KR20050004156A - 기판처리장치 및 기판처리방법 - Google Patents
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Abstract
가능한 한 최소한의 범위로 CMP처리에 대한 부하를 줄이면서, 전해처리방법을 사용하여 기판을 처리할 수 있는 기판처리장치가 제공된다. 본 발명의 기판처리장치는: 표면에 형성된 처리될 필름을 갖는 기판(W)의 상기 표면을 전기분해로 제거하는 전해처리유닛(36), 상기유닛은 기판(W)의 상기 표면과 접촉하는 보급섹션(373)을 포함하고; 전해처리유닛(36)에서 보급섹션과 접촉하고 있는 일부의 기판에 처리되지 않고 남아 있는 처리될 필름을 에칭시키는 베벨-에칭유닛(48); 기판의 표면을 화학적으로 그리고 기계적으로 폴리싱하는 화학적기계적 폴리싱유닛(34)을 포함한다.
Description
최근 몇년 동안, 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 배선회로를 형성하기 위한 금속으로써 알루미늄 또는 알루미늄 합금들을 사용하는 대신에, 낮은 전기저항 및 높은 전기영동 내구력을 가진 구리(Cu)를 사용하는 방향으로 두드러진 움직임이 있다. 구리배선은 일반적으로 기판의 표면에 형성된 미세한 트렌치에 구리를 채우는 것에 의해 형성된다. 이러한 구리배선을 형성하기 위하여 CVD, 스퍼터링 및 도금을 포함하는 공지의 다양한 기술들이 있다. 기계적화학적 폴리싱(CMP)에 의해 불필요한 구리를 제거하고, 이러한 기술에 따라 구리막이 기판의 실질적으로 전체표면에 형성된다.
이러한 처리에 의해 형성된 배선의 경우, 매입된 배선은 평탄화처리 후에 노출된 표면을 갖는다. 반도체기판의 이러한 배선-노출 표면상에 추가적인 매입배선구조물이 형성되는 경우에는, 다음의 문제에 부딪힐 수 있다. 예를 들어, 중간높이의 유전막을 형성하기 위하여 다음 처리에서 새로운 SiO2절연중간층의 형성하는 동안에 이전-형성된 배선들의 노출된 표면이 산화되기 쉽다. 또한 비아홀을 형성하기 위하여 SiO2층을 에칭함에 있어, 비아홀의 저부에 노출된 이전-형성된 배선이 에천트 및 박리된 레지스트 등으로 오염될 수 있다.
이러한 문제점들을 회피하기 위하여, 배선의 표면이 노출된 반도체기판의 영역뿐만 아니라, 기판의 전체표면에 실리콘질화물의 보호막을 형성하도록 관례적으로 실행되고, 그것에 의해 노출된 배선이 에천트 등으로 오염되는 것을 방지하여 왔다.
하지만, 매입된 배선구조물을 가진 반도체 디바이스에 반도체기판의 전체표면상에 SiN 등의 보호막의 보급은 중간 높이 유전막의 유전상수를 증가시켜 구리 또는 은과 같은 저-저항물질이 채택되는 경우에 배선지연을 증가시키고, 이것에 의해 반도체 디바이스의 성능이 손상받을 수 있다.
이 관점에서, 구리 또는 은에 양호한 접착력을 가지고, 예를 들어, 무전해도금에 의하여 얻어지는 낮은 저항( ρ)을 가지는 Co(코발트), Ni(니켈) 또는 Ni 합금으로 노출된 배선의 표면을 선택적으로 덮는 것이 제안되었다.
도1a 내지 1f는 일련의 처리단계에서, 구리배선을 가진 이러한 반도체 디바이스를 형성하는 일례를 보여 준다. 도1a에 도시된 바와 같이 SiO2의 산화물막 즉 저-k 재료는 반도체 디바이스가 형성되는 전도층 위에 퇴적되고, 이는 반도체 베이스(1) 상에 형성된다. 콘택트홀(3) 및 배선트렌치(4)는 리소그래피/에칭기술에 의해 절연막(2a)에 형성된다. 그 다음, TaN 등의 배리어층(5)이 전체표면에 형성되고, 전기도금을 위하여 전기보급층으로의 시드층(6)이 스퍼터링 등에 의해 배리어층(5) 위에 형성된다.
이번에는, 도1b에 도시된 바와 같이, 콘택트홀(3) 및 배선트렌치(4)를 채우기 위해 기판(W)의 표면에 구리도금이 실시되고, 그리고 동시에, 절연막(2a) 위에 구리막(7)이 퇴적된다. 그 다음에, 절연막(2a) 위의 배리어층(5), 시드층(6) 및 구리막(7)이 콘택트홀(3) 배선트렌치(4) 내에 채워진 구리막(7)을 만들도록 화학적기계적 폴리싱(CMP)에 의해 제거되고, 절연막(2a)의 표면이 동일평면에 실질적으로 놓이게 된다. 도1c에 도시된 바와 같은 시드층(6) 및 구리막으로 구성된 배선(구리배선)(8)은 이와 같이 형성된다.
그리고, 도1d에 도시된 바와 같이, 배선(8)의 표면에 예를 들어, Co 합금 또는 Ni 합금의 보호층(9)을 형성하기 위하여 기판의 표면으로 무전해도금이 실시되어 노출된 배선의 표면을 덮어 보호하게 된다. 그 다음, SiO2또는 SiOF와 같은 절연막(2b)이 도1e에 도시하는 바와 같이 기판(W)의 표면에 중첩된다. 그 후, 도1f에도시하는 바와 같이 다층배선구조물을 형성하기 위하여 절연막(2b)의 표면이 평탄화된다.
장비들의 다양한 형식에서 구성부품들이 보다 미세화되고 보다 높은 정확성을 요구하게 되었다. 서브-마이크로 제조기술이 보편적으로 사용되었기 때문에 재료의 특성이 처리방법에 의해 크게 영향을 받게 되었다. 이러한 여건에서, 작업물의 필요한 부분이 물리적으로 파괴되고 툴에 의해 그들의 표면으로부터 제거되는 이와 같은 종래의 기계처리 방법에서는, 작업물의 특성을 저하시키는 많은 결함들이 생성될 수 있다. 그러므로, 재료의 특성을 저하시키지 않고 처리를 실행하는 것이 중요하게 되었다.
화학적폴리싱, 전해처리 및 전해폴리싱과 같은 몇가지 처리방법이 이 문제를 해결하기 위하여 개발되었다. 종래의 물리적 처리에 비하여, 이들 방법들은 화학적 용해작용을 통하여 제거처리 등을 실시한다. 그러므로 이들 방법들은 플라스틱변형에 의한 변경된 층 및 전위의 형성과 같은 결함을 격지 않아도 되어 재료의 특성을 저하시키지 않고 처리가 실시될 수 있다.
예를 들어, 화학적기계적 폴리싱(CMP)은 일반적으로 복잡한 작업 및 제어가 필요로 하고 상당히 긴 처리시간이 필요하다. 그 위에, 기판의 충분한 세정이 이 폴리싱처리 뒤에 행해져야 한다. 이는 역시 슬러리 또는 세정액 폐기물처분에 상당한 부하를 부과한다. 따라서 CMP를 완전히 생략하거나 또는 CMP에 대한 부하를 줄이는 강력한 요구가 있다. 또한 이와 관련하여, 낮은 유전상수를 갖는 저-k 재료가 절연막을 위한 재료로서 미래에는 유력하게 사용되는 것이 기대될지라도, 저-k 재료는 낮은 기계적 강도를 가지고, 그러므로 CMP 처리 동안 가해진 응력에 견디기 어렵다. 그래서 이 관점으로부터, 기판에 여하한 응력을 주지 않고 기판을 처리할 수 있는 처리에 대한 요구가 있다.
또한 CMP처리을 도금 즉 화학적기계적 전해폴리싱과 동시에 실시하는 것이 보고된 방법이 있다. 이 방법에 따르면, 기계적 처리가공은 생성된 막의 변성의 문제를 일으키면서 도금막의 표면의 성장이 수행된다.
한편, 보호막(9)이 상술된 바와 같이, 표면을 평탄화하기 위하여 기판(W)의 표면에 퇴적한 여분의 금속을 화학적기계적 폴리싱(CMP) 등에 의해 제거하는 것에 의하여 형성된 배선(8)의 표면에 선택적으로 형성되는 경우, 보호막(9)이 평탄화된 표면으로부터 돌출된다. 추후에 절연막(2b)의 퇴적 시에, 보호막(9)에 뒤따르는 불규칙성이 절연막(2b)의 표면에 형성되고, 이는 표면의 평탄화를 나쁘게 한다. 이것은 예를 들어, 상층에서 배선의 형성을 위한 포토리소그래피처리에서 아웃-오브-포커스를 일으킬 수 있고, 따라서 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 표면에 처리된 LSI 등의 성능에 나쁜 영향을 미치는 배선의 끊김이나 단락을 일으킬 수 있다. 그러므로 추가적인 평탄화처리가 절연막(2b)의 표면의 충분한 평탄화를 확보할 필요가 있다.
그런데, 도2에 도시된 바와 같이, 구리막(7)이 기판(W)의 표면에 도금으로 형성되고 이것에 예를 들어, 0.2 ㎛ 정도의 직경(d1)을 가진 미세한 홀 및 100 ㎛ 정도의 배선폭(d2)을 가진 광폭의 트렌치(4b)가 존재하는 경우에 도금용액 또는 도금용액 함유된 첨가제의 영향을 최대한 활용하는 경우에도, 도금의 성장이 미세한 홀(3a) 위에 있는 부분에서 촉진되기 쉽고 이에 의해 구리막(7)이 그 부분에서 상승하며, 한편 적절히 높은 높이의 특성을 지닌 도금의 성장이 광폭의 트렌치 내에서 만들어질 수 없다. 이는 기판(W) 위에 퇴적된 구리막(7)의 차이(험프) "a+b"가 생성된다. 즉 광폭의 트렌치(4b) 위에 낮아진 부분 깊이 "b" 더하기 미세한 홀(3a) 위의 상승부의 높이 "a"가 된다. 이와 같이, 구리로 가득 채워진 미세한 홀(3a) 및 광폭의 트렌치를 가진 소요되는 기판(W)의 평탄한 표면을 얻기 위하여는, 사전에 충분한 큰 두께를 가진 구리막(7)을 제공할 필요가 있고, 높이에서 "a+b" 위에 해당하는 여분의 부분을 CMP에 의하여 제거한다.
하지만, 도금막의 CMP처리에서, 보다 큰 두께의 도금은 긴 처리시간을 초래하는 보다 큰 폴리싱 양을 필요로 한다. 처리가공의 연장을 피하기 위하여 CMP속도에서의 증가는 CMP처리 동안의 광폭의 트렌치에서 디싱의 증가를 일으킬 수 있다. 또한, CMP가 폴리싱을 위하여 슬러리를 사용하므로, 슬러리와 도금용액 사이에 교차-오염이 문제가 될 수 있다. 더욱이, 탄성이 있는 폴리싱 패드가 CMP처리에서 기판과 접촉하므로 기판의 상승부를 선택적으로 제거하는 것이 불가능하다.
이들 문제점을 해결하기 위하여, 도금막의 두께를 가능한 한 얇게 만드는것이 필요하고, 미세한 홀 및 광폭의 트렌치가 기판에 공존할 때라도 상승부 및 후퇴부를 제거하여 평탄도를 향상시킨다. 하지만, 예를 들어 현재 황산구리 도금조를 사용하는 전기분해의 도금을 수행하는 경우, 상승부의 감소와 도금용액 또는 첨가제의 작용에 의해 단독으로 후퇴부에서의 감소를 동시에 얻는 것은 불가능하다. 막퇴적 동안 도금전원으로서 임시 역 전원이나 PR펄스전원을 사용하여 상승부를 줄이는 것은 가능하다. 하지만, 이 방법은 후퇴부를 감소시키는 데는 효과적이 아니고, 또한 막의 표면의 품질을 저하시킨다.
본 발명은 기판처리장치 및 기판처리방법에 관한 것이고, 보다 특별하게는 특히 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 전도체를 처리하는 데 유용한 기판처리장치 및 기판처리방법에 관한 것이다.
본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 표면에 제공된 배선을 위해 미세한 트렌치에 구리 또는 은과 같은 금속을 매입하여 매입배선 구조를 형성하는 데 유용한 기판처리장치 및 기판처리방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 방법에 의해 처리된 배선 및, 반도체 디바이스를 보호하기 위하여 이와같이 형성된 매입된 배선의 표면에 보호막을 형성하는 것으로 이루어지는 기판처리방법에 관한 것이다.
도1a 내지 도1f는 처리단계의 순서로 구리배선의 형성의 예를 예시하는 다이어그램;
도2는 반도체 기판의 도금 시에 높이에서의 차이를 형성하는 것을 예시하는 다이어그램;
도3은 처리전극 및 보급전극이 기판(작업물)에 근접하도록 하고, 순수 또는 500 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 가진 액을 처리전극, 보급전극과 기판(작업물)사이로 보급함으로써 수행되는 본 발명에 따르는 전해처리의 원리를 예시하는 다이어그램;
도4는 이온교환체만을 처리전극 위에 올려놓고 처리전극과 기판(작업물)사이로 액을 보급함으로써 수행되는 본 발명에 따르는 전해처리의 원리를 예시하는 다이어그램;
도5는 본 발명의 실시예에 따르는 기판처리장치의 구조를 개략적으로 도시하는 평면도;
도6은 도5에 도시된 도금유닛을 개략적으로 도시하는 수직 단면도;
도7은 도5에 도시된 어닐링유닛을 개략적으로 도시하는 수직 단면도;
도8은 도5에 도시된 어닐링유닛을 개략적으로 도시하는 수평 단면도;
도9는 도5에 전해처리유닛의 구조를 도시하는 개략도;
도10은 도9에 도시된 전해처리유닛의 평면도;
도11은 도10에 도시된 재생섹션에서 수행되는 양이온 재생의 원리를 예시하는 다이어그램;
도12는 도5에 도시된 베벨-에칭유닛을 개략적으로 도시하는 수직 단면도;
도13은 도5에 도시된 CMP유닛을 개략적으로 도시하는 수직 단면도;
도14a는 표면에 형성된 두 개의 상이한 막을 갖는 기판의 표면의 전해처리에서 관찰된 전류와 시간사이의 관계를 도시하는 그래프;
도14b는 표면에 형성된 두 개의 상이한 막을 갖는 기판 표면의 전해처리에서 관찰된 전압과 시간사이의 관계를 도시하는 그래프;
도15a 내지 15f는, 처리 단계의 순서에서, 본 발명의 실시예에 따르는 기판처리방법에 의한 구리 배선의 형성의 일례를 예시하는 다이어그램;
도16은 도15a 내지 15f에서 예시된 기판처리장치를 개략적으로 도시하는 평면도;
도17은 도16의 무전해도금유닛을 개략적으로 도시하는 단면도;
도18은 또다른 무전해도금유닛을 개략적으로 도시하는 단면도;
도19는 도16에 도시된 CMP유닛의 대신에 사용할 수 있는 전해처리유닛을 개략적으로 도시하는 정면 수직 단면도;
도20은 도19의 평면도;
도21은 또다른 전해처리유닛을 개략적으로 도시하는 수직 단면 정면도;
도22는 도21의 평면도;
도23은 더욱 또다른 전해처리유닛을 개략적으로 도시하는 수직 단면 정면도
도24는 도23의 평면도;
도25는 또다른 전해처리유닛을 개략적으로 도시하는 수직 단면도;
도26은 도25의 평면도;
도27은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 기판처리장치의 구성을 개략적으로도시하는 평면도;
도28은 도27의 기판처리장치에 설치된 기판처리유닛을 도시하는 평면도;
도29는 도28의 수직 단면 정면도;
도30은 도28의 수직 단면 측면도
도31은 도28의 기판처리장치의 피봇아암 및 헤드섹션의 주요부를 도시하는 수직 단면도;
도32는 일부분의 도31의 확대도;
도33은 헤드섹션의 기판홀더의 평면도;
도34는 헤드섹션의 기판홀더의 저부 평면도;
도35는 도28의 기판처리유닛의 도금섹션을 도시하는 수직 단면도;
도36은 도28의 기판처리장치의 전해처리섹션을 도시하는 수직 단면도;
도37은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 기판처리장치를 도시하는 평면도;
도38은 도37의 수직단면 정면도이다.
도39는 도37의 기판처리유닛의 헤드섹션 및 전극섹션의 주요부를 도시하는 수직 단면도;
도40은 도39의 전해처리섹션의 헤드섹션과 전극섹션과의 관계를 도시하는 평면도;
도41은 본 발명의 또다른 기판처리방법에 따르는 기판처리과정의 흐름도;
도42a 내지 도42f는 도금 및 전해처리의 반복으로 이루어지는 도41의 기판처리를 예시하는 다이어그램;
도43은 이온교환체 재생섹션으로 제공되어 있는 전해처리섹션 및 이것이 전해처리섹션과 재생섹션으로 상이한 형식의 액들이 보급되는 전해처리유닛을 개략적으로 도시하는 기판처리유닛의 변형례의 다이어그램;
도44는 도28의 기판처리유닛에 제공된 세정섹션을 도시하는 수직 단면도; 및
도45는 기판처리유닛의 또다른 변화를 도시하는 평면도이다.
본 발명은 종래기술에서 위의 문제들의 관점에서 이루어진 것이다. 그러므로 본 발명의 1차 목적은 전해처리를 사용하여 기판을 처리하는 기판처리장치 및 기판처리방법을 제공하는 것이며, CMP처리에 대한 부하를 가능한 최소한의 범위로 줄이면서, 기판의 표면에 제공된 전도체가 평탄한 표면으로 처리되고 기판의 표면에 부착하는 이물질을 제거(세정)할 수 있다.
본 발명의 2차 목적은 배선을 보호하기 위하여 배선의 표면에 보호막을 선택적으로 형성할 수 있고, 보호막이 형성되는 기판의 표면에 퇴적된 절연막 등이 충분한 평탄도를 확보할 수 있으며, 이에 의해 절연막 등의 표면을 평탄화하는 추가되는 처리에 대한 필요를 제거하고, 처리가공방법에 의해 처리된 반도체 디바이스를 제공한다.
배선을 위한 후퇴부로서 미세한 홀, 광폭의 트렌치 등이 기판의 표면에 공존하는 경우이라도 양호한 표면평탄도를 가진 처리된 기판을 제공할 수 있는 기판처리장치 및 기판처리방법을 제공하는 것이 또한 본 발명의 목적이다.
위의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판처리장치를 제공하며: 기판의 반입 및 반출을 위한 로딩/언로딩섹션; 기판에 형성된 피처리막을 가지고 있는 기판의 표면을 전해에 의하여 제거하기 위한 전해처리유닛, 상기 전해처리유닛은 기판의 표면과 접촉하게 되는 보급섹션을 포함한다; 전해처리유닛에서 보급섹션과 접촉하고 있는 기판의 일부에 처리되지 않고 남아 있는 피처리막을 에칭하는 에칭유닛; 피처리막이 에칭되는 기판의 표면을 화학적으로 그리고 기계적으로 폴리싱하는 화학적기계적 폴리싱유닛; 및 기판처리장치 내에서 기판을 이송하는 이송장치로 이루어진다.
도3 및 4는 본 발명에 따르는 전해처리의 원리를 예시한다. 도3은 이온교환체(12a)가 처리전극(14)에 장착되고 보급전극(16)에 장착된 이온교환체(12b)는 작업물(10)의 표면에 접촉하거나 근접해 있는 경우의 이온상태를 보여주며, 한편 전압은 전원에 의해 처리전극(14)과 보급전극(16) 사이에 예컨데 초순수와 같은 액(18)은 처리전극(14), 보급전극(16)과 작업물(10) 사이에 인가된다. 도4는 처리전극(14)에 장착된 이온교환체(12a)가 작업물(10)의 표면과 접촉하거나 근접해 있는 경우에 이온상태를 나타내고 보급전극(16)은 작업물(10)과 직접 접촉하고 있는 한편, 전압은 처리전극(14)과 보급전극(16)사이의 전원(17)에 의하여 인가되고, 초순수와 같은 액(18)는 처리전극(14)과 작업물(10)사이로 액보급섹션(19)로부터 공급된다.
원래 큰 저항성을 가진 초순수와 같은 액을 사용하는 경우, 이온교환체(12a)를 작업물(10)의 표면과 접촉하도록 하는 것이 바람직하다. 전기저항을 보다 낮추고, 소요전압을 낮추며 전력소비를 줄인다. 본 전해처리에서 "접촉"은 CMP에서와 같이 작업물에 물리적에너지(응력)을 주는 "가압"을 의미하는 것은 아니다.
초순수와 같은 액(18)에서 물분자(20)는 이온교환체(12a,12b) 사용에 의해수산화이온(22) 및 수소이온(24)으로 효율적으로 용해된다. 예를 들어, 이렇게 생성된 수산화이온(22)은 작업물(10)과 처리전극(14)사이의 전기장에 의해, 또한 액(18)의 흐름에 의해 처리전극(14)의 반대측 작업물(10)의 표면으로 운반되고, 이에 의해 작업물(10) 부근의 수산화이온(22)의 농도가 높아지고, 수산화이온(22)이 작업물(10)의 원자(10a)와 반응하게 된다. 이 반응에 의해 생성된 반응생성물(26)은 액(18)에서 용해되어 작업물(10)의 표면을 따라 액의 흐름에 의해 작업물로부터 제거된다. 작업물(10) 표면의 제거처리는 이와 같이 실행된다. 상술된 바로부터 이해되는 듯이, 이 처리방법에 따른 제거처리는 순수하게 반응물질과 작업물 사이에서 전기화학적 상호작용에 의해 실행된다. 이와 같은 전해처리는, 처리가 연삭제와 작업물사이의 물리적 상호작용 및 폴리싱액 내의 화학종과 작업물사이의 화학적 상호작용의 조합에 의해 실행됨에 따르는 CMP와는 처리원리에서 명백히 다르다. 상술된 방법에 따르면, 처리전극(14)을 향하는 작업물(10)의 부분이 처리된다. 그러므로 처리전극(14)을 이동함으로써 작업물이 원하는 표면형상으로 처리될 수 있다.
상술된 바와 같이, 전해처리의 제거처리는 오로지 전기화학적 상호작용으로 인한 용해작용에 의해 처리가 연삭제와 작업물사이의 물리적 상호작용 및 폴리싱액내의 화학종과 작업물사이의 화학적 상호작용의 조합에 의해 실행됨에 따르는 CMP와는 처리원리에서 명백히 구분된다. 따라서 전해처리는 작업물재료의 특성을 해치지 않고 작업물표면의 제거처리을 행할 수 있다. 작업물의 재료가 상술된 저 k재료와 같이 낮은 기계적 강도를 갖고 있는 경우에도, 작업물표면의 제거처리는 작업물에 어떠한 물리적 손상도 없이 실행될 수 있다. 또한 처리액으로서 전해용액을 사용하는 종래의 전해처리에 비하면, 처리액으로서 500 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 가진 액, 바람직하게는 순수, 더욱 바람직하게는 초순수를 사용함으로써, 작업물의 표면의 오염을 현저하게 줄일 수 있고, 처리 후의 폐액을 용이하게 처분할 수있다.
보급전극(16)이 작업물(10)에 직접 접촉하고 있는 경우(도4 참조)에, 처리전극(14)을 보급전극(16)과 접촉하고 있는 작업물의 부분과 접촉시키는 것이 불가능하다. 따라서 작업물(10)의 그 부분은 처리될 수 없다. 이 관점에서, 처리전극(14)및 보급전극(16)을 작업물(10)의 반대측에 배치하는 것을 고려할 수도 있어(도3 참조), 보급전극(16)및 작업물(10)이 상대적인 운동을 하게 하여 작업물(10)이 전체표면에 걸쳐 처리될 수 있게 한다. 하지만 이 경우에, 보급전극(16)이 항상 작업물(10)과 반드시 접촉해야만 하고, 이는 복잡한 구조의 장치를 필요로 하게 된다. 기판의 표면에 처리되지 않고 남아 있는 피처리막을 에칭하여 버리기 위한 에칭유닛이 제공된 본 발명의 기판처리장치에 따르면, 처리되지 않고 남아 있는(작업물(10) 위의) 피처리막은 보급전극(16)이 작업물(10)과 직접 접촉하고 있는 경우에도 에칭될 수가 있다. 그러므로 작업물(10)에 대한 보급전극의 방식의 자유도는 증가될 수 있다. 보급전극(16)은 디바이스-형성영역 이외의 작업물(10) 영역, 예를 들어, 작업물(10)의 주변영역과 접촉하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 전해처리유닛은: 기판에 근접해 있거나 접촉하고 있는 처리전극; 기판에 전기를 보급하는 보급섹션으로서의 보급전극; 기판과 처리전극 및 보급전극의 적어도 하나에 배치되는 이온교환체; 처리전극과 보급전극 사이에 전압을 인가하는 전원; 기판과 적어도 하나의 처리전극 및 이온교환체가 배치되는 보급전극 중의 하나에 유체를 공급하는 유체공급섹션으로 이루어진다.
또한 기판처리장치는 기판의 표면에 피처리막을 형성하기 위한 막-형성유닛으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 막-형성유닛은 기판의 표면을 도금하기 위한 도금유닛이다.
또한 기판처리장치는 처리 후의 기판을 어닐링하는 어닐링유닛 및 기판을 세정하는 세정유닛으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또다른 기판처리 장치를 제공하며: 기판을 반입 및 반출하는 로딩/언로딩섹션; 기판에 형성된 피처리막을 가진 기판의 표면을 전해에 의하여 제거하는 전해처리유닛; 전해처리유닛에서 보급섹션과 접촉하고 있는 기판의 일부에 처리되지 않고 남아 있는 피처리막을 에칭하는 에칭유닛; 및 기판처리장치 내에서 기판을 이송하는 이송장치로 이루어진다. 전해처리유닛은: (i) 기판에 근접해 있거나 또는 접촉할 수 있는 처리전극; (ii)기판에 전기를 보급하기 위한 보급섹션으로의 보급전극; (iii)기판과 처리전극과 보급전극의 적어도 하나 사이에 배치된 이온교환체; (iv)처리전극과 보급전극 사이에 전압을 인가하기 위한 전원; 및 (v)순수 또는 500 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 가진 액을 기판과 이온교환체가 배치되어 있는 처리전극과 보급전극의 적어도 하나 사이에 공급하기 위한 유체공급섹션을 포함한다.
또한 기판처리장치는 피처리막이 에칭된 기판의 표면을 화학적으로 또한 기계적으로 폴리싱하기 위한 화학적기계적 폴리싱유닛으로 이루어진다.
본 발명은 기판처리방법을 제공하며: 그안에 형성된 피처리막을 갖는 기판의표면을 전해에 의하여 처리하는 한편, 보급부재가 기판의 표면과 접촉하도록 하는 단계; 보급부재와 접촉하고 있는 기판의 부분에서 처리되지 않고 남아 있는 피처리막을 에칭하는 단계; 에칭 후에 기판의 표면을 화학적으로 또한 기계적으로 폴리싱하는 단계로 이루어진다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 전해처리는: 처리전극을 기판에 근접하거나 접근하게 하는 한편, 보급부재로서 보급전극에 의해 기판에 전기를 보급하는 단계; 이온교환체가 기판과 처리전극 및 보급전극 적어도 하나 사이에 배치되는 단계; 기판과 처리전극 및 이온교환체가 배치되어 있는 보급전극의 적어도 하나에 유체를 보급하는 단계; 처리전극과 보급전극 사이에 전압을 인가하는 단계로 이루어진다.
피처리막은 전해처리에 앞서 기판의 표면에 형성될 수 있다.
본 발명은 또다른 기판처리방법을 제공하며: 기판에 형성된 피처리막을 가진 기판의 표면을 전해식으로 처리하는 단계; 보급부재와 접촉하고 있는 기판의 일부에 처리되지 않고 남아 있는 피처리막을 에칭하는 단계, 여기에서 전해에 의하여 처리하는 단계는: 처리전극을 기판에 근접하거나 접촉하게 하고 보급부재로서 보급전극에 의해 기판에 전기를 보급하는 단계; 기판과 처리전극 및 보급전극의 적어도 하나에 이온교환체를 배치하는 단계; 순수 또는 500 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 가진 액을 기판과 처리전극 및 이온교환체가 배치되어 있는 보급전극으로 공급하는 단계; 및 처리전극과 보급전극 사이에 전압을 인가하는 단계로 이루어진다.
에칭 후에, 기판의 표면은 화학적으로 또한 기계적으로 폴리싱된다. 처리될 기판은 전해처리에 앞서 기판의 표면에 형성될 수 있다.
본 발명은 또다른 기판처리방법을 제공하며: 기판의 표면에 형성되는 배선을 위한 미세한 트렌치에 배선물질을 매입하는 단계; 불필요한 배선물질을 제거하고 기판의 표면을 평탄화하는 단계; 또한 배선물질을 제거하고 그것에 의해 상기 미세한 트렌치의 상면부분에 충전을 위한 후퇴부를 형성하는 단계; 및 충전을 위한 후퇴부에 선택적으로 보호막을 형성하는 단계로 이루어진다.
이 방법에 따르면, 배선의 표면을 보호하기 위하여 충전용 트렌치에 선택적으로 보호막이 형성되는 경우에, 보호막의 표면은 예를 들어, 절연막과 같은 비-배선 영역의 표면과 높이가 같도록 만들 수가 있다. 이것은 보호막이 평탄화된 표면으로부터 돌출되는 것을 방지하여, 다음에 기판표면에 퇴적되는 절연막 등의 충분한 표면평탄도를 확보할 수 있다.
보호막은 다층의 적층된 막이 바람직하다. 적층된 막은 상이한 물리적특성을 가진 즉, 상이한 기능을 행하는 층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 배선의 산화를 막아주는 산화방지층과 배선의 열확산을 막아주는 열확산방지층의 조합이 채택될 수 있다. 보호막으로 이러한 적층된 층의 사용은 배선의 산화 및 열확산 둘 모두를 효과적으로 방지할 수 있다. 이 경우에, 열확산방지층은 우수한 내열성을 갖는 Co 또는 Co 합금으로 구성될 수 있으며, 산화방지층은 우수한 내산화성을 가진 Ni 또는 Ni 합금으로 구성될 수 있다. 또한 산화방지층은 열확산방지층의 표면 위에 놓여지는 것이 바람직하다. 이렇게 열확산방지층의 표면을 산화방지층으로 보호함으로써, 예를 들어, 다층배선구조를 갖는 반도체 디바이스의 형성을 위한 산화분위기에서 절연막(산화물 막)의 퇴적 시에 산화방지효과를 낮추지 않고 배선의 산화가 방지될 수 있다.
보호막은 무전해도금에 의해 형성될 수 있다. 배선물질료의 제거는 화학적기계적 폴리싱, 화학에칭 또는 전해처리에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 전해처리는: 처리전극을 기판에 근접하거나 접근하게 하는 한편, 보급전극에 의해 기판에 전기를 보급하는 단계; 기판과 처리전극 및 보급전극 적어도 하나 사이에 배치되는 단계; 기판과 처리전극 및 이온교환체가 배치되어 있는 보급전극의 적어도 하나에 유체를 공급하는 단계; 처리전극과 보급전극 사이에 전압을 인가하는 단계로 이루어진다.
순수와 같은 액의 물분자는 이온교환체의 사용에 의해 수산화이온 및 수소이온으로 효율적으로 용해된다. 예를 들어, 이렇게 생성된 수산화이온은 작업물과 처리전극사이의 전기장에 의해, 또한 액의 흐름에 의해 처리전극의 반대측 기판의 표면으로 운반되고, 이에 의해 작업물 부근의 수산화이온(2)의 농도가 높아지고, 수산화이온이 기판의 원자와 반응하게 된다. 기판표면의 제거처리는 이렇게 달성된다.
액은 순수 또는 500 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 가진 액인 것이 바람직하다.
여기에서 순수는 10 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 가진 물을 말한다. 여기에서 전기전도도의 값은 25℃, 1기압에서 해당하는 값을 말한다. 전해처리에서 순수의 사용은 작업물의 처리된 표면에 불순물을 남기지 않는 세정처리를 할 수 있게 하고, 이에 의해 전해처리 후의 세정단계는 단순화될 수 있다. 특히, 전해처리 후에 한 두 단계의 세정이면 충분할 수 있다.
또한, 순수 또는 초순수 대신에 예를 들어, 순수 또는 초순수에 500 ㎲/cm 이하, 바람직하게는 50 ㎲/cm, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎲/cm 의 전기전도도를 가진 계면활성제 등을 첨가하여 얻은 액을 사용하는 것 또한 가능하다. 순수 또는 초순수에 계면활성제의 존재로 인하여, 기판(W)과 이온교환체 사이의 계면에서 균등하게 이온영동을 저지하며, 그로 인하여 이온교환체(금속 용해)의 균형화하여 처리된 표면의 평탄도를 향상시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 전해처리는: 처리전극을 기판에 근접하거나 접촉하게 하는 한편, 보급전극의 수단에 의해 기판에 전기를 보급하는 단계; 순수 또는 500 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 가진 액을 기판과 처리전극 사이에 공급하는 단계; 및 처리전극과 보급전극 사이에 전압을 인가하는 단계로 이루어진다.
수산화이온은 작업물과 처리전극사이의 전기장에 의해, 또한 액의 흐름에 의해 처리전극의 반대측 기판의 표면으로 운반되고, 이에 의해 작업물 부근의 수산화이온 농도가 높아지고, 수산화이온이 기판의 원자와 반응하게 된다. 이 작용에 의해 생성된 반응생성물은 액 내에서 용해되고, 기판의 표면을 따라 액의 흐름에 의해 기판으로부터 제거된다. 배선물질의 제거처리는 이렇게 달성된다.
본 발명은 기판에 형성된 배선을 위한 미세한 트렌치를 가진 기판으로 이루어지며, 상기 미세한 트렌치는 배선물질료로 채워지고 배선물질의 표면에 형성된 보호막을 가지고 이루어진다.
보호막은 다층적층막인 것이 바람직하다.
본 발명은 더욱 또다른 기판처리장치를 제공하며: 기판을 잡아주는 헤드섹션; 도금된 금속막을 형성하기 위하여 기판의 표면을 전해도금하는 도금섹션; 도금 후에 기판을 세정하는 세정섹션; 및 이온교환체가 세정 후의 기판과 전극 사이에 존재하도록 하는 것에 의해 기판 위에 최소한의 상기 금속막의 전해제거처리를 수행하는 전해처리섹션 및 액의 존재하에서 기판과 전극 사이에 전압을 인가하는 단계로 이루어지고, 헤드섹션은 기판을 잡아주면서 도금섹션, 세정섹션 및 도금섹션 사이에서 움직일 수 있어야 한다.
기판처리장치에 따라, 도금, 세정 및 전해처리는 순차적으로 수행될 수 있다. 이들 처리를 반복적으로 수행하는 것이 가능하다. 상이한 장소에서 도금처리 및 전해처리를 수행함으로써, 처리시간 및 각각의 처리의 기타 처리조건이 바람직하게 미리 정해질 수 있으며, 각 처리를 완벽하게 활용할 수 있다. 또한 도금섹션 및 전해처리섹션을 별도로 제공함으로써, 교차오염 없이 두 개의 섹션에 상이한 액들을 채택할 수 있다.
바람직하게는, 세정섹션은 도금섹션과 전해섹션 사이에 배치된다. 이는 도금섹션에서 사용되는 구리구리의 수용액과 같은 비교적 높은 전기저항을 가진 액이 전해처리섹션으로 가져오는 것을 방지할 수 있다.
세정섹션에는 세정액 분사노즐 및 세정 후에 기판을 건조시키기 위한 건조기구가 제공될 수 있다. 건조기구의 제공은 기판이 도금 또는 전해처리 후에 기판이 건조상태에 있을 때 카세트로 복귀되도록 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 전해처리섹션은 순수, 초순수 또는 500 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 가진 액을 도금 후에 기판과 전극사이로 공급하여 전해처리를 실시한다.
또한 도금섹션에서의 도금 및 전해처리섹션에서의 전해처리는 적어도 2회 반복적으로 수행되는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 도금섹션은 애노드, 애노드와 기판 사이에 배치된 이온교환체 및 이온교환체와 기판사이로 도금액을 보급하기 위한 용액보급섹션으로 이루어진다. 이와 같이 도금섹션의 애노드와 기판 사이에 배치하는 것에 의해 도금용액 보급섹션으로부터의 도금용액이 애노드의 표면을 직접 타격하는 것을 방지하고, 이에 의해 애노드표면에 형성된 흑색 막이 도금용액에 의해 컬링(curling)되어 흘러 나가는 것을 방지할 수 있다. 이온교환체는 흡수성을 가지고 있다. 예를 들어, 이온교환섬유로 만든 직조 또는 부직포는 액이 침투되도록 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 헤드섹션은 헤드섹션의 하면에 유지된 기판의 주변부를 잡아주기 위하여 개/폐식 보급접촉부재를 포함하여 기판에 전기를 보급한다. 바람직하게는 보급접촉부재는 헤드섹션의 원주방향을 따라 규칙적인 간격에 배치된 복수의 부재들을 포함하여 헤드섹션에 안정적으로 기판이 잡혀 있는 동안 기판으로 전기의 보급이 이루어질 수 있다.
보급접촉부재에는 기판 위의 금속막에 대하여 귀한(noble) 금속으로 구성된 보급부재가 제공된다. 이러한 보급부재의 사용에 의하여 그것의 산화로 인한 전도도의 감소를 방지한다.
전해처리섹션에는 기판의 표면에 있는 금속막의 두께를 검출하는 센서가 제공된다. 이것이 전해처리의 진행을 감시할 수가 있다.
도금섹션 및 전해처리섹션은 각각 전원을 구비할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 헤드섹션, 도금섹션, 세정섹션 및 전해처리섹션들은 처리가공유닛에 설치된다. 처리가공유닛에는 처리가공유닛으로 불활성 가스를 보급하기 위한 불활성 가스보급섹션이 제공되는 것이 바람직하다. 불활성 가스의 보급은 처리가공유닛에서 질소가스와 같은 불활성 가스가 둘러싼 상태에서 수행되는 것이 바람직하다. 여기에서 표현 "불활성 가스의 둘러쌈"은 처리가공유닛을 감소된 입자를 가진 세정가스로 채우는 것을 언급한다. 특별하게는, 처리유닛의 내압을 외부의 압력보다 약간 높게 만듦으로써 입자들은 외부로부터 처리유닛으로 흐르는 것을 방지하며, 이는 기판표면에 부착된 입자들의 감소를 초래한다. 또한, 불활성 가스의 둘러쌈은 전해처리 동안에 순수의 용해된 산소농축의 증가를 방지할 수 있다. 이는 순수의 품질을 안정시키고, 전해처리 동안 순수로부터의 가스 기포의 생성을 억제하여 전해처리의 성능을 안정시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 전해처리섹션 및 도금섹션은 공통의 전원에 접속되고, 전원은 전원선택 스위치 수단에 의해 전해처리섹션 또는 도금섹션으로 절환식으로 접속된다.
본 발명은 더욱 또다른 기판처리 방법을 제공하며; 기판의 표면을 도금하는 단계; 도금 후의 기판을 세정하는 단계; 및 이온교환체를 세정 후의 기판과 전극 사이에 존재하도록 함으로써 전해제거처리를 수행하며, 500 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 가진 액을 기판과 처리전극 사이에 보급하는 단계; 여기에서 도금, 세정 및전해처리는 적어도 2회 반복적으로 수행된다.
기판의 도금 후에 이와 같이 전해처리를 수행함으로써, 500 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 가진 액을 기판과 처리전극 사이에 보급함으로써, 도금에서 형성된 기판의 상승부분이 효과적으로 제거되며, 기판의 평탄도가 개선될 수 있다. 이렇게 500 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 가진 액은 전해에 의해서 완전히 용해되지 않고, 이온전류는 전기저항으로 인하여 이온교환체와 근접해 있거나 접촉하고 있는 기판의 상승부에 집중하고, 이온은 기판 위의 금속막(험프) 위로 작용한다. 따라서 이온교환체와 근접해 있거나 접촉하고 있는 상승부는 효율적으로 제거될 수 있어, 기판의 평탄도가 개선될 수 있다. 특히 액이 10 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 가진 순수이거나 0.1 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 가진 초순수인 경우, 양호한 전해처리가 증진된 상승부 제거효과로 이루어질 수 있다.
또한, 도금 후에 기판을 세정함으로써 높은 전도성 액인 도금용액이 완전히 제거되고 순수로 교체되어, 낮은 전기전도도를 가진 순수, 초순수 등의 분위기에서 전해처리(전해폴리싱)를 수행할 수가 있다. 특히, 전해처리에서 순수 또는 초순수를 사용하여 기판표면에 있는 상승부는 높은 선택성을 가지고 제거될 수 있다. 또한, 전해처리 후의 기판으로 재차 도금을 수행함으로써 도금 위에 상승부의 과도한 형성을 방지할 수 있고, 미세한 홀과 큰 홀(광폭의 트렌치)이 기판표면에 공존하는 경우에도 양호한 표면평탄도를 얻을 수 있다.
본 발명은 더욱 또다른 기판처리장치를 제공하며: 기판을 잡아주기 위한 헤드섹션; 도금된 금속막을 형성하기 위하여 기판표면을 전해도금하는 도금섹션; 도금에 기판을 세정하는 세정섹션; 및 액의 존재에서 세정 후의 기판과 처리전극 사이에 전압을 인가하여 기판에 최소한 상기 금속막의 전해제거처리를 수행하기 위하여 처리전극을 구비한 전해처리섹션으로 이루어지고; 여기에서 헤드섹션은 도금섹션, 세정섹션 및 전해섹션 사이에서 기판이 잡혀 있는 동안 이동할 수 있어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 전해처리섹션은 도금 후의 기판과 처리전극 사이에 산용액을 보급하여 전해처리를 수행한다. 처리액으로서, 예를 들어, 희석된 황산염산용액 또는 희석된 인산용액와 같은 대략 0.01 내지 대략 0.1 wt.%의 산 용액이 사용될 수 있다.
본 발명은 더욱 또다른 기판처리방법을 제공하며: 기판의 표면을 도금하는 단계; 도금 후에 기판의 표면을 세정하는 단계; 기판과 액의 존재에서 기판과 처리전극 사이에 전압을 인가함으로써 세정 후에 기판의 표면을 전해식으로 처리하는 단계로 이루어지며; 여기에서 도금, 세정 및 전해처리는 적어도 2회 반복적으로 수행된다.
이온교환체는 기판과 전해전극 사이에 있도록 하는 것이 바람직하다. 액은 순수, 초순수 또는 500 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 가진 액인 것이, 또는 전해용액인 것이 바람직하다.
이제 본 발명의 바람직한 실시예가 도면을 참조하여 설명된다. 다음 설명에서, 동일한 또는 해당하는 부재 또는 요소들은 동일한 참조번호들이 부여되고, 중복되는 설명은 생략된다. 아래에 설명되는 실시예는 기판으로 반도체 웨이퍼를 사용하고 반도체 웨이퍼는 기판처리장치의 수단에 의해 처리된다. 하지만, 본 발명은 물론 반도체 웨이퍼와는 다른 기판에도 적용가능하다.
도5는 본 발명의 실시예에 따르는 기판처리장치 구성을 개략적으로 도시하는 평면도이다. 도5에 도시된 바와 같이, 기판처리장치는 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 카세트 하우징에 반입 및 반출하기 위한 반입 및 반출섹션으로서, 한 쌍의 로딩/언로딩섹션(30) 및, 장치 내에서 기판을 이송하는 이송장치로서의 가동 이송로봇(32)을 포함한다. 화학적기계적 폴리싱유닛(CMP유닛)(34) 및 전해처리유닛(36)은 로딩/언로딩섹션(30)으로부터 이송로봇(32)의 반대측에 배치된다. 푸셔(34a, 36a)들은 CMP유닛(34) 및 전해처리유닛(36)에서 이송로봇(32)의 미치는 범위 내의 위치에 각각 배치된다.
이송로봇(32)의 이동 축선(32a)의 양측에는 각 측에 4개의 유닛이 제공된다.한쪽에는, 기판의 표면에 피처리막을 형성하기 위한 막형성유닛으로서 도금유닛(38), 도금 후에 기판을 세정하기 위한 세정유닛(40), 도금 후에 기판을 어닐링하기 위한 어닐링유닛(42) 및 기판을 반전시키기 위한 반전유닛(44)이 로딩/언로딩섹션(30)측으로부터 순차적으로 배치된다. 다른 쪽에는, CMP 후에 기판을 세정하기 위한 세정유닛(46), 기판의 주변부(베벨부 및 단부)에 형성되는 또는 부착하는 피처리막을 에칭하기 위한 베벨-에칭유닛(48), 에칭 후에 기판을 세정하기 위한 세정유닛(50) 및 기판을 반전시키기 위한 반전기(52)는 로딩/언로딩섹션(30)으로부터 순차적으로 배치된다. 또한 전해처리유닛(36)에 의해 전해처리가 수행되는 동안, 아래에 설명되는 처리전극과 보급전극 사이에 인가되는 전압 또는 그들 사이에 흐르는 전류를 감시하기 위한 모니터섹션(54)이 로딩/언로딩섹션(30) 옆에 배치된다.
다음에, 기판처리장치의 도금유닛(38)이 설명된다. 도6은 도금유닛(38)의 일례를 개략적으로 도시하는 수직 단면도이다. 도금유닛(38)은 기판의 표면으로 도금함으로써 작업물로서 피처리막을 형성하도록 되어 있다. 도6에 도시한 바와 같이, 도금유닛은 최상부가 개봉된 원통형의 도금용액(80)을 담고 있기 위한 도금탱크(82) 및, 기판(W)이 도금탱크(82)의 최상부 개구부를 커버하는 위치에서 아래쪽을 향하는 전면을 가진 기판(W)을 착탈식으로 잡아주기 위한 기판홀더(84)를 포함한다. 도금탱크(82)의 안에는, 캐소드로서 처리의 기판과 도금용액(80)에 잠기는 경우에 애노드이 되는 평탄한 모양의 애노드판(86)이 수평으로 배치된다. 도금탱크(82)의 저부의 중앙부는 위로 향하는 도금용액의 분출하는 흐름을 형성하기 위한 도금용액분출관(88)과 연통한다. 또한 도금용액 리시버(90)가 도금탱크(82)의 상부외주에 제공된다.
도금유닛(38)의 작업에 있어서, 기판(W)의 하면(도금될 표면)에 대하여 타격하도록 도금용액(80)이 도금용액분출관(88)으로부터 상향으로 분출되는 동안, 기판홀더(84)에 의해 아래쪽으로 향하는 전면을 가진 기판(W)은 도금탱크(82) 위에 위치하고, 소정의 전압이 애노드판(애노드)(86)과 기판(캐소드)(W) 사이에 인가되어, 도금전류가 애노드판(86)과 기판(W)에 흐르게 하고, 도금된 막이 이와 같이 하여 기판(W)의 하면에 형성된다.
다음에, 기판처리장치에서 어닐링유닛(42)가 설명된다. 도7은 어닐링유닛(42)을 개략적으로 도시하는 단면도이고, 도8은 어닐링유닛을 개략적으로 도시하는 수평 단면도이다. 도7 및 8에 도시된 바와 같이, 어닐링유닛(42)는 기판(W)을 반입 및 반출하기 위한 게이트(120), 기판(W)을 예를 들어 400℃로 가열하기 위한 챔버(122) 안에 배치된 열판(124) 및 예를 들어, 열판(124) 내부에 냉각수를 흘려 기판을 냉각하기 위한 챔버(122) 안에 열판(124) 밑에 배치된 냉각판(126)으로 이루어진다.
어닐링유닛(42) 냉각판(126)을 관통하고, 그것의 상단에 기판(W)을 놓고 잡아주는 그로부터 상향 및 하향으로 연장되는 복수의 수직으로 이동가능한 승강핀(128)도 또한 갖는다. 또한 어닐링유닛(42)은 어닐링 동안에 기판(W)과 열판(124) 사이에 산화방지가스를 도입하기 위한 가스도입관(130) 및, 가스도입관(130)으로부터 도입되어 기판(W)과 열판(124)사이를 흐른 가스를 배출하기 위한 배출관(132)을 포함한다.
도8에 도시된 바와 같이, 가스도입관(130)은 다음에는 믹서(140)로 연결되는 혼합가스도입라인(142)으로 연결되며, 믹서에서는 필터(134a)를 포함하는 N2가스도입라인(136)을 통하여 도입된 N2가스와 필터(134b)를 포함하는 H2가스 도입라인(138)을 통하여 도입된 H2가스는 혼합가스 도입라인(142)을 통하여 가스도입관(130)으로 흐르는 혼합가스를 형성하기 위하여 혼합된다.
작업에 있어서, 도금유닛(38)에 의해 기판의 표면에 도금된 막이 형성되고, 게이트(120)를 통해 챔버에 운반된 기판은 상승핀에 유지되고 상승핀(128)은 상승핀(128) 위에 유지되는 기판(W)과 열판(124)이 예를 들어, 0.1 내지 1.0 mm로 되는 거리의 위치로 올려진다. 그리고 기판(W)은 열판(124)을 통하여 예를 들어, 400℃로 가열되고, 동시에 산화방지가스가 가스도입관(130)으로부터 도입되고, 가스는 기판(W)과 열판(124)사이를 흐르게 되는 한편, 가스는 가스배출관(132)으로부터 배출됨으로써 기판(W)의 산화를 방지하면서 어닐링하게 된다. 어닐링처리는 대략 수 십초 내지 60초안에 완료될 수도 있다. 기판(W)의 가열온도는 100 내지 600℃의 범위에서 임의로 선택할 수 있다.
어닐링의 완료 후에, 상승핀(128)은 상승핀(128)위에 유지되는 기판(W)과 냉각판(126)이 예를 들어, 0 내지 0.5 mm로 되는 거리의 위치로 하강된다. 냉각판(126)내로 냉각수를 도입함으로써, 기판(W)은 예를 들어, 10 내지 60초안에 100℃ 이하의 온도로 냉각판(126)에 의해 냉각된다. 냉각된 기판(W)은 다음 단계로 보내진다. 비록 본 실시예에서는 몇 %의 H2가스로 혼합된 가스가 상기 산화방지가스로사용되었지만, N2가스는 단독으로 사용될 수도 있다.
다음에, 기판처리장치에서 전해처리유닛이 설명된다. 도9는 기판처리장치에서 전해처리유닛(36)을 도시하는 개략도이다. 도10은 도9의 평면도이다. 도9 및 10에서 도시된 바와 같이, 전해처리유닛(36)은 수직으로 움직일 수 있고 수평으로 피봇될 수 있는, 아암(360)의 자유단에서 지지되는 원반형상으로된 전극섹션(361)인 아암(360), 전극섹션(361) 밑에 배치되는 기판홀더(362) 및 아래에 기술되는 처리전극(369)과 보급전극(피딩섹션)(373) 사이에 전압을 보급하기 위한 전원(363)으로 이루어진다.
피봇모터(364)의 작동에 의해 수평으로 피봇되도록 하는 아암(360)은 피봇모터(364)에 결합되는 피봇축(365)의 상단으로 연결된다. 볼스크루(366)에 연결되어 아암(360)과 함께 수직이동을 위하여 모터(367)의 작동에 의해 수직으로 이동하게 하는 피봇축(365)은 수직으로 연장되는 볼스크루(366)로 연결된다.
중공의 모터(368)의 작동에 의해 회전하게 되는 전극섹션(361)은, 기판홀더(362)에 의해 잡혀 있는 기판(W)과 전극섹션(369)간의 상대적인 운동을 주기 위하여 중공의 모터(368)로 연결된다. 상술된 바와 같이, 아암(360)은 수직으로 이동하고 수평으로 피봇되도록 되어 있으며, 전극섹션(361)은 아암(360)과 함께 수직으로 이동하고 수평으로 피봇될 수 있다.
처리전극(369)은 그것의 표면이 아래쪽으로 향한 전극섹션(361)의 하부에 연결된다. 처리전극(369)은 전원(363)으로부터 피봇축(365)에 형성된 중공부를 통하여 슬립링(370)으로 연장되고, 중공의 모터(368)의 중공부를 통하여 슬립링(365)으로부터 더욱 연장되어 캐소드로 연결된다. 이온교환체(369a)는 처리전극(369)의 표면(하면)에 장착된다. 이온교환체(369a)는 양이온-교환 그룹 또는 음이온-교환 그룹을 가진 부직포로 구성될 수 있다. 양이온교환체는 강양이온-교환 그룹(술폰산그룹)을 지니는 것이 바람직하지만; 약산성의 양이온-교환 그룹(카르복실그룹)을 지니는 양이온교환체가 또한 사용될 수 있다. 음이온교환체는 강염기성 음이온-교환 그룹(4차 암모니움 그룹)을 지니는 것이 바람직하지만, 약염기성 음이온-교환 그룹(3차 또는 그 이하의 아미노 그룹)을 지니는 음이온교환체가 또한 사용될 수 있다.
강염기성 음이온-교환 그룹을 지닌 부직포는 예를 들면, 다음과 같은 방법으로 마련될 수 있다: 20 내지 50㎛의 섬유직경 및 대략 90%의 다공성을 가진 폴리올레핀 부직포가, 부직포에 γ-선 투사 및 뒤이은 그래프트 중합에 의하여 이루어지는 소위 방사선 그래프트 중합으로 처리될 수 있으며, 그에 의해 그래프트 체인이 도입되며; 이렇게 도입된 그래프트 체인은 다음에 4차 암모니움 그룹을 도입하여 아미노화된다. 도입된 이온-교환 그룹의 능력은 도입된 그래프트 체인의 양에 의해 결정된다. 그래프트 중합은 아크릴산, 스티렌, 글리시딜 메타아크릴레이트, 스티렌술폰산염나트륨, 또는 클로로메틸스티렌과 같은 단량체의 사용에 의해 행해질 수 있다. 그래프트 체인의 양은 단량체 농도, 반응온도 및 반응시간에 조절에 의해 제어될 수 있다. 이와 같이, 그래프팅의 정도, 즉 그래프트 중합 전의 부직포 중량에 대한 그래프트 중합 후의 부직포의 중량의 비는 최대 500%로 만들어질 수 있다. 결과적으로 이온-교환 그룹의 능력은 최대 5meq/g 로 만들어질 수 있다.
강산성 양이온그룹을 지니는 부직포는 다음의 방법에 의해 마련될 수 있다: 강염기성 음이온-교환 그룹을 지니는 부직포의 경우에서와 같이, 20 내지 50㎛의 섬유직경 및 대략 90%의 다공성을 가진 폴리올레핀 부직포가, 부직포에 γ-선 투사 및 뒤이은 그래프트 중합에 의하여 이루어지는 소위 방사선 그래프트 중합으로 처리될 수 있으며, 그에 의해 그래프트 체인이 도입되며; 이렇게 도입된 그래프트 체인은 다음에 술폰산 그룹을 도입하기 위하여 가열된 술폰산으로 처리된다. 만약 그래프트 체인이 가열된 인산으로 처리되면, 인산염 그룹이 도입될 수 있다. 그래프팅의 정도는 최대로 500%에 달할 수 있고, 이와 같이 그래프트 중합 후에 도입된 이온-교환 그룹의 능력은 최대로 5meq/g 에 달할 수 있다.
이온교환체(369a)의 기초물질은 폴리에티렌 또는 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀, 또는 여타의 다른 유기폴리머일 수 있다. 또한, 부직포의 형태 이외에도 직포, 시트, 다공성재료, 그물 또는 단섬유 등의 형태로 만들어질 수 있다. 폴리에티렌 또는 폴리프로릴렌이 기초물질로 사용될 경우에, 그래프트 중합은 기초물질에 1차 방사선 투사(예비-투사)에 의해 시행되고, 그에 의해 래디컬을 생성하고, 다음에 단량체와 래디컬이 반응하여 극소수의 불순물을 가진 균일한 그래프트 체인이 얻어질 수 있다. 한편, 폴리올레핀 이외의 유기 폴리머가 기초물질로 사용되는 경우에는 단량체에 기초물질을 주입시키고, 기초물질에 방사선(γ-선, 전자빔 또는 UV-레이)을 투사하여 시행된다(동시 투사). 비록 이 방법이 균일한 그래프트 체인을 제공하는데 실패하더라도, 폭넓은 기초물질의 변화에 적용될 수 있다.
이온교환체(369a)로서 음이온-교환 그룹 또는 양이온-교환 그룹을 갖는 부직포를 사용함으로써, 순수, 초순수 또는 전해용액과 같은 액이 부직포 내에서 자유롭게 이동하고, 물의 용해를 위한 활성을 갖는 촉매 부직포의 활성 포인트에 용이하게 도달할 수 있어 많은 물 분자들이 수소이온 및 수산화이온으로 용해된다. 또한, 순수, 초순수 또는 전해용액과 같은 액의 운동에 의하여 물의 용해로 생성된 수산화이온이 효율적으로 기판(W)의 표면으로 운반되어 다량의 전류가 낮은 전압을 인가해도 얻어질 수 있다.
이온교환체(369a)는 오직 하나의 음이온-교환 그룹 및 양이온-교환 그룹을 갖는 경우에는, 전해에 의하여 처리할 수 있는 물질에 제약이 부과되고, 또한 극성으로 인하여 불순물이 형성되기 쉽다. 이 문제를 해결하기 위하여, 음이온교환체 및 양이온교환체가 중첩될 수 있거나, 또는 이온교환체(369a)가 본질적으로 음이온-교환 그룹 및 양이온-교환 그룹 둘 모두를 지니게 할 수 있어, 처리될 물질의 폭이 넓혀질 수 있고 불순물의 형성이 억제될 수 있다.
전극에 관해서는, 통상적으로 전해반응에 의한 산화나 용해가 문제이다. 그러므로 전극재료 카본, 상대적으로 활성적이 아닌 귀금속, 전도성 산화물 또는 전도성 세라믹을 사용하는 것이 바람직하다. 전극은 산화되면 그것의 전기저항이 증가하고 인가된 전압의 상승을 초래한다. 백금과 같이 거의 산화하지 않는 재료 또는 이리듐과 같은 전도성 산화물로 전극의 표면을 보호함으로써, 전극재료의 산화로 인한 전도성의 저하를 막아줄 수 있다.
관통-구멍(361a)이 전극섹션(361)의 중앙부에 형성된다. 관통-구멍(361a)은 순수, 바람직하게는 초순수를 보급하는 순수보급섹션으로서 중공의 모터(368)의 내부로 수직으로 연장되는 순수보급관(371)으로 연결된다. 순수 또는 초순수는 순수보급관(371) 및 관통-구멍(361a)을 통하여 기판의 위로부터 기판(W)의 표면(상면)으로 보급된다.
전극섹션(361)의 밑에 배치된 기판홀더(362)에 의하여 그것의 표면이 위를 향한(훼이스-업)채로 착탈식으로 유지되어 있다. 기판(W)과 전극부(372)간에 상대적인 운동을 하도록 하는 기판회전모터(372)는 기판홀더(362) 밑에 배치된다. 기판홀더(362)는 기판회전모터(372)에 연결되어 기판홀더(362)가 기판회전모터(372)의 작동에 의해 회전하도록 한다.
도10에서 도시하는 바와 같이, 기판홀더(362)의 원주방향을 따르는 정해진 위치에 복수의 보급전극(피딩섹션)(373)이 제공된다. 기판(W)이 기판홀더(362)에 의해 유지될 때, 보급전극(373)은 기판(W)의 주변과 접촉하여, 구리막으로 전기를 통하게 한다(도1b 참조). 이들 보급전극들은 전원(363)의 애노드에 연결된다. 상기 실시예에 따르는 전해처리유닛의 보급전극이 기판(W)의 주변(베벨부)과 접촉하게 되더라도, 보급전극은 기판(W)의 주변 이외의 기판의 표면과 접촉할 수 있다.
도9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따르는 전해처리유닛장치(36)는 처리전극(361)으로서 기판홀더(362)에 의해 유지된 기판(W)의 것보다는 충분히 작은 직경을 갖는 것과 같은 것을 채택하여 기판의 표면이 전극섹션(361)으로 완전히 덮히지 않도록 할 수 있다. 전극섹션(361)의 크기는 상술된 실시예로 한정되지는 않는다.
실시예에 따르면, 처리전극(369)은 전원(363)의 캐소드와 연결되고, 보급전극(피딩섹션)(373)은 전원(363)의 애노드와 연결된다. 처리될 물질에 따라, 전원(363)의 캐소드에 연결된 전극은 보급전극일 수가 있고, 전원(363)의 애노드에 연결된 전극은 처리전극일 수 있다. 좀 더 특별하게는, 처리될 물질이 구리, 몰리브덴, 철 등일 경우에는, 전해처리가 캐소드측에서 진행되고, 전원의 캐소드에 연결된 전극은 처리전극이어야 하고, 애노드에 연결된 보급전극이어야 한다. 한편 알루미늄, 실리콘 등의 경우에서는, 전해처리는 애노드측에서 진행된다. 따라서 전원(363)의 애노드에 연결된 전극은 처리전극이 되어야 하고, 캐소드에 연결된 전극은 보급전극되어야 한다.
도10에 도시된 바와 같이, 전극섹션에 장착된 이온교환체 재생을 위한 재생섹션(374)은 기판홀더(362) 옆에 배치된다. 이온교환체(369a)가 음이온교환체인 경우에는, 음이온(양전기 이온)만이 음이온교환체 내에서 전기적으로 움직이거나 또는 이동할 수 있다. 도11에 도시된 바와 같이, 음이온교환체를 재생하는 경우에는, 한 쌍의 재생전극(377a)과 반대전극(377b), 전극들과 음이온교환체(369a) 사이에 배치된 분할벽(376), 반대전극(377b)과 분할벽(3766) 사이에 배치된 재생될 이온교환체로서의 음이온교환체(369a)가 제공된다. 제1액 보급섹션(378a)로부터 분할벽(376)과 재생전극(377a)사이로 액 A가 보급되고, 액 B는 제2액 보급섹션으로부터 분할벽(376)과 반대전극사이로 보급되며, 동시에, 전압은 재생전원(379)으로부터 캐소드로서의 재생전극(377a)과 애노드로서의 재생전극(377b)으로 인가된다. 물질의 처리 중에 음이온교환체(재생될 이온교환체)(369a)에 흡수된 처리될 물질의 용해된 이온 M+는 반대전극(애노드)으로부터 재생전극(캐소드)으로 이동하여 분할벽(376)을 통과한다. 분할벽(376)을 통과한 이온 M+는 분할벽(376)과 재생전극(377a)사이의 액흐름에 의하여 시스템으로부터 배출된다. 양이온은 이렇게 하여 재생된다. 이온교환체가 음이온교환체일 경우에는, 재생전원(379)으로부터 인가된 양성과 음성의 전압이 역전될 수 있다.
분할벽(376)은 재생될 이온교환체(369a)로부터 제거되는 불순물 이온의 그것을 통한 이동을 방해하지 않고, 분할벽(376)과 재생전극(377a)사이를 흐르는 액(액내의 이온을 포함)의 그것을 통한 이온교환체(369a)측으로의 침투를 억제하는 것이 바람직하다. 이런 관점에서, 이온교환체는 음이온 또는 양이온의 그것을 통한 선택적인 침투를 허여하고, 분할벽(376)과 재생전극(377a)사이를 흐르는 액의 재생될 이온교환체(369a)측으로의 침투를 방지할 수 있다. 이와 같이 적절히 선택된 이온교환체는 분할벽을 위한 상기 요구조건을 만족시킬 수 있다. 재생될 이온교환체와 같은 이온-교환 그룹을 갖는 이온교환체는 분할벽(376)에 적합하다.
분할벽(376)과 재생전극(377a)로 보급될 액은 높은 전기전도도를 갖고 처리될 이온교환체로부터 제거된 이온들과 반응하여 용해되거나 용해되기 어려운 화합물을 형성하지 않는 것이 바람직하다. 이와 같이 액은 재생될 이온교환체(369a)로부터 이동되고, 분할벽(376)을 통과하여 액의 흐름에 의해서 시스템으로부터 이들 이온을 배출하기 위한 것이다. 그것의 낮은 전기저항 때문에 높은 전도도를 갖는 상기 액은 재생섹션에서 전기소비를 줄일 수 있다. 또한 불순물 이온과의 반응을통하여 불용성 화합물(부산물)을 형성하지 않는 상기 액은 고상의 물체가 분할벽(376)에 부착하는 것을 방지할 수 있다. 적합한 액이 배출될 불순물의 종류에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 구리의 전해폴리싱에 사용된 이온교환체를 재생하는 경우에는, 1 wt% 이상의 농도를 가진 황산이 사용될 수 있다.
재생섹션(374) 및 재생될 이온교환체(369a)는 재생처리 중에 상대적인 운동을 할 수도 있다. 분할벽(376) 대신에, 이온교환 부직포가 재생될 이온교환체(369a)와 재생전극(377a) 사이에 배치된다. 이 경우 재생전극(377a)과 반대전극(377b) 사이에 상술된 전압이 인가되고, 한편, 두 개의 이온교환체에 액(순수)을 보급하여 이온교환체(369a)내에 축적된 이온이 이온교환 부직포로 이동한다.
다음에, 기판처리장치의 베벨-에칭유닛(48)이 설명된다. 도12는 베벨-에칭유닛(48)을 개략적으로 도시하는 수직 단면도이다. 도12에 도시된 바와 같이, 상기 실시예에 따르는 베벨-에칭유닛(48)은, 기판(W)을 수평으로 잡아주면서 고속으로 기판(W)을 돌려주도록 되어 있는 기판홀딩부(380), 기판홀딩부(380)에 의해 유지되는 기판(W)의 앞면의 거의 중앙부 위에 놓여진 센터노즐(382), 기판(W)의 주변 단부 위에 놓여진 에지 노즐(384) 및 기판(W)의 뒷면의 거의 중앙부 밑에 위치한 후방 노즐(386)로 이루어진다.
기판홀딩부(380)는 저면이 있는 원통형 방수커버(388) 내부에 위치하고, 기판(W)의 앞면이 위로 향하는 상태로 기판(W)의 주변 에지부의 원주방향을 따른 복수의 장소에 있는 스핀척(390)에 의해 기판(W)을 잡아주도록 되어 있다. 센터노즐(382) 및 에지 노즐(384)는 각각 아래쪽으로 향해 있고, 후방 노즐(386)은 위쪽으로 향하고 있다.
산성용액이 센터노즐(382)로부터 기판(W)의 표면의 중앙부로 보급되고, 원심력으로 기판(W)의 전체표면에 걸쳐 살포된다. 기판(W)의 표면 위의 배선영역에 형성된 구리의 자연발생적인 산화물 막을 즉시 산성용액에 의하여 제거되고, 그리하여 기판(W)의 표면 위의 성장을 방지한다. 산성용액은 하이포아염소산, 플루오르화수소산, 황산, 시트르산, 옥살산 또는 그들의 조합물이 반도체 제조과정에서 통상적으로 세정처리에 사용된다. 산성용액은 그것이 산화되지 않는 산이면 어떤 산이라도 될 수 있다. 플루오르화수소산의 산성용액은 또한 기판(W)의 반대측을 세정하는 데 사용될 수 있고, 화학제품의 수를 감소시킬 수 있으므로 바람직하다. 또한, 플루오르화수소산의 경우에는, 플루오르화수소산의 농도가 구리의 표면을 거칠게 하지 않게 하기 위하여 중량으로 5% 이하가 바람직하다.
산화첨가제용액이 에지 노즐(384)로부터 기판(W)의 주변으로 계속적 또는 간헐적으로 보급된다. 기판(W)의 상측 및 외측 주변에서 성장한 구리막은 산화첨가제 용액에 의해 신속히 산화되고, 동시에 센터노즐(382)로부터 보급되고 기판(W)의 전체표면에 걸쳐 살포되는 산성용액에 의해 에칭되고 용해된다. 구리막은 산화첨가제 용액이 보급되는 이외의 포인트에서 에칭되기 때문에, 산화첨가제의 농도가 높아지고 양이 많아질 필요는 없다. 산화첨가제 용액은 오존, 과산화수소, 질산, 염산, 하이포아염소산 또는 그들의 조합물이 통상적으로 반도체 제조과정에서 세정처리에 사용된다. 오존수가 사용된다면, 오존은 20 ppm 이상 내지 200 ppm 이하가 함유되는 것이 바람직하다. 과산화수소가 사용된다면 중량으로 10% 이하 내지 중량으로80% 이하가 바람직하다. 하이포아염소산이 사용된다면, 중량으로 1% 이상 내지 중량으로 50% 이하가 바람직하다.
실리콘산화물막용 산화첨가제용액 및 에천트는 후방노즐(386)으로부터 기판(W)의 실리콘과 함께 기판(W)의 반대측에 부착된 구리는 산화첨가제용액에 의해 산화되고 실리콘산화물막용 에천트에 의해 에칭된다. 산화첨가제용액은 오존, 과산화수소, 질산, 하이포아염소산 또는 그들의 조합물로 이루어진다. 사용되는 화학제품의 수를 줄일 수 있기 때문에 기판(W)의 주변으로 보급되는 산화첨가제용액과 같은 산화첨가제용액이 보급되는 것이 후방노즐(386)을 위하여 바람직하다. 실리콘산화물용 에천트로서 질산을 사용하는 것이 가능하다. 기판의 표면을 세정하기 위한 질산사용은 화학제품의 수를 감소시키는 것을 가능하게 한다.
에지노즐(384)은 기판(W)의 직경방향으로 움직일 수 있도록 되어 있다. 에지노즐(384)의 이동의 폭(L)은 에지노즐(384)이 기판표면의 외측주변으로부터 중심을 향한 방향으로 임의로 위치될 수 있어야 하고, L을 위한 설정치는 기판(W)의 사이즈, 용도 등에 따라 입력된다. 보통, 에지컷의 폭(C)은 2mm 내지 5mm의 범위에서 설정된다. 기판의 회전속도가 뒷쪽으로부터 앞면으로의 액이동의 양이 문제가 되지 않는 어떤 값이상인 경우에는, 에지컷의 폭(C)내의 피처리막(구리막)은 제거될 수 있다.
베벨-에칭유닛(48)의 용도의 예가 아래에 설명된다. 에지컷의 폭(C)은 기판(W)의 사이즈 및 기판(W)이 사용되는 목적에 따라 설정되도록 에지노즐(384)이 위치적으로 조절된다. 그리고 기판(W)은 기판홀더(380)에 의해 수평으로 유지되고,기판홀더(380)과 함께 수평면에서 회전한다. DHF(희석 플루오로보릭산(dilute flouroboric acid)), 예를 들어, 센터노즐(382)로부터 기판(W)의 중앙부로 계속적으로 공급급되고 그리고 예를 들어, H2O2는 에지 노즐(384)로부터 기판(W)의 주변으로 계속적으로 또는 간헐적으로 공급된다.
기판(W)의 주변의 에지컷 폭(C)에서의 영역(에지 및 베벨된 표면) 내에, HF 및 H2O2의 혼합 용액이 생성되어 기판(W)의 표면 위의 구리를 에칭시킨다. HF 및 H2O2의 혼합 용액은 에지노즐(384)로부터 기판(W)의 주변으로 공급될 수 있고, 그것에 의해 기판(W) 주변 위의 구리를 에칭시킨다. DHF과 H2O2의 조합은 구리에 대한 에칭속도를 결정한다.
동시에, 예를 들어, 화학용액 H2O2및 DHF는 H2O2및 DHF의 순으로 후방노즐(386)으로부터 각각 보급된다. 그러므로, 기판(W)의 반대측에 부착된 구리는 H2O2에 의해 산화되고, DHF에 의해 에칭되므로 기판(W)의 반대측의 구리오염이 제거된다.
기판(W)은 곧이어 순수로 헹궈지고, 스핀-건조되어 기판(W)의 처리가 완료된다. 기판(W)표면의 주변(에지 및 베벨된 표면)의 에지컷 폭(C)에 있는 구리막과 기판(W)의 반대측의 구리오염은 예를 들어, 80초내에 동시에 제거될 수 있다.
다음에, 기판처리장치에 있는 CMP유닛(34)이 설명된다. 도13은 CMP유닛(34)을 개략적으로 도시하는 수직 단면도이다. 도13에서 도시된 바와 같이, CMP유닛은 그것에 부착된 폴리싱 표면으로 작용하는 연마포(폴리싱 패드)(340)를 가진 폴리싱테이블(342) 및 폴리싱될 기판(W)을 잡아주는 톱링(344)으로 이루어진다. 폴리싱될 기판(W)을 잡아주기 위한 톱링(344)은 폴리싱 테이블(342) 위의 연마포(340)에 대하여 기판(W)을 가압한다. 작업할 때, 기판(W)은 톱링(344)에 잡히고, 톱링(344)에 의하여 폴리싱 패드(340)에 대해 가압된다. 폴리싱 테이블(342) 및 톱링(344)은 그들의 축선을 중심으로 서로 상대적으로 회전하여 기판(W)의 표면을 폴리싱한다. 이 때에, 연삭액이 연삭액노즐(346)으로부터 연마포(340)로 보급된다. 연삭액은 예를 들어, 그 안에 현탁된 실리카 등의 미세한 연삭 입자를 가진 알칼리성 용액이다. 그러므로, 기판(W)은 알칼리용액의 화학적작용과 미세한 연삭입자의 기계적작용 둘 모두에 의해 폴리싱된다.
폴리싱의 과정에서, 폴리싱액 및 연삭된 입자들은 연마포(340)으로 부착하기 쉬어, CMP유닛의 폴리싱 속도가 하강하고 폴리싱된 기판은 폴리싱의 불규칙함을 격기 쉽다. 그러므로 CMP유닛에는 폴리싱의 전후에, 또는 폴리싱 동안에 연마포(340)의 표면을 복구하기 위하여 드레서(348)가 제공된다. 작업 시에, 드레서(348)의 드레싱 표면은 폴리싱 테이블(342) 위의 연마포(340)의 폴리싱 표면에 대하여 가압되고, 드레서(348) 및 폴리싱 테이블(342)은 서로 상대적으로 회전하여 드레싱표면이 폴리싱 표면과 미끄럼 접촉을 하게 된다. 폴리싱 표면에 부착된 폴리싱 및 연삭된 입자는 이렇게 제거되고, 폴리싱 표면의 평탄화 및 재생이 실행된다.
이제 본 실시예의 기판처리장치에 의해 수행된 일련의 처리에 대한 설명이 주어진다.
예를 들어, 표면에 형성된 시드층(6)을 갖는 도1a에 도시된 바와 같은 기판(W)들을 수납하는 카세트는 로딩/언로딩섹션(30)에 놓여지고, 한 개의 기판(W)이 이송로봇(32)에 의해 카세트로부터 꺼내진다. 필요한대로, 기판(W)을 반전시키기 위해 이송로봇(32)을 기판(W)을 반전기44 또는 52로 이송하여 시드층을 가지는 전면이 아래쪽을 향하게 한다. 반전된 기판(W)은 이송로봇(32)에 의해 다시 취해지고 도금유닛(38)로 이송된다.
도금유닛(38)에서는 기판(W)의 표면에 전도성 막(처리될 재료)으로서 예를 들어, 구리막(7)(도1b)을 형성하기 위하여 예를 들어, 구리 전해도금이 수행된다. 도금의 완료 다음에, 기판(W)은 이송로봇(32)에 의해 기판이 세정되는 세정유닛(40)으로 이송된다. 세정 후의 기판(W)은 이송로봇(32)에 의해 어닐링유닛(42)으로 이송된다.
어닐링유닛(42)에서는, 기판(W)을 어닐링하기 위해 열처리가 수행된다. 이송로봇(32)은 기판(W)을 반전시키기 위해 어닐링된 기판(W)을 반전기(44)로 이송하여 전면이 위쪽을 향하도록 한다. 반전된 기판(W)은 이송로봇(32)에 의해 다시 취해지고, 운반로봇(36)에 의해 전해처리유닛(36)의 푸셔(36a)로 이송되고, 푸셔(36a)위에 놓여진다. 푸셔(36a) 위의 기판(W)은 다음에는 전해처리유닛(36)의 기판홀더(362)로 이송되고, 기판(W)은 기판홀더(362)에 놓여지고 유지된다.
전해처리유닛(36)에서는, 전해섹션(361)은 이온교환체(369a)가 기판홀더(362)에 유지된 기판(W)의 표면과 근접하거나 접촉하도록 하강된다. 순수 또는 초순수를 기판(W)의 표면으로 보급하면서, 주어진 전압이 처리전극(369)과 보급전극(373) 사이에 인가되고, 기판홀더(362) 및 전극섹션(361)은 회전되고, 동시에 아암(360)은 전극섹션(361)이 기판(W)의 상면에 걸쳐 이동하기 위하여 피봇된다. 이온교환체(369a)에 의해 생성된 수소이온 및 수산화이온의 작용에 의하여, 기판(W)의 표면에 형성된 불필요한 구리막(7)은 처리전극(캐소드)(369)에서 처리되고, 그에 의해 구리막(7) 및 시드층(6)으로 구성된 배선(구리배선)(8)이 형성된다(도1c 참조).
여기에서, 전해처리 동안에 기판(W)과 이온교환체(369a) 사이에 공급되는 순수는 10 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 갖는 물을 언급하고, 초순수는 0.1 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 갖는 물을 언급한다. 전해처리에서 전해질을 함유하지 않는 순수 또는 초순수의 사용은 기판(W)의 표면에 부착 및 남아 있는 전해질과 같은 불순물을 방지할 수가 있다. 또한 전해처리 중에 용해된 구리이온 등은 이온-교환 반응을 통해 이온교환체(369a)에 의해 즉시 포획된다. 이것은 용해된 구리 이온 등이 기판(W)의 여타 부분에 재침전하거나 기판(W)의 표면을 오염시키는 미세한 입자로 되도록 산화되는 것을 방지한다.
순수 또는 초순수 대신에, 500 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 갖는 액, 예를 들어, 순수 또는 초순수에 전해질을 첨가해 얻어진 전해질 용액을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 전해질 용액의 사용은 또한 전기저항을 낮추고 전력소비를 줄일 수 있다. NaCl 또는 Na2SO4와 같은 중성염, HCl 또는 H2SO4와 같은 산의 용액 또는 암모니아와 같은 알칼리의 용액도 전해질용액으로 사용될 수 있고, 이들 용액은 작업물의 특성에 따라 선택적으로 사용될 수 있다.
더욱이, 순수 또는 초순수 대신에, 순수 또는 초순수에 계면활성제 등을 첨가하여 얻어지고, 500 ㎲/cm 이하, 바람직하게는 50 ㎲/cm 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎲/cm(10 MΩ·cm의 저항성) 이하의 전기전도도를 갖는 액을 사용하는 것도가능하다. 순수 또는 초순수에 계면활성제의 존재로 인하여, 기판(W)과 이온교환체(369a)사이의 계면에서 이온이동을 억제하는 작용을 하는 층을 형성할 수 있고, 그것에 의해 처리된 표면의 평탄도를 향상시킬 수 있도록 이온교환(금속 용해)의 농도를 가감한다. 계면활성제 농도는 100 ppm 미만이 좋다. 전기전도도의 값이 너무 높으면 전류효율이 낮아지고 처리속도가 감소한다. 500 ㎲/cm 이하, 바람직하게는 50 ㎲/cm 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎲/cm(10 MΩ·cm의 저항성) 이하의 전기전도도를 갖는 액의 사용은 바람직한 처리재생속도를 얻을 수 있다.
모니터(54)는 처리전극(369)과 보급전극(373) 사이에 인가된 전압 또는 그들 사이에 흐르는 전류를 감시하여 전해처리 중에 종료점(가공의 끝점)을 검출한다. 이 관점에서 동일한 전압(전류)을 가지더라도 전해처리에서 전류(인가된 전압)은 처리될 재료에 따라 변화한다는 것을 유의한다. 예를 들어, 도14a에 도시된 바와 같이, 물질 B의 막과 물질 A의 막이 이 순서로 적층되는 기판(W)의 전해처리에서 감시되는 경우에, 물질 A의 처리 동안 일정한 전류가 관찰되나, 상이한 물질 B의 처리의 절환으로 변화한다. 마찬가지로, 도14b에 도시된 바와 같이, 일정한 전압이 물질 A의 처리 동안 처리전극과 보급전극 사이에 인가된다 하더라도, 인가되는 전압이 상이한 물질 B의 처리의 절환으로 변화한다. 예의 방식으로, 도14a는 전류는 물질 A의 전해처리에 비하여 물질 B의 전해처리에서 흐르기 보다 어려운 경우를 예시하고, 도14B는 인가된 전압은 물질 A의 전해처리에 비하여 물질 B의 전해처리에서 보다 높아진다. 상술된 예에서 이해할 수 있듯이, 전류 또는 전압에서의 변화를 감시하는 것은 종료점을 확실히 검출할 수 있다.
이 실시예가 처리전극(369)과 보급전극(373) 사이에 인가된 전압 또는 그들 사이에 흐르는 전류를 모니터(54)가 감시하여 종료점을 검출하는 경우를 도시하더라도, 모니터(54)가 임의로 설정된 처리의 종료점을 검출하여 처리될 기판의 상태에서의 변화를 감시하게 하는 것도 역시 가능하다. 이 경우에, "처리의 종료점"은 원하는 처리량이 처리될 표면의 특정 영역에 대하여 얻어지는 포인트를 언급하거나, 처리될 표면의 특정 영역에 대한 처리량과 서로 관련된 파라미터의 관점에서 원하는 처리량에 해당하는 양이 얻어지는 포인트를 언급한다. 이렇게 처리의 중간에서도 처리의 종료점을 임의로 설정하고 검출함으로써, 다단계 전해처리를 행하는 것이 가능하게 된다.
예를 들어, 처리량은 처리표면이 상이한 물질에 도달하는 경우, 생성된 마찰 계수의 차이로 인한 마찰력의 변화를 검출하거나 또는 기판의 표면에서의 불규칙성을 제거하여 생성된 마찰력의 변화를 검출하여 결정될 수 있다. 처리의 종료점은 이렇게 결정된 처리량을 토대로 하여 검출될 수 있다. 전해처리 동안에, 처리될 표면의 전기저항에 의해, 또는 처리표면과 처리될 표면사이의 액(순수)에서 이동하는 이온과 물 분자사이의 충돌에 의해 열이 발생한다. 예를 들어, 제어된 일정한 전압 하에 기판의 표면에 퇴적된 구리막을 처리하는 경우에, 전해처리의 진행과 더불어, 배리어층 및 절연막이 노출되어 전기저항이 증가하고 전류는 감소하여, 열의 값은점차 감소한다. 따라서, 처리량은 열값의 변화를 검출하여 결정될 수 있다. 그러므로 처리의 종료점이 검출될 수 있다. 대안적으로, 기판 위의 피처리막두께가 처리표면이 상이한 물질에 도달하는 경우에 생성되는 반사의 차이로 인한 반사광의 세기에서의 변화를 검출함으로써 결정될 수 있다. 기판 위의 피처리막의 막두께는, 피처리막 예를 들어, 구리막 내에 맴돌이전류를 발생시키고 예를 들어, 주파수나 회로저항의 변화를 검출하기 위하여 기판 내를 흐르는 맴돌이전류를 감시하여 결정될 수도 있다. 처리의 종료점은 이렇게 검출될 수 있다. 또한 전해처리에서 처리 속도는 처리전극과 보급전극 사이에 흐르는 전류의 값에 따라 결정되며, 전해가공량은 전류값과 처리시간의 곱으로서 결정되는 전기의 양에 비례한다. 따라서, 처리량은 전류값과 처리시간의 곱으로서 결정되는 전기의 양을 적분하고, 적분값이 미리 설정된 값에 도달하는 것을 검출하여 결정될 수 있다. 처리의 종료점은 이렇게 검출될 수 있다.
전해처리 완료된 다음에, 전원(363)은 차단되고, 전극섹션(361) 및 기판홀더(362)의 회전은 중지된다. 그 다음에, 기판홀더(362) 위의 기판(W)은 푸셔(36a)로 이동하고, 푸셔(36a) 위의 기판은 이송로봇(32)에 의해 취해져 베벨-에칭유닛(48)으로 이송된다. 이 실시예에 따르면, 보급전극(373)은 전해처리에서 기판(W)과 직접적으로 접촉한다. 그러므로 보급전극(373)과 접촉하고 있는 기판의 부분에 처리전극(369)을 근접하게 하는 것이 물리적으로 불가능하다. 따라서 그 부분은 처리할 수가 없다. 즉, 보급전극(373)과 접촉하고 있는 기판(W)의 부분에는 전도성 막이 처리되지 않고 남는다. 이 실시예에 따르면, 전해처리 후에 처리되지 않고 남아 있는 전도성 막은 베벨-에칭유닛(48)에 의해 에칭된다.
베벨-에칭유닛(48)에서, 기판(W)의 표면의 불필요한 구리막 즉, 전해처리유닛(36)에서 보급전극(피딩섹션)(373)과 접촉하고 있는 기판(W)의 부분에 처리되지 않고 남아있는 구리막은 화학용액으로 에칭된다. 에칭의 완료 다음에, 기판(W)은 이송로봇(32)에 의해 기판이 세정되는 세정유닛(50)으로 이송된다. 이송로봇(32)은 세정된 기판(W)을 기판(W)의 전면이 아래로 향하도록 반전되는 반전기(52)로 이송된다. 반전된 기판(W)은 이송로봇(32)에 의해 재차 취해지고, 이송로봇(32)에 의해 CMP유닛(34)의 푸셔(34a)로 이송되고 푸셔(34a)에 놓여진다. 푸셔(34a) 위의 기판(W)은 다음에 CMP유닛의 톱링(344)으로 이송된다.
CMP유닛(34)에서, 기판(W)의 표면은 화학적기계적 폴리싱을 통하여 평탄한 거울과 같은 표면으로 폴리싱된다. 상술된 전해처리에서, 배리어층(5)(도1a 참조)은 전해처리 후에 기판(W)의 표면에서 처리되지 않은채로 남는 경우가 있다. 이러한 배리어층(5)은 CMP유닛에서 폴리싱에 의해 제거될 수 있다. CMP유닛(34)에 의한 폴리싱은 산화물 막과 같은 절연막(2a)(도1a 참조)을 폴리싱하는 것이 바람직한 경우에 또한 효과적이다. 폴리싱 후에 기판(W)은 이송로봇(32)에 의해 기판이 세정되는 세정유닛(46)으로 이송된다. 그 다음, 반전기(44 또는 52)에 의해 기판(W)이 반전된 다음, 기판(W)은 이송로봇(32)에 의하여 로딩/언로딩섹션(30)에 있는 카세트로 복귀된다.
비록 상술된 실시예에서 도금유닛(38) 및 전해처리유닛(36)이 별도로 제공되지만, 이들 유닛들은 단일의 유닛으로 통합될 수 있다. 또한, 도금유닛(38), CMP유닛(34) 및 어닐링유닛(42)은 필요에 따라 선택적으로 제공된다. 이렇게 하나 이상의 이들 유닛들은 경우가 허락하는대로 기판처리장치를 구성함에 있어 배제될 수도 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따르면 CMP 처리와는 달리, 기판과 같은 작업물의 전해처리는 작업물의 특성을 손상시킬 수도 있는 작업물에서의 어떠한 물리적결함을 발생시키지 않고 전해화학적 작용을 통하여 시행될 수 있다. 또한 본 전해처리장치 및 방법은 작업물에 부착하는 물질을 효과적으로 제거(세정)할 수 있다. 따라서 본 발명은 CMP 처리를 완전히 생략하거나 최소한 CMP에 대한 부하를 줄일 수 있다. 더욱이, 기판의 전해처리는 오로지 순수 또는 초순수만을 사용하여도 시행될 수 있다. 이는 전해질과 같은 불순물이 기판의 표면에 부착하거나 잔류하는 가능성을 제거하고, 제거처리 후에 세정처리를 단순하게 할 수 있고, 폐액 처분에 대한 부하를 현저하게 줄일 수 있다.
도15a 내지 15f는, 처리단계의 순서로, 본 발명의 실시예에 따르는 기판처리방법에 의해 구리배선의 형성의 일례를 예시하는 다이어그램이다. 도15a에 도시하는 바와 같이, SiO2의 산화물 막 또는 저-k 물질의 막과 같은 절연막(2a)은 반도체 디바이스가 형성되고, 반도체 베이스(1) 위에 형성되는 전도성층(1a) 위에 퇴적된다. 콘택트홀(3) 및 배선을 위한 미세한 트렌치인 배선트렌치(4)가 리소그래피/에칭기술에 의해 절연막(2a)에 형성된다. 그 다음, TaN 등의 배리어층(5)이 전체표면 위에 형성되고, 전해도금을 위한 전기보급층으로서 시드층(6)이 스퍼터링 등에 의해 배리어층(5) 위에 형성된다.
그 다음, 도15b에 도시된 바와 같이, 콘택트홀(3) 및 배선트렌치(4)를 구리로 채우기 위해 기판(W)의 표면에 구리도금이 실시되고, 동시에 절연막(2a) 위에 구리막(7)을 퇴적된다. 그 후에, 절연막(2a) 위의 배리어층(5), 시드층(6) 및 구리막(7)이 콘택트홀(3) 및 배선트렌치(4)에 채워진 구리막의 표면을 만들도록 화학적기계적 폴리싱(CMP)에 의해 제거되고, 절연막(2a)의 실질적으로 같은 평면에 놓인다. 도15c에 도시된 바와 같이, 시드층(6) 및 구리막(7)으로 구성된 배선(구리배선)(8)이 이렇게 형성된다.
화학적기계적 폴리싱 등에 의한 배선트렌치 내의 배리어층(5), 시드층(6) 및 구리막(7)의 제거가 계속되고, 그에 의해 도15d에 도시된 바와 같이, 배선트렌치의 상부를 충전용 미리 정해진 깊이를 가진 후퇴부(4a)가 형성된다. 이렇게 배선트렌치 내의 배리어층(5), 시드층(6) 및 구리막(7)을 더욱 제거하여 콘택트홀(3) 및 배선트렌치(4)에 채워진 구리막(7)의 표면이 절연막(2a)의 표면과 수평이 된 후에도 화학적기계적 폴리싱 등에 의한 배리어층(5), 시드층(6) 및 구리막(7)의 제거가 계속되고, 배선트렌치(4)의 상부에 형성되고 있는 충전용 후퇴부(4a)가 미리 정해진 깊이에 도달할 때, 제거 작업이 끝난다.
대안적으로, 콘택트홀 및 배선트렌치(4)에 채워진 구리막(7)의 표면이 절연막(2a)의 표면과 수평이 될 때 까지 화학적기계적 폴리싱(CMP) 또는 전해처리에 의해 절연막(2a) 위의 배리어층(5), 시드층(6) 및 구리막(7)을 우선 제거하고, 다음에 화학적 에칭에 의해 배선트렌치의 배리어층(5), 시드층(6) 및 구리막(7)을 제거한다.
도15e에 도시한 바와 같이, 기판(W)에 이렇게 형성된 충전용 후퇴부(4a)에, 예를 들어, 열확산방지층(9a)및 산화방지층(9b)으로 구성된 다층으로 적층된 막이 선택적으로 형성되고, 그것에 의해 배선(8)의 노출표면을 보호막(9)으로 커버하고 보호한다. 보다 특별하게는, 기판(W)의 수세 후에 배선(8)의 표면에 선택적으로, 예를 들어, Co 합금으로 구성된 열확산방지층(9a)을 형성하기 위하여 기판(W)의 표면에 제1단계 무전해도금이 수행된다. 다음에, 기판을 수세한 후에, 열확산방지층(9a)의 표면에 선택적으로, 예를 들어, Ni 합금으로 구성된 산화방지층(9b)를 형성하기 위하여 제2단계 무전해도금이 수행된다. 보호막(9)의 두께는 충전용 후퇴부(4a)의 깊이와 대략적으로 동일하게 만들어지는데, 즉, 보호층(9)의 표면은 절연막(2b)의 표면과 같은 높이로 만들어진다.
그 다음, 기판(W)의 수세 다음에 건조시킨 후에, SiO2또는 SiOF와 같은 절연막(2b)이 도15f에 도시된 바와 같이, 기판(W)의 표면에 중첩된다. 보호막(9)의 표면을 절연막(2b)의 표면과 같은 높이로 만들어, 보호막(9)이 평탄한 표면으로부터 돌출하는 것을 막는다. 이는 나중에 기판의 표면에 퇴적되는 절연막(2b)의 충분한 표면평탄도를 확보하여, 절연막(2b)의 표면을 평탄화하는 추가 처리에 대한 필요를 없애준다.
이렇게 배선(8)의 노출표면을 선택적으로 커버하고, 배선(8)의 열확산을 효과적으로 방지할 수 있는 예를 들어, Co 합금으로 구성된 열확산방지층(9a)으로 이루어진 다층적층막 및 배선(8)의 산화를 효과적으로 방지할 수 있는, 예를 들어, Ni합금으로 구성된 산화방지층(9b)인 보호막(9)으로 보호함으로써, 배선(8)의 산화 및 열확산이 효과적으로 방지될 수 있다. 이 점에서는, 배선의 보호가 오로지 Co 또는 Co합금을 가지고서는 배선의 산화를 효과적으로 방지할 수 없는 한편, 배선의 보호가 오로지 Ni 또는 Ni 합금을 가지고서는 배선의 열확산을 효과적으로 방지할 수 없다. 두 층의 조합이 상기 단점을 극복할 수 있다.
또한, 열확산방지층(9a)의 표면에 산화방지층(9b)을 중첩시킴으로써, 예를 들어, 다층배선 구조를 갖는 반도체 디바이스의 형성을 위한 산화분위기에서 절연막(2b)의 퇴적 시에 배선의 산화가 산화방지효과를 떨어뜨리지 않고 방지될 수 있다.
비록 이 실시예에서, 열확산방지층(9a) 및 산화방지층(9b)으로 구성된 두 층으로 적층된 막이 보호막(9)으로 채택되더라도, 단일층 또는 셋 이상 층의 보호막을 사용하는 것도 물론 가능하다.
이 실시예에 따르면, Co-W-B 합금이 열확산방지층(9a)으로 사용될 수 있다. Co-W-B 합금의 열확산방지층(9a)은 Co 이온, 착화제, pH 완충제, 환원제로서 알킬아민보란 및 복합물 포함한 텅스텐을 함유한 도금용액을 사용하고, 기판(W)의 표면을 도금용액에 담금으로써 형성될 수 있다.
만일 필요하다면, 또한 도금용액은 일 이상의 중금속 화합물 및 유황 화합물로부터 선택된 최소한 하나의 안정제 및 계면활성제를 포함할 수 있다. 또한 암모니아수 또는 수산화암모늄과 같은 pH 조절제를 사용하여 바람직하게는 5-14, 더욱바람직하게는 6-10의 pH의 범위내에서 도금용액이 조절된다. 도금용액의 온도는 일반적으로 30-90℃, 바람직하게는 40-80℃의 범위에 있다. 도금용액의 코발트 이온은, 예를 들어, 황산코발트, 염화코발트 또는 아세트코발트와 같은 코발트 염으로부터 보급될 수 있다. 코발트 이온의 양은 일반적으로 0.001-1.0 mol/L, 바람직하게는 0.01-0.3 mol/L의 범위에 있다.
착화제의 특정례들은, 아세트산 같은 카르복실산 또는 그들의 염들; 타르타르산과 시트르산과 같은 옥시카르복실산 및 그들의 염들; 및 글리신과 같은 아미노카르복실산를 포함할 수 있다. 이들 화합물은 단독으로 또는 둘 이상의 혼합물 중 어느 하나로 사용될 수 있다. 착화제의 전량은 일반적으로 0.001-1.5 mol/L, 바람직하게는 0.01-1.0 mol/L이다.
pH 완충제의 특정례는 황산암모늄, 염화암모늄 및 붕산을 포함할 수 있다. pH 완충제는 일반적으로 0.01-1.5 mol/L, 바람직하게는 0.1-1 mol/L의 양이 사용된다. pH 조절제는 암모니아수 및 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH)을 포함할 수 있다. pH 조절제를 사용함으로써, 도금용액의 pH는 일반적으로 5-14, 바람직하게는 6-10으로 조절된다.
환원제로서 알킬아민 보란은 특정적으로 디메틸아민 보란(DMAB) 또는 디에틸아민보란일 수 있다. 환원제는 일반적으로 0.01-1.0 mol/L, 바람직하게는 0.01-0.5 mol/L의 양으로 사용된다.
텅스텐-함유 화합물의 예는 텅스텐산 또는 그것의 염들, 텅스텐인산(tangstophosphoric acids)(예를 들어, H3(PW12P40)·nH2O)과 같은 헤테로폴리산 및 그들의 염이다. 텅스텐-함유 화합물을 일반적으로 0.001-1.0 mol/L, 바람직하게는 0.01-0.1 mol/L의 양으로 사용한다.
상술된 화합물 이외에도, 기타 공지된 첨가제가 도금용액에 첨가될 수 있다. 사용될 수 있는 첨가제의 예는, 연 화합물과 같은 중금속 화합물, 티오시아네이트과 같은 유황 화합물 또는 그들의 혼합물 및 음이온성, 양이온성 또는 비이온성 형의 계면활성제일 수도 있는 욕안정제를 포함할 수 있다.
환원제로서 합금나트륨이 없는 알킬아민보란의 사용은, 구리, 구리 합금, 은 또는 은 합금에 산화전류를 인가하는 것이 가능하게 하여 그에 의하여 팔라듐 촉매를 부여하기 위한 필요를 피하고, 그래서 기판(W)의 표면을 도금용액에 담궈 직접 무전해도금을 할 수 있게 한다.
이 예는 열확산방지층(9a)를 위하여 Co-W-B 합금을 사용할지라도, 열확산방지층(9a)를 위하여 단일 물질로서 Co, Co-W-P 합금, Co-P 합금, Co-B 합금 등을 사용하는 것도가능하다.
상기 실시예에 따르면, Ni-B 합금은 산화방지층(9b)를 위하여 사용될 수 있다. 산화방지층(Ni-B 합금층)(9b)은 니켈 이온, 니켈 이온을 위한 착화제, 니켈 이온 및 암모니아를 환원제로서 알킬아민보란 또는 보로하이드라이드 화합물을 함유하는 무전해도금용액을 사용하고, 도금용액의 pH를 예를 들어, 8-12으로 조절되고, 기판(W)의 표면을 도금용액에 담궈 형성될 수 있다. 도금용액의 온도는 일반적으로50 내지 90℃, 바람직하게는 55 내지 75℃이다.
니켈 이온을 위한 착화제의 예는 사과산 및 글리신을 포함될 수 있다. NaBH4는, 예를 들어, 보로하이드라이드 화합물로서 사용될 수 있다. 상술된 바와 같이, 환원제로서 알킬아민보란의 사용은 팔라듐 촉매를 부여하기 위한 필요를 피하는 것이 가능하게 하고, 기판(W)의 표면을 도금용액에 담금으로써 무전해도금을 실시할 수 있다. 상술된 바와 같이, Co-W-B 합금층을 형성하기 위하여 무전해도금용액과 공통의 환원제의 사용은 무전해도금을 계속하여 실시하는 것이 가능하다.
이 예는 산화방지층(9b)을 위하여 Ni-B 합금을 사용하지만, 산화방지층을 위하여 단일 물질로서 Ni, Ni-P 합금 또는 Ni-W-P 합금 등을 사용하는 것도 가능하다. 또한, 이 실시예는 배선물질을로서 구리를 사용하지만, 대신에 구리 합금, 은 또는 은 합금을 사용하는 것이 가능하다.
도16은 도15a 내지 15f에 예시된 기판처리을 수행하는 기판처리장치의 구조를 개략적으로 도시하는 평면도이다. 기판처리장치는 직사각형 상면 위의 장소의 일단부에 나란히 배치되는 한 쌍의 화학적기계적 폴리싱(CMP)유닛(210a, 210b) 및 장소의 다른 단부에 배치되는 반도체 웨이퍼와 같은 기판(W)을 각각 수납하는 카세트(212a, 212b)를 그위에 놓기 위한 한 쌍의 로딩/언로딩섹션을 포함한다. 두 개의 이송로봇(214a, 214b)이 CMP유닛(210a, 210b)과 로딩/언로딩섹션을 연결하는 라인에 배치된다. 반전기(216, 218)는 이송라인의 양측에 배치된다. 세정유닛(220a, 220b) 및 전해도금유닛(222a, 222b)은 반전기(216, 218)의 양측에 배치된다. 수직으로 이동가능한 푸셔(236)는 푸셔(236)과 CMP유닛(210a, 210b)사이의 기판(W)의 이송을 위한 이송 라인측에 CMP유닛(210a, 210b)에 제공된다.
도17은 전해도금유닛(222a, 222b)의 구조를 개략적으로 도시하는 도면이다. 이 예에서, 하나의 전해도금유닛(222a)는 예를 들어, 배선(8)의 표면에 열확산층(9a)을 형성하는 상술된 제1단계 전해도금을 수행하도록 되어 있고, 다른 전해도금유닛(222b)는, 예를 들어, 열확산층(9a)의 표면에 산화방지층(9b)을 형성하는 상술된 제2단계 전해도금을 수행하도록 되어 있다. 이들 전해도금유닛들(222a, 222b)은 이들 전해도금유닛에서 사용되는 도금용액을 제외하고는 동일한 구조를 가진다.
각각의 전해도금유닛(222a, 222b)은 그것의 상면에 기판(W)을 잡아주기 위한 유지수단(911), 주변의 에지부를 밀봉하기 위하여 유지수단(911)에 의해 잡혀진 기판(W)의 처리될(상면)의 주변의 에지부를 접촉하기 위한 댐부재(931) 및 댐부재(931)로 밀봉된 주변의 에지부를 가진는 기판(W)의 도금표면에 도금용액을 보급하기 위한 샤워 헤드(941)로 이루어진다. 각각의 전해도금유닛(222a, 222b)은 또한 기판(W)의 도금표면에 세정액을 보급하기 위한 유지수단(911)의 상부외측 주변에 배치된 세정액 보급수단(951), 배출되는 세정액 등(도금 폐액)을 회수하기 위한 회수용기(961), 기판(W)에 잡힌 도금용액을 흡수하고 회수하기 위한 도금용액 회수노즐(965) 및 유지수단(911)을 회전식으로 구동하기 위한 모터(M)로 이루어진다.
유지수단(911)은 기판(W)을 놓고 잡아주기 위하여 그의 윗면에 기판설치부(913)를 가진다. 기판설치부(913)는 기판(W)을 놓고 고정하도록 되어 있다. 특별히, 기판설치부(913)는 진공에 의해 기판(W)의 뒷면을 흡인하는 진공흡인 기구(도시안됨)를 가진다. 평평하고 기판(W)의 도금표면을 그것이 따뜻하게 유지되도록 밑면으로부터 가열하는 후방히터(915)가 기판설치부(913)의 뒷면에 설치된다. 후방히터(915)는 예를 들어, 고무히터로 구성되어 있다. 이 유지수단(911) 모터(M)에 의해서 회전하도록 되어 있고, 상승수단에 의해서 수직으로 움직일 수 있다(도시 안됨).
댐부재(931)는 원통형이고, 기판(W)의 외측 주변에지를 밀봉하기 위하여 그것의 하부에 제공되는 밀봉부(933)를 가지고, 예시된 위치로부터 수직으로 움직이지 않도록 설치된다.
샤워헤드(941)는 보급된 도금용액을 샤워형태로 살포하고 그것을 기판(W)의 도금표면에 대체적으로 균일하게 보급하기 위하여 전방 단부에 제공된 많은 노즐을 갖는 구조로 되어 있다. 세정액 보급수단(951)은 노즐(953)로부터 세정액을 분출하기 위한 구조를 가진다.
도금용액 회수노즐(965)은 위쪽, 아래쪽 그리고 스윙하도록 되어 있고, 도금용액 회수노즐(965)의 전방 단부는 기판(W)의 상부표면 주변에지부에 놓인 댐부재(931)의 안쪽으로 하강하게 되어 있으며, 기판(W)의 도금용액을 흡수하도록 되어 있다.
다음에, 각각의 무전해도금유닛(222a, 222b)의 작동이 설명된다. 우선, 유지수단(911)이 유지수단(911)과 댐부재 사이의 미리 정해진 칫수의 간격을 제공하기 위하여 예시된 상태로부터 하강하고, 기판(W)이 기판설치부(913)에 놓여지고 고정된다. 예를 들어, 8-인치 웨이퍼가 반도체 기판(W)으로 사용된다.
그리고 나서, 유지수단(911)은 도17에 예시된 바와 같이, 그것의 상면이 댐부재(931)의 하면에 접촉하도록 상승하고, 기판(W)의 외측주변이 댐부재(931)의 밀봉부(933)로 밀봉된다. 이때에, 기판(W)의 표면은 개방된 상태로 있다.
그 다음, 기판(W)자체는 후방히터(915)에 의해 직접 가열되는 한편, 50℃로 가열된 도금용액은 예를 들어, 기판(W)의 전체표면 위에 실질적으로 도금용액을 흘리기 위하여 샤워헤드(941)로부터 분출된다. 기판(W)의 표면이 댐부재(931)에 의하여 둘러싸여 있으므로, 부어진 도금용액은 모두 기판(W)의 표면에 유지된다. 보급된 도금용액의 양은 기판(W)의 표면 위에서 1mm 두께가 될 적은 양일 수 있다(대략 30 ml). 이 실시예에서는 도금될 표면 위에 유지된 도금용액의 깊이는 10mm 이하일 수 있고, 1mm일 수도있다. 보급되는 도금용액의 적은 양으로 충분하다면, 도금용액을 가열하기 위한 가열장치는 작은 크기일 수도있다.
기판(W)자체는 가열될 수 있도록 되어 있다면, 많은 전력소비를 필요로 하는 도금용액의 온도는 그렇게 높이 상승하지 않아도 된다. 이것은, 전력소비가 감소될 수 있고, 도금용액의 특성에서의 변화가 방지될 수가 있기 때문에 바람직하다. 기판(W)자체의 가열을 위한 전력소비가 적어질 수 있다면, 기판(W) 위에 저장된 도금용액의 양은 역시 적어도 된다. 이와 같이, 후방히터(915)에 의한 기판(W)의 열보유가 용이하게 실시될 수 있고, 후방히터(915)의 용량은 적어도 되고, 장치는 컴팩트하게 될 수 있다. 기판(W)을 직접 냉각하는 수단이 사용된다면, 도금조건을 변화시키기 위하여 가열과 냉각사이의 절환이 실시될 수 있다. 기판 위에 유지된 도금용액이 적은 양이 되기 때문에, 온도제어가 양호한 감응성으로 실시될 수 있다.
기판(W)은 도금될 표면의 균일한 액을 젖게 하기 위하여 모터(M)에 의해서 순간적으로 회전되고, 도금될 표면의 도금은 기판(W)이 정지한 상태에 있는 상태로 실시된다. 특히, 기판(W)은 기판(W)의 도금될 표면을 도금용액으로 균일하게 적셔주기 위하여 단 1초 동안 100rpm에서 회전된다. 그 후에, 기판(W)은 정지한채로 유지되고, 무전해도금이 1분간 실시된다. 순간 회전시간은 길어야 10초 이하이다.
도금처리의 완료 후에는 도금용액 회수노즐(965)의 전방단부는 도금용액을 흡수하기 위하여 기판(W)의 주변에지부의 댐부재(931) 내측에 가까운 영역으로 하강된다. 이 때에, 기판(W)이 예를 들어, 100rpm 이하의 회전속도로 회전한다면, 기판(W)에 남아 있는 도금용액이 원심력으로 기판(W)의 주변에지부에 있는 댐부재(931)의 부분으로 모여질 수 있어, 도금용액의 회수가 양호한 효율 및 높은 회수율을 가지고 실시될 수 있다. 유지수단(911)은 댐부재(931)로부터 기판(W)을 분리하기 위해 하강한다. 기판(W)이 회전하고, 도금된 표면을 냉각하기 위하여 세정액 보급수단(951)으로부터 세정액(초순수)이 기판(W)의 도금된 표면으로 분사되고, 동시에 희석 및 세정이 실시되어 무전해도금반응이 정지된다. 이 때에, 노즐(953)로 분사된 세정액이 동시에 댐부재(931)의 세정을 실시하기 위하여 댐부재(931)로 보급될 수 있다. 이 때의 도금폐액은 회수용기(961)로 회수되고 폐기된다.
한번 사용한 도금용액은 사용되지 않고 버려진다. 상술된 바와 같이, 이 장치에서 사용된 도금용액의 양은 종래 기술에 것과 비교하여 매우 적은 양일 수 있다. 그래서, 폐기되는 도금용액의 양은 재사용하지 않고서도 적은 양이다. 몇 몇의 경우에는, 도금용액 회수노즐(965)은 설치되지 않고, 사용된 도금용액은 세정액과함께 도금 폐액으로서 회수용기(961)로 회수될 수 있다.
그 다음, 기판(W)은 스핀-건조를 위해 모터(M)에 의해 고속으로 회전한 다음 유지수단(911)으로부터 제거된다.
도18은 또다른 무전해도금유닛(222a 및 222b)의 개략적인 구조도이다. 도18의 예는, 유지수단(911)에 후방히터(915)를 제공하는 대신에 유지수단(911)의 위에 램프히터(917)가 배치되고, 램프히터(917)와 샤워헤드(941-2)가 복합된다는 점에서 도17에 도시된 앞에서 언급된 무전해도금장치와 상이하다. 예를 들어, 상이한 반경을 가지는 복수의 링-형상의 램프히터(917)가 동심을 이루어 제공되고, 샤워헤드(941-2)의 많은 노즐(943-2)이 램프히터(917)사이의 간격으로부터 링형태로 개방된다. 램프히터(917)는 단일의 나선형 램프히터로 구성될 수도 있고, 다양한 구조 및 배열의 다른 램프히터로 구성될 수도 있다.
이 구성에서도, 각 노즐(943-2)로부터 기판(W)의 도금될 표면으로 샤워형태로 대체적으로 균일하게 보급될 수 있다. 또한, 가열 및 기판(W)의 열보유가 램프히터(917)에 의해 직접적으로 균일하게 실시될 수 있다. 램프히터(917)는 기판(W) 및 도금용액 뿐만 아니라, 역시 주변공기도 가열하므로 기판(W)에 열보유를 나타내게 된다.
램프히터(917)에 의한 기판(W)의 직접 가열은 램프히터(917)에 많은 전력소비를 요구한다. 이러한 램프히터(917) 대신에, 주로 후방히터(915)로 기판(W)을 가열하고, 주로 램프히터(917)에 의해 도금용액 및 주변공기의 열보유를 하기 위하여, 도17에 도시한 바와 같은, 비교적 작은 적은 전력소비를 가진 램프히터 및 후방히터(915)가 사용된다. 앞에서 언급한 실시예에서와 같은 동일한 방식으로, 직접 또는 간접적으로 기판(W)을 냉각하는 수단이 온도제어를 실시하기 위하여 제공될 수 있다. 도16에 도시한 상술된 기판처리장치에 따르면, 기판(W)의 표면에 퇴적된 구리막(7)(도15b 참조)은 CMP유닛(210a, 210b)로 폴리싱된다. CMP유닛(210a, 210b) 대신에, 전해처리에 의해 구리막(7) 등의 제거를 위해 전해처리유닛이 채택될 수 있다. 예를 들어, CMP유닛(210a, 210b)의 구조는 도13에 도시된 바와 같고, 설명은 생략된다.
도19 및 20은 전해처리유닛을 도시한다. 이 전해처리유닛(440a)은 그것의 전면을 아래로 향하도록 하고(소위 "훼이스-다운"방식), 기판홀더(446)의 아래에 위치하는 기판(W)을 흡인하고 유지하기 위하여 수평으로 피봇될 수 있는 피봇아암(444)의 자유단에 지지된 기판홀더(446) 및 절연재로 만들어진 디스크-형상의 전극섹션을 포함한다. 전극섹션(448)은 그안에 매입된 팬-형상 처리전극 및 그들의 노출된 표면(상면)과 번갈아 배치된 보급전극을 가진다. 이온교환체(456)는 처리전극(450) 및 보급전극(452)의 표면을 덮도록 전극섹션(448)의 상면에 장착된다.
이 실시예는 단순히, 처리전극(450) 및 보급전극(452)이 기판(W)의 전체표면이 전해처리를 받을 수 있도록 기판(W)의 것보다 2배 이상의 직경을 갖는 전극섹션(452)의 예로서 사용한다.
수직이동을 위하여 모터(460)의 작동에 의하여 볼 스크루를 경유하여 상하로 이동하는 피봇아암(444)은 피봇모터(464)의 작동에 의해 회전하는 피봇축의 상단부에 연결된다. 기판홀더(446)는 피봇아암(444)의 자유단에 장착된 회전모터(468)에연결되고 회전모터(468)의 작동에 의해 회전되도록 한다.
전극섹션(448)은 중공의 모터(470)으로 직접 연결되고, 중공의 모터(470)에 의해 회전되도록 되어 있다. 순수, 바람직하게는 초순수를 보급하기 위한 순수보급섹션으로서의 관통-구멍(448a)은 전극섹션(448)의 중앙부에 형성된다. 관통-구멍(448a)은 중공의 모터(470) 내측에서 수직으로 연장되는 순수보급관(472)으로 연결된다. 순수 또는 초순수는 관통-구멍(448a)를 통하여 보급되고, 이온교환체(456)를 경유하여 기판(W)의 전체처리표면으로 보급된다. 각각 순수보급관(472)으로 연결된 복수의 관통-구멍(448a)은 기판(W)의 전체처리표면에 걸쳐 처리액이 도달하도록 촉진하기 위하여 제공된다.
또한, 전극섹션(448)의 반경방향으로 연장되고, 복수의 보급포트를 갖는 순수 또는 초순수를 보급하기 위한 순수보급관으로서의 순수노즐(474)은 전극섹션(448) 위에 배치된다. 순수 또는 초순수는 이렇게 기판(W)의 기판(W)의 상측 및 하측으로부터 기판(W)의 표면으로 보급된다. 여기에서 순수는 10 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 갖는 물을 언급하고, 초순수는 0.1 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 갖는 물을 언급한다. 순수 대신에 500 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 갖는 액 또는 어떠한 전해질용액이라도 사용될 수 있다. 처리 동안에 전해질용액을 보급함으로써, 처리가공 제품 및 용해된 가스와 같은 처리가공의 불안정 인자가 제거될 수 있고, 처리가공이 양호한 재현성을 가지고 균일하게 달성될 수 있다.
이 실시예에 따르면, 복수의 팬-형상의 전극 플레이트(476)가 전극섹션(448)의 원주방향으로 배치되고, 전력(480)의 캐소드 및 애노드는 슬립링(478)을 거쳐전극 플레이트(476)로 번갈아 연결된다. 전력의 캐소드로 연결된 전극 플레이트(476)는 처리전극(450)이 되고, 전력의 애노드로 연결된 전극 플레이트(476)는 보급전극(452)이 된다. 이것은 예를 들어, 구리의 전해처리에 적용되며, 이는 구리의 전해처리가 캐소드측에서 진행되기 때문이다. 처리될 물질에 따라, 캐소드측은 보급전극일 수 있고, 애노드측은 처리전극일 수가 있다. 더욱 특별하게는, 처리될 물질이 구리, 몰리브덴, 철 등인 경우에는, 전해처리는 캐소드측에서 진행되고, 그러므로, 전력(480)의 캐소드에 연결된 전극 플레이트(476)는 처리전극(450)이 되어야 하고, 애노드에 연결된 전극 플레이트(476)는 보급전극이 되어야 한다. 알루미늄, 실리콘 등의 경우에는, 전해처리는 애노드측에서 진행된다. 따라서, 전력의 애노드에 연결된 전극 플레이트는 처리전극이 되어야 하고, 캐소드에 연결된 전극 플레이트는 보급전극이 되어야 한다.
이렇게 처리전극(450) 및 보급전극(452)을 전극섹션(448)의 원주 방향으로 별도로 그리고 번갈아 배치함으로써, 기판의 전도성 막(처리될 부분)으로 전기를 보급하기 위하여 고정된 피딩부가 불필요하게 되고, 처리가공이 기판 전체표면에 달성될 수 있다.
전해처리유닛(440a)에는, 전원(480)이 처리전극(450)과 보급전극(452)사이의 전원(480)으로부터 보급된 전압 및 전류중의 최소한 하나를 임의적으로 제어하도록 전원(480)을 제어하는 콘트롤러(496)가 제공된다. 전해처리유닛(440)에는 또한 전류값을 검출하기 위하여 전원(480)의 캐소드에서 연장되는 와이어로 연결되고, 전류값과 처리시간의 곱에 의해 전기의 양을 결정하고, 그것에 의해 사용된 전기의총체적인 양을 결정하기 위하여 전기의 양을 적분하는 전기량 적분기(쿨롬 미터)가 제공된다. 전기량 적분기(498)으로부터의 출력 신호는 콘트롤러(496)로 입력되고, 콘트롤러(496)로부터의 출력 신호는 전원(480)으로 입력된다.
또한, 도20에 도시된 바와 같이, 이온교환체(456)를 재생하기 위한 재생섹션(484)이 제공된다. 재생섹션(484)은 기판홀더(446)를 유지하는 피봇아암(444)과 대체적으로 유사한 구조를 갖는 피봇아암(486)을 갖고, 전극섹션(448)을 건너 피봇아암(444)의 반대측에 위치한 피봇아암(448) 및 그것의 자유단에서 피봇아암(486)에 의해 유지된 재생헤드(488)로 이루어진다. 작업 시에, 전원(480)으로부터 처리가공을 위한 것에 대한 역전위가 이온교환체(456)로 주어지고(도19 참조), 그것에 의해 이온교환체(456)에 부착하는 구리와 같은 이물질의 용해가 촉진된다. 처리가공 중에 이온교환체(456)의 재생이 이렇게 달성될 수 있다. 재생된 이온교환체(456)는 전극섹션(448)의 상면으로 보급된 순수 또는 초순수에 의해 헹궈진다.
다음, 전해처리유닛(440a)의 의한 전해처리가 설명된다.
우선, 기판(W), 그것의 표면에서 전도성 막(처리될 부분)으로서 구리막(7)을 가진 예를 들어, 도15b에 도시한 바와 같은 기판(W)이 전해처리유닛(440a)의 기판홀더에 의해 흡인되고 유지되며, 기판홀더(446)는 피봇아암(444)에 의하여 전해섹션(448) 위의 처리위치로 이동한다. 그 다음, 기판홀더(446)는 수직이동을 위하여 모터(460)의 작동에 의하여 하강하여, 기판홀더(446)에 의해 유지된 기판(W)이 전극섹션(448)의 상면에 장착된 이온교환체(456)의 표면과 접촉하거나 또는 근접하게 된다.
다음에, 기판홀더(446) 및 전극섹션(448)이 회전하는 동안, 처리전극(450)과 보급전극(452)사이의 전원(480)으로부터 주어진 전압 또는 전류가 인가된다. 같은 시간에, 전극섹션(448) 아래로부터 그것의 상면으로 관통-구멍(448a)을 통하여 순수 또는 초순수가 보급되고, 동시에 전극섹션(448)의 위로부터 그것의 상면으로 순수 노즐(474)를 통하여 순수 또는 초순수가 보급되어, 순수 또는 초순수가 처리전극(450), 보급전극(452)과 기판(W)을 채워주게 된다. 그에 의해, 기판(W)에 형성된 전도성 막(구리막(7))의 전해처리가 이온교환체(456)에 생성된 수소이온 또는 수산화이온에 의해 시행된다. 상기 전해처리유닛(440a)에 따르면, 순수 또는 초순수가 이온교환체(456) 내를 흐르게 하여 많은 양의 수소이온이나 수산화이온이 생성되고, 이러한 이온의 많은 양이 기판(W)의 표면으로 공급될 수 있어, 전해처리가 효율적으로 행해질 수가 있다.
보다 특별하게는, 순수 또는 초순수가 이온교환체(456) 내에서 흐르게 함으로써, 충분한 양의 물이 기능적인 그룹(강한 산성의 음이온-교환 그룹을 지니는 이온교환체의 경우에서 술폰산 그룹)으로 보급될 수 있어, 그것에 의해 용해된 물분자의 양을 증가시키고, 전도성 막(구리막(7))과 수산화이온(또는 OH 래디컬)사이의 반응에 의해 형성된 처리가공 생성물(가스를 포함)이 물의 흐름에 의해 제거될 수 있어, 처리효율이 향상될 수 있다. 이렇게 순수 또는 초순수의 흐름이 필요하고, 물의 흐름은 바람직하게 일정하고 균일해야 한다. 물의 흐름의 일정함 및 균일성은 이온의 공급에서 이온의 공급 및 균일성을 가져오고, 처리 생성물의 제거를 가져오고, 이는 또한 처리가공에서 일정함 및 균일성을 가져온다.
전해처리의 완료 후에는, 전원(480)이 처리전극 및 보급전극(452)으로부터 차단되고, 기판홀더(446) 및 전극섹션(448)의 회전이 정지된다. 그 후에, 기판홀더(446)는 상승하고, 처리된 기판(W)은 다음 공정으로 이송된다.
이 실시예에서는, 순수 또는 초순수가 전극섹션(448)과 기판(W) 사이로 공급된다. 순수 또는 초순수 대신에 순수 또는 초순수에 계면활성제를 첨가하여 얻어지고, 상술한 바와 같이, 500 ㎲/cm 이하, 바람직하게는 50 ㎲/cm 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎲/cm (10 ㏁·cm) 이하의 전기전도도를 갖는 액을 사용하는 것도 또한 가능하다.
실시예에 따르면, 처리속도는 기판(W)과 처리전극(450), 보급전극(452) 사이에 이온교환체(450)를 개재시킴으로써 상당히 향상될 수 있다. 이 관점에서, 초순수를 사용하는 전기화학적 처리가공은 초순수 안의 수산화이온과 피처리재 사이의 화학적 상호작용에 의하여 영향을 받는다. 하지만, 초순수 안의 반응체로서 작용하는 수산화이온의 양은 표준온도 및 압력조건에서 10-7mol/L 만큼 작아, 제거처리효율은 제거처리를 위한 반응보다는 달리 반응(산화막-형성과 같은)으로 인한 감소를 시킬 수 있다. 그러므로 제거처리를 효율적으로 하기 위하여는 수산화이온을 증가시킬 필요가 있다. 수산화이온을 증가시키기 위한 방법은 촉매물질을 사용하여 초순수의 분해반응을 촉진시키는 것이고, 이온교환체가 이러한 촉매물질으로 효과적으로 사용될 수 있다. 보다 특별하게는, 물분해반응에 관한 활성화 에너지가 이온교환체의 기능그룹과 물분자 사이의 상호작용에 의해 낮아지고, 물분해가 그에 의해 처리속도를 향상시킨다.
또한, 이 실시예에 따르면, 이온교환체(456)는 전해처리 시에 기판(W)과 접촉하거나 근접하게 된다. 이온교환체(456)가 기판(W) 근처에 위치하게 되면, 그들사이의 거리에 의존하지만, 전기저항은 어느 정도 커지고, 따라서 소요 전류밀도를 제공하기 위하여는 어느 정도 큰 전압이 필요하다. 하지만 한편, 비접촉 관계 때문에 기판(W)의 표면을 따라 순수 또는 초순수의 흐름을 형성하기 용이하여, 기판의 표면에 생성되는 반응생성물이 효과적으로 제거될 수 있다. 이온교환체(456)가 기판(W)과 접촉하게 되는 경우에는, 전기저항이 매우 적어지고, 따라서 낮은 전압만이 인가될 필요가 있고, 그래서 전력소비는 감소할 수 있다.
처리속도를 향상시키기 위하여 전류밀도를 높이려고 전압을 상승시킨다면, 전극과 기판(처리될 작업물)사이의 전기저항이 큰 경우에는 전기방전이 일어날 수 있다. 전기방전의 발생은 기판의 표면에 피칭(pitching)을 일으키고, 따라서 균일하고 평탄한 처리표면을 형성하지 못한다. 반면에 이온교환체(456)가 기판(W)과 접촉하고 있는 경우에는 전기저항이 매우 작으므로, 전기방전을 피할 수 있다.
이온교환체(456)로서 음이온-교환 그룹을 가진 이온교환체를 사용하여 구리의 전해처리가 행해질 때에는, 이온교환체(음이온교환체)(456)의 이온-교환 그룹이 처리가공 후에 구리로 포화되어, 그것에 의하여 다음 처리가공의 처리가공효율이 떨어진다. 이온교환체(456)로서 양이온-교환 그룹을 가진 이온교환체를 사용하여 구리의 전해처리가 행해질 때에는, 구리산화물의 미세한 입자들이 생성될 수 있고 이온교환체(양이온교환체)(456)의 표면에 부착하여, 그것에 의해 처리될 기판표면의 처리속도의 균일성을 해치도록 처리속도를 초래하고, 입자들은 처리될 다음 기판의 표면을 오염시킬 수 있다.
이러한 단점을 피하기 위하여, 작업에서, 처리가공에 대한 역전위가 전원(480)으로부터 이온교환체(456)로 주어져, 그것에 의해 재생헤드(488)를 거쳐 이온교환체(456)에 부착하는 구리와 같은 이물질의 용해를 촉진한다. 처리가공 동안의 이온교환체(456)의 재생은 이렇게 달성될 수 있다. 재생된 이온교환체(456)는 전극섹션(448)의 상면으로 보급된 순수 또는 초순수에 의하여 헹궈진다.
도21 및 도22는 또다른 전해처리유닛(440b)을 보여준다. 이 전해처리유닛(440b)에서, 전해섹션(448)의 회전중심(O1)은 거리(d)만큼 기판홀더의 회전중심(O2)으로부터 떨어져 있으며; 전극섹션(448)은 회전중심(O1)을 중심으로 회전하고 기판홀더(446)는 회전중심(O2)을 중심으로 회전한다. 또한, 처리전극(450) 및 보급전극(452)은 슬립링(478)을 경유하여 전원(480)으로 전기적으로 접속되어 있다. 또한 이 실시예에 따르면, 전극섹션(448)이 회전중심(O1)을 중심으로 회전하고 기판홀더(446)는 회전중심(O2)을 중심으로 회전하는 경우에, 전극섹션(448)이 기판홀더(446)에 의해 유지된 기판(W)의 전체표면을 커버하는 정도로 기판홀더(446)의 직경보다 큰 직경을 갖도록 설계된다.
전해처리유닛(440b)에 따르면, 기판(W)표면의 전해처리는 전극섹션(448)의 상면으로 순수 또는 초순수를 보급하고 처리전극(450)과 보급전극(452) 사이에 주어진 전압을 인가하면서, 기판홀더(446)를 거쳐 기판(W)을 회전시키고, 동시에 중공의 모터(470)의 작동에 의해 전극섹션을 회전시킴으로써 수행된다.
전극섹션(448) 또는 기판홀더(446)는 회전 대신에 스크롤운동 또는 왕복운동과 같은 궤도운동을 할 수 있다.
도23 및 24는 더욱 또다른 전해처리유닛(440c)를 보여준다. 이 실시예에서, 도21 및 22에서 도시하는 앞서의 예에서의 기판홀더(446)와 전극섹션사이의 위치 관계는 역으로 되어 있고, 기판(W)은 전해처리가 기판의 표면(상면)으로 행해질 수 있도록 그것의 전면이 위로 향한채로(이른바 "페이스-업" 방식) 유지된다. 이를테면, 기판홀더(446)는 전극섹션(448)의 밑에 배치되어, 기판(W)의 전면이 위로 향한채로 기판을 유지하고, 회전을 위하여 모터(468)의 작동에 의해 그 자체의 축선을 중심으로 회전한다. 한편, 이온교환체(456)로 덮혀진 처리전극(450) 및 보급전극(452)을 가진 전극섹션(448)은 기판홀더(446) 위에 배치되고, 거기의 자유단에 피봇아암(444)에 의하여 그것의 전면이 아래쪽으로 향한채 유지되고, 중공의 모터(470)의 작동에 의해 그것 자체의 축선을 중심으로 회전한다. 또한, 전원(480)으로부터 연장된 와이어는 피봇축(466)에 형성된 중공부를 통과하여 슬립링(478)에 도달하고, 더욱 중공의 모터(470)의 중공부를 통과하여 처리전극(450)과 보급전극(452) 사이에 전압을 인가하기 위하여 그들에 도달한다.
전극섹션(448)의 중심부에 형성된 관통-구멍(448a)을 거쳐 순수 보급관(472)로부터 기판(W)의 전면(상면)으로 순수 또는 초순수가 기판(W)의 위로부터 보급된다.
전극섹션(448)에 장착된 이온교환체(456)를 재생하기 위한 재생섹션(492)은 기판홀더(446) 옆에 배치된다. 재생섹션(492)은 예를 들어, 희석된 산용액로 채워진 재생탱크(494)를 포함한다. 작업 시에는, 전극섹션(448)은 재생탱크(494) 바로 위의 위치로 피봇아암(444)에 의하여 이동하고, 그 뒤에 적어도 전극섹션(448)의 이온교환체(456)가 재생탱크(494)의 산용액에 잠기도록 하강한다. 그 후, 처리가공을 위한 전위에 대하여 역전위가 처리전극(450)을 전원(480)의 애노드로 접속되고, 그리고 보급전극(452)을 전원(480)의 캐소드로 접속됨으로써 전극 플레이트(476)로 주어지고, 그것에 의해 이온교환체(456)에 부착하는 구리와 같은 이물질의 용해를 촉진하고 이온교환체(456)를 재생한다. 재생된 이온교환체(456)는 예를 들어, 초순수에 의하여 헹궈진다.
또한 이 실시예에 따르면, 기판홀더(446)에 의해 유지되는 기판(W)의 직경보다 충분히 큰 직경을 갖도록 전극섹션(448)이 설계된다. 기판(W)의 상면으로 순수 또는 초순수를 보급하고 처리전극(450)과 보급전극(452) 사이에 주어진 전압을 인가하면서, 이온교환체(456)가 기판홀더(446)에 의해 유지된 기판(W)과 접촉하거나 또는 근접하게 되도록 전극섹션(448)을 하강시키고, 기판홀더(446)를 회전시키며, 동시에 기판(W)의 상면을 따라 전극섹션(448)을 이동시키기 위하여 피봇아암(444)을 피봇함으로써 기판(W) 표면의 전해처리가 행해진다.
도25 및 26은 더욱 또다른 전해처리유닛(440d)를 보여준다. 이 전해처리유닛(440d)는 기판(W)의 표면이 전해처리섹션(448)으로 완전히 덮혀지지 않을 수도 있도록 기판홀더(446)에 의해 유지된 기판(W)의 것보다 충분히 작은 직경을 갖는 전극섹션(448)을 채택한다. 이 예에서, 이온교환체(456)는 한 쌍의 강산성 음이온-교환 섬유들(456a, 456b) 및 강산성 음이온-교환 섬유들(456a, 456b) 사이에 개재된 강산성 음이온-교환 멤브레인(456c)으로 구성된 3층 구조물(적층물)로 되어 있다. 이온교환체(적층물)(456)은 양호한 물삼투성 및 높은 경도를 가지고, 부가하여, 기판(W)에 대향된 노출된 표면(하면)은 양호한 평활성을 가진다. 여타의 구조는 도23 및 24에 도시하는 바와 동일하다.
이온교환체(456)를 부직포, 직포 및 다공성 멤브레인과 같은 이온교환물질의 적층된 층으로 구성된 다층구조로 만듦으로써, 이온교환체(456)의 전체 이온교환 능력을 증가시킬 수 있어, 예를 들어, 구리의 제거(폴리싱) 처리에서 산화물의 형성을 억제할 수가 있어 산화물이 처리속도에 악영향을 주는 것을 피할 수 있다. 이 관점에서, 이온교환체(456)의 총 이온교환능력이 제거처리가공 동안에 이온교환체(456)에 취해지는 구리이온의 양보다 적은 경우에는, 처리속도에 악영향을 주는 산화물이 이온교환체(456) 표면 또는 내부에 불가피하게 형성된다. 이렇게 산화물의 형성은 이온교환체의 이온교환능력에 의해 지배되고, 능력을 초과하는 구리이온은 산화물이 되어야 한다. 산화물의 형성은, 이렇게 총 이온교환능력을 향상시킨 이온-교환 물질의 적층된 층으로 구성된 다층이온교환체를 이온교환체(456)로서 사용함으로써 효과적으로 억제될 수 있다.
상술된 바와 같이, 도15a 내지 도15f에 따르면, 보호막이 배선의 표면을 보호하도록 채우기 위하여 후퇴부에 선택적으로 형성되는 경우, 보호막의 표면은 비배선 영역, 예를 들어, 절연막의 표면과 같은 높이로 만들어질 수 있다. 이는 평탄한 표면으로부터 보호막의 돌출을 방지할 수 있고, 그것에 의해 나중에 기판표면에 퇴적되는 절연막의 충분한 표면평탄도를 확보한다. 이렇게, 반도체 디바이스 생산비용을 낮추면서 절연막 등의 표면을 폴리싱의 과정이 제거될 수 있다.
도27은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 기판처리장치의 구조를 개략적으로 도시하는 평면도이다. 도27에 도시하는 바와 같이, 기판처리장치는 사각형 하우징(501)에 수납된다. 기판의 도금 및 전해처리가공은 하우징(501) 내에서 연속적으로 수행된다. 기판처리장치는 복수의 기판을 수납하는 카세트를 반입 및 반출하기 위한 한 쌍의 로딩/언로딩유닛(502), 화학용액으로 기판을 세정을 위한 한 쌍의 베벨-에칭/세정유닛(503), 그 위에 기판을 놓고 유지하고 반전시키기 위한 한 쌍의 기판스테이지(504) 및, 기판의 도금 및 전해처리를 수행하기 위한 4개의 기판처리유닛(505)를 포함한다. 또한, 로딩/언로딩유닛(502), 베벨-에칭/세정유닛(503)과 기판스테이지(504) 사이에서 기판을 이송하기 위한 제1이송로봇(506) 및 기판스테이지(504)와 기판처리유닛(504) 사이에서 기판을 이송하기 위한 제2이송로봇(507)이 하우징(501)에 배치된다.
기판의 전면(디바이스 표면, 처리될 기판)이 위로 향한채로 기판이 로딩/언로딩유닛(502)에 놓여진 카세트에 수납된다. 제1 이송로봇(506)을 카세트로부터 기판을 취하여 기판을 기판스테이지(504)로 이송하고 기판스테이지 위에 놓는다. 전면이 아래쪽으로 향햐도록 기판은 기판스테이지(504)의 반전기에 의해 반전되고, 그 다음 제2이송로봇(507)에 의해 취해진다. 제2이송로봇(507)의 손위에서 기판(W)이 놓여지고 그것의 주변부에서 잡혀져서 기판의 표면이 손에 닿지 않는다. 제2이송로봇(507)은 아래에서 설명하는 기판처리유닛(505)의 헤드섹션으로 기판을 이송하고, 기판은 기판처리유닛(505)에서 도금 및 전해처리가공을 하게 된다.
이 실시예의 기판처리장치에 설치된 기판처리유닛(505)이 자세히 설명된다. 도28은 기판처리유닛(505)의 평면도이고, 도29는 도28의 수직단면 정면도이며, 도30은 도28의 수직단면 측면도이다. 도28 및 도29에 도시한 바와 같이, 기판처리유닛(505)은 분할벽(510)에 의하여 두 개의 기판처리섹션 즉, 기판의 도금을 수행하기 위한 도금섹션(520) 및 기판의 전해처리를 수행하기 전해처리섹션(530)으로 나뉘어진다. 도금섹션(520) 및 전해처리섹션(530)은 처리장소(508)를 형성하면서 커버(511) 안에 싸여져 있다. 도28 및 29에 도시된 바와 같이, 기판의 반입 및 반출을 위한 개구부(512)는 커버(511)의 측면에 전해처리섹션(530)의 측벽에 형성되고, 개구부(512)에는 개/폐식 셔터(513)가 제공된다. 셔터(513)는 셔터 개/폐 에어실린더(514)로 연결된다. 셔터 개/폐 에어실린더(514)의 작동에 의해서, 셔터(513)는 상하로 움직여 개구부(512)를 개방하고 폐쇄하도록 한다. 이렇게 도금섹션(520) 및 기판처리섹션(530)을 수납하는 기판처리유닛(505)의 처리장소(508)를 커버(511) 및 셔터(513)로 기밀식으로 폐쇄함으로써, 도금에서 발생되는 연무 등이 기판처리유닛(505)의 처리장소(508)로부터 흩어짐을 방지한다.
또한, 도29에 도시된 바와 같이, 불활성 가스(퍼징 가스) 보급 포트(515)가 커버의 상부에 제공되고, N2가스와 같은 불활성 가스가 불활성 가스 보급포트(515)로부터 처리장소(508)로 보급된다. 원통형 배기덕트(516)가 커버(511)의 바닥에 보급되고, 처리 장소(508)의 가스는 배기덕트를 통하여 배출된다.
도28에 도시하는 바와 같이, 도금섹션(520)에서 도금된 기판을 세정하기 위하여 세정노즐로서 아암형상으로 된 세정노즐(517)이 처리장소(508)에 있는 도금섹션(520)과 전해섹션(530) 사이에 배치된다. 세정노즐(517)은 도시되지 않은 세정액 보급원으로 연결되고, 세정액(예를 들어, 순수)이 기판(W)의 하면쪽으로 세정노즐(517)로부터 분사된다. 세정노즐(517)은 회전할 수 있고, 필요에 따라 도금 또는 전해처리 후에 기판의 세정을 수행할 수가 있다.
도28 내지 도30에 도시하는 바와 같이, 도금섹션(520)과 전해처리섹션(530) 사이에서 피봇될 수 있는 피봇아암(540)은 기판처리유닛(505)에 설치된다. 기판을 유지하기 위한 헤드섹션(541)은 피봇아암(540)의 자유단측에 수직으로 설치된다. 도28에 도시하는 바와 같이, 피봇아암(540)을 피봇함으로, 도금섹션(541)에서 기판의 도금이 수행되는 도금위치(P)와 전해처리섹션(530)에서 기판의 전해처리가 수행되는 전해처리위치(Q) 사이에서 헤드섹션(541)이 이동할 수 있다. 도금위치(P)와 전해처리위치(Q)사이의 헤드섹션(541)의 이동은 오로지 피봇아암(540)의 피봇에 의해서만 달성될 수 있는 것은 아니다. 이를테면, 헤드섹션(541)의 이동은 예를 들어, 헤드섹션(541)의 병진에 의해서도 달성될 수 있다.
도31은 피봇아암(540) 및 헤드섹션(541)의 주요부를 도시하는 수직 단면도이다. 도 31에 도시된 바와 같이, 피봇아암(540)은 회전가능한 중공의 지지포스트(542)의 상단에 고정되고, 지지포스트(542)의 회전에 의해 수평으로 피봇된다. 베아링(543)에 의해 지지되는 회전축(544)은 지지포스트(542)의 중공부를 통과하고지지포스트(542)에 대하여 회전가능하다. 또한 구동풀리(545)는 회전축(544)의 상단에 장착된다.
헤드섹션(541)은 피봇아암(540)과 결합되고, 도31에 도시된 바와 같이, 피봇아암(540)에 고정된 외측케이싱(546), 외측케이싱(546)을 수직으로 관통하는 회전축(547), 그것의 하면에 기판(W)을 유지하기 위한 기판홀더(548) 및 외측케이싱(546)에 대하여 수직으로 이동할 수 있는 이동가능 부재로 주로 이루어진다. 기판홀더(548)는 회전축(547)의 하단에 결합된다.
회전축(547)은 베어링(550)에 의하여 지지되고, 외측 케이싱(546)에 대하여 회전할 수 있다. 종동풀리(551)는 회전축(547)의 상부에 장착되고, 타이밍벨트(552)는 상술된 구동풀리(545)와 종동풀리(551) 사이에 펼쳐져 있다. 따라서, 회전축(545)은 지지포스트(542) 안의 회전축(544)의 회전으로 회전하고, 기판홀더(548)이 회전축(547)과 함께 회전한다.
이동가능 부재(547)와 외측 케이싱(546)사이의 기밀식으로 밀봉된 공간(554)이 형성되고, 공기보급통로(555)는 기밀식으로 밀봉된 공간(554)과 연통한다. 기밀식으로 밀봉된 공간(554) 안으로 또한 공간으로부터 공기보급통로(555)를 통하여 공기를 보급 및 배출함으로써, 이동가능 부재(549)가 외측케이싱(546)에 대해 수직으로 이동할 수 있다. 또한, 아래쪽으로 연장되는 가압로드(556)는 이동가능 부재(549)의 주변에 제공된다.
도31에 도시된 바와 같이, 기판홀더(548)는 회전축(547)의 하단에 결합된 플랜지부(560), 기판(W)을 진공흡인에 의하여 흡인플레이트(561)의 하면으로 흡인하기 위한 흡인플레이트(561) 및 흡인플레이트(561)의 원주를 둘러싸는 가이드링(562)를 포함한다. 흡인플레이트(561)는 예를 들어, 세라믹 또는 보강된 수지로 형성되고, 복수의 흡입구멍(561a)이 흡인플레이트(561)에 형성된다.
도32는 도31의 일부분의 확대도이다. 도32에 도시된 바와 같이, 흡인플레이트(561)의 흡입구멍(561a)과 연통하는 공간(563)은 플랜지부(560)와 흡인플레이트(561)의 사이에 형성된다. O-링(564)이 플랜지부(560)와 흡인플레이트 사이에 배치된다. 공간(563)은 O-링으로 기밀식으로 밀봉된다. 또한, 연질의 시일 링(565)이 흡인플레이트(561)의 원주표면, 즉, 흡인플레이트(561)와 가이드 링(562) 사이에 배치된다. 기판(W)이 흡인되고 흡인플레이트(561)에 유지될 때 시일 링(565)은 기판 뒷면의 주변부와 접촉한다.
도33은 기판홀더(548)의 평면도이다.도32 및 33에 도시된 바와 같이, 6개의 척기구(570)가 원주방향으로 규칙적인 간격을 두고 기판홀더(548)에 제공된다. 도32에 도시한 바와 같이, 각각의 척기구(570)는 플랜지부(560)의 상면에 장착된 축받이대, 수직으로 이동가능한 로드(572) 및 지지축(573)을 중심으로 회전할 수 있는 보급접촉부재(574)를 포함한다. 로드(572)의 상단에 너트(575)가 장착되고, 나선형 압축스프링(576)이 너트(575)와 축받이대(571) 사이에 개재된다.
도32에 도시된 바와 같이, 보급접촉부재(574)와 로드(572)는 수평으로 이동가능한 핀(577)에 의하여 결합된다. 보급접촉부재(574)는 로드(572)가 위로 이동하면, 보급접촉부재(574)가 지지축(573)을 중심으로 회전하고 안쪽으로 폐쇄되는 한편, 로드(572)가 아래쪽으로 이동하면, 보급접촉부재(574)가 지지축(573)을 중심으로 회전하고 밖으로 개방된다. 가압로드(556)가 너트(575)와 접촉하고 로드(572)를 아래쪽으로 가압하면, 나선형 압축스프링(576)의 가압력에 대항하여 로드(572)가 아래쪽으로 이동하여, 보급접촉부재(574)을 지지축(573)을 중심으로 회전하고 바깥쪽으로 개방된다. 반면, 이동가능 부재(549)가 위쪽으로 이동하는 경우에, 나선형 압축스프링(576)의 탄성력에 의하여 로드(572)가 위쪽으로 이동하여, 보급접촉부재(574)을 지지축(573)을 중심으로 회전하고 안쪽으로 폐쇄된다. 척기구(570)를 6개소에 제공함으로써, 보급접촉부재에 의하여 기판(W)이 그것의 주변부에 위치되고 유지되고, 기판홀더(548)의 하면에 안정적으로 유지된다.
도34는 기판홀더(548)의 저면도이다. 도34에 도시된 바와 같이, 반경방향으로 연장되는 홈(562a)이 보급접촉부재(574)가 장착되는 장소에 가이드 링(562)의 하면에 형성된다. 보급접촉부재(574)의 개방 및 폐쇄 시에, 보급접촉부재(574)는 가이드 링(562)의 홈(562a) 안에서 이동한다.
도32에 도시한 바와 같이, 전도성 보급부재(578)는 각 보급접촉부재(574)의 내면에 장착된다. 보급부재(578)는 전도성 보급플레이트(579)와 접촉한다. 보급부재(579)는 볼트(580)을 거쳐 전력케이블(581)로 접속되고, 전력케이블(581)은 전원(702)과 접속된다(도35 참조). 보급접촉부재(574)가 안쪽으로 폐쇄되어 기판(W)의 주변부를 잡아줄 때, 보급접촉부재(574)의 보급부재(578)는 기판(W)의 주변부와 접촉하고 기판(W)의 구리막(7)(도1b 및 15b 참조)으로 전기를 보급한다. 보급부재(578)는 기판(W) 상에 처리될 금속보다 귀한 금속으로 형성되는 것이 바람직하다.
도31에 도시한 바와 같이, 로터리 조인트(582)가 각 회전하는 축(547)의 상단에 제공되고, 기판홀더(548)에 제공된 커넥터(583) 및 튜브(584)는 로터리 조인트(582)를 거쳐 전원(702) 및 진공펌프로부터 연장되는 튜브(585)에 연결된다. 상술된 전력케이블(581)은 튜브(584, 585)에 수납되어 보급접촉부재(574)의 보급부재(578)가 장치의 전원(702)에 전기적으로 접속되도록 한다. 또한, 기판흡인을 위한 각 공간(563)과 연통하고 있는 파이프도 튜브(584,585) 안에 수납되어 진공펌프의 작동에 의해 기판(W)이 흡인플레이트(561)로 흡인될 수 있다.
헤드섹션(541)의 수직 및 수평 운동, 피봇 운동 및 회전을 달성하는 구동장치가 이제 도29 및 30을 참조로 설명된다. 구동장치(600)는 기판처리유닛(505)의 커버(511)에 의해 형성된 처리공간(508)의 외부에 배치된다. 따라서,구동장치로부터 입자 등이 도금섹션(520) 등에 들어가는 것을 방지한다. 또한, 도금에서 발생된 연무 등의 구동장치(600)에 미치는 영향이 줄어들어, 구동장치(600)의 내구성이 향상될 수 있다.
구동장치(600)는 기본적으로 기판처리유닛(505)의 프레임에 제공된 레일(601), 레일(601)에 제공된 슬라이딩베이스(602) 및 슬라이딩베이스(602)에 장착되고 슬라이딩베이스(602)에 대하여 수직으로 움직일 수 있는 승강베이스(603)로 이루어진다. 상술된 지지포스트(542)는 승강베이스(603)에 회전식으로 지지된다. 따라서, 승강베이스(603)가 레일 위에서 활주하면, 헤드섹션(541)은 수평으로 움직인다(도28에서 도시한 A방향으로). 승강베이스(603)에는 회전모터(604) 및 피봇모터(605)가 제공되고, 슬라이딩베이스(602)에는 승강모터(도시 안됨)가 제공된다.
종동풀리(606)는 승강베이스(603)에 지지된 지지포스트(542)의 하단에 장착되고, 지지포스트(542)와 함께 회전한다. 타이밍벨트(607)는 종동풀리(606)와 피봇모터(605)의 축에 장착된 구동풀리(608) 사이에 펼쳐져 있다. 이렇게 지지포스트(542)는 피봇모터(605)의 작동에 의해 회전되어, 지지포스트(542)에 고정된 아암(540)은 피봇된다.
승강베이스(603)에는 슬라이딩베이스(602)에 제공된 슬라이더서포트(609)에 의해 수직으로 안내되는 슬라이더(610)가 제공된다. 승강베이스(603)의 슬라이더(610)가 슬라이딩베이스(602)의 슬라이더서포트(609)에 의해 이렇게 안내되면서, 승강베이스(603)는 도시되지 않은 승강기구에 의하여 수직으로 움직인다.
회전축과 함께 회전하는 종동풀리(611)는 지지포스트(542)에 삽입된 회전축(544)의 하단에 장착되고, 타이밍벨트(612)는 종동풀리(611)와 회전모터(604)의 축에 장착된 구동풀리(613) 사이에 펼쳐져 있다. 회전축(544)은 회전모터(604)의 작동에 의하여 이렇게 회전되고, 회전축(544)에 장착된 구동풀리(545)와 헤드섹션(541)의 회전축(547)에 장착된 종동풀리(551) 사이에 펼쳐진 타이밍벨트(552)를 거쳐 회전축(547)이 회전한다.
이제 기판처리유닛(505)에 있는 도금섹션(520)이 설명된다. 도35는 도금섹션(520)의 주요부를 도시하는 수직 단면도이다. 도35에 도시된 바와 같이, 도금용액을 유지하는 대체로 원통형인 도금조(620)가 도금섹션(520)에 제공된다. 도금조(620)에는 웨어부재(621)가 제공되어, 웨어부재(621)에 의하여 윗쪽으로 개방된 도금챔버(622)가 형성된다. 전원선택스위치(700)를 거쳐 장치의 전원(702)으로 접속되는 애노드(623)는 도금챔버(622)의 저면에 배치된다. 애노드(623)는 예를 들어,인의 중량으로 0.03 내지 0.05%을 함유하고 있는 인-함유 구리로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 인-함유 구리는 도금 중에 애노드(623)의 표면에 소위 흑색의 막(black film)을 형성하는데 사용된다. 흑색의 막은 슬라임의 형성을 억제할 수 있다.
웨어 부재(621)의 안쪽 원주의 벽에는, 도금챔버(622)의 중심을 향하여 도금용액을 분사하기 위하여 복수의 도금용액분사 오리피스(도금용액 보급섹션)(624)가 원주 방향을 따라서 규칙적인 간격으로 제공된다. 도금용액분사 오리피스(624)는 웨어부재(621)에 수직으로 연장되는 도금용액 보급통로(625)와 연통한다. 도금용액 보급통로(625)는 도금용액 보급펌프(626)으로 연결되어(도30 참조), 펌프(626)의 작동에 의하여 미리 정해진 양의 도금용액을 도금용액분사 오리피스(624)로부터 도금챔버(622)로 보급한다. 웨어부재(621)의 바깥쪽에는 웨어부재(621)를 넘쳐흐른 도금용액을 배출하기 위한 도금용액 배출채널(627)이 형성된다. 웨어부재(621)을 넘쳐흐른 도금용액은 도금용액 배출통로(627)를 통하여 저장소(도시 안됨)로 흐른다.
이 실시예에 따르면, 이온교환체(이온교환 멤브레인)(628)가 배치되어 애노드(623)표면을 덮어주도록 한다. 이온교환체 멤브레인(628)은 도금용액분사 오리피스(624)로부터의 분사흐름이 애노드(623)의 표면을 직접 타격하는 것을 방지하고, 그것에 의하여 애노드(623)의 표면에 형성된 흑색의 막이 도금용액에 의해 컬링되어 흘러 나가는 것을 방지한다. 도금섹션의 구조가 이 실시예로 한정되는 것은 아닌 것을 유의해야 한다.
이제 기판처리유닛(505)에 있는 전해처리섹션(530)이 설명된다. 도36은 전해처리섹션(530)의 주요부를 도시하는 수직 단면도이다. 도36에 도시한 바와 같이, 전해처리섹션(530)은 직사각형 전극섹션(630) 및 전극섹션(630)에 연결된 중공의 스크롤모터(631)를 포함한다. 중공의 스크롤모터(631)의 작동에 의하여, 전극섹션(630)은 회전하지 않고 원 운동, 소위 스크롤운동을 한다(병진 회전운동).
전극섹션(630)은 B방향으로 연장되는 복수의 전극 부재(632)(도28 참조) 및 위쪽으로 개방된 용기(633)을 포함한다. 복수의 전극부재(632)들은 용기(633)에서 균일한 피치로 평행하게 배치된다. 각 전극부재(632)는 전원선택스위치(700)을 거쳐 장치의 전원(702)으로 접속된 전극(634) 및 전극의 표면을 총체적으로 덮어주는 이온교환체(이온교환 멤브레인)(635)로 이루어진다. 이온교환체(635)는 전극(634)의 양쪽에 배치된 홀딩플레이트(636)에 의하여 전극(634)에 장착된다.
이 실시예에 따르면, 전극 부재(632)의 전극(634)은 전원(702)의 캐소드 및 애노드로 번갈아 접속된다. 예를 들어, 도36에 도시된 바와 같이, 처리전극(634a)은 전원(702)의 캐소드로 접속되고 보급전극(634b)은 전원선택스위치(700)를 거쳐 애노드로 접속된다. 구리를 처리가공하는 경우에, 예를 들어, 전해처리작용은 캐소드측에서 일어나고, 그러므로 캐소드에 접속된 전극(634)은 처리전극(634a)이 되고, 애노드에 접속된 전극(634)은 보급전극(634b)이 된다. 따라서, 이 실시예에 따르면, 처리전극(634a) 및 보급전극(634b)은 평행으로 또한 번갈아 배치된다. 처리될 물질에 따라, 상술된 바와 같이, 전원의 캐소드에 접속된 전극은 보급전극으로 제공될 수 있고, 애노드에 접속된 전극은 처리전극으로 제공될 수 있다.
이와 같이, 전극 부재(632)의 긴 방향에 대하여 수직인 방향으로 처리전극(634a) 및 보급전극(634b)을 번갈아 제공함으로써, 기판(W)의 전도성 막(처리될 물질)으로 전기를 보급하기 위한 피딩섹션의 제공이 더 이상 필요하지 않게 되고, 기판(W)의 전체표면의 처리가공이 가능하게 된다. 또한 처리가공 중에, 기판홀더(548)에 유지된 기판을 긴 방향에 대하여 수직인 방향으로 인접한 처리전극(634a)사이의 피치의 정수배에 해당하는 거리로 스캔할 수 있음으로써, 균일한 처리가공이 달성될 수 있다. 더욱이, 전극(634) 사이에 펄스형태로 인가된 양 및 음의 전압을 바꿔줌으로써, 전해질생성물을 용해하는 것이 가능하며, 처리가공의 다수 반복을 통하여 처리된 표면의 평탄도를 개선할 수 있다.
도36에 도시된 바와 같이, 각각의 전극부재(632)의 양측에는 순수 또는 초순수를 기판(W)과 전극부재(632)의 이온교환체(635)사이로 공급하기 위하여 순수공급노즐(637)이 제공된다. 순수공급노즐(637)은 순수공급펌프(638)로 연결되어(도29 참조) 펌프(638)의 작동에 의하여 미리 정해진 양의 순수 또는 초순수가 순수공급노즐(637)로부터 기판(W)과 이온교환체(635)사이로 보급되도록 한다.
이 실시예에 따르면, 용기(633)는 순수공급노즐(637)로부터 공급된 액으로 채워지고, 기판(W)이 액에 담겨져 있는 동안 전해처리가 수행된다. 용기(633)의 바깥쪽에는 용기(633)의 원주의 벽(633a)을 넘쳐흐른 액을 배출하기 위하여 액배출 채널이 제공된다. 원주의 벽(633a)을 넘쳐흐른 액은 액 배출채널(639)을 통하여 폐액탱크(도시 안됨)으로 흘러들어 간다.
이 실시예에 따르면, 전원(702)은 선택 스위치(700)에 의해 절환되어, 도금섹션(520)에서 도금을 수행할 때, 보급접촉부재(574)의 보급부재(578)는 전원(702)의 캐소드에 접속되며 애노드(623)는 전원(702)의 애노드에 접속되고, 전해처리섹션(530)에서 전해처리가공을 수행하면, 전극부재(632)의 전극(634)은 전원(702)의 캐소드 및 애노드에 번갈아 접속된다.
보급접촉부재(574)의 보급부재(578)에 의해 기판에 독점적으로 전기를 보급하는 것을 달성할 수 있으며 도36에 도시하는 전극(634) 모두를 처리전극으로 활용하는 것이 가능하다. 이 경우에 전기는 척기구(570)에 의해 직접적으로 그리고 단독으로 기판으로 보급되기 때문에, 보급전극(보급부재(574))과 접촉하는 기판의 부분이 작고, 즉, 가스기포-생성 면적이 감소된다. 그 위에, 처리전극의 수가 배가되며, 즉, 전해처리가공 중에 기판 위를 통과하는 처리전극의 수가 증가하므로, 전체 기판 표면에 걸쳐 처리가공 균일성 및 처리가공 속도가 향상된다.
또한, 비록 이 실시예에서는 전원선택스위치(700)에 의하여 도금섹션(520)과 전해처리섹션(530) 사이에서 전원(702)이 절환되게 되어 있으나, 도금섹션(520) 및 전해처리섹션에 개별적인 전원을 제공하는 것도 가능하다.
이제 도27에 도시된 기판처리 장치를 사용하여 반도체 기판과 같은 기판을 처리가공을 위한 일련의 처리 단계들의 설명이 주어질 것이다. 우선, 기판이 미리 카세트에 그들의 전면(디바이스 표면, 처리될 표면)이 위쪽으로 향한채 놓여지고, 카세트는 로딩/언로딩유닛(502) 위에 놓여진다. 제1이송로봇(506)은 로딩/언로딩유닛(502) 위에 놓인 카세트로부터 하나의 기판을 꺼내고, 기판스테이지(504)로 기판을 이송하여 기판을 기판스테이지(504) 위에 놓는다. 기판스테이지(504) 위의 기판은 기판스테이지(504)의 반전기에 의해 반전된 다음, 제2이송로봇(507)에 의해 취해진다. 기판처리유닛(505)의 셔터 개/폐 에어실린더(514)가 구동되어 셔터를 개방하고, 기판은 커버(511)에 형성된 개방부(512)로부터 기판처리유닛(505)로 제2이송로봇(507)에 의해서 삽입된다.
기판처리유닛(505)으로의 기판의 이송에 앞서, 구동장치(600)의 피봇모터(605)가 구동되어 미리 정해진 각도로 지지포스트(542)를 회전시켜 헤드섹션(541)을 전해처리위치(Q)(도28 참조)로 이동하도록 한다. 또한, 가동부재(549)는 하강하여 가압로드(556)가 척기구(570)의 너트(575)와 접촉하도록 하고, 그것에 의해 나선형 압축스프링(576)의 가압력에 대항하여 로드(572)를 가압하여 보급접촉부재(574)를 바깥쪽으로 개방하도록 한다.
기판처리유닛(505)로 삽입된 제2이송로봇(507)의 팔은 상승되어 기판(W)의 상면(후면)이 기판홀더(548)의 흡인플레이트(561)의 하면과 접촉하게 한다. 그 후에, 가동부재(549)는 상승되어 척기구(570)의 보급접촉부재(574)를 안쪽으로 폐쇄한다. 기판(W)은 보급접촉부재(574)에 의해서 이렇게 위치되고 유지된다. 보급접촉부재(574)의 보급부재(578)는 기판(W)의 주변부와 접촉하고, 즉, 이제 전원(702)로부터 기판으로 보급이 가능하다. 진공펌프가 구동되어 공간(563)으로부터 공기를 배기하고, 이에 의해 흡인플레이트(561)의 하면으로 기판(W)을 흡인한다. 그 후에, 제2이송로봇(507)의 팔이 기판처리유닛(505)으로부터 철수되고, 셔터(513)는 폐쇄된다.
다음, 구동장치(600)의 피봇모터(605)는 미리 정해진 각도로 지지포스트(542)를 회전시켜 기판(W)을 유지하고 있는 헤드섹션(541)을 도금섹션(520) 위의 도금위치(P)로 이동하도록 한다. 그 후, 구동장치(600)의 승강모터가 구동되어 미리 정해진 거리를 거쳐 지지포스트(542)를 하강시키고, 그에 의해 기판홀더(548)의 하면에 유지된 기판(W)을 도금조 안의 도금용액에 담겨진다. 그 후에, 구동장치(600)의 회전모터(604)가 구동되어 지지포스트(542)의 회전축(544)을 거쳐 헤드섹션(541)의 회전축(547)을 회전시키고, 그에 의해 중간 회전속도(분당 수십 회전)로 기판(W)을 회전시킨다. 다음에, 전류가 애노드(623)와 기판(W)을 통과하여 기판(W)의 표면에 구리 막(도금된 막)을 형성한다(도15b 참조). 도금 시에, 전위가 주기적으로 0 또는 역전위로 변하는 펄스전압을 애노드(623)와 기판(W) 사이에 인가하는 것이 가능하다.
도금의 완료 후에, 기판(W)의 회전이 중지되고, 구동장치(600)의 승강모터가 구동되어 지지포스트(542) 및 헤드섹션(541)을 미리 정해진 거리를 상승시킨다. 다음에, 구동장치(600)의 회전모터(604)가 구동되어 미리 정해진 각도로 지지포스트(542)를 회전시키고, 그에 의해, 기판(W)을 유지하고 있는 헤드섹션(541)을 세정노즐(517)(샤워) 위의 위치로 이동시킨다. 그 후에, 구동장치(600)의 승강모터가 구동되어 미리 정해진 거리로 지지포스트(542)를 하강시킨다. 다음에, 구동장치(600)의 회전모터(604)가 회전되어 예를 들어, 100 min-1의 속도로 기판홀더(548)를 회전시키는 한편, 도금 후의 기판(W)을 세정하기 위해 기판(W)의 하면 및 보급접촉부재(574) 등을 향하여 세정노즐(517)로부터 세정액(순수)가 분사되어 도금용액을 순수로 대체한다.
세정의 완료 후에, 구동장치(600)의 피봇모터(605)가 구동되어 미리 정해진 각도로 지지포스트(542)를 회전시켜, 전해처리섹션(530) 위의 전해처리가공위치(Q)로 헤드섹션(541)을 이동시킨다. 그 후에, 구동장치(600)의 승강모터가 구동되어 미리 정해진 거리로 지지포스트(542)를 하강시켜, 기판홀더(548)의 하면에 유지된 기판(W)을 전극섹션(630)의 이온교환체(635)의 표면과 근접하게 하거나 또는 접촉하도록 한다. 그 후에, 중공의 모터(631)가 구동되어 전극섹션(630)이 스크롤운동을 하도록 하고, 슬라이딩모터가 구동되어 기판(W)이 인접한 전극들(634a)사이의 피치의 정수배에 해당하는 거리로 스캔하도록 하는 한편, 순수 또는 초순수가 순수 보급노즐(637)로부터 기판(W)과 전극부재(632)사이로 보급되어 기판(W)을 용기(633) 안의 액에 잠기도록 한다.
상술된 기판(W)의 스캔작업은 전해처리가공 동안 반복적으로 수행된다. 또한, 매 스캔작업 후에, 기판(W)은 미리 정해진 각도, 예를 들어, 20°또는 30°로 회전한다. 이것은 전극의 형상 및 배치로 인한 처리된 표면의 불균일성과 작업조건 등에 따른 불균일성을 감소시킬 수 있다.
전원선택스위치(700)는 전극부재(632)의 전극(634)을 전원(702)의 캐소드 및 애노드으로 접속하기 위하여 절환되어, 전압이 전원(702)의 캐소드가 처리전극(634)으로서 접속된 전극(634)으로 인가되고 또한 애노드가 보급전극(634b)으로서 접속된 전극(634)으로 인가되도록 한다. 도36에 도시하는 모든 전극(634)이 처리전극으로 만들어지는 경우에, 보급접촉부재(574)의 보급부재(578)는 전원(702)의 애노드로 접속되고, 전극(634)은 캐소드로 접속된다.
기판(W)의 표면에 있는 전도성 막(구리막)의 전해처리가공은 이온교환체(635)에 의하여 생성된 수소이온 및 수산화이온의 작용을 통하여 처리가공(캐소드)(634a)에서 달성된다. 전해처리가공 동안에, 전위가 주기적으로 0 또는 역전위로 변하는 펄스전압을 전해가공전극(634a)과 보급전극(634b) 사이에 인가하는 것이 가능하다.
그 자체가 큰 저항성을 가진 초순수와 같은 액을 사용하는 경우에는, 전해처리가공에서, 이온교환체(635)가 기판(W)과 접촉하게 하는 것이 바람직하다. 이는 전기저항을 낮추고, 인가되는 전압을 내리며 전력소비를 줄인다. "접촉"이라는 말은 CMP에서와 같이 작업물에 물리적 에너지(응력)을 주기 위한 "가압"을 의미하는 것은 아니다. 따라서, 이 실시예의 전해처리섹션(530)에는 CMP 장치에서 사용되는 것과 같이, 예를 들어, 기판에 대해 폴리싱부재를 가압하는 가압기구가 제공되는 것은 아니다. CMP의 경우에는, 폴리싱표면은 일반적으로 대략 20-50 kPa의 압력으로 기판과 접촉하게 되어 있다. 한편, 이 실시예의 전해처리유닛에 따르면, 이온교환체(635)는 예를 들어, 20 kPa 이하의 압력으로 기판(W)과 접촉하게 될 수 있다. 10 kPa 이하의 압력으로도 충분한 제거 처리 효과가 달성될 수 있다.
순수 또는 초순수 대신에, 예를 들어, 순수 또는 초순수에 전해질을 첨가하여 얻어진 어떠한 전해질 용액을 사용하는 것도 가능하다. 전해질 용액의 사용은 전기저항을 낮추고 전력소비를 줄여줄 수 있다. NaCl 또는 Na2SO4와 같은 중성염의용액, HCl, H2SO4또는 인산과 같은 산의 용액 또는 암모니아와 같은 알칼리의 용액이 전해질용액으로 사용될 수 있으며, 처리될 물질의 특성에 따라 적절히 선택될 수 있다.
처리가공액으로서 전해질을 사용하는 경우에는, 이온교환체(635)의 대신에, 기판(W)의 표면 위의 전도성 막(구리 막)과 접촉하게 되는 접촉부재를 제공하고 전도성 막을 스크럽해 버리는 것이 바람직하다. 접촉부재는 본질적으로 액-삼투적이거나 또는 많은 미세공을 제공하여 액-삼투적으로 만들고, 또한 기판과 견고하게 접촉할 수 있고 기판을 손상시키지 않게 할 수 있도록 신축성이 있게 하는 것이 바람직하다. 접촉 부재는 전기적으로 전도성이 있거나 또는 이온-교환가능한 것이 더욱 바람직하다. 이러한 접촉 부재들의 특정예는 발포된 폴리우레탄과 같은 다공성 폴리머, 부직포, 다양한 패드 및 스크럽 세정 부재와 같은 섬유질 물질을 포함한다.
이 경우에, 황산구리 또는 황산암모늄과 같은 전해질을 함유하는 전해질 용액을 처리액으로서 사용함으로써 구리 막(7)(도15b 참조)의 표면을 배선물질을로 양극산화하고, 구리 막을 접촉부재로 스크럽하여 버리는 것이 가능하다. 구리 막(7)(도15b 참조)의 표면을 킬레이트화하도록 전해질용액에 킬레이트 시약을 첨가하여, 구리 막(7)을 스크럽해 버리는 것을 촉진하기 위하여 표면을 무르게 하는 것도 가능하다.
또한, 예를 들어, 전해질 용액 또는 순수의 처리 용액에 연삭 입자를 첨가하고 연삭입자를 함유한 처리액 및 슬러리를 동시에 보급함으로써 연삭입자를 가진 전해처리가공과 기계적인 폴리싱의 조합인 복합처리가공을 수행하는 것이 가능하다.
처리가공액으로서, 예를 들어, 희석 황산용액 또는 희석 인산용액과 같은 대략 0.01 내지 대략 0.1 wt.%의 산용액이 사용될 수 있다.
순수 또는 초순수 대신에 계면활성제의 첨가에 의하여 조절된, 500 ㎲/cm 이하, 바람직하게는 50 ㎲/cm 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎲/cm(10 MΩ·cm의 저항성)이하의 전기전도도를 갖는 순수 또는 초순수에 계면활성제를 첨가하여 얻어진 액을 사용하는 것도 가능하다. 계면활성제의 존재로 인하여, 액은 기판(W)과 이온교환체(635) 사이에 경계에서 이온이동을 균일하게 억제하는 층을 형성할 수 있어, 처리된 표면의 평탄도를 증대시키기 위하여 이온교환체의 농도(금속 용해)를 알맞게 한다. 액의 계면활성제 농도는 100 ppm 이하가 바람직하다. 액의 전기전도도가 너무 높은 경우에는, 전류밀도가 내려가고 처리속도가 감소한다. 500 ㎲/cm 이하, 바람직하게는 50 ㎲/cm 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎲/cm의 전기전도도를 가진 액의 사용은 바람직한 처리속도를 얻을 수 있다.
선택성을 증가시켜 기판 위의 도금된 막의 상승부만을 선택적으로 제거할 필요가 있을 때에는, 50 ㎲/cm 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎲/cm의 전기전도도로 조절하는 것이 바람직하다.
전해처리가공의 완료 후에는 전원(702)이 차단되고, 전극섹션(630)의 스크롤운동은 정지된다. 그 후에, 구동장치(600)의 승강모터가 구동되어 지지포스트(542)및 헤드섹션(541)을 미리 정해진 거리로 상승시킨다. 그 후, 기판처리유닛(505)에 제공된 셔터(513)가 개방되고, 제2이송로봇(507)이 커버(511)에 형성된 개구부(512)로부터 기판처리유닛(505)으로 삽입된다. 다음에 이송로봇(507)의 팔이 기판(W)을 받을 수 있는 위치로 상승된다. 그 후에, 이동가능 부재(549)가 하강하여 가압 로드(556)가 척기구(570)의 너트(575)와 접촉하게 되어, 보급접촉부재(574)를 바깥쪽으로 개방하도록 나선형 압축스프링(576)의 가압력에 대항하여 로드(572)를 가압하고, 이에 의해 기판(W)은 자유롭게 되고 제2이송로봇의 팔에 놓인다. 기판(W)이 놓여진 제2이송로봇(507)의 팔은 다음에 기판처리유닛(505)으로부터 철수되고, 셔터(513)는 폐쇄된다.
도금 및 전해처리 후에 기판(W)을 받은 제2이송로봇(507)은 기판(W)을 기판스테이지로 이동시키고 기판(W)을 기판스테이지(504) 위에 놓는다. 기판스테이지(504) 위의 기판은 제1이송로봇(506)에 의해 취해지고, 제1이송로봇(506)은 기판(W)을 베벨-에칭/세정유닛(503)으로 이송한다. 베벨-에칭/세정유닛(503)에서는, 도금 및 전해처리 후의 기판(W)이 화학액으로 세정되고, 동시에, 기판(W)의 베벨부 등에 얇게 형성된 구리막은 에칭된다. 더하여, 기판(W)은 수세되고 건조된다. 베벨-에칭/세정유닛(503)에서 세정 후에, 기판(W)은 로딩/언로딩유닛(502)의 카세트로 제1이송로봇에 의해 복귀된다. 일련의 처리가공은 이렇게 완료된다.
기판의 처리가공은 이 실시예의 기판처리 장치를 사용하여 또한 전해처리섹션(530)에서 2.5 ㎲/cm, 50 ㎲/cm 그리고 500 ㎲/cm의 전기전도도를 가진 액을 사용하여 실제로 수행되었다. 그 결과, 낮은 전기전도도를 가진 액이 상승부의 선택적인 제거 및 처리된 기판의 관점에서 바람직한 것이 확인되었다. 가장 좋은 평탄도는 일반적인 순수의 레벨인 2.5 ㎲/cm의 전기전도도를 가진 액으로 얻어졌다.
본 발명의 더욱 또다른 실시예에 따른 기판처리 장치에서의 기판처리유닛이 도37 및 38을 참고로 하여 상세하게 설명된다. 다음의 설명에서는, 동일한 작동이나 기능을 갖는 상술된 실시예의 기판처리유닛에 사용된 것들과 동일한 부재 또는 요소들은 동일한 참조번호를 부여하고 반복되는 설명은 생략된다.
도37은 기판처리유닛(505)의 평면도이고, 도38은 도37의 수직단면 정면도이다. 도37 및 38에 도시한 바와 같이, 분할벽(510)에 의해 두 개의 기판처리섹션, 즉, 기판의 도금을 수행하기 위한 도금섹션(520) 및 기판의 전해처리를 수행하기 위한 전해처리섹션(530)으로 분할된다. 도금섹션(520) 및 전해처리섹션(530)은 처리가공 공간(508)을 형성하면서 커버(511) 내에 싸여 있다. 축(517a)을 중심으로 회전가능한 세정노즐(517)은 처리가공 공간 내에 배치된다. 도금 및 전해처리 후의 기판은 예를 들어, 세정노즐(517)로부터 분사되는 순수로 세정된다.
기판을 반입 및 반출하기 위한 개구부(512)가 커버(511) 옆의 전해처리섹션(530)의 측벽에 형성되고, 개구부(512)에는 개/폐식 셔터(513)가 제공된다. 셔터(513)는 셔터 개방/폐쇄 에어실린더(514)에 연결된다. 셔터 개방/폐쇄 에어실린더(514)의 작동에 의하여, 개구부(512)를 개방 및 폐쇄하도록 셔터(513)는 상하로 이동한다. 이렇게 기판처리유닛(505)을 기밀식으로 폐쇄함으로써, 도금에서 발생된 연무 등이 기판처리유닛(505)으로부터 흩어지는 것을 방지한다.
도38에 도시한 바와 같이, 불활성 가스(퍼지 가스) 보급 포트(515)가 커버(511)의 상부에 제공되고, N2와 같은 불활성 가스(퍼지 가스)가 불활성 가스 보급포트(515)로부터 기판처리유닛(505)으로 보급된다. 원통형 배기덕트(516)가 커버(511)의 저면에 제공되고, 처리가공 공간(508) 안의 가스가 배기덕트(516)를 통하여 배출된다.
도37에 도시한 바와 같이, 도금섹션(520)에서 도금된 기판을 세정하기 위한 세정섹션 및 전해처리섹션에서 전해처리된 기판을 세정하기 위한 세정섹션으로서의 아암-형상의 세정노즐(517)이 도금섹션(520)과 전해섹션(530) 사이에 배치된다. 세정노즐(517)은 도시되지 않은 세정액 보급원으로 연결되고, 세정액(예를 들어, 순수)이 세정노즐(517)로부터 기판(W)의 하면을 향하여 분사된다. 세정노즐(517)은 축(517a)을 중심으로 회전가능하고, 전해처리가공 중에 도37에 도시한 위치로부터 후퇴한다. 도금섹션(520)과 전해처리섹션(530) 사이에서 피봇가능한 피봇아암(540)은 기판처리유닛(505)에 설치된다. 기판을 유지하기 위한 헤드섹션(541)은 피봇아암(540)의 자유단쪽에 수직으로 장착된다. 도37에 도시한 바와 같이, 피봇아암(540)을 피봇함으로써, 기판의 도금이 수행되는 도금위치(P)와 기판의 전해처리가 전해처리섹션(530)에서 수행되는 전해처리위치(Q)사이를 이동할 수 있다.
전해처리섹션(530)은 헤드섹션(541) 밑에 배치된 디스크-형상의 전극섹션(651) 및 전극섹션(651)에 접속된 전원(704)으로 이루어진다.
피봇모터(652)의 작동에 의해 수평으로 피봇되게 되는 피봇아암(540)은 피봇모터(652)에 결합된 피봇축(653)의 상부에 장착된다. 피봇축(653)은 수직이동을 위하여 볼스크루(654)가 결합된 모터(654)의 작동에 의하여 피봇아암(540)과 함께 수직으로 이동하도록 수직으로 연장되는 볼스크루(654)에 연결된다.
도31은 피봇아암(540)의 주요부 및 헤드섹션(541)을 도시하는 수직 단면도이다. 도31에 도시한 바와 같이, 피봇아암(540)은 회전가능한 중공의 지지포스트(542)의 상단에 고정되고, 지지포스트(542)의 회전에 의해서 수평으로 피봇된다. 베어링(543)에 의해 지지되는 회전축(544)은 지지포스트(542)의 중공부를 통과하고, 지지포스트(542)에 대하여 회전할 수 있다.
헤드섹션(541)은 피봇아암(540)에 결합되고, 도31에 도시한 바와 같이, 주로 피봇아암(540)에 고정된 외측케이싱, 외측케이싱(546)을 수직으로 관통하는 회전축(547), 그것의 하면에 기판(W)을 유지하기 위한 기판홀더(548) 및 외측케이싱에 대하여 수직으로 이동할 수 있는 이동가능한 부재(546)로 이루어져 있다. 기판홀더(548)는 회전축(547)의 하단에 결합된다.
회전 모터의 작동에 의하여 회전하도록 되어 있는 헤드섹션(541)은 헤드섹션(541)에 의해 유지된 기판(W)과 전극섹션(651) 사이에 상대적인 운동을 하기 위하여 회전모터(제1구동요소)에 연결된다. 상술된 바와 같이, 피봇아암(540)은 수직으로 이동하고 수직으로 피봇되도록 되어 있다. 헤드섹션(541)은 수직으로 이동하고 피봇아암(540)과 수직으로 피봇된다.
기판(W)과 전극섹션(651) 사이에서 상대적인 운동을 하기 위한 중공의 모터(656)은 전극섹션(651)의 밑에 배치된다. 구동 단부는 중공의 모터(656)의 주축의 상단부에 형성되고 주축의 중심에 대하여 편심을 가지고 위치되어, 전극섹션(651)이 스크롤운동(병진 회전 운동)을 하도록 한다.
도39는 헤드섹션(541) 및 전해처리섹션(530)을 개략적으로 도시하는 수직 단면도이고, 도40은 기판(W)과 전해처리섹션(530)사이의 관계를 도시하는 평면도이다. 도40에서는, 기판(W)은 파선으로 도시된다. 도39 및 40에 도시한 바와 같이, 전극섹션(651)은 기판(W)의 것보다 보다 큰 직경을 갖는 대체적으로 디스크-형상을 한 처리전극, 처리전극(660)의 주변부에 배치된 복수의 보급전극(661) 및 처리전극(660)과 보급전극(661)을 분리하는 절연체(662)를 포함한다. 도39에 도시한 바와 같이, 처리전극(660)의 상면은 이온교환체(663)로 덮혀 있고, 보급전극(661)의 상면은 이온교환체(664)로 덮혀 있다. 이온교환체 663 및 664는 일체로 형성될 수 있다. 이온교환체(663, 664)는 도40에 도시되어 있지 않다.
이 실시예에 따르면, 전극섹션(651)과 헤드섹션(541)사이의 관계로 인하여 전해처리 동안에 전극섹션(651) 위로부터 전극섹션(651)의 상면으로 순수 또는 초순수를 보급하는 것은 가능하지 않다. 다음에, 도39 및 40에 도시하는 바와 같이, 처리전극(660)의 상면으로 순수 또는 초순수를 보급하기 위하여 액보급공이 처리전극(660)에 형성된다. 이 실시예에 따르면, 다수의 유체보급공(665)이 처리전극(660)의 중심으로부터 반경방향으로 배치된다. 유체보급공(665)은 중공의 모터(656)의 중공부를 통하여 연장되는 순수보급관에 연결되어, 순수 또는 초순수가 유체보급공(665)을 통하여 전극섹션(651)의 상면으로 보급되도록 한다.
이 실시예에서, 처리전극(660)은 전원(704)의 캐소드로 접속되고, 보급전극(661)은 전원(704)의 애노드로 접속된다. 상술된 바와 같이, 처리될 물질에 따라,전극의 캐소드에 접속되는 전극은 보급전극으로서 제공될 수도 있고, 애노드로 접속된 전극은 처리전극으로서 제공될 수도 있다.
전해처리 동안에, 회전 모터가 구동되어 기판(W)을 회전시킬 수 있고, 동시에, 중공의 모터(656)가 구동되어 전극섹션(651)이 스크롤 중심 "O"에 대해 스크롤운동을 하도록 한다(도40 참조). 헤드섹션(541)에 의하여 유지된 기판(W) 및 처리전극(660)이 스크롤영역(S) 내에서 상대운동을 하게 함으로써, 기판(W)(구리 막(7))의 전표면의 처리가공가 달성된다. 전해처리섹션(530)의 전극섹션(651)은 상대운동 동안에, 운동의 중심(이 실시예에 따르면 스크롤운동의 중심 "O")이 항상 기판(W)의 범위 내에 놓이게 되도록 설계된다. 이렇게 처리전극(660)의 직경을 기판(W)의 직경보다 크게 하고 처리전극(660)의 운동의 중심이 기판(W)의 범위 내에 항상 놓이게 함으로써, 기판(W)의 표면에서의 처리전극(660)의 존재빈도를 가장 양호하게 균일화하는 것이 가능하게 된다. 이는 또한 전극섹션(651)의 크기를 상당히 감소시키는 것이 가능하게 되어, 전체장치의 현저한 소형화 및 중량절감을 가져오도록 한다. 처리전극(660)의 직경을 기판(W)의 상대운동 및 처리전극(660)(이 실시예에 따르면 스크롤 반경 "e")의 거리와 기판(W)의 직경의 합보다 크게, 또한 기판(W)의 직경의 두 배보다 작게 하는 것이 바람직하다.
보급전극(661)이 존재하는 영역에서는 기판(W)이 처리될 수 없기 때문에, 보급전극(661)이 배치되는 주변부에서는 다른 곳에 비하여 처리속도가 느리다. 그러므로 처리속도에 보급전극(661)의 영향을 줄이기 위하여는 보급전극(661)에 의해 점유된 면적(영역)을 작게하는 것이 바람직하다. 이 관점에서 보면, 이 실시예에따라서, 작은 면적을 가진 복수의 보급전극(661)을 처리전극(660)의 주변부에 배치하고, 최소한 하나의 보급전극(661)이 상대운동 중에 기판(W)과 근접하거나 또는 접촉하도록 하게 되어 있다. 이는 링-형상의 보급전극을 처리전극(660)의 주변부에 배치하는 경우에 비하여 처리되지 않는 영역을 줄이는 것을 가능하게 하여, 기판(W)의 주변부가 처리되지 않고 남아 있는 것을 방지한다.
다음에, 본 발명에 따라 기판처리 장치에 의한 기판처리가공(전해처리가공)이 설명된다. 이온교환체(663, 664)의 도움으로 발생된 수소이온 또는 수산화이온의 작용을 통하여 처리전극(캐소드)(660)에서 기판(W)의 표면에 있는 전도성 막(구리 막(7))의 전해처리가 수행되는 보급전극(661)과 처리전극(660) 사이에 전원(704)으로부터 주어진 전압이 인가된다. 처리가공은 처리전극(660)을 향하는 기판(W)의 부분에서 진행된다. 상술된 바와 같이, 기판(W) 및 처리전극(660)이 상대운동을 하게 함으로써, 기판(W)의 전체표면이 처리될 수 있게 된다. 상술된 바와 같이, 처리전극(660)의 직경을 기판(W)의 직경보다 크게 하고, 처리전극(660)의 운동의 중심 "O" 를 기판(W)의 범위 내에 항상 놓이게 함으로써, 기판(W)의 표면에서의 처리전극(660)의 존재빈도를 가장 양호하게 균일화하는 것이 가능하게 된다. 이는 또한 전극섹션(651)의 크기를 상당히 감소시키는 것이 가능하게 되어, 전체장치의 현저한 소형화 및 중량절감을 가져오도록 한다.
도금, 세정 및 전해처리의 반복으로 이루어지는 기판처리과정이 도41을 참조로 하여 설명된다. 도28 및 37에 도시한 바와 같이, 도금섹션(520)과 전해처리섹션(530) 사이에서 피봇될 수 있는 피봇아암(540)은 기판처리유닛(505)에 설치된다.기판을 유지하기 위한 헤드섹션(541)은 피봇아암(540)의 자유단쪽에 수직으로 장착된다. 피봇아암(540)을 피봇함으로써, 헤드섹션(541)에 의해 유지된 기판은 기판의 도금을 수행하는 도금위치(520)와 기판의 전해처리(전해 폴리싱)를 수행하는 전해처리섹션(530) 사이에서 이동할 수 있다. 또한, 세정노즐(517)이 기판처리유닛(505)에 제공되어, 도금 및 전해처리 후의 기판이 세정될 수 있도록 한다. 도2를 참조하여 상술된 바와 같이, 미세공(3a) 및 광폭의 트렌치(4b)가 공존하는 기판의 표면에 구리 막(7)을 형성하기 위하여 구리도금이 수행되는 경우, 도금의 성장이 미세공(3a) 안에 또한 위에서 촉진되고, 그러므로 구리 막(7)은 상승부를 형성하면서 미세공(3a) 위로 상승하려 할 것이다. 한편, 향상된 레벨링 특성을 가진 도금의 성장은 광폭의 트렌치 내에서 가능하지 않을 것이다. 결과적으로, 미세공(3a) 위의 상승부의 높이와 광폭의 트렌치 안의 하강부의 깊이의 합에 해당하는 높이에서의 차이가 기판(W) 위에 퇴적된 구리 막(7)에 형성된다. 높이에서의 이러한 차이의 형성을 줄이기 위하여는, 도금 및 전해처리(전해 폴리싱)를 반복적으로 수행하는 것이 바람직하다.
도42a 내지 42f는 도금 및 전해처리를 반복적으로 2회에 걸쳐 수행하는 기판처리과정을 예시하는 다이어그램이다. 우선, 위의 기판(W)의 전해구리도금이 도금섹션(520)에서 수행되어 주로 미세공(3a)으로 매입된다. 이 단계에서는, 상승부가 미세공(3a) 위에 국부적으로 형성되는 반면에, 광폭의 트렌치(4b)는 아직 구리로 채워지지 않는다(도42a 참조). 이는 높은 패턴 밀도를 가진 영역은 큰 표면적을 가지고, 도금촉진제로서의 첨가제는 도금용액에서 협소한 구멍에 집중하여, 도금의성장이 미세공(3a)이 존재하는 영역에서 촉진되기 때문이다. 도금 후에, 기판(W)은 순수로 세정되어, 기판(W)의 표면으로부터 도금용액을 제거한다. 그 후에, 전해처리가공이 전해처리섹션(530)에서 수행되어 미세공(3a) 위의 국부적으로 형성된 상승부를 제거한다(도42b 및 42c). 1차로 일련의 도금, 세정 및 전해처리는 이렇게 완료된다.
다음에, 순수로 기판을 세정한 후에, 전해 도금이 도금섹션(520)에서 재차 수행된다. 전해도금은 광폭의 트렌치(4b)가 구리로 완전히 채워질 때 종료된다. 이 단계에서, 구리막(도금된 막)이 미세공(3a)에 또한 위에 형성되면서, 광폭의 트렌치(4b)가 구리로 완전히 채워진다(도42d 참조). 순수로 기판을 세척한 다음에, 전해처리가 전해처리섹션(530)에서 재차 수행된다. 제2 전해도금에 의해, 미세공(3a) 및 광폭의 트렌치(4b)가 채워진 필요한 두께를 갖는 구리막(7)을 남기면서 구리막(7)의 표면이 거의 평탄화된다(도42e 및 42f 참조). 예를 들어, 대략 50-100 nm 의 양호한 표면평탄도를 가진 구리막(도금된 막)(7)이 얻어질 수 있다. 전해처리 후의 기판은 순수로 세정되고, 건조가 이어져, 2차로 일련의 도금, 세정 및 전해처리가공이 종료된다.
도금 및 전해처리가공이 2회에 걸쳐 수행되는 경우가 설명되었지만, 3회 이상 반복적으로 일련의 처리가공이 수행되는 것도 물론 가능하다. 또한, 기판표면에 디바이스 배선의 형성이 불필요한 구리막의 부분을 완전히 제거하고 단지 구리막만을 패턴에 남기는 것도 가능하다. 이렇게 복수 회 반복적으로 도금 및 전해처리가공을 수행함으로써, 단일 전해처리가공에서 높이의 보다 큰 차이를 평탄화하는 경우에 비하여, 평탄화 처리된 표면이 단시간에 얻어질 수 있다. 낮은 전기전도도를 가진 액을 사용하여 도금 및 전해처리가공의 반복은 미세공 영역에서 과도한 상승부의 형성을 방지할 수 있고, 구리막이 미세공 및 광폭의 트렌치 둘 모두에 평탄하게 매입된 처리된 기판을 향상된 효율로 제공할 수 있다.
도43은 전해처리섹션의 변형례의 다이어그램을 도시한다. 전해처리섹션에는 이온교환체(양이온교환체(671a) 및/또는 음이온교환체(671b))를 재생하기 위하여 재생섹션들(670a, 670b)이 제공된다.
재생섹션들(670a, 670b)은 각각, 이온교환체(양이온교환체(671a) 및/또는 음이온교환체(671b))와 근접하게 또는 접촉하도록 배치된 분할부(672), 처리전극(673) 또는 보급전극(674)과 분할부(672) 사이에 형성된 배출부(675) 및 오염물을 배출하기 위한 배출액 A 를 배출부(675)로 보급하기 위하여 배출액보급섹션(676)으로 이루어진다. 기판(W)과 같은 작업물이 이온교환체(양이온교환체(671a) 및/또는 음이온교환체(671b))와 근접하게 또는 접촉되어 있는 경우에는, 오염물을 배출하기 위한 배출액 A 는 배출액 보급섹션(676)으로부터 배출부(675)로 보급되고, 전해처리를 위하여 처리액 B 는 전해처리액보급섹션(677)으로부터 분할부(672)와 이온교환체(양이온교환체(671a) 및/또는 음이온교환체(671b))사이로 보급되는 한편, 전압은 처리전원(678)으로부터 캐소드로서 처리전극(673)과 애노드로서 보급전극(674)사이로 인가되어, 전해처리를 수행한다.
전해처리가공 동안, 양이온교환체(671a)에서는 양이온교환체에 흡수된 처리될 물질의 용해된 이온 M+와 같은 이온은 처리전극(캐소드)(673)을 향하여 이동하고 분할부(672)를 통과한다. 분할부(672)를 통과한 이온 M+은 분할부(672)와 처리전극(673)사이로 보급된 배출액 A 의 흐름에 의해 시스템으로부터 배출된다. 양이온교환체(671a)는 이렇게 재생된다. 양이온교환체가 분할부(672)로서 사용되는 경우에, 분할부(양이온교환체)(672)는 양이온교환체로부터 오는 이온 M+만을 그곳을 통하여 삼투하게 할 수 있다. 음이온교환체(671b)에서는, 한편, 음이온교환체(671b)에서 이온 X-을 보급전극(애노드)(674)을 향하여 이동하고 분할부(672)를 통과한다. 분할부(672)를 통과한 이온 X-을 분할부(672)와 보급전극(674) 사이에 보급된 배출액 A 의 흐름에 의하여 시스템으로부터 배출된다. 음이온교환체(671b)는 이렇게 재생된다. 음이온교환체가 분할부(672)로서 사용될 경우, 분할부(음이온교환체)(672)는 음이온교환체로부터 오는 이온 X-만을 그곳을 통하여 삼투하게 할 수 있다.
순수 또는 초순수와 같은 낮은 전기전도도를 갖는 액은 처리액으로서 사용되는 것이 바람직하여, 전해처리가공의 효율을 향상시킨다. 높은 전기전도도를 갖는 액(전해질 용액)은 분할부(672)와 처리전극(673) 또는 보급전극(674)사이를 흐르는 배출액으로서 보급되는 것이 바람직하다. NaCl 또는 Na2SO4와 같은 중성염의 수용액, HCl 또는 H2SO4와 같은 산 또는 암모니아와 같은 알칼리가 전해질 용액으로 사용될 수 있고, 작업물의 특성에 따라 적절히 선택될 수 있다. 이는 이온교환체의 재생효율을 높일 수 있다.
도40에 도시한 바와 같이, 전해처리가공의 대상인 기판 위의 금속 막(구리막(7))의 두께를 검출하기 위하여 전극섹션에는 센서(668)가 제공된다. 예를 들어, 광원유닛 및 포토검출기로 이루어지는 광학센서가 센서(668)로서 사용될 수 있다. 광학센서는 광원으로부터 금속막을 향하여 광을 방출하고 금속막으로부터 반사되는 광을 검출함으로써 금속막(구리막(7))의 두께를 검출할 수 있다. 레이저 광 또는 LED 광이 광원유닛으로부터 방출된 광으로서 사용될 수 있다.
대안적으로, 금속막(구리막(7)) 부근에 맴돌이전류센서를 배치하는 것이 가능하다. 맴돌이전류센서는 금속막에서 맴돌이전류를 발생하고 맴돌이전류의 세기를 검출한다. 검출된 맴돌이전류의 세기를 기초로 하여 막두께가 검출될 수 있다. 전해처리가공의 대상인 금속막 부근에 온도센서를 배치하는 것 또한 가능하다. 금속 막의 전해처리 동안에 막두께에서의 변화로 발열이 변화한다는 사실을 활용하여 발열의 변화로부터 막두께에서의 변화가 검출될 수 있다. 헤드섹션 또는 전해처리섹션을 회전시키기 위하여 구동모터로 입력되는 전류값이, 처리가공의 대상인 금속막의 두께의 변화와 더불어 변화한다. 그러므로 전류값에서의 변화로부터 막두께의 변화를 검출하는 것이 가능하다. 금속막의 두께를 검출하기 위한 이러한 수단의 제공으로, 전해처리가공 중의 막두께를 정밀하게 결정하는 것이 가능하게 되고, 이는 높은 정밀도로 처리가공을 수행하는 것을 가능하게 한다.
도44는 기판처리유닛(505)에 제공된 세정섹션을 도시하는 수직 단면도이다.도44에 도시한 바와 같이, 세정섹션(717)은 기판(W)의 주변부를 향하여 세정액을 분사하고, 기판을 세정하기 위한 복수의 세정 노즐(718) 및 세정 후의 기판(W)을 건조하기 위한 아암-형상의 에어블로어(719)를 포함한다. 세정노즐(718)은 도시되지 않은 세정액보급원으로 연결되고, 세정액(예를 들어, 순수)은 세정 노즐(718)로부터 기판(W)의 하면을 향하여 분사된다. 에어블로어(719)는 공기보급통로(720)을 거쳐 도시되지 않은 가스보급원으로 연결되고, 건조된 가스(예를 들어, 공기 또는 N2가스)는 에어블로어(719)로부터 기판(W)의 하면을 향하여 분사된다.
세정섹션(717)에 따르면, 세정노즐(718)로부터 기판(W)의 하면을 향하여 분사된 다음에, 기판홀더(548)의 회전속도는 건조를 위하여 예를 들어, 300 min-1로 상승된다. 동시에, 공기가 또한 기판을 건조시키기 위하여 에어블로어(719)로부터 기판(W)으로 불려진다. 보통의 스핀-건조에서는 기판을 일반적으로 대략 2,000 min-1의 속도로 회전시킬 필요가 있다. 에어-블로잉을 채택하는 이 실시예에 따르면, 이와 같은 고속의 회전속도가 필요하지 않다.
기판처리유닛은 상술된 것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 도45에 도시한 바와 같이 피봇아암(540)이 고정되는 지지포스트(542)를 중심으로 복수의 기판처리섹션을 제공하는 것이 가능하다. 도45에 도시된 실시예에 따르면, 도금섹션(520), 세정섹션(710) 및 전해처리섹션(530)이 지지포스트(542)를 중심으로 배치되어, 지지포스트(542)의 회전에 의하여, 헤드섹션(541)이 도금섹션(520), 세정섹션(710)및 전해처리섹션(530) 사이에서 이동할 수 있다. 이것은 일련의 기판처리가공: 기판의 도금 단계; 도금 후 기판의 세정 단계; 세정 후 기판의 전해처리가공 단계; 및 전해처리가공 후 기판의 세정 단계를 수월하게 한다. 전해처리가공은 500 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 가진 액을 도금된 기판과 전극에 장착된 이온교환체 사이에 보급함으로써 수행되어, 양호한 처리가공이 도금된 막의 상승부의 제거가 증진된 효율을 가지고 달성될 수 있다. 일련의 처리단계 즉, 도금, 세정, 전해처리 및 세정을 반복함으로써, 기판표면의 미세공 위에 과도하게 형성된 도금된 금속막의 상승부가 전해처리가공에 의하여 제거될 수 있으며, 미세공 및 광폭의 트렌치가 공존하는 기판으로 구리의 매입이 양호한 표면평탄도를 가지고 달성될 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기판의 도금 후에 전해처리가공을 수행하고, 500 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 가진 액을 도금된 기판과 전극에 보급함으로써 도금에서 형성된 기판의 상승부가 효과적으로 제거될 수 있어, 기판의 평탄도가 개선될 수 있다. 따라서, 500 ㎲/cm 이하의 전기전도도를 가진 액은 전해에 의해서 완전히 용해되지 않고, 전기저항에서의 차이로 인하여 이온교환체와 근접하거나 접촉하는 기판의 상승부에서 이온전류는 집중하고, 이온은 기판 위의 금속막(상승부)에 작용한다. 따라서, 이온교환체와 근접하거나 접촉하는 상승부는 효과적으로 제거될 수 있어, 기판의 평탄도가 개선될 수 있다.
본 발명은 우수한 표면평활도를 가지고 처리된 금속막 또는 매입된 배선을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 평탄하게 처리된 금속막 또는 매입된 배선을 얻는데 필요한 도금된 막의 두께를 감소시킬 수 있고, 그러므로 경제적인 관점으로부터도 역시 유리하다.
본 발명은 기판, 특히 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 전도성 물질을 처리가공하는데 유용한 기판처리 장치 및 기판처리 방법에 관한 것이다.
Claims (65)
- 기판처리장치에 있어서,기판을 안팎으로 운반(carry)하기 위한 로딩/언로딩부;피처리막이 그 안에 형성된 상기 기판의 표면을 전해에 의해서 제거하기 위한 전해처리유닛, 상기 전해처리유닛은 기판의 표면과 접촉하는 보급섹션을 포함하고;상기 전해처리유닛 내에서 상기 보급섹션과 접촉하고 있는 상기 기판의 일부분에 처리되지 않고 남아 있는 상기 피처리막을 에칭하기 위한 에칭유닛;상기 피처리막이 에칭된 기판의 표면을 화학적으로 그리고 기계적으로 폴리싱하는 화학적 기계적 폴리싱유닛; 및상기 기판처리장치 내에서 상기 기판을 이송하기 위한 이송장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제1항에 있어서,상기 전해처리유닛은,상기 기판에 근접하게 되거나 또는 접촉하게 될 수 있는 처리전극;상기 기판에 전기를 보급하기 위한 상기 보급부로서의 보급전극;상기 처리전극 및 상기 보급전극 중 하나 이상과 상기 기판 사이에 배치된 이온교환체;상기 처리전극과 상기 보급전극 사이에 전압을 인가하기 위한 전원; 및상기 이온교환체가 배치되는, 상기 처리전극 및 상기 보급전극 중 하나 이상과 상기 기판 사이에 유체를 공급하기 위한 유체공급섹션을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제1항에 있어서,상기 기판의 표면 상에 상기 피처리막을 형성하기 위한 막형성유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제3항에 있어서,상기 막형성유닛은 상기 기판의 표면을 도금하기 위한 도금유닛인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제3항에 있어서,상기 막형성유닛에서의 처리 후에, 상기 기판을 어닐링하기 위한 어닐링유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제1항에 있어서,상기 기판을 세정하기 위한 세정유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 기판처리장치에 있어서,기판을 안팎으로 운반하기 위한 로딩/언로딩부;상기 기판의 표면과 접촉하게 되는 보급섹션을 포함하여, 피처리막이 그 안에 형성된 상기 기판의 표면을 전해에 의하여 제거하기 위한 전해처리유닛;상기 전해처리유닛 내에서 상기 보급섹션과 접촉하고 있는 상기 기판의 일부분에 처리되지 않고 남아 있는 상기 피처리막을 에칭하기 위한 에칭유닛; 및상기 기판처리장치 내에서 상기 기판을 이송하기 위한 이송장치를 포함하여 이루어지고, 상기 전해처리유닛은,(i) 상기 기판에 근접하게 되거나 또는 접촉하게 될 수 있는 처리전극;(ii) 상기 기판에 전기를 보급하기 위한 상기 보급부로서의 보급전극;(iii) 상기 처리전극 및 상기 보급전극 중 하나 이상과 상기 기판 사이에 배치된 이온교환체;(iv) 상기 처리전극과 상기 보급전극 사이에 전압을 인가하기 위한 전원; 및(v) 상기 이온교환체가 배치되는, 상기 처리전극 및 상기 보급전극 중 하나 이상과 상기 기판 사이에 500 ㎲/cm 보다 크지 않은 전기전도도를 갖는 액 또는 순수를 보급하기 위한 유체보급섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제7항에 있어서,상기 피처리막이 에칭된 기판의 표면을 화학적으로 그리고 기계적으로 폴리싱하는 화학적 기계적 폴리싱유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제7항에 있어서,상기 기판의 표면 상에 상기 피처리막을 형성하기 위한 막형성유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제9항에 있어서,상기 막형성유닛은 상기 기판의 표면을 도금하기 위한 도금유닛인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제9항에 있어서,상기 막형성유닛에서의 처리 후에, 상기 기판을 어닐링하기 위한 어닐링유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제7항에 있어서,상기 기판을 세정하기 위한 세정유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 기판처리방법에 있어서,보급부재가 상기 기판의 표면과 접촉하도록 하면서, 피처리막이 그 안에 형성된 기판의 표면을 전해에 의하여 처리하는 단계;상기 보급부재와 접촉하고 있는 상기 기판의 일부분에 처리되지 않고 남아 있는 상기 피처리막을 에칭하는 단계; 및상기 에칭 후에 상기 기판의 표면을 화학적으로 그리고 기계적으로 폴리싱하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 제13항에 있어서,상기 전해 처리는,상기 보급부재로서 보급전극에 의해 상기 기판에 전기를 보급하면서, 처리전극을 상기 기판에 근접하도록 하거나 또는 접촉하도록 하는 단계;상기 처리전극 및 상기 보급전극 중 하나 이상과 상기 기판 사이에 이온교환체를 배치하는 단계;상기 이온교환체가 배치되는 상기 처리전극 및 상기 보급전극 중 하나 이상과 상기 기판 사이에 유체를 공급하는 단계; 및상기 처리전극과 상기 보급전극 사이에 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 제13항에 있어서,상기 전해 처리에 앞서 상기 기판의 표면 상에 상기 피처리막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 기판처리방법에 있어서,피처리막이 그 안에 형성된 기판의 표면을 전해에 의하여 처리하는 단계; 및보급부재와 접촉하고 있는 상기 기판의 일부분에 처리되지 않고 남아 있는 상기 피처리막을 에칭하는 단계를 포함하여 이루어지고,상기 전해 처리는:상기 보급부재로서 보급전극에 의해 상기 기판에 전기를 보급하면서, 처리전극을 상기 기판에 근접하도록 하거나 또는 접촉하도록 하는 단계;상기 처리전극 및 상기 보급전극 중 하나 이상과 상기 기판 사이에 이온교환체를 배치하는 단계;상기 이온교환체가 배치되는 상기 처리전극 및 상기 보급전극 중 하나 이상과 상기 기판 사이에 500 ㎲/cm 보다 크지 않은 전기전도도를 갖는 액 또는 순수를 공급하는 단계; 및상기 처리전극과 상기 보급전극 사이에 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 제16항에 있어서,상기 에칭 후에 상기 기판의 표면을 화학적으로 그리고 기계적으로 폴리싱하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 제16항에 있어서,상기 전해 처리에 앞서 상기 기판의 표면 상에 상기 피처리막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 기판처리방법에 있어서,기판의 표면 내에 형성된 배선들을 위하여 배선물질을 미세한 트렌치들 내에 매입(embedding)하는 단계;불필요한 배선물질을 제거하고 상기 기판의 표면을 평탄화하는 단계;상기 배선물질을 더욱 제거하여, 상기 미세한 트렌치들의 상부 내에 충전하기 위한 후퇴부들을 형성하는 단계; 및충전을 위하여 상기 후퇴부들 내에 선택적으로 보호막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 제19항에 있어서,상기 보호막은 다층적층막인 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 제19항에 있어서,상기 보호막은 무전해도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 제19항에 있어서,상기 배선물질의 제거는 화학적 기계적 폴리싱에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 제19항에 있어서,상기 배선물질의 제거는 화학적 에칭에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 제19항에 있어서,상기 배선물질의 제거는 전해처리에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 제24항에 있어서,상기 전해 처리는,보급전극에 의해 상기 기판에 전기를 보급하면서, 처리전극을 상기 기판에 근접하도록 하거나 또는 접촉하도록 하는 단계;상기 처리전극 및 상기 보급전극 중 하나 이상과 상기 기판 사이에 이온교환체를 배치하는 단계;상기 이온교환체가 배치되는 상기 처리전극 및 상기 보급전극 중 하나 이상과 상기 기판 사이에 유체를 공급하는 단계; 및상기 처리전극과 상기 보급전극 사이에 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 제25항에 있어서,상기 유체는 순수 또는 500 ㎲/cm 보다 크지 않은 전기전도도를 갖는 액인 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 제24항에 있어서,상기 전해처리는,보급전극에 의하여 상기 기판에 전기를 보급하면서, 처리전극을 상기 기판에 근접하도록 하거나 또는 접촉하도록 하는 단계;상기 기판과 상기 처리전극 사이에 500 ㎲/cm 보다 크지 않은 전기전도도를 갖는 액 또는 순수를 공급하는 단계; 및상기 처리전극과 상기 보급전극 사이에 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 표면 내에 형성된 배선들을 위하여 미세한 트렌치들을 구비한 기판을 포함하는 반도체 디바이스에 있어서,상기 미세한 트렌치들은 배선물질 및 상기 배선물질의 표면 상에 형성된 보호막으로 충전되는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
- 제28항에 있어서,상기 보호막은 다층적층막인 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
- 기판처리장치에 있어서,기판을 유지하는 헤드섹션;도금된 금속막을 형성하기 위하여, 상기 기판의 표면을 전기도금하는 도금섹션;상기 도금 후에 상기 기판을 세정하는 세정섹션; 및상기 세정 후의 기판과 전극 사이에 이온교환체를존재하도록 하고, 액의 존재 시에 상기 기판과 상기 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 적어도 상기 기판 상의 상기 금속막의 전해제거처리를 수행하는 전해처리섹션을 포함하여 이루어지고,상기 헤드섹션은, 상기 기판을 유지하면서, 상기 도금섹션, 상기 세정섹션 및 상기 전해섹션 사이에서 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제30항에 있어서,상기 세정섹션은, 상기 도금섹션과 상기 전해처리섹션 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제30항에 있어서,상기 세정섹션은 세정액분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제30항에 있어서,상기 세정섹션은, 상기 세정 후에 상기 기판을 건조하기 위한 건조기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제30항에 있어서,상기 전해처리섹션은, 상기 도금 후의 기판과 상기 전극 사이에 순수, 초순수 또는 500 ㎲/cm 보다 크지 않은 전기전도도를 갖는 액을 공급하여 상기 전해처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제30항에 있어서,상기 도금섹션에서의 도금 및 상기 전해처리섹션에서의 전해제거처리는 적어도 2번 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제30항에 있어서,상기 도금섹션은,애노드;상기 애노드와 상기 기판 사이에 배치된 이온교환체; 및상기 이온교환체와 상기 기판 사이에 도금용액을 보급하기 위한 도금용액공급섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제30항에 있어서,상기 헤드섹션은, 상기 헤드섹션의 하부 상에 유지된 상기 기판의 주변부를 유지시켜 상기 기판에 전기를 보급하기 위한 개폐가능한 보급접촉부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제37항에 있어서,상기 보급접촉부재는 상기 헤드섹션의 원주방향을 따라 규칙적인 간격으로 배치된 복수의 부재들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제37항에 있어서,상기 보급접촉부재에는 상기 기판 상의 상기 금속막에 대해 귀한(noble) 금속으로 형성된 보급부재가 제공되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제30항에 있어서,상기 전해처리섹션에는 상기 기판 상의 상기 금속막의 두께를 검출하는 센서가 제공되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제30항에 있어서,상기 도금섹션 및 상기 전해도금섹션은 각각 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제30항에 있어서,상기 헤드섹션, 상기 도금섹션, 상기 세정섹션 및 상기 전해처리섹션은 하나의 처리유닛 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제42항에 있어서,상기 처리유닛에는 불활성(inert)가스를 상기 처리유닛 내로 보급하기 위한 불활성가스공급섹션이 제공되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제30항에 있어서,상기 전해처리섹션 및 상기 도금섹션은 상호 전원에 접속되고, 상기 전원은 전원선택스위치에 의해 상기 전해처리섹션 또는 상기 도금섹션으로 절환가능하게 접속되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 기판처리장치에 있어서,기판을 유지하는 헤드섹션;도금된 금속막을 형성하도록 상기 기판의 표면을 전기도금하는 도금섹션;상기 도금 후에 상기 기판을 세정하는 세정섹션; 및처리전극을 구비하고, 액의 존재 시에 상기 세정 후의 기판과 상기 처리전극 사이에 전압을 인가함으로써 적어도 상기 기판 상의 상기 금속막의 전해제거처리를 수행하기 위한 전해처리섹션을 포함하여 이루어지고,상기 헤드섹션은 상기 기판을 유지하면서, 상기 도금섹션, 상기 세정섹션 및 상기 전해섹션 사이에서 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제45항에 있어서,상기 세정섹션은, 상기 도금섹션과 상기 전해처리섹션 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제45항에 있어서,상기 세정섹션은 세정액분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제45항에 있어서,상기 세정섹션은 상기 세정 후에 상기 기판을 건조하기 위한 건조기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제45항에 있어서,상기 전해처리섹션은, 상기 도금 후의 기판과 상기 전극 사이에 순수, 초순수 또는 500 ㎲/cm 보다 크지 않은 전기전도도를 갖는 액을 공급하여 상기 전해처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제45항에 있어서,상기 도금섹션에서의 도금 및 상기 전해처리섹션에서의 전해제거처리는 적어도 2번 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제45항에 있어서,상기 도금섹션은,애노드;상기 애노드와 상기 기판 사이에 배치된 이온교환체; 및상기 이온교환체와 상기 기판 사이에 도금용액을 공급하기 위한 도금용액공급섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제45항에 있어서,상기 헤드섹션은, 상기 헤드섹션의 하부 상에 유지된 상기 기판의 주변부를 유지시켜 상기 기판에 전기를 보급하기 위한 개폐가능한 보급접촉부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제52항에 있어서,상기 보급접촉부재는 상기 헤드섹션의 원주방향을 따라 규칙적인 간격으로 배치된 복수의 부재들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제53항에 있어서,상기 보급접촉부재에는 상기 기판 상의 상기 금속막에 대해 귀한 금속으로 형성된 보급부재가 제공되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제45항에 있어서,상기 전해처리섹션에는 상기 기판 상의 상기 금속막의 두께를 검출하는 센서가 제공되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제45항에 있어서,상기 도금섹션 및 상기 전해도금섹션은 각각 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제45항에 있어서,상기 헤드섹션, 상기 도금섹션, 상기 세정섹션 및 상기 전해처리섹션은 하나의 처리유닛 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제57항에 있어서,상기 처리유닛에는 불활성가스를 상기 처리유닛 내로 공급하기 위한 불활성가스보공급섹션이 제공되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제45항에 있어서,상기 전해처리섹션 및 상기 도금섹션은 상호 전원에 접속되고, 상기 전원은 전원선택스위치에 의해 상기 전해처리섹션 또는 상기 도금섹션로 절환가능하게 접속되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 제45항에 있어서,상기 전해처리섹션은, 상기 도금 후의 기판과 상기 처리전극 사이에 산성용액을 공급하여 상기 전해처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
- 기판처리방법에 있어서,기판의 표면을 도금하는 단계;상기 도금 후에 상기 기판을 세정하는 단계; 및상기 세정 후의 기판과 전극 사이에 이온교환체가 존재하도록 하고, 상기 기판과 상기 전극 사이에 500 ㎲/cm 보다 크지 않은 전기전도도를 갖는 액을 공급함으로써, 전해제거처리를 수행하는 단계를 포함하여 이루어지고,상기 도금, 상기 세정 및 상기 전해처리는 적어도 2번 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 기판처리방법에 있어서,기판의 표면을 도금하는 단계;상기 도금 후에 상기 기판을 세정하는 단계; 및액의 존재 시에 상기 기판과 처리전극 사이에 전압을 인가함으로써, 상기 세정 후에 상기 기판의 표면을 전해로 처리하는 단계를 포함하여 이루어지고,상기 도금, 상기 세정 및 상기 전해처리는 적어도 2번 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 제62항에 있어서,상기 기판과 상기 처리전극 사이에 이온교환체가 존재하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 제62항에 있어서,상기 액은 순수, 초순수 또는 500 ㎲/cm 보다 크지 않은 전기전도도를 갖는 액 혹은 전해질용액인 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
- 제62항에 있어서,상기 액은 산성용액인 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
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