CN101580945B - 电沉积系统 - Google Patents

Abstract

具有三维堆叠结构的电沉积系统，包含用于接收晶圆的工厂接口，包含主框架传送机械手的主框架和多个置于主框架上方的晶圆固持装置，多个置于主框架中的电镀单元，多个置于主框架中低于电镀单元位置的清洗单元，多个置于主框架和工厂接口之间的热处理腔，与电镀单元和清洗单元相连的流体分配系统，主框架传送机械手在工厂接口，电镀单元，清洗单元和热处理腔之间传送晶圆。因此，本发明系统在扩展增加新的工艺单元时不需过多增加占地面积。

Description

电沉积系统

技术领域

本发明涉及在半导体工件上沉积金属层的系统，更具体地说，这个系统用于从电解液中电沉积或化学沉积金属薄膜到半导体晶圆上，化学方法刻蚀部分沉积膜，清洗沉积膜表面以及对沉积膜进行热处理。

背景技术

芯片间的互联由多层金属线实现，这些金属线包埋于位于逻辑器件或存储器件晶体管电路上方的一种或多种绝缘材料中。随着超大规模集成电路中线密度的增加，金属线互连图形的特征尺寸，如通孔和沟槽等，已经降低到亚微米级，金属化程度也随之增加。而且，随着集成电路中互连引线长度的增加，RC延迟也已经成为影响电路传输速度的最主要因素。铜由于其较低的电阻率和较高的抗电迁移，被认为是金属互连引线的理想材料。但是同时，它也面临着很多器件制造的挑战。

实现铜互连技术，最大的挑战在于通过大马士革工艺，或者通常是通过加工成本可接受的双大马士革工艺，在整个半导体基材上，也就是在整片晶圆上，对通孔和沟槽等结构实现无孔、无缝的均匀填充。

典型的电沉积系统通常由多个用于金属电沉积或化学沉积的电镀单元和用于镀后清洗和边缘去除的清洗单元组成。

专利US6258220和专利US6527920揭示了这种电镀系统的例子。这种系统包含一带有传送机械手的主框架，一与主框架相连的装载端口，多个与主框架相连的电镀单元，多个与主框架相连的旋转-冲洗-干燥和边缘去除腔，以及一和装载端口相连的快速热处理子系统。目前IC生产中所用的电沉积系统的电镀单元、旋转-冲洗-干燥和边缘去除腔及其它可能附加单元都处于同一平面上，这种设计占据了超净间的很大空间，才能满足这种工艺系统对生产能力的要求。

因为这种系统用到的是一个二维的结构，它将所有的工艺单元都置于一个平面上，当需要添加一些新的工艺单元时，系统占地面积增大，因而限制了其实际可扩展性。此外，在上述电沉积系统中，还需要多个立于工艺腔基底上的永久的重型支撑柱，用于支撑多个电镀单元上部装置，该装置从机械手接收晶圆并将其送入电解液。这些支撑柱体积较大，因为它们需要为它们所支撑的上部装置提供足够的稳定性和坚固性以便精确控制其运动。这些支撑柱不仅占据了框架内部空间，而且限制了主框架传送机械手，晶圆固持装置和电镀单元的可到达性，并给系统维护带来不便。

此外，随着晶圆图形中通孔和沟槽尺寸的减小，当由晶圆固持装置所固持的晶圆浸入电解液时，晶圆上的结构很难被完全浸湿，从而导致沉积金属膜结构上产生缺陷和空洞。一个润湿晶圆的典型方法如专利US2004/0069644和US 2007/7223323所述，在电镀前将晶圆在一个另外的旋转-冲洗-干燥单元中预润洗。另一个润湿晶圆的方法如专利US2006/7146994所述，在晶圆送入电镀液之前，用一个附加的喷嘴向晶圆表面上喷洒水。但是通过液体润洗进行预湿仍不能完全润湿非常细小的结构，而且用来润洗的液体可能会在局部或很大范围内将电解液稀释，从而带来新的问题。所以上述方法仍不能在不引入明显的工艺变化或制造成本增加的情况下彻底解决不完全润湿的问题。

本发明是在上述背景下揭示的。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的是提供一种新型结构的电沉积系统，它占地面积小，可以以更高的效率处理更大规模的晶圆，从而使生产能力得到提高。

为实现上述目的，本发明的电沉积系统具有三维堆叠结构，包含用于接收晶圆的工厂接口，带有主框架传送机械手的主框架，多个置于主框架上方的晶圆固持装置，多个置于主框架上部的三维堆叠结构第一层的电镀单元，多个置于主框架下部的三维堆叠结构第二层的清洗和边缘去除单元，多个置于主框架和工厂接口相连部分的第一层，或者第二层，或者两层皆有的热处理腔，多个置于主框架中的气相预湿模块，为电镀单元提供电镀液和为清洗单元提供处理液的流体分配系统，为热处理腔提供气体混合物的气体传输系统。主框架传送机械手在工厂接口，晶圆固持装置，清洗单元和热处理单元之间传送晶圆。

与前面相关技术中提到的系统相比，本发明系统的一个优点是，它的三维堆叠结构具有更小的占地面积，被一些工艺单元如电镀单元占据的面积可以节省下来，以更高的效率处理更大规模的晶圆，从而提高生产能力，本发明系统的另一优点是，当扩展新的工艺单元时，新增加的工艺单元在以前技术中只能置于唯一的一层，而在本发明中可以置于多层，因此不需要过多增加占地面积，本发明系统的又一优点是，晶圆固持装置置于主框架上方，排除了严重限制工具接近的大体积支撑柱的使用，而且还可以在进行用户干涉操作时移到主框架的角落，从而方便了保养和维护的进行。

本发明的电沉积系统的另一特性是，热处理腔包含用于两面加热晶圆的加热盘和热流分配部件，用于两面冷却晶圆的冷却盘和冷流分配部件，至少两个接收并从加热盘向冷却盘传送晶圆的晶圆固持装置，至少两个用于控制晶圆固持装置运动的制动器。因此，本发明的系统可以提供均匀的镀后热处理工艺，从而提高双面热处理的晶圆上沉积膜的电学性能和物理性能，并且该热处理腔可以同时对多个晶圆进行热处理，从而使该系统的热处理腔数量得到减少，生产能力得到提高。待加工的晶圆在处理前通过主框架机械手传送到热处理腔中的加热盘，处理后通过前接口机械手从热处理腔中的冷却盘传送出去，而不需要主框架/工厂接口放置区，因此机械手的放置点减少了，提高了系统的传送效率。

本发明的电沉积系统的又一特性是，它还包含一个气相预湿装置，该装置连接到一个蒸汽发生和传输系统，以实现液体分子从气相中吸附到将要在电镀单元中进行处理的晶圆前表面上。未镀的晶圆前表面上的薄预湿层的吸附或液化的液体分子与电解液接触。因此，本发明的系统可以提供可在具有极小结构的晶圆表面沉积铜膜而不至因为不完全润湿而产生空洞的可靠性工艺。

本发明的新特点前面已述，本发明的结构和内容，以及其它目的和特点，可以通过以下详细描述和与附图关联的示例进一步理解和认识。

附图说明

图1示出了本发明的电沉积系统的透视图。

图2示出了本发明的电沉积系统的侧视图。

图3示出了本发明的电沉积系统的电镀单元的透视图。

图4示出了本发明的电沉积系统的晶圆固持装置的透视图。

图5示出了本发明的电沉积系统的热处理模块的透视图。

图6示出了本发明的电沉积系统的流体供应系统的示意图。

图7示出了本发明的电沉积系统的电控系统的示意图。

实施例详述

如图1和图2所示，本发明的电沉积系统包含工厂接口10和主框架11。工厂接口包含置于1级环境中的多个晶圆装载端口101，晶圆传送机械手102，晶圆定位器191。主框架包含主框架传送机械手106，多个电镀单元107，多个清洗单元108，多个热处理腔104和至少一个气相预湿模块110。电镀单元107和清洗单元108分别置于主框架11的第一层和第二层，电镀单元107叠放于清洗单元108上方。热处理腔104置于主框架11中并与工厂接口10相连。此外，该系统包含传输盒103和临时储存盒112，它们与工厂接口10相连并位于热处理腔104上方。传输盒103用于将晶圆从工厂接口10传送到主框架11。临时储存盒112用于存放工艺腔出现问题时受到影响的晶圆。一旦出现这种情况，主框架传送机械手106会将在整个电镀工艺中进行了部分处理的晶圆放入临时储存盒112以待进一步的处理。系统还包含与工艺单元相连的流体分配系统，用于为电镀单元提供电镀液和为清洗单元提供化学液。系统还包含与热处理腔相连的气体混合传输系统，用于为热处理腔提供混合的工艺气体。

工厂接口10包含多个用于接收和放置晶圆盒192的装载端口101，前接口机械手102和至少一个晶圆定位器191。在目前的实施例中，工厂接口10包含三个装载端口101和晶圆定位器191。在电沉积工艺实施前，需在晶圆表面通过物理气相沉积、化学气相沉积或原子层沉积的方式沉积一薄导电层，这些前处理工艺完成以后，容纳多个晶圆的晶圆盒192，更恰当的名称是工业晶圆前开式晶圆盒，被传送并放置在一个装载端口101上。前接口机械手102是一种本领域一般技术人员通常都知道的典型的传送机械手，由一或两个机械臂组成。

所有的工艺模块都位于主框架内部。如图2所示，每个电镀单元107位于清洗单元108的垂直上方。目前的实施例中，与装载端口101的数量相对应，主框架11包含4个电镀单元107和4个清洗单元108。应该了解的是，该电镀系统的主框架11中的电镀单元107的数量不仅限于目前的实施例。本领域一般技术人员可以根据所需的生产能力增加或减少单元数量。应该注意的是，电镀单元107和清洗单元108的堆叠结构为主框架11节省了空间，减少了该电沉积系统的占地面积。在下面的规格中还应该注意到，该系统电镀单元107堆叠在清洗单元108上方的三维结构可以在增加新的工艺单元时不过度增加占地面积。

主框架11还包含多个晶圆固持装置105，每个固持装置置于电镀单元107上方，装在主框架11上。在本发明的电沉积系统的实施例中，与电镀单元107的数量相对应，主框架11包含4个晶圆固持装置105。

如图4所示，晶圆固持装置105包含晶圆夹装置，该晶圆夹装置又包含晶圆夹511，阴极接触(未示出)和制动器。该制动器可能包含步进电动机521，523和伺服电动机525。该阴极接触可能包含多个软不锈钢弹簧圈以维持均匀的截面形状，以改善与晶圆的电连接并减少由于机械接触的压缩应力而导致对下面膜的伤害。晶圆夹可能包含底部和顶部，晶圆被夹持在底部和顶部之间，因此晶圆夹装置设置成可以开、关和旋转晶圆夹，来插入、移除和旋转晶圆，并且阴极接触置于晶圆夹底部和顶部之间，在电镀工艺开始前晶圆夹被制动器关闭时可以实现与晶圆前面的电连接。接触位置的电信息被监控并反馈到控制系统。此外，晶圆固持装置105可以移到主框架11的角落以方便性能维护。晶圆可以由晶圆夹511夹持并沿Z轴移动和沿X轴和Z轴旋转，晶圆夹511由制动器的步进电动机521，523和伺服电动机525驱动。关于晶圆夹组成包含晶圆夹和阴极接触的详细描述，可参考专利US06495007，题目为“Methods and apparatus for holdingand positioning semiconductor wafer during electropolishing and/orelectroplating of the workpieces”，通过引用结合于此。本发明中，整个晶圆固持装置由连接晶圆固持装置105和主框架顶部的装配臂527支撑。应该注意到，置于主框架顶部的晶圆固持装置105的结构加强了主框架传送机械手106到达晶圆固持装置和电镀单元的可到达性，而且由于不需要支撑柱而节省了空间。

主框架11还包含气相预湿装置，它可能被集成在晶圆固持装置105上或者作为独立模块存在(如图所示)。预湿装置与蒸汽发生系统相连，为晶圆前表面提供液态蒸汽并形成一层超薄的预湿层，从而改善了电镀工艺中的润湿性能。利用液态蒸汽可以完全润湿一些通孔和沟槽等极小结构，并且不会对电镀液造成明显稀释。因此本发明的系统可以满足超大规模集成电路中，排除由于线密度增加带来的不完全润湿造成的相关缺陷的要求。

如图3所示，在本实施例中，电镀单元107包含一个电解液腔700。电解液腔700包含多个环形电极711和多个环形隔离墙713，环形隔离墙713将整个电解液腔700隔离成多个独立区域，每个区域中有一个单独的环形电极711。电极711由多个电源(未示出)应用不同的波形，不同的开关次序，或者在电镀工艺中不同的时间分别控制。

关于所述电解液腔的详细描述，可参考专利US06495007，题目为“Methods and apparatus for holding and positioning semiconductorwafer during electropolishing and/or electroplating of the workpieces”，通过引用结合于此。

但是，本发明的电沉积系统的电解液腔700与前面相关技术中所述的电解液腔有一些不同。本发明的电沉积系统的电解液腔700被气泡聚并装置720隔离成一个接收下部补给电解液的下部腔体701和接收上部补给电解液的上部腔体702。

电解液腔700的下部腔体701的每个独立区域各有入口和出口与其相连。电解液通过泵从电解液槽(将在后面段落详细描述)压入电解液腔700的每个独立区域，电解液从入口流入，从出口流出，最后返回所述电解液槽从而实现电解液腔700的下部腔体701的每个独立区域中独立的电解液循环。

上部腔体702的每个独立区域有一个由LMFC(液体流量控制器)分别控制的电解液入口，所以上部腔体702的每个独立区域中流向晶圆表面的电解液流速可以独立控制。液体流量控制器都是耐酸耐蚀的。下部腔体701和上部腔体702都是由电绝缘的耐酸耐蚀材料，如PVC或PVDF制成或者包覆的。

气泡聚并装置720包含具有多个V形凹槽的锥形框架和紧附在锥形框架上的多孔膜。气泡聚并装置720上方有管子与电镀单元107外面相连。电镀过程中电极713上生成的气泡首先在V形凹槽中聚并并向上移动，然后通过所述管子移出腔体。

清洗单元108包含腔体，该腔体有用于将晶圆传入或传出清洗单元108的窗口和置于腔体中间的晶圆固持部件，该固持部件可以在置于清洗单元108底部的制动器的作用下以10到4000rpm的速度旋转。该晶圆固持部分包含3个将晶圆固定在清洗单元108中的支撑脚(PIN)，每个支撑脚上有一个可以通过旋转激活的机械夹子，每个支撑脚顶部有小角度的台阶。当晶圆固持部件旋转，机械夹子关闭并将晶圆紧固，防止晶圆和支撑脚之间相对运动；当晶圆固持部分停止旋转，机械夹子打开，晶圆可以被主框架传送机械手拿起。

清洗单元108具有前喷嘴，后喷嘴，可移动喷嘴。前喷嘴置于清洗单元108腔体上部并从中延伸出来，为晶圆前表面提供去离子水。后喷嘴置于清洗单元108腔体下部并从中延伸出来，为晶圆后表面提供去离子水。可移动喷嘴置于清洗单元108腔体中部并可以径向移动到晶圆边缘，在工作时为晶圆边缘提供混合的酸和过氧化物，在晶圆传送时从清洗腔体中间移开。可移动喷嘴的运动由制动器控制。清洗单元108还包含置于腔体顶部用于阻止流体溅出清洗单元并污染本系统部件的盖子。关于所述清洗单元108的详细描述，可参考专利WO 03/087436，题目为“Electropolishingand/or electroplating apparatus and methods”，通过引用结合于此。

主框架11还包含流体分配系统，该系统包含置于主框架11底部的电解液槽109，该槽为每个电镀单元107提供电解液。如图6所示，电解液槽109被隔离成下部电解液槽191和上部电解液槽192。下部电解液槽191连接到电镀单元107下部腔体，为电镀单元107提供下部单元补给电解液，上部电解液槽192连接到电镀单元107上部腔体，为电镀单元107提供上部单元补给电解液。下部电解液槽191和上部电解液槽192分别通过电解液供应线路311和312连接到电镀单元107，电解液供应线路上有泵313，两通阀315，止回阀316，控制阀312。更适宜的是，连接主存储槽109和电镀单元107的电解液线路中，接入过滤器317来过滤杂质和可模拟输出的流量计314来监测流速。主存储槽109有温度传感器和冷却器来维持下部电解液槽和上部电解液槽中的电解液温度在固定水平。下部电解液槽和上部电解液槽通过两个附加的管子321分别连接到量测工具351上，为监测下部电解液槽和上部电解液中电解液成分浓度的量测工具351提供电解液试样。

流体分配系统还包含化学槽330，酸和过氧化物在其中均匀混合，然后被提供给清洗单元108中的可移动喷嘴。化学槽330通过管子352连接到量测工具351，为监测混合化学品成分浓度的量测工具351提供酸和过氧化物混合的化学品试样。化学槽330中的混合化学品通过泵353和串行的阀(可能包含两通手动阀355，控制阀352，两通气动阀359)传输到清洗单元108中的可移动喷嘴，用于去除电镀后的晶圆边缘上的沉积金属。更适宜的是，连接化学槽330和清洗单元108的管路中，接入过滤器357来过滤杂质和模拟输出的流量计354来监测流速。

本发明的系统还包含定量给料系统361。定量给料系统361连到电控模块(将在下文详细描述)，将根据操作人员的运算和量测工具351的分析结果为电解液槽109的下部槽和上部槽供给所需量的金属离子或有机添加剂，以保证电镀液稳定的电沉积性能和混合化学品的边缘去除性能。

如图5所示，本实施例中包含两个热处理腔104，两腔平行布置于主框架11中，并与工厂接口10相连。更适宜的是，热处理腔104包含具有两个窗口的矩形腔体，一面向主框架11的窗口为加热单元窗口421，另一面向工厂接口10的窗口为冷却单元窗口523。热处理腔104还包含，位于邻近加热单元窗口421的腔体中的加热盘411，位于邻近冷却窗口423的腔体中的冷却盘413，两个分别位于加热盘411和冷却盘413对面的晶圆固持装置431，433。晶圆固持装置431，433用于接收主框架传送机械手106传送过来的晶圆，将其装载到加热盘411或冷却盘413上，由加热盘411传送至冷却盘413，并传送至前接口机械手102。晶圆固持装置431或433包含一支撑臂439，支撑臂连接一驱动器438，驱动器由两个步进电动机(或伺服电动机)组成。该固持装置还配置有一包含数个支撑爪的支撑环437。热处理腔104的晶圆固持装置431在驱动器438的控制下可旋转或垂直移动。热处理腔104还包含一个盖子441，盖子441上配有两个流体分配部件448，449，一流体管道与流体分配部件448和449相连。流体分配部件448，449位于加热盘411和冷却盘413上方，为热处理腔提供所需流体，例如N₂和H₂的混合物。位于加热盘411上方的流体分配部件449提供热流体到晶圆前表面，与加热盘对晶圆背面的加热一起，实现对晶圆的双面加热。位于冷却盘413上方的流体分配部件448提供冷流体到晶圆前表面，与冷却盘对晶圆背面的冷却一起，实现对晶圆的双面冷却。这种双面的热处理机制提供了一个均匀的热处理工艺，减小了热应力所导致的晶圆的弯曲变形，且其能同时对多片晶圆进行热处理，极大提高了热处理腔的效率和产量。

在主框架11的背面还包含一电控模块。电控模块的系统框图如图7所示。电控模块一般包含一主机，其用户接口将电控模块，机械手控制系统，电动机驱动系统，I/O接口板和电镀系统电源控制板连接在一起。主机是电控模块的关键控制设备，它提供了所有的I/O端口，RS232端口和运动控制板。主机通过I/O接口板向所有需要通过控制信号进行流量控制的工艺单元传输信号，例如电镀单元中的电解液流量控制和清洗单元喷嘴中去离子水和酸的流量控制。与I/O接口板和电镀单元107电气连接的电镀系统电源控制板，为电镀单元107的高能耗提供可调的高电压/电流。主机通过机械手控制系统传输控制参数信号，来控制主框架传送机械手和前接口机械手。然而，机械手控制系统也可能是一台通过RS232端口与主机相通的独立计算机，因此即使没有主机，机械手控制系统仍然可以控制主框架传送机械手和前接口机械手。电动机驱动系统分别将主机和电镀单元，清洗单元和热处理腔的伺服/步进电动机电气相连，传输从主机运动控制板到热处理腔，清洗单元和电镀单元的伺服/步进电动机的控制信号，和伺服/步进电动机反馈回主机的编码信号。

应该注意的是，整个电沉积工艺应该在一个洁净的环境中进行，因此更为适宜的是本发明的系统被面板封闭起来。面板上配有透明的窗口，从而使电沉积工艺能在操作者的监控下进行。面板是可移动的或者配置有开口以便于性能维护。

操作过程中，前接口机械手102将一片晶圆从晶圆盒192传送到晶圆定位器191。定位器191接收晶圆后将其旋转至一预先设定好的方位，以便接下来的工艺中晶圆可以被精确控制。晶圆定位完成后，前接口机械手102将晶圆传送至传输盒103以供进一步传送到主框架11。

主框架传送机械手106将一片晶圆从传输盒103中传送至晶圆固持装置105上，或者从主框架的电镀单元107中传送至清洗单元108中，或者从清洗单元108中传送至热处理腔104中。机械手106是一种本领域一般技术人员通常都知道的由多个机械臂组成传送机械手。在本实施例中，主框架传送机械手106由两个可独立操作的机械臂组成。主框架传送机械手106可以如图2所示绕Z轴旋转和上下垂直移动。主框架传送机械手106的两个机械臂可以通过控制进行伸缩，用以将晶圆传入或传出电镀单元107或清洗单元108，还可以翻转晶圆以满足不同工艺的要求，例如，在电镀单元中，晶圆应该正面朝下放置，而在清洗单元中则需要正面朝上放置。

对于工艺过程，首先，晶圆固持装置105停留在一接收位置，晶圆固持装置105的晶圆夹511保持打开状态。主框架传送机械手106从位于主框架106和工厂接口10之间的传输盒103中拿起一片晶圆，翻转使其正面朝下，并将其传送至气相预湿装置，如图所示，此气相预湿装置为独立模块。气相预湿装置将蒸汽喷向晶圆前表面，并于其上形成一层预湿液薄膜。然后主框架机械手将晶圆传送至晶圆固持装置105的晶圆夹中，并置于晶圆固持装置中的阴极接触上。当主框架传送机械手的机械臂收缩并移出晶圆固持装置105以后，晶圆夹关闭并紧固晶圆使其与阴极弹簧紧密接触。而且由于晶圆背面被完全密封，所以不会在电镀过程中与电解液接触。伺服电动机525开始旋转，使得晶圆固持装置105开始旋转晶圆。步进电动机523转动晶圆固持装置105使之与Z轴成特定角度，然后步进电动机521沿着Z轴方向移动晶圆固持装置105至预定位置，使晶圆夹511的边缘刚好没过电镀单元107的液位线。

其后电动机523开始转动晶圆固持装置105回到垂直位置，并且将晶圆固持装置105携至电镀单元107中，从而使得晶圆前表面与电镀单元700的上部腔体702中的电解液接触。然后开始电镀过程。通过控制多重阳极的波形，工作顺序和时间以及电解液流速，可以在晶圆上沉积得到均匀的金属薄膜。关于电镀工艺的详细描述，请参考专利US06391166，“platingapparatus and methods”，通过引用结合于此。

在另一实施例中，气相预湿设备与晶圆固持装置集成在一起。在工艺过程中，主框架机械手从传输盒中拿起晶圆并且将其传送至晶圆固持装置。在晶圆固持装置将晶圆携至电解液中之前，预湿装置移入并向晶圆表面喷洒蒸汽。预湿过程完成后，晶圆固持装置将晶圆携至电解液中，进行与上述相同的电镀过程。

电镀过程完成后，晶圆固持装置105往上移动，将晶圆从电镀单元107的电解液中移出。晶圆固持装置105移动到旋转位置后，将携带晶圆高速旋转以移除晶圆表面残留的电解液。其后晶圆固持装置105移至接收位置，晶圆夹511打开。主框架传送机械手的机械臂伸入晶圆固持装置105中，将晶圆移出并翻转使其正面朝上。

然后主框架传送机械手106向下移动，直到到达清洗单元108窗口的水平高度，主框架传送机械手106伸展并将晶圆送入清洗单元108。当晶圆被送入清洗单元108后，主框架传送机械手106向下移动少许，将晶圆放置在清洗单元108的三个支撑脚上然后移出。用三个支撑脚固持晶圆的清洗单元108的晶圆固持部件在制动器的控制下开始旋转。支撑脚上的机械夹启动并紧固晶圆以防相对运动。然后清洗单元的前喷嘴启动并向晶圆前表面喷洒去离子设备中的去离子水进行预湿并移除残余电镀液。预湿后，清洗单元的可移动喷嘴移动到晶圆边缘并向晶圆边缘喷洒化学槽中的混合化学品进行边缘沉积金属的蚀刻去除。清洗单元108的晶圆固持部件高速旋转以限制化学品在晶圆边缘较窄的区域内，防止中间区域发生沉积膜蚀刻。当边缘金属膜完全去除后，可移动喷嘴从清洗单元中间移出，前喷嘴和后喷嘴启动并向晶圆两面喷洒去离子水，以清洗蚀刻的残余化学品。清洗工艺完成后，晶圆固持部件停止旋转，机械夹打开。主框架传送机械手106伸到清洗单元108中，拿起晶圆并将其移出清洗单元108。

当一片晶圆(第一片晶圆)的电镀和清洗工艺完成后，主框架传送机械手106将第一片晶圆通过加热单元窗口421传送到热处理腔104，并将其放置在第一晶圆固持装置433上。当主框架传送机械手106的机械臂移出热处理腔104，第一晶圆固持装置433向下移动到预热位置将第一片晶圆预热一段预定时间。预热处理后，第一晶圆固持装置433向下移动并将晶圆放置到加热盘411上，这样晶圆就和加热盘411接触并加热一段预定时间。一旦第一片晶圆的加热处理结束，第一晶圆固持装置433向上移动并将晶圆传送到冷却盘413上进行冷却处理。应该注意的是，冷却盘411此时是空闲的。当第一片晶圆进行冷却处理时，另一片已经进行了电镀和清洗处理的晶圆(第二片晶圆)被主框架传送机械手106传送到热处理腔104，被第二晶圆固持装置431接收并开始预热和加热处理。从而热处理腔104同时对两片晶圆进行热处理。当第一片晶圆的冷却处理结束后，第一晶圆固持装置433向上移动并将其送到一个传送区，前接口传送机械手102伸入并将晶圆传送出热处理腔104。此时冷却盘413闲置下来。第二片晶圆的加热处理完成后，第二晶圆固持装置431将其传送至冷却盘413上进行冷却处理。当第二片晶圆在进行冷却处理时，又一片晶圆(第三片晶圆)被传送到热处理腔104，被第一晶圆固持装置433接收并进行同样的处理(预热，加热，冷却处理)。上述在热处理腔104中进行的工艺是假定加热时间比冷却时间长时才可以进行。如果冷却时间比加热时间长的话，本工艺不同之处将是，当第一片晶圆在加热盘411上加热时，第二片晶圆不能立刻传送到热处理腔104中，直到第一片晶圆的剩余冷却时间比加热时间短。当一片晶圆的热处理工艺完成后，晶圆被前接口传送机械手102通过冷却单元窗口423传送出热处理腔104并被放置在晶圆盒192中，以待接下来的工艺步骤，比如化学机械抛光。

上述内容直接针对本发明的首选实施例，也可以设计不背离本发明基本涵盖范围的其它及进一步实施例。本发明涵盖范围由权利要求决定。

Claims (16)

1.一种具有三维堆叠结构的电沉积系统包含：

用于接收晶圆的工厂接口；

包含主框架传送机械手的主框架和多个置于主框架上方的用于在电镀工艺中固持晶圆的晶圆固持装置；

多个置于主框架上部的三维堆叠结构第一层的电镀单元；

多个置于主框架下部的三维堆叠结构第二层的清洗单元；

多个置于上述第一层或者第二层且和工厂接口相连的热处理腔；

至少一个气相预湿装置；

分别为电镀单元提供电镀液和为清洗单元提供处理液的流体分配系统；

为热处理腔提供气体混合物的气体传输系统；

其中，主框架传送机械手在工厂接口，晶圆固持装置，清洗单元，热处理单元以及传输盒之间传送晶圆。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电镀单元包含，电解液腔，其中包含多个将电解液腔隔离成多个独立区域的环状隔离墙，多个分别置于每个上述独立区域的环状电极，该电解液腔被一个气泡聚并装置分隔成用于接收阴极液的上部腔和用于接收阳极液的下部腔，该气泡聚并装置用于收集并移除电解液腔中生成的气泡。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述气泡聚并装置包含具有多个V形凹槽的锥形框架和附于锥形框架上的多孔膜。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述环状电极由多个电源分别控制。

5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电解液腔的上部腔具有多个电解液入口，用于将独立控制的电解液引入所述区域。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包含独立置于主框架上或集成在晶圆固持装置上的气相预湿装置，用于在电镀工艺前预湿晶圆前表面。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热处理腔包含：

至少一个用于加热晶圆的加热盘；

至少一个用于冷却晶圆的冷却盘；

至少两个用于接收和从加热盘向冷却盘传送晶圆的工件固持装置；

至少两个用于控制晶圆固持装置运动的制动器。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述热处理腔包含面向工厂接口的冷却窗口和面向主框架的加热窗口。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包含多个与工厂接口相连并置于热处理腔上方的晶圆盒，以便在工厂接口和主框架之间传送和存储晶圆。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述工厂接口包含：

多个用于放置晶圆的装载端口；

至少一个用于定位的晶圆定位器；

前接口机械手，用于从晶圆盒到晶圆定位器，或从晶圆定位器到传输盒，或从热处理腔到装载端口传送晶圆。

11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，清洗单元相应地置于电镀单元下方。

12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述清洗单元可以进行旋转清洗和边缘金属去除。

13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流体分配系统包含用于为电镀单元提供电镀液的主存储槽。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述主存储槽包含用于为上部腔提供阴极液的阴极液单元和用于为下部腔提供阳极液的阳极液单元。

15.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述流体分配系统包含化学品混合室，用于混合将被引入清洗单元来蚀刻晶圆边缘金属膜的化学品。

16.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述流体分配系统包含量测工具和给料系统，主存储槽连接到用于监测主存储槽中液体成分浓度的量测工具上，给料系统根据用户输入，量测工具输出的浓度信息，和主存储槽中电解液成分的期望浓度，提供电解液成分到主存储槽中。

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