TW527444B - System for electrochemically processing a workpiece - Google Patents

Description

527444 A7 B7 五、發明說明（ 【相關申請案參照】 本發明係主張以下之美國臨時申請案的優先權： 於1999年4月I3日提出申請，標題爲、、具有改良型 加工室的工件處理器〃之蘇聯第6〇/ 129,055號申請案^ 代理人檔號：SEM4492P0830US); 於19"年7月I2日提出申請，標題爲、、具有改良刑 加工室的工件處理器〃之蘇聯第60/ 143,769 ^ 寄案^ 代理人檔號：SEM4492P0831US);以及 於I"9年2月I4日提出申請，標題爲 ''具有改^ 加工室的工件處理器〃之蘇聯第60/ 182,160 代理人檔號·· SEM4492P0832US)。 " 有關聯邦政府所資助之硏究或發展的陳述員Pi fj 申請0 【發明背景】 從微電子工件（諸如半導體晶圓基材、聚合h m )所製成的微電子組件大致都渉及若干種加工方法^'、V 發明申請案的目的而言，一個微電子工件的定義包含”，— 旦微電子電路或組件，資料儲存元件或層及^/或微S械元 件成型時，自一基材所製成的〜個工件。而作用在微電子 工件以製成該微電子組件則有許多不同的加工操作方式。 适些操作方式包含，例如，材料沉積、圖案顯影、摻雜質 、化學機械硏磨、電性硏磨以及熱處理。 ’一 材料沉積的方法包含在該微電子工件（在下文中將指 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297^57 n I n n It n l ϋ n ϋ n n I · n n (請先閱讀背面之注意事項再填頁) tr'— 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527444 A7 B7 五、發明說明（〆） 一個半導體的晶圓，但並非僅限於此用法）的表面上進行 沉積或者形成薄層的材料。圖案顯影則是對這些增加層選 擇性地去除若干區域。半導體晶圓（或稱微電子工件）之 摻雜質的作法是將所謂、、摻質〃的雜質加到該晶圓的特定 部分中，以改變該基材的電子特性。半導體晶圓的熱處理 則牽涉對基材的加熱及/或冷卻，以達成特定處理的結果 。化學機械硏磨係伴隨著結合化學/機械的方法而去除材 料，而電性硏磨則是使用電化學的反應機制以從一工件表 面去除材料。 ’ · 有很多種加工裝置，即一般所謂的製程〜工具〃，已 發展且用以實施先前所述的加工操作。這些工具係依照在 製造方法以及工具執行過程中的工件型式，而採取不同的 配置結構。一種由美國蒙大拿州卡利斯培爾地方的 Semitool公司所銷售之習知的加工機具，LT-210Ctm，其 配置結構包含複數個微電子工件處理站，並利用一工件固 定器和一加工承杯或容器以實施溼式加工操作。這種溼式 的加工操作包含電鍍、蝕刻、非電性沉積、電性硏磨等。 而在該LT-210C™加工機具中所使用的電化學處理工作站 ，係與本發明內容有關並且値得探討。這種電化學處理工 作站係針對該微電子工件而進行先前所提及的電鍍、電性 硏磨、陽極氧化鍍層。吾人將可瞭解到，本發明中所提出 的電化學加工系統係極適合於實施先前所述的電化學處理 操作。 依據該LT-210Ctm加工機具的配置結構，該電鍍工作 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再本頁)

丁 象 527444 A7 B7 五、發明說明（3) 站包含一個工件固定器和一個加工容器’且此二配件係相 互地緊鄰配置。該工件固定器和加工容器的操作模式，係 使得該由工件固定器所固持的微電子工件與一種配置在該 加工容器中的電鍍液接觸，以構成一個加工室。然而，將 該電鍍溶液限制在工件的適當部位則經常是個問題。此外 ，欲確保在該電鍍溶液與該工件表面之間有適當的質量傳 遞條件也是困難的。但是，缺乏這種質量傳遞的控制，則 該工件表面的電化學加工情形經常會不均勻。除此之外， 對於形狀以及電場強度的控制也愈發顯得重要？ 傳統的電化學反應器係已運用各種不同的技術及控制 方式，以使該工件的表面與該電鍍溶液接觸。例如，其可 採用局部或全部沉浸的加工方式而使工件表面接觸電鍍溶 液，其中該電鍍溶液係放置在一個加工容器中，並且該工 件的一個或多個表面係與該電鍍溶液接觸，或者沉浸到該 電鍍溶液的表面以下。 電鍍和其它電化學處理，在將微電子工件製作成半導 體積體電路和其它微電子裝置的加工上，已變得愈來愈重 要。例如，電鍍經常被用以在工件上製作至少一層金屬薄 膜，而這些金屬層則經常用供該積體電路上不同裝置之間 的電性連結。此外，該由金屬層所形成的結構則可做爲諸 如讀/寫頭等的微電子裝置。 一般而言，電鍍用的金屬包含銅、鎳、金、白金、焊 接劑、鎳銅等。而大致上，電鍍的做法則先是在該微電子 工件上以一個非常薄的金屬層構成種子層，因而該微電子 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再 I --- 本頁\ 丨線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527444 A7 B7 五、發明說明（七） 工件的表面便可展現導電的特性。這個導電的特性即容許 後續特定金屬藉由電鍍而構成一個毛毯狀或圖案顯影的層 。之後的加工步驟，諸如化學機械平整化，則可用以去除 該毛毯狀或圖案顯影的層在電鍍期間所形成之不必要的部 分，而達到所要求之金屬化的結構形式。 在一工件表面所進行之金屬的電硏磨係包含運用電化 學方法以移除至少某些這種金屬。實際上，該電化學的方 法即電鍍作用的逆向操作，並且通常就是使用與進行電鍍 相同或類似的反應器來實現。 · \ 現行實施電鍍的加工容器通常提供一個連續流通的電 鍍溶液，並經由一個單一入口而到達該電鍍室中；其中， 該入口係配置在電鍍室的底部。這一種加工容器的一個實 施例可以如第1A圖中所描繪者。在該圖式中，該一般是 以標號1表示的電鍍反應器，包含一個用供電鍍的加工容 器2和一個設置在該加工容器2下方部位的流體入口 3。 此加工容器2係用以容置一個經由該流體入口 3而供應的 電鍍溶液。在這一種反應器中，該電鍍溶液可在一做爲陰 極之工件5的表面與一陽極4之間的完成一個電性路徑。 發生在該微電子工件表面的電鍍反應，係依據經由一 擴散層（亦即質量傳遞層）以到達該微電子工件表面之質 量傳遞的形式（例如··銅離子、白金離子、金離子等）而 定。其中，該擴散層係緊鄰該微電子工件的表面而形成； 並且，如果欲在一合理時間的範圍內沉積一均勻的電鍍薄 膜，則其有必要在該微電子工件的表面上發展一層既薄且 7 ¥^尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱^ (請先閱讀背面之注意事項再β本頁) 訂！ •線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527444 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __ B7___ 五、發明說明（< ) 均勻的擴散層。 即使在該工件表面上分佈電鍍溶液也是藉由諸如一個 設置在該單一入口與該工件表面之間的擴散器6或其類似 者來達成，以便控制該在加工容器2 (如第1A圖所示）內 之擴散層的厚度和均勻性。該擴散器6包含複數個開口 7 ，以便該供應自加工流體入口 3的電鍍流體可以跨越該工 件5的表面而儘可能均勻地送出該電鍍流體的流動。 雖然，藉由一擴散器對於擴散層的控制有著實質的改 善，但是這種控制的效果卻是有限的。從第1A圖可看出 ，在該微電子工件表面之正交方向上增加流速的局部區域 8，通常是藉由擴散器6而產生。一般而言，這些局部區域 8係與擴散器6的開口 7位置有關。而當擴散器6移近該 工件5時，這種效果會加強。 本發明人已發現’追些在工件5表面之增加流速的局 部區域8會影響該擴散層的條件，並且會導致在該工件5 茨面上方之電鍍材料的非均勻沉積。此外，由於該擴散器 係配置在該陽極與工件之間，故擴散器之開孔圖案的結構 也會影響電場的分佈，並且進而造成該電鍍材料的非均句 沉積。在如第1A圖所描繪的反應器中，其電場將會因應 該在擴散器中的開口而趨向於集中在局部區域8。這些在 該局部區域8中的效果會依據擴散器到該工件5的距離、 擴散器開孔的尺寸相圖案而有所不同。 在電鍍進行中，另一個經常遭遇的問題，是在電鍍加 工期間因爲氣體的消失和發生所造成之擴散層的分裂Y例 8 本紙張尺度適用國冢標準（CJNS)A4規袼（2l7x 297公爱)-------- (請先閱讀背面之注意事項再本頁) I. —線· 527444 A7 B7 五、發明說明（l) 如，在該加工設備的水管工程和泵浦系統中所產生的氣泡 。因此，在該工件5表面會移入氣泡的位置應避免實施電 鍍。特別是當使用一種惰性陽極時，氣體的形成將會是一 重大考慮，因爲惰性陽極會由於在其表面所發生的氧化反 應而產生氣泡。 消耗性的陽極經常用於該電鍍溶液中以減少氣泡的發 生以及保持電鍍浴的穩定。然而，消耗性的陽極通常具有 一個必須確保之鈍化作用的薄膜表面。它們也會在該電鍍 溶液中腐蝕，而改變了尺寸的公差；以致·，它.們最終必需 進行汰換。因而，當與使用惰性陽極的工具相較之下，其 增加了確保該工具運作所需的維修工作量。 另一個伴隨著電鍍均勻薄膜的挑戰，是該電鍍薄膜阻 抗的改變。該原始種子層具有較高的阻抗，但是這個阻抗 會隨著薄膜厚度的增加而降低。對於一特定電鍍室的硬體 設備，這種阻抗改變的情形使得在不同種子層上產生最佳 化的均勻性和薄膜沉積厚度是困難的。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 基於先前問題的描述，本發明人已發展出一種用供電 化處理一微電子工件的系統，並且亦極適用於廣泛的電化 處理要求（例如：種子層的厚度、種子層的型式、電鍍材 料、電解液的性質等）。並且，該系統不僅能適用於諸如 電化處理的要求，而同時也可對該工件的表面提供一個經 過控制且大致均勻的擴散層。這種擴散層則有助於提供〜 個相當符合均勻加工的工件表面（例如，該電鍍材料的均 勻沉積）。 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) " 527444 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（q) 【發明槪要】 本發明係提出一種用於電化處理一微電子工件之至少 一個表面的反應器，其包含一個包含一工件支撐物的反應 器頭，以及至少一個配置在該工件支撐物上的電性接觸體 ，以便與該微電子工件達成電性接觸。該反應器也具備一 個包含複數個噴嘴的加工容器’該噴嘴係傾斜地配置在一 個主要流體流動室的側壁部內’並且在電化處理期間，該 噴嘴正常地係處於一容置在該主要流體流動室內之加工流 體浴的一個表面以下。另外，複數個位在該主.要流體內之 不同高度的同心陽極，係在加工作用之下使該同心陽極相 對於一個微電子工件而處於不同的距離，而不需在加工的 作用之下於該複數個陽極與該微電子工件之間設置一個中 間擴壓器。至少一個該複數個同心陽極係可在加工作用下 ，以極靠近一微電子工件的方式配置。除此之外，一個或 多個該複數個同心陽極係一個虛擬的陽極。本發明也關於 一種在一主要流體流體室中之多層級的陽極結構，以及使 用這種結構的方法。 【圖式簡單說明】 第1A圖係爲一個結合一擴散器之電鍍反應器組合的 槪略方塊圖，其中該擴散器係用以散佈一加工流體使橫越 一工件的表面以及輔助界定該電場的形狀； 第1B圖係爲一個電鍍反應器組合實施例的一個剖面 圖，其中該反應器組合也可與本發明結合使用； 10 (請先閱讀背面之注意事 ----- 項本頁) 訂. |線_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 527444 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（g) 第2圖係爲一個反應室的槪略視圖，其中該反應室係 可用於如第·1Β圖的反應室組合中，並且包含該經由反應 室之加工流體流動的情形以及其速度場分佈的描繪圖示； 第3至5圖係描繪一完整加工室組合的詳細結構，其 中該加工室組合係特別適合用以電化加工半導體晶圓，並 且已用以達成如第2圖中所示的速度場分佈； 第6和7圖係描繪一個依據本發明之另一實施例而建 構的完整加工室組合； 第8和9圖係描繪第6和7圖加工室寳施例之速度場 分佈的剖面圖； 第10和11圖係描繪加工室之陽極結構的形勢圖，其 中該陽極結構係可用以達成均勻的電鍍； 第12和13圖係描繪第6和7圖中所示之加工室的一 種修改型式；以及 第14和15圖係描繪兩個加工機具的實施例，其中該 加工機具可包含至少一個依據本發明之原理而建構的處理 工作站。 【元件符號說明】 1 2 3 5 6 π 電鍍反應器 加工容器 流體入口 工件 擴散器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再本頁) ·- -線- 527444 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1 ) 7 8 · 20 30 35 37 70 75 85 505 510 515 520 525 530 535 537 540 545 550 560 565 570 572 開口 局部區域 反應器組合 反應器頭 加工杯狀物 反應器基座 靜態組合 轉子組合 陰極接觸體組合 主要流體流動室 則置室 流體入口 充滿物質的空間 擴散器 噴嘴/切槽組合 噴嘴/切槽 中央軸線 加速通道 流體流動區段 局壓的區段 輪廓側壁 傾斜側壁 分割點 出口 -------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) «. --線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 527444 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 明說 明發五 \1/ Ο ο 1 8 8 5 8 05055790 5 00275 9011222 4 679990 5 2 7 主要陽極 導電連接桿 環狀陽極 文氏管出口/文氏管流動路徑 外形杯狀部 加工室組合 凸緣 主要圓柱形殼體 排水杯狀物組件. 通道 螺旋狀流動室 空氣出口 切槽 中間室組件 腳部支撐件 陽極支撐件 通道 通道 插座 環狀通道 通道 配件 外形杯狀部的底部 堰組件 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 527444 A7 B7 五、發明說明（丨丨） 742 744 * 785 810 815 817 819 821 823 1015 、 1020 、 1025 、 1030 1017 、 1022 、 1027 、 1032 1050 1055 1060 1065 1070 1075 1080 1085 1090 1095 1200 1205 1210 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

堰組件的邊緣 堰組件的凸緣 陽極組合 進入流體導引件 固定件 開放通道 向上傾斜的壁部 向上的通道 垂直通道 環型陽極 陽極反應室殼體 支撐/導電組件 導電連接器 流體入口 歧管 切槽 充滿物質的空間 開口 杯狀物 上側邊緣 外側壁 內側壁 流動區域 固定元件 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527444 A7 B7 五、發明說明（I，) 1610 處理工作站 1615 * RTP工作站 1620 傳輸機制 1625 中央履帶 1635 RTP工作站 1640 專屬的自動機制 2010 入口組件 2015 中空柄部 2020 塔形輪轂 ’ 2025 梯級 2030 通道 【較佳實施例詳細說明】 砭應器的基本細件 -------------裝—— (請先閱讀背面之注意事項^^^本頁) 參閱第1B圖，其中顯示一個用供電鍍一微電子工件 25的反應器組合20。該微電子工件25可以是一個半導體 晶圓。即如一般的敘述，該反應器組合20是由一個反應器 頭30和一個對應的反應器基座所組合。其中，該內部配置 有電鍍溶液的反應器基座一般是以標號37標不，且將在下 文中詳細敘述。第1B圖中的反應器除了可用供電鍍（例 如：電性硏磨、陽極氧化等）之外’也可用以進行電化處 理的操作。 該電鍍反應器組合20的反應器頭30可以是由一個靜 態組合70和一轉子組合75組成。轉子組合75係構造而供 15 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） -丨線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527444 A7 B7 五、發明說明（) :容置和攜載一個結合的微電子工件25，將微電子工件25 定位在該反應器基座37之一容器內的一個面朝下的加工側 邊，以及旋轉或轉動該電鍍反應器組合20微電子工件25 (當在該電鍍反應器組合20的電鍍電路中連接其導電的表 面時）。該轉子組合75包含至少一個用以供給電鍍能源於 該微電子工件25的陰極接觸體。在所描繪的實施例中，一 個陰極接觸體組合大致係以標號85標示，且其將在下文中 更詳細地敘述。然而，吾人將可發現，當該基材具有導電 特性或者在該微電子工件25的背側與前側之間具備另一個 可以導電的路徑時，則背側接觸的方式便可取代前側接觸 的方式。 基本上，該反應器頭30係配置在一個昇高/旋轉的裝 備上，且該昇高/旋轉的裝備係設置供該反應器頭30從一 個面對上方配置方式旋轉到一個面對下方的配置方式。其 .中，在該面對上方的配置方式中，該昇高/旋轉的裝備係 容置該欲實施電鍍的微電子工件25 ;而在該面對下方的配 置方式中，該欲進行電鍍之微電子工件25的表面係以平坦 或呈一角度傾斜的形式而與在該反應器基座37內的電鍍溶 液接觸。較佳地，這種接觸.係運用一個包含一終端操縱裝 置的機械手臂，而將該微電子工件25放置在該轉子組合 75的定位上，以及將該完成電鍍的微電子工件25自該轉 子組合75的內部取出。該陰極接觸體組合85係可在一個 開放狀態與一個閉合狀態之間操作。其中，該開放狀態係 容許微電子工件25被擺置在該轉子組合75之上；而該閉 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再 --- :一?^本頁) *線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527444

五、發明說明 合狀態則係將該微電子工件25固定在轉子組合75 ’以及 促使該陰極接觸體組合85的導電組件與該欲進行電鍍之微 電子工件25的表面達成電性結合。 吾人將可發現，其它反應器組合的構造也可以與本發 明所揭露之反應室的特徵一起運用，而先前所敘述者僅作 爲說明之用。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 雷化處理容器 第2圖係描繪導源自該加工容器之反應器基座37的基 本構造以及其對應之流場速度的分佈形勢。如圖所描繪者 ，該反應器基座37係包含一個主要流體流動室505、一個 前置室510、一個流體入口 515、一個充滿物質的空間520 、一個用以分隔該充滿物質的空間520和前置室510的流 通擴散器525以及一個用以分隔該充滿物質的空間520和 主要流體流動室505的噴嘴/切槽組合530。這些組件係 聯合以提供一種電化處理流體（在此是指電鍍溶液）至該 微電子工件25，而該微電子工件25係具有一個獨立於徑 向的正交分量。在該說明實施例中，該衝擊的流體流動係 沿著該中央軸線537周邊而集聚，並且具有一個與該微電 子工件25的表面呈正交之箱當均勻的分量。這種情形將可 造成一個到達該微電子工件25表面之非常均勻的質量流， 因而隨後能夠實施相當均勻的加工。 値得注意的是，吾人將可以從以下的敘述瞭解到，達 成這個令人滿意的流動並不需要在該陽極與該欲進行電化 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注咅？事項再本頁)

訂： -丨線· 527444 A7 B7 五、發明說明（\<) 處理（例如，電鍍）之微電子工件25的表面之間設置一個 擴散器。於是，該用於電鍍反應器的陽極即可緊鄰於該微 電子工件25的表面而配置，因而可實質地控制用於該電化 處理中之局部電場/電流密度的參數。這種對該電性參數 之相當程度的控制，可使得該反應器非常符合廣泛的電鍍 要求（例如：種子層的厚度 '種子層的型式、電鍍的材料 、電解液的穩定度等）’而不必在該反應器的硬體中進行 對應的改變。另外，其也可以藉由改變該用於電鑛加工中 的電性參數，諸如以軟體控制該供應予陽極的·能源，而達 成變更的效果。 因此，該反應器的設計可有效地使該流體的流量與該 電場的調整退稱。這種方法的一個優點’是可以設計一個 具有用供電鍍和其它電化處理（亦即’一個可提供橫越該 微電子元件之一非常均勻擴散層的設計）之相當理想的流 動方式。’並且，當電鍍和其它電化處理的應用需要對該電 場實施重大改變時’上述理想流動方式不致退化。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 上述優點可以經由與如第1A圖中所示之習知技藝的 反應器設計相較’而更顯出其價値。在該習知的設計中， 如果在該陽極4與工件5表面之間的距離要縮短，則其擴 散器6必須向著該工件5表面接近。但是，將擴散器6移 近該工件5會大大地改變該在工件5表面之電鍍流體的流 動特性。更特別地’該在擴散器6與工件5表面之間的緊 密相鄰，會導致在局部區域8之正交分量上的流動速度相 對應地增加。以致’陽極4便不能移動而緊鄰該欲進行電 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） 527444 A7 __-______ B7 五、發明說明（α) 鍍之微電子工件5的表面，以避免引發擴散層的控制問題 以及不利局部增加相應於該開孔圖案的電場。由於不能移 動該陽極4使緊鄰於該微電子工件5的表面，則伴隨著對 該電化處理的導電特性所做之增強控制的優點將無法實現 。除此之外，將該擴散器6朝向與該微電子工件5緊鄰的 一個位置移動，可有效地產生複數個由該擴散器6的開孔 圖案所界定的虛擬陽極。一旦完成這些虛擬陽極相對於微 電子工件5的緊鄰配置，則該虛擬陽極便具有高度局部化 的效果。這種高度局部化的作用一般係無法精.準地控制。 其中，該控制的作法係指針對單一的實體陽極而只進行能 源的變化。因此，欲藉由複數個這種疏散控制的虛擬陽極 以達成大致均勻的電鍍薄膜是困難的。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 請再次參閱第2圖，電鍍溶液係經由配置在該反應器 .基座37底部的流體入口 515而供給。該來自流體入口 515 的流體係從該處以一相當高的速度而導引穿越前置室510 。在該說明的實施例中，前置室510係包含一個加速通道 540，且該電鍍溶液係經由該加速通道540而徑向地從該流 體入口 515流向該前置室510的流體流動區段545。流體 流動區段545具有一個大致呈倒置U字型的剖面，且該U 字型剖面在其鄰近擴散器525的出口區段大致比其鄰近加 速通道540的入口區段寬。這個剖面上的變化在該電鍍溶 液進入該主要流體流動室505之前，係有助於排除任何來 自該電鍍溶液的氣泡。其它可能進入該主要流體流動室 505的氣泡則是經由一個配置在該前置室510之上側部分 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210><297公爱） 527444 A7 B7 五、發明說明（\"1) 的空氣出口（未圖示在第2圖中，但在如第3至5圖的實 施例中則有描繪）。 存在前置室510內部的電鍍溶液最後則是饋送到主要 流體流動室505。欲達此目的，該電鍍溶液先是從該前置 室510的一個相當高壓的區段550導流而經過擴散器525 ，然後到達該比較低壓之充滿物質的空間520。噴嘴組合 530包含複數個噴嘴或切槽535，且它們均是相對於水平而 呈單一角度傾斜配置。電鍍溶液係經由噴嘴535而以垂直 和徑向的兩個流體速度分量離開該充滿物質的空間520。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 主要流體流動室505在其上側區段界定一個輪廓側壁 560和一個傾斜側壁565。該輪廓側壁560有助於，當該電 鍍溶液離開切槽535 (特別是該最上方的噴嘴）並且轉朝 向上方而到達該微電子工件25的表面時，避免流體流動的 分離情形。一旦超越分割點570，則流體流動的分離情形 大致上將不會影響該正交流的均勻性。據此，傾斜側壁 565 —般可具備任何形狀，包含像輪廓側壁560之呈連續 的形狀。在這裡所揭露的說明實施例中，傾斜側壁565係 .用以支撐一個或多個陽極，其進一步的細節將在下文中解 說。 電鍍溶液係從主要流體流動室505經由一個大致呈環 狀的出口 572而離開。流體離開的出口 572係可以用供淸 理而設置在更外側的腔室上’或者也可以再補充並經由該 電鍍溶液供應系統而用循環。 該反應器基座37也具備一個或多個陽極。在該說明的 20 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） "" 527444 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（θ) 實施例中，一個主要陽極580係配置在該主要流體流動室 505的下側部分。如果，該微電子工件25表面的周邊端緣 徑向地延伸超越該輪廓側壁560的範圍，則該周邊端緣與 該主要陽極580之間將構成電性屏蔽，並會在該區域產生 電鍍的還原。於是，複數個環狀陽極585會以大致呈同心 圓的方式配置在傾斜側壁565上，以便提供一電鍍溶液流 至該主要區域。 該實施例中所描繪的主要陽極580和陽極585係相對 於該已電鍍之微電子工件25的表面而配置在不同的距離處 。更特別地，該主要陽極580和陽極585係同心地配置在 不同的水平面上。這一種結合著垂直差異的同心配置方式 ，係容許陽極580和陽極585有效地靠近該微電子工件25 的表面設置，卻不會因爲切槽535的分流而對該流動的樣 式產生相關的不利影響。 ‘’ 當電鍍微電子工件25時，對於一個陽極所做之控制的 作用和程度，係依照在陽極與該正進行之微電子工件25的 表面之間的有效距離而定。更特別地，在所有其它條件均 相同的情形下，一陽極與該微電子工件25的表面之間有效 間隔的距離愈大，則該陽極對微電子工件25的表面所造成 影響的面積也會愈大；換言之，若陽極與微電子工件25表 面之間的有效間隔距離比較大，則該陽極對該電鍍加工的 局部化控制會比較小。因此，吾人經常期望有效地定位陽 極，使其能夠緊鄰該微電子工件25的表面，因爲這種情形 可對該電鍍加工做更多方面且局部化的控制。增強這種控 21 (請先閱讀背面之注意事項再本頁)

言 Γ 良 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 527444 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（β) 制的優點，可使該最終的電鍍薄膜達到更佳的均勻性。這 種控制的實施’係在諸如一可程式控制器或其類似裝置的 控制之下，設定該供給個別陽極的電鍍能源。因而，該電 鍍能源的調整係可經由手動或自動輸入的方式而由軟體進 行控制。 在該描繪的實施例中，當與該微電子工件25的表面相 隔一個大約A1的距離而疋位時’主要陽極5 8 0係可被微 電子工件25有效地 '看見〃。這種情形是由於該主要陽極 580與輪廓側壁560之間的關係造成了一個虛擬的陽極， 而此虛擬的陽極具有一個由輪廓側壁560的最內側尺寸所 界定的有效面積。相較之下，陽極585則是從該最內側的 陽極到該最外側的陽極而槪略地依A2、A3和A4的有效距 離設置。所有的陽極585均與該欲實施電鍍的微電子工件 25表面緊鄰（亦即，大約25.4公厘或較少，而最外側的陽 極則是與該微電子工件25間隔達10公厘左右）。由於陽 極585係緊鄰於該微電子工件25的表面，因而它們可用以 對在該微電子工件25周邊部分之整個徑向薄膜的發展提供 有效而局部化的控制。這種局部化的控制對於在該微電子 工件25的周邊部分特別有必要，因爲較可能具有一高均勻 性梯度的就是這些部分（通常，大部分電性接觸係由在該 微電子工件25最外側周邊區域的種子層所造成，並在該周 邊區域產生較中央區域爲高的電鍍率）。 該供應至先前所述之陽極配置的電鍍能源，係可容易 地控制以適合一廣泛範圍的電鍍要求，而不必針對一相關 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再本頁)

訂·. --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527444 A7 B7 五、發明說明（r^) 的硬體設備實施修改。而調整該電鍍能源的許多原因包含 如下： · •種子層的厚度； •電鍍表面（晶圓圖案和端緣除外）的開放面積； •最終的電鍍厚度； •電鑛薄i吴的型式（銅、白金、種子層強化）； •電鍍溶液的穩定性，金屬的濃度；以及 •電鍍率。 該先前所述之陽極配置的方式，特別鐘甩於電鍍具有 高度阻抗之種子層的微電子工件，以及用供將高度阻抗的 材料電鍍到微電子工件上。一般而言，欲實施沉積之種子 層或材料的阻抗愈高，則施於該中央主要陽極580 (或若 干中央陽極）的電流強度便需增加，方能產出一均勻的薄 膜。這種效果可結合由第10和11圖中所提出之相關圖表 所構成的一個釋例而獲致瞭解。 第10圖係採取電腦模擬之四種不同的結果顯示。其中 反映出電鍍薄膜與橫越該微電子工件表面之徑向位置之間 的變化情形。第10圖係描繪當到達四個陽極580和585之 一的電流改變且其餘陽極沒有相應的電流變化時，其中變 化的發展情形。在這個描繪中，Anode 1係與主要陽極580 對應，而該與其餘Anode 2至Anode 4對應的陽極則是從 該最內側的陽極到該最外側的陽極而設置。對於每一陽極 的尖峰電鍍係發生在不同的徑向位置處。此外，從圖中也 可看出，該有效地設置在距離該工件表面最遠處的主要陽 23 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） " '^

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527444 A7 B7 五、發明說明（x/) 極580在大致整個工件的徑向上均具有作用，因此可廣泛 地影響該工件的整個表面。大致上，相對於第10圖中的尖 峰電鍍情形，其餘的陽極585在徑向的位置上具有較局部 化的效果。 該陽極580和585之徑向位置上的差異效能可用以橫 越該微電子工件25的表面而有效提供一均勻的電鍍薄膜。 欲達此目的，每一個陽極580和585皆可具備一個固定的 電流値，而此電流値係可不同於其餘陽極的電流値。一般 而言，這些電流値的差異係可用以補償在該工件表面的徑 向位置上所發生之電鍍增加的情形，而該工件表面則是緊 鄰接觸該陰極接觸體組合8 5 (如第1B圖所示）。 經由電腦模擬，一組預先設的電鍍電流差異對於電鍍 薄膜之正常化厚度的效果，係微電子工件之徑向位置隨時 間的函數，其結果即如第11圖中所示。在這個模擬中，在 to時的種子厚度假設爲均勻。如圖所示，在該電鍍加工期 間的初始部分，在該微電子工件25之整個徑向位置上的厚 度有著實質上的差別。對於具有高度阻抗之種子層的工件 (諸如那些由一高度阻抗材料形成或非常薄的工件），上 述情形乃是一般性的特徵。然而，從第11圖可以看出，該 由供給予陽極580和585之差異電流所造成的差異電鍍情 形，係可在該電鍍加工的結束之前產生一相當均勻的電敏 薄膜。吾人將可發現，供給予陽極58〇和585的特別電流 需依據下列多種因素（但並非僅限於這些因素）而實施： 電鍍薄膜的期望厚度和材料、初始種子層的厚度和材料、 24 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) — 再f! .線. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 527444 A7 B7__ 五、發明說明（y〆） 在陽極580和585與該微電子工件25的表面之間的距離、 電解液性質等。 陽極580和585可以是消耗性材料，但較佳地是以鍍 鉑的鈦或者許多其它惰性的導電材料製成。然而，從先前 敘述可以注意到，惰性的陽極傾向於發生氣體，進而損及 該電鍍薄膜的均勻性。欲降低這個問題的程度以及減少氣 泡進入該主要流體流動室505的可能性，其可令反應器基 座37包含許多獨特的特徵。相對於主要陽極580，可在該 主要陽極580的底側與該相當低壓的加速通道540 (參閱 第2圖）之間製作一個文氏管出口 590。這種情形將導致 一個文氏管效應，以便抽除緊鄰該主要陽極580表面的電 鍍溶液，以及提供一個吸吮流勢（或稱循環流動）效果， 以便影響在該微電子工件25表面中央部分之衝擊流勢的均 勻性。 該文氏管流動路徑590可經由屏蔽以避免緣自腔室的 外側而自該文氏管出口 590區域昇起的任何大型氣泡。或 者，替代的方法是將氣泡導入該前置室510的氣泡捕獲區 中。 類似地，電鍍溶液係徑向地掠過陽極585的表面而到 達出口 572，以便將形成在其表面的氣泡排除。此外，該 流動在微電子工件25表面之流體的徑向分量係有助於排除 在該處所形成的氣泡。 關於穿越該反應室所描繪的流動形式尙有許多加工上 的優點。如圖所示，該穿越噴嘴535的流動係導引至離開 25 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）> (請先閱讀背面之注意事項再本頁) . 丨線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527444 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（7>) 該微電子工件25表面的方向’因而這種情形不會產生噴射 流以擾動該擴散層的均勻性。雖然’該擴散層不能達到較 佳的均勻性，但是任何非均勻性皆會相當地緩和並且該擴 散層終將趨於均勻。此外’在加工期間’任何非均勻性的 效果實際上皆可藉由旋轉該微電子工件25而減少。一個與 該文氏管出口 590在該主要流體流動室505的底部所造成 流動有關的進一步優點，係這個流動情形可影響在該主要 流體流動室505之中心線的流勢。該在中心線上的流動速 度係相當不易於實施和控制。然而’該文氏管流動的強度 可提供一個非強制的設計參數，以便用供影響這種流動的 特徵。 由上述反應器的設計也可得知’該微電子工件25之正 交方向上的流勢在其靠近中央部位的速度稍微地大一些， 並且每當該微電子工件25未出現的時候（亦即’在該微電 子工件下降而進入該流體之前）會產生一個圓頂狀的新月 形。當該微電子工件25或其它工件下降到該加工溶液（在 此是指電鍍溶液）時’該圓頂狀的新月形將有助於使氣泡 的捕獲最小化。 * 該先前所述之反應器設計的另一個優點’是它有助於 防止氣泡經由腔室入口而到達該微電子工件25。欲達此目 的，其流動的形勢係需使該溶液在進入主要流體流動室 505之前向下移動。如此’氣泡將保持在該前置室510內 並且只能經由在其頂部的開孔排出。此外’該通往前置室 510之向上傾斜的入口路徑（參閱第5圖和相關的敘述） 26 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再本頁)

. •線· 527444 A7 B7 五、發明說明（外） ，係可防止氣泡經由該文氏管流動路徑590而進入該主要 流體流動室505。 第3至5圖係描繪一個完整加工室組合610的特殊結 構，其特別適用於對半導體的微電子工件進行電化處理。 更特別地，本說明實施例尤其適合於在該欲S進行電鍍的工 件上沉積一個均勻的金屬層。 如第1B圖中所示，該反應器基座37是由加工室組合 610所組成，且該加工室組合610具有一個對應的外形杯 狀部605。加工室組合610係配置在外形杯狀部605中， 以容可該外形杯狀部605容置自該加工室組合610所流出 之處理過的加工流體。一個凸緣615係繞著該加工室組合 610而延展，以便固定諸如相關工具的框架。 參閱第4和5圖，該外形杯狀部605的凸緣615係用 以與反應器頭30 (如第1B圖中所示）的轉子組合75嚙合 ，或者容置該轉子組合75，並且也容許該微電子工件25 與在該主要流體流動室505中的加工溶液接觸。其中，該 加工溶液即爲電鍍溶液。該外形杯狀部605也包含一個主 要圓柱形殼體625，且在該主要圓柱形殼體625中配置一 個排水杯狀物組件627。該排水杯狀物組件627包含一個 具有通道629的外側表面，而該通道629與主要圓柱形殻 體625的內側壁則共同構成至少一個螺旋狀流動室64〇。 該螺旋狀流動室640則是做爲加工溶液的一個出口。溢流 自一個位在加工杯狀物35頂部的堰組件739的加工流體， 係經由該螺旋狀流動室64〇而排放，並且從一個出口（未 27 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ' ' (請先閱讀背面之注意事項Η 裝--- F本頁) •線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527444 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（〆） 圖示）離開。該排出的加工流體係可採取再處理或者重新 補充而循環·。這種結構尤其適用於包含流體循環的系統， 因爲它有助於降低氣體與加工流體的混合，因而更可減少 氣泡干擾在該工件表面之擴散層的均勻性。 在這個說明實施例中，前置室510係由複數個各別組 件的壁部所界定。更特別地，前置室510係由排水杯狀物 組件627的內側壁、一個陽極支撐件697、一個中間室組 件690的內和外側壁以及擴散器525的外側壁所共同界定 〇 · 在第3B和4圖所描繪的結構形式中，先前所述的組 件均結合在一起以形成該反應器。欲達此目的，該中間室 組件690係配置在該排水杯狀物組件627的內部’並且包 含複數個設置在其底側壁上的腳部支撐件692 °該陽極支 撐件.697包含一個外側壁，而此外側壁係與一個環繞該排 水杯狀物組件627之內側而配置的凸緣嚙合。該陽極支撐 件697也包含一個通道705和另一個通道710 ;其中，通 道705係設置在流動擴散器525的一個上側部分之上並且 達成嚙合，而通道710則是設置在噴嘴組合530的一個上 側邊緣之上並且達成嚙合。該中間室組件690也包含一個 配置在中央區域的插座715，此插座715的大小係可容置 該噴嘴組合530的底側部分。類似地，在環狀插座715的 外側也徑向地配置一個環狀通道725，此環狀通道725係 用以嚙合該流動擴散器525的一個底側部分。 在本說明實施例中，該流動擴散器525係製作成一單 28 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) -*裝 太 V5J. -線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 527444 A7 _______ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（xi?) 獨構件，並且包含複數個垂直方向的切槽670。類似地， 該噴嘴組合·530也是製成單一構件並且包含複數個水平方 向的切槽，而這些水平切槽則構成該噴嘴。 該陽極支撐件697包含複數個環狀凹槽，且這些環狀 凹槽的大小係可容置相對之環狀的陽極組合785。每一個 陽極組合785皆包含一個陽極585 (較佳地，其是以鍍鉑 的鈦金屬或其它惰性金屬製成）和一個通道730。其中， 該通道730係延伸自該陽極585的一個中央部分，且一金 屬導體可配置以經由此通道730而使得每一陽極組合785 的陽極585與一個外來的電源構成電性連接。在圖式中， 該通道730係完全地延伸穿越該加工室組合610，並且藉 由一個配件733而固定在該加工室組合610的底部。在這 個配置方式中，陽極組合785係可有效地推促該陽極支撐 件697向下抵倚著該外形杯狀部605的底部737，而夾持 該流動擴散器525、噴嘴組合530、中間室組件690和排水 杯狀物組件627。這種結構容可輕易地組裝和拆卸該加工 室組合610。但是，吾人將可瞭解，其也能夠運用其它機 構以將該腔室的元件固定在一起，且連接必要的電源到達 該陽極。 本說明實施例也包含一個堰組件739,此堰組件739 係可與該陽極支撐件697的上方外側部分達成可拆除地迅 速嚙合或者輕易地固定。如圖所示，堰組件739包含一個 邊緣742，且在邊緣742上形成一個堰。加工溶液即是流 通該邊緣742而進入該螺旋狀流動室640中。堰組件739 29 張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再^寫本頁) .¾ 大 . -丨線· 527444 A7 B7 五、發明說明（>q ) 也包含一個橫方向延伸的凸緣744，而該凸緣744係徑向 地朝內延展並且在該至少一個陽極585之全部或部分的上 方構成一舍電場的屏蔽。由於，該堰組件739係可輕易地 卸除和置換，故該加工室組合610便可輕易地重新構造並 可用以提供不同的電場形狀。這種可改變電場形狀的特性 ，對於必需構造該反應器以加工至少兩種尺寸之工件的情 況，特別地有用。此外，這種特性也容許針對具有相同尺 度的工件但需要電鍍的區域不同等狀況，而調整反應器的 構造。 .· 該配置有陽極585的陽極支撐件697係，如第2圖中 所示般，構成該輪廓側壁560和傾斜側壁565。如先前敘 述所示，該陽極支撐件697的底側部分係依循其輪廓而界 定該前置室510的上方內側壁，並且較佳地包含一個或多 個空氣出口 665。此貫穿該前置室510的空氣出口 665係 容許氣泡自前置室510排出到外在的環境中。 參閱第5圖，流體入口 515係由一進入流體導引件所 界定’其一般是以標號810標示；並且，該進入流體導引 件810是藉由一個或多個固定件sis而固置在中間室組件 690的底板上。進入流體導引件81〇包含複數個開放通道 817，而通道817則是導引留置在流體入口 515的流體到達 一個位在中間室組件690底部的區域。離開開放通道817 的加工流體將流到一個或多個之另一組通道821 ;類似地 ，通道821也是由向上傾斜的壁部819所界定而成。 中央主要陽極580包含一個導電連接桿581，且導電 30 氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公爱) '" (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 訂： -線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527444 A7 B7 五、發明說明（β ) 連接桿581係經由形成在噴嘴組合530、中間室組件690 和進入流體導引件810中的中央開孔而前進到該完整加工 室組合610的外部。在第2圖中所示且標號爲590的小文 氏管流動路徑區域，在第5圖中則是呈現一個垂直通道 823。該垂直通道823係經由中間室組件690和該噴嘴組合 530的底側壁而前進。如圖所示，該進入流體導引件810 以及特別是該向上傾斜的壁部819係徑向地延伸且超越該 屏蔽的垂直通道823，以致任何進入該入口的氣泡會經由 該向上的通道821前進，而不是經由該垂盧通道823前進 〇 第6至9圖描繪一個改良型之反應器的實施例。該由 這些圖式所描繪的實施例除了保持先前所述之反應器結構 的有利電場和流動特性以外，同時對於必需使陽極/電極 隔離的情況也可適用。這些情況包含（並非僅限於）如下 用供電化處理的電鍍溶液必需以一高流率通過一個諸 如陽極的電極，以便達成最佳化效果； 經由在該陽極表面的電化反應而發生的至少一種氣體 必需予以抽排除，以便確保電化處理的均勻性；以及 使用消耗性的電性極。 參閱第6和7圖，該反應器包含一個進入該最內側部 分而用供電化處理的電鍍溶液流動路徑’這個流動路徑與 第2圖中所描繪之實施例中的文氏管流動路徑590非常類 似，且其作用方式即如第3A至5圖中之反應室的實施例 31 &紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 言— r 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527444 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（w) 所示。如此’爲了簡化起見’具有相似功用的組件在此則 不再加以敘述，而只有與先前實施例之反應器有著極大差 異的部分才會在下文中詳加說明。 然而，在本文所提出的實施例之間的一個重大差異， 係與該陽極電極及其相關結構以及流體流動路徑有關。更 特別地，該反應器基座37包含複數個呈環型的陽極1015 、1020、1025和1030，且該呈環型的陽極在其個別的陽極 反應室殼體1017、1022、1027和1032中係以同心的方式 相互配置。如圖所示，該每一個陽極1015 : 1〇2〇、1025和 1030均具有一個垂直方向的表面區域，且此表面區域係比 如先前實施例中所示之對應陽極表面區域大。雖然，在本 實施例中伙運用四個這種形式的陽極，然而隨著電化處理 的期望參數和結果，其也可使用一個較大或較小數目的陽 極。每一個陽極1015、1020、1025和1030，均藉由至少 一個對應的支撐/導電組件1050而支撐在該個別的陽極反 應室殼體1017、1022、1027和1032中，且該支撐/導電 組件1050係經由該反應器基座37的底部而終止於一個用 供與一電源連結的導電連接器1055。 依據本說明實施例的揭露，該經由最外側三個陽極反 應室殻體1022、1027和1032而通過的流體係供給自一個 與該流體入口 515隔離的入口 1060，且該入口 1〇6〇係藉 由一個最內側的陽極反應室殼體1017而供應流體。如圖所 示，該流體入口 1060係將電鍍溶液供給到一個歧管1065 ，而該歧管1065則具有複數個配置在其外側壁上的切槽 32 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " (請先閱讀背面之注意事項再 i. 本頁} «- -丨線· 527444 Α7 Β7 五、發明說明（π) 1070。該切槽1070係與一充滿物質的空間1075形成流體 的連通，且該充滿物質的空間1075更包含複數個開口 1080 ;以致，該電鍍溶液可個別地經由該開口 1080而進入 該三個陽極反應室殼體1017、1022和1027中。進入該陽 極反應室殼體1017 ' 1022、1027和1032的流體將流過至 少一個該個別陽極1015、1020、1025和1030的垂直表面 ，且較佳地是通過其兩個垂直表面。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) -丨線· 每一個陽極反應室殼體1017、1022、1027和1032均 包含相對於一個別杯狀物1085呈開放的一痼上側出口區域 。如圖所示，杯狀物1085係配置在該反應器中，以致它們 也是相互呈同心的方式配置。每一個杯狀物1085均包含一 個相對於其它邊緣而終止於一預定高度的上側邊緣1090， 而且該終止於一高度之每一杯狀物1085的上側邊緣1090 在垂直的方向上係比其緊鄰之外部的同心杯狀物低。該三 個最內側的杯狀物均包含一個大致呈垂直的外側壁1095和 —個呈傾斜的內側壁1200。這種壁狀結構，在位於該同心 配置的杯狀物之間的一個空隙中，開創了一個流動區域 .1205，因而在加工的狀況下且流體向上流到該微電子工件 的表面時，這個情形便可增加區域（其中，該具有一輪廓 壁的最內側杯狀物除外，因爲該輪廓壁界定該流體流動區 域1205，而該最外側的流動區域12〇5係與最外側的陽極 聯結）。而其所增加的區域則可有效降低沿著該垂直流體 流動路徑之流體流動的速度；並且，當與在該特別流動區 域之上側部分流動的流體速度相比，該在流動區域1205之 33 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 527444 A7 B7 五、發明說明x >/1) 下側部分的流速會較大。 在該以同心方式配置之鄰接杯狀物的邊緣之間的空隙 區域，係可有效地界定該複數個虛擬陽極的所有尺寸和形 狀，且該每一個虛擬陽極係個別地與配置在其陽極反應室 殼體1017、1022、1027和1032內之對應的陽極聯結。該 可以在加工作用之下被微電子工件25看見之每一虛擬陽極 的尺寸和形狀，一般係與對應之真實陽極的尺寸和形狀不 相關。如此，在使用時，該尺寸和形狀會隨時間而變化之 消耗性的陽極則可用做陽極1〇15、1〇20、102$和1030， 且不需對整體的陽極構造進行相關的改變即可在加工的作 用之下被該微電子工件25看見。此外，當該流體垂直地經 由流動區域1205前進時而受到一個減的情況，則可導入一 個具有高流速的流體，使橫越在該陽極反應室殼體1022、_ 1027和1032中之陽極1015、1020、1025和1030的垂直 表面，並同時在加工作用之下造成一個可輕易橫越該微電 子工件25表面之非常均勻的流體流動形式。如上所述，當 使用特定供電化處理的電鍍溶液（諸如由Atotech公司所 .銷售的電鍍流體）時，這種橫越該陽極1015、1020、1025 和1030之垂直表面的高流速流體是有必要的。而且，這種 高速度流動的流體也可用以輔助消除許多形成在該陽極（ 特別是惰性的陽極）表面的氣泡。而欲達此目的，其可以 在該每一個陽極反應室殻體1017、1022 ' 1027和1032的 上側部分設置至少一個氣體出口（未圖示），以備排放這 些氣體。 34 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再^?^本頁) 太 --線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527444 A7 ___________B7 五、發明說明（>}X) 不同於先前所述的實施例且値得注意的，是一個以介 電材料製成的固定元件1210。該固定元件1210係用以將 複數個構成反應器基座37的結構夾持在一起。雖然，固定 元件1210可以一種導電材料製作以做爲一個陽極；然而， 較佳地，該可以在加工作用下被微電子工件25看見之最內 側的陽極係一個與該最內側陽極1015對應的虛擬陽極。 第8和9圖係描繪以電腦模擬一反應器中之流體流動 速度場的分佈情形，其中該反應器係依據如第6和7圖中 所示之實施例而建構者。然而，在第8和 > 圖的實施側中 ，該最內側的陽極（Anode #1)係配置在該陽極反應室殻 體1017中，而該陽極反應室殼體1017則容置流自入口 1060 (相對於流體入口 515)而供電化處理的電鍍溶液。 如此，該反應器基座37的所有陽極便可與流經該陽極反應 室殼體1017、1022、1027和1032的流動流體隔離。欲達 此目的，第8圖係描繪，當一電鍍溶液經由單一入口 1〇60 供應時’其流動流體的速度場分佈；第9圖係描繪，當沒 有供應電鍍溶液而通過陽極時，其流動流體的速度場分佈 。第9圖中的條件係可在反應器中藉由關閉該來自第二個 流體入口而達成。這種條件，對於在橫越該陽極之電鍍溶 液中流動的有機添加劑濃度已發現有明顯下降的情形，將 是有必要的。 第12圖係描繪一個如第7圖中所示之反應器的變化實 施例。爲了簡扼起見，只有與下文中的討論有關的元件才 會加註參考標號。 35 ^紙張尺度適用中f國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f" (請先閱讀背面之注意事項再_本頁) if· -線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527444 A7 B7 五、發明說明（) 此進一*步之貫施例係運用一個不同的結構以供動 的流體到達該陽極1015、1020、1025和1〇3〇。更特別地 ，本變化的實施例使用一個作用如同入口的入口組件2010 ，以便將該加工流體饋給和分配到該陽極反應室殼體1017 、1022 、 1027 和 1032 。 參閱第12和13圖，該入口組件2010包含一個可用 以供應電鍍流體的中空柄部2015。該中空柄部2015係終 止於一個塔形輪廓2020。而該塔形輪轂2020則包含複數 個梯級2025 ’且每一梯級2〇25更包含一個凹槽。而該凹 槽的尺寸係可容置和支撐該陽極反應室殼體1017、1022、 1027和1〇32之一個對應的壁部。前進的流體係經由複數 個通道2〇3〇而導入該陽極反應室殼體1017、1022、1027 和1032，且該通道2〇3〇則是從一個歧管區而前進到該個 別的陽極反應室殼體1017、1022、1027和1032之中。 該前述之入口裝置係有助於進一步使該陽極1015、 1020、1025和1030相互之間達到電性的隔離。而造成這 種電性隔離是由於在該陽極之間之電性流通路徑的阻抗增 加。該阻抗增加的一個直接結果係該在陽極反應室殻體 1017、1022、1027和1032之間之流體流通路徑的長度增 加。. 將電鍛能源供應到該位在周邊端緣之微電子工件的方 式，即與該沉積金屬之總體薄膜的品質息息相關。用以供 給這種電鍍能源的接觸體組合係可包含如下所列之其它更 必要的特性： 36 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再 丨--- 本頁) •線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527444 A7 B7 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明ot) 籌 •均勻分佈環繞該微電子工件25周邊之電鍍能源，則 可使該沉積薄膜的均勻性最大化； •確保一致的接觸特性，則可達到晶圓與晶圓之間的 均勻性； •最小化在該微電子工件25周邊上之接觸體組合的干 擾，則可使用供生產之裝置的有效面積最大；以及 •最小化環繞該微電子工件25周邊之阻障層上的電鍍 量，則可避免剝落及/或成片剝落。 欲達成上述之一個或多個特性，較佳地，·反應器組合 20可以運用一個陰極接觸體組合85，以便藉以與該微電子 工件25達成一種連續的電性接觸，或者一種不連續之高次 數的電性接觸。然而，藉由提供一種與該微電子工件25外 側端緣的更連續接觸，例如在環繞半導體晶圓之外側周緣 的情形中，對該微電子工件25所供應的電流愈均勻，則更 可提昇電流密度。而愈均勻的電流密度便可增進沉積材料 之深度上的均勻性。 陰極接觸體組合S5，依據一較佳的實施例，係包含可 在該微電子工件25周邊提供最少干擾而同時能提供與該種 子層之間調合接觸的接觸組件。欲增進與種子層之間的接 觸情形，其所運用的接觸組件需能夠，當該微電子工件25 與該陰極接觸體組合85達成嚙合時，抵倚著該種子層而提 供一種擦拭的效果。該擦拭的作用係有助排除任何在該種 子層表面上的氧化物，因而可增進在該接觸結構與該種子 層之間的電性接觸。結果，該環繞在微電子工件25周邊之 37 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再 ---- 本頁) —線· 527444 A7 B7 五、發明說明（>1〇 電流密度的均勻性得以增加，而且該最終的薄膜會愈均句 。此外，這種電性接觸上的調合性可在電鍍處理期間促進 晶圓與晶圓之間之更佳的調合性，因而增加晶圓與晶圓之 間的均勻性。 較佳地’ 1¾極接觸體組合8 5 (其進一步的細節將在以 下提出）也包含至少一個可以個別方式或結合其它結構而 形成的阻障結構，以便用以分隔該接觸體以及微電子工件 25的周邊端緣和背側分別與該電鍍溶液之間的接觸情形。 這種效果可防止將金屬電鍍到該個別的接觸體上，以及有 助於進一步防止該靠近微電子工件25端緣之阻障層的任何 部分暴露在電鍍的環境下。以致，該阻障層的電鍍以及與 鬆散附著之電鍍材料剝落有關的潛在污染，均得以大大地 抑制。適用於本發明系統之典型的陰極接觸體組合85可參 閱於1998年7月10日提出申請，標題爲 ''具有可與周邊 密封組件形成電鍍接觸的電鍍裝置〃之蘇聯第09/ 1 13,723 號审請案，此申請案因而也結合在本文中做爲參考。 一種或多種先前所述之反應器組合係可輕易地結合在 一部能夠對一工件，諸如一個半導體的微電子工件，實施 複數種處理的加工機具中。其中一種加工機具是LT-210tm 電鍍裝備。這種機具係由美國蒙大拿州卡利斯培爾地方的 Semitool公司所銷售，並請參閱第14和15圖所描繪的統 合情形。 第14圖中的系統包含複數個處理工作站1610。較佳 地，這些處理工作站包含一個或多個淸洗/乾燥工作站以 38 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再ί本頁) 訂： --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527444 A7 -- B7 五、發明說明（>7 & ) 及一個或多個電鍍工作站（包含一個或多個如上述的電鍍 反應器）’雖然其也可以運用依據本發明原理而建構的沉 積化學處理工作站。較佳地，這個系統也包含一個如標號 1615所標織的熱處理工作站，而該熱處理工作站更包含至 少一個適用於快速熱處理（RTP)的熱反應器。 該工作站係使用一個或多個用供在該傳輸機制1620 與該RTP工作站1615之間傳遞的自動機械的傳輸機制 1620。而該傳輸機制1620係配置以沿著一條中央履帶 1625 ·而進f了線性運動。而一個或多個該處理工作站161 〇 也可結合適用以進行原位置淸洗的結構。較佳地，所有的 處理工作站以及該自動機械的傳輸機制均配置在一個具有 以正壓過濾空氣的廠區內，以拘限經由空氣的污染物降低 該微電子工件25加工的有效性。 第15圖係描繪另一部加工機具的實施例，其中裝設一 個包含至少一個熱反應器的RTP工作站1635。該RTP工 作站1635係安置在標號1630所示的RTP部分。不像第14 圖中的實施例，本加工機具的至少一個熱反應器均裝設一 個專屬的自動機制1640。該專屬的自動機制1640係接收 該經由自動機械的傳輸機制1620傳遞而來的工件。其傳輸 的動作則可透過一個中間架台的門/區域1645而進行。如 此，其便可以符合衛生地分離該加工機具的RTP部分1630 與其它的部分。此外，藉由這一種結構，其可以使用個別 模組以實施該退火工作站，而添附此退火工作站則可提昇 該現有的機具組態。吾人將可瞭解，其它形式的處理工作 39 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再^本頁) 訂： •線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527444 A7 ___B7 五、發明說明（4 ) 站也可增設到該RTP部分1630中，或者取代該RTp工作 站 16 3 5 〇 · 在不偏離本發明之基本原理之下，吾人係可對先前所 述之系統進行各種可能的修改。雖然，本發明已藉由至少 一種特定的實施例而大致地描述細節，但熟悉此項技藝人 士將可明瞭的是：在不偏離本文所提出之本發明的精神及 丨 範圍之下，係可對本發明進行變更。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐）

Claims (1)

1. 527444

   A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1·—種加工容器/，其係用於電化處理—微電子工件， 該加工容器係包含： —個主要流體癖動室；以及 複數個同心陽極，其係位在該主要流體內之不同高度 ，以便在加工作用之下使該同心陽極相對於一個微電子工 件而處於不同的距離。 2·如申請專利範圍第1項所述之加工容器，其中一個 或多個該複數個同心陽極係在加工作用下，以非常靠近一 微電子工件的方式配置。 _ . 3. 如申請專利範圍第1項所述之加工容器，其中該複 數個同心陽極係從一個最外側的同心陽極到一個最內側的 同心陽極，以自該微電子工件增加距離的方式配置。 4. 如申請專利範圍第1項所述之加工容器，其中一個 或多個該複數個问心陽極係爲一虛擬的陽極。 5. 如申請專利範圍第4項所述之加工容器，其中該虛 擬的陽極係包含有： 一個陽極室罩框，其係具有一加工流體入口和加工流 體出口，該加工流體出口係以極靠近一微電子工件的方式 配置；以及 至少一個導電的陽極元件，其係配置在該陽極室罩框 內。 6. 如申請專利範圍第4項所述之加工容器，其中該至 少一個導電的陽極兀件係以一種惰性材料製成。 7. 如申請專利範圍第3項所述之加工容器，其中一個 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 言 T 良 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 527444 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 或多個該複數個同心陽極係爲一個虛擬的陽極。 8.如申請專利範圍第7項所述之加工容器，其中該虛 擬的陽極係包含有： 一個陽極室罩框，其係具有一加工流體入口和加工流 體出口，該加工流體出口係以極靠近一微電子工件的方式 配置；以及 至少一個導電的陽極元件，其係配置在該陽極室罩框 內。 9·如申請專利範圍第8項所述之加工容薺，其中該至 少一個導電的陽極元件係以一種惰性材料製成。 1〇·如申請專利範圍第10項所述之加工容器，其更包 含複數個配置以供應一電化處理流體予該主要流體流動室 的噴嘴’而該複數個噴嘴的設置方式係能夠提供垂直和徑 向的流體流動分量，且該垂直和徑向的分量更結合以在徑 向跨越該工件的至少一値表面上產生一大致均勻之正交方 向上的流動分量。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 11·如申請專利範圍第1項所述之加工容器，其中該主 要流體流動室在其一上側部分界定一個傾斜的壁部，該傾 斜的壁部係支撐一個或多個該複數個同心陽極。 12·如申請專利範圍第3項所述之加工容器，其中該主 要流體流動室在其一上側部分界定一個傾斜的壁部，該傾 斜的壁部係支撐一個或多個該複數個同心陽極。 13·如申請專利範圍第3項所述之加工容器，其中該主 要流體流動室更包含有一個入口，該入口係設置在該流動 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 527444 Α8 Β8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 I 室的一下側部分用以提供一文氏管效應，以便在該主要流 體流動室的下側部分循環該加工流體的流動。 14.一種反應器，其係用於電化處理一微電子工件之至 少一個表面，該反應器係包含有： 一個反應器頭，其係包含一工件支撐物； 一個或多個電性接觸體，其係配置在該工件支撐物上 ，以便與該微電子工件達成電性接觸； 一個加工容器，其係包含複數個噴嘴，該等噴嘴係傾 斜地配置在一個主要流體流動室的側壁部內，.並且在電化 處理期間，該噴嘴正常地係處於一容置在該主要流體流動 室內之加工流體浴的一個表面以下；以及 複數個同心陽極，其係位在該主要流體內之不同高度 ，以便在加工作用之下使該同心陽極相對於一個微電子工 件而處於不同的距離，而不需在加工作用之下於該複數個 陽極與該微電子工件之間設置一個中間擴壓器。 15·如申請專利範圍第14項所述之反應器，其中該複 數個噴嘴的設置方式係能夠提供垂直和徑向的流體流動分 量，且該垂直和徑向的分量更結合以在徑向跨越該工件的 至少一個表面上產生一大致均勻之正交方向上的流動分量 〇 16·如申請專利範圍第14項所述之反應器，其中一個 或多個該複數個同心陽極係在加工作用下，以極靠近一微 電子工件的方式配置。 17·如申請專利範圍第Η項所述之反應器，其中一個 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填頁) *. 527444 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 或多個該複數個同心陽極係爲一個虛擬的陽極。 18. 如申·請專利範圍第17項所述加工容器，其中該虛 擬的陽極係包含有= 一個陽極室罩框，其係具有一加工流體入口和加工流 體出口，該加工流體出口係以極靠近一微電子工件的方式 配置；以及 至少一個導電的陽極元件，其係配置在該陽極室罩框 內。 19. 如申請專利範圍第18項所述加工杳器，其中該至 少一個導電的陽極元件係以一種惰性材料製成。 20. 如申請專利範圍第14項所述之反應器，其中該加 工容器係在其一上側部分界定出一個傾斜壁部，該傾斜壁 部係支撐至少一該複數個同心陽極。 21. 如申請專利範圍第14項所述之反應器，其中更包 含有一個轉子，且在該微電子工件的加工期間，該轉子係 連結以旋轉該結合在一微電子工件的支撐物。 22. 如申請專利範圍第14項所述之反應器，其更包含 有複數個噴嘴，該等噴嘴係傾斜地配置在一個或多個主要 流體流動室的側壁部內，並且在沉積處理期間，該等噴嘴 正常地係處於一容置在該主要流體流動室內之加工流體浴 的一個表面以下。 (請先閱讀背面之注意事項再1|^^4頁) 訂： --線- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）