本公開總體上涉及用于在半導體晶片上電鍍金屬層的方法和裝置。更具體地，本文所描述的方法和裝置對于控制方位角鍍覆均勻性是有用的。

背景技術：

在半導體器件的制造中，導電材料(如銅)通常通過電鍍到金屬的籽晶層上來沉積，以填充在半導體晶片襯底上的一個或多個凹陷特征。電鍍是用于在鑲嵌處理期間沉積金屬到晶片的通孔和溝槽的選擇的方法，并且也用于晶片級封裝(WLP)應用中，以形成在晶片襯底上的金屬柱和金屬線。電鍍的另一種應用是填充穿透硅通孔(TSV)，其是在3D集成電路和3D封裝中使用的相對較大的垂直電連接。

在一些電鍍襯底中，在電鍍(通常在鑲嵌和TSV處理中)之前，籽晶層暴露在襯底的整個表面上，并在襯底的整體上進行金屬的電沉積。在其它電鍍襯底的過程中，籽晶層的一部分由非導電材料覆蓋，例如由光致抗蝕劑覆蓋，而籽晶層的另一部分被暴露。在具有部分被掩蔽的籽晶層的這樣的襯底中，電鍍僅在籽晶層的暴露部分進行，而籽晶層的被覆蓋部分被保護以避免上面被電鍍。在具有涂覆有圖案化的光致抗蝕劑的籽晶層的襯底上電鍍被稱為穿過抗蝕劑電鍍，并且通常在WLP應用中使用。

在電鍍期間，電觸點在晶片的周邊的籽晶層(例如，銅籽晶層)上形成，并且晶片被電偏置以用作陰極。使晶片與電解液接觸，電解液包含待鍍的金屬離子。電解液通常還包含向電解液提供足夠的導電性的酸，并且也可以含有在襯底的不同表面上調節(jié)電沉積速率的添加劑，其被稱為促進劑、抑制劑、以及均化劑(leveler)。

在電鍍過程中所遇到的一個問題是沿圓形半導體晶片的半徑不均勻分布的電沉積的金屬的厚度。這種類型的非均勻性被稱為徑向非均勻性。徑向非均勻性會由于多種因素而出現，例如因終端效應(terminal effect)而出現，以及由于在襯底的表面的電解液流量的變化而出現。終端效應本身表現為邊緣厚的電鍍，因為在晶片的邊緣的電觸點附近的電位比在晶片的中心會是顯著較高的，尤其是當使用薄電阻籽晶層時。

在電鍍期間可能遇到的另一種類型的非均勻性是方位角非均勻性。為清楚起見，我們使用極坐標將方位角非均勻性定義為在相對于晶片中心的固定徑向位置處在晶片上的不同角度位置顯示的厚度變化，即，沿著晶片的周界內的給定的圓或圓的部分的非均勻性。這種類型的非均勻性可獨立于徑向的非均勻性存在于電鍍應用中，并且在一些應用中可能是需要加以控制的主要類型的非均勻性。其經常出現在穿過抗蝕劑電鍍中，其中，晶片的主要部分被用光致抗蝕劑涂層或類似的防鍍覆層掩蔽，并且特征的掩蔽圖案或特征密度在晶片邊緣附近在方位角上并不是均勻的。例如，在一些情況下，在靠近晶片的凹口處會存在缺失圖案特征的、技術上所需要的弦形(chord)區(qū)域，以使得能對晶片進行編號或處理。

過度的徑向和方位角非均勻性可導致非功能性的芯片。因此需要改善鍍覆均勻性的方法和裝置。

技術實現要素：

描述了用于在襯底上以改善的方位角鍍覆均勻性電鍍金屬的方法和裝置。本文描述的裝置和方法可以用于在各種襯底上電鍍，并且對于在方位角不均勻的襯底上電鍍是特別有用的，例如在具有方位角不均勻的缺少管芯區(qū)的襯底上電鍍是特別有用的。該裝置和方法結合方位不對稱屏蔽件利用離子阻性離子可穿透元件(下稱“元件”)，其中，所述元件和所述屏蔽件在提高電鍍的均勻性的配置中使用。

在一個方面，提供了一種電鍍裝置。該電鍍裝置包括：(a)電鍍室，其被配置成在電鍍金屬到半導體襯底上時容納電解液和陽極；(b)襯底支架，其配置成在電鍍期間保持和旋轉所述半導體襯底；(c)離子阻性離子可穿透元件，其包括面對襯底的表面和相反的表面，其中所述元件在電鍍期間使得離子流能穿過所述元件朝向所述襯底流動，其中所述離子阻性離子可穿透元件包括多個非連通通道，并且其中所述離子阻性離子可穿透元件被定位成使得所述元件的面對襯底的表面和所述襯底的工作表面之間的最近距離為約10mm或小于10mm；和(d)屏蔽件，其被配置用于提供方位角不對稱屏蔽，其中該屏蔽件具有面對襯底的表面和相反的表面，其中，所述屏蔽件被定位成使得所述屏蔽件的面對襯底的表面和所述襯底的工作表面之間的最近距離為小于約2mm。優(yōu)選地，所述屏蔽件的面對襯底的表面和所述襯底的工作表面之間的最近距離為約0.5mm-1.5mm。

在一些實施方式中，所述屏蔽件的面對襯底的表面被設置輪廓使得從所述屏蔽件的面對襯底的表面到所述襯底的工作表面的距離是變化的(或者逐漸地或者以離散的步驟)。在一些實施方式中，所述屏蔽件的面對襯底的表面被設置輪廓使得從所述屏蔽件的面對襯底的表面到所述襯底的工作表面的距離對于選定的方位角位置是徑向變化的。例如，在一實施方案中，所述屏蔽件的面對襯底的表面被設置輪廓使得從所述屏蔽件的面對襯底的表面到所述襯底的工作表面的距離在第一徑向位置比在第二徑向位置大，其中所述第二徑向位置比所述第一徑向位置大。徑向位置從對應于所述襯底的中心(零徑向位置)測量，使得它沿向外的方向朝襯底的邊緣的徑向位置增大。在一些實現方案中，所述屏蔽件的面對襯底的表面被設置輪廓使得至少對于屏蔽件的一部分，隨著徑向位置增大，從所述屏蔽件的面對襯底的表面到所述襯底的工作表面的距離在徑向方向上逐漸減小。

在一些實施方式中，所述屏蔽件的相反的表面接觸所述離子阻性離子可穿透元件并阻塞所述元件的所述面對襯底的表面上的通道的一部分。

所述屏蔽件通?？梢允菍嵭牡?沒有任何開口)，或者，在一些實施方式中，所述屏蔽件可以具有一個或多個電解液可穿過的開口，從而使得離子流能穿過這些開口。

在一些實施方案中，所述屏蔽件總體上是楔狀的。合適的屏蔽件的一個實施例是具有位于離所述襯底的邊緣的徑向位置介于約10mm-40mm的徑向距離處的介于約100°-180°之間的中心楔狀角的屏蔽件。

在許多實施方式中，所述離子阻性離子可穿透元件被定位成使得在電鍍期間所述元件的面對襯底的表面和所述襯底之間的所述距離介于約2mm-10mm之間，并且所述屏蔽件被定位成使得在電鍍期間所述屏蔽件的面對襯底的表面和所述襯底的工作表面之間的最小距離為約1.5mm或小于約1.5mm。

在許多實施方案中，所述屏蔽件被定位成使得在電鍍期間所述離子阻性離子可穿透元件的面對襯底的表面和所述屏蔽件之間存在填充電解液的間隙。當使用這樣的配置時，優(yōu)選地配置該裝置，使得所述非連通通道落入屏蔽件的投影的至少一部分相對于離子流的流動是被阻塞的。這可以例如通過提供與所述離子阻性離子可穿透元件的所述相反的表面接觸的第二屏蔽件來實現，其中所述第二屏蔽件用于阻塞非連通通道的落入所述屏蔽件的投影的至少一部分。在另一配置中，提供了特別設計的元件，其中，該元件的落入屏蔽件的投影的至少一部分沒有通道。此外，當該元件和所述頂部屏蔽件之間具有間隙時，在一些實施方式中，所述裝置還包括入口和出口，所述入口通向位于所述襯底和所述離子阻性離子可穿透元件之間的微室以用于引導電解液流入至所述微室，所述出口通向所述微室以用于接收流動通過所述微室的電解液，其中所述入口和所述出口被定位成鄰近方位角相反的所述襯底的所述工作面的周邊位置，并且其中，所述入口和出口適于在所述微室產生電解液的交叉流(cross-flow)。例如，所述裝置可以被配置成用于產生穿過在所述離子阻性離子可穿透元件和屏蔽件之間的間隙的電解液交叉流。在一些實施方式中，通向所述微室的出口位于頂部屏蔽件的周邊。在一些實施方式中，在所述離子阻性離子可穿透元件和屏蔽件之間的所述間隙介于約0.5mm–5mm之間。

在另一個方面，提供了一種用于在襯底上電鍍金屬同時控制方位角的均勻性的方法，在一實施方式中，該方法包括：(a)提供所述半導體襯底到配置為用于在電鍍期間旋轉所述半導體襯底的電鍍裝置內，其中所述電鍍裝置包括：(i)離子阻性離子可穿透元件，其包括面對襯底的表面和相反的表面，其中所述元件在電鍍期間使得離子流能穿過所述元件朝向所述襯底流動，其中所述離子阻性離子可穿透元件包括多個非連通通道，并且其中所述離子阻性離子可穿透元件被定位成使得所述元件的面對襯底的表面和所述襯底的工作表面之間的最近距離為約10mm或小于10mm；以及(ii)屏蔽件，其被配置用于提供方位角不對稱屏蔽，其中該屏蔽件具有面對襯底的表面和相反的表面，其中，所述屏蔽件被定位成使得所述屏蔽件的面對襯底的表面和所述襯底的工作表面之間的最近距離為小于約2mm；以及(b)在相對于所述屏蔽件旋轉所述半導體襯底的同時在所述襯底上電鍍金屬，使得所述半導體襯底的在選定的方位角位置的選定部分停留在屏蔽區(qū)相比于所述襯底的具有相同的平均弧長和相同的平均徑向位置并且存在于不同角度的方位角位置的第二部分持續(xù)不同的時間量。在一些實施方式中，電鍍包括：當所述襯底的選定部分被較少地屏蔽時，以第一速度旋轉所述半導體襯底，并且當所述襯底的選定部分被較多地屏蔽時，以第二速度旋轉所述半導體襯底，其中，所述襯底的一個完整的旋轉包括以第一速度旋轉的第一時間段和以第二速度旋轉的第二時間段。在一些實施方式中，可以對于所述襯底的每一個完整的旋轉，在較多地屏蔽的區(qū)上，減慢所述半導體襯底兩次或更多次，使得在所述晶片上的兩個分離的方位角部分相比于類似的方位角部分(具有相同的平均弧長和相同的平均徑向位置并且存在于不同角度的方位角位置的部分)在所述屏蔽的區(qū)停留較長久。在一些實施方式中，可以使用兩個或更多個頂部方位角不對稱的屏蔽件。

在一些實施方式中，可以使用兩種以上的速度。例如，所述襯底的一個完整的旋轉可以包括：以第一速度旋轉，接著減慢到第二速度；以第二速度旋轉，接著加速到第三速度；以所述第三速度旋轉，接著減慢到第四速度；以第四速度旋轉，接著加速到第一速度，其中，第一和第三速度可以相同或不同，且其中第二和第四速度可以相同或不同。加速和減速的時間段可能非常短，或者在一些實施方式中，比較長。停留期間以及加速和減速期間可以調制以實現改進的均勻性。例如，指定一個或多個加速度、減速度、和停留期間的不同波形可以以程序指令的形式在與所述裝置電連接的控制器中使用。在一個實施例中，所述控制器可以包括用于下述操作的程序指令：(a)以第一速率旋轉襯底持續(xù)第一角度跨度；(b)將所述襯底從所述第一速率減速到第二速率持續(xù)第二角度跨度；(c)以第二速率旋轉所述半導體襯底持續(xù)第三角度跨度；(d)將所述襯底加速回到所述第一速率持續(xù)第四角度跨度，其中(a)-(d)是在所述襯底的一個完整的旋轉期間(對應于360度的角度跨度)執(zhí)行的。

本發(fā)明提供的方法可以集成到使用光刻圖案化的工藝中。在一方面，這些方法包括上述方法中的任意一些，并且進一步包括：將光致抗蝕劑施加到所述晶片襯底上；使所述光致抗蝕劑暴露于光；圖案化所述光致抗蝕劑并將所述圖案轉印到所述晶片襯底上；以及從所述晶片襯底選擇性地去除所述光致抗蝕劑。在本發(fā)明的另一方面，提供了一種系統(tǒng)，其包括以上描述的裝置中的任何一種和步進式光刻機(stepper)。

在一些實施方式中，提供了一種裝置，其中該裝置還包括包含用于執(zhí)行本文描述的任何方法的程序指令和/或邏輯的控制器。在一個方面，提供了一種包含程序指令的非暫時性計算機機器可讀介質。用于控制電鍍裝置的程序指令包括用于執(zhí)行上述的任何方法的代碼。

具體而言，本發(fā)明的一些方面可以闡述如下：

1.一種電鍍裝置，其包括：

(a)電鍍室，其被配置成在電鍍金屬到半導體襯底上時容納電解液和陽極；

(b)襯底支架，其被配置成在電鍍期間保持所述半導體襯底；

(c)離子阻性離子可穿透元件，其包括面對襯底的表面和相反的表面，其中所述元件在電鍍期間使得離子流能穿過所述元件朝向所述襯底流動，其中所述離子阻性離子可穿透元件包括多個非連通通道，并且其中所述離子阻性離子可穿透元件被定位成使得所述元件的面對襯底的表面和所述襯底的工作表面之間的最近距離為約10mm或小于10mm；以及

(d)屏蔽件，其被配置成用于提供方位角不對稱屏蔽，其中該屏蔽件具有面對襯底的表面和相反的表面，其中，所述屏蔽件被定位成使得所述屏蔽件的面對襯底的表面和所述襯底的工作表面之間的最近距離為小于約2mm。

2.根據條款1所述的電鍍裝置，其中所述屏蔽件的面對襯底的表面和所述襯底的工作表面之間的最近距離為約0.5mm-1.5mm。

3.根據條款1所述的電鍍裝置，其中所述屏蔽件的面對襯底的表面被設置輪廓使得從所述屏蔽件的面對襯底的表面到所述襯底的工作表面的距離是變化的。

4.根據條款1所述的電鍍裝置，其中所述屏蔽件的面對襯底的表面被設置輪廓使得從所述屏蔽件的面對襯底的表面到所述襯底的工作表面的距離對于選定的方位角位置是徑向變化的。

5.根據條款1所述的電鍍裝置，其中所述屏蔽件的面對襯底的表面被設置輪廓使得從所述屏蔽件的面對襯底的表面到所述襯底的工作表面的距離在第一徑向位置比在第二徑向位置大，其中所述第二徑向位置比所述第一徑向位置大。

6.根據條款1所述的電鍍裝置，其中所述屏蔽件的面對襯底的表面被設置輪廓使得至少對于屏蔽件的一部分，隨著徑向位置增大，從所述屏蔽件的面對襯底的表面到所述襯底的工作表面的距離在徑向方向上逐漸減小。

7.根據條款1所述的電鍍裝置，所述屏蔽件的相反的表面接觸所述離子阻性離子可穿透元件并阻塞所述元件的所述面對襯底的表面上的通道的一部分。

8.根據條款1所述的電鍍裝置，其中所述屏蔽件具有一個或多個電解液可穿過的開口。

9.根據條款1所述的電鍍裝置，其中所述屏蔽件總體上是楔狀的。

10.根據條款1所述的電鍍裝置，其中所述屏蔽件總體上是楔狀的，并且具有位于離所述襯底的邊緣的徑向位置介于約10mm-40mm的徑向距離處的介于約100°-180°之間的中心楔角。

11.根據條款1所述的電鍍裝置，其中所述離子阻性離子可穿透元件被定位成使得在電鍍期間所述元件的面對襯底的表面和所述襯底之間的所述距離介于約2mm-10mm之間，并且其中所述屏蔽件被定位成使得在電鍍期間所述屏蔽件的面對襯底的表面和所述襯底的工作表面之間的最小距離為約1.5mm或小于約1.5mm。

12.根據條款1所述的電鍍裝置，其中所述屏蔽件被定位成使得在電鍍期間所述離子阻性離子可穿透元件的面對襯底的表面和所述屏蔽件之間存在填充電解液的間隙。

13.根據條款12所述的電鍍裝置，所述非連通通道落入所述屏蔽件的投影的至少一部分阻擋離子流的流動。

14.根據條款12所述的電鍍裝置，其中所述非連通通道落入所述屏蔽件的投影的至少一部分被與所述離子阻性離子可穿透元件的所述相反的表面接觸的第二屏蔽件阻塞。

15.根據條款12所述的電鍍裝置，所述離子阻性離子可穿透元件落入所述屏蔽件的投影的至少一部分沒有通道。

16.根據條款12所述的電鍍裝置，其還包括入口和出口，所述入口通向位于所述襯底和所述離子阻性離子可穿透元件之間的微室以用于引導電解液流入至所述微室，所述出口通向所述微室以用于接收流動通過所述微室的電解液，其中所述入口和所述出口被定位成鄰近方位角相反的所述襯底的所述工作面的周邊位置，并且其中，所述入口和出口適于在所述微室產生電解液的交叉流。

17.根據條款12所述的電鍍裝置，其中，所述裝置被配置成用于產生穿過在所述離子阻性離子可穿透元件和所述屏蔽件之間的間隙的電解液交叉流。

18.根據條款12所述的電鍍裝置，其中，在所述離子阻性離子可穿透元件和所述屏蔽件之間的所述間隙介于約0.5mm–5mm之間。

19.根據條款1所述的電鍍裝置，其還包括包含程序指令和/或邏輯的控制器，所述指令和/或邏輯用于在相對于所述屏蔽件旋轉所述半導體襯底的同時在所述半導體襯底上電鍍金屬，使得所述半導體襯底的在選定的方位角位置的選定部分停留在屏蔽區(qū)相比于所述半導體襯底的具有相同的平均弧長和相同的平均徑向位置并且存在于不同角度的方位角位置的第二部分持續(xù)不同的時間量。

20.一種包括根據條款1所述的電鍍裝置和步進式光刻機的系統(tǒng)。

21.一種用于在半導體襯底上電鍍金屬同時控制方位角的均勻性的方法，該方法包括：

(a)提供所述半導體襯底到配置為用于在電鍍期間旋轉所述半導體襯底的電鍍裝置，其中所述電鍍裝置包括：(i)離子阻性離子可穿透元件，其包括面對襯底的表面和相反的表面，其中所述元件在電鍍期間使得離子流能穿過所述元件朝向所述襯底流動，其中所述離子阻性離子可穿透元件包括多個非連通通道，并且其中所述離子阻性離子可穿透元件被定位成使得所述元件的面對襯底的表面和所述襯底的工作表面之間的最近距離為約10mm或小于10mm；以及(ii)屏蔽件，其被配置用于提供方位角不對稱屏蔽，其中該屏蔽件具有面對襯底的表面和相反的表面，其中，所述屏蔽件被定位成使得所述屏蔽件的面對襯底的表面和所述襯底的工作表面之間的最近距離為小于約2mm；以及

(b)在相對于所述屏蔽件旋轉所述半導體襯底的同時在所述半導體襯底上電鍍金屬，使得所述半導體襯底的在選定的方位角位置的選定部分停留在屏蔽區(qū)相比于所述半導體襯底的具有相同的平均弧長和相同的平均徑向位置并且存在于不同角度的方位角位置的第二部分持續(xù)不同的時間量。

22.根據條款21所述的方法，其中(b)包括當所選定的所述方位角位置停留在所述屏蔽區(qū)時使所述半導體襯底的旋轉減慢。

23.根據條款21所述的方法，其中(b)包括所述半導體襯底的每一個完整的旋轉減慢所述半導體襯底兩次或更多次，使得在所述半導體襯底上的兩個分離的方位角部分相比于所述半導體襯底的類似方位角部分在所述屏蔽區(qū)停留較長久。

24.根據條款21所述的方法，其中所述半導體襯底的一個完整的旋轉包括以第一速度旋轉所述半導體襯底，接著將所述半導體襯底減速到第二速度；以所述第二速度旋轉所述半導體襯底，接著將所述半導體襯底加速到第三速度；以所述第三速度旋轉所述半導體襯底，接著將所述半導體襯底減速到第四速度；以及以所述第四速度旋轉所述半導體襯底，接著將所述半導體襯底加速到第一速度。

25.根據條款21所述的方法，其中所述屏蔽件的面對襯底的表面被設置輪廓使得從所述屏蔽件的面對襯底的表面到所述襯底的工作表面的距離對于選定的方位角位置是徑向變化的。

26.根據條款21所述的方法，其中所述屏蔽件的面對襯底的表面被設置輪廓，使得至少對于所述屏蔽件的一部分，隨著徑向位置增大，從所述屏蔽件的面對襯底的表面到所述襯底的工作表面的距離在徑向方向上逐漸減小。

27.根據條款21所述的方法，其進一步包括：

將光致抗蝕劑施加到所述半導體襯底上；

使所述光致抗蝕劑暴露于光；

圖案化所述光致抗蝕劑并將所述圖案轉印到所述半導體襯底上；以及

從所述半導體襯底選擇性地去除所述光致抗蝕劑。

28.一種包含用于控制電鍍裝置的程序指令的非臨時性計算機機器可讀介質，所述電鍍裝置在控制方位角的均勻性的情況下處理半導體襯底，其中，所述指令包括用于下述操作的代碼：

(a)在電鍍過程中，以第一速率旋轉半導體襯底持續(xù)第一角度跨度；

(b)將所述半導體襯底從所述第一速率減速到第二速率持續(xù)第二角度跨度；

(c)以第二速率旋轉所述半導體襯底持續(xù)第三角度跨度；

(d)將所述半導體襯底加速回到所述第一速率持續(xù)第四角度跨度，其中

(a)-(d)是在所述襯底的一個完整的旋轉期間執(zhí)行的。

下面將參照相關附圖更加詳細地描述本發(fā)明的這些和其它的特征和優(yōu)點。

附圖說明

圖1是具有缺少管芯區(qū)域的方位角不對稱襯底的示意俯視圖。

圖2是根據本文中所呈現的實施方式的方位角不對稱屏蔽件的示意性俯視圖。

圖3是電鍍裝置的示意性剖面圖，其說明通過使用定位在離子阻性離子可穿透元件下方的方位角不對稱屏蔽件所遇到的問題。

圖4是對于需要改善的若干裝置結構圖解鍍覆的厚度分布與在選定的方位角位置的徑向位置的函數關系的試驗曲線圖。

圖5A-5D是一種裝置的一部分的示意性橫截面圖，其示出了根據本文中所呈現的各種實施方式定位方位角不對稱屏蔽件。

圖6A-6D根據本文中所呈現的各種實施方式提供了各種方位不對稱屏蔽件和包括該屏蔽件的組件的透視圖。

圖7A-7C提供了本文所提供的頂部和底部屏蔽件的不同的相對布置的示意俯視圖。

圖7D是一種裝置的一部分的透視圖，其根據本文提供的實施方式示出了頂部和底部屏蔽件的相對位置。

圖7E和7F為頂部屏蔽件的示范性定位的示意性俯視圖。

圖8是根據本文提供的實施方式的電鍍裝置的示意性剖面圖。

圖9是用于根據本文所提供的實施方式中的一種的電鍍方法的工藝流程圖。

圖10A-10D是示出了在試驗實施例使用的配置中的頂部屏蔽件、元件和底部屏蔽件的相對位置的橫截面示意圖。

圖11A是顯示用于試驗A和B的在選定的方位角位置的歸一化鍍覆厚度的徑向分布的試驗曲線圖。

11B是顯示用于試驗A和B的歸一化鍍覆厚度的三維分布的試驗曲線圖。

圖11C是顯示用于試驗A和C的在選定的方位角位置的歸一化鍍覆厚度的徑向分布的試驗曲線圖。

圖11D是顯示用于試驗A和C的歸一化鍍覆厚度的三維分布的試驗曲線圖。

圖11E是顯示用于試驗A和D的在選定的方位角位置的歸一化鍍覆厚度的徑向分布的試驗曲線圖。

圖11F是顯示用于試驗A和D的歸一化鍍覆厚度的三維分布的試驗曲線圖。

圖12是顯示用于試驗E、F和G的在選定的方位角位置的在具有缺少管芯區(qū)的晶片上的歸一化鍍覆厚度的徑向分布的試驗曲線圖。

具體實施方式

提供了用于以改進的方位角均勻性在襯底上電鍍金屬的方法和裝置?？傮w上描述了一些實施方式，其中襯底是半導體晶片，但本發(fā)明并不受此限制。術語“半導體晶片”和“半導體襯底”在本文中可互換使用，并且是指工件，在該工件內的任何地方包含半導體材料，例如硅。典型地，在半導體襯底內的半導體材料覆蓋有一個或多個其它材料層(例如，介電層和導電層)。用于電鍍的襯底包括至少在襯底的表面上的一些位置暴露的導電性籽晶層。籽晶層通常是金屬層，并且可以是，例如，銅層(包括純銅及其合金)、鎳層(包括NiB層和NiP層)、釕層等。襯底在其表面上通常具有在電鍍過程中被填充的若干凹陷特征?？梢允褂盟峁┑姆椒ㄟM行電鍍的金屬的實例包括，但不限于，銅、銀、錫、銦、鉻、錫-鉛組合物、錫-銀組合物、鎳、鈷、鎳和/或鈷彼此之間的合金以及鎳和/或鈷與鎢的合金、錫-銅組合物、錫-銀-銅組合物、金、鈀、以及包括這些金屬和組合物的各種合金。

這些方法對于在方位角不對稱的襯底上進行電鍍是特別有用的，即，對于在選定的固定的徑向位置在不同的角度(方位角)位置具有不同性質的襯底上是特別有用的。方位角不對稱襯底的實施例包括具有方位角不對稱幾何結構的晶片(例如，在邊緣具有一個或多個凹口的晶片，或具有沿著晶片的弦切出的平坦區(qū)域的晶片)，以及在表面上具有方位角不對稱圖案化的圓形晶片。在襯底上的特征內的這種不對稱性在鍍覆過程中會導致不希望有的離子流擁擠，并且會導致在晶片的某些方位角區(qū)域增加鍍覆。例如，在一些實施方式中，電鍍在具有缺少管芯的襯底上進行。在這種襯底上的電鍍導致在鄰近于方位角可變圖案化的區(qū)域中的電流擁擠，如在鄰近缺少凹陷特征和缺少管芯的區(qū)域的區(qū)中的電流擁擠，并因此導致在該區(qū)域中的電鍍的不均勻性。具有方位角不對稱缺少管芯區(qū)域的晶片的具體實施例在圖1中示意性示出。圓形晶片101包含圖案化區(qū)域103和未圖案化區(qū)域105，其中未圖案化區(qū)域是方位角不對稱的(它并不是沿給定的徑向位置的所有角度位置都存在)。當提到貫穿抗蝕劑電鍍工藝時，未圖案化區(qū)域通常覆蓋有光致抗蝕劑，使得下伏籽晶層不暴露，而圖案化的區(qū)域包含在凹陷特征底部的暴露的導電籽晶層，和在其他地方的暴露的光致抗蝕劑。在這樣的襯底中在直接鄰近無圖案化的光致抗蝕劑的區(qū)域中的暴露的籽晶層將經歷離子流擁擠和比所需的更厚的電鍍。

由于方位角不對稱性而產生的離子流擁擠可以在一定程度上使用被配置為提供方位角不對稱屏蔽的屏蔽件校正。例如，介電楔狀屏蔽件可置于離子流的路徑上，并且襯底可以在電鍍期間旋轉，使得需要校正的選定的方位角區(qū)域停留在屏蔽區(qū)相比于在不同的方位角(角度)位置的類似區(qū)域持續(xù)較長的時間。例如，當缺少管芯區(qū)域通過屏蔽區(qū)時，旋轉的晶片會減慢，然后缺少管芯區(qū)域退出屏蔽區(qū)域之后，會加速到較高的旋轉速度。這種可變速率旋轉將導致缺少管芯區(qū)域在屏蔽區(qū)中停留相比于在晶片上的位于不同方位角位置的類似的區(qū)域(具有相同的平均徑向位置和弧長的區(qū)域)持續(xù)較長的時間。因而，在選定的方位角位置中的電流擁擠的減緩可以得以實現。方位角不對稱屏蔽件的一個實施例示于圖2，它示出了楔狀屏蔽件201的俯視圖。

發(fā)現屏蔽件在電鍍裝置內的位置和屏蔽件的面對襯底的表面的形狀是可以成功地調制以改善電鍍均勻性的顯著的參數。

電鍍過程中所遇到的問題之一是在選定方位角位置的不足或過度的屏蔽，從而分別導致在屏蔽區(qū)的電沉積金屬的過厚的或不足的厚度。當需要對方位角的均勻性進行控制以與對徑向均勻性的控制和/或在襯底的表面處的電解液流的優(yōu)化平衡時，會出現這一問題。用于減輕終端效應并改善徑向均勻性的電鍍裝置的一個特征是被定位在陽極和襯底之間的離子阻性離子可穿透元件(簡稱為“元件”)。該元件是由電阻材料制成，并且包含多個通道，從而使得離子流能通過元件朝向晶片陰極流動。元件引入了電阻到離子流的路徑上，并減少由于在該導電籽晶層的邊緣到中心的大的電壓降而發(fā)生的終端效應。在某些情況下，元件也用來在電解液流通過元件的通道朝向晶片陰極流動時給電解液流整形。在一些情況下，電解液流的整形是元件的主要功能。該元件的一個實例是包含約6000個-12000個之間的非連通通道的介電聚合物板，其中該元件是與襯底基本上共同延伸的，并且與襯底的電鍍表面隔開約2mm-10mm。當該元件被定位成這樣緊鄰襯底(這是成功減輕終端效應所需要的)時，為了減輕方位角不均勻性而放置方位角不對稱的屏蔽件提出了具有挑戰(zhàn)性的問題。

已發(fā)現，如果方位角不對稱的屏蔽件直接定位在元件的底部或元件的頂部離襯底的表面的距離大于2mm，同時接觸元件并阻塞元件的通道，則方位角不均勻性的校正會是不充分的。同樣，如果代替分離的方位角不對稱的屏蔽件，將屏蔽件內置入元件中，則通過阻塞在選定方位角位置的通道(或通過在選定的方位角位置設置無通道的區(qū)域)，該方位角非均勻性的校正也可能是不充分的。如果在襯底的鍍覆表面和元件的面對襯底的表面之間的距離為襯底直徑的1％或1％以上，則這種效果是特別顯著的。因此，例如，當元件定位于離具有300mm直徑的晶片的表面3mm或3mm以上時，觀察到這種效果。這種效果參考圖3以及參照圖4示出，圖3示出了具有直接設置在元件下方的方位角不對稱的屏蔽件的裝置的示意性剖視圖，圖4示出了在選定的方位角位置的徑向電沉積的厚度分布曲線，該分布曲線在如圖3所示設置的裝置中使用以及沒有使用方位角不均勻性校正的情況下得到。參照圖3，電鍍裝置包括構造成保持電解液303和陽極305的電鍍室301。該裝置進一步包括被構造成保持并旋轉半導體襯底309的襯底支架307。半導體襯底309電連接到電源(未示出)并且在電鍍過程中被陰極偏置。離子阻性離子可穿透元件311停留在襯底309的附近，并使得離子流能如箭頭所示穿過其通道。通道的一部分被直接位于元件311下方的方位角不對稱的楔狀屏蔽件313堵塞。襯底在電鍍期間旋轉，并且在選定的晶片的方位角位置通過方位角不對稱的屏蔽件313上方時減慢到較低速度。已發(fā)現，當方位角不對稱的屏蔽件例如如圖3所示被定位時，它并不總是提供足夠的屏蔽，因為離子流仍然可以非常有效地重新分配到在元件上方的電解液中的襯底的屏蔽的方位角位置，如箭頭315所示。

在如圖3所示設置的電鍍裝置中，在具有缺少管芯的300mm的晶片襯底上進行三個電鍍試驗。在所有的三個試驗中，楔狀屏蔽件直接放置元件下方、在對應于所述晶片中心的徑向位置120mm的徑向位置(指楔狀件的最內點的位置)，其中，所述屏蔽件有114度的楔角。徑向分布的金屬厚度在接近缺少管芯區(qū)域的方位角位置進行測量。在第一個試驗中，沒有方位角不對稱的屏蔽(晶片以4rpm的恒定速度旋轉)。在選定的方位角位置所得厚度分布曲線由曲線(a)顯示?？梢钥闯?，如所預期的，在晶片的對應于缺少管芯的區(qū)域附近的電流擁擠的周邊部分上有厚度的大的增加。在第二個試驗中，晶片旋轉，使得缺少管芯區(qū)域在屏蔽區(qū)停留較長時間。具體而言，晶片以24rpm旋轉，但在缺少管芯區(qū)通過屏蔽件上方時，減慢到1rpm持續(xù)10度的跨度。將所得的厚度分布曲線通過曲線(b)示出。均勻性得到了改善，但在晶片邊緣的分布曲線仍然是不足夠平坦的，并且電流擁擠持續(xù)存在。在第三個試驗中，使用較大的方位角校正，而所有電鍍條件與第二個試驗相同。通過在屏蔽區(qū)的較大的跨度上減慢晶片而獲得較大的方位角校正。具體而言，晶片以24rpm旋轉，但在缺少管芯區(qū)域正通過屏蔽件上方時，減慢到2rpm持續(xù)30度的跨度。將在第三個試驗中獲得的厚度分布曲線通過曲線(c)示出?？梢钥闯觯€(c)顯示出在襯底的周邊在過度屏蔽區(qū)域的比所需要的較低的厚度的部分。該元件的位置在所有三個試驗中是相同的，并且從元件的面對襯底的表面到襯底(300mm的晶片)的鍍覆表面的距離為4.5mm。該元件的厚度為12.7mm。這些試驗表明，當屏蔽件如此遠離晶片襯底定位時，很難找到過度屏蔽和欠屏蔽之間的平衡，因為離子流有足夠的機會在緊鄰襯底處再分配。如果薄的方位角不對稱的屏蔽件直接定位在相對遠程地定位的元件(在3mm-10mm處)的頂部上，同時阻塞元件的孔，則預期有類似效果。

已發(fā)現，方位角的均勻性可以通過使用定位在極端靠近襯底的元件上方并且在一些實施方式中(但不必然)與元件通過間隙分離開的方位角不對稱的屏蔽件得到改善。優(yōu)選在襯底的可鍍覆表面和屏蔽件的面對襯底的表面之間的最近距離是襯底的直徑的0.7％或0.7％以下，例如是襯底的直徑的0.4％或0.4％以下。具體地，屏蔽件的面對襯底的表面和襯底的工作表面之間的最近距離應為2mm或2mm以下，優(yōu)選介于約0.5mm-1.5mm之間。例如方位角不對稱的屏蔽件可定位成使得其在處理300mm的晶片時與襯底的表面分開約0.5mm-1.5mm的距離(如果由于屏蔽件的面對襯底的表面的輪廓而導致該距離變化，則指的是最近的距離)。使用晶片到屏蔽件的這樣小的間距使離子流難以重新分配到屏蔽區(qū)，并導致對不需要的電流的更完整的屏蔽。一些實施方式中，元件的面對襯底的表面通過間隙與方位角不對稱的屏蔽件分離，這對于使電解液流在元件和襯底之間無阻礙地橫向流動是有用的。在一些實施方式中，該間隙介于襯底的直徑的約0.1％-1.7％之間。例如，當對300mm的晶片進行處理時，可使用介于約0.5mm-5mm之間的間隙。此外，優(yōu)選地，當元件和方位角不對稱的屏蔽件之間的間隙存在時，元件的非連通通道的至少落入屏蔽件的投影內的一部分將阻擋離子流的流動。例如第二屏蔽件可以被放置成與元件直接接觸，從而將阻塞元件的通道以阻止離子流動，或者元件可以制造成使得通道在元件的選定區(qū)域不存在。當配置包含兩個方位角不對稱的屏蔽件時，停留在元件上并靠近在晶片面朝下配置中的襯底的屏蔽件被稱為“頂部屏蔽件”，而停留在元件下方的屏蔽件被稱為“底部屏蔽件”。

正如先前提到的，離子阻性離子可穿透元件(也稱為“元件”)是電鍍裝置的部件，其在離子流朝向陰極偏置的晶片襯底的路徑上提供附加的電阻，并在電鍍期間使得離子能穿過元件朝襯底移動。

在一些實施方式中，元件是具有多個非連通通道的板，其中該板的主體由電阻材料制成，并且在電阻材料中的通道使得離子能穿過板朝陰極偏置的襯底運動。該元件具有：面對襯底的表面，其優(yōu)選是(但不一定是)平坦的，并且平行于襯底；和相反的表面，其可以是平坦的或彎曲的。該元件被定位成緊鄰襯底，但不接觸襯底。優(yōu)選所述元件在電鍍期間被定位在襯底的約10mm內，更優(yōu)選在襯底的約5mm內，其中的數字是指襯底的鍍覆面和元件的面對襯底的表面之間的最近距離。

在一些實施方式中，該元件的最大厚度其范圍在介于約10mm至約50mm之間，并且最小的孔隙率典型地在介于約1-5％之間的范圍內?？紫堵时淮_定為元件的面對襯底的表面上的通道開口的面積與元件的面對襯底的表面的總面積的比值。

有非連通通孔的元件的一個實例是由離子阻性材料制成的盤狀物，離子阻性材料如聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、聚砜、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯、以及類似物，具有數目介于約6000個-12000個之間的一維(1-D)通孔。在一些實施方案中，元件可以進一步具有將電解液流整形的功能，并且可以使大量的電解液能穿過其主體的通道，并提供在晶片表面的電解液沖擊流。通道的直徑不應大于在襯底和元件的面對襯底的表面之間的距離，并且通常直徑不應超過5mm。典型地，通道的直徑在介于約0.5-1mm之間的范圍內。例如，通道可以具有0.508mm或0.66mm的直徑。通道可以被以90度角或以不同的傾斜角引導到元件的面對襯底的表面。

本文所提供的方位角不對稱的屏蔽件通常由能與正在使用的電解液(通常是酸性電解液)兼容的介電材料制成。例如屏蔽件可以由耐酸聚合物材料制成。屏蔽件的幾何形狀可以針對正在被校正的特定的非均勻性來調整。在一些實施方式中，頂部屏蔽件的面對襯底的表面是有輪廓的。如本文所用的術語“有輪廓的”是指提供從屏蔽件的面對襯底的表面到襯底的工作表面的至少兩種不同的距離的表面的形狀。在一些實施方式中，屏蔽件的面對襯底的表面在徑向方向上是有輪廓的，使得在兩個不同的徑向位置和相同方位角位置從屏蔽件到襯底的距離是不同的。在一些實施方式中，優(yōu)選提供可被定位使得在較大的徑向位置(其更靠近襯底的周邊)比在較小的徑向位置(靠近中心)離襯底有較小的距離的屏蔽件。例如可以使用邊緣厚的楔狀屏蔽件。在一些實施方式中，頂部屏蔽件的面對襯底的表面是有輪廓的，使得朝向襯底的距離在徑向方向上逐漸變化(例如，隨著徑向位置朝向周邊推進而變得越來越小)。在一些實施方式中，頂部方位角不對稱屏蔽件具有一個或多個開口，這樣的開口使得電解液能穿過它們并且調制在屏蔽區(qū)中的離子流的環(huán)境。在一些實施方式中，方位角不對稱的屏蔽件具有可拆卸地或固定地連接到內部楔狀部分的環(huán)形部分，該內部楔狀部分可用于將屏蔽件安裝在電鍍室中和/或在襯底的周邊提供一定量的對稱屏蔽。在一優(yōu)選的實施方式中，頂部方位角不對稱的屏蔽件是固定的，而襯底相對于固定屏蔽件旋轉。

圖5A-5D圖解了屏蔽件的可用于改進方位角均勻性的可能的配置的不同的實施方式。為清楚起見，僅僅裝置的含有元件、屏蔽件和襯底的部分被示出。

圖5A圖解了所提供的裝置的一個實施方式，其示出了電鍍室的在晶片襯底附近的一部分的示意性橫截面圖。晶片襯底501由襯底支架503保持在合適位置，襯底支架503被配置在電鍍期間旋轉襯底。襯底支架還包含多個在襯底的周邊與晶片襯底501電連接的電觸點。在電鍍期間，襯底其可鍍覆表面浸入到電解液中和被負偏置。襯底支架的被稱為杯505的部分突出超過襯底的朝向元件507的可鍍覆表面一段短的距離。元件507定位于離襯底的可鍍覆表面距離D1(小于10mm)處，使得形成微室509。楔狀屏蔽件511被定位緊鄰襯底處，使得屏蔽件的面對襯底的表面與襯底的可鍍覆表面分隔開距離D2(小于2mm，優(yōu)選約0.5mm-1.5mm)。屏蔽件511的底表面與元件507的頂表面分隔開距離D3。在所描繪的實施方式中，電解液是通過在側面的開口提供到微室509中，并通過在方位角相對的位置的另一開口離開所述微室，如箭頭所示。在所描繪的實施方式中，在屏蔽件511和元件507之間的間隙的周邊設置用于電解液的出口。同時，電解液的第二部分向上流動通過元件507的通道。楔狀方位角不對稱的屏蔽件513位于元件507的底表面，使得它阻塞元件的通道以阻止離子流的流動。在所描繪的實施方式中，該底部屏蔽件與頂部屏蔽件511是共同延伸，但是，通常底部屏蔽件的量可以變化，并且可以用于調節(jié)通過頂部屏蔽件511下的元件的電流的量?？蛇x的環(huán)形對稱屏蔽件515停留在元件507的底部，阻塞在元件的外周的通道。

具有共同延伸的底部楔狀屏蔽件和頂部楔狀屏蔽件的組件的立體圖表示在圖6A中。在此視圖中，頂部屏蔽件611停留在元件609上，并通過小間隙與元件分隔開。屏蔽件611的在元件上的整個投影區(qū)通過底部楔狀屏蔽件613阻擋離子流的流動，底部楔狀屏蔽件613接觸元件的底表面并阻擋在該區(qū)域內的離子流。

在圖5A和6A中所描繪的實施方式中，頂部屏蔽件具有平坦的面對襯底的表面和離襯底表面的恒定的距離。在其他實施方式中，從襯底的可鍍覆表面到屏蔽件的面對襯底的表面的距離是變化的。例如，屏蔽件的頂表面可被設置有輪廓，使得在屏蔽件的周邊與襯底的距離比在屏蔽件的中心部分與襯底的距離小。該距離的變化提供了附加的方式以調節(jié)離子流在襯底的表面上的分布。已發(fā)現，如果屏蔽件被定位在極端接近襯底處(小于2mm，例如1.5mm或更小，指的是屏蔽件的面對襯底的表面與襯底的工作表面之間的最近距離)，屏蔽件的頂表面的輪廓設計(使得該屏蔽件的面對襯底的表面和襯底的工作表面之間的距離是變化的)是用于調節(jié)離子流分布的特別有效的方法，并且如果屏蔽件被定位成遠離襯底，則該輪廓設計就失去了它的有效性。在圖5B中示出了圖解本實施方式的裝置的一部分的剖視圖，其中裝置的所有元件如在圖5A的裝置中那樣布置，但頂部屏蔽件521具有可變的厚度，并被定位成其以其平坦表面面對元件。在本實施例中，從屏蔽件的頂表面到襯底的距離在徑向方向朝向所述襯底的邊緣逐漸減小。這種厚度可變的頂部屏蔽件的透視圖顯示于圖6B和6C。

在一些實施方式中，頂部屏蔽件可以有一個或多個開口，這樣的開口將使得離子流能穿過屏蔽件。開口的存在對于調節(jié)屏蔽區(qū)中的電流會是有利的，因為屏蔽件將使得一些電流能穿過，并且可以防止過度屏蔽。圖5C顯示了一種具有頂部屏蔽件531的裝置的剖面圖，該頂部屏蔽件531具有有輪廓的頂表面且同時具有在屏蔽件中的一個開口(顯示為虛線)。圖6D示出了另一實施例的立體圖，其中屏蔽件是沒有輪廓的，但具有用于離子流穿過的在離子阻性離子可穿透元件上的大的開口。

盡管在元件和頂部屏蔽件之間的間隙的存在對于橫向流動是有利的，但在一些實施方式中，頂部屏蔽件521可以保持與元件507直接接觸，如圖5D所示。距離屏蔽件的面對襯底的表面的最近距離D2小于約2mm，優(yōu)選介于約0.5-1.5mm之間。在所描繪的實施方式中，屏蔽件的面對襯底的表面和襯底的工作表面之間的最大距離與從襯底到元件的距離D1是相同的，并且可以是例如約2.5mm-9mm之間。應注意當頂部屏蔽件直接停留在元件的頂部并阻止元件的孔流通時，不需要存在底部屏蔽件，因為頂部屏蔽件已經實現了阻塞孔的功能。

盡管附圖中未示出，但應理解的是，假定屏蔽件的面對襯底的表面與襯底的工作表面之間的最近距離是小于2mm，則在圖5A-5C中所示的所有類型的頂部屏蔽件(具有平坦的面對襯底的表面、具有有輪廓的面對襯底的表面、以及具有一個或多個開口)可以在配置中使用，其中，頂部屏蔽件放置成與元件直接接觸，如圖5D所示。

為了在晶片獲得所需的電流分布而可以調節(jié)的另一個參數是當使用頂部方位角不對稱的屏蔽件和底部方位角不對稱的屏蔽件這兩者時，由這兩個屏蔽件所占據的相對面積。優(yōu)選地，至少由頂部屏蔽件投影到元件上的區(qū)域的部分阻擋離子流。在一些實施方案中，阻擋區(qū)域比頂部屏蔽件的投影的總面積小。例如，離子流可被接觸元件并占據投影的總面積的約60-99％(如70-95％)的底部屏蔽件阻擋。圖7A示出了頂部屏蔽件701和停留在頂部屏蔽件下方并比頂部屏蔽件占據較小區(qū)域的底部屏蔽件703的示意性俯視圖。停留在屏蔽件之間的元件未示出以保持清晰。在圖7D中示出了裝置的具有這種類型的配置的部分的立體圖，其中底部屏蔽件703僅從由頂部屏蔽件701投影到元件705上的區(qū)域的一部分阻擋離子流。

在一些實施方式中，頂部屏蔽件在所述元件上的整個投影阻擋離子流而投影周圍的其他區(qū)域不阻擋。這可以通過使用與頂部屏蔽件共同延伸的底部屏蔽件來實現。這種構造由圖7B示意地示出，其示出了在底部屏蔽件703上的頂部屏蔽件701的俯視圖。在一些實施方式中，由頂部屏蔽件投影到元件上的區(qū)域阻擋離子流，并且鄰近投影區(qū)的另外的區(qū)也阻擋。例如，在一些實施方式中，可以使用相比于頂部屏蔽件具有較大面積(例如，在徑向方向具有較大的長度)的底部屏蔽件。這如圖7C所示，其顯示出頂部屏蔽件701具有比下面的屏蔽件703的投影面積小的投影面積。

方位角不對稱的屏蔽件的形狀和徑向放置一般取決于需要加以校正的方位角不均勻性的類型和大小。典型地，為了校正在晶片的邊緣具有未圖案化的區(qū)域的晶片上的離子流，楔狀屏蔽件被放置在等于或接近未圖案化的區(qū)域的徑向距離的徑向距離處。在一些實施方式中，優(yōu)選使用具有比缺少管芯區(qū)域(或引起方位角不均勻性的其他區(qū)域)的面積大的面積的方位角不對稱的屏蔽件。這是因為在旋轉周期的緩慢旋轉部分期間，整個缺少管芯區(qū)應優(yōu)選在屏蔽區(qū)保持大部分時間。例如，在一些實施方式中，晶片被以較慢的速度旋轉介于約8-30度之間的角跨度，而方位角不對稱的屏蔽件具有比與缺少管芯區(qū)域(或引起方位角不均勻性的另一區(qū)域)對應的的弧長大的弧長。圖7E和7F示出了頂部方位角不對稱的屏蔽件位置的兩個實施方式。圖7E示出了方位角不對稱的屏蔽件701的相對于晶片襯底711在水平平面上的投影的示意性俯視圖。因此，晶片中心的徑向位置對應于屏蔽件的平面上的點A。屏蔽件的位置和尺寸可以通過高度AB以及通過屏蔽件的中心角α來表征。在一些實施方式中，中心角為約100-180度之間，并且所述屏蔽件被放置在介于約110-140mm(當處理300mm的晶片時)的高度。在一些實施方式中，中心角為介于約100度-180度之間，并且所述屏蔽件(參照點B)被放置在離對應于所述晶片的邊緣(對于任何直徑的晶片)的徑向位置介于約10mm-40mm之間的徑向距離。在一些實施方式中，屏蔽件(參照點B)被放置在對應于正被處理的晶片的直徑的介于60％-95％之間的徑向位置處。

本發(fā)明所提供的方位角不對稱的屏蔽件可以用于各種電鍍裝置中，包括用于晶片面朝上和晶片面朝下的裝置中?？梢越Y合所描述的屏蔽件和離子阻性離子可穿透元件的晶片面朝下的裝置的配置的一個實施例是可購自Lam Research Corporation(Fremont,California)的Sabre 3D^TM電鍍系統(tǒng)。一般地，電鍍裝置包括構造成在電鍍金屬到半導體襯底時容納電解液和陽極的電鍍室；配置成保持所述半導體襯底使得襯底的鍍覆面在電鍍期間與陽極分隔開的襯底支架；具有多個非連通通道使得離子流能穿過元件的離子阻性離子可穿透元件；和屏蔽件，其被構造成提供方位角不對稱的屏蔽，其中，所述屏蔽件被定位在元件和襯底之間，使得襯底的工作表面和屏蔽件的面對襯底的表面之間的最近距離小于約2mm。屏蔽件的面對襯底的表面可以是平行于襯底的可鍍覆表面，或者可以被設置輪廓，使得該表面與所述襯底的可鍍覆表面之間的距離是可變的。該裝置還可以包括具有用于執(zhí)行本文所提供的方法中的任何方法的程序指令的控制器。

在圖8中呈現了裝置的一個示例，其中，所述頂部方位角不對稱的屏蔽件位于緊鄰襯底處，并且與離子阻性離子可穿透元件由填充電解液的間隙分隔開。示出了電鍍裝置的示意性剖視圖。電鍍容器801包含電鍍溶液(電解液)803，其通常包括金屬離子源和酸。晶片809在面朝下的方位浸入電鍍液，并通過“翻蓋式”保持夾具807保持，該保持夾具807安裝在可旋轉軸上，可旋轉軸使得翻蓋807能與晶片809一起單向或雙向旋轉。具有適用于本發(fā)明的方面的翻蓋式電鍍裝置的一般說明在授權給Patton等人的美國專利6,156,167，以及授權給Reid等人的美國專利6,800,187中被詳細描述，這些專利通過引用并入本文。陽極805(其可以是惰性或可消耗陽極)設置在電鍍浴801內的晶片下方，并可以通過離子選擇性膜(未示出)與晶片區(qū)域分隔開，該膜將裝置分割成陽極電解液區(qū)和陰極電解液區(qū)。離子阻性離子可穿透元件811緊鄰晶片809停留，與該晶片是共同延伸的，并且與該晶片通過10mm或小于10mm的填充電解液的間隙分離開。頂端方位角不對稱屏蔽件813緊鄰晶片，位于元件811和晶片809之間，以使得在屏蔽層的面對襯底的表面和襯底的加工表面之間的最近距離小于2mm。頂部屏蔽813與元件811通過間隙分隔開。所描繪的設備還包括底部方位角不對稱的屏蔽件815，屏蔽件815與元件的底表面接觸，并阻擋離子流穿過在落入頂部屏蔽件813在元件811上的投影中的區(qū)域內的元件。

在所描繪的實施例中，電鍍溶液由泵(未示出)通過在電鍍室的在元件811上的側面上的入口端口817被提供給電鍍浴801。鍍敷溶液以不同的橫向速度分量(平行于晶片的電鍍面)流經室，并且在其通過元件811和頂部屏蔽813之間的間隙之后通過出口端口819退出電鍍室，如箭頭所示。在所描繪的實施方案中，出口位于靠近頂部屏蔽813的周邊部分并且在與入口端口817相對的方位角位置處?？梢允褂孟率鰧＠募性敿毭枋龅慕徊媪髌绻軄韺崿F這種流動模式：于2014年8月5日授權的、名稱為“Control of Electrolyte Hydrodynamics for Efficient Mass Transfer Control during Electroplating”的、Mayer等人的美國專利No.8,795,480中，以及在于2013年11月28日公開的、名稱為“Cross Flow Manifold for Electroplating Apparatus”的、Abraham等人的美國專利公開No.2013/0313123，這些專利的全部內容通過引用并入本文。在這些實施方式中，裝置可以包括位于所述元件和晶片之間的流整形設備，其中該流整形設備提供了基本上平行于晶片襯底的表面的交叉流。例如流整形設備可以是Ω形板，其引導交叉流朝向所述Ω形板中的開口。同時，離子流從室的底部部分在具有垂直于晶片的電鍍表面的顯著的撞擊分量的方向上行進通過元件811的通道。電鍍溶液也可在單獨的電解液輸送回路中在陽極附近同時提供給室的底部以及從該底部除去。

直流電源(未示出)與晶片809和陽極805電連接，并且被配置為使晶片809負偏置以及使陽極805正偏置。該裝置還包括控制器821，其包括用于執(zhí)行電鍍的程序指令，并且允許調制提供給電鍍槽的元件的電流和/或電勢。控制器可包括指定晶片的旋轉速率和晶片的加速和減速的定時使得所述晶片的所選擇的方位角區(qū)域停留在屏蔽件區(qū)域持續(xù)的時間量與停留在具有相同徑向位置但不同方位的位置的類似區(qū)域不同的程序指令。該控制器還可以包括指定電解液輸送的速率和電解液組分的程序指令。通常，控制器是與電鍍裝置的部件電連接，并且可以包括指定所提供的電鍍方法的任何參數的程序指令或邏輯。

電鍍裝置還可以包括可以幫助調整電沉積的均勻性的一個或多個附加組件。例如，在一些實施例中，裝置還包括位于所述襯底的外周附近的并被配置成從襯底的邊緣附近部分轉移電鍍電流的搶電陰極(thieving cathode)。在一些實施方式中，裝置可進一步包括在電鍍電流的路徑上的一個或多個方位角對稱的介電屏蔽件以限制在屏蔽區(qū)中的電流。這些任選的組件未在裝置的示圖中示出以保持清晰。

方位角不均勻性的校正與使用本文所提供的方位角不對稱屏蔽件的使用可使用于2014年10月14日授權的、名稱為“Electroplating Apparatus for Tailored Uniformity Profile”的Mayer等人的美國專利No.8858774來詳細描述，該專利其整體在此通過引用并入本文。所述方法包括提供晶片襯底到本文描述的任何電鍍裝置并在相對于屏蔽件旋轉襯底的同時在襯底上電鍍金屬，使得所述襯底的在選定的方位角位置的選定部分在屏蔽區(qū)域停留的時間量與在襯底的具有相同的平均弧長和相同的平均徑向位置且停留在不同角度的方位角位置的第二部分停留的時間不同。在一些實施方式中，這是通過使用可變旋轉法來完成的。在該方法中，晶片的所選定的方位角區(qū)域在給定區(qū)域(例如元件的有孔區(qū)域)上以一定的角速度R1旋轉，然后在另一區(qū)域(例如，屏蔽區(qū)域)以不同的角速度R2旋轉。即，在晶片的任何個別的完全旋轉過程中改變旋轉速度是一種調節(jié)和獲得方位角不同量的時均屏蔽(晶片被暴露于該屏蔽)的方式。一個實施方式是在任何上述裝置中電鍍，其中晶片速度在每次旋轉過程中改變，或可替代地，速度可以在單個旋轉過程中或在一些旋轉過程中變化，而在其他旋轉過程中不變化。另外，晶片速度可以僅在沿一個旋轉方向(例如，順時針方向)旋轉時變化，而在其他方向(例如逆時針方向)不變化(如果雙向旋轉時)，或者可以在兩個旋轉方向都變化。

該工藝通過在圖9中所示的工藝流程圖說明。工藝開始于操作901，在操作901，在晶片上對準所選定的方位角位置。例如，凹口的或缺少管芯區(qū)域的方位角位置可以通過光學矯正器對準，并記錄在存儲器中。在操作903中，襯底被提供到襯底保持器中，并浸入電解液內。在操作905中，當襯底的選定部分不在屏蔽區(qū)時，襯底在以第一速度旋轉時被鍍覆。在操作907中，當襯底的選定部分通過屏蔽區(qū)(即在頂部屏蔽件上)時，襯底被以不同的速度旋轉。然后可以根據需要重復變速旋轉。例如，一個完整的旋轉可以包括以20rpm或20rpm以上旋轉的時間段，接著以10rpm或10rmp以下旋轉，其中，鍍覆包括至少5個完整的可變速度旋轉。在一個實施例中，當晶片的選定部分沒有被屏蔽時，晶片的一個完整的旋轉包括以約40rmp旋轉的時間段，隨后是在晶片的選定部分穿過屏蔽區(qū)時以約1rmp旋轉的時間段。電鍍可以包括至少約10個，如至少約20個變速的旋轉。應理解，在電鍍中不一定所有的旋轉是變速的。例如，電鍍工藝可以包括完全恒速旋轉和完全變速旋轉。此外，在電鍍工藝中的單向和雙向旋轉期間，變速旋轉可以實施兩者。

在一些實施方式中，對于襯底的每一個完整的旋轉，在屏蔽較多的區(qū)上，襯底可以減速兩次或更多次，使得在晶片上的兩個分開的方位角部分可以在屏蔽區(qū)比在類似方位角部分(具有相同的平均弧長和相同的平均徑向位置并停留在不同角度的方位角位置的部分)停留較長久。在一些實施方式中，可以使用兩種或更多種頂部方位角不對稱的屏蔽件。

在一些實施方式中，可以采用超過兩種的速度。例如，襯底的一個完整的旋轉可以包括以第一速度旋轉，接著減慢至第二速度；以第二速度旋轉，隨后加速到第三速度；以第三速度旋轉，隨后減速到第四速度；以第四速度旋轉，隨后加速到第一速度，其中第一和第三速度可以是相同的或不同的，且其中第二和第四速度可以是相同的或不同的。加速和減速的時間段可能是非常短的，或者在一些實施方式中，比較長。停留時間段以及加速和減速時間段可以調節(jié)以實現改進的均勻性。例如，指定一個或多個加速度、減速度和停留時間的不同波形可以以程序指令的形式在與裝置電連接的控制器中使用。在一個實施例中，控制器可以包括用于下述操作的程序指令：(a)對于第一角度跨度以第一速率旋轉襯底；(b)對于第二角度跨度將所述襯底從第一速率減速至第二速率；(c)對于第三角度跨度以第二速率旋轉襯底；(d)加速襯底返回到針對第一角度跨度的第一速率，其中(a)-(d)在襯底的一個完整的旋轉(對應于360度的角度范圍)期間執(zhí)行。角度跨度是指起始于晶片中心的角度。

在另一實施方案中，可以使用雙向旋轉來實現對在屏蔽區(qū)域上的停留時間類似的影響?？梢允褂秒p向旋轉，以調整襯底的在屏蔽區(qū)的選定方位角位置的選定部分的停留時間，使得該停留時間與襯底的在不同方位角位置的類似部分(具有相同的平均弧長和相同的平均徑向位置)的停留時間不同。例如，如果將晶片以順時針和逆時針方向旋轉到不同的程度，其將在一定的方位角位置相對于其他位置花費更多的時間。這些位置可被選擇，以對應于被屏蔽的方位角位置。例如，如果晶片順時針旋轉360度和逆時針旋轉90度，它會在介于270-360度之間的扇區(qū)花費較多的時間。因此，在一些實施方式中，晶片被雙向旋轉，使得襯底的選定方位角區(qū)域在由方位角不對稱的頂部屏蔽件屏蔽的區(qū)域停留較多的時間。

試驗實施例

試驗A-D。電鍍電流和電鍍厚度的分布是針對四種不同的屏蔽件配置進行試驗研究的。在所有情況下，在不具有方位角不對稱區(qū)域的坯料300mm半導體晶片上進行銅的電鍍。因此屏蔽件和屏蔽的幾何形狀的效率通過在屏蔽區(qū)的鍍覆厚度的減小來評估。在所有情況下，電鍍裝置包括具有非連通通道的離子阻性離子可穿透元件，其中所述元件有平坦的面向晶片的表面，該表面與晶片的可鍍覆表面隔開4.5mm。在試驗B、C和D中，電鍍裝置包括定位在元件上面的方位角不對稱的楔狀屏蔽件，使得在元件的頂部表面和屏蔽件的底部表面之間存在1.5mm的填充電解液的間隙。該間隙使得電解液能沿平行于襯底的電鍍表面的方向流動。在所提供的實施例中，電解液中在間隙中沿向外方向流動并在間隙的邊緣離開電鍍槽。將晶片以24rpm的旋轉速度旋轉，并且在晶片的所選定的方位角位置通過方位角不對稱的屏蔽件時對于10度的角度跨度降低到1rmp。

試驗A(對比)。在對比試驗A中，電鍍裝置在元件上面沒有任何方位角不對稱的屏蔽件，并且只含有阻擋元件的通道的楔狀底部屏蔽件。底部屏蔽件的中心角為114度，且其位于120mm的高度。這種配置由圖10A示意地圖解，其顯示了裝置(右邊緣)的一部分的橫截面?zhèn)纫晥D。底部屏蔽件1001直接位于元件1003下方并與該元件1003接觸。

試驗B。在試驗B中，電鍍裝置包含與在試驗A中的楔狀底部屏蔽件相同的楔狀底部屏蔽件，但另外包括與該底部屏蔽件共同延伸的頂部楔狀屏蔽件，其中，頂部屏蔽件被定位成使得從屏蔽件的其平坦的面對晶片的表面到晶片的距離為0.5mm。頂部屏蔽件的中心角為114度，并且其位于120mm的高度。這種配置示意地由圖10B圖解，其示出了裝置(右邊緣)的一部分的橫截面?zhèn)纫晥D。底部屏蔽件1001直接位于元件1003下方，并與元件1003接觸，而頂部屏蔽件1005位于元件上方并與底部屏蔽件共同延伸。

試驗C。在試驗C中，電鍍裝置包含與在試驗A中的楔狀底部屏蔽件相同的楔狀底部屏蔽件，但另外包括比該底部屏蔽件小的頂部楔狀屏蔽件。該頂部屏蔽件還比在試驗B中的頂部屏蔽件薄，并且被定位成使得從屏蔽件的面向晶片的表面到晶片的距離為1.5mm。頂部屏蔽件的中心角為114度，并且其位于130mm的高度。因此，在這種配置中，底部屏蔽件不僅占用頂部屏蔽件的整個投影，而且占用附加的區(qū)域。這種配置示意地由圖10C圖解，其示出了裝置(右邊緣)的一部分的橫截面?zhèn)纫晥D。底部屏蔽件1001直接位于元件1003下方，并與元件1003接觸，而薄的頂部屏蔽件1005位于元件上方。

試驗D。在試驗D中，電鍍裝置只包含頂部屏蔽件，并沒有底部屏蔽件。頂部屏蔽件與在試驗B中的相同，并被定位成使得從屏蔽件的面向晶片的表面到晶片的距離為0.5mm。頂部屏蔽件的中心角為114度，并且其位于120mm的高度。這種配置示意地由圖10D圖解，其顯示裝置(右邊緣)的一部分的橫截面?zhèn)纫晥D。頂部屏蔽1005停留在元件1003的右邊緣的上方。

圖11A示出了在試驗A(曲線a)和在試驗B(曲線b)中得到的電鍍厚度分布進行比較的曲線圖。該圖顯示了歸一化的厚度與在發(fā)生屏蔽的方位角位置的晶片半徑的函數關系。由此可以看出，該鍍覆厚度在配置B中比在配置A中在晶片的周邊降低得更顯著的。還可以看出，在配置B中比在配置A中屏蔽件較急劇地并在離晶片中心的較遠距離處開始“工作”。

圖11B示出了試驗A(曲線a)和試驗B(曲線b)的在晶片上的鍍覆厚度的三維圖?？梢钥闯觯谠囼濨中使用的具有頂部和底部屏蔽件的配置比在試驗A中使用的具有僅僅底部屏蔽件的配置提供了較好的屏蔽。

圖11C顯示了比較在試驗A(曲線a)和試驗C(曲線c)中獲得的電鍍厚度分布的曲線圖?？梢钥闯?，這兩種配置剛好在晶片的邊緣具有相同的屏蔽，但在試驗C中使用的配置比在試驗A中所使用的配置在周邊區(qū)域提供了減小的屏蔽(在約110mm-140mm的徑向距離處)。圖11D顯示了試驗A(曲線a)和試驗C(曲線c)的在晶片上的鍍覆厚度的三維圖。

圖11E顯示了比較在試驗A(曲線a)和試驗D(曲線d)中獲得的電鍍厚度分布的曲線圖?？梢钥闯觯谂渲肈比配置A在晶片的邊緣提供了較好的屏蔽，而且還具有在約120mm的徑向位置處的厚度的峰值。這個厚度的峰值是由于在不存在底部屏蔽件的情況下電流可以穿過元件和被引導到頂部屏蔽件的周邊從而使電流聚集在這個區(qū)域這樣的事實導致的。圖11F顯示了試驗A(曲線a)和試驗D(曲線d)的在晶片上的鍍覆厚度的三維圖。

試驗E、F和G。在這些試驗中，鍍覆的銅的厚度的分布是針對三種不同的屏蔽件配置在具有位于邊緣(從142mm徑向位置至150mm徑向位置)上的缺少管芯區(qū)域的圖案化的300mm晶片(并且通常如圖1所示地成形)上進行的試驗研究。在所有情況下，電鍍裝置包括具有非連通通道的離子阻性離子可穿透元件，其中所述元件具有平坦的面對晶片的表面，與晶片的可鍍覆表面分隔開4.5mm。在對比試驗E和F中，電鍍裝置僅僅具有位于元件下面的底部方位不對稱的屏蔽件，如圖10A所示，并且沒有頂部屏蔽件。在試驗G中，電鍍裝置既有頂部屏蔽件又有底部屏蔽件，如圖10B的配置所示，其中兩種屏蔽件都是具有160度的中心角的楔狀并位于在130mm的徑向位置(參照相對于晶片的中心的徑向位置的楔狀物的中心角的頂點)。元件的頂表面和頂部屏蔽件的底表面之間的間隙為0.5mm。

在試驗E中，晶片以4rpm的恒定速度旋轉，并沒有進行方位角均勻性的校正。在試驗F和G中，晶片以24rpm的速度旋轉，并在缺少管芯的區(qū)域通過屏蔽區(qū)時減慢到1rpm持續(xù)10度的角度跨度。

圖12是說明在缺少管芯區(qū)域的附近的歸一化的鍍覆厚度與徑向距離的函數關系的曲線圖。在試驗E、F和G中得到的鍍覆厚度分別由曲線e、f和g說明?？梢钥闯?，如果沒有方位角不均勻性的任何校正的情況下而獲得的曲線(e)如所預期的，由于電流擁擠，具有在缺少管芯的區(qū)域附近的厚度增大最明顯。僅對底部屏蔽件進行校正的曲線(f)示出了在均勻性方面的改善，但由于在115mm-135mm區(qū)域中的過度屏蔽，它也有比所需要的低的厚度的區(qū)域。曲線(g)示出了使用本文中所提供的實施方式的優(yōu)點。當頂部屏蔽件和底部屏蔽件兩者都使用時，如本文所提供，在115mm-135mm的區(qū)域的過度屏蔽被減輕，并且均勻性得到改善。

控制器

在一些實現方式中，控制器是系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)可以是上述實例的一部分。這種系統(tǒng)可以包括半導體處理設備，其包括一個或多個處理工具、一個或多個室、用于處理的一個或多個平臺和/或具體的處理組件(晶片基座、氣流系統(tǒng)等)。這些系統(tǒng)可以與用于控制它們在處理半導體晶片或襯底之前、期間和之后的操作的電子器件一體化。電子器件可以稱為“控制器”，該控制器可以控制一個或多個系統(tǒng)的各種元件或子部件。根據處理要求和/或系統(tǒng)的類型，控制器可以被編程以控制本文公開的任何工藝，包括控制輸送功率到初級陽極、次級電極、和襯底的參數。具體而言，控制器可以提供用于功率施加的時序，所施加的功率的電平等的指令。

寬泛地講，控制器可以被定義為接收指令、發(fā)布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點測量等等的具有各種集成電路、邏輯、存儲器和/或軟件的電子器件。集成電路可以包括存儲程序指令的固件形式的芯片、數字信號處理器(DSP)、定義為專用集成電路(ASIC)的芯片和/或一個或多個微處理器或執(zhí)行程序指令(例如，軟件)的微控制器。程序指令可以是以各種單獨設置(或程序文件)的形式通信到控制器的指令，該設置定義用于在半導體晶片或系統(tǒng)上或針對半導體晶片或系統(tǒng)執(zhí)行特定過程的操作參數。在一些實施方式中，操作參數可以是由工藝工程師定義的用于在制備晶片的一個或多個層、電路和/或管芯期間完成一個或多個處理步驟的配方的一部分。

在一些實現方式中，控制器可以是與系統(tǒng)集成、耦合或者說是通過網絡連接系統(tǒng)或它們的組合的計算機的一部分或者與該計算機耦合。例如，控制器可以在“云”中或者是fab主機系統(tǒng)的全部或一部分，其可以允許遠程訪問晶片處理。計算機可以啟用對系統(tǒng)的遠程訪問以監(jiān)測制造操作的當前進程，檢查過去的制造操作的歷史，檢查多個制造操作的趨勢或性能標準，改變當前處理的參數，設置處理步驟以跟隨當前的處理或者開始新的工藝。在一些實例中，遠程計算機(例如，服務器)可以通過網絡給系統(tǒng)提供工藝配方，網絡可以包括本地網絡或互聯網。遠程計算機可以包括能夠輸入或編程參數和/或設置的用戶界面，該參數和/或設置然后從遠程計算機通信到系統(tǒng)。在一些實例中，控制器接收數據形式的指令，該指令指明在一個或多個操作期間將要執(zhí)行的每個處理步驟的參數。應當理解，參數可以針對將要執(zhí)行的工藝類型以及工具類型，控制器被配置成連接或控制該工具類型。因此，如上所述，控制器可以例如通過包括一個或多個分立的控制器而分布，這些分立的控制器通過網絡連接在一起并且朝著共同的目標(例如，本文所述的工藝和控制)工作。用于這些目的的分布式控制器的實例可以是與結合以控制室上的工藝的一個或多個遠程集成電路(例如，在平臺水平或作為遠程計算機的一部分)通信的室上的一個或多個集成電路。

在非限制性的條件下，示例的系統(tǒng)可以包括等離子體蝕刻室或模塊、沉積室或模塊、旋轉清洗室或模塊、金屬電鍍室或模塊、清潔室或模塊、倒角邊緣蝕刻室或模塊、物理氣相沉積(PVD)室或模塊、化學氣相沉積(CVD)室或模塊、原子層沉積(ALD)室或模塊、原子層蝕刻(ALE)室或模塊、離子注入室或模塊、軌道室或模塊、以及在半導體晶片的制備和/或制造中可以關聯上或使用的任何其它的半導體處理系統(tǒng)。

如上所述，根據工具將要執(zhí)行的一個或多個工藝步驟，控制器可以與一個或多個其它的工具電路或模塊、其它工具組件、群集工具、其它工具界面、相鄰的工具、鄰接工具、位于整個工廠中的工具、主機、另一個控制器、或者在將晶片的容器往來于半導體制造工廠中的工具位置和/或裝載口搬運的材料搬運中使用的工具通信。

本文所述的裝置/工藝可以與光刻圖案化工具或工藝結合使用，例如，用于制備或制造半導體器件、顯示器、LED、光伏電池板等。通常，雖然不是必要地，這些工具/工藝將在共同的制造設施中一起使用或操作。膜的光刻圖案化通常包括以下步驟中的一些或所有，每個步驟啟用多個可行的工具：(1)使用旋涂或噴涂工具在工件，即襯底上涂覆光致抗蝕劑；(2)使用熱板或加熱爐或UV固化工具固化光致抗蝕劑；(3)使用例如晶片步進曝光機之類的工具使光致抗蝕劑暴露于可見光或紫外線或x-射線；(4)使用例如濕式工作臺之類的工具使該抗蝕劑顯影以便選擇性地去除抗蝕劑并且從而將其圖案化；(5)通過使用干法或等離子體輔助蝕刻工具將抗蝕劑圖案轉印到下伏的膜或工件上；并且(6)使用例如射頻或微波等離子體抗蝕劑剝離器之類的工具去除抗蝕劑。