电化学沉积和补给设备制造技术

一种工艺电解质补给模块，其适于在具有第一阳极和第一阴极的基底电化学沉积设备中补给工艺电解质中的离子，所述工艺电解质补给模块具有第二阳极。所述工艺电解质补给模块具有从化学沉积设备偏置的框。工艺电解质再循环隔室设置在所构造的框中，其配置为使得工艺电解质在补给模块与沉积设备之间再循环。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学沉积和补给设备相关申请的交叉引用本申请要求2011年4月14日提交的专利技术名称为“ELECTRO OSMOSIS CHEMICALPRODUCTIVITY APPARATUS AND METHOD FOR ELECTRO DEPOSITION” 的美国临时专利申请序列号61/475，417的利益和优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。1.
所公开的实施方案一般涉及用于电化学沉积的方法和设备，并且更特别地涉及用于电化学沉积和补给的方法和设备。2.
技术介绍
电沉积等工艺用作将膜(例如，锡、锡银、镍、铜或其它物质)应用于多种结构和表面(例如半导体晶片和硅工件或基底)的制造技术。用于这种工艺的系统的重要特征是其能够产生具有均匀且可重复特性(例如，膜厚度、组成和与下方的工件轮廓相关的轮廓)的膜。电沉积系统可利用耗尽后需要补给的一次电解质。例如，在锡银应用中，在耗尽后可需要锡盐溶液液体补给。这样的补给根据应用可能昂贵，并且对于电沉积工具或子模块可能需要长的停机时间来维护和工艺再鉴定，这对沉积工具的购置成本有不利影响。因此，需要用于补给电沉积工具中耗尽的工艺电解质的新的改进方法和设备。【附图说明】 结合附图，以下描述中解释了所公开实施方案的上述方面和其它特征，在附图中:图1示出示例性的晶片电沉积系统；图2A示出电沉积模块；图2B示出剪切板搅拌构件；图2C示出剪切板搅拌构件；图2D示出剪切板搅拌构件；图2E示出剪切板搅拌构件；图2F示出构件振荡运动的图示；图2G示出构件非均匀振荡运动的图示；图2H示出构件非均匀振荡运动的图示；图3示出电渗透补给模块；图4示出电合成流动槽布局；图5示出电沉积部分和化学制造系统(chemical productivity system, CPS)；图5A示出CPS系统的化学制造模块；图6示出化学品管理和输送系统；图7示出电渗透补给模块；图8示出电渗透补给模块；图9示出电化学沉积系统的图示；图10示出电化学沉积系统的图示；图11示出电化学沉积系统的图示；图12示出电镀槽的等距视图；图13示出电镀槽的等距视图；图14示出电镀槽的俯视图； 图15示出阳极插入件的分解视图；图16示出阳极插入件的分解视图；图17示出阳极插入件的侧视图；图18示出阳极插入件的截面视图；图19示出阳极插入件的截面视图。实施方案详述现参照图1，其示出根据所公开实施方案一个方面的适合于制造工艺的商用晶片电沉积机。虽然参照附图描述了所公开实施方案的方面，但是应理解所公开实施方案的方面可以以许多形式来实施。此外，可使用任意合适大小、形状或类型的元件或材料。所公开的实施方案可在可商购的电沉积机(例如，来自Billerica MA的NEXX Systems的Stratus)中实施。系统200可包括如根据【公开日】为2005年5月12日的国际申请W02005/042804A2所述以及如2005年8月14日公开并且专利技术名称为“method andapparatus for fluid processing a workpiece” 的美国公开 N0.2005/0167275 所述的特征，其通过引用整体并入本文。以框图形式作为示例性系统示出系统200。根据所公开实施方案的另一个方面，可提供构造和位置不同的更多或更少的模块。系统200可包括装载端口 206的工业电沉积机200M，通过所述装载端口 206将基底(例如，之前如上所述用光刻胶图案化的基底)插入系统并从系统中撤去。装载站204可具有机械臂，所述机械臂将基底278转移至基底-保持器270、272、274中，然后通过输送机280转移至模块210、212、214、216 (以下进一步更详细地描述并且也在图2A和5中示意性示出)并且平行地、连续地或平行与连续组合地进行处理。例如，连续处理或其它处理可包括铜(Cu)电沉积模块216、镍(Ni )电沉积模块214、锡(Sn )电沉积模块212、锡-银(SnAg )电沉积模块210。另外，所公开实施方案的方面可相似地应用于铜(Cu)电沉积模块216、镍(Ni)电沉积模块214、锡(Sn)电沉积模块212、锡-银(SnAg)电沉积模块210或任意合适的金属沉积模块。然后基底可返回到装载站204，所述装载站204卸载基底并使基底通过基底清洗模块202，基底由此处返回装载端口 206。清洗步骤(例如，使用去离子水)可设置在电沉积步骤之前和之后，例如，可设置清洗模块262、266。或者，模块262和266可以是冲洗或热处理模块以及清洗模块。可设置补给模块260、264 (在图1中一般性指示)，例如设置在系统200的常见封装件中用于模块210、212、214和216的补给和化学制造。例如，封装件200H可形成用于系统200的部件和模块的壳体，在其中具有合适的环境和清洁度控制。如可实现的，在所述示例性实施方案中，化学补给模块可不位于普通壳体或区域(与壳体200H相似)中，而是可以是外接(off board)或远程的，例如可在具有或没有用于补给模块210、212、214和216的内部(on board)模块260、264的情况下设置补给模块260’、264’(参见图1)。在这里，远程的补给模块可放置为靠近系统200、在系统200下方的管槽中或远离系统200处，例如隔开一段距离或在单独的室中。根据所公开实施方案的另一个方面，可不设置补给模块。根据所公开实施方案的另一个方面，可以以任意合适组合设置更多或更少合适组合的更多或更少的模块用于沉积更多或更少的不同或相似材料。可设置一个或多个控制器222并使其与每个站或模块通信耦接以确定工艺的顺序和/或在站或模块中输送。可在系统200中设置系统控制器222以确定站或工艺模块之间基底的顺序并且协调系统作用，例如主机通信、批量装载和卸载或控制系统200所需的其它的那些作用。控制器222可被程序化为在工艺模块中用合适的金属、金属合金和/或其它电镀材料(例如，用锡(Sn)、锡-银(SnAg)、铜(Cu)、镍(Ni )中的一种或多种)来电镀工件，所述工艺模块设置成容纳阳极并支撑电镀浴。因此，用于工艺模块212的控制器可被程序化为将锡电镀到工件上。控制器222可进一步程序化为在冲洗容器中冲洗工件，所述冲洗容器设置成支持冲洗来自工件的基本上所有的电镀化学反应。控制器222可进一步程序化为例如在工艺模块210中用锡和银电镀工件，所述工艺模块210设置成容纳阳极并支撑电镀浴。控制器222可进一步程序化为例如在热处理模块中热处理工件，所述热处理模块设置成热处理工件以导致锡和锡-银层混合并形成基本上均匀的锡-银合金特征。控制器222可进一步程序化为例如通过铜电沉积模块216将铜沉积在工件上。控制器222可进一步程序化为例如通过镍电沉积模块214将镍沉积在工件上。控制器222可进一步程序化为通过清洗模块262清洗工件。在所公开的实施方案中，如之前所述，仅为了举例的目的，以一般方式在附图中示出四个电沉积模块210、212、214、216并且指出了清洗模块262、266和化学补给模块260、264。根据所公开实施方案的另一个方面，一个系统可具有以任意合适构造设置的更多或更少个模块。例如，系统200可具有锡(Sn)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适于将金属沉积到基底的表面上的电化学沉积设备，所述电化学沉积设备包括：构造为用于保持工艺电解质的框；与所述框可拆卸地耦接的基底保持器，所述基底保持器将所述基底支撑在所述工艺电解质中；以及阳极流体隔室，其可拆卸地耦接至所述框并且限定流体边界壳，所述流体边界壳将阳极电解液容纳在所述框中并且将所述阳极电解液与所述工艺电解质分隔开，在所述边界壳中具有朝向所述基底的所述表面的阳极和设置在所述阳极与所述基底的所述表面之间的离子交换膜，所述阳极流体隔室流体边界壳可与所述离子交换膜和所述阳极作为单元而从所述框移除；其中，所述保持器、所述阳极和所述膜布置在所述框中，使得来自所述阳极的离子经过所述离子交换膜进入所述工艺电解质中并且主要补给所述工艺电解质中由于离子沉积到所述基底的所述表面上而耗尽的离子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.14 US 61/475,4171.一种适于将金属沉积到基底的表面上的电化学沉积设备，所述电化学沉积设备包括: 构造为用于保持工艺电解质的框； 与所述框可拆卸地耦接的基底保持器，所述基底保持器将所述基底支撑在所述工艺电解质中；以及 阳极流体隔室，其可拆卸地耦接至所述框并且限定流体边界壳，所述流体边界壳将阳极电解液容纳在所述框中并且将所述阳极电解液与所述工艺电解质分隔开，在所述边界壳中具有朝向所述基底的所述表面的阳极和设置在所述阳极与所述基底的所述表面之间的离子交换膜，所述阳极流体隔室流体边界壳可与所述离子交换膜和所述阳极作为单元而从所述框移除； 其中，所述保持器、所述阳极和所述膜布置在所述框中，使得来自所述阳极的离子经过所述离子交换膜进入所述工艺电解质中并且主要补给所述工艺电解质中由于离子沉积到所述基底的所述表面上而耗尽的离子。2.根据权利要求1所述的电化学沉积设备，其中所述基底的所述表面为基本上垂直取向。3.根据权利要求1所述的电化学沉积设备，其中所述离子交换膜包括阳离子膜。4.根据权利要求1所述的电化学沉积设备，其中所述阳极包括可溶阳极。5.根据权利要求1所述的电化学沉积设备，其中所述阳极包括惰性阳极。6.根据权利要求1所述的`电化学沉积设备，其中所述工艺电解质包括SnAg浴。7.根据权利要求1所述的电化学沉积设备，其中所述阳极包括Sn阳极。8.根据权利要求1所述的电化学沉积设备，其中所述阳极包括Cu阳极。9.根据权利要求1所述的电化学沉积设备，其中所述离子交换膜使所述阳极电解液分隔于所述工艺电解质。10.一种适于将金属沉积在基底的表面上的电化学沉积设备，所述电化学沉积设备包括: 构造为用于保持工艺电解质的框； 与所述框耦接的基底保持器，所述基底保持器支撑所述基底以使得所述工艺电解质接触所述表面；以及 在阳极电解液中与所述框耦接的阳极，和与所述框耦接的离子交换膜，使得所述离子交换膜将所述阳极电解液与所述工艺电解质分隔开； 由第一膜支撑件支撑在第一侧上的所述离子交换膜，所述第一膜支撑件与所述框耦接并且具有多个第一阵列支撑件；以及 由第二膜支撑件支撑在第二侧上的所述离子交换膜，所述第二膜支撑件与所述框耦接并且具有与所述多个第一阵列支撑件基本对准的多个第二阵列支撑件。11.根据权利要求10所述的电化学沉积设备，其中所述多个第一阵列支撑件包括第一垂直条阵列，并且其中所述多个第二阵列支撑件包括第二垂直条阵列，并且其中所述第一垂直条阵列与所述第二垂直条阵列基本对准。12.根据权利要求10所述的电化学沉积设备，其中所述基底保持器、所述阳极和所述离子交换膜布置在所述框中，使得金属离子经过所述离子交换膜进入所述工艺电解质中，从而补给由于沉积到所述基底上而耗尽的金属离子，并且其中所述第一和第二阵列支撑件具有防止气泡截留的构造。13.根据权利要求10所述的电化学沉积设备，其中所述基底的所述表面为基本上垂直取向。14.根据权利要求10所述的电化学沉积设备，其中所述离子交换膜包括阳离子膜。15.根据权利要求10所述的电化学沉积设备，其中所述阳极包括可溶Sn阳极。16.根据权利要求10所述的电化学沉积设备，其中所述工艺电解质包括SnAg浴。17.—种适于将金属沉积到基底的表面上的电化学沉积设备，所述电化学沉积设备包括: 构造为用于保持工艺电解质的框； 基底保持器，其与所述框可拆卸地耦接并且支撑所述基底以使得所述工艺电解质接触所述表面； 阳极模块，其与所述框耦接并且构造成用于容纳阳极电解液，所述阳极模块具有模块框、阳极和离子交换膜，所述离子交换膜与所述模块框耦接并与所述阳极和所述离子交换膜一起作为单元从而能够从所述框移除和插入所述框中；以及 与所述模块框耦接的所述离子交换膜，所述离子交换膜设置在所述阳极与所述基底的所述表面之间。18.根据权利要求17所述的电化学沉积设备，其中所述基底保持器、所述阳极和所述离子交换膜布置在所述框中，使得金属离子经过所述离子交换膜进入所述工艺电解质中补给由沉积在所述基底上而耗尽的金属离子。19.根据权利要求17所述的电化学沉积设备，其中所述基底的所述表面为基本上垂直取向。20.根据权利要求17所述的电化学沉积设备，其中所述离子交换膜包括阳离子膜。21.根据权利要求17所述的电化学沉积设备，其中所述阳极包括可溶阳极。22.根据权利要求17所述的电化学沉积设备，其中所述阳极包括惰性阳极。23.根据权利要求17所述的电化学沉积设备，其中所述工艺电解质包括SnAg浴。24.根据权利要求17所述的电化学沉积设备，其中所述阳极包括Sn阳极。25.根据权利要求17所述的电化学沉积设备，其中所述阳极包括Cu阳极。26.根据权利要求17所述的电化学沉积设备，其中所述离子交换膜将所述阳极电解液与所述工艺电解质分隔开。27.—种工艺电解质补给模块,其适于在具有第一阳极和第一阴极的基底电化学沉积设备中补给工艺电解质中的离子，所述补给模块具有第二阳极，所述工艺电解质补给模块包括: 从所述化学沉积设备偏置的框； 设置在所述框中的工艺电解质再循环隔室，所述工艺电解质再循环隔室构造成具有在所述补给模块与所述沉积设备之间再循环的所述工艺电解质； 在所述框中与所述工艺电解质再循环隔室耦接的阳极隔室，所述阳极隔室具有作为可溶阳极的所述第二阳极，所述第二阳极设置在所述阳极隔室中以浸没在二次阳极电解液中，并且所述阳极隔室具有第一离子交换膜，所述第一离子交换膜将所述二次阳极电解液与所述工艺电解质分隔开，所述第一离子交换膜是阳离子交换膜；以及 在所述框中与所述工艺电解质再循环隔室耦接的阴极隔室，所述阴极隔室具有第二阴极，所述第二阴极设置在所述阴极隔室中以浸没在二次阴极电解液中，并且所述阴极隔室具有第二离子交换膜，所述第二离子交换膜将所述二次阴极电解液与所述工艺电解质分隔开，所述第二离子交换膜是一价选择性膜。28.根据权利要求27所述的工艺电解质补给模块，其还包括搅拌构件，所述搅拌构件在紧邻所述第二阴极处与所述阴极隔室中的所述框可移动地耦接，以搅拌邻近所述第二阴极处的所述二次阴极电解液。29.根据权利要求27所述的工艺电解质补给模块，其中所述可溶第二阳极和所述第一离子交换膜布置为使得来自所述可溶第二阳极的离子经过所述第一离子交换膜进入所述工艺电解质中。30.根据权利要求27所述的工艺电解质补给模块，其中所述阳极包括可溶Sn板。31.根据权利要求27所述的工艺电解质补给模块，其中所述阳极包括可溶Sn小球。32.根据权利要求27所述的工艺电解质补给模块，其中所述工艺电解质包括SnAg浴。33.根据权利要求27所述的工艺电解质补给模块，其中所述工艺电解质包括SnAg浴，并且其中离子被补给到所述工艺电解质中而不发生所述第二阳极的Ag污染。34.—种工艺电解质补给模块,其适于在具有第一阳极和第一阴极的基底电化学沉积设备中补给工艺电解质中的离子，所述补给模块具有第二阳极，所述工艺电解质补给模块包括: 从所述化学沉积设备偏置的`框； 设置在所述框中的工艺电解质再循环隔室，所述工艺电解质再循环隔室构造成具有在所述补给模块与所述沉积设备之间再循环的所述工艺电解质； 在所述框中与所述工艺电解质再循环隔室耦接的阳极隔室，所述阳极隔室具有作为可溶阳极的第二阳极，所述第二阳极设置在所述阳极隔室中以浸没在二次阳极电解液中，并且具有第一离子交换膜，所述第一离子交换膜将所述二次阳极电解液与所述工艺电解质分隔开; 在所述框中与所述工艺电解质再循环隔室耦接的缓冲隔室，所述缓冲隔室在其中具有缓冲溶液，并且具有第二离子交换膜，所述第二离子交换膜将所述缓冲溶液与所述工艺电解质分隔开；以及 在所述框中与所述缓冲隔室耦接的阴极隔室，所述阴极隔室具有第二阴极，所述第二阴极设置在所述阴极隔室中以浸没在二次阴极电解液中，并且所述阴极隔室具有第三离子交换膜，所述第三离子交换膜将所述二次阴极...

【专利技术属性】
技术研发人员：德梅特留斯·帕帕帕纳约图，阿瑟·凯格勒，大卫·瓜尔纳恰，乔纳森·汉德，约翰内斯·基乌，
申请(专利权)人：东京毅力科创尼克斯公司，
类型：
国别省市：