TWI759514B - 用於化學及／或電解表面處理之分配系統 - Google Patents

用於化學及／或電解表面處理之分配系統 Download PDF

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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分配系統、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分配方法。 用於化學及/或電解表面處理之該分配系統包括一分配本體、至少一製程流體入口及一通道。該分配本體經組態以引導該製程流體及/或一電流流動至該基板。該通道至少部分圍繞該分配本體之一圓周。該分配本體包括一噴嘴陣列且該通道經組態以將該製程流體自該製程流體入口分配至該噴嘴陣列。

Description

用於化學及／或電解表面處理之分配系統
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分配系統、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分配方法。
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/或電解表面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。
此一程序中之一問題係一均勻層之形成。一電鍍電流在自系統之一陽極傳遞至一陰極時可能不均勻及/或一處理腔室中之一流體分配可能不均勻。非均勻電流或流體分配可導致非均勻層厚度。電流及/或流量之一均勻分配應藉由一分配本體實施，該分配本體應對應於待處理之基板。然而，仍可改良一均勻層之形成。
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分配系統，該改良分配系統容許或改良一基板之一均勻表面處理。
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分配系統、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分配方法。
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分配系統。該分配系統可為具有其中垂直插入該基板之一垂直電鍍腔室之一垂直分配系統。該分配系統亦可為具有其中水平插入該基板之一水平電鍍室之一水平分配系統。
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/或電解表面處理之分配系統包括至少一分配本體、至少一製程流體入口及至少一通道。
該分配本體經組態以引導製程流體及/或電流流動至基板。該分配本體特定言之可在其形狀及尺寸上對應於待處理之基板。
製程流體入口係(例如)其中製程流體進入分配系統及分配本體之一導管。
分配本體包括一噴嘴陣列。該噴嘴陣列可為若干或複數個噴嘴之一區域或場。其可包括用以引導製程流體流動至基板之出口開口及/或用以自基板接收製程流體之回流之回流開口。換言之，噴嘴陣列可為分配本體之一主動場。
通道經組態以將製程流體自製程流體入口分配至噴嘴陣列。通道至少部分圍繞分配本體之一圓周。通道可圍繞分配本體之該圓周之(例如) 50%與90%之間且較佳分配本體之該圓周之約75%。例示性值在下文進一步給出。通道亦可完全圍繞分配本體之圓周。術語「圓周」可理解為分配本體之外部界限，無關於分配本體之一形狀(圓形、有角形狀等)。
根據本發明之用於化學及/或電解表面處理之系統可藉此容許或改良基板之一均勻表面處理且特定言之一均勻沈積速率及/或基板上之一均勻層之形成。在通道至少部分圍繞分配本體之圓周時，其改良製程流體自製程流體入口至噴嘴陣列之單個噴嘴且藉此自分配本體至基板及在基板處之分配。製程流體之一較佳分配可導致基板之一更均勻表面處理、一更均勻沈積速率及/或基板上之一更均勻層之形成。
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促進分配系統之一構造，此係因為此使得製程流體入口之定位無關於製程流體至噴嘴陣列及基板之隨後分配。換言之，製程流體入口可僅基於結構、構造、尺寸或幾何考量而配置，無需(或至少在一較小程度上)考量製程流體之稍後分配。
至少一製程流體入口可因此相對於分配本體分散或不對稱配置。可存在至少兩個、若干或複數個製程流體入口，其等可相對於分配本體分散配置或不對稱配置。術語「不對稱」可理解為製程流體入口並非配置於分配本體之所有側上且甚至並非配置於分配本體之兩個相對側上。例如，製程流體入口係僅配置於分配本體之一側處。此單側可為分配本體之一下側或底側，但亦可為一上側或頂側。製程流體入口亦可僅配置於分配本體之兩個相鄰側處。
在一實例中，通道經組態以將製程流體自至少一製程流體入口均勻地分配至噴嘴陣列。在一實例中，通道經組態以將製程流體分配成製程流體在分配本體中之一基本上均勻流動。在一實例中，通道經組態以將製程流體分配成製程流體離開噴嘴陣列之一基本上均勻排出速度。通道之組態可藉此容許基板之一均勻表面處理、一均勻沈積速率及/或基板上之一均勻層之形成。
在一實例中，在一俯視圖中分配本體及通道具有一有角形狀。在另一實例中，在一俯視圖中分配本體具有一圓形形狀且通道具有一環形形狀。分配本體可具有任何種類之形狀，例如，一矩形、正方形、橢圓形、三角形或其他合適幾何組態。
在一實例中，通道具有一矩形截面。通道可具有任何種類之形狀，例如，一有角形狀、正方形、圓形、橢圓形、三角形或其他合適幾何組態。在一實例中，通道具有在噴嘴陣列之一寬度之1%至20%之範圍中、較佳在3%至15%之範圍中且更佳在5%至10%之範圍中之一寬度。在一實例中，通道之截面之一尺寸沿著分配本體之圓周改變。例如，通道之鄰近於製程流體入口之一下側可具有一寬度w1且通道之橫向側可具有大於w1之一寬度w2。此外，通道之一頂側(與鄰近於製程流體入口之該下側相對)可具有一寬度w3，其在隅角處以w3 = w2起始且在該頂側之一中心增加至一最大寬度w4。通道之尺寸可進一步改良基板之一均勻表面處理、一均勻沈積速率及/或基板上之一均勻層之形成。
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分配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(在基板固持件之各側上各一個基板)。
用於化學及/或電解表面處理之裝置可進一步包括一陽極。用於化學及/或電解表面處理之裝置可進一步包括一電源供應器。用於化學及/或電解表面處理之裝置可進一步包括一製程流體供應源。
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分配方法。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)提供經組態以引導該製程流體及/或一電流流動至該基板之一分配本體， b)提供至少一製程流體入口， c)提供至少部分圍繞該分配本體之一圓周之一通道，及 d)藉助於該通道將製程流體自至少一製程流體入口分配至分配本體之一噴嘴陣列。
因此，本發明係關於一種用於化學及/或電解表面處理之方法，其容許、改良及/或促進基板之一均勻表面處理、一均勻沈積速率、基板上之一均勻層之形成及/或類似者。通道至少部分圍繞分配本體之圓周且藉此可改良製程流體自製程流體入口至噴嘴陣列之單個噴嘴、自分配本體至基板及/或在基板處之分配。
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/或電解表面處理基板30之一垂直分配系統10。
圖2中亦展示基板固持件20。基板固持件20經組態以固持一或兩個基板30 (在基板固持件20之各側上各一個基板30)。基板固持件20此處固持具有圓形隅角及(例如) 370 x 470 mm之一尺寸之矩形基板30。當然，用於化學及/或電解表面處理之裝置100亦可與一基板固持件20一起使用，該基板固持件20經組態以在一較佳垂直配置中僅固持一個基板30以用於單側或雙側表面處理。
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基板固持件20中，且待處理之其表面浸浴於作為來自一分配本體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。
如圖1、圖3及圖4中所展示之用於在製程流體中化學及/或電解表面處理基板30之分配系統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。分配系統10此處包括浸沒於製程流體(未展示)中之兩個分配本體21。附接至基板固持件20之基板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。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。
分配系統10進一步包括用於製程流體之若干製程流體入口23及圍繞各分配本體21之一圓周之兩個通道24。製程流體入口23係其中製程流體進入分配系統10及分配本體21之開口。
分配本體21各包括一噴嘴陣列25且各通道24經配置及設定尺寸以將製程流體自各自製程流體入口23分配至各自噴嘴陣列25。製程流體接著自流體入口23流動至通道24、自通道24流動至噴嘴陣列25及自噴嘴陣列25流動至噴嘴陣列25之出口開口。該等出口開口引導製程流體流動至基板30，在基板30處製程流體進行所要化學及/或電解反應。分配本體21進一步包括用以自基板接收製程流體之回流之回流開口。
製程流體入口23係分散及不對稱配置於分配本體21之一側處，即，在分配本體21之一底側處。分配本體21及通道24在一俯視圖中觀看時具有一有角形狀。通道24之一截面之尺寸沿著分配本體21之圓周改變。對於513 x 513 mm之一噴嘴陣列，通道24之一寬度可在鄰近於製程流體入口之一底側處之約25.5 mm、橫向側處之約35.5 mm與在一頂側處自圓形隅角增加至該頂側之一中心處之一最大寬度，具有約45.5 mm之一寬度之間改變。在最大寬度處，可配置分配本體21之一通風開口。
通道24且特定言之其組態改良基板之一均勻表面處理、一均勻沈積速率及/或基板上之一均勻層之形成。此外，其促進分配系統10之構造，此係因為其使得製程流體入口23之定位無關於製程流體至噴嘴陣列25及基板30之隨後分配。換言之，製程流體入口23可僅基於結構考量而配置，無需(或至少在一較小程度上)考量製程流體之稍後分配。
分配本體21可有利地包括塑膠，以尤其有利方式包括聚丙烯、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流體分解之另一材料。
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之一分配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，提供經組態以引導該製程流體及/或一電流流動至基板30之一分配本體21。 - 在一第二步驟S2中，提供至少一製程流體入口23。 - 在一第三步驟S3中，提供至少部分圍繞分配本體21之一圓周之一通道24。 - 在一第四步驟S4中，藉助於通道24將製程流體自至少製程流體入口23分配至分配本體21之一噴嘴陣列25。
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‧‧‧垂直分配系統/分配系統20‧‧‧基板固持件21‧‧‧分配本體22‧‧‧陽極23‧‧‧製程流體入口/流體入口24‧‧‧通道25‧‧‧噴嘴陣列30‧‧‧基板100‧‧‧裝置S1‧‧‧第一步驟S2‧‧‧第二步驟S3‧‧‧第三步驟S4‧‧‧第四步驟
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一分配系統之一實施例。 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一分配系統之一實施例。 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分配方法之一實例之基本步驟。
10‧‧‧垂直分配系統/分配系統
20‧‧‧基板固持件
21‧‧‧分配本體
22‧‧‧陽極
24‧‧‧通道
30‧‧‧基板
100‧‧‧裝置

Claims (15)

  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)之分配系統，其包括： 一分配本體(21)， 至少一製程流體入口(23)，及 一通道(24)， 其中該分配本體(21)經組態以引導該製程流體及/或一電流流動至該基板(30)， 其中該通道(24)至少部分圍繞該分配本體(21)之一圓周， 其中該分配本體(21)包括一噴嘴陣列(25)，且 其中該通道(24)經組態以將該製程流體自該製程流體入口(23)分配至該噴嘴陣列(25)。
  2. 如請求項1之系統(10)，其中該製程流體入口(23)係分散於該分配本體(21)配置。
  3. 如前述請求項中一項之系統(10)，其中該製程流體入口(23)係不對稱於該分配本體(21)配置。
  4. 如前述請求項之系統(10)，其包括僅配置於該分配本體(21)之一側處之至少兩個製程流體入口(23)。
  5. 如前述請求項中一項之系統(10)，其中該通道(24)經組態以將該製程流體分配成製程流體在該分配本體(21)中之一基本上均勻流動。
  6. 如前述請求項中一項之系統(10)，其中該通道(24)經組態以將該製程流體分配成製程流體離開該噴嘴陣列(25)之一基本上均勻排出速度。
  7. 如前述請求項中一項之系統(10)，其中該通道(24)完全圍繞該分配本體(21)之該圓周。
  8. 如前述請求項中一項之系統(10)，其中該通道(24)經組態以將該製程流體自至少一製程流體入口(23)均勻地分配至該噴嘴陣列(25)。
  9. 如前述請求項中一項之系統(10)，其中在一俯視圖中該分配本體(21)及該通道(24)具有一有角形狀。
  10. 如請求項1至8中一項之系統(10)，其中在一俯視圖中該分配本體(21)具有一圓形形狀且該通道(24)具有一環形形狀。
  11. 如前述請求項中一項之系統(10)，其中該通道(24)具有一矩形截面。
  12. 如前述請求項中一項之系統(10)，其中該通道(24)具有在該噴嘴陣列(25)之一寬度之1%至20%之範圍中、較佳在3%至15%之範圍中且更佳在5%至10%之範圍中之一寬度。
  13. 如前述請求項中一項之系統(10)，其中該通道(24)之該截面之一尺寸沿著該分配本體(21)之該圓周改變。
  14. 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： 如前述請求項中一項之一分配系統(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)。
  15. 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)之分配方法，其包括以下步驟： 提供經組態以引導該製程流體及/或一電流流動至該基板(30)之一分配本體(21)， 提供至少一製程流體入口(23)， 提供至少部分圍繞該分配本體(21)之一圓周之一通道(24)，及 藉助於該通道(24)將該製程流體自該製程流體入口(23)分配至該分配本體(21)之一噴嘴陣列(25)。
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