TW201937572A - 用於電鍍基板中凹陷之方法與裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於電鍍一基板中之一凹陷的方法、一種用於電鍍一基板中之一凹陷的裝置，以及一種包含該裝置之用於電鍍一基板中之一凹陷的系統。該用於電鍍一基板中之一凹陷之方法包含以下步驟：
a) 提供具有包含至少一個凹陷之一基板表面之一基板，
b) 將一替換氣體施加至該凹陷，以替換該凹陷中之一定量之環境氣體，來至少部分地清理該凹陷中之該環境氣體，
c) 將一處理流體施加至該凹陷，其中該替換氣體溶解在該處理流體中，以至少部分地清理該凹陷中之該替換氣體，以及
d) 電鍍該凹陷。

Description

用於電鍍基板中凹陷之方法與裝置
本發明係關於一種用於電鍍基板中之凹陷的方法、一種用於電鍍基板中之凹陷的裝置，以及一種包含該裝置之用於電鍍基板中之凹陷的系統。
存在大量製造製程，其中將電鍍或用物質來填充小凹陷或開口。因此出現困難，因為其中處置基板之環繞環境空氣通常填充此等小凹陷。此環境空氣形成障壁，此使凹陷之連續電鍍或填充惡化或阻止該凹陷之連續電鍍或填充。不連續或偶數中斷的塗覆或填充例如導致鬆動之接觸或甚至中斷之電路。具有此類經電鍍或填充之凹陷之裝置的可靠性、功能性及使用期限減小。
按照慣例，藉助於壓力受控腔室中之負大氣壓或真空來移除環境空氣。凹陷之後續電鍍或填充則必須在不中斷負大氣壓或真空之情況下進行。此類程序較複雜，且時間及成本密集。可藉由先前用惰性或脫氣預濕液體在各種壓力條件沖洗凹陷，來代替負大氣壓或真空下之電鍍或填充，然而此仍使程序複雜、時間及成本密集。
US 2015/179458 A1中揭示對應之預濕設備方法及設計。在晶圓基板上電鍍一層銅之方法包含：(a)提供該晶圓基板，其表面之至少一部分上具有向預濕處理腔室暴露之金屬層；(b)在低於大氣壓之壓力下，使該晶圓基板與預濕流體接觸，該預濕流體包含水及銅離子，以在該晶圓基板上形成一層預濕流體；(c)使經預濕之晶圓基板與電鍍液接觸，該電鍍液包含銅離子，以在該晶圓基板上電鍍一層銅，其中該預濕流體中之銅離子的濃度大於該電鍍液中之銅離子的濃度。
因此，可需要提供一種用於電鍍基板中之凹陷的改良之方法及裝置，其特定而言較不複雜。
在本發明中，藉由所附申請專利範圍之主題來解決問題，其中其他實施例併入附屬申請專利範圍中。應注意，下文所描述之本發明的態樣亦適用於該用於電鍍基板中之凹陷的方法，該用於電鍍基板中之凹陷的裝置，以及該包含該裝置之用於電鍍基板中之凹陷的系統。
根據本發明，呈現一種用於電鍍基板中之凹陷之方法。該方法包含以下步驟：
a) 提供具有包含至少一個凹陷之基板表面的基板，
b) 將替換氣體施加至該凹陷，以替換該凹陷中之一定量之環境氣體，來至少部分地清理該凹陷中之該環境氣體，
c) 將處理流體施加至該凹陷，其中該替換氣體溶解在該處理流體中，以至少部分地清理該凹陷中之該替換氣體，以及
d) 電鍍該凹陷。
根據本發明之該用於電鍍基板中之凹陷的方法可減少基板之凹陷中之環境氣體，或用替換氣體來替換該環境氣體。該替換氣體可選擇為容易地溶解在隨後施加之處理流體中，使得替換氣體亦減少或自該凹陷移除。環境氣體及/或替換氣體之移除可特別快及/或特別徹底地完成。亦可避免過程之任何種類之(有害)殘餘物及/或副產物。因此，減少之或甚至完全無氣態障壁阻止凹陷之連續電鍍或填充或使凹陷之連續電鍍或填充惡化。
因此，根據本發明之該用於電鍍基板中之凹陷之方法在大氣壓下工作，且不施加具有對昂貴且複雜之設備零件之相關聯需要的任何負大氣壓或真空，這使得該方法當與習知方法相比時，複雜性較小，時間及成本較不密集。
根據本發明，亦提供一種優質電鍍或填充方法，其能夠製造具有優良電氣及/或機械特性、可靠性及使用期限之優質裝置。
電鍍可為任何化學及/或電解表面處理，例如材料沈積、鍍鋅塗覆、化學或電化學蝕刻、陽極氧化、金屬間隔等。電鍍可為用合金或金屬且特定而言用銅、鎳、銦或鈷來至少部分地填充該凹陷。該電鍍可為凹陷之部分或基本上完整電鍍及填充。該電鍍亦可包含至少部分塗覆凹陷之側壁及/或基板表面。
基板可包含導體板；半導體基板；膜基板；基本上板形、金屬或金屬化工件或其類似者。基板可固持在基板固持器中。
基板表面亦可包含複數個凹陷。基板可為例如穿孔板。基板表面可為未遮罩或至少部分地遮罩的。
該凹陷可為圓形有角度之或任何其他幾何形狀的開口、孔、通孔、盲孔、縫隙等，且藉由任何種類之製造方法來製作。凹陷可具有介於0.01與1000 µm之間，較佳介於0.015與800 µm之間，並且較佳更佳介於0.02與500 µm之間的直徑或橫向尺寸。
環境氣體可為環繞基板表面之空氣、主要氮及氧之混合物，或任何其他種類之氣體，例如惰性氣體。
可實現替換氣體溶解在處理流體中，因為替換氣體在所選擇之處理溫度下在處理流體中具有比環境氣體高之可溶性。亦可實現替換氣體在處理流體中之溶解，因為替換氣體在處理流體中具有與環境氣體相等或比環境氣體低之可溶性，且替換氣體及/或處理流體包含引發劑來引發替換氣體與處理流體之間之化學反應。兩者將在下文更詳細地描述。
可將替換氣體施加至凹陷，以減少凹陷中之環境氣體，或基本上完全替換凹陷中之環境氣體。凹陷之至少部分清除可理解為在電鍍該凹陷之前，替換氣體及處理流體減少或基本上移除凹陷中之任何氣態障壁。
在一實例中，在作為處理溫度之室溫下，替換氣體在處理流體中具有比環境氣體高之可溶性。在一實例中，環境氣體為空氣，且在所選擇之處理溫度下(此處，在室溫下)且在1 atm下，處理流體中之替換氣體之亨利定律可溶性常數Hcp 大於6.4×10-6 mol m-3 Pa-1 ，較佳等於或大於1.2×10-5 mol m-3 Pa-1 ，並且較佳更佳等於或大於3.3×10-4 mol m-3 Pa-1 。此等值在N2 、O2 及CO2 之亨利定律可溶性常數之範圍內。亨利定律可溶性常數Hcp 被定義為在平衡條件下，一種物質處於水相時之濃度c除以該物質處於氣相時之分壓p。替換氣體可為或包含CO2 ，且處理流體可為基本上水。在氣體交換之後，可用處理流體噴淋基板，或將其沈浸至處理流體中。
在另一實例中，替換氣體在處理流體中具有比環境氣體低之可溶性。替換氣體可包含引發劑，來引發替換氣體與處理流體之間的化學反應。替代地或另外，處理流體可包含引發劑，來引發替換氣體與處理流體之間的化學反應。在一實例中，替換氣體與處理流體之間的化學反應不斷地消耗替換氣體，使得在替換氣體已充分自凹陷移除之前，將達不到處理流體之吸收容量。在一實例中，替換氣體為可容易地氧化之有機蒸氣，且處理流體為含有O3 (臭氧)作為引發劑之水。
在微電子及半導體行業中，各種製程可用於對晶圓表面進行電鍍、填充或以其他方式表面處理。舉例而言，導電材料可沈積在先前經圖案化之晶圓表面上。該電鍍或填充可包含化學及/或電解表面處理技術，其可包含以下步驟：將待處理之基板附接至基板固持器，沈浸至電解電鍍流體中，並充當陰極。將額外電極沈浸至電鍍流體中，並充當陽極。將直流電施加至電鍍流體，並使金屬離子錯合物或鹽解離在電解質中。所產生之或所釋放之正金屬離子接著遷移至陰極，其中它們在或多或少金屬狀態下電鍍在充當陰極之基板上。另外，無電極電解沈積或脈衝電鍍/電沈積及類似技術亦為可能的。
在一實例中，處理流體為電鍍流體，且將基板沈浸在電鍍流體中。基板可部分地或基本上完全沈浸在電鍍流體中。在一實例中，電鍍流體為電化學沈積系統之電解質。在一實例中，電鍍流體為具有小於或接近7之pH值的酸電解質。在一實例中，替換氣體包含SO2 或為SO2 ，且處理流體包含H2 SO4 或為H2 SO4 。在此實例中，在電鍍之前移除環境氣體之先前、低壓沖洗或預濕步驟並非必需的，此使得本發明之用於電鍍基板中之凹陷的方法特別高效且便宜。
在另一實例中，處理流體為沖洗流體，且藉由沖洗流體來沖洗凹陷。在一實例中，溶解於處理流體中之替換氣體形成化學反應改性流體，其對凹陷之表面進行改性。在一實例中，化學反應改性流體為用於清洗或蝕刻凹陷之表面的酸或鹼。此一體化表面蝕刻及製備步驟進一步改良了用於電鍍基板中之凹陷之本發明的方法，並使其特別高效。在一實例中，替換氣體為或包含NH3 、SO2 、NO2 、HCl、HF或能夠形成反應性液體來化學蝕刻暴露之材料之其他氣體，例如，酸性酸、檸檬酸、三氟乙酸，以及有機分子之許多其他酸衍生物，且處理流體基本上為水或溶劑。在此實例中此沖洗或預濕步驟完全製備用於後續電鍍步驟之凹陷。
替換氣體可包含至少一個有機化學物之氣相或其若干者的混合物。替換氣體可包含一組乙烯、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、2-甲基丙烷、功能化為例如具有高蒸氣壓之醇及酸(例如甲醇、乙醇、異丙醇、乙酸等)有機蒸氣及其類似者中之至少一者。
處理流體可包含水、具有無機介質(例如，酸及鹼)之水樣混合物、有機鹼溶劑、有機酸及鹼、兩種或更多種有機溶劑或有機酸或有機鹼之混合物、水與一或多種有機溶劑或有機酸或有機鹼之混合物、異丙醇、四甲基銨氫氧化物、N-甲基-2-吡咯烷酮等。
替換氣體/處理流體之組合可為一組CO/水、NH3 /水、NH3 /TMAH(四甲基銨氫氧化物)、SO2 /硫酸、HF/水、HCl水、Cl2 /水、Br2 /水、C2 H4 /水、SO2 /H2 O、O2 /水、H2 S/水、CH4 /水、C2 H6 /水、C3 H8 /水、C4 H10 /水、Ar/水、Kr/水、Xe/水、O3 /水、N2 O/水、NO/水、H2 Se/水、Cl2 O/水、ClO2 /水及其類似者之一者。可選擇並調適該組合，以進一步提供本發明之電鍍方法的有益效應，例如增加之速度、更連續之電鍍、較好之黏合力、沈積之改良的結晶及/或非晶態，或實現其他改良之材料特性等。
替換氣體/處理流體之組合可進一步包含有機添加劑，例如有機酸、腐蝕抑制劑、複合反應劑及/或類似者。
根據本發明，亦呈現一種用於電鍍基板中之凹陷之裝置。該用於電鍍凹陷之裝置包含替換氣體單元、處理流體單元及電鍍單元。
替換氣體單元經組態以將替換氣體施加至基板中之凹陷，以替換凹陷中之一定量之環境氣體，以至少部分地清除凹陷中之環境氣體。替換氣體可不斷地流通。
處理流體單元經組態以將處理流體施加至凹陷，其中替換氣體溶解在處理流體中，以至少部分地清除凹陷中之替換氣體。
電鍍單元經組態以電鍍基板中之凹陷。
根據本發明之該用於電鍍基板中之凹陷的裝置可減少基板之凹陷中之環境氣體，或用替換氣體來替換該環境氣體。可將替換氣體選擇為容易溶解在隨後所施加之處理流體中。因此，減少之或甚至無氣態障壁准許或改良了凹陷的連續且基本上完整之電鍍或填充。因此，根據本發明之該用於電鍍基板中之凹陷的裝置在不施加任何負大氣壓或真空的情況下工作，這使得裝置在與習知裝置相比時，複雜性較小且成本較不密集。根據本發明之該用於電鍍基板中之凹陷的裝置可用於豎直、水平或任何其他成角度之幾何電解電鍍系統。舉例而言，在豎直電鍍腔室中，可將基板豎直插入至電鍍流體中以及水平電鍍腔室中，可將基板水平插入至電鍍流體中。
可隔開或在距處理流體一段距離處或在處理流體之正上方且特定而言與該處理流體接觸來提供替換氣體單元。替換氣體單元可附接至替換腔室，可浮在處理流體中，且特定而言，浮在電鍍流體表面之上或可附接至基板固持器。替換氣體單元可為磁性引導的及/或空氣居中的。
在一實例中，替換氣體單元包含替換氣體腔室，其可充滿替換氣體。在一實例中，替換氣體單元包含至少一個氣體入口，且特定而言至少一氣體噴嘴，其經組態以產生替換氣墊或替換氣簾，以由基板之凹陷傳遞。替換氣體腔室可進一步包含排出口，且特定而言藉助於實施實現藉由排出口來調整流動速率之裝置或控制系統來控制的排出口。替換氣體腔室可包含排氣口，且特定而言藉助於實施實現調整藉由排氣口之流動速率之裝置或控制系統來控制的排氣口。該排氣口可使得能夠使用根據本發明之用於電鍍基板中之凹陷的裝置來施加反應性及/或毒性氣體及/或液體。在此情況下，用於電鍍之裝置可進一步具備氣體感測器及/或洩漏偵測器。
在一實例中，處理流體為或包括電鍍流體，且處理流體單元包含作為電鍍流體之處理流體之儲集層，其被組態成用於基板之化學及/或電解表面處理，且基板沈浸在其中。處理流體單元則為或包含電鍍單元，且處理流體為或包含經組態以電鍍基板中之凹陷的電鍍流體。用於電鍍凹陷之裝置接著亦可包含引導單元，其經組態以將基板自替換氣體單元引導至電鍍單元。
在另一實例中，處理流體並非且並不包含電鍍流體。處理流體單元為沖洗單元，且處理流體為經組態以沖洗凹陷之沖洗流體。沖洗流體可不斷地流通。處理流體單元接著包含至少一個介質入口，且特定而言至少一介質噴嘴，其經組態以產生處理流體墊或簾以由基板傳遞。
進氣口及/或介質入口可隔開或在處理流體級正上方且特定而言與處理流體接觸而提供。在基板經受替換氣體及處理流體之後，其可沈浸在包括於經組態以電鍍凹陷之處理流體單元之儲集層中的額外電鍍流體中。該用於電鍍凹陷之裝置可進一步包含另一引導單元，其經組態以將基板自替換氣體單元及沖洗單元引導至電鍍單元。
特定而言，對於豎直電鍍系統，電鍍裝置可包含入口部分，其中將基板插入至替換氣體腔室中，且該入口部分包含進氣口，藉由該進氣口，基板經受替換氣體。該進氣口可為開口、孔或縫隙。當基板之至少一個凹陷被替換氣體填充時，可將基板插入至包括於儲集層中之處理流體中。替換氣體接著可溶解在處理流體中，且處理流體因此填充該凹陷。
另外或代替地，可將介質入口配置在入口部分中，例如靠近進氣口，或可甚至整合在進氣口中。基板可隨後經受替換氣體，經受處理流體，且沈浸至例如儲集層中之電鍍液體中。介質入口可至少為介質噴嘴、介質噴嘴陣列、至少一介質排出口及/或介質排出口陣列。可藉由將介質噴嘴或介質排出口浸沒至儲集層中之處理流體或電鍍液體中及/或藉由增加處理流體流，來清除該噴嘴或該排出口之例如脫水的處理流體結晶。
在一實例中，該用於電鍍凹陷之裝置進一步包含驅動單元，且配置在入口部分處或入口部分中，且經組態以使進氣口及/或介質入口相對於基板移動。當基板在插入至腔室中時穿過入口部分時，進氣口及/或介質入口可接近基板。進氣口及/或介質入口可被在相對於基板之近側位置與相對於基板之遠側位置之間驅動。近側位置可靠近或幾乎接觸基板。與近側位置相比，遠側位置可較遠離基板。驅動單元可經組態以使進氣口及/或介質入口僅相對於且垂直於基板而不相對於且垂直於處理流體移動。在一實例中，驅動單元、進氣口及/或介質入口處於/配置在距處理或電鍍流體一段距離處。
特定而言，對於水平電鍍系統，可將基板插入至腔室中，該腔室可充滿替換氣體，且基板可沈浸至處理流體中。可經由腔室壁或基板固持器提供替換氣體，在此兩種情況下，使用至少一個開口、孔或縫隙。亦可經由臂形部件來提供替換氣體。替換氣體單元接著為或包括臂形部件，其中臂形部件及基板可相對於彼此移動且特定而言可相對於彼此旋轉。基板與臂形部件之間的移動可為線性掃描運動、類似記錄播放器之運動或類似者。臂形部件可經組態以將替換氣體、沖洗流體、引發劑及/或化學活性物質施加至凹陷及/或基板。可將此等氣體及/或流體自基板之外、較大尺寸或外周施加至內、較小尺寸或外周。
特定而言，對於電解電鍍系統，可將基板插入至空腔室中，且腔室可閉合且充滿例如來自下方之替換氣體及/或處理流體。該用於電鍍凹陷之裝置可因此包含控制單元，其經組態以使電鍍單元相對於周圍環境基本上閉合。控制單元可替代地或另外經組態以用替換氣體及/或電鍍流體來填充電鍍單元。控制單元可為處理器。
特定而言，對於高速電鍍系統，替換氣體單元且特定而言進氣口及/或介質入口可整合至經組態以固持基板之基板固持器中。替換氣體單元且特定而言進氣口及/或介質入口可配置在基板固持器之頂部部分，且特定而言電鍍裝置之入口部分中。基板固持器可固持一個或兩個基板(例如基板固持器之每側一個基板)。
以下可用於所有類別之電鍍系統。在一實例中，用於電鍍凹陷之裝置進一步包含溫度單元，其經組態以控制處理流體之處理溫度的改變。該溫度單元可經組態以增加及/或減小處理流體之處理溫度。該溫度單元可為加熱及/或冷卻裝置。溫度單元可進一步經組態以偵測處理流體之溫度。溫度單元可經組態以使處理流體之溫度自室溫增加至介於約25℃與80℃之間的範圍，較佳增加至介於約25℃與70℃之間的範圍，並且較佳更佳增加至介於約25℃與50℃之間的範圍。溫度單元亦可經組態以使處理流體之溫度自室溫減小至介於約0℃與25℃之間的範圍，較佳減小至介於約1℃與23℃之間的範圍，並且較佳更佳減小至介於約4℃與20℃之間的範圍。當施加具有適當低冰點之處理流體時，低於0℃之處理流體之溫度調整亦可導致改良的過程效能。藉由應用兩個溫度控制單元，一者用於作為沖洗流體之處理流體，且一者用於作為電鍍流體之處理流體，可應用根據之前提到的溫度範圍的兩個不同之溫度。在一實例中，使沖洗流體之溫度減小為低於室溫，以通常增加替換氣體在沖洗流體中之可溶性，而電鍍流體中之溫度自室溫增加至升高之溫度，以例如增加過程之速度，改良可溶性參數等等。
在一實例中，該用於電鍍凹陷之裝置進一步包含組成成分控制單元，其經組態以控制替換氣體及/或處理流體之化學性質之改變。組成成分控制單元可進一步經組態以偵測替換氣體及/或處理流體之化學性質。替換氣體及/或處理流體之化學性質可為組成成分、pH值、添加劑之量等等。可藉由基於來自組成成分控制單元之直接或間接回饋添加某一成分來進行化學性質之改變。
根據本發明，亦呈現一種用於電鍍基板中之凹陷之系統。該用於電鍍凹陷之系統包含用於電鍍如上文所描述之基板中之凹陷的裝置及裝置控制。該裝置控制經組態以控制基板之凹陷中之氣體替換、處理流體至凹陷之施加及/或凹陷之電鍍。裝置控制可為處理器。
如上文所描述的用於電鍍基板中之凹陷之裝置、系統及方法適合於處理經構造之半導體基板、導體板及膜基板，以及用於處理平面金屬及金屬化基板之整個表面。如上文所描述的用於電鍍基板中之凹陷之裝置、系統及方法亦可使用生產用於太陽能產生之大表面光電面板，或大規模監視器面板。
應理解，根據獨立項所述的用於電鍍基板中之凹陷的裝置、系統即方法具有類似及/或相同之較佳實施例，特定而言，如附屬項中所定義。將進一步理解，本發明之較佳實施例亦可為具有各別獨立項之附屬項任何組合。
本發明之此等及其他態樣自下文所描述之實施例中顯而易見並且將參考其進行闡明。
根據本發明，呈現一種用於電鍍基板10中之凹陷的方法。圖 1 示出用於電鍍基板10中之凹陷之方法的步驟的示意性概述。該方法包含以下步驟：
- 在第一步驟S1中，提供具有包含複數個凹陷之基板表面11之基板10。
- 在第二步驟S2中，將替換氣體30施加至凹陷，以替換凹陷中之一定量之環境氣體20，來清理凹陷中之環境氣體20。
- 在第三步驟S3中，將處理流體40施加至凹陷，其中替換氣體30溶解在處理流體40中，來清理凹陷中之替換氣體30。
- 在第四步驟S4中，電鍍該凹陷。
圖 2 至圖 7 示出根據本發明之用於電鍍基板10中之凹陷的系統70及裝置50之示意性及例示性實施例。用於電鍍凹陷之系統70包含如下文進一步描述的用於電鍍基板10中之凹陷的裝置控制71及裝置50。裝置控制71控制基板10之凹陷中之氣體替換、處理流體40至凹陷的施加，及/或凹陷之電鍍。裝置控制71可為處理器。
用於電鍍凹陷之裝置50包含替換氣體單元51、處理流體單元52及電鍍單元59。替換氣體單元51將替換氣體30施加至基板10中之一或多個凹陷，以替換凹陷中之環境氣體20。替換氣體30可不斷地流通。處理流體單元52將處理流體40施加至凹陷，其中替換氣體30溶解在處理流體40中，以清理凹陷中之替換氣體30。電鍍單元59接著電鍍基板10中之凹陷。
根據本發明之用於電鍍基板10中之凹陷的方法、系統70及裝置50可用替換氣體30來基本上替換基板10之凹陷中之環境氣體20。因此，基本上無氣態障壁阻止凹陷之連續且基本上完整之電鍍或填充。因此，根據本發明之用於電鍍基板10中之凹陷的方法、系統70及裝置50在大氣壓下工作，且不施加任何負大氣壓或真空就沒有對昂貴且複雜之設備零件的需要，此使得當與習知方法相比，該方法之複雜性較小，時間及成本較不密集。另外，提供一種優質方法、系統70及裝置50，其使得能夠製造具有優良電氣及/或機械特性、可靠性及使用期限之優質產品。
如上所陳述，用於電鍍凹陷之裝置50包含替換氣體單元51，其將替換氣體30施加至基板10中之凹陷，以替換環境氣體20。如圖 2 至圖 4 所示，替換氣體單元51或入口部分隔開、距處理流體40一段距離且不接觸該處理流體而配置。替換氣體單元51包含或形成為替換氣體腔室，其可充滿替換氣體30。替換氣體單元51或替換氣體腔室此處包含若干氣體入口，其呈與處理流體40隔開之氣體噴嘴53 (圖4)之形式。它們經組態以產生將由基板10及其凹陷傳遞之替換氣墊或替換氣簾。
如上文亦陳述，用於電鍍凹陷之裝置50包含處理流體單元52，其將處理流體40施加至凹陷，使得替換氣體30溶解在處理流體40中，且清除凹陷中之替換氣體30。存在至少兩個選項：
首先且如圖2中所示，處理流體單元52包含作為處理流體40之電鍍流體40a之儲集層，用於填充及電鍍凹陷(及基板10)。將基板10沈浸在電鍍流體40a中。處理流體單元52則為電鍍單元59，且處理流體40為用於電鍍凹陷之電鍍流體40a。
其次且如圖 3 及圖 4 所繪示，處理流體40並非電鍍流體40a，而係用以沖洗凹陷之沖洗流體40b。處理流體單元52接著為沖洗單元60，且包含用於沖洗流體40b之若干介質入口且特定而言介質噴嘴，以產生將由基板10及其凹陷傳遞的處理或沖洗流體墊或處理或沖洗流體簾。此處將介質入口配置成靠近替換氣體單元51或在該替換氣體單元中，或在入口部分中且靠近氣體入口。並且在此實施例中，根據本發明之用於電鍍基板10中之凹陷的裝置50包含用於填充及電鍍凹陷(及基板10)之電鍍流體40a (未圖示)之儲集層。將基板10沈浸在電鍍流體40a中，該電鍍流體在此情況下並非處理流體40。介質入口此處與電鍍流體40a隔開。
在圖 4 中，用於替換氣體之氣體噴嘴53及用於沖洗流體40b之介質入口可移動地配置。氣體噴嘴53可作為噴嘴單元一起或彼此獨立地移動。它們可垂直於基板10之縱向方向移動，且它們可藉助於腔室壁中之驅動單元或藉由亦由基板10使用之相同開口進入腔室之驅動單元驅動。
如上文所論述且圖2至圖4中所示，此為提供距靠近或在替換氣體單元51中或入口部分中之電鍍流體40a一段距離之氣體入口及/或介質入口之選項。作為另一選項且如圖 5a 至圖 5c 所示，用於替換氣體30之氣體入口可配置在處理流體40或電鍍流體40a之正上方並與之接觸。基板10接著經受替換氣體30，且沈浸在包括於儲集層中之處理流體40或電鍍流體40a中，來電鍍該凹陷。未圖示，但亦可能係用於沖洗流體40b之介質入口配置在電鍍流體40a之正上方並與之接觸。
雖然圖2至圖5示出豎直電鍍系統，但圖 6a 示出水平電鍍系統，其中基板10水平地插入至水平電鍍腔室中。電鍍腔室接著充滿替換氣體30，且之後，將基板10沈浸至亦包括於電鍍腔室中之處理流體40中。此處經由腔室壁且經由基板固持器12提供替換氣體30。
如圖 6b 及圖 6c 中所示，亦可經由臂形部件57提供替換氣體30。臂形部件57亦可將沖洗流體40b、引發劑及/或化學活性物質施加至凹陷及/或基板10。基板10此處可相對於臂形部件57旋轉，且基板10與臂形部件57之間的移動為類似記錄播放器之運動。此等氣體及/或流體較佳自基板10之外、較大尺寸或外周施加至內、較小尺寸或外周。
圖 7 示出高速電鍍系統，其中替換氣體單元51且特定而言氣體入口及/或介質入口整合至固持基板10之基板固持器12中。氣體入口及介質入口(後者未圖示)配置在基板固持器12之頂部部分，且因此在電鍍裝置50之入口部分中。
必須注意，已參看不同主題描述本發明之實施例。確切而言，一些實施例係參考方法類之技術方案來描述，而其他實施例係參考裝置類之技術方案來描述。然而，熟習此項技術者將自上文以及以下描述得知，除非以其他方式通知，否則除屬於一種主題之特徵的任何組合之外，與不同主題有關之特徵之間的任何組合亦被視為隨本申請案揭示。然而，可組合所有特徵，從而提供超過該特徵之簡單求和的協同效應。
雖然已經在圖式及上述說明中詳細說明並描述了本發明，但此類說明及描述應被視為說明性或例示性而非限制性的。本發明不限於所揭示之實施例。然而，所揭示之實施例之其他變化形式可由熟習此項技術者自圖式、揭示內容及所附申請專利範圍之研究中藉由實踐所要求之發明而理解並實現。
在所附申請專利範圍中，詞「包含」並不排除其他元件或步驟，並且不定冠詞「一」並不排除多個。單個單元可滿足所附申請專利範圍中所敍述之若干物品之功能。在彼此不同之附屬項中敍述某些措施之此單純事實並不指示不能使用此等措施之組合來獲得優勢。所附申請專利範圍中之任何參考符號皆不應該理解為限制範圍。
10‧‧‧基板
11‧‧‧基板表面
20‧‧‧環境氣體
30‧‧‧替換氣體
40‧‧‧處理流體
40a‧‧‧電鍍流體
40b‧‧‧沖洗流體
50‧‧‧裝置
51‧‧‧替換氣體單元
52‧‧‧處理流體單元
53‧‧‧氣體噴嘴
54‧‧‧排出口
55‧‧‧排氣口
57‧‧‧臂形部件
59‧‧‧電鍍單元
60‧‧‧沖洗單元
70‧‧‧系統
71‧‧‧裝置控制
S1‧‧‧第一步驟
S2‧‧‧第二步驟
S3‧‧‧第三步驟
S4‧‧‧第四步驟
圖 1 示出根據本發明的用於電鍍基板中之凹陷之方法之步驟的示意性概述。
圖 2 示意性且例示性地示出根據本發明的用於電鍍基板中之凹陷之系統及裝置的實施例。
圖 3 示意性且例示性地示出根據本發明的用於電鍍基板中之凹陷之裝置的實施例。
圖 4 示意性且例示性地示出根據本發明的用於電鍍基板中之凹陷之裝置的實施例。
圖 5 示意性且例示性地示出根據本發明的用於電鍍基板中之凹陷之裝置的實施例。
圖 6 示意性且例示性地示出根據本發明的用於電鍍基板中之凹陷之裝置的實施例。
圖 7 示意性且例示性地示出根據本發明的用於電鍍基板中之凹陷之裝置的實施例。

Claims (31)

  1. 一種用於電鍍一基板(10)中之一凹陷之方法，其包含以下步驟： 提供具有包含至少一個凹陷之一基板表面(11)之一基板(10)， 將一替換氣體(30)施加至該凹陷，以替換該凹陷中之一定量之環境氣體(20)，以至少部分地清理該凹陷中之該環境氣體(20)， 將一處理流體(40)施加至該凹陷，其中該替換氣體(30)溶解在該處理流體(40)中，以至少部分地清理該凹陷中之該替換氣體(30)，及 電鍍該凹陷。
  2. 如請求項1之方法，其中在電鍍該凹陷之前，該替換氣體(30)及該處理流體(40)基本上移除該凹陷中之任何氣態障壁。
  3. 如請求項1及2中任一項之方法，其中在一處理溫度下，該替換氣體(30)在該處理流體(40)中具有比該環境氣體(20)高之一可溶性。
  4. 如請求項1及2中任一項之方法，其中該環境氣體為空氣，且在室溫下，該處理流體(40)中之該替換氣體(30)之亨利定律可溶性常數Hcp 大於6.4×10-6 mol m-3 Pa-1 ，較佳等於或大於1.2×10-5 mol m-3 Pa-1 ，且更佳等於或大於3.3×10-4 mol m-3 Pa-1 。
  5. 如請求項1及2中任一項之方法，其中該替換氣體(30)包含CO2 ，且該處理流體(40)基本上為水。
  6. 如請求項1及2中任一項之方法，其中該電鍍為用一合金或一金屬，且特定而言用銅、鎳、銦或鈷來至少部分地填充該凹陷。
  7. 如請求項1或2中任一項之方法，其中該處理流體(40)為一電鍍流體(40a)，且該基板(10)沈浸在該電鍍流體(40a)中。
  8. 如請求項7之方法，其中該電鍍流體(40a)為一電化學沈積系統之一電解質。
  9. 如請求項1及2中任一項之方法，其中該替換氣體(30)包含SO2 ，且該處理流體(40)包含H2 SO4 。
  10. 如請求項1及2中任一項之方法，其中該處理流體(40)為一沖洗流體(40b)，且藉由該沖洗流體(40b)來沖洗該凹陷。
  11. 如請求項1及2中任一項之方法，其中溶解在該處理流體(40)中之該替換氣體(30)形成一化學反應性改性流體，其對該凹陷之一表面進行改性。
  12. 如請求項11之方法，其中該化學反應性改性流體為用於清洗或蝕刻該凹陷之該表面之一酸或一鹼。
  13. 如請求項1及2中任一項之方法，其中該替換氣體(30)包含NH3 、SO2 、NO2 、HCl及/或HF，且該處理流體(40)基本上為水或一溶劑。
  14. 如請求項1及2中任一項之方法，其中該替換氣體(30)在該處理流體(40)中具有比該環境氣體(20)中低之一可溶性，且該替換氣體(30)及/或該處理流體(40)包含一引發劑，來引發該替換氣體(30)與該處理流體(40)之間的一化學反應。
  15. 如請求項14之方法，其中該替換氣體(30)與該處理流體(40)之間的該化學反應消耗該替換氣體(30)。
  16. 如請求項1及2中任一項之方法，其中該環境氣體(20)為空氣。
  17. 如請求項1及2中任一項之方法，其中該基板表面(11)包含複數個凹陷。
  18. 一種用於電鍍一基板(10)中之一凹陷之裝置(50)，其包含： 一替換氣體單元(51)，其經組態以將一替換氣體(30)施加至一基板(10)中之一凹陷，以替換該凹陷中之一定量之環境氣體(20)，以至少部分地清理該凹陷中之該環境氣體(20)， 一處理流體單元(52)，其經組態以將一處理流體(40)施加至該凹陷，其中該替換氣體(30)溶解在該處理流體(40)中，以至少部分地清理該凹陷中之該替換氣體(30)，及 一電鍍單元(59)，其經組態以電鍍該基板(10)中之該凹陷。
  19. 如請求項18之裝置(50)，其中該處理流體單元(52)包含該電鍍單元(59)，且該處理流體(40)包含一電鍍流體(40a)，其經組態以電鍍該基板(10)中之該凹陷。
  20. 如請求項18之裝置(50)，其中該處理流體單元(52)包含一沖洗單元(60)，且該處理流體(40)包含一沖洗流體(40b)，其經組態以沖洗該凹陷。
  21. 如請求項18至20中任一項之裝置(50)，其中該替換氣體單元(51)及/或該沖洗單元(60)配置成接觸該電鍍流體(40a)。
  22. 如請求項18至20中任一項之裝置(50)，其中該替換氣體單元(51)及/或該沖洗單元(60)浮在該電鍍流體(40a)中。
  23. 如請求項18至20中任一項之裝置(50)，其中該替換氣體單元(51)及/或該沖洗單元(60)配置成距該電鍍流體(40a)一段距離。
  24. 如請求項18至20中任一項之裝置(50)，其中該替換氣體單元(51)包含至少一個氣體噴嘴(53)，其經組態以產生將由該基板(10)之該凹陷傳遞之一替換氣墊或替換氣簾。
  25. 如請求項18至20中任一項之裝置(50)，其中該替換氣體單元(51)進一步包含一排出口(54)及/或一排氣口(55)。
  26. 如請求項18至20中任一項之裝置(50)，其進一步包含一控制單元(56)，其經組態以閉合該電鍍單元(59)及/或用該替換氣體(30)及/或該電鍍流體(40a)填充該電鍍單元(59)。
  27. 如請求項18至20中任一項之裝置(50)，其中該替換氣體單元(51)為一臂形部件(57)，且其中該臂形部件(57)及該基板(10)可相對於彼此旋轉。
  28. 如請求項27之裝置(50)，其中該臂形部件(57)經組態以將該替換氣體(30)、該沖洗流體(40b)、一引發劑及/或一化學活性物質施加至該凹陷及/或該基板(10)。
  29. 如請求項18至20中任一項之裝置(50)，其中該替換氣體單元(51)整合至經組態以固持該基板(10)之一基板固持器(12)中。
  30. 如請求項18至20中任一項之裝置(50)，其進一步包含一溫度單元，該溫度單元經組態以改變該處理流體(40)之一溫度。
  31. 一種用於電鍍一基板(10)中之一凹陷之系統(70)，其包含如前述請求項中任一項之用於電鍍一基板(10)中之一凹陷的裝置(50)，以及一裝置控制(71)，其中該裝置控制(71)經組態以控制一基板(10)之一凹陷中之一氣體替換、一處理流體(40)至該凹陷之一施加，及/或該凹陷之一電鍍。
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