本发明专利技术涉及有集成工艺边缘成像和计量系统的电镀和电填充后系统，具体公开了用于在晶片上形成金属层的电镀系统，该系统包括电镀模块和晶片边缘成像系统。电镀模块可包括用于包含阳极以及电镀过程中的电镀溶液的槽，以及用于在电镀过程中将晶片保持在所述电镀溶液中并旋转所述晶片的晶片保持器。晶片边缘成像系统可包括用于保持并旋转晶片通过不同的方位方向的晶片保持器，被取向以在所述晶片被保持并旋转的同时获得所述晶片的工艺边缘的多个在方位上分开的图像的摄像机(所述工艺边缘对应于在所述晶片上形成的金属层的外缘)，以及用于确定边缘排除距离的图像分析逻辑块，其中所述边缘排除距离是所述晶片的边缘和所述工艺边缘之间的距离。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及有集成工艺边缘成像和计量系统的电镀和电填充后系统，具体公开了用于在晶片上形成金属层的电镀系统，该系统包括电镀模块和晶片边缘成像系统。电镀模块可包括用于包含阳极以及电镀过程中的电镀溶液的槽，以及用于在电镀过程中将晶片保持在所述电镀溶液中并旋转所述晶片的晶片保持器。晶片边缘成像系统可包括用于保持并旋转晶片通过不同的方位方向的晶片保持器，被取向以在所述晶片被保持并旋转的同时获得所述晶片的工艺边缘的多个在方位上分开的图像的摄像机(所述工艺边缘对应于在所述晶片上形成的金属层的外缘)，以及用于确定边缘排除距离的图像分析逻辑块，其中所述边缘排除距离是所述晶片的边缘和所述工艺边缘之间的距离。【专利说明】有集成工艺边缘成像和计量系统的电镀和电填充后系统
本公开涉及电子器件的制造、半导体衬底的电镀和电填充后(post-electrofill)处理、包括边缘斜角去除装置的电镀和电填充后处理系统及装置、以及具有用于在处理过程中检查半导体晶片的集成和/或原位计量系统的电镀和电填充后处理系统。
技术介绍
集成电路制造通常涉及在半导体晶片的有源电路区域(即在用于IC器件的制造的晶片的正面上的主要内部区域)上沉积一或多个导电金属层。电镀工艺是用于完成这种金属层沉积的常用方法。例如，典型的电镀应用包括但不限于铜镶嵌电填充、近来在晶片级封装(WLP)应用中使用越来越多的锡银合金电镀(参见例如名称为“ELECTROPLATINGAPPARATUS AND PROCESS FOR WAFER LEVEL PACKAGING”和美国专利公布N0.2012/0138471,在此出于所有目的通过参考将其全文并入)、以及硅通孔(TSV)的铜电填充(参见例如2008 年 8 月 18 日提交的、名称为 “PROCESS FOR THROUGH SILICON VIA FILING” 的美国专利申请N0.12/193，644，其现在为2010年8月17日公告的美国专利N0.7，776，741 ;以及 2009 年 10 月 12 日提交的、名称为 “ELECTROLYTE CONCENTRAT1N CONTROL SYSTEM FORHIGH RATE ELECTROPLATING”的美国专利申请N0.12/577,619 ;在此出于所有目的通过参考将它们全文并入)。 虽然在半导体晶片的有源电路区域中需要导电金属层的沉积，但在其它区域，t匕如晶片的边缘斜角区域——邻近晶片边缘的狭窄区域，这样的沉积可以是不希望的。然而，在许多IC制造工艺中，在电镀可被执行之前，薄的导电材料层必须首先被沉积，作为用于后来的电镀操作的晶种，且常用来沉积该晶种层的工艺一通过溅射的物理气相沉积(PVD)—可无区别地在晶片的不需要导电金属沉积的区域中留下导电金属沉积。不过，为了最大化晶片有源表面区域的尺寸(从而最大化从每晶片制造的集成电路数量)，晶种层必须被溅射到非常靠近半导体晶片边缘的地方，因此，情况通常是，PVD沉积的金属不仅覆盖有源表面区域，而且涂布有源电路区域之外的整个正面边缘区域，以及正面边缘和一定程度上的背面。幸运的是，在PVD晶种层被沉积之后，导电金属的电填充更加易于控制。在一些电镀系统中，这种控制通过采用电镀模块以及从不希望的区域(比如晶片边缘和背面)排除电镀溶液的电镀蛤壳晶片保持器总成来实现。将电镀溶液限制在晶片有源表面的电镀装置的一个示例是可从朗姆研究公司获得的SABRE?蛤壳电镀装置，其在名称为“CLAMSHELL APPARATUS FOR ELECTROCHEMICALLY TREATING SEMICONDUCTOR WAFERS” 的美国专利N0.6，156，167有所描述，该专利在此出于全部目的通过参考全文并入。 出于各种原因，在电填充之后残留在晶片边缘上的PVD金属是不希望的。一个原因是PVD金属层很薄且往往在后续处理过程中剥落从而产生不希望的颗粒。这可通过下述内容来理解。在晶片的正面边缘，晶片表面是成斜面的。在此，PVD层不仅薄而且沉积不均匀。因此，它们附着得不是很牢。同样，后续电介层在这样薄的金属上的附着也很弱，从而引起了产生更多颗粒的可能性。相较而言，晶片的有源内部区域上的PVD金属被厚的、均匀的电填充金属简单地覆盖并被CMP向下平整化到电介质。接着，该平坦表面(大部分是电介质)被阻挡层物质(比如SiN)覆盖，二者均牢牢地附着到所述电介质且有助于后续层的附着。 为了解决这些问题，可设计电填充后处理系统来从半导体晶片的边缘斜角区域移除PVD沉积且电镀的金属。这样的边缘斜角去除(EBR)操作可在电填充后模块中执行且常常牵涉晶片边缘的在漂洗和干燥之前的金属蚀刻。在一些实施方式中，电填充后EBR模块可以是执行例如电镀(电填充)、电填充后以及潜在的其它操作(比如清洁操作)的集成电镀系统的一部分。 但EBR操作的精确度是重要的。特别重要的是，EBR操作不会从晶片的边缘斜角区域去除过少或过多的金属，以及该去除操作被均匀地完成，即以基本上径向对称的方式完成。在边缘斜角区域中去除过少金属会不能解决上述问题，而晶片上金属过于径向向内去除会消耗有用的表面区域(其没被消耗的话可作为额外的用于芯片产品的有源电路区域)。总之，有效的EBR操作用来从边缘斜角区域尽可能彻底且尽可能径向对称地(在足以解决上面联系在晶片的该区域中沉积的金属描述的缺陷的径向最狭窄的区域上)去除PVD沉积和电镀的金属。
技术实现思路
本文公开了用于在实质圆形的晶片上形成金属层的电镀系统，该系统包括电镀模块和晶片边缘成像系统。电镀模块可包括用于包含阳极以及电镀过程中的电镀溶液的槽，以及用于在电镀过程中将晶片保持在所述电镀溶液中并旋转所述晶片的晶片保持器。所述晶片边缘成像系统可包括用于保持并旋转晶片通过不同的方位方向的晶片保持器，被取向以在所述晶片在所述成像系统的晶片保持器上被保持并旋转通过不同的方位方向的同时获得所述晶片的工艺边缘的多个在方位上分开的图像的摄像机(所述工艺边缘对应于在所述晶片上形成的金属层的外缘)，以及用于从所述多个在方位上分开的图像确定边缘排除距离的图像分析逻辑块(logic)，其中所述边缘排除距离是所述晶片的边缘和所述工艺边缘之间的距离。所述电镀系统可进一步包括用于在所述图像分析逻辑块确定边缘排除距离在预定范围之外时将错误报告给所述电镀系统的操作者的故障识别和报告逻辑块。在一些实施方式中，所述图像分析逻辑块可从所述多个在方位上分开的图像确定多个在方位上分开的边缘排除距离，其中每个边缘排除距离是在具体方位角在所述晶片的边缘和所述工艺边缘之间的距离。所述图像分析逻辑块可进一步包括用于分析所述工艺边缘的图像并确定所述图像中的所述工艺边缘的锐度的锐度分析逻辑块。在一些实施方式中，所述工艺边缘被选定以便由所述图像分析逻辑块基于其自所述晶片的边缘向内在预定的径向范围内的位置进行分析，所述边缘排除距离参考所述工艺边缘进行确定。 在一些实施方式中，所述图像分析逻辑块可进一步包括同心度分析逻辑块，其用于确定当表示所述多个边缘排除距离相对于不同方位角的统计变化的度量值在预定阈值内时，所述晶片的边缘和成像的工艺边缘是同心的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于在实质圆形的晶片上形成金属层的电镀系统，所述系统包括：电镀模块，其包括：槽，其用于包含阳极以及电镀过程中的电镀溶液；以及晶片保持器，其用于在电镀过程中将所述晶片保持在所述电镀溶液中并旋转所述晶片；晶片边缘成像系统，其包括：晶片保持器，其用于保持并旋转所述晶片通过不同的方位方向；摄像机，其被取向以在所述晶片在所述成像系统的晶片保持器上被保持并旋转通过不同的方位方向的同时获得所述晶片的工艺边缘的多个在方位上分开的图像，所述工艺边缘对应于在所述晶片上形成的所述金属层的外缘；以及图像分析逻辑块，其用于从所述多个在方位上分开的图像确定边缘排除距离，其中所述边缘排除距离是所述晶片的边缘和所述工艺边缘之间的距离。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·马克·丁南，詹姆斯·E·邓肯，
申请(专利权)人：诺发系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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