TWI579228B - 電化學處理器 - Google Patents

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Description

電化學處理器
本發明的領域為電化學處理微特徵結構工件的腔室、系統和方法，微特徵結構工件具有整合於工件內及/或上的微裝置。微裝置可包括次微米特徵結構，且可為微電子裝置、微機械裝置、微機電裝置及/或微光學裝置。工件可為矽晶圓或其他基板。
諸如半導體裝置、成像器和顯示器等微電子裝置通常係由數種不同類型機器製造在微電子工件上及/或內。在典型製造製程中，沉積步驟期間將形成一或更多層導電材料至工件上。工件接著通常歷經蝕刻程序及/或研磨程序(例如平坦化)，以移除部分的沉積導電層而形成觸點及/或導線。
電鍍處理器可用於沉積銅、焊錫、坡莫合金、金、銀、鉑、電泳防鍍漆(resist)和其他材料至工件上，以形成毯覆層或圖案化層。典型銅鍍製程涉及利用化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、無電電鍍製程或其他適合方法來沉積銅晶種層至工件表面。形成晶種層後，在存有電處理溶液的情況下，在晶種層與一或更多電極間施加適當電位，以於工件鍍上毯覆銅層或圖案化銅層。接著把工件傳送到另一處理機器前，於後續程序 中清潔、蝕刻及/或退火處理工件。
隨著微電子特徵結構和部件製作得越來越小，沉積於特徵結構和部件內或上的晶種層厚度亦隨之變小。在薄晶種層上電鍍因終端效應(terminal effect)而引起重大工程挑戰。終端效應係晶種層的高電阻造成大壓降橫越晶圓直徑所致。若未適當補償，則終端效應會導致電鍍層不均勻，也會於特徵結構內形成孔隙。使用極薄晶種層時，電鍍製程之初的表面電阻可高達如50歐姆/平方，反之工件上的電鍍膜的最終表面電阻可小於0.02歐姆/平方。利用習知電鍍工具時，此三個數量級的表面電阻變化將導致難以或無法一致提供均勻的無孔隙膜於工件上。故需要改良式電鍍工具。
新型處理器可於工件上電鍍很均勻的膜，即使工件具有高電阻晶種層及/或阻障層亦然。
在一態樣中，處理器可包括具有轉子的頭部，頭部配置以支承及電氣接觸工件，頭部可移動而將轉子定位於容器中。內部與外部陽極聯結容器內的內部與外部陽極電解質腔室。外部陽極腔室上方，容器中的上杯具有彎曲上表面和內部與外部陰極電解質腔室。電流取樣器(current thief)鄰接彎曲上表面。彎曲上表面中的環狀狹槽連接至通道(例如管子)而通往外部陰極電解質腔 室。如薄膜之阻障層可分別隔開內部與外部陽極電解質腔室和內部與外部陰極電解質腔室。
從以下顯示新型處理器如何設計和處理方法實例的實施方式說明和圖式將能明白其他和進一步的目的與優點。本發明亦存在所述元件子集。
現詳細參照圖式，如第1圖至第4圖所示，電化學處理器20具有頭部，頭部位於容器組件50上方。容器組件50可支撐在甲板板材24和取樣板材26上，取樣板材26附接至支架38或其他結構。單一處理器20可用作獨立單元。或者，多個處理器20可按陣列提供，且由一或更多機器人將工件裝卸進出處理器。頭部30可支撐在升降/旋轉單元34上，以抬起及倒置頭部而將工件裝卸至頭部，及降低頭部30而嚙合容器組件50進行處理。
如第1圖至第3圖所示，連結升降/旋轉單元34和內部頭部件的電氣控制與電力電纜40從處理器20往上導向設施接線或多重處理器自動化系統內的接線。具有層疊排放環的沖洗組件28可提供在容器組件50上方。若有使用，則排放管42連接沖洗組件28和設施排放裝置。選擇性升降機36可提供在容器組件50下方，以於轉換陽極時支撐陽極杯。或者，升降機36可用於支承陽極杯，使之抵著容器組件50的其餘部分。
現參照第3圖至第7圖，容器組件50可包括陽極杯52、下薄膜支撐件54和上薄膜支撐件56，支撐件54、56一起扣在固定件60。陽極杯52內，第一或內部陽極70設置靠近內部陽極電解質腔室110底部。第二或外部陽極72設置靠近外部陽極電解質腔室112底部，外部陽極電解質腔室112圍繞內部陽極電解質腔室110。內部陽極70可為扁圓形金屬板，且外部陽極72可為扁環形金屬板，例如鍍鉑鈦板。內部和外部陽極電解質腔室可填充銅粒。如第5圖所示，內部陽極70電氣連接至第一電引線或連接器130，外部陽極72電氣連接至分離的第二電引線或連接器132。
不像許多先前已知設計，在一實施例中，例如就處理直徑300 mm的晶圓而言，處理器可具有中央陽極且只有單一外部陽極，但仍可因其他設計特徵結構而達成改良性能。僅具兩個陽極來代替三或更多陽極可簡化設計和處理器控制，亦可降低整體成本和處理器的複雜度。特別係使用更大晶圓時，也可選擇性採用三或更多陽極設計。
現參照第5圖至第9圖，上杯76置於上杯外殼58內或被上杯外殼58圍住。上杯外殼58附接及密封上杯76。上杯76具有彎曲頂表面124和中央貫穿開口，開口構成中央或內部陰極電解質腔室120。此腔室120由擴散器74內的大致圓柱形空間界定，並通往上杯76的彎曲上表面124界定的鐘狀或號角狀空間。一連串同心環狀狹 槽從上杯76的彎曲頂表面124向下延伸。形成於上杯76底部的外部陰極電解質腔室78經由管陣列或其他通道連接至環，此將參照第10圖至第12圖進一步說明於後。
仍舊參照第5圖至第9圖，擴散器74設在上杯76的中央開口內且被擴散器護罩82圍住。第一或內部薄膜85固定於上薄膜支撐件54與下薄膜支撐件56間，並隔開內部陽極電解質腔室110和內部陰極電解質腔室120。內部薄膜支撐件88可以放射狀輪輻114的形式置中設在上薄膜支撐件56，內部薄膜支撐件88從上方支撐內部薄膜85。此設計使得內部陰極電解質腔室120為實質開放，以更加容許高電流從內部陽極流向工件，同時電鍍至電阻膜上。放射狀輪輻可佔據或阻擋小於約5%、10%、15%或20%的內部陰極電解質腔室120的截面面積。
同樣地，第二或外部薄膜86固定於上薄膜支撐件與下薄膜支撐件間，並隔開外部陽極電解質腔室112和外部陰極電解質腔室78。外部薄膜支撐件89可以放射狀支腳116的形式提供在上薄膜支撐件56，外部薄膜支撐件89從上方支撐外部薄膜。
如第5圖至第7圖所示，擴散器周圍水平供應導管84可形成於上杯76的圓柱形外壁，上杯76之外壁與上杯外殼58之圓柱形內壁間的O形環或類似元件密封導管84。如第5圖、第7圖及第8A圖所示，放射狀供應導管 80從周圍導管84放射狀向內延伸到環狀護罩氣室87，氣室87圍繞擴散器護罩82的上端。放射狀導管80通過垂直管間的上杯76，垂直管連接上杯76之彎曲上表面124中的環狀狹槽和外部陰極電解質腔室78。第7圖截面圖係沿著通過放射狀導管80的平面截切。因此，第7圖圖示放射狀導管80，垂直管則不。第6圖截面圖係沿著通過垂直管的平面截切。因此，第6圖圖示垂直管，放射狀導管80則不。
第13圖圖示周圍導管84和通往護罩氣室87的放射狀導管80，且外部陰極電解質路徑形成於擴散器護罩82與擴散器74間。處理器20操作期間，該等外部陰極電解質路徑一般填充液態陰極電解質。第13圖未圖示上杯76的固體材料，其中該等外部陰極電解質路徑形成於內。
現參照第10圖至第12圖，在所示設計實例中，有8個周圍狹槽或環從上杯76的彎曲上表面124向下延伸。該等為狹槽90、92、94、96、98、100、102、104。狹槽很窄，以提供高電阻。狹槽寬度通常為1 mm至5 mm或2 mm至4 mm。狹槽具窄寬度係為提供更連續的曲壁形狀。電鍍具高表面電阻(例如50歐姆/平方)的工件時，模型顯示陽極與工件間有高電阻(例如大於5歐姆、10歐姆或15歐姆)有助於達成均勻沉積。高電阻可減少電流經由外部陰極電解質腔室78往內部狹槽和管子下方洩漏及往外部管子和狹槽上方洩漏而至晶圓邊緣。
在所示設計中，狹槽彼此同心且和內部陰極電解質腔 室120同心。狹槽壁可為筆直，狹槽從上杯76的彎曲上表面124垂直往正下方延伸。所用狹槽數量可視工件直徑和其他因子而定。通常，狹槽可連續延伸繞著上杯76，而無分段或中斷且輪廓或寬度沒有變化。然可選擇性使用分段狹槽，各段設於位移徑向位置，以減少徑向電流密度變異。減少電流密度變異的另一選擇為使狹槽徑向位置依圓周角改變。
如第10圖所示，在所示特定實例中，外部四個狹槽104、102、100、98由垂直管連接至外部陰極電解質腔室78內。連接狹槽104、102、100、98和外部陰極電解質腔室78的管子係管子104A、102A、100A、98A。在所示設計中，有18個連接至各狹槽的管子。管子通常為直壁垂直管。管子可於周圍均勻相隔。可改變管子的數量、尺寸(例如截面尺寸直徑)、長度和形狀，以調整通過管內陰極電解質的電流路徑電阻。
參照第11圖，在所示實例中，管子內徑大於供入管子的狹槽寬度。故在第11圖中，末端視圖所示管子看起來更像矩形。阻塞網亦可選擇性提供在彎曲上表面124下方和管子頂端上方的狹槽內，以免管子與狹槽間有直接的視線路徑。若有使用，則阻塞網於管子與狹槽間構成中間氣室。
記住第10圖圖示開放陰極電解質腔室和路徑，但未圖示組成該等腔室和路徑的圍繞固體材料，上杯76可由介電材料製成，例如鐵氟龍(氟聚合物)或天然聚丙烯， 且選擇性具有兩件式組件。
在所示具18個管子(即上杯76中的垂直鑽孔或穿孔)的設計中，管子間隔20度。若減少管子數量，則各管環的電阻將大幅增加，使得管子能製作得更短。雖然第11圖圖示各管環的管子為放射狀對準，但任何管環的管子也可與相鄰管環的管子錯開。
狹槽出口的電流密度均勻度受狹槽高度與管子節距的影響最劇。一般預計狹槽高度/管子節距的高寬比大於1.0可提供良好的電流密度均勻度。管子內徑可為約3 mm至12 mm或5 mm至7 mm。可結合使用2 mm至5 mm的狹槽寬度和4 mm至8 mm的管徑。
在替代設計中，狹槽94-104(或使用許多狹槽)具有很窄的寬度，例如1 mm，且從上杯76的彎曲上表面124整個延伸穿過上杯76而至外部陰極電解質腔室78。在此設計中，並不或不需使用管子。確切而言，極窄狹槽提供足夠的電阻路徑，而不需使用分離的管子。當不易形成如僅1 mm寬的狹槽(由於機械加工或形成技術的限制所致)時，管子比全長細窄狹槽更適合使用。由於管子提供分離的間隔開口，故相較於狹槽的連續開口，可偕同使用管子的處理器讓工件旋轉，以平均掉間隔的分離管開口引起的周圍變異。
仍舊參照第10圖，狹槽96、94可與連接至該等狹槽兩者的單組管子96A緊密間隔。同樣地，狹槽92、90可與連接至該等狹槽的單組管子92A緊密間隔。管長經 選擇以調整通過上杯76內含陰極電解質的電阻。如第10圖所示，管子接合狹槽的各管子頂端處於相同的垂直位置VP。然管子底端的垂直位置因管長改變而不同。此可利用形成於上杯76底表面的階梯達成。第10圖所示階梯係階梯92B、96B、98B、100B、102B、104B，各階梯元件符號聯結至對應的管子和狹槽元件符號。例如，最外面的狹槽104連接至管子104A，管子104A連接至階梯104B。階梯104B、102B處於相同的垂直位置，階梯100B、98B、96B逐漸上升，階梯92B比階梯96B低且處於約和階梯98B一樣的垂直位置。
使狹槽高度和管子間隔(節距)適應特定製程的彈性對銅鑲嵌製程尤其有利，銅鑲嵌製程易受周圍電流密度變異影響，即使藉由旋轉工件以得時間平均值亦然。利用階梯而個別調整各管環的管長可有助於改良徑向電流密度輪廓。相應地，可提供階梯插入件106或插入環(如第10A圖所示)做為替換部件，插入件或插入環可選擇及安裝於管子下方的處理器，以改變管子的有效長度。在最初設定期間或處理器撥入時，使用插入件106係有益的，因為當處理器設定用於特定製程時，插入件將改變通過各狹槽的電流相對量。
或者，可利用或不利用任何類似階梯元件，改變各狹槽底部的垂直位置，以選擇管子的有效長度。第12圖為類似上述第13圖的透視圖，第12圖圖示液態陰極電解質通過擴散器和上杯76的外部陰極電解質空間、而非該 等元件的固體材料。為清楚說明，第12圖的外部陰極電解質空間具有和構成或界定外部陰極電解質空間的特徵元件一樣的元件符號。雖然通稱管子和階梯，但依據採用製造技術，管子可形成如孔洞般穿過組成上杯76的材料，且階梯同樣可形成如矩形截面環般而形成於上杯76的底部。
第10B圖圖示上杯76的上表面124的曲率分析模型。108 mS/cm、50歐姆/平方的曲線和250 mS/cm、20歐姆/平方的曲線互相重疊。下曲線為針對108 mS/cm、20歐姆/平方的模型。曲線形狀亦取決於晶圓邊緣與杯間的假定縫隙。由於曲線下降遠離晶圓中心，晶圓朝相對於晶圓中心的晶圓邊緣往外移動，故上杯76的設計與陰極電解質流動一致。第10B圖中幾乎互相重疊的兩條室壁曲線亦如此，因為該等曲線為補償大約相同的晶圓終端效應。終端效應和膜表面電阻除以浴電阻(即浴導電率倒數)的比率呈比例關係。因此，使用高導電率浴的較小晶種層表面電阻(250 mS/cm和20歐姆/平方)將產生類似在較低浴導電率中有較高表面電阻(108 mS/cm和50歐姆/平方)所產生的終端效應。
所謂終端效應會造成工件邊緣的沉積速率比中心快。故若未補償，則終端效應將於工件上形成不均勻鍍膜或層。為更良好地補償或控制終端效應，開始電鍍時，頭部可支承工件較靠近上杯表面124的第一位置。接著，隨著工件上的膜厚增加及終端效應減小，頭部可把工件 抬高到離表面124更遠的第二位置，以更良好地避免工件鄰近上杯之周圍狹槽92-104所引起的不均勻沉積。然此間隔改變會導致工件邊緣周圍的電流密度偏差邊緣效應。
第10C圖圖示垂直邊緣屏蔽128的實例，屏蔽128可用於補償該等電流密度偏差。工件邊緣圖示為191。邊緣屏蔽128通常由介電材料製成，最初電鍍期間，當膜電阻很高時，邊緣屏蔽128可下降至表面124下方的開口內，接著在後續電鍍期間，當工件離開表面124時，屏蔽128可上升離開開口而至第10C圖所示位置。屏蔽128可由致動器129移動。
第10D圖圖示水平邊緣屏蔽190(白色)和陰極電解質(灰色)。工件邊緣圖示為191。屏蔽190可由接合垂直環狀環194的水平環192組成。或者，水平環192可單獨使用且支撐在間隔物上。或者，水平環192可支撐在上杯的彈簧上。在此設計中，當工件往上移動遠離上杯時，彈簧將抬起屏蔽190(或128)至升高位置。工件位於靠近上杯的最初較低位置時，支承工件的轉子致使屏蔽往下進入上杯的凹槽。水平環192可設在上杯周圍的凹槽或溝槽中。相較於第10C圖設計，在第10D圖設計中，環192的水平方向容許取樣電流通過垂直環194上方和下方之曲壁與工件間的整個縫隙高度。水平環194進一步限制電流路徑，以助於調整通過水平環192上方或下方的取樣電流量。第10C圖屏蔽128控制湧向晶圓 邊緣的電流時，所有取樣電流亦集中於該處而從屏蔽128上方流向屏蔽128頂部與晶圓間的較小縫隙。可改變其他設計參數，以緩和此設計對工件邊緣電流取樣的重大影響。
第9圖圖示處理器20的外側和連接器或配件，以提供處理流體進出處理器20。參照第6圖及第9圖，陽極電解質經由入口154提供至內部陽極電解質腔室110。陽極電解質經由入口148提供至外部陽極電解質腔室112。配件146係外部陽極電解質腔室112的陽極電解質閒置狀態再循環埠。配件150係外部陽極電解質腔室112的返回/再生埠。配件156係內部陽極電解質腔室的返回/再生埠。如第6圖所示，陽極電解質經由循環狹槽162流出內部陽極電解質腔室，且陽極電解質經由循環狹槽160流出外部陽極電解質腔室。處於閒置狀態時，處理器含有陽極電解質，但不主動處理，出口152則容許陽極電解質往外部陰極電解質流出處理器。此將降低陽極電解質液面，使陽極電解質不接觸薄膜，因而更良好地避免陰極電解質與陽極電解質的組分擴散。
參照第5圖及第9圖，陰極電解質在內部陰極電解質腔室120中往上並放射狀向外流動，且收集於收集環腔室122。陰極電解質流出收集環腔室122而至返回埠158供再循環。陰極電解質液面指示器140監測與上杯76同高的陰極電解質液面。在此所用「陽極電解質」和「陰極電解質」係指處理器中的電解質位置，而非組成電解 質的任何特定化學品。指示器140可連接至電腦控制器，電腦控制器控制處理器或自動化系統的處理器陣列。電腦控制器亦可用於控制操作處理器20的各種其他參數。如第9圖所示，過量陰極電解質經由陰極電解質排放裝置142流出處理器。
如第2圖、第3圖及第4圖所示，馬達184旋轉頭部30的轉子180。轉子180適於支承工件或晶圓。轉子上的接觸環181電氣接觸工件。噴嘴186可提供於頭部30且集中對準工件上方，並支承轉子180的位置。
第14圖、第15圖及第16圖圖示電流取樣電極組件200，組件200可偕同處理器20使用。組件200包括環202，環202附接至外殼204。金屬線208(例如鉑線)延伸穿過薄膜管206，薄膜管206設在環202中溝槽216內。金屬線208的末端止於外殼204內且經由連接器210連接至電壓源。電解質經由入口配件212和出口配件214泵抽通過薄膜管206，入口配件212和出口配件214附接至外殼204。提供至取樣組件200的電解液(「取樣電解質」)可不同於提供至上杯76的陰極電解液。如第9圖及第16圖所示，組件200安裝於上杯76頂部，並可用於改變處理器20的電流流動特徵。可快速又輕鬆地從上杯76移開整組組件200及替換。
使用時，把通常具導電晶種層的工件裝載至頭部。工件上的晶種層連接至電源供應器，通常為陰極。若頭部裝載成面朝上位置，則將頭部翻轉，使轉子和轉子支承 的工件面朝下。接著將頭部降下至容器，直到工件接觸容器內的陰極電解質為止。工件與上杯76之彎曲上表面124的間隔會影響工件表面的電流密度均勻度。通常，工件至表面縫隙(任何部分的彎曲上表面124與工件間的最小尺寸)為約4 mm至14 mm。處理期間可改變此縫隙。工件可往上移動而逐漸遠離表面124，或者工件可從開始縫隙快速移動到終止縫隙。升降/旋轉機構可用於抬起頭部及旋轉或翻轉頭部。在此設計中，頭部旋轉成面朝上位置，以將晶圓裝載至及卸載出頭部。為進行處理，支承晶圓的頭部接著旋轉成面朝下位置，頭部接著往下移動而將晶圓或至少晶圓下表面放入電解質浴中。
陽極電解質提供至內部陽極電解質腔室110及個別進入外部陽極電解質腔室112。陰極電解質提供至周圍供應導管84。取樣電解質供應至入口配件212。一般藉由降低頭部來移動工件，使工件接觸陰極電解質。開啟往陽極70、72的電流，來自陽極的電流流過內部與外部陽極電解質腔室110、120中的陽極電解質。陽極電解質本身依第6圖虛線箭頭指示流動。來自內部與外部陽極的電流通過陽極電解質且分別流過內部和外部薄膜85、86而進入上杯76的開放空間內含的陰極電解質。
上杯76內，陰極電解質從供應導管84放射狀向內流向擴散器護罩氣室87，接著依第8A圖箭頭指示進入所示擴散器74。陰極電解質從擴散器往上流動且放射狀向 外朝四方移動越過上杯76的彎曲上表面124。陰極電解質中的金屬離子沉積於工件上而於工件上形成金屬層。開啟馬達184來旋轉轉子180和工件，使工件上沉積更均勻。大部分的陰極電解質接著流入收集環122。小部分的陰極電解質往下流過狹槽90-104和管子92A-104A而進入外部陰極電解質腔室78。陰極電解質接著流出處理器20。
通常在電化學處理器中，電流傾向流過所有可用路徑，致使反應器內的電壓梯度產生所謂的漏電流。電流可經由陽極通道間諸如薄膜或通風孔/狹槽等路徑洩漏。電流亦可沿著處理器部件(例如擴散器)的壁面洩漏。此將造成工件表面的電流密度變異，以致改變沉積速率，最終導致鍍上工件各處的金屬層有無法接受的厚度變異，此對銅鑲嵌應用尤其如是。反應器內的電壓梯度在電鍍開始及結束時特別大。在高電阻晶種層上電鍍時，電流主要在內部陽極70與工件和電流取樣器之間。因此，內部陽極杯和薄膜腔室的電壓很高(超過100伏特)，同時外部陽極腔室的電壓很低。即使經由相當小的漏電流路徑，如此大的電壓差仍會產生大量漏電流。故當在薄晶種層上電鍍時，使用單獨個別密封的內部與外部電流路徑可改良處理器性能。此包括使用單獨個別密封的薄膜。在低電阻厚膜上電鍍時，大量電流來自外部陽極，故上述情況相反。接著，內部與外部陽極通道或電流路徑間再次存在同樣很大、但相反的電壓差。
參照第5圖，處理器描繪成具有內部和外部電流通道。在此描繪中，內部電流通道通常從內部陽極70經由內部薄膜85、擴散器74和中央陰極電解質腔室124垂直往上延伸到工件。內部電流通道實質上可想像成圓柱管。外部電流通道可相應想像成從外部陽極72經由外部薄膜86、外部陰極電解質腔室78及經由上杯中的開口垂直往上延伸到工件。有利地，利用密封元件(例如O形環和介電材料壁)密封及互相隔開內部和外部電流通道，以減少二通道間的漏電流。
上杯76內的管子和狹槽係設計成減少電流洩進或漏出外部陽極腔室。為在電阻晶種層上均勻電鍍，金屬膜內需產生大徑向電壓梯度。處理器需匹配陰極電解質內的此徑向電壓梯度。故從中心沿著彎曲室壁表面到邊緣將存在大電壓梯度(由內部陽極與晶圓和取樣器間的電流驅動)。彎曲室壁中的狹槽90、92、94、96的電壓比狹槽98、100、102、104的電壓高，狹槽98、100、102、104離中心較遠。是以漏電流流入內部狹槽，然後流出靠近晶圓邊緣的狹槽。此電流路徑係不當洩漏，因如此將使擬定電流路徑沿著彎曲室壁通過流體路徑，及降低晶圓各處的徑向電流密度均勻度。為最小化通過此洩漏路徑的電流量，乃利用相對較少又長的孔洞90A、92A、94A、96A、98A、100A、102A、104A，使該路徑電阻變很大。同時，該等孔洞列的相對電阻不為漏電流考量設定，而是為確保從外部陽極到晶圓有適當徑向電流分 佈。各列孔洞(各徑向圓)的電阻可大於5歐姆，且更特定言之為約10歐姆。狹槽寬度的選擇與電流梯度有關，在電阻晶種層上電鍍時，沿著曲面存在電流梯度。寬狹槽會扭曲曲壁，並且不利晶圓各處的徑向電流密度分佈。當電流沿著壁面行進時，寬狹槽容許電流下降進出狹槽。然需權衡狹槽寬度，因為寬狹槽有利於避免在毯覆膜上電鍍終了時沉積凸塊，凸塊可能在各狹槽下方的晶圓上產生。
如第11圖所示，外部狹槽100、102、104可間隔得比內部狹槽90、92、94、96、98更密。通常，間隔較密的狹槽靠近工件，間隔較密的狹槽可更良好地減少工件表面的電流變異。
亦可施加電位至鄰接工件邊緣的取樣電極，例如金屬線208，以於工件上更均勻沉積金屬。如第16圖所示，取樣組件200的金屬線208設在溝槽216底部或附近的薄膜管206內。溝槽216的開放頂部218當作虛擬電極。隨著電鍍製程進行及終端效應減小，工件的表面電阻將下降，取樣電流也會降低。
轉子180可使用密封接觸環，或者轉子可使用潮濕或未密封接觸環。若使用密封接觸環，則密封件通常會扭曲工件邊緣附近的電場。然透過設計上杯76，至少在某種程度上可補償此扭曲。上杯76的彎曲上表面124超出最外面狹槽(所示設計為狹槽104)的外圍可設計成升高至密封件。上杯76的上表面124的此向上延伸的外部 區域可為彎曲或平坦。上杯76向上升高的外圍迫使取樣電流通過靠近密封件的窄縫隙。
透過設計取樣組件200的環202，也可減少使用密封接觸環相關的電場扭曲。如第16圖所示，環202的內緣215提供從上杯頂表面124外緣往上的階梯。階梯高度可為約2 mm至6 mm。由於環係模組取樣電極組件的一部分，故可快速又輕鬆地安裝或移除環202。處理器20可配有固定位置的單一上杯，且依據是否使用密封或未密封接觸環來選擇取樣組件的環202。
電化學處理晶圓或工件的方法包括把工件支承於頭部，頭部降下工件，使工件接觸容器內的陰極電解質。電流供應至內部陽極，內部陽極聯結容器內的內部陽極電解質腔室，及供應至外部陽極，外部陽極圍繞內部陽極，外部陽極聯結外部陽極電解質腔室。電流流過容器內上杯彎曲上表面之環狀狹槽中的陰極電解質。電流亦流自鄰接上杯彎曲上表面的電流取樣器。陰極電解質從內部陰極電解質腔室朝工件往上流動，薄膜隔開內部陰極電解質腔室和內部陽極電解質腔室。陰極電解質亦可往下流過狹槽而進入外部陰極電解質腔室。
可選擇性旋轉工件。處理期間，亦可抬高工件而遠離上杯的彎曲上表面，抬高速率係工件上之膜表面電阻的函數。陽極與工件間之電流路徑的電阻可大於5歐姆、10歐姆或15歐姆。
對一些應用而言，特別係對大直徑工件而言，處理器 20可修改成包括多於一個外部陽極。
如第8A圖虛線所示，中央陰極電解質噴口228可提供以提高工件中心區域的質傳速率。陰極電解質噴口228可由內部薄膜支撐件88的中央噴射開口230組成。內部薄膜支撐件的一或更多輪輻114中的導管232可供應陰極電解質至中央噴射開口230。
如第8B圖所示，在替代上杯76A中，外部陰極電解質腔室78的頂表面240往上傾向外壁。相較於第5圖及第6圖所示的平坦或水平表面，第8B圖的設計較不易使氣泡陷入陰極電解質中。第8B圖的斜面240有助於讓陰極電解質腔室中的任何泡泡往上及放射狀往外傳送到凹槽242和通風孔244。管子的下開口位於不同垂直位置。可調整管徑和狹槽長度，以達適當電阻。
如第8C圖所示，在另一替代上杯設計中，從外部陰極電解質腔室78往上延伸的各管子轉變成上杯彎曲上表面124中的兩個狹槽開口。在此設計中，上杯具有12個狹槽。又如第8C圖所示，外部陰極電解質腔室的內部頂表面250往上傾斜，外部頂表面252往下傾斜(放射狀向外移動)，陡降階梯254位於二者之間。此外部陰極電解質腔室頂表面替代設計亦可選擇性用於減少或避免氣泡陷入。
第17圖圖示替代處理器260，處理器260類似第1圖至第7圖所示處理器20，但使用單一電解質。處理器260沒有隔開上、下腔室的薄膜或其他阻障層。反之，內部 和外部流動通道從陽極往上延伸通過上杯。電解質經由供應導管84(和充滿電解質的內部通道)進入，向上且放射狀向外流動並流過堰，小部分電解質往下流過狹槽和管子(類似處理器20中的陰極電解質)。然由於未隔開上、下腔室，故往下流過管子的電解質將流入陽極隔室，接著經由出口262、266流出處理器260。因處理器260沒有薄膜，故不需薄膜支撐件。
處理器20可在廣泛的金屬膜表面電阻範圍內，以均勻電流密度電鍍半導體或其他工件，包括表面電阻為50歐姆/平方或以上的極高表面電阻晶種層。隨著特徵結構尺寸微縮，此能力益發重要，對銅鑲嵌膜而言尤其如是。電鍍製程期間，當金屬沉積及金屬膜厚增加時，晶圓上的金屬膜表面電阻從很高的初始電阻(例如50歐姆/平方或更高)變成低得多的表面電阻(例如0.02歐姆/平方)。此時欲控制處理器中的電場以維持均勻電鍍將面臨很大的工程挑戰。
上杯76的彎曲頂表面124在電鍍至初始很薄的晶種層上方面效果很好，通常當只使用內部陽極70和取樣組件174時，第二陽極72為實質關閉。隨著電鍍金屬膜厚增加，表面電阻下降，第二陽極72用於協助控制電場。狹槽(例如狹槽90-104)提供於上杯76中，以容許來自第二陽極72的電流協助控制電場。然發現狹槽亦會改變薄晶種層上的曲面124的理想性能，此主要係因通過第二陽極72電流路徑的漏電流所致。
電鍍極薄初始晶種層時，雖然第二陽極電流路徑有高電阻，但一些來自內部陽極70的電流仍會流過第二陽極電流路徑。此將改變處理器20中的電場，以致無法有效地均勻電鍍至初始晶種層上。特定言之，一些來自第一陽極70的電流往下流過內部狹槽和管子而進入分析回流腔室78，接著往上流過外部管子和狹槽而至晶圓邊緣。對均勻電鍍而言，此漏電流可能造成往晶圓邊緣的電流密度太高，遠離邊緣的電流密度太低。
藉由提高連接狹槽的管子的電阻，可減少漏電流。然此亦會提高電池電壓和功率供應要求。為在不提高功率供應要求的情況下控制漏電流，可利用機械元件，物理性改變處理器內的電氣路徑。特別係改變管子的有效長度及/或直徑相當於改變通過管子的流動路徑電阻。最初電鍍期間，管子可設定成達最大電阻，以最小化通過管子的漏電流。最初電鍍後，可降低管子的電阻，以讓更多來自第二陽極的電流通過，又不會對處理器電源供應器有過多功率要求。
第18圖圖示機械改變通過管子的電流路徑電阻的一技術。在此技術中，已修改上杯270於管子底部開口具有斜截錐或圓錐形截面板材272。板材272具有對準管子的孔洞或狹槽。板材致動器274連結至板材272，以稍微將板材從板材272完全阻擋管子下端的全關位置轉成板材272中孔洞完全對準管子的全開位置。利用此設計，可在最初電鍍薄晶種層期間，關閉部分或全部的管 子92A、96A、98A、100A、102A及/或104A。藉由控制板材致動器274，接著可於晶圓的表面電阻下降時，部分或完全打開管子。板材272亦可設計成容許不同旋轉位置有不同徑向電流分佈。
板材致動器274可為雙位致動器，例如氣動致動器，板材致動器274把板材272移到完開或全關位置。或者，板材致動器274可為另一型致動器，例如電動致動器，板材致動器274可持續移動板材272及選擇從完開到全關範圍的任何位置。板材致動器274可利用機械連桿或透過磁性或電磁耦合連結至板材272。雖然第18圖圖示板材272呈圓錐形截面，但對分析回流腔室78中具平坦頂表面240的處理器而言，也可採用平坦板材272。
對一些應用而言，電鍍製程時，板材亦可設定及留在預定位置不變。例如，若處理器20將處理具厚晶種層的晶圓，則在整個電鍍製程，板材272可留在全開位置。
第19圖圖示能改變管子電阻的另一設計。在此設計中，上杯280包括管延伸部282，管延伸部282可滑動或套疊進出管子92A、96A、98A、100A、102A及/或104A。管延伸部282可附接至橋聯環或橋聯板材290。板材致動器292往上或往下移動橋聯板材290，以有效改變管長，進而改變通過管內電解質的電流路徑電阻。致動器292的設計和操作可和上述致動器274一樣。亦可利用管延伸部282，調整各環內的管長，以調整往晶圓的徑向電流分佈。
第20圖圖示利用螺紋管插入件320來改變管子有效長度和電阻的又一設計。上區段322經由螺旋螺紋366附接至下區段324。螺紋管插入件320可置入部分或全部的管子92A、96A、98A、100A、102A及/或104A中。相對上區段322調整下區段324可加長或縮短管子的有效長度。也可類似調整第20圖的管長，以控制往晶圓的徑向電流分佈。
第21圖及第22圖圖示另一處理器設計300，其中環302設計成安裝於一或更多狹槽90、92、94、96、98、100、102或104內。可按尺寸製作環302，以將環302壓入狹槽。環302可具有對準管子上方的穿孔310，並選擇孔徑而改變管子的有效電阻。一些孔洞位置可省略或以永久性或暫時性插塞312封住。孔徑可全部一樣或不同。如第22圖所示，環302或可具有支柱306，支柱306部分伸進管子，支柱直徑小於管徑，以容許有限電流通過管子。環302可由非等向性材料製成，例如具高密度孔洞或狹槽的陶瓷，以減少漏電流路徑。此設計一實例為具有小直徑平行穿孔圖案的氧化鋁板。
如第22圖所示，若有使用，則環302可從上方置入狹槽。如此，不需拆解處理器20，即可安裝或移除環302。環302可用於部分或完全阻擋電流流過狹槽，以調整電流的徑向分佈。第21圖所示環或可插入管子92A-104A的下端。仍舊參照第22圖，環302的底表面可為平坦或有角，若使用非等向性材料，則各環從底表面到頂表面 的相對高度對各狹槽而言可能有所不同，以助於調整相對電阻。
上述上杯76可由塑膠、陶瓷或其他介電材料製成。對設計用於搬運大尺寸晶圓(例如直徑450 mm)的處理器而言，使用陶瓷材料可保持較佳的尺寸設計容限。如第8A圖所示，徑向分支狹槽108從內部狹槽90的中間區域岔入上杯76的表面124且鄰接擴散器74。徑向分支狹槽108可為中斷或連續，第8A圖圖示中斷的徑向分支狹槽。雖然表面124在此係描繪成曲面，但表面124亦可以樓梯式設計使多個具相同或不同長度的遞增階梯構成近似曲線。
第23圖至第26圖圖示電鍍製程期間，第3圖至第7圖所示反應器之容器內含電解質中的電場線變化情形。如第23圖所示，製程開始時，晶種層很薄且具有高電阻，例如50歐姆/平方，工件表面附近的垂直伏特等值線通常呈垂直。第24圖及第25圖圖示當工件上的金屬層因電鍍變厚且電阻下降時，伏特等值線變得更為水平。第26圖圖示電鍍製程趨於結束或終了時的情形，此時待鍍工件表面的電阻很低，伏特等值線通常呈水平。故電鍍製程期間，工件表面或附近的電壓線將旋轉70-90度或80-90度。
第23圖至第26圖所示的比電阻為舉例圖示伏特等值線方向從近乎垂直到近乎水平的變化。也可選擇其他電阻區別點。如第26圖所示，視使用金屬和最終鍍層厚度 而定，開始電阻亦可大於50歐姆/平方，結束電阻可大於或小於0.0275歐姆/平方。
第16圖圖示取樣電極208的位置，其中溝槽216的開放頂部218當作虛擬電極。第27圖圖示替代設計，其中取樣電極208與晶圓邊緣191間的通道開口整個穿過屏蔽190外側。特定言之，開口193放射狀位於屏蔽外側。此將提高從取樣電極開口到晶圓邊緣的路徑電阻，從而控制屏蔽環周圍的電解質浴中的電壓。較高電阻路徑會於屏蔽環周圍產生較低電壓，因而不太可能在接觸環181(若有使用)的沖洗孔內進行電鍍。
如上所述，「終端效應」造成鍍膜集中在工件邊緣。由於從晶圓內部區域的路徑有較長的電阻晶種層，故電鍍至觸點附近之工件上的電氣路徑比電鍍工件中心附近的電阻小。終端效應的強度受處理器設計影響，但強度基本上可界定成晶種層相對電鍍浴的電阻。第1圖所述的RS/R浴比率圖示如下：
晶種層表面電阻：R S =ρ/t，浴表面電阻：R 浴 =1/(σH)，其中R S =表面電阻(歐姆/平方)，t=晶種層的厚度(公尺)，H=電鍍浴的特徵厚度(公尺)， ρ=金屬電阻(歐姆-公尺)，σ=浴導電率(1/歐姆-公尺)。
利用習知電鍍腔室時，一旦RS/R浴超過約0.5，即變得很難抵消終端效應。在約此比率下，對選定浴而言，晶種層電阻太高，導致晶種層各處的實質所有電流交換(實際上為所有電鍍)係在晶圓邊緣發生。浴與金屬膜間往晶圓中心的電位不足，故不會朝中心沉積。在此情況下，隨著電鍍製程繼續進行，已鍍區域有較小表面電阻，因此金屬隨後會沉積在該等區域的邊緣。產生的電鍍歷程可稱為「前線電鍍」，因為該歷程係先把金屬加到晶圓邊緣，再放射狀向內電鍍，直到整個晶圓鍍上銅為止。
然即使採行邊緣至中心前線電鍍，也可能只能在表面電阻至多達約14歐姆/平方的Cu基晶種上電鍍。前線電鍍製程的主要考量在於特徵結構上往晶圓中心的晶種層在電鍍前已受波及，此係因為浴在晶圓進入與電鍍朝向中心的區域之間有時間延遲。時間延遲也意味著在處理晶圓邊緣相較於電鍍朝向晶圓中心之間的添加劑吸附、化學蝕刻、電流密度等有所差異。
鑒於上述理由，最好同時電鍍整個晶圓各處，此對如雙鑲嵌金屬化製程而言尤其如是。上述電鍍設備和方法提供同時在具高表面電阻的晶種層上電鍍時，仍使用典型的酸鹼銅電鍍浴。特定言之，可達成同時電鍍表面電阻超過200歐姆/平方的晶圓各處(RS/R浴>10)。
取樣比率為傳送到取樣電極之電流相對傳送到晶圓之 電流的比率。例如，傳送4.5安培的晶圓電流時，取樣電流為4.5安培相當於取樣比率為1。在此例中，電池電流係9安培。習知電鍍腔室的典型取樣比率通常為1.5或以下。在上述設備和方法中，採用大於1.5的較高取樣比率。例如，可採用約2.5至6.0的取樣比率。該等高取樣比率將導致一般似乎不合理的大取樣電極電流值。
第28圖圖示第1圖至第7圖處理器的實例，用以同時電鍍銅至高電阻(65歐姆/平方)晶種層上(即同時均勻電鍍銅至所有晶圓區域)。標示1/3 Fill1的線係直徑300 mm之晶圓各處的厚度測量，該晶圓已以4.5安培電鍍4.3秒。在此期間，金屬層厚度從約55埃的初始晶種層厚度增為約100埃的厚度，表面電阻從65歐姆/平方降為約8.3歐姆/平方。產生的薄平鍍層證實從製程開始即同時電鍍。在此製程中，取樣比率始於約2.67，RS/R浴=3.7。
優先權主張僅適用美國：本申請案係西元2011年11月3日申請的美國專利申請案第13/288,495號的部分連續案且現正申請中，美國專利申請案第13/288,495號係西元2011年5月18日申請的美國專利申請案第13/110,728號的部分連續案且現正申請中，該等申請案均以引用方式併入本文中。
申請人更擬主張下列附加設計。設計AA：處理器包括容器；配置以支承工件的頭部，頭部可移動而將工件定位於容器中；內部陽極，內部陽極聯結容器內的內部電 解質通道；外部陽極，外部陽極圍繞內部陽極，外部陽極聯結容器內的外部電解質通道。容器中的上杯具有彎曲上表面。電流取樣器鄰接上杯的彎曲上表面。複數個開口在上杯的彎曲上表面呈圖案設置。通道實質延伸穿過各開口而至上杯的下表面。
在此設計AA中，可採用一或更多下列附加元件。開口可於上杯的彎曲上表面呈同心狹槽圖案，其中通道包含管子，管子垂直向下延伸到上杯的底表面。狹槽在此可呈同心且寬度為1 mm至6 mm。在此設計中，外環的管子比內環的管子長。上杯可具有8個同心的間隔環狀狹槽。可拆式填隙片可用於外部陰極電解質腔室，外部陰極電解質腔室具有一或更多穿孔對準上杯的通道。轉子的頭部可包括轉子，轉子包括具密封件的接觸環，上杯的彎曲上表面從最外面的環狀狹槽往上並向外延伸到密封件。電流取樣器可包含封在薄膜內的金屬線，薄膜置於上杯上表面的電流取樣器環狀狹槽內。擴散器可圍繞內部陰極電解質腔室。
申請人更擬主張下列附加設計BB。電化學處理器包含：工件托座，工件托座聯結容器；外部陽極腔室，外部陽極腔室圍繞內部陽極腔室；位於內部陽極腔室的內部陽極和位於外部陽極腔室的外部陽極；杯單元；位於杯單元下端的內部與外部陰極電解質腔室；位於陽極腔室與陰極電解質腔室間的薄膜；複數個放射狀間隔的同心環狀垂直狹槽，狹槽位於杯單元的上表面；以及管環， 管環分別連接環狀垂直狹槽和外部陰極電解質腔室。
此設計BB可偕同使用一或更多下列附加元件。管子至少和該等管子連接的狹槽一樣長。環間隔大於狹槽寬度。狹槽的長度/深度大於狹槽寬度和任何相鄰狹槽的最大間隔。杯組件具有圓柱形中央腔室和附接至圓柱形中央腔室的喇叭口段，狹槽垂直延伸穿過喇叭口段。管子為垂直且進一步包括陰極電解質供應管，陰極電解質供應管在杯單元內於垂直管間放射狀延伸。
申請人同樣更擬主張下列設計CC。電化學處理器包含：容器；陽極電解質組件，陽極電解質組件位於容器中，陽極組件包括內部陽極和外部陽極，內部陽極位於容器中的內部陽極腔室，外部陽極位於容器中的外部陽極腔室，外部陽極腔室圍繞內部陽極腔室；以及陰極電解質組件，陰極電解質組件附接至陽極電解質組件，陰極電解質組件包括擴散器，擴散器位於上杯內；位於陰極電解質組件內的內部陰極電解質腔室，內部陰極電解質腔室對準內部陽極腔室上方且由內部薄膜隔開內部陽極腔室；位於陰極電解質組件內的外部陰極電解質腔室，外部陰極電解質腔室對準外部陽極腔室上方且由外部薄膜隔開外部陽極腔室；上杯，具有彎曲上表面和複數個環狀環狹槽，狹槽從上杯的彎曲上表面延伸穿過上杯而至外部陰極電解質腔室；堰，環繞上杯的彎曲上表面；以及取樣電極，取樣電極鄰接上杯的彎曲上表面。
此設計CC可偕同使用一或更多下列附加元件。各管 環內的管子等距相隔，且各狹槽深度大於連接彼狹槽之相鄰管子間的弧長距離。狹槽可製作成分離的不連續區段，區段有不同的徑向位置，以減少徑向電流密度變異。狹槽的徑向位置依圓周角改變。圓柱形外壁圍繞圓柱形內壁，複數個外部狹槽開口設於圓柱形外壁下端，複數個內部狹槽開口設於圓柱形內壁上端，圓柱形外壁具有錐面面向圓柱形內壁。頭部中的轉子配置以支承工件。開口的直徑為1 mm至6 mm。通道係連接多列管子的狹槽開口組合物，且可包含多列管子。陰極電解質噴口可設在內部陰極電解質腔室中心。
處理器可包括外部薄膜，外部薄膜位於外部陰極電解質腔室與外部陽極電解質腔室間；內部薄膜，內部薄膜位於內部陰極電解質腔室與內部陽極電解質腔室間；內部薄膜支撐件，內部薄膜支撐件支撐內部薄膜，陰極電解質噴口設於內部薄膜支撐件內。
申請人擬主張電化學處理晶圓的方法DD，包含以下步驟：提供第一電解質，使之放射狀向外流過面朝下的晶圓表面；提供第一電流，使第一電流從第一電極經由第一電解質流到晶圓表面；提供第二電流且和第一電流分開，使第二電流從第二電極經由複數個同心垂直狹槽內的電解質流到晶圓表面；第一和第二電流流動促使浴中的金屬離子沉積於晶圓表面。
申請人擬主張方法EE，包括以下步驟：使晶圓面朝下的表面接觸電解質浴；提供電流，使電流從第一電極經 由電解質流到晶圓表面，電鍍開始時，電流在晶圓表面或附近有近乎垂直的伏特等值線，電鍍結束時，伏特等值線變成近乎水平的等值線；電流流動促使浴中的金屬離子沉積於晶圓表面。
申請人擬主張電鍍晶圓的方法FF，包含以下步驟：使晶圓表面接觸電解質浴；提供電流，使電流從電極經由電解質流到晶圓表面，且表面電阻RS/R浴大於1；電流流動促使浴中的金屬離子沉積於晶圓表面。
申請人擬主張電鍍晶圓的方法GG，包含以下步驟：使晶圓表面接觸電解質浴；提供第一電流，使第一電流從陽極經由電解質流到晶圓表面；提供第二電流，使來自取樣電極的第二電流流過電解質，取樣比率(傳送到晶圓的電流/傳送到取樣電極的電流)大於1.5；電流流動促使浴中的金屬離子沉積於晶圓表面。
在所述各方法EE、FF或GG或其他方法中，亦可採行一或更多下列步驟。晶圓的直徑為450 mm。金屬離子包含銅。取樣比率大於2.5、5或10。
在上述任何處理器中，通道可實質連接各開口和外部陽極電解質腔室；聯結通道的調整元件可在未阻擋通道的第一位置與至少部分阻擋通道的第二位置間移動。在此例中，調整元件可為具穿孔圖案的板材，穿孔圖案匹配通道。若有使用，則板材可呈圓錐形。致動器可附接至板材，以於第一與第二位置間移動板材。或者，可使用通道調整器，通道調整器包含管子，管子伸出通道。 在此例中，管子附接至環且進一步包含環致動器，以改變管子相對開口的位置。
20‧‧‧處理器
24‧‧‧甲板板材
26‧‧‧取樣板材
28‧‧‧沖洗組件
30‧‧‧頭部
34‧‧‧升降/旋轉單元
36‧‧‧升降機
38‧‧‧支架
40‧‧‧電力電纜
42‧‧‧排放管
50‧‧‧容器組件
52‧‧‧陽極杯
54、56‧‧‧支撐件
58‧‧‧外殼
60‧‧‧固定件
70、72‧‧‧陽極
74‧‧‧擴散器
76、76A‧‧‧上杯
78‧‧‧腔室
80、84‧‧‧導管
82‧‧‧護罩
85、86‧‧‧薄膜
87‧‧‧氣室
88、89‧‧‧支撐件
90、92、94、96、98、100、102、104、108‧‧‧狹槽
92A、96A、98A、100A、102A、104A‧‧‧管子/孔洞
92B、96B、98B、100B、102B、104B‧‧‧階梯
106‧‧‧插入件
110、112、120、122‧‧‧腔室
114‧‧‧輪輻
116‧‧‧支腳
124‧‧‧表面
128‧‧‧屏蔽
129‧‧‧致動器
130、132‧‧‧連接器
140‧‧‧指示器
142‧‧‧排放裝置
146、150、156‧‧‧配件
148、154‧‧‧入口
152‧‧‧出口
158‧‧‧埠
160、162‧‧‧狹槽
174‧‧‧取樣組件
180‧‧‧轉子
181‧‧‧接觸環
184‧‧‧馬達
186‧‧‧噴嘴
190‧‧‧屏蔽
191‧‧‧邊緣
192、194‧‧‧環
193‧‧‧開口
200‧‧‧組件
202‧‧‧環
204‧‧‧外殼
206‧‧‧薄膜管
208‧‧‧金屬線/取樣電極
210‧‧‧連接器
212‧‧‧入口配件
214‧‧‧出口配件
216‧‧‧溝槽
218‧‧‧頂部
228‧‧‧噴口
230‧‧‧開口
232‧‧‧導管
240‧‧‧斜面/頂表面
242‧‧‧凹槽
244‧‧‧通風孔
250、252‧‧‧表面
254‧‧‧階梯
260‧‧‧處理器
262、266‧‧‧出口
270、280‧‧‧上杯
272、290‧‧‧板材
274、292‧‧‧致動器
282‧‧‧管延伸部
300‧‧‧處理器
302‧‧‧環
306‧‧‧支柱
310‧‧‧穿孔
312‧‧‧插塞
320‧‧‧插入件
322、324‧‧‧區段
366‧‧‧螺旋螺紋
各圖中相同的元件符號代表相仿的元件。
第1圖為新型電化學處理器的透視圖。
第2圖為第1圖所示處理器的分解透視圖。
第3圖為第1圖及第2圖所示處理器的側視圖。
第4圖為第1圖及第2圖所示處理器的正視圖。
第5圖為第1圖至第4圖所示容器組件截面的透視圖。
第6圖為容器組件的放大截面圖。
第7圖為容器組件的放大旋轉截面圖。
第8A圖為第6圖及第7圖所示擴散器的放大透視圖。
第8B圖為第5圖及第6圖所示替代上杯的放大截面圖。
第8C圖為另一替代上杯的放大截面圖。
第9圖為容器組件的頂部透視圖。
第10圖為第9圖所示上杯截面的示意透視圖。
第10A圖為選擇性用於第10圖所示處理器的插入件的透視圖。
第10B圖為工件至表面縫隙對直徑300 mm之工件半徑的數學模型曲線圖。
第10C圖為移動式垂直邊緣屏蔽的示意圖。
第10D圖為移動式水平邊緣屏蔽的示意圖。
第11圖為第10圖所示上杯的上視圖。
第12圖為陰極電解質流動路徑圖，圖示第10圖及第11圖所示上杯中的陰極電解質流動路徑幾何形狀。
第13圖為另一陰極電解質流動路徑圖，圖示進入擴散器的陰極電解質流動路徑幾何形狀。
第14圖為取樣環組件的透視圖。
第15圖為第14圖取樣環組件的分解透視圖。
第16圖為第14圖及第15圖取樣環組件的截面圖，取樣環組件安裝於第9圖所示容器50。
第17圖為使用單一電解質的替代設計截面圖。
第18圖為第8B圖所示修改設計的截面圖。
第19圖為第6圖所示修改設計的截面圖。
第20圖為用於改變第6圖所示管子的有效長度與電阻的設計示意圖。
第21圖為環的示意圖，環插入管子下端或插入第6圖所示狹槽。
第22圖為第21圖所示環的放大示意截面圖，環安裝於第6圖所示狹槽。
第23圖至第26圖為模擬影像，圖示電鍍製程期間，工件表面的電阻下降時，第3圖至第7圖所示容器內的電解質中的電場線方向改變。
第27圖為第16圖所示取樣電極的選擇性位置示意圖。
第28圖為圖示第1圖至第7圖處理器實例，同時電鍍 銅至高電阻(65歐姆/平方)晶種層(即同時均勻電鍍銅至晶圓的所有區域)的曲線圖。
50‧‧‧容器組件
52‧‧‧杯
54、56、88、89‧‧‧支撐件
58‧‧‧外殼
70、72‧‧‧陽極
74‧‧‧擴散器
76‧‧‧杯
78‧‧‧腔室
80、84‧‧‧導管
82‧‧‧護罩
85、86‧‧‧薄膜
87‧‧‧氣室
114‧‧‧輪輻
116‧‧‧支腳
120、122‧‧‧腔室
124‧‧‧表面
130、132‧‧‧連接器
140‧‧‧指示器
160、162‧‧‧狹槽
200‧‧‧組件

Claims (17)

  1. 一種處理器，包含：一容器；一頭部，該頭部配置以支承一工件，該頭部可移動而將該工件定位於該容器中；一內部陽極，該內部陽極聯結該容器內的一內部陽極電解質腔室；一外部陽極，該外部陽極圍繞該內部陽極，該外部陽極聯結一外部陽極電解質腔室；一上杯，該上杯位於該容器中，該上杯具有一彎曲上表面、位於該外部陽極電解質腔室上方的一外部陰極電解質腔室和位於該內部陽極電解質腔室上方的一內部陰極電解質腔室；一電流取樣器，該電流取樣器鄰接該上杯的該彎曲上表面；呈一圖案的複數個開口，該複數個開口位於該上杯的該彎曲上表面；以及一通道，該通道實質連接各開口和該外部陰極電解質腔室。
  2. 如請求項1所述之處理器，其中呈一圖案的該等開口包含多個同心狹槽，該等狹槽位於該上杯的該彎曲上表面，且其中該等通道包含多個管子，該等管子排列於多 個環中，且一環連接至該等環狀狹槽之一者。
  3. 如請求項2所述之處理器，其中該等狹槽為同心，該等狹槽寬度為1 mm至6 mm。
  4. 如請求項2所述之處理器，其中該等管子的下端連接至該外部陰極電解質腔室頂部的多個環狀通道內。
  5. 如請求項1所述之處理器，包含一致動器，用於垂直移動該頭部及改變該容器中該工件的垂直位置。
  6. 如請求項1所述之處理器，進一步包含複數個放射狀陰極電解質供應導管，該等放射狀陰極電解質供應導管位於該上杯中，並連接一外部環狀陰極電解質供應腔室和該上杯中的一中央開口。
  7. 如請求項1所述之處理器，進一步包含位於該外部陰極電解質腔室與該外部陽極電解質腔室間的一外部阻障層和位於該內部陰極電解質腔室與該內部陽極電解質腔室間一內部阻障層。
  8. 如請求項7所述之處理器，其中該內部阻障層包含一第一薄膜，該外部阻障層包含一第二薄膜，該處理器進一步包含一內部薄膜支撐件，用以支撐該內部薄膜，該 內部薄膜支撐件的一截面佔該內部陰極電解質腔室的截面面積的20%以下。
  9. 如請求項2所述之處理器，其中該等管子具有一圓形截面。
  10. 如請求項1所述之處理器，進一步包含一移動式環狀邊緣屏蔽，該移動式環狀邊緣屏蔽鄰接該上杯的該上表面的一外緣。
  11. 如請求項1所述之處理器，其中連接一曲壁和該外部陰極電解質腔室的該等通道係至少部分由多個管子組成，該等管子有不同長度，以控制徑向電流密度分佈。
  12. 如請求項1所述之處理器，其中各通道徑向分組的一電阻大於5歐姆。
  13. 如請求項1所述之處理器，其中各通道徑向分組的一電阻大於8歐姆。
  14. 一種處理器，包含：一容器；一晶圓托座，該晶圓托座可移動而將一工件定位於該容器中，及電氣接觸該晶圓的一向下面對表面； 一內部陽極，該內部陽極聯結該容器內的一內部陽極通道；一外部陽極，該外部陽極圍繞該內部陽極，該外部陽極聯結一外部陽極通道，多個介電材料壁和多個密封件實質電氣隔離該外部陽極通道和該內部陽極通道；一上杯，該上杯位於該容器中，該上杯具有一彎曲上表面、位於該內部陽極通道的一內部陰極電解質腔室和位於該外部陽極通道的一外部陰極電解質腔室；一電流取樣器，該電流取樣器鄰接該上杯的該彎曲上表面的一外圍；複數個環狀狹槽，該複數個環狀狹槽位於該上杯的該彎曲上表面；以及複數個通道，該複數個通道實質連接各環狀狹槽和該外部陰極電解質腔室。
  15. 如請求項14所述之處理器，其中該電流取樣器具有一介電環，該介電環包括一凸起內緣，該晶圓托座包括一密封晶圓接觸環。
  16. 如請求項15所述之處理器，其中該凸起內緣從該上杯的該外圍上升2 mm至6 mm。
  17. 如請求項14所述之處理器，其中該等通道由該外部陰極電解質腔室的多個傾斜上表面隔開。
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