KR101122793B1 - 기판도금장치 - Google Patents

Abstract

도금품질을 향상시킴과 아울러 전해액의 낭비를 방지할 수 있는 기판도금장치가 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 기판도금장치는, 전해액을 수용하며, 도금면이 바닥면에 대해 수직한 상태로 침지되어 음극(-)이 인가되는 적어도 하나의 기판이 출입하는 처리챔버, 전해액에 침지되되 적어도 하나의 기판과 상호 대면할 수 있도록 적어도 하나 마련되어, 양극(+) 인가시 금속이온을 발생시키는 타켓체, 그리고, 처리챔버의 내부로 전해액을 순환시키는 전해액 순환부를 포함하며, 타켓체의 대략 중앙에 관통된 유입구가 형성되며, 전해액 순환부는 유입구와 연결되어 전해액을 공급한다. 이러한 구성에 의하면, 전해액이 공급되자 마자 금속이온을 구비한 채 기판상으로 이동될 수 있어, 기판의 도금품질을 향상시킴과 아울러 전해액의 낭비를 방지할 수 있게 된다.

기판, 웨이퍼, 도금, 구리, 수직, 전해액, 약액.

Description

기판도금장치{WAFER PLATING APPARATUS}

본 발명은 기판도금장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 최소한의 전해액으로도 도금 품질을 향상시킬 수 있는 기판도금장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체를 구성하는 실리콘 웨이퍼 상에 금속배선을 형성하기 위해, 상기 웨이퍼의 전면에 금속막을 형성하여 이 금속막을 패터닝하게 된다. 이때, 상기 웨이퍼의 전면에 형성되는 금속막은 알루미늄 또는 구리에 의해 형성된다.

이 중, 상기 구리막은 상기 알루미늄막에 비해 녹는점이 높아 전기이동도에 대한 큰 저항력을 가짐으로써, 반도체 소자의 신뢰성 향상에 기여하는 장점을 가진다. 뿐만 아니라, 상기 구리막이 형성된 웨이퍼는 비저항이 낮아 신호전달 속도가 증가되는 이점을 가진다. 그로 인해, 상기 웨이퍼상에 형성되는 금속막은 알루미늄막 대신에 구리막이 일반적으로 주로 채택된다.

현재, 상기 웨이퍼 상에 구리막을 형성하여 이를 패터닝하기 위한 방법으로는 물리기상증착 또는 화학기상증착이 주로 채용되나, 전기 이동도에 대한 내성이 우수하고 제조비용이 저렴한 화학기상증착 즉, 전기도금이 보다 선호되는 추세이다. 상기 웨이퍼에 대한 구리 전기도금의 원리는, 도금챔버의 전해액 상으로 양극 의 구리판과 음극의 웨이퍼를 침지시킨 후 전류를 인가함으로써, 상기 구리판으로부터 구리이온이 분리되어 웨이퍼상에 구리막을 형성시킨다.

상기 기판에 대한 구리 전기도금의 원리는, 전해액이 수용된 처리챔버 내에 양극의 구리판과 음극의 기판을 침지시킴으로써, 구리판으로부터 분리된 구리이온이 상기 기판으로 이동하여 구리막을 형성한다. 여기서, 상기 금속판은 표면이 평평한 원판 플레이트의 형상을 가진다.

한편, 근래에는 한 번의 도금공정으로 복수개의 웨이퍼를 동시에 도금시키기 위해, 상기 웨이퍼의 도금면이 상기 처리챔버의 바닥면에 대해 수직한 상태로 침지시키는 수직형 도금방식이 제안되고 있다. 이러한 수직형 도금방식의 경우, 구리이온의 효율적인 이동을 위해, 상기 구리판이 상기 웨이퍼의 도금면과 마주할 수 있도록 설치된다.

그런데, 상기 수직형 도금방식의 경우, 상기 전해액은 상기 처리챔버의 바닥면으로부터 상부를 향해 흐름으로 인해, 상기 전해액이 상기 구리판으로부터 분리된 구리이온을 웨이퍼의 표면으로 불균일하게 전달하게 된다. 이에 따라, 상기 웨이퍼의 도금불량이 야기된다. 뿐만 아니라, 상기 웨이퍼가 침지되지 않은 영역으로도 전해액의 흐름이 발생되어, 전해액의 낭비가 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 도금 균일성을 향상시킬 수 있는 기판도금장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 간단한 구조로 전해액의 낭비를 방지할 수 있는 기판도금장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 기판도금장치는 처리챔버, 타켓체 및 순환부를 포함한다.

본 발명의 바람직한 제1실시예에 의하면, 상기 처리챔버는 전해액을 수용하며, 바닥면에 대해 수직한 상태로 침지되어 측면과 마주한 상태로 음극(-)이 인가되는 적어도 하나의 기판이 출입한다.

상기 타켓체는 상기 전해액에 침지되되 상기 적어도 하나의 기판과 상호 대면할 수 있도록 적어도 하나 마련되어, 양극(+) 인가시 금속이온을 발생시킨다.

상기 전해액 순환부는 상기 처리챔버의 내부로 전해액을 순환시킨다. 여기서, 상기 타켓체의 대략 중앙에 관통된 유입구가 형성되며, 상기 전해액 순환부는 상기 유입구와 연결되어 상기 전해액을 공급한다. 이때, 보다 구체적으로, 상기 타켓체는 상기 처리챔버에 대해 회전축을 중심으로 회전되며, 상기 유입구는 상기 회전축에 형성됨이 좋다.

이러한 타켓체는, 상기 기판의 대략 중심과 상기 유입구가 마주할 수 있도록 배치된다. 그러나, 상기 기판의 상기 처리챔버의 바닥면과 마주하는 영역인 침지방향을 기준으로 선측 영역과 상기 유입구가 마주할 수 있도록 배치되는 제2실시예도 가능하다.

한편, 상기 기판은 음전극부를 사이에 두고 후면이 척에 의해 지지됨이 일반적이나, 음전극이 인가되는 척에 의해 지지되는 변형 실시도 가능하다.

아울러, 본 발명의 바람직한 제3실시예에 의하면, 상기 적어도 하나의 기판을 지지하는 척이 상호 연결되어 동시에 상기 처리챔버 내외로 출입된다. 이 경우, 상기 하나의 척이 복수의 기판을 동시에 지지한 상태로 상기 처리챔버 내외로 출입시킴에 따라, 보다 컴팩트한 구성이 가능해진다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 도금면이 처리챔버의 바닥면에 대해 수직하게 침지되는 기판과 마주하는 타켓체의 대략 중앙에 전해액이 공급되는 유입구를 마련함으로써, 타켓체로부터 분리된 금속이온을 균일하게 전해액이 기판상으로 전달할 수 있게 된다. 그로 인해, 균일한 도금면이 형성된 기판을 제공할 수 있게 되어, 기판의 도금품질을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 금속이온을 구비한 채 기판의 도금면을 경유하는 전해액의 흐름을 형성시킴에 따라, 전해액의 낭비를 방지할 수 있게 된다.

아울러, 복수의 기판을 복수의 척으로 지지시킨 상태에서 척연결체와 같은 연결수단을 이용하여 상호 연결시킨 상태로 동시에 상기 처리챔버의 내외로 출입시킴에 따라, 처리챔버의 크기를 보다 컴팩트하게 구성할 수 있게 된다.

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

도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 제1실시예에 의한 기판도금장치(1)는, 처리챔버(10), 타켓체(20) 및, 전해액 순환부(30)를 포함한다.

상기 처리챔버(10)는 전해액(S)이 수용되며, 기판(W)이 선택적으로 침지된다. 이러한 처리챔버(10)는 기판(W)의 출입을 위해 상부가 개방된 출구(11)가 마련된 원통의 욕조(bath) 형상을 가진다. 그러나, 꼭 이를 한정하는 것은 아니며, 상기 처리챔버(10)의 상부가 커버에 의해 선택적으로 개방되거나 일측면이 개방되는 것과 같이, 기판(W)이 침지될 수 있는 용량의 전해액(S)을 수용함과 아울러, 기판(W)이 선택적으로 출입될 수 있는 다양한 형상 중 어느 하나가 채용될 수 있음은 당연하다.

참고로, 상기 처리챔버(10) 내외로 출입하는 기판(W)은 척(12)에 의해 후면이 지지되며, 상기 기판(W)과 척(12) 사이에 마련되어 전류가 인가되는 음전극부(13)에 의해 음극이 인가된다. 또한, 상기 기판(W)은 척(12)에 의해 지지된 상태로 처리챔버(10)의 내외로 승하강된다. 아울러, 상기 기판(W)은 도금공정 중 척(12)의 회전에 의해 회전되도록 구성될 수도 있다. 이러한 척(12)에 의해 지지되는 기판(W)의 구체적인 기술구성은 공지의 기술로부터 용이하게 이해 가능하므로, 자세한 설명은 생략한다.

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

이러한 기판(W)은 도 1에 도시된 바와 같이, 도금될 면(이하, 도금면으로 지칭함)이 상기 처리챔버(10)의 바닥면에 대해 수직함으로 인해 도금면이 상기 처리챔버(10)의 측면와 마주하는 자세로, 상기 처리챔버(10)의 전해액(S)에 침지된다. 아울러, 상기 기판(W)은 도시된 바와 같이, 복수개가 동시에 전해액(S)에 침지될 수 있다. 참고로, 도 1의 도시에서는 한 쌍의 기판(W)이 전해액(S)에 동시에 침지되는 것으로 예시하였으나, 꼭 이를 한정하는 것은 아니다. 이때, 상기 한 쌍의 기판(W)은 한 쌍의 척(12)에 의해 각각 후면이 지지된 상태로, 처리챔버(10)의 내외로 출입된다. 즉, 상기 척(12)은 기판(W)의 개수에 대응하여 마련되며, 각각 개별적으로 기판(W)을 처리챔버(10)의 내외로 출입시킨다.

상기 타켓체(20)는 상기 전해액(S)에 침지되며, 양전극부(21)와 연결되어 양극이 인가될 경우 산화반응에 의해 금속이온을 발생시키는 금속플레이트이다. 본 실시예에서는 상기 타켓체(20)가 구리이온을 발생시키는 구리플레이트를 포함하는 것으로 예시한다. 또한, 상기 타켓체(20)로부터 분리된 금속이온을 상기 기판(W)으로 전달하는 이온전달매체인 상기 전해액(S)은 황산구리액인 것으로 예시한다.

이러한 타켓체(20)는 상기 전해액(S)에 침지된 기판(W)의 도금면과 대면하도록 상기 처리챔버(10)의 바닥면에 대해 수직하게 설치된다. 여기서, 상기 타켓체(20)는 상기 기판(W)의 개수에 대응하여 상기 처리챔버(10)의 내부에 복수개 설 치됨이 좋다. 구체적으로, 상기 복수의 타켓체(20) 각각은 상기 복수의 기판(W) 각각의 도금면과 대면하는 일면과, 상기 일면과 마주하며 상기 양전극부(21)가 설치되는 타면을 각각 구비한 채, 상기 기판(W)과 대면하도록 설치되는 것이다.

또한, 상기 타켓체(20)는 상기 기판(W)과 대면한 상태로 회전 가능하다. 이를 위해, 상기 타켓체(20)의 대략 중앙에는 회전축(22)이 마련되어 처리챔버(10)와 연결된다. 이때, 상기 회전축(22)은 상기 기판(W)의 대략 중심과 마주하며, 상기 타켓체(20)의 직경과 상기 기판(W)의 직경은 대략 일치한다. 한편, 상기 회전축(22)으로 회전력을 제공하기 위해 구동수단이 마련되나, 이러한 기술구성은 공지의 기술로부터 이해 가능하므로 자세한 설명 및 도시는 생략한다.

참고로, 상기와 같은 구성을 가지는 처리챔버(10)의 내부에는 상기 타켓체(20)와 기판(W)의 사이에, 상기 타켓체(20)로부터 분리된 금속이온을 여과하여 균일하게 기판(W)으로 공급하는 필터부가 설치될 수도 있다.

상기 전해액 순환부(30)는 상기 처리챔버(10)의 내부로 전해액(S)을 순환시킨다. 이러한 전해액 순환부(30)는 상기 타켓체(20)의 회전축(22)을 관통하여 형성되는 유입구(31)을 통해 상기 처리챔버(10)의 내부로 전해액(S)을 공급한다. 이에 따라, 상기 전해액(S)은 상기 타켓체(20)의 대략 중앙으로부터 분사되어 상기 기판(W)으로 분사되게 된다. 이때, 상기 타켓체(20)가 회전축(22)을 중심으로 회전됨에 따라, 상기 회전축(22)에 마련된 유입구(31)를 통해 분사되는 전해액(S)은 타켓체(20)에 의해 형성된 회전기류를 통해 기판(W)의 전면을 향해 골고루 분사될 수 있게 된다.

또한, 상기 전해액 순환부(30)는 상기 처리챔버(10)의 대략 상부에 마련된 배출구(32)를 통해 배출된다. 이에 따라, 상기 타켓체(20)의 회전축(22)에 마련된 유입구(31)를 통해 분사된 전해액(S)은 타켓체(20)로부터 분리된 금속이온을 기판(W)의 표면으로 전달한 후, 배출구(32)를 통해 배출되게 된다. 이러한 유입구(31)와 배출구(32)를 통한 전해액(S)의 순환을 위해, 상기 전해액 순환부(30)는 펌프와 같은 순환수단을 구비할 수도 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판도금장치(1)의 도금공정을 순차적으로 설명하면 하기와 같다.

우선, 상기 타켓체(20)와 마주하도록 처리챔버(10)의 전해액(S)에 기판(W)이 침지되면, 상기 타켓체(20) 및 기판(W)과 연결된 양전극부(21) 및 음전극부(13)에 각각 양극(+)과 음극(-)이 인가된다. 이에 따라, 상기 타켓체(20)은 양극화되어 산화반응에 의해 금속이온이 전해액(S)로 분리된다.

이때, 상기 전해액(S)은 상기 타켓체(20)의 대략 중앙에 마련된 회전축(22)에 마련된 유입구(31)를 통해 공급됨에 따라, 처리챔버(10)의 내부로 공급되자 마자 분리된 금속이온을 기판(W) 상으로 원활히 이동시킬 수 있다. 상기 기판(W) 상으로 금속이온이 이동되면, 음극화된 기판(W)의 환원반응에 의해 상기 금속이온이 기판(W)의 전면에 도금된다.

한편, 상술한 본 발명의 제1실시예에서는 기판(W)이 척(12)에 의해 후면이 지지되고 기판(W)과 척(12) 사이에 마련된 음전극부(13)에 의해 음극이 인가되는 것으로 설명하였으나, 꼭 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 2의 도시와 같이, 척(12')에 음전극이 인가되어 상기 기판(W)을 음극화시키는 변형 실시예도 가능함은 당연하다. 이러한 경우, 별도의 음전극부(13)가 불필요하고 척(12')이 음전극 인가와 함께 기판(W)을 지지함에 따라, 컴팩트한 구성이 가능해진다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 의한 기판도금장치(100)가 도시된다. 본 발명의 제2실시예에 의하면, 상기 기판도금장치(100)는 상기 처리챔버(10), 타켓체(120) 및 전해액 순환부(130)를 포함한다는 점에서 도 1를 참고하여 상술한 제1실시예와 유사하다. 그러나, 상기 타켓체(120)가 상기 기판(W) 전면의 전영역과 대면하지 않고, 상기 기판(W)의 침지방향을 기준으로 선측 즉, 상기 처리챔버(10)의 바닥면과 마주하는 영역과 마주하도록 상기 회전축(122)이 마련된다. 이때, 상기 타켓체(120)의 직경은 도 1과 달리, 상기 기판(W)의 직경 보다 작게 형성된다.

이에 따라, 상기 전해액 순환부(130)는 상기 타켓체(120)의 회전축(122)에 마련된 유입홀(131)을 통해 상기 기판(W)의 선측을 향해 전해액(S)을 공급하게 된다. 이렇게 공급된 전해액(S)은 상기 기판(W)의 선측으로부터 후측을 향해 기판(W)을 표면을 따라 흐름으로써, 상기 타켓체(120)로부터 분리된 금속이온을 기판(W)의 표면으로 제공한 후 배출구(132)를 통해 배출된다.

이러한 구성에 의해, 상기 기판(W)의 선측과 마주한 유입구(131)를 통해 공급된 전해액(S)이 양극화된 타켓체(120)의 환원반응에 의해 분리된 금속이온을 배출구(32)를 향해 이동하면서 기판(W)의 표면으로 원활히 제공할 수 있게 된다.

도 4를 참고하면, 본 발명의 바람직한 제3실시예에 의한 기판도금장치(200) 가 개시된다. 도 4를 참고하면, 제3실시예에 의한 기판도금장치(200)는 복수의 기판(W)이 복수의 척(212)에 의해 각각 지지된 상태로, 상호 연결되어 동시에 가동된다는 점에서 상술한 제1 및 제2실시예와 구별된다. 즉, 본 제3실시예의 경우, 도시된 한 쌍의 기판(W)이 한 쌍의 척(212)에 의해 지지되되, 한 쌍의 척(212)을 상호 연결시키는 척연결체(212a)에 의해 연결되어, 일체로 기판(W)을 처리챔버(10)의 내외로 출입시키는 것이다. 이러한 척연결체(212a)에 의해 상호 연결되는 척(212)의 개수는 처리챔버(10)로 진입하고자 하는 기판(W)의 개수에 따라 가변 가능하다.

한편, 도 4의 도시에서는 상기 기판(W)이 한 쌍으로 마련되고 상기 척(212)이 한 쌍으로 마렴으로써, 상기 척연결체(212a)가 대략 “T”자형으로 형성되어 한 쌍의 척(212) 사이를 상호 연결시키는 것으로 예시하였으나, 이러한 척연결체(212a)의 형상 및 설치위치 등은 기판(W)의 개수에 따라 가변 가능함은 당연하다. 이렇게 복수의 척(212)을 상호 연결시켜 동시에 가동시킴에 따라, 상기 처리챔버(10)를 컴팩트하게 구성할 수 있게 된다.

참고로, 상기 척(212)과 척연결체(212a)을 제외한 기판도금장치(200)를 구성하는 처리챔버(10), 타켓체(20) 및, 전해액 순환부(30)의 기술구성은 도 1를 참고하여 설명한 제1실시예와 유사하므로, 자세한 설명은 생략한다.

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

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 의한 기판도금장치를 개략적으로 도시한 단면도,

도 2는 변형 실시예에 의한 기판도금장치를 개략적으로 도시한 단면도,

도 3은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 의한 기판도금장치를 개략적으로 도시한 단면도, 그리고,

도 4는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 의한 기판도금장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1: 기판도금장치 10: 처리챔버

20: 타켓체 22: 회전축

30: 전해액 순환부 31: 유입구

Claims (9)

1. 전해액을 수용하며, 도금면이 바닥면에 대해 수직한 상태로 침지되어 음극(-)이 인가되는 적어도 하나의 기판이 출입되는 처리챔버;

   상기 전해액에 침지되되 상기 적어도 하나의 기판과 상호 대면할 수 있도록 적어도 하나 마련되어, 양극(+) 인가시 금속이온을 발생시키는 타켓체; 및

   상기 처리챔버의 내부로 전해액을 순환시키는 전해액 순환부;

   를 포함하며,

   상기 타켓체의 중앙에 관통된 유입구가 형성되며, 상기 전해액 순환부는 상기 유입구와 연결되어 상기 전해액을 공급하고,

   상기 타켓체는 상기 처리챔버에 대하여 회전축을 중심으로 회전되며,

   상기 유입구는 상기 회전축에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 타켓체는 상기 기판의 중심과 상기 유입구가 마주할 수 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 타켓체는 상기 기판의 상기 처리챔버의 바닥면과 마주하는 영역인 침지방향을 기준으로 선측 영역과 상기 유입구가 마주할 수 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 기판은 음전극이 인가되는 척에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 기판은 적어도 하나의 척에 의해 각각 지지되어 상기 처리챔버 내외로 출입되는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 기판은 적어도 하나의 척에 의해 각각 지지되며, 상기 적어도 하나의 척은 척연결체에 의해 상호 연결됨으로써, 상기 적어도 하나의 척은 상호 일체로 상기 처리챔버의 내외를 출입하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
8. 전해액을 수용하며, 도금면이 바닥면에 대해 수직한 상태로 침지되어 음극(-)이 인가되는 복수의 기판이 복수의 척에 의해 지지된 상태로 상호 일체로 연결되어 동시에 출입되는 처리챔버;

   상기 전해액에 침지되되 상기 복수의 기판 가운데 적어도 하나의 기판과 상호 대면할 수 있도록 적어도 하나 마련되어, 양극(+) 인가시 금속이온을 발생시키는 타켓체; 및

   상기 처리챔버의 내부로 전해액을 순환시키는 전해액 순환부;

   를 포함하며,

   상기 타켓체의 중앙에 관통된 유입구가 형성되며, 상기 전해액 순환부는 상기 유입구와 연결되어 상기 전해액을 공급하고,

   상기 타켓체는 상기 처리챔버에 대해 회전축을 중심으로 회전되며,

   상기 유입구는 상기 회전축에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
9. 삭제

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