KR20010091525A - 반도체 기질용 릴투릴 타입 도금장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 띠상의 반도체 기질 위에 금속층을 전기도금하는데 사용되는 릴투릴 타입 도금장치에 관한 것으로서, 도금용액이 주입되며 상단이 반도체 기질과 동일한 폭으로 형성된 내부챔버 및 이 내부챔버에서 넘친 도금용액이 유입되어 배출되며 반도체 기질이 내부챔버의 상단과 이격되도록 관통하여 지나가는 외부챔버로 이루어진 도금셀과, 이 도금셀의 내부챔버내에 반도체 기질과 대향하도록 설치되어 양전위가 인가되는 메시형태의 양극과, 반도체 기질을 일정속도로 이송시킴과 동시에 반도체 기질에 음전위를 인가시키는 적어도 한 쌍의 이송롤러와, 도금셀의 외부챔버내에서 반도체 기질의 상면을 접촉 지지하는 지지판을 구비하며, 내부챔버의 폭은 그 하단으로 갈수록 점차 넓어지는 구성을 가진다. 본 발명은 양쪽면 또는 한쪽면에 전기회로를 갖는 띠상의 유연 기질을 연속적으로 도금함에 있어서 그 도금면만이 도금용액에 노출되므로 비도금면의 마스킹 없이도 그 전·후면에 서로 다른 종류의 금속을 도금하거나 필요한 한쪽면만을 간편하게 도금할 수 있음은 물론 균일한 도금두께를 얻을 수 있게 된다.

Description

반도체 기질용 릴투릴 타입 도금장치{a plating device of reel to reel type for semiconductor substrate}

본 발명은 반도체 기질(semiconductor substrate) 상에 회로패턴을 형성하거나 웨이퍼(wafer) 상에 금속층을 형성하는데 사용되는 전기도금장치에 관한 것으로서, 특히 양쪽면 또는 한쪽면에 전기회로를 갖는 띠상 유연 기질의 연속적인 도금에 있어 전·후면에 서로 다른 종류의 금속을 도금하거나 한쪽면만을 도금하는데 사용하기에 적합한 반도체 기질용 릴투릴 타입(reel to reel type) 도금장치에 관한 것이다.

예컨대, 기질회로필름(substrate circuit film)은 폴리이미드 필름의 한쪽면 또는 양쪽면에 반도체 칩들의 본딩 패드(bonding pad)와 대응되도록 구리박막 등의 전도회로가 형성된 것으로, 통상의 리드프레임(lead frame)을 대체하여 반도체칩과 인쇄회로기판 같은 전기, 전자장치를 전기적으로 연결해주는 유연하면서도 경박단소(輕薄短小)한 새로운 매개수단이다. 이러한 기질회로필름은 폴리이미드 필름을 지지체로 하여 그 한쪽 또는 양쪽 면에 구리박막 등이 입혀진 필름을 기질로 사용하며, 구리박막 위에 포토레지스트(photoresist)를 도포한 뒤 노광, 현상, 에칭, 포토레지스트 박리 그리고 니켈 및 금을 도금함으로써 제조되고, 필요에 따라 솔더레지스트의 도포와 특정모양으로 패턴을 형성하는 공정이 추가될 수도 있다.

여기서, 니켈은 기질 회로필름의 제조공정에서 바닥층인 구리이온의 확산을 방지하기 위해 도금되며, 금은 반도체 칩의 본딩 패드들과 각각 대응되는 기질 회로필름의 리드들을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어(bonding wire)에 있어 리드와본딩 와이어간의 접합성을 향상시키기 위해 도금된다.

한편, 이와 같은 반도체 기질은 소요의 크기를 갖는 시트상의 단편으로 제조하여 사용하거나, 또는 긴 띠상으로 제조하여 릴에 권취한 뒤 필요한 길이로 절단하여 사용한다.

도 1에는 이중 띠상의 기질에 금속층을 형성하기 위해 사용되는 종래 릴투릴 타입 전기 도금장치의 일례를 개략적으로 도시하였다. 반도체 기질(S)은 도금셀(1)의 상부를 수평으로 관통하여 이송롤러(4)에 의해 이송됨과 동시에 이송롤러(4)를 통해서 음극을 공급받는다. 이와 동시에 주입관(7)을 통해 도금셀(1)의 내부챔버(2) 하부로 주입된 도금용액(9)은 분산판(5)의 유로구멍(5a)들을 통해 균일하게 분산되어 상측으로 흐르게 되고, 메시(mesh)상의 양극(6)과 반도체 기질(S)을 순차적으로 지나 내부챔버(2)의 상단에서 오버플로우 되어 도금셀(1)의 외부챔버(3)로 유입된 뒤 배출관(8)을 통해 배출된다. 이때, 상호 대향하는 음극의 반도체 기질(S)과 양극(6)간에 형성되는 전기장(electric field)에 의해 반도체 기질(S)의 표면에 도금용액(9)이 부착됨으로써 도금이 이루어지게 된다.

그런데, 이러한 종래의 릴투릴 타입 도금장치는 도금할 반도체 기질(S)이 도금용액(9)에 완전히 잠기게 되는 구성이므로, 전류가 통하는 모든 면이 도금되게 된다. 따라서, 예컨대 IC카드 등과 같이 그 전·후면에 서로 다른 금속을 도금해야 할 경우, 반도체 기질(S)을 도금셀(1)에 투입하기 전에 그 비도금면을 포토레지스트로 백코팅하거나 캐리어필름을 부착하는 등의 방법으로 마스킹 처리한 후 투입해야 할 뿐만 아니라 도금후에는 다시 마스킹 수단을 제거해야 하는 매우 번잡한 문제점이 있었다. 이러한 문제는 한쪽면에만 전기회로를 갖는 띠상 유연 기질의 도금에서도 불필요한 부위의 도금방지를 위해 마찬가지로 수반된다.

한편, 양극(6)과 음극간에 형성되는 자기장은 그 특성상 전극의 가장자리쪽에 집중되는 에지효과(edge efect)가 발생하게 되는 바, 중앙부와 주변부간에 전류분포차에 의한 전류밀도의 차이가 발생되어 반도체 기질(S)의 가장자리부가 중앙부보다 두껍께 도금되는 도금편차 발생의 문제점도 있었다.

또한, 도 2에는 종래 릴투릴 타입 반도체 기질 도금장치의 다른 예를 개략적으로 나타내었는데, 이것은 띠상의 반도체 기질(S′)을 도금할 면이 하방을 향하도록 도금셀(1)의 상부에 위치시켜 이송시키고, 그 이송경로에 일부분이 도금용액(9)에 잠기는 롤러드럼(4′)을 설치하여 이송중인 반도체 기질(S′)의 비도금면에 밀착시킴과 함께 롤러드럼(4′)에 대응하는 곡률의 원호형 양극(6′)을 도금셀(1)내에 간격을 두고 배치하여 반도체 기질(S′)의 한쪽면만 도금되도록 하고 있다. 그러나, 이러한 도금장치 역시 반도체 기질(S′)이 롤러드럼(4′)에 의해 부분적으로나마 도금용액(9)에 완전히 잠기게 되기 때문에 도금용액(9)이 롤러드럼(4′)과 반도체 기질(S′) 사이로 침투하여 그 비도금면도 부분적으로 도금될 수밖에 없었다.

본 발명은 상술한 종래 릴투릴 타입 도금장치들의 문제점을 감안하여 완성된 것으로서, 양쪽면 또는 한쪽면에 전기회로를 갖는 띠상 유연 기질의 연속적인 도금에 있어 비도금면을 마스킹 처리하지 않고서도 그 전·후면에 서로 다른 종류의 금속을 도금하거나 필요한 한쪽면만을 정확하게 도금할 수 있는 반도체 기질용 릴투릴 타입 도금장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 전류밀도차에 의한 도금층의 두께 편차를 최소화 할 수 있는 반도체 기질용 릴투릴 타입 도금장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 릴투릴 타입 반도체 기질 도금장치의 일례를 나타낸 단면도,

도 2는 종래 릴투릴 타입 반도체 기질 도금장치의 다른예를 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명에 의한 릴투릴 타입 반도체 기질 도금장치를 나타낸 단면도,

도 4는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도,

도 5은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 단면도,

도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선 단면도이다.

《도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명》

10 : 도금셀 11 : (도금셀의) 내부챔버

12 : (도금셀의) 외부챔버 13 : 분산판

20 : 양극 30 : 이송롤러

40: 지지판 50: 도금용액]

60: 밀착벨트 61: (밀착벨트의) 측벽

S: 반도체 기질 b: (반도체기질의) 폭

G: (반도체기질과 내부챔버간의) 간격

이와 같은 목적들을 달성하기 위해 본 발명에 의한 반도체 기질용 릴투릴 타입 도금장치는, 도금용액이 주입되며 상단이 반도체 기질과 동일한 폭으로 형성된 내부챔버와, 이 내부챔버에서 넘친 도금용액이 유입되어 배출되며 반도체 기질이 내부챔버의 상단과 이격되도록 관통하여 지나가는 외부챔버로 이루어진 도금셀; 이 도금셀의 내부챔버내에 반도체 기질과 대향하도록 설치되어 양전위가 인가되는 메시형태의 양극; 반도체 기질을 일정속도로 이송시킴과 동시에 반도체 기질에 음전위를 인가시키는 적어도 한 쌍의 이송롤러; 도금셀의 외부챔버내에서 반도체 기질의 상면을 접촉 지지하는 지지판;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 한 바람직한 특징에 의하면, 내부챔버의 폭이 그 하단으로 갈수록 점차 넓어짐으로써, 전극간에 형성되는 자기장의 에지효과를 감쇄시킴과 함께 도금용액의 흐름을 반도체 기질 쪽으로 집중시켜 기질을 지지판에 대해 강하게 밀착시키게 된다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상호 간격을 두고 나란하게 배치되어 이송롤러에 의해 순환되며, 반도체 기질의 하면 양쪽 가장자리에 각각 접촉하여 반도체 기질을 지지판에 밀착시키는 한 쌍의 밀착벨트가 더 구비된다.

이에 따라 본 발명은, 양쪽면 또는 한쪽면에 전기회로를 갖는 띠상의 유연기질을 연속적으로 도금함에 있어서 그 비도금면이 도금용액에 노출되지 않는 바, 종래와 같은 비도금면의 마스킹 처리를 하지 않고서도 전·후면에 서로 다른 종류의 금속을 도금하거나 필요한 한쪽면만을 정확하게 도금할 수 있음은 물론 전류밀도차에 의한 도금층의 두께 편차도 최소화 할 수 있게 되므로 기질회로필름의 생산성과 품질 향상 등에 큰 효과를 발휘하게 된다.

이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

도 2 및 도 3에서, 본 발명에 의한 반도체 기질용 릴투릴 타입 도금장치는, 띠상의 반도체 기질(S)이 관통하여 지나가는 도금셀(10)과, 이 도금셀(10)의 내부에 반도체 기질(S)과 대향되도록 배치되는 양극(20)과, 반도체 기질(S)을 일정속도로 이송시키는 이송롤러(30) 및 도금셀(10)내에서 반도체 기질(S)의 비도금면을 접촉 지지하는 지지판(40)으로 구성된다.

도금셀(10)은 도금용액(50)이 주입되는 내부챔버(11)와, 이 내부챔버(11)를 감싸도록 설치되어 그로부터 오버플로우된 도금용액(50)이 모여 외부로 배출되는 외부챔버(12)로 이루어진다. 내부챔버(11)의 바닥에는 도금용액(50)을 주입하는 주입관(15)이 연결되고, 외부챔버(12)의 바닥에는 도금용액(50)을 외부로 배출시키는 배출관(16)이 연결된다. 이러한 주입관(15) 및 배출관(16)은 도시하지 않은 용액탱크에 연결되고, 도금용액(50)은 예를 들어 주입관(15)에 설치된 순환펌프(도시하지 않음)에 의해 용액탱크와 도금셀(10)간에 순환된다.

내부챔버(11)는 그 상단이 반도체 기질(S)의 폭(b)과 동일한 폭으로 형성되어 반도체 기질(S)의 하측에 위치되며, 그 상단은 도금용액(50)이 오버플로우 될 수 있도록 반도체 기질(S)의 하면과 적절한 간격(G)을 유지한다. 이러한 반도체 기질(S)과 내부챔버(11)간의 간격(G)은 순환펌프의 펌핑력과 함께 지지판(40)에 대한 반도체 기질(S)의 밀착력을 결정하게 되는 바, 도금용액(50)이 반도체 기질(S)의 비도금면에 침투하지 못하도록 정밀하게 설정되어야 한다. 즉, 양자간의 간격(G)이 너무 크면 지지판(40)에 대해 반도체 기질(S)을 가압하는 도금용액(50)의 힘이 작아지게 되고, 너무 작으면 도금용액(50)의 흐름이 원활하게 이루어지지 않게 된다. 따라서, 반도체 기질(S)과 내부챔버(11)간의 간격(G)은 약 0.5㎜~1.0㎜ 정도로 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 내부챔버(11)는 그 상단에서 하단으로 갈수록 폭이 점차 증가하는 대략 각뿔대 형상을 가지는데, 이는 도금용액(50)을 반도체 기질(S) 쪽으로 집중시키게 됨과 아울러 음극인 반도체 기질(S)과 양극(20)간에 형성되는 자기장의 에지효과를 감쇄시키게 된다.

한편, 내부챔버(11)의 하부에는 다수의 유로구멍(14)을 갖는 분산판(13)이 구비되어, 주입관(15)으로부터 공급된 도금용액(50)이 그 내부의 각 부위에서 고르게 분출될 수 있도록 도금용액(50)을 분산시킨다.

양극(20)은 분산판(13)의 상측에서 반도체 기질(S)과 간격을 유지하도록 내부챔버(11)내에 설치되며, 도금용액(50)이 반도체 기질(S)을 향해 균일하게 흐를 수 있도록 대략 메시상으로 형성된다. 이에 따라 양극(20)은 음극인 반도체 기질(S)의 폭(b)보다 넓은 폭으로 형성되어 반도체 기질(S)의 양측으로 돌출되는데, 그 돌출부위는 내부챔버(11)에 의해 차폐되게 된다.

이송롤러(30)는 그 사이에 반도체 기질(S)을 개재하여 회전하는 쌍으로 이루어지고, 반도체 기질(S) 이송경로상의 도금셀(10) 전후에 각각 설치되어 도시하지 않은 모터에 의해 적정속도로 구동된다. 이러한 이송롤러(30)는 반도체 기질(S)의 이송과 함께 그에 음전위를 인가시킨다.

지지판(40)은 유연한 반도체 기질(S)이 도금용액(50)의 흐름에 밀려 변형되는 것을 방지함과 함께 반도체 기질(S)의 비도금면으로 도금용액(50)이 침투하는 것을 방지하기 위한 것으로, 내부챔버(11)의 상측에 위치되어 반도체 기질(S)의 상면에 접촉된다. 이러한 지지판(40)은 구체적으로 도시하지는 않았으나 별도의 실린더 등에 장착되어 소요의 기능을 수행할 수도 있고, 외부챔버(12)에 직접 장착될 수도 있다.

나머지 부호 17은 반도체 기질(S)의 이송을 위해 외부챔버(12)에 형성한 가이드슬롯으로, 도금용액(50)의 유출방지를 위해 시일링(sealing)된다.

다음, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 반도체 기질용 릴투릴 타입 도금장치의 작용을 설명하기로 한다.

먼저, 도금할 반도체 기질(S)을 공급릴(도시하지 않음)로부터 풀어 도금할 면이 하방을 향하도록 이송롤러(30)와 외부챔버(12)의 가이드슬롯(17)에 통과시킨 뒤 감기릴(도시하지 않음)에 고정하고, 외부챔버(12)내에 위치된 반도체 기질(S)의 상면에 지지판(40)을 접촉시킨다. 이때, 반도체 기질(S)과 내부챔버(11)의 상단은 도금용액(50)의 오버플로우에 필요한 적절한 간격(G)이 유지되고, 반도체 기질(S)은 이송롤러(30)들에 의해 팽팽하게 당겨진채로 그 상측의 비도금면이 지지판(40)에 접촉된다.

이 상태에서, 도시하지 않은 콘트롤러를 통해 장치를 구동시키면 이송롤러(30)를 통해 반도체 기질(S)에 음전위가 인가됨과 함께 양극(20)에 양전위가 인가되고, 반도체 기질(S)은 이송롤러(30)에 의해 일정속도로 이송되게 된다. 이와 동시에 순환펌프가 작동되어 주입관(15)을 통해 도금용액(50)이 도금셀(10)의 내부챔버(11)내로 주입된다. 주입된 도금용액(50)은 분산판(13)의 유로구멍(14)들에 의해 균일하게 분산되어 반도체 기질(S)을 향해 상방으로 흐르게 되고, 메시상의 양극(20)을 지나 내부챔버(11)의 상단에서 오버플로우 된다.

그러면, 반도체 기질(S)이 도금용액(50)의 분출력에 의해 밀려 지지판(40)에 강하게 밀착되고, 이에 따라 반도체 기질(S)의 비도금면이 지지판(40)에 의해 가려짐으로써 도금용액(50)에의 노출이 방지된다. 이때, 도금용액(50)은 그 상단으로 갈수록 폭이 좁아져 반도체 기질(S)의 폭(b)에 대응하는 내부챔버(11)에 의해 반도체 기질(S) 쪽으로 집중되므로 반도체 기질(S)은 그 전부위가 지지판(40)에 균일하게 밀착되어 도금용액(50)의 침투가 확실하게 방지된다. 이와 동시에 음극인 반도체 기질(S)과 양극(20)간에 형성된 전기장에 의해 도금용액(50)이 반도체 기질(S)의 노출된 하면에만 부착됨으로써 도금이 이루어지는데, 본 발명의 도금장치는 내부챔버(11)가 각뿔대 형상으로 구성되어 양극(20)의 양쪽 가장자리부를 차폐시키므로 전기장의 에지효과가 적절히 감쇄되게 된다. 따라서, 반도체 기질(S)의 전부위에서 전류밀도가 거의 일정해져 위치에 따른 도금 두께 편차도 최소화된다.

그리고, 내부챔버(11)에서 오버플로우 된 도금용액(50)은 외부챔버(12)로 유입된 뒤 배출관(16)을 통해 용액탱크로 배출되어 전술한 사이클로 순환됨으로써 도금작업이 연속적으로 수행된다.

위와 같이 한쪽면의 도금이 완료되고 나면, 반도체 기질(S)의 비도금면이 하방을 향하도록 하여 재차 도금함으로써, 양쪽면 또는 한쪽면에 전기회로를 갖는 띠상 반도체 기질(S)의 한쪽면만을 간편하게 도금하거나 또는 양쪽면에 서로 다른 금속을 도금할 수 있게 되는 것이다.

한편, 도 5 및 도 6에는 본 발명에 의한 릴투릴 타입 도금장치의 다른 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 이것은 전술한 실시예의 구성에서 반도체 기질(S)의 하면, 즉 그 도금면의 양쪽 가장자리부에 각각 접촉하여 반도체 기질(S)을 지지판(40)에 밀착시키는 한 쌍의 밀착벨트(60)가 상호 간격을 두고 나란하게 더 설치된 구성이다. 밀착벨트(60)는 예를 들어 도금셀(10)을 관통하는 루프형으로 구성되어 이송롤러(30)에 의해 순환됨으로써 이송되는 반도체 기질(S)을 연속적으로 밀착시킬 수 있다. 바람직하기로 각 밀착벨트(60)의 바깥쪽 단부에는 반도체 기질(S)과 지지판(40) 외단의 적어도 일부에 접촉하여 양자의 사이로 도금용액(50)이 침투하는 것을 방지하는 측벽(61)이 형성된다. 또한, 이러한 밀착벨트(60)는 반도체 기질(S)을 지지판(40)에 대해 밀착시켜 줄수만 있으면 어떠한 재질이라도 무방하나, 도금장치의 특성을 감안하여 실리콘으로 구성되는 것이 바람직할 것이다. 이러한 구성의 실시예는 반도체 기질(S)과 지지판(40) 사이가 보다 확실하게 차폐되어 비도금면의 오도금을 근본적으로 방지하여 띠상의 양면 또는 단면 유연 기질에 있어 소망하는 부위만 정확하게 도금시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 양쪽면 또는 한쪽면에 전기회로를 갖는 띠상의 유연 기질을 연속적으로 도금함에 있어서 도금할 한쪽면만이 도금용액에 노출되므로, 종래와 같이 그 비도금면을 마스킹 처리하지 않고서도 반도체 기질의 전·후면에 서로 다른 종류의 금속을 도금하거나 필요한 한쪽면만을 정확하게 도금할 수 있게 된다. 또한, 도금면의 전부위에서 전류밀도가 균일해지게 되어 도금층의 두께 편차도 최소화 할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 기질회로필름의 생산성과 품질을 크게 향상시킬 수 있음은 물론 제조원가를 절감할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims (7)

1. 띠상의 유연한 반도체 기질 위에 연속적으로 금속층을 형성하기 위한 릴투릴 타입 전기 도금장치로서,

   도금용액이 주입되며 상단이 상기 반도체 기질과 동일한 폭으로 형성된 내부챔버와, 이 내부챔버에서 넘친 도금용액이 유입되어 배출되며 상기 반도체 기질이 내부챔버의 상단과 이격되도록 관통하여 지나가는 외부챔버로 이루어진 도금셀;

   상기 도금셀의 내부챔버내에 상기 반도체 기질과 대향하도록 설치되어 양전위가 인가되는 메시형태의 양극;

   상기 반도체 기질을 일정속도로 이송시킴과 동시에 반도체 기질에 음전위를 인가시키는 적어도 한 쌍의 이송롤러;

   상기 도금셀의 외부챔버내에서 상기 반도체 기질의 상면을 접촉 지지하는 지지판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 기질용 릴투릴 타입 도금장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 내부챔버의 폭이 그 하단으로 갈수록 점차 넓어지는 것을 특징으로 하는 반도체 기질용 릴투릴 타입 도금장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 반도체 기질의 하면과 내부챔버의 상단에 형성된 간격이 약 0.5~1.0㎜인 것을 특징으로 하는 반도체 기질용 릴투릴 타입 도금장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 내부챔버의 하부에, 다수의 유로구멍을 구비하여 주입된 도금용액을 균일하게 분산시키는 분산판이 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 기질용 릴투릴 타입 도금장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상호 간격을 두고 나란하게 배치되어 상기 이송롤러에 의해 순환되며, 상기 반도체 기질의 하면 양쪽 가장자리에 각각 접촉하여 반도체 기질을 상기 지지판에 밀착시키는 한 쌍의 밀착벨트가 더 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 기질용 릴투릴 타입 도금장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 밀착벨트의 바깥쪽 단부에 상기 반도체 기질의 외단과 지지판의 외단에 동시에 접촉하여, 양자간의 사이로 상기 도금용액의 침투를 방지하는 측벽이 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 기질용 릴투릴 타입 도금장치.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 밀착벨트가 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 기질용 릴투릴 타입 도금장치.