KR100401376B1 - 도금 장치, 도금 설비 및 이것을 이용한 도금 처리 방법 - Google Patents

도금 장치, 도금 설비 및 이것을 이용한 도금 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 도금 장치(4)는 도금액이 충전되는 도금조(15)와, 도금조(15)의 상부에 설치되고, 웨이퍼(2)의 표면에 형성된 하지 전극(18)에 접속되는 제1 O-링(17)과, 도금조(15) 내의 도금액이 제1 O-링과 접촉하지 않도록 도금조(15)의 상부에 설치되는 제2 O-링(20)과, 도금조(15) 내에 설치되는 애노드판(24)과, 도금조(15) 내에 설치되는 초음파 진동자(26)를 구비하고 있다. 이 도금 장치(4)는 반도체 웨이퍼에 균일한 두께의 도금막을 형성할 수 있다.

Description

도금 장치, 도금 설비 및 이것을 이용한 도금 처리 방법{PLATING APPARATUS, PLATING SYSTEM, METHOD FOR PLATING USING THE SAME}
반도체 칩을 기판 상에 장착하여 전자 기기를 구성하는 경우, 일정한 면적 내에 보다 많은 반도체 칩을 장착하는, 이른바 고밀도 장착에 대한 요구가 높아지고 있다. 이 고밀도 장착에 대한 요구에 따라 기판 상의 배선 또한 고밀도화되는 경향이 있고, 각종 방법을 이용한 배선의 미세화가 진행되고 있다.
미세한 배선을 형성하는 방법으로는, 예컨대 화학기상성막법(CVD)과 같은 성막법으로 기판 상에 미세한 하지(下地) 전극을 형성하고, 이 하지 전극에 금속을 퇴적시키는 도금 처리 방법이 이용되고 있다. 이 도금 처리 방법은 금속 이온을 함유한 수용액에 전극을 침지시키고, 외부로부터 전기를 흐르게 하여 음극(하지 전극) 부분에서 환원 반응을, 양극 부분에서 산화 반응을 일으켜 음극 상에서의 환원 반응에 의해 하지 전극에 금속을 퇴적시키는 방법이다.
도 9는 이러한 도금 처리에 이용되는 도금 장치의 개략적인 단면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 도금 장치(51)는 도금액이 충전되는 도금조(52)와, 이 도금조(52)의 주위에 설치된 외벽(53)과, 도금액이 저장된 탱크(54)와, 도금조(52)의 중앙 하부로부터 탱크(54) 내의 도금액을 도금조(52) 내로 공급하는 펌프(55)를 구비하고 있다.
도금조(52)의 상단에는 그 내주면측으로 돌출하는 돌출부(56)가, 예컨대 그 내주면 상에 90°간격으로 4개의 지점에 설치되고, 돌출부(56) 상에 구리 링(57)이 배치되어 있다. 또한, 구리 링(57) 상에는 피처리체로서의 웨이퍼(58)가 도금될 면이 하측을 향하도록 설치된다. 웨이퍼(58)에는 도금될 면을 이루는 음극으로서의 하지 전극(59)이 마련되고, 이 하지 전극(59)과 구리 링(57)은 전기 접속되어 있다. 또한, 구리 링(57) 상에 설치된 웨이퍼(58)는 가압 수단을 이용하여 고정 지그(60)에 의해 고정되어, 도금조(52) 내의 도금액이 웨이퍼(58)에 접촉하는 경우 도금액이 그 이면[웨이퍼(58)의 상면]으로 돌아 들어가지 않도록 구성되어 있다.
도금조(52)의 저부에는 양극으로서의 애노드판(61)이 웨이퍼(58)와 평행하게 배치되어 있다. 이 애노드판(61) 및 구리 링(57)은 전류원(62)에 전기 접속되어 있다.
이 도금 장치(51)에서는, 도금조(52) 내에 공급된 도금액이 웨이퍼(58)의 중앙부로부터 단부 방향으로 균일하게 흐르므로, 도금조(52) 내에 도금액이 채워지면 도금액은 도금조(52)의 상부로부터 웨이퍼의 단부 방향으로 밀어 내어진다. 이 단부 방향으로 밀어 내어진 도금액은 배관(63)을 통해 탱크(54)에 저장된다. 이와 같이, 도금 장치(51)는 그 내부에서 도금액이 순환하는 순환 구조로 되어 있다.
또한, 도금조(52) 내에 공급된 도금액이 웨이퍼(58)에 접촉한지 수초 후에 통전(通電)이 시작되어 이러한 통전에 의해 하지 전극(59) 상에 도금막이 형성된다.
그런데, 하지 전극(59)은 미세한 요철형으로 형성되어 있어, 그 오목부에 도금액이 충분히 접촉하지 않는 경우가 있다. 또한 하지 전극(59), 특히 그 오목부에는 도금조(52) 내에서 발생한 기포가 부착되는 경우가 있다. 이 경우, 하지 전극(59)의 전류 분포가 불균일해져, 이 하지 전극(59)에서의 전류차로 인해 하지 전극(59) 상에 형성되는 도금막의 두께가 달라진다. 따라서, 하지 전극(59) 상에 균일한 도금막을 형성할 수 없게 된다고 하는 문제가 있었다.
또한, 구리 링(57)은 그 상면이 전체적으로 웨이퍼(58)와 접촉하고 있는데, 이 상면 내의 접촉 저항이 균일해지는 것은 곤란하다. 이 때문에, 구리 링과 웨이퍼의 접촉면에서의 접촉 저항의 차이로 인해 하지 전극(59)의 전류 분포가 불균일해질 우려가 있다. 이와 같이 전류 분포가 불균일해지면, 하지 전극(59)에서의 전류차에 따라 하지 전극(59) 상에 형성되는 도금막의 두께가 달라진다. 이 때문에 하지 전극(59) 상에 균일한 도금막이 형성되지 않는다고 하는 문제가 있었다.
한편, 구리 링(57) 대신에 전극 핀을 이용하는 경우, 구리 링(57)을 이용하는 경우에 비해 하지 전극(59)의 전류 분포가 불균일해지는 것을 감소시킬 수는 있지만, 전극 핀에 통전 가능한 전류의 양이 제한된다. 이것은 하지 전극(59) 상에 형성할 수 있는 도금막의 두께를 제한하며 도금 장치의 범용성을 결여시킨다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적은 피처리체 상에 균일한 두께의 도금막을 형성할 수 있는 도금 장치, 도금 설비 및 이것을 이용한 도금 처리 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명은 도금 장치, 도금 설비 및 이것을 이용한 도금 처리 방법에 관한 것으로, 특히 웨이퍼와 같은 피처리체 상에 금속을 퇴적시키는 도금 장치, 도금 설비 및 이것을 이용한 도금 처리 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 도금 설비의 일 실시예의 개략적인 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 도금 설비의 이송 장치의 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 도금 장치의 일 실시예의 단면도.
도 4는 도 1에 도시된 도금 설비의 세정 장치의 단면도.
도 5는 도 1에 도시된 도금 설비의 스핀 건조기의 개략적인 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 도금 처리 방법을 보여주는 플로우차트.
도 7은 형성된 도금막의 막 두께를 나타낸 그래프.
도 8은 도 3에 도면 부호 IV로 도시한 부분의 다른 실시예를 보여주는 확대 사시도.
도 9는 종래의 도금 장치의 개략적인 단면도.
전술한 문제를 해결하기 위해서, 본 발명의 도금 장치는 도금액이 충전되는 도금조와, 이 도금조의 상부에 설치되고 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 제1 전극에 접속되는 접속 부재와, 상기 도금조 내에 설치되는 제2 전극과, 상기 도금조 내에 설치되는 초음파 진동 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 도금 장치에 따르면, 제1 전극이 접속 부재에 전기 접속되도록 접속 부재 상에 피처리체가 배치되고, 도금조에 도금액이 충전된다. 도금액이 충전되면, 도금 장치에 전류가 통전되는 동시에 초음파 진동 부재에 의해 도금조 내에 초음파 진동이 연속적으로 가해된다. 상기 통전에 의해 도금액이 화학 반응을 일으켜 도금액 내에, 예컨대 수소 기포가 발생하지만, 이 기포는 초음파 진동에 의해 제1 전극에 부착되지 않게 된다. 또한, 초음파 진동에 의해 도금조 내의 도금액의 순환이 촉진되고, 도금액이 제1 전극이 위치한 도금면에 전체적으로 공급된다. 이 때문에, 제1 전극의 전류 분포가 균일해지고, 제1 전극 상에 균일한 두께의 도금막이 형성된다.
또한 본 발명의 도금 장치에 있어서는, 반도체 웨이퍼가 처리될 제1 전극이 하측을 향하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하고, 또한 반도체 웨이퍼가 도금조에 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 도금 장치에 있어서는, 초음파 진동 부재가 도금 처리 중에 그 진동수를 변화시키는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 하면, 도금조 내의 정재파(定在波)의 파복(波腹)의 위치를 변화시킬 수 있고, 따라서 진동 강도를 평균화하여 도금이 불균일해지는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명의 도금 장치는, 도금액이 충전되는 도금조와, 도금조의 상부에 설치되고 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 제1 전극에 접속되는 제1 탄성 부재와, 도금조 내의 도금액이 제1 탄성 부재에 접촉하지 않도록 도금조의 상부에 설치되는 제2 탄성 부재와, 도금조 내에 설치되는 제2 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 도금 장치에 따르면, 제1 탄성 부재 및 제2 탄성 부재는 탄성 부재로 구성되고, 제1 전극이 제1 탄성 부재에 전기 접속되도록 피처리체가 제1 탄성 부재 및 제2 탄성 부재 상에 배치된 상태에서 제1 탄성 부재와 제1 전극과의 접촉 저항은 균일해진다. 접촉 저항이 균일하므로 제1 전극의 전류 분포가 균일해지고, 제1 전극 상에 균일한 두께의 도금막이 형성된다. 또한, 제1 전극은 제1 탄성 부재의 상면에 접촉하고, 제1 탄성 부재에 통전 가능한 전류의 양이 크게 제한되는 일이 없어지며, 제1 전극 상에 소정 두께의 도금막이 형성된다. 또한, 제1 전극이 제1 탄성 부재에 전기 접속되도록 피처리체가 제1 탄성 부재 및 제2 탄성 부재 상에 배치되므로, 도금조에 도금액이 충전된 상태에서 도금액은 제1 탄성 부재에 접촉하지 않게 된다. 이 때문에, 제1 탄성 부재에서 도금 금속이 석출되는 일은 없다.
또한 본 발명의 도금 장치에 있어서는, 도금조 내에 초음파 진동 부재를 설치하고 있는 것을 특징으로 한다. 따라서, 초음파 진동에 의해 기포가 제1 전극에 부착되는 것을 방지하는 동시에 초음파 진동에 의해 도금조 내의 도금액의 순환이촉진된다. 이 때문에, 도금액이 제1 전극의 전체 도금면에 공급되어 균일한 도금이 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 도금 장치에 있어서는, 제1 탄성 부재 및 제2 탄성 부재를 링형으로 형성하고 있다. 이와 같이 하면, 제1 탄성 부재 및 제2 탄성 부재의 성형 및 도금 장치로의 설치가 용이해진다. 이러한 탄성 부재로는, 제1 탄성 부재를 도전성 고무, 제2 탄성 부재를 내약품성 고무로 제조하는 것이 본 발명에 있어서 적합하다. 또한, 제1 탄성 부재를 나선형으로 형성하면, 제1 탄성 부재에 가해지는 응력이 분산되어 제1 탄성 부재의 내구성이 향상된다.
본 발명의 도금 설비는 반도체 웨이퍼를 유지하여 소정 위치로 이송하는 이송 장치와, 이 이송 장치에 의해 이송된 상기 반도체 웨이퍼를 도금하는 도금 장치로서 도금액이 충전되는 도금조에 초음파 진동 부재가 설치되고 도금 처리 중에 도금액에 초음파 진동을 가하도록 구성된 그러한 도금 장치와, 이 도금 장치에 의해 도금막이 형성된 상기 반도체 웨이퍼를 세정하는 세정 장치와, 이 세정 장치에 의해 세정된 상기 반도체 웨이퍼를 건조시키는 건조 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 도금 설비에 따르면, 반도체 웨이퍼는 이송 장치에 유지되어 도금 장치로 이송되고, 반도체 웨이퍼의 제1 전극 상에 도금막이 형성된다. 도금막이 형성된 반도체 웨이퍼는 이송 장치에 유지되어 세정 장치로 이송되어 세정된다. 세정된 피처리체는 이송 장치에 유지되어 건조 장치로 이송되어 웨이퍼가 건조된다. 여기서, 웨이퍼를 유지한 상태로 웨이퍼를 상하로 반전시킬 수 있도록 이송 장치를 구성하면, 도금막이 형성된 면이 상측을 향한 상태에서 웨이퍼를 건조할 수 있어 건조 장치의 구조가 간단해진다.
본 발명의 도금 처리 방법은 반도체 웨이퍼를 유지하여 소정 위치로 이송하는 이송 공정과, 이송 공정에 의해 이송된 반도체 웨이퍼를 초음파 진동이 가해지고 있는 도금액에 접촉시켜 도금하고 반도체 웨이퍼의 표면에 도금막을 형성하는 도금 공정과, 이 도금 공정에 의해 도금막이 형성된 피처리체를 세정하는 세정 공정과, 이 세정 공정에 의해 세정된 피처리체를 건조시키는 건조 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 세정 공정과 건조 공정 사이에 피처리체를 유지한 상태로 피처리체를 상하 반전시키는 반전 공정을 마련하면, 도금막이 형성된 면이 상측을 향하는 상태로 건조 공정이 행해진다. 또한 이 처리 방법은, 예컨대 구리 도금 처리 등의 도금 처리에 적용될 수 있다.
이하, 본 발명을 구체화하는 일 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 실시예의 도금 설비를 개략적으로 도시한 것이다. 본 실시예에서는 또한, 일반적으로 이용되고 있는 황산구리 도금의 경우에 대해서 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 도금 설비(1)는 피처리체로서의 웨이퍼(2)를 유지하여 소정의 위치로 이송하는 이송 장치(3)와, 웨이퍼(2)의 표면에 도금막을 형성하는 도금 장치(4)와, 도금막이 형성된 웨이퍼(2)를 세정하는 세정 장치(5)와, 세정된 웨이퍼(2)를 건조시키는 건조 장치로서의 스핀 건조기(6)를 구비하고 있다. 또한, 도금 설비(1)에는 그 반입구(7a) 및 반출구(7b)로 이루어지는 카세트 스테이션(7)이 설치되고, 이 스테이션의 내부에는 복수 장의, 예컨대 25장의 웨이퍼(2)가 수납된 카세트(8)가 수용되어 있다. 본 실시예의 도금 설비(1)에서는 도금 장치(4)와 세정 장치(5)로 이루어진 쌍이 2쌍 설치되고, 도금 장치(4), 세정 장치(5) 및 스핀 건조기(6)는 일렬로 설치되어 있다. 또한, 이들 각 장치와 카세트 스테이션(7) 사이에는 레일(9)이 설치되어, 이 레일(9) 상에 이송 장치(3)가 배치되어 있다.
도 2에는 이송 장치(3)가 개략적으로 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이송 장치(3)는 레일(9) 상에 배치되는 이송 장치 본체(10)와, 이 이송 장치 본체(10) 상에 설치되는 암 지지대(11)와, 이 암 지지대(11)를 회전 가능하게 지지하는 지지축(12)과, 웨이퍼(2)를 유지하는 이송 암(13)과, 이송 암(13)을 회전 가능하게 지지하는 암 지지축(14)을 구비하고 있다.
이송 장치 본체(10)는 도시하지 않은 구동 기구에 의해 레일(9) 상을, 도 2의 지면에서 수직 방향(도 1에서는 좌우 방향)으로 이동할 수 있다. 암 지지대(11)는 지지축(12)을 통해 이송 장치 본체(10)에 연결되어 지지축(12)을 회전시키면 지지축(12)을 중심으로 선회된다. 이송 암(13)은 암 지지축(14)을 통해 암 지지대(11)에 연결되어 암 지지축(14)을 회전시키면 암 지지축(14)을 중심으로 회전된다. 즉, 이송 암(13)은 그 위에 웨이퍼(2)를 유지한 상태로 상하로 반전 가능하게 구성되어 있다. 또한, 지지축(12)과 암 지지축(14)은 그 축 방향으로 신장 가능하게 구성되어, 지지축(12)을 신장시키면 암 지지대(11)가 상승되며, 암 지지축(14)을 신장시키면 이송 암(13)이 신장된다. 따라서, 이송 암(13)은 상하, 좌우, 전후, 상하 반전, 선회의 각 방향으로의 이동이 가능하고, 이에 따라 웨이퍼를 소정의 위치로 이송시킨다. 또한, 이송 암(13)에는 도시하지 않은 흡착 기구가 설치되어 있고, 이 흡착 기구로 웨이퍼(2)를 흡착하는, 이른바 진공 척 방식에 의해 웨이퍼(2)가 유지되어 있다.
도 3은 도금 장치(4)의 개략적인 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 도금 장치(4)의 황산구리 도금액(이하, 도금액이라 함)이 충전되는 도금조(15)는 거의 원통형으로 형성되고, 그 상단의 전체 둘레에 걸쳐 내주면측으로 돌출하는 돌출부(16)가 설치되어 있다. 돌출부(16)의 상부에는 접속 부재 및 제1 탄성 부재로서의 제1 O-링(17)이 배치되어 있다. 제1 O-링(17)은 링형의 도전성 재료로 형성되어 있다. 본 실시예에서는 체적 고유 저항치가 1 x 102Ω cm로 도전성이 높은 고무가 이용되고 있다. 웨이퍼(2)의 표면에 형성되는 제1 전극으로서의 하지 전극(18)이 도금조(15)측을 향하도록 배치된 상태에서 그 하지 전극(18)과 접촉하는 위치에 제1 O-링(17)의 상부가 배치되어 있다. 이 때문에, 제1 O-링(17)과 하지 전극(18)은 전기 접속되어 있다. 하지 전극(18)은 또한, 예컨대 CVD에 의해 미리 미세한 형상으로 형성되어 있다. 또한, 도금조(15)의 상부에 웨이퍼(2)가 배치된 상태에서 웨이퍼(2)는 고정 지그(19)에 의해 고정되어 있다.
돌출부(16)의 상부에는, 제1 O-링(17)의 내주면측으로 접속 부재 및 제2 탄성 부재로서의 제2 O-링(20)이 배치되어 있다. 제2 O-링(20)은 링형의 내약품성이 높은 재료로 형성되어 있다. 본 실시예에서는 산성에 내구성이 있는 불소 고무가 이용되고 있다. 제2 O-링(20)은 또한, 웨이퍼(2)가 배치된 상태에서 도금조(15) 내의 도금액이 제2 O-링(20)의 외측으로 유출되지 않도록 도금조(15)를 밀폐 가능한 상태로 유지하도록 형성되어 있다. 이 때문에, 도금조(15) 내의 도금액은 제1 O-링(17)과는 접촉하지 않게 된다.
도금조(15)의 아래쪽에는 도금액이 저장된 탱크(21)와, 탱크(21) 내의 도금액을 도금조(15) 내로 공급하는 펌프(22)가 설치되어 있다. 본 실시예에서는, 펌프(22)로서 내식성이 우수한 자석 펌프가 이용되고, 그 회전수를 변경할 수 있도록 인버터를 이용하여 제어가 행해지고 있다. 또한, 탱크(21)와 펌프(22)는 도금조(15)의 저면을 관통하는 배관 라인(23)에 의해 연결되어 있다. 이 때문에, 펌프(22)의 구동에 의해 탱크(21) 내의 도금액이 배관 라인(23)을 통해 도금조(15)내로 공급되어 도금조(15)의 내부가 도금액으로 채워지면, 도금액은 다시 배관 라인(23)을 통해 도금조(15)로부터 탱크(21)로 배출된다. 이와 같이, 도금 장치(4)는 도금액이 배관 라인(23)을 통해 도금조(15), 탱크(21), 펌프(22), 그리고 도금조(15)로 순환하는 구조로 되어 있다.
도금조(15)의 저면에는 제2 전극으로서의 애노드판(24)이 설치되어 있다. 이 애노드판(24)은 제1 O-링(17) 및 제2 O-링(20)의 상부에 웨이퍼(2)가 배치된 상태에서 하지 전극(18)과 대향하는 위치에 설치되어 있다. 애노드판(24)은 펌프(22)에 의한 도금액의 공급을 방해하지 않는 형상으로 형성되는데, 본 실시예에서는 도우넛 형상으로 형성되어 있다. 또한, 애노드판(24)의 재질은 도금의 종류에 따라 다르지만, 본 실시예에서는 황산구리 도금액이 이용되고 있으므로, 인 함유량이 0.03∼0.08 중량%인 구리판이 이용되고 있다. 애노드판(24)과 제1 O-링(17)은 전류원(25)에 전기 접속되어 있다.
또한, 도금조(15)의 내벽에는 초음파 진동 부재로서의 초음파 진동자(26)가 설치되어 있다. 본 실시예에서는, 2개의 초음파 진동자(26)가 설치되어 있다. 이 초음파 진동자(26)는 도금액에 초음파 진동을 가하여 도금되는 부분에서의 도금액의 순환을 촉진하는 동시에 기포의 체류를 방지하기 위한 것이다.
또한, 이 초음파 진동자(26)는 도금 처리 중에 그 진동수를 주기적으로 변동시킬 수 있도록 되어 있다. 바람직하게는, 진동수를 2초 사이에 30-50 kHz의 범위에서 변동시켜 도금을 행한다. 이와 같이 함으로써, 도금조 내에 형성되는 정재파의 파복의 위치를 주기적으로 변동시킬 수 있다. 따라서, 도금면에 가해지는 진동 강도를 평균화할 수 있고, 도금이 불균일해지는 것을 방지하여 균일한 도금을 행할 수 있다.
도 4는 세정 장치(5)의 개략적인 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 세정 장치(5)는 세정액이 충전되는, 본 실시예에서는 탈염수가 충전되는 세정조(27)와, 세정조(27) 주위에 설치된 외벽(28)과, 세정조(27)의 하부로부터 세정조(27) 내로 탈염수를 공급하는 공급관(29)을 구비하고 있다.
세정조(27)의 상단에는 그 내주면측으로 돌출하는 돌출부(30)가 설치되어 있다. 본 실시예에서는 돌출부가 내주면 상에 90°간격으로 4개의 지점에 설치되어 있다. 그리고, 돌출부(30) 상에는 도금될 면[하지 전극(18)측]이 하측을 향하는 상태로 웨이퍼(2)가 배치된다.
이 세정 장치(5)에서는, 세정조(27)가 공급 탈염수로 채워지면 탈염수가 세정조(27)의 상부로부터 단부 방향으로 밀어 내어진다. 그리고, 단부 방향으로 밀어 내어진 탈염수는 세정조(27)와 외벽(28) 사이의 배출관(31)을 통해 배출된다.
도 5는 스핀 건조기(6)를 보여주는 개략적인 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스핀 건조기(6)는 웨이퍼(2)를 지지하는 웨이퍼 지지부(32)와, 이 웨이퍼 지지부(32)를 회전시키는 회전축(33)과, 웨이퍼 지지부(32)에 웨이퍼(2)가 지지된 상태로 웨이퍼(2)에 기체를 송풍할 수 있는 에어 노즐(34)을 구비하고 있다.
웨이퍼 지지부(32)에는 웨이퍼(2)의 형상에 대응하여 오목부(35)가 설치되고, 또한 이 오목부(35)에는 하지 전극(18)측이 상면이 되는 상태로 웨이퍼(2)가 수용된다. 회전축(33)에는 모터(36)가 접속되어 모터(36)의 구동에 의해 회전축(33)이 회전하며, 이 회전축(33)을 중심으로 웨이퍼 지지부(32)가 회전된다.에어 노즐(34)은 웨이퍼(2)의 중앙부 부근에 기체를 송풍하도록 배치되어 있다.
에어 노즐(34)은 기체 배관 라인(37)에 접속되고, 전자 밸브(38)에 의해 기체가 공급되고 있다. 또한, 전자 밸브(38)와 모터(36)는 제어기(39)에 접속되고, 제어기(39)에 의해 웨이퍼(2)의 회전 및 웨이퍼(2)로의 기체의 송풍이 제어되고 있다. 이와 같이 스핀 건조기(6)에서는, 도금막이 형성된 면이 상측을 향한 상태에서 웨이퍼(2)가 건조되고 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 도금 설비(1)를 이용한 도금 처리 방법에 관해서 설명한다. 도 6에 도금 처리 방법을 플로우차트로 나타낸다.
우선, 이송 장치(3)를 카세트 스테이션(7)의 반입구(7a)에 수용된 카세트(8)의 앞까지 이동시켜, 이송 암(13)의 흡착 기구로 카세트(8) 내에 수납되어 있는 하지 전극(18)이 형성된 웨이퍼(2)를 흡착하여 유지한다. 그리고, 이와 같이 웨이퍼(2)를 유지한 상태에서 이송 장치(3)를 도금 장치(4)의 앞까지 이동시켜, 웨이퍼(2)의 하지 전극(18)이 도금조(15)를 향하도록 도금조(15) 상부의 제1 O-링(17) 및 제2 O-링(20) 상에 웨이퍼(2)를 배치한다(단계 1).
다음에, 웨이퍼(2)를 고정 지그(19)에 의해 고정하고, 펌프(22)를 구동시켜 탱크(21) 내의 도금액을 도금조(15) 내로 공급한다. 본 실시예에서는, 물 1리터당 황산구리 200 g과 황산 50 g을 첨가한 황산구리 도금액이 이용되고, 이 도금액의 온도는 30℃로 조정되어 있다. 그리고, 도금조(15) 내에 도금액이 충전되어 웨이퍼(2)에 접촉된지 수초 후에 도금 장치에 전류가 통전되는 동시에 초음파 진동자(26)에 의해 도금조 내에 초음파 진동이 연속적으로 가해진다. 본 실시예에서는, 하지 전극(18)의 전류 밀도가 10 A/cm2이고, 애노드판(24)의 전류 밀도가 5 A/cm2이며, 전압은 4 V이다. 또한, 초음파 진동자(26)의 주파수는 50 kHz이다. 이러한 통전에 의해 도금액에서 화학 반응이 일어나고, 도금액 중의 구리 이온이 구리로 되어 하지 전극(18) 상에 흡착되어, 구리 도금막이 형성된다(단계 2).
여기서, 그러한 통전에 의한 도금액의 화학 반응에 의해 도금액 내에 수소 기포가 발생하지만, 이 기포는 초음파 진동자(26)로부터의 초음파 진동에 의해 하지 전극(18)에 부착되지 않게 된다. 또한, 이 초음파 진동에 의해 도금조(15) 내에서의 도금액의 순환이 촉진되고, 도금액이 하지 전극(18)의 전체 도금면에 쉽게 공급되게 된다. 또한, 제1 O-링(17) 및 제2 O-링(20)에 고무가 이용되고 있고, 웨이퍼(2)가 고정 지그(19)에 의해 고정된 상태에서 제1 O-링(17)과 하지 전극(18)과의 접촉 저항은 균일해진다. 이 때문에, 전류원(25)으로부터 통전 시에 하지 전극(18)의 전류 분포가 균일해지고, 하지 전극(18) 상에 균일한 두께의 도금막이 형성된다.
또한, 하지 전극(18)이 제1 O-링(17)의 상면과 접촉하므로, 종래의 전극 핀과 같이 통전 가능한 전류의 양이 크게 제한되는 일이 없으며, 하지 전극(18) 상에 소정 두께의 도금막을 형성할 수 있다.
또한, 웨이퍼(2)를 고정 지그(19)에 의해 고정하면, 도금조(15)가 웨이퍼(2) 및 제2 O-링(20)에 의해 밀폐되고, 도금조(15) 내에 도금액이 충전된 상태에서 도금액이 제2 O-링(20)의 외측에 설치된 제1 O-링(17)과 접촉하지 않게 된다. 이 때문에, 제1 O-링(17)에서 구리가 석출되는 일이 없어진다.
웨이퍼(2)의 하지 전극(18) 상에 도금막이 형성되면, 이송 암(13)의 흡착 기구에 의해 웨이퍼(2)를 유지한 상태로 이송 장치(3)를 세정 장치(5)의 앞까지 이동시켜, 웨이퍼(2)의 하지 전극(18)이 세정조(27)를 향하도록 세정조(27)의 돌출부(30) 상에 웨이퍼(2)를 배치한다. 또한, 세정조(27) 내에 탈염수가 공급되어, 돌출부(30) 상에 배치된 웨이퍼(2)에 부착되어 있는 도금액이 세정된다(단계 3).
웨이퍼(2)가 세정되면, 이송 암(13)의 흡착 기구에 의해 웨이퍼(2)를 유지한 상태로 암 지지축(14)이 회전되고, 웨이퍼(2)가 상하로 반전된다. 이에 따라, 웨이퍼(2)의 하지 전극(18)측이 웨이퍼(2)의 상면이 된다(단계 4).
하지 전극(18)측이 웨이퍼(2)의 상면이 되면, 이송 장치(3)를 스핀 건조기(6)의 앞까지 이동시켜, 웨이퍼(2)를 웨이퍼 지지부(32)의 오목부(35) 내에 수용한다. 그리고, 제어기(39)에 의해 모터(36)가 구동되어 웨이퍼(2)가 회전되는 동시에 전자 밸브(38)가 개방되고, 기체 배관 라인(37)을 통해 에어 노즐(34)로부터 웨이퍼(2)의 중앙부 부근에 기체가 송풍된다. 전술한 웨이퍼(2)의 회전 시에, 그 원심력에 의해 웨이퍼(2)에 부착된 탈염수가 비산(飛散)된다. 또한, 원심력만으로는 탈염수를 비산시키기가 어려운 웨이퍼(2)의 중앙부 부근에는 에어 노즐(34)로부터 기체가 송풍되어, 웨이퍼(2)의 중앙부 부근에 부착된 탈염수가 웨이퍼(2)의 단부 또는 외측으로 비산된다. 이에 따라, 웨이퍼(2)에 부착된 탈염수가 제거되어 웨이퍼(2)가 건조된다(단계 5).
마지막으로, 이송 암(13)의 흡착 기구에 의해 웨이퍼(2)를 유지한 상태로 이송 장치(3)를 카세트 스테이션(7)의 반출구(7b)에 수용된 카세트(8)의 앞까지 이동시켜, 웨이퍼(2)를 카세트(8) 내에 수납한다(단계 6).
본 실시예의 효과를 확인하기 위해서, 웨이퍼(2)의 하지 전극(18) 상에 형성된 도금막의 두께를 웨이퍼(2)의 중심을 지나는 직선 상의 등간격의 9개의 지점에서 측정하였다. 그 결과를 도 7에 나타내었다. 또한 참고로, 종래의 도금 장치(51)에 의해 형성된 도금막의 두께를 마찬가지로 측정하고, 그 결과를 도 7에 점선으로 도시하였다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 형성된 도금막의 두께는 약 2.1 ㎛로 거의 균일하며, 종래의 도금막의 두께는 1.5 ㎛∼2.2 ㎛으로, 본 실시예의 도금막의 균일성이 종래에 비해 크게 개선된 것을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 의해 웨이퍼(2)의 하지 전극(18) 상에 균일한 두께의 도금막을 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
본 실시예에 따르면, 통전에 의한 도금액에서의 화학 반응에 의해 발생한 수소 기포는 초음파 진동자(26)로부터의 초음파 진동에 의해 하지 전극(18)에 부착되지 않는다. 또한, 이 초음파 진동에 의해 도금조(15) 내에서의 도금액의 순환이 촉진되고, 도금액이 하지 전극(18)의 전체 표면에 쉽게 공급된다. 이 때문에, 하지 전극(18)의 전류 분포가 균일해지고, 하지 전극(18) 상에 균일한 두께의 도금막이 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 O-링(17) 및 제2 O-링(20)에 고무가 이용되고 있으므로, 제1 O-링(17)과 하지 전극(18)의 접촉 저항이 균일해진다. 이 때문에, 하지전극(18)의 전류 분포가 균일해지고, 하지 전극(18) 상에 균일한 두께의 도금막이 형성될 수 있다.
또한, 하지 전극(18)이 제1 O-링(17)의 상면과 접촉하고 있어 종래의 전극 핀에서와 같이 통전 가능한 전류의 양이 크게 제한을 받는 일이 없으며, 하지 전극(18) 상에 소정 두께의 도금막이 형성될 수 있다.
또한, 제2 O-링(20)은 도금조(15) 내의 도금액이 제2 O-링(20)의 외측으로 유출되지 않도록 도금조(15)를 밀폐할 수 있는 형상으로 형성되어 있기 때문에, 도금액이 제1 O-링(17)에 접촉하지 않게 된다. 이 때문에, 제1 O-링(17)에서 구리가 석출되는 일이 없게 된다.
본 실시예에 따르면, 도금 장치(4)는 제1 O-링(17) 및 제2 O-링(20) 상에 웨이퍼(2)를 배치한 상태로 도금조(15)가 밀폐되는 구조로 형성되어 있으므로, 도금조(15)의 도금액이 웨이퍼(2)의 상면에 부착되는 일이 없게 된다.
본 실시예에 따르면, 웨이퍼(2)가 도금막이 형성된 면이 상측을 향하는 상태로 웨이퍼 지지부(32)의 오목부에 수용되어 있으므로, 웨이퍼(2)의 지지가 용이해지고, 스핀 건조기(6)의 구조가 간단해질 수 있게 된다.
본 실시예에 따르면, 제1 O-링(17) 및 제2 O-링(20)이 링형으로 형성되어 있으므로, 제1 O-링(17) 및 제2 O-링(20)의 성형 및 도금 장치(4)에의 설치가 용이해진다. 또한, 제1 O-링(17)에 도전성이 높은 고무가 이용되고, 제2 O-링(20)에 불소 고무가 이용되고 있기 때문에, 제1 O-링(17) 및 제2 O-링(20)의 내구성이 향상된다.
또, 실시예는 전술한 바로만 한정되지 않고, 예컨대 이하의 경우라도 좋다.
본 실시예에서는, 접속 부재를 제1 O-링(17)과 제2 O-링(20)으로 구성한 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것으로만 한정되는 것이 아니라, 예컨대 도금조(15)의 돌출부(16)에 도전성 재료가 끼워 맞춰진 것이어도 좋다. 또한, 제1 O-링(17)과 제2 O-링(20)이 일체로 형성된 것이어도 좋다. 이 경우, 도금 장치(4)에의 설치가 용이해진다.
제1 탄성 부재는 하지 전극(18)에 전기 접속되어 있으면 좋고, 그 형상은 링형으로만 한정되지 않으며, 예컨대 원호형이어도 좋다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 O-링(17)의 형상을 나선형으로 형성하고, 그 표면을 하지 전극(18)에 가압하여 접속하여도 좋다. 이 경우, 제1 O-링(17)에 가해지는 응력이 분산되어 제1 O-링(17)의 내구성이 향상된다.
마찬가지로 제2 탄성 부재는 도금조(15) 내의 도금액이 제1 탄성 부재에 접촉하지 않는 것이면 좋고, 그 형상은 링형으로만 한정되는 것은 아니다.
도금조(15) 내에 도금액의 농도를 측정하는 농도 센서를 설치하고, 측정된 농도에 기초하여 탱크(21) 내의 도금액의 농도를 조정하는 농도 제어 부재를 설치하여도 좋다. 이 경우, 도금조(15) 내의 도금액의 농도를 일정한 농도로 제어할 수 있고, 도금 장치(4)를 연속적으로 이용하여도 하지 전극(18) 상에 소정 두께의 도금막을 형성할 수 있다.
도금 설비(1)에 세정 장치(5)를 설치하지 않고서, 도금 장치(4)로 세정 공정을 행하여도 좋다. 이 경우, 하지 전극(18) 상에 도금막을 형성한 후, 도금조(15)에 예컨대, 질소 가스를 공급하여 도금액을 제거하고, 새롭게 도금조(15) 내에 탈염수가 공급된다.
도금 장치(4)는 제1 O-링(17) 및 제2 O-링(20) 상에 웨이퍼(2)를 배치한 상태로 도금조(15)가 밀폐되는 구조로만 한정되지 않고, 종래의 도금 장치와 같이, 도금조(15)의 주위에 외벽을 설치하여 웨이퍼(2)의 단부 방향으로 밀어 내어진 도금액이 도금조(15)와 외벽 사이를 지나 탱크(21)에 저장되는 순환 구조로 하여도 좋다. 이 경우에도 본 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 실시예에서는, 황산구리 도금의 경우에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 황산구리 도금으로만 한정되는 것이 아니라, 예컨대 유기산 땜납 도금이어도 좋다. 이 경우, 애노드판(24)으로는 도금액 중의 주석 성분과 납 성분의 비율에 맞춘 고순도 땜납판이 이용된다. 또한 구리 도금 이외에, 예컨대 은 도금이어도 좋다.
또한, 본 실시예에서는, 하지 전극(18) 상에 약 2.1 ㎛ 두께의 도금막을 형성하는 경우에 대해서 설명한 것으로, 도금액의 조성, 통상의 조건, 도금액의 온도와 같은 각종 조건은 형성할 도금막에 따라 다르다. 예컨대, 도금액에 미량의 염소를 첨가함으로써 도금막의 물성 및 외관을 향상시킬 수 있다. 또한, 첨가제로서 미량의 유황계 유기 화합물을 첨가함으로써 도금막의 광택을 향상시킬 수 있다.
이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 피처리체에 균일한 두께의 도금막을 형성할 수 있다.

Claims (13)

  1. 도금액이 충전되는 도금조와,
    이 도금조의 상부에 설치되고, 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 제1 전극에 접속되는 접속 부재와,
    상기 도금조 내에 설치되는 제2 전극과,
    상기 도금조 내에 설치되는 초음파 진동 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼는 처리될 제1 전극이 하측을 향하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼는 도금조에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 초음파 진동 부재는 도금 처리 중에 그 진동수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
  5. 도금액이 충전되는 도금조와,
    이 도금조의 상부에 설치되고, 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 제1 전극에 접속되는 제1 탄성 부재와,
    상기 도금조 내의 도금액이 상기 제1 탄성 부재에 접촉하지 않도록 도금조를 밀봉시키는 상기 도금조의 상부에 설치된 제2 탄성 부재와,
    상기 도금조 내에 설치되는 제2 전극
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 도금조 내에는 초음파 진동 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 탄성 부재 및 제2 탄성 부재는 링형으로 형성되며, 상기 제1 탄성 부재는 도전성 고무로 구성되고 상기 제2 탄성 부재는 내약품성 고무로 구성되는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 제1 탄성 부재 및 상기 제2 탄성 부재는 링형으로 형성되는 동시에, 상기 제2 탄성 부재는 내약품성 고무로 구성되고, 또한 상기 제1 탄성 부재는 나선형으로 형성되며 그 표면이 상기 제1 전극에 접촉되어 접속되는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
  9. 처리할 반도체 웨이퍼를 유지하여 적어도 도금 처리 장치 내로 이송하는 이송 장치와,
    이 이송 장치에 의해 이송된 상기 반도체 웨이퍼를 도금하는 도금 장치로서, 도금액이 충전되는 도금조에 초음파 진동 부재가 설치되어 도금 처리 중에 도금액에 초음파 진동을 가하도록 구성된 그러한 도금 장치와,
    이 도금 장치에 의해 도금막이 형성된 상기 반도체 웨이퍼를 세정하는 세정 장치와,
    이 세정 장치에 의해 세정된 상기 반도체 웨이퍼를 건조시키는 건조 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 설비.
  10. 제9항에 있어서, 상기 이송 장치는 상기 반도체 웨이퍼를 유지한 상태로 반도체 웨이퍼를 상하로 반전시킬 수 있도록 구성되고,
    상기 건조 장치는 도금막이 형성된 면이 상측을 향하는 상태로 상기 반도체 웨이퍼를 건조시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 도금 설비.
  11. 반도체 웨이퍼를 유지하여 적어도 도금 처리 장치 내로 이송하는 이송 공정과,
    이송 공정에 의해 이송된 반도체 웨이퍼를 초음파 진동이 가해지고 있는 도금액에 접촉시켜 도금하여 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 도금막을 형성하는 도금 공정과,
    도금 공정에서 도금막이 형성된 피처리체를 세정하는 세정 공정과,
    세정 공정에 의해 세정된 피처리체를 건조시키는 건조 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 세정 공정과 상기 건조 공정 사이에 반도체 웨이퍼를 유지한 상태로 반도체 웨이퍼를 상하로 반전시키는 반전 공정을 추가로 포함하는 것을 특징하는 도금 처리 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 도금 처리는 구리 도금 처리인 것을 특징으로 하는 도금 처리 방법.
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