CN114921834A - 电化学电镀装置及其方法 - Google Patents

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侯国隆
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Abstract

一种电化学电镀装置及其方法，其中用于在晶圆上执行边缘斜角清除制程的电化学电镀装置，包括单元室。单元室包括相邻于晶圆边缘的两个或多个喷嘴。流量调节器随两个或多个喷嘴中的每一个设置，其配置为调节通过两个或多个喷嘴中的每一个流出的沉积膜的孔带宽度。电化学电镀装置还包括用于控制流量调节器的控制器，以便沉积膜的孔带宽度具有预定的表面轮廓。这两个或多个喷嘴设置于晶圆上方径向或角度不同的分配位置。

Description

电化学电镀装置及其方法
技术领域
本揭露为关于一种电镀装置及其方法，特别是关于一种用于电化学电镀的电镀装置及其方法。
背景技术
电化学电镀(ECP)是一种常见的制程，它将一种金属的薄层涂到另一种金属上。电化学电镀广泛应用于电子工业中，用于沉积印刷电路板、连接器和半导体互连所用的导电金属。
在ECP制程中，电镀单元(如容器)用于提供电镀溶液，且金属电解液沉积在晶圆上。在晶圆电镀制程中，晶圆表面沉积金属层的品质和均匀性是一个重要的问题。在ECP制程中，需要均匀、无缺陷的金属膜，因为沉积金属膜上的缺陷(如凹坑、突起或颗粒)会降低晶圆性能，并经常导致产率降低。
需要改进制程，使晶圆在电镀表面以水准平行的方式接触电镀溶液，以保持电化学电镀的均匀可靠性，从而实现无缺陷电镀。获得均匀的沉积品质，没有任何气泡和/或在电化学电镀过程中处理溶液副产品是理想的。
发明内容
根据本揭露的态样，一种电化学电镀装置，包括晶圆支架以及两个或多个喷嘴。晶圆支架配置为在形成的导电层之上支撑晶圆，并旋转晶圆。两个或多个喷嘴配置为喷射边缘斜角清除溶液以移除一部分的导电层。其中，这两个或多个喷嘴的第一喷嘴及第二喷嘴配置为以彼此不同的入射角将边缘斜角清除溶液喷射到位于彼此不同的晶片的边缘区域的接触点。
根据本揭露的另一种态样，一种电化学电镀方法，包含提供两个或多个喷嘴，相邻于形成薄膜的晶圆的边缘。首先冲洗薄膜的表面。通过这两个或多个喷嘴的第一喷嘴喷射边缘斜角清除溶液，以去除相邻于晶圆的边缘的薄膜的第一部分。通过这两个或多个喷嘴的第二喷嘴喷射边缘斜角清除溶液，以去除相邻于晶圆的边缘的薄膜的第二部分。以及，二次冲洗薄膜的表面。其中，来自第一喷嘴的边缘斜角清除溶液的第一入射角不同于来自第二喷嘴的边缘斜角清除溶液的第二入射角。
根据本揭露的另一种态样，一种电化学电镀装置，包含晶圆以及孔带宽度控制组件。晶圆包含镀膜。孔带宽度控制组件包含流量调节器，其相连于相邻于晶圆的边缘的两个或多个喷嘴。其中孔带宽度控制组件配置为调整镀膜的孔带宽度。
附图说明
以下将结合附图阅读，根据以下详细描述可以最好地理解本揭露的各方面。应理解，根据行业中的惯例，各种特征未按比例绘制。实际上，为了清楚起见，各种特征的尺寸可以任意地增加或减小。
图1所示为电化学电镀系统的示意图；
图2A所示为根据本揭露一些实施方式的电化学电镀装置包含基板的示意图；
图2B所示为包含了图2A的电化学电镀装置的处理系统的示意图；
图3所示为根据本揭露一些实施方式的包含孔带宽度的简化边缘斜角清除制程的示意图；
图4A所示为根据本揭露一实施方式的边缘斜角清除单元的示意图；
图4B所示为根据本揭露一实施方式的边缘斜角清除单元的两个或多个喷嘴的等角视图；
图5A、图5B、图5C、图5D及图5E所示为边缘斜角清除制程在清除晶圆边缘上不需要的电镀部分的示意图；
图6所示为根据本揭露一实施方式的两个或多个喷嘴调整电镀金属膜的孔带宽度及边缘轮廓的示意图；
图7所示为根据本揭露一实施方式的边缘斜角单元包含孔带宽度控制组件的示意图；
图8所示为根据本揭露一实施方式的通过控制器控制边缘斜角清除单元的方法流程图；
图9A及图9B绘示了根据本揭露一些实施方式的控制器。
【符号说明】
10:制程容器或槽
12:晶圆
14:阳极
16:电源
18:固定装置
20:第三电极
30:电化学电镀装置
31:电镀溶液
32:基板支架
34:锥体
36:杯体
38:基板
40:可旋转主轴
42:电镀槽
44:泵浦
46:箭头
48:凸缘
50:孔洞
52:箭头
54:箭头
55:再回流管线
56:溢流槽
58:箭头
60:直流电源
62:阳极
63:曲线箭头
107:进入口
109:第一泵浦
111:过滤器
117:第一分析单元
119:第二分析单元
120:补充系统
121:监测系统
125:旁路管线
127:第一阀门
129:冷却器
131:测量单元
151:第三分析单元
153:强度单元
155:频谱分析仪
200:旋转机构
210:线性运动机构
210:负输出引线
212:正输出引线
220-1:第一入射角
220-2:第二入射角
400:处理系统
500:控制器
501:流量调节器
502:视觉/监控摄像机
850:电镀部分
850’:电镀部分
855:孔带部分
991:孔带宽度
997:边缘轮廓
999:边缘
1000:边缘斜角清除系统
1003:清洗溶液入口
1009:EBR溶液
1032:基板支架
1033:镀金属膜
1036:晶圆卡盘
1038:基板
1042:边缘斜角清除单元
1120:两个或多个喷嘴
1131:第一喷嘴
1132:第二喷嘴
1133:第三喷嘴
1134:
1209:泵浦
1231:管线
1233:控制阀
1294:排水口
1296:回收槽
1297:第三入射角
1298:第二入射角
1298:再回流管线
1299:第一入射角
1500:自动EBR操作
2000:计算机系统
2001:计算机
2002:键盘
2003:鼠标
2004:显示器
2005:光盘驱动器
2006:磁盘机
2011:微处理单元
2012:ROM
2013:随机存取记忆体
2014:硬盘
2015:总线
2021:光盘
2022:磁盘片
A1:圆柱形中心轴
d1:第一长度
d2:第二长度
p1:入射点
p2:入射点
S1010-S1070:步骤
具体实施方式
以下公开提供了用于实现所提供主题的不同特征的许多不同实施例或示例。以下描述原件、数值、操作、材料、配置等类似物的特定示例以简化本揭露。当然，这些仅仅是示例，而无意于进行限制。其他原件、数值、操作、材料、配置等类似物亦须考虑。例如，在下面的描述中，在第二特征上方形成第一特征可以包括其中第一特征和第二特征以直接接触形成的实施例，并且还可以包括其中可以在第一特征和第二特征之间形成附加特征，使得第一特征和第二特征不直接接触的实施例。另外，本揭露可以在各个示例中重复参考数字和/或文字。此重复本身并不指示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关为。
此外，为了便于描述，本揭露中可以使用诸如“在...下面”、“在...下方”、“低于”、“在...上面”、“高于”等在空间上相对的术语来描述一个元件或特征与如图所示的另一个或多个元件或特征。除了在图中描述的方位之外，空间相对术语还意图涵盖装置在使用或操作中的不同方位。此装置可以以其他方式定向(旋转90度或以其他方向)，并且在此使用的空间相对描述语可以同样地被相应地解释。另外，术语“由…制成”可表示“包含…”或“具有…”。
半导体装置的制造通常需要在半导体晶圆上形成导电体。例如，晶圆上的导电引线通常是通过电化学电镀(沉积)一种导电材料来形成，如铜，以在晶圆上形成所需的形状。电化学电镀涉及与晶圆表面进行电接触，导电层将在晶圆表面上沉积。然后电流会经过在阳极和晶片电镀表面之间的电镀溶液(即含有被沉积元素离子的溶液，例如含有Cu2+的溶液)，而晶圆的电镀表面作为阴极。这在晶圆电镀表面上引起电化学反应，导致导电层的沉积。
图1所示为电化学电镀系统的示意图。电化学电镀系统包括一个制程容器或槽10，此容器或槽10装有适当的电镀溶液或液体。晶圆12作为阴极，从阳极14获得的材料沉积在其上(例如，Cu)，这些材料被放置在制程容器或槽10中。在一些实施方式中，第三电极20设置于容器或槽10之下，但靠近电镀槽。电源16耦合到具有电极20以及固定装置18的开放电路上，以便对晶圆12施加静电荷。在某些情况下，固定装置18配置为支撑和旋转晶圆12。
图2A所示为根据本揭露一些实施方式的电化学电镀装置30包含基板38的示意图。该电化学电镀装置30包括安装在可旋转主轴40上的基板支架32，可旋转主轴40可旋转基板支架32。基板支架32包括锥体34、杯体36、凸缘48以及孔洞50。在电化学电镀过程开始之前，基板38安装于杯体36中。接着，将基板支架32和基板38置于电镀槽42中，电镀槽42作为电镀溶液31(例如硫酸铜(CuSO4)溶液)的容器。如箭头46所示，电镀溶液31由泵浦44持续提供给电镀槽42。电镀溶液31向上流向基板38，然后径向向外流过基板38，然后流过箭头52所示的孔洞50。通过将电镀溶液31指向基板38(例如，指向基板38的中心)，留存在基板38上的任何气泡都会通过孔洞50除去。在一些实施方式中，如箭头54所示，电镀溶液31从电镀槽42溢出到溢流槽56。然后将电镀溶液31过滤并返回到箭头58所示的泵浦44中，并完成电镀溶液31的回流。
电镀溶液31可包括铜盐、酸、水和各种提高铜沉积效果的有机和无机添加剂的混合物。适用于电镀溶液31的铜盐包括硫酸铜、氰化铜、氨基磺酸铜、氯化铜、甲酸铜、氟化铜、硝酸铜、氧化铜、氟硼酸铜、三氟乙酸铜、焦磷酸铜、甲烷磺酸铜或上述任何化合物的水合物。在电镀溶液31中使用的铜盐的浓度会根据所使用的铜盐的不同而有所不同。
可用于电镀溶液31中的各种酸，包括:硫酸、甲磺酸、氟硼酸、盐酸、氢碘酸、硝酸、磷酸等适用的酸。使用的酸的浓度将根据在电镀溶液31中使用的特定酸而不同。
铜的电镀溶液31的添加剂包括光亮剂、抑制剂和整平剂。光亮剂是一种有机分子，通过降低铜沉积的表面粗糙度和颗粒大小变化来提高沉积床的单向反射性(或反射率)。适合的光亮剂包括，例如，有机硫化物化合物，如双(磺基丙基钠)-二硫、3-巯基-1-丙磺酸钠盐、n-二甲基二硫代氨基甲酰基丙磺酸钠盐和3-s-异硫脲基丙磺酸钠，或上述任何化合物的混合物。抑制剂是吸附在基板表面的大分子沉积抑制剂，可以降低局部沉积速率，从而增加沉积均匀性。整平剂含有含氮官能基团的成分，可以以相对较低的浓度添加到电镀溶液31中。整平涉及到强电流抑制物种朝向物体的角落或边缘的扩散或迁移，否则由于电场和溶液传质效应，它们会比预期的更迅速地电镀。整平剂可从下列药剂中选择:聚醚表面活性剂、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、嵌段共聚物表面活性剂、聚乙二醇表面活性剂、聚丙烯酸、多胺、氨基羧酸、羟基羧酸、柠檬酸、恩丙醇、乙二酸、酒石酸、季铵盐多胺、聚丙烯酰胺、交联聚酰胺、吩嗪偶氮染料、烷氧基胺表面活性剂、聚合物吡啶衍生物、聚乙烯亚胺、聚乙烯亚胺乙醇、咪唑啉和环氧氯丙烷的聚合物，以及苄基多胺聚合物。
将基板38和阳极62都浸入含有一种或多种溶解金属盐以及其他允许电流流动的离子的电镀溶液31(如CuSO4溶液)中。基板38作为阴极，阳极62的材料沉积在其上。直流电源60具有负输出引线210，其通过一个或多个滑环、电刷和触点电性连接至基板38(图中未显示)。直流电源60的正输出引线212电性连接至阳极62。在使用过程中，直流电源60使基板38具有相对于阳极62的负电位，从而使电流从阳极62流向基板38。正如在这里使用的，电流流动的方向与净正离子通量相同，而与净电子通量相反。这在基板38上引起电化学反应(如Cu2++2e-＝Cu)，导致导电层(如铜)沉积在基板38上。在电镀周期中，通过溶解由金属化合物(如Cu＝Cu2++2e-)组成的阳极62来补充电镀溶液31的离子浓度。
图2B是与图2A中的电化学电镀装置30一起使用的处理系统400的示意图，该系统在一些实施方式中使基板38与电镀溶液31接触。参照图2B，并继续参照图2A，在电镀槽42中放置电镀溶液31，将基板38浸入电镀溶液31中。因此，电镀槽42的尺寸至少部分基于将被加工的基板38的尺寸。
电镀溶液31的回流将电镀溶液31混合，并帮助补充靠近基板38表面的电镀溶液31。为了维持电镀槽42内的回流(如曲线箭头63所示)，电镀槽42可另外设置一个溢流槽56。溢流槽56配置为在电镀溶液31进入电镀槽42后接收电镀溶液31(例如通过在电镀槽42底部的进入口107)，并且电镀溶液31在进入溢流槽56之前已通过电镀槽42回流。因此，溢流槽56可以是位于电镀槽42顶部附近的堰，使电镀溶液31可以进入电镀槽42的底部，在电镀槽42周围回流，并通过电镀槽42向上流动，然后流过电镀槽42的一侧并进入溢流槽56。
溢流槽56与再回流管线55相连。再回流管线55自溢流槽56接收电镀溶液31，并将溢流槽56中的电镀溶液31再回流至电镀槽42。再回流管线55有第一泵浦109，用于将电镀溶液31通过进入口107流回电镀槽42。第一泵浦109还有助于在电镀槽42内混合电镀溶液31。
再回流管线55还可包括过滤器111。由于电镀溶液31在处理系统400内回流，过滤器111用于去除电镀溶液31中的微粒和其他杂质。这些杂质可能包括硅酸盐、聚集的表面活性剂、电镀溶液31的油滴副产品，以及在处理反应过程中可能形成的其他颗粒或其他存在于电镀溶液31中的颗粒。过滤器111的大小可能至少取决于硅酸盐、聚集的表面活性剂和油滴副产物杂质的大小。
再回流管线55、第一泵浦109和过滤器111提供了电镀溶液31到电镀槽42所需的再回流速率。这个再回流速率可以用来确保电镀溶液31的适当混合，从而使电镀溶液31内不同位置的浓度变化(由化学反应引起的)保持在最小。
随着这一过程的继续，电镀溶液31中的反应物(如强碱、表面活性剂和氧化剂)将发生反应，它们的浓度会降低，而反应的副产物(如硅酸盐)的浓度会增加。从而改变不同的反应速率，并在控制过程中引入不必要的复杂性。为了减少这种减少的影响，利用了一个补充系统120来监测各组分的浓度，并在必要时补充电镀溶液31内的各组分，以便更好地控制电镀溶液31的流程。在一实施方式中，补充系统120包括监测系统121和控制器500。
监测系统121与再回流管线55相连，旁路管线125连接于第一泵浦109和过滤器111之间。为了获得电镀溶液31样品，在旁路管线125上安装第一阀门127，用于从再回流管线55上采样电镀溶液31的样品以进行分析。第一阀门127接收控制器500的信号，打开并定时取样。
位于第一阀门127下游的冷却器129，即具有冷却水等冷却介质的连续热流交换器，用于提供电镀溶液31样品的恒定温度。在一些实施方式中，冷却器129是一种主动冷却装置，例如，向电镀溶液31的样品提供所需冷却的制冷装置。可以在不偏离实施方式范围的情况下使用任何适当的系统和方法来降低电镀溶液31样品的温度并保持电镀溶液31样品的温度。
一旦电镀溶液31的样品被冷却到适当的温度，电镀溶液31的样品就可以通过测量单元131进行分析。测量单元131包括一个或多个分析单元，每个分析单元用于测量电镀溶液31的一个或多个组分。例如，第一分析单元117可以分析氧化剂的浓度，第二分析单元119可以分析表面活性剂的浓度，第三分析单元151可以分析强碱的浓度。
在一些实施方式中，用于测量电镀溶液31样品中的氧化剂浓度的第一分析单元117进一步包括多个测量单元，每个单独不同的测量单元测量氧化剂浓度的不同范围。例如，为了测量氧化剂的较高浓度，第一分析单元117包括强度单元153，强度单元153测量电镀溶液31样品的氧化还原电位(ORP)。在一些实施方式中，强度单元153是pH测量单元，用于测量电镀溶液31样品的pH值。强度单元153的类型(例如测量ORP或pH值)和任何其他合适的计量单位类型提供了所使用的电镀溶液31中的氧化剂的合适浓度，并且所提及的类型皆应包含于本实施方式的范围内。
此外，对于强度单元153在期望灵敏度水准以下的测量(例如，低于100ppm)，第一分析单元117还包括频谱分析仪155。在一些实施方式中，频谱分析仪155是一种光谱分析仪，其中电镀溶液31的样品被紫外线(UV)光、近红外(NIR)光或红外(IR)光照射，并分析由此产生的吸收光谱，以确定样品电镀溶液31中的氧化剂浓度。
在一些实施例中，频谱分析仪155测量电镀溶液31中其他组分的浓度。例如，频谱分析仪155测量反应副产品的浓度，如电镀溶液31中的硅酸盐。前述的分析方式或是适用于频谱分析仪155的任何其他分析也可用于提供有关电镀溶液31的信息。
在一些实施方式中，第二分析单元119测量电镀溶液31样品中表面活性剂的浓度。第二分析单元119是频谱分析仪，如光谱分析仪，其中电镀溶液31样本是通过，例如，紫外光(UV)照射，并对所产生的吸收光谱进行分析，以确定电镀溶液31样品内的表面活性剂浓度。在一些实施方式中，第二分析单元119是上文所述的相对于第一分析单元117的频谱分析仪155，尽管第二分析单元119可能具有单独的频谱分析仪。在一些实施方式中，任何合适的分析仪都可用于测量电镀溶液31样品中表面活性剂的浓度。
第三分析单元151测量电镀溶液31样品中强碱的浓度。在一些实施方式中，当强碱为KOH时，第三分析单元151是pH计，用于确定电镀溶液31中KOH的浓度。但是，任何其他合适的测量系统，如折射计，都可以用来测量电镀溶液31中强碱的浓度。
如图3所示，边缘斜角是在电镀制程中在晶圆边缘形成的一层电镀材料。晶圆边缘的额外金属膜可能导致电弧，引发缺陷，并在随后的制程(如蚀刻制程)或剥离电镀金属膜时降低器件成品率。被剥离的金属膜产生的不良金属颗粒会干扰进一步的处理步骤，因此作为电镀过程的一部分去除它是有益的。
举例来说，在铜镶嵌制程中，形成所需的导电痕迹/路线首先是以金属的薄物理气相沉积(PVD)，接着以较厚的电填充层通过电镀形成。PVD过程通常是溅射。为了最大限度地扩大晶圆的可用面积(有效表面区域)和最大限度地增加每个晶圆所生产的集成电路数量，电填充金属必须沉积在半导体晶圆的边缘。因此，有必要允许金属在晶圆的整个正面进行物理气相沉积。作为这个过程的副产品，PVD金属涂布了主动电路区域外的前沿区域。
由于各种原因，PVD金属残留在晶圆边缘上是不可取的。例如，晶圆边缘上的PVD金属不适合后续沉积，其容易脱落且易产生不良的金属颗粒。为了解决这些问题，电镀制程包括蚀刻不需要的残余金属层。边缘斜角去除(Edge bevel removal，EBR)需要较长的处理时间。为了实现生产能力的提高，人们非常希望减少所有非电镀过程时间，如EBR。当去除周围的斜角时，还应尽量减少晶圆主动区域的电填金属损失，以减少孔带宽度991。孔带宽度991是沉积金属的孔带部分的宽度(见图3)。
图4A所示为根据本揭露一实施方式的边缘斜角清除系统1000的示意图。边缘斜角清除系统1000包括单元室，单元室包括边缘斜角清除单元1042和安装在晶圆卡盘1036上的基板支架1032，晶圆卡盘1036可旋转基板支架1032。
在边缘斜角清除过程开始之前，将基板1038安装在晶圆卡盘1036上，接着在边缘斜角清除单元1042中通过晶圆卡盘1036旋转基板支架1032及基板1038。
基板1038是位于边缘斜角清除单元1042中，且朝向两个或多个喷嘴1120。在边缘斜角清除(EBR)制程中，基板1038围绕圆柱形中心轴A1旋转。在边缘斜角清除过程中，EBR溶液1009通过边缘斜角清除单元1042的清洗溶液入口1003流入两个或多个喷嘴1120。在一些实施方式中，EBR溶液1009被配置为从两个或多个喷嘴1120流出，然后自边缘斜角清除单元1042出来。
图4B所示为两个或多个喷嘴1120的等角视图。它们连接到边缘斜角清除单元1042的清洗溶液入口1003。如图4B所示，EBR溶液1009由边缘斜角清除单元1042的清洗溶液入口1003提供，并将EBR溶液1009射向基板1038。
如图5A、5B和5C所示，两个或多个喷嘴1120将EBR溶液1009喷射到不需要的镀金属膜1033的电镀部分850、850’上，而晶圆卡盘1036旋转基板1038。如图图5B和5C所示，基板1038的边缘999中不需要的电镀部分850、850’被EBR溶液1009和基板1038旋转产生的离心力去除。因此，由两个或多个喷嘴1120喷射的EBR溶液1009通过蚀刻镀金属膜1033的边缘，去除基板1038边缘999中不需要的电镀部分850、850’，形成一个孔带部分855。
在一些实施方式中，边缘斜角清除系统1000被配置为执行自动EBR操作1500来移除不需要的电镀部分850。在本实施方式中，自动EBR操作1500包括可配置的参数，包括一种或多种类型的液体、旋转速度、流量、压力、温度、喷嘴至晶片的边缘的距离，以及EBR 1009喷射方向与晶圆表面之间的第一入射角1299以及第二入射角1298。
如图5A、5B和5C所示，自动EBR操作1500中，基板1038与两个或多个喷嘴1120之间EBR溶液1009的第一入射角1299(如图5B所示)和第二入射角1298(如图5C所示)彼此不相同，并介于大约30°到80°之间。然而，两个或两个以上的喷嘴中任何适当数量的喷嘴和/或配置的角度皆是可以采用的，且不应用以限制本揭露。
如图5B和5C所示，在特定实施方式中，两个或多个喷嘴1120的第一喷嘴1131设置有EBR溶液1009的第一入射角1299介于约30度至约60度。并且，两个或多个喷嘴1120的第二喷嘴1132设置有EBR溶液1009的第二入射角1298介于约60°至约80°。在一些实施方式中，第一入射角1299小于第二入射角1298。在一些实施方式中，由两个或多个喷嘴1120喷射EBR溶液1009的顺序操作将产生协同结果。例如，第一喷嘴1131(外喷嘴)只除去外膜，而第二喷嘴1132(内喷嘴)除去内膜和外膜。因此，当去除镀金属膜1033中不需要的电镀部分850、850’时，最终的孔带宽度由第二喷嘴1132(内喷嘴)决定，从而增加了EBR制程的输送量。在不同实施方式中，当去除镀金属膜1033不需要的电镀部分850、850’时，由两个或多个喷嘴1120喷射EBR溶液1009的操作同时产生协同结果。
如图6所示，在一些实施方式中，由两个或多个喷嘴1120的第一喷嘴1131喷出的EBR溶液1009与由两个或多个喷嘴1120的第二喷嘴1132喷出的EBR溶液1009是相同的材料。在另一实施方式中，由两个或多个喷嘴1120中的第一喷嘴1131喷射的EBR溶液1009与由两个或多个喷嘴1120中的第二喷嘴1132喷射的EBR溶液1009是不同的材料。在一些实施方式中，两个或多个喷嘴1120的第三喷嘴1133(如图6所示)设置有EBR溶液1009的第三入射角1297，入射角约为80°至90°。在特定实施方式中，两个或多个喷嘴1120中的第三喷嘴1133设置有EBR溶液1009的第三入射角1297，其非约90°。在一些实施方式中，配置两个或多个喷嘴1120中的第三喷嘴1133(如图6所示)，用于清洗没有镀金属膜1033的晶圆边缘。通过使用第一、第二和第三喷嘴1131、1132和1133，设置边缘斜角清除系统1000，以生成所需的镀金属膜1033的边缘轮廓997。在一些实施方式中，第四喷嘴喷出的冲洗溶液与其他喷嘴喷出的EBR溶液不同。
在一些实施方式中，如图5B所示，EBR溶液1009从两个或多个喷嘴1120中去除的边缘斜角的第一长度d1及第二长度d2的范围约为0.1mm至约3mm之间。在一些实施方式中，如图5B所示，两个或多个喷嘴1120的第一喷嘴1131配置为喷射EBR溶液1009到晶圆表面的入射点p1，从而消除介于晶圆边缘以及入射点p1之间的边缘斜角的第一长度d1。在一些实施方式中，第一长度d1约为0.1mm至约2mm之间。如图5C所示，两个或多个喷嘴1120的第二喷嘴1132配置为喷射EBR溶液1009到晶圆表面的入射点p2，从而消除介于晶圆边缘与入射点p2之间的边缘斜角的第二长度d2。在一些实施方式中，第二长度d2约为1毫米至约3毫米。在一些实施方式中，第二长度d2大于第一长度d1。
在自动EBR操作1500过程中，两个或多个喷嘴1120以约0.2mL/sec到约0.3mL/sec的流速喷射EBR溶液1009。在一些实施方式中，两个或多个喷嘴1120以约0.23mL/sec的流速喷射EBR溶液1009。在一些实施方式中，EBR溶液1009包括用于铜层的硫酸(H2SO4)、过氧化氢(H2O2)或任何适当的蚀刻溶液。
在一些实施方式中，控制器500(见图6)用于控制镀金属膜1033的孔带宽度991和边缘轮廓997。控制器500配置为控制流量调节器501(见图6)，使沉积膜具有所需的镀金属膜1033的孔带宽度991和边缘轮廓997。
通过两个或多个喷嘴1120将镀金属膜1033的孔带宽度991和边缘轮廓997控制在所需范围内，可提高EBR溶液1009沉积膜的可靠性。因此，最好保持孔带宽度991和边缘轮廓997在可接受的范围内，以保持电化学电镀的可靠性。在本揭露所公开的一些实施方式中，控制器500控制边缘轮廓997的清除程序，以在镀金属膜1033上提供预定的孔带宽度991。
在一些实施方式中，设置了如图5D及图5E所示的可移动和可旋转的喷嘴。在EBR制程的第一步骤，第三喷嘴1133设置有第一入射角220-1和第一入射点。在一些实施方式中，第一入射角220-1介于约30°至约60°之间，并且EBR溶液1009的第一入射点设置在距晶圆边缘约0.1mm至2mm处。在第一步骤中去除部分电镀金属膜1033后，执行第二EBR制程。在第二EBR制程中，将第三喷嘴1133设置为具有第二入射角220-2和第二入射点。在一些实施方式中，第二入射角220-2大于第一入射角220-1。在一些实施方式中，第二入射角220-2介于约60°和约80°之间。在一些实施方式中，将第二入射点设置为离晶圆边缘较远的距离。在一些实施方式中，EBR溶液1009的第二入射点设置在距晶圆边缘约1mm至3mm的位置。在一些实施方式中，第三喷嘴1133包括旋转机构200和线性运动机构210，其中包括一个或多个电机、齿轮、皮带或任何其他机构，以调整第三喷嘴1133的角度和位置。在一些实施方式中，设置视觉/监控摄像机502以沿晶圆厚度的轴获取横断面图像，并确定所述沉积薄膜的抽头宽度。
图7所示为根据本揭露一实施方式的边缘斜角清除系统1000的示意图。如图7所示，在一些实施方式中，两个或多个喷嘴1120中的每一个皆通过管线1231耦合于控制阀1233以及泵浦1209，以达到镀金属膜的预定孔带宽度991，并且清除不必要的电镀部分850(显示于图5A)。在一些实施方式中，通过再回流管线1298，流经流量调节器501的EBR溶液1009可进行再回流。在一些实施方式中，EBR溶液1009存储在回收槽1296中，并返回到边缘斜角清除单元1042。在一些实施方式中，EBR溶液1009在EBR制程中使用后被定向到排水口1294。
图8所示为根据本揭露一实施方式的通过电化学电镀装置的控制器控制边缘斜角清除系统1000的方法流程图。该方法包括，在步骤S1010，提供位于晶圆边缘附近的两个或多个喷嘴，以及设置有两个或多个喷嘴的流量调节器。然后，在步骤S1020，冲洗晶圆的电镀表面。在一些实施方式中，冲洗前和冲洗后通过第二喷嘴冲洗晶圆表面，第二喷嘴不同于配置为去除沉积膜不需要的电镀部分850(如图5A所示)的第一喷嘴。在一些实施方式中，两个或多个喷嘴通过第四喷嘴进一步喷出冲洗溶液(如图6所示)，这不同于两个或多个喷嘴喷出EBR溶液。在一些实施方式中，冲洗溶液为H2O，用于清洗晶圆片表面。在步骤S1030，冲洗溶液通过第一喷嘴喷射，以除去靠近晶圆边缘的沉积膜不需要的电镀部分。在S1040，清洗溶液通过两个或多个喷嘴的第二喷嘴喷射，以使沉积膜具有孔带宽度。然后，该方法包括在步骤S1050中，测量沉积膜的孔带宽度。在一些实施方式中，视觉/监控摄像机(如图6所示)配置为沿晶圆厚度的轴线获取横截面图像，并计算沉积薄膜的孔带宽度。但是，对于视觉/监控摄像机拍摄的图像，任何适当的图像解析度及/或配置都是可采用的，并且不应用以限制本揭露。
在步骤S1060中，控制器用以测定沉积薄膜的孔带宽度是否在可接受的长度范围内。当确定所测沉积膜的孔带宽度不在可接受的长度范围内时，该方法通过两个或多个喷嘴重复喷出冲洗溶液，直到沉积膜的孔带宽度在可接受的长度范围内。当测量的沉积膜孔带宽度在可接受范围内时，在步骤S1070中，该方法通过冲洗晶圆的电镀表面来完成边缘斜角清除制程。
图9A及图9B绘示了根据本揭露一些实施方式的控制器500的配置。在一些实施方式中，使用计算机系统2000作为控制器500。在一些实施方式中，计算机系统2000执行上述控制器的功能。
图9A是计算机系统的示意图。上述实施方式中全部或部分的制程、方法及/或操作皆可以使用计算机硬件及在其上执行的计算机程序来实现。在图9A中，计算机系统2000具有计算机2001，包括光盘只读记忆体(例如CD-ROM或DVD-ROM)的光盘驱动器2005和磁盘机2006、键盘2002、鼠标2003以及显示器2004。
图9B所示为计算机系统2000的内部配置图。在图9B中，计算机2001除光盘驱动器2005和磁盘机2006外，还设有两个或多个处理器，如微处理单元(MPU)2011和ROM 2012，其中存储有启动程序等程序；连接到微处理单元2011的随机存取记忆体(RAM)2013，其中应用程序的命令是暂时存储并且提供一个临时的存储区域；硬盘2014，其中存有应用程序、系统程序及数据存储；以及总线2015，其连接微处理器2011、ROM 2012等等。需注意的是，计算机2001可能包括网络卡(未显示)，用于提供到区域网络的连接。
在前述实施方式中，使计算机系统2000执行控制装置的功能所用的程序，可存储在光盘2021或磁盘片2022中，它们是插在光盘驱动器2005或磁盘机2006中，并传输至硬盘2014。或者，该程序可以通过网络(未显示)传输到计算机2001，并存储在硬盘2014中。在执行时，程序被载入到随机存取记忆体2013中。该程序可能从光盘2021或磁盘片2022载入，或直接从网络下载。例如，该程序不一定必须包括操作系统(OS)或第三方程式，以使计算机2001执行上述实施方式中控制器500的功能。程序可以只包含一个命令部分，以在受控模式下调用适当的函数(模块)并获得所需的结果。
在各种实施方式中，在单元腔室中提供两个或多个流量调节器，以除去位于基板边缘的不需要的电镀部分，从而提供所需的孔带宽度。这样的孔带宽度可以防止晶圆上的电化学电镀不均匀，从而提高了晶圆的产量，增加了化学制程系统的输送量，并降低了半导体制造产线的维护成本。
本揭露的实施方式是一个装置。该装置包括一个晶圆支架和两个或多个喷嘴。晶圆支架配置为支撑形成有导电层的晶圆，并旋转晶圆。两个或多个喷嘴配置为射出边缘斜角清除(EBR)溶液，以去除导电层的一部分。两个或多个喷嘴的第一喷嘴和第二喷嘴配置为以彼此不同的入射角将所述EBR溶液喷射到位于彼此不同的晶片边缘区域的接触点。
在一些实施方式中，第一喷嘴配置为在入射点射出EBR溶液，第二喷嘴配置为在入射点射出EBR溶液，第一喷嘴在入射点与晶圆边缘之间的第一距离小于第二喷嘴在入射点与晶圆边缘之间的第二距离。在一些实施方式中，第一喷嘴配置为具有EBR溶液的第一入射角，以及第二喷嘴配置为具有EBR溶液的第二个入射角，第一喷嘴的第一入射角小于第二喷嘴的第二入射角。在一些实施方式中，两个或多个喷嘴包括配置为设置EBR溶液的第三入射角的第三喷嘴，第三喷嘴的第三入射角大于第一和第二入射角。在一些实施方式中，装置还包括用于调整两个或多个喷嘴的角度和位置的机构。在一些实施方式中，两个或多个喷嘴包括第三个喷嘴，其配置为设置EBR溶液的第三入射角为80°至90°之间。在一些实施方式中，前述装置还包括配置为沿晶圆厚度轴获取横截面图像的视觉摄像机。在一些实施方式中，两个或多个喷嘴包括用于喷射冲洗溶液的第四喷嘴。
本揭露的另一个实施方式是一种方法。此方法包括提供位于晶圆边缘附近的两个或多个喷嘴，在晶圆边缘上形成薄膜。首先，对薄膜表面进行冲洗。然后，通过两个或多个喷嘴的第一喷嘴喷出边缘斜角清除(EBR)溶液，以去除靠近晶圆边缘的薄膜的第一部分。随后，通过两个或多个喷嘴的第二喷嘴喷出EBR溶液，以除去靠近晶圆边缘的薄膜的第二部分。然后对薄膜表面进行第二次冲洗。来自第一喷嘴的EBR溶液的第一入射角与来自第二喷嘴的EBR溶液的第二入射角不同。
在一些实施方式中，EBR溶液的第一入射角在30°和60°之间。在一些实施方式中，EBR溶液的第二入射角大于第一个入射角，并且在60°和80°之间。在一些实施方式中，EBR溶液是硫酸(H2SO4)或过氧化氢(H2O2)的至少一种。
在一些实施方式中，第一冲洗和第二冲洗中的冲洗溶液是去离子水。在一些实施方式中，测量薄膜的孔带宽度。然后，控制器确定所测薄膜的孔带宽度是否大于预定的长度。在确定所测薄膜的孔带宽度不大于预定的长度后，通过两个或多个喷嘴重复喷出EBR溶液，直到沉积薄膜的孔带宽度等于或小于预定的长度。在一些实施方式中，第一喷嘴配置为在入射点喷出EBR溶液，其中入射点与晶圆边缘之间的第一距离介于0.1mm至2mm之间，第二喷嘴配置为在入射点喷出EBR溶液，其中入射点与晶圆边缘之间的第二距离为1mm至3mm之间。
本揭露的另一个方面是一个装置。此装置包括了具有镀膜的晶圆和具有与晶圆边缘附近的两个或多个喷嘴相连的流量调节器的孔带控制组件。前述孔带宽度控制组件配置为调整镀膜的孔带宽度。
在一些实施方式中，配置两个或多个喷嘴以进一步生成所述镀膜的边缘轮廓。在一些实施方式中，此装置还包括用于调整喷嘴的角度和位置的机构。在一些实施方式中，两个或多个喷嘴包括具有第三入射角为80°至90°的边缘斜角清除(EBR)溶液的第三喷嘴。在一些实施方式中，第三喷嘴配置为清洁无电镀金属膜的晶圆边缘。
根据本揭露的态样，一种电化学电镀装置，包括晶圆支架以及两个或多个喷嘴。晶圆支架配置为在形成的导电层之上支撑晶圆，并旋转晶圆。两个或多个喷嘴配置为喷射边缘斜角清除溶液以移除一部分的导电层。其中，这两个或多个喷嘴的第一喷嘴及第二喷嘴配置为以彼此不同的入射角将边缘斜角清除溶液喷射到位于彼此不同的晶片的边缘区域的接触点。在上述及以下实施方式的一或更多者中，第一喷嘴配置为在入射点喷射边缘斜角清除溶液。第二喷嘴配置为在入射点喷射边缘斜角清除溶液。其中，第一喷嘴在入射点至晶圆的边缘之间的第一距离小于第二喷嘴在入射点至晶圆的边缘之间的第二距离。在上述及以下实施方式的一或更多者中，第一喷嘴配置为具有边缘斜角清除溶液的第一入射角。第二喷嘴配置为具有边缘斜角清除溶液的第二入射角。其中，第一喷嘴的第一入射角小于第二喷嘴的第二入射角。在上述及以下实施方式的一或更多者中，两个或多个喷嘴包含第三喷嘴，第三喷嘴配置为具有边缘斜角清除溶液的第三入射角，且第三喷嘴的第三入射角大于第一入射角以及第二入射角。在上述及以下实施方式的一或更多者中，电化学电镀装置还包含一种机制，用以调整这两个或多个喷嘴的角度以及位置。在上述及以下实施方式的一或更多者中，这两个或多个喷嘴包含第三喷嘴，配置为具有边缘斜角清除溶液的第三入射角为80至90度。在上述及以下实施方式的一或更多者中，电化学电镀装置还包含视觉相机，配置为获取沿晶圆厚度的轴的横截面影像。在上述及以下实施方式的一或更多者中，这两个或多个喷嘴包含第四喷嘴，用于喷射清除溶液。
根据本揭露的另一种态样，一种电化学电镀方法，包含提供两个或多个喷嘴，相邻于形成薄膜的晶圆的边缘。首先冲洗薄膜的表面。通过这两个或多个喷嘴的第一喷嘴喷射边缘斜角清除溶液，以去除相邻于晶圆的边缘的薄膜的第一部分。通过这两个或多个喷嘴的第二喷嘴喷射边缘斜角清除溶液，以去除相邻于晶圆的边缘的薄膜的第二部分。以及，二次冲洗薄膜的表面。其中，来自第一喷嘴的边缘斜角清除溶液的第一入射角不同于来自第二喷嘴的边缘斜角清除溶液的第二入射角。在上述及以下实施方式的一或更多者中，边缘斜角清除溶液的第一入射角介于30至60度之间。在上述及以下实施方式的一或更多者中，边缘斜角清除溶液的第二入射角大于第一入射角，并且介于60至90度之间。在上述及以下实施方式的一或更多者中，边缘斜角清除溶液至少为硫酸或过氧化氢其中之一。在上述及以下实施方式的一或更多者中，第一冲洗及第二冲洗中的冲洗溶液为去离子水。在上述及以下实施方式的一或更多者中，电化学电镀方法还包含测量薄膜的孔带宽度。通过控制器判断，所测量的薄膜的孔带宽度为大于预定长度。当判断出所测量的薄膜的孔带宽度未大于预定长度，则通过这两个或多个喷嘴重复喷射边缘斜角清除溶液，直到薄膜的孔带宽度等于或小于预定长度。在上述及以下实施方式的一或更多者中，第一喷嘴配置为在入射点喷射边缘斜角清除溶液，其中在入射点至晶圆的边缘之间的第一距离介于0.1毫米至2毫米之间。第二喷嘴配置为在入射点喷射边缘斜角清除溶液，其中在入射点至晶圆的边缘之间的第二距离介于1毫米至3毫米之间。
根据本揭露的另一种态样，一种电化学电镀装置，包含晶圆以及孔带宽度控制组件。晶圆包含镀膜。孔带宽度控制组件包含流量调节器，其相连于相邻于晶圆的边缘的两个或多个喷嘴。其中孔带宽度控制组件配置为调整镀膜的孔带宽度。在上述及以下实施方式的一或更多者中，这两个或多个喷嘴配置为进一步产生镀膜的边缘轮廓。电化学电镀装置还包含一种机制，用以调整这两个或多个喷嘴的角度以及位置。在上述及以下实施方式的一或更多者中，这两个或多个喷嘴包含第三喷嘴，配置为具有边缘斜角清除溶液的第三入射角为80至90度。在上述及以下实施方式的一或更多者中，第三喷嘴配置为清洁晶圆的边缘上没有镀金属薄膜的地方。
前述公开概述了几个实施方式的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本揭露的各个方面。本领域技术人员将理解，他们可以容易地将本揭露用作设计或修改其他制程和结构的基础，以实现与本揭露介绍的实施方式相同的目的和/或实现相同的益处。本领域技术人员还应该理解，这样的等效构造不脱离本揭露的精神和范围，并且在不脱离本揭露的精神和范围的情况下，它们可以进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种电化学电镀装置，其特征在于，包括:
一晶圆支架，配置为在形成的一导电层之上支撑一晶圆，并旋转该晶圆；以及
二或多个喷嘴，配置为喷射一边缘斜角清除溶液以移除一部分的该导电层，
其中，该二或多个喷嘴的一第一喷嘴及一第二喷嘴配置为以彼此不同的入射角将该边缘斜角清除溶液喷射到位于彼此不同的该晶片的一边缘区域的接触点。
2.如权利要求1所述的电化学电镀装置，其特征在于，其中:
该第一喷嘴配置为在一入射点喷射该边缘斜角清除溶液；以及
该第二喷嘴配置为在一入射点喷射该边缘斜角清除溶液；
其中，该第一喷嘴在该入射点至该晶圆的一边缘之间的一第一距离小于该第二喷嘴在该入射点至该晶圆的一边缘之间的一第二距离。
3.如权利要求2所述的电化学电镀装置，其特征在于，其中:
该第一喷嘴配置为具有该边缘斜角清除溶液的一第一入射角；以及
该第二喷嘴配置为具有该边缘斜角清除溶液的一第二入射角；
其中，该第一喷嘴的该第一入射角小于该第二喷嘴的该第二入射角。
4.如权利要求3所述的电化学电镀装置，其特征在于，其中该二或多个喷嘴包含一第三喷嘴，该第三喷嘴配置为具有该边缘斜角清除溶液的一第三入射角，且该第三喷嘴的该第三入射角大于该第一入射角以及该第二入射角。
5.一种电化学电镀方法，其特征在于，包含:
提供二或多个喷嘴，相邻于形成一薄膜的一晶圆的一边缘；
首先冲洗该薄膜的一表面；
通过该二或多个喷嘴的一第一喷嘴喷射一边缘斜角清除溶液，以去除相邻于该晶圆的该边缘的该薄膜的一第一部分；
通过该二或多个喷嘴的一第二喷嘴喷射该边缘斜角清除溶液，以去除相邻于该晶圆的该边缘的该薄膜的一第二部分；以及
二次冲洗该薄膜的该表面；
其中来自该第一喷嘴的该边缘斜角清除溶液的一第一入射角不同于来自该第二喷嘴的该边缘斜角清除溶液的一第二入射角。
6.如权利要求5所述的电化学电镀方法，其特征在于，还包含:
测量该薄膜的一孔带宽度；
通过一控制器判断，所测量的该薄膜的该孔带宽度为大于一预定长度；以及
当判断出所测量的该薄膜的该孔带宽度未大于该预定长度，则通过该二或多个喷嘴重复喷射该边缘斜角清除溶液，直到该薄膜的该孔带宽度等于或小于该预定长度。
7.如权利要求5所述的电化学电镀方法，其特征在于，其中:
该第一喷嘴配置为在一入射点喷射该边缘斜角清除溶液，其中在该入射点至该晶圆的一边缘之间的一第一距离介于0.1毫米至2毫米之间；以及
该第二喷嘴配置为在一入射点喷射该边缘斜角清除溶液，其中在该入射点至该晶圆的一边缘之间的一第二距离介于1毫米至3毫米之间。
8.一种电化学电镀装置，其特征在于，包含:
一晶圆，包含一镀膜；以及
一孔带宽度控制组件，包含一流量调节器，其相连于相邻于该晶圆的一边缘的二或多个喷嘴；
其中该孔带宽度控制组件配置为调整该镀膜的一孔带宽度。
9.如权利要求8所述的电化学电镀装置，其特征在于，其中该二或多个喷嘴包含一第三喷嘴，配置为具有该边缘斜角清除溶液的一第三入射角为80至90度。
10.如权利要求9所述的电化学电镀装置，其特征在于，其中该第三喷嘴配置为清洁该晶圆的该边缘上没有镀金属薄膜的地方。
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