CN102766858B - 无电解电镀设备与方法 - Google Patents

Abstract

一种无电解电镀设备与方法，适用于对至少一晶圆进行无电解电镀处理；前述设备包括有槽体单元、晶圆承载单元、无电解电镀液供应单元以及超声波震荡单元；其中，前述槽体单元设有至少一入水口，用于承装一无电解电镀液；前述晶圆承载单元结合于前述槽体单元内；前述无电解电镀液供应单元用于将无电解电镀液经前述入水口，供应至该槽体单元内；前述超声波震荡单元则结合于该无电解电镀槽体单元，用于均匀扰动该槽体单元内的无电解电镀液。由此，可同时改善镀膜厚度的均匀性以及对微孔电镀的处理。

Description

无电解电镀设备与方法

技术领域

本发明涉及一种无电解电镀设备与方法，特别涉及一种适用于晶圆，可使无电解电镀液浓度均匀分布，并得以均匀流经每一晶圆，以改善镀膜厚度的均匀性，并利用超声波震荡增进微孔电镀的无电解电镀设备与方法。

背景技术

无电解电镀为一项成熟的电镀技术，目前主要应用于非晶圆的物品上；因此，在镀膜厚度均匀性方面并无严格要求，且极少有对于微孔电镀的要求。

近年来，随着半导体技术的快速发展，将无电解电镀技术应用于晶圆上的机会亦随着大幅增加；举凡如硅晶片或砷化镓晶片背面导孔(backside via hole)的电镀技术等。

然而，前述技术对于镀膜厚度均匀性及微孔电镀则有越来越高的要求；换言之，在执行晶圆电镀方面，现有无电解电镀技术将难以符合当前的需求。

有鉴于此，为因应于晶圆上执行无电解电镀技术的高标准要求，对于无电解电镀技术的改良主要可由两方面着手：其一为研发新的电镀液配方，其二则是对无电解电镀设备加以改良。缘此，本发明的发明人针对无电解电镀设备加以革新，以期使晶圆电镀获得最佳的效果。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种适用于半导体晶圆的无电解电镀设备与方法，可使无电解电镀液浓度均匀分布，并得以均匀流经每一晶圆，以改善镀膜厚度的均匀性。

本发明的另一目的在于提供一种利用超声波震荡的无电解电镀设备与方法，以改善微孔电镀的镀膜厚度均匀性。

为达上述目的，本发明提供一种无电解电镀设备，供对至少一晶圆进行无电解电镀处理，其包括：

一槽体单元，设有至少一入水口，供承装一无电解电镀液；

一晶圆承载单元，结合于前述槽体单元内；

一无电解电镀液供应单元，用以将无电解电镀液经前述入水口供应至该槽体单元内；以及

一超声波震荡单元，结合于该槽体单元，用以均匀扰动该槽体单元内的无电解电镀液。

所述的无电解电镀设备，其中，该槽体单元设有多个入水口，以使流入的无电解电镀液产生多流场效果。

所述的无电解电镀设备，其中，前述无电解电镀液供应单元经由至少一管线，将无电解电镀液经前述入水口供应至该槽体单元内。

所述的无电解电镀设备，其中，该晶圆承载单元具有一架体以及至少一组夹持部；前述架体大面积镂空，以使无电解电镀液得以无阻碍地流经架体；前述每组夹持部则设置于架体上相对应两侧，供固定至少一晶圆。

所述的无电解电镀设备，其中，更包括一晃动单元；该晃动单元与该晶圆承载单元相连接，用以驱动该晶圆承载单元沿垂直方向晃动。

所述的无电解电镀设备，其中，该晃动单元具有一驱动装置、一连动件以及一第一结合件；前述驱动装置与连动件相结合，供将连动件沿垂直方向晃动；而该第一结合件则以一侧与该连动件相结合，并以另一侧结合于该晶圆承载单元的架体的上半部。

所述的无电解电镀设备，其中，更包括一循环单元，用以接收由槽体单元溢流出的无电解电镀液，并将该无电解电镀液经该至少一入水口再注入该槽体单元内。

本发明还提供一种无电解电镀设备，供对至少一晶圆进行无电解电镀处理，其包括：

一槽体单元，供承装一无电解电镀液，并设有多个入水口，以使流入的无电解电镀液产生多流场效果；

一晶圆承载单元，结合于前述槽体单元内；以及

一无电解电镀液供应单元，用以将无电解电镀液经前述入水口供应至该槽体单元内。

所述的无电解电镀设备，其中，更包括一超声波震荡单元；该超声波震荡单元结合于该槽体单元，用以均匀扰动该槽体单元内的无电解电镀液。

所述的无电解电镀设备，其中，前述无电解电镀液供应单元经由多条管线，将无电解电镀液经前述入水口供应至该槽体单元内。

所述的无电解电镀设备，其中，该晶圆承载单元具有一架体以及至少一组夹持部；前述架体大面积镂空，以使无电解电镀液得以无阻碍地流经架体；前述每组夹持部则设置于架体上相对应两侧，供固定至少一晶圆。

所述的无电解电镀设备，其中，更包括一晃动单元；该晃动单元与该晶圆承载单元相连接，用以驱动该晶圆承载单元沿垂直方向晃动。

所述的无电解电镀设备，其中，该晃动单元具有一驱动装置、一连动件以及一第一结合件；前述驱动装置与连动件相结合，供将连动件沿垂直方向晃动；而该第一结合件则以一侧与该连动件相结合，并以另一侧结合于该晶圆承载单元的架体的上半部。

所述的无电解电镀设备，其中，更包括一循环单元，用以接收由槽体单元溢流出的无电解电镀液，并将该无电解电镀液经该多个入水口再注入该槽体单元内。

本发明又提供一种无电解电镀方法，供对至少一晶圆进行无电解电镀处理，其特征在于，包括以下步骤：

提供一设有至少一入水口的槽体单元；

提供一能够与前述槽体单元相结合的晶圆承载单元，以固定前述至少一晶圆；

提供一无电解电镀液供应单元，以将无电解电镀液经前述入水口供应至该槽体单元内；以及

提供一能够与前述槽体单元相结合的超声波震荡单元，以均匀扰动该槽体单元内的无电解电镀液。

所述的无电解电镀方法，其中，该槽体单元设有多个入水口，以使流入的无电解电镀液产生多流场效果。

所述的无电解电镀方法，其中，前述无电解电镀液供应单元经由至少一管线，将无电解电镀液经前述入水口供应至该槽体单元内。

所述的无电解电镀方法，其中，该晶圆承载单元具有一架体以及至少一组夹持部；前述架体大面积镂空，以使无电解电镀液得以无阻碍地流经架体；前述每组夹持部则设置于架体上相对应两侧，供固定至少一晶圆。

所述的无电解电镀方法，其中，更包括一晃动单元；该晃动单元与该晶圆承载单元相连接，用以驱动该晶圆承载单元沿垂直方向晃动。

所述的无电解电镀方法，其中，该晃动单元具有一驱动装置、一连动件以及一第一结合件；前述驱动装置与连动件相结合，供将连动件沿垂直方向晃动；而该第一结合件则以一侧与该连动件相结合，并以另一侧结合于该晶圆承载单元的架体的上半部。

所述的无电解电镀方法，其中，更包括以下步骤：提供一循环单元，用以接收由槽体单元溢流出的无电解电镀液，并将该无电解电镀液经该至少一入水口再注入该槽体单元内。

为对于本发明的特点与作用能有更深入的了解，兹凭借实施例配合附图详述于后。

附图说明

图1显示本发明的无电解电镀设备的槽体单元的立体外观图；

图1A为本发明的无电解电镀设备中无电解电镀液供应与循环的方块图；

图2显示本发明的无电解电镀设备的晶圆承载单元的立体外观图；

图3显示本发明的无电解电镀设备的晶圆承载单元与槽体单元于组装后的俯视图；

图4为图3的侧视剖面示意图；

图5显示本发明的无电解电镀设备的晶圆承载单元、槽体单元与晃动单元于组装后的俯视图；

图6为图5的侧视剖面示意图；

图7显示本发明的无电解电镀设备的晶圆承载单元、槽体单元以及超声波震荡单元于组装后的侧视剖面示意图；

图8显示本发明的无电解电镀方法的流程图。

附图标记说明：1-槽体单元；12-入水口；14-入水管线；2-晶圆承载单元；22-架体；24-夹持部；3-无电解电镀液供应单元；4-超声波震子；5-晃动单元；52-驱动装置；54-连动件；56-第一结合件；6-外槽体；7-晶圆；A1-提供一设有至少一入水口的槽体单元；A2-供一可与前述槽体单元相结合的晶圆承载单元，以固定前述至少一晶圆；A3-供一无电解电镀液供应单元，以将无电解电镀液经前述入水口供应至该槽体单元内；A4-供一可与前述槽体单元相结合的超声波震荡单元，以均匀扰动该槽体单元内的无电解电镀液。

具体实施方式

本发明揭示一种无电解电镀设备，用以对至少一晶圆进行无电解电镀处理；前述无电解电镀设备主要包括有一槽体单元、一晶圆承载单元以及一无电解电镀液供应单元；其中，前述槽体单元设有至少一入水口，供承装一无电解电镀液；前述晶圆承载单元，结合于前述槽体单元内；而前述无电解电镀液供应单元则用以将无电解电镀液该经入水口供应至该槽体单元内。

在实施时，本发明的特色主要包括四点：首先，关于无电解电镀液的流场控制；其次，晶圆承载单元于结构上的改良；第三，关于超声波震荡的应用；以及最后，关于将晶圆承载单元实施晃动。上述四点改良，可单独或任意组合而为本发明的无电解电镀设备所采用；以下将逐一加以阐述。

一、流场控制：

请参阅图1与图1A，其显示无电解电镀液于供应与循环方面的一实施例。如图所示，在此实施例中，本发明的无电解电镀设备除包括一槽体单元1以及一无电解电镀液供应单元3外，亦包括有一循环单元；而该循环单元则具有一外槽体6。

图1A所示，当无电解电镀液供应单元3将无电解电镀液供应至槽体单元1后，所注入的无电解电镀液将被循环使用；而为使无电解电镀液持续处于流动状态，本实施例以循环单元达此目的。

前述循环单元的外槽体6用于接收由槽体单元1溢流出的无电解电镀液，并将所接收的无电解电镀液再注入槽体单元1内；而流入外槽体6内的无电解电镀液，则经出水管线14再注入槽体单元1内循环使用。

上述仅为一种实施方式；在实际操作时，亦可使无电解电镀液供应单元3先将无电解电镀液注入外槽体6内，再经由出水管线14注入槽体单元1内。凡此可使无电解电镀液循环利用的结构设计，皆为本发明所涵盖。

如前文所述，在槽体单元1内的无电解电镀液必须处于流动状态，以对晶圆进行无电解电镀；而对于无电解电镀液的流场控制，则为本发明的主要特色之一。

随着槽体单元1入水口数目的增加，无电解电镀液的流场亦将有所改变。当设有单一入水口时，于槽体单元1内将仅形成一相对应的流场；此时，对于槽体单元1内的被镀物(即晶圆)而言，将产生镀膜厚度不均匀或甚至局部未镀上的情形；例如，若流场是主要流经被镀物中间区域，则被镀物两侧将无法达到正常的镀膜厚度要求。

因此，在实施时，经由使槽体单元1设有多个入水口12，可使流入的无电解电镀液产生多流场效果；如图3所示，所产生的多流场将于槽体单元1内均匀分布，而使被镀物可获得较均匀的镀膜厚度。

二、超声波震荡的使用

请参阅图7，其为显示本发明的无电解电镀设备使用超声波装置的示意图。如图所示，在此示例中，本发明的无电解电镀设备更包括有一超声波震荡单元；在实施时，前述超声波震荡单元可为多个震子，分别结合于槽体单元1上，以均匀扰动该槽体单元1内的无电解电镀液，而使无电解电镀液与晶圆间的接触得以更为均匀。

除上述效果外，超声波震荡的使用，对于晶圆的导孔(via hole)电镀亦有极佳的效果。晶圆于结构上常有导孔产生，因此于进行无电解电镀时，除晶圆表面外，导孔内亦须镀上。然而，由于晶圆上的导孔相当微小，一般仅能依靠无电解电镀液本身的扩散作用，方能进入孔内；再者，又因孔内有空气阻挡，因此导孔内通常不容易镀上。

为改进晶圆于导孔电镀上的缺点，遂使用超声波技术。当使用超声波进行震荡时，将可产生许多真空泡；由于超声波震荡所产生的真空泡较小，因此可轻易进入导孔内，驱赶导孔内的空气，强化无电解电镀液于导孔内、外的对流，进而增加导孔内的镀膜厚度。此外，于超声波的使用方面，可依需要采用不同频率或不同震荡方式(如单次震荡或多次间隔式震荡)。

三、晶圆承载单元结构改良

请参阅图2，其显示本发明的无电解电镀设备的晶圆承载单元。如图所示，该晶圆承载单元2主要包括一架体22以及至少一组夹持部24。其中，前述架体22主要特征在于其为大面积镂空；前述每组夹持部24则设置于架体22上相对应的两侧，用以固定至少一晶圆。

在实施时，由图2可知，前述大面积镂空，主要是针对晶圆承载单元2的架体22的侧边与下方部分。如图3至图4所示，当将承装有多片晶圆的晶圆承载单元置入槽体单元1时，经由将前述架体22大面积镂空，在槽体单元1内流动的无电解电镀液将得以无阻碍地流经架体22。

此外，将架体22大面积镂空，亦可便于配合超声波震荡的实施。如前文所述，当实施超声波震荡时，无电解电镀液将被扰动；被扰动的无电解电镀液可经镂空部分流入架体22内，而与晶圆相接触，以将超声波产生的效应无阻碍地传达至晶圆上。

四、晃动机构

如图2所示，在晶圆承载单元2内，晶圆垂直加以摆放；因此，无电解电镀液于晶圆表面各处的流速，实难保持一致。此外，在无电解电镀过程中，所产生的气体容易形成气泡而附着于晶圆表面。如此，皆将造成晶圆表面镀膜厚度不一。

因此，为改善此一缺点，在实施时，本发明的无电解电镀设备可更包括有一晃动单元，其与晶圆承载单元相连接，用以驱动该晶圆承载单元沿垂直方向晃动。

请参阅图5至图6，其中显示有前述晃动单元的一示例。如图所示，晃动单元5包括有一驱动装置52、一连动件54以及一第一结合件56。前述驱动装置52(例如马达)与连动件54相结合，以将连动件54沿垂直方向晃动；前述第一结合件56则以一侧与该连动件54相互结合，其另一侧则结合于架体22的上半部。

由此，当启动驱动装置52时，可将动力经连动件54传递至第一结合件56上，而使晶圆承载单元2沿垂直方向晃动。经由此垂直晃动的作用，不仅可使无电解电镀液均匀流经晶圆表面各处；同时，第一结合件56的垂直作动，亦将造成槽体单元1内无电解电镀液的扰动，进而可使无电解电镀液的浓度分布更为均匀。

如前文所述，于晶圆的无电解电镀过程中，导孔为较难镀上的区域，其中导孔底部更为困难。然而，导孔内侧壁皆可确实被镀上。

此外，如图8所示，本发明亦提供有一种无电解电镀方法，包括以下步骤：

A1提供一设有至少一入水口的槽体单元；

A2提供一可与前述槽体单元相结合的晶圆承载单元，以固定前述至少一晶圆；

A3提供一无电解电镀液供应单元，以将无电解电镀液经前述入水口供应至该槽体单元内；以及

A4提供一可与前述槽体单元相结合的超声波震荡单元，以均匀扰动该槽体单元内的无电解电镀液。

综上所述，本发明确实可达到预期的目的，而提供一种无电解电镀设备与方法，其可使无电解电镀液浓度均匀分布，并可均匀流经每一晶圆，以改善镀膜厚度的均匀性，同时亦可增加微孔电镀的镀膜厚度。其确具产业利用的价值，爰依法提出专利申请。

此外，上述说明与附图仅是用以说明本发明的实施例，凡熟于此业技艺的人士，仍可做等效的局部变化与修饰，其并未脱离本发明的技术与精神。

Claims (18)

1.一种无电解电镀设备，供对至少一晶圆进行无电解电镀处理，其特征在于，包括：

一槽体单元，设有至少一入水口，供承装一无电解电镀液；

一晶圆承载单元，结合于前述槽体单元内，该晶圆承载单元具有一架体以及至少一组夹持部；前述架体大面积镂空，以使无电解电镀液得以无阻碍地流经架体；前述每组夹持部则设置于架体上相对应两侧，供固定至少一晶圆；

一无电解电镀液供应单元，用以将无电解电镀液经前述入水口供应至该槽体单元内；以及

一超声波震荡单元，结合于该槽体单元，用以均匀扰动该槽体单元内的无电解电镀液。

2.如权利要求1所述的无电解电镀设备，其特征在于，该槽体单元设有多个入水口，以使流入的无电解电镀液产生多流场效果。

3.如权利要求1或2所述的无电解电镀设备，其特征在于，前述无电解电镀液供应单元经由至少一管线，将无电解电镀液经前述入水口供应至该槽体单元内。

4.如权利要求1所述的无电解电镀设备，其特征在于，更包括一晃动单元；该晃动单元与该晶圆承载单元相连接，用以驱动该晶圆承载单元沿垂直方向晃动。

5.如权利要求4所述的无电解电镀设备，其特征在于，该晃动单元具有一驱动装置、一连动件以及一第一结合件；前述驱动装置与连动件相结合，供将连动件沿垂直方向晃动；而该第一结合件则以一侧与该连动件相结合，并以另一侧结合于该晶圆承载单元的架体的上半部。

6.如权利要求1所述的无电解电镀设备，其特征在于，更包括一循环单元，用以接收由槽体单元溢流出的无电解电镀液，并将该无电解电镀液经该至少一入水口再注入该槽体单元内。

7.一种无电解电镀设备，供对至少一晶圆进行无电解电镀处理，其特征在于，包括：

一槽体单元，供承装一无电解电镀液，并设有多个入水口，以使流入的无电解电镀液产生多流场效果；

一晶圆承载单元，结合于前述槽体单元内，该晶圆承载单元具有一架体以及至少一组夹持部；前述架体大面积镂空，以使无电解电镀液得以无阻碍地流经架体；前述每组夹持部则设置于架体上相对应两侧，供固定至少一晶圆；以及

一无电解电镀液供应单元，用以将无电解电镀液经前述入水口供应至该槽体单元内。

8.如权利要求7所述的无电解电镀设备，其特征在于，更包括一超声波震荡单元；该超声波震荡单元结合于该槽体单元，用以均匀扰动该槽体单元内的无电解电镀液。

9.如权利要求7所述的无电解电镀设备，其特征在于，前述无电解电镀液供应单元经由多条管线，将无电解电镀液经前述入水口供应至该槽体单元内。

10.如权利要求7所述的无电解电镀设备，其特征在于，更包括一晃动单元；该晃动单元与该晶圆承载单元相连接，用以驱动该晶圆承载单元沿垂直方向晃动。

11.如权利要求10所述的无电解电镀设备，其特征在于，该晃动单元具有一驱动装置、一连动件以及一第一结合件；前述驱动装置与连动件相结合，供将连动件沿垂直方向晃动；而该第一结合件则以一侧与该连动件相结合，并以另一侧结合于该晶圆承载单元的架体的上半部。

12.如权利要求7所述的无电解电镀设备，其特征在于，更包括一循环单元，用以接收由槽体单元溢流出的无电解电镀液，并将该无电解电镀液经该多个入水口再注入该槽体单元内。

13.一种无电解电镀方法，供对至少一晶圆进行无电解电镀处理，其特征在于，包括以下步骤：

提供一设有至少一入水口的槽体单元；

提供一能够与前述槽体单元相结合的晶圆承载单元，该晶圆承载单元具有一架体以及至少一组夹持部；前述架体大面积镂空，以使无电解电镀液得以无阻碍地流经架体；前述每组夹持部则设置于架体上相对应两侧，以固定前述至少一晶圆；

提供一无电解电镀液供应单元，以将无电解电镀液经前述入水口供应至该槽体单元内；以及

提供一能够与前述槽体单元相结合的超声波震荡单元，以均匀扰动该槽体单元内的无电解电镀液。

14.如权利要求13所述的无电解电镀方法，其特征在于，该槽体单元设有多个入水口，以使流入的无电解电镀液产生多流场效果。

15.如权利要求13或14所述的无电解电镀方法，其特征在于，前述无电解电镀液供应单元经由至少一管线，将无电解电镀液经前述入水口供应至该槽体单元内。

16.如权利要求13所述的无电解电镀方法，其特征在于，更包括一晃动单元；该晃动单元与该晶圆承载单元相连接，用以驱动该晶圆承载单元沿垂直方向晃动。

17.如权利要求16所述的无电解电镀方法，其特征在于，该晃动单元具有一驱动装置、一连动件以及一第一结合件；前述驱动装置与连动件相结合，供将连动件沿垂直方向晃动；而该第一结合件则以一侧与该连动件相结合，并以另一侧结合于该晶圆承载单元的架体的上半部。

18.如权利要求13所述的无电解电镀方法，其特征在于，更包括以下步骤：提供一循环单元，用以接收由槽体单元溢流出的无电解电镀液，并将该无电解电镀液经该至少一入水口再注入该槽体单元内。

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