KR100453454B1 - 양극화 반응 장치 및 단위 양극화 반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양극화 반응 장치에 관한 것으로, 다수의 기판에 동시에 양극화를 진행하여 생산 수율을 높이고, 양극화 반응기의 불량 작동을 미연에 방지하기 위하여, 전해액이 채워진 하나의 수조에 단위 양극 반응기 다수개를 담그고, 각각의 단위 반응기에서 동시에 양극화 반응을 진행하며, 단위 반응기에 질소 투입구를 형성하고, 질소를 투입함으로써, 단위 반응기 외부로 새어 나오는 질소 기포에 의하여 전해액의 누설 여부를 미리 확인하여 양극화 반응의 불량을 미연에 방지한다. 본 발명에 따른 양극화 반응 장치는 전해액이 채워지는 양극화 반응 수조가 있고, (-) 전압이 인가되는 금속망이 반응 수조에 장착되며, 양극화될 기판이 장착되고 (+) 전압이 인가되는 단위 반응기가 전해액에 침수되도록 구성되어 있는데, 금속망은 양극화 반응 수조에 다수개 설치되어 전해액을 다수개의 소전해액 영역으로 분리하고, 소전해액 영역 각각에 단위 반응기가 침수되도록 구성하는 것이 바람직하다.

Description

양극화 반응 장치 및 단위 양극화 반응기{An anodization Reactor and an unit of the same}

본 발명은 양극화 반응 장치에 관한 것이다.

양극화는 HF와 같은 강산성을 가지는 전해액에 양극화가 될 금속이나 반도체를 담가 (+) 전원을 연결하고, 백금에 (-) 전원을 연결하여 전해액에서 금속이나 반도체의 표면을 다공성으로 만드는 기술이다. 양극화 반응 장치는 이러한 양극화가 이루어지는 반응 장치를 말한다.

도 1은 종래 기술에 따른 양극화 반응 장치의 개략도이다.

상부 및 하부가 개방되어 있는 형상의 상부 바디(11)와 상부만이 개방된 하부 바디(12)가 결합되어 양극화 반응기의 몸체(10)를 이루고 있다. 이 때, 상부 바디(11)의 하단 부분이 하부 바디(12)의 상단 부분의 안쪽에 위치하도록 결합되어 있다.

이러한 상부 바디(11)와 하부 바디(12)의 결합에 의하여 제작되는 양극화 반응기의 몸체(10)에는 내부 공간이 마련되는데, 이 내부 공간에 양극화를 위한 전압이 인가될 백금으로 이루어진 두 전극(16, 17)이 설치된다.

양극 전류의 발생을 위하여 상부 바디(11)에는 (-) 전압이 인가될 제1 전극(16)이 설치되어 있고, 하부 바디(12)에는 (+) 전압이 인가될 제2 전극(17)이 설치되어 있다. 이 때, 제2 전극(17) 상면 전체에는 양극화가 될 기판 예를 들어, 실리콘 기판(15)이 장착된다.

상부 바디(11)의 하단 부분과 실리콘 기판(15) 사이 및 제2 전극(17)과 하부 바디(12)의 바닥 부분 사이에는 상부 바디(11)와 실리콘 기판(15)이 만드는 공간에 있는 전해액(19)이 누설되지 않도록 하기 위하여 밀폐링(13, 14)이 끼워져 있다.

양극화를 위하여는, 이러한 양극화 반응 장치에 HF를 포함한 전해액(19)을 투입한 후, 제1 전극(16)에 (-) 전압을 인가하고 제2 전극(17)에 (+) 전압을 인가함으로써 전해액(19)을 통하여 수 암페어(A) 정도의 양극화 전류를 흘린다. 이 경우, 양극 전류가 제2 전극(17), 실리콘 기판(15), 전해액(19), 제1 전극(16)의 순으로 흐르게 되는데, 이 과정에서 실리콘 기판(15)이 양극화된다.

그런데, 밀폐링(13. 14)이 상부 바디(11)의 하단 부분과 실리콘 기판(15) 사이에서 또는, 제2 전극(17)과 하부 바디(12)의 바닥 부분 사이에서 제대로 끼워져 있지 않는 경우, 이 부분을 통하여 HF를 포함한 전해액(19)이 누설된다. 누설된 전해액(19)은 제2 전극(17)의 하면으로 침투하여 제2 전극(17)을 부식시키는데, 종국에는 제2 전극(17)에 오픈을 유발하게 되어 양극 전류의 흐름이 차단된다.

이렇게 전해액(19)이 누설될 경우에는, 양극화 반응 도중 실리콘 기판(15)을 제2 전극(17)에서 떼어낸 후, 이온이 제거된 물(Deionized Water) 등으로 양극화 반응기 몸체(10)를 세척하고 건조시킨 다음, 실리콘 기판(15)을 다시 장착해야 하기 때문에 공정상 번거로움이 있다.

또한, 이러한 구조의 양극화 반응 장치에서는, 그 구조상 소수의 실리콘 기판만이 장착되기 때문에, 생산 수율이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 다수의 기판에 동시에 양극화를 진행하여 생산 수율을 높이는 양극화 반응 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 양극화 반응기의 불량 작동을 미연에 방지하는 양극화 반응 장치를 제공하고자 한다.

도 1은 종래의 기술에 따른 양극화 반응 장치의 개략도이고,

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극화 반응 장치의 개략도이고,

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극화 반응 장치에 장착되는 양극화 반응기의 개략도이고,

도 4는 양극화 반응기에서의 전해액 누설을 설명하기 위한 개략도이고,

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양극화 반응기의 개략도이고,

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 양극화 반응 장치의 개략도이다.

본 발명은 이러한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 전해액이 채워진 하나의 수조에 단위 양극 반응기 다수개를 담그고, 각각의 단위 반응기에서 동시에 양극화 반응을 진행한다.

또한, 본 발명은 단위 반응기에 질소 투입구를 형성함으로써, 질소 투입을 통하여 단위 반응기 외부로 새어 나오는 질소 기포에 의하여 전해액의 누설 여부를 미리 확인하여 양극화 반응의 불량을 미연에 방지한다.

보다 상세하게는 전해액이 채워지는 양극화 반응 수조, 상기 반응 수조에 장착되며, (-) 전압이 인가되는 금속망, 상기 전해액에 침수되며 양극화 대상물이 장착되고 (+) 전압이 인가되는 단위 반응기를 포함하는 양극화 반응 장치를 마련한다.

이 때, 상기 금속망은 상기 양극화 반응 수조에 다수개 설치되어 상기 전해액을 다수개의 소전해액 영역으로 분리하고, 상기 소전해액 영역 각각에 상기 단위 반응기가 침수된다. 또, 상기 금속망은 백금으로 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 단위 반응기는, 도전체, 상기 도전체의 일단에 연결되어 있고, 양극화 대상물이 장착되는 전극, 상기 도전체를 감싸고 있으며 기체 주입구 및 기체 주입로를 가지는 제1 커버, 상기 양극화 대상물이 장착된 상태에서 상기 양극화 대상물의 한쪽 면만을 노출시키도록 상기 양극화 대상물 및 상기 전극을 감싸는 제2 커버를 포함하는 구조를 가지는 것이 바람직하고, 상기 단위 반응기는 상기 제1 커버를 상기 도전체와 결합하고 있는 기체 차단캡을 더 포함할 수 있다. 또, 상기 제2 커버에 설치되어 있으며 상기 양극화 대상물을 상기 전극에 고정시키는 고정 수단을 더 포함하는 것이 바람직하고 상기 고정 수단은 나사체결부재와 상기 나사체결부재에 체결되어 있으며 상기 나사체결부재의 조임에 의하여 상기 양극화 대상물을 상기 전극에 눌러서 고정시키는 누름 부재를 포함할 수 있다. 또한, 상기 단위 반응기는 상기 누름 부재와 상기 양극화 대상물을 밀착시키기 위한 제1 밀폐링과 상기 누름 부재와 상기 제2 커버를 밀착시키기 위한 제2 밀폐링을 포함하는 것이 바람직하다. 또는 상기 전극은 상기 양극화 대상물이 장착되는 표면에 형성되어 있는 내식성 도전층을 가질 수 있으며, 상기 내식성 도전층은 Au 또는 Pt로 형성하는 것이 바람직하다.

다른 한편 상기 금속망은 상기 반응 수조의 바닥 면에 대하여 0도에서 90도 사이의 소정의 각도를 이루도록 기울어진 상태로 장착하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극화 반응 장치의 개략도를 나타낸 것이고, 도 3은 도 2에 보인 단위 양극화 반응기의 확대도이다.

본 발명에 따른 양극화 반응 장치는 HF를 포함한 전해질(29)이 담긴 하나의 반응기 수조(20)에 실리콘 기판(28)이 장착된 단위 양극화 반응기(30) 다수개가 잠길 수 있도록 구성한다.

수조(20)에는 백금망(23) 다수개가 설치되어 있어서, 수조(20) 내의 영역을 다수개의 소전해질 영역으로 분할하고 있다. 백금망(23)은 수조(20)의 하단에 설치되어 있는 제1 바(21)와 수조(20)의 상부에 설치되어 있는 제2 바(22)에 의하여 지지되고 있다. 백금망(23)에는 제1 바(21) 또는 제2 바(22)를 통하여 (-) 전압이 인가된다.

백금망(23)에 의하여 정의되는 소전해질 영역에는 하나 이상의 단위 양극화반응기(30)가 위치할 수 있는데, 도면에는 두 개의 단위 양극화 반응기(30)가 장착되어 있는 상태를 보여주고 있다.

단위 양극화 반응기(30)에는 실리콘 기판(28)이 장착되며, 백금망(23)에 대응하여 (+) 전압이 인가된다. 따라서, 양극화 반응 진행시, 양극화 반응을 위한 전류는 단위 양극화 반응기(30), 실리콘 기판(28), 전해액(29), 백금망(23)의 순서로 흐르게 된다. 양극화 반응을 지속시키는 시간은 여러 조건에 따라 달라지겠으나 보통 양극화 반응 대상물을 수 암페어(A) 정도의 양극화 전류가 흐르는 전해액(19) 속에 30분 정도 담가 두었다가 꺼내서 초순수 등으로 표면의 HF를 씻어 낸다.

이러한 단위 양극화 반응기의 구조에 대한 상세한 설명을 도 3을 참조하여 설명한다.

제1 방향으로 연장되어 있고, 그의 일단이 고리 형상으로 되어 있는 전극 고리(31)가 있고, 그의 하단에는 금속 전극(32)이 연결되어 있다. 전극 고리(31)는 금속 전극(32)을 외부의 전원 단자와 연결하기 위한 인출선으로서의 역할과 단위 양극화 반응기를 반응 수조에 장착할 때 걸개로서의 역할을 겸한다. 금속 전극(32)의 상면에는 양극화 반응시킬 대상물 예를 들어, 실리콘 기판(28)이 장착된다. 여기서 금속 전극(32)은 황동 등의 물질로 형성한다.

전극 고리(31)에는 전극 고리(31)를 둘러싸서 전해액으로부터 전극 고리(31)를 격리시키는 전극 고리 차단부(33)가 장착되어 있다. 전극 고리 차단부(33)에는 질소를 주입하기 위한 질소 주입구(51)와 질소 주입로(52)가 형성되어 있다. 그리고, 전극 고리(31)에는 전극 고리 차단부(33)를 덮고 있는 질소 차단캡(40)이 형성되어 있다. 질소 차단캡(40)은 전극 고리(31)와 전극 고리 차단부(33)를 결합하는 역할과 함께 질소가 질소 주입로(52) 이외에 전극 고리 차단부(33)의 상부를 통하여 외부로 누설되는 것을 막는 역할을 한다.

금속 전극(32)에는 황동 등으로 이루어져 있어서 전해액에 의하여 쉽게 부식되는 금속 전극(32)을 전해액으로부터 격리하는 전극 차단부(34)가 장착되어 있다. 전극 차단부(34)는 양극화 반응 대상물, 예를 들어, 실리콘 기판(28)을 금속 전극(32) 위에 장착한 상태에서 실리콘 기판(28)의 상면을 제외한 실리콘 기판(28)과 금속 전극(32)을 둘러싸서 전해액으로부터 금속 전극(32)을 격리시킨다. 또한, 전극 차단부(34)의 양쪽 상부에는 나사체결부재(41)가 누름 부재(42)에 체결되어 있다. 여기서, 나사체결부재(41)를 조이게 되면, 누름 부재(42)가 실리콘 기판(28)을 금속 전극(32)을 향하여 눌러 주게 되는데, 이 과정에서, 실리콘 기판(28)이 금속 전극(32)에 고정된다. 전극 고리 차단부(33)와 전극 차단부(34)는 암나사와 수나사의 결합을 이용하여 서로 결합되어 있다. 이 때 결합부의 밀폐를 위하여 고무 링을 사용할 수 있다.

실리콘 기판(28)과 누름 부재(42)의 사이에는 제1 밀폐링(38)이 끼워져 있고, 누름 부재(42)와 전극 차단부(32) 사이에는 제1 밀폐링(38)보다 직경이 큰 제2 밀폐링(39)이 끼워져 있다. 제1 밀폐링(38)은 전해액이 실리콘 기판(28)을 통하여 금속 전극(32)에 침투하는 것을 막을 목적으로 사용되며, 제2 밀폐링(39)은 전해액이 누름 부재(42)와 전극 차단부(34) 사이를 통하여 금속 전극(32)에 침투하는 것을 막을 목적으로 사용된다.

이러한 구조를 가지는 단위 반응기(30)를 HF를 포함한 전해액에 담가 사용하기 전에, 전해액이 누설되는지의 여부를 미리 확인하는 것이 필요하다. 이를 위하여 도 4에 보인 바와 같이, 수조(20)에 이온이 제거된 물(Deionized Water)(59)을 채우고, 단위 반응기(30)를 투입한 후, 단위 반응기(30)의 질소 투입구(51)를 통하여 질소를 투입한다.

단위 반응기(30)의 질소 주입구(51)를 통해 질소를 강한 압력으로 주입할 경우, 전극 고리(31)와 전극 고리 차단대(33)의 사이의 질소 주입로(52)를 질소가 통과하게 된다. 이 때, 전극 차단부(34)와 제2 밀폐링(39) 사이 또는 양극화 반응 대상물인 실리콘 기판(28)과 제1 밀폐링(38) 사이가 밀착되지 않아 누설이 생길 경우, 질소는 도 3에 도시한 제1 경로(I) 및 제2 경로(II)를 통하여 단위 반응기(30) 외부로 새어 나오게 된다. 이 때, 단위 반응기(30)에서 질소가 새는지의 여부는 단위 반응기(30)의 주변에 발생되는 기포(41)를 통하여 확인할 수 있다.

이와 같이, 질소 주입구(51)는 양극화를 위한 전해액이 금속 전극(32)으로 침투할 것인지의 여부를 미리 확인하는 역할을 한다. 전해액의 침투할 것으로 확인되면, 단위 양극화 반응기를 꺼내서 건조한 후, 단위 양극화 반응기 및 실리콘 기판을 재장착하면 되므로, 종래 기술과 같이 거대한 양극화 반응 장치의 몸체를 분해하여 재설치해야 하는 번거로운 공정이 필요 없다.

한편, 단위 양극화 반응기의 금속 전극(32)이 전해액에 의하여 부식되는 것을 방지하기 위하여 다른 부가적인 금속층을 이용할 수도 있다. 이에 대하여 제2실시예로써 설명한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양극화 반응기의 개략도이다.

제2 실시예에 따른 단위 양극화 반응기는 양극화 반응 대상물이 장착될 금속 전극(32)의 표면에 백금(Pt) 또는 금(Au) 등의 내식성 도전 물질로 이루어진 내식성 도전층(61)이 형성되어 있다는 점이 제1 실시예와 다르다. 내식성 도전층(61)은 전해액에도 쉽게 부식되지 않기 때문에 혹시 전극 차단부(34)와 제2 밀폐링(39) 사이 또는 양극화 반응 대상물인 실리콘 기판(28)과 제1 밀폐링(38) 사이가 밀착되지 않아 전해액이 침투하더라도 금속 전극(32)이 부식되는 것을 방지한다.

이와 같이 제2 실시예에 따른 단위 양극화 반응기는 금속 전극(32)이 전해액에 의하여 부식되는 것을 방지하기 위한 2중의 안전 장치를 갖추고 있다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 양극화 반응 장치의 개략도이다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 양극화 반응 장치는 제1 실시예에 따른 양극화 반응 장치와 달리 수조(20)에 형성되어 있는 백금망(23)이 전해액(29) 표면에 대하여 일정한 각도(도 6에서는 45도)로 기울어져 있다. 따라서 각 소전해질 영역마다 삽입하는 단위 양극화 반응기(30)도 일정한 각도로 기울어진 상태로 놓여 있게 된다. 이 때, 양극화 반응 대상물(28)이 장착되는 면이 전해액(29) 표면 쪽을 향하도록 단위 양극화 반응기(30)를 수조(20) 내에 배치한다. 제3 실시예와 같이 단위 양극화 반응기(30)를 배치하면 다음과 같은 이점이 있다.

양극화 반응이 이루어질 때 양극화 반응 대상물인 웨이퍼 표면에서 수소(H₂)가스가 발생하는데, 이 수소 가스가 전해액(29) 표면으로 올라가는 도중에 웨이퍼 표면과 접촉하여 손상을 입힐 우려가 있다. 그러나 제3 실시예에서와 같이 단위 양극화 반응기(30)를 기울여 배치하면 일단 웨이퍼 표면을 떠난 수소 가스는 다시 웨이퍼 표면과 접촉하는 일이 없게 된다. 따라서 수소 가스에 의하여 웨이퍼의 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이 때, 단위 양극화 반응기(30)를 기울이는 각도는 양극화 반응 과정에서 발생하는 수소 가스에 의하여 웨이퍼 표면이 손상되지 않는 정도이면 된다.

제3 실시예에 따른 양극화 반응 장치에서는 도 2 및 도 5에 도시한 단위 양극화 반응기(30) 중 어느 것이나 사용할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에서는, 이온이 제거된 물이 들어 있는 수조 내에서 질소 주입을 통하여 전해액의 누설 여부를 미리 확인한 후, 후속 조치, 예를 들어, 단위 반응기를 건조한 후, 재장착하면 되므로, 종래 기술과 같이 양극화 반응 장치의 몸체 전체를 분해하여 세척하고 건조시킨 후, 재설치해야 하는 번거로운 공정이 필요 없다. 또한, 하나의 수조 안에서 다수개의 실리콘 기판에 동시 다발적으로 양극화 반응을 진행할 수 있으므로 생산 수율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

Claims (14)

1. (삭제)
2. (삭제)
3. (삭제)
4. (정정) 양극화 반응 장치에 있어서,

   전해액이 채워지는 양극화 반응 수조,

   상기 반응 수조에 장착되며, (-) 전압이 인가되는 금속망,

   상기 전해액에 침수되며 양극화 대상물이 장착되고 (+) 전압이 인가되는 단위 반응기를 포함하고,

   상기 단위 반응기는,

   도전체,

   상기 도전체의 일단에 연결되어 있고, 양극화 대상물이 장착되는 전극,

   상기 도전체를 감싸고 있으며 기체 주입구 및 기체 주입로를 가지는 제1 커버,

   상기 양극화 대상물이 장착된 상태에서 상기 양극화 대상물의 한쪽 면만을 노출시키도록 상기 양극화 대상물 및 상기 전극을 감싸는 제2 커버

   를 포함하는 양극화 반응 장치.
5. (삭제)
6. 제4항에서,

   상기 제2 커버에 설치되어 있으며 상기 양극화 대상물을 상기 전극에 고정시키는 고정 수단을 더 포함하는 양극화 반응 장치.
7. 제6항에서,

   상기 고정 수단은 나사체결부재와 상기 나사체결부재에 체결되어 있으며 상기 나사체결부재의 조임에 의하여 상기 양극화 대상물을 상기 전극에 눌러서 고정시키는 누름 부재를 포함하는 양극화 반응 장치.
8. 제7항에서,

   상기 단위 반응기는 상기 누름 부재와 상기 양극화 대상물을 밀착시키기 위한 제1 밀폐링과 상기 누름 부재와 상기 제2 커버를 밀착시키기 위한 제2 밀폐링을 포함하는 양극화 반응 장치.
9. 제4항에서,

   상기 전극은 상기 양극화 대상물이 장착되는 표면에 형성되어 있는 내식성 도전층을 가지는 양극화 반응 장치.
10. 제9항에서,

    상기 내식성 도전층은 Au 또는 Pt로 이루어지는 양극화 반응 장치.
11. 제1항에서,

    상기 금속망은 상기 반응 수조의 바닥 면에 대하여 0도에서 90도 사이의 소정의 각도를 이루도록 기울어진 상태로 장착되어 있는 양극화 반응 장치.
12. 도체 전극,

    상기 도체 전극에 전기적으로 연결되어 있는 인출선,

    상기 인출선의 일부분을 감싸고 있으며 기체 주입구 및 기체 주입로를 가지고 있는 제1 커버,

    상기 도체 전극을 내장하고 있으며 상기 도체 전극의 표면 일부를 노출시키고 있고, 상기 제1 커버와 결합되어 있는 제2 커버,

    상기 도체 전극의 노출되어 있는 표면에 양극화 반응 대상물을 고정시키기 위하여 상기 제2 커버에 설치되어 있는 고정 부재

    를 포함하는 단위 양극화 반응기.
13. 제12항에서,

    상기 도체 전극의 노출되어 있는 표면에 형성되어 있는 내식성 도전층을 더 포함하는 단위 양극화 반응기.
14. 제12항에서,

    상기 도체 전극에 상기 양극화 반응 대상물이 고정되어 있는 상태에서 상기 고정 부재와 상기 양극화 반응 대상물 사이에 개재되는 제1 밀폐링과 상기 고정 부재와 상기 제2 커버 사이에 개재되는 제2 밀폐링을 더 포함하는 양극화 반응기.