CN109477236B - 用于衬底上的垂直电流金属沉积的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于衬底上的垂直电流金属、优选地铜沉积的装置，所述装置包括至少一第一装置元件及第二装置元件，所述装置元件以垂直方式平行于彼此布置；其中所述第一装置元件包括具有多个直通导管的至少一第一阳极元件及具有多个直通导管的至少一第一载体元件；其中所述至少第一阳极元件与所述至少第一载体元件牢固地连接到彼此；其中所述第二装置元件包括至少一第一衬底固持器，其适于接纳待处理的至少一第一衬底，其中所述至少第一衬底固持器在接纳待处理的所述至少第一衬底后沿着其外框架至少部分环绕所述至少第一衬底，其中所述至少第一装置元件进一步包括多个插塞，其中每一插塞包括至少一直通通道，且其中每一插塞以此方式布置使得每一插塞从所述至少第一载体元件的背侧延伸穿过所述至少第一载体元件的直通导管且进一步穿过所述至少第一阳极元件的相应前置直通导管；且其中全部所述插塞可拆卸地连接到所述至少第一装置元件。此外，本发明大体上涉及一种用于使用此装置的衬底上的垂直电流金属沉积的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于衬底上的垂直电流金属(优选地，铜)沉积的装置，所述装置包括至少一第一装置元件及第二装置元件，所述装置元件以垂直方式平行于彼此布置；其中所述第一装置元件包括具有多个直通导管的至少一第一阳极元件及具有多个直通导管的至少一第一载体元件；其中所述至少第一阳极元件与所述至少第一载体元件牢固地连接到彼此；其中所述第二装置元件包括至少一第一衬底固持器，其经调适以接纳待处理的至少一第一衬底，其中所述至少第一衬底固持器在接纳待处理的所述至少第一衬底后沿着其外框架至少部分环绕所述至少第一衬底。
此外，本发明涉及一种用于使用此装置的衬底上的垂直电流金属(优选地，铜)沉积的方法。
背景技术
自半导体晶片生产半导电集成电路及其它半导电装置通常需要在晶片上形成多个金属层来电互连集成电路的各种装置。电镀金属通常包含铜、镍、金及铅。在典型电镀设备中，所述设备(可消耗或非可消耗)的阳极浸入于所述设备的反应器容器内的电镀溶液中以在工件的表面处建立所要电势以实现金属沉积。先前采用的阳极的配置通常是大致圆盘状，其中围绕所述阳极的外围引导电镀溶液，且电镀溶液穿过大体上定位于所述阳极上方且与所述阳极间隔开的多孔扩散器板。电镀溶液流动穿过扩散器板，且冲刷固持于扩散器上方的适当位置中的相关联工件。通过在将金属沉积于工件的表面上时旋转所述工件来促进金属沉积的均匀性。
在电镀之后，典型半导体晶片或其它工件经细分成数个个别半导体组件。为了实现电路在每一组件内的所要形成，同时实现从一个组件到下一组件的所要镀敷均匀性，可期望使每一金属层形成为一定厚度，所述厚度跨工件的表面尽可能均匀。然而，因为在电镀设备的电路中每一工件通常在其外围部分接合(其中工件通常用作阴极)，所以跨工件的表面的电流密度的变动是不可避免的。过去，促进金属沉积均匀性的努力包含了流量控制装置，例如扩散器及类似者，其定位于电镀反应器容器内以便引导及控制电镀溶液冲刷工件。
US 2016/194776A1揭示一种用于衬底上的垂直电流金属沉积的装置，其中所述装置包括至少一第一装置元件及第二装置元件，其以垂直方式平行于彼此布置，其中所述第一装置元件包括具有多个直通导管的至少一第一阳极元件及具有多个直通导管的至少一第一载体元件，其中所述至少第一阳极元件及所述至少第一载体元件牢固地连接到彼此；且其中所述第二装置元件包括至少一第一衬底固持器，其经调适以接纳待处理的至少一第一衬底，其中所述至少第一衬底固持器在接纳待处理的所述至少第一衬底后沿着其外框架至少部分环绕所述至少第一衬底；且其中所述至少第一装置元件的所述第一阳极元件与所述第二装置元件的所述至少第一衬底固持器之间的距离从2到15mm变动；其中所述第一装置元件的所述第一载体元件的所述多个直通导管以直线形式穿过所述第一载体元件，所述直线关于所述载体元件上的垂线具有介于10°与60°之间的角度。
US 2012/305404 A1揭示一种用于对至少一个工件进行流体处理的设备，其包括：壳体，其经配置以固持流体；工件固持器，其安置于所述壳体内且经配置以保持所述至少一个工件；及电场屏蔽板，其在所述壳体内安置成邻近所述至少一个工件中的每一者，所述电场屏蔽板具有至少一个波状区域，其经配置以改变从所述电场屏蔽板到所述工件的表面的间隙，所述间隙由所述电场屏蔽板的所述至少一个波状区域及所述工件的面向所述电场屏蔽板的表面的对应部分界定。
US 2004/026257 A1揭示一种用于在半导体晶片上电镀导电膜的系统，其包括安置于贮液器中的阴极及阳极，所述阴极及所述阳极的第一者与所述晶片电相关联；电力供应器，其与所述阴极及所述阳极操作地耦合以通过所述贮液器中的所述阴极与所述阳极之间的电解流体提供电场；场调整设备，其在所述贮液器中定位于所述阴极与所述阳极之间，所述场调整设备包括板，所述板包括：第一侧，其大体上面向所述晶片；第二侧，其大体上面向所述阴极及所述阳极的第二者；及多个板孔，所述板孔在所述第一侧与所述第二侧之间延伸穿过所述板；及插塞，其定位于多个板孔中的一者中以影响所述插塞附近的电场。
DE 10 2007 026633 A1揭示一种用于使用处理剂对板形产品进行电解处理的设备，所述板形产品安置于所述设备中且具有至少一个基本上平面处理表面，其中所述设备包括：i)用于在所述设备中保持所述产品的装置；ii)一或多个流量装置，其各自包含至少一个喷嘴且经安置成位于产品对面；iii)一或多个反电极，其相对于所述处理剂是惰性的且平行于至少一个处理表面安置；iv)构件，其用于在平行于处理表面的方向上在一个侧上的产品与另一侧上的流量装置及/或反电极之间产生相对移动，其中用于产生所述相对移动的所述构件经设计以使所述产品移动，其中所述相对移动是振荡移动，且其中用于产生所述振荡移动的所述构件经设计使得在彼此正交的两个方向上发生所述相对移动。
EP 2746433 A1揭示一种用于衬底上的垂直电流金属(优选地，铜)沉积的装置，其中所述装置包括：至少一第一阳极元件，其具有至少一个直通导管；至少一第一载体元件，其包括至少一个直通导管；至少一第一流体馈送元件，其用于在所述至少第一载体元件内部导送处理溶液；至少一第一紧固构件及至少一第一电连接元件；其中所述至少第一阳极元件及所述至少第一载体元件牢固地连接到彼此；且其中用于固定可在适用于接纳此装置的容器内部拆卸的整个装置的所述至少第一紧固构件及用于将电流提供到所述至少第一阳极元件的所述至少第一电连接元件两者都布置于所述至少第一载体元件的背侧上。
然而，市场仍高度需要提供经修改装置及使用此类新颖经修改装置进行电流金属沉积(特定来说，进行垂直电流金属沉积)的方法。
通常，已知装置及方法经受呈此类电流金属的非均匀沉积形式的显著缺点。此外，此类已知装置及方法在其在待处理的衬底的互连孔中成功且有效地执行电流金属的桥梁构筑且其中随后填充所述互连孔不产生引起已知技术缺点(如短路及类似者)的经围封空隙、气体、电解液体及类似者的能力方面通常受到很大限制。填充衬底(如印刷电路板、晶片或类似者)中的盲孔会遇到相同问题。
本发明的目的
鉴于现有技术，因此，本发明的目的是提供一种用于衬底上的垂直电流金属沉积的装置，其将不展现已知现有技术装置的前述缺点。
因此，需要一种以均匀方式将电流金属沉积于衬底的至少一个侧上而在所述衬底的所述至少一个侧的表面之上不具有非均匀部分或厚度梯度的方式。
另外，本发明的另一目的是提供一种装置，其不仅能够将电流金属沉积于衬底的一个侧上，而且还能填充所述衬底中的盲孔。
发明内容
由具有技术方案1的所有特征的装置实现这些目的以及未明确阐述但可通过介绍立即从本文论述的联系推导或辨别的另外目的。在附属技术方案2到12中保护对本发明装置的适当修改。此外，技术方案13包括一种用于使用此装置的衬底上的垂直电流金属(优选地，铜)沉积的方法，而所述本发明方法的适当修改包括于附属技术方案14中。
因此，本发明提供一种用于衬底上的垂直电流金属(优选地，铜)沉积的装置，其中所述装置包括至少一第一装置元件及第二装置元件，其以垂直方式平行于彼此布置；其中所述第一装置元件包括具有多个直通导管的至少一第一阳极元件及具有多个直通导管的至少一第一载体元件；其中所述至少第一阳极元件及所述至少第一载体元件牢固地连接到彼此；其中所述第二装置元件包括至少一第一衬底固持器，其经调适以接纳待处理的至少一第一衬底，其中所述至少第一衬底固持器在接纳待处理的所述至少第一衬底后沿着其外框架至少部分环绕所述至少第一衬底，其特征在于：所述至少第一装置元件进一步包括多个插塞，其中每一插塞包括至少一直通通道，且其中每一插塞以此方式布置使得每一插塞从所述至少第一载体元件的背侧延伸穿过所述至少第一载体元件的直通导管且进一步穿过所述至少第一阳极元件的相应前置直通导管；且其中全部所述插塞可拆卸地连接到所述至少第一装置元件。
因此，有可能以不可预见方式提供一种用于衬底上的垂直电流金属沉积的装置，其不展现已知现有技术装置的前述缺点。
另外，本发明的装置提供一种以均匀方式将电流金属沉积于衬底的至少一个侧上而在所述衬底的所述至少一个侧的表面之上不具有非均匀部分或厚度梯度的方式。
此外，本发明提供一种装置，其不仅能够将电流金属沉积于衬底的一个侧上，而且还能填充所述衬底中的盲孔。
此外，包含多个插塞的本发明的装置借此提供相较于单独使用直通导管的额外优点，即，电解体积流动通过至少一直通通道，可以比所述直通导管高得多的质量来提供至少一直通通道。一方面，所述直通通道提供以下可能性：通过利用由非金属材料制成的大规模生产的便宜注射成型插塞来节省成本。另一方面，所述插塞提供直通通道的更干净无颗粒内表面而无来自如通常用于生产直通导管的钻孔或研磨制造工艺的残留杂质。甚至在这些经钻孔或经研磨直通导管随后被清理时，也将额外需要更多人力及许多工作时间来实现至少相当的干净通道。
此外，其中全部插塞可拆卸地连接到至少第一装置元件的本发明的装置提供额外优点：电解体积流量可根据特定新客户要求容易地经调适以适应新系统需求。有可能容易地由其它不同插塞取代某些插塞，例如具有贯穿其整个长度具有不同直径的直通通道的插塞。本发明装置出于维护原因也是有利的，此是因为有可能容易地取代受损或非所要插塞。
本发明装置用于产生(特定来说)现有技术中已知的电解溶液的合适恒定电解体积流量，此诱发从待处理的衬底的表面的中心被引导到待处理的所述衬底的外边缘的尽可能高的恒定电解体积流量。
附图说明
一旦连同图式阅读了以下描述，还将明白本发明的目的、特征及优点，其中：
图1展示本发明的优选实施例的包括牢固地连接到第一装置元件的第一载体元件的第一阳极元件的装置的示意性前视图；
图2展示图1中展示的装置的截面透视图；
图3展示牢固地连接到图1中展示的装置的第一装置元件的第一载体元件的第一阳极元件的截面透视图；且
图4展示图3中展示的装置的第一装置元件的第一载体元件的截面透视图。
具体实施方式
如本文使用，术语“电流金属”在应用于根据本发明的用于衬底上的垂直电流金属沉积的装置时，是指已知的适用于此垂直沉积方法的金属。此类电流金属包括金、镍及铜，优选地是铜。
必须注意，至少第一阳极元件中的每一直通导管必须与至少第一载体元件的至少一个相应直通导管对准，以便允许到待处理的衬底的恒定电解体积流量。
如本文使用，术语“牢固地连接”是指至少第一载体元件与位于所述载体元件的前面的至少第一阳极元件的在其之间无任何显著距离的连接。假定在至少第一阳极元件及至少第一载体元件的相应直通导管中不存在插入的插塞，那么此距离在不可忽略的情况下将导致电解体积流量在通过载体元件的直通导管后且在到达第一阳极元件的相应直通导管前不利地变宽。
已发现牢固地连接的第一载体元件与第一阳极元件之间的此显著距离小于50mm，优选地小于25mm，且更优选地小于10mm是有利的。
插塞由任何种类的合适非金属材料(例如聚合物材料)制成。如上文概述，由适于用于注射成型制造工艺中的材料制造所述插塞是尤其有利的。
贯穿直通通道的整个长度的直通通道的直径在0.1到5mm，优选地0.2到3mm，且更优选地0.35到1.5mm的范围内。
在优选实施例中，至少第一装置元件的直通通道的多于50％，更优选地多于80％，且最优选地多于90％，包括具有至少直通通道的相应插塞。
在其替代实施例中，至少第一装置元件的所有直通导管包括具有至少直通通道的相应插塞。
已发现，有利的是，利用至少第一装置元件的第一阳极元件与第二装置元件的至少第一衬底固持器之间的从2到15mm(优选地从3到11mm，且更优选地从4到7mm)变动的距离。
如本文使用，第一阳极元件与对置衬底固持器之间的距离测量为从所述第一阳极元件的表面延伸到所述衬底固持器的对置表面垂线的长度。
在一个实施例中，至少第一阳极元件是包括涂覆有钛或氧化铱的材料的不溶阳极。
在本发明的上下文中，待处理的至少第一衬底可为圆的(优选地是圆形)或有角的(优选地是多角的，例如矩形、方形或三角形)、或圆与有角结构元件的混合，例如半圆形。假定是圆结构，那么待处理的至少第一衬底可具有从50mm到1000mm，优选地从100mm到700mm，且更优选地从120mm到500mm变动的直径；或者，假定是有角结构，优选地是多角结构，那么所述衬底可具有从10mm到1000mm，优选地从25mm到700mm，且更优选地从50mm到500mm变动的侧长度。待处理的至少第一衬底可为印刷电路板、印刷电路箔、半导体晶片、晶片、太阳能电池、光电电池、平板显示器或监视器单元。待处理的第一衬底可由一种材料组成或由不同材料(例如玻璃、塑料、模制化合物或陶瓷)的混合组成。
本发明可进一步希望第一装置元件的至少第一阳极元件及/或至少第一载体元件的大致形状定向成待处理的衬底及/或第二装置元件的衬底固持器的大致形状。借此，可仍使电流金属沉积更高效，且通过减少所需装置构造条件来节省成本。此尤其适用于待处理的圆形、矩形或方形衬底。
在一个实施例中，第一阳极元件包括至少两个片段，其中每一阳极元件片段可彼此独立电受控及/或调节。
在另一实施例中，包括阳极片段，优选地最外阳极片段、阳极片段内的最外区域(优选地在最外阳极片段的内部)及/或第一阳极元件的中心处的区域，而不包括直通导管及插塞。
特定来说，电流的控制及/或调节可为有利的，以便减小待处理的衬底的表面的所要位点处(例如第一装置元件的至少第一阳极元件的阳极片段内部的最外片段及/或最外区域中)的金属(特定来说，铜)沉积。
第一装置元件的至少第一阳极元件的最外阳极片段内部的最外阳极片段及/或阳极区域可包括总阳极元件表面积的至少5％(优选地至少10％，且更优选地至少15％)的表面积百分比。
第一装置元件的至少第一阳极元件的最内阳极片段内部的最内阳极片段及/或阳极区域可包括总阳极元件表面积的至少30％(优选地至少50％，且更优选地至少70％)的表面积百分比。
第一装置元件的至少第一阳极元件包括穿过第一装置元件的所述至少第一阳极元件及至少第一载体元件的至少一个紧固元件。假定在第一装置元件中提供了一个以上阳极元件及/或一个以上阳极片段，那么可希望针对第一装置元件的每一阳极元件及/或阳极片段单独提供至少一个紧固元件。此外，在本发明的意义中可期望，这些紧固元件同时提供第一装置元件的至少一个阳极元件及/或一个阳极片段的电接触元件。
在一个实施例中，插塞的至少一部分(优选地，所有插塞)的端与至少第一阳极元件的表面对准。
替代地，在本发明的上下文中还有可能的是，插塞从至少第一载体元件的背侧延伸穿过至少第一载体元件的相应直通导管且进一步穿过至少第一阳极元件的相应前置直通导管使得插塞的相应端从具有插塞的端的相应至少第一阳极元件的表面略微突出，优选地是从0到0.50mm变动，更优选地是从0.10到0.40mm，且最优选地是从0.24到0.32mm。此通过避免相应至少第一阳极元件的表面对电解体积流量的任何边缘效应及由此引起的电解喷射图案来增强电解体积流量的质量。
受消极影响的电解喷射图案的此上述缺点可示范性地是由于插塞太短而不能到达至少第一阳极元件的表面。
在本发明的上下文中，第一阳极元件表面意味着第一阳极元件的表面，其被引导到待处理的衬底的对置表面。
在本发明的上下文中，第一载体元件表面意味着第一载体元件的表面，其被引导到第一阳极元件的前置表面。
然而，理想情况可为：插塞的端与至少第一阳极元件的表面对准，这意味着插塞的总长度以此方式经调整使得插塞精确地在至少第一阳极元件的表面处终止。
在一个实施例中，多个插塞均匀分布(优选地呈点矩阵形式)于至少第一阳极元件之上。
此具体实施例提供一种产生均匀电解体积流量且借此产生待处理的衬底上的均匀电流金属沉积的方法。
在前述实施例的替代实施例中，多个插塞优选地以此方式非均匀分布于至少第一阳极元件之上，使得每经界定区域的插塞的数目从至少第一阳极元件的中心到相应阳极元件的更靠外区域减小。
此提供从至少第一装置元件的中心流动到外边缘的总电解体积流量不会因为额外电解体积流量经过更靠外定位的插塞而连续扩大太多的优点。
在一个实施例中，每一插塞的直通通道贯穿直通通道的整个长度包括相同恒定直径。
在另一实施例中，插塞的直通通道贯穿直通通道的整个长度包括恒定直径，所述直径在多个插塞之中不同。
在此前述实施例的优选实施例中，贯穿相应插塞的直通通道的整个长度的直通通道的恒定直径从至少第一装置元件的中心中的插塞到在相应第一装置元件中布置在更靠外处的插塞减小。
此提供以下优点：从至少第一装置元件的中心流动到外边缘的总电解体积流量不会因为额外电解体积流量经过更靠外定位的插塞而连续扩大太多。贯穿插塞的直通通道的整个长度的直通通道的直径越小，电解体积流量流过插塞的速度越高。借此，有可能支持总电解体积流量从至少第一装置元件的中心到外边缘的更快流动。
在替代实施例中，贯穿相应插塞的直通通道的整个长度的直通通道的恒定直径从至少第一装置元件的中心中的插塞到在相应第一装置元件中布置在更靠外处的插塞减小。
此提供以下可能性：以此方式调适插塞系统以使用户能够在特定位点处产生特定电解体积流量条件，例如通过选择贯穿相应第一装置元件的第一子区域中的直通通道及相应第一装置元件的第二子区域中的另一直通通道的整个长度的不同恒定直径。此为用户提供最大调整可能性以便能够针对待处理的每一衬底以独特方式调适装置。
在一个实施例中，至少第一装置元件进一步包括多个虚设插塞，其中所述虚设插塞并不拥有任何种类直通通道。
在本文中，可提供除具有至少直通通道的插塞外的虚设插塞，且/或虚设插塞可替代具有至少直通通道的部分插塞。此提供有前途方法，其以所要方式影响电解体积流量以便依赖于某些不同客户需求调整引导到待处理的衬底的表面的电解体积流量。示范性地替代在至少第一装置元件的经界定表面区域中具有至少直通通道的特定数目个插塞的虚设插塞越多，所述区域中的总电解体积流量越少。反之亦然。
在一个实施例中，第一阳极元件的多个直通导管以呈关于第一阳极元件表面上的垂线具有介于0°与80°之间，优选地介于10°与60°之间，且更优选地介于25°与50°之间，或替代地，从0°到20°，优选地从0°到10°，且更优选地从0°到5°变动的角度的直线的形式穿过第一阳极元件。
在本文中，所述直通导管通常包括圆横截面或椭圆横截面。替代地，可提供长椭圆形孔的横截面，优选地，其中可提供具有从第一阳极元件的中心到外部的定向的长椭圆形孔。
在一个实施例中，第一载体元件的多个直通导管以关于第一阳极元件表面上的垂线具有介于0°与80°之间，优选地介于10°与60°之间，且更优选地介于25°与50°之间，或替代地，从0°到20°，优选地从0°到10°，且更优选地从0°到5°变动的角度的直线的形式穿过第一载体元件。
在本文中，所述直通导管通常包括圆横截面，优选地是圆形横截面。
在一个实施例中，第一阳极元件的多个直通导管以关于第一阳极元件表面上的垂线具有角度α的直线的形式穿过第一阳极元件，其中第一载体元件的多个直通导管以关于第一载体元件表面上的垂线具有角度β的直线的形式穿过第一载体元件，且其中α与β基本上相同。
根据本发明，词组“α与β基本上相同”是指α与β基本上完全相同的情况。优选地，α从β偏离小于5°，更优选地小于3°，甚至更优选地小于1°。通常，优选的是，α与β是完全相同的。
在本文中，0°角度尤其是优选的。然而，如果期望引导到待处理的衬底的外边缘的受控电解体积流量，那么替代地介于10°与60°之间的角度是优选的。
在一个实施例中，第一载体元件的多个直通导管以围绕第一载体元件的中心的同心圆的形式布置于所述第一载体元件的表面上。
在本文中，优选的是，围绕第一载体元件的中心的同心圆内部的直通导管包括不同角度，优选地包括同心圆的部分，其中每一第二直通导管包括相应在前直通导管关于载体元件表面上的垂线的对角。甚至更优选的是，同心圆的每一第二直通导管包括相应在前直通导管关于载体元件表面上的垂线的对角。
替代地，接近第一载体元件的中心周围布置的第一同心圆内部的直通导管包括比围绕第一载体元件的中心的第一同心圆更靠外的至少第二同心圆内部的直通导管更小的角度，优选地，其中第一载体元件的直通导管的所有更靠外同心圆内部的直通导管包括更大角度，特定来说，都具有同一更大角度。
在一个实施例中，至少第一阳极元件至少部分由至少第一载体元件环绕，其中所述至少第一载体元件的经引导朝向所述至少第一阳极元件的侧具有腔以以此方式接纳所述至少第一阳极元件，使得至少第一载体元件的上边缘与至少第一阳极元件的上边缘对准或不对准，优选地对准。
此装置基于第一载体元件的上边缘与第一阳极元件的上边缘的优选对准提供第一装置元件的高度紧密布置。因此，第一阳极元件并非是如所属领域中已知那样与第一载体元件间隔开的装置的分离零件，而是其表示统一装置单元，从而导致节省成本的更小装置，其中第一阳极元件同样支持整个第一装置元件的稳定性。
本发明提供一种保证处理溶液的恒定体积流速的装置，其中体积流速在0.1到30m/s，优选地0.5到20m/s，且更优选地1到10m/s的范围内。
从待处理的衬底的中心的表面流动到待处理的衬底的外边缘的处理溶液的总体积不断增加，此归因于额外体积流量通过第一装置元件的至少第一载体元件及至少第一阳极元件的直通导管到达衬底表面且与已在其从衬底的中心到外边缘的方向上通过衬底表面的体积流量组合的事实。
第一装置元件的至少第一载体元件的总厚度在4mm到25mm，优选地6mm到18mm，且更优选地8mm到12mm的范围内；而第一装置元件的至少第一阳极元件的总厚度在1mm到20mm，优选地2mm到10mm，且更优选地3mm到5mm的范围内。
第一装置元件的至少第一载体元件的上边缘与至少第一阳极元件的上边缘的对准支持第一装置元件的至少第一阳极元件的总厚度的上述限制，此归因于第一装置元件的至少第一载体元件及至少第一阳极元件的侧(其与第二装置元件的待处理的衬底的相应侧相对)应拥有均匀平坦表面而没有呈第一装置元件的至少第一载体元件与至少第一阳极元件之间的高度差形式的任何障碍的事实。
在其替代实施例中，第一装置元件进一步包括可拆卸地连接到至少第一阳极元件(且优选地也连接到至少第一载体元件)的第二载体元件。在本文中，至少第一阳极元件，且优选地还有至少第一载体元件，优选地，至少部分由所述第二载体元件环绕，其中第二载体元件的上边缘与经引导朝向第二装置元件的第一阳极元件的上边缘对准或不对准，优选地对准。在本文中，所述第二载体元件也可为至少部分环绕布置于至少第一阳极元件的前表面上的元件，特定来说，环。
在优选实施例中，装置进一步包括第三装置元件，其以垂直方式平行于第一装置元件及第二装置元件以此方式布置使得第二装置元件布置于所述第一装置元件与所述第三装置元件之间。在本文中，第三装置元件优选地与第一装置元件相同。
在本文中的更优选实施例中，与第三装置元件的第一载体元件的直通导管相对的第一装置元件的第一载体元件的直通导管的角度相同或不同，优选地相同。
在本文中的另一更优选实施例中，第三装置元件以此方式布置使得第一装置元件的第一载体元件的多个直通导管以与第三装置元件的第一载体元件的多个直通导管相同或不同的方式分布。
在本文中的另一更优选实施例中，第一装置元件与第三装置元件彼此抵靠地在垂直布置的平行平面内部旋转以便设置第一装置元件的第一载体元件的直通导管相对于第三装置元件的第一载体元件的直通导管的特定定向。
在一个实施例中，第一装置元件及/或第三装置元件进一步包括具有多个直通导管的屏蔽元件，其可拆卸地连接到第一装置元件及/或第三装置元件的至少第一阳极元件，且优选地还连接到第一装置元件及/或第三装置元件的至少第一载体元件。在本文中，多个直通导管在所述屏蔽元件的表面上的分布可为均质或非均质的。
布置于第一及/或第三装置元件的相应第一阳极元件的前部中的此屏蔽元件在其到待处理的衬底的路上影响来自第一阳极元件的电场的分布及形成。因此，依赖于希望使用的待处理的衬底的种类，屏蔽元件提供以下可能性：以此方式影响所述电场使得产生最高效所要均匀电场分布，其随后再次导致待处理的衬底的表面上的最高效均匀电流金属沉积。
还有可能的是，在电流金属沉积过程期间产生不同所要电流金属沉积密度区域以便能够处置待处理的衬底，所述衬底包括具有不同盲孔及/或贯通连接通孔的不同密度的不同区域。因此，屏蔽元件可依赖于待处理的衬底的表面及/或结构组成或布局经个别地设计。
此个别设计可由屏蔽元件的直通导管的所希望特定分布产生，其因此拥有某种个别穿孔结构。为了是高效的，屏蔽元件应必须具有与第一阳极元件的尺寸至少相同的大小以避免非所要电场边缘效应。
此外，本发明的目的还由用于衬底上的垂直电流金属(优选地，铜)沉积的方法解决，所述方法由以下方法步骤特性化：
i)提供此本发明装置，
ii)通过插塞的直通通道将电解体积流量导引到由第二装置元件的至少第一衬底固持器接纳的待处理的至少第一衬底的侧，其中至少第一衬底的所述侧经引导到第一装置元件的第一阳极元件的阳极表面，
iii)在平行于待处理的至少第一衬底的经处理侧的两个方向上移动第二装置元件，其中所述两个方向(待处理的至少第一衬底移动到其中)正交于彼此，及/或其中衬底以振荡方式移动，优选地在平行于待处理的至少第一衬底的经处理侧的圆形路径上移动。
已发现，在本发明中有利的是，传入电解体积流量应(如果可能)以相同或至少相对类似的压力到达至少第一载体元件的背侧上的插塞的开口，以保证恒定电解体积流量通过插塞从至少第一载体元件的背侧延伸穿过插塞的直通通道而到达具有相同或至少相对类似电解体积流量及电解体积流速的第二装置元件的待处理的衬底的表面。
在所述方法的优选实施例中，所述方法的特征在于：在方法步骤i)中：本发明装置进一步包括第三装置元件，其中第二装置元件布置于第一装置元件与第三装置元件之间，且其中所述第三装置元件包括具有多个直通导管的至少第一阳极元件及具有多个直通导管的至少第一载体元件；其中所述至少第一阳极元件与所述至少第一载体元件牢固地连接到彼此；其中第三装置元件进一步包括多个插塞，其中每一插塞包括至少直通通道，且其中每一插塞以此方式布置使得每一插塞从至少第一载体元件的背侧延伸穿过至少第一载体元件的直通导管且进一步穿过至少第一阳极元件的相应前置直通导管；及
在方法步骤ii)中：通过插塞的直通通道将第二电解体积流量导引到由第二装置元件的至少第一衬底固持器接纳的待处理的至少第一衬底的侧，其中至少第一衬底的所述侧经引导到第三装置的第一阳极元件的阳极表面；及
在方法步骤iii)中：第二装置元件在第一装置元件与第三装置元件之间在平行于待处理的至少第一衬底的经处理侧的两个方向上移动，其中所述两个方向(待处理的至少第一衬底移动到其中)正交于彼此，及/或其中衬底以振荡方式移动，优选地在平行于待处理的至少第一衬底的经处理侧的圆形路径上移动。
因此，本发明解决以下问题：提供用于衬底上的垂直电流金属(优选地，铜)沉积的装置；及使用此装置成功地克服现有技术的上述缺点的方法。
提供以下非限制性实例来说明本发明的优选实施例，其中第一装置元件的第一阳极元件完全由第一装置元件的第一载体元件环绕，其中所述第一载体元件的经引导朝向所述第一阳极元件的侧具有腔以以此方式接纳所述第一阳极元件，使得第一载体元件的上边缘与第一阳极元件的上边缘对准。所述优选实施例应促进对本发明的理解，但不希望限制由其所附权利要求书定义的本发明的范围。
现转到图式，图1展示根据本发明的优选实施例的装置的示意性前视图。
在本文中，展示包括第一装置元件1的用于衬底上的垂直电流金属(优选地，铜)沉积的装置，其中第一装置元件1包括具有多个直通导管的第一阳极元件及具有多个直通导管的第一载体元件10。
在本文中，第一阳极元件与第一载体元件10牢固地连接到彼此。
第一装置元件1进一步包括多个插塞7，其中每一插塞包括直通通道，且其中每一插塞以此方式布置使得每一插塞从第一载体元件10的背侧延伸穿过第一载体元件10的直通导管且进一步穿过至少第一阳极元件的相应前置直通导管。
在本文中，所有插塞7的端与第一阳极元件的表面对准，其中全部插塞7可拆卸地连接到第一装置元件1。
在图1中展示的此优选实施例中，所有插塞7以点矩阵形式均匀分布于第一阳极元件之上，其中每一插塞7的直通通道贯穿直通通道(12)的整个长度包括相同恒定直径。
在本文中，第一阳极元件的所有直通导管以关于第一阳极元件表面上的垂线具有角度0°的直线的形式穿过第一阳极元件。
在本文中，第一载体元件10的全部直通导管也以关于第一载体元件表面上的垂线具有角度0°的直线的形式穿过第一载体元件10。
借此，在此优选情况中，第一阳极元件及第一载体元件10的直通导管拥有相同角度0°。
此外，第一阳极元件完全由第一载体元件10环绕，其中第一载体元件10的经引导朝向所述第一阳极元件的侧具有腔以以此方式接纳所述第一阳极元件，使得第一载体元件10的上边缘与第一阳极元件的上边缘对准。
图1中展示的优选实施例进一步包括第一阳极片段2、第二阳极片段3、及第一阳极元件的所述第一阳极片段2与第二阳极片段3之间的中间间隔4。在此优选实施例中，将第一阳极元件的第三阳极片段展示为最外阳极区域9。
此外，图1展现第一阳极片段2内部的第一阳极元件的第一阳极片段2的四个不同紧固及电接触元件5，同时展示第一阳极元件的第三阳极片段9内部的四个不同紧固及电接触元件6。借此，这四个不同紧固及电接触元件6定位于第一阳极元件的圆形第二阳极片段3的外部。最后，存在第一载体元件10的紧固元件11。
另外，图1展示第一阳极元件的第一阳极片段2中的第一装置元件1的多个插塞7，插塞7围绕第一装置元件1的中心8圆形布置。
图2展示图1中展示的装置的截面透视图。在本文中，认为图2通过在多个插塞7的放大图中进行说明促进对本发明的理解。
在本文中，将一系列插塞7划分成两半的截面透视图应促进认知每一插塞7包括直通通道12，且所有插塞7的端与第一阳极元件的表面对准，其中全部插塞7可拆卸地连接到第一装置元件1。在此放大图中，还更好地认知，每一插塞7的直通通道12贯穿所述直通通道(12)的整个长度包括相同恒定直径。
图3展示图1中展示的第一装置元件1的另一截面透视图，而图4展示与图3中展示相同的第一装置元件1的截面透视图，但不具有第一阳极元件，已出于说明目的移除了所述第一阳极元件。借此，即使在日常实践中当然必须包含阳极元件时也可甚至更好地认知插塞7的几何形状及布置。
虽然已关于某些特定实施例解释了本发明的原理，且出于说明目的提供了所述原理，但应理解，一旦所属领域的技术人员阅读了本说明书便将明白各种修改。因此，应理解，本文揭示的本发明希望涵盖如落于所附权利要求书的范围内的此类修改。本发明的范围仅受所附权利要求书的范围限制。
参考符号
1 第一装置元件
2 第一阳极元件的第一阳极片段
3 第一阳极元件的第二阳极片段
4 第一阳极元件的第一阳极片段与第二阳极片段的间的中间间隔
5 第一阳极元件的第一阳极片段的紧固元件及电接触元件
6 第一阳极元件的第三阳极片段的紧固元件及电接触元件
7 第一装置元件的插塞
8 第一装置元件的中心
9 第一阳极元件的最外阳极区域
10 第一装置元件的第一载体元件
11 第一载体元件的紧固元件
12 插塞的直通通道
Claims (31)
1.一种用于衬底上的垂直电流金属沉积的装置，其中所述装置包括至少一第一装置元件(1)及第二装置元件，所述装置元件以垂直方式平行于彼此布置；其中所述第一装置元件(1)包括具有多个直通导管的至少一第一阳极元件及具有多个直通导管的至少一第一载体元件(10)；其中所述至少第一阳极元件与所述至少第一载体元件(10)牢固地连接到彼此；其中所述第二装置元件包括至少一第一衬底固持器，其适于接纳待处理的至少一第一衬底，其中所述至少第一衬底固持器在接纳待处理的所述至少第一衬底后沿着其外框架至少部分环绕所述至少第一衬底，其特征在于：
所述至少第一装置元件(1)进一步包括多个插塞(7)，其中每一插塞(7)包括至少一直通通道(12)，且其中每一插塞(7)以此方式布置使得每一插塞(7)从所述至少第一载体元件(10)的背侧延伸穿过所述至少第一载体元件(10)的直通导管且进一步穿过所述至少第一阳极元件的相应前置直通导管；且其中全部所述插塞(7)可拆卸地连接到所述至少第一装置元件(1)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述金属为铜。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述插塞(7)的至少一部分与所述至少第一阳极元件的表面对准。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所有所述插塞(7)的端部与所述至少第一阳极元件的表面对准。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，其特征在于所述多个所述插塞(7)均匀分布于所述至少第一阳极元件之上。
6.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，其特征在于所述多个所述插塞(7)以点矩阵形式均匀分布于所述至少第一阳极元件之上。
7.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，其特征在于所述多个所述插塞(7)非均匀分布于所述至少第一阳极元件上。
8.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，其特征在于所述多个所述插塞(7)以此方式非均匀分布于所述至少第一阳极元件上，使得每经界定区域的插塞(7)的数目从所述至少第一阳极元件的中心(8)到所述相应阳极元件的更靠外区域减小。
9.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，其特征在于每一插塞(7)的所述直通通道(12)贯穿所述直通通道(12)的整个长度包括相同恒定直径。
10.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的装置，其特征在于所述插塞(7)的所述直通通道(12)贯穿所述直通通道(12)的整个长度包括恒定直径，所述直径在所述多个所述插塞(7)中不同。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于贯穿所述相应插塞(7)的所述直通通道(12)的所述整个长度的所述直通通道(12)的所述恒定直径从所述至少第一装置元件(1)的所述中心(8)中的插塞(7)到在所述相应第一装置元件(1)中布置在更靠外处的插塞(7)减小。
12.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，其特征在于所述至少第一装置元件(1)进一步包括多个虚设插塞，其中所述虚设插塞不具有任何种类的直通通道(12)。
13.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，其特征在于所述第一阳极元件的所述多个直通导管以关于所述第一阳极元件表面上的垂线具有在0°到80°的范围内的角度的直线的形式穿过所述第一阳极元件。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于所述角度在10°到60°的范围内。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于所述角度在25°到50°的范围内。
16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于所述角度在0°到20°的范围内。
17.根据权利要求13所述的装置，其特征在于所述角度在0°到10°的范围内。
18.根据权利要求13所述的装置，其特征在于所述角度在0°到5°的范围内。
19.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，其特征在于所述第一载体元件(10)的所述多个直通导管以关于所述第一载体元件表面上的垂线具有介于0°与80°之间的范围内的角度的直线的形式穿过所述第一载体元件(10)。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于所述角度在介于10°与60°之间的范围内。
21.根据权利要求19所述的装置，其特征在于所述角度在介于25°与50°之间的范围内。
22.根据权利要求19所述的装置，其特征在于所述角度在0°到20°的范围内。
23.根据权利要求19所述的装置，其特征在于所述角度在0°到10°的范围内。
24.根据权利要求19所述的装置，其特征在于所述角度在0°到5°的范围内。
25.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，其特征在于所述第一阳极元件的所述多个直通导管以关于所述第一阳极元件表面上的所述垂线具有角度α的直线的形式穿过所述第一阳极元件，其中所述第一载体元件的所述多个直通导管以关于所述第一载体元件表面上的所述垂线具有角度β的直线的形式穿过所述第一载体元件，且其中α与β基本上相同。
26.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，其特征在于所述至少第一阳极元件至少部分由所述至少第一载体元件(10)环绕，其中所述至少第一载体元件(10)的经引导朝向所述至少第一阳极元件的侧具有腔以以此方式接纳所述至少第一阳极元件，使得所述至少第一载体元件(10)的上边缘与所述至少第一阳极元件的上边缘对准。
27.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，其特征在于所述至少第一阳极元件至少部分由所述至少第一载体元件(10)环绕，其中所述至少第一载体元件(10)的经引导朝向所述至少第一阳极元件的侧具有腔以以此方式接纳所述至少第一阳极元件，使得所述至少第一载体元件(10)的上边缘与所述至少第一阳极元件的上边缘不对准。
28.一种用于衬底上的电流金属沉积的方法，其特征在于以下方法步骤：
i)提供根据权利要求1所述的装置；
ii)通过插塞(7)的直通通道(12)将电解体积流量导引到由第二装置元件的至少第一衬底固持器接纳的待处理的至少第一衬底的侧，其中所述至少第一衬底的所述侧经引导到第一装置元件(1)的第一阳极元件的阳极表面；
iii)在平行于待处理的所述至少第一衬底的所述经处理侧的两个方向上移动所述第二装置元件，其中待处理的所述至少第一衬底移动到其中的所述两个方向正交于彼此，及/或其中所述衬底以振荡方式移动。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于所述金属是铜。
30.根据权利要求28所述的方法，其特征在于：
在方法步骤i)中：根据权利要求1所述的装置进一步包括第三装置元件，其中所述第二装置元件布置于所述第一装置元件(1)与所述第三装置元件之间，且其中所述第三装置元件包括具有多个直通导管的至少一第一阳极元件及具有多个直通导管的至少一第一载体元件(10)；其中所述至少第一阳极元件与所述至少第一载体元件(10)牢固地连接到彼此；其中所述第三装置元件进一步包括多个插塞(7)，其中每一插塞(7)包括至少一直通通道(12)，且其中每一插塞(7)以此方式布置使得每一插塞(7)从所述至少第一载体元件(10)的背侧延伸穿过所述至少第一载体元件(10)的直通导管且进一步穿过所述至少第一阳极元件的相应前置直通导管；且
在方法步骤ii)中：通过所述插塞(7)的所述直通通道(12)将第二电解体积流量导引到由所述第二装置元件的所述至少第一衬底固持器接纳的待处理的所述至少第一衬底的所述侧，其中所述至少第一衬底的所述侧经引导到所述第三装置元件的所述第一阳极元件的所述阳极表面；且
在方法步骤iii)中：所述第二装置元件在所述第一装置元件(1)与所述第三装置元件之间在平行于待处理的所述至少第一衬底的所述经处理侧的两个方向上移动，其中待处理的所述至少第一衬底移动到其中的所述两个方向正交于彼此，及/或其中所述衬底以振荡方式移动。
31.根据权利要求28-30中任一权利要求所述的方法，其特征在于所述衬底在平行于待处理的所述至少第一衬底的所述经处理侧的圆形路径上移动。
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