TW202208701A - 半導體處理中伴隨微粒污染減輕的電氧化金屬移除 - Google Patents

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TW202208701A
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electrolyte
metal
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卡里 索爾克森
史帝芬 Ｊ 班尼克二世
布萊恩 Ｌ 巴克羅
史蒂芬 Ｔ 邁爾
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美商蘭姆研究公司
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    • H01L2224/13138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/13001—Core members of the bump connector
    • H01L2224/13099—Material
    • H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/13157—Cobalt [Co] as principal constituent
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    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/13001—Core members of the bump connector
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    • H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/13164—Palladium [Pd] as principal constituent
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    • H01L2224/13001—Core members of the bump connector
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    • H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/13169—Platinum [Pt] as principal constituent
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    • H01L2224/13173—Rhodium [Rh] as principal constituent
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Abstract

在半導體基板上的電氧化金屬移除期間，對具有金屬層的基板施加陽極偏壓，並且金屬被電化學溶解於電解液中。金屬微粒(例如，當溶解的金屬係銅時為銅微粒)可能在電化學金屬移除期間無意中形成於基板的表面上，並且在後續的半導體處理期間造成缺陷。可藉由防止微粒形成及/或藉由將微粒溶解以減輕此等微粒的污染。在一實施例中，減輕操作涉及在電化學金屬移除期間使用包含氧化劑(例如過氧化氫)的電解液。在一實施例中，電化學金屬移除設備具有用於將氧化劑導入電解液的導管及用於監視電解液中之氧化劑濃度的感測器。

Description

半導體處理中伴隨微粒污染減輕的電氧化金屬移除
本發明係關於利用電化學金屬移除來改善金屬層之均勻度的設備與方法。在一實施例中，本發明係關於藉由伴隨化學微粒移除之電化學金屬移除而改善通遮罩電鍍特徵部之均勻度的設備與方法。
通遮罩電鍍(through mask electroplating)為在半導體裝置製造過程中於多個處理方案中形成金屬凸塊及柱體的方法。使用通遮罩電鍍之標準處理中的一者涉及下列步驟。首先，以薄導電晶種層材料(如Cu或Ni晶種層)塗覆基板(如具有平坦裸露表面的半導體基板)，其中薄導電晶種層材料可藉由任何適合的方法而沉積，例如物理氣相沉積(PVD)。接著，將非導電性的遮罩層(如光阻)沉積在晶種層上然後將其圖案化以界定凹陷特徵部，其中圖案化步驟使得每一凹陷特徵部之底部處的晶種層裸露。在進行圖案化之後，基板之裸露表面包含在場區域中的非導電性遮罩的部分及凹陷特徵部之底部處的導電晶種層。
接著，進行通遮罩電鍍(或在使用光阻的情況中進行通光阻電鍍)。在通光阻電鍍中，基板被置於電鍍設備中，以對晶種層建立電接觸，其大部分通常係在基板之周緣處。該設備容納陽極及包含欲電鍍之一或更多金屬之離子的電解液。基板受到陰極偏壓並被浸沒於電解液中，其中該電解液中的金屬離子在基板表面處受到還原，如方程式(1)中所示，其中M為金屬(如銅)而n為在還原期間被轉移的電子數。 Mn+ + ne → M0 (1)
由於導電晶種層僅於凹陷特徵部之底部處經暴露，因此電化學沉積僅在凹陷特徵部內發生而(在凹陷特徵部被金屬填滿之前)不會在場(field)上發生，這導致許多經金屬填充之凹部係嵌入在光阻層中。
在進行電鍍之後，藉由例如習知的濕式或乾式剝除方法移除遮罩，從而提供具有許多獨立的金屬凸塊或柱體之基板。
此處所提供之先前技術說明係為了大體上介紹本發明之背景。在此先前技術章節中所敘述之範圍內之本案列名之發明人的成果、以及在申請時不適格作為先前技術之說明書的實施態樣，皆非有意地或暗示地被承認為對抗本發明之先前技術。
藉由在電鍍步驟之後使用電化學金屬移除步驟，可改善被電沉積於通遮罩凹陷特徵部中之金屬層的均勻度。在電化學金屬移除(亦稱為電氧化金屬移除)期間，對半導體基板施加正偏壓並將其浸入電解液中，俾使金屬層的一部分電化學溶解於電解液中。對電化學金屬移除步驟的條件進行選擇以改善金屬層的均勻度。
金屬微粒可能在電氧化金屬移除期間形成於基板的表面上。具體而言，當銅被電化學移除時，金屬銅微粒(指零氧化態的銅)可能在基板表面上形成，並且可能干擾後續的基板處理。本文提供用於減輕此等微粒之污染的方法及設備(例如，用於防止微粒形成及/或用於溶解微粒)。在某些實施例中，藉由將氧化劑添加至電化學金屬移除期間所使用的電解液以減輕微粒的污染，其中氧化劑防止金屬微粒形成及/或將金屬微粒溶解。在某些實施例中，所提供之方法係用於改善經歷晶圓級圖案化(WLP)處理之基板的通光阻特徵部中之金屬層的均勻度。
在一態樣中，提供一種自半導體基板電化學移除銅的設備。在某些實施例中，該設備包含：(a) 一容器，其係配置以在自該半導體基板電化學移除銅的期間容納電解液和陰極；(b) 一半導體基板固持件，其係配置以固持該半導體基板，使得在自該半導體基板電化學移除銅的期間，該半導體基板的工作表面係浸沒於該容器中的該電解液中並與該陰極分離，其中該設備係配置以對該半導體基板施加陽極偏壓；以及(c) 一流體導管，其係配置以將氧化劑提供至該容器中的該電解液，其中該流體導管係與一氧化劑源流體連通。
在某些實施例中，該設備包含：連接至該流體導管的泵浦，其中該泵浦係配置以將該氧化劑從該氧化劑源朝該電解液的方向泵送；一流量計，其係配置以量測該氧化劑在該導管中的流量。
在某些實施例中，該流體導管係配置以使得該氧化劑係在該電解液被引導進入該容器並鄰近或遍及該半導體基板之後被提供至該電解液。在其他實施例中，該流體導管可經配置以使得該氧化劑係在該電解液被引導進入該容器並鄰近或遍及該半導體基板之前被提供至該電解液。
在某些實施例中，該電解液包含酸(例如磷酸)，且該設備亦包含一酸流體導管，該酸流體導管係配置以將該酸提供至該容器中的該電解液，其中該酸流體導管係與一酸源流體連通。
在某些實施例中，該氧化劑係選自由以下者所組成的群組：過氧化物、基於鹵素之氧化劑、臭氧、硝酸、過錳酸鹽、鐵離子(Fe3+ )、及基於鉻(VI)之氧化劑。在其他實施例中，使用過氧化氫作為該氧化劑。
在某些實施例中，該設備係配置以將該電解液橫向地注入該容器中，俾在該半導體基板附近產生電解液橫流。
在某些實施例中，該設備更包含一感測器，其係配置以量測該電解液中之該氧化劑(例如過氧化氫)的濃度。在某些實施例中，該感測器係位在該容器中。在某些實施例中，該設備係配置以在電化學移除銅的期間使該電解液流過該容器，且該感測器係位在該容器的下游。合適的過氧化氫感測器之實例包含分光光度感測器、以及電化學感測器。
在某些實施例中，該設備更包含具有程式指令的控制器，該等程式指令係配置以使該容器中的該氧化劑保持足夠的濃度以減輕銅微粒對該半導體基板的污染。
在某些實施例中，該控制器包含引致按預定時程表將該氧化劑間歇地添加至該電解液的程式指令。
在某些實施例中，該控制器包含引致響應於數據而將該氧化劑添加至該電解液的程式指令，其中該數據係自量測該氧化劑之濃度的感測器所接收。
在某些實施例中，該設備包含具有配置以引致下列步驟之程式指令的控制器：(i) 在低於臨界電位的電蝕刻狀態中自該半導體基板移除銅；(ii) 在步驟(i)之後，在高於該臨界電位的電拋光狀態中自該半導體基板移除銅；以及(iii) 至少在該電蝕刻狀態中移除銅之步驟的一部分期間，經由該流體導管將該氧化劑輸送至該電解液。在某些實施例中，該等程式指令係配置以在該電拋光狀態中移除銅的期間不引致該氧化劑輸送至該電解液。
在另一態樣中，提供一種用於處理半導體基板的方法，其中該方法包含：(a) 將具有一工作表面的半導體基板提供至配置用於電化學金屬移除的設備中，其中該工作表面包含複數通遮罩銅特徵部；以及(b) 藉由對該半導體基板施加陽極偏壓且同時使該半導體基板與包含氧化劑的電解液相接觸，自該等通遮罩銅特徵部電化學移除銅的一部分(例如俾改善銅層均勻度)，其中含氧化劑的該電解液防止在該半導體基板上形成銅微粒及/或將銅微粒溶解。在某些實施例中，該氧化劑係選自由以下者所組成的群組：過氧化物、基於鹵素之氧化劑、臭氧、硝酸、過錳酸鹽、鐵(Fe3+ )離子、及基於鉻(VI)之氧化劑。在一實施例中，該氧化劑為過氧化氫。在某些實施例中，在電化學移除銅的期間，該氧化劑將該電解液中的Cu+ 離子氧化。該方法亦可包含在電化學移除銅的期間量測該電解液中之該氧化劑的濃度。例如，該方法可包含：量測該電解液中之該氧化劑的濃度，並且調整該電解液中之該氧化劑的濃度以將該電解液中之該氧化劑的濃度維持在預先選定的範圍內。在某些實施例中，該電解液亦包含電解液磷酸及銅鹽。
在一實施例中，該氧化劑為過氧化氫，且該方法包含利用選自由以下者所組成之群組的方法來量測該電解液中之過氧化氫的濃度：分光光度量測法、電化學量測法、以及滴定法。
在某些實施例中，電化學銅移除步驟包含在電蝕刻狀態中電化學移除銅。在某些實施例中，利用包含氧化劑的電解液在電蝕刻狀態中電化學移除銅之後，在電拋光狀態中移除銅的另一部分，其中在該電拋光狀態中電化學移除銅的期間不將該氧化劑添加至該電解液。
在某些實施例中，在電化學移除銅之後，該方法接著進行(c) 將該半導體基板轉移至一電沉積設備，並且在通光阻銅特徵部中於銅上電沉積第二金屬。
在某些實施例中，該遮罩為光阻，且其中該方法更包含：將該光阻塗佈於該半導體基板；使該光阻曝光；將該光阻圖案化並將圖案轉移至該半導體基板；以及從該半導體基板選擇性地移除該光阻。
在另一態樣中，提供一種自半導體基板電化學移除銅的系統，其中該系統包含：(a) 一容器，其係配置以在自該半導體基板電化學移除金屬的期間容納電解液和陰極；(b) 一半導體基板固持件，其係配置以固持該半導體基板，使得在自該半導體基板電化學移除銅的期間，該半導體基板的工作表面係浸沒於該容器中的該電解液中並與該陰極分離，其中該設備係配置以對該半導體基板施加陽極偏壓；以及(c) 一沖洗機構，其係配置以在步驟(b)之後將一流體施加於該半導體基板的該工作表面，俾將電化學移除銅期間所產生的銅微粒去除。
在另一態樣中，提供一種自半導體基板電化學移除銅的系統，其中該系統包含：(a) 一容器，其係配置以在自該半導體基板電化學移除金屬的期間容納電解液和陰極；(b) 一半導體基板固持件，其係配置以固持該半導體基板，使得在自該半導體基板電化學移除銅的期間，該半導體基板的工作表面係浸沒於該容器中的該電解液中並與該陰極分離，其中該設備係配置以對該半導體基板施加陽極偏壓；以及(c) 一蝕刻機構，其係配置以在步驟(b)之後將一蝕刻劑施加於該半導體基板的該工作表面，俾將電化學移除銅期間所產生的銅微粒溶解。
在另一態樣中，提供一種用於處理半導體基板的方法，其中該方法包含：(a) 將具有一工作表面的半導體基板提供至配置用於電化學金屬移除的設備中，其中該工作表面包含複數通遮罩銅特徵部；(b) 藉由對該半導體基板施加陽極偏壓，自該等通遮罩銅特徵部電化學移除銅的一部分；以及(c) 在步驟(b)之後使該半導體基板與一化學銅蝕刻劑相接觸，俾將電化學移除銅期間所形成的銅微粒溶解。
在另一態樣中，提供一種用於處理半導體基板的方法，其中該方法包含：(a) 將具有一工作表面的半導體基板提供至配置用於電化學金屬移除的設備中，其中該工作表面包含複數通遮罩銅特徵部；(b) 利用電蝕刻狀態，藉由對該半導體基板施加陽極偏壓以自該等通遮罩銅特徵部電化學移除銅的第一部分，其中在該電蝕刻狀態中電化學移除銅的該部分導致銅微粒在該半導體基板的該工作表面上形成；(c) 使該半導體基板與一沖洗流體相接觸，俾將該半導體基板的該工作表面上的銅微粒去除；以及(d) 利用電拋光狀態，藉由對該半導體基板施加陽極偏壓以自該等通遮罩銅特徵部電化學移除銅的第二部分。
在另一態樣中，提供一種用於處理半導體基板的方法，其中該方法包含：(a) 將具有一工作表面的半導體基板提供至配置用於電化學金屬移除的設備中，其中該工作表面包含複數通遮罩銅特徵部；(b) 利用電蝕刻狀態，藉由對該半導體基板施加陽極偏壓以自該等通遮罩銅特徵部電化學移除銅的第一部分，其中在該電蝕刻狀態中電化學移除銅的該部分導致銅微粒在該半導體基板的該工作表面上形成；(c) 利用電拋光狀態，藉由對該半導體基板施加陽極偏壓以自該等通遮罩銅特徵部電化學移除銅的第二部分；以及(d) 在步驟(c)之後將一蝕刻劑施加於該半導體基板的該工作表面，俾將該半導體基板的該工作表面上的銅微粒溶解。
本發明之該等及其他特徵及優點係於下文中參照相關附圖而詳細描述。
在以下詳細敘述中，闡述許多特定實施例以提供對所揭示之實施例的全面瞭解。然而，熟知本技藝者當明白，所揭示之實施例可在缺乏該等特定細節的情況下實施或利用替代性的元件或處理實施。在其他的情況下，不詳細說明習知的處理、程序、及元件以免不必要地模糊所揭示之實施例的態樣。
提供用以改善半導體基板上之金屬層之均勻度的方法及設備。在本申請案中，用語「半導體晶圓」或「半導體基板」係指在其本體中任何處具有半導體材料的基板，應理解，半導體材料未必需為裸露的。半導體基板可包含形成在半導體材料上方的一或更多介電質及導電層。半導體裝置產業中所使用的晶圓通常為圓形的半導體基板。實例包含具有200 mm、300 mm、或450 mm之直徑的晶圓。以下的詳細敘述說明晶圓上的沉積與蝕刻。然而，所揭示之實施例不限於此。工件可具有各種形狀、尺寸、及材料。除了半導體晶圓外，可受惠於所揭示之實施例的其他工件包含各種物件如印刷電路板等。
本文中所提供的方法可用以改善各種金屬層(尤其係易適於電化學溶解的金屬如Cu、Ni、Co、Sn、及包含該等金屬的合金)的均勻度。在某些實施例中，利用所提供的方法將貴重金屬及包含該等金屬的合金(如Pd、Pt、Ag、Rh、Ru、Ir、及Au)電平坦化。可利用所提供之方法加以電平坦化之合金的一實例為錫銀合金(例如包含5原子%或更少之銀的合金)。
當對半導體基板施加陽極偏壓時，根據方程式(2)所示的反應而發生電化學溶解： M0 → Mn+ +  ne- (2)
用於電化學金屬移除的設備更包含電連接至電源的陰極，其中該設備係配置以在電化學金屬移除期間對陰極施加負偏壓。陰極自電解液還原金屬，其通常接著被電鍍在陰極表面及/或藉由自電解液還原質子而產生H2 。在某些實施例中，對陰極進行選擇俾在不會大幅還原金屬離子的情況下實質上僅產生H2 。在其他實施例中，對陰極進行選擇俾在不會產生H2 的情況下實質上僅還原金屬離子。在又其他的實施例中，可在陰極處發生大量的H2 生成及金屬離子還原。如本文中所使用，主要引起金屬離子還原以外之其他反應(如主要產生H2 )的陰極被稱為惰性陰極，而主要將金屬離子還原成金屬的陰極被稱為活性陰極。惰性陰極通常包含有助於催化氫生成的金屬，例如鉑。活性陰極通常可具有任何可鍍的表面，例如不銹鋼表面、銅表面等。應注意，處理條件(如電解液濃度及供至陰極的功率)可能影響氫生成與金屬離子還原反應之間的平衡。例如，當使用具有較高金屬濃度的電解液時，較有利於金屬離子還原。
用語「 電化學金屬移除」及「電化學回蝕」在本文中係可交換地使用且係指涉自受陽極偏壓之基板以電化學方式溶解金屬。本文中所用之「電平坦化」一詞為伴隨著任何類型之均勻度之改善(亦即，任何類型之金屬厚度變異(包括晶圓級、晶粒級、及特徵部級的厚度變異)的縮減)之電化學金屬移除的一般性用語。可在本文中將詳細討論的不同之「電蝕刻」及「電拋光」狀態中進行電化學金屬移除與電平坦化。
從上下文可明白，本文中所使用的用語「特徵部」可指涉基板上之未填充、經部分填充、或經完全填充的凹部。通遮罩特徵部指涉形成在介電遮罩層中(如光阻層中)之未填充、經部分填充、或經完全填充的凹陷特徵部，其中該遮罩層在後續欲被移除。通遮罩特徵部在底部處具有導電晶種層。換言之，具有未填充或經部分填充之通遮罩特徵部的基板包含暴露的非連續性金屬層及暴露的介電層，其中暴露的非連續性金屬層係藉由介電層下方的導電層而電連接。
在一態樣中，提供用於改善通遮罩特徵部之均勻度的設備及方法。雖然所提供的方法及設備尤其有利於改善非連續性金屬層(如通遮罩金屬特徵部)的均勻度且主要係針對通光阻特徵部說明，但其亦可被用於改善連續性金屬層的均勻度。在某些實施例中，該等方法涉及自在金屬層中具非均勻性的半導體基板電化學地移除金屬，其中電化學回蝕可改善例如晶粒內均勻度、特徵部內之均勻度、及晶圓內均勻度之其中至少一者，其中均勻度通常指涉金屬厚度的變異，而改善涉及減少至少一種類型之金屬厚度變異性。不若化學機械研磨(CMP)，所提供之電化學方法不仰賴於使用機械墊、與固體拋光儀器的物理接觸、及/或用於均勻度改善的研磨漿，而是在金屬移除期間利用電解液流體動力學特性、電解液組成、及特定電化學狀態之其中一或多者以達到均勻度改善。此處理的一個獨特特徵為，其能夠改善特徵部內、特徵部間、及全局的厚度均勻度，且同時特徵部在遮罩層內維持凹陷(例如在經部分填充之特徵部中)，因此該等特徵部不會受到類似CMP之機械研磨作用的影響。在某些實施例中，額外的有利特徵在於，沒有來自於與作用在基板之表面或特徵部上之固體拋光儀器相互作用的物理力。在彼此之間缺乏支撐材料的孤立特徵部上作用的研磨力會導致個別的柱體與線上的龐大機械剪切力，其通常會造成柱體與線在拋光處理中受到損害。
在製造具有各種尺寸之特徵部的各種封裝內連線(包括銅線、重佈線(RDL))及不同尺寸之柱體(包括微柱、標準柱及整合式高密度扇出(HDFO)及巨柱(megapillar))的期間，可進行通遮罩特徵部的均勻度改善。特徵部寬度可具有寬廣的範圍，且上述方法對於較大的特徵部尤其有用，例如寬度約1 - 300 µm的特徵部，如5 µm (RDL)至約200 µm (巨柱)。例如，在製造具有約20 µm之寬度之複數微柱的基板或具有約200 µm之寬度之複數巨柱的基板期間可使用上述方法。特徵部的深寬比可有所變化，且在某些實施例中為約1：2 (高度對寬度)至2：1及更高。
所提供的方法高度有利於將包含具有不同直徑與節距(亦稱為臨界尺寸(CD))之複數特徵部的基板平坦化。在某些實施例中，基板包含具有第一直徑之第一特徵部及具有不同的第二直徑(例如比第一直徑大至少10%、50%、或100%的直徑)之第二特徵部。在某些實施例中，上述方法係用於將具有深寬比不同之複數特徵部的基板電平坦化。例如，基板可包含具有第一深寬比的第一特徵部及具有不同的第二深寬比(例如第二深寬比第一深寬比至少大10%、50%或100%)之第二特徵部。在某些實施例中，基板可包含因基板上之下伏形貌的變異而具有不同有效深寬比的複數特徵部。例如，若基板包含設置在傾斜下伏表面上之深寬比為1：1的兩個特徵部，相較於位在較薄部分之表面上的特徵部，位在較厚部分之表面上的特徵部會是較高位勢的特徵部且具有較低的有效深寬比。在某些實施例中，將所提供的電平坦化方法用於因特徵部下方形貌的變異而具有較低位勢與較高位勢之特徵部(例如第一特徵部具有第一有效深寬比而第二特徵部具有不同的第二有效深寬比，舉例來說，第二有效深寬比可比第一有效深寬比大至少10%、50%、或100%)的基板上。本文中所用之「深寬比」一詞為一般性用語，其包含實際深寬比(高度對寬度的比例)及有效深寬比(自特徵部底部量測到場的最低平面所得之有效高度對寬度的比例)。
此外，所提供的方法特別適合將包含具有直徑變異性及深寬比變異性之特徵部的基板電平坦化。該等基板尤其難以利用習知的方法處理而達到期望的均勻度。在某些實施例中，該等方法係用於包含具有第一直徑與第一深寬比之第一特徵部及具有第二直徑與第二深寬比之第二特徵部的基板，其中第二直徑係不同於第一直徑(例如第二直徑比第一直徑大至少10 %、50 %或100%)且第二深寬比係不同於第一深寬比(例如第二深寬比比第一深寬比大至少10 %、50 %或100%)。在某些實施例中，該等方法係用於包含具有第一直徑與第一深寬比之第一特徵部、具有第二直徑與第二深寬比之第二特徵部、具有第三直徑與第三深寬比之第三特徵部、及具有第四直徑與第四深寬比之第四特徵部的基板，其中第二直徑係不同於第一直徑(例如第二直徑比第一直徑大至少10 %、50 %或100%)，且第四深寬比係不同於第三深寬比(例如第四深寬比比第一深寬比大至少10 %、50 %或100%)。
在某些實施例中，所提供的方法尤其有用於具有複數緻密特徵部及一或多個孤立特徵部的基板。例如，在某些實施例中，基板包含以第一距離與靠其最近的特徵部相間隔的第一特徵部(緻密特徵部)、以及以第二距離與靠其最近的特徵部相間隔的第二特徵部(孤立特徵部)，其中第二距離為第一距離的至少兩倍，例如至少三倍或至少五倍。距離係自第一或第二特徵部的中心量測至其對應相鄰特徵部的中心。此外，所提供的方法尤其有用於包含不同尺寸之特徵部的基板。例如，基板可包含具有第一寬度之第一特徵部及具有第一寬度的至少約1.1倍(例如至少1.2倍或至少2倍)之第二寬度的特徵部。在較不常見的情況中，第二寬度可為第二寬度的至少20倍或更大。具有不同寬度之特徵部之基板的一實例為具有複數WLP特徵部的晶圓，該複數WLP特徵部包含具有第一寬度之第一特徵部及寬度為第一特徵部的1.1 - 1.5倍之另一特徵部。具有可變寬度之特徵部之基板的另一實例為具有RDL圖案的基板，其中該圖案包含具有第一寬度之第一特徵部(例如線)及具有第二寬度之第二特徵部(例如墊)，其中第二寬度為第一寬度的多達20倍(例如介於約5 - 20倍之間)。例如，RDL圖案可包含5 µm 寬的線及100 µm寬的墊。
特徵部密度具有顯著變異性(例如特徵部緻密的區域及特徵部大致孤立的其他區域)的基板、以及帶有具不同寬度範圍之特徵部的基板尤其受惠於所提供的方法，因為在該等基板中，電鍍後金屬厚度分佈的變異性會因電鍍期間離子流分佈的變異性而加劇。
圖1A-1D針對具有孤立特徵部的基板顯示此問題，並提供一程序流程實例，其顯示在通遮罩電鍍中可能遭遇到的一種非均勻度類型，以及使用電氧化金屬移除方法以改善此等非均勻度。圖1A-1D顯示經歷處理之半導體基板之一部分的示意性橫剖面圖。圖2A為一程序流程圖，其顯示圖1A-1D中所繪示之程序的若干步驟。參照圖2A，該程序始於201，其提供具有通遮罩特徵部的基板。圖1A顯示一個此等基板100之一部分的橫剖面圖，其中該基板包含膜層101(如介電層，例如矽氧化物)，其具有位於其上的導電晶種層103(例如銅層)。應理解，膜層101可位於一或更多其他層(未圖示)上方，該一或更多其他層可包含黏著層或「黏層(stick layer)」(Ta、TaN、W、WN、Ti、TiN、TiW等)及半導體材料(如Si、Ge、SiGe等)。圖案化的非導電性遮罩層105(例如光阻)位於晶種層103上，且具有形成於遮罩中的複數凹陷特徵部俾使導電晶種層材料在凹陷特徵部的底部處暴露。該等特徵部被稱為通遮罩凹陷特徵部。圖1A顯示彼此相鄰設置的兩個凹陷特徵部107與108以及距離最近的凹部108一較大距離的孤立凹陷特徵部109。圖1A中所示之基板可藉由以下方式獲得：提供具有裸露的膜層101(如介電層)之半導體基板；藉由任何合適的方法將導電層沉積至該裸露的膜層上方(例如可藉由PVD沉積導電銅晶種層)；在晶種層上方沉積遮罩層(例如旋塗一光阻遮罩)，並利用例如微影技術將遮罩圖案化以界定出通遮罩凹陷特徵部107、108及109。凹陷特徵部的尺寸可根據應用而有所變化，且通常具有介於約5 - 250 µm之間的寬度及介於約1:2 - 15:1之間的深寬比。
接著，將金屬電鍍至凹陷特徵部中以填充凹陷特徵部(部分填充、完全填充、或過填充，其中過填充的電鍍有時被稱為「蕈型(mushroom)」電鍍，其係顯示於圖2B中)。由於導電晶種層材料連接所有的特徵部，且對於電流流動係相對於電解液之電阻率而具有較小的電阻(藉此在所有及每一凹陷特徵部的底部處適當地達到恆電位)，並且，由於孤立特徵部係更多地暴露於三維電解液環境，故孤立特徵部在電解液中對電流流通呈現出較低的電阻，因此相較於較緻密之凹陷特徵部107與108的區域，孤立的凹陷特徵部(例如凹部109)傾向為較高離子電流及電沉積之位置。此效應(被稱為「一次電流分佈負載效應(primary current distribution loading effect)」)係示意性地顯示於圖1A中。在電鍍期間，基板100係經由在晶圓側面處暴露且電連接至電源的晶種層103而受到陰極偏壓。基板被置放於與陽極相對的電鍍池中，且基板的工作表面被浸沒於電解液中，其中該電解液包含欲電鍍之金屬的離子且選用性地包含提高電解液導電率的酸。
電鍍溶液通常包含電鍍添加物，相對於無該電鍍添加物的情況，該電鍍添加物可修改表面反應動力學性質並且常有用於改善電流分佈(特徵部形狀及厚度分佈) (相對於一次電流分佈或電解液電阻主導的電流分佈而獲得改善)。圖1A中以箭頭示意性地顯示離子電流場的分佈。由於遮罩層105並非導電性的，故離子電流分佈主要會由基板表面上之導電晶種層103的裸露部分的分佈所支配。雖然不希望被限制於任何特定的模型或理論，但在無表面動力、均質反應、及質傳阻抗下的電流分佈係稱為一次電流分佈且係受到電場分佈之拉普拉斯方程式(3)所支配(其中
Figure 02_image001
為電解液中的電位且
Figure 02_image003
為拉普拉斯微分運算子(一函數之梯度的散度))。
Figure 02_image005
(3) 因此，對於較孤立的凹陷特徵部而言，預測109會比凹陷特徵部107與108經歷更大的離子電流通量。在許多情況中，使用電鍍添加物的目標在於解決和抵消此「負載」效應，但通常情況為，即使存在添加物，孤立特徵部仍以較高的速率進行電鍍。因此，這會導致在孤立的凹陷特徵部中有較高的電鍍速率，且會導致相較於較緻密的特徵部而在較孤立的特徵部中有更厚的金屬層，其會造成晶粒內非均勻度。亦針對其他目的而使用電鍍添加物，包括修改晶粒大小或修改表面的平滑度與光亮度。即便在電鍍期間採取措施(例如電鍍添加物的選擇)以改善電鍍均勻度，該等措施並非總會引致在可接受之沉積速率(或甚至極低的沉積速率)下的可接受或期望的均勻度程度，且通常期望或需要進一步地改善晶粒內均勻度。再者，較快的電沉積速率通常會導致厚度變異性增加，因為(除其他原因外)電鍍添加物阻礙電荷傳輸的效能及其補償上述一次電流分佈場效應的能力會隨著電流密度而減弱，且暴露的特徵部亦更多地被暴露於電解液之金屬離子源，因此其對質傳提供較小的阻力。因此，為了達到金屬層的目標均勻度，吾人通常必須在比期望之電鍍速率更慢的速率下進行電鍍。在某些情況中，在任何(甚至極低)的電鍍速率下皆無法達到目標均勻度。如本文所揭示的一種選擇為在較快的電鍍速率下進行電鍍然後利用本文所述的方法進行電平坦化。最終，在許多實施例中，利用所提供的方法，藉著電鍍並接著電平坦化可針對一給定的目標均勻度位準而達到較高的淨處理速率及工具產能。在其他情況中，利用本文所述的方法及設備，吾人可達到傳統純電鍍方法在任何電鍍速率(包括極慢的電鍍速率)下所無法達到的均勻度程度。
參照圖2A，在操作203中，將金屬電鍍至凹陷特徵部中達到高於最終目標金屬厚度的一位準，其中最快的特徵部填充與最慢的特徵部填充之間的電鍍速率比為R1。在說明特徵部填充比時所使用的金屬沉積速率與金屬移除速率係指時間平均速率。例如，在圖1B所示的基板中，特徵部係填充有金屬113(例如銅)達到大於目標位準115的一位準。在所繪示之實例中，最快的特徵部填充發生在孤立特徵部109中而最慢的填充發生在特徵部107中。自填充後取得的厚度比可判定該等特徵部之間的時間平均電鍍速率的比。超過目標位準的過度電鍍通常比目標電鍍厚度更大超過約10 %，例如比目標厚度更大約10 - 50 %之間。在後續的電化學移除步驟中，隨著在金屬移除期間改善均勻度，移除(犧牲)過度電鍍的金屬。過度電鍍的量取決於若干考量因素，其包括(但不限於)目標之特徵部間均勻度需求、期望的特徵部平坦度、操作成本及/或產能需求、及比值R1。
一般而言，電鍍步驟可在凹陷特徵部填充的各種位準處停止。在某些實施例中，電鍍後的基板包含經部分填充的特徵部，如圖1B所示。在某些實施例中，凹陷特徵部係經完全填充且可能甚至包含突出高於遮罩位準的所有或部分的金屬。在某些實施例中，電鍍後的突出金屬不會合併(橫向成長不充足)而形成相鄰特徵部之間的橋或基板之場區域上的連續性金屬層。然而，在某些實施例中，可將金屬沉積達以下程度或位準：在場區域上形成橫跨二或更多經填充之特徵部(例如在複數特徵部之間發生橋接)的連續性金屬層。此係例示於圖2B中所示的結構中，其中位於光阻213中且經由晶種層215電連接的特徵部207、209及211係經金屬過度填充以致於在每一特徵部上方形成蕈狀之金屬突出部217。又，金屬橋219係形成於兩個相鄰的蕈狀突出部217之間。在所示的實例中，該橋不會延伸至較孤立的特徵部211。
應注意，在電鍍之後，單一基板可包含不同類型的填充特徵部。例如，在某些實施例中，基板在電鍍之後可包含經部分填充及經完全填充的凹陷特徵部。在其他情況中，特徵部可彼此在幾何上有所不同(無論所填充的金屬量如何)，例如某些特徵部具有低於大致上起始基板平面的一或更多凹部(例如柱體內的介層窗)。圖2C顯示結合柱體221與位於柱體下方之介層窗223的特徵部。此外，某些特徵部可包含線與柱體的組合。此等組合式特徵部係顯示於圖2D中，其中線225係設置於介層窗227的上方。圖2C與2D提供在光阻移除之後的經填充特徵部的示意性側視圖。
更通常地，在電鍍步驟中，每一特徵部被填充至其初始凹陷深度的至少約50%。無論填充的量如何，該程序接著在操作205中在每一特徵部中電化學移除金屬並且在特徵部厚度之平均接近目標厚度位準之時停止電化學移除。相較於純電鍍處理，電化學移除處理改善了均勻度(減少厚度變異)，且電化學金屬移除處理係配置以使得在最快電鍍/填充之特徵部與最慢電鍍/填充之特徵部之間的金屬移除速率比值(被稱為R2)大於R1(同一對特徵部之間的金屬沉積(電鍍)比值)。此等R2＞R1之關係對於平坦化處理的成功係至關重要的，現將進行解釋。若R2等於R1，則最快電鍍之特徵部與最慢電鍍之特徵部之間的相對厚度將實質上不變(且所增加的處理係無用的，因為其無法達到任何厚度均勻度改善)。以一簡單的實例證明，吾人可設想最快電鍍之特徵部之電鍍速率為最慢電鍍之特徵部之電鍍速率的兩倍(R1 = 2)且目標厚度為20 µm。在此情況中，最快電鍍之特徵部會電鍍達2 x 20 = 40 µm的厚度，而最慢電鍍之特徵部會電鍍達1 x 20 =20 µm的厚度(在此例中我們允許較薄的特徵部達到目標厚度)。現在若吾人對特徵部進行更久的電鍍(如分別電鍍達2 x 25 = 50 µm及1 x 25 = 25 µm的厚度)且若R2 = R1 =2，則自該等特徵部的金屬移除會以相同的2比1之相對速率進行。具體而言，吾人自較薄的特徵部移除5 µm將厚度降至20 µm，而會自較快電鍍的特徵部移除2 x 5 = 10 µm。於是，相對於純電鍍的情況(分別為40 µm與20 µm)，在電化學移除後所獲得的最終特徵部將係不變的。當R2係小於R1時，透過採用電鍍接著進行電化學金屬移除處理的方式，特徵部之相對厚度差異會發散(變得更差或更大)。僅有在電化學金屬移除處理中金屬移除比值R2係大於先行的電鍍處理之R1時，淨處理才會導致較佳的厚度均勻度。因此，為了使該程序有用，R2/R1之比值應大於1，例如R2/R1應大於約1.1，例如大於約1.15。在某些需要高處理效率的情況中，R2/R1應大於約1.25。藉由配置一或更多參數以將R1最小化至儘可能地接近1.0及/或將R2最大化，可達到R1與R2之比值間的所需關係。例如，如上所述，在某些實施例中，可透過在電鍍溶液中使用某些可抵消一次電流分佈或歐姆場分佈效應之電鍍添加物，藉由改變特徵部之不同表面上的沉積動力學性質而減小R1。在某些實施例中，在包含可相對於R1*而減少R1之一或更多電鍍抑制劑及/或一或更多電鍍整平劑的溶液中進行電鍍，其中R1*為在缺乏此等添加物或缺乏其他用以減小R1*之措施的情況下所獲得的比值。雖然不欲受到任何模型或理論的限制，但R1*可被視為所謂的「一次電流分佈」的結果，電場分佈及電鍍電流分佈僅受到對各種裸露特徵部之相對離子電阻及暴露之調制。較孤立的特徵部傾向於更多地暴露於溶液並且具有較多離子路徑供電流電鍍於該等特徵部，因此傾向具有較低的電阻及較高的電鍍速率。在某些限制性的電化學情況中，一次電流分佈係受到拉普拉斯方程式的支配，如本文中於方程式3中所提供。
將R1*減少至R1(或藉由在電鍍步驟中加入添加物以使電流分佈比一次電流分佈更為均勻)的重要性可如下所示。若在受到電鍍的基板中，R1*為2且係如上所述地主要由離子電流場分佈所決定，則在後續的電化學移除期間，R2(由相同的場分佈所決定但沿相反方向)亦約為2(若未採取任何措施或沒有能使其增加的措施)。在此情況中，均勻度將不會有任何改善。如從拉普拉斯方程式可見，一次電流分佈不取決於電解液之比導電率(specific conductivity)或其他特性。因此，一次電流分佈(或針對此實例而言，R1*)總是不小於R2。如本文所提供，需要藉由例如使用表面電阻添加物以使R1*減小至R1。受到溶液與界面之結合電阻所支配的電流分佈被稱為二次電流分佈。應理解，其存在例外，在該例外情況中可藉由添加電鍍添加物以外之方法將R1*減小至R1。例如，一種此等方法為透過修改條件，使得原本電鍍最快之電鍍特徵部中的擴散或對流阻抗變得可觀或具主導性(稱為三次電流分佈)，因此該等原本因電場暴露而電鍍得較快的特徵部相較於經較少暴露之特徵部而具有更為相等的總阻抗、或甚至具有比經較少暴露之特徵部更高的質傳阻抗。然而，若因在電鍍期間添加抑制及/或整平添加物或因其他方法，使得R1相對於R1*而降低至1.5，則在R2等於2 的情況下進行的回蝕會導致較厚之孤立結構的較快蝕刻，並且會使得均勻度獲得改善。
圖1C中顯示操作205之後所形成的結構，其中可觀察到在全部三個特徵部107、108、及109中的金屬填充物113已被電化學回蝕至目標位準115，使得晶粒內均勻度獲得改善。如本文所將敘述，藉著使用不同的電化學狀態(regime)，可配置電平坦化的處理條件以改善均勻度控制。在某些實施例中，該方法涉及以電量方式決定電化學回蝕處理的結束或終點。當電鍍與回蝕處理具有近乎或等於100%之電流效率(電流效率為造成金屬沉積或移除之電流的分率)時，進行電量控制以在目標厚度處結束電鍍和回蝕至最終目標厚度係最容易且較有利地實施。在常見的硫酸/硫酸銅電解液中進行銅電鍍的情況中，電流效率為100%，但使用相同電解液之蝕刻處理通常遠低於100%(例如53%)且實際值係根據蝕刻速率、蝕刻溫度、主體溶液的濃度、流動/對流條件與時間而變化。因此，使用較佳的電鍍與電化學移除電解液，其具有參數上恆定且接近100%的電流與蝕刻/拋光效率(例如，至少約90%電流效率，如至少約95%電流效率)，如後述。電量方法涉及量測在金屬移除期間通過金屬移除池的電荷量並將此電荷量與過度電鍍超過目標位準期間通過電鍍池的電荷量進行比較。當電鍍處理與蝕刻處理兩者形成相同的電子態陽離子(例如，電鍍處理將銅自Cu+2 還原為Cu，且蝕刻處理在兩個電子步驟過程中將Cu氧化為 Cu+2 )時，一旦通過金屬移除池的電荷量超過一預定值(例如過度電鍍超過目標位準期間通過的電荷量)時可停止回蝕。
一旦完成電化學回蝕，即移除遮罩層105(例如可藉由光阻剝除而移除光阻)，並且如圖1D中所示地獲得具有複數金屬凸塊及/或柱體113的基板。在接續的蝕刻操作中可移除晶種層103。
可藉由本文所提供之方法改善的另一類型的均勻度為特徵部內之均勻度。此程序係由圖3A-3D中所示之示意性橫剖面結構及圖4所示之程序流程圖所例示。該程序始於401，提供具有通遮罩特徵部的基板。此基板係例示於圖3A中，其中通遮罩凹陷特徵部107係位於光阻層105中。接著，在圖4之403中，將金屬電化學沉積至凹陷特徵部中且高於目標位準115，如圖3B中所示。在此情況中，金屬填充物113在特徵部內係不平的，因為在特徵部的直徑範圍內有較厚部分及較薄部分。一般而言，特徵部內之非均勻度可表現為各種形狀，包括(但不限於)凸形圓頂特徵部(其中經電鍍之特徵部的中心比特徵部的周邊部分更厚)、凹形碟狀特徵部(其中經電鍍之特徵部的中心比特徵部的周邊部分更薄)、以及可包含複數小型突出部與凹部的粗糙特徵部。特徵部內之非均勻形狀的背後原因包括許多造成特徵部間之變異的相同因素(例如一次場效應(primary field effects)及非均勻的特徵部內流動循環)。該程序接著在操作405中電化學移除金屬的一部分達目標位準，並同時改善特徵部內之均勻度。所得之結構係如圖3C中所示，其中特徵部的形狀獲得改善且金屬填充物113係經平坦化至目標位準115。接著該程序可繼續以移除光阻，從而提供圖3D中所示之結構，其顯示出具有平坦的經平坦化上部之單一柱體113。
圖5A與5B分別例示晶粒內非均勻度與特徵部內非均勻度的正式計算。圖5A例示晶粒內(WID)非均勻度。在具有複數晶粒的晶圓上，針對每一晶粒而計算特徵部高度的全距(最高與最矮特徵部之間的差異)並將其除以2。基板上所有晶粒之該等半全距的平均值提供了WID非均勻度的量測值。圖5B例示特徵部內(WIF)非均勻度的計算。在具有複數特徵部的基板上，針對每一特徵部而計算一全距：特徵部之最厚部分與特徵部之最薄部分之間的差異。該等全距的平均值為特徵部內之非均勻度。雖然該等計算在圖5A與5B中係例示為應用於移除遮罩後之特徵部，但應理解，可類似地計算及/或估計遮罩移除之前的非均勻度。
有利地，本文所提供的方法不僅可用於單獨改善晶粒內均勻度或單獨改善特徵部內均勻度，還可用於同時改善兩者。例如，所發展出的電化學回蝕方法可用於將經填充之特徵部具有不同高度的基板平坦化，其中該等特徵部本身可具有厚度不規則性，例如凸形或凹形或粗糙表面。
又，本文所提供的方法可用以改善晶圓內(WIW)非均勻度。在某些實施例中，晶圓基板的某些區域可能經歷比所期望者更厚或更薄的電鍍。這可歸因於晶種層厚度及/或遮罩層厚度在晶圓上各處的變異、或者更一般性地可歸因於在最佳化設計電鍍處理或電鍍設備方面的不良或有限能力。此外，這可能發生在包含一晶粒(通常位於晶圓或基板的邊緣處)及與晶粒區域相鄰之無特徵部或無晶粒或無部分晶粒之區域的基板中。此幾何特徵可能導致「負載效應」及在無特徵部之區域附近的較厚電鍍情況。徑向及方位角之WIW非均勻度有時可以下列方式進行衡量：在晶圓直徑上、周邊附近、或整個晶圓上之複數位置處的晶粒中的單一特徵部類型上所量測到的厚度半全距。在該等情況中，所提供的電化學移除方法可成功地改善所電鍍之金屬的均勻度。在某些實施例中，所提供之方法可用於提供具有小於2%之WIF、小於3%之WID、小於2%之WIW、及其任何組合的基板。電化學金屬移除處理條件
本文中所提供的電化學金屬移除處理係配置以改善金屬層(連續性及非連續性兩者)之均勻度，且尤其適合用以改善通遮罩電鍍特徵部的均勻度，特別係具有非連續性裸露金屬層(當連續性金屬層被沉積於場上之前電鍍結束時)之特徵部的均勻度。此等基板包含經暴露之金屬的區域及經暴露之介電質(例如遮罩，如光阻)的區域，且表面上之金屬層的此等不連續性對電鍍及電化學金屬移除皆帶來某些挑戰。在某些實施例中，本文所提供的方法配置電化學回蝕期間晶圓表面處之電解液流體動力學以改善均勻度。在某些實施例中，該等方法配置電化學狀態(藉由控制基板處的電位及/或電流)以改善均勻度。在某些實施例中，該等方法配置電解液的組成以改善回蝕的均勻度。在某些實施例中，該等方法係提供用以在連續使用電化學金屬移除設備的期間將電解液成分維持在實質上恆定的濃度，使得可利用實質上相等的電解液依序處理大量晶圓基板(例如，大於約50片，如介於約100-5000片之間)，從而改善回蝕處理之晶圓間再現性。該等方法更可涉及在金屬移除期間分離、移除和稀釋在陰極處形成的氫或將金屬電鍍至陰極上。該等方法的此些特徵可分開使用或彼此結合使用。
本文所提供的電平坦化大體上涉及將具有裸露金屬層(連續性或非連續性)之基板的工作面浸沒至被容納於電平坦化設備中的電解液中，並且對基板施加陽極偏壓俾使金屬電化學地溶解於電解液中(如方程式(2)所示)，並同時配置用以改善裸露金屬層之均勻度(例如，用以改善晶粒內、晶圓內、及/或特徵部內之均勻度)的處理條件。利用電接觸件對基板施加陽極偏壓，該電接觸件係連接至基板之導電部分且係電連接至一電源。當基板包含通遮罩特徵部時，接觸係經由介電遮罩層下方之導電性連續晶種層。接觸通常(但並非必要)係在基板周緣處進行。電平坦化設備亦包含陰極相對電極，其可為活性陰極或惰性陰極。活性陰極的實例包含不銹鋼、鐵或鎳陰極，其在處理期間可藉由還原電解液中的金屬離子而輕易電鍍。例如，當銅從基板被去除並溶解於電解液中時，銅金屬層會沉積在活性陰極上。對於惰性陰極，所有或部分的還原處理會導致基板上之電平坦化處理所移除之金屬的還原反應以外的電化學反應，例如質子還原而在水性電解液中產生氫氣。在陽極處進行基板金屬移除處理期間在陰極處可發生金屬沉積及/或氫氣釋出。例如，當經移除的金屬為銅時，在受陽極偏壓的基板處發生反應(4) - (5)，且在陰極處發生反應(6) - (8)。 陽極反應： Cu0 (s) - e → Cu+ (4) Cu+ - e → Cu2+ (aq) (5) 陰極反應： Cu+ + e → Cu0 (s) (6) Cu2+ + e → Cu+ (7) 2H+ (aq) +2e → H2 (g) (8)
根據所提供之方法的一實施例，在金屬移除期間基板表面處的電解液流係配置以使得接觸基板之工作表面的電解液橫流存在。在電化學回蝕期間使用橫流能夠改善回蝕期間金屬層的均勻度，因為橫流能促進電解液往返特徵部的質傳。此方法的程序圖係顯示於圖6中。該程序始於 601，提供具有金屬層的基板。此方法可大體上用於各種基板，包括具有連續性與非連續性金屬層的基板。然而，其對於回蝕通遮罩電鍍特徵部尤其有用，其中基板具有經暴露之金屬(非連續性的)與經暴露之介電質，且其中金屬特徵部係藉由連續性晶種層而在經暴露之介電質下方電連接，如圖1B中所示。這大部分係歸因於介電材料所分隔開之特徵部之場負載效應的特徵部密度變異性與暴露效應差異的支配。作為連續導電性且互連之可電鍍或可蝕刻場之部分的凹陷特徵部(例如通常位於鑲嵌電鍍晶圓中)在擴散暴露時因場金屬的存在故不會經歷相同程度的可變電場濃度或變異。當該等處理在整個大致表面上進行時，電鍍或蝕刻在該等特徵部之間同時發生。被嵌在介電質中且彼此分離的特徵部在緻密與較不緻密之特徵部密集度的區域之間有遠遠更大程度的場與環境暴露之對比度。除了通遮罩特徵部之回蝕外，或與通遮罩特徵部之回蝕結合，橫流實施例針對以下情況尤其有用：通光阻電鍍並以快速且空間上均勻的移除速率(例如以至少約5 µm/分鐘的平均金屬移除速率)回蝕、以及自較大特徵部(例如寬度大於約100 µm)與較高深寬比之特徵部(例如深寬比大於2：1)回蝕，因為該等情況下對電解液質傳有較高要求。
再次參照圖6，該程序接著在603中對基板施加陽極偏壓並將基板浸沒至電解液中，並且在605中，提供與基板相接觸的電解液流、較佳係空間上均勻的電解液流、最佳係均勻的電解液橫流，以及自基板電化學地移除金屬並同時改善金屬層的均勻度。電解液橫流為沿著與基板之工作表面質實上平行之方向的電解液流。雖然不希望受到任何特定模型或理論的限制，但一般相信，當金屬特徵部係凹陷而低於介電質之平面(例如利用經遮蔽之通光阻電鍍，其中特徵部係經電鍍且低於光阻平面)時，表面上方之區域中的橫流會在遮罩開口凹陷空穴內產生循環的沖灌流動型態，其會引致增進的質傳作用與處理速率。本文所提供的電解液橫流係藉由基板旋轉以外的方法提供。應存在並非旋轉而亦促成該等流動之方法，且較佳係比旋轉更大程度地促成該等流動之方法。一般而言，僅進行旋轉的方式無法提供徑向均勻的傳輸流，例如其無法提供穿越基板中心的任何橫流，且其對於晶圓級的製程均勻度係有害的。當然，基板旋轉可促成一部分的橫流，但其主要係用以產生時間平均的均勻流場並增加晶圓周緣附近的流動。本文所提供之方法提供一橫流以使得穿越基板中心之流速(指涉緊鄰基板工作表面且穿越基板中心點之與基板表面平行的流向量)為至少約3 cm/秒(例如至少約5 cm/s、至少約10 cm/s、或至少約20 cm/s)。在某些實施例中，在整個電化學金屬移除處理期間提供該橫流。例如，在某些實施例中，應在進行電化學金屬移除處理的時間之至少50%或至少80%期間提供該橫流。例如，在某些實施例中，電解液橫流可藉由往復槳機構而產生，該往復槳機構可涉及在槳動作之方向改變之間的短暫空閒時間。
可使用各種方法產生電解液橫流，包括(但不限於)橫向注射電解液俾使電解液沿著與基板之工作表面實質上平行的方向進入池且靠近基板；利用各種流動轉向技術使流動轉向而產生或增加電解液流的橫向分量；利用活動元件(如往復槳或槳輪之動作)在池內產生橫流；及上述方式的任何組合。
圖7A例示用於產生橫流之流動轉向方法。在此實例中，引導電解液流向上朝向晶圓基板流動。電解液以向上移動的方式通過位於晶圓附近(如約10 mm內)之離子電阻性離子可滲透元件701，並進入由在底部處之元件的面向基板之表面、在頂部的晶圓之工作表面、及在側邊的流動轉向元件703所界定的擬腔室(pseudochamber)。流動轉向元件之壁部通常依循元件的周邊且具有一排放區域，該排放區域具有使電解液能夠離開擬腔室的一或更多開口，如箭頭所示。該排放區域係以方位角不對稱的方式設置，從而使得自該元件發出的電解液流轉向為以非零速度穿越晶圓中心點的電解液橫流。
圖7B例示利用橫向電解液注射及流動轉向之組合以獲得電解液橫流的一實例。在圖7B所示的實例中，電解液流向上通過元件701並且被流動轉向元件703轉向為橫流，但此外尚有電解液注射口705，其將電解液以實質上與基板表面平行之方式沿大體上朝向流動轉向器的排放區域之方向注射。
該等實例提供橫流生成之例示，但應理解，可使用其他的橫流生成方法。例如，在某些實施側中可能不需要離子電阻性離子可滲透元件的存在。
在某些實施例中，較佳係在利用橫流進行電化學金屬移除的期間旋轉晶圓。旋轉會改變金屬移除過程期間橫流向量的方向(若將晶圓上的一點作為參考點)，且因此會改善特徵部內均勻度。吾人發現，旋轉速率較佳應為緩慢的，且在某些實施例中，角旋轉速率應使得與基板邊緣相切的線速度Vθ 不會超過基板邊緣處的橫流速率。線速度係藉由方程式(9)而與角旋轉速率相關聯 Vθ = πDω                                                                                       (9) 其中D為基板直徑(如30 cm)且ω為角旋轉速率(以每秒比例轉數為單位)。例如，若橫過邊緣的橫流速率為10 cm/秒而晶圓的直徑為30 cm，則角旋轉速率應小於每秒0.106轉(即ω ＜10/(π × 30) = 每秒0.106轉)或小於約每分鐘6.4轉(rpm)。較佳地，角旋轉速率應大幅小於以此方式所推導出之速率(例如在以上實例中為2 rpm)，俾使角旋轉速率對晶圓邊緣與電解液橫流的相對線速度不會有顯著作用。晶圓的旋轉速率在某些實例中係介於約0.5 - 30 rpm之間，例如介於約0.5 - 12 rpm之間。電解液組成
在金屬移除期間所用之電解液為導電性液體，其通常包含酸，較佳係具有中等至高黏度(如大於約4 cP之黏度)的酸，如磷酸(H3 PO4 )、1-羥基亞乙基-1,1 二膦酸(HEDP)、及/或烷磺酸(如甲磺酸、乙磺酸或丙磺酸)。電解液可包含該等酸彼此的混合物及該等酸與其他酸(如硫酸或醋酸)的混合物。在某些實施例中，可在電解液中使用非酸性的增黏劑，如甘油或乙二醇。已發現甲磺酸的濃溶液對於某些金屬(如錫、銀、鉛、及該等金屬之合金，如SnAg合金)的移除處理尤其有用。雖然可使用各種酸，但磷酸與HEDP對於電化學移除銅、鎳、及鈷而言係較佳的，因為其成本低，且因為在電化學金屬移除期間使用該等酸可使自溶液生成的金屬銅、鎳或鈷微粒沉澱之情況最小化或不會造成該情況。相對地，例如在電化學銅移除期間使用硫酸可能導致形成大量的金屬銅微粒，一般相信該等金屬銅微粒之形成係因為金屬僅氧化為+1態的Cu+ 且隨後亞銅離子歧化為Cu2+ 和Cu0 金屬微粒。微粒的形成可能會造成基板上的缺陷及其他設備與製程困難，因此較佳應避免。黏性移除電解液可包含錯合劑，包括螯合劑，如有機膦酸鹽。
一般而言，在電解液中可與磷酸及/或HEDP結合使用的酸包含硫酸、甲磺酸、醋酸、過氯酸等。亦可使用該等酸的混合物。該等酸較適合用於移除銅以外的其他金屬，例如鎳、鈷、錫銀合金等。電解液中酸的濃度及溶液的黏度較佳應較高。例如，在某些實施例中，電解液包含濃度大於40重量%(例如大於45重量%，如介於40 – 65 重量%之間)的磷酸，且電解液的黏度係大於約4 cP，例如5 cP。
電解液亦可包含氧化劑(例如過氧化氫、或本文所討論的其他氧化劑)，俾藉由防止微粒形成及/或藉由溶解微粒而減輕金屬微粒的污染。在某些實施例中，電解液中氧化劑的濃度為1,000ppm或更低。
某些乙二醇(如甘油、丙二醇及乙二醇、及各種其他水溶性有機黏性化合物)可在各種可能合適的電解液中用作產生高黏度的基溶劑或添加物。該等材料不具導電性且通常與水及鹽或弱酸結合使用。此等溶液主要但不限於被用於偏好使用弱酸性(pH ＞1)或非酸性電解液溶液(包括具有錯合劑及螯合劑的溶液)的應用。此類電解液的其他成分包含導電性的酸或鹽(如胺基磺酸、硫酸鈉或硫酸銨、硫代硫酸鈉、四氟硼酸鈉)且可用於蝕刻金屬如Pd、Pt、Ag、Rh、Ru、Ir、及Au。
在某些實施例中，選擇電解液成分俾使其黏度隨著金屬離子濃度的增加而快速且顯著地增加(例如隨著金屬離子含量每兩倍的增加而增加大於20%，如大於30% )。隨著電化學金屬移除的進行，電解液中的金屬離子濃度在基板之工作表面附近會增加。若電解液係配置以使得此層的黏度亦隨著金屬離子濃度的增加而增加，則如上關於黏度與擴散率之間的關係的討論，鄰近表面之此層中的擴散會明顯減少，並且該過程會引致不同深度或高度的特徵部之內和之間的較佳均勻度。
分子之擴散係數與黏度之間的關係係由史托克-愛因斯坦(Stokes-Einstein)方程式(10)所提供，其中D 為擴散係數、kB 為波茲曼常數(Boltzmann constant)、T 為溫度、µ 為溶液的動黏度(長度平方除以時間之單位)、r 為原子的水合原子半徑。
Figure 02_image007
(10) 因此，當黏度增加時，擴散作用會根據方程式(11)而減慢。
Figure 02_image009
(11)
不欲受限於特定理論，一般相信，當在黏度會隨著受拋光之金屬之濃度而增加的溶液中進行電拋光時，擴散速率會隨著金屬表面附近的金屬含量增加而減少，直到在電解液中之其與金屬表面之界面附近形成質傳限制層，其限制了拋光處理的質傳速率。質傳層亦在較少暴露的區域和受限的空間區域中更完整或更有效地形成。本文所述之基於磷酸與HEDP的電解液會滿足金屬濃度相依的黏度變化之需求。
在許多實施例中，金屬移除處理期間的目標電解液黏度較佳係至少約4厘泊，如介於約5 - 12厘泊之間。在某些實施例中，針對較小特徵部(例如寬度小於約100 µm(如2 - 60 µm)的特徵部)的電平坦化及/或針對改善特徵部內均勻度，較高的黏度(如7 - 12厘泊)係較佳的。在電平坦化較大特徵部的期間(尤其係當需要較高的金屬移除速率時)，可使用相對較低的黏度(如4 - 7厘泊)。
雖然在某些實施例中，在金屬移除處理開始時，電解液係實質上無金屬的，但已發現從每次金屬移除處理開始時即包含受移除之金屬的金屬離子作為電解液的一部分係有利的。當處理開始時包含金屬離子時，處理的穩定度與再現性較佳，因為可避免在處理開始時金屬離子濃度的巨大波動(以及相關的黏度與擴散係數的巨大波動，如以上討論與方程式所連結)。這尤其適合於在一基板及接續處理的基板上進行金屬移除的過程期間使電解液組成維持實質上恆定的實施例。此外，若未在金屬移除處理開始時包含金屬，則可能需要花費更長的時間以到達期望的電拋光條件。使用含金屬之電解液的程序流程係由圖8所示的圖式所例示。該程序始於801，提供具有裸露金屬層的基板。可使用各種基板，包括但不限於具有如本文所述之通遮罩特徵部的基板。具有相對較小之特徵部的基板、以及需要特徵部內均勻度改良的基板尤其能受惠於此方法。在803中，對基板施加陽極偏壓並將其浸沒於包含欲移除之金屬的離子的電解液中。例如，若基板具有需被電平坦化的銅層，則電解液包含銅離子；若欲移除之金屬為鎳，則電解液包含鎳離子，以此類推。在某些實施例中，在開始移除銅時(在基板浸沒時)，銅離子的濃度係在約0.1 - 2莫耳/升之間的範圍內，更較佳係在約0.2 - 1.5莫耳/升之間。在一實施例中，電解液包含磷酸銅(II)(包括所有類型的磷酸鹽，如磷酸氫鹽)與磷酸的水溶液或由磷酸銅(II)與磷酸的水溶液所組成。在另一實施例中，電解液包含HEDP之銅鹽與HEDP的水溶液或實質上由HEDP之銅鹽與HEDP的水溶液所組成。在某些實施例中，電解液係藉由將金屬氧化物或氫氧化物(如氧化銅(II)或氫氧化銅(II))溶解於酸(如磷酸)中而製備。例如，磷酸銅溶液可藉由將氫氧化銅(II)溶解於水性磷酸中而製備。酸與氧化物或氫氧化物進行反應而形成酸的金屬鹽、及水。在某些實施例中，製備電解液的方法包含將金屬氧化物及/或氫氧化物(如氧化銅或氫氧化銅)溶解於酸中，然後將所形成的溶液與更濃的酸混合。例如，可將氧化銅及/或氫氧化銅溶解於稀釋的磷酸中，然後將其與更濃的磷酸混合。接著，可選用性地加入添加物，如甲磺酸、氯化物、及電鍍抑制劑。
在某些實施例中，尤其係使用配置以自電解液還原金屬離子之陰極的實施例中，電解液包含電鍍抑制劑，例如選自聚環氧烷類(polyalkelene oxides)或聚烯烴基二醇類(polyalkylene glycols)的化合物。例如，電解液可包含經取代或未經取代的聚環氧乙烷及/或聚乙二醇。該等添加物改善沉積在陰極上之金屬層的形態。此外，藉由使用非常濃的電解液(例如銅濃度(意指銅離子濃度)大於30 g/L且磷酸濃度大於625 g/L的電解液)，可改善形態。在某些實施例中，可使用過飽和的電解液。一旦基板被浸沒於電解液中，電化學金屬移除處理即會進行(如805中所示)，並使金屬層的均勻度獲得改善。在某些實施例中，在整個金屬移除處理期間，電解液中的銅濃度係落在0.1 - 2莫耳/升的範圍內。在某些實施例中，對該處理進行控制俾使得在整個金屬移除處理期間以及複數晶圓的處理之間，電解液中的金屬離子濃度係維持在實質上恆定的位準，如後文所將述。
可用以調制金屬移除條件的另一參數為電解液溫度。溫度的變化會改變非均相反應處理以及電解液的特性(如導電率與黏度)。在某些實施例中，溫度範圍係自攝氏約20至約 45度。在某些實施例中，較佳係利用在高於約攝氏25度之溫度的經加熱之電解液進行金屬移除。例如，在某些實施例中，在介於約27 – 40 °C之間的範圍的電解液溫度下進行處理。較高的溫度可能導致較高的電蝕刻速率與拋光速率，且亦可能導致較高的水蒸發速率(若該處理係在開放的大氣條件下操作)。由於晶圓在進入電鍍池與浴槽之前通常會進行預濕，且由於晶圓在處理之後通常會進行沖洗且在沖洗期間某些沖洗水可能進入池與浴槽中，因此大於其他處理之水攝取速率的蒸發速率係有利的。亦可利用與電蝕刻/電拋光電解液具有相同或相似組成的預濕液來進行晶圓的預濕步驟，從而最少化對處理電解液的水注入。在較高溫度下進行處理可使得進入的水被移除的速度比加入的速度更快，並且可用於以下處理：藉由週期性地量測(或計算和預測)水含量變化並週期性地將水添加至浴槽/池以將水含量維持在期望限度內的處理。
表1提供用以改善具有通遮罩特徵部之基板上的均勻度之電解液組成與溫度的若干實例。 [表1.]
特徵部直徑, µm 目標黏度 (cP) 目標磷酸濃度 (wt%) 目標Cu2+ 濃度 (wt%) 目標溫度 (°C)
30 - 50 11 48 60 30
100 - 300 5 48 60 45
100 - 300 6 60 0 45
在許多實施例中，在金屬移除期間所用之電解液係實質上不同於在電鍍期間所用之電解液。例如，在某些情況中，利用包含酸(如硫酸)、金屬離子(如硫酸銅)、及一或更多添加物(如抑制劑(例如平均分子量約1000之聚乙二醇)、整平劑(如聚胺整平劑，例如四級聚胺)、加速劑(如雙(鈉磺丙基)二硫化物)或其組合)的電鍍電解液在基板上進行電鍍，而在電鍍之後進行電平坦化步驟，其中在某些情況中，電平坦化電解液不包含任何添加物。在某些實施例中，電鍍與電平坦化期間所用之酸的主要類型有所不同，或者電鍍時所用之酸(如硫酸)係完全不存在於電平坦化步驟中。在相同之主要的酸係存在於電鍍與電平坦化電解液兩者中(例如甲磺酸係用於電鍍與電平坦化兩者的電解液中)的某些實施例中，電鍍溶液中的酸濃度係低於20重量%，例如15重量%，且電平坦化電解液中的酸濃度通常大於45重量%，例如50重量%或更高。高濃度的酸溶液可具有比酸濃度較低的溶液更低的導電率。對應於最大導電率的酸濃度隨著酸的本質而改變。為了實現高均勻性的電鍍，通常期望使用具有最大導電率及最大添加物影響與穩定性的溶液。高濃度的酸溶液可能具有較低的導電率且會快速地分解有機電鍍添加物。在一實施例中，在包含硫酸及/或甲磺酸、包含表面極化添加物(抑制劑及/或整平劑化合物)的電解液中進行電鍍，然後在包含磷酸及/或HEDP作為主要之酸的電解液中進行電平坦化。在另一實施例中，在更包含甲基磺酸錫(30-70 g/L)與電鍍添加物的甲磺酸電解液(100至200 g/L)中電鍍錫或錫合金(如SnAg、PbSn)的焊料膜，並且在亦包含甲基磺酸錫(30-70 g/L)但實質上不含添加物的甲磺酸電解液(40-65重量%)中進行焊料電平坦化。電蝕刻與電拋光狀態
經發現，電化學金屬移除可在兩個不同的電化學狀態中進行，每一電化學狀態具有其獨特的處理行為與特性以及對相對金屬移除速率的效應。該等狀態在本文中被稱為電蝕刻與電拋光。
在電蝕刻狀態中，金屬移除速率主要係受到電解液中之歐姆電阻所支配；亦即，由電流因電解液中之電阻及電場之相關空間分佈而導致之自身的分佈方式所支配。在此狀態中，表面反應阻力及質傳(對流)阻抗並非決定性的因素。因此，例如，在電蝕刻狀態中，受較多暴露的該等特徵部具有較多數目之自其自電解液發出的三維電流路徑、具有較低的離子電阻、並因此經歷較大的離子電流且係在比經歷較大離子電阻(例如靠近許多其他特徵部者)與較小離子電流之特徵部更快的速率下進行蝕刻。此係例示於圖9A中，圖9A顯示具有暴露於陰極901之三個經金屬填充之通遮罩特徵部903、905、及907的基板之一部分的二維投影。在電蝕刻狀態中，與較緻密的特徵部905與907相比，較孤立的特徵部903會經歷較大的離子電流(路徑及大小係以線示意性地表示，其中在每一組相鄰的線之間的每一間距中流動的電流量相同)，並且會在比該等較緻密的特徵部更高的速率下進行蝕刻。雖然決定電蝕刻之電流分佈的主要因素為相對的特徵部空間分佈，但應注意，電蝕刻速率及蝕刻的相對速率可能隨著特徵部中的金屬凹部深度而改變，因為隨著給定的特徵部變得更凹陷，該特徵部之總離子電阻的較大部分係位在遮罩-電解液邊界的平面下方及特徵部的凹部內；這傾向於使空間分佈的影響最小化。雖然不欲受限於特定的模型或理論，但只要特徵部的深度係小於或等於約其寬度的一半(深寬比小於1：2)，大致上電蝕刻速率為實質上恆定且取決於特徵部與其他特徵部的相對靠近程度。在許多受關注的情況中，特徵部係在該等物理限制下受處理。在該限制下，在蝕刻發生於深寬比小於約1：1的情況中，在整個電蝕刻處理期間選定特徵部的蝕刻速率會維持實質上恆定，即使特徵部隨著金屬被移除而變得愈來愈深亦然。例如，參照圖9A中所示的基板，在電蝕刻狀態中，孤立特徵部903的蝕刻速率會大於較不孤立之特徵部905的蝕刻速率，特徵部905的蝕刻速率會大於更不孤立之特徵部907的蝕刻速率，其中每一特徵部的蝕刻速率係實質上恆定的。
在充分高的電位及合適之對流條件下，電拋光狀態主要受到下列因素支配：與高黏性薄膜之形成相關的質傳限制以及在特徵部-電解液界面處與特徵部凹部中形成的相關抗質傳層。在電拋光狀態中，金屬移除速率不會顯著取決於所施加之電位或特徵部附近之電解液中的電場分佈，而是取決於特定特徵部暴露於質傳限制擴散與對流處理的情況。因此，在電拋光狀態中，受較多暴露之較不凹陷的特徵部中的金屬移除速率可大於較凹陷且受較少暴露之特徵部中的金屬移除速率。又，在單一特徵部內，在某些實施例中，特徵部之較厚(較高位勢)且受較多暴露的部分會比相對較薄(較低位勢)的部分經歷更高的金屬移除速率。雖然受相對較充分暴露之特徵部的電拋光可在穩定的金屬移除速率下進行，但若電拋光持續進行直到特徵部變得明顯受較少暴露為止，則自該特徵部之金屬移除速率將會減小。因此，在某些實施例中，電拋光包含自特徵部或特徵部內的突出部電化學移除金屬，其中自此等特定元件之金屬移除速率在電拋光開始時大於接近電拋光處理結束時。電拋光移除速率可例如參照圖9B與9C而說明。圖9B 例示在電拋光前之基板的示意性橫剖面圖，該基板具有三個通遮罩特徵部913、915、及917。在此實例中，特徵部913為位勢最高且最厚的特徵部；特徵部915比特徵部913更薄，而特徵部917為三個特徵部中最薄且位勢最低的特徵部。該等特徵部亦具有圓頂，其中央部分較厚且邊緣處的部分較薄。在電拋光狀態中，位勢最高之特徵部913的金屬移除速率起初係大於位勢較低的特徵部915的金屬移除速率，特徵部915的金屬移除速率進而大於位勢最低之特徵部917的金屬移除速率。隨著電拋光進行，且特徵部變得更深且受更少暴露，金屬移除速率會減小，其最終導致特徵部之高度差減小，並且因此導致平坦化。此外，圓頂情況亦係透過電拋光而減小，因為與靠近側壁的圓頂之受較少暴露的較低部分相比，圓頂之受較多暴露的中央部分係在更高的速率下進行蝕刻。歸因於電拋光，可獲得圖9C中所示的結構，其中複數特徵部之間的厚度差減小且特徵部內之形狀變得實質上更平坦。
應注意，與電蝕刻相比，電拋光對於特徵部暴露及離子電流環境明顯地較不敏感，因此能使較不凹陷之特徵部(即便其並非最孤立的特徵部)的金屬移除在比較凹陷之特徵部更快的速率下進行。若較凹陷的特徵部為較孤立的特徵部(如圖9B中所示)，則在電蝕刻狀態中不可能有此等移除速率趨勢(在電蝕刻中，孤立特徵部為蝕刻得較快的特徵部且未必係最凹陷的特徵部)。然而，可成功地使用電拋光處理以平坦化以下兩種基板：孤立特徵部比其他特徵部更凹陷(位勢更低，如圖9B中所示)的基板、以及孤立特徵部比其他特徵部更不凹陷(位勢更高，如圖9A中所示)的基板。又，經發現，與電蝕刻狀態中的金屬移除相比，電拋光狀態中的金屬移除提供大體上更平滑且更平坦的金屬特徵部表面。
電拋光與電蝕刻狀態提供一組獨特的工具，用以改善不同類型的均勻度(如特徵部內均勻度、晶粒內均勻度、及晶圓內均勻度)、用以減小特徵部表面粗糙度、用以使平坦化速率最佳化、並因此用以改善基板處理產能。在某些實施例中，進行金屬移除以使得過程係配置為處於一特定狀態。電蝕刻與電拋光在其發生的電位上有所不同， 其中該電位指涉電化學金屬移除期間的基板電位。電蝕刻發生在金屬移除期間基板電位被維持在低於臨界電位(較佳係低於臨界電位至少50 mV(如100 mV))時，而電拋光發生在金屬移除期間基板電位被維持在高於臨界電位(較佳係高於臨界電位至少100mV(如200mV))時，其中該臨界電位可以本文所述方式決定。雖然不希望受限於任何特定的模型或理論，但據信，為了進行電拋光，必須驅動足夠的金屬移除速率(並因此施加足夠大的電位)，俾因擴散係數隨著電解液中金屬含量之增加而快速下降而在界面附近形成質傳抑制阻抗膜。應注意，臨界電位可取決於基板上之特徵部分佈、電解液化學品、及橫向電解液流動速率，但可基於從類似於欲處理之基板且在類似於預期處理條件之條件下受處理的基板所獲得的數據加以估計。亦可利用特徵部分佈與欲處理之基板上之特徵部分佈相同的基板以更精準地判定，其中用於臨界電位判定之基板係在與預期用於欲處理之基板的條件相同的條件下受處理。應理解，當進行電蝕刻或電拋光時，吾人可例如藉由利用參考電極監視電位而獲知臨界電位並採取步驟以在期望狀態中進行處理。將參考電極設置在靠近晶圓表面之處或池中晶圓表面電壓降很小的點處(例如在極少或無電流流至晶圓或流出晶圓之平面中)係有用的。然而，進行電鍍或電拋光的步驟本身不會涉及決定臨界電位的步驟。臨界電位可以書寫指示或程式指令的形式提供給使用者，或可由使用者或服務提供者利用估計、計算模型、及/或文中所提供的判定方法、或透過其他合適的方法在金屬移除之前估計或判定臨界電位。
圖10例示可用以估計臨界電位之電流-電壓圖。藉由檢視電極(晶圓)/電解液系統的電流-電壓(I/V)行為可自圖10識別出蝕刻與拋光狀態。蝕刻狀態為電解液中特定金屬(如銅)之平衡電位的起始陽極狀態。在此狀態中，電流隨著施加的電位而增加(在圖10中顯示的情況中呈線性)。電位的進一步增加導致過渡至拋光狀態中。拋光狀態為電流在所施加的電位之範圍內(如500 mV)保持實質上恆定的狀態。臨界電位可被估算為對應於兩切線之交點的電位，其中第一切線為電流高原區所畫出的切線而第二切線為快速電流成長區所畫出的切線。
在蝕刻與拋光狀態之間的界面處有一小段過渡區域，有時伴隨著電流的尖峰(取決於電壓上升速率)。此尖峰的大小與寬度可取決於在一系列電位階的電壓上升速率或時間。在高於拋光狀態的電壓處，開始自電解液釋出氧並造成電流再次隨著電壓而增加。除了連續地掃描電位之外，可藉由例如以下方式來建構圖10中所示的曲線：自一序列之晶圓電化學移除金屬，其中每一晶圓係於一預定電壓下受處理；量測所得的電流；並且針對該晶圓序列而繪製電壓-電流關係。
如前所述，臨界電位不僅取決於電解液組成，而且還取決於電解液溫度與電解液的橫向流動速率。圖11例示臨界電位如何隨著變化的橫向流動速率而改變。圖11例示在相同條件下受處理之基板的三條I-V曲線，其中唯一的差異在於橫向流動速率。當橫向流動速率從曲線(a)增加至(b)並增加至(c)時，臨界電位推移至更高的數值。亦應注意，拋光電流隨著流率增加而增加。一般相信，在較高的流率下，會較快速地自抗擴散膜的上部移除材料，因此薄膜大體上較薄且電阻較小。在某些實施例中，使用電解液橫流的變化，可利用臨界電位的推移以控制蝕刻與拋光狀態之間的轉換。
利用與將受處理之晶圓基板相同的單一晶圓基板(亦即，在基板上具有相同的特徵部分佈)，並且利用在實際處理期間將使用之相同的電解液與電解液流率，可進行臨界電位的更精準判定。將基板浸沒於電解液中，並且將一經設定之電位施加於基板並連續地量測電流。針對相同的基板以步進方式增加電位，並且隨時間推移而量測電流。所得的圖1201係顯示於圖12中，其例示電流對時間的相依性，其中電壓以步進方式約每30秒增加0.1 V的增額自0.1 V增加至1 V。穩態電流被取為在每一增額的最後10秒中所獲得之電流的平均。或者，可將整個增額期間的平均電流值或每一增額之終點處的電流值取為穩態電流值。接著，將穩態電流值繪製為電壓的函數，從而得到圖12中所示之圖1203中的圖。穩態電流被顯示為方形，而實際量測到的電流被顯示為點。誤差槓顯示每一電壓處之電流值的一個標準差。此圖中的臨界電位對應於此例中電流峰值處的電壓，即0.4 V。蝕刻狀態對應於低於0.4 V的電位，且較佳係低於0.35 V的電位(考量過渡區，因為0.35 – 0.4 V處的電流可能相對不穩定)，而拋光狀態對應於高於0.4 V的電位，且較佳係高於0.55 V的電位(考量過渡區，因為0.4 - 0.55 V處的電流可能相對不穩定)。在電流不具峰值而僅具有自正斜率區至零斜率區之拐點的該等情況中，拐點的電壓係對應至臨界電位。若期望更精準地判定臨界電位或者若電壓階躍相對大，則可藉由對該圖繪出兩條切線以判定臨界電位，一切線通過顯示出正斜率之區域中的最後實驗點而另一切線通過顯示出負斜率或零斜率之區域中的第一實驗點。兩條切線之交點的電壓係對應至臨界電位。
圖13提供使用特定電化學狀態進行電平坦化處理之說明性程序流程圖。在1301中，提供具有裸露金屬層的基板。接著，在1301中，為基板選擇一電化學狀態。該選擇可受到需改善之特定均勻度類型及/或產能考量所支配。電蝕刻處理非常適合用於改善具有緻密及孤立的通光阻特徵部之基板上的晶粒內均勻度、及具有不同直徑之通光阻特徵部的基板。電蝕刻亦可用以改善晶圓內均勻度，並且可用於平坦化特徵部內的凹陷或凸出形狀。電拋光亦可用以改善該等類型的非均勻度，此外還可用以最小化表面粗糙度。其亦可用以在最厚的特徵部並非孤立特徵部時減小特徵部的高度範圍。雖然電蝕刻金屬移除速率通常低於電拋光金屬移除速率，但與電拋光相比，電蝕刻通常可更快達到期望的目標均勻度。因此，為了產能考量，在某些實施例中單獨使用電蝕刻或在電拋光之前使用電蝕刻。在操作1305中，基板的金屬層在低於臨界電位下受到電蝕刻及/或在高於臨界電位下受到電拋光。較佳地，配置以量測基板附近之電位的參考電極係用以確保能在期望的電化學狀態中進行金屬移除。在某些實施例中，整個電平坦化步驟皆係在電蝕刻狀態中進行。在某些實施例中，較佳係在電流受控的條件下進行電蝕刻。參照圖10，可看出，將電流維持在低於「高原」電拋光區之相對穩定電流值(Ipolish )將導致電蝕刻。因此，在某些實施例中，在低於臨界電位下進行電蝕刻，但沒有進行主動電位控制，其中對狀態的控制係藉由將電流維持在低於電拋光電流的較低位準而進行。在某些實施例中，在電蝕刻期間將電流維持在一恆定位準。在其他實施例中，在電蝕刻期間改變電流但仍使其低於拋光電流。亦可在電位受控的條件下進行電蝕刻，但在某些實施例中電流受控的條件係較佳的，因為通常較容易準確地控制電流，且因為施行的硬體可能較不昂貴，且因為與特定電壓處(移除速率在整個處理期間可能有所變化)相比，較容易預測在特定電流處將會移除之材料的量(直接與移除速率呈比例)。
在某些實施例中，在介於0.1 - 0.7 V之間的電位下進行銅的電蝕刻，並在介於相對於銅電極約0.7 - 2.0 V之間的電位下進行銅的電拋光，其中在電拋光期間所用的電位係高於在電蝕刻期間所用的電位。
當選擇電拋光狀態時，在某些實施例中利用電位控制來進行電拋光。例如，利用位於基板附近或在一等效位置處的參考電極，可將基板電位直接控制至高於臨界電位(例如比臨界電位高至少約0.1 V)。在電拋光操作的過程期間電流通常會改變，因此對通過的電荷進行積分並將該電荷與目標終點移除之電荷進行比較係有用的。
雖然電蝕刻狀態提供均勻度的快速改善，但在某些實施例中可能期望依序在電蝕刻後進行電拋光。這是因為電蝕刻可能導致金屬特徵部上的相對粗糙表面。又，在某些情況中，電蝕刻可能導致對起初比其他特徵部更厚之特徵部的過度蝕刻，其會影響均勻度。電拋光處理傾向於較具自調節特性；較淺特徵部被移除得比較深特徵部更快，但隨著特徵部的深度變得類似時，兩個特徵部之間的移除速率亦變得類似。例如，若處理起始基板(如圖1B中所示)，在整個電蝕刻處理期間孤立特徵部中的電蝕刻速率會大於緻密特徵部中的電蝕刻速率，其可能最終導致圖15A中所示的結構，其中孤立特徵部被過度蝕刻至低於目標位準而緻密特徵部剛好達到目標位準。藉由在進行電蝕刻步驟前電鍍得較厚可避免此等過程，儘管此處理不具有電拋光提供的潛在期望特質，如平滑且平坦的特徵部表面。因此，替代性的，若在任何特徵部到達目標位準之前停止電蝕刻並將金屬移除狀態切換至電拋光，則可避免此問題。這是否發生係取決於在所用之電拋光處理下孤立特徵部對緻密特徵部的相對移除速率。由於電拋光能夠以可變速度移除金屬(可變速度可隨著時間推移而減低且係取決於所選定之特徵部對對流的暴露)，因此利用此兩步驟方法最終可獲得平坦化的結構。此方法係由圖14中所示之程序流程圖及圖15B-15E中所示之結構所例示。該程序始於1401，提供具有裸露金屬層的基板(例如具有非連續性金屬層與裸露的介電層之基板，如具有通遮罩電鍍特徵部的基板)。圖15B 中提供此等基板之例示。在此實例中，基板包含三個特徵部1503、1505及1507，其中較孤立的特徵部1507係經金屬填充達比其餘較緻密特徵部1503與1505更高的位準。此外，在此例中，所有的三個特徵部1503、1505、1507皆具有在特徵部內的圓頂形金屬填充。該程序接著進行1403，在低於臨界電位下電蝕刻金屬。由於電蝕刻在較孤立之特徵部1507中進行得比其餘兩個特徵部更快，因此電蝕刻顯著地減小複數特徵部之間的厚度變異。然而，在此實例中，電蝕刻不會顯著地消減各別特徵部內的圓頂。圖15C中顯示所得結構。隨著電蝕刻進一步進行，可能發生各別特徵部的厚度反轉(如圖15D中所示)，圖15D顯示孤立特徵部1507現在變成具有最小金屬厚度的特徵部。接著，在1405中改變條件並在高於臨界電位的電拋光狀態中移除金屬的一部分。圖15E中顯示在電拋光之後所獲得的結構。電拋光顯著地減小特徵部內之厚度變異且在減小特徵部之間的厚度變異之外更實質上平坦化圓頂。較佳地，至少在該處理的一部分期間或在電蝕刻與電拋光的整個期間使用參考電極監視電位。在某些實施例中，在將電流控制在低於拋光電流(其會間接地將電位維持在低於臨界電位)時進行電蝕刻，接著過渡至主動電位控制(例如提高所施加之電位)以過渡至電拋光處理，並且在整個電拋光處理期間將電位直接控制在高於臨界電位。
應注意，雖然該方法涉及低於臨界電位的電蝕刻與高於臨界電位的電拋光，但臨界電位本身係取決於處理條件，例如橫流電解液之流率與溫度。在某些實施例中，除了提高施加的電位以外或甚至不提高施加電位，自電蝕刻過渡至電拋光包含減小電解液的橫向流率，其中橫流大小的減小係配置以使該處理自電蝕刻切換至電拋光狀態。例如，在一實施例中，針對該等條件在一受控電流(對應於低於臨界電位之電位)下電蝕刻基板並同時以第一橫向流率供應電解液。接著，減小電解液流率以在不改變所施加之電位的情況下使該處理轉移至電拋光狀態中，其中針對低橫向流率條件，電位現在係高於臨界電位。
圖16A-16D為寬度50 µm且高度約30 µm之銅柱(在光阻剝除後顯示)的SEM照片，該等銅柱係自四個不同的晶圓在各種處理序列之後所獲得。所有的柱體皆於下列操作之後獲得：凹陷特徵部在會產生大致上粗糙之金屬表面的高速電鍍電解液中於相同條件下受到電填充。圖16A為一控制實例，其顯示在銅電鍍之後且未進行任何電蝕刻或電平坦化步驟的銅柱。可觀察到頂表面非常不平且具有圓頂形狀。圖16B顯示在銅電鍍後僅進行電拋光之後所獲得的銅柱。可觀察到電拋光幾乎去除所有的高度變異。圖16C顯示在銅電鍍後僅進行電蝕刻之後所獲得的銅柱。藉由此方法而稍微改善了較大的厚度差異，但在電蝕刻後所得到的表面粗糙度係明顯的。圖16D顯示利用電蝕刻(金屬移除時間的80%)並接著進行電拋光(金屬移除時間的20 %)所處理之銅柱。可觀察到獲得平滑的表面。電解液成分的動態平衡
在某些實施例中，進行電化學金屬移除，同時在一基板上進行電化學金屬移除的過程期間或在複數基板上依序進行電化學金屬移除的過程期間維持電解液成分的動態平衡。維持動態平衡係重要的，俾維持一組可預測且恆定的晶圓處理結果(例如，WIF、WID及金屬移除速率的晶圓間一致性)，且維持動態平衡涉及控制電解液之一或更多成分的濃度，俾使濃度不會自目標濃度波動超過一小定義量。在一替代性實施例中，在一基板上進行電化學金屬移除的過程期間或在複數基板上依序進行電化學金屬移除的過程期間維持實質恆定的電解液黏度。在此實施例中，利用一或更多黏度感測器控制黏度，並且不允許黏度自目標黏度波動超過一定義量。若黏度高於期望時可藉由添加較不具黏性的流體(例如藉由將水添加於基於酸之電解液)及/或提高溫度以調制黏度，從而將黏度保持在一期望位準。雖然在許多實施例中較佳係維持電解液成分之濃度的動態平衡，但可類似地利用維持實質上恆定的黏度之方式來使處理速率及處理特性保持實質上不變。在某些實施例中，控制電解液中金屬離子、及/或陽離子、及/或質子的濃度，俾使其不會自目標濃度偏離超過所定義的可容許量。用語「將濃度維持在目標位準」係指將濃度維持在離目標濃度可允許的偏離範圍內。例如，若銅離子的目標濃度為50 g/L且允許的偏差(波動)為5 %，則當銅濃度係落在介於比50 g/L低5%與比50 g/L高5%(或47.5 – 52.5 g/L)之間的範圍內時，銅濃度係維持在目標位準。一般而言，可允許的偏差係根據以下者而決定：目標物種之變化對處理速率、平均特徵部移除速率、複數特徵部之間的相對移除或平坦化速率(對比度)、特徵部形狀平坦化特性或速率等的影響。
此程序係例示於圖17中。在1701中提供具有裸露金屬層的基板之後，在1703中對基板施加陽極偏壓並將基板浸沒於電解液中。接著，在1705中，對基板進行處理俾電化學移除金屬並改善金屬層的均勻度，並同時將電解液中金屬離子及/或酸(質子)的濃度維持在目標位準的約10%內。在此實例中，允許的偏差為10%。在某些實施例中，將金屬離子及/或酸的濃度維持在目標位準的約5%內，例如目標位準的約2%內。在一個較佳實施例中，對金屬離子與酸兩者的濃度進行控制。例如，在一實施例中，在電化學銅金屬移除期間，維持銅離子的濃度俾使其波動離銅目標位準不超過5%，或更較佳係離銅目標位準不超過2.5%，且酸濃度的波動離酸目標位準不超過2%，或更較佳係離酸目標位準不超過0.5%。例如在銅離子的目標濃度為60 g/L且磷酸的目標濃度 為48 重量%的系統中，動態平衡可藉由下列方式實現：將銅濃度維持在約57 - 63 g/L的範圍內(在目標位準的約5%內)，且更較佳係將銅濃度維持在約58.5 - 61.5 g/L的範圍內(在目標位準的約2.5%內)，並同時將磷酸濃度維持在約47.04 - 48.96 重量%的範圍內(在目標位準的約2%內)，且更較佳係將磷酸濃度維持在約47.76 - 48.24重量%的範圍內(在目標位準的約0.5%內)。在某些實施例中，起初將基板浸沒於包含金屬離子與酸的電解液中，其中濃度自金屬離子與酸之目標位準不偏離超過一小定義量，且在電化學金屬移除的過程期間控制金屬離子與酸的濃度，俾使其不會落在所定義的範圍(例如目標量的10%內或5%內)之外。在其他實施例中，起初可將基板浸沒於其中一或更多成分偏離目標濃度超過10%的電解液中，但在電化學金屬移除的過程期間，將此些一或更多成分的濃度調整至期望範圍(該等成分之各者之目標位準的10%內)並且在基板上進行電化學金屬移除的整個期間維持該一或更多成分的濃度。
接著，在已處理第一基板之後，該程序接著進行至1709，依序處理複數基板並同時將金屬離子及/或酸的濃度維持在目標位準的約10%內。例如，可依序處理至少2個、至少5個、至少10個、或至少50個基板，俾自其表面電化學移除金屬從而改善金屬層的均勻度，同時將金屬離子(如銅離子)的濃度維持在金屬離子目標濃度的10%內並同時將酸濃度維持在酸目標濃度的10%內。在處理若干基板過程期間用於維持動態平衡的更特定範圍可與上文中針對單一基板所述者相同。
除了維持金屬離子濃度及/或酸濃度的動態平衡之外，該方法更可涉及在自單一基板電化學金屬移除的過程期間或複數基板之依序處理期間控制電解液溫度，俾使溫度自目標溫度偏離不超過約1°C，較佳係自目標溫度偏離不超過約0.5°C。在某些實施例中，亦控制電解液的黏度，俾使黏度自目標黏度偏離不超過一小定義值。可經由控制酸及銅濃度及/或控制溫度而間接地控制黏度。
在一替代性實施例中，在無需特別量測電解液成分之濃度且無需刻意將電解液成分之濃度保持在一恆定位準的情況下，將黏度維持在實質上恆定的位準。在此實施例中，可例如利用Anton Paar L-Vis 510或Emerson FVM黏度計直接量測電解液的黏度，且若黏度偏離目標黏度超過一預定值則可對其進行調整。在某些實施例中，黏度計係與配置以量測電解液溫度的溫度計組合使用。響應於過低的黏度計感測器讀數，可藉由例如自電解液蒸發水、降低電解液的溫度、將更具黏性的流體添加至電解液(例如較高黏度之含酸及/或含金屬離子的溶液)或上述方法的組合以增加黏度。響應於過高的黏度計感測器讀數，可藉由例如將較不具黏性的流體添加至電解液(例如藉由加入水)、提高電解液的溫度、或藉由上述方法的組合以降低黏度。利用經驗上預定的相關性可準確地預測響應於該等變化的黏度變化。在某些實施例中，維持電解液黏度俾使其自目標值偏離不超過一預定量。
在處理一或若干基板時維持電解液成分的動態平衡具有許多重要的優點。當依序處理若干基板時，維持期望濃度可促成電化學金屬移除之晶圓與晶圓間的高再現性，且為用以針對複數類似晶圓獲得類似均勻度改善及可預測且恆定之移除速率與處理時間的重要因素。又，在自單一晶圓電化學移除金屬期間，如上所述較佳係將金屬離子與酸濃度維持在期望的狹窄範圍內，因為穩定的濃度能更精準地識別電化學狀態的臨界電位與選擇，並導致更可預測的結果。除了使每個晶圓在實質上相同的條件下受處理之外，還簡化了對池中性能的問題或變異之監測，因為可變電解液組成(例如其導電率或密度)的影響小，且因此反應器電壓或功率、熱生成、及其他參數不會隨著不斷變動的電解液條件而複雜化。圖18提供用以維持電解液中金屬離子與酸之動態平衡的例示性程序。該程序涉及在1801中的電化學移除金屬以及在1803中之在電化學金屬移除期間量測金屬離子與酸的濃度。本文中所用之「濃度量測」一詞可涉及與金屬離子及酸之濃度相關聯的電解液特性之量測，且其能夠分別判定酸濃度與金屬離子濃度。在一個較佳實施例中，量測兩種電解液特性，其中第一特性與酸濃度的關聯性比與金屬離子濃度的關聯性更強，而第二特性與金屬離子濃度的關聯性比與酸濃度的關聯性更強。第一特性的一實例為電解液導電率，其顯示出與酸之濃度的強相依性。第二特性的實例包含電解液密度及電解液的光吸收度(針對光學活性金屬離子，如Cu2+ 、Ni2+ 、Co2+ 等)。在一實施例中，酸與金屬離子的濃度係自電解液之導電率與密度的組合讀值所得出。在另一實施例中，酸與金屬離子的濃度係自電解液之導電率與光吸收度的組合讀值所得出。在另一實施例中，可使用酸的滴定、或酸與金屬兩者的滴定。實施例大體上受限於可得出化學浴組成的特定方法。可使用和預見兩或更多理化特性量測之組合的範圍，實例包含但不限於：電解液中的密度、導電率、黏度、光吸收度(在一或多個波長下)、拉曼光譜、化學滴定、伏安法(例如利用限制金屬沉積之電流的線性掃描伏安法，關聯金屬濃度)、折射係數、或聲速。此外，通常利用溫度感測器監視電解液的溫度，因為電解液參數與酸及金屬離子濃度的關聯通常取決於溫度。利用將濃度與量測參數連結的經驗式可判定金屬離子與酸的濃度。下文中的實例1提供銅離子濃度和磷酸濃度之各者對導電率、電解液密度及電解液溫度之相依性的此類經驗式之實例。
在某些實施例中，在整個電化學金屬移除處理期間連續地量測金屬離子與酸的濃度。例如，可連續量測電解液之密度、導電率、及溫度並將其傳遞至一系統控制器，在該系統控制器中對該等參數進行處理以對電解液管控作出決定。在其他實施例中，按預定間隔(如每300秒)量測濃度並將其傳輸至控制器以供處理。若金屬離子濃度及/或酸濃度係高於目標位準、或者若其超過預定容限或閾值，則將稀釋劑添加至電解液及/或藉由電解回收法(electrowinning)減低金屬離子的濃度。所添加之稀釋劑的量使得將金屬離子及/或酸的濃度調整至低於預定閾值濃度並更靠近目標濃度。若金屬離子濃度及/或酸濃度減低至低於預定閾值，則將濃縮液添加至電解液。所添加之濃縮液的量使得將金屬離子及/或酸的濃度調整至高於預定閾值濃度並更靠近目標濃度。例如，若金屬含量較低，則添加特定量之含金屬溶液，其中該含金屬溶液具有高於池/浴槽中之目標金屬含量的較高金屬含量。類似地，若酸位準較低，則添加濃縮的酸。預定閾值濃度係落在離目標濃度位準一允許波動範圍之內。例如，若允許金屬離子的濃度從目標位準波動5%，則觸發稀釋或電解回收的預定閾值濃度可比目標濃度更高3%，且觸發濃縮液之添加的預定閾值濃度可比目標濃度更低3%。
用以減低金屬離子濃度的稀釋劑可為水、酸的水溶液、或包含比針對金屬離子之預定閾值濃度更低之濃度的金屬離子的水溶液。在一個實施例中，稀釋劑為不含金屬離子之酸的水溶液。用以減低酸濃度的稀釋劑可為水、酸的水溶液、或含金屬之溶液，上述每一稀釋劑中所具有之酸的濃度係低於針對酸的預定閾值濃度。在某些實施例中，在超過金屬之濃度閾值時和超過酸之濃度閾值時，將來自單一稀釋劑源的單一稀釋劑添加至電解液。在一實施例中，此稀釋劑為包含非常少(如少於1 g/L金屬)或不包含任何金屬離子的水性酸溶液。在某些實施例中，可藉由在分離的電解回收設備中自電解液電解回收預定量之金屬以減低電解液中的金屬離子濃度。電解回收設備通常包含陰極及尺寸穩定之釋氧惰性電極，其中電解液中之金屬離子係在陰極被還原並沉積為金屬。電解回收可將電解液中的金屬離子濃度降至低於預定閾值。電解回收的量可藉由控制通過電解回收裝置之電荷(利用庫侖法)而加以控制。在某些實施例中，藉由將稀釋劑添加至電解液並藉由自電解液電解回收一部分金屬離子而減低金屬離子的濃度，該等方法的組合使得金屬離子濃度落入期望範圍。
用於增加金屬離子濃度的濃縮液可為包含比針對金屬離子之預定閾值濃度更高之濃度的金屬離子的水溶液、或亦包含濃度高於、低於、或等於針對酸之預定閾值濃度的酸之類似溶液。用於增加酸濃度的濃縮液可為濃酸、或濃度高於酸之預定閾值濃度的酸之水溶液、或亦包含濃度高於、低於、或等於針對酸之預定閾值濃度的金屬離子之類似溶液。在某些實施例中，池的相對電極為釋氫相對電極，其中自晶圓溶解的金屬量超過沉積在釋氫相對電極上的金屬量。在此情況中，若金屬含量低於目標，則進一步的晶圓處理傾向於增加電解液金屬含量，因此毋需進行添加。此外，在操作1807中，監視電解液的體積，且若電解液的體積超過預定體積閾值，則自系統移除一部分的電解液以使體積低於閾值。在一實施例中，藉由電解液液位計連續地監視電解液的體積。
應注意，在某些實施例中，將第一稀釋劑(例如無金屬離子的酸溶液)添加至與除鍍池流體連通的電解液儲槽。在該儲槽中進行稀釋後，儲槽電解液相對於除鍍池中的電解液而變得更稀，並且當其自電解液儲槽被添加至除鍍池時可進而作為第二稀釋劑。圖19A顯示可用以控制例如包含Cu2+ 離子與酸之電解液中之電解液組成的例示性系統。該系統包含配置以將關於電解液的資訊提供至控制器1909的複數感測器1901、1903、1905及1907。具體而言，該系統包含將電解液密度之數據提供至控制器之密度計1901、量測電解液導電率並將此資訊提供至控制器之導電率計1903、將電解液溫度提供至控制器的溫度計1905、及監視電解液之體積並將此數據提供至控制器之電解液液位計1907。控制器1909係配置以處理由感測器所提供的資訊，並且響應於所接收的資訊，控制器1909係配置以啟動與電解液稀釋或濃縮、電解液移除、及選用性之銅電解回收相關的一或更多硬體。在其他情況中(未圖示)，控制器1909可操作可對自池及/或池儲槽移除水(經由例如蒸發或逆滲透)之速率進行修改的硬體，例如開啟或關閉排氣閘閥(exhaust damper)或使處理流體流經逆滲透設備。例如，響應於自密度計、導電率計、及溫度計接收之組合數據，控制器可啟動稀釋硬體1911，其可包括開啟閥件以並啟動配置以將稀釋劑添加至電解液的泵浦。選用性地，響應於來自該等感測器的組合數據，控制器可啟動配置以將Cu2+ 離子轉化為銅金屬之電解回收系統1913，並從而減低電解液中的Cu2+ 濃度。響應於來自電解液液位計的訊號，控制器可啟動與電解液移除相關的硬體1915。此操作可包括開啟與容納電解液之容器中之出口相關的閥件並使一部分電解液能夠流出容器。
可將感測器(如導電率計、密度計、及溫度探針)定位於設備的任何位置處，只要所量測之參數實質上與晶圓基板附近相同。在某些實施例中，將感測器直接定位於除鍍池中。在其他實施例中，該設備包含一或更多電解液再循環迴路，且該等感測器中的至少一些係位於除鍍池外部、再循環迴路內，其中在再循環迴路中量測到的參數係實質上與除鍍池中量測到的參數相同(例如不偏離超過1%)。在一實施例中，再循環迴路包含除鍍池本身、位於除鍍池外的電解液儲槽、及使電解液能自除鍍池循環至儲槽並自儲槽循環回到除鍍池的流體管線。再循環迴路可包含一或多個用以過濾電解液的濾件、一或多個使電解液在再循環迴路中移動的泵浦、流量計、池隔絕閥(配置以使自儲槽至除鍍池之流動停止的閥件)、以及溶解氣體添加或移除設備(例如，用於移除溶解的氧，例如利用氣-液「接觸器」，如Liqui-Cell Superphobic薄膜接觸器)。較佳地，快速地混合再循環迴路中的電解液俾使其在迴路之不同部分處(如除鍍池中、儲槽中、及流體管線中)具有實質相同的濃度。在此實施例中，較佳係在某些實施例中在除鍍池外於再循環迴路中(例如在儲槽中、或與通向或來自除鍍池之流體管線相關聯)設置感測器。類似地，稀釋劑的添加及/或銅的電解回收可直接在除鍍池中進行，或者在某些實施例中可在除鍍池外於再循環迴路中進行。例如，可將稀釋劑添加至位於儲槽中的電解液，並接著將經稀釋的電解液快速地引導至除鍍池，從而在整個再循環迴路中快速混合電解液成分。
在某些實施例中，利用亦用作濃度控制溶液的兩種電解液起始/補給溶液以控制電解液組成。此方法大體上係有用的，且可於配備有氫氣生成陰極的設備中以及採用活性陰極的設備中實施。當使用氫氣生成陰極時和當陰極上的金屬電鍍不存在或很少時，電解液會因金屬自受陽極偏壓之基板溶解至電解液中而需要濃度調整(例如稀釋)。然而，即使在使用活性陰極且池本身內之反應不會修改金屬與酸含量的情況下，仍可使用電解液濃度調整。在活性陰極的情況中，由於材料進入和離開池/浴槽系統或由於低於100%的陽極(基板金屬移除)與陰極(相對電極電鍍)效率，使得電解液組成可能仍然會隨著時間而漂移。
第一溶液「M」具有高金屬(如銅)濃度與低酸濃度，而第二溶液「A」具有高酸含量及低金屬(如銅)含量。溶液「M」中的金屬濃度係高於溶液「A」中的金屬濃度。相反地，溶液「M」中的酸濃度係低於溶液「A」中的酸濃度。例如，溶液「 M」可包含約50至80 g/L的Cu+2 (以磷酸銅的形式)、及約150至400 g/L的磷酸。在此範圍內的較低銅濃度係與較低酸濃度一起使用(例如50 - 75 g/L的銅與150 - 200 g/L的磷酸)，而在此範圍內的較高銅濃度係與較高酸濃度一起使用(例如75 - 80 g/L的銅與200 - 400 g/L的磷酸)。此實例中的溶液「 A」可包含約0至10 g/L(例如5 - 10 g/L)的Cu+2 (以磷酸銅的形式)、及約800至1350 g/L的磷酸。一般而言，金屬/酸的濃度應儘可能地高，並同時避免金屬鹽在預期溶液所暴露之最低溫度(例如，在運送溶液期間所遭遇的溫度)期間沉澱。
根據一實施例，圖19B例示電鍍模組質量平衡1920。當晶圓進入電鍍池模組1921時，取決於晶圓的先前歷史，晶圓可能將來自其先前處理步驟於其表面上夾帶的水、酸、金屬離子、或其他污染物帶入模組中。晶圓亦可能將材料自遮罩/光阻層淋溶進系統中。該等來自晶圓的進入材料被稱為晶圓拖入物1922。藉由蒸發1923以實質上恆定的速率將水自系統移除。在某些實施例中，可將用以修改水移除速率的機構建構於系統中。例如，可使用速度控制蒸汽流量或經機械控制之閘閥來修改水移除速率。可自系統將受控量的材料(例如包含酸與金屬鹽之電解液)移除至廢料排出口。自系統流出的此等材料外流係顯示為流動1924。可將受控量的純去離子水1925、富金屬的溶液「M」 1926 及富酸的溶液「A」 1927添加(配給)至系統。該方法更包含根據需要而移除受控量之可具有高金屬、酸或雜質含量的電解液材料(例如自位於電解液再循環迴路中的儲槽)，以將酸、金屬、及水的濃度維持在目標位準且將雜質濃度維持在可接受之低位準。可使用一組感測器(如文中所述)監視電解液成分的濃度。使用系統控制器以及特性/濃度關聯及預測與反饋邏輯以維持濃度。在系統啟動時，藉由以受控量組合溶液 M、溶液 A、及水以產生具有所需之成分目標濃度的溶液而製備起始(新的)電解液。設備
文中所述之電化學金屬移除方法可在一設備中進行。此設備具有：用以容納電解液與陰極的一容器；及一半導體基板支撐件，用以支撐半導體基板俾以在電化學金屬移除期間使半導體基板之工作表面浸沒於電解液中並與陰極分離。此設備包含用以在電解金屬移除期間用以負偏壓陰極及正偏壓基板的電源與電連接件。在某些實施例中，此設備更包含機構用以在電化學金屬移除期間提供沿著實質上平行於基板之工作表面之方向與基板之工作表面接觸的電解液橫流。在某些實施例中，設備包含用以量測半導體基板附近(如基板之約5 mm內)之電位或等效電位的參考電極。在某些實施例中，此設備較佳是包含位於陰極與基板支撐件之間的分離件，藉此定義陽極室與陰極室，其中分離件係用以阻擋在陰極處形成的任何H2 泡泡或粒子橫跨分離件而到達基板。分離件為電解液之離子物種可滲透的且允許陽極室與陰極室之間的離子交流。此設備較佳係用以安全地分離陰極室中的H2 或粒子並經由靠近分離件薄膜之陰極室中的一或多個開口移除H2 或粒子。
圖20中例示電化學金屬移除設備之一部分的實例，此設備包含橫流用之機構、參考電極、及用以分離及移除H2 氣體的陰極室。應注意，除了(或取代)分離及移除H2 氣體，此設備亦可用以分離及移除在陰極處生成的粒子。設備包含用以支撐及旋轉半導體基板3的半導體基板支撐件1。沿著基板周邊設有複數電接觸件。電接觸件係電連接至電源(未顯示)以在電化學金屬移除期間正(陽極化)偏壓半導體基板。陰極 5係位於基板 3下方且係電連接至在電化學金屬移除期間負偏壓陰極的電源(未顯示)。可使用不同類型的陰極，包含由欲移除之相同金屬所製成的陰極(例如在銅金屬移除期間的銅陰極)、由可電鍍之金屬(如不銹鋼)所製成之陰極及惰性陰極。在某些實施例中，使用惰性的氫氣生成陰極，因為活性陰極可與某些電解液反應或溶解於某些電解液中、或電鍍不附著之金屬或金屬的樹突狀粒子生成層而導致電解液之金屬離子濃度無可避免地增加或形成含金屬的淤泥。在其他實施例中，活性陰極不會與電解液化學反應且為較佳選擇，因為自基板所移除的金屬會電鍍至活性陰極上，故整個池的化學反應呈平衡且處理成本可從而降低，因為很少或不會因為金屬耗盡而需要置換溶液。惰性陰極的實例包含塗佈有鉑、銠、鈮或任何此些金屬之組合的金屬陰極(如鈦陰極)。
錐形薄膜7係位於陰極 5與陽極基板3之間，將除鍍池9分為陰極室13與陽極室11。薄膜7係設置在框件12上俾使錐的頂點比錐的底部更靠近陰極。薄膜材料不允許在陰極5處所形成的H2 泡泡自陰極室13跨越至陽極室11中。薄膜係由離子可滲透的材料所製成，如離子可滲透的聚合物。在某些實施例中，親水性的聚合物是較佳，如包含官能基團-SO2 -的聚合物。在某些實施例中，薄膜材料包含聚醚碸(PES)、聚苯碸及來自聚碸家族的其他聚合物。親水性的薄膜泡泡分離材料是較佳的，因為泡泡附著至此些材料的機會小於附著至斥水性薄膜的機會。薄膜的錐形使H2 泡泡能在陰極處被釋放而向上移動，沿著薄膜表面徑向向外而朝向陰極室的外緣移動，在薄膜與陰極室側壁之間的界面處累積。出口15係位於陰極室側壁中接近薄膜與側壁之間的交接部，且係用以移除與陰極電解液的混合物中之累積的H2 泡泡。例如，出口係位於與薄膜組件和陰極室側壁之交接部約1mm內，且在某些實施例中無任何間隙。出口與該交接部之間不希望有間隙(垂直間隙)存在，因為泡泡會傾向於累積在間隙中並更難以自池移除。在某些實施例中，出口包含位於陰極室側壁之周圓附近以實質上相同小間隔設置的複數開口，例如沿著陰極室以45°等間隔設置的八個開口。在某些實施例中，此出口為壁中的連續性槽口。在一實施例中，池之周長附近的連續性槽口會導致具有電解液出口作用之多個等距分佈的孔口。一般而言，只要將池設計成能自陰極電解液移除大部分泡泡或實質上所有泡泡，陰極電解液出口可採用各種形狀及形式。例如，當池被設計成引導泡泡朝向此出口，可使用由小於360°或小於180°所對向之單一出口。薄膜與陰極電解液出口的相互位置有助於達成有效及安全的氫氣泡泡分離及自陰極室移除。陰極室更包含用以接收陰極電解液的入口17。在所示的實施例中，陰極電解液入口係位於陰極下方。一般而言，較佳是將陰極電解液入口設置在陰極電解液出口下方俾使進入陰極室的陰極電解液能向上並繞著陰極流動(或流過穿孔或多孔的陰極)，因為這能促進陰極電解液及泡泡於向上方向的移動並避免陰極室中之電解液與靠近陰極之電解液之間的組成的大差異。陽極室11係位於薄膜7上方且容納受到陽極化偏壓的基板3。在所示的實施例中，離子電阻性離子可滲透之元件19(「元件」)係位於薄膜7與基板支撐件1之間的陽極室中。離子電阻性離子可滲透之元件較佳係在電化學金屬移除期間與基板實質上共延且位於基板之工作表面的附近。該元件具有面基板表面及相對表面，且配置成俾使在電化學金屬移除期間面基板表面與基板之工作表面之間的最近距離約為約10 mm或更小。在所示的實施例中，該元件的面基板表面是平的，但在其他實施例中，該元件可例如為凸面的，使中間和基板之間的距離小於邊緣和基板之間的距離。此元件係由具有孔隙的介電材料所製成，其中該元件的孔隙度較佳相對低俾使該元件在系統的離子電流路徑上導入大的電阻。在某些實施例中，該元件包含複數非連通性的通道，允許電解液流過元件。在某些實施例中，元件包含介於約6,000 - 12,000個鑿鑽的通道。對於降低由於終端效應在電化學金屬移除期間可能會出現之徑向非均勻度，該元件是有用的。若與基板之電接觸係於基板外緣處(通常如此)，終端效應本身可顯現在靠近基板外緣的較多電化學金屬移除。在此配置中，尤其在使用薄及/或電阻性之晶種層進行接觸時，在基板外緣處所移除的金屬可能會多過於在基板中央部分所移除的金屬，導致徑向非均勻度。離子電阻性離子可滲透之元件可具有用以使場分佈更均勻及用以減少所述終端效應的高離子電阻板的功用，藉此能改善金屬移除的徑向均勻度。在某些實施例中，該元件更扮演著形塑基板附近之電解液流的角色。其可具有流動限制元件的功能，定義高電解液流量的區域並限制液流進入橫流區域。例如，其可提供元件之面基板表面與基板之工作表面之間的窄間隙(如10 mm或更小)，電解液係橫向注入此間隙中。此配置能促進靠近基板表面的電解液橫流。可利用至少部分由元件19之空腔所定義的橫流注射歧管21將電解液(陽極電解液)注射至間隙中。橫流注射歧管為弧形且位於基板外緣附近。橫流限制環23係位於基板外緣附近至少部分介於元件19與基板支撐件之間。橫流限制環23至少部分地定義了元件與基板之間之間隙的側邊。陽極室具有用以經由例如橫流注射歧管自陽極電解液源接收陽極電解液之間隙的入口25，以及用以自該間隙移除陽極電解液之間隙的出口27。入口25與出口27係位於基板之工作表面之方位角相對的周長位置附近(且亦位於基板支撐件之方位角相對的周長位置附近及該元件之方位角相對的周長位置附近)。入口25與出口27係用以在電化學金屬移除期間於此間隙中產生電解液橫流並在靠近基板的工作表面處產生或維持電解液橫流。在某些實施例中，離子電阻性離子可滲透之元件具有緩和終端效應及限制電解液流的雙重目的，以在基板附近提供電解液橫流用之定義空間。參考電極29係位於元件19上方靠近基板支撐件1的外緣。參考電極較佳係位於離基板表面約5 cm內，或位於可量測到等於離基板5 cm內所量測到之電位之電位的位置處。更較佳地，參考電極係位於離基板表面約5 mm內，或位於等於晶圓表面平面處之電位或與晶圓表面平面處之電位有最少差異的位置處。例如，參考電極可被浸沒至離開陽極室的電解液中。在所示的實施例中，參考電極係由與欲自晶圓基板移除之金屬相同之金屬之條或棒所製成。例如，在銅移除期間可使用銅參考電極，在鎳移除期間可使用鎳參考電極，在錫移除期間可使用錫參考電極等，而此類電極之表面的一部分係與處理電解液直接接觸。針對參考電極使用與欲自基板移除之金屬相同之金屬是有利的，因為此類參考電極相對於零電流操作點會有零(或幾乎是零)開路電位且比常用的參考電極操作更長且更穩定。在某些情況中，當金屬電極被暴露至所選擇之電蝕刻 電解液時可能會形成薄膜(氧化物或鹽類薄膜)，使其為較不偏好的參考電極選擇。更通常，可使用各種不同類型的參考電極，其包含但不限於所包含之電解質係不同於電解質處理溶液者，如飽和甘汞電極(Hg/Hg2 Cl2 或SCE)、Hg/HgSO4 電極、及Ag/AgCl電極。應注意，在使用魯金毛細管的該些實施例中，參考電極的物理位置可靠近或遠離基板。上述離晶圓5 mm的參考距離是參考電極之最靠近的點，或參考電極與晶圓之間構成魯金連接之電流之限制與孤立線之最靠近的點。參考電極感測魯金毛細管之開放尖端處的溶液電位。因此，參考電極亦可與池分離而遠端地加以容納並藉由所謂的「魯金毛細管」連接，其中魯金毛細管的開口距離晶圓5 mm或更短。魯金毛細管亦為人知為魯金探針、魯金尖端、或魯金-哈伯毛細管。在所示的實施例中，參考電極係位於陽極電解液中基板支撐件1的徑向外側。在許多實施例中此類外緣位置是較佳的，因為參考電極較佳應不會干擾靠近基板之工作表面的電鍍電流。在某些實施例中，在電化學金屬移除期間參考電極在基板之工作表面上的覆蓋區(電極對基板表面上的投影)為零。
參考電極及設備的其他元件係與控制器31電交流，控制器31具有處理器與記憶體，且具有能控制設備操作之程式指令。例如，電連接件30可將參考電極29與控制器31連接。控制器可包含用以進行文中所述之任何方法的程式指令。控制器可處理參考電極所提供的電位資訊且可調整提供至受到陽極化偏壓之基板的電流及/或電位以回應量測到的電位，以控制電化學金屬移除處理。在一例示性實施例中，參考電極係由自基板移除之相同金屬所製成、被浸沒於陽極電解液中且位於基板附近之離子電阻性離子可滲透之元件的上方(但不必是其之上)。此類位置能最小化基板與參考電極之間的電壓降並改善電位讀值的準確度。
圖21顯示可用以產生及維持基板之工作表面附近之橫流的系統的上視圖。離子電阻性離子可滲透之元件19之周邊係受到橫流限制環23部分圍繞，橫流限制環23係設計用以形成在該元件與基板之工作表面之間之間隙的側壁。弧形橫流注射歧管21利用間隙之入口25注射電解液。電解液流係由箭頭顯示。電解液流係以橫向方式朝向出口27，出口27係位於相對於基板周長(或基板支撐件之周長、或離子電阻性離子可滲透之元件的周長)實質方位角相對位置處。
設備較佳係提供具有橫跨基板中心至少約3公分/秒之速度的橫流。在某些實施例中，較佳是提供具有橫跨基板中心至少10公分/秒(如介於約10 - 90公分/秒或介於約20 - 80公分/秒)之橫流速率的旺盛橫流。此類相對高的橫流速率可例如利用將電解液橫向注射至靠近基板之間隙中或使用往復槳運動來達到。
在不同的實施例中，可利用一或多種下列機構來產生橫流：(1)橫向電解液流注射器；(2)用以使電解液流轉向為橫流的液流轉向器；(3)離子電阻性離子可滲透之元件，其位於旋轉基板之中心處或靠近旋轉基板之中心的孔洞的數目、位向及分佈均勻度有變異，例如一元件，其中靠近旋轉工作件之中心之孔洞的至少部分者具有偏離垂直的角度(更一般地，不垂直旋轉基板之電鍍面的角度)；(4)用以產生工作件表面與離子電阻性離子可滲透之元件之間之相對移動(例如相對線性或軌道移動)之橫向分量的機構、(5)在電鍍池中提供一或多個往復或旋轉槳、或具有複數槳或鰭片之板(例如槳輪或葉輪)，在板移動時能迫使流體至少部分橫越過晶圓；及(6)附接至液流塑形板或靠近液流塑形板之旋轉組件，其偏離工作件的旋轉軸。在某些實施例中，設備包含晶圓支撐件，晶圓支撐件為模組/處理站的一部分，其中晶圓支撐件留在模組及/或處理站中但可在處理站或模組內旋轉及上下移動，例如晶圓支撐件可具有蛤殼設計。在另一實施例中，晶圓支撐件可與其所支撐的晶圓自處理站移除並通過設備，形成密封並在非金屬移除處理站之他處自載件釋放晶圓。減輕電氧化金屬移除期間的微粒污染
可觀察到，在銅的電化學金屬移除期間，金屬銅微粒可能在半導體基板的表面上形成。當在低於臨界電位的電蝕刻狀態中去除銅時，微粒的形成尤其明顯，而當在高於臨界電位的電拋光狀態中去除銅時，微粒的形成較不明顯或不存在。甚至在本文所述的黏性電解液中(例如在包含磷酸的電解液中)亦會發生銅微粒的形成現象。可觀察到微粒在通遮罩特徵部上形成團簇，其中每個團簇的直徑小於一微米。例如，包含以下條件的電化學金屬移除處理可能產生每個特徵部約1-25個的次微米銅微粒：在含有磷酸及磷酸銅的電解液中在具有100µm×120µm(寬度乘長度)之尺寸的通光阻特徵部上於電蝕刻狀態中進行去除。
銅微粒之污染可能在後續的半導體裝置處理期間導致缺陷。例如，在某些實施例中，在電化學金屬移除之後進行金屬電沉積。在某些實施例中，將不同的金屬(例如鎳)沉積至通遮罩特徵部中的銅上。銅微粒之污染可能導致被電鍍在銅上的鎳或其他金屬的電鍍有缺陷。在電化學金屬移除之後去除遮罩材料(例如，藉由光阻剝除)的其他實施例中，在去除遮罩之後銅微粒可能存留，需要另一個昂貴或難以控制的處理以去除該等微粒，以上所有情況皆會造成額外的成本，並且可能影響半導體基板的後續處理。
提供用於減輕金屬微粒污染的方法及設備。如本文所使用，「減輕」一詞係指防止和降低微粒污染的嚴重性，並且根據實施例可涉及防止微粒形成、微粒的化學溶解、微粒的機械去除及/或移出、或該等方法的組合。所提供的方法對於處理通光阻特徵部(例如WLP特徵部)特別有用，但不限於此應用。例如，當在任何其他基板上(例如在具有鑲嵌特徵部和TSV特徵部的基板上)進行電化學金屬移除時，可利用微粒污染減輕。
在某些實施例中，藉由將氧化劑添加於至少在電化學金屬移除處理的一部分期間使用的電解液以進行微粒污染減輕，其中該氧化劑係經選擇以例如防止微粒形成及/或化學性地溶解金屬微粒。例如，可使具有通遮罩銅特徵部的半導體基板與包含能夠氧化Cu+ 離子及/或銅金屬微粒之氧化劑的電解液(例如，含有磷酸的水溶液)相接觸。
不希望受限於特定的機械理論，以下討論防止微粒形成的可能機制之一。一般相信，在電蝕刻期間所產生的銅微粒之來源係根據方程式(4)而在受陽極偏壓的基板處形成的Cu+ (亞銅)離子。接著該等Cu+ 離子可能發生歧化(disproportionate)而形成銅微粒，如方程式12所示。 2Cu+ (aq) → Cu0 (s) + Cu2+ (aq)      (12) 此等歧化反應係顯示於圖22A中，圖22描繪受陽極偏壓的含銅基板，其中Cu+ 和Cu2+ 離子均係在陽極處生成，且其中Cu+ 離子係顯示為根據方程式12而發生歧化並形成銅微粒。可氧化Cu+ 離子之氧化劑的存在可藉由從溶液中去除Cu+ 從而防止歧化反應的發生以防止銅微粒形成。例如，過氧化氫可用作此等氧化劑。其係顯示於圖22B中，圖22B顯示出Cu+ 離子根據方程式13而在酸性溶液中被過氧化氫所氧化。 2Cu+ (aq) + H2 O2 + 2H+ → 2Cu2+ (aq) + 2H2 O     (13)
應注意，其他氧化機制亦可用於防止銅微粒形成，且本文所提出的實施例並不受限於所示機制。
在某些實施例中，所添加的氧化劑能夠化學性地溶解金屬微粒。例如，過氧化氫可用於氧化亞銅離子和防止歧化反應，並且若銅微粒已形成或其正在形成時溶解此等微粒。在某些實施例中，選擇氧化劑的濃度以例如使得不會導致經歷電化學金屬移除處理的金屬層發生顯著的化學腐蝕。例如，氧化劑的濃度可足以氧化和溶解金屬(例如銅)微粒，但不足以在電化學金屬移除處理期間顯著地腐蝕金屬(例如銅)層和干擾透過電化學金屬移除而實現的均勻度改善。
用於減輕銅微粒污染之合適氧化劑的實例包括過氧化物(例如過氧化氫和過氧化苯甲醯)、臭氧、過錳酸鹽(MnO4- )、基於鹵素之氧化劑、硝酸、及基於鉻(VI)之氧化劑(例如CrO3 和鉻酸鹽(CrO4 2- ))、及鐵離子(Fe3+ )。基於鹵素之氧化劑可包括零氧化態或正氧化態的鹵素。基於鹵素之氧化劑的實例包括零氧化態的鹵素(例如，Cl2 、Br2 、I2 )、包含+1氧化態之鹵素的化合物(包括但不限於次氯酸鹽(ClO-)、次溴酸鹽(BrO-)、及共軛酸)、包含+3氧化態之鹵素的化合物(包括但不限於亞氯酸鹽(ClO2 - )、溴酸鹽(BrO2 - )、及共軛酸)、以及包含+5氧化態之鹵素的化合物(包括但不限於氯酸鹽(ClO3 - )、溴酸鹽(BrO2 - )、及共軛酸)。在某些實施例中，基於鹵素之氧化劑(例如亞氯酸鹽、次氯酸鹽等)係與鹼性電解液(例如，pH至少約為8的電解液)結合使用。當氧化劑為具有氧化性陰離子的鹽(如過錳酸鹽、鉻酸鹽、氯酸鹽等)時，常使用諸如鈉和鉀等鹼金屬陽離子，因為其成本低且溶解度相對較高，但亦可使用其他更複雜的陽離子，例如四乙基銨。在某些實施例中，氧化劑不同於O2 。具體而言，使用包含磷酸的氧飽和電解液不會導致顯著的銅腐蝕。這與能夠腐蝕銅金屬的甲磺酸或硫酸之含氧溶液形成對比。本文所述的氧化劑可與無氧(例如，脫氣的)和含氧(例如，未經脫氣的)電解液結合使用。水溶性氧化劑通常以水溶液的形式被引入電解液中，而氣態氧化劑可例如透過噴射電解液而加以引入。雖然所述之方法主要係針對銅微粒進行描述，但應理解，其他金屬(例如鎳或錫)的微粒亦可藉由使用含氧化劑之電解液來溶解或防止形成，其中氧化劑的類型和氧化劑濃度係針對特定金屬而選擇的，例如用以防止金屬層的顯著腐蝕，並同時減輕金屬微粒污染。
銅微粒的形成係取決於電化學銅移除處理的狀態。在低於臨界電位下進行的電蝕刻狀態中，Cu+ 和Cu2+ 離子係在銅和電解液的界面處形成，並且從銅-電解液界面擴散出去的速度比其形成的速度更快。在此狀態下，界面附近的電解液的黏度實質上沒有變化，系統的表面反應阻力或極化相對較小，且電流分佈係由流至受處理之各個孤立特徵部和在其之間的電解液中的電場分佈所主導。在此狀態下，自由的Cu+ 離子可從界面移動並根據方程式12而歧化為更穩定的狀態，以形成金屬銅，其接著聚集而形成微粒。電蝕刻狀態在對因基板上特徵部之非均勻空間分佈而導致的電流概括分佈進行校正方面最為有用，並且反轉在先前電鍍處理期間發生的相同驅動分佈。
相比之下，若銅離子並未足夠快地從表面擴散離開，則銅-電解液界面附近的電解液的黏度會增加，從而形成黏性膜，其進一步減慢了遠離表面的擴散並限制了逸出的Cu+ 離子的數量，並因此限制了微粒的形成。當在低於臨界電位下於電拋光狀態中進行電化學金屬移除時可觀察到此現象。一般相信，在電拋光期間形成的Cu+ 離子被限制於表面區域，並且最終透過在受陽極偏壓之銅基板的表面處發生電化學反應而進一步被氧化以形成穩定的Cu2+ 離子。
然而，若在電蝕刻狀態中進行銅去除處理之後在電拋光狀態中進行銅去除處理，則在先執行的電蝕刻處理中已形成的至少一些微粒會保留在非導電性表面(例如光阻)上，並且在將晶圓從溶液中取出之前或之時，一部分的微粒會沉澱在特徵部表面上。由於在某些實施例中使用此兩種狀態以改善銅層的均勻度，因此除非採取減輕措施，否則此等處理會在基板表面上留下少量微粒。
圖23A顯示伴隨銅微粒污染減輕的電化學銅移除程序的一實施例。該程序始於步驟2301，提供具有裸露銅層的基板。例如，該基板可為具有部分填充有銅的通遮罩特徵部(例如通光阻特徵部)的半導體基板，如圖1B所示。接著，在步驟2303中，一部分的銅被電化學移除，並同時使基板與包含能夠防止銅微粒形成及/或能夠溶解銅微粒之氧化劑的電解液相接觸。例如，可使用能夠將Cu+ 離子轉化為Cu2+ 離子的氧化劑。電化學移除處理可在本文所述的任何設備中進行，該等設備能夠對基板施加陽極偏壓並將基板的工作表面浸沒於電解液中。電化學金屬移除處理可如本文所述地經配置以改善銅層的均勻度，但更一般地，可為了任何其他目的而進行。在一實施例中，電化學金屬移除處理涉及低於臨界電位的電蝕刻。例如，電化學金屬移除處理可為純電蝕刻處理，或者在低於臨界電位的電蝕刻之後可使電位增加並在高於臨界電位下進行電拋光。雖然銅微粒污染在純電拋光處理中係較小的問題，但所提供之方法亦可用於此類處理。在使用電蝕刻後進行電拋光的某些實施例中，氧化劑在電蝕刻和電拋光期間皆存在於電解液中。在其他實施例中，氧化劑可於電蝕刻期間存在於電解液中，而在電拋光期間不存在於電解液中。
上述氧化劑可用於防止銅微粒形成及/或用於溶解銅微粒。在一具體實施例中，氧化劑為過氧化氫。例如，可將基板的工作表面浸沒於包含酸(例如，磷酸或本文所述的任何酸)和過氧化氫之水溶液的電解液中。在某些實施例中，初始浸沒期間所使用的電解液亦包括銅鹽(例如，磷酸銅(II))。在某些實施例中，在電解液中以相對小的濃度提供過氧化氫，以避免銅層的顯著化學腐蝕。例如，過氧化氫的濃度可為約2,000 ppm或更低，例如介於約300-1700 ppm之間、介於約500至1500 ppm之間、或介於約800-1200 ppm之間。在低至300 ppm的過氧化氫濃度下可觀察到銅微粒之去除。
參照步驟2305，選用性地監視電解液中之氧化劑的濃度。例如，氧化劑的濃度可由判定基板附近之氧化劑濃度或等效濃度的感測器連續或間歇地量測。可直接在除鍍容器中於基板附近(例如，離基板5 cm內)量測濃度，或者可在除鍍容器的下游量測等效濃度(若電解液以足夠的速率(例如，至少約0.1 L/分鐘)通過容器的話)。例如，可藉由分光光度感測器或電化學感測器量測氧化劑的濃度。在其他實施例中，電解液中氧化劑的濃度係透過自動滴定法而判定。選擇感測器和滴定方法以使得在銅鹽存在的情況下可準確判定氧化劑的濃度。在某些實施例中，藉由分光光度感測器以監視過氧化氫的濃度，該分光光度感測器係配置以量測在約240 nm處的吸光度。在另一實施例中，使用電化學感測器量測過氧化氫的濃度。電化學感測器的實例包括電位感測器和電流感測器。電位感測器包括工作電極和參考電極，且係配置以在沒有顯著電流流動的情況下量測該等電極之間的電位，其中工作電極處的電位與過氧化氫濃度相關聯。例如，該感測器可配置以在金工作電極處還原過氧化氫。電流感測器使用兩個或三個電極以量測電流(其與過氧化氫濃度相關聯)，同時使電位保持不變。合適的電化學感測器的實例為可自加州安那翰的電化學裝置公司(Electrochemical Devices Inc.)獲得的HP80型(Model HP80)感測器。用於判定過氧化氫濃度的滴定方法多種多樣，且包括例如利用碘化鉀滴定過氧化氫並同時量測390 nm處之吸光度的方法。此外，可藉由化學發光感測器(例如基於魯米諾反應(luminol reactions))而判定過氧化氫濃度。
在監視氧化劑濃度期間所獲得的數據可用於調整電解液中氧化劑的濃度。例如，若氧化劑的濃度落至低於預定的較低位準，則可將氧化劑配給至電解液中以使氧化劑濃度達到所需範圍。此外，若氧化劑的濃度高於預定的較高位準，則可將稀釋劑(例如水)添加至電解液中以使氧化劑濃度降低至較佳的濃度範圍。
在一些實施例中，氧化劑濃度的維持係由與除鍍池連接的控制器自動執行，其中該控制器係配置或編程以進行下列步驟：自感測器及/或自動滴定儀接收關於氧化劑濃度的資訊；處理此資訊，俾判定濃度係低於或高於預定濃度；若濃度低於預定的較低濃度，則致使將氧化劑添加至電解液中；以及若濃度高於預定的較高濃度，則致使將稀釋劑添加至電解液中。若測得的氧化劑濃度落在較佳的較低濃度與較高濃度之間的預定範圍內，則控制器可決定不需採取任何行動。在某些實施例中，控制器係經編程以將過氧化氫的濃度維持在介於約100-2100 ppm之間的範圍內，例如介於約300-1700 ppm之間、介於約400-1600 ppm之間或介於約1000-2000 ppm之間。
應注意，在某些實施例中可能不需要監視氧化劑濃度。例如，當氧化劑的分解速率或反應速率為已知時，可基於已知的反應速率，按預定的時間間隔按時程表將氧化劑間歇地配給至電解液中。
圖23B顯示根據不同實施例之微粒污染減輕方法的程序流程圖。該程序始於步驟2307，提供具有銅層的基板。接著，在步驟2309中，在電蝕刻狀態中去除銅層的一部分，其中電蝕刻導致銅微粒的形成。與圖23A所示之實施例不同，電蝕刻係在沒有氧化劑的情況下進行(例如，在包含磷酸和銅鹽的電解液中)，並且允許銅微粒的形成。在完成電蝕刻狀態之後，在步驟2311中，將流體施加於基板以去除所形成的銅微粒。例如，基板可在電蝕刻之後從電解液中去除，並且可利用水或其他流體加以沖洗俾去除銅微粒。在某些實施例中，基板表面被噴灑約1-120秒。有些微粒會從遮罩材料(例如光阻)的表面被去除並移至銅層上。接著，在步驟2313中，在電拋光狀態中(在比電蝕刻期間更高的電位下)去除一部分的銅，其中停留在銅層上的銅微粒會在電拋光期間電化學地溶解。在此實施例中，在電蝕刻和電拋光步驟中皆不需要氧化劑的存在。
圖23C為根據另一實施例之微粒污染減輕方法的程序流程圖。該程序始於步驟2315，提供具有裸露銅層的基板。接著，在步驟2317中，一部分的銅被電化學地去除，其中電化學銅移除處理導致銅微粒的形成。此步驟可在未使用氧化劑的電解液中進行。在電化學地去除一部分銅之後，在步驟2319中，將蝕刻劑施加至基板的表面以溶解銅微粒。在一實施例中，蝕刻劑包括氧化劑，例如本文所述的任何氧化劑。在某些實施例中，蝕刻劑為在電化學金屬移除處理中所使用的同一電解液中包含氧化劑的溶液。例如，若在包含磷酸的電解液中進行電化學金屬移除，則可使用包含過氧化氫與磷酸之溶液的蝕刻劑。在另一實施例中，電化學金屬移除處理係在包含磷酸的電解液中進行，且蝕刻劑包含氧化劑與不同酸之溶液。例如，蝕刻劑可為包含硫酸與過氧化氫的水溶液(食人魚蝕刻劑(piranha etchant))。
在某些實施例中，在已執行所有必要的電化學金屬移除步驟之後將蝕刻劑施加於基板的表面。例如，電化學金屬移除處理可包括進行電蝕刻然後進行電拋光。在電拋光之後，任何殘留的銅微粒皆藉由蝕刻步驟而溶解。
在其他實施例中，在電蝕刻之後但在電拋光之前將蝕刻劑施加於基板的表面。例如，可在電蝕刻狀態中去除一部分的銅，其中電蝕刻處理產生銅微粒。接著，將蝕刻劑施加於基板的工作表面以溶解銅微粒，並且在微粒被溶解之後，在比電蝕刻期間更高的電位下於電拋光狀態中去除銅層的另一部分。
可例如藉由用蝕刻劑噴灑基板表面或藉由將基板的工作表面浸沒於蝕刻劑中，以將蝕刻劑施加於基板。在某些實施例中，專用的蝕刻模組係配置以在基板已從用於電化學銅移除的除鍍池被取出之後將蝕刻劑噴灑於基板上、或將基板浸沒於蝕刻劑中。在其他實施例中，在電化學金屬移除設備中進行銅微粒的蝕刻。例如，基板的工作表面可從除鍍池中的電解液中被抬起，並且可利用蝕刻劑加以噴灑，或者替代性地，蝕刻劑可在蝕刻步驟期間代替除鍍池中的電解液，但在該等實施例中，當除鍍池再次用於電化學金屬移除時，應額外注意恢復電解液成分的恆定狀態。應理解，此實施例中的蝕刻步驟係在沒有對基板施加陽極偏壓的情況下使用的。
圖23A所示的方法可於本文所述的任何電化學金屬移除設備中實施，其中該設備配備有配置以將氧化劑輸送至電解液的流體導管，並且選用性地配備有用於量測電解液中之氧化劑濃度的感測器。在某些實施例中，該設備包含配置以容納電解液和陰極的容器；半導體基板固持件，其係配置以固持半導體基板，使得在從半導體基板電化學地去除金屬的期間，半導體基板的工作表面係浸沒於容器中的電解液中並與陰極分離，其中該設備係配置以對半導體基板施加陽極偏壓；以及流體導管，其係配置以將氧化劑提供至容器中的電解液，其中該流體導管係與氧化劑源流體連通。
根據此實施例的電化學金屬移除設備之一部分的實例係顯示於圖24中，其中該設備的所有元件與圖20中的元件相同，但該設備另外包括氧化劑源2401，氧化劑源2401係經由流體導管2403而連接至電解液導管(在此實例中為陽極電解液導管)，其朝半導體基板3的方向輸送電解液。在一個實例中，氧化劑源2401為過氧化氫水溶液的容器。
一般而言，氧化劑可於流體系統中的任何點處被導入電解液中，只要該系統係配置以將含氧化劑之電解液輸送至基板並同時保持一致的氧化劑濃度即可。在一實施例中，在電解液被引導靠近或遍及半導體基板之後將氧化劑添加至電解液中。這可引致氧化劑濃度在半導體基板表面上各處的均勻分佈。在其他實施例中，可於除鍍池的上游(在電解液被引導靠近或遍及基板之前)將氧化劑注入。例如，可將氧化劑配給至位於除鍍池上游的儲存器中，其中該儲存器包含電解液的其他成分(例如，磷酸及銅鹽)。在某些實施例中，在池中的電解液中始終保持實質上恆定的氧化劑濃度(例如，在電化學金屬移除期間及當基板不在池中時的空閒時間期間)。在其他實施例中，僅有在基板存在時或僅有在電化學金屬移除的電蝕刻階段期間電解液中存在氧化劑。
氧化劑流體導管2403可與以下者連接：配置以將氧化劑從氧化劑源2401向電解液泵送的泵浦(未顯示)、用於量測導管中氧化劑之流量的流量計、及配置以調節流至電解液之氧化劑輸送的閥。
該設備可更包括連接至配置以將酸配給至電解液中之酸輸送導管的酸源(例如磷酸)、以及連接至配置以將稀釋劑配給至電解液中之稀釋劑輸送導管的稀釋劑源(例如水)。在某些實施例中，該設備係配置以獨立地控制將氧化劑、酸、及稀釋劑送至電解液中之配給，俾提供對成分濃度的高程度控制，其可在基板處理期間或在個別基板的處理之間進行調整。在某些實施例中，該設備包括一電解液再循環迴路，其中流體導管係配置以將電解液成分(例如，氧化劑、酸、水)配給至該再循環迴路中。
此外，圖24中描繪的設備包括感測器2405，其係配置以量測電解液中氧化劑的濃度。感測器的實例包括如上所述的分光光度感測器和電化學感測器。在所描繪的實施例中，感測器係位於容納電解液的容器內且鄰近半導體基板3。在其他實施例中，感測器可位於容器的下游、外部。可將感測器電連接至控制器31，其中該控制器可經配置或編程以處理自感測器2405獲得的數據，並且在氧化劑的濃度落在預定範圍之外時引致氧化劑或稀釋劑的添加。
電化學金屬移除用的設備可為亦包含電鍍設備之系統的一部分，其中該系統係建構以在電鍍後將基板傳輸至電化學金屬移除設備。圖25顯示一例示性整合系統的概圖，此整合系統可用以進行多種操作，包含電鍍與電化學金屬移除。如圖25中所示，整合系統307可包含複數電鍍模組，在此例中包含三個分離的模組309、311及313。每一電鍍模組通常包含用以在電鍍期間容納陽極與電鍍溶液的池，以及在電鍍期間用以將晶圓支撐於電鍍 溶液中並用以旋轉晶圓的晶圓支撐件。圖25中所示的電鍍系統307更包含具有三個分離之電化學金屬移除模組315、317及319的電化學金屬移除系統。模組中的每一者皆包含如文中所述用以容納陰極與晶圓支撐件的除鍍池。此外，整合系統307可包含一或多個電填充後模組(PEM，未顯示)，其功能可包含完全沖洗晶圓上的任何電解液溶液與污染物及/或乾燥晶圓。取決於實施例，每一PEM可用以進行任何下列之功能：邊緣移除(EBR)、背側蝕刻、晶圓之酸清理、在晶圓受到模組309、311及313中之一者電填充後之晶圓的沖洗與乾燥。整合系統307亦可包含用以容納稀釋劑並將稀釋劑輸送至電化學移除模組的化學稀釋模組321以及用以容納電化學移除模組所用之電解液的中央電解液浴槽323。中央電解液浴槽323可為用以容納電化學金屬移除模組中用來作為電解液之化學溶液的槽。整合系統307亦可包含氫氣管理系統333，氫氣管理系統333可包含一或多個沉靜室，以及儲存惰性氣體並將惰性氣體輸送至沉靜室的惰性氣體源。在某些實施例中，過濾與泵抽單元337過濾中央浴槽323用的電解液溶液並將其泵抽至電化學金屬移除模組。電鍍及/或電化學金屬移除模組可包含其自己的稀釋與給劑模組(如用以將電鍍添加物添加至電鍍溶液)、其自己的過濾與泵抽單元、及其自己的中央電解液浴槽(未顯示)。在某些實施例中，電化學金屬移除模組與電鍍模組係以雙層配置的方式垂直堆疊，電鍍模組佔據第一層而電化學金屬移除模組佔據不同的一層。在其他實施例中，電鍍模組可堆疊在設備的一區中而電化學金屬移除模組可堆疊在設備的不同一區中。
最後，在某些實施例中，電子單元339可具有系統控制器的功能，提供操作電鍍系統307所需的電子與界面控制。系統控制器通常包含一或多個記憶體裝置及用以執行指令俾使整合系統可進行所其欲之處理操作的一或多個處理器。包含用以根據文中所述之實施例控制處理操作之指令之機器可讀媒體可耦合至系統控制器。單元339亦可針對系統設置一電源。
在操作中，包含後端機械手臂325的機器人可用以自晶圓盒(如晶圓盒329A或329B)選擇晶圓。後端機械手臂325可利用真空附接或某些其他的可行附接機制而附接至晶圓。
前端機械手臂340可自晶圓盒(如晶圓盒329A或晶圓盒329B)選擇一晶圓。晶圓盒329A或329B可為前開口統一艙(FOUP)。一FOUP為一容器，其係設計被用來安穩地將晶圓支撐在一受控環境中並使晶圓能藉由設有適當加載接口及機械搬運系統的設備而受到移除以接受處理或量測。前端機械手臂340可利用真空附接或某些其他附接機制支撐晶圓。前端機械手臂340可與晶圓盒329A或329B、傳送站350、或對準件310交界。後端機械手臂325可自傳送站350而與晶圓之接取。傳送站350可為槽口或位置，前端機械手臂340與後端機械手臂325可在不使晶圓通過對準件310的方式下將晶圓傳輸至該槽口或位置或自該槽口或位置拿取晶圓。應注意，在某些實施例中，傳送站350可具有晶圓邊緣攝像模組的功能(或位置功能)。然而在某些實施例中，為了確保晶圓能在後端機械手臂325上適當對準以精準地將晶圓輸送至電鍍模組，後端機械手臂325可利用對準件310對準晶圓。後端機械手臂325亦可將晶圓輸送至電填充模組309、311或313中的一者或將晶圓輸送至電化學金屬移除模組315、317及319中的一者。
為了確保晶圓能在後端機械手臂325上適當對準以精準地將晶圓輸送至電鍍模組309、311或313或者電化學金屬移除模組315、317及319，後端機械手臂325可將晶圓傳輸至對準件模組331。在某些實施例中，對準件模組331包含對準臂，後端機械手臂325會將晶圓推向對準臂以倚靠對準臂。當晶圓適當地倚靠對準臂對準時，後端機械手臂325移動至相對於對準臂的一預設位置。在其他實施例中，對準件模組331判斷晶圓中心以使後端機械手臂325自新位置拾起晶圓。接著後端機械手臂325重新附接至晶圓並將晶圓輸送至電鍍模組309、311或313中的一者或電化學金屬移除模組315、317及319中的一者。
是以在利用整合系統307在晶圓上形成金屬層的一典型操作中，後端機械手臂325將晶圓自晶圓晶圓盒329A或329B傳輸至用以電鍍前置中調整的對準件模組331，接著將晶圓傳輸至電鍍用的電鍍模組309、311或313，接著將晶圓傳回電平坦化前置中調整用的對準件模組331，接著將晶圓傳輸至邊緣移除用的電化學金屬移除模組315、317或319。當然，在某些實施例中，可省略中間的置中/對準步驟並可直接在電鍍模組與電平坦化模組之間傳輸晶圓。在某些實施例中，將晶圓自電填充模組傳輸至PEM模組然後自PEM模組傳輸至電化學金屬移除模組。
在某些情況中，處理涉及先自晶圓支撐晶圓盒或FOUP(前開口統一艙)移除晶圓、將晶圓傳輸至真空預濕站(在此處包含通光阻特徵部的晶圓的表面在次大氣壓下的無泡泡濕化處理中完全濕化)、將已經濕化的晶圓傳輸至第一電鍍模組並在第一電鍍模組中電鍍第一金屬(如銅)、在第一電鍍模組中回收電鍍溶液並沖洗晶圓、自第一電鍍模組移除晶圓並將表面仍濕的晶圓傳輸至電平坦化模組、在電平坦化模組中處理晶圓、在電平坦化模組中回收電平坦化溶液並沖洗晶圓、接著將晶圓傳輸至處理後模組(PTM)並在該處至少完全沖洗並乾燥晶圓，接著使已乾燥的晶圓返回晶圓盒或FOUP。某些實施例修改上述程序以包含：在電平坦化模組中完成處理後將晶圓傳輸至另一電鍍站以對基板電鍍與在第一次訪問之電鍍模組中所沉積的相同金屬，或在訪問電平坦化模組及在電平坦化模組中接受處理之前將晶圓傳輸至一電鍍站以電鍍不同之金屬(如鎳、錫、或錫銀合金)。在一較佳的實施例中，先在第一電鍍模組中以銅電鍍晶圓，然後將晶圓傳輸至第二電鍍模組並在第二電鍍模組中電鍍錫(此步驟可選擇性地跳過)。接下來，將晶圓傳輸至第三電鍍模組並在第三電鍍模組處沉積錫或錫銀合金，接著將晶圓傳輸至電平坦化模組並在電平坦化模組處移除一部分之錫銀薄膜，由於後者處理的結果，產生錫銀之受到改善的厚度分佈。厚度分佈的改善包含獨立特徵部中(特徵部分佈)的改善及晶圓上方之疊層結構的整體分佈(晶粒內及晶圓內厚度分佈)的改善，其中改善係與未在最終電平坦化模組中進行處理的結構相比。在此較佳實施例的一實施方式中，在錫銀平坦化用之電平坦化模組中所使用的電解液溶液為濃度高於45重量%的硫酸或甲磺酸溶液。
電鍍操作可涉及將晶圓載入殼式晶圓支撐件中並將殼式晶圓支撐件降入欲進行電鍍之電鍍模組309、311或313中之一者之池內所包含的電鍍浴中。池通常包含作為欲電鍍之金屬源的陽極(雖然陽極可以是遠端的)以及電鍍浴溶液，電鍍浴溶液可受到中央電填充浴儲槽(未顯示)之供給以及來自給劑系統之選擇性化學添加物的供給。在選擇性的EBR後，通常會清理、沖洗與乾燥晶圓，然後將晶圓導入電化學金屬移除模組315、317及319中的一者，電化學金屬移除模組可類似地使用可用以將基板降至電化學金屬移除電解液中的殼式晶圓支撐件。
最後應注意，在完成電化學金屬移除處理之後及在PTM模組中選擇性的沖洗與乾燥後，後端機械手臂325可收回晶圓並將其返還晶圓盒329A或329B。自該處，晶圓盒329A或329B可被提供至其他半導體晶圓處理系統。
圖26中概略地例示電沉積與電化學金屬移除用之整合設備的一替代性實施例。設備2600具有以一對或多雙組態配置的電鍍及/或電化學金屬移除池2607，每一池包含一含電解液之浴。除電鍍與電化學金屬移除本身外，設備2600可進行各種其他電鍍或電平坦化相關的處理及子步驟例如旋轉沖洗、旋轉乾燥、金屬與矽的濕式蝕刻、無電沉積、預濕與預化學處理、還原、退火、光阻剝除、及表面預活化。在圖26中概略顯示從上往下看之設備 2600，且在圖中僅顯示單一位準或「樓板」，但熟知此項技藝者當明白，此類設備如科林研發之SabreTM 3D設備可具有彼此上下「堆疊」的兩或更多位準，每一位準可能具有相同或不同類型的處理站。在某些實施例中，電鍍站及電化學金屬移除站係設置在設備的不同位準上。在其他實施例中，單一位準可包含電鍍站與電化學金屬移除站兩者。
再次參考圖26，經由前端裝載FOUP 2601將欲受到電鍍的複數基板2606大致上饋送至設備2600，在此實例中，藉由前端機器人2602將欲受到電鍍的複數基板2606自FOUP搬運至設備2600的主基板製程區，前端機器人2602可以多維度自複數接取站2608中的一者收回受到轉子2603驅動的基板2606並將基板2606移動至複數接取站2608中的另一者—在此實例中複數接取站顯示兩個前端接取站2604及兩個前端接取站2608。前端接取站2604與2608可包含例如預處理站、旋轉沖洗乾燥(SRD)站。前端機器人2602之側至側的橫向移動係利用機器人軌道2602a來完成。每一基板2606可被一杯狀/錐狀組件(未顯示)所支撐，杯狀/錐狀組件係由連接至馬達(未顯示)的一轉子2603所驅動，馬達係附接至安裝架2609。在此實例中亦顯示四「雙」電鍍及/或電化學金屬移除池2607，因此總共八個池2607。電鍍池2607可用以針對含銅結構電鍍銅及針對焊料結構電鍍焊料材料。在複數電鍍站2607中之一者中電鍍金屬後，基板被傳送至設備之相同位準上或設備2600之不同位準上的電化學移除池。系統控制器(未顯示)可耦合至電沉積設備2600以控制電沉積設備2600的部分或全部特性。可程式化或以其他方式配置系統控制器以執行根據前文中所述之處理的指令。
本發明之另一態樣為用以完成文中所述之方法的設備。適合的設備包含用以完成處理操作的硬體及具有指令用以控制根據本發明之處理操作的系統控制器。系統控制器通常包含一或多個記憶體裝置及一或多個用以執行指令的處理器俾使設備進行根據本發明之方法。包含用以控制根據本發明之處理操作之指令的機器可讀媒體可耦合至系統控制器。
在一些實施例中，控制器為系統的一部分，該系統可為上述範例的部分。此類系統可包含半導體處理設備，含一或複數處理工具、一或複數腔室、用於處理的一或複數工作台、及/或特定處理元件(晶圓底座、氣流系統等)。該等系統可與電子裝置整合，以於半導體晶圓或基板之處理前、處理期間、及處理後控制其操作。可將該等電子裝置稱為「控制器」，其可控制一或複數系統的各種元件或子部件。依據處理需求及/或系統之類型，可將系統控制器程式化以控制本文中所揭示之處理的任一者，包含處理氣體之輸送、溫度設定(如：加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、射頻(RF)匹配電路設定、頻率設定、流動速率設定、流體輸送設定、位置及操作設定、進出工具及連接至特定系統或與特定系統介面接合的其他傳送工具及/或負載閘之晶圓傳送。
廣泛而言，可將控制器定義為具有接收指令、發送指令、控制操作、允許清潔操作、允許端點量測等之各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子設備。該積體電路可包含儲存程式指令的韌體形式之晶片、數位信號處理器(DSPs)、定義為特殊應用積體電路(ASICs)之晶片、及/或執行程式指令(如軟體)之一或更多的微處理器或微控制器。程式指令可為以各種個別設定(或程式檔案)之形式傳送到控制器的指令，其定義用以在半導體晶圓上、或針對半導體晶圓、或對系統執行特定處理的操作參數。在一些實施中，該等操作參數可為由製程工程師所定義之配方的部分，該配方係用以在基板之一或更多的膜層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶粒的製造期間，完成一或更多的處理步驟。
在一些實施中，控制器可為電腦的部分或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、或透過網路連接至系統、或上述之組合。例如，控制器係可位於「雲端」、或為晶圓廠主機電腦系統的全部或部分，其可允許基板處理之遠端存取。該電腦能達成對該系統之遠端存取，以監視製造操作之目前進度、查看過去製造操作之歷史、查看來自多個製造操作之趨勢或性能指標，俾改變目前處理之參數，以設定處理步驟而接續目前的處理、或開始新的處理。在一些範例中，遠端電腦(如伺服器)可透過網路將處理配方提供給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。該遠端電腦可包含可達成參數及/或設定之輸入或編程的使用者介面，該等參數或設定接著自該遠端電腦傳送至該系統。在一些範例中，控制器接收資料形式之指令，在一或更多的操作期間，其針對該待執行的處理步驟之各者而指定參數。應理解，該等參數可特定於待執行之處理的類型、及工具(控制器係配置成與該工具介面接合或控制該工具)的類型。因此，如上所述，控制器可為分散式的，例如藉由包含一或更多的分離的控制器，其透過網路連接在一起並朝共同的目標而作業，例如本文中所敘述之處理及控制。用於此類目的之分開的控制器之範例可為腔室上之一或更多的積體電路，其與位於遠端(例如為平台等級、或為遠端電腦的部分)之一或更多的積體電路連通，其結合以控制該腔室上的處理。
範例系統可包含(但不限於)電化學金屬移除系統或模組、電鍍系統或模組、電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、化學金屬蝕刻腔室或模組、潔淨腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、徑跡腔室或模組、及可與半導體晶圓之製造及/或生產有關或用於其中的任何其他半導體處理系統。
如上所述，依據將藉由工具執行之(複數)處理步驟，控制器可與半導體製造工廠中之下列一或更多者進行通訊：其他工具電路或模組、其他工具元件、群集工具、其他工具介面、鄰接之工具、鄰近之工具、遍布工廠的工具、主電腦、另一控制器、或材料運輸中所使用之工具，該材料運輸中所使用之工具將晶圓容器輸送往返於工具位置及/或裝載埠。
一般而言，控制器可包括用於執行本文所述之任何方法的程式指令。在某些實施例中，控制器包括用於在電蝕刻狀態中、在電拋光狀態中、或在電蝕刻狀態後接電拋光狀態中去除金屬的程式指令。控制器亦可接收來自電化學金屬移除設備之一或更多感測器的反饋，並且可包含用於基於感測器讀數而將一或更多流體添加至除鍍池的程式指令。圖案化方法 / 設備：
本文所述的設備/處理可結合微影圖案化的工具或處理而使用，例如，半導體裝置、顯示器、LED、太陽光電板等的加工或製造。通常(但未必如此)，此等工具/處理將一起使用或執行於共同的加工設施內。薄膜的微影圖案化通常包含一些或全部下列步驟，每個步驟係利用若干可能的工具促成：(1) 使用旋轉式或噴塗式的工具在工件(亦即基板)上塗佈光阻；(2) 使用加熱板或加熱爐或UV固化工具以進行光敏劑之固化；(3) 利用諸如晶圓步進機的工具使光阻暴露於可見光或UV、或極UV (eUV)、或x射線光；(4) 利用諸如溼檯的工具將光阻顯影以選擇性地移除光阻及從而使其圖案化；(5)藉由使用乾式或電漿輔助蝕刻工具轉移光阻圖案進入底膜或工件；及(6)使用諸如RF或微波電漿光阻剝除器的工具移除光阻。實例 實例1
將具有通光阻銅特徵部的半導體基板導入電化學銅移除設備中，在該設備中使用包含磷酸和磷酸銅的無氧化劑之電解液對銅的一部分進行電蝕刻然後進行電拋光。顯微鏡檢查顯示特徵部表面上有六個微粒。接著使用經修改的電解液在新的基板上重複進行該程序，其中該電解液最初包含約0.1%(1,000 ppm)的H2 O2 。該濃度係藉由將180 mL的30% H2 O2 水溶液配給至含有磷酸水溶液和磷酸銅的54 L電解液中而實現。在過氧化物之配給後9分鐘、5.3小時、7.5小時、及24小時使用該電解液重複進行該程序。透過顯微鏡檢查，該等微粒在過氧化物之配給後9分鐘經觀察係不存在的，並且在24小時期間內保持不存在。此實施例表明，即使過氧化氫係在低濃度下被提供至包含磷酸的電解液中，仍可去除非所欲之微粒。 實例2(比較)
將具有通光阻銅特徵部的半導體基板導入電化學銅移除設備中，在該設備中使用包含磷酸和磷酸銅的無氧化劑之電解液對銅的一部分進行電蝕刻然後進行電拋光。在電蝕刻和電拋光階段之間並未進行中間沖洗步驟。電拋光後的顯微鏡檢查顯示，85%的特徵部有微粒，而55%的特徵部每個特徵部有超過5個的微粒。 實例3
將具有通光阻銅特徵部的半導體基板導入電化學銅移除設備中，在該設備中使用包含磷酸和磷酸銅的無氧化劑之電解液對銅的一部分進行電蝕刻然後進行電拋光。在電蝕刻階段之後且在電拋光階段之前，使用水沖洗基板達30秒。電拋光後的顯微鏡檢查顯示，9%的特徵部有微粒，且每個特徵部皆沒有超過5個的微粒。此實例說明在電蝕刻和電拋光步驟之間的中間沖洗步驟可顯著地減少微粒的數量。
1:基板支撐件 3:基板 5:陰極 7:薄膜 9:除鍍池 11:陽極室 12:框件 13:陰極室 15:出口 17:入口 19:離子電阻性離子可滲透元件 21:橫流注射歧管 23:橫流限制環 25:入口 27:出口 29:參考電極 30:電連接件 31:控制器 100:基板 101:膜層 103:晶種層 105:遮罩層 107:凹陷特徵部 108:凹陷特徵部 109:孤立之凹陷特徵部 113:金屬 115:目標位準 201:操作 203:操作 205:操作 207:特徵部 209:特徵部 211:特徵部 213:光阻 215:晶種層 217:金屬突出物 219:金屬橋 221:柱/支撐邊緣 223:介層窗 225:線 227:介層窗 307:整合系統 309:電填充模組 310:對準件 311:電填充模組 313:電填充模組 315:電化學金屬移除模組 317:電化學金屬移除模組 319:電化學金屬移除模組 321:化學稀釋模組 323:中央電解液浴槽 325:後端機械手臂 329A:晶圓盒 329B:晶圓盒 331:對準件模組 333:氫氣管理系統 337:過濾與泵抽單元 339:電子單元 340:前端機械手臂 350:傳送站 401:操作 403:操作 405:操作 601:操作 603:操作 605:操作 701:離子電阻性離子可滲透元件 703:流動轉向元件 705:電解液注射口 801:操作 803:操作 805:操作 901:陰極 903:特徵部 905:特徵部 907:特徵部 913:通遮罩特徵部 915:通遮罩特徵部 917:通遮罩特徵部 1201:圖 1203:圖 1301:操作 1303:操作 1305:操作 1401:操作 1403:操作 1405:操作 1503:特徵部 1505:特徵部 1507:特徵部 1701:操作 1703:操作 1705:操作 1709:操作 1801:操作 1803:操作 1805:操作 1807:操作 1901:密度計 1903:導電率儀 1905:溫度計 1907:電解液位準計 1909:控制器 1911:稀釋硬體 1913:電解系統 1915:硬體 1920:電鍍模組質量平衡 1921:電鍍池模組 1922:晶圓拖入物 1923:蒸發 1924:流動 1925:純去離子水 1926:富金屬的溶液M 1927:富酸的溶液A 2301:操作 2303:操作 2305:操作 2307:操作 2309:操作 2311:操作 2313:操作 2315:操作 2317:操作 2319:操作 2401:氧化劑源 2403:流體導管 2405:感測器 2600:設備 2602:前端機器人 2602a:機器人軌道 2603:轉子 2604:前端接取站 2606:基板 2607:電鍍及/或電化學金屬移除池 2608:接取站 2609:安裝架
圖1A-1D為根據本文所提供之實施例之經歷處理之基板的示意性橫剖面圖。
圖2A為例示根據本文所提供之實施例之程序的程序流程圖。
根據一實施例，圖2B為在金屬填充有蕈狀金屬突出部之後的基板的示意性橫剖面圖。
圖2C為在金屬填充和遮罩移除之後的結合有柱體與介層窗之特徵部的示意性側視圖。
圖2D為在金屬填充和遮罩移除之後的結合有線與介層窗之特徵部的示意性側視圖。
圖3A-3D為經歷根據本文所提供之實施例之處理之基板的示意性橫剖面圖。
圖4為一程序流程圖，其例示根據本文所提供之實施例之程序。
圖5A與5B為基板之示意性橫剖面圖，其分別例示晶粒內非均勻度與特徵部內非均勻度之測定。
圖6為一程序流程圖，其例示根據本文所提供之實施例之電化學金屬移除程序。
圖7A與7B為金屬移除設備之鄰近基板之部分的示意性橫剖面圖，其例示根據兩個不同實施例的電解液流動型態。
圖8為一程序流程圖，其例示根據本文所提供之實施例之電化學金屬移除處理。
圖9A為經歷電蝕刻的例示性基板的橫剖面圖。
圖9B 為經歷電拋光的例示性基板的橫剖面圖。
圖9C為圖9B中所示之基板在電拋光之後的橫剖面圖。
圖10為一實驗I-V圖，用以估計決定電蝕刻與電拋光狀態時所使用的臨界電位。
圖11為一系列的實驗I-V曲線，其例示臨界電位對電解液橫流速率的相依性。
圖12例示決定臨界電位時所使用的兩個實驗圖。
圖13為一程序流程圖，其例示根據本文所提供之實施例的電化學金屬移除處理。
圖14為一程序流程圖，其例示根據本文所提供之實施例的電化學金屬移除處理。
圖15A為電蝕刻之後的基板的示意性橫剖面圖，其例示過蝕刻問題。
根據本文所提供之實施例，圖15B –15E為先經歷電蝕刻再經歷電拋光之基板的示意性橫剖面圖。
圖16A為沒有進行電化學金屬移除所獲得之銅特徵部的SEM照片。
圖16B為在電拋光狀態中經電平坦化之銅特徵部的SEM照片。
圖16C為在電蝕刻狀態中經電平坦化之銅特徵部的SEM照片。
圖16D為藉由先電蝕刻再電拋光而電平坦化之銅特徵部的SEM照片。
圖17為根據本文所提供之實施例之程序的程序流程圖。
圖18為根據本文所提供之實施例之程序的程序流程圖。
圖19A為根據本文所提供之實施例之控制器連接的示意圖。
圖19B為根據本文所提供之實施例之池中之進料與出料的示意圖。
圖20為根據本文所提供之實施例之電化學金屬移除設備之除鍍池的示意性橫剖面圖。
根據本文所提供之實施例，圖21為離子電阻性離子可滲透元件的俯視圖，該離子電阻性離子可滲透元件具有設置於其上的橫流侷限結構。
圖22A為顯示在電化學銅移除期間之Cu+ 和Cu2+ 離子形成的示意圖。
圖22B為顯示過氧化氫與Cu+ 離子之反應的示意圖。
圖23A-23C為根據本文所提供之各種實施例的減輕金屬微粒污染之方法的程序流程圖。
根據本文所提供之實施例，圖24為除鍍池之一部分的示意性橫剖面圖。
圖25為可用以施行根據本文所提供之實施例之操作的整合式系統的示意性俯視圖。
圖26為可用以施行根據本文所提供之實施例之操作的另一整合式系統的示意性俯視圖。
1:基板支撐件
3:基板
5:陰極
7:薄膜
9:除鍍池
11:陽極室
12:框件
13:陰極室
15:出口
17:入口
19:離子電阻性離子可滲透元件
21:橫流注射歧管
23:橫流限制環
25:入口
27:出口
29:參考電極
30:電連接件
31:控制器
2401:氧化劑源
2403:流體導管
2405:感測器

Claims (38)

  1. 一種自半導體基板電化學移除銅的設備，包含： (a) 一容器，其係配置以在自該半導體基板電化學移除銅的期間容納電解液和陰極； (b) 一半導體基板固持件，其係配置以固持該半導體基板，使得在自該半導體基板電化學移除銅的期間，該半導體基板的工作表面係浸沒於該容器中的該電解液中並與該陰極分離，其中該設備係配置以對該半導體基板施加陽極偏壓；以及 (c) 一流體導管，其係配置以將氧化劑提供至該容器中的該電解液，其中該流體導管係與一氧化劑源流體連通。
  2. 如請求項1之自半導體基板電化學移除銅的設備，更包含連接至該流體導管的泵浦，其中該泵浦係配置以將該氧化劑從該氧化劑源朝該電解液的方向泵送。
  3. 如請求項1之自半導體基板電化學移除銅的設備，更包含一流量計，其係配置以量測該氧化劑在該流體導管中的流量。
  4. 如請求項1-3其中任一項之自半導體基板電化學移除銅的設備，其中該流體導管係配置以使得該氧化劑係在該電解液被引導進入該容器並鄰近或遍及該半導體基板之後被提供至該電解液。
  5. 如請求項1-3其中任一項之自半導體基板電化學移除銅的設備，其中該流體導管係配置以使得該氧化劑係在該電解液被引導進入該容器並鄰近或遍及該半導體基板之前被提供至該電解液。
  6. 如請求項1-3其中任一項之自半導體基板電化學移除銅的設備，其中該電解液包含酸，且該設備包含一酸流體導管，該酸流體導管係配置以將該酸提供至該容器中的該電解液，其中該酸流體導管係與一酸源流體連通。
  7. 如請求項1-3其中任一項之自半導體基板電化學移除銅的設備，其中該氧化劑係選自由以下者所組成的群組：過氧化物、基於鹵素之氧化劑、臭氧、硝酸、過錳酸鹽、鐵(Fe3+ )離子、及基於鉻(VI)之氧化劑。
  8. 如請求項1-3其中任一項之自半導體基板電化學移除銅的設備，其中該氧化劑為過氧化氫。
  9. 如請求項1-3其中任一項之自半導體基板電化學移除銅的設備，其中該設備係配置以將該電解液橫向地注入該容器中，俾在該半導體基板附近產生電解液橫流。
  10. 如請求項1-3其中任一項之自半導體基板電化學移除銅的設備，其中該設備更包含一感測器，其係配置以量測該電解液中之該氧化劑的濃度。
  11. 如請求項10之自半導體基板電化學移除銅的設備，其中該感測器係位在該容器中。
  12. 如請求項10之自半導體基板電化學移除銅的設備，其中該設備係配置以在電化學移除銅的期間使該電解液流過該容器，且其中該感測器係位在該容器的下游。
  13. 如請求項10之自半導體基板電化學移除銅的設備，其中該感測器為過氧化氫感測器。
  14. 如請求項10之自半導體基板電化學移除銅的設備，其中該感測器為過氧化氫感測器，其係選自由以下者所組成的群組：分光光度感測器、以及電化學感測器。
  15. 如請求項1-3其中任一項之自半導體基板電化學移除銅的設備，其中該設備更包含具有程式指令的控制器，該等程式指令係配置以使該容器中的該氧化劑保持足夠的濃度以減輕銅微粒對該半導體基板的污染。
  16. 如請求項15之自半導體基板電化學移除銅的設備，其中該控制器包含引致按預定時程表將該氧化劑間歇地添加至該電解液的程式指令。
  17. 如請求項15之自半導體基板電化學移除銅的設備，其中該控制器包含引致響應於數據而將該氧化劑添加至該電解液的程式指令，其中該數據係自量測該氧化劑之濃度的感測器所接收。
  18. 如請求項1-3其中任一項之自半導體基板電化學移除銅的設備，其中該設備更包含具有配置以引致下列步驟之程式指令的控制器： (i) 在低於臨界電位的電蝕刻狀態中自該半導體基板移除銅； (ii) 在步驟(i)之後，在高於該臨界電位的電拋光狀態中自該半導體基板移除銅；以及 (iii) 至少在該電蝕刻狀態中移除銅之步驟的一部分期間，經由該流體導管將該氧化劑輸送至該電解液。
  19. 如請求項18之自半導體基板電化學移除銅的設備，其中該等程式指令係配置以在該電拋光狀態中移除銅的期間不將該氧化劑輸送至該電解液。
  20. 一種用於處理半導體基板的方法，包含： (a) 將具有一工作表面的半導體基板提供至配置用於電化學金屬移除的設備中，其中該工作表面包含複數通遮罩銅特徵部；以及 (b) 藉由對該半導體基板施加陽極偏壓且同時使該半導體基板與包含氧化劑的電解液相接觸，自該等通遮罩銅特徵部電化學移除銅的一部分，其中含氧化劑的該電解液防止在該半導體基板上形成銅微粒及/或將銅微粒溶解。
  21. 如請求項20之用於處理半導體基板的方法，其中該氧化劑係選自由以下者所組成的群組：過氧化物、基於鹵素之氧化劑、臭氧、硝酸、過錳酸鹽、鐵(Fe3+ )離子、及基於鉻(VI)之氧化劑。
  22. 如請求項20之用於處理半導體基板的方法，其中該氧化劑為過氧化氫。
  23. 如請求項20-22其中任一項之用於處理半導體基板的方法，其中，在電化學移除銅的期間，該氧化劑將該電解液中的Cu+ 離子氧化。
  24. 如請求項20-22其中任一項之用於處理半導體基板的方法，更包含：在電化學移除銅的期間量測該電解液中之該氧化劑的濃度。
  25. 如請求項20-22其中任一項之用於處理半導體基板的方法，更包含：量測該電解液中之該氧化劑的濃度，並且調整該電解液中之該氧化劑的濃度以將該電解液中之該氧化劑的濃度維持在預先選定的範圍內。
  26. 如請求項20之用於處理半導體基板的方法，其中該氧化劑為過氧化氫，且其中該方法更包含利用選自由以下者所組成之群組的方法來量測該電解液中之過氧化氫的濃度：分光光度量測法、電化學量測法、以及滴定法。
  27. 如請求項20-22其中任一項之用於處理半導體基板的方法，其中該電解液更包含磷酸及銅鹽。
  28. 如請求項20-22其中任一項之用於處理半導體基板的方法，其中步驟(b)包含在電蝕刻狀態中電化學移除銅。
  29. 如請求項20-22其中任一項之用於處理半導體基板的方法，更包含：在步驟(b)之後，在電拋光狀態中電化學移除銅，其中在該電拋光狀態中電化學移除銅的期間不將該氧化劑添加至該電解液。
  30. 如請求項20-22其中任一項之用於處理半導體基板的方法，更包含： (c) 在步驟(b)之後將該半導體基板轉移至一電沉積設備，並且在該等通遮罩銅特徵部中於銅上電沉積第二金屬。
  31. 如請求項20-22其中任一項之用於處理半導體基板的方法，其中步驟(b)導致銅均勻度的改善。
  32. 如請求項20-22其中任一項之用於處理半導體基板的方法，其中該半導體基板正進行晶圓級圖案化(WLP)處理。
  33. 如請求項20-22其中任一項之用於處理半導體基板的方法，其中該遮罩為光阻，且其中該方法更包含： 將該光阻塗佈於該半導體基板； 使該光阻曝光； 將該光阻圖案化並將圖案轉移至該半導體基板；以及 從該半導體基板選擇性地移除該光阻。
  34. 一種自半導體基板電化學移除銅的系統，包含： (a) 一容器，其係配置以在自該半導體基板電化學移除金屬的期間容納電解液和陰極； (b) 一半導體基板固持件，其係配置以固持該半導體基板，使得在自該半導體基板電化學移除銅的期間，該半導體基板的工作表面係浸沒於該容器中的該電解液中並與該陰極分離，其中該系統係配置以對該半導體基板施加陽極偏壓；以及 (c) 一沖洗機構，其係配置以在步驟(b)之後將一流體施加於該半導體基板的該工作表面，俾將電化學移除銅期間所產生的銅微粒去除。
  35. 一種自半導體基板電化學移除銅的系統，包含： (a) 一容器，其係配置以在自該半導體基板電化學移除金屬的期間容納電解液和陰極； (b) 一半導體基板固持件，其係配置以固持該半導體基板，使得在自該半導體基板電化學移除銅的期間，該半導體基板的工作表面係浸沒於該容器中的該電解液中並與該陰極分離，其中該系統係配置以對該半導體基板施加陽極偏壓；以及 (c) 一蝕刻機構，其係配置以在步驟(b)之後將一蝕刻劑施加於該半導體基板的該工作表面，俾將電化學移除銅期間所產生的銅微粒溶解。
  36. 一種用於處理半導體基板的方法，包含： (a) 將具有一工作表面的半導體基板提供至配置用於電化學金屬移除的設備中，其中該工作表面包含複數通遮罩銅特徵部； (b) 藉由對該半導體基板施加陽極偏壓，自該等通遮罩銅特徵部電化學移除銅的一部分；以及 (c) 在步驟(b)之後使該半導體基板與一化學銅蝕刻劑相接觸，俾將電化學移除銅期間所形成的銅微粒溶解。
  37. 一種用於處理半導體基板的方法，包含： (a) 將具有一工作表面的半導體基板提供至配置用於電化學金屬移除的設備中，其中該工作表面包含複數通遮罩銅特徵部； (b) 利用電蝕刻狀態，藉由對該半導體基板施加陽極偏壓以自該等通遮罩銅特徵部電化學移除銅的第一部分，其中在該電蝕刻狀態中電化學移除銅的該第一部分導致銅微粒在該半導體基板的該工作表面上形成； (c) 使該半導體基板與一沖洗流體相接觸，俾將該半導體基板的該工作表面上的銅微粒去除；以及 (d) 利用電拋光狀態，藉由對該半導體基板施加陽極偏壓以自該等通遮罩銅特徵部電化學移除銅的第二部分。
  38. 一種用於處理半導體基板的方法，包含： (a) 將具有一工作表面的半導體基板提供至配置用於電化學金屬移除的設備中，其中該工作表面包含複數通遮罩銅特徵部； (b) 利用電蝕刻狀態，藉由對該半導體基板施加陽極偏壓以自該等通遮罩銅特徵部電化學移除銅的第一部分，其中在該電蝕刻狀態中電化學移除銅的該第一部分導致銅微粒在該半導體基板的該工作表面上形成； (c) 利用電拋光狀態，藉由對該半導體基板施加陽極偏壓以自該等通遮罩銅特徵部電化學移除銅的第二部分；以及 (d) 在步驟(c)之後將一蝕刻劑施加於該半導體基板的該工作表面，俾將該半導體基板的該工作表面上的銅微粒溶解。
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