CN112239881A - 电化学沉积系统 - Google Patents

Abstract

一种用于将金属沉积到工件上的电化学沉积系统，包括：适于容纳镀覆液的沉积室；用于将工件固持于第一平面中的工件固持器；用于将屏蔽件固持于基本上平行于所述第一平面的第二平面中的屏蔽件固持器；以及具有异型表面以搅动所述镀覆液的搅动板，其中所述工件固持器、所述屏蔽件固持器以及所述搅动板均适于插入所述沉积室中并从所述沉积室中移除。所述电化学沉积系统还包括致动器，所述致动器可操作为当所述工件固持器和所述屏蔽件固持器位于所述沉积室内时，在垂直于所述第一平面和所述第二平面的方向上改变它们之间的相对距离。

Description

电化学沉积系统

技术领域

本发明涉及电化学沉积系统和用于电化学沉积系统的插芯。

背景技术

作为工件（例如晶片，尤其是半导体晶片）上的互连特征尺寸，其特征在于相对刚性的硅圆盘或面板以及在于更大且更具挠性的矩形基板，用于先进的包装收缩，并且随着电气要求的严格化，在许多应用中，空间和厚度均匀性尤为关键。本发明涉及用于此类应用中具有精确图案的金属的电化学沉积（ECD）。以下，术语“工件”将涵盖适用于ECD工艺的此类晶片、面板和衬底。

图1示意性地示出了用于在衬底上沉积金属的已知ECD系统500，其在US2017/0370017中进行了详细描述。该ECD系统500包括下面将描述的两个或以上的处理模块，诸如布置在公共平台上且用于在工件上沉积一种或以上的金属的ECD模块。每一个ECD模块包括：配置成包含阳极电解液流体的容积的阳极室、配置成包含阴极电解液流体的容积的阴极室、及将该阳极室与该阴极室分隔开的膜。该ECD系统500具有装载端口以接收一组工件，并包括装载器模块510，该装载器模块510用于接收通过装载/输入站512进入ECD系统500的工件且将每一个接收的工件装入工件固持器525，诸如挠性的面板固持器（PH）。

ECD系统500包括传送机构，该传送机构配置成借由工件固持器525将挠性工件从装载器模块510传送至给定处理模块（例如ECD模块），并将给定工件下降进入该给定处理模块。例如，一旦装载了被选定用于处理的工件固持器525，其可沿处理路径515（参见PH处理路径）前进，以在一个或以上的预处理模块520内加以预处理（需要时）；在一个或以上的处理模块530、532、534、536、538中加以处理；及在一个或以上的后处理模块540中加以后处理（需要时）。预处理可以包括，例如，清洁和/或润湿待处理的工件。处理可包括，例如，将诸如金属的材料沉积至工件上。同时，后处理可包括，例如，冲洗和/或干燥工件。

卸料器模块550配置为从工件固持器中移除挠性工件并将该挠性工件传送至用于接收该组挠性工件的卸料端口。一旦完成卸料，工件固持器525可沿返回路径555（参见PH返回路径）返回装载器模块510以接收另一工件。可以使用多个工件固持器，其中一些工件固持器固持于储存缓冲器内。

该ECD系统500还包括用于管理一个或以上的处理单元（即模块520、530、532、534、536、538、540）内的处理流体的化学品管理系统560。化学管理可以包括但不限于：供应、补充、用剂、加热、冷却、循环、再循环、存储、监控、排出、减少等。系统500还包括电气管理系统570，该电气管理系统570可以根据计算机编码的指令发送和接收信号以控制工件移动穿过ECD系统500，或控制多个模块520、530、532、534、536、538、540的化学性能，诸如化学组成、温度、流速等。此外，当挠性工件固持于给定的ECD模块内时，电气管理系统570可配置为向该挠性工件的一个平坦表面或两个相对的平坦表面施加电流。在这样做时，一或两个相对表面可镀覆金属，并且使用金属填充盲孔和/或通孔。

图2示意性地示出了这种ECD系统的透视图。ECD系统500包括装载器模块510和卸料器模块550，其间布置有多个模块520、530、540。虽然装载器模块510和卸料器模块550是显示在ECD系统500的远端，但是这些装载和卸料模块可配置于整个系统的同一端的附近。工件W可装入工件固持器525中，借由工件传送系统561平移，并加以定向以定位于多个模块520、530、540中。

正如本领域中所理解的那样，设置在阳极与阴极或工件之间具有开孔区域的介电屏蔽件在ECD中用于对工件附近的电场进行全局改变，从而改变沉积电流以进行均匀性控制，例如，补偿终端效应或其他一维镀覆效应。

图3示意性地示出了从US7445697已知的这种屏蔽件100。屏蔽件100在此包括外环114，该外环114在使用中拦截工件边缘附近的电场。外环114包括用于在镀覆模块（未示出）内将屏蔽件连接至壳体（未示出）的紧固孔112。螺栓在镀覆期间将外环114与圆形工件（未示出）对准。在外环114内，屏蔽件100的基本上平坦的本体120上限定有多个孔116。例如，孔116可以具有尺寸分布，如图3所示，孔116的直径朝屏蔽件100的中心逐渐增大。屏蔽件100中的孔图案和外环114的内径均可取决于工件的尺寸（此类屏蔽件100通常可沿工件的整个跨度延伸）、“镀液电导率”（即，沉积室内镀覆液的电导率）、镀覆速率或其他一些全局参数，但不包括工件图案的细节，例如毫米级细节。

此类屏蔽件通常远离工件，其间距离明显大于孔之间的间隔。图4示意性地示出了屏蔽件100和部分工件101的剖视图。屏蔽件100的孔116以间距H间隔开。工件101的区域106包含互连特征。这些特征可以例如是均匀或不均匀的凸块、柱、通孔、重新分配层等。区域106可以包含至少一个具有高电流密度的子区域，也称高可镀覆区域，和/或至少一个分布稀疏的子区域，该子区域仅具有少数互连特征和低可镀覆区域。

屏蔽件100和工件101的相对表面以间隙距离G隔开。区域106的镀覆均匀性与间隙G与孔间距H的比有关。图4所示的G/H之比为3：1。模拟和实验测量表明，为了在区域106中获得可接受的镀覆均匀性，G/H之比必须为3：1或更大。区域106的沉积均匀性将取决于许多因素，诸如光刻胶-开口图案密度。如果同时存在稀疏模式和密集模式，则所谓的“电流拥塞”效应可能会导致稀疏区域的沉积速率更高。在光刻胶-开口图案密度的区域和纯光刻胶区域之间的边界附近，这一效果尤其明显。

可以看出，图3和图4中所示的远均匀性屏蔽件（FUS）中的孔图案与工件上的所需镀覆图案无关。

其他现有技术（其包括关于ECD系统、流体搅拌和现有技术的远均匀性屏蔽件方面的背景信息）包括：US2005/0167275，US2012/0305404，US2012/0199475，US9631294，US9816194，US10014170和US10240248。

申请人提出了另外一种形式的屏蔽件，其在使用中充分靠近工件以允许在特征构图的长度范围内进行均匀性控制，这对于要求严格均匀性控制的应用具有优势。这种屏蔽件具有专门设计用于特定工件图案的开口图案。

然而，在ECD系统中实现这种“近图案屏蔽件”（CPS）存在许多困难。例如，某些ECD系统使工件旋转以在工件表面搅动并分配流体。在这样的系统中难以实现CPS（closepatterning shield），因为屏蔽件与工件的对准要求它们一起旋转。这种系统中，屏蔽件和工件之间的镀覆液也会旋转，从而减少了衬底表面的流体搅拌，限制了反应物种类的质量传递，并导致难以接受的低镀覆速率。

同样，某些ECD系统使工件保持静止，并使用桨板或搅动板进行流体搅拌。在这样的系统中，由于流体搅拌的影响，难以在近图案屏蔽件和工件之间安装并保持精确对准。

此外，由于近图案屏蔽件是为用于特定的工件图案而设计的，因此每次镀覆具有新图案的工件时都需要更换该屏蔽件。通常，屏蔽件的更换和重新对准是一项复杂的任务，需要搅拌运动驱动系统的重新连接和重新对准。连接和对准驱动系统的需求可能会降低系统可用性。

本发明寻求提供一种ECD系统，该ECD系统为工件提供充分搅动，维持近图案屏蔽件和工件之间的精确对准，并且其中，该屏蔽件可以以最小的系统可用性损失来更换。

根据本发明，该目的首先通过ECD系统实现，该ECD系统允许工件和屏蔽件在沉积室内相对移动，其次，通过在模块化插芯中设置待插入沉积室的部件，大大地有助于这些部件的放置和更换。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于将金属沉积到工件上的电化学沉积系统，其包括：

适于在使用中容纳镀覆液的沉积室；

用于将工件固持于第一平面中的工件固持器；

用于将屏蔽件固持于基本平行于所述第一平面的第二平面中的屏蔽件固持器；

具有异型表面以在使用中搅动镀覆液的搅动板；

其中所述工件固持器、所述屏蔽件固持器以及所述搅动板均适于插入所述沉积室中并从所述沉积室中移除，以及

其中，所述电化学沉积系统还包括致动器，所述致动器可操作为当所述工件固持器和所述屏蔽件固持器位于所述沉积室内时，在垂直于所述第一平面和所述第二平面的方向上改变它们之间的相对距离。

根据本发明的第二方面，提供了一种在电化学沉积系统中使用的插芯，其用于将目标材料沉积到工件上，所述插芯包括：

具有异型表面以在使用中搅动液体的搅动板；以及

用于固持屏蔽件的屏蔽件固持器。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于电化学沉积的系统，其包括第二方面的插芯。

本发明的其他具体方面和特征在所附权利要求书中提出。

附图说明

现在将参考附图（未按比例）描述本发明，其中。

图1示意性地示出了已知ECD系统。

图2示意性地示出了图1的ECD系统的透视图。

图3示意性地示出了已知远均匀性屏蔽件的主表面。

图4示意性地示出了相对于工件定位的远均匀性屏蔽件的放大截面图。

图5示意性地示出了近图案屏蔽件和具有不均匀沉积区域的工件的放大截面图。

图6从上方示意性地示出了一组工件管芯级的示例性特征图案区域。

图7从上方示意性地示出了与图6的工件配合使用的近图案屏蔽件的一部分。

图8A从上方示意性地示出了具有图7的部分的矩形近图案屏蔽件。

图8B从上方示意性地示出了具有图7的部分的圆形近图案屏蔽件。

图9示出了使用远均匀性及近图案屏蔽件时，图6的稀疏互连区域的均匀性与屏蔽件-工件间隙的关系图。

图10示出了使用远均匀性及近图案屏蔽件时，图6的密集互连区域的均匀性与屏蔽件-工件间隙的关系图。

图11以分解等距视图示意性地示出了根据本发明的实施例的工件固持器，该工件固持器包含工件、插芯以及镀覆模块的部件。

图12以透视图示意性地示出了图11的带有部分插入的工件固持器的电化学镀覆模块。

图13以透视图示意性地示出了图11的带有部分插入的插芯的电化学镀覆模块。

图14以等轴截面图示意性地示出了图11的具有完全插入的工件固持器以及两个插芯的电化学镀覆模块的一部分，并示出了插芯的支撑特征。

图15示意性地示出了图14的电化学镀覆模块的等距截面图，其示出了插入后的工件固持器和插芯。

图16是插芯致动后，类似图15的视图。

图17以等距视图示意性地示出了关于图11至图16的插芯和工件固持器的线性运动驱动部件。

图18示意性地示出了两个插芯的放大等距视图，其示出了耦合到搅动板的线性运动。

图19以剖视图示意性地示出了根据本发明的另一实施例的水平电化学镀覆模块的俯视等距视图，其示出了均匀性屏蔽件与工件紧密对准的插芯。

图20以剖视图示意性地示出了图19的模块的分解等距视图，插芯部分插入该模块。

附图标记说明：

100-远均匀性屏蔽件 101-工件 106-工件区域

107-区域 108-间隙区域 112-紧固孔

114-外环 116，116’-孔 117-屏蔽区域

120-平面体 200-近图案屏蔽件（CPS）

220-屏蔽件部分 300-模块 300'-水平模块

301-壳体 301A-上壳体 301B-中心壳体

301C-下壳体 302-阳极组件 303-线性马达

304-内腔 310-工件固持器 311-工件

312-搅动板 314-搅动板基座 313-电气连接件

320-插芯 321-插芯框架 322-平移引导件

323-外腔 324-阳极 325-致动器

326-阳极支撑件 328-膜支撑件 329-排气歧管

331-底板延伸部 332-搅动支撑板 333-搅动板延伸部

343-下腔 344-上腔 338-载体

G-间隙距离 H-孔间距 500-已知ECD系统

510-装载器模块 512-装载/输入站 515-处理路径

520-预处理模块 525-工件固持器

530、532、534、536、538-处理模块 540-后处理模块

550-卸料器模块 555-返回路径 560-化学品管理系统

561-工件传送系统 570-电气管理系统 PH-面板固持器。

具体实施方式

为了保持一致和清晰，在以下描述中，相同的附图标记将用于表示相同的部件。

图5示意性地示出了“近图案”屏蔽件（“CPS”）200和具有不均匀沉积区域107的工件101的放大截面图。与图4的布置相比较，在所示的屏蔽件的范围内，屏蔽件200的孔116’以间距H间隔开，而屏蔽件200和工件101的相对表面隔开间隙距离G。在此，间隙G与间距H之比为0.5。优选地，屏蔽件200与工件101的相对表面之间的距离G在2至6 mm的范围内。工件101上的区域107通过孔116’接收镀覆电流，但是因为屏蔽区域117阻挡了电流，所以区域107之间的间隙区域108不接收镀覆电流。因此，图2和图3的远屏蔽技术与图5的近屏蔽技术之间的构图方式大不相同。

在电镀过程中使用近屏蔽件是有优势的。其优点之一是能够补偿电流拥塞效应，从而使稀疏和密集区域获得适当的电流密度。对于在镀覆过程中使用CPS而言，重要的是，屏蔽件包括基本上平坦的板，所述板中形成有孔的图案，在使用中，所述孔的图案基本对应于位于工件上的特征的位置。因此，孔116必须具备适当的尺寸并与工件101上的特征对准。孔116可以呈各种形状，包括圆形、椭圆形、正方形或矩形。与诸如图3所示的现有技术的远均匀性屏蔽件（“FUS”）相比，用于近屏蔽件的间隙G与间距H的比率将小于2：1，通常在大约1：1的间隙处，以改善均匀性。

图6从上方示意性地示出了一组工件管芯级的示例性特征图案区域。这里50mm×50mm的单个管芯210包括两种类型的特征图案区域211和212。中心正方形区域212的尺寸为20mm×20mm，并具有可镀覆面积为30％的相对稀疏的图案特征。矩形区域211的尺寸为5mm×10mm，并具有相对密集的图案特征。区域211的可镀覆面积为55％。区域211和212内的特征可以比例如直径在10到100um范围内的圆形开口或宽度在2到10um范围内的直线区域的尺寸小很多。

图7从上方示意性地示出了与图6的工件配合使用的呈板形式的基本上平坦的近图案屏蔽件（close patterning shield）200的一部分220。CPS部分220具有孔221和222，其被优化以用于对图6所示的互连特征的工件图案进行均匀沉积。虚线区域211’和212’示出了当CPS部分220与管芯210对准时管芯210的互连区域211和212的尺寸和相对位置。在该示例中，孔221和222的中心之间的距离为20mm。

孔221和222的尺寸小于对应的图案区域211和212的尺寸。开口长度与镀覆区域的比率在这里被称为“收缩系数”。例如，如果孔221的尺寸为2.5mm×5mm，图案区域211的尺寸为5mm×10mm，则收缩系数为0.5。

图8A和图8B从上方示意性地示出了近图案屏蔽件（close patterning shield）的两种可选形式，分别为矩形屏蔽件和圆形屏蔽件，其分别包含诸如图7所示的周期性重复的CPS部分220。可以看出，在每种情况下，屏蔽件内均形成有孔的图案，该图案包括多个在屏蔽板的平面范围内周期性重复的子图案（即，部分220中包括的孔的布置）。该周期例如可以在屏蔽件的两个主要方向上，即如图8A和图8B所示的上下和左右方向，处于5至100mm的范围内。图8A所示的矩形屏蔽件200R适用于镀覆矩形工件，而图8B所示的圆形屏蔽件200C适用于镀覆圆形工件。每个部分220或子图案对应于相应工件101上的一个管芯。如图中所示，近图案屏蔽件可呈矩形、正方形或圆形等任何形状。尽管这些实施例中所示的孔221和222均为矩形和正方形，但在其他实施例中，CPS孔可以呈任何形状，包括例如圆形、椭圆形和矩形。

可以使用电化学建模软件来设计CPS 200孔的图案，该软件包含工件101上光刻胶特征图案的信息以及关于镀覆模块的几何和电气信息，以求出工件表面的电场和沉积速率。此类软件中包含的镀覆模块的几何特征可使用阳极组件（如下所述）、屏蔽件200、搅动板（见下文）以及可能影响电场的任何其他电极或表面的CAD模型。这种模拟中的电气信息包括用于阳极和工件表面的化学作用、膜的作用（如果存在的话）以及一个或多个镀覆槽的电导率的模型。建模软件的一个示例是COMSOL Multiphysics的电沉积模块，其可从马萨诸塞州伯灵顿的COMSOL公司获得。通过这种软件优化的CPS 200特征可能包括屏蔽件内孔的数量、位置、形状和大小，以及屏蔽板的厚度。可通过这种软件优化的镀覆模块特征包括屏蔽件-工作点间隙，以及分段阳极、膜、搅动板、工件固持器、屏蔽件固持器、模块表面和任何其他电极的形状和位置。

图9示出了使用远均匀性及近图案屏蔽件时，图6的管芯的稀疏互连区域212的均匀性与屏蔽件-工件间隙G的关系图。该图显示了使用COMSOL Multiphysics软件进行模拟的结果。曲线纵坐标是镀覆沉积速率的归一化标准偏差，也称为归一化（one sigma）均匀度。图中显示了四个曲线。标记为“FUS”的曲线是直径为1mm的圆形开口在2mm网格上均匀隔开的屏蔽件的均匀性。对于2到20mm的间隙而言，FUS的均匀性在6.2至8％的范围内，对应的G/H之比为1:10。标记为“CPS”的三个曲线是屏蔽件220的均匀性，其收缩系数（“SF”）为0.5、0.6和0.7。该图显示，与FUS相比，CPS可获得更好的均匀性。其还表明最佳间隙取决于收缩系数。对于0.7的收缩率，最佳间隙为4mm，因而产生1.4％的归一化(one-sigma）均匀度，这种均匀性明显优于FUS。

图10示出了使用远均匀性及近图案屏蔽件时，图6的管芯的密集互连区域211的均匀性与屏蔽件-工件间隙G的关系图。该图显示了使用COMSOL Multiphysics软件进行模拟的结果。标记为FUS的曲线是直径为1mm的圆形开口在2mm网格上均匀间隔的屏蔽件的凸起高度的归一化标准偏差。对于2到20mm的间隙而言，FUS的均匀性在4.5至6.2％的范围内，对应的G/H之比为1:10。最佳收缩系数是0.6，然而均匀性对密集区域的收缩系数不如对稀疏区域敏感。在最佳间隙为4mm时，具有图7中所示开口的CPS 200的G/H之比为（4mm/20mm）=0.2。

图11以分解等距视图示意性地示出了根据本发明的实施例的工件固持器，该工件固持器包含工件、插芯以及ECD系统的镀覆模块的部件。镀覆模块300包括大致呈长方体的壳体301，该壳体具有两个相对的主表面，该主表面在使用中基本平行于工件的平面，以保持ECD系统的众多部件，下面将进行更加详细的描述。特别地，壳体301容纳至少一个适于接收镀覆液的沉积室或镀覆槽（下面将进行详细描述）以接收由工件固持器310固定于第一平面中的工件311、由相应屏蔽件固持器（这里是插芯框架321）固定在基本平行于第一平面的第二平面中的至少一个近图案屏蔽件（CPS）200、以及具有成型表面以在使用中搅动镀覆液的搅动板312。如图所示，CPS 200、搅动板312和插芯框架321组装在一起作为插芯320一体插入沉积室中并从沉积室中移除。可以提供至少一个额外插芯，用于插入沉积室中并从沉积室中移除，图11示出了两个这样的插芯320。

在壳体301的一个或两个主外表面上设置有由相关联的电气连接件313供电的具有多个片段的阳极组件302，该结构在本领域中是已知的。

模块300还包括线性马达303，线性马达303可操作以在使用中在与工件的平面平行的方向上，即图11所示的垂直方向上，驱动搅动板312。下面将更详细地描述该操作。

应当注意，ECD系统整体上可以包括多个这样的模块300，以及传送和控制机构，参考图1和图2，该传送和控制机构以与上述已知系统相同或相似的方式将工件（及其工件固持器）移动到正确的模块，将其插入和移除并将工件从ECD系统退出。由于这样的设备在本领域中是已知的，并能够很好地为本领域技术人员所理解，因而不需要进一步详细讨论这些系统的特征。

图12以透视图示意性地示出了图11的电化学镀覆模块，其中工件固持器310及其工件311部分地插入模块300的沉积室中。在美国专利10,283,396中描述了示例性工件固持器310。在处理之前，参考图1和图2所示及描述的传送系统用于将工件固持器310下降进入壳体301中。在镀覆之后，操作传送系统以抬升工件固持器310并将工件固持器310输送到其他模块（未示出）以进行进一步处理，例如，清洁并干燥工件311。

图13以透视图示意性地示出了图11的电化学镀覆模块，其中，每个插芯320部分插入模块300的沉积室内。每个插芯320包括CPS 200、搅动板312和插芯框架321，在该实施例中，两个插芯均用作屏蔽件固持器以将CPS 200保持在基本上平行于工件平面的平面内，并在插入及移出沉积室的过程中，保持各自的搅动板312与其平行对准。

图14以等轴截面图示意性地示出了图11的具有完全插入的工件固持器310以及两个插芯320的电化学镀覆模块300的基部，并示出了插芯的支撑特征。在每个插芯320内，搅动板312的基座314超过插芯框架321的最低限度朝着壳体301的底部向下延伸到达搅动支撑板332。还可以看出，每个阳极组件302包括由阳极支撑件326支撑的阳极324。膜327以其周边安装到壳体上以将壳体301分成两个隔室，即内腔304和外腔323，每个隔室包含具有不同化学组成的镀覆槽。每个膜327由膜支撑件328固定。应当理解的是，在工件311的两侧进行镀覆需要如图所示的两个阳极324、两个CPS 200和两个搅动板312。然而，在工件311单面镀覆的可选实施例中，仅需要单个阳极324、单个CPS 200和单个搅动板312。

图15示意性地示出了图14的电化学镀覆模块300的等距截面图，其示出了插入后的工件固持器310和插芯320。在每个插芯320中，插芯框架321包括配合特征，该配合特征与平移引导件322的相应垂直开槽特征相匹配，平移引导件322继而承载并在插入期间支撑CPS 200。插入后，引导件322中的开槽特征在CPS 200和工件311之间保持平行对齐。在壳体301的内表面上靠近插芯框架321处设置有致动器325，该致动器325可操作以相对于壳体301移动插芯框架321、平移引导件322、CPS 200和搅动板312，从而改变CPS 200和工件311之间的距离。图15示出了处于收缩位置的插芯320，使搅动板312和工件311之间具有足够的间隙，以将工件固持器310插入沉积室的内腔304中，同时最小化搅动板312和工件311之间干扰的可能性。在工件311具备挠性并可以轻微弯曲的情况下，该间隙尤其有利。对本领域技术人员而言，显而易见的是，致动器325可以为气动、机械或电动类型。

图16是插芯致动后，类似图15的视图。在通过致动器325平移引导件322并因此平移插芯320之后，CPS 200靠近工件311并与工件311对准。一旦插芯320紧密对准，就可以将电流提供给工件311以进行电镀。正如本领域技术人员所理解的，通过接触的激活建立与工件固持器310的电气连接，其可以使用一个或多个气动活塞或夹具（未示出）来完成。

图17以等距视图示意性地示出了关于图11至图16的插芯320和工件固持器310的线性运动驱动部件。线性马达303可操作以产生垂直驱动运动，该垂直驱动运动通过相应的驱动轴317耦合到搅动支撑板332，驱动轴317在使用中平行于工件的每个侧面的平面并基本上在其内延伸。搅动支撑板332是在两个驱动轴317的远端之间延伸的细长梁，并且在使用中通过搅动板基座314的突出延伸部333和突出底板延伸部331之间的耦合将垂直驱动运动施加到搅动板312上，当插芯320插入壳体301时，延伸部333与底板延伸部331对准并相邻。

图18示意性地示出了两个插芯320的放大等距视图，其示出了耦合到其搅动板312的线性运动，其中每个插芯320插入壳体301中，其各自的CPS 200紧密地对准工件311并且由各自的插芯框架321支撑。每个搅动板312的搅动板基座314向下延伸超过各自的插芯框架321以与公共的搅动支撑板332相邻接。搅动支撑板332将向上的搅拌驱动力（由线性马达303产生，见图17）耦合到搅动板312。搅动板延伸部333和底板延伸部331之间的耦合将向下的搅拌驱动力提供给搅动板312。搅动板延伸部333和底板延伸部331之间可以机械或磁性耦合。在优选实施例中，搅动板延伸部333和底板延伸部331之间磁性耦合，这就允许搅拌驱动力的传递可以自行对准。延伸部333和331内的磁体的尺寸可以设定成使得搅动支撑板332和搅动板延伸部333之间的耦合力足以克服搅动期间的惯性力和粘性力，但仍然允许手动移除插芯320。

图19以剖视图示意性地示出了根据本发明的另一实施例的水平电化学镀覆模块300’的俯视等距视图，其示出CPS 200与工件311紧密对准的插芯320。这里，与图11至图18中描述的“垂直”设备相反，术语“水平模块”是指平面工件311以及CPS 200和搅动板312在沉积期间均保持在水平方向。为简单起见，示出了仅包括单个插芯320的装置，但是，对于本领域技术人员而言显而易见的是，两个插芯构造（工件311的每一侧具有一个插芯）同样可能存在。

如图19所示，模块300'由具有三个壳体部分的壳体301限定：以堆叠方式构造的上壳体301A、中心壳体301B和下壳体301C，围合成适于在使用中容纳镀覆液的中心沉积室。插芯320包括CPS 200和搅动板312，CPS 200如图所示与工件311紧密对准。位于下壳体301C上靠近模块300'的基座的阳极组件302包含多个阳极片段324。由膜支撑件328固定的膜327将下壳体301C内的下腔343中的镀覆流体（镀覆液）与中心壳体301B内的上腔344中的流体相分离。插芯320由中心壳体301B内的轮廓特征支撑，以保持与工件311的紧密对准。工件311由支撑在中心壳体301B内的载体338固定，载体在工件311的边缘处提供电连接件和流体密封。上壳体301A支撑用于废流体的排气歧管329。

图20以剖视图示意性地示出了图19的模块300’的分解等距视图，插芯320部分插入该模块。如图所示，插芯320可插入上壳体301A和中心壳体301B之间。例如，可以垂直驱动上壳体301A以提供足够间隙从而允许插芯320的插入，或者在可选实施例（未示出）中，致动器可以相对于中心壳体301B，例如以蛤壳（clam-shell）的方式，打开上壳体301A以接受插芯320。在所有实施例中，一旦将插芯320插入沉积室中，致动器将操作以减小工件固持器与屏蔽件固持器之间的相对距离。

上述实施例仅是示例性的，并且本发明范围内的其他可能性和替代方案对于本领域技术人员将是显而易见的。

Claims (20)

1.一种用于将金属沉积到工件上的电化学沉积系统，其包括：

适于在使用中容纳镀覆液的沉积室；

用于将工件固持于第一平面中的工件固持器；

用于将屏蔽件固持于基本平行于所述第一平面的第二平面中的屏蔽件固持器；

具有异型表面以在使用中搅动镀覆液的搅动板；

其中，所述工件固持器、所述屏蔽件固持器以及所述搅动板均适于插入所述沉积室中并从所述沉积室中移除，以及

其中，所述电化学沉积系统还包括致动器，所述致动器可操作为当所述工件固持器和所述屏蔽件固持器位于所述沉积室内时，在垂直于所述第一平面和所述第二平面的方向上改变它们之间的相对距离。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述搅动板和所述屏蔽件固持器组装在一起作为插芯插入所述沉积室中并从所述沉积室中移除。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述搅动板安装在所述屏蔽件固持器上。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述搅动板可移动地安装在所述屏蔽件固持器上，以允许其在与所述第一平面平行的方向上相对运动。

5.根据权利要求2所述的系统，其包括至少一个额外插芯，其用于插入所述沉积室中并从所述沉积室中移除。

6.根据权利要求1所述的系统，其包括由所述屏蔽件固持器固定的屏蔽件。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述屏蔽件包括基本上平坦的板，所述板中形成有孔的图案，在使用中，所述孔的图案基本上对应于位于所述工件上的特征的位置。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述屏蔽件包括基本上平坦的板，所述板中形成有孔的图案，所述图案包括在所述板的平面范围内周期性重复的多个子图案。

9. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述周期在5至100 mm的范围内。

10. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述致动器可操作以改变所述工件固持器与所述屏蔽件固持器之间的相对距离，以便在使用中，使所述屏蔽件和所述工件的相对表面在所述沉积室内相距2至6 mm。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述致动器包括电动致动器、气动致动器和液压致动器中的一种。

12.根据权利要求1所述的系统，其包括搅拌致动器，当所述搅拌致动器插入所述沉积室内时，其可操作地连接至所述搅动板，以使所述插入的所述搅动板在平行于所述第一平面的方向上进行往复直线运动。

13.根据权利要求12所述的系统，其包括在所述搅动板和所述搅拌致动器之间的联轴器；当所述搅动板插入所述沉积室时，所述联轴器接合；当从所述沉积室中移除所述搅动板时，所述联轴器分离。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述联轴器包括磁性联轴器。

15. 一种用于在电化学沉积系统中以将目标材料沉积到工件上的插芯，其包括：

具有异型表面以在使用中搅动液体的搅动板；以及

用于固持屏蔽件的屏蔽件固持器。

16.根据权利要求15所述的插芯，其包括由所述屏蔽件固持器固定的屏蔽件。

17.根据权利要求16所述的插芯，其中，所述屏蔽件包括基本上平坦的板，所述板中形成有孔的图案，在使用中，所述孔的图案基本上对应于位于所述工件上的特征的位置。

18.根据权利要求16所述的插芯，其中，所述屏蔽件包括基本上平坦的板，所述板中形成有孔的图案，所述图案包括在所述板的平面范围内周期性重复的多个子图案。

19. 根据权利要求18所述的插芯，其中，所述周期在5至100 mm的范围内。

20.一种用于电化学沉积的系统，其包括根据权利要求15所述的插芯。

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