[发明专利]改良厚度均匀性的电镀装置与电镀方法

说明书

技术领域

本发明一般关于电镀制程技术，尤其关于能够产生均匀厚层沉积膜的电镀装置及电镀方法。

背景技术

电镀制程已广泛地运用于各种领域中，除了传统上作为表面处理的方法外，也应用于制作电路板、半导体芯片、LED导电基板、及半导体封装等方面。电镀乃是将待镀工件浸没于含有电镀金属的离子溶液中，使电源与电镀槽内的阴极及阳极(消耗性或非消耗性)电性连接，同时将电镀金属置放于阳极、而待镀工件置放于阴极，通以直流电后便会在待镀工件的表面沉积一金属薄膜层。

由于集成电路制造技术的进步，制造0.25微米以下尺寸的线路为目前金属化制程的主流。随着线路尺寸日益缩小(意谓深宽比逐渐增加)，传统上用来填充组件中的内联机路的化学气相沉积CVD或物理气相沉积PVD法已不适用于此系统，但电镀技术却可有效率地完成将导电物质填充于具有微小尺寸线路的基板的任务。因此，目前就半导体制程而言，电镀技术实为一项重要应用技术，与电镀相关的文献或专利文件也大多针对半导体制程。

镀层的厚度均匀性(U)向来为评估电镀效能的重要指标。影响厚度均匀性的因子大致上可分为物理性及化学性两类，前者包含待镀工件的表面形状及表面积、电镀液温度、电镀液混合性、电极间的距离、是否使用遮蔽件(shield)、电极材料等；后者包含电镀液组成及浓度、添加剂种类等。特别地是，由于电镀是以阴阳离子(电荷)移动为媒介的电化学反应，电镀液的流场分布(电流密度)尤为重要。实际上，待镀工件在凸部区域电流密集而在凹部区域电流松散，如此极易形成厚度不均匀的镀层。

近年来，因考虑半导体产业的制程经济效益，增大晶圆尺寸实为一无法避免的趋势，然而对于更大尺寸的晶圆或基板，沉积膜层的厚度均匀性更加难以控制。为解决较大尺寸基板的镀层均匀性不佳的问题，1998年12月4日提出申请的美国专利US 6,103,085即揭露了一种改良喷流型(fountain-type)电镀设备，其是通过在阴极与阳极之间置放具有整流作用的扩散器构件(diffusermember)，其上包含特殊排列设计的开口，用以防止电解质的通道效应(channeling effect)，因而获得均匀的镀层。

此外，2002年11月26日提出申请的美国专利US 6,802,950揭露了一种可控制电镀均匀性的方法与设备，其中是通过在阴极、阳极之间设置上述的绝缘遮蔽件来改变电镀时的电流分布。因为电沉积速率与电场的特性有关，故金属镀层的厚度均匀性可由遮蔽件的尺寸及其开口尺寸两方面进行调整。

半导体制程所用的电镀设备通常价格昂贵，此状况有部分是由于半导体制程中的电镀膜层一般为厚度在50μm以下的薄层镀膜，故需要在电镀期间对整体基板进行更精确的镀层厚度均匀性的控制，因而无可避免地增加了设备所包含的硬件数量、复杂性及成本。对于某些要求较大镀层厚度的制程而言，若使用如上述等专为半导体制程所开发设计的电镀设备，耗费成本势必更大。

有鉴于此，亟需提供容易扩充及安装、具有成本效益、镀层均匀性佳、且尤其适合所需镀层厚度在约50μm～200μm的范围(例如微机电系统或LED基板的镀层)的电镀装置及方法，以满足制程的经济效益。本发明通过同时利用辅助阴极及遮蔽件(即下文所称的导流板)，以满足上述制程需求。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种能够产生厚度均匀性达95％以上的镀层的电镀装置，该装置包含：电镀槽，内含电镀液；阳极，浸没于该电镀液内；导流板，呈中空圆盘状，且设置于该阴极与该阳极之间，其上设有复数个孔洞，该导流板是用以导引该电镀液的方向；阴极夹具，用以固定待镀工件及传递电力；以及辅助阴极，位于待镀工件的左右侧，并与待镀工件保持一适当距离。

根据本发明的一实施例，该导流板上的复数个直径大于1μm的孔洞具有相同尺寸，且等间隔式地环绕着该中空部分的外围。

根据本发明的另一实施例，该导流板上的复数个直径大于1μm的孔洞具有两不同尺寸，各自以不同半径、等间隔式地环绕着该中空部分的外围。