在基板上均匀金属化的装置及方法
【专利摘要】本发明揭露了在基板上均匀金属化的装置及方法。根据本发明的一实施例，提出的在基板上均匀金属化的装置包括：浸入式腔体、至少一组电极、基板固持装置、至少一个超声波或兆声波装置及反射板以及旋转驱动装置。浸入式腔体盛放至少一种金属盐电解液。至少一组电极与一个独立电源相连接。基板固持装置固持至少一块基板，并且该基板固持装置与基板可导电的一面电连接，基板可导电的一面面向一个电极。至少一个超声波或兆声波装置及反射板被平行地设置，以在浸入式腔体内形成超声波或兆声波驻波。旋转驱动装置带动基板固持装置绕着其轴线在驻波区域内旋转，以使在累积时间内，基板表面获得均匀的声能强度分布。
【专利说明】
在基板上均匀金属化的装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基板在电解液中金属化的装置及方法，尤其涉及一种将至少一超 声波或兆声波装置应用在基板金属化装置中，并结合控制基板运动的动态控制机构，使基 板表面获得均匀的声波能量，从而实现在电解液中超均匀沉积金属薄膜，且薄膜沉积速率 与传统方法相比有显著提高。
【背景技术】
[0002] 在超大规模集成电路制造中，采用在超薄的大抗阻籽晶层上电化学沉积一层金属 膜层，通常是铜层，来形成电导线路，该沉积通常是在电解液环境中进行。这种沉积工艺可 填充通孔结构，沟槽结构或两种结构的混合结构。当这些结构被填充时，金属铜连续地沉积 并在半导体晶圆表面形成一层膜。最终形成的铜膜均匀度至关重要，因为后续用来去除多 余铜的工艺步骤（通常是平坦化步骤CMP)要求铜膜有很高的均匀度，从而使最终从生产线 上产出的器件与器件之间获得相同的电性能。
[0003] 目前，在电解液中进行金属化也被应用在填充TSV(Through Silicon Via娃通孔 技术），从而在3-D的晶圆和晶圆之间制作垂直导通。在TSV应用中，孔口直径为数个微米 或更大，孔深为数百微米，TSV尺寸要比采用典型的双大马士革工艺的尺寸大几个数量级。 在如此高的纵宽比，且深度接近于晶圆自身厚度的孔中，填充孔结构成为一个难题。用于典 型双大马士革工艺的金属沉积系统的沉积速率较低，通常只有数千埃每分钟，无法满足TSV 制造的效率。
[0004] 为实现深孔中无孔隙，并且由底部至上的填孔，在电解液中加入多种有机添加剂 来控制局部沉积速率。在沉积过程中，这些有机添加剂组分常常分解为副产物。分解的副 产物聚集在电镀液中并且降低了填充的性能。如果这些副产物作为杂质结合到电镀膜中， 它们会成为孔穴的形核核心，使得器件的可靠性失效。因此，在沉积工艺中，需要提高深孔 附近的化学交换速率，加快新鲜活性成分的补充和分解后副产物的移除。此外，由于深孔具 有高纵宽比，电解液从孔口流过，在孔内产生涡流。对流难以在电解液流体与涡流内进行， 新鲜的化合物与分解后副产物在电解液主流体与孔隙底部的传输主要以扩散方式进行。对 于诸如TSV的深孔，则具有更长的扩散路径，进一步限制了化合物交换。并且，在TSV的长 路径中缓慢的扩散过程阻碍了沉积速率的提高，而生产制造常常需要采用高沉积速率来降 低成本。在由质量传递控制的电化学方法中，最大沉积速率与极限电流密度相关，在一定电 解液浓度条件下，极限电流密度与扩散二重层厚度成反比。扩散二重层厚度越低，极限电流 密度越高，沉积速率就可能越高。专利W0/2012/174732, PCT/CN2011/076262揭示了一种利 用超声波或兆声波在半导体晶圆上沉积金属薄膜的装置和方法用以克服上述问题。
[0005] 在使用了超声波或兆声波装置的电镀槽中，通过采用声传感器和其他的光-声检 测工具进行能量强度测试，发现沿着超声波或兆声波装置长度方向的波的分布不均匀。如 果在这样的电镀槽中对半导体晶圆进行金属化处理，那么半导体晶圆上的每一点所获得的 声波能量是不同的，从而导致半导体晶圆上沉积的金属薄膜的均匀度降低。
[0006] 此外，在具有声场的电镀槽中，波在传播过程中，由于槽壁的吸收以及在添加剂和 副产物周围发生的衍射，导致波的能量损失。因此，在声源附近区域的声波能量强度与离声 源较远区域的声波能量强度不同。驻波形成在两平行平面之间，并能将电镀槽中的波的能 量损失减小到最小，且能量转移仅发生在驻波的节点和非节点之间。然而，波的能量强度在 其节点和非节点处是不同的，从而导致声波能量没有均匀的施加到半导体晶圆上。再者，在 沉积金属薄膜的整个过程中，控制驻波的形成的难度较大，其原因在于很难调节两个平面 之间的平行度和间距。
[0007] 综上，需找到一种通过控制声波能量强度分布均匀性进而控制金属薄膜沉积均匀 性的方法，且要求电镀槽中声波的能量损失达到最小。
【发明内容】
[0008] 本发明提供了一种具有至少一个超声波装置或兆声波装置的金属化装置，该金属 化装置用于在电解液中高均匀度金属薄膜沉积，且薄膜沉积速率与传统方法相比有显著提 高。在本发明中，基板被动态控制，所以，在基板的每个运动周期内，基板上的每个点均经过 整个声场区，从而使基板上的每个点在一累积时间内所获得的总声能相同，在沉积膜快速 生长的同时，其沉积厚度均匀。
[0009] 根据本发明的一个实施例，提出的在基板上均匀金属化的装置包括：浸入式腔体、 至少一组电极、基板固持装置、至少一个超声波或兆声波装置、反射板及旋转驱动装置。浸 入式腔体盛放至少一种金属盐电解液。至少一组电极与一个独立电源相连接。基板固持装 置固持至少一炔基板，并且该基板固持装置与基板可导电的一面电连接，基板可导电的一 面面向一个电极。至少一个超声波或兆声波装置及反射板被平行地设置以在浸入式腔体 内形成超声波或兆声波驻波。旋转驱动装置带动基板固持装置绕着其轴线在驻波区域内旋 转，以使在累积时间内，基板表面获得均匀的声能强度分布。
[0010] 根据本发明的另一个实施例，提出的在基板上均匀金属化的装置包括：浸入式腔 体、至少一组电极、基板固持装置、至少一个超声波或兆声波装置及旋转驱动装置。浸入式 腔体盛放至少一种金属盐电解液。至少一组电极与一个独立电源相连接。基板固持装置固 持至少一炔基板，并且该基板固持装置与基板可导电的一面电连接，基板可导电的一面面 向一个电极。至少一个超声波或兆声波装置在浸入式腔体内产生超声波或兆声波。旋转驱 动装置带动基板固持装置绕着其轴线在声波区域内旋转，以使在累积时间内，基板表面获 得均匀的声能强度分布。
[0011] 根据本发明的一个实施例，提出的在基板上均匀金属化的方法包括：
[0012] 向浸入式腔体内供应至少一种金属盐电解液；
[0013] 转移一炔基板到基板固持装置，该基板固持装置与基板可导电的一面电连接，且 基板可导电的一面面向一个与独立电源相连接的电极；
[0014] 给基板加载第一偏压；
[0015] 使基板旋转；
[0016] 将基板浸入浸入式腔体；
[0017] 给基板加载一个电流；
[0018] 打开超声波或兆声波装置；
[0019] 使基板固持装置在声波区域内振动，同时周期性地改变超声波或兆声波装置与反 射板之间的距离；
[0020] 关闭超声波或兆声波装置，停止振动基板固持装置，以及停止周期性地改变超声 波或兆声波装置与反射板之间的距离；
[0021] 给基板加载第二偏压；
[0022] 将基板移出金属盐电解液；
[0023] 使基板停止旋转。
【附图说明】
[0024] 本领域技术人员通过阅读具体实施例的描述，并参考附图，能够清楚的理解本发 明的内容。其中附图包括：
[0025] 图1揭示了超声波或兆声波装置前方的声波区域中的声能强度分布示意图。
[0026] 图2A和图2B揭示了在一示例装置中的超声波或兆声波装置与反射板之间声波区 域中的声能强度分布示意图，图2C揭示了在该装置中的超声波或兆声波装置与反射板之 间声区中一特定点的声能强度示意图。
[0027] 图3揭示了本发明在基板上均匀金属化装置的一具体实施例的剖视图。
[0028] 图4A揭示了超声波或兆声波装置与反射板之间声区中的声能强度随超声波或兆 声波装置与反射板之间的距离改变而改变的示意图，图4B揭示了在一示例装置中的超声 波或兆声波装置与反射板之间声区中一特定点的声能强度随超声波或兆声波装置与反射 板之间的距离改变而改变的示意图。
[0029] 图5A和图5B揭示了超声波或兆声波装置与反射板之间声区中的声能强度随反射 板沿X'方向运动及基板沿Y轴运动而改变的示意图。
[0030] 图6揭示了本发明在基板上均匀金属化装置的另一具体实施例的俯视图。
[0031] 图7揭示了本发明在基板上均匀金属化装置的又一具体实施例的剖视图。
[0032] 图8揭示了本发明在基板上均匀金属化装置的又一具体实施例的剖视图。
[0033] 图9揭示了本发明在基板上均匀金属化装置的一具体实施例的剖视图。
【具体实施方式】
[0034] 根据本发明示范性的实施例，超声波或兆声波装置被使用，一示范性的超声波或 兆声波装置可被用于专利US 6, 391，166或W0/2009/055992描述的电镀装置中。
[0035] 参考图1，图1揭示了超声波或兆声波装置102前方的声波区域中的声能强度分布 示意图，该超声波或兆声波装置102呈条状。图1所示的声能强度分布示意图是通过水听 器测试获得。图1中的暗区表示低声能强度，亮区表示高声能强度。由图1可以得知从超 声波或兆声波装置102的中心到超声波或兆声波装置102的边缘的声能强度分布是不均匀 的。沿垂直于超声波或兆声波装置102表面的D方向的声能强度分布同样也是不均勾的。 靠近超声波或兆声波装置102的区域的声能强度较高，而远离超声波或兆声波装置102的 区域的声能强度较低。在图1中，字母"D"表示D方向，字母"C"表示超声波或兆声波装置 102的中心，字母"N"表示靠近超声波或兆声波装置102中心的位置，字母"F"表示远离超 声波或兆声波装置102中心的位置，数字"104"表示具有高声能强度亮条纹区。
[0036] 图2A揭示了基板在电镀槽中进行工艺加工时驻波经过基板表面的情形。超声波 装置或兆声波装置与反射板平行，当声波在超声波或兆声波装置与反射板之间传播，且超 声波或兆声波装置与反射板之间的距离等于
[0038] λ为声波的波长，N为整数，前进波与其反射波干涉形成驻波。具有最高声能强度 的驻波形成在超声波或兆声波装置与反射板之间。当超声波或兆声波装置与反射板之间的 距离接近半波长的整数倍时，超声波或兆声波装置与反射板之间同样可以形成驻波，但是 驻波的声能强度没有前者强。驻波沿着波的传播方向保持能量均匀性。驻波在电解液中传 播时的能量损失达到最小。在这种情况下，从离声源较近的区域至离声源较远的区域的声 能强度分布均匀性得到提高，声波发生器的效率也提高了。在图2Α中，数字"202"表示超 声波或兆声波装置，数字"204"表示反射板，数字"206"表示基板，字母"X"表示X轴。
[0039] 然而，在驻波的一个波长内的声能强度分布是不均匀的，原因在于驻波的节点和 非节点之间的能量转移。图2Β示例了基板在四分之一波长的距离间的振动，从驻波的节点 处到驻波的非节点处，在累积的时间内，基板的表面获得均匀的声能强度。进一步地，为了 保持基板上的每一点具有相同的总的声能强度，基板的振动距离等于
[0041] 其中，λ为超声波或兆声波的波长，Ν为整数。基板上的每一点在累积的电镀时 间内获得相同的总的声能强度。由于均匀的超声波或兆声波作用在基板上且损失的能量很 少，从而能够得到高的电镀速率和高的电镀均匀性。在图2Β中，数字"202"表示超声波或 兆声波装置，数字"204"表示反射板，数字"206"表示基板，字母"X"表示X轴。
[0042] 图2C揭示了超声波或兆声波装置与反射板之间声波区域中的一特定点的声能强 度示意图。该结果通过采用声传感器测量获得，且测量是在电镀槽中进行。该结果证明了 声能强度随着电镀槽内的超声波或兆声波装置与反射板之间距离的改变而周期性改变。节 点与节点之间的距离为超声波或兆声波的半波长，节点与非节点之间的距离为超声波或兆 声波的四分之一波长。
[0043] 图3揭示了本发明使用超声波或兆声波通过电解液在基板上均匀金属化装置的 一具体实施例的剖视图。该装置包括浸入式腔体3021、至少一组电极3002、导电的基板固 持装置3003、超声波或兆声波装置3004、反射板3005、旋转驱动装置3030、竖直驱动装置 3012及水平驱动装置3013。浸入式腔体3021盛放至少一种金属盐电解液3020。电极3002 与独立的电源相连接。导电的基板固持装置3003固持至少一炔基板3001，并与基板3001 可导电的一面电连接。基板3001可导电的一面面向电极3002。超声波或兆声波装置3004 和反射板3005被平行设置，以在浸入式腔体3021中产生超声波或兆声波驻波。旋转驱动 装置3030带动基板固持装置3003沿着其轴线在驻波区域内旋转，从而在累积的时间之内， 基板3001获得均匀的、总的能量强度。旋转驱动装置3030的转速在10-100rpm的范围之 内。金属盐电解液3020从浸入式腔体3021的底部流向浸入式腔体3021的顶部。至少一 个入口和一个出口设置在浸入式腔体3021上以使金属盐电解液3020循环流动。超声波或 兆声波装置3004安装在浸入式腔体3021的侧壁。超声波或兆声波装置3004的表面浸入 金属盐电解液3020中。一个超声波或兆声波发生器与超声波或兆声波装置3004相连接以 产生频率在20KHz-10MHz、强度在0. 01-3W/cm2的声波。超声波或兆声波装置3004由至少 一片压电晶体制成。超声波或兆声波装置3004前方形成有声场。反射板3005与超声波或 兆声波装置3004平行且相对设置，用以形成驻波。独立的电源与电极3002连接，可以按电 压控制模式或电流控制模式工作，并可按时间需求在这两种模式之间切换。电压控制模式 和电流控制模式分别具有预设的波形。加载的电流可以是DC模式或脉冲反向电镀模式，脉 冲周期为5ms至2s。每组电极3002可以由一片或多片电极组成，且每片电极与独立的电源 连接。至少一片具有单层或多层的渗透膜3011设置在电极3002和基板3001之间。导电 的基板固持装置3003与竖直驱动装置3012连接，该竖直驱动装置3012驱使基板3001移 进浸入式腔体3021或移出浸入式腔体3021。水平驱动装置3013带动基板3001在声波区 域内水平振动，基板3001振动的振幅为l-300mm、振动频率为0. 001-0. 5Hz，水平振动的距
λ是超声波或兆声波的波长，N为整数。基板3001沿着超声 波或兆声波驻波的传播方向水平地振动，同时基板3001也在驻波区域内旋转，根据图2Α至 图2C所揭示的理论，在整个处理过程中基板3001上每一点的能量强度都是均匀的。水平 驱动装置3013是一个线性驱动器或摆臂驱动器。
[0044] 图4Α揭示了超声波或兆声波装置与反射板之间声区中的声能强度随着超声波或 兆声波装置与反射板之间距离的改变而改变示意图。超声波或兆声波装置与反射板之间的 声能强度分布图通过声学测试站测试获得，其中，暗区表示低声能强度，亮区表示高声能强 度。声能强度分布图中沿着Υ轴的明暗交替的线揭示了驻波的形成，驻波的节点对应最暗 的线，驻波的非节点对应最亮的线。声能强度分布图中沿着X轴的暗线揭示了沿着超声波 或兆声波长度方向的能量强度不均匀。超声波或兆声波装置与反射板之间的距离标示为d。 当将超声波或兆声波装置与反射板之间的距离由dl改变为d2时（dl辛d2)，声能强度图由 最亮变为最暗，d2与dl的差值为超声波或兆声波的四分之一波长的整数倍。由此可见，当 超声波或兆声波装置与反射板之间的距离改变时，驻波的形成是不同的。在图4A中，数字 "402"表示超声波或兆声波装置，数字"404"表示反射板。图4B揭示了当超声波或兆声波 装置与反射板之间的距离改变时，超声波或兆声波装置与反射板之间声区中的一特定点的 声能强度示意图。该示意图通过声传感器测量获得，且测量过程是在一个安装有超声波或 兆声波装置的电镀槽中进行的，其中超声波或兆声波装置与反射板之间的距离由dn减小 至dm(dn辛dm, dn〈dm)或从dm增大至dn。图4B揭示了当超声波或兆声波装置与反射板之 间的距离改变时，声能强度周期性改变。当电镀槽满足驻波形成的条件，即超声波或兆声波 装置与反射板之间的距离是半波长的整数倍时，能够获得最大声波强度。声波的能量保持 在超声波或兆声波装置与反射板之间且能量强度的损失最小。为了使电镀槽中的超声波或 兆声波装置与反射板之间的能量强度均匀且损失最小，设置在电镀槽中用来调节超声波或 兆声波装置与反射板之间的距离的运动控制装置是非常关键的。
[0045] 图5A和图5B揭示了基板沿Y轴运动和反射板沿X'方向运动时超声波或兆声波 装置与反射板之间的能量强度变化的示意图。超声波或兆声波装置与反射板之间的声能强 度分布图通过声学测试站测试获得，其中，暗区表示低声能强度，亮区表示高声能强度。声 能强度分布图中沿着Y轴的明暗交替的线揭示了驻波的形成，驻波的节点对应最暗的线， 驻波的非节点对应最亮的线。声能强度分布图中沿X'方向的暗条表明沿超声波或兆声波 装置长度方向的声能强度分布是不均匀的。基板沿Υ轴振动的振幅为
[0047] 其中，λ为超声波或兆声波的波长，Ν为整数。沿Υ'方向的分量运动，Υ'与Υ轴 之间的夹角为θ (〇〈θ〈45)，使得在每个振动周期，基板上的每个点均会经过条纹区；沿X' 方向的分量运动，X'与X轴之间的夹角为Θ (〇〈 Θ〈45)，使得在每个振动周期，基板上的每 个点均会通过驻波的节点和非节点。同时，反射板沿X'方向振动，且振动振幅为半波长的 整数倍，从而能够保证在每个振动周期内超声波或兆声波装置与反射板之间的总的声能强 度相同。反射板的振动速度快于基板的振动速度。上述方法解决了超声波或兆声波装置与 反射板之间平行度调整的问题，从而使超声波或兆声波装置与反射板之间满足驻波形成的 最佳条件。此外，即使浸入式腔体内的情况不是很稳定，但是在每个振动周期内，浸入式腔 体内的声场能够保持稳定。上述运动控制装置应用在电镀槽中是很关键的。在图5Α和图 5Β中，数字" 502 "表示超声波或兆声波装置，数字" 504 "表示反射板，数字" 506 "表示基板。
[0048] 图6揭示了本发明在基板上均匀金属化装置的一具体实施例的俯视图。该装置包 括浸入式腔体6021、至少一组电极、导电的基板固持装置6003、超声波或兆声波装置6004、 反射板6005、旋转驱动装置6030及水平驱动装置6013。浸入式腔体6021盛放至少一种金 属盐电解液。电极与独立的电源相连接。导电的基板固持装置6003固持至少一片基板， 且基板固持装置6003与基板可导电的一面电连接，基板可导电的一面面向电极。反射板 6005与超声波或兆声波装置6004平行布置以在浸入式腔体6021中形成超声波或兆声波驻 波。旋转驱动装置6030带动基板固持装置6003绕着其轴线在驻波区域内旋转，以使基板 在累积的时间内获得均匀的、总的能量强度。旋转驱动装置6030的转速在10-100rpm的范 围内。在基板和电极之间设置有至少一层渗透膜。每组电极包括一个或多个电极且其中的 每个电极均与一个独立电源相连接。水平驱动装置6013带动基板固持装置6003在基板固 持装置6003所在的平面内振动。该水平驱动装置6013是一个线性驱动装置或摆臂驱动装 置。超声波或兆声波装置6004与反射板6005相对且平行地设置在浸入式腔体6021的侧 壁上，且超声波或兆声波装置6004及反射板6005与浸入式腔体6021的侧壁成一个Θ角 (0〈 Θ〈45)，从而使基板固持装置6003水平振动方向与超声波或兆声波驻波的传播方向的 法线方向成Θ角。基板固持装置6003平行于水平面。超声波或兆声波装置6004和反射 板6005的表面浸入金属盐电解液中，超声波或兆声波装置6004与反射板6005平行的面之 间形成驻波。驻波的传播方向平行于基板的表面。驻波与垂直于基板固持装置6003的振 动方向的X轴之间具有夹角Θ。当偏量ΔΧ'，也就是基板沿驻波传播方向振动的距离为四 分之一波长的整数倍时，基板上的每一点在基板振动过程中经过驻波的节点和非节点，基 板上的每一点在每个振动周期获得相同的总的声能强度。因此，振动振幅A Y等于
[0050] 其中，λ为超声波或兆声波的波长，N为整数。反射板6005由一层或多层制成，反 射板6005多层之间的距离设置能够减小声波能量损失。为了使反射板6005的表面与超声 波或兆声波装置6004的表面之间保持平行，调节装置用于设置反射板6005的位置。振动 驱动器6006通过波纹管组件6007安装在反射板6005的背面以实现柔性密封。振动驱动 器6006带动反射板6005沿X'方向，也就是驻波传播方向，来回振动，以改变反射板6005与 超声波或兆声波装置6004之间的距离。振动驱动器6006的频率为1-lOHz，振幅为
λ为超声波或兆声波的波长，N为1至10之间的整数。振动驱动器6006带动反射板6005 振动的同时，水平驱动装置6013带动基板水平振动且旋转驱动装置6030带动基板在声波 区域内旋转。振动驱动器6006振动的速度比水平驱动装置6013振动的速度快。一个竖直 驱动装置带动基板固持装置6003上下移动以将基板移入或移出浸入式腔体6021。
[0051] 图7揭示了本发明在基板上均匀金属化装置的一具体实施例的剖视图。该装置包 括浸入式腔体7021、至少一组电极7002、导电的基板固持装置7003、至少一个超声波或兆 声波装置7004、反射板7005、旋转驱动装置7030及竖直驱动装置7012。浸入式腔体7021 盛放至少一种金属盐电解液。电极7002与独立的电源相连接。导电的基板固持装置7003 固持至少一炔基板7001，并与基板7001可导电的一面电连接。基板7001可导电的一面面 向电极7002。反射板7005与超声波或兆声波装置7004平行布置以在浸入式腔体7021中 形成超声波或兆声波驻波。旋转驱动装置7030带动基板固持装置7003在驻波区域内绕其 轴线旋转，以在累积的时间之内，基板7001获得均匀的、总的能量强度。旋转驱动装置7030 的转速在l〇-l〇〇rpm的范围内。在电极7002和基板7001之间设置有至少一片具有单层或 多层的渗透膜7011。每组电极7002包含有一片或多片电极，且每片电极分别与独立的电源 连接。超声波或兆声波装置7004和与超声波或兆声波装置7004相平行的反射板7005安 装在浸入式腔体7021的侧壁上，超声波或兆声波装置7004和反射板7005与Z轴成一 Θ 角（0〈θ〈45)，其中Z轴是基板振动方向，且基板7001平行于水平面设置。超声波或兆声 波装置7004和反射板7005的表面浸入金属盐电解液中，驻波形成于超声波或兆声波装置 7004和反射板7005相平行的表面之间。导电的基板固持装置7003与竖直驱动装置7012 连接，竖直驱动装置7012带动导电的基板固持装置7003沿垂直于水平面的方向振动，振动 振幅为l_300mm，振动频率为0. 001-0. 5Hz。竖直驱动装置7012带动固持有基板7001的基 板固持装置7003沿着Z轴周期性的上下振动，其中Z轴与驻波传播方向的法线方向成Θ 角（0〈 Θ〈45)。当偏量ΔΧ"，也就是基板7001沿驻波传播方向振动的距离为四分之一波长 的整数倍时，基板7001上的每一点在基板7001振动过程中经过驻波的节点和非节点，基板 7001上的每一点在每个振动周期获得相同的总的声能强度。因此，振动振幅ΔΖ等于
[0053] 其中，λ为超声波或兆声波的波长，N为整数。同时，沿着Z轴方向振动的分量ΔΖ 保证了位于声波区域内的基板7001上的每一点在每个振动周期内获得相同的总的声能强 度。在这种情况下，基板7001上的每一点在整个过程中所获得的总的能量强度是均匀的。 竖直驱动装置7012带动基板固持装置7003上下运动以将基板7001移入或移出浸入式腔 体 7021。
[0054]图8揭示了本发明在基板上均匀金属化装置的又一具体实施例的剖视图。该装置 包括浸入式腔体8021、至少一组电极8002、导电的基板固持装置8003、至少一个超声波或 兆声波装置8004、反射板8005、旋转驱动装置8030及竖直驱动装置8012。浸入式腔体8021 盛放至少一种金属盐电解液。电极8002与独立的电源相连接。导电的基板固持装置8003 固持至少一炔基板8001，并与基板8001可导电的一面电连接。基板8001可导电的一面面 向电极8002。反射板8005与超声波或兆声波装置8004平行布置以在浸入式腔体8021中 产生超声波或兆声波驻波。旋转驱动装置8030带动基板固持装置8003在驻波区域内绕 着其轴线旋转，以使基板8001在累积的时间内获得均匀的、总的能量强度。旋转驱动装置 8030的转速在10-100rpm的范围内。在电极8002和基板8001之间设置有至少一片具有单 层或多层的渗透膜8011。每组电极8002包含一片电极或多片电极，每个电极均分别由独立 的电源加以控制。超声波或兆声波装置8004和与超声波或兆声波装置8004相平行的反射 板8005安装在浸入式腔体8021的侧壁上，超声波或兆声波装置8004和反射板8005垂直 于水平面。设置在浸入式腔体8021底部的坡面8022上的电极8002和基板固持装置8003 与水平面成Θ角（〇〈 Θ〈45)。超声波或兆声波装置8004和反射板8005的表面浸入金属盐 电解液中，驻波形成于超声波或兆声波装置8004和反射板8005相平行的表面之间。导电 的基板固持装置8003与竖直驱动装置8012连接，竖直驱动装置8012带动导电的基板固持 装置8003沿着与水平面的法线成Θ角（〇〈θ〈45)的方向振动，振动振幅为l-300mm，振动 频率为〇. 001-0. 5Hz。竖直驱动装置8012带动固持有基板8001的基板固持装置8003沿 着Z'方向周期性的上下振动，Z'与Z轴之间具有夹角Θ (〇〈 Θ〈45)，Z轴垂直于驻波传播 方向。当偏量ΔΧ，也就是基板8001沿驻波传播方向振动的距离为四分之一波长的整数倍 时，基板8001上的每一点在基板8001振动过程中经过驻波的节点和非节点，基板8001上 的每一点在每个振动周期获得相同的总的声能强度。因此，振动振幅AZ'等于
[0056] 其中，λ为超声波或兆声波的波长，N为整数。同时，沿着Z'方向振动的分量ΔΖ' 保证了位于声波区域内的基板8001上的每一点在每个振动周期内获得相同的总的声能强 度。在这种情况下，基板8001上的每一点在整个过程中所获得的总的能量强度是均匀的。 竖直驱动装置8012带动基板固持装置8003上下运动以将基板8001移入或移出浸入式腔 体8021。
[0057] 从图7和图8中可以看到，竖直驱动装置带动基板固持装置振动，基板固持装置 振动的方向与驻波传播方向的法线方向形成一个夹角θ (〇〈θ〈45)。基板振动的振幅等于
其中λ为超声波或兆声波的波长，Ν为整数，Θ为基板振动的方向 与驻波传播方向的法线方向所成的夹角。
[0058] 图9揭示了本发明在基板上均匀金属化装置的又一具体实施例的剖视图。该装置 包括浸入式腔体9021、至少一组电极9002、导电的基板固持装置9003、至少一个超声波或 兆声波装置9004、旋转驱动装置9030、竖直驱动装置9012及声波反射装置9005。浸入式腔 体9021盛放至少一种金属盐电解液。电极9002与独立的电源相连接。导电的基板固持装 置9003固持至少一炔基板9001，并与基板9001可导电的一面电连接。基板9001可导电的 一面面向电极9002。至少一个超声波或兆声波装置9004在浸入式腔体9021中产生超声波 或兆声波。旋转驱动装置9030带动基板固持装置9003在声波区域内绕其轴线旋转，以使 基板9001在累积的时间之内获得均匀的、总的声能强度。基板固持装置9003与竖直驱动 装置9012相连接，竖直驱动装置9012带动基板固持装置9003沿着超声波或兆声波的传播 方向的法线方向振动，振动振幅为l_300mm，振动频率为0. 001-0. 5Hz。声波反射装置9005 与超声波或兆声波装置9004相对设置，且与超声波或兆声波装置9004之间具有一夹角，以 避免形成驻波。声波反射装置9005在其宽度方向与超声波或兆声波装置9004之间成α 角（0〈α〈45)，以将入射波向上反射出浸入式腔体9021，从而避免了驻波的产生。另外，超 声波或兆声波装置9004和声波反射装置9005设置声流的路径，声流水平流动，然后流出浸 入式腔体9021。至少一片具有单层或多层的渗透膜9011设置在电极9002和基板9001之 间。
[0059] 本发明还提供了在基板上均匀金属化的方法，该方法包括如下步骤：
[0060] 步骤1 :向浸入式腔体内供应至少一种金属盐电解液，其中，金属盐电解液包括至 少下述中的一种金属阳离子：Cu、Au、Ag、Pt、Ni、Sn、Co、Pd、Ζη。
[0061] 步骤2:转移一炔基板到基板固持装置，该基板固持装置与基板可导电的一面电 连接，且基板可导电的一面面向一个与独立电源相连接的电极。
[0062] 步骤3 :给基板加载第一偏压，其中第一偏压为0. 1-10V。
[0063] 步骤4 :使基板旋转，基板旋转的转速为10-100rpm。
[0064] 步骤5 :将基板浸入浸入式腔体。
[0065] 步骤6 :给基板加载一个电流，其中电流为0. 1-100A。
[0066] 步骤7 :打开超声波或兆声波装置，其中超声波或兆声波装置的能量强度为 0· 01-3W/cm2,工作频率为 20KHz-10MHz。
[0067] 步骤8 :使基板固持装置在声波区域内振动，基板振动的振幅为l_300mm，振动的 频率为〇. 001-0. 5Hz ;同时周期性地改变超声波或兆声波装置与反射板之间的距离，改变 的距离等于
其中λ为超声波或兆声波的波长，N为1-10的整数，且改变的频率为 1-Ι0Hzο
[0068] 步骤9 :关闭超声波或兆声波装置，停止振动基板固持装置，以及停止周期性地改 变超声波或兆声波装置与反射板之间的距离。
[0069] 步骤10 :给基板加载第二偏压，其中第二偏压为0. 1-5V。
[0070] 步骤11 :将基板移出金属盐电解液。
[0071] 步骤12 :使基板停止旋转。
[0072] 在步骤8中，基板振动的振幅等于
其中λ为超声波或兆声 波的波长，Ν为整数，Θ为基板振动方向与超声波或兆声波传播方向的法线方向之间的夹 角。超声波或兆声波装置与反射板之间的距离周期性改变的频率大于基板振动的频率。或 者，基板在声波区域内振动的振幅为超声波或兆声波四分之一波长的整数倍。再或者，基板 振动方向与超声波或兆声波传播方向的法线方向的夹角为θ，Θ为0-45°，基板振动的振
其中λ为超声波或兆声波的波长，N为整数。
[0073] 综上所述，本发明通过上述实施方式及相关图式说明，己具体、详实的揭露了相关 技术，使本领域的技术人员可以据以实施。而显然的，以上所述实施例只是用来说明本发 明，而不是用来限制本发明的，本发明的权利范围，应由本发明的权利要求来界定。至于本 文中所述元件数目的改变或等效元件的代替等仍都应属于本发明的权利范围。
【主权项】
1. 一种在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，包括： 浸入式腔体，盛放至少一种金属盐电解液； 至少一组电极，与一个独立电源相连接； 基板固持装置，固持至少一炔基板，并且该基板固持装置与基板可导电的一面电连接， 基板可导电的一面面向一个电极； 至少一个超声波或兆声波装置及反射板被平行地设置，W在浸入式腔体内形成超声波 或兆声波驻波；W及 旋转驱动装置，带动基板固持装置绕着其轴线在驻波区域内旋转，W使在累积时间内， 基板表面获得均匀的声能强度分布。2. 根据权利要求1所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，进一步包括水平 驱动装置，该水平驱动装置带动基板固持装置沿着超声波或兆声波驻波的传播方向振动。3. 根据权利要求2所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，所述基板振动的 W X 振幅为W-- N = 1，2, 3…，A为超声波或兆声波驻波的波长，N为整数。4. 根据权利要求1所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，进一步包括水平 驱动装置，该水平驱动装置带动基板固持装置振动，基板固持装置的振动方向与超声波或 兆声波驻波的传播方向的法线方向成0角度。5. 根据权利要求4所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，所述基板振动的 N*- 振幅为_生N = 1，2, 3…，A为超声波或兆声波驻波的波长，N为整数，0为基板振动方 si。白， 向与超声波或兆声波驻波的传播方向的法线方向之间的夹角。6. 根据权利要求4所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，所述0的角度为 0-45。。7. 根据权利要求1所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，进一步包括竖直 驱动装置，该竖直驱动装置带动基板固持装置上下运动，W使基板放入浸入式腔体，或将基 板从浸入式腔体取出。8. 根据权利要求1所述的在基板上均匀金属化的装置，进一步包括竖直驱动装置，该 竖直驱动装置带动基板固持装置振动，基板固持装置的振动方向与超声波或兆声波驻波的 传播方向的法线方向成0角。9. 根据权利要求8所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，所述基板振动的 .灰连 振幅为_生N = 1，2,3…，A为超声波或兆声波驻波的波长，N为整数，0为基板的振动 sin 6^ ：> 方向与超声波或兆声波驻波的传播方向的法线方向之间的夹角。10. 根据权利要求8所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，所述竖直驱动装 置带动基板固持装置上下运动，W使基板放入浸入式腔体，或将基板从浸入式腔体取出。11. 根据权利要求8所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，所述竖直驱动装 置带动基板固持装置沿着垂直于水平面的方向振动。12. 根据权利要求8所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，所述竖直驱动装 置带动基板固持装置沿着相对于水平面的法线方向倾斜一角度的方向振动。13. 根据权利要求12所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，所述基板和电 极相对于水平面倾斜一角度设置。14. 根据权利要求1所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，所述每组电极包 括一片或多片电极，且每片电极与独立的电源连接。15. 根据权利要求1所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，进一步包括至少 一层设置在基板和电极之间的渗透膜。16. 根据权利要求1所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，所述旋转驱动装 置的转速为10-100巧m。17. 根据权利要求1所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，所述超声波或兆 声波装置及反射板安装在浸入式腔体相对的侧壁上且与基板的振动方向成0角，所述基 板与水平面平行，基板的振动方向垂直于水平面。18. 根据权利要求1所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，所述超声波或 兆声波装置及反射板安装在浸入式腔体相对的侧壁上且与水平面垂直，所述基板和电极相 对于水平面倾斜一角度设置，所述基板沿着相对于水平面的法线方向倾斜一角度的方向振 动。19. 根据权利要求1所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，进一步包括调节 装置，W调节所述反射板的表面，使其平行于超声波或兆声波装置的表面。20. 根据权利要求19所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，所述调节装置 包括振动驱动器，该振动驱动器带动反射板沿着超声波或兆声波驻波的传播方向振动，所 述反射板振动的振幅为超声波或兆声波驻波的半波长的N倍，N为1-10之间的整数。21. 根据权利要求20所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，所述振动驱动 器的振动频率为1-10监。22. -种在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，包括： 浸入式腔体，盛放至少一种金属盐电解液； 至少一组电极，与一个独立电源相连接； 基板固持装置，固持至少一炔基板，并且该基板固持装置与基板可导电的一面电连接， 基板可导电的一面面向一个电极； 至少一个超声波或兆声波装置，在浸入式腔体内产生超声波或兆声波；W及 旋转驱动装置，带动基板固持装置绕着其轴线在声波区域内旋转，W使在累积时间内， 基板表面获得均匀的声能强度分布。23. 根据权利要求22所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，进一步包括竖 直驱动装置，该竖直驱动装置带动基板固持装置沿着超声波或兆声波传播方向的法线方向 振动。24. 根据权利要求22所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，进一步包括声 波反射装置，该声波反射装置与超声波或兆声波装置之间具有一夹角，W避免形成驻波。25. 根据权利要求24所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，所述声波反射 装置在其宽度方向与所述超声波或兆声波装置形成一个倾斜角，W将入射波向上反射出所 述浸入式腔体。26. 根据权利要求25所述的在基板上均匀金属化的装置，其特征在于，所述超声波或 兆声波装置和声波反射装置设置声流的路径，声流水平流动，然后流出浸入式腔体。27. -种在基板上均匀金属化的方法，其特征在于，包括： 向浸入式腔体内供应至少一种金属盐电解液； 转移一炔基板到基板固持装置，该基板固持装置与基板可导电的一面电连接，且基板 可导电的一面面向一个与独立电源相连接的电极； 给基板加载第一偏压； 使基板旋转； 将基板浸入浸入式腔体； 给基板加载一个电流； 打开超声波或兆声波装置； 使基板固持装置在声波区域内振动，同时周期性地改变超声波或兆声波装置与反射板 之间的距离； 关闭超声波或兆声波装置，停止振动基板固持装置，W及停止周期性地改变超声波或 兆声波装置与反射板之间的距离； 给基板加载第二偏压； 将基板移出金属盐电解液； 使基板停止旋转。28. 根据权利要求27所述的在基板上均匀金属化的方法，其特征在于， 所述第一偏压为0. 1V-10V ; 所述电流为0. 1A-100A; 所述超声波或兆声波装置的工作频率为20KHZ-10MHZ，所述超声波或兆声波装置的能 量强度为0.01-3W/cm2 ; 所述基板振动的振幅为l-300mm，所述基板振动的频率为0. 001-0.甜Z ; 所述第二偏压为0. 1-5V。29. 根据权利要求27所述的在基板上均匀金属化的方法，其特征在于，所述基板旋转 的转速为l〇-l〇〇：rpm。30. 根据权利要求27所述的在基板上均匀金属化的方法，其特征在于，所述基板振动 M*-- 的振幅为^i N= 1，2, 3…，A为超声波或兆声波的波长，N为整数，0是基板的振动 sin沒 J 方向与超声波或兆声波传播方向的法线方向之间的夹角。31. 根据权利要求27所述的在基板上均匀金属化的方法，其特征在于，所述超声波或 兆声波装置与反射板之间的距离周期性改变的频率大于所述基板振动的频率。32. 根据权利要求27所述的在基板上均匀金属化的方法，其特征在于，所述基板在声 波区域内振动的振幅为超声波或兆声波四分之一波长的整数倍。33. 根据权利要求27所述的在基板上均匀金属化的方法，其特征在于，所述基板沿 一方向振动，且该振动方向与超声波或兆声波传播方向的法线方向的夹角为0，0为 0-45°，基板振动的振幅为_1 N= 1，2,3…，其中A为超声波或兆声波的波长，N为整 sin 6 ， 数。
【文档编号】C25D17/00GK105986290SQ201510086513
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月17日
【发明人】王希, 王晖
【申请人】盛美半导体设备（上海）有限公司