一种电镀头水平检测装置及方法与流程

1.本发明涉及集成电路制造技术领域，具体地，涉及一种电镀头水平检测装置，以及利用该电镀头水平检测装置进行电镀头水平检测的方法。


背景技术：

2.硅片的电镀工艺进行过程是通过流场和电场的共同作用使金属在硅片表面生长。在此过程中，任何的流场和电场的不均匀都会造成镀层的不均匀，从而造成缺陷。通常电镀腔体安装在水平可调的支架上，可以通过调节确保电镀腔体内的溢流面达到水平。此时，确保电镀头的水平就可以保证与电镀腔体内液面的相对平行，电镀头的水平需要专门的调试方法和器具。
3.由于电镀头直径与电镀腔体直径相近，在调试和测量上会比较困难，现有技术通常是采用工装做硬止位，让电镀头强行下降接触硬止位，然后把该点位置保存，通过偏移的理论距离来确定液面的实际位置。但这是一种间接的液面确定方式，无法保证电镀头与电镀腔体内液面的相对平行，当电镀腔体内液面与电镀头处于倾斜状态时，电镀液内的流场和电场的不均匀，将导致晶圆表面形成的镀膜的不均匀，进而导致电镀产品出现缺陷。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电镀头水平检测装置，并相应的提供一种利用该水平检测装置进行电镀头水平检测的方法，本发明可以确保电镀时晶圆与电镀液液面平行，从而确保流场和电场的均匀性，由此使得晶圆表面形成的镀膜均匀，提升电镀品质。
5.为实现上述发明目的，本发明采用如下所述技术方案：
6.一种电镀头水平检测装置，包括电镀头、驱动装置、电镀槽、检测器具以及计算装置，所述驱动装置能够驱动电镀头进入电镀槽；
7.所述检测器具安装于电镀头，电镀头设置有晶圆安装面；检测器具包括间隔设置且互不导通的若干个触点，若干个触点位于与晶圆安装面平行的同一平面上；
8.所述计算装置与检测器具电连接，当电镀头在驱动装置的驱动下进入电镀槽，各触点通过接触电镀槽内的电镀液而电性导通，计算装置分别检测各触点与电镀液的接触时间。
9.本技术方案中，通过采用以上所述结构设计，若干个触点位于与晶圆安装面平行的同一平面上，由此确保能够通过对触点的检测反映晶圆安装面与电镀液液面是否平行，须说明的是，本技术中，所谓若干个，指两个或两个以上；进一步地，本技术方案利用触点与电镀液接触导通的时间作为判断晶圆安装面是否水平的依据，可以理解，当各触点与电镀液接触的瞬时时间相同或极为接近，则可以确定晶圆安装面与电镀液液面平行或基本平行；而当各触点与电镀液接触的瞬时时间存在一定差距，例如，靠近左边的触点较靠近右边的触点更早接触电镀液，则说明晶圆安装面整体向左侧倾斜，须使电镀头向右侧摆动一定
角度以进行调整；显然，利用本技术方案提供的电镀头水平检测装置，能够直接、准确且快速的反映出电镀头是否相较于电镀液液面水平，从而为后续的均匀性电镀提供保障。
10.优选地，所述计算装置根据各触点与电镀液的接触时间，自动判断各触点与电镀液的接触时间差是否小于或等于预设值。
11.本技术方案中，通过采用以上所述结构设计，使用者可事先在计算装置中储存预设值，计算装置检测各触点与电镀液的接触时间后，可快速计算获得接触时间差，将接触时间差与预设值进行比对，当接触时间差小于或等于预设值，则表明晶圆安装面相较于水平面平行，当接触时间差大于预设值，则表明晶圆安装面偏离于水平面，此计算及判断过程完全由计算装置进行，无须人工参与，由此大大提升检测的效率及准确率。
12.优选地，当各触点与电镀液的接触时间差大于预设值，计算装置自动计算晶圆安装面相较于电镀液液面的偏转角度。
13.本技术方案中，通过采用以上结构设计，计算装置能够自动计算晶圆安装面相较于电镀液液面的偏转角度，由此避免因人工测算导致的效率低、易出错等缺陷。
14.优选地，所述计算装置根据如下公式自动计算晶圆安装面相较于电镀液液面的偏转角度α：
15.α＝asin(d/l)，且d＝v*δt，其中，d为选定两个触点的高度差，l为选定两个触点的直线距离,v为电镀头进入电镀槽的下降速度，δt为选定两个触点与电镀液液面的接触时间差。
16.本技术方案中，通过采用以上所述结构设计，利用偏转角度与选定两个触点的高度差及选定两个触点的直线距离的函数关系，即可快速且准确的获得晶圆安装面相较于电镀液液面的偏转角度，计算公式简单清晰明了，为后续的水平调整工作提供了良好的数据基础。须说明的是，为使d＝v*δt公式计算出的数值为选定两个触点的实际高度差，应保证电镀槽的下降速度为均匀的。
17.优选地，所述检测器具包括器具本体和设置于器具本体上的若干个触点，器具本体为圆形且器具本体安装于电镀头的晶圆安装面。
18.本技术方案中，通过采用以上所述结构设计，在进行电镀头水平检测时，直接将器具本体安装在晶圆安装面上，以此更直观且更准确的反映晶圆安装面相较于电镀液液面是否偏离及偏离情况。
19.优选地，若干个所述触点设置于器具本体的边缘位置。
20.本技术方案中，通过采用以上所述结构设计，使触点间隔设置在器具本体的边缘位置，由此能够拉大触点间的距离，提升电镀头水平检测装置的灵敏度，可以理解，当晶圆安装面未与水平面平行时，两个触点距离越远，则其与电镀液液面的接触时间即相差越大，由此即使是细微的倾斜，也能通过触点与电镀液接触的时间差很好的反映出来。
21.优选地，所述触点的数量为两个，两个触点以器具本体的轴线为中心对称设置。
22.本技术方案中，通过采用以上所述结构设计，将触点设计为两个，且两个触点以器具本体的轴线为中心对称设置，即两个触点直线距离为器具本体的直径，由此使两个触点的距离达到最大值，最大限度的提升电镀头水平检测装置的灵敏度。
23.优选地，还包括摆臂，所述摆臂与电镀头连接并能够带动电镀头沿摆臂轴线倾斜摆动，若干个触点位于与摆臂轴线垂直的同一直线上。
24.本技术方案中，通过采用以上所述结构设计，电镀头可在摆臂的带动下沿摆臂轴线倾斜摆动，由此进行电镀头相较于水平面角度的调整，结构设计简单，操作便捷。
25.一种电镀头水平检测方法，采用以上任一项所述的电镀头水平检测装置，包括如下步骤：
26.将检测器具安装于电镀头的晶圆安装面；
27.使驱动装置驱动电镀头以预设速度进入电镀槽；
28.计算单元检测各触点与电镀液的接触时间，并计算接触时间差；
29.计算单元判断接触时间差是否小于或等于预设值。
30.本技术方案中，通过采用以上所述步骤设计，利用触点与电镀液接触导通的时间作为判断晶圆安装面是否水平的依据，当各触点与电镀液接触的瞬时时间相同或接近，则可以确定晶圆安装面与电镀液液面平行或基本平行；而当各触点与电镀液接触的瞬时时间存在一定差距，则须使电镀头摆动一定角度以进行调整；显然，利用本技术方案提供的电镀头水平检测方法，能够直接、准确且快速的反映出电镀头是否相较于电镀液液面水平，从而为后续的均匀性电镀提供保障。
31.优选地，还包括如下步骤：
32.当计算单元判断接触时间差小于或等于预设值，则检测结束；
33.当计算单元判断接触时间差大于预设值，计算单元自动计算晶圆安装面相较于电镀液液面的偏转角度α；
34.使电镀头摆动α角度，由此使晶圆安装面平行于电镀液液面。
35.本技术方案中，通过采用以上所述步骤设计，利用计算装置自动判断晶圆安装面相较于水平面是否偏转，在判断为偏转的情况下，计算装置自动计算晶圆安装面相较于水平面的偏转角度，以此为数据基础将晶圆安装面调整至与电镀液液面平行，调整精确，且自动化程度高。
36.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
37.1.本发明提供的电镀头水平检测装置及方法，使触点位于与晶圆安装面平行的同一平面上，由此能够直接、准确且快速的反映出晶圆安装面是否相较于电镀液液面平行，从而为后续的均匀性电镀提供保障。
38.2.本发明提供的电镀头水平检测装置及方法，利用触点与电镀液接触导通的时间作为判断晶圆安装面是否水平的依据，结构设计简单，操作便捷，且准确性高，可反复进行检测。
39.3.本发明提供的电镀头水平检测装置及方法，可进一步通过触点与电镀液的接触时间差以及触点随电镀头的下降速度等数据，利用简单的三角函数关系，确定晶圆安装面相较于水平面的偏转角度，计算方式简单、快捷且准确。
附图说明
40.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
41.图1为现有技术中电镀设备的结构示意图；
42.图2为实施例1所述电镀头水平检测装置的结构示意图；
43.图3为图2的俯视图；
44.图4为图2的局部右视图；
45.图5为电镀头水平检测方法的流程图。
46.图中示出：
47.100-电镀头水平检测装置；
48.10-检测器具；
49.11-第一触点；
50.12-第二触点；
51.13-器具本体；
52.20-电镀槽；
53.30-驱动装置；
54.40-电镀头；
55.50-摆臂；
56.60-晶圆；
57.α-偏转角度；
58.δt-接触时间差；
59.d-高度差；
60.l-直线距离；
61.m-摆臂轴线；
62.n-水平线；
63.v-预设速度
具体实施方式
64.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
65.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
66.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，本技术中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、底
…
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。进一步地，在申请中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
67.第1实施例
68.图1示出了现有技术中一种电镀设备的结构示意图，其包括驱动装置30、电镀头40
以及电镀槽20，其中，驱动装置30连接电镀头40，电镀头40设置有晶圆安装面，晶圆60在电镀时放置在晶圆安装面上，电镀槽20内盛放电镀液，驱动装置30能够驱动电镀头40进入电镀槽20，以使电镀头40作为该电镀槽20的阴极，从而使电镀液中的预镀金属的阳离子附着于晶圆60表面而形成镀层。此外，电镀设备还通常设置有摆臂50，摆臂50与电镀头40连接，且摆臂50能够带动电镀头40沿摆臂轴线m倾斜摆动，从而实现排气泡功能。
69.晶圆60的电镀均匀性是电镀工艺的关键，任何的流场和电场的不均匀都会造成镀层的不均匀，从而造成缺陷。通常电镀槽20安装在水平可调的支架上，可以通过调节确保电镀槽20的溢流面达到水平，此时，确保电镀头40的水平就可以保证电镀时，晶圆60与电镀槽20内电镀液液面的相对平行。
70.为此，如图2所示，本实施例提供一种电镀头水平检测装置100，该电镀头水平检测装置100包括驱动装置30、摆臂50、电镀头40、电镀槽20、检测器具10以及计算装置，其中，驱动装置30经摆臂50与电镀头40连接，驱动装置30能够驱动电镀头40移动及旋转，摆臂50能够驱动电镀头40沿摆臂轴线m倾斜摆动。
71.检测器具10的整体形状与晶圆60类似，将检测器具10安装于电镀头40的晶圆安装面，由此通过检测器具10反映晶圆安装面相较于电镀液液面是否平行。
72.具体地，图3示出了图2的俯视图，可以看到，检测器具10包括器具本体13和设置于器具本体13上的第一触点11和第二触点12，第一触点11和第二触点12互不导通，且二者以器具本体13的轴线为中心对称设置，即第一触点11和第二触点12的直线距离l为器具本体13的直径。并且，第一触点11和第二触点12所在的直线与摆臂轴线m垂直。
73.进一步地，计算装置与检测器具10电连接，当电镀头40在驱动装置30的驱动下进入电镀槽20，第一触点11和第二触点12通过接触电镀槽20内的电镀液而电性导通，计算装置分别检测第一触点11和第二触点12与电镀液的接触时间，并计算二者的接触时间差δt。
74.计算装置中存储有第一触点11和第二触点12与电镀液接触时间差的预设值，当实际的接触时间差δt小于或等于预设值，则说明第一触点11和第二触点12同时或几乎同时与电镀液液面接触，由此说明检测器具10相较于电镀液液面平行，即电镀头40整体水平，无须调整。
75.而当实际的接触时间差δt大于预设值，则说明第一触点11和第二触点12到达电镀液液面的时间差距较大，检测器具10相较于电镀液液面处于倾斜状态，即电镀头40整体倾斜，须对其进行调整。
76.在本实施例中，计算装置能够自动比较接触时间差δt与预设值之间的大小关系，由此得出是否须调整电镀头40的结论。当计算装置得出须调整电镀头40的结论，计算装置进一步根据如下公式自动计算晶圆安装面相较于电镀液液面的偏转角度α：
77.α＝asin(d/l)，且d＝v*δt，d为第一触点11和第二触点12的高度差，l为第一触点11和第二触点12的直线距离,v为电镀头40进入电镀槽20的下降速度，δt为第一触点11和第二触点与电镀液液面的接触时间差。
78.如图4所示，当控制电镀头40以预设速度v垂直下降进入电镀槽20，第一触点11和第二触点12与电镀液接触的时间差δt乘以电镀头40下降的速度v等于第一触点11和第二触点12的高度差d，第一触点11和第二触点12的直线距离为l。
79.显然，第一触点11和第二触点12的高度差d、第一触点11和第二触点12的所在直
线、以及水平线n三者之间刚好围合成了一个直角三角形，第一触点11和第二触点12的所在直线构成了直角三角形的斜边，第一触点11和第二触点12的高度差d构成了直角三角形的直角边，而第一触点11和第二触点12的所在直线与水平线n之间的夹角即为晶圆安装面相较于电镀液液面的偏转角度α，根据直角三角形的函数关系可知，α＝asin(d/l)。
80.如图3所示，第一触点11和第二触点12所在的直线与摆臂轴线m垂直，在此情况下，计算装置通过上述公式计算获得α角度后，即可使摆臂50带动电镀头40以摆臂轴线m为中心摆动α角度，由此带动第一触点向下旋转α角度，第二触点向上旋转α角度，二者即处于与水平线n平行的直线上，由此使得检测器具10平行于电镀液液面，保证晶圆安装面与电镀液液面平行，从而保证后续电镀的均匀性，提高电镀产品的品质。
81.第2实施例
82.本实施例提供一种电镀头水平检测方法，采用实施例1所述的电镀头水平检测装置100，如图5所示，包括如下步骤：
83.将检测器具10安装于电镀头40的晶圆安装面；
84.使驱动装置30驱动电镀头40以预设速度进入电镀槽20；
85.计算单元检测各触点与电镀液的接触时间，并计算接触时间差δt；
86.计算单元判断接触时间差δt是否小于或等于预设值。
87.进一步地，还包括如下步骤：
88.当计算单元判断接触时间差δt小于或等于预设值，则检测结束；
89.当计算单元判断接触时间差δt大于预设值，计算单元自动计算晶圆安装面相较于电镀液液面的偏转角度α；
90.使电镀头40摆动α角度，由此使晶圆安装面平行于电镀液液面。
91.以上对本发明的具体实施例进行了描述，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。