专利名称：在镀覆金属至衬底表面上时自动控制多阳极配置的电流分布的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用用于电镀的反应器在衬底表面上沉积金属的工艺，特别是涉及对供给至镀覆工具的多阳极配置的电流的调整以在衬底表面获得所需厚度轮廓的该金属。
背景技术：
在很多技术领域中，在衬底表面上沉积金属层是使用频繁的技术。为了在衬底表面上有效沉积相对厚的金属层，以电镀或无电极电镀的形式的镀覆已经被证实为可实施且成本低廉的方法。因此，镀覆在半导体工业中已经变成引人注目的沉积方法。
现今，例如相较于一般常用的铝，由于考虑到铜及铜合金的传导性以及对于电迁移的抵抗性的优异特性，铜被视为在复杂的集成电路内形成金属层中较佳的候选材料。由于铜无法非常有效率地通过例如溅射沉积的物理气相沉积法而沉积具有层膜厚度在1微米及以上的等级，铜及铜合金的电镀为目前在形成金属化层中较佳的沉积方法。虽然铜的电镀是已建立完整的技术，而在整个具有包含沟槽及通孔的图案表面的大直径衬底上可靠地沉积铜，对于工艺工程师是极具挑战的任务。例如，形成超大规模集成器件的金属化层膜需要具有宽度在微米等级上的宽沟槽的可靠填覆，并且还需要具有0.2微米或甚至更小的直径或宽度的通孔及沟槽的填覆。当该衬底的直径逐渐增加时，情况将变得更为复杂。目前，在半导体工艺线上一般普遍使用八英寸或甚至十英寸晶片。因此，在铜镀覆的领域中需要花费极大的努力以提供该铜层膜在整个衬底表面所需的轮廓。乍看之下，所呈现的优点在于整个衬底表面的金属厚度轮廓可以尽量均匀地成型。然而，后镀覆工艺可能需要不同形状的轮廓，以便确保该完整集成电路的适当的器件功能性。例如，在以铜为基底的金属化层膜的形成期间，过多的铜可能需要移除，该程序目前一般通过金属表面的化学机械抛光(chemicalmechanical polishing；CMP)而达成。由于化学机械抛光工艺本身是时常表现出固有工艺非均匀性的高度复杂工艺，即，整个衬底表面的非均匀移除率，该工艺较适合结合该金属厚度轮廓与该后镀覆工艺，以在后镀覆工艺完成后整体达成改善的工艺均匀性。因此，通常配置电镀工具以便允许金属轮廓的变化，然而，其中控制最终获得的轮廓目前是繁复且耗时的。
参阅图1，现将描述典型的现有技术电镀系统以更详细说明包含在电镀铜内的问题。
在图1a中，显示包含具有第一电极102的反应容器(reactorvessel)101的典型传统的电镀系统100，在此例子中，第一电极102为具有多个可个别驱动的阳极部分102A...102N的阳极，由此定义多阳极配置。在这个例子中，考虑所谓的喷泉式反应器(fountain typereactor)，其中电解溶液从反应容器101的底部导入至该顶端并且接着通过连接出口104与储存槽107的管路103而重新循环，该储存槽107接着连至作为通过阳极102的通道的入口105。该系统100还包括用于支持诸如半导体晶片的衬底109的衬底固持件108，以便将所需的表面曝露于电解质。而且，衬底固持件108可以被配置用于作为第二电极，在此例子中为阴极，并且被配置用以提供电性连接给电源110，第二电极被配置以便能够供给定量的独立电流给各该阳极部分102A...102N。
图1b概略地显示了包含用于四个独立的阳极部分的多阳极配置102A...102N的电极102的上视图。
在衬底固持件108的上安装衬底109之前，在将要接收金属层的衬底109的表面上形成通过溅射沉积所提供的具有仔晶层(seed layer)的薄电流分布层(thin current distribution layer)。之后，衬底109安装在该衬底固持件108上，其中，小的接触区域(为了简化之故而不显示)经由该衬底固持件108而提供电性接触至该电源110。通过激活泵(未显示)并在阳极102(即该多阳极配置102A...102N)与产生各自电流的衬底固持件108之间施加适当的电压，而在反应容器101内产生电解质流。在入口105处进入反应容器101的电解质被导引至衬底109，其中由于在衬底109表面的特定区域上的金属的局部沉积速率取决于抵达此区域处的离子的数目，所以在衬底109上的金属的沉积是通过电解质的流动及多阳极配置102A...102N的排列所决定。因此，通过选择一组供给至多阳极配置102A...102N的电流，可以决定最终获得的厚度轮廓，其中，可选择性地，用于影响该离子和/或电解质流动的额外的工具可以例如扩散板(diffuser plate)的形式而加入。
一旦一组适当的电流在该电源供应器110内经过调整，最终的厚度轮廓将通过反应容器101、电解溶液、该组电流及镀覆时间的特性所决定。因此，这些特性的其中一个的变化可能导致最后获得的厚度轮廓的飘移。这种情况对于包含具有对应的多个多阳极配置102A...102N的多个反应容器101的电镀工具100而言将更为复杂，由于这时在任何这些反应容器内的任何细微的工艺扰动可能发生并且可能造成包含的工艺特性的高度复杂的彼此相互作用，因而影响了工艺稳定度。因此，通常会在正常的基础上执行多个测试衬底行程，因而需要时间及人力并且因此减少镀覆工艺的成品率及品质。
再者，在通过所谓的镶嵌技术(damascene technique)形成金属化层中，通孔及沟槽以金属填覆，并且必须提供特定程度的过多金属以便可靠地填覆通孔及沟槽。接着，过多的金属必须移除，以确保在邻接的沟槽及通孔之间的电性绝缘，并且提供用于更多金属化层膜的形成的平坦表面。对于移除过多金属及平面化该衬底表面的较佳的技术为化学机械抛光(chemical mechanical polishing；CMP)，其中欲移除的表面材料受到化学反应并且同时被机械式地移除。如同先前所解释的，化学机械抛光工艺是高度复杂的并且可能出现非均匀性，非均匀性可以通过针对化学机械抛光非均匀性配合电镀工艺的厚度轮廓而进行至少部分的补偿。然而，包含在产生该厚度轮廓的内的多个工艺参数，尤其是具有多个反应容器的镀覆工具，可能由所需的厚度轮廓而导致明显的偏差，因而使化学机械抛光非均匀性的补偿效率不佳。
因此，考虑到上述的问题，存在着能够对于在镀覆工具中的厚度轮廓进行快速及有效的调整的需求，以便消除或至少减少某些或全部的问题。
发明内容
一般而言，本发明涉及在电镀工具中用于控制供给至多阳极配置的独立电极的个别电流，其中用于该多阳极配置的个别电流，也称为指定电流，考虑所需的厚度轮廓以自动的方式计算该个别电流，由此提供电位以实质上不延迟的方式而用于响应该镀覆工艺本身和/或后镀覆工艺和/或前工艺的工艺扰动，即使在考虑之内该镀覆工具包含具有多阳极配置的多个工艺室。
依据本发明的一个说明性的实施例，该方法包括量化地决定关于用于电镀工具的多阳极配置的电流组以及通过电镀形成在衬底上的金属层的厚度的敏感度数据。该方法还包含依据在该电镀工具中用于待加工的第二衬底的敏感度数据决定用于该多阳极配置的更新的电流组。
在进一步的实施例中，该方法进一步包括决定用于该更新的电流组的各电流的允许范围。
在进一步的实施例中，在该更新的电流组的各电流位于其个别允许范围内的次要条件下决定该更新的电流组。
在进一步的实施例中，该方法进一步包括选择欲沉积的所需的金属量并决定在衬底上实际沉积预期的金属量所需的总电流数值及加工时间。
在进一步的实施例中，在该更新的电流组的个别电流的和等于该总电流数值的次要条件下决定该更新的电流组。
在进一步的实施例中，通过计算在该厚度轮廓数据及该所需的轮廓之间的最小差异来决定该更新的电流组。
在进一步的实施例中，该方法进一步包括当计算该最小差异时决定金属厚度的位置独立部分并使用该位置独立部分来决定用于该第二衬底的更新的加工时间。
在进一步的实施例中，该方法进一步包括依据该更新的电流组控制多个第二衬底的厚度轮廓。
在进一步的实施例中，该方法进一步包括在使用该更新的电流组加工该第二衬底之后，从该第二衬底获得厚度轮廓数据并依据该第二衬底的该厚度轮廓数据决定新更新的电流组。
在进一步的实施例中，该电镀工具包括至少一个以上的多阳极配置并且其中更新的电流组决定用于该至少一个以上的多阳极配置。
在进一步的实施例中，在该电镀工艺完成后依据该第二衬底所经历的工艺的至少一个工艺特殊特性来选择该所需的厚度轮廓。
在进一步的实施例中，该至少一个工艺特殊特性是化学机械抛光工艺的横跨衬底的移除率分布。
在进一步的实施例中，该方法进一步包括在抛光该第二衬底之后从该第二衬底获得移除率分布数据，并依据该移除率分布数据选择该所需的厚度轮廓。
在进一步的实施例中，依据在该电镀工艺之前该第二衬底所经历的工艺的至少一工艺特殊特性来选择该所需的厚度轮廓。
在进一步的实施例中，该至少一个工艺特殊特性涉及至少一个屏障层及仔晶层的溅射沉积。
在本发明的另一说明的实施例中，将提供在包含多阳极配置的具有至少其中一个工艺室的电镀工具中沉积金属的方法。该方法包括依据所需的厚度轮廓决定用于多阳极配置的电流组、决定从在电镀工具中所加工的至少其中一个衬底所获得的厚度轮廓数据并决定量化地描述在供给至多阳极配置及厚度轮廓的电流之间的关系的模型。最后，金属沉积在一个或一个以上的衬底上同时使用该决定的电流组。
在进一步的实施例中，该方法进一步包括从该至少一个衬底获得厚度轮廓数据并使用该至少一个衬底而获得的该厚度轮廓数据作为该厚度轮廓数据，以决定在该电镀工具中用于欲加工的衬底的该电流组。
在进一步的实施例中，该方法进一步包括决定用于在该一个或一个以上的衬底上沉积金属的更新的镀覆工艺时间。
在进一步的实施例中，依据先前使用的工艺时间以及表示镀覆金属的厚度改变的产生该改变所需的镀覆时间的敏感度因子而决定该更新的工艺时间。
依据本发明的另一个说明性的实施例，提供控制包含具有多阳极配置的多个工艺室的电镀工具的方法。该方法包括计算用于各多阳极配置的电流组以及在该多个加工室的每一个中使用该决定的电流组加工至少其中一个衬底。
在进一步的实施例中，用于各电流组的和实质上等于预定的目标数值。
在进一步的实施例中，该方法进一步包括下列步骤量化地决定使该多阳极配置的参考电流组与形成在该工艺室的至少一个内所加工的衬底上的金属层的厚度相关的敏感度数据；以及依据用于在该工艺室中待加工的多个第二衬底的该敏感度数据决定用于该多阳极配置的该电流组。
在进一步的实施例中，该方法进一步包括从在该电镀工具中所加工的至少一个衬底获得厚度轮廓数据并依据该厚度轮廓数据决定该电流组。
在进一步的实施例中，该方法进一步包括选择所需的厚度轮廓并依据该所需的厚度轮廓决定该电流组。
在进一步的实施例中，该方法进一步包括从先前在该多个工艺室中所加工的多个衬底获得参考电流组数据并依据该参考电流数据决定该电流组。
在进一步的实施例中，该方法进一步包括决定在各该电流组中用于各个别电流的允许范围。
在进一步的实施例中，在各电流组位于其个别允许的范围内的次要条件下决定该电流组。
在进一步的实施例中，该方法进一步包括选择欲沉积的所需的金属量并决定在衬底上实际沉积该预期的金属量所需的总电流数值及加工时间。
依据本发明的另一个说明性的实施例，用于电镀工具的控制器包括计算单元，该计算单元被配置用于为该电镀工具中欲加工的衬底决定至少其中一个多阳极配置的电流组，其中该计算为依据所需的厚度轮廓。
在进一步的实施例中，该计算单元被配置用于在每个该多个多阳极配置内加工衬底之前决定用于多个多阳极配置的多个电流组。
本发明的优点、目标和实施例被定义在后附的权利要求中，并且通过参考该下列描述并结合附图而变得显而易见，其中图1a示意地显示了具有多阳极配置的传统的电镀工具；
图1b示意地显示了图1a的工具的多阳极配置的上视图；图2依据本发明的示意性实施例示意地说明了包含以各种标准为基础而用于自动决定电流组的控制器的电镀系统；以及图3为依据本发明的示意性实施例的控制策略说明在不同的工艺室中所加工的多个衬底的厚度轮廓测量的结果。
具体实施例方式
尽管已经通过在下面的详细说明以及附图中给出的实施例说明了本发明，但是应当理解下面的详细说明以及附图中给出的实施例并不倾向于将本发明限制于所公开的特定的示意性实施例，公开的示意性实施例仅是举例说明由后附权利要求所限定范围的本发明的各方面。
另外，应该注意的是由于本发明特别适用于具有敏感的后镀覆工艺的工艺顺序，诸如化学机械抛光，该详细的描述将参照在衬底上电镀诸如铜的金属，衬底诸如一般用于半导体制造的衬底。然而，将容易了解的是本发明适用于具有外部外加电流(电镀)的任何镀覆工艺，在衬底表面上或部分衬底上需要特定沉积轮廓的任何形式的衬底。再者，虽然该描述参照了喷泉式镀覆反应器(fountain type plating reactor)，如图1a所示，但是其它形式的反应器，诸如电解质溶液浴等也可以使用。因此，应该了解到本发明并非限定于电镀反应器的特定形式，除非此类限定为在权利要求书中明白地提出。
通过本发明所提供的其中一特定的特征是用于快速地响应在电镀工具内或在镀覆工艺之前或之后的任何其它工艺的工艺条件的改变。例如，此类改变工艺条件可以是由于包含在镀覆溶液内的敏感的添加剂的特性的微小波动，或在镀覆工具中或在后镀覆的化学机械抛光工具中的任何消耗物的减少导致的镀覆溶液的特性变化。工艺条件的改变可以预先知道，例如在化学机械抛光工具中的消耗物的改变，或者可以通过任何适当的传感器组件所检测。由于在了解该工艺偏差之后，使用后续测试周期一般需要耗时的重新调整，工艺条件的其它改变可能本身是不“明显的”并且在传统的镀覆工具中不能以有效的方式作补偿。考虑参阅图1a及图1b的先前所解释的问题，本发明提供控制策略，其中用于操作一个或一个以上的多阳极配置的一组或一组以上的电流相较于用于在电镀工具中处理及加工衬底所需的时间可以在忽略的时间尺度上重新计算，由此提供该电位而用于以实质上不延迟的方式响应于工艺波动。在一些实施例中，对应用于各种多阳极配置的电流组的重新计算可以依据任何容易检测的工艺变化的产生，其中，例如，可以在供给至各多个多阳极配置的全部电流为实质上相同的条件下而执行该计算，由此确保所沉积的金属的数量对于同等的工艺时间是实质上相同的。另一方面，阳极电流的自动的重新计算也能够有效的并且若有需求可为实质上连续的响应于任何不明显的变化，该变化可能仅能通过与所需的目标轮廓的偏差而确认。
因此，在其它实施例中，用于电镀工艺的控制策略是依据由所需的厚度轮廓在预定允许的范围内而维持偏差的概念。沉积在衬底表面上的金属层的所需的厚度轮廓可以通过函数T(r)表示，其中假设T表示在该衬底表面上的位置r处的厚度数值。虽然该变量r可以表示在平面或非平面的衬底表面上的任何位置，在下文中假设r表示距离诸如在该半导体工业中的晶片实质上圆板状的衬底的中心的距离。因此，该假设所需的厚度轮廓T(r)具有轴向对称，然而，其中应该了解的是本发明的原理也适用于任意函数T(r)。同样地，金属层的实际的厚度轮廓可以标示为M(r)，其中M为表示在该位置r处的金属厚度。因此，依据本发明的一些实施例可以适当的考虑，以将真实厚度轮廓M(r)与所需的厚度轮廓T(r)的偏差维持在预定允许的范围内，而不管电镀工艺或任何前镀覆及后镀覆工艺的波动。
如同先前参考图1a及图1b所解释，真实的厚度轮廓M(r)可以通过供给至特定阳极部分102A...102N的电流所影响，其中各该阳极部分102A...102N的影响或敏感的程度可以预先决定，假设该影响是由该电镀工具在仅为可忽略的方式中的微小的工艺变化所影响。供给至个别阳极部分102A...102N的电流的影响在下文中可以称为敏感度，并且对应的数据可称为敏感度数据。通过决定特定的电镀工具的敏感度数据，诸如参考图1a及图1b所描述的工具100，对应的阳极电流组可以依据所需的厚度轮廓T(r)及实际的厚度轮廓M(r)而计算，实际的厚度轮廓M(r)可以从先前加工的衬底以离散测量数据(discretemeasurement data)的形式而获得。一般而言，依据本发明，在衬底的至少一些代表的位置上执行后镀覆厚度测量，衬底可用于决定对于一个或一个以上的多阳极配置的更新的电流组，诸如该配置102。可以容易地通过插值、数据匹配程序以及任何其它在该技术中众所周知的数据处理技术来获得将真实厚度轮廓的离散测量数据变换成为实质上连续的函数M(r)。该方法对于该敏感度数据也是真实成立的，该敏感度数据可以提供作为用于多个位置以及用于各该个别的阳极部分102A...102N的多个不同的电流数值的离散测量数值。例如，可以通过在特定的沉积时间之后改变用于特定的阳极部分的电流并测量获得的真实金属厚度来获得对应的敏感度数据。之后，沉积工艺可以从阳极部分102A...102N其中的另一个再继续或重新开始。可以通过其中一个上文提及的数据处理方法，根据多个离散测量数值来推导对于各个别的阳极部分的敏感度的连续函数(在此称为Si(r)，其中指针i表示该阳极部分102A...102N的其中一个。因此，依据用于产生该实际的厚度轮廓M(r)的该电流组，可以计算更新的电流组，使得用于将通过镀覆工具100加工的衬底的预期厚度轮廓与所需的厚度轮廓T(r)偏差处于已定义的允许范围内。
为了达到这个目的，依据该下列的方程式，通过位置相关的项与表示实际金属层相对于所需的理想金属层的恒定偏移的位置独立的项，可方便的表示在欲获得的实际厚度轮廓M(r)与所需的厚度轮廓T(r)之间的差M(r)-T(r)＝E(r)+MOffset(1)其中E(r)表示该位置相依的偏差或过量的材料，并且MOffset表示位置独立的偏差。因此，横跨整个衬底表面A的位置相关的部分E(r)的和等于零，意即∫WE(r)dA=0---(1′)]]>利用实质上恒定的镀覆时间的假设以及利用表示供给至该阳极部分102A...102N的个别电流的和的实质上恒定的全部电流ISUM，即Σi=102A102NIi=ISUM---(2)]]>
由于沉积在该衬底上的金属的数量实质上取决于供给至阳极部分及镀覆时间的全部电流，所以该位置独立的项目MOffset可能接近零。因此，改变至该个别阳极部分102A...102N的电流可能本质上影响位置相关的项E(r)，而依据该上文提及的假设，镀覆时间的次要的波动将主要影响位置独立的项MOffset，造成这个数值在大约零附近微量地变动。因此，在其中一个实施例中，供给至个别阳极部分102A...102N的更新的电流组可以依据该观念以减少方程式1中的E(r)的量或使其最小化。
为了达到这个目的，该更新的电流组可以标示为Iupdated=(I102Aupdated,...I102Nupdated),]]>而用于产生先前加工衬底的实际厚度轮廓的电流组可以标示为IO=(I102AO,...,I102NO).]]>同样地，表示该先前加工的衬底的厚度轮廓的对应函数可以标示为MO(r)，其中，如同先前所解释的，函数MO(r)可以通过对应的测量数值组而获得，该测量数值组依据标准的厚度测量程序可以在多个不同的位置r而取得。接着可以通过插值、数据匹配以及任何其它已建立的数据处理程序来获得该连续的或半连续的函数MO(r)。利用在获得厚度轮廓MO(r)中镀覆工艺实质上恒定的镀覆时间的假设，虽然期望为接近零，但由于位置相关的部分E(r)的和为零(见方程式1’)，如同先前参考方程式1的说明，所以可以通过使用方程式1作为根据MO(r)及T(r)的差采取衬底的整个面积的和或积分来计算位置相依的项MOffset(见方程式1)。因此，可在下列方式中通过方程式3而获得相对小的位置独立的部分MOffsetMOffset=1AW∫W(MO(r)-T(r))dA---(3)]]>其中AW表示金属镀覆于其上的该衬底的全部面积。
由于可以依据方程式3用于表示该位置相依的偏差E(r)的可允许函数的层级来计算MOffset，所以可以依据方程式1来计算用于后续衬底的对应的厚度轮廓，标示为M(r)。
由于镀覆工艺的控制变量为电流组I102A，...I102N，该电流组可通过该敏感度函数S102A(r)，...S102N(r)而与厚度轮廓M(r)产生关联，镀覆工艺可以通过在该先前加工的衬底MO(r)的厚度轮廓与敏感度函数S102A(r)，...S102N(r)之间相互关联而产生模型，以便获得该更新的厚度轮廓M(r)作为个别的阳极电流I102A，...I102N的函数。在一个实施例中，线性关系可以用于镀覆模型，例如由下列的方程式4给定M(r,I102A,...,I102N)=MO(r)+Σi=102A102NSi(r)(Ii-IiO)---(4)]]>其中指针i表示该个别的阳极部分102A...102N。应注意的是可以使用其它的关系，只要这些关系能表示个别的阳极电流在给定的厚度轮廓上的改变的影响即可，由此产生新的厚度轮廓。在方程式4中，厚度轮廓MO(r)最好依据来自先前加工的衬底所获得的测量数据，其中相对于目前依据计算的厚度轮廓M(r)而欲加工的衬底的延迟是适度少量的，以对于任何工艺波动提供电位短暂的反应时间。
然而，在其它实施例中，可以适当的考虑，依据平均的测量数据和/或预定的非实验数据与类似数据来选择该函数MO(r)。例如，在其中可能无法获得测量数据的镀覆工艺的初始阶段，适当的参考数据可以用于函数MO(r)或者可以使用所需的目标轮廓T(r)。
在一个特定的实施例中，控制工艺的稳定性可以改善之处在于对个别的阳极电流I102A，...I102N的允许范围进行适当的选择。即，可以选择每个阳极电流I102A，...I102N的上限及下限，使得通过具有处于其允许范围内的每个个别的阳极电流的电流组来获得最终的厚度轮廓M(r)。例如依据从先前镀覆的工艺所获得的经验，可以决定用于个别阳极电流的目标数值并且可以接着设定用于各阳极电流的个别允许的范围。在其它情况中，由于在镀覆工具的此种操作阶段中可以方便地研究个别的阳极电流的影响，所以个别的目标数值以及结合允许的范围可以依据在决定敏感度函数期间所获得的测量数据而决定。该目标数值以及用于各阳极部分102A...102N的对应允许范围也可以依据工具规格与工具和/或工艺需求而决定。通常地，相对于个别阳极电流的个别的目标数值的近似10至20％变化的范围可造成充分的控制稳定度。
在该下文中，用于该个别的阳极电流Ii(I＝102A...102N)的上限及下限将分别地标示为IiL及IiH。因此，对于给定允许的位置相关偏差E(r)，对应更新的电流组可以依据方程式1，3及4而计算。
在一个特定的实施例中，更新的电流组可以通过决定具有最小偏差E(r)的所需的厚度轮廓M(r)而获得。即，标示为
Iupdated=(I102Aupdated,...I102Nupdated)]]>的更新的电流组，可以通过解出该下列方程式5而获得min102A,...,102N∫OD|M(r,I102A,...,I102N)-MOffset-T(r)|dr---(5)]]>在一个特定的实施例中，使用对于该个别的阳极电流的次要条件并且设定次要条件使得个别的电流在允许的操作范围内，例如上文所决定的条件，和/或使得个别的阳极电流的和实质上等于预先定义的数值。因此，这些次要条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，积分可以从标示为D的衬底中心至衬底的边缘，以一维的积分而执行，或者积分可以横跨整个衬底表面以二维的积分执行。在一个实施例中，如同在方程式5中所示，由于在一维的表示中强调衬底中心的贡献而使用该一维的积分，该一维的表示有益于在衬底中心附近内关键的厚度轮廓。例如，后镀覆的化学机械抛光工艺在衬底中心的附近内可以呈现明显的移除率变化，以益于对应的敏感搭配的镀覆轮廓。
通过将方程式4代入方程式5并使用数值积分方法，可以计算更新的阳极电流。例如，诸如以Matlab随插形式的装有适当的指令集的个人计算机，可获得用于更新的阳极电流的计算数值。根据用于对应的控制单元的硬件需求以及根据所执行的计算所需的精确度，可使用诸如对应程序化的微型计算机的任何其它适当的工具，或者可以使用任何其它适当配置的电路，包含模拟和/或数字设计。如同将参考图2的说明，也可以使用远程的装置以有效地连接至对应的镀覆工具，以便在充分允许所需的控制操作的时间区间内传递计算、更新的电流组给镀覆工具。
如同先前所解释的，假设欲以电镀工具100进行加工的衬底对镀覆时间实质上为常数是有益的。在其它实施例中，可以通过对应地重新计算使用先前决定的位置独立偏差MOffset的更新的镀覆时间Tupdated来考虑镀覆时间的特定程度的变化。例如，可以通过预先建立的关系从用于先前加工的衬底的镀覆时间TO计算该更新的镀覆时间Tupdated。在一个例子中，更新的镀覆时间Tupdated可以与位置独立的偏差MOffset及先前的镀覆时间TO以下列方程式8的形式形成线性关系Tupdated=TO-1γMOffset---(8)]]>其中γ表示关于镀覆时间的改变的镀覆金属厚度的敏感度参数。用于γ的个别的计算数值可以通过测量在一个或一个以上的已定义的镀覆时间周期内的增加的厚度而容易地获得。因此，可以通过对应地重新计算更新的镀覆时间Tupdated而有效率地补偿厚度轮廓的任何偏差，在厚度轮廓的任何偏差中厚度轮廓相对于目标轮廓T(r)整体的实际偏移。如同先前所解释的，镀覆时间的少量改变并未实质地影响该位置相依的偏差E(r)，而该位置独立项MOffset仍然维持少量，因此在镀覆时间内的变化也是少量的，并且当以上文所描述的方式决定时，镀覆时间的对应更新的版本不致过度地影响控制策略或更新的阳极电流的稳定性。
参考图1a-1b及图2，现将以更详细的方式描述一个或一个以上的对于镀覆工具实施的上文确认的控制策略。
图2示意地显示了可以包括一个或一个以上的包含多阳极配置的反应容器的镀覆工具200，该多阳极配置诸如先前图1a和1b所述。因此，对应的反应容器可以标示为101并且反应容器101的描述如对图1a和1b的描述。反应容器101A、101B...连接至个别控制的电源供应器201A、201B...，该电源供应器201A、201B...被配置用于将电流组提供给在反应容器101A、101B...内的对应的多阳极配置。为求方便，将供给至对应的反应容器101A、101B...的个别的电流组称为I102A，...I102N，其中在各反应容器内的阳极部分的数目取决于镀覆工具200的设计。如同图1a和1b的说明，四个阳极部分102A...102N可以具有轴向对称的方式提供，其中在其它镀覆工具中，阳极部分的数目可以是少量的两个并且也可以是四个以上。该镀覆工具200也可以是多个不同的镀覆工具的系统，各镀覆工具有不同设计的反应容器，其中阳极部分的数目在多个镀覆工具中的至少一些中是不同的。同样地，反应容器101A、101B在反应器设计、阳极部分的数目及类似的部分中是彼此不同的。还应该要指出的是个别的反应容器101A、101B...的多阳极配置可不必呈现轴向对称，但是可具有经过适当考虑的任何几何配置。例如，在某些例子中，可能需要厚度轮廓呈现非轴向对称，并且因此可以提供对应的多阳极配置。例如，如图1a和1b中所示的多阳极配置102A...102N可具有圆形部分的形式，其中个别的部分为彼此隔离并且呈现多阳极配置的其中一部分。在此类的例子中，也可以使用先前说明的控制策略，其中对应的位置相关函数及项目必须以二维坐标而非一维径向分量来表示。
镀覆工具200有效地与控制器250连接，其中有效连接是以251表示并且旨在表示能够使数据至少从控制器250转移至镀覆工具200的任何连接。在特定的实施例中，连接251表示以有线或无线形式的数据传输线路以联通适当的控制信号至该个别的电源供应器210A、210B...，该连接251接着依据在该控制器250内所执行的计算结果使电源供应器210A、210B...输出用于各反应容器101A、101B...的个别电流组I102A，...，I102N。该控制器250可以在工作站、个人计算机或设备处理系统内实现，该控制器250提供在本身内部具有对应的计算单元以便执行上文所描述的一个或一个以上的实施例以建立更新的电流组。控制器250也可以包含经由该有效连接215而必须在该更新的电流组上提供信息给该电源供应器210A、210B...的任何接口及通信部分。在其它实施例中，该控制器250，例如以适当程序化的微处理器、专用集成电路(application specific integrated circuit；ASIC)等的形式，可以实现在或可以额外供提在控制单元(未显示)内，如同一般包含在用于控制该电镀工具的操作的传统电镀工具内。虽然控制器250的计算的能力决定数值计算的精确度及速度，例如在求解方程式5中，相较于在镀覆工具200中的衬底上相关处理的任何时间区间，控制器250通常在可忽略的时间区间内提供结果。控制器250还被配置用于接收来自环境的数据，在环境上可以依据更新的阳极电流的计算为基础。在一个实施例中，控制器250被配置用于接收来自诸如操作者、计算机、测量器件等的外部来源的敏感度数据。因此，敏感度数据可以离散测量数值、离散理论数值、数学函数的形式而提供，或者当使用个别的阳极电流I102A，...，I102N时以关于至少某些该阳极部分102A...102N在厚度轮廓上的效应的任何其它适当的信息而提供。根据该敏感度数据的形式，控制器250可以被配置用于以任何适当的形式储存并转换该敏感度数据，使敏感度数据能够用于该控制器250的计算单元中而用于建立更新的阳极电流。
在其它实施例中，控制器250可以被配置用于以离散测量数值、实质上连续的函数及类似方法的形式接收厚度轮廓数据，其中该厚度轮廓数据的形式可以转换为用于执行上文所解释的计算所需的任何适当的表示。同样地，控制器250可以被配置用于接收表示需要的厚度轮廓的外部供给的轮廓数据和/或控制器250可以任何方便的表示方式包括一个或一个以上的所需的厚度轮廓，当请求控制操作时可以使用该表示。在一个特定的实施例中，控制器250有效地连接至厚度轮廓测量系统(未显示)以便直接地接收来自先前加工的衬底的测量数据，由此提供用于闭环控制功能的电位，其中该闭环的反应时间实质上由用于提供厚度测量数据给该控制器250的时间延迟所决定。如同先前所提出的，由于更新的阳极电流的自动化计算，相较于在镀覆工具200内加工衬底中或在包含于控制操作内的任何其它测量系统中的任何其它时间，用于建立阳极电流的时间是可忽略的。
在其它实施例中，控制器250可以被配置用于接收额外的信息，诸如表示后续工艺的工艺特性的后镀覆工艺数据，诸如如同一般使用于以铜为基础的金属化层的制造的化学机械抛光工艺，或在镀覆工艺之前关于工艺上信息的前镀覆工艺数据，诸如电流分布层、仔晶层等的沉积。然而，镀覆工具200的状态信息可以供给至控制器250并且可以用于建立新的阳极电流。在一个实施例中，敏感度数据可以与镀覆工具200的状态信息产生关联，以减少关于该工具状态的敏感度数据的偏移。例如，可以了解的是敏感度数据可以取决于例如由于某些特性的变化的整体的工艺时间，诸如镀覆溶液的特性在时间上的变化。因此通过对应地调整该敏感度数据可以容易地将对应的众所周知的相关性并入上文描述的控制策略中，由此更进而加强该控制操作的稳定性。
在结合控制器250的工具200的操作期间，更新的电流组可以通过按照一个或一个以上的上述控制体制的控制器250而决定，其中，根据工具200的配置，多个个别的更新的电流组供给至个别的多阳极配置，由此相较于传统的工具显着地改善生产合格率，其中通常相同的电流设定为用于多个实质上相等的反应容器。依据本发明，更新的电流组对于各反应容器101A、101B...，在依据个别决定的更新阳极电流上能够使各反应容器101A、101B...同时操作的时间间隔中可以个别地决定。在特定的实施例中，控制操作是依据敏感度函数、S102A(r)...S102N(r)、以及厚度轮廓数据，先前标示为MO(r)，可以对于各个别的反应容器101A、101B...而建立并获得该数据。
在其它实施例中，所需的厚度轮廓可以经由诸如依据前镀覆的工艺或后镀覆的工艺选择，并且控制器250提供对应更新的电流组而相对于在该个别的反应容器101A、101B...中的整体的工艺时间没有延迟，即，在相较于例如需要将衬底加载入各该反应容器101A、101B...中的时间间隔是可以忽略的时间间隔内。例如，若镀覆后化学机械抛光工艺显示在衬底的中心处的移除率比在衬底的周围区域处较为快速地改变，则对应的新需求的厚度轮廓可以被选择，并且该控制器250可以容易地提供对应的更新阳极电流给多个反应容器101A、101B...。
图3示意性地表示在该工具200中用于多个衬底测量的厚度轮廓数据MO(r)。在本例子中，200mm衬底已经过加工以依据如同参考方程式5、6及7所描述的控制策略而沉积铜，其中所需的目标厚度轮廓由圆顶形的轮廓表示，以便符合镀覆后化学机械抛光加工在衬底中心处呈现增加的移除率的需求。在所使用的控制策略中，该镀覆时间是保持恒定的。曲线C在图3中表示在反应容器101A中所加工的衬底，而曲线B及A表示在接近两个小时的时间内在反应容器101B内加工的衬底。剩余未标示的曲线在图3中表示在更多工具200(未显示)的反应容器内加工的衬底。如同在图3中所示，控制器250实质上维持该所需的厚度轮廓，其中在这个例子中的偏差在最大厚度所沉积的衬底中心处大约在200埃以内。应该注意的是当镀覆时间以诸如依据方程式8所描述的控制操作更新时，该轮廓A、B及C的系统性偏移可以减少。
因此，本发明提供能够在电镀工具中有效控制多阳极配置的技术，其中个别的阳极电流和/或更新的镀覆时间为依据实质上不需要相对于电镀工具的典型的工艺时间的任何时间延迟的特定基准而计算，由此对于任何工艺变化能够快速反应。通过上文所说明的该控制技术，控制器250可以依据先前的衬底的测量结果而执行控制操作以计算用于一个或一个以上的待加工的衬底的更新的阳极电流。由于以实质上非延迟的方式用于决定该阳极电流的电位，所以多个多阳极配置可以受到控制，由此当镀覆衬底的品质增加时而显着地提升合格率。此外，可以同步地控制一个或一个以上的镀覆工具的个别的反应容器，并且可以自动化的方式来优化在各个别的反应容器内的该工艺条件，以便可以增加诸如湿式环(wet ring)接触、阳极等的消耗物的生命周期，由此显着地减少该工艺工具的故障时间。再者，本发明的概念可以容易地用在传统的镀覆工具上，由此促进这些工具的提升效率及生产率而不需过度地造成额外的花费。在其它实施例中，阳极电流及镀覆时间可以惯例依据参考或不参考测数据而作更新，其中该更新的阳极电流可以依据各种标准而建立，诸如供给至各多阳极配置的恒定的总电流。
鉴于此叙述，本领域技术人员将更清楚本发明进一步的修饰和改变。因此，该叙述只用于例示，以及提出本领域技术人员实现本发明的普遍方法。需了解在此处提出和揭露的本发明的形式视为目前较佳的实施例。
工业应用性本发明涉及用于制造微电子器件的工艺。因此，工业应用为清楚易见的。
权利要求
1.一种方法，包括量化地决定敏感度数据使用于电镀工具的多阳极配置的电流组与通过电镀形成在衬底上的金属层的厚度相关；以及在该电镀工具中依据用于待加工的第二衬底的该敏感度数据决定用于该多阳极配置的更新的电流组。
2.如权利要求1所述的方法，还包括从在该电镀工具中所加工的至少一个衬底获得厚度轮廓数据并依据该厚度轮廓数据决定该更新的电流组。
3.如权利要求1所述的方法，还包括依据该敏感度数据决定用于第二多阳极配置的第二更新的电流组，其中该更新的电流组之和实质上等于该第二更新的电流组之和。
4.如权利要求1所述的方法，还包括选择所需的厚度轮廓并依据该所需的厚度轮廓决定该更新的电流组。
5.如权利要求4的方法，还包括从该至少一个衬底获得参考电流数据组并依据该参考电流数据决定该更新的电流组。
7.一种在包含多阳极配置的具有至少其中一个工艺室的电镀工具中沉积金属的方法，该方法包括依据所需的厚度轮廓为该多阳极配置决定电流组，由至少一个在该电镀工具中加工的衬底所获得的该厚度轮廓数据，以及量化地描述在供给到该多阳极配置的电流与厚度轮廓之间关系的模型；以及使用该决定的电流组在一个或一个以上的衬底上沉积金属。
8.如权利要求7所述的方法，其中该模型基于使厚度轮廓关联至在该电镀工具中金属的沉积期间的电流变化的敏感度数据。
9.如权利要求7所述的方法，其中该电镀工具包括具有多阳极配置的至少另一个工艺室，并且在该至少另一个的工艺室中加工至少一个衬底之前，依据所需的厚度轮廓、由在该电镀工具中所加工的至少一个衬底所获得的厚度轮廓数据以及量化地描述在供给至该多阳极配置的电流与厚度轮廓之间关系的模型而决定另一电流组。
10.一种控制包含具有多阳极配置的多个工艺室的电镀工具的方法，该方法包括计算用于各多阳极配置的电流组；以及使用该决定的电流组同步在各该多个工艺室中加工衬底。
全文摘要
一种结合控制器(250)而操作的电镀工具(200)，该控制器自动决定用于该镀覆工具的多阳极配置(102A、…102N)的个别的电流。该阳极电流的计算可以依据敏感度数据及测量数据以及依据所需的目标轮廓，以便即使对于具有多个工艺室的镀覆工具也能够实现对于工艺变化的快速反应。
文档编号C25D17/10GK1860259SQ200480028523
公开日2006年11月8日 申请日期2004年9月17日 优先权日2003年9月30日
发明者M·邦克斯, D·沃尔斯泰因, A·普罗伊塞 申请人:先进微装置公司