KR100453861B1 - 웨이퍼 회전식 도금장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도금액이 저장된 도금조 내에서 수직방향으로 웨이퍼를 침적시켜 웨이퍼를 직접 회전시키면서 도금하는 웨이퍼 회전식 도금장치를 개시한 것으로, 웨이퍼를 도금조 측면에 수직 방향으로 장착하는 웨이퍼 장착 헤드와, 웨이퍼 장착 헤드를 회전시킬 수 있도록 설치되는 웨이퍼 회전지그와, 웨이퍼 회전지그를 구동할 수 있도록 설치되는 웨이퍼 구동수단으로 이루어져 웨이퍼 표면에서 발생되는 도금가스의 효율적인 방출 및 균일한 전류밀도를 구현하여 생성되는 도금층의 두께 균일도를 향상시킬 수 있다.

Description

웨이퍼 회전식 도금장치{APPARATUS FOR WAFER PLATING}

본 발명은 반도체용 웨이퍼 범핑 공정에 사용되는 웨이퍼 도금장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도금조에 수직방향으로 장착된 웨이퍼가 회전하면서 교반되는 웨이퍼 회전식 도금장치에 관한 것이다.

반도체용 칩과 기판을 연결하는 방법 중 플립칩 접속방법은 반도체 칩의 I/O 패드상에 형성된 범프를 이용하여 기판과 직접 접속을 하는 방법으로 기존의 와이어본딩 방식에 비해 전기적 특성이 우수하여 낮은 저항과 빠른 속도를 요구하는 디바이스에 적용되고 있는 기술이다. 반도체용 I/O 패드는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 구성되며 상기 I/O 패드상에 UBM(Under Bump Metallurgy)을 형성 후 Au 및 솔더(Solder) 또는 기타 금속 등의 물질을 이용하여 범프를 형성하게 된다. 상기 UBM 제조공정은 스퍼터링 또는 증착 기술을 이용하여 박막의 다층 금속층을 형성하는 공정으로 I/O 패드와의 우수한 접착력이 요구되고 확산방지층의 특성을 가져야 한다. 이후 공정은 범핑 공정을 진행하게 되는데 상기 UBM 상에 전해도금(Electroplating) 또는 무전해도금(Electroless plating)의 기술을 이용하여 범프를 형성하게 된다.

이러한 범핑 공정에 사용되는 도금장치는 웨이퍼의 장착방법에 따라 랙타입(Rack Type)의 수직형 도금장치와 컵 타입(Cup Type)의 수평형 도금장치로 구분되며, 두가지 방법 모두 용액의 제트분사 또는 오버플로우 방식을 적용하는 도금용액의 강제 유동에 의한 교반방식이 적용되고 있다.

랙 타입의 수직형 도금장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 전형적인 도금방식을 이용하여 웨이퍼(10)를 애노드(3)와 대면하도록 캐소드(2)에 고정 장착 후 도금조(1)에 수직으로 침적되는 방식으로 여러장의 웨이퍼(10)를 동시에 작업할 수 있어서 양산성이 뛰어난 반면에 웨이퍼(10)의 상단부에서 하단부에 걸쳐서 발생되는 전류분포의 불균일성 때문에 범프 균일도가 떨어지는 단점이 있다.

컵 타입의 수평형 도금장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 컵 형태의 도금조(1)의 상단부 또는 하단부에 웨이퍼(10)를 수평으로 장착 후 도금용액이 웨이퍼 방향으로 공급되어 도금을 하는 방식으로 도금액 교반시 컵 내부에서 미세한 버블(Micro bubble)이 발생되고 애노드(3) 및 캐소드(2)에서 발생되는 도금가스(O₂, H₂)의 방출이 원활하지 못하므로 도금 균일도 저하 및 피트(Pit) 현상이 발생되어 도금불량을 초래하며, 용해성 애노드(3)를 사용시 애노드(3)에서 발생되는 슬러지를 차단하기 위해 애노드 백(Anode Bag)을 설치할 경우 용액의 교반에 지장을 주는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 단점을 해소하기 위한 것으로, 웨이퍼를 수직으로 장착한 웨이퍼 장착헤드가 도금조의 측면에서 회전을 하는 웨이퍼 도금장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 도금액이 저장된 도금조 내에서 수직방향으로 웨이퍼를 침적시켜 도금하는 수직형 웨이퍼 도금장치에 있어서, 상기 웨이퍼를 도금조 측면에 수직 방향으로 장착하는 웨이퍼 장착 헤드와, 상기 웨이퍼 장착 헤드를 회전시킬 수 있도록 설치되는 웨이퍼 회전지그와, 상기 웨이퍼 회전지그를 구동할 수 있도록 설치되는 웨이퍼 구동수단으로 이루어져 웨이퍼를 직접 회전시키면서 도금하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 회전식 도금장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 웨이퍼 회전지그는 도금조의 측벽에 회전가능하게 관통 설치되는 회전축과, 상기 회전축을 베어링 지지할 수 있도록 고정 설치되는 베어링부와, 상기 웨이퍼 장착 헤드까지 전선을 공급하기 위해 상기 회전축 내부에 형성되는 전선 라인부와, 상기 전선 라인부를 통해 전류를 공급할 수 있도록 설치되는 카본 브러쉬부 및 상기 도금조에 관통 결합되는 회전축의 밀봉결합을 위해 설치되는 밀봉부로 이루어지며; 상기 구동수단은 구동모터와, 구동모터의 동력을 상기 회전축에 전달하는 동력전달부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 따른 웨이퍼 도금장치는 웨이퍼를 수직으로 장착한 웨이퍼 장착헤드가 웨이퍼 회전지그에 의해 직접 회전을 하므로 웨이퍼 표면에서 발생되는 도금가스의 효율적인 방출 및 균일한 전류밀도를 구현하여 생성되는 도금층의 두께 균일도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 랙 타입 웨이퍼 도금장치를 도시한 개략 구성도,

도 2는 종래기술에 따른 컵 타입 웨이퍼 도금장치를 도시한 개략 구성도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 도금장치를 도시한 전단면도,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 도금장치의 주요부분을 확대도시한 단면도,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 애노드 백이 적용된 웨이퍼 도금장치를 도시한 개략 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 웨이퍼 18 : 웨이퍼 장착 헤드

12 : 러버 13 : 공압 실린더

20 : 웨이퍼 회전 지그 21 : 회전축

22 : 베어링부 23 : 전선 라인부

24 : 카본 브러쉬부 25 : 밀봉부

26 : 에어라인 27 : 전극

28 : 실린더 하우징 29 : 카본 브러쉬 하우징

30 : 구동수단 31 : 구동모터

32 : 동력전달부재 50 : 애노드 백

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 예시도면과 함께 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 도금장치를 도시한 전단면도이며, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전 지그(20)를 확대도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 도금장치는 웨이퍼(10)가 수직방향으로 침적되는 수직형 방식을 채택하고 있는 바, 도금액이 저장되는 도금조(1)가 설치되며, 이 도금조(1)의 내에 애노드(3)와 캐소드(11)가 서로 대향하도록 마련되며, 캐소드(11) 전면에 웨이퍼(10)가 장착되어 애노드(3)와 캐소드(11) 사이에 전류를 통전함으로써 웨이퍼(10) 표면에 도금막이 형성된다.

통상적으로, 웨이퍼 도금장치는 도금액 탱크(41), 도금액 순환펌프(42) 및 도금액 필터(43)를 포함하고 있어 도금조(1)에 도금액을 순환공급하는 구조를 이루고 있다.

한편, 도금조(1)는 도금 외부조(1b)와 도금 내부조(1a)로 구성되어 도금 내부조(1b)로 유입된 도금액이 도금 내부조(1a)를 흘러넘쳐 도금 외부조(1b)를 거쳐 순환되는 구조를 이루고 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 웨이퍼(10)가 장착되는 캐소드(11)는 웨이퍼(10)를 수직으로 장착하기 위한 웨이퍼 장착헤드(18)로 구성되며, 통상적인 웨이퍼 장착헤드(18)는 도금 접점핀(미 도시됨), 웨이퍼 측면으로 도금용액의 침투를 방지하는 실링(Sealing)용 러버(Rubber ; 12), 웨이퍼(10)를 러버(12)에 압착시키는 공압 실린더(13)로 이루어져 있다. 미설명부호 14 는 웨이퍼를 밀어주기 위한 웨이퍼 백 플레이트이며, 백 플레이트에는 웨이퍼의 뒷면으로 도금용액의 침투를 방지하는 실링용 오링(O-ring; 17)이 장착되어 있으며, 15 는 웨이퍼 백 플레이트의 운동을 안내하기 위한 슬라이드이며, 16 은 웨이퍼를 탄력지지하기 위한 웨이퍼 홀딩핀이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 도금장치는 웨이퍼(10)를 도금조(1) 측면에 수직 방향으로 장착하는 웨이퍼 장착 헤드(18)와, 상기 웨이퍼 장착 헤드(18)를 회전시킬 수 있도록 설치되는 웨이퍼 회전 지그(20)와, 상기 웨이퍼 회전 지그(20)를 구동할 수 있도록 설치되는 구동수단(30)으로 이루어진다.

본 발명에 따른 웨이퍼 회전 지그(20)는 도금조(1)의 측벽에 회전가능하게 관통 설치되는 회전축(21)과, 상기 회전축(21)을 베어링 지지할 수 있도록 고정 설치되는 베어링부(22)와, 상기 웨이퍼 장착 헤드(18)까지 전선을 공급하기 위해 상기 회전축(21) 내부에 형성되는 전선 라인부(23)와, 상기 전선 라인부(23)를 통해 전류를 공급할 수 있도록 설치되는 카본 브러쉬부(24) 및 상기 도금조(1)에 관통되는 회전축(21)의 밀봉결합을 위해 설치되는 밀봉부(25)로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 구동수단(30)은 구동모터(31)와, 구동모터(31)의 동력을 상기 회전축(21)에 전달하는 동력전달부재(32) 예를 들면 풀리 및 벨트로 이루어진다.

본 발명에 따른 회전축(21) 중심부에는 웨이퍼 장착 헤드(18)의 공압실린더(13)에 공압을 공급해주기 위한 에어라인(Air Line ; 26)이 구비되며, 회전축(21) 일단에는 이 공압실린더(13)를 왕복운동시키기 위한 실린더 하우징부(28)가 형성되어 있다.

본 발명에 따른 베어링부(22)와 카본 브러쉬부(24)는 일체로 구성되어 회전축(21) 일단에 설치되는 바, 회전축(21) 외주연에 길이방향으로 동재질의 전극(27)이 회전축(21)과 함께 회전될 수 있도록 설치되고, 그 외주연에는 회전접촉될 수 있는 카본 재질의 브러쉬부(24)가 고정 설치되며, 그 바깥쪽으로는 이들을 일체의 장치로 구성하기 위한 카본 브러쉬 하우징(29)이 설치되며, 브러쉬 하우징(29) 양단에 베어링부(22)가 각각 설치되어 구성된다. 한편, 이미 언급한 바와 같이, 상기 전극(27)은 전선 라인부(23)를 통해 전기적으로 연결된다.

본 발명에 따른 밀봉부(25)는 회전축(21)과 도금조를 실링(Sealing) 해주는 불소로 치환된 탄화수소 재질의 고무로 제작된 오링(O-ring)으로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 명세서에서는 웨이퍼(10)에 통전하기 위해 연결되는 각종 전기장치 및 배선은 전선 라인부(23)를 통해 연결되며, 이는 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 생략한다.

한편, 본 발명에 따른 웨이퍼 회전식 도금장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 애노드(3)에 애노드 백(50)을 자유롭게 설치하는 것이 가능하다. 기존의 수평형 도금장치(컵 도금장치)에 상부 또는 하부에 애노드 백을 설치할 경우, 도금액의 순환에 장애가 발생되므로 애노드 백을 설치하지 않거나 불용성 양극이 사용되는 경우가 많은 반면에 본 도금장치는 애노드(3)가 수직으로 설치된 관계로 도금액 순환의장애가 없이 애노드 백(50)의 설치 및 유지 보수가 용이하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 도금 시 웨이퍼(10)는 웨이퍼 장착헤드(18)에 장착되며, 웨이퍼 장착헤드(18)는 웨이퍼 회전 지그(20)에 의해 회전된다. 웨이퍼 회전 지그(20)는 구동 모터(31)의 구동에 의해 구동된다. 이때, 웨이퍼 회전 지그(20)의 회전축(21)은 베어링부(22)에 의해 회전 지지된다.

한편, 웨이퍼(10)에 통전되는 전류는 카본 브러쉬부(24) 및 전극(27)의 회전접촉을 통해 전극(27)에 전달되며, 전극(27)에 전달된 전류는 전선 라인부(23)에 설치된 전선(미 도시됨)을 통해 인가되어 전해 도금이 이루어지도록 한다.

본 발명에 따른 밀봉부(25)는 회전축(21)과 도금조(1)를 실링(Sealing) 해주는 불소로 치환된 탄화수소 재질의 고무로 제작된 오링(O-ring)에 의해 회전축(21)의 회전에도 불구하고 도금조(1) 측벽과 회전 지그(20) 사이의 밀봉 상태를 유지하도록 해 준다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 전해도금 방식의 웨이퍼 도금장치를 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 무전해 도금 방식에도 적용할 수 있다. 즉, 통전을 하는 대신 환원제 성분이 첨가된 도금액을 이용하여 도금하는 무전해도금 방식에 있어서도 본 발명의 웨이퍼 도금장치는 도금액의 교반 및 웨이퍼의 직접 회전방식을 이용하여 교반효과를 극대화 할 수 있으므로 무전해 도금 방식에도 효과적으로 사용할 수 있다.

상기 내용은 본 발명의 바람직한일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할수 있음을 인지해야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 웨이퍼가 도금조에 수직으로 침적되어 회전되므로 수직형 도금장치의 장점인 양산성이 뛰어날 뿐만 아니라 단점인 웨이퍼의 상단부와 하단부 사이의 전류분포의 불균일성을 극복하여 도금 두께의 균일도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 용해성 애노드를 사용시 애노드에서 발생되는 슬러지를 차단하는 애노드 백을 용액의 교반에 지장을 주지 않고 자유롭게 설치 적용할 수 있어 애노드의 관리가 용이해진다.

또한, 본 발명은 웨이퍼 표면에서 발생되는 도금가스를 효율적으로 방출시킬 수 있다.

Claims (9)

1. 도금액이 저장된 도금조 내에서 수직방향으로 웨이퍼를 침적시켜 도금하는 수직형 웨이퍼 도금장치에 있어서,

   상기 웨이퍼를 도금조 측면에 수직 방향으로 장착하는 웨이퍼 장착 헤드와,

   상기 웨이퍼 장착 헤드를 회전시킬 수 있도록 설치되는 웨이퍼 회전지그와,

   상기 웨이퍼 회전지그를 구동할 수 있도록 설치되는 웨이퍼 구동수단과,

   수직으로 설치된 애노드에 설치되는 애노드 백을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 회전식 도금장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 웨이퍼 회전지그는 도금조의 측벽에 회전가능하게 관통 설치되는 회전축과, 상기 회전축을 베어링 지지할 수 있도록 고정 설치되는 베어링부와, 상기 웨이퍼 장착 헤드까지 전선을 공급하기 위해 상기 회전축 내부에 형성되는 전선 라인부와, 상기 전선 라인부를 통해 전류를 공급할 수 있도록 설치되는 카본 브러쉬부 및 상기 도금조에 관통 결합되는 회전축의 밀봉결합을 위해 설치되는 밀봉부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 회전식 도금장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 구동수단은 구동모터와, 구동모터의 동력을 상기 회전축에 전달하는 동력전달부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 회전식 도금장치.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 웨이퍼 회전식 도금장치가 무전해 도금 방식의 도금장치에도 이용되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 회전식 도금장치.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 회전축 중심부에 상기 웨이퍼 장착 헤드의 공압실린더에 공압을 공급해주기 위한 에어라인(Air Line)이 구비되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 회전식 도금장치.
7. 제 2 항에 있어서, 상기 베어링부와 카본 브러쉬부가 일체로 구성되며, 상기 회전축 외주연에 길이방향으로 전극이 설치되고, 상기 회전축 외주연에는 회전 접촉될 수 있는 브러쉬가 설치되며, 상기 브러쉬 바깥쪽으로 카본 브러쉬 하우징이 설치되며, 상기 카본 브러쉬 하우징 양단에 베어링이 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 회전식 도금장치.
8. 제 2 항에 있어서, 상기 밀봉부는 회전축과 도금조를 실링(Sealing) 해주는 불소로 치환된 탄화수소 재질의 고무로 제작된 오링(O-ring)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 회전식 도금장치.
9. 제 2 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 회전축 일단에 상기 공압실린더를 왕복운동시키기 위한 실린더 하우징부가 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 회전식 도금장치.