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。
头部，所述头部构造成支承工件，所述头部可移动以将所述工件定位于所述容器中；
内部阳极，所述内部阳极联结所述容器内的内部阳极电解质腔室；
外部阳极，所述外部阳极围绕所述内部阳极，所述外部阳极联结外部阳极电解质腔室；
上杯，所述上杯位于所述容器中，所述上杯具有弯曲上表面、位于所述外部阳极电解质腔室上方的外部阴极电解质腔室和位于所述内部阳极电解质腔室上方的内部阴极电解质腔室；
电流取样器，所述电流取样器邻接所述上杯的所述弯曲上表面；
呈图案状的多个开口，所述多个开口位于所述上杯的所述弯曲上表面中；以及通道，所述通道将各所述开口连接到所述外部阴极电解质腔室。
2.如权利要求1所述的处理器，其中所述呈图案状的开口包含同心狭槽，所述同心狭槽位于所述上杯的所述弯曲上表面中，且其中所述通道包含以环形排列的管子，且一个环连接至所述同心狭槽之一。
3.如权利要求2所述的处理器，其中所述狭槽为同心的，所述狭槽宽度为1mm至6mm。
4.如权利要求2所述的处理器，其中所述管子的下端连接至所述外部阴极电解质腔室顶部的环状沟道内。
5.如权利要求1所述的处理器，包含致动器，所述致动器用于垂直移动所述头部和改变所述工件在所述容器中的垂直位置。
6.如权利要求1所述的处理器，进一步包含位于所述上杯中的多个放射状阴极电解质供应导管，所述放射状阴极电解质供应导管将外部环状阴极电解质供应腔室连接到所述上杯中的中央开口。
7.如权利要求1所述的处理器，进一步包含位于所述外部阴极电解质腔室与所述外部阳极电解质腔室之间的外部阻挡层，和位于所述内部阴极电解质腔室与所述内部阳极电解质腔室之间的内部阻挡层。
8.如权利要求7所述的处理器，其中所述内部阻挡层包含第一薄膜，所述外部阻挡层包含第二薄膜，所述处理器进一步包含内部薄膜支撑件，所述内部薄膜支撑件用以支撑所述内部薄膜，所述内部薄膜支撑件的截面面积小于所述内部阴极电解质腔室的截面面积的
9.如权利要求2所述的处理器，其中所述管子具有圆形截面。
10.如权利要求1所述的处理器，进一步包含可移动环状边缘屏蔽，所述可移动环状边缘屏蔽邻接所述上杯的所述弯曲上表面的外缘。
11.如权利要求1所述的处理器，其中将各所述开口连接到所述外部阴极电解质腔室的所述通道至少部分由管子组成，所述管子具有不同的长度以控制径向电流密度分布。
12.如权利要求1所述的处理器，其中各通道径向分组的电阻大于5欧姆。
13.如权利要求1所述的处理器，其中各通道径向分组的电阻大于8欧姆。
头部，所述头部可移动以将工件定位于所述容器中，并且电气接触所述工件的向下的表面；
内部阳极，所述内部阳极联结所述容器内的内部阳极沟道；
外部阳极，所述外部阳极围绕所述内部阳极，所述外部阳极联结外部阳极沟道，通过介电材料壁和密封件将所述外部阳极沟道和所述内部阳极沟道电气隔离；
上杯，所述上杯位于所述容器中，所述上杯具有弯曲上表面、位于所述内部阳极沟道中的内部阴极电解质腔室和位于所述外部阳极沟道中的外部阴极电解质腔室；
电流取样器，所述电流取样器邻接所述上杯的所述弯曲上表面的外周；
多个环状狭槽，所述多个环状狭槽位于所述上杯的所述弯曲上表面中；以及多个通道，所述多个通道将各环状狭槽连接到所述外部阴极电解质腔室。
15.如权利要求14所述的处理器，其中所述电流取样器具有介电环，所述介电环包括凸起内缘，所述头部包括密封的晶片接触环。
16.如权利要求15所述的处理器，其中所述凸起内缘从所述上杯的外周上升2mm至
17.如权利要求14所述的处理器，其中所述通道由所述外部阴极电解质腔室的倾斜上表面隔开。
头部，所述头部构造成支承工件，所述头部可移动以将所述工件定位于所述容器中；
内部阳极，所述内部阳极联结所述容器内的内部电解质沟道；
外部阳极，所述外部阳极围绕所述内部阳极，所述外部阳极联结所述容器内的外部电解质沟道；
上杯，所述上杯位于所述容器中，所述上杯具有弯曲上表面；
电流取样器，所述电流取样器邻接所述上杯的所述弯曲上表面；
呈图案状的多个开口，所述多个开口位于所述上杯的所述弯曲上表面中；以及通道，所述通道将各所述开口延伸到所述上杯的下表面。
19.如权利要求18所述的处理器，其中所述开口是形成为分离的不连续区段的狭槽，所述区段有不同的径向位置，以减少径向电流密度变异。
20.如权利要求18所述的处理器，其中所述呈图案状的开口包含同心狭槽，所述同心狭槽位于所述上杯的所述弯曲上表面中，且其中所述通道包含管子，所述管子垂直向下延伸到所述上杯的底面。
21.如权利要求20所述的处理器，其中所述狭槽为同心的，所述狭槽宽度为1mm至
22.如权利要求18所述的处理器，其中外环中的管子比内环中的管子长。
23.如权利要求18所述的处理器，其中所述上杯具有8个同心的间隔环状狭槽。
24.如权利要求18所述的处理器，进一步包含位于所述外部电解质沟道中的可拆式填隙片，所述外部电解质沟道具有一个或多个穿孔对准所述上杯中的通道。
25.如权利要求18所述的处理器，其中所述头部包括转子，所述转子具有接触环，所述接触环具有密封件，并且所述上杯的弯曲上表面从最外面的环状狭槽往上并向外延伸到所述密封件。
26.如权利要求18所述的处理器，其中所述电流取样器包含封装在薄膜内的导线，所述薄膜被置于所述上杯的上表面的电流取样器环状狭槽内。
27.如权利要求18所述的处理器，包含围绕所述内部电解质沟道的扩散体。
位于内部阳极腔室的内部阳极和位于外部阳极腔室的外部阳极；
内部与外部阴极电解质腔室，所述内部与外部阴极电解质腔室位于所述杯单元下端；
多个放射状间隔的同心环状垂直狭槽，所述狭槽位于所述杯单元的上表面；以及管环，所述管环中的管子分别将所述环状垂直狭槽连接到所述外部阴极电解质腔室。
29.如权利要求28所述的处理器，其中所述管环中的管子至少和所述管环中的管子连接的所述狭槽一样长。
30.如权利要求28所述的处理器，其中所述管环之间的间隔大于所述狭槽的宽度。
31.如权利要求28所述的处理器，其中所述狭槽的长度和深度大于所述狭槽的宽度和任何相邻狭槽之间的最大间隔。
32.如权利要求28所述的处理器，其中所述杯单元具有圆柱形中央腔室和附接至所述圆柱形中央腔室的喇叭口段，所述狭槽垂直延伸穿过所述喇叭口段。
33.如权利要求28所述的处理器，其中所述管环中的管子为垂直的且进一步包括阴极电解质供应管，所述阴极电解质供应管在所述杯单元内于垂直的所述管环中的管子之间放射状延伸。
阳极电解质组件，所述阳极电解质组件位于所述容器中，所述阳极电解质组件具有的阳极组件包括内部阳极和外部阳极，所述内部阳极位于所述容器中的内部阳极腔室，所述外部阳极位于所述容器中的外部阳极腔室，所述外部阳极腔室围绕所述内部阳极腔室；以及阴极电解质组件，所述阴极电解质组件附接至所述阳极电解质组件，所述阴极电解质组件具有的阴极组件包括扩散体，所述扩散体位于上杯内；位于所述阴极电解质组件内的内部阴极电解质腔室，所述内部阴极电解质腔室在上方对准所述内部阳极腔室，且由内部薄膜隔开所述内部阳极腔室；
位于所述阴极电解质组件内的外部阴极电解质腔室，所述外部阴极电解质腔室在上方对准所述外部阳极腔室，且由外部薄膜隔开所述外部阳极腔室；
上杯，所述上杯具有弯曲上表面和多个环状狭槽，所述环状狭槽从所述上杯的弯曲上表面延伸穿过所述上杯而至所述外部阴极电解质腔室；
35.如权利要求34所述的处理器，其中所述环状狭槽形成为分离的不连续区段，所述区段有不同的径向位置，以减少径向电流密度变异。
36.如权利要求34所述的处理器，其中所述环状狭槽的径向位置随圆周角而改变。
37.如权利要求34所述的处理器，其中所述扩散体包含圆柱形外壁，所述圆柱形外壁围绕圆柱形内壁，多个外部狭槽开口设于所述圆柱形外壁下端，多个内部狭槽开口设于所述圆柱形内壁上端，所述圆柱形外壁具有面向所述圆柱形内壁的锥面。
38.如权利要求34所述的处理器，进一步包含转子，所述转子被构造成支承工件。
39.如权利要求34所述的处理器，其中所述多个环状狭槽的直径为1mm至6mm。
40.如权利要求34所述的处理器，进一步包含通道，所述通道与所述多个环状狭槽相连接，其中所述通道是连接多列管子的狭槽开口的组合。
41.如权利要求40所述的处理器，其中所述通道包含多列管子。
42.如权利要求34所述的处理器，进一步包含阴极电解质喷口，所述阴极电解质喷口设在所述内部阴极电解质腔室的中心。
43.如权利要求42所述的处理器，进一步包含：外部薄膜，所述外部薄膜位于所述外部阴极电解质腔室与所述外部阳极电解质腔室之间；
内部薄膜，所述内部薄膜位于所述内部阴极电解质腔室与所述内部阳极电解质腔室之间；
内部薄膜支撑件，所述内部薄膜支撑件支撑所述内部薄膜，所述阴极电解质喷口设于所述内部薄膜支撑件内。
头部，所述头部构造成支承工件，所述头部可移动以将所述工件定位于所述容器中；
内部阳极，所述内部阳极联结所述容器内的内部阳极电解质腔室；
外部阳极，所述外部阳极围绕所述内部阳极，所述外部阳极联结外部阳极电解质腔室；
上杯，所述上杯位于所述容器中，所述上杯具有弯曲上表面、位于所述外部阳极电解质腔室上方的外部阴极电解质腔室和位于所述内部阳极电解质腔室上方的内部阴极电解质腔室；
多个开口，所述多个开口位于所述上杯的所述弯曲上表面中；
通道，所述通道将各所述开口连接到所述外部阴极电解质腔室；以及联结所述通道的调整元件，所述调整元件可在未阻挡所述通道的第一位置与至少部分阻挡所述通道的第二位置之间移动。
45.如权利要求44所述的处理器，其中所述调整元件包括具有穿孔图案的板，所述图案匹配所述通道。
46.如权利要求45所述的处理器，其中所述板为圆锥形。
47.如权利要求45所述的处理器，进一步包含致动器，所述致动器附接至所述板，以在所述第一位置与所述第二位置之间移动所述板。
48.如权利要求44所述的处理器，其中所述调整元件位于所述内部阴极电解质腔室中。
头部，所述头部可移动以将工件定位于所述容器中，并且电气接触所述工件的向下的表面；
内部阳极，所述内部阳极联结所述容器内的内部阳极沟道；
外部阳极，所述外部阳极围绕所述内部阳极，所述外部阳极联结外部阳极沟道，通过介电材料壁和密封件将所述外部阳极沟道和所述内部阳极沟道电气隔离；
上杯，所述上杯位于所述容器中，所述上杯具有弯曲上表面；
多个环状狭槽，所述多个环状狭槽位于所述上杯的所述弯曲上表面中；
多个通道，所述多个通道将各环状狭槽连接到所述外部阴极电解质腔室；以及通道调整器，所述通道调整器联结至少一些所述通道，以调整所述通道的长度。
50.如权利要求49所述的处理器，其中所述通道调整器包含管子，所述管子延伸出所述通道。
51.如权利要求50所述的处理器，其中所述管子附接至环，且进一步包含环致动器，所述环致动器用于改变所述管子相对于所述通道的位置。
内部阳极，所述内部阳极联结所述容器内的内部电解质沟道；
外部阳极，所述外部阳极围绕所述内部阳极，所述外部阳极联结所述容器内的外部电解质沟道；
上杯，所述上杯位于所述容器中，所述上杯具有弯曲上表面；
多个同心狭槽，所述多个同心狭槽位于所述上杯的所述弯曲上表面中；
管子，所述管子从每个所述狭槽延伸到所述上杯的下表面；以及环，所述环插入在所述狭槽的一个或多个中。
53.如权利要求52所述的处理器，其中所述环包含各向异性材料。
54.如权利要求52所述的处理器，其中所述环具有多个开口，所述多个开口在上方对齐所述管子。
55.如权利要求52所述的处理器，其中所述环具有有角度的底面。
电化学处理器
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。工件可为硅晶片或其他基板。
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)以移除沉积导电层的一部分而形成触点和/或导线。
[0003] 电镀处理器可用于将铜、焊料、坡莫合金(permalloy)、金、银、铂、电泳防镀漆(resist)和其他材料沉积至工件上，以形成毯覆层(blanket layers)或图案化层。典型的铜镀工艺涉及利用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、无电镀(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镀在工件上。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。在薄晶种层上的电镀因终端效应(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镀层不均匀，也会导致在特征内形成空隙(voids)。使用极薄的晶种层时，电镀工艺开始时的表面电阻可高达如50欧姆/平方(Ohm/sq)，而工件上的电镀膜的最终表面电阻可小于0.02欧姆/平方。利用常规的电镀工具时，这三个数量级的表面电阻变化将导致难以或无法在工件上一致提供均匀的无空隙膜。故需要改良的电镀工具。
发明内容
[0005] 一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，也可在工件上电镀高度均匀的膜。
[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，头部可移动以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以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] 从以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10A为选择性用于图10所示处理器的插入件的透视图。
[0022] 图10B为工件-表面缝隙(work piece-to-surface gap)对直径300mm的工件半径的数学模型曲线图。
[0023] 图10C为可移动垂直边缘屏蔽的示意图。
[0024] 图10D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。
[0028] 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，图示了在电镀工艺期间，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镀铜至高电阻(65欧姆/平方)晶种层(即同时均匀电镀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，可以以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，以抬起及倒置头部而将工件装卸至头部，以及降低头部30而与容器组件50啮合进行处理。
[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 drain)。可选的升降机36可提供在容器组件50下方，以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，例如镀铂的钛板。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。代替三个或更多个阳极，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，也可选择性采用三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。一连串同心环状狭槽从上杯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可以放射状轮辐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，以更好地容许高电流从内部阳极流向工件，同时电镀至电阻膜上。放射状轮辐可占据或阻挡内部阴极电解质腔室120的小于约5％、10％、15％或20％的截面面积。
[0046] 相似地，第二或外部薄膜86固定于上薄膜支撑件与下薄膜支撑件之间，并将外部阳极电解质腔室112与外部阴极电解质腔室78隔开。外部薄膜支撑件89可以放射状支脚116的形式提供在上薄膜支撑件56上，外部薄膜支撑件89从上方支撑外部薄膜。
[0047] 如图5至图7所示，扩散体周围水平供应导管84可形成于上杯76的圆柱形外壁中，并且导管84被上杯76的外壁与上杯外壳58的圆柱形内壁之间的O形环或类似元件密封。如图5、图7及图8A所示，放射状供应导管80从周围导管84放射状向内延伸到环状护罩增压室87，增压室87围绕扩散体护罩82的上端。放射状导管80通过垂直管之间的上杯76，垂直管将上杯76的弯曲上表面124中的环状狭槽连接到外部阴极电解质腔室78。图7的截面图是沿着通过放射状导管80的平面截切的。因此，图7图示了放射状导管80而没有垂直管。图6的截面图是沿着通过垂直管的平面截切的。因此，图6图示了垂直管而没有放射状导管80。
[0048] 图13图示周围导管84和通往护罩增压室87的放射状导管80，以及形成于扩散体护罩82与扩散体74之间的外部阴极电解质路径。在处理器20的操作期间，这些外部阴极电解质路径一般填充液态阴极电解质。图13未图示上杯76的固体材料，其中所述外部阴极电解质路径形成于该固体材料中。
[0049] 现参照图10至图12，在所示设计示例中，有8个周围狭槽或环从上杯76的弯曲上表面124向下延伸。这些周围狭槽或环为狭槽90、92、94、96、98、100、102、104。所述狭槽很窄以提供高电阻。狭槽宽度通常为1mm至5mm或2mm至4mm之间。狭槽宽度较窄以提供更连续的弯曲壁形状。当电镀具有高表面电阻(例如50欧姆/平方)的工件时，模型(modeling)显示阳极与工件之间有高电阻(例如大于5欧姆、10欧姆或15欧姆)有助于实现均匀沉积。高电阻可减少电流经由外部阴极电解质腔室78往内部狭槽和管子下方泄漏以及往外部管子和狭槽上方泄漏而至晶片边缘。
[0050] 在所示设计中，狭槽彼此同心且和内部阴极电解质腔室120同心。狭槽壁可为笔直的，狭槽从上杯76的弯曲上表面124垂直往正下方延伸。所用狭槽数量可依赖于工件直径和其他因素而定。通常，狭槽可绕着上杯76连续延伸，而无分段或中断，且轮廓或宽度没有变化。然而，也可选择性地使用分段狭槽，各段设于移位的径向位置，以减少径向电流密度变化。减少电流密度变化的另一选择为使狭槽的径向位置随着圆周角改变。
[0051] 如图10所示，在所示特定示例中，外部四个狭槽104、102、100、98由垂直管连接至外部阴极电解质腔室78内。将狭槽104、102、100、98连接至外部阴极电解质腔室78的管子是管子104A、102A、100A、98A。在所示设计中，有18个连接至各狭槽的管子。管子通常为直壁垂直管。管子可在周边均匀相隔。可改变管子的数量、尺寸(例如截面尺寸直径)、长度和形状，以调整通过管内阴极电解质的电流路径的电阻。
[0052] 参照图11，在所示示例中，管子内径大于该管子所接入的狭槽的宽度。故在图11中，末端视图所示的管子看起来更像矩形。可选地，还可以在弯曲上表面124下方和管子顶端上方的狭槽内提供阻塞网(blockage web)，以免在管子与狭槽间有直接的视线路径(line-of-sight pathway)。若有使用，则阻塞网于管子与狭槽之间形成中间增压室。
[0053] 要注意的是，图10图示开放阴极电解质腔室和路径，但未图示形成这些腔室和路径的周围固体材料，上杯76可由电介质材料制成，例如Teflon(氟聚合物)或天然聚丙烯，且可选地具有两件式组件。
[0054] 在所示具18个管子(即上杯76中的垂直钻孔或穿孔)的设计中，管子之间间隔20度。若减少管子数量，则各管环中的电阻将大幅增加，使得管子能制作得更短。虽然图
11图示各管环中的管子为放射状对准，但替代地，任一管环中的管子也可与相邻管环中的管子错开。
[0055] 狭槽出口处的电流密度均匀度受狭槽高度与管子节距(pitch)的影响最严重。一般预计狭槽高度/管子节距的高宽比大于1.0可提供良好的电流密度均匀度。管子内径可在约3mm至12mm或5mm至7mm的范围内。可结合使用2mm至5mm的狭槽宽度和4mm至8mm的管径。
[0056] 在替代设计中，狭槽94-104(或使用许多狭槽)具有很窄的宽度，例如1mm，且从上杯76的弯曲上表面124完全延伸穿过上杯76而至外部阴极电解质腔室78。在此设计中，不使用且不需使用管子。确切而言，极窄狭槽提供足够的电阻路径，而不需使用分离的管子。当不易形成例如仅1mm宽的狭槽(由于机械加工或形成技术的限制所致)时，与使用全长度的窄狭槽相比更适合使用管子。由于与狭槽中的连续开口相比，管子提供分离的间隔开口，故可偕同使用管子的处理器让工件旋转，以平均掉由于间隔分离的管开口而引起的周边变化。
[0057] 仍旧参照图10，狭槽96、94可与连接至这两个狭槽的单组管子96A紧密间隔。同样地，狭槽92、90可与连接至这些狭槽的单组管子92A紧密间隔。管长被选择以调整通过上杯76内所包含阴极电解质的电阻。如图10所示，管子接合狭槽的各管子顶端处于相同的垂直位置VP。然而，管子底端的垂直位置因管长改变而变化。这可利用形成于上杯76底面的台阶实现。图10所示台阶是台阶92B、96B、98B、100B、102B、104B，各台阶的元件符号与对应的管子和狭槽的元件符号相关联。例如，最外面的狭槽104连接至管子104A，管子104A连接至台阶104B。台阶104B、102B处于相同的垂直位置，台阶100B、98B、96B渐次升高，台阶92B比台阶96B低且处于约和台阶98B一样的垂直位置。
[0058] 使狭槽高度和管子间隔(节距)适应特定工艺的灵活性对铜镶嵌工艺尤其有利，铜镶嵌工艺易受周边电流密度变化影响，即使通过旋转工件进行时间平均也是如此。利用台阶而独立调整每个管环的管长可有助于改良径向电流密度轮廓。相应地，可提供台阶插入件106或插入环(如图10A所示)作为可更换部件，插入件106或插入环可被选择和安装于管子下方的处理器中以改变管子的有效长度。在最初设定期间或处理器拨入时，使用插入件106是有益的，因为当设定处理器用于特定工艺时，插入件将改变通过各狭槽的电流相对量。
[0059] 替代地，可改变各狭槽底部的垂直位置以选择管子的有效长度，其中使用或不使用任何类似的台阶元件。图12为类似上述图13的透视图，图12图示通过扩散体和上杯76的液态阴极电解质的外部阴极电解质空间，而不是这些元件的固体材料。为清楚说明，图12的外部阴极电解质空间具有和构成或界定外部阴极电解质空间的特征或元件一样的元件符号。虽然通称为管子和台阶，但依赖于所采用的制造技术，管子可形成为穿过形成上杯76的材料的孔洞，且台阶同样可形成为形成于上杯76的底部中的矩形截面环。
[0060] 图10B图示上杯76的上表面124的曲率分析模型。108mS/cm、50欧姆/平方的曲线和250mS/cm、20欧姆/平方的曲线互相重迭。下部曲线对应108mS/cm、20欧姆/平方的模型。曲线形状亦取决于晶片边缘与上杯之间的假定缝隙。由于曲线下降远离晶片中心，晶片朝相对于晶片中心的晶片边缘往外移动，故上杯76的设计与阴极电解质流动一致。图10B中几乎互相重迭的两条腔室壁曲线这样是因为这些曲线用于补偿大约相同的晶片终端效应的情形。终端效应和膜表面电阻除以电解质电阻(bath resistance)(即电解质导电率的倒数)的比值成比例。因此，使用高导电率电解质的更小晶种层表面电阻(250mS/cm和20欧姆/平方)将产生与在更低电解质导电率中的更高表面电阻(108mS/cm和50欧姆/平方)相似的终端效应。
[0061] 所谓终端效应会造成工件边缘的沉积速率比中心快。因此，若未被补偿，则终端效应将在工件上形成不均匀镀膜或层。为更好地补偿或控制终端效应，在开始电镀时，头部可在较靠近上杯表面124的第一位置支承工件。接着，随着工件上的膜厚增加及终端效应减小，头部可把工件抬高到离表面124更远的第二位置，以更好地避免工件与上杯中的周围狭槽92-104邻近所引起的不均匀沉积。然而，此间隔改变会导致工件边缘周围的电流密度偏差边缘效应。
[0062] 图10C图示垂直边缘屏蔽128的示例，屏蔽128可用于补偿这些电流密度偏差。工件边缘图示为191。边缘屏蔽128通常由介电材料制成，在最初电镀期间，当膜电阻很高时，边缘屏蔽128可下降至表面124下方的开口内，接着在后续电镀期间，当工件离开表面124时，屏蔽128可上升离开开口而至图10C所示位置。屏蔽128可由致动器129移动。
[0063] 图10D图示水平边缘屏蔽190(白色)和以灰色显示的阴极电解质。工件边缘图示为191。屏蔽190可由与垂直环状环194接合的水平环192组成。替代地，水平环192可单独使用且支撑在间隔物(spacer)上。替代地，水平环192可支撑在上杯中的弹簧上。在此设计中，当工件往上移动远离上杯时，弹簧将屏蔽190(或128)抬起至升高位置。当工件位于靠近上杯的最初较低位置时，支承工件的转子使屏蔽往下进入上杯中的凹口内。水平环192可设在上杯周围的凹口或凹槽中。与图10C的设计相比，在图10D的设计中，环
192的水平方向容许取样电流通过垂直环194上方和下方的、曲壁与工件间的缝隙的整个高度。水平环194进一步限制电流路径，以助于调整通过水平环192上方或下方的取样电流量。当图10C中的屏蔽128控制涌向晶片边缘的电流时，所有取样电流也集中于该处而从屏蔽128上方流向屏蔽128顶部与晶片间的较小缝隙。可改变其他设计参数，以缓和此设计中对工件边缘电流取样的重大影响。
[0064] 图9图示处理器20的外侧和用于提供处理流体进出处理器20的连接器或配件(fittings)。参照图6及图9，阳极电解质经由入口154提供至内部阳极电解质腔室110。阳极电解质经由入口148提供至外部阳极电解质腔室112。配件146是用于外部阳极电解质腔室112的阳极电解质闲置状态再循环端口。配件150是外部阳极电解质腔室112的返回/更新端口。配件156是内部阳极电解质腔室的返回/更新端口。如图6所示，阳极电解质经由循环狭槽162流出内部阳极电解质腔室，且阳极电解质经由循环狭槽160流出外部阳极电解质腔室。在闲置状态期间时，处理器含有阳极电解质但不主动处理，出口152允许阳极电解质往外部阴极电解质流出处理器。这将降低阳极电解质液面，使阳极电解质不接触薄膜，因而更好地避免阴极电解质与阳极电解质的组分扩散。
[0065] 参照图5及图9，阴极电解质在内部阴极电解质腔室120中往上并放射状向外流动，且被收集在收集环腔室122中。阴极电解质流出收集环腔室122而到达返回端口158以用于再循环。阴极电解质液面指示器140监测上杯76中的阴极电解质液面。在此所用的术语“阳极电解质”和“阴极电解质”是指处理器中的电解质位置，而不一定是组成电解质的任何特定化学物质。指示器140可连接至计算机控制器，计算机控制器控制该处理器或自动化系统的处理器阵列。计算机控制器也可用于控制处理器20操作中的各种其他参数。如图9所示，过量的阴极电解质经由阴极电解质排放装置142流出处理器。
[0066] 如图2、图3及图4所示，电动机184旋转头部30中的转子180。转子180适于支承工件或晶片。转子上的接触环181电接触工件。喷嘴186可提供于头部30中且集中对准工件上方，并支承转子180的位置。
[0067] 图14、图15及图16图示可与处理器20一起使用的电流取样电极组件200。组件200包括环202，环202附接至外壳204。导线208(例如铂线)延伸穿过薄膜管206，薄膜管206设在环202中的凹槽216内。导线208的末端止于外壳204内且经由连接器210连接至电压源。电解质经由入口配件212和出口配件214泵抽通过薄膜管206，入口配件212和出口配件214附接至外壳204。提供至取样组件200的电解液(“取样电解质”)可不同于提供至上杯76中的阴极电解液。如图9及图16所示，组件200安装于上杯76顶部，并可用于改变处理器20的电流流动特性。可快速又轻松地作为一个单元(as a unit)从上杯76移除和替换组件200。
[0068] 使用时，把通常具有导电晶种层的工件装载至头部。工件上的晶种层连接至电源，通常为连接至阴极。若头部被装载成面朝上的位置，则将头部翻转以使转子和转子中支承的工件面朝下。接着将头部降低至容器上，直到工件接触到容器内的阴极电解质为止。工件与上杯76的弯曲上表面124之间的间隔会影响工件表面的电流密度均匀度。通常，工件-表面缝隙(弯曲上表面124的任何部分与工件间的最小尺寸)为约4mm至14mm。在处理期间可改变此缝隙。工件可被往上移动而逐渐远离表面124，或者工件可从缝隙起点(starting gap)快速移动到缝隙终点(ending gap)。升降/旋转机构可用于升降头部及旋转或翻转头部。在此设计中，头部被旋转成面朝上位置，以将晶片装载至头部中或从头部卸载。为进行处理，接着将支承晶片的头部旋转成面朝下位置，头部接着往下移动而将晶片或至少晶片的下表面放入电解液(electrolyte bath)中。
[0069] 阳极电解质被提供至内部阳极电解质腔室110中并分离进入外部阳极电解质腔室112。阴极电解质被提供至周围供应导管84中。取样电解质被供应至入口配件212。一般通过降低头部来移动工件以使工件接触阴极电解质。开启通往阳极70、72的电流，来自阳极的电流流过内部与外部阳极电解质腔室110、120中的阳极电解质。阳极电解质本身如图6中的虚线箭头指示流动。来自内部与外部阳极的电流流经阳极电解质，且分别流过内部和外部薄膜85、86而进入上杯76的开放空间内所包含的阴极电解质中。
[0070] 在上杯76内，阴极电解质从供应导管84放射状向内流向扩散体护罩增压室87，接着如图8A箭头指示进入扩散体74。阴极电解质从扩散体往上流动且放射状向外朝各个方向移动越过上杯76的弯曲上表面124。阴极电解质中的金属离子沉积于工件上而在工件上形成金属层。开启电动机184来旋转转子180和工件，使工件上沉积更均匀。大部分的阴极电解质接着流入收集环122。小部分的阴极电解质往下流过狭槽90-104和管子92A-104A而进入外部阴极电解质腔室78。阴极电解质接着流出处理器20。
[0071] 通常在电化学处理器中，电流倾向于流过所有可用路径，致使反应器内的电压梯度产生所谓的漏电流(current leaks)。电流可通过阳极沟道间的诸如薄膜或通风孔/狭槽等路径泄漏。电流也可沿着处理器部件(例如扩散体)的壁泄漏。这将造成工件表面的电流密度变化，以致改变沉积速率，最终导致镀上工件各处的金属层具有不能接受的厚度变化，尤其是在铜镶嵌应用中。反应器内的电压梯度在电镀开始及结束时会特别大。在高电阻晶种层上电镀时，电流主要在内部阳极70与工件和电流取样器之间。因此，内部阳极杯和薄膜腔室中的电压会很高(超过100伏特)，而外部阳极腔室内的电压很低。即使经由相当小的漏电流路径，如此大的电压差仍会产生大量漏电流。因此，当在薄晶种层上电镀时，使用分别单独密封的内部与外部电流路径可改良处理器性能。这包括使用分别单独密封的薄膜。在较厚的低电阻膜上电镀时，大量电流来自外部阳极，因而会出现与上述相反的情况。接着，内部与外部阳极沟道或电流路径间会再次存在同样很大、但相反的电压差。
[0072] 参照图5，处理器被描绘成具有内部和外部电流通道。在此描绘中，内部电流通道通常从内部阳极70经由内部薄膜85、扩散体74和中央阴极电解质腔室124垂直往上延伸到工件。内部电流通道实质上可被视为圆柱管。外部电流通道可相应被视为从外部阳极72经由外部薄膜86、外部阴极电解质腔室78及经由上杯中的开口垂直往上延伸到工件。有利地，内部和外部电流通道被利用密封元件(例如O形环和介电材料的壁)密封及互相隔开，以减少内部和外部电流通道间的漏电流。
[0073] 上杯76内的管子和狭槽被设计成减少电流漏入或漏出外部阳极腔室。为在电阻晶种层上均匀电镀，金属膜内需产生较大的径向电压梯度。处理器必须匹配阴极电解质内的径向电压梯度。因此，沿着弯曲室壁表面从中心到边缘将存在较大的电压梯度(由内部阳极与晶片和取样器之间的电流驱动)。弯曲室壁中的狭槽90、92、94、96处的电压比离中心更远的狭槽98、100、102、104处的电压高。因此，漏电流流入内部狭槽，然后从靠近晶片边缘的狭槽流出回去。此电流路径是不希望的泄漏，因为它通过沿着弯曲室壁的流体路径绕过了预期的电流路径，并降低晶片各处的径向电流密度均匀度。为最小化通过此泄漏路径的电流量，通过使用相对较少且较长的孔洞90A、92A、94A、96A、98A、100A、102A、104A使该路径电阻变得很大。同时，这些孔洞列的相对电阻的设定不是为了相关的漏电流，而是为了确保从外部阳极到晶片的正确的径向电流分布。各列孔洞(各径向圆)的电阻可大于5欧姆，且更特别地为约10欧姆。狭槽宽度的选择与在电阻晶种层上电镀时沿着曲面存在的电流梯度有关。宽狭槽会扭曲曲壁，并且不利于晶片各处的径向电流密度分布。当电流沿着壁面行进时，宽狭槽允许电流下降流入和流出狭槽。然而，需权衡狭槽宽度，因为宽狭槽有利于避免在毯覆膜上电镀结束时沉积凸块(bumps)，该凸块可能在各狭槽下方的晶片上产生。
[0074] 如图11所示，外部狭槽100、102、104可比内部狭槽90、92、94、96、98间隔得更密。通常，狭槽与工件的间隔越密，狭槽就会靠在一起越近，从而更好地减少工件表面的电流变化。
[0075] 也可施加电位至邻接工件边缘的取样电极，例如导线208，以实现在工件上更均匀沉积金属。如图16所示，取样组件200的导线208设在凹槽216底部或底部附近的薄膜管206内。凹槽216的开放顶部218作为虚拟电极工作。随着电镀工艺进行及终端效应减小，工件的表面电阻将下降，取样电流也会降低。
[0076] 转子180可使用密封接触环，或者转子可使用潮湿或未密封接触环。若使用密封接触环，则密封件通常会扭曲工件边缘附近的电场。然而，通过设计上杯76，至少可部分地补偿此扭曲。上杯76的弯曲上表面124超出最外面狭槽(在所示设计中为狭槽104)的外周可设计成升高至密封件。上杯76的上表面124的该向上延伸的外部区域可为弯曲的或平坦的。上杯76向上升高的外周迫使取样电流流过靠近密封件的窄缝隙。
[0077] 通过设计取样组件200的环202，也可减少与使用密封接触环相关的电场扭曲。如图16所示，环202的内缘215提供从上杯顶面124的外缘往上的台阶。台阶高度可为约2mm至6mm。由于环202是模组取样电极组件200的一部分，故可快速又轻松地安装或移除环202。处理器20可配有固定位置的单一上杯，且依据使用密封或未密封接触环来选择取样组件的环202。
[0078] 一种电化学处理晶片或工件的方法包括把工件支承于头部，头部降低工件以使工件接触容器内的阴极电解质。电流供应至内部阳极，内部阳极联结容器内的内部阳极电解质腔室，以及供应至外部阳极，外部阳极围绕内部阳极，外部阳极联结外部阳极电解质腔室。电流流过容器内上杯的弯曲上表面的环状狭槽中的阴极电解质。电流也从邻近上杯弯曲上表面的电流取样器流过。阴极电解质从内部阴极电解质腔室往上朝工件流动，内部阴极电解质腔室和内部阳极电解质腔室通过薄膜隔开。阴极电解质也可往下流过狭槽而进入外部阴极电解质腔室。
[0079] 工件可选择性地被旋转。在处理期间，也可抬高工件而远离上杯的弯曲上表面，抬高速率是工件上的膜表面电阻的函数。阳极与工件之间的电流路径的电阻可大于5欧姆、10欧姆或15欧姆。
[0080] 对一些应用而言，特别是对大直径工件而言，处理器20可修改成包括多于一个外部阳极。
[0081] 如图8A虚线所示，可提供中央阴极电解质喷嘴228以提高工件中心区域的传质速率(mass transfer rate)。阴极电解质喷嘴228可由内部薄膜支撑件88中的中央喷射开口230形成。内部薄膜支撑件的一个或多个轮辐114中的导管232可将阴极电解质供应至中央喷射开口230。
[0082] 如图8B所示，在一替代的上杯76A中，外部阴极电解质腔室78的顶面240往上向外壁倾斜。相较于图5及图6所示的平坦或水平表面，图8B的设计更不易使气泡滞留在阴极电解质中。图8B的斜面240有助于将阴极电解质腔室中的任何气泡往上及放射状往外传送到凹口242和通风孔244。管子的下开口位于不同垂直位置。可调整管径和狭槽长度以获得适当电阻。
[0083] 如图8C所示，在另一替代的上杯设计中，从外部阴极电解质腔室78往上延伸的各管子转变成上杯的弯曲上表面124中的两个狭槽开口。在此设计中，上杯具有12个狭槽。又如图8C所示，外部阴极电解质腔室的内部顶面250往上倾斜，外部顶面252往下倾斜(放射状向外移动)，陡降台阶254位于二者之间。这种外部阴极电解质腔室的顶面替代设计也可选择性地用于减少或避免气泡滞留(trapping)。
[0084] 图17图示了一种替代的处理器260，处理器260类似图1至图7所示处理器20，但使用单一电解质。处理器260没有隔开上、下腔室的薄膜或其他阻挡层。反之，内部和外部电解质沟道从阳极往上延伸通过上杯。电解质经由供应导管84(和填充有电解质的内部沟道)进入，向上且放射状向外流动并流过堰(weir)，小部分电解质往下流过狭槽和管子(类似处理器20中的阴极电解质)。然而，由于未隔开上、下腔室，故往下流过管子的电解质流入阳极隔室，接着经由出口262、266流出处理器260。因处理器260没有薄膜，故不需薄膜支撑件。
[0085] 处理器20可在宽泛的金属膜表面电阻范围内，以均匀电流密度电镀半导体或其他工件，包括表面电阻为50欧姆/平方或以上的极高表面电阻晶种层。随着特征的尺寸越来越小，这种性能益发重要，对铜镶嵌膜而言尤其如是。在电镀工艺期间，当金属沉积及金属膜厚度增加时，晶片上的金属膜表面电阻从很高的初始电阻(例如50欧姆/平方或更高)变成低得多的表面电阻(例如0.02欧姆/平方)。此时，控制处理器中的电场以维持均匀电镀将面临很大的工程挑战。
[0086] 上杯76的弯曲顶面124在往初始很薄的晶种层上电镀方面效果很好，通常当只使用内部阳极70和取样组件200时，第二阳极72为实质关闭(off)。随着电镀金属膜的厚度增加，表面电阻下降，使用第二阳极72以协助控制电场。狭槽(例如狭槽90-104)提供于上杯76中，以允许来自第二阳极72的电流协助控制电场。然而，已经发现狭槽也会改变薄晶种层上的曲面124的理想性能，这主要是由于通过第二阳极72电流路径的漏电流所致。
[0087] 虽然第二阳极电流路径有高电阻，但在电镀极薄初始晶种层时，一些来自内部阳极70的电流仍会流过第二阳极电流路径。这将改变处理器20中的电场，以致无法有效地在初始晶种层上均匀电镀。特别地，一些来自第一阳极70的电流往下流过内部狭槽和管子而进入分析回流腔室78，接着往上流过外部管子和狭槽而至晶片边缘。这样的结果可能是，对均匀电镀而言，此漏电流造成往晶片边缘流动的电流密度太高，而远离边缘流动的电流密度太低。
[0088] 通过提高连接狭槽的管子的电阻，可减少漏电流。然而，这样也会提高电池电压和功率供应需求。为在不提高功率供应需求的情况下控制漏电流，可利用机械元件物理性改变处理器内的电气路径。特别地，改变管子的有效长度和/或直径，相当于改变通过管子的流动路径的电阻。在初始电镀期间，管子可设定成最大电阻，以最小化通过管子的漏电流。在初始电镀后，可降低管子的电阻，以让更多来自第二阳极的电流通过，而不会对处理器电源供应有过高的功率要求。
[0089] 图18图示一种机械改变通过管子的电流路径电阻的技术。在此技术中，修改的上杯270于管子的底部开口处具有截锥或圆锥形截面板272。板272具有对准管子的孔洞或狭槽。板致动器274连结至板272，以将板从板272完全阻挡管子下端的全关位置轻微旋转成板272中的孔洞完全对准管子的全开位置。利用此设计，可在初始电镀薄晶种层期间，关闭部分或全部的管子92A、96A、98A、100A、102A和/或104A。通过控制板致动器274，接着可在晶片的表面电阻下降时，部分或完全打开管子。板272也可设计成允许在不同旋转位置有不同的径向电流分布。
[0090] 板致动器274可为双位置致动器，例如气动致动器，板致动器274把板272移到全开或全关位置。替代地，板致动器274可为另一种致动器，例如电动致动器，板致动器274可持续移动板272并选择从全开到全关的范围的任何位置。板致动器274可利用机械联接或通过磁性或电磁耦合连结至板272。虽然图18图示的板272呈圆锥形截面，但对于分析回流腔室78中的具平坦顶面240的处理器而言，也可采用平坦的板272。
[0091] 对一些应用而言，在电镀工艺期间，板也可被设定和留在预定位置不变。例如，若处理器20将处理具有厚晶种层的晶片，则在整个电镀工艺中，板272可留在全开位置。
[0092] 图19图示另一能改变管子电阻的设计。在此设计中，上杯280包括管延伸部282，管延伸部282可滑动或套迭进出管子92A、96A、98A、100A、102A和/或104A。管延伸部282可附接至桥接环或桥接板290。板致动器292往上或往下移动桥接板290，以有效改变管长，进而改变通过管内电解质的电流路径的电阻。致动器292的设计和操作可和上述致动器274一样。也可利用管延伸部282调整各环内的管长，以调整到晶片的径向电流分布。
[0093] 图20图示利用螺纹管插入件320来改变管子的有效长度和电阻的又一设计。上段322经由螺纹366附接至下段324。螺纹管插入件320可放置入部分或全部的管子92A、96A、98A、100A、102A和/或104A中。相对于上段322调整下段324可加长或缩短管子的有效长度。也可类似调整图20的管长，以控制到晶片的径向电流分布。
[0094] 图21及图22图示另一处理器设计300，其中环302被设计成安装于一个或多个狭槽90、92、94、96、98、100、102或104内。环302的尺寸可被制作为使环302可以被压入狭槽中。环302可具有在上方对准管子的穿孔310，并选择孔径以改变管子的有效电阻。一些孔洞位置可被省略或以永久性或暂时性的插塞312封住。孔径可全部相同或不同。如图22所示，环302选择性地可具有支柱306，支柱306部分伸进管子，且支柱直径小于管径，以允许有限的电流通过管子。环302可由各向异性材料制成，例如具有高密度孔洞或狭槽的陶瓷，以减少漏电流路径。此设计的一个示例为具有小直径平行穿孔图案的氧化铝板。
[0095] 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，以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以随狭槽的不同而改变，以助于调整相对电阻。
[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也可以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图示在电镀工艺期间，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镀变厚且电阻下降时，伏特等值线变得更为水平。图26图示电镀工艺趋于结束或终了时的情形，此时被镀工件表面的电阻很低，伏特等值线大致呈水平。因此，在电镀工艺期间，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，根据使用的金属和镀层的最终厚度，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。这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)的冲洗孔内进行电镀。
[0100] 如上所述，“终端效应”造成镀膜集中在工件边缘。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镀的电气路径的电阻比在工件中心附近电镀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镀槽(electroplating bath)的电阻。图1所述的Rs/Rbath比率图示如下：
[0101]
[0102] 晶种层表面电阻：Rs＝ρ/t，
[0103] 电镀槽表面电阻：Rbath＝1/(σH)，
[0104] 其中Rs＝表面电阻(欧姆/平方)，
[0105] t＝晶种层的厚度(米)，
[0106] H＝电镀槽的特征厚度(米)，
[0107] ρ＝金属电阻(欧姆-米)，
[0108] σ＝电镀槽导电率(1/欧姆-米)。
[0109] 利用常规的电镀腔室时，一旦Rs/Rbath超过约0.5的值，就变得很难抵消终端效应。在大约这一比率下，对选定的电镀槽而言，晶种层电阻太高，导致晶种层各处的基本上所有电流交换(实际上为所有电镀)均在晶片边缘发生。电镀槽与金属膜之间朝向晶片中心的电位不足，故不会朝中心沉积。在此情况下，随着电镀工艺继续进行，由于已镀区域具有减小的表面电阻，因此金属随后会沉积在这些区域的边缘。这样产生的电镀过程可称为“前向电镀(front plating)”，因为该过程是先把金属添加到晶片边缘，再放射状向内电镀，直到整个晶片镀上铜为止。
[0110] 然而，即使采用边缘至中心的前向电镀，也只可能在表面电阻最多为约14欧姆/平方的Cu基晶种上电镀。前向电镀工艺的主要考量在于，特征上朝向晶片中心的晶种层在电镀前已受影响，这是因为电镀浴中在晶片进入与电镀朝向中心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心电镀之间的附加剂吸附、化学蚀刻、电流密度等方面存在差异。
[0111] 鉴于上述理由，最好同时电镀整个晶片各处，特别是对于例如双镶嵌金属化工艺而言。上述电镀设备和方法提供同时在具有很高表面电阻的晶种层上电镀时，而仍使用典型的基于酸的铜电镀槽。特别地，可实现同时电镀表面电阻超过200欧姆/平方的晶片各处(Rs/Rbath>10)。
[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。常规电镀腔室的典型取样比率通常为1.5或以下。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。这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，用以同时电镀铜至高电阻(65欧姆/平方)晶种层上(即同时均匀电镀铜至所有晶片区域)。标示为1/3Fill1的线是直径300mm的晶片各处的厚度测量，该晶片已被以4.5安培电镀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。所产生的薄平镀层证实从工艺开始就同时进行电镀。在此工艺中，取样比率开始于约2.67，Rs/Rbath＝3.7。
[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，这些申请案均以引用方式并入本文中。
