專利名稱：具有不變的晶片浸入角度的傾斜電化學(xué)電鍍槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例一般地涉及電化學(xué)電鍍槽，尤其涉及具有對(duì)稱軸的電化學(xué)電鍍槽，對(duì)稱軸偏離或傾斜于垂直方向。
背景技術(shù)：
亞1/4微米大小的部件的金屬化是現(xiàn)在和未來(lái)的集成電路制造工藝的基本技術(shù)。尤其是，在比如超大規(guī)模集成類型的器件中，也就是具有超過(guò)百萬(wàn)的邏輯門(mén)的集成電路的器件，位于這些器件中心的多層互連一般是通過(guò)用導(dǎo)電材料比如銅或鋁填充高縱橫比(例如大于4∶1)的互連部件形成的。傳統(tǒng)上，沉積技術(shù)比如化學(xué)氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)一直被用于填充這些互連部件。但是，隨著互連件尺寸的減小和縱橫比的增加，也就是達(dá)到15∶1或者更高，通過(guò)傳統(tǒng)的金屬化技術(shù)的無(wú)空隙互連部件填充變得越加困難。結(jié)果，出現(xiàn)了電鍍技術(shù)比如電化學(xué)電鍍(ECP)作為用于集成電路制造工藝中亞1/4微米大小的高縱橫比互連部件的無(wú)空隙填充的有前途的工藝。
在ECP工藝中，例如，組成襯底表面(或者沉積于其上的絕緣層)的亞1/4微米大小的高縱橫比部件被導(dǎo)電材料比如銅有效地填充。ECP電鍍工藝通常是兩階段工藝，其中種子層(seed layer)首先在襯底的表面部件上形成，然后襯底的表面部件暴露于電解液，并同時(shí)在襯底和電解液內(nèi)的銅陽(yáng)極之間進(jìn)行電偏置。所述電解液一般富含銅離子，這些銅離子將被電鍍到襯底的表面上，因此，電偏置的應(yīng)用導(dǎo)致這些銅離子被電鍍到種子層上，從而填充所述部件。
ECP工藝的一個(gè)關(guān)鍵方面是襯底浸入過(guò)程(substrate immersionprocess)，其一般包括固定襯底到陰極接觸件及在進(jìn)入電解液的過(guò)程中浸沒(méi)襯底和至少部分陰極接觸件。在這個(gè)過(guò)程中，希望的是以較快的方式將襯底浸入電解液中，但是，格外重要的是將襯底浸入電解液中而在襯底表面上不留下或者形成任何氣泡或氣穴(air pocket)，因?yàn)橐r底表面上的氣泡或氣穴一般被公認(rèn)為可以引起電鍍均勻性問(wèn)題。因此，傳統(tǒng)的電化學(xué)電鍍槽一般利用樞軸支承式固定的頭組件(headassembly)，其被配置以在樞軸運(yùn)動(dòng)中，在進(jìn)入電解液的過(guò)程中，浸沒(méi)襯底和陰極接觸環(huán)。這個(gè)樞軸運(yùn)動(dòng)一般是在第一個(gè)邊緣開(kāi)始襯底的浸入并且繼續(xù)此浸入過(guò)程通過(guò)襯底的表面直到整個(gè)襯底表面區(qū)域被浸沒(méi)到電解液中。
然而，由于被用于產(chǎn)生樞軸支承式襯底浸入過(guò)程的支點(diǎn)的存在，在浸入過(guò)程中襯底浸入電解液的角度隨時(shí)間而不同，從襯底開(kāi)始接觸電解液時(shí)到襯底完全浸沒(méi)電解液中，該角度是不同的。這個(gè)變化的浸入角度給氣泡預(yù)防過(guò)程造成困難，而且可能由于在浸入過(guò)程期間襯底相對(duì)于陽(yáng)極的不同角度而使電鍍不均勻。
因此，需要一種電化學(xué)電鍍金屬到襯底上的裝置和方法，其中所述裝置和方法包括浸入過(guò)程，其被配置以在整個(gè)浸入和電鍍過(guò)程中保持襯底的表面處于和陽(yáng)極平行的方位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例一般地提供一種用于電鍍操作的浸沒(méi)襯底的裝置。所述裝置一般地包括電鍍槽，用于容納電鍍液。所述電鍍槽包括至少一個(gè)液體池；設(shè)置在所述至少一個(gè)液體池的下部中的擴(kuò)散板；和設(shè)置在所述擴(kuò)散板之下的陽(yáng)極，所述擴(kuò)散板和所述陽(yáng)極相互平行且相對(duì)于水平方向傾斜定位。所述裝置進(jìn)一步包括位置接近所述電鍍槽的頭組件，所述頭組件包括一個(gè)底部部件；設(shè)置在所述底部部件末端的致動(dòng)器和一個(gè)與所述致動(dòng)器機(jī)械連接的襯底支撐組件，所述襯底支撐組件在所述至少一個(gè)液體池中支撐襯底，用于在一般和所述擴(kuò)散板平行的方位中進(jìn)行處理。
本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步提供一種用于電化學(xué)電鍍金屬到襯底上的裝置。所述裝置包括電鍍槽，用于容納電鍍液，所述電鍍槽相對(duì)于水平方向傾斜定位；和位置接近所述電鍍槽的頭組件，其被配置以支撐用于在所述電鍍槽中處理的襯底，所述頭組件具有相對(duì)于垂直方向傾斜的對(duì)稱軸。
本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步提供一種將襯底浸入到電化學(xué)電鍍液中的方法。所述方法包括固定襯底到襯底支撐組件，所述襯底支撐組件被配置以在和水平方向傾斜成第一傾斜角度的平面中支撐所述襯底。所述方法進(jìn)一步包括縱向延伸所述襯底支撐組件到包含在電鍍槽內(nèi)的電鍍?cè)≈校越](méi)所述襯底的制造表面(production surface)，所述電鍍槽被配置以使陽(yáng)極、擴(kuò)散板和內(nèi)部池固定在相對(duì)于水平方向成第二傾斜角度的位置，其中所述第二傾斜角度基本與所述第一傾斜角度垂直。


通過(guò)參考實(shí)施例，其中的一些實(shí)施例在附圖中進(jìn)行了圖示說(shuō)明，可以更詳細(xì)地理解本發(fā)明的上面描述的特征，特別是可以獲得本發(fā)明的上面概述的更細(xì)節(jié)的描述。但是應(yīng)該注意到，附圖僅僅說(shuō)明了本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此并不被認(rèn)為是限制其范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可包括其它具有相同功效的實(shí)施例。
圖1說(shuō)明本發(fā)明示例電鍍槽的部分透視圖。
圖2說(shuō)明本發(fā)明示例電解容器的截面圖。
圖3說(shuō)明示例頭組件和接觸環(huán)的截面圖，接觸環(huán)被配置以電接觸在電鍍操作過(guò)程中被電鍍的襯底的制造表面。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明一般地提供了一種具有垂直對(duì)稱軸的電化學(xué)電鍍槽，其傾斜或偏離相對(duì)于和通常水平的表面正交的傳統(tǒng)方位，ECP槽位于水平的表面上。和垂直方向或90°方向傾斜大約3°和大約30°之間的傾斜軸通常是為具有相應(yīng)的傾斜的頭組件和設(shè)置在其下的傾斜的電解液容器的ECP槽提供的。頭組件和電解液容器的每個(gè)組成部分，也就是接觸環(huán)、陽(yáng)極、隔離板、擴(kuò)散板等等是相應(yīng)地傾斜的以便位于襯底支撐部件/接觸環(huán)上的襯底的表面保持在和陽(yáng)極的上表面基本平行的方位，襯底支撐部件/接觸環(huán)和頭組件是機(jī)械連接的，陽(yáng)極設(shè)置在電化學(xué)電鍍液浴的內(nèi)部。
圖1說(shuō)明本發(fā)明的示例性傾斜ECP槽100和頭組件101。頭組件101一般直接設(shè)置在槽或容器102上方，容器102中保存有電化學(xué)電鍍液。頭組件101一般地被配置以在下部的末端延伸部分支撐襯底支撐組件103。頭組件101可以自由地給襯底支撐組件103提供樞軸運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向運(yùn)動(dòng)。電解液容器或槽102一般包括一個(gè)沿圓周設(shè)置在外溶液池105內(nèi)部的內(nèi)溶液池104。內(nèi)溶液池104一般用于容納電鍍液以使電鍍工藝在其中進(jìn)行，電鍍液一般會(huì)溢出內(nèi)溶液池104的上部進(jìn)入外池105內(nèi)。同樣地，外溶液池105一般包括設(shè)置在其下部的排出管106，其中排出管106用于除去在外池105中接收的過(guò)量的電解電鍍液。
圖1還說(shuō)明頭組件101和襯底支撐組件103相對(duì)于電解液容器102的方位。例如，對(duì)稱軸107一般通過(guò)電解液容器102、襯底支撐組件103和頭組件101的垂直部分的中心。同樣地，圍繞對(duì)稱軸107的部件一般關(guān)于軸107對(duì)稱。而且，對(duì)稱軸107一般傾斜于或偏離垂直軸108，其中垂直軸108一般和水平地放置的底座109垂直。傾斜角度也就是對(duì)稱軸107和垂直軸108之間的角度一般在大約3°和大約30°之間。但是，本發(fā)明的實(shí)施例設(shè)計(jì)傾斜角度在例如大約5°和大約25°之間，大約5°和大約10°之間或者大約5°和大約15°之間。但是，本發(fā)明的實(shí)施例不打算限于任何特定的傾斜角度，因?yàn)楸景l(fā)明人設(shè)計(jì)的傾斜角度可以是大約3°和大約30°之間的任何角度。
圖2說(shuō)明本發(fā)明的示例電解液容器或槽102。如參考圖1簡(jiǎn)要描述的，電解液容器102一般包括徑向地設(shè)置在外池105內(nèi)部的內(nèi)池104。內(nèi)池104一般包含電鍍液于其中，其工作方式允許襯底支撐組件103在電鍍操作過(guò)程中在電鍍液內(nèi)放置襯底。內(nèi)池104一般包括在公共上部點(diǎn)206終止的傾斜面，因此，供應(yīng)給內(nèi)池104內(nèi)的區(qū)域的電解液可能溢出公共的上部點(diǎn)206以建立基本平坦的上液體表面并保持在內(nèi)池104中的電解液的體積不變。溢出公共上部點(diǎn)206的電解液在外池105中被接收并通過(guò)排出管106排出。內(nèi)池104的中心部分一般包括一個(gè)敞開(kāi)空間或電鍍?cè)?07，在其中包含用于電鍍操作的電解液。內(nèi)池的下部也就是設(shè)置在傾斜面下面的部分一般包括短的垂直延伸壁。內(nèi)池104的此壁部分一般對(duì)應(yīng)于要被電鍍的襯底的位置，也就是此壁將直接設(shè)置在被電鍍的襯底的下方。因此，為了在電鍍操作過(guò)程中控制靠近襯底的周圍的場(chǎng)線(field line)，一般選擇這個(gè)壁的直徑稍微小于被電鍍的襯底的直徑。例如，對(duì)于200mm的襯底，此壁的直徑一般將在大約190mm和200mm之間。敞開(kāi)空間207的下部一般被擴(kuò)散板208定界，擴(kuò)散板208可能由，例如實(shí)質(zhì)作為實(shí)際陽(yáng)極工作的盤(pán)狀的多孔陶瓷板組成。此外，擴(kuò)散板208可以提供對(duì)電鍍參數(shù)比如沉積均勻性的某種程度的控制。例如，通過(guò)材料選擇、擴(kuò)散板的定位和孔大小的選擇。
直接在擴(kuò)散板208之下的是第二敞開(kāi)敞開(kāi)空間209，在這里用于電鍍操作的電解液在流過(guò)擴(kuò)散板208之前被引入以接觸進(jìn)行電鍍操作的襯底。用于電鍍操作的液體，也就是電解電鍍液一般通過(guò)一個(gè)或更多的電解液入口214被供應(yīng)給敞開(kāi)區(qū)域209，其一般和電解液供應(yīng)源(沒(méi)有顯示)進(jìn)行液體流通。供應(yīng)給敞開(kāi)區(qū)域209用于電鍍操作的液體一般包括基電解液和一種或多種電鍍添加劑，用電鍍添加劑來(lái)控制各種電鍍參數(shù)。電鍍添加劑一般是有機(jī)添加劑，可能包括勻平劑(leveler)、抑制劑、加速劑和其他一般用于控制電化學(xué)電鍍工藝的添加劑。
陽(yáng)極組件211一般設(shè)置在敞開(kāi)空間209下面，并且被配置以供應(yīng)金屬離子給電鍍液用于電鍍操作。陽(yáng)極組件211可以通過(guò)隔板210和敞開(kāi)區(qū)域209隔開(kāi)。陽(yáng)極組件211一般包括盤(pán)狀的金屬陽(yáng)極，其可能是例如銅ECP系統(tǒng)中的銅或加有磷的銅(phosphorized copper)。設(shè)置隔板210一般提供了隔板210的下表面和陽(yáng)極211的上表面之間的敞開(kāi)空間。隔板210和陽(yáng)極211的上表面之間的空間一般和至少一個(gè)第二液體入口212進(jìn)行液體連通，第二液體入口212供應(yīng)液體溶液給直接在陽(yáng)極211之上和隔板210之下的空間。此外，隔板210之下和陽(yáng)極211之上的區(qū)域可能也和至少一個(gè)液體排出口213進(jìn)行液體連通，排出口213用于排出來(lái)自直接位于陽(yáng)極211之上的區(qū)域的液體。同樣地，液體供應(yīng)入口212和液體排出口213的協(xié)同工作使液體可以流入直接位于陽(yáng)極211之上的區(qū)域，然后通過(guò)液體排出口213排出，而沒(méi)有液體通過(guò)隔板210進(jìn)入敞開(kāi)區(qū)域209中。這種結(jié)構(gòu)可以使陽(yáng)極組件211和電鍍槽的陰極區(qū)域隔開(kāi)，尤其是，使在陽(yáng)極表面產(chǎn)生的污染物被隔離，也就是使有機(jī)添加劑分解物(organic additive breakdown)、銅球等等不能流過(guò)陽(yáng)極表面并沉積在襯底的制造表面上及產(chǎn)生缺陷。
此外，供應(yīng)給敞開(kāi)區(qū)域209的液體一般是電化學(xué)電鍍類型的溶液。但是，供應(yīng)給敞開(kāi)區(qū)域209的溶液一般不包含電鍍液添加劑，添加劑包含在用于電鍍操作的溶液中，也就是供應(yīng)給敞開(kāi)區(qū)域209的溶液。而且，隔板210一般是離子交換類型的隔板，因此，一般禁止液體流過(guò)隔板210。相反地，隔板210一般只允許離子流過(guò)，也就是允許銅ECP系統(tǒng)中的氫離子和銅離子流過(guò)。因此，一般設(shè)置隔板210以把陽(yáng)極211和被電鍍的襯底隔開(kāi)，被電鍍的襯底作為陰極工作，因?yàn)橐r底一般和電源的陰極端電連接而陽(yáng)極和電源的陽(yáng)極端電連接。同樣地，靠近被電鍍的襯底的空間一般被特征化為陰極室，而靠近陽(yáng)極的空間也就是在隔板210之下和陽(yáng)極211的上表面之上的空間一般被特征化為陽(yáng)極室。陽(yáng)極211和被電鍍的襯底的隔離一般是為了防止電鍍液中隨著與陽(yáng)極的接觸降解的添加劑流到被電鍍的襯底處并導(dǎo)致電鍍?nèi)毕荨Ｔ陉?yáng)極和襯底之間安置隔板210使可以捕獲或者可以阻止這些降解的溶液添加劑從陽(yáng)極211流到襯底表面。而且，液體入口212和液體排出口213協(xié)同工作，它們都專門(mén)和陽(yáng)極室—也就是直接在陽(yáng)極表面之上和隔板210下表面之下的空間有液體連通，它們的協(xié)同工作進(jìn)一步利于阻止降解的溶液添加劑從陽(yáng)極流到被電鍍的襯底。尤其是，因?yàn)樘峁┙o陽(yáng)極室的液體在陽(yáng)極室的外面循環(huán)而不進(jìn)入陰極室，所以降解的溶液添加劑在它們有機(jī)會(huì)循環(huán)通過(guò)隔板210進(jìn)入陰極室并導(dǎo)致在電鍍表面產(chǎn)生缺陷之前被從電鍍槽中全部清除。
電鍍槽102的各個(gè)組成部分一般傾斜一個(gè)角度，該角度可能一般對(duì)應(yīng)于頭組件300的傾斜角度。例如，電鍍槽102可以處于偏離傳統(tǒng)的水平位置的位置，而處于它的一邊被抬起高于相對(duì)的另一邊的位置。如圖1所示，最靠近頭組件101底部的電鍍槽102的一邊可能被稍微抬起，以致于在基本水平的底部109和現(xiàn)在處于傾斜的電鍍槽102之間形成的角度，也就是傾斜角度在大約3°和大約30°之間。電鍍槽102的傾斜角度可以被配置成對(duì)應(yīng)于頭組件101的軸107的傾斜角度。一旦傾斜，分配進(jìn)入內(nèi)池104的液體一般將在最低點(diǎn)溢出內(nèi)池104的上部。同樣地，在圖1所示的示例電鍍槽中，供應(yīng)給內(nèi)池104的電解溶液一般在內(nèi)池104的左邊溢出內(nèi)池104，因?yàn)殡婂儾?02的左邊低于右邊，右邊也就是最靠近頭組件101的底部的那邊。因此，為了在給出的傾斜配置中的內(nèi)池104內(nèi)保持足夠的電鍍?nèi)芤荷疃?，?nèi)池104的一邊一般制造得比相對(duì)邊高。在這個(gè)配置中，內(nèi)池104的較高邊可能位于傾斜槽102的較低邊上，因而允許足夠容積的液體保存在內(nèi)池104內(nèi)。此外，由于外池105也是傾斜的，液體排出管106一般位于傾斜槽102的低端，以便溢出內(nèi)池104進(jìn)入外池105的液體隨著它向下流動(dòng)可以被排出管106收集。
除了內(nèi)池104和外池105都依據(jù)傾斜角度傾斜之外，電鍍槽102余下的組件一般也傾斜相應(yīng)的角度。例如，如圖2所示，陽(yáng)極組件211、隔板210和擴(kuò)散板208一般也傾斜相應(yīng)的角度。因此，由于電鍍槽102組件的傾斜角度一般對(duì)應(yīng)于頭組件300的傾斜角度，固定在頭組件300上的襯底一般將具有處于和擴(kuò)散板208、隔板210及陽(yáng)極組件211平行方位的電鍍表面。但是，要注意到因?yàn)殡婂儾?02是傾斜的，所以包含在內(nèi)池104內(nèi)的液體一般將具有和擴(kuò)散板208、隔板210和陽(yáng)極組件211不平行的上表面。相反地，包含在內(nèi)池104內(nèi)的液體的上表面將仍然和水平表面109平行，電鍍槽102安裝在該水平表面109上。
此外，電鍍槽102一般被配置成低容積的電鍍槽。尤其是，包含在內(nèi)池104里面的電解溶液的容積，也就是被用于電鍍操作的內(nèi)池104里面的電解溶液的容積，一般比直徑大約為300mm的池少大約1到2升，該池大致小于一般保存大約6升的傳統(tǒng)電鍍槽。因此，假如內(nèi)池104的直徑大約為300mm，其中具有大約1升電解溶液的內(nèi)池104內(nèi)的電解溶液的深度一般小于2.5cm。尤其是，內(nèi)池104里面的電解溶液的深度可以在例如大約1mm和大約20mm之間，或者在大約5mm和大約15mm之間。溶液深度一般是從擴(kuò)散板208的頂部到液體平面測(cè)量的。但是，由于槽102是傾斜的，所以這個(gè)深度一般是在傾斜槽102的頂端側(cè)測(cè)量的，同樣地，這個(gè)深度一般表示內(nèi)池104內(nèi)的溶液的最小深度。在這個(gè)配置中，當(dāng)頭組件101在由內(nèi)池104包含的電解溶液內(nèi)放置襯底用于電鍍操作時(shí)，被電鍍的襯底的表面一般位于離擴(kuò)散板208的上表面大約1mm到10mm之間的位置。但是，襯底的制造表面的一邊一般被浸入溶液中的深度大于襯底的制造表面的相對(duì)邊(襯底的直徑上的周邊點(diǎn))的浸入深度。這是由于保持襯底一般和陽(yáng)極211及擴(kuò)散板208表面平行造成的。當(dāng)槽102是傾斜的時(shí)，這導(dǎo)致液體表面和陽(yáng)極211、擴(kuò)散板208及被電鍍的襯底表面不平行。低容積電鍍槽102提供了幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，或者說(shuō)減少了電鍍所需的電解溶液量。
圖3說(shuō)明本發(fā)明的示例襯底支撐組件103的截面圖。襯底支撐組件103可能包括頭組件300和接觸環(huán)301，其被配置以在電鍍操作中和被電鍍的襯底的制造表面電接觸。頭組件300在下端支撐縱向致動(dòng)的推力板302。推力板302和致動(dòng)器305機(jī)械連接，致動(dòng)器305一般被配置以把旋轉(zhuǎn)和縱向運(yùn)動(dòng)傳遞給推力板302，也就是致動(dòng)器305能夠旋轉(zhuǎn)推力板302和沿著頭組件300的縱向軸上下移動(dòng)推力板302。推力板302的縱向運(yùn)動(dòng)一般在處理位置和襯底載入位置之間移動(dòng)推力板302。這個(gè)處理位置一般對(duì)應(yīng)于一個(gè)位置，在該位置推力板302被抬起或者移動(dòng)離開(kāi)接觸環(huán)的下表面以使襯底可能位于接觸環(huán)上。這個(gè)處理位置一般對(duì)應(yīng)于一個(gè)位置，在該位置推力板302低于靠近接觸環(huán)301的位置以固定襯底到接觸環(huán)301進(jìn)行處理。推力板302的下表面一般包括至少一個(gè)位置靠近推力板302的周邊的密封部件303。頭組件300進(jìn)一步包括位于推力板302外圍的接觸環(huán)301，并且其一般在推力板302的下表面之下。接觸環(huán)301包括多個(gè)放射狀放置的接觸柱304，其一般和電源(沒(méi)有顯示)的陰極端電連接。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，頭組件300可以被配置成和被電鍍的襯底的非制造表面電連接。在這個(gè)實(shí)施例中，推力板302和接觸環(huán)301一般被附著于頭組件300的下部的環(huán)形襯底支撐部件(沒(méi)有顯示)替代。附著于致動(dòng)器305的襯底支撐部件一般包括多個(gè)放射狀放置的接觸柱，它們位于襯底支撐部件的下表面，也就是面對(duì)著離開(kāi)頭組件300的襯底支撐部件表面。襯底支撐部件的下表面可能進(jìn)一步包括多個(gè)在該下表面的中間或內(nèi)部區(qū)域中形成的真空通道，以及一個(gè)或多個(gè)位置緊接該下表面的密封件。在這個(gè)實(shí)施例中，多條真空通道可以被用于真空吸住或夾住襯底在襯底支撐部件的下表面。真空吸住或夾住襯底在襯底支撐部件的下表面的過(guò)程一般導(dǎo)致放射狀放置的接觸柱和該襯底的背部電連接。供應(yīng)給該襯底的背部的電源然后通過(guò)導(dǎo)電層與該襯底的產(chǎn)品表面連通，導(dǎo)電層沉積在該襯底的傾斜邊緣和背部上面。
在操作中，本發(fā)明的傾斜ECP槽可以使襯底浸入電化學(xué)電鍍液，同時(shí)保持襯底表面和包含在電鍍槽中的電解液的表面之間的角度不變。此外，本發(fā)明的ECP槽使在襯底浸沒(méi)和電鍍過(guò)程中襯底表面可以保持在和陽(yáng)極的上表面平行的方位。保持襯底表面相對(duì)于電解液和陽(yáng)極的上表面的這些方位提供了無(wú)氣泡的浸入過(guò)程并消除了由傳統(tǒng)的樞軸支承式進(jìn)入/浸入類型的電化學(xué)電鍍系統(tǒng)產(chǎn)生的電鍍均勻性問(wèn)題，傳統(tǒng)的電化學(xué)電鍍系統(tǒng)在浸入過(guò)程中不保持襯底表面和陽(yáng)極表面平行。
在襯底上電化學(xué)電鍍金屬的工藝從在本發(fā)明的ECP槽中放置要被電鍍的襯底開(kāi)始。這個(gè)放置過(guò)程一般包括將襯底和自動(dòng)機(jī)器手卸接和把要電鍍的襯底放在陰極接觸環(huán)301的下表面上。接觸環(huán)301一般包括逐漸變細(xì)的下部，如圖3所示，其用于在放置過(guò)程中把襯底放在環(huán)形接觸環(huán)內(nèi)居中的位置。此外，接觸環(huán)301的下表面一般是水平的，其包括多個(gè)從此處延伸的電接觸柱304。接觸柱304一般位于圍繞接觸環(huán)301的下表面的環(huán)形圖案中，因此當(dāng)要被電鍍的襯底放置在接觸環(huán)301上時(shí)，接觸片304一般接觸襯底的制造表面的外周邊部分。然而，如果襯底只是擱置在接觸柱304上，一般沒(méi)有足夠的向下力來(lái)保持接觸柱304和用于電化學(xué)電鍍的襯底的制造表面之間的充分電接觸。因此，一旦襯底設(shè)置在接觸環(huán)301上，推力板302可能被致動(dòng)器305降低進(jìn)入處理位置中。降低推力板302進(jìn)入處理位置中的過(guò)程一般包括接觸位于接觸環(huán)301上的襯底的非制造面，且對(duì)著接觸環(huán)301和接觸柱304機(jī)械偏置襯底的制造面。這個(gè)機(jī)械偏置過(guò)程可能包括，例如設(shè)置在推力板302的下表面上的軟外殼組件(bladder assembly)的膨脹，其中軟外殼的膨脹一般對(duì)著接觸環(huán)301的接觸柱304推進(jìn)或者推動(dòng)襯底。而且，對(duì)著接觸柱304機(jī)械偏置襯底的過(guò)程也把設(shè)置在推力板302的下表面上的一個(gè)或多個(gè)密封件和襯底的背部或非制造面連接起來(lái)。
一旦對(duì)著接觸柱304偏置了襯底且密封件303已經(jīng)和襯底的背部連接，那么可以實(shí)施把襯底浸入到包含在內(nèi)池104內(nèi)的電解溶液中的過(guò)程。該浸入過(guò)程一般包括在包含在內(nèi)池104內(nèi)的電解溶液中浸沒(méi)襯底，而同時(shí)向襯底施加電加載偏置。實(shí)施加載偏置以使浸入過(guò)程中在襯底上產(chǎn)生的電鍍量最小，以便可以避免由于暴露襯底上的種子層產(chǎn)生的任何蝕刻效應(yīng)，因?yàn)橐呀?jīng)知道由這些蝕刻過(guò)程產(chǎn)生的種子層中的不連續(xù)會(huì)引起電鍍均勻性問(wèn)題。因此，一旦啟動(dòng)提供加載偏置給襯底的電源，那么可能啟動(dòng)致動(dòng)器305以使推力板302和接觸環(huán)組件301浸沒(méi)或浸入到包含在內(nèi)池104內(nèi)的電解溶液中。
浸沒(méi)或浸入過(guò)程一般包括向下延伸接觸環(huán)301和推力板組件302離開(kāi)頭組件300，以便接觸環(huán)301和推力板302以及位于它們之間的襯底可以浸沒(méi)在電解液中。而且，接觸環(huán)301和推力板組件302被配置成在延伸和浸入過(guò)程以及后續(xù)的電鍍過(guò)程中可以旋轉(zhuǎn)。由于電鍍槽102和頭組件300的傾斜，隨著位于接觸環(huán)301上的襯底通過(guò)接觸環(huán)301離開(kāi)頭組件300的縱向延伸而逐漸浸入到電解溶液中，襯底表面和包含在內(nèi)池104內(nèi)的電解溶液表面之間的角度保持不變。同樣地，在浸入過(guò)程中可能靠近襯底表面形成的氣泡和氣穴可能通過(guò)襯底相對(duì)于電解溶液表面的浸入角度被逐漸地且不斷地向上驅(qū)趕，并使氣泡和氣穴在襯底表面的周邊退出襯底表面。
而且，由于陽(yáng)極211的上表面也傾斜一個(gè)角度，其對(duì)應(yīng)于頭組件300和容器102的傾斜角度，陽(yáng)極211的上表面在此整個(gè)浸入過(guò)程中以及后續(xù)的電鍍過(guò)程中保持和襯底表面平行。被浸入的襯底和陽(yáng)極211的上表面之間的平行定位提供了優(yōu)于傳統(tǒng)的樞軸支承式的浸入電鍍槽的改進(jìn)的電鍍均勻性特性，因?yàn)樵跇休S支承式浸入電鍍槽中的陽(yáng)極不保持平行于要浸入電解溶液中的襯底或相對(duì)于要浸入電解溶液中的襯底不保持不變角度。這個(gè)平行定位很重要，因?yàn)橐呀?jīng)公知襯底上的電鍍特性直接和陽(yáng)極到電鍍表面的距離成比例。因此，在浸入和電鍍過(guò)程中都保持電鍍表面和陽(yáng)極平行已經(jīng)顯示出在電化學(xué)電鍍工藝中提供了改進(jìn)的均勻性特性。
雖然本發(fā)明的舉例說(shuō)明一般地描述了頭組件300和電解容器102都傾斜相應(yīng)的或相等的角度，本發(fā)明的實(shí)施例設(shè)想頭組件300和電解容器102可以傾斜不同或相同的角度。例如，本發(fā)明的實(shí)施例設(shè)想頭組件300的垂直軸，也就是頭組件300從靠近推力板302的下部向上通過(guò)頭組件300主體的中間的軸可以偏離真正的垂直方位，也就是一般和水平平面(比如底座109)正交的垂直軸，偏離該垂直軸大約3°到大約35°之間的角度。尤其是，傾斜角度可能在例如大約5°和大約30°之間、大約5°和大約20°之間或者大約5°和大約15°之間。此外，如上所述，電解容器102的傾斜角度也可以在大約3°和大約35°之間，其中電解容器的傾斜角度一般對(duì)應(yīng)于偏離水平方向的角度，在水平方向電解容器在一邊向上傾斜。例如，電解容器102的傾斜角度可以被測(cè)量為陽(yáng)極211的基本平坦的上表面和底座109的水平表面之間的角度。電解容器102的傾斜角度可以和頭組件300的傾斜角度處于相同的范圍。
雖然前述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明其他和進(jìn)一步的實(shí)施例可以在不偏離本發(fā)明的基本范圍的情況下導(dǎo)出，而本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種用于電化學(xué)電鍍金屬到襯底上的裝置，包括用于容納電鍍液的電鍍槽，所述電鍍槽具有設(shè)置在其中的陽(yáng)極，所述陽(yáng)極具有相對(duì)于水平方向傾斜的上表面；和位置臨近所述電鍍槽設(shè)置的頭組件，其被配置以支撐用于在所述電鍍槽中處理的襯底，所述頭組件被配置以相對(duì)于水平方向成一傾斜角度來(lái)支撐襯底。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述陽(yáng)極的傾斜角度對(duì)應(yīng)于由所述頭組件支撐的襯底的傾斜角度。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電鍍槽和所述頭組件都傾斜一個(gè)傾斜角度，所述傾斜角度在大約3°和大約35°之間。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述傾斜角度在大約5°和大約30°之間。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述傾斜角度在大約15°和大約30°之間。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述頭組件以不變的浸入角度將所述襯底浸入到包含在所述電鍍槽中的電鍍液里面。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電鍍槽包括保存電鍍液的內(nèi)池；環(huán)繞所述內(nèi)池設(shè)置的外池，所述外池接收從所述內(nèi)池溢出的電鍍液；設(shè)置在所述內(nèi)池內(nèi)的擴(kuò)散板；設(shè)置在所述擴(kuò)散板之下的陽(yáng)極組件；其中所述內(nèi)池、外池、擴(kuò)散板和陽(yáng)極組件安裝在相對(duì)于水平方向成一傾斜角度的位置。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述頭組件包括安裝在致動(dòng)器上的推力板；和安裝在所述致動(dòng)器上的陰極接觸環(huán)；其中所述推力板和陰極接觸環(huán)共用共同的軸，該軸在相對(duì)于垂直方向成一傾斜角度的方向。
9.一種電化學(xué)電鍍裝置，包括包含電鍍液的電鍍槽，所述電鍍槽包括至少一個(gè)液體池；設(shè)置在所述至少一個(gè)液體池的下部中的擴(kuò)散板；和設(shè)置在所述擴(kuò)散板之下的陽(yáng)極，所述陽(yáng)極和所述擴(kuò)散板相互平行且處于相對(duì)于水平方向的傾斜方位；及位置臨近所述電鍍槽的頭組件，所述頭組件包括底部部件；設(shè)置在所述底部部件末端的致動(dòng)器；和與所述致動(dòng)器機(jī)械連接的襯底支撐組件，所述襯底支撐組件在所述至少一個(gè)液體池中支撐襯底，用于以一般和所述擴(kuò)散板平行的方位進(jìn)行處理。
10.如權(quán)利要求9所述的電化學(xué)電鍍裝置，其中所述擴(kuò)散板的上表面和所述陽(yáng)極的上表面設(shè)置成相對(duì)于包含在所述至少一個(gè)液體池內(nèi)的液體上表面成一角度的位置。
11.如權(quán)利要求9所述的電化學(xué)電鍍裝置，其中所述電鍍槽的對(duì)稱軸設(shè)置成相對(duì)于水平方向成大約3°和大約35°之間的傾斜角度。
12.如權(quán)利要求9所述的電化學(xué)電鍍裝置，其中所述電鍍槽的對(duì)稱軸設(shè)置成相對(duì)于水平方向成大約5°和大約30°之間的傾斜角度。
13.如權(quán)利要求9所述的電化學(xué)電鍍裝置，其中所述電鍍槽設(shè)置成相對(duì)于水平方向成大約15°和大約30°之間的傾斜角度。
14.如權(quán)利要求9所述的電化學(xué)電鍍裝置，其中所述頭組件設(shè)置成相對(duì)于水平方向成一傾斜角度，所述傾斜角度在大約3°和大約35°之間。
15.如權(quán)利要求14所述的電化學(xué)電鍍裝置，其中所述傾斜角度在大約5°和大約30°之間。
16.如權(quán)利要求14所述的電化學(xué)電鍍裝置，其中所述傾斜角度在大約15°和大約30°之間。
17.如權(quán)利要求14所述的電化學(xué)電鍍裝置，其中所述頭組件被配置，以相對(duì)于包含在所述至少一個(gè)液體池內(nèi)的電鍍液的上表面成不變的浸入角度浸沒(méi)所述襯底。
18.如權(quán)利要求9所述的電化學(xué)電鍍裝置，其中所述襯底支撐組件包括和電源的陰極端電連接的接觸環(huán)，所述接觸環(huán)在電鍍過(guò)程中支撐和電接觸襯底和所述襯底的制造表面；被設(shè)置以對(duì)著所述接觸環(huán)偏置被電鍍的襯底以進(jìn)行電鍍操作的推力板；和與所述接觸環(huán)和推力板機(jī)械連接的致動(dòng)器，所述致動(dòng)器把縱向運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給所述接觸環(huán)和推力板。
19.如權(quán)利要求9所述的電化學(xué)電鍍裝置，其中所述襯底支撐組件包括具有襯底支撐下表面的盤(pán)狀的襯底支撐部件，所述襯底支撐下表面包括至少一條形成于其中的真空通道和多個(gè)放射狀地設(shè)置在臨近所述下表面的周邊的電接觸柱。
20.一種將襯底浸入電化學(xué)電鍍液中的方法，所述方法包括將襯底固定在襯底支撐組件上，所述襯底支撐組件被配置以在和水平方向傾斜一個(gè)傾斜角度的平面中支撐所述襯底；和延伸所述襯底支撐組件進(jìn)入包含在電鍍槽內(nèi)的電鍍?cè)≈?，以浸沒(méi)所述襯底的制造表面，所述電鍍槽被配置以便以所述傾斜角度固定陽(yáng)極。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述襯底支撐組件以相對(duì)于所述電鍍?cè)〉纳媳砻娌蛔兊慕虢嵌葘⑺鲆r底浸入到所述電鍍?cè)≈校⑺鲆r底設(shè)置成基本和所述陽(yáng)極平行以進(jìn)行電鍍操作。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括在所述襯底支撐組件的縱向延伸過(guò)程中保持所述襯底的制造表面基本和所述陽(yáng)極平行。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述傾斜角度在大約5°和大約35°之間。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述傾斜角度在大約15°和大約30°之間。
25.如權(quán)利要求20所述的方法，其中將所述襯底支撐組件延伸進(jìn)電鍍?cè)≈羞M(jìn)一步包括，以相對(duì)于所述電鍍液的上表面不變的浸入角度將所述襯底浸入到所述電鍍液中。
全文摘要
一種用于電鍍操作的浸沒(méi)襯底的方法和裝置。所述裝置一般包括其中包含電鍍液的電鍍槽。所述電鍍槽包括至少一個(gè)液體池，設(shè)置在所述至少一個(gè)液體池的下部中的擴(kuò)散板，和設(shè)置在所述擴(kuò)散板之下的陽(yáng)極，所述擴(kuò)散板和所述陽(yáng)極相互平行且處于相對(duì)于水平方向傾斜的方位。所述裝置進(jìn)一步包括位置臨近所述電鍍槽的頭組件，所述頭組件包括一個(gè)底部部件；設(shè)置在所述底部部件末端的致動(dòng)器；和與所述致動(dòng)器機(jī)械連接的襯底支撐組件，所述襯底支撐組件在所述至少一個(gè)液體池中支撐襯底，以在一般和所述擴(kuò)散板平行的方位進(jìn)行處理。
文檔編號(hào)C25D7/12GK1679156SQ03820054
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2003年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月24日
發(fā)明者D·盧博米爾斯基, S·辛格, Y·N·多爾迪, S·塔爾施百格瓦勒 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料有限公司