CN109306476A - 用于化学和/或电解表面处理的系统 - Google Patents

用于化学和/或电解表面处理的系统 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/或电解表面处理的方法。用于化学和/或电解表面处理的系统包括槽、流体通道、扩展箱和控制单元。槽被配置成用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理。流体通道连接槽和扩展箱。扩展箱被配置成容纳扩展量的工艺流体。控制单元和流体通道被配置成保持槽中的工艺流体的水平基本上恒定。

Description

用于化学和/或电解表面处理的系统
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/电解表面处理的方法
背景技术
在半导体工业中，可以使用各种工艺在晶片的表面上沉积材料或从晶片的表面去除材料。
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，也可以用于从晶片的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包括以下步骤。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，在阴极处离子对附接至阴极上的基板进行镀覆。
这种工艺中的一个困难是当晶片下降到工艺溶液中时，气泡可能被俘获在晶片下面。例如，如果该工艺是铜的沉积工艺，则这种气泡抑制铜沉积在晶片表面上的含气泡区域上，从而产生未镀覆或欠镀覆的区域，这表示镀覆材料中的缺陷。这些缺陷降低了互连结构的可靠性。类似地，在电解抛光过程中，俘获的气泡阻碍了从含有气泡的区域去除材料，引起不均匀性和缺陷并引起可靠性问题。
US 2004/182712 A1对此公开了一种预润湿方法和系统，用于防止在晶片表面与用于电化学工艺的工艺溶液接触时在晶片表面的选定区域上形成气泡。在该工艺期间，最初将晶片表面引到工艺溶液的表面附近。接下来，将工艺溶液流朝向晶片表面的所选区域引导达预定时间。在接下来的步骤中，将晶片表面的所选区域与工艺溶液流接触达预定时间以防止气泡形成，并且将晶片表面浸入用于电化学处理的工艺溶液中。
然而，这种预润湿方法不是最佳的。
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系统，其仍然允许在基板上的更好且更均匀的材料沉积。
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/或电解表面处理的系统。
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。基板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/或电解表面处理的系统包括槽、流体通道、扩展箱以及控制单元。
槽被配置成用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理。换句话说，槽是基板在其中被处理(例如，涂覆)的储存器。槽可以是其中基板可以竖直插入的竖直镀覆室。
流体通道连接槽和扩展箱。流体通道可以是槽和扩展箱之间的连接或管。
扩展箱被配置成容纳扩展量的工艺流体。扩展箱可以是相邻于槽布置的另一个储存器。扩展箱可以与槽相比具有更小的容积。
控制单元可以是处理器。控制单元可以检测槽和/或扩展箱中的工艺流体的水平。控制单元可以操作工艺流体以进入或离开槽和/或扩展箱。
控制单元和流体通道被配置成保持槽中的工艺流体的水平基本上恒定。术语“基本上恒定”可以理解为槽中的液体工艺流体的高度独立于外部影响保持在同一水平。术语“基本上恒定”可以理解为在比精确恒定多或少15％的范围内，优选地在比精确恒定多或小10％的范围内，更优选地在比精确恒定多或少5％的范围内。控制单元和流体通道还可以配置成使槽中的工艺流体水平保持恒定。术语“恒定”可以理解为比精确恒定多或少小于5％。控制单元和流体通道还可以被配置成在精确恒定的意义上使槽中的工艺流体的水平保持恒定。
根据本发明的用于基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的系统使得能够防止用于化学和/或电解表面处理的装置的部件(例如，布置于槽中的分配体)的干燥。干燥可能导致工艺流体的颗粒的有害结晶。分配体可以是配置成将工艺流体的流和/或电流引导到基板的部件。
根据本发明的用于化学和/或电解表面处理的系统还可以使得能够防止空气进入用于化学和/或电解表面处理的装置的部件(例如，分配体、阳极和/或包括分配体和/或阳极的壳体)中。空气的引入可能导致工艺流体的颗粒的有害氧化和/或所谓的基板气泡屏蔽。
结果，根据本发明的用于化学和/或电解表面处理的系统允许在基板表面上的均匀液体流动，在基板和反电极之间的电场的目标分布，从而在基板上的更容易且更均匀的材料沉积。
在一个示例中，基板保持器保持基板。此处被防止的可以改变槽中工艺流体水平的外部影响可以是单独插入和/或移除基板保持器或者插入和/或移除保持一个或两个基板(在基板保持器的每一侧上各有一个基板)的基板保持器。在一个示例中，控制单元被配置成当从槽中移除基板保持器时保持工艺流体的水平基本上恒定。在一个示例中，流体通道被配置成在将基板保持器插入槽中时保持工艺流体的水平基本上恒定。基板保持器可以置换例如20升的容积，而扩展箱可以具有例如30升的容积。
此处被防止的可以改变槽中工艺流体水平的外部影响也可以是工艺流体的蒸发、冲洗、溢出、故障等。
在一个示例中，该系统还包括泵送装置，该泵送装置被配置成使工艺流体在槽和扩展箱之间持续地循环。泵送装置可以是泵。其可以将工艺流体从槽持久地泵送到扩展箱并返回。
在一个示例中，泵送装置被配置成增加泵送量以平衡基板保持器的移除。换句话说，当必须将扩展量从槽泵送到扩展箱时，这可以通过增加每次的泵送量来完成，例如，通过提高电机速度。相对地，泵送装置还可以配置成仅在必须移动扩展量以使槽中的工艺流体的水平保持基本上恒定的情况下使工艺流体在槽和扩展箱之间移动。
在一个示例中，流体通道将槽的溢流出口与扩展箱连接。
在一个示例中，控制单元被配置成将工艺流体的水平保持在布置于槽中的分配体的最上部的上方。分配体可以是被配置成将工艺流体的流和/或电流引导到基板的部件。在另一个示例中，控制单元被配置成将工艺流体的水平基本上保持在布置于槽中的分配体的最上部的水平处。两种可能性使得能够防止通过干燥、引入空气等导致分配体的任何损坏。在一个示例中，控制单元被配置成防止布置于槽中的分配体的干燥。在一个示例中，控制单元被配置成防止空气进入布置于槽中的分配体中。
在一个示例中，该系统还包括温度控制系统，该温度控制系统被配置成检测工艺流体的温度并通过加热和/或冷却来控制工艺流体的温度变化。
在一个示例中，该系统还包括成分控制系统，该成分控制系统配置成检测工艺流体的化学特性并控制工艺流体的化学特性的变化。工艺流体的化学特性可以是成分、pH值、添加剂的量等。化学特性的变化可以通过添加一些组分来完成。
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/或电解表面处理的系统和基板保持器。基板保持器配置成保持基板。基板保持器可以被配置成保持一个或两个基板(基板保持器的每一侧上各有一个基板)。
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)将来自槽的用于基板的化学和/或电解表面处理的工艺流体的扩展量引导至扩展箱，以及
b)将来自扩展箱的工艺流体的扩展量重新放入到槽中，使得槽中的工艺流体的水平基本上保持恒定。
在一个示例中，用于化学和/或电解表面处理的方法还包括以下步骤：
与步骤a)相关地将基板保持器插入槽中，以及
与步骤b)相关地从槽中移除基板保持器。
基板保持器可以保持一个或两个基板(基板保持器的每一侧上各有一个基板)。
在一个示例中，工艺流体在槽和扩展箱之间持续地循环。
在一个示例中，该方法还包括温度控制方法，该温度控制方法被配置成检测工艺流体的温度并通过加热和/或冷却来控制工艺流体的温度变化。
在一个示例中，该方法还包括成分控制方法，该成分控制方法被配置成检测工艺流体的化学特性并控制工艺流体的化学特性的变化。工艺流体的化学特性可以是成分、pH值、添加剂的量等。化学特性的变化可以通过添加一些组分来完成。
结果，本发明涉及一种用于在近似平面的基板上实现局部限定的液体流用于基板的整个表面的可控材料传输的方法，以及用于结构上实现根据本发明的方法的装置。同时，本发明允许在导电基板表面上的电场的目标分布。
特别地，装置和方法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。根据本发明，还可以使用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。
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，特别地，如在从属权利要求中限定的那些优选实施方式。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意组合。
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基板在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的系统的实施方式。
图4示意性和示例性地示出了根据本发明的用于基板在工艺流体中的化学/电解表面处理的系统的实施方式。
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/或电解表面处理的方法的示例的基本步骤。
具体实施方式
图1、图3和图4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和系统10。
基板保持器20在图2中示出并且被配置成保持基板30。基板保持器20在此保持两个基板，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也可以被配置成保持仅一个基板，该基板可以从一侧或两侧被处理。
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。系统10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，在此是两个阳极22，每个电极位于分配体21的与基板30相反的一侧，并且也浸浴在工艺流体中。
分配体21具有至少一个用于工艺流体的入口开口23和至少一个在分配体21的前面处的出口喷嘴阵列(未示出)处终止的液体通道。泵送的工艺流体在基板30的方向上以相对高的速度流经出口喷嘴并且在该位置处进行期望的化学和/或电解反应。
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，其机械地固定在基板保持器20中，并且其待处理的表面浸浴在作为来自分配体21的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。
分配体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、或不被工艺溶液分解的其他材料。
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。
图3和4示意性和示例性地示出了根据本发明用于基板30在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的系统10的实施方式。用于化学和/或电解表面处理的系统10包括槽11、流体通道12、扩展箱13和控制单元。具有基板30的基板保持器20在图3中布置在槽11中并且在图4中布置在槽11外部。
槽11被配置成用于基板30在工艺流体中的化学和/或电解表面处理，并形成基板30在其中被处理的储存器。槽11是其中基板30(未示出)竖直插入的竖直镀覆室。
流体通道12以槽11和扩展箱13之间的管的形式连接槽11和扩展箱13。
扩展箱13容纳扩展量的工艺流体并且相邻于槽11布置。扩展箱13具有比槽11小的容积。
控制单元在此是处理器。其检测槽11中的工艺流体的水平并操作工艺流体以进入或离开槽11和/或扩展箱13。因此，其可以控制泵送装置15。
控制单元和流体通道12保持槽11中的工艺流体的水平基本上恒定。术语“基本上恒定”可以理解为槽11中的液体工艺流体的高度独立于外部影响保持在同一水平处。
当没有基板30或具有一个或两个基板30的基板保持器20从槽11移除(图4)时以及当基板保持器20插入槽11(图3)中时，控制单元保持工艺流体的水平基本上恒定。因此，从图3到图4，扩展箱13中的工艺流体的水平L减小。
系统10还包括泵送装置15，用于使工艺流体在槽11和扩展箱13之间持续地循环，这意味着从槽11到扩展箱13并返回。泵送装置15可以增加泵送量以平衡基板保持器20的移除。
流体通道12将槽11的溢流出口16与扩展箱13连接。
控制单元将工艺流体的水平保持在布置在槽11中的分配体21的最上部上方。控制单元还可以将工艺流体的水平基本保持在布置在槽11中的分配体21的最上部的水平处。两种可能性使得能够防止通过干燥、引入空气等导致分配体21的任何损坏。由此，控制单元防止分配体21在槽11中干燥。此外，控制单元防止空气进入分配体21。
系统10还包括温度控制系统17，用于检测工艺流体的温度并例如通过加热和/或冷却来控制工艺流体的温度变化。
系统10还包括成分控制系统18，以检测工艺流体的化学特性并控制工艺流体的化学特性的变化。工艺流体的化学特性可以是成分、pH值、添加剂的量等。化学特性的变化可以通过添加一些组分来完成。
根据本发明用于基板30在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的系统10使得能够防止用于化学和/或电解表面处理的装置100的部件的干燥。其还可以使得能够防止空气引入用于化学和/或电解表面处理的装置100的部件中。结果，根据本发明的用于化学和/或电解表面处理的系统10允许在基板表面上的均匀的液体流动，在基板30和反电极之间的电场的目标分布，从而在基板30上的更容易和更均匀的材料沉积。
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，将来自槽11的用于基板30的化学和/或电解表面处理的工艺流体的扩展量引导至扩展箱13。
在第二步骤S2中，将来自扩展箱13的工艺流体的扩展量重新放入到槽11中，使得槽11中的工艺流体的水平基本上保持恒定。
用于化学和/或电解表面处理的方法还可以包括与步骤S1相关地将基板保持器20插入到槽11中，以及与步骤S2相关地从槽11中移除基板保持器20。
基板保持器20可以保持一个或两个基板(图2中所示的在基板保持器20的每一侧上各有一个基板30)。
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 (17)

1.一种用于基板(30)在工艺流体中的化学和/或电解表面处理的系统(10)，包括：
槽(11)，
流体通道(12)，
扩展箱(13)，以及
控制单元，
其中，所述槽(11)被配置成用于所述基板(30)在所述工艺流体中的所述化学和/或电解表面处理，
其中，所述流体通道(12)连接所述槽(11)和所述扩展箱(13)，
其中，所述扩展箱(13)被配置成容纳扩展量的所述工艺流体，以及
其中，所述控制单元和所述流体通道(12)被配置成保持所述槽(11)中的所述工艺流体的水平基本上恒定。
2.根据权利要求1所述的系统(10)，还包括泵送装置(15)，所述泵送装置(15)被配置成使所述工艺流体在所述槽(11)和所述扩展箱(13)之间持续地循环。
3.根据前述权利要求中的一项所述的系统(10)，其中，所述控制单元被配置成当从所述槽(11)移除基板保持器(20)时保持所述工艺流体的水平基本上恒定。
4.根据权利要求2和3所述的系统(10)，其中，所述泵送装置(15)被配置成增加泵送量以平衡所述基板保持器(20)的移除。
5.根据前述权利要求中的一项所述的系统(10)，其中，所述流体通道(12)被配置成在所述基板保持器(20)插入所述槽(11)中时保持所述工艺流体的水平基本上恒定。
6.根据前述权利要求中的一项所述的系统(10)，其中，所述流体通道(12)将所述槽(11)的溢流出口(16)与所述扩展箱(13)连接。
7.根据权利要求3至6中的一项所述的系统(10)，其中，所述基板保持器(20)保持所述基板(30)。
8.根据前述权利要求中的一项所述的系统(10)，其中，所述控制单元被配置成将所述工艺流体的水平保持在布置于所述槽(11)中的所述分配体(21)的最上部的上方。
9.根据权利要求1至7中的一项所述的系统(10)，其中，所述控制单元被配置成将所述工艺流体的水平基本上保持在布置于所述槽(11)中的分配体(21)的最上部的水平处。
10.根据前述权利要求中的一项所述的系统(10)，还包括温度控制系统(17)，所述温度控制系统(17)被配置成检测所述工艺流体的温度并控制所述工艺流体的温度变化。
11.根据前述权利要求中的一项所述的系统(10)，还包括成分控制系统(18)，所述成分控制系统(18)被配置成检测所述工艺流体的化学特性并控制所述工艺流体的化学特性的变化。
12.根据前述权利要求中的一项所述的系统(10)，其中，所述控制单元被配置成防止布置于所述槽(11)中的所述分配体(21)的干燥。
13.根据前述权利要求中的一项所述的系统(10)，其中，所述控制单元被配置成防止空气进入布置于所述槽(11)中的所述分配体(21)和/或阳极(22)。
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/或电解表面处理的方法，包括以下步骤：
a)将来自槽(11)的用于所述基板(30)的所述化学和/或电解表面处理的扩展量的所述工艺流体引导至扩展箱(13)，以及
b)将所述扩展量的所述工艺流体从所述扩展箱(13)重新放入所述槽(11)，
使得所述槽(11)中的所述工艺流体的水平基本保持恒定。
16.根据前述权利要求所述的方法，还包括以下步骤：
与步骤a)相关地将基板保持器(20)插入所述槽(11)中，以及
与步骤b)相关地从所述槽(11)移除所述基板保持器(20)。
17.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述工艺流体在所述槽(11)和所述扩展箱(13)之间持续地循环。
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