KR100850205B1 - 반도체 도금 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 대상물을 도금하는 반도체 도금 시스템에 관한 것으로서, 반도체 대상물과 작용하는 도금액이 수용되도록 내부에 도금액 수용공간이 형성되는 도금조; 및 상기 도금액 수용공간의 도금액이 소용돌이 형태로 유동되어 반도체 대상물에 도달되도록 도금액의 흐름을 소용돌이 형태로 유도하는 도금액 유도장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하기 때문에 반도체 대상물의 도금의 두께나 형상이나 조도(거칠기) 등 도금의 균일도를 향상시킬 수 있고, 반도체 대상물을 무회전방식으로 도금조에 고정시킬 수 있으며, 도금액의 나선형 소용돌이형태를 쉽게 형성하여 설비의 구조를 단순화하고, 후공정을 안정화시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Description

반도체 도금 시스템{Plating system of semiconductor}
도 1은 종래의 반도체 도금 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 도금 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 3은 도 2의 도금액 분사 노즐의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 4는 도 2의 A-A선 단면도이다.
도 5는 도 2의 도금액 분사 노즐의 다른 일례를 나타내는 횡단면도이다.
도 6은 도 2의 도금액 분사 노즐의 또 다른 일례를 나타내는 횡단면도이다.
도 7은 도 2의 도금액 분사 노즐의 또 다른 일례를 나타내는 횡단면도이다.
도 8은 도 2의 도금액 분사 노즐의 또 다른 일례를 나타내는 횡단면도이다.
도 9는 도 2의 도금액 분사 노즐의 또 다른 일례를 나타내는 횡단면도이다.
도 10은 도 3의 도금액 분사 노즐의 다른 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 11은 도 10의 도금액 분사 노즐의 또 다른 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 12는 도 11의 평면도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 반도체 도금 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 반도체 도금 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 반도체 도금 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 16은 도 15의 프로펠러의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 17은 도 16의 평면도이다.
도 18은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 반도체 도금 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 19는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 반도체 도금 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 20은 도 19의 프로펠러의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 21은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 반도체 도금 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 22는 도 21의 제어 상태를 나타내는 평면도이다.
도 23은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 반도체 도금 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 24는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 반도체 도금 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 25는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 반도체 도금 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 26은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 도금 시스템에 의해 유도되는 도금액의 나선형태의 진행방향 및 순간 속도의 방향 좌표를 나타내는 개념도이다.
도 27은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 도금액 분사 노즐의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 28은 종래의 반도체 도금 시스템의 도금액 유동 형태를 나타내는 유동 해석 도면이다.
도 29는 종래의 반도체 도금 시스템의 반도체 웨이퍼 중심으로부터의 거리 당 도금액 유동 속도를 나타내는 그래프이다.
도 30은 종래의 반도체 도금 시스템에 의해 도금된 반도체 웨이퍼의 도금 두께의 균일도를 나타내는 도금 분포도이다.
도 31은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 도금 시스템의 도금액 유동 형태를 나타내는 유동 해석 도면이다.
도 32는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 도금 시스템의 반도체 웨이퍼 중심으로부터의 거리 당 도금액 유동 속도를 나타내는 그래프이다.
도 33은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 도금 시스템에 의해 도금된 반도체 웨이퍼의 도금 두께의 균일도를 나타내는 도금 분포도이다.
본 발명은 반도체 도금 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 웨이퍼 등 반도체 대상물의 도금 두께, 조도 등 도금 물성의 균일도를 향상시킬 수 있게 하는 반도체 도금 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼 등 반도체 대상물의 표면에 도금하고자 하는 물질, 예를 들어 구리 등을 도금하는 반도체 도금 시스템은, 전극 사이에서 도금액에 포함된 도금 성분이 일측 전극으로 유도되어 전기화학적 반응을 통해 대상물의 표면에 금속막을 형성하는 원리를 이용하는 것으로서, 반도체 웨이퍼 상에 금속막을 형성하는 기타 화학기상증착법이나 물리기상증착법 등의 공정에 비하여 도금된 금속막의 물성이 우수하기 때문에 널리 활용되고 있다.
이러한 종래의 일반적인 반도체 도금 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 도금조(1) 및 도금액 공급관(2)을 포함하여 이루어지는 구성이었다.
즉, 상기 도금조(1)는, 상측이 개방된 원통형상으로서, 웨이퍼(W)와 같은 반도체 대상물(3)과 작용하는 도금액(4)이 수용되도록 내부에 도금액 수용공간(S)이 형성되고, 상측 원주면에 도금액 배출구(1a)가 형성된다.
또한, 상기 도금액 공급관(2)은, 상기 도금조(1)의 내측 바닥면 중심에 설치되는 것으로서, 상기 도금액 수용공간(S)에 상기 도금액(4)을 공급하는 것이다.
또한, 상기 반도체 대상물(3), 예를 들어, 웨이퍼(W)는, 상기 도금조(1)의 개방된 상측에 설치되어 상기 도금액(4)과 접촉되는 것이다.
따라서, 도시하진 않았지만, 상기 도금조(1)의 하방에 설치된 일측 전극과 상기 도금조(1)의 상측에 설치된 타측 전극에 의해 유도되는 상기 도금액(4)의 도 금성분이 상기 웨이퍼(W)의 표면에 도금될 수 있는 것이다.
이 때, 상기 도금액(4)은 상기 도금액 공급관(2)을 통해 상기 도금조(1)에 공급되고, 상기 웨이퍼(W) 표면에 작용한 후, 상기 도금조(1)의 도금액 배출구(1a)로 배출되면서 순환될 수 있는 것이다.
이러한 상기 도금액(4)의 유동 경로를 살펴보면, 상기 도금액(4)은 상기 도금액 공급관(2)의 수직 상방으로 분출되어 웨이퍼(W)의 중심부에서 테두리부로 방사선상으로 유동한 후, 상기 도금액 배출구(1a)로 배출되는 경로를 갖는다.
그러나, 이러한 도금액(4)의 수직 분출형 유동 경로를 갖는 종래의 반도체 도금 시스템은, 도 28에 나타난 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중심부에 작용하는 도금액(4)의 압력이 집중되어, 도 29에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 중심부와 웨이퍼의 테두리부의 유속차이(K)가 커지게 되고, 이로 인하여 도 30에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 중심부의 도금 두께와 웨이퍼 테두리부의 도금 두께를 색깔로 나타낸 그래프에서 그 차이가 심해 어둡고 밝은 다양한 색깔로 나타나는 문제점이 있었다.
또한, 이러한 도금의 두께 차이는 물론, 도금막의 거칠기, 즉 조도도 웨이퍼 중심부와 테두리부의 차이가 심하게 발생되는 등 도금 물성의 균일도가 크게 저하되는 문제점이 있었다.
즉, 종래의 반도체 도금 시스템을 유동해석하여 시뮬레이션 분석해 보면, 도 28에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 중앙부분과 테두리부분의 조밀도 차이가 육안으로 보았을 때도 웨이퍼의 중앙부분으로 집중되어 차이가 많이 나는 유동 형태를 나타내었고, 도 29에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 중심으로부터의 거리 당 도금액 유동 속도를 나타내는 그래프를 살펴보면, 최고 유동 속도와 최저 유동 속도의 차이가 0에서 0.5를 넘어 0.6에 육박하여 그 차이(K)가 크고, 이로 인하여 실제 도금 두께 역시, 도 30에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 중앙부분과 테두리부분의 차이가 블록의 색상과 그 나타나는 높이로 알 수 있듯이 크게 발생되는 문제점이 있었다.
이러한 기존의 문제점을 해결하기 위해 종래에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)가 회전할 수 있도록 웨이퍼 회전장치(5)가 설치되기도 하였으나, 웨이퍼(W)를 회전시킨다 하더라도 웨이퍼(W)의 회전만으로는 웨이퍼(W)의 중심부와 테두리부에 각각 작용하는 도금액의 물질이동도(Mass transfer)를 균일하게 하기가 어렵고, 특히, 이러한 웨이퍼 회전장치(5)를 가동시키기 위하여 웨이퍼 회전장치(5)에 전기를 공급하는 각종 급전장치가 반드시 필요하고, 도금조(1)와 웨이퍼 회전장치(5) 사이로 도금액(4)이 누설되며, 누설된 도금액이 웨이퍼(W)의 뒷면까지 묻어서 후공정에 악영향을 끼치는 등의 문제점이 있었다.
한편, 종래에는 다수개의 도금액 공급관의 유속을 별도 제어하여 웨이퍼에 도달되는 도금액의 유동을 제어하려는 시도도 있었으나, 이 경우에는 설비가 매우 복잡하고, 추가로 설치되는 설비 비용이 매우 고가인데다가 각종 설비의 운영 조건을 트라이 엔 에러(Try & Error) 방식으로 찾아야 하는 등의 많은 문제점이 있었다.
따라서, 웨이퍼를 회전시키지 않고 웨이퍼를 정지시킨 상태에서도 도금 물성의 균일도를 향상시킬 수 있는 장치의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 반도체 대상물의 도금의 두께나 형상이나 조도(거칠기) 등 도금의 균일도를 향상시킬 수 있게 하는 반도체 도금 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 반도체 대상물을 무회전방식으로 도금조에 고정시킬 수 있고, 도금액의 나선형 소용돌이형태를 쉽게 형성하여 설비의 구조를 단순화하고, 후공정을 안정화시킬 수 있게 하는 반도체 도금 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 도금 시스템은, 반도체 대상물을 도금하는 반도체 도금 시스템을 구성함에 있어서, 반도체 대상물과 작용하는 도금액이 수용되도록 내부에 도금액 수용공간이 형성되는 도금조; 및 상기 도금액 수용공간의 도금액이 소용돌이 형태로 유동되어 반도체 대상물에 도달되도록 도금액의 흐름을 소용돌이 형태로 유도하는 도금액 유도장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 도금조는, 상측이 개방된 원통형상이고, 내측 바닥면 중심에 도금액 공급관이 형성되며, 상측 원주면에 도금액 배출구가 형성되고, 상기 도금액 공급관 주위에 전극이 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 도금액 유도장치는, 수직으로 세워진 파이프 형상이고, 그 출구의 내경면에 나선 유도돌기가 형성되는 도금액 분사 노즐인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 나선 유도돌기는, 적어도 그 단면이 사각인 사각돌기, 그 단면이 둥근 둥근돌기, 그 단면이 삼각인 삼각돌기, 그 단면이 마름모꼴인 마름모꼴돌기, 그 단면이 둥글게 절곡된 절곡판돌기 및 이들의 조합 중 어느 하나를 선택하여 이루어지는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 도금액 분사노즐은, 내부를 통과하는 도금액의 압력이 높아지도록 그 직경이 좁아지는 협폭부와, 상기 협폭부를 지난 도금액의 압력이 낮아지도록 그 직경이 넓어지는 확폭부가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 반도체 도금 시스템은, 상기 도금조에 설치되고, 상기 도금조 내부의 도금액의 소용돌이 흐름을 부분적으로 차단하는 차단부재;를 더 포함하여 이루어지는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 도금액 유도장치는, 상기 도금조에 설치되는 프로펠러인 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 도금액 유도장치는, 수직으로 세워진 파이프 형상이고, 그 출구의 내경면에 나선 유도돌기가 형성되는 도금액 분사 노즐; 및 상기 도금액 분사 노즐의 상방에 설치되는 프로펠러;를 포함하여 이루어지는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 도금액 유도장치에 의해 유도되는 상기 도금액의 소용돌이 형태가 나선형태이고, 상기 나선형태의 진행방향이 X축, Y축, Z축 방향으로 순간 속도 좌표가 (1. 1. 1)에 근접하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 도금 시스템은, 반도체 대상물을 도금하는 반도체 도금 시스템을 구성함에 있어서, 반도체 대상물과 작용하는 도금액이 수용되도록 내부에 도금액 수용공간이 형성되는 도금조; 및 상기 도금액 수용공간의 도금액이 소용돌이 형태로 유동되어 반도체 대상물에 도달되도록 도금액의 흐름을 소용돌이 형태로 유도하도록, 그 출구의 내경면에 나선 유도돌기가 형성되는 도금액 분사 노즐;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 도금 시스템은, 반도체 대상물을 도금하는 반도체 도금 시스템을 구성함에 있어서, 반도체 대상물과 작용하는 도금액이 수용되도록 내부에 도금액 수용공간이 형성되는 도금조; 및 상기 도금액 수용공간의 도금액이 소용돌이 형태로 유동되어 반도체 대상물에 도달되도록 도금액의 흐름을 소용돌이 형태로 유도하도록, 상기 도금조에 설치되는 프로펠러;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 도금 시스템은, 반도체 대상물을 도금하는 반도체 도금 시스템을 구성함에 있어서, 반도체 대상물과 작용하는 도금액이 수용되도록 내부에 도금액 수용공간이 형성되는 도금조; 상기 도금액 수용공간의 도금액이 소용돌이 형태로 유동되어 반도체 대상물에 도달되도록 도금액의 흐름을 소용돌이 형태로 유도하도록 그 출구의 내경면에 나선 유도돌기가 형성되는 도금액 분사 노즐; 및 상기 도금액 분사 노즐의 상방에 설치되는 프로펠러;를 포함하여 이루어지고, 상기 나선 유도돌기는, 내부를 통과하는 도금액의 압력이 높아지도록 그 직경이 좁아지는 협폭부와, 상기 협폭부를 지난 도금액의 압력이 낮아지도록 그 직경이 넓어지는 확폭부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 여러 실시예들에 따른 반도체 도금 시스템을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 도금 시스템은, 반도체 대상물(3)을 도금하는 것으로서, 크게 도금조(11)와, 도금액 유도장치(20)를 포함하여 이루어지는 구성이다.
여기서, 상기 도금조(11)는, 반도체 대상물(3)과 작용하는 도금액(4)이 수용되도록 내부에 도금액 수용공간(S)이 형성되는 것으로서, 상측이 개방된 원통형상이고, 내측 바닥면 중심에 도금액 공급관(12)이 형성되며, 상측 원주면에 도금액 배출구(11a)가 형성되고, 상기 도금액 공급관(12) 주위에 전극(6)이 설치되는 것이다.
특히, 상기 도금액 유도장치(20)를 이용하여 도금액(4)의 소용돌이형 유동을 유도하기 때문에 상기 도금조(11)는, 개방된 상측에 웨이퍼(W)가 비회전상태로 고정되더라도 마치 웨이퍼(W)가 회전하는 것 이상의 도금 물성의 균일도를 얻을 수 있는 것이다.
즉, 이러한 상기 도금액 유도장치(20)는, 상기 도금액 수용공간(S)의 도금액(4)이 소용돌이 형태로 유동되어 반도체 대상물에 도달되도록 도금액(4)의 흐름을 소용돌이 형태로 유도하는 것으로서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 수직으로 세워진 파이프 형상이고, 그 출구(21a)의 내경면에 나선 유도돌기(22)가 형성되는 도금액 분사 노즐(21)인 것이 바람직하다.
여기서, 이러한 상기 나선 유도돌기(22)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 그 단 면이 일측으로 경사진 마름모꼴인 마름모꼴돌기(221)인 것이 가능하다.
이 외에도, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 나선 유도돌기(22)는, 그 단면이 둥근 둥근돌기(222)이거나, 도 6에 도시된 바와 같이, 그 단면이 삼각인 삼각돌기(223)이거나, 도 7에 도시된 바와 같이, 그 단면이 둥글게 절곡된 절곡판돌기(224)이거나, 도 8에 도시된 바와 같이, 그 단면이 사각인 사각돌기(225)인 것이 모두 가능하다.
따라서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 도금 시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(W)가 회전하지 않더라도, 상기 도금액 분사노즐(21)을 통과하는 도금액(4)이, 상기 나선 유도돌기(22)에 의해 안내되어 나선형 소용돌이형태로 분사되고, 관성에 의해 이러한 나선형 소용돌이형태의 유동이 그대로 유지되면서 상기 웨이퍼(W) 표면을 따라 방사상으로 퍼져 상기 도금조(11)의 도금액 배출구(11a)를 통해 배출될 수 있는 것이다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 도금액 유도장치(20)는, 상술된 상기 도금액 분사노즐(21)의 내부에 나선 유도돌기(231)가 형성되는 나선 막대(23)가 설치되는 것도 가능하다.
따라서, 상기 도금액 분사노즐(21)을 통해 분사되는 도금액(4)은, 상기 도금액 분사노즐(21)의 나선 유도돌기(22)에 의해 유도되는 동시에, 상기 나선 막대(23)의 나선 유도돌기(231)에 의해 이중으로 유도 분사되어 상기 도금조(11) 내부에서 강력한 나선형 소용돌이형태로 유동될 수 있는 것이다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 그 내경면 및 외경면에 각각 나선 유도돌 기(241)가 형성되는 내부 노즐(24)이 상기 도금액 분사노즐(21)과 상기 나선 막대(23) 사이에 추가로 설치되는 것도 가능하다.
따라서, 상기 도금액 분사노즐(21)을 통해 분사되는 도금액(4)은, 상기 도금액 분사노즐(21)의 나선 유도돌기(22)에 의해 유도되는 동시에, 상기 나선 막대(23)의 나선 유도돌기(231)에 의해 이중으로 유도되고, 상기 내부 노즐(24)의 내경면 및 외경면에 각각 형성된 나선 유도돌기(241)에 의해 사중으로 유도 분사되어 상기 도금조(11) 내부에서 더욱 강력한 나선형 소용돌이형태로 유동될 수 있는 것이다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 도금액 분사노즐(21)은, 도금액(4)의 나선형 소용돌이형태의 유동을 보다 용이하게 유도하기 위하여, 내부를 통과하는 도금액(4)의 압력이 높아지도록 그 직경이 좁아지는 협폭부(P1)와, 상기 협폭부(P1)를 지난 도금액의 압력이 낮아지도록 그 직경이 넓어지는 확폭부(P2)가 형성되는 것도 바람직하다.
여기서, 도 10에 도시된 도금액 분사노즐(21)은, 상기 협폭부(P1)와 확폭부(P2)의 직경 변화가 도금액(4)의 유동 거리에 비례하여 일정하게 변화하는 것을 예시하였다.
따라서, 도금액(4)이 상기 도금액 분사노즐(21)의 협폭부(P1)를 통과할 때, 상기 도금액(4)의 압력이 높아지면서 유속이 빨라졌다가 상기 확폭부(P2)에서 직경이 넓어지는 동안, 상기 도금액(4)의 압력이 낮아지는 동시에 상기 도금액(4)의 유동이 나선 유도돌기(22) 방향으로 확장되면서 상기 나선 유도돌기(22) 인근으로 유 도되어 흐르기 때문에 상기 도금액(4)의 나선형 소용돌이 형태의 유동을 보다 용이하게 유도할 수 있는 것이다.
한편, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 이러한 도금액 분사노즐(21)의 협폭부(P11)의 직경변화가 처음엔 급격하게 변하다가 나중엔 서서히 변하고, 확폭부(P22)의 직경변화가 처음엔 급격하게 변하다가 나중에 서서히 변하는 것도 가능하다.
이러한 경우, 상기 협폭부(P11)에서의 도금액 압력 증대 속도 및 상기 확폭부(P22)에서의 도금액 압력 감소 속도를 보다 빠르게 증대시킬 수 있는 것이다.
즉, 협폭구(P3)를 기준으로 상기 협폭부(P11)와 확폭부(P22)의 직경 변화 형태를 조정하여 도금액의 유동 형태를 제어하는 것이 가능하다.
또한, 상술된 상기 나선 유도돌기(22)는, 나사산 절삭가공이나 나선 접합가공 등으로 이루어지는 것이 가능하다.
한편, 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 반도체 도금 시스템은, 반드시 필요하진 않지만, 상기 도금조(11)의 개방된 상측에 웨이퍼(W)가 회전할 수 있도록 웨이퍼 회전장치(15)가 설치되는 것도 가능하다.
따라서, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 도금조(11) 내부에서 상기 도금액(4)이 나선형 소용돌이형태로 유동하는 동시에, 상기 웨이퍼(W)가 상기 도금액(4)의 나선형 소용돌이 방향으로 함께 정방향으로 회전되거나, 역방향으로 회전되는 것이 가능하다.
한편, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따 른 반도체 도금 시스템은, 상기 도금조(11)에 설치되어 상기 도금조(11) 내부의 도금액(4)의 소용돌이 흐름을 부분적으로 차단하는 차단부재(30)를 더 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.
이러한 경우, 예를 들어 상기 도금조(11) 내부의 도금액 나선형 소용돌이형태의 유동이 웨이퍼(W) 중앙부근에서는 너무 빠르고, 웨이퍼(W) 테두리부근에서는 너무 느리다면, 상기 차단부재(30)를 웨이퍼(W) 중앙부근의 대응되는 공간에 배치하여 도금액(4)의 유동 형상을 제어할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 반도체 도금 시스템은, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 도금액 유도장치(20)로서, 상기 도금조(11)에 설치되는 프로펠러(40)를 적용하는 것이 가능하다.
여기서, 상기 프로펠러(40)는, 상기 도금액(4)의 유동에 의해 자연 회전되도록 상기 도금조(11)에 회전이 자유롭게 베어링(50)에 의해 설치될 수 있다.
따라서, 상기 도금액(4)은 상기 도금액 공급관(12)을 통해 수직으로 상승하다가 상기 프로펠러(40)의 경사진 날개(41)와 충돌되면서 상기 프로펠러(40)를 자연 회전시키고, 이렇게 자연 회전되는 프로펠러(40)의 관성력에 의해 상기 프로펠러(40)의 영향을 다시 받아 상기 프로펠러(40)의 회전에 의해 상기 도금액(4)가 나선형 소용돌이형태로 유도될 수 있는 것이다.
즉, 이러한 상기 프로펠러(40)는, 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 베어링(50)에 의해 회전이 자유롭도록 상기 도금조(11)에 설치되고, 도 17에 도시된 바와 같이, 일측으로 경사진 방사형 날개(41)들을 갖는다.
이러한 방사형 날개(41)의 형태와 개수는 매우 다양하게 설계될 수 있는 것이다.
또한, 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 프로펠러(401)(402)는, 다층구조로 형성될 수 있고, 날개(411)가 정방향으로 형성되는 정방향 프로펠러(401) 및 상기 정방향 프로펠러(401) 인근에 설치되고, 날개(412)가 역방향으로 형성되는 역방향 프로펠러(402)를 포함하여 이루어지는 것이 가능하다.
따라서, 상기 정방향 프로펠러(401) 및 역방향 프로펠러(402) 등 적어도 2개 이상의 다층구조의 프로펠러(401)(402)들에 의해 상기 도금액(4)의 나선형 소용돌이형태를 더욱 정밀 유도하고 제어할 수 있는 것이다.
또한, 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 프로펠러(403)는, 제어부(404)의 회전신호에 따라 모터(405)에 의해 회전하는 것으로서, 도 20에 도시된 바와 같이, 상기 모터(405)에 의해 회전하는 회전체(406)와 그 테두리부가 맞물려 돌아가는 것이 가능하다.
여기서, 이러한 회전체(406)는, 이빨을 갖는 기어나 고무접촉면을 갖는 회전체 등이 가능하고, 도시하진 않았지만, 벨트에 의해 회전동력을 전달하는 풀리 등 매우 다양한 회전 동력전달장치가 적용될 수 있는 것이다.
또한, 도 21 및 도 22에 도시된 바와 같이, 상기 도금액 유도장치(20)는, 상기 반도체 대상물(3)의 가운데부분에 대응되어 설치되는 가운데 대응 프로펠러(407)와, 상기 가운데 대응 프로펠러(407)에 회전신호를 인가하는 가운데 프로펠러 제어부(408)와, 상기 반도체 대상물(3)의 테두리부분에 대응되어 설치되는 테두 리 대응 프로펠러(409) 및 상기 테두리 대응 프로펠러(409)에 회전신호를 인가하는 테두리 프로펠러 제어부(410)를 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.
즉, 예를 들어, 반도체 대상물(예를 들어, 웨이퍼(W))의 중앙부근의 도금두께가 두껍고, 웨이퍼(W)의 테두리부근의 도금두께가 얇은 경우, 상기 가운데 프로펠러 제어부(408)가 상기 가운데 대응 프로펠러(407)에 약한 속도의 회전신호를 인가하고, 상기 테두리 프로펠러 제어부(410)가 상기 테두리 대응 프로펠러(409)에 강한 속도의 회전신호를 인가하면, 상기 웨이퍼(W)의 전체적인 도금두께가 고르게 형성될 수 있어서 도금 물성의 균일도를 크게 향상시킬 수 있는 것이다.
한편, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 반도체 도금 시스템은, 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 상기 도금액 유도장치(20)로서, 도금액 분사노즐(21)의 내부에 설치되는 프로펠러(60)를 적용하는 것도 가능하다.
여기서, 상기 프로펠러(60)는, 도 23에 도시된 바와 같이, 상기 도금액(4)의 유동에 의해 자연 회전되도록 상기 도금액 분사노즐(21)에 내부에 회전이 자유롭게 베어링(61) 설치되는 것도 가능하고, 도 24에 도시된 바와 같이, 상기 프로펠러(70)는, 제어부(71)의 회전신호에 따라 상기 모터(72)에 의해 회전하는 것도 가능하다.
따라서, 상기 도금액 분사노즐(21) 내부의 프로펠러(60)(70)에 의해 도금액(4)이 상기 도금액 공급관(12) 또는 도금액 분사노즐(21)을 빠져 나오기 전에 이미 도금액 공급관(12) 또는 도금액 분사노즐(21) 내부에서 나선형 소용돌이형태로 유도된 후, 상기 도금조(11)에 공급될 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 반도체 도금 시스템은, 도 25에 도시된 바와 같이, 상기 도금액 유도장치(20)로서, 수직으로 세워진 파이프 형상이고, 그 출구(21a)의 내경면에 나선 유도돌기(22)가 형성되는 도금액 분사노즐(21) 및 상기 도금액 분사노즐(21)의 상방에 설치되는 프로펠러(40)가 동시에 적용되는 것도 가능하다.
이 경우에, 상기 도금액 분사노즐(21)을 통해 1차로 유도된 도금액(4)의 나선형 소용돌이형태의 유동이, 다시 상기 프로펠러(40)에 의해 2차로 원하는 형태로 유도될 수 있는 것이다.
그러므로, 도 2에 도시된 바와 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 도금 시스템을 유동해석하여 시뮬레이션 분석한 결과, 도 27에 도시된 바와 같은 도금액 분사노즐(21)을 사용하였을 때, 도 31에 도시된 바와 같이, 도금조 내부에서 웨이퍼의 중앙부분과 테두리부분에 대응하는 부분의 조밀도 차이가 육안으로 보았을 때도 매우 적은 유동 형태를 나타내었고, 도 32에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 중심으로부터의 거리 당 도금액 유동 속도를 나타내는 그래프를 살펴보면, 최고 유동 속도와 최저 유동 속도의 차이(k)가 0에서 0.3 이내에 들어오게 되는 것으로서, 종래의 도 29와 비교해 보더라도 거의 40퍼센트 이상 유동 속도의 차이를 줄일 수 있고, 이로 인해서 실제로 웨이퍼에 형성된 도금의 두께 편차를 색깔 그래픽으로 그려보면, 도 33에 도시된 바와 같이, 종래의 도 30과 비교하여 색깔 변화가 적은 매우 균일한 도금 두께를 갖게 되는 것이다.
여기서, 상기 유동해석은, Fluent V6.2라는 시뮬레이션 프로그램을 이용하 여, Fully Laminar Flow 유동 환경에서 분당 35리터의 유속으로 물을 매체로 실험한 것으로서, 종래와 동일한 조건으로 본 발명의 반도체 도금 시스템을 도 2에 도시된 바와 같이, 단순화하여 시뮬레이션한 자료이다.
또한, 이러한 시뮬레이션 유동해석을 통해, 도 26에 도시된 바와 같이, 상기 도금액 유도장치(20)에 의해 유도되는 상기 도금액(4)의 소용돌이 형태가 나선형태이고, 상기 나선형태의 진행방향이 X축, Y축, Z축 방향으로 순간 속도 좌표가 (1. 1. 1)에 근접하는 것이 가장 바람직하다는 결과를 도출하였다.
이러한 본 발명의 반도체 도금 시스템의 기술적 사상은, 전해도금은 물론, 무전해도금에도 모두 적용될 수 있는 것이다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.
따라서, 본 발명에서 권리를 청구하는 범위는 상세한 설명의 범위 내로 정해지는 것이 아니라 후술되는 청구범위와 이의 기술적 사상에 의해 한정될 것이다.
이상에서와 같이 본 발명의 반도체 도금 시스템에 의하면, 반도체 대상물의 도금의 두께나 형상이나 조도(거칠기) 등 도금의 균일도를 향상시킬 수 있고, 반도체 대상물을 무회전방식으로 도금조에 고정시킬 수 있으며, 도금액의 나선형 소용돌이형태를 쉽게 형성하여 설비의 구조를 단순화하고, 후공정을 안정화시킬 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Claims (29)

  1. 반도체 대상물을 도금하는 반도체 도금 시스템을 구성함에 있어서,
    반도체 대상물과 작용하는 도금액이 수용되도록 내부에 도금액 수용공간이 형성되는 도금조; 및
    상기 도금액 수용공간의 도금액이 소용돌이 형태로 유동되어 반도체 대상물에 도달되도록 도금액의 흐름을 소용돌이 형태로 유도하는 도금액 유도장치;를 포함하여 이루어지고,
    상기 도금액 유도장치는, 수직으로 세워진 파이프 형상이고, 그 출구의 내경면에 나선 유도돌기가 형성되는 도금액 분사 노즐이고,
    상기 도금액 분사노즐은,
    내부를 통과하는 도금액의 압력이 높아지도록 그 직경이 좁아지는 협폭부와, 상기 협폭부를 지난 도금액의 압력이 낮아지도록 그 직경이 넓어지는 확폭부가 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 도금조는,
    상측이 개방된 원통형상이고, 내측 바닥면 중심에 도금액 공급관이 형성되며, 상측 원주면에 도금액 배출구가 형성되고, 상기 도금액 공급관 주위에 전극이 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 도금조는,
    개방된 상측에 웨이퍼가 비회전상태로 고정되는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 도금조는,
    개방된 상측에 웨이퍼가 회전할 수 있도록 웨이퍼 회전장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 나선 유도돌기는,
    적어도 그 단면이 사각인 사각돌기, 그 단면이 둥근 둥근돌기, 그 단면이 삼각인 삼각돌기, 그 단면이 마름모꼴인 마름모꼴돌기, 그 단면이 둥글게 절곡된 절곡판돌기 및 이들의 조합 중 어느 하나를 선택하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 나선 유도돌기는,
    절삭가공이나 접합가공으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 협폭부와 확폭부의 직경 변화가 도금액의 유동 거리에 비례하여 일정하게 변화하는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 협폭부의 직경변화가 처음엔 급격하게 변하다가 나중엔 서서히 변하고,
    상기 확폭부의 직경변화가 처음엔 급격하게 변하다가 나중에 서서히 변하는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 협폭부와 확폭부의 직경 변화 형태를 조정하여 도금액의 유동 형태를 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 도금액 분사 노즐의 내부에 나선 유도돌기가 형성되는 나선 막대가 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 도금액 분사 노즐의 내부에 내경면 및 외경면에 나선 유도돌기가 형성되는 내부 노즐이 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 도금조에 설치되고, 상기 도금조 내부의 도금액의 소용돌이 흐름을 부분적으로 차단하는 차단부재;
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  15. 반도체 대상물을 도금하는 반도체 도금 시스템을 구성함에 있어서,
    반도체 대상물과 작용하는 도금액이 수용되도록 내부에 도금액 수용공간이 형성되는 도금조; 및
    상기 도금액 수용공간의 도금액이 소용돌이 형태로 유동되어 반도체 대상물에 도달되도록 도금액의 흐름을 소용돌이 형태로 유도하는 도금액 유도장치;를 포함하여 이루어지고,
    상기 도금액 유도장치는,
    상기 반도체 대상물의 하방에 설치되는 적어도 하나 이상의 프로펠러인 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 프로펠러는, 상기 도금액의 유동에 의해 자연 회전되도록 상기 도금조에 회전이 자유롭게 베어링 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 프로펠러는, 제어부의 회전신호에 따라 모터에 의해 회전하는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 프로펠러는, 상기 모터에 의해 회전하는 회전체와 테두리부가 맞물려 돌아가는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  19. 제 15항에 있어서,
    상기 프로펠러는, 다층으로 설치되고,
    날개가 정방향으로 형성되는 정방향 프로펠러; 및
    상기 정방향 프로펠러 인근에 설치되고, 날개가 역방향으로 형성되는 역방향 프로펠러;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  20. 제 15항에 있어서,
    상기 도금액 유도장치는,
    상기 반도체 대상물의 가운데부분에 대응되어 설치되는 가운데 대응 프로펠러;
    상기 가운데 대응 프로펠러에 회전신호를 인가하는 가운데 프로펠러 제어부;
    상기 반도체 대상물의 테두리부분에 대응되어 설치되는 테두리 대응 프로펠러; 및
    상기 테두리 대응 프로펠러에 회전신호를 인가하는 테두리 프로펠러 제어부;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  21. 제 1항에 있어서,
    상기 도금액 유도장치는,
    도금액 분사 노즐 내부에 설치되는 프로펠러인 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 프로펠러는, 상기 도금액의 유동에 의해 자연 회전되도록 상기 도금액 분사 노즐에 내부에 회전이 자유롭게 베어링 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 프로펠러는, 제어부의 회전신호에 따라 모터에 의해 회전하는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  24. 제 1항에 있어서,
    상기 도금액 유도장치는,
    수직으로 세워진 파이프 형상이고, 그 출구의 내경면에 나선 유도돌기가 형성되는 도금액 분사 노즐; 및
    상기 도금액 분사 노즐의 상방에 설치되는 프로펠러;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  25. 제 1항에 있어서,
    상기 도금액 유도장치에 의해 유도되는 상기 도금액의 소용돌이 형태가 나선형태이고, 상기 나선형태의 진행방향이 X축, Y축, Z축 방향으로 순간 속도 좌표가 (1. 1. 1)에 근접하는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 반도체 대상물을 도금하는 반도체 도금 시스템을 구성함에 있어서,
    반도체 대상물과 작용하는 도금액이 수용되도록 내부에 도금액 수용공간이 형성되는 도금조;
    상기 도금액 수용공간의 도금액이 소용돌이 형태로 유동되어 반도체 대상물에 도달되도록 도금액의 흐름을 소용돌이 형태로 유도하도록 그 출구의 내경면에 나선 유도돌기가 형성되는 도금액 분사 노즐; 및
    상기 도금액 분사 노즐의 상방에 설치되는 프로펠러;를 포함하여 이루어지고,
    상기 나선 유도돌기는,
    내부를 통과하는 도금액의 압력이 높아지도록 그 직경이 좁아지는 협폭부와, 상기 협폭부를 지난 도금액의 압력이 낮아지도록 그 직경이 넓어지는 확폭부가 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 프로펠러는, 상기 도금액의 유동에 의해 자연 회전되도록 상기 도금조에 회전이 자유롭게 베어링 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 도금 시스템.
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