TW202319566A - 用於晶粒級電沉積厚度分布控制的微惰性陽極陣列 - Google Patents

Abstract

可利用鄰近具有一或更多晶粒之半導體基板而定位的微惰性陽極陣列板，在電鍍腔室中將金屬電鍍在半導體基板上。微惰性陽極陣列包含複數個可獨立控制的微惰性陽極元件。施加至微惰性陽極元件的電流提供可至少部分基於半導體基板中之晶粒佈局或至少部分基於全局晶圓內校正的陣列中電流分布。即使在半導體基板的晶粒中之不均勻特徵部分布的情況下，電流分布亦可以達成均勻的電鍍厚度。在一些實施例中，可在基板旋轉期間根據半導體基板的旋轉路徑調整陣列中的電流分布。

Description

用於晶粒級電沉積厚度分布控制的微惰性陽極陣列

本文的實施例有關用於在半導體晶圓上電鍍金屬的方法及設備。更具體而言，本文所述方法及設備有關在電鍍金屬於半導體晶圓上時控制用於晶粒佈局的電流分布。

在半導體裝置製造中，通常藉由電鍍將例如銅的導電材料沉積至金屬晶種層上以填充半導體晶圓上的一或更多凹陷特徵部。電鍍為在鑲嵌處理期間將金屬沉積至晶圓之貫孔及溝槽中的方法選項，且亦用於晶圓級封裝(WLP)應用中的穿透光阻電鍍以形成金屬柱及線。電鍍的另一應用為填充矽通孔(TSV)，其為用於3D積體電路及3D封裝中的相對大型垂直電連接部。

在一些電鍍基板中，晶種層在電鍍之前暴露在基板的整個表面上(通常在鑲嵌及TSV處理中)，且金屬的電鍍發生在基板整體上。在其他電鍍基板中，晶種層的一部分被非導電性遮罩材料覆蓋，例如由光阻覆蓋，而晶種層的另一部分露出。在如此具有部分遮蔽晶種層的基板中，電鍍僅發生在晶種層的暴露部分上，而晶種層的受覆蓋部分受保護免於電鍍。在具有以圖案化遮罩材料(例如光阻)塗佈之晶種層的基板上的電鍍被稱為遮罩電鍍，且通常用於WLP應用中。

半導體裝置的製造通常涉及一系列用於形成細線互連部及其他金屬特徵部的步驟。舉例而言，在3D封裝領域中，WLP應用可能涉及在半導體基板上形成導電性晶種層、在導電性晶種層上形成光阻層、及曝光和顯影光阻層以在其中定義圖案，其中該圖案通常以特定尺寸比例及形狀重複，且可稱為「晶粒」。在金屬化操作之後，通常在經歷涉及其他半導體晶圓及晶粒的進一步封裝操作之前，將半導體晶圓切割(「切塊」)成功能上相同的個體(稱為「晶粒」)。然而應理解，半導體晶圓上的晶粒未必為功能上相同的個體。

線、墊、及柱通常被電鍍以在基板之間建立連結，並在具有不同功能的晶粒內及之間建立互連電連接部。一般而言，期望電鍍產生可接受的晶粒內(WID)、晶圓內(WIW)、及特徵部內(WIF)電鍍不均勻性。

本文提供的先前技術係針對大致呈現本揭示內容之脈絡的目的。就此先前技術章節中所描述者而言，目前列名之發明人的成果、以及在申請時可能未以其他方式認定為先前技術的敘述態樣均不明示性或暗示性承認為相對本揭示內容的先前技術。

本文提供在基板上電鍍金屬特徵部的方法。該方法包含在電鍍腔室中接收基板，其中該基板包含具有圖案化特徵部分布的一或更多晶粒；在電鍍腔室中使基板與電解質接觸；以及使用具有複數個微惰性陽極元件的微惰性陽極陣列在基板上電鍍金屬，其中將電流施加至二或更多微型惰性陽極元件以在基板的一區域上提供不均勻電流分布。在一些實施例中，基板為部分製造半導體基板。

在一些實施例中，將電流施加至二或更多微惰性陽極元件以提供至少部分基於一或更多晶粒之圖案化特徵部佈局的不均勻電流分布。在一些實施例中，將電流施加至二或更多微惰性陽極元件以提供至少部分基於全局晶圓內(within-wafer, WIW)校正的不均勻電流分布。在一些實施例中，將電流施加至二或更多微惰性陽極元件以提供至少部分基於全局晶圓內(WIW)校正的不均勻電流分布。在一些實施例中，一或更多晶粒包含圖案化特徵部佈局，其中不均勻電流分布施加於其上的區域包含重複的圖案化特徵部佈局之間的距離，且其中該距離大於定義在微惰性陽極元件之間的間距，且大於定義在基板與微惰性陽極陣列之間的間隙尺寸。在一些實施例中，定義在基板與微惰性陽極陣列之間的間隙尺寸係等於或大於定義在微惰性陽極陣列中的微惰性陽極元件之間的間距。在一些實施例中，間隙尺寸為定義在微惰性陽極元件之間的間距之至少三倍大，且為各微惰性陽極元件的臨界尺寸之至少三倍大。在一些實施例中，定義在基板與微惰性陽極陣列之間的間隙尺寸等於或小於約4 mm。在一些實施例中，定義在微惰性陽極陣列中的微惰性陽極元件之間的間距等於或小於約500 μm。在一些實施例中，使基板與電解質接觸包含使電解質橫向流動而橫跨基板之表面。在一些實施例中，該方法更包含在使用微惰性陽極陣列於基板上電鍍金屬之前識別基板中的一或更多晶粒中之圖案化特徵部佈局。在一些實施例中，該方法更包含經由模擬或計算從均勻晶粒電流分布決定陽極接地平面上的電流分布，以獲得模擬或計算電流分布；以及基於陽極接地平面上的模擬或計算電流分布將電流值分配至微惰性陽極陣列中的微惰性陽極元件之各者。在一些實施例中，該方法更包含在使用微惰性陽極陣列瑜基板上電鍍金屬時旋轉基板；及改變施加至二或更多微惰性陽極元件的電流，以達成至少部分基於旋轉後一或更多晶粒的圖案化特徵部佈局之定位的新電流分布。在一些實施例中，微惰性陽極元件之各者係彼此物理性隔離、彼此電性隔離、且可獨立控制以從電源接收電流。在一些實施例中，金屬係以實質上均勻的厚度在具有圖案化特徵部分布的一或更多晶粒中加以電鍍。在一些實施例中，基板具有導電晶種層上方的圖案化光阻，其中金屬係電鍍在由圖案化光阻定義的凹陷特徵部中及導電晶種層的暴露部分上。

本文亦提供電鍍設備，其包含配置成固持部分製造半導體基板的基板固持件，其中部分製造半導體基板包含具有圖案化特徵部分布的一或更多晶粒。電鍍設備更包含鄰近部分製造半導體基板的微惰性陽極陣列，其中微惰性陽極陣列包含排列成陣列的可獨立控制之複數個微惰性陽極元件；以及配置成容納流動於微惰性陽極陣列與部分製造半導體基板之間之電解質的橫流歧管，其中橫流歧管促進電解質橫跨部分製造半導體基板之表面的橫向流動。

在一些實施例中，一或更多晶粒具有不均勻圖案化特徵部分布。在一些實施例中，定義在部分製造半導體基板與微惰性陽極陣列之間的間隙尺寸係等於或大於定義在微惰性陽極陣列中的微惰性陽極元件之間的間距。在一些實施例中，間隙尺寸等於或小於約4 mm，且其中間距等於或小於約500 μm。在一些實施例中，微惰性陽極陣列包含至少100個微惰性陽極元件。在一些實施例中，電鍍設備更包含配置有用以執行以下操作之指令的控制器：將電流施加至陣列中的二或更多微惰性陽極元件以提供至少部分基於部分製造半導體基板中之圖案化特徵部佈局的期望電流分布。在一些實施例中，控制器更配置有用以執行以下操作的指令：在使電解質流動橫跨部分製造半導體基板之表面時旋轉部分製造半導體基板；及改變通向陣列中二或更多微惰性陽極元件的電流，以提供至少部分基於旋轉後部分製造半導體基板中的圖案化特徵部佈局之定位的新電流分布。

本文亦提供電鍍設備，其包含配置成接收半導體基板的基板裝載/卸載站、配置成預處理半導體基板的基板預處理站、以及配置成在半導體基板上電鍍金屬的一或更多電鍍站。各電鍍站包含配置為固持半導體基板的基板固持件；包含可獨立控制之複數個微惰性陽極元件的微惰性陽極陣列，其中微惰性陽極陣列與半導體基板分隔大於微惰性陽極元件之間之間距的間隙；以及配置成將電解質輸送至微惰性陽極陣列與半導體基板之間之間隙的電鍍浴儲存器。電鍍設備更包含一或更多機器人，其係配置成在基板裝載/卸載站與基板預處理站之間以及基板預處理站與一或更多電鍍站之間傳送半導體基板。

在一些實施例中，基板預處理站包含真空回填站及酸預潤濕站中之一或兩者。在一些實施例中，一或更多電鍍站中各者更包含流動控制器，其係配置為控制輸送至微惰性陽極陣列與半導體基板之間的間隙的電解質之流動及化學施劑；溫度控制器，配置成控制電鍍浴儲存器中的電解質之溫度；以及脫氣器，配置成在電解質輸送至微惰性陽極陣列與半導體基板之間的間隙之前從電解質中移除溶解的氣體。在一些實施例中，一或更多電鍍站中各者更包含金屬氧化物劑量控制單元，其係配置成利用金屬氧化物對電鍍浴儲存器中之電解質施劑，以緩解電解質中的酸化及金屬離子耗盡。在一些實施例中，一或更多電鍍站中各者更包含可溶性離子氧化還原對，其係配置成使電解質中的一或更多金屬離子再生並防止電解質中的酸化及金屬離子耗盡。在一些實施例中，電鍍設備進一步包含一或更多額外電鍍站，其不具有微惰性陽極陣列且配置成在半導體基板上電鍍金屬。

本文亦提供將微惰性陽極陣列中之電流分布模型化的方法。該方法包含接收具備帶有不均勻特徵部分布之晶粒的基板，從基板之晶粒中的均勻晶粒電流分布決定陽極接地平面上的電流分布，以及基於陽極接地平面上的電流分布將電流值分配至微惰性陽極陣列中的複數個微惰性陽極元件之各者。

在一些實施例中，陽極接地平面對應於具有連續導電表面的相對電極。在一些實施例中，基板為部分製造半導體基板。

在本申請案中，用語「半導體晶圓」、「晶圓」、「基板」、「晶圓基板」、及「部分製造之積體電路」可互換使用。熟悉所屬領域者將理解，用語「部分製造之積體電路」可表示在其上之積體電路製造的許多階段中任何者期間的矽晶圓。半導體裝置工業中使用的晶圓或基板通常具有200 mm、或300 mm、或450 mm的直徑。進一步而言，用語「電解質」、「電鍍浴」、「浴」、及「電鍍溶液」可互換使用。以下的詳細說明假設實施例在晶圓上實施。然而，實施例並非如此受限。工件可具有諸多形狀、尺寸、及材料。除了半導體晶圓之外，可利用所公開實施例的其他工件包含諸多物件，例如玻璃面板、印刷電路板、磁性記錄媒體、磁性記錄感測器、反射鏡、光學元件、微機械裝置等。所揭示實施例中的工件可包含具有晶種層及被遮蔽表面的基板，其可包含半導體晶圓、印刷電路板、面板等。

在以下敘述中，提出許多具體細節以提供對所呈現實施例的透徹理解。所揭示實施例可在不具有該等具體細節中一些或全部者的情況下實施。在其他情況下，並未詳細描述眾所周知的製程操作，以免不必要地混淆所揭示實施例。儘管將結合具體實施例來描述所揭示的實施例，但吾人將理解，其並非意圖限制所揭示之實施例。 導論

晶圓內(WIW)均勻性為測量晶圓上特徵部之變異的重要工業指標。WIW均勻性比較基板上多個晶粒的平均厚度分布，且可對於來自晶圓的一組晶粒提供來自不同位置之不同晶粒的製程將為如何的指示。WIW分布可能由於若干因素而為不均勻的，包含但不限於：變動之流量、不均勻電場、及晶圓邊緣接觸未補償的晶種電阻終端效應。本揭示內容的方法及設備可改善WIW均勻性，並提供更快速、更不人力密集、及更簡單的硬體調整，以達成相對於習知上採用之電鍍設備及方法的經改善WIW結果。

晶粒內(WID)均勻性為晶粒內所有特徵部的變動之厚度的度量，且可相對晶圓總特徵部厚度分布及相對其他晶粒加以比較。舉例而言，小WID變異性使得顯影後續層之上覆膜更不具挑戰性且更可靠，或使對於兩不同晶粒間的跨晶粒多個特徵部之柱及墊的結合更不具挑戰性且更可靠。即使晶粒上的電場及流場為均勻的，WID不均勻電鍍仍可能發生。晶粒內諸多特徵部的厚度分布主要由諸多特徵部及特徵部區域的曝光變異性所驅使。此有時稱為「特徵部密度分布」或「負載效應」，且由於具有較低密度之特徵部及特徵部區域周圍的電場及質量轉移場電阻小於較密集特徵部區域者而發生。本揭示內容的設備及方法可改善WID均勻性且提供更快速、更不人力密集、及更簡單之硬體調整，以達成相對於習知上採用之設備及方法的經改善WID結果。

特徵部內(WIF)均勻性為對特徵部頂表面形狀相對於基底平面及相對其他特徵部之平坦度的度量。舉例而言，小WIF均勻性使顯影後續層之上覆膜更不具挑戰性或更可靠，或使接合兩不同晶粒之個別柱及墊更不具挑戰性且更可靠。本揭示內容的設備及方法可改善WIF均勻性且提供更快速、更不人力密集、及更簡單的硬體調整，以達成相對習知上採用之設備及方法的經改善WIF結果。

穿透光微影遮罩或光阻(PR)的電鍍通常用以在先進半導體裝置製造中(例如WLP應用中)形成金屬凸塊及柱。圖1顯示在基板上電鍍圖案化金屬特徵部之例示方法的流程圖。使用穿透遮罩電鍍的典型製程可涉及以下製程操作。

首先，在方塊100，基板(例如具有平坦暴露表面的半導體基板)塗覆有薄導電性晶種層材料(例如Cu)。導電性晶種層可藉由例如物理氣相沉積(PVD)的任何合適沉積方法加以沉積。

接著，在方塊110，將例如光阻的非導電性遮罩層沉積在導電性晶種層上方。舉例而言，光阻可透過例如旋塗及容許溶劑蒸發/乾燥的濕式處理方法來形成，或其可透過例如化學氣相沉積、或將一卷預先形成之光阻材料施加於基板上方並施加熱的乾式方法來形成。

接著，在方塊120，可將光阻圖案化以定義凹陷特徵部(例如圓形或多邊形孔)。光阻可透過暴露於特定輻射條件加以圖案化。

之後，在方塊130，將光阻顯影。可將基板傳送到光阻顯影設備，在該處使暴露在基板上的圖案顯影。在一實例中，光阻透過涉及將基板暴露於具有溶解鹽之溶液中的濕式化學處理加以顯影。這些圖案化操作導致在光阻中形成凹陷特徵部，而導電性晶種層的多個部分露出。凹陷特徵部定義隨後將沉積金屬處的選擇性空間。基板可為在一或更多晶粒中具有圖案化特徵部的部分製造半導體基板。

接著，在方塊140，選用性執行除渣操作，以去除留在基板上的殘留或過量光阻材料。可將基板轉移至電漿蝕刻設備以執行除渣。在一些實施例中，除渣可提供產生改善潤濕性之更具疏水性表面的額外好處。在一些實施例中，除渣通常涉及暴露至作用以去除凹陷特徵部底部處之過量光阻的含氧電漿。在替代性實施例中，可藉由將含有氧化劑(例如臭氧)的水溶液施加至基板的表面來完成除渣。在一些實施例中，用於除渣的腔室可為電鍍腔室或設備的一部分。在一些其他實施例中，用於除渣的腔室可為與電鍍工具分開的工具或分開的站。然而，將用於除渣的腔室與電鍍腔室或設備整合可降低資金成本、減少除渣與電鍍操作之間的時間、及減少對環境條件的暴露。

接著，在方塊150，將金屬電鍍於由圖案化光阻定義的基板區域中。此製程形成根據圖案化光阻而定義的金屬特徵部。可將基板轉移至電鍍站或電鍍腔室。選用性地，基板在電鍍之前可受處理或可經歷潤濕。在電鍍站或腔室中，基板受陰極偏壓並與電鍍溶液接觸。金屬係電沉積於由圖案化光阻定義的基板表面上。

之後，在方塊160，可從基板剝除光阻。在一些實施例中，基板可在潤洗/乾燥/清潔站中經歷潤洗、乾燥、及/或清潔。可將基板轉移至光阻剝除站，或轉移至剝除光阻處的單獨工具或設備。光阻可使用乾式電漿蝕刻技術加以剝除，例如將光阻暴露於含氧電漿。或者，光阻可使用濕式蝕刻技術加以剝除，例如將光阻暴露於光阻溶劑中以使光阻溶解或膨起。在去除光阻之後，選用性地將導電性晶種層之多個部分去除。可將基板轉移至化學蝕刻設備，其中在先前由圖案化光阻保護的未電鍍區域中將導電性晶種層去除。在一些實施例中，可藉由各向同性化學蝕刻去除導電性晶種層。

穿透遮罩之電鍍(或者在使用光阻之情形中為穿透光阻之電鍍)可涉及在電鍍設備中定位基板，使得在基板周邊處做成對晶種層之電接觸。電鍍設備容納陽極及含有欲用於電鍍之金屬離子的電解質。基板受陰極偏壓並浸入電解質溶液中，該電解質溶液提供在基板表面處被還原的金屬離子，如以下方程式中所述，其中 M為金屬(例如銅)，且 n為金屬離子在還原期間轉移的電子數：

因為導電性晶種層僅在凹陷特徵部的底部處暴露於電解質溶液，所以例如由穿透遮罩之電鍍製程所促進的電化學沉積僅發生在凹陷特徵部內，而不發生在開闊處，例如暴露於電解質溶液的遮罩或光阻的頂層。因此，穿透遮罩之電鍍可用以利用金屬至少部分地填充遮罩中的凹槽。在電鍍之後，遮罩或光阻可藉由習知剝除方法加以去除，從而導致基板具有若干獨立式金屬凸塊、柱、線、墊、或其他金屬特徵部。

通常希望凹陷特徵部內的沉積速率是均勻的，亦即在製程結束時，每一特徵部具有相似的金屬沉積高度且因此為共平面的。共平面性可利用蝕刻製程(例如電化學蝕刻或拋光製程)來降低較高特徵部(例如柱)之高度而加以改善。若晶粒內的特徵部彼此共平面且與基板共平面，則晶粒將具有良好(小)的WID分布值。在一些實施例中，將化學機械平坦化(CMP)製程用以對柱進行回蝕，其可去除光阻。一替代性蝕刻製程為電氧化法，其可用以電鍍金屬來改善共平面性而不去除光阻。用以達成改善之均勻性的一替代性製程為在深特徵部(或特徵部深處)中電鍍得較快且在淺特徵部中電鍍相對較慢的電鍍製程。此可藉由謹慎控制沉積條件、且特別是在限制整平劑質量傳遞至特徵部中之條件下使用例如整平劑之電鍍添加劑來完成。電鍍添加劑的濃度可受控制以改善共平面性並減少晶粒內或晶圓內的金屬特徵部高度差。使用特定電鍍浴可導致特徵部之間的不同電鍍速率，以改善製程品質，包含WIW均勻性、WID均勻性、及WIF均勻性。如本文所提及，用語「不均勻性」及「均勻性」通常意指觀察到的電鍍於基板上之目標特徵部中、相對於基板之金屬高度變異。因此，不均勻性的改善涉及減少至少一製程品質(例如WID)的非期望變異。儘管通常期望在電鍍中達成金屬特徵部高度的均勻性，但吾人將理解，在一些情形中可能期望電鍍不同的特徵部幾何形狀及高度。 利用微惰性陽極陣列的電鍍

本揭示內容有關使用微惰性陽極陣列在基板上電鍍金屬特徵部。使用微惰性陽極陣列進行電鍍提供對於電鍍厚度之空間分布的高程度控制。微惰性陽極陣列可用以針對基板上之多個晶粒佈局改善晶粒層級上的電鍍均勻性。微惰性陽極陣列操縱或以其他方式控制通往微惰性陽極陣列中之複數個微惰性陽極陣列元件中每一者的電流量。此在電流分布中產生一模式，該模式可用以藉由將更多或更少電流驅動到需要更多或更少電流的區域(例如由於局部特徵部密度之變異性)來修改電鍍速率。當微惰性陽極陣列設置靠近基板表面時，電解質中的電場可局部性而非如標準陽極般全面性加以程式化或控制。此控制可部分基於特定表面佈局或晶粒佈局的穿透光阻圖案。因此，使用基板上的晶粒佈局，便可決定微惰性陽極陣列中的電流分布。此外，微惰性陽極陣列中的電流分布可在電鍍期間即時調整。舉例而言，可至少部分基於旋轉中基板的角位置及旋轉路徑做出電流分布上的調整。此外，隨著諸多特徵部在光阻空腔內生長，施加至陣列中諸多微陽極及施加至高密度相對低密度區域的電流可在電鍍製程期間隨時間改變，以獲得更均勻的最終結果。對於微惰性陽極陣列中之電流分布的控制可解決諸多電鍍均勻性挑戰，例如WID不均勻性。

圖2顯示根據一些實施例使用微惰性陽極陣列在半導體基板上電鍍金屬特徵部之例示方法的流程圖。圖2中所示製程內的操作可採取不同的順序及/或以不同、更少、或額外的操作來執行。

在方塊200，裝載半導體基板。藉由如圖3所示的實例，可將半導體基板裝載於基板裝載/卸載站330中。半導體基板可容納在具有一或更多電鍍站的電鍍設備中。在一些實施例中，半導體基板可裝載於一或更多傳送盒或前開式晶圓傳送盒(FOUP)中。在一些實施例中，半導體基板可具有例如銅晶種層的導電性晶種層。導電性晶種層可設置在例如介電層的材料層上。圖案化非導電性遮罩層或圖案化光阻可存在於導電性晶種層上。圖案化光阻可具有形成於光阻材料中的複數個凹陷特徵部，使得導電性晶種層在該等凹陷特徵部之底部處露出。這些凹陷特徵部可稱為穿透光阻凹陷特徵部。圖案化光阻可根據上述操作而形成。半導體基板可為部分製造的半導體基板，其包含一或更多具有特徵部之分布的晶粒。

在方塊210，識別基板的類型及佈局。半導體基板通常含有多個晶粒。各晶粒可具有相對於相鄰晶粒相同或不同的特徵部佈局。在一些實施例中，各晶粒可在特徵部密度上具有顯著的變異性，例如密集的特徵部區域及大部分孤立的特徵部區域。一些晶粒可具備帶有不同寬度範圍的特徵部。一些晶粒可具備具有不同深度的特徵部，包含深特徵部及淺特徵部。由於離子電阻之變異性及電鍍期間產生的電流分布，此特徵部密度、深度、寬度等方面的變異性通常導致電鍍後金屬厚度分布的變異性。

WLP互連部(亦即焊料凸塊、通常以焊料覆蓋之柱、及/或重分布線(RDL))通常藉由穿透光阻電鍍形成。然而，取決於晶粒佈局及晶粒範圍之變異，穿透光阻電鍍通常並非均勻並且保形於晶粒設計佈局。晶粒設計佈局上的變異可源於設計規則及晶片性能。一些晶粒區域可包含緊密封裝在一起(較小間距)的特徵部(例如凸塊)。一些晶粒區域可能包含較小直徑之特徵部以進一步增加特徵部數量。此外，一些晶粒區域可包含晶粒道(晶粒之間的不可電鍍空間隔)，從電鍍的角度來看，其表現為較低面積密度；因此，通常典型地觀察到晶粒邊緣區域電鍍局部較厚(即「熱區」)。在本揭示內容中期望產生足夠接近基板的電流分布，以考量晶粒設計佈局並補償特徵部變異(例如局部特徵部密度的變異)，從而在整個半導體基板各處的晶粒層級產生所需的最終金屬化厚度均勻性。儘管本揭示內容主要結合穿透光阻電鍍應用而描述，且可實施於穿透光阻電鍍應用中，但吾人將理解，本揭示內容不限於如此應用。舉例而言，本揭示內容可應用於非WLP應用，例如鑲嵌或TSV特徵部填充應用。

在方塊220，可選用性地使半導體基板經歷基板預處理。半導體基板的預處理可減少氧化物或去除例如有機雜質的雜質。此外，預處理可涉及真空表面預潤濕。藉由圖3中所示的實例，半導體基板可經由機器人350從基板裝載/卸載站330轉移至基板預處理站310。在一些情形中，基板預處理站310係配置為真空回填站。在一些情形中，基板預處理站310係配置為酸預潤濕站。

在方塊230，將半導體基板浸入陽極陣列電鍍站裡的電解質中。電鍍站亦可稱為電鍍容器、電鍍槽、或電鍍腔室。電鍍腔室係配置成在將金屬電鍍至基板上時容納電解質及一或更多陽極。藉由圖3中所示的實例，半導體可經由機器人350將半導體基板從基板預處理站310轉移至陽極陣列電鍍站320a。陽極陣列電鍍站320a可使用如以下所述之微惰性陽極陣列在半導體基板上執行電鍍。電鍍操作可在一或更多陽極陣列電鍍站320a、320b、320c、及320d中執行。吾人將理解，一或更多陽極陣列電鍍站320a、320b、320c、及320d中任何者可由不具有微惰性陽極陣列的電鍍站取代。因此，電鍍站320a、320b、320c、及320d中一些者可包含微惰性陽極陣列，且電鍍站320a、320b、320c、及320d中一些者可省略微惰性陽極陣列。

半導體基板經由對導電性晶種層做成之電接點而被施以陰極偏壓，且基板表面係浸入具有待電鍍金屬離子的電解質中。舉例而言，電解質可含有來自例如硫酸銅、甲基磺酸銅、焦磷酸銅、丙烷磺酸銅等之銅鹽的銅離子。電解質可包含增加電解質導電率的酸。例示之酸包含但不限於硫酸及甲基磺酸。在一些實施例中，電解質包含電鍍添加劑。電鍍添加劑改變表面反應動力學，且通常相對於無電鍍添加劑時發生之電流分布有助於改善電流分布(特徵部形狀及厚度分布)(相對於初級或電解質電阻驅動之電流分布而有所改善)。在存在遮罩層的情況下，離子電流分布主要受基板表面上之導電性晶種層的暴露部分的分布所支配。由於不均勻的離子電流分布，凹陷特徵部將以不同程度受填充。

在一些實施例中，電解質包含例如促進劑、抑制劑、及整平劑的電鍍添加劑。其他電鍍添加劑可包含載體及/或延展劑。在一些實施例中，促進劑可包含具有至少一巰基及一磺酸基團或酸鹽的烷烴鏈。舉例而言，促進劑可包含巰基丙烷磺酸或巰基乙烷磺酸。在一些實施例中，抑制劑可包含聚乙二醇及聚丙二醇以及氧化物的衍生物。在這些或其他情形中，抑制劑可包含選自下列者組成之群組的至少一材料：聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、聚乙二醇、聚丙二醇、具有至少一含S-及/或N-官能基的聚乙烯、及具有至少一含S-及/或N-官能基的聚環氧丙烷。可使電解質中之添加劑的組成最佳化，以與電鍍製程中的微惰性陽極陣列一起使用。

電鍍室可設計有電解質注入流動系統，該電解質注入流動系統係設計成產生平行於半導體基板的流動。橫跨半導體基板表面的電解質流動可在高速下發生。進一步而言，電解質注入流動系統係設計成使電解質的流動平行於微惰性陽極陣列。可將微惰性陽極陣列定位在電鍍腔室中，使得微惰性陽極陣列與半導體基板之間存在薄間隙。

電鍍室可包含橫流歧管以促進電解質橫越基板表面的橫流動。橫流歧管可配置成容納流動於微惰性陽極陣列與基板表面之間的電解質。橫流歧管亦可稱為流動注入歧管。流動注入歧管可為一空腔，該空腔具有在其周邊周圍且在橫流侷限環下方的一系列出口孔。流動注入歧管可用以產生進入橫流間隙中的方位角上均勻之流動注入。在替代性實施例中，空間性分布的電解質通孔可設置在微惰性陽極陣列中，而容許注入新鮮的電解質從微惰性陽極元件之間的空間及孔進入間隙、及從半導體基板相對該間隙，並從大致上周緣離開該間隙。

在具有橫流歧管的半導體基板電鍍腔室中，電鍍腔室長期以來包含離子電阻元件(而非本揭示內容的微惰性陽極陣列)，例如具有通道的離子電阻板(CIRP)或高電阻虛擬陽極(HRVA)，其係設置為靠近半導體基板。離子電阻板通常為由電絕緣材料製成的低孔隙率(小於5%的孔隙率)之板，並且電絕緣材料中的孔容許離子通過多孔板朝向受陰極偏壓的半導體基板移動。離子電阻元件或HRVA中的孔或洞將為均勻的或規則地分布且隔開。離子電阻元件可在離子電流朝向受陰極偏壓之半導體基板的路徑上提供額外電阻。

圖4A顯示電鍍設備的橫流側入口及周圍硬體的立體特寫圖。圖4B顯示電鍍設備的橫流出口及周圍硬體的立體特寫圖。圖4C顯示圖4A及4B中所示電鍍設備之諸多部件的剖面圖。圖4D顯示流動注入歧管相對於電鍍設備之電鍍杯的剖面圖。

通常(長期以來在具有橫流歧管的電鍍腔室中)，電鍍設備或電鍍槽包含陰極腔室及獨立的陽極腔室。陰極腔室的底面可包含膜框474及膜402(由於膜非常薄，所以並未實際顯示膜，但其位置係顯示為位於膜框474的下表面處)，該膜框474及膜402將陽極腔室與陰極腔室隔開。膜框474為用於保持膜402的剛性結構部件，該膜402通常為負責將陽極腔室與陰極腔室隔開的離子交換膜。

基板可定位在基板固持件454中。基板固持件454通常稱為杯體、杯體組件、或杯及錐組件，且其可在其外圍支撐基板及饋送電流至基板。

電解質的流動係於橫流歧管或橫流歧管區域426中受控制。橫流歧管區域426亦可稱為晶圓至HRVA間隙或僅稱為晶圓間隙。在橫流歧管區域426中流動的電解質從入口空腔450(入口)通向出口埠434(出口)。電解質從一或更多饋送通道458進入橫流歧管區域426，該饋送通道458終止於多孔流動分布板442的半環形橫流注入歧管區域422中。流體流過流動分布(或噴淋頭)板442中的複數分布孔446，該等孔446係圍繞電鍍槽一側的周邊而設置。其後，藉由與橫流侷限環410(亦稱為頂側插件)與噴淋頭板442之間的橫流歧管區域426中之通道的碰撞及該通道中的侷限，流體的流動轉至平行於基板的方向，並通行進入橫流歧管區域426(或橫流歧管晶圓間隙)。橫流侷限環410具有一組徑向鰭片或定向鰭片466，其幫助導引流體在基板下方的直線流動平行軌跡中流入及流過橫流歧管晶圓間隙426。定向鰭片466係與橫流噴淋頭板442的分布孔446流體連通。定向鰭片466定義位於橫流侷限環410之表面下方且在相鄰定向鰭片466之間的大部分隔離之流體通道。因此，經由橫流引發結構到達橫流歧管區域426的電解質受導引而平行或實質上平行於基板的表面。在橫流侷限環410的相對側上者為出口埠434(出口)，電解質在該處離開橫流歧管區域426，其中電解質可在由外圍阻杯476及其頂部堰表面482形成的電鍍槽之最外周流體圍阻區域484中被收集、導引、及回收。

在圖4A-4D中，離子電阻板或HRVA 406係定位於基板(工作電極)與陽極(相對電極)之間。陽極通常藉由膜402與基板隔開。橫流歧管區域426係於HRVA 406上方且於基板下方，其中基板由基板固持件454所固持。HRVA 406包含開口以容許電解質行進通過HRVA 406以撞擊於基板上。典型地，電解質可分成兩個不同的流動路徑或連續流。一連續流使電解質流過HRVA 406中的開口並進入橫流歧管區域426。另一連續流使電解質從橫流注入歧管422流過分布孔446，並重新定向以在橫流歧管區域426中橫向流過基板表面。在一些實施例中，沒有通過HRVA孔路徑的流動。

HRVA 406鄰近基板(陰極)附近的近乎恆定且均勻之離子電流源。一般而言，HRVA 406係靠近基板而設置。相較之下，在相同的接近基板之位置的陽極將不供給近乎恆定的電流，但將在陽極金屬表面呈現接近恆定的電位平面，從而容許電流在從陽極平面至終端之淨電阻較小處為最大(例如至基板之邊緣及通往基板上之周邊接觸點的短路徑)。

在圖4D中，顯示若干元素的相關幾何形狀及高度。距離(a)表示橫流歧管區域426的高度。此為唇形密封件的頂部(圖4D中的虛線)在其密封晶圓(晶圓未在圖4D中顯示)的位置與HRVA 406之最上表面(亦即最靠近晶圓及杯體的表面)的平面之間的距離。在一些實施例中，距離(a)在約1 mm與約10 mm之間。距離(b)表示暴露的基板表面與基板固持件454之最底部表面之間的距離。在若干實施例中，距離(b)在約1 mm與約4 mm之間。距離(c)表示橫流侷限環410之上表面與基板固持件454之底部之間的電解質間隙之高度。此電解質間隙(其在橫流侷限環410之情形中通常為零)提供空間以容許基板固持件454在電鍍期間旋轉，且通常為小的以防止電解質洩漏。在一些情形中，流動環(未顯示)經由夾環附接至橫流侷限環410，該流動環之目的為密封橫流侷限環410與基板固持件454之底表面之間的電解質間隙。此確保除了出口埠434處之外沒有離開間隙的流體洩漏。在一些實施例中，間隙的距離(c)為約0.5 mm或更小。在一些情形中，橫流侷限環410及基板固持件454在電鍍期間接觸及滑動。距離(d)表示橫流侷限環410的高度。在若干實施例中，距離(d)係介於約1 mm與約4 mm之間。

在本揭示內容中，微惰性陽極陣列位於對於半導體基板、基板固持件454和電鍍槽的相同相對位置；且可視為替換離子電阻元件(例如HRVA 406)及HRVA 406下方的電流供給硬體，使得橫流歧管區域426定義微惰性陽極陣列與半導體基板之間的空間/間隙。換言之，微惰性陽極陣列可設置在鄰近HRVA通常所處之電鍍槽中的半導體基板之位置。通常，將HRVA或離子電阻元件用以在遠程陽極與半導體基板之間提供離子電阻，但藉由具有一系列小孔或大孔而對流體電流具有傳導性。進一步而言，HRVA對進入及通過元件的流動呈現阻力，而實質上限制流體流動以保持在半導體基板與HRVA之間的間隙中，並循著橫流注入歧管與排出埠之間的直接路徑。HRVA藉由在半導體基板旁產生離子電阻區域來補償終端效應，該離子電阻區域近似於均勻分布電流源，其促進從邊緣至中心的均勻電鍍。此改善針對電鍍金屬特徵部的全域控制或WIW均勻性。然而，由於HRVA具有規則/固定的孔圖案，所以HRVA並未針對具有不均勻特徵部分布之晶粒有利地分配電流。因此，HRVA並未處置專用於晶粒佈局的WID均勻性。本揭示內容的微惰性陽極陣列提供一系列可獨立控制的微尺度陽極電極以產生期望的電流分布，其中通往微陽極電極之各者的電流分布可至少部分基於晶粒佈局及/或晶圓級電流分布終端效應來決定。因此，微惰性陽極陣列可同時處置專用於晶粒佈局之WID均勻性及全域WIW補償。

利用本揭示內容的微惰性陽極陣列，電鍍槽不再需要HRVA、或獨立的陽極或獨立的陽極腔室。採用HRVA的習知電鍍槽通常包含HRVA下方的獨立陽極腔室，其中獨立的陽極腔室將包含陽極(例如活性銅金屬陽極)及薄膜。然而，由於HRVA為多孔性的，一些電解質橫流將通過HRVA中的孔而向下洩漏並繞過周圍的橫流通道。HRVA中的孔對一些流體提供向下移動的路徑。微惰性陽極陣列取代HRVA來提供無孔材料塊，而非設置諸多壩及密封件來促進電解質直接橫越HRVA表面。因此，具有(替代HRVA之)微惰性陽極陣列的電鍍槽係設計為不具有獨立的陽極或陽極腔室，且提供橫越微惰性陽極陣列之表面的更均勻電解質橫流。

圖5A顯示根據一些實施例的橫流側入口及包含電鍍設備之微惰性陽極陣列的周圍硬體之立體特寫圖。圖5B顯示根據一些實施例的橫流出口及包含電鍍設備之微惰性陽極陣列的周圍硬體之立體特寫圖。圖5C顯示圖5A及5B中所示的電鍍設備之諸多部件的剖面圖。圖5D顯示根據一些實施例的相對電鍍設備之電鍍杯的流注入歧管之剖面圖。

電解質的流動係受控於橫流歧管或橫流歧管區域526中。此橫流歧管區域526亦可稱為晶圓至HRVA間隙或僅稱為晶圓間隙。在橫流歧管區域526中流動的電解質從入口腔550(入口)通向出口埠534(出口)。電解質從一或更多饋送通道558進入橫流歧管區域526，該饋送通道558係終止於多孔流動分布板542的半環形橫流注入歧管區域522中。流體流過流動分布(或噴淋頭)板542中之複數個分布孔546，該等孔546係圍繞電鍍槽一側的周邊而設置。其後，藉由與橫流侷限環510(亦稱為頂側插件)與噴淋頭板542之間的橫流歧管區域526中之通道的碰撞及該通道中的侷限，流體的流動轉至平行於基板的方向，並通行進入橫流歧管區域526(或橫流歧管晶圓間隙)。橫流侷限環510具有一組徑向鰭片或定向鰭片566，其幫助導引流體在基板下方的直線流動平行軌跡中流入及流過橫流歧管晶圓間隙526。定向鰭片566係與橫流噴淋頭板542的分布孔546流體連通。定向鰭片566定義位於橫流侷限環510之表面下方且在相鄰定向鰭片566之間的大部分隔離之流體通道。因此，經由橫流引發結構到達橫流歧管區域526的電解質受導引而平行或實質上平行於基板的表面。在橫流侷限環510的相對側上者為出口埠534(出口)，電解質在該處離開橫流歧管區域526，其中電解質可在由外圍阻杯576及其頂部堰表面582形成的電鍍槽之最外周流體圍阻區域584中被收集、導引、及回收。

經由橫流引發結構開口或入口腔550到達橫流歧管區域526的電解質被引導微平行於或實質上平行於基板之表面。在一些情形中，橫流歧管區域526可具有約0.5 mm與約15 mm之間、約0.5 mm與約8 mm之間、或約1 mm與約4 mm之間的高度。橫流歧管區域526在其側面由橫流侷限環510定義，該橫流侷限環510用以將橫流動之電解質容納在橫流歧管區域526內。橫流歧管區域526的設計可達到基板範圍內的均勻線性流速。

可將基板設置在基板固持件554中。基板固持件554通常稱為杯、杯組件、或杯及錐組件，且其可將基板支撐在其周邊。具有配置成與基板之前側接觸的邊緣(彈性體)密封件及電接觸元件的基板固持件554面向微惰性陽極陣列506。基板固持件554將基板保持在與微惰性陽極陣列506之頂表面平行且自微惰性陽極陣列506之頂表面起一小距離的位置。將微惰性陽極陣列506與基板分開的距離或間隙通常等於或小於約4 mm。電解質在微惰性陽極陣列506與由基板固持件554所保持之基板之間的間隙區域中流動。間隙內部的激烈平行流降低電鍍製程中對質量轉移的阻力。橫流侷限環510係定位於微惰性陽極陣列506上方，且靠近基板的外周。橫流侷限環510為環形且可為方位角不均勻的。

橫流歧管區域526在微惰性陽極陣列506上方且在基板下方。在電鍍操作期間，電解質流入橫流注入歧管522中。由此，電解質通過橫流噴淋頭板542的分布孔546(其在若干實施例中可在數量上多於100個)。離開分布孔546後，電解質的流動方向從(a)垂直於基板變為(b)平行於基板。此流動方向上的改變發生在流動撞擊於橫流侷限環510之入口腔550中的表面且受其侷限時。電解質係直接輸送至橫流歧管區域526，其在該處進入而作為基板下方的水平定向橫流。在其通往橫流歧管區域526的途中，電解質通過橫流注入歧管522及橫流噴淋頭板542，且藉由橫流侷限環510之入口腔550的作用及幾何形狀，從垂直向上的流動被重新導引為平行於基板表面的流動。

在一些實施例中，可具有一或更多饋送通道558，以供將電解質直接輸送到半環形橫流注入歧管區域522，然後在該處將電解質輸送至橫流歧管區域526。這些饋送通道558可採取方位角不均勻的方式(例如用以改善離開流動分布噴淋頭板542之流動的分布)離開而進入橫流歧管區域526。具體而言，饋送通道558在橫流歧管區域526的特定側或方位角區域(例如入口側)進入橫流歧管區域526。橫流注入歧管522可為方位角腔，其可為一板內的挖出之通道，該通道可將電解質從各個定位之饋送通道558分配至橫流分布(噴淋頭)板542中的多個不同流動分布孔546。該橫流注入歧管522係沿著微惰性陽極陣列506之外周或邊緣區域的角區段而定位。電解質流可流出橫流侷限環出口埠534，其有時稱為橫流出口或側出口。

在一些實施例中，從橫流噴頭542出來的電解質之方向進一步由橫流侷限環510控制。在一些實施例中，橫流侷限環510在微惰性陽極陣列506的表面區域上方延伸。在一些實施例中，橫流侷限環510的頂部具有L形，如圖5A-5D所示。此形狀可選定為匹配基板固持件554之底表面的輪廓。在若干實施例中，橫流侷限環510包含一系列之流動導引元件，例如定向鰭片或矯直鰭片566。定向鰭片566係與橫流噴淋頭542之分布孔546流體連通。定向鰭片566在橫流侷限環510之表面的下方及相鄰定向鰭片566之間定義大部分隔離的流體通道。在一些情形中，定向鰭片566的目的為從其他徑向朝內方向重新導引及侷限自分布孔546離開之流動至「由左至右」流動軌跡(左邊為入口腔550，右邊是出口埠534)。此有助於建立線性或實質上線性的橫流模式。在一些實施例中，橫流侷限環510的所有定向鰭片566彼此平行。

在橫流歧管區域526中流動的電解質從入口腔550(入口)通向橫流侷限環出口埠534(出口)。在橫流侷限環510的出口側，可具有與位於入口側之定向鰭片566平行並對齊的定向鰭片566。橫流通過由出口埠534處之定向鰭片566產生的通道。然後電解質可大致上徑向朝外通至電鍍室之另一區域且超出基板固持件554及橫流侷限環510，其中在流過頂部堰表面582以供收集及再循環之前，電解質由頂部堰表面582收集並暫時保留。從橫流歧管區域526離開的電解質不通過小孔或返回通過類似入口腔550處之饋送通道558的通道，而是在其累積於前述區域中時在大致平行於基板之方向上朝外通過。

在圖5D中，顯示若干元件的相關幾何形狀及高度。距離(a)表示橫流歧管區域526的高度。此為唇形密封件的頂部(圖5D中的虛線)在其密封晶圓(晶圓未在圖5D中顯示)的位置與微惰性陽極陣列506的最上表面(亦即最靠近晶圓及杯體之表面)的平面之間的距離。在一些實施例中，距離(a)在約1 mm與約10 mm之間。距離(b)表示暴露之基板表面與基板固持件554之最底部表面之間的距離。在若干實施例中，距離(b)係介於約1 mm與約4 mm之間。距離(c)表示橫流侷限環510之上表面與基板固持件554之底部之間的電解質間隙之高度。此電解質間隙(其在橫流侷限環510之情形中通常為零)提供空間以容許基板固持件554在電鍍期間旋轉，且通常為小的以防止電解質洩漏。在一些情形中，流動環(未顯示)經由夾持環附接至橫流侷限環510，其目的為密封橫流侷限環510與基板固持件554之底表面之間的電解質間隙。此確保除了出口埠534處之外沒有流體洩漏出間隙。在一些實施例中，間隙的距離(c)為約0.5 mm或更小。在一些情形中，橫流侷限環510及基板固持件554在電鍍期間接觸及滑動。距離(d)表示橫流侷限環510的高度。在若干實施例中，距離(d)係介於約1 mm與約4 mm之間。

微惰性陽極陣列506包含設置在基板上的微惰性陽極元件(MIA-元件)的陣列。微惰性陽極元件之各者可在微惰性陽極陣列506之表面處包含一或更多貴金屬或半貴金屬層，例如鉑(Pt)、銥(Ir)、金(Au)、或鈮(Nb)。額外或替代性地，微惰性陽極元件之各者可在微惰性陽極陣列506的表面處包含混合金屬氧化物電極(「尺寸上穩定的陽極」)，例如氧化鈦(TiO ₂)、氧化釕(RuO ₂)、氧化銥(IrO ₂)，或氧化鉑(PtO ₂)。微惰性陽極元件之各者可彼此物理性及電性隔離。個別微惰性陽極元件的尺寸(例如寬度、長度、或直徑)可等於或小於約5 mm，或更佳地在尺寸上小於約500 μm，例如約100 μm。個別微惰性陽極元件可為任何合適的形狀，例如圓形、矩形、正方形、五邊形、六邊形、八邊形、或其他多邊形幾何形狀。電流可例如經由TFT連接架構加以控制而從共用電源通向個別微惰性陽極元件之各者。因此，微惰性陽極陣列506範圍內的電流可在空間上受到控制及變化。藉由調節電流流動並將電流導引至諸多微惰性陽極元件，便可更精確地控制晶粒層級的局部電流分布。因此，無論特徵部尺寸、間距、形狀等方面上的不規則圖案為何，皆可針對在局部電流密度上較高或較低的區域以更多或更少的電流為目標，以控制基板之各晶粒上的電鍍製程。舉例而言，可針對密度上較高的晶粒圖案將更多電流局部化，且針對密度上較低的晶粒圖案將較少電流局部化。以下更詳細地討論微惰性陽極陣列506的態樣。

電鍍設備可包含特定應用所需的諸多附加元件。在一些情形中，邊緣流動元件可設置成靠近基板的外周，且在橫流歧管區域內。邊緣流動元件可經塑形及定位成提升基板之邊緣附近的高度電解質流動(例如橫流)。在若干實施例中，邊緣流動元件可為環形或弧形，且可為方位角上均勻的或不均勻的。邊緣流動元件係於2015年10月27日提出申請、且標題為「EDGE FLOW ELEMENT FOR ELECTROPLATING APPARATUS」的美國專利申請案第14/924,124號中進一步討論，該申請案係藉由參照而整體併入本文並用於所有目的。

在一些情形中，電鍍設備可包含用於暫時密封橫流歧管區域的密封構件。密封構件可為環形或弧形，且可定位成靠近橫流歧管區域的邊緣。環形密封構件可密封整個橫流歧管區域，而弧形密封構件可密封橫流歧管區域的一部分(在一些情形中維持側出口保持開放)。在電鍍期間，密封構件可重複接合及脫離，以密封及解封橫流歧管區域。密封構件可藉由移動與密封構件接合的基板固持件、微惰性陽極陣列、前側插件、或電鍍設備之其他部件而加以接合及脫離。在一些實施例中，在基板固持件之底表面與基板固持件下方的元件之頂表面之間具有小的洩漏間隙。此洩漏間隙通常在電鍍期間受到維持，以容許基板自由旋轉。密封件可設置在基板固持件之底部與基板固持件下方的元件之頂表面之間，該元件可為橫流侷限環。在一些實施例中，密封件係附接(固定式或可釋放式)至基板固持件，例如基板固持件的底表面。在一些實施例中，密封件係附接(固定式或可釋放式)至橫流侷限環，例如橫流侷限環的頂表面。在一些實施例中，密封件為可壓縮材料，例如氟聚合物彈性體。密封件係配置成完全或部分地密封除側出口(例如出口埠)之外的通往橫流歧管區域之一或更多出口，其中密封件係至少部分地定位在基板固持件下方，且其中密封件係在密封狀態下接合、或在非密封狀態下脫離。控制器係配置成在電鍍期間致使密封狀態與未密封狀態之間的間歇性切換。在一些實施例中，控制器係進一步配置成在密封件處於未密封狀態時致使基板的旋轉。橫流侷限環係位於微惰性陽極陣列與基板固持件之間，其中洩漏間隙介於基板固持件之底表面與橫流侷限環之頂表面之間。橫流侷限環可採取外圍方式定位在橫流歧管區域中。密封構件及調節橫流的方法係在以下美國專利申請案中進一步討論，該等專利申請案中各者係藉由參照而整體併入本文並用於所有目的：2016年8月1日提除申請、且題為「DYNAMIC MODULATION OF CROSS FLOW MANIFOLD DURING ELECTROPLATING」之美國專利申請案第15/225,716號；及2016年5月20日提出申請、且題為「DYNAMIC MODULATION OF CROSS FLOW MANIFOLD DURING ELECTROPLATING」之美國專利申請案第15/161,081號。

在諸多實施例中，可提供一或更多電解質射流，以在微惰性陽極陣列上方輸送額外的電解質。電解質射流可在靠近基板外周處、或在更靠近基板中心之位置處、或兩者處輸送電解質。可將電解質射流定向於任何位置，且可輸送橫向流動的電解質。電解質射流在2017年3月9日提出申請、且題為「ELECTROPLATING APPARATUS AND METHODS UTILIZING INDEPENDENT CONTROL OF IMPINGING ELECTROLYTE」的美國專利申請案第15/455,011號中進一步描述，其係藉由參照整體併入本文並用於所有目的。

基板上的不同流動可發生在基板之電鍍過程中的不同時間。舉例而言，電鍍設備可周期性地或間歇性地在(a) 例如在電解質主要來自第一側入口之情況下將橫向流動之電解質輸送至基板表面的第一流動模式、與(b) 在電解質主要來自第二側入口之情況下將橫向流動之電解質輸送至基板表面的第二流動模式。不同的流動模式可用以在電鍍製程期間達成不同的流場，從而達成可導致金屬特徵部之更均勻電鍍的所需的隨著時間之質量轉移暴露。不同的流動模式及方向可例如藉由在整個電鍍製程過程中相對於固定線性橫流模式旋轉晶圓來達成。

圖6A和6B顯示電解質的流動方向及其對圖案化特徵部內之電鍍的影響之示意圖。若流動為均勻的且基板不旋轉，由遮罩(例如光阻)定義的凹陷特徵部內部之對流將為單向偏置的。在圖6A和6B中，顯示光阻內的凹陷特徵部之剖面示意圖，其中凹陷特徵部的底部包含導電性晶種層的暴露部分。箭頭表示電解質的流場及流動方向。當電解質從左側行進至右側時，流場在凹陷特徵部之內部產生順時針旋轉的流動(渦流)，如圖6A所示。當電解質從右側行進至左側時，流場在凹陷特徵部之內部產生逆時針旋轉的流動，如圖6B所示。在金屬之沉積可在電解質中之沉積金屬離子的質量轉移限制下進行的條件下，渦流基部處的下游位置比渦流基部處的上游位置接收更豐富、更高濃度的金屬離子流。此係因為電解質金屬離子先在下游位置處消耗地更多，且因此在向上游位置的方向行進之前變得耗盡。如圖6A所示，沉積在位置2(下游位置)處以比位置1處更快的速率發生，且在位置2處的厚度更大，而導致不均勻的特徵部輪廓。如圖6B所示，沉積在位置1(下游位置)處以比位置2處更快的速度發生，且在位置1處的厚度更大，而導致方向上與圖6A相反的不均勻特徵部輪廓。若在電鍍操作過程中，流動方向為從左至右及從右至左兩者維持相等的持續時間，則可避免前述質量轉移偏差及不期望的不均勻特徵部輪廓。此不僅適用於2維，亦適用於3維。因此，僅在2維(例如從左至右及從右至左)施加雙向流動在三維中留下偏差。在啟用進入及離開頁面之流動方向的情況下，第三維度中的一些但未必全部的偏差受到去除。藉由隨著時間連續改變流動方向以包含所有方向上的相等流速，可達到均勻的質量轉移暴露。實現角度上均勻質量轉移暴露的一方式為在電鍍製程期間圍繞電鍍間隙中的線性流場以固定旋轉速率旋轉基板。或者，旋轉速率及/或方向可在電鍍製程期間加以改變。在一些實施例中，旋轉速度可例如在相對於電鍍製程之持續時間為小的時間段內快速變化，或旋轉速度可在電鍍製程之整個持續時間內連續變化(例如緩慢勻變的旋轉速率)。在本揭示內容中，微惰性陽極陣列中的電流分布可在基板旋轉時動態地變化，使得微陽極陣列在其諸多元件範圍的電流分布依循特徵部及晶粒位置要求與基板之大致旋轉路徑。

圖7A繪示根據一些實施例的例示示意性微惰性陽極陣列的立體圖。圖7B繪示圖7A的例示示意性微惰性陽極陣列的俯視圖。微惰性陽極陣列700可包含具有微電子嵌入元件720及電配線730的基板710。基板710可包含任何合適的基板材料，例如玻璃、塑膠、陶瓷、矽、或其他介電材料。舉例而言，基板710可包含例如聚醯亞胺介電層的介電層。微電子嵌入元件720可為基板710之表面處的惰性陽極或尺寸上穩定的陽極。這些惰性陽極720亦可稱為微陽極電極、微惰性陽極元件(MIA元件)、陽極元件、或微陽極。惰性陽極720可在基板710上排列成陣列。惰性陽極720可彼此物理性及電性隔離。惰性陽極720之各者可包含例如Pt、Ir、Au、Nb、TiO ₂、RuO ₂、IrO ₂、或PtO ₂的材料。電流可經由導電配線730(例如銅配線)輸送至惰性陽極720之各者。電源(未顯示)經由導電配線730將電流輸送至一或更多惰性陽極720。如圖7A及7B所示，惰性陽極720之各者可個別連接至導電配線730，以供獨立的可調控制。

在一些實施例中，惰性陽極720可排列成M×N元件陣列。舉例而言，M×N的元件陣列可排列成正方形或矩形圖案。在一些其他實施例中，惰性陽極720可排列成替代性配置，例如六邊形或三角形的緊靠配置。惰性陽極720的尺寸及間隔可在次mm尺度或小於約1 mm。惰性陽極720之間的間隔可由其間距定義，其中複數個惰性陽極的間距可等於或小於約1000 μm、等於或小於約500 μm、等於或小於約300 μm，或介於約100 µm與約400 µm之間。各惰性陽極720的尺寸(例如直徑)可與間距相當。在一些實施例中，微惰性陽極陣列700中的惰性陽極720之直徑可等於或小於約800 μm、等於或小於約500 μm、等於或小於約300 μm、或介於約50 µm與約200 µm之間。實質上，緊密靠在一起的微型惰性陽極720近似模擬無限數量的極小陽極。此容許對於微惰性陽極陣列700中的電流分布的更精細或更精確控制。在一些情形中，微型惰性陽極720的數量可為至少100個、至少200個、至少500個、至少1000個，或至少2000個。

圖8顯示根據一些實施例的微惰性陽極陣列中之惰性陽極的不同形狀及配置。不同的形狀可包含圓形、正方形、六邊形、或其他多邊形。不同的配置可包含正方形或三角形配置。在一些實施例中，微惰性陽極元件820a可為圓形，且排列成正方形/矩形配置或陣列。在一些實施例中，微惰性陽極元件820b可為正方形，且排列成正方形/矩形配置或陣列。在一些實施例中，微惰性陽極元件820c可為六邊形，且排列成正方形/矩形配置或陣列。在一些實施例中，微惰性陽極元件820d可為六邊形，且排列成六邊形配置或陣列。

用於打開或關閉或以其他方式調節通往惰性陽極之各者的電流的電路並未在圖7A、7B、及8中顯示，但係有利地與微惰性陽極陣列700物理性整合。圖9顯示根據一些實施例的具有主動矩陣控制電路之例示微惰性陽極陣列元件的電路圖。在一些實施例中，微惰性陽極陣列900的惰性陽極920之各者以串聯方式連接至開關裝置910，該開關裝置910將線路(例如導電配線)與共用電源連接或斷開。選用性地，開關裝置910可用串聯方式與電流調節器連接、或由該電流調節器取代，該電流調節器能夠改變輸送至其所連接之陽極的電流大小。如圖9所示，開關裝置910稱為「元件控制電路」，且惰性陽極920稱為「微陽極」。通往微惰性陽極陣列900中之一些或所有惰性陽極920的共用電源930可包含電匯流排(標記為「功率匯流排」)。除了開關裝置910或元件控制電路之外，還可包含用於監測及調節通向惰性陽極920之各者之電流量的電路。

開關裝置910或元件控制電路可包含切換元件及電晶體其中一或更多者。元件控制電路可為主動矩陣元件，其可包含電晶體、二極體、及開關(例如MEMS或NEMS開關)中之一或更多者。元件控制電路係耦合到惰性陽極920。元件控制電路係與連接至行驅動器950之行線及連接至列驅動器940之列線連接。

處理器(未顯示)可配置成與陣列驅動器通訊，其中陣列驅動器包含行驅動器950(或行驅動器電路)及列驅動器940(或列驅動器電路)。行驅動器950及列驅動器940向惰性陽極920之陣列提供訊號。列驅動器940及行驅動器950藉由主動矩陣定址方案將特定惰性陽極或複數個惰性陽極920加以定址。處理器可或可不與列及行驅動器940、950物理性整合或共置(co-located)。處理器與列及行驅動器940、950可經由若干常見微電子生產方法或材料組其中一者加以製造，包含但不限於薄膜電晶體(TFT)技術、矽基互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術、有機電子、或其他印刷電子製造技術。輸送至微惰性陽極920之各者的電流可連續式或脈衝式提供。處理器與列及行驅動器940、950可配置成同時向所有像素、或在任何時刻向像素子集輸送電力。在一些實施例中，處理器及驅動器可具有以下能力：在任何時間將電力輸送至微惰性陽極陣列900之一部分(例如十六分之一)、且在時間平均的基礎上藉由在脈衝模式中依序對不同部分供電、區塊或子陣列而將電力輸送到整個陣列。在另一實施例中，通向微惰性陽極陣列900的功率可在整個陣列範圍網點圖案化(rastered)，或者功率可在一或更多區塊或子陣列內網點圖案化。如此脈衝式或網點圖案化實施例可降低本揭示內容的實施成本，但在大多數情形中以金屬沉積速率為代價。

例如電匯流排及其他功率/電流調節裝置的用於對惰性陽極之各者供電及控制電流流動的組件中一些或全部者可位於陣列區域之外周或陣列區域之外。圖10繪示根據一些實施例的用於處理圓形半導體基板之例示微惰性陽極陣列之示意圖的俯視圖。在一些情形中，所製造的微惰性陽極陣列1000在正方形或矩形區域中生產。因此，陣列面積大於圓形工件或圓形基板。舉例而言，當在300-mm的半導體基板上電鍍時，微惰性陽極陣列1000將較佳地具有直徑至少與300 mm一樣大的區域。在如圖10所示的一些實施例中，微惰性陽極陣列1000可為正方形的。功率及控制輸入部1030可沿著陣列區域的外周而定位。功率及控制輸入部1030(包含電匯流排與列輸入控制部1040及行輸入控制部1050)係定位於中央圓形區域之外的陣列區域之平面中及外周處。圖10中的外周被覆區域1010指示微惰性陽極陣列1000的陣列區域。圖10中的中央圓形區域1020指示露出300-mm基板的微惰性陽極陣列1000之陣列區域。在一些情形中，外周被覆區域1010圍繞中央圓形區域1020。在一些情形中，不使用中央圓形區域1020之外的惰性陽極。在一些實施例中，功率及連接部可大致從陣列的邊緣通至中心。在一些其他實施例中，功率及連接部可從微惰性陽極陣列1000的基板下方通過，其中連接部及匯流排功率從惰性陽極的平面下方製成。無論如何，暴露的惰性陽極與受電鍍的半導體基板之間的間隙區域將包括含有金屬離子或其他酸及鹽的電解質，其中該電解質為大致上腐蝕性溶液。

圖11A顯示根據一些實施例的與通用電鍍槽流體及電鍍控制部結合之例示惰性陽極陣列電鍍槽的示意圖。惰性陽極陣列電鍍槽1110包含具有彈性密封件及一或更多電接觸構件的杯體組件。杯體組件用於在其外周固持基板並對基板提供電流。惰性陽極陣列電鍍槽1110更包含與基板相鄰的微惰性陽極陣列，其中微惰性陽極陣列與基板分隔一小間隙。複數個矯直鰭片可定位在基板周圍(並非直接在基板下方)，其中該複數個矯直鰭片可具有由該小間隙所定義的高度。當電解質流體從注入歧管上升時，電解質流體轉彎90度以在基板之表面上提供橫向流動。此發生在矯直鰭片之幫助的情況下。

在一些實施例中，惰性陽極陣列電鍍槽1110藉由入口及出口管路流體耦合至電鍍溶液儲存器1190以產生循環流動迴路。電鍍系統1100包含惰性陽極陣列電鍍槽1110及電鍍溶液儲存器1190。電鍍系統1100可更包含再循環泵1130、流量計1134、脫氣器1136、例如位準感測器1170的槽及儲存器位準監測器、熱交換器及/或沉浸式加熱器1160、熱電偶1150、耦合至熱電偶1150及熱交換器及/或沉浸式加熱器1160的溫度控制器1180、以及一或更多排放埠(例如側出口)。在一些實施例中，電鍍系統1100更包含密度計、pH計、及/或導電率計，其中如此計器可用於浴槽維護1140。除了前述硬體部件之外，電鍍系統1100還可包含控制器，例如用於修改及控制電解質之流動、溫度、添加劑、酸、鹼等之化學施劑的流動控制器1132、及/或微惰性陽極陣列控制器1120。電源可電性耦合至微惰性陽極陣列控制器1120，以供向微惰性陽極陣列供給電流。控制器可配置有指令或經編程以控制本文所述製程的一或更多者。如此製程可相關於流動方向、時序、基板旋轉、基板及晶粒佈局識別、及對微惰性陽極陣列之電流分布控制。在一些實施例中，將電化學金屬陽離子再生系統容納於電鍍溶液儲存器內或流體耦合至電鍍溶液儲存器。

圖11B及11C顯示根據一些實施例的包含微惰性陽極陣列之例示電鍍槽的示意圖。圖11B及11C繪示電鍍槽1110，其中基板1113係定位在基板固持件或杯體組件1112中。杯體組件1112可在其外周支撐基板1113。杯體組件1112可具有配置成與基板1113之前側接觸的邊緣(彈性體)密封件及電接觸元件，其中基板1113面向微惰性陽極陣列1116。基板固持件1112將基板1113固持在平行於微惰性陽極陣列1116之頂表面且距其一小距離的位置。橫流歧管區域1114可由微惰性陽極陣列1116的頂表面與基板1113之間的間隙所定義，其中電解質流入微惰性陽極陣列1116與基板1113之間的間隙。

電解質從入口埠1111行進、進入橫流歧管區域1114、並離開出口埠1117。矯直鰭片1115可重新引導離開入口埠1111的電解質之流動，使得流動發生在平行於或實質上平行於基板1113之表面的橫向上。換言之，矯直鰭片1115重新引導從入口埠1111而出的電解質之流動，使得電解質以線性方式且以相對於歧管之弧對稱切線的直角輸送至橫流歧管區域1114中。在一些實施例中，可採用定位於橫流歧管區域之邊緣附近的密封構件(未顯示)將橫流歧管區域1114加以封閉。

如同任何電化學槽中之情形，氧化性電化學半反應將發生在微惰性陽極元件處。在一些實施例中，此半反應可導致氧析出，其中水分解成氫離子及氧氣(2H ₂O → O ₂+ 4H ⁺+ 4e ^-)。在此實施例中，產生氧氣，且電解質隨著氫離子產生而變得更為酸性。金屬離子(例如銅離子)在其沉積至陰極/基板(2Cu ⁺²+ 4e ^-→ 2Cu)時從溶液消耗。在所有基板均從具有幾乎相同組成之電解質加以處理的一些實施例中，銅離子的消耗及由增加之氫離子增加導致的pH降低可能不利地影響基板上的金屬電鍍。從氧氣生成所產生的氣泡亦可能不利地影響基板上的金屬電鍍。可藉由在微惰性陽極陣列附近使用高流量的非氧飽和電解質，例如藉由在連接至真空且從溶液去除氣體之流動迴路中使用接觸器/膜脫氣器，將來自生成之氧的氣泡產生及相關聯缺陷加以減輕。酸化及銅消耗可藉由調整電解質濃度加以緩解。此可在若干方法中之一者來完成，其中之兩方法將在以下相關於圖12及13加以描述。

圖12顯示根據一些實施例的結合金屬氧化物劑量控制單元的例示惰性陽極陣列電鍍槽之示意圖。電鍍系統1200包含與電鍍溶液儲存器1270流體連通的電鍍槽1210。電鍍槽1210包含微惰性陽極陣列1220(陽極)及半導體基板或工件1230(陰極)。半導體基板或工件1230可包含一或更多晶粒中的圖案化特徵部。微惰性陽極陣列1220可包含微尺寸惰性陽極陣列，其係配置成在半導體基板或工件1230的區域上提供期望的電流分布。微惰性陽極陣列1220及工件1230可分隔一流動間隙，其中該流動間隙可在約0.5 mm與約8 mm之間、或在約0.5 mm與約4 mm之間。電解質可在橫流歧管區域中流動於工件1230與微惰性陽極陣列1220之間。電解質可通過槽流入口1212而進入橫流歧管區域並通過槽流出口1214離開橫流歧管區域。電鍍槽1210係藉由通往槽流入口1212之管線及通往槽流出口1214之管線而流體耦合至電鍍溶液儲存器1270，從而產生循環流動迴路。電解質可從電鍍溶液儲存器1270經由再循環泵1240再循環至電鍍槽1210。電鍍系統1200可更包含控制器，例如用於修改及控制電解質流體的添加劑、酸、鹼等等之流動、溫度、化學施劑的控制器1250、及/或微惰性陽極陣列控制器。電源可電性耦合至控制器1250，以供向微惰性陽極陣列1220供給電流。控制器1250可配置有指令或經編程以控制本文所述製程的一或更多者。如此製程可有關於流動方向、時序、基板旋轉、基板和晶粒佈局識別、以及對微惰性陽極陣列1220的電流分布控制。

如圖12所示，氧化性電化學半反應可能由於發生在微惰性陽極陣列1220之微惰性陽極元件處的水分解(2H ₂O → O ₂+ 4H ⁺+ 4e ^-)而導致降低之pH值及增加之氧生成。同時，金屬離子(例如銅離子)由於還原性電化學半反應(2Cu ⁺²+ 4e ^-→ 2Cu)而在工件1230處消耗。酸化及銅消耗可藉由以下方式加以減輕：施加具有已知濃度及體積之電解質(較佳具有比所使用電鍍電解質更高的銅濃度及更低的酸濃度)、並週期性去除多餘溶液以維持系統的總體積(通常稱為「放料及饋送」(bleed and feed)操作)。在替代性實施例中，可添加與所產生之過量酸反應並在製程中釋放銅離子的材料。在圖12中，施加例如銅氧化物之固態金屬氧化物作為整體電鍍系統浴組成控制的一部分。金屬氧化物劑量控制單元1260係流體耦合至電鍍溶液儲存器1270。使用與反應相關聯之化學計量比的金屬氧化物造成平衡的整體浴組成。舉例而言，所施加之銅氧化物與氫離子反應以生成銅離子及水(4H ⁺+ 2CuO → 2Cu ⁺²+ 2H ₂O)。此補償電鍍電解質中的銅消耗及酸化。與被鍍金屬具有相同氧化態的氧化物(Cu ⁺²/CuO、Ni ⁺²/NiO、或Sn ⁺²/SnO)導致有利的結果，因為與所生成之酸的反應取代被消耗的金屬離子及水並去除氧。

圖13顯示根據一些實施例的結合氧化還原對的例示惰性陽極陣列電鍍槽之示意圖。電鍍系統1300包含與電鍍溶液儲存器1375流體連通的電鍍槽1310。電鍍槽1310包含微惰性陽極陣列1320(陽極)及半導體基板或工件1330(陰極)。工件1330可包含一或更多晶粒中的圖案化特徵部。微惰性陽極陣列1320可包含微尺寸惰性陽極之陣列，其係配置成在工件1330的一區域上提供期望的電流分布。微惰性陽極陣列1320及工件1330可分隔一流動間隙，其中該流動間隙可在約0.5 mm與約8 mm之間、或在約0.5 mm與約4 mm之間。電解質可在橫流歧管區域中流動於工件1330與微惰性陽極陣列1320之間。電解質可通過槽流入口1312而進入橫流歧管區域並通過槽流出口1314而離開橫流歧管區域。電鍍槽1310係藉由通往槽流入口1312之管線及通往槽流出口1314之管線而流體耦接至電鍍溶液儲存器1375，從而形成循環流動迴路。電解質可從電鍍溶液儲存器1375經由再循環泵1340而再循環至電鍍槽1310。電鍍系統1300可更包含控制器，例如用於修改及控制電解質流體的添加劑、酸、鹼等等之流動、溫度、化學施劑的控制器1350、及/或微惰性陽極陣列控制器。電源可電性耦合至控制器1350，以供向微惰性陽極陣列1320供給電流。控制器1350可配置有指令或經編程以控制本文所述製程的一或更多者。如此製程可有關於流動方向、時序、基板旋轉、基板和晶粒佈局識別、以及對微惰性陽極陣列1320的電流分布控制。

如圖13所示，可使用可溶性離子氧化還原對。舉例而言，亞鐵離子(Fe ⁺²)可在微惰性陽極陣列1320的諸多微惰性陽極電極表面處被氧化成鐵離子(Fe ⁺³)。在此實施例中，未產生氣體且電解質pH保持不變，因為未產生氧氣或氫離子。然而，若未包含將Fe ⁺³離子之濃度減低的手段，Fe ⁺³離子的濃度將隨時間增加。此可藉由如上所述之施加具有已知濃度的溶液(「放料及饋送」)、或者藉由在含有主電鍍電解質的電鍍溶液儲存器1375中驅動反向電化學反應(2Fe ⁺³+ Cu → 2Fe ⁺²+ Cu ⁺²)加以解決。此可作為如圖13所示的再循環迴路之一部分來完成、或者藉由將電解質移至單獨設備並週期性或連續地使電解質返回主儲存器來完成。如圖13中進一步顯示，例如陽離子膜1380的薄膜可選用性地用以將活性金屬陽極1390(2Cu → Cu ⁺²+ 2e ^-)及再生陽極電解質1395與再生系統陰極1370 (2Fe ⁺³+ 2e ^-→ 2Fe ⁺²)及主電鍍電解質。此可有助於防止可溶性金屬陽極1390處可能產生之金屬顆粒到達工件1330，且有助於避免起因於有機添加劑暴露至活性金屬陽極1390之氧化表面的有機添加劑分解。

返回圖2，在方塊240，至少部分基於所識別的基板類型及佈局將微惰性陽極陣列中的陽極充能。包含一或更多處理器的控制器可調節及引導電流至微惰性陽極陣列的諸多微惰性陽極元件。微惰性陽極元件之各者可為獨立可控制及可調整的。就此而言，微惰性陽極元件可稱為獨立可控制之微惰性陽極元件。與其驅動電路耦接的微惰性陽極陣列提供精細空間性解析的電流源之可調陣列。半導體基板可具備帶有不均勻特徵部分布的晶粒佈局。然而，吾人將理解，在一些實施例中，半導體基板可具備帶有均勻特徵部分布的晶粒佈局。在一些情形中，半導體基板可具有多個晶粒，其中各晶粒具有特徵部的圖案(例如隔離特徵部之區域及密集特徵部之區域)。各晶粒上的特徵部圖案可呈現不同的密度、不同的特徵部尺寸、形狀、及深度，且出現在一晶粒上的圖案可能與相鄰晶粒上的圖案不同。靠近半導體基板而設置的微惰性陽極陣列可在半導體基板的一區域上產生電流分布，例如不均勻的電流分布。可將對至少二或更多微惰性陽極元件施加電流，以產生期望的電流分布。在一些情形中，微惰性陽極陣列可產生對應於具有特徵部之分布之晶粒佈局的電流分布。因此，當電解質橫向流動而與基板極微惰性陽極陣列接觸時，電場可受控制以匹配晶粒圖案。更多或更少的電流被提供至需要更多或更少電流的區域(例如由於局部特徵部密度的變異性)，其提供比其他可能方式更均勻的電鍍厚度分布。相當簡單地，相對於具有遠離(例如超過約8 mm遠)基板表面的單一陽極或相對於具有均勻電流分布電阻模式的HRVA，在使用其中電流係空間性受控制及改變之微惰性陽極陣列的情況下，發生在半導體基板上電鍍金屬特徵部將電鍍分布的均勻性加以改善。因此，金屬係以實質上均勻的厚度在具有特徵部之分布的一或更多晶粒中進行鍍覆。

晶圓級電流分布的控制亦可例如藉由徑向修改從中心至邊緣的電流、補償終端效應或補償不均勻光阻厚度輪廓的影響而達成。電流分布亦可加以控制，以補償缺失的圖案化區域，該圖案化區域亦可稱為「缺失晶粒」區域，例如在晶粒道或晶圓邊緣缺失晶粒與特徵部區域之間。能夠控制電流以避免「缺失晶粒」區域的特定優勢為其消除用「虛擬」晶粒填充該空間以避免局部電流負載的需要。如此虛擬邊緣晶粒的消除使光微影處理(用以產生如此晶粒)減少、消除缺失晶粒區域中晶圓邊緣處之密封失效的可能性、降低材料消耗、並降低該區域中錫及錫-銀脣形密封件電鍍的可能性。因此，在一些情形中，施加至微惰性陽極陣列之惰性陽極的電流可基於一或更多晶粒中特徵部之不均勻分布而提供電流分布。替代性或附加性地，施加至微惰性陽極陣列之惰性陽極的電流可基於全域晶圓內修正而提供電流分布。

針對晶粒圖案之高解析度晶粒級電流分布控制可藉由控制或決定至少(a)微惰性陽極元件之間的間距(距離)、及(b)半導體基板與微惰性陽極陣列之間的間隙來達成。可使用更小的微惰性陽極元件尺寸和間距，但這樣做可能帶來增加之設計、製造、及電流分布控制複雜性的折衷、以及對於微惰性陽極陣列與基板之間之小間隙的需求。間隙可等於或小於微惰性陽極元件特徵部尺寸的大約四倍，以相對於使用更大特徵部導致改善的結果。舉例而言，針對0.25 mm尺度上的電流控制，微惰性陽極元件可具有大約50 μm的尺寸(例如直徑)及間距，且微惰性陽極陣列與半導體基板之間的間隙可為約200 μm。

儘管本揭示內容主要在穿透光阻電鍍應用的脈絡中描述，且可實施於穿透光阻電鍍應用中，但吾人將理解，本揭示內容不限於如此應用。在一些實施例中，本揭示內容可應用於非WLP應用中，例如鑲嵌應用或TSV應用。鑲嵌及TSV製程涉及在基板的整個被種晶及暴露表面(無遮蔽，但具有凹陷金屬化表面)上發生的電鍍，且特徵部圖案仍可在特徵部密度上具有可變性，其可利用本揭示內容之微惰性陽極陣列來解決。尤其，微惰性陽極陣列及微惰性陽極陣列中之電流分布控制可應用於在鑲嵌及TSV應用、或其中宏觀電流分布之局部控制有所助益的類似應用中電鍍金屬。再者，藉由以徑向位置之函數改變電流量及對晶圓級陽極陣列電流源最佳化分布加以編程，吾人可利用此新硬體及製程補償薄晶種層的效應(所謂的「終端效應」)。對於鑲嵌及TSV電鍍應用而言，該製程可為非常動態的(對於穿透光阻應用而言通常較不動態，其中電鍍特徵部周圍的大部分表面保持在其由光阻塗層覆蓋的原始厚度)。由於金屬係電鍍在共通表面上，所以隨著時間的推移，基底層(晶種加電鍍場域膜)的電阻降低，且從而需要降低終端效應修正的幅度。因此，設想具有隨時間變化電流以補償變化之終端效應的製程，疊加以針對局部(例如晶粒級)特徵部密度效應加以修正的製程。通常，施加在中心處相對晶圓邊緣之電流上的差異將隨著時間而減小；當基底金屬層變得足夠厚時(理論上當其為無限厚時)不需要修正，且微惰性陽極陣列將施加大致均勻的中心至邊緣電流(在晶粒內受控行為仍適用於晶粒內變異的情況下)。

圖14A-14D顯示根據一些實施例的用於響應識別晶粒佈局而決定微惰性陽極陣列中電流分布的模擬模型。包含一或更多處理器的控制器可配置有指令或經編程而判定或識別基板中的晶粒佈局。識別基板中的晶粒佈局可藉助相機或其他空間性特性化儀器來獲得，或者可為先驗(a-priori)已知的且個別提供至控制器。在圖14A中，晶粒1410(例如「模型晶粒」)可具有28 mm長乘4 mm寬的尺寸，含有總共1974個尺寸上各為100μm的特徵部。特徵部在晶粒1410上設置於至少兩區域中：(1)具有150 μm間距(緊密間距、高密度)的第一區域及(2)具有500 μm間距(低間距、低密度)的第二區域。塗黑區域對應至第一區域，且畫點區域對應至第二區域。在判定基板中的晶粒佈局後，可將電腦模型用以決定來自微惰性陽極陣列的電鍍電流分布。電腦模型可具有基於微惰性陽極陣列的諸多物理性配置及與基板之間距(間隙尺寸)對預期之行為上趨勢進行建模的能力。為了發展出如此電腦模型，可執行模擬。在各模擬中，一獨特的施加電流及在整個陣列上產生的電流分布被施加在微惰性陽極元件之每一者上，而驅動基板上的電流分布。針對各模擬而受控制的變數包含：(a)微惰性陽極元件之間的間距(距離)、以及(b)微惰性陽極陣列與基板表面之間的間隙。如圖14A-14D所示，微惰性陽極元件係排列成矩形圖案中的陣列。微型惰性陽極元件之各者的尺寸可為間距間隔的一半(例如，1 mm間距的陽極具有0.5 mm直徑的微型惰性陽極元件)。

多個技術及程序可用以逼近每一配置的最佳結果。舉例而言，第一模型係於晶粒的特徵部之各者具有相同電流(亦即0%不均勻性或理想的均一電流密度分布)、且相對電極為目標間隙位置處之連續導電表面的情況下運行。如此相對電極等同於具有無限數量之極小惰性陽極元件的微惰性陽極陣列。相對電極可為如圖14B所示的陽極接地平面1420。從那裡，來自第一模擬的陽極接地平面1420上之電流分布用以在圖14C中的第二模擬中將具有相等大小之對應電流分派給微惰性陽極元件1430之各者。為了計算第二模擬(「結果」模擬)，將來自第一模擬的微惰性陽極元件1430之區域中的電流平均值指定為各個單獨之微惰性陽極元件1430的電流值，且可將電位晶粒特徵部表面之全部者的電位設定為接地電位。由於微惰性陽極元件1430的有限數量、以及元件之間具有無法以與模擬之陽極接地平面1420相同分布提供電流的死區(dead zone)的事實，第二模擬的結果具有對於各特徵部的有限不均勻性及不一致之電流。取決於微惰性陽極陣列及間隙的特定配置，可藉由對微惰性陽極元件使用經改變的微陣列施加電流分布(亦即與藉由模擬預測者不同)，來達成經改善的及更均勻的晶粒電流分布。總體而言，最佳化模型可在兩步驟程序中達成：第一步驟藉由將晶粒特徵部設定至相等的電流密度而獲得最佳電流分布，其中將陽極接地平面1420設定為接地電位以模擬連續導電表面，使得電流密度可從陽極接地平面1420中提取；第二步驟獲得微惰性陽極陣列的模型，其中微惰性陽極元件1430之各者被視為由絕緣體圍繞之網格中的電流源，且各微惰性陽極元件1430被分配從取自陽極接地平面1420之最佳電流密度計算出的電流密度。最後，設想結合此兩步驟模擬程序的製程，其編程第一微陽極陣列測試電流分布，後接晶圓結果之分析，且然後為在對以達到最佳電流分布為目標的分布模式進行相對微小修改的情況下之一或更多後續測試運行。此導致圖14D中所示的不均勻電鍍分布1440，其近似於晶圓上電鍍效能。

用以決定最佳微惰性陽極元件電流分布的替代程序省略初始模擬，而是直接計算「結果」模擬，其中將均勻電流分配至各微惰性陽極元件。基於此模擬的結果，將分配至各微惰性陣列元件的電流加以擾動(例如在基板上電流密度低的區域中增加)且重新運行模擬。然後重複此程序，直到基板上的電流密度滿足最小限度結果、或所需的均勻性規格。

本揭示內容的模型可藉由首先逼近基板之幾何形狀及基板與微惰性陽極陣列之間的容積而加以建構。如此模型的一實例可見於圖14A中。模型可藉由僅考量單一晶粒或重複單元、將小特徵部的均勻區域近似為較大特徵部的均勻區域但保持相同的開放區域、或者將圓形、長橢圓形或其他複雜特徵部形狀近似為正方形，而加以簡化。針對使用前的準確性，可檢查後兩個近似的相對更詳細之模型或經驗資料的準確性。表面電阻可藉由為電鍍表面指定電阻或藉由為模型化特徵部指定電阻率加以近似，其數值可從實驗得出或從其他已知數值計算。金屬離子的質量轉移可在模型中完全表示，或藉由擴散邊界層厚度之計算及由此施加之額外電阻加以近似，或者其並非考量點的情形中完全省略。

接著，決定邊界條件，並針對此幾何形狀求解拉普拉斯方程式，以決定域內的電流及電位。為了決定微惰性陽極陣列中各電極應產生的電流，所施加的邊界條件可如下：第一，對(各特徵部中的)電鍍表面在所有點處分配相同的電流密度；第二，將帶有惰性陽極陣列的表面視為連續導電接地表面。表示對稱平面或週期性(例如由於相鄰晶粒)的額外邊界條件係針對該幾何形狀而加以適當設定。對於此模型的解決方案給出「理想的」電流分布，若將其施加在惰性陽極陣列上，應產生接近0%的不均勻性。例示晶粒的此結果係顯示於圖14B。在電鍍期間，各惰性陽極可基於其在此理想電流分布中的位置而被分配一電流，如圖14C所示。

可藉由設定相同模型的邊界條件使得各特徵部中之電鍍表面為連續導電接地表面，且惰性陽極各具有由先前計算之理想電流密度指定之電流分布，來額外地驗證結果並預測實際的不均勻性。如圖14D中針對例示晶粒所示，對此模型的解決方案近似於所預期的實際晶圓上效能。

圖15A-15C繪示微惰性陽極陣列中不同陽極陣列元件間距的特徵部電流密度分布圖。結果顯示，當使用其臨界尺寸小於陽極至晶圓間隙的微惰性陽極元件時，吾人可更有效地將電流引導至晶粒佈局的期望區域。相對而言，當使用較大的微惰性陽極元件時，電位及電流將以不利的方式在具有關聯於每一個別陽極元件之成像的間隙中分布。各條為灰階梯度圖，其表示特定條件下模型化晶粒上的局部電流分布。在圖15A中，微惰性陽極陣列在相鄰的微惰性陽極元件1510a之間具有1 mm的小間距。微惰性陽極陣列與晶圓之間的間隙尺寸為1 mm。在圖15B中，微惰性陽極陣列在相鄰的微惰性陽極元件1510b之間具有4 mm的較大間距。微惰性陽極陣列與晶圓之間的間隙尺寸為1 mm。在圖15C中，微惰性陽極陣列在相鄰的微惰性陽極元件1510c之間亦具有4 mm的較大間距，但使用恆定電流，其近似於使用均勻4 mm間距HRVA的情況。基板與微惰性陽極陣列之間的間隙同樣為1 mm。如圖15A-15C所示，減小的間距可更有效地將電流引導至晶粒佈局的期望區域，且更均勻的恆定電流(而非空間性調諧電流)無法將電流引導至晶粒佈局的期望區域。

比較圖15B和15C之間的兩4 mm間距情形，針對小於約4 mm的間隙，可變分布微惰性陽極陣列電流可呈現顯著比恆定電流情形更緊密的電流分布。在一些情形中，晶粒特徵部以大於間隙的距離(4 mm間距 ＞ 2 mm間隙)分隔，且見到對應於個別微惰性陽極元件之位置的高電流區域。在針對這些相同較小間隙的較小間距下，電流分布在空間上更加均勻。通常，為了達到最佳的電鍍晶粒分布，微惰性陽極陣列間距應小於陣列至基板間隙，或為P/G ＜ 1之關係，其中P為間距，且G為間隙。因此，只要微惰性陽極元件尺寸及間距小於間隙尺寸，不均勻晶粒圖案中的電鍍厚度之均勻性便隨著較小間隙而改善。

在大於約5 mm但小於連續陽極源達到不均勻性漸近線之距離的間隙範圍內，所有微惰性陽極陣列情形的不均勻性皆具有高於此值的不均勻性，並且在這些間隙尺寸下，遠處的單一陽極將優於微惰性陽極陣列。然而，在低於約5 mm的間隙下，所有的所示陽極間距情形具有比其值約為4%之此基線情形更低的不均勻性，或者對於最小間隙及最小間距(1 mm間隙/間距)而言好3倍以上。同樣地，4 mm間距情形在1mm間隙情形於不均勻性上揚，因為間隙小於間距，且個別微惰性陽極元件在晶粒佈局上其投影位置周圍產生電流的集中。對低於約1 mm(P/G = 1)的間隙而言，未獲得進一步的不均勻性改善。為了更佳的不均勻性，需要更小的間隙結合更小的間距。針對使用更小間隙與更小間距之間的每一情形，有多個實際限制及權衡待考慮：間距越小，陣列越昂貴，且拋物線形更大數量微惰性陽極元件的控制越複雜。較小的間隙在機械上更難以設定及保持共面性，特別是在結合旋轉時，且用以實現最小質量轉移電鍍電阻的通過間隙之流體流動及大系統壓力可能變得越來越有問題。

圖16顯示根據一些實施例的相對半導體基板而定位的例示微惰性陽極陣列之剖面示意圖。微惰性陽極陣列1620包含複數個微惰性陽極元件1625。半導體基板1630可為具有特徵部圖案1660的部分製造半導體基板。特徵部圖案1660可不均勻地分布在一或更多晶粒中。特徵部圖案1660可設置在半導體基板1630的導電晶種層1640上。含金屬電解質可在電鍍槽中於半導體基板1630與微惰性陽極陣列1620之間流動。

相鄰微惰性陽極元件1625之間的間距可由p定義。微惰性陽極元件之各者可具有由d定義的臨界尺寸(例如直徑)。半導體基板1630與微惰性陽極陣列1620之間的間隙尺寸可由g定義。特徵部圖案1660中的重複基板圖案之間的距離可由L定義。電流被施加至微惰性陽極陣列1620中的微惰性陽極元件1625，以在具有特徵部圖案1660的半導體基板1630之一區域上提供特定的電流分布。該區域可包含圖案化特徵部的重複佈局或重複基板圖案的區域，其中重複基板圖案可分隔距離L。為了有效的電流分布控制，使尺寸p(間距)、g(間隙尺寸)、d(臨界尺寸)、及L(重複基板圖案之間的距離)最佳化。一般而言，為了用以將可變電流定位至半導體基板1630之不同區域的有效電流分布控制，將p配置成小於L、將p配置成小於g、且將d配置成小於L。在一些實施例中，g亦配置成小於L。因此，為了有效地將可變電流定位至不同圖案密度之區域中的能力，g/L及p/L及d/L的無因次比率均小於1。為了進一步有效地使用微惰性陽極元件1625來增強電流控制，將p配置成至多為g的三分之一，且將d配置成至多為g的三分之一。換言之，p/g及d/g的無因次比率小於1/3。在如此尺寸下，此電流分布控制程度可防止圖像及離散陽極。

先前相關於圖15A-15C而描述的程序係用以模擬簡單晶粒圖案上之微惰性陽極陣列的效能。另一例示晶粒圖案由15 mm x 15 mm晶粒上之方形框架圖案中的200 µm特徵部組成。此模擬的結果可見於圖17A-17D及圖18中。

圖17A顯示使用HRVA的晶粒之圖案化特徵部佈局上的例示電流分布。雖然僅繪示單一晶粒，但模擬係設計成仿真如此晶粒的重複陣列。在均勻電流源的情況下，特徵部傾向相對於晶粒之角落在晶粒側邊被電鍍得更厚。此係至少部分由於側邊處的較低局部開放面積或較低特徵部密度負載。如圖17B所示，在如此晶粒之重複陣列的情況下，比起各晶粒的側邊處，特徵部更緊密地集中在各晶粒的角落處。由於HRVA促進在晶粒之重複陣列範圍的均勻電流密度，所以因特徵部之不均勻分布而在角落處比側邊處發生更少電鍍。

圖17C顯示根據一些實施例的在1 mm間隙的晶粒之圖案化特徵部佈局上的微惰性陽極陣列之例示電流分布。圖17D顯示根據一些實施例的在4 mm間隙的晶粒之圖案化特徵部佈局上的微惰性陽極陣列之例示電流分布。在4 mm間隙的微惰性陽極陣列之情況下的晶粒內(WID)不均勻性係類似於使用HRVA(實質上均勻電流源)電鍍時的WID不均勻性。在此，微惰性陽極陣列與晶粒之間的4mm間隙係大到足以容許電流在10 mm寬的晶粒上自由地重新分布，使得微惰性陽極陣列無法用以有效控制電鍍表面處的電流密度。然而，當移動微惰性陽極陣列而更靠近晶粒，控制電鍍表面處之電流密度的能力獲得改善，且可將更多電流引導至晶粒的角落以減少WID不均勻性。如圖17C所示，特徵部傾向於在晶粒之側邊處及晶粒之角落處實質上均勻地電鍍。在圖17D中，特徵部傾向相對於晶粒之角落在晶粒之側邊處電鍍得更厚。這些模擬指出，電流可在晶粒內有效地受到重新引導的距離係有關於微惰性陽極陣列與晶粒之間的間隙尺寸。

圖18說明顯示作為微惰性陽極陣列與半導體基板之間之間隙的函數的晶粒內均勻性之圖表。在微惰性陽極陣列與具有例如圖17A-17D中所述之一或更多晶粒的半導體基板之間的4 mm間隙尺寸下，WID不均勻性為約3%。在如此間隙的WID不均勻性係類似於利用HRVA電鍍時的WID不均勻性。在微惰性陽極陣列與具有例如圖17A-17D中所述之一或更多晶粒的半導體基板之間的1 mm間隙尺寸下，WID不均勻性為約1%。WID不均勻性降低到先前數值的約1/4。在大於6 mm的間隙尺寸下，在WID不均勻性上幾乎沒有變化。在大於8 mm的間隙尺寸(圖8中未顯示)下，WID不均勻性上實質上沒有變化。在小於4 mm的間隙尺寸下，WID不均勻性隨著間隙尺寸相對快速減小。利用其他晶粒佈局的模擬確認以下觀察結果：如果導致WID不均勻性的特徵部高度存在一些特性距離，則當間隙尺寸等於或大於該特性距離時，間隙尺寸對WID不均勻性幾乎無影響。當間隙大小介於特徵部高度之此特性距離的0.5與1倍之間時，則間隙尺寸對WID不均勻性具有弱影響。當間隙尺寸小於特徵部高度之此特性距離的0.5倍時，則間隙尺寸對WID不均勻性有強大影響。在一些實施例中，特徵部高度之間的特性距離可為晶粒上最大與最小高度之間的距離，其約為晶粒寬度的一半。在一些實施例中，特徵部高度之間的特性距離可構成圖案密度之變異的長度。在圖17A-17D中，特性距離或晶粒寬度之一半約為7-8 mm。因此，間隙尺寸可配置成小於此特性距離的0.5倍(亦即小於4 mm)，以對WID不均勻性具有強大影響。注意到，因為微惰性陽極陣列為陽極的離散陣列，所以電流控制無法在小於微惰性陽極元件間距的尺寸尺度下進行。因此，微惰性陽極元件的間距對於間隙尺寸在WID不均勻性上之影響施加一下限。採用低於此限制的更小間隙將不會在WID不均勻性方面產生進一步改善。

在本揭示內容中，期望的電流分布可以經程式化為使用驅動器系統(例如陣列驅動器)及實施於控制器上的電腦程式軟體來施加。即使處理具有不同晶粒佈局的不同基板，亦不需要對於電鍍工具硬體的物理性更改。此與嘗試使用具有孔之空間性排列、或不同局部電阻率的HRVA達成所需電流分布相反，因為對於處理具有不同晶粒佈局之不同基板而言，將必須在適用於新特徵部圖案之不同設計的情況下針對不同物理部件調換HRVA。在整個電鍍製程中，可決定及維持基板對陣列的相對定向。若將基板設置在例如杯體的基板固持件中，可在大致優於間隙尺寸之精度(例如達間隙尺寸之約20%或甚至約5%的精度)下定出基板相對於陣列的位置。因此，可採用適於在該等公差內以可再現方式設置基板的硬體，或者，可使用能夠將設置在電鍍槽中的各基板之位置決定在該等公差內的硬體。

返回到圖2，在方塊250，當將微惰性陽極陣列充能時，使電解質橫向流動跨過基板表面且使半導體基板旋轉，以達到期望的空間性及時間性電流分布模式。如以上所討論，可採用基板旋轉來達到時間平均方向性流動均勻性，並因此達到WIF均勻性且避免不均勻形狀的特徵部。舉例而言，在圖6A及6B中，如果流場在一方向上發生，則不均勻的特徵部輪廓在凹陷特徵部中產生。即使流場在多個方向上發生，仍可能導致凹陷特徵部中的不均勻特徵部輪廓。使流場在電鍍製程期間改變可減少特徵部輪廓的不均勻性，但一些不均勻性可能仍然是明顯的。用於達到特徵部內改善之均勻性的一技術為使流動在一側進入半導體基板與微惰性陽極陣列之間的間隙並旋轉半導體基板。因此，在本揭示內容中，可在電鍍腔室中提供電解質，使得該電解質實質上平行於半導體基板的電鍍面而橫向流動。在如此實施例中，電解質實質上在接近腔室周邊的方位角相對位置進入及離開電鍍腔室的一方向上流動。當電解質橫向流動時，半導體基板旋轉。然而，吾人將理解，可採用替代技術來達成特徵部內改善的均勻性，例如使進入半導體基板與微惰性陽極陣列之間之間隙的流動能夠來自一組或連續不同的方向。

若半導體基板旋轉，通往陣列中的微惰性陽極元件之各者的經施加電流可循著晶粒特徵部的位置。換言之，即使在半導體基板旋轉時，微惰性陽極陣列中的電流分布仍可根據半導體基板中之晶粒特徵部的位置而動態地變化。在半導體基板圍繞機械旋轉中心旋轉的情況下，陣列受施加的電流模式可依循最佳化目標分布的時變分布。因為旋轉中心可能移動(亦即微惰性陽極陣列之旋轉相對晶圓中心的同心度可能不完美)，所以可判定相對於旋轉中心的非同心度之大小及方向，且經程式化的時變陣列電流分布可隨著時間而改變。舉例而言，在開始電鍍製程之前，可判定半導體基板對於微惰性陽極陣列的相對中心位置，且亦可判定非同心度的大小及方向。將半導體基板加以分度，且由電腦程式或控制器開始並進行半導體基板的旋轉。將半導體基板浸入電鍍溶液中，且電鍍溶液填充半導體基板與微惰性陽極陣列之間的間隙。電腦程式或控制器係配置成在得知半導體基板及晶粒特徵部位置在該時間點之所在處的情況下打開電源處的電力。在一設定時間之後(例如10 ms之後)，半導體基板應已旋轉一已知量，且半導體基板的中心位置將已經移動一已知量，而容許控制器計算新的相對微惰性陽極陣列之晶粒特徵部位置。控制器亦可計算新的最佳微惰性陽極元件電流分布、取決於計算出之要求減少或增加諸多元件受施加電流、並將電流分布修改為新的電流分布。此程序係於整個電鍍製程期間隨著半導體基板旋轉及電鍍發生而重複，直到達成目標時間及/或目標膜厚度。

在一些實施例中，可根據時基邊緣屏蔽或「智慧」旋轉技術旋轉半導體基板。如此技術係於Mayer等人在2014年9月11日提出申請且題為「ELECTROPLATING APPARATUS FOR TAILORED UNIFORMITY PROFILE」的美國專利第9,260,793號中進一步討論，該專利案係藉由參照整體併入本文並用於所有目的。因為半導體基板之邊緣處的晶粒佈局可能不均勻，且因為晶粒的一些部分可能有「缺失的晶粒」，所以在一些方位角位置處，取決於晶粒佈局或晶粒圖案，半導體基板可能在HRVA的屏蔽或缺失區域上減速或加速。此程序有時稱為「智慧旋轉」技術。當半導體基板旋轉時，可能遭遇到需要在如此空間中獲得較少電流或無電流的半導體基板之一部分(例如缺失晶粒)。基板旋轉可能最初為緩慢的，但隨後在遭遇到需要較少電流或無電流的半導體基板之部分時迅速加速。因此，半導體基板的旋轉可響應於在旋轉期間遭遇到若干晶粒圖案而動態地改變。藉由使微惰性陽極陣列的若干周邊區域缺少有效陽極元件、或使其被阻擋或以其他方式屏蔽，可將「智慧旋轉」技術的實施延伸至微惰性陽極陣列電鍍方法及設備。然而，因為微惰性陽極陣列元件可被關閉及/或在電流強度上加以調變，所以吾人將理解，在一些情形中，根據「智慧」旋轉技術的基板旋轉可能是不必要的。具體而言，可將微惰性陽極陣列程式化，使得缺失晶粒區域被程式化為不具供給電流至該等區域的惰性陽極。當旋轉發生時，缺失晶粒中的低電流模式追踪該部分的角旋轉。此技術具有勝過屏蔽和旋轉速度調變(「智慧旋轉」)技術的優勢，因為可避免關聯於停留在一區域及角方向的固有基於時間之流動方向偏差以及可能發生的相關特徵部形狀不規則性。

受電鍍的特徵部可開始於相當深的光阻深度處。舉例而言，20 µm直徑的特徵部可為20 µm或40 µm深。相對控制對於電鍍金屬特徵部陣列之電流分布的電阻而言，對於深特徵部內部之電鍍的質量轉移及離子(歐姆)電阻可為顯著的。因此當將金屬特徵部電鍍在半導體基板上時，若陽極源位置及來源分布保持不變，由於來自質量轉移電阻及電性(離子)電阻的串聯電阻上之減小，所以橫跨微惰性陽極陣列的電流分布亦將變化。較大或較小的特徵部以及高密度相對低密度的特徵部將經歷這些電阻的不同相對變化。因此，用於20 µm深條件下之特徵部的最佳化施加微惰性陽極陣列電流分布不可能為特徵部為10 µm或5 µm深時的最佳化施加微惰性陽極陣列電流分布。因此，在電鍍製程期間，改變參數以保持瞬時最佳輪廓(例如改變微惰性陽極陣列程式化/施加電流分布)、或改變陣列至基板的間隙可用以獲得所期望的時間積分電鍍不均勻性結果。

在方塊260，半導體基板可經歷基板後處理。在一些實施例中，基板後處理可包含在沖洗/乾燥/清潔站中的沖洗、乾燥、及/或清潔操作。在一些實施例中，基板後處理可包含蝕刻模組中的蝕刻。可執行蝕刻以選擇性地去除光阻，或可將蝕刻用以選擇性地去除圖案化特徵部或非圖案化特徵部。圖案化特徵部的去除可僅去除圖案化特徵部之部分以達成共面性。因此，製程可包含電鍍及蝕刻操作兩者。 電鍍系統

本文所述的方法可藉由任何合適的系統/設備來執行。根據本文實施例之，合適的設備包含用於完成製程操作的硬體及具有用於控制製程操作之指令的系統控制器。舉例而言，在一些實施例中，硬體可包含一或更多包含在製程工具中之製程站。

圖19繪示根據一些實施例的多工具電鍍設備之簡化視圖。電沉積設備1900可包含三個單獨的電鍍模組1902、1904、及1906。電沉積設備1900亦可包含配置用於諸多製程操作的三個單獨的模組1912、1914、及1916。舉例而言，在一些實施例中，模組1912、1914、及1916中的一或更多者可為旋轉沖洗乾燥(SRD)模組。在其他實施例中，模組1912、1914、及1916中的一或更多者可為電填充後模組(PEM)，其各配置成在基板已由電鍍模組1902、1904、及1906其中一者處理後執行例如基板的邊緣斜角去除、背側蝕刻、及酸洗的功能。

電沉積設備1900包含中央電沉積腔室1924。中央電沉積腔室1924為容納用作電鍍模組1902、1904、及1906中電鍍溶液之化學溶液的腔室。電沉積設備1900亦包含可儲存及輸送用於電鍍溶液之添加劑的施劑系統1926。化學稀釋模組1922可儲存及混合將用作蝕刻劑的化學品。過濾及泵送單元1928可過濾用於中央電沉積室1924的電鍍溶液並將其泵送至電鍍模組。

系統控制器1930提供操作電沉積設備1900所需的電子及介面控制。系統控制器1930(其可包含一或更多物理或邏輯控制器)控制電鍍設備1900的性質中一些或所有者。

用於監測製程的訊號可由系統控制器1930的類比及/或數位輸入連接部從諸多製程工具感測器提供。用於控制製程的訊號可在製程工具的類比及數位輸出連接部上輸出。可受監測的製程工具感測器之非限制性實例包含質流控制器、壓力感測器(例如壓力計)、熱電偶、光學位置感測器等。經適當程式化的反饋及控制演算法可與來自這些感測器的資料一起使用以維持製程條件。

傳遞工具1940可從例如晶圓匣1942或晶圓匣1944的基板匣中選擇基板。晶圓匣1942或1944可為前開式晶圓傳送盒(FOUP)。FOUP為設計成在受控環境中穩固且安全地固持基板、並容許藉由配備有適當裝載埠及機器人搬運系統之工具將基板移出以供處理或測量的外殼。傳遞工具1940可使用真空附接或一些其他附接機構來固持基板。

傳遞工具1940可與晶圓處理站1932、晶圓匣1942或1944、轉移站1950、或對準器1948介接。從轉移站1950，傳遞工具1946可獲得往基板之通路。轉移站1950可為傳遞工具1940及1946可在不通過對準器1948之情況下將基板往來傳遞的槽或位置。然而，在一些實施例中，為了確保基板在傳遞工具1946上上適當對準以供精準數送至電鍍模組，傳遞工具1946可將基板與對準器1948對準。傳遞工具1946亦可將基板傳送至電鍍模組1902、1904、或1906其中一者或傳送至配置用於諸多製程操作的三個獨立模組1912、1914、及1916其中一者。

根據上述方法的製程操作之實例可如下進行：(1) 在電鍍模組中接收基板，其中該基板包含具有不均勻特徵部分布的一或更多晶粒；(2) 在電鍍模組中使基板與電解質接觸；(3) 使用具有複數個微惰性陽極元件的微惰性陽極陣列在基板上電鍍金屬，其中將電流施加至一或更多微惰性陽極元件以達成至少部分基於一或更多晶粒之特徵部佈局的電流分布。在一些實施例中，定義在基板與微惰性陽極陣列之間的間隙尺寸係等於或大於定義在陣列中微惰性陽極元件之間的間距。在一些實施例中，使基板與電解質接觸包含使電解質橫向流動而橫過基板的表面。

配置成容許基板的有效率輪轉通過依序之電鍍、漂洗、乾燥、及PEM製程操作的設備可有助於在製造環境中使用的實施例。為了達成此點，可將模組1912配置成旋轉沖洗乾燥器及邊緣斜角移除腔室。利用如此模組1912，基板將僅需要在電鍍模組1904與模組1912之間傳送以用於銅電鍍及EBR操作。在一些實施例中，本文所述的方法將在包含電鍍設備及步進器的系統中實施。

圖20繪示根據一些實施例的具有不同電鍍槽及模組的例示電鍍設備之簡化視圖。電沉積設備2000的替代實施例係示意性地顯示於圖20。在此實施例中，電沉積設備2000具有一組電鍍槽2007，其各含有呈成對或多個「雙重組(duet)」配置的電鍍浴。舉例而言，除了電鍍本身之外，電沉積設備2000亦可執行諸多其他電鍍相關製程及子步驟，例如旋轉沖洗、旋轉乾燥、金屬及矽濕式蝕刻、無電沉積、預潤濕及預化學處理、還原、退火、電蝕刻及/或電拋光、光阻剝除、及使用預加速劑溶液的表面預活化。電沉積設備2000在圖20中示意性地俯視，且圖中只顯示單一層或「樓板」，但本領域具有通常知識者將輕易理解，例如Lam Saber ^TM3D工具的如此設備可具有二或更多層「堆疊」在彼此上，各層都可能具有相同或不同類型的處理站。

再次參考圖20，通常將待電鍍的基板2006經由前端裝載的FOUP 2001饋送至電沉積設備2000，且在此實例中經由前端機器人2002從FOUP帶到電沉積設備2000的主基板處理區域，該前端機器人2002可收回及在多個維度上從一站將由心軸2003驅動之基板2006移動至可存取站中另一者—如本實例中所示的兩前端可存取站2004以及兩前端可存取站2008。前端可存取站2004及2008可例如包含預處理站、及旋轉沖洗乾燥(SRD)站。前端機器人2002從一側至另一側的橫向運動係利用機器人軌道2002a完成。基板2006之各者可由連接至馬達(未顯示)之心軸2003驅動之杯/錐組件(未顯示)所固持，且該馬達可附接至安裝架2009。此實例中亦顯示電鍍槽2007的四個「雙重組」，總共八個電鍍槽2007。系統控制器(未顯示)可耦接至電沉積設備2000以控制電沉積設備2000的性質中一些或所有者。系統控制器可經程式化或以其他方式配置成根據本文先前所述製程執行指令。

在一些實施例中，控制器為系統的一部分，該系統可為上述實例的一部分。如此系統可包含半導體處理設備，包括一或更多處理工具、一或更多腔室、一或更多處理用平台、及/或特定處理部件(晶圓台座、氣流系統等)。這些系統可以與電子設備整合而用於在半導體晶圓或基板的處理之前、期間及之後控制該等系統的操作。電子設備可稱為「控制器」，其可控制一或更多系統的諸多部件或子部件。取決於處理要求及/或系統類型，可將控制器程式化以控制本文揭示製程的任何者，包括處理氣體的輸送、溫度設定(例如加熱及/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、流速設定、流體輸送設定、位置及操作設定、進出工具及其他傳送工具及/或連接至特定系統或與特定系統介接之負載鎖的晶圓傳送。

廣泛而言，控制器可定義為具有諸多積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子設備，其接收指令、發出指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點測量等。積體電路可包含儲存程式指令的韌體形式晶片、數位訊號處理器(DSP)、定義為專用積體電路(ASIC)的晶片、及/或一或更多微處理器、或執行程式指令(例如軟體)的微控制器。程式指令可為以諸多單獨設定(或程式檔案)之形式傳送至控制器的指令，其定義用於在半導體晶圓上或針對半導體晶圓或對系統執行特定製程的操作參數。在一些實施例中，操作參數可為配方的一部分，該配方係由製程工程師定義以在一或更多層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶圓之晶粒的製造期間完成一或更多處理步驟。

在一些實施例中，控制器可為電腦的一部分或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、以其他方式網路連結至系統、或其組合。舉例而言，控制器可在「雲端」或晶圓廠主機電腦系統之全部或一部分中，其可容許晶圓處理的遠端存取。電腦可實現對系統的遠端存取以監測製造操作的當前進度、檢測過去製造操作的歷史、檢測來自複數個製造操作的趨勢或效能度量、改變當前處理的參數、將處理步驟設定成遵循當前處理、或開始新製程。在一些實例中，遠端電腦(例如伺服器)可透過網路向系統提供製程配方，該網路可包含區域網路或網際網路。遠端電腦可包含實現參數及/或設定之輸入或程式化的使用者介面，該等參數及/或設定接著從遠端電腦傳送到系統。在一些實例中，控制器接收資料形式的指令，該指令針對將在一或更多操作期間執行的處理步驟之各者指定參數。應當理解，該等參數可專用於待執行的製程之類型及控制器被配置成與之介接或控制的工具之類型。因此，如上所述，控制器可為分散式，例如藉由包含一或更多分立的控制器，該等控制器係以網路聯結在一起且朝著共同目的(例如本文所述製程及控制)運作。針對如此目的之分散式控制器的實例為腔室上的一或更多積體電路，該積體電路與遠程定位(例如在平台層級或作為遠程電腦的一部分)的一或更多積體電路通訊，該等積體電路結合而控制腔室上的製程。

非限制性地，例示系統可以包含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、清潔腔室或模組、斜角邊緣蝕刻腔室或模組、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、離子佈植腔室或模組、軌道腔室或模組、以及可關聯於或用於半導體晶圓之製作及/或製造的任何其他半導體處理系統。

在前面的敘述中，提出許多具體細節以提供所呈現實施例的透徹理解。所揭示實施例可在不具有這些具體細節中一些或全部者的情況下實施。在其他情形中，並未詳細描述眾所周知的製程操作，以免不必要地混淆所揭示的實施例。儘管所揭示實施例係結合特定實施例而加以描述，但吾人將理解，其並非意圖限制所揭示之實施例。

儘管已出於清楚理解的目的對前述實施例略加詳細描述，但將顯而易見，可以在隨附請求項的範圍內實施若干變更及修飾。應注意，有許多實施本文實施例之製程、系統及設備的替代性方式。因此，應將本文實施例視為說明性的而非限制性的，且不應將實施例限於本文提出的細節。

100:方塊 110:方塊 120:方塊 130:方塊 140:方塊 150:方塊 160:方塊 200:方塊 210:方塊 220:方塊 230:方塊 240:方塊 250:方塊 260:方塊 310:基板預處理站 320a、320b、320c、320d:電鍍站 330:基板裝載/卸載站 350:機械人 402:膜 406:HRVA 410:橫流侷限環 422:橫流注入歧管區域 426:橫流歧管區域、橫流歧管晶圓間隙 434:出口埠 442:流動分布板、噴淋頭板 446:孔 450:入口空腔 454:基板固持件 458:饋送通道 466:鰭片 474:膜框 476:外圍阻杯 482:頂部堰表面 484:流體圍阻區域 506:微惰性陽極陣列 510:橫流侷限環 522:橫流注入歧管 526:橫流歧管區域 534:出口埠 542:分布板、噴淋頭板 546:孔 550:入口腔 554:基板固持件 558:饋送通道 566:鰭片 576:外圍阻杯 582:頂部堰表面 584:流體圍阻區域 700:微惰性陽極陣列 710:基板 720:微電子嵌入元件、惰性陽極 730:配線 820a、820b、820c、820d:微惰性陽極元件 900:微惰性陽極陣列 910:開關裝置 920:惰性陽極 930:電源 940:列驅動器 950:行驅動器 1000:微惰性陽極陣列 1010:外周被覆區域 1020:中央圓形區域 1030:功率及控制輸入部 1040:電匯流排及列輸入控制部 1050:行輸入控制部 1100:電鍍系統 1110:惰性陽極陣列電鍍槽 1111:入口埠 1112:基板固持件、杯體組件 1113:基板 1114:橫流歧管區域 1115:矯直鰭片 1116:微惰性陽極陣列 1117:出口埠 1120:微惰性陽極陣列控制器 1130:再循環泵 1132:流動控制器 1134:流量計 1136:脫氣器 1140:浴槽維護 1150:熱電偶 1160:熱交換器及/或沉浸式加熱器 1170:位準感測器 1180:溫度控制器 1190:電鍍溶液儲存器 1200:電鍍系統 1210:電鍍槽 1212:槽流入口 1214:槽流出口 1220:微惰性陽極陣列 1230:工件 1250:控制器 1270:電鍍溶液儲存器 1300:電鍍系統 1310:電鍍槽 1312:槽流入口 1314:槽流出口 1320:微惰性陽極陣列 1330:工件 1340:再循環泵 1350:控制器 1370:再生系統陰極 1375:電鍍溶液儲存器 1380:陽離子膜 1390:活性金屬陽極 1395:再生陽極電解質 1410:晶粒 1420:陽極接地平面 1430:微惰性陽極元件 1440:電鍍分布 1510a:微惰性陽極元件 1510b:微惰性陽極元件 1510c:微惰性陽極元件 1620:微惰性陽極陣列 1625:微惰性陽極元件 1630:半導體基板 1660:特徵部圖案 1900:電沉積設備 1902:電鍍模組 1904:電鍍模組 1906:電鍍模組 1912:模組 1914:模組 1916:模組 1922:化學稀釋模組 1924:中央電沉積腔室 1926:施劑系統 1928:過濾及泵送單元 1930:系統控制器 1932:晶圓處置站 1940:傳遞工具 1942:晶圓匣 1944:晶圓匣 1946:傳遞工具 1948:對準器 1950:轉移站 2000:電沉積設備 2001:前端裝載FOUP 2002:前端機器人 2002a:機器人軌道 2003:心軸 2004:前端可存取站 2006:基板 2007:電鍍槽 2008:前端可存取站 2009:安裝架

圖1顯示在基板上電鍍圖案化金屬特徵部之例示方法的流程圖。

圖2顯示根據一些實施例的使用微惰性陽極陣列在基板上電鍍金屬特徵部之例示方法的流程圖。

圖3顯示根據一些實施例的包含複數惰性陽極陣列電鍍站之例示電鍍設備的簡化圖。

圖4A顯示電鍍設備的橫流側入口及包含高電阻虛擬陽極(HRVA)之周圍硬體的立體特寫圖。

圖4B顯示電鍍設備的橫流出口及包含HRVA之周圍硬體的立體特寫圖。

圖4C顯示圖4A及4B中所示的電鍍設備之諸多部件的剖面圖。

圖4D顯示流注入歧管相對電鍍設備之電鍍杯的剖面圖。

圖5A顯示根據一些實施例的電鍍設備的橫流側入口及包含微惰性陽極陣列之周圍硬體的立體特寫圖。

圖5B顯示根據一些實施例的電鍍設備的橫流出口及包含微惰性陽極陣列之周圍硬體的立體特寫圖。

圖5C顯示圖5A及5B中所示的電鍍設備之諸多部件的剖面圖。

圖5D顯示根據一些實施例的相對電鍍設備之電鍍杯的流注入歧管之剖面圖。

圖6A和6B說明電解質之流動方向及其對圖案化特徵部內之電鍍的影響之示意圖。

圖7A繪示根據一些實施例的例示示意性微惰性陽極陣列的立體圖。

圖7B描繪圖7A之例示示意性微惰性陽極陣列的俯視圖。

圖8顯示根據一些實施例的微惰性陽極陣列中惰性陽極的不同形狀及配置。

圖9顯示根據一些實施例的具有主動矩陣控制電路系統的例示微惰性陽極陣列元件之電路圖。

圖10描繪根據一些實施例的用於處理圓形半導體基板之例示微惰性陽極陣列之示意說明的俯視圖。

圖11A顯示根據一些實施例的結合通用電鍍槽流體及電鍍控制之例示惰性陽極陣列電鍍槽的示意圖。

圖11B顯示根據一些實施例的包含電解質用入口埠的惰性陽極陣列電鍍槽之示意圖的特寫視圖。

圖11C顯示根據一些實施例的包含電解質用出口埠的惰性陽極陣列電鍍槽之示意圖的特寫視圖。

圖12顯示根據一些實施例的結合金屬氧化物劑量控制單元之例示惰性陽極陣列電鍍槽的示意圖。

圖13顯示根據一些實施例的結合氧化還原對(redox couple)之例示惰性陽極陣列電鍍槽的示意圖。

圖14A-14D顯示根據一些實施例的用於響應識別晶粒佈局來決定微惰性陽極陣列中電流分布的模擬模型。

圖15A-15C繪示用於改變微惰性陽極陣列中之陽極陣列元件間距的特徵部電流密度分布圖。

圖16顯示根據一些實施例的相對半導體基板而定位的例示微惰性陽極陣列之剖面示意圖。

圖17A說明使用HRVA之晶粒的圖案化特徵部佈局上的例示電流分布。

圖17B圖示由使用HRVA之複數晶粒圍繞的一晶粒之圖案化特徵部佈局上的例示電流分布。

圖17C顯示根據一些實施例的在1 mm間隙下的一晶粒之圖案化特徵部佈局上的微惰性陽極陣列的例示電流分布。

圖17D顯示根據一些實施例的在4 mm間隙下的一晶粒之圖案化特徵部佈局上的微惰性陽極陣列的例示電流分布。

圖18顯示作為微惰性陽極陣列與半導體基板之間之間隙的函數的晶粒內均勻性之曲線圖。

圖19繪示根據一些實施例的多工具電鍍設備之簡化視圖。

圖20繪示根據一些實施例的具有不同電鍍槽及模組的例示電鍍設備之簡化視圖。

506:微惰性陽極陣列

510:橫流侷限環

522:橫流注入歧管

526:橫流歧管區域

542:分布板、噴淋頭板

546:孔

550:入口腔

558:饋送通道

566:鰭片

576:外圍阻杯

582:頂部堰表面

Claims (30)

1. 一種在基板上電鍍金屬特徵部的方法，該方法包含： 在一電鍍腔室中接收一基板，其中該基板包含一或更多晶粒，該一或更多多晶粒具有一圖案化特徵部分布； 使該基板與該電鍍腔室中的一電解質接觸；及 使用具有複數個微惰性陽極元件的一微惰性陽極陣列在該基板上電鍍金屬，其中將電流施加至二或更多微惰性陽極元件，以在該基板的一區域上提供一不均勻電流分布。
2. 如請求項1之在基板上電鍍金屬特徵部的方法，其中該電流係施加至二或更多微惰性陽極元件，以提供至少部份基於該一或更多晶粒之圖案化特徵部佈局的該不均勻電流分布。
3. 如請求項1之在基板上電鍍金屬特徵部的方法，其中該電流係施加至二或更多微惰性陽極元件，以提供至少部份基於全局晶圓內(within-wafer, WIW)校正的該不均勻電流分布。
4. 如請求項1之在基板上電鍍金屬特徵部的方法，其中該一或更多晶粒包含圖案化特徵部佈局，其中該不均勻電流分布被施加於其上的該區域包含重複的圖案化特徵部佈局之間的一距離，且其中該距離大於定義在微惰性陽極元件之間的一間距，且大於定義在該基板與該微惰性陽極陣列之間的一間隙尺寸。
5. 如請求項1之在基板上電鍍金屬特徵部的方法，其中定義在該基板與該微惰性陽極陣列之間的一間隙尺寸等於或大於定義在該微惰性陽極陣列中之微惰性陽極元件之間的一間距。
6. 如請求項5之在基板上電鍍金屬特徵部的方法，其中該間隙尺寸至少為定義在微惰性陽極元件之間之該間距的三倍大，且至少為各微惰性陽極元件之一臨界尺寸的三倍大。
7. 如請求項1之在基板上電鍍金屬特徵部的方法，其中定義在該基板與該微惰性陽極陣列之間的一間隙尺寸係等於或小於約4 mm。
8. 如請求項1之在基板上電鍍金屬特徵部的方法，其中定義在該微惰性陽極陣列中的微惰性陽極元件之間的一間距係等於或小於約500 μm。
9. 如請求項1之在基板上電鍍金屬特徵部的方法，其中使該基板與該電解質接觸包含使該電解質橫向流動橫跨該基板的表面。
10. 如請求項1之在基板上電鍍金屬特徵部的方法，更包含： 在使用該微惰性陽極陣列於該基板上電鍍金屬之前，識別該基板中的該一或更多晶粒中之圖案化特徵部佈局。
11. 如請求項1之在基板上電鍍金屬特徵部的方法，更包含： 經由模擬或計算從一均勻晶粒電流分布決定一陽極接地平面上的一電流分布，以獲得一模擬或計算電流分布；及 基於該陽極接地平面上的該模擬或計算電流分布，將電流值分配至該微惰性陽極陣列中的微惰性陽極元件之各者。
12. 如請求項1之在基板上電鍍金屬特徵部的方法，更包含： 在使用該微惰性陽極陣列於該基板上電鍍金屬時旋轉該基板；及 改變施加至該二或更多微惰性陽極元件的電流，以至少部分基於旋轉後該一或更多晶粒的圖案化特徵部佈局之定位達到一新電流分布。
13. 如請求項1之在基板上電鍍金屬特徵部的方法，其中該等微惰性陽極元件之各者係彼此物理性隔離、彼此電性隔離、且可獨立控制，以接收來自一電源的電流。
14. 如請求項1之在基板上電鍍金屬特徵部的方法，其中該金屬係於具有圖案化特徵部分布的該一或更多晶粒中以實質上均勻的一厚度加以電鍍。
15. 如請求項1之在基板上電鍍金屬特徵部的方法，其中該基板在一導電晶種層上具有圖案化光阻，其中該金屬係電鍍於由該圖案化光阻定義之凹陷特徵部中以及在該導電晶種層之暴露部分上。
16. 一種電鍍設備，包含： 一基板固持件，其係配置成固持一部分製造半導體基板，其中該部分製造半導體基板包含具有圖案化特徵部分布的一或更多晶粒； 一微惰性陽極陣列，其鄰近該部分製造半導體基板，其中該微惰性陽極陣列包含排列成陣列的可獨立控制之複數個微惰性陽極元件；及 一橫流歧管，其係配置成容納在該微惰性陽極陣列與該部分製造半導體基板之間流動的一電解質，其中該橫流歧管促進該電解質橫跨該部分製造半導體基板之表面的橫流。
17. 如請求項16之電鍍設備，其中該一或更多晶粒具有一不均勻圖案化特徵部分布。
18. 如請求項16之電鍍設備，其中定義在該部分製造半導體基板與該微惰性陽極陣列之間的一間隙尺寸等於或大於定義在該微惰性陽極陣列中之微惰性陽極元件之間的一間距。
19. 如請求項18之電鍍設備，其中該間隙尺寸係等於或小於約4 mm，且其中該間距係等於或小於約500 μm。
20. 如請求項16之電鍍設備，其中該微惰性陽極陣列包含至少100個微惰性陽極元件。
21. 如請求項16之電鍍設備，更包含： 一控制器，其配置有用以執行以下操作的指令： 對該微惰性陽極陣列中的二或更多微惰性陽極元件施加電流，以至少部分基於該部分製造半導體基板中之圖案化特徵部佈局提供一所需電流分布。
22. 如請求項21之電鍍設備，其中該控制器更配置有用以執行以下操作的指令： 在該電解質流動橫跨該部分製造半導體基板的表面時旋轉該部分製造半導體基板；及 改變通向該微惰性陽極陣列中的該二或更多微惰性陽極元件之電流，以至少部分基於旋轉後該部分製造半導體基板中的該圖案化特徵部佈局之定位提供一新電流分布。
23. 一種電鍍設備，包含： 一基板裝載/卸載站，其係配置成接收一半導體基板； 一基板預處理站，其係配置成預處理該半導體基板； 一或更多電鍍站，其係配置成在該半導體基板上電鍍金屬，各電鍍站包含： 一基板固持件，其係配置成固持該半導體基板； 一微惰性陽極陣列，包含可獨立控制的複數個微惰性陽極元件，其中該微惰性陽極陣列係與該半導體基板隔開一間隙，該間隙係大於該等微惰性陽極元件之間的間距；及 一電鍍浴儲存器，其係配置成將電解質輸送至該微惰性陽極陣列與該半導體基板之間的該間隙；以及 一或更多機器人，其係配置成在該基板裝載/卸載站與該基板預處理站之間及該基板預處理站與該一或更多電鍍站之間傳送該半導體基板。
24. 如請求項23之電鍍設備，其中該基板預處理站包含一真空回填站及一酸預潤濕站其中一或兩者。
25. 如請求項23之電鍍設備，其中該一或更多電鍍站之各者更包含： 一流動控制器，其係配置成控制輸送至該微惰性陽極陣列與該半導體基板之間的該間隙之該電解質的流動及化學施劑； 一溫度控制器，其係配置成控制該電鍍浴儲存器中之該電解質的溫度；及 一脫氣器，其係配置成在該電解質輸送至該微惰性陽極陣列與該半導體基板之間的該間隙之前，從該電解質中移除溶解的氣體。
26. 如請求項25之電鍍設備，其中該一或更多電鍍站之各者更包含： 一金屬氧化物劑量控制單元，其係配置成用金屬氧化物對該電鍍浴儲存器中之該電解質施劑，以緩解該電解質中的酸化及金屬離子耗盡。
27. 如請求項25之電鍍設備，其中該一或更多電鍍站之各者更包含： 一可溶性離子氧化還原對，其係配置成使該電解質中的一或更多金屬離子再生，並防止該電解質中的酸化及金屬離子耗盡。
28. 如請求項23之電鍍設備，更包含： 一或更多額外電鍍站，其不具有微惰性陽極陣列，且係配置成在該半導體基板上電鍍金屬。
29. 一種將微惰性陽極陣列中之電流分布模型化的方法，該方法包含： 接收具備帶有一不均勻特徵部分布之一晶粒的一基板； 從該基板的該晶粒中之一均勻晶粒電流分布決定一陽極接地平面上的一電流分布；及 基於該陽極接地平面上的該電流分布，將電流值分配至該微惰性陽極陣列中的複數個微惰性陽極元件中之各者。
30. 如請求項29之將微惰性陽極陣列中之電流分布模型化的方法，其中該陽極接地平面對應至具有一連續導電表面的一相對電極。

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