CN111448338A - 用于化学镀金属化至少一个工件的目标表面的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于至少一个工件(10)的目标表面(11)的化学镀金属化的组件，其包括：‑用于接收电解质溶液的容器(13)；‑电解质溶液的入口，所述入口布置在所述容器(13)的底部(15)，其中所述入口(20)设计成具有扩散板(24)的进口(21)，所述扩散板(24)包括以同心圆布置的入口开口(25)；‑出口(30)，其布置在所述容器(13)的上侧；‑用于保持至少一个工件(10)的容纳区域，其中，所述扩散板(24)形成为具有相应的多个入口开口(25)的第一组件(31)和与所述第一组件相同的第二组件(32)，其中，所述第一组件和所述第二组件位至少部分重叠，但不完全重叠，并且所述入口(20)具有至少两个进口(21、22)。

Description

用于化学镀金属化至少一个工件的目标表面的设备
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的、例如通过铜、镍、钯、银或金以及它们的合金对至少一个工件的目标表面化学镀金属化过程中改善沉积的金属层的均匀性的装置。
背景技术
从电解质溶液中进行化学镀金属沉积在半导体、太阳能和纳米技术领域基本上是众所周知的。物体(例如结构化晶片)的化学镀金属化在电阻、沉积技术的均匀性和一致性以及可实现的层的特性方面，比电镀金属化具有明显的优势。有利的是，不需要任何装置来电接触待涂覆的物体。此外，通过分批处理对多个对象进行并行处理是提高单位时间生产率的决定性优势。由于纯化学沉积过程，物体上的种子层并不是绝对必要的。
化学沉积金属层的过程需要具有还原剂、金属源和螯合剂的金属镀液，其中，除了控制浴的组成以外，还需要非常精确地调节pH值、温度和金属镀液的组成等参数，因为借助催化剂引发化学反应对过程温度极为敏感。该反应可以自催化地进行或作为交换或置换反应进行。
通常，化学镀电解质溶液的操作温度在接近自使化学镀电解质溶液自发自分解的催化温度的范围内。化学镀电解质溶液的自分解的发生不仅导致金属沉积到期望的区域上，即沉积到要涂覆的基材表面上，而且导致金属沉积到金属化设备的表面上，例如反应器电池，电解质溶液罐，供应管线等等。在明显的自引发的分解的情况下，基本上电解质的全部金属含量迅速还原为纯金属，这有可能导致所有管线和管道以及处理池的堵塞。因此，为了用湿化学方式用例如硝酸和其他化学药品清洁金属化设备，需要付出巨大的努力，因为所有昂贵的电解质组分将一次损失掉。另外，必须处理所产生的在某些情况下可能是有毒的废物，这进一步显著地增加了化学镀金属化工艺的操作费用。
现有技术中已知的用于化学镀金属化的装置不设计成单晶片系统，而是用于批量处理，以提高可达到的生产率。为了同时处理多个晶片，将它们放置在盛有电解质溶液的池中的支架或托架中。通常，将晶片竖直地放置在托架中，其中电解质溶液在池中连续循环，以确保反应物在池中的均匀分布。
通常，电解质溶液通过中央入口从下方放置在池中，并且可以在上侧移除并供应以进行循环和加热。可以例如通过简单的溢流到溢流池中来实现移除。
在现有技术中已知的组件的情况下，用于电解质溶液的入口布置在容器的底部，其中，入口被设计成具有附加扩散板的单个进口。该扩散板具有以同心圆形式的流量优化的入口开口或不同地布置的入口开口。
对于现有技术中已知的装置，认为其缺点在于，沉积的金属的层厚度在整个晶片上变化，并且一批次内的晶片之间也存在差异。其原因是晶片上电路的表面电势的变化以及溶液相对于表面的流体动力学变化，这导致待金属化的物体表面上反应性电解质组分的浓度降低。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于晶片的批处理的设备，该设备能够在晶片内以及在晶片之间，特别是对于直径高达300mm的大晶片，进行更均匀的层沉积。
该目的通过具有权利要求1的特征的装置来实现。有利的改进方案是从属权利要求的主题。
根据本发明的用于至少一个工件的目标表面的化学镀金属化的组件，其包括用于接收电解质溶液的容器；电解质溶液的入口，所述入口布置在所述容器的底部，其中所述入口设计成具有附加扩散板的进口；出口，其设置在所述容器的上侧；以及用于保持至少一个工件的容纳区域，其特征在于，扩散板形成为具有相应的多个圆形入口开口的第一组件和与第一组件相同的第二组件，其中，第一组件和第二组件位至少部分重叠，但不完全重叠，并且所述入口具有至少两个进口。
因此，本发明基于这样的知识，即由于在彼此不同的多个点上用相互连接的扩散器供应电解质溶液，可以改进电解质溶液向工件、特别是向布置在组件中的晶片的的供应，并且由于使用了多个进口，由此可以实现反应性电解质组分的更均匀分布(浓度分布)，从而也可以实现在竖直地布置在例如容器中的晶片托架中的多个晶片上的更均匀的层沉积。
第一组件和第二组件可以例如沿着容器的纵向轴线布置，以使得在晶片的较长侧上实现改进的引入，工件沿着晶片的所述较长侧通常成行地布置。总体上，有利的是，将扩散板布置在容器的底部的中心，从而实现对称的结构。以这种方式，可以优化朝向结构化晶片表面的流动条件。
入口可以进一步具有至少三个进口，用于改善前述效果以在供应电解质溶液时可以实现进一步的分布优化。
特别地，第一进口可以相对于扩散板居中对齐，并且第二进口和第三进口有利地可以分别相对于第一组件和第二组件居中对齐。
扩散板可以具有挡板和/或在进口区域中的较低密度的入口开口，由此避免新供应的电解质溶液的直接流动并由此避免浓度的局部增加。以这种方式，可以在多个工件上改善金属沉积的均匀性。
由于每个入口使用单独的泵，因此可以实现流量条件的进一步优化。
当所有入口开口具有相同的直径时，可以实现组件的特别简单的设计。替代地，由于入口开口的不同直径，例如随着随着远离入口的距离的增加，直径稳定地增加，可以实现浓度分布。
在优选的实施例中，，相对于扩散板的整个表面，扩散板的表面为容器的底表面的至少95％，而由于入口开口的开口表面为至少3％。
进口可以分别具有相同的横截面，或者第二进口和第三进口可具有第一进口的横截面的45％的横截面。由于单独的进口的横截面的变化，同样可以影响容器内的浓度分布。
入口开口可以例如以同心圆或螺旋线布置。
在这种情况下，入口开口在两侧的钻孔处均设有倒角，以进一步优化介质分布并防止边缘干扰。入口开口竖直地对齐。
在这种情况下，入口开口的直径设计成逐渐增大并呈相对于扩散板的中心和/或挡板的圆形。
附图说明
下面借助示例性实施例并参照附图对本发明进行详细说明。以下示出：
图1是根据本发明的用于化学镀金属化的组件的示意性截面图；
图2是图1的组件的透视图；
图3是在根据图1和图2的组件中使用的扩散板的示意性俯视图；
图4a是图3的扩散板的示例性实施例的仰视图；
图4b显示相对于图4a的扩散板的三个进口的布置；
图5是图4a中的扩散板的透视图。
具体实施方式
图1显示根据本发明的用于化学镀金属化的组件的示意性截面图。
图1示出了容器13的纵向截面，其中将要涂覆的多个工件10(例如半导体晶片)竖直地布置在所谓的晶片托架中。在此示例性实施例中，第一进口21、第二进口22以及第三进口23在横向方向上居中地、沿着纵向轴线布置在容器13的底部15中。布置在容器13中的用于化学镀金属化的电解质溶液可以经由进口21、22、23供给至容器13。为了在涂覆工件10时获得足够的均匀性，在进口21、22、23与容器13布置有工件10的部分之间布置扩散器24，在此例中设计为扩散板。
为此，扩散板24布置在容器13的下四分之一部分中，使得扩散板布置在工件10和入口20之间，该入口20由进口21、22、23形成，因此确保经由入口20供应的介质的分布。因为在这种情况下用于工件10的金属化的电解质溶液在金属化的过程期间连续地再循环，即，电解质溶液经由容器13的上边缘(在此例中形成出口30)从容器13流出，经收集，然后经由布置在底部上的入口20输送回容器13，扩散板24确保电解质溶液包含的反应物浓度分布尽可能均匀地分布，由此进行均匀金属沉积。
图2以更详细的透视图示出在图1中仅以示意性示出的组件。
可以看出，在该示例性实施例中设计成石英玻璃容器的容器13大体上是立方体形状，并且被用于收集流过上边缘的介质的溢流容器14围绕，该上边缘形成为出口30。溢流容器14具有不同的连接口，其形成为用于引导电解质溶液或作为用于清洁组件的连接件。此外，在溢流容器14上可以看到各种附接部件，这些附接部件例如设计成用于保持或实施用于工件10的各种保持器。
最后，图3显示在根据图1和图2的组件中可使用的扩散板24的示意性俯视图；
在本示例性实施例中，扩散板24大体上为矩形，其中，在图3所示的视图中，第一组件31和第二组件32是明显的，它们在截面中设计成重叠的圆形。两个组件31、32的中点M1、M2上的圆布置在扩散板24在纵向方向上延伸的纵向轴线L上，该纵向轴线L对应于对称轴线，使得两个组件31、32在截面上重叠，其中，组件31、32的整体在纵向方向上布置在扩散板24的中央。
另外，图3示出了进口21、22、23相对于组件31、32的布置。在所示的示例性实施例中，第二进口22与第一组件31同心地对准，而第三进口23与第二组件32同心地对准。与两个其他进口22、23类似地，第一进口21在此例中沿纵向轴线L布置在第二进口22和第三进口23之间。因此，第一进口21被布置成与其他两个相应的进口等距。
图4a示出在图3中仅示意性地示出的扩散板24的可能的实施例。在该示例性实施例中，扩散板24具有以同心圆布置的多个入口25。为了实现经由进口21、22、23供应的介质的最佳分配，在图4a所示的示例性实施例中，第一组件31和第二组件32具有居中布置的挡板27，其中没有入口开口25布置在挡板的区域中。因此，挡板由没有开口的区域形成，该区域从组件31、32的各自的中点开始并且以第一半径r1延伸。挡板27改善了经由第二进口22和第三进口23供应的介质的分布。
图4a中所示的扩散板24的视图进一步示出扩散板24围绕周向倒角。这意味着，在将扩散板24放置在容器13中时，在环形相位中在相应地形成的覆盖物上实现相对于容器13的扩散板的自定心。图4a进一步示出入口开口25可以具有不同的直径。在所示的示例性实施例中，入口开口25的最内侧的两个圆的入口开口25以较小的直径形成，因此具有在组件31、32中的较小的流动横截面。这也可以用于调节容器13内的浓度分布。
当与图4a一起观看时，图4b示出进口21、22、23及其相对于扩散板24的对准。
图5显示图4a中的扩散板24的透视图。图5示出了从下方看的透视图，其中可以容易地看到扩散板24的环形相位。此外，图4a和图5示出第一组件31和第二组件32在纵向轴线L的方向上被引导直至扩散板24的边缘。在横向方向上，即在相对于纵向轴线L的直角方向上，组件31、32同样到达扩散板的边缘(倒角区域已被移除)，其中组件31、32的潜在的圆形实际上超出扩散板24的边缘。如前所示，入口开口25以同心圆布置。
附图标记列表
10 工件/晶片
11 目标表面
13 容器
14 溢流容器
15 底部
20 入口
21 第一进口
22 第二进口
23 第三进口
24 扩散器
25 入口开口
27 挡板
30 出口
31 第一组件
32 第二组件
90 入口
91 进口
L 纵向轴线
d 直径
AD 表面
AB 底部表面
AZ 横截面。

Claims (16)

1.一种用于至少一个工件(10)的目标表面(11)的化学镀金属化的组件，其包括：
-用于接收电解质溶液的容器(13)，
-用于电解质溶液的入口，所述入口布置在所述容器(13)的底部(15)中，其中具有多个入口开口(25)的扩散板(24)布置在所述容器的内侧且在所述入口(20)之前，
-布置在所述容器(13)的上侧的出口(30)，
-用于保持所述至少一个工件(10)的容纳区域，
其特征在于，
所述扩散板(24)形成为具有相应的多个入口开口(25)的第一组件(31)和与所述第一组件相同的第二组件(32)，其中，所述第一组件和所述第二组件位至少部分重叠，但不完全重叠，并且所述入口(20)具有至少两个进口(22、23)。
2.根据权利要求1所述的组件，
其特征在于，
所述第一组件(31)和所述第二组件(32)沿着所述容器(13)的纵向轴线(L)布置。
3.根据权利要求2所述的组件，
其特征在于，
所述扩散板(24)居中地布置所述在容器(13)的底部上。
4.根据权利要求3所述的组件，
其特征在于，
所述入口(20)具有至少三个进口(21、22、23)。
5.根据权利要求4所述的组件，
其特征在于，
第一进口(21)相对于所述扩散板(24)居中对齐，并且第二进口(22)和第三进口(23)分别相对于所述第一组件(31)和所述第二组件(32)居中对齐。
6.根据权利要求5所述的组件，
其特征在于，
所述扩散板(24)在至少一个进口(21、22、23)的区域中具有挡板(27)和/或低密度的入口开口(25)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的组件，
其特征在于，
所有入口开口(25)具有相同的直径(d)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的组件，
其特征在于，
所述入口开口(25)布置成均匀地分布。
9.根据前述权利要求中任一项所述的组件，
其特征在于，
所述扩散板(24)的表面为所述容器(13)的底部表面(AB)的至少95％。
10.根据前述权利要求中任一项所述的组件，
其特征在于，
所述进口(91)具有相同的横截面(AZ)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的组件，
其特征在于，
所述第二进口(22)和第三进口(23)的横截面(AZ)为所述第一进口(21)的横截面的45％。
12.根据前述权利要求中任一项所述的组件，
其特征在于，
所述第一组件和所述第二组件形成为圆形，并且所述进口(25)均已同心圆布置。
13.根据前述权利要求中任一项所述的组件，
其特征在于，
向各个入口分配至少一个泵。
14.根据前述权利要求中任一项所述的组件，
其特征在于，
集成在所述扩散板(24)中的入口开口(25)的分布从处理池的入口开口的中心开始呈圆形。
15.根据前述权利要求中任一项所述的组件，
其特征在于，
所述入口开口的直径随着半径r的增加而增加，并且优选地为至少0.15cm。
16.根据前述权利要求中任一项所述的组件，
其特征在于，
所述扩散板(24)具有至少248个入口开口(25)，并且这些入口开口优选地构成所述扩散板(24)的总表面积的3％。
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