KR20100011853A - 기판도금장치 - Google Patents

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KR20100011853A KR1020080073248A KR20080073248A KR20100011853A KR 20100011853 A KR20100011853 A KR 20100011853A KR 1020080073248 A KR1020080073248 A KR 1020080073248A KR 20080073248 A KR20080073248 A KR 20080073248A KR 20100011853 A KR20100011853 A KR 20100011853A
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Abstract

전해액 상의 금속이온의 이동을 보다 원활히 할 수 있는 기판도금장치가 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 기판도금장치는, 전해액이 수용되며, 음극이 인가되는 기판이 선택적으로 침지되는 처리챔버, 전해액에 침지되어, 양극 인가시 금속이온을 발생시키는 타켓부재, 기판과 타켓부재 사이에 마련되어, 전해액 상의 금속이온을 여과하는 필터부, 그리고, 타켓부재와 필터부 사이에 마련되어, 전해액을 와류시키는 와류부를 포함한다. 이와 같은 구성에 의하면, 전해액 상의 금속이온을 와류시켜 금속이온의 이동을 유도함으로써, 기판의 도금효율 향상을 기대할 수 있다.
반도체, 기판, 웨이퍼, 도금, 증착, 구리, 와류, 분사노즐, 전해액.

Description

기판도금장치{WAFER PLATING APPARATUS}
본 발명은 반도체 제조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 금속배선을 위한 기판 도금시의 금속이온 균일도를 확보할 수 있는 기판도금장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체를 구성하는 실리콘 기판 상에 금속배선을 형성하기 위해, 상기 기판의 전면에 금속막을 형성하여 이 금속막을 패터닝하게 된다. 이때, 상기 기판의 전면에 형성되는 금속막은 알루미늄 또는 구리에 의해 형성된다. 이 중, 상기 구리막은 알루미늄막에 비해 녹는점이 높아 전기이동도에 대한 큰 저항력을 가짐으로써 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 비저항이 낮아 신호전달 속도를 증가시킬 수 있는 이점 때문에, 주로 채택된다.
현재, 상기 기판 상에 구리 배선을 형성하기 위한 방법으로는 물리기상증착 또는 화학기상증착이 주로 채용되나, 전기 이동도에 대한 내성이 우수하고 제조비용이 저렴한 화학기상증착 즉, 전기도금이 선호된다.
상기 기판에 대한 구리 전기도금의 원리는, 전해액이 수용된 처리챔버 내에 양극의 구리판과 음극의 기판을 침지시킴으로써, 구리판으로부터 분리된 구리이온이 상기 기판으로 이동하여 구리막을 형성한다.
그런데, 상기 구리판으로부터 분리되어 전해액 상으로 녹아든 구리이온은 비중에 의해 기판으로 이동이 저해되는 현상이 발생된다. 그로 인해, 상기 구리이온이 전해액 상에 균일하지 못한 상태로 이동하여 기판을 도금시킴으로써, 상기 기판의 도금불량이 야기된다. 이러한 기판의 도금불량은 제조되는 반도체의 품질저하의 원인이 되므로, 상기 기판의 도금효율 향상을 위한 연구/개발이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 타켓부재로부터 전해액상으로 녹아든 금속이온의 농도를 균일하게 할 수 있는 기판도금장치를 제공하기 위함이다.
본 발명의 다른 목적은 전해액상의 금속이온을 필터부가 여과하기 이전에 전해액 상의 금속이온 농도를 균일할 수 있는 기판도금장치를 제공하기 위함이다.
본 발명의 또 다른 목적은 처리챔버 내로 전해액 공급과 함께 전해액 상의 금속이온 농도를 균일하게 할 수 있는 기판도금장치를 제공하기 위함이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 기판도금장치는, 전해액이 수용되며, 음극이 인가되는 기판이 선택적으로 침지되는 처리챔버, 상기 전해액에 침지되어, 양극 인가시 금속이온을 발생시키는 타켓부재, 상기 기판과 타켓부재 사이에 마련되어, 상기 전해액 상의 금속이온을 여과하는 필터부, 그리고, 상기 타켓부재와 필터부 사이에 마련되어, 상기 전해액을 와류시키는 와류부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 필터부는, 상기 타켓부재와 마주하도록 설치되어 상기 전해액 상에서 금속이온을 여과시키는 제 1 필터와, 상기 제 1 필터와 기판 사이에 설치되어 상기 제 1 필터에 의해 여과된 금속이온을 상기 기판으로 분배 여과시키는 제 2 필터를 포함한다.
여기서, 상기 와류부는 상기 타켓부재와 제 1 필터 사이에 설치되어 일방향 으로 상기 전해액을 분사하여 와류를 형성시키는 제 1 분사노즐과, 상기 제 1 필터와 제 2 필터 사이에 설치되어 일방향으로 상기 전해액을 분사하여 와류를 형성시키는 제 2 분사노즐을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 의한 기판도금장치는, 전해액이 수용되며, 음극이 인가되는 기판이 선택적으로 침지되는 처리챔버, 상기 전해액에 침지되며, 양극 인가시 금속이온을 발생시키는 타켓부재, 상기 기판과 타켓부재 사이에 마련되어, 상기 전해액 상의 금속이온을 순차적으로 여과시키는 제 1 및 제 2 필터, 그리고, 상기 타켓부재과 제 1 필터 사이 및 상기 제 1 필터와 제 2 필터 사이의 적어도 어느 한 위치에 마련되어, 상기 전해액을 와류시키는 와류부를 포함한다.
여기서, 상기 와류부는 일방향으로 와류를 형성시키는 적어도 하나의 분사노즐을 포함한다. 또한, 상기 처리챔버와 도금챔버 내외로 상기 전해액을 순환시키는 전해액순환부를 포함하며, 상기 전해액순환부는 상기 분사노즐을 통해 상기 처리챔버 내부로 상기 전해액을 공급한다.
한편, 상부가 개방된 상태로 상기 처리챔버 내에 설치되어, 상기 타켓부재, 제 1 및 제 2 필터, 그리고, 상기 와류부를 수용하는 도금챔버를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제 2 필터는 상기 도금챔버의 개방된 상부에 설치됨으로써, 상기 처리챔버와 도금챔버를 구획시킴이 좋다. 또한, 상기 분사노즐은 상기 도금챔버의 내주면에 설치된다. 그러나, 상기 도금챔버에 설치되어 제 1 필터를 회전시키는 회전축 상에 분사노즐이 설치되는 변형 실시예도 가능하다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 전해액을 와류시키는 와류부를 구비함으로써, 전해액 상에서 금속이온이 비중에 의해 가라앉는 현상을 방지할 수 있다.
둘째, 타켓부재와 기판 사이에 마련된 필터부에 의해 금속이온이 여과되기 이전에 전해액을 와류시킴으로써, 금속이온의 여과효율을 향상시킬 수 있다.
셋째, 일방향으로 전해액을 분사하는 분사노즐을 구비함으로써, 전해액 공급과 함께 전해액을 와류시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 기판도금장치(1)는, 처리챔버(10), 타켓부재(20), 필터부(30) 및 와류부(40)를 포함한다.
상기 처리챔버(10)는 전해액(S)이 수용되며, 기판(W)이 선택적으로 침지된다. 상기 처리챔버(10)는 전해액공급부(12)로부터 전해액을 공급받는다. 여기서, 상기 처리챔버(10)는 기판(W)의 출입을 위해 상부가 개방된 원통의 욕조(bath) 형상을 가진다. 그러나, 꼭 이를 한정하는 것은 아니며, 상기 처리챔버(10)의 상부가 커버에 의해 선택적으로 개방되거나 일측면이 개방되는 것과 같이, 기판(W)이 침지될 수 있는 용량의 전해액(S)을 수용함과 아울러, 기판(W)이 선택적으로 출입될 수 있는 다양한 형상 중 어느 하나가 채용될 수 있음은 당연하다.
참고로, 상기 처리챔버(10) 내외로 출입하는 기판(W)은 척(13)에 의해 후면 이 지지되며, 상기 기판(W)과 척(13) 사이에 마련되어 전류가 인가되는 음전극부(14)에 의해 음극이 인가된다. 이러한 기판(W)은 반도체 기판이 되는 실리콘 웨이퍼로 예시하나, 꼭 이를 한정하는 것은 아니다. 즉, 상기 기판(W)은 LCD(Liquid Crystal Display) 또는 PDP(Plasma Display Panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용 유리기판이 채용될 수 있음은 당연하다.
상기 타켓부재(20)는 상기 전해액(S)에 침지되며, 양극전극부(21)와 연결되어 양극이 인가될 경우 산화반응에 의해 금속이온을 발생시키는 금속플레이트이다. 본 실시예에서는 상기 타켓부재(20)가 금속이온을 발생시키는 구리플레이트를 포함하는 것으로 예시한다. 또한, 상기 타켓부재(20)로부터 분리된 금속이온을 상기 기판(W)으로 전달하는 이온전도매체인 상기 전해액(S)은 황산구리액인 것으로 예시한다.
상기 필터부(30)는 상기 기판(W)과 타켓부재(20) 사이에 마련되어, 상기 전해액(S)으로부터 금속이온을 여과한다. 본 실시예에서는 상기 필터부(30)가 제 1 및 제 2 필터(31)(32)를 포함하여, 다단으로 금속이온을 여과한다. 그러나, 상기 필터부(30)의 여과 횟수는 꼭 이에 한정되지 않는다.
상기 제 1 필터(31)는 상기 타켓부재(20)와 마주하도록 설치되며, 처리챔버(10)에 마련된 회전축(11)에 의해 지지되어 회전될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 필터(31)는 깔때기와 같은 형상을 가진다. 이러한 제 1 필터(31)는 상기 타켓부재(20)로부터 분리되어 전해액(S) 상에 녹아든 금속이온을 1차 여과한다. 그로 인해, 상기 전해액(S) 상의 금속이온을 제외한 기포를 포함한 이물질이 1차 여과된 다.
상기 제 2 필터(32)는 상기 제 1 필터(31)와 기판(W) 사이에 설치되어, 상기 제 1 필터(31)로부터 여과된 금속이온을 상기 기판(W) 상으로 균일하게 여과하여 분배시킨다. 이때, 상기 제 2 필터(32)는 상기 기판(W)과 대응되는 형상을 가지고 마주하도록 설치된다.
한편, 상기 타켓부재(20), 제 1 및 제 2 필터(31)(32)의 외주부는 상부가 개방된 상태로 상기 처리챔버(10) 내에 설치되는 도금챔버(15)에 지지된다. 이때, 상기 처리챔버(10)의 대략 중앙에 마련된 회전축(11)은 상기 도금챔버(15)의 대략 중앙을 통해 삽입되어, 상기 타켓부재(20), 제 1 필터(31)의 중앙을 지지하게 된다.
참고로, 상기 도금챔버(15)는 불소계수지 중에서 고 결정성, 고 기계 가공성, 고 내열성, 고 난연성의 특성을 가지는 열가소성수지인 PVDF(Poly vinylidene fluoride)으로 형성됨이 바람직하다.
상기 와류부(40)는 상기 타켓부재(20)와 필터부(30) 사이에 마련되어, 상기 전해액(S) 상의 금속이온의 이동을 촉진시키기 위해 전해액(S)을 일방향(R)(이하, "와류방향"으로 지칭함)으로 와류시킨다. 이러한 와류부(40)는 상기 제 1 및 제 2 필터(31)(32)에 대응하여 제 1 및 제 2 분사노즐(41)(43)를 포함하여, 전해액(S) 상의 금속이온을 와류시킨다.
상기 제 1 분사노즐(41)은 도 2 및 도 3의 도시와 같이, 상기 도금챔버(15)의 내주면에 설치되어 전해액(S)을 분사한다. 본 실시예에서는 상기 제 1 분사노즐(41)이 3개 마련되는 것으로 예시한다. 또한, 상기 제 1 분사노즐(41)에는 도 3 의 도시와 같이, 반시계방향인 와류방향(R)으로 전해액(S)을 와류시키도록, 와류방향(R)을 향해 제 1 분사공(42)이 형성된다. 이때, 상기 제 1 분사노즐(41)은 전해액공급부(12)와 연결되어 제 1 분사공(42)으로부터 전해액(S)을 분사함으로써, 와류를 형성시킨다. 이러한 제 1 분사노즐(41)의 와류형성에 의해 상기 금속이온이 전해액(S) 상에서 가라앉지 않고 도금챔버(15)의 내주를 따라 가이드되어 제 1 필터(31) 측으로 유입될 수 있게 된다.
한편, 도 4의 도시와 같이, 상기 제 1 분사노즐(41')이 상기 처리챔버(10)의 내주면이 아닌 회전축(11) 상에 설치되는 변형예도 가능하다. 이로 인해, 상기 제 1 분사노즐(41')이 회전축(11)과 함께 회전하면서 전해액(S)을 분사함으로써, 와류를 형성시켜 금속이온이 비중에 의해 가라앉는 현상을 억제시킨다.
상기 제 2 분사노즐(43)은 도 2 및 도 5의 도시와 같이, 상기 제 1 필터(31)와 제 1 필터(31) 사이의 회전축(11) 상에 설치되어, 와류방향(R)으로 전해액(S)을 분사한다. 상기 제 2 분사노즐(43)은 도 5의 도시와 같이, 3개의 제 2 분사공(44)을 가지나, 제 2 분사공(44)의 개수는 한정되지 않는다.
상기 제 2 분사공(44)은 와류방향(R)을 향해 경사지도록 형성된다. 그로 인해, 상기 제 2 분사노즐(43)은 회전축(11)과 함께 회전하면서 전해액(S)을 와류시킴으로써, 전해액(S) 상의 금속이온이 비중에 가라앉지 않고 원활히 이동되도록 가이드한다.
한편, 본 실시예에서는 상기 제 1 및 제 2 필터(31)(32)로부터 금속이온이 각각 여과되기 이전에 전해액(S)을 와류시키는 제 1 및 제 2 분사노즐(41)(43)을 구비하는 것으로 도시 및 예시하였으나, 꼭 이를 한정하는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 타켓부재(20)와 제 1 필터(31) 사이에만 제 1 필터(31)가 설치되어 1차 여과 이전에 전해액(S)을 와류시키거나, 상기 제 1 필터(31)와 제 2 필터(32) 사이에만 제 2 필터(32)가 설치되어 2차 여과 이전에 전해액(S)을 와류시키는 변형예도 가능하다. 즉, 상기 제 1 및 제 2 분사노즐(41)(43) 중 어느 하나의 분사노즐만을 구비하는 변형예도 가능한 것이다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판도금장치(1)의 도금공정을 순차적으로 설명하면 하기와 같다.
우선, 도 2의 도시와 같이, 상기 타켓부재(20)와 마주하도록 처리챔버(10)의 전해액(S)에 기판(W)이 침지되어 전류가 인가되면, 양극의 타켓부재(20)로부터 금속이온이 분리되어 전해액(S) 상으로 녹아든다. 이렇게 금속이온이 녹아든 전해액(S)은 제 1 분사노즐(41)에 의해 R방향으로 와류됨으로써, 비중에 의해 가라앉지 않고 제 1 필터(31) 측으로 원활히 이동될 수 있게 된다.
이 후, 상기 전해액(S) 상에 퍼진 금속이온은 제 1 필터(31)를 통해 1차 여과된다. 1차 여과되어 제 1 및 제 2 필터(31)(32) 사이로 이동된 금속이온은 제 1 및 제 2 필터(31)(32) 사이에 마련된 제 2 분사노즐(43)에 의한 와류 형성에 의해, 전해액(S) 상에서 가라앉지 않고 제 2 필터(32) 측으로 이동된다. 그러면, 상기 제 2 필터(32)는 상기 금속이온을 기판(W)의 전면으로 여과하여 분배함으로써, 양극이 인가된 기판(W)의 환원반응에 의해 기판(W) 표면에 구리막이 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해 당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 기판도금장치를 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 기판도금장치를 개략적으로 도시한 단면도,
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절단한 단면도,
도 4은 회전축 상에 제 1 분사노즐이 설치되는 변형예를 개략적으로 도시한 단면도, 그리고,
도 5는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 절단한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1: 기판도금장치 10: 처리챔버
11: 회전축 12: 전해액공급부
17: 척 18: 음전극부
19: 도금챔버 20: 타켓부재
21: 양전극부 30: 필터부
31: 제 1 필터 32: 제 2 필터
40: 와류부 41: 제 1 분사노즐
43: 제 2 분사노즐

Claims (10)

  1. 전해액이 수용되며, 음극이 인가되는 기판이 선택적으로 침지되는 처리챔버;
    상기 전해액에 침지되어, 양극 인가시 금속이온을 발생시키는 타켓부재;
    상기 기판과 타켓부재 사이에 마련되어, 상기 전해액 상의 금속이온을 여과하는 필터부; 및
    상기 타켓부재와 필터부 사이에 마련되어, 상기 전해액을 와류시키는 와류부;
    를 포함하는 기판도금장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터부는,
    상기 타켓부재와 마주하도록 설치되어, 상기 전해액 상에서 금속이온을 여과시키는 제 1 필터; 및
    상기 제 1 필터와 기판 사이에 설치되어, 상기 제 1 필터에 의해 여과된 금속이온을 상기 기판으로 분배 여과시키는 제 2 필터;
    를 포함하는 기판도금장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 와류부는 상기 타켓부재와 제 1 필터 사이에 설치되어 일방향으로 상기 전해액을 분사하여 와류를 형성시키는 제 1 분사노즐을 포함하는 기판도금장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 와류부는 상기 제 1 필터와 제 2 필터 사이에 설치되어 일방향으로 상기 전해액을 분사하여 와류를 형성시키는 제 2 분사노즐을 포함하는 기판도금장치.
  5. 전해액이 수용되며, 음극이 인가되는 기판이 선택적으로 침지되는 처리챔버;
    상기 전해액에 침지되며, 양극 인가시 금속이온을 발생시키는 타켓부재;
    상기 기판과 타켓부재 사이에 마련되어, 상기 전해액 상의 금속이온을 순차적으로 여과시키는 제 1 및 제 2 필터; 및
    상기 타켓부재과 제 1 필터 사이 및 상기 제 1 필터와 제 2 필터 사이의 적어도 어느 한 위치에 마련되어, 상기 전해액을 와류시키는 와류부;
    를 포함하는 기판도금장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 와류부는 일방향으로 와류를 형성시키는 적어도 하나의 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 처리챔버와 도금챔버 내외로 상기 전해액을 순환시키는 전해액순환부를 포함하며,
    상기 전해액순환부는 상기 분사노즐을 통해 상기 처리챔버 내부로 상기 전해액을 공급하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상부가 개방된 상태로 상기 처리챔버 내에 설치되어, 상기 타켓부재, 제 1 및 제 2 필터, 그리고, 상기 와류부를 수용하는 도금챔버;
    를 더 포함하며,
    상기 제 2 필터는 상기 도금챔버의 개방된 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 분사노즐은 상기 도금챔버의 내주면에 설치되는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 필터는 상기 도금챔버에 설치되는 회전축에 회전 가능하게 지지되며,
    상기 분사노즐은 상기 회전축 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
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