TWI410532B - 晶圓填孔垂直式電極電鍍設備 - Google Patents

Description

晶圓填孔垂直式電極電鍍設備

本發明係有關於一種垂直式電鍍設備，特別是一種使晶圓旋轉而具攪拌功能及固定式陽極隔膜，以增加陽極效率之垂直溼式晶圓填孔電鍍設備。

在水平電鍍設備發展中，主要以Novellus Systems、Semitool、應用材料等三家電鍍設備廠商為主，國內大多數半導體電鍍設備廠商亦採用此方式進行電鍍設備製造，其設計為陽極固定平放於下方，而陰極可旋轉之設計平行於陽極，鍍液由下方往上方流動而平行於電場電力線之方向，其優點為：陰極夾具能進行旋轉，增加鍍液之擾動，可增加電鍍沉積之均勻度；電鍍夾治具自動化機構容易設計；利用旋轉破壞陰極物件表面之電雙層效應，使金屬離子容易進入陰極。主要缺點為：由於流體流動與電場之電力線呈同一方向，流體流動容易造成電力線混亂，而破壞電鍍沉積之均勻度，使電鍍之微結構產生沉積變形；由於流體流動方向直接衝擊陰極晶圓之微結構，造成陰極物件中間與周圍之沉積速率產生差異，進而形成較差之沉積共平面；由於鍍液直接衝擊微結構，而使氣泡被帶入微結構深孔中形成包覆空孔；陰極物件與陽極物件只能形成一對一沉積。先進技術使用垂直電鍍之電鍍槽體設計，如Nexx Systems之Stratus System。其設計為陽極垂直於槽體之一方，而陰極垂直於槽體之另一方。垂直電鍍之設計優點為：流體流動與電場之電力線呈垂直方向，流體流動不會造成電力線混亂，可增加電鍍沉積之均勻度與共平面；電鍍夾治具自動化機構容易設計；陰極物件與陽極物件能形成一對二沉積，減少電鍍設備之體積。但仍有缺點：電鍍夾治具無法具有旋轉功能，電鍍沉積均勻度差；陰極物件表面所形成之電雙層效應無法藉由攪拌等方式減少；陰極物件表面因電鍍所產生之氣泡無法藉由陰極旋轉與鍍液接觸磨擦而去除。故Nexx systems為改善陰極物件表面所形成之電雙層效應影響，其在陰極物件前面放置可上、下來回快速擺動之陰極遮罩，以增加陰極表面之鍍液擾動，進而降低陰極電雙層效應之影響。但電鍍沉積之均勻度仍然不佳；陰極物件因電鍍所產生之氣泡仍存留於填孔中，因而造成電鍍孔洞；陽極效率仍然不佳。

故有一種需求，能得到更高電鍍沉積之均勻度、排出氣泡以填滿孔洞之垂直電鍍設備。

本發明即針對此一需求，提出一種能解決以上缺點之垂直式晶圓旋轉電鍍設備。

本發明之目的在提供一種垂直溼式晶圓填孔電鍍設備，使晶圓旋轉，進而具備攪拌功能。

本發明之次一目的在提供一種垂直溼式晶圓填孔電鍍設備，設置自動循環過濾系統，避免二次有機物之污染產生。

本發明之另一目的在提供一種垂直溼式晶圓填孔電鍍設備，以易拆解式新型陽極隔膜，隔開陽極及陰極間之電鍍液，防止陽極因電鍍分解反應所產生之有機物與雜質直接進入陰極區，需經由底部之循環過濾系統進行電鍍液之雜質過濾，使到達陰極區之電鍍液維持新鮮與濃度均勻狀態，減少晶圓陰極區之鍍液遭受污染，以提高電鍍品質。

本發明之又一目的在提供一種垂直溼式晶圓填孔電鍍設備，外加電鍍液循環過濾及電鍍液溫度控制系統，並於循環槽通入惰性氣體進行電鍍液攪拌，防止電鍍液遭受外圍空氣之氧化，以延長電鍍液之壽命，進而大大降低電鍍製程之電鍍液成本發費。

本發明之再一目的在提供一種垂直溼式晶圓填孔電鍍設備，陰極物件與陽極物件能形成一對二沉積，以減少電鍍設備之體積。

為達成上述目的及其他目的，本發明之第一觀點教導一種垂直溼式晶圓填孔電鍍設備，具有使晶圓旋轉而具備攪拌功能，以易拆解之新型固定式陽極隔膜隔開陽極及陰極，及自動循環過濾系統，避免二次有機污染產生。包括一個電鍍槽；一個陽極；一個陰極，連接於驅動馬達，能在垂直於晶圓之軸上旋轉；一個電流遮板，置於陽極及陰極之間，中間有一個大於晶圓之孔，孔中以陽極隔膜分開陽極及陰極，厚度為5-15μm，較佳為10μm；一個陽極隔膜，置於電流遮板及陰極之上方，易於拆解，以隔開陽極及陰極間之電鍍液，使陽極之因電鍍反應所產生之有機物與雜質不直接進陰極區，需經由底部之循環過濾系統進行電鍍液之雜質過濾，使到達陰極區之電鍍液維持新鮮與均勻狀態，以減少晶圓陰極區之鍍液污染，並且提高電鍍品質及延長電鍍液之壽命；一個自動循環過濾系統，設有儲存電鍍液之緩衝槽，以惰性氣體(例如氮氣)攪拌電鍍液，經過濾後以幫浦自電鍍緩衝槽送入陰極區，經陽極隔膜、陽極區及陽極濾網回歸緩衝槽，以流量計控制電鍍液之循環流量。

本發明之以上及其他目的及優點參考以下之參照圖示及最佳實施例之說明而更易完全瞭解。

請參考第1圖，第1圖係顯示依據本發明較佳實施例之垂直式晶圓填孔電極電鍍設備之透視圖。垂直式晶圓填孔電極電鍍設備100，包括一個電鍍槽102，視晶圓之大小而訂其尺寸，一般使用絕緣且耐腐蝕之材料，例如PP塑膠製造；一個陽極104，以導電金屬製成，連於直流電源之正極；一個陰極106，以電鍍夾治具(未圖示)連接於驅動馬達，使晶圓能在垂直於晶圓之軸上旋轉，晶圓即夾持於陰極106面對陽極104之方向；一個電流遮板108，置於陽極及陰極之間，距陽極104約30-40cm，距陰極106約80-100cm(以6-8吋晶圓為例)，中間有一個稍大於晶圓之孔，孔中以薄膜塑料109隔開陽極104及 陰極106，厚度為5-15μm，較佳為10μm；一個陽極隔膜110，置於電流遮板108及陰極106之上方，易於拆解，以隔開陽極104及陰極106間之電鍍液，使陽極區之有機物與雜質不進入陰極區，減少電力線干擾；一個自動循環過濾系統，設有儲存電鍍液之緩衝槽120，以惰性氣體(例如氮氣)攪拌電鍍液，以幫浦124將電鍍液自緩衝槽120經過濾器126過濾後經由路徑112送入陰極區，經陽極隔膜110、陽極區及陽極濾網116回歸緩衝槽120，以流量計128控制流量，氣動閥118、122及130控制電鍍液之自動循環，此自動循環過濾系統可自動去除陽極渣，避免二次有機污染產生。

此垂直式晶圓填孔電極電鍍設備具有以下優點：(1)陰極具旋轉攪拌之功能，能解決傳統垂直電鍍所造成之缺點，降低陰極物件表面所形成之電雙層效應影響，並增加電鍍沉積之均勻度，且陰極物件因電鍍所產生之氣泡能藉由陰極旋轉與鍍液接觸磨擦而去除；(2)本發明同時保有垂直電鍍之優點，流體流動與電場之電力線呈垂直方向，流體流動不會造成電力線混亂，可增加電鍍沉積之均勻度與共平面；(3)本發明採用固定式陽極隔膜，而非使用包覆式陽極濾袋，能增加陽極效率，減少電力線混亂；(4)自動循環過濾系統可自動去除陽極渣，避免二次有機污染產生。(5)本發明之陰極物件與陽極物件能形成一對二沉積，以減少電鍍設備之體積。

藉由以上較佳之具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本創作之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實例來對本發明之範疇加以限制。相反的，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範疇內。

102‧‧‧電鍍槽

104‧‧‧陽極

106‧‧‧陰極

108‧‧‧電流遮板

109‧‧‧薄膜塑料

110‧‧‧陽極隔膜

112‧‧‧路徑

116‧‧‧陽極濾網

118、122、130‧‧‧氣動閥

120‧‧‧緩衝槽

124‧‧‧幫浦

126‧‧‧過濾器

128‧‧‧流量計

第1圖係顯示依據本發明較佳實施例之垂直式晶圓填孔電極電鍍設備之透視圖。

102．．．電鍍槽

104．．．陽極

106．．．陰極

108．．．電流遮板

109．．．薄膜塑料

110．．．陽極隔膜

112．．．路徑

116．．．陽極濾網

118、122、130．．．氣動閥

120．．．緩衝槽

124．．．幫浦

126．．．過濾器

128．．．流量計

Claims (4)

1. 一種晶圓填孔垂直式電極電鍍設備，至少包含：一個電鍍槽；一個陽極；一個陰極，連接於驅動馬達，能在垂直於晶圓之軸上旋轉；一個電流遮板，置於該陽極及該陰極之間，中間有一個圓孔，該圓孔直徑尺寸大小隨電鍍之電場需求而調整，孔中以薄膜塑料隔開該陽極及該陰極；一個陽極隔膜，置於該電流遮板之圓孔內，以隔開該陽極及該陰極間之電鍍液，使該陽極因電鍍反應所產生之有機物與雜質不直接進陰極區，需經由底部之一個自動循環過濾系統進行電鍍液之雜質過濾，使到達該陰極區之電鍍液維持新鮮與均勻狀態，以減少該陰極區之鍍液污染，並且提高電鍍品質及延長電鍍液之壽命；該自動循環過濾系統，設有儲存電鍍液之緩衝槽，以惰性氣體攪拌電鍍液，經過濾後以幫浦自該電鍍槽送入該陰極區，經該陽極隔膜、陽極區及陽極濾網回歸該緩衝槽，以轉速或調整閥門控制流量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓填孔垂直式電極電鍍設備，其中該薄膜塑料之厚度為5-15μm。
3. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓填孔垂直式電極電鍍設備，其中該薄膜塑料之厚度為10μm。
4. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓填孔垂直式電極電鍍設備，其中該惰性氣體為氮氣。