KR102340455B1

KR102340455B1 - 가변형 캐소드 쉴드를 갖는 웨이퍼 도금장치

Info

Publication number: KR102340455B1
Application number: KR1020200060121A
Authority: KR
Inventors: 박용순
Original assignee: 주식회사 티케이씨
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2021-12-20
Also published as: KR20210143959A

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 위치별 도금성장의 정도를 수요자의 요구에 따라 편리하게 조정할 수 있게 하는 가변형 캐소드 쉴드의 구조를 갖는 웨이퍼 도금장치에 관한 것이다. 그의 구성은; 도금액이 담겨지게 되는 상부 개방형 도금조; 상기 도금조 내부에 설치되는 애노드 전극; 도금면이 아래를 향하도록 상기 도금조의 상부에 웨이퍼를 고정 설치한 상태에서 수직축을 중심으로 회전하게 되는 회전대; 상기 회전대에 설치되는 캐소드 전극; 도금영역의 차폐를 위하여 상기 웨이퍼의 도금면 위에 설치되는 것으로서 상기 회전대에 고정된 상태로 그와 함께 회전하게 되는 캐소드 쉴드유닛을 포함하되, 상기 캐소드 쉴드유닛은; 내주면에 톱니형으로 된 다수의 하부가림편이 마련되어 있는 링형상의 하부플레이트; 상기 하부플레이트 위에 포개진 상태에서 상기 하부플레이트의 중심점을 중심으로 회전 유동이 가능하게 설치되며, 내주면에는 톱니형으로 된 다수의 상부가림편이 마련되어 있는 링형상의 상부플레이트; 상기 하부플레이트에 대한 상기 상부플레이트의 위치가 고정되어 있도록 하는 플레이트 연결수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가변형 캐소드 쉴드를 갖는 웨이퍼 도금장치{Wafer Plating Apparatus Having Variable Cathode Shield }

본 발명은 웨이퍼 도금장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 웨이퍼의 위치별 도금성장의 정도를 수요자의 요구에 따라 편리하게 조정할 수 있게 하는 가변형 캐소드 쉴드의 구조를 갖는 웨이퍼 도금장치에 관한 것이다.

웨이퍼(Wafer)는 IC를 제조하는 출발원료인 실리콘 등 반도체의 얇은 원판으로서, 실리콘 기판이라고도 불린다. 다수의 IC칩이 배열된 것도 있으며 TSV(Through Silicon Via; 실리콘 관통 전극) 공법의 기술을 이용하여 단위 웨이퍼가 수직방향으로 적층된 형태의 패키지도 있다.

웨이퍼 다양한 크기의 종류가 있으며, 구경이 크면 1장의 웨이퍼에서 많은 집적회로칩을 생산할 수 있기 때문에 시간이 지날수록 구경은 커지고 있는 추세이다.

TSV 공법을 이용하여 전극을 형성하기도 하고 웨이퍼를 적층하고 있는데, 레이저 천공이나 화학적 식각을 통해 웨이퍼에 비아홀을 뚫은 후 전기도금을 이용하여 비어홀을 메우는 방법이 사용하고 있다. 즉 웨이퍼의 제작과정에서 도금장치가 사용된다.

웨이퍼의 도금은 전기도금을 통해 이루어지며 전해액이 담긴 원통형 도금챔버에 페이스다운(face down) 형태로 고정시킨 다음 회전시킴으로써 이루어진다.

전기도금에 있어서의 애노드는 웨이퍼의 가장자리를 탄성력으로써 파지하고 있고, 캐쏘드는 도금조에 담긴 전해액 내부에 설치되어 있다.

웨이퍼는 도금시 수직축을 중심으로 회전되는데, 도금량은 웨이퍼의 가장자리에서 더 활발히 진행된다. 애노드 전극이 웨이퍼의 가장자리를 파지하고 있기 때문이다. 그래서 도금두께를 일정하게 유지시키기 위하여 웨이퍼의 저면에 링형상의 쉴드링(Shield Ring)을 개입 설치하였었다. 종래에는 웨이퍼 상의 도금영역을 넓히고자 할 때는 쉴드링의 내경이 큰 것을 사용하고 도금영역을 좁히고자 할 때는 쉴드링의 내경이 작은 것을 사용하였다. 참고로 쉴드링의 외경은 도금조에 맞춰 일정하게 되어 있다.

그래서 웨이퍼 제품에 따라서 쉴드링의 내경이 적절한 것으로 선택하여야 했으며 결과적으로 그때마다 쉴드링을 교체 설치하여야 했다. 이렇게 쉴드링을 교체하는 작업은 번거로울 뿐만 아니라 여러 개의 쉴드링을 구비하고 있어야 하므로 비용도 증가하게 되는 문제가 있었다.

대한민국 특허출원 제10-2000-7007645호 대한민국 특허출원 제10-2013-0015800호 대한민국 특허출원 제10-2018-0083613호

위와 같은 문제에 대하여 본 발명의 목적은 웨이퍼 도금장치에 있어서, 쉴드링을 제품에 따라 교체할 필요 없이 간단한 조작에 의해 원하는 도금두께를 얻을 수 있게 하는 웨이퍼 도금장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 좀 더 구체적으로는 캐소드 쉴드의 차폐영역을 관리자가 매뉴얼 또는 경험칙에 의해 조정할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적은, 도금액이 담겨지게 되는 상부 개방형 도금조; 상기 도금조 내부에 설치되는 애노드 전극판; 도금면이 아래를 향하도록 상기 도금조의 상부에 웨이퍼를 고정 설치한 상태에서 수직축을 중심으로 회전하게 되는 회전대; 상기 회전대에 설치되는 캐소드 전극; 도금영역의 차폐를 위하여 상기 웨이퍼의 도금면 위에 설치되는 것으로서 상기 회전대에 고정된 상태로 그와 함께 회전하게 되는 캐소드 쉴드유닛을 포함하되,

상기 캐소드 쉴드유닛은,

내주면에 톱니형으로 된 다수의 하부가림편이 마련되어 있는 링형상의 하부플레이트;

상기 하부플레이트 위에 포개진 상태에서 상기 하부플레이트의 중심점을 중심으로 회전 유동이 가능하게 설치되며, 내주면에는 톱니형으로 된 다수의 상부가림편이 마련되어 있는 링형상의 상부플레이트;

상기 하부플레이트에 대한 상기 상부플레이트의 위치가 고정되어 있도록 하는 플레이트 연결수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 도금장치에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 플레이트 연결수단은;

상기 하부플레이트의 외경이 상기 상부플레이트의 외경보다 크게 하고;

상기 하부플레이트의 상면에는 상기 상부플레이트가 안착될 수 있는 상부플레이트안착부를 홈형태로 마련하고; 상기 상부플레이트는 상기 상부플레이트안착홈에 끼워져 있도록 함으로써 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면 상기 상부가림편과 하부가림편은 "△", "

" 또는 "

"의 형태로 되어 있을 수 있다.

본 발명에 따르면, 하부플레이트와 상부플레이트의 상대적 위치를 조정함으로써 상기 하부가림편과 상부가림편이 평면적으로 겹치는 정도를 조정할 수 있으며 이에 의하여 가림편의 면적에 대응되는 범위로 웨이퍼 가장자리 부분의 차폐면적을 조정할 수 있는 웨이퍼 도금장치가 제공된다. 이로써 쉴드링을 교체할 필요 없이 편리하게 웨이퍼의 가장자리 부분의 도금두께를 콘트롤할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 가변형 캐소드 쉴드를 갖는 웨이퍼 도금장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 가변형 캐소드 쉴드를 갖는 웨이퍼 도금장치의 캐소드 쉴드유닛의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 캐소드 쉴드유닛의 조립도이다.
도 4는 도 2의 A-A선을 따라 취한 캐소드 쉴드유닛의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 캐소드 쉴드유닛의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 캐소드 쉴드유닛의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 캐소드 쉴드유닛의 사시도이다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 5를 동시에 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 그리고 필요한 곳에서 다른 도면을 인용하여 다른 실시예를 설명한다.

도금조(1)는 상부가 개방되어 있는 원통형 용기로서 그 내부에는 전해액(5)이 충전된다. 도금조(1)의 바닥판 인접한 지점에는 애노드 전극판(3, anode plate)이 수평으로 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 공급부는 웨이퍼(W)를 도금조(1)에 상부에 설치된 회전대(11)에 웨이퍼(W)를 페이스다운(face down) 형식으로 고정시킨다. 회전대에는 캐소드 전극이 웨이퍼와 통전되도록 설치된다. 웨이퍼 회전구동부(13)는 웨이퍼(W)를 지면에 수직을 이루는 축(X)을 중심으로 고속 회전시킨다.

원판 형태의 얇은 격막(15)이 격막고정틀에 의해 팽팽하게 당겨진 상태에서도금조(1)의 내부에 애노드전극판(3)의 상부에 설치된다. 애노드전극판(3)에서 발생하는 가스는 격막(15)에 의해 차단되어 웨이퍼까지 상승하지 못한다. 패들(17)은 전해액을 분산시키기 위하여 웨이퍼와 애노드 전극판 사이에 위치된다. 도시된 바에 의하면 캐소드 쉴드유닛(21)의 저면에 설치된다. 링형상의 애노드쉴드(19)가 애노드 전극판(3)의 상면에 부가 설치될 수 있다.

이상으로 도금조의 구성에 대하여는 간략히 설명한다. 본 발명의 주된 특징은 웨이퍼의 저부에 설치되는 캐소드 쉴드유닛(21)에 있기 때문이다. 그러므로 도금장치이하에서는 캐소드 쉴드유닛(21)을 상세하게 설명하기로 한다.

상기 캐소드 쉴드유닛(21)은 각각 링형상으로 되어 있는 하부플레이트(23)와 상부플레이트(25)로 구성된다. 하부플레이트(23)는 그의 내주면을 따라서 톱니형태로 돌출 형성된 다수의 하부가림편(27)을 가진다. 상부플레이트(25)는 하부플레이트(23)의 상면에 포개진 상태에서 하부플레이트(23)의 중심점을 중심으로 회전 유동이 가능하게 설치된다. 상부플레이트(25)의 내주면에는 톱니형태로 된 다수의 상부가림편(29)이 돌출 형성되어 있다.

본 발명의 실시예에 의하면 상부가림편(29)과 하부가림편(27)은 "△"와 같은 삼각형으로 되어 있을 수 있다. 그러나 경우에 따라서는 마름모(

) 또는 뾰족한 오각형(

)의 형태로 되어 있을 수도 있다. 상부가림편(29)과 하부가림편(27)의 형태는 서로 상이할 수도 있다. 하부가림편(27)과 상부가림편(29)은 끝으로(중심부로) 갈수록 단계적으로 면적이 좁아지는 형태로 되어 있다. 상부가림편과 하부가림편의 면적이 좁아지는 패턴은 그들의 측변(27a,29a)의 모양에 따라 결정된다. 이 측변(27a,29a)은 직선, 2차곡선 또는 계단 형태가 될 수 있다.

하부가림편(27)과 상부가림편(29)은 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 톱니처럼 전체 구간에 걸쳐 틈이 없이 균일하게 형성될 수도 있지만, 도 6에 도시된 바와 같이 간헐적으로 마련될 수도 있다. 도 6에 도시된 바에 의하면 하부가림편(27)과 상부가림편(29)이 일정한 패턴으로 간헐적으로 마련되고 있다. 즉 군데군데 이빨이 빠진 것과 같은 형식으로 마련되어 있다. 도 6에 도시된 바에 의하면 하부가림편(27)과 상부가림편(29)이 있는 구간과 없는 구간이 2개를 단위로 반복되고 있다. 이에 의하면 차폐량을 더 다양하게 조정할 수 있게 된다. 도 6에 도시된 바에 의하면, 차폐면적이 가장 적은 도 6(a)에서 부터 가장 많은 도 6(c)까지의 조정 범위를 다양하게 선택할 수 있게 된다.

하부플레이트(23)와 상부플레이트(25)는 얇은 판으로 되어 있다. 다만 후술하는 바와 같이 하부플레이트(23)는 상부플레이트(25)보다 두꺼울 수 있다.

플레이트 연결수단에 의하여 하부플레이트(23)와 상부플레이트(25)의 상대적 위치가 고정되어 있다. 즉 플레이트 연결수단에 의하여 하부플레이트(23)와 상부플레이트(25)는 동심원을 중심으로 상대적 회전운동만을 하게끔 되어 있다. 이 회전운동에 의하여 하부가림편(27)과 상부가림편(29)이 완전히 포개지기도 하고 엇갈리게도 될 수 있다. 즉 하부가림편(27)과 상부가림편(29)의 포개지는 정도로써 웨이퍼(W) 가장자리 부분의 노출면적을 조절할 수 있게 된다.

전술한 플레이트 연결수단은 다양한 방식이 있을 수 있다. 이하, 본 실시예에 의한 플레이트 연결수단을 설명한다.

먼저 하부플레이트(23)의 외경(D1)이 상부플레이트(25)의 외경(D2)보다 크게 되어 있다. 그리고 하부플레이트(23)의 상면에는 상부플레이트(25)가 안착될 수 있는 상부플레이트안착부(31)가 홈형태로 마련되어 있다. 이 홈의 깊이는 상부플레이트(25)의 두께에 대응된다.

상부플레이트(25)는 상부플레이트안착부(31)에 밀착되게 끼워지게 된다. 상부프레이트안착부(31)와 상부플레이트(25)가 하부플레이트(23)와 동심원 관계에 있기 때문에 상부플레이트(25)는 상부플레이트안착부(31)에 안착된 상태에서 회전이 가능하게 되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 하부플레이트(23)와 상부플레이트(25)의 상대적 위치를 고정하기 위한 플레이트 위치고정수단이 더 마련될 수 있다. 암수결합 또는 요철결합할 수 있는 돌기(33)와 홈(35)을 상부플레이트(25)와 하부플레이트(23)에 각각 마련하여 서로 결합되도록 함으로써 조정된 위치에 고정되어 있도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면 전술한 플레이트 위치고정수단이 없이 하부플레이트(23)에 대한 상부플레이트(25)의 위치를 외부에서 판단하고 나아가 조정할 수 있도록 하기 위한 위치조정수단이 마련될 수 있다.

위치조정수단은 도 7에 도시된 바와 같이 상부플레이트(25)의 일지점에 상부플레이트(25)와 동일한 평면상에서 돌출 형성되는 조정판(37)과, 하부플레이트(23)의 상면에 마련되는 것으로서 상기 조정판(37)이 안착되며 상기 조정판(37)이 좌우로 유동할 수 있는 부채꼴의 면적을 가지는 조정판안착홈(39)을 포함할 수 있다.

이에 의하면, 상부플레이트(25)가 하부플레이트(23) 위에 안착된 상태에서 조정판(37)을 화살표(K) 방향으로 조정함으로써, 상부가림편(29)과 하부가림편(27)의 포개지는 정도를 조정할 수 있게 된다. 그리고 이 조정판(37)의 조정은 도금조(1)의 외부에서 캐소드 쉴드유닛(21)이 설치된 상태에서도 가능하다.

도 5에는 상부가림편(29)과 하부가림편(27)이 완전히 포개짐으로써 웨이퍼(W)가 최소한으로 차폐하도록 하는 상태(도 5(a) 참조)와, 부분적으로 포개짐으로써 중간 정도로 차폐하는 상태(도 5(b) 참조)와, 포개지지 않도록 함으로써 최대한으로 차폐되도록 하는 상태(도 5(c) 참조)가 평면적으로 예시되어 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면 애노드 전극판(3)이 내부전극판(41)과 외부전극판(43)으로 구성되고 있다. 내부전극판(41)은 원판형태로 되어 있어 웨이퍼(W)의 중심부와 마주하도록 설치되고, 외부전극판(43)은 링형태로 되어 있어서 웨이퍼(W)의 가장자리 부분과 마주하도록 설치된다. 내부전극판(41)과 외부전극판(43)에는 같은 극성의 전류가 공급되지만 전류의 세기에는 편차를 두도록 할 수 있다. 즉 전체 공급전류에 대하여 외부전극판(43)에 공급되는 전류와 내부전극판(41)에 공급되는 전류의 비율이 다르게 할 수 있다는 것이다.

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. 위에 개시된 실시예는 다양한 조합이 가능할 것이며, 가능한 모든 조합은 본 발명의 권리범위 내에 있는 것이 된다.

1: 도금조 3 : 애노드 전극판
5 : 전해액 7 : 댐
9 : 전해액공급부 11 : 회전지그
13 : 웨이퍼 회전구동부 15 : 격막
17 : 패들 19 : 애노드 쉴드
21 : 캐소드 쉴드유닛 23 : 하부플레이트
25 : 상부플레이트 27 : 하부가림편
29 : 상부가림편 31 : 상부플레이트안착부
33 : 돌기 35 : 홈
37 : 조정판 39 : 조정판 안착홈
41 : 내부전극판 43 : 외부전극판
W : 웨이퍼

Claims

도금액이 담겨지게 되는 상부 개방형 도금조; 상기 도금조 내부에 설치되는 애노드 전극판; 도금면이 아래를 향하도록 상기 도금조의 상부에 웨이퍼를 고정 설치한 상태에서 수직축을 중심으로 회전하게 되는 회전대; 상기 회전대에 설치되는 캐소드 전극; 도금영역의 차폐를 위하여 상기 웨이퍼의 도금면 위에 설치되는 것으로서 상기 회전대에 고정된 상태로 그와 함께 회전하게 되는 캐소드 쉴드유닛을 포함하되,
상기 캐소드 쉴드유닛은,
내주면에 톱니형으로 된 다수의 하부가림편이 마련되어 있는 링형상의 하부플레이트;
상기 하부플레이트 위에 포개진 상태에서 상기 하부플레이트의 중심점을 중심으로 회전 유동이 가능하게 설치되며, 내주면에는 톱니형으로 된 다수의 상부가림편이 마련되어 있는 링형상의 상부플레이트;
상기 하부플레이트에 대한 상기 상부플레이트의 위치가 고정되어 있도록 하는 플레이트 연결수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가변형 캐소드 쉴드를 갖는 웨이퍼 도금장치.
제1항에 있어서, 상기 플레이트 연결수단은;
상기 하부플레이트의 외경이 상기 상부플레이트의 외경보다 크게 하고;
상기 하부플레이트의 상면에는 상기 상부플레이트가 안착될 수 있는 상부플레이트안착부를 홈형태로 마련하고;
상기 상부플레이트는 상기 상부플레이트안착홈에 끼워져 있도록 함으로써 제공되는 것을 특징으로 하는, 가변형 캐소드 쉴드를 갖는 웨이퍼 도금장치.
제1항에 있어서,
상기 상부가림편과 하부가림편은 "△", "
" 또는 "
"의 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 가변형 캐소드 쉴드를 갖는 웨이퍼 도금장치.
제3항에 있어서, 상기 상부가림편과 하부가림편은 형태가 서로 다르게 되어 있는 것을 특징으로 하는, 가변형 캐소드 쉴드를 갖는 웨이퍼 도금장치.
제1항에 있어서,
상기 하부플레이트와 상부플레이트의 상대적 위치를 고정하기 위한 플레이트 위치고정수단으로서,
암수결합 또는 요철결합할 수 있는 돌기(33)와 홈(35)이 상기 하부플레이트와 상부플레이트에 각각 마련되는 것을 특징으로 하는, 가변형 캐소드 쉴드를 갖는 웨이퍼 도금장치.
제1항에 있어서,
상기 애노드 전극판은 내부전극판(41)과 외부전극판(43)으로 구성되되;
상기 내부전극판(41)은 원판형태로 되어 있어 웨이퍼(W)의 중심부와 마주하도록 설치되고,
상기 외부전극판(43)은 링형태로 되어 있어서 웨이퍼(W)의 가장자리 부분과 마주하도록 설치됨으로써;
상기 외부전극판(43)에 공급되는 전류와 내부전극판(41)에 공급되는 전류의 비율이 다르게 할 수 있는 것을 특징으로 하는, 가변형 캐소드 쉴드를 갖는 웨이퍼 도금장치.