TW202129085A

TW202129085A - 電鍍系統及電鍍一基板之方法

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Publication number: TW202129085A
Application number: TW109134938A
Authority: TW
Inventors: 保羅麥克休; 格雷戈里威爾遜
Original assignee: 美商應用材料股份有限公司
Priority date: 2019-10-08
Filing date: 2020-10-08
Publication date: 2021-08-01
Also published as: CN114787426A; WO2021071885A1; US20210102307A1; US20230193504A1; KR20220073822A; US20220145485A1; US11585009B2; US11230793B2

Abstract

數種用以電鍍之系統及方法係說明。電鍍系統可包括一容器，裝配以容納一液態電解質的一第一部分。此系統可亦包括一基板固持件，裝配而用以支承一基板於容器中。此系統可更包括一第一儲存器，流體連通於容器。此外，此系統可包括一第二儲存器，流體連通於容器。再者，此系統可包括一第一機構，裝配以從第一儲存器排出液態電解質之一第二部分至容器中。此系統可亦包括一第二機構，裝配以於液態電解質之第二部分從第一儲存器排出時，從容器帶入液態電解質之一第三部分至第二儲存器中。數個方法可包括振動容器中之電解質的流動。

Description

電鍍系統及電鍍一基板之方法

本技術係有關於半導體處理中之數種電鍍系統及數種方法。

積體電路係透過產生複雜精細圖案化材料層於基板表面上來實現。在基板上之形成、蝕刻及其他處理之後係往往沈積或形成金屬或其他導電材料，以提供數個元件之間的電連接。因為此金屬化可在許多製造操作之後執行，在金屬化期間所導致之問題可能產生昂貴的廢棄基板或晶圓。

在裝置之特徵尺寸(characteristic dimensions)減少及結構之長寬比增加時，電鍍變得更加困難。電鍍可能須要較高的流動應變率(strain rates)，以達成高質量傳遞來用於電鍍大型柱體(megapillars)及其他結構而維持高設備產量。此些高流動應變率可能在整個基板之寬度上無法一致，而可能導致電鍍不均勻。在質量傳遞率增加時，於整個大基板(舉例為300 mm晶圓)上提供均勻的質量傳遞係變得更為困難。

因此，在以高電鍍率電鍍而達成高質量傳遞及/或高應變率期間，可使用以產生高品質裝置及結構之改善的系統及方法係有需求。此些及其他需求係藉由本技術處理。

本技術之數個實施例可包含在電鍍期間振動通過晶圓基板之流動。液態電解質之流動可包括接近晶圓或其他基板之一致或實質上一致的應變率。高應變率可達成，而電鍍至高長寬比的通孔、溝槽、或其他特徵中。高應變率可有助於改善電鍍於基板上之特徵的形狀、增加添加劑傳送及金屬離子至特徵中、以及促使較高的電鍍率。一致的應變率可亦在整個晶圓上產生均勻的電鍍。本技術的數個實施例可亦簡化及/或減少系統中的元件。簡化或減少系統中的元件可改善電場及電流密度的一致性。簡化可亦減少設備成本及改善可靠度。

本技術之數個實施例可包括一種用以電鍍之系統。電鍍系統可包括一容器，裝配以容納一液態電解質的一第一部分。此系統可亦包括一基板固持件，裝配而用以支承一基板於容器中。此系統可更包括一第一儲存器，流體連通於容器。此外，此系統可包括一第二儲存器，流體連通於容器。再者，此系統可包括一第一機構，裝配以從第一儲存器排出液態電解質之一第二部分至容器中。此系統可亦包括一第二機構，裝配以於液態電解質之第二部分從第一儲存器排出時，從容器帶入液態電解質之一第三部分至第二儲存器中。

本技術之數個實施例可包括一種電鍍一基板的方法。此方法可包括接觸一容器中之一基板固持件上之一基板於一電解質，電解質包括數個金屬離子。此方法可亦包括使電解質之一第一部分從一第一儲存器流入至容器中。此方法可更包括使電解質於一第一方向中流過基板。此外，此方法可包括使電解質之一第二部分從一第二儲存器流入至容器中。再者，此方法可包括使電解質於一第二方向中流過基板，第二方向相反於第一方向。此方法可亦包括當使電解質於第一方向中流動時及當使電解質於第二方向中流動時，電化學電鍍金屬於基板上。

本技術之數個實施例可包括一種電鍍一基板之方法。此方法可包括接觸一容器中之一基板固持件上之一基板於一電解質，電解質包括數個金屬離子。此方法可亦包括使電解質之一第一部分從一第一儲存器流入至容器中。此方法可更包括使電解質於一第一方向中流過基板。此外，此方法可包括使電解質之一第二部分從一第二儲存器流入至容器中。再者，此方法可包括使電解質於一第二方向中流過基板，第二方向相反於第一方向。此方法可包括振動第一方向及第二方向之間的電解質之流動。此方法可亦包括當振動第一方向及第二方向之間的電解質之流動時，電化學電鍍金屬於基板上。為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

本技術之數個實施例可在基板附近提供一致及高應變率，而產生更均勻之基板的電鍍及/或較快之電鍍率。電鍍以達成高應變率之其他方法可包括利用接近基板之一系列的攪拌器。然而，流動可能不均勻，及可能對應變率之大小/可達成之攪動有實際限制。此外，攪拌器可能引入額外之設計複雜性至系統中。攪拌器之數量及形狀將必須根據系統決定。再者，攪拌器可能作用成移動遮蔽物。減少此些攪拌器可能產生較好的電場及電流密度一致性。此外，增加攪拌器之速度可能產生潑濺及其他流動非均勻性。

電鍍以達成高應變率之另一方法為用於在基板附近的單向交叉流(cross flow)。此交叉流可包含高流動速率(舉例為5-15 gpm)，以達成高應變率。此些高流動速率可能增加對容器及幫浦系統的需求，及可能增加操作及資金成本。單一方向、充分發展之通道流係以具有峰值速度於通道之中心的拋物線速度分佈(parabolic velocity profile)作為特徵。相比之下，振動通道流中之速度分佈可能隨著時間改變。峰值速度經常發生在接近通道壁處，而致使較高之壁的應變率數值及改善通孔質量傳遞。

本技術之數個實施例包括機構(舉例為活塞或移動壁)，以來回振動流動以通過晶圓。此流動可通過晶圓之整個長度。數個實施例可減少在電鍍浴中之一系列攪拌器(舉例為槳(paddles))的使用。減少攪拌器可亦讓容器中的間隔(也就是基板之上方或下方的垂直空間)減少，或可讓間隔限制在特定範圍。間隔可為基板及虛擬陽極開孔或電流源之間的空間，可亦包括遮蔽物或其他場成形元件。利用攪拌器可能產生較大的間隔，因為具有特定高度的攪拌器必須置放於此空間中。因此，電場控制可能需要放置遮蔽物或其他場成形元件在攪拌器之上方及下方兩者處。振動通道流係以具有較小之間隔來表現良好，而藉由放置所有的遮蔽物及其他場成形元件於晶圓之下方或接近晶圓來促使電場之簡化。較小之間隔可提供較簡單的一致性控制。相較於利用一系列攪拌器所可能產生之流動應變率，活塞驅動的振動剪切流可產生較高之流動應變率。

此外，來回振動流動以通過系統的機構可產生高流動應變率，而不影響外部管道系統。舉例來說，振動流動之一些說明範例可利用機構的單一移動而等同於超過50 gpm，以排出電解質(舉例為活塞之單一衝程)。利用振動系統之速度分佈可具有不位在通道之垂直中心但反而更靠近基板的最大速度。相較於具有相同之最大速度但位在容器之垂直中心的速度分佈來說，此速度分佈會產生較高之應變率。

第1圖繪示可根據本技術數個實施例應用之振動流動方法及系統之電鍍系統100的等角視圖。電鍍系統100繪示範例之電鍍系統，包括系統頭110及碗狀件115。在電鍍操作期間，晶圓可夾至系統頭110、倒轉、及延伸至碗狀件115中，以執行電鍍操作。電鍍系統100可包括頭升舉件120。頭升舉件120可裝配以升起及旋轉系統頭110，或以其他方式移動或定位系統頭於系統中，包括傾斜操作。系統頭及碗狀件可貼附於甲板板材125或其他結構，其他結構可為併有多個電鍍系統100之較大之系統的部分，及可共用電解質及其他材料。

轉子可提供夾置於系統頭之基板在碗狀件中旋轉，或在不同操作中於碗狀件的外側旋轉。轉子可包括接觸環。接觸環可提供與基板之導電接觸。進一步於下方討論的密封件130可與系統頭連接。密封件130可包括將處理之夾置晶圓。範例之原位清洗系統135係亦與電鍍系統100一起繪示出來。

翻至第2圖，包括根據本技術一些實施例之電鍍設備200之數個方面的腔室之局部剖面圖係繪示出來。電鍍設備200可併有電鍍系統，包括上述之電鍍系統100。如第2圖中所，電鍍系統之電鍍浴容器205係與頭210一起繪示出來，基板215耦接於頭。基板可耦接於密封件212，密封件212於一些實施例中合併於頭上。電鍍設備200可額外地包括一或多個噴嘴，使用以傳送流體至基板215或頭210，或朝向基板215或頭210傳送流體。

第1圖及第2圖提供電鍍系統之數個例子。本技術之數個實施例可應用於此些電鍍系統及其他電鍍系。本技術之數個實施例可應用於應用材料(Applied Materials^® )Nokota™電化學沈積系統。本技術之數個實施例可結合第1圖或第2圖之任何元件使用，及可省略第1圖及第2圖之元件的任何組合。 I. 範例系統

第1圖及第2圖之電鍍系統可調整，以包括具有振動剪切流的系統。第3A圖繪示用以電鍍之範例的系統300，系統300可結合第1圖或第2圖使用。系統300包括容器304，裝配以容納液態電解質的第一部分308。容器304可為第1圖中的碗狀件115或第2圖中的電鍍浴容器205。基板之電鍍可在容器304中發生。系統300可亦包括基板固持件，裝配而用以支承基板於容器304中。基板可如同第1圖或第2圖中所述的支承。容器304可包括通道底板310，可在作為基板固持件之通道的相反側上。系統300可更包括第一儲存器312，流體連通於容器304。系統300可亦包括第二儲存器316，流體連通於容器304。第一儲存器312可流體連通於第二儲存器316。系統300可包括第一機構320，裝配以從第一儲存器312排出液態電解質之第二部分324至容器304中。系統300可亦包括第二機構328，裝配以在第二部分324從第一儲存器312排出時，帶入液態電解質之第三部分332至第二儲存器316中。

第一部分308、第二部分324、及第三部分332係簡化，以說明液態電解質如何可在第一儲存器312、第二儲存器316、及容器304之間移動。流體動力學係比第3A圖中所繪示的更為複雜。所繪示之液態電解質的部分並非必須在不同位置之間移動。第一儲存器312之體積可大於或等同於容器304之體積。由於此體積關係之故，移動第一機構320而致使完全排空第一儲存器312可使容器304中之電解質完全交換。類似地，第二儲存器316之體積可大於或等同於容器304之體積。第一儲存器312之體積可等同於第二儲存器316之體積。

第二機構328可裝配，以從第二儲存器316排出液態電解質之第三部分332至容器304中。第一機構320可裝配，以於液態電解質的第三部分332從第二儲存器316排出時，從容器304帶入液態電解質的第四部分至第一儲存器312中。

第一機構320可裝配，以在從第一儲存器312排出及帶入液態電解質之間振動。第二機構328可裝配，以在從第二儲存器316排出或帶入液態電解質之間振動。

第一機構320可包括第一滑動件。第一滑動件可裝配，以在第一儲存器312中移動。第二機構328可包括第二滑動件。第二滑動件可裝配，以在第二儲存器316中移動。第一機構320或第二機構328可為活塞。機構可為體積擴展及收縮裝置之任何組合，以來回改變流體位置來通過腔室或基板。舉例來說，可利用波紋管移動端壁而不是利用滑動件。

第一滑動件之截面面積可等同於或實質上等同於第一儲存器312所定義之第一空間的截面面積。第一滑動件之截面面積及第一空間之截面面積可皆為在單一的平面340中之面積。舉例來說，第一儲存器所定義的第一空間可為圓柱或圓柱形。第一滑動件可為圓或圓形。圓可在圓柱中移動。密封件或O形環可設置於第一滑動件上及第一滑動件與第一儲存器之間，以讓第一滑動件之移動產生壓力梯度。類似地，第二滑動件之截面面積可等同於第二儲存器316所定義之第二空間的截面面積。第二滑動件之截面面積可類似於第一滑動件之任何截面面積，及第二空間之截面面積可類似於第一空間之任何截面面積。第一機構320及第二機構328可為在類似於或大於容器304之矩形截面中移動的滑動件。

第一機構320可裝配，以在一方向中排出液態電解質之第二部分324。此方向可為從第一儲存器312至容器304中。舉例來說，於第3B圖中，此方向係繪示成左至右。第一機構320可裝配，以在此方向中移動來排出液態電解質之第二部分324。第二機構328可裝配，以於相同方向中移動來帶入液態電解質之第三部分332。第一機構320與第二機構328可同步移動。

第3C圖繪示於第二機構328排出液態電解質及第一機構320帶入液態電解質時，在相反方向中移動之第一機構320及第二機構328的示意圖。第一機構320帶入液態電解質之第四部分336。在第3C圖中，此方向係繪示成右到左。第一機構320及第二機構328之移動可在此些圖間循環，使得第一機構320及第二機構328係位在第3A圖的位置，及接著是第3B圖的位置，第3B圖的位置之後是第3C圖的位置。

第3D圖係繪示系統300的上視圖。基板350係繪示在容器304之中間。第一機構320及第二機構328係繪示成連接於波紋管。第一機構320及第二機構328可移動通道之端壁。容器304可視為包括流動通道，此流動通道具有形成頂壁的基板350及形成底壁的容器之底板(通道底板310)。例如是箭頭360之箭頭係表示容器304中之流動方向。不管晶圓之位置(舉例為第3D圖之頂部至第3D圖之底部)，通過晶圓之流動方向係繪示成實質上僅有一個方向。此流動可為從第一機構320通過晶圓之直徑之用於流動的寬通道或數個通道的結果。通過晶圓之此方向性流動可能不由少於晶圓之直徑的單一個通道所產生。

第一機構320可連接於第二機構328，使得藉由第一機構320之移動係致使藉由第二機構328之移動。舉例來說，第4A圖中之剛性棒404可物理性連接第一機構320於第二機構328。第一機構320可僅在第二機構328移動時移動。剛性棒404可機械連接於致動器、馬達(舉例為步進馬達、線性馬達、利用連桿之旋轉馬達、氣動式)、彈簧、或其他適合之裝置。於一些實施例中，第一機構320可不物理性連接於第二機構328。於數個實施例中，如果系統300係密封，第一機構320及第二機構328之一者可為驅動件，及另一機構會為從動件，從動件由第一機構320所產生之容器中之內部壓力所驅動。處理器可裝配，以控制第一機構320之移動。處理器可裝配，以控制第二機構328之移動。第一機構或第二機構的移動可藉由致動器、馬達(舉例為步進馬達)、彈簧、或其他適合之裝置驅動。於一些實施例中，第一機構320可獨立於第二機構328移動。舉例來說，第二機構328可在稍早於第一機構320移動之前或略晚於第一機構320移動之後，在相同於第一機構320之方向中移動。在機構移動之間的延遲可使用，以最佳化流動特徵。如果系統300係密封，機構之移動可同步。

系統300可不包括裝配以攪拌容器304中之液態電解質的機構。舉例來說，系統300可不包括移動來攪拌容器304中之液態電解質之槳，可不包括移動來攪拌在基板進行處理之區域中之液態電解質之槳。基板進行處理之此區域可包括限定容器304中之基板的圓柱或其他幾何形狀。舉例來說，此區域可排除從基板之邊緣延伸之圓柱形體積之外側的容器304的部分。處理區域可排除太遠離基板而對基板電鍍有影響之離子的部分的電解質。第一機構320及第二機構328可位於基板之邊緣的外側。

系統300可裝配，使得在第一機構320從第一儲存器312排出第二部分324至容器304中時，離開容器304之液態電解質之部分係僅進入第二儲存器316。類似地，系統300可裝配，使得在第二機構328從第二儲存器316排出第三部分332至容器304中時，離開容器304之液態電解質之部分係僅進入第一儲存器312。舉例來說，容器304、第一儲存器312、及第二儲存器316可密封，使得在液態電解質從任一個儲存器排出期間，沒有液體可由此些元件所包含之空間漏出。容器304之底板(舉例為通道底板310)可為固態及非多孔性。通道底板310可不讓液體通過。然而，通道底板310可讓離子從底板之下方的電解質室通過，以讓離子電流通過底板。通道底板310可包括離子膜及可以納菲薄膜(Nafion)製成。通道底板310可包括一個剛性支撐結構或數個剛性支撐結構來固定離子膜，使得離子膜不干擾振動流動。剛性支撐結構可為擴散板材(舉例為穿孔板材，以非導電材料製成)。離子膜可夾置於兩個剛性支撐結構之間。

第一儲存器312、第二儲存器316、及容器304之幾何形狀可裝配，使得第一機構320或第二機構328之移動係提供容器304中之液態電解質適合的速度。儲存器之截面面積可大於容器304之截面面積，使得電解質之速度將在容器304中快於在儲存器中。第一儲存器312可以在基板位於基板固持件中時，正交於包括基板之平面的第一截面面積為特徵。舉例來說，第一截面面積可沿著平面340測量。第二儲存器316可以正交於包括基板之平面的第二截面面積為特徵。舉例來說，第二截面面積可沿著平面344測量。容器304可以正交於包括基板之平面的第三截面面積為特徵。舉例來說，第三截面面積可沿著平面348測量。第三截面面積可少於第一截面面積，及第三截面面積可少於第二截面面積。第一或第二截面面積與第三截面面積的比可為從1到1.5、從1.5到2、從2到5、從5到10、或大於10。面積及衝程長度之比可選擇，以驅動從第一儲存器通過容器至第二儲存器之流動。

第一儲存器312及第二儲存器316可具有等同於或大於容器304之體積。第一儲存器312或第二儲存器316之體積與容器304的體積的比可為從1到1.5、從1.5到2、從2到5、從5到10、或大於10。第一儲存器312及第二儲存器316可具有間隔(舉例為在第3A圖中之高度)，大於容器304之晶圓間隔。晶圓間隔(舉例為晶圓在容器之頂部及容器之底部之間的距離)可為從1至10 mm，包括從1至5 mm及從5至10 mm。

第3A圖繪示出第一儲存器312及容器304之間的第一通道352，以及第二儲存器316及容器304之間的第二通道356。此些通道可不為直的及可為彎曲的。於一些實施例中，系統300可不包括通道，而是儲存器係直接地連接於容器304。第一機構320及第二機構328移動之效用會類似於封閉容器的側壁(也就是不具有儲存器)移動。雖然第3A圖繪示出第一通道352窄於容器304，但第一通道352可具有相同於容器304之寬度或寬於容器304的寬度。第一通道352可具有相同於容器304之截面面積。第一通道352之實施例的額外細節係於下方之第4D圖及第4E圖中討論。

第4B圖繪示出包括液態電解質入口408及液態電解質出口412之系統。液態電解質入口408可裝配，以傳送液態電解質至第一儲存器312。傳送液態電解質至第一儲存器312可在第一機構320從第一儲存器312排出液態電解質時進行。液態電解質出口412可裝配，以從第二儲存器316移除液態電解質。從第二儲存器316移除液態電解質可在第二機構328帶入液態電解質至第二儲存器316中時進行。液態電解質入口408及液態電解質出口412有時可密封來隔絕儲存器，以避免任何液態電解質進入或離開儲存器及容器。液態電解質入口408及液態電解質出口412之一個目的可更新(refresh)處理基板的電解質(添加劑及離子)。液態電解質入口408及液態電解質出口412可亦使用以設定系統之參考壓力。

第4C圖繪示出儲存器及機構之其他實施例。第一儲存器416及第二儲存器420係定向，使得它們個別之縱軸係垂直於通過容器之液態電解質的流動。第一機構424及第二機構428可於垂直於通過容器之液態電解質之流動的方向中移動。於其他實施例中，第一儲存器及第二儲存器及它們個別之機構可定向於平行及垂直於通過容器之液態電解質的流動之間的角度。

容器之底板可包括擴散器。舉例來說，第4C圖中之底板432可包括膜及擴散器。膜及擴散器可讓電流(舉例為離子)通過而沒有整體流動傳輸(bulk fluid transport)的情況。可包括分隔件來限制壓力連通及從第一機構至第二機構之流動。分隔件係說明於下方之第9圖中。

第4D圖及第4E圖係繪示出從儲存器至基板450之流動通道的裝配。在些圖式中，第一儲存器係位在各圖式的左側。振動流454係位在基板450之下方。第4D圖具有邊緣密封件458。邊緣密封件458接觸基板450的前側，及產生液體緊密密封(liquid-tight seal)。邊緣密封件458可包括接觸基板450的O形環，可以彈性體(elastomer)製成。第4E圖具有邊緣密封件462，邊緣密封件462具有不同於邊緣密封件458之幾何形狀，但功能相同於邊緣密封件458。由於接觸基板450之故，邊緣密封件458及邊緣密封件462沒有與基板450齊平。振動流454可能在邊緣密封件的下方不為連續的一直線。

邊緣密封件之下方的截面面積及垂直於邊緣密封件之下方的流動的截面面積可實質上相等。在第4D圖中，振動流466可在邊緣密封件458之下方。振動流466可平行於最靠近振動流466之邊緣密封件458的部分。通過線470之通道的截面面積可正交於振動流466。通過線474之通道的截面面積可正交於邊緣密封件458之下方的振動流。通過線470之通道的截面面積可等同於通過線474之通道的截面面積。維持通道中的截面面積固定可減少形成於振動流之任一方向中的流動分離(flow separations)及噴射流(flow jets)。舉例來說，通道之輪廓應不會減少一方向中的流動分離及噴射流時，而同時在相反方向中產生或不減少流動分離及噴射流。通過線478之通道的截面面積可正交於振動流454。通過線478之通道的截面面積可等同於通過線474或通過線470之通道之截面面積的至少一者。

針對不同的邊緣密封件幾何形狀，流動通道之截面面積可保持固定。舉例來說，在第4E圖中，振動流482可在邊緣密封件462之下方。振動流482可平行於最靠近振動流482之邊緣密封件462之部分。通過線486之通道的截面面積可正交於振動流482。在流動從振動流482轉變至振動流454，通過線490之通道的截面面積可正交於振動流。通過線486之通道的截面面積可等同於通過線490之通道的截面面積。通過線478之通道之截面面積可正交於振動流454。通過線478之通道的截面面積可等同於通過線486或通過線490之通道的截面面積之至少一者。

電鍍系統之容器可包括密封件，裝配以接觸在基板固持件中之基板的外部邊緣。外部邊緣可為基板之周長。容器之第一區段可包括密封件及可在基板固持件及第一儲存器之間。容器之第二區段可包括密封件及可在基板固持件及第二儲存器之間。容器之第三區段可包括相反於基板固持件的底板。在第三區段中的底板可實質上為平面。舉例來說，相反於基板450之底板432係實質上為平面。容器之第三區段可在容器的第一區段及第二區段之間。容器的第三區段可不包括接觸密封件之基板的部分。

容器之第一部分可包括第一通道。第一通道可為第3A圖中之第一通道352。第一通道可裝配，使得正交於通過第一通道之流動的第一通道的截面面積可固定。於一些實施例中，截面面積可變化而不多於5%、10%、15%、或20%。通過第一通道之流動可表示在第一通道之特定區段中流動的平均方向。容器之第一區段中的底板可以平行於容器之第一區段中之密封件的側邊之方式成形。第一通道之截面面積可在容器之第三區段中之通道的截面面積之0%、5%、10%、15%、或20%中。

類似於容器的第一區段，容器的第二區段可包括第二通道。第二通道可裝配，使得正交於流過第二通道之流動的第二通道之截面面積可固定。於一些實施例中，截面面積可變化而不多於5%、10%、15%、或20%。流過第二通道之流動可表示在第二通道之特定區段中的流動的平均方向。容器之第二區段中之底板可以平行於容器之第二區段中之密封件的側邊之方式成形。第二通道之截面面積可在容器之第三區段中之通道的截面面積之0%、5%、10%、15%、或20%中。 II. 範例方法

第5圖繪示電鍍基板之方法500的示意圖。方法500可包括利用此處所述之任何系統。

在方塊502，方法500可包括接觸容器中之基板固持件上之基板於電解質，電解質包括金屬離子。容器、基板、基板固持件、及電解質可為此處所述之任一者。基板可為晶圓，包括矽晶圓、或絕緣層上覆矽(silicon-on-insulator)晶圓。晶圓可準備用於進行電鍍處理。舉例來說，晶圓可包括金屬層，具有光阻劑覆蓋。

在方塊504，方法500可包括使電解質之第一部分從第一儲存器流入至容器中。第一儲存器可為此處所述之任何第一儲存器。電解質之第一部分的流動可為機構在儲存器中移動的結果。機構可為此處所述之任一機構。

在方塊506，方法500可包括使電解質於第一方向中流過基板。第一方向可為從第一儲存器至容器。流過基板之電解質的流動可為使電解質之第一部分從第一儲存器流動至容器的結果。於第一方向中之流動的速度可為從0.01至0.1 m/s、0.1至0.2 m/s、0.2至0.5 m/s、0.5至0.8 m/s、0.8至1.0 m/s、1.0至5.0 m/s、5.0至10 m/s、或超過10 m/s。體積流率(volumetric flow rate)可為從1至5 gpm、5至10 gpm、10至15 gpm、15至20 gpm、或超過20 gpm。體積流率可用於在第一方向中於第一儲存器中的機構之一個完整移動的流動速率。舉例來說，體積流率可用於活塞之一個衝程。

在方塊508，方法500包括使電解質之第二部分從第二儲存器流入至容器中。第二儲存器可為此處所述之任何第二儲存器。第二部分之流動可為機構在第二儲存器中移動的結果。機構可為此處所述之任一機構。

在方塊510，方法500可包括使電解質於第二方向中流過基板。第二方向可相反於第一方向。舉例來說，第二方向可為從容器至第一儲存器或從第二儲存器至容器。在第二方向中流過基板可為使電解質之第二部分從第二儲存器流動至容器中的結果。在第二方向中之流動的速度及體積流率之大小可相同於第一方向中之流動的速度及體積流率之大小。

方法500可包括振動第一方向及第二方向之間的流動。振動流動可在第一方向及第二方向之間為對稱。舉例來說，第一機構可在相同之兩個點之間來回移動。第二機構亦可在不同組之兩個點之間來回移動。第一機構可移動相同於第二機構的量。振動可為在1至2 Hz、2至4 Hz、4至6 Hz、6至8 Hz、8至10 Hz、10至15 Hz、15至20 Hz、或甚至超過20 Hz的頻率。

方法500可包括充氣容器至高於環境的壓力，以避免負壓而有可能從管的外側帶入汙染物或可能致使基板面臨不需要的壓差。基板及膜(通道底板)可保持正壓。

在方塊512，方法500可包括於使電解質於第一方向中流動及當使電解質於第二方向中流動時，電化學電鍍金屬於基板上。於數個實施例中，流動可在整個電鍍期間振動，整個電鍍期間之振動可為數分鐘的程度。於一些實施例中，流動可僅在整個電鍍期間的一部分振動，包括少於或等同於電鍍期間的10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、或90%。流動可在電鍍處理起始、中間、或末期時振動。

當使電解質於第一方向中流過基板時或當使電解質於第二方向中流過基板時，電解質之應變率可為一致或實質上一致。在基板進行處理之區域中的電解質之應變率可為在特定瞬間或整個處理期間的平均應變率之5%、10%、或15%中。應變率可在從200/s至10,000/s之範圍中，包括從200/s至3,000/s、3,000至5,000/s、5,000至7,000/s、或7,000至10,000/s。

方法500可包括旋轉基板固持件及基板。基板固持件及基板可在少量流體或沒有流體流過基板時旋轉。在旋轉期間，基板可不從與電解質之接觸移除。基板可在電鍍操作期間旋轉數次。

方法500可包括從與電解質之接觸移除基板。 III. 結果

此處所述之方法及系統係利用納維-斯托克斯方程式(Navier-Stokes equations)模擬或計算。第6圖繪示針對正弦振盪運動，積分平均應變率(integrated average strain rate)與壓力加速度振幅(m/s² )之分析模型的結果。壓力加速度振幅係為引起流體流過基板的壓力梯度之振幅。第6圖係顯示出，針對較大的振幅，平均應變率係增加。此外，針對固定之壓力加速度振幅來說，較高頻率係產生較低的應變率。在平行流系統中的應變率可定義成正交於壁之平行速度的梯度。第6圖指出，達成高應變率可能需要大壓力加速度振幅。

第7圖繪示出基於分析模型之特定壓力加速度振幅所需之流體衝程(mm)。針對提供之壓力加速度振幅，在較高頻率之較短衝程係等同於在較低頻率之較長衝程。第7圖顯示出，在高壓力加速度振幅值下，高頻率可能需要，以致使流體衝程可實現。

流經基板處理區域之流動係隨著時間推移進行模擬。第8A圖及第8B圖繪示出在特定瞬間:0.241秒之流動的特徵，此0.241秒係在第二個完整衝程週期中。晶圓及底板之間的間隔係為3 mm。活塞間隔係為10 mm。活塞之衝程長度係為25 mm。振動之頻率係為5 Hz。線性加速度值係為10 m/s² 。藉由移動活塞取得之最大絕對速度係為0.5 m/s。假設活塞具有固定的加速度而不是第6圖及第7圖之分析模型中的正弦壓力加速度，第8A圖及第8B圖(及第9及10圖)係來自數值模型。

第8A圖繪示出應變率作為通過基板之距離的函數。基板之中心係在x = 0 m。第8A圖繪示出應變率係在中心相當一致。在邊緣之應變率係不太一致，可能是包括噴射流之邊緣效應之故。沒有流體係注入系統中，但噴射流因幾何形狀(收縮之後膨脹)之改變產生。在改變期間，在基板的邊緣有時會有較高的應變率。

第8B圖繪示出數種流動條件的數個圖面。熱圖(heat map)804繪示出容器中之流動的速度。速度係藉由繪示於圖例806中的顏色來表示。速度在熱圖804中約為1至1.5 m/s。十字808表示在X = 0 m之基板的中心。熱圖804包括第一儲存器820及第二儲存器824中之流動。圖表810繪示出速度(U)及活塞之位置X作為以秒為單位之時間的函數。正速度表示向右移動之活塞。圖表812繪示出瞬間應變率(m/s)作為時間之函數。圖表816繪示出晶圓下之間隔中之不同Y位置的速度。峰值速度係實際上更接近上及下壁，而不是在間隔之中心。此速度分佈可為振動流動之結果。

包括該些在第8A圖及第8B圖中的流場數值模擬係顯現出數種流動應變率改善。應變率分佈在大部分的晶圓可幾乎為平坦的，與傳統及其他電鍍系統不一樣。活塞可對稱地移動，以平均可能自具有一系列攪拌器之系統產生的應變率峰值。於其他系統中，攪拌器可以交錯方式(staggered fashion)移動，以平均應變率。舉例來說，攪拌器可向右移動10 mm，接著向左移動9 mm，接著向右移動10 mm等。

振動交叉流可提供勝過穩定交叉流之較佳的應變率一致性及其他優點。應變率一致性係有利於電鍍率一致性，而促使合金電鍍，及提供添加劑至特徵中。穩定交叉流亦可能需要大的泵容量，而振動交叉流可利用已經在腔室中的流體進行應用。相較於穩定交叉流，振動交叉流可有助於促使較平坦的突起生成。在穩定交叉流中，擴散層厚度可能沿著通道的長度繼續生成。擴散層厚度不會在振動交叉流中生成，因為流動方向改變之故。具有隆起的穩定交叉流可能引起應在整個晶圓上平均之質量傳遞的非均勻性。(因振動之故)振動通道流中之應變率係隨著時間改變，但它們隨著時間在整個晶圓之平均可為相同。

大的活塞間隔及小的晶圓間隔可能在較短的衝程長度之下致使高的應變率。應變率數值可藉由改變活塞加速度及衝程長度來變化。在每個衝程期間，活塞可驅動高流動速率，而無須利用額外的管道系統，包括額外的槽體及幫浦。

第9圖繪示出模擬一系統的速度熱圖，此系統具有擴散器920及數個分隔件。第一分隔件904及第二分隔件908係為所繪示之15個分隔件的其中兩者。從容器912到離子儲存器916(舉例為膜之下方的電解質室)之流體可通過擴散器920。分隔件提供從容器912至整個離子儲存器916之流體連通。因此，離子儲存器916中之流動速率係接近於0 m/s。在沒有分隔件之情況下，在離子儲存器916中之流動速率可能較高，及因此在針對相同之活塞運動的情況下，容器912中之流動速率可減少。

第10圖繪示出針對晶圓及底板之間3 mm間隔之不同運動設定的應變率空間分佈。線1010顯示出利用數個槳攪拌流動。攪拌之頻率係為6.67 Hz。槳之速度係為0.2 m/s。在各個週期，槳於一方向中移動10.86 mm，及在相反方向中移動9.14 mm。線1020至線1040係針對具有10 mm之瞬間活塞間隔的數個活塞。線1020具有5 Hz之頻率、10 m/s² 之線性加速度值、0.5 m/s之速度、及25 mm之衝程長。線1030具有7.8 Hz之頻率、25 m/s² 之線性加速度值、0.8 m/s之速度、及25.6 mm的衝程長。線1040具有10 Hz之頻率、50 m/s² 之線性加速度值、1.25 m/s之速度、及31.25 mm之衝程長。活塞配置係顯現出較槳攪拌器高的應變率。此外，活塞係顯現出在整個晶圓上更一致的應變率。

特定實施例之具體細節可在不脫離本發明之數個實施例的精神及範疇下以任何適合的方式結合。然而，本發明之其他實施例可針對與各個別方面之特定實施例、或針對此些個別方面之特定結合。

針對闡述及說明之目的係已提出本發明之範例實施例的上述說明。此非旨在全面的說明本發明或限制本發明為所說明的詳細內容，及許多調整及改變係有鑑於上述之教示為可行的。

於先前的說明中，針對說明之目的，許多細節係已經提出，以瞭解本技術的數種實施例。然而，對於此技術領域中具有通常知識者顯而易見的是，特定實施例可在無需一些細節或額外的細節的情況下實行。

在已經說明數種實施例的情況下，本技術領域中具有通常知識者將認可數種調整、替代構造、及等效物可在不脫離本發明的精神下使用。此外，一些公知的製程及元件未進行說明，以避免不必要地模糊本發明。再者，任何特定實施例的細節可能並非總是存在於該實施例的變型中，或可加入其他實施例中。

將理解的是，在提供一範圍的數值的情況下，除非上下文另有明確地指出，否則各中間值到下限之單位的十分之一，也明確揭露出該範圍的上及下限之間的值。在一所述之範圍中的任何所述數值或中間值之間的各較小的範圍，及在該所述之範圍中的任何其他所述的數值或中間值係包含在內。該些較小範圍之上及下限可在範圍中獨立地包括或排除，及在陳述之範圍中任何特別排除限制的情況下，於該些較小之範圍中包含任一個限制、兩個限制皆沒有、或兩個限制之各範圍係亦包含於本發明中。在陳述之範圍包括一或兩個限制之情況下，亦包括排除任一或兩個包括該些限制的範圍。

如此處所使用及於所附之申請專利範圍中，除非上下文另有明確地指出，單數形式「一(a)」、「一(an)」、及「該(the)」包括複數形式之所指事物。因此，舉例來說，論及「一方法(a method)」包括數個此些方法，且論及「該機構(the mechanism)」包括論及一或多個機構及此技術領與中具有通常知識者所知悉的等效物等。本發明現下係已經針對清楚明瞭及理解之目的而詳細說明。然而，將理解的是，特定改變及調整可在所附之專利申請範圍之範疇中實現。

此處所舉出的所有出版物、專利、及專利申請案係針對所有的目的於此全體引用作為本說明書的揭示內容。沒有任何一者係視為習知技藝。綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:電鍍系統 110:系統頭 115:碗狀件 120:頭升舉件 125:甲板板材 130,212:密封件 135:原位清洗系統 200:電鍍設備 205:電鍍浴容器 210:頭 215,350,450:基板 300:系統 304,912:容器 308:第一部分 310:通道底板 312,416,820:第一儲存器 316,420,824:第二儲存器 320,424:第一機構 324:第二部分 328,428:第二機構 332:第三部分 336:第四部分 340,344,348:平面 352:第一通道 356:第二通道 360:箭頭 404:剛性棒 408:液態電解質入口 412:液態電解質出口 432:底板 454,466,482:振動流 458,462:邊緣密封件 470,474,478,486,490,1010,1020,1030,1040:線 500:方法 502~512:方塊 804:熱圖 806:圖例 808:十字 810,812,816:圖表 904:第一分隔件 908:第二分隔件 916:離子儲存器 920:擴散器

進一步瞭解所揭露之數個實施例的本質及優點可透過參照本說明書之剩餘部分及圖式來實現。第1圖繪示可根據本技術一些實施例結合之振動流技術之腔室的透視圖。第2圖繪示根據本技術一些實施例之腔室的局部剖面圖。第3A、3B、3C及3D圖繪示根據本技術數個實施例之用以電鍍之系統的示意圖。第4A、4B、4C、4D及4E圖繪示根據本技術數個實施例之用以電鍍之系統的示意圖。第5圖繪示根據本技術數個實施例之電鍍之方法的示意圖。第6圖繪示根據本技術數個實施例之應變率與壓力加速度振幅之關係圖。第7圖繪示根據本技術數個實施例之流體衝程及壓力加速度振幅之關係圖。第8A及8B圖繪示根據本技術數個實施例之容器中之流動特徵圖。第9圖繪示根據本技術數個實施例之具有分隔件之系統中的速度熱圖。第10圖繪示根據本技術數個實施例之應變率空間分佈圖。

300:系統

304:容器

308:第一部分

310:通道底板

312:第一儲存器

316:第二儲存器

320:第一機構

324:第二部分

328:第二機構

332:第三部分

340,344,348:平面

352:第一通道

356:第二通道

Claims

一種電鍍系統，該電鍍系統包括：一容器，裝配以容納一液態電解質的一第一部分；一基板固持件，裝配而用以支承一基板於該容器中；一第一儲存器，流體連通於該容器；一第二儲存器，流體連通於該容器；一第一機構，裝配以從該第一儲存器排出該液態電解質之一第二部分至該容器中；以及一第二機構，裝配以於該液態電解質之該第二部分從該第一儲存器排出時，從該容器帶入該液態電解質之一第三部分至該第二儲存器中。
如請求項1所述之電鍍系統，其中：該第二機構係裝配以從該第二儲存器排出該液態電解質之該第三部分至該容器中；以及該第一機構係更裝配以於該液態電解質之該第三部分從該第二儲存器排出時，從該容器帶入該液態電解質之一第四部分至該第一儲存器中。
如請求項2所述之電鍍系統，其中：該第一機構係裝配以在從該第一儲存器排出及帶入該液態電解質之間振動；及該第二機構係裝配以在從該第二儲存器排出及帶入該液態電解質之間振動。
如請求項1所述之電鍍系統，其中：該第一機構包括一第一滑動件；該第一滑動件係裝配以在該第一儲存器中移動；該第二機構包括一第二滑動件；以及該第二滑動件係裝配以在該第二儲存器中移動。
如請求項4所述之電鍍系統，其中：該第一滑動件之一截面面積等同於該第一儲存器所定義之一第一空間的一截面面積；以及該第二滑動件之一截面面積等同於該第二儲存器所定義之一第二空間的一截面面積。
如請求項1所述之電鍍系統，其中沒有設置裝配來攪拌該液態電解質的機構在該容器中。
如請求項1所述之電鍍系統，其中當該第一機構係從該第一儲存器排出該液態電解質之該第二部分至該容器中時，除了到該第二儲存器之外，該液態電解質之部分係不離開該容器。
如請求項1所述之電鍍系統，其中：該第一機構係裝配以於一方向中排出該液態電解質之該第二部分；該第一機構係裝配以在該方向中移動，以排出該液態電解質之該第二部分；以及該第二機構係裝配以在該方向中移動，以帶入該液態電解質之該第三部分。
如請求項1所述之電鍍系統，其中：該第一儲存器係以當該基板位於該基板固持件中時，正交於包括該基板之一平面的一第一截面面積作為特徵；該第二儲存器係以正交於該平面之一第二截面面積作為特徵；該容器係以正交於該平面之一第三截面面積作為特徵；該第三截面面積係少於該第一截面面積；以及該第三截面面積係少於該第二截面面積。
如請求項1所述之電鍍系統，其中：該容器包括一密封件，裝配以接觸該基板固持件中之該基板的外緣；該容器之一第一區段包括該密封件及位於該基板固持件及該第一儲存器之間；該容器之一第二區段包括該密封件及位於該基板固持件及該第二儲存器之間；該容器之一第三區段包括一底板，該底板相反於該基板固持件，該底板係於該第三區段中為實質上平面，該容器之該第三區段係位於該第一區段及該第二區段之間；該容器之該第一區段包括一第一通道，該第一通道係裝配而使得正交於通過該第一通道之流動的該第一通道的該截面面積係變化不多於5%；以及該容器之該第二區段包括一第二通道，該第二通道係裝配而使得正交於通過該第二通道之流動的該第二通道之該截面面積係變化不多於5%。
一種電鍍一基板之方法，該方法包括：接觸一容器中之一基板固持件上之該基板於一電解質，該電解質包括複數個金屬離子；使該電解質之一第一部分從一第一儲存器流入至該容器中；使該電解質於一第一方向中流過該基板；使該電解質之一第二部分從一第二儲存器流入至該容器中；使該電解質於一第二方向中流過該基板，該第二方向相反於該第一方向；以及當使該電解質於該第一方向中流動時及當使該電解質於該第二方向中流動時，電化學電鍍金屬於該基板上。
如請求項11所述之方法，更包括：於該第一方向及該第二方向之間振動該電解質之流動。
如請求項12所述之方法，其中振動該流動包括於該第一方向與該第二方向之間對稱地振動該流動。
如請求項11所述之方法，其中當使該電解質於該第一方向中流過該基板時及當使該電解質於該第二方向中流過該基板時，該電解質之應變率在通過該基板固持件中之該基板時係為一致。
一種電鍍一基板之方法，該方法包括：接觸一容器中之一基板固持件上之該基板於一電解質，該電解質包括複數個金屬離子；使該電解質之一第一部分從一第一儲存器流入至該容器中；使該電解質於一第一方向中流過該基板；使該電解質之一第二部分從一第二儲存器流入至該容器中；使該電解質於一第二方向中流過該基板，該第二方向相反於該第一方向；振動該第一方向及該第二方向之間的該電解質之流動；以及當振動該第一方向及該第二方向之間的該電解質之該流動時，電化學電鍍金屬於該基板上。