TW201636458A - 具有膜管屏蔽的電鍍裝置 - Google Patents

Abstract

一電鍍裝置具有一或更多個膜管環，該一或更多個膜管環作用為電場之屏蔽，以在一工件的周圍處提供有利的鍍覆特性。該等膜管環可用具有不同的傳導性之流體充填，以如所欲地改變屏蔽效應而用於電鍍不同類型的基板。可選地，該等膜管環可提供於該裝置之容器中的一擴散體板材之中或之上。

Description

具有膜管屏蔽的電鍍裝置

本發明係關於具有膜管屏蔽的電鍍裝置。

微電子元件(microelectronic device)及其他微尺度(micro-scale)元件的製造典型地需要在一晶圓或其他基板上形成多重金屬層。藉由電鍍金屬層與其他步驟結合，產生出形成微尺度元件的圖案化金屬層。

基板在一鍍覆裝置或腔室中經電鍍，以該基板之一側在一液體電解質浴中，且具碰觸基板表面上之一傳導層之電氣接觸件。電流通過該電解質及該傳導層。在電解質中的金屬離子鍍出至基板上，在基板上形成一金屬薄膜。為了更好地達到均勻的所鍍薄膜厚度，鍍覆裝置可具有一環狀介電性屏蔽，該環狀介電性屏蔽屏障或減少基板之邊緣附近的電解質中之電場。

達到均勻厚度的所鍍金屬薄膜因為多種理由可係困難的。在鑲嵌鍍覆(Damascene plating)中，薄膜之薄層電阻(sheet resistance)在鍍覆製程期間改變，而更動在鍍覆裝置內的電場，且傾向造成在晶圓邊緣處之所鍍薄膜厚度較厚。在晶圓層級封裝應用中， 圍繞晶圓之邊緣的活性鍍覆範圍可取決於晶圓之圖案而顯著地變化。活性鍍覆範圍亦可取決於所指定的晶邊排除區或尺寸而變化。基板直徑之變化亦可高達數毫米。由於改變的基板直徑所引起的變化的幾何，此可造成基板之周圍附近的所鍍金屬薄膜之變化。

在現今的電鍍裝置中，為了達到最佳的鍍覆結果，電場屏蔽必須被改變以匹配晶圓之特性。由於改變屏蔽係耗費時間的，存在對能夠無須改變屏蔽而針對改變的晶圓活性範圍做出調整的鍍覆裝置。

一電鍍裝置具有一或更多個膜管環，該一或更多個膜管環作用為電場之屏蔽，以在一基板的周圍處提供有利的鍍覆特性。該等膜管環可用具有不同的傳導性之流體充填，以如所欲地改變屏蔽效應用於電鍍不同類型的基板。可選地，該等膜管環可提供於該裝置之容器中的一擴散體板材之中或之上。

20‧‧‧電鍍裝置

22‧‧‧頭部

24‧‧‧轉子

26‧‧‧背板

28‧‧‧馬達

30‧‧‧接觸環

32‧‧‧波紋管

34‧‧‧接觸環致動器

35‧‧‧金屬指狀物

38‧‧‧容器

40‧‧‧中心電極；電極；陽極

42‧‧‧外電極；電極；陽極

44‧‧‧電場成形單元；場成形單元

50‧‧‧晶圓或基板；基板

60‧‧‧膜

80‧‧‧密封環

90‧‧‧膜管；外膜管

92‧‧‧膜管；內膜管

94‧‧‧擴散體板材

96‧‧‧閥

98‧‧‧流體源

100‧‧‧流體源

T‧‧‧方向

第1圖係一電鍍裝置之示意性剖面圖。

第2圖係一替代性電鍍裝置之一容器的示意性剖面圖。

於第1圖中，一電鍍裝置20在一頭部22中具有一轉子24。轉子24包括一背板26及一具有一密封環80的接觸環30。接觸環致動器34在垂直方向上移動接 觸環30(在第1圖中的方向T上)，以囓合接觸環30與密封環80至一晶圓或基板50之向下表面上。一波紋管32可被用以密封頭部之內部組件。

接觸環典型地具有金屬指狀物35，金屬指狀物35接觸基板50上的一傳導層。在第1圖中，頭部22被顯示定位以將基板50放置在一製程位置中，在該製程位置該基板與被固持在一容器38中的液體電解質浴接觸。對於處理一300mm之直徑的基板而言，容器可具有305至380mm之一直徑。

第1圖顯示一設計，該設計具有一被單一外電極42環繞之中心電極40，雖然可使用多個同心的外電極。亦可使用一單一電極。在一典型的電鍍製程中，以銅鑲嵌為例子而言，電極40及42係陽極，且基板係連接至一陰極。一由一介電性材料構成的電場成形單元44可被定位在容器中，且在電極與晶圓之間。可選地，可包括一膜60，且陽極電解質在一該膜下方的下腔室中，而陰極電解質在膜60上方的上腔室中。若未使用膜60，容器形成一固持一單一電解質的單一腔室。電流從電極通過電解質到晶圓上的傳導性表面。在頭部中的馬達28可用以在電鍍期間旋轉晶圓。

形成為一環的一膜管90係提供於容器中。膜管90經定位使得膜管90與基板50之外邊緣相鄰，且在基板50與陽極40及/或42之間。大體而言，膜管90與基板距離可在1至3mm之內，以更佳地控制基板50之邊 緣附近的電場。膜管90可被附接至容器38之側壁，且在容器38之側壁上被支撐，或在場成形單元44上被支撐。取決於所使用的具體容器，膜管90可在介電性間隙(standoff)或托架上被支撐。

膜管90具有一入口及一出口，用以允許膜管90用具適合用於提供所欲的屏蔽之導電度的流體充填。舉例而言，入口可經配管至一連接至流體源98及100(諸如空氣、氮氣或其他氣體及/或一電解質或水的一來源)的閥96。出口可經配管至一排放件用於沖洗膜管90，或配管至一再循環接線。在使用中，在膜管90中的流體可係流動的或靜態的。

膜管可係一膜材料，諸如納菲薄膜(Nafion)磺化四氟乙烯基氟聚合物共聚物。一納菲薄膜管具有一足夠造成膜管本身作用為一部分屏蔽(partial shield)的導率(例如，典型地約20至100mS/cm)。其他具有較大的傳導性的膜管材料可用以減少所提供的最小屏蔽效應。一典型的膜管90可具有2至6mm之一外直徑、約0.5mm之一壁厚、及2.5至6mm之一內直徑(或3至5mm)。或者，一圓形、方形、或矩形管道可被設置在容器之圓柱側壁中以達到相同的效應。

如第2圖中所顯示，膜管90及92可配置在一擴散體板材94之上或之內，以補償一具體晶圓圖案或一晶圓刻劃標記(scribe mark)。膜管90及92係形成為 環，且在此處被稱為環膜管。使用環膜管與擴散體板材允許一單一電鍍裝置20更均勻地對具有不同大小的基板進行鍍覆。內膜管92及外膜管90可配管在一起，使得相同的流體供應兩個膜管。各膜管90及92可被形成為一環或一圓，且固定在容器38之中或之上的位置。

若兩個膜管90及92具有相同的流體，該等膜管可被提供為一形成為兩個環的單一管，在該管從內環移動至外環處具有一過渡區域。若兩個管係分開的，該等管可從在該腔室外側的分開配管連接來供應不同的流體。此允許增加對屏蔽之控制，亦即，有效屏蔽ID之變化可基於是否僅內管或兩個管均用非傳導流體充填。

膜管可跨一擴散體板材之整個面為分散式的，以達到徑向電流密度控制(亦即，用以複製同心的陽極之功能)。為了使此屏蔽不作用，膜管可被嵌入於一20%的開放面積(open area)擴散體內。該開放面積提供擴散體一電阻，該電阻與被陰極電解質充填之20mS/cm之納菲薄膜膜管的電阻匹配。在基板於處理期間不旋轉之應用中，擴散體板材特定地經設計以與可能被使用的特定基板圖案發揮作用。在此情況中，膜管分布(laid out)在擴散體板材內之方式補償了由一具體晶圓圖案或一刻劃範圍所造成的電場變化。替代地，膜管可跨全部擴散體板材為分散式的，以達到徑向電流密度控制。兩個或更多個膜管之環可用於擴散體板材中(如第2 圖中所顯示)，或在無擴散體板材下使用(如第1圖中所顯示)。

在習知鍍覆裝置中的介電性材料環狀屏蔽可用一膜管90取代，以產生一可調整的腔室屏蔽。膜管以陰極電解質(或一更高傳導性流體)充填的情況下，該膜管係不作用為一屏蔽，因為該膜管由具有相同傳導性的容器38中的陰極電解質(或電解質)浸沒或環繞。然而，當以具有低於環繞電解質的傳導性之氣體(諸如空氣或氮氣)或液體(諸如去離子水)充填時，膜管作用為對電場之屏蔽。一或更多個膜管90亦可用於一架設為能夠處理不同大小晶圓的橋接裝置之電鍍裝置中，以膜管90更動容器中電場用於一選定晶圓大小之需要。一引線電極可被定位在一膜管內，以更佳地允許膜管本身作用為一陽極或電流偷取者(current thief)。

有可變傳導性之液體可被用在膜管90中，以達到與一特定基板匹配之屏蔽。改變在膜管中的流體之傳導性亦可用以補償改變的製程條件，諸如在鍍覆期間可能發生的薄膜電阻之改變。在膜管中更高傳導性流體可被使用以局部地增加電流流動(與局部屏蔽相反)。

如此處所使用，膜管或膜管環意指用一允許離子流流動通過管壁的材料構成的管。可選地，在陽極40及/或42有或沒有同時操作的情況下，膜管90及92之一者或兩者可連接至陽極電流源且操作為陽極。在此用途中，一惰性或一活性陽極導體可在膜管中被提供。 經由與容器陽極40及42不同的材料形成膜管之陽極以允許多種材料被同鍍亦是有可能的，舉例而言，如同以鍍覆焊料。提供在膜孔中的陽極電流之導體可係一引線，該引線被牽拉通過膜管以如所需要般補強該陽極材料。

20‧‧‧電鍍裝置

22‧‧‧頭部

24‧‧‧轉子

26‧‧‧背板

28‧‧‧馬達

30‧‧‧接觸環

32‧‧‧波紋管

35‧‧‧金屬指狀物

38‧‧‧容器

40‧‧‧中心電極；電極；陽極

42‧‧‧外電極；電極；陽極

44‧‧‧電場成形單元；場成形單元

50‧‧‧晶圓或基板；基板

60‧‧‧膜

80‧‧‧密封環

90‧‧‧膜管；外膜管

96‧‧‧閥

98‧‧‧流體源

100‧‧‧流體源

T‧‧‧方向

Claims (16)

1. 一種裝置，包含：一容器；在該容器中的一或更多個陽極；一基板固持件，用於將一基板固持在該容器中之一製程位置中；一膜管環，該膜管環在該容器中與該製程位置相鄰；以及與該管環連接的至少一流體源，用以提供一流體至該膜管環內以用於改變在該容器中的電場。
2. 如請求項1之裝置，其中該膜管環藉由從該等陽極將該基板固持件屏蔽而改變該電場。
3. 如請求項1之裝置，其中該流體源包含一液體電解質、水、或一氣體。
4. 如請求項1之裝置，更包含一第一流體源及一第二流體源、及一用於連接該第一流體源與該第二流體源至該膜管環之閥。
5. 如請求項1之裝置，其中該管環經支撐於該容器之一側壁之上或之中，且與該容器之一頂端相鄰。
6. 如請求項1之裝置，更包含在該容器中的一第二膜管環，該第二膜管環與該第一膜管環同心且相 鄰。
7. 如請求項6之裝置，其中該膜第二管環與該第一膜管環接合。
8. 如請求項1之裝置，更包括在該容器中的一擴散體板材，其中該膜管環在該擴散體板材之中或之上。
9. 如請求項1之裝置，其中該容器具有305至380mm的一直徑，且該膜管環具有2至6mm的一外側直徑。
10. 如請求項1之裝置，更包括在該容器中的一第一電解質及在該管環內之一第二電解質。
11. 如請求項1之裝置，更包括在該容器中的一介電性場成形單元，該介電性場成形單元介於該等陽極與該製程位置之間，且其中該膜管環在垂直方向上在該場成形單元與該基板之間。
12. 如請求項1之裝置，其中該膜管環具有一大於該基板的直徑。
13. 一種電鍍方法，包含：將一基板移動至與在一容器中之一電解質浴接觸；傳導電流通過該電解質浴至該基板；以及提供一流體至在該容器中的一膜管環內，以在該 基板之一周圍處改變該電解質中的一電場。
14. 如請求項13之方法，更包含在電鍍之一第一階段期間提供一第一流體至該膜管環中，及在電鍍之一第二階段期間提供一第二流體至該膜管環中。
15. 如請求項13之方法，更包括旋轉該基板。
16. 如請求項13之方法，其中在該膜管環中的該流體具有低於該電解質之一傳導性，以屏蔽在該基板之該周圍處的電場。