KR20120003260U - 기판 도금 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안의 실시예에 따른 기판 도금 장치는, 전해액이 수용되며 내측 하부에는 전원 인가 시 금속 이온을 발생시키는 타겟부가 설치되고, 상부에는 도금 대상물인 기판을 파지하는 척(chuck)이 승강 가능하게 배치되는 프로세스 챔버(process chamber); 및 프로세스 챔버에 장착되며, 타겟부에 양극 전압이 인가되고 기판에 음극 전압이 인가되어 전해액을 통해 금속 이온이 기판으로 이동할 때 금속 이온에 진동 에너지를 제공함으로써 기판 표면의 갭들에 대한 금속 이온의 침투력을 향상시키는 진동 발생부;를 포함할 수 있다. 본 고안의 실시예에 따르면, 타겟부로부터 기판 상으로 플러스 금속 이온이 이동할 때 진동 발생부에 의해 진동을 발생시킴으로써 기판 상의 갭에 플러스 금속 이온의 침투 효율을 향상시킬 수 있으며 따라서 기판의 도금 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

기판 도금 장치{Apparatus to Plate Substrate}

기판 도금 장치가 개시된다. 보다 상세하게는, 타겟부로부터 기판 상으로 플러스 금속 이온이 이동할 때 진동 발생부에 의해 진동을 발생시킴으로써 기판 상의 갭에 플러스 금속 이온의 침투 효율을 향상시킬 수 있는 기판 도금 장치가 개시된다.

일반적으로 반도체 소자를 구성하는 실리콘 기판(silicon wafer) 상에 금속 배선을 형성하기 위해, 기판의 전면에 금속막을 패터닝(patterning)하게 된다. 이때, 기판의 전면에 형성되는 금속막은 알루미늄 또는 구리 등에 의해 형성된다.

이 중, 구리로 형성되는 금속막은 알루미늄으로 형성되는 금속막에 비해 녹는점이 높기 때문에 전기 이동도에 대한 큰 저항력을 가질 수 있으며, 이로 인해 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 비저항이 낮아 신호 전달 속도를 증가시킬 수 있는 이점이 있다. 따라서 구리로 형성되는 금속막이 주로 채택되고 있는 실정이다.

박막을 증착하는 방법은 물리적인 충돌을 이용하는 물리기상증착방법(PVD, physical vapor deposition)과 화학 반응을 이용하는 화학기상증착방법(CVD, chemical vapor deposition)으로 크게 분류된다. 물리기상증착방법으로는 스퍼터링(sputtering) 방법 등이 있고, 화학기상증착방법으로는 열을 이용한 열 화학기상증착방법(thermal CVD)과 플라즈마를 이용한 플라즈마 화학기상증착방법(plasma enhanced CVD) 등이 있다.

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

전기도금 방법이 적용되는 기판 도금 장치의 개략적인 구성에 대해서, 도 1을 참조하여 설명하면, 종래의 일 실시예에 따른 기판 도금 장치(1)는, 전해액(3)이 수용되는 프로세스 챔버(10)와, 프로세스 챔버(10)의 내측 하부에 배치되어 양극 전압이 인가되는 경우 플러스 금속 이온, 예를 들면 구리 이온(Cu^{2 +})을 배출하는 타겟부(20)와, 프로세스 챔버(10)의 내측 상부에 배치되며 기판(W)을 파지한 상태로 승강 가능한 척(25)을 구비한다.

여기서, 타겟부(20)는 양극 전압을 인가하는 양극 전압 인가부(21)와 연결되고, 척(25)에 파지된 기판(W)은 음극 전압을 인가하는 음극 전압 인가부(26)에 연결된다. 따라서 타겟부(20) 및 기판(W)에 각각의 전압이 인가되는 경우 구리 이온(Cu^{2 +})은 전해액(3)을 통해 기판(W)으로 이동하여 기판(W)을 패터닝하게 된다. 이에 대해 부연 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(W)의 하면에 형성된 갭(G, gap)들에 구리 이온(Cu^{2 +})이 침투되어 기판(W)에 대한 도금 공정을 수행하는 것이다.

그런데, 종래의 경우 구리 이온(Cu^{2 +})이 기판(W)의 갭(G)들에 채워질 때 갭(G) 입구부터 채워짐으로써 갭(G) 내부가 완전히 구리 이온(Cu^{2 +})들로 채워지지 못하며 따라서 갭(G) 내에 중공(5)이 발생되는 등의 도금 불량이 발생되는 문제점이 있었다.

이에, 기판(W)의 도금 공정 시 구리 이온(Cu^{2 +})이 기판(W)의 갭(G)들로 보다 잘 침투하도록 함으로써 갭(G) 사이에 중공(5) 등이 발생되는 도금 불량을 저지할 수 있는 새로운 구조의 기판 도금 장치의 개발이 시급한 실정이다.

본 고안의 실시예에 따른 목적은, 타겟부로부터 기판 상으로 플러스 금속 이온이 이동할 때 진동 발생부에 의해 진동을 발생시킴으로써 기판 상의 갭에 플러스 금속 이온의 침투 효율을 향상시킬 수 있으며 따라서 기판의 도금 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기판 도금 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 고안의 실시예에 따른 다른 목적은, 프로세스 챔버 내의 내부 또는 외부에 진동 발생부를 구비하는 간단한 구조에 의해서 도금 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기판 도금 장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 실시예에 따른 기판 도금 장치는, 전해액이 수용되며 내측 하부에는 전원 인가 시 금속 이온을 발생시키는 타겟부가 설치되고, 상부에는 도금 대상물인 기판을 파지하는 척(chuck)이 승강 가능하게 배치되는 프로세스 챔버(process chamber); 및 상기 프로세스 챔버에 장착되며, 상기 타겟부에 양극 전압이 인가되고 상기 기판에 음극 전압이 인가되어 상기 전해액을 통해 상기 금속 이온이 상기 기판으로 이동할 때 상기 금속 이온에 진동 에너지를 제공함으로써 상기 기판 표면의 갭들에 대한 상기 금속 이온의 침투력을 향상시키는 진동 발생부;를 포함하며, 이러한 구성에 의해서, 타겟부로부터 기판 상으로 플러스 금속 이온이 이동할 때 진동 발생부에 의해 진동을 발생시킴으로써 기판 상의 갭에 플러스 금속 이온의 침투 효율을 향상시킬 수 있으며 따라서 기판의 도금 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

상기 진동 발생부는 전원 인가 시 메가소닉 파동을 발생시키는 압전 진동자(PZT, Piezo effect transducer)이며, 상기 메가소닉 파동에 의해 상기 진동 에너지가 발생될 수 있다.

상기 진동 발생부에 의해서 발생되는 상기 메가소닉 파동의 주파수는 1메가 헤르츠(MHz)보다 큰 주파수일 수 있다.

상기 진동 발생부는 상기 프로세스 챔버의 외벽 중 저벽에 장착될 수 있다.

또한 상기 진동 발생부는 상기 프로세스 챔버의 내측벽의 둘레 방향을 따라 장착될 수도 있으며, 상기 전해액과 상기 진동 발생부의 접촉을 저지하기 위해서 상기 진동 발생부는 접촉 저지부에 의해 감싸질 수 있다.

상기 접촉 저지부는 상기 전해액과의 접촉을 저지하되 진동 에너지는 전달하는 쿼츠(Quartz) 재질로 마련될 수 있다.

또한, 상기 진동 발생부는 상기 프로세스 챔버의 하부벽 또는 측벽에 내장될 수도 있다.

본 고안의 실시예에 따르면, 타겟부로부터 기판 상으로 플러스 금속 이온이 이동할 때 진동 발생부에 의해 진동을 발생시킴으로써 기판 상의 갭에 플러스 금속 이온의 침투 효율을 향상시킬 수 있으며 따라서 기판의 도금 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 고안의 실시예에 따르면, 프로세스 챔버 내의 내부 또는 외부에 진동 발생부를 구비하는 간단한 구조에 의해서 도금 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 일 실시예에 따른 기판 도금 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 기판 도금 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 고안의 다른 실시예에 따른 기판 도금 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 기판 도금 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 고안의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 실용신안등록 청구 가능한 본 고안의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 고안에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.

다만, 본 고안을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 고안의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

한편, 이하에서는 기판을 실리콘 재질의 웨이퍼로 설명할 것이나 기판의 종류가 이에 한정되는 것은 아니며, 기판은 LCD, PDP와 같은 평판 디스플레이가 될 수 있음은 자명하다. 또한 기판의 형상 및 크기가 도면 또는 설명 내용에 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 등과 같은 다양한 형상 및 크기로 기판이 제작될 수 있음은 당연하다.

또한, 이하에서는, 타겟부로부터 발생되는 금속 이온이 구리 이온(Cu^{2 +})이라고 설명할 것이나 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 금속 이온에 의해 기판에 대한 도금 공정이 진행될 수 있음은 당연하다.

도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 기판 도금 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 고안의 일 실시예에 따른 기판 도금 장치(100)는, 전해액(103)이 수용되며 내측 하부에는 양극 인가 시 구리 이온(Cu^{2 +})을 발생시키는 타겟부(120)가 배치되고 상부에는 도금 대상물인 기판(W)을 파지하는 척(125, chuck)이 승강 가능하게 배치되는 프로세스 챔버(110, process chamber)와, 프로세스 챔버(110)의 외벽 중 저벽에 장착되며 전압 인가 시 타겟부(120)로부터 기판(W)으로 이동하는 구리 이온(Cu^{2 +})에 진동 에너지를 제공함으로써 기판(W) 표면의 갭(G)들에 대한 구리 이온(Cu^{2 +})의 침투력을 향상시키는 진동 발생부(150)를 포함한다.

또한, 본 실시예에 따른 기판 도금 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 타겟부(120)를 감싸도록 프로세스 챔버(110) 내에 마련되어 전해액(103) 상에서 구리 이온(Cu^{2 +})을 여과시키는 여과부(130)를 더 포함할 수 있다.

각각의 구성에 대해 설명하면, 먼저 프로세스 챔버(110)는, 전해액(103)이 상단부까지 채워지며, 하단부에는 타겟부(120) 및 그를 감싸는 여과부(130)가 장착된다. 또한, 프로세스 챔버(110)의 외벽 중 저벽에는 진동 발생부(150)가 장착될 수 있다.

한편, 타겟부(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 프로세스 챔버(110)의 내측에서 저면에 구비되며 양극(anode)을 형성하는 타겟부(120)가 마련된다. 타겟부(120)는 전해액(103)에 완전히 침지되며 전원 공급부(미도시)에 의해 양극 전압이 인가되는 경우, 산화 반응에 의해 구리 이온(Cu^{2 +})을 발생시키는 부분이다.

본 실시예에서 타겟부(120)의 상면은 불규칙하게 마련될 수 있다. 이는, 타겟부(120)에 양극 전압이 인가될 경우 많은 양의 구리 이온(Cu^{2 +})이 발생될 수 있도록, 타겟부(120)의 상면의 실질적인 면적을 확대하기 위함이다.

이와 같이, 타겟부(120)로부터 구리 이온(Cu^{2 +})이 발생되면, 발생된 구리 이온(Cu^{2 +})을 도금 대상물인 기판(W)으로 이동시켜야 한다. 이러한 역할은 전술한 바와 같이 이너 챔버(111) 내에서 일정선까지 수용되는 전해액(103)에 의해서 이루어진다. 따라서 전해액(103)은 구리 이온(Cu^{2 +})을 전도하기에 적합한 황산구리 용액으로 적용된다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 전해액(103)이 적용될 수 있음은 물론이다.

한편 여과부(130)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 타겟부(120)를 감싸도록 이너 챔버(111)의 내측에 마련되어 전해액(103)을 통해 이동하는 구리 이온(Cu^{2 +})을 여과한다. 이러한 여과부(130)는 타겟부(120)의 상부에서 타겟부(120)와 실질적으로 평행하게 마련되며 1 내지 10 마이크로미터(μm)의 직경을 갖는 여과공(미도시)이 규칙적으로 관통 형성된 멤브레인 필터(membrane filter)로 마련될 수 있다.

따라서, 전해액(103) 상의 구리 이온(Cu^{2 +})을 제외한 물질, 예를 들면 기포 등이 기판(W)에 도달하는 것을 차단할 수 있다.

한편, 본 실시예의 기판 도금 장치(100)는, 전해액 공급부(미도시)와 연결되어 이너 챔버(111)의 내부로 전해액(103)을 공급할 뿐만 아니라 전해액(103)의 흐름을 형성시키는 전해액 공급라인(140)을 더 포함할 수 있다.

전해액 공급라인(140)을 통해 이너 챔버(111)의 내측에 전해액(103)을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 전해액(103)의 흐름을 형성할 수 있어 타겟부(120)로부터 기판(W)으로 전달되는 구리 이온(Cu^{2 +})의 움직임을 활성화시킬 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 양극(anode)을 형성하는 타겟부(120)에 양극 전압이 인가되고, 음극(cathode)을 형성하는 기판(W)에 음극 전압이 인가되는 경우 타겟부(120)로부터 발생되는 구리 이온(Cu^{2 +})이 기판(W)으로 이동하며 기판(W) 표면에 형성된 갭(G)을 채움으로써 기판(W)에 대한 도금 공정을 실행한다.

그런데, 종래의 경우, 구리 이온이 기판(W)의 갭(G) 내측부터 순차적으로 채워지는 것이 아니라 입구 부분부터 채워짐으로써 갭(G) 내에 중공(5, 도 1 참조)이 발생될 수 있고 이는 도금 불량으로 이어질 수 있다.

이에 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 고안의 일 실시예에 따른 기판 도금 장치(100)는, 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 프로세스 챔버(110)의 외측벽 중 저벽에 장착되어 기판(W) 방향으로 이동하는 구리 이온(Cu^{2 +})에 진동 에너지를 제공하는 진동 발생부(150)를 더 포함한다. 진동 발생부(150)는 외부의 구성과 간섭되는 것을 저지하기 위해 하우징(160)과 같은 구성에 의해 감싸질 수 있다.

본 실시예의 진동 발생부(150)는, RF 전원을 인가하는 RF 전원 인가부(미도시)와 연결되며, RF 전원 인가 시 메가소닉(megasonic) 파동을 발생시키는 압전 진동자(PZT, Piezo effect transducer)로 마련될 수 있다. 여기서, 구리 이온(Cu^{2 +})에 전달되는 진동 에너지는 진동 발생부(150)에 의해 발생되는 메가소닉 파동에 의해 발생되는 것이다.

부연 설명하면, 전원 인가 시 진동 발생부(150)는 메가소닉 파동에 의한 진동 에너지를 발생시키고, 발생된 진동 에너지를 프로세스 챔버(110) 내의 전해액(103)으로 전달한다. 그러면, 전달된 진동 에너지는 전해액(103) 내에서 기판으로 이동하는 구리 이온(Cu^{2 +})에 전달됨으로써, 도 2의 확대 도면에 도시된 바와 같이, 구리 이온(Cu^{2 +})이 기판(W)의 갭(G)들에 침투할 때 갭(G)의 내측 영역으로 침투할 수 있다. 즉 구리 이온(Cu^{2 +})이 기판(W) 방향으로만 힘이 가해지는 것이 아니라 그것의 횡 방향으로도 진동력이 발생되어 기판(W)이 갭(G)에 침투할 때 횡 방향 힘에 의해 갭(G)의 내측부터 순차적으로 침투할 수 있는 것이다.

이에 따라 기판(W)의 갭(G) 내에 구리 이온(Cu^{2 +})이 빈 중공이 발생되는 것을 저지할 수 있고 따라서 기판(W)의 도금 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 실시예의 진동 발생부(150)로부터 발생되는 메가소닉 파동은 1메가 헤르츠(MHz)보다 큰 주파수일 수 있다. 즉, 진동 발생(150)부로부터 발생되는 메가소닉 파동은 구리 이온(Cu^{2 +})에 충분한 진동 에너지를 제공할 수 있는 주파수 값을 가지며, 이에 따라 기판(W)에 대한 구리 이온(Cu^{2 +})의 침투력을 보다 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 본 고안의 일 실시예에 의하면, 타겟부(120)로부터 기판(W) 상으로 구리 이온(Cu^{2 +})이 이동할 때 진동 발생부(150)에 의해 진동을 발생시킴으로써 기판(W) 상의 갭(G)에 구리 이온(Cu^{2 +})의 침투 효율을 향상시킬 수 있으며 따라서 기판(W)의 도금 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 이하에서는 도 2를 참조하여 본 고안의 다른 실시예에 따른 기판 도금 장치에 대해서 설명하기로 한다. 다만, 전술한 일 실시예의 기판 도금 장치와 동일 구성에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.

도 3은 본 고안의 다른 실시예에 따른 기판 도금 장치의 개략적인 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 고안의 다른 실시예에 따른 기판 도금 장치(200)는, 프로세스 챔버(210)의 내측벽에 장착되며 메가소닉 파동에 의한 진동 에너지를 발생시키고 발생된 진동 에너지를 기판(W)으로 이동하는 구리 이온(Cu^{2 +})에 제공하는 진동 발생부(250)를 포함한다.

본 실시예의 진동 발생부(250)는 원통 형상을 갖는 프로세스 챔버(210)의 내측벽의 둘레 방향을 따라 장착될 수 있다. 따라서 기판(W)으로 이동하는 구리 이온(Cu^{2 +})에 효율적으로 진동 에너지를 제공할 수 있으며, 이에 따라 기판(W)의 갭(G, 도 2 참조)에 대한 구리 이온(Cu^{2 +})의 침투력을 보다 향상시킬 수 있다.

한편, 본 실시예의 기판 도금 장치(200)는, 진동 발생부(250)와 프로세스 챔버(210) 내의 전해액(203)의 직접적인 접촉을 저지하기 위해, 진동 발생부(250)를 감싸는 접촉 저지부(260)를 더 포함할 수 있다. 접촉 저지부(260)는 진동 발생부(250)와 전해액(203)의 접촉을 저지하면서도 진동 에너지를 효율적으로 전달하는 쿼츠(Quartz) 재질로 마련될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 접촉 저지부(260)는 다른 재질로 마련될 수 있음은 당연하다.

한편, 이하에서는 도 3을 참조하여 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 기판 도금 장치에 대해서 설명하기로 한다. 다만, 전술한 실시예들의 기판 도금 장치와 동일 구성에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.

도 4는 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 기판 도금 장치의 개략적인 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 기판 도금 장치(300)에서는, 구리 이온(Cu^{2 +})에 진동 에너지를 제공하는 진동 발생부(350)가 프로세스 챔버(310)의 측벽 및 저벽에 내장된다. 즉, 메가소닉 파동을 발생시킴으로써 진동 에너지를 발생시키는 진동 발생부(350)가, 측벽에 내장되는 제1 진동부(351) 및 저벽에 내장되는 제2 진동부(355)로 구성되는 것이다.

따라서 전해액(303)과의 직접적인 접촉을 저지하면서도 전해액(303)을 따라 이동하는 구리 이온(Cu^{2 +})에 효율적으로 진동 에너지를 전달함으로써 기판(W)의 갭(G, 도 2 참조)에 대한 구리 이온(Cu^{2 +})의 침투력을 보다 향상시킬 수 있다.

한편, 본 고안은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 고안의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 고안의 실용신안등록청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 기판 도금 장치 103 : 전해액
110 : 프로세스 챔버 120 : 타겟부
125 : 척 130 : 여과부
140 : 전해액 공급라인 150 : 진동 발생부

Claims (7)

1. 전해액이 수용되며 내측 하부에는 전원 인가 시 금속 이온을 발생시키는 타겟부가 설치되고, 상부에는 도금 대상물인 기판을 파지하는 척(chuck)이 승강 가능하게 배치되는 프로세스 챔버(process chamber); 및
   상기 프로세스 챔버에 장착되며, 상기 타겟부에 양극 전압이 인가되고 상기 기판에 음극 전압이 인가되어 상기 전해액을 통해 상기 금속 이온이 상기 기판으로 이동할 때 상기 금속 이온에 진동 에너지를 제공함으로써 상기 기판 표면의 갭들에 대한 상기 금속 이온의 침투력을 향상시키는 진동 발생부;
   를 포함하는 기판 도금 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 진동 발생부는 전원 인가 시 메가소닉 파동을 발생시키는 압전 진동자(PZT, Piezo effect transducer)이며, 상기 메가소닉 파동에 의해 상기 진동 에너지가 발생되는 기판 도금 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 진동 발생부에 의해서 발생되는 상기 메가소닉 파동의 주파수는 1메가 헤르츠(MHz)보다 큰 주파수인 기판 건조 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 진동 발생부는 상기 프로세스 챔버의 외벽 중 저벽에 장착되는 기판 도금 장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 진동 발생부는 상기 프로세스 챔버의 내측벽의 둘레 방향을 따라 장착되되, 상기 전해액과 상기 진동 발생부의 접촉을 저지하기 위해서 상기 진동 발생부는 접촉 저지부에 의해 감싸지는 기판 도금 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 접촉 저지부는 상기 전해액과의 접촉을 저지하되 진동 에너지는 전달하는 쿼츠(Quartz) 재질로 마련되는 기판 도금 장치.
7. 제2항에 있어서,
   상기 진동 발생부는 상기 프로세스 챔버의 하부벽 또는 측벽에 내장되는 기판 도금 장치.

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