내의 모든 지점들을 통과하도록 상기 처리전극 및 상기 워크피스의 상대이동을 허용하는 구동섹션을 포함하는 전해질 처리장치.
- 제39항에 있어서,상기 공급전극은 복수의 전극들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제39항에 있어서,상기 상대이동 시에, 상기 워크피스의 처리될 표면내의 모든 지점들에서 처리전극의 존재빈도가 실질적으로 동일해지도록 상기 복수의 처리전극들이 배치되는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제40항에 있어서,상기 상대이동 시에, 상기 워크피스의 처리될 표면내의 모든 지점들에서 공급전극의 존재빈도가 실질적으로 동일해지도록 상기 복수의 공급전극들이 배치되는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제39항에 있어서,상기 복수의 처리전극들은 동일한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제42항에 있어서,상기 상대이동은 회전운동, 왕복운동, 편심 회전운동 및 스크롤 운동 중의 하나 또는 그 조합인 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제42항에 있어서,상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 이온교환기가 배치되는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제42항에 있어서,상기 유체는 극순수, 순수, 500 μS/cm 미만의 전기 전도율을 갖는 액체인 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 전해질 처리장치에 있어서,처리전극;워크피스에 전기를 공급하는 공급전극;상기 처리전극들에 접근하거나 접촉할 수 있는 상기 워크피스를 유지하는 홀더;상기 처리전극과 상기 공급전극 사이에 전압을 인가하는 전원;상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 유체를 공급하는 유체공급섹션; 및단위시간당 처리량이 불균일한 상기 처리전극내의 복수의 지점들이 상기 홀더에 의해 유지되는 상기 워크피스의 처리될 표면내의 모든 지점들을 통과하도록 상기 처리전극 및 상기 워크피스의 상대이동을 허용하는 구동섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제47항에 있어서,상기 상대이동 시에, 상기 워크피스의 처리될 표면내의 모든 지점들에서 그 존재빈도가 실질적으로 동일해지도록 상기 공급전극이 배치되는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제47항에 있어서,상기 공급전극은 복수의 전극들로 이루어지고, 상기 복수의 공급전극들은 동일한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제47항에 있어서,상기 상대이동은 회전운동, 왕복운동, 편심 회전운동 및 스크롤 운동 중의 하나 또는 그 조합인 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제47항에 있어서,이온교환기는 상기 워크피스와 상기 처리전극 사이 또는 상기 워크피스와 상기 공급전극 사이 중의 적어도 하나에 배치되는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제47항에 있어서,상기 유체는 극순수, 순수, 500 μS/cm 미만의 전기 전도율을 갖는 액체인 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 전해질처리에 이용하는 이온교환기를 전극상에 고정시키는 고정방법에 있어서,그 표면이 노출되어 있는 전극을 지지하는 전극지지체와 상기 전극지지체의 둘레부와 맞물릴 수 있는 고정지그(fixing jig) 사이에 이온교환기를 위치시키는 단계; 및상기 고정지그와 상기 전극지지체를 맞물려서, 상기 고정지그와 상기 전극지지체 사이에 그 둘레부가 끼워지게 하여 상기 이온교환기를 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정방법.
- 제53항에 있어서,상기 고정지그는 한 쌍의 분할된 지그들로 이루어지고, 이온교환기의 둘레부가 그들 사이에 끼워지며, 상기 한 쌍의 분할된 지그들은 상기 전극지지체와 맞물려서 압축되는 것을 특징으로 하는 고정방법.
- 전해질처리에 사용하는 이온교환기를 전극상에 고정시키는 방법에 있어서,전극의 외측에 이온교환기-고정지그를 배치시키는 단계;상기 이온교환기-고정지그에 의하여 상기 이온교환기를 유지하는 단계; 및상기 이온교환기를 상기 전극상에 인장상태로 지지되게 한 채로, 상기 전극에 상기 이온교환기-고정지그를 부착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 전해질처리에 사용하는 이온교환기를 전극상에 고정시키는 고정구조체에 있어서,그 표면이 노출되어 있는 전극을 지지하는 전극지지체; 및상기 전극지지체의 둘레부와 맞물릴 수 있는 고정지그를 포함하고,상기 전극지지체 및 상기 고정지그는 이온교환기의 둘레부를 그들 사이에 끼워넣고 상기 전극의 표면에 걸쳐 상기 이온교환기를 펼쳐서 상기 이온교환기를 고정시키는 것을 특징으로 하는 고정구조체.
- 제56항에 있어서,상기 고정지그는 한 쌍의 분할된 지그들로 이루어지고, 상기 이온교환기의 외측 둘레부가 상기 전극지지체를 덮는 부분의 외부에 상기 고정지그들 사이에 끼워지는 것을 특징으로 하는 고정구조체.
- 이온교환기-고정장치를 포함하는 전해질 처리장치에 있어서,상기 이온교환기-고정장치는,그 표면이 노출되어 있는 전극을 지지하는 전극지지체; 및상기 전극지지체의 둘레부와 맞물릴 수 있는 고정지그를 포함하고,상기 이온교환기-고정장치는 상기 전극지지체와 상기 고정지그 사이에 이온교환기의 둘레부를 끼워넣어서 상기 이온교환기를 고정하는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제58항에 있어서,상기 전극지지체 및 상기 고정지그는 상대적으로 이동하게 되어 있어, 상기 전극지지체와 상기 고정지그 사이에 상기 이온교환기의 둘레부를 끼워넣어서 상기이온교환기를 고정시키는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제58항에 있어서,상기 전극지지체와 상기 고정지그 사이에 배치되는 상기 이온교환기는 이동가능한 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제60항에 있어서,상기 이온교환기는 이음새가 없는 순환 형태(endless form)를 가지며, 한방향으로 이동할 수 있고, 상기 이온교환기를 재생하기 위한 재생섹션은 상기 이온교환기의 이동루트내에 제공되는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
- 제60항에 있어서,상기 이온교환기는 2개의 방향으로 이동할 수 있고, 상기 이온교환기를 재생하기 위한 2개의 재생섹션이 상기 이온교환기의 상기 이동방향내의 상기 전극지지체의 양측에 제공되는 것을 특징으로 하는 전해질 처리장치.
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