KR20110097225A - 기판 도금 장치 - Google Patents

Abstract

금속막의 두께 프로파일을 향상시키고 에지 부분의 두께 프로파일을 개선할 수 있는 기판 도금 장치가 개시된다. 기판 도금 장치는, 전해액이 수용되는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내부에 구비되어 전원이 인가되면 금속 이온을 발생시키는 타겟부, 기판이 파지되며, 상기 프로세스 챔버 상부에 구비되어 상기 프로세스 챔버에 수용된 상기 전해액에 상기 기판을 선택적으로 침지시키는 척 및 상기 척의 가장자리를 따라 상기 기판과 이격되어 구비되며, 상기 척이 상기 전해액에 침지 시 상기 기판보다 먼저 상기 전해액과 접촉되도록 구비된 프로파일 컨트롤부를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

기판 도금 장치{APPARATUS FOR PLATE SUBSTRATE}

본 발명은 기판 도금 장치에 관한 것으로, 기판의 에지 부분에 도금층의 두께가 불균일하게 형성되는 현상을 방지하고 두께 균일도를 향상시킬 수 있는 기판 도금 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 금속 배선을 형성하기 위해서 실리콘 기판 상에 금속막을 패터닝(patterning)하여 형성하게 된다. 이때, 기판의 전면에 형성되는 금속막은 알루미늄 또는 구리를 이용하여 형성된다. 여기서, 구리의 경우 녹는점이 높아서 전기 이동도에 대한 큰 저항력을 가질 수 있으며, 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 비저항이 낮아 신호 전달 속도를 증가시킬 수 있는 이점이 있기 때문에 구리 금속막을 주로 사용한다.

박막을 증착하는 방법으로는 물리적인 충돌을 이용하는 물리기상증착법(physical vapor deposition, PVD)과 화학반응을 이용하는 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)으로 나누어 진다. PVD는 스퍼터링(sputtering) 등이 있고, CVD는 열을 이용한 열 화학기상증착법(thermal CVD)과 플라즈마를 이용한 플라즈마 화학기상증착법(plasma enhanced CVD, PECVD) 등이 있다.

그러나 기판 상에 금속막을 패터닝 하기 위해서는 증착 방법에 비해 전기 이동도에 대한 내성이 우수하고 제조 비용이 더 저렴한 전기도금 방법이 선호된다.

구리 금속막을 패터닝하기 위한 전기 도금의 원리는, 전해액이 수용된 프로세스 챔버 내에 양극(anode)를 형성하는 구리판과 음극(cathode)를 형성하는 기판을 침지시킴으로써, 구리판에서 분리된 구리 이온(Cu2+)이 기판으로 이동하여 금속막이 형성된다.

그런데, 기존의 도금 장치는 기판에 구리 금속막을 균일하게 형성하기 어렵다는 문제점이 있었다. 특히, 기판의 에지(edge) 부분에 구리 금속막이 과증착(over deposition)되는 문제가 있는데, 이러한 에지 부분의 과증착 문제로 인해 기판의 금속막 두께 프로파일이 불량해지는 문제가 있으며 과증착된 부분을 평탄하게 하기 위해서 도금 후 후공정 시간과 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들은 기판의 에지 부분의 과증착을 방지하고 기판 전체에 대해 금속막의 두께 프로파일을 균일하게 형성할 수 있는 기판 도금 장치를 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 금속막의 두께를 일정하게 형성하고, 에지 부분의 과증착을 조절할 수 있는 기판 도금 장치는, 전해액이 수용되는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내부에 구비되어 전원이 인가되면 금속 이온을 발생시키는 타겟부, 기판이 파지되며, 상기 프로세스 챔버 상부에 구비되어 상기 프로세스 챔버에 수용된 상기 전해액에 상기 기판을 선택적으로 침지시키는 척 및 상기 척의 가장자리를 따라 상기 기판과 이격되어 구비되며, 상기 척이 상기 전해액에 침지 시 상기 기판보다 먼저 상기 전해액과 접촉되도록 구비된 프로파일 컨트롤부를 포함하여 구성될 수 있다.

실시예에서, 상기 프로파일 컨트롤부는 전도체로 형성되고 상기 척과 동일한 전극에 연결되어 제2의 음극 전원이 된다. 그리고 상기 프로파일 컨트롤부는 상기 기판의 전해액 입수 상기 전해액과 먼저 접촉되도록 상기 척에 안착된 기판보다 하부로 돌출되도록 구비되고, 상기 기판의 에지보다 외측에 구비된다. 또한, 상기 프로파일 컨트롤부는 상기 기판의 에지 부분과 일정 간격 이격되어 구비된다. 또한, 상기 프로파일 컨트롤부는 상기 척의 표면에 대해 수직 또는 경사지게 구비될 수 잇다.

예를 들어, 상기 척의 가장자리를 따라 불연속적인 형태를 갖는 적어도 하나 이상의 프로파일 컨트롤부가 구비될 수 있다. 또한, 상기 프로파일 컨트롤부는 빗(comb) 형태를 가질 수 있다. 또는, 상기 프로파일 컨트롤부는 일정 두께의 링 형태를 가질 수 있다. 또는, 상기 프로파일 컨트롤부는 돌기가 형성된 링 형태를 가질 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 척의 테두리 부분에 프로파일 컨트롤부를 구비함으로써 기판에 형성된 금속막의 두께 프로파일을 조절할 수 있으며, 증착 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 도금 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 도금 장치에서 프로파일 컨트롤부의 동작을 설명하기 위한 척의 단면도이다.
도 3은 도 1의 기판 도금 장치에서 프로파일 컨트롤부의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로파일 컨트롤부가 적용된 척의 사시도이다.
도 5는 도 4의 변형 실시예에 따른 프로파일 컨트롤부가 적용된 척의 사시도이다.
도 6는 본 발명의 실시예들과 비교예에 따른 기판에 증착된 금속막의 두께 프로파일 그래프이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 도금 장치에 대해서 상세하게 설명한다. 참고적으로 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 도금 장치(100)의 구성을 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1의 기판 도금 장치(100)에서 프로파일 컨트롤부(130)의 동작을 설명하기 위한 척의 단면도이고, 도 3은 블록도이다. 그리고 도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예들에 따른 프로파일 컨트롤부(130)의 구성을 설명하기 위한 척(120)의 사시도들이다. 그리고 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 프로파일 컨트롤부(130)가 적용되었을 때와 비교예에 따른 기판(10)에 형성된 금속막의 두께 프로파일을 보여주는 그래프이다.

도면을 참조하면, 기판 도금 장치(100)는 전해액이 수용되는 프로세스 챔버(110), 프로세스 챔버(110) 상부에 구비되어 기판(10)이 안착되는 척(120), 프로세스 챔버(110) 내측 하부에 전원 인가 시 구리 이온(Cu2+)을 발생시키는 타겟부(140) 및, 프로세스 챔버(110) 내부에 구비되어 구리 이온을 여과시키는 필터부(115)로 구성된다.

여기서, 처리 대상이 되는 기판(10)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나 본 발명의 대상이 실리콘 웨이퍼에 한정되는 것은 아니며, 기판(10)은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 글라스를 포함하는 투명 기판일 수 있다. 또한, 기판(10)의 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다.

또한 본 실시예에서는 기판(10)의 도금 처리를 위한 금속 이온으로 구리 이온(Cu2+)이 적용된다고 설명하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 구리 이온 이외에도 알루미늄 이온과 같이 금속 이온이 적용될 수 있다.

프로세스 챔버(110)는 기판(10)이 내부에 수용된 전해액에 침지될 수 있도록 상부가 개방된 형태를 가지며, 프로세스 챔버(110) 내부에는 그 내부에 타겟부(140)가 구비고 상부에 필터부(115)가 구비되어 구리 이온을 발생 및 여과시켜 공급하기 위한 이너 챔버(inner chamber)(111)가 구비될 수 있다. 여기서, 이너 챔버(111)는 프로세스 챔버(110) 하부에 구비되며 프로세스 챔버(110)와 착탈 가능하게 형성될 수 있다. 또한, 이너 챔버(111) 내부에는 이너 챔버(111) 내부로 전해액을 공급할 수 있도록 전해액 공급부(113)가 구비될 수 있다.

타겟부(140)는 이너 챔버(111) 하부에 구비되며 전해액에 완전히 침지될 수 있도록 구비된다. 그리고 타겟부(140)는 전원 공급부(150)에 연결되되 양극 전원에 연결되고, 전원이 인가되면 산화 반응에 의해 구리 이온을 발생시킨다. 여기서, 전해액은 전류가 흐를 수 있는 전도성 용액이 사용되며, 또한, 타겟부(140)에서 발생된 구리 이온을 상부의 기판(10)에 이동시킬 수 있는 용액이 사용된다. 예를 들어, 전해액은 황산구리 용액이 사용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 실질적으로 다양한 종류의 전도성 용액이 사용될 수 있다.

필터부(115)는 이너 챔버(111) 상부에 구비되어 타겟부(140)에서 발생된 구리 이온을 여과하여 구리 이온을 제외한 물질(예를 들어, 기포 등)이 기판(10)에 전달하는 것을 방지함으로써 도금 품질을 일정하게 유지시킬 수 있다. 또한, 필터부(115)는 구리 이온의 밀도를 균일하게 하여 기판(10)에 구리 이온이 균일하게 전달되도록 하여 금속막의 두께를 균일하게 형성할 수 있다. 예를 들어, 필터부(115)는 일정 크기의 홀이 일정하게 형성된 멤브레인 필터(membrane filter)가 사용될 수 있다. 그리고 필터부(115)는 구리 이온을 기판(10)에 균일하게 전달하고 여과 효율을 향상시키기 위해서 상부와 하부에 각각 멤브레인 필터가 사용될 수 있다.

척(120)은 프로세스 챔버(110) 상부에 구비되어 기판(10)을 파지하고, 기판(10)에서 금속막이 형성될 면이 하부로 향하도록 척(120)의 하부에 장착된다. 또한, 척(120)은 기판(10)을 파지한 상태에서 프로세스 챔버(110)에 수용된 전해액에 침지시킬 수 있도록 프로세스 챔버(110) 상부에서 상하로 승강 이동 가능하게 구비된다. 또한, 척(120)은 전원 공급부(150)에서 음극 전원에 연결되며 기판(10)에 음극 전원을 인가한다. 척(120)은 기판(10)을 파지할 수 있도록 기판(10)에 대응되는 크기를 가지며, 상기 기판(10)에 전원을 인가할 수 있도록 컨택부(contact portion)(121)가 구비된다.

그리고 기판(10)은 척(120)에 파지된 상태에서 전원이 인가되면 음극(cathode)이 되고 타겟부(140)는 양극(anode)이 인가되며, 전해액을 통해 전류가 흐르면서 도 2에 도시한 바와 같이 폐회로가 형성된다. 즉, 기판(10)이 전해액에 투입되면 전해액을 통해 타겟부(140)에서 기판(10)으로 구리 이온이 이동하면서 전류가 흐르는 회로가 형성된다.

여기서, 프로파일 컨트롤부(130)는 척(120)의 가장자리 부분에 구비되어 기판(10)의 에지 부분에 도달하는 구리 이온의 양을 조절하여 기판(10)에 형성된 금속막의 두께를 일정하게 유지하며, 특히, 기판(10)의 에지 부분에서 과증착(over deposition)이 발생하는 것을 방지하여 금속막의 두께를 일정하게 형성하는 역할을 한다.

상세하게는, 프로파일 컨트롤부(130)는 기판(10)과는 별도의 제2의 음극을 형성함으로써 기판(10)의 에지로 이동하는 구리 이온을 분산시키고 금속막을 일정하게 한다. 프로파일 컨트롤부(130)는 척(120)의 가장자리를 따라 구비되되 기판(10)에서 소정 간격 이격되어 구비되며, 전원이 인가될 수 있도록 전원 공급부(150)의 음극에 연결되며 전도체 재질로 형성된다.//

그리고 프로파일 컨트롤부(130)는 기판(10)의 전해액 입수 시 기판(10)보다 전해액에 먼저 접촉되도록 기판(10)보다 소정 높이 하부로 돌출 구비된다.

예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 척(120)에서 기판(10)과 일정 간격 이격되고 상기 기판(10)보다 소정 높이 돌출되되 그 단부가 여러 개로 분지된 빗(comb) 형태의 프로파일 컨트롤부(131)가 구비될 수 있다. 또는, 도 5에 도시한 바와 같이, 기판(10)에서 일정 간격 이격된 소정 두께의 링 형태의 프로파일 컨트롤부(132)가 구비될 수 있다. 또한, 프로파일 컨트롤부(131, 132)는 연속된 형태를 갖거나, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 기판(10) 둘레를 따라 소정의 원주를 따르는 불연속된 복수의 프로파일 컨트롤부(131, 132)가 구비되는 것도 가능하다. 여기서, 복수의 프로파일 컨트롤부(131, 132)가 구비되는 경우 복수의 프로파일 컨트롤부(131, 132)는 모두 동일한 전원 공급부(150)에 연결되어 동시에 동일한 크기의 음극 전원이 인가될 수 있다.

여기서, 도 4와 도 5는 본 발명에 따른 프로파일 컨트롤부(130)의 일부 실시예를 도시한 것으로, 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며 프로파일 컨트롤부(130)의 형상은 도 4와 도 5에 예시한 형태 이외에도 실질적으로 다양한 크기와 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시하지는 않았으나 도 4와 도 5에 예시한 프로파일 컨트롤부(131, 132)와 마찬가지로 전도체 재질로 형성되고, 기판(10)에서 일정 간격 이격 구비된 링 형태를 갖고 링에서 소정 높이로 복수의 돌기가 돌출 구비된 형태를 가질 수 있다.

이하에서는 프로파일 컨트롤부(130)의 동작 및 효과에 대해서 설명한다.

기판(10) 및 척(120)은 전원이 인가된 상태에서 전해액에 입수된다. 그리고 기판(10)이 전해액에 접촉되면 전해액을 통해 전류가 흐르면서 회로가 형성된다. 본 실시예에 따르면, 도 2에 도시한 바와 같이, 프로파일 컨트롤부(130)가 기판(10)보다 돌출되게 구비되므로, 기판(10)의 전해액 입수 시 기판(10)보다 프로파일 컨트롤부(130)가 먼저 전해액과 접촉되면서 회로가 형성된다. 그리고 회로가 형성된 상태에서 기판(10)이 전해액에 입수하므로 기판(10)이 전해액에 접촉 시에 스파크가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 프로파일 컨트롤부(130)가 전해액과 접촉되어 회로가 형성되므로 기판(10)에는 균일한 크기의 전력이 인가되고, 전해액과 접촉 시에도 균일한 전력을 안정적으로 유지할 수 있으므로 금속막의 두께를 일정하게 유지할 수 있다.

또한, 기판(10)과 전해액의 접촉 면적이 커서 버블(bubble) 등이 발생하는 것을 방지하기 위해서 기판(10)의 입수 시 기판(10)을 전해액 표면에 대해 소정 각도 기울여서 입수하게 된다. 예를 들어, 기판(10)은 5~6° 정도로 기판(10)을 기울여서 입수시키며, 도 2에서는 설명의 편의를 위해서 기판(10)의 경사를 과장되게 도시한 것이다. 그러나 상술한 실시예와는 달리, 프로파일 컨트롤부(130)가 구비되므로 기판(10)을 전해액과 수평 상태로 입수시키는 것도 가능하다.

도 3에 도시한 바와 같이, 프로파일 컨트롤부(130)는 기판(10)과 같이 음극이 인가되며, 기판(10) 외측에 구비되어 기판(10)의 에지 부분으로 이동하는 구리 이온의 궤적을 기판(10) 외곽으로 분산시킴으로써 기판(10)의 에지 부분에 과증착이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 여기서, 프로파일 컨트롤부(130)는 기판(10)보다 외측 영역에 있는 구리 이온이 기판(10)으로 이동하면서 기판(10)의 에지 부분에 구리 이온이 집중되는 현상을 해소하여 기판(10)의 에지 부분의 과증착을 방지하기 위한 것이다. 즉, 프로파일 컨트롤부(130)와 기판(10)은 둘 다 동일한 음극이 인가되므로 기판(10)의 중앙 및 내측 영역에 대해서는 프로파일 컨트롤부(130)에 의한 영향이 미치지 않고 기판(10)의 에지로 이동하는 구리 이온만 기판(10) 외곽으로 분산되면서 기판(10)에 균일하게 구리 이온이 도달하게 된다.

도 6에 도시한 바와 같이, 프로파일 컨트롤부(130)를 구비함으로써 기판(10)에 균일한 두께의 금속막을 형성할 수 있으며, 특히, 기판(10)의 에지 부분에서 금속막이 과증착되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

참고적으로, 도 6에서 '비교예'는 프로파일 컨트롤부(130)가 구비되지 않은 상태에서 형성된 금속막의 두께 프로파일이고, '실시예 1, 2, 3'은 모두 프로파일 컨트롤부(130)가 구비된 상태에서 형성된 금속막의 두께 프로파일이다. 다만, 실시예 1의 경우에는 프로파일 컨트롤부(130)가 기판(10) 및 척(120)의 표면에 대해 90° 방향으로 돌출 형성된 경우이고, 실시예 2는 프로파일 컨트롤부(130)가 수직 방향(즉, 실시예 1의 경우)보다 안쪽으로 소정 각도 경사진 형태로 형성된 경우이고, 실시예 3은 프로파일 컨트롤부(130)가 수직 방향보다 외측으로 소정 각도 경사진 형태로 형성된 경우이다.

도 6에 도시한 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예의 경우 에지 부분에서 과증착이 과도하게 발생함을 알 수 있다. 그러나 실시예 1, 2, 3은 비교예에 비해 에지 부분의 금속막의 두께가 낮으며 기판(10) 전체에 대해서도 금속막의 두께가 균일하게 형성됨을 알 수 있다. 또한, 실시예 1, 2, 3을 통해 알 수 있는 바와 같이 프로파일 컨트롤부(130)의 각도에 따라 기판(10)에 형성되는 금속막의 프로파일 형태를 조절할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 프로파일 컨트롤부(130)와 기판(10) 사이의 거리 및 프로파일 컨트롤부(130) 자체의 두께에 따라 금속막의 두께 프로파일 형태를 조절할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10: 기판
100: 기판 도금 장치
110: 프로세스 챔버(process chamber)
111: 이너 챔버(inner chamber)
113: 전해액 공급부
115: 필터부
120: 척(chuck)
121: 컨택부(contact portion)
130, 131, 132: 프로파일 컨트롤부(profile controller)
140: 타겟부
150: 전원 공급부

Claims (7)

1. 기판에 금속막을 형성하는 도금 장치에 있어서,
   전해액이 수용되는 프로세스 챔버;
   상기 프로세스 챔버 내부에 구비되어 전원이 인가되면 금속 이온을 발생시키는 타겟부;
   기판이 파지되며, 상기 프로세스 챔버 상부에 구비되어 상기 프로세스 챔버에 수용된 상기 전해액에 상기 기판을 선택적으로 침지시키는 척;
   상기 척의 가장자리를 따라 상기 기판과 이격되어 구비되며, 상기 척이 상기 전해액에 침지 시 상기 기판보다 먼저 상기 전해액과 접촉되도록 구비된 프로파일 컨트롤부;
   를 포함하는 기판 도금 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프로파일 컨트롤부는 전도체로 형성되고 상기 척과 동일한 전극에 연결되는 기판 도금 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 프로파일 컨트롤부는 상기 척에 안착된 기판보다 하부로 돌출되도록 구비되고, 상기 기판의 에지보다 외측에 구비된 기판 도금 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 프로파일 컨트롤부는 상기 척의 표면에 대해 수직 또는 경사지게 구비된 기판 도금 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 척의 가장자리를 따라 불연속적인 형태를 갖는 적어도 하나 이상의 프로파일 컨트롤부가 구비되는 기판 도금 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 프로파일 컨트롤부는 빗(comb) 형태를 갖는 기판 도금 장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 프로파일 컨트롤부는 일정 두께의 링 형태 또는 돌기가 형성된 링 형태를 갖는 기판 도금 장치.

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