KR100988422B1 - 기판도금장치 - Google Patents

Abstract

다량의 금속이온을 전해액 상으로 공급할 수 있는 기판도금장치가 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 기판도금장치는, 전해액을 수용하는 처리챔버, 전해액에 침지되며 음극(-)이 인가되는 기판 및, 전해액에 침지되며 양극(+)이 인가되는 타켓부를 포함하며, 타켓부는, 양극 인가시 금속이온을 발생하는 다수의 금속체 및, 다수의 금속체를 수용하며 금속이온이 출입 가능한 금속주머니를 포함한다. 이와 같은 구성에 의하면, 다수의 금속체가 처리챔버 내부에서 전해액과 반응할 수 있으므로, 전해액으로 공급되는 금속이온의 양을 증가시킬 수 있게 된다.

반도체, 기판, 웨이퍼, 도금, 증착, 구리, 면적, 분사노즐, 전해액.

Description

기판도금장치{WAFER PLATING APPARATUS}

본 발명은 반도체제조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 구리배선을 위한 기판 도금시의 금속이온을 발생시키는 금속체의 금속이온 발생량을 증가시킬 수 있는 기판도금장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체를 구성하는 실리콘 기판 상에 금속배선을 형성하기 위해, 상기 기판의 전면에 금속막을 형성하여 이 금속막을 패터닝하게 된다. 이때, 상기 기판의 전면에 형성되는 금속막은 알루미늄 또는 구리에 의해 형성된다. 이 중, 상기 구리막은 알루미늄막에 비해 녹는점이 높아 전기이동도에 대한 큰 저항력을 가짐으로써 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 비저항이 낮아 신호전달 속도를 증가시킬 수 있는 이점 때문에, 주로 채택된다.

현재, 상기 기판 상에 구리 배선을 형성하기 위한 방법으로는 물리기상증착 또는 화학기상증착이 주로 채용되나, 전기 이동도에 대한 내성이 우수하고 제조비용이 저렴한 화학기상증착 즉, 전기도금이 선호된다.

상기 기판에 대한 구리 전기도금의 원리는, 전해액이 수용된 처리챔버 내에 양극의 구리판과 음극의 기판을 침지시킴으로써, 상기 구리판으로부터 분리된 금속 이온이 상기 기판으로 이동하여 구리막을 형성한다. 여기서, 상기 구리판은 일반적으로 구리이온을 발생시키는 표면이 평탄한 원판 플레이트 형상을 가진다.

그런데, 상기와 같이 표면적이 평탄한 구리판의 경우, 상기 전해액과 접촉되는 접촉면적이 상대적으로 적다. 그로 인해, 상기 구리판으로부터 발생되는 구리이온의 양이 제한적일 수 밖에 없다.

또한, 이러한 구리판의 단점을 보안하기 위해 상기 전해액의 농도를 놓이는 방안이 강구될 수 있으나, 이러한 전해액의 농도변화는 구리막의 막질에 영향을 미치는 또 다른 문제점을 야기시킨다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 전해액과 접촉되는 접촉면적을 증가시켜 금속이온의 발생량을 증기시킬 수 있는 기판도금장치를 제공하기 위함이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 기판도금장치는, 전해액을 수용하는 처리챔버, 상기 전해액에 침지되며 음극(-)이 인가되는 기판 및, 상기 전해액에 침지되며 양극(+)이 인가되는 타켓부를 포함하며, 상기 타켓부는, 상기 양극(+) 인가시, 금속이온을 발생하는 다수의 금속체와 상기 다수의 금속체를 수용하며, 상기 금속이온이 출입 가능한 금속주머니를 포함한다.

본 발명의 제 1 실시예에 의하면, 상기 금속체는 금속분말 또는 금속과립을 포함하거나, 금속분말과 금속판을 모두 포함할 수 있다.

본 발명의 제 2 실시예에 의하면, 상기 금속주머니는 수용된 금속체에 의해 신축 가능한 재질로 형성된다.

본 발명의 제 3 실시예에 의하면, 상기 금속주머니는, 상기 금속체를 지지하는 지지부 및 상기 지지부와 다른 재질로 형성되며, 상기 금속체보다 작으나 상기 금속이온이 출입될 수 있는 구멍이 마련되는 이온전달부를 포함한다. 여기서, 상기 지지부는 상기 금속체에 의해 신축 가능한 재질로 형성되고, 상기 지지부는 상기 금속체와 동일 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 이온전달부는 상기 기판과 마주하는 위치에 마련되어, 상기 금속이온이 상기 기판으로 보다 원활히 이동토록 한다.

상기와 같은 제 1 내지 제 3 실시예에서는 상기 금속주머니의 내부로 마련되어, 상기 양극(+)이 인가되는 양전극판을 모두 포함한다. 또는, 상기 금속주머니에 도금되어, 상기 양극(+)이 인가되는 양전극막을 포함하는 변경예도 가능하다.

이러한 제 1 내지 제 3 실시예에 의한 타켓부는 상기 처리챔버 내에 복수개 마련될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 금속주머니를 진동시키는 진동발생부를 더 포함하여 금속이온의 발생을 촉진하며, 상기 기판과 타켓부 사이에는 상기 금속이온을 여과하는 필터부가 설치되어 도금효율을 향상시킨다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 다수의 금속체가 전해액에 침지되어 양극을 인가받을 수 있음으로써, 전해액과 반응할 수 있는 금속판의 접촉면적을 증가시킬 수 있다. 그로 인해, 상기 금속체로부터 발생되어 상기 전해액 상으로 공급되는 금속이온의 양을 증가시킬 수 있다.

둘째, 상기 다수의 금속체를 수용하는 금속주머니를 구비함으로써, 다수의 금속체가 전해액 상에서 부유됨을 방지할 수 있다.

셋째, 상기 금속주머니가 금속체보다 작으나 금속이온이 출입할 수 있는 구멍을 통해 금속이온을 금속주머니 외부로 공급함으로써, 상기 금속주머니가 금속이온의 필터 기능까지 구현할 수 있다.

마지막으로, 상기 금속주머니가 신축 가능한 재질로 형성됨으로써, 다수의 금속체가 항시 조밀한 상태를 유지하여 양전극판과의 접촉성을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 기판도금장치(1)는, 처리챔버(10), 기판(20) 및 타켓부(30)를 포함한다.

상기 처리챔버(10)는 도 2의 도시와 같이, 전해액(S)이 수용된다. 상기 처리챔버(10)는 후술할 기판(20)의 출입을 위해 상부가 개방된 형상을 가진다. 그러나, 상기 처리챔버(10)가 전해액(S)을 수용하고 기판(20)이 출입될 수 있는 다양한 형상 중 어느 하나로 채용될 수 있음은 당연하다.

상기 기판(20)은 상기 처리챔버(10)의 개방된 상부를 통해 출입되어, 상기 전해액(S)에 침지된다. 상기 기판(20)은 전류가 인가되는 음전극판(21)에 의해 후면이 접촉됨으로써, 전류 인가시 음극의 특성을 가진다. 여기서, 상기 기판(20)은 음전극판(21)과 접촉하는 후면을 지지하는 척(22)에 의해 처리챔버(10)에 출입되어 전해액(S)에 침지된다.

상기와 같은 기판(20)은 반도체 기판이 되는 실리콘 웨이퍼로 예시하나, 꼭 이를 한정하는 것은 아니다. 즉, 상기 기판(20)은 LCD(Liquid Crystal Display) 또는 PDP(Plasma Display Panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용 유리기판이 채용될 수 있음은 당연하다.

상기 타켓부(30)는 상기 전해액(S)에 침지되어 양극이 인가됨으로써, 기 판(20)을 도금시킬 금속이온을 발생시킨다. 이러한 타켓부(30)는 금속체(31)와 금속주머니(33)를 포함한다. 여기서, 상기 타켓부(30)는 전해액(S)에 복수개 침지될 수 있다.

상기 금속체(31)는 상기 금속주머니(33)에 다수개가 수용됨으로써, 전해액(S)과 접촉되는 면적이 증가된다. 본 실시예서는 상기 금속체(31)가 금속분말을 포함하는 것으로 예시한다. 그러나, 상기 금속체(31)가 금속알갱이인 금속과립을 포함하거나, 부피가 매우 작은 금속판을 포함하는 변형예도 가능하다.

또한, 상기 금속체(31)가 어느 한가지 형태로만 구성되지 않고, 금속분말, 금속과립 및 금속판들을 적어도 2개 이상 혼합하여 포함하는 변형예도 가능하다. 즉, 상기 금속체(31)는 상기 전해액(S)에 다수개로 침지될 수 있는 다양한 형태가 가능한 것이다.

이러한 금속체(31)는 상기 전해액(S)에 침지된 상태로 양극이 인가되며, 이를 위해, 상기 금속체(31)는 양전극판(32)과 접촉된다. 본 실시예에서는 상기 금속체(31)가 금속분말을 포함하므로, 상기 금속체(31)는 다수의 금속체(31)들 중 일부와 접촉되어 미접촉된 타 금속체(31)들까지 양극을 인가할 수 있는 플레이트로 형성된다.

참고로, 상기 금속체(31)는 구리재질로 형성되어 구리이온을 발생시킨다. 아울러, 상기 금속체(31)로부터 분리되는 구리이온을 음극의 기판(20)으로 전달하는 이온전달매체인 전해액(S)은 황산구리액인 것으로 예시한다. 그로 인해, 상기 양극이 인가되는 기판(20)은 금속체(31)로부터 발생된 구리이온의 환원반응에 의해 구 리막이 형성된다.

상기 금속주머니(33)는 상술한 바와 같이, 상기 다수의 금속체(31)를 수용하며 상기 금속체(31)로부터 발생되는 금속이온을 출입시킨다. 구체적으로, 상기 금속주머니(33)는 상기 금속체(31)로부터 발생되는 금속이온이 전해액(S) 상으로 녹아들어 기판(20)으로 이동됨을 간섭하지 않음과 동시에 상기 금속분말인 금속체(31)가 전해액(S) 상에서 흩어져 부유하지 않게 포집한다.

이러한 금속주머니(33)에는 도 2의 도시와 같이, 상기 금속체(31) 보다 작으나 상기 금속이온이 출입될 수 있는 구멍(34)이 복수개 형성된다. 그로 인해, 상기 금속주머니(33)로부터 상기 금속체(31)가 누출되지 않음과 동시에, 금속이온의 전달매체인 전해액(S)은 구멍(34)을 통해 금속주머니(33) 내외로 출입될 수 있게 된다. 즉, 상기 금속주머니(33)는 티(tea)를 수용한 채 물속에 침지되어 티성분이 우러나와는 티백(tea bag)과 유사한 기술구성인 것이다.

여기서, 상기 금속주머니(33)에 수용된 금속체(31)에 양극을 인가하기 위해, 상기 양전극판(32)은 금속주머니(33)의 내부에 금속체(31)와 함께 수용되어 전력이 인가된다. 이때, 상기 양전극판(32)은 금속이온의 발생에 의해 체적이 작아지는 금속체(31)에 지속적으로 양극을 인가하기 위해, 상기 금속주머니(33)의 저면에 설치됨이 좋다. 그로 인해, 상기 금속체(31)가 비중에 의해 전해액(S) 상에서 가라앉은 상태로 항시 양전극판(32)과 접촉될 수 있게 된다.

또한, 상기 금속주머니(33)는 진동발생부(40)와 연결되어, 일정주기로 또는 지속적으로 진동된다. 이러한 금속주머니(33)의 진동으로 인해, 상기 금속주머 니(33) 내부의 금속체(31)와 양전극판(32)의 접촉이 보다 용이해진다.

한편, 도 1의 도시와 같이, 상기 타켓부(30)는 처리챔버(10) 내에 전해액(S)이 출입될 수 있는 개구를 가지고 설치되는 도금챔버(50)에 설치된다. 여기서, 상기 도금챔버(50)의 개구는 기판(20)과 마주하며, 그 내부에는 상기 타켓부(30)가 설치된다. 또한, 상기 도금챔버(50)에는 기판(20)과 타켓부(30) 사이에 제 1 및 제 2 필터(51)(52)가 설치된다.

상기 제 1 필터(51)는 타켓부(30)로부터 발생되는 금속이온을 1차 여과하며, 상기 제 2 필터(53)는 1차 여과된 금속이온을 2차 여과하여 기판(20)의 전면으로 골고루 공급한다. 이때, 자세히 도시되지 않았지만, 상기 제 1 및 제 2 필터(51)(52)에도 상기 금속이온만이 통과할 수 있는 구멍(미도시)이 마련되어 금속이온을 여과한다. 이에 의해, 상기 타켓부(30)로부터 발생된 금속이온이 불순물이 섞이지 않은 상태로 기판(20)에 전달되어 기판(20)을 도금시킬 수 있게 된다.

상기와 같은 도금챔버(50)의 기술구성에 의해, 상기 도금챔버(50)에 수용된 전해액(S)은 타켓부(30)로부터 발생된 금속이온을 함유한 상태로 도금챔버(50)의 개구와 마주하는 기판(20) 상으로 보다 원활히 이동될 수 있게 된다.

참고로, 본 실시예에서는 상기 금속주머니(33)에도 금속이온만을 통과시키는 구멍(34)이 형성되므로, 상기 금속주머니(33)는 제 1 및 제 2 필터(51)(52)와 같이 금속이온을 여과시키는 필터의 기능도 함께 가진다.

상기와 같은 구성에 의하면, 상기 전해액(S)에 침지된 타켓부(30)에 양극이 인가되고 기판(20)에 음극이 인가되면, 상기 금속체(31)의 산화반응에 의해 금속이 온이 발생되어 전해액(S)에 녹은 상태로 금속주머니(33)의 구멍(34)을 통과한다. 이렇게 통과한 금속이온은 제 1 및 제 2 필터(51)(52)를 차례로 경유하여, 기판(20)에서의 환원반응에 의해 기판(20)을 도금시킨다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 기판도금장치(1)의 타켓부(130)가 도시된다. 도 3의 도시와 같이, 제 2 실시예에 의한 기판도금장치(1)의 타켓부(130)는 다수의 금속체(131)와 이 금속체(131)를 수용하는 신축성 재질의 금속주머니(133)를 포함한다. 즉, 제 2 실시예의 경우, 신축재질의 금속주머니(133)를 포함하는 점에서, 도 1 및 도 2에 도시된 제 1 실시예와 구별되는 것이다.

상기 신축재질의 금속주머니(133)는 상기 금속체(131)에 영향을 받아 신축된다. 구체적으로, 상기 금속주머니(133)는 내부에 수용된 금속체(131)에 의해 신장된 상태로 있다가, 금속체(131)로부터 금속이온이 발생될수록 금속체(131)의 체적 감소에 대응하여 수축된다. 이러한 구성에 의해, 상기 금속체(131)는 금속주머니(133)의 내부에서 항시 조밀한 상태를 유지한 채 수용될 수 있게 된다.

이때, 상기 금속체(131)에 양극을 인가하는 양전극판(132)은 제 1 실시예와 마찬가지로, 금속주머니(133)의 내부에 금속체(131)들과 접촉되도록 설치된다. 또는, 상기 금속주머니(133)에 도금되어 양극이 인가되는 양전극막이 형성되는 변형예도 가능하다.

도 4를 참고하면, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 기판도금장치(1)의 타켓부(230)가 도시된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 기판도금장치(1)의 타켓부(230)는 제 1 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 금속체(231)와 금속주머니(233)를 포함한다. 그러나, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 금속주머니(233)는 지지부(234)와 이온전달부(235)로 구분된다는 점에서, 앞선 제 1 및 제 2 실시예와 구별된다.

상기 지지부(234)는 금속체(231)를 지지하며, 상기 이온전달부(235)는 지지부(234)와 다른 재질로 형성되어 금속체(231)보다 작으나 금속이온이 출입될 수 있는 구멍(236)을 가진다. 본 실시예에서 상기 지지부(234)는 신축 가능한 재질로 형성되고, 상기 이온전달부(235)는 금속재질로 형성되는 것으로 예시한다.

구체적으로, 상기 이온전달부(235)가 금속주머니(233)에 내장되는 금속체(231)로부터 발생되는 금속이온과 동일한 금속이온을 소량 발생시킬 수 있는 금속재질로 형성되며, 복수의 구멍(236)이 형성되는 플레이트인 것으로 예시한다. 그로 인해, 상기 이온전달부(235)는 전해액(S)에 침지된 상태로 신축재질인 지지부(234)에 의해 지지되는 금속체(231)와 항시 접촉된 상태를 유지하여 음극을 함께 인가받음으로써, 산화반응에 의해 전해액(S)으로 금속이온을 발생시킬 수 있게 된다. 즉, 상기 이온전달부(235)는 구멍(236)을 통해 금속체(231)로부터 발생된 금속이온을 금속주머니(233) 외부로 전달함과 아울러, 자체적으로 금속이온을 발생시킬 수 있는 것이다.

참고로, 상기 이온전달부(235)에 형성되는 구멍(236)은 상기 이온전달부(235)로부터 금속이온이 발생됨에 따른 체적변화로 인해 크기가 커지더라도, 금속이온의 발생에 의해 체적이 감소된 금속체(231)를 금속주머니(233) 외부로 배출시키지 않을 크기를 고려하여 형성됨은 당연하다. 이러한 이온전달부(235)의 구 멍(236) 크기 조절은 이온전달부(235)가 함유하는 금속이온양의 조절에 따라 구현될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 상기 금속주머니(233)에 수용된 금속체(231)로부터 발생되는 금속이온 뿐만 아니라, 상기 이온전달부(235)로부터 소량의 금속이온이 발생될 수 있게 된다. 따라서, 상기 전해액(S)상에 녹아든 금속이온의 함량이 많아짐에 따른 금속막 형성 효율 향상을 기대할 수 있다.

그러나, 상기 이온전달부(235)를 꼭 금속재질인 것으로 한정하는 것은 아니며, 단순히 금속체(231)가 전해액(S) 상으로 누출됨을 차단하되, 금속이온이 통과하는 구멍을 가지는 플레이트로 형성되는 변형예도 가능하다.

한편, 이상과 같은 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예의 경우, 상기 타켓부(130)(230)를 제외한 기술구성이 제 1 실시예와 유사하므로, 타켓부(130)(230)를 제외한 기술구성에 대한 자세한 도시 및 설명은 생략한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 부으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 기판도금장치를 개략적으로 도시한 단면도,

도 2는 도 1에 도시된 타켓부를 개략적으로 도시한 확대도,

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 기판도금장치의 타켓부를 개략적으로 도시한 단면도, 그리고,

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 기판도금장치의 타켓부를 개략적으로 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1: 기판도금장치 10: 처리챔버

20: 기판 30, 130, 230: 타켓부

31, 131, 231: 금속체 33, 133, 233: 금속주머니

40: 진동발생부 50: 도금챔버

Claims (14)

1. 전해액을 수용하는 처리챔버;

   상기 전해액에 침지되며 음극(-)이 인가되는 기판;

   상기 전해액에 침지되며 양극(+)이 인가되어 금속이온을 발생시키는 타켓부; 및

   상기 기판과 타켓부 사이에 마련되어, 상기 금속이온을 복수회 여과시켜 상기 기판의 전면으로 골고루 공급하는 필터부;

   를 포함하고,

   상기 타켓부는,

   상기 양극(+) 인가시, 상기 금속이온을 발생하는 다수의 금속체;

   상기 다수의 금속체가 분산되지 않도록 수용하며, 상기 금속이온이 출입 가능한 금속주머니;

   상기 금속주머니에 마련되어, 상기 양극(+)이 인가되는 양전극판; 및

   상기 금속주머니와 연결되어 진동을 발생시킴으로써, 상기 다수의 금속체와 상기 양전극판을 항시 접촉시키는 진동발생부;

   를 포함하는 기판도금장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 금속체는 금속분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 금속체는 금속과립을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 금속체는 금속분말과 금속판을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 금속주머니는 수용된 금속체에 영향을 받아 신축 가능한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 금속주머니는,

   상기 금속체를 지지하는 지지부; 및

   상기 지지부와 다른 재질로 형성되며, 상기 금속체보다 작으나 상기 금속이온이 출입될 수 있는 구멍이 마련되는 이온전달부;

   을 포함하는 기판도금장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 지지부는 상기 금속체에 의해 신축 가능한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 지지부는 상기 금속체와 동일 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 이온전달부는 상기 기판과 마주하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
10. 삭제
11. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 양전극판은 상기 금속주머니에 도금되어, 상기 양극(+)이 인가되는 양전극막을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 타켓부는 상기 처리챔버 내에 복수개 마련되는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
13. 삭제
14. 삭제

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