br>[0072] 另外，镀敷单元115包括冲洗排放管线159和镀敷溶液返回管线161，各自都直接 连接到电镀室117。在正常操作期间，还有冲洗喷嘴163提供去离子冲洗水来清洗晶片和/ 或杯。镀敷溶液通常填充室117的大部分。为了减轻气泡的飞溅和产生，室117包括用于 镀敷溶液返回的内堰165和用于冲洗水返回的外堰167。在所描绘的实施方式中，这些堰是 在电镀室117的壁中的圆周形垂直槽。
[0073] 图1B提供衬底保持架（也被称为杯/锥体组件或"蛤壳组件")111的更详细的视 图，包括杯101和锥体103的横截面视图。注意，在图1B中描绘的杯/锥体组件111并不 表示比例是准确的，相反是被程式化以促使以下描述清楚的展示图。杯101支撑唇形密封 件143、触件144、汇流条、以及其它元件，并且该杯101自身经由支柱104通过顶板105支 撑。通常，衬底145搁置在唇形密封件143上，在触件144的正上方，触件144被配置来支 撑衬底145。杯101限定开口，电镀浴溶液通过该开口可以接触衬底145。注意，电镀可在 衬底145的正面142进行。因此，衬底145的周边搁置在杯101的向内突起的底部（例如 "刀形"边缘），或者更具体地搁置在唇形密封件143上，而唇形密封件143被定位在杯101 的向内突起的底部上。
[0074] 在电镀期间，在将衬底浸入电镀浴的过程中，将锥体103向下压在衬底145的背面 上以接合衬底145,并使衬底145保持在适当位置且使衬底145抵靠唇形密封件143密封。 通过衬底145传送的来自锥体103的垂直力挤压唇形密封件143以形成流体紧密密封。唇 形密封件143可以防止电解液接触衬底145的背面（在这里它可能将污染金属原子直接引 入到娃中）并防止电解液到达灵敏元件，灵敏元件如与衬底145的边缘部分形成电连接的 接触指。自身通过唇形密封件密封并被保护而不会变潮湿的这种电连接和相关联的电触件 144用于提供电流（来自电源147)到衬底145的暴露于电解液的导电部分。总体而言，唇 形密封件143将衬底145的未曝露的边缘部分与衬底145的暴露部分隔开。两个部分都包 括彼此电连通的导电表面。这进一步在图1C中说明，图1C示出了衬底145的一部分的立 体剖视图，其中该部分被电触件144和唇形密封件143接触。唇形密封件143在晶片145 的边缘排除区146的大致边界处接触晶片145。边缘排除区146可以由晶片的最外面的一 到两毫米限定。
[0075] 要加载衬底145到杯/锥体组件111中，通过主轴106将锥体103从它的所描绘 的位置举起，直到杯101和锥体103之间有足够的间隙，以使衬底145能够插入杯/锥体组 件111中。然后，在一些实施方式中，由机器手臂将衬底145插入，并将其轻轻搁置在唇形 密封件和杯101上（或在附连到杯的相关部件上，如唇形密封件143上）。在一些实施方式 中，将锥体103从它的所描绘的位置举起，直到它触及顶板105。随后，然后使锥体103下 降以抵靠杯101的周围或附着的唇形密封件143按压并接合衬底。在一些实施方式中，主 轴106传送垂直力和转矩两者，垂直力用于使锥体103接合衬底145,而转矩用于旋转杯/ 锥体组件111以及旋转被杯/锥体组件保持的衬底145。在一些实施方式中，衬底145的 电镀通常在衬底145被旋转的同时进行。在某些这类的实施方式中，在电镀期间旋转衬底 145有助于实现均匀的镀敷，并有助于金属累积物去除后沉积。
[0076] 唇形密封件143可以是单部件密封件或者多部件密封件。此外，可使用多种材料 制造密封件143,如同本领域中的普通技术人员所理解的。例如，在一些实施方式中，唇形密 封件由弹性体材料制造，而在某些这类的实施方式中，由全氟聚合物制造。
[0077] 该电镀装置包括电镀单元130,电镀单元130具有用于保持电镀浴流体134的体 积。衬底保持架通常具有安装在杯中的唇形密封件、可相对于杯和唇形密封件移动的并被 配置成通过将衬底压入唇形密封件而将衬底固定在衬底保持架中的锥体，且通常还包括多 个电接触指，当衬底如上所述被密封在杯中并通过电镀装置的电源供给电荷时，电接触指 一般通过唇形密封件保护。
[0078] 根据电镀装置的模式，衬底保持架111能在电镀装置内的不同的垂直位置之间移 动。具体地，图1B示出了衬底保持架111竖直地定位在电镀位置并保持衬底145,使得衬底 145的将被电镀的表面定位在电镀单元130的保持电镀浴流体134的体积132内。在这个 位置，晶片保持架111支撑衬底145,并将衬底145浸入电镀浴流体/溶液134中。
[0079] 在对应于300毫米晶片配置的某些实施方式中，电触件144由至少约300个单个 的围绕由晶片所限定的整个周边均匀间隔开的接触指限定。电触件可以限定连续的环，其 中金属条限定所述环的外径，而指的自由尖端限定内径。指是柔性的并且可以在加载晶片 时被向下推。例如，当晶片被放置到蛤壳中时，指从自由位置移动到不同的中间位置，当锥 体施加压力到晶片时，移动到另一个不同的位置。这些指在它们的自由位置可比唇形件143 延伸得较高。在某些实施方式中，当晶片被引入杯中时，这些指和/或唇形密封件143弯曲 或压缩，并且这些指和唇形件143都与晶片接触。
[0080] 本发明的实施方式可以应用在由Novellus Systems公司提供的Sabre?:电镀系统 上。
[0081] 根据某些实施方式的说明性的电镀工艺可包括以下操作。最初，蛤壳的唇形密封 件和接触区域可能是清洁的和干燥的。打开蛤壳，将晶片装载到蛤壳中。在某些实施方式 中，接触尖端轻轻搁置在密封唇形件的平面之上，并且在这种情况下，通过围绕晶片周缘的 接触尖端阵列支撑晶片。随后通过向下移动锥体将蛤壳关闭并密封。在此关闭操作中，触 件通常偏转。此外，可向触件的底角用力使其向下靠压弹性唇形密封件基部，从而导致尖端 和晶片的正面之间的附加力。可轻微压缩密封唇形件，以确保围绕整个周边的密封。在一 些实施方式中，当晶片被初始定位在杯中时，仅密封唇形件与正表面接触。在本实施例中， 在密封唇形件的压缩过程中，形成尖端和正表面之间的电接触。
[0082] -旦密封和电接触形成，蛤壳承载的晶片浸入镀敷浴，并且在被保持在蛤壳内时， 在浴中被镀敷。在此操作中使用的铜镀液的典型组合物包括浓度在约〇. 5-80克/升，更 具体地在约5-60克/升，甚至更具体地在约18-55克/升的范围内的铜离子和浓度在约 0. 1-400克/升的硫酸。低酸铜镀液通常含有约5-10克/升的硫酸。中酸溶液和高酸溶 液分别含有约50-90克/升和150-180克/升的硫酸。氯离子的浓度可为约1-100毫克/ 升。可以使用本领域人员已知的若干镀铜有机添加剂，如Enthone Viaform、Viaform NexT、 Viaform Extreme (可从康捏狄格州的 West Haven 的 Enthone Corporation 获取），或其它 促进剂，抑制剂和匀平剂。于2006年11月28日提交的美国专利申请序列No. 11/564222 更详细地描述了镀敷操作的实施例，在此将其全文并入以用于说明电镀操作的目的。一旦 镀敷完成并且适当数量的材料被沉积在晶片的正表面上，接着就将晶片从镀敷液移走。旋 转晶片和蛤壳以除去由于表面张力而保留在蛤壳表面上的残留电解液中的大多数。然后在 继续旋转蛤壳的同时，冲洗蛤壳，从蛤壳和晶片表面稀释和冲洗尽可能多的夹带流体。然 后在冲洗液关闭时将晶片旋转一段时间，通常旋转至少约2秒，以除去一些剩余的冲洗剂 (rinsate)〇
[0083] 图2示出了晶片200的在其正通过根据上文所述的装置进行电镀时的外部。还示 出了图形220,图形220示出了沿着晶片200的不同部分的变化的电阻。在经历电镀之前， 晶片200包括导电层202,根据不同的实施方式，导电层202可以是金属籽晶层、或者衬垫层 或阻挡层。通过电触件204将电流施加到导电层202,唇形密封件206用于将衬底的外部排 除区密封开来，在外部排除区制造电接触，如以上所讨论的。
[0084] 当对晶片202进行电镀时，将金属材料沉积在导电层202的暴露于电镀溶液的部 分上。虽然在电镀过程期间连续地沉积金属材料，但是为了说明的目的，所沉积的各种金属 材料层概念化是有用的，该各种金属材料层限定作为整体的全部沉积的材料。在第一时间 段期间，金属材料制成的第一部分208被沉积在导电层202上；在第二时间段期间，金属材 料的第二部分210被沉积在第一部分上；并且在第三时间段期间，金属材料的第三部分212 被沉积在第二部分上。以这种方式，电镀在导电层202上的金属材料的厚度随时间的推移 而增厚。
[0085] 图形220示出了沿由电触件204和晶片200所限定的电流路径的各个部分的电 阻。如在参考位222处显示的，在电触件204中的电阻非常低，直至达到导电层202。相比 而言，在导电层202中的电阻是相当高的，如在参考位224所显示的。这可能部分地由于导 电层202非常薄而导致，因此，即使当导电层由如铜等本身高导电性材料制成时，由于缺乏 导电材料，高电阻性仍然存在。此高电阻性状态从晶片上的电触件204的接触位置延伸至 唇形密封件206的外边缘，晶片200的正表面的邻近于唇形密封件206的部分被暴露用于 镀敷。
[0086] 随着晶片的经镀敷的部分的厚度增加，这部分电阻减小。如在参考位226所显示 的，首先，沿导电层202的暴露部分的电阻与介于电触件204和唇形密封件206之间的相邻 的部分的电阻是一样的。然而，在镀敷第一部分208之后，电阻下降到参考位228指示的水 平。在镀敷第二部分210之后，电阻进一步下降至参考位230指示的水平。在镀敷第三部 分212之后，电阻进一步下降到参考位232指示的水平。
[0087] 然而，尽管在镀敷操作期间，随时间的推移而发生的经镀敷区的电阻减小（导电 性增大），但是安全地施加将通过这种厚度维持的较大的电流电平而没有损坏晶片的风险 是不可能的。这是因为最大允许电流是由存在于电触件204和唇形密封件206之间的部分 中的高电阻性状态限定的，在电镀工艺期间，电流通过该部分。随着后续的技术节点的出 现，由于籽晶层变得越来越薄，在诸如籽晶层之类的导电层中的高电阻性状态的问题正在 变得更加显著。例如，下表列出了关于不同技术节点的典型的