专利名称：喷镀装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种喷镀装置，尤其是涉及一种用于形成一嵌入的内连接件的无电镀装置，其中诸如铜或银的电导体嵌入细小的凹槽，在诸如半导体基片的一基片上形成内部连接件，并且形成一个用于保护内部连接件表面的保护层。
背景技术：
对于一个无电镀装置，已知其通常包括一个喷镀槽，所述喷镀槽用于容纳在喷镀过程中溢出的无电喷镀溶液，以及一个垂直的可移动的支撑装置，所述支撑装置位于喷镀槽的上方用于支撑诸如一基片的需被喷镀的工件，所述工件的喷镀面朝下，因此被所述支撑部分支撑的工件浸入喷镀槽中的喷镀液中。此外，通常还具有一种喷镀装置，其包括一个用于支撑如基片的一工件的支撑装置，其中所述工件的喷镀面朝上，以及一个喷镀溶液供给部分(喷嘴)，所述供给部分向被所述支撑部分所支撑的工件的一上表面(喷镀面)提供喷镀液，因此喷镀液沿着被所述支撑部分支撑的工件的上表面流动。
近几年，随着一半导体芯片的加工及集成的速度越来越快，形成了用具有一较低的电阻率、一较高的电移阻的铜取代铝或铝合金作为在半导体基片上形成内连接电路的金属材料的趋势。这种采用铜的内部连接件通常通过将铜填充至在基片表面上形成的细小凹槽中而得以形成。就铜内部连接件的形成方法而言，CVD、阴极真空喷镀以及喷镀这几种方法是已知的，但是喷镀是常用的方法。在任一情况下，当所述基片表面被喷镀一铜薄膜后，采用一化学机械精加工(CMP)步骤对基片的表面进行整平加工。
在通过这样一种方法形成内部连接件的情形下，在整平加工之后，被嵌入的内部连接件具有一个暴露的表面。当一辅助的嵌入式内部连接结构在一半导体基片的所述内部连接件的暴露表面上形成时，随之会产生以下问题。例如，在形成一新的二氧化硅绝缘层时，先形成的内部连接件的暴露表面有可能被氧化。另外，在蚀刻二氧化硅层以形成接触孔时，暴露于所述接触孔底部的先形成的内部连接件有可能被腐蚀液、剥落的抗蚀剂等污染。此外，当内部连接件采用铜时，有可能会产生铜扩散。
基于此，当内部连接件采用铜时，可以考虑在例如铜内部连接件的表面选择地覆盖一具有良好的附着力以及一低电阻率(ρ)的Ni-B合金保护层或类似的保护层。Ni-B合金保护层可以通过下列步骤在诸如铜的表面上选择性地形成使用一种无电喷镀液，所述喷镀液包括镍离子，镍离子的络合剂以及作为镍离子还原剂的烷基胺硼烷或硼氢化物，并且将基片的表面浸入无电喷镀液中。
无电喷镀适用于铜内部连接件的主填充材料(Cu)，阻挡金属上种子层的形成，或者所述种子(铜)的加强，以及阻挡金属本身的形成，或者铜内部连接件顶层材料的形成(无论如何，Ni-P，Ni-B，Co-P，Ni-W-P，Ni-Co-P，Co-W-P，Co-W-B)等等。在任一无电喷镀步骤中，需要在基片的整个表面上形成一均匀厚度的薄膜。
在采用面朝上系统的无电镀装置中，用于喷镀加工的喷镀液的总量相当的少。相应的，喷镀加工通常以一个被称作单一路径(抛弃)的方式完成，其中喷镀液在每次喷镀加工完成后被抛弃。但是这种方式增大了喷镀液的消耗，从而导致工作成本的增加。
因此可以考虑采用一种喷镀液被循环回收并且再利用的被称作循环的方式。用于实现喷镀液的循环方式的循环/再生系统通常包括一个用于收集喷镀液并使之循环的循环箱。因此，循环箱内一定量的且被加热至一预定温度的喷镀液被提供给一工件的喷镀表面以实现喷镀，并且在喷镀之后，在所述工件的喷镀表面上的剩余喷镀液被回收并返回至循环箱中。
但是这种循环/再生系统存在下列缺点例如，在半导体装置的生产过程中，希望使用一种喷镀液，所述喷镀液包括一种无钠还原剂，以避免半导体装置被碱性金属污染。无钠还原剂通常是不稳定的并且易于分解，尤其是处于高温状态下。相应地，当包括这样一种还原剂的喷镀液被收集至体积较大的循环箱中并且被加热至一较高温度时，其有可能分解，从而导致喷镀液的大量损耗。此外，当喷镀后被回收的喷镀液以一不连续的方式返回至循环箱中时，循环箱中的喷镀液的温度发生变化，从而导致喷镀薄膜的厚度不一致。此外，由于在循环箱中的喷镀液的表面与空气接触，空气中的氧进入喷镀液，增加了喷镀液中溶解的氧气的量，这就抑制了还原剂的还原作用，从而影响了喷镀效果。喷镀液与空气的接触还会加剧喷镀液的分解。
为了减少喷镀液由于高温分解而产生的消耗，可以考虑采用一种被称作在线”加热的方式，按照这种方法，喷镀液在循环箱中未受到加热，而是在提供给工件的过程中受到加热，并且被加热的喷镀液的量仅仅是一个喷镀加工所必需的。但是，当采用这种在线加热时，喷镀液温度的控制通常是困难的，此外，需要诸如加热器的一个相当大的加热装置以加热喷镀液，这就导致了装置的尺寸变大。当使用一个诸如加热器的小的加热装置以降低装置的尺寸时，则使得加热源表面与喷镀液之间具有较大的温差。这将会导致在加热源表面上产品的形成，同时在加热源附近对喷镀液过度的加热会导致喷镀液的分解。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述问题。因此本发明的一个目的是提供一种喷镀装置，该装置能够使得喷镀液保持在最佳的状况，同时使得使用的喷镀液的量最小，并且该装置能够很容易地在一工件的喷镀面上形成均匀一致的喷镀薄膜。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种喷镀装置，该装置包括一个喷镀液供给系统，所述喷镀供给系统使得喷镀液稳定地循环，同时加热在循环箱中的喷镀液，其中所述循环箱中装有一加热装置，并且当进行喷镀加工时向喷镀加工部提供一定量的喷镀液；一个喷镀液回收系统，所述回收系统用于在喷镀加工后回收喷镀加工部中的喷镀液，加热喷镀液，并且使得被加热的喷镀液返回至循环箱中；以及一个喷镀液补充系统，所述补充系统用于向循环箱补充新的喷镀液或者一种喷镀液组分。
按照这种喷镀装置，随着在循环箱中被加热的喷镀液在非喷镀时间持续循环，喷镀后在喷镀加工部剩余的低温喷镀液被回收、加热，并返回至循环箱中。此外，所述喷镀液补充系统向循环箱补充新的喷镀液或一种(几种)喷镀液组分。这样一来，使用最小量喷镀液的循环/再生系统得以建立。所述系统可以使得由于高温分解造成的喷镀液的消耗最小化。
所述喷镀液供给系统可以包括一个喷镀液存储箱，使得喷镀液在循环中途穿过其中，并且存储一预定量的喷镀液，同时当进行喷镀加工时可以将所述一预定量的喷镀液提供给喷镀加工部。当进行如镍或钴合金无电喷镀加工以在晶片表面上形成一保护薄膜时，直径为200毫米的晶片需要大约100-200毫升的喷镀液，直径为200毫米的晶片需要大约300-400毫升的喷镀液。通过设置存储箱，所需的必需量(一定量)的保持恒定温度的喷镀液能够被提供给所述喷镀加工部，而不会发生喷镀液温度降低的情况。
按照一个最佳实施例，所述喷镀液供给系统包括一个主流动通道，所述主流动通道使得所述喷镀液流过所述喷镀液存储箱，随后喷镀液或者返回至循环箱参与循环，或者提供给喷镀加工部，所述系统还包括一个由在喷镀液存储箱上游的所述主流动通道分出的旁路流动通道，所述旁路流动通道绕过所述喷镀液存储箱并汇入所述主流动通道。此外，所述喷镀液存储箱中储存的喷镀液自由落下而提供给喷镀加工部。当进行喷镀加工时，存储于所述喷镀液存储箱中的一预定量的(如350毫升)喷镀液在例如自身重量的作用下自由下落而在片刻时间之内(如1-5秒)被提供。
所述循环箱最好与一个惰性气体引入装置相连，以便于向所述循环箱提供一种惰性气体并且清洁所述循环箱的内部。这可有效地防止空气与位于循环箱中的喷镀液的表面接触。在此，如果空气和喷镀液的表面接触，空气中的氧进入喷镀液，从而使得喷镀液中溶解的氧的量增多，这就抑制了还原剂的还原作用，进而影响了喷镀效果。通过一惰性气体对循环箱内部的清洁，这种缺陷可得以消除。所述惰性气体可以是如氮气。
所述喷镀液回收系统可以包括一个用于暂时存储并加热被回收的喷镀液的中间箱体。所述被回收的喷镀液可以在中间箱体中被加热至一预定的温度，并且被加热的喷镀液能够返回至所述循环箱。
所述中间箱体最好与一个惰性气体引入装置相连，以便于向所述中间箱体提供一种惰性气体并且清洁所述中间箱体的内部。这可有效地防止空气与位于中间箱体中的喷镀液的表面接触。如果空气和喷镀液的表面接触，空气中的氧进入喷镀液，从而使得喷镀液中溶解的氧的量增多，这就抑制了还原剂的还原作用，进而影响了喷镀效果。通过一惰性气体对中间箱体内部的清洁，这种缺陷可得以消除。
所述喷镀液补充系统可以包括一个预先使得喷镀液组分混合并对其加热的预备箱。所述预备箱使得混合喷镀液组分而形成新的喷镀液并且将预先被加热至一预定温度的新的喷镀液提供给循环箱成为可能。这可防止在向循环箱补充新的喷镀液时其温度的变化。
所述预备箱最好与一个惰性气体引入装置相连，以便于向所述预备箱提供一种惰性气体并且清洁所述预备箱的内部。这可有效地防止空气与所述预备箱中的新溶液的表面接触。如果空气和新溶液的表面接触，空气中的氧进入新溶液，从而使得新溶液中溶解的氧的量增多，因此就增加了溶解在补充有这种新溶液的喷镀液中的氧气的量，这就抑制了还原剂的还原作用，进而影响了喷镀效果。通过一惰性气体对预备箱内部的清洁，这种缺陷可得以消除。
按照本发明的喷镀装置，所述喷镀液供给系统以及喷镀液回收系统中的喷镀液的总量最好是每小时喷镀所需的喷镀液量的0.1-1倍。如此少量的喷镀液的使用使得可以使用一个小体积的循环箱，并且能够降低加工成本。
最好所述喷镀液供给系统以及喷镀液回收系统中的喷镀液总量的5-50％被定期或在任一时间抛弃，并且缺余量由所述喷镀液补充系统中的新的喷镀液补充。这使得位于所述循环箱中并持续循环的所述喷镀液中金属离子的浓度得以控制在一预定的范围内，同时可以使得分解产品的量控制在一特定水平，从而使得喷镀膜的质量稳定，并且降低了加工成本。参照附图通过下面的描述，本发明的上述以及其它的目的、特征以及有益的效果将变得很显然，其中附图通过例子示出了本发明的最佳实施例。
附图1A至附图1D按照顺序示出了一个铜内部连接件及其保护层形成的实例；附图2是按照本发明第一实施例的无电镀装置的剖面图；附图3是所述无电镀装置的平面视图；附图4是所述无电镀装置的喷镀液循环/再生系统的通常结构的示意图；附图5是通过无电镀装置实现喷镀加工的流程图；
附图6是通过补充一种新的喷镀液控制喷镀液的金属离子浓度的示意图；附图7是按照本发明第二实施例的无电镀装置的喷镀液循环/再生系统的部分结构示意图；以及附图8是按照本发明第三实施例的无电镀装置的喷镀液循环/再生系统的部分结构示意图。
具体实施例方式
下面将参照附图对本发明的最佳实施例进行描述，下面的描述不会在任何方面造成对本发明的限制。
附图1A至附图1D顺序示出了半导体装置的铜内部连接件的形成步骤。如附图1A所示，一诸如二氧化硅的绝缘膜2在形成有半导体装置的基座1上的导电层1a上形成。用于内部连接件的接触孔3以及沟槽4通过金属板印刷技术/蚀刻技术在所述绝缘膜2上形成。其后，一诸如氮化钽或类似材料的阻挡层5在整个表面上形成，同时一作为电喷镀用的电供给层的铜种子层6在所述阻挡层5上通过诸如喷涂的方式形成。
其后，如附图1B所示，在所述半导体基片W的表面上进行铜喷镀，以将铜注入所述接触孔3以及所述沟槽4，同时在所述绝缘膜2上沉积一铜薄膜7。随后，利用化学机械精加工方法(CMP)移去所述绝缘膜2上的铜薄膜7，使得填充至用作所述内部连接件的所述接触孔3和所述沟槽4中的铜薄膜7的表面和所述绝缘薄膜2的表面大致处于同一平面。这样一来，如附图1C所示，包括铜种子层6以及铜薄膜7的内部连接件8得以在绝缘层2上形成。下面，如附图1D所示，在所述半导体基片W表面上进行无电喷镀，如Ni-B喷镀，以便在所述铜内部连接件8的外露表面选择性地形成一包括Ni-B合金的保护层9(喷镀薄膜)，进而保护内部连接件8。
附图2以及附图4示出了按照本发明一个实施例的无电喷镀装置。所述无电喷镀装置可被用于例如附图1所示阻挡层5的形成，所述铜种子层6的加强以及所述铜薄膜7的沉积，同时还可用于所述保护层9(喷镀薄膜)的形成。
所述无电喷镀装置包括一个基片固定装置10，所述装置用于支撑一诸如半导体晶片的基片(将被加工的工件)W，所述晶片的前面(将被喷镀的表面)朝上。所述基片固定装置10主要包括一个处理槽12，所述处理槽具有一个如下所述容纳受热流体以加热所述基片W的受热流体容纳部26，所述装置还包括一个环绕所述处理槽12的圆柱形壳体14。所述壳体14的上端部装有一中空的盘形支撑板16，其内圆周面被一个向下伸出的密封环18所支撑。
一个用于支撑所述基片W的圆周部以及一个导向环22的环形基片架20装于所述处理槽12上表面的圆周部，所述基片架20设置在所述基片W的圆周部以防所述基片W的未对准。所述处理槽12能够相对于所述壳体14上下移动。当所述处理槽12相对于所述壳体14处于一较低的位置时，一基片W插入所述壳体14，同时其位于并固定于所述基片架20的上表面。其后，所述处理槽12相对于所述壳体14上升以使得所述密封环18和所述基片W上表面的圆周部压力接触，进而密封所述基片上表面的圆周部并且使之固定，因此被所述基片W上表面以及所述密封环18包围，并且开口向上的一个喷镀加工部24得以形成。通过反向的运动可以解除对所述基片W的固定。通过所述基片固定装置10对所述基片W的固定，所述处理槽12以及所述壳体14可在一马达(未示出)的驱动下一同转动。
所述处理槽12的上表面具有一个受热流体容纳部26，所述容纳部26用于容纳一受热流体，如热水，酒精或有机溶液，并且允许所述受热流体接触所述基片W的背面以使其受到加热。所述受热流体容纳部26包括一个流动通道，所述通道向上开口，剖面成喇叭形状，并且和一个流体供给管相连，所述流体供给管道上具有一个将纯水加热至例如70度的纯水加热部(加热器)。充满所述受热流体支撑部26的受热流体流经所述处理槽12与所述壳体14之间，并且流至外部。此外，一个用于防止所述受热流体泄漏的防溢盖140环绕所述壳体14放置。
所述基片固定装置10的上部具有一个喷镀溶液供给部30，所述供给部将加热至例如70度的一预定温度的喷镀溶液Q(无电喷镀溶液)提供给由所述基片W上表面以及所述密封环18形成的喷镀加工部24。所述喷镀溶液供给部30具有一个可垂直移动且可枢转的枢转臂32，以及一个盘状端部34，所述端部几乎覆盖所述喷镀加工部24的开口，并且安装在所述枢转臂32的自由端。如附图3所示，通过所述枢转臂32的转动，所述端部34在覆盖所述基片固定装置10的位置以及所述后退位置之间移动。这样一来，在所述喷镀处理实施时，所述端部34位于覆盖由所述基片固定装置10固定的所述基片W上表面的位置，在喷镀处理完成后，所述端部34移动至后退位置，因此防止了所述端部34对所述基片W移动的阻碍。
在所述端部34的中部具有一个向下开口的喷镀溶液供给喷管36，同时在所述喷镀溶液喷管36的上方具有一个喷镀溶液存储箱38，所述存储箱38的容积应当能够存储一个喷镀处理所需的一定量的喷镀液。所述喷镀溶液供给喷管36以及所述喷镀溶液存储箱38彼此之间通过一个喷镀溶液管40相连。一个喷镀溶液供给管42以及一个喷镀溶液排出管44与所述喷镀溶液存储箱38相连。在如下所述的非喷镀期间，所述喷镀溶液在所述喷镀溶液存储箱38中循环，以便于在喷镀溶液存储箱38中存储一定量的具有一恒定温度的喷镀液。在喷镀时，位于所述喷镀溶液存储箱38中的喷镀液在其自身重量的作用下流经所述所述喷镀溶液供给喷管36而快速(例如1-10秒)提供给由所述基片W的上表面以及所述密封环18形成的所述喷镀加工部24。
所述喷镀溶液供给喷管36的上方还具有一个预喷镀处理液体存储箱46，所述存储箱46用于储存一种预喷镀处理液体，例如，一种用于进行预喷镀清洁的清洁液，或者一种用于进行催化处理的催化液。所述预喷镀处理液体存储箱46以及所述喷镀溶液供给喷管36彼此之间通过一个预喷镀处理液体管48相连。一个预喷镀处理液体供给管50以及预喷镀处理液体排出管52与所述预喷镀处理液体存储箱46相连。至于所述喷镀液，在非喷镀期间，一定量的具有一恒定温度的预喷镀处理液存储于预喷镀处理液体存储箱46中，同时在预喷镀期间，存储于所述预喷镀处理液体存储箱46中的预喷镀处理液在其自身重量的作用下流经所述所述喷镀溶液供给喷管36而快速(例如1-10秒)提供给由所述基片W的上表面以及所述密封环18形成的所述喷镀加工部24。尽管在本实施例中，所述喷镀溶液供给喷管36同时用作一个预喷镀处理液供给喷管，但是也可另设这种喷管。在多个预喷镀处理同时进行的情况下，当然可以提供多个预喷镀处理液体存储箱并且按顺序将存储于每个存储箱中的预喷镀处理液分别提供给一个基片W的喷镀表面。
所述无电喷镀装置的上述结构使得进行诸如清洁或催化处理的预处理以及在一单一处理槽中对由基片固定装置10所固定的基片W连续地进行喷镀处理成为可能。硫酸，氟化氢，盐酸，氮化氢，DMAB(二甲胺硼烷)，草酸等等可作为进行预喷镀清洁的清洁液，同时PdSO4，PdCL2等等可作为进行催化处理的催化液。
所述端部34具有一个纯水供给喷管54，所述喷管向由所述基片固定装置10所固定的基片W的上表面(喷镀面)提供纯水。在喷镀处理后，通过由所述纯水供给喷管54向所述基片的表面提供纯水，对所述基片的喷镀处理以及用纯水对被喷涂基片的清洁可以在一个单一处理槽中连续地进行。
所述端部34具有一个喷镀溶液回收喷管56，所述喷管用于回收已经提供给由所述基片固定装置10所固定的基片W的喷镀面的喷镀溶液。如下所述，在喷镀处理后，所述喷镀加工部24中残留的喷镀液被所述喷镀溶液回收喷管56回收并再利用。所述端部34还具有一个预喷镀处理液体回收喷管58，所述喷管58用于回收已经提供给由所述基片固定装置10所固定的基片W的喷镀面的预喷镀处理溶液。所述预喷镀处理溶液被所述预喷镀处理液体回收喷管58回收，并且依所需而再利用。
一个用于引入例如氮气的受热惰性气体的惰性气体引入管路(惰性气体引入部)60与所述喷镀溶液供给喷管36相连。由所述惰性气体引入管路部60进入所述喷镀溶液供给喷管36的所述受热惰性气体在清洁所述喷镀溶液供给喷管36之后喷向由所述基片固定装置10所固定的基片W。这样一来，惰性气体被导入由所述基片固定装置10所固定的基片W与处于覆盖所述基片W上表面的所述端部34之间的区域，因此，所述区域被具有一定温度的惰性气体所充满。这可有效地防止空气接触所述喷镀液的表面。在这一方面，如果空气和喷镀液的表面接触，空气中的氧进入喷镀液，从而使得喷镀液中溶解的氧的量增多，这就抑制了还原剂的还原作用，进而影响了喷镀效果。通过上述区域被一惰性气体充满，这种缺陷可得以消除。此外，所述区域为受热的惰性气体所充满可以防止喷镀期间所述喷镀液温度的降低。例如，当喷镀液的温度为70度时，诸如氮气的惰性气体的温度通常是60至70度(惰性气体的温度比喷镀液的温度低10度)，最好是65-70度(惰性气体的温度比喷镀液的温度低5度)。
一个清洁液引入管路(清洁液引入部)62a与所述喷镀液存储箱38相连，同时一个清洁液引入管路(清洁液引入部)62b与所述预喷镀处理液存储箱46相连。所述清洁液引入管路62a中的清洁液顺序流过所述喷镀液存储箱38、所述喷镀液管40以及所述喷镀液喷管36；同时所述清洁液引入管路62b中的清洁液顺序流过所述预喷镀处理液存储箱46、所述预喷镀处理液管48以及所述喷镀液供给喷管36。因此，附着于所述箱体、管道以及喷管上的无关的东西能够被清除。所述清洁可以定期或在任一时间实施。纯水或诸如硝酸、王水或氟化氢一类的清洁化学制品可用作清洁液。根据本实施例，所述端部34具有一个内置的加热器64，所述加热器64使得由所述基片固定装置10所固定的基片W与所述端部34之间的热保持区域的温度接近所述喷镀液的温度。
附图4示出了所述无电喷镀装置的喷镀液循环/回收系统的一个常用的结构。所述喷镀液循环/回收系统主要包括一个使得一种喷镀液循环的喷镀液循环系统，所述循环系统由一个喷镀液供给系统70以及一个喷镀液回收系统72组成，所述喷镀液循环/回收系统还包括一个向所述喷镀液循环系统补充一种新的溶液(喷镀液)的喷镀液补充系统74。
所述喷镀液供给系统70包括上述喷镀液存储箱38，与其相连的一个喷镀液供给管道42和一个喷镀液排出管44，以及一个喷镀液管40。所述喷镀液供给管42以及所述排出管44与一个循环箱80相连，所述循环箱80装有一个具有一诸如热水热交换器76a的加热装置(加热器)78a。所述喷镀液供给管42中具有一个循环泵82。通过驱动所述循环泵82，在所述循环箱80中的喷镀液流经所述喷镀液供给管42，并由设置的一个主流动通道84进入所述喷镀液存储箱38中，随后所述喷镀液或者流经所述喷镀液排出管44返回至所述循环箱80参与循环，或者经由所述喷镀液管40提供给所述喷镀加工部24。所述循环箱80中的喷镀液被所述加热装置78a加热至一预定的温度，例如70度。
所述喷镀液供给管42以及所述喷镀液排出管44在所述喷镀液存储箱38的上游侧以及下游侧分别设置有打开/关闭阀86a、86b。此外，一个打开/关闭阀86c插入所述喷镀液管40中。
所述喷镀液供给系统70还包括一个旁路流动通道88，它从设置于所述喷镀液存储箱38上方的所述打开/关闭阀86a上游侧的所述主流动通道84分出，并绕过所述喷镀液存储箱38，汇入位于所述喷镀液存储箱38下方的所述打开/关闭阀86b的下游侧的所述主流动通道84。一个打开/关闭阀86d安装于所述旁路流动通道88中。其中设置有一打开/关闭阀86e的排气管90与所述喷镀液存储箱38相连。
在非喷镀期间，所述打开/关闭阀86a、86b打开，所述其它打开/关闭阀86c、86d、86e关闭，因此被加热至一预定温度的喷镀液在喷镀液供给管42、所述喷镀液存储箱38以及所述喷镀液排出管44中循环。在向所述喷镀加工部24提供所述喷镀液之前，只有打开/关闭阀86d打开，而打开/关闭阀86a、86b、86c以及86e均关闭，故喷镀液沿所述旁路流动通道88流动，而且所述喷镀液存储箱38中储存了一定量的喷镀液。然后，随着所述打开/关闭阀86c、86e的打开，存储于所述喷镀液存储箱38中的一定量的喷镀液在其自身重量的作用下经由所述喷镀液供给喷管36(参见附图2)快速(例如1-10秒)流动至所述喷镀液处理部24。
所述喷镀液回收系统72包括一个与上述的喷镀液回收喷嘴56相连的喷镀液回收管道92。所述喷镀液回收管道92与所述循环箱80相连。根据喷镀液返回的次序，所述喷镀液回收管道92上设置有一个由真空泵94抽空的汽液分离器96，以及一个具有一加热装置(加热器)78b的中间箱体98，其中所述加热装置包括有一个诸如热水热交换器76b的装置，以及一个打开/关闭阀86f。
相应地，在所述真空泵94的驱动下，喷镀后在所述喷镀加工部24中残余的喷镀液进入所述汽液分离器96，而且被分离的液体(喷镀液)进入中间箱体98。在所述中间箱体98中的喷镀液被加热至和所述循环箱80中的喷镀液具有相同的温度，例如70度，并且借助于所述打开/关闭阀86f的开启而返回至所述循环箱80。回流的喷镀液在返回至循环箱80之前被如此加热能够防止由于喷镀液的返回所造成的循环箱80中的喷镀液的温度变化(温度降低)。
所述喷镀液补充系统74包括多个喷镀液组分供给箱100a，100b......以及一个安装有具有诸如热水热交换器76c的加热装置(加热器)78c的预备箱体102。具有供给泵104a，104b......的喷镀液组分供给管106a，106b......将所述喷镀液组分供给箱100a，100b......与所述预备箱体102进行相应的连接。此外，所述预备箱体102以及所述循环箱80通过一个具有一新液体供给泵108的新液体供给管路110相连。
所述喷镀液组分供给箱100a，100b......包括至少三个分别装有还原剂，PH值调整剂以及含有金属及其它组分溶液的箱体。在进行诸如Ni-B的无电喷镀时，所述喷镀液组分供给箱100a中盛装的溶液含有作为镍离子还原剂的DMAB(二甲胺硼烷)，所述喷镀液组分供给箱100b中盛装的溶液含有作为PH值调整剂的TMAH(四甲基铵氢氧化物)，所述喷镀液组分供给箱100c中盛装的溶液含有镍离子以及其它组分。
盛装于所述喷镀液组分供给箱100a，100b......中的每种喷镀液组分被提供给所述预备箱102，在预备箱102中各组分被混合以制备一种新的液体(喷镀液)。所述新的喷镀液被加热至一预定的温度，如70度，并且被提供给所述循环箱体80以补充喷镀液。所述新的喷镀液在添加至所述循环箱80之前被加热至一预定的温度可以防止循环箱80中的喷镀液由于新液体的进入而引起的温度变化(降低)。
通过定期或在任一时间补充所述新的喷镀液，则金属离子如镍离子的浓度能够控制在一定的范围内。现在考虑在一晶片的整个表面上喷镀70纳米厚的镍的实例，在所述喷镀液循环系统中的喷镀液的总量设定为1升。在这一实例中，喷镀处理仍取决于所述喷镀液之镍离子的浓度，假定在喷镀处理了20个晶片，并且没有补充喷镀液时镍的浓度降低了大约20％(从100％降至80％)。在这种情况下，具有一定镍离子浓度的且高于基础浓度的新喷镀液(补充液)被制备。如图6所示，在所述循环系统中的一定量的喷镀液(例如0.4升)被定期即每处理了20个晶片之后而抛弃。同时，根据被抛弃的所述喷镀液的量以及在喷镀处理中消耗的喷镀液的量，向所述喷镀液循环系统补充新的喷镀液。这就使得将所述喷镀液中镍离子的浓度控制在一定的范围内成为可能(在这一实例中控制在20％内)。所述喷镀液循环系统中被定期抛弃的喷镀液的量最好是其中喷镀液总量的5％-50％。
上述的循环箱80、中间箱体98以及预备箱体102分别和惰性气体引入管道(惰性气体引入部)112a、112b、112c相接，以便于通过惰性气体清洁所述箱体80、98、102的内部。这可有效地防止空气与所述箱体80、98或102中的喷镀液的表面接触。如果空气与喷镀液的表面接触，空气中的氧进入喷镀液，从而使得喷镀液中溶解的氧的量增多，这就抑制了还原剂的还原作用，进而影响了喷镀效果。将一种惰性气体引入上述箱体，这种缺陷可得以消除。所述惰性气体可以是例如氮气。
对于所述喷镀液循环/回收系统，随着在所述循环箱80中受热的喷镀液在非喷镀期间保持循环，喷镀处理后在所述喷镀液处理部24中残余的温度降低的喷镀液被回收并再加热，然后返回至所述循环箱80中。此外，所述喷镀液补充系统74向所述循环箱80补充一种新的喷镀液或一组分(多个组分)。因而所述喷镀液循环/回收系统能够使用最少量的喷镀液，并且能够减少由于高温的分解作用而造成的喷镀液的消耗。此外，使用最少量的喷镀液的所述喷镀液循环/回收系统使得包括所述喷镀液供给系统70以及喷镀液回收系统72的所述喷镀液循环系统中的喷镀液的总量是每小时喷镀所使用的喷镀液量的一定倍数成为可能，例如0.1-1倍，并且使得使用一具有和如此少量的喷镀液相对应的小容积的循环箱80成为可能。这就能够减少喷镀液的消耗并降低所述喷镀装置的尺寸。
下面将参照附图4以及附图5对利用本实施例的无电喷镀装置进行喷镀处理进行描述。首先，当所述喷镀槽12相对于所述壳体14处于一相对较低的位置时，一基片W被插入所述壳体14中，同时设置并固定于所述基片架20的上表面。此时，所述端部34处于后退的位置。其后，所述处理槽12相对于所述壳体14上升，以使得所述密封环18与所述基片W的上表面的圆周部压力接触，从而密封所述基片W上表面的圆周部并且使之受到固定，因此所述基片W的上表面以及所述密封环18包围形成了一个开口向上的喷镀加工部24。
下面，所述端部34移动至所述基片固定装置10正上方的位置，然后下降。其后，盛装于所述预喷镀处理液存储箱46中的诸如清洁液或催化液的一预定量的预喷镀处理液在其自身重量的作用下经由一作为预喷镀处理液供给喷管的喷镀液供给喷管36快速流至由所述基片固定装置10固定的基片的喷镀表面，从而实施预喷镀处理。在所述预喷镀处理完成之后，残留于所述基片W的喷镀表面上的预喷镀处理液被所述预喷镀处理液回收喷管58回收，并根据需求再使用。
接下来，诸如热水且被加热至和所述喷镀液具有相同温度，例如70度的受热流体被提供给所述处理槽12的所述受热流体容纳部26，并且所述受热流体和由所述基片固定装置10固定的所述基片W的背面接触，然后溢出。当所述基片W被所述受热流体加热至与其具有相同的温度例如70度时，所述喷镀液存储箱38中一定量且具有一定温度的喷镀液(例如一直径为200毫米的晶片大约需100-200毫升的喷镀液，一直径为300毫米的晶片大约需200-400毫升的喷镀液)在其自身重量的作用下经由所述喷镀液供给喷管36快速提供给由所述基片固定装置10固定的所述基片的喷镀面，进而实施喷镀处理。
如上所述，在提供所述喷镀液之前，所述打开/关闭阀86a、86b开启，其它的打开/关闭阀86c、86d、86e均关闭，因此被加热至一预定温度的喷镀液在所述喷镀液供给管路42、所述喷镀液存储箱38以及所述喷镀液排出管44中循环。就在向所述喷镀液处理部24提供所述喷镀液之前，只有打开/关闭阀86d开启，其它的打开/关闭阀86a-86c以及86e均关闭，因此所述喷镀液绕过所述旁路流动通道88并且在所述喷镀液存储箱38中存储了一定量的喷镀液。然后通过所述打开/关闭阀86c、86e的开启，在所述喷镀液存储箱38中的所述预定量的喷镀液例如在其自身重量的作用下经由所述喷镀液供给喷管36(参见附图2)快速(例如1-10秒)提供给所述所述喷镀液处理部24。
在喷镀处理时，一受热的惰性气体由所述惰性气体引入管道60进入所述喷镀液供给喷管36。所述受热的惰性气体在对所述喷镀液供给喷管36的内部清洁之后进入由所述基片固定装置10固定的所述基片W与处于覆盖所述基片W上表面的位置的所述端部34之间的区域，从而使得所述区域被具有一预定温度的所述惰性气体充满。
另外，如果需要，所述加热器64加热所述喷镀液以防其在喷镀期间温度的降低。在喷镀处理期间，所述基片W和覆盖其整个表面的受热流体保持相同的温度，因此具有均匀一致的厚度的喷镀薄膜得以形成。此外，由于所述基片W圆周部也浸入所述受热流体之中，故其温度也不会降低。在喷镀期间，为了便于氢气的释放以及溶解的氧的浓度在所述喷镀表面上是均匀的，所述基片W可以旋转。
在喷镀处理完成之后，所述受热流体停止进入所述受热流体容纳部26，并且所述受热流体由所述引入侧排出，同时所述喷镀加工部24中残留的喷镀液通过诸如抽吸的方法经由所述喷镀液回收喷管56被回收，其中所述喷镀加工部24由密封环18以及基片W的上表面所围绕。因此，所述基片W旋转以在其圆周部收集喷镀后在所述喷镀加工部24中残留的喷镀液，同时所述收集的喷镀液被所述喷镀液回收喷管56抽吸。所述含有一种气体的喷镀液进入所述气液分离器96，并且只有被分离的液体(喷镀液)进入所述中间箱体98。所述中间箱体98中的所述喷镀液被加热至和所述循环箱80中的所述喷镀液具有相同的温度，例如70度。开启所述打开/关闭阀86f，所述受热的喷镀液返回至所述循环箱80中。
所述惰性气体停止由所述惰性气体引入管道60引入。其后，随着所述基片W的转动，纯水由所述纯水供给喷管54喷向所述基片W的喷镀表面以便于使之受到冷却，同时冲刷并清洁所述喷镀表面，从而结束所述无电喷镀。随后所述基片W高速转动以甩干水分。
其后，所述端部34上升而到达后退位置，然后所述处理槽12相对于所述壳体14下降以解除对所述基片W的固定。接着所述被喷镀的基片由例如一个机械手传送至下一处理工序。
本发明实施例的喷镀装置按照上述的方式对一基片进行喷镀处理。当被处理的基片W的数量如上所述达到一给定的数量(例如20个)，一定量的喷镀液(例如0.4升)由所述喷镀液循环系统被抛弃，同时具有一定的金属离子如镍离子浓度的新的喷镀液被补充给所述系统，补充的喷镀液的量和被抛弃的所述喷镀液的量以及所述喷镀处理消耗的喷镀液的量一致，以便于所述金属离子如镍离子的浓度控制在一所期望的范围内。这就使得以连续的方式实施喷镀处理成为可能。
图7示出了按照本发明第二实施例的无电喷镀装置的喷镀液循环/回收系统的一部分。按照这一实施例，所述喷镀液存储箱38(参见附图2以及附图4)被省略了，并且一预定量的喷镀液基于对所述喷镀液供给喷管中喷镀液流量的测量而被提供给所述喷镀液处理部24。特别地，所述喷镀液供给系统70包括彼此相连的所述喷镀液供给管42以及所述喷镀液排出管44，以及一个位于所述喷镀加工部24上方的向下的喷镀液喷射管114。所述喷镀液供给管42上安装有一个流量计116。所述喷镀液排出管44以及所述喷镀液喷射管114上分别安装有一个打开/关闭阀86g、86h。所述装置的其它结构和所述第一实施例相同。
按照所述第二实施例，在非喷镀期间，所述打开/关闭阀86g开启，所述打开/关闭阀86h关闭，因此所述喷镀液在所述喷镀液供给管42以及所述喷镀液排出管44中循环。当进行喷镀处理时，所述打开/关闭阀86g关闭，而所述打开/关闭阀86h开启，并且流量计116测量流经所述喷镀液供给管42的所述喷镀液的流量。当所述测量值达到一预定值时，所述打开/关闭阀86g开启，同时打开/关闭阀86h关闭。因此所述一预定量的喷镀液被提供给所述喷镀加工部24。
图8示出了按照本发明第三实施例的无电喷镀装置的喷镀液循环/回收系统的一部分。按照这一实施例，按照本发明第一实施例的预备箱体102(参见附图2以及附图4)被省略了。因此，在该实施例的所述喷镀液补充系统74中，所述喷镀液组分供给箱100a，100b......直接通过所述喷镀液组分供给管106a，106b......与所述循环箱80相连。本实施例的其它结构与所述第一实施例的相应结构相同。
按照该实施例，通过将盛装于所述喷镀液供给箱100a，100b......中的相应的喷镀液组分直接提供给所述循环箱80，所述喷镀液循环系统可得以补充新的溶液(喷镀液)。
按照如上所述的本发明，使用最少量喷镀液的所述喷镀液循环/回收系统得以建立，而且由于高温的分解作用而带来的喷镀液的损耗得以最小化。
虽然上面对本发明的最佳实施例进行了详细的描述，但是应当明白，在不脱离本发明权利要求的范围的情况下可以作出不同的改进和变型。
本发明涉及一种用于形成一嵌入的内连接件的无电镀装置，其中诸如铜或银的电导体嵌入细小的凹槽，在诸如一半导体基片的表面上形成内部连接件，并且形成一个用于保护内部连接件表面的保护层。
权利要求
1.一种喷镀装置，包括一个喷镀液供给系统，所述喷镀供给系统使得喷镀液不断地循环，同时加热在循环箱中的喷镀液，其中所述循环箱装有一加热装置，并且当进行喷镀加工时向喷镀加工部提供一定量的喷镀液；一个喷镀液回收系统，所述回收系统用于在喷镀加工后回收喷镀加工部中的喷镀液，加热喷镀液，并且使得被加热的喷镀液返回至循环箱中；以及一个喷镀液补充系统，所述补充系统用于向循环箱补充新的喷镀液或者一种喷镀液组分。
2.根据权利要求1所述的喷镀装置，其特征在于所述喷镀液供给系统包括一个喷镀液存储箱，所述存储箱使得在循环过程中喷镀液流过其中，并且存储预定量的喷镀液，同时当进行喷镀加工时可以将所述预定量的喷镀液提供给喷镀加工部。
3.根据权利要求2所述的喷镀装置，其特征在于所述喷镀液供给系统包括一个主流动通道，所述主流动通道使得所述喷镀液流过所述喷镀液存储箱，随后喷镀液或者返回至循环箱参与循环，或者提供给喷镀加工部，所述系统还包括一个由在喷镀液存储箱上游的所述主流动通道分出的旁路流动通道，所述旁路流动通道绕过所述喷镀液存储箱并汇入所述主流动通道，而且所述喷镀液存储箱中储存的喷镀液自由落下而提供给所述喷镀加工部。
4.根据权利要求1所述的喷镀装置，其特征在于所述循环箱与一个惰性气体引入装置相连，以便于向所述循环箱提供一种惰性气体并且清洁所述循环箱的内部。
5.根据权利要求1所述的喷镀装置，其特征在于所述喷镀液回收系统包括一个用于暂时存储并加热所述被回收的喷镀液的中间箱体。
6.根据权利要求5所述的喷镀装置，其特征在于所述中间箱与一个惰性气体引入装置相连，以便于向所述中间箱提供一种惰性气体并且清洁所述中间箱体的内部。
7.根据权利要求1所述的喷镀装置，其特征在于所述喷镀液补充系统可以包括一个预备箱体，所述预备箱体预先使得喷镀液组分混合并对组合后的混合物进行加热。
8.根据权利要求7所述的喷镀装置，其特征在于所述预备箱体与一个惰性气体引入装置相连，以便于向所述预备箱体提供一种惰性气体并且清洁所述预备箱体的内部。
9.根据权利要求1所述的喷镀装置，其特征在于所述喷镀液供给系统以及喷镀液回收系统中的所述喷镀液的总量被设置成是每小时喷镀所需的喷镀液量的0.1-1倍。
10.根据权利要求1所述的喷镀装置，其特征在于所述喷镀液供给系统以及所述喷镀液回收系统中的所述喷镀液总量的5-50％被定期或在任一时间抛弃，并且缺余量由所述喷镀液补充系统中的所述新的喷镀液补充。
全文摘要
本发明涉及一种喷镀装置，所述喷镀装置能够使得一喷镀液始终保持最佳的情况，同时使得所需的喷镀液的量最小化，其能够在一工件的喷镀表面上很容易地形成一均匀的喷镀薄膜。所述喷镀装置包括一个喷镀液供给系统(70)，所述喷镀供给系统使得喷镀液不断地循环，同时加热在循环箱(80)中的喷镀液，其中所述循环箱中装有一加热装置(78a)，并且当进行喷镀加工时向喷镀加工部(24)提供一定量的喷镀液；一个喷镀液回收系统(72)，所述回收系统用于在喷镀加工后回收喷镀加工部(24)中的喷镀液，加热喷镀液，并且使得被加热的喷镀液返回至循环箱(80)中；以及一个喷镀液补充系统(74)，所述补充系统用于向所述循环箱(80)补充新的喷镀液或者一种喷镀液组分。
文档编号C23C18/31GK1533448SQ0281438
公开日2004年9月29日 申请日期2002年10月15日 优先权日2001年10月17日
发明者本乡明久, 松田尚起, 王新明, 起 申请人:株式会社荏原制作所