CN109306474A - 用于化学和/或电解表面处理的分配系统 - Google Patents

用于化学和/或电解表面处理的分配系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的分配系统，一种用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的装置，以及一种用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的分配方法。用于化学和/或电解表面处理的分配系统包括分配体、至少一个工艺流体入口、以及通道。分配体被配置成将工艺流体的流和/或电流引导至基板。通道至少部分地围绕分配体的周围。分配体包括喷嘴阵列，并且通道被配置成将工艺流体从工艺流体入口分配到喷嘴阵列。

Description

用于化学和/或电解表面处理的分配系统
技术领域
本发明涉及一种用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的分配系统，一种用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的装置，以及一种用于基板在工艺流体中的化学和/电解表面处理的分配方法。
背景技术
在半导体工业中，可以使用各种工艺在晶片表面上沉积材料或从晶片表面去除材料。
例如，可以使用电化学沉积(ECD)或电化学机械沉积(ECMD)工艺在先前图案化的晶片表面上沉积导体例如铜，以制造器件互连结构。
化学机械抛光(CMP)通常用于材料去除步骤。另一种技术，电抛光或电蚀刻，也可以用于从晶片表面去除多余的材料。
在晶片表面上电化学(或电化学机械)沉积材料或从晶片表面电化学(或电化学机械)去除材料统称为“电化学处理”。电化学、化学和/或电解表面处理技术可以包括电抛光(或电蚀刻)、电化学机械抛光(或电化学机械蚀刻)、电化学沉积和电化学机械沉积。所有技术都使用工艺流体。
化学和/或电解表面处理技术涉及以下步骤。将待处理的基板附接至基板保持器，浸入电解工艺流体中并用作阴极。将电极浸入工艺流体中并用作阳极。向工艺流体施加直流电流并在阳极处离解带正电荷的金属离子。然后离子迁移至阴极，在那里离子对附接至阴极上的基板进行镀覆。
这种工艺的问题是均匀的层的形成。镀覆电流在从系统的阳极流到阴极时可能不均匀和/或处理室中的流体分布可能不均匀。不均匀的电流或流体分布可能导致不均匀的层厚度。电流和/或流的均匀分布应由分配体实现，该分配体应对应于待处理的基板。然而，仍然可以改进均匀的层的形成。
发明内容
因此，可能需要提供一种用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的改进的分配系统，其使得能够改进对基板的均匀表面处理。
通过独立权利要求的主题解决了本发明的问题，其中另外的实施方式包含在从属权利要求中。应当注意，以下描述的本发明的方面还适用于用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的分配系统，用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的装置，以及用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的分配方法。
根据本发明，提出了一种用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的分配系统。分配系统可以是具有竖直镀覆室的竖直分配系统，基板被竖直插入竖直镀覆室。分配系统也可以是具有水平镀覆室的水平分配系统，基板被水平插入水平镀覆室。
化学和/或电解表面处理可以是任何材料沉积、电镀涂覆、化学或电化学蚀刻、阳极氧化、金属分离等。
基板可以包括导体板、半导体基板、膜基板，基本上为板形状的金属或金属化工件等。表面的待处理的表面可以至少部分地被遮蔽或未遮蔽。
用于化学和/或电解表面处理的分配系统包括至少分配体、至少一个工艺流体入口以及至少通道。
分配体被配置成将工艺流体和/或电流流引导至基板。分配体可以对应于待处理的基板，特别是在其形状和尺寸方面。
工艺流体入口例如是工艺流体进入分配系统和分配体的管道。
分配体包括喷嘴阵列。喷嘴阵列可以是若干或多个喷嘴的区或区域。喷嘴阵列可以包括将工艺流体的流引导到基板的出口开口和/或接收工艺流体从基板的回流的回流开口。换句话说，喷嘴阵列可以是分配体的活动区域。
通道被配置成将工艺流体从工艺流体入口分配到喷嘴阵列。通道至少部分地围绕分配体的周围。通道可以围绕例如分配体的周围的50％和90％之间，优选分配体的周围的约75％。在下面进一步给出示例性的值。通道也可以完全围绕分配体的周围。术语“周围”可以理解为独立于分配体的形状(圆形，角形等)的分配体的外部界限。
因此，根据本发明的用于化学和/或电解表面处理的系统可以允许或改进基板的均匀表面处理，特别是均匀的沉积速率和/或在基板上的均匀的层的形成。由于通道至少部分地围绕分配体的周围，因此改进了工艺流体从工艺流体入口到喷嘴阵列的单个喷嘴的分配，从而改进了从分配体到基板以及在基板处的分配。工艺流体的更好的分配可以导致基板的更均匀的表面处理，更均匀的沉积速率和/或在基板上的更均匀的层的形成。
根据本发明的用于化学和/或电解表面处理的系统还可以有利于分配系统的构造，原因是该系统使得独立于后续的工艺流体到喷嘴阵列和基板的分配来进行工艺流体入口的定位。换句话说，工艺流体入口可以仅基于结构、构造、尺寸或几何考虑而布置而不(或至少在较小程度上)考虑工艺流体的随后分布。
因此，至少一个工艺流体入口可以相对于分配体分散或不对称布置。可以存在相对于分配体分散或不对称布置的至少两个、若干个或多个工艺流体入口。术语“不对称”可以理解为，工艺流体入口不布置在分配体的所有侧上，甚至不布置在分配体的两个相对侧上。例如，工艺流体入口仅布置在分配体的一侧。该单侧可以是分配体的下侧或底侧，但也可以是上侧或顶侧。工艺流体入口也可以仅布置在分配体的两个相邻的侧处。
在一个示例中，通道被配置成将工艺流体从至少一个工艺流体入口均匀地分配到喷嘴阵列。在一个示例中，通道被配置成分配工艺流体以达到分配体中的工艺流体的基本均匀的流。在一个示例中，通道被配置成分配工艺流体以达到离开喷嘴阵列的工艺流体的基本均匀的排出速度。因此，通道的配置可以允许基板的均匀的表面处理，均匀的沉积速率和/或在基板上的均匀的层的形成。
在一个示例中，在俯视图中，分配体和通道具有角形形状。在另一示例中，在俯视图中，分配体具有圆形形状并且通道具有环形形状。分配体可以具有任何形状，例如矩形、正方形、椭圆形、三角形或其他合适的几何配置。
在一个示例中，通道具有矩形截面。通道可以具有任何类型的形状，例如角形、正方形、圆形、椭圆形、三角形或其他合适的几何配置。在一个示例中，通道的宽度在喷嘴阵列宽度的1％至20％的范围内，优选在3％至15％的范围内，更优选在5％至10％的范围内。在一个示例中，通道的截面的尺寸沿着分配体的周围变化。例如，通道的与工艺流体入口相邻的下侧可以具有宽度w1，并且通道的侧面可以具有大于w1的宽度w2。此外，通道的顶侧(与邻近工艺流体入口的下侧相对)可以具有宽度w3，通道的顶侧在拐角处一开始具有w3＝w2)，并且增加到在顶侧的中心处的顶宽w4。上述通道的尺寸还可以改进基板的均匀表面处理，均匀的沉积速率和/或在基板上的均匀的层的形成。
根据本发明，还提供了一种用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的装置。用于化学和/或电解表面处理的装置包括如上所述的用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的分配系统和基板保持器。
基板保持器被配置成保持基板。基板保持器可以被配置成保持一个基板或两个基板(在基板保持器的每一侧上各有一个基板)。
用于化学和/或电解表面处理的装置还可以包括阳极。用于化学和/或电解表面处理的装置还可以包括电源。用于化学和/或电解表面处理的装置还可以包括工艺流体供应装置。
根据本发明，还提出了一种用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的分配方法。用于化学和/或电解表面处理的方法包括以下步骤，不一定按此顺序：
a)提供分配体，所述分配体被配置成将工艺流体的流和/或电流引导至基板，
b)提供至少一个工艺流体入口，
c)提供至少部分地围绕分配体的周围的通道，以及
d)借助于通道将工艺流体从至少一个工艺流体入口分配到分配体的喷嘴阵列。
因此，本发明涉及一种用于化学和/或电解表面处理的方法，其允许改进和/或有利于基板的均匀表面处理，均匀的沉积速率，在基板上的均匀的层的形成等。通道至少部分地围绕分配体的周围，从而可以改进工艺流体从工艺流体入口到喷嘴阵列的单个喷嘴的分配，从分配体到基板和/或在基板处的分配。
特别地，根据本发明的装置和方法适用于结构化半导体基板、导体板、膜基板的处理，但还适用于平面金属和金属化基板的整个表面的处理。根据本发明，装置和方法也可以适用于制造用于太阳能发电的大型表面光电面板、大型监视器面板等。
应当理解，根据独立权利要求的用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的系统、装置和方法具有类似和/或相同的优选实施方式，特别是如在从属权利要求中的。还应该理解，本发明的优选实施方式也可以是从属权利要求与相应独立权利要求的任何组合。
参考下文描述的实施方式，本发明的这些和其他方面将变得明显并得以阐明。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施方式：
图1示意性和示例性地示出了根据本发明的用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的装置的实施方式。
图2示意性和示例性地示出了保持两个基板的基板保持器的实施方式。
图3示意性和示例性地示出了根据本发明的用于化学和/或电解表面处理的装置和用于基板在工艺流体中的化学和/电解表面处理的分配系统的实施方式。
图4示意性和示例性地示出了根据本发明的用于化学和/电解表面处理的装置和用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的分配系统的实施方式。
图5示出了根据本发明的用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的分配方法的示例的基本步骤。
具体实施方式
图1示意性和示例性地示出了根据本发明的用于基板30在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的装置100的实施方式。用于化学和/或电解表面处理的装置100包括用于基板30在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的基板保持器20和竖直分配系统10。
图2中还示出了基板保持器20。基板保持器20被配置成保持一个或两个基板30，在基板保持器20的每一侧上各有一个基板30。基板保持器20在此保持具有圆角并且尺寸为例如370mm×470mm的矩形基板30。当然，用于化学和/或电解表面处理的装置100也可以与如下基板保持器20一起使用，该基板保持器20被配置成以优选竖直的布置保持仅一个基板30用于单侧或双侧表面处理。
基板30可以是用于制造电气或电子部件的基本上为板形的工件，该工件机械地固定在基板保持器20中，并且该工件的待处理的表面浸浴在来自分配体21的作为处理介质的工艺流体中。在特殊情况下，基板30可以是遮蔽或未遮蔽的导体板、半导体基板或膜基板、或者甚至是具有近似平面表面的任何金属或金属化工件。
如图1、图3和图4所示的用于基板30在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的分配系统10产生用于化学和/或电解表面处理的目标流和电流密度模式。分配系统10在此包括浸没在工艺流体(未示出)中的两个分配体21。与每个分配体21相对的是附接至基板保持器20的基板30。基板30的表面被工艺流体润湿。存在两个电极，此处为两个阳极22，其各自位于分配体21的与基板30相反的侧上，并且也浸浴在工艺流体中。阳极22附接在分配体21的后部区域中，与分配体21机械接触或在空间上分离，使得在工艺流体内的阳极22和作为反电极的基板30之间进行电流流动。取决于所使用的表面处理方法，阳极22可以包括不溶于工艺流体的材料例如铂钛合金或者可溶材料例如待电镀分离的金属。
分配系统10还包括用于工艺流体的若干工艺流体入口23和围绕每个分配体21的周围的两个通道24。工艺流体入口23是如下开口，工艺流体在上述开口处进入分配系统10和分配体21。
分配体21各自包括喷嘴阵列25，并且每个通道24被布置和定尺寸成将工艺流体从相应的工艺流体入口23分配到相应的喷嘴阵列25。然后，工艺流体从流体入口23流到通道，从通道24流到喷嘴阵列25并从喷嘴阵列25流到喷嘴阵列25的出口开口。出口开口将工艺流体的流引导至基板30，在那里工艺流体执行期望的化学和/或电解反应。分配体21还包括接收工艺流体从基板的回流的回流开口。
工艺流体入口23分散和不对称布置在分配体21的一侧处，即分配体21的底侧。当在俯视图中看时，分配体21和通道24具有角形形状。通道24的截面的尺寸沿着分配体21的周围变化。对于513mm×513mm的喷嘴阵列，通道24的宽度可以在如下之间变化：在与工艺流体入口相邻的底侧处为约25.5mm，在侧面处为约35.5mm，并且在顶侧处从倒圆角到顶侧的中心处的顶增加到宽度为约45.5mm。在顶处，可以布置分配体21的通风口。
通道24特别是其配置改进了基板的均匀表面处理，均匀的沉积速率和/或基板上的均匀的层的形成。此外，通道24有利于分配系统10的构造，原因是通道24使得独立于后续的工艺流体到喷嘴阵列24和基板30的分配来进行工艺流体入口23的定位。换句话说，工艺流体入口23可以仅基于结构考虑来布置而不(或至少在较小程度上)考虑工艺流体的随后分配。
分配体21可以有利地包括塑料，特别有利地包括聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、丙烯酸玻璃即聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、或不被工艺流体分解的其他材料。
图5示出了用于基板30在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的分配方法的步骤的示意图。用于化学和/或电解表面处理的方法包括以下步骤：
在第一步骤S1中，提供分配体21，分配体21被配置成将工艺流体的流和/或电流引导至基板30。
在第二步骤S2中，提供至少一个工艺流体入口23。
在第三步骤S3中，提供至少部分地围绕分配体21的周围的通道24。
在第四步骤S4中，借助于通道24将工艺流体从至少一个工艺流体入口23分配到分配体21的喷嘴阵列25。
该系统、装置和方法特别适用于结构化半导体基板、导体板和膜基板的处理，但也适用于平面金属和金属化基板的整个表面的处理。还可以使用根据本发明的装置和方法来制造用于太阳能发电的大型表面光电面板或大型监视器面板。
必须注意，参考不同的主题描述了本发明的实施方式。特别地，参考方法类型权利要求描述了一些实施方式，而参考装置类型权利要求描述了其他实施方式。然而，根据以上和以下的描述，本领域技术人员将理解，除非另有指示，否则除了属于一种类型主题的特征的任何组合之外，还考虑将与不同主题相关的特征之间的任何组合与本申请一起公开。然而，所有特征可以组合，以提供超过特征的简单叠加的协同效果。
虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施方式。通过研究附图、公开内容和从属权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施方式的其他变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中重新引用的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中重新引用某些方法这一事实并不表明这些方法的组合不能用于获益。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种用于基板(30)在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的分配系统(10)，包括：
分配体(21)，
至少一个工艺流体入口(23)，以及
通道(24)，
其中，所述分配体(21)被配置成将所述工艺流体的流和/或电流引导至所述基板(30)，
其中，所述通道(24)至少部分地围绕所述分配体(21)的周围，
其中，所述分配体(21)包括喷嘴阵列(25)，以及
其中，所述通道(24)被配置成将所述工艺流体从所述工艺流体入口(23)分配到所述喷嘴阵列(25)。
2.根据权利要求1所述的系统(10)，其中，所述工艺流体入口(23)相对于所述分配体(21)分散布置。
3.根据前述权利要求中的一项所述的系统(10)，其中，所述工艺流体入口(23)相对于所述分配体(21)不对称布置。
4.根据前述权利要求之一所述的系统(10)，包括仅布置在所述分配体(21)的一侧的至少两个工艺流体入口(23)。
5.根据前述权利要求中的一项所述的系统(10)，其中，所述通道(24)被配置成分配所述工艺流体以达到在所述分配体(21)中的工艺流体的基本均匀的流。
6.根据前述权利要求中的一项所述的系统(10)，其中，所述通道(24)被配置成分配所述工艺流体以达到离开所述喷嘴阵列(25)的工艺流体的基本均匀的排出速度。
7.根据前述权利要求中的一项所述的系统(10)，其中，所述通道(24)完全围绕所述分配体(21)的周围。
8.根据前述权利要求中的一项所述的系统(10)，其中，所述通道(24)被配置成将所述工艺流体从至少一个工艺流体入口(23)均匀地分配到所述喷嘴阵列(25)。
9.根据前述权利要求中的一项所述的系统(10)，其中，在俯视图中所述分配体(21)和所述通道(24)具有角形形状。
10.根据权利要求1至8中的一项所述的系统(10)，其中，在俯视图中，所述分配体(21)具有圆形形状，并且所述通道(24)具有环形形状。
11.根据前述权利要求中的一项所述的系统(10)，其中，所述通道(24)具有矩形截面。
12.根据前述权利要求中的一项所述的系统(10)，其中，所述通道(24)的宽度在所述喷嘴阵列(25)的宽度的1％至20％的范围内，优选地在3％至15％的范围内，更优选在5％至10％的范围内。
13.根据前述权利要求中的一项所述的系统(10)，其中，所述通道(24)的截面的尺寸沿着所述分配体(21)的周围变化。
14.一种用于基板(30)在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的装置(100)，包括：
根据前述权利要求中的一项所述的分配系统(10)，以及
基板保持器(20)，
其中，所述基板保持器(20)被配置成保持所述基板(30)。
15.一种用于基板(30)在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的分配方法，包括以下步骤：
提供分配体(21)，所述分配体(21)被配置成将所述工艺流体的流和/或电流引导至所述基板(30)，
提供至少一个工艺流体入口(23)，
提供至少部分地围绕所述分配体(21)的周围的通道(24)，以及
借助所述通道(24)将所述工艺流体从所述工艺流体入口(23)分配到所述分配体(21)的喷嘴阵列(25)。
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