KR20010030954A - 기판도금장치 - Google Patents

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KR20010030954A
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조노아츠시
센다이사토시
미시마고지
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마에다 시게루
가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

불용해성 양극 전극을 사용할 수 있어 용이하게 금속이온의 자동보급을 할 수 있는 기판도금 장치를 제공한다. 또 음극과 양극 사이의 1차전류 분포를 균일하게 할 수 있고, 또한 도금장치를 소형화할 수 있는 기판도금장치를 제공한다. 또 용해 양전극을 사용하였다 하더라도 블랙필름의 파티클화에 의하여 피도금기판이 오염되지 않는 도금장치를 제공한다.
본 발명의 기판도금장치는 도금액을 수용한 도금처리조내에 금속도금을 실시하는 피도금기판과 불용해성 양극 전극을 대향하여 배치한 구성의 기판도금장치이다. 도금처리조와는 별도로 설치된 순환조 또는 더미조내에 용해성 양극 전극과 음극 전극을 대향하여 배치하는 동시에, 상기 양극 전극과 음극 전극의 사이에 음이온 교환막 또는 양이온 선택성 교환막을 배치한다. 양극을 격리하고, 또한 상기 양극 전극과 음극 전극의 사이에 전류를 흘림으로써 금속이온을 연속적으로 발생시켜 상기 금속이온을 도금처리조내에 보충한다.
또 피도금기판과 양극 전극 사이에 이온 교환막 또는 다공질 중성격막을 배치하여 피도금기판측 영역과 양극 전극측 영역으로 구분한다.

Description

기판도금장치{SUBSTRATE PLATING DEVICE}
도 1은 종래의 이와 같은 기판도금장치의 개략구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 종래의 기판도금장치는 도금액(Q)을 수용한 도금 처리조(101)내에 반도체웨이퍼 등의 피도금기판(102)과 양극 전극(103)을 대향하여 배치함과 함께, 상기 피도금기판(102)과 양극 전극(103)의 사이에 차폐판(104)을 배치하고, 피도금기판(102)과 양극 전극(103)의 사이에 도금전원(106)으로부터 소정의 전압을 인가하여 피도금기판(102)의 표면에 도금막을 형성하도록 구성한 것이다. 또한 105는 도금처리조(101)의 상단을 흘러넘친 도금액(Q)을 회수하기 위한 포집통이다.
상기 구성의 기판도금장치에 있어서, 양극 전극(103)에 용해성 전극(인이 함유된 구리)을 사용한 경우, 양극 전극이 정기적인 교환에 더하여 표면의 블랙필름의 관리, 파티클대책 등 문제가 많다. 이와 같은 도금장치에 있어서는 통상, 복수대의 도금 처리조(101)가 설치되기 때문에, 양극 전극(103)의 관리에는 더욱 시간이 소요된다.
따라서 먼저, 도금처리조내의 양극 전극을 불용해성 재료제로 함으로써 피도금기판(102)의 근방에 있어서의 파티클의 존재가 억제된다는 이점이 생기는 반면, 불용해성의 양극 전극을 사용함으로써 Cu2+이온의 보급이 새로이 필요하게 된다. Cu2+이온을 가하기 위해서는 산화동의 분말 또는 CuSO4·5H2O의 분말을 보급하거나 또는 고농도의 CuSO4·5H2O 용액을 보급하는 것을 생각할 수 있다. 분말의 보급은자동화에 적합하지 않고, 용액의 보급은 총액량이 서서히 증가하기 때문에 정기적으로 배출할 필요가 생긴다.
상기 구성의 도금 장치에 있어서, 피도금기판(102)의 표면에 형성되는 도금막의 막두께의 균일성을 향상시키기 위해서는 음극[피도금기판(102)]과 양극 전극 (103)사이의 1차전류 분포를 균일하게 하는 것이 바람직하다. 이 1차전류 분포를 균일하게 하기 위해서는 음극[피도금기판(102)]과 양극 전극(103)사이의 거리를 크게 하면 좋으나, 상기 거리를 크게 하기 위해서는 도금조(101), 나아가서는 도금장치를 크게 할 필요가 있어 도금장치의 소형화에 반하게 된다.
또 전해도금이 예를 들어 구리도금인 경우, 용해성의 양극 전극에는 인이 함유된 구리가 사용되는 일이 많고, 이와 같은 용해성의 양극 전극을 사용한 경우, 양극 전극 표면의 블랙필름의 관리가 어렵고, 상기 블랙필름으로부터 생기는 파티클오염도 큰 문제가 된다.
양극 전극을 불용해성으로 하면 이 문제는 없어지나, 도금액에 대한 Cu 이온의 보충방법이 문제가 되며, 또 상기 첨가제를 분해하게 되어 그 분해된 첨가제가 반도체웨이퍼 등의 피도금기판에 부착된다는 문제가 있다.
본 발명은 반도체웨이퍼 등의 기판에 금속도금처리를 실시하는 기판도금장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 이와 같은 기판도금장치의 개략구성을 나타내는 도,
도 2는 본 발명에 관한 기판도금장치의 구성예를 나타내는 도,
도 3은 본 발명에 관한 기판도금장치의 순환조 또는 더미조의 다른 구성예를 나타내는 도,
도 4는 기판도금장치의 다른 구성예를 나타내는 도,
도 5는 본 발명의 기판도금장치의 다른 구성예를 나타내는 도,
도 6은 기판도금장치의 음극과 양극의 사이에 양이온 교환막 또는 다공질 중성격막을 배치한 효과를 설명하기 위한 도,
도 7은 본 발명의 기판도금장치의 도금조의 구체적 구성예를 나타내는 단면도,
도 8은 본 발명의 기판도금장치의 도금조의 다른 구체적 구성예를 나타내는 단면도,
도 9는 본 발명에 관한 도금장치의 도금조의 또 다른 구성예를 나타내는 도,
도 10은 도 9의 B 부분의 확대도,
도 11은 본 발명에 관한 도금장치의 도금조의 또 다른 구성예를 나타내는 도,
도 12는 본 발명에 관한 도금장치의 전체구성을 나타내는 도면으로서, A는 그 평면도, B는 그 측면도이다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 불용해성의 양극 전극을 사용한 기판도금장치로서, 또한 용이하게 금속이온의 자동보급을 할 수 있는 기판도금장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 본 발명의 다른 목적은, 음극과 양극 사이의 1차전류 분포를 균일하게 할 수 있고, 또 도금장치를 소형화할 수 있는 기판도금장치를 제공하는 데 있다.
또 본 발명의 또 다른 목적은, 용해 양전극을 사용하였다 하더라도 블랙필름의 파티클화에 의하여 피도금기판이 오염되지 않는 도금장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1 형태는, 도금액을 수용한 도금 처리조내에 금속도금을 실시하는 피도금기판과 불용해성 양극 전극을 대향하여 배치한 구성의 기판도금장치에 있어서, 도금처리조와는 별도로 설치된 순환조 또는 더미(dummy)조내에 용해성의 양극 전극과 음극 전극을 대향하여 배치하는 동시에, 상기 양극 전극과 음극 전극 사이에 음이온(anion) 교환막 또는 양이온(cation) 선택성 교환막을 배치함으로써 양극을 격리시키고, 또한 상기 양극 전극과 음극 전극의 사이에 전류를 흘림으로써 금속이온을 연속적으로 발생시키고, 상기 금속이온을 도금처리조내에 보충하는 수단을 설치한 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 도금처리조와는 별도로 설치된 순환조 또는 더미조내의 용해성 양극 전극으로부터 발생하는 금속이온을 도금처리조내로 공급하는 기구를 사용함으로써 금속이온의 자동보급이 가능하게 되는 동시에, 도금처리조내의 양극 전극의 정기적인 교환이나, 표면의 블랙필름의 대책과 같은 종래의 용해성 양극 전극에 필연적으로 따르는 성가신 작업을 할 필요성이 없어진다.
또 본 발명의 제 2 형태는, 도금액을 수용한 도금조내에 도금을 실시하는 피도금기판과 양극 전극을 대향하여 배치한 구성의 기판도금장치에 있어서, 피도금 기판과 양극 전극의 사이에 이온 교환막 또는 다공질 중성격막을 배치하고, 도금 조를 상기 이온 교환막 또는 다공질 중성격막으로 피도금기판측 영역과 양극 전극측 영역으로 구분한 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 피도금기판과 양극 전극 사이에 이온 교환막 또는 다공질 중성격막을 배치함으로써, 상기 이온 교환막 또는 다공질 중성격막은 도금액의 전기저항의 증가역할을 하여 피도금기판과 양극 전극 사이의 거리를 크게 한 것과 같은 효과를 얻을 수 있어 피도금기판과 양극 전극의 간격을 작게 할 수 있다.
또 이온 교환막을 양극 전극에서 용해된 이온만을 투과시키는 양이온 교환막으로 함으로써, 양극 전극으로부터 용해되어 오는 불순물을 상기 양이온 교환막으로 차단할 수 있어 피도금기판측 영역의 도금액중의 파티클(particle)을 현저하게 적게 하는 것이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 실시형태예를 도면에 의거하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 제 1 형태의 기판도금장치의 구성예를 나타내는 도면이다. 본 기판도금장치는 1대의 순환조 또는 더미조(10)와 복수대(도면에서는 3대)의 도금처리조(11)를 구비한다. 도금처리조(11)내에는 Cu 도금을 실시하는 반도체웨이퍼(12)와 불용해성 양극전극(13)이 대향하여 배치되고, 반도체웨이퍼(12)와 불용해성 양극 전극(13) 사이에는 도금전원(15)이 접속되어 있다.
순환조 또는 더미조(10)에는 더미 음극 전극(16)과 용해성 양극 전극(구리제)(17)이 대향하여 배치되고, 그 사이에 음이온 교환막(18)이 배치되며, 순환조 또는 더미조(10)를 더미 음극 전극측과 양극 전극측으로 구분(격리)하고 있다. 더미 음극 전극(16)과 용해성 양극 전극(17) 사이에는 전원(직류)(19)이 접속된다. 또 순환조 또는 더미조(10)에는 그 내부의 액의 도전율을 측정하는 도전율계(21)가 설치되고, 액의 도전율이 일정하게 되도록 황산원(20)으로부터 황산(H2SO4)이 공급된다.
순환조 또는 더미조(10)의 더미 음극 전극(16)과 양극 전극(17) 사이에 전원(19)으로부터 소정의 전압치의 직류전압을 인가함으로써, 양극 전극(17)으로부터 Cu2+의 양이온이 양극 전극측의 액중으로 방출된다. 한편, 음극전극측에서는 SO4 2-의 음이온과 H2가스가 발생함과 함께 H2가스는 외부로 방출된다. 상기 SO4 2-는 음이온 교환막(18)을 통하여 양극 전극측에 공급되나, Cu2+이온은 음이온 교환막 (18)을 통과하지 않는다. 상기 Cu2+이온과 SO4 2-이온이 혼합·함유된 수용액이 도금액으로서 펌프(22)에 의해 개폐밸브(23, 23, 23)를 통하여 도금처리조(11, 11, 11)의 각각에 공급된다.
도금처리조(11, 11, 11)의 각각을 흘러넘친 도금액은 포집통(14, 14, 14)으로 회수되고, 순환조 또는 더미조(10)의 음이온 교환막(18)으로 구분된 양극 전극측으로 되돌아간다. 여기서 양극 전극(17)으로부터 Cu2+의 양이온이 보충되고 다시 도금처리조(11, 11, 11)의 각각에 공급된다. 즉, 도금처리조(11, 11, 11)의 각각에서 Cu 도금처리를 행함으로써 소비된 만큼의 Cu2+이온이 보급된다.
상기 구성의 도금장치에 있어서, 도금처리조(11, 11, 11)의 각각의 반도체웨이퍼(12)와 양극 전극(13)사이를 흐르는 전류치(I1, I2, I3)의 총계는 순환조 또는 더미조(10)의 양극 전극(17)과 더미 음극 전극(16)사이를 흐르는 전류치(I)와 같게 (I = I1+ I2+ I3)함으로써, 도금처리조(11, 11, 11)에 대한 Cu2+이온의 도금에 따르는 소비분에 대응한 보급이 가능하게 됨과 동시에, 도금처리조(11, 11, 11)의 양극 전극의 정기적인 교환이나, 표면의 블랙필름의 발생에 기인한 오염방지라는 종래기술에 따른 문제점의 성가신 대책·작업의 필요가 없어진다. 또한, 도 1에 있어서, 24는 배액용 펌프이다.
도 3은 본 발명에 관한 기판도금장치의 순환조 또는 더미조(10)와 다른 구성예를 나타내는 도면이다. 본 순환조 또는 더미조(10)가 도 2의 순환조 또는 더미조(10)와 다른 점은, 더미 음극 전극(16)과 용해성 양극 전극(17)사이에 음이온 교환막(18)대신에 H+이온은 투과시키나 Cu2+이온을 투과시키지 않는 양이온 선택성 교환막(25)이 배치되어 있는 점이다.
상기 순환조 또는 더미조(10)의 더미 음극 전극(16)과 용해성 양극 전극(17)사이에 전원(19)으로부터 소정 전압치의 직류전압을 인가하고, 양극 전극(17)으로부터 방출된 Cu2+이온이 혼입된 액을 도금액으로 하여 펌프(22)에 의해 도 1의 도금처리조(11, 11, 11)에 개폐밸브(23, 23, 23)를 통하여 공급하고, 도금처리조 (11, 11, 11)로부터 흘러넘친 도금액을 순환조 또는 더미조(10)의 양극 전극측으로 되돌리도록 하는 점은 도시는 생략하였으나, 도 2와 동일하다.
도 4는 본 발명에 관한 기판도금장치의 다른 구성예를 나타내는 도면이다. 기판도금장치는 1대의 도금처리조(11)에 대응하여 1대의 순환조 또는 더미조(10)를 설치하고, 순환조 또는 더미조(10)의 음이온 교환막(18) 또는 양이온 선택성 교환막(25)으로 구분된 양극 전극측의 액을 도금액으로 하여 도금처리조(11)에 공급하는 동시에, 도금처리조(11)로부터 흘러넘친 도금액을 순환조 또는 더미조(10)의 양극 전극측으로 되돌리도록 구성되어 있다.
또 도금처리조(11)의 음극 전극이 되는 반도체웨이퍼(12)와 순환조 또는 더미조(10)의 양극 전극(17)을 접속시키고, 도금처리조(11)의 양극 전극(13)과 순환조 또는 더미조(10)의 더미 음극 전극(16)을 접속시키고 있다. 그리고 반도체웨이퍼 (12)와 양극 전극(17)을 접속시킨 접속선(27) 또는 불용해성 양극 전극(13)과 더미 음극 전극(16)을 접속시킨 접속선(28)에 전원(26)을 삽입접속시키고 있다.
기판도금장치를 상기한 바와 같이 구성함으로써, 도금처리조(11)의 반도체웨이퍼(12)와 양극 전극(13)을 흐르는 전류(I)와 동일한 전류가 순환조 또는 더미조 (10)의 양극 전극(17)과 더미 음극 전극(16)사이에도 흐르게 되어 도금처리조(11)에서 소비된 Cu2+이온과 같은 양의 Cu2+이온이 순환조 또는 더미조(10)로부터 공급되게 된다.
또한, 도 2 내지 도 4에 나타내는 구성의 기판도금장치에 있어서, 순환조 또는 더미조(10)의 더미 음극 전극(16)과 용해성 양극 전극(17)사이에 배치되는 이온 선택성 교환막의 접액면적은, 각각의 이온(H+, Cu2+, SO4 2-등)의 액중 이동속도가 전기도금 연구회편, 「도금교본」(일간공업신문사), P5에 의하여 하기와 같이 상이한 것을 고려하여 각 경우마다 조정할 필요가 있음은 물론이다.
이온의 이동속도(수용액, 18℃의 경우)
양이온 선택성 교환막 H+31.5㎛/s
Cu2+2.9㎛/s
음이온 선택성 교환막 SO4 2-5.93㎛/s
여기서 상기의 값은 전극간 거리 1cm인 곳에 1V의 전압을 가하였을 때의 이동속도(㎛/s)를 나타낸다.
또한, 상기 실시형태예에서는 순환조 또는 더미조(10)에 배치하는 용해성 양극 전극(17)을 구리제로 하여 양극 전극(17)으로부터 Cu2+이온을 발생하고, 도금처리조(11)에서 반도체웨이퍼(12)에 구리도금처리를 행하는 경우를 예로 나타내었으나, 도금처리조(11)에서 행하는 도금은 구리도금에 한정하지 않고, 다른 금속도금 처리이어도 좋고, 그 경우는 순환조 또는 더미조(10)의 용해성 양극 전극(17)은 그 금속 양이온을 방출하는 금속제의 양극 전극이면 좋다.
또 피도금기판도 반도체웨이퍼에 한정되는 것이 아니라, 도금처리할 수 있는 기판이면 어떠한 기판이더라도 적용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 상기 제 1 형태의 발명에 의하면, 하기와 같은 뛰어 난 효과가 얻어진다.
도금처리조와는 별도로 설치된 순환조 또는 더미조내의 용해성 양극 전극으로부터 발생하는 금속이온을 도금처리조내에 보급함으로써, 금속이온의 자동보급이 가능하게 됨과 동시에, 도금처리조의 양극 전극의 정기적인 교환이나, 표면의 블랙필름대책이 불필요하게 된다.
또 도금처리조의 피도금기판과 불용해성 양극 전극 사이를 흐르는 전류치의 총계를 순환조 또는 더미조의 양극 전극과 음극 전극 사이를 흐르는 전류치와 같게 함으로써 용해성 양극 전극의 관리는, 1대의 순환조 또는 더미조의 양극전극에 관하여 행하는 것만으로 좋다.
또 도금처리조의 음극 전극과 양극 전극 사이를 흐르는 전류를 상기 순환조 또는 더미조의 양극 전극과 음극 전극 사이를 흐르는 전류와 동일하게 함으로써, 도금처리조에서 소비되는 금속이온과 같은 양의 금속이온을 보급할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 형태의 기판도금장치의 개략구성을 나타내는 도면이다. 본 기판도금장치는 도시하는 바와 같이 음극[피도금기판(102)]과 양극 전극 (103)사이에 양이온 교환막(108)을 배치하고 있다.
상기한 바와 같이 피도금기판(102)의 표면의 도금막 두께의 균일성을 향상시키기 위해서는, 피도금기판(102)과 양극 전극(103)사이의 1차전류 분포가 균일하게 되도록 하면 좋고, 이 1차전류 분포를 균일하게 하기 위해서는, 피도금기판(102)과 양극 전극(103)사이의 거리를 크게 하면 좋다. 그러나, 피도금기판(102)과 양극 전극(103)사이의 거리를 크게 하면, 상기한 바와 같이 큰 도금조(101)를 필요로 하기 때문에, 여기서는 피도금기판(102)과 양극 전극(103)사이에 양이온 교환막(108)을 배치함으로써 뒤에 설명하는 바와 같이 피도금기판(102)과 양극 전극(103)사이의 거리를 크게 한 것과 같은 값이 되도록 하였다. 또한, 양이온 교환막(108)은 도금조(101)의 내부를 피도금기판(102)의 배치영역과 양극 전극(103)의 배치영역 2영역으로 구분하고 있다.
도 5에 나타내는 기판도금장치의 피도금기판(102)과 양극 전극(103)의 간격을 간격(L2), 종래의 양이온 교환막(108)이 없는 구성의 기판도금장치의 피도금기판 (102)과 양극 전극(103)의 간격을 간격(L1)으로 하면, 마찬가지로 1차전류 분포를 균일하게 하여도,
L1≫ L2
이 된다. 즉, 본 발명의 기판도금장치에서는 1차전류 분포를 균일하게 하는 점에 있어서 종래예와 비교하면 피도금기판(102)과 양극 전극(103)사이의 간격(L2)을 작게 할 수 있다.
도 6은 음극(102)과 양극(103)사이에 양이온 교환막(108)을 배치한 효과를 설명하기 위한 도면이다. 현재, 양극(103)의 면에 나타내는 바와 같이 단차가 있다고 하고, 음극(102)과 양극(103)사이의 거리가 l1인 부분의 전류밀도를 i1, 거리가 l2인 부분의 전류밀도를 i2, 도금액(Q)의 비저항을 ρ, 양이온 교환막(108)의 투과전기저항(R)으로 하면
i2/i1= (l1ρ+ R) / (l2ρ+ R)
= {(l2+ Δl) ρ+ R} / (l2ρ+ R)
= 1 + (Δlρ) / (l2ρ+ R)
이 된다.
따라서 1차전류 분포를 균일하게 하기 위해서는, 전류밀도비(i2/i1)를 1에 근접시키면 되는 것이 된다. 여기서 전류밀도비(i2/i1)를 1에 근접시키기 위해서는 음극(1O2)과 양극(103)의 거리(l2)를 크게 하는 대신에, 도금액의 전기저항의 역할을 하는 양이온 교환막(108)을 음극(103)과 양극(102)사이에 배치하면, 음극(102)과 양극(103)의 거리(l2)를 크게 한 것과 같은 효과가 얻어진다. 즉 음극 (102)과 양극(103)사이에 양이온 교환막(108)을 배치함으로써, 전극간 거리를 작게 하였음에도 불구하고, 큰 거리로 한 것과 동등한 효과가 얻어지고, 나아가서는 기판도금장치를 작게 할 수 있다.
또 도 5에 있어서 기판도금장치를 피도금기판(102)에 Cu 도금막을 형성하는 Cu 도금장치로 하고, 양극 전극(103)을 용해성 양극 전극으로 하고, 도금액을 황산구리용액으로 한 경우, 양이온 교환막(108)을 용해성 양극 전극(103)에서 용해된 Cu 이온만을 투과시키는 양이온 교환막으로 하면, 양극 전극(103)으로부터 용해되어오는 불순물을 양이온 교환막(108)으로 차단하는 것이 가능하게 되어, 피도금기판 (102)측 영역의 도금액중의 파티클을 현저하게 적게 하는 것이 가능하게 된다.
또 상기예에서는 피도금기판(102)과 양극 전극(103)사이에 양이온 교환막 (108)을 배치하였으나, 상기 양이온 교환막(108)을 대신하여 미립자 제거작용을 가지는 다공질 중성격막으로도 마찬가지의 작용효과가 얻어진다.
상기 양이온 교환막은 전기에너지에 의해 이온을 선택적으로 투과분리시키는 성질을 가지며, 시판되는 것을 사용할 수도 있다. 예를 들어 주식회사 아사히 가라스제의 상품명「세레미온」등이 있다. 또 다공질 중성격막으로서는 합성수지로 이루어지는 매우 작고 균일한 구멍지름을 가지는 다공질막을 사용한다. 예를 들어 유아사 아이오닉스 주식회사제의 골재에 폴리에스테르부직포를 사용하고, 막재질이 폴리플루오르화비닐리덴 + 산화티탄인 상품명「YUMICRON」을 사용한다.
도 7은 본 발명의 기판도금장치의 도금조의 구체적 구성예를 나타내는 단면도이다. 도시하는 바와 같이 도금조(41)는 도금조 본체(45)와 측판(46)을 구비하고 있다. 도금조 본체(45)에는 도금액을 수용하는 오목부(44)가 형성되고, 측판 (46)의 하단은 힌지기구(도시 생략)로 도금조 본체(45)의 오목부(44)의 개구를 개폐할 수 있게 되어 있다. 도금조 본체(45)의 바닥판(45a)의 측판(46)측의 면에는 용해성 양극 전극(47)이 설치되고, 측판(46)의 도금조 본체(45)측의 면에는 반도체웨이퍼 등의 도금을 실시하는 피도금기판(48)이 장착되도록 되어 있다. 또 측판 (46)으로 오목부(44)의 개구를 폐쇄한 상태에서 상기 측판(46)에 장착된 피도금기판(48)의 면에 패킹(50)이 접촉하여 도금조 본체(45)의 오목부(44)를 밀폐공간으로 한다.
도금조 본체(45)의 오목부(44)에는 측판(46)을 폐쇄한 상태에서 피도금기판 (48)과 용해성 양극 전극(47)사이에 위치하도록, 즉 오목부(44)의 공간을 피도금 기판측 영역(44-1)과 양극전극측 영역(44-2)으로 구분(격리)하도록 양이온 교환막 또는 다공질 중성격막(49)이 설치되어 있다. 도금조 본체(45)의 상하에는 상부헤더(42)와 하부헤더(43)가 설치되어 있고, 상부헤더(42)의 빈틈(42a)과 하부헤더 (43)의 빈틈(43a)은 피도금기판측 영역(44-1)으로 연통되어 있다.
또 양극전극측 영역(44-2)의 상하부로 연통하는 도금액 출입구(51, 52)가 설치되고, 상기 도금액 출입구(51, 52)에는 각각 필터(53, 54)를 거쳐 개폐밸브(55, 56)가 설치되고, 또한 상기 개폐밸브(55, 56)는 각각 상부헤더(42)의 빈틈(42a)에 접속된 배관(57)과 하부헤더(43)의 빈틈(43a)에 접속된 배관(58)에 접속되어 있다. 즉, 도금조 본체(45)의 피도금기판측 영역(44-1)과 양극 전극측 영역(44-2)으로 들어오는 도금액은 도금조 본체(45)의 바깥쪽에서 나누어지고, 나가는 도금액은 도금 조 본체(45)의 바깥쪽에서 합류하도록 되어 있다. 또 양극 전극측 영역(44-2)으로 출입하는 도금액은 필터(53 및 54)를 통하여 유출입하도록 되어 있다. 또한 도 7에 있어서 59 및 60은 각각 체크밸브이다.
상기 구성의 도금조(41)에 있어서, 배관(58)으로부터의 도금액(Q)은 하부헤더(43)의 빈틈(43a)을 통하여 피도금기판측 영역(44-1)에 공급됨과 동시에, 개폐 밸브(56) 및 필터(54)를 통하여 양극 전극측 영역(44-2)에도 공급된다. 이에 따라도금액(Q)은 피도금기판측 영역(44-1) 및 양극 전극측 영역(44-2)을 화살표 A로 나타내는 바와 같이 흐르고, 피도금기판측 영역(44-1)의 도금액(Q)은 상부헤더(42)의 빈틈(42a)을 지나 배관(57)으로 유출되고, 양극 전극측 영역(44-2)의 도금액(Q)은 도금액 출입구(21), 필터(53) 및 개폐밸브(55)를 통하여 배관(57)을 흐르는 피도금 기판측 영역(44-1)으로부터의 도금액(Q)과 합류한다.
상기와 같은 기판도금장치에 있어서, 양극 전극(47)의 표면에 부착된 블랙필름에 의해 양극 전극측 영역(44-2)의 도금액중에 파티클이 생기나, 이 파티클이 피도금기판측 영역(44-1)의 도금액(Q)과 일체가 되지 않도록 양극 전극측 영역(44-2)으로부터 유출되는 도금액(Q)은 필터(53) 및 개폐밸브(55)를 통하여 피도금기판측 영역(44-1)으로부터 유출되어 도금액(Q)과 도금조 본체(45)의 바깥쪽에서 합류하 도록 구성되어 있다.
또 피도금기판(48)을 도금조(41)로부터 인출할 때는 피도금기판측 영역(44-1)의 도금액(Q)은 배출된다. 한편, 양극 전극측 영역(44-2)의 도금액(Q)은 양극 전극(47) 표면의 블랙필름이 화이트필름화 되는 것을 방지하기 위하여 배출되는 것은 바람직하지 못하다. 따라서 피도금기판(48)을 도금조(41)로부터 인출할 때는 개폐밸브(55 및 56)를 폐쇄함으로써, 양극 전극측 영역(44-2)의 도금액(Q)을 배출하는 일 없이 피도금기판(48)을 인출하는 것이 가능하게 된다.
또한 상기예에서는 도금조 본체(45)의 피도금기판측 영역(44-1) 및 양극 전극측 영역(44-2)에 도금액(Q)을 아래쪽으로부터 위쪽으로 흘리는 예를 나타내었으나, 도금액(Q)의 흐름방향은 반대로 위쪽으로부터 아래쪽으로 흘리도록 하여도 좋고, 또 위쪽으로부터 아래쪽, 아래쪽으로부터 위쪽으로 교대로 흘리도록 하여도 좋다. 또 피도금기판(48)과 양극 전극(47)사이에 소정의 전압을 인가한다.
상기한 바와 같이 피도금기판(48)과 양극 전극(47)사이에 양이온 교환막(49)이 배치되어 있기 때문에, 상기한 바와 같이 피도금기판(48)과 양극 전극(47)사이의 도금액(Q)의 전기저항이 증가한 것과 같은 값이 되어 피도금기판(48)과 양극 전극(47)사이의 거리가 작더라도 피도금기판(48)과 양극 전극(47)사이의 1차전류 분포를 균일하게 할 수 있어 피도금기판(48)의 표면에 균일한 막두께의 도금막을 형성할 수 있다.
또 양극 전극(47)을 용해성 전극(구리판)으로 하고, 도금액(Q)을 황산구리용액으로 하면, 양이온 교환막(49)은 용해성 양극 전극(47)에서 용해된 Cu 이온만을 투과시키기 때문에, 양극 전극(47)으로부터 용해되어 오는 불순물을 양이온 교환막 (49)으로 차단하는 것이 가능해지고, 피도금기판(48)측의 도금액(Q)중의 파티클을 현저하게 적게 하는 것이 가능하게 된다.
도 8은 본 발명의 기판도금장치의 도금조의 다른 구체적 구성예를 나타내는 단면도이다. 도 8에 나타내는 도금조(41)가 도 7에 나타내는 도금조(41)와 다른 점은 양극 전극(63)으로서 불용해성 양극 전극을 사용하고, 상기 양극 전극(63)과 피도금기판(48)사이에 다공질 중성격막 또는 양극 이온 교환막으로 이루어지는 격막(61)을 배치하여 도금조(41)를 피도금기판측 영역(44-1) 및 양극 전극측 영역 (44-2)으로 구분한 점이다. 또 격막(61)은 양극 전극(63)과 피도금기판(48)사이에 1차전류 분포를 균일하게 하기 위한 전류차폐판을 겸한 판(62)에 접하여 설치되어 있다.
상기 구성의 도금조(41)에 있어서, 도시는 생략하였으나, 피도금기판측 영역 (44-1)을 순환하는 도금액과 양극 전극측 영역(44-2)을 순환하는 도금액은 각각 따로따로의 순환펌프로 순환시키도록 구성되어 있다.
상기한 바와 같이, 불용해성 양극 전극(63)과 피도금기판(48) 사이에 다공질중성격막 또는 양극 이온 교환막으로 이루어지는 격막(61)을 배치하였기 때문에, 신선한 도금액이 양극 전극(63)의 표면에 접하는 일이 없어 첨가제가 분해되는 일이 없고, 도금액(Q)의 수명이 길어진다.
또 피도금기판측 영역(44-1)과 양극 전극측 영역(44-2)의 도금액은 각각 따로따로의 순환펌프로 순환시킴으로써, 양극 전극측 영역(44-2)을 흐르는 도금액은 피도금기판(48)면을 흐르는 도금액과 달리 양극 전극(63)면으로부터 나오는 O2가스와 함께 외부로 유출된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 하기와 같은 뛰어난 효과가 얻어진다.
피도금기판과 양극 전극 사이에 이온 교환막 또는 다공질 중성격막을 배치하였기 때문에, 피도금기판과 양극 전극 사이의 도금액의 전기저항이 증가한 것과 같은 값이 된다. 따라서 피도금기판과 양극 전극의 거리가 작더라도 피도금기판과 양극 전극 사이의 1차전류 분포를 균일하게 할 수 있어 피도금기판의 표면에 균일한 도금막을 형성할 수 있다. 그 때문에 기판도금장치의 소형화를 도모할 수 있다.
또 양극 전극은 용해성 양극 전극이며, 이온 교환막은 상기 용해성 양극 전극에서 용해된 이온만을 투과시키는 양이온 교환막으로 하였기 때문에, 양극 전극으로부터 용해되어 오는 불순물을 양이온 교환막으로 차단하는 것이 가능하게 된다. 따라서 피도금기판측 도금액중의 파티클을 현저하게 적게 하는 것이 가능하게 된다.
또 이온 교환막 또는 다공질 중성격막에 의해 구분된 양극 전극측 영역의 입구 및 출입구에 개폐밸브를 설치하고, 상기 양극 전극측 영역의 도금액이 상기 개폐밸브를 거쳐 피도금기판측 영역으로부터 유출된 도금액과 합류하도록 구성, 즉 양극 전극측 영역의 도금액과 피도금 기판측 영역의 도금액이 도금조의 바깥쪽에서 합류하도록 구성하기 때문에, 양극 전극에 부착된 블랙필름에 의해 도금액중으로 방출된 파티클이 피도금기판측 영역의 도금액에 혼입하는 일은 없다.
또 이온 교환막 또는 다공질 중성격막에 의해 구분된 양극 전극측 영역의 도금액의 출구에 필터를 설치함으로써, 양극 전극에 부착된 블랙필름에 의해 도금액중에 파티클이 생기더라도, 상기 파티클은 상기 필터에 의하여 제거된다.
또 양극 전극과 피도금기판 사이에 다공질 중성격막 또는 양극 이온 교환막으로 이루어지는 격막을 배치함으로써 신선한 도금액이 양극 전극 표면에 접하는 일 없이 분해된 첨가제가 피도금기판측 영역으로 침입하는 일이 없게 할 수 있어 도금액의 수명이 길어진다.
또 피도금기판측 영역과 양극 전극측 영역의 도금액은 각각 따로따로의 순환수단으로 순환시킴으로써, 양극 전극측 영역을 흐르는 도금액은 피도금기판측 영역을 흐르는 도금액과 달리, 양극 전극의 면으로부터 나오는 02가스와 함께 외부로 방출된다.
도 9는 본 발명에 관한 도금장치의 도금조의 또 다른 구성예를 나타내는 도면이다. 도시하는 바와 같이 본 도금조(110)는 도금조 본체(111)내에 반도체웨이퍼 등의 피도금기판(113)을 유지하기 위한 기판유지체(112)가 수용되어 있다. 상기 기판유지체(112)는 기판유지부(112-1)와 샤프트부(112-2)로 이루어지고, 상기 샤프트부(112-2)는 원통형상의 가이드부재(114)의 내벽에 베어링(115, 115)을 거쳐 회전자유롭게 지지되어 있다. 그리고 상기 가이드부재(114)와 기판유지체(112)는 도금조 본체(111)의 정점부에 설치된 실린더(116)에 의해 상하로 소정 스트로크만큼 승강할 수 있게 되어 있다.
또 기판유지체(112)는 가이드부재(114)의 내부 위쪽에 설치된 모터(118)에 의해 샤프트부(112-2)를 거쳐 화살표 (A)방향으로 회전할 수 있게 되어 있다. 또기판유지체(112)의 내부에는 기판누름부(117-1) 및 샤프트부(117-2)로 이루어지는 기판누름부재(117)를 수납하는 공간(C)이 제공되어 있고, 상기 기판누름부재(117)는 기판유지체(112)의 샤프트부(112-2)내의 상부에 설치된 실린더(119)에 의해 상하로 소정 스트로크만큼 승강할 수 있게 되어 있다.
기판유지체(12)의 기판유지부(112-1)의 아래쪽에는 공간(C)과 연통하는 개구 (112-la)가 설치되고, 상기 개구(112-la)의 상부에는 도 10에 나타내는 바와 같이 피도금기판(113)의 가장자리부가 얹혀 놓여지는 단부(112-1b)가 형성되어 있다. 상기 단부(112-1b)에 피도금기판(113)의 가장자리부를 얹어놓고, 피도금기판(113)의 상면을 기판누름부재(117)의 기판누름부(117-1)로 가압함으로써, 피도금기판 (113)의 가장자리부는 기판누름부(117-1)와 단부(112-lb) 사이에 끼워유지된다. 그리고 피도금기판(113)의 하면(도금면)은 개구(112-la)로 노출된다. 또한 도 10은 도 9의 B 부분의 확대도이다.
도금조 본체(111)의 기판유지부(112-1)의 아래쪽, 즉 개구(112-la)로 노출되는 피도금기판(113)의 도금면의 아래쪽에는 도금액(Q)이 흐르는 도금액실(120)이 설치되어 있다. 또 도금조 본체(111)의 일측부에는 도금액 공급헤더(121)가 설치되고, 상기 도금액 공급헤더(121)에는 상기 도금액실(120)로 연통하는 도금액 유입구(122)가 설치되어 있다. 또 도금조 본체(111)의 상기 도금액 공급헤더(121)의 반대측에는 도금액(Q)이 유출되는 도금액 유출구(123)가 설치되고, 또한 상기 도금액 유출구(123)로부터 유출되는[도금액실(120)로부터 흘러넘치는] 도금액(Q)을 포집하는 포집통(124)이 설치되어 있다.
포집통(124)으로 회수된 도금액(Q)은 도금액 탱크(125)로 되돌아가도록 되어 있다. 도금액 탱크(125)내의 도금액(Q)은 펌프(126)에 의해 도금액 공급헤더(121)로 보내지고, 상기 도금액 유입구(122)로부터 도금조 본체(111)의 도금액실(120)로 흘러들어 상기 도금액실(120)내를 피도금기판(113)의 도금면에 접촉시키면서 상기 도금면과 평행하게 흘러, 도금액 유출구(123)로부터 포집통(124)으로 흘러들게 되어 있다. 즉, 도금액(Q)은 도금조 본체(111)의 도금액실(120)과 도금액 탱크(125) 사이를 순환하도록 되어 있다.
도금액실(120)의 도금액면 레벨(LQ)은 피도금기판(113)의 도금면 레벨(LW) 보다 ΔL 만큼 약간 높아져 있고, 피도금기판(113)의 도금면의 전면(全面)은 도금 액(Q)에 접촉하고 있다. 도금액 유입구(122)와 도금액 유출구(123)는 피도금기판 (113)의 바깥지름보다 바깥쪽으로 피도금기판(113)을 끼워 대향하여 배치되고, 도금액실(120)을 흐르는 도금액(Q)은 피도금기판(113)의 도금면에 접촉하면서 평행하게 흐른다.
기판유지체(112)의 기판유지부(112-1)의 단부(112-lb)는 피도금기판(113)의 도전부와 전기적으로 도통하는 전기접점(130)이 설치되고(도 10참조), 상기 전기접점(130)은 브러시(127)를 거쳐 외부의 도금전원(도시 생략)의 음극에 접속되도록 되어 있다. 또 도금조 본체(111)의 도금액실(120)의 바닥부에는 피도금기판(113)과 대향하여 양극 전극(128)이 설치되고, 상기 양극 전극(128)은 도금전원의 양극에 접속되도록 되어 있다. 도금조 본체(111)의 벽면의 소정 위치에는 예를 들어 로봇팔 등의 기판 반출입 지그(jig)로 피도금기판(113)을 출입시키는 반출입슬릿 (129)이 설치되어 있다.
본 도금조(110)는 도금액 유입구(122)의 아래쪽에 이온 교환막 또는 다공성 중성격막(134)을 거쳐 도금액 또는 도전성 액체(Q') 를 도입하는 양극실(131)을 설치하고, 상기 양극실(131)의 바닥부에 양극 전극(128)을 설치하고 있다. 액탱크 (133)내의 도금액 또는 도전성 액체(Q')는 펌프(132)에 의해 양극실(131)로 도입되고, 양극실(131)내로부터 유출되는 도금액 또는 도전성 액체(Q')는 액탱크(133)로 되돌아가도록 되어 있다. 즉, 액탱크(133)내의 도금액 또는 도전성 액체(Q')는 양극실(131)과 액탱크(133) 사이를 순환하도록 되어 있다.
상기 구성의 도금장치에 있어서, 도금을 행함에 있어서는 먼저, 실린더(116)를 작동시켜, 기판유지체(112)를 가이드부재(114)마다 소정량[기판유지부(112-1)에 유지된 피도금기판(113)이 반출입슬릿(129)에 대응하는 위치까지]상승시킴과 동시에, 실린더(119)를 작동시켜 기판누름부재(117)를 소정량[기판누름부(117-1)가 반출입슬릿(129)의 상부에 도달하는 위치까지]상승시킨다. 이 상태에서 로봇팔 등의 기판 반출입 지그로 피도금기판(113)을 기판유지체(112)의 공간(C)으로 반입하고, 상기 피도금기판(113)을 그 도금면이 아래쪽을 보도록 단부(112-1b)에 얹어 놓는다. 이 상태에서 실린더(119)를 작동시켜 기판누름부(117-1)의 하면이 피도금기판(113)의 상면에 접촉할 때까지 하강시켜 기판누름부(117-1)와 단부(112-lb) 사이에 피도금기판(113)의 가장자리부를 끼워 유지시킨다.
이 상태에서 실린더(116)를 작동시켜 기판유지체(112)를 가이드부재(114)마다 피도금기판(113)의 도금면이 도금액실(120)을 흐르는 도금액에 접촉할 때까지[도금면 레벨(LQ)보다 상기 ΔL 만큼 낮은 위치까지] 하강시킨다. 이때 모터(118)를 기동시켜 기판유지체(112)와 피도금기판(113)을 저속으로 회전시키면서 하강시킨다. 도금액실(120)에는 상기한 바와 같이 도금액 탱크(125)로부터 펌프(126)를 거쳐 도금액(Q)이 공급되어 순환하고 있고, 이 상태에서 양극 전극(128)과 상기 전기접점(130) 사이에 도금전원으로부터 소정의 전압을 인가하면 양극 전극(128)으로부터 피도금기판(113)으로 도금전류가 흘러 피도금기판(113)의 도금면에 도금막이 형성된다.
상기 도금중에 모터(118)를 운전하여 기판유지체(112)와 피도금기판(113)을 저속(1∼10 rpm)으로 회전시킨다. 피도금기판(113)을 이 저속회전으로 회전시킴으로써 도금액실(120)내를 흐르는 도금액(Q)의 흐름[피도금기판(113)의 도금면에 대한 평행한 흐름]에 악영향을 주는 일 없이(도금면과 도금액의 균일한 상대속도를 흩트리는 일 없이), 또한 도금액 흐름의 상류측과 하류측에서 발생하는 도금막 두께의 차를 해소하여 피도금기판(113)의 도금면에 균일한 막두께의 도금막을 형성할 수 있다.
도금이 종료하면 실린더(116)를 작동시켜 기판유지체(112)와 피도금기판 (113)을 상승시키고, 기판유지부(112-l)의 하면이 도금액 레벨(LQ)보다 위가 되면, 모터(118)를 고속으로 회전시켜 원심력으로 피도금기판의 도금면 및 기판유지부 (112-1)의 하면에 부착된 도금액을 뿌리친다. 도금액을 뿌리치면 피도금기판(113)을 반출입슬릿(129)의 위치까지 상승시킨다. 여기서 실린더(119)를 작동시켜 기판누름부(117-1)를 상승시키면 피도금기판(113)은 해방되어 기판유지부(112-1)의 단부(112-lb)에 얹어 놓여진 상태가 된다. 이 상태에서 로봇팔 등의 기판 반출입 지그를 반출입슬릿(129)으로부터 기판유지체(112)의 공간(C)으로 침입시켜 피도금기판 (113)을 픽업하여 외부로 반출한다.
도금조(110)를 상기한 바와 같이 도금액 유입구(122)의 아래쪽에 이온 교환막 또는 다공성 중성격막(134)을 거쳐 양극실(131)을 설치하고, 도금액 또는 도전성 액체(Q')를 흘림으로써, 양극 전극(128)에 불용해성 전극을 사용하여도 양극 전극(128)의 표면에서 첨가제의 산화분해를 방지할 수 있음과 동시에, 발생하는 산소가스는 이온 교환막 또는 다공성 중성격막(134)에 의해 저지되어 피도금기판(113)의 도금면에 도달하지 않는다. 이에 따라 도금액(Q)중의 첨가제의 이상소모를 방지하고, 산소가스에 의해 피도금기판의 도금면의 미세한 구멍이나 홈 및 표면에 도금결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도금장치를 상기 구성으로 함으로써, 도금액실(120)의 도금액(Q)의 흐름은 피도금기판(113)의 도금면에 대하여 평행한 흐름이 되기 때문에 종래의 도금액 분류를 피도금기판에 수직하게 대는 페이스다운(face-down)방식의 도금조와 비교하여 도금조 (110)의 깊이방향의 치수를 작게 할 수 있다. 따라서 도금조(110)를 복수대 겹쳐 배치하는 것이 가능하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 피도금기판의 도금면의 아래쪽에 편평한 도금액실을 설치함과 함께, 상기 도금액실에 도금액을 유입시키는 도금액 유입구와 상기 도금 액실로부터 도금액을 유출시키는 도금액 유출구를 피도금기판의 바깥지름보다 바깥쪽에 상기 피도금기판을 끼워 대향하여 배치함으로써 상기 도금액실을 흐르는 도금 액은 피도금기판의 도금면에 접촉하면서 평행하게 흐르기 때문에, 피도금기판의 도금면의 전면에 걸쳐 도금면과 도금액의 상대속도가 균일하게 되고, 도금액중의 첨가제가 똑같이 흡착되어 피도금기판의 미세한 구멍이나 홈에 대한 도금의 매립성이 개선됨과 동시에 균일한 막두께의 도금을 할 수 있다. 또 도금액의 흐름을 피도금 기판의 아래쪽으로 도금면과 평행한 흐름으로 하기 때문에, 도금조의 깊이치수를 작게 할 수 있다.
또 도금액 도입실의 아래쪽에 이온 교환막 또는 다공성 중성격막을 거쳐 양극실을 설치하고, 상기 양극실에 도금액 또는 다른 도전성액을 흘림으로써 양극 전극표면에서의 도금액중의 첨가제의 산화분해가 방지되어 도금액중의 첨가제의 이상소모를 방지함과 동시에, 발생한 산소가스는 이온 교환막 또는 다공성 중성격막으로 저지되어 피도금기판에 도달하는 일이 없기 때문에, 피도금기판의 표면의 미세한 구멍이나 홈에 도금결함이 생기는 것을 방지할 수 있다.
또 피도금기판 회전기구를 설치함으로써, 도금중에 피도금기판을 그 도금면을 아래쪽으로 한 상태에서 저속회전시킬 수 있어 균일한 막두께의 도금막을 형성할 수 있다. 또 도금종료후, 피도금기판을 도금액면으로부터 끌어올려 고속회전시킴으로써 도금조내에서 부착된 도금액을 뿌리칠 수 있어 도금액으로 도금조의 외부가 오염되는 일이 적어진다.
또 피도금기판을 도금중, 1∼10 rpm의 저속회전으로 회전시키기 때문에, 도금액실을 흐르는 도금액의 흐름에 악영향을 미치는 일 없이 또한 균일한 막두께의 도금막을 형성할 수 있다.
또 도금스테이지에 복수대의 도금조를 겹쳐 배치함으로써 도금장치 전체의 평면배치 구성을 작게 할 수 있어 설치공간의 공간절약화를 도모할 수 있다.
도 11은 본 발명에 관한 도금장치의 도금조의 또 다른 구성예를 나타내는 도면이다. 도 11에 있어서, 기판유지체(112)로부터 상부는 도 9와 동일하기 때문에 그 설명은 생략한다. 도금조 본체(111)의 기판유지부(112-1)의 아래쪽, 즉 개구 (112-la)로 노출되는 피도금기판(113)의 도금면의 아래쪽에는 편평한 도금액실 (120)이 설치되고, 도금액실(120)의 아래쪽에 다수의 구멍(121a)이 형성된 다공판 (121)을 거쳐, 편평한 도금액 도입실(122)이 설치되어 있다. 또 도금액실(120)의 바깥쪽에는 상기 도금액실(120)을 흘러넘친 도금액(Q)을 포집하는 포집통(123)이 설치되어 있다.
포집통(123)으로 회수된 도금액(Q)은 도금액 탱크(125)로 되돌아가도록 되어 있다. 도금액 탱크(125)내의 도금액(Q)은 펌프(126)에 의해 도금액실(120)의 양측으로부터 수평방향으로 도입된다. 도금액실(120)의 양측으로부터 도입된 도금액 (Q)은 다공판(121)의 구멍(121a)을 통하여 수직분류로 되어 도금액실(20)로 흘러 든다. 다공판(121)과 피도금기판(113)의 간격은 5∼15 mm로 되어 있고, 상기 다공판(121)의 구멍(121a)을 통한 도금액(Q)의 분류는 수직상승을 유지한 채로 균일한 분류로서 피도금기판(113)의 도금면에 접촉한다. 도금액실(120)을 흘러넘친 도금액(Q)은 포집통(123)으로 회수되어 도금액 탱크(125)로 흘러든다. 즉, 도금액 (Q)은 도금조 본체(111)의 도금액실(120)과 도금액 탱크(125) 사이를 순환하도록 되어 있다.
본 도금조(110)는 도금액 도입실(122)의 아래쪽에 이온 교환막 또는 다공성 중성격막(130)을 거쳐 도금액 또는 도전성 액체(Q')를 도입하는 양극실(131)을 설치하고, 상기 양극실(131)의 바닥부에 양극 전극(128)을 설치하고 있다. 액탱크 (133)내의 도금액 또는 도전성 액체(Q')는 펌프(132)에 의해, 양극실(131)에 도입되어 양극실(131)내로부터 유출되는 도금액 또는 도전성 액체(Q')는 액탱크(133)로 되돌아가도록 되어 있다. 즉, 액탱크(133)내의 도금액 또는 도전성 액체(Q')는 양극실(131)과 액탱크(133) 사이를 순환하도록 되어 있다.
도금조(110)에 상기한 바와 같이 도금액 도입실(122)의 아래쪽에 이온 교환막 또는 다공성 중성격막(130)을 거쳐 양극실(131)을 설치하고, 도금액 또는 도전성 액체(Q')를 흘림으로써, 양극 전극(128)에 불용해성 전극을 사용하여도 양극 전극(128)의 표면에서 첨가제의 산화분해를 방지할 수 있음과 동시에, 발생하는 산소가스는 이온 교환막 또는 다공성 중성격막(130)에 의해 저지되어 피도금기판(113)의 도금면에 도달하지 않는다. 이에 따라 도금액(Q)중의 첨가제의 이상소모를 방지하고, 산소가스에 의해 피도금기판의 도금면의 미세한 구멍이나 홈 및 표면에 도금결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 이 도금장치에 의하면, 피도금기판과 그 아래쪽에 소정의 간격을 설치하여 대향하여 배치된 다공판 사이에 형성된 도금액실과, 상기 다공판의 아래쪽에 형성된 편평한 도금액 도입실을 구비하고, 도금액을 상기 도금액도입실에 수평방향에서 흘러들어 다공판의 다공을 통해 피도금기판의 도금면에 수직한 도금액의 흐름을 형성하기 때문에, 이 다공판과 피도금기판의 거리를 적정하게 설정함으로써 도금액의 상승거리를 길게 하여 정류를 할 필요가 없고, 도금조를 깊이치수가 작은 편평구성으로 하는 것이 가능하게 된다.
그리고 도금액 도입실의 아래쪽에 이온 교환막 또는 다공성 중성격막을 거쳐 양극실을 설치하고, 상기 양극실에 도금액 또는 다른 도전성액을 흘림으로써, 양극 전극 표면에서의 도금액중의 첨가제의 산화분해가 방지되어 도금액중의 첨가제의 이상소모를 방지함과 동시에, 발생한 산소가스는 이온 교환막 또는 다공성 중성격막으로 저지되어 피도금기판에 도달하는 일이 없기 때문에, 피도금기판의 표면의 미세한 구멍이나 홈에 도금결함이 생기는 것을 방지할 수 있다.
또 피도금기판 회전기구를 설치하여 도금중에 피도금기판을 그 도금면을 아래쪽으로 한 상태에서 회전시킴으로써, 도금면은 균일하게 도금액에 접촉할 수 있어 균일한 막두께의 도금막을 형성할 수 있다. 또 도금종료후, 피도금기판을 도금 액면으로부터 끌어올려 고속회전시킴으로써, 도금조내에서 부착된 도금액을 뿌리칠수 있어 도금액으로 도금조의 외부가 오염되는 일이 적어진다.
또 피도금기판과 다공판의 거리를 5∼15 mm으로 함으로써, 피도금기판이 회전하는 것으로 도금액의 점성력으로 기판의 원주방향으로 배력되는 도금액의 영향으로 피도금기판의 중앙부일수록 압력이 낮아지고 다공판의 중앙부로부터의 상승류가 증가함으로써 피도금기판 전면에 균일한 수직성분의 속도가 얻어지게 된다. 따라서 종래와 같이 깊이방향의 상승류의 조주거리를 크게 취할 필요가 없기 때문에, 도금조의 깊이치수를 작게 할 수 있다.
또 도금스테이지에 복수대의 도금조를 겹쳐 배치함으로써 도금장치 전체의 평면배치 구성을 작게 할 수 있어, 설치공간의 공간절약화를 도모할 수 있다.
도 12는 본 발명에 관한 상기 구성의 도금조(110)를 사용한 도금장치의 전체 구성예를 나타내는 도면으로, 도 12A는 평면구성을, 도 12B는 측면구성을 각각 나타낸다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 도금장치(140)는 로드부(141), 언로드부 (142), 세정건조조(143), 로드스테이지(144), 초벌수세조(145), 도금스테이지 (146), 전처리조(147), 제 1 로봇(148) 및 제 2 로봇(149)을 구비하는 구성이다. 각 도금스테이지(146)에는 도 2에 나타내는 구성의 도금조(110)를 2층 겹쳐 배치하고 있다. 즉, 도금장치 전체로서 모두 4대의 도금조(10)가 배치되어 있다. 이것은 도금조(110)가 도 1에 나타내는 종래의 도금조(100)와 비교하여 깊이치수를 작게 할 수가 있기 때문에 실현가능하게 된다.
상기구성의 도금 장치(140)에 있어서, 로드부(141)에 얹어 놓여진 카세트에 수납된 피도금기판(113)은 제 1 로봇으로 1매씩 인출되어 로드스테이지(144)로 이송된다. 로드스테이지(144)로 이송된 피도금기판(113)은 제 2 로봇(149)에 의해 전처리조(147)로 이송되고, 상기 전처리조(147)에서 전처리를 실시한다. 전처리가 실시된 피도금기판(113)은 제 2 로봇(149)으로 도금스테이지(146)의 도금조(110)로 이송되어 도금처리가 실시된다. 도금처리가 종료된 피도금기판(113)은 제 2 로봇 (149)으로 초벌수세조(145)로 이송되고, 초벌수세정처리가 실시된다. 상기 초벌수세정처리가 종료된 피도금기판(113)은 다시 제 1 로봇(148)으로 세정건조조(143)로 이송되어 세정처리되어 건조된 후, 언로드부(142)로 이송된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 관한 도금조(110)는 피도금기판(113)의 도금면의 아래쪽에 도금액(Q)이 상기 도금면에 대하여 평행하게 흐르는 도금액실(120)을 설치하는 구성으로 하였기 때문에, 도금조(110)의 깊이치수를 작게 할 수 있어 도금조(110)를 복수대(도면에서는 2대)겹쳐 배치하여도 종래의 도금액 분류를 피도금 기판에 수직하게 대는 페이스다운방식의 도금조의 1대분의 깊이치수로 하는 것이 가능하기 때문에, 도금장치 전체로서 설치공간이 작아진다. 즉, 4대의 도금 조를 배치하는 도금장치에서는 종래의 도금조를 사용하면 각 도금스테이지(146)에 1대의 도금조밖에 배치할 수 없기 때문에 도금스테이지(146)의 배치면적이 도 12의 경우는 2배가 된다.
또한 상기 실시형태예에서는 전해도금의 예를 설명하였으나, 본 발명에 관한 도금장치는 전해도금에 한정되는 것이 아니라, 무전해도금이어도 좋은 것은 당연 하다. 또 도금액(Q)으로서는 구리도금을 행하는 황산구리 도금액외, 다른 금속도금을 행하는 도금액도 사용가능하다.
본 발명은 반도체웨이퍼상의 미세배선층의 형성 등에 이용할 수 있기 때문에, 반도체산업 등에 이용가능하다.

Claims (18)

  1. 도금액을 수용한 도금처리조내에 금속도금을 실시하는 피도금기판과 불용해성 양극 전극을 대향하여 배치한 구성의 기판도금장치에 있어서,
    상기 도금처리조와는 별도로 설치된 순환조 또는 더미조내에 용해성 양극 전극과 음극 전극을 대향하여 배치함과 동시에, 상기 양극 전극과 음극 전극 사이에 음이온 교환막 또는 양이온 선택성 교환막을 배치하여 격리시키고, 상기 양극 전극과 음극 전극의 사이에 전류를 흘림으로써 금속이온을 발생시켜 상기 금속이온을 상기 도금처리조내에 보충하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 도금처리조는 복수대설치되고, 상기 도금처리조의 피도금기판과 불용해성 양극 전극의 사이에 흐르는 전류치의 총계는 상기 순환조 또는 더미조의 양극 전극과 음극 전극의 사이에 흐르는 전류치와 같게 하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 도금처리조의 양극 전극과 상기 순환조 또는 더미조의 음극 전극, 상기도금처리조의 음극 전극인 피처리기판과 상기 순환조 또는 더미조의 양극 전극을 각각 접속시켜 상기 도금처리조의 음극 전극과 양극 전극 사이와 상기 순환조 또는 더미조의 양극 전극과 음극전극 사이에 흐르는 전류치를 동일치로 하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  4. 도금액을 수용한 도금조내에 도금을 실시하는 피도금기판과 양극 전극을 대향하여 배치한 구성의 기판도금장치에 있어서,
    상기 피도금기판과 양극 전극의 사이에 이온 교환막 또는 다공질 중성격막을 배치하고, 상기 도금조를 상기 이온 교환막 또는 다공질 중성격막으로 피도금기판측 영역과 양극 전극측 영역으로 구분한 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 양극 전극은 용해성 양극전극이고, 상기 이온 교환막은 상기 용해성 양극 전극에서 용해된 이온만을 투과시키는 양이온 교환막으로 한 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 이온 교환막 또는 다공질 중성격막에 의해 구분된 상기 양극 전극측 영역의 도금액의 출입구에 개폐밸브를 설치하고, 상기 양극 전극측 영역의 도금액이 상기 개폐밸브를 거쳐 상기 피도금기판측 영역으로부터 유출된 도금액과 합류하도록 구성한 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 이온 교환막 또는 다공질 중성격막에 의해 구분된 상기 양극 전극측 영역의 도금액의 출구에 필터를 설치한 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  8. 도금액을 수용한 도금조내에 도금을 실시하는 피도금기판과 양극 전극을 대향하여 배치한 구성의 기판도금장치에 있어서,
    상기 양극 전극을 불용해성 양극 전극으로 하고, 상기 양극 전극과 피도금기판 사이에 다공질 중성격막 또는 양극 이온 교환막으로 이루어지는 격막을 배치하고, 상기 다공질 중성격막 또는 양극 이온 교환막으로 상기 도금조를 피도금기판측 영역과 양극 전극측 영역으로 구분한 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 다공질 중성격막 또는 양극 이온 교환막은 상기 양극 전극과 피도금기판 사이의 1차전류 분포를 보정하는 차폐판을 겸한 판에 접하고 있는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 격막으로 구분된 상기 피도금기판측 영역과 양극 전극측 영역의 도금 액을 각각 따로따로의 순환수단으로 순환시키는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  11. 제 4항에 있어서,
    상기 도금조는 상기 피도금기판의 도금면을 아래쪽으로 하여 배치하고, 상기 피도금기판의 도금면의 아래쪽에 편평한 도금액실을 설치함과 함께 상기 도금 액실에 도금액을 유입시키는 도금액 유입구와 상기 도금액실로부터 도금액을 유출시키는 도금액 유출구를 상기 피도금기판의 바깥지름보다 바깥쪽에 상기 피도금기판을 끼워 대향하여 배치하고, 상기 도금액실을 흐르는 도금액이 상기 피도금기판의 도금면에 접촉하면서 평행하게 흐르도록 구성되어 있고, 상기 도금조는 상기 도금액실의 아래쪽에 이온 교환막 또는 다공성 중성격막을 거쳐 편평한 양극실을 설치함과 함께, 상기 양극실의 바닥부에 상기 피도금기판과 대향하는 양극 전극을 배치하고, 상기 양극실에 상기 도금액 또는 별도의 도전성액을 흘리도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 도금조는 상기 피도금기판을 상기 도금조내에서 상기 도금면을 아래쪽으로 한 상태에서 회전시키는 피도금기판 회전기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 도금중 피도금기판을 1∼1O rpm의 회전속도로 회전시키는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 도금조를 복수대 겹쳐 배치한 도금스테이지를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  15. 제 4항에 있어서,
    상기 도금조는 도금면을 아래쪽으로 배치한 상기 피도금기판과 그 아래쪽에 소정의 간격을 설치하여 대향하여 배치된 다공판의 사이에 형성된 도금액실과, 상기 다공판의 아래쪽에 형성된 편평한 도금액 도입실을 구비하고, 도금액을 상기 도금액 도입실에 수평방향으로부터 흘려넣어 상기 다공판의 다공을 통하여 상기 피도금기판의 도금면에 수직한 도금액의 흐름을 형성하여 상기 도금액실로 유도하도록 구성되어 있고, 상기 도금조는 상기 도금액 도입실의 아래쪽에 이온교환막 또는 다공성 중성격막을 거쳐 편평한 양극실을 설치하는 동시에, 상기 양극실의 바닥부에 피도금기판과 대향하는 양극 전극을 배치하고, 상기 양극실에 상기 도금액 또는 다른 도전성액을 흘리도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 도금조는 상기 피도금기판을 도금조내에 상기 도금면을 아래쪽으로 한 상태에서 회전시키는 피도금기판 회전기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 피도금기판과 상기 다공판의 거리가 5∼15 mm 인 것을 특징으로 하는 기판도금장치.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 도금조를 복수대 겹쳐 배치한 도금스테이지를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판도금 장치.
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