KR20060074593A

KR20060074593A - 반도체 소자의 농도적정 모니터링 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20060074593A
Application number: KR1020040113352A
Authority: KR
Inventors: 장성호
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-03

Abstract

본 발명은 구리도금 공정 진행 중에 있어서, 구동전극을 통해 전해액의 농도를 인-시튜(In-situ)로 측정하고 측정된 농도와, 기준전극을 통해 측정된 기준 농도간을 비교하여 그 변화량을 전류 혹은 전압으로 산출하여 모니터링하며, 산출된 농도에 대응하는 전류 혹은 전압의 변화량이 허용범위를 크게 벗어날 경우, 모니터링 및 경보음을 사용자에게 출력하기 위한 것으로, 이를 위한 구성은, 양극(Cathode) 및 음극(Anode)을 인가하는 전원부와, 음극에 의해 전해액의 농도를 일정하게 변화하도록 하고, 변화되는 전해액의 일정 농도에 따라 자체 구리 성분을 확산하는 구리와, 양극에 의해 전기 화학적인 반응이 표면에서 일어나 구리 성분이 도금되는 웨이퍼와, 전해액의 농도 측정 및 농도 변화량을 산출하여 모니터링하는 독립된 전해 셀을 포함한다. 따라서, 전해액의 농도가 이상 농도가 발생하여 웨이퍼에 구리가 일정하게 도금되지 않게 되는 현상을 모니터링 및 경보음을 통해 사전에 파악할 수 있는 효과가 있다.

구동전극, 기준전극, 전해액, CV, 인-시튜

Description

반도체 소자의 농도적정 모니터링 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING DENSITY END POINT IN SEMICONDUCTOR DEVICE}

도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자의 농도적정 모니터링 장치를 위한 전반적인 도면이고,

도 2는 도 1에 도시된 독립된 전해 셀(cell)을 보다 세부적으로 도시한 도면이며,

도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자의 농도적정 모니터링 방법을 위한 상세 흐름도이다.

본 발명은 반도체 소자의 농도적정 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면, 구리도금 공정 진행 중에 있어서, 구리 전해액의 전기 화학적 농도적정을 이용하여 웨이퍼에 전착이 일어나는 셀 내에서 전해액의 농도를 인-시튜(In-situ) 측정하여 전해액의 이상농도 발생 여부를 모니터링하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 구리도금 공정에서 도금 품질에 대한 요구는 해마다 고도 화되고 있으며, 금액의 적절한 관리는 생산현장의 큰 부담으로 되고 있다. 그렇지만, 한편에서는, 가격경쟁에 따른 비용삭감 노력의 일환으로서 도금처리의 자동화가 추진되고 있으며, 이 결과로서, 도금액의 자동관리장치는 필요 불가결하게 되고 있다.

이러한 자동관리장치를 이용한 구리도금 공정을 진행할 수는 있지만, 구리도금 진행전후 전해액의 농도는 샘플링(Sampling)한 전해액과 셀(Cell) 외부에서 준비한 NaOH 및 AgCl 표준용액 등의 화학을 이용한 적정법을 이용하여 12시간, 6기간 주기와 같이 장시간에 걸쳐 측정하여야만 하는 문제점을 갖는다.

이에, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 그 목적은 구리도금 공정 진행 중에 있어서, 구동전극을 통해 전해액의 농도를 인-시튜(In-situ)로 측정하고 측정된 농도와, 기준전극을 통해 측정된 기준 농도간을 비교하여 그 변화량을 전류 혹은 전압으로 산출하여 모니터링하며, 산출된 농도에 대응하는 전류 혹은 전압의 변화량이 허용범위를 크게 벗어날 경우, 모니터링 및 경보음을 사용자에게 출력하도록 하는 반도체 소자의 농도적정 모니터링 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 반도체 소자의 농도적정 모니터링 장치는 양극(Cathode) 및 음극(Anode)을 인가하는 전원부와, 음극에 의해 전해액의 농도를 일정하게 변화하도록 하고, 변화되는 전해액의 일정 농도에 따라 자체 구리 성분을 확산하는 구리와, 양극에 의해 전기 화학적인 반응이 표면 에서 일어나 구리 성분이 도금되는 웨이퍼와, 전해액의 농도 측정 및 농도 변화량을 산출하여 모니터링하는 독립된 전해 셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 관점에 따른 반도체 소자의 농도적정 모니터링 방법은 양극 및 음극 인가하는 제1과정과, 음극에 의해 전해액의 농도를 일정하게 변화하도록 하고, 변화되는 전해액의 일정 농도에 따라 자체 구리 성분을 확산하는 제2과정과, 양극에 의해 전기 화학적인 반응이 표면에서 일어나 구리 성분이 웨이퍼에 도금되는 제3과정과, 전해액의 농도 측정 및 농도 변화량을 산출하여 모니터링하는 제4과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 기술 분야의 숙련자라면 이 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 잘 이해하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자의 농도적정 모니터링 장치를 위한 전반적인 도면으로서, 구리도금 공정을 위한 전해액(S1)내의 웨이퍼(30)에 양극(Cathode)을 인가하고, 전해액(S1)내의 구리(Copper)(20)에 음극(Anode)을 인가하는 전원부(10)와, 전원부(10)에서 인가되는 음극에 의해 전해액(S1)의 농도를 일정하게 변화하도록 하고, 변화되는 전해액(S1)의 일정 농도에 따라 자체 구리 성분을 웨이퍼(30)에 도금하도록 확산하는 구리(20)와, 전원부(10)에서 인가되는 양극에 의해 전기 화학적인 반응이 표면에서 일어나 구리(20)에서 확산되는 구리 성분이 도금되는 웨이퍼(30)와, 전해액(S1)의 농도를 측정하고, 측정된 농도와 기준 농도간을 비교하여 변화량을 전류 혹은 전압으로 산출하여 모니터링하고, 산출된 농도에 대응하는 전류 혹은 전압의 변화량이 허용범위를 크게 벗어날 경우, 모니터링 및 경보음을 사용자에게 출력하는 하나의 독립된 셀(Cell)로 구성되어 있는 독립된 전해 셀(40)을 포함한다.

여기서, 독립된 전해 셀(40)은 도 2에 도시된 바와 같이, 전원부(10)에서 제공되고 측정부(40-5)를 통해 인가되는 양극에 의해 동작된 후, 측정부(40-5)의 측정 제어에 따라 전기 화학적 분석법중의 하나인 CV(Cyclic Voltammetry, CV) 법에 의해 전극 표면에서 일어나는 전해액(S1)내의 Cu2+, Cl-, H2SO4 등의 농도를 측정하고, 측정되는 농도에 대응하는 전류 혹은 전압을 산출하여 측정부(40-5)에 제공하는 구동전극(40-1)과, 구동전극(40-1)의 전위를 측정하기 위한 기준이 되는 전극으로서, 측정부(40-5)의 측정 제어에 따라 전해액(S1)내의 기준전극인 기준 전류 혹은 전압을 측정하여 측정부(40-5)에 인가하는 기준전극(40-3)과, 기준전극(40-3)에 의해 측정된 기준 전류 혹은 전압과, 구동전극(40-1)에 의해 측정된 전류 혹은 전압을 제공받아 기준 전류 혹은 전압과 측정된 전류 혹은 전압간을 비교하여 변화량을 전류 혹은 전압으로 산출하여 연결된 케이블(S2)을 통해 모니터링부(40-7)에 제공함과 동시에 PC(40-9)에 제공하는 측정부(40-5)와, 측정부(40-5)에 의해 산출된 전해액(S1)의 농도 변화량에 대한 전류 혹은 전압을 사용자가 확인할 수 있도록 출력하며, 또한 PC(40-9)로부터 제공되는 벗어난 허용범위를 사용자가 확인할 수 있도록 출력하는 모니터링부(40-7)와, 측정부(40-5)에 의해 산출된 전해액(S1)의 농도 변화량에 대한 전류 혹은 전압과, 기 세팅되어 있는 정상 범위에 해당되는 농도 변화량에 대한 전류 혹은 전압간을 비교하여 허용범위를 벗어날 경우, 벗어난 허용범위를 모니터링부(40-7)에 제공하고, 그 허용범위가 클 경우, 경보음 발생 신호를 출력수단(40)에 제공하는 PC(40-9)와, PC(40-9)로부터 제공되는 경보음 발생 신호를 사용자가 청취할 수 있도록 출력하는 출력수단(40-11)을 더 구비한다.

도 3의 흐름도를 참조하면서, 상술한 구성을 바탕으로, 본 발명에 따른 반도체 소자의 농도적정 모니터링 방법에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

먼저, PC(40-9)는 웨이퍼(30)에 구리가 일정하게 도금되도록 하기 위한 정상 범위에 해당되는 전해액(S1)의 농도 변화량에 대한 전류 혹은 전압을 기 세팅하고 있으며, 또한 기 세팅된 전류 혹은 전압에서 임의의 허용범위를 정하여 이 허용범위를 벗어날 경우, 이상 농도가 발생된 것으로 판단하도록 가정한다.

상술한 바와 같이, 기 세팅된 상태에서, 전원부(10)는 구리도금 공정을 위한 전해액(S1)내의 웨이퍼(30)와 독립된 전해 셀(40)내 구동전극(40-1)에 양극(Cathode)을 인가하고, 또한 전해액(S1)내의 구리(Copper)(20)에 음극(Anode)을 인가한다.

구리(20)는 전원부(10)에서 인가되는 음극에 의해 전해액(S1)의 농도를 일정하게 변화하도록 하고, 변화되는 전해액(S1)의 일정 농도에 따라 자체 구리 성분을 웨이퍼(30)에 도금하도록 확산한다.

웨이퍼(30)는 전원부(10)에서 인가되는 양극에 의해 전기 화학적인 반응이 표면에서 일어나 일정 농도에 따라 구리(20)에서 확산되는 구리 성분이 도금되는 것이다. 이때, 전해액(S1)의 농도가 이상 농도, 즉 PC(40-9)에 의해 세팅된 허용범위를 벗어나는 이상 농도일 경우, 확산이 일정치 않아 웨이퍼(30)에 구리가 일정하게 도금되지 않는다.

이에, 웨이퍼(30)에 구리가 일정하게 도금되도록 하기 위해 독립된 전해 셀(40)을 더 구비하여 전해액(S1)의 농도를 측정하고, 측정된 농도와 기준 농도간을 비교하여 변화량을 전류 혹은 전압으로 산출하여 모니터링하고, 산출된 농도에 대응하는 전류 혹은 전압의 변화량이 허용범위를 크게 벗어날 경우, 모니터링 및 경보음을 사용자에게 출력하도록 하는 것이다.

독립된 전해 셀(40)의 동작 과정에 대하여 보다 상세하게 설명하면 아래와 같으며, 독립된 전해 셀(40)은 도 2에 도시된 바와 같이 구성되어 있다.

먼저 측정부(40-5)는 구동전극(40-1) 및 기준전극(40-3) 각각에 전류, 혹은 전압을 측정하도록 제어한다(단계 301).

구동전극(40-1)은 전원부(10)에서 제공되고 측정부(40-5)를 통해 인가되는 양극에 의해 동작된 후, 측정부(40-5)의 측정 제어에 따라 전기 화학적 분석법중의 하나인 인-시튜(In-situ)의 CV 법에 의해 전극 표면에서 일어나는 전해액(S1)내의 Cu2+, Cl-, H2SO4 등의 농도를 측정한다(단계 302).

이후, 구동전극(40-1)은 측정되는 농도에 대응하는 전류 혹은 전압을 산출하여 측정부(40-5)에 제공한다(단계 303). 이때, 음극은 전해액(S1)내에 포함되어 있어 음극 역할을 수행하는 것으로, 구동전극(40-1)에 전류가 흐를 수 있도록 하기 위한 보조 전극으로서, 백금, 금, 탄소 등의 전기분해에 의하여 재료자체의 변질, 용해되지 않는 재료로서 사용되는 것이다.

그리고, 기준전극(40-3)은 구동전극(40-1)의 전위를 측정하기 위한 기준이 되는 전극으로, 은/염화은 전극, 포화칼로멜 전극(Saturated Calomel Electrode, SCE), 수은/산화수은전극 등으로서, 측정부(40-5)의 측정 제어에 따라 전해액(S1)내의 기준전극인 기준 전류 혹은 전압을 측정하여 측정부(40-5)에 인가한다(단계 304).

이후, 측정부(40-5)는 기준전극(40-3)에 의해 측정된 기준 전류 혹은 전압과, 구동전극(40-1)에 의해 측정된 전류 혹은 전압을 제공받은 후, 기준 전류 혹은 전압과 측정된 전류 혹은 전압간을 비교하여 그 변화량을 전류 혹은 전압으로 산출한다(단계 305). 이어서, 측정부(40-5)는 연결된 케이블(S2)을 통해 산출된 전해액(S1)의 농도 변화량에 대한 전류 혹은 전압을 모니터링부(40-7)을 통해 사용자가 확인할 수 있도록 출력(단계 306)함과 동시에 PC(40-9)에 제공한다(단계 307).

PC(40-9)는 측정부(40-5)에 의해 산출된 전해액(S1)의 농도 변화량에 대한 전류 혹은 전압과, 기 세팅되어 있는 정상 범위에 해당되는 농도 변화량에 대한 전류 혹은 전압간을 비교하여 허용범위를 벗어났는지를 판단한다(단계 308).

상기 판단(308)결과, 허용범위를 벗어나지 않을 경우, 정상 범위인 것으로, 판단과정을 계속적으로 수행한다. 반면에, 상기 판단(308)결과, 허용범위를 벗어날 경우, 벗어난 허용범위를 모니터링부(40-7)를 통해 사용자가 확인할 수 있도록 출력하며(단계 309), 그 허용범위가 클 경우, 출력수단(40)을 통해 사용자가 청취할 수 있도록 경보음 발생음을 출력한다(단계 310).

따라서, 구리도금 공정 진행 중에 있어서, 구동전극(40-1)을 통해 전해액의 농도를 인-시튜(In-situ)로 측정하고 측정된 농도와, 기준전극(40-3)을 통해 측정된 기준 농도간을 비교하여 그 변화량을 전류 혹은 전압으로 산출하여 모니터링하며, 산출된 농도에 대응하는 전류 혹은 전압의 변화량이 허용범위를 크게 벗어날 경우, 모니터링부(40-7) 및 출력수단(40-11)을 통해 모니터링 및 경보음을 출력함으로써, 전해액(S1)의 농도가 이상 농도가 발생하여 웨이퍼(30)에 구리가 일정하게 도금되지 않게 되는 현상을 모니터링 및 경보음을 통해 사전에 파악할 수 있다.

또한, 본 발명의 사상 및 특허청구범위 내에서 권리로서 개시하고 있으므로, 본원 발명은 일반적인 원리들을 이용한 임의의 변형, 이용 및/또는 개작을 포함할 수도 있으며, 본 명세서의 설명으로부터 벗어나는 사항으로서 본 발명이 속하는 업계에서 공지 또는 관습적 실시의 범위에 해당하고 또한 첨부된 특허청구범위의 제한 범위 내에 포함되는 모든 사항을 포함한다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 구동전극을 통해 전해액의 농도를 인-시튜(In-situ)로 측정하고 측정된 농도와, 기준전극을 통해 측정된 기준 농도간을 비교하여 그 변화량을 전류 혹은 전압으로 산출하여 모니터링하며, 산출된 농도에 대응하는 전류 혹은 전압의 변화량이 허용범위를 크게 벗어날 경우, 모니터링부 및 출력수단을 통해 모니터링 및 경보음을 출력함으로써, 전해액의 농도가 이상 농도가 발생하여 웨이퍼에 구리가 일정하게 도금되지 않게 되는 현상을 모니터링 및 경보음을 통해 사전에 파악할 수 있는 효과가 있다.

Claims

양극(Cathode) 및 음극(Anode)을 인가하는 전원부와,

상기 음극에 의해 전해액의 농도를 일정하게 변화하도록 하고, 상기 변화되는 전해액의 일정 농도에 따라 자체 구리 성분을 확산하는 구리와,

상기 양극에 의해 전기 화학적인 반응이 표면에서 일어나 상기 구리 성분이 도금되는 웨이퍼와,

상기 전해액의 농도 측정 및 농도 변화량을 산출하여 모니터링하는 독립된 전해 셀

을 포함하는 반도체 소자의 농도적정 모니터링 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 독립된 전해 셀은,

전기 화학적 분석법에 의해 전극 표면에서 일어나는 전해액의 농도를 측정하고, 상기 측정된 농도에 대응되는 전류를 산출하는 구동전극과,

상기 전해액내의 기준 전류를 측정하는 기준전극과,

상기 기준전극에 의해 측정된 기준 전류와, 상기 구동전극에 의해 측정된 전류간을 비교하여 변화량을 산출하는 측정부와,

상기 산출된 전해액의 농도 변화량에 대한 전류를 사용자가 확인할 수 있도록 출력하는 모니터링부와,

상기 산출된 전해액의 농도 변화량에 대한 전류와, 기 세팅되어 있는 정상 범위에 해당되는 농도 변화량에 대한 전류간을 비교하여 허용범위를 벗어날 경우, 벗어난 허용범위를 상기 모니터링부를 통해 출력하고, 상기 벗어난 허용범위가 클 경우, 경보음 발생 신호를 제공하는 PC와,

상기 경보음 발생 신호에 대응하는 경보음을 사용자가 청취할 수 있도록 출력하는 출력수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 농도적정 모니터링 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 전기 화학적 분석법은, CV(Cyclic Voltammetry)를 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 농도적정 모니터링 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 전해액의 농도 측정은, 인-시튜(In-situ)를 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 농도적정 모니터링 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 전해액은, Cu2+와 Cl-와 H2SO4인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 농도적정 모니터링 장치.
양극 및 음극 인가하는 제1과정과,

상기 음극에 의해 전해액의 농도를 일정하게 변화하도록 하고, 상기 변화되는 전해액의 일정 농도에 따라 자체 구리 성분을 확산하는 제2과정과,

상기 양극에 의해 전기 화학적인 반응이 표면에서 일어나 상기 구리 성분이 웨이퍼에 도금되는 제3과정과,

상기 전해액의 농도 측정 및 농도 변화량을 산출하여 모니터링하는 제4과정

을 포함하는 반도체 소자의 농도적정 모니터링 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 제4과정은,

전기 화학적 분석법에 의해 전극 표면에서 일어나는 전해액의 농도를 측정하고, 상기 측정된 농도에 대응되는 전류를 산출하는 제41과정과,

상기 전해액내의 기준 전류를 측정하는 제42과정과,

상기 기준 전류와, 상기 측정된 전류간을 비교하여 변화량을 산출하는 제43과정과,

상기 산출된 전해액의 농도 변화량에 대한 전류를 사용자가 확인할 수 있도록 모니터링하는 제44과정과,

상기 산출된 전해액의 농도 변화량에 대한 전류와, 기 세팅되어 있는 정상 범위에 해당되는 농도 변화량에 대한 전류간을 비교하여 허용범위를 벗어날 경우, 벗어난 허용범위를 모니터링하며, 상기 벗어난 허용범위가 클 경우, 경보음을 출력 하는 제45과정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 농도적정 모니터링 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 전기 화학적 분석법은, CV를 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 농도적정 모니터링 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 전해액의 농도 측정은, 인-시튜를 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 농도적정 모니터링 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 전해액은, Cu2+와 Cl-와 H2SO4인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 농도적정 모니터링 방법.