KR20110106178A - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20110106178A
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최주일
이의형
피재현
박정우
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 방법을 개시한 것으로서, 도금면이 위 방향을 향하도록 기판을 지지한 상태에서, 하나의 챔버 내에서 도금 공정과, 도금 공정의 후속 공정인 포토레지스트 제거 공정 및 시드 층 식각 공정을 연속적으로 진행하는 것을 특징으로 가진다.

Description

기판 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 기판에 금속 도금 처리를 수행하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기판 처리 장치는 기판과 도금하고자 하는 물질(예, 구리)로 이루어진 판을 전원에 연결시켜 전기 화학적 반응으로 기판에 금속 막을 형성하는 장치이다. 기판상에 금속 막을 형성하는 공정에는 화학 기상 증착이나 물리 기상 증착 등의 여러 공정이 있지만, 전기 도금 방법으로 금속 막을 형성하게 되면 금속 막 물성이 여타의 다른 공정으로 형성한 것과 보다 우수하므로, 근래에는 전기 도금 방법이 기판상에 금속 막을 형성하는 하나의 기본적인 공정으로 사용되고 있다.
본 발명은 도금 공정의 효율성을 증대할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 기판의 도금 공정을 진행하는 도금 처리부; 상기 도금 처리부의 아래에 제공되며, 상기 기판의 습식 처리 공정을 진행하는 습식 처리부; 및 도금 면이 위 방향을 향하도록 상기 기판을 지지하고, 상기 도금 처리부와 상기 습식 처리부 간에 상기 기판을 이동하는 기판 지지부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 기판 지지부는, 상기 기판을 척킹하는 스핀 척; 상기 스핀 척의 하면에 결합하는 구동 축; 및 상기 구동 축을 회전 및 상하 이동시키는 축 구동기를 포함하고, 상기 습식 처리부는, 상기 기판 도금 면의 습식 처리를 위한 처리 유체를 상기 기판에 공급하는 처리 유체 공급 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 처리 유체 공급 부재는, 상기 기판에 포토레지스트 제거용 유기 용제를 공급하는 유기 용제 노즐을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 처리 유체 공급 부재는, 상기 기판에 식각액을 공급하는 식각액 노즐; 상기 기판에 탈이온수를 공급하는 탈이온수 노즐; 및 상기 기판에 건조 가스를 공급하는 건조 가스 노즐을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 습식 처리부는, 상기 기판의 회전에 의해 비산되는 상기 처리 유체를 회수하는 처리 유체 회수 부재를 더 포함하며, 상기 처리 유체 회수 부재는, 상기 기판 지지부를 둘러싸며, 상부가 개방된 통 형상을 가지는 회수통; 및 상기 탈이온수, 상기 유기 용제, 상기 식각액을 분리하여 회수하도록 상기 회수통에 상이한 높이로 제공되는 회수구들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 처리 유체 회수 부재는, 상기 회수구들의 상부에 각각 제공되는 배기구들을 더 포함할 수 있다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법은, 기판의 도금 면이 위 방향을 향하도록 상기 기판을 지지하는 것; 상기 기판을 상승시켜 도금조 내에서 상기 기판을 도금 처리하는 것; 및 상기 도금조의 아래에 배치된 회수통 내로 상기 기판을 하강시켜, 스핀 방식으로 상기 기판을 습식 처리하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 도금 면에 도전성 재질의 시드 층(Seed Layer)이 제공되고, 상기 시드 층의 상면에 도금 층이 채워질 포토레지스트 패턴이 제공된 기판을 도금 처리 및 습식 처리할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 기판을 습식 처리하는 것은, 상기 기판을 도금 처리하는 것 이후에, 유기 용제를 사용하여 상기 기판 도금 면의 상기 포토레지스트 패턴을 제거할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 기판을 습식 처리하는 것은, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 것 이후에, 식각액을 사용하여 상기 도금 층 하부 이외의 상기 시드 층(Seed Layer)을 식각하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 도금 공정, 그리고 도금 공정의 후속 공정인 포토레지스트 제거 공정 및 시드 층 식각 공정을 하나의 설비에서 연속적으로 진행할 수 있다.
그리고, 본 발명에 의하면, 도금 공정, 포토레지스트 제거 공정 및 시드 층 식각 공정에 소요되는 턴 어라운드 타임(Turn Around Time, TAT)을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 공정 진행의 정체에 의한 도금 품질의 저하를 예방할 수 있다.
이하에 설명된 도면들은 단지 예시의 목적을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 공정 챔버의 내부 구성을 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 2의 기판 처리부의 단면도이다.
도 4는 도 3의 기판 지지부의 단면도이다.
도 5는 도 2의 노즐 암의 " A " 부분을 확대하여 보여주는 도면이다.
도 6은 도 2의 " B " 부분을 확대하여 보여주는 도면이다.
도 7은 애노드 전극과 기판의 전기적 연결 상태를 보여주는 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 기판상에 금속 배선을 형성하는 공정을 보여주는 도면들이다.
도 9 내지 도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 보여주는 도면들이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
( 실시 예 )
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치는 설비 전방 단부 모듈(1)과 공정 설비(2)를 포함한다. 공정 설비(2)는 매엽 방식으로 기판 처리 공정을 진행한다. 설비 전방 단부 모듈(1)은 제 1 방향(Ⅰ)을 따라 공정 설비(2)의 전방에 장착되며, 기판들이 수용된 용기(C)와 공정 설비(2)간에 기판을 이송한다.
설비 전방 단부 모듈(1)은 복수의 로드 포트들(10)과 프레임(12)을 가진다. 로드 포트들(10)은 제 1 방향(Ⅰ)에 수직한 제 2 방향(Ⅱ)으로 나란하게 배치된다. 기판을 수용하는 용기(C)는 오버헤드 트랜스퍼(Overhead Transfer)와 같은 이송 수단(미도시)에 의해 로드 포트(10) 상에 놓인다. 용기(C)는 전면 개방 일체식 포드(Front Open Unified Pod:FOUP)와 같은 밀폐용 용기일 수 있다. 용기(C)에 수용되는 기판은 반도체 웨이퍼일 수 있다. 반도체 웨이퍼의 처리면, 즉 도금 면에는 도전성 재질의 시드 층(Seed Layer)이 제공되고, 시드 층의 상면에는 포토레지스트 패턴이 제공될 수 있다.
프레임(12)은 로드 포트들(10)과 공정 설비(2) 사이에 위치하며, 프레임(12)의 길이 방향은 제 2 방향(Ⅱ)을 향한다. 프레임(12) 내에는 프레임 로봇(13)과 도어 오프너(미도시)가 배치된다. 프레임 로봇(13)은 제 2 방향(Ⅱ)으로 연장된 제 1 이송 레일(15)을 따라 이동하고, 로드 포트(10)에 놓인 용기(C)와 공정 설비(2) 간에 기판을 이송한다. 도어 오프너(미도시)는 용기(C)의 도어를 자동으로 개폐한다.
공정 설비(2)는 기판 이송 유닛(20), 버퍼 유닛(30), 그리고 다수의 공정 챔버들(40a, 40b, ‥‥, 40e)을 포함한다. 기판 이송 유닛(20)은 설비 전방 단부 모듈(1)의 타 측에 제 1 방향(Ⅰ)을 향하도록 배치된 이송 통로(22)를 가진다. 이송 통로(22)에는 메인 이송 로봇(24)이 배치된다. 메인 이송 로봇(24)은 제 2 이송 레일(26)을 따라 제 1 방향(Ⅰ)으로 이동한다.
버퍼 유닛(30)은 기판 이송 유닛(20)과 설비 전방 단부 모듈(1)의 사이에 배치되며, 공정 설비(2)로 로딩되는 기판과 공정 설비(2)로부터 언로딩되는 기판이 일시적으로 머무르는 공간을 제공한다.
공정 챔버들(40a, 40b, ‥‥, 40e)은 기판 이송 유닛(20)의 양측에 제 2 방향(Ⅱ)을 따라 나란하게 배치되며, 상하 방향으로 적층 배치된 복층 구조를 가질 수 있다. 공정 챔버들(40a, 40b, ‥‥, 40e)은 매엽 방식으로 기판 처리 공정을 진행한다. 기판 처리 공정은 도금 전 공정인 습윤(Pre-Wet) 공정, 도금 공정, 도금 공정의 후속 공정인 포토레지스트 제거 공정 및 시드 층의 식각 공정, 그리고 린스 및 건조 공정을 포함할 수 있다.
프레임 로봇(13)이 처리될 기판을 용기(C)로부터 인출하여 버퍼 유닛(30)에 적재한다. 메인 이송 로봇(24)은 버퍼 유닛(30)에 적재된 기판을 공정 챔버들(40a, 40b, ‥‥, 40e)에 로딩한다. 공정 챔버들(40a, 40b, ‥‥, 40e)은 도금 전 공정인 습윤(Pre-Wet) 공정, 도금 공정, 도금 공정의 후속 공정인 포토레지스트 제거 공정 및 시드 층의 식각 공정, 그리고 린스 및 건조 공정을 진행한다. 메인 이송 로봇(24)은 공정 챔버들(40a, 40b, ‥‥, 40e)로부터 처리된 기판을 언로딩하여 버퍼 유닛(30)에 적재한다. 프레임 로봇(13)은 버퍼 유닛(30)에 적재된 기판을 인출하여 용기(C)에 수납한다.
공정 챔버들(40a, 40b, ‥‥, 40e)은 동일한 구성을 가지므로, 이하에서는 이들 중 하나의 공정 챔버(40a)를 예로 들어 설명한다.
도 2는 도 1의 공정 챔버(40a)의 내부 구성을 보여주는 평면도이고, 도 3은 도 2의 기판 처리부의 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 공정 챔버(40a)는 처리실(100), 기판 처리부(200), 그리고 대기 포트(300)를 포함한다. 처리실(100)은 기판 처리부(200)와 대기 포트(300)를 수용한다. 처리실(100)의 일 측벽에는 기판의 반출입을 위한 개구부(110)가 형성되고, 개구부(110)는 게이트 밸브(미도시)에 의해 개폐된다.
기판 처리부(200)는 기판 지지부(210), 습식 처리부(230), 그리고 도금 처리부(270)를 포함한다. 기판 지지부(210)는 기판의 도금 면이 위 방향을 향하도록 기판을 지지하고, 습식 처리부(230)와 도금 처리부(270) 간에 기판을 이동한다. 습식 처리부(230)는 도금 전 공정인 습윤(Pre-Wet) 공정, 도금 공정의 후속 공정인 포토레지스트 제거 공정 및 시드 층의 식각 공정, 그리고 린스 및 건조 공정을 진행한다. 도금 처리부(270)는 도금 공정을 진행한다.
습윤 공정(Pre-Wet)은 기판의 도금 면이 친수성을 갖도록 도금 면에 탈이온수를 공급하는 공정이다. 도금 공정은 전극과, 첨가제가 함유된 도금액을 이용하여 기판 도금 면의 포토레지스트 패턴 사이에 금속 막을 증착하는 공정이다. 포토레지스트 제거 공정은 유기 용제를 이용하여 도금 공정 후 포토레지스트를 제거하는 공정이다. 시드 층 식각 공정은 식각액을 이용하여 도금된 금속 막의 하부 이외에 존재하는 시드 층을 식각하는 공정이다. 린스 및 건조 공정은 도금 공정, 포토레지스트 제거 공정, 그리고 시드 층 식각 공정 이후에 각각 수행될 수 있다. 린스 공정은 탈이온수를 이용하여 도금액, 유기 용제, 식각액 등을 린스 처리하는 공정이고, 건조 공정은 건조 가스를 이용하여 린스 처리에 사용된 탈이온수를 건조하는 공정이다.
기판 지지부(210)는 기판의 도금면이 위 방향을 향하도록 기판을 지지한다. 기판 지지부(210)는 원판 형상의 스핀 척(211)을 가진다. 스핀 척(211)에는 기판을 지지하는 지지 핀들(212)과 척 핀들(213)이 결합된다. 지지 핀들(212)은 스핀 척(211)의 상면으로부터 상부로 돌출되며, 기판의 하면(즉, 비도금면)을 지지한다. 척 핀들(213)은 스핀 척(211)의 가장자리를 따라 복수의 지점에 설치되며, 스핀 척(211)의 상면으로부터 상부로 돌출된다. 척 핀들(213)은 기판을 정 위치에 정렬시키기 위해서, 그리고 스핀 척(211)이 회전될 때 기판(W)이 정 위치에서 측 방향으로 이탈되지 않도록 하기 위해서 기판의 측부를 지지한다. 스핀 척(211)의 하면에는 구동 축(214)이 결합된다. 구동 축(214)은 축 구동기(216)에 의해 회전 및 승하강될 수 있다.
도 4는 도 3의 기판 지지부의 단면도이다. 도 4를 참조하면, 척 핀 이동 유닛(220)은 기판의 측부를 지지하는 지지 위치와, 지지 위치에 비해 스핀 척(211)의 중심에서 더 멀리 떨어진 대기 위치 간에 척 핀들(213)을 이동시킨다. 척 핀 이동 유닛(220)은 이동 로드들(222), 수직 로드(224), 연결 부재들(226) 및 수직 로드 구동부(228)를 포함한다. 이동 로드들(222)은 스핀 척(211)의 내부에 제공되며, 스핀 척(211)의 중심을 기준으로 방사상으로 수평하게 배치된다. 이동 로드들(222)의 외측 일단에는 척 핀(213)이 각각 고정 결합된다. 수직 로드(224)는 지지축(214)의 내부에 상하 방향으로 이동 가능하게 제공된다. 연결 부재들(226)은 바(bar) 형상을 가질 수 있다. 연결 부재들(226)의 일단은 제 1 힌지 축(226a)에 의해 이동 로드들(222)의 내측 타단에 힌지 결합되고, 연결 부재들(226)의 타단은 제 2 힌지 축(226b)에 의해 수직 로드(224)의 상단에 힌지 결합된다. 수직 로드(224)는 수직 로드 구동부(228)에 의해 상하 방향으로 이동된다.
수직 로드(224)가 수직 로드 구동부(228)에 의해 아래 방향으로 이동되면, 제 2 힌지 축(226b)은 아래 방향으로 이동하고, 제 1 힌지 축(226a)은 스핀 척(211)의 중심을 향하는 방향으로 이동하며, 연결 부재(226)는 경사각이 커지는 방향으로 제 1 힌지 축(226a)과 제 2 힌지 축(226b)을 중심으로 동시에 회전된다. 이동 로드(222)는 제 1 힌지 축(226a)의 이동에 의해 스핀 척(211)의 중심을 향해 내측으로 수평 이동되며, 이에 의해 척 핀(213)이 지지 위치로 이동된다.
반대로, 수직 로드(224)가 수직 로드 구동부(228)에 의해 위 방향으로 이동되면, 제 2 힌지 축(226b)은 위 방향으로 이동하고, 제 1 힌지 축(226a)은 스핀 척(211)의 가장자리를 향하는 방향으로 이동하며, 연결 부재(226)는 경사각이 작아지는 방향으로 제 1 힌지 축(226a)과 제 2 힌지 축(226b)을 중심으로 동시에 회전된다. 이동 로드(222)는 제 1 힌지 축(226a)의 이동에 의해 스핀 척(211)의 가장자리를 향해 외측으로 수평 이동되며, 이에 의해 척 핀(213)이 대기 위치로 이동된다.
다시, 도 2 및 도 3을 참조하면, 습식 처리부(230)는 기판의 습식 처리 공정을 진행한다. 예를 들어, 습식 처리 공정은 습윤(Pre-Wet) 공정, 포토레지스트 제거 공정, 시드 층 식각 공정, 그리고 린스 및 건조 공정을 포함한다.
습식 처리부(230)는 처리 유체 공급 부재(240)와, 처리 유체 회수 부재(260)를 포함한다. 처리 유체 공급 부재(240)는 습식 처리 공정에 사용되는 처리 유체를 기판 지지부(210)에 로딩된 기판에 공급한다. 처리 유체 회수 부재(260)는 기판의 회전에 의해 비산되는 처리 유체를 회수한다.
처리 유체 공급 부재(240)는 노즐 암(241), 복수 개의 노즐들(242a,242b,242c,242d), 그리고 노즐 암 구동부(250)를 포함한다. 노즐 암(241)은 긴 로드 형상을 가진다. 노즐 암(241)은 길이 방향이 기판 처리부(200)와 대기 포트(300)의 배열 방향에 수직한 방향을 향하도록 배치된다. 노즐 암(241)의 일단에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수 개의 노즐들(242a,242b,242c,242d)이 수직하게 설치된다. 노즐들(242a,242b,242c,242d)은 노즐 암(241)의 길이 방향에 수직한 방향을 따라 일렬로 배치될 수 있다. 탈이온수 노즐(242a)은 기판에 탈이온수를 공급한다. 건조 가스 노즐(242b)은 기판에 건조 가스를 공급한다. 건조 가스로는 질소 가스가 사용될 수 있다. 유기 용제 노즐(242c)은 기판에 포토레지스트 제거용 유기 용제를 공급한다. 유기 용제로는 n-메틸 피롤리디논(NMP), 디메틸 술폭사이드(DMSO), 또는 수산화 테트라 메틸 암모늄(TMAH)가 사용될 수 있다. 식각액 노즐(242d)은 기판에 식각액을 공급한다. 구리(Cu) 재질 시드 층을 식각하는 경우, 식각액으로는 황산이나 과산화수소수가 사용될 수 있고, 타이타늄(Ti) 재질 시드 층을 식각하는 경우, 식각액으로는 불산 또는 과산화수소수가 사용될 수 있다.
노즐 암(241)의 내부에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 배관들(243a,243b,243c,243d))이 내장된다. 배관들(243a,243b,243c,243d)은 탈이온수 배관(243a), 건조 가스 배관(243b), 유기 용제 배관(243c), 그리고 식각액 배관(243d)을 포함한다. 배관들(243a,243b,243c,243d)은 노즐 암(241)의 내부에 노즐 암(241)의 길이 방향을 향하도록 배치된다. 탈이온수 배관(243a)의 일단은 탈이온수 노즐(242a)에 연결되고, 탈이온수 배관(243a)의 타단은 탈이온수 유입 포트(244a)에 연결된다. 건조 가스 배관(243b)의 일단은 건조 가스 노즐(242b)에 연결되고, 건조 가스 배관(243b)의 타단은 건조 가스 유입 포트(244b)에 연결된다. 유기 용제 배관(243c)의 일단은 유기 용제 노즐(242c)에 연결되고, 유기 용제 배관(243c)의 타단은 유기 용제 유입 포트(244c)에 연결된다. 식각액 배관(243d)의 일단은 식각액 노즐(242d)에 연결되고, 식각액 배관(243d)의 타단은 식각액 유입 포트(244d)에 연결된다.
노즐 암(241)의 타단에는 유입 포트들(244a,244b,244c,244d)이 제공된다. 탈이온수 유입 포트(244a)는 탈이온수 배관(243a)에 탈이온수가 유입되는 통로를 제공한다. 건조 가스 유입 포트(244b)는 건조 가스 배관(243b)에 건조 가스가 유입되는 통로를 제공한다. 유기 용제 유입 포트(244c)는 유기 용제 배관(243c)에 유기 용제가 유입되는 통로를 제공한다. 식각액 유입 포트(244d)는 식각액 배관(243d)에 식각액이 유입되는 통로를 제공한다.
탈이온수 유입 포트(244a)에는 탈이온수 공급 라인(245a)의 일단이 연결되고, 탈이온수 공급 라인(245a)의 타단은 탈이온수 공급원(246a)에 연결된다. 탈이온수 공급 라인(245a) 상에는 밸브(247a), 필터(248a) 및 펌프(249a)가 설치된다. 건조 가스 유입 포트(244b)에는 건조 가스 공급 라인(245b)의 일단이 연결되고, 건조 가스 공급 라인(245b)의 타단은 건조 가스 공급원(246b)에 연결된다. 건조 가스 공급 라인(245b) 상에는 밸브(247b), 필터(248b) 및 펌프(249b)가 설치된다. 유기 용제 유입 포트(244c)에는 유기 용제 공급 라인(245c)의 일단이 연결되고, 유기 용제 공급 라인(245c)의 타단은 유기 용제 공급원(246c)에 연결된다. 유기 용제 공급 라인(245c) 상에는 밸브(247c), 필터(248c) 및 펌프(249c)가 설치된다. 식각액 유입 포트(244d)에는 식각액 공급 라인(245d)의 일단이 연결되고, 식각액 공급 라인(245d)의 타단은 식각액 공급원(246d)에 연결된다. 식각액 공급 라인(245d) 상에는 밸브(247d), 필터(248d) 및 펌프(249d)가 설치된다.
노즐 암 구동부(250)는 지지 부재(252), 가이드 부재(254), 그리고 구동기(256)를 포함한다. 지지 부재(252)는 로드 형상을 가질 수 있다. 지지 부재(252)는 노즐 암(241)과 직각을 유지하도록 수직 방향으로 배치되고, 지지 부재(252)의 상단부는 노즐 암(241)의 타단에 결합된다. 지지 부재(252)의 하단부는 가이드 부재(254)에 결합된다. 가이드 부재(254)는 가이드 레일 형상으로 제공될 수 있다. 구동기(256)는 지지 부재(252)에 직선 구동력을 제공한다. 구동기(256)로는 실린더와 같은 직선 왕복 운동 기구가 사용될 수 있으며, 이외에도 모터와 기어의 조합으로 이루어진 어셈블리 등이 사용될 수도 있다. 구동기(256)는 지지 부재(252)를 직선 이동시키고, 지지 부재(252)의 직선 이동은 가이드 부재(254)에 의해 안내된다. 이에 따라 노즐 암(241)이 직선 이동하고, 노즐 암(241)의 일단에 결합된 노즐들(242a,242b,242c,242d)이 대기 포트(300)의 대기 위치와 기판 상부의 공정 위치 간에 이동된다. 한편, 지지 부재(252)는 도시되지 않은 구동기에 의해 상하 방향으로 직선 운동할 수 있다.
처리 유체 회수 부재(260)는 기판의 습식 처리 공정에서 기판의 회전에 의해 비산되는 처리 유체를 회수한다. 처리 유체 회수 부재(260)는 회수통(262), 회수구들(264a,264b,264c) 및 배기구들(266a,266b,266c)을 포함한다. 회수통(262)은 상부가 개방된 통 형상을 가지며, 하강된 위치의 기판 지지부(210)를 둘러싸도록 제공된다. 구체적으로, 회수통(262)은 바닥벽(262a)과, 바닥벽(262a)의 가장자리로부터 위 방향으로 연장된 수직 측벽(262b)을 가진다. 바닥벽(232a)의 중앙에 형성된 홀에는 기판 지지부(210)의 구동 축(214)이 삽입된다.
회수구들(264a,264b,264c)은 비산되는 처리 유체, 즉 탈이온수, 유기 용제, 식각액을 분리하여 회수한다. 회수구들(264a,264b,264c)은 수직 측벽(262b)에 서로 상이한 높이로 제공된다. 제 1 회수구(264a)는 제 2 회수구(264b)의 상부에 위치하고, 제 2 회수구(264b)는 제 3 회수구(264c)의 상부에 위치한다. 제 1 회수구(264a)는 탈이온수를 회수할 수 있고, 제 2 회수구(264b)는 유기 용제를 회수할 수 있고, 제 3 회수구(264c)는 식각액을 회수할 수 있다. 제 1 내지 제 3 회수구들(264a,264b,264c)에는 회수되는 처리 유체를 저장하는 탱크(미도시)가 각각 연결될 수 있다.
배기구들(266a,266b,266c)은 건조 가스, 유기 용제 성분을 포함하는 대기, 식각액 성분을 포함하는 대기를 분리하여 회수한다. 제 1 배기구(266a)는 제 1 회수구(264a)의 상부에 위치하도록 수직 측벽(262a)에 제공되고, 건조 가스를 배기할 수 있다. 제 2 배기구(266b)는 제 2 회수구(264b)의 상부에 위치하도록 수직 측벽(262a)에 제공되고, 유기 용제 성분을 포함하는 대기를 배기할 수 있다. 제 3 배기구(266c)는 제 3 회수구(264c)의 상부에 위치하도록 수직 측벽(262a)에 제공되고, 식각액 성분을 포함하는 대기를 배기할 수 있다. 제 1 내지 제 3 배기구들(266a,266b,266c)에는 배기되는 기체를 저장하는 탱크(미도시)가 각각 연결될 수 있다.
도금 처리부(270)는 기판의 도금 처리 공정을 진행한다. 도금 처리부(270)는 도금조(271)를 가진다. 도금조(271)는 회수통(262)의 상부에 배치되며, 기판의 도금 공정이 진행되는 공간(S)을 제공한다. 도금조(271)는 상부벽(272), 상부 벽(272)의 가장자리 둘레를 따라 아래 방향으로 연장되는 측벽(273), 그리고 측벽(273)의 하단부에 결합된 링 형상의 컨택 플레이트(274)를 포함한다. 컨택 플레이트(274)의 하면 내주부에는 컨택부(275)가 제공되고, 컨택부(275)에는 기판 지지부(210)의 상승에 의해 기판이 접촉된다.
애노드 전극(276)은 컨택 플레이트(274)의 상부에 수평하게 배치된다. 애노드 전극(276)은 판 형상을 가질 수 있다. 애노드 전극(276)의 중심부에는 도금액 분사 노즐(280)이 삽입되는 홀이 형성된다. 애노드 전극(276)은 도금하고자 하는 재질의 금속판으로 제공된다.
애노드 전극(276)과 기판(W)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 전원(277)으로부터 전압을 인가받는다. 구체적으로, 전원(277)의 양극은 제 1 도선(278a)에 의해 애노드 전극(276)에 연결되고, 전원(277)의 음극은 제 2 도선(278b)에 의해 컨택부(275)의 금속 핀들(275-1)에 연결된다. 컨택부(275)는 금속 핀들(275-1)과 실링 부재(275-2)를 포함한다. 실링 부재(275-2)는 "ㄱ" 모양의 단면을 가지는 링 형상으로 제공될 수 있으며, 컨택 플레이트(274)의 하면 내주부에 결합될 수 있다. 실링 부재(275-2)는 기판(W)상의 포토레지스트층(PR)에 접촉하여, 기판으로 공급되는 도금액이 기판(W)의 가장자리로 누설되는 것을 방지한다. 금속 핀들(275-1)은 컨택 플레이트(274)의 원주 방향을 따라 복수의 지점에 설치될 수 있으며, 실링 부재(275-2)를 통해 제 2 도선(278b)에 연결될 수 있다. 금속 핀들(275-1)의 첨단은 기판(W) 가장자리의 전도성 시드 층(seed layer)(W1)에 접촉된다.
도금액 분사 노즐(280)은 중공 형상의 관으로 제공될 수 있다. 도금액 분사 노즐(280)은 연직 방향으로 정렬되고, 도금조(271)의 상부벽(272)에 형성된 홀에 삽입된다. 도금액 분사 노즐(280)은 하단부가 애노드 전극(276)의 아래로 돌출되도록 애노드 전극(276)의 홀에 삽입될 수 있다. 도금액 분사 노즐(280)의 하단에는 분사 플레이트(281)가 제공된다. 분사 플레이트(281)에는 복수 개의 분사 홀들(281a)이 형성된다. 도금액 분사 노즐(280)에서 토출된 도금액은 분사 홀들(281a)을 통해 보다 균일하게 분사될 수 있다. 분사 플레이트(281)를 통해 분사되는 도금액은 측벽(273), 컨택 플레이트(274), 그리고 기판에 의해 형성되는 도금 공간(S)에 채워진다. 도금액 분사 노즐(280)은 도금액 공급 라인(282)에 의해 도금액 탱크(283)에 연결되고, 도금액 공급 라인(282) 상에는 펌프(284)와, 밸브(285)가 배치된다.
측벽(273)에는 도금 공정의 진행 중 도금액을 오버플로우시키기 위한 오버플로우 홀(273a)이 형성된다. 오버플로우 홀(273a)에는 순환 라인(286)의 일단이 연결되고, 순환 라인(286)의 타단은 도금액 탱크(283)에 연결된다. 순환 라인(286)상에는 필터(287)가 배치된다. 도금 공간(S) 내의 도금액의 수위가 오버플로우 홀(273a)에 다다르면, 도금액은 오버플로우 홀들(273a)을 통해 배수된다. 배수되는 도금액은 순환 라인(286)을 통해 도금액 탱크(283)로 유입되며, 도금액에 포함된 불순물은 필터(287)에 의해 제거된다. 도금액 탱크(283)로 유입된 도금액은 도금액 공급 라인(282)을 통해 도금액 분사 노즐(280)로 순환 공급될 수 있다. 측벽(273) 상의 컨택 플레이트(274) 상부에는 배수 홀(273b)이 형성될 수 있다. 배수 홀(273b)은, 도금조(271) 내에서의 도금 공정이 완료된 후, 도금조(271) 내의 도금액을 배출한다. 배수 홀(273b)에는 배수 라인(288)의 일단이 연결되고, 배수 라인(288)의 타단에는 배수된 도금액을 저장하는 탱크(289)가 연결된다.
도금액 교반 부재(290)는 컨택 플레이트(274)와 애노드 전극(276)의 사이에 배치된다. 도금액 교반 부재(290)는 기판으로 공급되는 도금액을 교반(agitation)시킨다. 도금액의 교반에 의해, 높은 종횡비를 갖는 패턴 형성부에 기포를 발생시키지 않고 도금 공정을 진행할 수 있다.
도금액 교반 부재(290)는 애노드 전극(276)의 아래에 수평하게 배치되는 원판 형상의 교반 플레이트(291)를 가진다. 교반 플레이트(291)에는 도금액이 통과하는 복수 개의 관통 홀들(291a)이 형성된다. 관통 홀들(291a)의 크기는 교반 플레이트(291)의 중심으로부터 주변으로 갈수록 작아질 수 있다. 이는 기판의 중심부로 보다 많은 유량의 도금액을 공급하고, 보다 큰 세기의 전기장을 형성함으로써, 기판 중심부의 도금 증착량을 증가시켜 도금막을 균일하게 증착하기 위함이다. 교반 플레이트(291)는 플레이트 구동부(292)에 의해 자기 중심 축을 중심으로 회전된다.
플레이트 구동부(292)는 교반 플레이트(291)의 하면 가장자리를 지지하고 외주 면에 치형이 형성된 링 형상의 종동 기어(293), 종동 기어(293)와 맞물리는 원판 형상의 구동 기어(294), 그리고 구동 기어(294)에 회전력을 제공하는 회전 구동기(295)를 포함한다.
한편, 도금조(271)와 회수통(262)의 사이에는 드립 조(드립 조 bath, 295)가 배치된다. 드립 조(295)는 구동부(296)에 의해 도금조(271)와 회수통(262) 사이 공간과, 그 외측 간에 이동된다. 드립 조(295)는, 도금 공정 시에는 도금조(271)와 회수통(262) 사이 공간의 외측으로 이동되고, 습식 처리 공정 시에는 도금조(271)와 회수통(262) 사이 공간으로 이동되어 도금조(271)로부터 아래로 떨어지는 도금액을 받는다.
대기 포트(300)는 기판 처리부(200)의 일 측에 제공되며, 처리 유체 공급 부재(240)의 노즐들(242a,242b,242c,242d)이 공정 진행을 위해 대기하는 장소를 제공한다.
도 8a 내지 도 8d는 기판상에 금속 배선을 형성하는 공정을 보여주는 도면들이다. 도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 기판(W)의 상면, 즉 도금 면에는 도전성 재질의 시드 층(Seed Layer)(W1)이 제공되고, 시드 층(W1)의 상면에는 포토레지스트 패턴(PR)이 제공된다.(도 8a) 포토레지스 패턴(PR) 사이의 공간에는 도금 공정에 의해 도금 층(P)이 형성된다.(도 8b), 도금 공정 후, 포토레지스트 패턴(PR)은 제거되고(도 8c), 이후 도금 층(P) 하부의 시드 층을 제외한 나머지 시드 층이 식각된다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 상기의 공정들을 진행하는 과정을 설명한다.
도 9 내지 도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 보여주는 도면들이다. 도 2와, 도 9 내지 도 16을 참조하면, 기판의 처리 과정은 기판 로딩, 습윤 공정, 도금 공정, 린스 및 건조 공정, 포토레지스트 제거 공정, 식각 공정, 기판 언로딩 순으로 진행될 수 있다.
스핀 척(211)은 지지 핀들(212)과 척 핀들(213)이 회수통(262)의 상부로 돌출되도록 축 구동기(216)에 의해 승강된다. 기판(W)은 도금면이 위 방향을 향하고 있는 상태로 메인 이송 로봇(도 1의 도면 번호 24)에 의해 지지 핀들(212)에 놓인다.(도 9)
지지 핀들(212)에 놓인 기판의 측부는 척 핀들(213)에 의해 지지된다. 기판은 그 측부가 척 핀들(213)에 의해 지지되면서 정위치에 정렬될 수 있다. 스핀 척(211)은 축 구동기(216)에 의해 습윤 공정이 진행되는 제 1 위치로 하강된다. 탈이온수 노즐(242a)은 노즐 암(241)의 직선 이동에 의해 기판(W)의 상부 중심에 위치한다. 탈이온수 노즐(242a)은 습윤 공정을 위한 탈이온수를 기판의 도금면으로 분사하고, 기판은 축 구동기(216)에 의해 스핀 척(211)이 회전됨에 따라 회전된다. 기판의 회전에 의해 비산되는 탈이온수는 제 1 회수구(264a)를 통해 회수된다.(도 10)
습윤 공정이 완료되면, 드립 조(295)가 구동부(296)에 의해 회수통(262)과 도금조(271) 사이 공간의 외측으로 이동된다. 스핀 척(211)은 축 구동기(216)에 의해 도금 공정이 진행되는 위치로 상승된다. 이때, 기판(W)의 가장자리는 컨택 플레이트(274)의 내주부 하단에 제공된 컨택부(275)에 접촉된다. 이 상태에서, 도금액 분사 노즐(280)이 도금액을 공급한다. 도금액은 분사 플레이트(281)와 도금액 교반 부재(291)를 경유하여 기판(W)의 도금면으로 공급된다. 애노드 전극(276)에 전원이 연결되면, 전기적 음성인 전자는 애노드 전극(276)으로부터 기판의 시드 층으로 이동하고, 전기적 양성인 금속의 양이온은 도금액에 용해된다. 기판의 시드 층에 전자가 쌓이면, 전자가 도금액 중의 금속의 양이온을 끌어당겨 기판의 시드 층에 도금막이 형성된다.
도금 공정의 진행 중 도금액은 계속적으로 공급되며, 도금액의 수위가 일정 수위를 넘어서면, 도금액은 도금조(271)의 측벽(273)에 형성된 오버플로우 홀(273a)을 통해 배수된다. 배수된 도금액은 순환 라인(286)을 통해 도금액 탱크(283)에 유입되고, 도금액 탱크(283)로 유입된 도금액은 도금액 공급 라인(282)을 통해 도금액 분사 노즐(280)로 순환 공급된다. 도금 공정이 완료되면, 도금조(271) 내의 도금액은 측벽(273)에 형성된 배수 홀(273b)을 통해 배수된다.(도 11)
도금 공정이 완료되면, 스핀 척(211)은 축 구동기(216)에 의해 습윤 공정이 진행되었던 제 1 위치로 하강되고, 드립 조(295)는 구동부(296)에 의해 회수통(262)과 도금조(271) 사이 공간으로 복귀된다.
탈이온수 노즐(242a)은 노즐 암(241)의 직선 이동에 의해 기판(W)의 상부 중심에 위치한다. 탈이온수 노즐(242a)은 린스 공정을 위한 탈이온수를 기판의 도금면으로 분사하고, 기판은 축 구동기(216)에 의해 스핀 척(211)이 회전됨에 따라 회전된다. 기판의 회전에 의해 비산되는 탈이온수는 제 1 회수구(264a)를 통해 회수된다.(도 12)
린스 공정이 완료되면, 건조 가스 노즐(242b)은 노즐 암(241)의 직선 이동에 의해 기판(W)의 상부 중심에 위치한다. 건조 가스 노즐(242b)은 회전하는 기판에 건조 가스를 공급하여 기판을 건조한다. 이때, 기판의 건조에 사용된 건조 가스는 제 1 배기구(266a)를 통해 배기된다.(도 13)
린스 및 건조 공정이 완료되면, 스핀 척(211)은 축 구동기(216)에 의해 제 1 위치 보다 낮은 제 2 위치로 이동되고, 유기 용제 노즐(242c)은 노즐 암(241)의 직선 이동에 의해 기판(W)의 상부 중심에 위치한다. 유기 용제 노즐(242c)은 회전하는 기판에 유기 용제를 공급하여 포토레지스트 패턴을 제거한다. 기판의 회전에 의해 비산되는 유기 용제는 제 2 회수구(264b)를 통해 회수되고, 유기 용제 성분을 포함하는 대기는 제 2 배기구(266b)를 통해 배기된다.(도 14)
포토레지스트 제거 공정이 완료되면, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같은 방법으로 린스 및 건조 공정이 진행될 수 있다. 린스 및 건조 공정이 완료되면, 스핀 척(211)은 축 구동기(216)에 의해 제 2 위치 보다 낮은 제 3 위치로 이동되고, 식각액 노즐(242d)은 노즐 암(241)의 직선 이동에 의해 기판(W)의 상부 중심에 위치한다. 식각액 노즐(242d)은 회전하는 기판에 식각액을 공급하여 도금 막 하부의 시드 층을 제외한 나머지 시드 층을 식각한다. 기판의 회전에 의해 비산되는 식각액은 제 3 회수구(264c)를 통해 회수되고, 식각액 성분을 포함하는 대기는 제 3 배기구(266c)를 통해 배기된다.(도 15)
식각 공정이 완료되면, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같은 방법으로 린스 및 건조 공정이 진행될 수 있다. 린스 및 건조 공정이 완료되면, 노즐 암(241)은 대기 위치로 이동하고, 스핀 척(211)은 지지 핀들(212)과 척 핀들(213)이 회수통(262)의 상부로 돌출되도록 축 구동기(216)에 의해 상승된다. 기판(W)은 척 핀들(213)로부터 언척킹되고, 메인 이송 로봇(도 1의 도면 번호 24)에 의해 공정 챔버로부터 언로딩된다.(도 16)
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 처리실 210: 기판 지지부
230: 습식 처리부 240: 처리 유체 공급 부재
260: 처리 유체 회수 부재 270: 도금 처리부

Claims (10)

  1. 기판의 도금 공정을 진행하는 도금 처리부;
    상기 도금 처리부의 아래에 제공되며, 상기 기판의 습식 처리 공정을 진행하는 습식 처리부; 및
    도금 면이 위 방향을 향하도록 상기 기판을 지지하고, 상기 도금 처리부와 상기 습식 처리부 간에 상기 기판을 이동하는 기판 지지부를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 지지부는, 상기 기판을 척킹하는 스핀 척; 상기 스핀 척의 하면에 결합하는 구동 축; 및 상기 구동 축을 회전 및 상하 이동시키는 축 구동기를 포함하고,
    상기 습식 처리부는, 상기 기판 도금 면의 습식 처리를 위한 처리 유체를 상기 기판에 공급하는 처리 유체 공급 부재를 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 유체 공급 부재는,
    상기 기판에 포토레지스트 제거용 유기 용제를 공급하는 유기 용제 노즐을 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 처리 유체 공급 부재는,
    상기 기판에 식각액을 공급하는 식각액 노즐;
    상기 기판에 탈이온수를 공급하는 탈이온수 노즐; 및
    상기 기판에 건조 가스를 공급하는 건조 가스 노즐을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 습식 처리부는, 상기 기판의 회전에 의해 비산되는 상기 처리 유체를 회수하는 처리 유체 회수 부재를 더 포함하며,
    상기 처리 유체 회수 부재는,
    상기 기판 지지부를 둘러싸며, 상부가 개방된 통 형상을 가지는 회수통; 및
    상기 탈이온수, 상기 유기 용제, 상기 식각액을 분리하여 회수하도록 상기 회수통에 상이한 높이로 제공되는 회수구들을 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 처리 유체 회수 부재는, 상기 회수구들의 상부에 각각 제공되는 배기구들을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 기판의 도금 면이 위 방향을 향하도록 상기 기판을 지지하는 것;
    상기 기판을 상승시켜 도금조 내에서 상기 기판을 도금 처리하는 것; 및
    상기 도금조의 아래에 배치된 회수통 내로 상기 기판을 하강시켜, 스핀 방식으로 상기 기판을 습식 처리하는 것을 포함하는 기판 처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 도금 면에 도전성 재질의 시드 층(Seed Layer)이 제공되고, 상기 시드 층의 상면에 도금 층이 채워질 포토레지스트 패턴이 제공된 기판을 도금 처리 및 습식 처리하는 기판 처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판을 습식 처리하는 것은,
    상기 기판을 도금 처리하는 것 이후에, 유기 용제를 사용하여 상기 기판 도금 면의 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 것을 포함하는 기판 처리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기판을 습식 처리하는 것은,
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 것 이후에, 식각액을 사용하여 상기 도금 층 하부 이외의 상기 시드 층(Seed Layer)을 식각하는 것을 더 포함하는 기판 처리 방법.
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