电镀处理器的自动原位控制制造技术

在具有至少一个阳极和一个窃流电极的电镀处理器中，参考电极用于测量晶片边缘附近的电解质中的电压梯度。利用控制容积/电流平衡技术，电压梯度用于计算晶片表面的电流。测定总晶片电流流向晶片边缘区域的分率并与目标值相比。处理器控制器改变阳极和窃流电流的至少之一，以使实际边缘区域电流接近目标电流。

【技术实现步骤摘要】
电镀处理器的自动原位控制
本申请涉及用于电化学处理具有微型装置的半导体材料晶片和类似工件或基板的腔室、系统和方法。
技术介绍
诸如半导体装置之类的微电子装置通常是利用数种不同类型的机器在半导体材料晶片或工件上和/或在半导体材料晶片或工件中制造的。在典型的制造工艺中，一层或更多层诸如金属这样的导电材料形成于晶片上。晶片通常接着被蚀刻或抛光(polished)，以移除部分导电层而形成触点、导电线或其他部件。 随着微电子装置制作得越来越小，种晶层(seed layer)亦需制作得更薄。使用极薄种晶层时，在电镀工艺开始时的表面电阻可高达例如50欧姆/方(Ohm/sq)，然而晶片上的电镀膜或电镀层的最终表面电阻会小于0.02欧姆/方。利用传统的电镀机器时，这三个数量级的表面电阻变化将导致难以或无法一致提供均匀层和无空隙填充。 电镀处理器通常具有一个或更多个阳极和电流窃流电极(current thiefelectrode)，种晶层则为阴极。电极设定点(即各电极随时间提供的电流)是提前估计的并且需针对各种晶片和电解质浴的类型重新考虑。即使小心选择电极设定点，所得电镀层或电镀膜的品质和特征也可能因涉及大量变数而不尽理想。因此，需要改良的电镀机器和方法。
技术实现思路
在具有至少一个阳极和一个窃流电极的电镀处理器中，两个或更多个参考电极用于测量晶片边缘附近的电解质中的电压梯度。电压梯度用于计算晶片外部附近的电镀浴内径向朝外流动的电流。利用该控制容积/电流平衡技术的径向电流，测定总晶片电流流向晶片边缘区域的分率(fract1n)并与目标值相比。处理器控制器改变阳极和窃流电流，以使实际边缘区域电流接近目标电流。 在一个方面中，只需两个参考电极。可先使用低窃流电流(以免有去除镀层的风险)。接着可依据感知的晶片表面电阻经由控制器自动调整通往电极的电流，正如计算的晶片电流所指示的那样。本专利技术也存在于所述元件的子组合中。 【附图说明】 在附图中，相同的元件符号表示各视图中的相同元件。 图1是电化学处理器的分解透视图。 图2是图1所示的容器组件的截面透视图。 图3是容器组件的放大截面图。 图4是图3所示的上杯(upper cup)的示意性截面透视图。 图5是在图1所示的处理器中邻近于晶片边缘的控制容积的示意图。 图6是在替代处理器中邻近于晶片边缘的控制容积的示意图。 图7是图6所示的控制容积的放大细节图。 图8是槽(slot)电流对径向电流的曲线图。 图9是额外窃流电极电流对估计径向电流的曲线图。 【具体实施方式】 一种控制系统和方法，允许依据处理器内的实时测量自动控制电镀处理器中一个或更多个阳极和电流窃流器的电极设定点。这减少了对设定点估计的依赖并提供了改良的电镀。 一个目的是测定晶片表面的电流，因为这是影响电镀膜的品质和均匀度的主要因素。若实时得知晶片表面的电流，则可依需求调整通往电极的电流而实现期望的结果。只测定通往晶片一部分(即边缘部分)的电流可足以适当控制反应器电流。 由于种晶层覆盖复杂的特征结构图案，故电镀图案化的铜镶嵌晶片在测定初始电极设定点方面提出了额外的挑战。因此，初始表面电阻是未知的。无法准确预测随着由下往上填充特征结构(诸如晶片上的沟槽或过孔)的表面电阻变化。本专利技术的方法通过经由计算的晶片电流而检测初始表面电阻克服了这些因素。接着控制器实时补偿电镀工艺期间的表面电阻变化。 现详细参照附图，图1至图4示出了代表性的电镀处理器。然而，本专利技术的概念实际上可应用到任何具有至少一个阳极和电流窃流电极的处理器。如图1所示，电化学处理器20具有头部30，头部设在容器组件50上方。容器组件50可支撑在盖板(deck plate) 24上，盖板附接至支架38或其他结构。头部30可支撑在升降/旋转单元34上，升降/旋转单元34用于升降和倒置头部以将晶片10装载和卸载至头部，并且升降/旋转单元34用于降下头部30而与容器组件50啮合以进行处理。 现参照图2至图3，容器组件50可包括阳极杯52、下膜状物(membrane)支撑件54和与紧固件60保持在一起的上膜状物支撑件56。在阳极杯52内，第一阳极或内部阳极70设在内部阳极腔室110的底部附近。第二阳极或外部阳极72设在外部阳极腔室112的底部附近，外部阳极腔室围绕内部阳极电解质(anolyte)腔室110。阳极可被提供为自耗阳极材料，即铜丸(copper pellet)、球等。阳极腔室中的电解质称作阳极电解质。 如图2所示，内部阳极70与第一电引线或连接器130电连接，外部阳极72与分离的第二电引线或连接器132电连接。电流窃流电极206可围绕上杯76的上端。 现参照图3至图4,若有使用，贝U上杯76可被包含在上杯外壳58内或被上杯外壳58围绕。上杯外壳58附接至上杯76并且密封住上杯76。上杯76具有弯曲的顶表面124和中心贯通开口，中心贯通开口形成中心阴极腔室或内部阴极腔室120。所述腔室120由扩散器74内大致呈圆柱形的空间所界定，通往由上杯76的弯曲的顶表面124所界定的钟形或喇叭状空间。一系列同心环状槽从上杯76的弯曲的顶表面124向下延伸。形成于上杯76底部的外部阴极腔室78经由一系列管或其他通道与槽连接。阴极腔室中的电解质称作阴极电解质。 如图4所示，在一个实例中，八个圆周槽90、92、94、96、98、100、102、104从上杯76 的弯曲的顶表面124向下延伸。槽很窄，故填充槽容积的液态电解质具有高电阻。槽宽通常介于1_5毫米(mm)之间或2_4mm之间。圆周槽通过垂直管104A、102A、10A和98A与外部阴极腔室或阴极电解质腔室78连接。在所示特定实例中，有18个管与各槽连接。管是主要的电阻来源。槽有助于使流过管的电流再分配(即扇出(fan out))而成均匀的轴对称来源，故当晶片旋转时，旋转晶片将经历均匀电流(而非要是晶片转过孔时的最大值和最小值)。槽被放置和宽度选择以适当分配外部阳极电流遍及晶片外部。 参照图5，控制容积210被选择在晶片10的边缘附近。控制容积210具有内圆周边界212和外圆周边界214、下边界216和上边界218。控制容积210和它的边界是数学概念，用以描述本专利技术的系统和方法。控制容积和边界不是物理元件。 就设计用于直径300mm的晶片的处理器而言，内边界212可位于距晶片中心100-130mm处。内部探头或参考电极202位于内边界212里面。外部探头或参考电极204位于内边界212外面，使得外部探头204在控制容积210内。探头202和204是诸如电线之类的真实物理元件。探头亦可被提供为电解质填充的毛细管而通往真实物理电极或电线。探头202和204可与控制器200电连接。探头202和204可与上杯的上表面齐平，以减少或避免改变处理器中的电解质和电流流动。 在使用中，探头测量电压梯度。内部探头和外部探头所测量的电压差用于利用欧姆定律V= IR来计算(径向往外)流过内边界的电流，其中V是测量的电压差，R是在探头间距DD中的液态电解质的电阻，I是流过内边界的电流或径向电流通量I/径向入。DD越大，就给定径向电流测量的电压越高。根据晶片直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电镀处理器，所述电镀处理器包括：容器，所述容器用于容纳电解质；至少一个阳极、窃流电极和场成形单元在所述容器中；分隔的第一参考电极和第二参考电极，所述第一参考电极位于所述容器的中心位置与所述第二参考电极之间；以及控制器，所述控制器与所述至少一个阳极、所述窃流电极和所述第一参考电极和所述第二参考电极电连接。

【技术特征摘要】
2013.06.18 US 13/920,7091.一种电镀处理器，所述电镀处理器包括: 容器，所述容器用于容纳电解质； 至少一个阳极、窃流电极和场成形单元在所述容器中； 分隔的第一参考电极和第二参考电极，所述第一参考电极位于所述容器的中心位置与所述第二参考电极之间；以及 控制器，所述控制器与所述至少一个阳极、所述窃流电极和所述第一参考电极和所述第二参考电极电连接。2.如权利要求1所述的处理器，其中所述第一参考电极和所述第二参考电极位于共同半径上，所述共同半径从所述中心位置径向朝外延伸。3.如权利要求1所述的处理器，其中所述第一参考电极和所述第二参考电极位于所述场成形单元中或所述场成形单元上。4.如权利要求1所述的处理器，其中所述场成形单元包括上杯，所述上杯具有弯曲的顶表面和多个圆周槽，并且至少一个圆周槽位于所述第一参考电极与所述第二参考电极之间。5.如权利要求1所述的处理器，其中所述窃流电极包括环，所述环围绕所述容器的上边缘延伸，并且所述第二参考电极位于所述窃流电极与所述第一参考电极之间。6.如权利要求2所述的处理器，其中所述容器具有半径R，所述第一参考电极位于距所述中心位置至少0.65R处。7.如权利要求1所述的处理器，进一步包括可与所述容器啮合的头部，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷戈里·J·威尔逊，保罗·R·麦克休，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US