许有限的电流 通过管子。环302可由各向异性材料制成，例如具有高密度孔桐或狭槽的陶瓷，W减少漏电 流路径。此设计的一个示例为具有小直径平行穿孔图案的氧化侣板。
[00M]如图22所示，若有使用，则环302可从上方被置入狭槽中。因此，不需拆解处理器20 即可安装或移除环302。环302可用于部分或完全阻挡电流流过狭槽，W调整电流的径向分 布。图21所示的环选择性地可插入管子92A-104A的下端。仍旧参照图22,环302的底面可为 平坦或有角的，若使用各向异性材料，则各环从底面到顶面的相对高度可W随狭槽的不同 而改变，W助于调整相对电阻。
[0096] 上述上杯76可由塑料、陶瓷或其他介电材料制成。对设计用于处理大尺寸晶片（例 如直径450mm)的处理器而言，使用陶瓷材料可保持较佳的尺寸设计容限。如图6、8B和11所 示，径向分支狭槽108可从内部狭槽90的中间区域分岔进入上杯76的表面124且邻接扩散体 74。径向分支狭槽108可为中断的或连续的，图8A图示中断的径向分支狭槽。虽然表面124在 此描绘成曲面，但可选地，表面124也可W楼梯式设计而使用多个具有相同或不同长度的递 增台阶构成近似的曲线。
[0097] 图23至图26图示在电锻工艺期间，图3至图7所示反应器的容器内所含的电解质中 的电场线变化情形。如图23所示，在工艺开始时，晶种层很薄且具有高电阻，例如50欧姆/平 方，工件表面附近的垂直伏特等值线通常呈垂直的。图24及图25图示当工件上的金属层因 电锻变厚且电阻下降时，伏特等值线变得更为水平。图26图示电锻工艺趋于结束或终了时 的情形，此时被锻工件表面的电阻很低，伏特等值线大致呈水平。因此，在电锻工艺期间，工 件表面处或其附近的电压线将旋转70-90度或80-90度。
[0098] 图23至图26所示的特定电阻为用于图示伏特等值线方向从近乎垂直到近乎水平 的变化的示例。类似地，也可选择其他电阻分界点（demarcation points)。如图26所示，根 据使用的金属和锻层的最终厚度，起始电阻也可大于50欧姆/平方，结束电阻可大于或小于 0.0275欧姆/平方。
[0099] 图16图示取样电极208的位置，其中凹槽216的开放顶部218作为虚拟电极。图27图 示一种替代设计，其中取样电极208与晶片边缘191之间的通道的开口完全穿过屏蔽190的 外侧。特别地，开口 193放射状位于屏蔽外侧。运将提高从取样电极开口到晶片边缘的路径 的电阻，从而相应地控制屏蔽环周围的电解质溶液中的电压。较高的电阻路径会在屏蔽环 周围产生较低的电压，因而不太可能在接触环181(若有使用）的冲洗孔内进行电锻。
[0100] 如上所述，"终端效应"造成锻膜集中在工件边缘。由于来自晶片内部区域的路径 有相对较长的电阻晶种层，故在触点附近之工件上电锻的电气路径的电阻比在工件中屯、附 近电锻的电气路径的电阻小。终端效应的强度受处理器设计的影响，但该强度基本上可定 义成晶种层相对电锻槽(electroplating bath)的电阻。图1所述的Rs/化3化比率图示如下：
[0101]
[0102] 晶种层表面电阻:Rs = p/t，
[0103] 电锻槽表面电阻:化a化=1/(地），
[0104] 其中Rs =表面电阻(欧姆/平方），
[0105] t =晶种层的厚度(米），
[0106] H=电锻槽的特征厚度(米），
[0107] P =金属电阻(欧姆-米），
[010引 O =电锻槽导电率(1/欧姆-米）。
[0109] 利用常规的电锻腔室时，一旦Rs/Rbath超过约0.5的值，就变得很难抵消终端效应。 在大约运一比率下，对选定的电锻槽而言，晶种层电阻太高，导致晶种层各处的基本上所有 电流交换(实际上为所有电锻)均在晶片边缘发生。电锻槽与金属膜之间朝向晶片中屯、的电 位不足，故不会朝中屯、沉积。在此情况下，随着电锻工艺继续进行，由于已锻区域具有减小 的表面电阻，因此金属随后会沉积在运些区域的边缘。运样产生的电锻过程可称为"前向电 锻(front plating)"，因为该过程是先把金属添加到晶片边缘，再放射状向内电锻，直到整 个晶片锻上铜为止。
[0110] 然而，即使采用边缘至中屯、的前向电锻，也只可能在表面电阻最多为约14欧姆/平 方的Cu基晶种上电锻。前向电锻工艺的主要考量在于，特征上朝向晶片中屯、的晶种层在电 锻前已受影响，运是因为电锻浴中在晶片进入与电锻朝向中屯、的区域之间有时间延迟。时 间延迟也意味着在处理晶片边缘相较于朝向晶片中屯、电锻之间的附加剂吸附、化学蚀刻、 电流密度等方面存在差异。
[0111] 鉴于上述理由，最好同时电锻整个晶片各处，特别是对于例如双镶嵌金属化工艺 而言。上述电锻设备和方法提供同时在具有很高表面电阻的晶种层上电锻时，而仍使用典 型的基于酸的铜电锻槽。特别地，可实现同时电锻表面电阻超过200欧姆/平方的晶片各处 (Rs/Rbath>10) O
[0112] 取样比率为传送到取样电极之电流相对传送到晶片之电流的比率。例如，传送4.5 安培的晶片电流时，取样电流为4.5安培，相当于取样比率为1。在此例中，电池电流是9安 培。常规电锻腔室的典型取样比率通常为1.5或W下。在上述设备和方法中，可采用大于1.5 的较高取样比率。例如，可采用约2.5至6.0的取样比率。运些高取样比率将导致一般似乎不 合理的较大取样电极电流值。
[0113] 图28图示图1至图7的处理器的示例，用W同时电锻铜至高电阻（65欧姆/平方）晶 种层上（即同时均匀电锻铜至所有晶片区域）。标示为l/3Filll的线是直径300mm的晶片各 处的厚度测量，该晶片已被W4.5安培电锻4.3秒。在此期间，金属层厚度从约55埃(A)的初 始晶种层厚度增加为约100埃的厚度，表面电阻从65欧姆/平方降为约8.3欧姆/平方。所产 生的薄平锻层证实从工艺开始就同时进行电锻。在此工艺中，取样比率开始于约2.67，Rs/ 民ba1:h 二 3.7 O
[0114]优先权主张仅适用美国：本申请案是2011年11月3日申请的美国专利申请案第13/ 288,495号的部分继续案且现正申请中，美国专利申请案第13/288,495号是2011年5月18日 申请的美国专利申请案第13/110,728号的部分继续案且现正申请中，运些申请案均W引用 方式并入本文中。
【主权项】
1. 一种电化学处理晶片的方法，包含以下步骤： 使所述晶片面朝下的表面接触电解质溶液； 提供电流，使所述电流从第一电极经由所述电解质流到所述晶片的表面，在电镀开始 时，所述电流在所述晶片的表面或其附近有近乎垂直的伏特等值线，在电镀结束时，所述伏 特等值线变成近乎水平的等值线；以及 所述电流流动促使电镀槽中的金属离子沉积于所述晶片的表面。2. -种电化学处理晶片的方法，包含以下步骤： 使所述晶片表面接触电解质溶液； 提供电流，使所述电流从电极经由所述电解质流到所述晶片表面，且表面电阻Rs/Rbath 大于1; 所述电流流动促使电镀槽中的金属离子沉积于所述晶片的表面。3. -种电化学处理晶片的方法，包含以下步骤： 使所述晶片表面接触电解质溶液； 提供第一电流，使所述第一电流从阳极经由所述电解质流到所述晶片的表面； 提供来自取样电极的第二电流，使所述第二电流流过所述电解质，并且取样比率(传送 到所述晶片的电流/传送到所述取样电极的电流)大于1.5;以及 所述电流流动促使电镀槽中的金属离子沉积于所述晶片的表面。4. 如权利要求1、2或3所述的方法，其中所述晶片的直径为450_。5. 如权利要求1、2或3所述的方法，其中所述金属包含铜。6. 如权利要求3所述的方法，其中所述取样比率大于2.5。7. 如权利要求3所述的方法，其中所述取样比率大于5。8. 如权利要求3所述的方法，其中所述取样比率大于10。
【专利摘要】电化学处理器可包括具有转子的头部，头部构造成支承工件，头部可移动而将转子定位于容器中。内部与外部阳极位于容器内的内部与外部阳极电解质腔室中。容器中的上杯具有弯曲上表面和内部与外部阴极电解质腔室。电流取样器设置成邻接该弯曲上表面。该弯曲上表面中的环状狭槽连接至通道(例如管子)而通往外部阴极电解质腔室。薄膜可分别将内部与外部阳极电解质腔室和内部与外部阴极电解质腔室隔开。
【IPC分类】C25D17/00, C25D5/08, C25D17/02
【公开号】CN105714343
【申请号】CN201610190369
【发明人】格雷戈里·J·威尔逊, 保罗·R·麦克休, 凯尔·M·汉森
【申请人】应用材料公司
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2012年5月17日
【公告号】CN103650113A, CN103650113B, US8496790, US9099297, US20120292179, US20130299354, WO2012158966A2, WO2012158966A3