电化学处理器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明的领域为用于电化学处理微特征工件的腔室、系统和方法，微特征工件具 有整合于工件内和/或上的微装置。微装置可包括亚微米特征，且可为微电子装置、微机械 装置、微机电装置和/或微光学装置。工件可为娃晶片或其他基板。
【背景技术】
[0002] 诸如半导体装置、成像器和显示器等微电子装置通常由多种不同类型的机器制造 在微电子工件上及/或内。在典型制造工艺中，在沉积步骤期间在工件上形成一层或更多层 导电材料。然后，工件通常要经过蚀刻程序和/或抛光程序(例如平坦化）W移除沉积导电层 的一部分而形成触点和/或导线。
[0003] 电锻处理器可用于将铜、焊料、坡莫合金（permalloy)、金、银、销、电泳防锻漆 (resist)和其他材料沉积至工件上，W形成毯覆层(blanket layers)或图案化层。典型的 铜锻工艺设及利用化学气相沉积（CVD)、物理气相沉积（PVD)、无电锻（electroless plating)工艺或其他适合方法来将铜晶种层沉积至工件表面。形成晶种层后，在存在电处 理溶液的情况下，通过在晶种层与一个或更多个电极间施加适当的电位，将铜毯覆层或铜 图案化层锻在工件上。接着，在把工件传送到另一处理机器前，于后续程序中对工件进行清 洁、蚀刻和/或退火。
[0004] 随着微电子特征和部件制作得越来越小，沉积于微电子特征和部件内或上的晶种 层厚度亦随之变小。在薄晶种层上的电锻因终端效应(terminal effect)而引起重大的工 程挑战。终端效应是由于晶种层的高电阻造成跨越晶片直径的较大压降所致。若未被适当 补偿，则终端效应会导致电锻层不均匀，也会导致在特征内形成空隙（voids)。使用极薄的 晶种层时，电锻工艺开始时的表面电阻可高达如50欧姆/平方(Ohm/sq)，而工件上的电锻膜 的最终表面电阻可小于0.02欧姆/平方。利用常规的电锻工具时，运=个数量级的表面电阻 变化将导致难W或无法在工件上一致提供均匀的无空隙膜。故需要改良的电锻工具。
【发明内容】
[0005] -种新型处理器即使在工件具有高电阻晶种层和/或阻挡层的情况下，也可在工 件上电锻高度均匀的膜。
[0006] 在一个方面中，处理器可包括具有转子的头部，头部构造成支承和电接触工件，头 部可移动W将转子定位于容器中。内部与外部阳极联结容器内的内部与外部阳极电解质腔 室。容器中的上杯位于外部阳极腔室上方，并且具有弯曲上表面W及内部与外部阴极电解 质腔室。电流取样器Current thief)邻接弯曲上表面。弯曲上表面中的环状狭槽连接至通 往外部阴极电解质腔室的通道(例如管子）。诸如薄膜的阻挡层可分别将内部和外部阳极电 解质腔室与内部和外部阴极电解质腔室分隔开。
[0007] 从W下显示新型处理器如何设计及其处理方法的示例的说明和附图将能明白其 他和进一步的目的与优点。本发明亦存在于所述元件的子集中。
【附图说明】
[0008] 各图中相同的元件符号代表相仿的元件。
[0009] 图1为新型电化学处理器的透视图。
[0010] 图2为图1所示处理器的分解透视图。
[0011] 图3为图1及图2所示处理器的侧视图。
[0012] 图4为图1及图2所示处理器的正视图。
[0013] 图5为图1至图4所示容器组件截面的透视图。
[0014] 图6为容器组件的放大截面图。
[0015] 图7为容器组件的放大旋转截面图。
[0016] 图8A为图6及图7所示扩散体的放大透视图。
[0017] 图8B为图5及图6所示可替代上杯的放大截面图。
[0018] 图8C为另一替代上杯的放大截面图。
[0019] 图9为容器组件的顶部透视图。
[0020] 图10为图9所示上杯截面的示意透视图。
[0021 ]图IOA为选择性用于图10所示处理器的插入件的透视图。
[0022] 图IOB为工件-表面缝隙（work piece-t〇-surface gap)对直径300mm的工件半径 的数学模型曲线图。
[0023] 图IOC为可移动垂直边缘屏蔽的示意图。
[0024] 图IOD为可移动水平边缘屏蔽的示意图。
[0025] 图11为图10所示上杯的顶视图。
[0026] 图12为阴极电解质流动路径图，图示出图10及图11所示上杯中的阴极电解质流动 路径的几何形状。
[0027] 图13为另一阴极电解质流动路径图，图示出进入扩散体的阴极电解质流动路径的 几何形状。
[002引图14为取样环组件的透视图。
[0029] 图15为图14的取样环组件的分解透视图。
[0030] 图16为图14及图15的取样环组件的截面图，取样环组件安装于图9所示容器50上。
[0031] 图17为使用单一电解质的替代设计截面图。
[0032] 图18为图8B所示设计的变体的截面图。
[0033] 图19为图6所示设计的变体的截面图。
[0034] 图20为用于改变图6所示管子的有效长度与电阻的设计示意图。
[0035] 图21为被插入管子下端或图6所示狭槽中的环的示意图。
[0036] 图22为图21所示环的放大示意截面图，环安装于图6所示狭槽中。
[0037] 图23至图26为模拟图像，图示了在电锻工艺期间，当工件表面的电阻下降时，图3 至图7所示容器内的电解质中的电场线方向改变。
[0038] 图27为图16所示取样电极的可选位置示意图。
[0039] 图28为图示图1至图7的处理器示例同时电锻铜至高电阻（65欧姆/平方）晶种层 (即同时均匀电锻铜至晶片的所有区域)的曲线图。
【具体实施方式】
[0040] 现详细参照附图，如图1至图4所示，电化学处理器20具有头部，头部位于容器组件 50上方。容器组件50可支撑在台面板24和取样板(relief plate)26上，台面板24和取样板 26附接至支架38或其他结构。单个处理器20可用作独立单元。替代地，可W W阵列形式提供 多个处理器20,且由一个或更多个机械手将工件装卸进出处理器。头部30可支撑在升降/旋 转单元34上，W抬起及倒置头部而将工件装卸至头部，W及降低头部30而与容器组件50晒 合进行处理。
[0041] 如图1至图3所示，联接升降/旋转单元34和内部头部部件的电气控制与电力电缆 40从处理器20往上导向到设施接线或多处理器自动化系统内的接线。具有层迭排放环的冲 洗组件28可提供在容器组件50上方。若有使用，则排放管42连接冲洗组件28和设施排放装 置(facility化ain)。可选的升降机36可提供在容器组件50下方，W便在转换阳极时支撑 阳极杯。替代地，升降机36可用于相对于容器组件50的其余部分而支承阳极杯。
[0042] 现参照图3至图7,容器组件50可包括由固定件60保持在一起的阳极杯52、下薄膜 支撑件54和上薄膜支撑件56。在阳极杯52内，第一或内部阳极70设置成靠近内部阳极电解 质腔室110的底部。第二或外部阳极72设置成靠近围绕内部阳极电解质腔室110的外部阳极 电解质腔室112的底部。内部阳极70可为扁圆形金属板，且外部阳极72可为扁环形金属板， 例如锻销的铁板。内部和外部阳极电解质腔室可填充铜粒。如图5所示，内部阳极70电连接 至第一电引线或连接器130,外部阳极72电连接至单独的第二电引线或连接器132。
[0043] 与许多先前已知设计不同，在一实施方式中，例如就处理直径300mm的晶片而言， 处理器可具有中央阳极且只有单个外部阳极，但仍可因其他设计特征而获得改良性能。代 替=个或更多个阳极，仅具有两个阳极可简化处理器的设计和控制，亦可降低处理器的整 体成本和复杂度。特别地，当使用更大晶片时，也可选择性采用=个或更多个阳极设计。
[0044] 现参照图5至图9,上杯76容置于上杯外壳58内或被上杯外壳58围住。上杯外壳58 附接到上杯76并密封上杯76。上杯76具有弯曲顶面124和中央贯穿的开口，该开口构成中央 或内部阴极电解质腔室120。此腔室120由扩散体74内的大致圆柱形空间界定，并通往由上 杯76的弯曲上表面124界定的钟状或号角状空间。一连串同屯、环状狭槽从上杯76的弯曲顶 面124向下延伸。形成于上杯76底部的外部阴极电解质腔室78经由管阵列或其他通道连接 至环，将参照图10至图12进一步说明于后。
[0045] 仍旧参照图5至图9,扩散体74设在上杯76的中央开口内且被扩散体护罩82围住。 第一或内部薄膜85被固定于上薄膜支撑件54与下薄膜支撑件56之间，并将内部阳极电解质 腔室110与内部阴极电解质腔室120隔开。内部薄膜支撑件88可W放射状轮福114的形式设 置在上薄膜支撑件56中央，内部薄膜支撑件88从上方支撑内部薄膜85。此设计使得内部阴 极电解质腔室120实质开放，W更好地容