TW202016363A - 分離式陽極腔室的同步壓力調節方法及設備 - Google Patents

Abstract

電鍍結果可藉由動態地控制電鍍設備之不同部分中的壓力而加以改善。例如，在電鍍及非電鍍操作兩者期間，可透過確保陽極腔室中之壓力始終維持略高於離子電阻元件歧管中之壓力而避免許多鍍覆問題。此等壓差避免隔膜向下伸張至陽極腔室中。

Description

分離式陽極腔室的同步壓力調節方法及設備

本文之實施例係關於將材料電鍍至基板上的方法及設備。該等基板通常為半導體基板且該材料通常為金屬。

所揭露的實施例係關於在電鍍期間用於控制電解液流體動力特性的方法及設備。更具體而言，本文所述之方法及設備尤其有用於將金屬鍍至半導體晶圓基板上，例如具有小於如約50 µm寬度之小型微凸塊特徵部(如銅、鎳、錫與錫合金焊料)、以及銅直通矽貫孔(TSV)特徵部之直通光阻鍍覆(through resist plating)。

電化學沉積現已準備好滿足複雜封裝與多晶片內連技術的商業需求，複雜封裝與多晶片內連技術通常口語地被稱為晶圓級封裝(WLP)與直通矽貫孔(TSV)電連接技術。部分由於一般較大的特徵部尺寸(相較於前段製程(FEOL)互連)及高深寬比，該等技術面臨著非常嚴峻的挑戰。

根據封裝特徵部的類型與應用(例如，直通晶片連接TSV、互連重分配佈線、或晶片對板或晶片接合，如倒裝晶片柱)，在現今的技術中經鍍覆的特徵部在其主要尺寸上通常大於約2微米，且通常為約5-100微米(例如，銅柱可為約50微米)。對於某些晶片上的結構(如功率匯流排)而言，欲鍍覆的特徵部可能大於100微米。WLP特徵部的深寬比通常為約 1:1(高度對寬度)或更小(雖其可高達約2:1左右)，而TSV結構可具有非常高的深寬比(例如接近約20:1)。

此處所提供之先前技術描述係為了大體上介紹本發明之背景。在此先前技術章節中所敘述之範圍內之本案列名之發明人的成果、以及在申請時不適格作為先前技術之說明書的實施態樣，皆非有意地或暗示地被承認為對抗本發明之先前技術。

本文的某些實施例係關於用以將材料電鍍至半導體基板上的方法及設備。通常，本文所述技術涉及動態地控制電鍍設備之不同區域中的壓力，以達成同步壓力調節。通常，將陽極腔室中之壓力控制為略高於離子電阻元件歧管中之壓力。

在本文實施例的一個實施態樣中，提供一種動態地控制電鍍設備中之壓力的方法，該方法包含：(a)在該電鍍設備中接收一基板，該電鍍設備包含：一鍍覆腔室，其係配置以在將金屬電鍍至該基板上期間容納電解液及陽極，該基板為實質上平面狀的；一基板支座，其係配置以支撐該基板，俾使在鍍覆期間該基板的一鍍覆面浸入該電解液中且與該陽極分隔開；一離子電阻元件，其用以在電鍍期間提供通過該離子電阻元件的離子傳輸，其中該離子電阻元件為包含複數通孔的板件；一隔膜，其用以在電鍍期間提供通過該隔膜的離子傳輸；一離子電阻元件歧管，其係定位在該離子電阻元件下方且在該隔膜上方；以及一陽極腔室，其係定位在該隔膜下方，且容納該陽極；(b)將該基板浸入該電解液中，並將材料電鍍至該基板上；(c)將該基板自該鍍覆腔室中移除；以及(d)在步驟(a)-(c)期間，動態地控制該陽極腔室中之壓力，俾使該陽極腔室中之壓力始終比該離子電阻元件歧管中之壓力高約690-6900帕之間。

在許多實施例中，與在步驟(a)或(c)中裝載或卸載該基板時相比，該陽極腔室中之壓力在步驟(b)中將材料電鍍至該基板上時可為較高的。在一些此等情況下，(i) 在步驟(a)及(c)期間，該陽極腔室中之壓力可為介於約690-2070帕之間，且該離子電阻元件歧管中之壓力可為介於約0-1380帕之間，並且(ii) 在步驟(b)期間，當對該基板進行電鍍時，該陽極腔室中之壓力可為介於約1380-4830帕之間，且該離子電阻元件歧管中之壓力可為介於約690-4140帕之間。

在某些實施例中，可藉由改變流入該陽極腔室之電解液的流率而動態地控制該陽極腔室中之壓力。例如，在步驟(a)及(c)期間，通過饋給該陽極腔室之泵浦的電解液的流率可為介於約0.3 – 2.0 L/min之間，且在步驟(b)期間，當對該基板進行電鍍時，通過饋給該陽極腔室之該泵浦的電解液的流率可為介於約1.0 – 4.0 L/min之間。在該等或其他實施例中，可基於該基板支座的位置而動態地控制流入該陽極腔室之電解液的流率。在一些實施例中，該電鍍設備可更包含用以判定該陽極腔室中之壓力的第一壓力感測器、及用以判定該離子電阻元件歧管中之壓力的第二壓力感測器，且可基於以下兩者之間的差異而動態地控制流入該陽極腔室之電解液的流率：由該第一壓力感測器所判定之該陽極腔室中之壓力、及由該第二壓力感測器所判定之該離子電阻元件歧管中之壓力。

在一些實施例中，可藉由改變對離開該陽極腔室之電解液的限制而動態地控制該陽極腔室中之壓力。例如，可藉由動態地控制閥的位置而改變對離開該陽極腔室之電解液的限制，其中該閥影響離開該陽極腔室之電解液。

在許多實施例中，在步驟(a)-(c)期間，該陽極腔室中之壓力可比該離子電阻元件歧管中之壓力高約690-1380帕之間。

在本文實施例的另一實施態樣中，提供一種用於電鍍之設備，該設備包含：一鍍覆腔室，其係配置以在將金屬電鍍至一基板上期間容納電解液及陽極，該基板為實質上平面狀的；一基板支座，其係配置以支撐該基板，俾使在鍍覆期間該基板的一鍍覆面浸入該電解液中且與該陽極分隔開；一離子電阻元件，其用以在電鍍期間提供通過該離子電阻元件的離子傳輸，其中該離子電阻元件為包含複數通孔的板件；一隔膜，其用以在電鍍期間提供通過該隔膜的離子傳輸；一離子電阻元件歧管，其係定位在該離子電阻元件下方且在該隔膜上方；一陽極腔室，其係定位在該隔膜下方，且容納該陽極；以及一控制器，其係配置以在該陽極腔室中存在電解液時引致該陽極腔室中之壓力之動態控制，從而使該陽極腔室中之壓力維持比該離子電阻元件歧管中之壓力高約690-6900帕之間。

在一些實施例中，該控制器可配置以引致該陽極腔室中之壓力之動態控制，使得在電鍍期間建立第一陽極腔室壓力，且在從該基板支座裝載或卸載該基板時建立第二陽極腔室壓力，該第一陽極腔室壓力大於該第二陽極腔室壓力。

在一些實施例中，該控制器可配置以引致該離子電阻元件歧管中之動態壓力，使得在電鍍期間建立第一離子電阻元件歧管壓力，且在從該基板支座裝載或卸載該基板時建立第二離子電阻元件歧管壓力，該第一離子電阻元件歧管壓力大於該第二離子電阻元件歧管壓力，其中該第一離子電阻元件歧管壓力為介於約690-4140帕之間，該第二離子電阻元件歧管壓力為介於約0-1380帕之間，該第一陽極腔室壓力為介於約1380-4830帕之間，且該第二陽極腔室壓力為介於約690-2070帕之間。

在許多實施例中，可藉由改變流入該陽極腔室之電解液的流率而動態地控制該陽極腔室中之壓力。在一些此等情況下，該控制器可配置以致使通過饋給該陽極腔室之泵浦的電解液流率(i) 在從該基板支座裝載或卸載該基板時為介於約0.3 – 2.0 L/min之間，且(ii) 在電鍍期間為介於約1.0 – 4.0 L/min之間。在該等或其他實施例中，該控制器可配置以基於該基板支座的位置而動態地控制流入該陽極腔室之電解液的流率。

該設備可更包含用以判定該陽極腔室中之壓力的第一壓力感測器、以及用以判定該離子電阻元件歧管中之壓力的第二壓力感測器，且該控制器可配置以基於以下兩者之間的差異而動態地控制流入該陽極腔室之電解液的流率：由該第一壓力感測器所判定之該陽極腔室中之壓力、及由該第二壓力感測器所判定之該離子電阻元件歧管中之壓力。

在一些實施例中，該控制器可配置以藉由改變對離開該陽極腔室之電解液的限制而動態地控制該陽極腔室中之壓力。例如，該控制器可藉由控制閥的位置而改變對離開該陽極腔室之電解液的限制，其中該閥影響離開該陽極腔室之電解液。

在許多實施例中，該控制器可配置以動態地控制該陽極腔室中之壓力，俾使其維持比該離子電阻元件歧管中之壓力高約690-1380帕之間。

以下參照相關圖式而進一步說明該等及其他特徵。

圖1A繪示電鍍設備的簡化橫剖面圖。圖1B顯示圖1A之設備，其特別顯示有關壓力及隔膜的問題，該問題可能在電鍍期間出現。該設備包含電鍍槽101，其中基板102係定位於基板支座103之中。基板支座103常被稱為一杯件，且其可在基板102周邊支撐基板102。陽極104係定位於電鍍槽101底部附近。陽極104與基板102以一隔膜105分隔開，該隔膜105位在隔膜框架106下方且由隔膜框架106所支撐。隔膜框架106有時被稱為陽極腔室隔膜框架。此外，陽極104與基板102以一離子電阻元件107分隔開。離子電阻元件107包含開口，其使電解液能夠行進通過離子電阻元件107而衝擊基板102。前側插件108係定位於離子電阻元件107上方、鄰近基板102的周邊。前側插件108可為弧形或環形的，且可為方位角非均勻的，如圖所示。前側插件108有時亦稱為橫向流動侷限環。環形或弧形的密封構件116係設置於前側插件108與基板支座103之間。

陽極腔室112位在隔膜105下方，且為陽極104所在之處。離子電阻元件歧管111係在隔膜105上方且在離子電阻元件107下方。橫向流動歧管110係在離子電阻元件107上方且在基板102下方。橫向流動歧管的高度係視為基板102與離子電阻元件107的平面(排除在離子電阻元件107之上表面上的肋部，若其存在的話)之間的距離。在一些情況下，橫向流動歧管可具有介於約1 mm – 4 mm之間或介於約0.5 mm – 15 mm之間的高度。橫向流動歧管110於其側面係由前側插件108加以界定，該前側插件108用以將橫向流動的電解液侷限於橫向流動歧管110之內。橫向流動歧管110的側入口113係與橫向流動歧管110的側出口114呈方位角相反而設置。側入口113與側出口114可至少部分地由前側插件108加以形成。密封構件116提供前側插件108與基板支座103之間的密封，從而在密封構件116接合時確保電解液僅於側出口114處離開橫向流動歧管110。在許多情況下，密封構件116可與橫向流動侷限環108構成一整體、或與基板支座103構成一整體、或者其可作為個別單元而提供。

如圖1A中的箭頭所示，電解液行進通過側入口113，進入橫向流動歧管110，而從側出口114離開。此外，電解液可行進通過離子電阻元件歧管111之一或多個入口(未圖示)，進入離子電阻元件歧管111，通過在離子電阻元件107中的開口，進入橫向流動歧管110，而從側出口114離開。在通過側出口114之後，電解液溢出堰牆109。電解液可被回收及再循環。流過離子電阻元件歧管111、離子電阻元件107、側入口113、橫向流動歧管110、及側出口114的電解液可稱為陰極電解液。除了陰極電解液流動之外，通常還提供分離的陽極電解液流動。循環而與陽極接觸的電解液可稱為陽極電解液。通常，陰極電解液及陽極電解液具有不同的組成。隔膜105用以使陰極電解液與陽極電解液彼此分隔開，以確保維持其各自的組成，並同時容許在電鍍期間通過該機構的離子傳輸。陽極腔室112包含用於接收陽極電解液的入口(未圖示)、及用於自陽極腔室112移除陽極電解液的出口(未圖示)。陽極腔室112的入口及出口可與陽極電解液再循環系統相連接。

在某些實施例中，離子電阻元件107近似在基板(陰極)附近的一接近恆定且均勻的電流源，且因此在一些情境下可稱為高電阻虛擬陽極(HRVA)或通道型離子電阻元件(CIRP)。一般而言，離子電阻元件107係相對於晶圓而緊鄰配置。相對地，同樣緊鄰基板的陽極明顯較不傾向於對晶圓供應接近恆定的電流，而僅在陽極金屬表面處支援一恆定電位平面，從而在從陽極平面到終端(例如，到晶圓上的周邊接觸點)的淨電阻較小處使電流能夠為最大。因此雖然離子電阻元件107被稱為高電阻虛擬陽極(HRVA)，此不意味該二者在電化學上為可互換的。在某些操作條件下，離子電阻元件107將更密切近似且較佳地描述為虛擬均勻電流源，其中接近恆定的電流源自於離子電阻元件107的整個上平面。

在許多的(但非全部)實施例中，離子電阻元件107含有微尺寸(通常小於0.04”)的通孔，其係空間性且離子性彼此隔離，且不在離子電阻元件的本體內形成互連通道。此等通孔常被稱為不相通的通孔。其通常以一個維度延伸，該維度經常(但未必)垂直於晶圓的鍍覆表面(在一些實施例中，該等不相通的孔相對於晶圓而傾斜，晶圓一般平行於離子電阻元件的前表面)。該等通孔經常係彼此平行。該等通孔經常以方形陣列加以排列。其他時候，佈局則呈偏移螺旋圖案。該等通孔不同於3-D多孔網路(其中通道以三個維度延伸並形成互連多孔結構)，因為通孔將平行於其中表面的離子電流與(在某些情況下)流體流兩者重建，且使電流與流體流兩者的路徑朝晶圓表面伸直。然而，在某些實施例中，具有互連多孔網路的此一多孔板可用作離子電阻元件。當自板的頂表面至晶圓的距離係小的(例如，約1/10晶圓半徑尺寸的間隙，舉例而言，小於約5 mm)，電流與流體流兩者的發散度係藉由離子電阻元件通道而加以局部限制、授予、及對準。

一個範例離子電阻元件107為一盤件，其係由呈離子及電子電阻性的固態、非多孔介電材料構成。該材料在使用的電鍍溶液中亦為化學穩定的。在某些情況下，離子電阻元件107係由陶瓷材料(例如，鋁氧化物、二氧化錫、鈦氧化物、或金屬氧化物的混合物)或塑膠材料(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、聚碸、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯等)所構成，其具有介於約6,000-12,000個非相通的通孔。在許多實施例中，離子電阻元件107係與晶圓實質上共同延伸的(例如，當與300 mm晶圓一起使用時，離子電阻元件107具有約300 mm的直徑)，且緊鄰於晶圓，例如在晶圓面朝下的電鍍設備中於晶圓正下方。較佳的情況為，晶圓的鍍覆表面在最接近之離子電阻元件表面的約10 mm之內，更佳係在約5 mm之內。為此，離子電阻元件107的頂表面可為平坦的或實質上平坦的。離子電阻元件107的頂部和底部表面兩者經常為平坦的或實質上平坦的。然而，在若干實施例中，離子電阻元件107的頂表面包含一系列的線形肋部，如以下進一步描述。

如上所述，板件107的整體離子電阻和流阻係取決於板的厚度、以及整體孔隙度(能使流動穿過板的面積之分率)與該等孔的尺寸/直徑兩者。較低孔隙度的板會具有較高的衝擊流速及離子電阻。比較具有相同孔隙度的板，具有較小直徑的1-D孔(且因此有較大數量的1-D孔)的一者因為有更多個別電流源(其更作為可分布在相同間隙的點來源)，因此會於晶圓上具有更微均勻(micro-uniform)分布的電流，且亦會具有更高的總壓降(高黏滯流阻)。

在一些情況下，約1-10%的離子電阻元件107為開通區域，離子電流可通過該處(且若沒有其他元件阻擋該等開口，電解液可通過該處)。在特定實施例中，約2-5%的離子電阻元件107為開通區域。在一特定範例中，離子電阻元件107的開通區域係約3.2%，且有效總開通截面積係約23 cm² 。在一些實施例中，在離子電阻元件107中所形成的不相通的孔具有約0.01至0.08英寸的直徑。在一些情況下，該等孔具有約0.02至0.03英吋的直徑，或介於約0.03-0.06英吋的直徑。在各種實施例中，該等孔所具有的直徑至多約為離子電阻元件107與晶圓之間的間隙距離之0.2倍。該等孔在橫剖面上大致為圓形的，但不需要如此。此外，為易於建造，在離子電阻元件107中的所有孔可具有相同直徑。然而，此非必需的，且隨特定需求可能規定，孔的個別尺寸與局部密度兩者可在離子電阻元件表面上變化。

圖1A及1B中所示之離子電阻元件107包含延伸進/出頁面的一系列線形肋部115。肋部115有時稱為突起部。肋部115係定位於離子電阻元件107的頂表面，且其係定向成使得其長度(例如，其最長維度)垂直於橫向流動電解液的方向。肋部115影響橫向流動歧管110之內的流體流動及電流分布。例如，電解液的橫向流動大體上侷限於肋部115的頂表面上方之區域，產生高速率的電解液橫向流動。在相鄰肋部115之間的區域中，向上輸送穿過離子電阻元件107的電流係在輸送至基板表面之前加以重分布而變得更均勻。

在圖1A及1B中，橫向流動電解液的方向為左至右(例如，從側入口113至側出口114)，且肋部115係定向成使得其長度延伸進/出頁面。在某些實施例中，肋部115可具有介於約0.5 mm到1.5 mm之間的寬度(在圖1A中自左至右量測)，在一些情況下為介於約0.25 mm到10 mm之間。肋部115可具有介於約1.5 mm到3.0 mm之間的高度(在圖1A中上下量測)，在一些情況下為介於約0.25 mm到7.0 mm。肋部115可具有介於約5/1到2/1之間的高度對寬度高寬比(高度/寬度) ，在一些情況下為介於7/1到1/7之間。肋部115可具有介於約10 mm到30 mm之間的節距，在一些情況下為介於約5 mm到150 mm之間。肋部115可具有可變長度(在圖1A中進/出頁面而量測)，其橫跨離子電阻元件107的表面而延伸。介於肋部115的上表面與基板102的表面之間的距離可介於約1 mm到4 mm之間、或介於約0.5 mm到15 mm之間。肋部115可設置在與基板大致共同延伸的一區域上，如圖1A和1B所示。離子電阻元件107中的通道/開口可被定位在相鄰肋部115之間，或其可延伸通過肋部115(換言之，肋部115可具有或不具有通道於其中)。在一些其他實施例中，離子電阻元件107可具有平坦的上表面(例如，不包含肋部115)。在一些其他實施例中，可利用升高的平台區域代替肋部115。圖1A和1B中所示之電鍍設備(包含具有肋部於其上的離子電阻元件)係進一步討論於美國專利第9,523,155號，其案名為「ENHANCEMENT OF ELECTROLYTE HYDRODYNAMICS FOR EFFICIENT MASS TRANSFER DURING ELECTROPLATING」，在此藉由參照將其全文引入。

該設備可針對特定應用依需要而包含各種額外元件。在一些情況下，邊緣流元件可被設置於橫向流動歧管內鄰近基板的周邊。可將邊緣流元件加以形狀設計及定位，以促進靠近基板邊緣的高度電解液流動(例如，橫向流動)。邊緣流元件在某些實施例中可為環形的或弧形的，且可為方位角上均勻的或非均勻的。邊緣流元件係進一步探討於美國專利第14/924,124號，其申請於2015年10月27日，其案名為「EDGE FLOW ELEMENT FOR ELECTROPLATING APPARATUS」，在此藉由參照將其全文引入。

在許多情況下，該設備包含一密封構件116，用於暫時性地密封該橫向流動歧管，如上所述。該密封構件可為環形或弧形的，且可鄰近橫向流動歧管的邊緣而定位。在電鍍期間，密封構件可重複地接合及脫開，以將橫向流動歧管密封及啟封。在其他情況下，密封構件可在電鍍期間保持接合。藉由移動基板支座、離子電阻元件、前側插件、或與密封構件接合之該設備的其他部分，可使密封構件接合及脫開。密封構件及調制橫向流動的方法係進一步探討於下列美國專利申請案，其每一者在此藉由參照將其全文引入：美國專利申請案第15/225,716號，申請於2016年8月1日，案名為「DYNAMIC MODULATION OF CROSS FLOW MANIFOLD DURING ELECTROPLATING」；及美國專利申請案第15/161,081號，申請於2016年5月20日，案名為「DYNAMIC MODULATION OF CROSS FLOW MANIFOLD DURING ELECTROPLATING」。

在各種實施例中，可設置一或多個電解液噴嘴，以在離子電阻元件上方輸送額外的電解液。電解液噴嘴可鄰近基板的周邊、或於較靠近基板中心的位置處、或上述兩者處輸送電解液。電解液噴嘴可以任何方位加以定向，且可輸送橫向流動電解液、衝擊電解液、或其組合。電解液噴嘴係進一步描述於美國專利申請案第15/455,011號，申請於2017年3月9日，案名為「ELECTROPLATING APPARATUS AND METHODS UTILIZING INDEPENDENT CONTROL OF IMPINGING ELECTROLYTE」，在此藉由參照將其全文引入。

在一些情況下，可在離子電阻元件附近設置額外的隔膜。該額外隔膜可位在離子電阻元件下方、上方、或之內。該額外隔膜可用以防止或最小化以下情況：電解液從橫向流動歧管110向下流入離子電阻元件歧管111中。此等流動有時係因以下情況而發生：在橫向流動歧管110中相對於離子電阻元件107下方區域的高流量及高壓。當此問題發生時，電解液通常向下流過靠近側入口113之區域中的離子電阻元件107，接著以高流率向上流過靠近側出口114之離子電阻元件107而返回。在該等或其他情況下，可將一或更多擋板設置於離子電阻元件歧管111中。相似於該額外隔膜，該等擋板可用以減少以下的不樂見之流動：從橫向流動歧管110通過靠近側入口113之離子電阻元件107、橫向地穿過離子電阻元件歧管111、接著向上通過靠近側出口114之離子電阻元件107而返回的流動。擋板可具有任何形狀，但在一些情況下為線性定向的、平行於凸部、且垂直於橫向流動電解液的方向。擋板可佔據離子電阻元件歧管111的整個高度、或其一部份。此等額外的隔膜及擋板係進一步描述於美國臨時專利申請案第62/548,116號，申請於2017年8月21日，案名為「METHODS AND APPARATUS FOR FLOW ISOLATION AND FOCUSING DURING ELECTROPLATING」，在此藉由參照將其全文引入。

電鍍設備之各種區域中的壓力受到許多因素所影響，包括電解液流過各個區域的速率。在許多習知應用中，在電鍍期間，離子電阻元件歧管111內的壓力略微小於陽極腔室112內的壓力。然而，最近的進展導致使用相對高的電解液流率流過側入口113並穿過橫向流動歧管110。此外，最近的進展導致在電鍍期間使用密封的橫向流動歧管110。在電鍍期間橫向流動歧管110中之此密封及高電解液流率在橫向流動歧管110內提供相對高的壓力。此高壓可能導致一些電解液從橫向流動歧管110向下流入離子電阻元件歧管111中，如上所述。因此，橫向流動歧管110內之高壓被轉移通過離子電阻元件107，而導致離子電阻元件歧管111內相對高的壓力。因此，在電鍍期間，離子電阻元件歧管111內之壓力可能大於陽極腔室112內的壓力。

圖1B顯示當離子電阻元件歧管111內之壓力大於陽極腔室112內之壓力時可能發生的一個問題。當此情況發生時，隔膜105可能被推離隔膜框架106。隔膜105向下伸張，從而有效地增加離子電阻元件歧管111之容積並減少陽極腔室112之容積。此可能導致許多鍍覆問題。例如，隔膜105之伸張可能造成隔膜中的小裂縫，特別係在提供陽離子傳輸及/或電滲透拖曳特性的層內。此使得隔膜的功能性下降並使其壽命縮短。

其次，經伸張之隔膜可能形成捕集氣泡的囊部，其可能對基板上之電沉積均勻性造成不利影響。第三，經伸張之隔膜可能致使電解液在電鍍期間以非期望之方式通過設備，從而導致不良的鍍覆結果。此在擋板(未圖示)設置於離子電阻元件歧管111中之情況下尤其係成問題的，如上所述。擋板避免或減少電解液之橫向流動(例如在圖1B中由左至右)穿過離子電阻元件歧管111。然而，在隔膜105如圖1B所示地向下伸張之情況下，電解液能夠在隔膜框架106下方及經伸張之隔膜105上方的區域中橫向地行進穿過設備，因為擋板通常不會延伸至隔膜框架106下方。換言之，當隔膜105伸張遠離隔膜框架106時，其提供一路徑，通過該路徑，電解液之一部份可能經由以下方式而「短路」：在隔膜框架106與隔膜105之間的區域中橫向行進穿過設備，而非如期望地行進穿過橫向流動歧管110。此非期望之流動型態係顯示於圖1B中。即使在省略擋板之情況下(如圖1B所示)，隔膜105之伸張可能使與穿過離子電阻元件歧管111之橫向流相關的問題加劇。說明在離子電阻元件上之不同位置處通過離子電阻元件107之流動的模型化結果係顯示於圖7中。如以下進一步討論，該等結果顯示出：在靠近側入口113處，電解液從橫向流動歧管110向下流過離子電阻元件107中之通道而進入離子電阻元件歧管111，而在靠近側出口114處，電解液從離子電阻元件歧管111向上流過離子電阻元件107中之通道而回到橫向流動歧管110中。說明此非期望流動型態之效應的實驗結果係顯示於圖8A中。相對地，圖8B顯示與本文實施例相關的實驗結果，在本文實施例中，主動地將陽極腔室112中之壓力控制為大於離子電阻元件歧管111中之壓力。圖7、8A、及8B係在以下與實驗及模型化結果相關的章節中進一步討論。

第四，離子電阻元件歧管111及陽極腔室112之變化容積可能係成問題的，尤其係在裝載及卸載基板時。在最近的許多應用中，當基板支座103處於鍍覆位置(如圖1B所示)、且使電解液通過設備以進行鍍覆時，離子電阻元件歧管111中之壓力可為約1.0 PSI(例如約6,900帕)，而陽極腔室112中之壓力可為約0.5 PSI(例如約3,450帕)。相對地，當基板支座103被抬升至非鍍覆位置時(例如，使得基板可被裝載或卸載)，離子電阻元件歧管111內之壓力可降至大約0.15 PSI(例如約1,035帕)，而陽極腔室112內之壓力維持於約0.5 PSI(例如約3,450帕)不變。此意指：當基板支座103處於鍍覆位置且使電解液按路線行進以進行電鍍時，離子電阻元件歧管111中之壓力明顯高於(例如，約為陽極腔室112中之壓力的兩倍)陽極腔室112中之壓力。此導致隔膜105伸張遠離隔膜框架106，因此導致離子電阻元件歧管111之容積增加而同時使陽極腔室112之容積減少。當基板支座103被抬升至非鍍覆位置時，使得相對壓力顛倒，且陽極腔室112中之壓力高於離子電阻元件歧管111中之壓力。此使得隔膜105返回至隔膜框架106，從而使離子電阻元件歧管111之容積減少而使陽極腔室112之容積增加。該等容積變化係成問題的，因為其可能觸發不必要的陽極電解液給劑，該陽極電解液給劑使用去離子水及原始補充溶液(VMS)。在許多情況下，容積變化可由一系統所偵測，該系統係用以監視陽極電解液/陽極腔室之壓力及/或體積。去離子水及VMS之給劑可為自動的，其係由偵測到的變化所引致。不必要之給劑可能稀釋陽極電解液(其導致CuO_x 粒子形成)，且最終可能導致陽極鈍化。此外，此稀釋作用可能傳遞至陰極電解液，且可能需要增加的洩放及饋給或其他電解液池校正。

在許多習知情況下，陽極腔室係配置以在鍍覆時及閒置時皆維持於恆定壓力。此在電解液流率相對低及/或橫向流動歧管未密封時尤其係成問題的，其使得橫向流動歧管內之壓力大約等於陽極腔室之壓力，且使得橫向流動歧管內之壓力在鍍覆與非鍍覆操作之間實質上不會改變。然而，在使用造成橫向流動歧管內之相對高壓的較新設計(相較於先前所使用者)之情況下，此恆定陽極腔室壓力可能導致以上針對圖1B之隔膜105而描述的問題。例如，圖2A顯示：當設備在非鍍覆操作(例如，卸載及裝載基板於基板支座上)與鍍覆操作之間循環時，陽極腔室中之壓力(P_AC )及離子電阻元件歧管中之壓力(P_IREM )，其中陽極腔室壓力為恆定的。在此情況下，P_AC 在非鍍覆時間之期間係大於P_IREM ，而P_AC 在鍍覆時間之期間係小於P_IREM 。當P_AC 大於P_IREM 時，上述問題可能對鍍覆結果造成實質有害的影響。

在本文之各種實施例中，動態地控制陽極腔室內之壓力以確保其始終略微高於離子電阻元件歧管內之壓力，如圖2B所示。陽極腔室內之壓力被控制為非恆定的，其中當設備用於電鍍時提供較高的壓力，而當設備非用於電鍍時提供較低的壓力。由於主動地將陽極腔室中之壓力控制為大於離子電阻元件歧管中之壓力，因此避免與隔膜伸張相關之上述問題發生。

許多不同的技術可用以確保陽極腔室中之壓力維持略高於離子電阻元件歧管中之壓力。該等技術可單獨地使用或彼此組合使用。在圖3A中所示之一範例中，主要藉由控制通過泵浦321的流率而控制陽極腔室312中之壓力，其中泵浦321饋給陽極腔室312。通過泵浦321的流率係由控制系統320所控制，其基於電鍍腔室中之基板支座303的位置而控制通過泵浦321的流率。因此，基板支座303的位置被饋送至控制系統，該控制系統控制通過泵浦321的流率，其影響陽極腔室312中的壓力。因此陽極腔室312中的壓力係基於基板支座303的位置而加以控制。

在圖3A中，兩個電鍍腔室串接運行。每一電鍍腔室包含陽極腔室312、離子電阻元件歧管311(在圖3A中稱為「IRE歧管」)、及基板支座303。電鍍腔室可例如如圖1A所示。雖然未繪示於圖3A之示意圖中，但應理解，當基板支座303降至用於鍍覆之位置時，橫向流動歧管形成於基板支座303下方和離子電阻元件/離子電阻元件歧管311上方。在圖3A之示意圖中亦未繪示使陰極電解液再循環的再循環系統。

圖3A中所示之兩個電鍍腔室係與陽極腔室塔(在圖3A中稱為「AC塔」)流體連接。陽極腔室塔可用以提供靜壓力高差，從而在某些期望時間之期間(例如電鍍期間及/或閒置期間)於陽極腔室312中建立相對恆定的壓力。在某些情況下，可將陽極腔室塔省略。即使在陽極腔室塔存在時，仍可能藉由控制電解液進入及/或離開陽極腔室的速率而影響陽極腔室中的壓力。

如圖3A所示，使陽極電解液再循環。可根據需要而將去離子水及化學品(例如原始補充溶液)注入陽極電解液中。在此實施例中，一起操作兩個電鍍腔室。因此，當其中一個腔室中的基板支座303被降至鍍覆位置時，同時使另一腔室中的基板支座303下降。可按此方式一起操作任何數量的電鍍腔室。在一些實施例中，僅提供單一電鍍腔室。

依據一實施例，圖3B顯示陽極腔室中之壓力(P_AC )、離子電阻元件歧管中之壓力(P_IREM )、及通過饋給陽極腔室312之泵浦321的流率(F_AC )。圖3B與圖2B相同，但其中加入F_AC 。在此實施例中，F_AC 之數值係基於基板支座303的位置而加以控制，如針對圖3A所說明。當沒有鍍覆發生時，將基板支座303抬升，使得基板可被裝載/卸載。當基板支座303處於升起位置時，通過饋給陽極腔室312之泵浦321的流率維持相對地低。此在陽極腔室312中建立相對低的壓力，其仍略高於離子電阻元件歧管311中之壓力。當基板被裝載於基板支座303上且基板支座降至鍍覆位置時，通過饋給陽極腔室312之泵浦321的流率增加(基於基板支座303的位置)，從而使陽極腔室312中的壓力增加，俾使其維持略高於離子電阻元件歧管311中之壓力(離子電阻元件歧管311中之壓力本身因電鍍期間橫向流動歧管之密封及/或通過橫向流動歧管之流率增加而增加)。當鍍覆完成且基板支座303回到其升起位置時，通過饋給陽極腔室312之泵浦321的流率減小(基於基板支座303的位置)，其再次確保陽極腔室312中的壓力維持略高於離子電阻元件歧管311中之壓力。可透過實驗及/或模型化而決定基板支座位置與泵浦流率(饋給陽極腔室)之間的期望相關性。

圖4顯示一實施例，其中通過饋給陽極腔室412之泵浦421的流率係基於離子電阻元件歧管411中之壓力(P_IREM )及陽極腔室中之壓力(P_AC )而加以控制。P_IREM 及P_AC 之各者係由壓力感測器所量測，並被饋送至控制系統420。控制系統420對P_AC 及P_IREM 進行比較，並控制通過泵浦421的流率，俾使P_AC 維持略高於P_IREM 。通過泵浦421的流率直接影響P_AC ，其中流量增加導致P_AC 增加。藉此方式，例如在鍍覆及非鍍覆操作兩者期間，可恆常地監視P_AC 及P_IREM ，並且可恆常地將P_AC 控制為略大於P_IREM 。圖3B中所示之壓力及流率亦可適用於圖4中所示之實施例。圖4之實施例的一個優點為：泵浦421可配置以提供恆定速率的電解液流動至陽極腔室412，從而提供恆定速率的陽極引灌。

在某些實施例中，壓力感測器中之一或多者可為高準確度矽感測器，其係由充油不鏽鋼膜片所保護，且壓力範圍低於100 psi。

相似於圖3A中所示之實施例，圖4之實施例顯示串接運行的兩個電鍍腔室。在許多實施例中，可按此方式一起操作任何數量的電鍍腔室。在特定實施例中，僅提供一個電鍍腔室。

圖5顯示一實施例，其中藉由控制離開陽極腔室512之電解液之閥525的位置，而將陽極腔室512中之壓力控制為始終略高於離子電阻元件歧管511中之壓力。在其他條件皆相同之情況下，當閥525相對較關攏時，陽極腔室512內之壓力係較高的，而當閥525相對較開啟時，陽極腔室512內之壓力係較低的。圖5之實施例相似於圖4之實施例，相似之處在於離子電阻元件歧管511內之壓力(P_IREM )及陽極腔室512內之壓力(P_AC )係由壓力感測器所主動地監視，該等壓力感測器將所量測之壓力饋送至控制系統520。然而，圖5之實施例藉由控制離開陽極腔室512之陽極電解液的出口節流大小(例如藉由控制閥525的位置)而主動地控制陽極腔室512中之壓力，而圖4之實施例藉由控制進入陽極腔室412之陽極電解液的流率(例如藉由控制通過泵浦421的流率)而主動地控制陽極腔室412中之壓力。該等方法中之兩者或其中一者可用以確保P_AC 始終維持略高於P_IREM 。

與圖3A及4之實施例相同，圖5之實施例顯示串接運行的兩個電鍍腔室。可按此方式一起操作任何數量的電鍍腔室，且在特定實施例中僅提供單一電鍍腔室。

圖4及5的一個優點為：其提供在不同鍍覆腔室之間的備援壓力監視。例如，由於兩個腔室係串接運行的，因此各個鍍覆腔室內的壓力應相互追蹤。換言之，從一腔室所測得之P_IREM 應與來自另一腔室的P_IREM 相匹配，且從一腔室所測得之P_AC 應與來自另一腔室的P_AC 相匹配。若兩個P_IREM 讀數之間、或兩個P_AC 讀數之間出現差異，則此可能表示存在以下問題：將離子電阻元件歧管與陽極腔室分隔的隔膜之一者的完整性問題、或在基板支座之一者之周緣周圍的密封件(例如將橫向流動歧管密封的密封件)的完整性問題。

本文所述之實施例的另一優點為：將陽極腔室與離子電阻元件歧管分隔的陽離子隔膜之可靠性及壽命的顯著改善。此外，由於避免了不必要的陽極電解液給劑，從而建立更穩定的陽極電解液及陰極電解液組成，因此本文之實施例提供改良的鍍覆性能。此外，由於流過設備之電解液流動受到改善，因此本文之實施例提供改良的鍍覆性能。

許多其他技術可用於確保陽極腔室中的壓力維持高於離子電阻元件歧管中之壓力。例如，可使通過饋給陽極腔室之泵浦的流率提高，俾使陽極腔室中的壓力在電鍍期間維持在一靜態/均勻值，其高於離子電阻元件歧管中所經受之壓力。替代地或附加地，可對離開陽極腔室的流動進行限制，俾使陽極腔室中的壓力在電鍍期間維持在一靜態/均勻值，其高於離子電阻元件歧管中所經受之壓力。然而，該等方法可能帶來其他問題，尤其係在陽極腔室中之壓力會明顯高於離子電阻元件歧管中之壓力的非鍍覆時間之期間。在此時，將陽極腔室與離子電阻元件歧管分隔的隔膜會被強勢地推向將其支撐的隔膜框架，其係肇因於該兩個區域之間的顯著壓差。此可能導致隔膜伸張並彎曲進入隔膜框架的開口，並可能損害該隔膜。此外，此等方法可能導致陽極電解液自陽極腔室滲漏至陰極電解液再循環流中。本文之各種實施例藉由以下方式而避免該等問題：動態地控制陽極腔室中的壓力，俾使其始終略高於離子電阻元件歧管中之壓力。透過此相對適度的壓差，可避免隔膜損壞及陽極電解液滲漏之問題。

可用以避免本文所述問題中之一或多者的另一技術為：在將陽極腔室與離子電阻元件歧管分隔的隔膜下方設置一機械支撐結構。例如，針對圖1A，隔膜框架106係設置於隔膜105的上方。在另一實施例中，可將第二隔膜框架(未圖示)設置於隔膜105的下方。相似地，單一隔膜框架可在兩側支撐隔膜。此等支撐會防止隔膜105向下伸張(如圖1B所示)。該等實施例可能引起某些問題，該等問題係關於在位於隔膜下方之額外支撐結構/隔膜框架附近之氣泡捕集增加。

在本文之各種實施例中，動態地控制陽極腔室中的壓力，俾使其維持略高於離子電阻元件歧管中之壓力。可藉由以下方式而控制陽極腔室中的壓力：控制通過饋給陽極腔室之泵浦的流率、及/或控制離開陽極腔室之陽極電解液的出口管節流/閥位。可基於以下各者而控制陽極腔室中的壓力：基板支座的位置、及/或在陽極腔室中及/或離子電阻元件歧管中所感測之一或更多壓力。

在許多情況下，將陽極腔室中的壓力(P_AC )控制為介於約0.2 – 0.7 PSI之間(例如介於1380-4830帕之間)、或在一些情況下為介於約0.1 – 2.0 PSI之間(例如介於690-13800帕之間)。當設備中存在電解液時(包括鍍覆及非鍍覆時間之期間)，P_AC 可比離子電阻元件歧管中之壓力(P_IREM )高約0.1 – 0.2 PSI (例如高約690-1380帕)。在許多情況下，在鍍覆及非鍍覆時間之期間，P_AC 比P_IREM 高至少約0.1 PSI(例如至少約690帕)。在該等或其他情況下，P_AC 可高達比P_IREM 高約1.0 PSI(例如高達比P_IREM 高約6900帕)。在該等範圍內，P_AC 被視為略大於P_IREM ，如本文所述。在某些實施例中，P_AC 在鍍覆時間之期間可為介於約0.2 – 0.7 PSI之間(例如介於約1380-4830帕之間)，且在非鍍覆時間之期間可為介於約0.1 – 0.3 PSI之間(例如介於約690-2070帕之間)。在該等或其他實施例中，P_IREM 在鍍覆時間之期間可為介於約0.1 – 0.6 PSI之間(例如介於約690-4140帕之間)，且在非鍍覆時間之期間可為介於約0 – 0.2 PSI之間(例如介於約0-1380帕之間)。在某些實施例中，通過饋給陽極腔室之泵浦的流量在鍍覆時間之期間可為介於約1.0 – 4.0 L/min之間(例如，俾產生相對較高的P_AC )，且在非鍍覆時間之期間可為介於0.3 –2.0 L/min之間(例如，俾產生相對較低的P_AC )。該等數值可與圖3A及4之實施例特別相關，其分別藉由控制通過泵浦321/421的流率而控制P_AC 。在該等或其他實施例中，通過側入口之陰極電解液流量在鍍覆時間之期間可為介於約6 – 120 LPM之間，且在非鍍覆時間之期間可為介於約6 – 70 LPM之間。

本文所述之流率、壓力、及其他鍍覆條件旨在作為非限制性範例。雖然本文所述之鍍覆條件適合於經測試之電鍍系統，但具有不同幾何或配置的其他系統可於不同條件下操作而同時仍實行本文所述實施例中之一或多者。設備

本文中所述之方法可藉由任何合適的設備加以執行。合適的設備包含用以完成處理操作之硬體、以及具有用以根據本發明實施例來控制處理操作之指令之系統控制器。例如，在一些實施例中，硬體可包含在處理工具中之一或更多處理站。

圖6顯示範例電沉積設備的概要俯視圖。電沉積設備600可包括三個分離的電鍍模組602、604與606。電沉積設備600亦可包括設置用於各種處理操作的三個分離模組612、614與616。例如，在某些實施例中，模組612、614與616中的一或更多者可為旋轉潤濕乾燥(SRD)模組。其他實施例中，模組612、614與616中的一或更多者可為電填充後模組(PEMs)，每一模組係設置為運行一功能，例如邊緣斜角移除、背側蝕刻、以及在基板由電鍍模組602、604與606之其中一者處理後的基板酸性清潔。

電沉積設備600包括中央電沉積腔室624。中央電沉積腔室624係容納化學溶液的腔室，其中該化學溶液在電鍍模組602、604與606中用作電鍍溶液。電沉積設備600亦包括可儲存及輸送用於電鍍溶液之添加物的給劑系統626。化學稀釋模組622可儲存並混合化學物以作為蝕刻劑。過濾及泵浦單元628可過濾電鍍溶液以供中央電沉積腔室624之用並將電鍍溶液泵入電鍍模組。

系統控制器630提供電子控制與介面控制，其係操作電沉積模組600所需。系統控制器630(其可包括一或更多實體或邏輯控制器)控制電鍍設備600的部分或全部性能。

用於監視該處理的信號可藉由系統控制器630從各處理工具感測器的類比及/或數位輸入連結所提供。用於控制該處理的信號可在處理工具的類比與數位輸出連結上輸出。可受到監視之處理工具感測器的非限定範例包括質量流控制器、壓力感測器(如流體壓力計)、熱電耦、光學位置感測器等。適當的程式化回饋與演算法控制可與來自這些感測器的數據一起使用以維持處理條件。

吊掛工具640可從諸如卡匣642或卡匣644的基板匣中選取基板。卡匣642或644可為前開式晶圓傳送盒(FOUPs)。FOUP可為封閉體，此封閉體係設計為在受控環境下穩固並安全容置基板，並允許基板被配備有適當裝載埠與機器搬運系統的工具移開，以用於處理或量測。吊掛工具640可使用真空附著或其他附著機構而固持基板。

吊掛工具640可接合於晶圓搬運站632、卡匣642或644、傳輸站650或對準器648。透過傳輸站650，吊掛工具646得以取用基板。傳輸站650可為吊掛工具640與646可不經過對準器648而傳遞基板來回的凹槽或位置。然而，在一些實施例中，為確保基板在吊掛工具646上正確對準以精準地傳輸到電鍍模組，吊掛工具646可利用對準器648對準基板。吊掛工具646亦可傳送基板至電鍍模組602、604或606之其中一者，或至設置用於各種處理操作的三個分離模組612、614及616之其中一者。

根據上述方法的處理操作範例可如下進行：(1) 在電鍍模組604中將銅或另一材料電沉積至基板上；(2) 在SRD模組612中潤濕並乾燥基板；以及(3)在模組614中執行邊緣斜角移除。

配置為在電鍍、潤濕、乾燥與PEM之連續處理操作的整個期間提供高效基板循環的設備可有益於在製造環境中所使用的實施方式。為達此目的，可將模組612配置為旋轉潤濕乾燥及邊緣斜角移除(edge bevel removal, EBR)腔室。藉由此模組612，基板僅需在電鍍模組604與模組612之間傳遞以用於銅電鍍及EBR操作。在一些實施例中，本文所述方法會在包含電鍍設備及步進機之系統中實施。 系統控制器

在一些實施例中，控制器為系統的部分，該系統可為上述範例的部分。此類系統可包含半導體處理設備，含一或複數處理工具、一或複數腔室、用於處理的一或複數工作台、及/或特定處理元件(晶圓底座、氣流系統等)。該等系統可與電子裝置整合，以於半導體晶圓或基板之處理前、處理期間、及處理後控制其操作。可將該等電子裝置稱為「控制器」，其可控制一或複數系統的各種元件或子部件。依據處理之需求及/或系統之類型，可將控制器程式化以控制本文中所揭示之處理的任一者，包含處理氣體之輸送、溫度設定(如：加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流動速率設定、流體輸送設定、位置及操作設定、進出工具及連接至特定系統或與特定系統介面接合的其他傳送工具及/或負載鎖之晶圓傳送。

廣泛而言，可將控制器定義為具有接收指令、發送指令、控制操作、允許清潔操作、允許端點量測等之各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子設備。該積體電路可包含儲存程式指令的韌體形式之晶片、數位信號處理器(DSPs)、定義為特殊應用積體電路(ASICs)之晶片、及/或執行程式指令(如軟體)之一或更多的微處理器或微控制器。程式指令可為以各種個別設定(或程式檔案)之形式傳送到控制器的指令，其定義用以在半導體晶圓上、或針對半導體晶圓、或對系統執行特定處理的操作參數。在一些實施中，該等操作參數可為由製程工程師所定義之配方的部分，該配方係用以在基板之一或更多的膜層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶粒的製造期間，完成一或更多的處理步驟。

在一些實施例中，控制器可為電腦的部分或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、或透過網路連接至系統、或上述之組合。例如，控制器係可位於「雲端」、或為晶圓廠主機電腦系統的全部或部分，其可允許基板處理之遠端存取。該電腦能達成對該系統之遠端存取，以監視製造操作之目前進度、查看過去製造操作之歷史、查看來自多個製造操作之趨勢或性能指標，俾改變目前處理之參數，以設定處理步驟而接續目前的處理、或開始新的處理。在一些範例中，遠端電腦(如伺服器)可透過網路將處理配方提供給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。該遠端電腦可包含可達成參數及/或設定之輸入或編程的使用者介面，該等參數或設定接著自該遠端電腦傳送至該系統。在一些範例中，控制器接收資料形式之指令，在一或更多的操作期間，其針對該待執行的處理步驟之各者而指定參數。應理解，該等參數可特定於待執行之處理的類型、及工具(控制器係配置成與該工具介面接合或控制該工具)的類型。因此，如上所述，控制器可分散，例如藉由包含一或更多的分離的控制器，其透過網路連接在一起並朝共同的目標而作業，例如本文中所敘述之處理及控制。用於此類目的之分開的控制器之範例可為腔室上之一或更多的積體電路，其與位於遠端(例如為平台等級、或為遠端電腦的部分)之一或更多的積體電路連通，其結合以控制該腔室上的處理。

範例系統可包含(但不限於)電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉沖洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、潔淨腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、徑跡腔室或模組、及可與半導體晶圓之製造及/或生產有關或用於其中的任何其他半導體處理系統。

如上所述，依據將藉由工具執行之(複數)處理步驟，控制器可與半導體製造工廠中之下列一或更多者進行通訊：其他工具電路或模組、其他工具元件、群集工具、其他工具介面、鄰接之工具、鄰近之工具、遍布工廠的工具、主電腦、另一控制器、或材料運輸中所使用之工具，該材料運輸中所使用之工具將晶圓容器輸送往返於工具位置及/或裝載埠。實驗及模型化結果

圖7顯示模型化結果，其係關於上述與某些習知應用相關之電解液短路問題。當離子電阻元件歧管中之壓力大於陽極腔室中之壓力時，使得此問題加劇。在此情況下，側入口附近的電解液從橫向流動歧管向下流過離子電阻元件中之通道而進入離子電阻元件歧管。接著，電解液行進穿過離子電阻元件歧管內之鍍覆腔室(例如在圖1A中由左至右)，然後向上通過離子電阻元件中之孔洞而在靠近側出口處回到橫向流動歧管中。此流動型態並非所期望的，因為其使得橫向流動歧管中之橫向流動程度減低，且可能在靠近側出口之基板上造成超出期望的衝擊流動。

圖7中的y軸表示通過離子電阻元件中之相關孔洞的電解液流率。圖7中的x軸表示沿離子電阻元件之孔洞的數量，在該等孔洞處對流動進行模型化(例如，x = 0靠近側入口，而x = 60靠近離子電阻元件之中心)。結果顯示：一定量的電解液向下流過靠近側入口位置處之離子電阻元件中的通道，且大量的電解液向上流過靠近側出口位置處之離子電阻元件的通道。該等結果與本文所述之電解液短路問題一致。

圖8A及8B提供實驗結果，其顯示依據兩種不同方法所蝕刻的銅晶種覆蓋基板。圖8A中之基板係利用習知方法而加以蝕刻，在該習知方法中陽極腔室中的壓力為靜態的。相對地，圖8B中之基板係利用如下方法而加以蝕刻：動態地控制陽極腔室中的壓力以維持略高於離子電阻元件歧管中之壓力。為了較佳地觀察電解液流動型態之效應，在蝕刻期間不轉動基板。在圖8A及8B中，橫向流動之電解液的方向係由底部往頂部。換言之，每一基板之底部係位於靠近側入口處，而每一基板之頂部(例如圓圈區域)係位於靠近側出口處。圖8A及8B之各者顯示相關基板、以及相關基板之近視部分。圖8A中之結果清楚地顯示在側出口附近區域中劇烈衝擊流動於基板上的效應，其與本文所述之電解液短路問題相符。在圖8A中，該等效應係以如下型態呈現：靠近彼此的各別垂直向陰影之水平列。該等各別的垂直向陰影係非期望的。其表示衝擊流動(例如，源自離子電阻元件中的相關孔洞)比所期望者更大量的區域。在此情況下，離子電阻元件中之孔洞的圖案最終會以各別的垂直向直線「印刷」於基板上，如圖8A所示。相對地，圖8B不會顯示出此相同效應。雖然圖8B會顯示出水平列之陰影，但該等陰影彼此混合且非可區別的。此顯示在側出口附近之衝擊流動係在期望範圍內，且亦顯示電解液短路問題已被克服。

應理解，參照圖8A及8B而使用之用語「垂直」及「水平」係精確的，只要橫向流動係按所示方向提供即可。若橫向流動為由左往右，則在側出口附近之超出期望的衝擊流動的效應會以各別水平向陰影之垂直列的型態被觀察到。圖8A及8B中所觀察到的水平列陰影可歸因於位在離子電阻元件之面向基板的表面上的線形肋部。當在電鍍期間使基板轉動時，通常使得該等肋部之效應變得均勻，例如因為該等肋部大致與基板同延(coextensive)。額外實施例

以上所述之各種硬體與方法實施例可與例如用於製造半導體元件、顯示器、LED、光伏面板等之微影圖案化工具或處理一起使用。一般而言，雖然並非必要，但此類工具/處理會在一共同的製造廠房中一起使用或進行。

薄膜之微影圖案化通常包括下列步驟之一些或全部，每一步驟以幾個可能的工具而提供：(1) 在工作件(例如，具有矽氮化物薄膜形成於其上之基板)上光阻之塗佈，使用旋塗式或噴塗式工具；(2) 光阻之固化，使用加熱板或加熱爐或其它合適的固化工具；(3) 以工具(例如，晶圓步進機)使光阻暴露至可見光或UV光或x射線光；(4) 使光阻顯影，以便使用工具(例如，濕式清洗台或噴塗式顯影器)選擇性地移除光阻及從而使其圖案化；(5) 使用乾式或電漿輔助蝕刻工具，將光阻圖案轉移至下方薄膜或工作件中；及 (6) 使用工具(例如，RF或微波電漿光阻剝除器)移除光阻。在某些實施例中，在塗佈光阻之前，可沉積可灰化硬遮罩層(例如，非晶碳層)及另一合適的硬遮罩(例如，抗反射層)。

在此應用中，用語「半導體晶圓」、「晶圓」、「基板」、「晶圓基板」、及「部分加工之積體電路」係可互換地使用。該領域中具通常知識者將會理解：用語「部分加工之積體電路」可指涉在其上的積體電路加工之許多階段之任一者期間的矽晶圓。用於半導體裝置產業中的晶圓或基板通常具有200 mm、或300 mm、或450 mm的直徑。再者，用語「電解液」、「電鍍池」、「池」、及「電鍍溶液」係可互換地使用。以上的詳細說明假設在晶圓上施行實施例。然而，實施例並非如此受限。工件可為各種外形、尺寸、及材料。除了半導體晶圓之外，可利用所揭示之實施例的其他工件包含各種物件，例如印刷電路板、磁記錄媒體、磁記錄感測器、鏡、光學元件、微機械裝置等。

除非針對特定參數而另外定義，否則本文所用之用語「約」及「大約」意圖意指相對於相關數值的±10%。

應理解，本文中所述之配置及/或方法在本質上為示例性的，且這些具體的實施例或範例不應被視為限制性的，因為可能有許多的變化。本文中所述之特定程序或方法可代表任何數目之處理策略其中一或多者。因此，所述的各種動作可以所述的順序、以其它順序、以平行方式加以實施、或在一些例子中予以省略。同樣地，可改變上述處理之順序。在此已將某些參考文獻藉由參照而引入。應理解，在該等參考文獻中所作出的任何拋棄或否定未必適用於本文所述之實施例。同樣地，在該等參考文獻中描述為必要的任何特徵在本文之實施例中可被省略。

本揭示內容之標的包括各種處理、系統及配置之所有新穎及非顯而易見之組合和次組合，及本文中所揭示之其它特徵、功能、行動、及/或性質，以及其任何及所有均等物。

101:電鍍槽 102:基板 103:基板支座 104:陽極 105:隔膜 106:隔膜框架 107:離子電阻元件 108:前側插件 109:堰牆 110:橫向流動歧管 111:離子電阻元件歧管 112:陽極腔室 113:側入口 114:側出口 115:肋部 116:密封構件 303:基板支座 311:離子電阻元件歧管 312:陽極腔室 320:控制系統 321:泵浦 322:陽極腔室塔 411:離子電阻元件歧管 412:陽極腔室 420:控制系統 421:泵浦 422:陽極腔室塔 511:離子電阻元件歧管 512:陽極腔室 520:控制系統 522:陽極腔室塔 525:閥 600:電沉積設備 602:電鍍模組 604:電鍍模組 606:電鍍模組 612:模組 614:模組 616:模組 622:化學稀釋模組 624:中央電沉積腔室 626:給劑系統 628:過濾及泵浦單元 630:系統控制器 632:晶圓搬運站 640:吊掛工具 642:卡匣 644:卡匣 646:吊掛工具 648:對準器 650:傳輸站

圖1A說明一電鍍設備，其在電鍍期間利用於基板表面上的橫向流動及衝擊流動的組合。

圖1B繪示與隔膜位移有關的問題，其在使用圖1A之設備進行電鍍的某些情況下可能發生。

圖2A及2B顯示依據兩種不同控制方法的壓力與時間關係之曲線。

圖3A繪示依據一實施例之電鍍系統的示意圖，在該實施例中藉由控制通過泵浦之流動而控制陽極腔室中的壓力，通過該泵浦之流動係基於基板固持件的位置而加以控制。

圖3B顯示依據某些實施例之壓力與時間關係之曲線及流量與時間關係之曲線。

圖4繪示依據一實施例之電鍍系統的示意圖，在該實施例中藉由控制通過泵浦之流動而控制陽極腔室中的壓力，通過該泵浦之流動係基於在陽極腔室與離子電阻元件歧管之間所感測的壓差而加以控制。

圖5繪示依據一實施例之電鍍系統的示意圖，在該實施例中藉由控制陽極腔室之流出受限的程度而控制陽極腔室中的壓力，陽極腔室之流出受限的程度係基於在陽極腔室與離子電阻元件歧管之間所感測的壓差而加以控制。

圖6顯示依據某些實施例之多腔室電鍍設備。

圖7呈現模型化結果，其說明通過離子電阻元件中之特定孔洞的流率。

圖8A及8B繪示實驗結果，其顯示在陽極腔室中之壓力為恆定的情況下之疑難的電解液流動問題(圖8A)、以及此等結果之改善，其中如本文所述而動態地控制陽極腔室中之壓力(圖8B)。

411:離子電阻元件歧管

412:陽極腔室

420:控制系統

421:泵浦

422:陽極腔室塔

Claims (20)

1. 一種動態地控制電鍍設備中之壓力的方法，該方法包含： (a)  在該電鍍設備中接收一基板，該電鍍設備包含： 一鍍覆腔室，其係配置以在將金屬電鍍至該基板上期間容納電解液及陽極，該基板為實質上平面狀的， 一基板支座，其係配置以支撐該基板，俾使在鍍覆期間該基板的一鍍覆面浸入該電解液中且與該陽極分隔開， 一離子電阻元件，其用以在電鍍期間提供通過該離子電阻元件的離子傳輸，其中該離子電阻元件為包含複數通孔的板件， 一隔膜，其用以在電鍍期間提供通過該隔膜的離子傳輸， 一離子電阻元件歧管，其係定位在該離子電阻元件下方且在該隔膜上方，以及 一陽極腔室，其係定位在該隔膜下方，且容納該陽極； (b)  將該基板浸入該電解液中，並將材料電鍍至該基板上； (c)   將該基板自該鍍覆腔室中移除；以及 (d)  在步驟(a)-(c)期間，動態地控制該陽極腔室中之壓力，俾使該陽極腔室中之壓力始終比該離子電阻元件歧管中之壓力高約690-6900帕之間。
2. 如申請專利範圍第1項之動態地控制電鍍設備中之壓力的方法，其中，與在步驟(a)或(c)中裝載或卸載該基板時相比，在步驟(b)中將材料電鍍至該基板上時該陽極腔室中之壓力係較高的。
3. 如申請專利範圍第2項之動態地控制電鍍設備中之壓力的方法，其中：(i) 在步驟(a)及(c)期間，該陽極腔室中之壓力為介於約690-2070帕之間，且該離子電阻元件歧管中之壓力為介於約0-1380帕之間，並且(ii) 在步驟(b)期間，當對該基板進行電鍍時，該陽極腔室中之壓力為介於約1380-4830帕之間，且該離子電阻元件歧管中之壓力為介於約690-4140帕之間。
4. 如申請專利範圍第1項之動態地控制電鍍設備中之壓力的方法，其中藉由改變流入該陽極腔室之電解液的流率而動態地控制該陽極腔室中之壓力。
5. 如申請專利範圍第4項之動態地控制電鍍設備中之壓力的方法，其中，在步驟(a)及(c)期間，通過饋給該陽極腔室之泵浦的電解液的流率為介於約0.3 – 2.0 L/min之間，且在步驟(b)期間，當對該基板進行電鍍時，通過饋給該陽極腔室之該泵浦的電解液的流率為介於約1.0 – 4.0 L/min之間。
6. 如申請專利範圍第4項之動態地控制電鍍設備中之壓力的方法，其中基於該基板支座的位置而動態地控制流入該陽極腔室之電解液的流率。
7. 如申請專利範圍第4項之動態地控制電鍍設備中之壓力的方法，其中該電鍍設備更包含用以判定該陽極腔室中之壓力的第一壓力感測器、及用以判定該離子電阻元件歧管中之壓力的第二壓力感測器，其中基於以下兩者之間的差異而動態地控制流入該陽極腔室之電解液的流率：由該第一壓力感測器所判定之該陽極腔室中之壓力、及由該第二壓力感測器所判定之該離子電阻元件歧管中之壓力。
8. 如申請專利範圍第1-7項之任一項之動態地控制電鍍設備中之壓力的方法，其中藉由改變對離開該陽極腔室之電解液的限制而動態地控制該陽極腔室中之壓力。
9. 如申請專利範圍第8項之動態地控制電鍍設備中之壓力的方法，其中藉由動態地控制閥的位置而改變對離開該陽極腔室之電解液的限制，其中該閥影響離開該陽極腔室之電解液。
10. 如申請專利範圍第1-7項之任一項之動態地控制電鍍設備中之壓力的方法，其中，在步驟(a)-(c)期間，該陽極腔室中之壓力比該離子電阻元件歧管中之壓力高約690-1380帕之間。
11. 一種用於電鍍之設備，該設備包含： 一鍍覆腔室，其係配置以在將金屬電鍍至一基板上期間容納電解液及陽極，該基板為實質上平面狀的； 一基板支座，其係配置以支撐該基板，俾使在鍍覆期間該基板的一鍍覆面浸入該電解液中且與該陽極分隔開； 一離子電阻元件，其用以在電鍍期間提供通過該離子電阻元件的離子傳輸，其中該離子電阻元件為包含複數通孔的板件； 一隔膜，其用以在電鍍期間提供通過該隔膜的離子傳輸； 一離子電阻元件歧管，其係定位在該離子電阻元件下方且在該隔膜上方； 一陽極腔室，其係定位在該隔膜下方，且容納該陽極；以及 一控制器，其係配置以在該陽極腔室中存在電解液時引致該陽極腔室中之壓力之動態控制，從而使該陽極腔室中之壓力維持比該離子電阻元件歧管中之壓力高約690-6900帕之間。
12. 如申請專利範圍第11項之用於電鍍之設備，其中該控制器係配置以引致該陽極腔室中之壓力之動態控制，使得在電鍍期間建立第一陽極腔室壓力，且在從該基板支座裝載或卸載該基板時建立第二陽極腔室壓力，該第一陽極腔室壓力大於該第二陽極腔室壓力。
13. 如申請專利範圍第12項之用於電鍍之設備，其中該控制器係配置以引致該離子電阻元件歧管中之動態壓力，使得在電鍍期間建立第一離子電阻元件歧管壓力，且在從該基板支座裝載或卸載該基板時建立第二離子電阻元件歧管壓力，該第一離子電阻元件歧管壓力大於該第二離子電阻元件歧管壓力，其中該第一離子電阻元件歧管壓力為介於約690-4140帕之間，該第二離子電阻元件歧管壓力為介於約0-1380帕之間，該第一陽極腔室壓力為介於約1380-4830帕之間，且該第二陽極腔室壓力為介於約690-2070帕之間。
14. 如申請專利範圍第11項之用於電鍍之設備，其中藉由改變流入該陽極腔室之電解液的流率而動態地控制該陽極腔室中之壓力。
15. 如申請專利範圍第14項之用於電鍍之設備，其中該控制器係配置以致使通過饋給該陽極腔室之泵浦的電解液流率(i) 在從該基板支座裝載或卸載該基板時為介於約0.3 – 2.0 L/min之間，且(ii) 在電鍍期間為介於約1.0 – 4.0 L/min之間。
16. 如申請專利範圍第14項之用於電鍍之設備，其中該控制器係配置以基於該基板支座的位置而動態地控制流入該陽極腔室之電解液的流率。
17. 如申請專利範圍第14項之用於電鍍之設備，更包含： 第一壓力感測器，用以判定該陽極腔室中之壓力；以及 第二壓力感測器，用以判定該離子電阻元件歧管中之壓力， 其中該控制器係配置以基於以下兩者之間的差異而動態地控制流入該陽極腔室之電解液的流率：由該第一壓力感測器所判定之該陽極腔室中之壓力、及由該第二壓力感測器所判定之該離子電阻元件歧管中之壓力。
18. 如申請專利範圍第11-17項之任一項之用於電鍍之設備，其中該控制器係配置以藉由改變對離開該陽極腔室之電解液的限制而動態地控制該陽極腔室中之壓力。
19. 如申請專利範圍第18項之用於電鍍之設備，其中該控制器藉由控制閥的位置而改變對離開該陽極腔室之電解液的限制，其中該閥影響離開該陽極腔室之電解液。
20. 如申請專利範圍第11-17項之任一項之用於電鍍之設備，其中該控制器係配置以動態地控制該陽極腔室中之壓力，俾使其維持比該離子電阻元件歧管中之壓力高約690-1380帕之間。

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