電鍍設備及方法

2023-05-29 12:13:41 1

專利名稱：電鍍設備及方法
技術領域：
本發明一般地涉及一種電鍍薄膜的方法和設備，更具體地涉及電鍍金屬膜以形成半導體器件中的內部連線。
由於半導體器件的特徵是根據Moore定律持續收縮，如果仍然使用鋁(Al)和SiO2，那麼對於0．18μm級器件，內部連線延遲比器件門延遲更大。為了減少內部連線延遲，銅和低k電介質是一種可能的解決方法。銅／低k內部連線與傳統Al／SiO2方法相比有幾個優點，包括可顯著減少內部連線延遲，同時還可減少所需金屬層的數量、使能量耗散最小以及減少製造成本。銅提供更好的可靠性，其對電遷移的阻力比鋁好得多。已經開發了許多用於澱積銅的技術，包括從傳統的物理汽相澱積(PVD)和化學汽相澱積(CVD)技術到新的電鍍方法。PVD銅澱積通常具有尖點問題，當用大縱橫比填注小間隙(＜0．18μm)時導致產生空穴。CVD銅在澱積過程中有較多包含在膜內的雜質，需要高溫退火排出雜質以獲得低電阻率的銅膜。只有電鍍銅能同時提供低電阻率和優良的間隙填注能力。另一個重要的因素是成本，電鍍設備的成本分別是PVD或CVD設備成本的三分之二或一半。還有，在順利生成器件時電鍍銅時的低工藝溫度(30-60℃)和低k電介質(聚合物、幹凝膠和氣凝膠)是有利的。
電鍍銅已經在印製電路板、晶片組件的凸點電鍍和磁頭中應用了很多年。在常規的電鍍機器中，晶片外圍的電鍍電流密度比晶片中心的更大。這導致晶片的外圍比中心有更高的電鍍速率。Grandia等的4304841號美國專利公開了為使基片獲得均勻的電鍍電流和電解液流而在基片和陽極之間放置擴散器。Mori的5443707號美國專利公開了通過縮小陽極的尺寸控制電鍍電流。Tzanavaras的5421987號美國專利公開了具有多個噴嘴的旋轉陽極以獲得均勻和較高的電鍍速率。Lowery的5670034號美國專利公開了在旋轉晶片的前面布置橫嚮往複式陽極來提高電鍍厚度的均勻性。Ang的5820581號美國專利公開了由獨立電源供電的取樣環以控制晶片上電鍍電流的分布。
所有的這些現有技術的方法在銅電鍍之前都需要銅籽晶層。通常銅籽晶層在擴散膜的頂部。該銅籽晶層用物理蒸汽澱積(PVD)或化學蒸汽澱積(CVD)進行澱積。然而如前所述，PVD銅通常有有尖點問題，當用大縱橫比填注小間隙(＜0．18μm)且有後續的銅電鍍時會產生空穴。CVD銅在澱積過程中有較高包含在膜內的雜質率，需要高溫退火排出雜質以獲得低電阻率的銅籽晶層。當器件特徵尺寸縮小時這種銅籽晶層會成為更嚴重的問題。而且銅籽晶層澱積增加額外的工藝，增加IC製造成本。
現有技術的另一不利之處是電鍍電流和電解液流型是非獨立控制的，或者只有電鍍電流可控制。這限制工藝調整窗口，因為為了同時獲得優良的間隙填注能力、厚度均勻性和電均勻性以及粒徑和結構的均勻性，最佳電鍍電流條件不一定與最佳電解液流條件同步。
現有技術的另一不利之處是電鍍頭或電鍍系統臃腫且臺面面積大，使用戶的使用成本增加。
本發明的目的是提供一種新的在阻擋層上直接電鍍金屬膜的方法和設備，不需使用由除電鍍外的工藝製造的籽晶層。
本發明的另一目的是提供一種新的把金屬膜電鍍到比現有技術中所使用的更薄的籽晶層上的方法和設備。
本發明的又一目的是提供一種新的在晶片上電鍍厚度更均勻的薄膜的方法和設備。
本發明的另一目的是提供一種新的在晶片上電鍍導電率更均勻的導電膜的方法和設備。
本發明的另一目的是提供一種新的其電鍍薄膜結構、粒徑、組織和取向性更均勻的薄膜的方法和設備。
本發明的另一目的是提供一種新的電鍍薄膜的方法和設備，該電鍍提高了晶片間隙填注能力。
本發明的另一目的是提供一種新的電鍍金屬膜的方法和設備，該金屬膜用於集成電路IC晶片的內部連線。
本發明的另一目的是提供一種新的電鍍薄膜的方法和設備，該方法和設備具有獨立的電鍍電流控制和電解液流型控制。
本發明的另一目的是提供一種新的用於金屬鑲嵌(damascene)工藝的電鍍金屬薄膜的方法和設備。
本發明的另一目的是提供一種新的電鍍低雜質金屬膜的方法和設備。
本發明的另一目的是提供一種新的電鍍銅的方法和設備，該電鍍薄膜的應力小且結合力大。
本發明的另一目的是提供一種新的電鍍填充顆粒密度低的金屬膜的方法和設備。
本發明的另一目的是提供一種新的臺面面積小的電鍍系統。
本發明的另一目的是提供一種新的使用成本低的電鍍系統。
本發明的另一目的是提供一種新的電鍍系統，它在一定時間只電鍍一個晶片。
本發明的另一目的是提供一種新的具有原位膜厚均勻性監視器的電鍍系統。
本發明的另一目的是提供一種新的電鍍系統，它具有內置的使晶片可幹進幹出的清潔系統。
本發明的另一目的是提供一種新的晶片生產率高的電鍍系統。
本發明的另一目的是提供一種新的能處理尺寸超過300mm晶片的電鍍系統。
本發明的另一目的是提供一種新的具有多個電鍍槽和清潔／乾燥室的電鍍系統。
本發明的另一目的是提供一種新的具有層疊電鍍室和清潔／乾燥室結構的電鍍系統。
本發明的另一目的是提供一種新的電鍍系統，它具有標準機械界面(SMIF)、自動引導車輛(AGV)和SEMI設備通信標準／通用設備機器(SECS／GEM)的自動化特徵。
本發明的另一目的是提供一種新的符合「半導體設備和材料國際(SEMI)和歐洲安全規範」的電鍍系統。
本發明的另一目的是提供一種新的電鍍系統，它生產率高，具有大的平均故障時間(MTBF)、小的計劃停工時間和大的設備正常運行時間。
本發明的另一目的是提供一種新的由具有標準作業系統的個人計算機控制的電鍍系統，例如Windows NT環境下的IBM PC。
本發明的另一目的是提供一種新的具有圖形用戶界面例如觸控螢幕的電鍍系統。
本發明的上述和相關的目的和優點可通過使用此處公開的新方法和設備來實現。根據本發明的一種在基片表面上電鍍所需厚度的膜的方法包括，在基片表面第一部分上電鍍所需厚度的膜，然後在基片至少第二部分上電鍍所需厚度的膜，以在基片上獲得所需厚度的連續膜。對與已電鍍了膜的一個或更多個部分相鄰和接觸的基片表面的其它部分，根據需要進行電鍍，以便在整個基片表面上得到連續膜。
根據本發明的一種在基片上電鍍薄膜的設備，具有定位基片以便與電鍍電解液接觸的基片夾具。該設備至少有一個提供電鍍電流到基片的陽極和至少有兩個連接的流量控制器以提供與基片接觸的電解液。有至少一個控制系統與上述至少一個陽極和至少兩個流量控制器結合，向基片的連續部分提供電解液和電鍍電流組合，通過在基片部分上連續的膜電鍍而在基片上形成連續的均勻厚度的膜。
在本發明的另一個方面，根據本發明的在基片上電鍍薄膜的設備，具有定位基片以便與電鍍電解液接觸的基片夾具。該設備至少有兩個向基片提供電鍍電流的陽極和至少一個連接的流量控制器以提供與基片接觸的電解液。有至少一個控制系統與至少兩個陽極和至少一個流量控制器相結合，向基片的連續部分提供電解液和電鍍電流組合，通過在基片部分上連續的膜電鍍，而在基片上形成連續的均勻厚度的膜。
在本發明的另一個方面，根據本發明的在基片上電鍍薄膜的設備，具有定位基片以便與電鍍電解液接觸的基片夾具。該設備至少有一個提供電鍍電流到基片的陽極和至少有一個連接的流量控制器以提供與基片接觸的電解液。上述至少一個流量控制器包括至少三個圓柱壁。位於基片中心部分之下的第一個圓柱壁向上延伸得比第二個圓柱壁更靠近基片，該第二個圓柱壁位於基片從外圍到中心的第二部分之下。驅動機構與基片夾具結合以驅動基片夾具上下移動來控制一個或更多的與電解液接觸的基片部分。有至少一個控制系統與至少一個陽極和至少一個流量控制器結合，向基片的連續部分提供電解液和電鍍電流組合，通過在基片部分上連續的膜電鍍，而在基片上形成連續的均勻厚度的膜。
在本發明的另一個方面，根據本發明的在基片上電鍍薄膜的設備，具有定位基片以便與電鍍電解液接觸的基片夾具。該設備至少有一個提供電鍍電流到基片的陽極和至少有一個連接的流量控制器以提供與基片接觸的電解液。上述至少一個流量控制器包括至少三個圓柱壁，該圓柱壁可向上移動接近基片、向下移動遠離基片，以便調節基片和每個圓柱壁之間的間隙控制一個或更多的與電解液接觸的基片部分。驅動機構與基片夾具結合，以驅動基片夾具上下移動來控制一個或更多的與電解液接觸的基片部分。有至少一個控制系統與至少一個陽極和至少一個流量控制器結合，向基片的連續部分提供電解液和電鍍電流組合，通過在基片部分上連續的膜電鍍而在基片上形成連續的均勻厚度的膜。
在本發明的另一個方面，在基片上電鍍薄膜的設備，具有在電解液內定位基片的基片夾具。有至少一個可移動的噴射陽極提供電鍍電流和電解液到基片。該可移動的噴射陽極在與基片表面平行的方向上可以移動。流量控制器控制流過可移動的噴射陽極的電解液。有至少一個控制系統與可移動的噴射陽極和流量控制器結合，向基片的連續部分提供電解液和電鍍電流組合，通過在基片部分上連續的膜電鍍，而在基片上形成連續的均勻厚度的膜。
在本發明的另一個方面，在基片上電鍍薄膜的設備，具有在電解液表面之上定位基片的基片夾具。第一驅動機構與基片夾具結合，使基片夾具向著或遠離電解液表面移動，以控制與電解液接觸的基片表面部分。電解液槽至少有一個安裝在槽內的陽極。第二驅動機構與槽結合，繞垂直軸旋轉槽形成電解液表面的大致成拋物面的形狀。控制系統與第一和第二驅動機構及至少一個陽極結合，向基片的連續部分提供電解液和電鍍電流組合，通過在基片部分上連續的膜電鍍而在基片上形成連續的均勻厚度的膜。
在本發明的另一個方面，在基片上電鍍薄膜的設備，具有在電解液表面之上定位基片的基片夾具。第一驅動機構與基片夾具結合，使基片夾具向著或遠離電解液表面移動，以控制與電解液接觸的基片表面部分。第二驅動機構與基片夾具結合，繞與基片表面垂直的軸旋轉基片夾具。第三驅動機構與基片夾具結合，使基片夾具傾斜於電解液表面。電解液槽至少有一個安裝在槽內的陽極。控制系統與第一、第二和第三驅動機構及至少一個陽極結合，向基片的連續部分提供電解液和電鍍電流組合，通過在基片部分上連續的膜電鍍而在基片上形成連續的均勻厚度的膜。
在本發明的另一個方面，在基片表面上電鍍所需厚度膜的方法包括，提供多個層疊的電鍍組件和基片輸送機構；用基片輸送機構從基片夾具中提取基片；用基片輸送機構把基片裝入第一個層疊的電鍍組件；在第一個層疊的電鍍組件中把膜電鍍在基片上；用基片輸送機構把基片送回基片夾具。
在本發明的另一方面中，在基片上電鍍薄膜的自動化裝置包括，至少兩個以層疊關係設置的電鍍槽、至少一個基片夾具和基片輸送機構。有框架支撐電鍍槽、基片夾具和基片輸送機構。控制系統與基片輸送機構、基片夾具和電鍍槽結合，在多個基片上連續進行均勻膜的澱積。
方法1晶片表面的一部分與電解液接觸(靜止陽極)
本發明的上述和其它目的，進一步可通過在其上有阻擋層的基片上直接電鍍薄膜的方法來實現，該方法包括1)使電解液流向其上有阻擋層的基片表面的一部分上；2)打開DC或脈衝電源在基片的該區域上電鍍金屬膜，直到膜厚度達到預設值；3)通過使電解液流向基片相同的其它部分，對基片其它部分重複步驟1和2；4)重複步驟3，直到整個基片表面電鍍上薄籽晶層；5)使電解液流向基片的整個面積；6)通電，施加正電勢到所有陽極，電鍍薄膜直到膜厚度達到所需的厚度值。
方法2整個晶片表面與電解液接觸(靜止陽極)在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層的基片上直接電鍍薄膜的方法，其中包括1)使電解液流向基片的整個表面上；2)通過向接近晶片表面某一部分的陽極施加正電勢和向所有其它接近基片表面其餘部分的陽極施加負電勢，僅在基片該部分的表面上電鍍薄膜，直到基片該部分上的電鍍薄膜厚度達到預設值；3)對基片其餘部分重複步驟2；4)重複步驟3，直到整個基片表面電鍍上薄籽晶層；5)通過向所有陽極施加正電勢，同時在基片的整個區域上電鍍薄膜，直到在基片整個表面上的膜厚達到預設厚度值。
方法3在開始時整個晶片表面與電解液接觸，然後把已電鍍的晶片部分移出電解液在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層的基片上直接電鍍薄膜的方法，其中包括1)使電解液流向基片的整個表面上；2)通過向接近基片表面某一部分的陽極施加正電勢和向所有其它接近基片表面其餘部分的陽極施加負電勢，僅在基片該部分的表面上電鍍薄膜，直到該部分基片的表面上的電鍍薄膜厚度達到預設值；3)讓電解液移出，與所有已電鍍的基片部分脫離接觸，並保持電解液仍然與基片其餘未電鍍部分接觸；4)重複步驟2和3，電鍍基片的下一部分；5)重複步驟4，直到整個基片表面電鍍上薄籽晶層；6)通過向所有陽極施加正電勢和使電解液流向基片的整個表面上，同時在整個基片上電鍍薄膜，直到在基片整個表面上的膜厚達到預設厚度值。
方法4在開始時部分基片與電解液接觸，然後基片的已電鍍部分和待電鍍部分都與電解液接觸在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層的基片上直接電鍍薄膜的方法，其中包括1)使電解液流向基片表面的第一部分上；2)通過向接近基片表面第一部分的陽極施加正電勢，僅在基片表面的第一部分上電鍍薄膜，直到基片第一部分上的電鍍薄膜厚度達到預設值；3)移動電解液使之與基片表面的第二部分接觸，同時使之保持仍與基片表面的第一部分接觸；4)通過向接近基片表面第二部分的陽極施加正電勢和向接近基片表面第一部分的陽極施加負電勢，僅在基片表面的第二部分上電鍍薄膜；5)重複步驟3和4，電鍍基片表面的第三部分；6)重複步驟4，直到基片表面的整個區域電鍍上薄籽晶層；7)通過向所有陽極施加正電勢和使電解液流向基片的整個表面上，同時在整個晶片上電鍍薄膜，直到基片整個表面上的膜厚達到預設厚度值。
方法5在只電鍍籽晶層時，部分基片表面與電解液接觸(可移動陽極)在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層的基片上直接電鍍薄膜的方法，其中包括1)通過可移動的噴射陽極使電解液流向其上有阻擋層的基片的部分表面上；2)打開DC或脈衝電源，在部分基片上電鍍金屬膜，直到膜厚達到預設值；3)通過移動可移動的噴射陽極接近基片的其它部分，對基片其它部分重複步驟1和2；4)重複步驟3，直到基片整個表面電鍍上薄籽晶層。
方法6在只電鍍籽晶層時，整個基片表面與電解液接觸(可移動陽極)
在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層的基片上直接電鍍薄膜的方法，其中包括1)把整個基片表面浸入到電解液中；2)通過向接近基片表面第一部分的可移動陽極施加正電勢，僅在基片表面第一部分上電鍍薄膜；3)通過移動可移動陽極接近基片的其它部分，對基片其它部分重複步驟2；4)重複步驟3，直到基片整個區域電鍍上薄籽晶層。
設備1多個液體質量流量控制器(LMFC)和多個電源在本發明的另一方面，提供一種在其上有阻擋層的基片上直接電鍍薄膜的設備，其中包括在電解液表面之上固定基片的基片夾具；至少兩個陽極，每個陽極由絕緣圓柱壁分隔開；獨立的液體質量流量控制器，用於控制從兩個圓柱壁之間的空間流過接觸一部分基片的電解液；獨立的電源，用於在每個陽極和陰極或基片之間產生電勢；只有當與基片部分對應的液體質量流量控制器和電源同時打開時，該基片表面部分才會被電鍍。
設備2一個公用LMFC和多個電源在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層的基片上直接電鍍薄膜的設備，其中包括在電解液表面之上固定基片的基片夾盤；驅動基片夾具上下移動以控制與電解液接觸的表面區域部分的電機；至少兩個陽極，每個陽極由兩個絕緣圓柱壁分隔開，圓柱壁的高度沿著基片離心方向減小；一個公用的液體質量流量控制器，用於控制從每個相鄰圓柱壁之間的空間流過到達基片表面的電解液；獨立的電源，用於在每個陽極和陰極或基片之間產生電勢；只有當與基片部分接近的陽極加以正電勢、其餘陽極加以負電勢且同時基片部分與電解液接觸時，該基片表面部分才被電鍍。在電鍍厚度達到籽晶層設置值之後，基片向上移動以使已電鍍部分移出電解液。這樣可使得當基片其它部分電鍍時沒有進一步的電鍍或蝕刻。
設備3多個LMFC和一個公用電源在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層的基片上直接電鍍薄膜的設備，其中包括在電解液表面之上固定基片的基片夾具；至少兩個陽極，每個陽極由兩個絕緣圓柱壁分隔開；獨立的液體質量流量控制器，用於控制從兩個圓柱壁之間的空間流過接觸一部分基片的電解液；一個公用電源，用於在每個陽極和陰極或基片之間產生電勢；只有當液體質量流量控制器和電源同時打開時，基片表面部分才被電鍍。
設備4一個公用液體質量流量控制器(LMFC)和一個公用電源在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層的基片上直接電鍍薄膜的設備，其中包括在電解液表面之上固定基片的基片夾具；至少兩個陽極，每個陽極由兩個絕緣圓柱壁分隔開；圓柱壁可以上下移動以調節基片和圓柱壁頂部之間的間隙，由此控制電解液與基片上和壁相鄰的部分接觸；一個液體質量流量控制器，用於控制從兩個圓柱壁之間的空間流過的電解液；一個電源，用於在所有陽極和陰極或基片之間產生電勢；只有當基片表面部分之下的圓柱壁向上移動以便電解液接觸該部分基片且同時接通電源時，該基片表面部分才會被電鍍。
設備5可移動的陽極且基片不浸在電解液中在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層的基片上直接電鍍薄膜的設備，其中包括在電解液表面之上固定基片的基片夾具；放在基片之下且靠近它的可移動的陽極噴頭，該可移動的陽極噴頭能向基片表面移動，由此陽極噴頭的電解液得以控制接觸基片的任何部分；一個電源，用於在可移動的陽極噴頭和陰極或基片之間產生電勢；只有當基片表面部分與可移動的陽極噴頭噴射的電解液接觸時，該表面部分才被電鍍。
設備6可移動的陽極且基片浸在電解液中在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層的基片上直接電鍍薄膜的設備，其中包括固定基片的基片夾具，基片浸在電解液內；與基片相鄰的可移動的陽極噴頭，可移動的陽極噴頭向著基片表面是可移動的，由此陽極噴頭的電鍍電流得以控制送到基片的任何部分；一個電源，用於在可移動的陽極噴頭和陰極或基片之間產生電勢；只有當基片部分靠近可移動的陽極噴頭時該基片表面部分才被電鍍。
方法7通過全自動電鍍裝置把金屬膜電鍍到基片上在本發明的另一方面，提供另一種通過全自動電鍍裝置把薄膜電鍍到基片上的方法，其中包括1)用機器人從盒內提取晶片並送到一個層疊的電鍍槽；2)在晶片上電鍍金屬膜；3)在完成電鍍後，用機器人從層疊的電鍍槽提取已電鍍晶片並輸送到一個層疊的清潔／乾燥室；4)清潔已電鍍晶片；5)乾燥已電鍍晶片；6)用機器人從層疊的清潔／乾燥室提取乾燥的晶片並送到盒中。
設備7用於把金屬膜電鍍到基片上的全自動裝置在本發明的另一方面，提供一種把金屬膜電鍍到基片上的全自動裝置，其中包括輸送晶片的機器人；晶片盒；多個層疊的電鍍槽；多個層疊的清潔／乾燥槽；電解液容器；固定控制閥、過濾器、液體質量流量控制器和管路的管路箱。全自動裝置進一步包括計算機和結合在計算機和自動裝置其餘元件之間的控制硬體、以及置於計算機之內的作業系統控制軟體包。
方法8電鍍薄層—部分晶片表面與電解液接觸，然後晶片已電鍍部分和待電鍍部分都與電解液接觸，並用金屬電鍍在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層或薄籽晶層的基片上直接電鍍薄膜的方法，其中包括1)接通DC或脈衝電源；2)使基片表面的第一部分與電解液接觸，使金屬膜在基片第一部分上電鍍；3)當金屬膜厚度達到預設值時，通過使基片的一個或更多的其它部分與電解液接觸，對基片一個或更多的其它部分重複步驟1和2，同時繼續進行對基片第一部分和基片的任何先前的一個或更多的其它部分的電鍍；4)重複步驟3直到基片整個區域電鍍上薄籽晶層。
方法9光電鍍薄層再電鍍厚層—部分晶片表面與電解液接觸，然後晶片已電鍍部分和待電鍍部分與電解液接觸並用金屬電鍍在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層或薄籽晶層的基片上直接電鍍薄膜的方法，其中包括1)接通DC或脈衝電源；2)使基片表面第一部分與電解液接觸，以在基片第一部分上電鍍金屬膜；3)當金屬膜厚度達到預設值時，通過使基片一個或更多的其它部分與電解液接觸，對基片一個或更多的其它部分重複步驟1和2，同時繼續進行對基片第一部分和基片任何先前的一個或更多的其它部分的電鍍；4)重複步驟3直到基片所有部分電鍍上薄籽晶層；5)基片所有部分與電解液接觸；6)向與基片所有部分相鄰的陽極施加正電勢，電鍍薄膜直到膜厚度達到所需厚度值。
方法10電鍍薄層—最初晶片表面的第一部分與電解液接觸，然後晶片第一部分和第二部分都與電解液接觸，但只有晶片第二部分進行電鍍。
在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層或薄籽晶層的基片上直接電鍍薄膜的方法，其中包括1)向與基片表面第一部分相鄰的第一陽極上施加正電勢；2)基片表面第一部分與電解液接觸，以在基片表面第一部分上電鍍薄膜；3)當基片表面第一部分上的膜厚達到預設值時，電解液進一步接觸基片表面的第二部分同時保持電解液與基片表面第一部分的接觸；4)通過向與基片表面第二部分相鄰的第二陽極上施加正電勢，只在基片表面第二部分上電鍍薄膜，並且向與基片表面第一部分相鄰的第一陽極施加足夠的正電勢，以使基片表面第一部分不電鍍也不去除鍍層；5)重複步驟3和4，電鍍基片的第三部分同時避免去除基片表面第一和第二部分的鍍層；6)對基片表面的後續部分重複步驟4直到基片整個區域電鍍上薄籽晶層。
方法11先電鍍薄層再電鍍厚層-開始時一部分晶片與電解液接觸，然後晶片已電鍍部分和待電鍍部分都與電解液接觸，但只有晶片待電鍍部分被電鍍在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層或薄籽晶層的基片上直接電鍍薄膜的方法，其中包括1)基片區域的第一部分與電解液接觸；2)通過向與晶片表面第一部分鄰近的第一陽極施加正電勢，僅在基片表面相同部分上電鍍薄膜，直到基片表面第一部分上的電鍍薄膜厚度達到預設值；3)基片表面第二部分進一步與電解液接觸，同時保持電解液與基片表面第一部分接觸；4)通過向與基片表面第二部分相鄰的第二陽極施加正電勢，只在基片表面第二部分上電鍍薄膜，並且向與基片表面第一部分相鄰的第一陽極施加足夠的正電勢以使基片表面第一部分不電鍍但也不去除鍍層；5)重複步驟3和4，電鍍基片第三部分，同時避免去除基片表面第一和第二部分的鍍層；6)重複步驟4直到基片表面的整個區域都電鍍上薄籽晶層；7)通過施加正電勢到所有陽極並使基片表面整個區域與電解液接觸，同時在整個晶片上繼續電鍍的金屬膜，直到在整個基片表面上繼續電鍍的膜厚達到所需厚度值。
設備8旋轉電鍍槽使電解液形成拋物面形狀(單個陽極)在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層或薄籽晶層的基片上直接電鍍薄膜的設備，其中包括在電解液表面之上固定基片的基片夾盤；驅動基片夾具上下移動以控制部分表面區域與電解液接觸的電機；浸有陽極的槽；控制流向並接觸基片的電解液的液體質量流量控制器；在陽極和陰極或基片之間產生電勢的電源；驅動電鍍槽繞其中心軸以一定速度旋轉的另一電機，該速度使電解液表面形成拋物面形狀；只有當液體質量流量控制器和電源同時打開時部分基片表面才被電鍍。在電鍍厚度達到籽晶層預定的值後，基片向下移動使基片後續部分與電解液接觸並電鍍。
設備9旋轉電鍍槽使電解液形成拋物面形狀(多個陽極)在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層或薄籽晶層的基片上直接電鍍薄膜的設備，其中包括在電解液表面之上固定基片的基片夾盤；驅動基片夾具上下移動以控制與電解液接觸的部分表面區域的電機；至少有兩個陽極，每個陽極用兩個絕緣圓柱壁分隔開；獨立的液體質量流量控制器，用於控制從兩個圓柱壁之間的空間流過接觸一部分基片的電解液；獨立的電源，用於在每個陽極和陰極或基片之間產生電勢；驅動電鍍槽繞其中心軸以一定速度旋轉的另一電機，該速度使電解液表面形成拋物面形狀；只有當靠近基片部分的陽極加以正電勢且同時該部分基片與電解液接觸時，該部分基片表面才會電鍍。在電鍍厚度達到預定值後，基片向下移動使基片後續部分與電解液接觸並電鍍。
設備10繞y軸或x軸傾斜晶片夾具(單個陽極)在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層或薄籽晶層的基片上直接電鍍薄膜的設備，其中包括在電解液表面之上固定基片的基片夾盤；基片夾具可繞z軸旋轉且可繞y軸或x軸傾斜；陽極；控制電解液與基片接觸的液體質量流量控制器；在陽極和陰極或基片之間產生電勢的電源；只有當基片夾盤繞y軸或x軸傾斜且繞z軸旋轉使基片的外圍部分與電解液接觸時，且同時液體質量流量控制器和電源打開時，基片表面的外圍部分才會電鍍。
設備11晶片夾具的傾斜旋轉軸(多個陽極)在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層或薄籽晶層的基片上直接電鍍薄膜的設備，其中包括在電解液表面之上固定基片的基片夾盤；基片夾具可繞z軸旋轉而且可繞y軸或x軸傾斜；至少兩個陽極；每個陽極用兩個絕緣圓柱壁分隔開；獨立的液體質量流量控制器，用於控制從兩個圓柱壁之間的空間流過接觸一部分基片的電解液；獨立的電源，用於在每個陽極和陰極或基片之間產生電勢；只有當基片夾盤繞y軸或x軸傾斜且繞z軸旋轉使基片外圍部分與電解液接觸時，且同時液體質量流量控制器和電源打開時，基片表面的外圍部分才會電鍍。
設備12旋轉電鍍槽使電解液形成拋物面形狀，並繞y軸或x軸傾斜晶片夾具(單個陽極)在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層或薄籽晶層的基片上直接電鍍薄膜的設備，其中包括在電解液表面之上固定基片的基片夾盤；驅動基片夾具上下移動以控制與電解液接觸的部分表面區域的電機；基片夾具可繞z軸旋轉而且可繞y軸或x軸傾斜；陽極；控制電解液與基片接觸的液體質量流量控制器；在陽極和陰極或基片之間產生電勢的電源；驅動電鍍槽繞其中心軸以一定速度旋轉的另一電機，該速度使電解液表面形成拋物面形狀；只有當基片夾盤繞y軸或x軸傾斜且繞z軸旋轉使基片外圍部分與電解液接觸時，且同時液體質量流量控制器和電源打開時，基片表面的外圍部分才會電鍍。
設備13旋轉電鍍槽使電解液形成拋物面形狀，並繞y軸或x軸傾斜晶片夾具(多個陽極)在本發明的另一方面，提供另一種在其上有阻擋層或薄籽晶層的基片上直接電鍍薄膜的設備，其中包括在電解液表面之上固定基片的基片夾盤；驅動基片夾具上下移動以控制與電解液接觸的部分表面區域的電機；基片夾具可繞z軸旋轉而且可繞y軸或x軸傾斜；至少兩個陽極；每個陽極由兩個絕緣圓柱壁分隔開，與基片邊緣相比，圓柱壁更靠近基片中心；獨立的液體質量流量控制器，用於控制從兩個圓柱壁之間的空間流過接觸一部分基片的電解液；獨立的電源，用於在每個陽極和陰極或基片之間產生電勢；驅動電鍍槽繞其中心軸以一定速度旋轉的另一電機，該速度使電解液表面形成拋物面形狀；只有當靠近基片部分的陽極加以正電勢且同時該部分基片與電解液接觸時，該部分基片表面才會電鍍。在電鍍厚度達到預定值後，基片向下移動使基片後續部分與電解液接觸並電鍍。
本發明的中心思想是無需使用由除電鍍之外的工藝生產的籽晶層，就可進行金屬膜電鍍。它在一個時間內電鍍晶片的一部分以減小阻擋層的電流載荷，因為阻擋層的電阻率通常比銅金屬膜高100倍。關於細節，請看下面的理論分析。
本領域技術人員在閱讀下面更詳細的本發明描述及附圖後，本發明的上述效果和相關的目的、優點和特徵會更加清楚易見。


圖1A示出現有技術領域電鍍設備的一部分，這對理解有本發明有幫助。
圖1B為圖1中所示基片的俯視圖。
圖2示出根據本發明的電鍍過程中的基片的對應俯視圖。
圖3A示出本發明電鍍設備的一部分的俯視圖。
圖3B是一部分為沿圖3A中3B-3B線的局部截面視圖，另一部分為簡圖的形式的根據本發明的電鍍設備。
圖4A示出即將進行本發明的電鍍的基片。
圖4B是沿圖4A基片的4A-4A線的截面視圖。
圖5為波形圖，這對理解本發明圖3A-3B實施例的操作有幫助。
圖6A和6B示出已電鍍基片的局部截面視圖，這對進一步理解本發明有幫助。
圖7和8為其它波形圖，這對進一步理解本發明圖3A-3B實施例的操作有幫助。
圖9A-9D是本發明電鍍設備的替代實施例的一部分的俯視圖。
圖10是在根據本發明的設備操作中獲得的波形圖。
圖11示出根據本發明的工藝流程圖。
圖12示出根據本發明的工藝的另一實施例的波形圖。
圖13A示出本發明電鍍設備的第二實施例的一部分的俯視圖。
圖13B是一部分為沿圖13A中13B-13B線的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第二實施例的一部分的俯視圖。
圖14A示出本發明電鍍設備的第三實施例的一部分的俯視圖。
圖14B是一部分為沿圖14A中14B-14B線的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第三實施例。
圖15A示出本發明電鍍設備的第四實施例的一部分的俯視圖。
圖15B是一部分為沿圖15A中15B-15B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第四實施例。
圖16A示出本發明電鍍設備的第五實施例的一部分的俯視圖。
圖16B是一部分為沿圖16A中16B-16B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第五實施例。
圖17示出本發明電鍍設備的第五實施例的一部分的俯視圖。
圖18A示出本發明電鍍設備的第六實施例的一部分的俯視圖。
圖18B是一部分為沿圖18A中18B-18B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第六實施例。
圖19A示出本發明電鍍設備的第七實施例的一部分的俯視圖。
圖19B是一部分為沿圖19A中19B-19B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第七實施例。
圖20A和20B是一部分為截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第八實施例。
圖21A和21B是一部分為截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第九實施例。
圖22A示出本發明電鍍設備的第十實施例的一部分的俯視圖。
圖22B是一部分為沿圖22A中22B-22B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第十實施例。
圖23A和23B示出本發明電鍍設備的第十一和第十二實施例的一部分的俯視圖。
圖24A示出本發明電鍍設備的第十三實施例的一部分的俯視圖。
圖24B是一部分為沿圖24A中24B-24B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第十三實施例。
圖25A-25C示出本發明電鍍設備的第十四、第十五和第十六實施例的一部分的俯視圖。
圖26A示出本發明電鍍設備的第十七實施例的一部分的俯視圖。
圖26B是以部分為沿圖26A中26B-26B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第十七實施例。
圖27-28示出本發明電鍍設備的第十八和第十九實施例的一部分的俯視圖。
圖29A-29C示出本發明電鍍設備的第二十、第二十一和第二十二實施例的一部分的俯視圖。
圖30A示出本發明電鍍設備的第二十三實施例的一部分的俯視圖。
圖30B是一部分為沿圖30A中30B-30B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第二十三實施例。
圖31A示出本發明電鍍設備的第二十四實施例的一部分的俯視圖。
圖31B是一部分為沿圖31A中31B-31B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第二十四實施例。
圖32A示出本發明電鍍設備的第二十五實施例的一部分的俯視圖。
圖32B是一部分為沿圖32A中32B-32B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第二十五實施例。
圖33A示出本發明電鍍設備的第二十六實施例的一部分的俯視圖。
圖33B是一部分為沿圖33A中33B-33B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第二十六實施例。
圖34A-34D示出本發明電鍍設備的第二十七到第三十實施例的一部的截面視圖。
圖35示出在採用本發明工藝進行的電鍍過程中的基片。
圖36A-36D示出本發明電鍍設備的第三十一到第三十四實施例的俯視圖。
圖37A-37B示出本發明電鍍設備的第三十五和第三十六實施例的一部分的截面視圖。
圖38A示出本發明電鍍設備的第三十七實施例的一部分的俯視圖。
圖38B是一部分為沿圖38A中38B-38B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第三十七實施例。
圖39為波形圖，它對理解圖38A和38B中電鍍設備的操作有幫助。
圖40A示出本發明電鍍設備的第三十八實施例的一部分的俯視圖。
圖40B是一部分為沿圖40A中40B-40B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第三十八實施例。
圖41A示出本發明電鍍設備的第三十九實施例的一部分的俯視圖。
圖41B是一部分為沿圖41A中41B-41B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第三十九實施例。
圖42A示出本發明電鍍設備的第四十實施例的一部分的俯視圖。
圖42B是一部分為沿圖42A中42B-42B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第四十實施例。
圖43和44為波形圖，它對理解圖42A和42B中電鍍設備的操作有幫助。
圖45A示出本發明電鍍設備的第四十一實施例的一部分的俯視圖。
圖45B是一部分為沿圖45A中45B-45B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第四十一實施例。
圖46A示出本發明電鍍設備的第四十二實施例的一部分的俯視圖。
圖46B是一部分為沿圖46A中46B-46B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖的形式示出本發明電鍍設備的第四十二實施例。
圖47A示出本發明電鍍設備的第四十三實施例的一部分的俯視圖。
圖47B是一部分為沿圖47A中47B-47B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第四十三實施例。
圖48A示出本發明電鍍設備的第四十四實施例的一部分的俯視圖。
圖48B是一部分為沿圖48A中48B-48B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第四十四實施例。
圖49A示出本發明電鍍設備的第四十五實施例的一部分的俯視圖。
圖49B是一部分為沿圖49A中49B-49B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第四十五實施例。
圖50是一部分為截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第四十六實施例。
圖51是一部分為截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第四十七實施例。
圖52A-52C示出本發明電鍍系統第一實施例的示意俯視圖、截面視圖和側視圖。
圖53為控制圖52電鍍系統的軟體的操作流程圖。
圖54A-54C示出本發明電鍍系統第二實施例的示意俯視圖、截面視圖和側視圖。
圖55和56為本發明電鍍系統第三和第四實施例的示意俯視圖。
圖57A-57C示出本發明電鍍系統的示意俯視圖、截面視圖和側視圖。
圖58A示出本發明電鍍設備的第四十八實施例的一部分的俯視圖。
圖58B是一部分為沿圖58A中58B-58B線剖分的截面視圖而另一部分為簡圖形式的本發明電鍍設備的第四十八實施例。
圖59為示出圖58A-58B實施例電鍍過程中電源開／關序列的波形圖。
圖60A示出本發明電鍍設備的第四十九實施例。
圖60B為示出本發明電鍍設備的第四十九實施例的沿圖60A中60B-60B線的的局部截面視圖。
圖61是一部分為截面視圖而另一部分為示意圖形式的本發明電鍍設備的第五十實施例。
圖62-71示出本發明電鍍設備的第五十一到六十實施例的示意圖。
現在來看附圖，尤其是圖1A-1B，它示出現有技術電鍍設備的一部分，這有助於理解本發明。
常規電鍍過程中晶片中心和邊緣之間的勢能差的理論計算圖1A示出常規噴泉型電鍍裝置和具有薄阻擋層400的半導體晶片31的截面視圖。下面的理論計算用於求出正常電鍍過程中晶片中心和外圍之間的勢能差。假設在整個晶片表面上的電鍍電流密度是相同的，勢能差可通過下式計算V=(I0s4r02)(r2-r02)--------------(1)]]>其中r為半徑(cm)，r0為晶片半徑(cm)，I0為流向晶片的總電鍍電流(A．)，ρs為阻擋層的表面電阻(Ω／□)。
假定原子半徑=3_，那麼我們就能計算出表面密度為1E15(即，1×1015)原子／cm2。流向晶片的電流密度可以表示為ID=(21E1560)(qP.R.Datom)-----------(2)]]>其中ID為電鍍電流密度(A／cm2)，q為電子的電荷(C)，P．R．為電鍍速率(_／min)，Datom為原子直徑。把P．R．=2000_／min、q=1．82E-19C、和Datom=3_代入公式(2)ID=(21E1560)(1.62E-1920003)=3.6E-3A/cm2--------(3)]]>流向200mm晶片的總電流為I0=πr02ID=3．14×100×3．6E-3=1．13A (4)表面電阻隨膜厚和澱積膜的方法而改變。厚度為200_且用常規PVD或CVD方法澱積時表面電阻在100-300Ω／□的範圍內。把以上I0=1．13A、ρs=100-300Ω／□和r=0、r0=10cm代入式(1)，晶片中心和外圍(邊緣)之間的勢能差為V=8．96-26．9V (5)在酸銅電鍍中常規電鍍電壓在2-4V的範圍內。很清楚，這樣的電勢差不可能用常規電鍍裝置直接在阻擋層上電鍍。即使金屬仍然可用過電壓在晶片中心上電鍍，在晶片的外圍大量的H+離子會與金屬離子一起脫離，造成劣質的金屬膜。對於用作半導體內部連線，電鍍銅膜的電阻率很大並且表面形貌不好。
本發明的電鍍過程中電鍍區域外部和內部之間勢能差的理論計算如圖2所示，本發明在一個時間內只電鍍晶片的一部分。半徑r2位置和半徑r1位置之間的勢能差可以表示為 最壞的情況發生在晶片的外圍。把r1=9cm、r2=10cm、ID=3．6E-3A。(對應於P．R．=2000_／min)、ρs=100-300Ω／□代入式(6)V21=0．173～0．522V (7)氫過電壓為約0．83V。顯然在根據本發明的電鍍過程中沒有氫跑出。
在描述本發明各種實施例時，不同附圖中的相應部分賦予相同的標號，以儘量減少重複。
1．多個電源和多個LMFC圖3A-3B示出本發明設備的一個實施例，用於在其上有阻擋層的基片上直接電鍍導電膜。電鍍槽包括置於管109內的陽極棒1，以及分別置於圓柱壁107和105之間、103和101之間的陽極環2和3。陽極1、2和3分別由電源13、12和11供電。電解液34由泵33抽出通過過濾器32到達液體質量流量控制器(LMFC)21、22和23的入口。然後LMFC21、22和23以預設流量分別把電解液輸送到包含陽極3、2和1的子電鍍槽。在流過晶片31和圓柱壁101、103、105、107和109頂部之間的間隙之後，電解液分別通過圓柱壁100和101、103和105、107和109之間的空間流回容器36。壓力洩漏閥38置於泵33的出口和電解液池36之間，以使當LMFC21、22和23關閉時電解液流回電解液池36。槽的溫度由加熱器42、溫度感應器40和加熱器控制器44控制。由晶片夾盤29固定的晶片31連接到電源11、12和13。驅動機構30用於繞z軸旋轉晶片31，並在圖示x、y和z方向振蕩晶片。LMFC耐酸或耐腐蝕，且是本領域中眾所周知的無汙染型質量流量控制器。過濾器32過濾掉大於0．1或0．2μm的顆粒，以獲得低顆粒填充的電鍍工藝。泵33應為耐酸或耐腐蝕並為無汙染型泵。圓柱壁100、101、103、105、107和109由電絕緣、耐酸或耐腐蝕、不溶於酸的且無金屬的材料製成，例如四氟乙烯、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯等。
圖4A-4B示出在其上有阻擋層203的晶片31。阻擋層203用於阻礙電鍍金屬擴散進入矽晶片。通常使用氮化鈦或氮化鉭。為了減小陰極導線和阻擋層之間的接觸電阻，用PVD或CVD把金屬膜201澱積在晶片31的外圍。金屬膜201的厚度在500-2000_範圍內。膜201的材料優選與隨後電鍍的材料相同。例如銅優選作用於電鍍銅膜的膜201的材料。
1A．在阻擋層上直接電鍍導電膜(或籽晶層)的工藝步驟步驟1隻打開LMFC 21，使電解液只接觸到晶片31的在陽極3之上的部分。
步驟2在電解液流穩定後，接通電源11。正金屬離子會電鍍到晶片31的在陽極3之上的部分區域上。
步驟3當金屬導電膜的厚度達到設定值或設定厚度時，關閉電源11並關閉LMFC 21。
步驟4對陽極2重複步驟1-3，使用LMFC 22和電源12。
步驟5對陽極1重複步驟4，使用LMFC 23和電源13。
在以上電鍍工藝中，電源可以以DC模式、脈衝模式或DC脈衝混合模式操作。在DC模式時，電源可以恆定電流模式、或恆定電壓模式、或恆定電流模式與恆定電壓模式相結合進行操作。恆定電流模式與恆定電壓模式相結合意味著在電鍍工藝中電源可從一種模式切換到其它模式。圖5示出在代表性的籽晶層電鍍過程中每個電源開／關的序列。Tp稱為電鍍時間，即一個周期的正時間脈衝；Te稱為蝕刻時間，即一個周期的負時間脈衝。Te／Tp稱為蝕刻電鍍比。它一般在0-1的範圍內。如圖6A和6B所示，大比例的Te／Tp意味著更好的間隙填注或更少的尖點，但電鍍速率更慢。小比例的Te／Tp意味著更高的電鍍速率，但間隙填注不好或有更多的尖點。
1B．在工藝1A中電鍍的金屬籽晶層上繼續進行金屬電鍍的工藝步驟步驟6打開LMFC 21、22和23。原則上，每個LMFC的電解液流量設定成與晶片的被相應陽極覆蓋的面積成正比。
步驟7在所有流量穩定後，接通電源11、12和13。原則上，每個電源的電流也設定成與晶片的被相應陽極覆蓋的面積成正比。
步驟8當電鍍電流用作厚度均勻性調整變量時，同時關閉電源11、12和13。作為替代方案，為了調節電鍍薄膜的厚度均勻性，還可在不同時間關閉電源。
圖7示出在預先已電鍍的金屬籽晶層上電鍍金屬膜的代表性序列。如上所述，當用電鍍電流作為調整晶片內厚度均勻性的變量時，總電鍍時間T3、T2和T1可以相同，當用電鍍時間調整晶片內厚度均勻性時總電鍍時間也可以不同。
陽極數量可為大於1的任意數。電極越多，膜均勻性就可望更好。折衷考慮性能和成本，通常陽極數量在電鍍200mm晶片時為7-20，在電鍍300mm晶片時為10-30。
如圖8所示，可使用變形的正弦波脈衝波形(b)、單極脈衝波形(c)、脈衝換向波形(d)、脈衝上的脈衝波形(e)或雙工脈衝波形(f)來取代雙極脈衝波形(a)。
在籽晶層電鍍工藝中，通常優選陽極3、然後陽極2、然後陽極1的序列。但電鍍序列也可為如下所示1)陽極1、然後陽極2、然後陽極3；2)陽極2、然後陽極1、然後陽極3；3)陽極2、然後陽極3、然後陽極1；4)陽極3、然後陽極1、然後陽極2；或者5)陽極1、然後陽極3、然後陽極2；圖9A-9D示出陽極和壁形狀的其它實施例的示意圖。可看出在圖3情形中，電極103和105之間的空間之上的晶片部分比陽極3之上的晶片部分接收到更少的電鍍電流。如果晶片在電鍍工藝中只是旋轉，這將導致晶片上的厚度變化。為了電鍍得到均勻性更好的膜且不在x和y方向上振蕩晶片，陽極和壁的形狀可為例如三角形、正方形、矩形、五邊形、多邊形或橢圓。在這些情況下，電鍍電流在晶片上分布平均。
圖10是檢驗籽晶層是否在整個晶片上為連續膜的機理。由於阻擋層(Ti／TiN或Ta／TaN)的電阻率是金屬銅的50-100倍，電鍍籽晶層前的邊緣和中心之間的勢能差比電鍍連續銅籽晶層後的高得多。該電阻可通過測量圖10中所示電源11、12和13的輸出電壓和電流而計算。當籽晶層成為連續膜時，負載電阻顯著減小。在此情況下，還可判斷哪個區域不被連續膜覆蓋。例如
邏輯表11)如果V11、V12小而V13大，那麼位於晶片的在陽極1之上的部分的膜是不連續的；2)如果V11小而V12和V13大，那麼至少位於晶片在陽極2之上的部分的膜是不連續的；在條件(2)下進一步如果V12和V13相互接近，那麼位於晶片的在陽極1之上的部分的膜是連續的；如果V12和V13顯著不同，那麼位於晶片的在陽極1之上的部分的膜是不連續的；3)如果V11、V12和V13大，那麼至少位於晶片的在陽極3之上的部分的膜是不連續的；在條件(3)下進一步如果V12和V13顯著不同，那麼位於晶片的在陽極2和陽極1之上的部分的膜是不連續的；如果V11和V12顯著不同，並且V12和V13相互接近，那麼位於晶片的在陽極2之上的部分的膜是不連續的，但位於晶片的在陽極1之上的部分的膜是連續的；如果V11和V12相互接近，並且V12和V13顯著不同，那麼位於晶片的在陽極2之上的部分的膜是連續的，但位於晶片的在陽極1之上的部分的膜是不連續的；如果V12和V13接近於V11，那麼位於晶片的在陽極1和2之上的部分的膜是連續的。
通過如圖11所示的邏輯檢查，可判斷出籽晶層何處是連續的。然後可進行進一步的籽晶層電鍍。
圖12示出電鍍籽晶層的工藝序列，此時晶片的整個面積都浸在圖3A-3B的實施例使用的電解液中。在第一個半周期，在陽極3之上的晶片部分處於電鍍模式，在陽極2和1之上的晶片部分處於蝕刻模式。在第二個半周期，陽極3之上的晶片部分處於蝕刻模式，晶片在陽極2和1之上的部分處於電鍍模式。在這種情況下，部分電鍍電流被蝕刻電流抵消，由此流向晶片外圍的總電流顯著減小。還可使用如圖7所示的其它脈衝波形來替代雙極脈衝波形。
圖13A-13B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖13A-13B的實施例與圖3A-3B的實施例相似，不同之處在於LMFC 21、22和23由閥51、52、53和LMFC 55取代。閥51、52和53為開／關閥。LMFC 55的流量設定可根據每個閥的狀態判斷如下LMFC 55的流量設定=F．R．3×f(閥 51)+F．R．2×f(閥 52)+F．R．1×f(閥53)其中F．R．1為陽極1的流量設定，F．R．2為陽極2的流量設定，F．R．3為陽極3的流量設定；而f(閥#)為閥的狀態函數，定義如下f(閥#)=1， 當閥#打開時；0， 當閥#關閉時。
圖14A-14B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖14A-14B的實施例與圖3A-3B的實施例相似，不同之處在於LMFC 21、22和23由開／關閥51、52、53和三個泵33取代。流向每個陽極的電解液各自獨立地由一個泵33和一個開／關閥來控制。
圖15A-15B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖15A-15B的實施例與圖3A-3B的實施例相似，不同之處在於分別在圓柱壁109和107之間、圓柱壁103和105之間增加輔助陽極5和4，取出陽極3和圓柱壁101，並且開／關閥81、82、83、84插到LMFC21、22、23、24的出口和容器36之間。
2A．在阻擋層上直接電鍍導電膜(或籽晶層)的工藝步驟步驟1打開LMFC 21和閥82、83和84；關閉LMFC 22、23、24和閥81，以使電解液只接觸到在陽極4之上的晶片部分，隨後通過圓柱壁100和103之間的迴路空間、並通過閥82、83和84流回容器36。
步驟2在電解液流穩定後，接通電源11。正金屬離子會電鍍到晶片31的在陽極4之上的部分上。
步驟3當導電膜的厚度達到預定的設置值或設定厚度時，關閉電源11並關閉LMFC 21。
步驟4對陽極3重複步驟1-3(打開LMFC22、閥81、83、84和電源12，關閉LMFC 21、23、24、閥82、電源11、13、14)。
步驟5對陽極2重複步驟4(打開LMFC 23、閥81、82、84和電源13，關閉LMFC 21、22、24、閥83、電源11、12、14)。
步驟6對陽極1重複步驟4(打開LMFC24、閥81、82、83和電源14，關閉LMFC 21、22、23、閥84、電源11、12、13)。
在上述籽晶層電鍍工藝中，還可從晶片中心到晶片外圍進行電鍍或者可用隨機選擇的陽極序列進行電鍍，來取代從晶片外圍到晶片中心進行的電鍍。
2B．在工藝2A中電鍍的金屬籽晶層上繼續進行金屬電鍍的工藝步驟步驟7打開LMFC 21、22、23和24，關閉閥81、82、83和84。原則上，每個LMFC的電解液流量設定成與晶片的被相應陽極覆蓋的面積成正比。
步驟8在所有流量穩定後，接通電源11、12、13和14。原則上，每個電源的電流也設定成與晶片的被相應陽極覆蓋的面積成正比。
步驟9當電鍍電流用作厚度均勻性調整變量時，同時關閉電源11、12、13和14。為了調節電鍍薄膜的厚度均勻性，也可在不同時間關閉電源。
圖16A-16B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖16A-16B的實施例與圖15A-15B的實施例相似，不同之處在於取消開／關閥81、82、83和84，並且電解液迴路減少到只有位於圓柱壁100和103之間的一個。
3A．在阻擋層上直接電鍍導電膜(或籽晶層)的工藝步驟步驟1僅打開LMFC 21，關閉LMFC 22、23、24。整個晶片浸在電解液中。然而，只有在陽極4之上的晶片部分面向從LMFC 21流來的電解液。
步驟2在電解液流穩定後，接通電源11向電極4輸出正電勢並接通電源12、13和14分別向電極3、2和1輸出負電勢。由此，正金屬離子只會電鍍到晶片31的在陽極4之上的部分上。
步驟3當導電膜的厚度達到預定的設置值或厚度時，關閉電源11並關閉LMFC 21。
步驟4僅打開LMFC 22、關閉LMFC 21、23、24。在此情況中，即使整個晶片浸在電解液中，也只有在陽極3之上的晶片部分面向從LMFC 22流來的電解液。
步驟5對於陽極3重複步驟2-3(接通電源12輸出正電勢到陽極3，接通電源11、13和14向陽極4、2和1輸出負電勢，並關閉LMFC21、23、24)。
步驟6對陽極2重複步驟4-5(打開LMFC 23，接通電源13向陽極2輸出正電勢，接通電源11、12和14輸出負電勢到陽極4、3和1，並關閉LMFC 21、22、24)。
步驟7對陽極1重複步驟4-5(打開LMFC 24，接通電源14輸出正電勢到陽極1，接通電源11、12和13輸出負電勢到陽極4、3和2，並關閉LMFC 21、22、23)。
在以上籽晶層電鍍工藝中，還可從晶片中心到外圍進行電鍍或者可用隨機選擇的陽極序列進行電鍍，來取代從晶片外圍到晶片中心進行的電鍍。
3B．在工藝3A中電鍍的金屬籽晶層上繼續進行金屬電鍍的工藝步驟步驟8打開LMFC 21、22、23和24。原則上，每個LMFC的電解液流量設定成與晶片的被相應陽極覆蓋的面積成正比。
步驟9在所有流量穩定後，接通電源11、12、13和14。原則上，每個電源的電流也設定成與晶片的被相應陽極覆蓋的面積成正比。
步驟10當電鍍電流用作厚度均勻性調整變量時，同時關閉電源11、12、13和14。為了調節電鍍薄膜的厚度均勻性，也可在不同時間關閉電源。
圖17示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖17的實施例與圖3A-3B的實施例相似，不同之處在於在每個陽極上增加擴散環112使沿著其圓柱壁的流量均勻。擴散器可通過在擴散環上打很多孔來製成，或者直接由孔隙率在10％-90％範圍內的多孔材料製成。製造擴散器的材料耐酸、耐腐蝕、顆粒狀且無汙染。
圖18A-18B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖18A-18B的實施例與圖3A-3B的實施例相似，不同之處在於在每個電源增加電荷累加測量儀以便精確測量每個電源在電鍍工藝中提供的電荷。例如，總的銅原子數可由把累加電荷除以2計算得到，因為銅離子的化學價為二。
圖19A-19B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖19A-19B的實施例與圖3A-3B的實施例相似，不同之處在於到電鍍槽的電解液入口的數量是兩個而不是一個。這會進一步增加流量沿著圓柱壁外圍的均勻性。為了使沿著圓柱壁外圍的流量均勻，入口數量還可為3、4、5、6…即任意大於2的數目。
圖20A-20B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖20A-20B的實施例與圖15A-15B和圖16A-16B的實施例相似，不同之處在於在圖20A中圓柱壁的高度沿著離心方向增加，而在圖20B中沿著離心方向減小。這提供了控制電解液流型和電鍍電流的輔助變量，以便優化電鍍條件。
圖21A-21B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖21A-21B的實施例與圖3A-3B的實施例相似，不同之處在於在圖21A中圓柱壁的高度沿著離心方向增加，而在圖21B中沿著離心方向減小。這提供了控制電解液流型和電鍍電流的輔助變量，以便優化電鍍條件。
圖22A-22B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖22A-22B的實施例與圖3A-3B的實施例相似，不同之處在於圓柱壁可上下移動調節流型。如圖22B所示，圓柱壁105和107向上移動以使電解液流向晶片的在壁105和107之上的部分。電鍍工藝步驟如下所述4A．在阻擋層上直接電鍍導電膜(或籽晶層)的工藝步驟步驟1僅打開LMFC 21並移動圓柱壁101、103接近晶片，使電解液僅接觸到晶片的在圓柱壁101和103之上的部分。
步驟2在電解液流穩定後，接通電源11。正金屬離子會電鍍到晶片31的在圓柱壁101和103之上的部分。
步驟3當導電膜的厚度達到預定的設置值或厚度時，關閉電源11，關閉LMFC 21並移動圓柱壁101、103到更低的位置。
步驟4對圓柱壁105和107重複步驟1-3(LMFC22、圓柱壁105和107、電源12)。
步驟5對管109重複步驟4(LMFC23、管109、和電源13)。
4B．在工藝4A中電鍍的金屬籽晶層上繼續進行金屬電鍍的工藝步驟步驟6打開LMFC 21、22、23，移動所有的圓柱壁101、103、105、107和管109接近晶片31。原則上，每個LMFC的電解液流量設定成與晶片的被相應LMFC覆蓋的面積成正比。
步驟7在所有流量穩定後，接通電源11、12、13。原則上，每個電源的電流也設定成與晶片的被相應陽極或電源覆蓋的面積成正比。
步驟8當電鍍電流用作厚度均勻性調整變量時，同時關閉電源11、12、13。為了調節電鍍薄膜的厚度均勻性，也可在不同時間關閉電源。
圖23A-23B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另兩個實施例。圖23A-23B的實施例與圖15A-15B和圖3A-3B實施例的圓柱壁和陽極環相似，不同之處在於圓柱壁和陽極環被板113分成6段。段的數量可為任意大於2的數。下表2示出陽極和電源連接與每段和LMFC連接的可能組合。表2
在上表中，組合類型1、2、4和5的操作與以上描述的相同。在組合類型1、2和3的情況中，晶片旋轉機構可以去掉，因為在不同段的每個陽極由一獨立的電源控制。例如，部分基片上的電鍍薄膜厚度可通過控制電鍍電流或在基片相同部分下的陽極的電鍍時間來操作。組合類型3、6、7、8、9的操作會在後面詳細討論。
圖24A-24B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖24A-24B的實施例與圖3A-3B的實施例相似，不同之處在於圓柱壁和陽極環由多個棒型陽極1和管109取代。從管109出來的電解液接觸到晶片表面，然後通過多個孔500流回容器(未示出)。在圓環內的管和陽極放置於同一圓上。在兩個相鄰的管和陽極圓環之間有多個孔用於讓電解液排回容器36。下表3示出陽極和電源連接與每段和LMFC連接的可能組合。表3
在上表中，組合類型1、2、4和5的操作與以上描述的相同。在組合類型1、2和3的情況中，晶片旋轉機構可以去掉，因為在不同管的每個陽極由一獨立的電源控制。例如，部分基片上的電鍍薄膜厚度可通過控制電鍍電流或在基片相同部分下陽極的電鍍時間來操作。組合類型3、6、7、8、9的操作會在後面詳細討論。
除了把管和陽極放在圓環上，管和陽極還可放在三角形環、正方形環、矩形環、五邊形環、多邊形環和橢圓環上。三角形環、正方形環和橢圓環如圖25A-25C所示。
2．多個LMFC和單個電源圖26A-26B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖26A-26B的實施例與圖3A-3B的實施例相似，不同之處在於陽極環和圓柱壁由單個陽極240、條242和閥202、204、206、208、210、212、214、216、218取代。電源減少到單個電源200。新閥為開／關閥，用於控制流向晶片部分的電解液。閥208和212、206和214、204和216、202和218在條242上分別對稱放置。
5A．在阻擋層上直接電鍍導電膜(或籽晶層)的工藝步驟步驟1打開泵33、LMFC 55、閥202和218以及驅動器30，使從閥202和218出來的電解液僅接觸晶片在閥202和218之上的外圍部分。
步驟2在電解液流穩定後，接通電源200。正金屬離子會電鍍到晶片31的在閥202和218之上的外圍部分。
步驟3當導電膜的厚度達到預定的設置值或厚度時，關閉電源200並關閉LMFC 55、閥202和218。
步驟4對閥204和216重複步驟1-3。
步驟5對閥206和214重複步驟4。
步驟6對閥208和212重複步驟4。
步驟7對閥210重複步驟4。
在以上電鍍工藝中，電源可以DC模式工作，也可以圖8所示任何形式的脈衝模式工作。
5B．在工藝5A中電鍍的金屬籽晶層上繼續進行金屬電鍍的工藝步驟步驟8打開LMFC 55和所有的閥202、204、206、208、210、212、214、216、218，使電解液與整個晶片面積接觸。
步驟9在所有的流穩定後，接通電源200。
步驟10當膜厚度達到設定值時關閉電源200和所有的閥。為了調節晶片內電鍍薄膜厚度均勻性，也可在電源200打開時在不同時間關閉閥。
圖27示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖27的實施例與圖26A-26B的實施例相似，不同之處在於所有的閥以不同的半徑放在條242上，以使電鍍金屬更均勻。電鍍工藝步驟如下所述6A．在阻擋層上直接電鍍導電膜(或籽晶層)的工藝步驟步驟1打開泵33、LMFC 55、閥218以及驅動器30，使從閥218出來的電解液僅接觸晶片的在閥218之上的外圍部分。
步驟2在電解液流穩定後，接通電源200。正金屬離子會電鍍到晶片31的在閥218之上的外圍部分。
步驟3當導電膜的厚度達到預定的設置值或厚度時，關閉電源200、LMFC 55和閥218。
步驟4對閥204重複步驟1-3。
步驟5對閥216重複步驟4。
步驟6對閥206重複步驟4。
步驟7分別對閥214、208、212和210重複步驟4。
在以上電鍍工藝中，電源可以DC模式工作，或以圖8所示任何形式的脈衝模式工作。
6B．在工藝6A中電鍍的金屬籽晶層上繼續進行金屬電鍍的工藝步驟步驟8打開LMFC 55和所有的閥202、204、206、208、210、212、214、216、218，使電解液與整個晶片面積接觸。
步驟9在所有的流穩定後，接通電源200。
步驟10當膜厚度達到設定值時關閉電源200和所有的閥。為了調節晶片內電鍍薄膜的厚度均勻性，也可在電源200打開時在不同時間關閉閥。
圖28示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖28的實施例與圖26的實施例相似，不同之處在於增加輔助條形成交叉形狀條結構244。閥202和218、204和216、206和214、208和212在條結構244的水平部分上對稱放置。相似地，閥220和236、222和234、224和232在條結構244的垂直部分上對稱放置。在條244水平部分上的所有閥還與在條244垂直部分上的閥分別有不同的半徑。電鍍工藝步驟如下所述7A．在阻擋層上直接電鍍導電膜(或籽晶層)的工藝步驟步驟1打開泵33、LMFC 55、閥218和202以及驅動器30，使從閥218出來的電解液僅接觸晶片的在閥218和202之上的外圍部分。
步驟2在電解液流穩定後，接通電源200。正金屬離子會電鍍到晶片31的在閥218和202之上的外圍部分。
步驟3當導電膜的厚度達到預定的設置值或厚度時，關閉電源200、LMFC 55和閥218和202。
步驟4對閥220和236重複步驟1-3。
步驟5對閥204和216重複步驟4。
步驟6對閥222和234重複步驟4。
步驟7分別對閥206和214、224和232、208和212、以及僅僅210重複步驟4。
在以上電鍍工藝中，電源可以DC模式工作，也可以圖8所示任何形式的脈衝模式工作。
7B．在工藝7A中電鍍的金屬籽晶層上繼續進行金屬電鍍的工藝步驟步驟8打開LMFC55和所有的閥202、204、206、208、210、212、214、216、218、220、222、224、232、234、236，使電解液與整個晶片面積接觸。
步驟9在所有的流穩定後，接通電源200。
步驟10當膜厚度達到設定值時關閉電源200和所有的閥。為了調節晶片內電鍍薄膜的厚度均勻性，還可在電源200打開時在不同時間關閉閥。
圖29A-29C示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另外三個實施例。圖29A的實施例與圖26A-26B的實施例相似，不同之處在於把條的數量增加到3。兩個相鄰條之間的角度是60°。圖29B實施例與圖26A-26B實施例相似，不同之處在於把條的數量增加到4。兩個相鄰條之間的角度是45°。圖29C實施例與圖26A-26B實施例相似，不同之處在於把條的數量減少到0．5，即半條。另外，條的數量可為5、6、7、或更多。
電鍍步驟序列可從接近晶片外圍的閥開始、或從晶片中心開始、或隨機開始。優選從晶片外圍開始，因為之前已電鍍的金屬籽晶層(直徑更大)可傳導電流用於電鍍隨後的籽晶層(直徑更小)。
圖30A-30B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖30A-30B實施例與圖26A-26B實施例相似，不同之處在於固定位置閥(噴頭)由兩個可動陽極噴頭254替代。陽極噴頭254放在晶片31下面並位於導條250上。陽極噴頭254噴射電解液到部分晶片31上，並能在x方向移動，如圖30B所示。新鮮的電解液通過柔性管258提供。此實施例尤其優選用於電鍍籽晶層。籽晶層電鍍工藝如下所示8A．在阻擋層上直接電鍍導電膜(或籽晶層)的工藝步驟步驟1打開泵33、LMFC 55、閥356以及驅動器30，使從閥356出來的電解液僅接觸晶片在閥356之上的外圍部分。
步驟2在電解液流穩定後，接通電源200。正金屬離子會電鍍到晶片31在閥356之上的外圍部分。
步驟3當導電膜的厚度達到預定的設置值或厚度時，關閉電源200、LMFC 55和閥356。
步驟4移動陽極噴頭254到下一更小半徑的位置。
步驟5重複步驟1-4直到整個晶片區域電鍍上薄膜。
上述工藝步驟可如下變更步驟1與上述相同。
步驟2與上述相同。
步驟3當導電膜的厚度達到預定的設置值或厚度的一定百分比時，開始緩慢地把陽極噴頭254向著晶片中心徑向移動。移動陽極噴頭254的速率由預定的設置值或厚度來決定。而且因為被陽極噴頭254電鍍的表面面積與陽極噴頭254位置的半徑成正比，所以隨著陽極噴頭254移向晶片中心，移動速率增加。
步驟4當陽極噴頭254到達晶片中心時，關閉電源200、LMFC 55和閥356。
圖31A-31B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖31A-31B實施例與圖30A-30B實施例相似，不同之處在於兩個輔助移動噴頭增加到Y方向，以便增加電鍍速度。工藝序列與圖30A-30B實施例的相似。
圖32A-32B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖32A-32B實施例與圖30A-30B實施例相似，不同之處在於晶片31浸入到電解液中。可移動的陽極放得與晶片31非常接近，以把電鍍電流集中到晶片31的一部分上。間隙尺寸在0．1mm-5mm範圍內，並優選1mm。工藝序列與圖30實施例的相似。
圖33A-33B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖33A-33B實施例與圖32A-32B實施例相似，不同之處在於新鮮電解液通過管260從槽的中心輸入而不是通過柔性管258從陽極噴頭254輸入。晶片31也浸入到電解液中。相似地，可動陽極放得與晶片31非常接近，以把電鍍電流集中到一部分晶片31上。間隙尺寸在0．1mm-5mm範圍內，並優選1mm。工藝序列與圖30實施例的相似。
圖34A-34D示出根據本發明的可移動陽極的四個實施例。圖34A示出包括陽極252和殼體262的陽極結構。殼體262由絕緣材料例如四氟乙烯、PVC、PVDF或聚丙烯製成。圖34B示出包括陽極266和殼體264的陽極結構。電解液通過殼體264底部的孔輸入。圖34C示出包括陽極262、電極274和270、絕緣隔離物272、殼體262和電源276、278的陽極結構。電極274連接到電源276的負輸出，而電極270連接到陰極晶片31。電極274的作用是捕獲從殼體262流出的所有金屬離子，由此在殼體262以外的晶片區域上沒有電鍍薄膜。電極270的作用是防止電極274的電場洩漏以使所有蝕刻效果最小。圖34D實施例與圖34C實施例相似，不同之處在於殼體264在底部有用於電解液從其中流過的孔。
圖35示出在電鍍過程中晶片的表面狀態。晶片區域280已通過籽晶層電鍍，區域284正處於電鍍過程中，而晶片區域282還未被電鍍。
圖36A-36C示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另外三個實施例。圖36A實施例與圖30A-30B實施例相似，不同之處在於條的數量增加到3。兩相鄰條之間的角度是60°。圖36B實施例與圖30A-30B實施例相似，不同之處在於條的數量增加到4。兩個相鄰條之間的角度是45°。圖36C實施例與圖30A-30B實施例相似，不同之處在於條的數量減少到0．5，即半條。另外，條的數量可為5、6、7、或更多。
圖36D實施例與圖30A-30B實施例相似，不同之處在於條250的形狀是螺旋形而不是直線形。可動陽極噴頭254可沿著螺旋條移動，從而不需旋轉晶片即可獲得良好的電鍍均勻性。這樣就簡化了晶片夾盤機構。
圖37A和37B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另外兩個實施例。圖37A和37B實施例與圖30A-30B實施例相似，不同之處在於晶片分別為翻轉和垂直放置。
圖38A-38B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖38A-38B實施例與圖16A-16B實施例相似，不同之處在於所有的陽極由一個陽極8取代。陽極8連接到單個電源11。使用此實施例的工藝步驟如下所述9A．在阻擋層上直接電鍍導電膜(或籽晶層)的工藝步驟步驟1打開LMFC 21和閥82、83、84，並關閉LMFC 22、23、24和閥81，使電解液只與在子電鍍槽66之上的晶片部分接觸並隨後沿圓柱壁100和103、105和107、107和109以及管109之間的空間組成的迴路流回容器36。
步驟2在電解液流穩定後，接通電源11。正金屬離子會電鍍到晶片31的在子電鍍槽66之上的部分上。
步驟3當導電膜的厚度達到預定的設置值或厚度時，關閉電源11並關閉LMFC 21。
步驟4對LMFC 22重複步驟1-3(打開LMFC 22、閥81、83、84和電源11，關閉LMFC 21、23、24和閥82)。
步驟5對LMFC 23重複步驟4(打開LMFC 23、閥81、82、84和電源11，關閉LMFC 21、22、24和閥83)。
步驟6對LMFC 24重複步驟4(打開LMFC 24、閥81、82、83和電源11，關閉LMFC 21、22、23和閥84)。
在上述籽晶層電鍍工藝中，還可從晶片中心到晶片外圍進行電鍍或者可用隨機選擇的陽極序列進行電鍍，以取代從晶片外圍到晶片中心進行的電鍍。
9B．在工藝9A中電鍍的金屬籽晶層上繼續進行金屬電鍍的工藝步驟步驟7打開LMFC 21、22、23和24，關閉閥81、82、83、84。原則上，每個LMFC的電解液流量設定成與晶片被其相應LMFC覆蓋的面積成正比。
步驟8在所有流動穩定後，接通電源11。
步驟9當膜厚達到設置值時關閉電源11。
如圖39所示，為了調節電鍍薄膜厚的均勻性，LMFC也可在不同時間關閉。在時間t1，只有LMFC 21、23、24關閉，而且閥81、83和84也關閉。因此，電解液除了接觸在子電鍍槽64之上的晶片區域外，其它區域都不接觸。由於電源11仍然保持打開，金屬離子會只電鍍到子電鍍槽64之上的區域上。然後LMFC 22在時間t2關閉。相似地，LMFC 24在時間t3打開並且在時間t4關閉，以獲得在子電鍍槽60之上的晶片區域上的額外電鍍。關閉時間t2和t4可通過測量晶片厚度均勻性來進行微調。
圖40A-40B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖40A-40B實施例與圖3A-3B實施例相似，不同之處在於所有陽極連接到單個電源11上。由於在籽晶層電鍍工藝過程中電解液只接觸晶片在陽極之上的部分，電鍍電流只會通過該陽極到達晶片該部分上。電鍍工藝步驟與圖3A-3B的相似，只是用電源11取代電源12和13。
圖41A-41B示出根據本發明的用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖41A-41B實施例與圖40A-40B實施例相似，不同之處在於圓柱壁可以上下移動調節流型。如圖41B所示，圓柱壁105和107向上移動以便電解液流向晶片在壁105和107之上的部分。此實施例的電鍍工藝步驟如下所述10A．在阻擋層上直接電鍍導電膜(或籽晶層)的工藝步驟步驟1隻打開LMFC 21並移動圓柱壁101、103接近晶片，以使電解液只接觸晶片的在圓柱壁101和103之上的部分。
步驟2在電解液流穩定後，接通電源11。正金屬離子會電鍍到晶片31在圓柱壁101和103之上的部分上。
步驟3當導電膜厚度達到預定的設置值或厚度時，關閉電源11和LMFC 21並移動圓柱壁101和103到更低位置。
步驟4對圓柱壁105和107重複步驟1-3(LMFC 22、圓柱壁105和107)。
步驟5對管109重複步驟4(LMFC 23和管109)。
10B．在工藝10A中電鍍的金屬籽晶層上繼續進行金屬電鍍的工藝步驟步驟6打開LMFC 21、22、23，並移動所有的圓柱壁101、103、105、107和管109接近晶片31。每個LMFC的電解液流量設定成基本上與晶片的被其相應LMFC覆蓋的面積成正比。
步驟7在所有的流穩定後，接通電源11。
步驟8把所有圓柱壁向下移動到更低位置，同時關閉所有LMFC，然後當膜厚達到預定的設置值時關閉電源11。每對圓柱壁也可在電源11打開時在不同的時間向下移動，以調節厚度均勻性。例如如圖41B所示，圓柱壁105和107在LMFC 22打開時保持在更高的位置。晶片在圓柱壁105和107之上的區域在此部分上有額外的電鍍薄膜。額外的電鍍時間和位置可由分析晶片上電鍍薄膜的厚度均勻性來確定。
3．多個電源和單個LMFC圖42A-42B示出根據本發明的、用於在其上具有阻擋層的基片上直接電鍍導電膜的、且有多個電源和單個LMFC的設備的實施例。圖42A-42B與圖16A-16B實施例相似，不同之處在於LMFC 21、22、23和24由單個LMFC 55替代。
11A．在阻擋層上直接電鍍導電膜(或籽晶層)的工藝步驟步驟1打開LMFC55並把整個晶片浸在電解液中。
步驟2在電解液流穩定後，接通電源11輸出正電勢到電極4，接通電源12、13和14分別輸出負電勢到電極3、2、1。因此正金屬離子只會電鍍到晶片31的在陽極4之上的部分上。
步驟3當導電膜厚度達到預定的設置值或厚度時，關閉電源11。
步驟4對陽極3重複步驟2-3(接通電源12輸出正電勢到陽極3，接通電源11、13和14輸出負電勢到陽極2和1)。
步驟5對陽極2重複步驟4(接通電源13輸出正電勢到陽極2，接通電源14輸出負電勢到陽極1)。
步驟6對陽極1重複步驟4(接通電源14輸出正電勢到陽極1)。
圖43示出用於電鍍晶片區域4(陽極4之上)、3、2和1的電源開關序列。電源輸出波形可從各種波形例如變形的正弦波形、單極脈衝、換向脈衝、脈衝上的脈衝或雙工脈衝中選擇，如圖44所示。
在上述籽晶層電鍍工藝中，還可從晶片中心到晶片外圍進行電鍍或者可用隨機選擇的陽極序列進行電鍍，來取代從晶片外圍到晶片中心進行的電鍍。
11B．在工藝11A中電鍍的金屬籽晶層上繼續進行金屬電鍍的工藝步驟步驟7打開LMFC 55。
步驟8在所有流動穩定後，接通電源11、12、13和14。原則上，每個電源的電流設定成與晶片的被相應陽極覆蓋的面積成正比。
步驟9當電鍍電流用作厚度均勻性調節變量時，同時關閉電源11、12、13和14。可替換地，為了調節電鍍薄膜的厚度均勻性，電源可在不同時間關閉。
圖45A-45B示出根據本發明的、用於在其上具有阻擋層的基片上直接電鍍導電膜的、且有多個電源和單個LMFC的設備的另一實施例。圖45A-45B與圖42A-42B實施例相似，不同之處在於圓柱壁可以上下移動調節流型。如圖45B所示，圓柱壁105和107向上移動，使電解液流向晶片在壁105和107之上的部分。本實施例的電鍍工藝步驟如下所述12A．在阻擋層上直接電鍍導電膜(或籽晶層)的工藝步驟步驟1打開LMFC 55並移動圓柱壁101和103接近晶片，以使電解液只接觸晶片的在圓柱壁101和103之上的部分。
步驟2在電解液流穩定後，接通電源11。正金屬離子會電鍍到晶片31的在圓柱壁101和103之上的部分上。
步驟3當導電膜厚度達到預定的設置值或厚度時，關閉電源11並移動圓柱壁101和103到更低的位置。
步驟4對圓柱壁105和107重複步驟1-3(圓柱壁105和107以及電源12)。
步驟5對管109重複步驟4(管109和電源13)。
12B．在工藝12A中電鍍的金屬籽晶層上繼續進行金屬電鍍的工藝步驟步驟6打開LMFC 55，移動所有的圓柱壁101、103、105、107和管109接近晶片31。
步驟7在所有的流穩定後，接通電源11、12和13。原則上，每個電源的電流與晶片被其相應陽極或電源覆蓋的面積成正比。
步驟8當電鍍電流用作厚度均勻性調節變量時，同時關閉電源11、12和13。可替換地，為了調節電鍍薄膜的厚度均勻性，電源也可在不同時間關閉。
圖46A-46B示出根據本發明的、用於在其上具有阻擋層的基片上直接電鍍導電膜的、且有多個電源和單個LMFC的設備的另一實施例。圖46A-46B與圖42A-42B實施例相似，不同之處在於圓柱壁的高度沿著離心方向減小，如圖46B所示。電解液的形狀或流型可以通過上下移動圓柱壁120來調節。當圓柱壁移動到最高位置時，整個晶片區域會與電解液接觸，然而當圓柱壁120移動到最低位置時晶片的中心部分會與電解液接觸。本實施例的電鍍工藝步驟如下所述13A．在阻擋層上直接電鍍導電膜(或籽晶層)的工藝步驟步驟1打開LMFC 55並移動圓柱壁120到最高位置，以使電解液接觸晶片31的整個面積。
步驟2在電解液流穩定後，接通電源11輸出正電勢到陽極4，接通電源12、13和14分別輸出負電勢到陽極3、2、1。因此正金屬離子只會電鍍到晶片31在陽極4之上的外圍部分上。
步驟3當晶片外圍部分上的導電膜厚度達到預定的設置值或厚度時，關閉電源11。
步驟4移動圓柱壁120到更低的位置以只把在步驟3中電鍍了金屬薄膜的晶片外圍部分移出電解液。
步驟5對陽極3重複步驟2-3(接通電源12輸出正電勢到陽極3，接通電源13和14輸出負電勢到陽極2和1)。
步驟6移動圓柱壁120到下一個更低的位置以只把在步驟5中電鍍了金屬薄膜的晶片外圍部分移出電解液。
步驟7對陽極2重複步驟2-3(接通電源13輸出正電勢到陽極2，接通電源14輸出負電勢到陽極1)。
步驟8移動圓柱壁120到下一個更低的位置以只把在步驟7中電鍍了金屬薄膜的晶片外圍部分移出電解液。
步驟9對陽極1重複步驟2-3(接通電源14輸出正電勢到陽極1)。
13B．在工藝13A中電鍍的金屬籽晶層上繼續進行金屬電鍍的工藝步驟步驟10打開LMFC 55，移動圓柱壁120到最高位置，以使晶片31的整個面積與電解液接觸。
步驟11在流動穩定後，接通電源11、12、13和14。原則上，每個電源的電流與晶片被其相應陽極或電源覆蓋的面積成正比。
步驟12當電鍍電流用作厚度均勻性調節變量時，同時關閉電源11、12、13和14。可替換地，為了調節膜的厚度均勻性，每個電源也可在不同時間關閉。
圖47A-47B示出根據本發明的、用於在其上具有阻擋層的基片上直接電鍍導電膜的、且有多個電源和單個LMFC的設備的另一實施例。圖47A-47B與圖46A-46B實施例相似，不同之處在於圓柱壁120的位置是固定的，且電解液液面通過調節電解液流量來改變。當電解液流量大時，電解液液面高，因此整個晶片面積與電解液接觸。當電解液流量小時，電解液液面低，因此晶片31的外圍部分如圖47B所示那樣不與電解液接觸。本實施例的電鍍工藝步驟如下所述14A．在阻擋層上直接電鍍導電膜(或籽晶層)的工藝步驟步驟1打開LMFC 55並設定流量足夠大，使電解液接觸晶片31的整個面積。
步驟2在電解液流穩定後，接通電源11輸出正電勢到陽極4，接通電源12、13和14分別輸出負電勢到陽極3、2、1。因此正金屬離子只會電鍍到晶片31的在陽極4之上的外圍部分上。
步驟3當晶片外圍部分上的導電膜厚度達到設置值或厚度時，關閉電源11。
步驟4減小電解液流量到這樣一個值，使得只有在步驟3中電鍍了金屬薄膜的晶片外圍部分不與電解液接觸。
步驟5對陽極3重複步驟2-3(接通電源12輸出正電勢到陽極3，接通電源13和14輸出負電勢到陽極2和1)。
步驟6減小電解液流量以使只有在步驟5中電鍍了金屬薄膜的晶片外圍部分不與電解液接觸。
步驟7對陽極2重複步驟2-3(接通電源13輸出正電勢到陽極2，接通電源14輸出負電勢到陽極1)。
步驟8減小電解液流量以使只有在步驟7中電鍍了金屬薄膜的晶片外圍部分不與電解液接觸。
步驟9對陽極1重複步驟2-3(接通電源14輸出正電勢到陽極1)。
14B．在工藝14A中電鍍的金屬籽晶層上繼續進行金屬電鍍的工藝步驟步驟10增加電解液流量，以使晶片31的整個面積都與電解液接觸。
步驟11在流動穩定後，接通電源11、12、13和14。原則上，每個電源的電流與晶片被其相應陽極或電源覆蓋的面積成正比。
步驟12當電鍍電流用作厚度均勻性調節變量時，同時關閉電源11、12、13和14。可替換地，為了調節膜的厚度均勻性，每個電源也可在不同時間關閉。
圖48A-48B示出根據本發明的、用於在其上具有阻擋層的基片上直接電鍍導電膜的，且有多個電源和單個LMFC的設備的另一實施例。圖48A-48B與圖47A-47B實施例相似，不同之處在於電解液液面是固定的，且晶片31自身可以上下移動調節晶片與電解液接觸的面積大小。當晶片31移動到最低位置時，整個晶片面積接觸到電解液。當晶片移動到最高位置時，只有晶片31的中心區域接觸到電解液，如圖48B所示。本實施例的電鍍工藝步驟如下所述15A．在阻擋層上直接電鍍導電膜(或籽晶層)的工藝步驟步驟1打開LMFC 55並移動晶片31到這樣一個位置，使電解液接觸到晶片31的整個面積。
步驟2在電解液流穩定後，接通電源11輸出正電勢到陽極4，接通電源12、13和14分別輸出負電勢到陽極3、2、1。因此正金屬離子只會電鍍到晶片31的在陽極4之上的外圍部分上。
步驟3當晶片外圍部分上的導電膜厚度達到預定的設置值或厚度時，關閉電源11。
步驟4向上移動晶片31到這樣一個位置，以使只有在步驟3中電鍍了金屬薄膜的晶片外圍部分與電解液脫離接觸。
步驟5對陽極3重複步驟2-3(接通電源12輸出正電勢到陽極3，接通電源13和14輸出負電勢到陽極2和1)。
步驟6向上移動晶片31到這樣一個位置，以使只有在步驟5中電鍍了金屬薄膜的晶片外圍部分與電解液脫離接觸。
步驟7對陽極2重複步驟2-3(接通電源13輸出正電勢到陽極2，接通電源14輸出負電勢到陽極1)。
步驟8向上移動晶片31到這樣一個位置，以使只有在步驟7中電鍍了金屬薄膜的晶片外圍部分與電解液脫離接觸。
步驟9對陽極1重複步驟2-3(接通電源14輸出正電勢到陽極1)。
15B．在工藝15A中電鍍了金屬籽晶層上繼續進行金屬電鍍的工藝步驟步驟10向下移動晶片31到這樣一個位置，以使晶片31的整個面積與電解液接觸。
步驟11在流動穩定後，接通電源11、12、13和14。原則上，每個電源的電流與晶片的被相應陽極或電源覆蓋的面積成正比。
步驟12當電鍍電流用作厚度均勻性調節變量時同時關閉電源11、12、13和14。可替換地，為了調節膜的厚度均勻性，每個電源也可在不同時間關閉。
4．單個電源和單個LMFC圖49A-49B示出根據本發明的、用於在其上具有阻擋層的基片上直接電鍍導電膜的、且有單個電源和單個LMFC的設備的另一實施例。圖49A-49B實施例與圖45A-45B實施例相似，不同之處在於電源數量減少到一個並且所有的陽極連接到單個電源11。相似地，圓柱壁可以上下移動調節流型。如圖49B所示，圓柱壁105和107向上移動，使得電解液流向壁105和107之上的晶片部分。本實施例的電鍍工藝步驟如下所述
16A．在阻擋層上直接電鍍導電膜(或籽晶層)的工藝步驟步驟1打開LMFC 55並移動圓柱壁101和103接近晶片，以使電解液只接觸晶片的在圓柱壁101和103之上的部分。
步驟2在電解液流穩定後，接通電源11。正金屬離子會電鍍到晶片31的在圓柱壁101和103之上的部分上。
步驟3當導電膜厚度達到預定的設置值或厚度時，關閉電源11並移動圓柱壁101和103到更低的位置。
步驟4對圓柱壁105和107重複步驟1-3(向上移動圓柱壁105和107接近晶片31，並且接通電源11)。
步驟5對管109重複步驟4(向上移動管109接近晶片31，並且接通電源11)。
16B．在工藝16A中電鍍的金屬籽晶層上繼續進行金屬電鍍的工藝步驟步驟6打開LMFC 55，向上移動所有的圓柱壁101、103、105、107和管109接近晶片31。
步驟7在所有的流穩定後，接通電源11。
步驟8同時向下移動所有的圓柱壁到更低的位置，然後當膜厚達到預定的設置值時關閉電源11。為了調節厚度均勻性，在電源11開著的時候，每對圓柱壁也可在不同時間向下移動。例如，如圖49B所示，圓柱壁105和107在電源11開著的時候保持在更高的位置。在圓柱壁105和107之上的晶片區域會在該部分有額外的電鍍薄膜。額外的電鍍時間長度和位置可通過在稍後的膜特性中分析晶片上薄膜的厚度均勻性來確定。
5．其它可能的組合流量調節器，例如圖17實施例中的擴散器，可插入到所有使用單個LMFC的實施例中。可使用多級過濾器，例如兩個串聯的過濾器，第一級粗過濾器用於過濾大於1μm的顆粒，第二級精細過濾器用於過濾大於0．1μm的顆粒。而且，為了在晶片內獲得良好的膜均勻性，可在電鍍過程中旋轉電鍍槽來替代旋轉晶片。在此情形中，應該使用傳導電流的集流環，它也設置成輸送電解液。可替換地，可以使用獨立的結構來輸送電解液。
原位厚度均勻性監視器可加入到根據本發明的電鍍槽中，如圖50所示。可在不同半徑的每個子電鍍槽或流道之下設置一個厚度檢測器500。在檢測厚度信號以後，檢測器500傳送信號給計算機502。計算機502處理信號並輸出厚度均勻性。另外，晶片旋轉位置可輸入計算機500來定位沿著圓周方向的位置。在此情形中，電鍍槽的底部由透明材料製成或者有雷射束可從其穿過的窗口。
圖51為具有厚度均勻性監視器的設備的另一實施例。本實施例與圖50實施例相似，不同之處在於使用光纖504。來自檢測器500的雷射束通過光纖504到達晶片。從晶片反射的雷射束還通過光纖504返回檢測器500。本實施例的好處在於電鍍槽的底部不需要由透明材料製成。
用本發明的設備和方法，可電鍍各種金屬。例如銅、鎳、鉻、鋅、鎘、銀、金、銠、鈀、鉑、錫、鉛、鐵和銦都可用本發明電鍍。
在電鍍銅的情況下，可使用三種類型的電解液氰化物、酸和焦磷酸鹽複合電解液。氰化銅電解液的基本成分為氰化銅、氰化鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉和羅謝爾鹽(四水酒石酸鉀鈉)。酸銅電解液的基本成分為硫酸銅、硫酸、氟酸銅、氟酸和硼酸。焦磷酸銅電解液的基本成分為焦磷酸銅、焦磷酸鉀、硝酸銨和氨。考慮到工藝集成，優選採用酸銅電解液在半導體晶片上電鍍銅。
在電鍍銀的情況下，使用氰化物電解液。氰化物電解液的基本成分為氰化銀、氰化鉀、碳酸鉀、氫氧化鉀和硝酸鉀。
在電鍍金的情況下，使用氰化物電解液。氰化物電解液的基本成分為氰化鉀金、氰化鉀、碳酸鉀、磷酸氫二鉀、氫氧化鉀、磷酸二氫鉀和硝酸鉀。
可使用添加劑提高膜在以下方面的質量光滑表面、小顆粒尺寸、減小樹狀化趨勢、小的膜應力、低電阻率、良好的粘附力以及更好的間隙填注能力。在酸銅電鍍的情況下，下述材料可用作添加劑膠、葡萄糖、苯酚磺酸、糖漿和硫脲。用於氰化銅電鍍的添加劑包括具有活性硫官能團的和／或包含準金屬例如硒或碲的化合物、有機胺或其具有含活性硫化合物的反應產品、包含例如硒、碲、鉛、鉈、銻、砷的金屬的無機化合物、以及有機氮和硫雜環化合物。
5．系統結構設計(層疊結構)圖52A-52C為根據本發明的、在半導體晶片上電鍍導電膜的電鍍系統實施例的示意圖。它是一獨立的、全計算機控制的系統，且有自動晶片傳送和具有晶片幹進-幹出能力的清潔組件。它包括五個層疊的電鍍槽300、302、304、306、308、五個層疊的清潔／乾燥室310、312、314、316、318、機器人322、晶片盒321、322、電解液容器36和管路箱330。如上所述，電鍍槽300包括陽極、圓柱壁或管、晶片夾盤和在電鍍工藝過程中旋轉或振蕩晶片的驅動器。電解液容器36包括溫度控制。管路箱330包括泵、LMFC、閥、過濾器和管路接頭。電鍍系統進一步包括計算機控制硬體、電源和作業系統控制軟體包。機器人322有大的z向行程。優選採用Genmark Automation Inc．製造的具有全球定位能力的套管型(層疊)機器人。本實施例的操作工藝序列如下所述單個晶片電鍍操作序列步驟A手動或用機器人把晶片盒320、321裝入電鍍裝置。
步驟B選擇一種方法，並開始工藝周期。
步驟C控制軟體初始化該系統，包括檢查該方法技術要求中所有的系統參數和確定沒有系統警告。
步驟D在完成初始化後，機器人322從盒320或321提取晶片並送到一個電鍍槽(300、或302、或304、或306、或308)。
步驟E在晶片上電鍍金屬膜。
步驟F在完成電鍍後，機器人322從電鍍槽提取已電鍍晶片並傳送到一個清潔／乾燥室(310、或312、或314、或316、或318)。
步驟G清潔已電鍍晶片。
步驟H通過旋轉式乾燥和／或N2清洗來乾燥已電鍍晶片。
步驟I機器人322提取已乾燥的晶片並傳送到盒320或321。
圖53示出同時電鍍多個晶片的工藝序列。電鍍多個晶片的工藝序列與電鍍單個晶片的相似，不同之處在於計算機在工藝步驟I後檢查是否有任何未處理的晶片保留在盒320或321內。如果沒有未處理的晶片保留在盒320或321內，系統返回步驟A，即裝入新盒或更換盒。如果有任何未處理的晶片保留在盒320和／或321內，隨後系統返回步驟D，即機器人從盒中提取未處理的晶片並送到一個電鍍槽。
步驟E可包括兩個工藝步驟，第一在阻擋層上直接電鍍籽晶層，第二在已電鍍籽晶層上電鍍金屬膜。
可以在不同的槽中進行兩個工藝步驟，以替代在一個槽中執行籽晶層電鍍和在籽晶層上電鍍金屬。在不同槽中進行兩個工藝步驟的好處是獲得更好的工藝控制或更寬的工藝窗口，因為用於籽晶層電鍍的電解液可以與隨後在籽晶層上進行電鍍的電解液不同。在此，不同的電解液指不同類型的酸、不同的酸濃度、不同的添加劑、不同的添加濃度或不同的工藝溫度。而且，考慮到籽晶層電鍍需要例如高密度成核位置、光滑形貌、在很早的階段成為連續膜(＜幾百_)以及成為共形層，電鍍器具也會不同。在籽晶層上進行的後續電鍍需要高電鍍速率、單晶結構、特定的晶粒取向以及沒有空穴的間隙填注。
清潔工藝可在不同的室中進行，以替代在一個室中清潔晶片。清潔工藝可包括幾個步驟，每個步驟使用不同的溶液或不同的溶液濃度，或使用不同的器具。機器人可倒轉懸掛在框架301的頂部，以替代把機器人322安裝在框架301的底部。
電鍍槽的數量和清潔／乾燥室的數量可從1到10，以取代五個電鍍槽和五個清潔／乾燥室的設置，如下表所示。 優選的範圍如上表陰影所示。
圖54A-54C為根據本發明的、在半導體晶片上電鍍導電膜的電鍍系統另一實施例的示意圖。圖54A-54C實施例與圖52A-52C實施例相似，不同之處在於盒320由機器人323上下移動。盒320的位置上下移動來匹配機器人的位置，使得當機器人322從盒320提取未處理的晶片或把已電鍍乾燥晶片放回盒320時不需要在Z方向移動。這增加了機器人的傳送速度。
圖55為根據本發明的、在半導體晶片上電鍍導電膜的電鍍系統另一實施例的示意圖。圖55與圖52A-52C實施例相似，不同之處在於機器人322自身可在X方向移動。以這種方式，機器人不需要繞Z軸旋轉的功能。
圖56為根據本發明的、在半導體晶片上電鍍導電膜的電鍍系統另一實施例的示意圖。圖56系統與圖52A-52C實施例相似，不同之處在於電鍍槽和清潔／乾燥室放在一個圓筒內。與圖52實施例相比較，本系統的臺面面積減小；然而其生產率降低。
圖57A-57C為根據本發明的、在半導體晶片上電鍍導電膜的電鍍系統另一實施例的示意圖。它包括三列電鍍槽和清潔／乾燥室、可線性移動的機器人322、顯示屏340、兩個層疊盒、管路箱330以及電解液容器。電鍍工藝步驟與圖52A-52C實施例所描述的相似。
圖58A-58C為根據本發明的、在其上有阻擋層或薄籽晶層的基片上直接電鍍導電膜的設備另一實施例的示意圖。電鍍槽包括置於管109內的陽極棒1以及分別置於圓柱壁107和105、103和101之間的陽極環2和3。陽極1、2和3分別由電源13、12和11供電。在電鍍工藝中每個電源輸送的電荷分別由電荷計11A、12A和13A監視。電解液34由泵33抽出穿過過濾器32到達液體質量流量控制器(LMFC)21、22和23的入口。接著LMFC 21、22和23分別以設定的流量傳送電解液到包含陽極3、2和1的子電鍍槽。在流過晶片31和圓柱壁頂部之間的間隙後，電解液分別通過圓柱壁100和101、103和105、107和109之間的空間反饋回容器36。壓力洩漏閥38置於泵出口和電解液容器36之間，當LMFC 21、22和23關閉時讓電解液排回容器36。槽溫度由加熱器42、溫度感應器40和加熱器控制器44控制。由晶片夾盤29夾住的晶片31連接到電源11、12和13。機構30用於繞Z軸以速度ωzl旋轉晶片31，並在x、y和z方向振蕩晶片31。LMFC為耐酸或耐腐蝕、且無汙染型的質量流量控制器。為了獲得低顆粒填充的電鍍工藝，過濾器32應過濾大於0．05或0．1μm的顆粒。泵33應為耐酸或耐腐蝕、且無汙染的泵。圓柱壁100、101、103、105、107和109由電絕緣材料製成。該材料也耐酸或耐腐蝕、不溶於酸、為不含金屬的材料例如特弗隆(聚四氟乙烯)、CPVC、PVDF、或聚丙烯。
16．在阻擋層或超薄籽晶層上直接電鍍導電膜的工藝步驟步驟1接通電源11。
步驟2隻打開LMFC 21，以便電解液只接觸到晶片在陽極3之上的部分。正金屬離子會電鍍到晶片31在陽極3之上的區域上。
步驟3當導電膜的厚度達到設置值或厚度時，進行步驟4而且電源11和LMFC 21處於打開狀態。
步驟4對陽極2重複步驟1-3(LMFC 22和電源12)進行步驟5而且電源11、12以及LMFC 21和22處於打開狀態。
步驟5對陽極1重複步驟4(LMFC 23和電源13)。當整個晶片上的膜厚達到設置值時，同時關閉所有電源和LMFC。
在以上電鍍工藝中，電源可以DC模式、或脈衝模式、或DC脈衝混合模式操作。圖59示出在籽晶層電鍍過程中每個電源的開／關序列。在完成步驟3後，電源11的輸出電壓可減小到沒有電鍍和鍍層去除在陽極3之上的晶片部分發生的水平。而且在完成步驟3和4後，電源11、12的輸出電壓可減小到這樣一個水平，使在時間T3、T2和T1中輸送到陽極3、2和1的總電荷滿足以下要求Q3／(陽極3之上面積)=Q2／(陽極2之上面積)=Q1／(陽極1之上面積)=預設值此處Q3為在整個電鍍工藝過程中輸送到陽極3的總電荷，Q2為輸送到陽極2的總電荷，而Q1為在整個電鍍工藝過程中輸送到陽極1的總電荷。
電荷監視器11A、12A和13A用作原位厚度監視器。例如因任何電源波動引起的電荷變化可反饋回計算機。計算機可通過調節相同電源輸送的電流或通過調節電鍍時間來糾正該變化。
上述工藝的好處是在整個電鍍工藝過程中沒有發生鍍層去除。此種鍍層去除會引起額外的厚度變化，並可引起電鍍薄膜的腐蝕。
圖60A-60B示出根據本發明的、用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖60A-60B實施例與圖58A-58B實施例相似，不同之處在於每個流道的輸出由多個小噴嘴800承擔。那些噴嘴會增強膜的均勻性。
圖61示出示出根據本發明的、用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。電鍍槽88由機械裝置(未示出)旋轉形成電解液拋物面。陽極804設置在槽88內並連接到電源806。晶片夾盤29在x、y和z運動方向受到驅動並繞z軸旋轉。
17．在阻擋層或超薄籽晶層上直接電鍍導電膜的工藝步驟步驟1輸送電解液到槽800。
步驟2以ωz2速度繞z軸旋轉槽800，在電解液頂部形成拋物面。
步驟3接通電源806。
步驟4以一定速度向下移動夾盤直到整個晶片表面與電解液接觸。旋轉角度或傾斜角度在0-180°的範圍內。夾盤向下移動的速度決定初始膜厚分布。該初始厚度分布在隨後的電鍍過程中影響晶片上的電勢。
步驟5當膜達到預設值時，關閉電解液泵、電源，以及驅動槽800的驅動裝置。
在上述工藝中，夾盤可以繞z軸旋轉進一步增強膜的均勻性。夾盤的旋轉方向優選與槽800的方向相反。
圖62和63示出根據本發明的、用於電鍍導電膜的設備的另兩個實施例。圖62和63的實施例與圖61的相似，不同之處在於單個陽極由多個陽極取代。位於槽邊緣的絕緣壁高度比位於槽中心的更高。這兩個實施例的優點是提供控制晶片上膜均勻性的輔助變量。
圖64和65示出根據本發明的、用於電鍍導電膜的設備的另兩個實施例。圖64和65的實施例與圖62和63的相似，不同之處在於位於槽中心的絕緣壁高度與位於槽邊緣的相同。
圖66示出根據本發明的、用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖66的實施例與圖61的相似，不同之處在於夾盤29可以繞y軸或x軸旋轉，以使只有晶片的外圍部分與電解液接觸。旋轉角度或傾斜角度在0-180°的範圍內。
18．在阻擋層或超薄籽晶層上直接電鍍導電膜的工藝步驟步驟1輸送電解液到槽800。
步驟2以θy角度繞y軸旋轉夾盤29。
步驟3以ωz1速度繞z軸旋轉夾盤29。
步驟4接通電源806。
步驟5以一定速度向下(z軸)移動夾盤29，直到整個晶片表面與電解液接觸。夾盤向下移動的速度決定初始膜厚分布。該初始厚度分布在隨後的電鍍過程中影響晶片上的電勢。
步驟6當膜達到預設值時，關閉電解液泵、電源以及驅動夾盤29的驅動裝置。
在工藝步驟5中，在晶片被電解液完全接觸到之後，晶片夾盤可繞y軸旋轉以使之水平。這會增強膜的均勻性。
圖67和圖68示出根據本發明的、用於電鍍導電膜的設備的另兩個實施例。圖67和68的實施例與圖66的相似，不同之處在於單個陽極被多個陽極取代。這兩個實施例的優點是提供控制晶片上膜均勻性的輔助變量。
圖69示出根據本發明的、用於電鍍導電膜的設備的另一實施例。圖69實施例為圖61和圖66實施例的結合。此實施例的優點是提供控制晶片相對電解液表面的位置的輔助變量。
19．在阻擋層或超薄籽晶層上直接電鍍導電膜的工藝步驟步驟1輸送電解液到槽800。
步驟2以θy角度繞y軸旋轉夾盤29。
步驟3以ωz1速度繞z軸旋轉夾盤29。
步驟4以ωz2速度繞z軸旋轉槽800在電解液頂部形成拋物面。
步驟5接通電源806。
步驟6以一定速度向下(z軸)移動夾盤29，直到整個晶片表面與電解液接觸。夾盤向下移動的速度決定初始膜厚分布。該初始厚度分布在隨後的電鍍過程中影響晶片上的電勢。
步驟7當膜達到預設值時，關閉電解液泵、電源以及驅動槽800和夾盤29的驅動裝置。
在工藝步驟6中，在晶片被電解液完全接觸到之後，晶片夾盤29可繞y軸旋轉以使之水平。這會增強膜的均勻性。
圖70和71示出根據本發明的、用於電鍍導電膜的設備的另兩個實施例。圖70和71的實施例與圖69的相似，不同之處在於單個陽極被多個陽極取代。這兩個實施例的優點是提供控制晶片上薄膜均勻性的輔助變量。
對本領域技術人員應該清楚，可以對本發明所述的形式和細節進行各種變化。這些變化都應包括在後附權利要求的精神和範圍內。
權利要求
1．一種在基片表面上電鍍薄膜到所需厚度的方法，其中包括下列步驟在基片表面的第一部分上電鍍薄膜到所需厚度；以及至少在基片表面的第二部分上電鍍薄膜到所需厚度，以在基片上獲得所需厚度的連續膜。
2．如權利要求1所述的方法，其中所需厚度是基片上的薄膜的連續籽晶層的厚度。
3．如權利要求2所述的方法，其中進一步包括以下步驟在連續籽晶層上電鍍另一厚度，以得到第二均勻厚度的連續膜，該第二均勻厚度大於基片上的籽晶層的所需厚度。
4．如權利要求3所述的方法，其中基片第一部分上的薄膜是如下電鍍的使電解液流到基片表面第一部分並施加電鍍電流到基片第一部分上，電鍍薄膜直到膜達到所需厚度；對基片至少第二部分重複電解液流動和電鍍電流流動的步驟，在基片第二部分上電鍍薄膜到所需厚度；以及使電解液流向基片第一部分和至少第二部分，施加電鍍電流到至少第二部分，直到獲得第二均勻厚度。
5．如權利要求4所述的方法，其中通過向基片第一和第二部分的電鍍電極獨立地提供電鍍電流，在基片第一和第二部分上電鍍薄膜。
6．如權利要求5所述的方法，其中電解液獨立地流向基片第一和第二部分。
7．如權利要求1所述的方法，其中基片第一和第二部分上的薄膜是如下電鍍的使電解液同時流到基片第一和第二部分，並分別向第一和第二部分的電鍍電極施加電鍍電流。
8．如權利要求7所述的方法，其中還包括以下步驟向基片第一部分提供足夠電流，以免在基片第一部分上的膜達到所需厚度之後，向基片第二部分施加電鍍電流時發生鍍層去除。
9．如權利要求7所述的方法，其中還包括以下步驟向基片第二部分提供足夠電鍍電壓，以免在向基片第一部分施加電鍍電流時發生鍍層去除。
10．如權利要求7所述的方法，其中還包括以下步驟在基片第一部分上的膜達到所需厚度之後，在向基片第二部分施加電鍍電流時把基片第一部分移出電解液。
11．如權利要求1所述的方法，其中基片第一和第二部分上的薄膜是如下電鍍的在基片第一部分上電鍍薄膜時使電解液流到基片第一部分，在基片第二部分上電鍍薄膜時使電解液同時流到基片第一和第二部分。
12．如權利要求11所述的方法，其中還包括以下步驟提供足夠電鍍電壓到基片第一部分，以免在基片第一部分上的膜達到所需厚度之後，在向基片第二部分施加電鍍電流時發生鍍層去除。
13．如權利要求1所述的方法，其中基片第一和第二部分上的薄膜是如下電鍍的藉助移動可移動的噴射陽極靠近基片第一部分使電解液只流到基片第一部分，且藉助移動可移動的噴射陽極靠近基片第二部分使電解液只流到基片第二部分。
14．如權利要求1所述的方法，其中還包括以下步驟把基片表面浸入電解液中，通過分別移動可移動的噴射陽極靠近基片第一部分且移動可移動的噴射陽極靠近基片第二部分，進行基片第一和第二部分上膜的電鍍。
15．如權利要求1所述的方法，其中當在基片第二部分上電鍍薄膜時繼續在基片第一部分上電鍍薄膜。
16．如權利要求15所述的方法，其中基片第一和第二部分上的薄膜是如下電鍍的在基片第一部分上電鍍薄膜時使電解液流到基片第一部分上，且在基片第一和第二部分上同時電鍍薄膜時使電解液同時流到基片第一和第二部分。
17．如權利要求16所述的方法，其中在基片第一和第二部分上電鍍薄膜到所需厚度以得到連續籽晶層，該方法還包括以下步驟在連續籽晶層上電鍍另一厚度得到第二均勻厚度的連續膜，該第二均勻厚度大於基片上籽晶層的所需厚度。
18．如權利要求1所述的方法，其中基片第一和第二部分上的薄膜是如下電鍍的在基片第一部分上電鍍薄膜時使電解液只流到基片第一部分，且在基片第二部分上電鍍薄膜時使電解液同時流到基片第一和第二部分。
19．如權利要求18所述的方法，其中還包括以下步驟提供足夠電鍍電壓到基片第一部分，以免在基片第一部分上的膜達到所需厚度之後，在向基片第二部分施加電鍍電流時發生鍍層去除。
20．如權利要求19所述的方法，其中在基片第一和第二部分上電鍍薄膜到所需厚度以得到連續籽晶層，該方法還包括以下步驟在連續籽晶層上電鍍另一厚度得到第二均勻厚度的連續膜，該第二均勻厚度大於基片上籽晶層的所需厚度。
21．如權利要求1所述的方法，其中基片第二部分與基片第一部分是相鄰接的。
22．如權利要求1所述的方法，其中基片為半導體晶片。
23．如權利要求22所述的方法，其中半導體晶片為矽晶片。
24．如權利要求23所述的方法，其中在矽晶片上有阻擋層。
25．如權利要求24所述的方法，其中阻擋層為鈦、氮化鈦、鉭或氮化鉭。
26．如權利要求24所述的方法，其中半導體晶片還包括在阻擋層上的籽晶層。
27．如權利要求26所述的方法，其中半導體晶片上靠近外圍的區域上的籽晶層更厚，而內部區域上的籽晶層更薄。
28．如權利要求22所述的方法，其中在半導體晶片上集成電路內薄膜包含內部連線。
29．如權利要求28所述的方法，其中內部連線為金屬鑲嵌(damascene)結構。
30．一種在基片上電鍍薄膜的設備，其中包括定位基片使之與電鍍電解液接觸的基片夾具；至少一個向基片提供電鍍電流的陽極；至少兩個連接的流量控制器，用於提供與基片接觸的電解液；與所述至少一個陽極和所述至少兩個流量控制器結合的控制系統，用於向基片連續部分提供電解液和電鍍電流組合，通過在基片的連續的各部分上電鍍薄膜而在基片上形成連續的均勻厚度的膜。
31．如權利要求30所述的設備，其中所述至少一個陽極包括至少兩個由絕緣壁分隔開的陽極，所述至少兩個陽極中的每一個都被這些絕緣壁包圍。
32．如權利要求31所述的設備，其中每個陽極的絕緣壁的高度相同。
33．如權利要求31所述的設備，其中每個陽極的絕緣壁的高度不同。
34．如權利要求31所述的設備，其中貼近基片中心的每個陽極的絕緣壁比貼近所述基片邊緣的每個陽極的絕緣壁更高。
35．如權利要求31所述的設備，其中貼近基片中心的每個陽極的絕緣壁比貼近所述基片邊緣的每個陽極的絕緣壁更低。
36．如權利要求31所述的設備，其中所述至少兩個流量控制器是分離的閥，用於有選擇性地向基片與所述至少兩個陽極中的每一個相鄰的部分提供電鍍電解液，該設備還包括與獨立的閥結合的泵至少一個。
37．如權利要求36所述的設備，其中至少一個泵包括兩個泵。
38．如權利要求36所述的設備，其中還包括與至少一個泵的出口結合的壓力洩漏閥。
39．如權利要求36所述的設備，其中閥為液體質量流量控制閥。
40．如權利要求31所述的設備，其中至少一個控制系統設置為有選擇性地向所述至少兩個陽極提供電鍍電流。
41．如權利要求31所述的設備，其中還包括多個設置為向基片的連續部分提供電解液的電解液流道。
42．如權利要求41所述的設備，其中所述多個電解液流道中的每一個有進口和多個面向所述基片夾具的噴嘴。
43．如權利要求41所述的設備，其中兩個相鄰的電解液流道包括至少一個在兩個相鄰電解液流道之間的電解液迴路。
44．如權利要求30所述的設備，其中所述基片夾具可以上下移動以調節所述基片和所述陽極之間的間隙。
45．如權利要求30所述的設備，其中所述基片夾具在電鍍過程中在水平方向上是可振蕩的。
46．如權利要求30所述的設備，其中所述基片夾具在電鍍工藝過程中可繞與基片垂直的軸旋轉。
47．如權利要求30所述的設備，其中還包括在電鍍工藝過程中保持所述電解液為常溫的溫度控制器件。
48．如權利要求30所述的設備，其中還包括與所述至少兩個流量控制器結合的容器和過濾器，以在電鍍工藝過程中循環電解液。
49．如權利要求30所述的設備，其中所述控制系統包括至少兩個在恆定電流模式中可操作的DC電源。
50．如權利要求30所述的設備，其中所述控制系統包括至少兩個在恆定電壓模式中可操作的DC電源。
51．如權利要求50所述的設備，其中至少兩個DC電源在恆定電壓模式和恆定電流模式中均可操作。
52．如權利要求30所述的設備，其中所述控制系統包括至少兩個脈衝電源。
53．如權利要求52所述的設備，其中至少兩個脈衝電源在雙極脈衝、變形的正弦波、單極脈衝、脈衝換向、脈衝上的脈衝或雙工脈衝模式中均可操作。
54．如權利要求52所述的設備，其中所述至少兩個脈衝電源在相位移動模式中是可操作的。
55．如權利要求30所述的設備，其中所述控制系統包括至少一個電荷監視器以測量電鍍薄膜的厚度。
56．如權利要求55所述的設備，其中所述控制系統包括基於從至少一個電荷監視器輸入的厚度來控制在基片上電鍍薄膜的厚度均勻性的軟體。
57．如權利要求30所述的設備，其中所述至少一個陽極為圓形、橢圓形或多邊形。
58．如權利要求57所述的設備，其中多邊形為三角形、正方形、矩形或五邊形。
59．如權利要求57所述的設備，其中所述陽極包括至少兩個其位置設置得形成圓形、橢圓形或多邊形的子陽極。
60．如權利要求59所述的設備，其中子陽極彼此電絕緣。
61．如權利要求30所述的設備，其中所述控制系統還包括在基片部分上進行連續的薄膜電鍍後檢查薄膜連續性的邏輯表。
62．如權利要求30所述的設備，其中還包括多個電解液流道，且所述至少兩個流量控制器中的每一個包括閥和所述多個電解液流道中一個的出口。
63．如權利要求62所述的設備，其中每個閥和出口相對於基片中心呈徑向設置。
64．如權利要求62所述的設備，其中所述多個流量控制器中的每一個還包括液體質量流量控制器和泵，而且所述控制系統設置為在位於由一個流量控制器控制的流道出口之上的所述基片部分上電鍍薄膜時關閉一個流量控制器的閥。
65．如權利要求62所述的設備，其中所述至少一個陽極為單個電極。
66．如權利要求62所述的設備，其中所述至少一個陽極包括至少兩個電連接的電極，每個電極位於所述多個電解液流道中的不同流道內。
67．一種在基片上電鍍薄膜的設備，其中包括定位基片使之與電鍍電解液接觸的基片夾具；至少兩個向基片提供電鍍電流的陽極；至少一個流量控制器，用於控制與基片接觸的電解液；至少一個與所述至少一個陽極和所述至少一個流量控制器結合的控制系統，用於向基片連續部分提供電解液和電鍍電流組合，通過在基片的各部分上連續電鍍薄膜而在基片上形成連續的均勻厚度的膜。
68．如權利要求67所述的設備，其中所述至少兩個陽極由絕緣壁分隔開，所述至少兩個陽極中的每一個都被這些絕緣壁包圍。
69．如權利要求67所述的設備，其中所述至少一個控制系統設置為有選擇性地向所述至少兩個陽極提供電鍍電流。
70．如權利要求67所述的設備，其中還包括多個設置為向基片連續部分提供電解液的多個電解液流道。
71．如權利要求70所述的設備，其中所述多個電解液流道中的每一個都有多個面向所述基片夾具的噴嘴。
72．如權利要求67所述的設備，其中至少一個流量控制器為至少一個質量流量控制器。
73．一種在基片上電鍍薄膜的設備，其中包括定位基片使之與電鍍電解液接觸的基片夾具；至少一個向基片提供電鍍電流的陽極；至少一個流量控制器，用於控制與基片接觸的電解液，所述至少一個流量控制器包括至少三個圓柱壁，位於基片中心部分之下的第一圓柱壁向上伸展，且比位於基片第二部分之下的第二圓柱壁更靠近基片，該基片的第二部分比中心部分更靠近外圍；與所述基片夾具結合的驅動機構，用來驅動所述基片夾具上下移動以控制基片的一個或更多的部分與電解液接觸。至少一個與所述至少一個陽極和所述至少一個流量控制器結合的控制系統，用於向基片連續部分提供電解液和電鍍電流組合，通過在基片的各部分上連續電鍍薄膜而在基片上形成連續的均勻厚度的薄膜。
74．一種在基片上電鍍薄膜的設備，其中包括定位基片使之與電鍍電解液接觸的基片夾具；至少一個提供電鍍電流到基片的陽極；控制與基片接觸的電解液的流量控制器，所述至少一個流量控制器包括至少三個可朝著基片向上移動和遠離基片向下移動的圓柱壁，以調節基片和每個圓柱壁之間的間隙，控制基片的一個或更多的部分與電解液接觸；至少一個與所述至少一個陽極和所述流量控制器結合的控制系統，用於向基片連續部分提供電解液和電鍍電流組合，通過在基片的各部分上連續電鍍薄膜而在基片上形成連續的均勻厚度的薄膜。
75．如權利要求74所述的設備，其中所述至少一個陽極包括至少兩個陽極。
76．如權利要求75所述的設備，其中所述流量控制器還包括至少兩個用來控制電解液向基片不同部分流動的閥。
77．一種在基片上電鍍薄膜的設備，其中包括在電解液表面之上定位基片的基片夾具；至少一個向基片提供電鍍電流和電解液的可移動的噴射陽極，所述可移動的噴射陽極在與基片表面平行的方向上可移動；至少一個用來控制從所述可移動的噴射陽極流過的電解液的流量控制器。至少一個與所述可移動的噴射陽極和所述流量控制器結合的控制系統，用於向基片連續部分提供電解液和電鍍電流組合，通過在基片的各部分上連續電鍍薄膜從而在基片上形成連續的均勻厚度的薄膜。
78．如權利要求77所述的設備，其中所述基片夾具可繞與基片垂直的軸旋轉。
79．如權利要求77所述的設備，其中所述基片夾具可移動進入電解液使基片完全浸入到電解液中，並可從電解液中移動出來。
80．如權利要求77所述的設備，其中所述可移動的噴射陽極包括一個陽極和包圍該陽極的電解液流噴嘴。
81．如權利要求80所述的設備，其中所述可移動的噴射陽極還包括在噴嘴外部並環繞噴嘴的第二電極。
82．如權利要求81所述的設備，其中所述可移動的噴射陽極還包括環繞第二電極設置的絕緣壁、以及環繞絕緣壁設置的第三電極。
83．如權利要求77所述的設備，其中所述可移動的噴射陽極在平行於基片的直道上可移動。
84．如權利要求77所述的設備，其中所述可移動的噴射陽極在平行於基片的曲道上可移動。
85．如權利要求84所述的設備，其中所述曲道為螺旋軌道。
86．一種在基片上電鍍薄膜的設備，其中包括在電解液內部定位基片的基片夾具；至少一個可移動的向基片提供電鍍電流和電解液的噴射陽極，所述可移動的噴射陽極在與基片表面平行的方向上可移動；控制從所述可移動的噴射陽極流過的電解液的流量控制器。至少一個與所述可移動的噴射陽極和所述流量控制器結合的控制系統，用於向基片連續部分提供電解液和電鍍電流組合，通過在基片的各部分上連續電鍍薄膜而在基片上形成連續的均勻厚度的薄膜。
87．如權利要求86所述的設備，其中所述可移動的噴射陽極在平行於基片的直道上可移動。
88．如權利要求86所述的設備，其中所述可移動的噴射陽極在平行於基片的曲道上可移動。
89．如權利要求88所述的設備，其中曲道為螺旋軌道。
90．如權利要求86所述的設備，其中基片水平設置，在所述可移動的噴射陽極之下並與之相鄰。
91．如權利要求86所述的設備，其中基片垂直設置，與所述可移動的噴射陽極相鄰。
92．一種在基片上電鍍薄膜的設備，其中包括在電解液表面之上定位基片的基片夾具；與所述基片夾具結合的第一驅動機構，用於朝著和遠離電解液表面移動所述基片夾具以控制基片的一部分表面與電解液接觸。電解液槽；至少一個安裝在所述槽內的陽極；與所述槽結合的第二驅動機構，用於繞垂直軸旋轉所述槽使電解液表面成大致拋物面形狀；與所述第一和第二驅動機構以及所述至少一個陽極結合的控制系統，用於向基片連續部分提供電解液和電鍍電流組合，通過在基片的各部分上連續電鍍薄膜而在基片上形成連續的均勻厚度的膜。
93．如權利要求92所述的設備，其中還包括至少一個在電鍍過程中提供新鮮電解液的流量控制器。
94．如權利要求92所述的設備，其中所述至少一個陽極包括多個陽極。
95．如權利要求92所述的設備，其中進一步包括與所述基片夾具結合的第三驅動機構，用於繞與基片表面垂直的軸旋轉所述基片夾具。
96．一種在基片上電鍍薄膜的設備，其中包括在電解液表面之上定位基片的基片夾具；與所述基片夾具結合的第一驅動機構，用於朝著和遠離電解液表面移動所述基片夾具以控制基片的一部分表面與電解液接觸。與所述基片夾具結合的第二驅動機構，用於繞與基片表面垂直的軸旋轉所述基片夾具；與所述基片夾具結合的第三驅動機構，用於相對於電解液表面傾斜所述基片夾具；電解液槽；至少一個安裝在所述槽內的陽極；與所述第一、第二和第三驅動機構以及所述至少一個陽極結合的控制系統，用於向基片連續部分提供電解液和電鍍電流組合，通過在基片的各部分上連續電鍍薄膜而在基片上形成連續的均勻厚度的膜。
97．如權利要求96所述的設備，其中還包括至少一個在電鍍過程中提供新鮮電解液的流量控制器。
98．如權利要求96所述的設備，其中所述至少一個陽極包括多個陽極。
99．如權利要求96所述的設備，其中第三驅動機構設置為在大約0-180°傾角範圍內傾斜基片夾具。
100．如權利要求96所述的設備，其中還包括與所述槽結合的第四驅動機構，用於繞垂直軸旋轉所述槽使電解液表面成大致拋物面形狀。
101．一種在基片表面上電鍍薄膜到所需厚度的方法，其中包括提供多個層疊的電鍍組件和基片輸送機構；用基片輸送機構從基片夾具提取基片；用基片輸送機構把基片裝入第一個層疊的電鍍組件內；在第一個層疊的電鍍組件內向基片電鍍薄膜；用基片輸送機構把基片送回所述基片夾具。
102．如權利要求101所述的方法，其中還包括以下步驟在基片上電鍍薄膜之後，通過旋轉基片或把乾燥氣體引到基片上中的至少一種方法來乾燥基片。
103．如權利要求101所述的方法，其中多個電鍍組件中的至少第二個為清潔組件，該方法還包括以下步驟在電鍍後，用基片輸送機構從第一個層疊的電鍍組件中提取基片；把基片放入第二個層疊的電鍍組件中用於清潔；在第二個層疊的電鍍組件中清潔基片；以及在第二個層疊的電鍍組件中乾燥基片。
104．一種在基片上電鍍薄膜的自動化裝置，其中包括至少兩個以層疊關係設置的電鍍槽；至少一個基片夾具；基片輸送機構；支撐所述電鍍槽、所述基片夾具和所述基片輸送機構的框架；以及與所述基片輸送機構、基片夾具和所述電鍍槽結合的控制系統，用來在多個基片上連續進行均勻的薄膜澱積。
105．如權利要求104所述的自動化裝置，其中還包括與所述至少兩個電鍍槽以層疊關係設置的至少兩個清潔組件。
106．如權利要求104所述的自動化裝置，其中基片輸送機構包括可在x、y和z軸移動的套管部件。
107．如權利要求104所述的自動化裝置，其中所述基片輸送機構安裝在所述框架的底部。
108．如權利要求104所述的自動化裝置，其中所述基片輸送機構安裝在所述框架的頂部。
109．如權利要求104所述的自動化裝置，其中還包括至少第二套以層疊關係設置的電鍍槽以及至少兩個輔助的與所述第二套電鍍槽以層疊關係設置的清潔組件。
全文摘要
一種在其上有阻擋層的基片上直接電鍍導電膜的設備,包括:置於管(109)內的陽極棒(1)、分別放在圓柱壁(107,105)、(103,101)之間的陽極環(2和3)。陽極(1,2,3)分別由電源(13,12,11)供電。電解液(34)由泵(33)抽出通過過濾器(32)併到達液體質量流量控制器(LMFC)(21,22,23)的入口。然後LMFC(21,22,23)分別以設定的流量輸送電解液到包含陽極(3,2,1)的子電鍍槽。在流過晶片(31)和圓柱壁(101,103,105,107和109)頂部之間的間隙之後,電解液分別通過圓柱壁(100,101)、(103,105)、(107,109)之間的空間流回容器(36)。壓力洩漏閥(38)置於泵(33)出口和電解液池(36)之間,當LMFC(21,22,23)關閉時使電解液排回電解液池(36)。由晶片夾盤(29)固定的晶片(31)連接到電源(11,12,13)。驅動機構(30)用於繞z軸旋轉晶片(31)並在所示x、y、z方向振蕩晶片。過濾器(32)過濾大於0.1或0.2μm的顆粒以便獲得低顆粒填充的電鍍工藝。
文檔編號H01L21/288GK1290310SQ99802920
公開日2001年4月4日 申請日期1999年1月15日 優先權日1998年2月12日
發明者王暉 申請人:Acm研究公司