TWI504779B - Electrolytic plating equipment - Google Patents

Description

無電解電鍍設備

本發明係有關一種無電解電鍍設備與方法，尤指一種適用於晶圓，可使無電解電鍍液濃度均勻分佈，並得以均勻流經每一晶圓，以改善鍍膜厚度之均勻性，並利用超音波震盪增進微孔電鍍之無電解電鍍設備與方法。

無電解電鍍為一項成熟之電鍍技術，目前主要係應用於非晶圓之物品上；因此，於鍍膜厚度均勻性方面並無嚴格要求，且極少有有對於微孔電鍍之要求。

近年來，隨著半導體技術之快速發展，將無電解電鍍技術應用於晶圓上之機會亦隨著大幅增加；舉凡如矽晶片或砷化鎵晶片背面導孔(backside via hole)之電鍍技術等。

然而，前述技術對於鍍膜厚度均勻性及微孔電鍍則有越來越高的要求；換言之，於執行晶圓電鍍方面，習知無電解電鍍技術將難以符合當前之需求。

有鑑於此，為因應於晶圓上執行無電解電鍍技術之高標準要求，對於無電解電鍍技術之改良主要可由兩方面著手：其一為研發新的電鍍液配方，其二則係為對無電解電鍍設備加以改良。緣此，本發明之發明人針對無電解電鍍設備加以革新，以期使晶圓電鍍獲得最佳之效果。

本發明之主要目的在於提供一種適用於半導體晶圓之無電解電鍍設備與方法，可使無電解電鍍液濃度均勻分佈，並得以均勻流經每一晶圓，以改善鍍膜厚度之均勻性。

本發明之另一目的在於提供一種利用超音波震盪之無電解電鍍設備與方法，以改善微孔電鍍之鍍膜厚度均勻性。

為達上述目的，本發明係提供一種無電解電鍍設備，供對至少一晶圓進行無電解電鍍處理，包括一槽體單元、一晶圓承載單元、一無電解電鍍液供應單元以及一超音波震盪單元；其中，前述槽體單元係設有至少一入水口，供承裝一無電解電鍍液；前述晶圓承載單元係結合於前述槽體單元內；前述無電解電鍍液供應單元係用於將無電解電鍍液經前述入水口，供應至該槽體單元內；前述超音波震盪單元則係結合於該無電解電鍍槽體單元，用於均勻擾動該槽體單元內之無電解電鍍液。

本發明另提供有一種無電解電鍍設備，包括有一槽體單元、一晶圓承載單元以及一無電解電鍍液供應單元；其中，前述槽體單元係用於承裝一無電解電鍍液，並設有複數個入水口，藉以使流入之無電解電鍍液產生多流場效果；前述晶圓承載單元係結合於前述槽體單元內；前述無電解電鍍液供應單元則係用於將無電解電鍍液經前述入水口供應至該槽體單元內。

此外，本發明另提供有一種無電解電鍍方法，包括以下步驟：提供一設有至少一入水口之槽體單元；提供一可與前述槽體單元相結合之晶圓承載單元，藉以固定前述至少一晶圓；提供一無電解電鍍液供應單元，藉以將無電解電鍍液經前述入水口供應至該該槽體單元內；以及提供一可與前述槽體單元相結合之超音波震盪單元，藉以均勻擾動該槽體單元內之無電解電鍍液。

為對於本發明之特點與作用能有更深入之瞭解，茲藉實施例配合圖式詳述於後。

本發明係揭示一種無電解電鍍設備，用以對至少一晶圓進行無電解電鍍處理；前述無電解電鍍設備主要包括有一槽體單元、一晶圓承載單元以及一無電解電鍍液供應單元；其中，前述槽體單元係設有至少一入水口，供承裝一無電解電鍍液；前述晶圓承載單元，係結合於前述槽體單元內；而前述無電解電鍍液供應單元則係用以將無電解電鍍液該經入水口供應至該槽體單元內。

於實施時，本發明之特色主要包括四點：首先，關於無電解電鍍液之流場控制；其次，晶圓承載單元於結構上之改良；第三，關於超音波震盪之應用；以及最後，關於將晶圓承載單元實施晃動。上述四點改良，可單獨或任意組合而為本發明之無電解電鍍設備所採用；以下將逐一加以闡述。

一、流場控制：

請參閱第1與1A圖，其係顯示無電解電鍍液於供應與循環方面之一實施例。如圖所示，於此實施例中，本發明之無電解電鍍設備除包括一槽體單元1以及一無電解電鍍液供應單元3外，亦包括有一循環單元；而該循環單元則具有一外槽體6。

如第1A圖所示，當無電解電鍍液供應單元3將無電解電鍍液供應至槽體單元1後，所注入之無電解電鍍液將被循環使用；而為使無電解電鍍液持續處於流動狀態，本實施例係以循環單元達此目的。

前述循環單元之外槽體6係用於接收由槽體單元1溢流出之無電解電鍍液，並將所接收之無電解電鍍液再注入槽體單元1內；而流入外槽體6內之無電解電鍍液，則經出水管線14再注入槽體單元1內循環使用。

上述僅為一種實施方式；於實際操作時，亦可使無電解電鍍液供應單元3先將無電解電鍍液注入外槽體6內，再經由出水管線14注入槽體單元1內。凡此可使無電解電鍍液循環利用之結構設計，皆為本發明所涵蓋者。

如前文所述，於槽體單元1內之無電解電鍍液必須處於流動狀態，藉以對晶圓進行無電解電鍍；而對於無電解電鍍液之流場控制，則為本發明之主要特色之一。

隨著槽體單元1入水口數目之增加，無電解電鍍液之流場亦將有所改變。當設有單一入水口時，於槽體單元1內將僅形成一相對應之流場；此時，對於槽體單元1內之被鍍物(即晶圓)而言，將產生鍍膜厚度不均勻或甚至局部未鍍上之情形；例如，若流場係主要流經被鍍物中間區域，則被鍍物兩側將無法達到正常的鍍膜厚度要求。

因此，於實施時，經由使槽體單元1設有複數個入水口12，可使流入的無電解電鍍液產生多流場效果；如第3圖所示，所產生之多流場將於槽體單元1內均勻分布，而使被鍍物可獲得較均勻之鍍膜厚度。

二、超音波震盪之使用

請參閱第7圖，其係為顯示本發明之無電解電鍍設備使用超音波裝置之示意圖。如圖所示，於此示例中，本發明之無電解電鍍設備更包括有一超音波震盪單元；於實施時，前述超音波震盪單元可為複數個震子，分別係結合於槽體單元1上，藉以均勻擾動該槽體單元1內之無電解電鍍液，而使無電解電鍍液與晶圓間之接觸得以更為均勻。

除上述效果外，超音波震盪之使用，對於晶圓之導孔(via hole)電鍍亦有極佳之效果。晶圓於結構上常有導孔產生，因此於進行無電解電鍍時，除晶圓表面外，導孔內亦須鍍上。然而，由於晶圓上的導孔相當微小，一般僅能依靠無電解電鍍液本身的擴散作用，方能進入孔內；再者，又因孔內有空氣阻擋，因此導孔內通常不容易鍍上。

為改進晶圓於導孔電鍍上之缺點，遂使用超音波技術。當使用超音波進行震盪時，將可產生許多真空泡；由於超音波震盪所產生的真空泡較小，因此可輕易進入導孔內，驅趕導孔內之空氣，強化無電解電鍍液於導孔內、外之對流，進而增加導孔內之鍍膜厚度。此外，於超音波之使用方面，可依需要採用不同頻率或不同震盪方式(如單次震盪或多次間隔式震盪)。

三、晶圓承載單元結構改良

請參閱第2圖，其係顯示本發明之無電解電鍍設備之晶圓承載單元。如圖所示，該晶圓承載單元2主要包括一架體22以及至少一組夾持部24。其中，前述架體22主要特徵在於其係大面積鏤空；前述每組夾持部24則係設置於架體22上相對應之兩側，用以固定至少一晶圓。

於實施時，由第2圖可知，前述大面積鏤空，主要係針對晶圓承載單元2之架體22的側邊與下方部分。如第3至4圖所示，當將承裝有多片晶圓之晶圓承載單元置入槽體單元1時，經由將前述架體22大面積鏤空，於槽體單元1內流動之無電解電鍍液將得以無阻礙地流經架體22。

此外，將架體22大面積鏤空，亦可便於配合超音波震盪之實施。如前文所述，當實施超音波震盪時，無電解電鍍液將被擾動；被擾動之無電解電鍍液可經鏤空部分流入架體22內，而與晶圓相接觸，以將超音波產生之效應無阻礙地傳達至晶圓上。

四、晃動機構

如第2圖所示，於晶圓承載單元2內，晶圓係垂直加以擺放；因此，無電解電鍍液於晶圓表面各處之流速，實難保持一致。此外，於無電解電鍍過程中，所產生之氣體容易形成氣泡而附著於晶圓表面。如此，皆將造成晶圓表面鍍膜厚度不一。

因此，為改善此一缺點，於實施時，本發明之無電解電鍍設備可更包括有一晃動單元，其係與晶圓承載單元相連接，用以驅動該晶圓承載單元沿垂直方向晃動。

請參閱第5至6圖，其中顯示有前述晃動單元之一示例。如圖所示，晃動單元5包括有一驅動裝置52、一連動件54以及一第一結合件56。前述驅動裝置52(例如馬達)係與連動件54相結合，藉以將連動件54沿垂直方向晃動；前述第一結合件56則係以一側與該連動件54相互結合，其另一側則係結合於架體22之上半部。

藉此，當啟動驅動裝置52時，可將動力經連動件54傳遞至第一結合件56上，而使晶圓承載單元2沿垂直方向晃動。經由此垂直晃動之作用，不僅可使無電解電鍍液均勻流經晶圓表面各處；同時，第一結合件56之垂直作動，亦將造成槽體單元1內無電解電鍍液之擾動，進而可使無電解電鍍液之濃度分佈更為均勻。

請參閱第8至9圖，其係分別顯示於採用不同組合之條件下，對於晶圓進行無電解電鍍之結果。首先，第8圖係顯示經無電解電鍍處理後之晶圓導孔，其中晶圓表面、導孔內側壁以及導孔底部係分別放大顯示於第8A至8C圖中。第8圖所採用之條件組合如下：單流場效果；未使用晃動機構；所使用之超音波為較低頻率(120千赫茲)，且震動方式為單次震動。

第9圖則係顯示採用另一組條件之無電解電鍍結果：同樣地，第9圖內A、B、C區域分別為晶圓表面、導孔內側壁以及導孔底部，且亦放大顯示於第9A至9C圖中。第9圖所採用之條件組合如下：多流場效果；使用晃動機構；所使用之超音波為較高頻率(470千赫茲)，且震動方式為多次間隔震動。

如前文所述，於晶圓之無電解電鍍過程中，導孔係為較難鍍上之區域，其中導孔底部更為困難。然而，經比較上述兩組圖式不難發現，於前述兩組條件下，導孔內側壁皆可確實被鍍上；而當同時採用本發明之所有特色時，即第9圖中於導孔底部所鍍上之厚度(大於800埃)，更可為第8圖中導孔底部鍍上厚度(小於400埃)之兩倍以上。

此外，如第10圖所示，本發明亦提供有一種無電解電鍍方法，包括以下步驟：A1提供一設有至少一入水口之槽體單元；A2提供一可與前述槽體單元相結合之晶圓承載單元，藉以固定前述至少一晶圓；A3提供一無電解電鍍液供應單元，藉以將無電解電鍍液經前述入水口供應至該槽體單元內；以及A4提供一可與前述槽體單元相結合之超音波震盪單元，藉以均勻擾動該槽體單元內之無電解電鍍液。

綜上所述，本發明確實可達到預期之目的，而提供一種無電解電鍍設備與方法，其可使無電解電鍍液濃度均勻分佈，並可均勻流經每一晶圓，以改善鍍膜厚度之均勻性，同時亦可增加微孔電鍍之鍍膜厚度。其確具產業利用之價值，爰依法提出專利申請。

又上述說明與圖式僅是用以說明本發明之實施例，凡熟於此業技藝之人士，仍可做等效的局部變化與修飾，其並未脫離本發明之技術與精神。

1．．．槽體單元

4．．．超音波震子

12．．．入水口

5．．．晃動單元

14．．．入水管線

52．．．驅動裝置

2．．．晶圓承載單元

54．．．連動件

22．．．架體

56．．．第一結合件

24．．．夾持部

6．．．外槽體

3．．．無電解電鍍液供應單元

7．．．晶圓

A1．．．提供一設有至少一入水口之槽體單元

A2．．．供一可與前述槽體單元相結合之晶圓承載單元，藉以固定前述至少一晶圓

A3．．．供一無電解電鍍液供應單元，藉以將無電解電鍍液經前述入水口供應至該槽體單元內

A4．．．供一可與前述槽體單元相結合之超音波震盪單元，藉以均勻擾動該槽體單元內之無電解電鍍液

第1圖係顯示本發明之無電解電鍍設備之槽體單元之立體外觀圖。

第1A圖係為本發明之無電解電鍍設備中無電解電鍍液供應與循環之方塊圖。

第2圖係顯示本發明之無電解電鍍設備之晶圓承載單元之立體外觀圖。

第3圖係顯示本發明之無電解電鍍設備之晶圓承載單元與槽體單元於組裝後之俯視圖。

第4圖係為第3圖之側視剖面示意圖。

第5圖係顯示本發明之無電解電鍍設備之晶圓承載單元、槽體單元與晃動單元於組裝後之俯視圖。

第6圖係係為第5圖之側視剖面示意圖。

第7圖係顯示本發明之無電解電鍍設備之晶圓承載單元、槽體單元以及超音波震盪單元於組裝後之側視剖面示意圖。

第8圖係顯示晶圓經無電解電鍍後之掃描電子顯微鏡影像，其中所進行之無電解電鍍係使用單次較低頻率(120千赫茲)之超音波震盪以及單管流場。

第8A至8C圖係分別為第8圖中A、B、C區域之局部放大圖。

第9圖係顯示晶圓經無電解電鍍後之掃描電子顯微鏡影像，其中所進行之無電解電鍍係使用多次間隔式較高頻率(470千赫茲)之超音波震盪、多管流場以及晃動單元。

第9A至9C圖係分別為第9圖中A、B、C區域之局部放大圖。

第10圖係顯示本發明之無電解電鍍方法之流程圖。

1．．．槽體單元

12．．．入水口

14．．．入水管線

2．．．晶圓承載單元

22．．．架體

24．．．夾持部

4．．．超音波震子

6．．．外槽體

7．．．晶圓

Claims (14)

1. 一種無電解電鍍設備，供對至少一晶圓進行無電解電鍍處理，包括：一槽體單元，係設有至少一入水口，供承裝一無電解電鍍液；一晶圓承載單元，係結合於前述槽體單元內；一無電解電鍍液供應單元，係用以將無電解電鍍液經前述入水口供應至該槽體單元內；以及一超音波震盪單元，係結合於該槽體單元，用以均勻擾動該槽體單元內之無電解電鍍液。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無電解電鍍設備，其中該槽體單元係設有複數個入水口，藉以使流入之無電解電鍍液產生多流場效果。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之無電解電鍍設備，其中前述無電解電鍍液供應單元係經由至少一管線，將無電解電鍍液經前述入水口供應至該槽體單元內。
4. 如申請專利範圍第1項所述之無電解電鍍設備，其中該晶圓承載單元係具有一架體以及至少一組夾持部；前述架體係大面積鏤空，藉以使無電解電鍍液得以無阻礙地流經架體；前述每組夾持部則係設置於架體上相對應兩側，供固定至少一晶圓。
5. 如申請專利範圍第4項所述之無電解電鍍設備，更包括一晃動單元；該晃動單元係與該晶圓承載單元相連接，用以驅動該晶圓承載單元沿垂直方向晃動。
6. 如申請專利範圍第5項所述之無電解電鍍設備，其中該晃動單元具有一驅動裝置、一連動件以及一第一結合件；前述驅動裝置係與連動件相結合，供將連動件沿垂直方向晃動；而該第一結合件則係以一側與該連動件相結合，並以另一側結合於該晶圓承載單元之架體之上半部。
7. 如申請專利範圍第1項所述之無電解電鍍設備，更包括一循環單元，用以接收由槽體單元溢流出之無電解電鍍液，並將該無電解電鍍液經該至少一入水口再注入該槽體單元內。
8. 一種無電解電鍍設備，供對至少一晶圓進行無電解電鍍處理，包括：一槽體單元，供承裝一無電解電鍍液，並設有複數個入水口，藉以使流入之無電解電鍍液產生多流場效果；一晶圓承載單元，係結合於前述槽體單元內；以及一無電解電鍍液供應單元，係用以將無電解電鍍液經前述入水口供應至該槽體單元內。
9. 如申請專利範圍第8項所述之無電解電鍍設備，更包括一超音波震盪單元；該超音波震盪單元係結合於該槽體單元，用以均勻擾動該槽體單元內之無電解電鍍液。
10. 如申請專利範圍第8項所述之無電解電鍍設備，其中前述無電解電鍍液供應單元係經由複數條管線，將無電解電鍍液經前述入水口供應至該槽體單元內。
11. 如申請專利範圍第8項所述之無電解電鍍設備，其中該晶圓承載單元係具有一架體以及至少一組夾持部；前述架體係大面積鏤空，藉以使無電解電鍍液得以無阻礙地流經架體；前述每組夾持部則係設置於架體上相對應兩側，供固定至少一晶圓。
12. 如申請專利範圍第11項所述之無電解電鍍設備，更包括一晃動單元；該晃動單元係與該晶圓承載單元相連接，用以驅動該晶圓承載單元沿垂直方向晃動。
13. 如申請專利範圍第12項所述之無電解電鍍設備，其中該晃動單元具有一驅動裝置、一連動件以及一第一結合件；前述驅動裝置係與連動件相結合，供將連動件沿垂直方向晃動；而該第一結合件則係以一側與該連動件相結合，並以另一側結合於該晶圓承載單元之架體之上半部。
14. 如申請專利範圍第8項所述之無電解電鍍設備，更包括一循環單元，用以接收由槽體單元溢流出之無電解電鍍液，並將該無電解電鍍液經該複數個入水口再注入該槽體單元內。