KR101103471B1 - Substrate Plating Equipment - Google Patents
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Abstract
전해액 흐름의 효율을 향상시킬 수 있는 기판도금장치가 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 기판도금장치는, 전해액을 수용하며, 도금면이 바닥면에 대해 수직한 상태로 침지되어 음극(-)이 인가되는 적어도 하나의 기판이 출입되는 처리챔버, 처리챔버의 바닥면에 대해 수직하게 설치되어 양측면이 각각 기판과 마주하도록 전해액에 침지되어 양극(+) 인가시 금속이온을 발생시키되, 기판의 도금면과 마주하는 양측면의 중심이 기판을 향해 볼록한 유선형상을 가지는 적어도 하나의 타켓체 및, 기판과 타켓체의 사이로 전해액을 공급하는 전해액 공급원을 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 전해액이 기판과 타켓체 사이로 마찰 저항 없이 흐름을 형성할 수 있어, 기판으로 금속이온의 공급이 보다 용이하게 이루어질 수 있게 된다. Disclosed is a substrate plating apparatus capable of improving the efficiency of electrolyte flow. In the substrate plating apparatus according to the present invention, an electrolytic solution is received and a plating chamber is immersed in a state perpendicular to the bottom surface to which at least one substrate to which a negative electrode (-) is applied enters and exits the processing chamber and the bottom surface of the processing chamber. At least one having a streamline shape in which the centers of both sides facing the plated surface of the substrate are convex toward the substrate by being installed perpendicular to the substrate so as to be immersed in the electrolyte so that both sides thereof face the substrate, respectively. And an electrolyte solution supply source for supplying an electrolyte solution between the substrate and the target body. According to this structure, the electrolyte solution can form a flow between the substrate and the target body without frictional resistance, so that metal ions can be more easily supplied to the substrate.
기판, 웨이퍼, 도금, 전해액, 구리, 황산구리, 볼록, 유선, 흐름. Substrate, Wafer, Plating, Electrolyte, Copper, Copper Sulfate, Convex, Wired, Flow.
Description
본 발명은 기판도금장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 타켓체의 표면에 대한 전해액의 균일한 흐름이 가능한 기판도금장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
일반적으로 반도체를 구성하는 실리콘 기판 상에 금속배선을 형성하기 위해, 상기 기판의 전면에 금속막을 형성하여 이 금속막을 패터닝하게 된다. 이때, 상기 기판의 전면에 형성되는 금속막은 알루미늄 또는 구리에 의해 형성된다. In general, in order to form a metal wiring on a silicon substrate constituting a semiconductor, a metal film is formed on the entire surface of the substrate to pattern the metal film. At this time, the metal film formed on the entire surface of the substrate is formed of aluminum or copper.
이 중, 상기 구리막은 상기 알루미늄막에 비해 녹는점이 높아 전기이동도에 대한 큰 저항력을 가짐으로써, 반도체 소자의 신뢰성 향상에 기여하는 장점을 가진다. 뿐만 아니라, 상기 구리막이 형성된 기판은 비저항이 낮아 신호전달 속도가 증가되는 이점을 가진다. 그로 인해, 상기 기판상에 형성되는 금속막은 알루미늄막 대신에 구리막이 일반적으로 주로 채택된다. Among these, the copper film has a melting point higher than that of the aluminum film and has a large resistance to electric mobility, thereby contributing to the improvement of reliability of the semiconductor device. In addition, the substrate on which the copper film is formed has an advantage of low signal resistance and an increase in signal transmission speed. Therefore, as for the metal film formed on the said board | substrate, a copper film is generally mainly adopted instead of an aluminum film.
현재, 상기 기판 상에 구리막을 형성하여 이를 패터닝하기 위한 방법으로는 물리기상증착 또는 화학기상증착이 주로 채용되나, 전기 이동도에 대한 내성이 우수하고 제조비용이 저렴한 화학기상증착 즉, 전기도금이 보다 선호되는 추세이다. 상기 기판에 대한 구리 전기도금의 원리는, 도금챔버의 전해액 상으로 양극의 구리 판과 음극의 기판를 침지시킨 후 전류를 인가함으로써, 상기 구리판으로부터 구리이온이 분리되어 기판상에 구리막을 형성시킨다. Currently, as a method for forming and patterning a copper film on the substrate, physical vapor deposition or chemical vapor deposition is mainly employed, but chemical vapor deposition, that is, excellent in resistance to electrical mobility and low in manufacturing cost, that is, electroplating is used. It is a more preferred trend. The principle of copper electroplating on the substrate is to immerse the copper plate of the anode and the substrate of the cathode onto the electrolytic solution of the plating chamber and then apply current to thereby separate the copper ions from the copper plate to form a copper film on the substrate.
한편, 근래에는 한 번의 도금공정으로 복수개의 웨이퍼를 동시에 도금시키기 위해, 상기 웨이퍼의 도금면이 상기 처리챔버의 바닥면에 대해 수직한 상태로 침지시키는 수직형 도금방식이 제안되고 있다. 이러한 수직형 도금방식의 경우, 구리이온의 효율적인 이동을 위해, 상기 구리판이 상기 웨이퍼의 도금면과 마주할 수 있도록 설치된다. On the other hand, in recent years, in order to simultaneously plate a plurality of wafers in one plating process, a vertical plating method has been proposed in which the plating surface of the wafer is immersed in a state perpendicular to the bottom surface of the processing chamber. In the case of the vertical plating method, the copper plate is installed to face the plating surface of the wafer in order to efficiently move copper ions.
그런데, 상기 수직형 도금방식의 경우, 상기 전해액은 상기 처리챔버의 바닥면으로부터 상부를 향해 흐르며 구리판의 표면이 평탄함에 따라, 상기 전해액이 구리판의 표면에서의 저항에 의해 유속이 감속되어 구리이온의 불균일한 전달이 야기된다. 즉, 상기 도금챔버의 하부에서 상부를 향해 흐르는 전해액의 유속이 점차 느려짐에 따라, 상기 구리판과 접촉되는 전해액의 흐름이 불균일해지는 것이다. 이러한 전해액 흐름의 불균일은 도금효율을 저하시키는 문제점을 야기시킨다. However, in the vertical plating method, the electrolyte flows upward from the bottom of the processing chamber and the surface of the copper plate is flat, whereby the flow rate of the electrolyte is reduced by the resistance on the surface of the copper plate, thereby reducing the copper ions. Uneven delivery is caused. That is, as the flow rate of the electrolyte flowing from the lower portion of the plating chamber toward the upper portion is gradually slowed, the flow of the electrolyte solution in contact with the copper plate becomes uneven. This non-uniformity of the electrolyte flow causes a problem of lowering the plating efficiency.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 전해액의 흐름 효율을 개선시킬 수 있는 기판도금장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a substrate plating apparatus capable of improving the flow efficiency of an electrolyte solution.
본 발명의 다른 목적은 기판의 전면에 균일한 도금막을 형성시킬 수 있는 기판도금장치를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a substrate plating apparatus capable of forming a uniform plating film on the entire surface of the substrate.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 기판도금장치는, 처리챔버, 타켓체 및, 전해액 공급원을 포함한다. The substrate plating apparatus according to the present invention for achieving the above object includes a processing chamber, a target body, and an electrolyte supply source.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 처리챔버는, 전해액을 수용하며, 도금면이 바닥면에 대해 수직한 상태로 침지되어 음극(-)이 인가되는 적어도 하나의 기판이 출입된다. According to a preferred embodiment of the present invention, the treatment chamber accommodates the electrolyte, the plating surface is immersed in a state perpendicular to the bottom surface at least one substrate to which the negative electrode (-) is applied.
상기 타켓체는, 상기 전해액에 침지되어 양극(+) 인가시 금속이온을 발생시키되, 상기 기판의 도금면과 마주하는 일측면의 중심이 상기 기판을 향해 볼록한 형상을 가지고 적어도 하나 마련된다. 여기서, 상기 타켓체는 상기 처리챔버의 바닥면에 대해 수직하게 설치되어 양측면이 각각 상기 기판과 마주하며, 상기 기판에 대해 수직한 방향으로 절단한 단면이 유선형상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 처리챔버의 바닥면과 마주하는 상기 타켓체의 바닥면이 상기 처리챔버에 고정되며, 상기 처리챔버의 바닥면과 상기 타켓체의 사이에는 상기 양극이 인가되는 양전극부가 설치되는 것이 좋다. 그러나, 상기 처리챔버의 바닥면에 대해 수직한 방향으로 상기 타켓체의 중앙을 관통하여 지지하는 타켓척을 포함하며, 상기 타켓척의 양측면과 상기 타켓체의 사이에 상기 양극이 인가되는 양전극부가 설치되는 것과 같은 변형 실시예도 가능하다.The target body is immersed in the electrolyte to generate metal ions when the positive electrode (+) is applied, and at least one center of one side facing the plating surface of the substrate has a convex shape toward the substrate. Here, the target body is installed perpendicular to the bottom surface of the processing chamber, and both sides thereof face each of the substrate, it is preferable that the cross section cut in a direction perpendicular to the substrate is streamlined. The bottom surface of the target body facing the bottom surface of the processing chamber is fixed to the processing chamber, and a positive electrode portion to which the anode is applied is disposed between the bottom surface of the processing chamber and the target body. However, the target chuck includes a target chuck penetrating through the center of the target body in a direction perpendicular to the bottom surface of the processing chamber, and between the both sides of the target chuck and the target body is provided with a positive electrode portion to which the anode is applied. Modified embodiments such as this are possible.
상기 전해액 공급원은, 상기 처리챔버의 내부로 전해액을 공급한다. 여기서, 상기 전해액 공급원은 상기 기판과 타켓체 사이로 상기 전해액을 공급하는 것이 바람직하다. The electrolyte supply source supplies an electrolyte solution into the processing chamber. Here, the electrolyte supply source preferably supplies the electrolyte between the substrate and the target body.
본 발명의 다른 측면에 의한 기판도금장치는, 전해액을 수용하며, 도금면이 바닥면에 대해 수직한 상태로 침지되어 음극(-)이 인가되는 적어도 하나의 기판이 출입되는 처리챔버, 상기 처리챔버의 바닥면에 대해 수직하게 설치되어 양측면이 각각 상기 기판과 마주하도록 상기 전해액에 침지되어 양극(+) 인가시 금속이온을 발생시키되, 상기 기판의 도금면과 마주하는 양측면의 중심이 볼록한 유선형상을 가지는 적어도 하나의 타켓체 및, 상기 기판과 타켓체의 사이로 상기 전해액을 공급하는 전해액 공급원을 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a substrate plating apparatus including a processing chamber accommodating an electrolyte solution and having a plating surface immersed in a state perpendicular to a bottom surface to which at least one substrate to which a cathode (−) is applied is introduced and exited. It is installed perpendicular to the bottom surface of the two sides are immersed in the electrolyte so that each side facing the substrate to generate metal ions upon application of positive (+), the center of both sides facing the plated surface of the substrate convex streamlined shape The branch includes at least one target body and an electrolyte supply source for supplying the electrolyte solution between the substrate and the target body.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 도금면이 처리챔버의 바닥면에 대해 수직하게 침지되는 기판과 마주하는 타켓체의 대략 중앙을 기판을 향해 볼록하게 형성시킴으로써, 타켓체를 경유하는 전해액이 마찰 저항에 의해 유속이 감소되는 문제점을 개선할 수 있게 된다. 그로 인해, 전해액의 흐름 효율 향상에 따른 금속이온 전달 효율을 기대할 수 있게 된다. According to the present invention having the above-described configuration, the electrolytic solution via the target body is formed by convexly forming the center of the target body facing the substrate whose plating surface is immersed perpendicularly to the bottom surface of the processing chamber toward the substrate. It is possible to improve the problem that the flow rate is reduced by the frictional resistance. Therefore, the metal ion transfer efficiency by the flow efficiency improvement of the electrolyte solution can be expected.
또한, 전해액의 균일한 유속에 의해 기판의 전면에 균일한 도금면을 형성시 킬 수 있어, 도금품질 향상을 기대할 수 있게 된다. In addition, a uniform plating surface can be formed on the entire surface of the substrate by a uniform flow rate of the electrolyte solution, thereby improving the plating quality.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 기판도금장치(1)는 처리챔버(10), 타켓체(20) 및, 전해액 공급원(30)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the
상기 처리챔버(10)는 전해액(S)이 수용되며, 기판(W)이 선택적으로 침지된다. 이러한 처리챔버(10)는 기판(W)의 출입을 위해 상부가 개방된 출구(11)가 마련된 욕조(bath) 형상을 가진다. 그러나, 꼭 이를 한정하는 것은 아니며, 상기 처리챔버(10)의 상부가 커버에 의해 선택적으로 개방되거나 일측면이 개방되는 것과 같이, 기판(W)이 침지될 수 있는 용량의 전해액(S)을 수용함과 아울러, 기판(W)이 선택적으로 출입될 수 있는 다양한 형상 중 어느 하나가 채용될 수 있음은 당연하다. In the
참고로, 상기 처리챔버(10) 내외로 출입하는 기판(W)은 척(12)에 의해 후면이 지지되며, 상기 기판(W)과 척(12) 사이에 마련되어 전류가 인가되는 음전극부(13)에 의해 음극이 인가된다. 또한, 상기 기판(W)은 척(12)에 의해 지지된 상태로 처리챔버(10)의 내외로 승하강된다. 아울러, 상기 기판(W)은 도금공정 중 척(12)에 의해 지지되어 회전되도록 구성될 수도 있다. 이러한 척(12)에 의해 지지되는 기판(W)의 구체적인 기술구성은 공지의 기술로부터 용이하게 이해 가능하므로, 자세한 설명은 생략한다. For reference, the back side of the substrate W entering and exiting the
한편, 상기 기판(W)은 반도체 기판이 되는 실리콘 웨이퍼로 예시하나, 꼭 이 를 한정하는 것은 아니다. 즉, 상기 기판(W)은 LCD(Liquid Crystal Display) 또는 PDP(Plasma Display Panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용 유리기판이 채용될 수 있음은 당연하다. On the other hand, the substrate (W) is illustrated as a silicon wafer to be a semiconductor substrate, but is not necessarily limited thereto. That is, the substrate W may be a glass substrate for a flat panel display device such as a liquid crystal display (LCD) or a plasma display panel (PDP).
이러한 기판(W)은 도 1에 도시된 바와 같이, 도금될 면(이하, 도금면으로 지칭함)이 상기 처리챔버(10)의 바닥면(14)에 대해 수직하게 처리챔버(10)로 침지되며, 그로 인해, 도금면이 상기 처리챔버(10)의 측면과 마주하게 된다. 이때, 상기 한 쌍의 기판(W)은 한 쌍의 척(12)에 의해 각각 후면이 지지된 상태로, 처리챔버(10)의 내외로 출입된다. As shown in FIG. 1, the substrate W has a surface to be plated (hereinafter referred to as a plating surface) immersed in the
상기 타켓체(20)는 상기 전해액(S)에 침지되며, 양전극부(21)와 연결되어 양극이 인가될 경우 산화반응에 의해 금속이온을 발생시키는 금속플레이트이다. 본 실시예에서는 상기 타켓체(20)가 구리이온을 발생시키는 구리플레이트를 포함하는 것으로 예시한다. 이와 대응하여, 상기 전해액(S)은 상기 타켓체(20)로부터 분리된 금속이온을 상기 기판(W)으로 전달하는 이온전달매체임에 따라, 황산구리액인 것으로 예시한다. The
이러한 타켓체(20)는 상기 전해액(S)에 침지된 기판(W)의 도금면과 대면하도록 상기 처리챔버(10)의 바닥면(14)에 대해 수직하게 설치된다. 여기서, 상기 타켓체(20)는 상기 기판(W)의 개수에 대응하여 상기 처리챔버(10)의 내부에 복수개 설치됨이 좋다. 이때, 상기 복수의 타켓체(20) 각각은 상기 복수의 기판(W) 각각의 도금면과 대면하는 일측면의 대략 중심이 기판(W)을 향해 볼록한 형상을 가진다. 본 실시예에서는, 도 1의 도시와 같이, 상기 타켓체(20)가 상기 처리챔버(10) 에 대한 기판(W)의 진입방향에 대해 나란한 방향으로 절단한 형상이 유선형인 것으로 예시한다. 즉, 상기 타켓체(20)의 양측면 중앙이 모두 볼록한 형상을 가지는 것이다. 이렇게 타켓체(20)의 단면 형상이 유선형일 경우, 하나의 타켓체(20)의 양측면이 모두 기판(W)의 도금면과 마주하여 금속이온을 제공할 수 있음에 따라, 도 2의 도시와 같이, 하나의 타켓체(20)에 대해 2개의 기판(W)이 동시에 마주할 수 있는 효율 향상을 기대할 수 있다. The
한편, 상기 타켓체(20)의 단면 형상이 꼭 유선형인 것으로 한정하지 않으며, 하나의 타켓체(20)에 대해 하나의 기판(W) 만이 마주할 경우, 상기 기판(W)과 마주하는 일측면의 중앙만이 볼록한 형상을 가지는 변형 실시예도 가능함은 당연하다. On the other hand, the cross-sectional shape of the
상기와 같은 타켓체(20)는 상기 처리챔버(10)의 바닥면(14)과 마주하는 저면이 처리챔버(10)에 고정되며, 상기 처리챔버(10)의 바닥면(14)과 타켓체(20)의 사이에는 양극(+)이 인가되는 양전극부(21)가 설치된다. 그러나, 상기 타켓체(20)의 저면이 양전극부(21)를 사이에 두고 처리챔버(10)의 바닥면(14)에 고정되는 것은 일 예일 뿐 도시된 예로 한정되지 않는다. 예컨대, 도 3의 도시와 같이, 상기 처리챔버(10)의 바닥면(14)에 대해 수직한 방향으로 상기 타켓체(20)의 중앙을 관통하여 지지하는 타켓척(22)을 별도로 구비하며, 상기 타켓척(22)의 양측면과 상기 타켓체(20)의 사이에 상기 양극이 인가되는 양전극부(21')가 설치되는 변형 실시예도 가능하다. The
이상과 같은 타켓체(20)는 상기 기판(W)에 대응되는 직경을 가짐으로써, 도금향상에 기여함이 좋다. The
참고로, 상기 처리챔버(10)의 내부에는 상기 타켓체(20)와 기판(W)의 사이에, 상기 타켓체(20)로부터 분리된 금속이온을 여과하여 균일하게 기판(W)으로 공급하는 필터부가 설치될 수도 있다. 이러한 필터부의 기술구성은 자세히 도시되지 않았으나 공지의 기술로부터 이해 가능하므로, 자세한 설명은 생략한다. For reference, inside the
상기 전해액 공급원(30)은 상기 처리챔버(10)의 내부로 전해액(S)을 공급한다. 이러한 전해액 공급원(30)은 상기 기판(W)과 타켓체(20)의 사이에 마련되도록 처리챔버(10)의 바닥면(14)과 연통하는 공급라인(31)과 연결되어, 상기 처리챔버(10)의 내부로 전해액(S)을 공급한다. 이에 따라, 상기 전해액(S)은 상기 기판(W)과 타켓체(20)의 사이로 공급되어 하부에서 상부로 향하는 흐름을 형성시킨다. 이때, 상기 타켓체(20)의 단면 형상이 유선형으로 형성됨에 따라, 상기 전해액(S)은 타켓체(20)의 표면에 대한 마찰이 저감됨에 따라, 균일한 유속을 가지는 흐름을 형성하게 된다.The
한편, 자세히 도시되지 않았으나, 상기 처리챔버(10)의 상부에는 전해액(S)의 순환을 위해 전해액(S)이 배출되는 배출라인(미도시)이 형성되어 전해액 공급원(30)과 연결될 수도 있으나, 이러한 전해액(S)이 순환되는 기술구성은 공지의 기술로부터 이해 가능하므로, 자세한 도시 및 설명은 생략한다. On the other hand, although not shown in detail, a discharge line (not shown) for discharging the electrolyte (S) for the circulation of the electrolyte (S) is formed on the upper portion of the
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판도금장치(1)의 도금공정을 도 1을 참고하여 순차적으로 설명하면 하기와 같다. The plating process of the
우선, 상기 타켓체(20)와 마주하도록 처리챔버(10)의 전해액(S)에 기판(W)이 침지되면, 상기 타켓체(20) 및 기판(W)과 각각 연결된 양전극부(21) 및 음전극 부(13)에 각각 양극(+)과 음극(-)이 인가된다. 이에 따라, 상기 타켓체(20)은 양극화되어 산화반응에 의해 금속이온이 전해액(S)로 분리된다. 이때, 상기 전해액(S)이 상기 처리챔버(10)의 바닥면(14)과 연결된 공급라인(31)을 통해 공급되어 유선형의 타켓체(20)의 볼록한 측면을 경유함에 따라, 마찰 저항이 저감되어 균일한 유속으로 분리된 금속이온을 기판(W) 상에 전달하게 된다. 상기 기판(W) 상으로 금속이온이 이동되면, 음극화된 기판(W)의 환원반응에 의해 상기 금속이온이 기판(W)의 전면에 도금된다. First, when the substrate W is immersed in the electrolyte S of the
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 기판도금장치를 개략적으로 도시한 단면도, 1 is a cross-sectional view schematically showing a substrate plating apparatus according to an embodiment of the present invention,
도 2는 도 1의 변형 실시예를 개략적으로 도시한 단면도, 그리고, 2 is a cross-sectional view schematically showing a modified embodiment of FIG. 1, and
도 3은 타켓체가 설치되는 변형예를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 단면도이다. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining a modification in which the target body is installed.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>Description of the Related Art [0002]
1: 기판도금장치 10: 처리챔버1: Substrate Plating Apparatus 10: Process Chamber
20: 타켓체 30: 전해액 공급원20: target body 30: electrolyte solution source
W: 기판W: Substrate
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