KR20140086418A - 전해도금 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전해도금 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아노드와 캐소드 사이의 극간거리를 축소시켜 도금두께 편차를 개선할 수 있도록 한 전행동도금 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 지그와 기판이 고정된 캐소드; 상기 캐소드에 고정된 기판으로 도금액을 분사하는 노즐파이프; 상기 노즐파이프가 끼워지는 끼움홀이 형성되며, 상기 끼움홀의 양측으로 아노드 삽입부가 형성된 아노드케이스; 상기 아노드케이스의 아노드 삽입부에 끼워지는 아노드; 그리고 상기 아노드 삽입부에 밀착설치되어 상기 아노드로부터 발생되는 수소가스를 차단하는 격막; 을 포함할 수 있다.

Description

전해도금 장치{Electro Plating Device}

본 발명은 전해도금 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아노드와 캐소드 사이의 극간거리를 축소시켜 도금두께 편차를 개선할 수 있도록 한 전행동도금 장치에 관한 것이다.

일반적으로, TAB(Tape Automated Bonding)나 플립 칩에서는, 배선이 형성된 반도체칩의 표면의 기설정된 부분(전극)에 금, 구리, 땜납, 또는 니켈, 나아가 이들을 다층으로 적층한 돌기형상 접속 전극을 형성하고, 이 전극을 거쳐 패키지의 전극이나 TAB 전극과 전기적으로 접속하는 것이 널리 행하여지고 있다.

이 전극 형성방법으로서는, 전기도금법, 증착법, 인쇄법, 볼 범프법이라는 여러가지 방법이 있으나, 반도체칩의 I/O 수의 증가, 피치의 미세화에 따라 미세화 가능하고 성능이 비교적 안정되어 있는 전기도금법이 많이 사용되고 있다.

전기도금법에 의하면, 고순도의 금속막(도금막)이 용이하게 얻어지고, 또한 금속막의 성막속도가 비교적 빠를 뿐만 아니라, 금속막의 두께의 제어도 비교적 용이하게 행할 수 있다.

또한, 반도체 웨이퍼상에 대한 금속막 형성에서, 고밀도 실장, 고성능화 및 높은 수율을 추구하기 때문에, 막 두께의 면내 균일성도 엄격하게 요구되고 있다.

전기도금에 의하면, 도금액의 금속이온 공급 속도 분포나 전위 분포를 균일하게 함으로써, 막 두께의 면내 균일성이 우수한 금속막을 얻을 수 있다고 기대되고 있다.

이른바 딥 방식을 채용한 도금장치로서, 내부에 도금액을 보유하는 도금조를 가지고, 도금조의 내부에, 기판 홀더에 둘레 가장자리부를 수밀적으로 밀봉하여 유지한 기판(피도금체)과 아노드 홀더에 유지한 아노드를 서로 대향시켜 수직으로 배치하고, 아노드와 기판과의 사이에 위치하도록 중앙에 구멍이 형성된 유전체로 이루어지는 조정판(레귤레이션 플레이트)을 배치하고, 또한 조정판과 기판과의 사이에 도금액을 교반하는 패들이 배치된 것이 알려져 있다

종래 전해도금 장치는 도금조 내에 도금액을 수용하여, 아노드, 기판 및 조정판을 도금액 중에 침지시키고, 동시에 도선을 거쳐 아노드를 도금 전원의 양극에, 기판을 캐소드의 음극에 각각 접속하고, 아노드와 기판과의 사이에 기설정된 도금 전압을 인가함으로써, 기판의 표면에 금속이 석출되어 금속막(도금막)이 형성된다.

그리고, 도금 시 조정판과 기판과의 사이에 배치된 패들에 의하여 도금액을 교반함으로써 충분한 양의 이온을 기판에 균일하게 공급하여 더욱 균일한 막 두께의 금속막을 형성하도록 하고 있다.

그러나, 종래 전해도금 장치는 아노드와 캐소드 사이에 배치된 격막이 불용성 아노드를 사용할 경우 전류가 인가되면 아노드 주변에 수소 가스가 발생하게 되어 도금액 첨가제와의 반응을 통해 첨가제 소모가 급격히 빨라지게 된다.

이렇게 도금액 첨가제의 소모가 빨라지게 되면, 기판 표면에 도금 품질 불량이 발생하게 되지만, 현재로서는 아노드 주변에서 발생되는 수소가스를 기판 표면으로 이동되지 않도록 하는 구조가 제안되지 않고 있다.

또한, 종래 전해도금 장치는 아노드와 캐소드의 극간 거리가 멀어 도금이 진행되는 과정에서 기판 표면에 균일한 도금면이 형성되지 못하여 도금불량이 발생되는 문제점이 있다.

즉, 종래 도금장치는 기판이 고정된 캐소드에서 아노드가 소정거리 이격된 위치에 배치되고, 캐소드와 아노드 사이에 도금액을 분사하는 노즐파이프가 설치되어 있어 아노드를 캐소드와 인접하게 배치하는데 한계가 있다.

따라서, 이러한 한계성으로 인해 도금 두께 편차를 효과적으로 개선하지 못하고 있는 실정이다.

인용문헌: 대한민국특허공개 제 2009-0058466호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 아노드와 캐소드의 극간거리를 최소화시켜 도금두께 편차를 개선할 수 있도록 한 전해동도금 장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 도금이 진행되는 과정에서 발생되는 수소 가스가 기판 표면을 향하여 이동되지 않도록 함으로써 수소 가스에 의한 산포 발생을 억제시켜 도금 불량을 예방할 수 있도록 하는데 있다.

이와 같은 목적을 효과적으로 달성하기 위해 본 발명은, 지그와 기판이 고정된 캐소드; 상기 캐소드에 고정된 기판으로 도금액을 분사하는 노즐파이프; 상기 노즐파이프가 끼워지는 끼움홀이 형성되며, 상기 끼움홀의 양측으로 아노드 삽입부가 형성된 아노드케이스; 상기 아노드케이스의 아노드 삽입부에 끼워지는 아노드; 그리고 상기 아노드 삽입부에 밀착설치되어 상기 아노드로부터 발생되는 수소가스를 차단하는 격막; 을 포함할 수 있다.

상기 아노드 삽입부는 삽입된 아노드의 전면이 노출되도록 개구부가 형성될 수 있으며, 상기 개구부는 아노드 삽입부의 길이방향을 따라 연속적으로 형성된 다수개의 통공으로 구성될 수 있다.

또한 상기 개구부는 아노드 삽입부의 길이방향을 따라 형성된 통공일 수 있다.

그리고, 상기 아노드케이스는 상부가 개구되며, 개구된 상부를 통해 아노드에서 발생된 가스가 배출되도록 구성될 수 있다.

또한 상기 격막은 아노드에서 발생되는 전압이 통과하도록 미세통공이 형성될 수 있으며, 상기 격막은 격막 고정블럭을 통해 상기 아노드 삽입부와 밀착될 수 있다. 상기 격막 고정블럭은 중앙부위에 관통홀이 형성될 수 있다.

또한 상기 격막은 아노드삽입부에 각각 밀착되도록 분할 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전해도금 장치는 아노드와 캐소드의 극간거리를 최소화시켜 도금두께 편차를 개선할 수 있게 됨에 따라, 기판 표면에 균일한 도금두께를 형성하여 도금불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 도금이 진행되는 과정에서 발생되는 수소 가스가 기판 표면을 향하여 이동되지 않도록 함으로써 수소 가스에 의한 산포 발생을 억제시켜 도금 불량을 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전해도금 장치의 구성요소 중 아노드와 노즐 파이프의 배치 상태를 보인 분해사시도.
도 2는 도 1이 결합된 상태를 보인 부분 단면도.
도 3은 도 1이 결합된 후 전해도금 장치에 병렬 배치된 상태를 보인 예시도.
조 4는 본 발명의 실시예에 따른 아노드와 캐소드의 극간 거리 축소를 통해 도금된 상태를 보인 시뮬레이션 결과도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전해도금 장치의 구성요소 중 아노드와 노즐 파이프의 배치 상태를 보인 분해사시도이고, 도 2는 도 1이 결합된 상태를 보인 부분 단면도이며, 도 3은 도 1이 결합된 후 전해도금 장치에 병렬 배치된 상태를 보인 예시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 아노드와 캐소드의 극간 거리 축소를 통해 도금된 상태를 보인 시뮬레이션 결과도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전해도금 장치(100)는 도금조(80) 내에 침지되는 기판(20)과 지그(미도시)가 고정된 캐소드(10)와 캐소드(10)에 고정된 기판(20) 표면으로 도금액을 분사하는 노즐파이프(30)와 노즐파이프(30)가 끼워지며 아노드 삽입부(44)가 구성된 아노드케이스(40)와 아노드 삽입부(44)에 끼워지는 아노드(50)와 아노드 삽입부(44)에 밀착 설치되는 격막(60)을 포함할 수 있다.

캐소드(10)는 음의 전압을 인가받아 도금반응을 일으키며, 선단에 기판(20)과 지그(미도시)가 설치되어 있다. 기판(20)과 지그는 캐소드(10)의 양측에 각각 설치될 수 있다. 즉, 기판(20)과 지그는 캐소드(10)를 중심으로 양측에 설치될 수 있으며, 캐소드(10)의 설치 수량에 따라 각각 대응하며 설치될 수 있다.

캐소드(10)와 소정거리 이격된 위치에는 캐소드(10)와 아노드(50)와의 극간거리를 최소화시킬 수 있으면서 기판(20) 표면에 균일한 도금 분포가 이루어질 수 있도록 노즐파이프(30) 및 아노드(50)가 설치될 수 있다.

노즐파이프(30)는 다수의 노즐(32)이 파이프(34)에 소정간격 이격된 상태로 연결된 것으로, 파이프(34)의 선단은 차단되어 있으며 반대편은 도금액이 파이프(34)에 공급될 수 있도록 개구되어 있다.

이러한 노즐파이프(30)는 아노드케이스(40)에 끼워진 상태에서 도금액을 기판(20)을 향해 분사하게 된다.

아노드케이스(40)에는 노즐파이프(30)가 결합되는 끼움홀(42)과, 끼움홀(42)의 양측으로 아노드 삽입부(44)가 형성되어 있다.

끼움홀(42)은 노즐(32)만이 끼워지도록 노즐(32)의 외경과 대응하는 크기로 천공되거나 노즐파이프(30) 전체가 끼워질 수 있는 크기로 형성될 수 있다.

끼움홀(42)의 양측에 형성된 아노드 삽입부(44)는 상부가 개구된 박스형으로 구성될 수 있으며, 전면에 개구부(44a)가 형성될 수 있다.

개구부(44a)는 도면에는 도시하지 않았지만 아노드 삽입부(44)의 길이방향을 따라 소정간격 이격된 상태로 천공된 다수의 통공으로 구성될 수 있다.

또한 개구부(44a)는 아노드 삽입부(44)의 길이방향을 따라 천공된 통공으로 구성될 수 있다.

개구부(44a)의 형상은 아노드 삽입부(44)에 결합되는 아노드(50)의 크기와 모양 또는 아노드 삽입부(44)의 설계 사항에 따라 선택적으로 달라질 수 있다.

또한 아노드 삽입부(44)에는 양의 전압을 인가받아 도금 반응을 일으키는 아노드(50)가 삽입된다. 아노드(50)는 아노드 삽입부(44)의 개구된 상부를 통해 끼워진다.

그리고, 아노드 삽입부(44)의 전면에는 아노드(50)와 캐소드(10) 사이의 화학 반응에 따라 발생되는 수소가스를 차단하도록 격막(60)이 밀착 설치된다.

격막(60)은 수소가스는 차단하면서 아노드(50)로부터 발생되는 전류의 흐름을 차단하지 않는 미세통공(62)이 형성될 수 있다. 격막(60)은 그 두께가 얇은 소재로서 제조될 수 있으며, 각각의 아노드 삽입부(44)에 밀착되도록 각각 분할구성될 수 있다.

이러한 격막(60)은 격막 고정블럭(70)을 통해 아노드 삽입부(44)의 전면에 밀착될 수 있다. 격막 고정블럭(70)은 중앙부위에 관통홀(72)이 형성되어 있어서, 아노드(50)의 전류 흐름을 간섭하지 않게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 전해도금 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

캐소드(10)에 설치된 기판(20) 표면으로 전해도금이 진행될 경우에는 도금액이 노즐파이프의 노즐(32)을 통해 분사되기 시작한다.

이때, 아노드(50)와 캐소드(10)는 전원을 공급받아 도금조(80) 내에서 화학 반응하게 된다. 화학 반응 시 아노드(50)는 전해도금액과의 반응으로 아노드(50)의 표면에서 수소가스를 발생하게 된다.

이렇게 발생된 수소가스는 격막(60)을 통해 기판(20)이 위치된 방향으로 이동하지 못하고 아노드 삽입부(44)의 개구된 상부를 통해 배출된다.

또한 캐소드(10)와 화학 반응하는 아노드(50)의 전류는 미세통공(62)이 형성된 격막을 통과하여 캐소드(10)와 전기적으로 반응하게 된다.

따라서, 본 발명의 전해도금 장치는 도금액을 분사하는 노즐파이프(30)의 위치가 기판(20) 표면과 밀접한 거리를 유지할 수 있으면서도 아노드(50)와 캐소드 (10)사이의 극간 거리는 최소화시킬 수 있게 된다.

이에 따라, 아노드(50)와 캐소드(10)는 원할한 전류의 흐름을 가질 수 있으며, 이를 통해 기판(20) 표면에 균일한 도금층을 형성할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 실시예에 따른 전해도금 장치에 대해 설명하였으나 본 발명은 이에 한정하지 아니하며 당업자라면 그 응용과 변형이 가능함은 물론이다.

10: 캐소드 20: 기판
30: 노즐파이프 32: 노즐
34: 파이프 40: 아노드케이스
42: 끼움홀 44: 아노드삽입부
44a: 개구부 50: 아노드
60: 격막 62: 미세통공
70: 격막고정블럭 72: 관통홀
80: 도금조 100: 전해도금 장치

Claims (9)

1. 지그와 기판이 고정된 캐소드;
   상기 캐소드에 고정된 기판으로 도금액을 분사하는 노즐파이프;
   상기 노즐파이프가 끼워지는 끼움홀이 형성되며, 상기 끼움홀의 양측으로 아노드 삽입부가 형성된 아노드케이스;
   상기 아노드케이스의 아노드 삽입부에 끼워지는 아노드; 그리고
   상기 아노드 삽입부에 밀착설치되어 상기 아노드로부터 발생되는 수소가스를 차단하는 격막; 을 포함하는 전해도금 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 아노드 삽입부는 삽입된 아노드의 전면이 노출되도록 개구부가 형성된 전해도금 장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 개구부는 아노드 삽입부의 길이방향을 따라 연속적으로 형성된 다수개의 통공인 전해도금 장치.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 개구부는 아노드 삽입부의 길이방향을 따라 형성된 통공인 전해도금 장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 아노드케이스는 상부가 개구되며, 개구된 상부를 통해 아노드에서 발생된 가스가 배출되도록 구성된 전해도금 장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 격막은 아노드에서 발생되는 전류가 통과하도록 미세통공이 형성된 전해도금 장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 격막은 격막 고정블럭을 통해 상기 아노드 삽입부와 밀착되는 전해도금 장치.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 격막 고정블럭은 중앙부위에 관통홀이 형성된 전해도금 장치.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 격막은 아노드 삽입부에 각각 밀착되도록 분할 구성된 전해도금 장치.
   
   
   
   
   

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