KR20030092463A

KR20030092463A - 2차 함수를 이용한 도금전원 제어장치

Info

Publication number: KR20030092463A
Application number: KR1020020030129A
Authority: KR
Inventors: 다카하시에이지
Original assignee: 범핑시스템즈 주식회사; 김용욱
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2003-12-06
Also published as: KR100476984B1

Abstract

본 발명은 웨이퍼 표면에 도전성 물질로 전극을 도금시키기 위해서, 시간축에서 2차 함수적으로 연속해서 변하는 도금 전류의 공급을 제어하고, 또한, 이러한 도금 전류의 통전율을 미세하게 제어하는 2차 함수를 이용한 도금전원 제어장치에 관한 것으로,

본 발명은 웨어퍼 표면에 전극을 도금하기 위한 도금장치(30)에 도금전원 공급을 제어하는 도금전원 제어장치(200)에 있어서, 사전에 2차 함수 데이터를 저장하고 있으며, 2차 함수 데이터를 아날로그로 신호로 변환시켜 출력하며, 이와 동시에 아날로그 신호의 출력을 사전에 설정된 스위칭 시간(ST) 간격으로 스위칭시키는 전원 제어부(220); 상기 전원 제어부(220)로부터의 아날로그 신호에 따라, 전원공급부(40)에 의한 전류의 통전율을 제어하여 출력하는 전류통전 제어부(250);를 구비함을 요지로 한다.

Description

2차 함수를 이용한 도금전원 제어장치{PLATING POWER CONTROLLER USING QUADRATIC FUNCTION}

본 발명은 2차 함수를 이용한 도금전원 제어장치에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 표면에 도전성 물질로 전극을 도금시키기 위해서, 시간축에서 2차 함수적으로 연속해서 변하는 도금 전류의 공급을 제어하고, 또한, 이러한 도금 전류의 통전율을 미세하게 제어함으로서, 도금전류의 밀도 및 농도를 정밀하게 제어할 수 있고, 이에 따라 전류 효율을 향상시킬 수 있으며, 미세한 전극 도금을 실현할 수 있도록 하는 2차 함수를 이용한 도금전원 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로, IC제조 과정에서 웨이퍼에 도전성 물질을 도금하여 전극을 형성시키는데, 이를 위한 범프 도금 장치가 도1에 되어 있다.

도 1은 일반 범프 도금 장치의 구성도로서, 도 1을 참조하면, 일반적인 범프 도금 장치는 웨이퍼 범프 도금에 대해서 도금 제어 온/오프 및 도금 관련 데이터를 제공하는 호스트 컴퓨터에 해당하는 주 제어기(10)와, 상기 주 제어기(10)의 온/오프 제어에 따라 동작하여 소정의 도금전류를 생성시켜 공급하기는 서브 컴퓨터에 해당하는 도금 제어장치(20)와, 상기 도금 제어장치(20)로부터의 도금전류를 공급받아 웨이퍼 표면에 도전성 물질을 도금시키기 위한 설비에 해당하는 도금장치(30)로 이루어져 있다.

상기 도금 제어장치(20)는 도금장치(30)로 도금을 위한 전원을 공급하는데, 초창기에는 직류(DC)전류를 공급하였는데, 이는 연속적인 직류전류를 공급하므로 전류소비가 크고, 그 만큼 전류효율이 저하되며, 또한 직류전류는 통전율 제어가 불가능하므로, 전극 도금의 두께를 조절할 수 없다는 단점이 있었다.

이러한 단점을 해결하기 위해서, 종래에는 펄스와 같은 주기성 신호파형을 이용하여 펄스형태의 전류공급을 제어하는 도금 전원 제어장치가 등장하게 되었으며, 이는 도 2에 도시된 바와 같다.

도 2는 종래의 도금전원 제어장치의 구성도로서, 도 2를 참조하면, 종래의 도금전원 제어장치는 주 제어기(10)의 제어에 따른 주기와 진폭을 갖는 파형을 생성을 제어하는 전원 제어부(21)와, 이 전원 제어부(21)의 제어에 따른 펄스파형을 생성하는 펄수발생부(22)와, 이 펄스발생부(22)에 의한 펄스파형에 따라 전원공급부(40)에 의한 전류를 스위칭하여 도금장치(30)로 공급하는 스위칭부(23)로 이루어져 있다.

이러한 종래 도금전원 제어장치에서는 펄스의 레이트를 조절하여 통전율을제어할 수는 있지만, 통전 동안에서 보다 미세한 제어를 할 수 없어, 결국 전극의 두께를 보다 미세하게 조절할 수 없는 문제점이 있었던 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 웨이퍼 표면에 도전성 물질로 전극을 도금시키기 위해서, 시간축에서 2차 함수적으로 연속해서 변하는 도금 전류의 공급을 제어하고, 또한, 이러한 도금 전류의 통전율을 미세하게 제어함으로서, 도금전류의 밀도 및 농도를 정밀하게 제어할 수 있고, 이에 따라 전류 효율을 향상시킬 수 있으며, 미세한 전극 도금을 실현할 수 있도록 하는 2차 함수를 이용한 도금전원 제어장치를 제공하는데 있다.

도 1은 일반 범프 도금 장치의 구성도이다.

도 2는 종래의 도금전원 제어장치의 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 도금전원 제어장치의 구성도이다.

도 4는 도 3의 전원 제어부의 상세 블록도이다.

도 5a는 2차 함수의 그래프 예시도이고, 5b는 2차 함수에 의한 전류 파형도이고, 도 5c는 펄스 데이터가 합성된 2차 함수에 의한 전류 파형도이다.

도 6은 본 발명의 도금전원 제어장치의 동작흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 주 제어장치(host computer)30 : 도금장치

200 : 도금전원 제어장치210 : 인터페이스부

220 : 전원 제어부221 : 중앙제어장치

222 : 메모리223 : AD 변환부

224 : D/A 변환부225 : 출력스위칭부

230 : 도금전류 파형 발생부240 : 상태/파형 표시부

250 : 전류통전 제어부

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 웨어퍼 표면에 전극을 도금하기 위한 도금장치에 도금전원 공급을 제어하는 도금전원 제어장치에 있어서, 사전에 2차 함수 데이터를 저장하고 있으며, 2차 함수 데이터를 아날로그로 신호로 변환시켜 출력하며, 이와 동시에 아날로그 신호의 출력을 사전에 설정된 스위칭 시간 간격으로 스위칭시키는 전원 제어부; 상기 전원 제어부로부터의 아날로그 신호에 따라, 전원공급부에 의한 전류의 통전율을 제어하여 출력하는 전류통전 제어부; 를 구비함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 2차 함수를 이용한 도금전원 제어장치에 대하여 첨부도면을 참조하여 그 구성 및 작용을 상세하게 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

본 발명은 웨어퍼 표면에 전극을 도금하기 위한 도금장치(30)에 도금전원 공급을 제어하는 도금전원 제어장치(200)에 있어서, 사전에 2차 함수 데이터를 저장하고 있으며, 2차 함수 데이터를 아날로그로 신호로 변환시켜 출력하며, 이와 동시에 아날로그 신호의 출력을 사전에 설정된 스위칭 시간(ST) 간격으로 스위칭시키는 전원 제어부(220)와, 상기 전원 제어부(220)로부터의 아날로그 신호에 따라, 전원공급부(40)에 의한 전류의 통전율을 제어하여 출력하는 전류통전 제어부(250)로 구성할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 도금전원 제어장치의 구성도로서, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 도금전원 제어장치는 웨어퍼 표면에 전극을 도금하기 위한 도금장치(30)에 도금전원 공급을 제어하는 도금전원 제어장치(200)로서, 이는 사전에 2차 함수 데이터를 저장하고 있으며, 전류파형 발생을 제어하고, 이후 입력되는 전류파형을 디지털로 변환하며, 이 파형 데이터와 2차 함수 데이터를 합성하며, 이 합성 데이터를 아날로그로 신호로 변환시켜 출력하며, 이와 동시에 아날로그 신호의 출력을 사전에 설정된 스위칭 시간(ST) 간격으로 스위칭시키고, 제어상태 정보 및 파형에 대한 화면 출력을 제어하는 전원 제어부(220)와, 상기 전원 제어부(220)의 제어에 따라, 사전에 설정된 형태의 파형을 발생하는 도금전류 파형 발생부(230)와, 상기 전원 제어부(220)의 제어에 따라, 제어상태 정보 및 파형을 화면으로 표시하는 상태/파형 표시부(240)와, 상기 전원 제어부(220)로부터의 아날로그 신호에 따라, 전원공급부(40)에 의한 전류의 통전 및 통전율을 제어하여 출력하는 전류통전 제어부(250)로 구성한다.

도 4는 도 3의 전원 제어부의 상세 블록도로서, 도 4를 참조하면, 상기 전원 제어부(220)는 전류파형 발생을 제어하고, 입력되는 파형 데이터와 사전에 저장된 2차 함수 데이터를 합성하여 이 합성된 데이타의 저장을 제어하고, 이 합성 데이터의 출력을 제어함과 동시에 이 합성 데이터의 출력에 대해 사전에 설정된 스위칭 시간(ST)에 따라 스위칭을 제어하며, 제어상태 정보 및 파형에 대한 화면 출력을 제어하는 중앙제어장치(221)와, 2차 함수 데이터, 전류파형 데이터, 2차 함수 데이터와 전류파형 데이터와의 합성 데이터를 포함하여 도금 관련 데이터를 저장하는 메모리(222)와, 상기 합성 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환부(224)와, 입력되는 파형신호를 디지털 데이터로 변환하는 A/D 변환부(223)와, 상기 중앙처리장치(221)의 제어에 따라, 상기 D/A 변환부(224)로부터의 아날로그 신호의 출력을 스위칭하는 출력스위칭부(225)를 포함한다.

상기 본 발명의 전원 제어부(220)를 포함하는 도금전원 제어장치(200)가 주제어장치와 접속되는 경우에는 인터페이스부(211)를 통해 접속하여 상기 주 제어장치(100)와의 데이터 전송을 수행할 수 있으며, 예를 들어, RS-232C 인터페이스를 적용할 수 있다.

상기 2차 함수 데이터는 도금전류의 밀도 및 농도, 전류 효율, 미세한 전극 도금 실현을 위해서 많은 실험과 반복적인 연구에 따라 결정되었으며, 이를 수학식으로 표현하면, 하기 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.

여기서, Ip는 통전 전류, t는 도금 시간, A,B 및 C는 사전에 설정되는 상수이다.

상기 수학식 2에서는 도금시간(t)의 결과에 따라 통전 전류(Ip)는 2차 함수적으로 증가함을 알 수 있다.

도 5a는 2차 함수의 그래프 예시도이고, 5b는 2차 함수에 의한 전류 파형도이고, 도 5c는 펄스 데이터가 합성된 2차 함수에 의한 전류 파형도이다. 도 6은 본 발명의 도금전원 제어장치의 동작흐름도이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.

본 발명은 웨이퍼 표면에 도전성 물질로 전극을 도금시키기 위해서, 시간축에서 2차 함수적으로 연속해서 변하는 도금 전류의 공급을 제어하고, 또한, 이러한 도금 전류의 통전율을 미세하게 제어함으로서, 도금전류의 밀도 및 농도를 정밀하게 제어할 수 있고, 이에 따라 전류 효율을 향상시킬 수 있으며, 미세한 전극 도금을 실현할 수 있도록 발명된 것이며, 이에 대한 구체적인 설명을 후술한다.

도 6을 참조하면, 먼저, 제1 단계(S51-S52)에서는 사전에 2차 함수 데이터를 설정하는데, 이에 대해서 구체적으로 설명하면, 도 3에 도시한 전원 제어부(220)는 인터페이스부(210)를 통해서 다른 주 제어장치(10)로부터 2차 함수 데이터를 전송 받아 저장될 수도 있고, 자체에서 설정 저장될 수도 있다. 도 4를 참조하면, 상기 전원 제어부(220)의 중앙처리장치(221)는 메모리(222)에 2차 함수 데이터를 저장한다.

상기 2차 함수 데이터는 상기 수학식 1에 보인 바와 같이, 도금 시간(t)에 따라 통전 전류(Ip)는 도 5(b)에 도시한 바와 같이 2차 함수적으로 상승한다.

그 다음, 제2 단계(S53-S55)에서는 본 발명의 중앙제어장치(221)의 제어에 따라 상기 2차 함수 데이터를 D/A변환부(224)에서 아날로그로 신호로 변환시키는데, 이 단계에서는 도 5b에 도시한 바와 같은 2차 함수 데이터를 통전 제어를 위한 아날로그 신호로 변환시킬 수 있다.

이 단계에서, 본 발명의 중앙제어장치(221)는 도 5c에 "A"로 표시된 영역과 같이, 메모리(222)에 저장되어 있는 2차 함수 데이터에 임의의 파형을 합성한 후에 이 합성된 데이터를 상기 D/A변환부(224)에서 아날로그로 신호로 변환하여 통전 제어를 위한 아날로그 신호로 제공하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제2 단계의 제1 과정에서는 사전에 설정된 형태의 전류파형을 발생시켜 이를 디지털로 변환하고, 이후, 상기 제2 단계의 제2 과정에서는 상기 파형 데이터와 2차 함수 데이터를 합성하여 이를 아날로그로 신호로 변환한다.

이에 대해서 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 도금전원 제어장치의 전원 제어부(220)는 사전에 2차 함수 데이터를 저장하고 있으며, 2차 함수 데이터를 아날로그로 신호로 변환시켜 출력하는데, 즉, 전원 제어부(220)는 사전에 2차 함수 데이터를 저장하고 있으며, 전류파형 발생을 제어하고, 이후 입력되는 전류파형을 A/D 변환부(223)가 디지털로 변환하며, 이 파형 데이터와 2차 함수 데이터를 중앙처리장치(221)가 합성하며, 이 합성 데이터를 D/A변환부(224)에서 아날로그로 신호로 변환시켜 출력스위칭부(225)로 출력한다.

도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 상기 전원 제어부(220)의 중앙제어장치(221)는 전류파형 발생을 제어하고, 입력되는 파형 데이터와 사전에 저장된 2차 함수 데이터를 합성하여 이 합성된 데이타의 저장을 제어하고, 이 합성 데이터의 출력을 제어한다.

그 다음, 제3 단계(S55)에서는 상기 아날로그 신호의 출력을 사전에 설정된 스위칭 시간(ST) 간격으로 스위칭시키는데, 이는 출력스위칭부(225)는 상기 중앙처리장치(221)의 제어에 따라, 상기 D/A 변환부(224)로부터의 아날로그 신호의 출력을 스위칭한다. 즉, 아날로그 신호의 출력을 사전에 설정된 스위칭 시간(ST) 간격으로 스위칭시키며, 이 경우는 도 5b에 도시한 바와 같이, 2차 함수적으로 시간에 따라 상승하는 도금전류가 공급된다. 여기서, 스위칭 시간(ST)은 도 5b 및 도 5c에 도시한 통전 시간(t1-t2,t3-t4,...)과 불통시간(t2-t3,t4-t5,...)을 의미하며, 이러한 스위칭 시간은 사전에 설정되며, 통전 시간과 불통시간은 동일할 수도 있고, 서로 다르게 설정할 수도 있다.

도 3 및 도 4를 참조하여 보다 자세하게 설명하면, 아날로그 신호의 출력을 사전에 설정된 스위칭 시간(ST) 간격으로 스위칭시키고, 즉, 2차 함수 데이터와 파형데이타가 합성된 데이터를 출력스위칭부(225)가 중앙처리장치(221)의 스위칭 시간(ST)에 따라 스위칭한다.

한편, 본 발명의 메모리(222)는 2차 함수 데이터, 전류파형 데이터, 2차 함수 데이터와 전류파형 데이터와의 합성 데이터를 포함하여 도금 관련 데이터를 저장하고 있다.

그 다음, 제4 단계(S57-S59)에서는 상기 제3 단계에 의한 아날로그 신호에 따라, 도금전류의 통전율 제어하는데, 도 3을 참조하면, 상기 전류 통전 제어부(250)는 상기 전원 제어부(220)로부터 제공되는 아날로그 신호에 따라 전원공급부(40)의 전류를 도 5b 또는 도 5c에 도시한 바와 같은 아날로그 도금전류로 만들어 도금장치(30)로 공급한다. 이 경우는 도 5c에 도시한 바와 같이, 2차 함수적으로 시간에 따라 상승하는 도금전류가 공급되는데, 여기에서는 2차 함수적으로 상승하는 곡선에서 파형이 형성되어 있음을 알 수 있는데, 이 파형은 펄스파형, 삼각파형 등이나 이들 파형이 변형된 파형이 사용될 수 있다.

상술한 바에 따르면, 본 발명에서는 2차 함수적으로 상승하도록 통전 전류를 제어함과 동시에 통전시간 동안에도 펄스파형을 합성하여 통전 전류를 보다 미세하게 제어할 수 있게 되는 것이다.

다른 한편, 본 발명의 중앙처리장치(221)는 제어상태 정보 및 파형에 대한 화면 출력을 상태/파형 표시부(240)를 통해 출력하여, 현재 제어상태 정보 및 파형을 확인할 수 있게 된다.

전술한 바와 같은 본 발명이 적용되는 도금전원 제어장치는 전원제어기, 전압 제어기 및 전류 제어기 등을 포함할 수 있고, 또한, 본 발명은 웨이퍼 도금장치 뿐만 아니라, 웨이퍼가 아니더라도 도금을 위해 도금전원을 필요로 하는 장치에 적용될 수 잇다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 웨이퍼 표면에 도전성 물질로 전극을 도금시키기 위해서, 시간축에서 2차 함수적으로 연속해서 변하는 도금 전류의 공급을 제어하고, 또한, 이러한 도금 전류의 통전율을 미세하게 제어함으로서, 도금전류의 밀도 및 농도를 정밀하게 제어할 수 있고, 이에 따라 전류 효율을 향상시킬 수 있으며, 미세한 전극 도금을 실현할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상의 설명은 본 발명의 구체적인 실시 예에 대한 설명에 불과하고, 본 발명은 이러한 구체적인 실시 예에 한정되지 않으며, 또한, 본 발명에 대한 상술한 구체적인 실시 예로부터 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

Claims

웨어퍼 표면에 전극을 도금하기 위한 도금장치(30)에 도금전원 공급을 제어하는 도금전원 제어장치(200)에 있어서,

사전에 2차 함수 데이터를 저장하고 있으며, 2차 함수 데이터를 아날로그로 신호로 변환시켜 출력하며, 이와 동시에 아날로그 신호의 출력을 사전에 설정된 스위칭 시간(ST) 간격으로 스위칭시키는 전원 제어부(220);

상기 전원 제어부(220)로부터의 아날로그 신호에 따라, 전원공급부(40)에 의한 전류의 통전율을 제어하여 출력하는 전류통전 제어부(250);

를 구비함을 특징으로 하는 2차 함수를 이용한 도금전원 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 2차 함수 데이터는

하기 수학식, 즉

에 따라 시간(t)에 따른 통전 전류(Ip) 데이터를 의미하며,

상기 A,B 및 C는 사전에 설정되는 상수임을 특징으로 하는 2차 함수를 이용한 도금전원 제어장치.
웨어퍼 표면에 전극을 도금하기 위한 도금장치(30)에 도금전원 공급을 제어하는 도금전원 제어장치(200)에 있어서,

사전에 2차 함수 데이터를 저장하고 있으며, 전류파형 발생을 제어하고, 입력되는 파형 데이터와 2차 함수 데이터를 합성하며, 이 합성 데이터를 아날로그로 신호로 변환시켜 출력하며, 이와 동시에 아날로그 신호의 출력을 사전에 설정된 스위칭 시간(ST) 간격으로 스위칭시키고, 제어상태 정보 및 파형에 대한 화면 출력을 제어하는 전원 제어부(220);

상기 전원 제어부(220)의 제어에 따라, 사전에 설정된 형태의 파형을 발생하는 도금전류 파형 발생부(230); 및

상기 전원 제어부(220)의 제어에 따라, 제어상태 정보 및 파형을 화면으로 표시하는 상태/파형 표시부(240);

상기 전원 제어부(220)로부터의 아날로그 신호에 따라, 전원공급부(40)에 의한 전류의 통전 및 통전율을 제어하여 출력하는 전류통전 제어부(250);

를 구비함을 특징으로 하는 2차 함수를 이용한 도금전원 제어장치.
제3항에 있어서, 상기 전원 제어부(220)는

전류파형 발생을 제어하고, 입력되는 파형 데이터와 사전에 저장된 2차 함수 데이터를 합성하여 이 합성된 데이타의 저장을 제어하고, 이 합성 데이터의 출력을 제어함과 동시에 이 합성 데이터의 출력에 대해 사전에 설정된 스위칭 시간(ST)에 따라 스위칭을 제어하며, 제어상태 정보 및 파형에 대한 화면 출력을 제어하는 중앙제어장치(221);

2차 함수 데이터, 전류파형 데이터, 2차 함수 데이터와 전류파형 데이터와의 합성 데이터를 포함하여 도금 관련 데이터를 저장하는 메모리(222);

상기 합성 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환부(224);

입력되는 파형신호를 디지털 데이터로 변환하는 A/D 변환부(223);

상기 중앙처리장치(221)의 제어에 따라, 상기 D/A 변환부(224)로부터의 아날로그 신호의 출력을 스위칭하는 출력스위칭부(225);

를 포함함을 특징으로 하는 2차 함수를 이용한 도금전원 제어장치.
제4항에 있어서, 상기 2차 함수 데이터는

하기 수학식, 즉

에 따라 시간(t)에 따른 통전 전류(Ip) 데이터를 의미하며,

상기 A,B 및 C는 사전에 설정되는 상수임을 특징으로 하는 2차 함수를 이용한 도금전원 제어장치.
웨어퍼 표면에 전극을 도금하기 위한 도금장치(30)에 도금전원 공급을 제어하는 도금전원 제어방법에 있어서,

사전에 2차 함수 데이터를 설정하는 제1 단계;

상기 2차 함수 데이터를 아날로그로 신호로 변환시는 제2 단계;

상기 아날로그 신호의 출력을 사전에 설정된 스위칭 시간(ST) 간격으로 스위칭시키는 제3 단계; 및

상기 제3 단계에 의한 아날로그 신호에 따라, 도금전류의 통전율 제어하는 제4 단계;

를 구비함을 특징으로 하는 2차 함수를 이용한 도금전원 제어장치.
제6항에 있어서, 상기 제2 단계는

사전에 설정된 형태의 전류파형을 발생시켜 이를 디지털로 변환하는 제1 과정;

상기 파형 데이터와 2차 함수 데이터를 합성하여 이를 아날로그로 신호로 변환시는 제2 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 함수를 이용한 도금전원 제어장치.
제7항에 있어서, 상기 2차 함수 데이터는

하기 수학식, 즉

에 따라 시간(t)에 따른 통전 전류(Ip) 데이터를 의미하며,

상기 A,B 및 C는 사전에 설정되는 상수임을 특징으로 하는 2차 함수를 이용한 도금전원 제어장치.