KR101577702B1 - 홀이 형성된 기판용 도금장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면에 미세한 홀이 형성된 반도체 기판에 도금을 할 때에 있어서, 도금시간을 단축시킬 수 있으며 상기 홀 내부에도 도금이 양호하게 이루어질 수 있도록 하는 도금장치에 관한 것이다. 그의 구성은; 기판(100)을 지지 고정하기 위한 기판지지수단; 상기 기판(100)의 일면에 밀착되는 것으로서, 기판상의 홀(101)이 위치하는 지점에 도금액이 공급될 수 있도록 노즐공(7)이 마련되는 가이드지그(5); 상기 노즐공(7)을 통해 상기 홀(101)의 내부에 도금액을 압력을 가하여 분사 공급할 수 있도록 상기 가이드지그(5)에 결합되는 도금액공급부(13);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

홀이 형성된 기판용 도금장치{Apparatus For Plating Plate Having Holes}

본 발명은 도금장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면에 미세한 홀이 형성된 기판에 도금을 할 때에 있어서, 도금시간을 단축시킬 수 있으며 상기 홀 내부에도 도금이 양호하게 이루어질 수 있도록 하는 도금장치에 관한 것이다.

최근 반도체 부품은 초소형화, 고용량화, 고집적화되고 있는데, 이를 위해서 각종 반도체용 기판에는 다수의 홀이 형성되고 있다. 이 홀은 기판의 상하면 간의 통전을 위해 기계적 드릴 또는 UV, YAG 및 CO2 레이저 드릴 등의 방법을 이용하여 만들어진다. 이 홀을 통상 비아홀(Via Hole)이라 한다.

한편 최근에 널리 확산되고 있는 실리콘 관통 전극(TSV, Through Silicon Via) 기술은 실리콘 디바이스의 3차원 실장에 사용되는 기술인데, 여기에 블라인드 비아홀이 필수적으로 존재하게 된다. 이 블라인드 비아홀은 도전체가 충전됨으로써 기판 간의 적층을 통해 3차원 집적 회로(3D IC three-dimensional integrated circuit)를 가능하게 한다. 이 비아홀은 그 이외에도 다양한 용도로 활용될 수 있으며, 기판은 인쇄회로기판, 실리콘 또는 글래스 웨이퍼 등이 될 수도 있다.

종래에 비아홀을 통전 가능한 소재로 충전하기 위한 방법으로는 용융 상태의 금속페이스트를 충전하는 방식과 습식 무전해 도금 방식이 있었다. 도전성 페이스트는 주성분이 Cu, Ag, Au, Sn, Pb 등으로 된 도전성 금속을 단독 또는 합금 형식으로 유기 접착제와 함께 혼합한 것이다. 그리고 무전해 도금방식에 관련하여서는 많은 양의 화학약품이 사용됨으로써 심각한 환경오염 문제를 일으킬 수 있으며 많은 산업용수가 사용되고 장비가 커질 수밖에 없는 비효율성이 지적된다. 또한 도금층 중간에 보이드(Void)가 형성되는 경우가 많아 도금 품질면에서 신뢰성이 떨어지는 문제가 있기도 하였다. 또한 도금작업에 소요되는 시간이 너무 길기 때문에 단축시켜야 주장이 있었다. 도 7은 종래기술에 의한 도금상태를 촬영한 것으로서 (a)는 일부가 부족하게 충전된 상태를, (b)는 과도하게 충전된 상태를, (c)는 보이드(void)가 형성된 상태를 각각 나타낸다. 종래의 방식은 도금측 상부가 볼록하게 되어 있는 특징이 있다.

현재 반도체 기술에 있어서 요구되고 있는 비아홀의 어스펙스비(AR, 비아홀의 깊이를 지름값으로 나눈 수치)가 갈수록 커지고 있다. 이 경향에 의하면 종래의 도금방식으로는 만족스러운 관통전극을 형성하기가 어려워지게 마련이다. 미세한 비아홀 내부에 도금액을 공급하기가 어렵기 때문이다. 따라서 비아홀 내부에 보다 적극적인 도금액 공급 방안이 절실하다.

대한민국 특허출원 제10-2006-0027458호 대한민국 특허출원 제10-2011-0081845호

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 다양한 종류의 반도체 기판에 도금을 가함으로써 기판 상에 마련되어 있는 비아홀을 통전소재로써 충전(filling)하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 좀 더 구체적인 목적은, 도금액의 소모량을 줄이고, 도금에 소요되는 시간을 크게 단축시켜 작업 효율성을 높이고, 어스펙트비(AR)가 큰 비아홀에도 도금액을 충분히 공급함으로써 도금 상태를 양호하게 하여 제품 품질을 향상시킬 수 있는 반도체 기판용 도금장치를 제공하는 것에 있다.

위와 같은 목적은, 면에 수직한 방향으로 다수의 홀이 형성되어 있는 기판에 도금을 하기 위한 것으로서, 상기 기판을 지지 고정하기 위한 기판지지수단;

상기 기판의 홀이 형성된 면에 밀착되는 것으로서, 상기 홀이 위치하는 지점에 도금액이 공급될 수 있도록 노즐공이 마련되는 가이드지그;

상기 노즐공을 통해 상기 홀의 내부에 도금액을 압력을 가하여 분사 공급할 수 있도록 상기 가이드지그에 결합되는 도금액공급부;

상기 가이드지그의 어느 일면 또는 그 중간에 개입되는 아노드판;

을 포함하는 것을 특징으로 하는, 홀이 형성된 기판용 도금장치에 의해 달성된다.

삭제

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 도금액공급부는 지그하우징을 포함하되,

상기 지그하우징은,

돔형태로 상기 가이드지그의 일면에 고정됨으로써 상기 가이드지그와의 사이에 도금액 수용공간이 마련되도록 하며, 상기 수용공간에 도금액을 공급하기 위한 도금액 유입구를 가질 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면 상기 가이드지그는,

서로 포개져 고정되는 것으로서 상기 수용공간에 접하는 상부지그와 상기 기판에 접하는 하부지그로 구성되되;

상기 노즐공은 상기 하부지그에 마련되며;

상기 상부지그에는 서로 이웃하는 상기 노즐공 사이의 각 격벽을 포함하는 넓이의 수용홀이 터널 형태로 마련되어 있으며, 상기 수용홀은 배수홀에 연결됨으로써; 상기 상부지그를 통해 상기 노즐공으로 유입된 도금액은 상기 수용홀 및 배수홀을 통해 배출되도록 할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 가이드지그는 기판에 접하는 상부지지판, 상기 상부지지판 하부에 설치되는 것으로서 상기 기판의 홀이 마련된 위치에 노즐공이 설치되도록 하는 노즐설치대; 상기 노즐설치대를 지지하기 위해 상기 노즐설치대의 하부에 설치되는 하부지지판으로 구성되며;

상기 가이드지그의 노즐공은 상기 기판에 마련된 홀에 일대일로 대응되는 위치 및 개수로 마련되며, 상기 노즐공의 선단과 상기 기판 사이에는 상기 상부지지판의 두께에 해당하는 간격이 마련될 수 있다.

여기서, 상기 기판과 접촉하게 되는 상기 상부지지판의 상면에는 상기 기판의 보호를 위해 실리콘 소재로 된 완충대가 설치될 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 외부로부터 차단되어 있는 제한된 유압라인을 통해 도금액을 기판의 홀에 직접적으로 분사 공급함으로써 도금액의 낭비를 줄일 수 있고 도금액에 의한 작업장의 오염을 방지할 수 있다.

이에 더 나아가 기판에 마련된 홀에 직접적으로 강력한 유압으로써 도금액을 분사할 수 있음으로써 도금액의 순환을 촉진하여 도금이 이루어지는 속도를 높일 수 있게 되며 보이드(void) 현상을 최소화할 수 있게 된다. 또한 TSV 기술 동향에 따른 어스펙트비가 큰 비아홀의 경우에도 만족스럽게 도금액을 공급할 수 있게 되어 작업속도의 증진 및 도금품질의 향상이 이루어진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 홀이 형성된 기판용 도금장치의 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 홀이 형성된 기판용 도금장치의 일부 분리된 상태의 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 홀이 형성된 기판용 도금장치의 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 홀이 형성된 기판용 도금장치의 단면 구성도이다.
도 5는 도 4의 도금장치중 가이드 지그의 개략적 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 도금의 결과물을 촬영한 단면 사진이다.
도 7은 종래의 방식을 이용한 도금의 결과물을 촬영한 단면 사진이다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 2를 동시에 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다.

본 발명은 면에 수직한 방향으로 다수의 홀(101)이 형성되어 있는 기판(100)에 도금을 하기 위한, 홀이 형성된 기판용 도금장치를 제공한다. 여기서 홀(101)이라 함은 통상 비아홀(Via hole)을 의미하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 용도의 각종 홀이 될 수도 있다. 이 홀(101)은 특히 기판(100)의 두께 중 일부에만 마련되는 것으로서, 통상 이러한 형태의 홀을 블라인드 비아홀이라 한다(도 4 참조). 홀(101)의 직경은 100 ~ 500㎛가 될 수 있으나 이 또한 예시에 불과하며 현재 5 ~15㎛ 까지 그의 직경이 작아지는 추세에 있기도 한다.

또한 기판(100)이라 함은 일반적으로 인쇄회로기판 등 반도체용 기판을 의미하지만, 합성수지 시트 또는 글라스(glass) 기판이 될 수도 있다. 따라서 기판(100)의 종류 및 홀(101)의 용도에 따라 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 아니 된다.

기판(100)은 통상 작업자의 허리높이에 설치되며, 수작업이나 기계식으로 도금장치에 공급 및 수취된다. 도시된 바에 의하면 기판(100)은 수평으로 설치되고 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다만 수평식이 기판(100)의 공급 및 수취를 위해 편리할 것이므로 이하에서는 수평식을 기준으로 하여 설명한다.

기판지지수단은 도금작업시 기판(100)을 고정시키기 위한 것이다. 기판지지수단은 도1 내지 도 3에 도시된 것처럼 지면에 수평으로 설치된 베이스플레이트(1)가 될 수 있다. 베이스플레이트(1)에는 기판의 유동을 방지하기 위한 기판고정용 지그(3)가 설치될 수도 있다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

가이드지그(5)가 홀(101)이 형성되어 있는 기판(100)의 상면에 밀착되게끔 설치된다. 가이드지그(5)에는 홀(101)이 위치하는 지점에 도금액이 공급될 수 있도록 다수의 노즐공(7)이 마련된다. 도시된 바에 의하면 노즐공(7)은 지면에 수직을 이루는 방향으로 마련되어 있으며 홀(101)을 포함할 수 있도록 홀(101) 보다는 직경이 크게 되어 있다. 전기적 도금을 위한 아노드판(6, 양극판)이 가이드지그(5)의 상면, 하면 또는 그 중간에 설치된다. 도 1에 의하면 가이드지그(5)의 상면에 설치되고, 도 3에 의하면 가이드지그(5)의 중간에 개입되고 있다. 아노드판(6)의 설치 위치는 선택적이다.

지그기동부(9)는 가이드지그(5)를 기판(100)의 면에 대하여 수직하는 방향으로 전후 기동시킨다. 가이드지그(5)는 마치 프레스장치와 같이 상하로 기동할 수 있게 되어 있다.

도금액공급부(13)는 노즐공(7)을 통해 홀(101)의 내부에 도금액을 압력을 가하여 분사 공급할 수 있도록 가이드지그(5)의 일면에 연결된다. 도금액공급부(13)는 컴프레서를 포함하며 도금액의 수두를 높이도록 되어 있다. 압력을 지닌 도금액은 가이드지그(5)의 노즐공(7)을 통해 기판의 홀(101)에 공급된다. 물론 도금액의 분사 압력과 유량은 조정이 가능하다.

본 발명의 실시예에 의하면 기판의 홀(101)마다 노즐공(7)이 마련되고 있지만, 홀(101)의 직경이 미세하고 촘촘히 배치될 경우에는 복수 개의 홀(101)을 포함하는 넓이로 되어 있을 수 있다.

가이드지그(5), 기판(100) 및 기판고정용 지그(3)의 각 접촉면에는 패킹과 같은 수밀 유지수단(미도시됨)이 설치될 수 있다.

도금액공급부(13)는 돔형태로 가이드지그(5)의 일면에 고정되는 지그하우징(17)을 포함할 수 있다. 지그하우징(17)과 가이드지그(5) 사이의 공간은 도금액이 수용되는 수용공간(S)이 된다.

지그하우징(17)의 가장자리에는 가이드지그(5)의 가장자리를 따라 수밀을 유지하며 접착되도록 플랜지(19)가 설치된다. 도금액유입구(20) 및 유입관(21)이 수용공간(S)에 도금액을 공급하기 위하여 지그하우징(17)의 일측에 설치된다. 도금액배출구(12) 및 배출관(15)은 지그하우징(17)의 타측에 설치된다.

한편 도금액을 순환 공급하는 경로는 다양하게 변화될 수 있다. 도 1 및 도 2에는 상방향에서 공급되어 다시 상방향으로 배출되는 경우가 예시되었다. 그러나 도금액의 공급 및 배출이 명료한 경로를 갖도록 상방향에서 공급되어 측방향으로 배출되도록 할 수도 있다.

도 3에는 지그하우징의 상부에서 공급된 도금액이 정해진 경로를 따라 유동하면서 측방향으로 배출되도록 하는 방식이 도시된다.

가이드지그(5)는 수용공간(S)에 접하는 상부지그(5a)와 기판(100)에 접하는 하부지그(5b)로 구성된다. 상부지그(5a)와 하부지그(5b)는 서로 포개져 고정된다. 하부지그(5b)에는 전술한 실시예와 같은 노즐공(7)이 마련되어 있다. 상부지그(5a)에는 서로 이웃하는 노즐공(7) 사이의 각 격벽(23)을 포함하는 넓이의 수용홀(25)이 터널 형태로 마련되어 있다. 이 수용홀(25)의 끝에는 배수홀(27)이 마련되어 있고 이 배수홀(27)을 통해 도금액이 미도시된 배출관으로 유입되게 된다. 즉 수용홀(25)에 의해 도금액이 빠져나가는 통로는 터널 형태로 마련되고, 수용홀측벽(29) 사이의 공간은 노즐공(7)과 소통되는 도금액 공급로(31)가 된다.

이러한 구성에 의하면 지그하우징(17)에 공급된 도금액은 도 3의 화살표로 표시된 것처럼 도금액 공급로(31), 노즐공(7), 수용홀(25) 및 배수홀(27)을 따라 유동하며 이 유동중에 홀(101) 내부에 도금액을 공급하게 되는 것이다.

이상의 실시예는 기판(100)의 도금면이 위를 향하고 있는 형식을 예시하였다. 그러나 기판의 도금면이 아래를 향할 수도 있다. 도 4 내지도 5는 후자의 경우이다. 본 실시예에 의하면 기판의 도금면이 아래를 향하고 있으며, 가이드지그가 베이스에 고정되고 있다. 그리고 가이드지그는 도금의 효율성 제고를 위해 좀더 다채로운 구성을 가지고 있다. 이하, 도 4 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.

도금액은 화살표로 표시된 경로를 따라 하방에서 공급되어 상방향으로 분사 공급된다.

가이드지그(5')는 상부지지판(33), 노즐설치대(35) 및 하부지지판(37)을 포함한다. 본 실시예에 의하면 노즐설치대(35)에 노즐공(7)이 기판의 홀(101)에 대하여 일대일로 대응되는 위치에 마련된다는 것이다. 또한 각 노즐공(7)의 선단과 기판(100)의 도금면까지 1 ~2mm의 간격(G)이 존재한다. 이러한 구조는 각 홀(101)에 대하여 정확하고 균일하며 강력하게 도금액을 분사 공급하도록 하기 위한 것이다. 하부지지판(37)에 마련되는 도금액공급로(31)를 통해 도금액이 공급되며, 도금액은 노즐설치대(35)의 각 노즐공(7)을 통해 홀(101)에 분사된 뒤 노즐설치대(35)와 상부지지판(33) 사이에 마련된 퇴거로(39) 및 배출공(38)을 통해 하방으로 빠진다.

이후 하부지지판(37)에 마련되는 배수홀(31)을 통해 회수되게 된다. 도금액은 이전 실시예에서와 마찬가지로 순환구조를 가진다. 도면부호 6은 아노드판을 나타낸다.

상부지지판(33)의 상면, 즉 기판(100)과 접촉하는 면에는 전부 또는 부분적으로 기판(100)과의 충격에 대한 완충작용을 위하여 보호대(45)가 설치될 수 있다. 보호대(45)는 실리콘 패드이거나 실리콘 코팅에 의해 마련될 수 있다.

도시되지는 않았지만 기판(100)을 가이드지그 위에 정확한 위치에 올려놓기 위한 기판 설치수단 및 기판을 위에서 가압 고정시키기 위한 기판지지수단이 마련되어야 할 것이다.

도 6은 본 발명이 적용된 경우의 도금상태를 X-선 촬영한 것이다. 도시된 바와 같이 충전 상태가 매우 양호하게 나타나며, 도금층 상면이 오목하게 되어 있다는 것이 본 발명에 의한 도금의 특징이라 할 수 있다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다.

1 : 베이스플레이트 3 : 기판고정용 지그
5,5' : 가이드지그 6 : 아노드판
7 : 노즐공 9 : 지그기동부
11 : 배수공 12 : 배수구
13 : 도금액공급부 15 : 배수관
17 : 지그하우징 19 : 플랜지
20 : 도금액유입구 21 : 유입관
23 : 격벽 25 : 수용홀
27 : 배수홀 29 : 수용홀측벽
31 : 도금액 공급로 33 : 상부지지판
35 : 노즐설치대 37 : 하부지지판
39 : 퇴거로 45 : 완충대
100 : 기판 101 : 홀(hole)

Claims (6)

1. 면에 수직한 방향으로 다수의 홀이 형성되어 있는 기판에 도금을 하기 위한 것으로서, 상기 기판을 지지 고정하기 위한 기판지지수단;
   상기 기판의 일면에 밀착되는 것으로서, 상기 홀이 위치하는 지점에 도금액이 공급될 수 있도록 노즐공이 마련되고, 공급된 도금액이 방향성을 갖고 흘러나갈 수 있도록 배수홀이 마련되는 가이드지그;
   상기 노즐공을 통해 상기 홀의 내부에 도금액을 분사 공급할 수 있도록 상기 가이드지그에 결합되는 도금액공급부;
   상기 기판과 도금액공급부 사이에 개입되는 아노드판;을 포함하며;
   상기 도금액공급부에 마련되는 것으로서,
   돔형태로 상기 가이드지그의 일면에 고정됨으로써 상기 가이드지그와의 사이에 수밀을 유지하는 밀폐된 도금액 수용공간이 마련되도록 하며, 상기 수용공간에 도금액을 공급하기 위한 도금액 유입구와 도금액을 배출시키기 위한 배수구를 가지는 지그하우징;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는, 홀이 형성된 기판용 도금장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서 상기 가이드지그는,
   서로 포개져 고정되는 것으로서 상기 수용공간에 접하는 상부지그와 상기 기판에 접하는 하부지그로 구성되되;
   상기 노즐공은 상기 하부지그에 마련되며;
   상기 상부지그에는 서로 이웃하는 상기 노즐공 사이의 각 격벽을 포함하는 넓이의 수용홀이 터널 형태로 마련되어 있으며, 상기 수용홀은 배수홀에 연결됨으로써;
   상기 상부지그를 통해 상기 노즐공으로 유입된 도금액은 상기 수용홀 및 배수홀을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는, 홀이 형성된 기판용 도금장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 가이드지그는 기판에 접하는 상부지지판, 상기 상부지지판 하부에 설치되는 것으로서 상기 기판의 홀이 마련된 위치에 노즐공이 설치되도록 하는 노즐설치대; 상기 노즐설치대를 지지하기 위해 상기 노즐설치대의 하부에 설치되는 하부지지판으로 구성되며;
   상기 가이드지그의 노즐공은 상기 기판에 마련된 홀에 일대일로 대응되는 위치 및 개수로 마련되며, 상기 노즐공의 선단과 상기 기판 사이에는 상기 상부지지판의 두께에 해당하는 간격이 마련되는 것을 특징으로 하는, 홀이 형성된 기판용 도금장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 기판과 접촉하게 되는 상기 상부지지판의 상면에는 상기 기판의 보호를 위해 실리콘 소재로 된 완충대가 설치되는 것을 특징으로 하는, 홀이 형성된 기판용 도금장치.

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