[发明专利]电镀处理器的自动原位控制

说明书

技术领域

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。

背景技术

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 thief electrode)，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。

发明内容

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(fraction)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。本发明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。本发明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，本发明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。