TWI751817B - 用於化學及/或電解表面處理之系統 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之系統、一種用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之裝置，及一種用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之方法。 用於化學及/或電解表面處理之該系統包括一槽、一流體通道、一膨脹罐及一控制單元。該槽經組態以用於在該製程流體中化學及/或電解表面處理該基板。該流體通道連結該槽與該膨脹罐。該膨脹罐經組態以保持該製程流體之一膨脹體積。該控制單元及該流體通道經組態以使該槽中之該製程流體之一液位維持基本上恆定。

Description

用於化學及/或電解表面處理之系統
本發明係關於一種用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之系統、一種用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之裝置，及一種用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之方法。
在半導體產業中，各種程序可用於將材料沈積於晶圓之表面上或自晶圓之表面移除材料。
例如，電化學沈積(ECD)或電化學機械沈積(ECMD)程序可用於將導體(諸如銅)沈積於先前經圖案化之晶圓表面上以製造裝置互連結構。
化學機械拋光(CMP)通常用於一材料移除步驟。另一技術(電拋光或電蝕刻)亦可用於自晶圓之表面移除過量材料。
將材料電化學(或電化學機械)沈積於晶圓表面上或自該等晶圓表面電化學(或電化學機械)移除材料統稱為「電化學處理」。電化學、化學及/或電解處理技術可包括電拋光(或電蝕刻)、電化學機械拋光(或電化學機械蝕刻)、電化學沈積及電化學機械沈積。所有技術利用一製程流體。
化學及/或電解表面處理技術涉及以下步驟。待處理之一基板附接至一基板固持件，浸入至一電解製程流體中且用作一陰極。一電極被浸入至該製程流體中且用作一陽極。一直流電經施加至該製程流體且使帶正電荷之金屬離子在該陽極處解離。該等離子接著遷移至該陰極，在該陰極處其等電鍍附接至該陰極之該基板。
此一程序之一個難點在於，在將晶圓下降至製程溶液中時，氣泡可能被截留在晶圓下面。若程序係用於(例如)銅之一沈積程序，則此等氣泡防止銅沈積至晶圓表面上之含氣泡區域中，從而產生表示電鍍材料中之缺陷之未電鍍或電鍍不足區域。此等缺陷降低互連結構之可靠性。類似地，在電拋光程序中，經截留之氣泡延遲自含有氣泡之區域之材料移除，從而產生非均勻性及缺陷且引起可靠性問題。
US 2004/182712A1在此揭示用於在使一晶圓表面與用於一電化學程序之一製程溶液接觸時防止該表面之一選定區域上之氣泡形成之一預濕潤方法及系統。在該程序期間，最初使晶圓表面緊鄰該製程溶液之表面。接著，引導一製程溶液流朝向晶圓表面之該選定區域達一預定時間。在以下步驟中，晶圓表面之選定區域與該製程溶液流接觸達該預定時間以防止氣泡形成，且晶圓表面浸入於該製程溶液中以用於電化學處理。
然而，此預濕潤方法並非一最佳方法。
因此，可能需要提供用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之一改良系統，該改良系統仍容許該基板上之一較佳及更均勻材料沈積。
本發明之問題係藉由獨立技術方案之標的解決，其中進一步實施例併入於附屬技術方案中。應注意，下文所描述之本發明之態樣亦應用於用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之系統、用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之裝置，及用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之方法。
根據本發明，提出一種用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之系統。
化學及/或電解表面處理可為任何材料沈積、鍍鋅塗佈、化學或電化學蝕刻、陽極氧化、金屬分離或類似者。
基板可包括一導體板、一半導體基板、一膜基板、一基本上板狀、金屬或金屬化工件或類似者。待處理之基板之一表面可至少部分經遮罩或未遮罩。
用於化學及/或電解表面處理之系統包括一槽、一流體通道、一膨脹罐及一控制單元。
該槽經組態以用於在製程流體中化學及/或電解表面處理基板。換言之，其係其中處理(例如，塗佈)基板之貯器。槽可為其中可垂直插入基板之一垂直電鍍腔室。
流體通道連結槽與膨脹罐。其可為槽與膨脹罐之間的一連接件或管道。
膨脹罐經組態以保持製程流體之一膨脹體積。其可為靠近槽配置之另一貯器。膨脹罐可具有小於槽之一體積。
控制單元可為一處理器。其可偵測槽及/或膨脹罐中之製程流體之液位。其可操作製程流體以進入或排出槽及/或膨脹罐。
控制單元及流體通道經組態以使槽中之製程流體之一液位維持基本上恆定。術語「基本上恆定」可理解為槽中之液態製程流體之一高度保持於相同液位，無關於一外部影響。術語「基本上恆定」可理解為在大於或小於完全恆定15%之一範圍中、較佳在大於或小於完全恆定10%之一範圍中，且更佳在大於或小於完全恆定5%之一範圍中。控制單元及流體通道亦可經組態以使槽中之製程流體之一液位維持恆定。術語「基本上恆定」可理解為不足大於或小於完全恆定5%。控制單元及流體通道亦可經組態以使槽中之製程流體之一液位維持恆定(在完全恆定之意義上)。
根據本發明之用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之系統容許防止用於化學及/或電解表面處理之一裝置之組件(舉例而言，如待配置於槽中之一分配本體)之乾燥。乾燥可導致製程流體之顆粒之有害結晶。該分配本體可為經組態以引導製程流體及/或電流流動至該基板之一組件。
根據本發明之用於化學及/或電解表面處理之系統可進一步容許防止引入空氣至用於化學及/或電解表面處理之一裝置之組件(舉例而言，如分配本體、一陽極及/或包括該分配本體及/或該陽極之一圍封體)中。引入空氣可導致製程流體之顆粒之有害氧化及/或基板之一所謂之氣泡屏蔽。
因此，根據本發明之用於化學及/或電解表面處理之系統容許基板表面上之一均勻液體流動、基板與一反電極之間的一電場之一標定分配，及藉此基板上之一更容易及更均勻材料沈積。
在一實例中，基板固持件固持基板。此處防止之可改變槽中之製程流體之液位之外部影響可為僅插入及/或移除一基板固持件或固持一或兩個基板(該基板固持件之各側上各一個基板)。在一實例中，控制單元經組態以在一基板固持件自槽移除時使製程流體之液位維持基本上恆定。在一實例中，流體通道經組態以在基板固持件插入至槽中時使製程流體之液位維持基本上恆定。基板固持件可置換(例如) 20公升之一體積，而膨脹罐可具有(例如) 30公升之一體積。
此處防止之可改變槽中之製程流體之液位之外部影響亦可為製程流體之一蒸發、一沖洗、一溢出、一故障或類似者。
在一實例中，系統進一步包括經組態以使製程流體在槽與膨脹罐之間連續循環之一泵抽構件。該泵抽構件可為一泵。其可將製程流體自槽永久地泵抽至膨脹罐且返回。
在一實例中，泵抽構件經組態以增加一泵抽體積以平衡基板固持件之移除。換言之，當一膨脹體積已自槽泵抽至膨脹罐時，此可藉由每次增加泵抽體積(例如，藉由增加一馬達速度)而實現。相比而言，泵抽構件亦可經組態以僅在一膨脹體積需移動以使槽中之製程流體之液位保持基本上恆定之情況下使製程流體在槽與膨脹罐之間移動。
在一實例中，流體通道連結槽之一滿溢出口與膨脹罐。
在一實例中，控制單元經組態以使製程流體之液位維持於高於待配置於槽中之一分配本體之一最上方部分。該分配本體可為經組態以引導製程流體及/電流流動至基板之一組件。在另一實例中，控制單元經組態以使製程流體之液位基本上維持於待配置於槽中之一分配本體之一最上方部分之一液位。兩種可能性皆容許防止由乾燥、引入空氣或類似者對分配本體造成之任何損壞。在一實例中，控制單元經組態以防止待配置於槽中之分配本體之乾燥。在一實例中，控制單元經組態以防止引入空氣至待配置於槽中之分配本體中。
在一實例中，系統進一步包括一溫度控制系統，該溫度控制系統經組態以偵測製程流體之一溫度及(例如)藉由加熱及/或冷卻而控制製程流體之該溫度之一變化。
在一實例中，系統進一步包括一成分控制系統，該成分控制系統經組態以偵測製程流體之一化學性質及控制製程流體之該化學性質之一變化。製程流體之該化學性質可為一成分、一pH值、一添加劑之量或類似者。化學性質之該變化可藉由添加某一組分而實現。
根據本發明，亦提出一種用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之裝置。用於化學及/或電解表面處理之該裝置包括如上文所描述之用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之一系統及一基板固持件。該基板固持件經組態以固持該基板。該基板固持件可經組態以固持一或兩個基板(基板固持件之各側上各一個基板)。
根據本發明，亦提出一種用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之方法。用於化學及/或電解表面處理之該方法包括以下步驟，但不一定按此順序： a)     將該製程流體之一膨脹體積自用於化學及/或電解表面處理該基板之一槽導引至一膨脹罐，及 b)     將製程流體之該膨脹體積自該膨脹罐重新插入至該槽，使得該槽中之製程流體之一液位維持基本上恆定。
在一實例中，用於化學及/或電解表面處理之方法進一步包括以下步驟： -  將一基板固持件插入至槽，此與步驟a)相關，及 -  自槽移除該基板固持件，此與步驟b)相關。
基板固持件可固持一或兩個基板(基板固持件之各側上各一個基板)。
在一實例中，製程流體係在槽與膨脹罐之間連續循環。
在一實例中，方法進一步包括一溫度控制方法，該溫度控制方法經組態以偵測製程流體之一溫度及(例如)藉由加熱及/或冷卻而控制製程流體之該溫度之一變化。
在一實例中，方法進一步包括一成分控制方法，該成分控制方法經組態以偵測製程流體之一化學性質及控制製程流體之該化學性質之一變化。製程流體之該化學性質可為一成分、一pH值、一添加劑之量或類似者。化學性質之該變化可藉由添加某一組分而實現。
因此，本發明係關於出於基板之整個表面之一可控制材料運輸之目的在近似平坦基板上實現局部界定之液體流動之一方法，以及用於構造實現根據本發明之方法之一裝置。同時，本發明容許一導電基板表面上之一電場之標定分配。
裝置及方法係尤其適於處理結構化半導體基板、導體板及膜基板，而且亦適於處理平坦金屬及金屬化基板之整個表面。裝置及方法亦可根據本發明用於製造用於太陽能發電之大表面光電面板，或大型顯示器面板。
應理解，根據獨立技術方案之用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之系統、裝置及方法具有特定言之如附屬技術方案中所定義之類似及/或相同較佳實施例。應進一步理解，本發明之一較佳實施例亦可為附屬技術方案與各自獨立技術方案之任何組合。
將自下文所描述之實施例明白及參考下文所描述之實施例闡明本發明之此等及其他態樣。
圖1、圖3及圖4示意性及例示性地展示根據本發明之用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板30之一裝置100之一實施例。用於化學及/或電解表面處理之裝置100包括一基板固持件20及用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板30之一系統10。
基板固持件20係展示於圖2中且經組態以固持基板30。基板固持件20此處固持兩個基板30 (基板固持件20之各側上各一個基板30)。基板固持件20亦可經組態以僅固持可自一或兩側處理之一個基板。
如圖1、圖3及圖4中所展示之用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板30之系統10產生用於一化學及/或電解表面處理之標定流動及電流密度圖案。系統10包括浸沒於一製程流體(未展示)中之兩個分配本體21。附接至一基板固持件20之一基板30與各分配本體21相對。基板30之表面係受製程流體濕潤。存在兩個電極，此處兩個陽極22，其等各定位於分配本體21之與基板30相對之一側上，且其等亦浸浴於製程流體中。
分配本體21具有用於製程流體之至少一入口開口23及在分配本體21之一正面處之終止於一出口噴嘴陣列(未展示)處之至少一液體通道。泵抽之製程流體沿著基板30之方向以一相對較高速度流動通過該等出口噴嘴且在該位置處進行所要化學及/或電解反應。
基板30可為用於產生電組件或電子組件之一基本上板狀工件，該基本上板狀工件機械地固定於一基板固持件20中，且待處理之其表面浸浴於作為來自分配本體21之處理介質之製程流體中。在一特殊情況下，基板30可為一經遮罩或未遮罩導體板、一半導體基板或一膜基板或甚至具有一近似平坦表面之任何金屬或金屬化工件。
分配本體可有利地由塑膠組成，以尤其有利方式由聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、丙烯酸玻璃(即，聚甲基丙烯酸甲酯)、聚四氟乙烯或不會被製程溶液分解之另一材料組成。
陽極22附接於分配本體21之一後方區域中，與分配本體21機械接觸或與分配本體21空間分離，使得電流流動在陽極22與在製程流體內作為反電極之基板30之間進行。取決於所使用之表面處理方法，陽極22可由不溶於製程液體中之一材料(諸如鍍鉑鈦)或另外一可溶材料(舉例而言，諸如待鍍鋅分離之金屬)組成。
圖3及圖4示意性及例示性地展示根據本發明之用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板30之系統10之一實施例。用於化學及/或電解表面處理之系統10包括一槽11、一流體通道12、一膨脹罐13及一控制單元14。具有基板30之基板固持件20在圖3中配置於槽11中且在圖4中配置於槽11外部。
槽11經組態以用於在製程流體中化學及/或電解表面處理基板30且形成其中處理基板30之貯器。槽11係其中垂直插入基板30 (未展示)之一垂直電鍍腔室。
流體通道12以介於槽11與膨脹罐13之間的一管道之形式連結槽11與膨脹罐13。
膨脹罐13保持製程流體之一膨脹體積且靠近槽11配置。膨脹罐13具有小於槽11之一體積。
控制單元14此處為一處理器。其偵測槽11中之製程流體之液位且操作該製程流體以進入或排出槽11及/或膨脹罐13。其可因此控制一泵抽構件15。
控制單元14及流體通道12使槽11中之製程流體之一液位維持基本上恆定。術語「基本上恆定」可理解為槽11中之液態製程流體之一高度保持於相同液位，無關於一外部影響。
當自槽11移除不具有基板30或具有一或兩個基板30之基板固持件20時(圖4)及在將基板固持件20插入至槽11中時(圖3)，控制單元14使製程流體之液位維持基本上恆定。膨脹罐13中之製程流體之一液位L因此自圖3減小至圖4。
系統10進一步包括用以使製程流體在槽11與膨脹罐13之間(其意謂自槽11至膨脹罐13且返回)連續循環之一泵抽構件15。泵抽構件15可增加一泵抽體積以平衡基板固持件20之移除。
流體通道12連結槽11之一滿溢出口16與膨脹罐13。
控制單元14使製程流體之液位維持於高於配置於槽11中之一分配本體21之一最上方部分。控制單元14亦可使製程流體之液位基本上維持於配置於槽11中之一分配本體21之該最上方部分之一液位。兩種可能性皆容許防止由乾燥、引入空氣或類似者對分配本體21造成之任何損壞。藉此，控制單元14防止槽11中之分配本體21之乾燥。此外，控制單元14防止引入空氣至分配本體21中。
系統10進一步包括用以偵測製程流體之一溫度及(例如)藉由加熱及/或冷卻而控制製程流體之該溫度之一變化之一溫度控制系統17。
系統10進一步包括用以偵測製程流體之一化學性質及控制製程流體之該化學性質之一變化之一成分控制系統18。製程流體之該化學性質可為一成分、一pH值、一添加劑之量或類似者。化學性質之該變化可藉由添加某一組分而實現。
根據本發明之用於在製程流體中化學及/或電解表面處理基板30之系統10容許防止用於化學及/或電解表面處理之一裝置100之組件之乾燥。其可進一步容許防止引入空氣至用於化學及/或電解表面處理之一裝置100之組件中。因此，根據本發明之用於化學及/或電解表面處理之系統10容許基板表面上之一均勻液體流動、基板30與一反電極之間的一電場之一標定分配，及藉此基板30上之一更容易及更均勻材料沈積。
圖5展示用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板30之一方法之步驟之一示意性概述。用於化學及/或電解表面處理之該方法包括以下步驟： -  在一第一步驟S1中，將該製程流體之一膨脹體積自用於化學及/或電解表面處理基板30之一槽11導引至一膨脹罐13。 -  在一第二步驟S2中，將製程流體之該膨脹體積自膨脹罐13重新插入至槽11，使得槽11中之製程流體之一液位維持基本上恆定。
用於化學及/或電解表面處理之方法可進一步包括：將一基板固持件20插入至槽11中，此與步驟S1相關；及自槽11移除基板固持件20，此與步驟S2相關。
基板固持件20可固持一或兩個基板(圖2中展示基板固持件20之各側上有一個基板30)。
應注意，本發明之實施例係參考不同標的描述。特定言之，一些實施例係參考方法類型請求項描述，而其他實施例係參考裝置類型請求項描述。然而，熟習技術者將自上文描述及下文描述暸解，除非另有通知，否則除屬於一種類型之標的之特徵之任何組合之外，亦考量藉由本申請案揭示關於不同標的之特徵之間的任何組合。然而，可組合所有特徵，從而提供超過該等特徵之簡單總和之協同效應。
雖然已在圖式及前文描述中詳細繪示及描述本發明，但此圖解說明及此描述應被視為闡釋性或例示性而非限制性。本發明不應限於所揭示之實施例。可由熟習技術者在自圖式、揭示內容及附屬發明申請專利範圍之研究實踐一所主張發明時理解及實現對所揭示實施例之其他變動。
在發明申請專利範圍中，字詞「包括」並不排除其他元件或步驟，且不定冠詞「一」或「一個」並不排除複數個元件或步驟。一單個處理器或其他單元可實現發明申請專利範圍中所敘述之若干項之功能。某些措施在互異之附屬發明申請專利範圍中敘述，但僅就此事實，並不指示此等措施之一組合不能用於獲得好處。發明申請專利範圍中之任何元件符號不應解釋為限制範疇。
10:系統 11:槽 12:流體通道 13:膨脹罐 14:控制單元 15:泵抽構件 16:滿溢出口 17:溫度控制系統 18:成分控制系統 20:基板固持件 21:分配本體 22:陽極 23:入口開口 30:基板 100:裝置 L:製程流體之液位 S1:第一步驟 S2:第二步驟
下文將參考附圖描述本發明之例示性實施例： 圖1示意性及例示性地展示根據本發明之用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之一裝置之一實施例。 圖2示意性及例示性地展示固持兩個基板之一基板固持件之一實施例。 圖3示意性及例示性地展示根據本發明之用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之一系統之一實施例。 圖4示意性及例示性地展示根據本發明之用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之一系統之一實施例。 圖5展示根據本發明之用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板之一方法之一實例之基本步驟。
10:系統
11:槽
12:流體通道
13:膨脹罐
15:泵抽構件
16:滿溢出口
17:溫度控制系統
18:成分控制系統
20:基板固持件
30:基板
100:裝置
L:製程流體之液位

Claims (14)

  1. 一種用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板(30)之系統(10)，其包括： 一槽(11)， 一流體通道(12)， 一膨脹罐(13)， 一泵抽構件(15)，經組態以使該製程流體在該槽(11)與該膨脹罐(13)之間連續循環，及 一控制單元(14)， 其中該槽(11)經組態以用於在該製程流體中化學及/或電解表面處理該基板(30)， 其中該流體通道(12)連結該槽(11)與該膨脹罐(13)， 其中該膨脹罐(13)經組態以保持該製程流體之一膨脹體積，且 其中該流體通道(12)連結該槽(11)之一滿溢出口(16)與該膨脹罐(13)，及 其中該控制單元(14)經組態以防止引入空氣至待配置於該槽(11)中之一分配本體(21)及/或一陽極(22)中。
  2. 如請求項1之系統(10)，其中該控制單元(14)經組態以在一基板固持件(20)自該槽(11)移除時使該製程流體之該液位維持基本上恆定。
  3. 如請求項1之系統(10)，其中該泵抽構件(15)經組態以增加一泵抽體積以平衡該基板固持件(20)之該移除。
  4. 如請求項1之系統(10)，其中該流體通道(12)經組態以在該基板固持件(20)插入至該槽(11)中時使該製程流體之該液位維持基本上恆定。
  5. 如請求項2之系統(10)，其中該基板固持件(20)固持該基板(30)。
  6. 如請求項1之系統(10)，其中該控制單元(14)經組態以使該製程流體之該液位維持於高於待配置於該槽(11)中之一分配本體(21)之一最上方部分。
  7. 如請求項1之系統(10)，其中該控制單元(14)經組態以使該製程流體之該液位基本上維持於待配置於該槽(11)中之一分配本體(21)之一最上方部分之一液位。
  8. 如請求項1之系統(10)，其進一步包括經組態以偵測該製程流體之一溫度及控制該製程流體之該溫度之一變化之一溫度控制系統(17)。
  9. 如請求項1之系統(10)，其進一步包括經組態以偵測該製程流體之一化學性質及控制該製程流體之該化學性質之一變化之一成分控制系統(18)。
  10. 如請求項1之系統(10)，其中該控制單元(14)經組態以防止待配置於該槽(11)中之該分配本體(21)之一乾燥。
  11. 一種用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板(30)之裝置(100)，其包括： 如請求項1，2，3，4，5，6，7，8，9或10之一系統(10)，及 一基板固持件(20)， 其中該基板固持件(20)經組態以固持該基板(30)。
  12. 一種用於在一製程流體中化學及/或電解表面處理一基板(30)之方法，其包括以下步驟： a)藉由一泵抽構件(15)將該製程流體之一膨脹體積自用於化學及/或電解表面處理該基板(30)之一槽(11)導引至一膨脹罐(13)， b)將該製程流體之該膨脹體積自該膨脹罐(13)重新插入至該槽(11)，及 c)組態一控制單元(14)以防止引入空氣至待配置於該槽(11)中之一分配本體(21)及/或一陽極(22)中， 使得該槽(11)中之該製程流體之一液位維持基本上恆定。
  13. 如請求項12之方法，其進一步包括以下步驟： 將一基板固持件(20)插入至該槽(11)中，此與步驟a)相關，及 自該槽(11)移除該基板固持件(20)，此與步驟b)相關。
  14. 如請求項12或13之方法，其中該製程流體係在該槽(11)與該膨脹罐(13)之間連續循環。
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