KR20080052189A - The electroplating device - Google Patents

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KR20080052189A
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wafer
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KR1020070045757A
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주철원
민병규
이종민
김성일
이경호
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한국전자통신연구원
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Abstract

An electroplating apparatus is provided to perform a coating operation uniformly by allowing bubbles generated in via holes to be evacuated from the inside of the via holes very well. An electroplating apparatus comprises: a plating pot(200) which form an external shape, and in which a plating solution is contained; a metal bar(202) which is positioned within the plating pot, and which is made of the same material as metal to be plated; an inclined electrode ring(212) which is positioned oppositely to the metal bar within the plating pot, and on which a plating object is placed; a metal bar fixing frame(206) for fixing the metal bar; an electrode ring fixing frame(216) for fixing the inclined electrode ring; power supply terminals(204,214) connected to the metal bar and the inclined electrode ring; and an ultrasonic generating part(220) for flowing the plating solution. The inclined electrode ring has a wafer holder(218) attached thereto so as to place a wafer that is the plating object on the wafer holder. The power supply terminals are connected to the metal bar and the inclined electrode ring through the metal bar fixing frame and the electrode ring fixing frame.

Description

전기 도금 장치{THE ELECTROPLATING DEVICE}Electroplating Equipment {THE ELECTROPLATING DEVICE}

도 1의 (a)는 종래 분수형(fountain type) 전기 도금 장치에서 피도금체인 웨이퍼(wafer)가 안착된 상태를 설명하기 위한 도면,1A is a view for explaining a state in which a wafer, which is a plated body, is seated in a conventional fountain type electroplating apparatus;

도 1의 (b)는 종래 딥형(dip type) 전기 도금 장치에서 피도금체인 웨이퍼가 안착된 상태를 설명하기 위한 도면,FIG. 1B is a view for explaining a state in which a wafer to be plated is seated in a conventional dip type electroplating apparatus; FIG.

도 2의 (a)는 본 발명에 따른 경사형 전극링 및 초음파(ultrasonic) 생성부를 구비하는 전기 도금 장치를 설명하기 위한 도면,2A is a view for explaining an electroplating apparatus having an inclined electrode ring and an ultrasonic generator according to the present invention;

도 2의 (b)는 본 발명에 따른 경사형 전극링의 평면도,2 (b) is a plan view of the inclined electrode ring according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 전기 도금 장치에서 피도금체인 웨이퍼가 안착된 상태를 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining a state in which the wafer to be plated is seated in the electroplating apparatus according to the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 설명** Description of the main parts of the drawings *

100 - 웨이퍼 102 - 감광막100-wafer 102-photoresist

104 - 기포 106 - 기포 흐름104-Bubble 106-Bubble Flow

108 - 도금액 흐름 200 - 도금조108-Plating Fluid Flow 200-Plating Baths

202 - 금속궤 204 - (+) 전원 공급단자202-Metal bin 204-(+) Power supply terminal

206 - 금속궤 고정틀 212 - 전극링206-Metal Bin Fixture 212-Electrode Ring

214 - (-) 전원 공급 단자 216 - 전극링 고정틀214-(-) Power Supply Terminal 216-Electrode Ring Holder

218 - 웨이퍼 홀더(wafer holder) 220 - 초음파 생성부218-wafer holder 220-ultrasonic generator

본 발명은 반도체 제조 공정에서 금속배선을 형성하기 위해 사용되는 전기 도금 장치에 관한 것으로, 특히 비아 홀(via hole)에서의 도금막 균일도를 향상시킬 수 있는 전기 도금 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electroplating apparatus used for forming metal wiring in a semiconductor manufacturing process, and more particularly, to an electroplating apparatus capable of improving the uniformity of a plating film in a via hole.

일반적으로, 전기 도금 장치는 음극(-)에는 피도금체를 연결하고, 양극(+)에는 도금할 금속과 동일한 종류의 금속궤를 연결한 후, 도금할 면적과 도금막 종류에 따른 적정 전류를 인가하여 피도금체에 도금이 이루어지도록 한다. 일반적인 반도체 제조 공정에서 많이 사용하는 전기 도금 장치의 형태로는 분수형(fountain type) 전기 도금 장치와 딥형(dip type) 전기 도금 장치가 있다. In general, an electroplating apparatus is connected to the plated body to the negative electrode (-), and a metal bin of the same type as the metal to be plated to the positive electrode (+), and then the appropriate current according to the area to be plated and the type of the plating film It is applied to the plating to be plated. Types of electroplating apparatuses commonly used in a semiconductor manufacturing process include a fountain type electroplating apparatus and a dip type electroplating apparatus.

분수형 전기 도금 장치는, 도 1의 (a)와 같이, 피도금체인 웨이퍼(100)의 도금할 표면이 아랫 방향을 향하도록 장착되고 그 하측으로부터 도금액이 분수와 같이 분사되는 구조이다. 이에 따라, 도금시 피도금체인 웨이퍼(100) 표면에서 화학적인 반응으로 발생하는 기포(104)가 감광막(102) 사이에 갇혀 빠져나오지 못하고 웨이퍼(100) 표면에 붙어 있게 된다.In the fountain type electroplating apparatus, as shown in Fig. 1A, the surface to be plated of the wafer 100, which is the plated body, is mounted to face downward, and the plating liquid is injected like a fountain from the lower side. Accordingly, the bubbles 104 generated by the chemical reaction on the surface of the wafer 100, which is the plated body during plating, are stuck between the photosensitive films 102 and stuck to the surface of the wafer 100 without being trapped.

딥형 전기 도금 장치는 도 1의 (b)와 같이 피도금체인 웨이퍼(100) 표면이 도금조(200) 바닥과 수직 방향이기 때문에 웨이퍼(100) 표면이 도금액과 수직방향으로 만나는 구조이다. 딥형 전기 도금 장치 역시 도 1의 분수형 전기 도금 장치와 마찬가지로 도금시 피도금체인 웨이퍼(100)표면에서 발생하는 기포(104)가 감광막(102) 사이의 비아 홀 내부를 빠져나가기 어려워 비아 홀 내부에 갇혀 있게 된다In the dip type electroplating apparatus, as shown in FIG. 1B, the surface of the wafer 100 to be plated is perpendicular to the bottom of the plating bath 200 so that the surface of the wafer 100 meets the plating liquid in a vertical direction. Like the fractional electroplating apparatus of FIG. 1, the dip type electroplating apparatus is also difficult to escape the inside of the via hole between the photoresist layer 102 due to bubbles 104 generated on the surface of the wafer 100 to be plated during plating. Be trapped

따라서, 기포(104)가 붙은 부분은 도금액이 웨이퍼(100) 표면과 반응하지 않아 도금이 안되므로 비아 홀 내부에서는 도금 효율이 낮을 뿐만 아니라 도금 두께도 균일하지 못하고 경사지게 도금되는 문제점이 있다. Therefore, since the plating solution does not react with the surface of the wafer 100 because the plating solution does not react with the surface, the plating efficiency is not only low in the via hole, but also the plating thickness is not uniform and the plating is inclined.

따라서, 본 발명의 목적은 비아 홀 내부에서 발생되는 기포가 비아 홀 내부로부터 잘 빠져나가 도금이 균일하게 될 수 있는 전기 도금 장치를 제공하는 데 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an electroplating apparatus in which bubbles generated in a via hole escape well from the inside of a via hole so that plating can be uniform.

이를 위해, 본 발명에 따른 전기 도금 장치는 외관을 형성하고 내부에는 도금액이 포함되는 도금조; 상기 도금조 내부에 위치하고 도금 금속과 같은 종류로 이루어진 금속궤; 상기 도금조 내부에서 상기 금속궤와 대향하여 위치하고 피도금체를 안착시키기 위한 경사형 전극링; 상기 금속궤를 고정시키는 금속궤 고정틀; 상기 경사형 전극링을 고정시키는 전극링 고정틀; 상기 금속궤 및 경사형 전극링에 연결되는 전원 공급 단자; 및 상기 도금액을 유동시키기 위한 초음파 생성부를 포함한다.To this end, the electroplating apparatus according to the present invention forms an appearance and a plating bath containing a plating solution therein; A metal bin located inside the plating bath and made of the same type as the plating metal; An inclined electrode ring positioned to face the metal bin in the plating bath and for seating a plated body; A metal bin fixing frame to fix the metal bin; An electrode ring fixing frame for fixing the inclined electrode ring; A power supply terminal connected to the metal bin and the inclined electrode ring; And an ultrasonic wave generator for flowing the plating liquid.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

도 2의 (a)는 본 발명에 따른 경사형 전극링 및 초음파 생성부를 구비하는 전기 도금 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2의 (b)는 본 발명에 따른 경사형 전극링의 평면도이다. 이하, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)를 참조하여 본 발명이 적용되는 전기 도금 장치의 기본적인 구성에 대하여 상세히 설명한다.FIG. 2A is a view for explaining an electroplating apparatus including an inclined electrode ring and an ultrasonic wave generator according to the present invention, and FIG. 2B is a plan view of the inclined electrode ring according to the present invention. Hereinafter, the basic configuration of the electroplating apparatus to which the present invention is applied will be described in detail with reference to FIGS. 2A and 2B.

본 발명에 의한 전기 도금 장치는, 외관을 형성하고 내부에는 도금액이 포함되어 있는 도금조(200)를 구비한다. 상기 도금조(200) 내부에는 도금할 금속과 동일한 종류로 이루어진 금속궤(202)가 위치한다. (+) 전원 공급 단자(204)는 상기 금속궤(202)를 고정시키는 금속궤 고정틀(206)의 내부를 통하여 상기 금속궤(202)와 연결된다.The electroplating apparatus according to the present invention includes a plating bath 200 in which an external appearance is formed and a plating solution is contained therein. The metal bin 202 made of the same kind as the metal to be plated is located in the plating bath 200. The positive power supply terminal 204 is connected to the metal bin 202 through the inside of the metal bin fixing frame 206 for fixing the metal bin 202.

경사형 전극링(212)은 피도금체를 안착시키기 위한 것으로, 상기 도금조(200) 내부에서 상기 금속궤(202)와 대향하여 위치한다. 이하, 상기 경사형 전극링(212)에 안착되는 피도금체는 웨이퍼(100)를 예로 들어 본 발명을 설명한다. 상기 경사형 전극링(212)은 산에 강한 스테인리스 스틸(stainless steel)로 만들어지 는 것이 바람직하다. (-) 전원 공급 단자(214)는 상기 경사형 전극링(212)을 고정시키는 전극링 고정틀(216)의 내부를 통하여 상기 경사형 전극링(212)과 연결된다. 상기 경사형 전극링(212)에는 웨이퍼(100)를 고정시키는 웨이퍼 홀더(218)가 부착되어 있다. 상기한 경사형 전극링(212)은 원형의 형태를 취하고 있어서, 전원 공급 단자(212, 214)에 전원이 인가되었을 때 경사형 전극링(212) 둘레 전체에 전기장이 고르게 분포되는 장점이 있다. The inclined electrode ring 212 is for seating the to-be-plated body, and is disposed in the plating bath 200 to face the metal bin 202. Hereinafter, the present invention will be described using the wafer 100 as an example of the plated body seated on the inclined electrode ring 212. The inclined electrode ring 212 is preferably made of stainless steel resistant to acid. The negative power supply terminal 214 is connected to the inclined electrode ring 212 through the inside of the electrode ring fixing frame 216 for fixing the inclined electrode ring 212. The inclined electrode ring 212 is attached with a wafer holder 218 for fixing the wafer 100. Since the inclined electrode ring 212 has a circular shape, when the power is applied to the power supply terminals 212 and 214, an electric field is evenly distributed around the inclined electrode ring 212.

상기 경사형 전극링(212)의 전표면, 상기 경사형 전극링(212)과 (-) 전원 공급 단자(214)가 접촉하는 부분은 내약품성이 강한 코팅제가 코팅되어 있다. 또한, 상기 웨이퍼 홀더(218) 중 피도금체인 웨이퍼(100)와 접촉하는 면을 제외한 부분 역시 내약품성이 강한 코팅제가 코팅되어 있다. 또한, 상기 금속궤 고정틀(206) 및 전극링 고정틀(216)의 표면에도 내약품성 코팅제가 코팅되어 있다. 상기 내약품성 코팅제는 산에 강한 테프론(teflon)이나 폴리에틸렌(polyethylene)을 사용하는 것이 바람직하다. The entire surface of the inclined electrode ring 212, the contact portion between the inclined electrode ring 212 and the (-) power supply terminal 214 is coated with a strong chemical resistance coating. In addition, a portion of the wafer holder 218 except for the surface in contact with the wafer 100 to be plated is coated with a strong chemical resistant coating agent. In addition, the chemical resistance coating agent is also coated on the surface of the metal bin fixing frame 206 and the electrode ring fixing frame 216. The chemical-resistant coating agent is preferably used acid resistant teflon (teflon) or polyethylene (polyethylene).

상기 도금조(200)의 저면에는 도금액을 유동시키기 위한 초음파(ultrasonic) 생성부(220)가 부착되어 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 도면에서는 설명의 편의를 위하여 상기 초음파 생성부(220)를 상기 도금조(200)의 저면에 위치하여 도시하였으나, 상기 도금조(200)의 측면 중 어느 일면에 위치하도록 하거나, 상기 초음파 생성부(220)를 고정시킬 수 있는 기구 등을 이용하여 도금조(200)의 중앙에 위치하도록 할 수도 있다. 초음파 생성부(220)는 초음파를 발생시켜 도금액을 유동시킴으로써 감광막(102) 사이의 비아 홀에 달라붙은 기포(104)를 잘 떨어지게 한다. 일반 적인 클리닝(Cleaning)공정에서는 20Khz ~ 400Khz 의 주파수 범위가 사용되는데, 주파수가 높으면 에너지가 작아서 기포를 떼어내는 것이 어렵고, 반대로 주파수가 낮으면 에너지가 크기 때문에 기포를 잘 떼어내지만, 웨이퍼에 손상을 줄 가능성이 있다. 이 때, 낮은 주파수를 사용하는 경우에는 파워(power)를 낮추어서 웨이퍼에 손상을 주지 않도록 할 수 있다. 따라서, 효과적으로 기포를 제거하기 위하여 상기 초음파 생성부(220)에서 출력되는 주파수는 20Khz ~ 80Khz 인 것이 바람직하다. An ultrasonic generator 220 for flowing a plating liquid is attached to a bottom surface of the plating bath 200. In the drawing according to the embodiment of the present invention, the ultrasonic generating unit 220 is located on the bottom surface of the plating bath 200 for convenience of description, but is located on any one side of the plating bath 200. Alternatively, the ultrasonic generator 220 may be positioned at the center of the plating bath 200 using a mechanism capable of fixing the ultrasonic wave generator 220. The ultrasonic wave generator 220 generates ultrasonic waves so as to flow the plating liquid so that the bubbles 104 stuck to the via holes between the photoresist layer 102 are well separated. In the general cleaning process, a frequency range of 20KHz to 400Khz is used.At high frequencies, energy is difficult to remove bubbles, while at low frequencies, bubbles are removed because of high energy. Is likely to give. At this time, when using a low frequency it is possible to lower the power (power) so as not to damage the wafer. Therefore, in order to effectively remove bubbles, the frequency output from the ultrasonic generator 220 is preferably 20Khz to 80Khz.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 도금 장치에서 피도금체인 웨이퍼가 안착된 상태를 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 이하, 도 3을 참조하여 본 발명이 적용되는 전기 도금 장치에서 발생된 기포가(104) 웨이퍼에서 떨어져 나가는 과정을 상세히 설명한다. 3 is a view illustrating a state in which a wafer to be plated is seated in an electroplating apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention. Hereinafter, a process in which bubbles generated in the electroplating apparatus to which the present invention is applied will be separated from the wafer 104 will be described in detail with reference to FIG. 3.

일반적으로, 전기도금에서는 피도금체인 웨이퍼(100)표면에서 화학반응이 일어나 기포(104)가 발생하게 되는데, 이 기포(104)가 도금 금속이 피도금체에 도금되는 것을 방해하여 도금효율을 저하시키는 작용을 한다. 그러나, 경사형 전극링(212)을 구비하는 본 발명에 따른 전기 도금 장치에서는 도금시 웨이퍼(200) 표면에서 발생하는 기포(104)가 감광막(102) 벽에 갇혀있지 않고 감광막(206) 사이의 비아 홀 내부로부터 잘 빠져나가기 때문에, 도 1에 따른 종래 분수형 및 딥형 전기 도금 장치에 비하여 비아 홀 내부에서의 도금 두께가 균일하게 된다. 또한, 초음파 생성부(220)를 구비하는 본 발명에 따른 전기 도금 장치는 도금액을 유동시킴으로써, 감광막(102)에 달라붙은 기포(104)가 잘 떨어지도록 하여 비아 홀 내부에서의 도금 두께를 더욱 균일하게 한다. In general, in the electroplating, a chemical reaction occurs on the surface of the wafer 100, which is the plated body, to generate bubbles 104. The bubble 104 prevents the plating metal from being plated on the plated body, thereby reducing the plating efficiency. To act. However, in the electroplating apparatus according to the present invention having the inclined electrode ring 212, the bubbles 104 generated on the surface of the wafer 200 during plating are not trapped in the photosensitive film 102 wall and between the photosensitive films 206. Since it escapes well from the inside of the via hole, the plating thickness inside the via hole becomes uniform as compared with the conventional fountain type and dip type electroplating apparatus according to FIG. In addition, in the electroplating apparatus according to the present invention having the ultrasonic generator 220, the plating liquid flows, so that the bubbles 104 stuck to the photosensitive film 102 are well separated so that the plating thickness in the via hole is more uniform. Let's do it.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 예를 들어, 피도금체의 크기에 따라 경사형 전극링(212)의 형상은 일부 변형이 이루어질 수 있고, 경사형 전극링(212)의 재질 및 코팅재의 재질 또한 일부 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의하여 정해져야 한다.In the above description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. For example, the shape of the inclined electrode ring 212 may be partially modified according to the size of the plated body, and the material of the inclined electrode ring 212 and the material of the coating material may also be partially modified. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the equivalent of claims and claims.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기 도금 장치는 피도금체를 안착시키는 부재를 전극링으로 변경함으로써 웨이퍼와 같은 피도금체에서의 전기장이 전체적으로 균일하게 형성되도록 하여 도금 두께의 균일도를 보다 향상시킬 수 있는 이점이 있다. As described above, the electroplating apparatus according to the present invention can improve the uniformity of the plating thickness by changing the member on which the plated body is seated to the electrode ring so that the electric field in the plated body such as the wafer is formed uniformly as a whole. There is an advantage to that.

또한, 본 발명에 따른 전기 도금 장치는 전극링을 경사지게 경사형으로 구성함으로써 도금시 피도금체인 웨이퍼 표면으로부터 발생하는 기포가 쉽게 제거되게 함으로써 도금막 두께의 균일도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다. In addition, the electroplating apparatus according to the present invention has an advantage that the uniformity of the thickness of the plating film can be improved by easily removing the bubbles generated from the wafer surface to be plated during plating by forming the electrode ring in an obliquely inclined shape.

또한, 본 발명에 따른 전기 도금 장치는 초음파를 발생시켜 도금액을 유동시킴으로써 도금시 피도금체인 웨이퍼 표면으로부터 발생하는 기포가 더욱 쉽게 떨어져 나가게 함으로써 도금막 두께의 균일도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다. In addition, the electroplating apparatus according to the present invention has the advantage that the uniformity of the plated film thickness can be improved by allowing the bubbles generated from the wafer surface, which is the plated body, to fall off more easily by generating ultrasonic waves to flow the plating liquid.

Claims (7)

외관을 형성하고 내부에는 도금액이 포함되는 도금조;A plating bath forming an appearance and including a plating solution therein; 상기 도금조 내부에 위치하고 도금 금속과 같은 종류로 이루어진 금속궤;A metal bin located inside the plating bath and made of the same type as the plating metal; 상기 도금조 내부에서 상기 금속궤와 대향하여 위치하고 피도금체를 안착시키기 위한 경사형 전극링;An inclined electrode ring positioned to face the metal bin in the plating bath and for seating a plated body; 상기 금속궤를 고정시키는 금속궤 고정틀;A metal bin fixing frame to fix the metal bin; 상기 경사형 전극링을 고정시키는 전극링 고정틀; An electrode ring fixing frame for fixing the inclined electrode ring; 상기 금속궤 및 경사형 전극링에 연결되는 전원 공급 단자; 및A power supply terminal connected to the metal bin and the inclined electrode ring; And 상기 도금액을 유동시키기 위한 초음파 생성부Ultrasonic generator for flowing the plating liquid 를 포함하는 전기 도금 장치.Electroplating apparatus comprising a. 제 1항에 있어서, 상기 초음파 생성부는, The method of claim 1, wherein the ultrasonic generator, 20KHz ~ 80KHz 의 주파수를 출력하는 전기 도금 장치.Electroplating device that outputs a frequency of 20KHz ~ 80KHz. 제 1항에 있어서, 상기 경사형 전극링에는,The method of claim 1, wherein the inclined electrode ring, 피도금체인 웨이퍼를 안착시키기 위한 웨이퍼 홀더가 부착되어 있는 전기 도금 장치.An electroplating apparatus having a wafer holder attached to a wafer to be plated. 제 3항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 웨이퍼 홀더 중에서 피도금체인 웨이퍼와 접촉되는 부분을 제외한 나머지 전표면 및 상기 경사형 전극링의 전표면에 내약품성 코팅제가 코팅되어 있는 전기 도금 장치.An electroplating apparatus, wherein a chemical-resistant coating agent is coated on the entire surface of the wafer holder except for the portion in contact with the wafer to be plated and the entire surface of the inclined electrode ring. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 금속궤 고정틀 및 전극링 고정틀의 표면은 내약품성 코팅제가 코팅되어 있는 전기 도금 장치.Electroplating apparatus that the surface of the metal bin fixing frame and electrode ring fixing frame is coated with a chemical-resistant coating. 제 4항 또는 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 4 to 5, 상기 내약품성 코팅제는 테프론 또는 폴리에틸렌인 전기 도금 장치.The chemical resistance coating agent is Teflon or polyethylene electroplating apparatus. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 전원 공급 단자는 상기 금속궤 고정틀 및 전극링 고정틀의 내부를 통해 상기 금속궤 및 경사형 전극링에 연결되는 전기 도금 장치.And the power supply terminal is connected to the metal bin and the inclined electrode ring through the inside of the metal bin fixing frame and the electrode ring fixing frame.
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