TWI658170B - 在基板上均勻金屬化的裝置及方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露了在基板上均勻金屬化的裝置及方法。根據本發明的一實施例，提出的在基板上均勻金屬化的裝置包括：浸入式腔體、至少一組電極、基板固持裝置、至少一個超聲波或兆聲波裝置及反射板以及旋轉驅動裝置。浸入式腔體盛放至少一種金屬鹽電解液。至少一組電極與一個獨立電源相連接。基板固持裝置固持至少一塊基板，並且該基板固持裝置與基板可導電的一面電連接，基板可導電的一面面向一個電極。至少一個超聲波或兆聲波裝置及反射板被平行地設置，以在浸入式腔體內形成超聲波或兆聲波駐波。旋轉驅動裝置帶動基板固持裝置繞著其軸線在駐波區域內旋轉，以使在累積時間內，基板表面獲得均勻的聲能強度分佈。

Description

在基板上均勻金屬化的裝置及方法

本發明關於一種基板在電解液中金屬化的裝置及方法，尤其關於一種將至少一超聲波或兆聲波裝置應用在基板金屬化裝置中，並結合控制基板運動的動態控制機構，使基板表面獲得均勻的聲波能量，從而達成在電解液中超均勻沈積金屬薄膜，且薄膜沈積速率與傳統方法相比有顯著提高。

在超大型積體電路製造中，採用在超薄的大抗阻籽晶層上電化學沈積一層金屬膜層，通常是銅層，來形成電導線路，該沈積通常是在電解液環境中進行。這種沈積工藝可填充通孔結構、溝槽結構或兩種結構的混合結構。當這些結構被填充時，金屬銅連續地沈積並在半導體晶圓表面形成一層膜。最終形成的銅膜均勻度至關重要，因為後續用來去除多餘銅的工藝步驟(通常是平坦化步驟CMP)要求銅膜有很高的均勻度，從而使最終從生產線上產出的器件與器件之間獲得相同的電性能。

目前，在電解液中進行金屬化也被應用在填充TSV(Through Silicon Via矽通孔技術)，從而在3-D的 晶圓和晶圓之間製作垂直導通。在TSV應用中，孔口直徑為數個微米或更大，孔深為數百微米，TSV尺寸要比採用典型的雙大馬士革工藝的尺寸大幾個數量級。在如此高的縱寬比，且深度接近於晶圓自身厚度的孔中，填充孔結構成為一個難題。用於典型雙大馬士革工藝的金屬沈積系統的沈積速率較低，通常只有數千埃每分鐘，無法滿足TSV製造的效率。

為達成深孔中無孔隙，並且由底部至上的填孔，在電解液中加入多種有機添加劑來控制局部沈積速率。在沈積過程中，這些有機添加劑組分常常分解為副產物。分解的副產物聚集在電鍍液中並且降低了填充的性能。如果這些副產物作為雜質結合到電鍍膜中，它們會成為孔穴的形核核心，使得器件的可靠性失效。因此，在沈積工藝中，需要提高深孔附近的化學交換速率，加快新鮮活性成分的補充和分解後副產物的移除。此外，由於深孔具有高縱寬比，電解液從孔口流過，在孔內產生渦流。對流難以在電解液流體與渦流內進行，新鮮的化合物與分解後副產物在電解液主流體與孔隙底部的傳輸主要以擴散方式進行。對於諸如TSV的深孔，則具有更長的擴散路徑，進一步限制了化合物交換。並且，在TSV的長路徑中緩慢的擴散過程阻礙了沈積速率的提高，而生產製造常常需要採用高沈積速率來降低成本。在由質量傳遞控制的電化學方法中，最大沈積速率與極限電流密度相關，在一定電解液濃度條件下，極限電流密度與擴散二重層厚度成反比。 擴散二重層厚度越低，極限電流密度越高，沈積速率就可能越高。專利WO/2012/174732,PCT/CN2011/076262揭示了一種利用超聲波或兆聲波在半導體晶圓上沈積金屬薄膜的裝置和方法用以克服上述問題。

在使用了超聲波或兆聲波裝置的電鍍槽中，透過採用聲感測器和其他的光-聲檢測工具進行能量強度測試，發現沿著超聲波或兆聲波裝置長度方向的波的分佈不均勻。如果在這樣的電鍍槽中對半導體晶圓進行金屬化處理，那麽半導體晶圓上的每一點所獲得的聲波能量是不同的，從而導致半導體晶圓上沈積的金屬薄膜的均勻度降低。

此外，在具有聲場的電鍍槽中，波在傳播過程中，由於槽壁的吸收以及在添加劑和副產物周圍發生的衍射，導致波的能量損失。因此，在聲源附近區域的聲波能量強度與離聲源較遠區域的聲波能量強度不同。駐波形成在兩平行平面之間，並能將電鍍槽中的波的能量損失減小到最小，且能量轉移僅發生在駐波的節點和非節點之間。然而，波的能量強度在其節點和非節點處是不同的，從而導致聲波能量沒有均勻的施加到半導體晶圓上。再者，在沈積金屬薄膜的整個過程中，控制駐波的形成的難度較大，其原因在於很難調節兩個平面之間的平行度和間距。

綜上，需找到一種透過控制聲波能量強度分佈均勻性進而控制金屬薄膜沈積均勻性的方法，且要求電鍍槽中聲波的能量損失達到最小。

本發明提供了一種具有至少一個超聲波裝置或兆聲波裝置的金屬化裝置，該金屬化裝置用於在電解液中高均勻度金屬薄膜沈積，且薄膜沈積速率與傳統方法相比有顯著提高。在本發明中，基板被動態控制，所以，在基板的每個運動週期內，基板上的每個點均經過整個聲場區，從而使基板上的每個點在一累積時間內所獲得的總聲能相同，在沈積膜快速生長的同時，其沈積厚度均勻。

根據本發明的一個實施例，提出的在基板上均勻金屬化的裝置包括：浸入式腔體、至少一組電極、基板固持裝置、至少一個超聲波或兆聲波裝置、反射板及旋轉驅動裝置。浸入式腔體盛放至少一種金屬鹽電解液。至少一組電極與一個獨立電源相連接。基板固持裝置固持至少一塊基板，並且該基板固持裝置與基板可導電的一面電連接，基板可導電的一面面向一個電極。至少一個超聲波或兆聲波裝置及反射板被平行地設置以在浸入式腔體內形成超聲波或兆聲波駐波。旋轉驅動裝置帶動基板固持裝置繞著其軸線在駐波區域內旋轉，以使在累積時間內，基板表面獲得均勻的聲能強度分佈。

根據本發明的另一個實施例，提出的在基板上均勻金屬化的裝置包括：浸入式腔體、至少一組電極、基板固持裝置、至少一個超聲波或兆聲波裝置及旋轉驅動裝置。浸入式腔體盛放至少一種金屬鹽電解液。至少一組電極與一個獨立電源相連接。基板固持裝置固持至少一塊基 板，並且該基板固持裝置與基板可導電的一面電連接，基板可導電的一面面向一個電極。至少一個超聲波或兆聲波裝置在浸入式腔體內產生超聲波或兆聲波。旋轉驅動裝置帶動基板固持裝置繞著其軸線在聲波區域內旋轉，以使在累積時間內，基板表面獲得均勻的聲能強度分佈。

根據本發明的一個實施例，提出的在基板上均勻金屬化的方法包括：向浸入式腔體內供應至少一種金屬鹽電解液；轉移一塊基板到基板固持裝置，該基板固持裝置與基板可導電的一面電連接，且基板可導電的一面面向一個與獨立電源相連接的電極；給基板載入第一偏壓；使基板旋轉；將基板浸入浸入式腔體；給基板載入一個電流；打開超聲波或兆聲波裝置；使基板固持裝置在聲波區域內振動，同時週期性地改變超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離；關閉超聲波或兆聲波裝置，停止振動基板固持裝置，以及停止週期性地改變超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離；給基板載入第二偏壓；將基板移出金屬鹽電解液；使基板停止旋轉。

102‧‧‧超聲波或兆聲波裝置

104‧‧‧具有高聲能強度亮條紋區

202‧‧‧超聲波或兆聲波裝置

204‧‧‧反射板

206‧‧‧基板

3001‧‧‧基板

3002‧‧‧電極

3003‧‧‧基板固持裝置

3004‧‧‧超聲波或兆聲波裝置

3005‧‧‧反射板

3011‧‧‧滲透膜

3012‧‧‧豎直驅動裝置

3013‧‧‧水平驅動裝置

3020‧‧‧金屬鹽電解液

3021‧‧‧浸入式腔體

3030‧‧‧旋轉驅動裝置

402‧‧‧超聲波或兆聲波裝置

404‧‧‧反射板

502‧‧‧超聲波或兆聲波裝置

504‧‧‧反射板

506‧‧‧基板

6003‧‧‧基板固持裝置

6004‧‧‧超聲波或兆聲波裝置

6005‧‧‧反射板

6006‧‧‧振動驅動器

6007‧‧‧波紋管

6013‧‧‧水平驅動裝置

6021‧‧‧浸入式腔體

6030‧‧‧旋轉驅動裝置

7001‧‧‧基板

7002‧‧‧電極

7003‧‧‧基板固持裝置

7004‧‧‧超聲波或兆聲波裝置

7005‧‧‧反射板

7011‧‧‧滲透膜

7012‧‧‧豎直驅動裝置

7021‧‧‧浸入式腔體

7030‧‧‧旋轉驅動裝置

8001‧‧‧基板

8002‧‧‧電極

8003‧‧‧基板固持裝置

8004‧‧‧超聲波或兆聲波裝置

8005‧‧‧反射板

8011‧‧‧滲透膜

8012‧‧‧豎直驅動裝置

8021‧‧‧浸入式腔體

8022‧‧‧坡面

8030‧‧‧旋轉驅動裝置

9001‧‧‧基板

9002‧‧‧電極

9003‧‧‧基板固持裝置

9004‧‧‧超聲波或兆聲波裝置

9005‧‧‧聲波反射裝置

9011‧‧‧滲透膜

9012‧‧‧豎直驅動裝置

9021‧‧‧浸入式腔體

9030‧‧‧旋轉驅動裝置

本領域技術人員透過閱讀具體實施例的描述，並參考附圖，能夠清楚的理解本發明的內容。其中附圖包括：

圖1揭示了超聲波或兆聲波裝置前方的聲波區域中的聲能強度分佈示意圖。

圖2A和圖2B揭示了在一示例裝置中的超聲波或兆聲波裝置與反射板之間聲波區域中的聲能強度分佈示意圖，圖2C揭示了在該裝置中的超聲波或兆聲波裝置與反射板之間聲區中一特定點的聲能強度示意圖。

圖3揭示了本發明在基板上均勻金屬化裝置的一具體實施例的剖視圖。

圖4A揭示了超聲波或兆聲波裝置與反射板之間聲區中的聲能強度隨超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離改變而改變的示意圖，圖4B揭示了在一示例裝置中的超聲波或兆聲波裝置與反射板之間聲區中一特定點的聲能強度隨超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離改變而改變的示意圖。

圖5A和圖5B揭示了超聲波或兆聲波裝置與反射板之間聲區中的聲能強度隨反射板沿X’方向運動及基板沿Y軸運動而改變的示意圖。

圖6揭示了本發明在基板上均勻金屬化裝置的另一具體實施例的俯視圖。

圖7揭示了本發明在基板上均勻金屬化裝置的又一具體實施例的剖視圖。

圖8揭示了本發明在基板上均勻金屬化裝置的又一具體實施例的剖視圖。

圖9揭示了本發明在基板上均勻金屬化裝置的一具體實施例的剖視圖。

根據本發明示範性的實施例，超聲波或兆聲波裝置被使用，一示範性的超聲波或兆聲波裝置可被用於專利US 6,391,166或WO/2009/055992描述的電鍍裝置中。

參考圖1，圖1揭示了超聲波或兆聲波裝置102前方的聲波區域中的聲能強度分佈示意圖，該超聲波或兆聲波裝置102呈條狀。圖1所示的聲能強度分佈示意圖是透過水聽器測試獲得。圖1中的暗區表示低聲能強度，亮區表示高聲能強度。由圖1可以得知從超聲波或兆聲波裝置102的中心到超聲波或兆聲波裝置102的邊緣的聲能強度分佈是不均勻的。沿垂直於超聲波或兆聲波裝置102表面的D方向的聲能強度分佈同樣也是不均勻的。靠近超聲波或兆聲波裝置102的區域的聲能強度較高，而遠離超聲波或兆聲波裝置102的區域的聲能強度較低。在圖1中，字母“D”表示D方向，字母“C”表示超聲波或兆聲波裝置102的中心，字母“N”表示靠近超聲波或兆聲波裝置102中心的位置，字母“F”表示遠離超聲波或兆聲波裝置102中心的位 置，數字“104”表示具有高聲能強度亮條紋區。

圖2A揭示了基板在電鍍槽中進行工藝加工時駐波經過基板表面的情形。超聲波裝置或兆聲波裝置與反射板平行，當聲波在超聲波或兆聲波裝置與反射板之間傳播，且超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離等於

其中，λ為聲波的波長，N為整數，前進波與其反射波干涉形成駐波。具有最高聲能強度的駐波形成在超聲波或兆聲波裝置與反射板之間。當超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離接近半波長的整數倍時，超聲波或兆聲波裝置與反射板之間同樣可以形成駐波，但是駐波的聲能強度沒有前者強。駐波沿著波的傳播方向保持能量均勻性。駐波在電解液中傳播時的能量損失達到最小。在這種情況下，從離聲源較近的區域至離聲源較遠的區域的聲能強度分佈均勻性得到提高，聲波發生器的效率也提高了。在圖2A中，數字“202”表示超聲波或兆聲波裝置，數字“204”表示反射板，數字“206”表示基板，字母“X”表示X軸。

然而，在駐波的一個波長內的聲能強度分佈是不均勻的，原因在於駐波的節點和非節點之間的能量轉移。圖2B示例了基板在四分之一波長的距離間的振動，從駐波的節點處到駐波的非節點處，在累積的時間內，基板的表面獲得均勻的聲能強度。進一步地，為了保持基板上的每一點具有相同的總的聲能強度，基板的振動距離等於

其中，λ為超聲波或兆聲波的波長，N為整數。基板上的每一點在累積的電鍍時間內獲得相同的總的聲能強度。由於均勻的超聲波或兆聲波作用在基板上且損失的能量很少，從而能夠得到高的電鍍速率和高的電鍍均勻性。在圖2B中，數字“202”表示超聲波或兆聲波裝置，數字“204”表示反射板，數字“206”表示基板，字母“X”表示X軸。

圖2C揭示了超聲波或兆聲波裝置與反射板之間聲波區域中的一特定點的聲能強度示意圖。該結果透過採用聲感測器測量獲得，且測量是在電鍍槽中進行。該結果證明了聲能強度隨著電鍍槽內的超聲波或兆聲波裝置與反射板之間距離的改變而週期性改變。節點與節點之間的距離為超聲波或兆聲波的半波長，節點與非節點之間的距離為超聲波或兆聲波的四分之一波長。

圖3揭示了本發明使用超聲波或兆聲波透過電解液在基板上均勻金屬化裝置的一具體實施例的剖視圖。該裝置包括浸入式腔體3021、至少一組電極3002、導電的基板固持裝置3003、超聲波或兆聲波裝置3004、反射板3005、旋轉驅動裝置3030、豎直驅動裝置3012及水平驅動裝置3013。浸入式腔體3021盛放至少一種金屬鹽電解液3020。電極3002與獨立的電源相連接。導電的基板固持裝置3003固持至少一塊基板3001，並與基板3001可導電的一面電連接。基板3001可導電的一面面向電極3002。超聲波或兆聲波裝置3004和反射板3005被平行設 置，以在浸入式腔體3021中產生超聲波或兆聲波駐波。旋轉驅動裝置3030帶動基板固持裝置3003沿著其軸線在駐波區域內旋轉，從而在累積的時間之內，基板3001獲得均勻的、總的能量強度。旋轉驅動裝置3030的轉速在10-100rpm的範圍之內。金屬鹽電解液3020從浸入式腔體3021的底部流向浸入式腔體3021的頂部。至少一個入口和一個出口設置在浸入式腔體3021上以使金屬鹽電解液3020循環流動。超聲波或兆聲波裝置3004安裝在浸入式腔體3021的側壁。超聲波或兆聲波裝置3004的表面浸入金屬鹽電解液3020中。一個超聲波或兆聲波發生器與超聲波或兆聲波裝置3004相連接以產生頻率在20KHz-10MHz、強度在0.01-3W/cm²的聲波。超聲波或兆聲波裝置3004由至少一片壓電晶體製成。超聲波或兆聲波裝置3004前方形成有聲場。反射板3005與超聲波或兆聲波裝置3004平行且相對設置，用以形成駐波。獨立的電源與電極3002連接，可以按電壓控制模式或電流控制模式工作，並可按時間需求在這兩種模式之間切換。電壓控制模式和電流控制模式分別具有預設的波形。載入的電流可以是DC模式或脈衝反向電鍍模式，脈衝週期為5ms至2s。每組電極3002可以由一片或多片電極組成，且每片電極與獨立的電源連接。至少一片具有單層或多層的滲透膜3011 設置在電極3002和基板3001之間。導電的基板固持裝置3003與豎直驅動裝置3012連接，該豎直驅動裝置3012驅使基板3001移進浸入式腔體3021或移出浸入式腔體3021。水平驅動裝置3013帶動基板3001在聲波區域內水平振動，基板3001振動的振幅為1-300mm、振動頻率為0.001-0.5Hz，水平振動的距離為,N=1,2,3...,λ是超聲波或兆聲波的波長，N為整數。基板3001沿著超聲波或兆聲波駐波的傳播方向水平地振動，同時基板3001也在駐波區域內旋轉，根據圖2A至圖2C所揭示的理論，在整個處理過程中基板3001上每一點的能量強度都是均勻的。水平驅動裝置3013是一個線性驅動器或擺臂驅動器。

圖4A揭示了超聲波或兆聲波裝置與反射板之間聲區中的聲能強度隨著超聲波或兆聲波裝置與反射板之間距離的改變而改變示意圖。超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的聲能強度分佈圖透過聲學測試站測試獲得，其中，暗區表示低聲能強度，亮區表示高聲能強度。聲能強度分佈圖中沿著Y軸的明暗交替的線揭示了駐波的形成，駐波的節點對應最暗的線，駐波的非節點對應最亮的線。聲能強度分佈圖中沿著X軸的暗線揭示了沿著超聲波或兆聲波長度方向的能量強度不均勻。超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離標示為d1。當將超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離由d1改變為d2時(d1≠d2)，聲能強度圖 由最亮變為最暗，d2與d1的差值為超聲波或兆聲波的四分之一波長的整數倍。由此可見，當超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離改變時，駐波的形成是不同的。在圖4A中，數字“402”表示超聲波或兆聲波裝置，數字“404”表示反射板。圖4B揭示了當超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離改變時，超聲波或兆聲波裝置與反射板之間聲區中的一特定點的聲能強度示意圖。該示意圖透過聲感測器測量獲得，且測量過程是在一個安裝有超聲波或兆聲波裝置的電鍍槽中進行的，其中超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離由dn減小至dm(dn≠dm,dn<dm)或從dm增大至dn。圖4B揭示了當超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離改變時，聲能強度週期性改變。當電鍍槽滿足駐波形成的條件，即超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離是半波長的整數倍時，能夠獲得最大聲波強度。聲波的能量保持在超聲波或兆聲波裝置與反射板之間且能量強度的損失最小。為了使電鍍槽中的超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的能量強度均勻且損失最小，設置在電鍍槽中用來調節超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離的運動控制裝置是非常關鍵的。

圖5A和圖5B揭示了基板沿Y軸運動和反射板沿X’方向運動時超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的能量強度變化的示意圖。超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的聲能強度分佈圖透過聲學測試站測試獲得，其中，暗區表示低聲能強度，亮區表示高聲能強度。聲能強度分佈圖 中沿著Y軸的明暗交替的線揭示了駐波的形成，駐波的節點對應最暗的線，駐波的非節點對應最亮的線。聲能強度分佈圖中沿X’方向的暗條表明沿超聲波或兆聲波裝置長度方向的聲能強度分佈是不均勻的。基板沿Y軸振動的振幅為

其中，λ為超聲波或兆聲波的波長，N為整數。沿Y’方向的分量運動，Y’與Y軸之間的夾角為θ(0<θ<45)，使得在每個振動週期，基板上的每個點均會經過條紋區；沿X’方向的分量運動，X’與X軸之間的夾角為θ(0<θ<45)，使得在每個振動週期，基板上的每個點均會透過駐波的節點和非節點。同時，反射板沿X’方向振動，且振動振幅為半波長的整數倍，從而能夠保證在每個振動週期內超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的總的聲能強度相同。反射板的振動速度快於基板的振動速度。上述方法解決了超聲波或兆聲波裝置與反射板之間平行度調整的問題，從而使超聲波或兆聲波裝置與反射板之間滿足駐波形成的最佳條件。此外，即使浸入式腔體內的情況不是很穩定，但是在每個振動週期內，浸入式腔體內的聲場能夠保持穩定。上述運動控制裝置應用在電鍍槽中是很關鍵的。在圖5A和圖5B中，數字“502”表示超聲波或兆聲波裝置，數字“504”表示反射板，數字“506”表示基板。

圖6揭示了本發明在基板上均勻金屬化裝置的一具體實施例的俯視圖。該裝置包括浸入式腔體6021、至 少一組電極、導電的基板固持裝置6003、超聲波或兆聲波裝置6004、反射板6005、旋轉驅動裝置6030及水平驅動裝置6013。浸入式腔體6021盛放至少一種金屬鹽電解液。電極與獨立的電源相連接。導電的基板固持裝置6003固持至少一片基板，且基板固持裝置6003與基板可導電的一面電連接，基板可導電的一面面向電極。反射板6005與超聲波或兆聲波裝置6004平行佈置以在浸入式腔體6021中形成超聲波或兆聲波駐波。旋轉驅動裝置6030帶動基板固持裝置6003繞著其軸線在駐波區域內旋轉，以使基板在累積的時間內獲得均勻的、總的能量強度。旋轉驅動裝置6030的轉速在10-100rpm的範圍內。在基板和電極之間設置有至少一層滲透膜。每組電極包括一個或多個電極且其中的每個電極均與一個獨立電源相連接。水平驅動裝置6013帶動基板固持裝置6003在基板固持裝置6003所在的平面內振動。該水平驅動裝置6013是一個線性驅動裝置或擺臂驅動裝置。超聲波或兆聲波裝置6004與反射板6005相對且平行地設置在浸入式腔體6021的側壁上，且超聲波或兆聲波裝置6004及反射板6005與浸入式腔體6021的側壁成一個θ角(0<θ<45)，從而使基板固持裝置6003水平振動方向與超聲波或兆聲波駐波的傳播方向的法線方向成θ角。基板固持裝置6003平行於水平面。超聲波或兆聲波裝置6004和反射板6005的表面浸入金屬鹽電解液中，超聲波或兆聲波裝置6004與反射板6005平行的面之間形成駐波。駐波的傳播方向平行於基板的表面。駐波與垂直於基板固持裝 置6003的振動方向的X軸之間具有夾角θ。當偏量△X’，也就是基板沿駐波傳播方向振動的距離為四分之一波長的整數倍時，基板上的每一點在基板振動過程中經過駐波的節點和非節點，基板上的每一點在每個振動週期獲得相同的總的聲能強度。因此，振動振幅△Y等於

其中，λ為超聲波或兆聲波的波長，N為整數。反射板6005由一層或多層製成，反射板6005多層之間的距離設置能夠減小聲波能量損失。為了使反射板6005的表面與超聲波或兆聲波裝置6004的表面之間保持平行，調節裝置用於設置反射板6005的位置。振動驅動器6006透過波紋管元件6007安裝在反射板6005的背面以達成柔性密封。振動驅動器6006帶動反射板6005沿X’方向，也就是駐波傳播方向，來回振動，以改變反射板6005與超聲波或兆聲波裝置6004之間的距離。振動驅動器6006的頻率為1-10Hz，振幅為,λ為超聲波或兆聲波的波長，N為1至10之間的整數。振動驅動器6006帶動反射板6005振動的同時，水平驅動裝置6013帶動基板水平振動且旋轉驅動裝置6030帶動基板在聲波區域內旋轉。振動驅動器6006振動的速度比水平驅動裝置6013振動的速度快。一個豎直驅動裝置帶動基板固持裝置6003上下移動以將基板移入 或移出浸入式腔體6021。

圖7揭示了本發明在基板上均勻金屬化裝置的一具體實施例的剖視圖。該裝置包括浸入式腔體7021、至少一組電極7002、導電的基板固持裝置7003、至少一個超聲波或兆聲波裝置7004、反射板7005、旋轉驅動裝置7030及豎直驅動裝置7012。浸入式腔體7021盛放至少一種金屬鹽電解液。電極7002與獨立的電源相連接。導電的基板固持裝置7003固持至少一塊基板7001，並與基板7001可導電的一面電連接。基板7001可導電的一面面向電極7002。反射板7005與超聲波或兆聲波裝置7004平行佈置以在浸入式腔體7021中形成超聲波或兆聲波駐波。旋轉驅動裝置7030帶動基板固持裝置7003在駐波區域內繞其軸線旋轉，以在累積的時間之內，基板7001獲得均勻的、總的能量強度。旋轉驅動裝置7030的轉速在10-100rpm的範圍內。在電極7002和基板7001之間設置有至少一片具有單層或多層的滲透膜7011。每組電極7002包含有一片或多片電極，且每片電極分別與獨立的電源連接。超聲波或兆聲波裝置7004和與超聲波或兆聲波裝置7004相平行的反射板7005安裝在浸入式腔體7021的側壁上，超聲波或兆聲波裝置7004和反射板7005與Z軸成一θ角(0<θ<45)，其中Z軸是基板振動方向，且基板7001平行於水平面設置。超聲波或兆聲波裝置7004和反射板7005的表面浸入金屬鹽電解液中，駐波形成於超聲波或兆聲波裝置7004和反射板7005相平行的表面之間。導電的基板固 持裝置7003與豎直驅動裝置7012連接，豎直驅動裝置7012帶動導電的基板固持裝置7003沿垂直於水平面的方向振動，振動振幅為1-300mm，振動頻率為0.001-0.5Hz。豎直驅動裝置7012帶動固持有基板7001的基板固持裝置7003沿著Z軸週期性的上下振動，其中Z軸與駐波傳播方向的法線方向成θ角(0<θ<45)。當偏量△X”，也就是基板7001沿駐波傳播方向振動的距離為四分之一波長的整數倍時，基板7001上的每一點在基板7001振動過程中經過駐波的節點和非節點，基板7001上的每一點在每個振動週期獲得相同的總的聲能強度。因此，振動振幅△Z等於

其中，λ為超聲波或兆聲波的波長，N為整數。同時，沿著Z軸方向振動的分量△Z保證了位於聲波區域內的基板7001上的每一點在每個振動週期內獲得相同的總的聲能強度。在這種情況下，基板7001上的每一點在整個過程中所獲得的總的能量強度是均勻的。豎直驅動裝置7012帶動基板固持裝置7003上下運動以將基板7001移入或移出浸入式腔體7021。

圖8揭示了本發明在基板上均勻金屬化裝置的又一具體實施例的剖視圖。該裝置包括浸入式腔體8021、至少一組電極8002、導電的基板固持裝置8003、至少一個超聲波或兆聲波裝置8004、反射板8005、旋轉驅動裝置8030及豎直驅動裝置8012。浸入式腔體8021盛放至少一種金屬鹽電解液。電極8002與獨立的電源相連接。導電 的基板固持裝置8003固持至少一塊基板8001，並與基板8001可導電的一面電連接。基板8001可導電的一面面向電極8002。反射板8005與超聲波或兆聲波裝置8004平行佈置以在浸入式腔體8021中產生超聲波或兆聲波駐波。旋轉驅動裝置8030帶動基板固持裝置8003在駐波區域內繞著其軸線旋轉，以使基板8001在累積的時間內獲得均勻的、總的能量強度。旋轉驅動裝置8030的轉速在10-100rpm的範圍內。在電極8002和基板8001之間設置有至少一片具有單層或多層的滲透膜8011。每組電極8002包含一片電極或多片電極，每個電極均分別由獨立的電源加以控制。超聲波或兆聲波裝置8004和與超聲波或兆聲波裝置8004相平行的反射板8005安裝在浸入式腔體8021的側壁上，超聲波或兆聲波裝置8004和反射板8005垂直於水平面。設置在浸入式腔體8021底部的坡面8022上的電極8002和基板固持裝置8003與水平面成θ角(0<θ<45)。超聲波或兆聲波裝置8004和反射板8005的表面浸入金屬鹽電解液中，駐波形成於超聲波或兆聲波裝置8004和反射板8005相平行的表面之間。導電的基板固持裝置8003與豎直驅動裝置8012連接，豎直驅動裝置8012帶動導電的基板固持裝置8003沿著與水平面的法線成θ角(0<θ<45)的方向振動，振動振幅為1-300mm，振動頻率為0.001-0.5Hz。豎直驅動裝置8012帶動固持有基板8001的基板固持裝置8003沿著Z’方向週期性的上下振動，Z’與Z軸之間具有夾角θ(0<θ<45)，Z軸垂直於駐波傳播方向。當偏量△X，也就 是基板8001沿駐波傳播方向振動的距離為四分之一波長的整數倍時，基板8001上的每一點在基板8001振動過程中經過駐波的節點和非節點，基板8001上的每一點在每個振動週期獲得相同的總的聲能強度。因此，振動振幅△Z等於

其中，λ為超聲波或兆聲波的波長，N為整數。同時，沿著Z’方向振動的分量△Z’保證了位於聲波區域內的基板8001上的每一點在每個振動週期內獲得相同的總的聲能強度。在這種情況下，基板8001上的每一點在整個過程中所獲得的總的能量強度是均勻的。豎直驅動裝置8012帶動基板固持裝置8003上下運動以將基板8001移入或移出浸入式腔體8021。

從圖7和圖8中可以看到，豎直驅動裝置帶動基板固持裝置振動，基板固持裝置振動的方向與駐波傳播方向的法線方向形成一個夾角θ(0<θ<45)。基板振動的振幅等於,N=1,2,3...，其中λ為超聲波或兆聲波的波長，N為整數，θ為基板振動的方向與駐波傳播方向的法線方向所成的夾角。

圖9揭示了本發明在基板上均勻金屬化裝置的又一具體實施例的剖視圖。該裝置包括浸入式腔體9021、 至少一組電極9002、導電的基板固持裝置9003、至少一個超聲波或兆聲波裝置9004、旋轉驅動裝置9030、豎直驅動裝置9012及聲波反射裝置9005。浸入式腔體9021盛放至少一種金屬鹽電解液。電極9002與獨立的電源相連接。導電的基板固持裝置9003固持至少一塊基板9001，並與基板9001可導電的一面電連接。基板9001可導電的一面面向電極9002。至少一個超聲波或兆聲波裝置9004在浸入式腔體9021中產生超聲波或兆聲波。旋轉驅動裝置9030帶動基板固持裝置9003在聲波區域內繞其軸線旋轉，以使基板9001在累積的時間之內獲得均勻的、總的聲能強度。基板固持裝置9003與豎直驅動裝置9012相連接，豎直驅動裝置9012帶動基板固持裝置9003沿著超聲波或兆聲波的傳播方向的法線方向振動，振動振幅為1-300mm，振動頻率為0.001-0.5Hz。聲波反射裝置9005與超聲波或兆聲波裝置9004相對設置，且與超聲波或兆聲波裝置9004之間具有一夾角，以避免形成駐波。聲波反射裝置9005在其寬度方向與超聲波或兆聲波裝置9004之間成α角(0<α<45)，以將入射波向上反射出浸入式腔體9021，從而避免了駐波的產生。另外，超聲波或兆聲波裝置9004和聲波反射裝置9005設置聲流的路徑，聲流水平流動，然後流出浸入式腔體9021。至少一片具有單層或多層的滲透膜9011設置在電極9002和基板9001之間。

本發明還提供了在基板上均勻金屬化的方法，該方法包括如下步驟：

步驟1：向浸入式腔體內供應至少一種金屬鹽電解液，其中，金屬鹽電解液包括至少下述中的一種金屬陽離子：Cu、Au、Ag、Pt、Ni、Sn、Co、Pd、Zn。

步驟2：轉移一塊基板到基板固持裝置，該基板固持裝置與基板可導電的一面電連接，且基板可導電的一面面向一個與獨立電源相連接的電極。

步驟3：給基板載入第一偏壓，其中第一偏壓為0.1-10V。

步驟4：使基板旋轉，基板旋轉的轉速為10-100rpm。

步驟5：將基板浸入浸入式腔體。

步驟6：給基板載入一個電流，其中電流為0.1-100A。

步驟7：打開超聲波或兆聲波裝置，其中超聲波或兆聲波裝置的能量強度為0.01-3W/cm²，工作頻率為20KHz-10MHz。

步驟8：使基板固持裝置在聲波區域內振動，基板振動的振幅為1-300mm，振動的頻率為0.001-0.5Hz；同時週期性地改變超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離，改 變的距離等於，其中λ為超聲波或兆聲波的波長，N為1-10的整數，且改變的頻率為1-10Hz。

步驟9：關閉超聲波或兆聲波裝置，停止振動基板固持裝置，以及停止週期性地改變超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離。

步驟10：給基板載入第二偏壓，其中第二偏壓為0.1-5V。

步驟11：將基板移出金屬鹽電解液。

步驟12：使基板停止旋轉。

在步驟8中，基板振動的振幅等於,N=1,2,3...，其中λ為超聲波或兆聲波的波長，N為整數，θ為基板振動方向與超聲波或兆聲波傳播方向的法線方向之間的夾角。超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離週期性改變的頻率大於基板振動的頻率。或者，基板在聲波區域內振動的振幅為超聲波或兆聲波四分之一波長的整數倍。再或者，基板振動方向與超聲波或兆聲波傳播方向的法線方向的夾角為θ，θ為0-45°，基板振動的振幅等於，N=1,2,3...，其中λ為超聲波或兆聲波的波長，N為整數。

綜上所述，本發明透過上述實施方式及相關圖式說明，己具體、詳實的揭露了相關技術，使本領域的技術人員可以據以實施。而顯然的，以上所述實施例只是用來說明本發明，而不是用來限制本發明的，本發明的權利範圍，應由本發明的申請專利範圍來界定。至於本文中所述元件數目的改變或等效元件的代替等仍都應屬於本發明的權利範圍。

Claims (29)

1. 一種在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，包括：浸入式腔體，盛放至少一種金屬鹽電解液；至少一組電極，與一個獨立電源相連接；基板固持裝置，固持至少一塊基板，並且該基板固持裝置與該基板可導電的一面電連接，該基板可導電的一面面向一個電極；至少一個超聲波或兆聲波裝置及反射板被平行地設置，以在該浸入式腔體內形成超聲波或兆聲波駐波；旋轉驅動裝置，帶動該基板固持裝置繞著其軸線在駐波區域內旋轉，以使在累積時間內，該基板的表面獲得均勻的聲能強度分佈；以及水平驅動裝置，該水平驅動裝置帶動該基板固持裝置沿著該超聲波或兆聲波駐波的傳播方向振動。
2. 根據請求項1所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，該基板振動的振幅為，N=1,2,3...，λ為該超聲波或兆聲波駐波的波長，N為整數。
3. 根據請求項1所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，進一步包括水平驅動裝置，該水平驅動裝置帶動該基板固持裝置振動，該基板固持裝置的振動方向與該超聲波或兆聲波駐波的傳播方向的法線方向成θ角度。
4. 根據請求項3所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，該基板振動的振幅為,N=1,2,3...，λ為該超聲波或兆聲波駐波的波長，N為整數，θ為該基板振動方向與該超聲波或兆聲波駐波的傳播方向的法線方向之間的夾角。
5. 根據請求項3所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，該θ的角度為0-45°。
6. 一種在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，包括：浸入式腔體，盛放至少一種金屬鹽電解液；至少一組電極，與一個獨立電源相連接；基板固持裝置，固持至少一塊基板，並且該基板固持裝置與該基板可導電的一面電連接，該基板可導電的一面面向一個電極；至少一個超聲波或兆聲波裝置及反射板被平行地設置，以在該浸入式腔體內形成超聲波或兆聲波駐波；旋轉驅動裝置，帶動該基板固持裝置繞著其軸線在駐波區域內旋轉，以使在累積時間內，該基板的表面獲得均勻的聲能強度分佈；以及豎直驅動裝置，該豎直驅動裝置帶動該基板固持裝置振動，該基板固持裝置的振動方向與該超聲波或兆聲波駐波的傳播方向的法線方向成θ角。
7. 根據請求項6所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，所述基板振動的振幅為,N=1,2,3...，λ為該超聲波或兆聲波駐波的波長，N為整數，θ為該基板的振動方向與該超聲波或兆聲波駐波的傳播方向的法線方向之間的夾角。
8. 根據請求項6所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，該豎直驅動裝置帶動該基板固持裝置上下運動，以使該基板放入該浸入式腔體，或將該基板從該浸入式腔體取出。
9. 根據請求項6所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，該豎直驅動裝置帶動該基板固持裝置沿著垂直於水平面的方向振動。
10. 根據請求項6所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，該豎直驅動裝置帶動該基板固持裝置沿著相對於水平面的法線方向傾斜一角度的方向振動。
11. 根據請求項10所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，該基板和該電極相對於水平面傾斜一角度設置。
12. 根據請求項1或6所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，該每組電極包括一片或多片電極，且每片電極與該獨立電源連接。
13. 根據請求項1或6所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，進一步包括至少一層設置在該基板和該電極之間的滲透膜。
14. 根據請求項1或6所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，該旋轉驅動裝置的轉速為10-100rpm。
15. 根據請求項1或6所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，該超聲波或兆聲波裝置及該反射板安裝在該浸入式腔體相對的側壁上且與該基板的振動方向成θ角，該基板與水平面平行，該基板的振動方向垂直於水平面。
16. 根據請求項1或6所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，該超聲波或兆聲波裝置及該反射板安裝在該浸入式腔體相對的側壁上且與水平面垂直，該基板和該電極相對於水平面傾斜一角度設置，該基板沿著相對於水平面的法線方向傾斜一角度的方向振動。
17. 根據請求項1或6所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，進一步包括調節裝置，以調節該反射板的表面，使其平行於該超聲波或兆聲波裝置的表面。
18. 根據請求項17所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，該調節裝置包括振動驅動器，該振動驅動器帶動該反射板沿著該超聲波或兆聲波駐波的傳播方向振動，該反射板振動的振幅為該超聲波或兆聲波駐波的半波長的N倍，N為1-10之間的整數。
19. 根據請求項18所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，該振動驅動器的振動頻率為1-10HZ。
20. 一種在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，包括：浸入式腔體，盛放至少一種金屬鹽電解液；至少一組電極，與一個獨立電源相連接；基板固持裝置，固持至少一塊基板，並且該基板固持裝置與該基板可導電的一面電連接，該基板可導電的一面面向一個電極；至少一個超聲波或兆聲波裝置，在該浸入式腔體內產生超聲波或兆聲波；旋轉驅動裝置，帶動該基板固持裝置繞著其軸線在聲波區域內旋轉，以使在累積時間內，該基板的表面獲得均勻的聲能強度分佈；豎直驅動裝置，該豎直驅動裝置帶動該基板固持裝置沿著超聲波或兆聲波傳播方向的法線方向振動；以及聲波反射裝置，該聲波反射裝置與超該聲波或兆聲波裝置之間具有一夾角，以避免形成駐波。
21. 根據請求項20所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，該聲波反射裝置在其寬度方向與該超聲波或兆聲波裝置形成一個傾斜角，以將入射波向上反射出該浸入式腔體。
22. 根據請求項21所述的在基板上均勻金屬化的裝置，其特徵在於，該超聲波或兆聲波裝置和該聲波反射裝置設置聲流的路徑，聲流水平流動，然後流出該浸入式腔體。
23. 一種在基板上均勻金屬化的方法，其特徵在於，包括：向浸入式腔體內供應至少一種金屬鹽電解液；轉移一塊基板到基板固持裝置，該基板固持裝置與該基板可導電的一面電連接，且該基板可導電的一面面向一個與獨立電源相連接的電極；給該當基板載入第一偏壓；使該基板旋轉；將該基板浸入浸入式腔體；給該基板載入一個電流；打開超聲波或兆聲波裝置；使該基板固持裝置在聲波區域內振動，同時週期性地改變該超聲波或兆聲波裝置與反射板之間的距離；關閉該超聲波或兆聲波裝置，停止振動該基板固持裝置，以及停止週期性地改變該超聲波或兆聲波裝置與該反射板之間的距離；給該基板載入第二偏壓；將該基板移出該金屬鹽電解液；使該基板停止旋轉。
24. 根據請求項23所述的在基板上均勻金屬化的方法，其特徵在於，該第一偏壓為0.1V-10V；該電流為0.1A-100A；該超聲波或兆聲波裝置的工作頻率為20KHz-10MHz，該超聲波或兆聲波裝置的能量強度為0.01-3W/cm2；該基板振動的振幅為1-300mm，所述基板振動的頻率為0.001-0.5Hz；該第二偏壓為0.1-5V。
25. 根據請求項23所述的在基板上均勻金屬化的方法，其特徵在於，該基板旋轉的轉速為10-100rpm。
26. 根據請求項23所述的在基板上均勻金屬化的方法，其特徵在於，該基板振動的振幅為,N=1,2,3...，λ為該超聲波或兆聲波的波長，N為整數，θ是該基板的振動方向與該超聲波或兆聲波傳播方向的法線方向之間的夾角。
27. 根據請求項23所述的在基板上均勻金屬化的方法，其特徵在於，該超聲波或兆聲波裝置與該反射板之間的距離週期性改變的頻率大於該基板振動的頻率。
28. 根據請求項23所述的在基板上均勻金屬化的方法，其特徵在於，該基板在該聲波區域內振動的振幅為該超聲波或兆聲波四分之一波長的整數倍。
29. 根據請求項23所述的在基板上均勻金屬化的方法，其特徵在於，該基板沿一方向振動，且該振動方向與該超聲波或兆聲波傳播方向的法線方向的夾角為θ，θ為0-45°，基板振動的振幅為,N=1,2,3...，其中λ為該超聲波或兆聲波的波長，N為整數。