KR20160037340A - 제품 표면에 생긴 기포 제거기능을 가진 도금장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도금조 내에 제품을 투입하는 과정에서 아노드와 제품 사이에 형성되는 기포를 제거함으로써 도금품질을 향상시킬 수 있는 구성을 가지는 제품 표면에 생긴 기포 제거기능을 가진 도금장치에 관한 것이다. 그의 구성은; 양극판이 설치되고 전해액이 충전되는 도금조; 상기 도금조 내부에 전해액을 공급하는 전해액 공급부; 상기 도금조 내부에 제품을 공급하기 위한 제품 공급부; 상기 제품을 지면에 수직을 이루는 축을 중심으로 회전시키기 위한 제품 회전부; 상기 양극판과 제품에 직류전원을 공급하는 전원공급부를 포함하되; 상기 도금조에는 일단이 상기 제품의 저부에 위치되며, 타단은 상기 도금조의 측벽을 관통하여 외부에 연장되는 배기관을 더 포함함으로써; 상기 제품과 상기 전해액면 사이에 형성되는 기포가 상기 배기관을 통해 상기 도금조의 외부로 배출되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

제품 표면에 생긴 기포 제거기능을 가진 도금장치{Apparatus For Plating Having Function For Draining Bubble On The Surface Of Work}

본 발명은 웨이퍼와 같은 디스크형 제품의 도금장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도금조 내에 제품을 투입하는 과정에서 양극판과 제품 사이에 형성되는 기포를 제거함으로써 도금품질을 향상시킬 수 있는 구성을 가지는 제품 표면에 생긴 기포 제거기능을 가진 도금장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체를 구성하는 실리콘 웨이퍼 상에 금속배선을 형성하기 위해 도금이 행해진다. 웨이퍼는 얇은 원판 형태로 되어 있으며 도금조 내에 투입된 상태에서 고속 회전되면서 전해액과 접촉하면서 도금이 이루어지게 된다.

웨이퍼에 대한 도금의 원리는, 도금조 내에 충전된 전해액에 양극의 금속판과 음극의 웨이퍼를 침지시킨 후 전류를 인가함으로써 금속이온이 웨이퍼에 달라붙어 동막을 형성하도록 하는 것을 골자로 한다. 도금에 사용되는 금속판은 동, 주석, 니켈, 금 또는 이들의 합금이 될 수 있다. 웨이퍼에 대한 금속 도금은 배선을 형성하거 또는 TSV 기술에서 범프를 형성하기 위해 사용될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 기타 다양한 목적에 의해 시행될 수 있다.

도금조는 원통형 챔버로 되어 있으며 전해액이 채워져 있다. 그리고 웨이퍼가 투입되는 과정에서 전해액의 액면에 웨이퍼가 닿게 되는데, 이 과정에서 전해액과 웨이퍼 사이에 기포가 생기게 된다. 전해액이 공급되는 과정에서도 미세한 기포가 생기기도 한다. 도금중에 이 기포가 잔존하게 되면 도금품질에 큰 지장을 초래하게 될 것임이 분명하다.

이러한 문제를 없애기 위해 종래 대한민국 특허출원 제10-2012-0050124호는 '웨이퍼를 도금조의 전해질로 침지하는 방법'을 제시하고 있다. 이에 따르면, 웨이퍼의 평판형 도금 표면이 전해질의 표면으로 정의되는 평면에 더 이상 평행하지 않도록 일정 각도만큼 웨이퍼를 기울이는 단계를 포함하는 방법을 제시한다. 따라서 기포가 한쪽으로 쏠리게 하여 일방향으로 빠져나가도록 하고 있다. 도 1은 이 방법에 의한 작용을 간략히 표현한 것이다. 도 1(a)는 웨이퍼(100)를 기울인 상태에서 일측 먼저 도금조(200)에 침지시킨 다음 다른쪽을 화살표(K)를 따라 침지시킴으로써 기포(B)가 도면상 우측으로 밀리도록 하는 것이 도시된다. 도 1(b)는 웨이퍼(100)를 거의 침지시킨 상태로서 기포(B)가 웨이퍼(100)의 다른 쪽 끝에 걸려 있는 상태를 도시한다. 이 상태에서 도 1(c)처럼 웨이퍼(100)를 전해액(300)에 평행하게끔 한 정도까지 복귀시키면 끝(103)에 걸려 있던 미소량의 기포(B')가 화살표(L)로 표시된 것처럼 다시금 웨이퍼(100)의 중간으로 이동하여 제거되지 않는 현상이 있게 된다.

게다가 웨이퍼(100)를 파지하기 위한 홀더(110)가 웨이퍼 가장자리를 잡고 있는데, 웨이퍼 가장자리에는 홀더(110)의 경계부위에 도 1(c)에 도시된 것처럼 또 다른 기포(B")가 잔존하게 된다. 이 기포(B")는 홀더(110)가 만드는 턱에 의해 불가피하게 잔존하게 되며 도금품질에 영향을 미친다.

결국 상기 종래기술에 의해 대부분의 기포가 제거되기는 하지만 완전히 제거하는 것은 여전히 어렵다. 따라서 보다 개선된 기포제거 방법이 요망된다.

웨이퍼 도금에 있어서의 위와 같은 문제는 디스크 형태의 제품을 도금하는데 있어서, 특히 도금면이 저부를 향하도록 디스크형 제품을 도금조 내부에 담글 경우 발생될 수 있는 것이다. 따라서 본 발명은 비단 웨이퍼 도금장치 뿐만 아니라 각종의 디스크형 제품을 도금하는 장비에도 적용될 수 있는 것이다.

대한민국 특허출원 제10-2012-0050124호

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 웨이퍼와 같은 디스크형 제품을 도금조의 전해액에 침지시키는 순간에 전해액면과 제품 사이에 발생되는 기포를 신속하면서도 완전하게 제거함으로써 도금품질을 향상시킬 수 있는 제품 표면에 생긴 기포 제거기능을 가진 도금장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 나아가 도금중에 발생되어 제품 표면에 붙어 있게 되는 기포 역시 용이하게 제거할 수 있어 도금의 품질 균일화에 기여할 수 있게 된다.

위와 같은 목적은, 양극판이 설치되고 전해액이 충전되는 도금조; 상기 도금조 내부에 전해액을 공급하는 전해액 공급부; 상기 도금조 내부에 웨이퍼와 같은 디스크형 제품을 공급하기 위한 제품 공급부; 상기 제품을 지면에 수직을 이루는 축을 중심으로 회전시키기 위한 제품 회전부; 상기 양극판과 제품에 직류전원을 공급하는 전원공급부;를 포함하는 제품 표면에 생긴 기포 제거기능을 가진 도금장치에 있어서;

상기 제품 공급부는 상기 웨이퍼의 일측이 먼저 상기 전해액 액면에 침지되도록 상기 웨이퍼를 기울인 상태로 상기 도금조에 투입하며, 상기 웨이퍼를 지면에 평행하게끔 원상태로 복귀시킴으로써 상기 웨이퍼의 타측이 가장 늦게 상기 전해액에 침지될 수 있도록 웨이퍼 경사회전부를 포함하며;

상기 도금조에는 일단이 상기 제품의 저부에 위치되며, 타단은 상기 도금조의 측벽을 관통하여 외부에 연장되는 배기관을 더 포함함으로써;

상기 기판의 저면 가장자리와 상기 전해액면 사이에 형성되는 기포가 상기 배기관을 통해 상기 도금조의 외부로 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 제품 표면에 생긴 기포 제거기능을 가진 도금장치에 의해 달성된다.

본 발명의 특징에 의하면 상기 배기관의 일단은 제품의 가장자리 저부에 위치될 수 있다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 배기관의 일단이 타단보다 높은 곳에 설치됨으로써 기포를 포함한 전해액이 중력에 의해 자유낙하하면서 상기 도금조를 빠져나가게 될 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 배기관의 일단은 상기 전해액에 잠기게 되는 제품의 저면으로부터 2 ~ 10mm 깊이로 더 잠기도록 설치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 도금시 제품과 배기관의 저촉을 방지하기 위한 수단으로서, 상기 배기관을 기동시켜 상기 제품의 거동 영역으로부터 비켜있게 하기 위한 배기관 기동부를 더 포함할 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 제품을 기울인 상태에서 전해액에 투입하는 경우에 있어서, 기포가 제품의 한쪽 방향으로 몰리는 과정에서 배기관을 통해 도금조의 외부로 빨려들 듯 빠져나가게 된다. 제품을 기울이지 않은 상태에서 전해액에 투입하는 경우에도 제품 회전시 원심력에 의해 제품 가장자리로 쏠리게 되는 기포 역시 배기관을 통해 도금조를 빠져나가게 된다. 따라서 어느 경우에 있어서도 제품과 전해액면 사이에 형성된 기포가 말끔하게 제거되며, 결과적으로 기포에 의한 도금품질의 저하가 최대한 없어지게 되는 것이다.

도 1은 종래기술에 의한 웨이퍼의 기포제거방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 제품 표면에 생긴 기포 제거기능을 가진 도금장치의 개략적 단면구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 제품 표면에 생긴 기포 제거기능을 가진 도금장치의 개략적 단면구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 제품 표면에 생긴 기포 제거기능을 가진 도금장치의 기포제거과정을 단계적으로 도시한 단면구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제품 표면에 생긴 기포 제거기능을 가진 도금장치의 개략적 단면구성도이다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 3을 동시에 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다. 도 4, 5는 필요한 곳에서 인용하기로 한다.

본 발명은 웨이퍼와 같은 디스크형 제품(W)을 도금조에 투입하여 도금을 시행하는 도금장치에 적용되는 것이며, 특히 제품(W)의 저면 가장자리에 발생하는 기포의 제거를 목적으로 하는 것이므로 그 주변사항에 대하여는 설명을 간략하게 하기로 한다.

도금조(1)는 상부가 개방되어 있는 원통체이다. 도금조(1)의 내부에는 양극판(3, anode)이 설치되고 전해액(5)이 충전된다. 도금조(1) 내부에는 댐(7)이 설치되며, 전해액(5)은 이 댐(7)의 상단까지 채워지게 된다. 전해액(5)은 전해액 공급부(9)에 의해 도금조(1)의 하방으로부터 연속적으로 공급되며, 댐(7)의 상단을 통해 오버플로우(overflow) 되어 도금조(1)의 외부로 배출되게 된다.

제품 공급부(11)는 도금조(1) 내부에 웨이퍼와 같은 디스크형 제품(W)을 공급한다. 제품 공급부(11)는 진공압으로써 제품(W)을 파지한 다음 도금조(1)에 설치된 전극 위에 제품(W)을 올려놓는다. 제품(W)은 홀더(12)에 의해 지지되며 미도시된 전극은 홀더(12) 상에 설치된다. 제품 회전부(13)는 제품(W)를 지면에 수직을 이루는 축(X)을 중심으로 고속 회전시킨다.

전원 공급부(15)는 양극판(3)과 제품(W)에 직류전원을 공급한다. 제품(W)에는 전극을 통해 전원 공급부(15)와 전기적으로 연결되며 음극(cathode)으로 작용한다.

본 발명에 의하면 제품 공급부(11)는 제품(W)을 전해액 액면(5a), 즉 지면에 대하여 경사질 수 있게끔 기울이게 되는 웨이퍼 경사회전부(17)를 포함할 수 있다. 그러나 이는 필수적 사항은 아니다. 웨이퍼 경사회전부(17)는 제품(W)의 일측(19a)이 먼저 전해액(5)에 침지되도록 제품(W)을 기울인 상태로 도금조(1)에 투입하며, 나아가 제품(W)을 지면에 평행하게끔 원상태로 복귀시킴으로써 제품의 타측(19b)이 가장 늦게 전해액(5)에 침지될 수 있도록 한다.

도금조(1)에는 일단(21a)이 제품(W)의 타측(19b) 저부에 위치되며, 타단(21b)은 도금조(1) 및 댐(7)의 측벽(1a, 7a)을 관통하여 외부에 연장되는 배기관(21)이 설치된다. 이와 같은 구성에 의하면 제품(W)과 전해액면(5a) 사이에 형성되는 기포(B)가 배기관(21)을 통해 도금조(1)의 외부로 배출될 수 있다. 배기관(21)의 일단(21a)은 제품 경사회전부(17)에 의해 최후까지 기포가 머물게 되는 지점, 즉 가장 늦게 전해액(5)에 침지되는 제품(W)의 타측(19b) 저부에 위치된다.

배기관(21)의 타단에는 배기관(21)의 일단(21a)을 통해 전해액 또는 기포를 선택적으로 빨아들일 수 있도록 흡기장치(미도시됨)가 설치될 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에 의하면 중력에 의해 자유낙하 방식으로 배기될 수 있도록 하고 있다. 이를 위해 배기관(21)의 양단 사이에 수두(水頭)차가 생기도록, 즉 일단(21a)이 타단(21b)보다 위치에너지가 높은 곳에 설치된다. 이로써 기포를 포함한 전해액이 중력에 의해 자유낙하하면서 도금조(1)를 빠져나가게 될 수 있다. 배기관(21)의 양단 사이의 높이차(H)에 비례하여 배기되는 속도가 증가하게 될 것이다.

배기관(21)의 일단은 전해액(5)에 잠기게 되는 제품(W)의 저면(19c)으로부터 2 ~ 10mm 깊이(D)로 더 잠기도록 설치될 수 있다. 제품(W)의 저면(19c)은 도금이 이루어지는 면이 된다. 물론 배기관(21)을 통해 외부로 배출되는 전해액은 전해액 공급부(9)를 통해 보충되며, 전해액 액면(5a)은 항상 댐(7)의 상단에 맞추어지게 된다.

본 발명의 실시예에 의하면 배기관(21)으로 하여금 도금시 제품(W)의 저촉을 방지하기 위한 수단으로서 배기관 기동부(23)를 더 포함할 수 있다.

배기관 기동부(23)는 배기관(21)을 다양한 방식으로 기동하여 제품(W)의 거동 영역으로부터 비켜있게 하기 위한 것이다. 배기관 기동부(23)는 배기관(21)을 축(Y)을 중심으로 회전시키거나 화살표(M) 방향을 따라 전후이동시킬 수도 있다. 배기관(21)과 도금조(1) 및 배기관(21)과 댐(7) 사이에는 베어링 기능을 수행할 수 있는 실링부재(25)가 각각 개입되어야 할 것이다.

이와 같은 구성에 의하면 도 3에 도시된 바와 같이 배기관의 일단(21a)은 제품(W)로부터 멀리 이격되어 부딪힐 염려가 없게 된다.

경우에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 배기관을 Y축을 중심으로 180˚회전시킴으로써 배기관의 일단(21a)이 타단(21b)보다 낮게 설정하면, 배기관(21)을 통한 전해액(5)의 자연적 배출을 없앨 수 있게 될 것이다.

위와 같은 구성에 의한 작용을 도 4(a)(b)(c)(d)를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제품(W)가 일측(19a)이 먼저 입수된 상태에서 타측(19b)이 화살표(K)에 표시된 것처럼 기울어지면서 입수됨에 따라 기포(B)는 도면상 우측으로 쏠리게 된다. 그리고 이 과정에서 기포 및 전해액은 함께 자연적으로 배기관(21)을 통해 도금조(1) 외부로 빠져 나가게 된다. 그러므로 도 1(c)에서와 같이 제품 저면으로 다시금 돌아가는 기포가 없게 되는 것이다. 도 4(a)(b)(c)는 기포(B)가 빠져나가는 과정을 단계적으로 도시하고 있다. 도 4(d)는 배기관 기동부(23)에 의해 배기관(21)이 제품(W)에서 이격되도록 한 상태를 도시하며, 현 상태에서 도금작업이 시행되게 된다.

한편, 배기관(21)은 1개가 설치될 수도 있지만 복수 개가 설치될 수도 있고, 배기관(21)의 직경은 필요에 따라 변경될 수 있다. 배기관(21)의 직경은 배기 속도에 연관될 것이므로 작업속도에도 영향을 미칠 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면 위와 같은 구성을 이용한 제어방법이 제공된다. 본 발명의 제어방법에 의하면, 도 4(c)의 상태에서 제품 회전부(13)로 하여금 제품을 지면에 수직을 이루는 축(X)을 중심으로 회전시킴으로써 배기관의 일단(21a)으로 기포를 유도하도록 할 수 있다. 2 ~ 5초 정도 제품(W)를 50 ~ 500 rpm으로 회전시키게 되면 기포가 제품(W)의 가장자리로 몰리면서 배기관(21)을 통해 배기되게 된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 관한 것으로서, 배기관의 일단(21a)이 제품(W)의 중심부 저면에 위치된 상태를 도시한다. 이와 같이 배기관(21)은 제품의 다양한 지점에 위치될 수 있으며, 경우에 따라서는 도금이 시행되는 중에 도금면을 스캔하듯 제품 저면을 따라 이동되도록 할 수도 있을 것이다. 미설명된 도면부호는 위의 실시예를 참조하면 될 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.

1 : 도금조 3 : 양극판
5 : 전해액 5a : 전해액 액면
7 : 댐 9 : 전해액 공급부
11 : 제품 공급부 13 : 제품 회전부
15 : 전원 공급부 17 : 제품 경사회전부
19a,19b : 제품의 일측, 타측
21 : 배기관 21a,21b : 배기관의 일단, 타단
23 : 배기관 기동부 25 : 실링부재
W : (디스크형) 제품

Claims (5)

1. 양극판이 설치되고 전해액이 충전되는 도금조; 상기 도금조 내부에 전해액을 공급하는 전해액 공급부; 상기 도금조 내부에 제품을 공급하기 위한 제품 공급부; 상기 제품을 지면에 수직을 이루는 축을 중심으로 회전시키기 위한 제품 회전부; 상기 양극판과 제품에 직류전원을 공급하는 전원공급부;를 포함하는 제품 표면에 생긴 기포 제거기능을 가진 도금장치에 있어서;
   상기 도금조에는 일단이 상기 제품의 저부에 위치되며, 타단은 상기 도금조의 측벽을 관통하여 외부에 연장되는 배기관을 더 포함함으로써;
   상기 제품과 상기 전해액면 사이에 형성되는 기포가 상기 배기관을 통해 상기 도금조의 외부로 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는, 제품 표면에 생긴 기포 제거기능을 가진 도금장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 배기관의 일단이 타단보다 높은 곳에 설치됨으로써 기포를 포함한 전해액이 중력에 의해 자유낙하하면서 상기 도금조를 빠져나가게 하는 것을 특징으로 하는, 제품 표면에 생긴 기포 제거기능을 가진 도금장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 배기관의 일단은 상기 전해액에 잠기게 되는 제품의 저면으로부터 2 ~ 10mm 깊이로 더 잠기도록 설치되는 것을 특징으로 하는, 제품 표면에 생긴 기포 제거기능을 가진 도금장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   도금시 상기 제품과 배기관의 저촉을 방지하기 위한 수단으로서, 상기 배기관을 기동하여 제품의 거동 영역으로부터 비켜있게 하기 위한 배기관 기동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제품 표면에 생긴 기포 제거기능을 가진 도금장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제품 공급부는 상기 제품의 일측이 먼저 상기 전해액 액면에 침지되도록 상기 제품을 기울인 상태로 상기 도금조에 투입하며, 상기 제품을 지면에 평행하게끔 원상태로 복귀시킴으로써 상기 제품의 타측이 가장 늦게 상기 전해액에 침지될 수 있도록 제품 경사회전부를 포함하며;
   상기 배기관의 일단은 상기 제품의 타측 저부에 위치되는 것을 특징으로 하는, 제품 표면에 생긴 기포 제거기능을 가진 도금장치.

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