背景技术
[0001]无电电
镀需要反应室环境与
电镀液的严格控制。目前的 无电电镀系统可施加
电解质于旋转的
晶圆上，或将晶圆浸入
电解质 流体的镀槽中。对于这些系统，超时电解质的控制是困难的。对于 旋转的晶圆而言，当晶圆进行旋转时，会丧失均匀的流体施加量。 对于镀槽系统而言，整个镀槽必须定期抛弃与置换。因此，相对于 实际用于无电电镀的量，上述两种情况对于处理皆消耗相当大量的 电解质溶液。这导致了明显的浪费，更不用说环绕在
化学镀槽系统 的控制问题。此外，控制电镀液所需的注意
力以及化学镀槽的抛弃 与置换的需要都会影响产能。
[0002]目前系统的另一个缺点是：电镀槽必须维持在升高的电 镀
温度。此升高的温度会导致某些添加物的劣化，例如还原剂，尤 其是相对于沉积钴层的无电电镀技术来说。
[0003]以上述观点而言，需要一种无电电镀方法及系统，其具 有最小浪费并且能够达到高产能。
发明内容
[0004]大体上说，通过提供一种使用最小量的电镀液而且不影 响产能的用以进行
基板无电电镀的方法及设备，本发明满足了这些 需要。应当明白：本发明可通过许多方式实施，包括设备、方法和 系统。下面对本发明的几个实施方式加以说明。
[0005]在一个实施方式中，提供一种无电电镀系统。该系统包 含：第一
真空吸盘，用以
支撑第一晶圆；以及第二真空吸盘，用以 支撑第二晶圆，以使该第二晶圆的上表面与该第一晶圆的上表面相 对。该系统还包含流体输送系统，用以将电镀液输送至该第一晶圆 的上表面，其中响应该电镀液的输送，使该第二晶圆的上表面接近 该第一晶圆的上表面，以使该电镀液
接触该两个上表面。
[0006]在另一个实施方式中，提供一种用以在基板上沉积膜层 的无电电镀系统。该系统包含：第一真空吸盘，用以支撑第一晶圆； 以及第二真空吸盘，用以支撑第二晶圆。该第二晶圆的上表面与该 第一晶圆的上表面相对，并且该第一和第二真空吸盘能够加热对应 的晶圆。该第二真空吸盘可将该第二晶圆的温度加热至高于引起电 镀反应的温度。该系统还包含流体输送系统，用以将电镀液输送至 该第一晶圆的上表面。响应该电镀液的输送，可透过耦合到该第一 真空吸盘和该第二真空吸盘中的一个的驱动机构，使该第二晶圆的 上表面接近该第一晶圆的上表面，以使该电镀液与该两个晶圆的上 表面接触。
[0007]在再一个实施方式中，提供一种用以在
半导体基板上进 行无电电镀的方法。该方法开始于将第一及第二半导体基板装载在 对应的第一和第二支撑结构上。该方法包含：将第一和第二支撑结 构定向，从而使对应的暴露的半导体基板表面彼此相对；以及施加 一电镀液于该第一半导体基板的暴露的表面。该方法还包含：使该 第二半导体基板的暴露的表面与在该第一半导体基板的暴露的表 面上的该电镀液接触；以及开始进行该电镀液与该两暴露的表面之 间的电镀反应。然后使该等暴露的表面相互远离。
[0008]通过下面显示本发明原理的具体实施方式，结合
附图， 本发明的其他方面将变的更加明显。
附图说明
[0009]通过结合附图详细描述的具体实施方式，本发明将更容 易理解，其中同类的参考标号代表同类的结构元件。
[0010]图1是依照本发明的一个实施方式的无电电镀技术的使 用应用的简化示意图。
[0011]图2A至2D描绘了依照本发明的一个实施方式，增加产能 并使消耗的电解质流体量降至最低的无电电镀解决方案。
[0012]图3是依照本发明的一个实施方式的无电电镀处理的温 度与时间图。
[0013]图4显示依照本发明的一个实施方式，用以执行电镀技术 以增加产能的方法操作的
流程图。
具体实施方式
[0014]提供一种高产量的无电电镀系统。应当明白，尽管此处 描述的是特定的电镀液，但本腔室可用于任何电镀液，而不限于上 述特定的电镀液。然而，显然，对于本领域的技术人员来说，本发 明可在没有某些或全部这些具体细节的情况下实施。在其它情况 下，没有对熟知的操作进行详细说明，以免造成对本发明不必要的 混淆。
[0015]在基板上钴的无电电镀需要反应室环境和电解质化学品 或溶液两者的精确控制。目前的无电电镀系统是利用再循环化学镀 槽，其可施加电解质于旋转的晶圆上，或者可使晶圆浸入其中。在 这两种情况下，随时间对电解质温度进行控制是困难的。目前的技 术是使用这样的系统，该系统一般在处理之前不会使用溶液中所有 的有效反应物，并因此浪费电解质化学品。因此，由于昂贵的电解 质化学品，所以包含的成本会增加。此外，为了发生反应，电镀处 理需要维持在升高温度的电镀温度，这也导致电解质溶液中的关键 添加物的劣化，例如在钴无电电镀化学品使用的还原剂。
[0016]此处所述的实施方式可使以下诸点成为可能：每一晶圆 使用最小量的电解质、电解质化学品的关键成分的使用点混合、低 温储存及输送电镀化学成分、以及增加产量。下面会详细说明，通 过使待施加电镀液的晶圆表面彼此面对的方式，将晶圆装载于对应 的加热真空吸盘上。也就是说，将晶圆的暴露的表面向下，而使其 位于另一晶圆的向上暴露的表面的上方。然后在晶圆到达电镀温度 之前，将流体施加在向上的晶圆上。也就是说，将晶圆加热至低于 引发电镀反应的温度。在钴无电电镀液的情况下，该温度是低于约 45℃。应当明白，施加的流体也就是用以进行无电电镀的电解质化 学品。一旦将流体施加在向上的晶圆上之后，将晶圆移在一起，以 在两个相对的晶圆表面之间形成窄间隙。这会迫使施加的流体在晶 圆到达临界电镀温度之前填满间隙。在一个实施方式中，使用小于 100微米的间隙，且用以填满两个晶圆间的该间隙所需的流体量小 于10毫米。在另一个实施方式中，为了改善液体在间隙中的分布并 为了使气泡的形成降至最低，可以对加热真空吸盘进行
机械加工而 获得微凸状弯曲，在间隙形成之后此凸状弯曲可使电解质完全
覆盖 两个晶圆的表面。该无电电镀液可以是任何合适的多成分市售配 方，例如由Enthone Inc.of West Haven，Connecticut所提供的配方。
[0017]图1显示了依照本发明的一个实施方式的无电电镀技术 的使用点应用的简化示意图。腔室100包含加热吸盘102，晶圆或基 板106放置在该吸盘上。O型环104用以密封腔室100的底部区域，以 防止来自晶圆106表面的任何电解质流体流落。此外，为了产生最 小溢流，施加流体的量可被选择为稍微大于由晶圆直径与形成的间 隙所包夹的体积。流体再循环回路110用以再循环不具有还原剂的 电解质流体。在一个实施方式中，流体再循环回路110维持在升高 的温度。在另一个典型实施方式中，该升高的温度高于约45℃，在 再一个典型实施方式中，该温度介于约50℃到约60℃之间。流体再 循环回路110供给输送管线112，该输送管线最终将流体输送至晶圆 106的上表面。还原剂108在流体再循环回路110的下游的使用点上 被添加到输送管线112内。应当理解：因为还原剂108是电解质溶液 不稳定的主要原因，所以在使用点添加还原剂有助于使过程稳定。 此外，因为通过输送管线112要添加到电解质溶液的还原剂的量相 对较小，如果流体再循环回路被维持在升高的温度，该稀释丝毫不 会影响流体的温度。包含还原剂108的电解质流体被输送到晶圆106 的上表面，并且发生无电电镀反应而在晶圆106的上表面上覆盖薄 膜。在一个实施方式中，该
薄膜为钴基薄膜。在本实施方式中，再 循环回路所再循环的部份电镀液可以是由0.1M的氯化钴或
硫酸钴、 0.2M的次
磷酸钠、0.03M的钨酸钠、0.5M的
柠檬酸钠、0.5M的
硼酸 以及少量的界面活性剂组合而成。在使用点添加的部份电镀液为二 甲基胺硼烷(DMAB，dimethylamine borane)等还原剂。本领域的技 术人员应当理解，其它电镀液(例如由Enthone Inc.所提供的)也可以 包含在本文上面所列的实施方式中，作为示例而不意在限制。
[0018]图2A到2D显示了依照本发明的一个实施方式的增加产 能并使消耗的电解质流体的量降至最低的无电电镀技术。真空吸盘 A 120支撑晶圆A 124。真空吸盘B 122支撑晶圆B 126。在一个方式 中，当每一个真空吸盘在垂直
位置时，真空吸盘A 120和真空吸盘B 122可装载对应的晶圆。然后，可将真空吸盘A反转并配置于真空吸 盘B的上方，从而使晶圆A 124与晶圆B 126的表面彼此相对。对本 领域的技术人员而言，显然，任何适合的真空吸盘都可以用来支撑 对应的晶圆。而且，用以反转真空吸盘的结构可以是耦合至真空吸 盘的受驱动支撑臂，其可在
水平及垂直位置反转及移动真空吸盘。 本领域的技术人员可以理解，耦合至支撑臂的
马达可提供用以反转 真空吸盘所需的移动，并提供水平及垂直的平移。在一个实施方式 中，每一个真空吸盘均可耦合至支撑臂，且两个真空吸盘都是可移 动的。或者，真空吸盘其中之一是可移动的。
[0019]此外，真空吸盘A 120及真空吸盘B 122可对由真空吸盘 支撑的对应的晶圆进行加热。本领域的技术人员可以理解，可使用 例如
电阻加热等已知市售技术或其它已知技术对晶圆进行加热。图 2B显示电解质流体施加至支撑在真空吸盘B 122上的晶圆B 126的 上表面。如上所述，将晶圆B 126的温度加热至低于引起无电电镀 反应的温度。因此，在晶圆B 126的上表面配置的电解质流体时无 电电镀不会发生。此外，因为只有少量的
电介质被施加到晶圆B 126 的上表面，所以电解质128维持在室温。如图所示，还原剂130在使 用点被添加至输送管线，该输送管线用以提供电解质流体至晶圆B 126的上表面。当然，还原剂130可被加入到保持蓄积的电解质128 中。在本实施方式中，可进一步降低此温度以防止电解质的劣化。 应当理解，由于此处所述的实施方式只需要相对比较少量的电解 质，所以当晶圆被预加热时，电解质流体的温度对温度的影响可忽 略。
[0020]图2C显示了流体输送结构的移除和真空吸盘A的降低， 以在晶圆A124和晶圆B 126的对应表面之间限定窄间隙。或者，真 空吸盘B与真空吸盘A两者可朝彼此移动。因为晶圆A与晶圆B之间 的间隙减小，所以两个表面(即晶圆A 124的上表面以及晶圆B 126 的上表面)都可与电镀液接触。间隙132包含电镀液于其中，且在本 发明的一个实施方式中该间隙可以小于100微米。因此，薄
弯月面 会在晶圆A 124与晶圆B 126的对应表面之间形成。依照本发明的一 个实施方式，用以形成间隙132中弯月面的液体量在200毫米晶圆上 可以是2毫升，或者在300毫米晶圆上可以是4-5毫升。这些量可在对 应晶圆表面上典型地提供小于1毫米的薄膜。在一个实施方式中， 该反应可以是自我限制的(se1f-limiting)。也就是说，在整个反应期 间该流体被消耗，从而不浪费电解质流体。换言之，全部量的钴都 沉积在表面上，而且反应完成之后剩余流体(即空乏层)的浪费得以 避免。应当理解，因为电镀液和晶圆B两者的温度都低于反应温度， 所以依照本发明的一个实施方式，当与电镀液接触时，晶圆A可被 保持在高于反应温度的温度。然后通过真空吸盘A 120与真空吸盘B 122两者，通过对应的晶圆而对电镀液进行加热，以均匀地电镀对 应的晶圆。图2D显示对应的真空吸盘120及122的分离。这里同样， 本领域的技术人员可以理解，已知的机械结构和技术可完成该分 离。在反应完成之后，将真空吸盘A 120和真空吸盘B 122分开，而 且晶圆A 124上具有限定于其上的薄膜134。类似地，晶圆B 126上也 有限定于其上的薄膜136。对应晶圆分开之后，在本发明的一个实 施方式中，可通过细微喷洒(fine spray)或放入水槽中，对具有薄膜 的表面进行冲洗或淬火。然后可将晶圆移开以进行进一步想要的处 理。
[0021]图3显示了依照本发明的一个实施方式的无电电镀处理 的温度与时间图。如图3所示，在时间t1，将晶圆A装载在对应的真 空吸盘上，此晶圆为上晶圆。在时间t2，将晶圆B装载在对应的真 空吸盘上。在此，晶圆B为下晶圆。在时间t3，将电解质溶液施加 到晶圆B的上表面上。如图所示，在时间t3，晶圆A已达到反应电镀 温度，也就是说对于钴电镀处理来说是45℃，然而，晶圆B尚未达 到电镀温度。在时间t4，将晶圆A降下以在两个对应晶圆之间的小 间隙中形成弯月面。这里同样，晶圆B仍未达到反应温度，但已经 接近该温度，而且通过晶圆B与晶圆A经由弯月面的耦合，从而可以 高效地达到该反应温度。电镀开始于时间t5，此时当对应温度已达 到平衡并高于电镀温度时。一旦电镀反应完成之后，为进一步处理， 将晶圆分开。
[0022]图4是依照本发明的一个实施方式，用以执行电镀技术以 增加产能的方法操作的流程图。此方法开始于操作300，将第一及 第二晶圆装载在对应的支撑结构上。在一个实施方式中，该支撑结 构是上述的加热真空吸盘。然后此方法移至操作302，将该第一和 第二晶圆定向，从而使对应的暴露的晶圆表面彼此相对。此处，如 图2A-2D所示，可将一个晶圆吸盘在另一个晶圆吸盘上方反转。在 一个实施方式中，真空吸盘在晶圆所座落的表面上可具有微凸状弯 曲。这种凸状弯曲被施加在晶圆上以改善晶圆表面上方的电解质的 分布并使气泡的形成降至最低。然后此方法前进至操作304，当第 一晶圆的温度低于引起溶液与暴露的表面之间的电镀反应的温度 时，将溶液施加至第一晶圆的暴露的表面。在一个实施方式中，此 溶液是用以进行发生在升高温度的无电电镀反应的电解质溶液，例 如钴电镀液。在另一个实施方式中，溶液可被施加在还原剂加入的 使用点处，以增加此处理的
稳定性。然后此方法进入操作306，移 动第二晶圆的暴露的表面，以使其与配置于该第一晶圆的暴露表面 上的溶液接触。应当理解，当此发生时，同时通过对应的真空吸盘 对晶圆进行加热。在一个实施方式中，相对于如关于图3所讨论的 下晶圆的温度，上晶圆的温度是升高的温度。一旦配置在两个晶圆 的间隙中的电镀液温度高于临界电镀温度时，将会开始进行无电电 镀。因此，在操作308中此反应发生在特定的时间周期。然后此方 法移动至操作310，将第二晶圆从第一晶圆移开。或者，根据附加 在对应的真空吸盘的传动装置，使两个晶圆相互远离。在操作312 中，将该第一及第二晶圆进行冲洗或淬火，以移除任何剩余流体或 污染物。然后此晶圆可用于在下游的进一步处理。如上所述，沉积 在晶圆表面上的电解质溶液的量可以是自我限制的(self-limiting)。
[0023]虽然此处详细说明了本发明的一些实施方式，但本领域 的技术人员应当理解，在不悖离本发明的精神及范围的情况下，可 用许多其它特定形式实施本发明。因此，本发明的
实施例和实施方 式是用来说明而非限制，且本发明并不限于此处所提供的细节，而 可以在随附的
权利要求的范围内可对其进行
修改及实施。
