一種半導(dǎo)體工藝當(dāng)中在先浸潤基板的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對半導(dǎo)體基板進(jìn)行工藝處理的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種電鍍或化學(xué)沉積金屬層前預(yù)先浸潤基板的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電化學(xué)鍍銅是目前集成電路制造工藝中銅互連線工藝必須的工藝之一。目前傳統(tǒng)的電鍍銅工藝，為了達(dá)到均勻的鍍銅效果，避免鍍銅中產(chǎn)生空隙，在鍍銅之前，有一步預(yù)濕潤的步驟，主要采用完全浸沒的方式或者采用單片晶圓上噴液體靠旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行的。如中國專利(申請?zhí)枮?01220143505.X)中提供的裝置及涉及到的方法，將藥液直接噴射至基板表面進(jìn)行預(yù)濕潤。
[0003]不過，隨著科技的發(fā)展，上述專利中提供的技術(shù)方案已經(jīng)很難滿足晶圓基板更高精度的工藝要求?，F(xiàn)在最新出現(xiàn)的TSV三維封裝技術(shù)，隨著技術(shù)的發(fā)展通孔的直徑越來越小，目前已經(jīng)到2um的直徑，隨著直徑進(jìn)一步縮小單純的直接浸沒的方式和旋轉(zhuǎn)方式會遇到一些挑戰(zhàn)。主要是因為，單片旋轉(zhuǎn)的浸潤方式即是在高轉(zhuǎn)速下，水膜的厚度在2um左右已經(jīng)很接近TSV直徑的尺寸，很容易在孔內(nèi)的某一部位停住。造成孔底部的不完全濕潤，在后面的鍍銅時形成空洞。更不用說是直接浸沒的方式。而且，這種液體形式的浸潤僅僅能夠使基板的表面得以沾濕，而絕大部分潤液則不能到達(dá)基板的深孔內(nèi)進(jìn)行全面徹底的預(yù)濕潤處理，使得預(yù)濕潤效果大打折扣。
[0004]具體而言，請參見圖1，其揭示了采用現(xiàn)有技術(shù)對半導(dǎo)體基板進(jìn)行預(yù)先濕潤的技術(shù)處理過程中，所存在的技術(shù)問題。
[0005]例如，當(dāng)采用傳統(tǒng)的預(yù)濕潤機(jī)器對某一晶圓基板進(jìn)行預(yù)濕潤時，通常都是采用液態(tài)的水直接浸沒或噴射晶圓。比較考究一點的，會采用霧化噴桶以水霧的形式將潤濕劑噴灑至晶圓表面進(jìn)行預(yù)濕潤。但無論采用上述哪種方式，其所使用的潤濕劑均是液相狀態(tài)的，而且理所當(dāng)然的，當(dāng)潤濕劑接觸到基板表面后仍將保持液相的物質(zhì)形態(tài)，在晶圓表面形成具有一定厚度的水膜101。這種水膜101的厚度通常在2μπι左右，已經(jīng)非常接近TSV技術(shù)中硅片深孔通道的半徑尺寸。在圖1中可以看到，由于在深孔通道102的兩端都有可能集聚有水膜101，水膜101之間相互疊加，恰好將深孔通道102的通道口封死，而導(dǎo)致潤濕劑并不能抵達(dá)深孔通道102的深處以及底端，無法完全預(yù)濕潤基板。由此可知，傳統(tǒng)的預(yù)濕潤機(jī)器及方法對晶圓基板表面進(jìn)行預(yù)濕潤時，還是具有一定效果的，但如果想要達(dá)到更為理想的預(yù)濕潤效果，使基板的深孔通道當(dāng)中也得到潤濕，就顯得力不從心了。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提出了一種改進(jìn)的技術(shù)方案，包括裝置和方法，通過改變工藝環(huán)境內(nèi)的參數(shù)來控制潤濕劑在預(yù)浸潤過程中的物質(zhì)形態(tài)，以實現(xiàn)浸潤基板的目的。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:
[0008]一種用于預(yù)先沾濕基板的裝置，包括:
[0009]腔室，所述腔室具有腔壁，所述腔壁隔離外界并且閉合構(gòu)成工藝環(huán)境；
[0010]潤濕劑供給設(shè)備，所述潤濕劑供給設(shè)備向所述腔室輸送至少具有一種分子的潤濕劑；
[0011]氣相發(fā)生裝置，所述潤濕劑通過該氣相發(fā)生裝置進(jìn)入所述腔室，所述潤濕劑通過該氣相發(fā)生裝置后將以氣相的物質(zhì)形態(tài)進(jìn)入所述腔室；
[0012]氣體均勻分布裝置，所述氣體均勻分布裝置接收并噴出所述氣相狀態(tài)的潤濕劑，所述氣體均勻分布裝置促進(jìn)氣相的潤濕劑均勻擴(kuò)散；
[0013]基板固持件，所述基板固持件承載并固定基板；
[0014]監(jiān)測控制系統(tǒng)，所述監(jiān)測控制系統(tǒng)至少監(jiān)測并調(diào)節(jié)所述工藝環(huán)境中涉及到的溫度和氣壓參數(shù)；
[0015]加熱器和制冷器，所述加熱器至少向所述腔壁、所述氣體均勻分布裝置和所述潤濕劑供給設(shè)備輸送熱量以保證潤濕劑以氣相的形態(tài)進(jìn)入腔室，所述制冷器從所述基板固持件上汲取熱量；
[0016]壓力控制裝置，所述壓力控制裝置改變所述腔室內(nèi)的氣壓。
[0017]優(yōu)選地，在預(yù)先沾濕基板的過程中，所述腔壁的溫度、所述潤濕劑供給設(shè)備的溫度和所述氣體均勻分布裝置的溫度均高于所述基板固持件的溫度，所述腔壁的溫度和所述氣體均勻分布裝置的溫度均高于所述基板的溫度。
[0018]可選地，所述潤濕劑供給設(shè)備提供潤濕劑的方式包括蒸氣激發(fā)的方式和沖入載氣的方式。
[0019]優(yōu)選地，所述潤濕劑為H20。
[0020]可選地,所述載氣為氬氣、氖氣或氮氣。
[0021 ] 可選地，所述氣相發(fā)生裝置為氣化器。
[0022]可選地，所述氣體均勻分布裝置為氣體噴嘴。
[0023]優(yōu)選地，所述基板固持件具有一個圓形的基板支撐盤。
[0024]進(jìn)一步地，所述裝置還包括:離子發(fā)生器，將混合的潤濕劑全部轉(zhuǎn)化為氣相狀態(tài)的同時使混合氣體帶電。
[0025]可選地，所述離子發(fā)生器搭載在氣相發(fā)生裝置上或者在氣相發(fā)生裝置之后單獨設(shè)置。
[0026]在其中一個實施例中，所述氣體均勻分布裝置和基板固持件上分別加有極性相異的偏置電壓，偏置電壓的極性根據(jù)潤濕劑的混合氣體所帶的電荷決定，以使混合氣體在進(jìn)入腔室后獲得一個重力方向的電場力。
[0027]優(yōu)選地，所述加熱器分布于所述腔壁、所述潤濕劑供給設(shè)備和所述氣體均勻分布裝置周圍，所述加熱器為電加熱板。
[0028]進(jìn)一步地，所述制冷器為通有冷卻水的管路系統(tǒng)，所述制冷器分布于所述基板支撐盤的底部。
[0029]進(jìn)一步地，所述監(jiān)測控制系統(tǒng)包括傳感器、控制器和計算機(jī)。
[0030]優(yōu)選地，所述傳感器包括集成在基板支撐盤內(nèi)的溫度傳感器，用以監(jiān)測基板的溫度；安裝在腔室以及潤濕劑供給設(shè)備的傳輸管路中的溫度傳感器，用以監(jiān)測相應(yīng)位置的溫度變化；安裝在腔室內(nèi)的壓力傳感器，用以感應(yīng)腔室內(nèi)的氣壓變化。
[0031]進(jìn)一步地，所述監(jiān)測控制系統(tǒng)監(jiān)測和調(diào)節(jié)的參數(shù)還包括所述潤濕劑供給設(shè)備供給潤濕劑的流量、所述氣體均勻分布裝置的噴速以及所述腔室內(nèi)潤濕劑的濃度。
[0032]進(jìn)一步地，該裝置開設(shè)有排氣口和排液口，所述壓力控制裝置安裝在排氣口的末端。
[0033]進(jìn)一步地，所述壓力控制裝置包括抽氣泵、蝶閥和壓力傳感器，其中蝶閥和壓力傳感器安裝在所述排氣口的末端，壓力傳感器用于感應(yīng)附近的壓力值，控制蝶閥的開關(guān)角度來調(diào)節(jié)和改變腔室內(nèi)的氣壓值，抽氣泵通過抽取氣體的方式來控制腔室內(nèi)的氣壓值，用于預(yù)濕潤過程開始時對腔室進(jìn)行抽真空，在預(yù)濕潤過程結(jié)束時幫助排氣。
[0034]本發(fā)明還揭示了一種預(yù)先沾濕基板的方法，包括步驟:
[0035]步驟1:基板放入工藝環(huán)境內(nèi)；
[0036]步驟2:向工藝環(huán)境內(nèi)輸送潤濕劑，調(diào)節(jié)工藝環(huán)境的溫度和氣壓參數(shù)，控制潤濕劑以氣相狀態(tài)擴(kuò)散至所述基板的周圍；
[0037]步驟3:改變工藝環(huán)境內(nèi)的溫度和氣壓參數(shù)，將氣相狀態(tài)的潤濕劑逐步轉(zhuǎn)化為液相狀態(tài)的潤濕劑；
[0038]步驟4:潤濕過程完成后,取出基板。
[0039]優(yōu)選地，步驟I中所述基板放入工藝環(huán)境后，所述工藝環(huán)境抽至真空。
[0040]進(jìn)一步地，步驟2中所述潤濕劑為蒸汽激發(fā)的純凈物或充有載氣的混合物。
[0041]優(yōu)選地，，步驟2-3中所述工藝環(huán)境內(nèi)施加有豎直方向的電場。
[0042]進(jìn)一步地，在取出基板之后，排出裝置中的廢氣和廢液。
[0043]本發(fā)明所揭示的裝置和方法，不僅能夠沾濕基板的表面，更能讓潤液抵達(dá)基板內(nèi)的深孔位置，與同類裝置和方法相比，達(dá)到了極佳的預(yù)濕潤效果。
【附圖說明】
[0044]圖1是使用現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的水膜阻塞深孔的示意圖；
[0045]圖2是本發(fā)明所述裝置第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖3是本發(fā)明所述裝置第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖4是本發(fā)明所述方法的步驟框圖；
[0048]圖5是本發(fā)明【具體實施方式】中水的相圖。
【具體實施方式】
[0049]下述結(jié)合附圖對具體實施例及實施方式作出的進(jìn)一步描述，能夠幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員全面、有效地了解本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容，達(dá)到在知悉本發(fā)明專利內(nèi)容的情況下重復(fù)實現(xiàn)所述技術(shù)方案的程度。
[0050]圖2就是發(fā)明人針對上述技術(shù)問題，所開發(fā)提供的一種預(yù)先沾濕基板的裝置的第一實施例。該裝置包括一個密閉的長方體工藝腔室201，腔室201對應(yīng)的六個面上對應(yīng)有相互閉合的腔壁215。在腔室201的外部，設(shè)置有潤濕劑供給設(shè)備202，該潤濕劑供給設(shè)備202提供給的潤濕劑是蒸汽化了的水，設(shè)備本身已經(jīng)將大部分水分子加熱轉(zhuǎn)化為水蒸氣的氣體分子形式，而且設(shè)備自身帶有管路，將潤濕劑源源不斷的輸送至腔室201內(nèi)。進(jìn)一步地，潤濕劑供給設(shè)備202供給蒸汽化的水的流量是可以控制。
[0051]在潤濕劑進(jìn)入腔室201之前，首先要通過一個氣相發(fā)生裝置，更具體地說，該氣相發(fā)生裝置是一款氣化器203，例如可以是Horiba公司生產(chǎn)的MV-1000型號的氣化器203。由潤濕劑供給設(shè)備201輸送過來的蒸汽化了的水在氣化器203中得到進(jìn)一步處理，確保通過氣化器203進(jìn)入腔室201的潤濕劑全部為水蒸氣形式的氣體分子。通過氣化器203進(jìn)入腔室201的氣體形態(tài)的潤濕劑將由氣體均勻分布裝置進(jìn)一步噴射和擴(kuò)散至整個腔室201。這種氣體均勻分布裝置通常是若干氣體噴嘴204，能夠?qū)φ麄€腔室201內(nèi)部進(jìn)行淋浴式的氣體噴灑，氣體噴嘴204的噴射速率是可控的。在氣體噴嘴204的下方，設(shè)置有基板固持件210，基板固持件210具有一個圓形的基板支撐盤207，用于放置和固定晶圓基板206。另外，基板支撐盤207內(nèi)集成有溫度傳感器208，用于監(jiān)測基板206的溫度。同時，在腔室201以及潤濕劑供給設(shè)備202的傳輸管路中，也安裝有一些溫度傳感器，用于監(jiān)測相應(yīng)位置的溫度變化。除此之外，腔室201內(nèi)還裝安裝一些微型的壓力傳感器，用于感應(yīng)腔室201內(nèi)的氣壓變化。這些傳感器都將被連接至裝置的監(jiān)測和控制系統(tǒng)，用于調(diào)控工藝過程中的微環(huán)境。在基板支撐盤207的底部接觸連接有一制冷器209，制冷器209通過管路211循環(huán)的輸入和排出冷卻水，能夠?qū)逯伪P207進(jìn)行冷卻，由于熱傳遞的作用，進(jìn)而基板206也會因冷卻而保持相對較低的溫度，例如可以是25°C，有利于氣相的