CN1630739A - 用于电镀晶片表面的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于电镀晶片表面的方法，包括将镀液引入到室中的晶片表面，和使晶片绕穿过待镀表面的旋转轴旋转，以及包括移动晶片以便引起其旋转轴自身绕第二旋转轴旋转的进一步的步骤。

Description

用于电镀晶片表面的装置和方法

本发明涉及用于电镀晶片表面的装置和方法，包括将镀液引入到室中的晶片表面，以及使晶片绕穿过待镀晶片表面的旋转轴旋转的步骤。

多年以来，减小电子元件尺寸、从而减小容纳这些元件的产品尺寸的要求不断增长。这导致了对寻求集成电路器件小型化的持续需要。已被采用用于寻求获得电子元件小型化的特别富有成效的途径是通过采用和改进电子器件制造过程中常用的光刻和电镀技术。该电镀技术通常用于引入导电材料的层，以及在有些情况下是图形化的层。通过适当地光刻构图，以及后续处理，相当数量的元件产品可通过一个或多个公共步骤制作在例如陶瓷、玻璃或硅晶片上。

因此在有相当数量的器件形成在这种晶片上的情况下，当然需要制造呈现出至少非常相似的结构尺寸和接近相似的工作特征的器件。

然而，不利地是，已经发现使用已知的电镀工艺，淀积金属的厚度轮廓是不利地非均匀的。

因此通过电镀形成导电金属层的局限性在于，不利地限制了能够通过此大规模制造方法制造的有用功能器件的数目，因此对于产量值产生负面影响。

显现出的变化量依赖于所使用的特定的电镀浴，以及晶片处理的方式。其它的因素包括电镀槽的尺寸和形状、耗尽效应以及所谓的热边界和终端效应。发生在电镀层厚度中的变化通常用标准偏差的形式表示，对于已知的用于生产晶片的制造方法，通常呈现出超过10％的标准偏差。

当前的电镀系统已知采用使镀液从其底部区域向上流至顶部区域的槽。晶片被置于槽的顶部并使其绕垂直穿过待镀表面的旋转轴旋转。当镀液流到晶片上时，流动被偏转至晶片的边缘并随即离开槽。然而，通过晶片上液体流中的非均匀性，导致了电镀非均匀性的问题。通常晶片的中心区域经历的流场与晶片的外围区域所经历的不同。更重要地，在此已知的布置中，晶片的位置是关键的，即使在此位置最小的误差也可导致电镀层厚度的极大变化，以及由此导致不期望的高标准偏差值。

该当前系统在US-A-6017437和JP-A-04 041698中是公知的。

还提出了更高级的系统，其建议使用镀槽中的晶片操控技术连同连续的镀浴分析。该观点用于监控电镀过程，试图实时地对工艺做出调整，以用于增加均匀性和层厚度并由此获得低标准偏差值。虽然已表明可获得3％的标准偏差值，但是不利地是，这种系统昂贵并且复杂。

本发明寻求提供比已知的这种装置和方法具有优越性的电镀装置和方法。

根据本发明的一个方面，提供了如上文定义的电镀晶片表面的方法，其特征在于通过进一步移动晶片，以便引起其旋转轴自身绕第二旋转轴旋转的步骤。

以此方式，确定了可以使镀液以高度紊流的方式沿晶片表面流动，并且所定义的两个旋转用于使晶片上所有非对称的电镀现象达到平衡。随即可以产生均匀的电镀层。

此外，已经发现，所提出的系统相对廉价并且提供了关于已知问题和局限性的相对简单的操作解决方案。尤其是，不需要连续地监控镀溶液，且本方法可应用于洁净室环境的内部或外部。本方法可借助占地面积较小的装置实现，并且特别适合于大量制造。

权利要求2的特征在获得层厚度的均匀性上是特别有利的。

权利要求3、4和5的特征涉及获得紧凑、但有效的结构和操作方法的本发明特别有利的实施方案。

根据本发明的另一方面，提供了用于电镀晶片表面的装置，包括用于放置晶片并将镀液引入其中的室，用于支承晶片和使其绕穿过待镀晶片表面的轴旋转的驱动支承装置，其特征在于进一步地驱动支承装置配置以便移动晶片支承，以便其旋转轴自身绕室中的第二旋转轴旋转。

根据本发明的更进一步的方面，提供了用于支承具有待镀表面的晶片的支承装置，包括配置用于支承晶片和用于使晶片绕穿过待镀晶片表面的旋转轴旋转的第一装置，其特征在于第二装置配置用于支承所述第一装置，以及用于移动所述第一装置以便使所述第一装置的旋转轴绕第二旋转轴旋转。

根据本发明的另一方面，提供了制造电子器件的方法，包括电镀晶片表面的步骤。这导致具有更均匀厚度的层。因此可以优化产量并改进校准。而且，在湿法刻蚀过程中，图形大小取决于层厚度。因而更均匀的厚度导致更均匀和更优的可控图形尺寸。电子器件的实例是半导体器件、无源网络、微机电元件等等。

本发明在下文中仅由实例的方法，通过参考附图得到进一步的说明，其中：

图1是通过形成体现本发明的电镀装置一部分的槽的截面视图；

图2是晶片支承和应用于图1中实施方案的支承盘的平面视图；

图3是根据体现本发明和说明表1中值的方法的横跨被镀晶片厚度所剖面变化的图表；和

图4是关于图3中晶片电镀的所有厚度数据的图表。

首先参考图1，说明了形成体现本发明的部分系统的电镀槽10的截面视图。

电镀槽包括浴槽12，具有以垂直方式自浴槽12的下表面的中心部分向上延伸的引入管14。引入管14允许以本领域公知的方式将镀液引入至浴槽12内。镀液被引入以便通过箭头A所指示的方式流入并贯穿浴槽12。正如所看到的，镀液因而在引入管14的任一侧环流，并通过位于浴槽12的上部外围区域中的出口孔16流出浴槽12。出口孔16还由横向延伸的晶片安装装置来限定，其与浴槽12组合，用于定义电镀槽10的尺寸。箭头A还用于指示镀液在与晶片安装装置18紧邻的区域中的浴槽中如何流动。更详细的，并作为本发明的重要方面，安装装置18包括圆形安装板20，其依赖于并驱动地啮合到轴柄22，通过电动机装置(未显示)使轴柄22按箭头B的方向转动。

可旋转地安装在安装板20中的是具有下表面26的圆形晶片支架24，该下表面26与安装板20的下表面组合定义了浴槽12的上表面。圆形晶片支架24连接至轴柄16，该轴柄顺次连接到例如电动机(未显示)的驱动装置上，其用于按箭头C的方向旋转晶片支架24。

在说明性实例中，晶片支架24形成阴极，而浴槽12的下表面设置为包括横向延伸阳极28。

安装部件20和圆形晶片支架24的相对位置、旋转通过参考图2得到进一步的说明。

应当理解的是，当驱动轴柄16用于通过箭头C指示的方式旋转晶片支架24时，同样地，驱动轴柄22用于按箭头B的相反方向旋转安装板20。这有效地使得旋转的圆形晶片安装板24沿槽10的外围区域的路径围绕中心轴柄22按轨道行进。

实际上，引起了晶片安装板24的旋转轴自身绕安装板20的旋转轴旋转，在说明性实例中，两个所述旋转轴基本上平行。因此，安装在晶片支架24的下侧26的晶片(未显示)围绕槽10的上部区域移动，以便在晶片表面上产生渡液流。通过泵将流体引入到槽中，可将紊流引入流体。

当与现有技术领域比较时，发现相对于浴槽以此方式安装和旋转晶片赋予了本发明以优势。特别是，晶片如此旋转的方式用于使所有通常的非对称现象最终达到平衡，否则这些非对称现象在电镀工艺中可能会出现。

因而本发明的优势可通过相对简单、经济有效的装置和应用标准镀溶液的方式来获得。不要求连续监控镀溶液，而且该装置可有利地用于洁净室环境的外部。该装置的优越性在于占地面积小，因此特别适合用于大批量生产的要求。

应当理解的是，阳极28具有大的表面面积并优选地由惰性材料形成，如金。沿晶片的流动测量指出了充分的紊流，而且已发现该系统可有利地工作于两种模式。在第一种，也就是DC模式中，恒定电流加在阳极28和阴极24之间。可选地，在反向脉冲镀(RPP)模式中，电流在阳极28和阴极24之间周期性的翻转。注意到阳极电流强度不同于阴极电流，而且还发现阳极和阴极的次数不相等。对体现本发明并且涉及两个不同晶片的系统进行了测试。

首先，其上没有形成结构的晶片被电镀，且发现RPP模式中最低标准偏差为2.5％。此结果在下面的表1中及图3和4中得到进一步的说明，图3和4指出了在6英寸(15.24cm)晶片上RPP模式中7.5um铜淀积层的层厚度分布。

表1

	平均值	标准偏差	相对标准偏差	最小值	最大值
						左-右	7.44	0.14	1.83	7.19	7.82
顶-底	7.46	0.20	2.66	7.19	8.14
						总计	7.47	0.17	2.24	7.17	8.14

另外，被镀且在其上面光刻地形成微结构的晶片在DC模式下显现出2.5％范围内的标准偏差。该层被镀以铜层。然而例如铬、镍及合金这样的材料也可通过本发明的方法电镀。

这些低的标准误差数值用于证实本发明具有优势的特性。

简而言之，本发明涉及电镀装置和使用此装置进行电镀的方法。该装置提供有第一驱动支承设备用以旋转晶片(在支承板上)。还提供有第二驱动支承设备用以使晶片绕室中的第二旋转轴旋转。

因此：

-其适用于任意尺寸、特别是从4到14英寸的晶片的电镀。

-晶片被置于可旋转板上，该可旋转板连接到也被旋转的支承板。

因此晶片经历两个旋转运动，其速度、方向以及相对旋转轴的位置可以不同。

-支承板和可旋转板的完整系统被置于一个室中。

 为讨论有效性，我们将首先讨论新颖性，并随后讨论创造性的步骤。新颖性是通过检查本发明是否可以从一篇文献中完全已知来进行评定。创造性的步骤是通过检查本领域的技术人员是否能够通过组合可获得的文献而没有任何问题地推导出本发明来进行评定。

Claims (18)

1.一种电镀晶片表面的方法，包括将镀液引入到室中的晶片表面，以及使晶片绕穿过待镀晶片表面的旋转轴旋转，其特征在于进一步移动晶片以便引起其旋转轴自身围绕第二旋转轴旋转的步骤。

2.根据权利要求1的方法，其中晶片位于所述旋转轴和室的外壁之间。

3.根据权利要求1或2的方法，其中晶片位于基本圆形的晶片支承上，且晶片的旋转轴穿过圆形支承的中心。

4.根据权利要求3的方法，其中支撑晶片的所述基本圆形的晶片支承自身被设置以受到圆形支承板的支承，该圆形支承板被设置为绕所述第二旋转轴旋转。

5.根据权利要求4的方法，其中所述基本圆形的晶片支承、晶片和所述圆形支承板被驱动以按旋转偏心圆旋转。

6.根据权利要求1-5中任意一项的方法，其中绕所述旋转轴的各个旋转是以相反的方向。

7.根据权利要求1到6中任意一项的方法，其中所述第二旋转轴基本上与穿过晶片的所述旋转轴平行。

8.一种用于电镀晶片表面的装置，包括用于放置晶片并将镀液引入其中的室，用于支承晶片和使其绕穿过待镀晶片表面的轴旋转的驱动支承设备，其特征在于进一步地配置驱动支承设备来移动晶片支承，以便其旋转轴自身绕室中的第二旋转轴旋转。

9.根据权利要求8的装置，包括用于将晶片置于所述第二旋转轴和室的外部区域之间的设备。

10.根据权利要求8或9的装置，其中用于支承晶片的驱动支承设备包括圆形部件。

11.根据权利要求10的装置，其中所述进一步的驱动支承设备包括圆形部件。

12.根据权利要求11的装置，其中两个圆形部件被设置为偏心圆形部件。

13.根据权利要求8-12中任意一项的装置，其中绕旋转轴的各个旋转被设置为以相反的方向。

14.根据权利要求8到13中任意一项的装置，其中所述第二旋转轴基本上与穿过晶片的所述旋转轴平行。

15.用于支承具有待镀表面的晶片的支承装置，包括配置用于支承晶片和用于使晶片绕穿过待镀晶片表面的旋转轴旋转的第一装置，其特征在于配置第二装置用于支承所述第一装置和用于移动所述第一装置，以便使第一装置的所述旋转轴绕第二旋转轴旋转。

16.根据权利要求13、并且设置用于如权利要求7-12中任意一项所限定的装置中的支承装置。

17.根据权利要求15或16的支承装置，其中所述第二轴基本上与所述第一装置的旋转轴平行。

18.制作电子设备的方法，包括根据权利要求1-7中任意一项的电镀晶片表面的步骤。

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