KR20100077449A - 구동유닛 및 이를 구비하는 웨이퍼 도금장치 - Google Patents

Abstract

웨이퍼의 척킹 및 회전이 보다 간단한 웨이퍼 도금장치가 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 웨이퍼 도금장치는, 전해액이 수용되는 도금챔버, 전해액에 침지된 상태로 양극이 인가되는 타켓 플레이트 및, 웨이퍼를 척킹함과 아울러 회전 구동시키는 구동유닛을 포함하며, 구동부는, 웨이퍼를 선택적으로 척킹하는 척킹부, 척킹부를 회전시키는 회전부 및, 척킹부에 척킹력을 제공하는 공압부를 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 웨이퍼를 척킹 및 회전이 보다 간단하게 구현될 수 있게 된다.

웨이퍼, 도금, 구리막, 구동, 실린더, 공압, 슬립링.

Description

구동유닛 및 이를 구비하는 웨이퍼 도금장치{OPERATION UNIT AND WAFER PLATING APPARATUS HAVING THE SAME}

본 발명은 반도체제조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 웨이퍼를 척킹하여 구동시킬 수 있는 구조가 간략한 구동유닛 및 이를 구비하는 웨이퍼 도금장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체를 구성하는 실리콘 웨이퍼 상에 금속배선을 형성하기 위해, 상기 웨이퍼의 전면에 금속막을 형성하여 이 금속막을 패터닝하게 된다. 이때, 상기 웨이퍼의 전면에 형성되는 금속막은 알루미늄 또는 구리에 의해 형성된다.

이 중, 상기 구리막은 상기 알루미늄막에 비해 녹는점이 높아 전기이동도에 대한 큰 저항력을 가짐으로써, 반도체 소자의 신뢰성 향상에 기여하는 장점을 가진다. 뿐만 아니라, 상기 구리막이 형성된 웨이퍼는 비저항이 낮아 신호전달 속도가 증가되는 이점을 가진다. 그로 인해, 상기 웨이퍼상에 형성되는 금속막은 알루미늄막 대신에 구리막이 일반적으로 주로 채택된다.

현재, 상기 웨이퍼 상에 구리막을 형성하여 이를 패터닝하기 위한 방법으 로는 물리기상증착 또는 화학기상증착이 주로 채용되나, 전기 이동도에 대한 내성이 우수하고 제조비용이 저렴한 화학기상증착 즉, 전기도금이 보다 선호되는 추세이다. 상기 웨이퍼에 대한 구리 전기도금의 원리는, 도금챔버의 전해액 상으로 양극의 구리판과 음극의 웨이퍼를 침지시킨 후 전류를 인가함으로써, 상기 구리판으로부터 구리이온이 분리되어 웨이퍼상에 구리막을 형성시킨다.

한편, 상기와 같은 도금방식에 의해 웨이퍼상에 구리막을 형성시키기 위해서는, 상기 도금챔버 내부에서 상기 웨이퍼를 척킹한 후 이를 승하강 또는 회전 구동시켜야 한다. 이를 위해, 상기 웨이퍼의 후면을 척킹하는 척킹부와, 이 척킹부를 구동시키는 구동부를 구비한다. 여기서, 상기 구동부는 상기 회전모터에 연결되어 회전됨과 아울러, 피스톤장치에 의해 승하강된다. 이때, 상기 피스톤운동에 의해 상기 척킹부가 업/다운되어 상기 웨이퍼를 척킹한다.

그런데, 상기와 같은 구성에 의하면, 상기 피스톤운동과 회전력 발생 사이의 간섭을 배제하기 위해, 상기 회전모터의 회전력이 벨트와 같은 동력전달수단에 의해 척의 회전축 상으로 전달된다. 그로 인해, 상기 구동유닛의 구조가 매우 복잡해지는 문제점이 야기된다. 또한, 상기 척킹부의 승하강 및 회전 구동으로 인해 각종 신호라인들이 꼬이는 문제점도 야기된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 웨이퍼의 척킹 및 구동의 위한 구조가 간단한 웨이퍼 도금장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 척킹된 웨이퍼를 회전시켜도 각종 신호라인들이 꼬이지 않는 웨이퍼 도금장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 웨이퍼 도금장치는, 도금챔버, 타켓 플레이트 및 구동유닛을 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 도금챔버는 전해액이 수용되며, 상기 타켓 플레이트는 상기 전해액에 침지된 상태로 양극이 인가됨으로써 금속이온을 발생시킨다. 상기 구동유닛은 상기 웨이퍼를 척킹함과 아울러 회전 구동시킨다.

이러한 구동유닛은, 상기 웨이퍼를 선택적으로 척킹하는 척킹부, 상기 척킹부를 회전시키는 회전부 및, 상기 척킹부에 척킹력을 제공하는 공압부를 포함한다.

상기 척킹부는, 상기 웨이퍼가 선택적으로 안착되는 제 1 척킹부재 및, 상기 공압실린더에 의해 상기 제 1 척킹부재 측으로 선택적으로 밀착됨으로써, 상기 제 1 척킹부재 측에 상기 웨이퍼를 압착시키는 제 2 척킹부재를 포함한다.

또한, 상기 회전부는 상기 척킹부의 회전축과 연결되는 회전모터를 포함하며, 상기 공압부는 상기 회전축과 연결되어 이를 승하강시키는 연결체가 내장된 공압실린더를 포함한다. 또한, 상기 회전축 상에는 전원을 상기 회전모터로 공급하기 위한 전원라인, 공압을 상기 공압실린더로 공급하기 위한 공압라인 및, 상기 척킹부에 척킹된 웨이퍼로 음극을 인가시키기 위한 음극라인이 형성된다. 이러한 전원라인, 공압라인 및 음극라인은 외부의 전원공급부, 공압공급부 및 음극공급부와 각각 연결되는 복수의 슬립링이 상기 회전축 상에 마련됨으로써, 상기 회전축의 회전에도 라인의 꼬임이 야기되지 않는다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 웨이퍼 도금장치의 구동유닛은, 도금될 웨이퍼를 척킹함과 아울러 회전 구동시키는 웨이퍼 도금장치의 구동유닛에 있어서, 상기 구동유닛은, 상기 웨이퍼를 선택적으로 지지하는 척킹부, 상기 웨이퍼를 회전시키는 회전모터, 상기 척킹부에 상기 웨이퍼를 선택적으로 압착하여 척킹하기 위한 공압력을 제공하는 공압실린더 및, 상기 공압실린더와 회전모터에 각각 공압과 전원을 공급하는 공압발생부와 전원발생부와 연결되는 복수의 슬립링을 포함한다. 여기서, 상기 복수의 슬립링 중 적어도 하나는 상기 척킹부에 척킹되는 웨이퍼에 음극을 인가시키기 위한 음극라인과 연결될 수 있음은 당연하다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 우선, 공압력 제어에 의해 웨이퍼를 척킹할 수 있어, 웨이퍼의 척킹구조가 기존의 피스톤방식에 비해 보다 용이해진다. 아울러, 웨이퍼를 척킹하여 회전시키는 척킹부의 회전축상에 회전모터가 설치되어도 공압력 전달이 척킹부 측으로 용이하게 전달될 수 있어, 구조가 보다 간략해진다.

또한, 구동유닛의 전원라인, 공압라인 및, 웨이퍼와 통전되는 음극라인 등과 같은 각종 신호라인들이 복수의 슬립링을 통해 외부의 전원공급부, 공압공급부 및 음극공급부 등과 연결됨으로써, 웨이퍼 도금공정 중 회전축이 회전되더라도 라인들의 꼬임이 야기되지 않는다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 도금장치(1)는 도금챔버(10), 타켓 플레이트(20) 및 구동유닛(30)을 포함한다.

상기 도금챔버(10)는 도금될 웨이퍼(W)가 침지되는 전해액(S)이 수용된다. 이러한 도금챔버(10)는 상기 웨이퍼(W)의 출입을 위한 개방된 출입구(11)를 구비한다. 상기 도금챔버(10)의 내부에서는 양극과 음극의 인가에 의한 산화 및 환원반응으로 웨이퍼(W)를 도금시키는 화학기상증착 즉, 전기도금방식을 통해 웨이퍼(W)의 전면을 도금시킨다.

상기 타켓 플레이트(20)는 상기 전해액(S)에 침지된 웨이퍼(W)를 도금시키기 위한 금속이온을 제공하는 타켓부재이다. 본 실시예에서는 상기 타켓 플레이트(20)가 구리이온을 전해액(S) 상으로 공급하는 구리 플레이트인 것으로 예시하며, 이에 대응하여 상기 전해액(S)은 구리이온을 웨이퍼(W)로 전달할 수 있는 황산구리액인 것으로 예시한다.

이러한 타켓 플레이트(20)는 양극공급부(21)와 연결된 양극인가체(22)와 접촉된 상태로 전해액(S)에 침지됨으로써, 상기 타켓 플레이트(20)로부터 산화반응에 의해 구리이온이 분리되어 전해액(S)상으로 공급된다. 이렇게 전해액(S) 상으로 분 리된 구리이온은 음극이 인가되는 상태로 전해액(S)으로 침지된 웨이퍼(W)의 표면에서 환원됨으로써, 상기 웨이퍼(W)에 구리막이 도금된다. 이때, 상기 웨이퍼(W)에 인가되는 음극은 외부의 음극공급부(35)로부터 공급되어 인가되며, 이러한 기술구성은 후술할 공압부(42)의 기술구성과 함께 보다 자세히 후술토록 한다.

상기 구동유닛(30)은 상기 웨이퍼(W)를 상기 도금챔버(10)의 내부로 출입시키거나, 전해액(S)에 침지된 상태로 회전시킨다. 이를 위해, 본 발명에 의한 구동유닛(30)은 척킹부(31), 회전부(37) 및 공압부(42)를 포함한다.

상기 척킹부(31)는 상기 도금챔버(10)에서 도금되는 웨이퍼(W)가 유동되지 않도록 척킹한다. 이러한 척킹부(31)는 제 1 및 제 2 척킹부재(32)(34)로 구분되어, 웨이퍼(W)를 선택적으로 척킹한다. 여기서, 상기 제 1 척킹부재(32)에는 상기 웨이퍼(W)가 안착되는 안착홈(33)이 형성되며, 도 2의 도시와 같이 상기 제 1 척킹부재(32) 측으로 제 2 척킹부재(34)가 밀착될 때 공압력에 의해 상기 안착홈(33)에 웨이퍼(W)가 밀착되어 척킹될 수 있게 된다. 이러한 척킹부(31)의 기술구성은 후술할 공압부(42)의 기술구성과 함께 보다 자세히 설명토록 한다.

상기 회전부(37)는 상기 척킹부(31)에 척킹된 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 이러한 회전부(37)는 상기 척킹부(31)의 회전중심을 제공하는 회전축(38)과, 상기 회전축(38)에 회전력을 제공하는 회전모터(39)를 포함한다. 상기 회전모터(39)는 상기 회전축(38) 상에 설치되어, 상기 회전축(38)을 회전시킨다. 또한, 상기 회전모터(39)는 전원공급부(40)로부터 공급되는 전원에 의해 회전된다. 이를 위해, 상기 회전축(38)에는 상기 전원공급부(40)와 회전모터(39)를 연결시키는 전원라인(41)이 형성된다.

상기 공압부(42)는 상기 척킹부(31)의 웨이퍼(W)를 척킹시키기 위한 척킹력을 제공한다. 이러한 공압부(42)는 상기 회전축(38) 상에 설치되는 실린더(43)와 이 실린더(43) 내에서 상기 회전축(38)과 연결되는 연결체(44)를 구비한다. 즉, 상기 공압부(42)는 공압실린더로 구성되는 것이다.

여기서, 상기 공압실린더인 공압부(42)는 외부의 공압공급부(45)로부터 공압을 공급받는다. 이를 위해, 상기 전원라인(41)과 마찬가지로, 상기 회전축(38)에는 상기 공압공급부(45)와 연결체(44)를 연결시키는 공압라인(46)이 형성된다. 이때, 상기 연결체(44)에 의해 가동되어 제 2 척킹부재(34)가 제 1 척킹부재(32)측으로 밀착됨으로써, 상기 제 1 척킹부재(32)에 안착되는 웨이퍼(W)가 제 1 척킹부재(32)에 압착되어 척킹된다.

한편, 상기 회전축(38)의 하단에는 복수의 슬립링(47)이 마련되며, 이 복수의 슬립링(47)들은 상술한 음극공급부(35), 전원공급부(40) 및 공압공급부(45)와 연결된다. 그로 인해, 상기 회전축(38)이 회전되어도, 상기 음극공급부(35), 전원공급부(40) 및 공압공급부(45)와 각각 연결된 음극라인(36), 전원라인(41) 및 공압라인(46)들이 꼬임 없이, 음극공급부(35), 전원공급부(40) 및 공압공급부(45)와의 연결된 상태를 유지할 수 있게 된다.

참고로, 본 실시예에서는 상기 복수의 슬립링(47)을 통해 음극라인(36), 전원라인(41) 및 공압라인(46)이 연결되는 것으로 설명 및 예시하였으나, 이를 꼭 한정하는 것은 아니다. 즉, 상기 복수의 슬립링(47)에 도시되지 않은 센싱수단과 연 결되는 센서라인, 콘트롤러와 연결되는 제어라인 등과 같은 다양한 신호라인들이 연결될 수 있음은 당연하다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 웨이퍼 도금장치(1)의 동작을 첨부된 도 1 및 도 2를 참고하여 설명한다.

도 1을 참고하면, 상기 웨이퍼(W)가 제 1 척킹부재(32)의 안착홈(33)에 안착될 수 있도록 구동유닛(30)이 도금챔버(10)의 외부에서 대기한다. 이때, 상기 웨이퍼(W)는 도시되지 않은 이송수단에 의해 상기 안착홈(33)에 안착될 수 있도록 이송되어 위치한다.

상기 웨이퍼(W)가 상기 안착홈(33)에 위치하게 되면, 상기 공압공급부(45)로부터 공급되어 공압라인(46)을 통해 연결체(44)로 공급되는 공압력에 의해 제 2 척킹부재(34)가 제 1 척킹부재(32)로 밀착된다. 그로 인해, 상기 안착홈(33)에 안착되어 있던 웨이퍼(W)가 상기 제 1 척킹부재(32)의 안착홈(33)에 대해 압착됨으로써, 최종 척킹된다.

이렇게 웨이퍼(W)가 제 1 척킹부재(32)에 척킹되면, 상기 구동유닛(30)은 도시되지 않은 승하강수단에 의해 하강되어 도 2의 도시와 같이, 도금챔버(10)의 출입구(11)를 통해 도금챔버(10)의 전해액(S)에 웨이퍼(W)가 침지될 수 있도록 진입한다. 이때, 상기 척킹된 웨이퍼(W)에는 음극공급부(35)와 연결된 음극라인(36)을 통해 음극이 인가된 상태이다.

상기 도금챔버(10)의 전해액(S)에 웨이퍼(W)가 침지되어 음극이 인가되면, 상기 전원라인(41)을 통해 공급된 전원에 의해 발생된 회전모터(39)의 회전력에 의 해, 상기 척킹부(31)에 척킹된 웨이퍼(W)가 회전된다. 참고로, 상기 전해액(S)에 침지된 웨이퍼(W)는 양극공급부(21)와 연결된 양극인가체(22)와 접촉됨으로써 양극화된 타켓 플레이트(20)와 마주한 상태이다.

그로 인해, 상기 타켓 플레이트(20)로부터 분리된 구리이온은 전해액(S)에 의해 웨이퍼(W)로 이송되며, 이 구리이온은 음극화된 웨이퍼(W)의 표면에서 환원되어 구리막을 형성시키게 된다. 즉, 상기 웨이퍼(W)가 전해액(S)에 침지된 상태로 회전되면서 도금되는 것이다.

여기서, 상기 웨이퍼(W)를 회전시키기 위해, 상기 회전축(38)이 회전모터(39)에 의해 회전되어도, 상기 회전축(38)에 형성되는 음극라인(36), 전원라인(41) 및 공압라인(46)들은 회전축(38)에 마련된 슬립링(47)들을 통해 음극공급부(35), 전원공급부(40) 및 공압공급부(45)와 연결되므로, 라인의 꼬임이 야기되지 않는다.

상기와 같이 도금된 웨이퍼(W)는 다시 도시되지 않은 승하강수단에 의해 원위치로 승강되어 구동유닛(30)으로부터 분리됨으로써, 다음 단계를 위해 이송된다. 이때, 상기 구동유닛(30)으로부터 웨이퍼(W)를 분리시키는 공정은 상기 공압부(42)가 상기 제 2 척킹부재(34)를 제 1 척킹부재(32)와 밀착된 상태를 해제시킴으로써, 구현된다. 참고로, 상기 도금챔버(10)로부터 벗어난 웨이퍼(W)는 에지비드가 제거됨과 아울러 세정되는 다음의 공정 진행을 위해 도금챔버(10)를 벗어난다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영 역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 웨이퍼 도금장치를 개략적으로 도시한 구성도, 그리고,

도 2는 웨이퍼가 도금되는 상태를 개략적으로 도시한 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1: 웨이퍼 도금장치 10: 도금챔버

20: 타켓 플레이트 30: 구동유닛

31: 척킹부 37: 회전부

42: 공압부 47: 슬립링

Claims (7)

1. 전해액이 수용되는 도금챔버;

   상기 전해액에 침지된 상태로 양극이 인가되는 타켓 플레이트; 및

   상기 웨이퍼를 척킹함과 아울러 회전 구동시키는 구동유닛;

   을 포함하며,

   상기 구동부는,

   상기 웨이퍼를 선택적으로 척킹하는 척킹부;

   상기 척킹부를 회전시키는 회전부; 및

   상기 척킹부에 척킹력을 제공하는 공압부;

   를 포함하는 웨이퍼 도금장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전부는 상기 척킹부의 회전축과 연결되는 회전모터를 포함하며,

   상기 공압부는 상기 회전축과 연결되어 이를 승하강시키는 연결체가 내장된 공압실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 도금장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 회전축 상에는 전원을 상기 회전모터로 공급하기 위한 전원라인, 공압을 상기 공압실린더로 공급하기 위한 공압라인 및, 상기 척킹부에 척킹된 웨이퍼로 음극을 인가시키기 위한 음극라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 도금장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 전원라인, 공압라인 및 음극라인은 외부의 전원공급부, 공압공급부 및 음극공급부와 각각 연결되는 복수의 슬립링이 상기 회전축 상에 마련되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 도금장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 척킹부는,

   상기 웨이퍼가 선택적으로 안착되는 제 1 척킹부재; 및

   상기 공압실린더에 의해 상기 제 1 척킹부재 측으로 선택적으로 밀착됨으로써, 상기 제 1 척킹부재 측에 상기 웨이퍼를 압착시키는 제 2 척킹부재;

   를 포함하는 웨이퍼 도금장치.
6. 도금될 웨이퍼를 척킹함과 아울러 회전 구동시키는 웨이퍼 도금장치의 구동유닛에 있어서,

   상기 구동유닛은,

   상기 웨이퍼를 선택적으로 지지하는 척킹부;

   상기 웨이퍼를 회전시키는 회전모터;

   상기 척킹부에 상기 웨이퍼를 선택적으로 압착하여 척킹하기 위한 공압력을 제공하는 공압실린더; 및

   상기 공압실린더와 회전모터에 각각 공압과 전원을 공급하는 공압발생부와 전원발생부와 연결되는 복수의 슬립링;

   을 포함하는 웨이퍼 도금장치의 구동유닛.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 슬립링 중 적어도 하나는 상기 척킹부에 척킹되는 웨이퍼에 음극을 인가시키기 위한 음극라인과 연결되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 도금장치의 구동유닛.

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