CN110079843A - 用于电镀衬底中的凹进部分的方法、装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电镀衬底中的凹进部分的方法、一种用于电镀衬底中的凹进部分的装置，以及一种包括所述装置的用于电镀衬底中的凹进部分的系统。所述用于电镀衬底中的凹进部分的方法包括以下步骤：a)提供具有包括至少一个凹进部分的衬底表面的衬底，b)将替换气体施加到所述凹进部分，以替换所述凹进部分中的一定量的环境气体，来至少部分地清理所述凹进部分中的所述环境气体，c)将处理流体施加到所述凹进部分，其中所述替换气体溶解在所述处理流体中，以至少部分地清理所述凹进部分中的所述替换气体，以及d)电镀所述凹进部分。

Description

用于电镀衬底中的凹进部分的方法、装置和系统
技术领域
本发明涉及一种用于电镀衬底中的凹进部分的方法、一种用于电镀衬底中的凹进部分的装置，以及一种包括所述装置的用于电镀衬底中的凹进部分的系统。
背景技术
存在大量制造方法，其中将电镀或用物质来填充小凹进部分或开口。因此出现困难，因为其中处置衬底的环绕环境空气通常填充这些小凹进部分。此环境空气形成障壁，这使凹进部分的连续电镀或填充恶化或阻止所述凹进部分的连续电镀或填充。不连续或偶数中断的涂覆或填充例如导致松动的接触或甚至中断的电路。具有此类经电镀或填充的凹进部分的装置的可靠性、功能性和使用期限减小。
按照惯例，借助于压力受控腔室中的负大气压或真空来去除环境空气。凹进部分的后续电镀或填充于是必须在不中断负大气压或真空的情况下进行。此类程序较复杂，且时间和成本密集。可通过先前用惰性或脱气预湿液体在各种压力条件冲洗凹进部分，来代替负大气压或真空下的电镀或填充，然而这仍使程序复杂、时间和成本密集。
US 2015/179458 A1中公开对应的预湿设备方法和设计。在晶片衬底上电镀一层铜的方法包括：(a)提供所述晶片衬底，其表面的至少一部分上具有向预湿处理腔室暴露的金属层；(b)在低于大气压的压力下，使所述晶片衬底与预湿流体接触，所述预湿流体包括水和铜离子，以在所述晶片衬底上形成一层预湿流体；(c)使经预湿的晶片衬底与电镀液接触，所述电镀液包括铜离子，以在所述晶片衬底上电镀一层铜，其中所述预湿流体中的铜离子的浓度大于所述电镀液中的铜离子的浓度。
发明内容
因此，可需要提供一种用于电镀衬底中的凹进部分的改进的方法和装置，其明确地说较不复杂。
在本发明中，通过所附权利要求书的标的物来解决问题，其中其它实施例并入附属权利要求书中。应注意，下文所描述的本发明的方面还适用于所述用于电镀衬底中的凹进部分的方法，所述用于电镀衬底中的凹进部分的装置，以及所述包括所述装置的用于电镀衬底中的凹进部分的系统。
根据本发明，呈现一种用于电镀衬底中的凹进部分的方法。所述方法包括以下步骤：
a)提供具有包括至少一个凹进部分的衬底表面的衬底，
b)将替换气体施加到所述凹进部分，以替换所述凹进部分中的一定量的环境气体，来至少部分地清理所述凹进部分中的所述环境气体，
c)将处理流体施加到所述凹进部分，其中所述替换气体溶解在所述处理流体中，以至少部分地清理所述凹进部分中的所述替换气体，以及
d)电镀所述凹进部分。
根据本发明的所述用于电镀衬底中的凹进部分的方法可减少衬底的凹进部分中的环境气体，或用替换气体来替换所述环境气体。所述替换气体可选择为容易地溶解在随后施加的处理流体中，使得替换气体也减少或从所述凹进部分去除。环境气体和/或替换气体的去除可特别快和/或特别彻底地完成。还可避免过程的任何种类的(有害)残余物和/或副产物。因此，减少的或甚至完全无气态障壁阻止凹进部分的连续电镀或填充或使凹进部分的连续电镀或填充恶化。
因此，根据本发明的所述用于电镀衬底中的凹进部分的方法在大气压下工作，且不施加具有对昂贵且复杂的设备零件的相关联需要的任何负大气压或真空，这使得所述方法当与常规方法相比时，复杂性较小，时间和成本较不密集。
根据本发明，还提供一种优质电镀或填充方法，其能够制造具有优良电气和/或机械特性、可靠性和使用期限的优质装置。
电镀可以是任何化学和/或电解表面处理，例如材料沉积、镀锌涂覆、化学或电化学蚀刻、阳极氧化、金属间隔等。电镀可为用合金或金属且明确地说用铜、镍、铟或钴来至少部分地填充所述凹进部分。所述电镀可为凹进部分的部分或基本上完整电镀和填充。所述电镀还可包括至少部分涂覆凹进部分的侧壁和/或衬底表面。
衬底可包括导体板；半导体衬底；膜衬底；基本上板形、金属或金属化工件等。衬底可固持在衬底固持器中。
衬底表面还可包括多个凹进部分。衬底可为例如穿孔板。衬底表面可为未遮蔽或至少部分地遮蔽的。
所述凹进部分可为圆形有角度的或任何其它几何形状的开口、孔、通孔、盲孔、缝隙等，且通过任何种类的制造方法来制作。凹进部分可具有介于0.01与1000μm之间，优选介于0.015与800μm之间，并且更优选介于0.02与500μm之间的直径或横向尺寸。
环境气体可为环绕衬底表面的空气、主要氮和氧的混合物，或任何其它种类的气体，例如惰性气体。
可实现替换气体溶解在处理流体中，因为替换气体在所选择的处理温度下在处理流体中具有比环境气体高的可溶性。还可实现替换气体在处理流体中的溶解，因为替换气体在处理流体中具有与环境气体相等或比环境气体低的可溶性，且替换气体和/或处理流体包括引发剂来引发替换气体与处理流体之间的化学反应。两者将在下文更详细地描述。
可将替换气体施加到凹进部分，以减少凹进部分中的环境气体，或基本上完全替换凹进部分中的环境气体。凹进部分的至少部分清除可理解为在电镀所述凹进部分之前，替换气体和处理流体减少或基本上去除凹进部分中的任何气态障壁。
在一实例中，在作为处理温度的室温下，替换气体在处理流体中具有比环境气体高的可溶性。在一实例中，环境气体是空气，且在所选择的处理温度下(此处，在室温下)且在1atm下，处理流体中的替换气体的亨利定律可溶性常数Hcp大于6.4×10-6mol m-3Pa-1，优选等于或大于1.2×10-5mol m-3Pa-1，并且更优选等于或大于3.3×10-4mol m-3Pa-1。这些值在N2，O2和CO2的亨利定律可溶性常数的范围内。亨利定律可溶性常数Hcp被定义为在平衡条件下，一种物质处于水相时的浓度c除以所述物质处于气相时的分压p。替换气体可为或包括CO2，且处理流体可为基本上水。在气体交换之后，可用处理流体喷淋衬底，或将其沉浸到处理流体中。
在另一实例中，替换气体在处理流体中具有比环境气体低的可溶性。替换气体可包括引发剂，来引发替换气体与处理流体之间的化学反应。或者或另外，处理流体可包括引发剂，来引发替换气体与处理流体之间的化学反应。在一实例中，替换气体与处理流体之间的化学反应不断地消耗替换气体，使得在替换气体已充分从凹进部分去除之前，将达不到处理流体的吸收容量。在一实例中，替换气体是可容易地氧化的有机蒸气，且处理流体是含有O3(臭氧)作为引发剂的水。
在微电子和半导体行业中，各种过程可用于对晶片表面进行电镀、填充或以其它方式表面处理。举例来说，导电材料可沉积在先前经图案化的晶片表面上。所述电镀或填充可包括化学和/或电解表面处理技术，其可包括以下步骤：将待处理的衬底附接到衬底固持器，沉浸到电解电镀流体中，并充当阴极。将额外电极沉浸到电镀流体中，并充当阳极。将直流电施加到电镀流体，并使金属离子错合物或盐解离在电解质中。所产生的或所释放的正金属离子接着迁移到阴极，其中它们在或多或少金属状态下电镀在充当阴极的衬底上。另外，无电极电解沉积或脉冲电镀/电沉积和类似技术也是可能的。
在一实例中，处理流体是电镀流体，且将衬底沉浸在电镀流体中。衬底可部分地或基本上完全沉浸在电镀流体中。在一实例中，电镀流体是电化学沉积系统的电解质。在一实例中，电镀流体是具有小于或接近7的pH值的酸电解质。在一实例中，替换气体包括SO2或为SO2，且处理流体包括H2SO4或为H2SO4。在此实例中，在电镀之前去除环境气体的先前、低压冲洗或预湿步骤不是必需的，这使得本发明的用于电镀衬底中的凹进部分的方法特别高效且便宜。
在另一实例中，处理流体是冲洗流体，且通过冲洗流体来冲洗凹进部分。在一实例中，溶解于处理流体中的替换气体形成化学反应改性流体，其对凹进部分的表面进行改性。在一实例中，化学反应改性流体是用于清洗或蚀刻凹进部分的表面的酸或碱。此一体化表面蚀刻和制备步骤进一步改进了用于电镀衬底中的凹进部分的本发明的方法，并使其特别高效。在一实例中，替换气体是或包括NH3、SO2、NO2、HCl、HF或能够形成反应性液体来化学蚀刻暴露的材料的其它气体，例如，酸性酸、柠檬酸、三氟乙酸，以及有机分子的许多其它酸衍生物，且处理流体基本上是水或溶剂。在此实例中此冲洗或预湿步骤完全制备用于后续电镀步骤的凹进部分。
替换气体可包括至少一个有机化学物的气相或其若干者的混合物。替换气体可包括一组乙烯、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、2-甲基丙烷、功能化为例如具有高蒸气压的醇和酸(例如甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸等)有机蒸气等中的至少一者。
处理流体可包括水、具有无机媒质(例如，酸和碱)的水样混合物、有机碱溶剂、有机酸和基质、两种或更多种有机溶剂或有机酸或有机碱、水与一种或多种有机溶剂或有机酸或有机碱的混合物、异丙醇、四甲基铵氢氧化物、N-甲基-2-吡咯烷酮等。
替换气体/处理流体的组合可为一组CO/水、NH3/水、NH3/TMAH(四甲基铵氢氧化物)、SO2/硫酸、HF/水、HCl水、Cl2/水、Br2/水、C2H4/水、SO2/H2O、O2/水、H2S/水、CH4/水、C2H6/水、C3H8/水、C4H10/水、Ar/水、Kr/水、Xe/水、O3/水、N2O/水、NO/水、H2Se/水、Cl2O/水、ClO2/水等。可选择并调适所述组合，以进一步提供本发明的电镀方法的有益效应，例如增加的速度、更连续的电镀、较好的粘合力、沉积的改进的结晶和/或非晶态，或实现其它改进的材料特性等。
替换气体/处理流体的组合可进一步包括有机添加剂，例如有机酸、腐蚀抑制剂、复合反应剂和/或类似者。
根据本发明，还呈现一种用于电镀衬底中的凹进部分的装置。所述用于电镀凹进部分的装置包括替换气体单元、处理流体单元和电镀单元。
替换气体单元经配置以将替换气体施加到衬底中的凹进部分，以替换凹进部分中的一定量的环境气体，以至少部分地清除凹进部分中的环境气体。替换气体可不断地流通。
处理流体单元经配置以将处理流体施加到凹进部分，其中替换气体溶解在处理流体中，以至少部分地清除凹进部分中的替换气体。
电镀单元经配置以电镀衬底中的凹进部分。
根据本发明的所述用于电镀衬底中的凹进部分的装置可减少衬底的凹进部分中的环境气体，或用替换气体来替换所述环境气体。可将替换气体选择为容易溶解在随后所施加的处理流体中。因此，减少的或甚至无气态障壁准许或改进了凹进部分的连续且基本上完整的电镀或填充。因此，根据本发明的所述用于电镀衬底中的凹进部分的装置在不施加任何负大气压或真空的情况下工作，这使得装置在与常规装置相比时，复杂性较小且成本较不密集。根据本发明的所述用于电镀衬底中的凹进部分的装置可用于垂直、水平或任何其它成角度的几何电解电镀系统。举例来说，在垂直电镀腔室中，可将衬底垂直插入到电镀流体中以及水平电镀腔室中，可将衬底水平插入到电镀流体中。
可隔开或在距处理流体一段距离处或在处理流体的正上方且明确地说与所述处理流体接触来提供替换气体单元。替换气体单元可附接到替换腔室，可浮在处理流体中，且明确地说，浮在电镀流体表面之上或可附接到衬底固持器。替换气体单元可为磁性引导的和/或空气居中的。
在一实例中，替换气体单元包括替换气体腔室，其可充满替换气体。在一实例中，替换气体单元包括至少一个气体入口，且明确地说至少一气体喷嘴，其经配置以产生替换气垫或替换气帘，以由衬底的凹进部分传递。替换气体腔室可进一步包括排出口，且明确地说借助于实施实现通过排出口来调整流动速率的装置或控制系统来控制的排出口。替换气体腔室可包括排气口，且明确地说借助于实施实现调整通过排气口的流动速率的装置或控制系统来控制的排气口。所述排气口可使得能够使用根据本发明的用于电镀衬底中的凹进部分的装置来施加反应性和/或毒性气体和/或液体。在此情况下，用于电镀的装置可进一步具备气体传感器和/或泄漏检测器。
在一实例中，处理流体是或包含电镀流体，且处理流体单元包括作为电镀流体的处理流体的储集层，其被配置成用于衬底的化学和/或电解表面处理，且衬底沉浸在其中。处理流体单元于是是或包含电镀单元，且处理流体是或包含经配置以电镀衬底中的凹进部分的电镀流体。用于电镀凹进部分的装置接着可还包括引导单元，其经配置以将衬底从替换气体单元引导到电镀单元。
在另一实例中，处理流体不是且并不包括电镀流体。处理流体单元是冲洗单元，且处理流体是经配置以冲洗凹进部分的冲洗流体。冲洗流体可不断地流通。处理流体单元接着包括至少一个介质入口，且明确地说至少一介质喷嘴，其经配置以产生处理流体垫或帘以由衬底传递。
进气口和/或介质入口可隔开或在处理流体级正上方且明确地说与处理流体接触而提供。在衬底经受替换气体和处理流体之后，其可沉浸在包含于经配置以电镀凹进部分的处理流体单元的储集层中的额外电镀流体中。所述用于电镀凹进部分的装置可进一步包括另一引导单元，其经配置以将衬底从替换气体单元和冲洗单元引导到电镀单元。
明确地说，对于垂直电镀系统，电镀装置可包括入口部分，其中将衬底插入到替换气体腔室中，且所述入口部分包括进气口，通过所述进气口，衬底经受替换气体。所述进气口可为开口、孔或缝隙。当衬底的至少一个凹进部分被替换气体填充时，可将衬底插入到包含于储集层中的处理流体中。替换气体接着可溶解在处理流体中，且处理流体因此填充所述凹进部分。
另外或代替地，可将介质入口布置在入口部分中，例如靠近进气口，或可甚至集成在进气口中。衬底可随后经受替换气体，经受处理流体，且沉浸到例如储集层中的电镀液体中。介质入口可至少为介质喷嘴、介质喷嘴阵列、至少一介质排出口和/或介质排出口阵列。可通过将介质喷嘴或介质排出口浸没到储集层中的处理流体或电镀液体中和/或通过增加处理流体流，来清除所述喷嘴或所述排出口的例如脱水的处理流体结晶。
在一实例中，所述用于电镀凹进部分的装置进一步包括驱动单元，且布置在入口部分处或入口部分中，且经配置以使进气口和/或介质入口相对于衬底移动。当衬底在插入到腔室中时穿过入口部分时，进气口和/或介质入口可接近衬底。进气口和/或介质入口可被在相对于衬底的近侧位置与相对于衬底的远侧位置之间驱动。近侧位置可靠近或几乎接触衬底。与近侧位置相比，远侧位置可较远离衬底。驱动单元可经配置以使进气口和/或介质入口仅相对于且垂直于衬底而不相对于且垂直于处理流体移动。在一实例中，驱动单元、进气口和/或介质入口处于/布置在距处理或电镀流体一段距离处。
明确地说，对于水平电镀系统，可将衬底插入到腔室中，所述腔室可充满替换气体，且衬底可沉浸到处理流体中。可经由腔室壁或衬底固持器提供替换气体，在这两种情况下，使用至少一个开口、孔或缝隙。还可经由臂形部件来提供替换气体。替换气体单元接着是或包含臂形部件，其中臂形部件和衬底可相对于彼此移动且明确地说可相对于彼此旋转。衬底与臂形部件之间的移动可为线性扫描运动、类似记录播放器的运动或类似者。臂形部件可经配置以将替换气体、冲洗流体、引发剂和/或化学活性物质施加到凹进部分和/或衬底。可将这些气体和/或流体从衬底的外、较大尺寸或外周施加到内、较小尺寸或外周。
明确地说，对于电解电镀系统，可将衬底插入到空腔室中，且腔室可闭合且充满例如来自下方的替换气体和/或处理流体。所述用于电镀凹进部分的装置可因此包括控制单元，其经配置以使电镀单元相对于周围环境基本上闭合。控制单元可替代地或另外经配置以用替换气体和/或电镀流体来填充电镀单元。控制单元可为处理器。
明确地说，对于高速电镀系统，替换气体单元且明确地说进气口和/或介质入口可集成到经配置以固持衬底的衬底固持器中。替换气体单元且明确地说进气口和/或介质入口可布置在衬底固持器的顶部部分，且明确地说电镀装置的入口部分中。衬底固持器可固持一个或两个衬底(例如衬底固持器的每侧一个衬底)。
以下可用于所有类别的电镀系统。在一实例中，用于电镀凹进部分的装置进一步包括温度单元，其经配置以控制处理流体的处理温度的改变。所述温度单元可经配置以增加和/或减小处理流体的处理温度。所述温度单元可为加热和/或冷却装置。温度单元可进一步经配置以检测处理流体的温度。温度单元可经配置以使处理流体的温度从室温增加到介于约25℃与80℃之间的范围，优选增加到介于约25℃与70℃之间的范围，并且更优选增加到介于约25℃与50℃之间的范围。温度单元可还经配置以使处理流体的温度从室温减小到介于约0℃与25℃之间的范围，优选减小到介于约1℃与23℃之间的范围，并且更优选减小到介于约4℃与20℃之间的范围。当施加具有适当低冰点的处理流体时，低于0℃的处理流体的温度调整也可导致改进的过程性能。通过应用两个温度控制单元，一者用于作为冲洗流体的处理流体，且一者用于作为电镀流体的处理流体，可应用根据之前提到的温度范围的两个不同的温度。在一实例中，使冲洗流体的温度减小为低于室温，以通常增加替换气体在冲洗流体中的可溶性，而电镀流体中的温度从室温增加到升高的温度，以例如增加过程的速度，改进可溶性参数等等。
在一实例中，所述用于电镀凹进部分的装置进一步包括组成成分控制单元，其经配置以控制替换气体和/或处理流体的化学性质的改变。组成成分控制单元可进一步经配置以检测替换气体和/或处理流体的化学性质。替换气体和/或处理流体的化学性质可为组成成分、pH值、添加剂的量等等。可通过基于来自组成成分控制单元的直接或间接反馈添加某一成分来进行化学性质的改变。
根据本发明，还呈现一种用于电镀衬底中的凹进部分的系统。所述用于电镀凹进部分的系统包括用于电镀如上文所描述的衬底中的凹进部分的装置和装置控制。所述装置控制经配置以控制衬底的凹进部分中的气体替换、处理流体到凹进部分的施加和/或凹进部分的电镀。装置控制可为处理器。
如上文所描述的用于电镀衬底中的凹进部分的装置、系统和方法适合于处理经构造的半导体衬底、导体板和膜衬底，以及用于处理平面金属和金属化衬底的整个表面。如上文所描述的用于电镀衬底中的凹进部分的装置、系统和方法还可使用生产用于太阳能产生的大表面光电面板，或大规模监视器面板。
应理解，根据独立权利要求所述的用于电镀衬底中的凹进部分的装置、系统和方法具有类似和/或相同的优选实施例，明确地说，如附属权利要求中所定义。将进一步理解，本发明的优选实施例也可为具有相应独立权利要求的附属权利要求的任何组合。
本发明的这些和其它方面从下文所描述的实施例中显而易见并且将参考其进行阐明。
附图说明
图1示出根据本发明的用于电镀衬底中的凹进部分的方法的步骤的示意性概述。
图2示意性且示范性地示出根据本发明的用于电镀衬底中的凹进部分的系统和装置的实施例。
图3示意性且示范性地示出根据本发明的用于电镀衬底中的凹进部分的装置的实施例。
图4示意性且示范性地示出根据本发明的用于电镀衬底中的凹进部分的装置的实施例。
图5示意性且示范性地示出根据本发明的用于电镀衬底中的凹进部分的装置的实施例。
图6示意性且示范性地示出根据本发明的用于电镀衬底中的凹进部分的装置的实施例。
图7示意性且示范性地示出根据本发明的用于电镀衬底中的凹进部分的装置的实施例。
具体实施方式
根据本发明，呈现一种用于电镀衬底10中的凹进部分的方法。图1示出用于电镀衬底10中的凹进部分的方法的步骤的示意性概述。所述方法包括以下步骤：
-在第一步骤S1中，提供具有包括多个凹进部分的衬底表面11的衬底10。
-在第二步骤S2中，将替换气体30施加到凹进部分，以替换凹进部分中的一定量的环境气体20，来清理凹进部分中的环境气体20。
-在第三步骤S3中，将处理流体40施加到凹进部分，其中替换气体30溶解在处理流体40中，来清理凹进部分中的替换气体30。
-在第四步骤S4中，电镀所述凹进部分。
图2到7示出根据本发明的用于电镀衬底10中的凹进部分的系统70和装置50的示意性且示范性实施例。用于电镀凹进部分的系统70包括如下文进一步描述的用于电镀衬底10中的凹进部分的装置控制71和装置50。装置控制71控制衬底10的凹进部分中的气体替换、处理流体40到凹进部分的施加，和/或凹进部分的电镀。装置控制71可为处理器。
用于电镀凹进部分的装置50包括替换气体单元51、处理流体单元52和电镀单元59。替换气体单元51将替换气体30施加到衬底10中的一或多个凹进部分，以替换凹进部分中的环境气体20。替换气体30可不断地流通。处理流体单元52将处理流体40施加到凹进部分，其中替换气体30溶解在处理流体40中，以清理凹进部分中的替换气体30。电镀单元59接着电镀衬底10中的凹进部分。
根据本发明的用于电镀衬底10中的凹进部分的方法、系统70和装置50可用替换气体30来基本上替换衬底10的凹进部分中的环境气体20。因此，基本上无气态障壁阻止凹进部分的连续且基本上完整的电镀或填充。因此，根据本发明的用于电镀衬底10中的凹进部分的方法、系统70和装置50在大气压下工作，且不施加任何负大气压或真空就没有对昂贵且复杂的设备零件的需要，这使得当与常规方法相比，所述方法的复杂性较小，时间和成本较不密集。另外，提供一种优质方法、系统70和装置50，其使得能够制造具有优良电气和/或机械特性、可靠性和使用期限的优质产品。
如上所陈述，用于电镀凹进部分的装置50包括替换气体单元51，其将替换气体30施加到衬底10中的凹进部分，以替换环境气体20。如图2到4所示，替换气体单元51或入口部分隔开、距处理流体40一段距离且不接触所述处理流体而布置。替换气体单元51包括或形成为替换气体腔室，其可充满替换气体30。替换气体单元51或替换气体腔室此处包括若干气体入口，其呈与处理流体40隔开的气体喷嘴53(图4)的形式。它们经配置以产生将由衬底10及其凹进部分传递的替换气垫或替换气帘。
如上文还陈述，用于电镀凹进部分的装置50包括处理流体单元52，其将处理流体40施加到凹进部分，使得替换气体30溶解在处理流体40中，且清除凹进部分中的替换气体30。存在至少两个选项：
首先且如图2中所示，处理流体单元52包括作为处理流体40的电镀流体40a的储集层，用于填充和电镀凹进部分(和衬底10)。将衬底10沉浸在电镀流体40a中。处理流体单元52于是为电镀单元59，且处理流体40是用于电镀凹进部分的电镀流体40a。
其次且如图3和4所绘示，处理流体40不是电镀流体40a，而是用以冲洗凹进部分的冲洗流体40b。处理流体单元52接着为冲洗单元60，且包括用于冲洗流体40b的若干介质入口且明确地说介质喷嘴，以产生将由衬底10及其凹进部分传递的处理或冲洗流体垫或处理或冲洗流体帘。此处将介质入口布置成靠近替换气体单元51或在所述替换气体单元中，或在入口部分中且靠近气体入口。并且在此实施例中，根据本发明的用于电镀衬底10中的凹进部分的装置50包括用于填充和电镀凹进部分(和衬底10)的电镀流体40a(未图示)的储集层。将衬底10沉浸在电镀流体40a中，所述电镀流体在此情况下不是处理流体40。介质入口此处与电镀流体40a隔开。
在图4中，用于替换气体的气体喷嘴53和用于冲洗流体40b的介质入口可移动地布置。气体喷嘴53可作为喷嘴单元一起或彼此独立地移动。它们可垂直于衬底10的纵向方向移动，且它们可借助于腔室壁中的驱动单元或通过也由衬底10使用的相同开口进入腔室的驱动单元驱动。
如上文所论述且图2到4中所示，这是提供距靠近或在替换气体单元51中或入口部分中的电镀流体40a一段距离的气体入口和/或介质入口的选项。作为另一选项且如图5a到5c所示，用于替换气体30的气体入口可布置在处理流体40或电镀流体40a的正上方并与之接触。衬底10接着经受替换气体30，且沉浸在包含于储集层中的处理流体40或电镀流体40a中，来电镀所述凹进部分。未图示，但也可能是用于冲洗流体40b的介质入口布置在电镀流体40a的正上方并与之接触。
虽然图2到5示出垂直电镀系统，但图6a示出水平电镀系统，其中衬底10水平地插入到水平电镀腔室中。电镀腔室接着充满替换气体30，且之后，将衬底10沉浸到也包含于电镀腔室中的处理流体40中。此处经由腔室壁且经由衬底固持器12提供替换气体30。
如图6b和6c所示，还可经由臂形部件57提供替换气体30。臂形部件57也可将冲洗流体40b、引发剂和/或化学活性物质施加到凹进部分和/或衬底10。衬底10此处可相对于臂形部件57旋转，且衬底10与臂形部件57之间的移动是类似记录播放器的运动。这些气体和/或流体优选从衬底10的外、较大尺寸或外周施加到内、较小尺寸或外周。
图7示出高速电镀系统，其中替换气体单元51且明确地说气体入口和/或介质入口集成到固持衬底10的衬底固持器12中。气体入口和介质入口(后者未图示)布置在衬底固持器12的顶部部分，且因此在电镀装置50的入口部分中。
必须注意，已参看不同标的物描述本发明的实施例。确切地说，一些实施例是参考方法类的权利要求来描述，而其它实施例是参考装置类的权利要求来描述。然而，所属领域的技术人员将从上文以及以下描述得知，除非以其它方式通知，否则除属于一种标的物的特征的任何组合之外，与不同标的物有关的特征之间的任何组合也被视为随本申请案公开。然而，可组合所有特征，从而提供超过所述特征的简单求和的协同效应。
虽然已经在图式和上述说明中详细说明并描述了本发明，但是这类说明和描述应被视为说明性或示范性而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。然而，所公开的实施例的其它变化形式可由所属领域的技术人员从图式、公开内容和所附权利要求书的研究中通过实践所要求的发明而理解并实现。
在所附权利要求书中，词“包括”并不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”并不排除多个。单个单元可满足所附权利要求书中所叙述的若干物品的功能。在彼此不同的附属权利要求中叙述某些措施的这一单纯事实并不指示不能使用这些措施的组合来获得优势。所附权利要求书中的任何参考符号都不应该理解为限制范围。

Claims (31)

1.一种用于电镀衬底(10)中的凹进部分的方法，其包括以下步骤：
-提供具有包括至少一个凹进部分的衬底表面(11)的衬底(10)，
-将替换气体(30)施加到所述凹进部分，以替换所述凹进部分中的一定量的环境气体(20)，以至少部分地清理所述凹进部分中的所述环境气体(20)，
-将处理流体(40)施加到所述凹进部分，其中所述替换气体(30)溶解在所述处理流体(40)中，以至少部分地清理所述凹进部分中的所述替换气体(30)，以及
-电镀所述凹进部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在电镀所述凹进部分之前，所述替换气体(30)和所述处理流体(40)基本上去除所述凹进部分中的任何气态障壁。
3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中在处理温度下，所述替换气体(30)在所述处理流体(40)中具有比所述环境气体(20)高的可溶性。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述环境气体是空气，且在室温下，所述处理流体(40)中的所述替换气体(30)的亨利定律可溶性常数Hcp大于6.4×10-6mol m-3Pa-1，优选等于或大于1.2×10-5mol m-3Pa-1，且更优选等于或大于3.3×10-4mol m-3Pa-1。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述替换气体(30)包括CO2，且所述处理流体(40)基本上是水。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电镀是用合金或金属，且明确地说用铜、镍、铟或钴来至少部分地填充所述凹进部分。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述处理流体(40)是电镀流体(40a)，且所述衬底(10)沉浸在所述电镀流体(40a)中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述电镀流体(40a)是电化学沉积系统的电解质。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述替换气体(30)包括SO2，且处理流体(40)包括H2SO4。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述处理流体(40)是冲洗流体(40b)，且通过所述冲洗流体(40b)来冲洗所述凹进部分。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中溶解在所述处理流体(40)中的所述替换气体(30)形成化学反应性改性流体，其对所述凹进部分的表面进行改性。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述化学反应性改性流体是用于清洗或蚀刻所述凹进部分的所述表面的酸或碱。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述替换气体(30)包括NH3、SO2、NO2、HCl和/或HF，且处理流体(40)基本上是水或溶剂。
14.根据除权利要求3和4以外的权利要求1或2所述的方法，其中所述替换气体(30)在所述处理流体(40)中具有比所述环境气体(20)中低的可溶性，且所述替换气体(30)和/或处理流体(40)包括引发剂，来引发所述替换气体(30)与所述处理流体(40)之间的化学反应。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述替换气体(30)与所述处理流体(40)之间的所述化学反应消耗所述替换气体(30)。
16.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述环境气体(20)是空气。
17.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述衬底表面(11)包括多个凹进部分。
18.一种用于电镀衬底(10)中的凹进部分的装置(50)，其包括：
-替换气体单元(51)，其经配置以将替换气体(30)施加到衬底(10)中的凹进部分，以替换所述凹进部分中的一定量的环境气体(20)，以至少部分地清理所述凹进部分中的所述环境气体(20)，
-处理流体单元(52)，其经配置以将处理流体(40)施加到所述凹进部分，其中所述替换气体(30)溶解在所述处理流体(40)中，以至少部分地清理所述凹进部分中的所述替换气体(30)，以及
-电镀单元(59)，其经配置以电镀所述衬底(10)中的所述凹进部分。
19.根据权利要求18所述的装置(50)，其中所述处理流体单元(52)包括所述电镀单元(59)，且所述处理流体(40)包括电镀流体(40a)，其经配置以电镀所述衬底(10)中的所述凹进部分。
20.根据权利要求18所述装置(50)，其中所述处理流体单元(52)包括冲洗单元(60)，且所述处理流体(40)包括冲洗流体(40b)，其经配置以冲洗所述凹进部分。
21.根据权利要求18到20中任一权利要求所述的装置(50)，其中所述替换气体单元(51)和/或所述冲洗单元(60)布置成接触所述电镀流体(40a)。
22.根据权利要求18到20中任一权利要求所述的装置(50)，其中所述替换气体单元(51)和/或所述冲洗单元(60)浮在所述电镀流体(40a)中。
23.根据权利要求18到20中任一权利要求所述的装置(50)，其中所述替换气体单元(51)和/或所述冲洗单元(60)布置成距所述电镀流体(40a)一段距离。
24.根据权利要求18到20中任一权利要求所述的装置(50)，其中所述替换气体单元(51)包括至少一个气体喷嘴(53)，其经配置以产生将由所述衬底(10)的所述凹进部分传递的替换气垫或替换气帘。
25.根据权利要求18到20中任一权利要求所述的装置(50)，其中所述替换气体单元(51)进一步包括排出口(54)和/或排气口(55)。
26.根据权利要求18到20中任一权利要求所述的装置(50)，其进一步包括控制单元(56)，其经配置以闭合所述电镀单元(59)和/或用所述替换气体(30)和/或所述电镀流体(40a)填充所述电镀单元(59)。
27.根据权利要求18到20中任一权利要求所述的装置(50)，其中所述替换气体单元(51)是臂形部件(57)，且其中所述臂形部件(57)和所述衬底(10)可相对于彼此旋转。
28.根据权利要求所述27的装置(50)，其中所述臂形部件(57)经配置以将所述替换气体(30)、所述冲洗流体(40b)、引发剂和/或化学活性物质施加到所述凹进部分和/或所述衬底(10)。
29.根据权利要求18到20中任一权利要求所述的装置(50)，其中所述替换气体单元(51)集成到经配置以固持所述衬底(10)的衬底固持器(12)中。
30.根据权利要求18到20中任一权利要求所述的装置(50)，其进一步包括温度单元，所述温度单元经配置以改变所述处理流体(40)的温度。
31.一种用于电镀衬底(10)中的凹进部分的系统(70)，其包括根据前述权利要求中任一权利要求所述的用于电镀衬底(10)中的凹进部分的装置(50)，以及装置控制(71)，其中所述装置控制(71)经配置以控制衬底(10)的凹进部分中的气体替换、处理流体(40)到所述凹进部分的施加，和/或所述凹进部分的电镀。
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