KR20070059351A - 전기 도금 장치 - Google Patents

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Abstract

전기 도금 장치를 제공한다. 이 전기 도금 장치는 공정 챔버를 구비한다. 상기 공정 챔버의 상부 영역에 웨이퍼를 장착할 수 있는 하부면을 갖는 상부 전극 조립체가 제공된다. 상기 공정 챔버의 하부 영역에 하부 전극 조립체가 제공된다. 상기 하부 전극 조립체와 상기 상부 전극 조립체 사이에 멤브레인 필터가 제공된다. 상기 상부 전극 조립체와 상기 멤브레인 필터 사이의 공간을 적어도 두 개의 공간부들로 분할하는 격리막이 제공된다. 여기서, 상기 공간부들의 각각은 상기 멤브레인 필터와 접하는 영역을 갖는다.

Description

전기 도금 장치{Electro-plating apparatus}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 도금 장치를 나타낸 개략적인 단면도이다.
본 발명은 반도체 설비에 관한 것으로, 특히 전기 도금 장치에 관한 것이다.
반도체소자의 집적도가 증가함에 따라, 다층 금속배선들(multi-layered metal interconnection lines)을 채택하는 기술이 널리 사용되고 있다. 특히, 상기 다층 금속배선들은 상기 반도체소자의 성능(performance)을 향상시키기 위하여 낮은 비저항(low resistivity) 및 높은 신뢰성(high reliability)을 갖는 금속막으로 형성되어야 한다. 이러한 금속막으로 구리막이 널리 사용되고 있다. 이와 같은 구리막을 채택하는 금속 배선 공정에 대한 요구가 최근 반도체 소자의 고집적화 및 고성능화 경향에 따라 더욱 엄격해지고 있다. 구리막을 채택하는 금속 배선은 전기 도금 또는 전기 증착을 이용하는 반도체 공정을 진행함으로써 형성할 수 있다.
통상의 전기 도금 장치는 구리 물질을 제공하기 위한 화학 용액을 수용할 수 있는 공간부와 전기 도금을 위한 전류를 제공하기 위한 상부 전극 및 하부 전극을 포함할 수 있다. 이 경우에, 전기 도금 대상인 웨이퍼는 상기 상부 전극의 하부면에 장착될 수 있다. 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 전류 밀도는 불균일 할 수 있다. 예를 들어, 전기 도금이 수행되는 경우에, 상기 상부 전극의 하부면에 장착된 웨이퍼 가장자리 영역의 하부 영역에서의 전류 밀도가 그 웨이퍼 중앙 영역의 하부 영역에서의 전류 밀도보다 높을 수 있다. 일반적으로, 전류 밀도가 상대적으로 높게 형성되는 영역에서의 구리 물질의 이동이 높아질 수 있다. 따라서, 상기 전기 도금에서는 상기 웨이퍼의 가장 자리 영역에서의 도금층, 즉 구리막의 두께가 그 웨이퍼의 중앙 영역에서의 구리막의 두께보다 두꺼울 수 있다. 따라서, 이와 같이 형성된 구리막은 그 두께가 일정하지 않을 수 있다.
이와 같이, 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 구리막의 두께가 일정하지 않은 것은 반도체소자의 신뢰성(reliability)을 저하시킬 수 있다. 그 결과, 반도체 소자의 성능을 열화 시킬 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 웨이퍼 상에 균일한 도금층을 형성할 수 있는 전기 도금 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 태양은 웨이퍼 상에 균일한 도금층을 형성할 수 있는 전기 도금 장치를 제공한다. 이 전기 도금 장치는 공정 챔버를 구비한다. 상기 공정 챔버의 상부 영역에 웨이퍼를 장착할 수 있는 하부면을 갖는 상부 전극 조립체가 제공된다. 상기 공정 챔버의 하부 영역에 하부 전극 조립체가 제공된다. 상기 하부 전 극 조립체와 상기 상부 전극 조립체 사이에 멤브레인 필터가 제공된다. 상기 상부 전극 조립체와 상기 멤브레인 필터 사이의 공간을 적어도 두 개의 공간부들로 분할하는 격리막이 제공된다. 여기서, 상기 공간부들의 각각은 상기 멤브레인 필터와 접하는 영역을 갖는다.
상기 공간부들은 상기 상부 전극 조립체의 중앙 영역과 상기 멤브레인 필터의 중앙 영역 사이의 제1 공간부와 상기 상부 전극 조립체의 가장자리 영역과 상기 멤브레인 필터의 가장자리 영역 사이의 제2 공간부로 이루어질 수 있다.
상기 제1 공간부 내에 제1 화학 용액을 공급하기 위해 상기 제1 공간부와 연결된 제1 공급 라인 및 상기 제2 공간부 내에 제2 화학 용액을 공급하기 위해 상기 제2 공간부와 연결된 제2 공급라인을 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 및 제2 화학 용액들의 각각은 구리 이온 및 불순물 용액을 포함하되, 상기 제1 화학 용액의 불순물 농도와 상기 제2 화학 용액의 불순물 농도는 서로 다를 수 있다. 여기서, 상기 불순물 용액은 황산 용액일 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 도금 장치를 나타낸 개략적인 단면도이다.
우선, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 전기 도금 장치를 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 전기 도금 장치는 공정 챔버(1)를 구비한다. 상기 공정 챔버(1)의 하부 영역에 설치된 하부 전극 조립체(10)가 제공된다. 상기 공정 챔버(1)의 상부 영역에 설치되어 하부면에 웨이퍼(30)를 장착할 수 있는 상부 전극 조립체(20)가 제공된다. 상기 상부 전극 조립체(20)는 음극 조립체일 수 있고, 상기 하부 전극 조립체(10)는 양극 조립체일 수 있다.
상기 상부 전극 조립체(20)와 상기 하부 전극 조립체(10) 사이에 설치된 멤브레인 필터(50)가 제공된다. 상기 상부 전극 조립체(20)와 상기 멤브레인 필터(50) 사이에 설치된 디퓨져(diffuser; 55)가 제공될 수 있다. 상기 상부 전극 조립체(20) 하부면에 장착되는 상기 웨이퍼(30)의 가장 자리 영역을 둘러싸는 블로킹부(35)가 제공될 수 있다. 이 경우에, 상기 블로킹부(35)는 상기 웨이퍼(30)의 가장자리 영역과 이격되도록 설치될 수 있다. 여기서, 상기 디퓨져(55)는 상기 블로킹부(35)와 상기 멤브레인 필터(50) 사이에 위치할 수 있다. 이와는 달리, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 디퓨져(55)는 상기 블로킹부(35)의 소정 영역에 고정되도록 설치될 수 있다.
상기 하부 전극 조립체(10)의 중앙을 관통하며 상기 멤브레인 필터(50)와 상기 디퓨져(55) 사이의 공간으로 연장된 플레이팅 솔루션(plating solution; 40)이 제공될 수 있다. 상기 플레이팅 솔루션(40)을 통하여 상기 상부 전극 조립체(20)와 상기 멤브레인 필터(50) 사이의 공간에 첨가제가 포함된 화학 용액을 공급할 수 있 다. 구리 도금 공정이 진행되는 경우, 상기 첨가제는 상기 웨이퍼(30) 상에 구리 도금층을 형성하기 위한 촉진제 역할을 할 수 있다.
상기 멤브레인 필터(50)와 상기 하부 전극 조립체(10) 사이의 공간을 적어도 두 개의 공간부들로 분할하는 격리막(45)이 제공된다. 상기 공간부들의 각각은 상기 멤브레인 필터(50)와 접하는 영역을 가질 수 있다. 상기 격리막(45)에 의해 분할된 상기 공간부들은 상기 하부 전극 조립체(10)의 중앙 영역과 상기 멤브레인 필터(50)의 중앙 영역 사이에 제공된 제1 공간부(A)와 상기 하부 전극 조립체(10)의 가장 자리 영역과 상기 멤브레인 필터(50)의 가장 자리 영역 사이에 제공된 제2 공간부(B)로 이루어질 수 있다.
상기 제1 공간부(A) 내에 제1 화학 용액을 공급하기 위해 상기 제1 공간부(A)와 연결된 제1 공급 라인(60) 및 상기 제2 공간부(B) 내에 제2 화학 용액을 공급하기 위해 상기 제2 공간부(B)와 연결된 제2 공급 라인(65)이 제공될 수 있다. 상기 제1 공급 라인(60) 및 상기 제2 공급라인(65)은 구리 도금 공정을 진행하기 위한 화학 용액들을 공급하기 위해 제공될 수 있다. 상기 제1 및 제2 화학 용액들의 각각은 구리 이온 및 불순물 용액을 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 화학 용액의 불순물 농도와 상기 제2 화학 용액의 불순물 농도는 서로 다를 수 있다. 여기서, 상기 불순물 용액은 황산 용액일 수 있다.
다음으로, 도 1의 전기 도금 장치를 사용하여 웨이퍼에 전기 도금 공정을 수행하는 것을 설명하기로 한다.
먼저, 웨이퍼(30)를 상기 전기 도금 장치의 상기 공정 챔버(1) 내부로 로딩 한다. 이 경우에, 상기 웨이퍼(30)는 상기 상부 전극 조립체(20)의 하부면에 장착될 수 있다. 상기 웨이퍼(30)가 장착된 전기 도금 장치의 상기 제1 공간부(A) 내에 상기 제1 공급 라인(60)을 통하여 제1 화학 용액을 공급한다. 이와 동시에 상기 제2 공간부(B) 내에 상기 제2 공급 라인(65)을 통하여 제2 화학 용액을 공급할 수 있다. 이와 같이 공급된 상기 제1 및 제2 화학 용액들은 구리 이온 및 불순물 용액을 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 불순물 용액은 황산 용액일 수 있다. 상기 제1 화학 용액은 제1 전기 전도도를 가지며, 상기 제2 화학 용액은 상기 제1 전기 전도도와 다른 제2 전기 전도도를 갖도록 제공될 수 있다.
구리 도금이 수행된 웨이퍼의 중앙 영역에서의 구리 도금층의 두께와 그 가장자리 영역에서의 구리 도금층의 두께가 서로 다른 경우에, 상기 황산 용액의 농도 및 상기 구리 이온의 농도를 적절하게 조절하여 상기 제1 공간부 또는 상게 제2 공간부 내에 공급되는 황산 용액에서의 구리 이온들이 흐름을 조절하여 웨이퍼의 여러 부분들에 형성되는 구리 도금층의 두께를 조절할 수 있다. 예를 들면, 상기 불순물 용액, 즉 황산 용액의 농도를 적절히 조절하여 일정한 전기 전도도를 갖는 화학 용액을 형성할 수 있다. 즉, 황산 용액의 농도가 증가하면 화학 용액의 전기 전도도는 증가할 수 있다. 따라서, 서로 다른 전기전도도를 갖는 상기 제1 및 제2 화학 용액들을 상기 제1 공간부 및 상기 제2 공간부에 상기 제1 및 제2 공급라인들을 통하여 공급함으로써, 이와 같은 화학 용액들을 사용하는 전기 도금 방법에 의하여 웨이퍼 상에 형성된 구리 도금층은 균일한 두께를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기 도금 장치를 사용하여 웨이퍼에 구리 도금층을 형성하는 경우에, 웨이퍼의 여러 부분들에 형성되는 구리 도금층의 두께를 조절할 수 있다. 따라서, 웨이퍼에 형성되는 구리 도금층을 균일한 두께를 갖도록 형성할 수 있다. 그 결과, 이와 같이 형성된 구리 도금층을 이용하여 형성된 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 화학 용액을 함유하는 챔버를 다중 구조로 하는 전기 도금 장치를 제공한다. 이와 같은 다중 구조의 챔버 내에 서로 다른 전기 전도도를 갖는 화학 용액들을 공급할 수 있다. 따라서, 구리 이온들의 분포를 조절할 수 있기 때문에, 웨이퍼의 여러 부분들에 형성되는 구리 도금층들의 두께를 조절할 수 있다. 더 나아가, 웨이퍼의 여러 부분들에 증착되는 구리 도금층들은 균일한 두께로 형성될 수 있다.

Claims (5)

  1. 공정 챔버를 갖는 전기 도금 장치에 있어서,
    상기 공정 챔버의 상부 영역에 설치되어 하부면에 웨이퍼를 장착할 수 있는 상부 전극 조립체;
    상기 공정 챔버의 하부 영역에 설치된 하부 전극 조립체;
    상기 하부 전극 조립체와 상기 상부 전극 조립체 사이에 설치된 멤브레인 필터; 및
    상기 상부 전극 조립체와 상기 멤브레인 필터 사이의 공간을 적어도 두 개의 공간부들로 분할하는 격리막을 포함하되,
    상기 공간부들의 각각은 상기 멤브레인 필터와 접하는 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 도금 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간부들은 상기 상부 전극 조립체의 중앙 영역과 상기 멤브레인 필터의 중앙 영역 사이의 제1 공간부와 상기 상부 전극 조립체의 가장자리 영역과 상기 멤브레인 필터의 가장자리 영역 사이의 제2 공간부로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 도금 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 공간부 내에 제1 화학 용액을 공급하기 위해 상기 제1 공간부와 연결된 제1 공급 라인 및 상기 제2 공간부 내에 제2 화학 용액을 공급하기 위해 상기 제2 공간부와 연결된 제2 공급라인을 더 포함하는 전기 도금 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 화학 용액들의 각각은 구리 이온 및 불순물 용액을 포함하되, 상기 제1 화학 용액의 불순물 농도와 상기 제2 화학 용액의 불순물 농도는 서로 다른 것을 특징으로 하는 전기 도금 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 불순물 용액은 황산 용액인 것을 특징으로 하는 전기 도금 장치.
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