专利名称:物体电镀方法和系统的利记博彩app
技术领域:
本发明的背景本申请要求2000,10,20申请的美国临时专利申请60/141754和2000,12,11申请的美国临时专利申请60/254361。
本发明的领域本发明涉及用于电镀物体的系统和方法。更具体地说,本发明涉及一种用于基本上保持电镀槽中的副产品浓度与/或电镀成分浓度的电镀方法和系统。本发明的一个附加的方面涉及至少一些电镀成分的重新使用和在各种物质中的有机材料的监视。
相关技术的说明半导体芯片制造工艺一般涉及在晶片上电镀金属成分。由于近来朝向铜互连技术转移,所以一直研制用于在晶片上电镀铜材料的电镀技术。不过,当前的镀铜处理需要成本高的可消耗物质,并产生大量的需要大的花费才能处置的并具有大量环境问题的废物。
在一种常规的镀铜技术中,晶片在充满含有有机和无机添加剂的电镀物质的电镀槽中被电镀。无机添加剂包括铜的硫酸盐,硫酸,水,还可能含有盐酸。
一般地说,根据有机添加剂在电镀处理中的作用,被归类为抑制剂或加速剂。顾名思义,抑制剂用于阻止金属铜在阴极表面上的淀积,而加速剂则用于增加所述淀积。抑制剂的其它特征是或者作为载体或者作为整平体。抑制剂一般是聚合物表面活性剂。在作为载体的情况下,它们在阴极形成单层,其提供铜离子的扩散阻挡层,并增加为形成细颗粒结构所需的阴极极化。整平体一般是多带电的并最好黏附于电荷较多的区域例如拐角或边缘上,因而阻止在槽口上悬挂。整平体的大的尺寸阻止其迁移到沟槽中,这又阻止敷形填充(conformal filling),并使得能够进行较好的自底向上的填充。
如上所述,有机添加剂还包括加速剂。这些物质通常是含有极化硫,氧,或氮官能团的不饱和化合物。它们被坚固而均匀地吸附在种子表面,促进密集的晶核形成,因而促进生成细颗粒。这导致均匀而光滑的质地好的(即亮的)镀层。因而,加速剂通常被称为加亮剂。
在电镀处理期间,有机添加剂分解,而加速剂一般比抑制剂较快地分解。用一种简单的方法估计,至少一种商业上可利用的电镀化学具有化学计量的分解速率为2mg/amp-hr的加速剂,而其抑制剂的分解速率为10mg/amp-hr。
因为在电镀期间有机材料分解,所以基本上连续的电镀处理需要某种方法用于控制电镀槽中的有机添加剂的数量。此外,需要控制由于有机添加剂的分解而产生的副产品的数量。
用于控制有机添加剂及其副产品的数量的最简单的方法涉及成批处理,其中起初电镀槽填充新鲜的电镀物质,并连续进行晶片的电镀,直到结果成为不可接受时为止。然后,整个电镀槽被排空,并重新填充新鲜的电镀物质。这产生大量的废料,这些废料必须被处理,因为其中含有大量的铜和酸。因为这种成批处理没有对电镀槽的化学反应进行直接的控制,所以来自被排空的电镀槽的大量的可重新使用的成分被丢弃而不能重新使用。
用于控制有机添加剂及其副产品的另一种方法被称为“流出并加入”方法。在这种方法中,新鲜的电镀物质以连续的流量被连续地加入电镀槽,而电镀槽的内容的一部分以恒定流量被连续地排出,然后不经重新使用便被丢弃。虽然这种方法比成批处理稍微复杂,但是两种方法在一段时间内产生的废料的数量基本上是相同的。例如,在高速率的晶片电镀时,产生的废料的数量范围为10cc-25cc/晶片。此外,虽然流出和加入方法消除了一些和有机添加剂有关的污染物,但是没有完全消除这些污染物,仅仅是将其稀释为一个基本上稳定状态的浓度。经过一段时间,由于副产品的积累便使得需要完全排空电镀槽,并然后被重新填充。
由上述看来,在该领域中需要一种改进的电镀方法和系统。
本发明的综述因而,本发明涉及能够克服现有技术中一个或几个限制的方法和系统。具体地说,本发明涉及一种和在晶片上电镀铜有关的具有特定的优点的方法和系统。不过,在广义上说,本发明可以用于在各种不同的物体上电镀不同的物质。例如,本发明可用于利用金电镀物体。
在一个方面中,本发明包括一种用于电镀物体的方法。在按照本发明的一种方法中,电镀物质被加入电镀槽中。物体被置于电镀槽中,并在电镀槽中被电镀。被电镀的物体从电镀槽中被除去。使用过的电镀物质,其中包括至少一种副产品,被从电镀槽中除去。和电镀有关的至少一个方面被监视。根据至少一个被监视的方面,调整被加于电镀槽的电镀物质的流量与/或从电镀槽中排出的被使用过的电镀物质的流量。
在所述方法的一种优选实施例中,在物体电镀期间产生至少一种电镀物质的至少一种副产品,并且所述监视方面和产生的至少一种副产品有关。流量调整基本上使电镀槽中的至少一种副产品的浓度保持在一个预定的数量以下。
在本发明的另一个优选实施例中,在电镀物体期间减少电镀物质的至少一种成分的数量,并且所述监视方面和在电镀期间减少电镀物质的至少一种成分的数量有关,这个特征可以和前面所述的实施方案相结合。流量调整基本上使电镀槽中的至少一种成分的浓度保持在预定值以上。
在本发明的另一个方面中,使用过的电镀物质被处理,从而把使用过的电镀物质的至少一部分转换成能够重新使用的电镀物质。所述能够重新使用的电镀物质被加入电镀槽中。
所述监视方面最好从在电镀槽中电镀的物体的数量、在物体电镀期间经过的时间、电流密度与/或在电镀期间施加的电能、在不进行电镀时的空载时间、在电镀槽中的物质的搅动的数量、在电镀期间发生的脉冲电镀的数量、在电镀槽中的物质的温度、电镀槽的温度、在物体上电镀的材料的淀积速率、在物体上电镀的材料的导电率、在物体上电镀的材料中的碳的浓度、在物体的沟槽中无空隙电镀的程度以及电镀物质的化学成分选择。
在按照本发明的另一种方法中,在物体的电镀期间产生电镀物质的至少一种副产品。其中含有所述至少一种副产品的使用过的电镀物质被从电镀槽中排出。使用过的电镀物质被净化,从而除去至少一些至少一种副产品,从而得到净化的电镀物质。至少一种成分和净化的电镀物质组合,从而产生电镀物质的混合物。使所述电镀物质的混合物流入电镀槽,从而重新使用净化的电镀物质。
在一个方面中,所述至少一种副产品包括有机材料,并且所述方法还包括监视在净化的电镀物质中的所述有机材料的数量。
在另一个方面中,监视在电镀物质的混合物中的有机材料的数量。
此外,所述方法还包括根据监视的有机材料的数量,调整和净化的电镀物质组合的至少一种成分的数量。
在另一方面中,使电镀物质的混合物流入一个存储槽,并监视在所述存储槽中的混合物,从而确定有机材料的数量。
在另一个方面中,提供多个电镀槽,并且单独的存储槽和每个电镀槽相关。所述方法还包括基本上同时地监视在能够存储槽中的有机材料的数量。在每个存储槽中的有机材料最好通过在每个存储槽中的单独的检测探针和用于接收来自每个检测探针的各个信号的公共的控制器进行监视。
所述净化最好包括下述方法中的至少一种利用活性炭过滤使用过的电镀物质,利用至少一种离子交换介质成分过滤使用过的电镀物质,利用颗粒除去过滤器过滤使用过的电镀物质,将使用过的电镀物质暴露在紫外光下,加热使用过的电镀物质,将使用过的电镀物质暴露于至少一种化学氧化物质,以及使使用过的电镀物质脱气。在优选实施例中,所述净化包括基本上全部除去含有有机材料的电镀物质,并且所述至少一种成分包括有机材料。
在本发明的另一个方面中,每个物体是用于制造半导体器件的晶片,并且每个晶片利用铜进行电镀。
本发明还包括用于电镀物体的系统。
本发明还包括用于电镀物体的系统。在一个方面中,所述系统被构成用于电镀物体的电镀槽。所述电镀槽和用于向电镀槽中添加电镀物质的装置以及用于从电镀槽排出用过的电镀物质的装置相连。所述系统包括至少一个监视器,其构成用于监视和物体的电镀相关的至少一个方面。一个控制器和所述监视器可以进行电通信。所述控制器被构成用于根据所述至少一个被监视的方面控制添加装置和排出装置的至少一个,以便调节被添加到电镀槽中的电镀物质的流量和从电镀槽排出的用过的电镀物质的流量中的至少一个。
在所述系统的一个方面中,使用过的电镀物质包括至少一种电镀物质的至少一种副产品,并且所述副产品在物体电镀期间在电镀槽中产生。所述被监视的方面涉及监视所述至少一种副产品的产生,并且由所述控制器提供的流量调节基本上把电镀槽中的至少一种副产品的浓度保持在一个预定值之下。
在所述系统的另一个方面中,在物体电镀期间在电镀槽中电镀物质的至少一种成分的数量被减少,这个特征可以和前面所述的实施方案相结合。所述监视方面涉及监视在电镀期间所述电镀物质的至少一种成分的减少,并且由控制器提供的流量的调节使电镀槽中至少一种成分的浓度保持在预定值以上。
添加装置与/或排出装置可以包括泵和流量控制阀中的至少一个。所述控制器最好被构成用于所述的泵与/或流量控制阀。
所述系统还可以包括处理单元,其被构成用于把用过的电镀物质的至少一部分转换成可以重新使用的电镀物质,可以重新使用的电镀物质在电镀槽中被重新使用。
所述监视器最好被构成用于监视至少下列情况之一在电镀槽中电镀物体的数量,在物体电镀期间经过的时间,在电镀期间施加的电流密度与/或电能,当不发生电镀时的空载时间,在电镀槽中的物质的搅动的数量,在电镀期间发生的脉冲电镀的数量,在电镀槽中的物质的温度,电镀槽的温度,在物体上电镀的材料的淀积速率,在物体上电镀的材料的导电率,在物体上电镀的材料中的碳的浓度,在物体的沟槽中无空隙电镀的程度以及电镀物质的化学成分。
本发明的另一个方面涉及一种包括净化器和成分合成器的系统。所述净化器被构成用于净化使用过的电镀物质,从而除去至少一种副产品的至少一些,借以产生净化的电镀物质。所述成分合成器被构成用于使至少一种成分和净化的电镀物质组合,从而形成电镀物质的混合物。所述电镀物质的混合物被通入电镀槽中,借以重新使用所述净化的电镀物质。
在附加的一个方面中,所述系统包括净化物质监视器,其被构成用于监视净化的电镀物质中有机材料的数量。
另一个方面包括混合物监视器,其被构成用于监视在电镀物质的混合物中有机材料的数量。
最好是,所述系统还包括和所述监视器进行电通信的控制器。所述控制器根据监视的有机材料的数量,调节和净化的电镀物质混合的至少一种成分的的数量。
在另一个方面中,所述系统包括探针,其被构成用于被设置在每个存储槽中,从而使得在各个槽中的有机材料可以被单独地监视,还包括公共控制器,用于接收来自每个检测探针的各个信号。
在另一个方面中,所述净化器被构成用于提供下列功能中的至少一种功能利用活性炭过滤使用过的电镀物质,利用至少一种离子交换介质成分过滤使用过的电镀物质,利用颗粒除去过滤器过滤使用过的电镀物质,将使用过的电镀物质暴露在紫外光下,加热使用过的电镀物质,将使用过的电镀物质暴露于至少一种化学氧化物质,以及使使用过的电镀物质脱气。
另一个方面涉及一种结构布置与/或电镀方法,其中满足下式Cb.t2=Cb.t0+(t2-t1)V×(mb-ηb.dVp.Cb.t1)]]>其中Cb.t2=在时间t2时的副产品浓度,Cb.t1=在时间t1时的副产品浓度,Cb.t0=初始的电镀溶液副产品浓度,V=在电镀槽和与所述电镀槽有关的存储槽的至少一个中的电镀物质的体积,mb=副产品积累的质量速率,以及dVp=通过净化器的液体的流量,ηb=净化器的副产品除去的效率。另一个方面涉及一种结构布置与/或电镀方法,其中满足下式Cc.t2=Cc.t0+(t2-t1)V×(Vc.q.dt(t2-t1)-mc-hc.dVp.Cc.t1)]]>其中Cb.t2=在时间t2时的成分浓度,Cc.t1=在时间t1时的成分浓度,Cc.t0=初始的电镀溶液成分浓度,Vc=成分的引入流量。
q=成分密度。
dt=成分引入的时间间隔。
mc=在电镀期间成分消耗的质量速率,以及ηc=净化器的成分除去的效率。
应当理解,上面的一般说明和下面的详细说明都是示例性的,旨在说明如权利要求限定的本发明。
提供附图是为了进一步理解本发明,并且所述附图作为说明书的一部分。
本发明的实施例,其和说明书一道,用于说明本发明的原理,在附图中图1是按照本发明的一个实施例的物体电镀系统的示意图,其中虚线表示电通信,实线表示流体连接;以及图2是图1所示的和监视各个存储槽中的多个探针相连的控制器的示意图。
优选实施例的说明下面参照附图详细说明本发明的优选实施例。在可能时,在附图中对于相同或相似的部分使用相同的标号和说明。
按照本发明,提供一种物体电镀系统。如图1所示,所述物体电镀系统的优选实施例包括电镀槽10,排出装置12,净化器14,成分组合器16,存储槽18和添加装置20。如同下面详细说明的,这种结构使得在电镀期间能够再循环和再利用电镀物质。
电镀槽10的结构可以和任何的常规的用于在物体上电镀金属与/或其它最初存在于电镀槽10中包含的电镀物质中的材料的电镀槽的结构相同。在本发明的优选的实施中,电镀槽10被构成用于在用于制造半导体器件的晶片上电镀铜。例如,电镀槽10可以包括阳极11,被放置在电镀槽10中的晶片可以作为阴极。最好是,阳极11由高纯度的固体铜构成,其含有不多于大约20mg/l的硫,硒,钠和磷,或者单独存在或者组合存在。
电镀槽10最好和存储槽18直接流通,使得当存储槽18填充电镀物质时(在电镀槽10中电镀物体期间其在正常情况下充有电镀物质),对存储槽18加入任何另外的电镀物质都会引起电镀物质以基本上和被加入存储槽18时相同的流量从存储槽18流到电镀槽10,并且从存储槽18中除去任何电镀物质将引起电镀物质从电镀槽10以基本上和从存储槽10除去电镀物质时相同的流量流入存储槽18。电镀槽10和存储槽18之间的连通还最好被这样构成,使得电镀槽10和存储槽18含有基本上相同浓度的电镀物质成分和电镀物质的副产品。
电镀槽10和存储槽10可以含有包括有机物质和无机物质的电镀物质。在电镀槽10中进行电镀期间,产生电镀物质的一种或几种副产品,因而电镀物质中的一种或几种成分的数量被减少。排出装置12最好直接和存储槽18流通,用于从存储槽18和电镀槽10中除去包括所述副产品的用过的电镀物质。然后,使这些用过的电镀物质流入净化器14,其最好被构成用于从用过的电镀物质中除去一种或几种副产品。
净化器14可以利用任何已知的用于从用过的电镀物质中除去副产品的技术。在优选实施例中,净化器14最好被构成用于利用活性炭过滤使用过的电镀物质,利用至少一种离子交换介质成分过滤使用过的电镀物质,利用颗粒除去过滤器过滤使用过的电镀物质,将使用过的电镀物质暴露在紫外光下(脉冲的与/或非脉冲的光),加热使用过的电镀物质,将使用过的电镀物质暴露于至少一种化学氧化物质,与/或使使用过的电镀物质脱气。当利用多于一种副产品的除去方法时,可以使使用过的电镀物质通过多个串联的处理装置按顺序进行处理,例如所述每个处理装置提供提供一个或几个副产品除去方法。
在本发明的一种优选实施中,净化器14被设置用于至少基本上除去使用过的电镀物质中的所有的有机物质。在本发明的另一种优选的实施中,净化器14只除去一种选择的类型的有机物质。净化器14也可以被构成用于除去一些选择类型的无机物质。例如,净化器14可以被构成用于除去HCl。
净化器14和成分组合器16相连,从而提供一种用于把使用过的电镀物质转换成能够在电镀槽10中重新使用的电镀物质。当净化器14除去一种或几种副产品时,所得的净化的电镀成分便流入成分组合器16,所述成分组合器被构成用于在净化的电镀物质中加入一种或几种成分,借以产生电镀物质的混合物。
成分组合器16的结构可以和任何常规的用于组合各种组成成分而形成电镀物质的结构一样。例如,成分组合器16可以是一种有时被称为“剂量器”的装置。在一个优选实施例中,成分组合器的结构类似于在2000,2,25申请的序列号为09/512752的专利申请中披露的一种混合装置,该专利披露的内容在此列为参考。最好是,组合器16对经过净化器14的净化的电镀物质加入至少一种或几种有机材料。此外,组合器16可以被构成用于加入一种或几种类型的有机物质,例如HCl,铜,H2SO4,与/或H2O。
当组合器16制成电镀物质的混合物时,添加装置20最好把所述混合物加入存储槽18中,这使得电镀物质从存储槽18流入电镀槽10。在电镀槽10中连续进行物体的电镀期间,通过添加装置20加入的电镀物质的混合物被用于在电镀槽10中的电镀。
所述系统的优选实施例最好包括和排出装置12,添加装置20,以及成分组合器16进行电通信的控制器22。如图1的示意图所示,控制器22也和电镀状态监视器24,净化物质监视器26以及混合器监视器28进行电通信。
电镀状态监视器24最好被构成用于监视和学电镀槽10中的物体的电镀相关的一个或几个方面。被监视的方面最好和在电镀期间至少一种副产品的产生与/或在电镀期间电镀物质的至少一种成分的数量的减少相关。例如,电镀状态监视器24最好被构成用于监视电镀槽中电镀的物体的数量、在物体电镀期间经过的时间、电流密度与/或在电镀期间施加的电能、在不进行电镀时的空载时间、在电镀槽中的物质的搅动的数量、在电镀期间发生的脉冲电镀的数量、在电镀槽中的物质的温度、电镀槽的温度、在物体上电镀的材料的淀积速率、在物体上电镀的材料的导电率、在物体上电镀的材料中的碳的浓度、在物体的沟槽中无空隙电镀的程度以及电镀物质的化学成分等方面中的至少一个。监视这些方面中的一个或几个可以提供在电镀槽10中的电镀物质的状态的表示。
根据由电镀状态监视器24提供的信息,控制器22控制添加装置与/或排出装置12,从而调节通过添加装置20加入存储槽18和电镀槽10中的电镀物质的混合物的流量、以及通过排出装置12从存储槽18和电镀槽10中排出的使用过的电镀物质的流量。最好是,所述控制主要用于保持在电镀槽10中的至少一种副产品的浓度在预定值以下。所述控制还最好主要用于保持在电镀槽10中的至少一种成分(即一种或几种有机成分,或者也可以是一种或几种无机成分)在预定值以上。
在优选实施例中,添加装置20和排出装置12包括任何类型的用于提供可变流量的流体的常规结构。例如,添加装置20和排出装置12可以包括可变流量流体泵与/或可变流量流体阀。也可以使用许多其它类型的结构。
最好是,控制器22这样调节添加装置20与/或排出装置12,使得在调节之前的流量和调节之后的流量互不相同并大于0。换句话说,流量调节最好和使用过的电镀物质通过排出装置12被连续地除去以及电镀物质的混合物通过添加装置20被连续地加入的同时进行。
如上所述,所述系统还最好包括净化物质监视器26和混合物监视器28。净化物质监视器26最好被构成用于监视要由净化器14除去的材料的数量,混合物监视器28最好被构成用于监视要通过成分组合器添加的材料的数量。根据由监视器26和28提供的数据,控制器22最好控制成分组合器16,以便调节由组合器16添加的一个或几个成分的数量。
例如,当净化器14被构成用于除去至少一种有机物质,成分组合器16被构成用于组合至少一种有机成分,从而形成混合物,监视器26和28最好被构成用于分别监视在净化的物质和电镀物质混合物中的有机材料的数量。
在优选实施例中,混合物监视器28是一种探针,其被构成用于测量有机材料和无机材料的浓度。所述探针被构成使得能够置于存储槽18中。例如混合物监视器28可以是有时被称为RTA探针的常规的监视器,其被构成使得能够置于存储槽18中。在图2所示的本发明的优选实施例中,如图1所示的监视器28的多个监视器28a,28b,和28c可被置于各个存储槽18a,18b,18c中,它们和各个单独的电镀槽(未示出)相连。每个监视器28a,28b,28c可以向控制器22提供数据,使得可以同时监视在存储槽18a,18b,18c中的有机材料(也可以是无机材料)。
当然,也可以采用其它结构。例如,所述系统可以具有一个净化器,其被设置用于从由多个不同的电镀槽中除去的使用过的电镀物质中除去至少一种副产品。此外,组合器可以被构成用于形成在多个不同的电镀槽中使用的电镀混合物。
如图1所示,所述电镀系统最好还包括供给器30,其被构成用于在电镀处理开始时或者在电镀处理期间在电镀槽10需要填充时,通过成分组合器16,添加装置20和存储槽18向电镀槽10供给新鲜的未被使用过的电镀物质。在经过成分组合器16之前,从供给器30流出的新鲜的电镀物质最好通过离子除去装置32,其被构成用于从新鲜的电镀物质中除去一种或几种预定类型的自由离子。当所述系统用于镀铜时,所述离子除去装置32最好被构成用于除去游离的钠和硫离子,并且最好被构成用于除去除碳、氧和氢离子之外的任何自由离子。供给器30与/或离子除去装置32例如可以由控制器22控制。
下面参照图1和图2说明用于在晶片上镀铜的优选的方法。虽然本发明结合在晶片上镀铜进行说明,应当理解,在广义上,本发明不限于此,本发明的一些方面可用于利用许多不同的材料电镀许多不同的物体,而不管它们是否和半导体领域与/或镀铜相关。此外,本发明的方法可以利用和图1,图2不同的结构来实施。
起初,供给器30通过离子除去装置32,成分组合器16,添加装置20和存储槽18对电镀槽10加入新鲜的电镀物质。离子除去装置32最好从电镀物质中除去一种或几种自由离子,例如钠和硫的自由离子。最好是,电镀物质包括用于在晶片上镀铜的有机和无机物质。
未被电镀的晶片被置于电镀槽10中,在其上用任何已知的方式镀上铜。因为电镀处理连续进行,所以被镀上铜的晶片从电镀槽10中被除去,并把未被电镀的晶片加入电镀槽10中。铜的电镀产生电镀物质的至少一些有机成分,从而产生副产品,例如短链聚乙烯二醇。镀铜还引起电镀物质中某种成分的数量的损耗,例如HCl与/或加速剂。
基本上在整个电镀处理期间,最好以连续方式使许多使用过的电镀物质通过存储槽18和排出装置12从电镀槽10中排出。净化器14最好通过除去基本上全部或至少一些有机材料使使用过的电镀物质净化,其中包括在电镀期间产生的副产品。例如,净化器14可以除去短链聚乙烯二醇。此外,净化器14也能够除去一些无机材料,例如HCl。
净化物质监视器26监视在净化物质中包含的有机材料的数量,并且把来自监视器26的信息发送到控制器22。根据来自净化物质监视器22的信息,控制器22控制成分组合器16,使得一种或几种成分和净化物质组合,从而产生电镀物质的混合物。例如,成分组合器16可以加入一些成分,例如HCl与/或加速剂。
添加装置20把所得的电镀物质混合物送入存储槽18,其中混合物监视器28监视在混合物中的有机材料的数量。使所述混合物通过电镀槽10,借以重新使用至少一些在电镀槽10中原来存在的电镀物质。最好是,基本上在整个电镀处理期间,添加装置20通过操作以连续的方式把电镀物质混合物添加到存储槽18和电镀槽10中。选择地,在电镀处理期间,希望供给器30也可以向电镀槽10添加(经过组合器16,添加装置20和存储槽18)添加新鲜的未经使用过的电镀物质。
控制器22从混合物监视器28获得信息,并且最好使用所述信息控制成分组合器16。例如,如果混合物监视器28检测到有机材料的一个相对高(或低)的值,则控制器26可以调节成分组合器16,使得添加较少的(或较多的)含有有机材料的成分。此外,如果净化物质监视器26检测到正在被净化器14除去的有机材料的一个相对高的值,控制器22则可以调节成分组合器16,使得加入较少的含有有机材料的成分。控制器22也可以控制供给器30。
当在电镀槽中电镀晶片时,电镀状态监视器24监视和电镀相关的一个或几个方面。如上所述,被监视的方面涉及在电镀槽10中至少一种副产品的产生与/或在电镀槽10中电镀物质的一种或几种成分的数量的减少。根据由监视器24监视的情况,控制器22最好控制排出装置12,以便调节从存储槽18与电镀槽10中被除去的使用过的电镀物质的流量,与/或控制添加装置20,以便调节被加入存储槽18和电镀槽10的电镀物质混合物的流量。所述流量调节最好保持在电镀槽10中的一种或几种副产品的浓度在预定值以下,与/或保持在电镀槽10中的一种或几种成分的浓度在预定值以上。
例如,当状态监视器24检测到一个和能够由净化器14除去的副产品的增加的数量有关的方面时,则控制器22控制排出装置12,使得增加从存储槽18和电镀槽10中除去的使用过的电镀物质的流量,与/或控制添加装置20,使得增加被加入存储槽18和电镀槽10的电镀物质混合物的流量。这种流量调节可以用相对自动而快速的方式减少在电镀槽10中的副产品的浓度。
作为另一个例子,当状态监视器24检测到一个和由成分组合器16添加的成分的减少有关的方面时,控制器22则可以控制排出装置12,使得增加从存储槽18和电镀槽10中除去的使用过的电镀物质的流量,与/或控制添加装置20,使得增加被加于存储槽和电镀槽10的电镀物质混合物的流量。这种流量调节能够以相对自动而快速的方式增加电镀槽10中的成分的数量。
控制器22能够控制排出装置12和添加装置20,使得例如提供大约5ml/min-25ml/min的流量范围。
除去根据来自状态监视器24的信息控制排出装置12和添加装置20之外,控制器22还可以根据所述信息控制组合器16,使得加入和被监视的方面有关的较多或较少的或特定的成分。
还可以有用于实施所述方法的各个方面的其它方式。例如,排出装置12和添加装置20的流量调节也可以在不涉及净化器14与/或成分组合器16的电镀处理中使用。
在本发明的一个优选实施例的例子中,其中在电镀槽10中在晶片上电镀铜,所述系统和方法这样保持浓度,例如使得电镀槽的电镀物质包括浓度大约为17g/l的铜(Cu++),浓度大约为200g/l的硫酸,浓度大约为30g/l的氯(CI-),浓度大约为18g/l的一种或几种抑制剂,浓度大约为1ml/l的一种或几种加速剂。
控制器22可以用许多不同的方式构成,使得保持电镀槽10中的一种或几种副产品的浓度在预定值以下,与/或保持一种或几种电镀物质成分的浓度在预定值以上。例如,控制器22可以被构成用于保持副产品的浓度满足下式Cb.t2=Cb.t0+(t2-t1)V×(mb-ηb.dVp.Cb.t1)]]>其中Cb.t2=在时间t2时的副产品浓度,Cb.t1=在时间t1时的副产品浓度,Cb.t0=初始的电镀溶液副产品浓度,V=在电镀槽和与所述电镀槽有关的存储槽的至少一个中的电镀物质的体积,mb=副产品积累的质量速率,以及dVp=通过净化器14的液体的流量,ηb=净化器14的副产品除去的效率。例如,控制器22也可以被构成用于保持成分浓度满足下式Cc.t2=Cc.t0+(t2-t1)V×(Vc.q.dt(t2-t1)-mc-hc.dVp.Cc.t1)]]>其中Cb.t2=在时间t2时的成分浓度,Cc.t1=在时间t1时的成分浓度,Cc.t0=初始的电镀溶液成分浓度,Vc=成分的引入流量。
q=成分密度。
dt=成分引入的时间间隔。
mc=在电镀期间成分消耗的质量速率,以及ηc=净化器14的成分除去的效率。
控制器22最好根据来自电镀状态监视器24与/或混合物监视器28的输入确定副产品浓度Cb。控制器22最好根据来自一个或几个数量检测器(未示出),例如超声波数量检测器的输入确定体积V。
在确定副产品和成分的浓度之后,控制器22最好确定净化器流量,成分引入流量,和进行成分配置以便建立副产品和成分的目标浓度所需的时间间隔。副产品积累的质量速率mb和在电镀期间成分消耗的质量速率mc最好通过把净化器流量和成分引入流量暂时设置为0,然后监视浓度的上升(或下降)的速率进行计算。
这将确定mc。按照一次近似,mb将假定等于mc。(实际上,mb<mc,这是因为有机黏合剂进入淀积膜的过程的缘故)。然后,最好计算最大可允许的副产品值(Cb.t)和dVp。
上述的公式最好这样使用,使得在t2时的浓度输出作为t1的浓度被用于下一次迭代,使得以后可以使用公式和软件控制。
上述的公式使得能够不用附加的输入变量计算副产品积累的质量的速率,并使得能够动态地调节有机净化器的馈入速率,从而对设置的浓度点提供较快的控制。这可以使得能够减少被顺利使用的电镀槽的容积,使得可以实现更快的响应,确保进行满意的污染控制。
按照本发明的系统和方法和以前的电镀槽结构相比具有若干优点。例如,通过除去至少一些有机成分并更换所述有机成分,可以保持更清洁的重复性更好的电镀槽化学作用。通过建立闭环是溶液再生,可以消除废铜和酸的成本高的处理。最后,再生的化学物质的连续净化最终将导致电镀工具制造者和最终用户的最佳过程控制。当然,本发明的许多方面的实施不限于一个或几个所述的优点。
本领域技术人员应当理解,不脱离本发明的构思对本发明的结构和方法可以作出许多改变和改型。由上述可见,本发明旨在包括所有这些改变和改型,它们都落在下面的权利要求及其等效物的范围内。
权利要求
1一种用于电镀物体的方法,所述方法包括把电镀物质加入电镀槽中;把物体置于电镀槽中;在电镀槽中电镀所述物体,其中在电镀期间产生至少一种电镀物质的至少一种副产品,并且/或者其中在电镀期间减少电镀物质的至少一种成分的数量;从电镀槽中除去被电镀的物体;从电镀槽中除去使用过的电镀物质,所述使用过的电镀物质包括所述至少一种副产品;监视和物体的电镀有关的至少一个方面,其中所述至少一个被监视的方面涉及在电镀期间所述至少一种副产品的产生,并且/或者涉及在电镀期间电镀物质的至少一种成分的数量的减少;以及根据所述至少一个被监视的方面调节加于电镀槽的电镀物质的流量和从电镀槽中排出的使用过的电镀物质的流量中的至少一个,使得实现下述目的之一基本上保持电镀槽中的至少一种副产品的浓度在预定值以下;基本上保持在电镀槽中的至少一种成分的浓度在预定值以上。
2如权利要求1所述的方法,其中所述调节包括调节添加于电镀槽的电镀物质的流量和调节从电镀槽排出的使用过的电镀物质的流量。
3如权利要求1所述的方法,其中所述调节包括调节电镀物质的流量从至少第一流量到第二流量,其中所述第一流量和第二流量大于0。
4如权利要求1所述的方法,,其中所述调节包括调节使用过的电镀物质的流量从至少第一流量到第二流量,其中所述第一流量和第二流量大于0。
5如权利要求1所述的方法,其中所述电镀物质包括有机物质和无机物质,并且其中所述至少一种副产品从至少一种有机物质中产生,并且/或者所述至少一种成分是至少一种有机物质的至少一部分。
6如权利要求1所述的方法,其中所述添加电镀物质和排出使用过的电镀物质发生在电镀物体的基本上所有的期间内。
7如权利要求1所述的方法,还包括处理使用过的电镀物质,使得把使用过的电镀物质的至少一部分转换成可重新使用的电镀物质,并把所述可重新使用的电镀物质加到电镀槽中。
8如权利要求1所述的方法,还包括除掉使用过的电镀物质而不再重新使用。
9如权利要求1所述的方法,所述至少一个监视方面从在电镀槽中电镀的物体的数量、在物体电镀期间经过的时间、电流密度与/或在电镀期间施加的电能、在不进行电镀时的空载时间、在电镀槽中的物质的搅动的数量、在电镀期间发生的脉冲电镀的数量、在电镀槽中的物质的温度、电镀槽的温度、在物体上电镀的材料的淀积速率、在物体上电镀的材料的导电率、在物体上电镀的材料中的碳的浓度、在物体的沟槽中无空隙电镀的程度以及电镀物质的化学成分选择。
10一种用于电镀物体的方法,所述方法包括把电镀物质加入电镀槽中;把物体置于电镀槽中;在电镀槽中电镀所述物体,其中在电镀期间产生至少一种电镀物质的至少一种副产品;从电镀槽中除去被电镀的物体;从电镀槽中排出使用过的电镀物质,所述使用过的电镀物质包括所述至少一种副产品;净化使用过的电镀物质,从而除去所述至少一种副产品的至少一些,从而产生净化的电镀物质;组合至少一种成分和净化的电镀物质,从而产生电镀物质的混合物;以及把电镀物质的混合物输入到电镀槽中,借以重新使用净化的电镀物质。
11如权利要求10所述的方法,其中所述电镀物质包括有机物质和无机物质,并且其中所述至少一种副产品从至少一种有机物质中产生。
12如权利要求11所述的方法,其中所述至少一种副产品包括有机材料,并且/或者所述至少一种成分包括有机材料,并且其中所述方法还包括监视在净化的电镀物质中的有机材料的数量和/或电镀物质的混合物中的有机材料的数量。
13如权利要求12所述的方法,其中所述方法还包括根据监视的有机材料的数量调节和净化的电镀物质组合的所述至少一种成分的数量。
14如权利要求13所述的方法,其中所述方法还包括监视电镀物质的混合物中的有机材料的数量,并根据监视的混合物中的有机材料的数量,调节和净化的电镀物质组合的至少一种成分的数量。
15如权利要求12所述的方法,其中所述方法还包括把所述电镀物质混合物输入到和电镀槽连通的存储槽中,并且其中存储槽中的混合物被监视,以便确定有机材料的数量。
16如权利要求15所述的方法,其中提供多个电镀槽,并且单独的存储槽和每个电镀槽相连,并且其中所述方法还包括基本上同时监视每个存储槽中的有机材料。
17如权利要求16所述的方法,其中在每个存储槽中的有机材料通过在每个存储槽中的单独的检测探针和用于接收来自每个检测探针的各个信号的公共的控制器被监视。
18如权利要求11所述的方法,其中净化的电镀物质至少包括无机物质的主要部分。
19如权利要求10所述的方法,其中所述净化包括至少下述之一利用活性炭过滤使用过的电镀物质,利用至少一种离子交换介质成分过滤使用过的电镀物质,利用颗粒除去过滤器过滤使用过的电镀物质,将使用过的电镀物质暴露在紫外光下,加热使用过的电镀物质,将使用过的电镀物质暴露于至少一种化学氧化物质,以及使使用过的电镀物质脱气。
20如权利要求11所述的方法,其中所述净化包括基本上全部除去含有有机材料的电镀物质,并且其中至少一种成分包括有机材料。
21如权利要求10所述的方法,其中所述方法还包括监视和所述物体的电镀相关的至少一个方面,所述方面和至少一种副产品的产生相关;以及根据所述至少一个被监视的方面,调节被加到电镀槽中的电镀物质和从电镀槽排出的使用过的电镀物质中至少一个的流量,从而把电镀槽中的至少一种副产品的浓度基本上保持在预定值以下。
22如权利要求10所述的方法,其中添加电镀物质和排出使用过的电镀物质发生在物体电镀的基本上整个的期间内。
23如权利要求1或10所述的方法,其中所述的电镀物质包括铜,并且其中所述物体利用铜进行电镀。
24如权利要求1或10所述的方法,其中所述每个物体是晶片。
25如权利要求1或10所述的方法,其中每个物体是用于制造半导体器件的晶片。
26如权利要求10所述的方法,其中所述净化还包括从使用过的电镀物质中除去HCl,并且其中所述组合包括把HCl加入净化的电镀物质中。
27如权利要求10所述的方法,还包括在电镀槽中加入新鲜的电镀物质,并从所述新鲜的电镀物质中除去至少一种预定类型的自由离子。
28一种利用电镀槽电镀物体的系统,所述电镀槽和用于向电镀槽中添加电镀物质的装置以及用于从电镀槽排出用过的电镀物质的装置相连,其中在物体电镀期间在电镀槽中电镀物质的至少一种成分的数量被减少,并且/或者使用过的电镀物质包括至少一种电镀物质的至少一种副产品,所述副产品是在物体电镀期间在电镀槽中产生的,所述系统包括至少一个监视器,其构成用于监视和物体的电镀相关的至少一个方面,所述方面涉及监视所述至少一种副产品的产生与/或涉及在电镀期间所述电镀物质的至少一种成分的减少;以及和所述监视器进行电通信控制器,所述控制器被构成用于根据所述至少一个被监视的方面控制添加装置和排出装置的至少一个,以便调节被添加到电镀槽中的电镀物质的流量和从电镀槽排出的用过的电镀物质的流量中的至少一个,从而基本上把电镀槽中的至少一种副产品的浓度保持在一个预定值之下,并且/或者使电镀槽中至少一种成分的浓度保持在预定值以上。
29如权利要求28所述的系统,其中所述添加装置包括泵和流量控制阀中的至少一个,所述控制器被构成用于控制所述的泵与/或流量控制阀中的至少一个,从而调节被加于电镀槽中的电镀物质的流量。
30如权利要求28所述的系统,其中所述排出装置包括泵和流量控制阀中的至少一个,并且其中所述控制器被构成用于控制所述的泵与/或流量控制阀中的至少一个,从而调节从电镀槽排出使用过的电镀物质的流量。
31如权利要求28所述的系统,其中所述控制器被构成用于控制添加装置和排出装置。
32如权利要求31所述的系统,其中所述控制器被构成用于这样控制添加装置和排出装置,使得电镀物质的添加和使用过的电镀物质的排出基本上在电镀槽中电镀物质的整个期间发生。
33如权利要求28所述的系统,还包括处理单元,其被构成用于把用过的电镀物质的至少一部分转换成可以重新使用的电镀物质,所述可以重新使用的电镀物质可以在电镀槽中被重新使用。
34如权利要求28所述的系统,其中所述至少一个监视器被构成用于监视下列情况中的至少一个在电镀槽中电镀物体的数量,在物体电镀期间经过的时间,在电镀期间施加的电流密度与/或电能,当不发生电镀时的空载时间,在电镀槽中的物质的搅动的数量,在电镀期间发生的脉冲电镀的数量,在电镀槽中的物质的温度,电镀槽的温度,在物体上电镀的材料的淀积速率,在物体上电镀的材料的导电率,在物体上电镀的材料中的碳的浓度,在物体的沟槽中无空隙电镀的程度以及电镀物质的化学成分。
35一种利用电镀槽电镀物体的系统,所述电镀槽和用于向电镀槽中添加电镀物质的装置以及用于从电镀槽排出用过的电镀物质的装置相连,所述使用过的电镀物质包括至少一种电镀物质的至少一种副产品,所述副产品是在物体电镀期间在电镀槽中产生的,所述系统包括净化器,其被构成用于净化使用过的电镀物质,从而除去至少一种副产品的至少一些,借以产生净化的电镀物质;以及成分合成器,其被构成用于使至少一种成分和净化的电镀物质组合,从而形成电镀物质的混合物,所述电镀物质的混合物被通入电镀槽中,借以重新使用所述净化的电镀物质。
36如权利要求35所述的系统,其中所述电镀物质包括有机物质和无机物质,并且其中所述至少一种副产品包括有机材料,并且其中所述净化器被构成用于除去包括有机材料的至少一些物质。
37如权利要求36所述的系统,还包括净化物质监视器,其被构成用于监视在净化的电镀物质中有机材料的数量。
38如权利要求37所述的系统,其中至少一种成分包括有机材料,并且其中所述系统还包括和监视器实行电通信的控制器,所述控制器根据被监视的有机材料的数量控制成分组合器,从而调节和净化的电镀物质组合的至少一种成分的数量。
39如权利要求38所述的系统,还包括混合物监视器,其被构成用于监视在电镀物质的混合物中有机材料的数量,所述控制器根据被监视的混合物中的有机材料的数量控制成分组合器,从而调节和净化的电镀物质组合的至少一种成分的数量。
40如权利要求35所述的系统,其中至少一种成分包括有机材料,并且其中所述系统还包括混合物监视器,其被构成用于监视在电镀物质的混合物中的有机材料的数量。
41如权利要求40所述的系统,还包括控制器,其被构成用于被监视的在混合物中的有机材料的数量控制所述成分组合器,从而调节和净化的电镀物质组合的至少一种成分的数量。
42如权利要求40所述的系统,其中所述存储槽和电镀槽相连,并且其中所述混合物监视器包括探针,其被构成用于测量有机材料和无机材料的浓度,所述探针的结构使得可以置于存储槽中。
43如权利要求42所述的系统,还包括多个探针,其结构使得可以置于各个存储槽中,使得各个存储槽中的有机材料可以同时被监视。
44如权利要求43所述的系统,还包括用于接收来自每个检测探针的信号的公共控制器。
45如权利要求35所述的系统,其中所述净化器被构成用于下述之一利用活性炭过滤使用过的电镀物质,利用至少一种离子交换介质成分过滤使用过的电镀物质,利用颗粒除去过滤器过滤使用过的电镀物质,将使用过的电镀物质暴露在紫外光下,加热使用过的电镀物质,将使用过的电镀物质暴露于至少一种化学氧化物质,以及使使用过的电镀物质脱气。
46如权利要求35所述的系统,还包括至少一个监视器,其被构成用于监视和物体电镀相关的至少一个方面,所述方面和至少一种副产品的产生相关;以及和所述监视器进行电通信的控制器,所述控制器被构成用于根据所述至少一个被监视的方面控制添加装置和排出装置中的至少一个,从而调节被加于电镀槽中的电镀物质的流量和从所述电镀槽排出的使用过的电镀物质的流量之一,以便基本上把在电镀槽中的至少一种副产品的浓度维持在预定值以下。
47如权利要求35所述的系统,还包括用于电镀槽的阳极,所述阳极由铜制成,并且其中不含有大于大约20mg/l的硫、钠、磷及其组合物中的至少一种。
48如权利要求35所述的系统,还包括离子除去装置,其构成用于从添加于电镀槽中的电镀物质中除去至少一种预定类型的自由离子。
49如权利要求36所述的系统,其中所述净化器还被构成用于除去HCl。
50一种用于电镀系统中的控制器,其中电镀物质被加入电镀槽中,物体在所述电镀槽中被电镀,在电镀期间产生至少一种副产品,包括所述至少一种副产品的使用过的电镀物质被从所述电镀槽中排出,并且净化器净化使用过的电镀物质,从而除去在电镀槽中电镀物体期间产生的至少一种副产品的至少一些,所述控制器包括一种满足下式的结构Cb.t2=Cb.t0+(t2-t1)V×(mb-ηb.dVp.Cb.t1)]]>其中Cb.t2=在时间t2时的副产品浓度,Cb.t1=在时间t1时的副产品浓度,Cb.t0=初始的电镀溶液副产品浓度,V=在电镀槽和与所述电镀槽有关的存储槽的至少一个中的电镀物质的体积,mb=副产品积累的质量速率,以及dVp=通过净化器的液体的流量,ηb=净化器的副产品除去的效率。
51一种电镀物体的方法,所述方法包括在电镀槽中加入电镀物质;在电镀槽中电镀物体;在电镀槽中电镀所述物体,其中在电镀期间产生至少一种电镀物质的至少一种副产品;从电镀槽中除去被电镀的物体;从电镀槽中排出使用过的电镀物质,所述使用过的电镀物质包括所述至少一种副产品;以及在净化器中净化所述使用过的电镀物质,从而除去至少一种副产品的至少一些,借以产生净化的电镀物质,其中满足下式Cb.t2=Cb.t0+(t2-t1)V×(mb-ηb.dVp.Cb.t1)]]>其中Cb.t2=在时间t2时的副产品浓度,Cb.t1=在时间t1时的副产品浓度,Cb.t0=初始的电镀溶液副产品浓度,V=在电镀槽和与所述电镀槽有关的存储槽的至少一个中的电镀物质的体积,mb=副产品积累的质量速率,以及dVp=通过净化器的液体的流量,ηb=净化器的副产品除去的效率。
52一种用于电镀系统中的控制器,其中电镀物质被加入电镀槽中,物体在所述电镀槽中被电镀,在电镀期间产生至少一种副产品,包括所述至少一种副产品的使用过的电镀物质被从所述电镀槽中排出,并且净化器净化使用过的电镀物质,从而除去在电镀槽中电镀物体期间产生的至少一种副产品的至少一些,至少一种成分和净化过的物质相结合,从而产生电镀物质的混合物,并且使所述电镀物质的混合物通入电镀槽中,所述控制器包括一种满足下式的结构Cc.t2=Cc.t0+(t2-t1)V×(Vc.q.dt(t2-t1)-mc-hc.dVp.Cc.t1)]]>其中Cb.t2=在时间t2时的成分浓度,Cc.t1=在时间t1时的成分浓度,Cc.t0=初始的电镀溶液成分浓度,Vc=成分的引入流量。q=成分密度。dt=成分引入的时间间隔。mc=在电镀期间成分消耗的质量速率,以及ηc=净化器的成分除去的效率。
53一种电镀物体的方法,所述方法包括在电镀槽中加入电镀物质;在电镀槽中电镀物体;在电镀槽中电镀所述物体,其中在电镀期间产生至少一种电镀物质的至少一种副产品;从电镀槽中除去被电镀的物体;从电镀槽中排出使用过的电镀物质,所述使用过的电镀物质包括所述至少一种副产品;以及在净化器中净化所述使用过的电镀物质,从而除去至少一种副产品的至少一些,借以产生净化的电镀物质,使至少一种成分和净化过的电镀物质组合,从而产生电镀物质的混合物;以及把电镀物质的所述混合物通入电镀槽中,其中满足下式Cc.t2=Cc.t0+(t2-t1)V×(Vc.q.dt(t2-t1)-mc-hc.dVp.Cc.t1)]]>其中Cb.t2=在时间t2时的成分浓度,Cc.t1=在时间t1时的成分浓度,Cc.t0=初始的电镀溶液成分浓度,Vc=成分的引入流量。q=成分密度。dt=成分引入的时间间隔。mc=在电镀期间成分消耗的质量速率,以及ηc=净化器的成分除去的效率。
全文摘要
本发明披露了一种用于电镀物体的方法和系统。其中监视和物体电镀相关的至少一个方面,从而确定在电镀期间产生的至少一种副产品的数量,并且/或者减少至少一种电镀成分的数量。根据所述监视的方面,对被加入电镀槽中的物质的流量与/或从电镀槽中排出的使用过的电镀物质的流量进行调节。使用过的电镀物质被净化,从而除去至少一些副产品,然后,使净化过的电镀物质和至少一种成分组合,然后被通入电镀槽中,从而重新使用至少一些电镀物质。在半导体晶片电镀铜期间,可以使用所述的方法和系统。
文档编号H01L21/288GK1361312SQ01142769
公开日2002年7月31日 申请日期2001年10月19日 优先权日2000年10月20日
发明者O·J·布拉赤尔, F·延森, C·J·迪金森, P·M·波茨尼尔克 申请人:美国Boc氧气集团有限公司