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CN101812711B - 镀覆装置 - Google Patents

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CN101812711B
CN101812711B CN2010101447137A CN201010144713A CN101812711B CN 101812711 B CN101812711 B CN 101812711B CN 2010101447137 A CN2010101447137 A CN 2010101447137A CN 201010144713 A CN201010144713 A CN 201010144713A CN 101812711 B CN101812711 B CN 101812711B
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Abstract

本发明涉及一种镀覆装置，其包括：用于保持镀液的镀槽；和具有搅拌叶片的搅拌机构，所述搅拌叶片浸在镀槽的镀液中并且布置在面对工件的待镀表面的位置，所述搅拌叶片可平行于工件的待镀表面往复运动以搅拌镀液；其中所述搅拌叶片具有相对于工件的待镀表面的一个角度，当所述搅拌叶片的运动方向变化时该角度可变，从而使与待镀表面接触的镀液的流动更加均匀和有效，在待镀表面上形成膜厚一致性更好的镀膜。

Description

镀覆装置
本申请是申请日为2004年3月9日、申请号为200810166115.2、发明名称为“镀覆装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于镀覆衬底等的表面(待镀覆的表面)的镀覆装置，尤其涉及这样的镀覆装置，该镀覆装置用于根据镀覆技术在LSI电路等的衬底上形成金属膜和互连，在半导体晶片等的表面中限定的细互连凹槽(沟槽)，通孔，或者保护层开口中形成镀膜，和在半导体晶片的表面上形成突出部(突出电极)以电连接到封装等的电极。
背景技术
近年来，已经在使用一种方法，该方法根据镀覆技术通过在硅晶片或其它衬底上形成金属膜而在半导体电路中形成互连或突出部。
例如在TAB(卷带式自动接合)或FC(倒装晶片法)中，已经广泛使用的方法是在具有形成于其中的互连的半导体芯片表面的预定部分(电极)处形成金、铜、焊锡、无铅焊锡或镍的突出连接电极(突出部)或这些金属的多层薄板，和通过所述突出部电连接所述互连和封装的电极或TAB电极。形成突出部的方法包括各种方法，例如电镀法、汽相淀积法、印刷法、和植球凸点法(ball bumping)。随着近来半导体芯片中I/O端口数量的增加和朝着更细小间距发展的趋势，电镀被更频繁地使用，原因在于它能够应付更细小的处理和具有较稳定的性能。
尤其是，由电镀产生的金属膜的优点在于它们具有高纯度，能够高速地增长，并且它们的厚度容易控制。另一方面，无电镀的优点在于形成互连或突出部所需步骤的数量可以较小，原因在于不需要用于在诸如衬底等这样的待镀覆的工件上通过电流的种子层。由于严格要求在半导体衬底上形成的薄膜具有一致的厚度，因此在上述的镀覆过程中采取了很多尝试以满足这样的要求。
图27显示了传统的无电镀装置的一个例子，该装置利用所谓的倒装(face-down)法。该无电镀装置具有用于在其中保持镀液(无电镀液)10的向上开口的镀槽12，和可垂直运动的衬底支座14，该支座用于可拆卸地保持作为工件的衬底W，该衬底将在这样的状态下被镀覆使得衬底W的前表面(待镀的表面)朝下(倒装)。溢出槽16设在镀槽12的上部周围，镀液排放管18连接到溢出槽16。此外，镀液补给喷嘴22设在镀槽12的底部并且连接到镀液补给管20。
在操作中，由衬底支座14水平保持的衬底W位于一个位置，例如接近镀槽12的上端的开口处。在该状态下，镀液10从镀液补给喷嘴22供应到镀液槽12中并且允许溢出镀槽12的上部，由此镀液10沿着由衬底支座14保持的衬底W的表面流动，并且通过镀液排放管18返回到循环槽(未示出)。因此，通过使镀液与衬底W的预处理表面接触，金属淀积在衬底W的表面上从而形成金属膜。
根据该镀覆装置，通过调节从镀液补给喷嘴22补给的镀液10的补给速度，和旋转衬底支座14等，形成于衬底W表面上的金属膜的厚度的一致性可以进行某种程度的调节。
图28显示了传统的电镀装置的一个例子，该装置利用所谓的浸渍法。该电镀装置具有用于在其中保持镀液(电镀液)的镀槽12a，和可垂直运动的衬底支座14a，该支座可拆卸地保持衬底W使得前表面(待镀的表面)被暴露而衬底W的周围部分被防水密封。阳极24由阳极支座26保持并且垂直地布置在镀槽12a中。此外，当由衬底支座14a保持的衬底W布置在面对阳极24的位置时，具有中心孔28a、由介电材料制造的调整板28布置在镀槽12a中，从而定位在阳极24和衬底W之间。
在操作中，阳极24，衬底W，和调整板28浸在镀槽12a的镀液中。同时，阳极24通过导体30a连接到镀电源32的阳极，衬底W通过导体30b连接到镀电源32的阴极。因此，由于衬底W和阳极24之间的电势差，镀液中的金属离子从衬底W的表面接收电子，从而金属淀积在衬底W的表面上，从而形成金属膜。
根据该镀覆装置，通过把具有中心孔28a的调整板28布置在阳极24和在面对阳极24处布置的衬底W之间，和用该调整板28调节镀槽12a上的电势分布，形成于衬底W表面上的金属膜的厚度分布可以进行某种程度的调节。
图29显示了传统的电镀装置的另一个例子，该装置利用所谓的浸渍法。该电镀装置与图28中所示的电镀装置的区别在于提供了代替调整板的环形假阴极(假电极)34，衬底W由衬底支座14a保持在一种状态，使得假阴极34布置在衬底W周围，和假阴极34在电镀期间通过导体30c连接到镀电源32的阴极。
根据该镀覆装置，形成于衬底W表面上的镀膜的厚度的一致性可以通过调节假阴极34的电势而被提高。
图30显示了传统的电镀装置的又一个例子，该装置利用所谓的浸渍法。该电镀装置与图28中所示的电镀装置的区别在于没有调整板，搅拌杆(搅拌机构)36定位在镀槽12a之上并且平行于衬底支座14a和阳极24并布置在它们之间，多个叶片(搅拌棒)38作为搅拌叶片从搅拌杆36的下表面基本垂直地悬挂，并且这样布置，使得在电镀过程中，搅拌杆36平行于衬底W往复地移动叶片38，由此搅拌镀槽12a中的镀液。
根据该镀覆装置，搅拌杆36平行于衬底W往复地移动叶片38以使镀液沿着衬底W的表面在衬底W的整个表面上均匀流动(即消除镀液流动的方向性)，由此在衬底W的整个表面上形成厚度更一致的镀膜。
例如，为了在半导体衬底(晶片)上形成作为互连或突出部的金属膜(镀膜)，形成于衬底整个表面上的金属膜的表面结构和膜厚度需要一致。尽管近年来诸如SOC，WL-CSP等的可用的高密度封装技术需要更高的精确一致性，然而传统的镀覆装置产生的金属膜很难满足这种高度精确一致性的要求。
具体而言，每个传统镀覆装置具有其自身的结构特征，该特征代表了由此形成的镀膜的膜厚度分布特征，需要通过改进该镀覆装置产生具有更好的膜厚度一致性的镀膜。为了产生均匀膜厚度的镀膜，有效的方法是使靠近衬底等的待镀表面的镀液流动一致。这需要使镀液一致地流动并且使镀液与衬底等的待镀表面接触的操作。镀覆装置本身也需要具有简单的结构和设计成易于维护的机构。例如，图29中所示的镀覆装置需要进行操作以调节假电极和去除淀积在假电极上的镀覆金属。期望能够更好地控制镀覆装置和简单地处理镀覆装置而没有操作和处理的复杂性问题。为了缩短镀覆时间，强烈希望增加镀覆速度。增加镀覆速度需要将镀液中的金属离子有效地供应到衬底等的待镀表面。
在电镀中，增加镀覆速度的一种尝试是增加电流密度。然而，简单地增加电流密度可能引起焦淀积，镀覆缺陷，阳极表面的钝化等，有可能导致镀覆失败。
发明内容
鉴于上述的缺陷而产生了本发明。因此，本发明的第一个目标是提供一种镀覆装置，该装置能够增加镀覆速度和在镀槽中更一致地调节镀液的流动，从而用较简单的配置使镀膜的膜厚度的晶片内一致性更高。
本发明的第二个目标是提供一种镀覆装置，该装置能够用较简单的配置在工件的待镀表面上形成膜厚度更一致的镀膜而不需要复杂的操作和设置。
为了实现上述的目标，提供了一种镀覆装置，其包括：用于保持镀液的镀槽；用于保持工件和使工件的待镀表面与镀槽中的镀液接触的支座，和布置在镀槽中的环形喷管，该喷管具有多个镀液注入喷嘴，以用于朝着由支座保持的工件的待镀表面注入镀液，从而将镀液供应到镀槽中。
根据本发明，镀液从形成于环形喷管上的镀液注入喷嘴被注入，并且作为强液流应用到工件的待镀表面，由此将镀液中的离子有效地供应到工件的待镀表面，同时防止工件的整个待镀表面上的电势分布的一致性被搅乱。因此增加了镀覆速度同时不会降低镀膜的质量。另外，镀膜的膜厚度的一致性可以通过调节从镀液注入喷嘴注入的镀液的流速和方向而得到提高，以便使工件的待镀表面附近的镀液的流动更一致。
从镀液注入喷嘴注入的镀液的液流应当优选地在由支座保持的工件的待镀表面的大致中心区域上或其前方彼此交汇。
由于镀液的汇流垂直地应用到工件的待镀表面的大致中心区域，因此随后其方向改变成沿着工件的待镀表面向外传播，当镀液撞击在工件的待镀表面上之后其流动受到阻止，以防止干扰镀液的排放流，因此形成了连续和稳定的流动。
该镀覆装置可以包括具有阳极的电镀装置，镀电压应用到阳极和工件之间以在工件上进行电镀。
如果镀覆装置包括带有阳极的电镀装置，那么该镀覆装置应当优选地进一步包括用于朝着阳极注入镀液以将镀液供应到镀槽中的镀液注入喷嘴。
阳极溶解的速度增加，从而能够以这样的速度溶解阳极，该速度与电镀速度的增加相等。
该镀覆装置可以包括无电镀装置，该无电镀装置用于使无电镀液与工件的待镀表面接触，从而在工件上进行无电镀。
工件可以水平或垂直地布置。
喷管可以成形为沿着工件的外轮廓延伸。例如如果工件具有圆形外轮廓，那么喷管应当包括圆形环形喷管。如果工件具有矩形外轮廓，那么喷管应当包括矩形环形喷管。
喷管应当优选地可相对于由支座保持的工件移动。在这种结构中，喷管可以相对于工件的待镀表面向前或向后，向左或向后，向上或向下地移动，或者沿这些方向的组合方向移动，或者在平行于工件的待镀表面的平面上做圆周运动，或者喷管可以做旋转运动，以用于进一步增加镀膜的膜厚度的一致性。
喷管和/或镀液注入喷嘴应当优选地由电绝缘材料制造。由电绝缘材料制造的喷管和/或镀液注入喷嘴有效地防止镀槽中的电场分布因此被搅乱。
根据本发明，还提供一种镀覆装置，其包括：用于保持镀液的镀槽；具有搅拌叶片的搅拌机构，所述搅拌叶片浸在镀槽的镀液中并且布置在面对工件的待镀表面的位置，所述搅拌叶片可平行于工件的待镀表面往复运动以搅拌镀液；其中所述搅拌叶片在其至少一侧上具有不规则部。
根据上述结构，当在其至少一侧上带有不规则部的所述搅拌叶片往复运动时，所述搅拌叶片能够均匀地和广泛地在镀液中产生许多漩涡。因此与工件的待镀表面接触的镀液的流动更均匀和有效地被应用，从而在工件的待镀表面上形成膜厚度一致性更好的镀膜。
所述不规则部例如包括连续的三角形或矩形锯齿不规则部或者以预定间距限定的多个狭槽。
由于所述不规则部包括连续的三角形或矩形锯齿不规则部或者以预定间距限定的多个狭槽，因此当搅拌叶片往复运动时均匀地和广泛地在镀液中产生许多漩涡。因此，与工件的待镀表面接触的镀液的流动更均匀和有效地被应用，从而在工件的待镀表面上形成膜厚度一致性更好的镀膜。
优选地，在其上带有不规则部的搅拌叶片的一侧面对工件的待镀表面。
由于在其上带有不规则部的搅拌叶片的一侧面对工件的待镀表面，因此当搅拌叶片往复运动时均匀地和广泛地在镀液中产生许多漩涡。因此，与工件的待镀表面接触的镀液的流动更均匀和有效地被应用，从而在工件的待镀表面上形成膜厚度一致性更好的镀膜。
搅拌机构应当优选地具有多个搅拌叶片。
如果搅拌机构具有多个搅拌叶片，那么当搅拌叶片往复运动时在镀液中在工件的待镀表面附近均匀地和广泛地产生更多漩涡。因此，与工件的待镀表面接触的镀液的流动更均匀和有效地被应用，从而在工件的待镀表面上形成膜厚度一致性更好的镀膜。
根据本发明，进一步提供了一种镀覆装置，其包括：用于保持镀液的镀槽；具有搅拌叶片的搅拌机构，所述搅拌叶片浸在镀槽的镀液中以用于搅拌镀液；其中所述搅拌叶片包括可由各个独立的驱动机构启动的多个搅拌叶片。
根据上述安排，由于所述搅拌叶片包括可由各个独立的驱动机构启动的多个搅拌叶片，因此镀液的搅动分布可以被调节，从而在工件的待镀表面上形成膜厚度一致性更好的镀膜。
优选地，搅拌叶片的形状互不相同。
由于搅拌机构的搅拌叶片的形状互不相同，因此镀液的搅动分布可以被调节，从而在工件的待镀表面上形成膜厚度一致性更好的镀膜。
优选地，搅拌叶片可沿平行于工件的待镀表面的方向往复运动。
由于搅拌叶片可沿平行于工件的待镀表面的方向往复运动，因此镀液的搅动分布可以被调节，从而在工件的待镀表面上形成膜厚度一致性更好的镀膜。
根据本发明，还提供一种镀覆装置，其包括：用于保持镀液的镀槽；具有搅拌叶片的搅拌机构，所述搅拌叶片浸在镀槽的镀液中并且布置在面对工件的待镀表面的位置，所述搅拌叶片可平行于工件的待镀表面往复运动以搅拌镀液；其中所述搅拌叶片具有相对于工件的待镀表面的一个角度，当所述搅拌叶片的运动方向变化时该角度可变。
根据上述结构，当搅拌叶片的运动方向变化时搅拌叶片相对于工件的待镀表面的所述角度变化，由此均匀地和广泛地产生镀液的流动。因此，与工件的待镀表面接触的镀液的流动更均匀和有效地被应用，从而在工件的待镀表面上形成膜厚度一致性更好的镀膜。
搅拌机构应当优选地具有多个搅拌叶片。
使用多个搅拌叶片，当搅拌叶片往复运动时可均匀地和广泛地产生镀液的流动。因此，与工件的待镀表面接触的镀液的流动更均匀和有效地被应用，从而在工件的待镀表面上形成膜厚度一致性更好的镀膜。
根据本发明，还提供一种镀覆装置，其包括：用于保持镀液的镀槽；阳极，其浸在镀槽的镀液中并且布置在面对工件的待镀表面的位置；和用于在镀槽中搅拌镀液的搅拌机构；其中所述搅拌机构具有靠近工件的待镀表面布置的第一搅拌叶片和靠近阳极布置的第二搅拌叶片。
根据上述结构，所述搅拌机构具有靠近工件的待镀表面布置的第一搅拌叶片和靠近阳极布置的第二搅拌叶片。当第一和第二搅拌叶片运动时，靠近工件的待镀表面和阳极产生镀液的流动。与工件的待镀表面接触的镀液的流动更均匀和有效地被应用，从而在工件的待镀表面上形成膜厚度一致性更好的镀膜。
优选地，第一搅拌叶片可平行于工件的待镀表面往复运动，第二搅拌叶片可平行于面对工件的待镀表面的阳极表面往复运动。
当第一搅拌叶片平行于工件的待镀表面往复运动，和第二搅拌叶片平行于面对工件的待镀表面的阳极表面往复运动时，靠近工件的待镀表面和阳极产生镀液的流动。与工件的待镀表面接触的镀液的流动更均匀和有效地被应用，从而在工件的待镀表面上形成膜厚度一致性更好的镀膜。
当结合作为举例显示本发明优选实施例的附图时，从下面的描述中可以明显看出本发明上述的和其它的目标、特征和优点。
附图说明
图1是镀覆设备的总设计图，该设备具有根据本发明的一个实施例的镀覆装置(电镀装置)；
图2是布置在图1所示的镀覆设备的镀覆空间中的输送机械手的示意图；
图3是设在图1所示的镀覆设备中的镀覆装置(电镀装置)的横截面图；
图4是图3所示的镀覆装置的固定板和喷管的透视图；
图5A-5E是顺序地显示在衬底上形成突出部(突出电极)的过程的横截面图；
图6是根据本发明的另一个实施例的镀覆装置(电镀装置)的示意性横截面图；
图7是根据本发明的又一个实施例的镀覆装置(电镀装置)的示意性横截面图；
图8是根据本发明的再一个实施例的镀覆装置(电镀装置)的示意性横截面图；
图9是显示喷管的运动(旋转运动)的例子；
图10是根据本发明的又一个实施例的镀覆装置(非电镀装置)的示意性横截面图；
图11是图10所示的镀覆装置的喷管的平面图；
图12是图11所示的喷管的右手侧视图；
图13是喷管的改进的平面图；
图14是根据本发明的又一个实施例的镀覆装置(电镀装置)的示意性横截面图；
图15是喷管的另一个改进的平面图；
图16是根据本发明的又一个实施例的镀覆装置(电镀装置)的示意性透视图；
图17A-17C分别是显示搅拌叶片的不同形状的视图；
图18是根据本发明的又一个实施例的镀覆装置(电镀装置)的示意性透视图；
图19A是另一个搅拌机构的平面图；
图19B是另一个搅拌机构的前视图；
图20A是又一个搅拌机构的侧视图；
图20B是又一个搅拌机构的前视图；
图21A是再一个搅拌机构的侧视图；
图21B是再一个搅拌机构的前视图；
图22是又一个搅拌叶片的透视图；
图23是显示图22所示的搅拌叶片的一个运动方向和搅拌叶片相对于工件的待镀表面的角度之间关系的视图；
图24是显示图22所示的搅拌叶片的另一个运动方向和搅拌叶片相对于工件的待镀表面的角度之间关系的视图；
图25是根据本发明的又一个实施例的镀覆装置(电镀装置)的示意性透视图；
图26是根据本发明的再一个实施例的镀覆装置(电镀装置)的示意性透视图；
图27是传统的镀覆装置(无电镀装置)的示意性横截面图；
图28是传统的镀覆装置(电镀装置)的示意性横截面图；
图29是另一个传统的镀覆装置(电镀装置)的示意性横截面图；和
图30是又一个传统的镀覆装置(电镀装置)的示意性横截面图。
具体实施方式
下面将要参考附图描述本发明的实施例。在下面的实施例所举出的例子中，诸如半导体晶片这样的衬底被用作待镀的工件。
图1显示了镀覆设备的总设计图，该设备具有根据本发明的一个实施例的镀覆装置。该镀覆设备被设计成能够连续地自动执行所有的镀覆过程，包括衬底的预处理、镀覆、镀覆的后处理。具有附加于其上的防护板的装置框架110的内部被隔板112分为镀覆空间116和洁净空间114，所示镀覆空间116用于执行衬底的镀覆过程和附着镀液的衬底的处理，所述洁净空间114用于执行其它过程，即不直接包含镀液的过程。两个衬底支座160(见图2)平行地布置，作为由隔板112隔开的分隔部分上的衬底输送部分，提供了衬底安装/拆卸台162以将衬底连接到每个衬底支座160和从衬底支座拆卸衬底，所述隔板112将镀覆空间116与洁净空间114分离。容纳衬底的衬底盒安装于其上的装载/卸载端口120连接到洁净空间114。此外，装置框架110具有设在其上的控制板121。
在洁净空间114中，在四个拐角布置了用于使衬底的定向面或缺口与预定方向对准的校准器122，用于清洁已镀衬底和高速旋转衬底以甩干衬底的两个清洁/干燥装置124，和用于执行衬底预处理(例如在本发明实施例中为清洗预处理)的预处理装置126，该清洗预处理包括朝衬底的前表面(待镀表面)喷射纯水从而用纯水清洁衬底表面，同时，用纯水湿润衬底表面从而增强衬底表面的亲水性。此外，第一传输机械手128大致布置在这些处理装置，即校准器122、清洁/干燥装置124和预处理装置126的中心，由此在处理装置122，124，和126，衬底安装/拆卸台162，和安装在装载/卸载端口120上的衬底盒之间传输和递送衬底。
布置在洁净空间114中的校准器122，清洁/干燥装置124和预处理装置126被设计成在水平状态下保持和处理衬底，在该水平状态下衬底的前表面朝上。传输机械手128被设计成在水平状态下传输和递送衬底，在该水平状态下衬底的前表面朝上。
在镀覆空间116中，从隔板112的一侧开始，按照顺序布置了用于储存或临时储存衬底支座160的储料器164，活化处理装置166，其例如使用诸如硫酸或者盐酸这样的化学液体来刻蚀形成于衬底表面的种子层上的、具有较大电阻的氧化膜以去除该氧化膜，用纯水清洗衬底表面的第一清洗装置168a，用于进行镀覆的镀覆装置170，第二清洗装置168b，和用于使镀覆衬底脱水的吹风装置172。两个第二传输机械手174a和174b布置在这些装置旁边从而可沿着轨道176运动，第二传输机械手中的一个174a在衬底安装/拆卸台162和储料器164之间传输衬底支座160。第二传输机械手中的另一个174b在储料器164、活化处理装置166、第一清洗装置168a、镀覆装置170、第二清洗装置168b、和吹风装置172之间传输衬底支座160。
如图2所示，第二传输机械手174a和174b中的每一个都具有在垂直方向延伸的主体178和可沿主体178垂直运动并且围绕其轴线旋转的臂180。臂180具有两个平行设置的衬底支座保持部分182，以用于可拆卸地保持衬底支座160。衬底支座160被设计成将衬底W保持在一种状态，使得衬底的前表面被暴露而衬底的周围部分被密封，并且能够将衬底W附着到衬底支座160上和将衬底W从衬底支座160上卸下。
储料器164，活化处理装置166，清洗装置168a，168b，和镀覆装置170被设计成与设在每个衬底支座160两端的向外突出部分160a啮合，从而在一种状态下支承衬底支座160，使得衬底支座160在垂直方向悬挂。活化处理装置166具有两个活化处理槽183以用于在其中保持化学液体。如图2所示，保持装载有衬底W的衬底支座160的第二传输机械手174b的臂180在垂直状态被降低从而按照需要以悬挂方式使衬底支座160啮合活化处理槽183的上端。因此，活化处理装置166被设计成使得衬底支座160与衬底W一起浸在活化处理槽183的化学液体中以进行活化处理。
类似地，清洗装置168a和168b具有分别在其中保持纯水的两个清洗槽184a和两个清洗槽184b，镀覆装置170具有在其中保持镀液的多个镀槽186。清洗装置168a，168b和镀覆装置170被设计成使得衬底支座160和衬底W一起浸在清洗槽184a，184b的纯水中或镀槽186的镀液中，从而进行清洗或如上述的方式进行镀覆。保持带有衬底W的衬底支座160的第二传输机械手174b的臂180在垂直状态被降低，空气或惰性气体朝着安装在衬底支座160上的衬底W喷射以吹走附着在衬底支座160和衬底W上的液体并且使衬底W脱水。因此，吹风装置172被设计成进行吹风处理。
如图3所示，镀覆装置170中的每个镀槽186被设计成在其中保持镀液188。因此，衬底W被保持在一种状态，使得前表面(待镀表面)被暴露同时衬底W的周围部分被衬底支座160防水密封。
溢出槽202设在镀槽186的一侧以用于接纳溢出镀槽186的溢坝200的上端的镀液188。镀液排放管204连接到溢出槽202。在镀液排放管204和下面所述的镀液补给管218之间连接的镀液循环管206在其中具有循环泵208、流速调节装置210、和过滤器212。通过循环泵208的操作供应到镀槽186中的镀液188注满镀槽186，然后溢出溢坝200，流入到溢出槽202中，并且返回循环泵208。因此，镀液188被循环，镀液沿镀液循环管208流动的流速由流速调节装置210调节。
类似衬底W的盘状形式的阳极214由阳极支座216保持并且垂直地布置在镀槽186中。当镀槽186充满镀液188时，阳极214浸在镀液188中且面对由衬底支座160保持的衬底W，该衬底支座放置在镀槽186中的预定位置。
在镀槽186中，也布置了定位在阳极214和衬底支座160之间的环形喷管220，所述衬底支座160放置在镀槽186中的预定位置。喷管220连接到镀液补给管218。如图4所示，喷管220沿衬底W的外轮廓成形为圆环，并且具有多个镀液注入喷嘴222，所述注入喷嘴222以预定间距定位在沿喷管220的圆周方向间隔的各自预定位置。如上所述通过循环泵208的操作被循环的镀液188从镀液注入喷嘴222注入并且供应到镀槽186中。
在该实施例中，喷管220由紧固件226固定到矩形固定板224，该矩形固定板具有在其中限定的开口224a并且将镀槽186的内部分为用于在其中容纳阳极214的隔室和用于在其中容纳衬底W的隔室。开口224a具有一个尺寸，该尺寸基本上等于或稍小于喷管220的内径。喷管220定位在固定板224的衬底一侧并且布置成围绕开口224a的周边。镀液注入喷嘴222被定向成使得从镀液注入喷嘴222注入的镀液188的液流在交汇点P处彼此交汇，该交汇点P位于由衬底支座160保持的衬底W的大致中心区域的前方，该衬底支座布置在镀槽186中的预定位置。
形成于环形喷管220上的镀液注入喷嘴222注入镀液188，从而将镀液188供应到镀槽186中并且循环镀液188。这时，从镀液注入喷嘴222注入的镀液188作为强液流应用到衬底W的表面(待镀表面)，由此将镀液188中的离子有效地供应到衬底W的表面，同时防止衬底W的整个表面上的电势分布的一致性被搅乱。因此增加了镀覆速度同时不会降低镀膜的质量。另外，形成于衬底W表面上的镀膜的膜厚度的一致性可以通过调节从镀液注入喷嘴222注入的镀液188的流速和方向而增加，以便使衬垫W的表面附近的镀液188的流动更一致。
特别地，由于从镀液注入喷嘴222注入的镀液188的液流在交汇点P处彼此交汇，该交汇点P位于衬底W的表面的大致中心区域的前方，因此镀液188的流动垂直地应用到衬底W的表面的大致中心区域。因此，镀液188的流动方向改变成沿着衬底W的表面向外传播。因此当镀液188撞击在衬底W的表面上之后其流动受到阻止，以防止干扰镀液188的排放流，因此形成了连续和稳定的流动。
喷管220、镀液注入喷嘴222和固定板224应当优选地由介电材料制造，例如PVC，PP，PEEK，PES，HT-PVC，PFA，PTFE，或者其它树脂材料。这些介电材料有效地防止镀槽186中的电场分布被搅乱。
镀槽186的内部被具有开口224a的固定板224分隔。镀液188穿过开口224a并且由此流入到溢出槽202中。因此，衬底W的整个面积上的电势分布更加均匀。
镀覆装置170按如下操作：首先，镀槽186被注满镀液188。然后，保持衬底W的衬底支座160被降低以将衬底W放置在一个预定位置，在该预定位置衬底W浸在镀槽186的镀液188中。然后，循环泵208工作以从镀液注入喷嘴222朝衬底W的表面注入镀液188，因此将镀液188供应到镀槽186中并且循环镀液188。同时，阳极214通过导体228a连接到镀电源230的阳极，衬底W通过导体228b连接到镀电源230的阴极，因此在衬底W的表面上淀积金属以在其上形成金属膜。
这时，从镀液注入喷嘴222注入的镀液188作为强液流应用到衬底W的表面(待镀表面)，从而增加了镀覆速度同时不会降低镀膜的质量。另外，形成于衬底W的表面上的镀膜的膜厚度的一致性可以通过调节而增加，从而使衬底W的表面附近的镀液188的流动更一致。
当完成镀覆过程之后，镀电源230与衬底W和阳极214断连，并且上拉衬底支座160以及衬底W。然后处理衬底W，例如用水清洁和清洗，之后已镀覆的衬底W被传递到下一个过程。
由此构造的镀覆设备中的一系列突出部镀覆过程将在下面参考附图5A-5E进行描述。首先，如图5A所示，种子层500作为供给层淀积在衬底W的表面上，具有例如大约为20-120μm的高度H的保护层应用到种子层500的整个表面上。之后，具有例如大约为20-200μm的直径D1的开口502a形成于保护层502的预定位置。由此制备的衬底W以一种状态容纳在衬底盒中，使得衬底的前表面(待镀表面)朝下。衬底盒安装在装载/卸载端口120上。
衬底W中的一个由第一传输机械手128从安装在装载/卸载端口120上的衬底盒取出并且放置在校准器122上以使衬底的定向面或缺口与预定方向对准。由此对准的衬底W由第一传输机械手128传输到预处理装置126。在预处理装置126中，使用纯水作为预处理液的预处理(清洗预处理)被执行。另一方面，以垂直状态存储在储料器164中的两个衬底支座160由第二传输机械手174a取出，旋转90°，从而衬底支座160变为水平状态，然后平行地放置在衬底安装/拆卸台162上。
然后，经过前述预处理(清洗预处理)的衬底W以一种状态被装载到放置在衬底安装/拆卸台162上的衬底支座160中，使得衬底W的周围部分被密封。已装载衬底的两个衬底支座160同时由第二传输机械手174a保持、升高，然后传输到储料器164。衬底支座160旋转90°变为垂直状态并且被降低，从而两个衬底支座160以悬挂方式保持(临时储存)在储料器164中。上述的操作顺序地重复执行，从而衬底顺序地装载到衬底支座160中，所述衬底支座储存在储料器164中，并且以悬挂方式顺序地保持(临时储存)在储料器164中的预定位置。
另一方面，装载有衬底并且临时储存在储料器164中的两个衬底支座160由第二传输机械手174b同时保持、升高，然后传输到活化处理装置166。每个衬底都浸入到保持在活化处理槽183中的诸如硫酸或盐酸这样的化学液体中，由此刻蚀形成于种子层表面上的、具有较大电阻的氧化膜以暴露洁净的金属表面。已经装载衬底的衬底支座160以与上述同样的方式被传输到第一清洗装置168a，以用保持在清洗槽184a中的纯水清洗衬底的表面。
装载清洗过的衬底的衬底支座160以与上述同样的方式被传输到镀覆装置170。每个衬垫W在一种状态下以悬挂方式由镀槽186支承，使得衬底W浸在由镀槽186保持的镀液188中，从而在衬底W的表面上进行镀覆。当预定时间耗尽之后，装载衬底的衬底支座160再次由第二传输机械手174b保持和从镀槽186上拉。因此完成镀覆过程。
之后，衬底支座160以与上述相同的方式被传输到第二清洗装置168b。衬底支座160浸在清洗槽184b的纯水中以用纯水清洁衬底的表面。然后，装载衬底的衬底支座160以与上述相同的方式被传输到吹风装置172。在吹风装置172中，惰性气体或空气朝着衬底喷射以吹走镀液和附着到衬底和衬底支座160的液滴。之后，已装载衬底的衬底支座160以与上述相同的方式返回到储料器164中的预定位置并且保持在悬挂状态。
第二传输机械手174b顺序地重复执行上述的操作，从而装载镀覆衬底的衬底支座160顺序地返回到储料器164中的预定位置并且保持在悬挂状态。
另一方面，装载已镀覆衬底的两个衬底支座160以与上述相同的方式同时由第二传输机械手174a保持和放置在衬底安装/拆卸台162上。
布置在洁净空间114中的第一传输机械手128取出放置在衬底安装/拆卸台162上的衬底支座160并且将衬底传输到清洁/干燥装置124的任意一个。在清洁/干燥装置124中，衬底保持在水平状态，使得衬底的前表面朝上，该衬底用纯水等清洁并且在高速下旋转以甩干衬底。之后，衬底然后由第一传输机械手128返回安装在装载/卸载端口120上的衬底盒。因此完成了一系列镀覆过程。结果，如图5B所示，得到具有镀膜504的衬底W，所述镀膜在形成于保护层502中的开口502a中生长。
如上所述，甩干的衬底W浸入到例如温度为50-60℃丙酮溶剂中，从而从衬底W去除保护层502，如图5C所示。进一步地，如图5D所示，镀覆之后暴露的不必要的种子层502被去除。接着，形成于衬底W上的镀膜504回流以形成突出部506，该突出部由于表面张力而具有圆形，如图5E所示。然后衬底W例如在100℃或以上的温度下退火以消除突出部506中的残余应力。
根据该实施例，镀覆空间116中衬底的输送由布置在镀覆空间116中的第二传输机械手174a，174b执行，而洁净空间114中衬底的输送由布置在洁净空间114中的第一传输机械手128执行。因此，能够提高镀覆设备中衬底周围的洁净度和增加镀覆设备的处理量，该镀覆设备连续地执行所有的镀覆过程，包括衬底的预处理、镀覆、和镀覆的后处理。此外，能够减小与镀覆设备相关的设备上的负荷和获得镀覆设备的缩小尺寸。
在本实施例中，用于执行镀覆过程的镀覆装置170具有小凹窝的镀槽186。因此，具有许多镀槽186的镀覆装置170可以具有小尺寸，使更小的设备负荷附加到镀覆车间。在图1中，两个清洁/干燥装置124中的一个可以由预处理装置代替。
图6显示了根据本发明另一实施例的镀覆装置(电镀装置)。图6所示的镀覆装置与图3和图4所示的镀覆装置的区别在于调整板232布置在保持衬底W并且布置在镀槽186中的预定位置的衬底支座160和具有镀液注入喷嘴222的喷管220之间，该调整板232具有中心孔232a，厚度范围在0.5-10mm，并且由介电材料制造，例如PVC，PP，PEEK，PES，HT-PVC，PFFA，PTFE，或者其它树脂材料。图6所示的镀覆装置的其它结构细节与图3和图4所示的镀覆装置相同。
在本实施例中，具有中心孔232a的调整板232调节镀槽186中的电势分布以防止在衬底W周边生长的镀膜厚度增加。
图7显示了根据本发明又一实施例的镀覆装置(电镀装置)。图7所示的镀覆装置与图6所示的镀覆装置的区别在于搅拌机构236布置在保持衬底W并且布置在镀槽186中的预定位置的衬底支座160和调整板232之间，该搅拌机构236具有向下悬挂的搅拌叶片(桨叶)234。该搅拌机构236平行于由衬底支座160保持的衬底W往复移动搅拌叶片234，由此搅拌镀液188。
在本实施例中，搅拌叶片234平行于衬底W在镀液188中由搅拌机构236往复移动以搅拌存在于调整板232和衬底W之间的镀液188，由此使镀液188沿着衬底W在衬底W的整个表面上更均匀地流动，从而在衬底W的整个表面上形成膜厚度更一致的镀膜。
在本实施例中，搅拌叶片234在其面对衬底W的一侧具有不规则部234a。如下面的实施例所述，当搅拌叶片234往复运动时，在其面对衬底W的一侧具有不规则部234a的搅拌叶片234能够均匀地和广泛地在镀液188中产生许多漩涡。因此与衬底W的表面(待镀表面)接触的镀液188的流动更均匀和有效地被应用，从而在衬底W的表面上形成膜厚度一致性更好的镀膜，即具有更一致膜厚度的镀膜。
图8显示了根据本发明再一实施例的镀覆装置(电镀装置)。图8所示的镀覆装置与图7所示的镀覆装置的区别在于喷管220在其面对阳极214的一侧还具有多个镀液注入喷嘴240以用于朝阳极214注入镀液188，由此从镀液注入喷嘴240注入的镀液188的液流应用到阳极214。由于注入的镀液188的液流也应用到阳极214，因此阳极214溶解的速度增加，从而能够以这样的速度溶解阳极214，该速度与电镀速度的增加相等。
在上述实施例中，喷管220由固定板224固定地安装在镀槽186中。然而，喷管可以相对于由衬底支座160保持的衬底W向前或向后，向左或向后，向上或向下地移动，或者在这些方向的组合方向移动。喷管可以在平行于衬底表面的平面上做圆周运动，或者如图9所示，喷管220可以做旋转运动。这能够进一步增加增加镀膜的膜厚度的一致性。这同样适用于下述的每个实施例。
图10-12显示了根据本发明又一实施例的镀覆装置。根据本实施例，本发明的原理被应用到在衬底W的表面(待镀表面)上进行无电镀的无电镀装置，所述衬底的所述表面朝下地被保持。
该无电镀装置具有用于在其中保持镀液(无电镀液)300的向上开口的镀槽302，和用于可拆卸地水平保持衬底W的可垂直移动的衬底支座304，该衬底的表面(待镀表面)朝下。溢出槽306布置在镀槽302上部的周围，并且连接到镀液排放管308。连接到镀液补给管310的喷管312水平地布置在镀槽302中的一个位置，在该位置喷管312浸入保持在镀槽302中的镀液300中。喷管312具有多个镀液注入喷嘴314，所述注入喷嘴314以预定间距定位在沿喷管312的圆周方向间隔的各自预定位置。镀液排放管308和镀液补给管310与镀液循环管互相连接，如上面的实施例所述。
镀液注入喷嘴314定向为使得它们向上和向内(朝内部)注入镀液300，并且从镀液注入喷嘴314注入的镀液300的液流在衬底W的下表面大致中心区域的前方彼此交汇。
在本实施例中，镀液300从镀液注入喷嘴314朝着由衬底支座304保持的衬底W注入，并且供应到镀槽302中和被循环以进行无电镀，所述衬底支座304布置在接近镀槽302的上端的开口的位置，并且如果需要的话进行旋转。在本实施例中，从镀液注入喷嘴314注入的镀液300作为强液流应用到衬底W的表面(待镀表面)，由此增加镀覆速度同时不会降低镀膜的质量。另外，形成于衬底W的表面上的镀膜的膜厚度的一致性可以通过调节而增加，从而使衬底W的表面附近的镀液300的流动更一致。
如图13所示，具有各自的镀液注入喷嘴314的区段316可以通过环形接头318互连，由此提供喷管312。在该结构中，喷管312可以方便地制造。这同样适用于上述的实施例和下面将要描述的实施例。
图14显示了根据本发明又一实施例的镀覆装置。根据本实施例，本发明的原理被应用到在衬底W的表面(待镀表面)上进行电镀的无镀装置，所述衬底的所述表面朝下地被保持。图14所示的镀覆装置与图10-12所示的镀覆装置的区别在于电镀液用作镀液300，且平板型的阳极320在喷管312的下方放置在镀槽302的底部。镀液注入喷嘴314朝着衬底W的表面注入镀液300以将镀液300供应到镀槽302中，并且循环镀液300。同时，阳极320通过导体322a连接到镀电源324的阳极，衬底W通过导体322b连接到镀电源324的阴极，由此进行镀覆(电镀)过程。
在上述的实施例中，作为待镀工件的衬底W为圆形，喷管220，312为沿着衬底W的外轮廓延伸的圆环状。如果矩形衬底等用作待镀的工件，那么，如图15所示，可以使用这样的喷管342，其为矩形环状，镀液注入喷嘴340分别布置在其四个角并且朝预定方向定向。喷管342能够在该矩形衬底的整个表面上形成更均匀的镀液流动。
如上所述，根据本发明，镀液中的离子能够有效地供应到衬底的表面(待镀表面)，同时防止衬底表面上的电势分布的均匀性被搅乱，从而可以增加镀覆速度同时不会降低镀膜的质量。另外，镀膜的膜厚度的一致性可以通过调节从镀液注入喷嘴注入的镀液的流速和方向而得到提高，以便使待镀表面附近的镀液的流动更一致。
图16显示了根据本发明又一实施例的镀覆装置(电镀装置)。如图16所示，镀覆装置610具有在其中保持镀液的镀槽611，由衬底支座612保持的衬底W和由阳极支座614保持的阳极615彼此平行并且彼此面对地垂直布置在该镀槽中。衬底W通过导体616连接到镀电源617的阴极，阳极615通过导体618连接到镀电源617的阳极。
具有用于搅拌镀液的搅拌叶片619的搅拌机构620布置在衬底W和阳极615之间。搅拌叶片619大致垂直地从镀槽611的上部朝着底部延伸。搅拌机构620沿平行于衬底W的方向往复地移动搅拌叶片619。搅拌叶片619包括在其面对衬底W的一侧具有连续的三角形齿的锯齿形不规则部619a的板。镀槽611具有用于将镀液供应到镀槽611中的镀液补给端口621，和用于将镀液排出镀槽611的镀液排放端口622。
在本实施例中，当在其面对衬底W的一侧上带有锯齿形不规则部619a的搅拌叶片619沿平行于衬底W的方向被搅拌机构620往复地移动时，均匀地和广泛地在镀液中产生许多漩涡。因此，与衬底W的表面(待镀表面)接触的镀液的流动更均匀和有效地被应用，从而在衬底W的表面上形成膜厚度一致性更好的镀膜，即具有更一致膜厚度的镀膜。
在上述实施例中，连续的三角形齿的锯齿形不规则部619a布置在搅拌叶片619面对衬底W的一侧，如图17A所示。然而，锯齿形不规则部并不局限于图17A所示的形式，而可以是连续的矩形齿的锯齿形不规则部619b，如图17B所示，或者以预定间距限定的多个狭槽形式的不规则部619c，如图17C所示。由于搅拌叶片619在其一侧具有连续的三角形齿的锯齿形不规则部619a，或连续的矩形齿的锯齿形不规则部619b，或以预定间距限定的多个狭槽形式的不规则部619c，因此由搅拌叶片619的往复运动引起的镀液的流动均匀地和广泛地在镀液中产生许多漩涡。由于与衬底W接触的镀液的流动更均匀和有效地被应用，因此能够在衬底W的表面上形成膜厚度一致性更好的镀膜。
图18显示了根据本发明又一实施例的镀覆装置(电镀装置)。与图17所示相同的参考数字所代表的图18中所示镀覆装置的那些部分与图17中所示的那些部分相同或对应。该原则适用于其它附图。如图18所示，镀覆装置610的搅拌机构620具有多个(在图18中为2个)搅拌叶片619，每个搅拌叶片在其面对衬底W的一侧上具有锯齿形不规则部619a。当搅拌机构620的搅拌叶片619平行于衬底W往复运动时，均匀地和广泛地在镀液中产生许多漩涡。因此，与衬底W接触的镀液的流动更均匀和有效地被应用，从而能够在衬底W的表面(待镀表面)上形成膜厚度一致性更好的镀膜。每个搅拌叶片619可以具有如图17A-17C所示的不规则部619a，619b，619c中的任意一个。
图19A是另一搅拌机构的平面图，图19B是另一搅拌机构的前视图。如图19A和19B所示，搅拌机构620具有多个(在图19A和19B中为2个)搅拌叶片619，所述搅拌叶片可由各个独立的驱动机构623驱动。每个驱动机构623包括驱动马达623-1、曲柄623-2、引导件623-3、传动轴623-4、和轴承623-5。搅拌叶片619安装在传动轴623-4的远端上。如图16所示，搅拌叶片619大致垂直地从镀槽611的上部朝着底部延伸。
当驱动马达623-1被启动并按箭头A所示旋转时，一端连接到驱动马达623-1的传动轴的曲柄623-2使其另一端沿着限定在引导件623-3中的引导槽623-3a往复运动。连接到曲柄623-2的另一端并且由轴承623-5支承的传动轴623-4按箭头B所示往复运动，由此往复移动安装在传动轴623-4的远端上的搅拌叶片619。
如上所述，搅拌机构620具有多个(在图19A和19B中为2个)搅拌叶片619，所述搅拌叶片可由各个独立的驱动机构623驱动。当搅拌叶片619可由各个独立的驱动机构623驱动时，镀液中的搅动分布可以被调节，从而在衬底W的表面(待镀表面)上形成膜厚度一致性更好的镀膜。
安装在图19A和19B所示的搅拌机构620的驱动机构623上的搅拌叶片619彼此具有相同的形状。然而，搅拌叶片可以具有不同的形状。具体而言，图20A和20B显示了具有垂直延伸搅拌叶片624，625的搅拌机构，所述搅拌叶片彼此具有大致相等的长度并且可由各个独立的驱动机构623驱动。搅拌叶片624，625在其一侧上具有各自的尖端624a，625a，所述尖端彼此对准以保持搅拌叶片624，625的搅拌表面彼此对准，从而搅拌叶片624，625可以在垂直方向的不同区域搅拌镀液。图21A和21B显示了具有较长搅拌叶片632和较短搅拌叶片634的搅拌机构，所述搅拌叶片分别布置在上部和下部，并且分别由各个独立的驱动机构623往复移动。搅拌叶片632，634在其一侧上具有各自的尖端632a，634a，所述尖端彼此对准以保持搅拌叶片632，634的搅拌表面彼此对准，从而搅拌叶片632，634可以在垂直方向的不同区域搅拌镀液。通过这样选择性地使用具有不同形状的搅拌叶片，镀液中的搅动分布可以被调节，从而在衬底W的表面上形成膜厚度一致性更好的镀膜。
图22显示了又一搅拌叶片。如图22所示，搅拌叶片626安装在旋转轴627上，该旋转轴的角度可活动，从而改变搅拌叶片626的角度。例如，如图23和24所示，多个(图示为3个)这样的搅拌叶片626安装在可往复运动的驱动机构(例如，如图19A和19B所示的驱动机构623)上。搅拌叶片626按图23所示的箭头D或图24所示的箭头C平行于衬底W的表面(待镀表面)Wa往复运动，当搅拌叶片626的运动方向改变时旋转轴627的角度改变，因此改变了搅拌叶片626相对于衬底W的角度。
如上所述，当图22所示的搅拌叶片626用作搅拌机构的搅拌叶片且搅拌叶片626相对于衬底W的角度随着搅拌叶片626运动方向的改变而改变时，如图23和24所示，导致在镀液中产生如图23中所示的箭头F所示或如图24中所示的箭头E所示的流动。由此通过搅拌叶片626的运动而产生的镀液的流动均匀地和广泛地产生，并且将镀液均匀地和有效地应用到衬底W的待镀表面，由此在衬底W的表面上形成膜厚度一致性更好的镀膜。特别地，由于使用了多个搅拌叶片626，因此在衬底W的表面Wa附近更均匀地和更广泛地产生镀液的流动，由此在衬底W的表面Wa上形成膜厚度一致性更好的镀膜。
图25显示了根据本发明又一实施例的镀覆装置(电镀装置)。如图25所示，该镀覆装置具有两个面对的搅拌机构629，630，这两个搅拌机构具有各自的搅拌叶片628并且布置在彼此面对面地布置在镀槽611中的衬底W和阳极615之间。搅拌机构中的一个629靠近衬底W布置，搅拌机构中的另一个630靠近阳极615布置。与衬底W和阳极615都接触的镀液的流动由搅拌机构629的搅拌叶片628(第一搅拌叶片)和搅拌机构630的搅拌叶片628(第二搅拌叶片)更均匀地和更有效地应用，从而在衬底W的表面上形成一致性更好的镀膜。
在图25所示的镀覆装置中，搅拌机构629，630的搅拌叶片628，628在其面对衬底W和阳极615的侧面上没有不规则部。然而，如图26所示，在其面对衬底W和阳极615的侧面上具有连续的三角形齿的锯齿形不规则部619a(如图17A所示)的搅拌叶片619可以安装到搅拌机构629，630。可选择地，每个搅拌叶片619可以具有连续的矩形齿的锯齿形不规则部619b，如图17B所示，或者以预定间距限定的多个狭槽形式的不规则部619c，如图17C所示。
在图25和26所示的镀覆装置中，搅拌机构629，630可以按图25所示的箭头G所示一起或者彼此独立地往复运动。
尽管在上面描述了本发明的实施例，本发明并不局限于上述实施例，而是可以在权利要求、说明书和附图的范围中所述的技术原理的范围内进行各种变化和改进。未在说明书和附图中直接描述的任何构造、结构和材料都包含在本发明的技术原理的范围内，只要它们能够按照本发明工作和提供本发明的优点。
工业实用性
本发明涉及用于镀覆衬底的表面的镀覆装置，尤其涉及这样的镀覆装置，该镀覆装置用于在半导体晶片的表面中限定的沟槽，通孔，或者保护层开口中形成镀膜，和在半导体晶片上形成突出部以电连接到封装的电极。

Claims (2)

1.一种镀覆装置，其包括：
用于保持镀液的镀槽；和
具有搅拌叶片的搅拌机构，所述搅拌叶片浸在镀槽的镀液中并且布置在面对工件的待镀表面的位置，所述搅拌叶片能平行于工件的待镀表面往复运动以搅拌镀液；
其中所述搅拌叶片具有相对于工件的待镀表面的一个角度，当所述搅拌叶片的运动方向变化时该角度可变。
2.根据权利要求1所述的镀覆装置，其特征在于，所述搅拌机构具有多个搅拌叶片。
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