TW201316386A - 半導體處理中金屬沉積的方法及系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於半導體處理中金屬沉積的系統及方法，該系統包含：鍍覆用具，其具有各自含有一種個別電解質溶液之一個或多個鍍覆槽；一個或多個補給區段，各自流體地連接至一個或多個鍍覆槽之個別的其中一個；一個或多個排液區段，各自流體地連接至一個或多個鍍覆槽之個別的其中一個；以及控制系統，適用於操作該一個或多個補給區段及/或該一個或多個排液區段以維持電解質溶液之至少一個條件。

Description

半導體處理中金屬沉積的方法及系統
本發明係關於一種用於半導體處理中金屬沉積之設備和方法。本發明之實施例可關於形成焊料凸塊及/或形成下凸塊鍍金屬結構，係用以提供接觸區使適當形成的封裝件或承載基板與帶有積體電路之晶粒直接附著。
於製造積體電路時，通常需要將晶片封裝，以及需要提供連接晶片電路與周邊之引線及接點。於某些封裝技術中，晶片、晶片封裝件或其他適用的單元可藉由焊料球或任何其他導電性材料而連接，該導電性材料係由形成在至少一個單元(例如微電子晶片之介電鈍化層)之對應層(在此稱為接觸層)上，所謂的焊料凸塊所形成。為了連接微電子晶片與對應的承載體，而將待連接之兩個個別單元的表面(亦即，微電子晶片包含例如複數個積體電路及對應的封裝件)於其上形成適當的墊排列以電性連接該兩個單元，在回焊後將凸塊提供於至少一個單元上，例如於微電子晶片上。於其他技術中，凸塊可形成為與對應的導線連接，或可使凸塊與作用為散熱器之另一基板之對應的墊區域接觸。結果，可能必須形成佈滿整個晶片區域的大量凸塊，因而提供例如通常包括複雜電路(諸如微處理器、儲存電路及類似者)及/或包括形成完整的複雜電路系統之複數個積體電路之現代微電子晶片所需要的輸入/輸出性能。
為了於對應的墊上提供數百或數千個機械地固定良 好之凸塊，由於可能會僅因一個凸塊之失敗而使整個裝置無法使用，因此該凸塊之附著處理需要精心設計。基於此原因，通常會將一個或多個精心選擇的層放置於凸塊與底基板或包括墊排列的晶圓之間。除了此重要的角色外，此等界面層(在此亦稱為下凸塊鍍金屬)可扮演賦予凸塊充分機械附著至底墊及周圍的鈍化材料，該下凸塊鍍金屬必須進一步符合關於擴散特性及電流導電性的要求。就上述的議題而論，下凸塊鍍金屬必須提供適當的擴散阻障以避免焊接材料或凸塊材料(經常是銀(Ag)及錫(Sn)之混合物)侵害晶片的底鍍金屬層且因此損壞或不良地影響其功能性。此外，凸塊材料(諸如銀)至其他敏感裝置區域(諸如介電層)之位移亦可能顯著地劣化該裝置之性能而必須受到下凸塊鍍金屬有效地抑制。關於電流導電性，該下凸塊鍍金屬(作用為介於凸塊與該晶片之底鍍金屬層間之內部連接)必須呈現出不會不當地增加鍍金屬墊/凸塊系統之整體電阻之厚度及特定的電阻。另外，在電鍍該凸塊材料時，該下凸塊鍍金屬可作為電流分佈層。
電鍍是目前用於焊接材料之較佳沉積技術，由於亦使用於此領域之焊料凸塊材料之物理氣相沉積需要複雜的遮罩技術，以避免當其與熱金屬氣相接觸時，遮罩之熱膨脹所造成的任何對位失準。此外，極度難以在完成沉積製程後移除金屬遮罩而不傷害該等焊料墊，特別是當處理大型晶圓或介於相鄰焊料墊之間的間距縮小時。雖然遮罩亦使用於電鍍沉積方法，但此技術與該蒸鍍法的差別在於使用 光微影建立遮罩，因而避免由物理氣相沉積技術造成的上述問題。
然而，當藉由電鍍形成焊料凸塊時，必須連續及高度均勻的電流分佈層附著在大部分是絕緣的基板，除了形成具有該凸塊之墊的區域以外。因此，關於均勻電流分佈，該下凸塊鍍金屬亦必須符合嚴格的設定限制，係因在鍍覆處理時的任何不均勻性可能影響在將凸塊回焊後凸塊之最終組構，就論及所獲得之焊料球而言，例如高度不均勻性，可能在後續轉變成最終獲得之電性連接及其機械完整性之微變(fluctuation)。由於該凸塊之高度係由電鍍製程期間局部的沉積速率所決定，所以其本身為高度複雜的製程，因鍍覆用具或任何其組件之不平整而產生的任何處理的不均勻性，亦可能於最終組裝期間直接造成對應的不均勻性。此外，由於凸塊之形成係在基板基礎執行的其中一個最終步驟，所以該鍍覆處理之任何變動或甚至因用具故障而起的基板的損失對增加製造成本及減少產率影響甚鉅。
第1圖更詳細地描繪用以形成接觸層以及將其與複雜微電子晶片直接與承載基板附著時典型常用的流程100。
在步驟110，下凸塊鍍金屬層114可形成於形成在基板111上之鈍化層113上，其中該鈍化層113包含開口以曝露接觸墊112。典型地，該下凸塊鍍金屬層114係由複數個個別的層所構成，諸如鈦層、鈦鎢層及類似者，用以提供需要的附著特性，之後藉由阻障層，諸如鉻、鉻/銅層、鎳層或鎳釩層，提供擴散阻擋效果，之後，例如藉由最終 的銅層可作為電流分佈層。藉此，通常會選擇該下凸塊鍍金屬114中個別的層之厚度使壓力/厚度產品、整個層堆疊之擴散性質及機械完整性最佳化。下凸塊鍍金屬層114之個別的層典型地根據使用的材料的類型，藉由濺鍍沉積或化學氣相沉積而形成。
接著，在步驟120，執行微影製程，藉此於下凸塊鍍金屬層114上形成光阻遮罩121，其中該光阻遮罩121具有形成於其中的開口以界定形成於其中之焊料凸塊的尺寸及形狀。在步驟130，焊料凸塊131例如藉由電鍍以光阻遮罩121形成，其中，至少下凸塊鍍金屬層114之最上層係如前所述作為有效的電流分佈層。之後，在步驟140，將光阻遮罩121以已知的濕式化學剝除法或乾蝕刻技術移除。接著，在步驟150，藉由濕式化學或電化學蝕刻技術將下凸塊鍍金屬層114圖案化，由於材料的多樣化其需要高度複雜的蝕刻化學，該等材料本身單獨需要複雜的蝕刻程序。此外，由於製程步驟及蝕刻化學之複雜性，需要許多洗淨步驟用以移除任何在單獨蝕刻程序期間所製造的副產物。
接著，在步驟160，執行最終洗淨步驟以從焊料凸塊131移除來自先前步驟150的雜質及副產物，從而備妥以便後續在步驟170的回焊製程，藉此形成圓形的焊料球171。在回焊期間，該焊接材料，特別是任何其中含有錫者，可能會與下凸塊鍍金屬層114之最上層的分層中所含的銅者形成金屬間的相(intermetallic phase)，因而產生可靠 的鍍金屬界面。
在步驟180，測試該焊料球171之電子及/或機械性功能。最終，在步驟190，可組裝以基板111為代表的該裝置，亦即，可附著至對應的基板，其具有形成於其上之個別的接觸墊，在將焊料球171回焊時，使接觸墊與焊料球171接觸。
焊料凸塊之鍍覆沉積的製程係揭露於美國專利公開案2006/0172444 A1。
電鍍主要是藉由施加電壓時的電流流動用於使材料層沉積於基板上。每單位時間材料沉積的量(所謂的沉積速率)係與電流的量直接相關。常用的電鍍電池包含：含有水性溶液及電極(亦即陰極及陽極)之槽。通常，該陰極係藉由材料沉積於基板而形成。該槽中所含的水性溶液一般是由包含欲沉積之金屬材料之金屬離子之電解質溶液所構成。該電解質溶液係由將欲沉積之金屬材料之金屬鹽溶解而製備。當溶解該金屬鹽時，其解離成帶正電金屬離子(所謂陽離子)，以及帶負電非金屬離子(所謂陰離子)。於是，如下所述當施加電壓至該電極時，該電解質溶液允許電力的流通。
電鍍沉積僅能在相符的沉積電流流通時執行。此係當施加於該等電極之電壓超過或等於特定壓降之事實。此壓降係根據許多因素，諸如作為電極材料所使用之材料的種類、電解質溶液中金屬離子之濃度、欲沉積之金屬之標準還原/氧化電位、電解質溶液之溫度、pH值及類似者。本 文，該標準還原/氧化電位係表示化學物種欲獲得/失去電子之傾向，因而被參考化學物種(通常是氫，其標準還原/氧化電位指定為等於零)還原/氧化。一旦施加充分高的電壓，於電極間建立電場造成離子移動，以及產生由陽極至陰極之電流。此電流將陽極材料氧化使陽極溶解。由於該電場，電解質溶液中之金屬離子移動至陰極，並且接著在電解質溶液與陰極間之界面還原。金屬離子之還原意指金屬離子獲得電子且該金屬沉積於陰極。
顯然地，電極間流通之電流的量係相關於每單位時間沉積於陰極之材料的量，且因而相關於沉積速率。明顯地，該陽極必須偶爾更新，以維持電解質溶液中金屬離子充分的量，並藉此保持金屬之還原及沉積於陰極。因此，在更換陽極期間，該電鍍電池之運作只好中斷，而電鍍電池無法運作。根據其他技術，使用非消耗性陽極，諸如鉛陽極或類似者，可避免該陽極之溶解，但將金屬離子由電解質溶液中拉出，因而減少金屬離子之濃度。
藉由參照第2圖，簡短描述常用的鍍覆設備。第2圖示意性表示用於例如形成焊料凸塊的鍍覆設備200。
如第2圖所示，提供的鍍覆槽220係含有：包含錫(Sn)離子及銀(Ag)離子之電解質溶液。該電解質溶液係如上所述使溶解於電解質溶液中個別的金屬鹽解離而製備。該SnAg鍍覆製程嚴格地依存於鍍覆浴中金屬離子之濃度。特別是當使用非消耗性陽極時，在鍍覆製程期間，隨著材料沉積於該墊(比如用以形成凸塊)，而耗盡金屬離子之濃 度，並且將金屬離子從電解質溶液中拉出。為了維持穩定的鍍覆效能，必須從補給系統定期補給耗盡的浴液成分，諸如錫及銀，該補給系統包含補給泵浦240及貯槽260，各自用於電鍍期間耗盡的電解質溶液之任何單一成分。該補給泵浦240從貯槽260經由導管244運送欲補給之成分至鍍覆槽220。
該鍍覆槽220復包含感測器222係用以偵測電解質溶液中金屬離子之濃度及用以經由控制線路284輸出訊號至控制系統280。一般而言，該控制系統280組構成接收由感測器222所提供之訊號並經由控制線路288傳送控制訊號至補給泵浦240，以控制補給泵浦240之操作。表示於第2圖之鍍覆設備200可為以半自動或全自動、時間控制及/或分析為基礎。
若藉由成分補給系統將電解質溶液之單一成分補給於浴液中，鍍覆槽中電解質溶液之總體積增加，因而改變電解質溶液中電極(亦即陰極)之浸入深度。浸入深度之改變可能導致不均勻的沉積。材料可能沉積於陰極上材料不應沉積之部位，諸如陰極連結端或類似者，而損害電性連接、浪費材料且因而增加整體的製造成本。
再者，電解質溶液中金屬離子之濃度未維持固定：該金屬離子之濃度於鍍覆製程期間減少以及於補給製程期間增加。當繪製濃度相對於時間之濃度-時間曲線時，路徑係較類似鋸齒而不是水平的直線。此原因係起因於電解質溶液之總體積的改變，電解質溶液中金屬離子之濃度無可避 免地亦會改變。因為金屬離子之濃度接著與從陽極流動至陰極之電流的量相關，所以該沉積速率亦被影響。因此，無法做到可靠控制的沉積以及必然無法可靠地保持濃度之所欲水準及所欲的沉積速率。當藉由電鍍形成焊料凸塊，在鍍覆處理期間變換沉積速率，由於引入不均勻性而無可避免地影響凸塊之組構。如上述所解釋，在回焊後，此不均勻性造成變化形狀、大小及/或高度之焊料球，因而導致缺陷的裝置及/或性能劣化的裝置。
所以，如上述於典型常用的製程中，必須牽涉到電解質溶液中金屬離子之濃度及/或依據金屬離子之當時濃度及電解質溶液之體積之電流流動之複雜的調控，而藉此可靠地提供經控制的沉積處理。再者，當補給溶液的量超出鍍覆槽之最高水位時，必須中斷電鍍且鍍覆槽之內容物必須再次更新。在此中斷期間，無法執行電鍍且拖延製造時間。
有鑑於上述情況，對於可避免或至少減少上述問題之影響之增進設備存有需求。
於以下表示本發明簡單的摘要，以提供本發明某些態樣的基本瞭解。此摘要並非本發明詳盡的總覽。並非用以定義本發明之關鍵或重要元件或侷限本發明之意旨。其唯一目的係以簡化的形式表示某些概念，作為稍後會更詳盡描述的前言。
大致而言，本發明係關於一種用於半導體處理中金屬 沉積之系統及方法，係提供一種在半導體裝置中之改善且可靠的金屬沉積。為了此目的，而維持電解質溶液之條件，從而執行均質且均勻的沉積，因而顯著地增進製程之控制及製造率並減少材料的浪費。
根據本發明一例示的實施例，用於半導體處理中金屬沉積之系統，包含：鍍覆用具、一個或多個補給區段、一個或多個排液區段及控制系統。該鍍覆用具具有一個或多個鍍覆槽，其中各鍍覆槽含有一種個別的電解質溶液。該一個或多個補給區段係各自流體地連接至一個或多個鍍覆槽。該一個或多個排液區段係各自流體地連接至該一個或多個鍍覆槽之個別的其中一個。再者，該控制系統組構成操作該一個或多個補給區段及該一個或多個排液區段之至少其中一者，以維持該電解質溶液之條件。
根據本發明其他例示的態樣，一種用於半導體處理中金屬沉積之方法，係包含：藉由複數個補給區段補給鍍覆用具中之一個或多個鍍覆槽，該一個或多個鍍覆槽各自含有電解質溶液；以及藉由一個或多個排液區段，控制電解質溶液從上述一個或多個鍍覆槽中排出，使得該一個或多個鍍覆槽所補給之溶液的量係從該一個或多個鍍覆槽排出。
於以下描述各種本發明之例示的態樣。為了清楚表達，本說明書並未描述實際上實施時所有的特點。於發展任何此類實際的態樣時，理應知曉必須做諸多針對實作的決策，以達到開發者具體的目標，諸如與系統-相關的及商 業-相關的限制之妥協，其係隨著實作而變化。此外，亦知曉此等開發的努力可能是複雜且耗時，但仍依慣例保證所屬技術領域具有通常知識者受惠於此等揭露。
本發明標的物將參照隨附的圖式而描述。各種結構、系統及裝置為僅用以說明而示意性地描繪於圖中不致於因所屬技術領域具有通常知識者已知的細節而模糊本說明書所揭露者。然而，該所附的圖式包含於本說明書揭露之描述及解釋的例示用實施例。應理解並詮釋本文使用的名詞及用語所具有的意思符合所屬技術領域具有通常知識者對此等名詞及用語之理解。名稱或用語無特別的定義，亦即，與所屬技術領域具有通常知識者所理解之通常的及習慣的意思不同之定義，意指本文中名稱或用語之固定用法。就某些範圍而言，該名稱或用語欲具有特別的意思，亦即，與所屬技術領域具有通常知識者所理解者不同之意思，此等特別的定義會特意地於本說明書中提出，以定義的方式直接並明確地提供針對該名稱或用語之特別的定義。
本發明大致基於根據鍍覆槽中電解質溶液之條件以控制鍍覆槽之補給及排出之概念。此等控制容許用以維持電解質溶液至少一條件。藉由維持該電解質溶液之至少一個條件，例如焊接材料之均質的沉積於半導體基板之墊上，用於處理微晶片以達到高精度，如此可避免不想要的誤差，例如在經沉積之焊接材料的高度、惡化的電性或機械性的連接。
電解質溶液之條件可包含：該電解質溶液之總體積、 鍍覆槽中電解質溶液之填充水位、相關於電解質溶液中至少一個電極之浸入深度之電解質溶液的參數、溶解於電解質溶液中至少一種成分之濃度、電解質溶液之溫度、電解質溶液中所含之至少一種物質之量、流過至少一個電極之電流、電解質溶液之電阻、該電解質溶液之導電性、pH值及類似者之中至少一者。
根據本發明例示的實施例，適當的監控電解質溶液之至少一個條件，及控制對應電-沉積期間所沉積的成分之補給，及根據電解質溶液中所監控之至少一個條件而將電解質溶液排出，藉此可完成補給及排出，其中將所補給之電解質溶液之超額量並行地或接連地排出至鍍覆槽外，以補給至所補給之電解質溶液之超額量，或反之亦然。於是，當補給超額體積之某些量至電解質溶液時，或當從電解質溶液排出該超額體積的量時，該總體積可保持在實質上固定的水準。可決定以超額體積所補給之成分的量，用以調整及/或保持電解質溶液中至少一種成分之濃度的所欲水準，及/或維持電解質溶液之溫度在固定的水準，及/或調整及/或保持流過至少一個電極之電流在所欲的水準，及/或調整及/或保持電解質溶液之pH值。
根據本發明另外的例示實施例，適當的監控鍍覆槽中電解質溶液之至少一個條件，及可根據電解質溶液之至少一個條件，以控制電解質溶液中至少一種或多種之成分之補給，可完成從鍍覆槽補給及排出電解質溶液的量。在此，所補給之電解質溶液之超額量並行地或接連地排出至鍍覆 槽外，以補給至所補給的電解質溶液之超額量，或反之亦然。根據此例示的實施例，電解質溶液之總體積及/或溫度，及/或電解質溶液之至少一種成分之濃度，及/或流過至少一個電極之電流，及/或電解質溶液之溫度及/或電解質溶液之pH值，係藉由補給超額體積的某些量至電解質溶液而保持在實質上固定的水準。與超額體積相同的量可從電解質溶液排出而電解質溶液之總體積可保持在固定的水準。以超額體積所補給之成分之量可進一步決定以調整及/或保持電解質溶液中至少一種成分之濃度的所欲水準，及/或將電解質溶液之溫度維持在固定的水準，及/或調整及/或保持流過至少一個電極之電流在所欲的水準，及/或調整及/或保持電解質溶液之pH值。
當製備鹽的溶液時，依據外來條件，諸如壓力、解離離子的濃度、溫度及類似者，以解離抑或解離離子之再結合為佳。當改變外來條件時，可獲得較佳方向之改變以及，舉例而言，溶解的鹽之離子可能較佳地再結合，使得解離的鹽可能沉澱。於是，當鹽自溶液沉澱時，離子之濃度減少。因此，當想要調整溶解於溶液中之離子的量時，有助於控制電解質溶液之溫度，及/或控制溶液中離子之濃度。
電解質溶液之成分可復包含：無機添加物、有機添加物、一種或多種金屬種類之金屬離子及調平劑(leveling agent)之中的至少其中一者。本文中，該有機添加物及/或該無機添加物可添加用以影響沉積材料的形狀、分佈、粗糙度及均勻性之中的至少一者。
參照隨附的圖式，將更詳細描述本發明另外例示的態樣。
第3圖示意性表示一種用於半導體處理中金屬沉積之系統300，其提供鍍覆槽320。在此，基板(諸如半導體晶粒、晶片或類似者)可藉由電鍍而得到金屬凸塊。該鍍覆槽320含有電解質溶液。該電解質溶液可容易地提供或可藉由溶解個別的金屬鹽而製備，係解離成帶正電金屬離子以及帶負電陰離子。該金屬離子係對應於將被電鍍至基板上之金屬。當執行SnAg-鍍覆時，該金屬鹽可包含Sn及Ag之中的至少一者。
於第3圖中，係表示補給區段350包含補給泵浦340及提供含有金屬離子之溶液之貯槽360。該補給泵浦360經由導管344連接至該鍍覆槽320及該貯槽360，且其組構成從貯槽360運送溶液至鍍覆槽320。該貯槽360所含的溶液可包含補給至鍍覆槽320中電解質溶液的金屬種類之金屬離子。根據具體例示的實施例，金屬種類可為錫及銀之中至少一者。然而，應理解金屬種類不限定於錫及銀，而可以是欲藉由電鍍沉積於基板上之任一種金屬。
表示於第3圖之系統300亦不限定於包含單一補給區段350而可以包含相應地連接至該鍍覆槽320的兩個、三個或任何數目之補給區段。補給區段之數目可依據欲沉積之金屬之不同種類的數目。一個或多個補給區段可包含一個補給泵浦，或於每一補給區段有一個補給泵浦。
如第3圖示意性表示之系統300復包含排液區段 370。該排液區段370包含排液泵浦372及貯槽374，係經由導管376流體地連接至該鍍覆槽320。該排液泵浦372可將電解質溶液從鍍覆槽320經由該導管376運送至貯槽374。
該系統300並不限於僅包含一個排液區段370，而可包含兩個、三個或任何數目之排液區段，其可相應地連接至該鍍覆槽320。該一個或多個排液區段可包含一個排液泵浦，或於每一排液區段各一個排液泵浦。
第3圖進一步表示控制系統390經由控制線路394耦合至該排液區段370(亦即，耦合至排液泵浦372)，以及經由控制線路398耦合至補給區段350(亦即，耦合至補給泵浦340)。應該瞭解的是，控制線路394及398未必是有形的線路，而可代表概括的耦接，可藉由傳送任何種類適當的可偵測訊號(諸如電磁輻射或類似者)而建立。應進一步瞭解的是，在實施例中具有：數個排液區段、個別的排液泵浦、及數個補給區段、個別的補給泵浦之中至少一者，各區段、個別的每一泵浦，可單獨地或區段取向(section wise)地耦合至該控制系統390，或耦合至複數個控制系統，其每一個耦合至個別的排液泵浦及/或補給泵浦。
該系統300可復包含一個或多個感測器380，係經由耦合線路381耦合至該控制系統390。應該瞭解的是，該耦合線路381未必是有形的線路，而可代表概括的耦接，可藉由傳送任何種類適當的可偵測訊號(諸如電磁輻射或類似者)而建立。可組構一個或多個感測器380用以偵測： 電解質溶液之至少一種成分之濃度、任何用以決定電解質溶液之體積的適當參數、鍍覆槽320中電解質溶液之填充水位、流過至少一個電極之電流、電解質溶液之溫度、該鍍覆槽320中電解質溶液之導電性、鍍覆槽320中電解質溶液之電阻、pH值及類似者之中的至少一者。
根據本發明之一個例示實施例而顯示於第3圖中之系統300的操作係簡短地於以下描述。一旦鍍覆槽320中電解質溶液之一個或多個條件改變，達到或超過預定的界限，則一個或多個感測器380可提供一個或多個電訊號至控制系統390。該控制系統390可啟動該補給區段350之補給泵浦340以及該排液區段370之排液泵浦372。該補給泵浦340之啟動及該排液泵浦372之啟動可同時地、並行地或接連地實行。該補給泵浦340可補給含有對應欲沉積之金屬之金屬離子的溶液至該鍍覆槽320。該排液泵浦372可藉由控制系統390控制，以將電解質溶液之體積從鍍覆槽320泵送至貯槽374，係相等於在補給期間由補給泵浦340所提供之體積。
根據本發明例示的實施例實行補給泵浦340及該排液泵浦372同時的泵送，該控制系統390可提供同時的訊號至該補給泵浦340及該排液泵浦372同時地開啟及停止該泵浦。應該瞭解的是，若該系統300包含數個補給泵浦及數個排液泵浦之中至少一者，該泵浦可藉由經對應的控制線路單獨地供應至每一泵浦、供應至個別的泵浦對或供應至個別的泵浦群之同時的訊號而控制，如上所述。應該瞭 解的是，同時的泵送可連續地或依據預定的時間表或根據電解質溶液之一個或多個之條件而執行。應進一步瞭解的是，同時的泵送可於該補給區段350及於該排液區段370以相等流動速度而執行。控制可靠著藉由一個或多個感測器380輸出至控制系統390之訊號而實行。該藉由一個或多個感測器所輸出之訊號可包含一個或多個訊號，係有關於：鍍覆槽320中電解質溶液之至少一種成分之濃度、鍍覆槽320中電解質溶液之體積、鍍覆槽320中電解質溶液之填充水位、鍍覆槽320中電解質溶液之導電性、鍍覆槽320中電解質溶液之電阻、流過至少一個電極之電流的量、鍍覆槽320中之溫度、pH值及類似者之中的至少一者。
根據本發明其他例示的實施例實行補給泵浦340及該排液泵浦372之同時的泵送，當實行補給泵浦340的開啟操作時，該控制系統390可提供訊號至該補給區段350控制該補給泵浦340，以實行該補給泵浦340之開啟的或停止的操作以及可接著提供訊號至該排液區段370控制該排液泵浦372，以實行排液泵浦372的開啟操作，或是當實行補給泵浦340的停止操作時，則實行排液泵浦372的停止操作。應該瞭解的是，當實行排液泵浦372的開啟操作時，該控制系統390可或者提供訊號至該排液區段370控制該排液泵浦372，以實行排液泵浦372之開啟或停止的操作，接著提供訊號至該補給區段350控制該補給泵浦340以實行補給泵浦340的開啟操作，或是當實行排液泵浦372的停止操作時，則實行補給泵浦340的停止操作。此控制 可根據預定的時間表或依據電解質溶液之至少一個條件或依據輸出至該控制系統390之訊號，藉由一個或多個感測器380而實行。該藉由一個或多個感測器380輸出之訊號可包含一個或多個之訊號，係相關於：鍍覆槽320中電解質溶液之至少一種成分之濃度、鍍覆槽320中電解質溶液之體積、鍍覆槽320中電解質溶液之填充水位、該鍍覆槽320中電解質溶液之導電性、鍍覆槽320中電解質溶液之電阻、流過至少一個電極之電流的量、鍍覆槽320中的溫度、pH值及類似者之中的至少一者。在提供實行開啟的或停止的操作之控制訊號至第二泵浦之前，先提供實行開啟的或停止的操作之控制訊號至第一泵浦，介於兩者之間的時間延遲可能在數毫秒之等級、數秒之等級或數十秒之等級。應該瞭解的是，若該系統300包含數個補給泵浦及數個排液泵浦之中的至少一者，該泵浦可經由控制線路，將同時的訊號單獨地供應至每一泵浦、供應至個別的泵浦對或供應至個別的泵浦群而控制，如上所述。
根據本發明另外的例示實施例實行該補給泵浦340及該排液泵浦372之接連的泵送，該控制系統390可提供訊號至該補給區段350控制該補給泵浦340，以實行該補給泵浦340之開啟的及停止的操作，從而將某體積之溶液從貯槽360補給至鍍覆槽320。接著，該控制系統390可提供訊號至該排液區段370控制該排液泵浦372，以實行排液泵浦372之開啟的及停止的操作，以接著將相同體積之電解質溶液從鍍覆槽320移除，藉此保持在排出後電解質 溶液之總體積相等於在執行補給之前鍍覆槽中電解質溶液之總體積。應該瞭解的是，該控制系統390可或者提供訊號至該排液區段370控制該排液泵浦372，以實行排液泵浦372之開啟的及停止的操作，將某體積之溶液從鍍覆槽320移除，而將其供應至貯槽374。接著，該控制系統390可提供訊號至該補給區段350控制該補給泵浦340，以實行補給泵浦340之開啟的及停止的操作，以接著將相同體積之溶液從貯槽360供應至該鍍覆槽320，以保持在補給後電解質溶液之總體積相等於在補給之前鍍覆槽中電解質溶液之總體積。此控制可依據該電解質溶液之至少一個條件或藉由一個或多個感測器380輸出至該控制系統390之訊號或在預定的時間表而實行。該藉由一個或多個感測器380輸出之訊號可包含一個或多個訊號，係相關於：鍍覆槽320中該電解質溶液之至少一種成分之濃度、鍍覆槽320中電解質溶液之體積、鍍覆槽320中電解質溶液之填充水位、鍍覆槽320中電解質溶液之導電性、鍍覆槽320中電解質溶液之電阻、流過至少一個電極之電流的量、鍍覆槽320中的溫度、pH值及類似者之中的至少一者。在提供實行開啟的及停止的操作之控制訊號至第二泵浦之前，先提供實行開啟的及停止的操作之控制訊號至第一泵浦，介於兩者之間的時間延遲可能在數毫秒之等級或在數秒之等級或在數十秒之等級或在數分鐘之等級。應該瞭解的是若該系統300包含數個補給泵浦及數個排液泵浦中的至少一者，該泵浦可經由控制線路將接連的訊號單獨地供應至每 一泵浦、供應至個別的泵浦對或供應至個別的泵浦群而控制，如上所述。
根據本發明另外的例示實施例，該補給泵浦340之控制或該排液泵浦372之控制可藉由該控制系統390只要當該電解質溶液之至少一條件達到或通過最大或最小允許界限值而實行，該等界限值係針對於：該電解質溶液之至少一種成分之濃度、流過至少一個電極之電流、該電解質溶液之電阻、該電解質溶液之導電性、鍍覆槽320中的溫度、pH值及類似者。該一個或多個感測器380可提供一個或多個相應的訊號至該控制系統390。該控制系統390可提供輸入訊號至該補給區段350以及至該排液區段370實行個別的泵浦之開啟的及停止的操作，如上所述。
應該瞭解的是，如參照第3圖所描述之系統可包含超過一個之貯槽360。貯槽之數目可根據電解質溶液之成分的數目而定。每一成分可由個別的貯槽提供。貯槽可復包含一個或多個提供用於補給之溶液之容器。
根據執行該補給泵浦340及該泵浦372之接連的操作之例示的實施例，如上所述，可使用一個或多個補給泵浦流體地連接至一個或多個之貯槽。在根據執行如上所述該補給泵浦340及該排液泵浦372之同時的操作之例示實施例中，可提供一個或多個補給泵浦流體地連接至一個或多個貯槽及一個或多個排液泵浦，使得補給至該鍍覆槽320之該溶液的量經由一個或多個排液泵浦而移除。
應該瞭解的是，該排液區段370之貯槽374可包含一 個或多個容器為流體地耦合，使得一旦容器填滿，則可填充其他容器。因此，當容器被排出之電解質溶液填充時，該製造不需要被中斷。應該瞭解的是，一個排液泵浦可流體地連接至一個或多個容器，或每一排液泵浦係流體地連接至一個容器。
解釋關於第4圖之本發明其他例示的實施例。第4圖係圖示用於半導體處理中金屬沉積之系統400。該系統400包含：鍍覆槽420、補給區段450、排液區段470及控制系統490。該補給區段450提供補給泵浦440及貯槽460，該貯槽460係經由導管444流體地連接至該鍍覆槽420。該控制系統490係經由控制線路498耦合至該補給泵浦。應該瞭解的是，該控制線路498未必是有形的線路而可代表概括的耦合，可藉由傳送任何種類適當的可偵測訊號(諸如電磁輻射或類似者)而建立。如上針對第3圖所示之補給區段350所述者，該補給區段450可表現一個或多個技術特徵及特性
於第4圖中，元件符號470代表排液區段470，係提供溢流道或洩口472流體地連接至貯槽474。該貯槽474可根據如上針對第3圖所述之該貯槽374而形成。可形成該溢流道或洩口472，一旦該電解質溶液之體積超過由第4圖中元件符號476所標示之預定的體積，則可從該鍍覆槽420排出任何量之電解質溶液。該溢流道或洩口472可包含一個或多個接附至該鍍覆槽420之管道。值得注意的是該排出可由於地心引力而實行。
該排液系統470復包含閘門478，係經由控制線路494而耦合至該控制系統490。該控制線路494可依據如針對第3圖所述之該控制線路394而形成。該控制系統490可控制該閘門478，使該閘門可依照收到由該控制系統490所輸出之個別的訊號而被打開或被關閉。
應該瞭解的是，該溢流道或洩口472並不限定於上述所列舉的實例。其可連接至該鍍覆槽420在任何高度，以及舉例而言，可形成作為位在低於鍍覆槽420中電解質溶液之填充水位的出水口。
該系統400可復包含一個或多個經由線路481耦合至該控制系統之感測器480。該一個或多個感測器480可形成如同上述參考第3圖所述者。
將會描述根據一個例示的實施例之該系統400之操作。在鍍覆之前，將電解質溶液填充進鍍覆槽420使電解質溶液至少達到該溢流道或洩口472而任何額外量之電解質溶液將會造成溢流。於是，電解質溶液之最低水位係由第4圖中的476所表示。
該控制系統490可經由該控制線路498傳送控制訊號至該補給泵浦440，以實行補給泵浦440之開啟的或停止的操作，以便將金屬離子補給至該鍍覆槽420如同針對上述第3圖所述者。該控制系統490可組構成藉由傳送控制訊號至該補給泵浦440以及至閘門478，以同時地、並行地或接連地操作該補給泵浦440及該閘門478。該排液區段470及該閘門478之操作可依據如同上述之排液區段 370之操作而執行。
當補給溶液至鍍覆槽420中之電解質溶液時，電解質溶液經由溢流道或洩口472流進該貯槽474，直到該控制系統490傳送控制訊號至該閘門478以關閉該閘門478為止。應該瞭解的是，連接該鍍覆槽420與該貯槽460之該導管444可接附至該鍍覆槽420在鍍覆槽420之較低的部位或在鍍覆槽420之任何其他適當的部位，以提供溶液與鍍覆槽420中之電解質溶液充分的混合以及充分排出電解質溶液。
該控制系統490可控制該補給泵浦440及該閘門478，以便於連續地或於預定的時間間隔操作。該控制系統490可額外地或者耦合至該一個或多個經由線路481輸出訊號至該控制系統490之感測器480。該補給泵浦440及該閘門478藉由該控制系統490之控制可依據輸出至該控制系統490之訊號而實行。可能的感測器及感測器訊號係如參考第3圖所述者。
應該瞭解的是，該上述之例示實施例可進一步允許電解質溶液之重整(reconditioning)，係藉由排液區段從鍍覆槽移除及供應至相應的貯槽。適當的重整系統可連接至該排液區段，用以重新處理藉由該排液區段移除之電解質溶液，以及供應重新處理過之溶液直接回到該鍍覆槽或供應重新處理過之溶液至補給區段之貯槽。舉例而言，收集在排出系統之貯槽中的電解質溶液可在重新處理後被重新使用，以重新填充至鍍覆槽或補給區段之貯槽，而非更換 鍍覆槽中全部的浴液。因此，介於更換鍍覆槽中之全部電解質溶液的時間間隔可盡量地延長或甚至能避免，因而允許鍍覆系統之連續操作。
所屬技術領域具有通常知識者應瞭解記載於有關關於電鍍之例示實施例中之補給區段並非限定於電鍍系統。補給區段亦可使用於無電鍍沉積之系統。在無電鍍沉積中，所使用的溶液係包含還原劑及欲沉積之金屬材料的金屬離子。補給區段若使用於無電鍍沉積可復提供活化劑之補給，以活化還原劑。考慮到上述，應該瞭解的是記載於本發明有關的例示實施例之補給區段亦可相應地使用於無電鍍沉積。
所屬技術領域具有通常知識者應瞭解，記載於有關關於電鍍之例示實施例中之排液區段並非限定於電鍍系統。排液區段亦可使用於無電鍍沉積系統。考慮到上述，應該瞭解的是記載於本發明有關的例示實施例之排液區段亦可相應地使用於無電鍍沉積。
所屬技術領域具有通常知識者應瞭解記載於關於第4圖之例示的實施例並非限定於包含具有補給泵浦之補給區段。亦可能依據表示於第4圖之排液區段470而更改補給區段，使得補給區段之貯槽位在鍍覆上方。藉由相應的補給區段之閘門、貯槽可流體地連接至鍍覆槽，當閘門打開時，以貯槽所含的溶液補給該鍍覆槽。
所屬技術領域具有通常知識者應瞭解到記載於關於例示的實施例或於例示實施例的群中之技術特徵及特性可 不限定於該例示的實施例或該等例示實施例的群所記載者，亦可以其他例示的實施例呈現。
所以，本發明提供一種提供顯著地提升處理可靠度之系統及方法，藉由補給電解質溶液至鍍覆槽，同時於重新填充電鍍槽之浴液中電解質溶液之單一成分的期間排出超出的電解質溶液。在特定的實施例中，超出的溶液可從鍍覆槽排出至容器，同時以電解質溶液之單一成分補給鍍覆槽，因此實質上保持鍍覆槽中電解質溶液之水位。於特定的實施例中，超出的溶液可從鍍覆槽中移除，同時地、並行地或接連地補給電解質溶液之單一成分，因而維持鍍覆槽中電解質溶液之水位在操作水位，亦維持電解質溶液之至少一個條件。於特定的實施例中，當需要全部更換浴液時，排進容器之電解質溶液的量應至少與鍍覆設備之操作期間鍍覆槽所補給之電解質溶液相同的量，藉以重新以新的電解質溶液填充鍍覆槽。因此，建立於處理期間之製程控制可操作用以在處理期間將該槽重新填充，從而顯著地減少由於事先未安排的維護時間所引起之鍍覆製程的中斷。
上述所揭示特定的實施例僅為例示的，因為對所屬領域具有通常知識者受惠於本文所教示者而言，本發明顯然可經修改及以不同但等效的方式實施。舉例而言，上述提出之製程步驟可以不同順序執行。再者，下述申請專利範圍描述者除外，不應對本文表示之架構或設計之細節有所限制。因而相當明白的是上述揭露之特定實施例可被替換 或被修改及所有此等變動係視為在本發明之意旨及精神之範圍。於是，本文所請求之保護係如下述申請專利範圍所提出者。
100‧‧‧流程
110、120、130、140、150、160、170、180、190‧‧‧步驟
111‧‧‧基板
112‧‧‧接觸墊
113‧‧‧鈍化層
114‧‧‧下凸塊鍍金屬層
121‧‧‧光阻遮罩
131‧‧‧焊料凸塊
171‧‧‧焊料球
200‧‧‧鍍覆設備
220、320、420‧‧‧鍍覆槽
222、380、480‧‧‧感測器
240、340、440‧‧‧補給泵浦
244、344、376、444‧‧‧導管
260、360、374、460、474‧‧‧貯槽
280、390、490‧‧‧控制系統
284、288、394、398、494、498‧‧‧控制線路
300、400‧‧‧系統
350、450‧‧‧補給區段
370、470‧‧‧排液區段
372‧‧‧排液泵浦
381‧‧‧耦合線路
472‧‧‧溢流道或洩口
476‧‧‧最低水位
478‧‧‧閘門
481‧‧‧線路
可參考上述敘述並配合隨附圖式而了解本揭示內容，其中相同的元件符號代表相同的元件，且其中：第1圖示意性表示依照典型常用技術形成接觸層之製程流程圖；第2圖表示常用的鍍覆設備之示意圖；第3圖示意性表示根據本發明例示的實施例之一種用於在基板上形成凸塊之鍍覆系統；以及第4圖示意性表示根據本發明其他例示的實施例之一種用於在基板上形成凸塊之鍍覆系統。
300‧‧‧系統
320‧‧‧鍍覆槽
340‧‧‧補給泵浦
344、376‧‧‧導管
350‧‧‧補給區段
360、374‧‧‧貯槽
370‧‧‧排液區段
372‧‧‧排液泵浦
380‧‧‧感測器
381‧‧‧耦合線路
390‧‧‧控制系統
394、398‧‧‧控制線路

Claims (17)

  1. 一種用於半導體處理中金屬沉積之系統，該系統包含：鍍覆用具，係具有各自用以容納一種個別的電解質溶液之一個或多個鍍覆槽；一個或多個補給區段，係各自流體地連接至該一個或多個鍍覆槽之個別的一個；一個或多個排液區段，係各自流體地連接至該一個或多個鍍覆槽之個別的一個；以及控制系統，係適於操作該一個或多個補給區段及該一個或多個排液區段之至少其中一者，以維持該個別電解質溶液之至少一個條件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該個別電解質溶液之該至少一個條件係包含：該電解質溶液之總體積、鍍覆槽中該電解質溶液之填充水位、關於該電解質溶液中至少一個電極之浸入深度之該電解質溶液的參數、溶解於該電解質溶液中至少一種成分之濃度、該電解質溶液之溫度、該電解質溶液中所含之至少一種物質之量、流過至少一個電極之電流、該電解質溶液之電阻、該電解質溶液之導電性、pH值及類似者之至少其中一者。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，各排液區段及各補給區段之至少其中一者包含泵浦。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中，各排液區段及各補給區段之至少其中一者復包含流體地連接至該 泵浦之容器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，各補給區段及各排液區段之至少其中一者包含閘門及貯槽，其中，各閘門組構成流體地連接各貯槽至該一個或多個鍍覆槽。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之系統，復包含一個或多個連接至該一個或多個鍍覆槽之感測器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該控制系統組構成於分離的步驟中接連地操作該一個或多個補給區段及該一個或多個排液區段之至少其中一者。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該控制系統組構成同時地操作該一個或多個補給區段及該一個或多個排液區段之至少其中一者。
  9. 一種用於半導體裝置上沉積金屬之方法，係包含：藉由複數個補給區段補給鍍覆用具之一個或多個鍍覆槽，其中，各鍍覆槽含有一種個別的電解質溶液；以及藉由一個或多個排液區段控制該電解質溶液從該一個或多個鍍覆槽中之排出，使得該一個或多個鍍覆槽所補給之溶液的量從該一個或多個鍍覆槽排出，其中，該控制係根據該電解質溶液之至少一個條件而執行。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中，當該電解質溶液耗盡時，該電解質溶液補給至該一個或多個鍍覆槽。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中，該一個或多個鍍覆槽所補給之溶液的該量係藉由一個或多個泵浦完成。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中，該一個或多個鍍覆槽所補給之溶液的該量係排出至一個或多個容器內。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中，該方法復包含藉由一個或多個感測器監控該一個或多個鍍覆槽中之該電解質溶液之該至少一個條件。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中，該個別電解質溶液之該至少一個條件係包含：該電解質溶液之總體積、鍍覆槽中該電解質溶液之填充水位、關於該電解質溶液中至少一個電極之浸入深度之該電解質溶液的參數、溶解於該電解質溶液中至少一種成分之濃度、該電解質溶液之溫度、該電解質溶液所含之至少一種物質之量、流過至少一個電極之電流、該電解質溶液之電阻、該電解質溶液之導電性、pH值及類似者之至少其中一者。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中，執行控制該排出，使得該一個或多個鍍覆槽中之該電解質溶液之填充水位維持定量。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中，該溶液從該一個或多個鍍覆槽排出係藉由同時地及接連地之至少其中一者以該電解質溶液補給該一個或多個鍍覆槽而 執行。
  17. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中，該方法復包含調整該排出至該一個或多個容器之該電解質溶液，用以再次填充該一個或多個鍍覆槽。
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