專利名稱：在鍍覆金屬至襯底表面上時自動控制多陽極配置的電流分布的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用用于電鍍的反應器在襯底表面上沉積金屬的工藝，特別是涉及對供給至鍍覆工具的多陽極配置的電流的調(diào)整以在襯底表面獲得所需厚度輪廓的該金屬。
背景技術(shù)：
在很多技術(shù)領(lǐng)域中，在襯底表面上沉積金屬層是使用頻繁的技術(shù)。為了在襯底表面上有效沉積相對厚的金屬層，以電鍍或無電極電鍍的形式的鍍覆已經(jīng)被證實為可實施且成本低廉的方法。因此，鍍覆在半導體工業(yè)中已經(jīng)變成引人注目的沉積方法。
現(xiàn)今，例如相較于一般常用的鋁，由于考慮到銅及銅合金的傳導性以及對于電遷移的抵抗性的優(yōu)異特性，銅被視為在復雜的集成電路內(nèi)形成金屬層中較佳的候選材料。由于銅無法非常有效率地通過例如濺射沉積的物理氣相沉積法而沉積具有層膜厚度在1微米及以上的等級，銅及銅合金的電鍍?yōu)槟壳霸谛纬山饘倩瘜又休^佳的沉積方法。雖然銅的電鍍是已建立完整的技術(shù)，而在整個具有包含溝槽及通孔的圖案表面的大直徑襯底上可靠地沉積銅，對于工藝工程師是極具挑戰(zhàn)的任務。例如，形成超大規(guī)模集成器件的金屬化層膜需要具有寬度在微米等級上的寬溝槽的可靠填覆，并且還需要具有0.2微米或甚至更小的直徑或?qū)挾鹊耐准皽喜鄣奶罡?。當該襯底的直徑逐漸增加時，情況將變得更為復雜。目前，在半導體工藝線上一般普遍使用八英寸或甚至十英寸晶片。因此，在銅鍍覆的領(lǐng)域中需要花費極大的努力以提供該銅層膜在整個襯底表面所需的輪廓。乍看之下，所呈現(xiàn)的優(yōu)點在于整個襯底表面的金屬厚度輪廓可以盡量均勻地成型。然而，后鍍覆工藝可能需要不同形狀的輪廓，以便確保該完整集成電路的適當?shù)钠骷δ苄浴＠?，在以銅為基底的金屬化層膜的形成期間，過多的銅可能需要移除，該程序目前一般通過金屬表面的化學機械拋光(chemicalmechanical polishing；CMP)而達成。由于化學機械拋光工藝本身是時常表現(xiàn)出固有工藝非均勻性的高度復雜工藝，即，整個襯底表面的非均勻移除率，該工藝較適合結(jié)合該金屬厚度輪廓與該后鍍覆工藝，以在后鍍覆工藝完成后整體達成改善的工藝均勻性。因此，通常配置電鍍工具以便允許金屬輪廓的變化，然而，其中控制最終獲得的輪廓目前是繁復且耗時的。
參閱圖1，現(xiàn)將描述典型的現(xiàn)有技術(shù)電鍍系統(tǒng)以更詳細說明包含在電鍍銅內(nèi)的問題。
在圖1a中，顯示包含具有第一電極102的反應容器(reactorvessel)101的典型傳統(tǒng)的電鍍系統(tǒng)100，在此例子中，第一電極102為具有多個可個別驅(qū)動的陽極部分102A...102N的陽極，由此定義多陽極配置。在這個例子中，考慮所謂的噴泉式反應器(fountain typereactor)，其中電解溶液從反應容器101的底部導入至該頂端并且接著通過連接出口104與儲存槽107的管路103而重新循環(huán)，該儲存槽107接著連至作為通過陽極102的通道的入口105。該系統(tǒng)100還包括用于支持諸如半導體晶片的襯底109的襯底固持件108，以便將所需的表面曝露于電解質(zhì)。而且，襯底固持件108可以被配置用于作為第二電極，在此例子中為陰極，并且被配置用以提供電性連接給電源110，第二電極被配置以便能夠供給定量的獨立電流給各該陽極部分102A...102N。
圖1b概略地顯示了包含用于四個獨立的陽極部分的多陽極配置102A...102N的電極102的上視圖。
在襯底固持件108的上安裝襯底109之前，在將要接收金屬層的襯底109的表面上形成通過濺射沉積所提供的具有仔晶層(seed layer)的薄電流分布層(thin current distribution layer)。之后，襯底109安裝在該襯底固持件108上，其中，小的接觸區(qū)域(為了簡化之故而不顯示)經(jīng)由該襯底固持件108而提供電性接觸至該電源110。通過激活泵(未顯示)并在陽極102(即該多陽極配置102A...102N)與產(chǎn)生各自電流的襯底固持件108之間施加適當?shù)碾妷?，而在反應容?01內(nèi)產(chǎn)生電解質(zhì)流。在入口105處進入反應容器101的電解質(zhì)被導引至襯底109，其中由于在襯底109表面的特定區(qū)域上的金屬的局部沉積速率取決于抵達此區(qū)域處的離子的數(shù)目，所以在襯底109上的金屬的沉積是通過電解質(zhì)的流動及多陽極配置102A...102N的排列所決定。因此，通過選擇一組供給至多陽極配置102A...102N的電流，可以決定最終獲得的厚度輪廓，其中，可選擇性地，用于影響該離子和/或電解質(zhì)流動的額外的工具可以例如擴散板(diffuser plate)的形式而加入。
一旦一組適當?shù)碾娏髟谠撾娫垂?10內(nèi)經(jīng)過調(diào)整，最終的厚度輪廓將通過反應容器101、電解溶液、該組電流及鍍覆時間的特性所決定。因此，這些特性的其中一個的變化可能導致最后獲得的厚度輪廓的飄移。這種情況對于包含具有對應的多個多陽極配置102A...102N的多個反應容器101的電鍍工具100而言將更為復雜，由于這時在任何這些反應容器內(nèi)的任何細微的工藝擾動可能發(fā)生并且可能造成包含的工藝特性的高度復雜的彼此相互作用，因而影響了工藝穩(wěn)定度。因此，通常會在正常的基礎(chǔ)上執(zhí)行多個測試襯底行程，因而需要時間及人力并且因此減少鍍覆工藝的成品率及品質(zhì)。
再者，在通過所謂的鑲嵌技術(shù)(damascene technique)形成金屬化層中，通孔及溝槽以金屬填覆，并且必須提供特定程度的過多金屬以便可靠地填覆通孔及溝槽。接著，過多的金屬必須移除，以確保在鄰接的溝槽及通孔之間的電性絕緣，并且提供用于更多金屬化層膜的形成的平坦表面。對于移除過多金屬及平面化該襯底表面的較佳的技術(shù)為化學機械拋光(chemical mechanical polishing；CMP)，其中欲移除的表面材料受到化學反應并且同時被機械式地移除。如同先前所解釋的，化學機械拋光工藝是高度復雜的并且可能出現(xiàn)非均勻性，非均勻性可以通過針對化學機械拋光非均勻性配合電鍍工藝的厚度輪廓而進行至少部分的補償。然而，包含在產(chǎn)生該厚度輪廓的內(nèi)的多個工藝參數(shù)，尤其是具有多個反應容器的鍍覆工具，可能由所需的厚度輪廓而導致明顯的偏差，因而使化學機械拋光非均勻性的補償效率不佳。
因此，考慮到上述的問題，存在著能夠?qū)τ谠阱兏补ぞ咧械暮穸容喞M行快速及有效的調(diào)整的需求，以便消除或至少減少某些或全部的問題。

發(fā)明內(nèi)容
一般而言，本發(fā)明涉及在電鍍工具中用于控制供給至多陽極配置的獨立電極的個別電流，其中用于該多陽極配置的個別電流，也稱為指定電流，考慮所需的厚度輪廓以自動的方式計算該個別電流，由此提供電位以實質(zhì)上不延遲的方式而用于響應該鍍覆工藝本身和/或后鍍覆工藝和/或前工藝的工藝擾動，即使在考慮之內(nèi)該鍍覆工具包含具有多陽極配置的多個工藝室。
依據(jù)本發(fā)明的一個說明性的實施例，該方法包括量化地決定關(guān)于用于電鍍工具的多陽極配置的電流組以及通過電鍍形成在襯底上的金屬層的厚度的敏感度數(shù)據(jù)。該方法還包含依據(jù)在該電鍍工具中用于待加工的第二襯底的敏感度數(shù)據(jù)決定用于該多陽極配置的更新的電流組。
在進一步的實施例中，該方法進一步包括決定用于該更新的電流組的各電流的允許范圍。
在進一步的實施例中，在該更新的電流組的各電流位于其個別允許范圍內(nèi)的次要條件下決定該更新的電流組。
在進一步的實施例中，該方法進一步包括選擇欲沉積的所需的金屬量并決定在襯底上實際沉積預期的金屬量所需的總電流數(shù)值及加工時間。
在進一步的實施例中，在該更新的電流組的個別電流的和等于該總電流數(shù)值的次要條件下決定該更新的電流組。
在進一步的實施例中，通過計算在該厚度輪廓數(shù)據(jù)及該所需的輪廓之間的最小差異來決定該更新的電流組。
在進一步的實施例中，該方法進一步包括當計算該最小差異時決定金屬厚度的位置獨立部分并使用該位置獨立部分來決定用于該第二襯底的更新的加工時間。
在進一步的實施例中，該方法進一步包括依據(jù)該更新的電流組控制多個第二襯底的厚度輪廓。
在進一步的實施例中，該方法進一步包括在使用該更新的電流組加工該第二襯底之后，從該第二襯底獲得厚度輪廓數(shù)據(jù)并依據(jù)該第二襯底的該厚度輪廓數(shù)據(jù)決定新更新的電流組。
在進一步的實施例中，該電鍍工具包括至少一個以上的多陽極配置并且其中更新的電流組決定用于該至少一個以上的多陽極配置。
在進一步的實施例中，在該電鍍工藝完成后依據(jù)該第二襯底所經(jīng)歷的工藝的至少一個工藝特殊特性來選擇該所需的厚度輪廓。
在進一步的實施例中，該至少一個工藝特殊特性是化學機械拋光工藝的橫跨襯底的移除率分布。
在進一步的實施例中，該方法進一步包括在拋光該第二襯底之后從該第二襯底獲得移除率分布數(shù)據(jù)，并依據(jù)該移除率分布數(shù)據(jù)選擇該所需的厚度輪廓。
在進一步的實施例中，依據(jù)在該電鍍工藝之前該第二襯底所經(jīng)歷的工藝的至少一工藝特殊特性來選擇該所需的厚度輪廓。
在進一步的實施例中，該至少一個工藝特殊特性涉及至少一個屏障層及仔晶層的濺射沉積。
在本發(fā)明的另一說明的實施例中，將提供在包含多陽極配置的具有至少其中一個工藝室的電鍍工具中沉積金屬的方法。該方法包括依據(jù)所需的厚度輪廓決定用于多陽極配置的電流組、決定從在電鍍工具中所加工的至少其中一個襯底所獲得的厚度輪廓數(shù)據(jù)并決定量化地描述在供給至多陽極配置及厚度輪廓的電流之間的關(guān)系的模型。最后，金屬沉積在一個或一個以上的襯底上同時使用該決定的電流組。
在進一步的實施例中，該方法進一步包括從該至少一個襯底獲得厚度輪廓數(shù)據(jù)并使用該至少一個襯底而獲得的該厚度輪廓數(shù)據(jù)作為該厚度輪廓數(shù)據(jù)，以決定在該電鍍工具中用于欲加工的襯底的該電流組。
在進一步的實施例中，該方法進一步包括決定用于在該一個或一個以上的襯底上沉積金屬的更新的鍍覆工藝時間。
在進一步的實施例中，依據(jù)先前使用的工藝時間以及表示鍍覆金屬的厚度改變的產(chǎn)生該改變所需的鍍覆時間的敏感度因子而決定該更新的工藝時間。
依據(jù)本發(fā)明的另一個說明性的實施例，提供控制包含具有多陽極配置的多個工藝室的電鍍工具的方法。該方法包括計算用于各多陽極配置的電流組以及在該多個加工室的每一個中使用該決定的電流組加工至少其中一個襯底。
在進一步的實施例中，用于各電流組的和實質(zhì)上等于預定的目標數(shù)值。
在進一步的實施例中，該方法進一步包括下列步驟量化地決定使該多陽極配置的參考電流組與形成在該工藝室的至少一個內(nèi)所加工的襯底上的金屬層的厚度相關(guān)的敏感度數(shù)據(jù)；以及依據(jù)用于在該工藝室中待加工的多個第二襯底的該敏感度數(shù)據(jù)決定用于該多陽極配置的該電流組。
在進一步的實施例中，該方法進一步包括從在該電鍍工具中所加工的至少一個襯底獲得厚度輪廓數(shù)據(jù)并依據(jù)該厚度輪廓數(shù)據(jù)決定該電流組。
在進一步的實施例中，該方法進一步包括選擇所需的厚度輪廓并依據(jù)該所需的厚度輪廓決定該電流組。
在進一步的實施例中，該方法進一步包括從先前在該多個工藝室中所加工的多個襯底獲得參考電流組數(shù)據(jù)并依據(jù)該參考電流數(shù)據(jù)決定該電流組。
在進一步的實施例中，該方法進一步包括決定在各該電流組中用于各個別電流的允許范圍。
在進一步的實施例中，在各電流組位于其個別允許的范圍內(nèi)的次要條件下決定該電流組。
在進一步的實施例中，該方法進一步包括選擇欲沉積的所需的金屬量并決定在襯底上實際沉積該預期的金屬量所需的總電流數(shù)值及加工時間。
依據(jù)本發(fā)明的另一個說明性的實施例，用于電鍍工具的控制器包括計算單元，該計算單元被配置用于為該電鍍工具中欲加工的襯底決定至少其中一個多陽極配置的電流組，其中該計算為依據(jù)所需的厚度輪廓。
在進一步的實施例中，該計算單元被配置用于在每個該多個多陽極配置內(nèi)加工襯底之前決定用于多個多陽極配置的多個電流組。


本發(fā)明的優(yōu)點、目標和實施例被定義在后附的權(quán)利要求中，并且通過參考該下列描述并結(jié)合附圖而變得顯而易見，其中圖1a示意地顯示了具有多陽極配置的傳統(tǒng)的電鍍工具；
圖1b示意地顯示了圖1a的工具的多陽極配置的上視圖；圖2依據(jù)本發(fā)明的示意性實施例示意地說明了包含以各種標準為基礎(chǔ)而用于自動決定電流組的控制器的電鍍系統(tǒng)；以及圖3為依據(jù)本發(fā)明的示意性實施例的控制策略說明在不同的工藝室中所加工的多個襯底的厚度輪廓測量的結(jié)果。
具體實施例方式
盡管已經(jīng)通過在下面的詳細說明以及附圖中給出的實施例說明了本發(fā)明，但是應當理解下面的詳細說明以及附圖中給出的實施例并不傾向于將本發(fā)明限制于所公開的特定的示意性實施例，公開的示意性實施例僅是舉例說明由后附權(quán)利要求所限定范圍的本發(fā)明的各方面。
另外，應該注意的是由于本發(fā)明特別適用于具有敏感的后鍍覆工藝的工藝順序，諸如化學機械拋光，該詳細的描述將參照在襯底上電鍍諸如銅的金屬，襯底諸如一般用于半導體制造的襯底。然而，將容易了解的是本發(fā)明適用于具有外部外加電流(電鍍)的任何鍍覆工藝，在襯底表面上或部分襯底上需要特定沉積輪廓的任何形式的襯底。再者，雖然該描述參照了噴泉式鍍覆反應器(fountain type plating reactor)，如圖1a所示，但是其它形式的反應器，諸如電解質(zhì)溶液浴等也可以使用。因此，應該了解到本發(fā)明并非限定于電鍍反應器的特定形式，除非此類限定為在權(quán)利要求書中明白地提出。
通過本發(fā)明所提供的其中一特定的特征是用于快速地響應在電鍍工具內(nèi)或在鍍覆工藝之前或之后的任何其它工藝的工藝條件的改變。例如，此類改變工藝條件可以是由于包含在鍍覆溶液內(nèi)的敏感的添加劑的特性的微小波動，或在鍍覆工具中或在后鍍覆的化學機械拋光工具中的任何消耗物的減少導致的鍍覆溶液的特性變化。工藝條件的改變可以預先知道，例如在化學機械拋光工具中的消耗物的改變，或者可以通過任何適當?shù)膫鞲衅鹘M件所檢測。由于在了解該工藝偏差之后，使用后續(xù)測試周期一般需要耗時的重新調(diào)整，工藝條件的其它改變可能本身是不“明顯的”并且在傳統(tǒng)的鍍覆工具中不能以有效的方式作補償?？紤]參閱圖1a及圖1b的先前所解釋的問題，本發(fā)明提供控制策略，其中用于操作一個或一個以上的多陽極配置的一組或一組以上的電流相較于用于在電鍍工具中處理及加工襯底所需的時間可以在忽略的時間尺度上重新計算，由此提供該電位而用于以實質(zhì)上不延遲的方式響應于工藝波動。在一些實施例中，對應用于各種多陽極配置的電流組的重新計算可以依據(jù)任何容易檢測的工藝變化的產(chǎn)生，其中，例如，可以在供給至各多個多陽極配置的全部電流為實質(zhì)上相同的條件下而執(zhí)行該計算，由此確保所沉積的金屬的數(shù)量對于同等的工藝時間是實質(zhì)上相同的。另一方面，陽極電流的自動的重新計算也能夠有效的并且若有需求可為實質(zhì)上連續(xù)的響應于任何不明顯的變化，該變化可能僅能通過與所需的目標輪廓的偏差而確認。
因此，在其它實施例中，用于電鍍工藝的控制策略是依據(jù)由所需的厚度輪廓在預定允許的范圍內(nèi)而維持偏差的概念。沉積在襯底表面上的金屬層的所需的厚度輪廓可以通過函數(shù)T(r)表示，其中假設(shè)T表示在該襯底表面上的位置r處的厚度數(shù)值。雖然該變量r可以表示在平面或非平面的襯底表面上的任何位置，在下文中假設(shè)r表示距離諸如在該半導體工業(yè)中的晶片實質(zhì)上圓板狀的襯底的中心的距離。因此，該假設(shè)所需的厚度輪廓T(r)具有軸向?qū)ΨQ，然而，其中應該了解的是本發(fā)明的原理也適用于任意函數(shù)T(r)。同樣地，金屬層的實際的厚度輪廓可以標示為M(r)，其中M為表示在該位置r處的金屬厚度。因此，依據(jù)本發(fā)明的一些實施例可以適當?shù)目紤]，以將真實厚度輪廓M(r)與所需的厚度輪廓T(r)的偏差維持在預定允許的范圍內(nèi)，而不管電鍍工藝或任何前鍍覆及后鍍覆工藝的波動。
如同先前參考圖1a及圖1b所解釋，真實的厚度輪廓M(r)可以通過供給至特定陽極部分102A...102N的電流所影響，其中各該陽極部分102A...102N的影響或敏感的程度可以預先決定，假設(shè)該影響是由該電鍍工具在僅為可忽略的方式中的微小的工藝變化所影響。供給至個別陽極部分102A...102N的電流的影響在下文中可以稱為敏感度，并且對應的數(shù)據(jù)可稱為敏感度數(shù)據(jù)。通過決定特定的電鍍工具的敏感度數(shù)據(jù)，諸如參考圖1a及圖1b所描述的工具100，對應的陽極電流組可以依據(jù)所需的厚度輪廓T(r)及實際的厚度輪廓M(r)而計算，實際的厚度輪廓M(r)可以從先前加工的襯底以離散測量數(shù)據(jù)(discretemeasurement data)的形式而獲得。一般而言，依據(jù)本發(fā)明，在襯底的至少一些代表的位置上執(zhí)行后鍍覆厚度測量，襯底可用于決定對于一個或一個以上的多陽極配置的更新的電流組，諸如該配置102?？梢匀菀椎赝ㄟ^插值、數(shù)據(jù)匹配程序以及任何其它在該技術(shù)中眾所周知的數(shù)據(jù)處理技術(shù)來獲得將真實厚度輪廓的離散測量數(shù)據(jù)變換成為實質(zhì)上連續(xù)的函數(shù)M(r)。該方法對于該敏感度數(shù)據(jù)也是真實成立的，該敏感度數(shù)據(jù)可以提供作為用于多個位置以及用于各該個別的陽極部分102A...102N的多個不同的電流數(shù)值的離散測量數(shù)值。例如，可以通過在特定的沉積時間之后改變用于特定的陽極部分的電流并測量獲得的真實金屬厚度來獲得對應的敏感度數(shù)據(jù)。之后，沉積工藝可以從陽極部分102A...102N其中的另一個再繼續(xù)或重新開始?？梢酝ㄟ^其中一個上文提及的數(shù)據(jù)處理方法，根據(jù)多個離散測量數(shù)值來推導對于各個別的陽極部分的敏感度的連續(xù)函數(shù)(在此稱為Si(r)，其中指針i表示該陽極部分102A...102N的其中一個。因此，依據(jù)用于產(chǎn)生該實際的厚度輪廓M(r)的該電流組，可以計算更新的電流組，使得用于將通過鍍覆工具100加工的襯底的預期厚度輪廓與所需的厚度輪廓T(r)偏差處于已定義的允許范圍內(nèi)。
為了達到這個目的，依據(jù)該下列的方程式，通過位置相關(guān)的項與表示實際金屬層相對于所需的理想金屬層的恒定偏移的位置獨立的項，可方便的表示在欲獲得的實際厚度輪廓M(r)與所需的厚度輪廓T(r)之間的差M(r)-T(r)＝E(r)+MOffset(1)其中E(r)表示該位置相依的偏差或過量的材料，并且MOffset表示位置獨立的偏差。因此，橫跨整個襯底表面A的位置相關(guān)的部分E(r)的和等于零，意即∫WE(r)dA=0---(1′)]]>利用實質(zhì)上恒定的鍍覆時間的假設(shè)以及利用表示供給至該陽極部分102A...102N的個別電流的和的實質(zhì)上恒定的全部電流ISUM，即Σi=102A102NIi=ISUM---(2)]]>
由于沉積在該襯底上的金屬的數(shù)量實質(zhì)上取決于供給至陽極部分及鍍覆時間的全部電流，所以該位置獨立的項目MOffset可能接近零。因此，改變至該個別陽極部分102A...102N的電流可能本質(zhì)上影響位置相關(guān)的項E(r)，而依據(jù)該上文提及的假設(shè)，鍍覆時間的次要的波動將主要影響位置獨立的項MOffset，造成這個數(shù)值在大約零附近微量地變動。因此，在其中一個實施例中，供給至個別陽極部分102A...102N的更新的電流組可以依據(jù)該觀念以減少方程式1中的E(r)的量或使其最小化。
為了達到這個目的，該更新的電流組可以標示為Iupdated=(I102Aupdated,...I102Nupdated),]]>而用于產(chǎn)生先前加工襯底的實際厚度輪廓的電流組可以標示為IO=(I102AO,...,I102NO).]]>同樣地，表示該先前加工的襯底的厚度輪廓的對應函數(shù)可以標示為MO(r)，其中，如同先前所解釋的，函數(shù)MO(r)可以通過對應的測量數(shù)值組而獲得，該測量數(shù)值組依據(jù)標準的厚度測量程序可以在多個不同的位置r而取得。接著可以通過插值、數(shù)據(jù)匹配以及任何其它已建立的數(shù)據(jù)處理程序來獲得該連續(xù)的或半連續(xù)的函數(shù)MO(r)。利用在獲得厚度輪廓MO(r)中鍍覆工藝實質(zhì)上恒定的鍍覆時間的假設(shè)，雖然期望為接近零，但由于位置相關(guān)的部分E(r)的和為零(見方程式1’)，如同先前參考方程式1的說明，所以可以通過使用方程式1作為根據(jù)MO(r)及T(r)的差采取襯底的整個面積的和或積分來計算位置相依的項MOffset(見方程式1)。因此，可在下列方式中通過方程式3而獲得相對小的位置獨立的部分MOffsetMOffset=1AW∫W(MO(r)-T(r))dA---(3)]]>其中AW表示金屬鍍覆于其上的該襯底的全部面積。
由于可以依據(jù)方程式3用于表示該位置相依的偏差E(r)的可允許函數(shù)的層級來計算MOffset，所以可以依據(jù)方程式1來計算用于后續(xù)襯底的對應的厚度輪廓，標示為M(r)。
由于鍍覆工藝的控制變量為電流組I102A，...I102N，該電流組可通過該敏感度函數(shù)S102A(r)，...S102N(r)而與厚度輪廓M(r)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，鍍覆工藝可以通過在該先前加工的襯底MO(r)的厚度輪廓與敏感度函數(shù)S102A(r)，...S102N(r)之間相互關(guān)聯(lián)而產(chǎn)生模型，以便獲得該更新的厚度輪廓M(r)作為個別的陽極電流I102A，...I102N的函數(shù)。在一個實施例中，線性關(guān)系可以用于鍍覆模型，例如由下列的方程式4給定M(r,I102A,...,I102N)=MO(r)+Σi=102A102NSi(r)(Ii-IiO)---(4)]]>其中指針i表示該個別的陽極部分102A...102N。應注意的是可以使用其它的關(guān)系，只要這些關(guān)系能表示個別的陽極電流在給定的厚度輪廓上的改變的影響即可，由此產(chǎn)生新的厚度輪廓。在方程式4中，厚度輪廓MO(r)最好依據(jù)來自先前加工的襯底所獲得的測量數(shù)據(jù)，其中相對于目前依據(jù)計算的厚度輪廓M(r)而欲加工的襯底的延遲是適度少量的，以對于任何工藝波動提供電位短暫的反應時間。
然而，在其它實施例中，可以適當?shù)目紤]，依據(jù)平均的測量數(shù)據(jù)和/或預定的非實驗數(shù)據(jù)與類似數(shù)據(jù)來選擇該函數(shù)MO(r)。例如，在其中可能無法獲得測量數(shù)據(jù)的鍍覆工藝的初始階段，適當?shù)膮⒖紨?shù)據(jù)可以用于函數(shù)MO(r)或者可以使用所需的目標輪廓T(r)。
在一個特定的實施例中，控制工藝的穩(wěn)定性可以改善之處在于對個別的陽極電流I102A，...I102N的允許范圍進行適當?shù)倪x擇。即，可以選擇每個陽極電流I102A，...I102N的上限及下限，使得通過具有處于其允許范圍內(nèi)的每個個別的陽極電流的電流組來獲得最終的厚度輪廓M(r)。例如依據(jù)從先前鍍覆的工藝所獲得的經(jīng)驗，可以決定用于個別陽極電流的目標數(shù)值并且可以接著設(shè)定用于各陽極電流的個別允許的范圍。在其它情況中，由于在鍍覆工具的此種操作階段中可以方便地研究個別的陽極電流的影響，所以個別的目標數(shù)值以及結(jié)合允許的范圍可以依據(jù)在決定敏感度函數(shù)期間所獲得的測量數(shù)據(jù)而決定。該目標數(shù)值以及用于各陽極部分102A...102N的對應允許范圍也可以依據(jù)工具規(guī)格與工具和/或工藝需求而決定。通常地，相對于個別陽極電流的個別的目標數(shù)值的近似10至20％變化的范圍可造成充分的控制穩(wěn)定度。
在該下文中，用于該個別的陽極電流Ii(I＝102A...102N)的上限及下限將分別地標示為IiL及IiH。因此，對于給定允許的位置相關(guān)偏差E(r)，對應更新的電流組可以依據(jù)方程式1，3及4而計算。
在一個特定的實施例中，更新的電流組可以通過決定具有最小偏差E(r)的所需的厚度輪廓M(r)而獲得。即，標示為
Iupdated=(I102Aupdated,...I102Nupdated)]]>的更新的電流組，可以通過解出該下列方程式5而獲得min102A,...,102N∫OD|M(r,I102A,...,I102N)-MOffset-T(r)|dr---(5)]]>在一個特定的實施例中，使用對于該個別的陽極電流的次要條件并且設(shè)定次要條件使得個別的電流在允許的操作范圍內(nèi)，例如上文所決定的條件，和/或使得個別的陽極電流的和實質(zhì)上等于預先定義的數(shù)值。因此，這些次要條件可以由下列的方程式6及7表示IiL≤Ii≤IiU---(6)]]>Σi=102A102NIi=Isum---(7)]]>在方程式5中，積分可以從標示為D的襯底中心至襯底的邊緣，以一維的積分而執(zhí)行，或者積分可以橫跨整個襯底表面以二維的積分執(zhí)行。在一個實施例中，如同在方程式5中所示，由于在一維的表示中強調(diào)襯底中心的貢獻而使用該一維的積分，該一維的表示有益于在襯底中心附近內(nèi)關(guān)鍵的厚度輪廓。例如，后鍍覆的化學機械拋光工藝在襯底中心的附近內(nèi)可以呈現(xiàn)明顯的移除率變化，以益于對應的敏感搭配的鍍覆輪廓。
通過將方程式4代入方程式5并使用數(shù)值積分方法，可以計算更新的陽極電流。例如，諸如以Matlab隨插形式的裝有適當?shù)闹噶罴膫€人計算機，可獲得用于更新的陽極電流的計算數(shù)值。根據(jù)用于對應的控制單元的硬件需求以及根據(jù)所執(zhí)行的計算所需的精確度，可使用諸如對應程序化的微型計算機的任何其它適當?shù)墓ぞ?，或者可以使用任何其它適當配置的電路，包含模擬和/或數(shù)字設(shè)計。如同將參考圖2的說明，也可以使用遠程的裝置以有效地連接至對應的鍍覆工具，以便在充分允許所需的控制操作的時間區(qū)間內(nèi)傳遞計算、更新的電流組給鍍覆工具。
如同先前所解釋的，假設(shè)欲以電鍍工具100進行加工的襯底對鍍覆時間實質(zhì)上為常數(shù)是有益的。在其它實施例中，可以通過對應地重新計算使用先前決定的位置獨立偏差MOffset的更新的鍍覆時間Tupdated來考慮鍍覆時間的特定程度的變化。例如，可以通過預先建立的關(guān)系從用于先前加工的襯底的鍍覆時間TO計算該更新的鍍覆時間Tupdated。在一個例子中，更新的鍍覆時間Tupdated可以與位置獨立的偏差MOffset及先前的鍍覆時間TO以下列方程式8的形式形成線性關(guān)系Tupdated=TO-1γMOffset---(8)]]>其中γ表示關(guān)于鍍覆時間的改變的鍍覆金屬厚度的敏感度參數(shù)。用于γ的個別的計算數(shù)值可以通過測量在一個或一個以上的已定義的鍍覆時間周期內(nèi)的增加的厚度而容易地獲得。因此，可以通過對應地重新計算更新的鍍覆時間Tupdated而有效率地補償厚度輪廓的任何偏差，在厚度輪廓的任何偏差中厚度輪廓相對于目標輪廓T(r)整體的實際偏移。如同先前所解釋的，鍍覆時間的少量改變并未實質(zhì)地影響該位置相依的偏差E(r)，而該位置獨立項MOffset仍然維持少量，因此在鍍覆時間內(nèi)的變化也是少量的，并且當以上文所描述的方式?jīng)Q定時，鍍覆時間的對應更新的版本不致過度地影響控制策略或更新的陽極電流的穩(wěn)定性。
參考圖1a-1b及圖2，現(xiàn)將以更詳細的方式描述一個或一個以上的對于鍍覆工具實施的上文確認的控制策略。
圖2示意地顯示了可以包括一個或一個以上的包含多陽極配置的反應容器的鍍覆工具200，該多陽極配置諸如先前圖1a和1b所述。因此，對應的反應容器可以標示為101并且反應容器101的描述如對圖1a和1b的描述。反應容器101A、101B...連接至個別控制的電源供應器201A、201B...，該電源供應器201A、201B...被配置用于將電流組提供給在反應容器101A、101B...內(nèi)的對應的多陽極配置。為求方便，將供給至對應的反應容器101A、101B...的個別的電流組稱為I102A，...I102N，其中在各反應容器內(nèi)的陽極部分的數(shù)目取決于鍍覆工具200的設(shè)計。如同圖1a和1b的說明，四個陽極部分102A...102N可以具有軸向?qū)ΨQ的方式提供，其中在其它鍍覆工具中，陽極部分的數(shù)目可以是少量的兩個并且也可以是四個以上。該鍍覆工具200也可以是多個不同的鍍覆工具的系統(tǒng)，各鍍覆工具有不同設(shè)計的反應容器，其中陽極部分的數(shù)目在多個鍍覆工具中的至少一些中是不同的。同樣地，反應容器101A、101B在反應器設(shè)計、陽極部分的數(shù)目及類似的部分中是彼此不同的。還應該要指出的是個別的反應容器101A、101B...的多陽極配置可不必呈現(xiàn)軸向?qū)ΨQ，但是可具有經(jīng)過適當考慮的任何幾何配置。例如，在某些例子中，可能需要厚度輪廓呈現(xiàn)非軸向?qū)ΨQ，并且因此可以提供對應的多陽極配置。例如，如圖1a和1b中所示的多陽極配置102A...102N可具有圓形部分的形式，其中個別的部分為彼此隔離并且呈現(xiàn)多陽極配置的其中一部分。在此類的例子中，也可以使用先前說明的控制策略，其中對應的位置相關(guān)函數(shù)及項目必須以二維坐標而非一維徑向分量來表示。
鍍覆工具200有效地與控制器250連接，其中有效連接是以251表示并且旨在表示能夠使數(shù)據(jù)至少從控制器250轉(zhuǎn)移至鍍覆工具200的任何連接。在特定的實施例中，連接251表示以有線或無線形式的數(shù)據(jù)傳輸線路以聯(lián)通適當?shù)目刂菩盘栔猎搨€別的電源供應器210A、210B...，該連接251接著依據(jù)在該控制器250內(nèi)所執(zhí)行的計算結(jié)果使電源供應器210A、210B...輸出用于各反應容器101A、101B...的個別電流組I102A，...，I102N。該控制器250可以在工作站、個人計算機或設(shè)備處理系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)，該控制器250提供在本身內(nèi)部具有對應的計算單元以便執(zhí)行上文所描述的一個或一個以上的實施例以建立更新的電流組?？刂破?50也可以包含經(jīng)由該有效連接215而必須在該更新的電流組上提供信息給該電源供應器210A、210B...的任何接口及通信部分。在其它實施例中，該控制器250，例如以適當程序化的微處理器、專用集成電路(application specific integrated circuit；ASIC)等的形式，可以實現(xiàn)在或可以額外供提在控制單元(未顯示)內(nèi)，如同一般包含在用于控制該電鍍工具的操作的傳統(tǒng)電鍍工具內(nèi)。雖然控制器250的計算的能力決定數(shù)值計算的精確度及速度，例如在求解方程式5中，相較于在鍍覆工具200中的襯底上相關(guān)處理的任何時間區(qū)間，控制器250通常在可忽略的時間區(qū)間內(nèi)提供結(jié)果?？刂破?50還被配置用于接收來自環(huán)境的數(shù)據(jù)，在環(huán)境上可以依據(jù)更新的陽極電流的計算為基礎(chǔ)。在一個實施例中，控制器250被配置用于接收來自諸如操作者、計算機、測量器件等的外部來源的敏感度數(shù)據(jù)。因此，敏感度數(shù)據(jù)可以離散測量數(shù)值、離散理論數(shù)值、數(shù)學函數(shù)的形式而提供，或者當使用個別的陽極電流I102A，...，I102N時以關(guān)于至少某些該陽極部分102A...102N在厚度輪廓上的效應的任何其它適當?shù)男畔⒍峁８鶕?jù)該敏感度數(shù)據(jù)的形式，控制器250可以被配置用于以任何適當?shù)男问絻Υ娌⑥D(zhuǎn)換該敏感度數(shù)據(jù)，使敏感度數(shù)據(jù)能夠用于該控制器250的計算單元中而用于建立更新的陽極電流。
在其它實施例中，控制器250可以被配置用于以離散測量數(shù)值、實質(zhì)上連續(xù)的函數(shù)及類似方法的形式接收厚度輪廓數(shù)據(jù)，其中該厚度輪廓數(shù)據(jù)的形式可以轉(zhuǎn)換為用于執(zhí)行上文所解釋的計算所需的任何適當?shù)谋硎?。同樣地，控制?50可以被配置用于接收表示需要的厚度輪廓的外部供給的輪廓數(shù)據(jù)和/或控制器250可以任何方便的表示方式包括一個或一個以上的所需的厚度輪廓，當請求控制操作時可以使用該表示。在一個特定的實施例中，控制器250有效地連接至厚度輪廓測量系統(tǒng)(未顯示)以便直接地接收來自先前加工的襯底的測量數(shù)據(jù)，由此提供用于閉環(huán)控制功能的電位，其中該閉環(huán)的反應時間實質(zhì)上由用于提供厚度測量數(shù)據(jù)給該控制器250的時間延遲所決定。如同先前所提出的，由于更新的陽極電流的自動化計算，相較于在鍍覆工具200內(nèi)加工襯底中或在包含于控制操作內(nèi)的任何其它測量系統(tǒng)中的任何其它時間，用于建立陽極電流的時間是可忽略的。
在其它實施例中，控制器250可以被配置用于接收額外的信息，諸如表示后續(xù)工藝的工藝特性的后鍍覆工藝數(shù)據(jù)，諸如如同一般使用于以銅為基礎(chǔ)的金屬化層的制造的化學機械拋光工藝，或在鍍覆工藝之前關(guān)于工藝上信息的前鍍覆工藝數(shù)據(jù)，諸如電流分布層、仔晶層等的沉積。然而，鍍覆工具200的狀態(tài)信息可以供給至控制器250并且可以用于建立新的陽極電流。在一個實施例中，敏感度數(shù)據(jù)可以與鍍覆工具200的狀態(tài)信息產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，以減少關(guān)于該工具狀態(tài)的敏感度數(shù)據(jù)的偏移。例如，可以了解的是敏感度數(shù)據(jù)可以取決于例如由于某些特性的變化的整體的工藝時間，諸如鍍覆溶液的特性在時間上的變化。因此通過對應地調(diào)整該敏感度數(shù)據(jù)可以容易地將對應的眾所周知的相關(guān)性并入上文描述的控制策略中，由此更進而加強該控制操作的穩(wěn)定性。
在結(jié)合控制器250的工具200的操作期間，更新的電流組可以通過按照一個或一個以上的上述控制體制的控制器250而決定，其中，根據(jù)工具200的配置，多個個別的更新的電流組供給至個別的多陽極配置，由此相較于傳統(tǒng)的工具顯著地改善生產(chǎn)合格率，其中通常相同的電流設(shè)定為用于多個實質(zhì)上相等的反應容器。依據(jù)本發(fā)明，更新的電流組對于各反應容器101A、101B...，在依據(jù)個別決定的更新陽極電流上能夠使各反應容器101A、101B...同時操作的時間間隔中可以個別地決定。在特定的實施例中，控制操作是依據(jù)敏感度函數(shù)、S102A(r)...S102N(r)、以及厚度輪廓數(shù)據(jù)，先前標示為MO(r)，可以對于各個別的反應容器101A、101B...而建立并獲得該數(shù)據(jù)。
在其它實施例中，所需的厚度輪廓可以經(jīng)由諸如依據(jù)前鍍覆的工藝或后鍍覆的工藝選擇，并且控制器250提供對應更新的電流組而相對于在該個別的反應容器101A、101B...中的整體的工藝時間沒有延遲，即，在相較于例如需要將襯底加載入各該反應容器101A、101B...中的時間間隔是可以忽略的時間間隔內(nèi)。例如，若鍍覆后化學機械拋光工藝顯示在襯底的中心處的移除率比在襯底的周圍區(qū)域處較為快速地改變，則對應的新需求的厚度輪廓可以被選擇，并且該控制器250可以容易地提供對應的更新陽極電流給多個反應容器101A、101B...。
圖3示意性地表示在該工具200中用于多個襯底測量的厚度輪廓數(shù)據(jù)MO(r)。在本例子中，200mm襯底已經(jīng)過加工以依據(jù)如同參考方程式5、6及7所描述的控制策略而沉積銅，其中所需的目標厚度輪廓由圓頂形的輪廓表示，以便符合鍍覆后化學機械拋光加工在襯底中心處呈現(xiàn)增加的移除率的需求。在所使用的控制策略中，該鍍覆時間是保持恒定的。曲線C在圖3中表示在反應容器101A中所加工的襯底，而曲線B及A表示在接近兩個小時的時間內(nèi)在反應容器101B內(nèi)加工的襯底。剩余未標示的曲線在圖3中表示在更多工具200(未顯示)的反應容器內(nèi)加工的襯底。如同在圖3中所示，控制器250實質(zhì)上維持該所需的厚度輪廓，其中在這個例子中的偏差在最大厚度所沉積的襯底中心處大約在200埃以內(nèi)。應該注意的是當鍍覆時間以諸如依據(jù)方程式8所描述的控制操作更新時，該輪廓A、B及C的系統(tǒng)性偏移可以減少。
因此，本發(fā)明提供能夠在電鍍工具中有效控制多陽極配置的技術(shù)，其中個別的陽極電流和/或更新的鍍覆時間為依據(jù)實質(zhì)上不需要相對于電鍍工具的典型的工藝時間的任何時間延遲的特定基準而計算，由此對于任何工藝變化能夠快速反應。通過上文所說明的該控制技術(shù)，控制器250可以依據(jù)先前的襯底的測量結(jié)果而執(zhí)行控制操作以計算用于一個或一個以上的待加工的襯底的更新的陽極電流。由于以實質(zhì)上非延遲的方式用于決定該陽極電流的電位，所以多個多陽極配置可以受到控制，由此當鍍覆襯底的品質(zhì)增加時而顯著地提升合格率。此外，可以同步地控制一個或一個以上的鍍覆工具的個別的反應容器，并且可以自動化的方式來優(yōu)化在各個別的反應容器內(nèi)的該工藝條件，以便可以增加諸如濕式環(huán)(wet ring)接觸、陽極等的消耗物的生命周期，由此顯著地減少該工藝工具的故障時間。再者，本發(fā)明的概念可以容易地用在傳統(tǒng)的鍍覆工具上，由此促進這些工具的提升效率及生產(chǎn)率而不需過度地造成額外的花費。在其它實施例中，陽極電流及鍍覆時間可以慣例依據(jù)參考或不參考測數(shù)據(jù)而作更新，其中該更新的陽極電流可以依據(jù)各種標準而建立，諸如供給至各多陽極配置的恒定的總電流。
鑒于此敘述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將更清楚本發(fā)明進一步的修飾和改變。因此，該敘述只用于例示，以及提出本領(lǐng)域技術(shù)人員實現(xiàn)本發(fā)明的普遍方法。需了解在此處提出和揭露的本發(fā)明的形式視為目前較佳的實施例。
工業(yè)應用性本發(fā)明涉及用于制造微電子器件的工藝。因此，工業(yè)應用為清楚易見的。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括量化地決定敏感度數(shù)據(jù)使用于電鍍工具的多陽極配置的電流組與通過電鍍形成在襯底上的金屬層的厚度相關(guān)；以及在該電鍍工具中依據(jù)用于待加工的第二襯底的該敏感度數(shù)據(jù)決定用于該多陽極配置的更新的電流組。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括從在該電鍍工具中所加工的至少一個襯底獲得厚度輪廓數(shù)據(jù)并依據(jù)該厚度輪廓數(shù)據(jù)決定該更新的電流組。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括依據(jù)該敏感度數(shù)據(jù)決定用于第二多陽極配置的第二更新的電流組，其中該更新的電流組之和實質(zhì)上等于該第二更新的電流組之和。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括選擇所需的厚度輪廓并依據(jù)該所需的厚度輪廓決定該更新的電流組。
5.如權(quán)利要求4的方法，還包括從該至少一個襯底獲得參考電流數(shù)據(jù)組并依據(jù)該參考電流數(shù)據(jù)決定該更新的電流組。
7.一種在包含多陽極配置的具有至少其中一個工藝室的電鍍工具中沉積金屬的方法，該方法包括依據(jù)所需的厚度輪廓為該多陽極配置決定電流組，由至少一個在該電鍍工具中加工的襯底所獲得的該厚度輪廓數(shù)據(jù)，以及量化地描述在供給到該多陽極配置的電流與厚度輪廓之間關(guān)系的模型；以及使用該決定的電流組在一個或一個以上的襯底上沉積金屬。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該模型基于使厚度輪廓關(guān)聯(lián)至在該電鍍工具中金屬的沉積期間的電流變化的敏感度數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該電鍍工具包括具有多陽極配置的至少另一個工藝室，并且在該至少另一個的工藝室中加工至少一個襯底之前，依據(jù)所需的厚度輪廓、由在該電鍍工具中所加工的至少一個襯底所獲得的厚度輪廓數(shù)據(jù)以及量化地描述在供給至該多陽極配置的電流與厚度輪廓之間關(guān)系的模型而決定另一電流組。
10.一種控制包含具有多陽極配置的多個工藝室的電鍍工具的方法，該方法包括計算用于各多陽極配置的電流組；以及使用該決定的電流組同步在各該多個工藝室中加工襯底。
全文摘要
一種結(jié)合控制器(250)而操作的電鍍工具(200)，該控制器自動決定用于該鍍覆工具的多陽極配置(102A、…102N)的個別的電流。該陽極電流的計算可以依據(jù)敏感度數(shù)據(jù)及測量數(shù)據(jù)以及依據(jù)所需的目標輪廓，以便即使對于具有多個工藝室的鍍覆工具也能夠?qū)崿F(xiàn)對于工藝變化的快速反應。
文檔編號C25D17/10GK1860259SQ200480028523
公開日2006年11月8日 申請日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者M·邦克斯, D·沃爾斯泰因, A·普羅伊塞 申請人:先進微裝置公司