CN112160003B - 电镀装置中的电流密度的控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电镀装置中的电流密度的控制。本发明的各种实施方式涉及用于电镀金属到衬底上的方法和装置。在各种情况下，参比电极可被修改以促进电镀结果的改进。修改可以涉及参比电极的形状、位置、相比于电解液的相对电导率或其它设计特征中的一个或多个。在一些具体的实施例中，参比电极可以是动态可变的，例如具有可变的形状和/或位置。在一具体的实施例中，参比电极可以由多个区段组成。本文描述的技术可根据需要被组合以用于各种应用。

Description

电镀装置中的电流密度的控制
本申请是申请号为201610156899.5，申请日为2016年3月18日，申请人为朗姆研究公司，发明创造名称为“电镀装置中的电流密度的控制”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开总体上涉及半导体领域，更具体地涉及电镀装置中的电流密度的控制。
背景技术
半导体器件的制造过程中经常采用的一种工艺是电镀。
例如，在铜镶嵌工艺中，电镀用于形成先前已经蚀刻到介电层的通道内的铜线路和通孔。在电沉积之前，使用例如物理气相沉积将籽晶层沉积到通道中以及衬底表面上。然后在籽晶层上进行电镀以将较厚的铜层沉积到所述籽晶层上，使得所述通道被完全充满铜。在电镀后，可将多余的铜通过化学机械抛光除去。电镀也可用于沉积其它金属和合金，并且可以用于形成其它类型的特征。
发明内容
本发明的某些实施方式涉及用于电镀的方法和装置。在这些实施方式的一方面中，提供了一种用于将金属电镀到衬底上的装置，该装置包括：用于保持电解液的室；用于将所述衬底保持在所述室中的衬底支架；以及参比电极，其中所述参比电极(a)被成形为像环的形状，(b)被成形为像弧的形状，(c)被成形为包括多个独立的区段，和/或(d)被设计为包括动态可变的形状。
例如，在一些实施方式中，所述参比电极是环形的。在其它情况下，所述参比电极是弧形的。在使用弧形的参比电极的一些实施方式中，所述参比电极的弧可以跨越介于约75-180°之间或介于约105-150°之间的角度范围。
所述参比电极可定位在相对于衬底开始进入电解液中的位点的特定的位置。在一些实施方式中，所述参比电极定位为使得所述参比电极的中央部位被定位成接近衬底进入位置。在一些其它实施方式中，所述参比电极定位为使得所述参比电极的中央部位在角度上偏离衬底进入位置，该偏离的角度介于约30-90°之间。
在一些实施方式中，参比电极可以具有更复杂的设计。例如，所述参比电极可以是多区段电极，该多区段电极包括能独立地启用和/或停用的至少两个区段。该启用/停用可以在浸渍过程中发生和/或在浸渍之后发生。所述装置可以包括控制器，该控制器具有用于下述操作的指令：(i)在将所述衬底浸渍在电解液中之前启用所述多区段电极的多个区段，以及(ii)当所述衬底浸渍在电解液中时，独立地停用所述多区段电极的所述区段中的一个或多个。在一些实施方式中，所述区段的数量介于约4-6个之间。在一些实施方式中，相邻的区段之间的间隔可以介于约2.5-12.5厘米之间。
在一些实施方式中，所述参比电极被设计成具有动态可变的以包括至少第一形状和第二形状的形状，所述第一形状和第二形状各自为弧形，并且所述第一形状和第二形状延伸到不同的角度范围。所述装置还可以包括控制器，该控制器具有用于以下操作的指令：当所述衬底浸渍在电解液中时，将所述参比电极的所述形状从第一形状改变到第二形状。在一些实施方式中，所述第一形状延伸到比所述第二形状的角度范围大的角度范围。
在所公开的实施方式的另一个方面，提供了一种电镀金属到半导体衬底上的方法，该方法包括：将所述衬底浸渍在电镀室内的电解液中；监控所述衬底和参比电极之间的电位差，所述参比电极(a)被成形为像环的形状，(b)被成形为像弧的形状，(c)被成形为包括多个独立的区段，和/或(d)被设计为包括动态可变的形状；以及将金属电镀到所述衬底上。
在多种实施方式中，监控所述衬底和所述参比电极之间的电位差包括在浸渍期间控制所述衬底和所述参比电极之间的电位差。在一些这样的情况下，控制衬底和参比电极之间的电位差在浸渍期间基本恒定。
如以上所指出的，在一些实施方式中，参比电极是环形的。在一些这样的实施方式中，所述参比电极的导电性可以介于所述电解液的导电性的约10倍至50倍之间。在一些实施方式中，所述参比电极也可以是弧形的，例如，在某些情况下，所述参比电极的弧可以跨越介于约75°-150°之间的角度范围。在这些实施方式的一些中，所述参比电极的导电性可以介于所述电解液的导电性的约100倍至200倍之间。在某些情况下，也可以使用其它形状和相对电导率。例如，在某些实施方案中，所述参比电极是弧形的且跨越介于约105°-150°之间的角度范围。在这些实施例的一些中，所述参比电极的导电性可以介于所述电解液的导电性的约120倍至200倍之间。在另一实施方案中，所述参比电极是弧形的，所述参比电极的弧跨越介于约150°-240°之间的角度范围。在某些这样的情况下，所述参比电极的导电性可以介于所述电解液的导电性的约70倍至100倍之间。
所述参比电极可定位在各种位置。在一些实施方式中，参比电极被定位为使得所述参比电极的中央部位被定位为接近衬底进入位置。在一些其它的实施方式中，所述参比电极被定位为使得所述参比电极的中央部位在角度上偏离衬底进入位置，该偏离的角度介于约30-90°之间。如所提到的，在某些情况下，参比电极可以具有更复杂的设计。例如，所述参比电极可以是多区段电极，该多区段电极包括能独立地启用和/或停用的至少两个区段，所述方法还包括独立地启用和/或停用该参比电极的区段。在一些情况下，所述参比电极被设计成具有动态可变的以包括至少第一形状和第二形状的形状，所述第一形状和第二形状各自为弧形，并且所述第一形状和第二形状延伸到不同的角度范围，所述方法还包括在浸渍期间将所述参比电极的形状从第一形状改变到第二形状。
在所公开的实施方式的另一个方面，提供了一种用于将金属电镀到衬底上的装置，该装置包括：用于保持电解液的室；用于将所述衬底保持在所述室中的衬底支架；以及参比电极，所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约10倍至225倍之间。
在一些实施方式中，参比电极是环形的，且所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约10倍至50倍之间。在一些其它实施方式中，所述参比电极是弧形的，所述参比电极的弧跨越介于约75°-150°之间的角度范围，且所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约100倍至200倍之间。在某些其它实施方案中，所述参比电极是弧形的，所述参比电极的弧跨越介于约105°-150°之间的角度范围，且所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约120倍至200倍之间。在某些其它实施方案中，所述参比电极是弧形的，所述参比电极的弧跨越介于约150°-240°之间的角度范围，且所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约70倍至100倍之间。在一些其它情况下，所述参比电极是弧形的，所述参比电极的弧跨越介于约240°-300°之间的角度范围，且所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约30倍至70倍之间。在一些其它情况下，所述参比电极是弧形的，所述参比电极的弧跨越介于约300°-359°之间的角度范围，且所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约20倍至50倍之间。
在所公开的实施方式的另一个方面，提供了一种电镀金属到半导体衬底上的方法，该方法包括：将所述衬底浸渍在电镀室内的电解液中；监控所述衬底和参比电极之间的电位差，其中所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约10倍至225倍之间；以及将金属电镀到所述衬底上。
在一些实施方式中，参比电极是环形的，且所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约10倍至50倍之间。在一些其它实施方式中，所述参比电极可以是弧形的。在一些这样的实施方式中，所述参比电极的弧跨越介于约75°-150°之间的角度范围，且所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约100倍至200倍之间。在某一些情况下，所述参比电极的弧跨越介于约105°-150°之间的角度范围，且所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约120倍至200倍之间。在某些其它情况下，所述参比电极的弧跨越介于约150°-240°之间的角度范围，且所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约70倍至100倍之间。在还有的实施方式中，所述参比电极的弧跨越介于约240°-300°之间的角度范围，且所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约30倍至70倍之间。在一些情况下，所述参比电极的弧跨越介于约300°-359°之间的角度范围，且所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约20倍至50倍之间。
在所公开的实施方式的又一个方面，提供了一种用于将金属电镀到衬底上的装置，该装置包括：用于保持电解液的室；用于将所述衬底保持在所述室中的衬底支架；参比电极；以及控制器，该控制器具有用于下述操作的指令：以使得所述衬底的前缘先于所述衬底的后缘接触所述电解液的角度将所述衬底浸渍在所述电解液中，所述衬底的前缘开始在衬底进入位置处接触所述电解液，在浸渍期间控制在所述衬底和所述参比电极之间的电位差，并且电镀金属到所述衬底上；其中，所述参比电极被定位成在角度上偏离衬底进入位置处在所述衬底的周缘的径向外侧，该偏离的角度介于约5-60°之间。
在一些实施方式中，所述参比电极是点参比电极，且所述偏离的角度介于约20-40°之间。例如，所述偏离的角度可以介于约25-35°之间。
在所公开的实施方式的另一个方面，提供了一种电镀金属到衬底上的方法，该方法包括：将所述衬底浸渍在电镀室内的电解液中，其中以使得所述衬底的前缘先于所述衬底的后缘接触所述电解液的角度浸渍所述衬底，所述衬底的前缘开始在衬底进入位置处接触所述电解液；监控在所述衬底和参比电极之间的电位差，其中，所述参比电极被定位在所述衬底的周缘的径向外侧并且在角度上偏离衬底进入位置，该偏离的角度介于约5-60°之间；并且电镀金属到所述衬底上。
在一些实施方式中，所述参比电极是点参比电极，且所述偏离的角度介于约5-50°之间。在一些这样的情况下，所述偏离的角度可以介于约20-40°之间。
具体而言，本发明的一些方面可以说明如下：
1.一种用于将金属电镀到衬底上的装置，该装置包括：
用于保持电解液的室；
用于将所述衬底保持在所述室中的衬底支架；以及
参比电极，其中所述参比电极(a)被成形为像环的形状，(b)被成形为像弧的形状，(c)被成形为包括多个独立的区段，和/或(d)被设计为包括动态可变的形状。
2.根据条款1所述的装置，其中所述参比电极是环形的。
3.根据条款1所述的装置，其中所述参比电极是弧形的，所述参比电极的弧跨越介于约75-180°之间的角度范围。
4.根据条款3所述的装置，其中所述弧跨越介于约105-150°之间的角度范围。
5.根据条款3所述的装置，其中所述参比电极被定位为使得所述参比电极的中央部位被定位成接近衬底进入位置。
6.根据条款3所述的装置，其中所述参比电极被定位为使得所述参比电极的中央部位在角度上偏离衬底进入位置，该偏离的角度介于约30-90°之间。
7.根据条款1所述的装置，其中所述参比电极是多区段电极，该多区段电极包括能独立地启用和/或停用的至少两个区段。
8.根据条款7所述的装置，其还包括控制器，该控制器具有用于下述操作的指令：(i)在将所述衬底浸渍在电解液中之前启用所述多区段电极的多个区段，以及(ii)当所述衬底浸渍在电解液中时，独立地停用所述多区段电极的所述区段中的一个或多个。
9.根据条款7或8所述的装置，其中所述多区段电极包含介于约4-6个之间的区段，并且其中相邻的区段之间的间隔介于约2.5-12.5厘米之间。
10.根据条款3-6中任一项所述的装置，其中所述参比电极被设计成具有动态可变的以包括至少第一形状和第二形状的形状，所述第一形状和所述第二形状各自为弧形形状，并且所述第一形状和所述第二形状延伸到不同的角度范围。
11.根据条款10所述的装置，其还包括控制器，该控制器具有用于以下操作的指令：当所述衬底浸渍在电解液中时，将所述参比电极的形状从所述第一形状改变到所述第二形状。
12.根据条款11所述的装置，其中所述第一形状延伸到比所述第二形状的角度范围大的角度范围。
13.一种电镀金属到半导体衬底上的方法，该方法包括：
将所述衬底浸渍在电镀室内的电解液中；
监控所述衬底和参比电极之间的电位差，其中所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约10倍至225倍之间；以及
将金属电镀到所述衬底上。
14.根据条款13所述的方法，其中所述参比电极是环形的，并且其中所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约10倍至50倍之间。
15.根据条款13所述的方法，其中所述参比电极是弧形的，所述参比电极的弧跨越介于约75-150°之间的角度范围，其中所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约100倍至200倍之间。
16.根据条款15所述的方法，所述参比电极的弧跨越介于约105-150°之间的角度范围，其中所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约120倍至200倍之间。
17.根据条款13所述的方法，其中所述参比电极是弧形的，所述参比电极的弧跨越介于约150-240°之间的角度范围，其中所述参比电极的导电性介于所述电解液的导电性的约70倍至100倍之间。
18.一种用于将金属电镀到衬底上的装置，该装置包括：
用于保持电解液的室；
用于将所述衬底保持在所述室中的衬底支架；
参比电极，以及
控制器，该控制器具有用于下述操作的指令：
以使得所述衬底的前缘先于所述衬底的后缘接触所述电解液的角度将所述衬底浸渍在所述电解液中，所述衬底的所述前缘首先在衬底进入位置接触所述电解液，
在浸渍期间控制所述衬底和所述参比电极之间的电位差，并且
电镀金属到所述衬底上；
其中，所述参比电极被定位成在角度上偏离所述衬底进入位置处在所述衬底的周缘的径向外侧，该偏离的角度介于约5-60°之间。
19.根据条款18所述的装置，其中所述参比电极是点参比电极，且所述偏离的角度介于约20-40°之间。
20.根据条款19所述的装置，所述偏离的角度介于约25-35°之间。
下面将参照附图说明这些和其它特征。
附图说明
图1示出了通过成角度的浸渍处理浸渍在电解液中的衬底。
图2A和2B是示出了在浸渍过程中在衬底的浸渍部位上的电流(图2A)和平均电流密度(图2B)的曲线图，其中，使用不同的装置/进入条件。
图3示出了具有用于循环电解液的再循环回路的电镀室的简化视图。
图4A-4D和5A-5D示出了可在某些实施方式中使用的不同形状的参比电极。
图6和7是示出了与在浸渍过程中在一段时间内施加到衬底的浸渍部位上的平均电流密度相关的模拟结果(图6)和实验结果(图7)的曲线图，其中使用不同形状的参比电极。
图8A是根据某些实施方式示出可放置参比电极的各个偏离角度的电镀室的俯视图。
图8B-8D示出了与在浸渍过程中施加到衬底的浸渍部位上的平均电流密度(图8B和8D)和电流(图8C)相关的实验结果，其中点参比电极相对于衬底进入位置被定位在不同的偏离角度。
图9A示出了与在浸渍过程中施加到衬底的浸渍部位上的平均电流密度相关的模拟结果，其中使用相对于电解液具有不同的相对电导率的全环形参比电极。
图9B示出了与在浸渍过程中施加到衬底的浸渍部位上的平均电流密度相关的模拟结果，其中使用相对于电解液具有不同的相对电导率的半环形参比电极。
图9C是根据某些实施方式的展示对于不同形状的参比电极的在参比电极和电解液之间的相对电导率的可能范围的图表。
图10是根据一个实施方式的分区段的参比电极的简化俯视图。
图11是根据一个实施例的具有可变形状的动态参比电极的简化俯视图。
图12和13根据某些实施方式示出了集成多室电镀装置的简化视图。
具体实施方式
在本申请中，术语“半导体晶片”、“晶片”、“衬底”、“晶片衬底”和“部分制造的集成电路”可互换使用。本领域的普通技术人员应理解，术语“部分制造的集成电路”可以指在其上面执行集成电路制造的许多阶段中的任何阶段期间的硅晶片。在半导体器件工业中使用的晶片或衬底典型地具有200毫米或300毫米或450毫米的直径。此外，术语“电解液”、“镀浴”、“镀液”、和“电镀液”可互换使用。下面的详细描述假设本发明是在晶片上实施的。然而，本发明并不受限于此。工件可以为各种形状、尺寸和材料。除半导体晶片外，可利用本发明的实施方式的优点的其它工件包括诸如印刷电路板、磁记录介质、磁记录传感器、镜、光学元件、微型机械装置之类的各种制品。
在下面的说明中，许多具体细节被阐述，以便提供对所呈现的实施方式的彻底理解。所公开的实施方式可以在没有这些具体细节的部分或全部的情况下实施。在其它情况下，公知的处理操作没有进行详细说明，以避免不必要地使本公开的实施方式不清楚。虽然所公开的实施方式将结合具体的实施方式进行说明，但应理解，这并不意在限制本公开的实施方式。
电镀中所经历的挑战之一是，在空间上在衬底的表面上和/或在时间上在电镀处理过程中获得所需的电流密度。在本文中的各种实施方式中，经修改的参比电极可以用以促进在浸渍/电镀期间所需的电流密度施加到衬底。通过使用本文描述的技术中的一种或多种来修改参比电极，可以更精确地测量和控制所述衬底和所述参比电极之间的电位差，从而导致电镀的结果改善。所公开的实施方式可用于各种电镀环境，包括但不限于，电镀铜、镍、钴以及它们的组合。
在许多电镀应用中，衬底可以以一定角度浸渍在电解液中。如果是这种情况，衬底的前缘先于衬底的后缘浸渍。在某些情况下，浸渍在一定的时间段进行，该时间段具有约120-200毫秒量级的持续时间。成角度的浸渍可以减少气泡被截留在衬底表面下的可能性，气泡在这里会有害地影响沉积的结果。成角度的浸渍也会具有各种其它的好处。另一方面，成角度的浸渍会使得在浸渍期间控制在衬底的表面的电流密度分布更难。
图1示出了衬底在三个时点的典型的成角度的浸渍和衬底的相应浸渍区。在这些晶片代表图中，深色区对应于尚未浸渍的晶片区，而浅色区对应于晶片的浸渍区。在图1的上部，衬底刚刚开始进入电镀液(“前缘”被浸渍)。在图1的中部，大约一半晶片被浸渍，而在图1的下部，衬底几乎完全被浸渍(“后缘”几乎被浸渍)。
浸渍期间施加到所述衬底的电气条件可以对所得到的电镀膜有很大的影响。可以使用各种类型的进入条件。在通常被称为“冷进入”或“零电流进入”的一个实施例中，直到将衬底完全浸渍后，才将电流施加到衬底。不幸的是，冷进入处理常常导致衬底上的籽晶层的降解(例如，腐蚀)。
浸渍期间籽晶层的腐蚀可通过相对于电解液溶液阴极极化籽晶层来缓解。相比于没有施加电流的浸渍，在浸渍期间阴极极化已经显示出提供显著金属填充的优点。在某些情况下，阴极极化可以通过预先设置连接到所述晶片的电源，以刚好在将晶片开始浸渍在电解液中时或在将晶片开始浸渍在电解液中之后尽快地提供范围例如约0.02至5毫安/平方厘米的电流密度的小的(通常恒定的)直流阴极电流来实现。这样的方法通常被称为“热进入”方法。热进入通常导致在衬底开始进入电镀液中时高电流密度被施加到衬底的前缘，并且在衬底进入电镀液完成后较低的电流密度被施加到衬底的后缘。
在许多应用中，合乎期望的是，在浸渍过程中在衬底的浸渍部位获得恒定的电流密度。在浸渍期间用于促进整个衬底的表面的较均匀的电流密度的一种方法是恒电位进入。如果使用恒电位进入，则在衬底和存在于所述电解液中的参比电极之间施加恒定电压。参比电极由电源控制器监控，以在所述参比电极和衬底之间提供受控制的电位。衬底也可被称为工作电极或阴极。控制器从参比电极读取电位，并适当地调节施加到衬底的电位以保持衬底和参比电极之间的受控的(在恒电位进入的情况下恒定的)电位。以这种方式，在浸渍时，衬底的新浸渍区面临相对恒定的电压，从而降低在浸渍期间在整个衬底上的电流密度的变化。在进入期间的极化在美国专利No.6,793,796、No.6,551,483、No.6,946,065、和No.8,048,280中有进一步讨论，其每一个在此通过引用将其全部内容并入。在一些实现方案中，进入过程中的恒电位控制在整个晶片的表面产生约1到50mA/cm2的电流密度。
参比电极在电镀系统中是常用的。在各种电镀系统中，负电位施加到衬底/阴极，从而电镀金属到衬底上。阳极(也称为对电极)把在电镀池中的初级电路接通并在电镀期间接收正电位。阳极补偿在衬底上发生的沉积金属的反应。参比电极用于在特定位置(参比电极的位置)对电解液的电位进行直接测量。
参比电极吸取可忽略的电流，因此，在靠近参比电极的电解液中不会产生电阻的变化，也不会产生质量转移的变化。可以通过将参比电极设计成具有非常高的阻抗，而将其制造成吸取非常小的电流。
在许多常规的电镀系统和本发明的某些电镀系统中，参比电极被设计为使得它不会干扰其所在位置的电解液的电位。可以有助于使这种干扰缺乏的一个因素是在参比电极上的电化学活性区的大小。例如，点参比电极，有时也被称为点探针，包括小的电化学活性区且只在小的电化学活性区的准确位置测量电解液的电位。本发明的某些实施方式可利用点参比电极。在一些其它的实施方式中，可以使用不同类型的参比电极。在一些情况下，参比电极可具有比常规点参比电极大的一个或多个电化学活性区。这样，在某些实现方案中，参比电极会影响区域上的电解液的电位，电极在该区域是电化学活性的。
已经观察到，如果使用恒电位进入，衬底的前缘所经历的电流密度相比于后缘所经历的电流密度仍然会有相当大的差异。在许多情况下，衬底的前缘所经历的电流密度比后缘所经历的电流密度高。因此，尽管恒电位进入减小了浸渍过程中的电流密度的变化，但恒电位进入本身并不能消除这种变化。此外，已经观察到恒电位进入过程对被使用的硬件和衬底的设计和条件非常灵敏。
图2A和2B示出了当衬底浸渍在电解液中时，随时间的推移施加到衬底上的电流和电流密度。在图中所示的不同的线涉及在特定的进入条件下不同类型的电镀装置(装置A、B和C，其中装置B被显示在B1和B2两组不同的进入条件下)。图2A示出了浸渍期间随时间推移施加的电流。理想情况下，在浸渍期间电流随时间变化的曲线将为S形。如果是这种情况，那么在浸渍区最快速地增大的同时(例如，当衬底的中心被浸渍时)，电流最快速地增大，并且施加到浸渍的衬底的电流密度会是相对稳定的。图2B示出了在衬底浸渍的过程中施加的电流密度。理想情况下，在浸渍的过程中，该曲线图是相对平坦的且所施加的电流密度是均匀的。用来产生在图2A和2B中的数据的进入条件都是恒电位进入条件，并且用于测量施加到衬底的电位的参比探针是点探针。如在图中所示，在浸渍过程中，在不同类型的电镀硬件和浸渍条件之间的电流和电流密度迹线具有相当大的差异。
本文的各种实施方式提供了用于在电镀期间，特别是在衬底开始浸渍在电解液中时的浸渍阶段期间，实现更受控的电流密度的方法和装置。这样的实施方式使得电流密度能被控制以实现，例如，或者(a)在整个衬底上的均匀的电流密度，(b)相比于衬底的后侧，衬底的前侧的较低的电流密度，或(c)相比于衬底的后侧，衬底的前侧的较高的电流密度。在许多情况下，使用受控的电位进入。在受控的电位进入下，在浸渍期间控制衬底和存在于所述电解液中的参比电极之间的电位。在一些情况下，电位被控制在恒定值，并且该方法是恒电位进入方法。恒电位进入方法在镶嵌电镀的背景下会是特别相关的。在其它情况下，电位可以被控制，使得它在浸渍期间改变(例如，升高、下降、或它们的组合)。
虽然先前已经使用受控的电位进入，但本文的实施方式提供了更准确地控制施加到衬底的电位的方法和装置。施加到衬底的电位是根据在衬底和参比电极之间的电位差测量。在本文的许多实施方式中，参比电极的特性被修改，以实现施加到衬底的电位的更精确的控制。例如，在多种实施方式中，参比电极的形状/尺寸/设计/位置/材料/电导率中的一种或多种可以从先前所使用的那些进行修改。对参比电极单独或彼此组合进行的这些修改有利于更精确地控制施加到衬底的电位，并因此有助于在衬底的整个表面和在衬底浸渍的过程中实现更可控的电流密度。
图3示出了一种用于执行电镀的示例装置。该装置包括在其中处理衬底(例如晶片)的一个或多个电镀池。为保持清晰，图3仅示出了一个电镀池。为了优化自下而上的电镀，可以将添加剂(例如，促进剂和抑制剂)加入到电解液中；然而，具有添加剂的电解液会与阳极以不期望的方式发生反应。因此，电镀池的阳极区和阴极区有时通过膜分离，使得可以在每个区域中使用不同组成的电镀液。在阴极区域内的电镀液被称为阴极电解液；而在阳极区内的电镀液被称为阳极电解液。可以使用多个工程设计以将阳极电解液和阴极电解液引入电镀装置。
参考图3，示出了电镀装置801的示意性横截面图以用于上下文。镀浴803包含电镀液，其以液面805示出。该容器的阴极电解液部适于将衬底接收在阴极电解液内。晶片807浸渍到电镀液中，并通过例如安装在可旋转心轴811上的“蛤壳”保持夹具809保持，从而使得蛤壳809能与晶片807一起旋转。具有适合于与本发明的实施方式一起使用的方面的蛤壳式电镀装置的一般说明包含在美国专利No.6,156,167以及美国专利No.6,800,187中，这些文献通过引用将其全部内容并入本文中。
阳极813在镀浴803内被布置在晶片下方，并通过膜815(优选离子选择性膜)与晶片区分隔开。例如，可使用NafionTM阳离子交换膜(CEM)。阳极膜下面的区域通常被称为“阳极室”。离子选择性阳极膜815使得在电镀池的阳极区和阴极区之间能离子连通，同时防止在阳极处产生的颗粒进入晶片附近位置并污染晶片。在电镀过程中重新分配电流流量并由此改善电镀均匀性方面，阳极膜也是有用的。在美国专利No.6,126,798和No.6,569,299中提供了合适的阳极膜的详细描述，两者的全部内容都通过引用并入本发明。例如阳离子交换膜之类的离子交换膜是特别适合于这些应用的。这些膜通常是由离聚物材料制成的，离聚物材料如含有磺酸基的全氟化共聚物(如NafionTM)、磺化聚酰亚胺类、和本领域技术人员公知的适合于阳离子交换的其它材料。选择的合适的NafionTM膜的实例包括可得自Dupontde Nemours Co.的N324和N424膜。
在电镀过程中，电镀液中的离子被沉积在衬底上。金属离子必须扩散通过扩散边界层并进入凹陷特征(如果存在)。协助扩散的一种典型的方式是通过由泵817提供的电镀液的对流流动。另外，可以使用振动搅动或声波搅动构件，也可使用晶片旋转。例如，振动换能器808可以被附接到晶片卡盘809。
电镀液经由泵817连续被提供到镀浴803。在多种实施方式中，该电镀液向上流动穿过阳极膜815和扩散板819至晶片807的中心，然后沿径向向外并跨过晶片807。电镀液也可以从镀浴803的侧面被提供至该浴的阳极区域。电镀液然后溢出镀浴803到溢流储液器821中。电镀液然后被过滤(未示出)并返回到泵817，从而完成电镀液的再循环。在电镀池的某些配置中，不同的电解液通过其中包含阳极的电镀池的部分循环，同时谨慎地使用渗透膜或离子选择性膜防止与主要的电镀液混合。
通常采用参比电极831，尤其在以受控的电位进行电镀是合乎期望时。参比电极831可以是各种如本文所公开的参比电极中的一种。在一些实施方式中，除了所述参比电极外，可以使用与晶片807直接接触的接触感测引线，以实现更精确的电位测量(未示出)。
在许多当前的设计中，参比电极831是在特定位点/位置测量镀浴803的电位的点探针(即，棒)。参比电极831有时定位成非常接近衬底开始进入镀浴803的位点处测量电解液的电位。在某些情况下，例如，参比电极831在衬底开始进入镀浴的位置的约1英寸的范围内的位置测量镀浴的电位。在其它情况下，参比电极831可在移离衬底较多的位置，例如在该镀浴803内的深处的位置，测量电位。可替代地，在一些实施方式中，参比电极831位于镀浴803外并在单独的室(未示出)中，该室通过主镀浴803的溢流得到补充。
在多种情况下，参比电极是指在溶液中显示稳定电位的高阻抗电极，以提供参比电位/标准电位，根据参比电位/标准电位，能够测量施加到衬底的电位。可在含水系统中使用的普通类型的电极包括，例如，汞-硫酸亚汞电极、铜-硫酸铜(II)电极、氯化银电极、饱和甘汞电极、标准氢电极(standard hydrogen electrode)、标准氢电极(normal hydrogenelectrode)、可逆氢电极、钯-氢电极、以及动态氢电极。也可使用其它材料和材料的组合。在一些情况下，参比电极包括钛构件(例如，棒、弧、或环)，该构件的至少一个表面(在一些情况下，至少上表面)被用铜覆盖。在这些或其它情况下，参比电极可以包括用导电材料层覆盖的电绝缘材料芯。
通常在常规的电镀系统中，参比电极是垂直定向的(例如，垂直杆)，上表面位于电解液内。在许多情况下，电位在该上表面测量，在某些情况下该上表面可以被定位于电解液的表面的约1英寸内。棒状电极的示例性的长度为约2英寸，但该长度不是关键的。
在一些实施方式中，参比电极室通过毛细管或通过其它方法连接到晶片衬底的侧面或在晶片衬底的正下方。在一些实施方式中，该装置还包括接触感测引线(未示出)，该接触感测引线连接到该晶片周缘并被构造为感测在晶片周缘的金属籽晶层的电位，但不携带任何电流到晶片。
在多种实施方式中，可以提供额外的电极(未示出)。该额外的阴极可以称为双阴极、分流阴极(a thief cathode)、或在某些情况下称为辅助阴极。双阴极通常是环形形状，并且可以在双阴极室内，该双阴极室可位于电镀室的主体部分外，例如通过膜与主镀浴803分离。通常双阴极被定位成使得在衬底接合在衬底支架内时位于周缘衬底的径向外侧。就其垂直位置而言，双阴极可以定位在衬底附近或在衬底和阳极之间。双阴极会影响电流流过电镀装置的方式，以帮助促进整个衬底表面的电镀结果均匀。利用额外的电极的电镀装置在美国专利No.8,475,636和No.8,858,774中进一步描述，其每一个的全部内容通过引用并入本文。在某些情况下，参比电位会因双阴极(或其它额外的电极)的存在而受到影响。会使得难以测量有关电位差的另一个因素是在参比电极测量电位的位点和衬底进入该电解液的位点之间的距离。在某些情况下，在这两个位点之间的较大的间隔距离导致测量不太有效。
直流电源835可以被用于控制流动至晶片807的电流。电源835具有通过一个或多个滑环、电刷和触点(未示出)电连接到晶片807的负输出引线839。电源835的正输出引线841电连接到位于镀浴803中的阳极813。电源835、参比电极831和接触感测引线(未示出)可以被连接到系统控制器847，从而使得尤其是能够调节提供给电镀池的元件的电流和电位。例如，控制器可以允许在电位受控和电流受控的状态下电镀。该控制器可以包括程序指令，该程序指令指定需要被施加到电镀池的各种元件的电流和电压电平以及需要改变这些电平的时间。控制器可以通过连续监控衬底和参比电极之间的电位差，并根据需要进行调整来控制施加到衬底的电位，从而驱动所期望的电沉积。当施加正向电流时，电源835向晶片807施加偏置以使其相对于阳极813具有负电位。这导致电流从阳极813流动至晶片807，且电化学还原反应发生在晶片表面(阴极)上，从而导致在晶片的表面上的导电层(例如铜、镍、钴，等等)的沉积。惰性阳极814可以被安装在电镀浴803内的晶片807下面，并通过膜815与晶片区分离。
该装置还可以包括用于将电镀液的温度保持在特定水平的加热器845。电镀液可用于将热传递到镀浴中的其它元件。例如，当晶片807被装入到镀浴中时，加热器845和泵817可以接通，以使电镀液通过电镀装置801循环，直到在整个装置中的温度变得大致均匀为止。在一个实施方式中，加热器连接到系统控制器847。系统控制器847可以被连接到热电偶以接收在电镀装置内的电镀液温度的反馈并确定对于额外的加热的需求。
控制器通常会包括一个或多个存储器设备和一个或多个处理器。该处理器可以包括CPU或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接、步进电机控制器板等等。在某些实施方式中，控制器控制电镀装置和/或预湿室的所有活动，该预湿室用于电镀开始之前润湿衬底的表面。控制器还可以控制用于沉积籽晶层的装置的所有活动，以及涉及在相关装置之间传送衬底的所有活动。
通常会存在与控制器847相关联的用户界面。用户界面可以包括显示屏幕、装置和/或工艺条件的图形软件显示器和用户输入设备，诸如指针设备、键盘、触摸屏、麦克风等。
用于控制电镀工艺的计算机程序代码可以用任何常规的计算机可读编程语言写入，该计算机可读编程语言例如，汇编语言、C、C++、Pascal、Fortran或其它。编译后的目标代码或脚本由处理器执行以执行在程序中识别的任务。应当理解的是，所公开的方法和装置在许多不同类型的电镀情况中是有用的。例如，所公开的技术可以适用于电镀各种类型的金属和合金，并且可以在许多不同类型的具有变化的硬件设置的电镀池中实施。因此，虽然实施方式中的许多都是在特定的电镀池中电镀特定金属的情况下提出，但实施方式并不受限于此。预期所公开的实施方式可用于改善几乎任何类型的电镀结果，但这些实施方式在平坦的和/或盘形的衬底(例如半导体晶片)的情况下是特别有益的。
如上所述，在本发明的多种实施方式中，参比电极可被修改以更准确地测量和控制施加到衬底的电位。
参比电极的形状
在许多传统的电镀应用中，参比电极是点电极(也称为点探针)。点参比电极提供在参比电极所处的特定位点处的溶液的标准电位测量。图4A-4D呈现了可在各个实施方式中使用的四个可替代的参比电极设计的俯视图。图4A的参比电极402a是点电极，图4B的参比电极402b是四分之一环形电极(也称为90°弧电极)，图4C的参比电极402c是半环形电极(也称为180°弧电极)，而图4D的参比电极402d是全环形电极。在每个图中，晶片被显示为元件401。三种不同的基本类型的参比电极的形状被显示：点电极(图4A)、弧/部分环电极(图4B和4C)、和全环形电极(图4D)。就所述弧/部分环形电极而言，电极可被成形以跨越任何角度范围。换句话说，实施方式不限于在图中所示的特定的90°或180°弧，并且跨越小于90°、介于90-180°之间的弧、甚至大于180°的弧预期是在本发明的实施方式的范围之内。对于电镀半导体晶片，工作特别好的特定的弧形状在下面进一步讨论。
在多种实施方式中，参比电极可以位于衬底开始进入电解液的位点附近/以该点为中心。在其它实施方式中，如下文进一步描述的，参比电极可以位于偏离衬底开始进入电解液的位点的位置/以该位置为中心。
通过使用这样的可替代的参比电极的形状，参比电极可用于在电镀池内提供较宽区域的标准电位测量。实际上，该参比电极可成形为提供在电镀池的整个区域的平均电位，而不是在电镀池内单个部位的特定电位。这可以帮助抵消电镀液内电位的局部变化，以帮助实现对施加到衬底的电位的更精确的测量。在多种实施方式中，参比电极可以定位成使得在电镀期间其位于衬底的周缘的径向外侧，例如，与衬底的周缘隔开约1英寸或约1英寸以下的水平距离。
图5A-5D示出了定位在电镀池510中的图4A-4D的参比电极402a-402d的透视图，电镀池510中具有镀浴(未示出)。为清楚起见，省略了电镀池510的细节。如图5A-5D所示，点参比电极402a的形状类似杆，而参比电极402b-402d的形状类似弯曲片(例如，铜片，但是也可使用其它材料)。
图6呈现了在使用不同形状的参比电极的情况下，预测在浸渍的过程中施加于衬底的浸渍区上的平均电流密度的模拟结果。特别是，对六种不同的参比电极的形状进行探讨：点参比电极(例如，图4A的参比电极402a)、90°的弧参比电极(例如，图4B的四分之一环形参比电极402b)、105°的弧参比电极、150°的弧参比电极、180°的弧参比电极(例如，图4C的半环形参比电极402c)、以及全环形电极(例如，图4D的全环形电极402d)。图6的数据是利用FlexPDE的有限元模型产生，假设使用恒电位进入。
图7呈现了在使用不同形状的参比电极的情况下，显示在恒电位浸渍的过程中施加于衬底的浸渍区上的平均电流密度的实验结果。所示的数据涉及图4A-4D中的参比电极402a-402d。具体地讲，这些数据显示在浸渍区的平均电流密度，其中所述参比电极是点参比电极、四分之一环形参比电极、半环形参比电极、和全环形参比电极。
在理想情况下，在一些实施方式中，电流密度在浸渍期间随时间的推移是恒定的。换句话说，理想的是，在图6和7中所示的曲线是相对平坦的。在图6和7所呈现的模拟和实验结果表明，在浸渍期间随时间的推移，参比电极的形状对衬底所经历的平均电流密度会有显著影响。特别是，如果使用点参比电极，则施加到衬底的浸渍区的电流密度最初上升到较高的水平，然后在浸渍的过程中下降。在本实施例中，在浸渍期间，电流密度改变了约3倍，这是很不理想的。相反，如果使用其它形状的参比电极，则浸渍期间，电流密度变化的程度较小，从而实现在浸渍的过程中施加到衬底的平均电流密度较均匀。例如，如果使用四分之一环形参比电极，则在浸渍期间，电流密度改变了约2.5倍，而如果使用半环形参比电极，则在浸渍期间，电流密度仅改变了约1.7倍。全环形参比电极导致在浸渍的前40％期间，电流密度略有下降，随后略有回升，并且接着又逐渐下降。虽然这些结果表明，全环形参比电极会导致太“冷”的进入，但可以采取某些其它措施来促进全环形参比电极的结果改善，例如，如下文参照图9A所进一步讨论的。这样，在某些情况下，全环形参比电极有望促进结果的改善，并且被认为是在所公开的实施方式的范围之内。
通常，沿着衬底/电镀池的周长跨越较长的距离/较大的角度范围的参比电极能够更好地防止在浸渍过程的初始部分期间施加到衬底的平均电流密度的尖峰。然而，在某些时候，参比电极可跨越比理想较大的长度/角度范围，并且在浸渍的起始部分期间的电流密度可以维持在比所需的水平低的水平。因此，在某些实施方式中，参比电极是围绕衬底跨越介于约50-200°之间的弧，例如介于约70-180°之间的弧，或介于约105-150°之间的弧。通常情况下，参比电极被设定形状/尺寸以定位成在电镀期间位于衬底的周缘的径向外侧，如图4A-4D所示。如果参比电极是材料片(例如，如图5B-5D中所示)，该材料片的厚度可以为介于约1-5毫米之间，或介于约1-3毫米之间。参比电极的高度在某些情况下可以是介于约0.5-2英寸之间。该高度在图5A-5D中是垂直地测得的，而在图4A-4D是进/出页面测得的。
不希望受到理论的束缚，相信，在浸渍过程中，弧形参比电极和环形参比电极提供较均匀的电流密度，因为这些电极可以用于测量在电镀池中的整个区的电位，而不是测量在电镀池中的一个特定部位的电位。这提供了平均参比电压，从而克服了某些局部的电位变化，并使得能对施加到衬底的电位进行更准确的控制。在电镀池中的电位的局部变化在浸渍期间会出现，特别是在使用倾斜浸渍使得衬底的一侧先进入电镀液，之后衬底的另一侧进入的情况下会出现。在这种情况下，如果浸渍开始发生，则衬底的前缘可被理解为“活化”电解液，而在浸渍过程的初始部分期间，靠近电镀池的另一侧的电解液保持“未活化”。因为在电解液内的电压分布在浸渍期间在空间上不是均匀的，使用弧形参比电极或环形参比电极可以通过在相关的区域利用平均参比电压有助于实现在衬底上的均匀电流密度，从而最小化来自电解液中非均匀电压分布的任何影响。
此外，参比电极的形状本身可以影响电镀池内的电压分布。因为参比电极通常由导电材料制成，并包括是等电位的表面，电极(如果形状适当)可以操作以将其电位赋予在电镀池内的电解液的广区域(该区域与参比电极是大致共同延伸的)上。例如，模拟结果表明，相比于使用点参比电极，如果使用全环形参比电极，则在电镀池内的电位分布更均匀。相比于点参比电极，全环形参比电极建立了角度上更均匀的电位分布。使用点参比电极时，衬底开始进入电解液的位点附近的电压会显著不同于电镀池的相反侧上的电压。弧形参比电极可类似地影响电镀池内的电位分布。
可能导致对电流密度的控制改进的另一个因素是，衬底通常在浸渍期间转动。这种转动可导致在浸渍的过程中在参比电极和在衬底的最近的浸渍部位之间的距离变化。例如，参比电极可以定位成靠近衬底的前缘开始进入电解液的位置。当衬底被浸渍时，它也会旋转，从而会增大点参比电极和衬底的浸渍部位之间的距离。较快的旋转速度加剧这种效果。相比而言，如果参比电极是弧形的，则这种效果不太会有问题，因为当衬底旋转时，参比电极和衬底的浸渍部位之间的距离可保持恒定持续一定的时间段。
在某些实施方式中，参比电极可以具有更复杂的形状。例如，在一些情况下，参比电极可以由多个区段组成。在这些或其它情况下，参比电极可具有在电镀处理期间或在多个电镀处理之间可改变的动态形状。具有多个区段和/或动态可变的形状的参比电极在下面进一步讨论。
参比电极的位置
在各种电镀应用中，参比电极被定位在接近衬底开始进入电解液的位点的部位。衬底的前缘开始进入电解液的位点也被称为衬底进入位点或衬底进入位置。模拟结果和实验结果两者都表明，参比电极相对于衬底进入位点定位的位置在浸渍的过程中可对施加到衬底上的电流密度具有显著影响。这样，在某些实施方式中，参比电极可定位在与衬底进入位点隔开的位置。通常这种隔开是角度上的隔开。换句话说，参比电极可以定位在将靠近衬底(如果衬底被完全浸渍)的周缘的位置，该位置相对于衬底开始进入电解液的位点偏离的角度达至少指定的角度。
图8A示出了电镀池的简化的俯视图。星号(*)表示倾斜的衬底的前缘开始进入电解液的位点(衬底进入位点)。围绕电镀池的若干角位置也示出以图解可以放置参比电极的各种可能位置。这些位置由它们偏离衬底进入位置的角度标记。这些位置是非限制性的，并且示出仅仅是为了澄清被描述的偏离的角度所表达的意思。如图所示，在多种实施方式中，偏离角可在任一方向。在某些实施方式中，参比电极可以定位于在衬底开始进入电解液之后衬底的前缘将接近参比电极的位置处的位置。换句话说，参比电极可以沿与衬底旋转的方向相同的方向偏离衬底进入位置。在一个这样的实施例中，衬底沿顺时针方式旋转，衬底在星号处开始进入电解液，并且参比电极定位于在图8A中的小圆圈内的45°标记处。在另一实现方式中，参比电极可以定位于一定的位置，在该位置，衬底的前缘将远离衬底开始进入电解液的位置。换句话说，参比电极可以沿与衬底旋转的方向相反的方向偏离衬底进入位置。在该实施方式的一个实施例中，衬底以逆时针方式旋转，衬底在星号处进入电解液，并且参比电极定位于在图8A中的小圆圈内的45°标记处。相比于上面的实施例，衬底沿相反方向(远离参比电极而不是朝向它)旋转。
虽然在点参比电极的情况下，提供了关于参比电极相对于衬底进入位置的相对位置的讨论中的许多，但实施方式并不局限于此。弧形参比电极也可以居中，使得它们在角度上偏离晶片进入位置。弧形参比电极的位置被认为是在该电极上的与弧的每一端等距的位点(弧的中间)。
图8B-8D呈现了示出在衬底浸渍的过程中施加到衬底的浸渍区的电流(图8C)和平均电流密度(图8B和8D)的实验结果，其中使用了不同的参比探针位置。在图8B-8D中的数据是用点参比电极(例如图4A和5A中的电极402a)产生的。
就图8B而言，实验结果证实了预期的电流密度分布，其中参比电极位于衬底进入位置(偏离角度为0°)附近。该结果还表明，在用于执行实验的条件下，60°或更大的偏离的角度导致初始电流密度不合乎期望地低。在某些其它实施方式中，60°或更大的偏离的角度可能是更合适的。图8C和8D呈现了相比于图8B所示的情况在参比电极偏离衬底进入位置的角度的度数较小的情况下的另外的实验结果。特别是，图8C和图8D比较了参比电极定位为靠近衬底进入位置(偏离0°)的情形与参比电极偏离衬底进入位置约30°角度的情形。如图8C所示，电流在参比电极稍微偏离衬底进入位置的情况下上升较慢。如图8D所示，该较平缓的上升导致在浸渍的过程中施加到衬底的平均电流密度更均匀。这种改善是显著的并且是意料之外的。
在某些实施方式中，参比电极可以被定位成使得其角度上偏离衬底进入位置介于约5-50°之间的角度，或介于约10-45°之间的角度，或者介于约20-40°之间的角度，或介于约25-35°之间的角度。在一具体的实施方式中，参比电极角度上偏离衬底进入位置约30°。也可以使用这些范围以外的偏离的角度。参比电极可以定位在衬底的周缘的径向外侧。在某些情况下，参比电极也可以直接定位在电镀池内，使得其暴露于与接触衬底的电解液相同的电解液。在其它情况下，参比电极可以被定位成使得其与接触衬底的电解液隔开，例如参比电极可定位在可以与接触衬底的电解液隔开(例如，通过膜)的参比电极室内。在许多情况下，参比电极定位在衬底的周缘的径向外侧。常常，但不总是，参比电极被定位成使得其浸渍在电解液中，电极的顶表面离电解液-空气界面约2英寸或更小，例如约1英寸或更小。
参比电极的位置在某些情况下可以是固定的。在其它情况下，参比电极的位置可以改变，例如在处理不同的衬底之间，或甚至在单个衬底的处理期间可以改变。有关可移动参比电极的进一步的细节包括在下文中。
参比电极的电导率
参比电极的电导率也能影响在衬底浸渍的过程中施加到衬底的平均电流密度的均匀性。特别是，参比电极的相对电导率与电镀浴的电导率相比是相关的。这些电导率可以直接比较，因为它们具有相同的单位(例如，S/cm)，但参比电极的电导率是指电子电导率，而镀浴的电导率指的是离子电导率。
图9A呈现了所产生的模拟结果，以显示施加到衬底的浸渍区的平均电流密度与衬底的浸渍的百分比的关系。换言之，图9A预测在浸渍过程中施加到衬底上的平均电流密度。图9A的结果是在假定参比电极是在如图4D和5D中所示的全环形电极的前提下生成的。
图9A的结果表明，相比于镀浴中的电导率的参比电极的相对电导率在浸渍的过程中可对施加到衬底的平均电流密度的均匀性具有显著的影响。如果参比电极的导电性是镀浴的导电性的5倍，则电流密度开始相对较高，随着衬底被进一步浸渍，相当急剧地减小。比较而言，如果参比电极的导电性是镀浴的导电性的30倍，则平均电流密度在浸渍的过程中均匀得多。在范围的另一端，如果参比电极的导电性是镀浴的导电性的5000倍，则平均电流密度开始时比较低，随着衬底的最后20％被进一步浸渍，攀升至其最终值。通常，预测最好的结果是在以下情形下获得：参比电极的导电性介于镀浴的导电性的约10倍至50倍之间，例如介于镀浴的导电性的约15倍至40倍之间，或介于镀浴的导电性的约20倍至35倍之间。这些范围尤其适合于形状像全环形电极这样的参比电极，但它们也可以适用于其它形状(例如，杆和/或弧)的参比电极。但是，其它形状的参比电极可以具有相对于镀浴的不同的最佳的相对电导率。
如本文所使用的，相比于镀浴，A×的相对参比电极电导率意味着参比电极具有的电导率是电镀液的电导率的约A倍。同样，相比于镀浴，A×-B×的相对参比电极电导率意味着参比电极具有的电导率介于该镀浴的电导率的约A-B倍之间。举例而言，具有3000毫秒/厘米的电导率的参比电极是具有100毫秒/厘米的电导率的镀浴的导电性的30倍。在多种的实施方式中，镀浴的电导率可以介于约3-120毫秒/厘米之间，但实施方式并不受此限制。
图9B呈现了模拟结果，其示出了类似于图9A中所示的信息(浸渍期间的电流密度)，不同的是图9B中的数据涉及其中参比电极是半环形电极的情况。这些数据显示，如果参比电极的导电性是镀浴的导电性的5000倍，则电流密度开始时比所期望的低。这个结果与在高导电性(5000×)全环形参比电极的情况下预测的结果相匹配。如果参比电极是较不导电的(例如，导电性是镀浴的导电性的70倍或100倍)，则在浸渍的过程中，电流密度均匀性显著改善。
图9C呈现了列出在某些情况下弧形参比电极的不同范围(对应于参比电极的角度范围的范围，例如具有180°弧的半环形电极)以及相比于镀浴的电导率的参比电极的相对电导率可能范围的表。尽管实施方式并不限于图9C中所示的实施例，但所列出的相对电导率已被确定为在某些实现方案中实现了在浸渍期间对于每个特定参比电极形状的特别均匀的电流密度。
参比电极的导电性可以通过控制用来制作参比电极的材料的类型和相对量来调整。例如，参比电极可以包括可以涂覆有导电材料(例如，铜，但也可以使用许多其它的材料)的电绝缘材料(例如，塑料或其它绝缘体)的芯。施加到绝缘芯的导电材料的厚度/量影响参比电极的导电性。在某些其它情况下，参比电极的导电性通过选择由具有适当的导电性的材料制成的电极来控制。镀浴的电导率是镀浴的组成(例如，金属离子和酸的浓度)的函数，并且可以针对特定的应用适当地调整。
分区段的参比电极
在某些实现方案中，可以使用分区段的参比电极。图10呈现了包括4个区段55a-55d的分区段的参比电极的一个实施例。在某些其它实施方式中，参比电极可以包括较少的区段或附加的区段。例如，在某些情况下，区段的数目可以介于约2-8之间，例如介于约4-6之间。在某些实施方式中，相邻区段之间的间距可介于约2.5-12.5厘米之间，或介于约5-10厘米之间，其可表示介于正被处理的衬底的直径的约20-40％之间。这些区段可以被独立地启用/停用。在一些实施方式中，这些区段在衬底浸渍处理期间被独立地启用和/或停用。这些区段也可以在衬底浸渍完成后被独立地转变为启用和/或停用。
通过独立地启用/停用这些区段，可控制施加于衬底的浸渍区的电流密度分布。在某些情况下，单独的区段中的两个或更多个可被基本上同时启用和/或停用。在这些或其它情况下，单独的区段中的两个或更多个可被顺序地启用和/或停用。在某些情况下，这些区段可以沿与衬底旋转的方向相同的方向被启用和/或停用。例如，参照图10，如果衬底以顺时针方式旋转，则区段55a可以首先被启用(和/或停用)，接着区段55b被启用(和/或停用)，接着区段55c被启用(和/或停用)，接着区段55d被启用(和/或停用)。在另一个实施例中，这些区段可以沿与衬底旋转的方向相反的方向被启用和/或停用。例如，参照图10，如果衬底以顺时针方式旋转，则区段55a可以首先被启用(和/或停用)，接着区段55d被启用(和/或停用)，接着区段55c被启用(和/或停用)，接着区段55b被启用(和/或停用)。在另一个实施例中，这些区段可以在两个方向上被启用和/或停用。参照图10，区段55a可以首先被启用和/或停用，接着区段55b和55d被启用和/或停用，接着区段55c被启用和/或停用。在一些实施方式中，首先被启用或停用的一个或多个区段是邻近衬底进入位置定位的那些。但并非总是如此。在一些其它的实施方式中，首先被启用或停用的一个或多个区段是偏离衬底进入位置一定角度定位的那些，例如，如上面与参比电极的位置相关的部分所述的位置中的任何位置。
如上所述，各区段可以在浸渍期间(和之后)被启用和/或停用。在多种实施方式中，当衬底的前缘开始进入电解液时，所有区段都被启用。在某些实施方式中，一些区段可在衬底的后缘浸渍在电解液中时停用。这些区段中的每一个都可以由唯一的控制器和唯一的电源或由多个分立的控制器和/或电源进行控制。
提供多区段的参比电极也是一种控制参比电极的电导率的方法。区段的数量、区段的相对位置、相邻区段之间的间隔等都会影响参比电极的电导率。此外，启用/停用参比电极的各个区段有效地改变在电镀池的不同部分的电导率/电阻率，从而能够控制施加到衬底的浸渍部位的平均电流密度和电流密度分布。
动态参比电极
在一些实施方式中，参比电极可以被设计为是动态参比电极。动态参比电极可以在电镀处理期间更改它们的特征中的一个或多个。可能改变的示例性特征包括参比电极的位置和形状。在使用分区段的参比电极的情况下的电镀期间可以改变的另一个特征是参比电极的哪个区段在给定的时间被启用(如上面就分区段的参比电极所讨论的)。
参比电极的位置和参比电极的形状两者都可以在浸渍的过程中显著影响施加到衬底的浸渍部位上的电流和电流密度，如在上述部分所讨论的。在一些实施方式中，在电镀期间改变参比电极的位置和/或形状，从而利用在浸渍处理的不同部位期间针对各种参比电极位置/形状所获得的不同的电流/电流密度，这可能是有益的。
图11表示具有动态可变形状的参比电极的俯视图。示出了两种不同的形状，包括扩展形状(左)和收缩形状(右)，但应该理解的是，在图11中所示的这两种形状之间的任何形状都可以获得。扩展更多和收缩更多的形状也是可行的。在某些情况下，参比电极可以被设计成使得该形状是连续可变的。所述电极可以由重叠式相互滑动的区段、套筒式相互伸缩的区段等等制成。
具有动态可变的形状的参比电极的潜在益处参照图7可更好地理解。在多种情况下，在浸渍过程中，改变参比电极的形状以在浸渍的不同阶段获得所需的电流密度的性能，这可能是有利的。在一个实施例中，参比电极可以开始为四分之一环形电极，并且在浸渍的过程中延伸成半环形或全环形电极。这可以使得在浸渍的初始部分期间电流密度是足够高的，同时也防止了电流密度在浸渍处理的下一个部分(例如，中间部分)上升太多。实际上，电流密度可以在四分之一环形线开始，但在浸渍的前30％，不会显著增大，当参比电极的形状发生变化时，随时间的推移，电流密度可以保持更均匀，并且靠近对应于半环形或全环形的情况下的线时，电流密度下降。该参比电极改变形状的时序/速率可以针对特定的结果进行优化，例如，为了在浸渍的过程中，实现施加到衬底的浸入部分的均匀的平均电流密度。
改变参比电极的形状的能力可能是有益的，因为在各种情况下，在浸渍的初始部分(例如，前5％时)期间实现足够高的电流密度的参比电极形状在浸渍之后(例如，在前20％或30％期间)也将有显著上升的电流密度。在某些情况下，实施例可包括点参比电极和/或四分之一环形参比电极，图7示出了相关的电流密度迹线。相比之下，实现相对低的和/或然后上升的电流密度的参比电极形状通常导致初始电流密度太低。一个实施例可以包括全环形参比电极，图7示出了相应的电流密度迹线。浸渍期间改变参比电极的形状，有可能(a)在衬底开始浸渍时达到足够高的电流密度，并且(b)避免随着浸渍的继续，电流密度显著上升。
在某些实施方式中，参比电极被设计为可伸缩的弧，如图11所示。可伸缩的弧可以在浸渍过程中改变形状，当衬底开始进入电解液，在浸渍的开始时处于第一位置，而当衬底完全浸渍，在浸渍结束时处于第二位置。在某些情况下，参比电极可以在衬底被完全浸渍后继续改变形状，参比电极的最终形状被称为最终的形状。在其它情况下，参比电极形状在浸渍完成后不发生改变。而在某些实施方式中，参比电极在整个浸渍过程中停止中途改变形状。
第一和第二形状(以及最终形状，如果参比电极在浸渍后继续改变形状的话)各自可以是本文提及的弧形形状中的任何一种。在一些情况下，第一弧形形状比第二弧形形状小。在这种情况下，参比电极随时间的推移变大，例如从图11的右手侧的形状变成图11中的左手侧的形状。在其它情况下，第一弧形形状可以比第二圆弧形状大。在该实施方式中，参比电极随时间的推移变小。用于第一和/或第二弧形形状的具体实施例包括，例如，跨越介于约10-30°之间、或介于约30-50°之间、或介于约50-70°之间、或介于约70-90°之间、或介于约90-110°之间、或介于约110-130°之间、或介于约130-150°之间、或介于约150-170°之间、或介于约170-190°之间、或介于约190-210°之间、或介于约210-230°之间、或介于约230-250°之间、或介于约250-270°之间、或介于约270-290°之间、或介于约290-310°之间、或介于约310-330°之间、或介于约330-350°之间、或介于约350-380°之间的弧。换句话说，第一形状、第二形状以及最终形状中的任何或所有形状可以是这些范围内的任何一个。
在一些实施方式中，第一形状和第二形状相差至少约10°，例如相差至少约20°、至少约30°、至少约50°、至少约75°、或至少约100°。如果第一形状是跨越100°的弧，而第二形状是跨越130°的弧，则第一形状和第二形状被理解为是相差30°。在某些实施方式中，第一形状和第二形状相差一定的百分比。例如，如果第一弧形形状是100°，而第二弧形形状是130°，则第二弧形形状比第一弧形形状大30％((130-100)/100＝30％)。该计算是基于初始形状的。如果第一弧形形状是130°，而第二弧形形状是100°，则第二弧形形状比第一弧形形状小约23％((100-130)/130＝23％)。在一些实现方案中，第二弧形形状比第一弧形形状大或小至少约5％、10％、20％、30％、40％、50％、或75％。
如上面所提到的，可在浸渍过程中变化的参比电极的另一特征是参比电极的位置。基于相对于可变形状讨论的类似理由，在浸渍期间改变参比电极的位置可能是有益的。以这种方式，有可能实现施加到衬底的特定部分以及在浸渍处理的特定部分期间施加到衬底的所期望的平均电流密度和/或电流密度分布。在一些实施方式中，衬底可设置有非均匀地蚀刻在衬底的表面上的特征。例如，衬底的一部分可以具有致密地设定的特征，而衬底的另一部分可具有较少的特征。同样，衬底的一部分与衬底的另一部分可具有不同尺寸/形状的特征。基于这些或其它原因，相比于衬底的另一部分，输送较高的电流密度到衬底的一部分可能是有益的。在一些这样的情况下，提供受控的非均匀的电流密度到衬底的不同部分在某些情况下会减缓系统中的其它非均匀性(例如，在衬底上的特征布局)以产生所需的(如，均匀的)电镀填充结果。通过改变参比电极的位置和/或形状，施加在衬底的不同部分的电流密度在衬底浸渍的过程中可以根据需要进行控制。
在一些情况下，点参比电极在浸渍期间改变位置。在其它情况下，弧形参比电极在浸渍期间改变位置(任选改变弧的形状，也如上所述)。参比电极的位置可沿相对于衬底进入位置的任一角度方向变化。在一些情况下，参比电极沿与衬底旋转的方向相同的方向移动。在其它情况下，参比电极沿与衬底旋转的方向相反的方向移动。在一些实施方式中，参比电极的垂直位置也可以在浸渍过程中变化。例如，在衬底浸渍的过程中，参比电极可以或多或少地被浸渍(这种深度的变化在衬底完全浸渍之后任选地继续)。类似地，电镀池的中心和参比电极之间的径向距离在浸渍的过程中可以变化。例如，参比电极在浸渍期间可以靠近或远离电镀池的中心水平地移动(这种距离的变化在衬底完全浸渍之后任选地继续)。
参比电极可以在衬底的前缘开始进入电解液时的第一位置开始并移动到第二位置，该第二位置是衬底被完全浸渍在电解液中时电极的位置。参比电极可以在衬底被完全浸渍后继续移动，参比电极的最后位置被称为电极的最终位置。在某些情况下，参比电极在衬底浸渍完成后到达它的第二位置。
就以角度方式移动参比电极而言，在一些情况下，参比电极的第一位置和第二位置相差至少约5°，或至少约10°，或至少约20°，或至少约30°，或至少约50°，或至少约75°。在这些或其它情况下，参比电极的第一位置和第二位置可以变化约180°或180°以下，或者约150°或150°以下，或120°或120°以下，或90°或90°以下，或70°或70°以下，或约50°或50°以下。
参比电极可设置有适当的硬件以获得动态地可变的形状和/或动态地可变的位置。这种硬件可以包括例如与电源的连接件，与控制器的连接件，用于改变参比电极的形状的马达/磁铁/其它机构或模块。在某些情况下，参比电极的形状和/或位置的变化可以在单一晶片上在单一的电镀过程中发生。在其它情况下，参比电极的形状和/或位置的变化可以在不同衬底上的电镀处理之间发生。可变的参比电极可以使单个电镀装置上的各种处理最优化，从而提高装置的灵活性，并使该装置能用于不同的应用，同时保持高品质的电镀结果。
装置
本文中所描述的方法可以通过任何合适的装置来执行。根据本发明的实施方式，合适的装置包括用于完成处理操作的硬件和具有用于控制处理操作的指令的系统控制器。例如，在一些实施方式中，硬件可以包括包含在处理工具的一个或多个处理站。
图12示出了可用于实施本发明的实施方式的示例多工具装置。电沉积装置1200可以包括三个独立的电镀模块1202、1204和1206。此外，三个独立的模块1212、1214和1216可以被配置用于各种处理操作。例如，在一些实施方式中，模块1212、1214和1216中的一个或多个可以是旋转漂洗干燥(SRD)模块。在这些或其它实施方式中，模块1212、1214和1216中的一个或多个可以是后电填充模块(PEM)，每个被配置成在衬底已经通过电镀模块1202、1204和1206中的一个处理后，对衬底执行操作，诸如倒角边缘去除、背面蚀刻和酸清洁。此外，模块1212、1214和1216中的一个或多个可以被配置作为预处理室。预处理室可以是远程等离子体室或如本文所述的退火室。可替代地，预处理室可以被包括在该装置的另一部分，或在不同的装置中。
电沉积装置1200包括中央电沉积室1224。中央电沉积室1224是保存用作电镀模块1202、1204和1206中的电镀液的化学溶液的室。电沉积装置1200还包括配料系统1226，配料系统1226可以存储和输送用于电镀液的添加剂。化学稀释模块1222可以存储和混合拟被用作蚀刻剂的化学品。过滤和抽排单元1228可以过滤中央电沉积室1224的电镀液，并将其泵送至电镀模块。
系统控制器1230提供用于操作电沉积装置1200的电子和界面控件。系统控制器1230在系统控制器部分介绍，并在此进一步描述。系统控制器1230(其可以包括一个或多个物理或逻辑控制器)控制电镀装置1200的属性的部分或全部。系统控制器1230通常包括一个或多个存储器设备和一个或多个处理器。该处理器可以包括中央处理单元(CPU)或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接件、步进电机控制器板、以及其它类似部件。用于实施如本文所述的适当的控制操作的指令可以在处理器上执行。这些指令可以存储在与系统控制器1230相关联的存储器设备上或它们可以通过网络来提供。在某些实施方式中，系统控制器1230执行系统控制软件。
在电沉积装置1200中的系统控制软件可以包括用于控制以下参数的指令：定时、电解液组分的混合(包括一种或多种电解液组分的浓度)、电解液气体浓度、入口压力、电镀池压力、电镀池温度、衬底温度、施加到衬底和任何其它电极的电流和电位、衬底位置、衬底的旋转以及通过电沉积装置1200执行的特定处理的其它参数。
在一些实施方式中，可以有与系统控制器1230相关联的用户界面。用户界面可以包括显示屏幕、装置和/或工艺条件的图形软件显示器、和用户输入设备，用户输入设备诸如指针设备、键盘、触摸屏、麦克风等。
在一些实施方式中，由系统控制器1230调整的参数会涉及处理的条件。非限制性实施例包括溶液条件(温度、组成和流速)、衬底在不同阶段的位置(旋转速度、线性(垂直)速度、相对于水平面的角度)等。这些参数可以以配方的形式提供给用户，其可以利用该用户界面来输入。
用于监控处理的信号可以通过系统控制器1230的模拟和/或数字输入连接件从各种处理工具传感器提供。用于控制处理的信号可以通过处理工具的模拟和数字输出连接件输出。可被监控的处理工具传感器的非限制性实施例包括质量流量控制器、压力传感器(例如压力计)、热电偶、光学位置传感器等。经适当编程的反馈和控制算法可以与来自这些传感器的数据一起使用以维持处理条件。
在多工具装置的一个实施方式中，指令可包括：将衬底插入晶片支架内，使衬底倾斜，在浸渍期间使衬底偏置，以及在衬底上电沉积金属。指令还可以包括：预处理所述衬底，电镀后对衬底进行退火，以及根据需要在相关装置之间转移衬底。
传递(hand-off)工具1240可以从诸如盒1242或盒1244之类的衬底盒选择衬底。盒1242或1244可以是前开式标准盒(FOUP)。FOUP是设计用来可靠且安全地将衬底保持在受控环境中并使得衬底能被移除以通过配备有适当的装载口和自动装卸系统的工具进行处理或测量的外壳。传递工具1240可以使用真空附着件或一些其它附连机构保持衬底。
传递工具1240可以与晶片装卸站1232、盒1242或1244、传输站1250或对准器1248连接。传递工具1246可以从传送站1250获得衬底。传送站1250可以是狭槽或位置，传递工具1240和1246可以往来于传送站1250传送衬底而不通过对准器1248。然而，在一些实施方式中，为了确保在衬底适当地对准传递工具1246以精确地传送到电镀模块，传递工具1246可以使衬底与对准器1248对准。传递工具1246也可以将衬底传送到电镀模块1202、1204或1206中的一个，或传送到被构造成用于各种处理操作的独立模块1212、1214和1216中的一个。
被配置为使得衬底能顺序地通过电镀、漂洗、干燥和PEM处理操作的高效循环的装置可用于在制造环境中使用的实现方式。为了实现这一点，模块1212可以被配置成为旋转漂洗干燥机和倒角边缘移除室。利用这样的模块1212，衬底将只需要在电镀模块1204和模块1212之间进行传送以进行镀铜和EBR操作。装置1200的一个或多个内部部分可以是处于低于大气压的条件下。例如，在一些实施方式中，包围电镀池1202、1204和1206以及PEM1212、1214和1216的整个区域可以是处于真空下。在其它实施方式中，仅包围电镀池的区域处于真空下。在进一步的实现方案中，单个电镀池可以处于真空下。尽管在图12或13中没有示出电解液流动环路，但应理解的是，本文中所描述的流动回路可以作为多工具装置的部分(或结合多工具装置)来实施。
图13示出了可以在实施本发明的实施方式中使用的多工具装置的额外的实施例。在本实施方式中，电沉积装置1300具有成组的电镀池1307，每个包含成对的或多个“二重”配置的电镀浴。除了电镀本身以外，电沉积装置1300还可以执行各种其它的电镀相关的处理和子步骤，诸如例如旋转漂洗、甩干、金属和硅润湿蚀刻、无电沉积、预润湿和预化学处理、还原、退火、光致抗蚀剂剥离以及表面预活化。电沉积装置1300被示为示意性地自上而下看，只有单一的水平层或“地板”显露在图中，但本领域普通技术人员应当很容易地理解的是，这种装置，例如，Lam Research Corporation(Fremont,CA)的SabreTM 3D工具可以具有上下“堆叠”的两个或多个水平层，每层可能具有相同或不同类型的处理站。
再次参见图13，拟被电镀的衬底1306通常通过前端装载FOUP 1301供给到电沉积装置1300，并且在这个实施例中，经由前端机器手1302从FOUP带到电沉积装置1300的主衬底处理区域，前端机器手1302可以缩回并将由主轴1303在多个维度驱动的衬底1306从可访问站中的一个站移动到另一个站，在该实施例中，示出了两前端可访问站1304以及两前端可访问站1308。前端可访问站1304和1308可以包括例如预处理站和旋转漂洗干燥(SRD)站。这些站1304和1308也可以是如本文所述的移除站。从前端机器手1302的一侧到另一侧的横向运动利用机器手轨道1302a来实现。衬底1306中的每一个可以由通过连接到马达(未示出)的主轴1303驱动的杯/锥体组件(未示出)来保持，马达可以附着到安装托架1309上。在本实施例中还示出了四个“二重”的电镀池1307，总共八个电镀池1307。电镀池1307对于含铜结构可用于电镀铜，而对于焊料结构(以及其它可能的材料)可用于电镀焊料材料。系统控制器(未示出)可以耦合到电沉积装置1300，以控制电沉积装置1300的属性中的部分或全部。系统控制器可被编程或以其它方式被配置成根据本文前面描述的处理来执行指令。
系统控制器
在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述实施例的一部分。这种系统可以包括半导体处理设备，该半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个处理室、用于处理的一个或多个平台和/或具体的处理组件(晶片基座、气流系统等)。这些系统可以与用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件可以称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的各种元件或子部件。根据处理要求和/或系统的类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括控制处理气体输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压强设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流速设置、流体输送设置、位置及操作设置、晶片转移进出工具和其它转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
广义而言，控制器可以定义为接收指令、发布指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等等的具有各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片和/或一个或多个微处理器或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置的形式(或程序文件)传送到控制器的指令，该设置定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定过程的操作参数。在一些实施方式中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或管芯期间完成一个或多个处理步骤的配方(recipe)的一部分。
在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦合。例如，控制器可以在“云端”或者是fab主机系统的全部或一部分，从而可以允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系统的远程访问以监控制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数，设置处理步骤以跟随当前的处理或者开始新的工艺。在一些实施例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括允许输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后从远程计算机传送到系统。在一些实施例中，控制器接收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，控制器被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，控制器可以例如通过包括一个或多个分立的控制器而为分布式，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的工艺和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的实施例可以是与结合以控制室上的工艺的一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室上的一个或多个集成电路。
在非限制性的条件下，示例的系统可以包括等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转清洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任何其它的半导体处理系统。
如上所述，取决于工具将要执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个其它的工具电路或模块、其它工具组件、组合工具、其它工具界面、相邻的工具、邻接工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者在将晶片的容器往来于半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口搬运的材料搬运中使用的工具通信。
上述的各种硬件和方法的实施方式可以与光刻图案化工具或过程结合使用，例如，用于制备或制造半导体器件、显示器、LED、光伏电池板等。通常，虽然不是必要地，这些工具/工艺将在共同的制造设施中一起使用或操作。
膜的光刻图案化通常包括以下步骤中的一些或所有，每个步骤启用多个可行的工具：(1)使用旋涂或喷涂工具在工件，即，其上形成有氮化硅膜的衬底上涂覆光致抗蚀剂；(2)使用热板或加热炉或其它合适的固化工具固化光致抗蚀剂；(3)使用例如晶片步进曝光机之类的工具使光致抗蚀剂暴露于可见光或紫外线或x-射线；(4)使抗蚀剂显影以便选择性地去除抗蚀剂并且从而使用例如湿式工作台或喷射显影器之类的工具将其图案化；(5)通过使用干式或等离子体辅助蚀刻工具将抗蚀剂图案转印到下方的膜或工件上；并且(6)使用例如射频或微波等离子体抗蚀剂剥离器之类的工具去除抗蚀剂。在一些实施方式中，可灰化硬掩模层(例如无定形碳层)和另一种合适的硬掩模(例如抗反射层)可以在施加光致抗蚀剂之前沉积。
应当理解的是，本文所述的配置和/或方法本质上是示例性的，并且这些具体实施方式或实施例不应被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。本文中所描述的具体例程或方法可表示任何数量的处理策略中的一种或多种。因此，所说明的各种操作可以按所说明的顺序、以其它顺序、并行、或在某些情况下省略执行。类似地，上述工艺的顺序可以改变。
本公开的内容主题包括各种处理、系统和配置以及其它特征、功能、操作和/或本文公开的属性以及任何和所有的等同物的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

Claims (12)

1.一种将金属电镀到衬底上的方法，该方法包括：
将衬底浸入电镀室内的电解液中，其中所述衬底以一定角度浸入，使得所述衬底的前缘在所述衬底的后缘之前接触电解液，所述衬底的前缘首先在衬底进入位置接触电解液；
监控所述衬底与参比电极之间的电势差，其中所述参比电极位于所述衬底的外围的径向外部并成角度偏离所述衬底进入位置，其中所述参比电极的形状为弧形；和
将金属电镀到所述衬底上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述角度偏离为60°。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述角度偏离为180°。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述角度偏离为30°。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括在将所述衬底浸入所述电解液中的同时旋转所述衬底，其中，所述参比电极在与所述衬底旋转相同的方向上与所述衬底进入位置成角度偏离多达180°，使得当所述衬底的前缘首先接触所述电解液时，所述衬底的前缘移近所述参比电极。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括在将所述衬底浸入所述电解液中的同时旋转所述衬底，其中，所述参比电极在与所述衬底旋转相反的方向上与所述衬底进入位置成角度偏离多达180°，使得当所述衬底的前缘首先接触所述电解液时，所述衬底的前缘远离所述参比电极移动。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参比电极位于所述电镀室内，并与所述衬底浸入其中的相同电解液接触。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，将所述参比电极定位成使得所述参比电极的顶表面浸入所述电解液中，并且距电解液-空气界面不超过2英寸。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参比电极位于参比电极室中，其中，所述参比电极室包括将(a)所述衬底浸入其中的电解液和(b)所述参比电极浸入其中的电解液隔开的膜。
10.一种将金属电镀到衬底上的方法，该方法包括：
将衬底浸入电镀室内的电解液中，其中所述衬底以一定角度浸入，使得所述衬底的前缘在所述衬底的后缘之前接触电解液，所述衬底的前缘首先在衬底进入位置接触电解液；
监控所述衬底与参比电极之间的电势差，其中所述参比电极位于所述衬底的外围的径向外部并成角度偏离所述衬底进入位置，其中所述参比电极包括动态可变的形状；和
将金属电镀到所述衬底上。
11.根据权利要求10所述的方法，其中将所述衬底浸入所述电解液中包括在浸入期间将所述参比电极的形状从第一形状改变为第二形状，所述第一形状不同于所述第二形状。
12.一种将金属电镀到衬底上的方法，该方法包括：
将衬底浸入电镀室内的电解液中，其中所述衬底以一定角度浸入，使得所述衬底的前缘在所述衬底的后缘之前接触电解液，所述衬底的前缘首先在衬底进入位置接触电解液；
监控所述衬底与参比电极之间的电势差，其中所述参比电极位于所述衬底的外围的径向外部并成角度偏离所述衬底进入位置，其中参比电极是包括至少两个可以独立激活和/或停用的段的多段电极；和
将金属电镀到所述衬底上。
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