CN106868574A - 可调控式不溶性阳极板及其应用于铜柱电镀的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种可调控式不溶性阳极板及其应用于铜柱电镀的方法，该可调控式不溶性阳极板可应用于铜柱电镀工艺，包括：一阳极板，一电源供应器，以及一控制器；其中，该阳极板还包括：一极板，该极板是由一耐酸碱性的材料制成；多个金属柱，是依一排列方式内嵌于该极板内，该多个金属柱的每一个金属柱的一端面是露出于该极板的表面，以接触一电镀工艺使用的一电镀液，而另一端面则分别通过一导线连接于该电源供应器；该控制器是连接于该电源供应器，以控制该电源供应器对每一个金属柱的供应电流。本公开可改变通电面积与形状，亦可同时改变不同位置的输出电流大小，使得不溶性阳极板的不同位置具有单点可开/关或输出不同的电流大小。

Description

可调控式不溶性阳极板及其应用于铜柱电镀的方法
技术领域
本公开涉及一种可调控式不溶性阳极板，特别是应用于铜柱电镀工艺与其方法。
背景技术
铜柱凸块技术是近年来三维集成电路(3D IC)工艺中逐渐获得大量采用的技术，也在各种应用领域崭露头角。由于铜柱可通过使用电镀方式制作；因此，铜柱电镀系统成为在3D IC产业中常见的工艺应用系统。一般在3D IC产业的工艺上，通常是在具有图案(pattern)的硅基板或者是在印刷电路板(PCB)上以电镀的方式形成铜柱。而在电镀的过程中，最重要的是让电镀所形成的铜柱高度具有均匀性，因此如何电镀出具有高度均匀性的铜柱即为电镀技术最重要的效能指标之一。
在现有的电镀铜柱技术中，为了在电镀进行时，溶液中的电场可以均匀分布，以便让电镀后的铜柱高度能均匀，通常从电镀工艺所需用到的不溶性阳极板的结构上着手。图1所示为现有产业界所广泛使用的网状结构不溶性阳极板。如图1所示，该不溶性阳极板是由多条导电金属线101交叉相连所构成的一网状结构；其中，每一条导电金属线101外层均包覆一层氧化铱(IrO2)，当电流自输入端输入时，该网状结构中的每一条导电金属线101皆同时通电，希望藉以达到让电场可均匀分布。然而，因为在通电时，便会整个网状结构均通电，无法调控不同位置的电流大小，亦无法改变通电区域的面积与图案；因此，在实际应用中有许多限制，不同的结构设计也因应而生。例如，图2所示为现有产业界所广泛使用的环状结构不溶性阳极板。如图2所示，该不溶性阳极板是由多个半径大小不等且外层包覆氧化铱的金属环201所构成的同心圆结构；其中，每一个金属环201可分别输出不同大小的电流。
上述这两种不同的阳极板结构都是为了使电镀进行时，溶液中的电场可以均匀分布，以便让电镀后的铜柱高度能均匀；然而，依实务上的结果而言，其均匀性普遍不佳。由于现有的铜柱电镀设备中，除非更换阳极板的设计，否则阳极板的形状都是固定不变，因此现有技术常利用再加一阳极遮板来改善其铜柱高度的均匀性，但在工艺过程中，常因为阴极的Si基板或者PCB板的图案不同，导致该阳极遮板的图案与遮蔽范围也要随之变更，徒增实验上或者是量产线上的不便与降低效率。因此，虽然利用阳极遮板确实可改善均匀性不佳的情形，但仍有其极限存在。如何有效地解决此问题，实是本领域人士所需考虑的问题所在。
发明内容
有鉴于此，本公开的主要目的是提供一种可调控式不溶性阳极板，可应用于铜柱电镀工艺中。该可调控性的不溶性阳极板，乃是将多个不溶性的金属柱排列成一阵列，并通过一可编程控制器(programmable controller)，以分别控制每一金属柱的电流开关及其电流输出的大小。
根据一实施例，本公开提供一种可调控式不溶性阳极板，可应用于铜柱电镀工艺，包括：一阳极板，一电源供应器，以及一控制器；其中，该阳极板还包括：一极板，该极板是由一耐酸碱性的材料制成；多个金属柱，是依一排列方式内嵌于该极板内，该多个金属柱的每一个金属柱的一端面是露出于该极板的表面，以接触一电镀工艺使用的一电镀液，而另一端面则分别通过一导线连接于该电源供应器；该控制器是连接于该电源供应器，以控制该电源供应器对每一个金属柱的供应电流。
更进一步地，在上述实施例中，该控制器是为一可编程控制器、一可编程逻辑控制器(programmable logic controller，PLC)、或一可编程自动化控制器(programmable automation controller，PAC)。
更进一步地，在上述实施例中，该控制器控制该电源供应器对每一个金属柱的供应电流包括控制电流大小、供电时序、或供电时间长短。
更进一步地，在上述实施例中，该多个金属柱的排列方式可为一阵列方式、一圆形方式、或其他任意方式。
更进一步地，在上述实施例中，该多个金属柱的形状可为一圆形柱、一方形柱、或一矩形柱。
更进一步地，在上述实施例中，该多个金属柱的表面具有一层导电耐酸碱膜。
根据另一实施例，本公开提供一种使用可调控式不溶性阳极板的铜柱电镀方法，包括：提供一不溶性阳极板，该不溶性阳极板还包含：一极板，该极板是由一耐酸碱性的材料制成；多个金属柱，是依一排列方式内嵌于该极板内，该多个金属柱的每一个金属柱的一端面是露出于该极板的表面，而另一端面则连接一导线；将该多个金属柱的每一个金属柱所连接的导线分别连接至一电源供应器；将该电源供应器连接至一控制器；以及，在电镀工艺中，通过该控制器控制该电源供应器分别对每一个金属柱的供应电流。
更进一步地，在上述实施例中，该控制器是为一可编程控制器、一可编程逻辑控制器(programmable logic controller，PLC)、或一可编程自动化控制器(programmable automation controller，PAC)。
更进一步地，在上述实施例中，该控制器控制该电源供应器对每一个金属柱的供应电流包括控制电流大小、供电时序、或供电时间长短。
更进一步地，在上述实施例中，该多个金属柱的排列方式可为一阵列方式、一圆形方式、或其他任意方式。
更进一步地，在上述实施例中，该多个金属柱的形状可为一圆形柱、一方形柱、或一矩形柱。
更进一步地，在上述实施例中，该多个金属柱的表面具有一层导电耐酸碱膜。
此设计与控制方法不仅可改变通电面积与形状，亦可同时改变不同位置的输出电流大小，利用可编程逻辑控制器直接控制阳极板通电时的面积、形状与电流大小的设备与工艺方法，使得不溶性阳极板的不同位置具有单点可开/关或输出不同的电流大小，可改善现今所广泛使用的不溶性阳极板以及阳极遮板的不足处。由于铜柱电镀广泛应用于3D IC的产业上，因此能够控制电镀后的铜柱，使其高度具有均匀性，是产业上重要的目标技术。
附图说明
图1所示为现有铜柱电镀工艺所用的网状结构不溶性阳极板。
图2所示为现有铜柱电镀工艺所用的环状结构不溶性阳极板。
图3所示为依据本公开的一种可调控式不溶性阳极板的一实施例的示意图。
图4～图7所示分别为依据本公开的实施例以9×10的金属柱所排列而成的阳极板阵列为例，说明如何变化通电时阳极板的通电图案的示意图。
图8所示为本公开的一种使用可调控式不溶性阳极板的铜柱电镀方法的流程图。
其中，附图标记说明如下：
101 网状结构不溶性阳极板
201 环状结构不溶性阳极板
301 阳极板
3011 极板
3012 金属柱
3013 导线
302 电源供应器
303 控制器
810 提供一不溶性阳极板
820 将金属柱所连接的导线分别连接至一电源供应器
830 将电源供应器连接至一控制器
840 电镀时，控制器控制电源供应器分别对各个金属柱供应电流
具体实施方式
以下，参考伴随的附图，详细说明依据本发明的实施例，俾使本领域者易于了解。所述的实用新型可以采用多种变化的实施方式，当不能只限定于这些实施例。本发明省略已熟知部分(well-known part)的描述，并且相同的参考号于本发明中代表相同的元件。
图3所示为依据本公开的一种可调控式不溶性阳极板的一实施例的示意图。如图3所示，该可调控式不溶性阳极板是适用于一铜柱电镀工艺，包括：一阳极板301，一电源供应器302，以及一控制器303；其中，该电源供应器是连接至该阳极板301，于电镀工艺中提供电流至该阳极板301；该控制器303是连接于该电源供应器302，并输出信号至该控制器303以控制及调节在电镀工艺中该电源供应器302提供至该阳极板301的电流。
在本实施例中，该阳极板301还包括：一极板3011，该极板3011是由一耐酸碱性的材料制成，例如，高密度聚乙烯、工业橡胶、等材料；以及，多个金属柱3012，是依一排列方式内嵌于该极板3011内，如图3的虚线所示。值得说明的是，该多个金属柱3012的每一个金属柱的一端面是露出于该极板3011的表面，以接触在电镀工艺使用的一电镀液，而另一端面则分别通过一导线3012连接于该电源供应器302。
在本实施例中，该多个金属柱3012的排列方式可为一阵列方式、一圆形方式、或其他任意方式。同样地，该多个金属柱3012的形状可为一圆形柱、一方形柱、或一矩形柱。更进一步地，该多个金属柱3012的表面具有一层耐酸碱膜。
更进一步地，本实施例中的该控制器是为一可编程控制器(programmablecontroller)、一可编程逻辑控制器(programmable logic controller，PLC)、或一可编程自动化控制器(programmable automation controller，PAC)，可通过程序来控制该电源供应器302对每一个金属柱3011的供应电流。
再者，在本实施例中，该控制器控制该电源供应器对每一个金属柱的供应电流包括控制电流大小、供电时序、或供电时间长短。
换言之，该不溶性阳极板301是由多个表面镀着一层耐酸碱导电膜的金属柱3012排列而成的阵列，并将其固定于耐酸碱的极板3011中，通过导线3013将阵列中的各金属柱3012分别连接至该电源供应器302，并利用该控制器303控制电源供应器，可精准调控单一金属柱的电流开/关、电流的输出大小，藉以调节改变电镀工艺中，阳极板301通电时的电场面积、形状或强度。
由于本公开可直接控制欲输出电流的金属柱位置，因此可以针对不同的应用阴极图案，变换通电时阳极板的电流输出图案与大小。
图4至图7所示分别为依据本公开的实施例以9×10的金属柱所排列而成的阳极板阵列为例，说明如何变化通电时阳极板的通电图案的示意图。其中，该金属柱分别标注编号1-90，且实心点(·)表示该金属柱通电流，空心点(ο)表示该金属柱未通电流。
如图4所示，当利用一可编程逻辑控制器来控制编号1-90的金属柱全部通电流时，可看到该阳极板上的通电图案为矩形。如图5所示，若是控制编号22-24,30-34,38-44,47-53,56-62,66-70以及76-78等金属柱有通电流，但其余金属柱不通电流时，则阳极板的通电形状会变成圆形图案。如图6所示，当控制编号4-6,13-15,22-24,31-33,37-45,46-54,58-60,67-69,76-78以及85-87等金属柱有通电，其余的金属柱不通电流时，则阳极板的通电区域形状会变成十字形。如图7所示，若是控制编号1-4,6-9,10-13,15-18,19-22,24-27,28-31,33-36,55-58,60-63,64-67,69-72,73-76,78-81,82-85,87-90等金属柱有通电流，其余金属柱不通电流时，此阳极板通有电流的图形，则会变成四个方形的图案，而中间不通电区域呈现十字形。由此可知，本公开可以通过该可编程逻辑控制器的程序设计，精确控制每一个金属柱是否通电，而达到改变电镀时阳极板的通电图案与通电面积的目的，以适用于不同的应用需求。
图8所示为本公开的一种使用可调控式不溶性阳极板的铜柱电镀方法的流程图。如图8所示，步骤810是提供一不溶性阳极板，该不溶性阳极板还包含：一极板，该极板是由一耐酸碱性的材料制成；多个金属柱，是依一排列方式内嵌于该极板内，该多个金属柱的每一个金属柱的一端面是露出于该极板的表面，而另一端面则连接一导线。其中，该不溶性阳极板的实施方式可如图3的实施例说明，在此不再重复。
步骤820是将该多个金属柱的每一个金属柱所连接的导线分别连接至一电源供应器。在步骤830中，将该电源供应器连接至一控制器。最后，步骤840是在电镀工艺中，通过该控制器控制该电源供应器分别对每一个金属柱供应电流。
综上所述，本公开的实施例乃使用金属柱阵列当作阳极板，并通过PLC分别控制金属柱阵列中每一金属柱的电流输出，故本阳极板阵列的可调控性相当大，控制方法也相当方便，其适用性也更广泛，对于铜柱高度均匀性较差的位置，可直接控制单一金属柱的电流输出，便可改善。如此将可改善目前现有的网状或环状阳极板以及利用阳极遮板控制铜柱高度所不足之处。
再者，因其可直接利用程序，通过PLC调控电源供应器，去进行不同位置的导电金属柱的开/关和电流输出的大小，可直接实现改变阳极板的电流输出图案，不需变更阳极遮板的图案或遮蔽范围，则可达到控制铜柱高度均匀性的目的，显见本发明的适用范围较目前常用的控制方式更广泛。
然而，以上所公开的图示及说明，仅为本发明的较佳实施例而已，非为用以限定本发明的实施，大凡熟悉该项技艺的人士其所依本发明的精神，所作的变化或修饰，皆应涵盖在以下本案的权利要求内。

Claims (12)

1.一种可调控式不溶性阳极板，应用于铜柱电镀工艺，包含：
一阳极板，一电源供应器，以及一控制器；
其中，该阳极板还包括：一极板，该极板是由一耐酸碱性的材料制成；多个金属柱，是依一排列方式内嵌于该极板内，该多个金属柱的每一个金属柱的一端面是露出于该极板的表面，以接触一电镀工艺使用的一电镀液，而另一端面则分别通过一导线连接于该电源供应器；该控制器是连接于该电源供应器，以控制该电源供应器对每一个金属柱的供应电流。
2.如权利要求1所述的可调控式不溶性阳极板，其中该控制器为一可编程控制器、一可编程逻辑控制器、或一可编程自动化控制器。
3.如权利要求1所述的可调控式不溶性阳极板，其中该控制器控制该电源供应器对每一个金属柱的供应电流包括控制电流大小、供电时序、或供电时间长短。
4.如权利要求1所述的可调控式不溶性阳极板，其中该多个金属柱的排列方式可为一阵列方式、一圆形方式、或其他任意方式。
5.如权利要求1所述的可调控式不溶性阳极板，其中该多个金属柱的形状可为一圆形柱、一方形柱、或一矩形柱。
6.如权利要求1所述的可调控式不溶性阳极板，其中该多个金属柱的表面具有一层导电耐酸碱膜。
7.一种使用可调控式不溶性阳极板的铜柱电镀方法，包括：
提供一不溶性阳极板，该不溶性阳极板包含：一极板，该极板是由一耐酸碱性的材料制成；多个金属柱，是依一排列方式内嵌于该极板内，该多个金属柱的每一个金属柱的一端面是露出于该极板的表面，而另一端面则连接一导线；
将该多个金属柱的每一个金属柱所连接的导线分别连接至一电源供应器；
将该电源供应器连接至一控制器；以及
在电镀工艺中，通过该控制器控制该电源供应器分别对每一个金属柱的供应电流。
8.如权利要求7所述的铜柱电镀方法，其中该控制器为一可编程控制器、一可编程逻辑控制器、或一可编程自动化控制器。
9.如权利要求7所述的铜柱电镀方法，其中该控制器控制该电源供应器对每一个金属柱的供应电流包括控制电流大小、供电时序、或供电时间长短。
10.如权利要求7所述的铜柱电镀方法，其中该多个金属柱的排列方式可为一阵列方式、一圆形方式、或其他任意方式。
11.如权利要求7所述的铜柱电镀方法，其中该多个金属柱的形状可为一圆形柱、一方形柱、或一矩形柱。
12.如权利要求7所述的铜柱电镀方法，其中该多个金属柱的表面具有一层导电耐酸碱膜。
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