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KR20010052062A - 기판상에 재료를 적층하거나 분리하는 공정처리 챔버 및방법 - Google Patents

기판상에 재료를 적층하거나 분리하는 공정처리 챔버 및방법 Download PDF

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KR20010052062A
KR20010052062A KR1020007001828A KR20007001828A KR20010052062A KR 20010052062 A KR20010052062 A KR 20010052062A KR 1020007001828 A KR1020007001828 A KR 1020007001828A KR 20007001828 A KR20007001828 A KR 20007001828A KR 20010052062 A KR20010052062 A KR 20010052062A
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팅 에이치. 치우
윌리엄 에이치. 홀트캄프
웬 씨. 코
케니쓰 제이. 로워리
피터 쵸
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컷텍 리서치, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명의 공정 처리 챔버는 웨이퍼가 전지갖에서 전해질속에 있을때, 반도체 웨이퍼에 재료를 적층하거나 재료를 분리시킨다. 중공 슬리이브가 전해질을 지지하기 위해 차단 챔버를 형성하는데 이용된다. 지지부상의 웨이퍼가 차단 챔버용 덮개 바닥을 형성하기 위해 슬리이브와 결합하도록 수직으로 상향 이동된다. 하나의 전극이 차단 챔버내에 배열되는 반면에, 다른 전극은 웨이퍼의 원주주위에 분포되는 다수의 전극으로 구성된다. 상기 전극들은 지지부가 상승되어 슬리이브와 결합될때, 전해질로 부터 보호된다. 한 실시예에서, 지지부 및 슬리이브가 공정중에 정지되는 반면에, 다른 실시예에서는 지지부 및 슬리이브가 공정중에 회전 또는 용동하게 된다.

Description

기판상에 재료를 적층하거나 분리하는 공정처리 챔버 및 방법 {PROCESS CHAMBER AND METHOD FOR DEPOSITING AND/OR REMOVING MATERIAL ON A SUBSTRATE}
본발명의 기술분야는 적층이 반도체 웨이퍼상에 제조되는 것으로서, 기판 위에 전도성(통상적으로 금속)층을 여러 레벨로 제조하기 위한 것이 지금 실시되고 있다. 다수의 금속피복 층들은 1 마이크론 이하의 설계에서 매우 잘 수축되는 치수의 장치로서 고 밀도를 수용하기 위해 수행된다. 이와 같이, 상호연결된 구조의 크기는 매우 작은 치수를 수용하기 위해 수축될 필요가 있다. 그래서, 집적회로 기술이 서브-0.25마이크론 영역속으로 발전됨에 따라, 보다 발전된 금속피복 기술로 현행 방법보다 더 개량된 방법을 제공하는 것이 필요하게 되었다. 이러한 기술발전의 한 부분으로서 새로운 물질의 사용 방법이 개발되고 있다.
예를들어, 기판을 금속 피복하는데 사용되는 통상의 금속은 알루미늄이다. 알루미늄은 다른 전도성 재료들에 비하여 상대적으로 값이 싸므로 인하여 사용된다. 또한, 알루미늄은 낮은 저항성 및 에치가 상대적으로 쉽다. 그러나, 다양한 크기들이 저-마이크론 레벨로 스케일 다운(scaled down)될때, 알류미늄과 관계된 본래의 높은 전류 밀도 및 일렉트로미그레이션(electromigration)성질은 보다 중요하게 된다. 알루미늄과 결합하는 다른 금속(예를들어 텅스텐등)을 상요하므로서, 소기의 성과는 있지만, 알루미늄의 본질적인 성질은 여전히 그 효율적인 이용에 한계가 있다.
반도체 웨이퍼의 모든 금속 피막용 재료로서 구리를 이용하고 있다.(예를들어, 1989년 6월 12 ~ 13일자 발행된 VMIC 커퍼런스의 258 내지 264페이지에 실린 페이-린 화이등의 “미래 상호연결 물질과 같은 구리”에 기술되어 있음) 구리가 알루미늄보다 낮은 저항성 및 높은 일렉트로미그레이션 성질을 구비하므로, 알루미늄보다 웨이퍼상의 금속 피막을 제공하는데 보다 양호한 물질로 인정된다. 또한, 구리는 플러그(상호 레벨을 연결함)로서 이용되는 바람직한 금속으로 구리를 제조하면, 텅스텐보다 양호한 전기적인 성질을 구비한다. 그러나, 구리의 금속 피막을 이용하는데 중요한 단점은 증착/에칭에 대한 어려움이다. 이것은 구리의 사용이 알루미늄보다 제조 단가를 높이는 이유이다. 그래서, 향상된 웨이퍼 공정처리 기술은 구리에 의해서 달성될지라도, 구리를 사용하는 공정 단가는 결국 부정적인 요소로 작용한다. 따라서, 구리사용에 대한 제조 단가를 증가시키지 않는 구리사용에 대한 기술적인 보완이 필요하게 되었다.
반도체 웨이퍼와 같은 기판상에 피쳐, 회로 및 기구(device)를 제조하기 위해, 웨이퍼상에 재료를 증착 및 에칭하는 다양한 기술이 공지되어 있다. 증착기술은 전해질에 웨이퍼를 스퍼터링(sputtering) 및 침전하는 PVD,CVD와 같은 공정을 포함한다. 이러한 공정의 마지막 기술로는 전기 증착 또는 전기도금등이 사용될수 있다. 전기 도금 기술에서, 기판은 음극 및 양극사이의 전기장에 위치되고 전해질에 침전된다. 상기 전기장에서 전하를 갖는 입자는 웨이퍼의 기판상에 증착된다,(예를들어, 미국 특허 제 5,441,629호의 “전기도금을 위한 장치 및 방법”에 기술되어 있음)
유사하게도, 웨이퍼로 부터 재료를 제거하기 위해 여러기술들이 공지되어 있다. 이러한 기술로는 RIE, 플라즈마 에칭, 화학적-기계적인 폴리싱 및 전해질에서의 침전등이 있다. 전기장에 웨이퍼를 침전시키므로서의 재료 제거는 전기 도금을 위해 설정되는 것과 동일하게 시행되지만, 전하를 갖는 입자들이 웨이퍼로 부터 제거되기 때문에 반대의 결과를 야기한다.
본 발명은 기판으로 부터 재료를 증착 또는 제거하는 전기도금/전기폴리싱 기술에 관한 것이다. 이러한 기술들은 금속 피막을 위해 구리를 기준으로 하여 적용되는 새로운 공정 처리 투울(tool)에서 개선된다. 따라서, 본 발명은 전기 도금에 의해서 재료를 증착하거나 제거하며, 이러한 기술은 반도체 제품의 대량 생산에 대해 매우 경제적이다. 더욱이, 이러한 기술들은 실리콘 웨이퍼상이 구리를 증착하는데 효율적으로 이용될수 있다.
본 발명은 반도체 웨이퍼의 공정처리 분야에 관한 것으로서, 보다 상세히 기술하면, 반도체 웨이퍼상에 재료를 적층하거나 재료를 제거하기 위한 챔버 및, 이러한 챔버를 이용하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 반도체 웨이퍼와 같은 재료를 공정처리하는 본 발명의 공정처리 챔버의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 공정처리 챔버의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 공정처리 챔버에서 이용되는 웨이퍼 지지부의 사시도.
도 4는 본발명의 공정처리 챔버에서 공정처리 전해질을 포함하기 위해 이용되는 유체 슬리이브의 사시도이다.
도 5는 웨이퍼 지지부가 슬리이브를 결합하기 위해 상승될때 웨이퍼 지지부의 위치를 나타내는 도 1 및 도 2의 공정처리 챔버의 횡단면도.
도 6은 슬리이브로 부터 웨이퍼 지지부의 분리된 위치를 나타내는 도 1 및 도 2의 공정처리 챔버의 횡단면도.
도 7은 웨이퍼 지지부가 차단영역내의 양극의 위치 및 슬리이브와 결합할때 형성된 전해질 차단영역의 횡단면도.
도 8은 유체의 분포를 위해 개구를 갖는 양극 축을 구비하는 다른 실시예의 횡단면도.
도 9는 공정처리 챔버에서 사용되는 다수의 음의 전극들중의 하나를 나타내는 횡단면도.
도 10은 회전 또는 요동하는 슬리이브가 공정중에 웨이퍼를 회전시키는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 분해 사시도.
도 11은 본 발명의 공정처리 챔버를 패키징하기 위해 하나의 형상을 나타내는 사시도.
도 12는 도 11에 도시된 다수의 공정처리 유니트가 시스템으로서 작동하도록 함께 클러스터되는 클러스터 투울의 사시도.
도 13은 두 슬리이브들이 공정처리 웨이퍼들을 위한 챔버내 함께 형성되는 본 발명의 다른 실시예의 횡단면도.
본 발명은 웨이퍼가 전기장에서 전해질에 침전될때, 반도체 웨이퍼에 재료를 증착하거나 제거하기 위한 공정처리 챔버를 제공한다. 중공 슬리이브가 전해질을 지지하기 위해 차단 챔버를 형성하는데 이용된다. 상기 슬리이브는 웨이퍼와 결합하기 위해 낮은 단부에서 개방된다. 웨이퍼는 슬리이브와 결합하거나 불리하기 위해 수직으로 이동하는 지지부상에 존재하게 된다. 상기 웨이퍼가 지지부상에 위치될때, 슬리이브와 결합하기 위해 상승된다. 지지부 및 웨이퍼는 차단 챔버를 위해 덮개 바닥을 형성하기 위해 슬리이브의 하부 개구와 결합하게 된다.
제 1 전극은 차단 챔버내에 배열되며, 슬리이브의 상부 단부를 통해 연장되는 축으로 부터 현수된다. 제 1 전극은 전기도금을 위한 양극 및 전기 폴리싱을 위한 음극로 작용한다. 대응하는 전극(전기도금용 음극 및 전기폴리싱용 양극)은 웨이퍼의 페이스(face)측면상에 접촉하도록 배열된다. 이러한 전극은 웨이퍼의 원주에 대해 분포되는 다수의 전극들로 구성된다. 상기 전극들은 지지부가 상승되고 슬리이브와 결합될때, 전해질로 부터 보호를 받게 된다.
한 실시예에서, 지지부 및 슬리이브는 공정처리중에 정지된다. 다른 실시예에서, 고정처리중에 지지부 및 슬리이브는 회전또는 요동된다. 공정처리의 유체(또는 전해질)는 양극을 지지하는 축을 통해 안내된다. 공정처리중에, 전해질은 축을 통해 안내된다. 분리된 위치에 있을때, 물 및 질소와 같은 세정 및 건조 유체들은 축을 통해 안내된다.
상기 지지부는 웨이퍼가 세정 및 건조 사이클중에 회전될때 지지축상에 있게된다. 베셀(vessel)이 공정처리중에 회전되는 실시예에서, 베셀은 지지부의 회전이 슬리이브를 회전시키기 위해 지지부에 결합된다.
전기장 및 전해질에 대해 웨이퍼에 가하므로서, 반도체 웨이퍼상에 재료를 증착하거나, 웨이퍼로부터 재료를 제거하는데 이용되는 공정처리 챔버가 기술되어 있다. 본 발명의 이해를 보다 용이하게 하기 위해, 하기에 특정구조, 물질, 공정에 대하여 보다 상세히 기술된다. 그러나, 본발명은 하기의 실시예 이외에도 실시될수 있음을 본 발명의 통상의 전문가는 누구나 알수 있다. 또한, 널리 공지된 기술 및 구조는 본발명을 이해하는 큰 관계가 없으므로 생략한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 재료를 반도체 웨이퍼상에 전기도금(electroplating)하는 기술에 의해서 금속물질의 적층에 대해 먼저 기술한다. 증착물질로는 구리가 이용된다. 그러나, 본 발명은 다른 금속 및 합금(본원에서, 금속이란 용어는 금속합금을 지칭한다)과, 유전 물질의 증착에도 적용될수 있다. 더욱이, 본발명은 반도체 웨이퍼에 대한것으로 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 범퍼 형성 또는 세라믹 기판, 평평한 판넬 디스플레이의 제조와 같은 반도체 장치를 패키징하는데 이용되는 기판 및, 다른 기판상에 물질을 공정처리하는 데 용이하게 적용될수 있다.
또한, 본발명의 챔버가 비슷한 기판으로 부터 물질을 전기도금하는데 이용될수 있는 실시예가 도시된다. 본원에서 기술된 에칭, 폴리싱, 판이탈(deplating) 또는 재료의 제거등 각각은 전기도금 또는 폴리싱으로 모두 언급된다. 한편, 전해질 및 전기장이 재료 제거를 위해 이용된다. 여러 전해질들이 필요하게 되고, 챔버에서의 전류 방향은 재료를 제거하기 위해 역전된다. 그러나, 재료를 적층하기 위해 본원에 기술된 챔버 구조는 반도체 웨이퍼 또는 기판들로부터 특정물질을 제거하기 위해 꾸준히 적용된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본발명의 양호한 실시예인 공정처리 챔버(10)가 도시되어 있다. 도 2는 도 1에 도시된 챔버(10)의 절개도를 나타낸다. 챔버(10)는 외측 케이싱(11), 내측 유체 슬리이브(12), 웨이퍼 지지부(13, 웨이퍼 판형 또는 플랫폼으로 언급됨), 양의 전극(14), 음의 전극(15), 유체 전달(양극)축(16), 웨이퍼 회전 축(17), 두 클린싱 매니폴드(18,19), 후방측 정화 매니폴드(20) 및 커버(21,22)들을 포함한다. 이러한 모든 요소들은 본 발명의 실행을 위해 필요하게 된다. 도 3에 보다 상세히 도시된 웨이퍼 지지부(13)는 웨이퍼를 수용하기 위해 거의 평평한 판형상의 상부 표면를 갖는 원형상 부재로 구성된다. 상기 챔버(10)내에서 공정처리가 진행될때, 지지부(13)의 표면상에는 웨이퍼가 놓여진다. 하기에 기술되는 바와 같이, 외측 케이싱(11)에 위치된 어세스 포트(access port, 25)는 챔버(10)의 내부로 웨이퍼를 삽입하거나 내부로 부터 웨이퍼를 추출하게 된다. 웨이퍼 지지부(13)는 원형의 판형상 디스크로 통상적으로 형성되어 실리콘 웨이퍼와 같은 원형의 판형상 반도체 웨이퍼를 수용하게된다. 양호한 실시예에서, 웨이퍼 지지부(13)가 평평한 상부 섹션(26) 및 하부 연장형 섹션(27)을 지지하므로, 지지부(13)는 원통형으로 보이게 된다. 상부 섹션(26)은 웨이퍼를 수용하고, 하부섹션(27)은 웨이퍼 회전축(17)의 노출부를 보호하기 위해 덮개로서 이용된다. 지적된바와 같이, 하부 섹션(27)은 회전될때, 또는 회전이 필요한 경우 상기 축(17)을 수용하고 지지중량을 감소시키기 위해 중앙이 중공으로 형성된다. 케이싱(11)의 바닥은 챔버(10)로 부터의 사용된 유체를 제거하기 위해, 배수로를 항해 경사져 있다. 더욱이, 상기 축(17)내에 배치된 진공 라인(44, 도 5 및 도 6에 상세히 도시됨)은 지지부(13)에 결합된다. 상기 지지부(13)의 상부 섹션의 표면에는 다수의 작은 진공 개구가 존재하게 된다. 웨이퍼가 배치된 곳에서 지지될때, 지지부(13)의 표면에 진공이 적용된다.
내측의 유체 슬리이브(12, 유체 오염 용기 또는 내측의 처리 챔버로 언급됨)는 도 4에 보다 상세히 도시되며, 양단부가 개방되는 중공 원통형상으로 형성된다. 상기 슬리이브(12)는 웨이퍼가 공정처리중에 있을때, 공정처리 유체(전해질, 공정처리 매개체 또는 화학물로 언급된다)를 지지하는데 이용된다. 슬리이브(12)의 하단부는 지지부(13)상에 잔류하는 웨이퍼(35)와 결합하게 된다. 슬리이브(12)의 상부 개구는 케이싱 커버(22)와 결합하게 된다. 적어도 하나의 개구(30)는 슬리이브(12)의 원통형 측벽을 따라 배열된다. 이러한 개구의 크기 및 갯수는 도 4의 실시예에서는 4개의 개구가 동일하게 이격되어 배열되지만, 다른 것으로도 배열될수 있다. 상기 개구(30)들은 슬리이브(12)에서 유체를 위한 유체 방출(또는 과유동)개구로 작용한다. 그래서, 슬리이브(12)를 따른 이러한 개구(30)의 높이는 슬리이브(12)에 채워지는 소정의 유체 높이에 의해서 결정된다.
또한, 슬리이브(12)의 형상 및 크기는 처리될 기판 형상에 따라 변화되지만, 일반적인 형상은 원형의 웨이퍼 형상에 따라 차단벽을 제공하기 위해 원통형으로 이루어진다. 웨이퍼(35)가 위치될때, 웨이퍼(35)가 슬리브(12)용 바닥을 형성하기 위해 바닥에 존재하게 되어, 웨이퍼의 면은 슬리이브(12)내 존재하는 전해질에 노출된다. 웨이퍼(비공정처리됨)의 외측 에지만이 슬리이브(12)와 맞물리게 된다. 양호한 실시예의 슬리이브(12)는 음의 전극(15)이 있는 위치에 연결된 4개의 접촉 로케이션(31)을 포함한다. 상기 접촉 로케이션(31)은 슬리이브(12)의 벽내부의 중공 개구(또는 채널)가 대응하게 배치된다. 채널(32)은 슬리이브(12)의 하부에 위치된 음의 전극(15)에 전기 연결되는데 이용된다. 상기 채널(32)들은 웨이퍼 표면에 대해 전기적으로 연결되게 위치되지만, 전기적으로 연결되는 곳에 전해질의 부식 효과를 차단한다.
도 2는 챔버가 조립될때, 챔버의 내부를 나타내며, 도 5는 대응하는 횡단면도를 나타낸다. 업(up, 결합된)위치에서의 웨이퍼 지지부(13)가 도시되어 있다. 결합된 위치에서, 웨이퍼가 존재하는 웨이퍼 지지부(13)는 슬리이브(12)와 결합하도록 구성된다. 다양한 기술들이 두 구성요소(12,13)들과 맞물리도록 이용되지만, 바람직한 실시예에서 웨이퍼 지지부(13)는 수직방향으로 이동가능하게 된다. 웨이퍼 지지부(13)의 다운(down, 비결합)위치가 도 6에 도시되어 있다.
도 2, 도 5 및 도 6에 도시된바와 같이, 슬리이브(12)의 상단부는 케이싱 커버(22)와 결합된다. 슬리이브가 케이싱 커버(22)에 결합되는 방법은 하기에 기술되며, 슬리이브(12)가 챔버(10)내에서 회전되는 경우에, 이것에 따라 변화한다. 상기 커버(22)는 챔버(10)내에 슬리이브(12)를 장착하기 위해 케이싱(11)상에 부착되고, 챔버(10)의 상부 덮개부를 제공한다. 도시된바와 같이, 상기 커버(22)는 중심 개구를 구비하며, 그위치는 슬리이브(12)의 상부 개방단부와 대응하게 된다. 양의 전극(14) 및 이것에 수반하는 축(16)은 슬리이브(12)의 내부에 양극을 위치시키기 위해 커버(22)내 개구를 통해 위치된다. 슬리이브(12)의 내부는 웨이퍼가 차단 영역(28)의 바닥으로서 기능하도록 위치될때, 전해질의 지지를 위해 제 1 차단 영역(28)을 형성한다. 상기 축(16)은 양극 커버(21)에서의 축 개구를 통과하고, 상기 커버(21)는 케이싱 커버(22)상에 장착된다. 볼트 또는 스크류들과 같은 장착 수단이 커버(21,22)들을 장착하는데 사용된다. 상기 커버(21,22)들이 그위치에 장착될때, 챔버(10)는 웨이퍼를 처리하도록 완전히 밀폐된다.
상기 도면들에 도시된바와 같이, 웨이퍼 지지부(13)는 축(17)의 한 단부상에 장착된다. 축(17)의 다른 단부에는 케이싱(11)을 통해 연장된다. 상기 축(17)은 기계적인 이동을 제공하고, 축에 존재하는 도관은 지지부(13) 표면상에 진공적으로 결합된다. 하기에 기술되는 바와 같이, 축(17)은 모터와 같은 회전 구동 수단에 결합될수 있으며, 상기 구동 수단은 지지부(13)를 회전시키기 위해 회전 이동을 제공한다. 부싱, 가스킷, 베어링 또는 다른 밀봉기구들이 액체 또는 증기의 이탈을 방지하기 위해 사용된다.
임의의 공정처리 매개체가 웨이퍼에 작용할때. 웨이퍼를 통상적으로 회전시킨다. 이러한 회전은 매개체를 웨이퍼 표면위로 보다 균일하게 분포시킨다. 따라서, 웨이퍼 지지부(13)상에서 웨이퍼(35)를 회전시키는 위치는 챔버(10)내에 상요된 매개체에 따라 좌우되며, 수행될 공정처리를 위한 분포의 효율성에 따라 좌우된다. 그래서, 하나의 접근 방법으로 웨이퍼를 회전시키지 않는 것이다. 그러나, 매개체의 분포에 웨이퍼의 회전이 도움을 제공하므로, 웨이퍼 지지부(13)는 축(17)에 의해서 회전될수 있다. 비록 회전속도가 특정공정에 따라 차이가 있더라도, 통상적으로 5 ~ 500rpm을 갖게된다. 더욱이, 특정 rpm으로 웨이퍼를 회전하는 대신에, 웨이퍼는 전후로 요동(또는 흔들림)될수 있다. 본 발명은 웨이퍼를 회전(또는 요동)시키거나, 웨이퍼 지지부를 정시상태로 유지하므로서 실행된다.
본 발명의 실시예에서, 축(17)은 지지부(13)를 연직으로 이동시키기 위해 연직방향으로 이동가능하게 된다. 도 6에서 다운위치를 도시한바와 같이, 지지부(13)는 어쎄스 포트(25)를 통해 웨이퍼를 수용하거나 제거하도록 위치설정된다. 이것은 웨이퍼 지지부(13)에 대한 이송 유입 위치이다. 웨이퍼는 어쎄스 포트(25)에 정렬되며, 상기 어쎄스 포트는 챔버(11)의 내부 및 외부사이의 접촉면상에 제공된다. 여러종류의 웨이퍼 조정기구들중의 하나를 이용하면, 웨이퍼(35)는 지지부(13)위로 위치되도록 어세스 포트(25)를 통해 챔버(11)속으로 부하된다. 지지부(13)와 함께 축(17)은 지지부(13)에 대한 웨이퍼의 이송을 효과적으로 하기 위해 상승된다. 부하 매카니즐이 후퇴되고 연속적으로 작용할때, 상기 축(17)은 지지부(13)와 함께 상승되고, 웨이퍼(35)는 슬리이브(12)와 결합하게 된다.
도 5에 도시된 지지부(13)의 결합 위치는 웨이퍼 지지부(13)의 상부 위치를 나타낸다. 상기 웨이퍼 지지부의 하부(또는 세정 및 건조)위치는 웨이퍼를 세정하고 건조하기 위해 어쎄스 포트(25)의 개구 밑에 웨이퍼를 위치시킨다. 이러한 하부 위치는 웨이퍼가 회전될때 액체가 어쎄스 개구밖으로 회전되지 않게 한다. 상기 공정이 완전하고 웨이퍼가 챔버로 부터 제거될때, 상기 지지부(13)는 챔버(10)로 부터 웨이퍼를 제거하기 위해 이송 유출 위치에 대해 위치설정된다. 관통 포트(25)로 삽입되는 웨이퍼 핸들러 매카니즘(도시되지 않음)은 포트 개구를 통해 웨이퍼를 추출하게 된다. 이송 유입 및 배출 위치들은 웨이퍼 핸들러 매카니즘과 일체되는 최적의 방법에 따라 동일한 위치일수도 있거나, 다른 위치일수도 있다.
양의 전극
도 7에 보다 상세히 도시된바와 같이, 양의 전극(14, 양극으로 간략히 언급함)은 상부 축(16)의 단부에 부착(볼트, 스크류, 클램프 또는 용접등의 수단에 의해서)되고, 차단 영역(28)내에 잔류하게 된다. 웨이퍼 지지부(13)상에 잔류하는 웨이퍼(35)위의 양극(14) 높이는 전기 매개변수 및 수행될 공정처리에 좌우된다. 똥상적으로, 전기도금/전기폴리싱 공정을 위해, 전해질로 양극을 침전시키는 것이 바람직하다. 따라서, 양극이 전해질속으로 침전되도록 유동 개구(30)밑에 양극(14)을 위치시키는 것이 바람직하다.
일반적으로, 양극의 높이는 하나의 위치에서 고정되며, 양극(14)은 차단 영역(28)내의 설정 위치에 위치된다. 웨이퍼에 대한 양극의 실질적인 위치는 수행되는 공정 및 특정 시스템에 의해서 변화될수 있다. 양극-웨이퍼 분리 거리는 양극(14) 및 웨이퍼(35)사이의 전기장 세기를 결정하는 요소이다.
상기 축(16)은 양극(14)을 위치시키고, 유동 화살표 38로 도시된바와 같이, 슬리이브(12)의 차단 영역(28)속으로 전해질을 안내하는 도관을 제공한다. 상기 축(16)내의 중앙 중공 채널(36, 또는 통로)는 슬리이브(12)의 차단 영역(28)속으로 하나 이상의 유체를 유동시킨다. 통로(36)의 단부에서의 개구가 웨이퍼와 대면하는 양극(14)의 표면에 인접하게 위치되므로, 유체는 양극(14)밑의 결합된 차단 영역(28)속으로 안내된다. 슬리이브(12)속으로 공정 유체의 분사 위치는 웨이퍼 표면에 인접하게 새로운 공정 유체의 존재를 확인할수 있게 한다.
유체를 이송하는 파이프가 통로(36)속으로 삽입되어 결합된다. 또한, 다수의 유체 매개체(유체 및 가스들)들은 통로(36)를 통해 차단 영역(28)속으로 안내된다. 따라서, 양호한 실시예에서, 다수의 유체가 통로(36)를 통해 안내된다. 예를들어, 웨이퍼(35)상에 금속을 전기도금하기 위해, 전기도금 유체(통상적인 유체)는 차단 영역(28)속으로 먼저 펌핑되어 이동한다. 전기도금 공정이 완성되고, 전해질이 배수될때, 탈 이온수는 펌프되며, 웨이퍼의 표면상에 분사되어 웨이퍼를 세정한다. 계속하여, 질소(N2)가스가 챔버로부터 웨이퍼를 제거하기 전에 웨이퍼를 건조하기 위해 차단영역속으로 펌프되어 이동된다. 상기 웨이퍼(35)는 전해질이 유입되기 전에 여러번 세정 및 건조된다. 통상적으로, 세정 및 건조 사이클들은 하부 위치에 위치되는 웨이퍼 지지부(13)에 의해서 수행된다.
도 8을 참조하면, 바람직한 양의 축이 도시되어 있다. 상기 실시예에서, 다수의 개구(37)들은 축(16)의 측면을 따라 배열되어 있다. 중심 통로(36)는 상술된바와 같이, 중심 양극의 개구에서 다수의 유체들을 전달하는데 활용된다. 그러나, 제 2의 통로가 축(16)의 벽과 중심 통로(36)사이에 형성되므로, 중공 슬리이브의 형태로 제 2 통로 또는 채널은 중심 통로(36)주위에 동심적으로 형성된다.
도 8에 도시된바와 같이, 다수의 개구(37)들은 축(16)의 외측벽을 따라 배열된다. 상기 개구(37)들이 제 2 통로를 통해 연장되므로, 제 2 통로에서 펌프되는 유체는 개구(37)를 통해 통과한다. 또한, 다수의 유체들이 중심 통로(36)와 유사한 개구(37)를 통해 펌핑되어 이동한다. 그러나, 본 발명의 실시예에서, 세정 및 건조와 관련된 유체만이 개구(37)를 통해 펌핑되어 이동한다.
따라서, 웨이퍼가 상부 위치속으로 놓여질때, 전해질은 중심 통로(36)만을 통해 펌핑되어 이동하므로 양극(14) 및 웨이퍼(15)사이의 영역속으로 추출된다. 그러나, 탈이온수의 세정 단계 및 질소의 건조 단계(웨이퍼(35)가 하부 위치에 있을때)중에, 두 통로들은 탈이온수 및 질소를 수용한다. 그래서, 웨이퍼 표면을 세정 및 건조할뿐만 아니라, 슬리이브(12)의 내벽도 세정 및 건조하여, 차단영역(28)에서 잔류하는 전해질을 제거한다. 개구(37)는 탈이온수 및 질소를 슬리이브(12)의 상부 영역에서 분사하게 하여 슬리이브(12)내에 잔류하는 표면 및 구성요소로 부터 잔류물을 제거한다.
음의 전극
도 9를 참조하면, 음의 전극(전극이라고 간략히 언급함)들중의 하나가 도 9에 상세히 도시되어 있다. 다수의 전극(15)들이 선택될지라도, 본 발명의 공정처리 챔버(10)에서는 슬리이브(12)의 바닥 단부 주위로 동일하게 이격된 4개의 전극(15, 200mm 크기의 웨이퍼)을 이용한다. 상기 전극(15)은 웨이퍼(35)의 에지와 접촉하도록 단부에서 굽혀지거나 아래로 스프링-부하되는 전기 전도체로 구성된다. 각 전극(15)은 전기 전도체(41)에 결합되므로서 슬리이브(12)의 바닥 표면에 고정된다. 그래서, 슬리이브(12)가 챔버(10)내에 조립되며 위치될때, 각 전극(15)은 한 단부에서 전기 전도체(41)와 대응하게 부착되며, 다른단부가 웨이퍼(35)의 에지와 접촉하게 된다. 모든 전극(15)들은 분포된 음극으로 형성되며, 상기 음극의 접촉부들은 전기도금 공정에서 받는 물과 접촉하게 된다.
그래서, 각 전극들에는 대응하는 전기 전도체(41)에 의해서 전기 결합이 제공되며, 상기 전도체는 슬리이브(12)내의 대응 채널을 통해 삽입되며, 전도체(41)의 단부는 각각의 전극(15)에 부착된다. 전도체들의 다른 단부는 케이싱 커버(22,21)를 통해 챔버와 연결되며, 축(16)을 통해 일체로 된다. 전기 전선이 통상적으로 형성되는 방법은 다양하다.
또한, 도 9에는 슬리이브(12)의 내벽과, 전극(15)의 웨이퍼 단부사이에 배열된 시일(42)이 도시되어 있다. 도시된바와 같이, 시일(42)이 슬리이브(12)의 내벽에 인접하게 위치되므로, 전력이 전극에 적용될때 전극(15)에 전해질이 도달하는 것을 차단한다. 전기도금 또는 전기폴리싱의 공정은 동력이 양극 및 음극에 적용될때까지 실질적으로 일어나지 않는다.
그러나, 동력이 적용될때, 판형상 또는 폴리싱 공정중에 용액을 받는 것은 웨이퍼(35)보다는 그 표면이다. 따라서, 전극(150에 전해질이 도달하는 것을 방지하기 위해 시일(42)를 이용하므로서, 동력이 적용될때 전극들은 판평상 또는 폴리싱 처리된다. 음의 전극(15)을 판형상의 용액으로 부터 시일하고 보호하기 위해 전극(15)에 적층이 누적되지 않는다. 이것은 전극(15)상 재료의 설치 또는 전극으로 부터 재료의 제거를 방지하며, 이러한 재료들은 공정중에 챔버내에 발생된 오명물질들이다.
시일(42)은 공정 유체에 대한 저항을 이용하여 다양한 재료로 제조된다. 양호한 실시예에서, 폴리프로필렌 또는 다른 동등의 폴리머(예를들어, 비톤TM, 테프론TM재료)가 이용될수도 있다. 그러나, 슬리이브(12)가 웨이퍼(35)의 전체 원주를 따라 웨이퍼(35)와 함께 장착된다면, 링 시일이 이용될수 있다. 그러나, 유동 갭(43, 도 2,도7 및 도 8에 도시됨)이 슬리이브의 하부에 위치되면, U-자 형상의 시일들은 갭으로 인하여 전기 접촉 위치들에서 필요하게 된다. 시일들은 전극(15)에 전해질이 도달하는 것을 방지하여야 한다.
하나 이상의 유동 갭(43)들은 슬리이브(12)의 하부에 또는 하부에 인접하게 위치된다. 이러한 위치는 다양하게 변화될수 있다. 도면에서, 유동 갭(43)은 슬리이브(12)의 바닥 근처에 위치된다. 슬리이브(12)의 바람직한 실시예에서 유동갭이 사용된다. 유동갭(43)의 목적은 웨이퍼의 표면을 따라 보다 양호한 분포 유동을 위한 것이다. 개구(30)들이 여전히 존재하게 된다. 유동 갭(43)은 웨이퍼(35)의 원주에 대한 유체 유입 포인트에서 중심으로 부터 차단영역(28)의 바닥을 따라 유체 유동을 허용한다. 웨이퍼(35)의 표면에 인접한 측면 유체의 유동은 전해질의 균일한 유동을 확실하게 하고, 이러한 균일한 유동으로 인하여 적층된 재료의 두께(통상적으로 얇은 막 층)는 균일하게 개선된다.
공정처리가 완전하게 되고 웨이퍼가 슬리이브(12)로 부터 분리될때, 다량의 전해질이 전극들에 접촉된다. 그러나, 전극들은 이 단계에서 동력을 받지 못하고, 전극(15)들과 유체 접촉하는 량은 세정단계중에 세척된다.
도 5 및 도 6을 다시 참조하면, 챔버(10)의 다수 특징들이 도시되어 있다. 3개의 링 형-매니폴드(18,19,20)들은 위치되는 특정 위치에서 탈이온수 및 질소를 분사하는데 이용된다. 상부 매니폴드(18)는 챔버(10)의 상부 인접부에 위치되어 탈이온수를 하향으로 분무하므로서 슬리이브(12) 및 케이싱(11)의 벽으로 부터 전해질을 제거한다. 하부 매니폴드(19)가 웨이퍼 지지부(13)의 인접부에 하부 축(17) 주위에 위치되므로, 웨이퍼 지지부(13)가 하부 위치에 있게 될때, 탈이온수는 웨이퍼 지지부(13)상에 또는 그 주위로 임의 유체를 세정하기 위해 분무된다. 상기 세정 작업은 하부 위치에서 웨이퍼에 대하여 통상 수행된다. 두 세정 매니폴드(18,19) 및 분사 질소는 챔버 내부를 건조시키며, 상기 내부는 제 2 차단 영역(29)을 형성한다. 두 개의 매니폴드(18,19)가 케이싱 커버(22)에 부착된 지지부재(도시않음)에 의해 별도의 위치에 놓여서, 케이싱 커버(22)가 제거될 때 슬리이브(12)와 함께 매니폴드(18,19)는 서로 부착된 단일체로서 챔버(10)로부터 제거될 수 있다. 매니폴드(18,19)에 대한 유체(물 및 N2) 커플링은 도시되지 않았지만 실제로는 존재하며 커플링의 연결라인들이 케이싱(11)으로부터 일반적으로 상부 커버(21,22)를 통해 연장되거나 축(16) 내부에 통합된다.
중간 세정 매니폴드(20)는 퍼지 매니폴드이며 웨이퍼 지지대(13)의 상단부 주위에 배열된다. 도시않은 지지부재는 매니폴드를 케이싱 커버(22)에 부착한다. 이러한 매니폴드(20)는 전해질이 챔버(10)내부로 흐르는 처리공정 중에 웨이퍼의 에지상에 N2를 분사시키는데 사용된다. 처리공정중에 전해질이 흐르므로, 웨이퍼의 에지에 따른 N2의 분사로 전해질이 웨이퍼의 후면 및 지지대(13)의 표면에 도달하는 것이 방지된다.
상기 챔버(10)는 세정 매니폴드(18-20)중 하나 또는 전부가 없어도 완전한 기능을 하는 것으로 이해된다. 그러나, 챔버내의 청정 환경의 부여, 시스템의 생산력개선 및 챔버(10)내에 존재하는 성분들의 보수유지 사이클을 연장하기 위해 상기 적절히 사용된 매니폴드가 제공될 수 있다.
회전 슬리이브
다른 실시예에서, 상기 슬리이브(12)는 웨이퍼(35)가 작동위치에 놓일 때 회전(또는 진동)하도록 제조된다. 즉, 웨이퍼 회전은 웨이퍼의 전기도금/전기폴리싱 공정의 수행시에 바람직하다. 슬리이브(12)에 대한 회전능력을 제공하기 위해, 슬리이브(12)의 상단부는 고정 케이싱 또는 커버에 고착될 수 없다. 게다가, 회전 도체(41)를 고정 전기접점에 연결하기 위해서는 몇몇 형태의 회전 커플링이 필요하다.
도 10은 회전 전기 커플링이 사용된 실시예를 도시한다. 다양한 전기 커플링이 슬리이브/커버의 경계면에 사용될 수 있으나, 도 10의 실시예에서는 슬립링 조립체(46)가 사용되었다. 상기 용기(12)는 웨이퍼 지지대(13)의 회전에 의해 회전되도록 구동된다. 양호한 실시예에서, 슬리이브(12)상의 원주변에 따른 다수의 지점에 위치된 다우얼 핀은 웨이퍼 지지대(13)의 평탄 상부(26)에 위치된 대응 구멍에 결합된다. 지지대(13)의 회전운동에 의해 슬리이브(12)가 일체로 회전되게 된다.
가동 슬리이브(12)에 의해 전기도체(41)도 회전된다. 슬립링 조립체(46)는 슬리이브(12)의 상단부에 장착되어 슬리이브(12)와 함께 회전되도록 구성된다. 밀폐 하우징(61)은 슬리이브(12) 및 조립체의 상부에 대한 밀봉를 커버 플랜지(62)와 함께 형성한다. 밀폐 하우징(61)은 슬리이브(12)의 상부와 커버 플랜지(62) 사이에 공동(47)을 형성할 수 있는 높이를 가진다. 이러한 실시예에서 슬리이브(12)는 애노드 축(16)의 통로를 위해 필요한 중앙 개구(45)를 제외하고 밀폐된 상단부를 가진다. 상기 슬립링 조립체(46)는 공동 구역 내측에 조립된다. 상기 애노드 축(16)는 개구(45)를 통해 커버 플랜지(62)와 조립체(46)를 통과하여 상기 애노드 축가 밀폐 영역(28)내에 놓이게 된다.
전기 도체(41)는 슬립링 조립체(46)상의 접점에 연결되어 두 소자가 일체로 회전한다. 상기 슬립링 조립체(46)의 고정부는 중심부에 있고 축(16)는 상기 중심부를 통해 연결된다. 고정 전기접속은 상기 지점에서 형성된다. 슬립링 조립체의 예는 미국 버지니아 블랙스버그 소재의 리톤 폴리-사이언티픽에 의해 제조된 모델 에이씨4598(또는 에이씨4831)이다.
도 10에 도시된 바와 같은 회전 슬리이브(12)를 사용하는 본 발명의 실시예에 있어서, (N2와 같은)불활성 가스는 공동(47)내부로 흐르도록 강요된다. N2가스는 슬리이브(12)와 밀폐 하우징(61) 사이의 공동(47)으로부터 하향으로 흐르도록 구성되어 있다. 포지티브 압력의 N2흐름은 전해질으로부터의 연무가 슬리이브(12) 측면 및 상부를 따라 작동구역 내부로 모이지 않게 한다. 도 10에 도시한 특정 실시예에서, 베어링 플랜지(63)와 같은 기계식 커플링이 슬리이브(12)의 물리적 지지대를 위해 밀폐 하우징(61)의 상부 플랜지(64)와 슬리이브(12) 사이에 이용된다. 베어링(48)이 기계식 지지를 제공하는데 사용되지만 플랜지(64) 및 밀폐 하우징(61)과 상대적으로 슬리이브(12)가 회전할 수 있게 한다. 이와 같이, 도 10에 도시된 실시예를 사용함으로써 웨이퍼(35)는 전해질에 노출된 상태로 회전(또는 진동)하도록 구성된다.
웨이퍼 가공처리
다음의 설명은 실리콘 반도체 웨이퍼와 같은 반도체를 처리하기 위한 본 발명의 실시예에 관한 것이다. 또한, 기술된 처리공정은 금속(금속이란 용어는 금속합금을 포함함)층을 웨이퍼(35)상에 전기도금하기 위한 것이다. 이러한 실시예에 있어서 챔버는 증착챔버로서 사용된다. 증착되는 예시적인 재료로는 동이 있다. 계속해서, 전기도금을 위해 챔버가 사용될 때 웨이퍼(35)로부터 금속을 제거하는 처리공정에 대해 설명한다. 그러나, 본 발명의 사상과 범주로부터 이탈함이 없는 다른 공정 및 재료들이 증착 또는 폴리싱을 위해 사용될 수 있다고 이해해야 한다.
이전의 도면들을 참조하면, 동(Cu)이 전기도금 기술의 사용에 의해 반도체 웨이퍼상에 증착될 때 본 발명의 챔버가 사용될 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 챔버(10)는 하나의 예가 도 11에 도시되어 있는 기능적인 유닛의 일부분으로서 조립된다. 밀폐 하우징(49)은 프로세싱 챔버(10), 및 그와 관련된 전기 배선, 유체 분배관, 외부 시스템 성분과의 커플링, 웨이퍼 지지대(13)를 회전(또는 진동) 또는 승강, 또는 애노드(14)를 승강시키기 위한 기구와 같은 기계 및 전기부품을 수납하도록 설계된 모듈러 유닛이다. 상기 처리 화학약품, Dl 워터, 질소 및 진공 접속이 챔버(10)로의 분배를 위해 상기 유닛(49)에 수행된다. 상기 배수구(23)는 전해질 수용용 용기, 또는 시스템의 폐처리 성분에 연결된다. 프로세싱 챔버로, 또한 프로세싱 챔버로부터 상기 화학약품 및 유체의 분배와 제거하는 것은 본 기술분야에 공지되어 있다. 이와 같은 하우징(49)은 챔버(10)를 어떻게 구성할 것인가에 대한 하나의 예이다.
일단 챔버가 웨이퍼를 처리하도록 구성되어 조립되면, 지지대(13)는 로딩위치로 하강된다. 그후 웨이퍼는 포트 개구(25)를 통해 챔버(10) 내측으로 도입된다. 통상적으로, 지지대(13)의 위치에 웨이퍼(35)를 위치시켜 웨이퍼를 수용하는데 자동 웨이퍼 핸들러가 사용된다. 웨이퍼(35)는 진공의 인가에 의해 웨이퍼(35)의 하측의 정위에 유지된다. 상기 포트(25) 개구는 챔버(10)를 밀봉하도록 폐쇄된다. 계속해서, 상기 지지대(13)는 슬리이브(12)와 결합되도록 도 5에 도시된 바와 같이 축(17)의 운동에 의해 상부 결합위치로 상승된다.
지지대(13)를 슬리이브(12)를 연결하는 것은 슬리이브(12)를 위해 선택된 실시예에 의존한다. 슬리이브(10)를 정적인 상태로 유지하려면, 커버(22)에 고정되어 회전되지 않는다. 슬리이브(10)를 회전상태로 유지하려면, 도 10의 실시예가 사용된다. 웨이퍼 지지대(13)는 정적인 슬리이브(12)로부터 이탈할 때 여전히 회전되도록 형성될 수 있다. 그러한 경우에, 웨이퍼는 웨이퍼가 슬리이브(12)에 결합되지 않는 때인 세정 및 건조 사이클중에 회전하도록 형성된다.
다른 기술을 사용하는 경우에, 지지대(13)를 슬리이브(12)에 접합하는 것에 의해 1차 밀폐영역(28)을 형성한다. 웨이퍼는 이러한 밀폐영역(28)의 플로어를 형성하도록 바닥에 위치된다. 상기 프로세스 액체(전해질)는 전술한 바와 같이, 축(16)를 통해 밀폐영역(28) 내측으로 도입된다. 그후 재료를 웨이퍼상에 증착시키기 위한 전기도금 공정을 웨이퍼에 실행하기 위해 음극 및 양극 전극에 전력이 인가된다. 필요하다면, 웨이퍼(35)는 전해질의 유입 이전에 챔버(10)내에서 세척되고 건조된다.
웨이퍼(35)에 대한 캐소드 접점은 도 9에 도시한 바와 같이 캐소드 전극(15)에 의해 달성된다. 다중 전극들은 전기 접점이 웨이퍼의 가공측에 형성되는 분포 캐소드를 제공한다. 이는 웨이퍼의 후면 대신에 웨이퍼의 가공면(정면)에 캐소드 전위가 인가될 수 있게 한다. 또한, 하나 이상의 캐소드 전극이 이용될 수 있다고 이해해야 한다. 그 선호도는 다중 전극(15)을 제공하기 위한 것이다.
가공처리중에 새로운 유체는 프로세스 채널의 신선한 공급을 보장하도록 1차 밀폐영역(28) 내측으로 계속적으로 유입된다. 유체의 수위가 올라가면서 범람된 유체는 개구(30)를 통해 배출된다. 슬리이브(12)의 하부에 유동 간극(43)이 존재하는 예에서, 매체의 일부도 상기 개구로부터 배출된다. 여하튼, 상기 캐소드는 도금 공정이 발생하지 않는 상황하에서도 보호된다. 퍼지 매니폴드(20)가 있으면, 질소가스가 상기 매니폴드로부터 흐르도록 구성되어 웨이퍼의 후면과 지지대(13)의 측벽과 전해질이 접촉하는 것을 방지한다.
처리공정이 완료되면, 애노드와 캐소드 사이의 전위가 제거되고 프로세싱 유체 유동이 정지된다. 그후, 웨이퍼 지지대(13)가 하부위치에 놓여 전해질이 배수된다. 또한, Dl 워터가 축 채널(36)을 통해 유입된다. 측벽 개구(37)가 있을 때에는 Dl 워터는 상기 측벽 개구를 통해 흐르도록 구성된다. Dl 워터도 상하 매니폴드(18,19)로부터 분사되어 채널을 세정한다. 계속해서, Dl 워터는 웨이퍼(35) 및 챔버(10)를 건조시키도록 질소 유동에 의해 교체된다. 세정 및 건조 사이클중에, 웨이퍼(35)는 상당히 높은 rpm(예를들어 100-2000rpm) 범위로 회전하여 웨이퍼(35)의 세정 및 건조를 개선한다. 최종적으로, 웨이퍼에 대한 진공이 해제되고 어세스 포트(25)를 통해 웨이퍼가 제거된다.
다양한 금속재료가 전기도금 기술에 의해 증착될 수 있지만, 본 발명의 프로세싱 챔버에 적합한 하나의 금속은 동이다. 동 전기도금의 예가 로버트 제이. 콘톨리니 등의 "서브-하프 마이크로 ULSI 구조물을 위한 동 전기도금 공정"이라는 논제하에 기술되어 있다(VMIC 컨퍼런스, 1995년 6월 27-29, 322pp).
이와는 달리, 본 발명의 프로세싱 챔버가 금속재료의 전기도금에 사용될 수 있다. 그러한 경우에, 전술한 처리공정 단계가 반복되나 금속 제거기능을 수행하는 화학약품이 사용된다. 게다가, 전극에 가해진 전위의 극성은 상기 전극(15)이 배전 애노드가 되고 단일 전극(14)이 캐소드 전극이 되도록 바뀐다.
또한, 다양한 금속 재료가 전기도금 기술에 의해 폴리싱될 수 있지만, 본 발명의 프로세싱 챔버에 적합한 하나의 금속은 동이다. 동 전기도금의 예가 로버트 제이. 콘톨리니 등의 "전기화학적 평탄화 기술에 의한 동 바이어 플러그 공정"이라는 논제하에 기술되어 있다(VMIC 컨퍼런스, 1993년 6월 8-9, 470pp).
또한, 본 발명의 실시예는 본 발명의 프로세싱 챔버내에서 수행되는 다중 공정도 제공한다. 즉, 단일 전기도금 단계보다는 하나 이상의 전기도금 공정이 수행될 수 있다. 다중 전기도금 또는 전기폴리싱 단계는 상이한 화학약품을 사용을 수반한다. 또한, 전기도금 및 전기폴리싱을 수행하는데 동일한 챔버(10)가 사용됨을 주목해야 한다. 예를들어, 제 1 사이클에서 재료를 증착하기 위한 전해질이 유입되고 물이 전술한 전기도금 공정에 사용된다. 계속해서, 세정 및 건조 사이클 이후에 상이한 전해질이 챔버 내측으로 유입되고 웨이퍼가 전기 폴리싱된다. 이와 같은, 두 개의 공정, 즉 하나는 전기도금이고 다른 하나는 전기폴리싱인 두 개의 공정이 챔버내에서 수행된다.
따라서, 다수의 장점들이 본 발명의 챔버(10)의 사용으로부터 유도된다. 1차 오염영역(28)이 2차 오염영역보다 체적으로 휠씬 더 작으므로 물의 처리공정에 상당히 작은 화학약품만이 필요하다. 즉, 프로세싱 유체는 물의 처리를 위한 상당히 작은 영역에만 국한된다. 2차 오염 영역(29)은 소비된 화학약품의 배수 및 2차 오염물을 제공하는데만 사용된다. 이러한 설계에 의해 금속장치와 같은 다른 부품들을 수용하기 위해 필요하다면 챔버(10)의 크기를 훨씬 더 크게 하면서도 유체 충전 구역을 작게 유지할 수 있게 한다.
웨이퍼 지지대(13)의 수직운동은 1차 오염영역(28)으로 진입할 수 있게 하는 동시에, 웨이퍼가 처리될 때 웨이퍼의 하측을 프로세싱 유체로부터 차단할 수 있게 한다. 오염영역의 플로어를 형성하는데 물이 사용될 수 있다. 전술한 슬리이브(12)의 다른 설계에 의해 물과 일체로 회전하거나 정적인 상태를 유지할 수 있게 한다.
전극과 관련한 상당한 장점들이 캐소드 전극(15)의 배치에 의해 유도된다. 상기 전극(15)들은 특정 공정이 수행되는 웨이퍼의 정면과 동일한 측면상에 위치된다. 게다가, 본 발명에 따른 챔버의 설계에 의해 캐소드 접점이 전해질과 차단되게 함으로써 챔버의 내측으로 유입되는 오염물로부터 캐소드 접점을 보호한다. 또한, 상기 설계에 의해 전해질으로부터 웨이퍼의 후면 및 웨이퍼의 에지를 차폐 또는 차단한다. 또한, 웨이퍼가 수평으로 평탄하게 위치되므로, 전해질에 의한 웨이퍼의 처리공정중에 형성된 기포가 웨이퍼 표면으로부터 상승되는 경향이 있다.
또한, 본 발명에 따른 챔버의 설계에 의해 다중 처리공정이 동일한 챔버내에서 수행될 수 있다. 챔버내의 다중 처리공정은 전기도금 및 전기폴리싱을 포함한다. 따라서, 동일한 챔버내에서 재료가 증착 및 제거될 수 있다. 또한, 오염영역(28,29)의 세정 및 건조에 의해 챔버를 오염물로부터 청정상태로 유지하는 능력을 개선시켜, 웨이퍼의 로딩 및 언로딩중의 주위간섭을 통한 청정실의 오염으로부터 프로세싱 화학약품의 전위를 제거할 수 있게 한다.
다중 웨이퍼 처리공정
양호한 실시예의 프로세싱 챔버(10)가 일시에 하나 이상의 웨이퍼를 처리하도록 시스템(50)내에 구성된다. 도 12에 있어서, 4개의 별도의 프로세싱 챔버(10)들이 도시되어 있다. 각각 하우징(49)내에 유닛으로서 수납되어 있는 4개의 챔버는 하나의 하우징(49)으로부터 다른 하우징으로 웨이퍼를 이동시키는 중앙 웨이퍼 핸들러기구(51)에 연결된다. 중앙 핸들러(51)도 시스템으로부터 웨이퍼의 진출입을 위한 적어도 하나의 에세스기구(두 개의 도어가 도면에 도시되어 있음)를 포함하는 인터페이스 유닛(52)에도 연결되어 있다.
도 12에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 또는 웨이퍼 카세트는 인터페이스 유닛(이 유닛은 통상 웨이퍼의 로딩 및 언로딩을 위한 로드 스테이션을 지칭함)상에 위치된 진입 도어(53)를 통해 시스템(50) 내측으로 도입된다. 웨이퍼 또는 웨이퍼 카세트(이후, 간단히 웨이퍼라 지칭함)가 도어(53)로 진입하면, 인터페이스 유닛(52)상의 출구 도어(54)를 통해 배출될 때까지 주위환경으로부터 격리된다. 웨이퍼를 다수의 스테이션을 통해 이동시키기 위한 설계와 기술은 다양하다고 이해해야 한다. 도 12에 도시한 공구와 그에 대한 특정 설명은 단지 예시적인 것이라고 이해해야 한다. 인터페이스 유닛(52)과 핸들러(51) 사이 및 핸들러(51)와 각각의 챔버(10)들 사이의 커플링은 웨이퍼가 주위 환경으로부터 격리될 수 있게 보장한다. 몇몇 예에 있어서, 이러한 환경은 질소와 같은 비활성 가스로 채워진다.
일단 웨이퍼가 인터페이스 유닛(52)으로 진입하면, 웨이퍼는 하나 이상의 챔버(10)내에서 웨이퍼가 처리된다. 각각의 챔버(10)는 동일한 처리단계를 제공하거나 상이한 처리단계 또는 조합된 처리단계를 제공하도록 구성된다. 예를들어, 동 도금기술을 실행함에 있어서 도시된 4개의 챔버에는 모두 동일한 공정이나 상이한 공정이 제공될 수 있다. 일단 완료되면, 핸들러(51)는 시스템(50)으로부터 제거하기 위해 웨이퍼를 출구 도어(54)로 이동시킨다. 시스템(50)의 사용으로 다중 웨이퍼가 시스템 내부에서 처리될 수 있게 한다.
도 13을 참조하면, 다중 웨이퍼를 처리하는 다른 방법이 제시되어 있다. 이러한 실시예에서 다중 웨이퍼는 동일한 프로세싱 챔버내에서 처리된다. 프로세싱 챔버(60)는 동일한 케이싱 내부에 분리된 두 개의 1차 오염영역(28)이 있다는 것을 제외하면 프로세싱 챔버(10)와 동일하다. 별도의 슬리이브(12), 웨이퍼 지지대(13), 애노드(14) 및 캐소드(15) 세트는 처리될 각각의 웨이퍼에 여전히 제공되어 있다. 챔버(60) 플로어의 횡단면은 (챔버(10)내에서는 경사되지 않음) 평탄하게 도시되었지만 경사되게 구성될 수도 있다. 전해질 배수용 개구도 존재하지만 도시되어 있지 않다. 게다가, 매니폴드(18-20)도 이용될 수 있지만 도면에 도시되어 있지 않다. 에세스 포트도 존재하지만 도시되어 있지 않으며, 상기 각 오염 영역(28)에 대해 하나의 어세스 포트가 제공된다.
도 13의 다중 구획설계의 장점은 챔버(60)내의 각각의 웨이퍼를 격리시킬 수 있다는 점이다. 각각의 웨이퍼는 자체의 전기장에 노출되고 자체의 전해질에 의해 처리되는 자체의 1차 오염영역(28)을 가진다. 따라서, 각각의 웨이퍼는 필요에 따라 다른 웨이퍼와는 별도로 수행되고 조절되는 공정과 변수를 가진다. 예를들어, 하나의 웨이퍼로의 동력은 다른 웨이퍼로의 동력 공급중에 단락될 수 있다. 일반적으로 챔버(60)내의 각각의 웨이퍼에 대해 동일한 처리단계를 수행하는 것이 바람직하지만, 각각의 1차 오염 슬리이브내에서는 상이한 공정을 수행하기 위한 설계가 채택된다. 또한, 단지 두 개의 구획 유닛이 도 13에 도시되어 있지만 필요하다면, 더 많은 구획 유닛이 챔버(60)내에 형성될 수 있다고 이해해야 한다. 또한, 정적인 슬리이브(12) 설계가 도 13에 도시되어 있지만, 도 10의 회전 슬리이브가 사용될 수 있다고 이해해야 한다.
이와 같이, 반도체 웨이퍼와 같은 기판으로부터 재료를 증착 및/또는 제거하기 위한 프로세싱 챔버가 기술된다. 설명된 기술은 일반적으로 비금속 처리공정에도 용이하게 적용될 수 있지만 주로 금속 및 금속합금에 적용했다. 본 발명의 챔버를 실시하는데 다수의 변형이 있을 수 있다고 이해해야 한다. 전술한 다수의 특징은 선택된 설계에 의존한다.
또한, 일반적으로 처리챔버를 구성하는데 공지된 다수의 재료를 이용하여 챔버를 구성할 수 있다고 이해해야 한다. 양호한 실시예에서, 케이싱은 케이싱의 내벽과의 화학적 반응을 방지하도록 [테프론(등록상표)과 같은]내측 코팅을 갖는 스테인레스 스틸로 제조된다. 웨이퍼 지지대 및 매니폴드는 프로세싱 화학약품과 반응하지 않는 재료로 제조된다. 폴리프로필렌 또는 다른 동등한 재료들이 채택될 수 있다. 석영 및 세라믹도 상기 구성요소를 제조하는데 사용될 수 있는 재료들이다. 슬리이브용 재료는 물론 절연소자일 수 있어서 동력의 인가시에 슬리이브가 애노드와 상호작용하거나 하지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명의 챔버를 구성하는데 다수의 재료들이 용이하게 사용될 수 있다.

Claims (30)

  1. 내부에 재료를 갖고 기판을 공정처리하는 장치에 있어서,
    상기 재료를 갖기 위한 지지부와,
    상기 재료를 공정처리하기 위해 공정 유체를 포함하는 차단 챔버를 형성하고, 하단부 및 상단부를 구비하는 중공 슬리이브와,
    상기 중공 슬리이브내에 존재하도록 결합되는 제 1 전극과,
    상기 재료와 결합하기 위해 슬리이브의 하단부에 결합되는 적어도 하나의 제 2 전극들로 구성되며,
    상기 지지부가 슬리이브와 결합하기 위해 상승될때, 지지부는 공정유체를 유지하기 위해 차단 챔버용 덮개 바닥을 형성하므로서 슬리이브의 하단부를 재료로 둘러싸게 하며,
    상기 재료가 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극사이의 전위차에 의해 발생되는 전기장내에 있을때, 상기 적어도 하나의 제 2 전극은 공정유체에 노출되는 재료의 표면과 접촉되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 2 전극은 공정중에 공정유체로 부터 보호되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 양의 전극이고, 제 2 전극은 재료를 전기도금하기 위한 음의 전극인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 슬리이브는 공정중에 지지부와 일체로 회전 또는 요동되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 음의 전극이고, 제 2 전극은 재료를 전기폴리싱하기 위한 양의 전극인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 슬리이브는 공정중에 지지부와 일체로 회전 또는 요동되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 다수의 공정들이 상기 재료에 대하여 수행되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 기판상에 재료를 적층하기 위해 전기도금을 수행하는 장치에 있어서,
    상기 기판을 표면위에 구비하는 지지부와,
    상기 재료를 기판상에 전기도금하기 위해 전해질을 포함하도록 차단 챔버를 형성하고, 하단부 및 상단부를 구비하는 중공 슬리이브와,
    상기 중공 슬리이브내에 존재하도록 결합되는 양의 전극과,
    상기 기판과 결합하기 위해 슬리이브의 하단부에 결합되지만, 전기도금중에 전해질로부터 보호되는 음의 전극들로 구성되며,
    상기 지지부가 슬리이브와 결합하기 위해 상승될때, 지지부는 전해질을 유지하기 위해 차단 챔버용 덮개 바닥을 형성하므로서 슬리이브의 하단부를 기판으로 둘러싸게 하며,
    상기 기판이 양극 및 음극사이의 전위차에 의해 발생되는 전기장내에 있을때, 상기 음의 전극은 전해질로 부터 차단되지만 전해질에 노출되는 기판의 표면과 접촉되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 음의 전극은 음극용 전기 접촉을 분포하기 위해 기판의 원주주위에 분포되는 하나 이상의 전극들로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 슬리이브에 지지부를 결합하고 분리시키기 위해 지지부를 수직으로 이동시키도록 웨이퍼 지지부에 결합되는 이동성 축을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 슬리이브는 기판의 전기도금중에 지지부와 일체로 회전 또는 요동되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 기판은 반도체 웨이퍼이며, 전기 도금된 상기 재료는 구리로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 9 항에 있어서, 제 2 차단 하우징을 제공하기 위해 지지부, 슬리이브, 양극 및 음극을 둘러싸는 케이싱을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 지지부, 슬리이브, 양극 및 음극등의 다수의 구성요소들은 상기 케이싱내 다수의 웨이퍼를 공정처리하기 위해 차단챔버를 제공하도록 케이싱에 수용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 기판으로 부터 재료를 제거하기 위해 전기폴리싱을 수행하는 장치에 있어서,
    상기 기판을 표면위에 구비하는 지지부와,
    상기 재료를 기판상에 전기폴리싱하기 위해 전해질을 포함하도록 차단 챔버를 형성하고, 하단부 및 상단부를 구비하는 중공 슬리이브와,
    상기 중공 슬리이브내에 존재하도록 결합되는 음의 전극과,
    상기 기판과 결합하기 위해 슬리이브의 하단부에 결합되지만, 전기폴리싱중에 전해질로부터 보호되는 양의 전극들로 구성되며,
    상기 지지부가 슬리이브와 결합하기 위해 상승될때, 지지부는 전해질을 유지하기 위해 차단 챔버용 덮개 바닥을 형성하므로서 슬리이브의 하단부를 기판으로 둘러싸게 하며,
    상기 기판이 양극 및 음극사이의 전위차에 의해 발생되는 전기장내에 있을때, 상기 음의 전극은 전해질로 부터 차단되지만 전해질에 노출되는 기판의 표면과 접촉되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 양의 전극은 양극용 전기 접촉을 분포하기 위해 기판의 원주주위에 분포되는 하나 이상의 전극들로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 슬리이브에 지지부를 결합하고 분리시키기 위해 지지부를 수직으로 이동시키도록 웨이퍼 지지부에 결합되는 이동성 축을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 슬리이브는 기판의 전기폴리싱중에 지지부와 일체로 회전 또는 요동되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 기판은 반도체 웨이퍼이며, 전기폴리싱된 상기 재료는 구리로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 16 항에 있어서, 제 2 차단 하우징을 제공하기 위해 지지부, 슬리이브, 양극 및 음극을 둘러싸는 케이싱을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 지지부, 슬리이브, 양극 및 음극등의 다수의 구성요소들은 상기 케이싱내 다수의 웨이퍼를 공정처리하기 위해 차단챔버를 제공하도록 케이싱에 수용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 차단 챔버내에 존재하는 재료를 공정처리하는 방법에 있어서,
    처리될 재료를 지지부상에 위치시키는 단계와,
    재료를 공정처리하기 위해 공정유체를 포함하는 차단 챔버를 형성하고, 상단부 및 하단부를 구비하는 중공 슬리이브를 제공하는 단계와,
    상기 중공 슬리이브내에 제 1 전극을 제공하는 단계와,
    상기 슬리이브의 하단부와 결합되는 적어도 하나의 제 2 전극을 제공하는 단계와,
    상기 지지부 및 재료가 공정 유체를 유지하기 위해 차단 챔버용 덮개 바닥을 형성하므로서 슬리이브의 하단부를 에워싸도록, 상기 슬리이브에 결합하도록 지지부를 상승시키는 단계와,
    상기 공정처리 유체로 차단챔버를 채우는 단계와,
    상기 재료를 공정처리하기 위해 제 1 및 제 2 전극을 가로질러 전위를 제공하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 제 2 전극을 제공하는 단계는 재료의 원주에 분포되고 공정중에 공정 유체로 부터 보호받는 다수의 제 2 전극을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 차단 챔버를 채우는 단계는 상기 재료를 전기 도금하기 위해 전해질로 채워지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 전기 도금중에 상기 지지부와 일체로 슬리이브를 회전 또는 요동시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 차단 챔버를 채우는 단계는 상기 재료를 전기폴리싱하기 위해 전해질로 채워지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 전기 도금중에 상기 지지부와 일체로 슬리이브를 회전 또는 요동시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 22 항에 있어서, 상기 차단 챔버를 채우는 단계는 전기폴리싱 및 전기도금하기 위해 전해질로 채워지는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 22 항에 있어서, 상기 차단 챔버를 채우는 단계는 다수 공정을 수행하는 상이한 공정유체로 채워지는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 22 항에 있어서, 상기 차단 챔버를 채우는 단계는 상기 재료를 전기도금하기 위한 전해질 및, 상기 재료를 전기폴리싱하기 위한 다른 전해질로 채워지는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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