CN104131327A - 各向异性高阻离子电流源（ahrics） - Google Patents

Abstract

本发明涉及各向异性高阻离子电流源(AHRICS)，具体公开了一种电镀装置，其促进了在具有薄的籽晶层的基板上的均匀电镀，所述电镀装置包括凸形各向异性高阻离子电流源(AHRICS)，诸如电解液可渗透电阻圆顶板。AHRICS定位成与基板紧密接近，使得从AHRICS的中央部到基板的距离比从AHRICS的边缘部分到基板的距离小。所述装置还包括构造为保持电解液和阳极的电镀腔室。该装置还包括构造为保持基板的基板保持架。在一些实施例中，所述装置还包括构造为将来自基板的近边缘区域的离子电流转向的辅助(窃盗)阴极。

Description

各向异性高阻离子电流源(AHRICS)

相关申请的交叉引用

本申请要求递交于2013年5月1日、发明名称为“ANISOTROPIC HIGH RESISTANCE IONIC CURRENT SOURCE”、发明人姓名为He、序号为61/818,353的美国临时申请的优先权，该申请的全文因所有目的合并于本文中。

技术领域

本发明总体涉及用于在诸如半导体晶片等基板上电镀层的方法和装置。特别可用于在镶嵌和双镶嵌集成电路制造方法中电镀铜。

背景技术

在集成电路(IC)制造中从铝到铜的过渡需要工艺“体系结构”的变化(变成镶嵌和双镶嵌)以及全新的一套工艺技术。在生产铜镶嵌电路时所使用的一个工艺步骤是“籽晶”或“触击”层的形成，“籽晶”或“触击”层随后用作电镀(“电镀填充”)铜的基础层。籽晶层将电镀电流从晶片的边缘区域(在此处形成电接触)运载到遍及晶片表面定位的所有沟槽和通孔结构。籽晶膜通常是薄的铜导电层或其他金属层。通过势垒层将籽晶膜与绝缘的二氧化硅或其他电介质分离。

随着半导体工业发展，未来的技术节点将需要极薄且有电阻籽晶层用于电化学填充。通过这种电阻籽晶遍及晶片实现均匀电镀厚度/电流变成非常有挑战性的问题。

当正对晶片基板进行电镀时，在晶片基板的边缘区域中形成了晶片到导电籽晶层的直接电接触，并且不存在与晶片基板的中央区域形成的直接接触。晶片充当阴极，在该阴极处来自电解液的金属离子被还原而形成金属层。当使用高阻籽晶层时，在电接触点处籽晶层的边缘处的电位比更远离电接触的籽晶层的中央区域大得多。如不进行补偿，这会导致在晶片边缘处比在晶片中央区域有明显较厚的镀层。中央到边缘的电位变化通常称为“终端效应”。随着器件技术的发展，籽晶层厚度减小(因此，籽晶层变得阻性更大)，并且晶片直径有时增加。结果，中央和边缘之间的电位差(由于终端效应引起)变得更明显。需要用于补偿终端效应以及用于提供均匀的中央到边缘的镀层厚度的方法和装置。

发明内容

本公开的一些方案涉及特殊形状的高阻板，其提供各向异性离子传导和电流再分布效应以调节工作阴极基板(在该应用中为晶片)上的电流密度分布。该构思提供了一种通过宽范围的籽晶层薄层电阻(例如，从50ohm/sq至0.01ohm/sq)在晶片基板上实现均匀镀层的有效方式。

在一个方案中，提供了一种电镀装置。所述电镀装置包括：(a)电镀腔室，其构造为收容电解液和阳极，同时将金属电镀到基本平面型的基板(例如，半导体晶片)上；(b)基板保持架，其构造为保持所述基本平面型的基板使得在电镀过程中基板的电镀面与阳极分离；以及(c)各向异性高阻离子电流源(AHRICS)，例如，高阻各向异性板，其具有边缘区域和中央区域，并且包括基板面向表面，所述基板面向表面具有在电镀过程中使从所述边缘区域到基板的距离比从中央区域到基板的距离较大的形状。在多个实施例中，AHRICS构造为校正离子电流，使得基板的中央接收与基板的边缘基本相同的电镀量。

在一些实施例中，AHRICS是电阻圆顶形状的电解液可渗透板，当使用时，其具有比电解液的电阻率大的电阻率。

在一些实施例中，AHRICS包括离子电阻材料(ionically resistivematerial)，所述离子电阻材料具有贯通离子电阻材料形成的多个通道(例如，钻孔)，其中所述通道允许通过AHRICS传送电解液。在一些实施例中，通道非流体连接在AHRICS的主体内，即，是非连通通道。在其他实施例中，AHRICS可以包括3D孔隙网。

优选地，AHRICS的厚度在中央区域中与在边缘区域中基本相同。在一种实现方式中，当在剖面中观察时，AHRICS的基板面向表面从边缘区域到中央区域遵从抛物线函数。在另一实现方式中，当在剖面中观察时，AHRICS的基板面向表面从边缘区域到中央区域遵从线性函数。在又一实现方式中，当在剖面中观察时，AHRICS的基板面向表面从边缘区域到中央区域遵从线性函数和抛物线函数的组合。

在一些实施例中，AHRICS的“圆顶”，限定为AHRICS的中心与AHRICS的边缘之间沿z方向的距离，当在AHRICS的基板面向表面上测量时，在大约4mm与15mm之间。在一些实施例中，AHRICS定位成使得在中央区域中基板与AHRICS的基板面向表面之间的距离在大约2-15mm之间，并且在边缘区域中基板与AHRICS的基板面向表面之间的距离在大约6-20mm之间。

在一些实施例中，AHRICS由诸如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、聚砜、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯或其组合等离子电阻材料制成，并且具有允许电解液穿过AHRICS的成千上万个贯通孔。在一些实施例中，AHRICS包括在离子电阻材料内形成的大约1000-25,000个非连通通道。优选地，每个通道的直径不大于基板与AHRICS之间的最近距离。

在一些实施例中，附加的离子电阻离子可渗透板(例如，一个或多个附加板)与AHRICS层叠。优选地，层叠板彼此分离。

在一些实施例中，所述装置还包括构造为将来自基板边缘区域的离子电流转向的辅助阴极。在一些实施例中，所述装置还包括构造为阻挡基板的边缘区域中的离子电流的屏蔽件。

在另一方案中，提供了一种在基板上电镀的方法。所述方法包括：(a)将基板提供给电镀腔室，所述电镀腔室构造为收容电解液和阳极，同时将金属电镀到基板上，其中电镀腔室包括：(i)基板保持架，其保持基板以使得在电镀过程中基板的电镀面与阳极分离，以及(ii)AHRICS，其具有边缘区域和中央区域并且包括基板面向表面，所述基板面向表面具有在电镀过程中使从边缘区域到基板的距离比从中央区域到基板的距离较大的形状；以及(b)将金属电镀到所述基板电镀面上，同时使所述基板旋转，并且同时通过流定形元件的通道朝所述基板电镀面的方向提供电镀室中的电解液。

在又一方案中，提供了一种装置，其构造为朝向基板的边缘再分布离子电流并且沉积边缘厚层。对于该申请，所述装置包括：(a)电镀腔室，其构造为收容电解液和阳极，同时将金属电镀到基本平面型的基板上；(b)基板保持架，其构造为保持基本平面型的基板使得在电镀过程中基板的电镀面与阳极分离；以及(c)各向异性高阻离子电流源(AHRICS)，其具有边缘区域和中央区域并且包括基板面向表面，所述基板面向表面具有在电镀过程中提供从边缘区域到基板的距离比从中央区域到基板的距离更小的形状。在该实施例中，AHRICS构造为再分布离子电流使得基板的边缘接收比基板的中央更多的电镀电流。

本文所提供的装置能够装备有控制器，所述控制器具有用于执行本文所提供的电镀方法的逻辑或程序指令。在一个方案中，提供了机器可读媒体，其中所述机器可读媒体包括用于执行本文所提供的任意方法的代码。

本文所提供的装置和方法能够与光刻工艺流程集成。在一些实施例中，提供了一种系统，其包括本文所描述的电镀装置和步进式光刻机(stepper)。在一些实施例中，本文所描述的方法还包括：将光致抗蚀剂施加到基板上；将光致抗蚀剂曝光；抗蚀剂图案化并且将图案转送到工件上；以及从工件上选择性地去除光致抗蚀剂。

附图说明

图1A提供了依照本文提供的实施例的与晶片基板相关的凸形AHRICS的示意性剖视图。

图1B提供了常规的平坦电阻板和基板的示意性剖视图。

图1C提供了依照实施例的与晶片基板相关的凹形AHRICS的示意性剖视图，其中AHRICS构造为用于边缘厚电镀。

图1D提供了依照本文提供的实施例的与晶片基板相关的凸形AHRICS的示意性剖视图。

图2是依照本文提供的实施例的包含AHRICS的电镀模块的示意性剖视图。

图3是依照本文提供的实施例的集成电镀系统的示意图。

图4A是用于450mm阴极(晶片)的计算建模图，示出了在具有5Ohm/square的薄层电阻的籽晶层上用不同形状的AHRICS板进行电镀的径向电流密度分布。

图4B是用于450mm阴极(晶片)的计算建模图，示出了在具有50Ohm/square的薄层电阻的籽晶层上用不同形状的AHRICS板进行电镀的径向电流密度分布。

图5A是用于450mm阴极(晶片)的计算建模图，示出了在不存在窃盗阴极的情况下具有不同电阻率的籽晶层上用形状A的AHRICS板进行电镀的径向电流密度分布。

图5B是用于450mm阴极(晶片)的计算建模图，示出了在存在窃盗阴极的情况下具有不同电阻率的籽晶层上用形状A的AHRICS板进行电镀的径向电流密度分布。

图6A是用于300mm阴极(晶片)的实验图，示出了在具有不同薄层电阻的籽晶层上用形状A的AHRICS进行电镀的径向厚度分布。

图6B是用于300mm阴极(晶片)的实验图，示出了利用具有形状A的AHRICS板的电镀装置在1000厚的籽晶层上电镀1微米铜的在晶片直径上的厚度分布。

图7是用于450mm阴极(晶片)的计算建模图，示出了在具有不同薄层电阻的籽晶层上用形状B的平板(比较示例)进行电镀的径向电流密度分布。

具体实施方式

本文所提供的AHRICS的实施例能够用于控制在各种基板上的电镀均匀性，该各种基板包括具有镶嵌特征(诸如通孔和沟槽)的半导体晶片、经过硅通孔(TSV)处理的晶片以及经过(WLP)处理的晶片。

在一些实施例中，凸形AHRICS用于促进中央-边缘的均匀电镀。凸形AHRICS位于电镀装置内，使得从其中央部分到晶片基板的距离比从其边缘部分到晶片基板的距离小。中央部分包括AHRICS的中心和邻近区域(例如，在距中心小于AHRICS半径的10％的距离内)，而边缘区域包括AHRICS的边缘和邻近区域(例如，在距边缘小于AHRICS半径的10％的距离内)。凸形AHRICS能够朝向晶片基板的中央部分再分布离子电流，并且因此能够减小终端效应。

经证实，凸形AHRICS促进了比具有相同电阻率的平坦电阻板更佳的均匀电镀。因此，这种AHRICS板是极其理想的，因为相对低电阻的板能够用于实现相同的终端效应减弱，从而降低了由在电镀腔室中存在高阻板所强加的对功率和电源的要求。

另外，与板层的薄层电阻的减小相关联，凸形AHRICS能够在大范围籽晶层薄层电阻内高效地促进均匀性，因此，具有凸形AHRICS的电镀系统会在电镀过程中要求极少的动态调节或不要求动态调节。

在图1A中示出了凸形AHRICS的示例，AHRICS定位成使得其构造为再分布离子电流，使得基板的边缘和中央接收基本相同量的电镀，其中示出了晶片101和AHRICS103的示意性剖视图。AHRICS在z轴上位于晶片的正下方并且在x方向上与晶片基本上共延伸(co-extensive)。AHRICS具有凸形基板面向表面105并且定位成使得从表面105的中央区域到基本平面型的晶片的电镀表面的距离D1比从表面105的边缘区域到晶片的电镀表面的距离D2小。AHRICS的厚度D3在中央区域中与在边缘区域中相同。AHRICS的“圆顶”由在z轴上基板面向表面的中心的位置与基板面向表面的边缘的位置之间的差值D4限定。在一些实施例中，圆顶距离D4在大约4-15mm之间。在一些实施例中，边缘处的距离D2在大约6mm与20mm之间，并且在中心处的较大距离D1在大约2mm与15mm之间。

图1A所示的AHRICS的形状称为形状A。形状A的特征在于，AHRICS定位在凸形方位，其具有基板面向表面，当在剖面图中观察时，所述基板面向表面从边缘区域到中央区域遵从抛物线函数(二次多项式)，有时称为抛物线AHRICS。这些表面在许多实施例中是优选的，因为它们能够比遵从线性函数的表面更有效地校正终端效应。一般而言，能够使用具有各种形状的基板面向表面的AHRICS。

在一些实施例中，诸如在图1D中所示的实施例中，AHRICS113具有基板面向表面115，其中在剖面图中观察时，基板面向表面从中央部分到边缘部分遵从线性函数。AHRICS的该形状和方位将称为形状D、或者线性AHRICS。在其他实施例(未示出)中，在剖面图中观察时，基板面向表面可以遵从线性函数和抛物线函数的组合。例如，在AHRICS的中央部分中可以遵从抛物线函数，并且在AHRICS的边缘部分中可以遵从线性函数。在另一示例中，剖面图中的基板面向表面在基板的边缘部分中遵从抛物线函数，然后在其他地方(例如，在基板面向表面的中央部分中)遵从线性函数。在一些实施例中，AHRICS的基板面向表面遵从能够单独使用或者与其他形状组合使用的任何期望的多项式函数(不一定是抛物线)。

将与平坦高阻电流源相比较来描述AHRICS，平坦高阻电流源具有平面型的基板面向表面，并且通常用于减弱终端效应。在图1B中示出了这种平板107，并且称为形状B或仅称为平板。虽然形状B能够减弱终端效应并且提高中央-边缘的均匀性，但是AHRICS比平板更优选，因为AHRICS能够在具有不同的薄层电阻的籽晶层上保持均匀电镀，而无需在电镀期间动态调节AHRICS(但是在一些实施例中AHRICS能够与动态调节相结合地使用)。这是重要的，因为随着电镀进行，初始高阻籽晶层变得电阻较低，并且终端效应减弱。AHRICS的使用能够不仅在电镀开始时而且在电镀过程中籽晶层的电阻率变小之后提高电镀期间的均匀性。另外，凸形AHRICS能够比相同电阻的平板更佳地提高均匀性。

期望具有不同籽晶层薄层电阻的晶片基板由于从晶片中央到形成电接触的晶片边缘的电路电阻差别而展现出不同的终端效应。平板(形状B)典型地在具有不同初始薄层电阻的阴极(晶片)上显示出不同的电流密度分布。然而，对于形状A的圆顶形的凸形AHRICS板，通过使用正确选择的板厚度、电阻和圆顶量，单圆顶形AHRICS板能够覆盖大范围的传导籽晶层，薄层电阻的范围从50ohm/sq到0.01ohm/sq。对于具有宽范围薄层电阻的晶片基板而言，收容AHRICS的电镀系统产生了基本平坦的电流密度分布。圆顶AHRICS板的“自校正”或“自调整”能力能够显著地减少对于电镀系统中其他分布控制机构的需要，并且也能够减少对于每个阴极(晶片)类型的分布调整的需要。

在单独的方案中，提供了如图1C所示的定位成使其具有凹形形状的AHRICS。该实施例能够用于那些期望朝向晶片边缘进行离子电流再分布的应用。这种AHRICS的使用能够产生边缘厚电极定位，在一些应用中可能期望这样，诸如利于过量电沉积金属的化学机械抛光(CMP)移除。在该实施例中，具有形状C的凹形AHRICS109定位在晶片基板101的正下方，使得从基板面向表面111的中央部分到基板101的电镀面的距离D1比从基板面向表面111的边缘部分到基板101的电镀面的距离D2大。

诸如图1A和图1D中所示的凸形AHRICS和图1C中所示的凹形AHRICS等AHRICS的尺寸和定位是在中央-边缘均匀性控制中的重要参数。

在一些实施例中，在电镀基板(阴极)近处AHRICS板近似为几乎恒定的电流源，因此，在一些背景下可称为虚拟阳极。通常，AHRICS板放置为与晶片紧密接近。相比而言，在与基板同等紧密接近的阳极将明显不大可能将几乎恒定的电流供给晶片，但是将仅支持阳极金属表面处的恒定电位，从而允许电流在从阳极平面到终点(例如，到晶片上的周边接触点)的净电阻较小的地方为最大。虽然AHRICS板可视为“虚拟电流源”，即，其是电流从其中发出的表面，因此能够视为“虚拟阳极”，因为其是阳极电流源，其是与具有位于相同物理位置处的金属阳极相比带来另外有益的、电镀均匀性的相对高离子电阻的元件(相对于电解液)。

在一些实施例中，AHRICS板包含贯通孔，这些贯通孔彼此在空间上且离子隔离并且不会在AHRICS板的主体内形成互连的通道。这种贯通孔通常称为非连通贯通孔或通道。它们典型地在一个维度上延伸，通常但不一定与晶片的电镀表面垂直(在一些实施例中，非连通孔相对于晶片成角度)。通常，贯通孔彼此平行。这些贯通孔区别于3D孔隙网，在3D孔隙网中，通道在三个维度上延伸并且形成互连的孔隙结构。应当理解的是，本文所公开的实施例不排除具有3D孔隙网的AHRICS的使用。

AHRICS板的示例是圆顶，诸如形状A，其由离子电阻材料制成，诸如由聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、聚砜、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯等制成，具有成千上万个(例如，在大约1,000-25,000个之间)的非连通贯通孔。在许多实施例中，圆顶基本上与晶片共延伸(例如，当与300mm或450mm的晶片一起使用时分别具有大约300mm或450mm的直径)并且定位成与晶片紧密接近，例如，刚好在晶片面向下的电镀装置中在晶片的下方。在一些实施例中，晶片的电镀表面位于大约10mm的最近AHRICS表面内，更优选地在5mm的最近AHRICS表面内。该距离是指图1A和图1D所示的距离D1，并且是指图1C所示的距离D2。

AHRICS板的另一特征是贯通孔的直径或主维度及其与AHRICS与基板之间的距离的关系。在一些实施例中，每个贯通孔(或贯通孔的大部分)的直径不大于从电镀晶片表面到AHRICS的最近表面的距离。因此，在这些实施例中，当AHRICS置于电镀晶片表面的大约5mm内时，贯通孔的直径或主维度不应超过大约5mm。

接近晶片的电阻性的但是离子可渗透的元件的存在显著减轻了终端效应并且提高了径向电镀均匀性。同时还可以通过充当流扩散集流板而提供使基本上空间均匀的电解液撞击流在晶片表面指向上的能力。因为非连通贯通孔不允许AHRICS板内离子电流的横向运动或流体运动(在采用非连通孔的实施例中)，所以在该实施例中在AHRICS内阻挡了中央-边缘的电流和流运动，使得进一步提高径向电镀均匀性。

值得注意的是，在一些实施例中，AHRICS板能够用作电解液流定形元件或涡流板。在TSV(硅通孔)和WLP(晶片级封装)电镀中，其中金属以极高的速率沉积，电解液流的均匀分布非常重要。因此，AHRICS板能够称为离子电流源，以及流定形元件，并且在改变离子电流流动方面以及在改变材料对流流动方面或者在这两方面从校正沉积速度的角度上起作用。

在一些实施例中，晶片保持架以及关联的定位机构保持旋转的晶片非常接近AHRICS板的上表面。在典型的情况下，分离距离大约为1-10毫米，或者大约2-8毫米。该小的板到晶片距离能够在晶片上形成与图案的各孔的逼近“成像”相关联的电镀图案，尤其是在晶片旋转的中心附近。为避免这种现象，在一些实施例中，各孔(尤其在晶片中心处和晶片中心附近)能够构造成具有特别小的尺寸，例如小于板到晶片间隙的大约1/5。当与晶片旋转耦合时，小的孔隙尺寸允许作为来自板的射流发生的撞击流体的流速的时间平均化并且减少或避免小规模的非均匀性(例如，在微米数量级上的那些非均匀性)。虽然有上述预防措施，并且取决于所使用的电镀槽的特性(例如，特定沉积金属、导电率以及所使用的槽添加剂)，但在一些情况下，沉积可能因为不同厚度的时间平均曝光和逼近成像图案(例如，为围绕晶片中心的“牛眼”的形状)且对应于所使用的单个孔图案而易于在微非均匀图案中发生。如果有限孔图案形成了非均匀的撞击流图案且影响了沉积，就会发生上述情况。在该情况下，发现跨过晶片中心导入横向流能够大幅度地消除在那些在其他情况会出现的任何微非均匀性。

在各个实施例中，AHRICS板具有足够低的孔隙度和孔隙尺寸来在正常工作体积流速下提供粘滞反压以及高的垂直撞击流速。在一些情况下，大约0.1-10％的有通道的离子电阻板是开放区域，允许流体到达晶片表面。在特定实施例中，大约1-5％的板是开放区域。

板的孔隙度能够以多种不同方式来实现。在各个实施例中，实现为具有多个小直径的垂直孔。在一些情况下，板不包括单个的“钻”孔，而是通过连续多孔材料的烧结板来形成。在美国专利6,964,792中描述了这种烧结板的示例，该专利的全文通过引用合并于此。在一些实施例中，钻出的非连通孔具有大约0.01至0.05英寸的直径。在一些情况下，孔具有大约0.02至0.03英寸的直径。如上所示，在各个实施例中，孔具有至多为AHRICS与晶片基板之间的最近间隙距离的约0.2倍的直径。孔通常是圆形截面的，但是不一定在所有实施例中都是圆形的。此外，为了易于构造，板中的所有孔可以具有相同的直径。但是，无需是这种情况，可以根据具体要求可能规定的可以在板表面上改变孔的个体尺寸和局部孔密度。

作为示例，AHRICS能够是由适当的陶瓷或塑料(通常是电介绝缘和机械鲁棒的材料)制成的实心板，在其中提供了大量的小孔，例如，至少大约1000个，或者至少大约3000个，或者至少大约5000个，或者至少大约6000个。板的孔隙度可小于大约百分之五。

一般地，在AHRICS板上孔的分布具有均匀的密度且是非随机的。然而，在一些情况下，孔的密度可以变化，尤其是在径向上。在具体的实施例中，在AHRICS板的朝向旋转基板的中心导流的区域中存在较大的孔密度和/或直径。此外，在一些实施例中，在旋转晶片的中心处或附近引导电解液的孔可以导致相对于晶片表面成非直角的流。此外，在该区域中的孔会由于有限数量的孔和晶片旋转之间的任何相互作用而具有随机或部分随机分布的非均匀电镀“环”。

在使用时，AHRICS板明显地比电镀槽介质更有阻性。通过控制板的厚度和导电率，能够实现板的高离子电阻。在一些实施例中，板的典型厚度在大约0.25-1英寸之间。通过选择具有低离子导电率的材料，或者通过选择离子绝缘材料以及贯通材料钻孔来引导各向异性离子导电率，能够实现板的低导电率(或高导电率)。在后者情况下，通过控制孔密度和孔尺寸，能够控制成品板的导电性。AHRICS板的最终导电率可以在电镀溶液介质的导电率的大约1％至大约20％之间，但是可以使用具有比电镀溶液的导电率的约1％低的导电率的AHRICS。

在优选的实施例中，AHRICS板占优地具有各向异性传导性。在各个实施例中，板将允许电流基本上或者仅在Z方向上流动，并且允许较少的电流或者不允许电流在r方向上流动。在实际应用中，由于贯通板所钻出的孔的有限尺寸，在孔内将存在一些r方向的电流流动，但是与在Z方向上流动的电流相比电流的水平可忽略。AHRICS板的各向异性传导特性在板上建立了期望的电场分布，这依次将驱动阴极上的期望的电流密度分布。

AHRICS板的形状在板的运行中起到了重要的作用。最优的板形状取决于应用并且取决于电镀系统的硬件部件。对于晶片处基本平坦的电流密度分布而言，凸形板，或者为抛物线斜率(形状A)或线性斜率(形状D)的板，得到了良好的结果，形状A产生了全局平坦的电流分布。另一方面，相同电阻的中心盘形凹板(形状C)在阴极(晶片)的中央区域中降低了电流密度，而在边缘区域中增大了电流密度。形状C的盘形板可用于不关心终端效应但是盘形最终电镀厚度分布合乎期望的应用中。

对于如上所述的圆顶形板(形状A和D)而言，实现平坦分布所需的圆顶量取决于AHRICS板的总电阻以及应用。在一些实施例中，典型的总圆顶(板表面上板边缘和中心之间的z方向位置变化)D4在大约4mm和大约15mm之间。期望的是，AHRICS板的电阻越大，当在具有极高薄层电阻的晶片基板上进行电镀时为了保持平坦电流密度分布，需要的圆顶越小。另一方面，通过低电阻的AHRICS板，仍能够通过较大圆顶的AHRICS板来实现平坦的电流密度分布。在两种情况下，为了实现总体平坦分布，板的基板面向表面的形状应当优选地遵从抛物线函数。在一些应用中，期望的是提供具有遵从函数组合(例如，抛物线和/或线性)来将电流密度分布调整成期望形状的基板面向表面曲率的板。

AHRICS板布置在距晶片一定距离内，圆顶AHRICS板在电镀系统中，板与主阴极(晶片基板)之间的距离从电镀系统的中心到边缘变化。在中心，典型距离在大约2mm至大约15mm之间(参考图1A和图1D中的距离D1)，而在边缘上，典型距离在大约6mm至大约20mm之间(参加图1A和图1D中的距离D2)。阴极(晶片)与AHRICS板之间从阴极中心到边缘的距离差强烈影响对电流密度分布的“校正”以驱动平坦电流密封分布。如果在边缘处的距离变得过大(例如，>20mm)，则过多的电流流到阴极的边缘，这需要诸如辅助阴极之类的额外补偿，从而将接近边缘的电流密度与中心匹配，并且显著地降低了电流效率(此处定义为在晶片上电镀的总电流除以阳极所提供的总电流)。如果在中心处的距离变得过小，则中心尖峰问题将出现，尤其当AHRICS板上孔之间的距离过大时。中心尖峰是在晶片阴极的正中心电镀增强的区域，这是由于来自AHRICS板上的中央通道的成像效应而发生的。AHRICS板的基板面向表面的局部斜率影响了对电流密度分布的“校正”程度。

在一些实施例中，一个或多个离子电阻离子可渗透板可与AHRICS层叠。在一些应用中，可能需要具有极高电阻的AHRICS板。例如，必须约束凸圆顶度以解决边缘效应或其他问题。如所解释的，利用具有相对较小圆顶的AHRICS板会需要在板中具有更高的电阻。对于这类应用，如果板由具有贯通板钻出的孔的绝缘材料制成而允许各向异性离子传导，则孔之间的距离可能较大从而得到极低的传导性。当孔彼此之间间隔过远，则晶片的中心可能由于到晶片的局部化射流而得到过多的电镀。该问题有时被描述为“中心尖峰”。虽然增大板厚度和/或减小孔尺寸可用于允许孔之间有较小距离同时保持相同的总传导性，但是，由于钻孔工具的能力限制，所以对于孔的尺寸和板的厚度都有限制。在一些应用中，为了解决该问题，可以使用统一地提供等价必要总电阻的多个较低电阻的层叠板。当使用层叠板时，可以减小孔之间的距离以缓解中心尖峰问题。在多个板层叠在一起的情况下，构成的板可能需要彼此分离。在一些实施例中，这些板之间的距离在大约0.1mm至5mm之间。

在一些实施例中，AHRICS用于具有一个或多个附加部件的电镀装置中，这些附加部件构造为缓解终端效应和/或在电镀期间动态地改变电流密度分布。在一些实施例中，具有AHRICS的电镀装置还包括辅助(窃盗)阴极，其构造为将来自晶片基板的边缘区域的离子电流转向。在一些实施例中，AHRICS板能够与位于晶片基板与AHRICS之间并且构造为阻挡晶片基板边缘附近的离子电流的屏蔽件相结合使用。

能够与AHRICS相结合使用的部件的示例包括场定形元件(诸如在美国专利No.7,070,686中所描述的以及在美国专利申请公布No.2003/0079995中所描述的那些元件)、动态可变场定形元件(美国专利申请公布No.2013/0137,242)、副阴极(诸如在美国专利申请公布No.2010/0116672中所描述的)、辅助阴极(诸如在美国专利No.7,854,828以及美国专利No.8,308,931中所描述的)、分段阳极(在美国专利No.6497801中所描述的)，以及平坦高阻离子电流源(美国专利No.7,622,024)。为了提供这些附加部件的描述的目的，这些专利中的每一个的全文通过引用合并于此。

装置

本文所公开的实施例涉及一种电镀装置，其采用特殊形状的AHRICS来补偿终端效应以及调制电流密度分布。经证实，具有适当定形的AHRICS板的电镀系统减小了晶片基板的中心和边缘之间的电路电阻差别；(2)通过在电镀装置内再分布电流形成了对电流密度分布的“校正”，从而进一步补偿终端效应并且在晶片基板的中心上产生了非常均匀的电镀；(3)当与辅助阴极相结合时，在电镀期间调整晶片基板边缘附近的电流密度分布，在晶片基板上产生非常均匀的全局电镀；以及(4)覆盖了具有宽范围薄层电阻(例如，从～50ohm/sq至0.01ohm/sq)的一系列晶片基板，而无需调整，因为材料电镀在基板上或者因为初始籽晶层厚度变化。单个AHRICS板将适合于在具有不同薄层电阻的籽晶层的各种晶片基板上进行电镀。在整个电镀过程中不需要电镀条件的大的变化，但是晶片基板的薄层电阻在电镀过程中显著地变化。另外证实，通过改变板的形状和/或传导性，可以对于特定应用的需要来调节电流密度分布。

所公开的实施例提供了对于电镀系统中电流密度控制的简单的解决方案。单个硬件构造将能够涵盖具有不同薄层电阻的极宽范围的籽晶层。通过该构思，电镀槽中的部件的数量能够显著地减少。所需的工艺调整也显著减少，因为AHRICS板本身对于不同籽晶提供了“自校正”。

采用所公开的AHRICS板的电阻装置可以采用相对不太复杂的电源，减少了电镀槽中硬件零件的数量，并且在操作过程中需要较少量的调整。这种装置还可以大幅地减少电镀槽印迹。应理解的是，本文所提供的实施例不受这些有益特征限制，并且在一些实施例中，能够使用AHRICS与其他构造为用于动态电流控制和/或用于终端效应减轻的部件的组合。

在一个方案中，提供了一种电镀装置。该电镀装置包括：(a)电镀腔室，其构造为收容电解液和阳极，同时将金属电镀到基本平面型的基板(例如，半导体晶片)上；(b)基板保持架，其构造为保持基本平面型的基板，使得在电镀期间基板的电镀面与阳极分离；以及(c)各向异性高阻离子电流源(AHRICS)，例如，高阻各向异性板，其具有边缘区域和中央区域并且包括基板面向表面，所述基板面向表面具有在电镀过程中使从边缘区域到基板的距离比从中央区域到基板的距离较大的形状。在该实施例中，AHRICS定位且构造成优选地校正离子电流，使得基板的边缘和中心接收基本相同的电镀量。

在图2中示意性地且在剖视图中示出了采用凸形AHRICS的电镀模块的具体实施例。图示的电镀模块210包括收容显示在水平205处的电镀溶液的电镀槽203。晶片207可浸入电镀溶液中，同时由“蛤壳”保持固定架209保持，蛤壳安装到可旋转心轴211上。可旋转心轴允许蛤壳209与晶片207一起旋转。蛤壳型电镀装置进一步描述于美国专利No.6,156,167和美国专利No.6,800,187中，这两个专利通过引用合并于此。当然，可以替代地采用除了蛤壳型固定架以外的其他晶片保持架。

阳极213布置在电镀槽203内、晶片207的下方，并且通过阳极薄膜215与晶片区域分离，在一些实现方式中，阳极薄膜215是离子选择薄膜。阳极薄膜下方的区域通常称为“阳极区域”或“阳极腔室”，并且在该腔室内的电解液称为“阳极电解液”，而在阳极薄膜上方的区域通常称为“阴极区域”或“阴极腔室”，并且在该腔室内的电解液称为“阴极电解液”。阳极薄膜215允许电镀槽的阳极区域和阴极区域之间的离子连通，同时防止在阳极处产生的任何粒子进入晶片近处以及污染晶片。阳极薄膜还可以用于在电镀工艺过程中再分布电流流动并且因此提高电镀均匀性。阳极薄膜进一步描述于美国专利No.6,126,798和美国专利No.6,569,299，这两个专利通过引用合并于此。

电镀溶液可以通过泵217连续地提供给电镀槽203。一般地，电镀溶液向上流动通过阳极薄膜215并且通过凸形AHRICS219而到达晶片207的中央，然后径向向外流动并且遍及晶片。在一些实现方式中，电镀溶液可以从电镀槽的侧部提供到电镀槽203的阳极区域中。在一些实现方式中，电镀溶液可以通过单独的入口提供到电镀槽203的阳极区域和阴极区域中。

如上文所解释的，AHRICS219位于晶片的极近处(例如，在各个实施例中，在大约10毫米内或者在大约3毫米至8毫米之间)并且充当晶片的恒定离子电流源。也即，AHRICS219将晶片附近的电解液电流定形而在晶片表面上提供相对均匀的电流分布。如所解释的，元件可以包含多个一维贯通孔，如下文进一步说明的。

在电镀溶液流过晶片的表面之后，一些溶液会从电镀槽203溢流而到达溢流储器221，如箭头223所指示。电镀溶液可经过滤(未示出)且返回到泵217，如箭头225所指示，从而完成电镀溶液的循环。

在一些实施例中，诸如图2中所示的，电镀模块可以采用第二阴极腔室227，其收容第二阴极229(即，窃盗阴极)，其可定位在电镀槽203的外部以及晶片207的周边。一般地，第二阴极229可以定位在电镀槽内或者电镀槽外的多个位置处。

在一些实施例中，电镀溶液溢流出电镀槽203的堰壁而进入第二阴极腔室227。在一些实施例中，第二阴极腔室227通过具有由离子可渗透薄膜覆盖的多个开口的壁与电镀槽203分离。薄膜允许电镀槽203与第二阴极腔室227之间的离子连通，从而允许电流转向到第二阴极。薄膜的孔隙度可使得其不允许颗粒材料从第二阴极腔室227横穿到电镀槽203并且导致晶片污染。壁中的开口可呈圆孔、狭槽或各种尺寸的其他形状的形式。在一种实现方式中，开口是具有例如大约12毫米乘90毫米的尺度的狭槽。其他的用于允许第二阴极腔室227与电镀槽203之间的流体和/或离子连通的机构是可行的。示例包括如下设计：即，薄膜而不是不可渗透壁，提供第二阴极腔室227中的电镀溶液与电镀槽203中的电镀溶液之间的大部分势垒。在此类实现方式中，硬质框架可以为薄膜提供支撑。

两个DC电源235和237能够分别用于控制到晶片207以及到第二阴极229的电流流动。电源235具有通过一个或多个滑环、电刷或触头(未示出)与晶片207电连接的负输出引线239。电源235的正输出引线241与位于电镀槽203中的阳极213电连接。电源可以具有高达例如大约250伏特的输出电压。类似地，电源237具有与第二阴极229电连接的负输出引线243以及与阳极213电连接的正输出引线245。可替代地，具有多个独立可控电插座的一个电源能够用于为晶片和第二阴极提供不同的电流电平。

电源235和237可与控制器247连接，控制器247允许对提供给电镀模块201的元件的电流和电位进行调制。例如，控制器可允许在电流控制或电位控制状态下进行电镀。控制器247可以包括程序指令，所述程序指令指定了施加到电镀模块的各元件所需的电流和电压电平以及需要改变这些电平的时间。例如，可以包括在晶片浸入电镀溶液时从电位控制过渡到电流控制的程序指令。

在使用过程中，电源235和237将晶片207和第二阴极229偏置以使其相对于阳极213具有负电位。这导致从阳极213流到晶片207的电流部分或基本上转向到第二阴极229。上文所描述的电路还可以包括将防止电流的反向(当不需要这种反向时)的一个或多个二极管。可能在电镀工艺期间发生非期望的电流反馈，因为设定在地电位的阳极213是晶片电路和第二阴极电路的共用元件。

施加到第二阴极229的电流的电平可设定成比施加到晶片207的电流的电平低的值，第二阴极电流作为晶片电流的百分比而提供。例如，10％的第二阴极电流对应于作为到晶片的电流的10％的第二阴极处的电流。本文所使用的电流的方向是净正离子通量的方向。在电镀过程中，无论正在电镀何种金属的电化学还原(例如，Cu²⁺+2e^-→Cu)发生在晶片表面以及第二阴极表面上，这导致金属沉积到晶片表面和第二电极表面上。由于电流从晶片转向到第二阴极，所以可以减小在晶片边缘处沉积的金属层的厚度。这种效应通常发生在晶片的外20毫米中，并且在其外10毫米中尤其显著，特别是当在薄的籽晶层的内衬层上执行电镀时。第二阴极229的使用能够显著减小通常由于终端效应和场效应引起的中央-边缘非均匀性。第二阴极可单独使用或者与另一副阴极或各种固定或动态的屏蔽件相结合使用。应当理解的是，辅助/副阴极及其关联的一个或多个电源以及任何其他关联的硬件元件是电镀模块的任选特征。

电镀模块的其他任选特征是一个或多个屏蔽件，诸如屏蔽件249，其能够位于电镀槽203内、在AHRICS219与阳极213之间(例如，在晶片面向下的系统中电阻元件的下方)。屏蔽件通常是环形电介插入物，其用于定形电流分布并且提高电镀均匀性，诸如通过引用合并于此的美国专利No.6,027,631中所描述的那些。然而，可以采用其他的屏蔽件设计和形状，这是本领域技术人员公知的，诸如呈楔、杆、圆圈、椭圆以及其他几何形状设计的形状的屏蔽件。环形插入物还可以在其内径处具有图案，这可以提高屏蔽件以期望方式定形电流通量的能力。屏蔽件的功能可以不同，这取决于其在电镀槽203中的位置。电镀模块可以包括各种静态屏蔽件，以及各种可变场定形元件，诸如在美国专利No.6,402,923和美国专利No.7,070,686中所描述的那些，这两个专利通过引用合并于此。电镀模块还可以包括各种分段阳极，诸如在美国专利No.6,497,801中所描述的那些，或者通心阳极，诸如在美国专利No.6,755,954和No.6,773,571中所描述的那些，这些专利都通过引用合并于此。虽然屏蔽插入物可用于提高电镀均匀性，但是它们是任选的，并且还可以采用可替代的屏蔽构造。

任选的屏蔽件还可以定位在电镀槽203内、在AHRICS219与晶片207之间，诸如图2中的屏蔽件251。在一些实现方式中，屏蔽件可定位在AHRICS的周边周围以进一步提高边缘-中心电镀均匀性。在一些实现方式中，屏蔽件可以直接定位在电阻元件上。在一些实现方式中，屏蔽件可定位在电阻元件和晶片之间以阻挡元件的周边区域中至少一些穿孔与晶片之间的路径。

图3呈现了可用于实施多个操作的一个示例性集成电镀系统的示意图。如图3所示，电镀系统307可以包括多个电镀模块，在该情况下是三个单独的模块309、311和313，其中这些模块中的每一个可以是在图2中所描述的模块。如在下文中更全面描述的，每个电镀模块通常包括用于在电镀期间收容阳极和电镀溶液的室，以及用于将晶片保持在电镀溶液中并且在电镀期间旋转晶片的晶片保持架。图3中所示的电镀系统307进一步包括后电填充处理系统，其包括三个单独的后电填充模块(PEM)315、317和319。根据实施例，这些中的每一个可用于执行如下功能中的任一个：边缘斜角去除(EBR)、背面刻蚀以及在晶片通过模块309、311和313中的一个电填充之后对晶片进行酸清洁。电镀系统307还可以包括化学稀释模块321和中央电填充槽323。中央电填充槽323可以是保持化学溶液的槽，该槽用作电填充模块中的电镀槽。电镀系统307还可以包括配剂系统333，其存储并输送用于电镀槽的化学添加剂。如果存在，化学稀释模块321可以存储并混合化学物质以便用作后电填充模块中的刻蚀剂。在一些实施例中，过滤与泵送单元337可以对用于中央槽323的电镀溶液进行过滤并且将其泵送到电填充模块。

最后，在一些实施例中，电子单元339可充当系统控制器，其提供操作电镀系统307所需的电子和接口控制。系统控制器通常包括一个或多个存储器设备以及配置为执行指令使得电镀系统能够执行其预期处理操作的一个或多个处理器。包含用于依照本文所描述的实现方式控制工艺操作的指令的机器可读媒体可与系统控制器耦合。单元339还可以为系统提供电源。

在操作中，包括后端机器臂325的机器人可用于从诸如盒329A或329B等晶片盒中选择晶片。后端机器臂325可利用真空附接件或一些其他可行的附接机构附接到晶片。

前端机器臂340可以从诸如盒329A或盒329B等晶片盒中选择晶片。盒329A或329B可以是前开口联合吊舱(FOUP)。FOUP是设计成将晶片牢固地且安全地保持在可控环境中并且允许通过装备有适当的负载端口和机器人处置系统的工具移除晶片以进行处理或测量的封闭件。前端机器臂340可以利用真空附接件或某其他附接机构来保持晶片。前端机器臂340可以与盒329A或329B、转送台350或对准器310相接。从转送台350，后端机器臂325可以得以接近晶片。转送台350可以是能让前端机器臂340和后端机器臂325往返传递芯片的狭槽或位置而无需经过对准器310。注意的是，在一些实施例中，转送台350可以充当晶片边缘成像模块(或充当其位置)。然而，在一些实现方式中，为了确保晶片正确地对准在后端机器人325上以便精确输送到电镀模块，后端机器臂325可以将晶片与对准器310对准。后端机器臂325还可以将晶片输送到电填充模块309、311或313中的一个或者输送到三个后电填充模块315、317和319中的一个。

为了确保晶片正确地对准在后端机器臂325上以便精确输送到电镀模块309、311或313、或EBR模块315、317和319(假设这些PEM执行EBR)，后端机器臂325将晶片传送到对准器模块331。在一些实施例中，对准器模块331包括对准臂，后端机器臂325可以推动晶片抵靠对准臂。当晶片正确地抵靠对准臂对准时，后端机器臂325运动到相对于对准臂的预定位置。在其他实施例中，对准器模块331确定晶片中心以使后端机器臂325从新位置拾取晶片。然后，其再附接到晶片并且将其输送到电镀模块309、311或313或EBR模块315、317和319中的一个。

因此，在利用电镀系统307将金属层形成在晶片上的典型操作中，后端机器臂325将晶片从晶片盒329A或329B传送到对准器模块331以便进行电镀前定中心调节，然后传送到电镀模块309、311或313以进行电镀，然后返回到对准器模块331以进行EBR前定中心调节，然后传送到EBR模块315、317或319以进行边缘斜角去除。当然，在一些实施例中，可以省去定中心/对准步骤。

如上文更全面描述的，电镀操作可以涉及将晶片装载到蛤壳型晶片保持架上以及将蛤壳下放到收容在电镀模块309、311或313中的一个的室内的电镀槽中，在此处要发生电镀。室通常收容充当待电镀金属源的阳极(但是阳极可以在远处)，以及通常由中央电填充槽储器323连同来自配剂系统333的任选化学添加剂一起供给的电镀槽溶液。在任选的EBR之后，晶片通常被清洁、漂洗和干燥。

最后，值得注意的是，在后电填充处理完成之后，后端机器臂325可以取回晶片并且将其返还到盒329A或329B。从此处，盒329A或329B可提供给其他半导体晶片处理系统，诸如例如化学机械抛光系统。

上文所描述的装置/工艺可以与例如光刻图案化工具或工艺结合使用，用于制作或制造半导体器件、显示器、LED、光伏电池板等。典型地，虽然不是必要的，这些工具/工艺将在共同制作设施中一起使用或进行。膜的光刻图案化通常包括以下步骤中的一些或全部，每个步骤是通过多种可能的工具来实现的：(1)利用旋压或喷压工具将光致抗蚀剂施加到工件(即，基板)上；(2)利用热板或炉或UV固化工具来固化光致抗蚀剂；(3)借助诸如晶片光刻机等工具将光致抗蚀剂暴露于可见光或UV光或x射线光；(4)将抗蚀剂显影从而选择性地去除抗蚀剂并且因此利用诸如湿台等工具将其图案化；(5)利用干燥或等离子体辅助刻蚀工具将抗蚀剂图案转印到下层膜或工件上；以及(6)利用诸如RF或微波等离子体抗蚀剂剥离器等工具来去除抗蚀剂。

方法

在一个方案中，提供了在基板上电镀的方法。该方法包括：(a)将基板提供给电镀腔室，所述电镀腔室构造为收容电解液和阳极，同时将金属电镀到基板上，其中电镀腔室包括：(i)基板保持架，其保持基板使得在电镀期间基板的电镀面与阳极分离，以及(ii)AHRICS，其具有边缘区域和中央区域并且包括基板面向表面，所述基板面向表面具有在电镀期间使得从边缘区域到基板的距离比从中央区域到基板的距离较大的形状；以及(b)将金属电镀到基板电镀面上，同时旋转基板，并且同时通过流定形元件的通道朝基板电镀面的方向提供电镀室中的电解液。该方法通常涉及到：将基板电镀面浸入电解液中；在晶片基板的电镀面浸入电解液中的同时，在电镀期间旋转晶片基板；以及经由在晶片基板的边缘处接触籽晶层的电触头将晶片基板负偏置。在一些实施例中，向辅助阴极供电以在电镀期间将来自晶片基板的边缘的离子电流的一部分转向。

AHRICS的计算和实验研究

对具有不同形状(如图1A、图1C和图1D所示的形状A、C和D)的多个AHRICS板以及具有图1B所示的形状B的平板进行计算测试，并且对板形状对阴极(晶片)上的电流密度分布的影响进行评估。对于具有50ohm/sq和5ohm/sq薄层电阻的籽晶层进行计算建模。为了比较，测试板(A、B、C和D)中的每一个具有相同的垂直厚度以及总离子电阻。具有形状A的AHRICS板为9.43mm厚，8mm的凸抛物线圆顶形状以及1.25％的孔隙度。圆顶测量为圆顶的中心与圆顶的边缘之间的z方向差(D4，图1A)。所有的板具有各向异性传导性(在与基板的电镀面基本垂直的z方向上传导，但是不在与基板的电镀面平行的r方向上传导)。

图4A示出了用具有形状A、B、C和D的板在具有5Ohm/square薄层电阻的籽晶层的基板上进行电镀的电流密度分布的计算建模。如图所示，凸圆顶或尖AHRICS板(分别为形状A和形状D)能够在主阴极的中央区域中显著地减小主阴极(晶片)表面上的总电流密度变化。因此，凸形形状更适合于要求均匀电镀分布的应用。基于建模结果，与尖(线性)凸形板(形状D)相比，抛物线圆顶AHRICS板(形状A)进一步减小了电流密度变化。

图4B示出了用具有形状A、B、C和D的板在具有50Ohm/square薄层电阻的籽晶层的基板上进行电镀的电流密度分布的计算建模。结果类似于图4A所示的结果。AHRICS的凸形形状(形状A和D)提供了比形状B的平板或凹形形状C提供明显更均匀的中央-边缘的电流密度，从而相比在中央处，在边缘处促进了电流密度增大。

当与辅助阴极结合时，通过形状A的板能够实现全局均匀电流密度分布。在图2中描绘了具有辅助阴极的电镀系统。

经证实，使用具有相对小的圆顶的较高电阻AHRICS板或具有相对低电阻或较大圆顶的AHRICS板，能够实现类似的电流密度分布。换言之，使用具有小圆顶或不具有圆顶的极高电阻AHRICS板或者使用具有大圆顶的更小电阻AHRICS板，能够实现晶片基板上的类似电流密度分布。前者在电镀工艺期间会需要更高的电镀电压以便将相同的电流输送到阳极。这会要求较大的电源等。因此，“圆顶”本身提供了减少对于极高电阻AHRICS板的需要。

图5A是在具有不同籽晶层的阴极(晶片基板)上使用形状A的圆顶形AHRICS板计算得出的电流密度分布的图示。在所有情况下，AHRICS板为9.43mm厚，8mm的凸抛物线圆顶形以及1.25％的孔隙度。如图所示，在具有不同薄层电阻的多个晶片上实现了均匀的电流密度分布，在中央区域薄层电阻范围从0.1ohm/sq到50ohm/sq(对于450mm的晶片基板，从r＝0至r＝190mm)。提供了对于不使用辅助阴极的情况的数据。能够看出，对于大部分电阻层而言，近边缘分布不是最优的。图5B示出了使用辅助阴极的情况下(其他参数相同)类似计算得出的电流密封分布。能够看出，对于宽范围的籽晶层薄层电阻获得了全局均匀的电流密度分布。对于具有450mm直径的晶片进行在图4A-4B和5A-5B中呈现的计算建模。

图6A和图6B示出了将300mm直径的晶片作为基板，在形状A的圆顶形AHRICS板的装置上采集到的实验数据。300mm的晶片用于确认构思，因为300mm的晶片易于得到且廉价，并且沉积遵从与450mm的晶片基板相同的机理。该测试的目标是实现变换成阴极基板(在该情况下为300mm直径的晶片)上的平面型电镀膜厚度分布的平坦总电流密度分布。使用抛物线圆顶板。所使用的板具有4.7％的孔隙度，并且具有大约10mm的总圆顶(凸形形状，中心比板的边缘靠近晶片基板多大约10mm)。数据表明了在分别具有40ohm/sq籽晶层、17ohm/sq籽晶层、7ohm/sq籽晶层和1000A(0.2ohm/sq)籽晶层的晶片基板上的平坦分布。这些数据验证了上文提供的计算建模结果。

为了比较，提供图7以显示出在具有平板(图1B中的形状)的装置中在具有不同籽晶层的阴极(晶片基板)上的电流密度分布的计算建模结果。对于具有450mm直径的晶片进行建模。平板为9.43mm厚，1.25％的孔隙度。在该情况下，中央电流密度分布从具有0.1ohm/sq籽晶层的基板上的电流密度最大/最小比为大约1.02的平坦分布显著地变化成具有50ohm/sq籽晶层的基板上电流密度最大/最小比为大约1.5的凹陷分布。显然，上文所论述的形状A的圆顶形AHRICS板显示出平板所不具备的额外的“调整”或“校正”能力。

Claims (18)

1.一种电镀装置，其包括：

(a)电镀腔室，其构造为收容电解液和阳极，同时将金属电镀到基本平面型的基板上；

(b)基板保持架，其构造为保持所述基本平面型的基板以使得在电镀过程中所述基板的电镀面与所述阳极分离；以及

(c)各向异性高阻离子电流源(AHRICS)，其具有边缘区域和中央区域并且包括基板面向表面，所述基板面向表面具有在电镀过程中使从所述边缘区域到所述基板的距离比从所述中央区域到所述基板的距离较大的形状。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述AHRICS包括离子电阻材料，贯通所述材料形成多个通道，其中所述通道允许通过所述AHRICS运送电解液。

3.如权利要求2所述的装置，其中所述通道非流体连接在所述AHRICS的主体内。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述AHRICS的厚度在所述中央区域中和在所述边缘区域中基本相同。

5.如权利要求1所述的装置，其中当在剖面上观察时，所述AHRICS的所述基板面向表面从所述边缘区域到所述中央区域遵从抛物线函数。

6.如权利要求1所述的装置，其中当在剖面上观察时，所述AHRICS的所述基板面向表面从所述边缘区域到所述中央区域遵从线性函数。

7.如权利要求1所述的装置，其中当在剖面上观察时，所述AHRICS的所述基板面向表面从所述边缘区域到所述中央区域在所述基板面向表面的不同部分处既遵从线性函数又遵从抛物线函数。

8.如权利要求1所述的装置，其中，在所述AHRICS的所述基板面向表面的中心与所述AHRICS的所述基板面向表面的边缘之间沿z方向的距离在大约4和15mm之间。

9.如权利要求1所述的装置，其中，所述AHRICS定位成使得在所述中央区域中所述基板与所述AHRICS的所述基板面向表面之间的距离在大约2-15mm之间，并且在所述边缘区域中所述基板与所述AHRICS的所述基板面向表面之间的距离在大约6-20mm之间。

10.如权利要求1所述的装置，其中当在剖面上观察时，所述AHRICS的所述基板面向表面从所述边缘区域到所述中央区域遵从多项式函数。

11.如权利要求1所述的装置，其中，所述AHRICS由离子电阻材料制成，并且包括在所述离子电阻材料内形成的大约1,000-25,000个非连通通道。

12.如权利要求1所述的装置，其中，所述AHRICS由包括多个通道的离子电阻材料制成，其中每个通道的直径不大于所述基板与所述AHRICS之间的最近距离。

13.如权利要求1所述的装置，还包括与所述AHRICS层叠的一个或多个离子电阻离子可渗透板。

14.如权利要求1所述的装置，还包括与所述AHRICS层叠的一个或多个离子电阻离子可渗透板，其中所述板彼此分离。

15.如权利要求1所述的装置，还包括构造为将来自所述基板的边缘区域的离子电流转向的辅助阴极。

16.如权利要求1所述的装置，还包括构造为阻挡所述基板的边缘区域中的离子电流的屏蔽件。

17.一种在基板上电镀的方法，所述方法包括：

(a)将所述基板提供给电镀腔室，所述电镀腔室构造为收容电解液和阳极，同时将金属电镀到所述基板上，其中所述电镀腔室包括：

(i)基板保持架，其保持所述基板以使得在电镀过程中所述基板的电镀面与所述阳极分离，以及

(ii)各向异性高阻离子电流源(AHRICS)，其具有边缘区域和中央区域并且包括基板面向表面，所述基板面向表面具有在电镀过程中使从所述边缘区域到所述基板的距离比从所述中央区域到所述基板的距离较大的形状；以及

(b)将金属电镀到所述基板电镀面上，同时使所述基板旋转，并且同时通过流定形元件的通道朝所述基板电镀面的方向提供电镀室中的电解液。

18.一种电镀装置，包括：

(a)电镀腔室，其构造为收容电解液和阳极，同时将金属电镀到基本平面型的基板上；

(B)基板保持架，其构造为保持所述基本平面型的基板以使得在电镀过程中所述基板的电镀面与所述阳极分离；以及

(c)各向异性高阻离子电流源(AHRICS)，其具有边缘区域和中央区域并且包括基板面向表面，所述基板面向表面具有在电镀过程中使从所述边缘区域到所述基板的距离比从所述中央区域到所述基板的距离较大的形状。