KR20100088029A - 부식 측정 장치 및 이를 이용한 부식 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부식 측정 장치 및 이를 이용한 부식 측정 방법에 관한 것으로, 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 CMP) 또는 전기화학적기계적연마(Electro Chemical Mechanical Polishing; 이하 ECMP)용 용액이 담긴 용기에 Ag/AgCl로 이루어진 기준전극(Reference electrode), 백금 거즈 형태로 이루어진 카운터전극(Counter electrode) 및 시편으로 이루어진 작업전극(Working electrode)을 침지시키고, 상기 카운터전극, 상기 기준전극 및 상기 작업전극에 각각 전압을 인가하면서 개회로 전위와 상기 시편의 부식정도를 측정하는 전기화학 분석기를 포함하는 부식 측정 장치를 이용하여, CMP에 사용되는 구연산 또는 세정 용액에 사용되는 Triton X-100이 구리층, 티타늄층 및 구리-티타늄 패턴에 미치는 영향을 파악하고 이를 실제 공정에 용이하게 적용할 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

구리, 티타늄, 화학적 부식, 갈바닉 부식, 개회로 전위

Description

부식 측정 장치 및 이를 이용한 부식 측정 방법{APPARATUS FOR MEASURING CORROSION AND METHOD FOR MEASURING CORROSION USING THE SAME}

본 발명은 부식 측정 장치 및 이를 이용한 부식 측정 방법에 관한 것으로, 반도체 직접회로에 사용되는 공정 중에서 웨이퍼 상부에 형성된 금속층 또는 금속 패턴을 화학적기계적연마 후 웨이퍼의 표면을 세정하는 과정에서 일어날 수 있는 결함을 방지하기 위한 기술이다.

반도체 제조 공정에서 다층 금속화(Mentalization)는 차세대 초대규모 집적(ULSI)분야에서의 핵심 기술 중 하나이다. 이러한 기술의 중심에 있는 다층 인터커넥트(Interconnect)는 콘택트(Contact), 비아(Via), 트렌치 및 기타 패턴(Pattern)을 포함하는 높은 종횡비 구간 내에 형성된 인터커넥트 패턴의 평탄화를 필요로 한다. 이러한 인터커넥트 패턴을 신뢰할 수 있게 형성하는 것은 ULSI의 달성 및 각 기판과 다이(Die)에서 회로 밀도 및 품질을 높이려는 계속되는 노력에 있어서 매우 중요하다.

집적 회로 및 기타 전자 소자의 제조에서, 전도체, 반도체, 및 유전체 재료로 이루어진 복수의 층이 기판의 표면상에 부착되거나 그 표면으로부터 제거된다. 전도체, 반도체, 및 유전체 재료의 얇은 층들은 수많은 부착 방법으로 부착될 수 있다. 최근 공정에서의 일반적인 부착 방법은 스퍼터링으로도 알려진 물리 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD) 및 전기화학적 도금(ECP)을 포함한다.

재료층들이 연속적으로 부착되고 제거됨에 따라, 기판의 최상부 표면은 그 표면에 걸쳐 비-평면이 되고 그에 따라 평탄화가 요구된다. 비-평면 공정의 예는 ECP 공정으로 구리 필름을 부착하는 것으로서, 그러한 공정에서, 특히 10 미크론 보다 넓은 라인의 경우에, 구리 토포그래피(topography)는 웨이퍼 표면의 기존 비-평면적 토포그래피를 따라간다. 이러한 표면의 '평탄화' 또는 표면의 '연마'는 기판의 표면으로부터 재료를 제거하여 대체적으로 평탄한 평면형 표면을 형성하는 공정이다. 평탄화는 거친 표면, 응집된 재료, 결정 격자 손상, 스크래치 및 오염 층 또는 재료와 같은 표면 결함 및 바람직하지 않은 표면 토포그래피를 제거하는데 유용하다. 평탄화는 또한 금속화 및 공정의 후속 레벨을 위한 균일한 표면을 제공하고 패턴을 형성하기 위해 사용된 과다 부착 재료를 제거함으로써 기판상에 패턴을 형성하는데 유용하다.

상기와 같은 평탄화 공정을 화학적기계적 평탄화 또는 화학적기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 CMP)라고 한다.

CMP는 기판으로부터 재료를 선택적으로 제거하기 위해 화학적 조성물, 통상 적으로 슬러리 또는 기타 유체 매체를 사용한다. 통상적인 CMP 기술에서, 기판 캐리어 또는 연마 헤드는 캐리어 조립체상에 장착되고 CMP 장치내에서 연마 패드와 접촉하도록 위치된다. 캐리어 조립체는 기판에 제어가능한 압력을 제공하며, 그에 따라 기판을 연마 패드에 대해 가압한다. 패드는 외부 구동력에 의해 기판에 대해 상대적으로 이동한다. CMP 장치는 연마 조성물을 분산시키면서 기판 표면과 연마 패드 사이의 연마 또는 마찰 운동을 유발하여, 화학적 작용 및 기계적 작용 그리고 기판 표면으로부터의 재료의 결과적인 제거를 일으킨다.

다른 평탄화 기술로는 전기화학적기계적연마(Electro Chemical Mechanical Polishing; 이하 ECMP)가 있다. ECMP 기술은 전기화학적 용해에 의해 기판 표면으로부터 금속층 또는 금속 패턴을 제거하면서, 동시에 통상적인 CMP 공정에 비해 적은 기계적 마모로 기판을 연마한다. 전기화학적 용해는 음극과 기판 표면 사이에 바이어스(bias)를 인가하여 기판 표면으로부터 주변 전해액으로 금속층 또는 금속 패턴을 제거함으로써 실시된다. 통상적으로, 바이어스는 전도성 콘택트의 링에 의해 기판 캐리어 헤드와 같은 기판 지지 장치내의 기판 표면에 인가된다. 기판을 통상적인 연마 패드와 접촉되게 위치시키고 그들 사이에 상대적인 운동을 부여함으로써, 기계적 마모가 이루어지도록 한다.

이러한 ECMP 기술은 주로 구리를 연마하는데 주로 사용된다. ECMP 기술은 종래의 CMP 프로세스에 비해 기계적 마찰이 감소된 상태에서 기판을 연마하는 동시에 전기화학적 용해에 의해 기판 표면으로부터 금속층 또는 금속 패턴을 제거한다.

금속층 또는 금속 패턴의 제거는 전해질 용액 내에서 바이어스를 인가함으로 써, 금속층 또는 금속 패턴의 표면을 산화시키고, 산화층을 연마하는 방식으로 수행된다.

그 다음으로는, 연마 공정에 의해 오염된 표면을 세척하는 세정 공정이 수행된다.

이러한 과정에서, 특히 구리와 같은 금속층 또는 금속 패턴들은 산화에 매우 취약하므로 결함이 발생할 확률이 높다. 따라서, 결함 방지를 위한 연구가 필요하지만 아직까지 뚜렷한 연구 결과가 나타나지 않고 있는 실정이다.

또한, 전기화학적기계적 연마 공정 후 세척 과정에서 발생할 수 있는 결함에 대한 연구는 거의 없기 때문에 ECMP 공정 제어에 어려움이 있고, 그에 따라 반도체 제조 수율이나 생산성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 웨이퍼 상부에 형성된 금속층 또는 금속 패턴을 화학적기계적 연마 또는 전기화학적기계적 연마 공정 후 세정하는 도중에 발생하는 부식 정도를 화학적 부식과 갈바닉 부식으로 나누어서 비교 분석하고 그 결과를 실제 공정에 적용하여 생산 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 부식 측정 장치 및 이를 이용한 부식 측정 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 부식 측정 장치는 용액이 담긴 용기와, 상기 용액에 각각 침지되며, Ag/AgCl로 이루어진 기준전극(Reference electrode), 백금 거즈 형태로 이루어진 카운터전극(Counter electrode) 및 시편으로 이루어진 작업전극(Working electrode) 및 상기 카운터전극, 상기 기준전극 및 상기 작업전극에 각각 전압을 인가하면서 개회로 전위와 상기 시편의 부식정도를 측정하는 전기화학 분석기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 용액은 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing) 또는 전기화학적기계적연마(Electro Chemical Mechanical Polishing)용 용액인 것을 특징으로 하고, 상기 용액은 구연산 또는 Triton X-100을 더 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 시편은 구리층이 형성된 실리콘 기판, 티타늄층이 형성된 실리콘 기판 및 구리-티타늄 패턴이 형성된 실리콘 기판을 사용하는 것을 특징으로 하고, 상기 시편은 10 × 15 mm의 크기인 것을 사용하는 것을 특징으로 하고, 상기 시편은 부식 반응부 및 전극 연결부로 구획되며, 상기 부식 반응부 및 전극 연결부를 제외한 전면에 액상실리콘이 코팅된 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명에 따른 부식 측정 방법은 3개의 실리콘 기판 상부에 각각 구리층, 티타늄층 및 구리-티타늄 패턴이 형성된 제 1 시편, 제 2 시편 및 제 3 시편을 마련하는 단계와, 상술한 부식 측정 장치의 용액에 구연산을 첨가하고, 작업 전극에 상기 제 1 시편, 제 2 시편 및 제 3 시편을 순차적으로 장착하면서 상기 구연산의 농도에 따른 상기 각 시편의 개회로 전위 및 부식 정도를 측정하는 제 1 측정 단계와, 상술한 부식 측정 장치의 용액에 Triton X-100을 첨가하고, 작업전극에 상기 제 1 시편, 제 2 시편 및 제 3 시편을 순차적으로 장착하면서 상기 Triton X-100의 농도에 따른 상기 각 시편의 개회로 전위 및 부식 정도를 측정하는 제 2 측정 단계 및 제 1 측정 결과 및 제 2 측정 결과를 비교 분석하여 화학적 부식(Chemical Corrosion) 및 갈바닉 부식(Galvanic Corrosion)을 측정하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 제 3 시편의 구리-티타늄 패턴은 라인타입의 구리패턴 양측벽에 티타늄 배리어층이 형성된 형태로 이루어지며, 상기 구리패턴 및 티타늄 배리어층을 포함하는 총 선폭은 10㎛의 크기로 형성하는 것을 특징으로 하고, 상기 구리-티타늄 패턴의 전극 연결부에는 은(Ag) 전극층을 더 형성하는 것을 특징으로 하고, 상기 구연산의 농도는 상기 용액 총 중량의 0.1 ~ 3 wt%로 첨가하는 것을 특징으로 하고, 상기 Triton X-100의 농도는 1CMC(Critical Micelle Concentration) 미만 구간, 1 ~ 2 CMC 구간 및 2 CMC 초과 구간을 설정하여 각각 측정하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명에 따른 부식 측정 장치용 작업전극 시편은 실리콘 기판 상부에 형성되는 금속층 또는 금속 패턴을 포함하며, 상기 금속층 또는 상기 금속 패턴을 노출시키되, 노출된 영역이 부식 반응부 및 전극 연결부로 각각 구획되도록 상기 실리콘 기판 전면에 코팅된 액상실리콘을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 금속층 또는 금속 패턴은 구리 또는 티타늄으로 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 전극 연결부의 금속층 또는 금속 패턴 상부에는 은(Ag) 전극층이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전기화학 부식 측정 장치는 반도체 제조 공정 중 화학기계적 연마 또는 전기화학기계적 연마 공정 이후 세정과정에서 발생할 수 있는 다양한 전기화학반응을 확인할 수 있게 한다. 따라서, 본 발명에 따른 부식 정도 측정 결과를 화학적 반응과 갈바닉 반응으로 나누어 분석하고 이를 실제 공정에 적용함으로써, 제조 수율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 웨이퍼 상부에 금속층으로 구리층, 티타늄층 및 구리-티타늄 패턴을 형성한 후 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 CMP) 공정이나 전기화학적기계적연마(Electro Chemical Mechanical Polishing; 이하 ECMP) 공정을 수행 하는 과정과 이후 세정하는 공정에서 구리와 티타늄 표면에서 일어나는 화학적 부식(Chemical Corrosion)과 갈바닉 부식 (Galvanic Corrosion)을 측정하는 과정으로 이루어진다.

이하에서는, 본 발명에 따른 부식 측정 장치 및 이를 이용한 부식 측정 방법에 대해 상세히 설명하는 것으로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 총 3가지 시편을 제작하고 3극 전기화학 부식 측정 장치를 제작한다.

도 1은 본 발명에 따른 제 1 시편을 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 제 2 시편을 나타낸 평면도이다.

도 1은 웨이퍼(미도시) 상부에 구리층(100)을 형성한 제 1 시편(150)이고, 도 2는 웨이퍼 상부에 티타늄층(200)을 형성한 제 2 시편(250)이다.

이와 같이 구리와 티타늄이 증착된 실리콘 웨이퍼를 10 × 15 mm의 크기로 잘라낸다. 그리고 전극이 연결될 부분과 용액에 들어가서 전기화학반응을 일으킬 부분을 제외한 다른 모든 부분은 상온에서 경화되는 액상실리콘(110, 210)으로 각각 코팅한다. 이때, 전극이 연결될 전극 연결부의 폭이 3 × 7 mm 정도가 되도록 하고, 부식 반응부는 7 × 7 mm 의 크기가 되도록 액상실리콘(110, 210)으로 각각 코팅하는 것이 바람직하다. 여기서, 액상실리콘(110, 210)은 상온에서 고체 상태로 존재하므로, 코팅된 부분에서는 부식된 반응이 나타나지 않는다. 따라서, 상기 본발명에 따른 사이즈를 유지하면 정해진 사이즈 내에서의 변화만을 용이하게 측정할 수 있게 되므로, 정량적인 분석이 가능해진다.

도 3은 본 발명에 따른 제 3 시편을 제조하기 위한 웨이퍼 레이아웃도이다.

도 3은 웨이퍼(300) 상부에 구리-티타늄 패턴을 형성한 후 상기 시편 사이즈인 10 × 15 mm의 크기로 절단할 라인을 도시한 레이아웃 이다.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 제 3 시편을 제조하는 방법을 도시한 단면도들이다.

도 4a를 참조하면, 실리콘 기판(400) 상부에 구리-티타늄 패턴을 형성하기 위해 다마신공정을 이용한다. 이를 위하여 실리콘 기판(400) 상부에 산화막(SiO₂, 410)을 형성한다. 이때, 산화막(410)은 1㎛의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

도 4b를 참조하면, 산화막(410) 상부에 라인 타입의 마스크를 이용하여 구리-티타늄 패턴이 형성될 영역을 일부 식각한다.

도 4c를 참조하면, 일부 식각된 영역을 형성될 구리-티타늄 패턴의 높이까지 식각하여 트렌치를 갖는 산화막 패턴(420)이 형성되도록 한다.

도 4d를 참조하면, 트렌치를 포함하는 산화막 패턴(420)의 표면에 배리어막으로 티타늄층(430)을 형성하고, 티타늄층(430) 상부에 구리 시드층(440)을 형성한다. 이때, 티타늄층(430)은 500Å의 두께로 형성하고, 구리 시드층(440)은 1000Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

도 4e를 참조하면, 구리 시드층(440) 상부에 구리층(450)을 증착하여 트렌치가 완전히 매립되도록 한다. 이때, 구리층(450)은 전기도금 공정을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.

도 4f를 참조하면, 산화막 패턴(420)이 노출될 수 있도록 구리층(450) 상부를 평탄화 하는 공정을 수행한다. 이때, 평탄화 공정은 CMP 공정 또는 ECMP 공정을 이용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 공정으로 산화막 패턴(420)의 사이에는 티타늄 패턴(435) 및 구리 패턴(455)으로 이루어지는 구리-티타늄 패턴(460)이 형성된다. 이때, 구리-티타늄 패턴(460)은 10 × 15,000 ㎛인 것이 바람직하다.

다음에는, 상기 도 3의 레이아웃에 따라 실리콘 기판(400)을 절단하여 부식 반응을 측정하기 위한 시편을 제작한다.

도 5는 본 발명에 따른 제 3 시편을 나타낸 평면도이다.

도 5는 실리콘 산화막 패턴(420) 사이에 구리-티타늄 패턴(460)을 갖는 제 3 시편(500)이다. 상기 제 1 및 제 2 시편과 동일한 사이즈로 형성되는 것이 바람직하며, 전극 연결부 및 부식 반응부를 제외한 모든 영역은 액상실리콘(470)으로 코팅된다.

그리고, 전극 연결부에는 은 전극(480)을 더 형성하여 산화막 패턴(420)으로 인하여 전극 접속이 잘 이루어지지 않는 문제를 방지하는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명에 따른 부식 측정 장치를 도시한 개략도이다.

도 6을 참조하면, 3전극 전기화학 부식 측정 장치를 나타낸 것으로 CMP 또는 ECMP에서 사용될 수 있는 용액(640)을 용기(600)에 담아 놓고, Ag/AgCl을 기준전극(Reference electrode, 610)으로 사용하고 백금 거즈(Pt Mesh)를 카운터 전극(Counter electrode, 630)으로 사용한다. 그리고 상기 각각의 시편은 작업전극(Working electrode, 620)전극이 된다.

다음에는, 용기(600)에 움직이지 않게 고정된 형태로 제작이 되며 백금 전극과 시편이 용액에 담가지는 면적은 항상 일정하게 유지하고, 각각의 시편의 경우 반응에 필요 없는 면적은 액상실리콘으로 코팅되어 있어서 반응하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 부식 반응 영역의 크기를 일정하게 조절함으로써, 후 속 공정에서 정량적인 분석이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.

그 다음에는, 기준전극(610), 작업전극(620) 및 카운터 전극(630)에 각각 전압을 인가하면서 개회로 전위와 상기 시편의 부식정도를 측정하는 전기화학 분석기(650)가 구비된다. 여기서, 전기화학 분석기(650)는 각 전극들에 전압을 인가하면서 각 전극들 사이에 발생하는 전위차를 측정한다. 전위차가 증가되면 부식 정도도 증가되는 것이므로 이러한 결과를 기록하고 비교하여 분석이 수행될 수 있도록 한다.

여기서, 전압은 -1V 내지 1V까지 가하는 것이 바람직하다. 전기화학 분석기(650)는 전압을 인가하면서 변화하는 전류를 측정하고, 그것의 log 값을 취하여 전류밀도와 전위의 그래프로 출력해주는 역할을 한다. 이와 같이 출력된 그래프의 기울기를 이용하여 부식 정도를 산정할 수 있다. 그래프의 기울기가 일정한 부분을 정하여 부식정도를 측정하는데, 부식정도는 부식속도로 표현될 수도 있으며 이때 부식속도는 타펠 방정식(Tafel's equation)을 이용하여 구할 수 있으나, 여기서는 구체적인 계산 과정은 생략하는 것으로 한다.

도 7은 구연산 농도의 증가에 따른 구리, 티타늄 및 두 금속사이의 개회로 전위 그래프이다.

도 7은 구연산 농도(Citri acid Concentration, wt%)의 증가에 따른 구리(Cu), 티타늄(Ti)과 두 금속사이(Difference Between)의 개회로 전위(Potential) 그래프로서 구연산의 농도가 증가함에 따라 구리와 티타늄의 개회로 전위도 증가함 을 알 수 있다.

도 8은 구연산 농도의 증가에 따른 구리, 티타늄, 구리-티타늄 패턴 및 구리와 구리-티타늄 패턴 사이의 부식정도 그래프이다.

도 8은 구연산 농도(Citri acid Concentration, wt%)의 증가에 따른 구리(Cu)와 티타늄(Ti)과 구리-티타늄 패턴(Pattern)에 대한 부식정도(Corrosion Rate) 그래프로서 티타늄(Ti)은 농도에 관계없이 거의 반응하지 않는 반면, 구리(Cu)와 구리-티타늄 패턴(Pattern)은 구연산의 농도가 증가함에 따라 부식정도(Corrosion Rate) 가 증가하는 경향을 보인다. 이때, 부식정도는 동일 면적에 대한 것으로 구리(Cu)와 구리-티타늄 패턴(Pattern) 사이에 서로 차이(Difference between Cu and Pattern)가 나는 것은 갈바닉 부식의 영향으로 볼 수 있다.

도 8의 결과를 비교하면 구연산의 농도가 증가할수록 화학적 부식정도는 구리(Cu)와 구리-티타늄 패턴(Pattern) 모두에서 커지는 것을 알 수 있고 도 7에서 구리(Cu) 및 티타늄(Ti)의 개회로 전위가 점점 증가했음을 보건데 갈바닉 부식 역시 농도가 증가할수록 커짐을 알 수 있다.

도 9는 Triton X-100 농도의 증가에 따른 구리, 티타늄 및 두 금속사이의 개회로 전위 그래프이다.

도 9를 참조하면, Triton X-100 농도(Triton X-100 concentration)의 증가에 따른 구리(Cu)와 티타늄(Ti)과 두 금속사이(Difference between Ti and Cu)의 개 회로 전위(Potential) 그래프로 Triton X-100는 구리(Cu)에는 거의 변화를 주지 않고 티타늄(Ti)에는 큰 영향을 주는 것을 확인할 수 있다.

도 10은 Triton X-100 농도의 증가에 따른 구리, 티타늄, 구리-티타늄 패턴 및 구리와 구리-티타늄 패턴 사이의 부식정도 그래프이다.

도 10을 참조하면, Triton X-100 농도(Triton X-100 concentration)의 증가에 따른 구리(Cu)와 티타늄(Ti)과 구리-티타늄 패턴(Pattern)의 부식정도(Corrosion Rate) 그래프로 도 9의 결과와는 다르게 구리-티타늄 패턴(Pattern)이 티타늄(Ti)의 그래프와 비슷한 모양을 가지고 있음을 알 수 있다. 이는 티타늄(Ti)의 면적이 구리(Cu)에 비해 대단히 작지만 구리 보다 더 심하게 부식이 되어 구리-티타늄 패턴(Pattern)의 전체 경향에 영향을 미친다는 것을 뜻한다.

이는 상대적으로 접촉되어 있는 금속보다 개회로 전위가 낮은 금속이 더 이온화하려는 현상 때문이며, Triton X-100이 이 갈바닉 부식을 촉진시킨다고 할 수 있다.

도 11 내지 도 13은 Triton X-100 농도가 부식 정도에 미치는 영향을 나타내는 개략도들이다.

도 11은 Triton X-100 농도 1 CMC (critical micelle concentration) 미만, 도 12는 1 CMC와 2 CMC 사이, 도 13은 2 CMC 초과에서 Triton X-100가 부식 정도에 미치는 영향을 구조적인 관점에서 그림으로 나타낸 것이다.

도 11의 Triton X-100(730)가 모노머(monomer)로만 존재하므로 구리(720) 및 티타늄(710) 표면에 용이하게 부착되어 부식을 방지하는 것을 나타낸 것이다. 그 외의 산화막(700)에는 Triton X-100(730)이 잘 부착되지 않으며, 모노머들이 결합되면 금속 표면에 잘 부착되지 않고, 용액 내에서 부유하게 된다.

도 12의 Triton X-100(730)은 다이머(dimer)로 존재하는 계면활성제의 모습인데, 구리(720)에서는 역시 부식을 방지하는 역할을 하는 반면, 티타늄(710)과는 친화성이 떨어져서 부식을 방지하는 역할을 수행하지 못함을 알 수 있다.

도 13에서는 단단한 구형모양을 형성한 Triton X-100(730)의 미셀 구조들이 더 이상 금속 표면에 부착되지 않고 용액 속에서 움직이고 있음을 표현한 그림이다.

이와 같이, Triton X-100의 첨가량이 2CMC를 초과하는 경우 부식 발생이 증가되므로 세정 공정에서의 Triton X-100 농도를 2CMC 이하로 조절하는 것이 바람직하다.

도 14 및 도 15는 Triton X-100의 포함 여부에 따른 부식 정도를 나타내는 평면 사진들이다.

도 14는 세정용액에 Triton X-100이 포함되지 않은 경우의 사진이고, 도 15는 Triton X-100이 포함되지 않은 경우의 사진이다.

여기서 나타나는 패턴은 상술한 구리-티타늄 패턴이 부식된 후 찍은 사진으 로서, 도 14는 화학적 부식 효과(Chemical corrosion effect)를 나타내고, 도 15는 갈바닉 부식 효과(Galvanic corrosion effect)를 나타낸다. 도 15의 패턴에 손상이 뚜렷하게 나타나는 것으로 보아 Triton X-100이 갈바닉 부식을 촉진시켰음을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, CMP용 용액에 구연산의 농도를 증가시키면서 개회로 전위 측정결과 두 금속 사이의 개회로 전위(Open circuit potential) 차이는 점점 커진다. 그에 따라 갈바닉 부식이 가속화되는 정도는 전체 부식 정도에서 화학적 부식정도를 제외한 부분으로 확인할 수 있다.

다음으로, 비이온 계면활성제인 Triton X-100이 시편에 미치는 영향이 조사된다. 개회로 측정결과는 계면활성제의 증가에 따라 구리는 미미하게 감소하는 반면 티타늄은 크게 증가한다. 각각의 시편은 계면활성제의 농도에 따라 부식 정도가 변화하는데 그 메커니즘은 농도에 따른 미셀(micelle) 구조의 변화의 관점에서 설명될 수 있다. 최종적으로, Triton X-100의 유무에 따른 구리의 부식의 차이를 광학현미경 사진을 통해 비교 분석한 후 이를 실제 공정에 적용하면 CMP 또는 ECMP 공정을 정확하게 제어할 수 있고, 생산 효율을 증대시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다 는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 1은 본 발명에 따른 제 1 시편을 나타낸 평면도.

도 2는 본 발명에 따른 제 2 시편을 나타낸 평면도.

도 3은 본 발명에 따른 제 3 시편을 제조하기 위한 웨이퍼 레이아웃도.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 제 3 시편을 제조하는 방법을 도시한 단면도들.

도 5는 본 발명에 따른 제 3 시편을 나타낸 평면도.

도 6은 본 발명에 따른 부식 측정 장치를 도시한 개략도.

도 7은 구연산 농도의 증가에 따른 구리, 티타늄 및 두 금속사이의 개회로 전위 그래프.

도 8은 구연산 농도의 증가에 따른 구리, 티타늄, 구리-티타늄 패턴 및 구리와 구리-티타늄 패턴 사이의 부식정도 그래프.

도 9는 Triton X-100 농도의 증가에 따른 구리, 티타늄 및 두 금속사이의 개회로 전위 그래프.

도 10은 Triton X-100 농도의 증가에 따른 구리, 티타늄, 구리-티타늄 패턴 및 구리와 구리-티타늄 패턴 사이의 부식정도 그래프.

도 11 내지 도 13은 Triton X-100 농도가 부식 정도에 미치는 영향을 나타내는 개략도들.

도 14 및 도 15는 Triton X-100의 포함 여부에 따른 부식 정도를 나타내는 평면 사진들.

Claims (13)

1. 용액이 담긴 용기;

   상기 용액에 각각 침지되며, Ag/AgCl로 이루어진 기준전극(Reference electrode), 백금 거즈 형태로 이루어진 카운터전극(Counter electrode) 및 시편으로 이루어진 작업전극(Working electrode); 및

   상기 카운터전극, 상기 기준전극 및 상기 작업전극에 각각 전압을 인가하면서 개회로 전위와 상기 시편의 부식정도를 측정하는 전기화학 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부식 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 용액은 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing) 또는 전기화학적기계적연마(Electro Chemical Mechanical Polishing)용 용액인 것을 특징으로 하는 부식 측정 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 용액은 구연산 또는 Triton X-100을 포함하는 것을 특징으로 하는 부식 측정 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 시편은 구리층이 형성된 실리콘 기판, 티타늄층이 형성된 실리콘 기판 및 구리-티타늄 패턴이 형성된 실리콘 기판을 순차적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 부식 측정 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 시편은 부식 반응부 및 전극 연결부로 구획되며, 상기 부식 반응부 및 전극 연결부를 제외한 전면에 액상실리콘이 코팅된 것을 특징으로 하는 부식 측정 장치.
6. (a) 3개의 실리콘 기판 상부에 각각 구리층, 티타늄층 및 구리-티타늄 패턴이 형성된 제 1 시편, 제 2 시편 및 제 3 시편을 마련하는 단계;

   (b) 제1항에 기재된 부식 측정 장치의 용액에 구연산을 첨가하고, 작업 전극에 상기 (a) 단계의 제 1 시편, 제 2 시편 및 제 3 시편을 순차적으로 장착하면서 상기 구연산의 농도에 따른 상기 각 시편의 개회로 전위 및 부식 정도를 측정하는 제 1 측정 단계;

   (c) 제1항에 기재된 부식 측정 장치의 용액에 Triton X-100을 첨가하고, 작업 전극에 상기 (a) 단계의 제 1 시편, 제 2 시편 및 제 3 시편을 순차적으로 장착하면서 상기 Triton X-100의 농도에 따른 상기 각 시편의 개회로 전위 및 부식 정도를 측정하는 제 2 측정 단계; 및

   (d) 상기 제 1 측정 단계의 결과 및 상기 제 2 측정 단계의 결과를 비교 분석하여 화학적 부식(Chemical Corrosion) 및 갈바닉 부식(Galvanic Corrosion)을 측정하는 단계를 포함하는 부식 측정 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 3 시편의 구리-티타늄 패턴은 라인타입의 구리패턴 양측벽에 티타늄 배리어층이 형성된 형태로 이루어지며, 상기 구리패턴 및 티타늄 배리어층을 포함하는 총 선폭은 10㎛의 크기로 형성하는 것을 특징으로 하는 부식 측정 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 구리-티타늄 패턴의 전극 연결부에는 은(Ag) 전극층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 부식 측정 방법.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 구연산의 농도는 상기 용액 총 중량의 0.1 ~ 3 wt%로 첨가하는 것을 특징으로 하는 부식 측정 방법.
10. 제 6 항에 있어서,

    상기 Triton X-100의 농도는 1CMC(Critical Micelle Concentration) 미만 구간, 1 ~ 2 CMC 구간 및 2 CMC 초과 구간을 설정하여 각각 측정하는 것을 특징으로 하는 부식 측정 방법.
11. 제1항의 부식 측정 장치에 사용되는 시편으로서, 실리콘 기판 상부에 형성되는 금속층 또는 금속 패턴을 포함하며, 상기 금속층 또는 상기 금속 패턴을 노출시키되, 노출된 영역이 부식 반응부 및 전극 연결부로 각각 구획되도록 상기 실리콘 기판 전면에 코팅된 액상실리콘을 포함하는 부식 측정 장치용 작업 전극 시편.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 금속층 또는 금속 패턴은 구리 또는 티타늄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 부식 측정 장치용 작업 전극 시편.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 전극 연결부의 금속층 또는 금속 패턴 상부에는 은(Ag) 전극층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 부식 측정 장치용 작업 전극 시편.

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