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KR20080052189A - 전기 도금 장치 - Google Patents

전기 도금 장치 Download PDF

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Publication number
KR20080052189A
KR20080052189A KR1020070045757A KR20070045757A KR20080052189A KR 20080052189 A KR20080052189 A KR 20080052189A KR 1020070045757 A KR1020070045757 A KR 1020070045757A KR 20070045757 A KR20070045757 A KR 20070045757A KR 20080052189 A KR20080052189 A KR 20080052189A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode ring
plating
fixing frame
electroplating apparatus
wafer
Prior art date
Application number
KR1020070045757A
Other languages
English (en)
Inventor
주철원
민병규
이종민
김성일
이경호
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • C25D17/001—Apparatus specially adapted for electrolytic coating of wafers, e.g. semiconductors or solar cells
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Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정에서 금속배선을 형성하기 위해 사용되는 전기 도금 장치에 관한 것으로, 비아 홀 내부에서 발생되는 기포가 비아 홀 내부로부터 잘 빠져나가 도금이 균일하게 될 수 있는 전기 도금 장치를 제공한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 전기 도금 장치는 외관을 형성하고 내부에는 도금액이 포함되는 도금조; 상기 도금조 내부에 위치하고 도금 금속과 같은 종류로 이루어진 금속궤; 상기 도금조 내부에서 상기 금속궤와 대향하여 위치하고 피도금체를 안착시키기 위한 경사형 전극링; 상기 금속궤를 고정시키는 금속궤 고정틀; 상기 경사형 전극링을 고정시키는 전극링 고정틀; 상기 금속궤 및 경사형 전극링에 연결되는 전원 공급 단자; 및 상기 도금액을 유동시키기 위한 초음파 생성부를 포함한다.
그럼으로써, 본 발명에 따른 전기 도금 장치는 초음파를 발생시켜 도금액을 유동시킴으로써 도금시 피도금체인 웨이퍼 표면으로부터 발생하는 기포가 더욱 쉽게 떨어져 나가게 함으로써 도금막 두께의 균일도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
전기 도금 장치, 초음파

Description

전기 도금 장치{THE ELECTROPLATING DEVICE}
도 1의 (a)는 종래 분수형(fountain type) 전기 도금 장치에서 피도금체인 웨이퍼(wafer)가 안착된 상태를 설명하기 위한 도면,
도 1의 (b)는 종래 딥형(dip type) 전기 도금 장치에서 피도금체인 웨이퍼가 안착된 상태를 설명하기 위한 도면,
도 2의 (a)는 본 발명에 따른 경사형 전극링 및 초음파(ultrasonic) 생성부를 구비하는 전기 도금 장치를 설명하기 위한 도면,
도 2의 (b)는 본 발명에 따른 경사형 전극링의 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 전기 도금 장치에서 피도금체인 웨이퍼가 안착된 상태를 설명하기 위한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
100 - 웨이퍼 102 - 감광막
104 - 기포 106 - 기포 흐름
108 - 도금액 흐름 200 - 도금조
202 - 금속궤 204 - (+) 전원 공급단자
206 - 금속궤 고정틀 212 - 전극링
214 - (-) 전원 공급 단자 216 - 전극링 고정틀
218 - 웨이퍼 홀더(wafer holder) 220 - 초음파 생성부
본 발명은 반도체 제조 공정에서 금속배선을 형성하기 위해 사용되는 전기 도금 장치에 관한 것으로, 특히 비아 홀(via hole)에서의 도금막 균일도를 향상시킬 수 있는 전기 도금 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전기 도금 장치는 음극(-)에는 피도금체를 연결하고, 양극(+)에는 도금할 금속과 동일한 종류의 금속궤를 연결한 후, 도금할 면적과 도금막 종류에 따른 적정 전류를 인가하여 피도금체에 도금이 이루어지도록 한다. 일반적인 반도체 제조 공정에서 많이 사용하는 전기 도금 장치의 형태로는 분수형(fountain type) 전기 도금 장치와 딥형(dip type) 전기 도금 장치가 있다.
분수형 전기 도금 장치는, 도 1의 (a)와 같이, 피도금체인 웨이퍼(100)의 도금할 표면이 아랫 방향을 향하도록 장착되고 그 하측으로부터 도금액이 분수와 같이 분사되는 구조이다. 이에 따라, 도금시 피도금체인 웨이퍼(100) 표면에서 화학적인 반응으로 발생하는 기포(104)가 감광막(102) 사이에 갇혀 빠져나오지 못하고 웨이퍼(100) 표면에 붙어 있게 된다.
딥형 전기 도금 장치는 도 1의 (b)와 같이 피도금체인 웨이퍼(100) 표면이 도금조(200) 바닥과 수직 방향이기 때문에 웨이퍼(100) 표면이 도금액과 수직방향으로 만나는 구조이다. 딥형 전기 도금 장치 역시 도 1의 분수형 전기 도금 장치와 마찬가지로 도금시 피도금체인 웨이퍼(100)표면에서 발생하는 기포(104)가 감광막(102) 사이의 비아 홀 내부를 빠져나가기 어려워 비아 홀 내부에 갇혀 있게 된다
따라서, 기포(104)가 붙은 부분은 도금액이 웨이퍼(100) 표면과 반응하지 않아 도금이 안되므로 비아 홀 내부에서는 도금 효율이 낮을 뿐만 아니라 도금 두께도 균일하지 못하고 경사지게 도금되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 비아 홀 내부에서 발생되는 기포가 비아 홀 내부로부터 잘 빠져나가 도금이 균일하게 될 수 있는 전기 도금 장치를 제공하는 데 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 전기 도금 장치는 외관을 형성하고 내부에는 도금액이 포함되는 도금조; 상기 도금조 내부에 위치하고 도금 금속과 같은 종류로 이루어진 금속궤; 상기 도금조 내부에서 상기 금속궤와 대향하여 위치하고 피도금체를 안착시키기 위한 경사형 전극링; 상기 금속궤를 고정시키는 금속궤 고정틀; 상기 경사형 전극링을 고정시키는 전극링 고정틀; 상기 금속궤 및 경사형 전극링에 연결되는 전원 공급 단자; 및 상기 도금액을 유동시키기 위한 초음파 생성부를 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명을 생략한다.
도 2의 (a)는 본 발명에 따른 경사형 전극링 및 초음파 생성부를 구비하는 전기 도금 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2의 (b)는 본 발명에 따른 경사형 전극링의 평면도이다. 이하, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)를 참조하여 본 발명이 적용되는 전기 도금 장치의 기본적인 구성에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 전기 도금 장치는, 외관을 형성하고 내부에는 도금액이 포함되어 있는 도금조(200)를 구비한다. 상기 도금조(200) 내부에는 도금할 금속과 동일한 종류로 이루어진 금속궤(202)가 위치한다. (+) 전원 공급 단자(204)는 상기 금속궤(202)를 고정시키는 금속궤 고정틀(206)의 내부를 통하여 상기 금속궤(202)와 연결된다.
경사형 전극링(212)은 피도금체를 안착시키기 위한 것으로, 상기 도금조(200) 내부에서 상기 금속궤(202)와 대향하여 위치한다. 이하, 상기 경사형 전극링(212)에 안착되는 피도금체는 웨이퍼(100)를 예로 들어 본 발명을 설명한다. 상기 경사형 전극링(212)은 산에 강한 스테인리스 스틸(stainless steel)로 만들어지 는 것이 바람직하다. (-) 전원 공급 단자(214)는 상기 경사형 전극링(212)을 고정시키는 전극링 고정틀(216)의 내부를 통하여 상기 경사형 전극링(212)과 연결된다. 상기 경사형 전극링(212)에는 웨이퍼(100)를 고정시키는 웨이퍼 홀더(218)가 부착되어 있다. 상기한 경사형 전극링(212)은 원형의 형태를 취하고 있어서, 전원 공급 단자(212, 214)에 전원이 인가되었을 때 경사형 전극링(212) 둘레 전체에 전기장이 고르게 분포되는 장점이 있다.
상기 경사형 전극링(212)의 전표면, 상기 경사형 전극링(212)과 (-) 전원 공급 단자(214)가 접촉하는 부분은 내약품성이 강한 코팅제가 코팅되어 있다. 또한, 상기 웨이퍼 홀더(218) 중 피도금체인 웨이퍼(100)와 접촉하는 면을 제외한 부분 역시 내약품성이 강한 코팅제가 코팅되어 있다. 또한, 상기 금속궤 고정틀(206) 및 전극링 고정틀(216)의 표면에도 내약품성 코팅제가 코팅되어 있다. 상기 내약품성 코팅제는 산에 강한 테프론(teflon)이나 폴리에틸렌(polyethylene)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 도금조(200)의 저면에는 도금액을 유동시키기 위한 초음파(ultrasonic) 생성부(220)가 부착되어 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 도면에서는 설명의 편의를 위하여 상기 초음파 생성부(220)를 상기 도금조(200)의 저면에 위치하여 도시하였으나, 상기 도금조(200)의 측면 중 어느 일면에 위치하도록 하거나, 상기 초음파 생성부(220)를 고정시킬 수 있는 기구 등을 이용하여 도금조(200)의 중앙에 위치하도록 할 수도 있다. 초음파 생성부(220)는 초음파를 발생시켜 도금액을 유동시킴으로써 감광막(102) 사이의 비아 홀에 달라붙은 기포(104)를 잘 떨어지게 한다. 일반 적인 클리닝(Cleaning)공정에서는 20Khz ~ 400Khz 의 주파수 범위가 사용되는데, 주파수가 높으면 에너지가 작아서 기포를 떼어내는 것이 어렵고, 반대로 주파수가 낮으면 에너지가 크기 때문에 기포를 잘 떼어내지만, 웨이퍼에 손상을 줄 가능성이 있다. 이 때, 낮은 주파수를 사용하는 경우에는 파워(power)를 낮추어서 웨이퍼에 손상을 주지 않도록 할 수 있다. 따라서, 효과적으로 기포를 제거하기 위하여 상기 초음파 생성부(220)에서 출력되는 주파수는 20Khz ~ 80Khz 인 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 도금 장치에서 피도금체인 웨이퍼가 안착된 상태를 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 이하, 도 3을 참조하여 본 발명이 적용되는 전기 도금 장치에서 발생된 기포가(104) 웨이퍼에서 떨어져 나가는 과정을 상세히 설명한다.
일반적으로, 전기도금에서는 피도금체인 웨이퍼(100)표면에서 화학반응이 일어나 기포(104)가 발생하게 되는데, 이 기포(104)가 도금 금속이 피도금체에 도금되는 것을 방해하여 도금효율을 저하시키는 작용을 한다. 그러나, 경사형 전극링(212)을 구비하는 본 발명에 따른 전기 도금 장치에서는 도금시 웨이퍼(200) 표면에서 발생하는 기포(104)가 감광막(102) 벽에 갇혀있지 않고 감광막(206) 사이의 비아 홀 내부로부터 잘 빠져나가기 때문에, 도 1에 따른 종래 분수형 및 딥형 전기 도금 장치에 비하여 비아 홀 내부에서의 도금 두께가 균일하게 된다. 또한, 초음파 생성부(220)를 구비하는 본 발명에 따른 전기 도금 장치는 도금액을 유동시킴으로써, 감광막(102)에 달라붙은 기포(104)가 잘 떨어지도록 하여 비아 홀 내부에서의 도금 두께를 더욱 균일하게 한다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 예를 들어, 피도금체의 크기에 따라 경사형 전극링(212)의 형상은 일부 변형이 이루어질 수 있고, 경사형 전극링(212)의 재질 및 코팅재의 재질 또한 일부 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의하여 정해져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기 도금 장치는 피도금체를 안착시키는 부재를 전극링으로 변경함으로써 웨이퍼와 같은 피도금체에서의 전기장이 전체적으로 균일하게 형성되도록 하여 도금 두께의 균일도를 보다 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기 도금 장치는 전극링을 경사지게 경사형으로 구성함으로써 도금시 피도금체인 웨이퍼 표면으로부터 발생하는 기포가 쉽게 제거되게 함으로써 도금막 두께의 균일도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기 도금 장치는 초음파를 발생시켜 도금액을 유동시킴으로써 도금시 피도금체인 웨이퍼 표면으로부터 발생하는 기포가 더욱 쉽게 떨어져 나가게 함으로써 도금막 두께의 균일도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (7)

  1. 외관을 형성하고 내부에는 도금액이 포함되는 도금조;
    상기 도금조 내부에 위치하고 도금 금속과 같은 종류로 이루어진 금속궤;
    상기 도금조 내부에서 상기 금속궤와 대향하여 위치하고 피도금체를 안착시키기 위한 경사형 전극링;
    상기 금속궤를 고정시키는 금속궤 고정틀;
    상기 경사형 전극링을 고정시키는 전극링 고정틀;
    상기 금속궤 및 경사형 전극링에 연결되는 전원 공급 단자; 및
    상기 도금액을 유동시키기 위한 초음파 생성부
    를 포함하는 전기 도금 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 초음파 생성부는,
    20KHz ~ 80KHz 의 주파수를 출력하는 전기 도금 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 경사형 전극링에는,
    피도금체인 웨이퍼를 안착시키기 위한 웨이퍼 홀더가 부착되어 있는 전기 도금 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 웨이퍼 홀더 중에서 피도금체인 웨이퍼와 접촉되는 부분을 제외한 나머지 전표면 및 상기 경사형 전극링의 전표면에 내약품성 코팅제가 코팅되어 있는 전기 도금 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 금속궤 고정틀 및 전극링 고정틀의 표면은 내약품성 코팅제가 코팅되어 있는 전기 도금 장치.
  6. 제 4항 또는 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내약품성 코팅제는 테프론 또는 폴리에틸렌인 전기 도금 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전원 공급 단자는 상기 금속궤 고정틀 및 전극링 고정틀의 내부를 통해 상기 금속궤 및 경사형 전극링에 연결되는 전기 도금 장치.
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