KR20120011204A - 기판 도금 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 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 챔버의 내측벽에 결합되어 기판에 대한 도금 공정 시, 상대적으로 전류밀도가 작은 기판의 일부분을 향하여 고농도의 금속 이온이 함유된 이온 물질을 별도로 분사하는 적어도 하나의 이온 분사부;를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 도금 대상물인 기판의 부분 중 전류밀도가 상대적으로 낮은 지역으로 고농도의 금속 이온이 함유된 이온 물질을 공급할 수 있어 기판의 도금 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기판의 도금 상태에 따라 이온 분사부를 통해 분사되는 이온 물질의 양을 적절하게 조절할 수 있으며, 이에 따라 기판의 도금 균일도를 향상시킬 수 있다.

Description

기판 도금 장치{Apparatus to Plate Substrate}

기판 도금 장치가 개시된다. 보다 상세하게는, 도금이 상대적으로 취약한 기판의 일부분에 고농도의 금속 이온이 함유된 이온 물질을 직접 분사함으로써 도금 효율 및 도금 균일도를 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.

일반적으로 기판의 도금 공정은 기판의 테두리 영역에 음극의 컨택트 링을 접촉시키고, 컨택트 링을 통해 전류를 인가함으로써 기판의 전 영역에 전류를 인가할 수 있다. 그런데 기판의 테두리 영역으로 인가된 전류가 기판의 중앙 영역까지 균일하게 공급되기까지는 소정의 시간이 소요되며, 기판 상의 불균일한 전류밀도 분포는 기판의 테두리 영역과 기판의 중앙 영역의 불균일한 도금을 야기시킬 수 있다.

이에 이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래의 기판 도금 장치는, 상대적으로 전류밀도가 작은 기판의 중앙 영역에 더 많은 구리 이온(Cu^{2 +})을 공급하기 위한 전해액 공급라인을 구비할 수 있다. 즉, 기판의 중앙 영역에 더 많은 구리 이온(Cu^{2 +})이 도달될 수 있도록 챔버의 중앙 영역에는 많은 양의 전해액의 유입되도록 하고, 기판의 테두리 영역에는 상대적으로 적은 구리 이온(Cu^{2 +})이 도달되도록 챔버의 양측 영역에는 상대적으로 적은 양의 전해액이 유입되도록 하였으며, 이를 통해 구리 이온(Cu^{2 +}) 공급의 편차를 발생시킬 수 있었다.

그런데, 이러한 방법의 경우, 구조가 간단하고 비용이 적게 소요되는 장점이 있지만, 유동 액체(전해액)의 흐름만을 통한 구리 이온(Cu^{2 +})의 분포 제어는 유동성이 심하여 세밀한 공정 스펙을 도출하기 어려우며, 아울러 불균일한 도금을 발생시킬 수 있다.

이에, 상기 문제점을 해결하기 위해, 챔버의 하부에 복수 개의 양극판을 배치하고, 또한 이에 대응되는 복수 개의 파워 서플라이(power supply)를 구비함으로써 각 양극판에서의 구리 이온(Cu^{2 +})의 석출 속도를 제어하는 기판 도금 장치가 고려될 수 있다.

그런데, 이러한 기판 도금 장치의 경우, 장치 구축에 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라 실제 기판 도금 장치를 사용하기 전 무수한 테스트를 통해 세팅값을 설정해야 하는 절차상의 복잡함이 있다.

따라서 간단한 구조를 가지면서도 기판을 균일하게 도금할 수 있는 새로운 구조의 기판 도금 장치의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명의 실시예에 따른 목적은, 간단한 구조에 의해 도금 대상물인 기판의 부분 중 전류밀도가 상대적으로 낮은 지역으로 고농도의 금속 이온이 함유된 이온 물질을 공급할 수 있어 기판의 도금 효율을 향상시킬 수 있는 기판 도금 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 기판의 도금 상태에 따라 이온 분사부를 통해 분사되는 이온 물질의 양을 적절하게 조절할 수 있으며, 이에 따라 기판의 도금 균일도를 향상시킬 수 있는 기판 도금 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 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 챔버의 내측벽에 결합되어 상기 기판에 대한 도금 공정 시, 상대적으로 전류밀도가 작은 상기 기판의 일부분을 향하여 고농도의 금속 이온이 함유된 이온 물질을 별도로 분사하는 적어도 하나의 이온 분사부;를 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 도금 대상물인 기판의 부분 중 전류밀도가 상대적으로 낮은 지역으로 고농도의 금속 이온이 함유된 이온 물질을 공급할 수 있어 기판의 도금 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기판의 도금 상태에 따라 이온 분사부를 통해 분사되는 이온 물질의 양을 적절하게 조절할 수 있으며, 이에 따라 기판의 도금 균일도를 향상시킬 수 있다.

상기 이온 분사부는 상기 프로세스 챔버와의 결합 부분을 중심으로 상하 또는 좌우 회전 가능하게 결합될 수 있다.

상기 이온 분사부는 상대적으로 전류밀도가 작은 상기 기판의 일부분을 향하여 선택적으로 상기 고농도의 금속 이온이 함유된 상기 이온 물질을 분사할 수 있도록 노즐(nozzle) 타입으로 마련될 수 있다.

상기 이온 분사부는, 상기 고농도의 금속 이온이 함유된 상기 이온 물질이 상기 이온 분사부의 선단에 구비되는 분사구를 통해 분사될 때 상기 이온 분사부의 몸체를 통해 누수가 발생되는 것을 저지할 수 있도록, 실링부재를 구비할 수 있다.

상기 이온 분사부는, 상기 이온 물질을 공급하는 이온 공급 탱크와 이온 공급라인에 의해 별도로 연결되며, 상기 이온 공급라인에는, 상기 이온 공급 탱크로부터 상기 이온 물질을 펌핑하기 위한 펌프, 상기 이온 물질 내의 불순물을 여과하는 필터, 상기 이온 공급라인을 통해 이송되는 상기 이온 물질의 양을 측정하는 플로우미터(flow meter) 및 상기 이온 물질의 이동을 허용하는 밸브 스위치 중 적어도 어느 하나가 장착될 수 있다.

상기 이온 공급 탱크에는, 저장된 상기 이온 물질의 온도를 측정하는 온도 측정 센서, 상기 이온 물질 내의 무기물을 측정하는 무기물 측정 센서, 상기 이온 물질의 레벨을 측정하는 레벨 측정 센서 및 상기 이온 물질을 외부로 배출하는 배출부 중 적어도 어느 하나가 장착될 수 있다.

상기 이온 물질은 상기 금속 이온 및 전해액을 구비하며, 상기 이온 공급 탱크는 분말 상태의 구리를 공급하는 구리 공급부 및 상기 전해액을 공급하는 전해액 공급부와 별도로 연결될 수 있다.

상기 기판 도금 장치는, 상기 프로세스 챔버와 순환라인에 의해 연결되는 순환 탱크를 더 포함할 수 있으며, 상기 전해액은 상기 순환라인을 따라서 상기 프로세스 챔버 및 상기 순환 탱크을 순환할 수 있다.

상기 기판 도금 장치는, 상기 이온 분사부에 의해 상기 프로세스 챔버 내로 분사되는 상기 이온 물질의 양을 상기 플로우미터에 의해 감지하고, 감지된 정보에 기초하여 상기 순환 탱크로 DIW(De-ionized water), 황산구리 용액 또는 첨가제의 투여량을 조절함으로써 상기 프로세스 챔버 내에 수용되는 상기 전해액의 농도를 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 밸브 스위치는 상기 프로세스 챔버 하부로부터의 금속 이온의 공급이 차단되면 이온 물질의 공급을 허용할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 간단한 구조에 의해 도금 대상물인 기판의 부분 중 전류밀도가 상대적으로 낮은 지역으로 고농도의 금속 이온이 함유된 이온 물질을 공급할 수 있어 기판의 도금 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 기판의 도금 상태에 따라 이온 분사부를 통해 분사되는 이온 물질의 양을 적절하게 조절할 수 있으며, 이에 따라 기판의 도금 균일도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 도금 장치의 컨셉 내용을 개략적으로 도시한 구성 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 프로세스 챔버의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 부분 확대도로서 이온 분사부에 의해 기판으로 구리 이온이 공급되는 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.

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

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 도금 장치의 컨셉 내용을 개략적으로 도시한 구성 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 프로세스 챔버의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 도 2의 부분 확대도로서 이온 분사부에 의해 기판으로 구리 이온이 공급되는 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 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 내측벽에 결합되어 기판(W)에 대한 도금 공정 시 상대적으로 전류밀도가 떨어지는 기판(W)의 일부분(중앙 영역)을 향하여 고농도의 구리 이온(Cu^{2 +})이 함유된 이온 물질(105)을 분사하는 이온 분사부(150)를 포함할 수 있다.

여기서, 이온 분사부(150)는 고농도의 구리 이온(Cu^{2 +})이 함유된 이온 물질(105)을 공급하는 이온 공급 탱크(160)와 이온 공급라인(170)에 의해 연결될 수 있으며, 프로세스 챔버(110)는 전해액(103)이 순환하는 통로인 순환라인(185)에 의해 순환 탱크(180)와 연결되어 전해액(103)을 순환시킬 수 있고 따라서 전해액(103)이 석출되는 것을 방지할 수 있다. 부연 설명하면, 본 실시예의 이온 물질(105)은 고농도의 구리 이온(Cu^{2 +})과, 구리 이온(Cu^{2 +})을 이동시키기 위한 전해액으로 이루어질 수 있다.

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, 상호 착탈 가능하게 조립될 수 있는 이너 챔버(111, inner chamber) 및 아우터 챔버(115, outer chamber)를 구비할 수 있다. 본 실시예의 이너 챔버(111)에는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전해액(103)이 상단부까지 채워지며, 하단부에는 타겟부(120) 및 그를 감싸는 여과부(130)가 장착된다.

이러한 이너 챔버(111)는 아우터 챔버(115)의 내측에 착탈 가능하게 결합되며, 이러한 결합 구조에 의해 외부 환경으로부터 보호받을 수 있다.

이와 같이, 본 실시예의 프로세스 챔버(110)는 상호 조립 및 분해가 용이한 이너 챔버(111) 및 아우터 챔버(115)를 구비하며, 이로 인해 제작이 용이하다는 장점이 있다. 다만, 프로세스 챔버(110)의 구조가 이에 한정되는 것은 아니며, 이너 챔버(111) 및 아우터 챔버(115)가 일체로 형성될 수 있음은 당연하다.

한편, 이너 챔버(111)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 외측벽(117)에 비해 상대적으로 내측에 배치되어 후술할 이온 분사부(150)가 장착되는 내측벽(116)을 더 포함할 수 있다. 이러한 이너 챔버(111)의 내측벽(116)은 이온 분사부(150)를 기판(W)의 중앙 영역(W1)과 보다 근접하게 설치할 수 있도록 함으로써 이온 분사부(150)로부터 발생되는 이온 물질(105)이 상대적으로 전류밀도가 작은 기판(W)의 중앙 영역(W1)으로 원활하게 도달될 수 있도록 한다.

다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이너 챔버(111)에 내측벽(116)이 별도로 구비되지 않는 경우, 후술할 이온 분사부(150)는 이너 챔버(111)의 외측벽(117)에 장착될 수도 있음은 당연하다.

한편, 이너 챔버(111)의 내부에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 양극(anode)을 형성하는 타겟부(120)가 마련된다. 타겟부(120)는 전해액(103)에 완전히 침지되며 전원 공급부(미도시)에 의해 전류가 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 양극이 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, 기판(W)으로 전류 인가 시 인가된 전류가 기판(W)의 중앙 영역(W1)까지 균일하게 공급되기까지는 소정의 시간이 소요되며, 따라서 기판(W)의 중앙 영역(W1)이 테두리 영역에 비해 전류밀도가 상대적으로 낮아 도금 편차가 발생되는 문제점이 있었다.

이에, 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 기판 도금 장치(100)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 이너 챔버(111)의 내측벽(116)에 장착되어 기판(W)에 대한 전류 인가 시 상대적으로 전류밀도가 작은 기판(W)의 중앙 영역(W1)을 향하여 고농도의 구리 이온(Cu^{2 +})이 함유된 이온 물질(105)을 별도로 분사하는 이온 분사부(150)를 더 포함한다.

본 실시예의 이온 분사부(150)는, 도 2에서 자세히 도시하지는 않았지만, 이너 챔버(111)의 내측벽(116)에 상하 또는 좌우 방향으로 회전 가능하게 결합된다. 따라서, 이온 분사부(150)의 선단부에 형성된 분사구(151)를 통해 분사되는 이온 물질(105)의 분사 방향을 조절할 수 있다. 다시 말해, 가령 기판(W)의 중앙 영역(W1)으로 이온 물질(105)을 분사해야 하는 경우 분사구(151)의 방향을 그에 맞게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 가령 기판(W)의 중앙 영역(W1)이 아닌 측부 영역에 이온 물질(105)을 분사해야 하는 경우 분사구(151)의 방향을 재조절함으로써 기판(W)의 도금 효율 및 도금 균일도를 향상시킬 수 있다.

이러한 이온 분사부(150)는, 분사구(151)로부터 분사되는 이온 물질(105)이 기판(W)의 목표 영역으로 잘 도달할 수 있도록, 노즐(nozzle) 타입으로 마련될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이온 분사부(150)는 노즐 타입이 아닌 다른 타입으로 마련될 수 있음은 당연하다.

또한, 도 2 상에서는 이온 분사부(150)가 이너 챔버(111)에 단일 개 장착된 걸로 도시되어 있으나 이온 분사부(150)의 장착 개수가 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 이온 분사부(150)는 중공의 원통 형상으로 마련되는 이너 챔버(111)의 내측벽(116)의 둘레 방향을 따라 복수 개 마련될 수 있으며, 각각의 이온 분사부(150)는 상대적으로 전류밀도가 작은 기판(W)의 중앙 영역(W1)을 향하여 이온 물질(105)을 분사하거나, 또는 각자 설정된 방향을 향하여 기판(W)으로 이온 물질(105)을 분사함으로써 기판(W)의 도금 공정을 실행할 수도 있을 것이다.

한편, 본 실시예의 이온 분사부(150)는, 도시하지는 않았지만, 몸체의 연결 부분들에 결합되어 이온 분사부(150)의 분사구(151)가 아닌 다른 부분으로 이온 물질(105)이 누수되는 것을 방지하는 실링부재(미도시)를 포함할 수 있다.

따라서, 이온 분사부(150)의 분사구(151)를 통해 분사되는 이온 물질(105)의 밀도 저하를 방지할 수 있어, 기판(W)의 도금 공정이 효율적으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 실시예의 이온 분사부(150)는, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 고농도의 구리 이온(Cu^{2 +})이 함유된 이온 물질(105)을 저장 및 공급하는 이온 공급 탱크(160)와 이온 공급라인(170)에 연결되며, 따라서 이온 공급 탱크(160)의 이온 물질(105)이 이온 공급라인(170)을 거친 후 이온 분사부(150)를 통해 기판(W) 상으로 분사될 수 있다.

도시하지는 않았지만, 본 실시예의 이온 공급 탱크(160)에는, 이온 물질(105)의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 센서(미도시)와, 이온 물질(105)에 함유된 무기물을 측정하는 무기물 측정 센서(미도시)와, 이온 물질(105)의 레벨을 측정하기 위한 레벨 측정 센서(미도시)와, 탱크(160) 내의 물질을 외부로 배출하는 배출부(미도시)가 장착될 수 있다. 따라서, 이온 공급 탱크(160) 내에 저장되는 이온 물질(105)의 온도를 적절하게 유지할 수 있을 뿐만 아니라 이온 물질(105)로부터 불순물을 제거할 수 있고, 또한 이온 물질(105)을 외부로 배출해야 하는 경우 용이하게 시행할 수 있다.

또한, 이온 공급 탱크(160)에는 분말 상태의 구리를 이온 공급 탱크(160)의 내측으로 공급하는 구리 공급부(미도시) 및 전해액을 공급하는 전해액 공급부(미도시)와 별도로 연결될 수 있으며, 이에 따라 이온 공급 탱크(160) 내에 저장되는 구리 이온(Cu^{2 +})의 농도를 적절하게 유지할 수 있다.

한편, 이온 공급 탱크(160)에 저장된 이온 물질(105)을 이온 분사부(150)로 이동시키는 이온 공급라인(170)에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 이온 공급 탱크(160)로부터 이온 물질(105)을 펌핑(pumping)하기 위한 펌프(171)와, 이온 물질(105)에 함유된 이물질을 여과하기 위한 필터(172)와, 이온 공급라인(170)을 통해 이동하는 이온 물질(105)의 유량을 측정하는 플로우미터(173, flow meter)와, 이온 물질(105)의 이동을 온/오프(on/off)하는 밸브 스위치(174)를 포함할 수 있다.

이러한 구성에 의해서, 이온 물질(105)이 이온 공급라인(170)을 거쳐 적절한 유량 및 압력으로 이온 분사부(150)에 공급될 수 있으며, 아울러 이온 분사부(150)의 분사구(151)를 통해 목표 지점을 향하여 분사될 수 있다.

여기서, 플로우미터(173)는 이온 공급라인(170)을 통해 이송되는 이온 물질(105)에 함유된 구리 이온(Cu^{2 +})의 양을 정확하게 측정하기 위하여 초음파 센서와 같은 정밀 센서가 적용될 수 있다. 따라서 이온 공급라인(170)을 통해 이온 분사부(150)로 공급되는 이온 물질(105)의 구리 이온(Cu^{2 +}) 농도를 미세하게 조절할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 의하면, 이온 공급 탱크(160)와 이온 공급라인(170)에 의해 연결된 이온 분사부(150)로부터 고농도의 구리 이온(Cu^{2 +})이 함유된 이온 물질(105)을 기판(W)으로 분사할 수 있으며, 이에 따라 상대적으로 전류밀도가 작은 기판(W)의 일부분, 예를 들면 중앙 영역(W1, 도 3 참조)의 도금 효율 및 도금 균일도를 향상시킬 수 있다.

한편, 이온 분사부(150)를 통해 이온 물질(105)이 기판(W)이 침지된 전해액(103) 상에서 기판(W)을 향해 분사되는 경우, 이너 챔버(111) 내에 저장된 전해액(103)의 농도 변화가 발생될 수 있다.

이를 위해, 본 실시예의 경우, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 이너 챔버(111)와 연통 가능하도록 순환라인(185)에 의해 연결되어 이너 챔버(111) 내의 전해액(103)을 순환시키는 순환 탱크(180)와, 이온 분사부(150)를 통해 분사되는 이온 물질(105)의 구리 이온(Cu^{2 +}) 농도를 측정하는 플로우미터(173)의 정보에 기초하여 이너 챔버(111) 및 순환 탱크(180)를 순환하는 전해액(103)의 농도를 조절하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

이러한 구성에 의해서, 이너 챔버(111)와 순환 탱크(180)에 저장되는 전해액(103)이 순환라인(185)을 따라 순환할 수 있으며, 이에 따라 전해액(103)이 석출되는 것을 저지할 수 있을 뿐만 아니라 전해액(103)의 농도를 조절할 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 플로우미터(173)로부터 획득되는 정보에 기초하여, 제어부는, 순환 탱크(180)로 투입되는 DIW(De-ionized water), 황산구리 용액 또는 첨가제의 양을 미세하게 조절할 수 있으며, 이에 따라 순환 탱크(185)로부터 이너 챔버(111)로 유입되는 전해액(103)의 농도를 조절할 수 있다.

이와 같이, 이온 분사부(150)를 통해 이너 챔버(111)로 고농도의 구리 이온(Cu^{2 +})이 함유된 이온 물질(105)이 공급될 때 이너 챔버(111)의 전해액(103) 내에서 농도 변화가 발생될 수 있는데, 이는 제어부가 순환 탱크(180) 및 이너 챔버(111)를 순환하는 전해액(103)의 농도를 조절함으로써 농도 편차 발생을 해결할 수 있다.

한편, 이하에서는, 이러한 구성을 갖는 기판 도금 장치(100)의 개략적인 도금 공정에 대해서 설명하기로 한다.

먼저, 도 2에 도시된 것처럼, 도금 대상물인 기판(W)을 이너 챔버(111) 내의 전해액(103) 내에 침지시킨 후, 양극(anode)을 형성하는 타겟부(120) 및 음극(cathode)을 형성하는 기판(W)에 전원을 인가한다. 그러면, 타겟부(120)로부터 발생된 구리 이온(Cu^{2 +})이 전해액(103)을 따라 기판(W) 상으로 이동한다. 그런데, 이때 전술한 바와 같이, 기판(W)에 전류를 인가하는 경우 기판(W)의 테두리 영역에서는 기판(W)의 도금 공정이 잘 이루어지지만 전류밀도가 상대적으로 작은 기판(W)의 중앙 영역(W1)에서는 도금 공정이 효율적으로 이루어지지 않아 도금이 균일하게 발생되지 않을 수 있다.

이에, 기판(W) 도금 공정 시, 이너 챔버(111)의 내측벽(116)에 결합된 이온 분사부(150)를 동시 가동시킨다. 이때, 상대적으로 전류밀도가 작은 기판(W)의 일부분으로 정확하게 고농도의 구리 이온(Cu^{2 +})이 함유된 이온 물질(105)이 분사될 수 있도록 이온 분사부(150)의 구동 전 이온 분사부(150)의 분사 각도 및 방향은 조절될 수 있다.

기판(W)에 대한 도금 공정이 완료되면, 전술한 플로우미터(173)를 통해 획득된 구리 이온(Cu^{2 +})의 농도 정보를 기초로, 이너 챔버(111)와 순환 탱크(180)를 순환하는 전해액(103)에 여러 물질, 예를 들면, DIW, 황산구리 용액 또는 첨가제 등을 투입하여 고농도의 구리 이온(Cu^{2 +}) 분사로 인해 발생되는 농도 편차를 없앨 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 의하면, 간단한 구조에 의해 도금 대상물인 기판(W)의 부분 중 전류밀도가 상대적으로 낮은 지역으로 고농도의 구리 이온(Cu^{2 +})이 함유된 이온 물질(105)을 공급할 수 있어 기판(W)의 도금 효율을 향상시킬 수 있으며, 기판(W)의 도금 상태에 따라 이온 분사부(150)를 통해 분사되는 이온 물질(105)의 양을 적절하게 조절할 수 있으며, 이에 따라 기판(W)의 도금 균일도를 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 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 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 기판 도금 장치 103 : 전해액
110 : 프로세스 챔버 120 : 타겟부
125 : 척 130 : 여과부
140 : 전해액 공급라인 150 : 이온 분사부
151 : 분사구 160 : 이온 공급 탱크
170 : 이온 공급라인 173 : 플로우미터
180 : 순환 탱크 185 : 순환 라인

Claims (10)

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 챔버의 내측벽에 결합되어 상기 기판에 대한 도금 공정 시, 상대적으로 전류밀도가 작은 상기 기판의 일부분을 향하여 고농도의 금속 이온이 함유된 이온 물질을 별도로 분사하는 적어도 하나의 이온 분사부;
   를 포함하는 기판 도금 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 이온 분사부는 상기 프로세스 챔버와의 결합 부분을 중심으로 상하 또는 좌우 회전 가능하게 결합되는 기판 도금 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 이온 분사부는 상대적으로 전류밀도가 작은 상기 기판의 일부분을 향하여 선택적으로 상기 고농도의 금속 이온이 함유된 상기 이온 물질을 분사할 수 있도록 노즐(nozzle) 타입으로 마련되는 기판 도금 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 이온 분사부는, 상기 고농도의 금속 이온이 함유된 상기 이온 물질이 상기 이온 분사부의 선단에 구비되는 분사구를 통해 분사될 때 상기 이온 분사부의 몸체를 통해 누수가 발생되는 것을 저지할 수 있도록, 실링부재를 구비하는 기판 도금 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 이온 분사부는, 상기 이온 물질을 공급하는 이온 공급 탱크와 이온 공급라인에 의해 별도로 연결되며,
   상기 이온 공급라인에는, 상기 이온 공급 탱크로부터 상기 이온 물질을 펌핑하기 위한 펌프, 상기 이온 물질 내의 불순물을 여과하는 필터, 상기 이온 공급라인을 통해 이송되는 상기 이온 물질의 양을 측정하는 플로우미터(flow meter) 및 상기 이온 물질의 이동을 허용하는 밸브 스위치 중 적어도 어느 하나가 장착되는 기판 도금 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 이온 공급 탱크에는, 저장된 상기 이온 물질의 온도를 측정하는 온도 측정 센서, 상기 이온 물질 내의 무기물을 측정하는 무기물 측정 센서, 상기 이온 물질의 레벨을 측정하는 레벨 측정 센서 및 상기 이온 물질을 외부로 배출하는 배출부 중 적어도 어느 하나가 장착되는 기판 도금 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 이온 물질은 상기 금속 이온 및 전해액을 구비하며,
   상기 이온 공급 탱크는 분말 상태의 구리를 공급하는 구리 공급부 및 상기 전해액을 공급하는 전해액 공급부와 별도로 연결되는 기판 도금 장치.
   
8. 제5항에 있어서,
   상기 프로세스 챔버와 순환라인에 의해 연결되는 순환 탱크를 더 포함하며,
   상기 전해액은 상기 순환라인을 따라서 상기 프로세스 챔버 및 상기 순환 탱크을 순환하는 기판 도금 장치
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 이온 분사부에 의해 상기 프로세스 챔버 내로 분사되는 상기 이온 물질의 양을 상기 플로우미터에 의해 감지하고, 감지된 정보에 기초하여 상기 순환 탱크로 DIW(De-ionized water), 황산구리 용액 또는 첨가제의 투여량을 조절함으로써 상기 프로세스 챔버 내에 수용되는 상기 전해액의 농도를 조절하는 제어부를 더 포함하는 기판 도금 장치.
   
10. 제5항에 있어서,
    상기 밸브 스위치는 상기 프로세스 챔버 하부로부터의 금속 이온의 공급이 차단되면 이온 물질의 공급을 허용하는 기판 도금 장치.

Images