TW201331424A

TW201331424A - 具有波狀外形的杯底之電鍍杯

Info

Publication number: TW201331424A
Application number: TW101133342A
Authority: TW
Inventors: zhi-an He; Jingbin Feng; Shantinath Ghongadi; Frederick D Wilmot
Original assignee: Novellus Systems Inc
Priority date: 2011-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2013-08-01
Also published as: TWI567247B; KR20130028888A; US9512538B2; CN107012495A; JP2013064196A; US20160115615A1; CN103031580B; KR102031991B1; CN103031580A; CN107012495B; US20130062197A1; US10053792B2; JP6087549B2; US20150191843A9; SG188752A1

Abstract

在此揭示之杯體，其用於在一抓斗組件內在電鍍期間囓合一晶圓，並且在電鍍期間供應電流至該晶圓。該杯體可包含一彈性封口，位在該杯體上且設置來在電鍍期間囓合該晶圓，其中一旦囓合，該彈性封口實質上將電鍍液自晶圓的周圍區排除，且其中該彈性封口和該杯體是環形的；該杯體並且包含一或更多接觸元件，用以在電鍍期間供應電流至該晶圓，該一或更多接觸元件附接至位於該彈性封口上的一金屬帶，且從之朝內向杯體的中央延伸。該杯體之一缺口區在該杯體的一底表面之一部份上可有一突出部或一絕緣部，於該處缺口區對準該晶圓內之一缺口。

Description

具有波狀外形的杯底之電鍍杯

【交叉參考之相關申請案】

本申請案主張2011年九月十二日申請的臨時美國專利申請案第61/533779號之優先權(名稱為：具有波狀外形的杯底之電鍍杯)，其內容藉由參照於此全部併入。

本發明係關於積體電路的鑲嵌互連線之形成，以及生產積體電路期間所使用的電鍍設備。

在積體電路(IC)的生產中，電鍍是常見的技術，其用來沉積一或更多層的導電金屬。在部份生產製程中，電鍍用於沉積單一或複數的銅互連線於於各種基板特徵部間。電鍍之設備通常包含具有電解質液槽/池的電鍍室、和設計來在電鍍期間固持半導體基板的抓斗(clamshell)。

在電鍍設備的操作期間，半導體基板被浸入電解質液槽，使得基板的一表面曝露至電解質。建立於基板表面的一或更多電性接觸被用來驅使電流穿過電鍍室，而從電解質裡的金屬離子將金屬沉積至基板表面。通常而言，電性接觸元件用於形成介於基板和作為電流源的匯流排條之間的電性連接。然而，在部份配置中，基板上和電性連接接觸的導電晶種層，可能越往基板邊緣而變得越薄，使得更難以建立和基板的理想電性接觸。

出現於電鍍另一問題是電鍍溶液的潛在腐蝕性。因此，在許多電鍍設備中，將唇封(lipseal)用於抓斗和基板的介面，以期防止電解質的洩露，也防止電解質接觸電鍍設備中電鍍室之內側、及欲電鍍的基板之側以外的元件。

在此揭示之杯體，其用於在電鍍期間於抓斗內囓合晶圓，並且在電鍍期間提供電流至晶圓。杯體可包含設置於杯體上且在電鍍期間用來囓合晶圓的彈性封口，一旦囓合，彈性封口即實質上自晶圓的周圍區排除電解質，且彈性封口與杯體是環形的。杯體也可包含：一或更多接觸元件，其在電鍍期間供應電流至晶圓，該一或更多接觸元件係附接至位於彈性封口上的金屬帶，並且從該金屬帶朝杯體的中央向內延伸；和一突出部，其附接至杯體底表面的一部份且從該處延伸。杯體底表面的該部份是在電鍍期間，用於對準晶圓內一缺口的角形部。

在部份實施例中，設置突出部於杯體的缺口區內，該處缺口區對應杯體之一區，在該區中之從晶圓中央至彈性封口邊緣的距離小於在杯體的非缺口區內者。在部份實施例中，突出部之高度是介於約600微米和約1000微米之間。

同樣在此揭示之杯體，其用於在電鍍期間且於抓斗內囓合晶圓，並且在電鍍期間提供電流至晶圓。杯體可包含設置於杯體上且在電鍍期間用來囓合晶圓的彈性封口，一旦囓合，彈性封口即實質上自晶圓的周圍區排除電解質，且彈性封口與杯體是環形的。杯體也可包含：一或更多接觸元件，其用於在電鍍期間供應電流至半導體基板，該一或更多接觸元件，係附接至位於彈性封口上的金屬帶，並且從該金屬帶朝杯體的中央向內延伸；和一絕緣部，其位在杯體底表面的一部份上。杯體底表面的該部份是在電鍍期間用於對準晶圓內缺口的角形部。

在部份實施例中，設置絕緣部於杯體的缺口區內，其中該缺口區對應杯體之一區，在該區內之從晶圓中央至彈性封口邊緣的距離小於在杯體的非缺口區內者。在部份實施例中，絕緣部有較杯體的底表面之其餘部分來得低的導電度。在某些實施例中，絕緣部包含塑膠。

同樣在此揭示之杯體，其用於在電鍍期間且於抓斗內囓合晶圓，並且在電鍍期間提供電流至晶圓。杯體可包含設置於杯體上且在電鍍期間用來囓合晶圓的彈性封口，一旦囓合，彈性封口即實質上自晶圓的周圍區排除電解質，且彈性封口與杯體是環形的。杯體也可包含複數個接觸元件，其在電鍍期間供應電流至晶圓，各個接觸元件附接至位於彈性封口上的金屬帶，並且從該金屬帶朝杯體的中央向內延伸。在杯體之缺口區內的各個接觸元件皆長於在杯體之非缺口區內的各個接觸元件，其中缺口區對應杯體之一區，在該區內之從晶圓中央至彈性封口邊緣的距離小於在杯體的非缺口區內者。

在以下描述中，陳述許多具體細節以期提供對本發明之透徹了解。在沒有部份或全部的這些具體細節下，所呈現之概念亦可被實行。在其他例中，已被的熟知製程操作並未詳細描述，以避免不必要地模糊該所述之概念。儘管部份概念和具體實施例一起被描述，吾人應理解這些實施例並非意指其具限制性。

簡介

隨著半導體產業朝向用於電鍍之較薄的晶種層發展，這些薄層較高的電阻可能影響電鍍的各種層面，且在部份情形中造成被鍍層內之缺陷。較薄晶種層的電阻通常超過5歐姆/平方(Ohm/square)，而有時可高達約30歐姆/平方甚至約40歐姆/平方。較高的電阻可能造成非均勻電壓分布，特別是在多個接觸點和電鍍溶液邊界位處不同距離之時。

和較薄晶種層有關之電鍍一個問題出現在基板的缺口區。具體地來說，直徑200毫米及以上的晶圓使用小缺口以傳遞晶圓之定向。這些缺口延伸至其晶圓的中央，且在電鍍晶圓時需要被封口。支持及密封此晶圓的抓斗具有用於此目的的缺口延伸件，其通常稱作蓋板(flat)。就像是缺口，蓋板朝向晶圓的中央延伸且防止電鍍溶液透過晶圓而洩露。因此，晶圓中央和蓋板的溶液排除邊緣之間的距離略小於在其他區的相似距離。例如，300毫米晶圓在其周圍通常有1毫米寬之排除區。在除缺口區外的所有區，邊緣封口位在距晶圓中央約149毫米之處。在缺口區，封口向中央延伸約0.5毫米且位在距中央約148.5毫米之處。

然而，和晶種層的電性接觸通常沿著距中央均勻間隔的環形邊界而建立。該電性接觸係藉具有環形及通常不占任何缺口面積的接觸環之接觸指所設置。此創造一潛在問題：較之抓斗的其他區，在缺口區內的接觸指距溶液較遠。此差距通常和蓋板的延伸相同，例如300毫米之晶圓係0.5毫米。在此情形中，與其他區相較，在缺口區內電流必須穿過晶種層內較長之距離。當晶種層特別薄和電阻大時，較長之距離可能造成顯著的電壓下降以及缺口區內與電解質的介面處較低的電壓。較低之電壓可能造成較慢的沉積速率，特別是在電壓梯度仍高時的初始沉積階段。隨著沉積繼續進行，由於穿過沉積層的額外傳導，電壓梯度可能減小。另外，較低初始速率可能劇烈影響被鍍層的厚度分布，特別是薄的被鍍層。

由以下實驗之結果可輕易了解此問題。具有39歐姆/平方晶種層之300毫米晶圓，在習知蚌殼狀電鍍設備內被電鍍，而目標厚度係175埃。接著，在晶圓邊緣附近的兩個不同區檢測電鍍層之厚度。一區係對應至缺口區且其厚度分佈如圖1之線10所示，另一區係自缺口區沿周圍轉移90度處且代表無缺口的任何區域。其厚度分布顯示於圖2的線20。這些圖示的X軸代表量測點距晶圓中央之距離，而Y軸代表量測位置之沉積層的厚度。焦點主要放在晶圓邊緣附近的部份，也就是距中央120毫米及150毫米間處，而缺口缺陷易於發生在該處。位在距中央120毫米及135毫米間處的量測點之分布10和20係相似的。在兩者區域，距中央此距離處的沉積層實質上是均勻的且具有約220埃的厚度。對應非缺口區的分布20顯示靠近晶圓邊緣處(即接近150毫米處)僅有微幅變化。在此同時，對應缺口區的分布10則指出靠近邊緣的沉積層部份在此區明顯較薄。不僅靠近邊緣的此部份明顯較薄於遠離邊緣的其他部份，而且此現象只出現在缺口區而不見於其他圖。

其他實驗被執行來證實缺口區的厚度變化和晶種層的導電性呈大幅相關。具體地來說，較導電的晶種層通常有較低的變化度。然而，如上所述，半導體產業的趨勢正朝向更薄、更高電阻的晶種層發展。

提出新穎之抓斗，其包含具有突出部和/或絕緣部的杯底以對應缺口區。設計這些特點來改變晶種層內和/或電解質內的電流分布，以得到基板整體曝露表面之更加均勻的電鍍。例如，一突出部被設置在抓斗的底表面上，或更具體地來說，設置在杯底的底表面上，該突出部可用來減小杯底和電鍍設備的其他部份的間隙，以及改變電鍍溶液之局部電流分布。此外，突出部造成較少電流流至雙陰極。該突出部可在實質上垂直底表面的方向上延伸。此突出部的高度取決於多種因素，例如：杯底和其他硬體部份間之間隙的寬度、晶種層的導電度、缺口區相對於其他區之排除區差距。在某些實施例中，該突出部至少約500微米高，例如，約1000微米高。對有約2毫米之間隙和電阻約39歐姆/平方的晶種層而言，該高度是足夠的。因此，1000微米之突出部阻礙約一半的間隙。

在相同或其他實施例中，鄰接缺口區之部份的抓斗的底表面(或，更具體地來說，部份的杯底的底表面)，具有較其他底表面低的電子導電度。例如，與可由金屬構成的其他杯底表面部份相較，此部份可由例如塑膠之較絕緣之材料製成。此較低導電度的部份可由佈設絕緣帶條、塗絕緣塗塊、放置塑膠嵌件於表面上或在表面內所形成之空腔上、及根據多種其他方法而製成。據信此導電度差異能改變電鍍溶液中電流之分布，使得絕緣導電部旁的溶液歷經較少流至陰極的漏電流，故與其他方式相較得以在缺口區沉積更多材料。

不論抓斗是否利用缺口區突出部、缺口區絕緣部、或者是其二者，該特徵配置成：肇因於這些特徵的任何沉積速率上升抵消上述晶種層內電性流失所造成的沉積速率下降。因此，較不導電晶種層可能需要較高的缺口區突出部或缺口區突出部和缺口區絕緣部之結合。選擇及配置這些特點的各種因素則描述於上。

此外，缺口區內的較大排除區容許將此區內的接觸指移動靠近抓斗中央，而且並不影響抓斗的封口特性。更具體地來說，在抓斗周圍附近，缺口區可有較其他區更長的接觸指。雖然這些接觸指可能干擾其他區封口，該封口在缺口區朝中央延伸。在一具體實施例中，這些較長接觸指係配置成：在缺口區內的電子導電路徑(即接觸指到電解質界面的距離)實質上相同於在其他區內者。因此，不論界面是在缺口區或是他處，在封口界面曝露至電鍍溶液的晶種層，實質上皆有相同之電位。較長接觸指、缺口區突出部、和缺口區絕緣特徵可結合於一相同之抓斗，以達到更多所欲之功效。如上所述，缺口區突出部可用絕緣材料製成。在相同實施例中，抓斗的缺口區內的接觸指可能較長。

以下呈現該電鍍設備的大略描述，以提供杯底和接觸指的多種實施例之部份脈絡。圖3A呈現的是晶圓固持及置放設備100的透視圖，設備100可對半導體晶圓進行電化學處理。該設備100包含晶圓囓合構件，其有時被稱作抓斗構件、抓斗組件、或抓斗。抓斗組件包含杯體101和錐體103。如其後圖示所顯示，杯體101固持晶圓而錐體103將晶圓穩固夾持於杯體。可使用除此處所具體描述者之外的其他杯體和錐體設計。其共同特徵係具有讓晶圓駐置於其中的內區之杯體、及將晶圓推壓抵住杯體而固持該晶圓於適當位置的錐體。

在該所述實施例中，抓斗組件(杯體101及錐體103)係由撐桿104所支持，撐桿104連結至上板105。此組件(101、103、104、及105)係由馬達107透過連結至上板105的轉軸106所驅動。馬達107附接至安裝架(未顯示)。轉軸106傳送力矩(來自馬達107)至抓斗組件，在電鍍期間造成其中所持晶圓(在這個圖示中未顯示)的旋轉。轉軸106中的氣缸(未顯示)亦提供垂直之力，來囓合杯體101及錐體103。當抓斗非處囓合之時(未顯示)，具終端致動臂的機器人可將晶圓插入至杯體101及錐體103間。在晶圓插入後，錐體103則與杯體101囓合，其固定晶圓於設備100中，僅將晶圓之正面(工作表面)曝露至電解質。

在部份實施例中，抓斗可包含防止錐體103潑濺電解質的噴灑裙部109。在所述實施例中，噴灑裙部109包含垂直環狀套筒和環形蓋部。間隔件110則維持噴灑裙109和錐體103之分離。

為討論之目的，包含構件101-110的組件合稱作晶圓座111。然而應注意，「晶圓座」之概念係廣泛延伸至囓合晶圓及容許其移動和置放的構件之多種結合及次結合。

傾斜組件(未顯示)可連接至晶圓座，以容許將晶圓斜角浸入(相對於水平浸入)至電鍍溶液。板及樞接的驅動機構及配置則用於若干實施例，以沿弧形路徑(未顯示)移動晶圓座111，以及(進而)傾斜晶圓座111(即杯體和錐體組件)的近端。

此外，將整體晶圓座111藉由引動器(未顯示)垂直上升或下降，以浸沒晶圓座111的近端於電鍍溶液。因此，雙構件置放機構提供晶圓沿著垂直電解質表面之路徑的垂直移動，以及允許自水平定向(即平行電解質表面)偏離的傾斜移動(斜向晶圓浸沒之能力)。

應注意晶圓座111係和具有電鍍腔117(其容納陽極腔157和電鍍溶液)的電鍍室115搭配使用。腔157容納陽極119(例如銅陽極)，且可包含設計來維持陽極隔間和陰極隔間之不同的電解質化學物的膜片或其他分離器。在所述實施例中，擴散器或膜片153用來引導電解質以均勻前沿往上朝向旋轉的晶圓。在某些實施例中，流量擴散器是高電阻虛擬陽極(HRVA,high resistance virtual anode)板，其是由絕緣材料(例如塑膠)的實心塊件所製成，具有大量數目(如4000-15000)的一維小孔洞(直徑為0.01至0.05英寸)，以及連接至板上方的陰極腔。孔洞的總截面面積小於約百分之五的總投影面積，且因此在電鍍室內造成實質流阻，而幫助改善系統的電鍍均勻性。高電阻虛擬陽極板的額外描述和相對應對半導體晶圓進行電化學處理之設備，在2008/11/7申請之美國專利申請案第12/291356號中被提出，其整體藉由參照納入本案揭示內容。該電鍍室亦可包含分離膜片，其用以控制及建立分離電解質流量型態。在另一實施例中，一膜片可用來界定陽極腔，其包含實質上沒有抑制劑、加速劑、或其他有機電鍍添加物之電解質。

該電鍍室亦可包含管路系統或管路系統接觸件，以使電解質通過電鍍室且相對被鍍之工作件而循環。例如，電鍍室115包含電解質進口管131，進口管131透過陽極119中央的孔洞而垂直延伸入陽極腔157之中央。在其他實施例中，電鍍室包含電解質進口歧管，其引進流體至擴散器/HRVA板下方的陰極腔之腔周邊壁(未顯示)。在一些情況中，進口管131包含在膜片153兩側(陽極側和陰極側)之出口噴嘴。此配置傳送電解質至陽極腔和陰極腔兩者。在其他實施例中，陽極和陰極腔由流通阻抗膜片153所分離，且各個腔有個別之電解質的個別流通循環。如圖3A之實施例所顯示，進口噴嘴155提供電解質至膜片153的陽極側。

此外，電鍍室115包含清洗排流管路159和電鍍溶液返回管路161，各自直接連結至電鍍腔117。另外在正常操作期間，清洗噴嘴163傳送去離子清洗水以潔淨晶圓和/或杯體。電鍍溶液通常填充大部份的腔117。為緩和潑濺及氣泡的產生，腔117包含針對電鍍溶液返回的內堰165和針對清洗水返回的外堰167。在所述實施例中，這些堰是電鍍腔117之壁內的周圍垂直槽。

如上所述，電鍍抓斗通常包含唇封和一或更多個接觸件，來提供封口和電性連接之功能。唇封可以彈性體材料製成。該唇封在半導體基板的表面形成封口，並且自基板的周圍區排除電解質，而基板周圍區則容納有該接觸點。在此周圍區不會發生沉積且其並不用來形成IC元件，也就是周圍區並非工作表面的一部份。因為電解質自此區排除，有時該區亦稱作邊緣排除區。在製程期間，周圍區用於支持基板，也用於建立和基板的電性連接與封口。由於吾人通常想要增加工作表面，周圍區需要在保持上述功能的情況下儘可能地小。在若干實施例中，周圍區距晶圓邊緣約介於0.5毫米和3毫米間，或更加具體地來說，約為1毫米。

以下描述呈現可用於某些實施例的杯體組件之示例和額外特徵。由於改善的殘留電解質/清洗液的邊緣流動特性、受控的水進入濕潤、及唇封氣泡之移除，所述杯體設計的若干態樣提供更大的邊緣電鍍均勻性以及減少邊緣缺陷。圖3B是杯體組件200的描繪性剖切視圖。該組件200包含唇封212，其用於保護部分之杯體不受電解質影響。該組件200亦包含，該接觸件208用於建立和晶圓導電件的電性連接。該杯體和其構件可以是環形，且可調整尺寸以囓合晶圓之周邊(例如200毫米晶圓、300毫米晶圓、450毫米晶圓)。

杯體組件包含杯底210，其亦可稱作「碟」或「基部板」，且可用一組螺釘和其他栓固裝置以附接至屏蔽結構202。杯底210可被移除(即自屏蔽結構202分開)，以能夠進行替換杯體組件200的多種構件，例如：封口212、電流分配匯流排214(彎曲電性匯流排條)、電性接觸構件帶208、和/或杯底210本身。一部份(通常是最外部)的接觸帶208可和連續金屬帶204接觸。杯底210在其最內周邊可有錐形邊緣216，如此形狀係用以改善邊緣附近之電解質/清洗液之流動特性，以及改善氣泡排斥特性。杯底210可用堅硬、抗腐蝕材料製成，例如不鏽鋼、鈦、鉭。在關閉期間，當施力通過晶圓之時，杯底210支持著唇封212，以避免抓斗在晶圓浸沒時洩露。在若干實施例，施於唇封212和杯底210之力是至少約200磅之力。關閉之力，其亦稱作關閉壓力，是由抓斗錐體組件(其和晶面背面接觸之部份)所施加。

電性接觸構件208提供沉積至晶圓的正面之電性接觸導電材料。接觸構件208包含大量數目之附接至連續金屬帶218的個別的接觸指220。在某些實施例中，接觸構件208是由Paliney 7合金所製。然而，亦可使用其他適合之材料。在對應300毫米晶圓配置的某些實施例中，接觸構件208有至少約300個個別的接觸指220，該等接觸指在晶圓界定的整區周圍均勻間隔。指220可藉切割(例如雷射切割)、機械加工、沖壓、精密摺疊/彎曲、或任何其他適合方法而製。接觸構件208可形成連續環，其中金屬帶218界定環的外直徑，指220的自由尖端(free tip)界定內直徑。應注意這些直徑將視接觸構件208的剖面輪廓而變化。此外，應注意指220是具彈性的，且當晶圓裝載時指220可以被壓下(即朝向錐形邊緣216)。例如，當錐體施加壓力至晶圓，晶圓被置入抓斗至又另一不同位置，指220則從自由位移動至不同的中間位置。在操作中，彈性唇封212的唇212b位在靠近指220之端點處。例如，在其自由位置時，指220可較唇212b延伸得更高。在某些實施例中，當晶圓被置入杯體時，即使是在其中間位置，指220亦較唇212b延伸得更高。換句話說，晶圓是由指220的端點所支持而非唇212b。在其他實施例中，當引進晶圓入杯體220時，指220和/或唇212b封口彎曲或壓縮，且端點220和唇212b兩者皆和晶圓接觸。例如，唇212b可最初較指端點延伸得更高，然後唇212b被壓縮且指220偏斜及壓縮，以形成和晶圓之接觸。因此，為避免模稜兩可，提供在封口建立於晶圓和唇封212間時此處所述接觸構件208之尺寸。

顯示之封口212包含唇封抓取脊212a，唇封抓取脊212a被配置來囓合杯底210之溝槽，進而固持封口212於所欲之位置。在封口212的安裝及替換期間，脊和溝槽的結合可幫助置放封口212於正確位置，且在正常使用及清潔期間防止封口212的位移。亦可使用其他適合的銷結(囓合)特徵部。

封口212更包含一特徵，例如形成於其上表面的溝槽，該溝槽係配置來容納分配匯流排條214。分配匯流排條214通常由抗腐蝕材料(如不鏽鋼牌號316)組成，且安裝於溝槽內。在部份實施例中，封口212可被接合(例如使用黏著劑)至分配匯流排214以更加穩固。在相同或其他實施例中，接觸構件208在連續金屬帶218附近被連接至分配匯流排214。通常而言，分配匯流排214遠較連續金屬帶218來得厚，故可提供更加均勻的電流分布，其係藉由使介於匯流排條和功率引線(未顯示)接觸之位置，與任何電流穿過帶218和指220流出到晶圓的方位角位置之間的歐姆電壓下降極小化之故。

圖4A是根據某些實施例，具有底表面401及支持基板402的抓斗400之非缺口區的示意圖，其顯示此支持件的非缺口區。接觸指406和基板402的晶種層404電性連接。彈性體封口408 在其內邊緣409附近形成封口，以防止電解質碰到接觸指406。基板402上的沉積區起始於此內邊緣409的右方。因此，電流在到達電解質前，必須穿過晶種層404至少D1的距離。在某些實施例中，此距離小於0.5毫米，例如，介於約0.2毫米和0.3毫米間。

圖4B是根據某些實施例，支持基板412的抓斗410的缺口區之示意圖。圖4A和4B可呈現沿基板周圍不同位置處之相同抓斗和基板的兩個不同的剖面圖。和圖4A相似，此例的接觸指416和基板412的晶種層414電性連接。彈性體封口418亦在其內邊緣419附近形成封口，以防止電解質碰到接觸指416。然而，相較於圖4A所顯示的非缺口區內的邊緣409，圖4B則描繪缺口區，且此區內的內邊緣419向基板412的中央平移且遠離接觸指416。缺口區內的電流在到達電解質前，必須穿過晶種層414至少D2的距離，D2則大於D1的距離。在某些實施例中，D2距離和D1距離的差距係介於約0.2毫米和1.0毫米間，例如，約0.5毫米。

如上所述，相較於邊緣409之電壓，較長導電路徑可能造成在邊緣419處晶種層414內的較低電壓。為抵消此電壓差異，抓斗410可配備突出部417，突出部417附接至抓斗410的底表面411且自抓斗410的底表面411延伸。突出部417的高度(H)可為至少約600微米，例如約1000微米。突出部417可沿邊緣419的周圍延伸(即垂直於圖4B所描繪之剖面圖)至缺口區的整體寬度。這個尺寸可稱做突出部417的長度。突出部417的寬度(W)可維持一定或沿著長度而改變，例如突出部417可在其長度之中間最寬，然後朝兩端漸縮。在具非常薄的晶種層414的基板412上之初始電鍍步驟中，雙陰極透過形成於底表面411和電鍍室部份(例如嵌件)間的通道自基板412的邊緣汲取電流。該通道可介於約1.5毫米和約2.5毫米間，例如約2.0毫米。具有高度H的突出部417的加入，大幅減少通道的開口，並因此在邊緣419的突出部417的加入處局部地形成更大電阻的路徑。雙陰極的電性路徑拉汲電流的不對稱性，將抵消在圖4B的基板412和圖4A的基板402之間於邊緣處晶種層414之中的電壓差異，該電壓差異係由於圖4B的D2距離和圖4A的D1距離之間的差異所造成。具體來說，圖4B的D2距離造成基板412的晶種層414內於邊緣處較低電壓，導致相較於基板402的晶種層404電鍍較少。在此同時，由於雙陰極在基板412的晶種層414內自邊緣419處拉汲較少電流，將導致基板412的晶種層414的電鍍較多。抓斗410的底表面411的兩種不對稱特徵所造成之上述效應彼此抵消，並且導致實質上整體基板412的對稱電鍍。在此機制下，突出部417的長度、高度H、寬度W可以對照地改變，以達到相同結果。例如同時增加突出部417的寬度W和降低突出部417的高度，可等比例地得到等效於汲取電流之雙陰極的均等電阻路徑。相似地，可藉由將突出部417形成為在其長度中間最寬而向兩端漸縮，或藉由將突出部417形成為在其長度中間最厚而向兩端漸縮，來實現上述之錐形突出部。當突出部417具有固定的寬度W，藉改變底表面411和電鍍室部份(例如嵌件)之間的間隙，亦可改變突出417的高度H而仍實現相同的輪廓調整(profile modulating)功效。例如，若移動抓斗410而使其在電鍍期間較接近電鍍室部份，突出部417之高度H可被縮減。在某些實施例中，突出部417的高度H可介於約600微米和約1000微米間。

圖4C是圖4B中抓斗410的透視圖。抓斗410包含突出部417，其附接至抓斗410的底表面411並自抓斗410的底表面411延伸。如圖4C所述，突出部417的寬度W可部份地沿底表面411的寬度而延伸。

圖4D是根據某些實施例，支持基板422的抓斗420之另一缺口區之示意圖。圖4A和4D可呈現沿基板周圍不同位置而置放的相同抓斗和基板的兩個不同的剖面圖。此例的接觸指426亦和基板422的晶種層424行電性連接。彈性封口428亦在其內邊緣419附近形成封口，以防止電解質碰到接觸指426，和上述參照圖4B之例相似。缺口區內的電流在到達電解質前，必須穿過晶種層424至少D2的距離，因此此晶種層424在邊緣429處有較低之電壓。為抵消此電壓差異，抓斗420可配置絕緣部427於抓斗420 的底表面421內。此設計可以多種方法實現。第一種方法用鈦建立底表面421的非缺口部，及用塑膠建立杯底421的缺口部。第二種方法用鈦建立整個底表面421，但在靠近缺口的底表面部塗佈以非導電塗層，而非缺口區則不加以塗佈。底表面421的導電鈦曝露部提供雙陰極拉汲電流的電性上短的路徑，同時絕緣缺口部則完全阻礙雙陰極拉汲電流的路徑。如以上對照圖4B所述，雙陰極拉汲電流的電性路徑的不對稱性，將抵消在圖4D的基板422的晶種層424於邊緣429處與圖4A的基板402的晶種層404於邊緣409處之間的的電壓差異，該電壓差異係由於圖4D的D2距離和圖4A的D1距離之間的差異所造成。

圖4E是圖4D的抓斗420的透視圖。抓斗420包含位在抓斗420的底表面421上的絕緣部427。如圖4E所述，絕緣部427的寬度W可沿底表面421的整個寬度延伸。

圖5A是根據某些實施例，支持基板502的抓斗500的非缺口區的示意圖。此圖示大略近似於上述之圖4A。然而，其亦描繪在基板502的邊緣和彈性封口的邊緣509間延伸的E1排除區。圖5B是根據某些實施例，支持基板512的抓斗510的缺口區的示意圖。圖5A和5B可呈現沿基板周圍不同位置而置放的，相同抓斗和基板的兩個不同的剖面圖。在缺口區的E2排除區大於在非缺口區的E1排除區，以容納缺口且防止電解質透過缺口洩露至接觸區。缺口區內的接觸指516長於非缺口區的接觸指506，這能夠保持D1距離相同，即在缺口及非缺口區之接觸指和唇封之邊緣間之距離。在某些實施例中，缺口區內的此距離仍大於非缺口區之內者。然而，此距離自非缺口區到缺口區的增加小於排除區之增加。

亦提出一方法以對準及密封半導體基板於抓斗內。該方法包含提供一基板入抓斗(操作604)、降低基板穿過上部而至封口突出部上(操作606)、及壓縮上部的頂表面(操作608)。在操作608期間，內側表面係建構成接觸及推動半導體基板，以使抓斗內的半導體基板對準。在操作608對準半導體基板後，該方法繼續來壓擠半導體基板以形成介於封口突出部和半導體晶圓間之封口(操作610)。在某些實施例中，在壓擠半導體基板期間持續壓縮頂表面。例如，壓縮頂表面和壓擠半導體基板是藉由抓斗之錐體的兩個不同表面加以執行。在其他實施例中，壓縮頂表面和壓擠半導體基板是藉由抓斗的兩個不同構件獨立地執行。在這些實施例中，壓縮頂表面在壓擠半導體基板時可能停止。此外，壓縮頂表面之程度可視半導體基板之直徑而調整。這些操作可為較大電鍍製程的一部份。某些其他操作被敘述於圖6的流程圖，並且在以下簡單描述之。

剛開始，抓斗的接觸區和唇封可以是乾淨且乾燥的。將抓斗開啟(操作602)且將晶圓裝載入抓斗。在某些實施例中，接觸尖端座落處略高於封密唇之平面，且晶圓在此情況中係由晶圓周圍的接觸尖端陣列所支持。隨後藉由將錐體下移而將抓斗關閉及密封。在此關閉操作期間，則根據上述多種實施例而建立電性接觸和封口。此外，接觸件之底角可能朝彈性唇封部向下施力，其造成晶圓正面和該等尖端之間的額外應力。可稍加壓縮封密唇以確保繞整體周圍之密封。在部份實施例中，當晶圓初置於杯體中時，只有封密唇會和正面接觸。在此例中，在壓縮封密唇期間，建立該等尖端和該正面之間的電性接觸。

一旦建立封口及電性接觸，將載有晶圓的抓斗浸入電鍍池，且晶圓在被固持於抓斗的狀況下在池內進行電鍍(操作612)。在此操作中所使用的銅電鍍溶液之通常成份包含：銅離子，其濃度範圍約為0.5-80 g/L，更加具體來說是約5-60 g/L，甚至更加具體來說是約18-55 g/L；以及硫酸，其濃度範圍約為0.1-400 g/L。弱酸銅電鍍溶液通常包含約5-10 g/L的硫酸。中、強酸溶液則分別包含約為50-90 g/L及150-180 g/L之硫酸。氯離子濃度可約為1-100 mg/L。可使用許多的銅電鍍有機添加物，例如：Enthone Viaform,Viaform NexT,Viaform Extreme(由Enthone Corporation in West Haven,CT所供應)、或其他熟習此技術者所知的加速劑、抑制劑、均勻劑(leveler)。電鍍操作的例子詳加描述於2006/11/28申請之美國專利申請案第11/564222號，其整體在此納入以描述電鍍操作。一旦完成電鍍且已沉積適宜量之材料於晶圓的正面上時，接著將晶圓移離電鍍池。旋轉抓斗及晶圓，而移除大部份因表面張力而存留在抓斗表面的殘留電解質。接著在持續旋轉抓斗的狀況下清洗抓斗，以盡可能自抓斗和晶圓表面稀釋及沖刷挾帶之流體。然後關閉清洗液一段時間(通常至少約2秒)而旋轉晶圓，以移除部份殘留清洗液。接著製程可以繼續進行開啟抓斗(操作614)和移除處理過的晶圓(操作616)。對於新的晶圓，操作604到616可重複數次。

在某些實施例中，在將抓斗封口期間和/或在基板處理期間，系統控制器用於控制製程條件。該系統控制器通常包含一或更多記憶體元件和一或更多處理器。處理器可包含CPU、或電腦、類比和/或數位輸入/輸出連結、步進馬達控制器板等。實行適合之控制操作的指令由處理器所執行。這些指令可儲存於和控制器有關之記憶體元件或其可由網路所提供。

在部份實施例中，系統控制器控制製程系統的所有作業。該系統控制器執行系統控制軟體，系統控制軟體包含控制上列製程步驟之時序和特定製程之其他參數的指令組。儲存於和控制器有關之記憶體元件的其他電腦程式、腳本、或程序，則可應用於某些實施例。

通常會有和系統控制器有關的使用者介面。該使用者介面可包含顯示螢幕、用以顯示製程條件的圖像軟體、和使用者輸入裝置(例如指示裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等)。

控制上述操作的電腦程式碼可用任何習知電腦可讀取程式語言寫成，例如：組合語言、C、C++、Pascal、Fortran、或其他者。處理器執行經編譯的目標碼或腳本以實行在程式中所確認之任務。

用於監控製程的訊號可由系統控制器的類比和/或數位連結所提供。控制製程的訊號輸出至系統控制器的類比和數位連結。

上述設備/製程可與微影圖案化工具或製程一起使用於例如生產或製造半導體裝置、顯示器、LED、太陽光電板、及相似者。通常而言，但非必須，這些工具/製程一起用於或實施於一共同生產器材內。膜的微影圖案化通常包含某些或全部下列步驟，各個步驟會用到數個可能的工具：(1)使用旋塗或噴塗工具，塗佈光阻於工作件上(也就是基板)；(2)使用熱板或爐或UV固化工具，來固化光阻；(3)使用例如晶圓步進器之工具，來曝露光阻於可見光、或UV光、或X光；(4)使用例如濕式台(wet bench)之工具，來顯影光阻以選擇性移除光阻且進而圖案化之；(5)使用乾式或電漿輔助蝕刻工具，來轉印光阻圖案至下方之膜或工作件；以及(6)使用例如RF或微波電漿光阻剝除器之工具，來移除光阻。

實驗結果

在三種不同的抓斗，測試沉積175埃厚的層於設置在300毫米晶圓的39歐姆/平方晶種層上。一抓斗在其底表面沒有任何突出。另一抓斗有600微米之突出部，再另一抓斗有1000微米之突出部。量測在這三個抓斗內處理的晶圓以測定沉積層之厚度分布。此實驗結果呈現於圖7A和7B。更加具體地來說，圖7A描繪靠近晶圓邊緣缺口區內的三個厚度分布。焦點主要是放在靠近晶圓邊緣的突出部，即前述距晶圓中央120微米到150微米間之易於發生缺口缺陷之處。線700表示無任何突出部之抓斗所處理的晶圓之厚度分布。線700顯示在靠近邊緣處厚度顯著下降。線702表示具有600微米突出部之抓斗所處理的晶圓之厚度分布。線702顯示相較線700，厚度分布有略為改善，但在靠近邊緣處厚度仍實質下降。這便指出此型態晶圓及製程條件，在具有600微米突出部下之情形。線704表示具1000微米突出部之抓斗所處理的晶圓之厚度分布。其顯示在整個半徑範圍之厚度頗為一致。

圖7B描繪25點外形量測分布，其中量測位10對應於缺口點。其他量測位之位置顯示於圖7C。線710表示沒有任何突出部的抓斗所處理之晶圓的厚度分布。線712表示具600微米突出部的抓斗所處理之晶圓的厚度分布，而線714表示具1000微米突出部的抓斗所處理之晶圓的厚度分布。與上述結果相似，這些結果清楚地指出當利用最適的突出部時，可以極小化甚至完全消除缺口效應。

杯底尺寸和厚度對近邊緣分布的影響可用flexPDE軟體模擬。模擬在兩種抓斗配置(即標準抓斗及加厚1000微米之抓斗)的電流密度分布。模擬結果和實驗結果相當一致，其中較厚杯底抵消較小杯底內直徑之效應。

另一測試顯示突出部之概念在其他非39歐姆/平方的晶種層仍然有作用。一範圍之突出部的厚度可用於達成相似結果。

結論

儘管前述概念已頗為詳細描述以達清楚明瞭之目的，但顯然在隨附申請專利範圍之範疇內，將可實施若干改變及變更。吾人應注意仍有許多替代方法來實行該製程、系統、及設備。因此，這些實施例應視作例示性而非限制性。

10‧‧‧分布

20‧‧‧分布

100‧‧‧設備

101‧‧‧杯體

103‧‧‧錐體

104‧‧‧撐桿

105‧‧‧上板

106‧‧‧轉軸

107‧‧‧馬達

109‧‧‧噴灑裙部

110‧‧‧間隔件

111‧‧‧晶圓座

115‧‧‧室

117‧‧‧腔

119‧‧‧陽極

131‧‧‧進口管

153‧‧‧擴散器(膜片)

155‧‧‧進口噴嘴

157‧‧‧陽極腔

159‧‧‧排流管路

161‧‧‧返回管路

163‧‧‧噴嘴

165‧‧‧內堰

167‧‧‧外堰

200‧‧‧杯體組件

202‧‧‧屏蔽結構

204‧‧‧金屬帶

208‧‧‧接觸構件/件/帶

210‧‧‧杯底

212‧‧‧封口

212a‧‧‧抓取脊

212b‧‧‧唇

214‧‧‧匯流排

216‧‧‧錐形邊緣

220‧‧‧接觸指

400‧‧‧抓斗

401‧‧‧底表面

402‧‧‧基板

404‧‧‧晶種層

406‧‧‧接觸指

408‧‧‧封口

409‧‧‧內邊緣

410‧‧‧抓斗

411‧‧‧底表面

412‧‧‧基板

414‧‧‧晶種層

416‧‧‧接觸指

417‧‧‧突出

418‧‧‧封口

419‧‧‧內邊緣

420‧‧‧抓斗

421‧‧‧底表面

422‧‧‧基板

424‧‧‧晶種層

426‧‧‧接觸指

427‧‧‧絕緣部

428‧‧‧封口

429‧‧‧邊緣

500‧‧‧抓斗

502‧‧‧基板

506‧‧‧接觸指

509‧‧‧邊緣

510‧‧‧抓斗

512‧‧‧基板

516‧‧‧接觸指

602‧‧‧操作

604‧‧‧操作

606‧‧‧操作

608‧‧‧操作

610‧‧‧操作

612‧‧‧操作

614‧‧‧操作

616‧‧‧操作

700‧‧‧線

702‧‧‧線

704‧‧‧線

710‧‧‧線

712‧‧‧線

714‧‧‧線

D1‧‧‧距離

D2‧‧‧距離

E1‧‧‧排除區

E2‧‧‧排除區

W‧‧‧寬度

H‧‧‧高度

圖1顯示沿晶圓的徑向位置之缺口區的電鍍層的厚度之圖。

圖2顯示沿晶圓的徑向位置之非缺口區的電鍍層的厚度之圖。

圖3A是用以對半導體晶圓進行電化學處理之晶圓固持及置放設備的透視圖。

圖3B是具有含一或更多接觸元件的唇封組件之抓斗組件的剖面示意圖。

圖4A是具有唇封組件和支持基板的一或更多接觸元件的抓斗組件之非缺口區內的剖面示意圖。

圖4B是具有唇封組件、支持基板的一或更多接觸元件、和含突出部的底表面的抓斗組件之缺口區內的剖面示意圖。

圖4C具有含突出部的底表面的抓斗組件的透視圖。

圖4D是具有唇封組件、支持基板的一或更多接觸元件、和含絕緣部的底表面的抓斗組件之缺口區內的剖面示意圖。

圖4E是具有含絕緣部的底表面的抓斗組件的透視圖。

圖5A是具有唇封組件和支持基板的一或更多接觸元件的抓斗組件之非缺口區內的剖面示意圖。

圖5B是具有唇封組件和支持基板的一或更多接觸元件的抓斗組件之非缺口區內的剖面示意圖。

圖6是描繪對準及密封半導體基板於抓斗組件內之方法的流程圖。

圖7A顯示缺口區內電鍍層沿晶圓徑向位置的三種厚度分布。

圖7B顯示三種25點外形量測分布，其中缺口點對應量測位10。

圖7C顯示圖7B中在25點外形量測分布中的晶圓上的25處量測位的示意圖。