TWI670491B - 電化學製程裝置以及電化學製程裝置的操作方法 - Google Patents

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Abstract

一種電化學製程裝置包括提供執行電化學製程的電流的電流供應單元、治具以及控制器。治具包括用以夾住基板的夾持區、設置在夾持區中並且連接至電流供應單元的複數製程電極、設置在夾持區中的複數量測電極。當治具夾住基板執行電化學製程時，控制器連接至量測電極，並且提供量測電流至量測電極，以測量基板的金屬層厚度。

Description

電化學製程裝置以及電化學製程裝置的操作方法
本揭露係關於一種電化學製程裝置。
在習知的半導體製程中，在執行各種半導體製程(例如：銅電鍍製程)，以將金屬填充至基板的通孔(via)後，執行化學機械研磨(CMP)製程或蝕刻製程以將多餘的金屬移除或將金屬減薄。然而，如果基板為軟性基板或超薄玻璃，在執行化學機械研磨製程時，基板容易撓曲並且破碎。
因此，使用蝕刻製程(例如：電解蝕刻製程)蝕刻基板，以避免基板撓曲或破碎。與化學機械研磨製程相比，蝕刻製程通常不具有能夠即時檢測金屬層厚度的裝置。由於無法即時檢測在蝕刻製程期間中的金屬層厚度，為了避免在執行蝕刻製程發生過蝕刻(over-etch)而傷害到填充基板的通孔的金屬，通常會在基板上形成蝕刻終止層(etch stop layer)，例如鎳(Ni)層。然而，在基板上額外形成蝕刻終止層亦增加了半導體製程的複雜性以及成本。因此，需要能夠同時執行蝕刻製程和檢測金屬層厚度的裝置。
本揭露提供一種電化學製程裝置。電化學製程裝置包括用以提供執行電化學製程的電流的電流供應單元、治具以及控制器。治具包括用以夾住基板的夾持區、設置在夾持區中，並且連接至電流供應單元的複數製程電極、設置在夾持區中的複數量測電極。當治具夾住基板執行電化學製程時，控制器提供量測電流至量測電極，以測量基板的金屬層厚度。
本揭露提供一種電化學製程裝置的操作方法。此方法包括藉由治具的夾持區夾住基板，以在具有電解液的槽體中執行電化學製程；以及在執行電化學製程的過程中，藉由控制器提供量測電流至夾持區中的複數量測電極，以測量基板的金屬層厚度。
透過使用本揭露實施例，在基板的金屬層執行電化學製程(例如：電解蝕刻製程)時，可以即時測量金屬層的厚度。因此，便可以確定基板的金屬層是否已完成製程。
本揭露提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。舉例來說，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
為本揭露內容之詳述目的，除非特定否認，單數詞包含複數詞，反之亦然。並且字詞“包含”其意為“非限制性地包含”。此外，進似性的(approximation)用語例如“大約”、“幾乎”、“相當地”、“大概”等，可用於本揭露實施例，其意義上如“在、接近或接近在”或“在3至5%內”或“在可接受製造公差內”或任意邏輯上之組合。
此外，其與空間相關用詞。例如“在…下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的” 及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。舉例來說，若在示意圖中之裝置被反轉，被描述在其他元件或特徵之“下方”或“在…下方”的元件也會因而變成在另外其他元件或特徵之“上方”。如此一來，示範詞彙“下方”會涵蓋朝上面與朝下面之兩種解讀方式。除此之外，設備可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。
第1圖係為根據本揭露實施例之電化學製程裝置的示意圖。電化學製程裝置100包括槽體102、電解液104、電流供應單元106、治具108、金屬電極110、控制器112、基板114。電化學製程裝置100可以對基板114執行電化學製程，例如電鍍製程或電解蝕刻製程(亦稱為電解拋光製程)。
如第1圖所示，在槽體102內裝有電解液104，而治具108和金屬電極110浸入電解液104中，其中治具108所夾持的基板114必須完全在電解液104的液面下。電解液104是具有電解質的溶液，其電解質根據所要電鍍或電解的金屬而改變。具體來說，電解液104中的電解質的金屬離子必須與所要電鍍或電解的金屬材料相同。舉例來說，如果電化學製程裝置100要進行銅(Cu)電鍍或銅電解，電解液104中的電解質為硫酸銅(CuSO4)。舉另一例來說，如果電化學製程裝置100要進行鎳(Ni)電鍍或鎳電解，電解液104中的電解質為硫酸鎳銨((NH4)2Ni(SO4)2‧6H2O)。
電流供應單元106連接至在治具108中的製程電極(未顯示)和金屬電極110，以提供電流來執行電化學製程。具體來說，當電化學製程裝置100執行電鍍製程時，電流供應單元106提供電流至金屬電極110(即提供電子至治具108中的製程電極)，使基板上可以發生氧化還原反應而電鍍金屬。當電化學製程裝置100執行電解蝕刻製程時，電流供應單元106提供電流至治具108中的製程電極(即提供電子至金屬電極110)，使基板上的金屬可以發生氧化還原反應而電解蝕刻金屬。在本揭露實施例中，電流供應單元106是直流電源(直流電流)。
金屬電極110與所要電鍍或電解的金屬材料相同。舉例來說，如果電化學製程裝置100要進行銅(Cu)電鍍或銅電解，金屬電極110的金屬材料為銅。舉另一例來說，如果電化學製程裝置100要進行鎳(Ni)電鍍或鎳電解，金屬電極110的金屬材料為鎳。因此，電解液104中的電解質的金屬離子與金屬電極110的金屬材料會是相同的。
當電化學製程裝置100執行電化學製程時，控制器112可以即時用來偵測在基板114上的金屬薄膜(或金屬層)的厚度，以判斷電化學製程是否已完成。具體來說，控制器112連接至在治具108中的量測電極(未顯示)，並且透過這些量測電極使用量測電流測量在基板114上的金屬層的厚度。在本揭露實施例中，量測電流是交流電流，以避免測量的電流影響到電化學製程。金屬層厚度的詳細測量方法將於後續討論。
治具108用來夾持基板114，並且浸入電解液104中，以執行電化學製程。如上面所述，在治具108中包括與電流供應單元106連接的製程電極(未顯示)和與控制器112連接的量測電極(未顯示)。治具108的詳細結構將於後續討論。
基板114具有通孔(via)(例如：在第2A圖中的多個通孔116)、孔洞或是溝槽(例如：在第2B圖中的多個孔洞或溝槽118)。在一些實施例中，在執行電鍍製程以填充基板114的通孔(via)、孔洞或是溝槽之前，在基板114上會先形成一層金屬的種子層(seed layer)114-1，以利執行電鍍製程，如第2A圖和第2B圖所示。在一些實施例中，在基板114透過各種半導體製程(例如：濺鍍或物理氣相沉積(PVD))，以形成金屬層填充通孔(via)、孔洞或是溝槽之後，通常形成的金屬層很厚並且表面粗糙不均勻，因此執行電解蝕刻製程以將多餘的金屬層移除或將金屬減薄。後續術語”金屬層”可包括執行電鍍製程之前的種子層或執行電解蝕刻製程之前用來填充通孔的金屬層。基板114可以是軟性基板或超薄玻璃，其中軟性基板可包括高分子材料、陶瓷材料或其他合適材料。
如上面所述，電化學製程裝置100可以執行電化學製程。電解液104中的電解質會解離出金屬離子，透過此金屬離子、基板114上的金屬層以及金屬電極110的氧化還原反應，可以進行電化學製程。舉例來說，如果執行電化學製程裝置100銅電鍍製程，在基板114上的金屬層會發生銅的還原反應： Cu 2++2e -àCu 而金屬電極110會發生氧化反應： CuàCu 2++2e -在這種情況下，基板114上的金屬層亦稱為電鍍製程中的陰極，並且金屬電極110亦稱為電鍍製程中的陽極。
相對地，如果電化學製程裝置100執行銅電解蝕刻製程，在基板114上的金屬層會發生銅的氧化反應： CuàCu 2++2e -而金屬電極110會發生還原反應： Cu 2++2e -àCu 在這種情況下，基板114上的金屬層亦稱為電鍍製程中的陽極，並且金屬電極110亦稱為電鍍製程中的陰極。
第3圖係為根據本揭露實施例之治具和基板的示意圖。治具108可分成第一部件108-1和第二部件108-2(沿著在第1圖中的治具108的虛線分開)。第一部件108-1和第二部件108-2中具有空間以容納基板114。在第一部件108-1和第二部件108-2中各自具有夾持區108-3，其朝向並且夾住基板114，以在後續執行電化學製程。在第一部件108-1中還具有開口區108-4，以裸露基板114的一部分。此基板的裸露部分(區域)即在執行電化學製程期間中，發生氧化還原反應從而電鍍金屬或電解蝕刻金屬的區域。在一些實施例中，此基板114的裸露部分稱為製程區，而被夾持區108-3所夾持的基板部分(即基板未裸露的部分(區域))稱為非製程區。在第一部件108-1的夾持區108-3上(朝向基板114)更包括複數製程電極和量測電極(未顯示)，在治具108夾持基板114時，製程電極和量測電極可以接觸基板114上的金屬層，使得電化學製程裝置100可以透過製程電極對基板114執行電化學製程，並且透過量測電極測量基板114的金屬層的厚度。具體來說，如上面所述，製程電極與電流供應單元106連接並且與基板114上的金屬層接觸，使得電流供應單元106可以對基板114的金屬層提供電流來執行電化學製程，量測電極與控制器112連接並且與基板114上的金屬層接觸，使得控制器112可以測量基板114的金屬層的厚度。
在一些實施例中，第二部件108-2的結構與第一部件108-1相同，以用於對基板114的另一側執行電化學製程。具體來說，第二部件108-2也包括開口區、複數製程電極以及複數量測電極，使基板114另一側(即在第3圖中朝向第二部件108-2的基板114的一側)的一部分裸露。這種結構相同的第一部件108-1和第二部件108-2所構成的治具108可以同時對基板114的兩側同時執行電化學製程，並且個別地測量在基板114的兩側的金屬層的厚度。
第4A圖和第4B圖係為根據本揭露實施例之治具的一部分的示意圖。如上面所述，治具108的第一部件108-1的夾持區108-3上包括複數製程電極和複數量測電極。在第4A圖中，第一部件108-1包括夾持區108-3、開口區108-4，阻水橡膠108-5和108-6，並且在夾持區108-3上包括四個製程電極108-7和四個量測電極A、B、C以及D。在執行電化學製程時，阻水橡膠108-5和108-6可以避免電解液侵入至夾持區108-3，以影響製程電極108-7和量測電極A、B、C以及D。
應理解在第4A圖中的四個製程電極108-7和四個量測電極A、B、C以及D的形狀和尺寸僅為示例，並不限制本揭露。在一些實施例中，製程電極108-7的尺寸大於量測電極A、B、C以及D的尺寸，以利透過製程電極108-7使用大電流執行電化學製程，並且在透過量測電極A、B、C以及D測量金屬層的厚度時，不易影響電化學製程。
為利於執行電化學製程，治具的製程電極必須設置在夾持區的對稱位置上，使得電化學製程裝置可以均勻電鍍(或蝕刻)金屬層。舉例來說，如第4A圖所示，四個製程電極108-7對稱地設置在夾持區108-3。
另外，為了使電化學製程裝置可以精確地測量金屬層的厚度，量測電極所定義的形狀可為矩形，並且其重心重疊或接近開口區的重心。舉例來說，如第4A圖所示，四個量測電極A、B、C以及D雖然不對稱地設置在夾持區108-3，但是四個量測電極A、B、C以及D可以定義一個矩形(如虛線所示)，並且此矩形的重心重疊或接近開口區108-4的重心。在此矩形中，量測電極A、B之間的線段與量測電極C、D之間的線段平行且相等，量測電極A、C之間的線段與量測電極B、D之間的線段平行且相等。更具體來說，當治具108夾持基板114以執行電化學製程時，量測電極A、B、C以及D所定義的形狀的重心可重疊或接近基板的製程區的重心(裸露在開口區108-4的基板為製程區)，使得電化學製程裝置100可以精確地測量基板114的金屬層的厚度。在一些實施例中，如第4B圖所示，治具108的第一部件108-1僅具有兩個量測電極A和B。在此實施例中，量測電極A和B可以連線而定義一個線段(如虛線所示)，並且此線段通過或接近開口區108-4的重心，使得電化學製程裝置100可以精確地測量基板114的金屬層的厚度。
如果量測電極所定義的形狀不為矩形，當在測量金屬層的厚度時，可能需要做額外的修正，增加了測量的複雜度，並且可能降低測量的精確度。
在一些實施例中，如第3圖至第4B圖所示，治具108中用以容納基板的空間為正方形。在其他實施例中，容納基板的空間可以為圓形、矩形、三角形、其他多邊形或不規則形狀。
後續描述當電化學製程裝置100執行電化學製程時，控制器112測量基板的金屬層的厚度方法。
在本揭露實施例中，控制器112透過量測電極測量基板114的金屬層的片電阻R S後，藉由使用已知的金屬層的電阻率ρ和此片電阻R S，可以計算出金屬層的厚度，公式如下： 其中T為金屬層的厚度；ρ為金屬層的電阻率；R S為金屬層的片電阻。
而為了更精確地測量金屬層的厚度，在一些實施例中，使用范德堡法(Van der Pauw method)來測量金屬層的片電阻。參照第4A圖，控制器112首先透過量測電極A、B、C以及D可以得到四個電阻值R 1、R 2、R 3以及R 4，如下表所示： 量測電極A 量測電極B 量測電極C 量測電極D 電阻值 I I V V R1=VCD/IAB V V I I R2=VAB/ICD I V I V R3=VBD/IAC V I V I R4=VAC/IBD
如表格所示，控制器112提供量測電流至量測電極A和B(I AB)，並且測量量測電極C和D的電壓(V CD)，以得到電阻值R 1；控制器112提供量測電流至量測電極C和D (I CD)，並且測量量測電極A和B的電壓(V AB)，以得到電阻值R 2；控制器112提供量測電流至量測電極A和C (I AC)，並且測量量測電極B和D的電壓(V BD)，以得到電阻值R 3；控制器112提供量測電流至量測電極B和D (I BD)，並且測量量測電極A和C的電壓(V AC)，以得到電阻值R 4。在本揭露實施例中，如上面所述，量測電流是交流電流，以避免測量的電流影響到電化學製程。具體來說，由於量測電流是交流電流，量測電流所導致的電鍍或電解可以彼此抵消，而不會影響到基板的金屬層。
在得到四個電阻值R 1、R 2、R 3以及R 4之後，將電阻值R 1和R 2相加後除以二，以得到電阻值R H(R H=(R 1+R 2)/2)；將電阻值R 3和R 4相加後除以二，以得到電阻值R V(R V=(R 3+R 4)/2)。最後，透過使用范德堡公式，可以得到金屬層的片電阻，范德堡公式如下： 其中Rs為金屬層的片電阻。
如上面公式，將電阻值R H和R V代入范德堡公式後，可以計算出金屬層的片電阻R S。接著，如上面所述，藉由使用已知的金屬層的電阻率和此片電阻R S，可以計算出金屬層的厚度。因此，如上面所述，當電化學製程裝置100執行電化學製程時，控制器112可以即時測量基板的金屬層的厚度。
在本揭露實施例中，如上面所述，量測電流是交流電流，以避免測量的電流影響到電化學製程。在一些實施例中，量測電流是頻率為60Hz的交流電流。在其他實施例中，量測電流是頻率為1kHz以下的交流電流。在一些實施例中，量測電流提供25mA至100mA的交流電流。
另外，在本揭露實施例中，為了精確地測量金屬層的厚度，控制器112使用一秒的時間測量一個數據(如上面所述的電阻值R 1、R 2、R 3或R 4)。具體來說，當控制器112測量數據時，控制器112不是立即測量數據，而是經過一既定時間(例如：一秒)，使得施加在量測電極的量測電流穩定之後，再測量數據。舉例來說，當控制器112提供量測電流至量測電極A和B(I AB)，並且測量量測電極C和D的電壓(V CD)，以得到電阻值R 1時，此電阻值R 1是控制器112測量一秒的穩定結果。因此，每次控制器112完整測量一次基板的金屬層的厚度，約需要4至5秒。
在控制器112測量基板的金屬層的厚度時，由於電解液104是導體，亦會影響測量結果。因此，在一些實施例中，可以考慮電解液104的影響，得到更精確的金屬層的厚度。具體來說，當在執行電化學製程時，控制器112所測量的金屬層的片電阻會受到電解液104的影響。因此，在執行電化學製程之前，先測量在電解液104中初始金屬層的片電阻。接著，透過此初始金屬層的片電阻和在電化學製程時的金屬層的片電阻，可以計算出移除電解液104影響的電化學製程所增加的金屬層(或所減少的金屬層)的片電阻，從而計算實際的金屬層的厚度。
當在執行電鍍製程時，先測量出基板的初始金屬層(種子層)的厚度為T ini，並且當基板在電解液104中初始金屬層的片電阻為R ini(尚未執行電鍍製程)。接著，如上面所述，當在執行電鍍製程時，可以測量出金屬層的片電阻R tot。接著，透過以下計算： ，可以得到電鍍的金屬層(即在電鍍製程中所增加的金屬層)的片電阻R Δ。藉由已知的金屬層的電阻率ρ和此片電阻R Δ，可以計算出所增加的金屬層的厚度T Δ。最後，T ini加上T Δ，可以得到當在執行電鍍製程時，基板上整個金屬層的厚度T tot。
相反地，當在執行電解蝕刻製程時，先測量出基板的初始金屬層的厚度為T ini，當基板在電解液104中初始金屬層的片電阻為R ini(尚未執行電解蝕刻製程)。接著，如上面所述，當在執行電解蝕刻製程時，可以測量出金屬層的片電阻R tot。接著，透過以下計算： ，可以得到蝕刻的金屬層(即在電解蝕刻製程中所減少的金屬層)的片電阻R Δ。藉由已知的金屬層的電阻率ρ和此片電阻R Δ，可以計算出所減少的金屬層的厚度T Δ。最後，T ini減去T Δ，可以得到當在執行電解蝕刻製程時，基板上整個金屬層的厚度T tot。
下面的表格是當電化學製程裝置100執行電鍍製程時，控制器112所測量的基板的金屬層的片電阻的示例。 電鍍製程前 電鍍製程時 Rini (Ω/sq.) Tini (μm) Rtot (Ω/sq.) RΔ (Ω/sq.) TΔ (μm) 示例1 0.287 0.4 0.0171 0.0182 2.14 示例2 0.275 0.4 0.0096 0.0099 3.94 其中，所電鍍金屬的電阻率為3.9μΩ‧cm。
在示例1中，基板的初始金屬層(種子層)的厚度(T ini)為0.4μm，並且當基板在電解液104中初始金屬層的片電阻(R ini)為0.287 Ω/sq.。在執行電解蝕刻製程時，控制器測量到金屬層的片電阻(R tot)為0.0171 Ω/sq.。接著，控制器根據此R ini和R tot，可以計算出電鍍的金屬層(即在電鍍製程中所增加的金屬層)的片電阻R Δ為0.0182 Ω/sq.。將金屬的電阻率3.9μΩ‧cm除以R Δ，可以得到在電鍍製程中所增加的金屬層的厚度(T Δ)為2.14μm。最後，將T ini和T Δ相加即在電鍍製程中的實際的金屬層的厚度2.52μm。
在示例2中，基板的初始金屬層(種子層)的厚度(T ini)為0.4μm，並且當基板在電解液104中初始金屬層的片電阻(R ini)為0.275 Ω/sq.。在執行電解蝕刻製程時，控制器測量到金屬層的片電阻(R tot)為0.0096 Ω/sq.。接著，控制器根據此R ini和R tot，可以計算出電鍍的金屬層(即在電鍍製程中所增加的金屬層)的片電阻R Δ為0.0099 Ω/sq.。最後，將金屬的電阻率3.9μΩ‧cm除以R Δ，可以得到在電鍍製程中所增加的金屬層的厚度(T Δ)為3.94μm。最後，將T ini和T Δ相加即在電鍍製程中的實際的金屬層的厚度4.38μm。
在一些實施例中，為了增加測量的精確度，基板114可以具有特殊的設計，使得當治具108夾住基板114執行電化學製程時，在夾持區108-3中，量測電極(和製程電極)彼此間隔。舉例來說，如第5圖所示，基板502具有特殊的設計。基板502具有8個間隔區508，設置在基板中會被治具的夾持區所夾持的區域(即非製程區)。當基板502被治具所夾持時，間隔區508在夾持區(虛線504和506之間的區域)中將量測電極A、B、C以及D彼此間隔。這代表電流(即量測電流)被提供至量測電極A、B、C以及D執行量測時，電流不會透過夾持區所夾持的基板502的非製程區流至另一個量測電極，而是直接流至製程區(虛線504內的區域)(後續電流再流至另一個量測電極)，如在第5圖中的箭頭所示。因此，量測電極A、B、C以及D(和製程電極)彼此之間的影響可以減少，從而減少量測的誤差。在其他實施例中，間隔區508設置在基板502的金屬層中，即第5圖代表的是基板502的金屬層，而不是整個基板502的形狀。
第6圖係為根據本揭露實施例之電化學製程裝置的操作方法的流程圖。方法600包括操作602和操作604。在操作602中，藉由電化學製程裝置的治具的夾持區夾住基板，以在具有電解液的槽體中執行電化學製程。在操作604中，在執行電化學製程的過程中，藉由電化學製程裝置的控制器提供量測電流至夾持區中的複數量測電極，以測量上述基板上的金屬層厚度。
在一些實施例中，如第7圖所示，在操作604中可更包括操作604-1、604-2、604-3、604-4以及604-5。在操作604-1中，藉由控制器提供電流(即量測電流)至量測電極的第一電極和第二電極，並且使用量測電極的第三電極和第四電極測量電壓，從而測量並且計算出第一電阻值。舉例來說，如上面參照第4A圖所述，控制器112提供量測電流至量測電極A和B(I AB)，並且測量量測電極C和D的電壓(V CD)，以得到電阻值R 1。
在操作604-2中，藉由控制器提供電流至量測電極的第三電極和第四電極，並且使用量測電極的第一電極和第二電極測量電壓，從而測量並且計算出第二電阻值。舉例來說，如上面參照第4A圖所述，控制器112提供量測電流至量測電極C和D (I CD)，並且測量量測電極A和B的電壓(V AB)，以得到電阻值R 2。
在操作604-3中，藉由控制器提供電流至量測電極的第一電極和第三電極，並且使用量測電極的第二電極和第四電極測量電壓，從而測量並且計算出第三電阻值。舉例來說，如上面參照第4A圖所述，控制器112提供量測電流至量測電極A和C (I AC)，並且測量量測電極B和D的電壓(V BD)，以得到電阻值R 3。
在操作604-4中，藉由控制器提供電流至量測電極的第二電極和第四電極，並且使用量測電極的第一電極和第三電極測量電壓，從而測量並且計算出第四電阻值。舉例來說，如上面參照第4A圖所述，控制器112提供量測電流至量測電極B和D (I BD)，並且測量量測電極A和C的電壓(V AC)，以得到電阻值R 4。
在操作604-5中，藉由控制器使用第一電阻值、第二電阻值、第三電阻值以及第四電阻值計算出基板上的金屬層厚度。舉例來說，如上面所述，藉由控制器使用四個電阻值R 1、R 2、R 3以及R 4、范德堡公式、金屬層的電阻率，可以計算出基板上的金屬層厚度。
在半導體製程中，如果基板為軟性基板或超薄玻璃，並且在對基板的金屬層執行平坦化製程時，為了避免基板撓曲並且破碎，使用了電解蝕刻製程來拋光，而不是使用化學機械研磨(CMP)來拋光。在這種情況下，通常會在基板上形成蝕刻終止層來確定基板的金屬層已完成電解蝕刻。然而，蝕刻終止層的形成增加了半導體製程的複雜性以及成本。
透過使用本揭露實施例，在基板的金屬層執行電化學製程(例如：電解蝕刻製程)時，可以即時測量金屬層的厚度。因此，便可以確定基板的金屬層是否已完成製程。
另外，在對基板執行雙面的金屬層量測時，通常使用非接觸式的光學或電磁波量測。然而，這種非接觸式的量測無法精確地確定基板兩側的金屬層的個別厚度。在本揭露實施例中，可以使用量測電極對基板兩側的金屬層個別地進行接觸式的量測，因此可以精確地確定基板兩側的金屬層的個別厚度。
此處所使用的術語僅用於描述特定實施例的目的，並且不限制本揭露。如此處所使用的，除非上下文另外清楚的指出，否則單數形式“一”、“一個”以及“該”意旨在也包括複數形式。此外，就被用於詳細描述及/或申請專利範圍中的“囊括”、“包含”、“具有”、“有”、“含”或其變體的術語來說，這些術語旨在以相似於“包括”的方式而具有包容性。
除非另外定義，否則此處所使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與所屬技術領域具有通常知識者通常理解的相同含義。此外，諸如在通用字典中定義的那些術語應該被解釋為具有與其在相關領域的上下文中的含義中相同的含義，並且不會被理解為理想化或過度正式，除非在此處有明確地如此定義。
前述內文概述了許多實施例的特徵，使本技術領域中具有通常知識者可以從各個方面更佳地了解本揭露。本技術領域中具有通常知識者應可理解，且可輕易地以本揭露為基礎來設計或修飾其他製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與在此介紹的實施例等相同之優點。本技術領域中具有通常知識者也應了解這些相等的結構並未背離本揭露的發明精神與範圍。在不背離本揭露的發明精神與範圍之前提下，可對本揭露進行各種改變、置換或修改。
100‧‧‧電化學製程裝置
102‧‧‧槽體
104‧‧‧電解液
106‧‧‧電流供應單元
108‧‧‧治具
110‧‧‧金屬電極
112‧‧‧控制器
114‧‧‧基板
114-1‧‧‧種子層
116‧‧‧通孔
118‧‧‧孔洞或溝槽
108-1‧‧‧第一部件
108-2‧‧‧第二部件
108-3‧‧‧夾持區
108-4‧‧‧開口區
108-5‧‧‧阻水橡膠
108-6‧‧‧阻水橡膠
108-7‧‧‧製程電極
A-D‧‧‧量測電極
502‧‧‧基板
504‧‧‧虛線
506‧‧‧虛線
508‧‧‧
600‧‧‧方法
602、604‧‧‧操作
604-1、604-2、604-3、604-4‧‧‧操作
為了使本揭露之描述方式能涵蓋上述之舉例、其他優點及特徵，上述簡要說明之原理，將透過圖式中的特定範例做更具體的描述。此處所示之圖式僅為本揭露之範例，並不能對本揭露之範圍形成限制，本揭露之原理係透過附圖以進行具有附加特徵與細節之描述與解釋，其中： 第1圖係為根據本揭露實施例之電化學製程裝置的示意圖。 第2A圖和第2B圖係為根據本揭露實施例之基板的示意圖。 第3圖係為根據本揭露實施例之治具和基板的示意圖。 第4A圖和第4B圖係為根據本揭露實施例之之治具的一部分的示意圖。 第5圖係為根據本揭露實施例之具有特殊的設計的基板的示意圖。 第6圖係為根據本揭露實施例之電化學製程裝置的操作方法的流程圖。 第7圖係為根據本揭露實施例之在執行電化學製程的過程中，電化學製程裝置的控制器測量基板上的金屬層厚度的流程圖。

Claims (11)

  1. 一種電化學製程裝置，包括： 一電流供應單元，用以提供執行一電化學製程的電流； 一治具，上述治具包括： 一夾持區，用以夾住一基板； 複數製程電極，設置在上述夾持區中，上述製程電極連接至上述電流供應單元；以及 複數量測電極，設置在上述夾持區中；以及 一控制器，當上述治具夾住上述基板執行上述電化學製程時，上述控制器連接至上述量測電極，並且提供一量測電流至上述量測電極，以測量上述基板的金屬層厚度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電化學製程裝置，其中上述控制器提供的上述量測電源是一交流電源。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電化學製程裝置，其中上述量測電極的數量是兩個，當上述治具夾住上述基板時，上述量測電極的連線會通過上述基板的重心。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之電化學製程裝置，其中上述量測電極的數量是四個，上述量測電極可以定義一個矩形，其中在上述矩形的上述量測電極的一第一電極與一第二電極之間的線段與上述量測電極的一第三電極與一第四電極之間的線段平行且相等，上述第一電極與上述第三電極之間的線段與上述第二電極與上述第四電極之間的線段平行且相等。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電化學製程裝置，其中當上述治具夾住上述基板執行電化學製程時， 上述控制器提供上述量測電流至上述第一電極和上述第二電極，並且使用上述第三電極和上述第四電極測量電壓，從而測量並且計算出一第一電阻值； 上述控制器提供上述量測電流至上述第三電極和上述第四電極，並且使用上述第一電極和上述第二電極測量電壓，從而測量並且計算出一第二電阻值； 上述控制器提供上述量測電流至上述第一電極和上述第三電極，並且使用上述第二電極和上述第四電極測量電壓，從而測量並且計算出一第三電阻值； 上述控制器提供上述量測電流至上述第二電極和上述第四電極，並且使用上述第一電極和上述第三電極測量電壓，從而測量並且計算出一第四電阻值；以及 上述控制器使用上述第一電阻值、上述第二電阻值、上述第三電阻值以及上述第四電阻值計算出上述基板的金屬層厚度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電化學製程裝置，其中上述基板具有複數間隔區，設置於上述基板會被上述夾持區所夾持的區域。
  7. 一種電化學製程裝置的操作方法，包括： 藉由一治具的一夾持區夾住一基板，以執行一電化學製程；以及 在執行上述電化學製程的過程中，藉由一控制器提供一量測電源至上述夾持區中的複數量測電極，以測量上述基板的金屬層厚度。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之電化學製程裝置的操作方法，其中上述控制器提供的上述量測電源是一交流電源。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之電化學製程裝置的操作方法，其中上述量測電極的電極數量是兩個，當上述治具夾住上述基板時，上述量測電極的連線會通過上述基板的重心。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之電化學製程裝置的操作方法，其中上述量測電極的電極數量是四個，上述量測電極可以定義一個矩形，其中在上述矩形的上述量測電極的一第一電極與一第二電極之間的線段與上述量測電極的一第三電極與一第四電極之間的線段平行且相等，上述第一電極與上述第三電極之間的線段與上述第二電極與上述第四電極之間的線段平行且相等。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之電化學製程裝置的操作方法，其中在執行上述電化學製程的過程中，更包括： 提供上述量測電流至上述第一電極和上述第二電極，並且使用上述第三電極和上述第四電極測量電壓，從而測量並且計算出一第一電阻值； 提供上述量測電流至上述第三電極和上述第四電極，並且使用上述第一電極和上述第二電極測量電壓，從而測量並且計算出一第二電阻值； 提供上述量測電流至上述第一電極和上述第三電極，並且使用上述第二電極和上述第四電極測量電壓，從而測量並且計算出一第三電阻值； 提供上述量測電流至上述第二電極和上述第四電極，並且使用上述第一電極和上述第三電極測量電壓，從而測量並且計算出一第四電阻值；以及 藉由上述控制器使用上述第一電阻值、上述第二電阻值、上述第三電阻值以及上述第四電阻值計算出上述基板的金屬層厚度。
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