CN106467978A - 在使用搅拌器几何形状和运动控制的电镀处理器中的适应性电场屏蔽 - Google Patents

Abstract

在电镀装置中，桨或搅拌器搅拌容器中的电解液以在晶片表面处提供高速的流体流动。另外，搅拌器被设计和/或移动以有选择地屏蔽晶片的一部分(例如晶片边缘)免受容器中的电场影响。有选择地屏蔽可通过将搅拌器的平均位置暂时地朝向晶片的一侧偏移，通过省略或缩短搅拌器中的狭缝，和/或通过将搅拌器的运动与晶片旋转同步来实现。

Description

在使用搅拌器几何形状和运动控制的电镀处理器中的适应性 电场屏蔽

技术领域

本发明涉及在使用搅拌器几何形状和运动控制的电镀处理器中的适应性电场屏蔽。

背景技术

用于晶片级封装(wafer level packaging；WLP)和其它应用的现有电镀处理器通常使用可替换的屏蔽(shield)和阳极电流调整以补偿工艺变化。工艺变化的实例包括电解质浴导电率(electrolyte bath conductivity)和化学成分(chemical make-up)的变化、不同的种晶薄层电阻(sheet resistance)值、和不同的晶片图案。屏蔽典型地是电介质材料环，所述电介质材料环被定尺寸和定位以在晶片的边缘周围提供适当水平的电场屏蔽。然而，必须手动改变屏蔽以补偿工艺变化，而妨碍了电镀处理器的操作。还可能难以决定将何屏蔽用于特定工艺条件，因此必须执行耗时的试误法实验(trial-and-errorexperiment)。还必须制造和盘存屏蔽套组以便所述屏蔽可根据需要而使用。因此，需要用于补偿电镀处理器中的工艺变化的改进技术。

发明内容

在一个方面中，电镀处理器包括：顶盖，所述顶盖具有用于保持晶片和与晶片电接触的晶片保持器，其中所述顶盖可移动以将晶片保持器定位在容器中；在所述容器中的至少一个阳极；在所述容器中的搅拌器；和附接于所述搅拌器的致动器，所述致动器用于在容器之内水平地移动搅拌器。搅拌器具有肋条和狭缝的阵列，且其中搅拌器的第一侧比搅拌器的第二侧具有更少的狭缝，和/或其中搅拌器的第一侧上的狭缝比搅拌器的第二侧上的狭缝更短。

在另一方面中，电镀方法包含：将晶片放置成为与容器中的液体电解质接触，传导电流通过液体电解质，和以有选择地屏蔽晶片的一部分的运动在晶片之下在电解液之中移动搅拌器。搅拌器可以交错运动移动以便在晶片的第一侧上的搅拌器的时间平均存在大于在晶片的第二侧上的搅拌器的时间平均存在。晶片在有或者没有随着搅拌器的运动的所述晶片的同步旋转的情况下选择性地旋转。所述方法可使用具有如上所述的狭缝的搅拌器。

附图简述

在附图中，相同参考数字指示每一视图中的相同元件。

图1是电镀装置的顶部透视图。

图2是为了说明的目的，去除顶盖的图1的装置的顶部透视图。

图3是图1的装置的剖视图。

图4是图1至图3的装置中所示的搅拌器的顶部透视图。

图5是在晶片之下定中心的搅拌器的俯视图。

图6是偏移离开晶片的第一侧EE达第一尺寸的图5的搅拌器的俯视图。

图7是目前偏移离开晶片的第一侧EE达第二尺寸的图5的搅拌器的俯视图。

图8是具有在一侧去除狭缝的修改的搅拌器的模型。

图9A是具有在一侧上被缩短以提供电场屏蔽的狭缝的修改的搅拌器的模型。

图9B是具有凹槽的屏蔽的图。

具体实施方式

如图1至图3中所示，用于电镀晶片30的处理器10包括：顶盖14，顶盖14支撑在顶盖升降器16上；和容器24。可包括隔膜40以将容器24分隔成下腔室44和上腔室42；下腔室44包含一个或多个阳极28，和在隔膜40之下的第一液体电解质或阳极电解液；所述上腔室42包含第二液体电解质或阴极电解液。或者，对于具有保持单个电解液的单个腔室的容器24，可省略隔膜40。参照图3，可主要地在容器24中提供由电介质材料制成的电场成形元件46以支撑隔膜40，并分配阴极电解液的流动。在图3中所示的典型设计中，如上文所论述，作为必须被改变以补偿工艺变化的屏蔽类型的实例，可提供阳极屏蔽45、腔室屏蔽47，和堰部屏蔽(weir shield)34。

仍参照图3，顶盖14上的接触环26保持晶片30并且具有用于与导电层电接触的多个接触指，所述导电层诸如晶片30上的金属种晶层。接触环26可选择性地具有用于将接触指密封免受电解液影响的密封件。典型地，接触环具有密封件和背板，其中接触环和背板形成晶片保持器。顶盖14可包括转子36，用于在处理期间利用在转子上的接触环26旋转晶片30。顶盖14可移动以将晶片保持器定位至容器中的处理位置中，其中种晶层与容器中的电解液接触。

现在还参照图4，典型的桨或搅拌器18相邻于晶片30位于容器24之内的固定的垂直位置处。搅拌器18通常是电介质材料的圆板，具有由狭缝62间隔开的多个平行肋条或叶片60。致动器32在容器24之内，在平行于晶片的平面中水平地移动搅拌器18以搅拌电解液。搅拌器18和致动器32可被支撑在附着于容器24的底板20上。晶片可以是旋转或者固定的。狭缝允许离子电流通过搅拌器18。

肋条和狭缝可彼此平行，且可以阵列等距地间隔开。搅拌器可以是圆形或平坦的电介质材料，具有7mm至30mm的厚度或肋条高度。搅拌器可围绕平行于肋条的中心线对称，其中搅拌器的左侧是右侧的镜像，除了上文论述的修改之外。

在本适应性屏蔽装置和方法中，搅拌器本身被用作电场屏蔽，且可避免使用和/或手动改变屏蔽(诸如屏蔽45、47和/或34)的需要。在典型操作中，搅拌器18可以(6Hz至10Hz)的振荡，和以约1/2至1倍的搅拌器叶片间距的冲程移动。可使用次级低频振荡以偏移叶片反向点而避免在晶片上压印电场或者质量传递标记(即，固定晶片上为条状，和旋转晶片上为环状)。次级振荡被称为交错运动。交错运动轨迹可大约等于叶片间距。

典型地，搅拌器/搅拌器冲程是叶片间距的1/2且交错轨迹等于叶片间距。在此情况下，总运动轨迹大约是叶片间距的1.5倍，并且运动轨迹在晶片之下定中心。然而，在本设计中，搅拌器设计和运动轮廓被选择以建立可调整的晶片边缘屏蔽。

可用以下方式提供适应性屏蔽。

实例1.

参照图5至图7，可通过将搅拌器运动的中心点偏移离开晶片中心来提供适应性屏蔽。这导致当晶片30旋转经过此区域时，晶片30的一个端部EE选择性屏蔽。由于晶片旋转的平均化提供了均匀水平的边缘屏蔽。偏心偏移距离可用于控制边缘屏蔽量。如果没有使用晶片旋转或晶片旋转限于小的角度值以便边缘屏蔽集中于晶片的特定区域中，那么可实现非对称的屏蔽效果。

实例2.

也可使用更大的交错运动轨迹以在晶片的两侧上产生周期性边缘屏蔽。使用此方法，可通过调整交错运动距离获得各种程度的边缘屏蔽。

实例3.

另一种技术是阻断搅拌器18的外部狭缝62的所选部分。此方法实现了在搅拌器的一侧或两侧上的晶片边缘屏蔽，而无需运动中心点的较大偏移。图8示出了其中去除搅拌器中的最左边两个狭缝，以便搅拌器的左端具有实心新月形形状区域55，以经由图8中建模的搅拌器提供屏蔽效应的计算模型。图8中的模型使用沿着晶片周长具有大的(15平方毫米)晶粒和没有部分晶粒的晶片图案。这种晶片图案类型沿着晶片边缘产生大的非图案化区域，此举呈现了显著的边缘屏蔽挑战。图8示出了在固定晶片上界定了弦线57的此搅拌器屏蔽方法，在所述弦线之上在新月形区域55中存在显著的屏蔽。

实例4.

也可通过调整搅拌器的分离的狭缝长度和搅拌器的运动以产生各种程度的边缘屏蔽来提供适应性屏蔽。图9A示出了其中狭缝3至狭缝8(在中心或中心附近处从狭缝1向外计数)制造得较短，其中缩短量从中心朝向边缘增加的实例。可通过将晶片旋转速率与搅拌器交错运动同步来实现侧对侧屏蔽变化(例如，对于两个旋转，2倍交错运动＝40mm，交错频率＝0.17Hz，且晶片旋转速率＝10.36rpm)。狭缝长度调整可相对于搅拌器中心线对称或非对称，或对称和非对称调整两者的组合。

可利用对于围绕垂直于狭缝长度的线对称的给定狭缝的长度调整，仅对搅拌器的一半执行狭缝长度修改。不同于其中屏蔽形状是由弦线界定的图8中所示的屏蔽方法，狭缝长度调整可导致沿着晶片边缘的更广的屏蔽分布。

实例5.

局部屏蔽也可通过将搅拌器运动与晶片旋转同步来实现。此方法可用于屏蔽晶片上的局部区域，诸如光致抗蚀剂覆盖的凹槽/划线区域。此方法的另一实例可用于在无“假突出部”的情况下的图案化晶片。在此情况下，正方形或矩形晶粒在不允许局部晶粒的情况下在圆形晶片之内适合。这造成不规则的开放区域图案，其中晶粒沿着平行于晶粒边缘的方向，例如以0度、90度、180度和270度，更接近于晶片边缘延伸。

相反地，最高未图案化区域发生在45度、135度、225度和315度处。此情况提供了将晶片的未图案化区域与由搅拌器运动提供的最高屏蔽对准的机会。例如，如果最高屏蔽是在搅拌器的一端处，因为搅拌器的运动中心远离晶片中心偏移，那么晶片可被定向以便45度、135度、225度或315度的区域与搅拌器的高屏蔽端对准。

晶片不必被连续地旋转。更确切而言，晶片可被周期性地计时90度，以便45度、135度、225度和315度的区域优先地在搅拌器的高屏蔽端共享时间。为了将晶片的最高未图案化区域与由搅拌器运动和几何形状提供的最高屏蔽条件对准的目的，其它旋转/搅拌同步也是可能的。

实例6.

在搅拌器之下的固定屏蔽50可用不连续的凹槽开口52构造，如图9B中所示。当搅拌器狭缝开口与这些凹槽对准时，没有额外的屏蔽。相反，当搅拌器狭缝开口未与不连续的凹槽开口对准时，可提供额外的边缘屏蔽。搅拌器运动轮廓可用于通过控制搅拌器狭缝与固定屏蔽凹槽开口对准或未对准的时间来控制边缘屏蔽量。

作为分离凹槽开口的替代，一个或所有屏蔽45、47和34可用具有沿着外部周边的分离孔洞的扩散板替换。搅拌器狭缝开口可类似地与扩散器孔洞对准或不对准以改变边缘屏蔽的量。上文所列的实例可被组合以获得不同形式的适应性边缘屏蔽。诸如上文实例1和实例2的一些方法可能需要较大的运动轨迹，但是提供以下优点，即如果使用典型地运动轮廓，那么可能“关闭”屏蔽。上文实例3的方法可引入无法被“关闭”的屏蔽效应，但是如果此屏蔽替代了现有屏蔽(诸如腔室屏蔽)的效果，那么此举可以是可接受的。

这些实例说明了两种不同的实施方法：

(A.)搅拌器的适应性屏蔽用于增加具有在容器中就位的传统屏蔽(诸如屏蔽45、47和34)的处理器。例如，腔室屏蔽被选择用于具有“假突出部”的晶片图案。典型的搅拌器运动轮廓是用于这些‘基线’晶片类型。对于需要更多边缘屏蔽的无“假突出部”的晶片图案，搅拌器运动轮廓被修改以建立所期望水平的边缘屏蔽。

(B.)搅拌器的适应性屏蔽是用于取代一个或多个所述屏蔽。在此情况下，搅拌器几何形状和运动可用于实现所期望水平的边缘屏蔽。在此情况下，处理器在容器中可以不具有屏蔽。

本发明在一个实施例中可以特征化为电镀处理器，所述电镀处理器包含：顶盖，所述顶盖具有用于保持晶片且与晶片电接触的晶片保持器，其中所述顶盖可移动以将晶片保持器定位在保持电解液的容器中；和在所述容器中的至少一个阳极。容器中的搅拌器具有肋条和狭缝的阵列，其中搅拌器的第一侧比搅拌器的第二侧具有更少的狭缝。致动器被附接于搅拌器以便在容器之内水平地移动搅拌器。

在另一个实施例中，本发明以具有顶盖的电镀处理器为特征，所述顶盖具有用于保持晶片且与晶片电接触的晶片保持器。顶盖可移动以将晶片保持器定位在容器中，所述容器在所述容器中具有至少一个阳极。容器中的搅拌器具有肋条和狭缝的图案，其中搅拌器的第一侧上的狭缝比搅拌器的第二侧上的狭缝更短。致动器被附接于搅拌器以便在容器之内水平地移动搅拌器。

电镀方法包括将晶片放置成为与容器中的液体电解质接触，和传导电流通过液体电解质。搅拌器以有选择地屏蔽晶片的一部分的运动在晶片之下移动。搅拌器可具有交错运动，以便在晶片的第一侧上的搅拌器的时间平均存在大于在晶片的第二侧上的搅拌器的时间平均存在。所述方法选择性地进一步包括旋转晶片。如果使用，所述旋转可与搅拌器的运动同步。

有选择地屏蔽意指屏蔽晶片的一个区域比晶片的其它区域更多。有选择地屏蔽可通过将搅拌器的平均位置暂时地朝向晶片的一侧偏移，通过省略或缩短搅拌器中的狭缝，和/或通过将搅拌器的运动与晶片旋转同步来实现。

Claims (8)

1.一种电镀处理器，所述电镀处理器包含：

容器；

顶盖，所述顶盖具有用于保持晶片且与晶片电接触的晶片保持器，其中所述顶盖为可移动的以将所述晶片保持器保持在所述容器中；

在所述容器中的至少一个阳极；

在所述容器中的搅拌器；和附着于所述搅拌器的致动器，用于在所述容器之内水平地移动所述搅拌器；

其中所述搅拌器具有肋条和狭缝的阵列；且其中所述搅拌器的第一侧比所述搅拌器的第二侧具有更少的狭缝；和/或其中所述搅拌器的所述第一侧上的所述狭缝比所述搅拌器的所述第二侧上的所述狭缝更短。

2.一种用于电镀处理器中的搅拌器，所述电镀处理器具有：顶盖，所述顶盖具有用于保持晶片和与晶片电接触的晶片保持器，其中所述顶盖为可移动的以将所述晶片保持器在含有电解液的容器中定位；和在所述容器中的至少一个阳极；和附接于所述搅拌器的致动器，用于在所述容器之内水平地移动所述搅拌器，所述搅拌器具有以下特征：

所述搅拌器具有肋条和狭缝的阵列；且其中所述搅拌器的第一侧比所述搅拌器的第二侧具有更少的狭缝；和/或其中所述搅拌器的所述第一侧上的所述狭缝比所述搅拌器的所述第二侧上的所述狭缝更短。

3.一种电镀方法，所述电镀方法包含：

将晶片放置成为与容器中的液体电解质接触；

传导电流通过所述液体电解质；

以有选择地屏蔽所述晶片的一部分的运动在所述晶片之下移动搅拌器。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述搅拌器具有交错运动，以便在所述晶片的第一侧上的所述搅拌器的时间平均存在大于在所述晶片的第二侧上的所述搅拌器的时间平均存在。

5.如权利要求3所述的方法，进一步包括：旋转所述晶片。

6.如权利要求3所述的方法，进一步包括：将所述晶片的旋转与所述搅拌器的运动同步。

7.如权利要求3所述的方法，其中所述搅拌器具有肋条和狭缝的阵列，且其中所述搅拌器的第一侧比所述搅拌器的第二侧具有更少的狭缝。

8.如权利要求3所述的方法，其中所述搅拌器具有肋条和狭缝的阵列，且其中所述搅拌器的所述第一侧上的所述狭缝比所述搅拌器的所述第二侧上的所述狭缝更短。