KR100455219B1 - 웨이퍼 도금시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기포가 도금액보다 가벼워 쉽게 상승하는 원리를 이용하여 이중 원통체와 이중 바닥부를 갖는 기포제거장치를 채용함으로써 도금조의 공급되는 도금액으로부터 이미 형성되어 있거나 순환중에 발생된 기포를 간단하면서도 효과적으로 제거할 수 있는 새로운 분류식 도금시스템을 제공한다.

Description

웨이퍼 도금시스템{PLATING SYSTEM FOR WAFER}

본 발명은 웨이퍼의 피도금처리면에 도금을 실시하는 도금시스템에 관한 것으로, 특히 도금액 중에 있는 기포를 효율적으로 제거함으로써 양질의 도금막을 형성하기 위한 웨이퍼용 도금시스템에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조공정에서는, 반도체 웨이퍼 등의 표면에 설치된 미세한 배선용 홈이나 플러그, 레지스트 개구부에 금속막을 형성하거나, 반도체 웨이퍼의 표면에 반도체칩과 기판을 전기적으로 접속하는 범프를 형성하는 공정이 요구된다. 이러한 공정을 증착공정 등이 주로 이용되기도 하나, 보다 저렴한 비용으로 대량생산에 적합한 금속막 형성공정을 수행하기 위해, 최근에는 도금방식을 적용하는 것이 활발히 연구되고 있다.

이러한 전해도금을 이용한 웨이퍼 도금처리방법은 크게 도금조의 내부에 기판을 수직으로 세워 도금액에 침지시킴으로써 도금을 수행하는 침지식 방법과, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 피도금처리면을 하향으로 하여 수평으로 배치하고, 도금액을 아래로부터 뿜어 올려 도금을 실시하는 분류식으로 구별된다.

도1은 침지식 전해도금방법을 설명하기 위한 개략도이다. 전해도금방식은 도시된 바와 같이 도금액을 도금조(1)에 제공하고, 도금조 내부에 캐소드부(3)와 애노드부(4)를 배치한 후에 두 전극에 연결된 전원(2)을 통해 소정의 전력을 공급하고, 피도금처리물을 도금조(1)내의 도금액에 침지시켜 도금막을 형성하는 방법으로 잘 알려진 금속층 형성방법이다.

이러한 침지에 의한 도금방식을 웨이퍼에 적용하기에 부적절한 점이 많다. 웨이퍼의 피도금처리면과 도금액을 적절하게 접촉시키기 어려울 뿐만 아니라, 도금액의 도금성분이 액과 분리되어 침전되므로, 양질의 도금막형성에 어려운 점이 있다. 특히, 도금액 중 도금성분이 침전되는 것을 방지하기 위해 도금조(1)를 흔들거나 액을 교반시키는 과정이 요구된다. 하지만, 이런 경우에는 도금액 중에 기포가 발생되어 기포와 함께 도금면이 형성되어 미세하게 부분적으로 도금이 형성되지 않은 불량이 발생되기 쉽다.

이러한 문제들 개선하기 위해, 근래에는 분류식 도금시스템이 개발되었다. 이러한 분류식시스템은 도금액을 순환시스템을 이용하여 도금조의 하면으로부터 도금액이 공급함으로써 도금조 상부에 분류되는 도금액에 웨이퍼를 접촉시킴으로써 웨이퍼를 도금하는 분류식 도금시스템이 개발되었다. 따라서, 비교적 균질하게 혼합된 도금액을 공급할 뿐만 아니라, 도금조 내의 액면을 상승시키는 속도를 조절하여 기포발생을 완화시킬 수 있었다.

도2는 종래의 분류식 도금시스템의 일형태를 나타내는 개략단면도이다

상기 도금시스템은 소정의 도금액을 저장하기 위한 도금액 탱크(30)과, 상기 도금액탱크(30)로부터 도금액을 공급하기 위한 도금액공급관(31) 및 펌프(P)와, 상기 도금액공급관(31)을 통해 도금액을 하부로부터 공급받기 위한 도금조(21)와, 상기 도금조(21) 상단에 배치되어 웨이퍼(W)를 도금조(21) 상부에 이동/유지시키기 위한 웨이퍼 홀더부(11)를 포함한다. 상기 도금조(21)는 상부에 적어도 하나의 캐소드핀(14)와, 도금액이 수용될 내부공간에 마련된 애노드 메쉬(24)를 구비하는 한편, 전력공급원(12)은 캐소드핀(14)과, 애노드 연결부(13)를 통해 애노드 메쉬(24)에 연결된다. 여기서, 애노드 메쉬()는 웨이퍼와 대향하도록 배치된 그물망으로 구성되어 있으며, 도금액이 상기 도금조 상부에 위치할 웨이퍼에 공급될 수 있도록한다.

이하, 도2를 참조하여, 상기 분류식 도금시스템의 작동을 설명한다. 우선 하부에 웨이퍼(W)가 장착된 웨이퍼 홀더(11)를 이동시켜 웨이퍼(W)와 도금조(21) 상면의 캐소드핀(14) 상에 배치시킨다. 이어, 도금액탱크(30)의 도금액을 펌프(P)를 작동시켜 도금액공급관(31)을 통해 도금조(21) 하부로 공급하여 도금조(21) 내의 도금액면이 점차 상승될 때에, 전력공급원(12)을 이용하여 각 캐소드핀(14)과 애노드메쉬(23)에 소정의 도금전압을 인가하여 도금을 수행한다.

여기서, 도금조(21)내에 채워진 도금액은 도금조(21)상부에 배치된 웨이퍼(W)의 피도금처리면과 접촉하면서 도금막을 형성하면서 도금조의 외부로 유출된다, 외부로부터 유출된 도금액을 상기 도금조(21)가 설치된 하우징(25) 내부에 일시적으로 저장되었다가, 그 하우징(25)의 저면에 형성된 배출관(27)을 통해 다시 도금액탱크(27)로 배출된다.

이러한 순환시스템에서는, 도금액공급관에 설치된 밸브나 유량계를 이용하여 도금조 내부에 적절한 속도로 도금액이 공급함으로써 기포발생을 최소화하여 보다 양질의 도금막을 얻을 수 있다. 하지만, 기포발생이 억제되도록 도금조내의 액면높이를 정확히 조절하는 것이 매우 어려울 뿐만 아니라, 도금액은 도금액 탱크에서부터 이미 기포를 포함하고 있으므로, 기포제거 또는 발생억제측면에서 매우 제한적인 방안일 뿐이다.

특히, 반도체 웨이퍼공정과 같이 높은 정밀도를 요구하는 공정에서는, 도금막에 적은 양의 기포가 잔류되어 도금결핍이나 도금누락이 발생되는 경우에는 치명적인 제품불량 원인으로 되기도 한다.

이를 해결하기 위해서, 피도금처리면과 원활한 접촉을 보장함으로써 기포문제가 완화되도록 계면활성제를 사용하는 경우도 있으나, 이런 경우에는 오히려 도금액 순환중에 다량의 기포가 발생되어 큰 문제가 될 수 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 기포가 도금액보다 비중이 낮아 상승하는 원리를 이용한 기포제거용 원통장치를 채용함으로써 도금액 중에 이미 형성되어 있거나 순환 중에 발생된 기포를 효과적으로 제거할 수 있는 새로운 분류식 도금시스템을 제공하는데 있다.

도1은 종래의 침지식 도금시스템의 개략도이다.

도2는 종래의 분류식 도금시스템의 개략단면도이다.

도3은 본 발명에 따른 분류식 도금시스템의 개략단면도이다.

도4a 및 4b는 본 발명에 따른 분류식 도금시스템의 기포제거장치의 사시도 및 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

111: 웨이퍼 홀더 121: 도금조

130: 도금액탱크 255: 제2 원통체

257: 제1 원통체 258a: 상부 바닥부

258b: 하부바닥부

상기 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 웨이퍼 도금 시스템은,

소정의 도금액을 저장하기 위한 도금액 탱크와;

상부가 개방되고 소정의 하부공간이 마련되도록 상부 바닥부와 하부 바닥부를 갖는 제1 원통체와, 상기 제1 원통체 내의 상부 바닥부 상에 배치되며 상기 도금액탱크에 연결된 제1 도관을 통해 도금액을 유입되도록 상부가 개방된 제2 원통체를 구비하고, 상기 상부 바닥부에는 상기 제2 원통체 기준으로 상기 제2 원통체 내부와 연결되는 제1 개구부와 상기 제2 원통체 외부에 형성된 적어도 하나의 제2 개구부가 형성되며, 상기 하부 바닥부에는 배출부가 형성된 기포제거장치와;

상기 기포제거장치의 배출부에 연결되며 개폐용 밸브가 설치된 제2 도관을 통해 도금액을 하부면을 통해 공급받아 그 공급된 도금액을 수용할 수 있는 컵형 구조로 이루어지며, 상부에 마련된 적어도 하나의 캐소드부와, 도금액이 수용될 내부공간에 마련된 애노드부를 구비한 도금조와;

상기 도금조의 상부에 설치되어, 웨이퍼를 상기 도금조의 캐소드부에 접하도록 유지시키기 위한 웨이퍼 홀더와;

상기 캐소드부와 애노드부에 연결되어 전기도금에 필요한 전력을 공급하기 위한 전력공급원를 포함하는 웨이퍼 도금 시스템를 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 웨이퍼 도금시스템은 상기 기포제거장치의 제1 원통체의 상부로부터 배출되는 도금액과 상기 도금조의 상부로부터 배출되는 도금액이 저장되도록 상기 기포제거장치와 상기 하우징을 내부에 포함하는 하우징을 더 포함하고, 상기 하우징의 저면에는 배출구를 형성할 수 있다. 또한, 상기 하우징의 배출구로부터 배출된 도금액은 상기 도금액 저장조로 공급되도록 구성하여 순환식 시스템으로 구성할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 웨이퍼 도금시스템에서 상기 기포제거장치의 제2 원통체의 높이가 적어도 상기 도금조에 수용될 도금액면 높이보다 높게 형성하도록 구성한다.

또한, 본 발명은 실시형태에 따라, 기포제거장치를 통과하지 않고 종래의 분류방식과 동일한 순환체계를 병용하기 위해, 상기 제1 도관을 개폐하기 위한 제1 밸브와, 상기 제1 도관 중 상기 제1 밸브와 상기 상기 도금액 탱크 사이 부분에 분기하여 상기 제2 도관과 연결된 제3 도관과, 상기 제3 도관을 개폐하기 위한 제2 밸브를 추가적으로 설치할 수도 있다.

나아가, 상기 캐소드부는 상기 도금조의 상단에 복수개로 배열된 핀형태로 구성하는 것이 바람직하며, 상기 애노드부는 상기 도금조 내부에 도금처리될 웨이퍼와 대향하도록 배치된 도전성 그물망으로 구성하는 것이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

도3은 본 발명에 따른 분류식 도금시스템의 개략단면도이다.

본 발명에 따른 도금시스템은 소정의 도금액을 저장하기 위한 도금액탱크(130)와, 상기 제1 도관(131)으로부터 도금액을 공급받아 도금액 중 기포를 제거하기 위한 기포제거장치와, 상기 기포제거장치의 배출부에 연결되며 개폐용 밸브(V3)가 설치된 제2 도관(132)을 통해 도금액을 하부면을 통해 공급받아 그 공급된 도금액을 수용할 수 있는 컵형 도금조(121)와, 상기 도금조(121)의 상부에 설치되어, 웨이퍼(W)를 상기 도금조의 캐소드핀(114)에 접하도록 유지시키기 위한 웨이퍼 홀더(111)와, 상기 애노드메쉬(124)의 애노드연결부(114)와 캐소드핀(114)에 각각 연결되어 전기도금에 필요한 전력을 공급하기 위한 전력공급원(112)를 포함하는 웨이퍼 도금 시스템를 제공한다.

또한, 상기 기포제거장치의 제1 원통체(157)의 상부로부터 배출되는 도금액과 상기 도금조(121)의 상부로부터 배출되는 도금액이 저장되도록 상기 기포제거장치와 상기 도금조(121)를 내부에 포함하는 하우징(125)이 마련되며, 이러한 하우징(125)의 저면에는 배출구(123)가 형성되어, 상기 도금액탱크(130)로 다시 유입되는 순환식 구조를 가질 수 있다.

한편, 상기 컵형 도금조(121)는 내부에 웨이퍼(W)와 대향하도록 설치된 그물망(mesh)형태의 애노드드메쉬(123)와, 이와 분리되어 상부에 형성된 복수개의 캐소드핀(114)이 구비하며, 상기 전력공급원(112)은 애노드연결부(113)를 통해 애노드메쉬(123)와, 캐노드핀(114)에 각각 연결된다.

또한, 본 실시형태에서는 제1 도관(131)과 제2 도관(132)을 연결하는 제3 도관(133)을 추가하여 제1 밸브(V1) 및 제3 밸브(V3)를 개방하고 제2 밸브(V2)를 차단함으로써 기존의 분류식 도금시스템의 작동을 병용할 수도 있다.

특히, 본 발명의 주요한 특징부를 형성하는 상기 기포제거장치는, 상부가 개방되고 소정의 하부공간이 마련된 이중바닥부(158)를 갖는 제1 원통체(157)와, 상기 제1 원통체(157) 내의 상부 바닥부 상에 배치되며 상기 도금액탱크(130)에 연결된 제1 도관(131)을 통해 도금액을 유입되도록 상부가 개방된 제2 원통체(155)를 구비하며, 상기 제1 원통체(157)의 상부 바닥부에는 상기 제2 원통체(155) 기준으로 상기 제2 원통체(157) 내부와 연결되는 제1 개구부와 상기 제2 원통체(157) 외부에 형성된 적어도 하나의 제2 개구부가 형성되며, 상기 하부 바닥부에는 배출부가 형성된다.

이러한 기포제거장치는 제2 원통체(155)에서 제1 도관(131)으로부터 도금액을 하향식으로 공급받아, 제1 원통체(157)의 상부바닥부에 마련된 제1 개구부와 하부바닥부의 배출부를 통해 도금조(121)에 도금액을 상향식으로 공급한다. 이 때, 상기 제1 밸브(V1)와 제3 밸브(V3)를 차단하면, 상부바닥부의 제1 개구부를 통과한 도금액이 상부바닥부와 하부바닥부 사이의 일정한 공간에 충진되면서 비교적 가벼운 기포는 상기 상부바닥부에 마련된 복수개의 제2 개구부를 통해 제2 원통체(155) 외측에서 제1 원통체(157) 내부공간으로 상향하는 도금액에 거의 포함되어 상기 하우징(125)으로 배출된다. 이와 같이 제2 원통체(155)에 충진된 도금액은 제3 밸브(V3)를 개방하여 도금조로 향하게 된다. 이를 위해서, 가능한 제2 원통체(155)는 도금조(121)의 원하는 액면높이(h)보다 높게 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 기포제거장치에 대해서는 아래에서 도4a 및 도4b를 참조하여 설명하기로 한다.

도3에 도시된 본 발명의 일실시형태에 따른 분류식 도금시스템은, 도2의 분류식 도금시스템과 유사하게 우선 하부에 웨이퍼(W)가 장착된 웨이퍼 홀더(111)를 이동시켜 웨이퍼(W)와 도금조(121) 상면의 캐노드핀(114) 상에 배치시킨다. 이어, 제1 밸브(V1)와 제3밸브(V3)를 차단하고 제2 밸브(V2)를 개방한 후에, 펌프(P)를 작동시켜 제1 도관(131)을 통해 기포제거장치로 도금액탱크(130)에 저장된 도금액을 공급한다. 기포제거장치에서는 앞서 설명한 바와 같이, 점차 도금액의 충진되면서, 기포제거장치의 이중바닥부(158) 사이에 형성된 공간에서 비교적 가벼운 기포는 상부바닥부의 제2 개구부를 통해 제1 원통체(157)와 제2 원통체(155) 사이에서 상향하게 된다. 이와 같은 과정을 통해 기포가 제거되면서 제2 원통체(155)에 도금액 충진이 완료되면, 제2 밸브(V2)를 개방하여 제2 도관(132)을 통해 도금조(121) 하부로 기포가 제거된 도금액을 공급하고, 전력공급원(112)을 이용하여 각 캐소드핀(114)과 애노드메쉬(123)를 통해 도금액에 소정의 도금전압을 인가한다. 이로써, 도금조에 채워지는 도금액은 도금조(121)상부에 배치된 웨이퍼(W)의 피도금처리면과 접촉하면서 도금막을 형성하는 동시에 도금조(121)외부로 유출되고, 외부로부터 유출된 도금액을 상기 도금조(121)가 설치된 하우징(125) 내부에 일시적으로 저장되었다가, 그 하우징(125)의 저면에 형성된 배출관(127)을 통해 다시 도금액탱크(130)로 배출된다.

이하, 도4a 및 4b를 참조하여, 본 발명에서 채택한 기포제거장치에 대해 보다 상세히 설명한다.

도4a 및 4b는 본 발명에 따른 분류식 도금시스템에 구비된 기포제거장치의 사시도 및 측단면도이다. 도4a를 참조하면, 상기 기포제거장치는 소정의 하부공간(S)이 마련되도록 상부 바닥부(258a)와 하부 바닥부(258b)를 갖는 제1 원통체(257)와, 상기 제1 원통체(257) 내의 상부 바닥부(258a) 상에 배치되어 도금액탱크와 연결된 제1 도관(232)으로부터 도금액을 공급받을 수 있도록 상부가 개방된제2 원통체(255)로 형성된다. 또한, 상기 상부 바닥부(258a)에는 상기 제2 원통체 (255)기준으로 상기 제2 원통체(255) 내부에 연결된 제1 개구부(H1)와, 상기 제2 원통체(255) 외부에 형성된 복수개의 제2 개구부(H2)가 마련되며, 상기 하부 바닥부(258)에는 도금조(미도시)의 하부에 연결되는 배출부(233)가 형성된다.

도4a 및 4b를 참조하여 상기 기포제거장치에서 기포가 제거되는 원리를 살펴보면, 제2 원통체(255)에서 제1 도관(232)으로부터 도금액(a1)을 위에서 아래로 공급될 때에 제1 원통체(257)의 상부바닥부(258a)에 마련된 제1 개구부(H1)와 하부바닥부(258b)의 배출관(233)를 통해 도금조로 도금액(a2)을 공급한다. 여기서, 상부바닥부의 제1 개구부(H1)를 통과한 도금액이 상부바닥부(258a)와 하부바닥부(258b) 사이의 일정한 공간(S)에 충진되면서 비교적 가벼운 기포의 흐름방향(b)은 계속적으로 도금액이 공급되는 제1 개구부(H1)가 아닌 상기 상부바닥부(258a)에 마련된 복수개의 제2 개구부(H2)를 통해 제1 원통체(257)와 제2 원통체(255) 사이 공간을 따라 상승한다. 이러한 과정을 통해서, 도금액 중에 있는 대부분의 기포는 도4b에 도시된 바와 같이 도금액에 포함되어 함께 상승하게 되고, 제1 원통체(257)의 측벽을 넘어 하우징(미도시)으로 배출되고, 이러한 대기상태가 종료한 한 후에, 기포가 제거된 도금액(a2)은 하부 바닥부에 연결된 배출관(233)을 통해 도금조(미도시)로 향하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 분류식 도금장치는 이중 원통체 구조와 이중 바닥부 구조를 갖는 기포제거장치를 채용하여 두 바닥부 사이의 공간을 통해 가벼운 기포를 도금액과 방출시킨 후에 도금조에 도금액을 공급시킴으로서 기포로 인한 도금막의 불량발생을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (7)

1. 소정의 도금액을 저장하기 위한 도금액 탱크;

   상부가 개방되고 소정의 하부공간이 마련되도록 상부 바닥부와 하부 바닥부를 갖는 제1 원통체와, 상기 제1 원통체 내의 상부 바닥부 상에 배치되며 상기 도금액저장조에 연결된 제1 도관을 통해 도금액을 유입되도록 상부가 개방된 제2 원통체를 구비하고, 상기 상부 바닥부에는 상기 제2 원통체 기준으로 상기 제2 원통체 내부와 연결되는 제1 개구부와 상기 제2 원통체 외부에 형성된 적어도 하나의 제2 개구부가 형성되며, 상기 하부 바닥부에는 배출부가 형성된 기포제거장치;

   상기 기포제거장치의 배출부에 연결되며, 개폐용 밸브가 장착된 제2 도관을 통해 도금액을 하부면을 통해 공급받아 그 공급된 도금액을 수용할 수 있는 컵형 구조로 이루어지며, 상부에 마련된 적어도 하나의 캐소드부와, 도금액이 수용될 내부공간에 마련된 애노드부를 구비한 도금조;

   상기 도금조의 상부에 설치되어, 웨이퍼를 상기 도금조의 캐소드부에 접하도록 유지시키기 위한 웨이퍼 홀더; 및

   상기 캐소드부와 애노드부에 연결되어 전기도금에 필요한 전력을 공급하기 위한 전력공급원를 포함하는 웨이퍼 도금 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 기포제거장치의 제1 원통체의 상부로부터 배출되는 도금액과 상기 도금조의 상부로부터 배출되는 도금액이 저장되도록 상기 기포제거장치와 상기 도금조를 내부에 포함하는 하우징을 더 포함하며,

   상기 하우징의 저면에는 배출부가 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 도금시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 하우징의 배출부로부터 배출된 도금액은 상기 도금액 저장조로 공급되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 도금시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 웨이퍼 도금시스템에서 상기 기포제거장치의 제2 원통체의 높이는 적어도 상기 도금조에 수용될 도금액면 높이보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 도금시스템.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서,

   상기 제1 도관을 개폐하기 위한 제1 밸브와,

   상기 제1 도관 중 상기 제1 밸브와 상기 상기 도금액탱크 사이 부분에 분기하여 상기 제2 도관과 연결된 제3 도관과,

   상기 제3 도관을 개폐하기 위한 제2 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 도금시스템.
6. 제1항에 있어서,

   상기 캐소드부는 상기 도금조의 상단에 복수개로 배열된 핀형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 도금시스템.
7. 제1항에 있어서,

   상기 애노드부는 상기 도금조 내부에 도금처리될 웨이퍼와 대향하도록 배치된 메쉬형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 도금시스템.