KR101723991B1

KR101723991B1 - 웨이퍼 도금장치

Info

Publication number: KR101723991B1
Application number: KR1020150144042A
Authority: KR
Inventors: 박용순
Original assignee: 주식회사 티케이씨
Priority date: 2015-10-15
Filing date: 2015-10-15
Publication date: 2017-04-07

Abstract

본 발명은 관리 및 유지비용을 절감할 수 있는 웨이퍼 도금장치에 관한 것이다. 그의 구성은; 애노드판이 설치되고 전해액이 충전되는 도금조; 상기 도금조 내부에 전해액을 공급하는 전해액공급부; 상기 도금조 내부에 웨이퍼를 공급하기 위한 웨이퍼 공급부; 상기 애노드판과 웨이퍼에 직류전원을 공급하는 전원공급부; 이온(ion)의 선택적 투과를 위해 상기 애노드판과 웨이퍼 사이에 설치되는 격막;을 포함하는 웨이퍼 도금장치에 있어서; 상기 전해액공급부는; 도금조 내부의 전해액이 담기는 공간 중에 상기 격막 외부의 공간인 제1공간에 전해액을 공급하는 제1전해액공급부;도금조 내부의 전해액이 담기는 공간 중에 상기 애노드판이 설치되어 있는 곳으로서 상기 격막에 의해 둘러싸인 공간인 제2공간에 전해액을 공급하는 제2전해액공급부로 구성되며; 상기 제1,2전해액공급부는 서로 독립적으로 기동하는 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 도금장치{Apparatus For Plating Wafer}

본 발명은 웨이퍼 도금장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도금조 내에 설치되는 격막을 기준으로 상하에 공급되는 도금액을 이원화함으로써 첨가제의 소모량을 감소하고 도금액의 유지관리에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 웨이퍼 도금장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체를 구성하는 실리콘 웨이퍼 상에 금속배선을 형성하기 위해 도금이 행해진다. 웨이퍼는 얇은 원판 형태로 되어 있으며 도금조 내에 투입된 상태에서 고속 회전되면서 전해액과 접촉하면서 도금이 이루어지게 된다.

웨이퍼에 대한 도금의 원리는, 도금조 내에 충전된 전해액에 양극의 금속판과 음극의 웨이퍼를 침지시킨 후 전류를 인가함으로써 금속이온이 웨이퍼에 달라붙어 동막을 형성하도록 하는 것을 골자로 한다. 도금에 사용되는 금속판은 동, 주석, 니켈, 금 또는 이들의 합금이 될 수 있다. 웨이퍼에 대한 금속 도금은 배선을 형성하거 또는 TSV 기술에서 범프를 형성하기 위해 사용될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 기타 다양한 목적에 의해 시행될 수 있다.

도 1은 종래기술에 의한 웨이퍼 도금시 아노드에서 발생되는 가스의 제거 기능을 가진 도금장치의 구성도이다.

도금조(101)는 상부가 개방되어 있는 원통체이다. 도금조(101)의 내부에는 애노드판(103, anode plate)이 설치되고 도금액으로서의 전해액(105)이 충전된다. 도금조(101) 내부에는 댐(107)이 설치되며, 전해액(105)은 이 댐(107)의 상단까지 채워지게 된다. 전해액(105)은 전해액 공급부(109)에 의해 도금조(101)의 하방으로부터 연속적으로 공급되며, 댐(107)의 상단을 통해 오버플로우(overflow) 되어 도금조(101)의 외부로 배출되게 된다.

웨이퍼 공급부(111)는 도금조(101) 내부에 웨이퍼(W)를 공급한다. 웨이퍼 공급부(111)는 진공압으로써 웨이퍼(W)를 파지한 다음 도금조(101)에 설치된 전극 위에 웨이퍼(W)를 올려놓는다. 웨이퍼 회전부(113)는 웨이퍼(W)를 지면에 수직을 이루는 축(X)을 중심으로 고속 회전시킨다.

전원 공급부(115)는 애노드판(103)과 웨이퍼(W)에 직류전원을 공급한다. 웨이퍼(W)에는 전극을 통해 전원 공급부(115)와 전기적으로 연결되며 음극(cathode)으로 작용한다.

한편, 양극으로 작용하는 애노드판(103)과 웨이퍼 사이에는 액은 통과시키지 아니하며 이온(ion)만을 통과시킬 수 있는 격막(117)이 설치된다. 경우에 따라서는 격막(117)은 도시된 것처럼 경사지게 설치되는데, 이는 발생되는 가스의 포집 내지 선택적 배출을 위해서이다.

도시된 바와 같이 도금조(101) 내부의 전해액이 담기는 공간은 격막(117)을 기준으로 하여 격막(117) 위의 공간(S1)과 격막 아래의 공간(S2)으로 양분된다고 할 수 있다.

격막(117) 아래의 공간(S2)에서는 애노드판(103)에 의해 가스(산소)가 발생된다. 이 가스는 전류의 흐름을 방해하여 도금효율을 떨어뜨리므로 제거되는 것이 바람직하다. 종래에는 이 가스를 전해액과 함께 도금조(101) 외부로 배출하여 왔다. 즉 전해액이 보관된 메인탱크(111)로 전해액과 함께 배출되고 가스는 그 과정에서 외기로 방출된다.

한편 도금조(101)에는 전해액공급부(109)가 연결되어 있다. 발생되는 가스를 제거하고 전해액의 농도를 일정하게 유지시켜주며 전해액에 포함되어 있는 첨가제의 농도를 적절하게 유지시켜주기 위한 것이다. 전해액공급부(109)는 메인탱크(114)와 펌프(112)를 구비하며, 도금조의 격막(117) 위 공간(S1)과 격막(117) 아래 공간(S2)에 각각 전해액을 공급하고 그들로부터 각각 배출되는 전해액을 메인탱크(114)로 회수하여 받고 다시 도금조(101)로 공급하는 과정을 반복한다. 이 과정에서 소모된 첨가제가 보충된다. 이 첨가제는 도금효율을 높이기 위한 고가의 유기물질로서 특히 산소에 의해 많은 양이 소모된다.

그러므로 종래기술에 의할 경우 도금과정에서 불가피하게 발생되는 산소에 의해 고가의 첨가제 소모량이 늘어날 수밖에 없는 상황이었다.

대한민국 특허출원 제10-2012-0050124호

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 웨이퍼 도금시 소모되는 첨가제의 양을 줄임으로써 도금시 소요되는 비용을 절감할 수 있으며, 전해액의 유지관리에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 웨이퍼 도금장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적은, 애노드판이 설치되고 전해액이 충전되는 도금조; 상기 도금조 내부에 전해액을 공급하는 전해액공급부; 상기 도금조 내부에 웨이퍼를 공급하기 위한 웨이퍼 공급부; 상기 애노드판과 웨이퍼에 직류전원을 공급하는 전원공급부; 이온(ion)의 선택적 투과를 위해 상기 애노드판과 웨이퍼 사이에 설치되는 격막;을 포함하는 웨이퍼 도금장치에 있어서;

상기 전해액공급부는;

상기 도금조 내부의 전해액이 담기는 공간 중에 상기 격막 외부의 공간인 제1공간에 전해액을 공급하는 제1전해액공급부;

상기 도금조 내부의 전해액이 담기는 공간 중에 상기 애노드판이 설치되어 있는 곳으로서 상기 격막에 의해 둘러싸인 공간인 제2공간에 전해액을 공급하는 제2전해액공급부로 구성되며;

상기 제1,2전해액공급부는 서로 독립적으로 기동하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 도금장치에 의해 달성된다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 제2전해액공급부는 상기 애노드판에서 발생되는 가스를 배출하는 가스배출부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 제1전해액공급부는 도금효율의 향상을 위한 첨가제를 전해액에 포함시킨 상태에서 상기 제1공간에 공급할 수 있다.

즉 본 발명의 특징에 의하면, 상기 제1전해액공급부와 제2전해액공급부가 상기 도금조에 각각 공급하는 전해액의 성분은 서로 다르게 되어 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 격막을 기준으로 하여 구분되는 제1공간과 제2공간에 개별적으로 전해액을 공급하게 되는 웨이퍼 도금장치가 제공된다. 따라서 제1공간과 제2공간에 공급되는 전해액을 서로 다르게 할 수 있는 계기가 되며, 나아가 첨가제의 소모량을 증가시키는 산소가 발생되는 제2공간에는 고가의 첨가제를 넣지 않아도 도금효과에 지장이 없게 된다. 결국 첨가제의 소모량을 줄임으로써 도금비용을 감소시킬 수 있게 되며, 산소와 첨가제의 접촉을 차단할 수 있어 산소발생량이 많은 불용성 소재를 애노드판으로 사용할 수 있게 됨으로써 도금장치의 유지비용을 전반적으로 낮출 수 있게 된다.

도 1은 종래기술에 의한 웨이퍼 도금장치의 개략적 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼 도금장치의 개략적 구성도이다.

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

전해액(5)이 충전되는 도금조(1)는 상부가 개방되어 있는 원통체이다. 도금조(1)의 바닥 근처에는 애노드판(3, anode)이 횡으로 고정 설치된다. 도금조(1) 내부에는 댐(7)이 설치되며, 전해액(5)은 이 댐(7)을 흘러넘치도록 공급됨으로써 댐(7)의 상단까지 항시 채워져 있게 된다. 전해액(5)은 전해액 공급부(9)에 의해 도금조(1) 내부로 연속적으로 공급된다.

웨이퍼 공급부(11)는 도금조(1) 내부에 웨이퍼(W)를 공급한다. 웨이퍼 공급부(11)는 진공압으로써 웨이퍼(W)를 파지한 다음 도금조(1)에 설치된 전극 위에 웨이퍼(W)를 올려놓는다. 웨이퍼 회전부(13)는 웨이퍼(W)를 지면에 수직을 이루는 축(X)을 중심으로 고속 회전시킨다.

전원 공급부(15)는 애노드판(3)과 웨이퍼(W)에 직류전원을 공급한다. 웨이퍼(W)에는 전극을 통해 전원 공급부(15)와 전기적으로 연결되며 음극(cathode)으로 작용한다.

격막(17)이 도금조(1)의 내부에 웨이퍼(W)의 저부에 위치되도록 설치된다. 본 발명에 의하면 격막(17)은 지면에 대하여 소정의 각도, 예를 들어 5 ~ 20°의 각도로 기울어져 있도록 설치된다. 격막(17)은 원판 형태의 얇은 막(膜)이며, 격막고정틀에 의해 팽팽하게 당겨진 상태에서 고정 설치된다.

이 경우 격막(17)의 저면에 가스가 생기게 되면, 이 가스는 비중이 낮기 때문에 격막(17) 저면을 따라 상부측으로 몰릴 것이다. 격막(17)의 경사가 크다면 가스는 그만큼 더 신속하게 격막(17)의 상부측으로 향하게 될 것이다.

한편, 도금조(1)에는 일단이 격막(17)의 상부측 저부에 위치되며, 타단이 도금조(1) 및 댐(7)의 측벽을 각각 관통하여 외부에 연장되는 배기관(21)이 설치된다. 이와 같은 구성에 의하면 격막(17)의 상부측 저부에 몰려 있는 가스가 전해액과 함께 배기관(21)을 통해 도금조(1)의 외부로 배출될 수 있다.

전해액공급부(9)는 전해액을 도금조(1) 내부에 공급한다. 전해액은 연속 순환적으로 공급된다. 본 발명의 특징에 의하면 전해액공급부(9)는 제1전해액공급부(23)와 제2전해액공급부(25)로 구성된다.

제1전해액공급부(23)는 도금조(1) 내부의 전해액이 담기는 공간 중에 상기 격막(17) 외부의 공간인 제1공간(S1)에 전해액을 공급한다.

제1전해액공급부(23)는 제1펌프(27)과 메인탱크(29)를 포함한다. 전해액은 도금조(1)의 측벽을 관통하는 주공급관(31)을 통해 공급되고, 도금조(1) 바닥에 설치된 주배수관(33)을 통해 메인탱크(29)로 회수된다.

제2전해액공급부(25)는 도금조(101) 내부의 전해액이 담기는 공간 중에 상기애노드판(3)이 설치되어 있는 곳이며, 격막(17)에 의해 둘러싸인 공간인 제2공간(S2)에 전해액을 공급한다.

제2전해액공급부(25)는 제2펌프(35)와 보조탱크(37)를 포함한다. 전해액은 도금조(1)의 바닥판 중앙부를 관통하는 보조공급관(39)을 통해 공급되고, 격막(17)을 지지하는 격막지지벽(41)과 도금조(1) 측벽을 관통하는 배기관(21)을 통해 보조탱크(37)로 회수된다.

도시된 것처럼 제1,2전해액공급부(23,25)는 서로 독립적으로 기동하게 된다. 전해액의 순환유량 및 전해액의 성분은 서로 다를 수 있다. 도금에 직접적으로 영향을 미치는 전해액은 웨이퍼(W)와 직접적으로 접촉하는 제1전해액공급부(23)를 통해 공급된다. 애노드판(3)에서 발생되는 산소는 배기관(21)을 통해 전해액과 함께 배출된다. 배출되는 전해액은 보조탱크(37)로 유입되어 순환될 것이며, 배출되는 산소는 외기로 방출되거나 별도 회수된다. 전해액과 산소는 비중차에 의해 쉽게 분리될 수 있다.

본 발명의 특징에 의하면, 제1전해액공급부(23)는 도금효율의 향상을 위한 유기성 첨가제를 전해액에 포함시킨 상태에서 제1공간(S1)에 공급할 수 있다.

그러므로 첨가제는 첨가제를 소모시키는 주된 요인이 되는 산소와 접촉될 가능성이 거의 없어지게 되며, 결과적으로 첨가제의 소모량을 크게 줄일 수 있게 되는 것이다.

도금장치에 투입되는 첨가제로는 방향선택과 조절 없이 막 형성을 촉진하는촉진제로서 산화환원 반응을 촉진하며 석출물의 광택도를 개선하기 위하여 광택도금이 되도록 유도하는 브라이트너(brightener)와; 과전압을 증가하여 일정한 두께의 확산층을 생성시킴으로써 일정한 두께의 Cu 막 생성을 돕는 써프레서(Suppressor)와; 표면에 높은 음전하를 흡착시켜 Cu 막을 원하는 범위 만큼 생성시켜 과잉 도금을 방지하기 위한 레벨러(Leveler) 등이 있다. 특히 산소에 의해 문제시되는 첨가제는 황(sulfur)를 포함하고 있는 브라이트너이며, 본 발명은 이 첨가제의 소모량을 줄이는데 지대한 효과를 제공하고 있다.

본 발명에 의하면 애노드판(3)에서 발생되는 산소의 발생량에 대한 부담이 현격하게 줄어들게 된다. 그 결과 산소발생은 많지만 도금에 따른 자체 소모량이 적은 소재를 애노드판(3)으로 사용할 수 있게 된다. 즉 불용성 소재를 애노드판(3)으로 사용할 수 있다는 것이다. 따라서 애노드판(3)의 교체주기를 크게 늦출 수 있어 도금장치의 유지비용을 낮출 수 있게 된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 메인탱크(29)와 보조탱크(37)는 중간에 밸브(45)가 설치된 연결관(43)에 의해 서로 연결될 수 있다. 이에 의하면 도금작업의 특성에 따라 하나의 펌프만을 구동시킴으로써 운전비용을 절감할 수 있게 된다.

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 : 도금조 3 : 애노드판
5 : 전해액 7 : 댐
9 : 전해액 공급부 11 : 웨이퍼 공급부
13 : 웨이퍼 회전부 15 : 전원 공급부
17 : 격막 21 : 배기관
23,25 : 제1,2전해액공급부
27,35 : 제1,2펌프 29 : 메인탱크
37 : 보조탱크 39 : 보조공급관
43 : 연결관 W : 웨이퍼

Claims

애노드판이 설치되고 전해액이 충전되는 도금조; 상기 도금조 내부에 전해액을 공급하는 전해액공급부; 상기 도금조 내부에 웨이퍼를 공급하기 위한 웨이퍼 공급부; 상기 애노드판과 웨이퍼에 직류전원을 공급하는 전원공급부; 이온(ion)의 선택적 투과를 위해 상기 애노드판과 웨이퍼 사이에 설치되는 격막;을 포함하는 웨이퍼 도금장치에 있어서;
상기 전해액공급부는;
상기 도금조 내부의 전해액이 담기는 공간 중에 상기 격막 외부의 공간인 제1공간에 전해액을 공급하는 제1전해액공급부;
상기 도금조 내부의 전해액이 담기는 공간 중에 상기 애노드판이 설치되어 있는 곳으로서 상기 격막에 의해 둘러싸인 공간인 제2공간에 전해액을 공급하는 제2전해액공급부로 구성되며;
상기 제1,2전해액공급부는 서로 독립적으로 기동하며;
상기 제1전해액공급부는 도금효율의 향상을 위한 유기성 첨가제를 전해액에 포함시킨 상태에서 상기 제1공간에 공급하되;
상기 격막은 지면에 대하여 5 ~ 20°의 각도로 기울어져 있도록 설치되며;
상기 제2전해액공급부는 상기 애노드판에서 발생되는 가스를 배출하는 가스배출부;를 더 포함하며;
상기 제2전해액공급부에 의해 공급되는 전해액은 상기 도금조의 바닥판 중앙부를 관통하는 보조공급관(39)을 통해 공급되고, 격막을 지지하는 격막지지벽(41)과 도금조 측벽을 관통하되, 상기 격막의 상부측 저부에 위치되는 배기관(21)을 통해 보조탱크(37)로 회수되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 도금장치.
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