TWI591213B - 用於貫穿型光阻電鍍用潤濕前處理之方法及設備 - Google Patents

Description

用於貫穿型光阻電鍍用潤濕前處理之方法及設備

本發明係關於預濕設備設計與方法。更詳細而言，實施例係關於在用於積體電路製造的半導體晶圓上沉積導電材料之前，預濕晶圓的預濕設備設計與方法。

潤濕是液體/固體界面的一種屬性，取決於液體與固體之間的附著力及液體中的凝聚力。液體與固體之間的附著力使液體在固體表面上散開。液體中的凝聚力使固體表面上的液體接觸最小化。在許多發生液體與固體表面相互作用的工業製程中，液體作用在固體表面上的潤濕是很重要的。電鍍(陰極反應)，如包括積體電路製造過程中的電鍍，便是此類工業製程之一。在如電蝕刻及電拋光的陽極反應中，潤濕亦很重要。

例如，許多半導體與微電子製程利用貫穿型光阻電沉積。此電鍍處理有時也被稱為貫穿遮罩或光阻圖案化電沉積。這些處理可與下列相關：在GaAs晶圓上電鍍亞微米金互連線、為薄膜記錄頭電鍍銅線圈或磁性合金、為再分配或積體被動應用裝置電鍍銅導體、或倒裝晶片接合電鍍PbSn或無鉛焊錫。這些處理全都涉及將金屬沉積在具有毯覆式導電晶種層或導電電鍍基底及圖案化介電樣板的基板。

在此說明於貫穿光阻電鍍或其他處理之前所用的預濕基板的方法與設備。對基板預濕及清潔，俾使移除包括光阻粒子與殘餘物的汙 染粒子材料，以提供潤濕的表面供後續處理。

說明設備之一態樣。設備包括：除氣器，其用以從預濕流體移除一或更多種溶解氣體，以產生除氣預濕流體；處理腔室，包括用以固持晶圓基板並用以旋轉晶圓基板的晶圓固持部、用以使處理腔室內形成次大氣壓的真空埠、及耦合至除氣器的流體入口部，流體入口部用以將除氣預濕流體以至少約每秒7公尺的速度輸送至晶圓基板上，藉此晶圓基板上的粒子材料(包括粒子與殘餘物)會鬆脫，且流體入口部係用以將除氣預濕流體以從晶圓基板移除鬆脫粒子的流量輸送。設備更包含控制器，其程式指令係用以旋轉晶圓基板，並藉由在旋轉晶圓基板時，使晶圓基板接觸來自除氣器且以至少約每分鐘0.4公升的流量從流體入口部引入的除氣預濕流體，除氣的預濕流體處於液態狀態，如此在處理腔室內於次大氣壓下在晶圓基板上形成一潤濕層。所提供之流體速度與流體流量足夠鬆脫並移除基板上的粒子材料，並提供包括扇狀噴嘴之流體輸送方式。

除氣器在某些實施例中為薄膜接觸式除氣器，用以產生具有約0.5ppm或更低溶解大氣氣體之用以接觸晶圓基板的除氣預濕流體。流體較佳是去離子水或化學溶液，協助將粒子從晶圓基板鬆脫與移除。真空埠在某些實施例中位於低於晶圓固持部。設備在某些實施例中用以在形成潤濕層於晶圓基板期間維持低於約50Torr的次大氣壓。

某些實施例中，流體入口部包括用以將除氣預濕流體輸送到晶圓基板上的噴嘴。某些實施例中噴嘴設於處理腔室的側壁上，且在某些實施例中，是扇狀噴嘴，用以將除氣預濕流體輸送到晶圓基板上，俾使撞擊晶圓基板的除氣預濕流體具有線狀。某些實施例中流體入口部包括歧管，歧管包括用以將除氣預濕流體輸送至晶圓基板上的至少一噴嘴，其中噴嘴位於晶圓基板上方，且是扇狀噴嘴，用以將除氣預濕流體輸送到晶圓基板上，俾使撞擊晶圓基板的除氣預濕流體具有線狀。

某些實施例中，處理腔室包括蓋與本體，其中蓋維持固定不動，本體用以實質垂直地移動，使本體接觸蓋而形成真空密封，且其中歧管的噴嘴接附於蓋。歧管的噴嘴在某些實施例中將除氣預濕流體從晶圓基板的一邊緣到晶圓的實質中心輸送至晶圓基板上。

某些實施例中，晶圓固持部用以將晶圓基板固持為面朝上的 定向，且設備用以將預濕流體從高速噴嘴噴灑於晶圓基板上。

在此設備中可預濕的典型基板包括金屬層及覆蓋的光阻，其中光阻的特徵部使金屬層的部分曝露出。某些實施例中，光阻包括具有長寬比為約2比1至1比2的特徵部，其中光阻中的特徵部具有尺寸為約5微米至200微米的開口。

某些實施例中，控制器的程式指令更包括以下指令：形成潤濕層於晶圓基板後，停止輸送除氣預濕流體，且停止輸送除氣預濕流體後，以不同轉速旋轉晶圓基板，以移除晶圓基板上的多餘表面曳出除氣預濕流體。

某些實施例中，控制器的程式指令更包括在停止輸送除氣預濕流體後且在移除多餘表面曳出預濕流體前，將處理腔室增壓至大氣壓或超過大氣壓。

通常程式指令更包括指令來在形成潤濕層於晶圓基板上之前將處理腔室降壓至次大氣壓。例如程式指令可明訂當處理腔室壓力降至低於約50Torr時，啟動於晶圓基板上形成潤濕層的步驟，且使晶圓基板接觸除氣預濕流體約10秒至120秒。

在另一態樣中，設有一系統，其包括前述設備及一步進機。

又於另一態樣中，其中方法包括：(a)在處理腔室中設置晶圓基板，晶圓基板在其表面至少一部份上具有曝露金屬層；(b)將處理腔室的壓力降至次大氣壓；(c)將預濕流體除氣；(d)旋轉晶圓基板；及(e)在處理腔室中於次大氣壓下使旋轉的晶圓基板接觸除氣預濕流體，以形成潤濕層於晶圓基板上，除氣預濕流體以至少約每秒7公尺的速度及至少約每分鐘0.4公升的流量接觸晶圓基板，以足夠將粒子材料從晶圓基板上鬆脫並移除。

某些實施例中，方法更包括：施加光阻於晶圓基板；曝露光阻於光；圖案化光阻，轉印圖案至晶圓基板；選擇性自工作件移除光阻。

在另一包括用以控制設備之程式指令的非瞬間電腦機器可讀媒體中，其中程式指令包括以下指令：(a)在處理腔室中設置晶圓基板，晶圓基板在其表面至少一部份上具有曝露金屬層；(b)將處理腔室的壓力降至次大氣壓；(c)將預濕流體除氣；(d)旋轉晶圓基板；及(e)在處理腔室中於次大氣壓下使旋轉的晶圓基板接觸除氣預濕流體，以形成潤濕層於晶圓基 板上，除氣預濕流體以至少約每秒7公尺的速度(以足夠鬆脫曝露金屬層上任何粒子材料)及至少約每分鐘0.4公升的流量(以足夠從晶圓基板上移除鬆脫的粒子材料)接觸該晶圓基板。

301‧‧‧腔室

303‧‧‧真空幫浦

305‧‧‧閥連接部

306‧‧‧除氣迴圈

307‧‧‧流體槽

309‧‧‧除氣裝置

311‧‧‧幫浦

313‧‧‧三向閥

315‧‧‧閥

317‧‧‧針閥

501‧‧‧預濕腔室

503‧‧‧馬達

504‧‧‧腔室底部

505‧‧‧馬達及軸承支撐構件

509‧‧‧耦合件

511‧‧‧驅動軸

513‧‧‧夾頭底部

515‧‧‧支臂

517‧‧‧對準設備

519‧‧‧排出部

521‧‧‧真空入口部及真空釋放管線

523‧‧‧保護罩

525‧‧‧預濕流體噴嘴

527‧‧‧腔室真空門

601‧‧‧腔室

603‧‧‧晶圓

605‧‧‧冷卻元件

607‧‧‧固持部

609‧‧‧真空蓋

611‧‧‧管線

613‧‧‧管線

615‧‧‧入口部

617‧‧‧密封部

619‧‧‧容器

701‧‧‧晶圓

702‧‧‧晶圓固持部

703‧‧‧腔室

705‧‧‧馬達

707‧‧‧真空埠

709‧‧‧埠

711‧‧‧入口部

713‧‧‧預濕流體

801‧‧‧預濕腔室

803‧‧‧晶圓固持部

805‧‧‧馬達

807‧‧‧真空埠

809‧‧‧晶圓

811‧‧‧埠

813‧‧‧流體

901‧‧‧腔室

903‧‧‧槽壁

905‧‧‧晶圓固持部

907‧‧‧高阻抗虛陽極

909‧‧‧分開陽極腔室區域

911‧‧‧真空埠

913‧‧‧電鍍液

915‧‧‧晶圓

1001‧‧‧電鍍系統/模組

1003‧‧‧機器人

1004‧‧‧機器人

1005‧‧‧裝載器

1013‧‧‧預濕腔室

1015‧‧‧模組

1021、1023、1025‧‧‧電鍍槽

1100、1150、1200、1600‧‧‧處理

1105、1115、1155、1160、1165、1170、1605、1610、1615、1620、1625‧‧‧步驟

1350‧‧‧預濕腔室

1352‧‧‧腔室本體

1354‧‧‧腔室蓋

1356‧‧‧固持部

1358‧‧‧晶圓基板

1360‧‧‧真空埠

1362‧‧‧入口部

1364‧‧‧噴嘴

1366‧‧‧預濕流體

1400‧‧‧預濕腔室

1402‧‧‧腔室本體

1404‧‧‧腔室蓋

1406‧‧‧固持部

1408‧‧‧晶圓基板

1410‧‧‧真空埠

1412‧‧‧入口部

1414‧‧‧噴嘴

1416‧‧‧歧管

1418、1420‧‧‧埠

1422‧‧‧預濕流體

1500‧‧‧預濕腔室

1502‧‧‧腔室本體

1504‧‧‧腔室蓋

1506‧‧‧固持部

1508‧‧‧晶圓基板

1510‧‧‧真空埠

1512‧‧‧入口部

1514‧‧‧噴嘴

1516‧‧‧歧管

1518、1520‧‧‧埠

1522‧‧‧預濕流體

圖1繪示預濕設備之一實施例的簡圖。

圖2繪示預濕腔室一實施例的立體截面圖。

圖3繪示用以進行凝結預濕處理之預濕腔室的實施例。

圖4繪示用以進行浸漬預濕處理之預濕腔室的實施例。

圖5繪示另一用以進行浸漬預濕處理之預濕腔室的實施例。

圖6繪示預濕處理於電鍍槽中進行的設備的實施例。

圖7繪示電鍍系統實施例。

圖8a、8b是預濕處理實施例的流程圖。

圖9是用以在晶圓基板上電鍍一層金屬之電鍍處理的實施例的流程圖。

圖10a、10b是貫穿光阻電鍍之預濕腔室的實施例。

圖11a、11b是貫穿光阻電鍍之預濕腔室的實施例。

圖12繪示貫穿光阻電鍍之預濕腔室的實施例。

圖13是貫穿光阻電鍍之預濕處理的實施例的流程圖。

茲說明特定實施例。特定實施例的例子在圖式中有繪示。本發明雖以特定實施例說明，但卻不受此限。反而，只要是具有專利申請範圍定義的精神與範圍，任何替代物或方式、修改及均等手段皆屬本發明。下述中，為了更詳細說明本發明，將利用到許多詳細又特定的例子。本發明可不需要全部或部分的這些詳例來實施。其它情況下，為了不必要地混淆本發明，熟知的製程等將不再贅述。

在此揭露的是晶圓預濕的設備設計及方法，用以修正在電鍍期間晶圓進入以及晶圓處理的條件及預濕流體組成。根據在此實施例，預濕處理可在電鍍腔室中執行，或是在包含預濕處理站及電鍍處理站之模組 的分開的預濕處理站執行。某些實施例中，預濕和電鍍在不同的設備中執行。

基板通常是半導體基板，其上有導電材料(如含有銅或銅合金的晶種層)。電鍍期間，電連線連到導電層，對晶圓基板施加負極偏壓，藉此做為陰極。將晶圓與含有金屬鹽(如硫酸銅、烷基磺酸銅或鹽類混合物)的電鍍液接觸，金屬鹽在晶圓陰極還原，使金屬沉積在晶圓上。許多實施例中，基板含有一或更多個凹部特徵(如貫穿孔或孔洞)，而這些特徵需要以電鍍處理填充。除了金屬鹽之外，電鍍液亦可含有酸，且通常含有一或更多種如鹵化物(如氯化物、溴化物等)的添加劑、加速劑、平整劑及抑制劑，用以調節基板各種表面的電鍍率。

本發明的處理及相關設備設計特別適用且有必要於電填充更寬(如通常大於5μm)更深(如通常大於10μm)的鑲嵌結構(貫穿孔)，如常見於新興銅矽穿孔(TSV)電填充結構或與貫穿型光阻電鍍有關之凹部特徵中。有關矽穿孔結構之說明，請參照美國專利第7,776,741號(2001年8月17日頒證)，此文獻在此援引加入。被捕捉或存在於特徵部的表面或裡面的氣體泡泡，不論是藉由以不導電之氣體阻隔特徵部的表面，或是對電流的自由流通產生阻礙，均會干涉場及特徵部的電鍍處理。此揭露的方法及相關設備設計能確保無空隙的銅電填充。

對TSV與貫穿型光阻的電鍍及電填充會有一些困難，包括因非常大及/或深的結構而致使電鍍時間長，或因特徵部潤濕不良或晶種層覆蓋不良而導致電鍍不全。再者，很重要的是，確保所有凹部特徵部的內部都以液體填充，且沒有氣泡捕集在特徵部裡面而妨礙內部的電鍍。此說明之預濕設備設計及方法，通常針對金屬(特別是銅)電鍍(陰極反應)。但此說明之預濕設備設計及方法對於所有電解反應都適用，包括電蝕刻及電拋光，其二者皆為陽極反應。

在此將說明電鍍處理所需之用以形成以液體填充、無氣泡、無粒子之凹部特徵部的方法。再者，亦說明使晶種層侵蝕最小化且同時增加電鍍率的預濕流體的組成。

在此描述之設備設計及方法，藉由首先在以流體預濕表面及特徵部之前先從特徵部裡面移除氣體(主要全是非凝結性氣體，如氮或氧)， 避免在晶圓基板上的凹部特徵部(如貫穿孔)裡面形成氣泡。要達到此效果，將具有凹部特徵部的晶圓放入適用於既可固持晶圓又容許將氣體從晶圓表面移除的容器中(如真空容器)。除了容器本身之外，亦須要移除氣體的機構(如一管線連接到如幫浦的真空源)，以及在維持真空狀態的同時將液體沉積在表面上的機構。

在此說明之各種設備設計，係在電鍍處理開始之前或緊接著其之後所進行的晶圓預濕，以避免氣泡和氣體捕集在表面中凹部特徵部內。預濕設備的實施例包括各種元件。通常，預濕設備包括預濕流體儲槽及回收槽，包括液體混合裝置及液面控制器與感測器。某些實施例中，設備包括預濕流體除氣流迴路。此除氣流迴路包括循環幫浦、繞徑/分岔閥、液體除氣元件及液體除氣元件與系統真空幫浦(用以抽空而施加真空於工具與預濕腔室的各種液體除氣元件)之間的連結。預濕設備亦包括預濕腔室。某些實施例中，預濕腔室包括用以存取腔室的雙位(開啟/關閉)真空晶圓存取門或蓋，以及防止液體打擊到上壁或門後滴落到晶圓表面上的結合的門或蓋與噴濺檔板。某些實施例中，在腔室內的是將晶圓固持在腔室內並使其旋轉的晶圓固持件。某些實施例中，腔室包括氣頂腔室加熱器，用以防止液體凝結在腔室壁上而存在於晶圓及真空晶圓存取門的上方而有可能滴落在晶圓上。預濕腔室通常包括：入口埠，用以讓預濕流體進入腔室，並將預濕流體引導到旋轉晶圓的上表面上；及入口管線及腔室埠，用以引入並釋放真空給腔室，入口管線包括粒子過濾裝置，入口埠包括用以分散流入氣流並使腔室流動紊流最小化的流擴散器。某些實施例中，腔室包括液面感測器，用以監視空槽/預備中及滿出/超過滿槽的狀態。預濕腔室亦通常包括排洩部，用以將液體從腔室中移除，並將排洩出去的液體導引回儲存槽。

在此描述的實施例解決了捕集氣泡造成的有害影響，特別是那些可形成在晶圓中較大貫穿孔或溝槽中的氣泡，方法是藉由：(1)藉由移除晶圓上及貫穿孔或洞中的實質所有大氣壓下非凝結氣體而完全地避免在預濕時氣體被捕集在貫穿孔中，然後以預濕流體預濕晶圓；及/或(2)藉由施加相當大的外部壓力於流體而大幅增加氣泡溶解率，藉此在氣泡界面產生高度超飽和狀態而驅使氣泡溶解於流體中。除了這些預濕及預電鍍措施之外，某些實施例中，在維持於除氣狀態的電鍍液中進行電鍍，而在其它實 施例中，電鍍溶液在接觸到晶圓表面之前，在管線中除氣。

某些實施例中，是有可能在電鍍池中做預濕，預濕流體的組成與電鍍溶液的相同。然而因種種因素，包括因將電鍍處理與真空處理結合而使硬體結構趨於複雜，預濕(包括真空特徵部回填預濕)通常在不同於電鍍池的池、次池(sub-cell)或模組中進行。當預濕在真空下是在電鍍池中完全不同的區域進行，或是在與電鍍池完全分離的模組中進行，而不是在電鍍溶液中進行時，預濕流體的組成便可以選擇。預濕流體可以與後續用來電鍍晶圓的流體有著相同或非常相似的組成。預濕流體可包括電鍍液中全部的成分，如有著相同的一或多個溶劑，相同的溶解的金屬離子、酸類、正離子、添加劑、鹵化物，且與電鍍液的濃度相同或非常相似。這樣的預濕流體可在某些實施例中實施。或者，在其它實施例，可使用與電鍍溶液非常不相同的預濕流體。如在某些實施例中，預濕流體可為：1)水；2)金屬離子濃度比電鍍溶液的實質高上許多的流體；3)具有鹵化物的濃度較低、鹵化物的組合不同、無溶解鹵化物這三種狀態中任一種的流體；4)實質缺少一種、部分或全部電鍍添加劑的流體；或5)可混溶於水的溶劑。這些預濕流體將於下文中說明。

選擇預濕流體組成時應考慮到幾個因素，包括下列可能：a)啟動電鍍之前侵蝕晶圓基板上的金屬層；b)抑制電鍍處理(即使其變慢或完全抑制特徵部金屬填充處理)；c)在後續預濕流體重複使用時的預濕流體損耗；及d)隨著時間(藉由增加、稀釋或增濃而)改變電鍍溶液中的各種關鍵物種濃度。上術最後一個處理可以改變電鍍溶液中的金屬離子濃度、鹵化物濃度、有機添加劑等。這些效果可能相當實質。再者，當使用組成不同於電鍍溶液的預濕流體時，若在同樣的模組中進行預濕處理，但沒有使用適當機制來移除並回收要加入電鍍溶液的多餘曳出(entrained)預濕流體，通常會需要隨著時間對電鍍溶液修正所做出的減輕、監視及/或甚至改正的機制。另一方面對於所使用的硬體與處理中，預濕操作是在分開的處理站、模組、容器或電鍍池的次容器(sub-vessel)，且此流體能夠被分開並回收，會因避免掉前述問題而較具優勢。有了此前提，且為了簡化描述實施例的核心概念，許多實施例在本文中會提到分開的預濕「站」(station)及分開的「電鍍站」，而晶圓從前者傳輸到後者。但或許在某些狀況下有利(如用來避免不 同液體混在一起或其他原因)，對於涉及到特定預濕材料、通常用的流體及電鍍處理順序的實施例各面向，並不是要如此限制本發明。

圖1繪示預濕設備(即腔室301及相關硬體)之一實施例的概略圖。腔室301經由腔室中的一出口部並穿過三向閥連接部305而連接到真空幫浦303。在三向閥另一側是除氣迴圈306，該迴圈包括：預濕流體槽307；除氣裝置309；及幫浦311，用以使預濕流體在除氣迴圈中循環。另一實施例中，預濕流體供應管線與真空管線只在腔室連接，且各管線有自己的閥(即沒有三向閥)。替代實施例中，腔室有用來供應預濕流體的入口部，及用來連接真空幫浦的出口部。若欲用幫浦將流體驅策入腔室，而非由預濕流體槽307與腔室301之間的壓差將流體吸入腔室，幫浦311的位置可在除氣元件之後。

某些實施例中，用真空幫浦將真空施加在一容槽(未繪示)，以除去預濕流體容槽307區域的氣體，俾使達到最少量的溶解氣體。藉由增加流體曝露於真空的表面，如讓流體以噴灑或噴灑柱的方式從循環迴圈再度進入腔室，亦可增加從預濕流體移除氣體的速率。在如圖1所示系統的實施例中，預濕流體循環經過用以在預濕之前從預濕流體中移除一或更多個溶解的氣體(如O₂與N₂兩者)的除氣裝置309(如某些實施例中是薄膜接觸式除氣裝置)。市售除氣裝置的例子可包括美國NC,Charlotte的Membrana所售的Liguid-Gel^TM，及美國Minnesota,Chaska的Entegris所售的pHasor^TM。溶解的氣體量可用適當的儀器來監視，如用市售溶解氧儀氣(未繪示)。如本文說明，在預濕流體進入腔室301前就移除溶解氣體，會改善預濕處理。選擇性地，在將預濕流體除氣後，可關閉除氣腔室309及真空幫浦303之真空側之間的閥315(這麼做可防止原先在腔室內的氣體溶解於除氣後的預濕流體中；某些實施例中，這兩個功能可用分開的幫浦來執行)。

與使用類似圖1配置方式的設備所造成的狀態不同的是，若不在將預濕流體於真空中曝露給晶圓前就先將其除氣，當流體進入腔室時，來自流體的溶解氣體會從流體中釋放。此會造成氣泡於貫穿孔中形成。在不受特定模型或理論的限制的前提之下，貫穿孔底部是負向曲弧(negative curvature)的位置，且一般認為此位置特別容易造成形成氣泡且從預濕流體釋放氣體。若此現象發生，氣泡會形成自含有溶解氣體的預濕流體，因為預 濕狀態(如腔室中的真空)下的氣體呈現超飽和。如此形成的氣泡在預濕處理後仍存在，因此會在存在處抑制電鍍，造成有關缺陷。因此，某些實施例中(包括圖1的實施例)，用於預濕處理的預濕流體是除氣後的預濕流體。某些實施例中，除氣預濕流體可以是電鍍溶液，且在此說明的預濕方法可在同一個電鍍腔室內進行。若使用分開的預濕腔室與設備，但預濕流體未除氣，便可能觀察到間歇性且不可靠的填充結果。例如，當不先將預濕流體除氣而將晶圓的孔以預濕流體填充(晶圓在真空中)時，已發現15%的孔還有空氣氣泡在其中(有著同樣百分比的電鍍後空隙也如此表示在孔中捕集有氣泡)。因此某些實施例中，在真空中進行預濕(即在低於常壓之下)，且是用除氣的流體，是很重要的。

相反地，在真空中進行預濕操作並同時利用除氣預濕流體，會在某些實施例造成比僅在真空中預濕的情況產生更大幅減少的特徵部空隙。在對形成不均勻沉積有相當好免除狀況的特定實施例中，除氣預濕流體與真空下預濕的組合，進一步與在除氣的電鍍溶液中電鍍來結合。電鍍溶液可僅在電鍍初步階段時才除氣(如在電鍍處理的最初10分鐘而已)，或在電鍍處理全程都保持除氣狀態(如在電鍍時間更久時)。在這些狀態下所進行的實驗，產生的貫穿孔是無間隙的。

回到圖1，在腔室301的壓力達到一低壓值(即次大氣壓值)時，連到真空幫浦的三向閥305進行切換，以連接到來自除氣迴圈306的管線，且除氣迴圈的三向閥313設為可使流體被導引入真空腔室301。某些實施例，次大氣壓壓力大約等於預濕流體在作業溫度下的沸騰壓力，而水在環境溫度下的沸騰壓力約為20torr。其它實施例中，次大氣壓壓力約為50torr。又在其它實施例，在預濕晶圓基板的同時維持在50torr的壓力。在替代的實施例中，預濕系統設定為用以在腔室壓力減至約50Torr或更低時，啟動來將預濕流體引入腔室及到晶圓基板上。在預濕流體槽307處於大氣壓力下的實施例，藉由真空腔室與預濕流體槽之間的壓差將液體引入腔室301。

預濕流體將腔室301內晶圓的裝置側的晶圓表面潤濕。針閥317可用來測量進入腔室301的預濕流體流量。在此說明腔室301實施例。如在此說明的，某些實施例中，腔室301是個壓力腔室，用以將外部壓力 施加來增加氣跑溶解率。在預濕設備的其它實施例，預濕設備包括用以將晶圓基板從預濕腔室傳輸到電鍍設備的傳輸機構。

在某些實施例中，預濕流體在注入預濕腔室前先冷卻(如水為0度C，或適當電解質為-10度C)。在其它實施例中，除氣裝置用以將預濕流體降溫到約低於20度C的溫度。其它降溫預濕流體方法的例子包括使流體通過預濕流體儲存槽的熱交換器，或通過管線內冷卻器(兩者都沒繪示於圖1)。冷卻預濕流體降低了預濕流體溶劑的氣態分壓，使更大的真空能施加於如除氣裝置。將預濕流體的溫度降低，亦能有效增加預濕流體的表面張力與黏度兩者，此通常可使除氣裝置「衝過」(blow through)或「滴漏」(weeping)的現象減輕些。處理含有鹽類的預濕流體時，滴漏特別是個困難的問題，因為滴漏的含鹽流體容易乾固，破壞除氣裝置的孔洞。用較低溫度的流體減輕了含鹽電解質蒸發並流動的可能性，避免了除氣裝置此類的已知問題。例如，水(含有少量的鹽類)的氣態壓力約為2.7torr(-10度C)，相對於20度C的17.5torr，30度C的32torr。將20torr的真空(產生約為0.5ppm的溶解常壓氣體)施加於除氣裝置時，30度C的預濕流體會真的沸騰起來，使鹽類遺留在除氣裝置的孔洞周遭，而20度C的預濕流體會快速蒸發。但使用-10度C的預濕流體時，除氣裝置的鹽類遺留變得很少。因此，一般而言，以較低溫度的流體可從除氣裝置更有效率地移除更多的溶解氣體。某些實施例中，在預濕流體除氣時，且在其進入處理腔室之前，其被降溫至約低於20度C，如0度C或更低之溫度。此外，降低預濕流體的溫度，會降低預濕系統的金屬侵蝕率。

預濕設備的某些實施例中，晶圓表面以預濕流體潤濕，接著施加外部壓力至流體。晶圓表面首先用適當的機制接觸到流體，通常是將晶圓浸漬於預濕流體中(以下說明)。這些實施例中，預濕腔室包括用以引入預濕流體的入口部及用以在預濕時或之後以高於常壓的氣壓來作業的腔室。施加外部壓力於流體會協助移除氣泡。某些實施例中，預濕流體受到預處理，俾使其在預濕表面之前，實質上不僅不含氧(如為了使對晶圓上金屬的侵蝕降至最低)，也都不含所有種類的溶解非凝結性氣體，如氮與二氧化碳，以加速任何被捕集在凹部特徵部的氣體溶解率。在美國專利第6,021,791號及第6,146,468號(在此援引加入)中描述了為了處理半導體晶圓 而將晶圓曝露於去氧化的處理流體。

在將晶圓浸漬於預濕流體中或以預濕流體覆蓋晶圓之後，關閉並氣密晶圓周遭的區域(如壓力腔室)，且施加一外部壓力於腔室及流體。壓力之施加可用氣動(如將高壓氣體引導至腔室內流體上的區域)，或用液壓(如使腔室實質無未溶解氣體，並使用液壓活塞或其他適當裝置施加外部壓力至流體)。當腔室壓力增加時，氣泡會自原尺寸縮小。當用氣動(氣體)壓力來壓縮捕集的氣泡時，很重要的是要避免實質量的氣體溶解於預濕流體，特別是在氣泡的周遭。某些實施例中，使用停滯、相對厚的流體層，如厚於1cm。其它實施例中，經由具有實質阻抗氣體的溶解到達界面的能力的長管使氣動壓力施加於腔室，俾使氣體在相對小的表面面積接觸到一體，且具有相對長的擴散路徑，限制氣體在一段時間內能夠溶解在流體中的量。無論壓力如何施加，溶解捕集氣泡的驅動力會隨所施加的壓力增加。針對沒有明顯毛細壓力效應的大型氣泡，溶解的驅動力大約等於以下二者的乘積：氣泡中特定氣體成分的初始莫耳分數；及所施加於腔室的壓力與流體中溶解氣體的初始分壓之間的差異。此後者之值會依賴對預濕流體進行的除氣程度而變化。

雖然壓力可用氣動或液壓方式施加，在不是浸漬實施例的預濕實施例，而是晶圓上有一預濕流體薄層覆蓋的情況下，氣動施加的外部壓力有可能會使氣體快速地再溶解於一(如已除氣的)預濕流體薄層中。在來自外部加壓氣體源的進氣與氣體從氣泡溶解入液體之間會有競爭。因此，應在非浸漬預濕操作中使用一相對厚的預濕流體層。此外，於晶圓上的預濕流體薄層施加液靜壓，亦有一定數量的實作機制。一種可能的機制是，產生面朝上(face-up)晶圓及含有預濕液體流體的杯槽(cup)。相反地，對於厚層的預濕流體及浸漬預濕方法而言，可容許的誤差是可以大上許多的。這是因為壓力可藉由單純是液靜壓的機制來傳導至氣泡，或者，氣動壓力的施加不會使在具有氣體之貫穿孔中的氣泡周遭的預濕流體快速再飽和。

當施加壓力時，若氣泡內的氣體分壓超過預濕流體的時，氣泡會開始溶解。最終氣泡會完全溶解，溶解的總時間所取決的參數如氣泡的原始大小、所施加之壓力及氣泡於特徵部內的原始深度。氣泡完全溶解後，在釋放壓力之前，應容許等待一段時間，俾使任何多餘的溶解氣體(超 過在1大氣壓下可溶解的量)進入預濕流體而達到整體平衡。當按此步驟進行時，氣泡可從特徵部移除，且在釋放多於外部壓力時不會再形成。

圖2繪示適用於執行在此所描述預濕方法之預濕腔室的實 施例的非透視立體圖。預濕腔室501包括用以在處理期間旋轉晶圓的馬達503，馬達通過腔室底部504的夾頭設於腔室下方，其係利用馬達及軸承支撐構件505。軸承是市售的真空穿過之中心軸旋轉軸承。馬達由耦合件509接附於驅動軸511，驅動軸穿過真空隔離軸承而到達夾頭底部513。夾頭有三個來支撐晶圓(未繪示)的支臂(515其中一支臂)、限制插銷及其它適當的對準設備517。

位於腔室下部的是用以將多餘的預濕流體移除的排出部519，預濕流體在施加於旋轉晶圓後會積存在腔室下部。流體被甩向腔室壁而滴到腔室底。某些實施例中，晶圓周圍的「流體折向防護部」(未繪示)設置於大約與晶圓在同一平面上的位置，以將從晶圓邊緣液開的流體在接觸到腔室壁之前向下折向。折向防護部可以是可移動的，或是晶圓與晶圓夾頭可以由適當的垂直移動機構與密封部來調整。亦位於腔室底部的是真空入口部及真空釋放管線521，在某些實施例中被保護罩523罩住。此保護罩用來防止氣體湧液造成對腔室內的流體不必要擾動，並且藉由將兩者區隔開來而使進入真空管線的液體量最少化。雖真空管線(及防護罩)可位於腔室的上部，將真空從晶圓下方引入是有好處的，俾使任何粒子掉落至晶圓上而形成缺陷的傾向最小化。若在以氣體回填腔室，或是因腔室門打開而來自常壓環境，粒子或其他材料進入腔室時，此狀況會發生。為了使粒子及其他材料進入腔室降至最低，通常將腔室回填，利用粒子過濾惰性氣體如氮、二氧化碳或氬，且在腔室門打開時送入稍微正壓的乾淨無粒子氣體。回填氣體通常經過過濾，且進入的流體進入架設在腔室壁上的流擴散器，以防止形成可能會烘乾晶圓或不必要地擾動腔室內容物的氣流噴柱。

某些實施例中，預濕流體噴嘴525設於高於晶圓與晶圓夾頭之處，且位於其側邊而不在其正上方，定向成用以噴灑流體或使流體流到達晶圓中心區域。其它實施例中，預濕流體噴嘴連接到可移動到晶圓上方的可動支臂。在圖2的實施例，腔室真空門527沿著腔室壁設置，且用以將腔室本身氣密。其可從腔室移開，也可向下(或向上)移動，俾使晶圓能自由 地進入腔室，且其可在晶圓被放在晶圓夾頭上後重新定位至一氣密位置。門與其它元件可能會沾帶流體，因此其設計應避免流體滴落到晶圓上。例如，門的收回位置與相關硬體可位於晶圓在被送入腔室時所形成之平面的下方，俾使在晶圓送入或送出腔室時，滴落的流體等汙染晶圓。

某些實施例中，腔室的上部區域，特別是晶圓位於夾頭且經由門被取出的平面以上的區域，被加熱至超過要預濕晶之圓的溫度。此包括位於晶圓上方的區域(最頂表面或真空頂，圖2未繪示)及晶圓周邊的周圍區域兩者。此加熱有助於在形成真空環境之前，有效防止液體從腔室天花板滴落到晶圓表面，致使可能在滴落處將氣泡捕集在貫穿孔中，使當只在移除貫穿孔中的空氣時才施加預濕流體至晶圓上的所欲處理失效。類似地，在將晶圓放入腔室期間，從腔室壁滴落至晶圓表面上的液體會有相似的效果。藉由加熱腔室壁，可防止腔室壁與天花板上產生凝結，且能使任何可能會到達這些位置的單獨液滴快速蒸發，藉此保持這些區域乾燥。

圖2雖未繪示，某些實施例中，垂直可移動自動防濺板設於腔室內，且在晶圓與夾頭的周圍。噴濺板可在施加流體或其他時機向上位移，以最小化且防止流體接觸到腔室門或上壁等。或者，晶圓夾頭可向下位移而深入腔室內部，直到晶圓送入後真空門的平面之下，如此達到同樣目地。

其它實施例中，並不將預濕流體送到晶圓表面，而是使晶圓浸漬(或用其它方式使晶圓受到覆蓋，如藉由凝結)於預濕流體，同時在流體與晶圓上方維持真空狀況。因為在腔室內產生真空會產生腔室內實質無非凝結性氣體的狀況，預濕流體進入貫穿孔時不會受到阻礙。換言之，預濕時液體不需要將位於貫穿孔中的任何氣體置換掉，因為在預濕處理前已在另一分開之處理(抽真空)中將氣體移除了。

例如，在一實施例中，在將真空施加於預濕腔室之後，可凝結流體蒸氣產生於腔室內或被引入腔室(如水蒸氣(如低壓蒸氣)、甲醇、二甲基碳酸(dimethylcarbonate)、二乙基碳酸(diethylcarbonate)、異丙醇(isopropyl alcohol)、二甲基石碸(dimethyl sulfoxide)、二甲基甲醯胺(dimethyl formamide)或其它可作為後續電鍍電解質之液體，其在後續沖洗中容易溶解，或是可溶於後續電鍍電解質)。實施例中，若晶圓基板有至少一個凹部特徵部，且 預濕腔室用以將預濕流體以氣態輸送到晶圓基板上，預濕流體會凝結而在晶圓表面上形成液體膜，而以預濕流體填充凹部特徵部。圖3繪示實施例中，預濕腔室用以進行如此的凝結式預濕處理。圖3繪示腔室601具有容許存取腔室的可移動真空蓋(或者為存取門)609、到達真空源的管線611、真空釋放管線613及可凝結流體入口部615。真空密封部617將下真空容納容器619與腔室其它部分隔開而密封。晶圓603位在作為晶圓固持部(夾頭)607之一部分的晶圓冷卻元件(冷卻器)605上。晶圓冷卻元件605將晶圓基板表面溫度降低至低於以氣態形式經由入口部615流入腔室之預濕流體的凝結溫度。在另一實施例中，在產生真空且以真空將可凝結氣體(如空氣)從腔室601中移除之後，直接將水將熱，使其在腔室內蒸發(即沸騰)，並使其在腔室內凝結在包括且較佳在較冷之晶圓603的表面上。例如，在沒有真空密封部617的腔室內，在腔室下部區域619的少量水可加熱，使其在將真空拉入腔室內的同時驟沸。可在處理時候某個時間點將連接到真空的管線移除(關閉)。

在另一實施例中，晶圓基板浸漬在預濕流體的槽中一段時間。圖4繪示用於此浸漬式預濕處理的預濕腔室實施例。圖4中，晶圓701在腔室703中被固持在晶圓固持部702。腔室703具有將預濕流體引入的入口部711。如圖，晶圓被晶圓固持部固持而面朝上，且由一適當機構固持使流體仍可從周圍邊緣部到達晶圓。真空從真空埠707拉入腔室703，真空埠707連接到真空系統(未繪示)。接著，晶圓由預濕流體預濕的方式可如以下擇一方法：1)晶圓與晶圓固持部下向移動進入預濕流體713；或2)預濕流體從入口部711進入而提升流體液面。在預濕處理期間，晶圓可與馬達705慢速旋轉。預濕處理之後，液面降低或晶圓升高，晶圓以馬達705用低速rpm旋轉而移除多餘流體，遺留一薄層的預濕流體。亦可使氮流入埠709，用以在晶圓的前側保持潤濕時對晶圓的後側進行乾燥。接著將晶圓送入一標準抓斗式裝載機(clamshell)來進行電鍍。

在圖4所示預濕腔室的其他實施例，晶圓可被固持而面朝下。在含有圖4所示之預濕腔室的某些預濕設備實施例中，在腔室壓力已被降至低於約50Torr之後，啟動預濕設備來將晶圓浸漬於預濕流體中。圖4的預濕腔室703可用於使用外部壓力來溶解氣泡的實施例，如本文所述。 除了還要能承受真空，或是要不是承受真空的情況下，腔室與其他元件必須要能夠承受內部壓力。

圖5繪示浸漬式預濕處理之預濕腔室的另一實施例。圖5繪示預濕腔室801、晶圓809、及可彼此相對移動的流體813或晶圓固持部803。此實施例中，腔室與晶圓固持部803可傾斜，以精確控制預濕前端並確保流體從腔室可完全移除。此外，晶圓809與腔室底部的縫隙很小。如同圖4，圖5的預濕流體可從埠811進入/出去，真空可從真空埠807拉入腔室，真空埠807連接到真空系統(未繪示)。多餘曳出的流體可藉由馬達805低速rpm旋轉晶圓表面而自該處移除。以高成本的預濕流體預濕晶圓基板表面時，或使用最少量預濕流體為較佳時(如使溶解氣體量可維持在低量)，圖5實施例特別有用。預濕之後，晶圓輸送到標準抓斗式裝載機而進行電鍍。在流水號為11/200,338、申請日為2005年8月9日且援引加入的美國專利申請案中，描述有縫隙小、表面傾斜之預濕設備的類似設計，但其不含有在預濕處理期間施加真空的機制。

圖5所示的腔室亦可用於施加外部壓力的實施例中，如上所述。此實施例中，腔室與其他設備被設計或修改來能夠承受並維持內部正壓。

圖6繪示一實施例，在一設備中，預濕處理在電鍍槽中執行。或者，也可以說，預濕腔室改裝成可預濕晶圓基板及在預濕的晶圓基板上電鍍一層金屬。圖6中，腔室901是電鍍槽，具有作為槽壁903之一部份的真空密封表面。晶圓固持部905固持晶圓915。在圖6所示之實施例中，電鍍槽含有抗離子、離子可穿透之高阻抗虛陽極(HRVA)907及分開陽極腔室(SAC)區域909。含有HRVA之設備的一個例子，描述於流水號12/291,356之美國專利申請案，申請日為2008年11月7日，在此援引加入。亦參考流水案11/506,054之美國專利申請案，申請日為2006年8月16日，在此援引加入。

最初時，晶圓915被固持高於電鍍液913，從真空埠911將腔室抽成真空。當腔室抽成真空時，真空應穿過晶圓固持部從晶圓的背側抽出，避免晶圓破裂。之後，提升流體液面913，使晶圓表面預濕。某些實施例中，此流體是預濕流體，其他實施例中，此流體是電鍍溶液。某些實 施例中，流體在接觸到晶圓表面前先除氣。因為腔室內無氣體，晶圓表面雖面朝下，但不會導致表面下或貫穿孔內有捕集任何含氣體的氣泡。預濕完成後，釋放真空。接著便可開始晶圓915上的金屬電鍍(某些實施例是鍍銅)。不管晶圓有無旋轉，在常壓下進行電鍍，一般上是較簡單的(以機械結構及處理條件來說)。或者，整個電鍍處理過程中皆可保持真空。仍要強調，此及其他實施例中，預濕處理前先將流體除氣是較佳的。否則流體可能會釋放溶解氣體，使氣體受較低壓而從液體被驅出時在特徵部內或表面上形成氣泡。

有關適用於本文所述實施例之抓斗式裝載式電鍍設備的一般描述，請見美國專利第6,156,167號及第6,800,187號，其二者在此援引加入。

圖7繪示用以處理晶圓的電鍍系統/模組1001實施例。此工具配置顯示出二個分開的晶圓處置機器人：機器人1003將一「乾燥」晶圓從位於前FOUP(前端開口通用容器)裝載器1005的卡匣移動到對準模組/輸送站(未繪示)；及輸送腔室機器人1004。對準模組確保晶圓與輸送腔室機器人1004支臂正確對準，俾能精確輸送到系統的其他腔室/模組。某些實施例中，對準模組將晶圓對準方位角(所謂的「晶圓切口對準」)，也能對準相對於一特定位置的垂直及水平平面(即固定晶圓的x、y、z位置系統)。

在處理及乾燥完成後，使用相同或不同的輸送腔室機器人來將晶圓從工具之後端「預濕處理區域」送回到FOUP。後端機器人(未繪示)可含二個以上的支臂，各支臂具有單一或多重「末端作動器」來抓住晶圓。某些「末端作動器」以一真空「棒」抓住晶圓的底部，其他類型則只抓住晶圓的周圍緣部。某些實施例中，一機器人晶圓處置支臂末端作動器只用來處置表面是濕的晶圓，而其他只用來處置乾燥完全的晶圓，藉此將汙染降至最低。

晶圓進入輸送站(包含輸送腔室機器人1004)之後，通常將晶圓送入預濕腔室1013(即預濕設備是模組中的一個處理站，模組更包括用以電鍍金屬於晶圓的電鍍站，某些實施例中金屬是銅)，本文說明了預濕腔室的各種實施例。某些實施例中，系統1001用以進行陽極處理。此實施例中，模組更包括用以進行如電蝕刻或電拋光的陽極處理的處理站。

預濕腔室1013可用以在真空中預濕晶圓，或對預濕晶圓施加壓力，或是在某些實施例中兩者皆可。以預濕腔室用以在真空中預濕晶圓來作為例子，晶圓旋轉時，移除腔室內的環境空氣。一旦真空移除了，晶圓的裝置側曝露於除氣預濕流體(以除氣流迴圈在模組1015中除氣)。濕潤完成後，移除多餘流體，再將氣體導入腔室而達大氣壓力，打開腔室讓晶圓由機器人或其他輸送機構取出。某些實施例中，輸送機構係用以在少於約一分鐘的時間內將預濕晶圓基板從預濕站輸送到電鍍站。

某些實施例中，接著將晶圓置入對準器(未繪示)，如切口對準器。藉由通過高準度切口對準器，準確地置入邊緣密封電鍍槽，因而在後方及非常小的裝置側邊緣排除區域(如距離邊緣約1mm)排除電鍍液，便變得有可能。電鍍槽可特別設計來具有橫穿切口區域的密封部。電鍍及特徵部填充(即金屬層電鍍在晶圓基板上)發生在電鍍槽1021、1023或1025(即電鍍站)，某些實施例中，電鍍液是已除氣的溶液。某些實施例中，金屬是銅。電鍍站用以將晶圓浸漬在電鍍站內的除氣電鍍電解質中。某些實施例中，電鍍站用以在將晶圓基板浸漬於除氣電鍍電解質中之前將晶圓基板陰極化。電鍍溶液可用不同於主電鍍池與電鍍槽之間之流動迴圈的分開的除氣迴圈來回收，或是藉由通過位於與池/電鍍槽迴圈相同的迴圈中的除氣元件，在進入電鍍池之前先除氣。

電鍍完成後，晶圓在電鍍池上方以水沖淋並旋轉來移除多餘曳出流體，打開晶圓固持抓斗式裝載設備而釋放邊緣密封，使晶圓可被取出。接著將晶圓輸送到後處理模組接受沖淋與乾燥。

預濕處理的一個問題是，在預濕和電鍍之間時間中(即在預濕腔室內於真空中將晶圓曝露於預濕流體之後，但在電鍍開始之前)，使晶圓表面「去潤濕」是有可能的。去潤濕是指預濕流體從表面產生物理疏通及凝聚的現象(即並非表面乾燥)，使表面一區域遺留預濕流體厚層，另一區域上沒有預濕流體。此現象通常與相對於預濕流體具有高度疏水性的表面有關。若潤濕層從先前為潤濕的表面上拉回或凝聚，便會失去預濕處理的特徵。為了避免此現象，可將潤濕劑加入預濕流體來避免流體聚集成灘。

某些實施例中，預濕腔室的作業或作為電鍍系統之一部分的預濕腔室是由電腦系統控制。電腦包括含有程式指令的控制器。程式指令 可包括執行預濕晶圓基板所需之全部操作的指令。一實施例中，指令係用以將處理腔室內的壓力降至低於大氣壓，以及接續使晶圓基板在次大氣壓下接觸預濕流體，以在基板表面上形成潤濕層。在次大氣壓下液態預濕流體輸送到晶圓基板上期間，晶圓基板可以第一旋轉速率旋轉，流體輸送期間為約10至120秒。接著，停止輸送預濕流體。停止輸送預濕流體後，晶圓基板以第二旋轉速率旋轉，以從晶圓基板移除多餘的表面曳出預濕流體。某些實施例中，在預濕流體輸送停止之後，且在移除多餘曳出預濕流體之前，釋放處理腔室內的真空。替代性的實施例中，移除多餘曳出的預濕流體之後，釋放真空。不同實施例中，晶圓可以不同速率旋轉。某些實施例中，在將液態預濕流體輸送至晶圓基板上期間的第一旋轉速率小於約300rpm，從晶圓基板移除多餘曳出預濕流體的第二旋轉速率至少約為300rpm。其他實施例中，第一旋轉速率約為100rpm或更低，第二旋轉速率至少約為500rpm。又在其他實施例中，預濕設備藉由以離心旋轉、氣刀(air-knife)乾燥及擦拭所組成之群組中選定的一種方法，用以從晶圓基板移除多餘曳出預濕流體，而控制器包括用以執行這些操作的程式指令。

製程/方法在此所揭露之某些實施例中的一般預濕方法中，在晶圓周遭環境先產生真空。接著，晶圓表面噴塗、溢流、覆蓋或浸漬有足量的預濕流體(某些實施例還有除氣)，最終使整個晶圓曝露於足夠且厚的液體層中。直到處理後段之前，該層不一定會隨時都覆蓋整個表面。晶圓表面接著浸漬或用其他方式曝露於預濕流體層中(如以額外的流體持續噴塗、溢流、覆蓋或浸漬該表面)，曝露一段時間直到晶圓表面上的任何預濕流體組成物的吸附(或反應)實質完成或達到了平衡，且達到了所欲或均勻的潤濕特徵(親水性，低接觸角)。預濕後，停止以預濕流體對晶圓進行的噴塗、溢流或覆蓋。某些實施例中，釋放真空，且從(當下)完全親水性表面移除多餘曳出流體(如藉由離心旋轉、氣刀乾燥、squeegee擦拭等)，使表面上遺留均勻、黏附的預濕流體薄層。其他實施例中，釋放真空前先移除多餘曳出流體。最後，將晶圓傳輸到電鍍槽來電鍍晶圓。

因為在從晶圓表面移除多餘曳出預濕流體與金屬沉積初始化之間，可能持續數秒到超過一分鐘之間任何長度的時間，使晶圓整體具親水性，且其全部表面以流體完全覆蓋住，是很重要的。在後續時間中， 疏水性的表面/流體組合會使流體從晶圓表面退流，如從晶圓邊緣開始，進而空出一部份的晶圓表面。使去潤濕可能會使流體從晶圓基板中任何的凹部特徵部內引出，可導致在浸漬時特徵部中捕集的氣泡進入電鍍池。疏水性表面，特別是那些在某些區域已完全去潤濕的，在晶圓基板上的流體預濕層厚度不均勻。在所用之預濕流體的成分不同於電鍍池的情況中，後續將已預濕晶圓置於電鍍液的浸漬，若預濕流體並未將晶圓適當地潤濕，便無法產生均勻潤濕的表面。非均勻潤濕晶圓會使擴散時間及各成分的濃度在晶圓上各處不同，此因潤濕層的厚度所致。此會導致特徵部填充狀況變化，或是產生各種晶圓表面缺陷，如捕集氣泡成線、金屬坑洞、金屬厚度變化或長出突起部。因此，在預濕處理之後，預濕流體應要產生相對於整個晶圓表面的均勻、小接觸角，如有可能的話，接觸角約為45度或更小。當有可能產生更小的接觸角時，可產生非常薄、具黏著的預濕流體層。

常觀察到，一個表面的接觸角會隨時間改變，且疏水性表面曝露於特定液體時，隨著時間會變得更親水。某些晶圓表面，如由電漿蒸氣沉積覆蓋有銅膜的，能夠在將表面持續曝露於預濕流體的情況下，隨時間表現出液體/表面接觸角的實質降低。特別是，在處於真空條件下，使該等表面持續曝露，會導致表面快速且完全地改變，即從一般去潤濕、疏水態樣轉變成潤濕、親水狀態。

藉由將除去預濕流體施加於表面上，同時間維持低壓/真空環境，便可實質省去同時使捕集氣泡從表面上膨脹、沖掉或移除的麻煩，以至於因前一次未曝露或有限曝露於預濕流體而造成要將仍具有疏水性區域之晶圓進行曝露的麻煩。考量不使用真空與潤濕組合的處理，晶圓表面的各種區域會落入5種潤濕類型：1)疏水性潤濕：以預濕流體覆蓋且潤濕，但時間不足，使其仍為疏水性；2)親水性潤濕：以預濕流體覆蓋且潤濕，時間足夠，所以其變成親水性；3)未潤濕：疏水性，曝露於空氣中，從未曝露於預濕流體；4)去潤濕：先前潤濕過，但已去潤濕，且再次曝露於空氣中；5)捕集氣泡：表面上具有氣泡，氣泡在預濕流體層下，氣泡含有捕集的空氣。

應注意到，具有狀態3、4、5的區域不會有任何吸附或化學反應，致使除非該區域於後續潤濕且在潤濕之前，不會有任何的疏水性至親水性表面轉變。再者，在狀態1周圍的狀態1或2的區域會潤濕，會或 將會變成親水性，使流體自由且連續地在此表面上流動，也使氣泡移除或鄰近區域潤濕變的更為困難許多。此外，先前已曝露於預濕流體、目前為疏水性表面的區域，可能會重複地交替進入無液體覆蓋狀態與覆蓋但疏水性狀態。該處理在流體排至鄰近親水性區域時持續地在這些狀態之間轉換，在狀態1與狀態3之間來來回回多次，直到最終其i)轉變成狀態2而變成親水性且潤濕，此後保持在狀態2；或ii)被更潤濕的區域包圍住，捕集到氣泡，轉變成狀態4。

上述在常壓條件下(即空氣中)進行的處理應與在真空中(且預濕流體有除氣)進行的處理做成對比。在這些處理中，僅有三種已潤濕的類型：1)已潤濕：以預濕流體覆蓋且潤濕；2)未潤濕：曝露於真空，從未曝露於預濕流體；3)去潤濕：先前潤濕過，但已去潤濕且再次曝露於真空。

只要晶圓特定部分曝露於預濕流體(狀態1)，且時間足夠，在真空中執行的預濕處理確保了晶圓的該特定部分最終會變得具親水性。與在大氣壓中進行預濕處理不同的是，不需要用以「沖掉」(flush away)捕集氣泡的高流速預濕流體流。再者，氣泡沖掉並不是100%有效，且常造成氣泡分裂，留下大量更小、更難移除的氣泡。因此，與僅在常壓下用噴灑、覆蓋或浸漬晶圓於預濕流體比起來，在真空中預濕是缺陷大幅度降低的更可靠處理。使在真空中進行預濕處理是較佳的方案，其他因素包括a)真空/液體/金屬界面的表面能量不同，接觸角通常低於空氣/液體/金屬界面；b)避免了金屬氧化物/氮化物/碳酸物的在形成；及c)利用除氣流體消除了如因在液體與晶圓間界面之某些點上異常溫度或壓力變化所致的氣體從流體凝聚的可能性。

圖8a是預濕處理(1100)的一般實施例的流程圖。在預濕處理腔室(1105)中提供其表面至少一部分上具有曝露金屬層的晶圓基板。接著使晶圓基板在次大氣壓下接觸預濕流體，以在晶圓基板表面(1115)形成潤濕層。此預濕處理可於本文所述之預濕設備進行。

不同實施例中有不同的晶圓基板。晶圓基板可具有至少一個凹部特徵部。凹部特徵部可以是由鑲嵌圖案化處理形成的鑲嵌特徵部。在鑲嵌電鍍處理中，半導體晶圓介電層中由鑲嵌圖案化處理形成的凹部由金屬膜填充。凹部特徵部以可是穿過遮罩的特徵部。

某些實施例中，預濕流體實質無溶解氣泡。某些實施例中，讓晶圓接觸預濕流體之前，移除預濕流體中一或更多個溶解氣體。為了協助移除溶解氣體，在某些實施例中，在移除氣體期間將預濕流體冷卻到低於約20度C。在某些狀況為了得到實質無溶解氣體的預濕流體而從預濕流體移除氣體時，預濕流體處理槽使預濕流體在使晶圓基板接觸於預濕流體前，使其穿過除氣迴圈中循環一段特定時間(依據除氣氣的能力與容量而定，通常為半個小時)。此說明於本文中參考圖1敘述。通常此意味著在真空幫浦啟動時且在真空中流體流經過迴圈，且將除氣器連接到預濕槽與幫浦的閥是打開的。此確保後續供應到晶圓表面的預濕流體是實質無溶解氣體。對於如此設計之系統的測量結果顯示，溶解氧的殘留量最低可達約1~2%，或低於有空氣中氧造成飽和的狀況。

再者，在處理腔室的腔室頂部及壁加熱器可開啟，溫度設為約10度C，某些狀況可為約20度C或更高於預濕流體的溫度。例如，若流體溫度約為20度C，壁的適當溫度為約40至50度C。腔室頂部及壁加熱器避免表面凝結發生，也避免在真空預濕前液態液滴掉落在曝露表面上之發生可能。清除腔室表面的工作，可將門關閉使腔室進入真空且加熱壁至目標溫度來完成。例如，在無晶圓存在於腔室內且壁加熱的情況，腔室內抽真空，保持在真空約10分鐘或更久，俾使移除任何可能積存在腔室天花板或腔室壁上部的液體。移除真空可用如乾淨的乾燥氮氣來回填。此步驟移除任何可能的腔室壁上的凝結物，並使氣體產生之粒子的形成降至最少。在確認a)所有腔室流體程度感測器皆在適當值(如槽是滿的，腔室是空的)、b)加熱器已開啟、c)真空已準備好來進行處理之後，可開啟預濕腔室處理門，可卸下門的防護部(若有設置)。接著，晶圓置於夾頭，收回機械手臂，關閉真空門，升起液體防濺防護部(若有設置)，或是晶圓降至低於防護部。

某些實施例中預濕處理的真空目標值介於約10與100torr之間，如約40torr。某些實施例中，真空(即次大氣壓)約為50torr。某些實施例中，完成抽真空後，可關閉真空管線，而在其他實施例中，在預濕流體注入腔室且到達晶圓時幫浦繼續抽真空。

某些實施例中，液態預濕流體輸送至晶圓基板表面上。此可包括將晶圓基板浸漬於預濕流體中。或者，此可包括以預濕流體噴灑或覆 蓋晶圓基板。其他實施例中，藉由將氣態預濕流體輸送至晶圓基板上，使晶圓基板接觸到預濕流體。氣態流體可凝結而在晶圓基板上形成潤濕層。這些實施例中，在將晶圓基板曝露至預濕流體之前，晶圓基板的溫度可降至低於預濕流體凝結溫度。

某些實施例中，在液態預濕流體輸送到晶圓基板表面上時可旋轉晶圓。某些實施例中，晶圓基板可在約10rpm與300rpm之間的速率旋轉。在更進一步的實施例中，晶圓基板可在約10rpm與100rpm之間的速率旋轉。其他實施例中，晶圓基板以約100rpm至400rpm的速度旋轉，如約300rpm。在轉速較高的情況(如約400至800rpm)，或是轉速循環，晶圓進行週期性之加速與減速，可短時間使用(約2至10秒)，要克服高度疏水性晶圓的流體潤濕組抗是個問題。腔室抽真空可在晶圓旋轉開始之前或之後啟動。

在使用液態預濕流體的實施例中，啟動預濕流體的流動進入腔室，流到晶圓表面上。使用通常為在約0.5與2lpm之間的流量，如0.8lpm，進行約3秒鐘至1分鐘，如約20秒，依據要達到完全潤濕特定表面之必要時間、晶圓轉速、流體潤濕屬性而定。某些實施例中，預濕流體接觸晶圓基板從約10秒至120秒。潤濕處理完成後，停止預濕流體流動，如藉由關閉預濕流體流動閥。

接著，腔室回到大氣壓。某些實施例中，以如乾氮氣之無氧氣體將腔室回到大氣壓。

某些實施例中，移除基板表面的多餘預濕流體。此可在腔室回到大氣壓之前或之後進行。某些實施例中，利用旋轉晶圓基板將多餘預濕流體從晶圓基板表面移除。將晶圓基板的旋轉速率增加到多餘曳出流體可被從晶圓基板表面移除的值，但遺留下一液體薄層。在移除多餘預濕離流體期間，晶圓基板轉速可為約300rpm至1000rpm。在移除多餘預濕流體期間，晶圓基板可轉動少於約20秒。其他實施例中，晶圓基板轉速在約5至60秒之間增加至約250至800rpm之間，同時避免預濕流體完全乾燥。雖然旋轉處理通常可在釋放真空前啟動，在釋放真空後執行此步驟的話，晶圓乾燥的可能會降低，因為薄層的蒸發乾燥與在晶圓某點上產生乾燥表面的可能幸會降低。

移除晶圓基板表面上的多餘曳出流體之後，停止晶圓基板的旋轉，將防濺罩降下及/或升高晶圓基板(若如此裝設)，真空門打開，將晶圓從腔室移除並放在電鍍腔室。某些實施例中，預濕晶圓基板曝露於腔室與電鍍室外的環境中約少於一分鐘。其他實施例中，預濕晶圓在傳輸至電鍍室時，且就在電鍍之前，具有厚度為約50至500μm的潤濕層。晶圓基板進入電鍍室之後，某些實施例中，晶圓基板利用除氣電鍍液電鍍。某些實施例中，晶圓基板接觸到電鍍液之前，預濕晶圓基板相對於電鍍液被陰極化。預濕處理腔室與電鍍腔室可以是同一設備模組中的分開腔室。其他實施例中，晶圓基板在先前用於預濕的同一個腔室內電鍍。這些實施例中，電鍍可用除氣電鍍液執行。

替代實施例中，從預濕處理腔室移除預濕晶圓基板之後，預濕晶圓基板傳送到用以執行如電蝕刻與電拋光之陽極處理的腔室。

圖8b是預濕處理(1150)的另一個實施例的流程圖。在預濕處理腔室(1155)內提供在其表面至少一部分上具有曝露金屬層的晶圓基板。處理腔室的壓力接著降低至次大氣壓(1160)。接著使晶圓基板在次大氣壓下接觸到預濕流體(1165)。處理腔室內的壓力接著增加來促進氣泡的移除(1170)。此預濕處理可用本文敘述之預濕設備設計來進行。

在此所述之設備設計與方法可用來預濕部分製造完成的半導體裝置結構。某些實施例中，預濕的部分製造半導體裝置結構包括至少一凹部特徵部。凹部特徵部具有一層金屬來襯線特徵部。凹部特徵部亦包括實質無氣預濕流體來填充特徵部，預濕流體包含實質不會電鍍加速劑與平衡劑的水性金屬鹽類溶液。

如此所述，預濕流體組成與電鍍溶液組成的不同組合可用於預濕處理結合電鍍處理。圖9是電鍍銅層於晶圓基板上之電鍍處理1200的實施例流程圖。在預濕處理腔室內提供其表面至少一部分上具有曝露金屬層的晶圓基板(1205)。晶圓接著與預濕流體接觸，形成預濕流體層於晶圓基板上(1210)。預濕晶圓接著接觸包括有金屬離子的電鍍液，以將金屬層電鍍在晶圓基板上(1215)。

在此所述之設備設計與方法在其他除了電鍍/特徵部填充之外之液體半導體處理與狀況皆適用，只要是在大長寬比特徵部內有氣泡或 捕集氣體會造成問題的情況。

在此所述之全部操作，包括各種潤濕、預濕、除氣、對準、傳輸、電鍍操作，可在與所述模組與系統設置或通連之控制器中進行編碼程式或設定。如此所述之任何操作的組合或順序，可用此等控制器來編碼程式或設定。韌體、軟體巨集、應用特定積體電路、共享軟體、機器可讀媒體及其他類似物，可用來實施控制器指令，且可耦合至一或多個控制器。再者，一或多個控制器可包括一或多個記憶體及一或多個用以執行指令的處理器，俾使設備可執行依據此處揭露之實施例所載的方法。

穿過光阻電鍍預濕設備及處理範例在前述設備設計與方法亦可用於貫穿光阻電鍍處理(即在包括有光阻的晶圓基板上電鍍)。貫穿光阻電鍍時，金屬的支柱或線形成在晶圓基板上，光阻作為電鍍樣板材料。例如，在貫穿光阻電鍍處理中，一金屬晶種層形成在晶圓基板的表面上。晶種層接著塗布有光阻，光阻接受紫外光的曝照，在顯影處理時移除部分光阻(如正光阻時，曝露於光線的部分被移除，負光阻時，未曝露於光線的部分被移除)，以形成特徵部於光阻。某些實施例中，特徵部的長寬比可以是約2比1至約1比2，或約1比1。某些實施例中，光阻中特徵部的開口尺寸約為5微米至50微米、約10微米至100微米或約20微米至50微米。某些實施例中，線或路徑(如用於形成再分配層(redistribution layers))可形成在光阻。

除渣(descum)處理包括將晶圓基板曝露於氧電漿，可執行此處理來移除特徵部中金屬晶種層的任何殘餘光阻。接著將金屬電鍍到特徵部中金屬晶種層上。某些實施例中，金屬可電鍍到接近於光阻厚度的厚度。例如，電鍍金屬厚度可以稍微厚於或薄於光阻厚度。電鍍金屬後，剝除晶圓基板的光阻。

某些實施例中，電鍍處理前可先有預濕處理。某範例中，有關於晶圓層級封裝，晶圓基板可接觸預濕流體後，將厚度約2微米至4微米的鎳薄層便度到金屬晶種層上。焊接合金如SnAg、Sn或SnCu可電鍍到鎳薄層上。接著移除留在晶圓基板上的光阻。留在晶圓基板表面上的金屬晶種層(即上頭未被電鍍的金屬晶種層)亦可被移除。上述預濕設備及腔室(參照圖1-6)可用於形成預濕層於要進行貫穿光阻電鍍的晶圓基板。

但某些時候，會形成光阻粒子或殘餘物，其會停滯在形成於光阻之特徵部的金屬晶種層上。此可以是顯影步驟的殘餘材料或去渣步驟期間產生的粒子。晶種層上的光阻粒子/殘餘物便可接著被電鍍上，形成電鍍金屬內的缺陷。光阻粒子可以是約2微米至7微米的尺寸，或約5微米的尺寸。光阻粒子/殘餘物可具有是光阻特徵部尺寸之數分之一的尺寸(如光阻粒子可以約是特徵部尺寸的10%)。光阻粒子可在去渣處理期間形成(如由在去渣處理期間光阻物理損害造成)，且可能會黏附在光阻特徵部的壁上。預濕處理可能會將光阻粒子/殘餘物轉傳到金屬晶種層。

某些實施例中，預濕腔室可包括輸送預濕流體的元件，該輸送係在一壓力下進行，俾使預濕流體具有足夠的速度來移除粒子附著處(即光阻表面或金屬晶種層)的光阻粒子/殘餘物。特定實施例中，預濕流體具有皆平行且垂直於晶圓基板表面的速度分量。此一或二分量可提供足夠的力來克服將光阻粒子固持在晶圓基板上的力(如靜電力及/或摩擦力)。除了使光阻粒子鬆脫之外，預濕流體輸送到預濕腔室的流量係使鬆脫的光阻粒子從晶圓基板表面上被帶走。光阻粒子/殘餘物的移除可用更高流量之預濕流體來強化。因為晶圓基板通常包括光阻中的多個特徵部，光阻粒子從特徵部移除並從晶圓基板傳輸出去時，必須避免粒子掉進不同的特徵部而被捕集。

圖10a及10b繪示貫穿光阻電鍍的預濕腔室實施例。圖10a繪示預濕腔室的截面圖，圖10b繪示預濕腔室之內部的立體截面圖。預濕腔室1350包括腔室本體1352及腔室蓋1354，兩者接觸時形成真空密封。腔室本體1352支撐晶圓基板固持部1356，其用以固持晶圓基板1358並用以旋轉晶圓基板1358。

腔室本體1352更包括真空埠1360及流體入口部1362。真空埠1360耦合至真空幫浦，並用以使次大氣壓形成在預濕腔室1350。流體入口部1362耦合至除氣器(未繪示)。除氣器用以從預濕流體移除一或多種溶解氣體，以產生除氣預濕流體。流體入口部用以將除氣預濕流體輸送到晶圓基板上，其速度至少約為每秒16公尺(m/s)，以使光阻粒子從晶圓基板表面鬆脫。再者，流體入口部用以將除氣預濕流體以至少約為每分鐘0.6公升(L/分鐘)的流量輸送至晶圓基板，俾使鬆脫的光阻粒子從晶圓基板沖走而移除。

在所述的實施例中，流體入口部1362包括裝設在腔室本體1352側壁的噴嘴1364。某些實施例中，噴嘴1364是扇狀(fan)噴嘴。扇狀噴嘴可用以將除氣預濕流體輸送到晶圓基板上，俾使除氣預濕流體以線狀撞擊晶圓基板。圖10a及10b顯示除氣預濕流體1366從噴嘴1364到撞擊晶圓基板1358的自由流線。

扇狀噴嘴這種流體噴嘴的種類，係使流體流以扇狀從噴嘴分散開。例如，具有噴灑角度約為10度至120度或在特定實施例中為約95度的扇狀噴嘴可用來做為噴嘴1364。噴灑角度是由扇狀噴嘴產生的扇狀流體的角度。特定實施例中，用於預濕腔室1350的扇狀噴嘴，其開口尺寸可為0.04吋至0.06吋，或約0.05吋，流量約為0.6L/分鐘至2.2L/分鐘，或約為1.3L/分鐘，噴嘴壓力約為每平方吋30磅(psi)至80psi，或約為40psi，在晶圓表面的流速為約16m/s至31m/s。

在使用預濕腔室1350的預濕操作中，預濕腔室中的壓力可在於晶圓基板上形成潤濕層前降至次大氣壓。例如，某些實施例中，在晶圓基板上形成潤濕層可在預濕腔室的壓力降至低於約50Torr時開始。在形成潤濕層之前以及形成潤濕層時，晶圓基板可以第一轉速旋轉。接著，藉由將晶圓基板接觸來自除氣器且由流體入口部進入的除氣預濕流體，在次大氣壓的預濕腔室內，潤濕層形成於晶圓基板上。某些實施例中，晶圓基板可與除氣預濕流體接觸約10秒至120秒。

在晶圓基板上形成潤濕層之後，可停止輸送除氣預濕流體。停止輸送除氣預濕流體後，預濕腔室的壓力可增加至大氣壓或增加超過大氣壓。接著，晶圓基板可以第二轉速旋轉，以移除晶圓基板上的多於表面曳出除氣預濕流體。某些實施例中，前述所有處理操作可在預濕處理中執行。某些其他實施例中，有些前述的處理操作可從預濕處理中排除。

晶圓基板在預濕處理期間以第一轉速旋轉可幫助移除晶圓基板的光阻粒子。例如，施加於光阻粒子上的向心力可幫助輸送鬆脫光阻粒子至晶圓基板邊緣，以及送出晶圓基板。但是，在接近晶圓基板中心處施加於光阻粒子的向心力可能不會太高。因此某些實施例中，預濕流體作為穿過晶圓基板中心的一條線(如接近晶圓基板的轉軸)輸送而撞擊晶圓基板，以協助移除晶圓基板中間的光阻粒子。

例如，在使用預濕腔室1350的預濕操作中，晶圓基板可入預濕腔室，關閉腔室。約50Torr至100Torr或約70Torr的真空可形成在預濕腔室中。晶圓基板可以約為20rpm至800rpm或約80rpm的第一轉速旋轉，同時晶圓基板接觸除氣預濕流體約5秒至90秒或約10秒，流量可違約0.6L/分鐘至2.2L/分鐘或約1.3L/分鐘，晶圓表面上的流體速度約為16m/s至31m/s。晶圓基板接著便可以約20rpm至800rpm或約25rpm的第二轉速旋轉，同時晶圓基板接觸除氣預濕流體約1秒至90秒或約20秒，流量約0.6L/分鐘至2.2L/分鐘或約1.3L/分鐘，晶圓表面上的流體速度約為16m/s至31m/s。某些實施例中，此第二轉速操作可以不含在預濕操作中。預濕腔室接著便可調節至大氣壓，之後，晶圓基板可以1rpm至250rpm或約180rpm旋轉。某些實施例中，晶圓基板在預濕腔室調節至大氣壓後不一定要旋轉。

某些實施例中，預濕流體可用脈衝方式輸送至晶圓基板。例如，預濕流體可啟動約1秒至9秒或約5秒，然後停止100毫秒至900毫秒或約500毫秒。某些實施例中預濕流體的脈衝可重複約5至15次或約10次。

某些實施例中，去離子水可用於貫穿光阻電鍍的預濕處理。某些其他實施例中，協助從晶圓基板鬆脫並移除光阻粒子的化學溶液可用於貫穿光阻電鍍的預濕處理。

圖11a及11b繪示用於貫穿光阻電鍍的預濕腔室實施例。圖11a繪示預濕腔室的截面圖，圖11b繪示流體入口歧管與晶圓基板的俯視圖。預濕腔室1400包括腔室本體1402於腔室蓋1404，其兩者彼此接觸後形成真空密封。腔室本體1402支撐晶圓基板固持部1406，固持部用以固持晶圓基板1408及旋轉晶圓基板1408。腔室本體1402更包括真空埠1410。真空埠耦合至真空幫浦，並用以使次大氣壓形成於預濕腔室1400。

腔室蓋1404包括三個耦合至歧管1416的流體入口部1412。歧管1416可包括一或更多個埠。如所示，歧管1416包括埠1418，埠1418可耦合至用以將預濕流體引入預濕腔室1400的除氣器(未繪示)。歧管1416的埠1420可用來以惰性氣體清除歧管1416，以移除預濕處理後任何可能遺留在歧管1416內的預濕流體。

特定實施例中，各流體入口部1412用以將除氣預濕流體以 至少約7m/s的速度輸送到晶圓基板上，以鬆脫晶圓基板上的光阻粒子。再者，特定實施例中，所有的流體入口部用以將除氣預濕流體以至少約0.4L/分鐘的流量輸送至晶圓基板上，俾使鬆脫的光阻粒子從晶圓基板沖走而移除。

某些實施例中，各流體入口部1412包括噴嘴1414。某些實施例中，各噴嘴1414是扇狀噴嘴。扇狀噴嘴可將除氣預濕流體輸送至晶圓基板上，使除氣預濕流體以線狀或矩形形狀撞擊晶圓基板。圖11a繪示除氣預濕流體1422從噴嘴1414撞擊晶圓基板1408。如圖11a亦所示，噴嘴1414的設定係使除氣預濕流體噴嘴均實質散於晶圓基板的半徑，即從晶圓基板的邊緣到晶圓基板的中心。在此設定下，除氣預濕流體亦在晶圓實質整個半徑上接觸晶圓基板。因晶圓基板旋轉，整個晶圓基板表面在一次晶圓基板完全旋轉後會與預濕流體接觸。

如所提及，扇狀噴嘴的流體噴嘴類型，係使流體流動從噴嘴散開成扇形。在一特定的範例，有關在預濕腔室1400中預濕一個300毫米直徑的晶圓基板，預濕腔室可包括三個扇狀噴嘴。各扇狀噴嘴可具有約20度至60度或約40度的噴灑角度。用於預濕腔室1400的各扇狀噴嘴可具有0.02吋至0.05吋或約0.035吋的開口尺寸，流量約0.15L/分鐘至1L/分鐘，或約0.25L/分鐘，噴嘴壓力約30psi至80psi，或約40psi，晶圓表面的流體流速約7m/s至31m/s。三個噴嘴，各個具有約0.25L/分鐘的流量，可以總流量約為0.75L/分鐘輸送預濕流體。某些實施例中，從噴嘴輸送的預濕流體的扇形實質上的扁平的。

在使用預濕腔室1400的預濕操作中，晶圓基板可放入預濕腔室內，關閉腔室。預濕腔室內可形成的真空約50Torr至100Torr，或約70Torr。晶圓基板可以約20rpm至800rpm或約80rpm的第一轉速旋轉，同時晶圓基板接觸除氣預濕流體從約5秒至90秒，或約10秒，總流量約為0.45L/分鐘至3L/分鐘，或約0.75L/分鐘，晶圓表面的流體流速約7m/s至31m/s。晶圓基板接著可以約20rpm至800rpm或約25rpm的第二轉速旋轉，同時晶圓基板接觸除氣預濕流體從約1秒至90秒，或約20秒，總流量約0.45L/分鐘至3L/分鐘，或約0.75L/分鐘，晶圓表面上的流體流速約7m/s至31m/s。某些實施例中，此第二旋轉操作不會被包括在預濕操作中。預濕 腔室接著便可調節到大氣壓，之後，晶圓基板以1rpm至250rpm或約180rpm旋轉。某些實施例中，晶圓基板在預濕腔室調節至大氣壓後不旋轉。

某些實施例中，預濕流體可以脈衝方式輸送至晶圓基板。例如，預濕流體可輸送約1秒至9秒，或約5秒，然後不輸送100毫秒至900毫秒，或約500毫秒。某些實施例中，預濕流體的脈衝可重複約5至15次，或約10次。

圖12繪示貫穿光阻電鍍用之預濕腔室的實施例。預濕腔室150O可類似於預濕腔室1400，除了一點之外：預濕腔室1500可包括更多個流體入口部。再者，除氣預濕流體在預濕腔室1500內在晶圓基板的直徑上撞擊晶圓基板。

預濕腔室1500包括腔室本體1502即腔室蓋1504，兩者接觸時會產生真空密封。腔室本體1502包括用以固持晶圓基板1508與旋轉晶圓基板1508的晶圓基板固持部1506。腔室本體1502更包括真空埠1510。真空埠耦合至真空幫浦，並使次大氣壓形成於預濕腔室1500。

腔室蓋1504包括五個耦合至歧管1516的流體入口部。歧管1516可包括一或更多個埠。如所示，歧管1516包括可耦合至用以引入預濕流體至預濕腔室1500之除氣器(未繪示)的埠1518。歧管1516的埠1520可用於以惰性氣體清除歧管1516，以移除在預濕處理後任何遺留下來的預濕流體。

各流體入口部1512用以將除氣預濕流體輸送至晶圓基板上，其有足夠的速度使光阻粒子從晶圓基板表面鬆脫。所有的流體入口部用以將除氣預濕流體輸送至晶圓基板上，其流量係使鬆脫的光阻粒子被從晶圓基板上沖走而移除。

如上所述之實施例，各流體入口部1512可包括噴嘴1514。再者，如上所述，各噴嘴1514可以是扇狀噴嘴。圖12繪示除氣預濕流體1522從噴嘴1514撞擊晶圓基板1508。在預濕腔室1500中，噴嘴1514的設定係使除氣預濕流體在晶圓基板的實質整個直徑上接觸晶圓基板，即從晶圓基板的一個邊緣穿過晶圓基板的中心而到晶圓基板的另一個邊緣。因晶圓基板旋轉時，整個晶圓基板表面在晶圓基板旋轉完整一圈的一半後接觸預濕流體。

某些實施例中，圖12的預濕腔室1500會比圖11a的預濕腔室1400更能夠把光阻粒子從晶圓基板移除。例如，當光阻粒子在晶圓基板特徵部中移動(如固持光阻粒子的力被克服)但有沒從特徵部移除時，在預濕腔室1400內需要晶圓基板完整旋轉一圈，除氣預濕流體才能從特徵部移除光阻粒子。在預濕腔室1500的例子，要由除氣預濕流體將光阻粒子從特徵部移除，只需晶圓基板旋轉半圈。

圖11a與12所示之預濕腔室1400、1500的某些實施例中，腔室蓋可能保持靜止，晶圓基板從預濕腔室的載入/卸除可由腔室本體實質垂直地移動來執行。腔室蓋保持靜止可協助避免在晶圓基板被載入預濕腔室時，預濕流體的液滴掉落在晶圓基板上。當晶圓基板不在真空中，一滴預濕流體接觸到晶圓基板，便可能會將氣泡捕集在晶圓基板與預濕流體液滴之間。預濕腔室的歧管的埠可用來在載入晶圓基板於預濕腔室內之前清除歧管。此亦可幫助避免預濕流體的液滴掉落在晶圓基板上。

預濕流體接觸圖11a與12所示之預濕腔室1400、1500中的晶圓基板時的速度與力道，與圖10a所示之預濕腔室1350相較，通常具有較大的垂直與平行分量比(從晶圓表面的觀點)。例如，預濕腔室1400、1500中，預濕流體相對於基板表面之平面的流體撞擊角度是約90度，範圍是約60度至90度。預濕腔室1350內預濕流體的入射角是約6度，範圍在約3度至10度。雖然皆垂直與平行於晶圓基板的預濕流體速度可鬆脫光阻粒子並將其移除自晶圓基板，垂直於晶圓基板表面的高速較能鬆脫光阻粒子。因此，具有主要為垂直於晶圓基板的速度分量的預濕腔室1400、1500中的預濕流體速度，可以不用如預濕腔室1350(有垂直與平行於晶圓基板的速度分量)中的高。

雖預濕腔室1400繪示為包括三個流體入口部與三個噴嘴，且預濕腔室1500繪示為包括五個流體入口部與五個噴嘴，預濕腔室可包括一至八個(在某些實施例是更多)流體入口部與對應噴嘴。再者，使用預濕腔室1400或預濕腔室1500的預濕處理可以類似於使用預濕腔室1350的預濕處理，如上所述。再者，雖扇狀噴嘴描述於預濕腔室1350、1400、1500的實施例中，能產生錐狀流體流或其他形狀之流體流的噴嘴亦能使用。

某些實施例中，在對用以進行貫穿光阻電鍍之晶圓基板執行 預濕處理之前，晶圓基板可先穿過離子化系統中的離子化器條(ionizer bar)，以協助從晶圓基板移除剛組粒子。此離子化系統的運作方式為，用離子化的氣體分子增加空氣的傳導性。當離子化的空氣接觸帶電表面時，如光阻粒子因靜電力而驅向晶圓基板，該表面吸引對極的離子。因此，靜電力被中和掉了，光阻粒子可更容易在預濕處理期間從晶圓基板移除。

某些實施例中，對要進行貫穿光阻電鍍之晶圓基板所進行之預濕處理，可用預濕流體速度或流量沒有任何設定的預濕腔室來執行。此等實施例中，使用額外機制來鬆脫粒子是較佳的。例如，預濕腔室可包括超音波傳動器(megasonic transducer)，其可在預濕腔室禮進行預濕處理後在晶圓基板上方旋轉且啟動。超音波傳動器可鬆脫晶圓基板的光阻粒子。或者，超音波傳動器可設於在此所述之任何預濕腔室，以協助從晶圓基板移除粒子。某些實施例中，有超音波除動氣的預濕處理可在真空中以除氣去離子水執行。

此述貫穿光阻電鍍預濕設備可包括完成如前述之處理操作的硬體，亦包括依據此揭露實施方式來控制處理操作之指令的系統控制器(未繪示)。系統控制器可包括一或更多個記憶裝置及用以執行指令的一或更多個處理器，俾使設備能依據在此揭露之實施方式來執行方法。此等指令可包括，例如，抽空預濕腔室、以一或更多種速度旋轉晶圓、在特定期間及在晶圓基板的特定轉速期間將除氣預濕流體流經歧管而進入腔室、停止除氣流體的流動、停止或減速晶圓基板的旋轉、增壓腔室及移除晶圓基板。經適當的指令，皆可將以上操作的各種組合編輯成程式。含有依據在此揭露實施方式控制處理操作之指令的機器可讀媒體可耦合至系統控制器。

圖13是貫穿光阻電鍍用之預濕處理(1600)實施例的流程圖。在如腔室1350、1400或1500的預濕處理腔室內提供具有如光阻層中之開口之凹部特徵部的晶圓基板(1605)。在貫穿光阻電鍍的情況，凹部特徵部的底部含有金屬，額外的金屬會在預濕後電鍍在該金屬上。在處理腔室內，晶圓基板載至如元件1356、1406、1506的晶圓支撐部或夾頭上。將晶圓基板適當地設於預濕用的處理腔室後，處理腔室壓力便降至次大氣壓(1610)。分頭進行的是，將預濕流體除氣(1615)。與前述部分實施例共通的是，流體可在分開的除氣元件中除氣。除氣可與圖13所示之其他操作同時進行。晶 圓基板適當地安裝在處理腔室後，開始旋轉(1620)。特定實施例中，旋轉在腔室氣壓降低(1610)及/或流體除氣(1615)之前或於其期間開始。腔室壓力降至所欲程度後，在晶圓基板旋轉的同時，使晶圓基板在次大氣壓下接觸除氣預濕流體。此在晶圓基板表面上形成潤濕層(1625)。特定實施例中，除氣預濕流體接觸晶圓基板的速度足夠使任何在曝露金屬層上的粒子鬆脫，且流量足以將鬆脫的粒子從晶圓基板移除。各種範例中，流體接觸晶圓基板時的線性速度至少為約5m/s，流體在晶圓基板上的容積流量至少約0.3L/分鐘。某些實施例中，預濕流體可以是協助從晶圓基板鬆脫及移除粒子的去離子水或化學溶液。此預濕處理可用在此描述之預濕設備設計來進行。再者，在此所述之預濕設備與處理，可用來從晶圓基板移除任何類型的粒子或雜質。

在此所述之設備/方法可與微影圖案化工具或處理同用，例如半導體裝置、顯示器、LED、光伏平板等的製造。一般而言，但非一定必然，此等工具/處理會在共同的製造設施中一同使用或操作。薄膜微影圖案化通常包括以下部分或全部的步驟，各步驟由各種工具來執行：(1)利用旋轉塗布或噴灑塗布工具施加光阻於工作件(即基板)上；(2)利用熱板或爐或UV硬化工具使光阻硬化；(3)利用如晶圓步進機的工具使光阻曝露於可視光、UV或X射線；(4)利用如濕台(wet bench)的工具顯影光阻，以選擇性地移除光阻而藉此將其圖案化；(5)利用乾燥或電漿輔助蝕刻工具將光阻圖案轉印到下方的膜或工作件上；及(6)利用如RF或微波電漿光阻剝除機的工具移除光阻。

前述設備設計與方法藉由特定細節來清楚說明本發明，特定改變及修改都落於申請專利範圍。應注意會有許多替代性的方式來實施處理與組成。據此，實施例僅供說明而不限制本發明，且實施例不限於此述之細節。

1600‧‧‧處理

1605、1610、1615、1620、1625‧‧‧步驟

Claims (24)

1. 一種晶圓基板處理設備，包含：除氣器，用以從預濕流體移除一或多種溶解的氣體，以產生除氣的預濕流體；處理腔室，包含：晶圓固持部，用以固持晶圓基板；真空埠，用以使次大氣壓形成在該處理腔室內；及流體入口部，耦合至該除氣器，並用以將該除氣的預濕流體以至少每秒7公尺的速度輸送至該晶圓基板上；及控制器，包含程式指令，該程式指令用以：藉由使該晶圓基板接觸來自該除氣器的該除氣的預濕流體，且該除氣的預濕流體以至少每分鐘0.4公升的流量從該流體入口部引入，該除氣的預濕流體處於液態狀態，如此在該處理腔室內於該次大氣壓下在該晶圓基板上形成一潤濕層。
2. 如申請專利範圍第1項之晶圓基板處理設備，其中該流體入口部包括噴嘴，該噴嘴用以將該除氣的預濕流體輸送到該晶圓基板上，且其中該噴嘴裝設於該處理腔室的側壁上。
3. 如申請專利範圍第2項之晶圓基板處理設備，其中該噴嘴是扇狀噴嘴，該扇狀噴嘴用以將該除氣的預濕流體輸送到該晶圓基板上，俾使撞擊該晶圓基板的該除氣的預濕流體具有一線形。
4. 如申請專利範圍第1項之晶圓基板處理設備，其中該流體入口部包括歧管，該歧管包括至少一個用以將該除氣的預濕流體輸送至該晶圓基板上的噴嘴，且其中該噴嘴位於該晶圓基板上方。
5. 如申請專利範圍第4項之晶圓基板處理設備，其中該至少一噴嘴包括扇狀噴嘴，該扇狀噴嘴用以將該除氣的預濕流體輸送到該晶圓基板上，俾使撞擊該晶圓基板的該除氣的預濕流體具有一線形。
6. 如申請專利範圍第4項之晶圓基板處理設備，其中該處理腔室包括蓋及本體，其中該蓋保持靜止，且該本體用以垂直地移動以使該本體接觸於該蓋而形成真空密封，且其中該噴嘴接附於該蓋。
7. 如申請專利範圍第4項之晶圓基板處理設備，其中該噴嘴用以將該除氣的預濕流體從該晶圓基板的一邊緣到該晶圓基板的中心的方式輸送到該晶圓基板上。
8. 如申請專利範圍第1項之晶圓基板處理設備，其中該晶圓固持部用以將該晶圓基板固持為面朝上之定向。
9. 如申請專利範圍第1項之晶圓基板處理設備，其中該除氣器包括薄膜接觸式除氣器。
10. 如申請專利範圍第1項之晶圓基板處理設備，其中該除氣器用以產生具有0.5ppm或更少的溶解的大氣氣體之除氣的預濕流體而用以接觸該晶圓基板。
11. 如申請專利範圍第1項之晶圓基板處理設備，其中該預濕流體是協助粒子從該晶圓基板鬆脫與移除之去離子水與化學溶液其中至少一者。
12. 如申請專利範圍第1項之晶圓基板處理設備，其中該真空埠位於低於該晶圓固持部。
13. 如申請專利範圍第1項之晶圓基板處理設備，其中該處理腔室用以在形成該潤濕層於該晶圓基板上期間維持低於50Torr的次大氣壓。
14. 如申請專利範圍第1項之晶圓基板處理設備，其中該程式指令更包含用於以下操作之指令： 在形成該潤濕層期間，使該晶圓基板以第一轉速旋轉；在該晶圓基板上形成該潤濕層之後，停止輸送該除氣的預濕流體；及停止輸送該除氣的預濕流體之後，使該晶圓基板以第二轉速旋轉，以從該晶圓基板移除多餘表面曳出除氣的預濕流體。
15. 如申請專利範圍第14項之晶圓基板處理設備，其中該程式指令更包括用於以下操作之指令：在停止輸送該除氣的預濕流體之後，且在移除該多餘表面曳出除氣的預濕流體之前，將該處理腔室的壓力增加至大氣壓或超過大氣壓。
16. 如申請專利範圍第1項之晶圓基板處理設備，其中該程式指令更包括用於以下操作之指令：在形成該潤濕層於該晶圓基板上之前，將該處理腔室的壓力降至該次大氣壓。
17. 如申請專利範圍第1項之晶圓基板處理設備，其中該程式指令更包括用於以下操作之指令：當該處理腔室的壓力降至低於50Torr時，啟動在該晶圓基板上形成該潤濕層的步驟。
18. 如申請專利範圍第1項之晶圓基板處理設備，其中該程式指令更包括用於以下操作之指令：使該晶圓基板接觸該除氣的預濕流體10至120秒。
19. 如申請專利範圍第1項之晶圓基板處理設備，其中該控制器更包括用於以下操作之程式指令：在形成該潤濕層期間，旋轉該晶圓基板。
20. 一種晶圓基板處理方法，包含：(a)在處理腔室中設置晶圓基板，該晶圓基板在其表面至少一部份上具有 曝露金屬層；(b)將該處理腔室的壓力降至次大氣壓；(c)將預濕流體除氣；及(d)在該處理腔室中於該次大氣壓下使該晶圓基板接觸該除氣的預濕流體，以形成潤濕層於該晶圓基板上，該除氣的預濕流體以至少每秒7公尺的速度及至少每分鐘0.4公升的流量接觸該晶圓基板。
21. 如申請專利範圍第20項之晶圓基板處理方法，更包含：施加光阻於該晶圓基板；曝露該光阻於光中；圖案化該光阻並將該圖案轉印至該晶圓基板；及選擇性地從該晶圓基板移除該光阻。
22. 如申請專利範圍第20項之晶圓基板處理方法，更包含當使該晶圓基板接觸該除氣的預濕流體時，旋轉該晶圓基板。
23. 一種含有用以控制設備之程式指令的非瞬間電腦機器可讀媒體，該程式指令包括含有以下操作的程式碼：(a)在處理腔室中設置晶圓基板，該晶圓基板在其表面至少一部份上具有曝露金屬層；(b)將該處理腔室的壓力降至次大氣壓；(c)將預濕流體除氣；及(d)在該處理腔室中於該次大氣壓下使該晶圓基板接觸該除氣的預濕流體，以形成潤濕層於該晶圓基板上，該除氣的預濕流體以至少每秒7公尺的速度及至少每分鐘0.4公升的流量接觸該晶圓基板。
24. 一種包含申請專利範圍第1項之晶圓基板處理設備與一步進機的系統。