具有用于电镀系统经分离阳极腔室压力调节的电解液环路及其用途

摘要

本申请涉及具有用于电镀系统经分离阳极腔室压力调节的电解液环路及其用途。电解液且特定来说阳极液可经由具有压力调节器的开环而循环，使得镀敷腔室中的压力维持在相对于大气压的恒定(或大体上恒定)值。在这些实施例中，压力调节器与阳极腔室流体连通。

权利要求

1.一种在衬底表面上电镀材料的方法，其包括：

(a)将所述衬底表面浸没在反应容器中的阴极液中，所述反应容器包括：(i)经分离阳极腔室，其用于容纳阳极液和阳极；

(ii)阴极腔室，其用于接纳衬底且使所述衬底与阴极液接触；以及(iii)分离结构，其定位于所述经分离阳极腔室与所述阴极腔室之间，所述分离结构包括输送障壁，所述输送障壁使得离子物质能够通过所述输送障壁，同时维持所述阳极腔室和所述阴极腔室中的不同电解液组成；

(b)通过耦合到所述经分离阳极腔室的开环再循环系统循环阳极液，其中循环包括使所述阳极液流经压力调节装置，所述压力调节装置将所述阳极液暴露于大气压并因此将所述经分离阳极腔室中的所述阳极液维持在大体上恒定压力，其中所述压力调节装置在耦合到所述经分离阳极腔室的所述再循环系统中；以及(c)在所述衬底表面上电镀材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述压力调节装置补偿在所述经分离阳极腔室中由于电渗效应而上升的阳极液的消耗。

3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括提供恒压压头以将所述阳极液维持在大体上恒定压力。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述恒压压头为0.1到0.5psig之间。

5.根据权利要求1所述的方法，其中使所述阳极液流经压力调节装置包括使阳极液向上流经所述压力调节装置的垂直柱体且允许所述阳极液溢出所述垂直柱体的顶部。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述压力调节装置包括蓄积器，阳极液在溢出所述垂直柱体的所述顶部之后流入所述蓄积器，且进一步包括使阳极液从所述蓄积器流至所述经分离阳极腔室。

7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括使阳极液从所述蓄积器流至所述阴极腔室或流至储存储集器以保持递送至所述阴极腔室的阴极液。

8.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括使阳极液流经配合在所述垂直柱体周围的过滤器媒介以在所述阳极液流入所述所述蓄积器之前移除气泡。

9.根据权利要求6所述的方法，其中泵将阳极液从所述蓄积器排出且迫使所述阳极液进入所述经分离阳极腔室。

10.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的方法，其进一步包括使阴极液从所述阴极腔室流至储存储集器并流回至所述阴极腔室。

11.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的方法，其进一步包括通过流量分配管将阳极液的流引导到所述阳极的表面上。

12.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的方法，其中所述阳极为多孔阳极端板，且进一步包括引导阳极液的流向上经过所述多孔阳极端板。

13.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的方法，其进一步包括使阴极液流经多孔流量扩散器板。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述流量扩散器板的孔的比例为至少20％。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述流量扩散器板的孔的比例为5％或更低。

16.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的方法，其进一步包括使所述阳极液流经第二反应容器的第二经分离阳极腔室。

17.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的方法，其进一步包括感测所述压力调节装置中的阳极液的高度在所需范围外，并增加阳极液或稀释剂或从所述开环再循环系统移除阳极液或稀释剂以使所述压力调节装置中的阳极液的所述高度进入所述所需范围内。

18.一种在衬底表面上电镀材料的方法，其包括：

(a)将所述衬底表面浸没在反应容器中的阴极液中，所述反应容器包括：(i)经分离阳极腔室，其用于容纳阳极液和阳极；

(ii)阴极腔室，其用于接纳衬底且使所述衬底与阴极液接触；以及(iii)分离结构，其定位于所述经分离阳极腔室与所述阴极腔室之间，所述分离结构包括输送障壁，所述输送障壁使得离子物质能够通过所述输送障壁，同时维持所述阳极腔室和所述阴极腔室中的不同电解液组成；以及(b)通过耦合到所述经分离阳极腔室的再循环系统循环阳极液，其中循环包括使阳极液向上流经压力调节装置的垂直柱体，所述压力调节装置的垂直柱体在所述压力调节装置的顶部将所述阳极液暴露于恒定压力并因此将所述经分离阳极腔室中的所述阳极液维持在大体上恒定阳极液压力；以及(c)在所述衬底表面上电镀材料。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括使所述阳极液流经第二反应容器的第二经分离阳极腔室，其中操作所述压力调节装置以在所述反应容器和所述第二反应容器中维持所述大体上恒定阳极液压力。

20.一种用于在衬底上电镀的设备，所述设备包括：

(a)经分离阳极腔室，其用于容纳阳极液和阳极；

(b)阴极腔室，其用于接纳衬底且使所述衬底与阴极液接触；

(c)分离结构，其定位于所述经分离阳极腔室与所述阴极腔室之间，所述分离结构包括输送障壁，所述输送障壁使得离子物质能够通过所述输送障壁，同时维持所述阳极腔室和所述阴极腔室中的不同电解液组成；以及(d)再循环系统，其用于在电镀期间将阳极液提供到所述经分离阳极腔室和从所述经分离阳极腔室移除阳极液，其中所述再循环系统包括压力调节装置，所述压力调节装置包括垂直柱体，阳极液在溢出所述垂直柱体的顶部之前向上流经所述垂直柱体，且其中所述垂直柱体的所述顶部暴露于大体上恒定压力以使得所述经分离阳极腔室中的所述阳极液维持在大体上恒定阳极液压力，其中所述压力调节装置与所述经分离阳极腔室分离。

21.根据权利要求20所述的设备，其进一步包括第二经分离阳极腔室，所述第二经分离阳极腔室与根据权利要求20所述的经分离阳极腔室共享所述再循环系统。

说明书

具有用于电镀系统经分离阳极腔室压力调节的电解液环路及

其用途

[0001] 本申请是申请日为2011年3月21日，申请号为201110071633.8、发明名称为“具有用于电镀系统经分离阳极腔室压力调节的电解液环路”的发明专利申请的分案申请。

[0002] 相关申请案的交叉参考

[0003] 本申请案主张2010年3月19日由发明人理查德·亚伯拉罕(Richard Abraham)申请的第61/315,679号美国临时专利申请案在35U.S.C.§119(e)下的权益。第61/315,679号美国临时专利申请案出于所有目的以全文引用方式并入本文。

技术领域

[0004] 本发明涉及电镀系统，且更特定来说涉及电镀系统的经分离阳极腔室中的压力调节。

背景技术

[0005] 本文提供的背景技术描述是用于大体上呈现本发明的情境。在此背景技术部分中描述工作的程度上，发明人的工作以及在申请时描述内容的可能原本无资格作为现有技术的方面不会明确地或隐含地被承认作为本发明的现有技术。

[0006] 半导体装置的制造涉及导电材料在例如半导体晶片等衬底上的沉积。可通过在位于通孔或沟槽中的例如铜等金属品种层上电镀来沉积传导材料。

[0007] 电镀也可用于穿硅通孔(TSV)，其为完全穿过半导体晶片的连接件。因为TSV通常尺寸较大且具有高纵横比，所以可能难以沉积铜。针对TSV的铜的CVD沉积通常需要复杂且相对昂贵的前驱体。PVD沉积往往会产生空穴且具有有限的阶梯覆盖。电镀是针对TSV沉积铜的优选方法。然而，由于TSV的大尺寸和高纵横比，电镀也存在难题。

[0008] TSV技术可用于3维(3D)封装和3D集成电路中。仅举例来说，3D封装可包含垂直堆叠的两个或两个以上集成电路(IC)。比对应的2D布局相比，3D封装往往占据较少空间且具有较短的通信距离。

[0009] 晶片级封装(WLP)是一种电连接技术，其与TSV一样采用通常为若干微米尺度的较大特征。WLP结构的实例包含再分配布线、凸块和柱。电镀准备好用以延续下一代WLP技术。

[0010] 镶嵌处理可用以形成用于集成电路(IC)的互连件。在典型的镶嵌工艺中，在衬底的电介质层中蚀刻沟槽和通孔的图案。接着将扩散障壁膜的薄层沉积到电介质层上。扩散障壁膜可包含例如钽(Ta)、氮化钽(TaN)、TaN/Ta双层等材料或其它合适材料。使用PVD、CVD或另一工艺在扩散障壁层上沉积铜品种层。随后，使用电镀用铜填充沟槽和通孔。最终，可对晶片的表面进行平面化以移除过量的铜。

[0011] 电镀系统可包含电镀单元，其具有浸没在电解液中的阴极和阳极。电源的一个引线连接到包含铜品种层的阴极。电源的另一引线连接到阳极。

[0012] 用于沉积铜的电解液的组成可变化，但通常包含硫酸、硫酸铜(例如，CuSO4)、氯离子和/或有机添加剂的混合物。用于其它金属的沉积的电解液将具有其自身的特性组成。例如加速剂、抑制剂和/或平衡剂等有机添加剂可用以增强或抑制铜或其它金属的镀敷速率。

[0013] 由所施加电压产生的电场以电化学方式减少阴极处的金属离子。因此，金属镀敷于品种层上。镀敷溶液的化学组成经选择以优化电镀的速率和均匀性。

[0014] 在阳极和阴极处发生的过程并不总是相容的。因此，阳极和阴极电解液可具有相同或不同的化学组成。阳极和阴极可通过隔膜而分离为不同的区。仅举例来说，由于阳极的剥落或无机盐的沉淀，不可溶微粒可形成于阳极处。隔膜可用以阻挡不可溶微粒，这样可减少对金属沉积的干扰以及晶片的污染。隔膜还可用以将有机添加剂限制于镀敷单元的阴极部分。

[0015] 隔膜允许镀敷单元的阳极与阴极区之间的离子流(电流)，同时阻挡较大微粒和某些非离子分子(例如有机添加剂)的移动。因此，隔膜在镀敷单元的阴极和阳极区中产生不同的环境。

[0016] 可使用泵来将电解液抽吸到阳极腔室。可周期性地将新鲜电解液和/或去离子水引入到阳极液流，这样可在阳极腔室中的电解液与电镀单元的其余部分中的电解液之间引入瞬时压力差。这可致使隔膜向上偏转，其有时挟带隔膜附近的空气。具体来说，压力差可使得气泡截留于隔膜与支撑结构之间。另外还存在其它问题，比如截留的空气将阻挡电流流过隔膜的由空气占据的区，且进而增加通过隔膜的其它区的电流，从而引入镀敷不均匀性且显著缩短隔膜的寿命。此外，阴极与阳极区的分离产生了电渗效应，其中从阳极腔室到设备的阴极部分穿过隔膜的质子在同一方向上“拖曳”水分子，进而耗尽阳极液体积且增加阴极腔室中的体积。此效应称为电渗拖曳(electroosmotic drag)且是不合意的，因为其在两个腔室之间产生可导致隔膜损害和故障的压力梯度。

[0017] 防止损坏的一个方法将是在阳极腔室中提供压力传感器以监视压力。可在闭环控制系统中反馈感测到的压力值以控制泵的压力。然而此方法可能需要必须以每一阳极腔室中的压力传感器来精确控制的较昂贵的泵，这增加了成本。

发明内容

[0018] 在本文描述的各种实施例中，电解液且特定来说阳极液是经由具有压力调节器的开环而循环，使得镀敷腔室中的压力维持在相对于大气压的某一恒定(或大体上恒定)值。在这些实施例中，压力调节器与阳极腔室流体连通。

[0019] 一个所揭示方面涉及用于在衬底上电镀的设备，其特征在于以下特征：(a)经分离阳极腔室，其用于容纳电解液和阳极；(b)阴极腔室，其用于接纳衬底且使所述衬底与阴极液接触；(c)分离结构，其定位于所述阳极腔室与所述阴极腔室之间；以及(d)开环再循环系统，其用于在电镀期间将电解液提供到所述经分离阳极腔室和从所述经分离阳极腔室移除电解液。所述开环系统将包含压力调节装置，所述压力调节装置经布置以将阳极腔室中的电解液维持在大体上恒定压力。此外，所述开环再循环系统可经配置以将所述电解液暴露于大气压。通常，所述开环再循环系统经布置以将电解液循环到所述经分离阳极腔室外、通过所述压力调节装置，且返回到所述经分离阳极腔室中。为此，所述再循环系统可包含泵，所述泵位于所述阳极腔室外，且经配置以将电解液排出所述压力调节装置外且迫使所述电解液进入所述经分离阳极腔室。

[0020] 所述腔室之间的分离结构通常提供输送障壁，所述输送障壁使得离子物质能够通过所述输送障壁，同时维持所述阳极腔室和所述阴极腔室中的不同电解液组成。作为实例，输送障壁可为阳离子输送隔膜。在一些实施例中，阳极腔室包含可固持分离结构的倒圆锥形顶板。

[0021] 在某些实施例中，所述压力调节装置包含垂直柱体，所述垂直柱体经布置以充当所述电解液在溢出所述垂直柱体的顶部之前向上流经的导管。在操作中，此垂直柱体提供维持所述经分离阳极腔室中的恒定压力的压头。在特定实施例中，在操作期间所述经分离阳极腔室中的电解液维持在约0.5到1psig的压力。除了垂直柱体外，所述压力调节装置可包含(i)外部外壳，其用于保持已溢出所述垂直柱体的所述顶部的电解液，以及(ii)出口端口，其用于递送再循环电解液。

[0022] 在一些实例中，压力调节装置可包含一个或一个以上液位传感器，用于感测容纳于所述垂直柱体与所述外部外壳之间的电解液的液位。在某些特定实施例中，这些传感器可结合控制器而提供，所述控制器经配置以维持所述垂直柱体与所述外部外壳之间的在经界定高度内的电解液的液位。为了额外保护，压力调节装置可包含用于在必要时排放电解液的通气孔。

[0023] 在各种实施例中，所述压力调节装置包含例如过滤器等气泡分离装置，用于从所述电解液移除气泡。在特定实施例中，所述压力调节器包含配合在上文提到的垂直柱体外部周围的过滤器。

[0024] 转到所述设备的其它特征，储存储集器可连接到所述阴极腔室以将阴极液提供到所述阴极腔室。储存储集器可经配置以经由装置中的电解液溢出出口从压力调节装置接收过量电解液。另外，电解液溢出出口可连接到暴露于大气压的槽。

[0025] 所述开环再循环系统进一步可包含用于将额外流体引入所述电解液的入口。举例来说，设备可包含用于使所述再循环系统中的电解液与补给溶液直接配量的补给溶液进入端口。另外或替代地，设备可包含用于使所述再循环系统中的所述电解液与稀释剂直接配量的稀释剂进入端口。设备可包含用于控制所述稀释剂和所述补给溶液向所述再循环阳极液的递送的控制器。

[0026] 两个或两个以上经分离阳极腔室如上所述共享开环再循环系统可为合意的。在此些实施例中，两个或两个以上阳极腔室可共享例如单个压力调节装置。

[0027] 另一揭示的方面涉及一种设备，所述设备特征在于以下特征：(a)单独的阳极和阴极腔室，其以离子方式彼此连接；(b)阳极液流动环路，其使阳极液循环进入、流出和通过所述阳极腔室；(c)多孔输送障壁，其分离所述阳极腔室与所述阴极腔室；以及(d)压力调节装置，其耦合到所述阳极液流动环路且包括垂直柱体，所述垂直柱体经布置以提供将所述阳极腔室中的所述阳极液维持在大体上恒定压力的压头。在此方面中，所述输送障壁使得离子物质能够迁移通过所述输送障壁，同时大体上防止非离子有机浴液添加剂经过所述输送障壁。

[0028] 可存在的另一特征是将阳极液周期性递送到所述阳极液流动环路的阳极液补给子系统。此外，如上所述，设备可包含连接到所述阴极腔室以将阴极液提供到所述阴极腔室的阴极液储存储集器。再者，所述阴极腔室可包含扩散器，所述扩散器致使所述阴极液在其接触所述衬底时以大体上均匀方式向上流动。

[0029] 下文将参见相关联图式详细描述这些以及其它特征和优点。

附图说明

[0030] 图1是展示根据本发明的电镀系统的功能框图。

[0031] 图2是示范性电镀单元的功能框图。

[0032] 图3是根据本发明的用于调节电镀单元的经分离阳极腔室的压力的示范性系统的功能框图。

[0033] 图4是根据本发明的用于调节电镀单元的经分离阳极腔室的压力的另一实例系统的功能框图。

[0034] 图5是根据某些实施例的压力调节装置的说明。

具体实施方式

[0035] 以下描述本质上仅是示范性的，且绝不意在限制本发明、其应用或使用。为了清楚起见，在图中将使用相同参考标号来识别类似元件。如本文使用，短语A、B和C中的至少一者应解释为意味着逻辑(A或B或C)，其使用非互斥逻辑“或”(OR)。应了解，在不更改本发明原理的情况下，方法中的步骤可以不同的次序执行。

[0036] 本发明涉及用于调节电镀系统中的经分离阳极腔室的压力的系统和方法。在进一步描述用于调节压力的系统和方法之前，将为了说明目的而描述示范性电镀系统(图1)和电镀单元(图2)。

[0037] 现在参见图1，电镀系统10包含配量系统(dosing system)11，其更改镀敷浴液12的化学组成。阳极电解液递送系统13-1和阴极电解液递送系统13-2分别将阳极和阴极电解液(有时分别称为“阳极液”和“阴极液”)递送到电镀单元14。镀敷溶液也可分别通过阳极电解液递送系统13-1和阴极电解液递送系统13-2从电镀单元14返回到镀敷浴液储集器12。

[0038] 仅举例来说，阳极电解液递送系统13-1可为循环阳极电解液的闭环系统。在需要时过量的阳极电解液可返回到镀敷浴液。阴极电解液递送系统可从镀敷浴液储集器12循环和返回镀敷溶液。如本文描述，阳极液递送系统也可为开环系统。

[0039] 现在参见图2，展示示范性电镀单元14。虽然将电镀单元14展示为经分离阳极腔室(SAC)电镀单元，但所属领域的技术人员将了解，可使用其它类型的电镀单元。电镀单元14包含阴极腔室18和阳极腔室22，其由隔膜24分离。虽然展示隔膜，但可采用其它分界结构，包含烧结玻璃、多孔聚烯烃等。此外，在一些实施方案中可省略隔膜。在各种实施例中，SAC中的电解液是约10gm/l到50gm/l铜以及0到约200gm/l H28O4的水溶液。

[0040] 隔膜24可由隔膜框(未图示)支撑。仅举例来说，隔膜24可为介电的，且可包含抵抗直接流体输送的微多孔媒介。仅举例来说，隔膜24可为阳离子隔膜。仅举例来说，阳离子隔膜可包含以商标名 出售的隔膜，其可从特拉华州威尔明顿市的杜邦公司(Dupont Corporation of Wilmington Delaware)购得。颁予迈尔(Mayer)等人的第6,527,920号美国专利和颁予里德(Reid)等人的第6,126,798号和第6,569,299号美国专利中描述了具有用于形成经分离阳极腔室的隔膜的电镀设备，所述美国专利全部以全文引用方式并入本文。

[0041] 阴极腔室18和阳极腔室22可分别包含阴极电解液和阳极电解液流动环路。阴极电解液和阳极电解液可具有相同或不同的化学组成和性质。仅举例来说，阳极电解液可大体上不含有机浴液添加剂，而阴极电解液可包含有机浴液添加剂。

[0042] 阳极28布置于阳极腔室22中，且可包含金属或金属合金。仅举例来说，所述金属或金属合金可包含铜、铜/磷、铅、银/锡或其它合适金属。在某些实施例中，阳极28是惰性阳极(有时称为“维度上稳定的”阳极)。阳极28电连接到电源(未图示)的正端子。电源的负端子可连接到衬底70上的品种层。

[0043] 阳极电解液的流如箭头38所示经由中心端口且穿过阳极28馈送到阳极腔室22中。任选地，使用一个或一个以上流量分配管(未图示)来递送阳极液。在使用时，流量分配管可在朝向阳极28的表面的方向上供应阳极电解液，以增加来自阳极28的表面的溶解离子的对流。

[0044] 阳极电解液的流经由歧管32在30处退出阳极腔室22，且返回到阳极电解液浴液(未图示)用于再循环。在一些实施方案中，隔膜24可成圆锥形形状以减少隔膜24的中心部分处的气泡的收集。换句话说，阳极腔室顶板具有倒圆锥形形状。用于镀敷溶液的返回线路可邻近于隔膜的径向靠外部分而布置。

[0045] 虽然阳极28被展示为固体，但阳极28也可包含布置成一个桩(未图示)的例如球形或另一形状(未图示)的多个金属片。当使用此方法时，进入流歧管可布置于阳极腔室22的底部处。电解液的流可经向上引导经过多孔阳极端板。

[0046] 阳极电解液可任选地由流量分配管中的一者或一者以上引导到阳极28的表面上，以减少与溶解的活性物质的累积或耗尽相关联的电压增加。此方法还往往减少阳极钝化。

[0047] 阳极腔室22和阴极腔室18由隔膜24分离。在所施加电场的影响下，阳离子从阳极腔室22行进通过隔膜24和阴极腔室18到达衬底70。隔膜24大体上阻挡不带正电的电解液成分的扩散或对流，使其不会横穿阳极腔室22。举例来说，隔膜24可阻挡阴离子和不带电的有机镀敷添加剂。

[0048] 供应到阴极腔室18的阴极电解液可具有与阳极电解液不同的化学物质。举例来说，阴极电解液可包含例如加速剂、抑制剂、平衡剂等添加剂。仅举例来说，阴极电解液可包含氯离子、镀敷浴液有机化合物，例如硫脲、苯并三唑、巯基丙烷磺酸(MPS)、二巯基丙烷磺酸(SPS)、聚氧化乙烯、聚氧化丙稀和/或其它合适的添加剂。

[0049] 阴极电解液在50处进入阴极腔室18，且行进通过歧管54到达一个或一个以上流量分配管58。虽然展示流量分配管58，但在一些实施方案中可省略流量分配管58。仅举例来说，流量分配管58可包含不传导管状材料，例如聚合物或陶瓷。仅举例来说，流量分配管58可包含具有由小烧结微粒组成的壁的中空管。仅举例来说，流量分配管58可包含其中具有钻制的孔的整体器壁管。

[0050] 流量分配管58中的一者或一者以上可经定向，其中开口经布置以将流体流引导于隔膜24处。流量分配管58也可经定向以将流体流引导到阴极腔室18中除隔膜24以外的区。具有槽形流量分配管的镀敷设备的论述包含于迈尔等人在2009年12月17日申请的第12/
640,992号美国专利申请案中，所述美国专利申请案以全文引用方式并入本文。

[0051] 电解液最终行进通过流量扩散器60且在衬底70的下表面附近经过。电解液如箭头72所示经由堰壁74退出阴极腔室18，且返回到镀敷浴液。

[0052] 仅举例来说，流量扩散器60可包含微多孔扩散器，其孔的比例通常高于约20％。或者，流量扩散器可包含高电阻虚拟阳极(HRVA)板，例如2009年11月24日颁发的第7,622,024号美国专利中所示的HRVA板，所述美国专利以全文引用方式并入本文。HRVA板的孔的比例通常低于约5％，且赋予较高的电阻。在其它实施方案中，可省略流量扩散器60。

[0053] 各种专利描述含有经分离阳极腔室的电镀设备，其可能适合于本文揭示的实施例的实践。这些专利包含例如各自先前以引用方式并入的第6,126,798号、第6,527,920号和第6,569,299号美国专利，以及以全文引用方式并入本文的在2004年11月23日颁发的第6,821,407号美国专利和2005年5月10日颁发的第6,890,416号美国专利。所揭示的实施例也可用例如2010年12月1日申请的第61/418,781号美国临时专利申请案中描述的为同时沉积两个或两个以上元素(例如，锡和银)而设计的设备和方法来实践，所述美国临时专利申请案出于所有目的而以引用方式并入本文。

[0054] 在各种实施例中，与本文描述的系统一起使用的电镀设备具有“蛤壳”设计。在2000年12月5日颁予巴顿(Patton)等人的第6,156,167号美国专利和2004年10月5日颁予里德等人的第6,800,187号美国专利中详细描述了具有适合于与本发明一起使用的方面的蛤壳型镀敷设备的一般描述，所述美国专利出于所有目的以引用方式并入本文。

[0055] 现在参见图3，展示用于调节一个或一个以上阳极腔室中的压力的示范性系统90。第一阳极腔室22-1和第二阳极腔室22-2包含隔膜24-1和24-2，其分别布置于阳极腔室与对应的阴极腔室之间。根据本发明的系统90显著减少了气泡移除的难题，且在无需精密泵和/或压力反馈的情况下调节阳极腔室22-1和22-2中的压力，这减少了成本和复杂性。

[0056] 去离子(DI)水源100经由阀112将去离子水提供到导管114。镀敷溶液源104经由阀108将镀敷溶液或电解液提供到导管114。镀敷溶液可为纯补给溶液(VMS)。关于用于以VMS和DI水配量的一个实施方案的论述，参见例如2006年10月30日由发明人巴卡柳(Buckalew)等人申请的第11/590,413号美国专利申请案，其以全文引用方式并入本文。泵120具有与导管114流体连通的输入。泵120的输出经由导管121与过滤器(未图示)的输入连通。在许多实施例中，此过滤器可能不必要，因为所有过滤由过滤器164处置。

[0057] 导管124连接到导管128和130，导管128和130分别连接到阳极腔室22-1和22-2。排放阀126可用以从导管124排放流体。如可了解，排放阀126可定位于电镀系统中的其它位置处。举例来说，其可并入到阀108的变型中，所述变型为三向阀。导管132和134分别从阳极腔室22-1和22-2接收电解液。导管136将导管132和134连接到压力调节装置138。

[0058] 压力调节装置138包含外壳140，外壳140包含布置于其底部表面141上或附近的入口142。入口142与垂直管状部件144连通，垂直管状部件144包含入口145和出口146。外壳140进一步包含第一出口147，其与外壳140的底部表面141上或附近的入口142间隔开。外壳
140进一步包含第二出口152，其在外壳140的上部部分153附近。

[0059] 在各种实施例中，压力调节装置暴露于大气压。换句话说，其“打开”且进而产生用于阳极液再循环的开环。暴露于大气压可通过例如在外壳140中提供通风孔或其它开口来实现。在其它情况下，电解液出口管道(例如，导管154)可具有开口以允许电解液与大气接触。在特定实施例中，出口导管将电解液递送到槽中，所述槽当然暴露于大气压。

[0060] 在所描述实施例中，压力调节装置138进一步包含过滤器媒介164。过滤器媒介164可包含从电解液过滤气泡的多孔材料。过滤器媒介164可如图示定位于水平位置，或定位于任何其它合适位置，以在阳极电解液返回到阳极腔室22-1和22-2之前从阳极电解液过滤气泡和/或微粒。更一般来说，可采用其它形式的气泡分离装置。这些装置包含多孔材料薄片，例如“Porex”TM牌过滤产品(佐治亚州费尔本市Porex技术公司)、网格、活性炭等。

[0061] 在一些实施方案中，过滤器媒体164可布置于外壳140外部，与导管121或另一导管成直线。在其它实施方案中，过滤器媒介164可用水平与垂直之间的角度布置。在再其它实施方案中，过滤器媒介164可布置于垂直位置，且出口可布置于外壳140的侧壁上。再其它变型是预期的，且下文在图5的情形中论述。

[0062] 在特定实施例中，过滤器164具有套管形状，且配合在管状部件144上。其可从顶部到底部配合在套管上或高度的至少一实质部分上。在一些情况下，过滤器包含例如o形环等密封部件，其安置于过滤器的内圆周上的位置处且与管状部件144配合。过滤器经配置以在将电解液递送到出口147之前从电解液移除微粒和/或气泡。对于气泡管理，过滤器具有近似40微米或更小大小的孔或在一些情况下近似10微米或更小大小的孔可能是足够的。在特定实施例中，平均孔大小在约5到10微米之间。此些过滤器具有移除非常大的微粒的额外益处。作为实例，可从马萨诸塞州黑弗里耳市的帕克汗尼芬公司过滤分公司(Parker Hannifin Corp.，filtration division，Haverhill，MA)获得合适的过滤器(例如，5微米孔大小折叠聚丙烯过滤器，零件号PMG050-9FV-PR)。在一些设计中，过滤器的外径将在约2到3英寸之间。此外，可选择过滤器大小以使得过滤器与压力调节器的外部外壳之间保留一些空间。此间隙可允许对压力调节器中的液位传感器进行较容易且较可靠的调谐(见下文图5的论述)。在一些实施例中，调节器外壳和过滤器的大小经设计以使得其间保留约0.2到0.5英寸的间隙。

[0063] 第一出口147与导管148连通，导管148返回阳极电解液且完成阳极电解液流动环路。导管154将第二出口152连接到镀敷浴液储集器12以在需要时处置阳极电解液的溢出。在一些情况下，如上文指示，导管154在到达用于保持镀敷浴液12的箱之前流注入槽(未图示)中。

[0064] 在一些实施方案中，垂直管状部件144的入口145垂直位于隔膜24-1和24-2的至少一部分下方。垂直管状部件144的出口146位于隔膜24-1和24-2上方。

[0065] 在某些实施例中，镀敷浴液储集器12将阴极液提供到阴极腔室。因为从压力调节器138提供到镀敷浴液的电解液是可不具有镀敷添加剂的阳极液，所以镀敷浴液中的电解液的组成可能需要在递送到阴极腔室之前进行调整。举例来说，一些镀敷添加剂可在储集器12中保持镀敷浴液时配量到镀敷浴液中。

[0066] 在使用时，起初阳极腔室22-1和22-2中可填充有镀敷溶液和/或去离子水。泵120可打开以提供流量。在一些实施方案中，泵120可提供近似每分钟2到4升。泵120造成阳极腔室22中的电解液的压力的变化。另外，从源104递送新鲜镀敷溶液可能引起腔室22内的阳极液压力的瞬时增加。在阳极腔室22中的压力增加时，电解液流出垂直管状部件144且沿垂直管状部件144的外表面流动。电解液流过过滤器媒介164(如果存在)且流出出口147。

[0067] 压力调节装置138调节阳极腔室22中的压力，且往往防止对隔膜24的损坏。系统可使用开环方法且在无高成本压力传感器和泵的情况下运行。

[0068] 在某些实施例中，系统90经设计和操作以使得阳极腔室内的阳极液压力维持于约0到1psig之间。在更特定实施例中，阳极液压力维持于约0.5到1.0psig之间的压力(例如，约0.8psig)。通常，阳极腔室中的压力是压力调节装置138中的压头与泵120引入的压力的和。在某些设计中，装置138中的压头为约0.1到0.5psig(例如，约0.3psig)。

[0069] 图4提供另一实施例，其采用布置成两个群组(402和404)的四个单独的镀敷单元(408、408′、410和410′)，所述群组各自具有其自身的如本文描述而操作的压力调节装置(406和406′)。用于群组402和404的阳极液再循环环路分别由泵412和414驱动。来自压力调节器406和406′的溢流分别被提供到镀敷浴液储集器416和418。在揭示的实施例中，补给溶液经由源420和422提供，且可如图示在阀群组430、432、434和436的控制下提供到阳极液再循环环路或镀敷浴液储集器。类似地，经由源424提供且在点426处移除的DI水由相同的阀群组控制。应注意，在点424与426之间流动的水将通常作为安装有镀敷部件的设施处的单独DI水子系统(未图示)的一部分而提供。流量计440和442允许对到达阳极液再循环环路和/或镀敷浴液储集器的补给溶液和/或DI水进行精确计量。控制器(未图示)控制阀的操作以准许电解液与补给溶液和DI水的适当配量。控制器接收来自流量计440和442的反馈。控制器还可控制镀敷添加剂到镀敷浴液的配量。

[0070] 可在各种位置处提供额外的流量控制和监视，以对阳极腔室对中的每一者提供流量平衡。举例来说，可如图示在各种位置处提供流量计和/或压力开关。举例来说，流量计可直接放置于泵412和414的下游。所属领域的技术人员将明了再其它位置。另外，可在各种位置处提供手动阀以调整流量。

[0071] 图5是适合于本文描述的开环系统的一些实施方案的压力调节装置的横截面描绘。在图5中，压力调节器被描绘为具有外壳503和盖520的项目502，外壳503和盖520共同界定调节器的外部结构。盖和外壳可通过例如螺纹、结合等各种机制而附接。

[0072] 在操作中，经由中心柱体504的基底处的一个或一个以上入口506将来自例如图3所示的腔室22-1或腔室22-2等经分离阳极腔室的阳极液推送到装置502中。在各种实施例中，对于由压力调节器502服务的各种阳极腔室中的每一者存在单独的进入端口(类似于端口506)。在图5中，仅描绘一个此种进入端口。在所描绘实施例中，柱体504经由杆522安装到调节器502，杆522嵌入在外壳503内部的实心结构片中。

[0073] 推送到中心柱体504中的电解液向上流动到柱体504的顶部505，在该处其溢出进入环形间隙528且与过滤器510接触。在各种实施例中，间隙528相对小，以促进有效的过滤。作为实例，间隙528可为约0.1到0.3英寸宽。应注意，过滤器510在例如过滤器510的基底处密封到柱体504。为此目的可采用o形环。还应注意，所描绘设计包含位于柱体504的顶部505正上方的孔隙空间508。这为容纳柱体504外的瞬时电解液涌动提供空间。

[0074] 柱体504中的电解液的压头负责维持由压力调节器502服务的镀敷单元的经分离阳极腔室内的恒定压力。实际上，中心柱体504的高度(至少在镀敷单元中电解液上方的高度)规定经分离阳极腔室中的电解液所经受的压力。当然，这些阳极腔室内的压力也受到泵的影响，所述泵驱动电解液从压力调节器502进入经分离阳极腔室的再循环。

[0075] 如所提到，流出柱体504的顶部的电解液遇到过滤器510。过滤器优选经配置以从向上流过且流出柱体504的电解液移除具有某一大小的任何气泡或微粒。过滤器可包含各种褶或其它结构，其经设计以提供大表面积以获得与电解液的较大接触和较有效的过滤。褶或其它大表面积结构可占据外壳503内的空穴区。经过过滤器510的电解液将进入外壳
503与过滤器510的外部之间的空穴区523。此区中的流体将向下流入蓄积器524，在该处所述流体可在其被排出调节器502时临时驻留。

[0076] 具体来说，在所描绘实施例中，经过过滤器510的电解液经由退出端口516排出压力调节器502。如早先描述的各种实施例中说明，例如端口516等退出端口连接到排出电解液且迫使通过经分离阳极腔室的再循环的泵。

[0077] 在压力调节装置502内临时累积的经过滤电解液在区523中维持某一高度可为合意的。为此，所描绘装置包含液位传感器512和514。在某些实施例中，在控制器的影响下操作系统，使得区523中的液体保留于传感器512与514之间的液位处。如果电解液下降到液位512以下，那么系统处于使泵干运转的危险中，这是可能对泵造成严重损坏的状况。因此，如果控制器感测到电解液正在下降到液位512以下，那么可采取适当的步骤来抵消此危险状况。举例来说，控制器可引导将额外的补给溶液或DI水提供到阳极液再循环环路中。

[0078] 另一方面，如果电解液上升到高于传感器514感测到的液位，那么控制器可采取措施以通过(任选地)从再循环环路排放某一量的电解液来减少再循环阳极液的量。这可通过例如引导相关联吸气器452或454(图4)从开放流动环路移除电解液来实现。应注意，压力调节器502具备单独的溢出出口518，其将允许过量的电解液排出压力调节器且进入保持镀敷浴液的储集器。如所提到，此储集器可将电解液直接提供到镀敷单元的阴极腔室。而且如所提到，连接到退出端口518的导管可例如经由到槽的连接而提供到大气压的开口，所述槽在电解液流入镀敷浴液储集器中之前接收电解液。或者或另外，压力调节器可包含通风机制。在所描绘实施例中，在盖520的指形物下方包含任选的通风孔526。所述指形物经设计以防止喷出的电解液直接到达调节器502外。

[0079] 可选择压力调节装置的尺寸和构造以满足其服务的镀敷单元的约束、再循环环路中产生的水力条件等。在某些实施例中，当阳极液进入压力调节器时阳极液流入的中心管状部件的顶部在其服务的单元中的电解液的顶部表面上方(例如，在图2所示的堰壁74的顶部表面上方)在约5到20厘米之间。在特定实施例中，此高度差为约8英寸。

[0080] 如所述，例如本文描述的开环设计维持阳极腔室中大体上恒定的压力。因此，在一些实施例中，不必用压力变换器或其它机制来监视阳极腔室的压力。当然，可存在监视系统中的压力的其它原因，例如确认泵正在继续循环电解液。

[0081] 上文描述的设备和工艺可结合例如光刻图案化工具或工艺来使用，以用于制作或制造半导体装置、显示器、LED、光伏面板和类似物。通常，虽然并非必要，但此些工具/工艺将在常用制造设施中一起使用或进行。对膜的光刻图案化通常包括以下步骤中的一些或全部，每一步骤以若干可能工具来实现：(1)使用旋涂或喷涂工具在工件(即，衬底)上涂覆光致抗蚀剂；(2)使用热板或炉或UV固化工具固化光致抗蚀剂；(3)使用例如晶片步进器等工具通过掩模将光致抗蚀剂暴露于可见光或UV光或x射线光；(4)使用例如湿式机台(wet bench)等工具使抗蚀剂显影以便选择性地移除抗蚀剂且进而将其图案化；(5)通过使用干式或等离子辅助蚀刻工具将抗蚀剂图案转印到下伏膜或工件中；以及(6)使用例如RF或微波等离子抗蚀剂剥离器等工具移除抗蚀剂。此工艺可提供例如镶嵌、TSV或WLP特征等特征的图案，所述特征可使用上述设备来用铜或其它金属进行电填充。

[0082] 如上文指示，各种实施例包含具有用于根据本发明控制过程操作的指令的系统控制器。举例来说，可通过利用来自压力调节装置中的液位传感器的信号的算法来引导泵控制。举例来说，如果来自图5所示的下部液位传感器的信号指示流体并不存在于相关联液位处，那么控制器可引导将额外的补给溶液或DI水提供到阳极液再循环环路中以确保线路中存在足够的流体而使得泵将不会干操作(此状况可能损坏泵)。类似地，如果上部液位传感器发出流体存在于相关联液位处的信号，那么控制器可引导可采取措施以减少再循环阳极液的量(如上文阐释)，进而确保压力调节装置中的经过滤流体保留在传感器的上部与下部液位之间。任选地，控制器可使用例如线路中的压力变换器或流量计来确定阳极液是否正在开放再循环环路中流动。同一或不同的控制器将控制电镀期间电流向衬底的递送。同一或不同的控制器将控制补给溶液和/或去离子水和/或添加剂到镀敷浴液和阳极液的配量。

[0083] 系统控制器将通常包含一个或一个以上存储器装置和一个或一个以上处理器，所述处理器经配置以执行指令以使得设备将执行根据本发明的方法。含有用于根据本发明控制过程操作的指令的机器可读媒体可耦合到系统控制器。

[0084] 如可了解，图中所示的阀中的任一者可包含手动阀、气控阀、针阀、电子控制阀、放泄阀和/或任一其它合适类型的阀。

[0085] 本发明的广义教示可以多种形式实施。因此，虽然本发明包含特定实例，但本发明的真实范围不应受此限制，因为在对附图、说明书和所附权利要求书的研究后将明了其它修改。