TW392199B - Megasonic plating system - Google Patents

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B7 五、發明説明（01) 超大音波鍍敷系統 枯術領域 (請先閱讀背面之注$項再填窝本K ) 本發明係關於濕處理鍍敷池及設備，尤指一種用於無 電鍵敷之改良艘敷池，其中超大音波能量被施加至鍍敷池 中的溶液’且其中於鍍敷過程中工件或基體被旋轉以達到 鍍敷材料的均勻沈積。 發明背景 經濟部t夬樑準局貝工消费合作.杜印榘 在典型的無電處理中，例如銅鍍敷矽晶圓，鍍敷溶液 循環經過錢敷池’且許多矽晶圓被定位於鍍敷池中的載體 或船中°此船之内部被刻以許多溝槽以藉由邊緣來固定晶 圓。於處理期間’船與晶圓被固定成靜止，且溶液循環於 它們周圍。新的溶液經由噴霧器而被導入鍍敷池中，過多 的溶液會溢出超過頂部而進入一承接器β然後溶液以管子 被送回至流體調節槽，在此處溶液被過濾並調整其溫度。 依據處理化學的要求而加入新的化學物質。然後溶液被送 回至噴霧器。經過工件之流體的流動路徑之不規則與不均 等是不可避免的。這些會導致銅鍍敷中的高或低點。然而 ’為了精確高密度半導體加工，在包括銅或其它金屬層的 各鍍敷層中需要相當的平坦度。 在半導體晶圓處理中已使用超大音波，僅使用於與鍍 敷或触刻之前的晶圓清潔。為此用途，已提出數種超大音 波裝置，部份已取得美國專利。

Shwartzman等人之美國專利第4118649號係關於一種 轉換器組件，用於以超大音波頻率（亦即約0.2MHz至約0.5 -4 - 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 83.3.10,000 A7 ----------B7___ 五、發明説明（〇2) ' ---- MHz)來產生聲能，並將聲能施加至清潔槽。等人之 美國專利第5520205號與Bran之美國專利第5365960號各關 於一 種 超 大 音波清 潔 組件， 用 於 清 潔 一 清 潔槽 中之 半 導體 晶圓 〇 晶 圓 被固 定 在 清潔槽 中 的 載 體 或 船 上。 各情 形 中 > 請 Η 使用 超 大 音 波能 量 以 使材料從 晶 圓 的 表 面 鬆弛 ，很 明 顯 地 % ' 上述 專 利 的 發明 人 並 沒有想 到 可 將 超 大 音 波能 量應 用 於 相 面- 之 注 反的 用 途 亦即 幫 助 將材料 沈 積於 晶 圓 的 表面 上。 $ 項 此 外 > 在超 大 音 波清潔 的 各 例 子 中 於超 大音 波清 潔 存 f 操作 期 間 > 載體 或 船 係被靜 止 地 固 定 於 清 潔槽 中 〇 :裝 貰 在金屬鍍敷技術中’不論是電鍍或無電β槽或池中的 錄敷溶液之流動狀態對於成功的操作是非常重要的。流動 狀態受到以下因素影響’例如槽設計，處理容器内的流體 移動’容器内及在溶液導入容器的區域之流體分在，及流 禮接觸與流過晶圓或其它基體時之流體的流動均勻性。然 而’良好的噴霧器設計只能達到金屬化之平坦度的有限增 加，由於會影響到特別是船或載體的邊緣内之流動的其它 因素。 發明目的 經濟部中夾棣年局貝工消费合作杜印裝 本發明之目的在於改善鍍敷池的流動狀態’特別是允 許鍍敷處理以達到橫越基體之表面的高度之塗覆。 ..._______一/ 另一個目的在於改善鍍敷處理，藉著在鍍敷操作期間 施加超大音波能量至池中的锻敷溶液，其可以是電鍍或無 電的。 另外一個目的在於藉著於鍍敷處理期間旋轉其内的載 83.3.10,000 本紙張认遑用中两两家揉率（CMS u%»· ( 210Χ2ηϋΡ) 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（03) 艘及基禮而改變鍍敷處理。 發明説明 依據本發明的一個觀點，提供一種無電鍍敷池以鍍敷 一個或以上的基體，例如具有金屬層之矽晶圓。喷霧器或 等效的注射機構可將無電鍍敷溶液導入鍍敷池中，其中欲 被嫂敷的基體會浸潰於溶液中。喷霧器啓始鍍敷溶液的薄 層流動’其流動越過欲被鍍敷的基體之表面，然後上升並 溢出而進入承接盤中。由此，溶液被送回而用於更新過 渡與溫度處理。與鍍敷池之地板相鄰的超大音波轉換器將 超大音波能量以約〇.2至5 MHz之頻率施加至溶液。頻率可 超過1MHz ’且在某些情形中可超過5MHz。 藉著旋轉梦辱圓可進一步改善氣動养態。這是藉著將 載體或船放置在例如以45_5〇RPM旋轉的旋轉座上。此配置 可避免載體内之死流的區域，並導致金屬化厚度與品質的 均勻度。 鍍敷配置亦可包括快速汲取特性，在鍍敷操件結束時 ’用以在數#内從鍍敷池移除溶液。此可包含一大汲取管 例如直徑為1.5英对’打開至鍍敷池的底部。此外，過 頭沖洗配置包括一對具有沿著長度設置的灑水喷嘴或頭之 平行管。這些特徵的组合可在當鍍敷操作已達完成時快速 地終止鍍敷操作。 用以濕鍍敷一基體之鍍敷配置包含：一鍍敷池，其含 有可浸潰基體的溶液；鍍敷池中的喷霧器機構，適於將溶 液導入池中’·池上的溢流機構，其允許溶液可從池中溢出 (請先聞讀背面之注$項再填寫本頁) :裝. 訂 • 6 - 五、發明説明（〇4 進入流體回轉道，其可將溶液載離鍍敷池；載體機構，用 於將池中的基體固定於溢流機構的下方；流體調節機構， 核合於回轉道與噴霧器之間，以將特別的物質從溶液移除 ’調節溶液’並將溶液經由導管而送回至該喷霧器機構； 旋轉機構’置於該浴液中並固定載體以沿著其軸而旋轉該 載艘；及超大音波轉換器機構，與鍍敷池相通而以超大音 波頻率來施加聲音能量至池中的溶液β於較佳實施例中， 無電鍍敷系統作用為鍍敷溶液，且流體調節機橼包括組成 機構，用以將無電鍍敷成份加至鍍敷系統，以適當地保持 鍍敷溶液平衡。最好，鍍敷池上的溢流機構包括沿著該録 敷池的上邊緣設置的連續三角齒。三角齒可沿著艘敷池之 上邊緣的整個周圍而連續。 Β3圓載體船具有一系列的溝槽，用以固定許多彼此間 隔的基體碟。具有樞軸的蓋子關閉頂部，以保持基體碟於 載體船中，即使是反向。載體船可被連續地旋轉或可以被 前後搖動，超過例如小於36〇度之旋轉弧。 請參閱所附圖式，從較佳實施例的敘述將可明顯看出 本發明之上述及許多其它目的、特徵與優點： 經濟部中央橾率局貝工消费合作社印裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 簡要圖武説明 第一圖由圖1Α與圖1Β所組成，是依據本發明的一個實 施例之鍍敷池與儲存組件的圖形； 第二圖與第三圖分別為依據本發明之此實施例的鐘敷 池之平面與立體圖，指出超大音波轉換器與旋轉特徵。 發明詳細説明 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） 經濟部中央揉车局貝工消费合作杜印製 Α7 Β7 五、發明説明（ 請參閲圖式中的第一囷至第三圖，其指出用於使矽晶 圆或類似物品金屬化之無電鍍數組件10包含一鍍敷池12， 由例如丙二醇酯之適當的化學特性材料做成β池具有矩形 槽14，含有一打開頂部及—或數個喷霧器16，置於底部處 。喷霧器產生槽14中的液體之向上薄層流。溶液會溢出形 成在槽14之頂部的溢道18。溢道包含一列的三角鋸齒或齒 ，其延伸超過槽之整個上周圍。環形承接器或槽2〇包圍溢 道18與槽14,以接收流出溢道之溶液的流動。至少有一汲 取管22放置於承接器2〇上。 矩形細長的轉換器24係放在約於中央的槽14之底部， 且從前端延伸至後端。此轉換器24可用於產生超大音波聲 音能量，其被施加至槽14内的溶液。一可變頻率產生器26 以超大音波範圍内的頻率，亦即約2〇〇1(112與5ΜΗζ之間，施 加一 A.C.信號至轉換器24。產生器2 6視鍍敷處理而定，可 施加單一頻率的固定信號，交替於兩個頻率之間的信號， 或橫跨相當廣的頻率之信號。亦有一氮氣供給器，用以施 加氮氣至轉換器。 儲存器或溶液保持槽30保持無電鍍敷溶液的供給，及 從槽30引出的供給線32。泵34推動溶液經過線路32、粒子 陷阱36與螺管閥38而至饋送線路40,其供給新的溶液至嘴 霧器16。在與汲取2 2連接的三向閥42，回轉線路44將來自 鍍敷池12的溶液送回至儲存器保持槽3〇。 在槽3 0 ’溫度感測器4 6感測溶液的溫度，並發出信號 至溫度控制器48。控制器使熱供給50操作，其以控制速率 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4规格（210X297公釐) (請先聞讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) -裝· 訂 A7 B7 五、發明説明（Q6) 一'- ----;--_----— 秦-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 將熱送至保持槽30内的熱交換線圏52。控制器亦使一冷卻 、統54操作，其將一冷卻流體供給至槽内的冷卻熱交換 線圈56。第一组成注射器機構58與第二組成注射器機構⑼ 視需要分別將额外的成份_混入槽3〇中的溶液。於是槽 3〇中的溶液被保持在控制的溫度並混♦，且在被送回經過 噴霧器16進入槽14之前被過濾。 去離子水源60被耦合至粒子陷阱62，然後耦合至饋送 線路64以供給去離子水至一對喷灑管66 ^這些喷灑管“被 定位在槽14的頂部之上，且在槽14的軸侧上係彼此平行。 噴灑管66沿著管66的長度方向，各設有一列的喷灑嘴或出 如第二圖所示’喷霧器16各具有一列彼此平行且朝向 至槽14之抽的通孔’以產生溶液的薄層流。這裡，喷霧器 具有單列的孔，但實際上可以有兩個以上的平行列。 池12、儲存器30及許多不同的管與線路係由丙二醇酯 或其它適當的抗蝕材料製成。亦可選定材料使得在無電鍍 敷操作之後可容易清潔。 經濟部中央橾準局WC工消费合作杜印製 快速没取68係放置在鍍敷槽14的底部，用以在鍍敷操 作結束時快速地汲取來自槽的溶液^此可以是直徑非常大 的管’約1.5英吋（亦即3.25公分），使得槽中之全部液體 可在極短的時間内被汲取。汲取68連接至三向閥70，交替 地導至共同汲取及回轉導管44。 槽14内定位一載體72或"船"，用以保持一系列的工件 ，其在此實施例中為做成碟形的半導體晶圓74。載體在其 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 經濟部中央橾準局*:工消费合作社印装 五、發明説明（〇为 頂部是打開的，且具有一系列的溝槽使得晶圓能以間隔 的關係被定位並保持於位置上。載體72被打開超過其本體 很多，以允許通過晶圓74的自由流動。提供封裝76，可在 載體72的一側樞轉，以當載體被反向時，可將晶圓74保持 在位置上，封裝76具有一中央槽捍，其可裝配進入晶圓的 邊緣。 旋轉機構80被裝入池12中，這裡所示的是作為以連接 至軸82的皮帶之旋轉驅動，皮帶經過槽14與承接器2〇的壁 中之軸承。在軸82上有一前爪或抓取器84，此抓取器可抓 取並保持載體或船72在其前端。可樞轉地安裝於池12的後 壁中之後爪或抓取器類似地抓取載體72的後端。爪84、86 與旋轉驅動80的特定造形在本發明中並不是重要的，且這 些機構可適用於特定的應用並匹配相關的載體。另外，可 使用至喷霧器之溶液流來推動旋轉機構8〇。 於此旋轉機構80可用於連續旋轉操作，亦即以約45至 60r.P.ffi·來旋轉載體72及其晶圓。然而，如果特殊的鍍敷 操作需要的話’旋轉機構可用於不同的旋轉速度。另一種 方式，旋轉機構可部份地旋轉或搖動載體72，經過例如9〇 至120度的有限圓弧。 此處所示的鍍敷配置可使用於將銅無電鍍敷至矽晶圓 ，但配置並不限於此。本發明可使用於沈積其它的金屬， 或甚至化合物或非金屬，至矽或其它材料的基體。 此鍍敷配置10的操作可簡單地敘述如下：晶圓74的碟 片被排列在載體或船82中的各別槽中，且接受需要的準備 -10 - 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） .----.--：---------裝------訂------d.J (請先閲讀背面之注f項再填寫本頁) 經濟部中央揉率為貝工消费合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（08) 步驟例如清潔操作，後者亦可使用超大音波，如同在上述 專利中’隨著繂體72被放置在槽14中且固定於前與後爪84 與86之間。然後蓋子90 (圖2)被固定在處理池12的頂部上 。從儲存器30施加無電鍍敷溶液至喷霧器16並被導入槽 中，其填充至鋸齒溢道18的位準。連績地供給溶液使得有 溶液的連續向上流動經過並通過晶圓74 ^處理繼續一段預 定長度的時間。於此期間，頻率產生器2 6供給一超大音波 信號至轉換器24’其在槽中的溶液中產生超大音波。旋轉 機構80以適當的速度例如45R. P. M.沿著其線性軸而旋轉載 體72。結合這些效果以在各晶圓74上產生均勻厚度與品質 的一鍍敷銅層。 在鍵敷期間結束時，超大音波轉換器被關掉，且供給 線被關閉以停止新的溶液供給至喷霧器16。閥7〇被打開以 經由快速没取而汲取溶液。在此時，閥經由線路44而將溶 液送至儲存器30。槽14的内含物在數秒内被没出。然後打 開去離子水供給’且管子66噴灑清潔去離子水至晶圓74。 此動作將從晶圓沖洗殘餘的鍍敷溶液。然後沖洗水前進經 過汲取68而至閥70，其現在被切換至共同汲取。然後船或 載體74被移除’且晶圓受到下一個處理步驟。 吾人應可瞭解，可使用數目與鍍敷池相同的儲存器3〇 及相關處理管理設備。此外’鍍敷池12可被連接至許多鍍 敷儲存器，各含有與不同的處理步驟有關之鍍敷溶液。此 技術可與無電鍍敷及電解（電鍍）鍍敷一起使用。在相同的 鍍敷池中可執行無電及電解鍍敷步驟。 -11 - 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐> r)nn-ill·-K 裝 I — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本筲) 订 -妹_

Claims (1)

1. 第87101454號_請案88年09月22日修正本 A8 B8 C8 D8 η 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 六、申請專利範圍（on 1· 一種用於濕鍍敷一基體之鍍敷配置，其中鍍敷池（12, 14)含有溶液；該基體（74)浸潰於内；鍍敷池中的噴霧 器（16)將溶液導入池（12)中；該池上的溢道（18)允許溶 液從池溢出進入流體回轉道（2〇)，其將溶液從池載離； 載體（72)將基體固定於溢道（18)下方的池中；流體調節 «c備（32, 34，36)轉合於回轉道（20)與喷霧器（16)之間 ，從溶液移動任何特殊物質，調節溶液並將溶液經由導 管（32，40)而送回至該喷霧器（16);其特徵在於置於該 浴液中的旋轉座（80，82，84, 86)固定該載體（72)並沿 著其軸而旋轉載體；且與鍍敷池相通的超大音波轉換器 (24)以超大音波頻率施加聲音能量至該池中的溶液。 2. 如申請專利範圍第1項之鍛敷配置，進一步特徵在於 該鍍敷池（12)可將基體鍍敷以一金屬層，使用無電鍍敷 系統作為鍍敷溶液，且流體調節機構包括流體組成（58, 60)’用於將無電鍍敷成份加至該鍍敷系統，以適當地 保持鍍敷溶液於平衡中。 3. 如申請專利範圍第1項之鍍敷配置，進一步特徵在於 琢溢道（1 8 )包括連續的三角齒，沿著鍍敷池的邊緣而設 置。 W又 4. 如申請專利範圍第3項之鍍敷配置，進一步特徵在於 該二角齒係沿著鍍敷池（丨4)之該上邊緣的整個周圍而連 續地設置。 5. 如申請專利範圍第1項之鍍敷配置，進一步特徵在於 該載體（72)包括一晶圓載體船，具有一系列的溝槽用於 本紙張纽適用巾關家縣（CNS )从驗f (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -12 - 第87101454號_請案88年09月22日修正本 A8 B8 C8 D8 η 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 六、申請專利範圍（on 1· 一種用於濕鍍敷一基體之鍍敷配置，其中鍍敷池（12, 14)含有溶液；該基體（74)浸潰於内；鍍敷池中的噴霧 器（16)將溶液導入池（12)中；該池上的溢道（18)允許溶 液從池溢出進入流體回轉道（2〇)，其將溶液從池載離； 載體（72)將基體固定於溢道（18)下方的池中；流體調節 «c備（32, 34，36)轉合於回轉道（20)與喷霧器（16)之間 ，從溶液移動任何特殊物質，調節溶液並將溶液經由導 管（32，40)而送回至該喷霧器（16);其特徵在於置於該 浴液中的旋轉座（80，82，84, 86)固定該載體（72)並沿 著其軸而旋轉載體；且與鍍敷池相通的超大音波轉換器 (24)以超大音波頻率施加聲音能量至該池中的溶液。 2. 如申請專利範圍第1項之鍛敷配置，進一步特徵在於 該鍍敷池（12)可將基體鍍敷以一金屬層，使用無電鍍敷 系統作為鍍敷溶液，且流體調節機構包括流體組成（58, 60)’用於將無電鍍敷成份加至該鍍敷系統，以適當地 保持鍍敷溶液於平衡中。 3. 如申請專利範圍第1項之鍍敷配置，進一步特徵在於 琢溢道（1 8 )包括連續的三角齒，沿著鍍敷池的邊緣而設 置。 W又 4. 如申請專利範圍第3項之鍍敷配置，進一步特徵在於 該二角齒係沿著鍍敷池（丨4)之該上邊緣的整個周圍而連 續地設置。 5. 如申請專利範圍第1項之鍍敷配置，進一步特徵在於 該載體（72)包括一晶圓載體船，具有一系列的溝槽用於 本紙張纽適用巾關家縣（CNS )从驗f (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -12 - A8 B8 C8 D8 經濟部中央揉率局貝工消費合作社印袈 ---- 、申請專利範 圍 02 -- ^j I 固 定彼 此 分 開 的 許 多基體 碟（74)， 且 其 具 有 一 打開 的 頂 1 1 I 部 :以 及 — 封 裝 (7 6 )，可 當載體被 反 向 時 > 關 閉該 頂 部 1 1 以 保持 該 基 體 碟 於 該載體 船（74)中 0 1 1 6 · 如申 請 專 利 範 圍 第1項 之鍍敷配 置 J 進 步 特徵 在 於 N 請 先 1 1 該 旋轉 固 定 器 包括 一配置 (80， 82) 用 於 在 鍍 敷操作期 聞 讀 背 1 1 間 連續 地 哼轉 該 載 體（72)於該池中 0 面 之 I 7. 如申 請 專 利 範 圍 第1項 之鍍敷配 置 進 一 步 特徵 在 於 /λ 意 事 項 1 * 1 1 該 旋轉 固 定 器 包 括 機構（80，82)， 用 於 在 鍍 敷期間 搖 動 再 填 1 1 該 載體（72)於 該 池 中0 本 頁 | 8. 如申 請 專 利 範 圍 第1項 之鍍敷配 置 其 特 徵 在於 該 超 1 I 大 音波轉換 器 (24) 包括一 細長的轉 換 器 構 件 > 置於 該 池 1 I (1 2 )的 基 底 且 平 行於該 載體（72)的 轴 〇 1 1 訂 1 9. 如申 請 專 利 範 圍 第1項 之鍍敷配 置 其 特 徵 在於 該 超 大 音波 頻 率 約 為 500KHz或 以上。 1 1 10. 如申 請 專 利 範 圍 第1項 之鍵敷配 置 進 一 步 特徵 在 於 1 | 該 池（1 2 ) 包 括 — 快 速汲取 配置（6 8) J 用 於 在 約 十秒 或 更 短 的汲 取期 間 内 從 該池（1 2 )没取溶 液 0 11 - 如申 請 專 利 範 圍 第10項 之鍍敷配 置 > 進 — 步 特徵 在 於 1 該 快速 汲 取 包 括 一 汲取管 (68)，具 有 至 少 約 3. 25公 分 之 1 直 徑。 I 12 * 如申 請 專 利 範 圍 第1項 之鍍敷配 置 進 步 特徵在 於 1 1 1 該 沖洗 管 (66) 置 於 該鍍敷 池（14)上 方 用 於 以 沖洗 流 體 I 1 來喷灑 該 基 體 0 1 1 13 • 如申 請 專 利 範 圍 第12項 之鍍敷配 置 其 中 該 沖洗 機 構 1 I - 13 - I 1 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 392199 is8 C8 _______ D8__ 夂、申請專利範圍Μ 包括至少一嘴魏機構，置於該池中的該載體上方；及機 構供給該沖洗流體至該喷灑機構。 14. 一種用於濕鍍敷一基體之鍍敷配置，其中鍍敷池（12) 含有溶液’該基體浸潰於内；鍍敷池中的噴霧器（16)將 溶液導入池中；池上的溢道（丨8)允許溶液從池溢出進入 流體回轉道（20)以將溶液從池（12，14)載離；基體載體 (72)將基體固定於溢道下方的池中；流體調節設備輕合 於回轉道（20)與噴霧器（16)之間，從溶液移動任何特殊 物質，調節溶液並將溶液經由導管（32，40)而送回至噴 霧器（16);其特徵在於置於該浴液中的旋轉座（8〇，82 84’ 86)固定該載體（72)，並在鍍敷操作期間沿著其軸 而旋轉載體。 15·—種用於濕鍍敷一基體之鍍敷配置，其中鍍敷池（U) 含有溶液，該基體浸潰於内；鍍敷池中的噴霧器（16)將 溶液導入池中；池上的溢道（18)允許溶液從池溢出進入 流體回轉道（20)，其將溶液從池載離；基體載體（？2)將 基體固定於溢道下方的池中；流體調節設備耦合於回轉 經濟部中央梂率局貝工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 道（20)與喷霧器（16)之間，從溶液移動任何特殊物質、 調節溶液，並將溶液經由導管而送回至喷霧器（16);基 體載體固定器（84, 86)係置於該浴液中並將載體（72)固 定於該池中；其特徵在於與鍍敷池（12，14)相通的超大 曰波轉換器（24)以超大音波頻率施加聲音能量至梦：也中 的溶液。 ' -14 -本紙張尺度逋用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公| )