具有杯底部輪廓的鍍杯的製作方法

2023-05-28 07:48:46 2

本申請是申請號為201210354922.3、申請日為2012年9月12日、發明名稱為「具有杯底部輪廓的鍍杯」的發明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請要求申請號為61/533,779、申請日為2011年9月12日，名稱為「具有有輪廓的杯底部的鍍杯」(「platingcupwithcontouredcupbottom,」)的美國專利臨時申請的優先權，基於所有目的，其全部內容通過引用方式併入本文。

本發明涉及集成電路的鑲嵌互連的形成，和在集成電路的製造過程中所使用的電鍍裝置。

背景技術：

電鍍是在集成電路(ic)製造中沉積一個或多個層的傳導性金屬的常用的技術。在一些製造工藝中，其用來在各種襯底的特徵之間沉積單個或多個層級的銅互連。電鍍的裝置通常包括電鍍池，其具有電解液池/浴和在電鍍期間設計用來託持半導體襯底的夾盤(clamshell)。

在電鍍裝置的操作過程中，使半導體襯底浸入電解液池，致使襯底的一個表面暴露在電解液中。利用與襯底表面建立的一個或多個電接觸來驅動電流通過電鍍池並且將來自電解液中存在的金屬離子中的金屬沉積在襯底表面上。通常地，電接觸元件用於在該襯底和作為電流源的母線之間形成電連接。然而，在某些配置中，被電氣連接接觸的在襯底上的導電籽晶層可朝向襯底邊緣變得較薄，使之更難以建立與襯底的最佳的電氣連接。

電鍍過程中所產生的另一個問題是電鍍溶液潛在的腐蝕特性。因此，為了防止電解液洩漏和電解液與電鍍裝置的元件接觸，而讓電解液與電解槽的內部以及被設計用以電鍍的襯底的所述面相接觸，在許多的電鍍裝置中在夾盤和襯底的界面處使用邊緣密封件。

技術實現要素：

在本發明中公開的是用於在夾盤組件中進行電鍍期間與晶片嚙合以及在電鍍期間向該晶片提供電流的杯。該杯可包括設置該杯上並配置為在電鍍期間嚙合晶片的彈性密封件，在嚙合時，該彈性密封件基本上使電鍍液從晶片的周邊區域排除，並且其中該彈性密封件和杯是環形的。該杯也可包括在電鍍過程中提供電流到晶片的一個或多個接觸元件，所述一個或多個接觸元件連接至杯上並從設置在該彈性密封件上的金屬帶朝向該杯的中心向內延伸，和連接至杯上並從杯的底表面的部分延伸的突出物。杯的底表面的該部分是在電鍍期間與晶片中的凹口對齊的有角的部分。

在一些實施例中，所述突出物設置在杯的凹口區域，其凹口區域對應於杯的區域，在該凹口區域中從晶片中心到彈性密封件邊緣的距離少於在該杯的非凹口區域內的從晶片的中心至彈性密封件邊緣的距離。在一些實施例中，突出物的高度為約600微米和約1000微米之間。

在本發明中還公開用於在夾盤組件中進行電鍍期間與晶片嚙合以及在電鍍期間向該晶片提供電流的杯。該杯可包括設置在杯上並配置為在電鍍期間嚙合晶片的彈性密封件，其中在嚙合時，彈性密封件基本上將電鍍液從晶片的周邊區域排除，並且其中的彈性密封件和杯是環形的。該杯也可包括在電鍍過程中提供電流到晶片的一個或多個接觸元件，所述一個或多個接觸元件連接至杯上並從設置在彈性密封件上的金屬帶朝向該杯的中心向內延伸，和在杯的底表面的部分上的絕緣部分。該杯的底表面的部分是在電鍍期間用以與晶片中的凹口對齊的有角的部分。

在一些實施例中，絕緣部分被設置在杯的凹口區域，其凹口區域對應於杯的區域，在該凹口區域中從晶片中心到彈性密封件邊緣的距離少於在該杯的非凹口區域內的從晶片的中心至彈性密封件邊緣的距離。在一些實施例中，與杯的底表面的其餘部分相比，絕緣部分具有較低電子電導率。在一些實施例中，絕緣部分包括塑料。

本發明還公開在電鍍期間在夾盤組件中嚙合晶片和在電鍍期間供給電流到晶片的杯。該杯可包括設置在杯上的和被配置為在電鍍期間嚙合晶片的彈性密封件，其中在嚙合時，彈性密封件基本上將電鍍液從晶片的周邊區域排除，並且其中的彈性密封件和杯是環形的。該杯也可包括在電鍍過程中提供電流到晶片的多個接觸元件，每個接觸元件連接至杯上並從設置在彈性密封件上的金屬帶朝向該杯的中心向內延伸。在杯的凹口區域中的每一個接觸元件比在杯的非凹口區域的接觸元件長，其中，該凹口區域對應於杯的區域，在該凹口區域中從晶片的中心到彈性密封件邊緣的距離少於在該杯的非凹口區域內的從晶片的中心至彈性密封件邊緣的距離。

附圖說明

圖1示出了在凹口區域的電鍍層的厚度沿晶片的徑向位置的曲線圖。

圖2示出了在非凹口區域的電鍍層的厚度沿著晶片的徑向位置的曲線圖。

圖3a是用於電化學處理半導體晶片的晶片託持和定位裝置的透視圖。

圖3b是夾盤組件的截面圖，該組件帶有具有一個或多個接觸元件的邊緣密封組件。

圖4a是在非凹口區域的夾盤組件的截面圖，該組件帶有邊緣密封組件和支撐襯底的一個或多個接觸元件。

圖4b是在凹口區域的夾盤組件的截面圖，該組件帶有邊緣密封裝配和支撐襯底的一個或多個接觸元件，和具有突出物的底表面。

圖4c是與具有帶有突出物的底表面的夾盤組件的透視圖。

圖4d是在凹口區域的夾盤組件的截面圖，該組件具有邊緣密封組件和支撐襯底的一個或多個接觸元件，和具有絕緣部分的底表面。

圖4e是具有帶有絕緣部分的底表面的夾盤組件的透視圖。

圖5a是在非凹口區域的帶有邊緣密封組件和支撐襯底的一個或多個接觸元件的夾盤組件的截面圖。

圖5b是在凹口區域的帶有邊緣密封組件和支撐襯底的一個或多個接觸元件的夾盤組件的截面圖。

圖6是描繪在夾盤組件中對齊和密封半導體襯底的方法的流程圖。

圖7a示出了在凹口區域的電鍍層的三個厚度的沿晶片的徑向位置的分布曲線圖。

圖7b示出了帶有與測量位置10對應的凹口點的三個25點輪廓測量值分布示意圖。

圖7c是用以在圖7b中的25點輪廓測量值分布的25個測試點的位置的示意圖。

具體實施方式

在下面的描述中，展示了許多具體細節以便提供對所提出的構思的詳盡的理解。本發明提出的構思，也可在沒有一些或所有這些具體細節的情況下實施。在其他示例中，不詳細描述公知的處理操作，以免造成不必要地模糊所描述的構思。雖然一些構思結合特定的實施例來描述，將理解的是，這些實施例並不意指是限制性的。

介紹

當半導體產業趨向在電鍍使用較薄的籽晶層時，這些較薄的層的較高的電阻可能會影響電鍍的多個方面並在某些情況下引起在電鍍層中的缺陷。較薄籽晶層的電阻通常大於5歐姆/平方，有時可高達約30歐姆/平方，甚至約40歐姆/平方。較高的電阻可能會導致不均勻的電壓分布，尤其是當接觸點被定位在離電鍍液的邊界不同的距離時。

一個與較薄籽晶層相關聯的電鍍問題似乎出現在襯底的凹口區域。具體地，直徑200毫米及以上的晶片使用小的凹口來顯示晶片的方向。這些凹口伸向其晶片中心並在晶片電鍍時需要被密封。支撐和密封這種晶片的夾盤有用於此目的的凹口延伸部，其通常被稱為「平板」。就如凹口，該平板伸向晶片的中心，並防止電鍍溶液洩漏通過晶片。因此，晶片中心和平板的溶液排除邊緣之間的距離略小於在其他區域的類似的距離。例如，300毫米的晶片通常具有大約1毫米寬的圍繞其周邊的排除區域。在凹口區域以外的所有區域中，邊緣密封件被定位在離晶片中心約149毫米處。在凹口區域中，密封件朝向中心延伸約0.5毫米，並定位於離中心約148.5毫米。

然而，與籽晶層的電氣接觸通常沿著圓形的邊界相對於中心間隔均勻地建立。通過接觸環的觸指(contactfinger)提供電氣接觸，該接觸環具有環形的形狀且通常不佔任何凹口區域。這產生一個潛在的問題，其中在凹口區域的觸指與在夾盤的其他區域中的相比更加遠離溶液。該差額一般與平板的延伸相同，例如，對300毫米的晶片為0.5毫米。在這種情況下，與在其他區域中的相比，在凹口區域中電流必須穿過籽晶層的較長的距離。當籽晶層特別薄和具電阻性時，較長的距離可能會導致顯著的電壓降，以及在凹口區域中與電解液的界面處較低的電壓。較低的電壓可能會導致較慢的沉積速率，尤其是在初始沉積階段，其中電壓梯度仍然是高的。隨著沉積繼續，由於穿過沉積層的額外的導通，電壓梯度可能減少。然而，較低的初始速率可能會極大地影響電鍍層的厚度分布，特別是薄的電鍍層。

從以下實驗的結果可以容易地理解所述問題。帶有39歐姆/平方的籽晶層的300毫米晶片在傳統的夾盤電鍍裝置中電鍍175埃的目標厚度。然後在晶片周邊附近的兩個不同的區域中對電鍍層的厚度進行檢測。其中一個區域對應於凹口區域並且其厚度分布示於圖1的連線10。另一個區域是從凹口區域沿著邊界位移90度且其代表不具有凹口的任何區域。其厚度分布由圖2中的連線20所示。在這些圖中的x軸表示從晶片的中心到測量點的距離，而y軸表示在這個測量位置上的沉積層的厚度。關注點主要是晶片邊緣附近的部分，即，在離中心距離120毫米到150毫米處，其中凹口缺陷易於發生。對於位於離中心120毫米和135毫米之間的測量點分布10和20是可比的。在這兩個區域，沉積層基本上是均勻的，並在離該中心的這段距離具有大約為220埃的厚度。對應非凹口區域的分布20靠近晶片的邊緣，即，接近150毫米的位置，顯示只有輕微的變化。同時，對應凹口區域的分布10表示邊緣附近的沉積層的部分在該區域更加薄。不僅邊緣附近的部分比進一步遠離邊緣的其他部分薄得多，而且這種現象僅出現在凹口區域，在其他圖中並不存在。

已實施其他的實驗以證明在凹口區域中這個厚度變化在很大程度上依賴於籽晶層的導電性。具體地，較導電的籽晶層一般具有較小的變化。然而，正如上文中所述，半導體工業趨向更薄和更具電阻性的籽晶層。

提供新型的夾盤，該夾盤包括具有對應於凹口區域的突出物和/或絕緣部分的杯底部。將這些特徵設計為：在籽晶層內和/或在電解液內改變電流的分布，從而在襯底的整個暴露區域中造成更均勻的電鍍。例如，設置在夾盤的底表面上的突出物，或者，更具體地，在杯底部的底表面上的突出物，用於縮小杯的底部和電鍍裝置的其他部分之間的間隙和用電鍍溶液改變局部的電流分布。此外，突出物導致更少的電流流到雙陰極。突出物可以沿基本垂直底部表面的方向延伸。該突出物的高度依賴於各種因素，諸如杯底部和其他硬體部分的間隙的寬度，籽晶層的導電性，和在凹口區域中的排除區域相對於其他區域的差額。在某些實施例中，突出物為至少約500微米的高度，例如，約1000微米高。這個高度對具有的電阻率約39歐姆/平方和大約2毫米的間隙的籽晶層可能是足夠的。因而，1000微米的突出物阻擋了大約一半的該間隙。

在相同的或其他的實施例中，夾盤底表面的部分，或者，更具體地，鄰近凹口區域的杯底部的底表面的部分比底表面的其餘部分具有更低的電子導電性。例如，該部分與杯底部的其他表面相比可以用更絕緣的材料製成，更絕緣的材料諸如塑料，杯底部的其他表面可以由金屬製成。該較低導電性的部分可以通過施加絕緣膠帶條、塗布絕緣塗層補片、定位塑料插件到表面上或表面內形成的空腔中、以及按照各種其他方法形成。該電導率的差額被認為可改變在電鍍溶液中電流的分布，以使與絕緣導電部分相鄰的溶液經受更少電流引到陰極，以及，其結果是，在該凹口區域中比在其他的區域中得到更多的材料沉積。

無論夾盤是否採用凹口區域突出物，凹口區域絕緣，或兩者，將特徵設置為使得：由於這些特徵而導致的任何沉積速率的增加補償由於上文所解釋的籽晶層中的電損耗而導致的沉積速率的降低。因此，較低導電性的籽晶層可能需要有較高的凹口區域的突出物或凹口區域的突出物和凹口區域絕緣的組合。上文提出了選擇和配置這些特徵的各種因素。

此外，在凹口區域中較大的排除區域使得可移動在這區域中的觸指更接近夾盤的中心而不幹擾夾盤的密封特性。具體地，凹口區域可具有比在夾盤的邊界的其他區域更長的觸指。然而這些較長的觸指將幹擾在其他區域中的密封件，該密封件在凹口區域向中心延伸。在特定的實施例中，這些較長的觸指被配置為使得：在該凹口區域，跨越從觸指到電解液的邊界的距離的電子導電通路與其他領域內是基本相同的。因而，不管該界面是否在凹口區域或其他地方，在密封界面的暴露於電鍍液中的籽晶層將具有基本相同的電勢。較長的觸指、凹口區域的突出物、和凹口區域的絕緣特徵可以被組合在相同的夾盤中，以實現更多的需要的效果。如上文描述的，凹口區域突出物可以由絕緣材料製成。在相同的實施例中，在夾盤中的凹口區域的觸指可能較長。

下文中對電鍍裝置的簡要描述中提供了杯底部和觸指的各種實施例的某些內容。圖3a示出用於電化學處理半導體晶片的晶片託持和定位裝置100的透視圖。裝置100包括晶片嚙合構件，其有時被稱為「夾盤」構件，「夾盤」組件，或「夾盤」。夾盤組件包括杯101和錐體103。如隨後的附圖所示，杯101託持晶片且錐體103在杯中牢固地夾住晶片。除了本文中具體描述的這些以外，可以使用其他的杯和錐體設計。共同的特徵是具有其中可存放晶片的內部區域，和壓緊晶片靠在杯上以保持在適當位置的錐體。

在所描述的實施例中，夾盤組件(杯101和錐體103)由連接到頂部板105的支柱104支持。該組件(101、103、104和105)通過主軸106連接到頂部板105上由馬達107驅動。馬達107被連接到安裝支架(未示出)。在電鍍過程中，主軸106傳遞扭矩(從馬達107)到夾盤組件引起保持在其中的晶片的旋轉(在該圖中未示出)。主軸106內部的氣缸(未示出)還提供了使杯101與椎體103嚙合的垂直方向的力。當夾盤脫開(圖中未示出)，具有端部執行器臂的自動機可以在杯101和錐體103之間插入晶片。在晶片被插入後，錐體103與杯101嚙合，固定晶片在裝置100內只留晶片的正面(工作表面)暴露於電解液中。

在某些實施例中，夾盤包括保護錐體103不受到電解液飛濺的噴霧擋板109。在所描繪的實施例中，噴霧擋板109包括垂直的圓周套筒和圓形的帽部。間隔組件110保持噴霧擋板109和錐體103之間的分離。

為了討論的目的，包括構件101-110的該組件統稱為「晶片夾具」111。但是注意，「晶片夾具」的構思一般延伸為嚙合晶片並使其能移動和定位的元件的各種組合和子組合。

傾斜組件(未示出)可被連接到晶片夾具以使晶片有角度地浸泡(相對於平面的水平浸泡)到電鍍溶液中。在一些實施例中，使用板和樞軸接頭的驅動機構和配置以沿弧形的通路(圖中未示出)移動晶片夾具111以及，結果是，使晶片夾具111的近端(如杯和錐體組件)傾斜。

另外，整個晶片夾具111被提升，通過驅動器(圖中未示出)垂直向上或向下使晶片夾具111的近端浸泡到電鍍溶液中。因而，雙構件定位機構同時提供沿垂直電解液表面的軌跡的垂直運動和使晶片(成角度的晶片浸泡能力)能偏離水平方向(即，平行於電解液表面)的傾斜運動。

注意晶片夾具111與電鍍池115一起使用，該電鍍池具有內部提供陽極室157和電鍍溶液的電鍍室117。陽極室157容納陽極119(例如，銅陽極)，並且可包括設計為保持不同的電解液化學成分在陽極室和陰極室中的膜或其他的分隔件。在所描繪的實施例中，採用擴散器153均勻地將電解液向上朝旋轉的晶片正面引導。在某些實施例中，流量擴散器是高電阻虛擬陽極(hrva)板，該板由實心的絕緣材料(例如塑料)片製成，該絕緣材料具有大量(例如4,000-15,000)的一維小孔(0.01至0.050英寸的直徑)，並連接到所述板上面的陰極室。孔的總的橫截面面積小於總的突出物面積的約5％，因此在電鍍池中產生大的流阻，以幫助改善系統的電鍍均勻性。2008年11月7日提交的美國專利申請號12/291,356提供有電化學處理半導體晶片的高電阻虛擬陽極板和相應的裝置的其他描述，通過引用將其全部併入此處。電鍍池還可以包括用於控制和創建單獨的電解液流模式的單獨的膜。在另一個實施例中，膜被用來定義陽極室，其中包含基本上沒有抑制劑、促進劑、或其他有機電鍍添加劑的電解液。

電鍍池還可以包括用於使電解液循環通過電鍍池的管道或管道觸頭–並且靠近(against)被鍍工件。例如，池115包括電解液入口管131，其垂直地延伸通過陽極119的中心的孔到達陽極室157的中心。在其它實施例中，該池包括電解液入口歧管，該歧管將流體引入到在室的外周的壁的擴散器/hrva板下的陰極室(未示出)。在某些情況下，入口管131包括膜153的兩側(陽極側和陰極側)上的出口噴嘴。這種設置使電解液能傳輸至陽極室和陰極室。在其它實施例中，陽極和陰極室被流動阻擋膜153隔開，並且每個室有單獨流動循環的分離的電解液。如圖3a的實施例中所示，入口噴嘴155提供電解液到膜153的陽極側。

此外，電鍍池115包括衝洗排放管線159與電鍍液返回管線161，每一管線都直接連接到電鍍室117。另外，在正常運行期間，衝洗噴嘴163提供去離子衝洗水以清潔晶片和/或杯。電鍍液通常填充室117中的許多部分。為了減少飛濺以及氣泡的產生，室117包括用於電鍍液返回的內堰165和用於衝洗水返回的外堰167。在所描繪的實施例中，這些堰是在電鍍室117的壁中的周向垂直槽。

如上所述，電鍍夾盤通常包括邊緣密封件(lipseal)和一個或多個接觸元件以提供密封和電連接功能。邊緣密封件可以由彈性材料製造。邊緣密封件與所述半導體襯底的表面形成密封，並將電解液從襯底的周邊區域中排除，該周邊區域容納觸頭。在該周邊區域沒有沉積發生，並且該周邊區域不用於形成ic器件，即，周邊區域不是工作表面的一部分。有時，這個區域也被稱為邊緣排除區域，因為電解液從該區域中被排除。在加工過程中，周邊區域用於支撐襯底，以及用於與襯底形成密封和與襯底電連接。因為通常希望增加工作表面，所以周邊區域需要儘可能小，同時保持上述功能。在某些實施例中，周邊區域距離襯底的邊緣在約0.5毫米和3毫米之間，或更具體地，約1毫米。

以下的說明中提出了在某些實施例中可以採用的杯組件的附加的特徵和示例。所描繪的杯設計的某些方案由於改進的剩餘電解液/清洗液的邊緣流特性、受控的晶片進入溼化和邊緣密封件氣泡的去除，從而提供了更大的邊緣電鍍均勻性並且減少了邊緣缺陷。圖3b是杯組件200的說明性的剖切視圖。該組件200包括用於保護杯的某些部分不受電解液影響的邊緣密封件212。其還包括用於與晶片的導電元件建立電連接的接觸元件208。杯及其組件可以有環形的形狀並且尺寸被設置成與晶片的邊緣(例如，200mm晶片，300mm晶片，450mm晶片)嚙合。

杯組件包括杯底部210，杯底部也被稱為「盤」或「底板」，並且其可以使用一組螺釘或其它緊固裝置附著到防護結構202上。杯底210可以移走(即，與防護結構202脫離)，以便能更換杯組件200的各部件，如密封件212、電流配電母線214(彎曲的電氣母線)、電接觸部件帶208和/或杯底部210本身。接觸帶208的一部分(通常，最外面的部分)可以與連續的金屬帶204接觸。杯底210在其最內周緣可以具有錐形邊緣216，設置該邊緣的形狀以提高邊緣周圍的電解液/清洗液的流動特性和改善泡沫的抑制(rejection)特性。杯底部210可以由剛性耐腐蝕材料製成，該材料如不鏽鋼、鈦和鉭。在閉合過程中，當通過晶片施加力時，杯底部210支持邊緣密封件212，以避免在晶片浸泡時夾盤洩漏。在某些實施例中，邊緣密封件212和杯底部210上施加的力為至少約200磅的力。閉合力，也被稱為閉合壓強，其通過夾盤「錐體」組件施加，該錐體組件的部分接觸到晶片背面。

一種電接觸部件208提供沉積在晶片正面上的電接觸導電材料。接觸部件208包括大量的單個觸指220，觸指220連接到連續的金屬帶218上。在某些實施例中，接觸部件208是由paliney7合金製成的。然而，可以使用其它合適的材料。在某些實施例中，對應於300mm的晶片配置，接觸部件208具有至少約300個單個的觸指220，觸指220繞著由晶片所定義的整個周邊均勻地間隔分布。觸指220可以通過切割(例如，雷射切割)、機械加工、衝壓、精密摺疊/彎曲、或任何其它合適的方法製造。接觸部件208可以形成連續的環，其中，所述金屬帶218定義環的外直徑，並且觸指220的自由指尖定義內直徑。應當指出這些直徑將根據接觸部件208上的橫截面輪廓的不同而變化。此外，應當指出的是，觸指220是柔性的，當加載晶片時可向下(即，朝錐形邊緣216)推。例如，當錐體施加壓力到晶片上，晶片被放置到夾盤的又一不同的位置時，觸指220從自由位置移動到不同的中間位置。在操作期間，彈性邊緣密封件212的唇狀邊212b位於觸指220的指尖附近。例如，在自由位置，觸指220可以比唇狀邊212b延伸得更高。在某些實施例中，當晶片放入杯200中時，觸指220即使在其中間位置也比唇狀邊212b延伸得更高。換言之，晶片由觸指220的指尖支撐，而不是由唇狀邊212b支撐。在其它實施例中，當晶片被引入杯200，並且指尖220和唇狀邊212b兩者都與晶片接觸時，觸指220和/或唇狀邊212b的密封件彎曲或被壓縮。例如，唇狀邊212b最初可能比指尖延伸得更高，然後被壓縮，並且觸指220偏轉並被壓縮以形成與晶片的接觸。因此，為了避免歧義，本文所描述的接觸部件208的尺寸是指在晶片和邊緣密封件212之間形成密封時的尺寸。

密封件212被示出，其包括邊緣密封件捕捉脊212a，捕捉脊212a配置為與杯底部210中的槽嚙合，從而將密封件212保持在所希望的位置。脊和槽的組合可以有助於在安裝和更換密封件212的過程中將密封件212定位在正確的位置，並可以有助於在正常使用和清洗過程中防止密封件212的位移。也可以使用其它合適的鍵合(嚙合)特徵。

密封件212還包括諸如槽等特徵，該槽形成於密封件212的上表面上，並被配置容納配電母線214。配電母線214通常由耐腐蝕材料(例如，不鏽鋼316級)製成並定位在該槽內。在一些實施例中，密封件212可嚙合(例如，使用粘接劑)到配電母線214上以增加魯棒性。在相同的實施例或其他實施例中，接觸部件208繞連續的金屬帶218連接到配電母線214。一般情況下，配電母線214比連續金屬帶218厚得多，因此通過使母線接觸功率導線(未示出)的位置與電流通過帶218和觸指220輸出到晶片的任何方位角位置之間的電阻的電壓降達到最小，可以提供更均勻的電流分布。

圖4a為根據某些實施例所示的夾盤400的非凹口區域的示意性說明圖，該夾盤400具有底部表面並且支撐示出了非凹口區域的襯底402。觸指406與襯底402的籽晶層404電連接。彈性密封件408圍繞其內邊緣409形成密封，以防止電解液到達觸指406。襯底402上的沉積區域開始於該內邊緣409的右側。因此，電流在到達電解液之前必須至少穿越籽晶層404上的距離d1。在某些實施例中，該距離小於0.5毫米，例如，在約0.2毫米和0.3毫米之間。

圖4b是根據某些實施例所示的支撐襯底412的夾盤410的凹口區域的示意性說明圖。圖4a和4b可以代表相同的夾盤和襯底沿襯底的周緣定位在不同位置的兩個不同的橫截面視圖。類似於圖4a，本實施例的觸指416電連接到襯底412的籽晶層414。彈性密封件418也沿其內邊緣419形成密封，以防止電解液到達觸指416。然而，圖4b示出了凹口區域，在該區域的內邊緣419朝襯底412的中心移動，且相比於4a的非凹口區域的內邊緣409，其遠離觸指416。電流在到達電解液之前必須至少穿越種子層414上的距離d2，距離d2長於距離d1。在某些實施例中，距離d2和距離d1之間的差在約0.2毫米和1.0毫米之間，例如，約0.5毫米。

如上所述，相比於邊緣409的電壓，導電通路越長，可能會導致在在籽晶層414內在邊緣419處的電壓越低。為了補償這個電壓差，夾盤410可以配備有連接夾盤410的底表面411並從底表面411延伸的突出物417。突出物417的高度(h)可以是至少約600微米，例如約1000微米。突出物417可沿著邊緣419的周緣，即，垂直於如圖4b所示的截面視圖，延伸至凹口區域的整個寬度。該維度可以被稱作突出物417的長度。突出物417的寬度(w)可以是恆定的，或沿其長度而變化，例如，突出物417在其長度的中間可以最寬，然後向兩端逐漸變窄。在具有非常薄的籽晶層414的襯底412上的初始電鍍步驟，通過形成於底表面411和池的部件(例如插件)之間的通道，雙陰極從襯底412的邊緣吸取電流。該通道可以在約1.5mm和約2.5mm之間，例如約2.0mm。具有高度h的突出物417的增加顯著地減少了通道的開口，從而在增加突出物417處的邊緣419處局部形成了具有更大電阻的通路。雙陰極吸取電流的電氣通路的這種不對稱將補償由於圖4b中的距離d2與圖4a中的距離d1之間的差異而導致的圖4b中的襯底402與圖4a中的襯底412之間的邊緣處的籽晶層414的電壓差。具體而言，圖4b的距離d2導致在襯底412的籽晶層414的邊緣處的較低的電壓，從而導致相比於襯底402的籽晶層404，形成較少的電鍍。在此期間，由於雙陰極是在襯底412的籽晶層414從邊緣419處吸取較小的電流，因而其會導致襯底412的籽晶層414的較多的電鍍。夾盤410的底表面411的兩個不對稱特徵引起的前述效果彼此抵消，並且導致繞襯底412的基本對稱的電鍍。利用該機制，可以相應改變突出物417的寬度w、高度h和長度，以達到相同的效果。例如，增大突出物417的寬度w，並在同時降低突出物417的高度h，可以成比例地導致形成等效電阻通路，其等同於雙陰極吸取電流。同樣地，如本文前面所描述的錐狀突出物，可通過將突出物417的形狀設置成在其長度方向的中間最寬，然後向兩端逐漸變窄而獲得，或通過將突出物417的形狀設置成在其長度方向的中間最厚，然後向兩端逐漸變薄而獲得。有了突出物417的固定的寬度w，突出物417的高度h也可以被改變，但通過改變底表面411和池的部件(例如插件)部分之間的間隙仍然能達到相同的輪廓調節效果。例如，如果在電鍍過程中夾盤410移動更靠近池的部件，突出物417的高度h也可以減小。在一些實施例中，突出物417的高度h可以在約600微米和約1000微米之間。

圖4c是圖4b的夾盤410的透視圖。夾盤410包括連接到夾盤410的底表面411並從底表面411延伸的突出物417。如該圖4c所示，突出物417的寬度w可部分地沿底表面411的寬度延伸。

圖4d是根據特定實施例所示的支撐襯底422的另一個凹口區域示意性說明圖。圖4a和4d可以代表相同的夾盤和襯底沿襯底的周緣定位在不同位置的兩個不同的橫截面視圖。本實施例的觸指426也與襯底422的籽晶層424電連接。彈性密封件428也繞其內邊緣429形成密封，以防止電解液到達觸指426，這類似於上面參照圖4b所描述的示例。在凹口區域的電流必須至少穿越籽晶層424上的距離d2才能到達電解液，並且，作為結果，該籽晶層424在邊緣429可以具有較低的電壓。為了補償這個電壓差，夾盤420可以在夾盤420的底部421中配備絕緣部427。可以以各種方式來實現這樣的設計。第一方法用鈦製造底表面421的非凹口部，並且用塑料製造杯底表面421的凹口部。第二方法用鈦製造整個底表面421，但靠近凹口的底表面部分用非導電塗料塗覆，而非凹口區域不塗覆。底表面421的導電性鈦的暴露部分提供了用於雙重陰極吸取電流的電氣短接通路，而絕緣的凹口部完全阻止雙陰極吸取電流的電氣通路。如前文參考圖4b所描述的，雙陰極吸取電流的電氣通路的這種不對稱將補償由於圖4d中的距離d2與圖4a中的距離d1之間的差異而導致的圖4d中的襯底422的籽晶層424與圖4a中的襯底402的籽晶層404之間的邊緣429處的襯底422的籽晶層424的電壓差。

圖4e是圖4d的夾盤420的透視圖。夾盤420包括在夾盤420的底表面421上的絕緣部427。如圖4e所示，在絕緣部427的寬度w可沿底表面421的整個寬度延伸。

圖5a是根據某些實施例所示的支撐襯底502的夾盤500的非凹口區域的示意性說明圖。該圖整體上類似於上述的圖4a。然而，其中也示出了排除區域e1，排除區域e1在襯底502的邊緣和彈性密封件的邊緣509之間延伸。圖5b是根據某些實施例所示的支撐襯底512的夾盤510的凹口區域的示意性說明圖。圖5a和圖5b可以代表相同的夾盤和襯底沿襯底的周緣定位在不同位置的兩個不同的橫截面視圖。在凹口區域的排除區域e2大於在非凹口區域的排除區域e1，以容納凹口和防止電解液洩漏通過凹口以及進入接觸區域。在凹口區域的觸指516長於在非凹口區域的觸指506，從而能保持距離d1相同，即，觸指和邊緣密封件的邊緣之間的距離在凹口區域和非凹口區域都相同。在某些實施例中，這個距離在凹口區域仍然比在非凹口區域較大。然而，從非凹口區域到凹口區域的距離的增加小於在排除區域的增加。

本發明還提供了在夾盤內對齊和密封半導體襯底的方法。該方法包括提供襯底到夾盤內(方框604)，降低襯底使其通過夾盤上部並且到達密封的突出物上(方框606)，然後壓縮上部的頂面(方框608)。在操作608期間，該內側面被配置為接觸並推動半導體襯底以使半導體襯底在夾盤內對齊。在操作608期間對齊半導體襯底之後，該方法繼續進行，按壓半導體襯底而形成密封突出物和半導體襯底(方框610)之間的密封。在某些實施方式中，壓縮頂面在按壓半導體襯底期間繼續進行。例如，壓縮頂面和按壓半導體襯底將通過夾盤的錐體的兩個不同表面來進行。在另外的實施方式中，壓縮頂面和按壓半導體襯底將通過夾盤的兩個不同部件來分別進行。在這些實施方式中，當按壓半導體襯底時，可以停止壓縮頂面。此外，基於半導體襯底的直徑，可以調整頂面上的壓縮水平。這些操作可能是規模較大的電鍍過程的一部分。一些其他的操作在圖6所示的流程圖內進行了描述並且將在下面做簡要介紹。

首先，夾盤的邊緣密封件和接觸面會是清潔和乾燥的。打開夾盤(方框602)，然後將晶片裝入夾盤內。在某些實施方式中，接觸指尖位於略高於所述唇狀邊的平面的位置並且在這種情況下，通過圍繞晶片邊緣的接觸指尖陣列來支承晶片。然後通過向下移動錐體來關閉並密封該夾盤。在此關閉操作期間，根據上面描述的各種實施方式建立了電觸頭和密封件。另外，觸點的底角可以向下壓靠到彈性邊緣密封件的底部，這會在晶片的正面和指尖之間產生額外的力。可以稍微壓縮該密封唇狀邊來確保整個周邊的密封。在一些實施方式中，當晶片最初放入杯中確定的位置時，只有密封唇狀邊與正表面相接觸。在這個例子中，在密封唇狀邊的壓縮過程中在指尖和正表面之間形成電接觸。

一旦形成了密封和電接觸，承載有晶片的夾盤浸入電鍍槽中，然後，晶片被保持在夾盤內的同時(方框612)，在該槽內進行電鍍。在此操作中，使用的銅電鍍溶液的典型組分包括濃度範圍為約0.5-80g/l的銅離子，更具體地為約5-60g/l，甚至更具體地為約18-55g/l和濃度為約0.1-400g/l的硫酸。低酸的銅電鍍溶液通常含有約5-10g/l的硫酸。中酸和高酸的溶液分別含有約50-90g/l和150-180g/l的硫酸。氯離子的濃度可以是約1-100mg/l。可以使用一些諸如enthoneviaform、viaformnext、viaformextreme(可從westhaven，ct的enthonecorporation獲取)的電鍍銅有機添加劑，或本技術領域的技術人員已知的其他加速劑、抑制劑和平衡劑。電鍍操作的實施方式在2006年11月28日提交的美國專利申請no.11/564,222中進行了更詳細的描述，為了能夠描述電鍍操作，該申請的全部內容都被併入此處。一旦電鍍被完成，適當量的材料沉積在晶片的正表面，然後將晶片從電鍍槽移走。旋轉晶片和夾盤，從而移除由於表面張力而保留在夾盤表面的大部分殘留的電解質。然後在繼續進行旋轉的同時衝洗夾盤，以便可以從夾盤和晶片表面稀釋和衝洗儘可能多的夾帶流體。然後關閉衝洗液體，將晶片旋轉一段時間，通常至少為約2秒，以除去一些殘留的衝洗液。打開夾盤(方框614)，並移走處理過的晶片(方框616)，該過程可以繼續進行。對於新的晶片，操作604到616可以被重複多次。

在某些實施方式中，在密封夾盤期間和/或在襯底加工過程中，系統控制器被用來控制工藝條件。該系統控制器通常將包括一個或更多存儲器設備和一個或更多處理器。該處理器可以包括cpu或計算機、模擬和/或數字輸入/輸出連接、步進電機控制器面板等。用於實施適當的控制操作的指令在處理器上執行。這些指令可以被存儲在與控制器相關聯的存儲器設備上，或者它們可以通過網絡提供。

在某些實施方式中，系統控制器控制處理系統中的所有的活動。系統控制器執行包括指令的集合的系統控制軟體，用以控制上面列出的處理步驟的時間和特定程序的其它參數。在一些實施方式中，也可以採用存儲在與控制器相關聯的存儲器設備上的其他的電腦程式、腳本或例程。

通常，存在有與系統控制器相關聯的用戶界面。該用戶界面可以包括顯示器、顯示工藝條件的圖形軟體和諸如定位裝置，鍵盤，觸控螢幕，麥克風等用戶輸入設備。

用於控制上述操作的電腦程式代碼可以以任何常規的計算機可讀程式語言編寫：例如，彙編語言、c、c++、pascal、fortran或其他。編譯目標代碼或腳本被處理器執行，從而完成程序中確定的任務。

用於監測過程的信號可以通過系統控制器的模擬和/或數字的輸入連接來提供。用於控制過程的信號通過處理系統上的模擬和數字輸出連接來輸出。

如上文所述的裝置/過程可與光刻圖形工具或工藝結合使用，例如，以用於半導體設備、顯示器、發光二極體、光電板和類似物的製造或加工。通常情況下，雖然不一定，這樣的工具/過程將在常見的製造設施中一起被使用或運行。膜的光刻圖形通常包括一些或所有以下步驟，使用一些可能的工具可以實施每一步：(1)通過使用旋塗或噴塗工具，將光刻膠施加在工件上，即在襯底上；(2)通過使用熱板或爐或uv固化工具，固化光刻膠；(3)通過諸如晶片分檔器等工具，將光刻膠暴露於可見光或紫外線或x-射線光下；(4)使光刻膠顯影，以便通過使用諸如溼化工作檯等工具選擇性地除去光刻膠，從而使其圖案化；(5)通過使用乾燥或等離子體輔助蝕刻工具將抗蝕劑圖案轉印到基底膜或工件內；以及(6)通過使用諸如rf或微波等離子體光刻膠剝離液等工具除去光刻膠。

實驗結果

為了沉積175埃厚度的層在300微米晶片內提供的39歐姆/平方的種晶層上，已經測試了三種不同的夾盤。一種夾盤在其底部表面上沒有任何突出物。另一種夾盤有600微米的突出物，而又一種夾盤有1000微米的突出物。對在這三種夾盤內處理的晶片進行測定，以確定沉積層的厚度分布。本實驗的結果呈列於圖7a和7b中。具體而言，圖7a示出了在晶片的邊緣附近的凹口區域的三種厚度的分布。焦點主要是晶片邊緣附近的部分，即在距離中心120微米到150微米之間處，在該處出現如上所述的凹口。線700表示採用沒有任何突出物的夾盤處理的晶片厚度分布。它顯示出接近邊緣的厚度顯著下降。線702表示採用具有600微米的突出物的夾盤處理的晶片厚度分布。它顯示出相比於與線700相對應的厚度分布略有改善，但在接近邊緣的厚度仍大幅下降。這表明600微米的突出物適合這種類型的晶片和加工條件。線704表示採用具有1000微米的突出物的夾盤處理的晶片厚度分布。它顯示出在整個半徑範圍內有相當一致的厚度。

圖7b說明了25點的輪廓測量值分布，在此測量部位10對應於凹口點。在圖7c中顯示了其他測量部位的位置。線710代表用沒有任何突出物的夾盤加工的晶片的厚度分布。線712代表用具有600微米突出物的夾盤加工的晶片的厚度分布，而線714代表用具有1000微米突出物的夾盤加工的晶片的厚度分布。類似於上面所解釋的結果，這些結果清楚地表明，當最優的突出物被使用時，凹口效應可以被最小化，甚至完全消除。

杯底部的大小和厚度對靠近邊緣輪廓的影響通過flexpde軟體進行了模擬。在兩個夾盤配置的電流密度分布也被模擬，即標準的夾盤和1000微米厚的夾盤。模擬結果與測試結果是非常一致的，其中較厚杯底補償較小的杯底內徑的影響。

另一項測試表明，突出物的構思也適用於除了39ohm/sq以外的籽晶。可使用突出物的厚度範圍達到類似的結果。

雖然為了清楚地理解，上述構思中已經描述了一些細節，但是顯而易見的，在所附權利要求的範圍內某些變化和修改是可實行的。應當注意的是，存在著許多實現所述過程、系統和裝置的可替代方式。因此，本發明的實施方式應被視為說明性的，而不是限制性的。