TWI708870B - 晶圓夾持設備上之鍍層的偵測 - Google Patents

晶圓夾持設備上之鍍層的偵測 Download PDF

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Abstract

在此之實施例關於用以偵測電鍍設備中所用之基板固持器的底部上是否存在著不必要金屬沉積物的方法及設備。如此不必要沉積物的存在對電鍍程序有害，因為該等沉積物蒐集意圖在基板上造成電鍍的電流。當發生如此電流蒐集時，基板上的電鍍結果不佳。舉例來說，定位在基板邊緣附近的特徵部可能電鍍到不足的厚度。再者，在如此電流蒐集顯著的情況中，電鍍在基板上的材料之整體厚度可能太薄。因此，在如此不必要沉積物存在時有必要加以偵測，使得在此等不佳條件下的電鍍可被避免。此偵測將有助於保護昂貴的晶圓。

Description

晶圓夾持設備上之鍍層的偵測
本發明關於用以偵測電鍍設備中所用之基板固持器的底部上是否存在著不必要金屬沉積物之方法及設備。 [相關申請案的交互參照]
本申請案主張於2013年2月15日所提申、且題為「DETECTION OF PLATING ON WAFER HOLDING APPARATUS」之美國專利臨時申請案第61/765,502號的權利，其係整體且針對所有目的而在此併入做為參考。
近來在半導體製造及處理上的進步已導致越來越常使用電鍍以在半導體元件上沉積不同材料。如此材料包含被電鍍之銅、鎳、及錫銀合金。電鍍錫銀合金經常導致基板固持器組件(有時實現成抓斗組件)之唇密封部及杯體區域周圍的偽金屬積聚物。取決於其位置而被稱為「唇密封部鍍層」及/或「杯體底部鍍層」的此積聚物可能在一些情況中造成基板及唇密封部之間的密封失效，導致抓斗組件內部受到可能具腐蝕性之電鍍溶液所污染。再者，當出現唇密封部或杯體底部鍍層時，可能使晶圓上的電鍍均勻度及品質明顯降低，且在更多晶圓可被有效電鍍之前通常需要某種補救行動。為了避免在不標準的電鍍條件下處理昂貴的晶圓，因此對於偵測正常操作之偏離(像是當唇密封部鍍層及杯體底部鍍層存在時)的方法存在著需求。
所揭露實施例關於用以偵測電鍍設備中所用基板固持器的底部上之不必要金屬沉積物的存在之方法及設備。由於不必要沉積物的存在對於電鍍結果可能具有害效果，所以如此偵測具有用處。在所揭露實施例之一實施態樣中，提供用以偵測電鍍設備之基板固持器上是否存在著金屬沉積物的方法，包含：將偵測硬體定位在該電鍍設備之該基板固持器附近，其中該基板固持器為具有底部及內邊緣之環形元件，且其中該基板固持器係用以在電鍍期間支撐基板；及操作該偵測硬體以偵測該基板固持器上之偵測區域中是否存在著金屬沉積物，其中該偵測區域為在該基板固持器之該底部上的環形區域，該環形區域自該基板固持器之該內邊緣起延伸至少約5 mm以上。
在一些實施例中，沉積物包含具有明顯不同之還原電位的金屬。在一特定範例中，沉積物包含錫及銀。操作偵測硬體可按排程發生。在一些情況中，操作偵測硬體發生在使用基板固持器處理若干數量的基板之後、在使用基板固持器於基板上的沉積期間傳送若干電荷量之後、或在使用基板固持器將若干量或若干厚度的金屬沉積在基板上之後。在另一範例中，操作偵測硬體發生在清潔基板固持器之後，例如在每次清潔基板固持器之後。偵測區域可為基板固持器底部上之環形區域。在不同情況中，偵測區域自基板固持器之內邊緣起延伸至少約5 mm。舉例來說，偵測區域可在基板固持器底部上自該基板固持器之內邊緣起延伸約10 mm以上、或約15 mm以上、或約20 mm以上。
在若干情況中，操作偵測硬體可包含將來源光線照射在基板固持器之偵測區域上並量測從該基板固持器之該偵測區域反射的反射光。將光源照射在基板固持器之偵測區域上可包含照射顏色上與該偵測區域之顏色互補的光線。在另一情況中，操作偵測硬體可包含：使交流電流過定位在偵測區域附近的圓形主要激磁線圈，以藉此產生改變的磁場，該改變的磁場與偵測區域交互作用而產生渦電流；並監測該渦電流的相位及/或大小以偵測金屬沉積物是否存在。在一些情況中，監測可利用有別於主要激磁線圈之接收器線圈而完成。在其它情況中，監測可藉由對流過主要激磁線圈之交流電量測改變而完成。在進一步的實施例中，操作偵測硬體可包含：設置接觸偵測區域的二或更多電接點，其中在該二或更多電接點之間具有電連接； 將電流流過該二或更多電接點之至少一電接點，使得當該偵測區域中於該二或更多電接點之間存在著金屬沉積物時，該金屬沉積物完成該二或更多電接點之間的線路，且當該偵測區域中於該二或更多電接點之間不存在金屬沉積物時，該二或更多電接點之間不具有完整的線路；及量測電性質以偵測該偵測區域中是否存在著金屬沉積物。
在所揭露實施例的另一實施態樣中，提供用以偵測電鍍設備之基板固持器上是否存在著金屬沉積物的設備，包含：定位在固定硬體上的偵測硬體，其中該固定硬體包含擺臂，該擺臂擺至定位而將該偵測硬體帶到該基板固持器上的偵測區域附近，該基板固持器包含底部及內邊緣，其中該基板固持器上的該偵測區域在自該基板固持器的該內邊緣起延伸約5 mm以上的該基板固持器之該底部上，且其中該偵測硬體係用以偵測該基板固持器之該偵測區域中是否存在著金屬沉積物。
在一些情況中，固定硬體係與電鍍設備整合。或者是或除此之外，用以偵測金屬沉積物是否存在的設備可有與複數基板固持器交互作用的能力。固定硬體可包含擺臂，該擺臂擺至定位而將偵測硬體帶到基板固持器上的偵測區域附近。亦可使用其它類型的固定硬體而將偵測硬體旋轉、移動、轉動、或以其它方式移至定位。在一些實施例中，固定硬體更包含用於將金屬沉積物從基板固持器移除的清潔組件。在一特定範例中，清潔組件包含用以將清潔溶液噴流發射到基板固持器上之一或更多噴嘴。
可使用許多不同類型的偵測硬體。在若干情況中，偵測硬體包含光源及光線偵測器，其中該光源係用以將光線照射在基板固持器之偵測區域上，且其中該光線偵測器係用以量測從該基板固持器的該偵測區域反射之光線。可選地，可將濾波器定位在偵測區域及光源之間、或在偵測區域及光線偵測器之間。濾波器可將在沒有金屬沉積物存在時通常被偵測區域反射之光線的波長濾除。在若干情況中，設備可進一步包含一或更多光纖。光纖可用以在光源及使光線照射在偵測區域上的光出口之間、及/或定位在該偵測區域附近之光入口及光線偵測器之間載送光線。在特定情況中，使光線照射在偵測區域上的光出口及定位在該偵測區域附近的光入口係共同設置為整合之光纖束。
在另一實施例中，偵測硬體包含圓形的主要激磁線圈，交流電流過該主要激磁線圈以藉此產生改變的磁場，該改變的磁場與偵測區域交互作用而產生渦電流。偵測硬體亦可包含有別於主要激磁線圈之接收器線圈，其中該接收器線圈係用以量測該渦電流之大小及/或相位上的改變。在進一步的實施例中，偵測硬體包含接觸偵測區域之二或更多電接點、及該二或更多電接點之間的電連接，使得當在該偵測區域中於該二或更多電接點之間存在著金屬沉積物時，電路係為完整，但是當在該偵測區域中於該二或更多電接點之間不存在金屬沉積物時，該電路不完整。
這些及其它技術特徵將參照相關圖式於底下描述。
在本申請案中，「半導體晶圓」、「晶圓」、「基板」、「晶圓基板」、及「部份製造之積體電路」之用語係可互換使用。該領域中具有通常知識者會理解「部份製造之積體電路」之用語可指處在矽晶圓上許多積體電路製造階段之任一期間的該矽晶圓。用於半導體元件工業之晶圓或基板通常具有200 mm、或300 mm、或450 mm之直徑。再者，「電解液」、「電鍍浴」、「浴」、及「電鍍溶液」之用語係可互換使用。以下詳細描述假定本發明係在晶圓上執行。然而，本發明並未如此地受限。工件可為不同形狀、尺寸、及材料。除了半導體晶圓以外，其它可利用本發明之工件包含像是印刷電路板及類似者之不同物件。
在以下描述中提出眾多特定細節，俾以提供所呈現實施例之徹底瞭解。所揭露實施例可在沒有此等特定細節之一些或所有者的情況中執行。在其它情況中，為了不無謂地混淆所揭露之實施例，並未詳述為人熟知的程序操作。儘管所揭露實施例將搭配特定實施例而描述，然而吾人將理解其並非意圖限制所揭露之實施例。
儘管此處的討論著重於以杯體及唇密封部所建構的基板固持器，惟仍可使用其它安排。一般來說，當在此使用「杯體底部」或「基板固持器底部」之用語時，此等用語係意圖涵蓋任何晶圓固持器之底部，而不論晶圓固持器是否如圖式所繪示以杯體所建構。晶圓固持器之底部通常為固持器面向電鍍溶液之該側。其通常係定向成與基板受鍍面實質上相同的方向，且對於晶圓來說經常在名義上為平坦。一般來說，基板固持器之底部係圍繞基板周圍部而定位(使得基板固持器支撐基板的邊緣)、並自基板徑向朝外延伸。如在此所用，唇密封部之用語通常指晶圓固持器與晶圓邊緣接合並產生密封的一部份，該密封保護晶圓固持器內部(包含用於連接到晶圓之電接點)不受電鍍溶液作用，同時讓晶圓的整個電鍍面曝露到電鍍溶液。任何不同的唇密封部設計皆可使用。
為了簡便及清楚起見，此處範例之大部分者關於晶圓面向下之「噴泉」電鍍設備。在如此設備中，待電鍍之工件(通常為半導體晶圓或其它基板)通常具有實質上水平之位向(該位向在一些情況中可能於整個電鍍程序之一些部分、或於整個電鍍程序期間與真正的水平差異數度)，且可在電鍍期間被供能而旋轉，得到大致上鉛直朝上的電解液對流圖案。從晶圓中心到邊緣之衝擊流質量以及旋轉中晶圓在其邊緣相對於其中心所固有之較高切線速度的整合創造出徑向上漸增的剪切(平行晶圓)流圖案。具有杯體及錐體配置之抓斗式電鍍設備係經常用以在電鍍前及電鍍期間將晶圓固持於定位。抓斗及噴泉電鍍槽/設備之範例係包含在由CA、Fremont之Lam Research Inc.所製造並可自其取得的Sabre® 系列電鍍系統中。除此之外，抓斗噴泉電鍍系統係於例如2001年8月10日所提申之美國專利第6,800,187號及2010年2月11日所提申之美國專利第8,308,931號中所描述，以上各者係在此整體併入做為參考。儘管此處的描述主要著重在晶圓及固持器面向下、平行於本地地表平面的位向，然而吾人理解未排除且亦預想到其它位向(像是斜角或垂直於地表)。
再者，儘管此處之討論及範例大多著重在錫/銀積聚物的偵測，然而可執行實施例以偵測在偵測器所聚焦區域中之任何反射性及/或導電材料的存在。錫/銀積聚過程的機制係於此後及別處略為詳述。做為另一相關系統之範例，銅鍍層可能在銅的電鍍期間積聚在唇密封部/杯體底部區域中。銅沉積物可在晶圓表面藉由以下各者形成：產生二價銅離子部份還原成一價銅離子、或產生有機添加物還原性物種，其可能被掃到晶圓邊緣、唇密封部及杯體底部區域。此等銅的沉積途徑係顯示於底下的反應中： 第一範例沉積途徑： 晶圓表面：Cu+2 + e－ (晶圓表面) à Cu+1 ，然後 杯體底部：2 Cu+1 à Cu + Cu+2 第二範例沉積途徑： 晶圓表面：A + e－ à A－ ­ (形成還原性添加物) 杯體底部：Cu+2 + 2 A－ à Cu + 2A
由於晶圓被設計成在晶圓邊緣附近具有愈來愈多特徵部，其在晶圓邊緣特別可能為如此鍍層所衝擊，所以與唇密封部及杯體底部上之偽金屬沉積物相關的問題惡化。再者，邊緣附近特徵部(near edge features)的存在促使偽沉積物在晶圓固持器及密封部上產生。當邊緣附近的特徵部密度高時，邊緣附近特徵部及唇密封部鍍層之間的干擾係大得多。對於更多邊緣附近特徵部的需求起因於希望使從單一晶圓可獲取之半導體元件數目最大化。
於在此呈現的範例中，電鍍設備包含用以在電鍍期間支撐晶圓的杯體。杯體藉由支撐晶圓的外部周圍而將晶圓固持於定位。因此杯體在其中心具有一大型開口，該開口具有比晶圓直徑略小的直徑。圖1顯示在晶圓定位系統101的背景下之具有杯體底部103的杯體102之範例。在若干情況中，可將杯體102及/或杯體底部103塗以具有非黏滯特性的材料，像是聚偏二氟乙烯(PVDF，例如來自法國Colombes之Arkema的Kynar® )或聚四氟乙烯(PTFE，例如來自Wilmington, Delaware之Dupont的Teflon® )、矽氧樹脂、或矽及氧之類玻璃陶瓷性非黏滯材料(像是Cuisinart的CeramicaTM 或ThermolonTM )。
杯體102通常具有一短(例如約1.0－1.5 mm高)鉛直內壁。一薄(例如0.75到1.5 mm)唇密封部104係定位在此鉛直內壁上方並在電鍍期間與晶圓接合，其形成一周圍密封。在電鍍期間，唇密封部104保護位於唇密封部104之徑向外部的電接點(未顯示)。在杯體之內鉛直壁的底部，杯體水平地徑向朝外延伸(徑向朝外且平行於晶圓)。此水平表面為杯體底部103。
儘管在杯體本身上之非想望鍍層起初開始於杯體之內鉛直表面上的杯體102與唇密封部104接觸處，然而該鍍層可沿此鉛直內壁表面向下、繞過杯體102之轉角、並在杯體底部103上徑向朝外發展。當鍍層到達杯體底部103時，可能發生明顯的製造缺陷，且在杯體底部103上具有鍍層時所處理的晶圓經常毀壞或具有非常低的產率。過渡成杯體底部之電鍍及成長係部份由於比起唇密封部104，金屬更易於附著在杯體102上(特別是杯體底部103)的事實。儘管可將杯體底部103及杯體102的其它部份以像是氟化聚合物塗層(例如聚四氟乙烯，PTFE)之非黏滯性塗層加以塗覆來幫助抑制金屬附接於該表面，然而沉積物有時仍可能形成於杯體底部103上。在許多情況中，一旦鍍層開始出現在杯體底部103上，沉積速率便實質上增加，且該沉積可很快變得失控而電鍍整個杯體底部103。除了晶圓定位系統101之外，圖1亦顯示與光學性杯體底部鍍層偵測相關的硬體。此硬體係於底下進一步討論。
由於經常在接近半導體製程終點時才沉積錫銀合金(例如做為錫銀焊料接點)，錫銀沉積程序中所用的晶圓通常十分昂貴，在其來到整體製程中的此階段之前已經過許多處理操作。因此，未能成功偵測到杯體底部上的鍍層而有機會產生低產率或超出規格的晶圓可能特別地代價高昂。
在不受限於特定理論的情況下，據信錫銀合金的偽沉積至少部份因為原子錫對原子銀之明顯不同的還原電位而發生，且進一步來說，偽沉積物的成長首先藉由在唇密封部－晶圓介面之錫的鍍層(具有些微銀含量)而發生，且該膜經由唇密封部表面及杯體底部上的置換反應(Sn + 2Ag+ → Sn2+ + 2Ag)而成長，造成兩個銀原子(具有+1之氧化態)對於每一錫原子(具有+2之氧化態)的取代及偽膜之體積上的相應成長。再一次地，在不受限於特定理論的情況下，據信由具有明顯不同之還原電位(例如具有大於約100 mV以上之還原電位差)的金屬所形成之其它金屬或合金沉積物可能導致涉及在電鍍組件之唇密封部及杯體底部上的偽金屬沉積之相同或類似問題。
杯體底部上的金屬沉積物可導致以下兩者：(1)杯體底部沉積物附近區域中的局部非均勻度，原因是電流及電位分佈上的局部變化；以及(2)在整個晶圓範圍內之沉積物平均厚度上的減少。產率的損失遂不僅與零星金屬微粒的產生有關，亦起因於本意為在晶圓本身上進行電鍍用之電荷的蒐集或「電流逸散(current sinking)」。第一個衝擊通常係本地於晶圓上在杯體底部鍍層出現處周圍的區域，因為電流係局部地從基板邊緣附近之特徵部被引開至杯體底部，使得在該邊緣附近的特徵部較所想望者要薄。隨著杯體底部鍍層範圍的增加，第二個衝擊(在整個晶圓範圍內較所想望之平均電鍍厚度要薄)由於在杯體底部上所電鍍之總電流量相對於電鍍整個晶圓所需之總電流量變得顯著而發生，且因此，被電鍍在晶圓上的特徵部之平均厚度降到目標平均厚度之下。
比起具有較大量開放面積的基板，具有較少量開放面積(電鍍係所想望處之面積)的基板對杯體底部鍍層的存在較為敏感。由於杯體底部鍍層面積對所想望之基板電鍍面積的比例為相對高的事實，此等低開放面積/低特徵部密度之基板較為敏感。換言之，由於其中電流必須被供應到基板的面積小，因此當杯體底部鍍層存在時容易將大量的該電流重新導向。相反地，對於高開放面積/高特徵部密度之基板來說，希望將電流供應到該處的面積較大。因此，杯體底部電鍍的起始會引走相對較小部份之供應到晶圓的電流。但是在兩種情況中，重要的是盡快立刻偵測到少量的鍍層，以免處理到並未電鍍有目標平均厚度均勻度的晶圓。
在上列兩個電鍍問題中，由於金屬沉積物相當於從晶圓表面(想望電流處)蒐集電流並將其重新導向至金屬沉積物本身(電流不合意地使甚至更多鍍層出現在沉積物的位置)而使有害效果發生。在許多錫/銀沉積程序中(像是在記憶體元件上形成相對低I/O計數凸塊)，晶圓上之開放區域量(亦即意圖使電流受導向且發生電鍍的區域)可能非常小(例如晶圓面之約0.5－3%)。因此，電流被導向晶圓上頗小的區域，該區域堪比杯體底部上金屬沉積物的尺寸。部份由於此二區域在尺寸上可互相比擬，而使應該被導向至晶圓上開放區域的成比例大量電流反而被導向至杯體底部。因此，即便是在杯體底部上少量鍍層的形成都可明顯衝擊該特徵部周圍的晶圓電鍍，且假如該沉積物夠大，其可衝擊晶圓之整體電鍍厚度。當然，此可造成晶圓上許多或所有晶粒失效。300 mm晶圓固持器之杯體底部表面積通常可為大約200 cm2 。300 mm晶圓之曝露面積約為700 cm2 ，且假如該300 mm晶圓被遮蔽而露出晶圓表面之一小部份(例如1%)，吾人將電鍍約7 cm2 的面積。假如非常小部份之杯體底部(舉例來說，假如僅杯體底部的大約0.5%、或約1x1 cm部份(1cm2 ))最後受到電鍍，晶圓上之平均電鍍速率可能大幅減少例如約1/7x100=14%。
由於偽錫/銀積聚物可導致所概述之問題，因此重要的是偵測到錫/銀沉積物且然後將其自唇密封部及杯體底部移除或清除，或者是更換杯體底部及唇密封部。可使用不同的清潔技術以移除不必要之沉積物。在一些情況中，清潔可在自動化的基礎上完成。在其它情況中，可手動起始及/或執行清潔。清潔基板固持器之範例技術係於以下美國專利申請案中進一步討論及描述，其各者係在此整體併入做為參考：於2012年7月31日所提申、且題為「AUTOMATED CLEANING OF WAFER PLATING ASSEMBLY」之美國專利申請案第13/563,619號；於2013年3月29日所提申、且題為「CLEANING ELECTROPLATING SUBSTRATE HOLDERS USING REVERSE CURRENT DEPLATING」之美國專利申請案第13/853,935號；及於2013年3月28日所提申、且題為「METHODS AND APPARATUSES FOR CLEANING ELECTROPLATING SUBSTATE HOLDERS」之美國專利申請案第13/852,767號。
在一些實施例中，清潔技術涉及在唇密封部及/或杯體底部的方向上發射清潔流體噴流(例如去離子水，然而可如以下所討論使用其它清潔流體)。在抓斗及清潔流體噴流相對於彼此旋轉時，清潔流體移除錫/銀積聚物。
各種不同的清潔劑/流體皆可使用。在一些實施例中，清潔劑的選定將取決於待移除之不必要沉積物的組成。舉例來說，移除不必要之錫－銀合金沉積物可具有成效地運用錫及銀兩者的金屬及鹽類可氧化及/或可溶解於其中的氧化性酸溶液。因此，在一些實施例中，清潔劑可包含酸及/或氧化劑。用於移除錫－銀合金沉積物之合適清潔劑或清潔溶液的特定範例為硝酸溶液。如此溶液可具有例如以下之硝酸濃度：重量上大約為或大於5%、10%、15%、20%、25%、35%、或50%；或大約為或小於此等濃度之任一者；或在由此等濃度之任一配對所定義範圍內。在一些實施例中，清潔劑/溶液可運用複數酸，像是例如硝酸及氫氯酸之組合(亦即，形成王水)、且兩種酸存在於上述濃度之任一者或在上述濃度範圍內。然而，亦可運用其它酸及酸的組合—該其它酸及酸的組合再一次於上述濃度或上述濃度範圍之任一者內。在一些實施例中，清潔劑可為金屬錯合劑，且通常為針對其與組成待移除沉積物之金屬進行錯合的能力而選定之錯合劑。舉例來說，被選定做為清潔劑之錯合劑可為草酸根離子，因為其與錫錯合。在一些實施例中，可選定銀錯合劑做為清潔劑，像是不同的氫硫衍生化合物。
可惜的是，清潔程序可能並非總是100%有效，且錫/銀材料可能在清潔後殘留在電鍍設備上。舉例來說，在使用清潔流體噴流以移除不必要沉積物的情況中，通常將該噴流對準晶圓固持器的內鉛直區域(特別是唇密封部區域及杯體內鉛直壁表面)。由於錫/銀材料特別會附著在較不可撓之內鉛直壁表面及杯體底部(其可能因錫的傾向而在該處變得「定錨」)，因此一些錫/銀材料在自動清潔後殘留在內壁表面上並非罕見。為使此程序高度有效率且有效果，已進行了大量努力。在錫—銀微粒隨著晶圓處理而在唇及鉛直壁表面上成長的同時，其變得更加容易受到水噴流自動清潔程序的影響力而被移除(在正常的製造操作條件下，目前的數據顯示約99.98%之移除效率)。可惜的是，該程序並非100%有效率，因此清潔程序在大約5,000－10,000片的已處理晶圓中可能失敗1次。再者，在若干情況中，自動清潔程序經歷硬體或程序失靈而使自動清潔沒有成功。舉例來說，清潔噴流可能失準、硬體上的手臂可能擺入但在實體上受損、清潔噴流的壓力可能過低…等。
一旦鍍層出現在杯體底部上，沉積物經常無法藉由自動清潔程序移除，而反倒必須透過像是浸泡或手動擦拭化學蝕刻(例如使用帶有或不帶有氯化氫的濃硝酸化學溶液混合物以手動移除沉積物)之不同程序而移除。儘管為了確保自動清潔發生而可能具有若干使用中的檢查(例如確保自動清潔手臂移至定位的檢查及確保適當流動及/或壓力的感測器)，然而先前的自動清潔系統並未包含任何用於偵測清潔程序是否已經成功的機制。不同的清潔缺陷可能因此變得未被觀察到，導致品質不佳之後續晶圓電鍍。吾人非常期望一種在處理高價值晶圓之前確認沒有杯體底部鍍層的技術。
其它類型的清潔技術亦可能遭遇在此所述之問題。一替代性清潔方法包含使裡面具有清潔流體之清潔盤旋轉，其中旋轉造成清潔流體從盤中的周圍孔洞流出。然後清潔溶液接觸基板固持器而移除不必要沉積物。在一些實施例中，盤可具有實質上圓形的上表面、實質上圓形的下表面、將該等上下表面接合之實質上圓形的邊緣、及開口於邊緣之複數孔洞。盤亦可具有延伸進入該盤的內部之內部區域。在一些實施例中，將孔洞依尺寸製作成使清潔劑係藉由清潔劑及孔洞內部表面之間的附著力而留在孔洞內部中。一種使用如此清潔盤的方法可涉及將清潔劑裝入清潔盤之複數孔洞、將該清潔盤定位在半導體處理設備內部、且使該盤旋轉或用其它方式操縱該盤而從該複數孔洞釋放清潔劑，使得設備之元件接觸到所釋放清潔劑。此清潔技術及設備係因此於以上併入做為參考之美國專利申請案第13/563,619號中進一步討論。
另一替代性自動清潔技術涉及逆向電流去鍍(deplating)。如此清潔涉及將清潔(去鍍)盤類似於普通的處理基板而定位在電鍍杯體中。清潔盤的前表面包含抗腐蝕導電材料而對杯體表面上沉積物形成電連接。在杯體中使盤受密封並將其浸入電鍍溶液。然後施加逆向電流(亦即，與通常用以在基板上電鍍材料者相反之電流)至盤的前導電表面以起始沉積物的去鍍。在杯體中的密封壓縮可能在清潔期間有所改變而造成不同的唇密封部形變並對沉積物形成新的電連接。此清潔技術係於以上併入做為參考之美國專利申請案第13/853,935號中進一步討論。
在自動清潔實行以前，清潔通常手動進行。操作員會用沾有濃硝酸溶液或其它能夠溶解金屬之試劑的棉棒以移除金屬積聚物。操作員能目視檢查唇密封部及杯體底部以確保金屬完全移除。當然，此為可能對操作員造成危害之耗時且沒有效率的程序。自動清潔去除此等問題且代表超越先前手動技術之一大進步。然而，在實行自動清潔的情況中，沒有操作員常態性地針對積聚物進行目視檢查，且即便在出現杯體底部鍍層之後，晶圓可能持續受到處理，導致此等寶貴晶圓的損失。儘管操作員可定期進場以檢查電鍍設備，然而由於時間限制或其它不同因素使操作員在檢查積聚物上的能力有限。因此，舉例來說，目視檢查可能每天僅進行一或兩次。到了進行目視檢查的時刻，許多寶貴的晶圓可能已經在杯體底部遭電鍍的條件下受過處理，造成此等昂貴晶圓的損失(或低產率)。考量到此困難，用於偵測電鍍設備之杯體底部是否具有沉積於其上之殘留金屬的方法及設備會具有用處。如此方法及設備可在與每處理一晶圓一樣高的頻率加以配置。偵測杯體底部 上之殘留金屬沉積物的方法
在此之若干實施例提供偵測殘留金屬沉積物是否且以何種程度存在於杯體底部上之方法。此等方法可與清潔操作同時、或在清潔操作後立刻執行，然而其亦可在非進行電鍍時之任何時刻執行。在若干情況中，偵測方法在每次自動清潔程序進行時執行。在其它情況中，偵測方法係更頻繁或更不頻繁地執行。舉例來說，偵測可能發生在處理每一晶圓之後、在處理若干數量的晶圓之後、在電沉積程序期間轉移若干電荷量(例如以庫侖為單位量測)之後、或在電沉積程序期間沉積若干總量或總厚度的膜之後。
偵測器係通常設計成偵測杯體底部上、鉛直內壁附近的沉積物。舉例來說，偵測器可偵測杯體底部上鉛直內壁之約20 mm以內、或約10 mm以內、或約5 mm以內的沉積物。基於幾個理由，偵測此區域中的金屬沉積物具有益處。首先，一旦金屬開始電鍍在杯體底部上，其可由於上述機制而快速成長到失控。因此，希望偵測杯體底部上非常靠近晶圓邊緣的沉積物，在杯體底部上非常靠近晶圓邊緣處，沉積物首次延伸到自動清潔有效的位置以外。利用此方式，杯體底部鍍層的問題可被偵測到並可在其變得失控之前加以補救。
一個寬鬆的類比為癌前期皮膚病變的移除及癌皮膚腫瘤的形成。可疑的病變(類比到唇密封部之電鍍微粒)係做為癌前期病變而定期移除。然而，假如遺漏了一些該可疑的病變，其可能長成較無法控制(且可能有危險的)癌病變(類比到杯體底部鍍層)。自動清潔程序意在移除唇密封部微粒(癌前期病變)、而自動偵測硬體判定會需要更全面性介入之杯體底部鍍層(癌病變)的存在。
儘管能夠偵測唇密封部本身上的沉積物，如此偵測僅會具備有限價值，因為自動清潔技術係為了移除此等唇密封部沉積物而頗為頻繁地執行著。金屬沉積物經常出現在唇密封部區域上，且在起始杯體底部電鍍之前必須形成於該處(儘管唇密封部沉積物經常被移除而杯體底部電鍍並未發生)。自動清潔硬體及處理係設計成在材料成長並到達杯體底部之前將其從基板固持器/杯體的唇密封部及內鉛直壁移除。已證實少許殘留之唇密封部及內壁沉積物在其起初形成及其最終被移除的時刻之間未必在晶圓上造成明顯的沉積問題。舉例來說，在一些情況中，少量的金屬會沉積在唇密封部區域上並於若干晶圓受處理時留在該處，可能每次稍微長得更大一點。最後展開自動清潔程序，而使沉積物在其到達杯體底部之前被移除。在一些情況中，由於彈性唇密封部的曲折或微粒本身的尺寸而使在唇密封部之沉積物的移除受到幫助。因為自動清潔通常將唇密封部沉積物保持在控制之下，而使非零訊號並不在唇密封部區域中被預期，且因為此區域中的鍍層並不會造成嚴重後果，所揭露之偵測實施例遂著重在偵測杯體底部、而非唇密封部區域上的金屬沉積物。杯體底部區域中的金屬偵測提供有用得多之問題性電鍍條件指示。
可使用不同偵測方法之任一者以判定杯體底部是否乾淨到足以繼續處理晶圓。通常該等方法對於導電或非導電表面上之金屬薄層的存在係為敏感。在一實施例中，使用光學偵測法。在另一實施例中，使用渦電流法。在一額外的實施例中，使用滾動阻抗法。
用於實行光學偵測法之一技術包含將來源光線照射在杯體底部之偵測區域上並量測反射的光線量。此技術係在晶圓固持器及/或偵測器旋轉時執行。金屬沉積物可能只存在於晶圓固持器底部上的一或幾個方位角位置。回到圖1的實施例，可將光學偵測硬體106定位在擺臂致動設備108上。光學偵測硬體106可包含二主要構件：光源110及偵測器111。擺臂108亦可包含用於提供清潔流體噴流之噴嘴107，該清潔流體噴流用以將沉積物從杯體底部103移除。在使用其它清潔方法的情況中，擺臂108可能不具備噴嘴107。
在一執行偵測的方法中，寬廣光譜(例如白色)光源係配合黑色或有色的杯體底部而使用。黑色或有色的杯體底部會吸收白光的一些或所有波長，且背景反射訊號會非常小。然而，假如表面上有金屬，該金屬會反射大量來自光源的光線，且該反射光會為偵測器所偵測到。
在一些實施例中，來源光線為有色且杯體底部係有色而與光源顏色互補(例如紅色光源及綠色杯體底部)。藉由使用互補色，背景訊號被降至最低，因為處在來源頻率之光線被有色杯體底部吸收，且假如存在著反射訊號，其係最容易被偵測到。除了在沉積物存在而將入射光反射的情況之外，具互補色之杯體底部吸收大部分來自光源的光線。入射光的顏色亦可選定成與杯體底部上的金屬沉積物顏色有所區隔(例如使用藍色、綠色或藍綠色杯體以偵測銅沉積物)。
在使用有色杯體底部的情況中，該顏色可來自於杯體底部塗層。在若干實施例中，塗層係由氟化聚合物(例如PTFE及/或PVDF)所製成以幫助抑制沉積物在杯體底部上形成。塗層亦可包含有色染料。
在若干實施例中，來自白色光源的光線係藉以下方式而過濾：將濾波器定位在杯體底部及偵測器之間(或光源及杯體底部之間)，俾以將若干波長從反射(或入射)訊號濾除。可將光學濾波器微調成阻擋反射光譜之與杯體底部顏色相同的光線。例如，在使用綠色杯體底部的情況中，可使用濾波器以阻擋杯體底部及偵測器之間(或杯體底部及光源之間)的綠光。因此，濾波器使從杯體底部本身所反射的背景訊號降到最低，並藉此改善偵測器的敏感度。在一些情況中，偵測器本身可對於所選杯體底部設計之顏色的光線相對不敏感。
無論使用何種方法，重要的是在以下兩者之間具有強烈的差異：(a)當光線從沉積物反射時，在偵測器所接收到的訊號、及(b)當沒有沉積物存在時，在偵測器所接收到的訊號。
亦可使用其它偵測技術。在若干實施例中，使用渦電流法。渦電流測試使用電磁感應以偵測導電材料的存在(或導電材料中的瑕疵)。將載有電流的圓形線圈置於測試物體(在此情況中為杯體底部)附近，而線圈中的交流電產生改變的磁場，該改變的磁場與測試物體的導電部份交互作用而產生渦電流。可監測渦電流之大小及相位上的變化(或單純地如此電流的存在)，如此變化對應到測試物品之導電度或磁導率上的改變(例如起因於塑膠杯體底部上之金屬沉積物的存在)、或其裡面瑕疵的存在。該變化可藉由使用第二接收器線圈或藉由對流動於主要激磁線圈中的電流量測改變而加以監測。
渦電流技術可能並非適用於所有應用。舉例來說，該技術對於不合意地電鍍在杯體底部上的金屬及本為杯體零件的金屬(或存在於此區域中的其它金屬)之間的差異並非十分敏感。舉例來說，假如杯體底部由具介電塗層之金屬元件所組成，偵測杯體底部之被電鍍金屬可能證明具有難度。在若干實施例中，杯體底部包含金屬結構(像是金屬強化底部)以幫助提供結構上的穩定度。在此等情況中，應避免渦電流偵測。然而，在杯體不含金屬的情況中，可使用渦電流偵測法。
在若干額外的實施例中，使用滾動或移動阻抗量測法以偵測金屬沉積物的存在。在此法中，具有二或更多在杯體底部表面到處移動的接點。使一組二個(或更多，例如在使用四點量測技術的情況中為四個)電刷或滾輪橫跨杯體底部表面刷過或滾動，並量測該等刷或滾輪之間的阻抗。假如在有金屬沉積物的杯體底部位置進行量測的話，在該二或更多杯體底部電接點元件之間的電流通行阻抗會降低。針對此偵測可使用阻抗儀。在一些實施例中，可橫跨接點施加電壓，並可將偵測器用以搜尋會建立在該等接點之間的閾電流。在沒有金屬沉積物存在的情況中，接點之間沒有完整的電連接且具有高阻抗，或是沒有電流會通過。然而，在金屬存在的情況中，金屬用以提供接點之間的電連接，藉此完成線路並建立可量測之電流或阻抗。一般來說，接點應相對於針而為刷或滾輪。假如杯體底部的建構及其環境使得在無杯體底部鍍層存在的情況及出現杯體底部鍍層的情況之間能夠實現差異化訊號，則對於探測器周圍的環境電容敏感之電容式感測器同樣可具有用處。在若干情況中，杯體底部鍍層的厚度可介於約5－10 µm。
由於有利於監測整個杯體底部周圍的沉積，因此可將偵測器及杯體底部設計成相對於彼此旋轉或掃描。再者，由於此處所詳細討論之特定實施例中的杯體底部通常可旋轉，因此偵測器本身毋需旋轉。然而，在若干實施例中，可使偵測器旋轉及/或以其它方式運動(例如相對於杯體底部移動)。在一些實施例中，偵測過程中的旋轉速率係介於約1－500 RPM之間，例如介於約30－150 RPM之間。在杯體底部並非電鍍模組旋轉夾具之一部分且晶圓移動到電鍍站的情況中(例如晶圓固持器在電鍍工具內部移動到電鍍站的工具配置)，會個別需要用於沿著杯體底部邊緣掃描的機構。可使用任何容許偵測器掃描杯體底部邊緣之硬體。
圖2顯示針對根據在此實施例之方法的流程圖。程序200開始於方塊201 ，其中開始處理新的晶圓。如方塊203所示，將晶圓載入電鍍設備。在方塊205，將晶圓電鍍及/或以其它方式處理。在方塊207，將晶圓從基板固持器移除。接下來在方塊209，可或可不安排唇密封部清潔程序。假如未進行唇密封部清潔程序，可在方塊201開始處理新的晶圓。然而，假如安排/進行了唇密封部清潔程序，程序200會於方塊211繼續，其中自動清潔組件移動至清潔位置。在方塊213執行自動清潔程序。接下來，在方塊215，執行沉積物偵測。假如在方塊215/217沒有偵測到殘留的沉積物，可在方塊229中使自動清潔組件返回其停駐位置，並於方塊201開始處理新的晶圓。藉由將自動清潔組件定位在停駐位置，其確保該組件不會干涉到後續基板的處理。假如在方塊215/217偵測到殘留的沉積物，則在方塊201開始處理新的晶圓之前於方塊219進行一些補救行動。補救行動可包含例如再次執行自動清潔221、使電鍍槽停止運轉(亦即，使電鍍槽離線)223、發出警報或以其它方式警告操作員225、或執行手動清潔227。此等補救行動之一或更多者可在自動清潔後存在著殘留沉積物時加以進行。可選地，可在補救行動進行後使沉積物偵測再次執行，以在電鍍額外的晶圓之前確保杯體底部足夠乾淨。
儘管圖2所示的實施例顯示典型的程序流程，然而此流程圖中的許多相關要素並非執行在此之實施例所必須。舉例來說，偵測可發生在非進行電鍍的任何時刻，且毋需接在電鍍或自動清潔流程之後。此外，假如沒有進行自動清潔程序、或假如所用清潔程序不要求晶圓的移除，則毋需在進行偵測之前將晶圓移除。換言之，偵測可在電鍍槽中執行。 如圖2所示，在偵測到殘留沉積物的情況中可採取不同的補救行動。舉例來說，在沉積物停留在杯體底部上的情況中，可發出警報以提醒操作員電鍍槽有髒汙。然後操作員可選擇進行額外的行動以清潔杯體底部。在一情況中，可重複自動清潔程序。然而，由於錫/銀材料可能定錨在杯體底部表面，額外的自動清潔可能不足以將沉積物從杯體底部移除。亦可執行手動清潔以移除杯體底部上的沉積物。無論如何，電鍍不應在杯體底部受電鍍之電鍍設備中繼續，直到沉積物被移除。否則，在不潔的電鍍設備中電鍍額外的晶圓可能導致無法使用或低產率的基板。假如無法立刻清潔杯體底部受電鍍之設備，可使其離線以避免損及後續的晶圓。描述電沉積及自動清潔程序的額外流程圖可見於以上併入做為參考之美國專利申請案第13/852,767號的圖7中。該相應的描述就此等程序在若干實施例中可如何進行提供額外的細節。偵測設備
在一實施例中，電鍍設備包含併入該設備的偵測機構。電鍍設備包含用於在電鍍期間固持晶圓的杯體、用以幫助密封晶圓及杯體之間介面的唇密封部、用以在電鍍期間施加電流/電位至晶圓的電接點、及其它習知之電鍍設備構件(例如具有入口及出口之電鍍腔室…等)。可將偵測機構定位在手臂上，該手臂在處理不同晶圓之間的時間當中擺至定位。再者，可將偵測機構直接併到自動清潔組件上(其本身可或可不併入電鍍設備)。因為可如圖1所示將偵測機構及自動清潔機構兩者定位在需要時移至定位之單一擺臂上，所以此實施例具有優勢。具有單一擺臂係為有益，因為其讓設備更小型化、更易於使用、且製造上較不昂貴。再者，單一擺臂可具有好處，因為比起使用複數擺臂的情況，其產生較少的潛在失效點。在另一實施例中，偵測機構可為獨立之儀器，可將其安裝在自動清潔站、電鍍槽、或一些其它專用於偵測的位置中。此獨立之實施例可具有益處，因為可使單一偵測機構輕易為許多電鍍槽中的晶圓固持器所共享。
偵測機構係定位成使其在運作時，其偵測在杯體底部上杯體鉛直內壁之約20 mm以內、或此壁之約10 mm以內、或約5 mm以內的沉積物。在一些情況中，可將偵測機構固定在供應流體到自動清潔噴嘴之流體供應管線上。偵測機構可為可移除，或可將其永久附接於自動清潔組件或電鍍機構。假如偵測機構係永久附接於另一元件，應該要有在電鍍期間移動該偵測機構使其不擋道的方法(例如可將偵測機構永久固定在擺至定位的手臂)。偵測機構應以相對穩定的方式而固定，俾以維持偵測器的適當對準(例如在使用光學反射式強度偵測器的情況中，光源及光線接收器之間的對準)。
有不同的光學偵測方法實施例可供使用。在一情況中，光源及光線偵測器係個別定位在杯體底部附近以偵測其上之沉積物。此實施例係顯示於圖 1，具有光源110及偵測器111。在如此設計中，將光源及光線偵測器加以定位，以便使其處於自杯體底部之法線起相同但相反的角度(亦即，入射角等於反射角)且在相同平面上。在另一實施例中，來自來源的光線及/或往偵測器的光線行進穿過光纖或其它波導。吾人可將此情況中的光源或光線偵測器之位置及角度視為相對於杯體，因為該光纖的端點係在杯體底部附近。
在一些設計中，入射及反射光行進穿過自由空間(free space)。在一些設計中，光線行進穿過光纖端點及杯體底部表面之間的水層。在光纖的設計中，來源及偵測器可以較大的自由度加以定位。換言之，來源及偵測器本身毋需自法線起偏離相同角度，且毋需在相同平面。然而，光纖的端點(例如光線從其自光源發出的纖維端點、及反射光在其進入與偵測器連接之纖維的端點)仍需仔細加以定位。如在此所用(除非另外聲明)，光源可包含光線自其朝杯體底部發射之一或更多光纖；而光線接收器可包含反射光進入其中、且與光線偵測器連接之一或更多光纖。每一光纖具有光入口及出口。來源光線纖維的出口及光線接收纖維的入口應定位在基板固持器附近。一個特別有用的小型設計為其中光源及光線接收器在其端點處非常接近者。在一範例中，光源及/或光線接收器係由大量纖維(例如在一些情況中至少約10、或至少約50條纖維)所形成，該等纖維被束在一起，並定位在杯體底部附近。在一些實施例中，由一束光纖所構成的光源將來源光線直接對準(亦即，垂直於)杯體底部。在一些實施例中，纖維係實質上在一段距離內共軸排列。來源光線可由束內纖維之一些或所有者加以輸送。在若干情況中，可將束內的其它纖維用以接收反射光並將其傳輸至偵測器。在一實施例中，約一半的纖維提供來自遠端光源的光線，而大約一半的纖維接收從杯體底部反射的光線並將該反射光線載送至偵測器。可使用其它的纖維數目比例以供輸送探測光線及收集反射光線。
圖3A及3B繪示與包含杯體302之基板固持器交互作用的光線偵測硬體301，杯體302具有杯體底部303、唇密封部304、及電接點匯流排圓柱(buss cylinder)320。在一些實施例中，電接點匯流排圓柱320可與杯體302整合。當用於電鍍時，基板係在定位在基板固持器中以虛線框顯示之位置325。在進行偵測時，基板可或可不存在於位置325。光學偵測硬體301包含光源310及光學偵測器 311、以及合併形成光纖束315的光纖312及313。顯示於312的光纖載送來自光源310之光線並將其從束315照射在杯體底部303上。從光纖312/315所發射之入射光係由箭頭330所示。顯示於313的光纖將自杯體底部表面303反射之光線載送至偵測器311。反射離開杯體底部303之光線係由箭頭340A及340B所示。在圖3A中，沒有金屬沉積物存在於杯體底部表面303之受評估部份上。因此，僅有非常少的光線340A朝束315反射回來。箭頭340A之相對細瘦意在表達相對少的光線被反射回來。相反地，在圖3B中，金屬沉積物350存在於杯體底部上(且在鉛直內壁/唇密封部304區域上)。因此，明顯較大部份的入射光330在340B被反射回來。相較於340A，箭頭340B的相對粗厚意在表達較大部份的入射光330朝束315被反射回來。
一般來說，偵測器為可量測光學反射光強度的裝置。如此裝置的範例包含光線偵測器，像是半導體光二極體、光電倍增管…等。無論選擇的裝置類型，所安裝的裝置量測從表面/物體反射之後進入偵測器之光線的強度。偵測器可在寬廣或狹窄波長帶範圍內量測反射光強度。偵測器及相關聯的光學係設計成使得其可在以下兩者之間進行區別：(a)當光線從沉積物反射時所接收到的訊號、及(b)當沒有沉積物存在時所接收到的訊號。
若干改造係可能增進偵測器的敏感度或分辨能力。舉例來說，來自光源的光線可為有色，使得該光線係實質上為乾淨的杯體底部所吸收且/或為金屬沉積物所反射。因此，在若干實施例中，杯體底部的顏色可與來源光線的顏色互補。在若干實施例中，使用濾波器以阻擋光線的若干波長，特別是通常為杯體底部反射(或未被吸收)的波長。此等改造係於以上進一步討論。
在一些實施例中，偵測器為渦電流感測器。渦電流感測器可包含主要激磁線圈，其接收來自驅動器之交流電。交流電產生改變的磁場，該改變的磁場在目標材料中感應出渦電流。在若干情況中，渦電流係透過使用第二接收器線圈加以監測。或者是或除此之外，渦電流可藉由對流動於主要激磁線圈中的電流量測改變而受監測。在使用渦電流偵測器的情況中，偵測器及杯體底部應在偵測期間維持均一的距離，因為此技術對於距離上的改變非常敏感。
偵測器亦可為滾動阻抗偵測器。此類型的偵測器包含接觸測試表面(例如杯體底部)的二電接點、該二接點之間的電連接、及電源。該二接點係定位成使其在其間具有微小距離的情況下(例如該等接點可在杯體底部上分開約0.25－4 mm)接觸杯體底部。在沒有沉積物存在的情況中，接點之間的線路不完整而沒有訊號產生。當沉積物存在時，金屬沉積物完成二接點之間的線路而產生可偵測的訊號。在一些情況中，接點可為滾輪，然而在其它情況中，接點可為刷。
其它類型的偵測器亦可在本揭露內容之範圍內加以使用。範例包含電容式或磁性感測器。當所涉及的材料具永久磁性或可為磁力所感化(例如Fe、Ni、Co)時，磁性感測器可為合適。
許多設備配置可根據在此所述之實施例加以使用。晶圓固持器之一範例包含如以上提及之抓斗夾具，該抓斗夾具將晶圓背側密封使其遠離電鍍溶液，同時容許電鍍在晶圓面上進行。抓斗夾具可例如經由定位在晶圓斜邊上的密封部、或藉由像是施加至晶圓背部的機械力搭配施加在斜邊附近的密封部而支撐晶圓。有時運用「錐體」以提供該機械力。電鍍系統
圖4顯示範例電沉積設備之頂視示意圖。電沉積設備400可包含三個分開的電鍍模組402、404、及406。電沉積設備400亦可包含針對不同其它程序操作所配置之三個分開的模組412、414、及416。舉例來說，在一些實施例中，模組412、414、及416之一或更多者可為旋轉潤洗乾燥(SRD)模組。在其它實施例中，模組412、414、及416之一或更多者可為電填充後模組(PEM)，各自用以在基板受電鍍模組402、404、及406之一者處理後執行像是基板之邊緣斜角移除、背側蝕刻、及酸清洗的功能。
電沉積設備400包含中央電沉積溶液儲存器424。中央電沉積溶液儲存器424為一腔室，其容納用作電鍍模組402、404、及406中電鍍溶液的化學溶液。電沉積設備400亦包含可儲存並供應用於電鍍溶液之添加物的給劑系統426。化學稀釋模組422可儲存並混合要用做蝕刻劑的化學品。過濾及泵送單元428可過濾供中央電沉積溶液儲存器424用的電鍍溶液並將其泵送至電鍍模組。在若干實施例中，電沉積設備400更可包含偵測裝置(未顯示)以偵測電鍍設備之零件上(像是在杯體底部上)的金屬沉積物。設備400亦可包含自動清潔噴嘴或其它硬體(未顯示)以清潔電沉積設備400的零件(例如基板固持器之杯體底部)。
系統控制器430提供電子及介面控制以操作電沉積設備400。系統控制器430(其可包含一或更多實體或邏輯控制器)控制電鍍設備400之一些或所有性質。系統控制器430通常包含一或更多記憶體裝置及一或更多處理器。處理器可包含中央處理單元(CPU)或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接、步進馬達控制器板、及其它類似的構件。用於實行如在此所述之適當控制操作的指令可在處理器上執行。此等指令可被儲存在與系統控制器430相關聯之記憶體裝置，或是其可透過網路而提供。在若干實施例中，系統控制器430執行系統控制軟體。
電沉積設備400中的系統控制軟體可包含用於控制時間點、電解液成份之混合(包含一或更多電解液成份的濃度)、入口壓力、電鍍槽壓力、電鍍槽溫度、基板溫度、施加至基板及任何其它電極之電流及電位、基板位置、基板旋轉、及藉由電沉積設備400所執行之特定程序的其它參數。
系統控制邏輯亦可包含用於將自動清潔系統移至清潔位置並執行自動清潔方法的指令。再者，系統控制邏輯可包含用於將偵測機構移至定位並執行偵測方法的指令。在若干實施例中，可將控制器程式化以在清潔程序完成後、或在一些其它時刻或以一些其它頻率起始偵測。偵測指令可包含用以啟動偵測器、使電鍍設備(或其零件)相對於偵測器而旋轉、及記錄來自偵測器的訊號之指令。控制邏輯更可包含用於解讀來自偵測器的訊號之邏輯，俾以判定杯體底部是否乾淨到足以(例如杯體底部是否沒有可偵測到之沉積物)繼續電鍍額外的晶圓。此外，控制邏輯可包含用於在不再需要清潔器/偵測器之後使清潔系統及/或偵測機構返回停駐位置的指令。
控制邏輯可包含指令，以供因應杯體底部含有金屬沉積物或以其它方式有髒污的偵測而執行一或更多補救行動。舉例來說，控制器可因應沉積物存在的判定而發出警報或以其它方式警告操作員。或者是或除此之外，控制器可因應杯體底部沉積物存在的判定而使電鍍槽離線。在一些情況中，控制器可因應沉積物存在的判定而再次起始自動清潔或其它清潔程序。清潔/偵測排序之一範例為自動化硝酸清潔噴灑、杯體及杯體底部潤洗、及杯體底部鍍層再偵測，後接返回線上條件。在若干情況中，控制器可向操作員指示需要手動清潔。
可將系統控制邏輯以任何合適的方式加以配置。舉例來說，可撰寫不同的程序工具構件次程式或控制物件以控制實現不同的程序工具程序所需的程序工具構件的操作。系統控制軟體可以任何合適的電腦可讀程式語言而編碼。亦可將邏輯實現成可程式化邏輯元件(例如FPGA)、ASIC、或其它適合媒介中的硬體。
在一些實施例中，系統控制邏輯包含用於控制上述不同參數的輸入/輸出控制(IOC)排序指令。舉例來說，電鍍程序的每一階段可包含用於藉系統控制器430執行的一或更多指令。舉例來說，可將用於設定浸漬程序階段之程序條件的指令包含在相應的浸漬配方階段中。同樣地，可針對電鍍階段、及自動清潔階段、晶圓固持器檢查階段…等提供個別的配方。在一些實施例中，可將電鍍配方階段依序安排，俾使電鍍程序階段的所有指令與該程序階段同時執行。
在一些實施例中，控制邏輯可被分成像是程式或程式片段的不同部份。針對此目的之邏輯部份的範例包含基板定位部份、電解液組成控制部份、壓力控制部份、加熱器控制部份、電位/電流電源控制部份、自動清潔部份、及晶圓固持器檢查部份。
在一些實施例中，可具有與系統控制器430相關聯之使用者介面。使用者介面可包含顯示螢幕、設備及/或程序條件之圖形化軟體顯示、及像是指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風…等使用者輸入裝置。
在一些實施例中，藉由系統控制器430所調整的參數可關於程序條件。非限制性範例包含浴條件(溫度、組成、及流率)、在不同階段之基板位置(旋轉速率、線性(鉛直)速率、自水平起的角度)…等。此等參數可以配方的形式提供給使用者，該配方可利用使用者介面輸入。
用於監控程序的訊號可來自不同的程序工具感測器、藉由系統控制器430的類比及/或數位輸入連接而提供。控制程序用的訊號可在程序工具的類比及數位輸出連接上輸出。可受監控之程序工具感測器的非限制性範例包含質流控制器、壓力感測器(像是壓力計)、熱電偶、光學位置感測器、金屬沉積物偵測器(像是光學反射式強度偵測器、渦電流感測器、或滾動阻抗偵測器)…等。經適當程式化的回饋及控制演算法可配合來自此等感測器的數據而使用以維持電鍍及非電鍍操作兩者的程序條件。
在一實施例中，指令可包含將基板插入晶圓固持器、使基板傾斜、在浸漬期間對基板加偏壓、將錫/銀材料電沉積在基板上、將偵測機構移至定位、及偵測金屬沉積物是否存在於杯體底部上。
轉移工具440可從像是卡匣442或卡匣444之基板卡匣選定基板。卡匣442或444可為前開式晶圓傳送盒(FOUP)。FOUP為一殼體，其設計成將基板穩固且安全地固持在受控制的環境中並容許基板被移除，以供藉由裝配有適當負載埠及機器人搬運系統的工具而處理或量測。轉移工具440可使用真空附接或一些其它的附接機制固持基板。
轉移工具440可與晶圓搬運站432、卡匣442或444、傳送站450、或對準器448形成介面。從傳送站450，轉移工具446可取用基板。傳送站450可為槽孔或位置，轉移工具440及446可在不經過對準器448的情況下傳送基板來往該槽孔或位置。然而，在一些實施例中，為了確保基板在轉移工具446上係適當地對準以供精確供應到電鍍模組，轉移工具446可利用對準器448將基板加以對齊。轉移工具446亦可將基板供應到電鍍模組402、404、或406之一者、或針對不同程序操作所配置之三個分開的模組412、414、及416之一者。
用以容許基板經過排序的電鍍、潤洗、乾燥、及PEM程序操作之有效循環的設備對於供用在若干電鍍系統(像是電鍍銅之該等者)的實施例而言可具有用處。為了完成這點，模組412可配置成旋轉潤洗乾燥器及邊緣斜角移除腔室。有了如此模組412，針對電鍍及EBR操作，基板將僅需在電鍍模組404及模組412之間傳送即可。
電沉積設備500的替代性實施例係示意性地顯示於圖5中。在此實施例中，電沉積設備500具有一組成對或以複數「雙重站(duet)」配置的電鍍槽507，每一者包含電鍍浴。除了電鍍本身之外，電沉積設備500可執行不同的其它電鍍相關的程序及次步驟，像是例如旋轉潤洗、旋轉乾燥、金屬及矽濕蝕刻、無電沉積、電解拋光(電拋光)、預濡濕及預化學處理、還原、退火、光阻剝除、及表面預活化。電沉積設備500在圖5中係示意性地顯示成由頂部往下看，且在圖中僅揭露單一層級或「樓層」，但是可被該領域中具有通常知識者輕易理解如此設備(例如Lam Research SabreTM 3D工具)可具有二或更多「堆疊」在彼此上方的層級，每一者可能具有相同或不同類型的處理站。
再次參照圖5，待電鍍之基板506通常透過前端裝載之FOUP 501而饋入電沉積設備500，且在此範例中係經由前端機器人502從FOUP被帶到電沉積設備500的主要基板處理區域，前端機器人502可抽出在複數維度上受到轉軸503所驅動的基板506，並將該基板從可存取站(二前端可存取站504還有二前端可存取站508係顯示在此範例中)之一站移動到另一者。前端可存取站504及508可包含例如預處理站、及旋轉潤洗乾燥(SRD)站。前端機器人502從一側到另一側的側向運動係利用機器人軌道502a而完成。基板506之每一者可藉由受到連接至馬達(未顯示)之轉軸503所驅動的杯體/錐體組件(未顯示)所固持，且該馬達可附接至安裝托架509。亦顯示於此範例的是電鍍槽507的四「雙重站」，總共八電鍍槽507。電鍍設備亦可包含偵測機構(未顯示)以偵測電鍍設備之區域上(例如在杯體底部上)的金屬沉積物。電鍍槽507可用於電鍍銅、鎳、錫銀合金…等。系統控制器(未顯示)可耦接到電沉積設備500以控制電沉積設備500的一些或所有性質。可將系統控制器程式化或以其它方式配置成根據先前在此所述之程序而執行指令。
在此以上所描述之電鍍設備/方法可搭配微影圖案化工具或程序而使用，例如以供半導體元件、顯示器、LED、光電板…等的製造或生產。儘管並非必要，不過一般而言，如此工具/程序會於共同的製造設施中一起使用或執行。膜之微影圖案化通常包含以下步驟之一些或所有者，每一步驟利用一些可能的工具加以實現：(1)使用旋塗或噴佈工具在工件(即基板)上施加光阻；(2)使用熱板或爐或UV固化工具將光阻固化；(3)利用像是晶圓步進機之工具將光阻曝露在可見或UV或X射線光中；(4)使用像是濕檯之工具將光阻顯影，以選擇性地移除光阻並藉此將其圖案化；(5)藉由電鍍將光阻圖案轉移到所沉積之柱或其它結構(例如錫銀焊料結構)的圖案中；及(6)使用像是RF或微波電漿光阻剝除機之工具將光阻移除。
101‧‧‧晶圓定位系統 102‧‧‧杯體 103‧‧‧杯體底部 104‧‧‧唇密封部 106‧‧‧光學偵測硬體 107‧‧‧噴嘴 108‧‧‧擺臂 110‧‧‧光源 111‧‧‧偵測器 200‧‧‧程序 201‧‧‧方塊 203‧‧‧方塊 205‧‧‧方塊 207‧‧‧方塊 209‧‧‧方塊 211‧‧‧方塊 213‧‧‧方塊 215‧‧‧方塊 217‧‧‧方塊 219‧‧‧方塊 221‧‧‧再次執行自動清潔 223‧‧‧使電鍍槽停止運轉 225‧‧‧發出警報或以其它方式警告操作員 227‧‧‧執行手動清潔 229‧‧‧方塊 301‧‧‧光學偵測硬體 302‧‧‧杯體 303‧‧‧杯體底部(表面) 304‧‧‧唇密封部 310‧‧‧光源 311‧‧‧偵測器 312‧‧‧光纖 313‧‧‧光纖 315‧‧‧(光纖)束 320‧‧‧電接點匯流排圓柱 325‧‧‧位置 330‧‧‧箭頭 340A‧‧‧箭頭 340B‧‧‧箭頭 350‧‧‧金屬沉積物 400‧‧‧電沉積設備 402‧‧‧電鍍模組 404‧‧‧電鍍模組 406‧‧‧電鍍模組 412‧‧‧模組 414‧‧‧模組 416‧‧‧模組 422‧‧‧化學稀釋模組 424‧‧‧中央電沉積溶液儲存器 426‧‧‧給劑系統 428‧‧‧過濾及泵送單元 430‧‧‧系統控制器 432‧‧‧晶圓搬運站 440‧‧‧轉移工具 442‧‧‧卡匣 444‧‧‧卡匣 446‧‧‧轉移工具 448‧‧‧對準器 450‧‧‧傳送站 500‧‧‧電沉積設備 501‧‧‧前開式晶圓傳送盒(FOUP) 502‧‧‧前端機器人 502a‧‧‧機器人軌道 503‧‧‧轉軸 504‧‧‧前端可存取站 506‧‧‧基板 507‧‧‧電鍍槽 508‧‧‧前端可存取站 509‧‧‧安裝托架
圖1顯示偵測設備之實施例，該偵測設備用於偵測在杯體底部上之不必要沉積物的存在，該杯體用於在電沉積程序期間固持基板。
圖2呈現處理晶圓、清潔電沉積基板固持器、及偵測在基板固持器底部上之不必要沉積物的存在之方法流程圖。
圖3A及3B繪示包含光纖束之光學偵測硬體，該光學偵測硬體用於偵測基板固持器底部上之不必要沉積物的存在。
圖4及5呈現可用以實行所揭露實施例之範例多重工具設備。
101‧‧‧晶圓定位系統
102‧‧‧杯體
103‧‧‧杯體底部
104‧‧‧唇密封部
106‧‧‧光學偵測硬體
107‧‧‧噴嘴
108‧‧‧擺臂
110‧‧‧光源
111‧‧‧偵測器

Claims (14)

  1. 一種電鍍設備，包含： 一反應腔室，用以容納一電解液； 一基板固持器，在該反應腔室中於一基板的周圍支撐該基板，該基板固持器包含一底部及一內邊緣； 偵測硬體，用以偵測在該基板固持器的底部上是否存在著金屬沉積物；及 一控制器，用以致使： 在該反應腔室中收容該基板； 在該基板上電鍍材料； 操作該偵測硬體以偵測在該基板固持器的該底部上是否存在著金屬沉積物。
  2. 如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中該控制器係用以致使： 因應偵測到在該基板固持器的該底部上存在金屬沉積物，採取一補救行動。
  3. 如申請專利範圍第2項之電鍍設備，其中採取該補救行動的步驟包含：清潔該基板固持器。
  4. 如申請專利範圍第3項之電鍍設備，其中採取該補救行動的步驟包含：藉由自動作業而清潔該基板固持器。
  5. 如申請專利範圍第3項之電鍍設備，其中採取該補救行動的步驟包含：手動清潔該基板固持器。
  6. 如申請專利範圍第2-5項其中任一項之電鍍設備，其中採取該補救行動的步驟包含：使該反應腔室停止運轉。
  7. 如申請專利範圍第2-5項其中任一項之電鍍設備，其中採取該補救行動的步驟包含：發出警報。
  8. 如申請專利範圍第1-5項其中任一項之電鍍設備，其中該控制器係用以致使： 因應偵測到在該基板固持器的該底部上不存在金屬沉積物，在不預先清潔該基板固持器的情況下，在該反應腔室中收容一第二基板並在該第二基板上電鍍材料。
  9. 如申請專利範圍第1-5項其中任一項之電鍍設備，其中該偵測硬體在該基板固持器的該底部上的一偵測區域中偵測是否存在著金屬沉積物，該偵測區域自該基板固持器之該內邊緣起延伸約5 mm以上。
  10. 如申請專利範圍第1-5項其中任一項之電鍍設備，其中該基板固持器為該電鍍設備中的複數基板固持器其中一者，且其中該偵測硬體係用以偵測在該複數基板固持器的各者上是否存在著金屬沉積物。
  11. 如申請專利範圍第1-5項其中任一項之電鍍設備，更包含一清潔組件，用以將金屬沉積物自該基板固持器移除。
  12. 如申請專利範圍第1-5項其中任一項之電鍍設備，其中該偵測硬體的操作包含：將一來源光線照射在該基板固持器之該底部上，及量測從該基板固持器之該底部反射之一反射光線。
  13. 如申請專利範圍第1-5項其中任一項之電鍍設備，其中該偵測硬體的操作包含： 使交流電流流過定位在該基板固持器的該底部附近之一圓形的主要激磁線圈，以藉此產生一改變的磁場，該改變的磁場與該基板固持器的該底部起交互作用而產生渦電流；及 監測該渦電流之相位及/或大小以偵測金屬沉積物是否存在。
  14. 如申請專利範圍第1-5項其中任一項之電鍍設備，其中該偵測硬體的操作包含： 設置接觸該基板固持器的該底部之二或更多電接點，其中在該二或更多電接點之間具有一電連接； 使電流流過至少一電接點，使得當在該基板固持器的該底部上於該二或更多電接點之間存在著金屬沉積物時，該金屬沉積物完成該二或更多電接點之間的一線路，且當在該基板固持器的該底部上於該二或更多電接之間不存在該金屬沉積物時，該二或更多電接點之間不具有完整的線路；及 量測一電性質以偵測該基板固持器的該底部上是否存在著該金屬沉積物。
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