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1、10申请公布号CN102459716A43申请公布日20120516CN102459716ACN102459716A21申请号201080022429022申请日20100518102009023769020090522DEC25D7/00200601C25D7/12200601C25D17/00200601C25F7/0020060171申请人索蒙特有限责任公司地址德国乌姆基希72发明人E许贝尔74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人李永波杨国治54发明名称薄层的受控电解处理的方法和装置57摘要本发明涉及一种用于电镀材料1的方法和装置，包括在材料边缘区域处的电触头，尤其是用于。
2、在杯式电镀机中电镀衬底，例如作为晶片。在薄的起始层和在直径大的材料情况下，按照现有技术的方法产生径向的层厚差。最大值位于边缘区域中。为了获得平整的沉积分布，在按照本发明的电镀中，至少形成两个电解分池，它们分别由单独的可调整的电镀电流源9和9“供给电流。对具有相应的分阳极7的分阴极12的供电是在沿直径方向位于远离之处的分阴极12“的区域中进行的。相应相反地，分阴极12“经分阴极12的基层供电。对层厚分布的要求的平整处理，除了其它方面以外，是通过交替地不同地调整两个分池的电镀电流的大小以及通过电极7，12的相互相对的旋转实施的。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2011112286PCT申。
3、请的申请数据PCT/DE2010/0005922010051887PCT申请的公布数据WO2010/133220DE2010112551INTCL权利要求书1页说明书6页附图7页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图7页1/1页21用于电化学处理材料1的方法，包括一个至少在处理侧3处可导电的层作为例如总阴极12和一个可溶解或不可溶解的总阳极7，它们一起形成一个总电解池11，以及包括材料的在其边缘区域处的电触头10，尤其用于在杯式电镀机或类似电解工作容器中电镀或蚀刻例如作为晶片的衬底，其特征在于，在工作容器中成对地形成至少两个沿直径方向上布置的电解分池11，。
4、11“，其由分电极7，7“和分反阴极12，12“构成，它们各由一个在电流I上可调整的电流源9，9“供给电解电流I，其中相应的电流I从边缘区域供到材料中，材料上的该边缘区域沿直径方向远离相应的分池11，11“。2按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在电镀期间阴极电流I和在电解蚀刻期间阳极电流I经在直径方向上位于远离各相应的分池11，11“的触头区域10，10“被供给到材料中。3按照权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，对所述电解分池11和11“以成对的方式同时地或接近同时地并且交替地以不同大小地调整的电流I进行供电。4按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在一毫秒直到总暴露。
5、时间的一半的时间范围内实施不同的电流I的交替。5按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，为了优选在中央处处理所述材料，分别用交替接通的电流源9，9“进行电化学处理。6按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，如此地通过优选进行边缘电镀来平整被实施的优选的中央处理，即借助于具有或没有串联电阻的转换触头16，16“将电解分池11和11“相互电连接。7按照权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，通过在材料1和分阳极7，7“或分阴极12，12“之间的旋转的或反向枢转的线性的或非线性的相对运动包括暂时的停止，将沉积的或蚀刻的金属层整平。8用于电化学处理材料1的装置，包括一个至少在。
6、处理侧3处可导电的层作为总阴极12和一个可溶解或不可溶解的总阳极7，它们一起形成一个总电解池11，以及包括材料的在其边缘区域处的电触头10，用于在使用按照权利要求1至7所述方法下在杯式电镀机或类似电解工作容器中电镀或蚀刻例如作为晶片的衬底，其特征在于，设有至少两个分阳极7，7“，它们沿直径方向上相互相对地并且相互电绝缘地布置在工作容器4中并且各由一个电镀电流源9，9“供给电镀电流，其中电镀电流源9的正极连接到分阳极7上和这个电镀电流源9的负极经在那里的触头10“连接到材料的沿直径方向远离的边缘上，并且电镀电流源9“的正极连接到分阳极7“上和这个电镀电流源9“的负极经在那里的触头10连接到材料的。
7、沿直径方向远离的边缘上。9按照权利要求8所述的装置，其特征在于，设有至少一个驱动装置，用于在分电极7，T和材料之间实施旋转的或反向枢转的相对运动。10按照权利要求8至9中任一项所述的装置，其特征在于，设置带有或没有串联的电阻的转换触头16，用于分电极7，7“的受控的电连接。权利要求书CN102459716A1/6页3薄层的受控电解处理的方法和装置0001说明本发明涉及在衬底上的薄的并且由此高欧姆的层的电化学金属化和去金属化。它尤其适用于电镀例如晶片上的起始层或种子层。为此采用水平的或垂直的电镀池等作为所谓的杯式电镀机，在其中，晶片的不被处理的背侧被保持干燥或被覆盖住。起始层例如由具有例如01M。
8、厚度的喷涂铜构成。为了经济地电镀，它们应该在使用例如1A/DM2或更大的大电流密度下进行电镀。在此情况下在材料（物件）的整个表面上实现的层厚分布应该具有尽可能小的公差。阴极的电镀电流可以仅仅从边缘供给到材料中也就是说晶片中，如果材料的中央部不被用于另外的电接触的话。0002由于初始时的高欧姆的起始层，使电镀电流在其从边缘到材料中心的方向上的途径上产生电压降。相应地，电解沉积的层的厚度以斜面（径向倾斜）的方式逐渐减小。随着材料尺寸的增大，斜面的问题也超比例地增大。0003为了克服这个缺陷存在一些已证明有效的解决方案。0004本发明的任务是说明一种方法和一种装置，其中，在电化学处理期间实现在材料上。
9、的平整的层厚分布，即使材料存在不同的初始条件和参数。即使在材料具有大的尺寸情况下也能够尤其是在处理杯或类似的电解工作容器中以大的总电流密度电镀出平的层或电化学地均匀地蚀刻出层或表面。大的材料应该理解为例如直径在200MM或以上的晶片。薄的起始层例如是厚度例如为01M的喷涂层或化学沉积的金属层。依赖于电化学方法的情况，大的电流密度可以为1A/DM2，但是也可以为10A/DM2和更大。0005该任务通过按照权利要求1所述的方法和通过按照权利要求8所述的装置解决从属权利要求描述了本发明的有利的实施例，它们总体上依据电镀的示例进行说明。0006本发明规定了杯式电镀机的总电极或阳极的划分并且至少划分成两。
10、个相互电绝缘的分阳极，它们的尺寸和形状是相同地或近似相同地构造的。每个优选扇形的分阳极由一个与其配属的电镀电流源供给单独的电镀电流。电镀电流源的正极连接到与其配属的分阳极上。电镀电流源的负极按照本发明分别连接到或接触材料的边缘，该边缘远离与电镀电流源配属的分阳极。扁平的材料优选在相同的部分（间距）下位于分阳极的下方或上方。在电化学蚀刻情况下，所述极性反向。0007本发明以下对照示意的并且未按照原尺寸的图1至5做进一步的说明。0008图1以横截面图显示了一个作为杯的工作容器，用于照本发明地电解处理圆形的材料，例如用于制造半导体的晶片，的底面。0009图2显示了在朝着材料的要处理的底面的方向上向上。
11、通过两个在工作容器中位于下方的分电极的视图，所述材料位于杯上方。0010图3显示了在朝着材料的要处理的底面的方向上通过作为杯的工作容器的四个分电极的视图。0011图4显示了在一个电解池的电阻模型上确定的测量结果，和基于硫酸的镀铜溶液的池电压/电流密度特性线。0012图5显示了在不同大小的电镀电流下在材料上的电解沉积的层或层厚分布的定说明书CN102459716A2/6页4性的变化过程。0013为了电镀，首先应该关注一种具有由例如两个分阳极组成的总阳极的杯式电镀机（CUPPLATER）。这些分阳极，除去用于相互相对电绝缘要求的间隙以外，各形成一个半圆，如其在示意的图2中所示并且更后面所述的那样。。
12、以下为了细分起见，分阳极，分阴极或电极的标记和所属的电解分池以及在材料边缘上的触头和整流器或电镀电流源被附加上一撇或两撇。0014图1中的杯式电镀机基本上由填充了电解质5的工作容器4，即杯，收集容器8和用于在本示例中要电镀的材料1的支架2组成。材料1，例如晶片，位于支架2上，该支架将晶片1的处理侧3保持在工作容器4上方并使其移动。电解质5借助于输送泵6从下方通过入口13流入工作容器4。电解质5例如通过具有开口的分阳极7和7“到达晶片1的处理侧31。电解质从那里经溢流流入收集容器8，该收集容器同时是用于循环输送的泵底壳。两个分阳极7和7“相互间绝缘，也就是说它们没有电低欧姆连接。为了提高该绝缘，。
13、可以在分阳极之间插入不导电的隔离壁14，该隔离壁阻止电极的持续的相互的金属化和去金属化。0015在工作容器4上方平行平面地布置的材料1在工作容器4的整个横截面上延伸。阴极的材料1的要电镀的处理侧3（它形成一个总阴极），也假设地被分成两个分区域，即分阴极12和12“。分阴极12开始时静态地处于分阳极7对面，同样地，分阴极12“处于分阳极7“对面。分阳极和分阴极分别形成电解分池11和11“，它们一起形成杯式电镀机的总电解池11。左边示出的分阳极7由电镀电流源9阳极地馈电。该电镀电流源9的负极借助于在分阴极12“的区域中的电触头10“连接到晶片1的缘边上。相反地，电镀电流源9“的负极连接到在分阴极1。
14、2的区域中的晶片1的左缘边上，它位于分阳极7的垂直对面处。为了将负极连接到材料1上，采用滑动或旋转触头和可拆开的电触头10和10“，它们沿直径方向布置在材料上。图2显示了电镀电流源9和9“电路和参与的运行机构的位置。在图2中示出从下方通过分阳极7和7“在晶片方向上看的视图。0016分阳极7由整流器或电镀电流源9供电并且与位于其下方的分阴极12一起形成在该图中看不见的电解分池11。分阳极7“由整流器或电镀电流源9“供电并且与位于其下方的分阴极12“一起形成电解分池11“。在分阴极12处的阴极的材料的边缘区域中并且由此在电解分池11中设置这个或这些电触头10。在分阴极12“处的阴极的材料的边缘区域。
15、中并且由此在电解分池11“中设置这个或这些电触头10“。0017按照本发明，整流器9的电镀电路经分阳极7，左电解分池11，阴极的材料1的分阴极12并且从那里通过材料1的分阴极12“的基层经电触头10“闭合。相应地，整流器9“的电镀电路经分阳极7“，右电解分池11“，阴极的材料1的分阴极12“和从那里通过材料1的分阴极12的基层经电触头10闭合。材料的分阴极12与位于其上的基层由此用作阴极电流至电解分池11“的电导体。材料的分阴极12“与位于其上的基层相应地用作阴极电流至电解分池11的电导体。0018为了解释本发明，以下以图2的示例考虑两个极限情况第一极限情况是当两个整流器中分别只有一个整流器被。
16、接通了持续时间T时的状况。材料的两侧的或分阴极12，12“的相应的两个整流器9，9“，其形成一个整流器对，被交替地接通。一侧12的整流器的接通持续时间T1和另一侧12“的整流器的接通持续时间T2说明书CN102459716A3/6页5在此情况下优选是相同的。0019第二极限情况是在两个分阳极7，7“的整流器对同时以相同的电流强度I接通的整流器9，9“时的状况。在第一极限情况中，首先将整流器9断开一定的时间T。整流器9“对电解分池11“供电。向电解分池11“的分阴极12“供给阴极的电镀电流I只从触头10或从触头区域10和从那里通过分阴极12的基层实施。这对于该电解分池11“意味着，有利地在材料的。
17、中心部向它的基层中或向它的分阴极12“中馈送电流。在该电解分池11“中，在基层中的电压降则从材料的中心部开始在朝着沿直径方向处于与供电的触头10相对的边缘的方向上逐渐增大。由此局部作用的池电压以及电流密度在该边缘的方向上降低。这意味着在材料的分阴极12“上具有一个斜面，其中峰部位于材料的中心部，尽管该材料在边缘处被电接触并且是在不是位于电解分池12“处的边缘处。相同的情况在该第一极限情况中接下来适用于电解分池12，其中整流器9“被断开优选相同的时间T并且整流器9被接通用于向分池12供电。0020在材料1的两个分阴极12和12“上的电镀沉积（镀层）在本示例中相继地分别以相同长的暴露时间实现，其中。
18、金属化（金属镀层）的谷部（薄部）令人惊讶地出现在进行电流馈入所经过的边缘处。与现有技术不同，这可以以非常简单的控制技术措施以成本有利的方式进行平整，如后面还要说明的那样。相反，按照现有技术斜面的峰部出现在边缘处。0021如果在第二极限情况下以相同大的电流I同时接通两个整流器9和9“，那么在分阴极中存在电流I和电压降的完全的对称性。相同大的电流I从两个边缘流到材料的中心。在这种情况下，在基层中的相应的电导体或在那里出现的对称的电压降这样地作用，使得金属化的谷部出现在材料的中心部。0022按照本发明对材料1的可控制的电镀是在这两种极限情况之内实施的。通过交替地和同时地以不同的大小控制或调节整流器9。
19、和9“的电镀电流I，可以分别精确地调整层厚分布，也就是说使其平整。利用在两个电解分池11和11“中的不同大小的电镀电流I的差，该电流交替地并且分分别以优选相同的时间流动通过两个电解分池，材料的中心部区域直到边缘处可以被平整地或甚至过高地（过厚地）电镀，尽管没有触头位于中心部。由此不需要改装该杯式电镀机就可以对要电镀的材料的不同的参数在控制技术上做出反应，尤其是针对不同薄的基层，要沉积的层（镀层）的厚度和针对平均电流密度的大小。通过运行机构的相反的极性，相应的情况适用于电解蚀刻过程。0023在优选圆形的材料1中，触头10“或10至各配属的分阳极7和7“之间具有不同长度的距离A和B。由于距离B比距。
20、离A较长，因此在沿直径方向供给电镀电流的情况下，边缘区域的电镀程度小于材料的中心处。这附加地支持了按照本发明的方法。在静态布置的电极情况下，在一定的区域中例如靠近绝缘隔离壁14处，在材料上出现层厚差。为了整平局部出现的层厚差，有利的是在一方面的分阳极7和7“和另一方面的材料1之间进行旋转相对运动或其它不同的运动。因此例如在使用两个分阳极情况下，对材料1进行至少90的周期性振荡回转运动是有利的。这种回转运动允许在技术上简单地通过柔性的电导体向被运动的材料或向被运动的分阳极或分电极供给电流。不需要技术复杂的滑动或旋转触头。0024为了整平在材料上沉积的层，也可以将材料和分阳极相互相对旋转地实施。但。
21、是在例如两个分阳极情况下这要求借助于滑动触头15或旋转触头将电流两极地旋转地传输说明书CN102459716A4/6页6至材料和/或至分阳极。在多于两个分阳极情况下，这些滑动触头15还必须实施成多极的。因此优选进行材料和/或分阳极围绕通过工作容器4的中心延伸的垂直轴线的成本更有利的回转运动。0025用于平整沉积的层的另一个控制机构在于材料或分阳极的非线性的摆动或旋转运动。也就是说，在材料和分阳极的一定的相对位置下，摆动或旋转速度可以实施成不同的大小，包括瞬时速度为零的情况，也就是说暂时的停止。电极对的触头10可以将电镀电流分别在沿直径上的边缘处点状地或在限制的圆弧中馈入材料中。随着弧长的增大，。
22、晶片的边缘区域优选被电镀。由此提供另一种，但是不能够电控制的、用于整平沉积的层的机构。0026为了进一步按需要地进行控制，分阳极可以借助于至少一个电转换触头16作为例如继电器触头电低欧姆地相互连接起来。在这种情况下，电解分池表现出与按照现有技术的总电解池一样的性能，其中尤其是在薄的要电镀的层情况下，边缘区域优选被金属化（被电镀）。如果在优选考虑中央区域下借助于按照本发明的方法对起始层进行电化学处理，那么这例如可以在暴露时间将近结束时被用于平整处理。反过来，例如可以借助于闭合的转换触头16开始该处理并且接着借助于上述按照本发明的措施通过提升中央区域实施对过高的，边缘区域的平整。两种方法也可以在一。
23、个处理中多次地交替实施。可以与转换触头16串联地插入一个电阻。该电阻作为另一个控制机构，实现从一个转换状态到另一个转换的较小的突变式转变。为了整平要处理的层，按照本发明的方法和装置可以与上述措施组合起来，用于按照现有技术的均匀的电化学处理。0027图3显示了具有四个单独的电镀电流源9，9“，9“和9“的四个分阳极7，7“，7“和7“。在此处，通向电解分池11，11“，11“和11“的阴极电流也是分别由成对地沿直径方向布置的触头10，10“，10“和10“供到材料1中。这四个分阳极提高了使沉积的层整平的控制可能性。为了整平沉积的金属层而使材料和/或分阳极进行的周期性线性或非线性反向枢转（摆动）在。
24、此处至少要求达到45。不需要技术复杂的滑动触头用于该枢转。简单柔性的导体例如作为绞合线就足够了。在使用四个滑动触头15用于材料和/或用于分阳极的情况下，它们也可以再次相互相对地均匀地或非均匀地旋转，同样地也具有在圆形轨道的点上插入的停止点，它们例如借助于试验确定。0028自三个起的奇数数目的分阳极也是可能的。随着数目的增大可以减小枢转的角度。但是电镀电流源的数目也增加。同样地，用于及时控制电镀电流的大小的费用也增大。借助于受控的转换触头16在此处也可以按照需要地优选进行边缘的金属化（电镀），以便在总体上实现材料上的平整的层厚分布。0029图4显示了在电解分池11，11“中的电流差I的定量的效应。
25、。由于填充了电解质的并且其中具有材料的电解工作容器从测量技术上而言几乎是不可接近的，因此该数据是借助于电阻模型求得的。该模型几乎接近真实地模拟典型的电镀材料，例如印刷电路板和电解池。在具有针对在X2轴上（标示）的横越材料的测量点和在Y2轴上（标示）的相应的阳极/阴极电压的曲线簇的图中绘出了硫酸铜溶液的一个实际的电解池的池电压/电流密度特性线。池电压UZ标示在YL轴上而对应的电流密度I标示在XL轴上。该UZ/I特性线可以针对在电阻模型中测量的、对应于池电压UZ的阳极/阴极电压，确定实际的电流密度I。电流密度以A/DM2标出而池电压以VOLT（伏特）标出。该UZ/I的典型变化过程显示，在池电压UZ。
26、低于15V下几乎不能够进行金属沉积。阴极电流密度I在此处小于02A/DM2。说明书CN102459716A5/6页7但是这足够有利地防止金属的反向溶解（再溶解）。在15V至25V的池电压UZ的范围中，电流密度从02A/DM2上升到76A/DM2。阳极/阴极电压的曲线簇显示，在左电解池11中的电流情况下，该电流最大仅为右电解池11“中的电流的50，阳极/阴极电压出现在15V或更小的范围中。在这种小的阳极/阴极电压或池电压下，实际上不发生沉积。因此只在右电解池11“中进行电镀。阳极/阴极电压或池电压的变化可以如此地调整，使得沉积的层的峰部或谷部在材料的中心部出现。最大的峰部（最厚的部分）出现在左边。
27、电镀电流为0和右边电镀电流为100的情况下。在左边电镀电流例如为70和右边电镀电流为100的情况下在材料的中心部出现谷部。0030在两个电解分池11，11“中都为100电镀电流的情况下，阳极/阴极电压完全对称地变化。最大的谷部正好出现在材料的中心部中。由图中可以看见，该谷部以46A/DM2的电流密度I进行电镀，而该峰部以76A/DM2的电流密度进行电镀。电流密度差1因此在该选择的示例中为3A/DM2。这对应于以两侧供电的现有技术。0031左边为30，右边为100的阳极/阴极电压曲线显示出在右分池11“中的几乎平的变化曲线。阳极/阴极电压的差2为约01V，相应地，在右电解池11“中的电流密度差为。
28、约06A/DM2。这意味着在材料的该半部上形成实际上平整的金属化。0032接下来将电流镜像置换，也就是说，在左侧被调整为100而在右侧调整为减小的电流，例如30。此时的结果是在材料上形成几乎完全平整的金属沉积。剩余的小的电流密度差，其对称地出现在两侧并且因此出现在材料上的应该环形线路上，可以按照本发明进行平整。为此例如可以借助于驱动装置使电极7，7“在其平面中进行反转运动。这种运动与材料的旋转运动相叠加。结果是电极7，7“之间的分开线重复地从工作容器的中央轴线中位移出来。因此稍有不同的处理的位置也在材料上移动。结果是形成完全平整的金属化或完全均匀的电化学蚀刻。0033图5示意简化地显示了横越材。
29、料并且通过材料的中点的金属化的斜面的变化过程。示出了在不同的电流强度I下的情况，并且是象征性地以百分比示出，分别在具有时间11和12的分步骤之后以及材料在时间1112中完全电镀之后。在下面的图5中示出的变化曲线显示了在两个分阴极12和12“上沉积的和，该沉积是静态地，也就是说电极在时间11和12中没有相对运动地实施的。这是在电解池11和11“中电镀材料之后的结果。0034图5A显示了具有电镀电流源9和9“的极限情况，该电镀电流源被调整成具有一样大的电流强度I并且被同时接通。结果，斜面的谷部位于材料或由分阴极12，12“构成的总阴极12的中央区域中。层厚差用DELTA表示，其在此处是最大的。00。
30、35图5B显示了另一个极限情况，其中对于第一时间11只接通电镀电流源9以便以分阴极12向分池11供电并且在随后的时间12中只接通电镀电流源9“以便以分阴极12“向分池11“供电。在和上，斜面的峰部非常有利地产生在材料的中心部上。在此处DELTA也是最大的。由于与图5A的情况相比只有一半的暴露时间，因此在相同的暴露时间期间只有大约一半的金属被沉积。0036图5C显示了在两个极限情况之间的状况，其中同时接通电镀电流源9和9“，以便同时地但是以不同的电流强度I交替地向分池11和11“供电。该电流强度I是如此调整的，使得沉积的和产生平整的层。DELTA在此处为零。对层的平整处理在该示例中是在两个时间段。
31、即在11加12之后进行的。说明书CN102459716A6/6页80037图5D显示了对材料1的两个分池11和11“中的层厚的不完美的修正或平整处理。但是这些示例显示了利用按照本发明的方法仅仅通过控制电镀电流I就可以实现层厚分布的单独的变化。以百分比给出的电流强度I仅仅表示说明性的标准值（参考值）。0038时间11和12可以位于几个毫秒的范围中。但是它们也可以最大达到总要求的暴露时间的一半。在实际中，在初始实验之后获得用于要调整的时间和整流器的电流强度I和其它的参数的经验值。同样的情况也适用于电极的可能要求的旋转运动或枢转运动。0039标记表1材料，晶片2支架3处理侧4工作容器5电解质6泵7电。
32、极阳极地，总阳极，分阳极，分电极8收集容器9整流器，电流源，电镀电流源，10触头，触头区域11电解池，电解分池，总池12电极阴极的，反电极，总阴极，分阴极13入口14隔离壁15滑动触头，旋转触头16具有或没有串联电阻的转换触头I电流，直流电流，电镀电流说明书CN102459716A1/7页9图1说明书附图CN102459716A2/7页10图2说明书附图CN102459716A103/7页11图3说明书附图CN102459716A114/7页12图4说明书附图CN102459716A125/7页13图5A说明书附图CN102459716A136/7页14图5B图5C说明书附图CN102459716A147/7页15图5D说明书附图CN102459716A15。