TWI734698B - 在使用攪拌器幾何形狀和運動控制的電鍍處理器中的適應性電場遮罩 - Google Patents

在使用攪拌器幾何形狀和運動控制的電鍍處理器中的適應性電場遮罩 Download PDF

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Abstract

在電鍍裝置中，槳或攪拌器攪拌容器中的電解液以在晶圓表面處提供高速的流體流動。另外，攪拌器被設計和/或移動以有選擇地遮罩晶圓的一部分(例如晶圓邊緣)免受容器中的電場影響。有選擇地遮罩可透過將攪拌器的平均位置暫時地朝向晶圓的一側偏移，透過省略或縮短攪拌器中的狹縫，和/或透過將攪拌器的運動與晶圓旋轉同步來實現。

Description

在使用攪拌器幾何形狀和運動控制的電鍍處理器中的適應 性電場遮罩
本發明涉及在使用攪拌器幾何形狀和運動控制的電鍍處理器中的適應性電場遮罩。
用於晶圓級封裝(wafer level packaging；WLP)和其它應用的現有電鍍處理器通常使用可替換的遮罩(shield)和陽極電流調整以補償製程變化。製程變化的實例包括電解質浴導電率(electrolyte bath conductivity)和化學成分(chemical make-up)的變化、不同的種晶薄層電阻(sheet resistance)值、和不同的晶圓圖案。遮罩典型地是介電質材料環，該介電質材料環被定尺寸和定位以在晶圓的邊緣周圍提供適當水準的電場遮罩。然而，必須手動改變遮罩以補償製程變化，而妨礙了電鍍處理器的操作。還可能難以決定將何遮罩用於特定製程條件，因此必須執行耗時的試誤法實驗(trial-and-error experiment)。還必須製造和盤存遮罩套組以便該遮罩可根據需要而使用。因此，需要用於補償電鍍處理器中的製程變化的改進技術。
在一個態樣中，電鍍處理器包括：頂蓋，該頂蓋具有用於保持晶圓和與晶圓電接觸的晶圓保持器，其中該頂蓋可移動以將晶圓保持器定位在容器中；在該容器中的至少一個陽極；在該容器中的攪拌器；和附接於該攪拌器的致動器，該致動器用於在容器之內水平地移動攪拌器。攪拌器具有肋條和狹縫的陣列，且其中攪拌器的第一側比攪拌器的第二側具有更少的狹縫，和/或其中攪拌器的第一側上的狹縫比攪拌器的第二側上的狹縫更短。
在另一態樣中，電鍍方法包含：將晶圓放置成為與容器中的液體電解質接觸，傳導電流透過液體電解質，和以有選擇地遮罩晶圓的一部分的運動在晶圓之下在電解液之中移動攪拌器。攪拌器可以交錯運動移動以便在晶圓的第一側上的攪拌器的時間平均存在大於在晶圓的第二側上的攪拌器的時間平均存在。晶圓在有或者沒有隨著攪拌器的運動的該晶圓的同步旋轉的情況下選擇性地旋轉。該方法可使用具有如上所述的狹縫的攪拌器。
10:處理器
14:頂蓋
16:頂蓋升降器
18:攪拌器
20:底板材
24:容器
26:接觸環
28:陽極
30:晶圓
32:致動器
34:遮罩
36:轉子
40:隔膜
42:上腔室
44:下腔室
45:遮罩
46:電場成形元件
47:遮罩
50:固定遮罩
52:凹槽開口
55:實心新月形形狀區域
57:弦線
60:肋條或葉片
62:狹縫
在附圖中，相同參考數位指示每一視圖中的相同元件；圖1是電鍍裝置的頂部透視圖；圖2是為了說明的目的，去除頂蓋的圖1的裝置的頂部透視圖；圖3是圖1的裝置的剖視圖； 圖4是圖1至圖3的裝置中所示的攪拌器的頂部透視圖；圖5是在晶圓之下定中心的攪拌器的俯視圖；圖6是偏移離開晶圓的第一側EE達第一尺寸的圖5的攪拌器的俯視圖；圖7是目前偏移離開晶圓的第一側EE達第二尺寸的圖5的攪拌器的俯視圖；圖8是具有在一側去除狹縫的修改的攪拌器的模型；圖9A是具有在一側上被縮短以提供電場遮罩的狹縫的修改的攪拌器的模型；圖9B是具有凹槽的遮罩的圖。
如圖1至圖3中所示，用於電鍍晶圓30的處理器10包括：頂蓋14，頂蓋14支撐在頂蓋升降器16上；和容器24。可包括隔膜40以將容器24分隔成下腔室44和上腔室42；下腔室44包含一個或多個陽極28，和在隔膜40之下的第一液體電解質或陽極電解液；該上腔室42包含第二液體電解質或陰極電解液。或者，對於具有保持單個電解液的單個腔室的容器24，可省略隔膜40。參照圖3，可主要地在容器24中提供由介電質材料製成的電場成形元件46以支撐隔膜40，並分配陰極電解液的流動。在圖3中所示的典型設計中，如上文所論述，作為必須被改變以補償製程變化的遮罩類型的實例，可提供陽極遮罩45、腔室遮罩47，和堰部遮罩(weir shield)34。
仍參照圖3，頂蓋14上的接觸環26保持晶圓30並且具有用於與導電層電接觸的多個接觸指，該導電層諸如晶圓30上的金屬種晶層。接觸環26可選擇性地具有用於將接觸指密封免受電解液影響的密封件。典型地，接觸環具有密封件和背板材，其中接觸環和背板材形成晶圓保持器。頂蓋14可包括轉子36，用於在處理期間利用在轉子上的接觸環26旋轉晶圓30。頂蓋14可移動以將晶圓保持器定位至容器中的處理位置中，其中種晶層與容器中的電解液接觸。
現在還參照圖4，典型的槳或攪拌器18相鄰於晶圓30位於容器24之內的固定的垂直位置處。攪拌器18通常是介電質材料的圓板材，具有由狹縫62間隔開的多個平行肋條或葉片60。致動器32在容器24之內，在平行於晶圓的平面中水平地移動攪拌器18以攪拌電解液。攪拌器18和致動器32可被支撐在附著於容器24的底板材20上。晶圓可以是旋轉或者固定的。狹縫允許離子電流透過攪拌器18。
肋條和狹縫可彼此平行，且可以陣列等距地間隔開。攪拌器可以是圓形或平坦的介電質材料，具有7mm至30mm的厚度或肋條高度。攪拌器可圍繞平行於肋條的中心線對稱，其中攪拌器的左側是右側的鏡像，除了上文論述的修改之外。
在本適應性遮罩裝置和方法中，攪拌器本身被用作電場遮罩，且可避免使用和/或手動改變遮罩(諸如 遮罩45、47和/或34)的需要。在典型操作中，攪拌器18可以(~6Hz至10Hz)的振盪，和以約1/2至1倍的攪拌器葉片間距的衝程移動。可使用次級低頻振盪以偏移葉片反向點而避免在晶圓上壓印電場或者品質傳遞標記(即，固定晶圓上為條狀，和旋轉晶圓上為環狀)。次級振盪被稱為交錯運動。交錯運動軌跡可大約等於葉片間距。
典型地，攪拌器/攪拌器衝程是葉片間距的1/2且交錯軌跡等於葉片間距。在此情況下，總運動軌跡大約是葉片間距的1.5倍，並且運動軌跡在晶圓之下定中心。然而，在本設計中，攪拌器設計和運動輪廓被選擇以建立可調整的晶圓邊緣遮罩。
可用以下方式提供適應性遮罩。
實例1.
參照圖5至圖7，可透過將攪拌器運動的中心點偏移離開晶圓中心來提供適應性遮罩。這導致當晶圓30旋轉經過此區域時，晶圓30的一個端部EE選擇性遮罩。由於晶圓旋轉的平均化提供了均勻水準的邊緣遮罩。偏心偏移距離可用於控制邊緣遮罩量。若沒有使用晶圓旋轉或晶圓旋轉限於小的角度值以便邊緣遮罩集中於晶圓的特定區域中，則可實現非對稱的遮罩效果。
實例2.
亦可使用更大的交錯運動軌跡以在晶圓的兩側上產生週期性邊緣遮罩。使用此方法，可透過調整交錯運動距離獲得各種程度的邊緣遮罩。
實例3.
另一種技術是阻斷攪拌器18的外部狹縫62的所選部分。此方法實現了在攪拌器的一側或兩側上的晶圓邊緣遮罩，而無需運動中心點的較大偏移。圖8示出了其中去除攪拌器中的最左邊兩個狹縫，以便攪拌器的左端具有實心新月形形狀區域55，以經由圖8中建模的攪拌器提供遮罩效應的計算模型。圖8中的模型使用沿著晶圓周長具有大的(15平方毫米)晶粒和沒有部分晶粒的晶圓圖案。這種晶圓圖案類型沿著晶圓邊緣產生大的非圖案化區域，此舉呈現了顯著的邊緣遮罩挑戰。圖8示出了在固定晶圓上界定了弦線57的此攪拌器遮罩方法，在該弦線之上在新月形區域55中存在顯著的遮罩。
實例4.
亦可透過調整攪拌器的分離的狹縫長度和攪拌器的運動以產生各種程度的邊緣遮罩來提供適應性遮罩。圖9A示出了其中狹縫3至狹縫8(在中心或中心附近處從狹縫1向外計數)製造得較短，其中縮短量從中心朝向邊緣增加的實例。可透過將晶圓旋轉速率與攪拌器交錯運動同步來實現側對側遮罩變化(例如，對於兩個旋轉，2倍交錯運動=40mm，交錯頻率=0.17Hz，且晶圓旋 轉速率=10.36rpm)。狹縫長度調整可相對於攪拌器中心線對稱或非對稱，或對稱和非對稱調整兩者的組合。
可利用對於圍繞垂直於狹縫長度的線對稱的給定狹縫的長度調整，僅對攪拌器的一半執行狹縫長度修改。不同於其中遮罩形狀是由弦線界定的圖8中所示的遮罩方法，狹縫長度調整可導致沿著晶圓邊緣的更廣的遮罩分佈。
實例5.
局部遮罩亦可透過將攪拌器運動與晶圓旋轉同步來實現。此方法可用於遮罩晶圓上的局部區域，諸如光致抗蝕劑覆蓋的凹槽/劃線區域。此方法的另一實例可用於在無「假突出部」的情況下的圖案化晶圓。在此情況下，正方形或矩形晶粒在不允許局部晶粒的情況下在圓形晶圓之內適合。這造成不規則的開放區域圖案，其中晶粒沿著平行於晶粒邊緣的方向，例如以0度、90度、180度和270度，更接近於晶圓邊緣延伸。
相反地，最高未圖案化區域發生在45度、135度、225度和315度處。此情況提供了將晶圓的未圖案化區域與由攪拌器運動提供的最高遮罩對準的機會。例如，若最高遮罩是在攪拌器的一端處，因為攪拌器的運動中心遠離晶圓中心偏移，則晶圓可被定向以便45度、135度、225度或315度的區域與攪拌器的高遮罩端對準。
晶圓不必被連續地旋轉。更確切而言，晶圓可被週期性地計時90度，以便45度、135度、225度和315 度的區域優先地在攪拌器的高遮罩端共用時間。為了將晶圓的最高未圖案化區域與由攪拌器運動和幾何形狀提供的最高遮罩條件對準的目的，其它旋轉/攪拌同步亦是可能的。
實例6.
在攪拌器之下的固定遮罩50可用不連續的凹槽開口52構造，如圖9B中所示。當攪拌器狹縫開口與這些凹槽對準時，沒有額外的遮罩。相反，當攪拌器狹縫開口未與不連續的凹槽開口對準時，可提供額外的邊緣遮罩。攪拌器運動輪廓可用於透過控制攪拌器狹縫與固定遮罩凹槽開口對準或未對準的時間來控制邊緣遮罩量。
作為分離凹槽開口的替代，一個或所有遮罩45、47和34可用具有沿著外部周邊的分離孔洞的擴散板材替換。攪拌器狹縫開口可類似地與擴散器孔洞對準或不對準以改變邊緣遮罩的量。上文所列的實例可被組合以獲得不同形式的適應性邊緣遮罩。諸如上文實例1和實例2的一些方法可能需要較大的運動軌跡，但是提供以下優點，即若使用典型地運動輪廓，則可能「關閉」遮罩。上文實例3的方法可引入無法被「關閉」的遮罩效應，但是若此遮罩替代了現有遮罩(諸如腔室遮罩)的效果，則此舉可以是可接受的。
這些實例說明了兩種不同的實施方法：
(A.)攪拌器的適應性遮罩用於增加具有在容器中就位的傳統遮罩(諸如遮罩45、47和34)的處理器。 例如，腔室遮罩被選擇用於具有「假突出部」的晶圓圖案。典型的攪拌器運動輪廓是用於這些「基線」晶圓類型。對於需要更多邊緣遮罩的無「假突出部」的晶圓圖案，攪拌器運動輪廓被修改以建立所期望水準的邊緣遮罩。
(B.)攪拌器的適應性遮罩是用於取代一個或多個該遮罩。在此情況下，攪拌器幾何形狀和運動可用於實現所期望水準的邊緣遮罩。在此情況下，處理器在容器中可以不具有遮罩。
本發明在一個實施例中可以特徵化為電鍍處理器，該電鍍處理器包含：頂蓋，該頂蓋具有用於保持晶圓且與晶圓電接觸的晶圓保持器，其中該頂蓋可移動以將晶圓保持器定位在保持電解液的容器中；和在該容器中的至少一個陽極。容器中的攪拌器具有肋條和狹縫的陣列，其中攪拌器的第一側比攪拌器的第二側具有更少的狹縫。致動器被附接於攪拌器以便在容器之內水平地移動攪拌器。
在另一個實施例中，本發明以具有頂蓋的電鍍處理器為特徵，該頂蓋具有用於保持晶圓且與晶圓電接觸的晶圓保持器。頂蓋可移動以將晶圓保持器定位在容器中，該容器在該容器中具有至少一個陽極。容器中的攪拌器具有肋條和狹縫的圖案，其中攪拌器的第一側上的狹縫比攪拌器的第二側上的狹縫更短。致動器被附接於攪拌器以便在容器之內水平地移動攪拌器。
電鍍方法包括將晶圓放置成為與容器中的液體電解質接觸，和傳導電流透過液體電解質。攪拌器以有選擇地遮罩晶圓的一部分的運動在晶圓之下移動。攪拌器可具有交錯運動，以便在晶圓的第一側上的攪拌器的時間平均存在大於在晶圓的第二側上的攪拌器的時間平均存在。該方法選擇性地進一步包括旋轉晶圓。若使用，該旋轉可與攪拌器的運動同步。
有選擇地遮罩意指遮罩晶圓的一個區域比晶圓的其它區域更多。有選擇地遮罩可透過將攪拌器的平均位置暫時地朝向晶圓的一側偏移，透過省略或縮短攪拌器中的狹縫，和/或透過將攪拌器的運動與晶圓旋轉同步來實現。
10:處理器
14:頂蓋
16:頂蓋升降器
18:攪拌器
20:底板材
24:容器
32:致動器

Claims (8)

  1. 一種電鍍處理器，該電鍍處理器包含：一容器；一頂蓋，該頂蓋具有用於保持一晶圓且與晶圓電接觸的一晶圓保持器，其中該頂蓋為可移動的以將該晶圓保持器保持在該容器中；在該容器中的至少一個陽極；在該容器中的一攪拌器；和附著於該攪拌器的一致動器，用於在該容器之內水平地移動該攪拌器；其中該攪拌器具有肋條和狹縫的一陣列；且其中該攪拌器的一第一側比該攪拌器的一第二側具有更少的狹縫；和/或其中該攪拌器的該第一側上的該狹縫比該攪拌器的該第二側上的該狹縫更短，其中該第一側及該第二側上的該肋條和該狹縫的該陣列相對於該攪拌器中心線非對稱，以達到非對稱遮罩。
  2. 一種用於一電鍍處理器中的攪拌器，該電鍍處理器具有：一頂蓋，該頂蓋具有用於保持一晶圓和與晶圓電接觸的一晶圓保持器，其中該頂蓋為可移動的以將該晶圓保持器在含有一電解液的一容器中定位；和在該容器中的至少一個陽極；和附接於該攪拌器的一致動器，用於在該容器之內水平地移動該攪拌器，該攪拌器具有以下特徵： 該攪拌器具有肋條和狹縫的一陣列；且其中該攪拌器的一第一側比該攪拌器的一第二側具有更少的狹縫；和/或其中該攪拌器的該第一側上的該狹縫比該攪拌器的該第二側上的該狹縫更短，其中該第一側及該第二側上的該肋條和該狹縫的該陣列相對於該攪拌器中心線非對稱，以達到非對稱遮罩。
  3. 一種電鍍方法，該電鍍方法包含以下步驟：將一晶圓放置成為與一容器中的液體電解質接觸；傳導電流透過該液體電解質；以有選擇地遮罩該晶圓的一部分的運動在該晶圓之下移動一攪拌器，該攪拌器具有非對稱形狀，以達到非對稱遮罩。
  4. 如請求項3所述的方法，其中該攪拌器具有一交錯運動，以便在該晶圓的一第一側上的該攪拌器的時間平均存在大於在該晶圓的一第二側上的該攪拌器的時間平均存在。
  5. 如請求項3所述的方法，進一步包括以下步驟：旋轉該晶圓。
  6. 如請求項3所述的方法，進一步包括以下步驟：將該晶圓的旋轉與該攪拌器的運動同步。
  7. 如請求項3所述的方法，其中該攪拌器具有肋條和狹縫的一陣列，且其中該攪拌器的一第一側比 該攪拌器的一第二側具有更少的狹縫。
  8. 如請求項3所述的方法，其中該攪拌器具有肋條和狹縫的一陣列，且其中該攪拌器的該第一側上的該狹縫比該攪拌器的該第二側上的該狹縫更短。
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