真空電鍍槽 Abstract
揭露之實施例相關於方法與設備，用於在次大氣壓狀態下將基板浸入電鍍槽中之電解液中以降低或消除當基板浸入時之氣泡形成或截留。揭露各種不同的電解液再循環迴路，以對電鍍槽提供電解液。再循環迴路可包含泵、脫氣器、感應器、閥門等。揭露之實施例允許將基板快速地浸入，因而大量減少與電鍍期間之氣泡形成及不均的電鍍時間相關之問題。
Description
真空電鍍槽
本申請案主張於西元2012年12月11日申請之美國專利暫時申請案第61/735,971的優先權，該美國專利暫時申請案的名稱為”ELECTROFILL VACUUM PLATING CELL”，本申請案亦主張於西元2013年3月6日申請之美國專利暫時申請案第61/773,725號的優先權，該美國專利暫時申請案的名稱為”ELECTROFILL VACUUM PLATING CELL”，其內容於此藉由參照全體納入作為本案揭示內容的一部分以及用於所有目的。本申請案也為於西元2010年1月8日申請之美國專利申請案第12/684,787號與第12/684,792號之部份連續案，其專利名稱分別為”APPARATUS FOR WETTING PRETREATMENT FOR ENHANCED DAMASCENE METAL FILLING”及”WETTING PRETREATMENT FOR ENHANCED DAMASCENE METAL FILLING”，其內容於此藉由參照全體納入作為本案揭示內容的一部分以及用於所有目的。
本發明係關於將金屬電鍍至基板表面上的方法和設備。
基於各種的原因，可將欲電鍍之晶圓於浸入至電鍍槽中時傾斜成非水平角度。因此，相對於在基板上填充特徵部所耗費的總時間(如：現今技術節點晶圓結構可填充於約1-2s，在部份情形中約小於500ms)，用於電鍍之一些現有的方法與設備要求基板需浸入在電鍍液中一段相當長的時間週期(如：由前緣進入溶液的時間到後緣完全地浸入的時間之間的120-200ms)。因基板的前緣進入電鍍液中且於基板的後緣之前開始電鍍，故相對長的浸入時間(定義成基板的整個電鍍面浸入在電鍍液中所花費的時間)會導致不一致的特徵部填充。一開始的電鍍不均勻性可能會在整個 電鍍製程期間持續存在，因而導致不均勻的填充。當業界由300mm發展到450mm的晶圓時，這些影響會更加被惡化。期望不侷限於動作的任何特定理論或機制，整個晶圓之電鍍的開始時間差可能會導致如促進劑、抑制劑、及均勻劑之添加劑的不均勻吸附情況，因而可以導致整個晶圓表面之不均勻的鍍層。因此，具有相對於填充較小特徵部所花費時間之較短的浸入時間係實質上較佳，以使整個晶圓之填充開始時間的差異可以具有最小的影響，使得特徵部的填充及鍍層的均勻度可以最大化。
最小化浸入時間的代價係氣泡會形成在電鍍液和基板間的界面。在晶圓浸入至電鍍電解液中期間，氣泡可能被截留於晶圓的電鍍側(活性側或電鍍面)下方。如果過於快速地浸入基板，氣泡截留的問題可能會惡化。截留在晶圓電鍍面上之空氣氣泡會導致諸多問題。在氣泡所出現的地方，氣泡會遮蓋住晶圓的電鍍面而使晶圓的電鍍面無法接觸到電解液，因此產生電鍍無法發生的區域。根據氣泡開始截留於晶圓上的時間及氣泡於晶圓上維持受截留狀態的時間長度，所產生的鍍層缺陷可以表現成無鍍層的區域或鍍層厚度減少的區域。因此，在現今的電鍍方法下，若浸入時間過快，則可能發生顯著的鍍層缺陷。
本文的實施例係與用於將材料電鍍至基板上的方法與設備相關。在揭露的實施例中，於低壓下將基板浸入於電解液中，以減少或消除當浸入基板時氣泡截留在基板下的風險。在揭露實施例的一實施態樣中，提供一種將金屬電鍍至基板上之方法，該方法包含：將電解液流過一電鍍再循環迴路，該電鍍再循環迴路包含一電解液貯槽、一泵、一電鍍槽、及用於將電解液在導入電鍍槽中前加以脫氣的一脫氣器；將該基板浸入在電鍍槽中之電解液中，其中在浸入期間之電鍍槽中的壓力係約100Torr以下；將材料電鍍至基板上；及將該基板由電解液中搬離。
在部份實施例中，浸入期間之電鍍槽中的壓力係至少約20Torr。將基板浸入在電解液中的步驟可能會發生在一段約255ms以下的期間，其中基板具有約150mm以上之直徑。在部份情形中，浸入持續時間可能會更短。譬如：將基板浸入在電解液中的步驟可能會發生在一段約50ms 以下的期間，其中該基板具有約150mm以上之直徑。在這些或其他實施例中，將基板浸入在電解液中的步驟發生在具有第一持續時間之期間，且將材料電鍍以填充基板上之一特徵部的步驟發生在具有第二持續時間之期間，其中第一持續時間係該第二持續時間的約10%以下。在部份情形中，如依體積測量，該特徵部為基板上的一最小的特徵部。如依體積測量，該特徵部也可為基板上之中尺寸的特徵部。
可以一個角度浸入基板，且在部份實施例中，該基板以介於約0.25-10度/秒的擺動速度來擺向一水平方向。電鍍槽中之低壓至少會存在於浸入期間，且可持續一段較長的時間。在部份實施例中，電鍍槽中之壓力於電鍍的至少一開始約10ms期間仍維持於約100Torr或以下。在某些實例中，電鍍槽中之壓力一直到電鍍停止後為止仍維持在約100Torr或以下。在部份實施例中可使用負載鎖室。在此情況中，本方法更可包含：將基板插入負載鎖室中且將負載鎖室中之壓力降低到約100Torr以下。
該方法也可包含：在將電解液脫氣之後，及將電解液導入電鍍槽之前，將氣體注入電解液中之步驟。注入的氣體可以為氧氣。可將氧注入達到約10ppm以下的電解液濃度。在一些情形中，可將氧注入達到約1ppm以下的電解液濃度。
在一些實施例中，該方法更包含：將電解液流過氣體控制再循環迴路，該氣體控制再循環迴路包含：電解液貯槽、及溶解氣體感應器，其中溶解氣體控制器依據來自溶解氣體感應器的輸入控制氣體注入單元，以調節電解液中之溶解氣體的濃度。電鍍再循環迴路可以和氣體控制再循環迴路分隔開來。在一些實施方式中，於電鍍期間，藉由通過旁通導管，電解液可繞過電鍍再循環迴路的電解液貯槽。當電鍍沒有發生時，電解液也可流過一大氣壓再循環迴路，其中該大氣壓再循環迴路包含：電解液貯槽、大氣壓電解液貯槽、及大氣壓迴路泵。該方法也可包含：將於脫氣電解液貯槽中之電解液脫氣；及將電解液流過脫氣再循環迴路及大氣壓再循環迴路，其中脫氣再循環迴路包含：電解液貯槽、脫氣迴路泵、及脫氣電解液貯槽，且其中大氣壓再循環迴路包含：脫氣電解液貯槽、大氣壓迴路泵、及大氣壓電解液貯槽。
在揭露實施例之另一實施態樣中，將提供一種用於將金屬電鍍至基板上之設備，該設備包含：一電鍍槽，配置成承受約100Torr以下的壓力，且該電鍍槽包含：一基板夾持具、一電解液容納槽、及一基板定位系統，該基板定位系統能夠控制基板浸入電解液容納槽中時的基板方向；一電鍍再循環迴路包含：一電解液貯槽、一泵、一脫氣器、及一電鍍槽，其中在該電鍍再循環迴路中將該脫氣器設置在該電解液貯槽後及電鍍槽前；及一電鍍控制器，用以在電鍍製程期間且當基板浸入電解液容納槽中時，將壓力維持在約100Torr以下。
在某些實施例中，基板定位系統能夠控制基板的移動、傾斜、及轉動。該設備也可包含一溶解氣體感應器。在一些情形中，溶解氣體控制器可結合溶解氣體感應器及氣體注入器來使用，其中溶解氣體控制器依據來自溶解氣體感應器的測量結果控制氣體注入器。
旁通導管可使用於部份實施方式中，其中電鍍控制器係用於在電鍍期間將電解液流過旁通導管，因而繞過電解液貯槽。在一些實施例中，可使用一大氣壓再循環迴路，該大氣再循環迴路包含：一電解液貯槽、一大氣壓迴路泵、及一大氣壓電解液貯槽，其中電鍍控制器係用於避免大氣再循環迴路於電鍍期間流通。在部份實施方式中，該設備可包含：一脫氣電解液再循環迴路及一大氣壓再循環迴路，其中該脫氣電解液再循環迴路包含：一電解液貯槽、一脫氣迴路泵、及一脫氣電解液貯槽，且該大氣再循環迴路包含：一脫氣電解液貯槽、一大氣迴路泵、及一大氣壓電解液貯槽，其中電鍍控制器係用於確保該脫氣電解液再循環迴路於電鍍期間不會流通。在各種不同的情形中，該設備包含一個以上的附加電鍍槽，該附加電鍍槽配置成在約100Torr以下運作，其中該等附加電鍍槽與該電解液貯槽流體連通。
