KR20050016904A - 금속 부식을 감소시키면서 기판을 전기 화학적으로처리하는 장치 및 방법 - Google Patents
금속 부식을 감소시키면서 기판을 전기 화학적으로처리하는 장치 및 방법Info
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Abstract
기판(201)을 전기 화학적으로 처리하는 공정 툴(200)은 구리의 부식이 감소될 수 있도록 기판 부근의 산소 농도 그리고/또는 이산화 아황 농도를 감소시키도록 구성된다. 일 실시예에서, 연속적인 비활성 가스 흐름을 제공함으로써 그리고/또는 주위 분위기와의 가스 교환을 감소시키는 커버(201)를 제공함으로써, 도금 반응기를 포함하는 공정 툴(200) 내에 실질적으로 비활성 분위기가 확립된다. 이러한 실질적으로 비활성 가스 분위기는 또한, 개별적인 공정 단계들 간에 요구되는 이송 단계들을 포함하여, 기판을 전기 화학적으로 처리하는 데에 필요한 추가적인 공정 단계들 동안에도 유지될 수 있다.
Description
본 발명은 집적 회로 제조 분야에 관한 것으로서, 특히 기판에 금속을 증착하고 기판으로부터 금속을 제거하기 위해 다양한 제조 단계들 동안 기판들을 전기 화학적으로 처리하는 것에 관한 것이다.
집적 회로(IC)의 멀티레벨 배선 기술에서 이용되는 물질들은 전도체들의 얇은 막들 및 절연물들의 얇은 막들이다. 전도성 얇은 막들을 제조하기 위해, 알루미늄 및 알루미늄 합금들이 절연물로서의 실리콘 이산화물(SiO2)과 함께 널리 이용되어 왔다. 오늘날, 디바이스의 성능을 더욱 개선하기 위해, IC의 신호 전파 지연 및 전력 소모의 측면에서, 가능하게는 구리가 낮은 k의 유전 물질과 협력하여, 알루미늄 및 실리콘 이산화물을 점점 대신하고 있다. 또한, 구리 기술을 이용함으로써, 필요한 금속 레벨들의 수를 감소시킨다. 멀티레벨 배선 시스템을 제조에서, 전기 도금 및 무전해 도금 형태의 도금 및 역 공정(reverse process)(이는 전해 연마 공정이라고도 한다)으로는 금속 증착/제거 기술들이 널리 이용되어 왔다.
금속층들의 요구되는 품질을 얻기 위해, 전형적으로 다양한 케미컬(chemical)들이 전기 화학 금속 도금 공정에 이용된다. 기판에 금속을 도금하는 데에 이용되는 많은 전해질들에서는, 무기산이 도금 용액에 대한 주요 성분으로서 이용된다. 황산 또는 인산은 다양한 농도로 광범위하게 이용된다. 이러한 황산 및 인산은 제공되는 농도에 상관없이 구리를 식각하는 것으로 알려져있다. 식각 속도는, 주위 공기에 함유된 산소로 인한 통상적인 도금 공정에서의 경우처럼, 반도체 기판들 상에 형성된 금속 영역들에서 산소를 쉽게 이용할 수 있을 때에 더욱 증가한다.
산소, (주위에 미세한 양으로 존재할 수 있는) 이산화 유황 및 (물에 희석된 산에 함유된) 물에 기인하여, 반도체 기판들 상에 형성된 금속에 대해 상당한 정도의 산화 및 변색이 일어날 수 있다. 이러한 상황은 이후의 이송, 저장, 린스 및 세정 동작들 동안 더욱 악화되는바, 이러한 모든 동작들은 습식 조건들, 즉 구리의 산화 및 변색을 촉진시키는 조건들 하에서 수행된다. 전기 도금과 상당히 유사한(하지만 이온들의 흐름은 반대이다) 전해 연마 공정을 필요로 하는 구리 함유 기판들에 대해서도 마찬가지이다.
상기 설명한 바와 같이 반도체의 제조에 구리가 점점 더 이용되고 있고, 노출된 구리 표면들은 산소와 쉽게 반응하여 부식 및 변색되는 경향이 있기 때문에, 이러한 부식 및 변색은 결과적인 표면의 품질을 손상시키고 이후의 공정 단계들에 악영향을 미치는 경향이 있다. 상기로부터, 반도체 기판들 상의 구리의 도금 및 전해 연마가 완성된 집적 회로의 신뢰성에 있어서 중요하다는 것은 분명하다.
따라서, 표면 품질을 과도하게 저하시키지 않으면서 금속층들, 특히 구리층들을 형성 및 처리하는 장치 및 방법이 필요하다.
본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 설명되는 하기의 상세한 설명으로부터 이해될 수 있는바, 도면들에서 동일한 참조 부호들은 동일한 요소들을 나타낸다.
도 1은 구리의 Pourbaix 선도이다.
도 2a는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 기판을 전기 화학적으로 처리하기 위한 공정 툴의 단순화된 개략도의 일부를 도시한다.
도 2b는 기판을 전기 화학적으로 처리하는 데에 필요한 추가적인 공정 스테이션들을 포함하는 도 2a의 공정 툴을 개략적으로 도시한다.
도 2c는 본 발명에 따른, 재순환되는 비활성 가스를 갖는 공정 툴의 개략도이다.
도 2d는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른, 개선된 공정 제어를 가능하게 하는 도 2a의 공정 툴을 포함하는 시스템의 개략도이다.
본 발명은 많은 변형들 및 대안적인 형태들을 가질 수 있지만, 도면들에는 특정한 실시예들이 도시되어 있으며, 본원에서는 이에 대해 상세히 설명한다. 그러나, 이러한 특정한 실시예들은 본 발명을 개시된 형태들로 한정하지 않으며, 본 발명은 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 본 발명의 정신 및 범위 내에 있는 모든 변형들, 등가들 및 대안들을 포함한다.
본 발명은 금속 함유 기판들을 도금 그리고/또는 전해 연마하기 이전, 동안 그리고 이후에, 노출된 금속 표면들과 접촉하는 산소 및 이산화 유황의 양을 줄이기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 공정될 또는 다르게 처리될 기판 위에 있는 산소 그리고/또는 이산화 유황의 부분 압력을 상당히 감소시킴으로써, 이러한 반응성 주위 성분들과 노출된 금속 표면의 화학 반응 확률이 감소될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판을 전기 화학적으로 처리하기 위한 공정 툴은 도금 반응기(plating reactor), 및 내부 가스 분위기를 포함하는 내부 체적을 정의하기 위해 도금 반응기를 둘러싸는 커버를 포함한다. 이 커버는 주위 분위기와의 가스 교환을 실질적으로 피할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판을 전기 화학적으로 처리하기 위한 공정 툴은 도금 반응기, 및 도금 반응기 내의 산소 농도 및 이산화 아황 농도중 적어도 하나를 감소시키기 위해 이 도금 반응기에 비활성 가스 흐름을 제공하도록 구성된 가스 공급 시스템을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판을 전기 화학적으로 처리하는 방법은 기판을 전기 화학적으로 처리하도록 구성된 공정 툴을 제공하는 단계를 포함한다. 다음으로, 기판을 둘러싸는 가스 분위기가 확립되는바, 이러한 가스 분위기는 공정 툴을 둘러싸는 주위 분위기 보다 낮은 산소 농도를 갖는다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시예들에 대해 설명한다. 명확성을 위해, 본원에서는 실제 구현의 모든 특징들을 모두 설명하지는 않는다. 물론, 주목할 사항으로서, 이러한 모든 실제 실시예의 개발시, 예를 들어 시스템 관련 제약 및 사업 관련 제약을 따르는 것과 같이, 개발자의 특정한 목표들을 달성하기 위해서는, 구현 마다 특정한 다양한 결정들이 이루어져야 하는바, 이는 구현 마다 달라질 것이다. 또한, 주목할 사항으로서, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적이지만, 그럼에도 불구하고 본원의 개시의 이득을 갖는 당업자들에게는 일상적인 작업이다.
이하, 도 1을 참조하여, 구리 도금 및 전해 연마에 필요한 화학 작용에 대해 설명한다. 하지만, 첨부된 특허 청구의 범위에서 명백하게 제한되어 있지 않는한, 본 발명은 구리를 이용하는 것에 한정되는 것으로 고려되서는 안된다.
구리가 공기중에서 산화되어 산화 구리를 형성한다는 것은 잘 알려져있다. 이산화탄소(CO2)의 존재하에서, 구리는 소위 미가공(green) 구리 탄산염을 형성할 수 있다. 공기중에 존재할 수 있는 이산화 아황(SO2)의 존재하에서, 구리는 황산염을 형성할 수 있다. 따라서, 기판 상의 구리층은 다양한 산화 공정을 받아, 방정식 1a에서 주어지는 관계에 따라 화합물의 일부로서 구리 이온들(Cu+ 또는 Cu++)을 생성할 가능성이 크다. 이러한 반응들은 바람직하게는 (주위 공기에 일반적으로 존재하는) 산소 및 물의 존재하에서 일어난다.
방정식 1
방정식 1a
방정식 2
방정식 1은 소위 산소 부식을 야기시키는 화학 반응을 나타낸다. 이 방정식은 공기중에 존재하거나 물에 용해되어 있는 산소가 산화 반응을 야기시킨다는 것을 보여준다. 방정식 1에 필요한 전자들은, 예를 들어 방정식 1a의 공정에 의해 소비되고, 구리는 Cu2+로 변환된다.
도 1은 이러한 상황을 보다 명확하게 나타내는바, 이는 구리에 대한 소위 Pourbaix 선도를 도시한다. 이 Pourbaix 선도는 구리와, 그 산화물들인 Cu2O 및 CuO와, 그리고 구리 이온(Cu++)의 전기 화학적인 전위들을 pH 값의 함수로서 나타낸다. 이 선도는 Cu, Cu2O, CuO 및 Cu2+로 나타낸 4개의 개별적인 영역들을 보여준다. 이 영역들은 이웃하는 영역들의 화합물들의 평형 상태를 나타내는 라인들에 의해 분리된다. 선도의 한 라인을 따라 2개의 화합물들 간에, 또는 화합물들의 서로 다른 쌍들을 분리하는 라인들의 교차점 주위에서 3개의 화합물들 간에 평형이 존재할 수 있다. 도 1의 Pourbaix 선도에는 또한 방정식 1에 따른 산소 환원의 산화 환원 반응(redox) 전위들이 나타나있다. 전체 pH 영역에 걸쳐서, 산소 환원의 산화 환원 전위들은 Cu2O 및 CuO가 보호층으로서 형성되는 구리 평형 보다 높다. 결과적으로, 방정식 1에 따르면, 산소의 존재하에서, 구리는 산화되어 pH 값에 의존하여 산화구리(CuO) 또는 구리 이온들(Cu++)을 형성할 것이다.
다른 가능한 상황이 방정식 2에 의해 설명되고, 이 방정식의 대응하는 전기 화학적인 전위 또한 도 1의 Pourbaix 선도에 표시되어 있다. 방정식 2에 따른 공정은 일반적으로 수소 부식이라 불려지는바, 이는 2H+를 H2로 환원시킴으로써 일어난다. 전기 화학적인 전위들로부터 알려져있는 바와 같이, 구리는 수소 보다 덜 부식된다. 이러한 사실은 도 1의 Pourbaix 선도에 방정식 2의 산화 환원 함수에 의해 나타난다. 방정식 2에 따르면, 전체 pH 영역을 따라, 산화 환원 전위 곡선은 원소 구리(elementary copper)의 영역 내에 있다.
바람직하게는 산소 및 물의 존재하에서, 구리의 산화 공정이 일어난다는 것이 증명되었다.
방정식 3
방정식 3은 이산화 아황(SO2), 물 및 산소의 존재하에서의 부식성 구리의 형성을 나타낸다. 부식성 구리는 물에서 우수한 용해도를 갖는다. 따라서, 방정식 3에 따른 반응은 산화구리(CuO) 보호층을 제거하고, 구리층의 추가적인 공격을 야기시킬 수 있다. 유사한 방식으로, 습기, 산소 및 이산화탄소(CO2)의 존재하에서 구리 탄산염이 생성될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는, 노출된 구리 영역들을 갖는 기판들을 처리하는 데에 필요한 공정 단계들 동안 이산화 아황의 양 그리고/또는 산소의 양 그리고/또는 이산화 탄소의 양 및 습도의 양을 최소화하는 것이 중요한 것으로 고려된다. 특히, 기판들을 전기 도금/전해 연마하는 데에 필요한 공정들은 구리 표면들의 산화를 촉진시키는 환경적인 조건들을 끊임없이 야기시킨다.
따라서, 본 발명은 전기 화학적인 처리를 필요로 하는 공정 시퀀스를 받아야 하는 기판에 대해 국부적인 환경을 생성한다는 개념에 기초하는바, 여기에서는 이산화 아황 그리고/또는 산소 그리고/또는 이산화 탄소의 양이 상당히 감소되어, 방정식 3의 평형을 산화 구리쪽(왼측)으로 시프트시키고, 방정식 1, 2a 및 2에 따른 구리의 산화를 감소시킨다. 이는, 질소, 아르곤 등과 같은 비활성 가스를 고려중인 공정 툴 또는 적어도 이 공정 툴의 관련 부분들에 실질적으로 공급하여, 처리될 기판 주위에 실질적으로 비활성 분위기를 제공함으로써 달성된다. 실질적으로 비활성 분위기를 확립함으로써, 기판 상에서의 이산화 아황 그리고/또는 산소 그리고/또는 이산화탄소의 부분 압력이 주위 분위기와 비교하여 상당히 감소됨으로써, 이러한 반응성 성분들과 노출된 금속 표면의 화학 반응 확률을 감소시킨다. 이와같이 부분 압력을 감소시키게 되면, 예를 들어 초고순도 물 등의 형태를 갖는 전해질, 물과 같은 공정 액체들로부터 이러한 주위 가스들(이들은 공정 액체들을 저장하고 처리하는 동안 용해된 것일 수 있다)을 어느 정도까지 제거할 수 있다.
도 2a 및 2b를 참조하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 대해 설명한다. 도 2a에서, 기판을 전기 화학적으로 처리하기 위한 공정 툴(200)의 일부는 도금 반응기(201)를 포함하는바, 본 예에서 이 도금 반응기(201)는 기판(212)를 받아 홀딩하는 회전가능한 기판 홀더(211), 및 기판(212)을 공정하는 동안 전해질을 유입시키기 위한 입구(214)가 그 내에 형성되어 있는 애노드(213)를 포함하는 도금 반응기가 될 수 있다. 또한, 확산 요소(215)가 애노드(213)와 기판 홀더(212) 사이에 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 전기 도금 반응기(210)는 소위 분수형 전기 도금 반응기를 나타낸다. 하지만, 이용되는 도금 반응기의 특정한 타입은 본 발명에 중요하지 않기 때문에, 전해 연마, 즉 역 전기 도금 공정을 수행하도록 구성된 배치를 포함하는 어떠한 타입의 도금 반응기라도 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 이 도금 반응기(210)는, 전기 도금 반응기(210)가 동작하는 동안, 통상적인 장치에서는 주위 분위기에 실질적으로 대응하는 가스 혼합물을 함유하는 내부 가스 분위기를 포함하는 내부 체적(216)을 정의하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서는, 통상적인 장치와 대조적으로, 전기 도금 반응기(210)는 가스 공급 시스템(217)을 포함하는바, 이는 질소, 아르곤과 같은 비활성 가스, 또는 희유 가스 등을 내부 체적(216)에 공급하도록 구성된다. 이 가스 공급 시스템(217)은 제 1 공급 라인(218)을 포함하는바, 이의 한 단부는 비활성 가스 소스(220)에 결합되고 다른 단부는 내부 체적(216)에 결합된다. 또한, 제 2 공급 라인(219)이 제공되는바, 이의 한 단부는 내부 체적(216)에 결합되고 다른 단부는 배출 소스(미도시)에 결합된다. 비록 윗측 부분 및 아랫측 부분에서 전기 도금 반응기(210)에 연결된 것으로 도시되기는 했지만, 이러한 제 1, 2 공급 라인들(218, 219)은 내부 체적(216)에 비활성 가스를 공급하기 위해 공정 툴(200)에서 이용되는 전기 도금 반응기(210)의 타입에 따라 어떠한 적절한 방식으로도 구성될 수 있다.
동작에 있어서, 비활성 가스, 예를 들어 질소가 비활성 가스 소스(220)로부터 제 1 공급 라인(218)을 통해 내부 체적(216)에 공급되어, 전기 도금 반응기(210) 내에 실질적으로 비활성 분위기를 확립함으로써, 이산화 아황 및 산소의 양을 상당히 감소시킨다. 주목할 사항으로서, 본원에서 이용되는 "실질적으로 비활성 가스 분위기"라는 용어는 가스 분위기를 설명하기 위한 것으로서, 이 분위기의 산소 농도는 주위 분위기, 일반적으로 청정실 분위기의 농도로부터 적어도 20% 벗어나며, 이에 따라 최대 산소 농도는 약 16%, 바람직하게는 5% 미만, 보다 바람직하게는 1% 미만이다. 이후, 기판(212)이 전기 도금 반응기(210) 내로 로드되어 기판 홀더(211)에 의해 수용된다. 공정 툴(200)의 타입에 따라, 내부 체적(216)의 내부의 실질적으로 비활성 가스 분위기가 주위 분위기와 접촉하게 되며, 이에 따라 어느 정도 양의 가스 교환이 일어난다.
따라서, 일 실시예에서는, 가스 공급 시스템(217)에 의해 어느 정도 양의 과도한 압력이 생성되어, 내부 체적(216)으로부터 개구부(미도시)(이 개구부로부터 기판(212)이 기판 홀더(211)에 로드된다) 쪽으로의 가스 흐름을 확립한다. 이러한 방식으로, 주위 분위기로부터 내부 체적(216)으로의 산소 및 이산화 아황의 유입이 최소화된다. 연속적인 유체 흐름을 확립함으로써, 어느 정도 양의 과도한 압력은 유익하게는, 동작하는 동안 주위 분위기로부터 내부 체적(216)을 충분히 밀폐시키도록 구성되지 않은 전기 도금 반응기(210) 내에 유지될 수 있게 된다. 기판(212)을 기판 홀더(211)에 배치한 후, 그리고 가능하게는 기판을 기판 홀더(211)로 이송하기 위해 개구부를 닫은 후, 가스 공급 시스템(217)은, 예를 들어 제 2 공급 라인(219)에 의해, 내부 체적(216)을 깨끗이 하도록 동작하여, 기판(212)을 전기 도금 반응기(210) 내로 로드하는 동안 유입된 산소 및 이산화 아황의 양을 더욱 감소시킨다. 이후, 전기 도금 반응기(210)의 동작이 시작되는바, 통상적인 장치와 대조적으로, 전기 도금 공정이 실질적으로 비활성 가스 분위기에서 이루어짐으로써, 기판(212) 상에 도금되는 구리 표면에서의 부식 공정을 상당히 감소시킨다.
도 2b는 전기 도금 반응기(210)에 부가적인 공정 모듈들이 결합되어 있는 공정 툴(200)을 개략적으로 나타낸다. 도 2b에서, 공정 툴(200)은 전기 도금 반응기(210)의 하부에 있는 린스 스테이션(230) 및 이 린스 스테이션(230)의 하부에 있는 드라이 스테이션(250)을 더 포함한다. 전기 도금 반응기(210), 린스 스테이션(230) 및 드라이 스테이션(250)은 화살표(261)로 나타낸 바와 같이 기판 이송을 가능하게 하도록 구성된 다수의 기판 이송 모듈들(260)에 의해 연결된다. 공정 툴(200)은 또한 내부 체적(202)을 정의하는 커버(201)를 포함한다. 일 실시예에서, 이 커버(201)는 주위 분위기와의 가스 교환을 실질적으로 막도록 구성되고, 다른 실시예들에서, 이 커버(201)는 주위 분위기와 내부 체적(202)의 가스 교환을 적어도 두드러지게 감소시키도록 설계된다. 커버(201)는 개별적인 공정 모듈들과 스테이션들 간의 어느 정도의 분리를 가능하게 하는 다수의 격벽(baffle)들(203)을 포함한다.
일 실시예에서는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 가스 공급 시스템(217)은 또한 이송 모듈들(260) 및 공정 스테이션들(210, 230, 250)중 적어도 일부에게 비활성 가스를 제공하도록 구성된 다수의 공급 라인들(204)을 포함한다. 다른 실시예들에서는, 특히 커버(201)가 주위 분위기로부터 내부 체적(202)을 실질적으로 완전히 밀폐시킬 때, 연속적인 가스 흐름을 확립하기 위해 1개 또는 그 이상의 배출 라인들(미도시)이 제공될 수 있다. 주목할 사항으로서, 도 2b에 도시된 실시예는 단지 예시적인 것으로서, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 많은 변형들 및 수정들이 이루어질 수 있다. 이를 테면, 격벽들(203)의 제공, 설계 및 배열은 공정 스테이션들(210, 230, 250) 및 이송 모듈들(260)의 구성에 의존하여 많은 방법들로 변경될 수 있다. 특히, 린스 스테이션(230) 및 드라이 스테이션(250)은 "개방된" 시스템으로서 나타내었지만, 다른 실시예들에서, 이들 스테이션들은 공급 라인들(218, 219)과 같은 부가적인 공급 라인들의 제공을 필요로 하는 개별적인 엔클로저(enclosure)를 가질 수 있는 공정 챔버들을 포함할 수 있다. 또한, 이송 모듈들(260)은 어떠한 타입의 웨이퍼 처리 장치를 포함할 수 있으며, 이에 따라 격벽들(203)은 인접하는 공정 스테이션들로의 로딩 행동 및 이들로부터의 디로딩(de-loading) 행동을 가능하게 하도록 설계되어, 인접하는 스테이션들과 모듈들 간의 가스 교환을 줄인다. 다른 실시예들에서, 특히 린스 스테이션(230) 및 드라이 스테이션(250)이 엔클로저를 갖는 공정 챔버를 개별적으로 포함할 때, 격벽들(203)은 완전히 생략될 수 있다.
동작에 있어서, 도 2a를 참조하여 설명된 조건들하에서 전기 도금된 구리 표면을 갖는 기판(212)은 전기 도금 반응기(210)의 하부에 있는 공정 모듈(260)로 이송된다. 공급 라인들(204)에 의해 내부 체적(202)에는 실질적으로 비활성 가스 분위기가 확립되기 때문에, 이전에 도금된 구리의 습식의 민감한 표면이 산소 그리고/또는 이산화 아황과 접촉하는 것이 실질적으로 방지된다. 특히, 기판(212)은 전형적으로 도금 공정을 완료했을 때 전해질의 얇은 막을 포함하며, 내부 체적(202)의 실질적으로 비활성 가스 분위기는 린스 스테이션(230)으로 이송하는 동안 새롭게 도금된 구리 표면이 부식될 확률을 줄일 수 있다. 기판(212)은 린스 스테이션(230) 및 드라이 스테이션(250) 간의 이송을 포함하여, 이들 스테이션들에서 실질적으로 비활성 가스 분위기로 처리되기 때문에, 도금후 공정들 동안에도 구리의 부식이 최소화된다.
주목할 사항으로서, 공정 툴(200)은 공정 요건들에 따라, 도 2b에 도시한 바와 같이, 많은 수의 공정 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 린스 스테이션(230)은 복잡한 금속층들을 포함하는 기판들의 공정에 필요한 어떠한 세정 스테이션을 나타낸다. 또한, 다른 실시예들에서, 특히 기판(212)의 "습식" 공정을 필요로 하는 공정 스테이션들은 대응하는 국부 분위기의 습기를 연속적으로 감소시키기 위한, 전기 도금 반응기(210)의 제 2 공급 라인(219)과 같은 배출 라인을 포함할 수 있다.
도 2b에 나타낸 모듈 구조는 또한 인접하는 공정 스테이션들 및 모듈들의 가스 분위기에 악영향을 주지 않으면서 공정 스테이션들 그리고/또는 이송 모듈들의 개별적인 액세스를 가능하게 한다. 예를 들어, 공정 툴(200)의 모듈 구성은, 나머지 내부 체적(202)의 비활성 가스 분위기를 심하게 손상시키지 않으면서, 예를 들어 제 1 이송 모듈 및 마지막 이송 모듈(260)에 의해 공정 툴(200)로의/로부터의 기판의 로딩 및 디로딩을 가능하게 한다.
도 2c는 본 발명의 예시적인 다른 실시예를 개략적으로 나타내는바, 여기에서 공정 툴(200)의 가스 공급 시스템(217)은 비활성 가스로부터 산소 그리고/또는 이산화 아황을 제거하도록 구성된 반응기(221)를 포함한다. 이 반응기(221)는 종래에 잘 알려진 방식으로 산소 그리고/또는 이산화 아황을 제거할 수 있게 하는, 예를 들어 촉매를 포함하는 어떠한 타입의 화학적 그리고/또는 물리적 반응기가 될 수 있다. 본 실시예는, 공정 툴(200)이 많은 양의 비활성 가스들의 공급, 또는 아르곤 또는 다른 희유 가스들과 같은 비교적 비싼 비활성 가스들의 공급을 필요로 할 때에 특히 유익한데, 그 이유는 비활성 가스의 주요 양(main amount)이 재생되고 다시 이용될 수 있기 때문이다. 도 2c에 도시한 가스 공급 시스템(217)을 이용할 때, 커버(201)는 주위 분위기로의 비활성 가스의 누설을 최소화하도록 구성되는 것이 바람직하다.
도 2d는 공정 툴(200)의 다른 변형을 개략적으로 나타낸다. 도 2d에서, 이 공정 툴(200)은 제어 유닛(270)에 연결된 다수의 센서 요소들(271)을 포함하고, 상기 제어 유닛(270)은 비활성 가스 소스(220)를 포함하는 가스 공급 시스템(217)에 동작가능하게 결합된다. 센서 요소들(271)은 압력 센서, 산소 농도 센서, 이산화 아황 농도 센서 등을 포함할 수 있다. 이러한 센서 요소들(271)은 1개 이상의 공정 스테이션들(210, 230, 250) 및 이송 모듈들(260) 상에 제공될 수 있다. 제어 유닛(270)은 센서 요소들(271)에 의해 출력되는 신호들을 수신하고, 수신한 센서 신호들에 기초하여 공정 제어를 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 가스 공급 시스템(217)은 공급 라인(204) 또는 공급 라인들(218 및 219)을 통한 유체 흐름을 조정하기 위한 적절한 수단을 포함할 수 있다. 대응하는 수단은 종래에 잘 알려져있으며, 밸브 요소, 펌프, 팬 등을 포함할 수 있다.
제어 유닛(270)은 1개 또는 그 이상의 흐름 조정 수단을 대응하게 조정하여, 공급 라인들(204, 218, 219)의 유체 흐름을 제어함으로써, 내부 체적(202) 내의 분위기를 제어할 수 있다. 이를 테면, 각각의 공정 스테이션으로의 기판의 로딩하에서, 또는 외부적으로 공급되는 기판을 공정 툴(200) 내에, 예를 들어 제 1 이송 모듈(260)에 로딩함으로써, 전기 도금 반응기(210)로의 산소 그리고/또는 이산화 아황의 확산을 효율적으로 감소시킬 수 있도록 이 전기 도금 반응기(210)로의 유체 흐름을 일시적으로 증가시키는 것이 유익하다. 유사하게, 다른 공정 스테이션들(230, 250) 및 이송 모듈들(260)의 실질적으로 비활성 가스 분위기를 제어할 수 있다. 또한, 센서 요소들(271)에 의해 제공되는 측정 결과들에 따라 실질적으로 비활성 가스 분위기를 제어함으로써, 공정 툴(200)에 공급되는 비활성 가스의 양을 실제 요구되는 양으로 감소시켜, 자원들을 절약할 수 있다.
결과적으로, 본 발명은 전기 도금, 전해 연마 등과 같이, 기판을 전기 화학적으로 처리하는 데에 필요한 공정에서 구리의 부식을 형성할 확률을 효율적으로 감소시킬 수 있는바, 여기에서는 연속적인 가스 흐름에 의해 그리고/또는 공정 툴 또는 적어도 이 공정 툴의 일부분 내에 실질적으로 비활성 가스 분위기를 갖는 내부 체적을 정의하는 커버를 제공함으로써, 기판 주위에 실질적으로 비활성 가스 분위기가 확립된다. 바람직하게는, 기판의 로딩, 이송, 세정, 건조 및 일시 저장과 같이, 기판을 전기 화학적으로 처리하는 것과 관련된 다른 공정들 또한 실질적으로 비활성 분위기 내에서 수행된다. 주목할 사항으로서, 이러한 공정들은 개별적인 공정 툴들, 또는 2개 이상의 공정들 또는 심지어 하나의 완전한 공정 시퀀스를 수행하도록 구성된 공정 툴들에서 수행될 수 있으며, 본 발명은 이러한 모든 타입의 공정 툴을 망라한다.
주목할 사항으로서, 비록 본 발명이 구리 도금과 관련하여 설명되기는 했지만, 본 발명의 원리들은 공정 품질을 개선하기 위해 실질적으로 비활성 분위기가 유익한, 구리 이외의 금속들에 의한 기판의 전기 화학적인 처리에도 용이하게 적용될 수 있다.
상기 개시된 특정한 실시예들은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명은 본원의 개시의 이득을 갖는 당업자들에게 명백한 다르지만 등가의 방법들로 변형 및 실행될 수 있다. 예를 들어, 상기 설명한 공정 단계들은 다른 순서로 수행될 수 있다. 또한, 하기의 청구항들에 정의되는 것 외에는, 본원에 개시된 구성 또는 설계의 세부 사항들에 대한 어떠한 한정도 의도되지 않는다. 따라서, 상기 개시된 특정 실시예들은 변경 또는 수정될 수 있으며, 이러한 모든 변경들은 본 발명의 범위 및 정신 내에 있는 것으로 간주된다. 따라서, 본원이 보호를 받고자 하는 바는 하기의 청구항들에서 설명된다.
Claims (15)
- 기판(212)을 전기 화학적으로 처리하기 위한 공정 툴에 있어서,도금 반응기(210)와; 그리고내부 가스 분위기를 포함하는 내부 체적(202)을 정의하기 위해 상기 도금 반응기(210)를 둘러싸는 커버(201)를 포함하며, 상기 커버(201)는 주위 분위기와의 가스 교환을 실질적으로 피하게 하는 것을 특징으로 하는 공정 툴.
- 제 1 항에 있어서,상기 내부 체적에 비활성 가스를 유입시켜 실질적으로 비활성 가스 분위기를 확립하는 가스 공급 시스템(217)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 툴.
- 제 1 항에 있어서,이송 모듈(260), 기판 세정 스테이션(230), 기판 건조 스테이션(250) 및 케미컬 저장 탱크중 적어도 하나를 더 포함하고, 상기 커버(201)는 이송 모듈, 기판 세정 스테이션, 기판 건조 스테이션 및 케미컬 저장 태크중 적어도 하나를 적어도 부분적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 공정 툴.
- 제 1 항에 있어서,상기 내부 가스 분위기는 질소 가스 및 희유 가스중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 툴.
- 제 2 항에 있어서,상기 가스 공급 시스템(217)은 공급되는 가스로부터 산소 및 이산화 아황중 적어도 하나를 제거하는 반응기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 툴.
- 제 2 항에 있어서,상기 가스 공급 시스템(217)은 상기 내부 체적 내의 1개 또는 그 이상의 지정된 위치들에 비활성 가스를 제공하기 위한 복수의 입구 라인들(204)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 툴.
- 제 1 항에 있어서,상기 커버(201)는 상기 내부 체적을 복수의 구획들로 분할하며, 인접하는 체적 구획들 간의 가스 교환이 감소되는 것을 특징으로 하는 공정 툴.
- 제 2 항에 있어서,상기 가스 공급 시스템(217)은 상기 도금 반응기 내에 연속적인 비활성 가스 흐름을 확립하는 것을 특징으로 하는 공정 툴.
- 제 1 항에 있어서,상기 공정 툴은 가스 공급 시스템(217) 및 이 가스 공급 시스템(217)에 동작가능하게 결합된 제어 유닛(270)을 더 포함하고, 상기 제어 유닛(270)은 상기 가스 공급 시스템(217)의 동작을 제어하여, 산소 농도, 내부 체적의 압력 및 상기 가스 공급 시스템(217)을 통한 가스 흐름 속도중 적어도 하나를 조정하는 것을 특징으로 하는 공정 툴.
- 기판(212)을 전기 화학적으로 처리하는 방법에 있어서,상기 기판(212)을 전기 화학적으로 처리하는 공정 툴(200)을 제공하는 단계와; 그리고상기 기판(212)을 둘러싸는 가스 분위기를 확립하는 단계를 포함하며,상기 가스 분위기는 상기 공정 툴(200)을 둘러싸는 주위 분위기 보다 낮은 산소 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 가스 분위기를 확립하는 단계는 상기 기판에 비활성 가스를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 비활성 가스는 질소 및 희유 가스중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 가스 분위기를 확립하는 단계는 상기 주위 분위기와 상기 가스 분위기의 가스 교환을 감소시키는 커버(201)를 제공함으로써 내부 체적을 정의하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10 항에 있어서,가스 분위기의 압력, 산소 농도 및 이산화 아황 농도중 적어도 하나를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 가스 분위기의 압력, 산소 농도 및 이산화 아황 농도중 적어도 하나의 검출에 기초하여, 상기 가스 분위기의 확립을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021163221A1 (en) * | 2020-02-14 | 2021-08-19 | Applied Materials, Inc. | Oxidation inhibiting gas in a manufacturing system |
| US11631605B2 (en) | 2007-10-27 | 2023-04-18 | Applied Materials, Inc. | Sealed substrate carriers and systems and methods for transporting substrates |
-
2003
- 2003-06-24 KR KR10-2004-7021324A patent/KR20050016904A/ko not_active Application Discontinuation
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