KR100800531B1

KR100800531B1 - 구리 도금액, 도금 방법 및 도금 장치

Info

Publication number: KR100800531B1
Application number: KR1020010038486A
Authority: KR
Inventors: 나가이미즈키; 오쿠야마슈이치; 기미츠카료이치; 고바야시다케시
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2008-02-04
Also published as: EP1167583A3; KR20020002332A; EP1167583A2; TW562878B; US6709563B2; US20020027081A1; US20040060825A1

Abstract

본 발명은, 외측 시드층 및 종횡비가 큰 미세 후퇴부를 갖는 기판의 도금에 사용될 때, 상기 시드층의 얇은 부분을 보강할 수 있고, 구리를 미세 후퇴부의 깊이로 완전히 채워넣을 수 있는, 알칼리금속 및 시안화물이 없는 구리 도금액을 제공한다.

상기 도금액은 2가 구리 이온과 착화제 및 선택적인 pH 조절제를 함유한다.

Description

구리 도금액, 도금 방법 및 도금 장치{COPPER-PLATING LIQUID, PLATING METHOD AND PLATING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도금 장치의 레이아웃을 도시한 평면도;

도 2는 도 1에 도시된 도금 장치내의 공기 흐름을 나타내는 설명도;

도 3은 도금 공정중에 있는 도금 섹션의 전체 구조를 나타내는 단면도;

도 4는 도금 섹션내의 도금액의 흐름을 나타내는 개략도;

도 5는 도금 공정중에 있지 않은(기판의 이송중에 있는) 도금 섹션의 전체 구조를 나타내는 단면도;

도 6은 유지중에 있는 도금 섹션의 전체 구조를 나타내는 단면도;

도 7은 기판의 이송중에 있는 하우징, 가압 링 및 기판 사이의 관계를 설명하는 단면도;

도 8은 도 7의 부분을 나타내는 확대도;

도 9a 내지 도 9d는 도금 공정중에 있는 때와 도금 공정중에 있지 않은 때의 도금액의 흐름을 설명하는 개략도;

도 10은 도금 섹션내의 중앙 기계를 나타내는 확대 단면도;

도 11은 도금 섹션내의 공급 콘택트(프로브)를 나타내는 단면도;

도 12는 세정/건조 섹션을 나타내는 개략도;

도 13은 베벨 에칭/화학 세정 섹션을 나타내는 개략도;

도 14는 세정/건조 섹션과 베벨 에칭/화학 세정 섹션에서 사용하는 회전가능한 유지장치의 측면도;

도 15는 도 14의 평면도;

도 16은 도 14에 도시된 회전가능한 유지장치내의 유지부재의 상세 부분을 나타내는 단면도;

도 17은 도 16의 선 A-A에서 화살표 방향으로 본 선도;

도 18a 내지 도 18c는 이송장치를 나타낸 도면으로서, 도 18a는 상기 장치의 사시도, 도 18b는 로봇 핸드의 평면도, 도 18c는 상기 로봇 핸드의 단면도;

도 19는 본 발명의 도금 방법의 실시예에 따른 공정 단계의 흐름을 나타내는 흐름도;

도 20은 서로 다른 분극화를 가진 서로 다른 두 개의 구리 도금액에서의 전압과 전류밀도간의 관계를 나타내는 그래프;

도 21은 본 발명의 도금 방법의 또 다른 실시예에 따른 공정 단계의 흐름을 나타내는 흐름도;

도 22는 공작 실험에서 사용된 착물조(1-3) 및 황산구리조(1)에 대한 전류-전기 전위곡선을 나타내는 그래프;

도 23a 내지 도 23c는 각각 SEM으로 관찰된 불량한 전착, 심 보이드(seam void) 및 미립자 보이드를 개략적으로 나타내는 다이어그램;

도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금 장치의 레이아웃을 나타내는 평면도;

도 25a 내지 도 25c는 또 다른 도금 단계를 도시한 다이어그램;

도 26은 무전해 도금 장치(electroless plating apparatus)의 개략적인 구성을 나타내는 도면;

도 27은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금 장치의 레이아웃을 나타내는 평면도;

도 28은 폴리싱 유닛의 개략적인 구성을 나타내는 도면;

도 29는 폴리싱 테이블을 세정하는 세정장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면;

도 30은 이송장치를 나타내는 사시도;

도 31a 및 도 31b는 이송장치에 부착된 로봇 핸드를 나타내는 도면으로서, 도 31a는 평면도, 도 31b는 측단면도;

도 32a 및 도 32b는 또 다른 이송장치를 나타내는 도면으로서, 도 32a는 평면도, 도 32b는 측단면도;

도 33a 및 도 33b는 또 다른 막 두께 측정기를 나타내는 도면으로서, 도 33a는 평면도, 도 33b는 측단면도;

도 34는 반전장치의 주변을 나타내는 개략적 정면도;

도 35는 반전 아암부의 평면도;

도 36은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금 장치의 레이아웃을 나타내는 평면도;

도 37은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금 장치의 레이아웃을 나타내는 평면도;

도 38은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금 장치의 레이아웃을 나타내는 평면도;

도 39a 내지 도 39c는 구리 도금을 통해 구리 배선을 형성하는 공정 단계의 순서를 도시한 다이어그램;

도 40a 및 도 40b는 종래 방법에 따라 형성된 시드층과 보이드의 상태를 도시한 단면도;

도 41은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금 장치의 레이아웃을 나타내는 평면도;

도 42는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도금 장치의 레이아웃을 나타내는 평면도;

본 발명은 구리 도금액, 도금 방법 및 도금 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판의 표면에 형성된 배선용 미세 홈이 구리로 메워 지도록 구리로 반도체 기판을 도금함으로써 구리 배선을 형성하기 위한 구리 도금액, 도금 방법 및 도금 장치에 관한 것이다.

최근에는 반도체 기판상에 배선회로를 형성하기 위한 재료로서 알루미늄이나 알루미늄 합금을 사용하는 대신에, 전기저항이 작고 일렉트로마이그레이션 저항(electromigration resistance)이 큰 구리(Cu)를 사용하고자 하는 움직임이 일고 있다. 일반적으로 구리 배선은 기판의 표면에 형성된 미세한 홈에 구리를 채워 넣음으로써 형성된다. 이러한 구리 배선을 생성하는 기술에는 CVD, 스퍼터링 및 도금을 포함한 여러 가지가 알려져 있다. 이러한 기술 중 어떠한 것에 따라, 실질적으로 기판의 전체 표면에 구리가 증착된 후 화학기계적 폴링싱(CMP)에 의해 불필요한 구리를 제거하게 된다.

도 39a 내지 도 39c에는 이러한 구리배선을 가진 기판을 생산하는 예시로서 공정 단계의 순서를 도시하고 있다. 도 39a에 도시된 바와 같이, 반도체 디바이스가 형성될 기판 베이스(1)상에 형성된 전도층(1a)위에 SiO₂의 산화막(2)이 증착된다. 상기 산화막(2)에는 리소그래피/에칭 기술에 의해 배선용 콘택홀(3)과 트렌치(4)가 형성된다. 그 후, 전체 표면상에 TaN 등의 장벽층(5)이 형성되고, 상기 장벽층(5)위에 전기도금용 전원층으로서 시드층(seed layer)(7)이 형성된다.

그런 다음, 도 39b에 도시된 바와 같이, 구리로 상기 콘택홀(3)과 상기 트렌치(4)를 채우기 위해서 기판(W)의 표면에 구리 도금을 수행하고, 이와 동시에 상기 산화막(2)위에 구리막(6)을 증착한다. 다음에, 배선용으로 콘택홀(3)과 트렌치(4)내에 채워진 상기 구리막(6)의 표면과 상기 산화막(2)의 표면이 대략 같은 평면에 있도록 화학기계적 폴리싱(CMP)으로 상기 산화막(2)위의 구리막(6)을 제거한다. 이렇게 하여 도 39c에 도시된 바와 같이 구리막(6)으로 구성된 배선이 형성된다.

상기 시드층(7)은 일반적으로 스퍼터링 또는 CVD를 사용하여 형성된다. 구리로 전기도금하여 상기 구리막(6)을 형성하는 경우에 도금액으로는 일반적으로 황산구리와 황산을 함유한 황산구리 도금액이 사용되어 왔다.

최근에는 더 미세한 배선을 형성하려는 경향이 있어서, 배선용 트렌치 또는 플러그가 더 높은 종횡비를 가지게 되고 있다. 이것은 예를 들어 스퍼터링으로는 트렌치의 바닥부에는 시드층을 충분히 형성할 수가 없어서 균일한 시드층을 형성하지 못하는 문제를 야기한다. 따라서, 도 40a에 도시된 바와 같이, 트렌치의 바닥부 근처의 측벽에 형성된 시드층(7)의 두께(t₁)가 기판의 표면 근처에 있는 상기 트렌치의 측벽에 증착된 시드층(7)의 두께(t₂)의 1/10 이하로 되기 쉽다. 황산구리 도금액을 사용하여 그러한 트렌치 내부를 구리로 채우기 위해 구리로 전기도금을 행하는 경우에, 상기 시드층(7)내의 극히 얇은 부분을 통해 대량의 전류가 흐르면 도 40b에 도시된 바와 같이 미증착된 부분(보이드)(8)이 생기게 된다. 구리로 그러한 트렌치를 채우기 위한 전기 도금에 있어서 상기 트렌치의 입구 주위에는 그 입구를 막을 정도로 구리가 두껍게 증착되어 보이드의 형성을 초래할 것이므로, 그 결점을 극복하기 위해서 극히 얇은 부분이 두꺼워지도록 상기 시드층(7)의 전반적인 두께를 증가시키려는 시도는 성공적이지 않을 것이다.

한편으로는, 황산구리와 같은 베이스에, 첨가제로서 착화제 및 용액의 pH를 중성 범위내로 유지시키는 pH 조절제를 포함하는 구리 도금액이 개발되어 왔다. 하지만, 이러한 구리 도금액은 일반적으로 실제 사용하기에는 너무나 비안정적이다. 더욱이, pH 조절제는 일반적으로 나트륨 및 포타슘과 같은 알칼리 금속을 함유하고 있다. 알칼리 금속을 함유하는 도금액을 반도체 기판에 사용하면 일렉트로마이그레이션을 유발하여 반도체를 열화시킨다. 시안화 구리를 포함하는 구리 도금액도 알려져 있다. 하지만, 시안화물은 인체에 해롭기 때문에 작업적인 면에서 또 환경적인 면에서 그러한 구리 도금액은 피해야 할 것이다.

본 발명은 상술한 종래 기술에서의 문제의 관점에서 구상되었다. 따라서 본 발명의 목적은 알칼리 금속 및 시안화물이 없는 구리 도금액으로서 시드층의 얇은부분을 보강할 수 있고 기판의 표면에 형성된 큰 종횡비를 가진 미세 홈을 구리로 완벽히 채우게 하는 구리 도금액을 제공하고, 또한 상기 구리 도금액을 사용하는 도금 방법 및 도금 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 알칼리 금속 및 시안화물이 없이 2가 구리 이온과 착화제를 포함하는 구리 도금액을 제공한다. 상기 구리 도금액의 착화제의 함유물은 도금조로서의 분극화를 강화하고 균일한 전착 특성을 향상시킬 수 있다. 이것은 시드층의 얇은 부분을 보강하고 큰 종횡비를 갖는 트렌치 및 홀과 같은 미세한 홈의 내부 깊숙히 균일하게 구리를 채우게 한다. 나아가, 증착된 도금이 촘촘하고 그 내부에 마이크로보이드가 형성되지 않는다. 더 나아가, 본 발명의 구리 도금액은 어떠한 알칼리 금속이나 시안화물도 함유하고 있지 않아서, 그렇지 않으면 알칼리 금속의 존재로 인한 일렉트로마이그레이션에 의해 유발될 지도 모르 는 반도체의 열화를 유발하지 않고 시안화물의 사용을 금지하는 요청이 있지 않게 된다.

바람직하게는, 상기 도금액은 황산, 염산, 인산, 염소, 암모니아 및 테트라메틸 암모늄 히드록시드와 같이, 알칼리 금속이나 시안화물을 함유하지 않은 약제로부터 선택된 pH 조절제를 더욱 함유한다. 필요에 따라 그러한 pH 조절제를 사용함으로써, 도금액이 7-14의 pH 범위내에서, 바람직하게는 약 8-11의 pH 범위내에서, 더욱 바람직하게는 8-9의 pH 범위내에서 유지될 수 있다.

도금액내의 2가 구리 이온의 농도는 바람직하게는 0.1-100g/l의 범위, 더욱 바람직하게는 1-10g/l의 범위에 있어야 한다. 상기 범위의 아래에 있는 구리 이온 농도는 전류의 효율성을 낮추며, 이에 따라 구리의 침전 효율을 저하시킨다. 상기 범위를 초과하는 구리 이온 농도는 도금액의 전착 특성을 약화시킨다. 착화제의 농도는 바람직하게는 0.1-500g/l의 범위, 더 바람직하게는 0.1-200g/l의 범위, 더욱 더 바람직하게는 20-200g/l의 범위에 있어야 한다. 상기 범위보다 농도가 낮으면 구리와의 충분한 착화가 여려워져 침전물이 생기기 쉽다. 반면에, 상기 범위보다 농도가 높으면 소위 "눌은 증착(burnt deposit)" 상태에서 도금이 이루어져서 모양새가 좋지 않고 또한 폐기 용액의 처리가 어려워진다. 나아가, 도금액의 pH가 너무 낮으면 착화제가 구리와 효과적으로 결합할 수 없어서 완벽한 착화물을 제공하지 못한다. 반면에 도금액의 pH가 너무 높으면 착화물의 이형(variant form)을 형성시키게 되어 침전물을 만들 수 있다. 상기 서술된 바람직한 pH 범위는 이러한 단점들을 예방할 수 있다.

도금액은 또한 유기산, 아미드, 글리세린, 젤라틴, 중금속 이온, 티아졸, 트리아졸, 티아디아졸, 이미다졸, 피리미딘, 술폰산 및 글루탐산 중에 선택된 적어도 하나의 첨가제를 함유할 수도 있다.

착화제의 특정 실시예는 에틸렌디아민 테트라아세트산, 에틸렌디아민, N,N',N'',N'''-에틸렌-디-니트로-테트라프로판-2-올, 피로인산, 이미노디아세트산, 디에틸렌트리아민 펜타아세트산, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 테트라에틸렌펜타민, 디아미노 부탄, 히드록시에틸 에틸렌디아민, 에틸렌디아민 테트라프로피온산, 에틸렌디아민 테트라메틸렌 포스폰산, 디에틸렌트리아민 테트라메틸렌 포스폰산, 디에틸렌트리아민 펜타메틸렌 포스폰산, 및 그 유도체를 포함할 수도 있다.

본 발명은 장벽층 및/또는 시드층으로 덮인 기판의 표면에 미세한 홈이 있고 상기 미세한 홈을 금속으로 채우기 위해 상기 기판을 도금하는 방법으로서, 제1단계에서 제1도금액에 상기 기판을 접촉시킴으로써 상기 기판의 표면을 도금하는 단계와; 제2단계에서 제2도금액에 상기 기판을 접촉시킴으로써 상기 기판의 표면을 도금하는 단계를 포함하며, 상기 제1도금액은 상기 제2도금액보다 더 큰 분극화를 갖는 도금 방법을 제공한다.

이 방법에 따르면, 시드층에 얇은 부분이 있을 경우에 완벽한 시드층을 제공하기 위해서 제1단계 도금에 의해 상기 얇은 부분이 보강될 수 있고 완벽한 시드층은 제2단계 도금에서 전원층으로서 역할한다. 따라서 상기 방법은 구리와 같은 금속을 미세한 홈에 완전히 채울 수 있고 평탄한 면을 가진 도금된 막을 형성할 수 있다.

본 발명의 또 다른 형태는 장벽층 및/또는 시드층으로 덮인 기판의 표면에 미세한 홈이 있고 상기 미세한 홈을 금속으로 채우기 위해 상기 기판을 도금하는 방법으로서, 균일한 전착 특성이 우수한 도금액에 상기 기판을 접촉시킴으로써 상기 기판의 표면을 도금하는 단계를 포함하는 도금 방법을 제공한다.

또한 본 발명은, 장벽층 및/또는 시드층으로 덮이고 그 표면에 미세한 홈이 형성된 기판을 제1단계에서 도금하는 제1도금 섹션; 상기 제1도금부내의 도금 챔버안에 제1도금액을 공급하는 제1도금액 공급 섹션; 상기 제1도금이 수행된 기판의 표면을 제2단계에서 도금하는 제2도금 섹션; 상기 제2도금부내의 도금 챔버안에 제2도금액을 공급하는 제2도금액 공급 섹션; 및 상기 제1도금부로부터 상기 제2도금부로 기판을 이송하는 이송 섹션를 포함하며, 상기 제1도금액은 상기 제2도금액보다 더 큰 분극화를 갖는 것을 특징으로 하는 도금 장치를 제공한다.

본 발명은 반도체 기판을 로딩/언로딩하는 로딩/언로딩 섹션; 반도체 기판의 표면상에 제1도금된 금속막을 형성하는 제1금속도금 유닛; 상기 제1도금된 금속막상에 제2도금된 금속막을 형성하는 제2금속도금 유닛; 표면에 상기 제2도금된 금속막을 가진 반도체 기판의 에지부에 형성된 금속막을 에칭하여 없애는 베벨 에칭(bevel-etching) 유닛; 반도체 기판을 어닐링하는 어닐링 유닛; 및 반도체 기판을 이송하는 이송장치를 포함하며, 상기 제1도금된 금속막을 형성하는 제1금속 도금액은 상기 제2도금된 금속막을 형성하는 제2금속 도금액보다 더 큰 분극화를 갖는 것을 특징으로 하는 도금 장치를 제공한다.

본 발명은 반도체 기판의 표면상에 제1도금된 금속막을 형성하는 단계; 상기 제1도금된 금속막상에 제2도금된 금속막을 형성하는 단계; 표면에 상기 제2도금된 금속막을 가진 반도체 기판의 에지부에 형성된 금속막을 에칭하는 단계; 및 상기 베벨 에칭된 반도체 기판을 어닐링하는 단계를 포함하며, 상기 제1도금된 금속막을 형성하는 제1금속 도금액은 상기 제2도금된 금속막을 형성하는 제2금속 도금액보다 더 큰 분극화를 갖는 것을 특징으로 하는 도금 방법을 제공한다.

상술한 것 이외의 본 발명의 목적, 특징 및 장점들은 예시의 방법으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부된 도면과 관련된 하기의 내용으로부터 명확해 질 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 서술될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 도금 장치의 평면도이다. 상기 도금 장치는 로딩/언로딩 섹션(10), 각 쌍의 세정/건조 섹션(12), 제1기판 스테이지(14), 베벨 에칭/화학 세정 섹션(16) 및 제2기판 스테이지(14)를 포함하며, 기판을 180° 반전시키는 장치가 마련된 세척 섹션(20)과 네 개의 도금 섹션(22)도 포함된다. 상기 도금 장치에는 또한 상기 로딩/언로딩 섹션(10), 상기 세정/건조 섹션(12) 및 상기 제1기판 스테이지(14)의 사이에서 기판을 이송하는 제1이송장치(24)와, 상기 제1기판 스테이지(14), 상기 베벨 에칭/화학 세정 섹션(16) 및 제2기판 스테이지(18)의 사이에서 기판을 이송하는 제2이송장치(26)와, 상기 제2기판 스테이지(18), 상기 세척 섹션(20) 및 상기 도금 섹션(22)의 사이에서 기판을 이송하는 제3이송장치(18)가 제공된다.

상기 도금 장치는 상기 도금 장치를 도금 공간(712)과 세정 공간(713)으로 구분하는 격벽(711)을 구비한다. 공기는 상기 도금 공간(712)과 세정 공간(713)의 각각에서 개별적으로 공급되고 배출된다. 상기 격벽(711)은 개폐가 가능한 셔터(도시되지 않음)를 구비한다. 상기 세정 공간(713)의 압력은 대기압보다는 낮고 상기 도금 공간(712)의 압력보다는 높다. 이것은 세정 공간(713)내의 공기가 도금 장치의 밖으로 유출되는 것을 막을 수 있으며 도금 공간(712)내의 공기가 세정 공간(713)으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

도 2는 도금 장치내에서의 공기 흐름을 나타내는 개략도이다. 세정 공간(713)에서, 파이프(730)를 통해 외부의 신선한 공기가 들어오고 팬에 의해 고성능 필터(731)를 거쳐 세정 공간(713)으로 밀려 들어온다. 따라서, 천장(732a)으로부터 세정/건조 섹션(12)과 베벨 에칭/화학 세정 섹셕(16)의 주변으로 청정 공기가 아래로 흘러 공급된다. 공급된 청정 공기의 대부분은 바닥(732b)에서 순환 파이프(733)를 통해 천장(732a)으로 복귀되고 팬에 의해 고성능 필터(731)를 거쳐 다시 세정 공간(713)으로 밀려 들어옴에 따라 세정 공간(713)내에서 순환된다. 공기의 일부는 파이프(734)를 통해 상기 세정/건조 섹션(12)과 베벨 에칭/화학 세정 섹션(12)으로부터 외부로 배출됨으로써 상기 세정 공간(713)의 압력이 대기압보다 낮아지게 한다.

내부에 세척 섹션(20) 및 도금 섹션(22)을 구비하는 도금 공간(712)은 청정한 공간이 아니다(오염 영역이다). 하지만, 기판의 표면에 입자가 달라붙게 해서는 안된다. 따라서, 상기 도금 공간(712)에서는 파이프(735)를 통해 외부의 신선한 공 기가 들어오고 팬에 의해 고성능 필터(736)를 거쳐 상기 도금 공간으로 청정 공기가 아래로 흘러 들어와서, 기판의 표면에 입자가 달라붙지 않게 한다. 하지만, 아래로 흐르는 청정 공기의 전체 유량이 외부 공기의 공급 및 배출만으로 공급된다면, 막대한 양의 공기가 공급되고 배출되어야 한다. 따라서, 상기 도금 공간(712)의 압력은 상기 세정 공간(713)의 압력보다 낮게 유지된 상태에서, 공기는 파이프(738)를 통해 외부로 배출되고 아래로 흐른 대부분은 바닥(737b)에서부터 이어진 순환 파이프(739)를 통해 순환 공기로 공급된다.

따라서, 순환 파이프(739)를 통해 천장(737a)으로 복귀된 공기는 팬에 의해 고성능 필터(736)를 거쳐 다시 도금 공간(712)으로 밀려 들어온다. 즉, 청정 공기가 도금 공간(712)으로 공급되어 상기 도금 공간(712)내에서 순환하게 된다. 이 경우에, 화학물질을 함유하고 있는 공기나, 세척 섹션(20), 도금 섹션(22), 제3이송장치(28) 및 도금액 조절 탱크(740)로부터 배출된 가스는 파이프(738)를 통해 외부로 배출된다. 따라서, 도금 공간(712)의 압력은 상기 세정 공간(713)의 압력보다 낮아지도록 조절될 수 있다.

도 3은 도금 섹션(22)의 주요 부분을 나타낸다. 상기 도금 섹션(22)은 주로 내부에 도금액(45)을 담고 있는 대략 원통형의 도금처리 콘테이너(46) 및 상기 도금처리 콘테이너(46)의 위에 배치되어 기판을 유지하는 헤드(47)을 포함하여 이루어진다. 도 3에서, 상기 헤드(47)는 상기 헤드(47)에 의해 유지된 기판(W)은 낮아지고 도금액(45)의 수위는 올라가게 하는 도금 위치에 놓여 있다.

상기 도금처리 콘테이너(46)는 위로 개구된 도금 챔버(49)와 바닥부에 있는 양극(48)을 구비한 도금 콘테이너(50)를 포함하며 그 내부에 도금액(45)을 담고 있다. 상기 도금 콘테이너(50)의 내주면에는 상기 도금 챔버(49)의 중앙부를 향해 수평으로 분사하는 도금액 공급 노즐(53)이 원주면을 따라 등간격으로 배치되어 있다. 상기 도금액 공급 노즐(53)은 상기 도금 콘테이너(50)의 내부에서 수직으로 연장된 도금액 공급로와 연통된다.

상기 도금액 공급로는 도금액 공급 파이프(55)를 거쳐 도 4에 도시된 도금액 조절 탱크(40)에 연결된다. 상기 도금액 공급 파이프(55)의 각각에는 배압이 일정해지도록 제어하는 제어 밸브(56)가 배치되어 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 예를 들어 3mm 크기의 다수의 홀을 가진 펀치 플레이트(220)가 상기 도금 챔버(49)내의 양극(48)위의 위치에 배치된다. 상기 펀치 플레이트(220)는 상기 양극(48)의 표면상에 형성된 흑막(black film)이 도금액(45)에 의해 똘똘 말려서 흘러가 버리지 않게 한다.

상기 도금 콘테이너(50)는 상기 도금 챔버(49)내에 담겨진 도금액을 상기 도금 챔버(49)내의 바닥부의 외주부로부터 배출하는 제1도금액 배출구(57) 및 상기 도금 콘테이너(50)의 상단에 마련된 와이어 부재(weir member)(58)를 넘쳐 흐른 도금액(45)을 배출하는 제2도금액 배출구(59)를 구비한다. 또한, 상기 도금 콘테이너(50)는 상기 와이어 부재(58)를 넘쳐 흐르기 전에 도금액을 배출하는 제3도금액 배출구(120)를 구비한다. 상기 제2도금액 배출구(59)와 상기 제3도금액 배출구(120)를 통해 흐른 도금액은 상기 도금 콘테이너(50)의 하단에서 합류한 후 상기 도금 콘테이너(50)로부터 배출된다. 상기 제3도금액 배출구(120)를 제공하는 대 신에, 도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같이, 상기 와이어 부재(58)가 그 하부에 소정 간격으로 소정 폭을 가진 개구부(222)를 구비하여 도금액(45)이 상기 개구부(222)를 통과한 후 상기 제2도금액 배출구(59)로 배출되도록 할 수도 있다.

이러한 구성을 하면, 도금중에 공급된 도금액의 양이 많아진 경우에 도금액이 상기 제3도금액 배출구(120)를 외부로 배출되거나 상기 개구부(222)를 통과하여 상기 제2도금액 배출구(59)를 통해 외부로 배출되며, 또한 도 9a에 도시된 바와 같이 상기 와이어 부재(58)를 넘쳐 흐른 도금액은 상기 제2도금액 배출구를 통해 외부로 배출된다. 그 반면, 도금중에 공급된 도금액의 양이 적은 경우에는 도금액이 상기 제3도금액 배출구(120)를 통해 외부로 배출되거나, 대안적으로는 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 도금액이 상기 개구부(222)를 통과하여 상기 제2도금액 배출구(59)를 통해 외부로 배출된다. 이러한 방식으로, 상기 구성은 공급된 도금액의 양이 많거나 적은 경우에도 쉽게 대처할 수 있다.

또한, 도 9d에 도시된 바와 같이, 상기 도금액 공급 노즐(53)의 위에 있으면서 상기 도금 챔버(49) 및 상기 제2도금액 배출구(59)와 연통하는, 수위를 조절하는 관통구(224)이 원주상에 소정 피치로 제공되어 있다. 따라서, 도금을 수행하지 않을 때에는 도금액이 상기 관통구(224)을 통과하여 상기 제2도금액 배출구(59)를 거쳐 외부로 배출되고, 이에 따라 도금액의 수위를 조절한다. 도금중에는, 상기 관통구(224)가 거기를 통해 흐르는 도금액의 양을 제한하는 오리피스로서 역할한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1도금액 배출구(57)는 도금액 배출 파이프(60a)를 거쳐 저수조(226)에 연결되며, 상기 도금액 배출 파이프(60a)에는 흐름 제어기(61a)가 제공된다. 상기 제2도금액 배출구(59)와 상기 제3도금액 배출구(120)는 도금 콘테이너(50)내에서 서로 합류하며, 합류된 통로는 다음에 도금액 배출 파이프(60b)를 거쳐 상기 저수조(226)로 직결된다.

상기 저수조(226)로 유입된 도금액은 펌프(228)에 의해 도금액 조절 탱크로 들어온다. 이 도금액 조절 탱크(40)에는 온도 조절기(230) 및, 도금액의 표본을 검출하여 그 표본액을 분석하는 도금액 분석 유닛(232)이 제공된다. 펌프(234)가 작동되면, 상기 도금액 조절 탱크(40)로부터 필터(236)를 거쳐 상기 도금액 공급 노즐(53)에 도금액이 공급된다. 상기 도금액 공급 파이프(55)에는 상기 도금액 조절 탱크(40)로부터 각각의 도금 섹션(22)으로 연장되어 제2측의 압력을 일정하게 하는 제어 밸브(56)가 제공된다.

도 3으로 돌아가면, 도금 챔버(49)의 내부에 도금 챔버(49)의 내주면 근처에는 수직류 조절링(62) 및 수평류 조절링(63)이 배치되어 있어서, 도금액 수면의 중앙부는 도금 챔버(49)의 내부에서 둘로 나뉘어진 상승류와 하강류중에서 상승류에 의해 위로 밀리면서 이에 따라 하강류는 완만해지고 흐름밀도의 분포는 더욱 균일해진다. 상기 수평류 조절링(63)은 상기 도금 콘테이너(50)에 고정된 외주부를 가지며, 상기 수직류 조절링(62)은 상기 수평류 조절링(63)에 연결된다.

한편, 상기 헤드(47)는, 회전가능하면서 원주벽면상에 개구부(96)를 구비하고 하방으로의 개구단을 가진 원통형 용기인 하우징(70) 및 하단에 가압 링(240)을 가진 수직으로 이동가능한 가압 로드(pressing rod)(242)를 포함한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(70)의 하단에는 안 쪽으로 돌출된 링 형상 기판 유지부 재(72)가 제공된다. 상기 기판 유지부재(72)에는 링 형상 밀봉부재(244)가 장착된다. 상기 링 형상 밀봉부재(244)는 안 쪽으로 돌출되며 상기 링 형상 밀봉부재(244)의 상단면의 전단은 원형의 테이퍼진 형태로 위로 돌출된다. 또한, 상기 밀봉부재(244)의 위에는 음극 전극용 콘택트(76)가 배치된다. 상기 기판 유지부재(72)에는 수평 방향의 바깥 쪽으로 연장되며 경사진 상태에서 위 쪽으로 바깥 쪽으로 더욱 연장되는 통기구(75)가 원주상에 등간격으로 제공된다.

이러한 구성을 하면, 도 6에 도시된 바와 같이 도금액의 수위가 낮아지며, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 기판(W)이 로봇 핸드(H) 등에 의해 유지되어 상기 하우징(70)안으로 들어와서 상기 기판 유지부재(72)의 상기 밀봉 부재(244)의 상부면에 기판(W)이 놓이게 된다. 그 후, 상기 로봇 핸드(H)는 상기 하우징(70)에서 빠져 나오고, 가압 링(240)이 내려와서 기판(240)의 외주부를 상기 밀봉 부재(244)와 상기 가압 링(240)의 하부면의 사이에 샌드위치시킴으로써 기판(W)을 유지한다. 또한, 기판(W)을 유지하면서 기판(W)의 하부면은 상기 밀봉 부재(244)와 밀착하게 되어 이 접촉부를 능동적으로 밀봉시킨다. 이와 동시에, 기판(W)과 음극 전극용 콘택트(76)간에는 전류가 흐른다.

도 3으로 돌아가서, 하우징(70)은 모터(246)의 출력 샤프트(248)에 연결되고 모터(246)가 구동함에 따라 회전된다. 슬라이더(254)의 하단에 있는 베어링(256)을 통해 회전가능하게 장착된 링 형 지지대(258)의 원주 방향을 따라 소정 위치에는 가압 로드(242)가 수직으로 제공되어 있다. 상기 슬라이더(254)는 상기 모터(246)를 감싸고 있는 지지부(250)에 가이드와 함께 고정된 실린더(252)의 구동에 의해 수직으로 이동가능하다. 이러한 구성을 하면, 상기 가압 로드(242)가 상기 실린더(252)의 구동에 의해 수직으로 이동가능하며, 또한 기판(W)을 유지하면서 상기 가압 로드(242)가 하우징(70)과 일체로 회전된다.

상기 지지부(250)는 상기 모터(260)의 구동에 의해 회전되는 볼 스크루(264)의 회전과 함께 수직으로 이동가능한 슬라이드 베이스(262)의 위에 장착된다. 상기 지지부(250)는 상부 하우징(264)에 의해 둘러싸여 있으며 모터(260)의 구동에 의해 상기 상부 하우징(264)과 함께 수직으로 이동가능하다. 또한 도금 콘테이너(50)의 상부면상에는 도금하는 동안에 상기 하우징(70)을 둘러싸는 하부 하우징(266)이 장착된다.

이러한 구성을 하면, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 지지부(250)와 상기 상부 하우징(264)이 들어 올려진 상태에서 유지가 이루어질 수 있다. 도금액의 결정은 상기 와이어 부재의 내주면상에 증착되기 쉽다. 하지만, 상기 지지부(250)와 상기 상부 하우징(264)이 올려져 있고 대량의 도금액이 흘러서 상기 와이어 부재(58)를 넘쳐 흐르게 되어 있어서, 도금액의 결정이 상기 와이어 부재(58)의 내주면상에 증착되는 것이 방지된다. 도금액의 튐을 막아주는 커버(50b)가 도금 콘테이너(50)내에 일체로 제공되어 도금 공정중에 넘쳐 흐르는 도금액의 위 부분을 덮는다. 도금액이 튀는 것을 막아주는 상기 커버(50b)의 안쪽 면을 HIREC(NTT Advance Technology 제)과 같은 초방수 재료로 코팅하면, 도금액의 결정이 상기 커버(50b)에 증착되는 것을 막을 수 있다.

상기 하우징(70)의 기판 유지부재(72)의 위에는 기판(W)의 중심을 맞추는 기 판 센터링 장치(270)가 본 실시예에서의 원주 방향을 따라 네 곳에 제공된다. 도 10은 상기 기판 센터링 장치(270)를 상세히 보여준다. 상기 기판 센터링 장치(270)는 상기 하우징(70)에 고정된 게이트형 브라켓(272) 및 상기 브라켓(272)내에 배치된 위치설정 블럭(274)을 포함한다. 상기 위치설정 블럭(274)은 상기 브라켓(272)에 수평으로 고정된 지지 샤프트(276)를 통해 선회 가능하게 장착된다. 또한, 상기 하우징(70)과 상기 위치설정 블럭(274)의 사이에는 나선형 압축 스프링(278)이 개재되어 있다. 따라서, 상기 위치설정 블럭(274)이 상기 나선형 압축 스프링(278)에 의한 작용을 받아 상기 위치설정 블럭(274)은 상기 지지 샤프트(276)를 중심으로 회전하며 상기 위치설정 블럭(274)의 하부는 안 쪽으로 돌출된다. 상기 위치설정 블럭(274)의 상부면(274a)은 스토퍼로서 역할하며 상기 위치설정 블럭(274)의 운동을 제한하기 위해 상기 브라켓(272)의 하부면과 접촉하게 된다. 또한, 상기 위치설정 블럭(274)은 바깥 쪽 위 방향으로 넓어지는 테이퍼진 내면(274b)을 갖는다.

이러한 구성을 하면, 이송 로봇 등의 핸드에 유지된 기판은 상기 하우징(70)안으로 운반되고 기판 유지 부재(72)위에 놓인다. 이 경우에, 기판의 중심이 상기 기판 유지 부재(72)의 중심과 어긋나면, 상기 위치설정 블럭(274)이 상기 나선형 압축 스프링(278)의 작용력에 대항하여 바깥 쪽으로 회전되고, 상기 이송 로봇 등의 핸드로부터 기판의 유지가 해제됨과 동시에 상기 위치설정 블럭(274)은 상기 나성형 압축 스프링(278)의 작용력에 의해 원래 위치로 복귀한다. 따라서, 기판의 중심 맞추기가 행해질 수 있다.

도 11은 음극 전극용 콘택트(76)를 구비한 음극 전극판(208)에 전력을 공급 하는 공급 콘택트(프로브)(77)를 보여준다. 이 공급 콘택트(77)는 플런저(plugger)로 구성되며 상기 음극 전극판(208)으로 연장된 원통형 보호부재(280)에 의해 둘러싸여 있어서, 도금액으로부터 상기 공급 콘택트(77)을 보호한다.

도금 섹션(22)의 도금동작이 설명될 것이다.

먼저, 기판을 도금 섹션(22)으로 운반할 때, 도 1에 도시된 제3이송장치(28)의 흡인 핸드 및 상기 흡인 핸드에 의해 흡인되고 그것의 전면이 아래로 고정된 기판은 개구(96)를 통해 하우징(70)내에 삽입되고, 그 후, 흡인 핸드는 아래로 이동한다. 그 후, 진공흡인은 하우징(70)의 기판 유지부재(72)위에 기판(W)을 위치시키기 위해 해제된다. 그 다음, 흡인 핸드는 위로 이동하고, 하우징(70)으로부터 나온다. 그 다음, 가압 링(240)은 기판 유지부재(72)와 가압 링(240)의 하부면 사이에서 기판(W)을 고정시키기 위해 기판(W)의 주변부로 하강한다.

그 다음, 동시에 하우징(70)과 그것에 의해 고정된 기판(W)이 동시에 회전하는 동안 도금액(45)은 도금액 공급 노즐(53)로부터 분출된다. 도금 챔버가 소정량의 도금액 (45)으로 채워지고, 또한 몇 초가 지난 후, 하우징(70)의 회전속도는 슬로우 회전(예를 들어, 100 min^-1 )으로 감소된다. 그 후, 양극(48)과 음극으로서 기판(W)의 도금면 사이에 전류를 통과시킴으로써 전기도금이 수행된다.

도 9d에 나타난 바와 같이, 전류가 공급된 후에는 도금액의 공급이 감소되어, 상기 도금액은 도금액 주입 노즐(53)위에 위치된 액체 레벨 제어용 관통구(224)를 통과하여 그것에 의해 고정된 기판과 함께 하우징(70)을 상기 도금 액의 수면위에 노출시킨다. 하우징(70)과 도금액 수면 위로 놓인 기판이 고속(예를 들어 500-800 min^-1) 회전되어, 원심력이 발생하고 도금액이 배출된다. 배출이 완료된 후, 하우징(70)이 소정 위치에서 정지하도록 하우징(70)의 회전이 정지한다.

하우징(70)이 완전히 정지상태가 된 후, 가압 링(240)은 위로 이동한다. 그 후, 제3이송장치(28)의 흡인면을 낮출 때, 개구(96)를 통과하는 하우징(70)내로 제3이송장치(28)의 흡인 핸드가 삽입되고, 그 후 흡인 핸드는 기판을 흡인할 수 있는 위치로 하강한다. 진공흡인에 의해 기판이 흡인된 후, 흡인 핸드는 하우징(70)의 개구(96) 위치 위로 이동하고 흡인 핸드에 의해 고정된 기판과 함께 개구(96)를 통과하여 나온다.

도금 섹션(22)을 따라, 헤드(47)는 소형이고 구조적으로 간단하게 설계될 수 있다. 또한 도금 처리 컨테이너(46)에서 도금액 수면이 도금 레벨에 놓일 때 도금될 수 있고, 기판의 배출과 운반은 기판액면이 기판 운반 레벨에 놓일 때 수행될 수 있다. 또한, 양극(48)면 위에 형성된 블랙막은 건조와 산화로부터 방지될 수 있다.

도 12는 세정/건조 섹션(12)을 도시하는 개략도이다. 세정/건조 섹션(12)에서, 반도체 기판(W)의 표면과 뒷면은 PVA 스폰지 롤(9-2, 9-2)로 문질러 닦여질 수 있다. 노즐(9-4)로부터 배출된 세정수로서, 순수가 주로 사용되지만, 계면 활성제 또는 킬레이트제 또는 pH를 조절하고 구리 산화물의 제타 전위와 같은 그것들의 혼합물이 사용될 수 있다. 노즐(9-4)은 초음파 진동을 분출된 세정수에 이용하는 초 음파 진동 요소(9-3)를 또한 제공할 수 있다. 참조 부호(9-1)는 수평면에서 반도체 기판(W)을 회전하는 회전롤러이다.

베벨-에칭/화학 세정 섹션(16)은 에지(베벨) 구리 에칭과 후면 세정을 동시에 실시하여, 기판 표면위의 회로형성부에서 구리의 고유 산화막의 증가를 억제시킬 수 있다. 도 13은 베벨-에칭/화학 세정섹션(16)의 단면도이다. 도 13에 나타난 바와 같이, 기판(W)을 표면 위로 향하는 상태에서 기판의 주변 가장자리부의 원주 방향을 따르는 복수의 위치에서 스핀척(421)으로 기판(W)을 수평 고정시키는 동안, 베벨-에칭/화학 세정섹션(16)은 저면 원통형 방수 커버(420)내에 위치되고 고속으로 기판(W)을 회전시키는 기판 고정부(422); 기판 고정부(422)로 고정된 기판(W)의 표면의 중심부 부근위로 위치된 중심노즐(424); 및 기판(W)의 주변 가장자리부위에 위치된 에지노즐(426)을 포함한다. 중심 노즐(424)과 에지노즐(426)은 아래로 향한다. 백노즐(428)은 기판(W)의 뒷면의 중심부근 아래에 위치되고 상부를 향한다. 에지노즐(426)은 기판(W)의 직경방향과 높이방향을 따라 이동된다.

에지노즐(426)의 이동너비(L)는 에지노즐(426)이 기판의 외주단면으로부터 중심을 향하여 임의로 위치될 수 있도록 설정되고, L의 설정값은 기판의 크기, 용도등을 따라 입력된다. 일반적으로, 에지컷 너비(C)는 2mm 내지 5mm의 범위에 있다.기판의 회전속도가 기판의 뒷면으로부터 상기 표면까지의 액체 이동양이 확실한 어떤값 또는 그 이상의 값인 경우에, 에지컷 너비(C) 범위의 내부에서 구리막이 제거될 수 있다.

다음, 이러한 베벨-에칭/화학 세정부(16)를 가지고 세정하는 방법이 설명될 것이다. 먼저, 반도체 기판(W)은 상기 기판을 기판고정부(422)의 스핀척(421)으로 수평고정시킬 때, 일체로 수평회전된다. 이러한 상태에서, 산성용액이 중심노즐 (424)로부터 기판(W)면의 중심부까지 공급된다. 산성용액은 비산화산이 될 수 있고, 플르오르화수소산, 염산, 황산, 시트르산, 옥살산등이 사용된다. 이와 달리, 산화제 용액은 에지노즐(426)로부터 기판(W)의 주변 에지부 까지 연속적으로 또는 간헐적으로 공급된다. 산화제 용액으로서, 오존 수용액중 하나인, 과산화수소의 수용액, 질산 수용액, 및 하이포염소산 나트륨 수용액이 사용되거나 그것의 조합이 사용된다.

이러한 방식으로, 반도체 기판(W)의 주변부(C)의 영역에서 상부면과 단면위에 형성된 구리막등은 산화제용액으로 빠르게 산화되고 동시에 중심노즐(424)로부터 공급된 산성액으로 에칭되고 기판의 전표면에 퍼져 구리막등을 녹이고 제거시킨다. 기판의 주변 가장자리부에서 산성용액과 산화제용액을 혼합시킴으로써 먼저 생성되고 공급된 그것들의 혼합물과 비교하여 가파른 에칭 윤곽이 얻어질 수 있다. 이 때, 구리의 에칭 속도는 그것들의 농도에 의해 결정된다. 자연 산화구리막이 기판의 표면위의 회로 형성부에서 형성된다면, 이러한 자연 산화구리막은 기판의 회전에 따라 기판의 전체 표면위에 퍼진 산성 용액에 의해 즉시 제거되고 더이상 증가하지 않는다.

따라서, 상세히 말하자면, 도금으로 기판의 표면위에 형성된 산화구리막은 기판면위로 HF를 유출시킴으로써 제거될 수 있다. 더구나, 산화구리막은 에칭시 새롭게 형성되지 않는다. 산화구리막이 기판의 표면위에 남을 때, 우선적으로 처리된 기판의 평편도(flatness)에 악영향을 끼치는 후(later)CMP 공정으로 산화구리막 부분만이 폴리싱된다. 이것은 상기 방식에서 산화구리막을 제거함으로써 피할 수 있다.

중심노즐(424)로부터 산성용액의 공급이 정지된 후, 에지노즐(426)로부터 산화제 용액의 공급이 정지된다. 그 결과, 상기 표면위에 노출된 실리콘이 산화되고 구리의 증착이 약화될 수 있다.

따라서, 예를 들어, 상기 기판의 표면위에 노출된 Si등의 활성화 표면은 산화될 수 있고 그것에 의해 나중에 H₂O₂ 의 공급을 정지함으로써 불활성된다. 이것은 후 CMP 공정에서 스트레칭을 초래할 수 있는 기판의 표면위로 거대한 입자의 흡수를 막는다. H₂O₂에 의한 구리의 산화와 상기 방식에서 반복적으로 수행된 HF에 의해 산화된 구리의 제거는 구리의 산화와 그것의 제거가 H₂O₂와 HF 의 혼합 액체를 동시에 사용함으로써 처리할 수 있는 경우와 비교하여 구리 제거율을 향상시킬 수 있다.

이와 달리, 산화제 용액과 실리콘 산화막 에칭제가 백노즐(428)로부터 기판의 뒷면 중심부까지 동시에 또는 교대로 공급된다. 따라서, 반도체 기판(W)의 뒷면에 금속형태로 부착된 구리등은 기판의 실리콘과 함께 산화제 용액으로 산화될 수 있고 실리콘 산화막 에칭제로 에칭 및 제거될 수 있다. 바람직하게는 이러한 산화제 용액은 화학물의 유형이 전부 감소되기 때문에 상기 표면에 공급된 산화제 용액과 동일하다. 플루오르화수소산은 실리콘 산화막 에칭제로서 사용될 수 있고, 플루 오르화수소산이 기판의 표면위에서 산성용액으로 사용되면, 화학물질의 유형이 전부 감소될 수 있다.

따라서, 먼저 산화제의 공급이 정지되면, 소수성면이 얻어진다. 먼저, 에칭제 용액이 정지되면, 수분이 포화된 면(친수성 면)이 얻어지고, 뒷면은 연속 처리의 필요조건을 만족시킬 조건으로 조절될 수 있다. 이러한 방식으로, 산화제, 즉, 에칭용액은 상기 기판(W)의 표면위에 남아있는 금속 이온을 제거하기 위해 기판에 공급된다. 그 후, 순수는 상기 순수를 갖는 에칭용액을 대체하고 에칭용액을 제거하기 위해 공급된 후, 기판은 스핀 건조에 의해 건조된다. 이러한 방식으로, 반도체 기판의 표면위에서 주변 에지부의 에지컷 너비(C)에서 구리막의 제거과 상기 기판의 뒷면위의 구리 오염물질의 제거가 동시에 실시되고 이러한 처리를 예를 들어 80초 이내로 완료시킨다. 에지의 에칭컷 너비가 대략(2mm 내지 5mm)로 맞춰질 수 있지만 에칭을 요구하는 시간은 컷너비에 의존하지 않는다.

도 14 내지 도 17은 특히 세정/건조 섹션(12)와 베벨-에칭/화학 세정 섹션(16)에서 사용기에 적합한 회전가능한 유지장치(440)를 도시한다. 회전가능한 유지장치(440)는 기판을 수평으로 고정시키는 동안 기판(W)을 회전시키고, 수평 설치되고 회전가능한 드라이브 샤프트(442)로 회전되는 디스크 형상 회전 부재(444)와 상기 회전부재(444)위에 기판을 고정시키는 복수의 유지부재(446)를 포함한다. 상기 유지부재(446)는 회전가능한 부재(444)의 주변부위에 장착되고 각각의 두 인접 부재들이 소정 간격(도 15의 실시예에서 60°)으로 이격될 때 중심으로써 회전가능한 드라이브 샤프트(442)를 갖는 원을 따라 배치된다. 유지부재(446)는 기판(W)의 주변(W′)에 맞물리고 기판(W)을 수평으로 고정시킨다. 도 14에서 참조부호(447)는 드라이빙을 위해 회전가능한 드라이브 샤프트(442)를 모터(M)에 연결시키는 벨트 드라이빙 장치를 나타내고, H는 기판(W)으로부터 공급된 세정액등이 주위에서의 스캐터링되는 것을 막고 배출 파이프(D)를 통해 배출된 뿌려진 액체를 조정하기에 적합한 회전가능한 유지장치(440)를 수용하는 하우징을 나타낸다.

도 16은 각각의 유지부재(446)의 세부사항을 나타낸다. 상기 유지부재(446)는 실질적으로 원형이고 그것의 상부 근처에서 환상의 홈 형상으로 형성된 맞물림 표면(444)을 갖는다. 맞물림 표면(444)은 기판(W)의 주변(W′)과 마찰 맞물림을 만드는데 이용된다. 유지부재(446)는 회전가능한 부재(444)의 주변부에 형성된 슬 롯(450)을 수직으로 관통하고 그것의 반지름 방향으로 연장하고 회전가능한 부재 (444)아래에 위치된 고정판(452)위의 회전가능한 부재(444) 아래 연장된 그것의 하부 부품에서 회전가능하게 장착되고 회전 가능한 부재(444)와 함께 회전하도록 구성된다. 유지부재(446)는 그 자신의 축에 회전가능한 방식으로 고정판(452)위에 고정된다. 따라서, 고정판(452)은 수직 상방향으로 연장되고 그 위에 장착된 소직경 샤프트(454)를 갖는 반면, 유지부재(446)의 내부에서, 홀(456)은 유지부재 (446)의 저면으로부터 위로 연장되도록 형성된다. 홀(456)은 소직경 샤프트(454)와 이동가능하게 설치되어 유지부재(446)은 중심으로서 소직경 샤프트(454)에 대해 회전가능할 수 있다.

또한, 수평 연장된 추(458)는 유지부재(446)의 하단부상에 장착된다. 회전가능한 부재(444)가 회전축 즉, 회전가능한 드라이브 샤프트(442)에 대하여 회전하 고, 유지부재(446)가 샤프트(442)주위에서 회전할 때, 추(458)는 원심력의 작용으로 이동되고(스윙되고) 이것에 의해 유지부재(446)는 회전축(즉, 샤프트(454))에 대해 스위블(회전)된다. 도 17의 점선으로 나타난 추(458)의 위치는 홈위치를 나타내고, 도시되지 않았지만, 추(458)는 탄성수단에 의해 압력을 받는다. 임의의 원심력이 사용될 때, 추(458)는 쇄선(chain line)으로 나타난 위치를 향하여 화살표(A)방향으로 이동하고, 기판(W)은 화살표(B) 방향으로 이동한다.

고정판(452)은 화살표(C) 방향 즉, 도시 생략된 링크 기구등에 의해 회전가능한 부재(444)의 반지름 방향으로 수평 이동할 수 있는 방식으로 지지되어, 유지부재(446)가 기판(W)의 주변(W′)과 맞물리는 맞물림/고정 위치(도 16에 도시된 위치)와 상기 맞물림/고정 위치로부터 반지름 방향의 바깥쪽으로 이격된 해제위치를사이의 슬롯(450)을 따라 이동할 수 있다. 더우기, 고정판(452)은 스프링(460)에 의해 회전가능한 부재(444)의 반지름 방향의 안쪽으로 가압되어 맞물림/고정 위치에서 유지부재(446)의 맞물림 표면(448)이 스프링(460)을 통해 탄성적으로 기판(W)의 주변(W′)과 맞물린다.

기판(W)을 고정 및 회전시키는 회전가능한 유지장치(440)의 동작이 지금부터 설명될 것이다. 먼저, 각각의 유지부재(446)가 해제 위치에서 회전가능한 부재 (444)의 반지름 방향의 바깥쪽으로 스프링(460)의 압력에 대하여 이동한다. 그 후, 상기 기판(W)은 회전가능한 부재(444)상에 수평 위치되고, 유지부재(446)는 맞물림 표면(448)이 기판(W)의 주변(W′)과 맞물리도록 맞물림/고정 위치에 복귀하고, 유지부재(448)가 기판(W)을 탄성적으로 고정시킨다.

회전가능한 부재(444)가 회전하도록 구동되어 유지부재(446)가 회전할 때, 원심력이 추(458)에 작용한다. 추에 작용하는 원심력은 회전부재(444)의 회전속도가 낮을 때 약화되고 추는 홈위치에서 추(458)에 가해진 스프링 압력에 의해 정지된다. 회전부재(444)의 회전속도가 특정값 이상이 될 때, 추(458)에 작용하는 원심력은 스프링의 반대압력을 초과하여 유지부재(446)가 그 자신의 축에 대하여 스윙된다(회전한다). 유지부재(446)가 상술한 바와 같이 기판(W)의 주변(W′)과 마찰 맞물려지기 때문에, 유지부재(446)의 스윙은 기판을 도 17에 나타난 화살표(B) 방향으로 회전하도록 하여, 맞물림부를 기판(W)의 주변(W′)으로 이동시킨다.

도 16 및 도 17에 나타난 실시예에 따라서, 무게중심이 유지부재(446)의 중심축을 벗어난 추(458)가 유지부재(446)상에 장착된다. 이러한 편심추(458)등을 사용하여 유지부재(446)는 그것이 회전할 때 그 자신의 축에 대해 스윙(회전)한다. 그러나, 유지부재(446)의 스윙(회전)을 위한 기구는 그것에 제한되지 않는다. 따라서, 예를 들어, 링크기구는 유지부재(446)에 연결될 수 있고, 유지부재(446)는 링크부재의 작동으로 스윙(회전)될 수 있다.

회전가능한 유지부재(440)는 상기 구조 특성과 기술 효과를 갖는다. 예를 들어, 기판이 회전가능한 유지장치(440)에 의해 고정 및 회전되는 동안 세정이 실시될 때, 유지부재(446)과 맞물리는 기판(W)의 주변부는 세정처리동안 이동될 수 있고, 세정액은 기판의 전체 주변 영역에 이를 수 있고 만족스러운 세정 처리가 실시될 수 있다.

회전가능한 유지장치(440)가 어떤 세정장치에 사용될 수 있다면, 그것은 도 1 에 도시된 베벨-에칭/화학 세정 장치(16)에 가장 적합하게 이용된다. 기판(W)의 고정이 보장되는 동안, 베벨-에칭/화학 세정장치(16)에서 회전가능한 유지장치 (440)의 사용은 유지부재(446)와 맞물리는 기판(W)의 가장자리부(주변부(W′))로 이동할 수 있고, 여기서 에칭은 기판(W0의 모든 가장자리와 베벨부에 영향을 미칠 수 있다.

도 18a 내지 도 18c는 이송장치(26)와 상기 이송장치(26)의 핸드위에 제공된 건조 상태막 두께 측정 기구(413)의 구성예시를 나타내는 도면이다. 도 18a는 운만장치(26)의 외관을 나타내는 도면이고, 도 18b 및 도 18c는 각각 로봇 핸드의 평면도 및 단면도이다. 예시된 바와 같이, 수송장치(26)는 상부와 하부쪽에 두 개의 핸드(3-1,3-1)를 갖고, 상기 핸드(3-1,3-1)는 스윙가능하게 이동할 수 있도록 각각 암(3-2,3-2)의 전단부에 부착된다. 핸드(3-1,3-1)는 반도체 기판을 퍼올려(반도체 기판(W)을 후퇴부에 떨어뜨려) 그것을 소정위치에 운반할 수 있다.

건조상태의 막두께 측정 기구(413)를 구성하는 복수(도면에서 4개)의 와전류 센서(413a)는 반도체 기판(W)용 핸드(3-1)의 오목면에 제공될 수 있고, 그 위에 위치된 반도체 기판(W)의 막두께를 측정할 수 있다.

따라서, 이송장치(26)에 건조상태의 막두께 측정 기구(413)를 제공함으로써, 로봇 핸드(3-1,3-1)상에 막두께를 측정할 수 있다. 막두께 측정의 결과는 기판(W)공정에 대한 기록으로서 저장될 수 있다. 또한, 측정결과는 기판이 다음 단계로 보내질 수 있는지 또는 없는지를 의존할 것이다. 이송장치(26)의 건조상태의 막두께 측정 기구(413)와 유사한 구성을 갖는 이송장치(28)의 건조상태의 막두께 측정 기 구(413)를 제공할 수 있다.

본 발명의 도금방식은 도 19를 참조로 지금부터 설명될 것이다. 본 실시예를 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 4개의 도금 섹션(22)중 하나가 제1단계 도금용 제1도금 섹션(22a)로서 이용되고, 다른 세개는 제2단계 도금용 제2도금 섹션(22b)으로 이용된다. 제1도금 섹션(22a)에서 제1단계 도금은 시드층(7)이 고른 두께를 갖도록 도 40a 에 나타난 바와 같이 시드층(7)의 얇은부분을 보강하는 것이고, 제2도금 섹션(226)에서 제2단도금은 구리로 채우기 위해 보강된 시드층에 구리를 도금시키는 것이다.

제1도금 섹션(22a)에서, 2가 구리이온, 착화제 및 pH 조절제를 포함하는 도금액(45)(도 3참조)으로서, 도금액이 사용되고 어떤금속이나 시안화물을 포함하지 않고, 탁월하고 일정한 전착 특성, 예를 들어, 피로인산구리, 피로인산 및 콜린을 구성하는 도금액을 갖는다. 제1도금액은 염소등의 pH 조절제를 첨가함으로써 pH 7-14 범위, 바람직하게는 대략 pH 9를 유지한다. 이것은 pH가 지나치게 낮을 때 화합물이 구리와 효과적으로 결합하지 않고 불완전한 화합물을 형성하는 경우 또는 pH가 지나치게 높을 때 화합물의 변형 형태가 형성되고 침전물을 생성하는 경우를 제거한다. pH 조절제는 항상 필요하지 않다. 2가 구리 이온은 피로인산구리, 황산구리, 아세트산구리, 염화구리, EDTA-Cu, 탄산구리, 질산구리, 또는 술탄산 구리 등의 구리염의 용해에 의해 생성된다.

제2도금 섹션(22b)에서, 황산구리와 황산을 포함하고 탁월한 레벨 특성을 갖는 황산구리 도금액(제2도금액)은 도금액(45)(도 3참조)으로 사용된다.

먼저, 외각층으로서 시드층(7)을 갖는 기판(W)(도 39a 참조)은 제1이송장치 (24)에 의해 로딩/언로딩 섹션(10)으로부터 차례로 얻어지고 제1기판 스테이지(14)와 제2기판 스테이지(18)을 통해 제1도금 섹션(22a)로 운반된다(단계1).

다음, 제1단계 도금은 제1도금액을 사용하여 제1도금 섹션(22a)에서 수행되고,시드층(7)의 얇은부분을 보강 및 완성시킨다(단계2). 제1도금 섹션(22a)에서 사용되는 제1도금액, 예를 들어, 염기로서 피로인산구리를 포함하는 도금액과 피로인산등의 착화제는 일반적으로 황산구리 도금액(제2도금액)보다 더 높은 분극화를 갖는다. 본 명세서에서 "고분극화"는 전류세기의 변화정도에 대한 전압 세기의 변화정도 비가 높은 것 즉, 전위의 변동에 대한 전류세기의 변화 정도가 낮은 것을 의미한다. 예를 들어, 도 20에 나타난 음극 분극화 곡선을 참조하여 조(B)에 대한 비 b/(D₂ -D₁)는 조(A)에 대한 비a/(D₂-D₁)보다 더 크고, 조(B)가 조(A)보다 더 큰 분극화를 갖는 것을 의미한다. 따라서, 막두께가 존재하는 시드층(7)을 갖는 기판의 도금에 사용될 때, 전류의 공급에 따라 전위차를 발생시키는 조(B)등의 고분극화를 갖는 도금액은 전류 세기의 변화가 작을 수 있다. 이것은 증착 전위를 상승시킬 수 있고 일정한 전착 특성을 개선시켜 일반적으로 황산구리 도금액이 될 수 없는 시드층의 얇은부분위에서 조차 도금을 증착시킬 수 있다.

화합물 그 자체와 pH 조절제는 알카리 금속과 무관하다. 따라서, 상기 막에서 알카리 금속의 함유물에 의한 반도체 특성의 저하를 제거할 수 있다.

직류, 펄스, PR펄스등은 전력원으로서 사용될 수 있다. 이들중, 펄스와 PR 펄스가 바람직하다. 이러한 전력원의 사용은 구리 이온의 확산을 증가시킬 수 있고, 균일한 전착 특성을 더욱 개선시켜 도금된 구리막을 농후하게 만들고 직류보다 더 큰 전류를 흘릴 수 있어 도금 시간을 단축시킬 수 있다.

직류 전력원이 사용될 때, 적절한 전류 밀도는 0.01A/dm²-30A/dm²의 범위에 있고 바람직하게는 0.1A/dm²-3A/dm²가 된다. 펄스 전력원의 경우에, 0.01A/dm²-200A/dm²의 전류밀도가 적절하다. 상술된 전류 밀도의 범위는 생산성을 낮추는 것을 방지하고, "탄도금"의 발생을 방지한다. 구리 도금액의 온도는 10°C-80°C 가 될 것이고, 바람직하게는 25°C가 될 것이다. 액체 온도가 지나치게 낮을 때, 도금 효과가 낮아지고 도금의 증착 효과는 악화된다. 액체 온도가 지나치게 높을 때, 도금액의 안정도(균일도)가 낮아져, 그것의 관리를 어렵게 한다.

제1단계 도금이 완료된 후, 기판(W)은 필요에 따라 물로 세척되도록 세척섹션 (20)으로 운반된 후, 제2도금 섹션(22b)중 하나로 운반된다(단계3).

다음, 탁월한 레벨링 특성을 갖는 황산구리 도금액(제2도금액)을 사용하여 황산구리의 고농도와 황산의 저농도의 합성, 예를 들어, 황산구리의 100-300g/1과 황산의 10-100g/1의 합성을 갖고 레벨링 특성을 향상시키는 첨가제를 더욱 포함하는 제2도금 섹션(22b)의 기판(W) 표면상에서 제2단계 도금이 실시되어, 구리로 채워질 수 있다(단계4). 시드층(도 39a 및 도 40a)은 얇은부분 없이 완전한 층이 되도록 제1단계 도금에 의해 보강되기 때문에, 제2단계 도금에서 시드층(7)을 통해 전류가 흘러 어떠한 빈틈을 형성하지 않고 구리로 채워질 수 있다.

예를 들어, 질소가 포함된 유기 화합물은 레베링 특성을 향상시키기 위해 첨가제로서 사용될 수 있다. 특정 예시는 페타티딘 화합물; 프탈로시아닌 화합물; 폴리에틸렌 이민과 폴리벤질 이민등의 폴리알킬렌 이민 또는 그것의 유도체; N-염료로 치환된 화합물등의 티오우레아 유도체; 페노사프라닌, 사프라닌 아조나트톨, 디에틸 사프라닌 아조페날 및 디메틸 사프라닌 디메틸 아닐린 등의 가프라닌 화합물; 폴리에피클로로히드린 또는 그것의 유도체; 티오플라닌등의 페닐 티아조늄; 및 아크릴아미드, 프로필아미드 및 폴리아크릴아미드등의 아미드를 포함한다.

본 명세서에서 "레벨링 특성"은 편평한 도금면을 주는 특성을 참조로한다. 탁월한 레벨링 특성을 갖는 도금액의 사용은 미세한 후퇴부의 입구에 도금의 증가를 지연시킬 수 있다. 이것은 어떠한 공간을 형상하지 않고 일정하게 구리를 갖는 미세한 후퇴부를 완전히 채울 수 있고 더욱 도금면을 편평하게 할 수 있다.

제1도금액의 분극화 범위(구리의 증착 전위)는 대략 -0.2V 이하가 될 수 있고 바람직하게는 Ag-AgCl 전극이 사용될 때 대략 -1.5V 부터 대략 -0.2V 가 사용되고, 제2도금액의 분극화 범위(구리의 증착 전위)는 Ag-AgCl 전극이 사용될 때 대략 0.1V 부터 대략 -0.1V 가 될 수 있다.

접촉홀의 내부 특히, 접촉홀의 하부측상의 측벽은 시드층의 얇은두께로 인해 낮은 전도성(고저항 특, 고증착 전위)을 갖고, 따라서, 구리도금은 낮은 분극화를 갖는 도금액을 사용하여 그 위에 전착된다. 제1도금액, 높은 분극화를 갖고 고전압이 사용될 때만 구리 증착을 허용하는 도금액을 사용하여, 구리막이 상이한 두께와 전착 전위를 갖는 시드층 표면의 전체벽상이 구리막이 균일하게 증착될 수 있다.

제2단계 도금의 완료후, 필요에 따라 기판(W)은 물로 세척될 세척섹션(20)으로 운반된다(단계5). 그 후, 기판(W)은 기판(W)이 화학액을 사용하여 세정되고 기판 (W)의 베벨부상에 형성된 얇은구리막등이 에칭되는 베벨-에칭/화학 세정섹션(16)으로 운반된다(단계 6). 그 후, 기판은 세정과 건조를 위해 세정/건조 섹션(12)으로 운반된다(단계 7). 그 후, 기판은 제1이송장치(24)에 의해 로딩/언로딩 섹션 (10)의 카세트로 복귀된다(단계 8).

기판(W)을 어닐링하는 공정은 단계7과 단계8 사이에서 실시될 수 있다. 기판 (W)이 200-500°C 에서, 바람직하게는 400°C에서 어닐링될 때, 기판(W)위에 형성된 구리막의 전기적 특성은 개선될 수 있다. 예를 들어, 베벨-에칭/화학 세정섹션(16)이 세정 및 건조 유닛의 보충 기능을 갖는다면, 그 후, 어닐링 섹션(어닐링 유닛)은 건조/세정 섹션(12)대신 제공될 수 있다.

본 발명의 도금 방법의 또다른 실시예가 도 21을 참조로 다음에서 설명될 것이다. 본 실시예에 따라, 도 1에 도시된 4개의 도금 섹션(22) 모두는 구리로 채워질 것이다. 상술된 실시예로 수행된 시드층의 얇은부분의 보강이 본 실시예에서는 수행되지 않는다.

도금 섹션(22)에서, 2가 구리이온, 착화제, 및 pH조절제를 포함하고 예를 들어 구리 채움 특성을 향상시키는 티아졸 첨가제를 더욱 포함하는 구리 도금액(45)(도 3참조)으로서 사용된다. 도금액의 다른 특성은 실질적으로 구리 도금액(제1도금액)과 동일하여 본 발명의 제1실시예에 따라 제1도금부(22a)에 사용된다.

먼저, 외각층으로서 시드층(7)(도 39a 참조)을 갖는 기판(W)은 제1이송장치 (24)에 의해 로딩/언로딩으로부터 차례로 얻어지고 제1기판 스테이지(14)와 제2기판 스테이지 (18)를 통해 도금 섹션(22)중 하나로 운반된다(단계1).

다음, 도금은 상기 도금액을 사용하여 도금 섹션(22)에서 실시되고 구리로 채워진다(단계2). 이러한 도금에 사용되는 도금액은 제1도금액과 동일하게 고분극화를 갖고, 본 발명의 제1실시예에 따라 제1도금 섹션(22a)에 사용된다. 고분극화에 의해, 도금액이 증착전위를 증가시킬 수 있고 일정하게 전착특성을 개선시킬 수 있어, 일반적으로 황산구리용액으로는 어려운 시드층의 얇은부분에서조차 구리를 도금시킬 수 있다. 또한, 도금액은 어떠한 빈틈 없이 기판의 미세한 후퇴부내로 구리를 완전히 채워 도금을 증가시킬 수 있다. 도금조건은 실질적으로 본 발명의 제1실시예에 따른 제1도금과 동일하다.

도금이 완료된 후, 필요에 따라, 기판(W)은 물로 세척될 세척섹션(20)으로 운반된다. 그 후, 기판(W)이 화학액을 사용하여 세정되고 기판(W)의 베벨부상에 형성된 얇은구리막등이 에칭되는 베벨-에칭/화학 세정섹션(16)으로 운반된다(도 4참조). 그 후, 기판은 세정 및 건조를 위해 세정/건조 섹션(12)으로 운반된다(도 5참조).그 다음, 기판은 제1이송장치(24)에 의해 로딩/언로딩 섹션(10)의 카세트로 복귀된다(단계 6).

도 19에 나타난 세정 및 건조단계(단계 5)와 언로딩 단계(단계 6) 사이에 어닐링 공정이 수행될 수 있다.

본 발명은 다음의 작동 예시에 따라 설명될 것이다. 먼저, 표 1에 나타난 착화물 조 조성(1-4)을 갖는 구리 도금액과 표 2에 나타난 황산구리 조 조성(1-2)을 갖는 구리 도금액이 준비되었다. 도 22는 착화물 조(1-3)용 전류-전위 곡선과 황산구리 조 1 을 도시한다. 도 22로부터 알 수 있듯이, 각각의 착화물 조(1-3)는 황산구리 조 1보다 더 높은 분극화를 갖는다.

	A	B	C	D	E	F
착화물 조 조성1	20	60	0	0	200	0
착화물 조 조성2	40	120	0	0	400	5
착화물 조 조성3	0	0	10	30	0	0
착화물 조 조성4	0	0	20	50	0	5

주: A:피로인산구리(g/L)

B:피로인산(g/L)

C:황산구리(g/L)

D:EDTA-4H(g/L)

E:콜린(m1/L)

F:유기 첨가제(m1/L)

	A	B	C	D
황산구리 조성1	200	50	0.2	5
황산구리 조성2	70	185	0.2	5

주:A:황산구리(g/L)

B:황산(m1/L)

C:염산(m1/L)

D:유기 첨가제(m1/L)

예시1

본 발명의 제1실시예에 따라서 제1도금 섹션(22a)에서 사용되도록 구리 도금액으로서 착화물 조 조성 1을 갖는 구리 도금액을 사용하여, 제1단계 도금(시드층의 보강)이 25초동안 0.5A/dm² 의 전류밀도로 실시되었다. 그 후, 제2도금 섹션(22b)용 구리 도금액으로서 황산구리 조 조성 1을 갖는 구리 도금액을 사용하여, 제2단계 도금(구리로 채워짐)이 2분동안 2.5A/dm² 의 전류밀도로 실시되었다.

예시2

본 발명의 제2실시예에 따라서 도금 섹션(22)에 사용되도록 구리 도금액으로서 착화물 조 조성 2 를 갖는 구리 도금액을 사용하여, 도금(구리로 채워짐)이 5분동안 1A/dm² 의 전류밀도로 실시되었다.

예시3

본 발명의 제1실시예에 따라서, 제1섹션(22a)에 사용되도록 구리 도금액으로서 착화물 조 조성 3을 갖는 구리 도금액을 사용하여, 제1단계 도금(시드층의 보강)이 25초동안 0.5A/dm² 전류밀도로 실시되었다. 그 후, 제2도금 섹션(22b)을 위해 구리 도금액으로서 황산구리조성 1을 갖는 구리 도금액을 사용하여, 제2단계 도금(구리로 채워짐)이 2분동안 2.5A/dm² 의 전류밀도로 실시되었다.

예시4

본 발명의 제2실시예에 따라 도금 섹션(22)에서 사용되도록 구리 도금액으로 착화물 조 조성4을 갖는 구리 도금액을 사용하여, 도금(구리로 채워짐)이 5분동안 1A/dm²의 전류밀도로 실시되었다.

비교예시1

황산구리 조 조성 1을 갖는 구리 도금을 사용하여, 도금(구리로 채워짐)이 2분동안 2.5A/dm² 의 전류밀도로 실시되었다.

비교예시2

황산구리 조 조성 2를 갖는 구리 도금을 사용하여, 도금(구리로 채워짐)이 2분동안 2.5A/dm² 의 전류밀도로 실시되었다.

상기 예시1-4 및 비교 예시 1 및 2에서 얻어진 구리도금에 대하여, 미세한 후퇴부에 채워진 구리도금의 상태는 결함의 유무를 진단하기 위해 SEM 하에서 관찰된다. 그 결과는 아래 표 3에 도시된다. 표 3에서, "열악한 전착" 은 도 23a에 도시됨으로써 도금 상태를 나타낸다: 후퇴부의 바닥에 구리를 증착시키지 않아, 빈틈 V₁ 을 형성한다; "심 보이드"는 도 23b 에 나타난 바와 같이 구리의 심 형상 보이드(V₂)에서의 형성을 나타낸다. 및 "미립자 보이드"은 도 23c에 나타난 바와 같이 구리의 미립자 보이드(V₃)에서의 형성을 나타낸다.

예시 번호	빈약한 전착	심 보이드	미립자 보이드
예시1	무	무	무
예시2	무	무	무
예시3	무	무	무
예시4	무	무	무
비교예시1	무	무	무
비교예시2	무	무	무

도 3의 데이터는 예시 1-4에서 구리로 채움이 "열악한 전착" 및 보이드의 형성 없이 완전히 실시된다는 것을 나타낸다.

다음, 표 4에 나타난 착화물 조 조성 1-4 를 갖는 구리 도금액과 표 5에 나타난 황산구리 조 조성 1 및 2를 갖는 구리 도금액이 준비되었다. 이들 도금액을 사용하여, 예시 1-4 와 비교예시 1 및 2와 동일한 방식으로 도금처리가 실시되었다. 그 결과는 선행 예시에서와 거의 동일했다.

	A	B	C	D	E
착화물 조 조성 1	13	45	130	0	0
착화물 조 조성 2	26	98	260		5
착화물 조 조성 3	13	45	0	160	0
착화물 조 조성 4	26	98		320	5

주: A:피로인산구리(g/L)

B:피로인산(g/L)

C:콜린(m1/L)

D:TMAH(테트라메틸 암모늄 수산화물)(ml/L)

E:유기 첨가제(m1/L)

	A	B	C	D
황산구리 조성1	200	50	0.135	5
황산구리 조성2	70	185	0.135	5

주:A:황산구리(g/L)

B:황산(m1/L)

C:염산(m1/L)

D:유기 첨가제(m1/L)

상술한 것처럼, 본 발명에 따르면, 구리-도금 액내의 착화제의 포함은 도금 조로서의 분극화를 강화 시킬 수 있다. 이것은 시드층의 얇은 부분의 강화 및 높은 종횡비를 가진 트렌치 및 구멍과 같은 미세한 함몰부속으로의 구리의 균일한 충전을 가능하게 한다. 또한, 증착된 도금은 밀도가 높고, 그 안에 미소공간(microvoids)이 생성되지 않는다. 또한, 어떤 알칼리 금속이나 시안화물도 함유하지 않는 본 발명의 구리-도금 액은 알칼리 금속의 존재로 인한 일렉트로마이그레이션(electromigration)에 의해 야기될 반도체의 품질저하를 야기하지 않고, 덧붙여 시안화물의 이용을 피하는 요구에 부합한다.

도 24는 본 발명에 따른 도금 장치의 또다른 실시예의 평면도이다. 상기 도금 장치는 로딩/언로딩 섹션(604), 두개의 어닐링 섹션(606) 및 세척 섹션(608)을 포함한다. 이들 섹션은 제1 이송 디바이스(600)주위와 제2 이송 디바이스(602) 주위에 놓인다. 또한 상기 장치는 각 도금 섹션(610)에 도금액을 공급하는 도금액 공급 시스템(614)이 제공된다.

도 19에 도시된 것처럼 시드층을 강화하는 단계와 구리를 채우는 단계로 구성된 2-스테이지 도금이 이 도금 장치에 의해 수행될 때, 네개의 도금 섹션(610)중 적어도 하나는 상술된 바와 동일한 조성을 갖는 제1 도금액을 이용하는 제1 도금 섹션으로 이용되고, 나머지는 상술된 바와 동일한 조성을 갖는 제1 도금액을 이용하는 제2 도금 섹션으로 이용된다.

도 25a 내지 25c는 처리 단계의 순서로 기판의 표면을 도금함으로써 구리로 만들어진 배선을 형성하고 후에 배선를 보호하기위해 무전해 도금에 의해 선택적으로 배선상에 그 보호막을 형성하는 예시를 도시하고 있다.

도 25a에 도시된, 반도체 기판(W)에서, SiO₂를 포함하는 절연막(102)은 반도체 디바이스가 형성되는 기판(100)의 전도층(101a)상에 증착되고, 배선를 위한 접촉 구멍(103) 및 트렌치(4)는 리소그래피 및 에칭 기술에 의해 형성되고, TiN 등을 포함하는 장벽층(105)이 그위에 형성되고, 또 시드층(107)이 그위에 형성된다. 먼저 시드층(107)이 스퍼터링에 의해 형성될 수 있고 시드층(107)을 강화하는 강화 시드층이 그위에 형성될 수 있다. 도 25b에 도시된 것처럼, 구리 도금은 반도체 기판(W)의 접촉 구멍(103)과 트랜치(104)를 구리로 채우고 절연막(102)상에 구리막(106)을 증착시키기 위해 반도체 기판(W)면상에 적용된다. 이후에, 절연막(102)상의 구리막(106)은 배선를 위한 컨택홀(103)과 트랜치(104)속으로 채워진 구리막(106)의 표면을 도 25c에 도시된 것처럼 절연막(102)의 표면과 동일 평면상에 있도록 만들기 위해서 화학 기계적 폴리싱(CMP)에 의해 제거된다. 배선 보호막(108)은 노출된 금속표면상에 형성된다.

도 26은 무전해 도금 장치의 구성 개략도이다. 도 26에 도시된 것처럼, 이 무전해 도금 장치는 윗면에 도금될 반도체 기판(W)을 고정하는 유지수단(313), 주변 가장자리 부분을 밀봉하기 위해서 상기 유지수단(311)에 의해 고정된 반도체 기판(W)의 도금될 면(윗면)의 주변 에지 부분과 접촉하는 댐 부재(dam member)(331) 및 상기 댐 부재(331)로 밀봉된 주변 에지 부분을 구비한 반도체 기판(W)의 도금될 면에 도금액을 공급하는 샤워 헤드(341)를 포함한다. 또한 무전해 도금 장치는 반도체 기판(W)의 도금될 면에 세정액을 공급하기 위하여 유지수단(311)의 상부 외주부 근처에 놓여진 세정액 공급 수단(351), 세정액등(도금 폐기액)을 재생하기 위한 재생 용기(361) 반도체 기판(W)상에 고정된 도금액을 빨아 들이고 도금액 재생 노즐(도시되지 않음) 및 유지수단(311)을 회전 구동하는 모터(회전 구동 수단)을 포함한다.

램프 히터(317)은 유지수단(311)위에 놓이고, 램프 히터(317)와 샤워 헤드(341)은 통합된다. 예를 들어, 다른 반경들을 갖는 복수의 링형상 램프 히터(317)는 동심원적으로 제공되고, 샤워 헤드(341)의 많은 노즐(343)은 램프 히터(317)들 사이의 갭으로부터 링 형태로 개방되어 있다. 램프 히터(317)는 단일 나선형 램프 히터로 구성되거나 다양한 구조 및 배치로 이루어진 다른 램프 히터로 구성될 수 있다.

유지수단(311)은 반도체 기판(W)을 배치 및 고정하기 위해 윗면상에 기판 배치부(313)를 갖는다. 기판 배치부(313)는 반도체 기판(W)을 배치 및 고정하도록 한다. 상세히 설명하면, 기판 배치부(313)는 진공 흡입에 의해 그것의 뒤면에 반도체 기판(W)를 끌어당기는 진공 흡입 기구(도시되지 않음)를 갖는다. 이 유지수단(311)은 모터(M)에 의해 회전될 수 있게 상승 및 하강 수단(도시되지 않음)에 의해 수직으로 이동가능하다. 댐 부재(331)은 관형이고, 반도체 기판(W)의 외부 주변 에지를 밀봉하기 위한 그것의 하부에 제공된 밀봉부(333)을 구비하며 도시된 위치로부터 수직으로 움직이지 않도록 설치된다.

샤워 헤드(341)는 샤워 형태로 공급된 도금액을 뿌리고 반도체 기판(W)의 도금될 표면에 도금액을 실질적으로 균일하게 공급하기 위해 정방단부에 제공된 다수의 노즐(343)을 구비한 구조이다. 세정액 공급 수단(351)은 노즐(353)으로부터 세정액을 분출하기 위한 구조를 구비한다. 도금액 재생 노즐은 위 또는 아래로 이동가능하고 스윙가능하도록 되고 도금액 재생 노즐의 정방단부는 반도체 기판(W)상의 도금액을 빨아들이기 위해 댐 부재(331)의 내부쪽으로 낮아지게 된다.

다음으로, 무전해 도금 장치의 작동이 설명될 것이다. 우선, 유지수단(311)은 지지 수단(311) 및 댐 부재(331) 사이에 소정 치수의 갭을 제공하기 위해서 도시된 상태로부터 하강되고 반도체 기판(W)은 기판배치부(313) 배치되고 고정된다. 예를들어 8인치 웨이퍼가 반도체 기판(W)으로서 사용된다.

다음에, 유지수단(311)은 그것의 상부면이 도시된 것처럼 댐 부재(331)의 하부면에 접촉하도록 상승되고 반도체 기판(W)의 외주부는 댐 부재(331)의 밀봉부(333)와 함께 밀폐된다. 이때, 반도체 기판(W)의 표면은 개방된 상태이다.

다음으로, 반도체 기판(W) 자체는 반도체 기판(W)의 온도가 예를들어 70℃(도금 종결때가지 유지됨)가 되도록 램프 히터(317)에 의해 직접적으로 가열된다. 다음, 예를들어 50℃로 가열된 도금액은 실질적으로 반도체 기판(W)의 전체면에 걸쳐 도금액을 붓기 위해 샤워 헤드(341)로부터 분출된다. 반도체 기판(W)의 표면은 댐 부재(331)에 의해 둘러 싸이기 때문에, 부어진 도금액은 전부 반도체 기판(W)의 표면상에 유지된다. 공급된 도금액의 양은 반도체 기판(W)의 표면상에 1mm 두께정도의 적은 양(대략 30ml)일 것이다. 도금된 표면에 유지된 도금액의 깊이는 10mm 또는 그 이하이고, 본 실시예에서 처럼 심지어 1mm일 수 있다. 상술된 것처럼 공급된 도금액의 적은양이 충분하다면, 도금액을 가열하기 위한 가열장치는 작은 크기일 수 있다. 본 실시예에서, 반도체 기판(W)의 온도는 70℃까지 상승되고 도금액의 온도는 가열에 의해 50℃까지 상승될 것이다. 따라서, 반도체 기판(W)의 도금될 표면은 예를들어 60℃가 되고 따라서 도금 반응을 위한 최적의 온도가 얻어질 수 있다. 반도체 기판(W) 자체가 상술된 것처럼 가열되도록 하면, 가열을 위한 큰 전원 소비량을 요구하는 도금액의 온도는 그렇게 높이 올라가지는 않을 것이다. 이것은 전력소비가 감소하고 도금액의 속성 변화를 막을 수 있기 때문에 바람직하다. 반도체 기판(W) 자체를 가열하기 위한 전력 소비는 적을 수 있고 반도체 기판(W)에 저장된 도금액의 양 또한 적을 것이다. 따라서, 램프 히터(317)에 의한 반도체 기판(W)의 열 보존은 용이하게 수행될 수 있고 램프 히터의 용량은 적을 것이며 장치는 작게 만들어 질 수 있다. 반도체 기판(W)을 직접적으로 냉각하기 위한 수단이 사용된다면, 가열 및 냉각 사이의 교체가 도금 상태를 변화시키기 위해 도금 작업동안 수행될 수 있다. 반도체 기판 상에 고착된 도금액이 적은 양이기 때문에, 온도 제어는 좋은 감도를 가지고 수행될 수 있다.

반도체 기판(W)은 도금될 표면이 균일하게 적셔질 수 있도록 모터(M)에 의해 순간적으로 회전되고, 그다음 도금될 표면의 도금은, 반도체 기판(W)이 정지 상태에 있도록 하는 상태에서 수행된다. 특히 반도체 기판(W)은 도금액으로 도금될 반도체 기판(W)의 표면을 균일하게 적셔주기 위하여 단 1초동안 100rpm 또는 그 이하로 회전된다. 그다음 반도체 기판(W)은 정지 상태를 유지하고 무전해 도금이 1분동 안 수행된다. 순간적인 회전 시간은 최고 10초 또는 그 이하이다.

도금 처리의 종료후, 도금 액 재생 노즐의 전단부는 도금액을 빨아들이기 위해 반도체 기판(W)의 주변 에지부상의 댐 부재(331)의 내부 근처 지역으로 하강될 것이다. 여기서, 예를들어 반도체 기판(W)이 100rpm 또는 그 이하의 회전 속도에서 회전된다면, 반도체 기판(W)상에 남아 있는 도금액은 원심력하에 반도체 기판(W)의 주변 에지부상의 댐 부재(331)의 부분에 모일 수 있기 때문에, 도금액의 양호한 효율성과 높은 재생비률로 수행될 수 있다. 유지 수단(311)은 반도체 지지 기판(W)을 댐 부재(311)로부터 분리하기 위해 하강된다. 반도체 기판(W)이 회전하기 시작하면, 세정액(초순수)이 도금된 표면을 냉각하기 위해 세정액 공급 수단(351)의 노즐(353)로부터 반도체 기판(W)의 도금된 표면에 분출되는 동시에 희석 및 세정을 수행함으로써 무전해 도금 반응을 중단시킨다. 이때, 노즐(353)으로부터 분사된 세정액은 댐 부재(331)의 세정을 수행하기 위해 댐 부재(331)로 동시에 공급될 수 있다. 이때, 도금 폐기액은 재생 용기(361) 내에서 재생되고 버려진다.

일단 사용된 도금액은 재사용 되지 않고 버려진다. 상술한 바와 같이, 본 장치에서 사용된 도금액의 양은 종래의 기술에 비해 매우 작게 할 수 있다. 따라서, 버려지는 도금액의 양은 작고, 심지어는 적다. 소정의 경우에는, 도금액 재생 노즐(365)이 설치되지 않을 수도 있고, 사용된 도금액은 세정액과 함께 재생 용기(361)속에서 도금 폐기액처럼 재생될 수 있다.

다음에, 반도체 기판(W)은 회전-건조를 위하여 모터(M)에 의해 고속으로 회전되고 그다음 반도체 기판(W)이 유지 수단(311)으로부터 제거된다.

도 27은 기판의 표면이 도금후에 즉시 폴리싱될 수 있도록 폴리싱 통합적으로 포함하는 도금장치의 또 다른 실시예를 나타낸 평면도이다. 본 도금 장치는 로딩 및 언로딩을 위한 기판 카세트(531,531), 도금 섹션(512), 기판을 세정하기 위한 세정 섹션(535,535), 2개의 이송 장치(514a, 514b), 역전 기계(539,539) 및 폴리싱 유닛(기판 처리 모듈)(541,541) 및 회전 건조기(534)를 포함한다.

예를들어, 기판(W)의 유동은 다음과 같다. 우선, 이송 장치(514a)는 처리전의 기판(W)을 로딩을 위한 기판 카세트(531)중의 하나로부터 빼낸다. 도금 처리가 도금 섹션(512)에 의해 수행된 후, 이송 장치(514a)는 기판(W)을 역전 기계(539)중의 하나로 이송하여, 그 처리된 표면을 아래쪽으로 향하게 한다. 다음에, 기판(W)은 다른 이송 장치(514b)로 이송된다. 이송 장치(514b)는 소정의 폴리싱이 수행되는 폴리싱 유닛(541)중 하나로 지지 기판(W)을 이송한다. 폴리싱후의 기판(W)은 이송장치(514a)에 의해 옮겨지고, 세정 섹션(535)중의 하나에 의해 세정된다. 그다음, 기판(W)은 그것이 다시 폴리싱되는 경우에 다른 폴리싱 유닛(541)으로 이송되고, 상기 기판(W)은 그것이 세정되는 경우에 이송 장치(514b)에 의해 다른 세정 섹션(535)으로 이송된다. 세정후 기판(W)은 처리된 표면이 윗쪽을 향하도록 뒤집어지는 경우에 이송 장치(514b)에 의해, 다른 역전 기계(539)로 이송된다. 다음에, 기판(W)은 이송 장치(514a)에 의해 회전-건조가 수행되는 회전 건조기(534)로 이송되고, 기판(W)은 이송 장치(514a)에 의해 언로딩을 위한 기판 카세트(531)내에 다시 수용된다.

도 28은 이러한 타입의 폴리싱 유닛(541)의 실시예를 도시하고 있다. 도 28 에 도시된 바와 같이, 톱 링(10-2)은 흡입에 의해 반도체 기판(W)을 끌어 당기고, 반도체 기판(W)의 도금된 구리막(6)(도 39b 참조)의 표면을 폴리싱을 수행하기 위한폴리싱 테이블(10-1)의 폴리싱 표면(10-1a)과 접촉하도록 한다. 폴리싱에 있어서, 도금된 구리막(6)은 기본적으로 폴리싱된다. 폴리싱 테이블(10-1)의 폴리싱 표면 (10-1a)는 IC1000과 같은 발포 폴리우레탄으로 구성되거나, 거기에 고정되거나 그 안에 포화된 연마입자를 갖는 물질로 구성된다. 폴리싱 표면(10-1a)과 반도체 기판(W)의 상대 운동으로, 연마 입자를 갖는 물질로 도금된 구리막이 폴리싱된다.

실리카, 알루미나, 세리아등이 도금된 구리막(6)의 폴리싱을 수행하기 위한 연마입자로서 또는 슬러리 노즐(10-6)로부터 분사된 슬러리로서 사용된다. 과산화 수소등의 주로 Cu를 산화시키는 산성 물질이 산화제로 사용된다. 그 온도가 소정의 값으로 조절되는 액체를 통과시키는 온도 제어 유동관(544)은 폴리싱 테이블(10-1)의 온도를 소정의 값으로 유지하도록 폴리싱 테이블(10-1)의 내부에 연결된다. 온도 조정기(10-7)는 소정의 값으로 슬러리의 온도를 유지하도록 슬러리 노즐(10-6)상에 제공된다. 비록 도시되지는 않았지만 드레싱을 위해 사용된 물등도 온도가 제어된다. 이러한 방식에 있어서, 폴리싱 테이블(10-1), 슬러리의 온도 및 드레싱을 위해 사용된 물등의 온도는 소정의 값으로 유지되어, 이로인해 화학 반응 속도가 일정하게 유지된다. 특히, 폴리싱 테이블(10-1)에서는, 알루미나 또는 SiC와 같은 높은 열전도성을 갖는 세라믹이 사용된다.

폴리싱 테이블(10-1)내에 제공된 와류 막두께 측정 기구(10-8) 또는 기구(10-9)는 폴리싱의 종점의 검출을 위해 사용된다. 도금된 구리막(6)의 막 두께 측정이나 장벽층(5)(도 39a 참조)의 표면 검출이 수행되고 도금된 Cu막(6)의 막 두께가 영에 달하거나 버리어 층(5)의 표면이 검출될 때 폴리싱 (주 폴리싱)은 그것의 종점에 도달된 것으로 판단된다.

도 29는 폴리싱 테이블(10-1)의 폴리싱 표면(10-1a)을 세정하기 위한 세정 기구의 구성을 보여주는 도면이다. 도시된 것처럼, 순수한 물과 질소 개스를 혼합하고 상기 혼합물을 분출하기 위한 복수의 혼합 노즐(10-11a 내지 10-11d)은 폴리싱 테이블(10-1) 위에 위치한다. 혼합 노즐(10-11a 내지 10-11d) 각각은 그 압력이 공기 작동기 밸브(218)를 통해 질소 개스 공급원(214)으로부터 조정기(216)에 의해 제어된 질소 개스가 공급되고 또한 그 압력이 공기 작동기 밸브(219)를 통해 순수한 물 공급원으로부터 조정기(217)에 의해 제어되는 순수한 물이 공급된다.

혼합 개스 및 액체는 그 액체 및/또는 개스의 압력 및 온도와 노즐에 의한 노즐 형상과 같은 변수 변화를 겪는다. 공급될 액체는 다음과같이 분출하는 노즐에 의해 변형된다: ① 액체 미세 입자의 형성, ② 액체 응고에 의한 고체 미세 입자의 형성, ③ 증발에 의한 액체의 기화(이하 ①, ②, ③은 분무화라 부른다). 액체계 성분 및 개스 성분의 혼합물이 소정의 방향성을 가지고 폴리싱 테이블(10-1)상의 폴리싱면을 향해 분사된다.

폴리싱 표면(10-1a)은 폴리싱 표면(10-1a) 및 드레서(10-10)의 상대적인 이동시 의해 재생될 때, 순수한 물과 질소 개스의 혼합된 유체는 폴리싱 표면(10-1a)을 세정하기 위해 폴리싱 표면(10-1a)을 향해 혼합 노즐(10-11a 내지 11-11d)로부터 분사된다. 질소 개스의 압력과 순순한 물의 압력은 독자적으로 설정된다. 본 실 시예에서, 손으로 구동되는 조정기는 순수한 물 라인 및 질소 라인과 함께 사용되지만, 설정 압력이 외부 시그널에 근거해 변할수 있는 조정기가 사용될 수 있다. 상술한 세정 메카니즘을 사용하는 폴리싱 표면(10-1a)의 세정 결과로서, 폴리싱 단계에서의 폴리싱 표면(10-1a)상에 남아있는 슬러리는 5 내지 20초 동안 세정을 수행함으로써 제거될 수 있다.

도 30은 이송 디바이스(514a(514b))를 도시한 사시도이다. 도 31a 및 31b는 이송 디바이스(514a(514b))에 부착된 로봇 핸드(540)을 도시한 도면이고, 도 31a는 평면도 이고 도 31b는 측단면도이다.

이송 디바이스(514a(514b))는 로봇 몸체(543)의 상부상에 장착된 두개의 암(542)의 각각의 정방단부에 두개의 로봇 핸드(540)를 부착함으로써 구성된다.

두개의 로봇 핸드(540)은 소정 갭을 통해 다른 한쪽위에 하나를 수직으로 위치되기 위해서 배열된다. 암(542)은 전후 방향으로 이송되는 로봇 핸드(540)상에 위치한 기판(W)을 움직이기 위해서 뻗었다 굽혔다한다. 또한 로봇 몸체(543)는 임의의 방향내에 기판(W)의 이송을 허용하기 위해 회전 및/또는 움직인다.

도 31a 및 도 31b에 도시된 바와 같이, 4 개의 막 두께 센서(S)는 매립된 상태에서 로봇 핸드(540)에 직접 부착된다. 막 두께를 측정할 수 있다면, 어떠한 막 두께 센서(S)도 사용될 수 있다. 바람직하게는, 와류 센서가 사용된다. 와류 센서는 와류를 발생시키고, 기판(W)을 통과하고 복귀한 전류의 주파수 또는 손실을 검출함으로써, 막 두께를 측정한다. 와류 센서는 비접촉 방식으로 사용된다. 광센서는 광(光) 샘플을 조사하여, 반사된 광 정보를 기초로 막 두께를 직접 측정할 수 있다. 광센서는 금속막 뿐만 아니라, 산화막 등의 절연막의 막 두께를 측정할 수 있다. 막 두께 센서(S)의 설치 위치는 도시된 위치에 국한되지 않으며, 막 두께 센서(S)는 측정이 행해지는 위치에서 임의의 수로 부착된다. 로봇 핸드(540)는 건조 기판(W)을 핸들링하는 건조 핸드로서 또는 젖은 기판(W)을 핸들링하는 젖은 핸드로서 이용될 수 있다. 막 두께 센서(S)는 어느 한 쪽 핸드에 부착될 수 있다. 그러나, 이송장치(514a(514b))가 도금 섹션에 사용되면, 처음에 단지 시드층만이 제공되는 상태에서 기판(W)의 막 두께를 측정하는 것이 요구된다. 따라서, 처음에 건조 상태에서, 기판 카세트(510, 510)(도 27 참조)에 위치하는 기판(W)의 막 두께를 측정하는 것이 필요하다. 그러므로, 막 두께 센서(S)는 건조 핸드에 부착하는 것이 좋다.

막 두께 센서(S)에 의해 검출된 신호들은, 처리 전의 기판(W)의 막 두께와 처리 후의 기판(W)의 막 두께간의 차이의 계산 등과 같은 연산 작업이 수행되는 경우, 연산 유닛으로 보내져, 막 두께가 소정의 디스플레이상에 출력된다. 적절하게 막 두께를 측정할 수 있다면, 어떠한 연산 방법도 사용될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 막 두께는 로봇 핸드(540)가 기판(W)으로 이송되는 동안 측정될 수 있기 때문에, 기판 처리 공정시 별도로 막 두께 측정 단계를 제공할 필요가 없어서, 스루풋이 감소되지 않는다. 막 두께 센서(S)는 로봇 핸드(540)에 부착되기 때문에, 공간 절약이 실현될 수 있다.

도 32a 및 도 32b는 이송장치(514a(514b))의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 32a는 개략적인 평면도이고, 도 32b는 개략적인 측면도이다. 도 32a 및 도 32b에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 5 개의 막 두께 센서(S)가 로봇 몸체(543)에 부착되고, 로봇 핸드(540) 아래 위치한다. 즉, 실질적으로 기판(W)과 동일한 크기의 디스크 형상의 장착판(545)은 로봇 핸드(540) 아래 위치하고, 5 개의 막 두께 센서(S)는 장착판(545)상에 부착된다. 장착판(545)은 로봇 몸체(543)에 고정되고, 기타 부재에 고정될 수 있다.

각각의 막 두께 센서(S)는, 상기 막 두께 센서(S)가 도시된 로봇 핸드(540)와 겹치지 않는 위치에서 부착됨으로써, 막 두께가 전체 기판(W)의 넓은 면적에서 측정될 수 있다. 본 실시예는 또한 공간 절약을 달성할 수 있고, 매우 짧은 시간에 측정을 수행할 수 있다. 장착판(545) 위에 기판(W)을 정지시킴으로써, 기판(W)의 고정 포인트에서 막 두께를 측정할 수 있다. 로봇 핸드(540)상의 기판(W)이 정지없이 장착판(545) 위를 지나게 된다면, 스캔하는 동안 측정이 가능해진다. 막 두께 센서(S)는 로봇 몸체(543)와 일체되어 있기 때문에, 안정된 검출이 수행될 수 있다. 장착판(545)이 로봇 몸체(543)에 있는 다른 부재에 고정되어 있다면, 기판(W)과 센서 사이의 거리는 로봇 핸드의 높이를 임의적으로 변화시킴으로써 조절 가능해진다.

검출 후의 신호들이 연산 유닛으로 보내져 막 두께를 측정하는 구성은 도 31a 및 도 31b에 도시된 실시예의 경우와 같다. 그러나, 스캐닝과 동시에 측정하는 경우에는 시간의 경과에 따라 측정 포인트들이 변하기 때문에, 이동 평균의 방법에 의한 연산을 수행하여 막 두께를 계산하는 것이 바람직하다.

도 33a 및 도 33b는 막 두께 측정의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 33a는 개략적인 평면도이고, 도 33b는 개략적인 측면도이다. 도 33a 및 도 33b에 도시된 실시예에 있어서, 3 개의 막 두께 센서(S)는 도 27에 도시된 도금 섹션(512)의 입구 및 출구 부분(550)의 상부 부분상에 제공된다. 즉, 직사각형의 장착판(551)은 입구 및 출구 부분(550) 위에 배치되고, 3 개의 막 두께 센서(S)는 장착판(551)의 하부면에 직렬로 부착된다. 장착판(551)은 도금 섹션(512)에 고정될 수 있거나, 이송장치(514a(514b))의 로봇 몸체(543)에 고정될 수 있고, 또는 기타 부재에 고정될 수도 있다.

상기 구성에 따르면, 막 두께 센서(S)는, 기판(W)이 도금 섹션(512)으로 들어오고 나갈 때 기판(W)을 스캔한다. 이것은 스캔 측정을 위해 적절하다. 본 실시예에서는 일련의 막 두께 센서(S)를 제공함으로써, 기판(W)상의 임의의 포인트들이 스캔에 의해 측정될 수 있다. 로봇 핸드의 높이를 임의적으로 변화시킴으로써, 기판(W)과 센서간의 거리를 조절하는 것이 가능해진다.

막 두께 센서(S)에 의해 검출된 신호는 연산 유닛에 의해 계산된다. 스캔 측정의 경우에는 이동 평균의 방법에 의해 계산을 수행하는 것이 좋다.

막 두께 센서(S)는 기판(W)이 도입되고 후퇴되는 경우, 도 27에 도시된 폴리싱 유닛(541)의 출구 및 입구 근처에 배치될 수 있다. 기판(W)이 폴리싱 유닛(541)으로 들어오면, 처리될 기판(W)의 표면은 아래를 향한다. 따라서, 기판(W)이 들어오는 경우에는 폴리싱 유닛(541)의 위치의 하부측상에 막 두께 센서(S)를 배치시키는 것이 바람직하다(물론, 막 두께 센서(S)가 상기 위치의 상부측상에 설치되더라도 막 두께의 측정은 가능하지만, 하부측상의 설치가 더 높은 정확성을 초래한다). 폴리싱이 종료된 후, 기판(W)의 처리된 표면은 젖은 상태에 있다. 젖은 상태에서도 측정할 수 있는 막 두께 센서를 사용함으로써 도금 섹션(512)에서도 동일한 방법으로 막 두께를 측정할 수 있게 한다.

도 34는 반전 기계(539) 및 그 주변의 개략적인 정면도이다. 도 35는 반전 아암(553, 553) 부분의 평면도이다. 도 34 및 도 35에 도시된 바와 같이, 반전 아암(553, 553)은 그들 사이에 기판(W)을 놓고, 좌우측으로부터 그 외주부를 잡고, 기판(W)을 180°회전시킴으로써 기판을 뒤집는다. 원형 장착 베이스(555)는 반전 아암(553, 553) 바로 밑에 제공되고, 복수의 막 두께 센서(S)는 장착 베이스(555)상에 제공된다. 장착 베이스(555)는 구동 기구(557)에 의해 위아래로 이동가능하게 되어 있다.

기판(W)의 반전시, 장착 베이스(555)는 실선으로 나타낸 기판(W) 아래 위치에서 기다린다. 반전되기 전 또는 후, 장착 베이스(555)는 점선으로 나타낸 위치로 상승되어, 반전 아암(553, 553)에 의해 붙잡힌 기판(W)으로 막 두께 센서(S)를 근접시킴으로써, 막 두께를 측정하게 한다.

본 실시예에 따르면, 도 30에 도시된 이송장치(514a(514b))의 아암(542) 등의 제한이 없기 때문에, 막 두께 센서(S)는 장착 베이스(555)상의 임의의 위치에 설치될 수 있다. 또한, 장착 베이스(555)는 기판(W)과 센서들간의 거리가 측정 시간에 조절될 수 있도록 위아래로 이동가능하게 되어 있다. 그것은 또한 검출의 목적을 위한 적절한 타입의 복수의 센서를 장착하여 기판(W)과 센서간의 거리를 각개의 센서에 의해 만들어진 각 시간 측정에 따라 변화시키는 것이 가능하다. 그러나, 장착 베이스(555)는 위아래로 이동하므로, 소정의 측정 시간이 요구된다.

도 36은 본 발명에 따른 도금 장치의 또 다른 실시예의 평면도이다. 상기 도금 장치는 로딩/언로딩 섹션(915), 각 쌍의 어닐링 섹션(986), 베벨-에칭/화학 세정 섹션(984) 및 기판 스테이지(978), 기판을 180°반전시키는 기구를 제공하는 세척 섹션(982), 도 19에 도시된 제 1 단계 도금(시드층의 보강)을 수행하기 위한 제 1 도금 섹션(980), 및 도 19에 도시된 제2단계 도금(구리로 채움)을 수행하기 위한 3 개의 제 2 도금 섹션(972)을 포함하여 이루어진다. 상기 장치는 또한 로딩/언로딩 섹션(915), 어닐링 섹션(986), 베벨-에칭/화학 세정 섹션(984) 및 기판 스테이지(978) 사이에서 기판을 이송하기 위한 이동가능한 제 1 이송장치(917)와, 기판 스테이지(978), 세척 섹션(982), 제 1 도금 섹션(980) 및 제 2 도금 섹션(972) 사이에서 기판을 이송하기 위한 이동가능한 제 2 이송장치(924)를 제공한다.

본 실시예에 따르면, 바깥층으로서 시드층(7)(도 39a 참조)을 갖는 기판(W)은 우선 제 1 이송장치(917)에 의해 로딩/언로딩 섹션(915)으로부터 하나씩 취하여 기판 스테이지(978)를 거쳐 제 1 도금 섹션(980)으로 이송된다.

다음으로, 기판의 표면의 제 1 단계 도금은 제 1 도금액을 이용하여 제 1 도금 섹션(980)에서 수행됨으로써, 시드층(7)의 얇은 부분을 보강 및 완성한다. 제 1 도금 섹션에서 사용된 제 1 도금액, 예를 들면 베이스로서 피로인산 구리를 포함하는 도금액 및 피로인산 등의 착화제는 상술한 보통의 황산구리 도금액보다 더 높은 분극화를 가진다.

제 1 단계 도금의 종료 후, 기판(W)은 필요에 따라 물로 세척하기 위한 세척 섹션(982)으로 이송되고, 그 후 제 2 도금 섹션(972)중의 하나로 이송된다.

다음으로, 제2단계 도금은 제 2 도금액을 이용하여 제 2 도금 섹션(972)내의 기판(W)의 표면상에서 수행되고, 이로 인해 구리로 채워진다. 시드층(7)(도 39a, 도 40a 참조)은 제 1 단계 도금에 의해 보강되어져 얇은 부분없이 완성층이 되기 때문에, 전류는 시드층(7)을 통해 제2단계 도금에서 균등하게 흐름으로써, 어떠한 빈틈도 없이 구리로 채워질 수 있다. 예를 들어, 낮은 황산 농도의 조성을 갖는 제 2 도금액은 상술한 바와 같이 우수한 레벨링 특성을 가진다.

제2단계 도금의 종료 후, 기판(W)은 필요에 따라 물로 세척하기 위하여 세척 섹션(982)으로 이송된다. 그 후, 기판(W)은 상기 기판(W)이 화학액을 사용하여 세정되는 경우, 베벨-에칭/화학 세정 섹션(984)으로 이송되고, 기판(W)의 베벨 부분상에 형성된 얇은 구리 막 등은 에칭되며, 그 후 기판(W)은 물로 헹궈진 후, 스핀-건조를 위해 고속으로 회전된다. 그런 다음, 기판은 어닐링을 위해 어닐링 섹션(986)으로 이송된다. 그 후, 기판은 제 1 이송장치(917)에 의해 로딩/언로딩 섹션(915)의 카세트로 복귀된다.

도 37은 본 발명에 따른 도금 장치의 또 다른 실시예의 평면도이다. 상기 도금 장치는 로딩/언로딩 섹션(800) 및 처리 섹션(802)을 포함하여 이루어진다. 반도체 웨이퍼 등의 스루풋을 고려해 볼 때, 이송장치(804)는 처리 섹션(802)의 중앙에 배치되고, 이송장치(804) 주위에는 복수의 도금 섹션(806)과 복수의 세정/건조 섹션(회전-헹굼-건조 유닛; 808)이 배치된다. 본 실시예에 있어서, 3 개의 도금 섹션(806) 및 3 개의 세정/건조 섹션(808)은 하나의 이송장치(804) 주위에 배치된 다. 세정/건조 섹션(806) 대신에, 베벨-에칭/화학 세정 섹션이 배치될 수 있다. 도금 섹션(808)은 페이스-업 타입 또는 페이스-다운 타입 중 어느 하나일 수 있다.

도 38은 본 발명에 따른 도금 장치의 또 다른 예시의 평면도이다. 상기 도금 장치는 로딩 스테이션(820)과 메인 프레임(832)을 포함한다. 로딩 스테이션(820)은 반도체 웨이퍼 등의 기판을 수용하는 기판 카세트(822)를 그 위에 위치시키기 위한 2 개의 카세트 테이블과, 어닐링 섹션(830)을 포함한다. 메인 프레임(832)은 한 쌍의 세정/건조 섹션(834), 상술한 제 1 단계 도금을 수행하기 위한 한 쌍의 제 1 도금 섹션(836), 및 상술한 제2단계 도금을 수행하기 위한 2 쌍의 제 2 도금 섹션(838)을 포함한다.

또한, 제 1 이송장치(840)는 기판 카세트(822), 어닐링 섹션(830) 및 세정/건조 섹션(834) 사이에서 기판을 이송하기 위한 로딩 스테이션(820)에 배치되고, 제 2 이송장치(842)는 세정/건조 섹션(834), 제 1 도금 섹션(836) 및 제 2 도금 섹션(838) 사이에서 기판을 이송하기 위한 메인 프레임(832)에 배치된다.

도 41은 본 발명에 따른 도금 장치의 또 다른 실시예의 평면도이다. 상기 도금 장치는 로딩/언로딩 섹션(900), 어닐링 섹션(903), 2 개의 베벨-에칭/화학 세정 섹션(902), 기판 스테이지(906) 및 3 개의 도금 세션(901)을 포함하여 이루어진다. 상기 장치는 또한 로딩/언로딩 섹션(900) 및 기판 스테이지(906) 사이에서 기판을 이송하기 위한 제 1 이송장치(904)와, 기판 스테이지(906), 어닐링 섹션(903), 베벨-에칭/화학 세정 섹션(902) 및 도금 섹션(901) 사이에서 기판을 이송하기 위한 이동가능한 제 2 이송장치(905)를 제공한다.

도 42는 본 발명에 따른 도금 장치의 또 다른 실시예의 평면도이다. 상기 도금 장치는 로딩/언로딩 섹션(1000), 베벨-에칭/화학 세정 섹션(1050), 세정/건조 섹션(회전-헹굼-건조 유닛; 1040), 도 19에 도시된 제 1 단계 도금(시드층의 보강)을 수행하기 위한 제 1 도금 섹션(1010), 도 19에 도시된 제2단계 도금(구리로 채움)을 수행하기 위한 3 개의 제 2 도금 섹션(1020), 및 제 1 단계 도금과 제2단계 도금 사이에 기판을 세척하기 위한 세척 섹션(1030)을 포함하여 이루어진다. 상기 장치는 또한 로딩/언로딩 섹션(1000), 베벨-에칭/화학 세정 섹션(1050) 및 세정/건조 섹션(1040) 사이에서 기판을 이송하기 위한 제 1 이송장치(1060)와, 베벨-에칭/화학 세정 섹션(1050), 세정/건조 섹션(1040), 제 1 도금 섹션(1010) 및 제 2 도금 섹션(1020) 사이에서 기판을 이송하기 위한 제 2 이송장치(924)를 제공한다.

도 41에 도시된 각각의 도금 섹션(901)과 도 42에 도시된 도금 섹션(1010, 1020)은 필요에 따라 상술한 제 1 도금액 또는 제 2 도금액을 이용하여 제 1 단계 도금 섹션 또는 제2단계 도금 섹션으로서 사용될 수 있다.

비록 본 발명의 임의의 바람직한 실시예를 도시하고 상세히 기술하였지만, 청구항의 범위로부터 벗어나지 않으면서도 다양한 변형 및 수정이 가능하다는 것을 이해할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 알칼리 금속 및 시안화물이 없는 구리 도금액으로서 시드층의 얇은부분을 보강할 수 있고 기판의 표면에 형성된 큰 종횡비를 가진 미세 홈을 구리로 완벽히 채우게 하는 구리 도금액을 제공하고, 또한 상 기 구리 도금액을 사용하는 도금 방법 및 도금 장치를 제공할 수 있다.

Claims

삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
시드층으로 덮여진 미세 후퇴부를 가지는 기판에 도금을 실시하여 상기 미세후퇴부에 금속을 충전하는 도금방법에 있어서,

상기 기판을, 농도가 1 ~ 10 g/L의 2가 구리이온과 착화제를 가지고, 제2 도금액보다 전위변동에 대한 전류밀도의 변화정도가 낮은 제1 도금액에 접촉시켜 상기 시드층을 보강하는 제1단 도금처리를 행하는 단계; 및 상기 단계 다음에

상기 기판을, 상기 제2 도금액에 접촉시켜 상기 미세 후퇴부의 내부에 구리를 매립하는 제2단 도금처리를 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 방법.
삭제
제 9항에 있어서,

상기 제 1 도금액은 pH 조절제로서, 콜린 또는 TMAH를 더 가지는 것을 특징으로 하는 도금방법.
제 9항에 있어서,

상기 제 1 도금액 중에서의 상기 착화제의 농도는, 20 ~ 200 g/L인 것을 특징으로 하는 도금 방법.
제 9항에 있어서,

상기 제 1 도금액은 첨가제로서, 유기산류, 아민류, 글리세린류, 젤라틴류, 중금속 이온류, 티아졸류, 트리아졸류, 티아디아졸류, 이미다졸류, 피리미딘류, 술폰산류, 또는 글루탐산류를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 방법.
제 9항에 있어서,

상기 제 1 도금액에 함유된 상기 착화제는 에틸렌디아민 테트라아세트산, 에틸렌디아민, N,N',N'',N'''-에틸렌-디-니트로-테트라프로판-2-올, 피로인산, 이미노디아세트산, 디에틸렌트리아민 펜타아세트산, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 테트라에틸렌펜타민, 디아미노 부탄, 히드록시에틸 에틸렌디아민, 에틸렌디아민 테트라프로피온산, 에틸렌디아민 테트라메틸렌 포스폰산, 디에틸렌트리아민 테트라메틸렌 포스폰산, 디에틸렌트리아민 펜타메틸렌 포스폰산, 또는 이들의 유도체인 것을 특징으로 하는 도금 방법.
제 14항에 있어서,

상기 제 1 도금액은 pH 조절제로서, 콜린 또는 TMAH를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 방법.
제 14항에 있어서,

상기 제 1 도금액 중 상기 착화제의 농도는, 20 ~ 200 g/L인 것을 특징으로 하는 도금 방법.
제 14항에 있어서,

상기 제 1 도금액은 첨가제로서, 유기산류, 아민류, 글리세린류, 젤라틴류, 중금속 이온류, 티아졸류, 트리아졸류, 티아디아졸류, 이미다졸류, 피리미딘류, 술폰산류, 또는 글루탐산류를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
시드층으로 덮여진 미세 후퇴부를 가지는 기판에 제1단 도금처리를 실시하는 제 1 도금 섹션;

상기 제 1 도금 섹션에서 제 1 도금액을 도금 챔버내로 공급하기 위한 제 1 도금액 공급 섹션;

제2단계에서 상기 제 1 단계 도금을 겪은 상기 기판의 표면을 도금하기 위한 제 2 도금 섹션;

상기 제 2 도금 섹션에서 제 2 도금액을 도금 챔버내로 공급하기 위한 제 2 도금액 공급 섹션; 및

상기 기판을 상기 제 1 도금 섹션으로부터 상기 제 2 도금 섹션으로 이송하기 위한 이송 섹션을 포함하여 이루어지는 도금 장치로서,

상기 제 1 도금액은, 상기 제 2 도금액보다 전위 변동에 대한 전류밀도의 변화정도가 낮은 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제 27항에 있어서,

상기 제 1 도금액은, 2가 구리 이온과 착화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제 28항에 있어서,

상기 제 1 도금액은, pH 조절제로서, 콜린 또는 TMAH를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제 28항에 있어서,

상기 제 1 도금액에서의 상기 착화제의 농도는, 20 ~ 200 g/L인 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제 28항에 있어서,

상기 제 1 도금액은 첨가제로서, 유기산류, 아민류, 글리세린류, 젤라틴류, 중금속 이온류, 티아졸류, 트리아졸류, 티아디아졸류, 이미다졸류, 피리미딘류, 술폰산류, 또는 글루탐산류를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제 28항에 있어서,

상기 제 1 도금액에 함유된 상기 착화제는, 에틸렌디아민 테트라아세트산, 에틸렌디아민, N,N',N'',N'''-에틸렌-디-니트로-테트라프로판-2-올, 피로인산, 이미노디아세트산, 디에틸렌트리아민 펜타아세트산, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 테트라에틸렌펜타민, 디아미노 부탄, 히드록시에틸 에틸렌디아민, 에틸렌디아민 테트라프로피온산, 에틸렌디아민 테트라메틸렌 포스폰산, 디에틸렌트리아민 테트라메틸렌 포스폰산, 디에틸렌트리아민 펜타메틸렌 포스폰산, 또는 이들의 유도체인 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제 32항에 있어서,

상기 제 1 도금액은 pH 조절제로서, 콜린 또는 TMAH를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제 32항에 있어서,

상기 제 1 도금액 중에서의 착화제 농도는, 20 ~ 200 g/L인 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제 32항에 있어서,

상기 제 1 도금액은 첨가제로서, 유기산류, 아민류, 글리세린류, 젤라틴류, 중금속 이온류, 티아졸류, 트리아졸류, 티아디아졸류, 이미다졸류, 피리미딘류, 술폰산류, 또는 글루탐산류를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
반도체 기판을 로딩 및 언로딩하기 위한 로딩/언로딩 섹션;

상기 반도체 기판의 표면상에 제 1 도금된 금속막을 형성하기 위한 제 1 금속 도금 유닛;

상기 제 1 도금된 금속막상에 제 2 도금된 금속막을 형성하기 위한 제 2 금속 도금 유닛;

그 표면상에 상기 제 2 도금된 금속막을 가지는 상기 반도체 기판의 에지 부분상에 형성된 금속막을 에칭하여 없애기 위한 베벨-에칭 유닛;

상기 반도체 기판을 어닐링하기 위한 어닐링 유닛; 및

상기 반도체 기판을 이송하기 위한 이송장치를 포함하여 이루어지는 도금 장치에 있어서,

상기 제 1 도금된 금속막을 형성하기 위한 상기 제 1 금속 도금액은, 상기 제 2 도금된 금속막을 형성하기 위한 상기 제 2 금속 도금액보다 전위변동에 대한 전류밀도의 변화 정도가 낮은 것을 특징으로 하는 도금 장치.
반도체 기판의 표면상에 제 1 도금된 금속막을 형성하는 단계;

상기 제 1 도금된 금속막상에 제 2 도금된 금속막을 형성하는 단계;

그 표면상에 상기 제 2 도금된 금속막을 가지는 상기 반도체 기판의 에지 부분상에 형성된 금속막을 에칭하여 없애는 단계; 및

상기 베벨-에칭된 반도체 기판을 어닐링하는 단계를 포함하여 이루어지는 도금 방법에 있어서,

상기 제 1 도금된 금속막을 형성하기 위한 상기 제 1 금속 도금액은 상기 제 2 도금된 금속막을 형성하기 위한 상기 제 2 금속 도금액보다 전위 변동에 대한 전류밀도의 변화 정도가 낮은 것을 특징으로 하는 도금 방법.