TW202242201A - 電化學電鍍裝置 - Google Patents

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Abstract

一種用於在晶圓上執行邊緣斜角清除製程的電化學電鍍裝置，包括單元室。單元室包括相鄰於晶圓邊緣的兩個或多個噴嘴。流量調節器隨兩個或多個噴嘴中的每一個設置，其配置為調節通過兩個或多個噴嘴中的每一個流出的沉積膜的孔帶寬度。電化學電鍍裝置還包括用於控制流量調節器的控制器，以便沉積膜的孔帶寬度具有預定的表面輪廓。這兩個或多個噴嘴設置於晶圓上方徑向或角度不同的分配位置。

Description

用於電化學電鍍的裝置
無
電化學電鍍(ECP)是一種常見的製程，它將一種金屬的薄層塗到另一種金屬上。電化學電鍍廣泛應用於電子工業中，用於沉積印刷電路板、連接器和半導體互連所用的導電金屬。
在ECP製程中，電鍍單元(如容器)用於提供電鍍溶液，且金屬電解液沉積在晶圓上。在晶圓電鍍製程中，晶圓表面沉積金屬層的品質和均勻性是一個重要的問題。在ECP製程中，需要均勻、無缺陷的金屬膜，因為沉積金屬膜上的缺陷(如凹坑、突起或顆粒)會降低晶圓性能，並經常導致產率降低。
需要改進製程，使晶圓在電鍍表面以水準平行的方式接觸電鍍溶液，以保持電化學電鍍的均勻可靠性，從而實現無缺陷電鍍。獲得均勻的沉積品質，沒有任何氣泡和/或在電化學電鍍過程中處理溶液副產品是理想的。
無
以下公開提供了用於實現所提供主題的不同特徵的許多不同實施例或示例。以下描述原件、數值、操作、材料、配置等類似物的特定示例以簡化本揭露。當然，這些僅僅是示例，而無意於進行限制。其他原件、數值、操作、材料、配置等類似物亦須考慮。例如，在下面的描述中，在第二特徵上方形成第一特徵可以包括其中第一特徵和第二特徵以直接接觸形成的實施例，並且還可以包括其中可以在第一特徵和第二特徵之間形成附加特徵，使得第一特徵和第二特徵不直接接觸的實施例。另外，本揭露可以在各個示例中重複參考數字和/或文字。此重複本身並不指示所討論的各種實施例和/或配置之間的關為。
此外，為了便於描述，本揭露中可以使用諸如「在...下面」、「在...下方」、「低於」、「在...上面」、「高於」等在空間上相對的術語來描述一個元件或特徵與如圖所示的另一個或多個元件或特徵。除了在圖中描述的方位之外，空間相對術語還意圖涵蓋裝置在使用或操作中的不同方位。此裝置可以以其他方式定向（旋轉90度或以其他方向），並且在此使用的空間相對描述語可以同樣地被相應地解釋。另外，術語「由…製成」可表示「包含…」或「具有…」。
半導體裝置的製造通常需要在半導體晶圓上形成導電體。例如，晶圓上的導電引線通常是通過電化學電鍍(沉積)一種導電材料來形成，如銅，以在晶圓上形成所需的形狀。電化學電鍍涉及與晶圓表面進行電接觸，導電層將在晶圓表面上沉積。然後電流會經過在陽極和晶片電鍍表面之間的電鍍溶液(即含有被沉積元素離子的溶液，例如含有Cu 2+的溶液)，而晶圓的電鍍表面作為陰極。這在晶圓電鍍表面上引起電化學反應，導致導電層的沉積。
第1圖所示為電化學電鍍系統的示意圖。電化學電鍍系統包括一個製程容器或槽10，此容器或槽10裝有適當的電鍍溶液或液體。晶圓12作為陰極，從陽極14獲得的材料沉積在其上(例如，Cu)，這些材料被放置在製程容器或槽10中。在一些實施方式中，第三電極20設置於容器或槽10之下，但靠近電鍍槽。電源16耦合到具有電極20以及固定裝置18的開放電路上，以便對晶圓12施加靜電荷。在某些情況下，固定裝置18配置為支撐和旋轉晶圓12。
第2A圖所示為根據本揭露一些實施方式之電化學電鍍裝置30包含基板38的示意圖。該電化學電鍍裝置30包括安裝在可旋轉主軸40上的基板支架32，可旋轉主軸40可旋轉基板支架32。基板支架32包括錐體34、杯體36、凸緣48以及孔洞50。在電化學電鍍過程開始之前，基板38安裝於杯體36中。接著，將基板支架32和基板38置於電鍍槽42中，電鍍槽42作為電鍍溶液31(例如硫酸銅(CuSO 4)溶液)的容器。如箭頭46所示，電鍍溶液31由幫浦44持續提供給電鍍槽42。電鍍溶液31向上流向基板38，然後徑向向外流過基板38，然後流過箭頭52所示的孔洞50。通過將電鍍溶液31指向基板38(例如，指向基板38的中心)，留存在基板38上的任何氣泡都會藉由孔洞50除去。在一些實施方式中，如箭頭54所示，電鍍溶液31從電鍍槽42溢出到溢流槽56。然後將電鍍溶液31過濾並返回到箭頭58所示的幫浦44中，並完成電鍍溶液31的迴流。
電鍍溶液31可包括銅鹽、酸、水和各種提高銅沉積效果的有機和無機添加劑的混合物。適用於電鍍溶液31的銅鹽包括硫酸銅、氰化銅、氨基磺酸銅、氯化銅、甲酸銅、氟化銅、硝酸銅、氧化銅、氟硼酸銅、三氟乙酸銅、焦磷酸銅、甲烷磺酸銅或上述任何化合物的水合物。在電鍍溶液31中使用的銅鹽的濃度會根據所使用的銅鹽的不同而有所不同。
可用於電鍍溶液31中的各種酸，包括:硫酸、甲磺酸、氟硼酸、鹽酸、氫碘酸、硝酸、磷酸等適用的酸。使用的酸的濃度將根據在電鍍溶液31中使用的特定酸而不同。
銅的電鍍溶液31的添加劑包括光亮劑、抑制劑和整平劑。光亮劑是一種有機分子，通過降低銅沉積的表面粗糙度和顆粒大小變化來提高沉積床的單向反射性(或反射率)。適合的光亮劑包括，例如，有機硫化物化合物，如雙(磺基丙基鈉)-二硫、3-巰基-1-丙磺酸鈉鹽、n-二甲基二硫代氨基甲醯基丙磺酸鈉鹽和3-s-異硫脲基丙磺酸鈉，或上述任何化合物的混合物。抑制劑是吸附在基板表面的大分子沉積抑制劑，可以降低局部沉積速率，從而增加沉積均勻性。整平劑含有含氮官能基團的成分，可以以相對較低的濃度添加到電鍍溶液31中。整平涉及到強電流抑制物種朝向物體的角落或邊緣的擴散或遷移，否則由於電場和溶液傳質效應，它們會比預期的更迅速地電鍍。整平劑可從下列藥劑中選擇:聚醚表面活性劑、非離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、嵌段共聚物表面活性劑、聚乙二醇表面活性劑、聚丙烯酸、多胺、氨基羧酸、羥基羧酸、檸檬酸、恩丙醇、乙二酸、酒石酸、季銨鹽多胺、聚丙烯醯胺、交聯聚醯胺、吩嗪偶氮染料、烷氧基胺表面活性劑、聚合物吡啶衍生物、聚乙烯亞胺、聚乙烯亞胺乙醇、咪唑啉和環氧氯丙烷的聚合物，以及苄基多胺聚合物。
將基板38和陽極62都浸入含有一種或多種溶解金屬鹽以及其他允許電流流動的離子的電鍍溶液31(如CuSO 4溶液)中。基板38作為陰極，陽極62的材料沉積在其上。直流電源60具有負輸出引線210，其通過一個或多個滑環、電刷和觸點電性連接至基板38(圖中未顯示)。直流電源60的正輸出引線212電性連接至陽極62。在使用過程中，直流電源60使基板38具有相對於陽極62的負電位，從而使電流從陽極62流向基板38。正如在這裡使用的，電流流動的方向與淨正離子通量相同，而與淨電子通量相反。這在基板38上引起電化學反應(如Cu 2++2e -=Cu)，導致導電層(如銅)沉積在基板38上。在電鍍週期中，通過溶解由金屬化合物(如Cu=Cu 2++2e -)組成的陽極62來補充電鍍溶液31的離子濃度。
第2B圖是與第2A圖中的電化學電鍍裝置30一起使用的處理系統400的示意圖，該系統在一些實施方式中使基板38與電鍍溶液31接觸。參照第2B圖，並繼續參照第2A圖，在電鍍槽42中放置電鍍溶液31，將基板38浸入電鍍溶液31中。因此，電鍍槽42的尺寸至少部分基於將被加工的基板38的尺寸。
電鍍溶液31的迴流將電鍍溶液31混合，並幫助補充靠近基板38表面的電鍍溶液31。為了維持電鍍槽42內的迴流(如曲線箭頭63所示)，電鍍槽42可另外設置一個溢流槽56。溢流槽56配置為在電鍍溶液31進入電鍍槽42後接收電鍍溶液31(例如通過在電鍍槽42底部的進入口107)，並且電鍍溶液31在進入溢流槽56之前已通過電鍍槽42迴流。因此，溢流槽56可以是位於電鍍槽42頂部附近的堰，使電鍍溶液31可以進入電鍍槽42的底部，在電鍍槽42周圍迴流，並通過電鍍槽42向上流動，然後流過電鍍槽42的一側並進入溢流槽56。
溢流槽56與再迴流管線55相連。再迴流管線55自溢流槽56接收電鍍溶液31，並將溢流槽56中的電鍍溶液31再迴流至電鍍槽42。再迴流管線55有第一幫浦109，用於將電鍍溶液31通過進入口107流回電鍍槽42。第一幫浦109還有助於在電鍍槽42內混合電鍍溶液31。
再迴流管線55還可包括過濾器111。由於電鍍溶液31在處理系統400內迴流，過濾器111用於去除電鍍溶液31中的微粒和其他雜質。這些雜質可能包括矽酸鹽、聚集的表面活性劑、電鍍溶液31的油滴副產品，以及在處理反應過程中可能形成的其他顆粒或其他存在於電鍍溶液31中的顆粒。過濾器111的大小可能至少取決於矽酸鹽、聚集的表面活性劑和油滴副產物雜質的大小。
再迴流管線55、第一幫浦109和過濾器111提供了電鍍溶液31到電鍍槽42所需的再迴流速率。這個再迴流速率可以用來確保電鍍溶液31的適當混合，從而使電鍍溶液31內不同位置的濃度變化(由化學反應引起的)保持在最小。
隨著這一過程的繼續，電鍍溶液31中的反應物(如強鹼、表面活性劑和氧化劑)將發生反應，它們的濃度會降低，而反應的副產物(如矽酸鹽)的濃度會增加。從而改變不同的反應速率，並在控制過程中引入不必要的複雜性。為了減少這種減少的影響，利用了一個補充系統120來監測各組分的濃度，並在必要時補充電鍍溶液31內的各組分，以便更好地控制電鍍溶液31的流程。在一實施方式中，補充系統120包括監測系統121和控制器500。
監測系統121與再迴流管線55相連，旁路管線125連接於第一幫浦109和過濾器111之間。為了獲得電鍍溶液31樣品，在旁路管線125上安裝第一閥門127，用於從再迴流管線55上採樣電鍍溶液31的樣品以進行分析。第一閥門127接收控制器500的信號，打開並定時取樣。
位於第一閥門127下游的冷卻器129，即具有冷卻水等冷卻介質的連續熱流交換器，用於提供電鍍溶液31樣品的恆定溫度。在一些實施方式中，冷卻器129是一種主動冷卻裝置，例如，向電鍍溶液31的樣品提供所需冷卻的製冷裝置。可以在不偏離實施方式範圍的情況下使用任何適當的系統和方法來降低電鍍溶液31樣品的溫度並保持電鍍溶液31樣品的溫度。
一旦電鍍溶液31的樣品被冷卻到適當的溫度，電鍍溶液31的樣品就可以通過測量單元131進行分析。測量單元131包括一個或多個分析單元，每個分析單元用於測量電鍍溶液31的一個或多個組分。例如，第一分析單元117可以分析氧化劑的濃度，第二分析單元119可以分析表面活性劑的濃度，第三分析單元151可以分析強鹼的濃度。
在一些實施方式中，用於測量電鍍溶液31樣品中的氧化劑濃度的第一分析單元117進一步包括多個測量單元，每個單獨不同的測量單元測量氧化劑濃度的不同範圍。例如，為了測量氧化劑的較高濃度，第一分析單元117包括強度單元153，強度單元153測量電鍍溶液31樣品的氧化還原電位(ORP)。在一些實施方式中，強度單元153是pH測量單元，用於測量電鍍溶液31樣品的pH值。強度單元153的類型(例如測量ORP或pH值)和任何其他合適的計量單位類型提供了所使用的電鍍溶液31中的氧化劑的合適濃度，並且所提及的類型皆應包含於本實施方式的範圍內。
此外，對於強度單元153在期望靈敏度水準以下的測量(例如，低於100ppm)，第一分析單元117還包括頻譜分析儀155。在一些實施方式中，頻譜分析儀155是一種光譜分析儀，其中電鍍溶液31的樣品被紫外線(UV)光、近紅外(NIR)光或紅外(IR)光照射，並分析由此產生的吸收光譜，以確定樣品電鍍溶液31中的氧化劑濃度。
在一些實施例中，頻譜分析儀155測量電鍍溶液31中其他組分的濃度。例如，頻譜分析儀155測量反應副產品的濃度，如電鍍溶液31中的矽酸鹽。前述的分析方式或是適用於頻譜分析儀155的任何其他分析也可用於提供有關電鍍溶液31的資訊。
在一些實施方式中，第二分析單元119測量電鍍溶液31樣品中表面活性劑的濃度。第二分析單元119是頻譜分析儀，如光譜分析儀，其中電鍍溶液31樣本是藉由，例如，紫外光(UV)照射，並對所產生的吸收光譜進行分析，以確定電鍍溶液31樣品內的表面活性劑濃度。在一些實施方式中，第二分析單元119是上文所述的相對於第一分析單元117的頻譜分析儀155，儘管第二分析單元119可能具有單獨的頻譜分析儀。在一些實施方式中，任何合適的分析儀都可用於測量電鍍溶液31樣品中表面活性劑的濃度。
第三分析單元151測量電鍍溶液31樣品中強鹼的濃度。在一些實施方式中，當強鹼為KOH時，第三分析單元151是pH計，用於確定電鍍溶液31中KOH的濃度。但是，任何其他合適的測量系統，如折射計，都可以用來測量電鍍溶液31中強鹼的濃度。
如第3圖所示，邊緣斜角是在電鍍製程中在晶圓邊緣形成的一層電鍍材料。晶圓邊緣的額外金屬膜可能導致電弧，引發缺陷，並在隨後的製程(如蝕刻製程)或剝離電鍍金屬膜時降低器件成品率。被剝離的金屬膜產生的不良金屬顆粒會干擾進一步的處理步驟，因此作為電鍍過程的一部分去除它是有益的。
舉例來說，在銅鑲嵌製程中，形成所需的導電痕跡/路線首先是以金屬的薄物理氣相沉積(PVD)，接著以較厚的電填充層通過電鍍形成。PVD過程通常是濺射。為了最大限度地擴大晶圓的可用面積(有效表面區域)和最大限度地增加每個晶圓所生產的積體電路數量，電填充金屬必須沉積在半導體晶圓的邊緣。因此，有必要允許金屬在晶圓的整個正面進行物理氣相沉積。作為這個過程的副產品，PVD金屬塗佈了主動電路區域外的前沿區域。
由於各種原因，PVD金屬殘留在晶圓邊緣上是不可取的。例如，晶圓邊緣上的PVD金屬不適合後續沉積，其容易脫落且易產生不良的金屬顆粒。為了解決這些問題，電鍍製程包括蝕刻不需要的殘餘金屬層。邊緣斜角去除(EBR)需要較長的處理時間。為了實現生產能力的提高，人們非常希望減少所有非電鍍過程時間，如EBR。當去除周圍的斜角時，還應儘量減少晶圓主動區域的電填金屬損失，以減少孔帶寬度991。孔帶寬度991是沉積金屬的孔帶部分的寬度(見第3圖)。
第4A圖所示為根據本揭露一實施方式之邊緣斜角清除系統1000的示意圖。邊緣斜角清除系統1000包括單元室，單元室包括邊緣斜角清除單元1042和安裝在晶圓卡盤1036上的基板支架1032，晶圓卡盤1036可旋轉基板支架1032。在邊緣斜角清除過程開始之前，將基板1038安裝在晶圓卡盤1036上，接著在邊緣斜角清除單元1042中藉由晶圓卡盤1036旋轉基板支架1032及基板1038。
基板1038是位於邊緣斜角清除單元1042中，且朝向兩個或多個噴嘴1120。在邊緣斜角清除(EBR)製程中，基板1038圍繞圓柱形中心軸A1旋轉。在邊緣斜角清除過程中，EBR溶液1009通過邊緣斜角清除單元1042的清洗溶液入口1003流入兩個或多個噴嘴1120。在一些實施方式中，EBR溶液1009被配置為從兩個或多個噴嘴1120流出，然後自邊緣斜角清除單元1042出來。
第4B圖所示為兩個或多個噴嘴1120的等角視圖。它們連接到邊緣斜角清除單元1042的清洗溶液入口1003。如第4B圖所示，EBR溶液1009由邊緣斜角清除單元1042的清洗溶液入口1003提供，並將EBR溶液1009射向基板1038。
如第5A、5B和5C圖所示，兩個或多個噴嘴1120將EBR溶液1009噴射到不需要的鍍金屬膜1033的電鍍部分850、850’上，而晶圓卡盤1036旋轉基板1038。如圖第5B和5C圖所示，基板1038的邊緣999中不需要的電鍍部分850、850’被EBR溶液1009和基板1038旋轉產生的離心力去除。因此，由兩個或多個噴嘴1120噴射的EBR溶液1009通過蝕刻鍍金屬膜1033的邊緣，去除基板1038邊緣999中不需要的電鍍部分850、850’，形成一個孔帶部分855。
在一些實施方式中，邊緣斜角清除系統1000被配置為執行自動EBR操作1500來移除不需要的電鍍部分850。在本實施方式中，自動EBR操作1500包括可配置的參數，包括一種或多種類型的液體、旋轉速度、流量、壓力、溫度、噴嘴至晶片的邊緣的距離，以及EBR溶液 1009噴射方向與晶圓表面之間的第一入射角1299以及第二入射角1298。
如第5A、5B和5C圖所示，自動EBR操作1500中，基板1038與兩個或多個噴嘴1120之間EBR溶液1009的第一入射角1299(如第5B圖所示)和第二入射角1298(如第5C圖所示)彼此不相同，並介於大約30 o到80 o之間。然而，兩個或兩個以上的噴嘴中任何適當數量的噴嘴和/或配置的角度皆是可以採用的，且不應用以限制本揭露。
如第5B和5C圖所示，在特定實施方式中，兩個或多個噴嘴1120的第一噴嘴1131設置有EBR溶液1009的第一入射角1299介於約30度至約60度。並且，兩個或多個噴嘴1120的第二噴嘴1132設置有EBR溶液1009的第二入射角1298介於約60 o至約80 o。在一些實施方式中，第一入射角1299小於第二入射角1298。在一些實施方式中，由兩個或多個噴嘴1120噴射EBR溶液1009的順序操作將產生協同結果。例如，第一噴嘴1131(外噴嘴)只除去外膜，而第二噴嘴1132(內噴嘴)除去內膜和外膜。因此，當去除鍍金屬膜1033中不需要的電鍍部分850、850’時，最終的孔帶寬度由第二噴嘴1132(內噴嘴)決定，從而增加了EBR製程的輸送量。在不同實施方式中，當去除鍍金屬膜1033不需要的電鍍部分850、850’時，由兩個或多個噴嘴1120噴射EBR溶液1009的操作同時產生協同結果。
如第6圖所示，在一些實施方式中，由兩個或多個噴嘴1120的第一噴嘴1131噴出的EBR溶液1009與由兩個或多個噴嘴1120的第二噴嘴1132噴出的EBR溶液1009是相同的材料。在另一實施方式中，由兩個或多個噴嘴1120中的第一噴嘴1131噴射的EBR溶液1009與由兩個或多個噴嘴1120中的第二噴嘴1132噴射的EBR溶液1009是不同的材料。在一些實施方式中，兩個或多個噴嘴1120的第三噴嘴1133(如第6圖所示)設置有EBR溶液1009的第三入射角1297，入射角約為80°至90°。在特定實施方式中，兩個或多個噴嘴1120中的第三噴嘴1133設置有EBR溶液1009的第三入射角1297，其非約90°。在一些實施方式中，配置兩個或多個噴嘴1120中的第三噴嘴1133(如第6圖所示)，用於清洗沒有鍍金屬膜1033的晶圓邊緣。通過使用第一、第二和第三噴嘴1131、1132和1133，設置邊緣斜角清除系統1000，以生成所需的鍍金屬膜1033的邊緣輪廓997。在一些實施方式中，第四噴嘴噴出的沖洗溶液與其他噴嘴噴出的EBR溶液不同。
在一些實施方式中，如第5B圖所示，EBR溶液1009從兩個或多個噴嘴1120中去除的邊緣斜角的第一長度d1及第二長度d2的範圍約為0.1mm至約3mm之間。在一些實施方式中，如第5B圖所示，兩個或多個噴嘴1120的第一噴嘴1131配置為噴射EBR溶液1009到晶圓表面的入射點p1，從而消除介於晶圓邊緣以及入射點p1之間的邊緣斜角的第一長度d1。在一些實施方式中，第一長度d1約為0.1mm至約2 mm之間。如第5C圖所示，兩個或多個噴嘴1120的第二噴嘴1132配置為噴射EBR溶液1009到晶圓表面的入射點p2，從而消除介於晶圓邊緣與入射點p2之間的邊緣斜角的第二長度d2。在一些實施方式中，第二長度d2約為1毫米至約3毫米。在一些實施方式中，第二長度d2大於第一長度d1。
在自動EBR操作1500過程中，兩個或多個噴嘴1120以約0.2 mL/sec到約0.3 mL/sec的流速噴射EBR溶液1009。在一些實施方式中，兩個或多個噴嘴1120以約0.23 mL/sec的流速噴射EBR溶液1009。在一些實施方式中，EBR溶液1009包括用於銅層的硫酸(H 2SO 4)、過氧化氫(H 2O 2)或任何適當的蝕刻溶液。
在一些實施方式中，控制器500(見第6圖)用於控制鍍金屬膜1033的孔帶寬度991和邊緣輪廓997。控制器500配置為控制流量調節器501(見第6圖)，使沉積膜具有所需的鍍金屬膜1033的孔帶寬度991和邊緣輪廓997。
通過兩個或多個噴嘴1120將鍍金屬膜1033的孔帶寬度991和邊緣輪廓997控制在所需範圍內，可提高EBR溶液1009沉積膜的可靠性。因此，最好保持孔帶寬度991和邊緣輪廓997在可接受的範圍內，以保持電化學電鍍的可靠性。在本揭露所公開的一些實施方式中，控制器500控制邊緣輪廓997的清除程序，以在鍍金屬膜1033上提供預定的孔帶寬度991。
在一些實施方式中，設置了如第5D圖及第5E圖所示的可移動和可旋轉的噴嘴。在EBR製程的第一步驟，第三噴嘴1133設置有第一入射角220-1和第一入射點。在一些實施方式中，第一入射角220-1介於約30°至約60°之間，並且EBR溶液1009的第一入射點設置在距晶圓邊緣約0.1 mm至2 mm處。在第一步驟中去除部分電鍍金屬膜1033後，執行第二EBR製程。在第二EBR製程中，將第三噴嘴1133設置為具有第二入射角220-2和第二入射點。在一些實施方式中，第二入射角220-2大於第一入射角220-1。在一些實施方式中，第二入射角220-2介於約60°和約80°之間。在一些實施方式中，將第二入射點設置為離晶圓邊緣較遠的距離。在一些實施方式中，EBR溶液1009的第二入射點設置在距晶圓邊緣約1 mm至3 mm的位置。在一些實施方式中，第三噴嘴1133包括旋轉機構200和線性運動機構210，其中包括一個或多個電機、齒輪、皮帶或任何其他機構，以調整第三噴嘴1133的角度和位置。在一些實施方式中，設置視覺/監控攝像機502以沿晶圓厚度的軸獲取橫斷面圖像，並確定所述沉積薄膜的抽頭寬度。
第7圖所示為根據本揭露一實施方式之邊緣斜角清除系統1000的示意圖。如第7圖所示，在一些實施方式中，兩個或多個噴嘴1120中的每一個皆藉由管線1231耦合於控制閥1233以及幫浦1209，以達到鍍金屬膜的預定孔帶寬度991，並且清除不必要的電鍍部分850(顯示於第5A圖)。在一些實施方式中，通過再迴流管線1298，流經流量調節器501的EBR溶液1009可進行再迴流。在一些實施方式中，EBR溶液1009存儲在回收槽1296中，並返回到邊緣斜角清除單元1042。在一些實施方式中，EBR溶液1009在EBR製程中使用後被定向到排水口1294。
第8圖所示為根據本揭露一實施方式之藉由電化學電鍍裝置的控制器控制邊緣斜角清除系統1000的方法流程圖。該方法包括，在步驟S1010，提供位於晶圓邊緣附近的兩個或多個噴嘴，以及設置有兩個或多個噴嘴的流量調節器。然後，在步驟S1020，沖洗晶圓的電鍍表面。在一些實施方式中，沖洗前和沖洗後通過第二噴嘴沖洗晶圓表面，第二噴嘴不同於配置為去除沉積膜不需要的電鍍部分850(如第5A圖所示)的第一噴嘴。在一些實施方式中，兩個或多個噴嘴通過第四噴嘴進一步噴出沖洗溶液(如第6圖所示)，這不同於兩個或多個噴嘴噴出EBR溶液。在一些實施方式中，沖洗溶液為H 2O，用於清洗晶圓片表面。在步驟S1030，沖洗溶液通過第一噴嘴噴射，以除去靠近晶圓邊緣的沉積膜不需要的電鍍部分。在S1040，清洗溶液通過兩個或多個噴嘴的第二噴嘴噴射，以使沉積膜具有孔帶寬度。然後，該方法包括在步驟S1050中，測量沉積膜的孔帶寬度。在一些實施方式中，視覺/監控攝像機(如第6圖所示)配置為沿晶圓厚度的軸線獲取橫截面圖像，並計算沉積薄膜的孔帶寬度。但是，對於視覺/監控攝像機拍攝的圖像，任何適當的圖像解析度及/或配置都是可採用的，並且不應用以限制本揭露。
在步驟S1060中，控制器用以測定沉積薄膜的孔帶寬度是否在可接受的長度範圍內。當確定所測沉積膜的孔帶寬度不在可接受的長度範圍內時，該方法通過兩個或多個噴嘴重複噴出沖洗溶液，直到沉積膜的孔帶寬度在可接受的長度範圍內。當測量的沉積膜孔帶寬度在可接受範圍內時，在步驟S1070中，該方法通過沖洗晶圓的電鍍表面來完成邊緣斜角清除製程。
第9A圖及第9B圖繪示了根據本揭露一些實施方式的控制器500的配置。在一些實施方式中，使用電腦系統2000作為控制器500。在一些實施方式中，電腦系統2000執行上述控制器的功能。
第9A圖是電腦系統的示意圖。上述實施方式中全部或部分的製程、方法及/或操作皆可以使用電腦硬體及在其上執行的電腦程式來實現。在第9A圖中，電腦系統2000具有電腦2001，包括光碟唯讀記憶體(例如CD-ROM或DVD-ROM)的光碟驅動器2005和磁碟機2006、鍵盤2002、滑鼠2003以及顯示器2004。
第9B圖所示為電腦系統2000的內部配置圖。在第9B圖中，電腦2001除光碟驅動器2005和磁碟機2006外，還設有兩個或多個處理器，如微處理單元(MPU)2011和ROM 2012，其中存儲有啟動程式等程式；連接到微處理單元2011的隨機存取記憶體(RAM)2013，其中應用程式的命令是暫時存儲並且提供一個臨時的存儲區域；硬碟2014，其中存有應用程式、系統程式及資料存儲；以及匯流排2015，其連接微處理器2011、ROM 2012等等。需注意的是，電腦2001可能包括網路卡(未顯示)，用於提供到區域網路的連接。
在前述實施方式中，使電腦系統2000執行控制裝置的功能所用的程式，可存儲在光碟2021或磁碟片2022中，它們是插在光碟驅動器2005或磁碟機2006中，並傳輸至硬碟2014。或者，該程式可以通過網路(未顯示)傳輸到電腦2001，並存儲在硬碟2014中。在執行時，程式被載入到隨機存取記憶體2013中。該程式可能從光碟2021或磁碟片2022載入，或直接從網路下載。例如，該程式不一定必須包括作業系統(OS)或第三方程式，以使電腦2001執行上述實施方式中控制器500的功能。程式可以只包含一個命令部分，以在受控模式下調用適當的函數(模組)並獲得所需的結果。
在各種實施方式中，在單元腔室中提供兩個或多個流量調節器，以除去位於基板邊緣的不需要的電鍍部分，從而提供所需的孔帶寬度。這樣的孔帶寬度可以防止晶圓上的電化學電鍍不均勻，從而提高了晶圓的產量，增加了化學製程系統的輸送量，並降低了半導體製造產線的維護成本。
本揭露的實施方式是一個裝置。該裝置包括一個晶圓支架和兩個或多個噴嘴。晶圓支架配置為支撐形成有導電層的晶圓，並旋轉晶圓。兩個或多個噴嘴配置為射出邊緣斜角清除(EBR)溶液，以去除導電層的一部分。兩個或多個噴嘴的第一噴嘴和第二噴嘴配置為以彼此不同的入射角將所述EBR溶液噴射到位於彼此不同的晶片邊緣區域的接觸點。
在一些實施方式中，第一噴嘴配置為在入射點射出EBR溶液，第二噴嘴配置為在入射點射出EBR溶液，第一噴嘴在入射點與晶圓邊緣之間的第一距離小於第二噴嘴在入射點與晶圓邊緣之間的第二距離。在一些實施方式中，第一噴嘴配置為具有EBR溶液的第一入射角，以及第二噴嘴配置為具有EBR溶液的第二個入射角，第一噴嘴的第一入射角小於第二噴嘴的第二入射角。在一些實施方式中，兩個或多個噴嘴包括配置為設置EBR溶液的第三入射角的第三噴嘴，第三噴嘴的第三入射角大於第一和第二入射角。在一些實施方式中，裝置還包括用於調整兩個或多個噴嘴的角度和位置的機構。在一些實施方式中，兩個或多個噴嘴包括第三個噴嘴，其配置為設置EBR溶液的第三入射角為80 o至90 o之間。在一些實施方式中，前述裝置還包括配置為沿晶圓厚度軸獲取橫截面圖像的視覺攝像機。在一些實施方式中，兩個或多個噴嘴包括用於噴射沖洗溶液的第四噴嘴。
本揭露的另一個實施方式是一種方法。此方法包括提供位於晶圓邊緣附近的兩個或多個噴嘴，在晶圓邊緣上形成薄膜。首先，對薄膜表面進行沖洗。然後，通過兩個或多個噴嘴的第一噴嘴噴出邊緣斜角清除(EBR)溶液，以去除靠近晶圓邊緣的薄膜的第一部分。隨後，通過兩個或多個噴嘴的第二噴嘴噴出EBR溶液，以除去靠近晶圓邊緣的薄膜的第二部分。然後對薄膜表面進行第二次沖洗。來自第一噴嘴的EBR溶液的第一入射角與來自第二噴嘴的EBR溶液的第二入射角不同。
在一些實施方式中，EBR溶液的第一入射角在30 o和60 o之間。在一些實施方式中，EBR溶液的第二入射角大於第一個入射角，並且在60 o和80 o之間。在一些實施方式中，EBR溶液是硫酸(H 2SO 4)或過氧化氫(H 2O 2)的至少一種。在一些實施方式中，第一沖洗和第二沖洗中的沖洗溶液是去離子水。在一些實施方式中，測量薄膜的孔帶寬度。然後，控制器確定所測薄膜的孔帶寬度是否大於預定的長度。在確定所測薄膜的孔帶寬度不大於預定的長度後，通過兩個或多個噴嘴重複噴出EBR溶液，直到沉積薄膜的孔帶寬度等於或小於預定的長度。在一些實施方式中，第一噴嘴配置為在入射點噴出EBR溶液，其中入射點與晶圓邊緣之間的第一距離介於0.1 mm至2 mm之間，第二噴嘴配置為在入射點噴出EBR溶液，其中入射點與晶圓邊緣之間的第二距離為1 mm至3 mm之間。
本揭露的另一個方面是一個裝置。此裝置包括了具有鍍膜的晶圓和具有與晶圓邊緣附近的兩個或多個噴嘴相連的流量調節器的孔帶控制組件。前述孔帶寬度控制組件配置為調整鍍膜的孔帶寬度。
在一些實施方式中，配置兩個或多個噴嘴以進一步生成所述鍍膜的邊緣輪廓。在一些實施方式中，此裝置還包括用於調整噴嘴的角度和位置的機構。在一些實施方式中，兩個或多個噴嘴包括具有第三入射角為80 o至90 o的邊緣斜角清除(EBR)溶液的第三噴嘴。在一些實施方式中，第三噴嘴配置為清潔無電鍍金屬膜的晶圓邊緣。
前述揭露概述了幾個實施例的特徵，使得本領域技術人員可以更好地理解本揭露的各個方面。本領域技術人員將理解，他們可以容易地將本揭露用作設計或修改其他製程和結構的基礎，以實現與本揭露介紹的實施例相同的目的和/或實現相同的益處。本領域技術人員還應該理解，雖然本揭露已以多種實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10:製程容器或槽 12:晶圓 14:陽極 16:電源 18:固定裝置 20:第三電極 30:電化學電鍍裝置 31:電鍍溶液 32:基板支架 34:錐體 36:杯體 38:基板 40:可旋轉主軸 42:電鍍槽 44:幫浦 46:箭頭 48:凸緣 50:孔洞 52:箭頭 54:箭頭 55:再迴流管線 56:溢流槽 58:箭頭 60:直流電源 62:陽極 63:曲線箭頭 107:進入口 109:第一幫浦 111:過濾器 117:第一分析單元 119:第二分析單元 120:補充系統 121:監測系統 125:旁路管線 127:第一閥門 129:冷卻器 131:測量單元 151:第三分析單元 153:強度單元 155:頻譜分析儀 200:旋轉機構 210:線性運動機構 210:負輸出引線 212:正輸出引線 220-1:第一入射角 220-2:第二入射角 400:處理系統 500:控制器 501:流量調節器 502:視覺/監控攝像機 850:電鍍部分 850’:電鍍部分 855:孔帶部分 991:孔帶寬度 997:邊緣輪廓 999:邊緣 1000:邊緣斜角清除系統 1003:清洗溶液入口 1009:EBR溶液 1032:基板支架 1033:鍍金屬膜 1036:晶圓卡盤 1038:基板 1042:邊緣斜角清除單元 1120:兩個或多個噴嘴 1131:第一噴嘴 1132:第二噴嘴 1133:第三噴嘴 1134: 1209:幫浦 1231:管線 1233:控制閥 1294:排水口 1296:回收槽 1297:第三入射角 1298:第二入射角 1298:再迴流管線 1299:第一入射角 1500:自動EBR操作 2000:電腦系統 2001:電腦 2002:鍵盤 2003:滑鼠 2004:顯示器 2005:光碟驅動器 2006:磁碟機 2011:微處理單元 2012:ROM 2013:隨機存取記憶體 2014:硬碟 2015:匯流排 2021:光碟 2022:磁碟片 A1:圓柱形中心軸 d1:第一長度 d2:第二長度 p1:入射點 p2:入射點 S1010-S1070:步驟
以下將結合附圖閱讀，根據以下詳細描述可以最好地理解本揭露的各方面。應理解，根據行業中的慣例，各種特徵未按比例繪製。實際上，為了清楚起見，各種特徵的尺寸可以任意地增加或減小。 第1圖所示為電化學電鍍系統的示意圖。 第2A圖所示為根據本揭露一些實施方式之電化學電鍍裝置包含基板的示意圖。 第2B圖所示為包含了第2A圖的電化學電鍍裝置的處理系統的示意圖。 第3圖所示為根據本揭露一些實施方式之包含孔帶寬度之簡化邊緣斜角清除製程的示意圖。 第4A圖所示為根據本揭露一實施方式之邊緣斜角清除單元的示意圖。 第4B圖所示為根據本揭露一實施方式之邊緣斜角清除單元的兩個或多個噴嘴的等角視圖。 第5A圖、第5B圖、第5C圖、第5D圖及第5E圖所示為邊緣斜角清除製程在清除晶圓邊緣上不需要的電鍍部分的示意圖。 第6圖所示為根據本揭露一實施方式之兩個或多個噴嘴調整電鍍金屬膜的孔帶寬度及邊緣輪廓的示意圖。 第7圖所示為根據本揭露一實施方式之邊緣斜角單元包含孔帶寬度控制組件的示意圖。 第8圖所示為根據本揭露一實施方式之藉由控制器控制邊緣斜角清除單元的方法流程圖。 第9A圖及第9B圖繪示了根據本揭露一些實施方式的控制器。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
10:製程容器或槽
12:晶圓
14:陽極
16:電源
18:固定裝置
20:第三電極

Claims (20)

  1. 一種裝置，包括: 一晶圓支架，配置為在形成的一導電層之上支撐一晶圓，並旋轉該晶圓；以及 二或多個噴嘴，配置為噴射一邊緣斜角清除溶液以移除一部分的該導電層； 其中，該二或多個噴嘴的一第一噴嘴及一第二噴嘴配置為以彼此不同的入射角將該邊緣斜角清除溶液噴射到位於彼此不同的該晶片的一邊緣區域的接觸點。
  2. 如請求項1所述之裝置，其中: 該第一噴嘴配置為在一入射點噴射該邊緣斜角清除溶液；以及 該第二噴嘴配置為在一入射點噴射該邊緣斜角清除溶液； 其中，該第一噴嘴在該入射點至該晶圓的一邊緣之間的一第一距離小於該第二噴嘴在該入射點至該晶圓的一邊緣之間的一第二距離。
  3. 如請求項2所述之裝置，其中: 該第一噴嘴配置為具有該邊緣斜角清除溶液的一第一入射角；以及 該第二噴嘴配置為具有該邊緣斜角清除溶液的一第二入射角； 其中，該第一噴嘴的該第一入射角小於該第二噴嘴的該第二入射角。
  4. 如請求項3所述之裝置，其中該二或多個噴嘴包含一第三噴嘴，該第三噴嘴配置為具有該邊緣斜角清除溶液的一第三入射角，且該第三噴嘴的該第三入射角大於該第一入射角以及該第二入射角。
  5. 如請求項4所述之裝置，更包含一機制，用以調整該二或多個噴嘴的一角度以及一位置。
  6. 如請求項1所述之裝置，其中該二或多個噴嘴包含一第三噴嘴，配置為具有該邊緣斜角清除溶液的一第三入射角為80至90度。
  7. 如請求項1所述之裝置，更包含一視覺相機，配置為獲取沿一晶圓厚度的一軸的一橫截面影像。
  8. 如請求項1所述之裝置，其中該二或多個噴嘴包含一第四噴嘴，用於噴射一清除溶液。
  9. 一種方法，包含： 提供二或多個噴嘴，相鄰於形成一薄膜的一晶圓的一邊緣； 首先沖洗該薄膜的一表面； 藉由該二或多個噴嘴的一第一噴嘴噴射一邊緣斜角清除溶液，以去除相鄰於該晶圓的該邊緣的該薄膜的一第一部分； 藉由該二或多個噴嘴的一第二噴嘴噴射該邊緣斜角清除溶液，以去除相鄰於該晶圓的該邊緣的該薄膜的一第二部分；以及 二次沖洗該薄膜的該表面； 其中來自該第一噴嘴的該邊緣斜角清除溶液的一第一入射角不同於來自該第二噴嘴的該邊緣斜角清除溶液的一第二入射角。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該邊緣斜角清除溶液的該第一入射角介於30至60度之間。
  11. 如請求項9所述之方法，其中該邊緣斜角清除溶液的該第二入射角大於該第一入射角，並且介於60至90度之間。
  12. 如請求項9所述之方法，其中該邊緣斜角清除溶液至少為硫酸或過氧化氫其中之一。
  13. 如請求項9所述之方法，其中於該第一沖洗及該第二沖洗中的一沖洗溶液為去離子水。
  14. 如請求項9所述之方法，更包含: 測量該薄膜的一孔帶寬度； 藉由一控制器判斷，所測量的該薄膜的該孔帶寬度為大於一預定長度；以及 當判斷出所測量的該薄膜的該孔帶寬度未大於該預定長度，則藉由該二或多個噴嘴重複噴射該邊緣斜角清除溶液，直到該薄膜的該孔帶寬度等於或小於該預定長度。
  15. 如請求項9所述之方法，其中: 該第一噴嘴配置為在一入射點噴射該邊緣斜角清除溶液，其中在該入射點至該晶圓的一邊緣之間的一第一距離介於0.1毫米至2毫米之間；以及 該第二噴嘴配置為在一入射點噴射該邊緣斜角清除溶液，其中在該入射點至該晶圓的一邊緣之間的一第二距離介於1毫米至3毫米之間。
  16. 一種裝置，包含: 一晶圓，包含一鍍膜；以及 一孔帶寬度控制組件，包含一流量調節器，其相連於相鄰於該晶圓的一邊緣的二或多個噴嘴； 其中該孔帶寬度控制組件配置為調整該鍍膜的一孔帶寬度。
  17. 如請求項16所述之裝置，其中該二或多個噴嘴配置為進一步產生該鍍膜的一邊緣輪廓。
  18. 如請求項16所述之裝置，更包含一機制，用以調整該二或多個噴嘴的一角度以及一位置。
  19. 如請求項16所述之裝置，其中該二或多個噴嘴包含一第三噴嘴，配置為具有該邊緣斜角清除溶液的一第三入射角為80至90度。
  20. 如請求項19所述之裝置，其中該第三噴嘴配置為清潔該晶圓的該邊緣上沒有鍍金屬薄膜的地方。
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