電鍍過程中用于高效傳質(zhì)的電解液流體動(dòng)力的增強(qiáng)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電鍍過程中用于高效傳質(zhì)的電解液流體動(dòng)力的增強(qiáng)裝置，本發(fā)明的實(shí)施方式涉及用于將一或多種材料電鍍到襯底上的方法和裝置。在許多情況下，所述材料是金屬而所述襯底是半導(dǎo)體晶片，但這些實(shí)施方式并不受此限制。通常，本文的實(shí)施方式使用靠近襯底的帶槽的板構(gòu)造橫流歧管，該橫流歧管由所述帶槽的板的底部、襯底的頂部以及橫流約束環(huán)的側(cè)面來限定。在鍍覆過程中，流體向上穿過所述帶槽的板中的通道以及側(cè)向穿過設(shè)置在所述橫流約束環(huán)的一面上的橫流側(cè)入口而進(jìn)入橫流歧管。流路徑在橫流歧管中合并并在橫流出口退出，橫流出口設(shè)置在橫流入口的對(duì)面。這些合并的流路徑導(dǎo)致鍍覆均勻性提高。
【專利說明】電鍍過程中用于高效傳質(zhì)的電解液流體動(dòng)力的增強(qiáng)裝置
相關(guān)申請(qǐng)交叉參考
[0001]本申請(qǐng)要求2012年12月12日提交的、名稱為“ENHANCEMENT OF ELECTROLYTEHYDRODYNAMICS FOR EFFICIENT MASS TRANSFER DURING ELECTROPLATING” 的美國臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/736，499 [代理機(jī)構(gòu)案卷號(hào)LAMRP015P]的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，通過參考出于全部目的將該臨時(shí)申請(qǐng)全文并入此處。此外，本申請(qǐng)是2013年5月13日提交的、名稱為“CROSSFLOW MANIFOLD FOR ELECTROPLATING APPARATUS”的美國專利申請(qǐng)N0.13/893，242 [代理機(jī)構(gòu)案卷號(hào)N0VLP367X1]的后續(xù)部分，美國專利申請(qǐng)N0.13/893，242是2011年6月29日提交的、名稱為 “CONTROL OF ELECTROLYTE HYDRODYNAMICS FOR EFFICIENT MASS TRANSFERDURING ELECTROPLATING”的美國專利申請(qǐng)N0.13/172，642 [代理機(jī)構(gòu)案卷號(hào)N0VLP367]的后續(xù)部分，美國專利申請(qǐng)N0.13/172,642要求了 2010年10月21日提交的、名稱為“FLOWDIVERTERS AND FLOW SHAPING PLATES FOR ELECTROPLATING CELLS” 的美國臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/405，608[代理機(jī)構(gòu)案卷號(hào)勵(lì)￥1^396?]，2010年8月18日提交的、名稱為“HIGH FLOWRATE PROCESSING FOR WAFER LEVEL PACKAGING” 的美國臨時(shí)申請(qǐng) N0.61/374，911 [代理機(jī)構(gòu)案卷號(hào)N0VLP367P]，以及2010年7月2日提交的、名稱為“ANGLED HRVA”的美國臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/361，333[代理機(jī)構(gòu)案卷號(hào)N0VLP366P]的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，這些申請(qǐng)或臨時(shí)申請(qǐng)中的每一個(gè)出于全部目的通過參考全文并入此處。另外，美國專利申請(qǐng)N0.13/893，242要求了2012年5月 14 日提交的、名稱為“CROSS FLOW MANIFOLD FOR ELECTROPLATING APPARATUS”的美國臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/646，598[代理機(jī)構(gòu)案卷號(hào)N0VLP367X1P]的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，該臨時(shí)申請(qǐng)出于全部目的全文并入此處。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]所公開的實(shí)施方式涉及用于在電鍍過程中控制電解液流體動(dòng)力(electrolytehydrodynamics)的方法和裝置。更具體地，本文所描述的方法和裝置對(duì)于將金屬鍍覆到半導(dǎo)體晶片襯底(尤其是具有多個(gè)凹陷特征的襯底)上特別有用。示例性的工藝和特征可包括具有小于例如約50 μ m的寬度的小型微凸特征(例如，銅、鎳、錫和錫合金焊點(diǎn))和銅的硅通孔(TSV)特征的穿抗蝕劑鍍覆。
【背景技術(shù)】
[0003]在現(xiàn)代集成電路制造中很好地建立了電化學(xué)沉積工藝。在21世紀(jì)早期，從鋁金屬線連接到銅金屬線連接的轉(zhuǎn)變帶動(dòng)了對(duì)越來越精細(xì)的電沉積工藝和鍍覆工具的需求。許多精細(xì)性工藝響 應(yīng)于對(duì)器件金屬化層中的越來越小的載流線的需求而逐步形成。這些銅線按照通常稱為“鑲嵌(damascene)”處理(預(yù)鈍化金屬化)的方法通過將金屬電鍍到非常薄的、高深寬比的溝槽和通孔中而形成。
[0004]電化學(xué)沉積現(xiàn)在正準(zhǔn)備滿足對(duì)一般通俗稱為晶片級(jí)封裝(WLP)和硅通孔(TSV)電氣連接技術(shù)的精細(xì)的封裝和多芯片互連技術(shù)的商業(yè)需求。這些技術(shù)給它們自己提出了非常大的挑戰(zhàn)，這部分是由于通常較大的特征尺寸(相較于前段制程(FEOL)互連)以及高深寬比。
[0005]根據(jù)封裝特征的類型和應(yīng)用(例如通過芯片連接TSV、互連再分配布線、或者芯片到板或芯片鍵合，比如倒裝芯片支柱)，鍍覆特征在當(dāng)前技術(shù)中通常大于約2微米且它們的主要尺寸典型地為約5-100微米(例如，銅柱可以是約50微米)。就一些片上結(jié)構(gòu)(比如電源總線)而言，要鍍的特征可以大于100微米。WLP特征的深寬比通常為約1:1 (高比寬)或者更低，但它們的范圍可高達(dá)約2:1左右，同時(shí)TSV結(jié)構(gòu)可具有非常高的深寬比(例如，在大約20:1附近)。
[0006]隨著WLP結(jié)構(gòu)的尺寸從100-200 μ m收縮至小于50 μ m (例如20 μ m)出現(xiàn)了一系列獨(dú)特的問題，因?yàn)樵谶@個(gè)大小，特征的尺寸和典型的傳質(zhì)邊界層厚度(發(fā)生對(duì)流傳輸?shù)狡矫娴木嚯x)幾乎等同。對(duì)于具有較大特征的前代而言，流體和質(zhì)量(mass)至特征中的對(duì)流傳輸由流場(chǎng)至所述特征中的一般滲透承擔(dān)，但對(duì)于較小的特征來說，流渦和停滯的形成可抑制不斷增長(zhǎng)的特征內(nèi)的傳質(zhì)的速率和均勻性二者。因此，需要在較小的“微凸”和TSV特征內(nèi)創(chuàng)建強(qiáng)壯、均勻的傳質(zhì)的新方法。
[0007]不僅特征尺寸，而且鍍覆速度使WLP和TSV應(yīng)用區(qū)別于鑲嵌應(yīng)用。就許多WLP應(yīng)用而言，根據(jù)鍍覆的金屬(例如，銅、鎳、金、銀的焊料，等等)，一方面，在制造和成本的要求之間要有平衡，另一方面，在技術(shù)需要和技術(shù)難度之間要有平衡(例如，類似于在裸片內(nèi)和在特征目標(biāo)內(nèi)的伴隨晶片的圖案變化和晶片上的要求的資本生產(chǎn)率的目標(biāo))。對(duì)銅而言，這種平衡通常在至少約2微米/分鐘(典型地至少約3-4微米/分鐘或更快)的速率下達(dá)到。就錫和錫合金鍍覆而言，大于約3微米/分鐘(對(duì)于一些應(yīng)用而言至少約7微米/分鐘)的鍍覆速率可被需要。就鎳和觸擊電鍍金(例如低濃度金閃光膜層)而言，鍍覆速率可在約0.1至1.5微米/分鐘之間。在這些金屬的相對(duì)較高的鍍覆速率狀態(tài)下，金屬離子在電解液中高效地傳質(zhì)到鍍覆表面是重要的。 [0008]在某些實(shí)施方式中，鍍覆必須以高度均勻的方式在晶片的整個(gè)表面上進(jìn)行以在晶片內(nèi)(WIW均勻性)、在具體裸片的所有特征內(nèi)以及在所有這些特征之間(WID均勻性)、還有在獨(dú)立特征本身內(nèi)(WIF均勻性)達(dá)到良好的鍍覆均勻性。WLP和TSV應(yīng)用的高鍍覆速率對(duì)電鍍層的均勻性提出了挑戰(zhàn)。對(duì)各種WLP應(yīng)用而言，鍍覆徑向地沿著晶片表面必須表現(xiàn)出至多約5%的半程變化(被稱為WIW非均勻性，在裸片中在跨越晶片直徑的多個(gè)位置處在單個(gè)特征類型上測(cè)得)。類似的同樣具有挑戰(zhàn)性的要求是不同尺寸(例如，特征的直徑)或不同特征密度(例如，在芯片裸片陣列中間的孤立特征或嵌入特征)的各種特征的均勻沉積(厚度和形狀)。這種性能規(guī)格通常被稱為WID非均勻性。WID非均勻性作為上述各種特征類型的局部變化(例如，〈5%的半程)對(duì)比平均特征高度或給定晶片裸片內(nèi)在晶片上的特定裸片位置(例如，在中間半徑、中心或邊緣)處的其它尺寸而進(jìn)行測(cè)量。
[0009]另一具有挑戰(zhàn)性的要求是特征內(nèi)形狀的一般控制。沒有適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)和傳質(zhì)對(duì)流控制，在鍍覆之后，線或柱可能在二維或三維上以凸面、平面或凹面(例如，鞍狀或半球形)形式存在傾斜而結(jié)束，而通常具有平面輪廓，但不總是平面輪廓，是優(yōu)選平面輪廓。在滿足這些挑戰(zhàn)的同時(shí)，WLP應(yīng)用必須與傳統(tǒng)的、潛在較便宜的取和放串行路由操作競(jìng)爭(zhēng)。更進(jìn)一步，用于WLP應(yīng)用的電化學(xué)沉積可涉及鍍覆各種非銅金屬，比如像鉛、錫、錫-銀之類的焊料、以及其它凸起下方金屬化(UBM)材料，比如鎳、鈷、金、鈀、以及這些物質(zhì)的各種合金，其中一些包括銅。錫-銀近共晶合金的鍍覆是作為代替鉛-錫共晶焊料的無鉛焊料進(jìn)行鍍覆的合金的鍍覆技術(shù)的一個(gè)例子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本文的實(shí)施方式涉及用于將金屬電鍍到襯底上的方法和裝置?？傮w上，所公開的技術(shù)涉及改進(jìn)的帶槽的離子阻性元件的使用，所述離子阻性元件具有適于提供穿過板的離子遷移的多個(gè)孔以及一系列突出部或者臺(tái)階以提高鍍覆均勻性。在這些實(shí)施方式的一個(gè)方面，提供了一種電鍍裝置，該電鍍裝置包括:(a)電鍍室，其被配置為含有電解液和陽極，同時(shí)將金屬電鍍到實(shí)質(zhì)上平坦的襯底上；(b)襯底架，其被配置來在電鍍過程中保持所述實(shí)質(zhì)上平坦的襯底使得所述襯底的鍍覆面在電鍍過程中與所述陽極隔開；(C)離子阻性元件，其包括:(i)多個(gè)通道，其延伸穿過所述離子阻性元件且適于在電鍍過程中提供穿過所述離子阻性元件的離子遷移；(ii)面朝襯底的面，其實(shí)質(zhì)上與所述襯底的所述鍍覆面平行且通過間隙與所述襯底的所述鍍覆面隔開；以及(iii)多個(gè)突出部，其設(shè)置在所述離子阻性元件的所述面朝襯底的面上；(d)所述間隙的入口，其用于將橫流電解液引入所述間隙；以及(e)所述間隙的出口，其用于接收在所述間隙中流動(dòng)的橫流電解液，其中在電鍍過程中，所述入口和出口被設(shè)置在所述襯底的所述鍍覆面上的接近方位相對(duì)的周界位置。[0011]在一些實(shí)施方式中，在所述襯底的所述鍍覆面和離子阻性元件平面之間測(cè)定的、在所述離子阻性元件的所述面朝襯底的面和所述襯底的所述鍍覆面之間的所述間隙小于約15mm。在某些情況下，在所述襯底的所述鍍覆面和所述突出部的最高高度之間的間隙可以在約0.5-4_之間。在某些情況下，所述突出部可具有在約2-10_之間的高度。在各種實(shí)施方式中，所述突出部平均地定向?yàn)閷?shí)質(zhì)上與橫流電解液的方向垂直。一個(gè)或多個(gè)或全部的所述突出部可具有至少約3:1的長(zhǎng)寬比。在各種實(shí)施方式中，所述突出部與所述襯底的所述鍍覆面是實(shí)質(zhì)上同延伸的。
[0012]可以使用許多不同的突出部形狀。在一些實(shí)施方式中，至少兩個(gè)不同形狀和/或尺寸的突出部存在于所述離子阻性元件上。一或多個(gè)突出部可包括切口部，在電鍍過程中，電解液可流動(dòng)穿過所述切口部。所述突出部可以大體是矩形、或者三角形、或者圓柱形、或者這些形狀的組合。所述突出部還可以具有更復(fù)雜的形狀，例如大體矩形的突出部沿著所述突出部的頂部和底部具有不同形狀的切口。在一些情況下，所述突出部具有三角形上部。一個(gè)示例是具有三角形尖端的矩形突出部。另一個(gè)示例是具有整體三角形形狀的突出部。
[0013]所述突出部可從所述帶槽的離子阻性板以法向角、或者以非法向角(non-normalangle)、或者以這些角的組合向上延伸。換句話說，在一些實(shí)施方式中，所述突出部包括與離子阻性元件平面實(shí)質(zhì)上正交(normal)的面。替代地或另外地,所述突出部可包括從離子阻性元件平面偏移非直角角度的面。在一些實(shí)施方式中，所述突出部由一個(gè)以上的部分構(gòu)成。例如，所述突出部可包括第一突出部部分和第二突出部部分，其中所述第一和第二突出部部分從橫流電解液的方向偏移實(shí)質(zhì)上相似只是方向相反的角度。
[0014]所述離子阻性元件可被配置來在電鍍過程中使電場(chǎng)成形且控制靠近所述襯底的電解液流的特征。在各種實(shí)施方式中，可在所述離子阻性元件的下表面下方設(shè)置下歧管區(qū)域，其中所述下表面背對(duì)所述襯底架。中央電解液室以及一或多個(gè)進(jìn)給通道可被配置來將電解液從所述中央電解液室傳送至所述入口以及至所述下歧管區(qū)域二者。以這種方式，電解液可被直接傳送到所述入口以在所述帶槽的離子阻性元件上方引發(fā)橫流，并且電解液可被同時(shí)傳送到所述下歧管區(qū)域，其中電解液會(huì)經(jīng)過所述帶槽的離子阻性元件中的通道從而進(jìn)入所述襯底和所述帶槽的離子阻性元件之間的間隙。橫流注入歧管可被流體連接到所述入口。所述橫流注入歧管可以至少部分地由所述離子阻性元件中的腔限定。在某些實(shí)施方式中，所述橫流注入歧管完全在所述離子阻性元件內(nèi)。
[0015]流約束環(huán)可被設(shè)置在所述離子阻性元件的周緣部分上。所述流約束環(huán)可幫助重新引導(dǎo)來自所述橫流注入歧管的流，使得它在與所述襯底的表面平行的方向上流動(dòng)。該裝置還可包括用于在鍍覆過程中旋轉(zhuǎn)所述襯底架的機(jī)構(gòu)。在一些實(shí)施方式中，所述入口跨越鄰近所述襯底的所述鍍覆面的周緣的介于約90-180°之間的弧。所述入口可包括多個(gè)方位不同的部分。多個(gè)電解液進(jìn)給入口可被配置來將電解液傳送給所述多個(gè)方位不同的入口部分。另外，一或多個(gè)流控制元件可被配置來在電鍍過程中獨(dú)立地控制所述多個(gè)電解液進(jìn)給入口中的電解液的多個(gè)體積流率。在各種實(shí)施方式中，所述入口和出口可適于在電鍍過程中在所述間隙中產(chǎn)生橫流動(dòng)的電解液以在所述襯底的所述鍍覆面上產(chǎn)生或維持剪切力。在某些實(shí)施方式中，所述突出部可定向在多個(gè)平行的列中。所述列可包括由非突出部間隙分隔的兩或更多個(gè)不連續(xù)突出部，其中在橫流動(dòng)的電解液的方向上，相鄰列中的所述非突出部間隙實(shí)質(zhì)上互相不對(duì)齊。
[0016]在所公開的實(shí)施方式的另一方面，提供了一種電鍍裝置，該電鍍裝置包括:(a)電鍍室，其被配置為含有電解液和陽極，同時(shí)將金屬電鍍到實(shí)質(zhì)上平坦的襯底上；(b)襯底架，其被配置來保持所述實(shí)質(zhì)上平坦的襯底使得所述襯底的鍍覆面在電鍍過程中與所述陽極隔開；(C)離子阻性元件，其包括:(i)多個(gè)通道，其延伸穿過所述離子阻性元件且適于在電鍍過程中提供穿過所述離子阻性元件的離子遷移；(ii)面朝襯底的面，其實(shí)質(zhì)上與所述襯底的所述鍍覆面平行且通過間隙與所述襯底的所述鍍覆面隔開；以及(iii)臺(tái)階，其設(shè)置在所述離子阻性元件的所述面朝襯底的面上，其中所述臺(tái)階具有高度和直徑，其中所述臺(tái)階的所述直徑實(shí)質(zhì)上與所述晶片的所述鍍覆面是同延伸的，且其中所述臺(tái)階的所述高度和直徑足夠小以允許電解液在鍍覆過程中在所述襯底架下方、所述臺(tái)階上方流動(dòng)并流到所述間隙中；(d)所述間隙的入口，其用于將電解液引入所述間隙；以及(e)所述間隙的出口，其用于接收在所述間隙中流動(dòng)的電解液，其中在電鍍過程中，所述入口和出口適于在電鍍過程中在所述間隙中產(chǎn)生橫流電解液以在所述襯底的所述鍍覆面上產(chǎn)生或維持剪切力。
·[0017]在所公開的實(shí)施方式的又一方面，提供了一種用在以將材料鍍覆在標(biāo)準(zhǔn)直徑的半導(dǎo)體晶片上的電鍍裝置中的帶槽的離子阻性板，該帶槽的離子阻性板包括:與所述半導(dǎo)體晶片的鍍覆面近似同延伸的板，其中所述板具有介于約2-25mm之間的厚度；延伸穿過所述板的厚度的至少約1000個(gè)非連通的通孔，其中所述通孔適于在電鍍過程中提供穿過所述板的離子遷移；以及設(shè)置在所述板的一面上的多個(gè)突出部。
[0018]在所公開的實(shí)施方式的另一方面，提供了一種用在以將材料鍍覆在標(biāo)準(zhǔn)直徑的半導(dǎo)體晶片上的電鍍裝置中的帶槽的離子阻性板，該帶槽的離子阻性板包括:與所述半導(dǎo)體晶片的鍍覆面近似同延伸的板，其中所述板具有約2-25mm之間的厚度；延伸穿過所述板的厚度的至少約1000個(gè)非連通的通孔，其中所述通孔適于在電鍍過程中提供穿過所述板的離子遷移；以及臺(tái)階，其包括在所述板的中心區(qū)域中的所述板的凸起部分；所述板的非凸部分，其設(shè)置在所述板的周緣上。
[0019]在所公開的實(shí)施方式的又一方面，提供了一種用于電鍍襯底的方法，該方法包括:(a)將實(shí)質(zhì)上平坦的襯底接收在襯底架上，其中所述襯底的鍍覆面是暴露的，且其中所述襯底架被配置來保持所述襯底使得所述襯底的所述鍍覆面在電鍍過程中與陽極隔開；(b)將所述襯底浸在電解液中，其中在所述襯底的所述鍍覆面和離子阻性元件平面之間形成間隙，其中所述離子阻性元件與所述襯底的所述鍍覆面是至少大約同延伸的，其中所述離子阻性元件適于在電鍍過程中提供穿過所述離子阻性元件的離子遷移，以及其中所述離子阻性元件在所述離子阻性元件的面朝襯底的面上包括多個(gè)突出部，所述突出部與所述襯底的所述鍍覆面是實(shí)質(zhì)上同延伸的；(C)在與所述襯底架中的所述襯底接觸的情況下使電解液按下述方式流動(dòng)，(i)從側(cè)入口流到所述間隙中，并流出側(cè)出口，以及(ii)從所述離子阻性元件下方流過所述離子阻性元件，流到所述間隙中，并流出所述側(cè)出口，其中所述入口和出口被設(shè)計(jì)或配置成在電鍍過程中在所述間隙中產(chǎn)生橫流電解液；(d)旋轉(zhuǎn)所述襯底架；以及(e)在使電解液如(c)中所述地流動(dòng)時(shí)將材料電鍍到所述襯底的所述鍍覆面上。
[0020]在一些實(shí)施方式中，在所述襯底的所述鍍覆面和離子阻性元件平面之間測(cè)得的所述間隙是約15mm或更小。在所述襯底的所述鍍覆面和所述突出部的最高表面之間的間隙可以在約0.5-4_之間。在某些實(shí)施方式中，所述側(cè)入口可被分隔成兩或更多個(gè)方位不同且流體分離的部分，且電解液至所述入口的方位不同的部分中的流可被獨(dú)立控制。在某些情況下，可在所述間隙中設(shè)置流導(dǎo)向元件。所述流導(dǎo)向元件可導(dǎo)致電解液以實(shí)質(zhì)上線性的流路徑從所述側(cè)入口流到所述側(cè)出口。
[0021]在所公開的實(shí)施方式的另一方面，提供了一種用于電鍍襯底的方法，該方法包括:(a)將實(shí)質(zhì)上平坦的襯底接收在襯底架上，其中所述襯底的鍍覆面是暴露的，且其中所述襯底架被配置來保持所述襯底使得所述襯底的所述鍍覆面在電鍍過程中與所述陽極隔開；
(b)將所述襯底浸在電解液中，其中在所述襯底的所述鍍覆面和離子阻性元件平面之間形成間隙，其中所述離子阻性元件與所述襯底的所述鍍覆面是至少大約同延伸的，其中所述離子阻性元件適于在電鍍過程中提供穿過所述離子阻性元件的離子遷移，以及其中所述離子阻性元件在所述離子阻性元件的面朝襯底的面上包括臺(tái)階，所述臺(tái)階設(shè)置在所述離子阻性元件的中央?yún)^(qū)域中且被所述離子阻性元件的非凸部分圍繞；(c)在與所述襯底架中的所述襯底接觸的情況下使電解液按下述方式流動(dòng)，(i)從側(cè)入口流過所述臺(tái)階，流到所述間隙中，再次流過所述臺(tái)階，并流出側(cè)出口，以及(ii)從所述離子阻性元件下方流過所述離子阻性元件，流到所述間隙中，流過所述臺(tái)階，并流出所述側(cè)出口，其中所述入口和出口被設(shè)計(jì)或配置成在電鍍過程中在所述間隙中產(chǎn)生交橫流電解液；(d)旋轉(zhuǎn)所述襯底架；以及(e)在使電解液如(c)中所述地流動(dòng)時(shí)將材料電鍍到所述襯底的所述鍍覆面上。
[0022]下面將參考相關(guān)附圖描述這些特征以及其它特征。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方式的其上具有突出部的集合的帶槽的離子阻性板等距視圖。
[0024]圖1B示出了用于電化學(xué)處理半導(dǎo)體晶片的襯底保持和定位裝置的透視圖。
[0025]圖1C示出了其包括錐體和杯體的襯底保持組件的一部分的橫截面圖。
[0026]圖1D示出了可用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式的電鍍槽的簡(jiǎn)化視圖。
[0027]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明公開的某些實(shí)施方式的典型地存在于陰極室中的電鍍裝置的各種部件的分解圖。
[0028]圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方式的橫流側(cè)入口和周邊硬件的特寫視圖。
[0029]圖3B示出了根據(jù)各種公開的實(shí)施方式的橫流出口、CIRP歧管入口和周邊硬件的特寫視圖。
[0030]圖4示出了在圖3A-B中所示的電鍍裝置的各個(gè)部分的橫截面圖。
[0031]圖5示出了根據(jù)某些實(shí)施方式的分割成6個(gè)單獨(dú)的段的橫流注入歧管和噴頭。
[0032]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的CIRP和相關(guān)聯(lián)的硬件的、特別是聚焦于橫流的入口側(cè)的頂視圖。
[0033]圖7不出了根據(jù)各種公開的實(shí)施方式不出了橫流歧管的入口和出口兩側(cè)的CIRP和相關(guān)的硬件的簡(jiǎn)化俯視圖。
[0034]8A-B描繪了根據(jù)某些實(shí)施方式的橫流入口區(qū)的設(shè)計(jì)。
[0035]圖9顯示了描繪某些相關(guān)的幾何結(jié)構(gòu)的橫流入口區(qū)域。
[0036]圖1OA示出了使用了具有臺(tái)階的帶槽的離子阻性板的橫流入口區(qū)域。
[0037]圖1OB示出了具有臺(tái)階的帶槽的離子阻性板的一個(gè)實(shí)施例。
[0038]圖11示出了使用了具有一系列突出部的帶槽的離子阻性板的橫流入口區(qū)域。
[0039]圖12示出了具有突出部的帶槽的離子阻性板的特寫視圖。
·[0040]圖13和14表示根據(jù)某些實(shí)施方式的突出部的不同的形狀和設(shè)計(jì)。
[0041]圖15示出了具有兩個(gè)不同類型的切口的突出部。
[0042]圖16描繪了具有圖15中所示的類型的突出部的帶槽的離子阻性板。
[0043]圖17描繪了具有在柱內(nèi)被間隙分離的非連續(xù)突出部的帶槽的離子阻性板的簡(jiǎn)化俯視圖。
[0044]圖18示出了具有突出部的帶槽的離子阻性板的特寫剖視圖。
[0045]圖19示出了帶槽的離子阻性板的實(shí)施方式的簡(jiǎn)化俯視圖，其中突出部是由多個(gè)分段制成。
[0046]圖20給出了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其表明在帶槽的離子阻性板的突出部可以通過實(shí)現(xiàn)凸起高度厚度的較小變化來促進(jìn)更均勻的電鍍。
【具體實(shí)施方式】
[0047]在本申請(qǐng)中，術(shù)語“半導(dǎo)體晶片”、“晶片”、“襯底”、“晶片襯底”以及“部分制造的集成電路”可互換使用。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，術(shù)語“部分制造的集成電路”可以指在其上制造集成電路的許多階段中的任何階段的硅晶片。下面的詳細(xì)說明假設(shè)本發(fā)明在晶片上實(shí)現(xiàn)。通常情況下，半導(dǎo)體晶片的直徑為200、300或450毫米。然而，本發(fā)明并不局限于此。工件可以是各種形狀、尺寸和材料。除了半導(dǎo)體晶片外，其它可利用本發(fā)明的工件包括如印刷電路板等各種物件。
[0048]在下面的描述中，許多具體細(xì)節(jié)被闡述以便提供對(duì)所提出的實(shí)施方式的徹底了解。所公開的實(shí)施方式可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的部分或全部的前提下實(shí)施。在其他實(shí)例中，公知的處理操作未被詳細(xì)描述，以避免不必要地模糊所公開的實(shí)施方式。盡管所公開的實(shí)施方式將結(jié)合具體的實(shí)施方式描述，但應(yīng)當(dāng)理解的是，這并不意味著限制所公開的實(shí)施方式。[0049]在下面的討論中，當(dāng)提及所公開的實(shí)施方式的頂部和底部特征(或類似的術(shù)語，例如上部和下部特征等)或者元件時(shí)，術(shù)語頂部和底部都只是基于方便而使用且僅代表本發(fā)明的參照或?qū)崿F(xiàn)的單個(gè)框架。其它配置是可能的，例如頂部和底部元件相對(duì)于重力倒置和/或頂部和底部部件成為左和右部件或右和左部件。本文描述了用于電鍍一種或多種金屬到襯底上的裝置和方法?？傮w上描述了所述襯底是半導(dǎo)體晶片的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不受限于此。
[0050]所公開的實(shí)施方式包括被配置為在電鍍期間控制電解液流體力學(xué)的裝置和包含控制電解液流體力學(xué)的方法，通過該裝置和方法控制電解液流體力學(xué)以獲得高度一致的電鍍層。在具體實(shí)現(xiàn)方式中，所公開的實(shí)施方式采用了創(chuàng)建撞擊流(流導(dǎo)向工件表面或垂直于工件表面)和剪切流(有時(shí)也稱為“橫流”或具有平行于工件表面的速度的流)的組合的方法和裝置。
[0051]所公開的實(shí)施方式使用帶槽的離子阻性板(CIRP)，其提供了在晶片的鍍覆面和CIRP的頂部之間的小通道(橫流歧管)。該CIRP提供許多功能，其中有:1)允許離子電流從通常位于CIRP下面的陽極流動(dòng)并流向晶片，2)允許流體向上流過CIRP并大致朝向晶片表面，和3)限制和抵制電解液流遠(yuǎn)離和流出橫流歧管區(qū)域。在橫流歧管區(qū)域的流是由CIRP中的通孔注入的流體以及來自橫流注入歧管(通常位于CIRP上并在晶片的一側(cè))的流體組成。
[0052]在本發(fā)明所公開的實(shí)施方式中，CIRP的頂面被修改，從而提高了在晶片的面上和電鍍特性中的最大沉積率和電鍍均勻性。在CIRP的頂面的修改可以采取臺(tái)階或突出部的集合的形式。圖1A提供了其上具有突出部的集合151的CIRP150的等距視圖。這些CIRP修改將在下面更詳細(xì)地討論。
[0053]在某些實(shí)施方式中，用于在橫流歧管中施加橫流的機(jī)構(gòu)是具有例如在所述帶槽的離子阻性元件的外周上或靠近所述帶槽的離子阻性元件的外周的適當(dāng)?shù)牧饕龑?dǎo)和分配裝置的入口。該入口沿 著帶槽的離子阻性元件的面向襯底的表面引導(dǎo)橫流陰極電解液。所述入口是方位角不對(duì)稱的，部分地跟隨帶槽的離子阻性元件的周邊。所述入口可以包括一個(gè)或多個(gè)間隙或腔，例如徑向定位在帶槽的離子阻性元件外側(cè)的稱為橫流注入歧管的環(huán)形腔?？梢暻闆r提供與橫流注入歧管協(xié)同工作的其他元件。這些元件可以包括橫流注入流分布噴頭、橫流限制環(huán)以及導(dǎo)流鰭，在下文將結(jié)合附圖對(duì)其進(jìn)一步進(jìn)行說明。
[0054]在某些實(shí)施方式中，該裝置被配置為使電解液能沿朝向或垂直于襯底鍍覆面的方向流動(dòng)，以在電鍍過程中產(chǎn)生從帶槽的離子阻性元件的孔排出的至少約3厘米/秒的平均流速(例如，至少約5厘米/秒或至少約10厘米/秒)。在某些實(shí)施方式中，所述裝置被配置為:在產(chǎn)生跨越襯底的鍍覆面的中心點(diǎn)的約3厘米/秒或更大(例如，約5厘米/秒或更大、約10厘米/秒或更大、約15厘米/秒或更大，或約20厘米/秒或更大)的平均橫向電解液流速的條件下運(yùn)行。在采用約20升/分鐘的總電解液流率和約12英寸直徑的襯底的電鍍槽中，這些流率(即，排出離子阻性元件的孔的流率和穿過襯底的鍍覆面的流率)在某些實(shí)施方式中是適當(dāng)?shù)摹１景l(fā)明的實(shí)施方式可以采用各種襯底尺寸實(shí)施。在某些情況下，襯底具有約200毫米、約300毫米或約450毫米的直徑。此外，本發(fā)明的實(shí)施方式可在各種各樣的總流率下實(shí)施。在某些實(shí)現(xiàn)方式中，總電解液流率為在約1-60升/分鐘之間、在約6-60升/分鐘之間、在約5-25升/分鐘之間或在約15-25升/分鐘之間。電鍍過程中所實(shí)現(xiàn)的流率可以由某些硬件約束，如所使用的泵的大小和容量來限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)用較大的泵實(shí)施所公開的技術(shù)方案時(shí)，本發(fā)明所引用的流率可能更高。
[0055]在一些實(shí)施方式中，該電鍍裝置包括分離的陽極室和陰極室，其中在兩個(gè)腔室的每一個(gè)中有不同的電解液組分、電解液循環(huán)回路和/或流體力學(xué)?？刹捎秒x子滲透膜抑制腔室之間的一個(gè)或多個(gè)部件的直接對(duì)流傳輸(物質(zhì)的流動(dòng)運(yùn)動(dòng))，并保持在腔室之間的所期望的分離。該膜可以阻擋大量的電解液流和排除如有機(jī)添加劑之類的某些種類的運(yùn)輸，同時(shí)有選擇地允許如僅陽離子(陽離子交換膜)或僅陰離子(陰離子交換膜)之類的離子的運(yùn)輸。作為在一些實(shí)施方式中的具體實(shí)施例，所述膜包括來自特拉華州威爾明頓的杜邦公司(DuPont of Wilmington, Delaware)的陽離子交換膜NAFION?或相關(guān)的離子選擇性聚合物。在其他情況下，該膜沒有包含離子交換材料，而是包含微多孔材料。通常，在陰極室中的電解液被稱為“陰極電解液”，并且在陽極室中的電解液被稱為“陽極電解液”。通常情況下，陽極電解液和陰極電解液具有不同的組分，陽極電解液含有很少或沒有電鍍添加劑(例如，促進(jìn)劑、抑制劑和/或調(diào)平劑)，而陰極電解液含有大濃度的這種添加劑。金屬離子和酸的濃度在兩個(gè)室之間也常常不同。含有分離的陽極室的電鍍裝置的例子在2000年11月3日提交的美國專利N0.6527920[代理機(jī)構(gòu)案卷號(hào)N0VLP007]、2002年8月27日提交的美國專利N0.6821407[代理機(jī)構(gòu)案卷號(hào)N0VLP048]和2009年12月17日提交的美國專利N0.8262871 [代理機(jī)構(gòu)案卷號(hào)N0VLP308]中有描述，其中每一個(gè)通過引用并入本文。
[0056]在一些實(shí)施方式中，膜不需要包括離子交換材料。在一些實(shí)施例中，該膜是由諸如聚醚砜之類的微多孔性材料制成，聚醚砜由馬薩諸塞州威爾明頓(Wilmington, Massachusetts)的Koch Membrane生產(chǎn)。這種類型的膜最明顯地適用于惰性陽極應(yīng)用，如錫-銀鍍和金鍍，但這種類型的膜也可以用于可溶性陽極應(yīng)用，如鎳鍍。 [0057]在某些實(shí)施方式中，并如本文其他地方所更全面地描述的，陰極電解液可流過電鍍槽內(nèi)的兩個(gè)主要通道中的一個(gè)。在第一通道中，陰極電解液被送入位于CIRP下面且通常(但不一定)位于槽膜和/或膜框架保持器上方的歧管區(qū)域，以下稱為“CIRP歧管區(qū)域”。陰極電解液從CIRP歧管區(qū)域向上穿過在CIRP的各種孔，進(jìn)入CIRP，到達(dá)襯底的間隙(通常被稱為橫流區(qū)域或橫流歧管區(qū)域)，沿朝向晶片表面的方向流動(dòng)。在第二橫流電解液的進(jìn)給通道中，陰極電解液從橫流注入歧管區(qū)域的一側(cè)進(jìn)給并進(jìn)入該橫流注入歧管區(qū)域。該陰極電解液從橫流注入歧管流入CIRP，到達(dá)襯底的間隙(即，橫流歧管)，在這里其沿大致平行于襯底表面的方向流到襯底的表面上。
[0058]雖然在此描述的某些方面可以用在各種類型的電鍍裝置中，但為了簡(jiǎn)單和清楚起見，大多數(shù)實(shí)施例將涉及晶片面朝下的“噴泉”電鍍?cè)O(shè)備中。在這樣的裝置中，待鍍工件(在本發(fā)明所提供的實(shí)施例中通常為半導(dǎo)體晶片)一般具有基本水平的方向(在某些情況下，對(duì)于電鍍過程的一部分或者在整個(gè)電鍍過程中，該水平方向可以相對(duì)于真水平變化一些角度)，并可以被通電以在電鍍過程中旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生大致垂直向上的電解液對(duì)流模式。從晶片的中心至邊緣的撞擊流物質(zhì)以及旋轉(zhuǎn)的晶片在其邊緣處相對(duì)于其中心的固有的更高的角速度的整合產(chǎn)生徑向增大的切向(平行晶片)流速。噴泉電鍍類的槽/裝置的成員的一個(gè)例子是由Novellus Systems, Inc.0f San Jose, CA.生產(chǎn)并可從其獲得的Sabre? Electroplating System。此外，噴泉電鍍系統(tǒng)在例如2001年8月10日提交的美國專利N0.6800187[代理機(jī)構(gòu)案卷號(hào)N0VLP020]和2008年11月7日提交的美國專利N0.8308931 [代理機(jī)構(gòu)案卷號(hào)NOVLP299]中有描述，通過引用將其全部并入本發(fā)明。
[0059]待電鍍的襯底通常是平坦的或基本上平坦的。正如這里使用的，具有溝、通孔、光致抗蝕劑圖案等特征的襯底被認(rèn)為是基本上平坦的。雖然不一定總是如此，但通常這些特性是在微觀尺度上的。在許多實(shí)施方式中，襯底表面中的一個(gè)或多個(gè)部分可被遮蔽以免暴露于電解液。
[0060]以下圖1B的描述提供了通常的非限制的背景以幫助理解本文所述的裝置和方法。圖1B提供了用于電化學(xué)處理半導(dǎo)體晶片的晶片夾持和定位裝置100的透視圖。裝置100包括晶片嚙合部件(有時(shí)在本文中稱為“蛤殼”部件)。實(shí)際的蛤殼包括杯體102和錐體103，其使得壓力能被施加在晶片和密封件之間，從而保證晶片在杯體中。
[0061]杯體102由支柱104支撐，支柱104連接到頂板105。這個(gè)集中組件101的組件(102-105)的經(jīng)由軸106由馬達(dá)107驅(qū)動(dòng)。馬達(dá)107被連接到安裝支架109。軸106傳達(dá)扭矩到晶片(圖中未示出)以允許其在電鍍期間旋轉(zhuǎn)。軸106內(nèi)的氣缸(未顯示)也提供杯體和錐體103之間的垂直力以產(chǎn)生在杯體內(nèi)的晶片和密封構(gòu)件(唇形密封件)之間的密封。為了討論的目的，包括部件102-109的組件被統(tǒng)稱為晶片架111。然而注意，“晶片架”的概念通常延伸到嚙合晶片并允許其運(yùn)動(dòng)和定位的部件的各種組合和子組合。
[0062]傾斜組件包括第一板115，第一板115可滑動(dòng)地連接到第二板117，傾斜組件被連接到安裝支架109。驅(qū)動(dòng)缸113在樞接點(diǎn)119和121分別連接到板115和板117。因此，驅(qū)動(dòng)缸113提供力用于使滑動(dòng)板115 (并因此晶片架111)穿過板117。晶片架111 (即安裝支架109)的末端沿限定在板115和117之間的接觸區(qū)域的弧形路徑(未示出)移動(dòng)，并因此，晶片架111的近端(即杯體和錐體組件)在有效的樞軸上傾斜。這允許晶片有角度地進(jìn)入到電鍍?cè)　?br> [0063]整個(gè)裝置100經(jīng)由另一個(gè)致動(dòng)器被垂直向上抬升或垂直降下以將晶片架111的近端浸入鍍覆溶液(未示出)。因 此，雙組件定位機(jī)構(gòu)為晶片提供沿垂直于電解液的軌跡的垂直運(yùn)動(dòng)和允許從水平方向(平行于電解液表面)偏移的傾斜運(yùn)動(dòng)(成角度的晶片浸沒能力)。裝置100的運(yùn)動(dòng)能力和相關(guān)聯(lián)的硬件在2001年5月31日提交和2003年4月22公布的US專利6，551，487 [代理人案號(hào)N0VLP022]有更詳細(xì)描述，其全部?jī)?nèi)容在此通過引用并入本文。
[0064]注意，裝置100通常與具有電鍍室的特別的電解槽一起使用，該電鍍室容納陽極(例如，銅陽極或非金屬惰性陽極)和電解液。電鍍槽也可包括管道或管道連接件用于循環(huán)電解液通過電解槽-以及針對(duì)被鍍工件。它也可以包括膜或設(shè)計(jì)用來在陽極室和陰極室內(nèi)保持不同的電解液化學(xué)物的分隔件。通過物理手段轉(zhuǎn)移陽極電解液到陰極電解液或主鍍?cè)?例如包括閥的直接泵送，或者溢流槽)的裝置也可以任選被提供。
[0065]下面的描述提供了蛤殼的杯體和錐體組件的更多細(xì)節(jié)。圖1C組件100的部分101，其包括以橫截面形式的錐體103和杯體102。注意，該附圖不是杯體和錐體組件的真實(shí)描繪，而是為了討論目的的風(fēng)格化的描繪。杯體102經(jīng)由支柱104通過頂板105支撐，支柱104經(jīng)由螺絲108連接。一般來說，杯體102提供擱置晶片145的支撐。它包括開口，通過該開口來自電鍍槽的電解液可以接觸晶片。注意，晶片145具有正面142，電鍍發(fā)生在正面142。晶片145的外周擱置在杯體102上。錐體103向下壓在晶片的背側(cè)以在電鍍過程中保持其在適當(dāng)位置。[0066]要加載晶片進(jìn)入101，錐體103從其描述位置通過主軸106抬起，直到錐體103觸碰頂板105。從這個(gè)位置上，在杯體和錐體之間產(chǎn)生間隙，晶片145可以插入該間隙，并因此裝載入杯體中。如所描繪的，然后錐體103被降低以嚙合抵靠杯體102外周的晶片，并配合成組的電觸點(diǎn)(在圖1C中未示出)沿著晶片外周徑向超出唇形密封件143。在帶槽的離子阻性板(CIRP)上使用步驟或一系列的突出部的實(shí)施方式中，晶片可不同地插入，以避免晶片或晶片架與CIRP接觸。在這種情況下，晶片架可最初以相對(duì)于電解液的表面呈角度地插入晶片。接著，晶片架可旋轉(zhuǎn)晶片使得其在水平位置。當(dāng)晶片旋轉(zhuǎn)時(shí)，它可以繼續(xù)向下行進(jìn)到電解液中，只要CIRP不受干擾。晶片插入的最后部分可以包括垂直向下插入晶片。當(dāng)晶片在其水平方向時(shí)(即，晶片沒有傾斜之后)，這種垂直向下運(yùn)動(dòng)可以完成。
[0067]軸106傳送用于造成錐體103嚙合晶片145的垂直力和用于旋轉(zhuǎn)組件101的扭矩兩者。這些傳送力如圖1C中的箭頭所示。注意，晶片電鍍通常在晶片被旋轉(zhuǎn)((如在圖1C的頂部的虛線所示)時(shí)發(fā)生。
[0068]杯體102具有可壓縮的唇形密封件143，當(dāng)錐體103嚙合晶片145時(shí)，唇形密封件143形成流體密封。來自錐體和晶片的垂直力壓縮唇形密封件143，以形成流體密封。唇形密封件防止電解液接觸晶片145的背部(在這里可能引入污染物質(zhì)，如銅或錫離子直接進(jìn)入硅)并預(yù)防接觸裝置101的靈敏部件。在杯體的界面和晶片之間還可存在密封件，其形成流體密封的密封件以進(jìn)一步保護(hù)晶片145的背部(未顯示)。
[0069]錐體103還包括密封件149。如圖所示，密封件149在錐體的邊緣103和杯的上部區(qū)域嚙合時(shí)位于該邊緣附近。這也保護(hù)晶片145的背部免受可能從杯體上方進(jìn)入蛤殼的任何電解液。密封件149可以被固定到錐體或杯體，并且可以是單個(gè)密封件或多部件的密封件。
[0070]當(dāng)電鍍開始時(shí)，錐體103被抬升在杯體102上方且晶片145被引入組件102。當(dāng)晶片被最初引入杯體102時(shí)·-通常通過機(jī)械臂-其正面142輕輕擱置在唇形密封件143上。在電鍍期間，組件101旋轉(zhuǎn)，從而幫助實(shí)現(xiàn)均勻的電鍍。在隨后的附圖中，以更簡(jiǎn)單的形式描繪了組件101以及關(guān)于用于在鍍覆過程中控制在晶片鍍表面142上的電解液的流體動(dòng)力學(xué)的部件。
[0071]圖1D描繪了用于電鍍金屬到晶片上的電鍍裝置725的橫截面視圖，該晶片通過晶片架101夾持、定位和旋轉(zhuǎn)。裝置725包括鍍槽155，鍍槽155為具有陽極室的雙腔槽，陽極室具有例如銅陽極160和陽極電解液。陽極室和陰極室被分隔，例如，被由支承構(gòu)件735支撐的陽離子膜740分隔。如本文所述，鍍裝置725包括CIRP410。分流器325在CIRP410的頂部，并且如本文所述幫助產(chǎn)生橫向剪切流。陰極電解液經(jīng)由流端口 710引入陰極室(膜740上方)。如本文所述，陰極電解液從流端口 710，通過CIRP410，并產(chǎn)生沖擊流到晶片145的鍍覆面。除了陰極電解液的流端口 710，另外的流端口 710a還將陰極電解液在遠(yuǎn)端位置處其出口引到分流器325的空隙/出口。在這個(gè)例子中，流動(dòng)端口 710a的出口形成為流成形板410的通道。功能性的結(jié)果是陰極電解液流直接引入到在CIRP410和晶片鍍覆面145之間形成的電鍍區(qū)域，以便提高橫穿晶片表面的橫向流，從而使得橫穿晶片145(和流板410)的流向量規(guī)范化。
[0072]提供大量的附圖以進(jìn)一步說明和解釋本文所公開的實(shí)施方式。附圖包括，除其他事項(xiàng)外，與本發(fā)明所公開的電鍍裝置相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)元件和流動(dòng)路徑的各個(gè)附圖。這些元件被給定某些名稱/參考數(shù)字，其在圖2到19的描繪中一致地使用。圖2引入在某些實(shí)施方式中介紹的某些元件，其包括晶片架254、橫流約束環(huán)210、橫流環(huán)墊片238、具有橫流噴頭242的帶槽的離子阻性(CIRP)板206、以及具有流體調(diào)節(jié)棒274的膜框架274。在圖2中，以分解圖提供這些元件來演示這些部分是如何結(jié)合在一起的。
[0073]在大多數(shù)情況下，下面的實(shí)施方式假設(shè)該電鍍裝置包括單獨(dú)的陽極室。所描述的特征被包含在陰極室中。關(guān)于圖3A、圖3B和圖4，在陰極室的底部表面包括膜框架274和膜202 (因?yàn)樗欠浅１〉?，該膜?shí)際上沒有在圖中示出，但它的位置202被示為位于膜框274的下表面上)，膜202其將陽極室與陰極室分隔。任何數(shù)量的可能的陽極和陽極室的配置都可以使用。
[0074]許多在下文描述中的重點(diǎn)是控制橫流歧管或歧管區(qū)域226中的陰極電解液。此橫流歧管區(qū)域226也可以被稱為間隙或CIRP到晶片間隙226。陰極電解液通過以下兩個(gè)獨(dú)立的入口點(diǎn)進(jìn)入橫流歧管226:(I)在帶槽的離子阻性板206中的通道和(2)橫流啟動(dòng)結(jié)構(gòu)250。到達(dá)橫流歧管226的陰極電解液經(jīng)由在CIRP206中的通道直接朝向工件的表面引導(dǎo)，通常是沿基本上垂直的方向引導(dǎo)。這種輸送陰極電解液的通道可形成沖擊工件的表面的小的射流，該工件通常相對(duì)于帶通道的板206緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)(例如，介于約I至30rmp之間)。相反，到達(dá)橫流歧管226中的陰極電解液經(jīng)由橫流啟動(dòng)結(jié)構(gòu)250基本上平行于工件的表面導(dǎo)向。
[0075]正如在上面的討論中，在電鍍過程中，帶槽的離子阻性板206 (有時(shí)也被稱為帶槽的離子阻性元件，CIRP，高電阻虛擬(virtual)陽極，或HRVA)定位在所述工作電極(晶片或襯底)和相對(duì)的電極(陽極)之間，以便在相對(duì)接近晶片界面表現(xiàn)出大的本地化離子系統(tǒng)電阻(并由此控制電場(chǎng)和塑造電場(chǎng)形狀)，并且控制電解液的流動(dòng)特性。本文中各附圖顯示了帶槽的離子阻性板206相對(duì)于所公開的裝置的其他結(jié)構(gòu)特征的相對(duì)位置。這樣的離子阻性元件206的一個(gè)例子在2008年11月7日提交的美國專利號(hào)8，308, 931 [代理人案卷N0VLP299]有描述，其之前通過引用將其整體并入本文中描述。其中所描述的帶槽的離子阻性板適合改善晶片表面，如那些含相對(duì)低的電導(dǎo)率或那些含有非常薄的電阻性籽晶層上的電鍍徑向均勻性。在許多實(shí)施方式中，帶槽的離子阻性板適于包括如上所述和下面進(jìn)一步描述的臺(tái)階或一系列的突出部。
[0076]“膜框架”274 (在其他文件中有時(shí)被稱作陽極膜框架)是在某些實(shí)施方式中采用的結(jié)構(gòu)元件，以支撐將陰極室與陽極室分隔開的膜202。它可以具有相關(guān)于本文所公開的某些實(shí)施方案中的其他特征。尤其是，參照附圖的實(shí)施方式，它可以包括流動(dòng)通道258和262用于將陰極電解液輸送到CIRP歧管208或橫流歧管226中。另外,膜框架274可以包括被配置為輸送橫流的陰極電解液至橫流歧管226的噴頭板242。膜框架274還可以含有槽堰壁282，其用于確定和調(diào)節(jié)電解液的最上部的水平。本文中各附圖在與所公開的橫流裝置相關(guān)聯(lián)的其它結(jié)構(gòu)特征的上下文中描繪了膜框架274。
[0077]膜框架274是用于夾持膜202的剛性結(jié)構(gòu)部件，其通常是負(fù)責(zé)將陽極室與陰極室隔開的離子交換膜。如所解釋的，陽極室可容納第一組分的電解液，而陰極室容納第二組分的電解液。膜框架274還可以包括多個(gè)流體調(diào)節(jié)桿270 (有時(shí)被稱為流量約束元件)，其可以被用來幫助控制流體輸送到帶槽的離子阻性元件206。膜框架274限定陰極室的最底層部分和陽極室的最上層部分。所描述的部件都位于電化學(xué)電鍍槽的工件側(cè)在陽極室和陽極室膜202上方。它們都可以被看作是陰極室的一部分。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，橫流注入裝置的某些實(shí)施方式不采用分離的陽極室，并且因此膜框架274不是必需的。
[0078]通常位于所述工件和所述膜框架274之間的是帶槽的離子阻性板206、以及橫流環(huán)墊片238和晶片橫流限制環(huán)210，其每一個(gè)可以被固定到帶槽的離子阻性板206。更具體地，橫流環(huán)墊片238可以直接定位在CIRP206的頂上，并且晶片橫流限制環(huán)210可以被定位在橫流環(huán)墊片238上方并固定到帶槽的離子阻性板206的頂表面，有效地夾著墊片238。本文中的各個(gè)附圖顯示了相對(duì)于帶槽的離子阻性板206布置的橫流約束環(huán)210。另外，CIRP206可包括下面進(jìn)一步描述的臺(tái)階或一系列的突出部。
[0079]如圖2所示，本發(fā)明的最上相關(guān)的結(jié)構(gòu)特征是工件或晶片架。在某些實(shí)施方案中，所述工件架可以是杯體254，其通常在錐體和杯形蛤殼式設(shè)計(jì)中使用，如體現(xiàn)為從朗姆(Lam)研究公司獲得的上述Sabre?電鍍工具。例如，圖2、圖8A和圖8B顯示出杯體254相對(duì)于所述裝置的其它元件的相對(duì)定位。
[0080]圖3A顯示了根據(jù)本文中公開的實(shí)施例的電鍍裝置的橫流入口側(cè)(cross flowinlet side)的近距離剖視圖。圖3B顯示了根據(jù)本文中公開的實(shí)施例的電鍍裝置的橫流出口側(cè)(cross flow outlet side)的近距離剖視圖。圖4顯示了根據(jù)本文中的某些實(shí)施例的、顯示了入口側(cè)和出口側(cè)的電鍍裝置的剖視圖。在電鍍過程中，陰極電解液填充并占據(jù)了在膜框架274上的膜202的上部和膜框架堰壁(weir wall) 282之間的區(qū)域。該陰極電解液區(qū)域可被細(xì)分成三個(gè)子區(qū)域:1)位于CIRP206下方和(對(duì)于采用了陽極室陽極膜的設(shè)計(jì))隔開的陽極室的陽離子膜202上方的帶槽的離子阻性板歧管區(qū)域208 (該部件有時(shí)也被稱為下歧管區(qū)域)，2)在晶片和CIRP206的上表面之間的橫流歧管區(qū)域226，以及3)在翻蓋/杯體254外側(cè)且在槽堰壁(cell weir wall) 282內(nèi)側(cè)的上槽區(qū)域或者“電解液保持區(qū)域”(其有時(shí)是膜框架274的實(shí)體部分(physical part))。當(dāng)沒有浸入該晶片并且翻蓋/杯體254不在下部位置時(shí)，該第二區(qū)域和第三區(qū)域結(jié)合成單個(gè)區(qū)域。
[0081]圖3B顯示了·連通CIRP歧管208和通道262的單個(gè)入口孔的剖視圖。虛線表示流體流的路徑。
[0082]陰極電解液可在中央陰極電解液入口歧管(未顯示)處被傳輸至電鍍槽，該陰極電解液可以位于該槽的底部并由單個(gè)管道進(jìn)給。從這兒，該陰極電解液可被分成兩個(gè)不同的流動(dòng)路徑或流。一個(gè)流(例如12個(gè)進(jìn)給孔中的6個(gè))使陰極電解液通過通道262流入CIRP歧管區(qū)域208。在該陰極電解液被傳輸?shù)紺IRP歧管208之后，該陰極電解液通過CIRP內(nèi)的微通道向上流入橫流歧管226。另一個(gè)流(例如，另外6個(gè)進(jìn)給孔)使陰極電解液流入橫流注入歧管，從這兒，該電解液流動(dòng)通過橫流噴頭242的分配孔246(在某些實(shí)施例中，該分配孔的數(shù)量可超過100個(gè))。在離開該橫流噴頭孔246之后，該陰極電解液的流向從(a)垂直于晶片改變?yōu)?b)平行于晶片。該流向改變?cè)谠摿鳑_擊橫流限制環(huán)210入口腔250的表面時(shí)發(fā)生，并且該流向受到該流沖擊橫流限制環(huán)210入口腔250的表面的限制。最后，在進(jìn)入橫流歧管區(qū)226時(shí)，這兩股陰極電解液流(最初在中央陰極電解液入口歧管內(nèi)的槽的底部是分離的)聚合在一起。
[0083]在圖3A、3B和4所示的實(shí)施方式中，進(jìn)入陰極室的一部分陰極電解液被直接提供至帶槽的離子阻性板歧管208，并且一部分被直接提供至橫流注入歧管222。被傳輸至帶槽的離子阻性板歧管208的陰極電解液的至少一部分(經(jīng)常但不是總是)穿過板206內(nèi)的多個(gè)微通道并到達(dá)橫流歧管226。通過帶槽的離子阻性板206內(nèi)的通道進(jìn)入橫流歧管226的陰極電解液沿著基本上垂直定向的噴口(在一些實(shí)施例中，該通道被制成具有一定的角度，因此它們不是完全垂直于晶片的表面，例如，該噴口相對(duì)于晶片表面的法線的角度可以達(dá)到約45度)進(jìn)入該橫流歧管。進(jìn)入橫流注入歧管222的該部分陰極電解液被直接傳輸至橫流歧管226，在這里，該部分陰極電解液以位于晶片下方的水平定向的橫流進(jìn)入。在去橫流歧管226的途中，該橫流的陰極電解液通過橫流注入歧管222和橫流噴頭板242(在特定的實(shí)施例中，該橫流噴頭板包括約139個(gè)直徑為約0.048英寸的分配孔246)，然后通過橫流限制環(huán)210的入口腔250的作用/幾何機(jī)構(gòu)從垂直向上的流改變?yōu)槠叫杏诰砻娴牧鳌?br> [0084]橫流和噴口的絕對(duì)角度不需要完全是水平的或完全是垂直的或者相互間被定向成正好是90度。但是，總的來說，橫流歧管226內(nèi)的陰極電解液的橫流一般是沿著工件表面的方向，源自微帶槽的離子阻性板206的上表面的陰極電解液噴流的方向通常朝上/垂直于工件的表面。橫流和沖擊流在晶片表面的混合有助于促進(jìn)更均勻的電鍍效果。在某些實(shí)施例中，使用突出部來阻礙橫流動(dòng)的陰極電解液，以使得其在朝晶片表面的方向上改變方向。
[0085]如上所述，進(jìn)入陰極室的陰極電解液被分成(i)從帶槽的離子阻性板歧管208流動(dòng)通過CIRP206內(nèi)的通道、然后進(jìn)入橫流歧管226的陰極電解液和(ii)通過噴頭242內(nèi)的孔246流入橫流注入歧管222、然后進(jìn)入橫流歧管226的陰極電解液。從橫流注入歧管區(qū)域222直接進(jìn)入的流可經(jīng)由橫流限制環(huán)入口(有時(shí)被稱為橫流側(cè)向入口 250)進(jìn)入，并且可從槽的一側(cè)平行于晶片散開。相比之下，經(jīng)由CIRP206的微通道進(jìn)入橫流歧管區(qū)域226的流體射流從晶片和橫流226的下方進(jìn)入，并且該噴射的流體在橫流歧管226內(nèi)被轉(zhuǎn)向(重新定向)以平行于晶片并朝向橫流限制環(huán)出口 234 (有時(shí)也被稱為橫流出口或者出口)流動(dòng)。
[0086]在具體的實(shí)施方式中，具有六個(gè)用于直接傳輸陰極電解液至橫流注入歧管222(在此處，陰極電解液然后被傳輸至橫流歧管226)的獨(dú)立的進(jìn)給通道258。為了影響在橫流歧管226中的橫流，這些通道258以呈方位角的非均勻的方式伸入(exit into)橫流歧管226。具體地，這些通道在橫 流歧管226的特定側(cè)或者方位角區(qū)域(azimuthal region)進(jìn)入該橫流歧管226。
[0087]在圖3A所示的【具體實(shí)施方式】中，用于直接將陰極電解液傳輸至橫流注入歧管222的流體路徑258在到達(dá)該橫流注入歧管222之前穿過四個(gè)獨(dú)立的元件:(I)在槽的陽極室壁中的專用通道，(2)在膜框架274中的專用通道，(3)在帶槽的離子阻性板206中的專用通道(這些專用通道與用于將陰極電解液從CIRP歧管208傳輸至橫流歧管226的1-D微通道不同)，以及最后(4)在晶片橫流限制環(huán)210中的流體路徑。當(dāng)這些元件被不同地構(gòu)造時(shí)，該陰極電解液可以不必流過這些獨(dú)立的元件中的每一個(gè)。
[0088]如上文所述，流動(dòng)路徑的穿過膜框架274并且進(jìn)給橫流注入歧管222的部分被稱為膜框架中的橫流進(jìn)給通道258。相似地，該流動(dòng)路徑的穿過膜框架274并且進(jìn)給CIRP歧管的部分被稱為進(jìn)給帶槽的離子阻性板歧管208的橫流進(jìn)給通道262，或者CIRP歧管進(jìn)給通道262。也就是說，術(shù)語“橫流進(jìn)給通道”包括進(jìn)給橫流注入歧管222的陰極電解液進(jìn)給通道258和進(jìn)給CIRP歧管208的陰極電解液進(jìn)給通道262。這些流258和262之間的一個(gè)區(qū)別在上文已經(jīng)描述:穿過CIRP206的流的方向最初是朝向晶片的，然后由于晶片的存在以及在橫流歧管中的橫流而改變成與晶片平行，而來自橫流注入歧管222并且通過橫流限制環(huán)入口 250輸出的橫流部分在橫流歧管中基本上平行于晶片開始。不希望局限于任何的模型或者理論，沖擊和平行流的該結(jié)合和混合被認(rèn)為能夠?qū)嵸|(zhì)上有助于改善凹入的/嵌入式的特征內(nèi)流的滲透度(flow penetration),從而改善質(zhì)量的傳遞。在CIRP表面包含的一系列的突出部能夠進(jìn)一步提高這種混合。通過在晶片下方創(chuàng)造空間上均勻的對(duì)流場(chǎng)并且旋轉(zhuǎn)晶片，每個(gè)特征、每個(gè)管芯在該旋轉(zhuǎn)和電鍍過程中展現(xiàn)了幾乎相同的流模式(flowpattern)。
[0089]在穿過板206內(nèi)的橫流進(jìn)給通道258時(shí)，用于傳輸橫流動(dòng)的陰極電解液的流動(dòng)路徑是以垂直向上的方向開始的。然后，該流動(dòng)路徑進(jìn)入形成在帶槽的離子阻性板206的體內(nèi)的橫流注入歧管222。該橫流注入歧管222是方位角的腔，該腔可以是在板206內(nèi)的、能夠?qū)⒘黧w從多個(gè)獨(dú)立的進(jìn)給通道258 (例如，來自6個(gè)獨(dú)立的橫流進(jìn)給通道中的每一個(gè))分配至橫流噴頭板242的多個(gè)流分配孔246的挖出通道(dug out channel)。該橫流注入歧管222沿著帶槽的離子阻性板206的外周或邊緣區(qū)域的斜剖面(angular section)定位。例如參見圖3A和圖4-6。附圖3A和圖4在上文已介紹。圖5顯示了位于橫流注入歧管222上方的噴頭板242。圖6在具有電鍍裝置的其它元件的情況下，相似地顯示了橫流注入歧管222上方的噴頭板242。
[0090]在一些實(shí)施方式中，如圖5和圖6所示，橫流注入歧管222在跨越該板的周長(zhǎng)區(qū)域的約90° -180°的角度上形成C形結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方式中，該橫流注入歧管222的角度范圍是約120° -170°，在更具體的實(shí)施方式中，該角度約為約140° -150°。在這些或其它實(shí)施方式中，該橫流注入歧管222的角度范圍為至少約90°。在許多實(shí)施方式中，該噴頭242大約跨越與該橫流注入歧管222相同的角度范圍。另外，整個(gè)入口結(jié)構(gòu)250 (在很多情況中，其包括一個(gè)或多個(gè)橫流注入歧管222、噴頭板242、噴頭孔246和在橫流限制環(huán)210內(nèi)的開口)可跨越這些相同的 角度范圍。
[0091]在一些實(shí)施方式中，在注入歧管222中的橫流在帶槽的離子阻性板206(channeled ionically resistive plate)內(nèi)形成連續(xù)流體連接的腔。在這種情況下，向橫流注入歧管供料的所有橫流進(jìn)給通道258排入一個(gè)連續(xù)的連接的橫流注入歧管腔室。在其它實(shí)施方式中，橫流注入歧管222和/或橫流噴頭242分成兩個(gè)或兩個(gè)以上的角度不同的且完全或部分分離的段，如圖5中所示(其示出6個(gè)分離的段)。在一些實(shí)施方式中，成角度地分離的段的數(shù)量在約1-12個(gè)之間，或在約4-6個(gè)之間。在一【具體實(shí)施方式】中，每一個(gè)角度不同的段流體連接至設(shè)置在帶槽的離子阻性板206中的分離的橫流進(jìn)給通道258。因此，例如，在橫流注入歧管222內(nèi)可能有6個(gè)角度不同的分離的子區(qū)域，每一個(gè)子區(qū)域通過分離的橫流進(jìn)給通道258進(jìn)給。在一些實(shí)施例中，橫流注入歧管222的每一個(gè)不同的子區(qū)域具有相同的容積和/或相同的角范圍。
[0092]在多種情況下，陰極電解液從橫流注入歧管222排出并通過具有多個(gè)成角度地分離的陰極電解液出口(孔)246的橫流噴頭板242。參見例如圖2、3A和6 (在所有圖中未示出陰極電解液出口 /孔246)。在一些實(shí)施例中，例如如圖6中所示，橫流噴頭板242被集成到帶槽的離子阻性板206中。在一些實(shí)施例中，所述噴頭板242通過膠粘貼、通過螺栓或其它方式固定至帶槽的離子阻性板206的橫流注入歧管222的頂部。在一些實(shí)施例中，橫流噴頭242的頂表面與帶槽的離子阻性板206 (不包括所述CIRP206上的任何臺(tái)階或突出部)的平面或頂表面高度相同，或者略高于該帶槽的離子阻性板206 (不包括所述CIRP206上的任何臺(tái)階或突出部)的平面或頂表面。如此，流經(jīng)橫流注入歧管222的陰極電解液可開始垂直向上流過所述噴頭孔246，然后橫向流經(jīng)橫流約束環(huán)210下方并流入橫流歧管226，以至于陰極電解液沿著基本上平行于晶片表面的方向進(jìn)入橫流歧管226。在其它實(shí)施方式中，可定向噴頭242使得從噴頭孔246排出的陰極電解液在平行于晶片的方向上流動(dòng)。
[0093]在一【具體實(shí)施方式】中，橫流噴頭242具有約140個(gè)成角度地分離的陰極電解液出口孔246。一般而言,可米用在橫流歧管226內(nèi)合理建立均勻橫流的任意數(shù)量的孔。在一些實(shí)施方式中，在橫流噴頭242中有約50-300個(gè)這樣的陰極電解液出口孔246。在一些實(shí)施方式中，存在有約100-200個(gè)這樣的孔。在一些實(shí)施方式中，存在有約120-160個(gè)這樣的孔。通常，各個(gè)出口或孔246的尺寸在直徑方面可以為約0.020-0.10英寸，更特別地，為約0.03-0.06 英寸。
[0094]在一些實(shí)施方式中，以等角度方式(即通過在所述槽中心與兩個(gè)相鄰孔之間的固定角度確定各孔246之間的間距)沿著橫流噴頭242的整個(gè)角度范圍設(shè)置這些孔246。在其它實(shí)施方式中，以非等角度方式沿著所述角度范圍分布孔246。然而，在一些實(shí)施方式中，所述非等角度的孔分布是線性(“X軸方向”)均勻分布。換句話說，在后一種情況下，所述孔分布是這樣的情況:如果所述孔被投影到垂直于橫流方向的軸(該軸在“X”方向上)，則所述孔以相等的較遠(yuǎn)的距離間隔分布。每一個(gè)孔246被設(shè)置在距室中心相同徑向距離處，并沿著“X”軸方向與相鄰的孔間隔相同的距離。具有這些非等角度孔246的凈效應(yīng)是整體橫流模式更為均勻。相比之下，當(dāng)以等角度方式間隔孔時(shí)，由于邊緣區(qū)域?qū)⒕哂斜染鶆驒M流所需的孔更多的孔，因此在襯底中心部分上方的橫流將低于在邊緣區(qū)域上方的橫流。
[0095]在一些實(shí)施方式中，從橫流噴頭242排出的陰極電解液的方向進(jìn)一步由晶片橫流約束環(huán)210控制。在一些實(shí)施方式中，該環(huán)210在帶槽的離子阻性板206的整個(gè)圓周上方延伸。在一些實(shí)施方式中，如圖3A、3B和4所示，橫流約束環(huán)210的橫截面為L(zhǎng)-形。該形狀可被挑選以匹配襯底架/杯體254的底表面。在一些實(shí)施方式中，晶片橫流約束環(huán)210包括一系列諸如定向鰭片266之類的流導(dǎo)向元件，該流導(dǎo)向元件與橫流噴頭242的出口孔246流體連通。在圖7中清楚示出該鰭片266，還可參見圖3A和4。定向鰭片266在晶片橫流約束環(huán)210的上表面下方以及在相鄰的定向鰭片266之間限定在很大程度上分離的流體通道。在一些情況下，鰭片26 6的目的在于重定向并約束從橫流噴頭孔246排出的流，使該流從原本徑向向內(nèi)方向變換成“從左向右”的流動(dòng)軌跡(左邊是橫流入口側(cè)250，右邊是出口側(cè)234)。這有助于建立基本上線性的橫流模式。定向鰭片266使從橫流噴頭242的孔246排出的陰極電解液沿著由定向鰭片266的定向所產(chǎn)生的流體流線定向。在一些實(shí)施方式中，晶片橫流約束環(huán)210的所有定向鰭片266彼此平行。這種平行的設(shè)置有助于在橫流歧管226內(nèi)建立一致的橫流方向。在各種實(shí)施方式中，沿著橫流歧管226的入口側(cè)250和出口側(cè)234 二者設(shè)置晶片橫流約束環(huán)210的定向鰭片266。在其它情況下，可僅沿著橫流歧管226的入口區(qū)250設(shè)置鰭片266。
[0096]如圖3B和4所示，在橫流歧管226中流動(dòng)的陰極電解液從晶片橫流約束環(huán)210的入口區(qū)250流到該環(huán)210的出口側(cè)234。在一些實(shí)施方式中，在出口側(cè)234有多個(gè)可與在入口側(cè)上的定向鰭片266平行或者對(duì)齊的定向鰭片266。橫流通過由出口側(cè)234上的定向鰭片266建立的通道，然后流出橫流歧管226。隨后所述流通常徑向向外地流入陰極室的另一區(qū)域并且流過晶片架254和橫流約束環(huán)210，同時(shí)流體被所述膜架的上堰壁282截留并暫時(shí)儲(chǔ)存，隨后所述流體流過堰壁282以收集和再循環(huán)。因此，應(yīng)理解的是，這些圖(例如圖3A、3B和4)僅示出陰極電解液進(jìn)入橫流歧管并從其中流出的整個(gè)路徑的部分路徑。需注意的是，例如在圖3B和4中描繪的實(shí)施方式中，從橫流歧管226排出的流體不會(huì)流過小孔或者穿過與入口側(cè)上的進(jìn)給通道258類似的通道流回，而是沿著通常平行于晶片的方形向外流動(dòng)，原因在于其會(huì)被蓄積在前述的蓄積區(qū)域。
[0097]回到圖6的實(shí)施方式，圖6示出俯視橫流歧管226的俯視圖。該圖描繪了在帶槽的離子阻性板206內(nèi)的嵌入式橫流注入歧管222以及噴頭242的位置。盡管沒有示出噴頭242上的出口孔246，應(yīng)理解的是存在有這樣的出口孔。還示出了用于橫流注入歧管的流體調(diào)節(jié)桿270。雖然在該圖中未設(shè)置有橫流約束環(huán)210，但是示出了橫流約束環(huán)密封墊238的輪廓，該橫流約束環(huán)密封墊238在橫流約束環(huán)210和CIRP206的上表面之間進(jìn)行密封。在圖6中示出的其它元件包括橫流約束環(huán)緊固件218、膜架274以及在CIRP206的陽極側(cè)上的螺絲孔278 (其可用于例如陰極屏蔽插入件)。
[0098]在一些實(shí)施方式中，為了進(jìn)一步優(yōu)化橫流模式，可調(diào)節(jié)橫流約束環(huán)出口 234的幾何形狀。例如，可通過減少橫流約束環(huán)出口 234的外部區(qū)域中的開放區(qū)域來更正橫流模式偏離到約束環(huán)210的邊緣的情況。在一些實(shí)施方式中，出口歧管234可包括分離的段或口，很像橫流注入歧管222。在一些實(shí)施方式中，出口段的數(shù)量在約1-12個(gè)之間，或在約4-6個(gè)之間。所述口被方位分隔，沿著出口歧管占據(jù)不同的(通常相鄰的)位置。在一些情況下，可獨(dú)立控制通過每一個(gè)口的相對(duì)流率?？赏ㄟ^例如與在與入口流體相關(guān)的描述中描述的控制桿類似的控制桿270來實(shí)現(xiàn)該控制。在另一實(shí)施方式中，可由出口歧管的幾何形狀控制通過所述出口的不同段的流體。舉例來說，在每一側(cè)邊緣附近具有較少開放區(qū)域而在中心附近具有較多開放區(qū)域的出口歧管可產(chǎn)生溶液流體模式，即在上述出口中心附近存在有較多流體，而在所述出口邊緣附近存在有較少流體。還可采用其它方法控制通過出口歧管234中的口的相對(duì)流率(例如泵、工藝控制閥等)。
[0099]如前所述，通過多個(gè)通道258和262將進(jìn)入陰極電解液室的大量陰極電解液分離地引導(dǎo)至橫流注入歧管222和帶槽的離子阻性板歧管208中。在一些實(shí)施方式中，通過這些單個(gè)通道258和262的流體彼此獨(dú)立地經(jīng)由適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)控制。在一些實(shí)施方式中，該機(jī)構(gòu)包括用于將流體輸送如所述單個(gè)通道的獨(dú)立的泵。在其它實(shí)施方式中，單級(jí)泵用于向主要的陰極電解液歧管進(jìn)料，并可在一個(gè)或一個(gè)以上的通道內(nèi)和/或沿著所述槽的角狀邊緣配置各種可調(diào)節(jié)的流量限制元件， 以調(diào)節(jié)所述各通道258和262之間以及橫流注入歧管222與CIRP歧管208區(qū)域之間的相對(duì)流率。在這些圖中描繪的多種實(shí)施方式中，在提供獨(dú)立控制的通道內(nèi)設(shè)置一個(gè)或一個(gè)以上的流體調(diào)節(jié)桿270 (有時(shí)也稱為流體控制元件)。在描繪的實(shí)施方式中，該流體調(diào)節(jié)桿270提供環(huán)形室，在陰極電解液流向橫流注入歧管222或帶槽的離子阻性板歧管208期間，陰極電解液在該環(huán)形室中被壓縮。在完全縮回狀態(tài)時(shí)，流體調(diào)節(jié)桿270對(duì)流體基本上沒有提供阻力。在完全使用狀態(tài)時(shí)，流體調(diào)節(jié)桿270對(duì)流體提供最大的阻力，并且在一些實(shí)施方式中，阻止所有流體通過通道。在中間狀態(tài)或位置時(shí)，在流體流過在通道的內(nèi)徑和流體調(diào)節(jié)桿的外徑之間的受限制的環(huán)形室時(shí)，桿270允許中等水平的流體壓縮。
[0100]在一些實(shí)施方式中，流體調(diào)節(jié)桿270的調(diào)節(jié)使得電解槽的執(zhí)行機(jī)構(gòu)或控制器促進(jìn)流體流向橫流注入歧管222或流向帶槽的離子阻性板歧管208。在一些實(shí)施方式中，在將陰極電解液直接輸送至橫流注入歧管222的通道258中，流體調(diào)節(jié)桿270的獨(dú)立調(diào)節(jié)使得該執(zhí)行機(jī)構(gòu)或控制器能夠控制流體流入橫流歧管226的方位分量。
[0101]圖8A至圖8B示出相對(duì)于電鍍杯體254的橫流注入歧管222和相應(yīng)的橫流入口250的橫截面視圖。橫流入口 250的位置至少部分地通過橫流約束環(huán)210的位置來限定。具體地說，入口 250可以被認(rèn)為是在所述橫流約束環(huán)210終止的地方開始。在圖8A中，約束環(huán)210終止點(diǎn)(和入口 250開始點(diǎn))處于在晶片邊緣之下，而在圖SB中，終止/開始點(diǎn)處于電鍍杯體之下并且從晶片邊緣進(jìn)一步徑向向外(與圖8A中的設(shè)計(jì)相比)。此外，圖8A中的橫流注入歧管222在橫流環(huán)形腔中具有臺(tái)階(其中通常向左的箭頭開始向上升)，所述臺(tái)階可能在流體進(jìn)入橫流歧管區(qū)226的點(diǎn)附近形成一些渦流。在某些情況下，可能有利的是，通過提供一些距離(例如大約10-15毫米)以使溶液流在流過晶片表面之前變得更加均勻，從而使晶片邊緣附近的流體軌跡擴(kuò)張最小化并且允許電鍍?nèi)芤簭臋M流注入歧管區(qū)222過渡并進(jìn)入所述橫流注入歧管區(qū)226。
[0102]圖9提供了電鍍?cè)O(shè)備的入口部分的特寫視圖。該視圖用于示出某些元件的相對(duì)幾何結(jié)構(gòu)。距離(a)表示橫流歧管區(qū)226的高度。這是晶片架的頂部(上面放有襯底)與CIRP206的最上表面的平面之間的距離。因?yàn)閳D9的CIRP206不包括臺(tái)階或者突出部，所以所述CIRP206的最上表面也即此處所定義的CIRP平面。在某些實(shí)施例中，這個(gè)距離在大約2_10暈米之間，例如大約4.75暈米。距尚(b)表不暴露的晶片表面與晶片架的最底表面(晶片保持杯體的底表面)之間的距離。在某些實(shí)施例中，這個(gè)距離在大約1-4毫米之間，例如大約1.75毫米。距離(c)表示橫流約束環(huán)210的上表面與杯體254的底面之間的流體間隙的高度。約束環(huán)210與杯體254底部之間的這種間隙提供了空間，以允許杯體254在電鍍過程中轉(zhuǎn)動(dòng)，并且通常是盡可能的小，以防止流體漏出該間隙并因此將其限制在橫流歧管區(qū)226內(nèi)。在一些實(shí)施例中，流體間隙大約為0.5毫米高。距離(d)表示流體通道的高度，以將橫流陰極電解液傳送到橫流歧管226中。距離(d)包括橫流約束環(huán)210的高度。在某些實(shí)施例中，距離(d)在大約1-4毫米之間，例如大約2.5_。在圖9中還示出橫流注入歧管222、具有分配孔 246的噴頭板242、以及固定在橫流約束環(huán)210上的一個(gè)定向鰭片266。
[0103]所公開的裝置可以配置成實(shí)施這里所描述的方法。根據(jù)本發(fā)明，合適的裝置包括本文所述和所示的硬件以及一個(gè)或多個(gè)具有用于控制處理操作的指令的控制器。該裝置包括一個(gè)或多個(gè)用于控制的控制器，所述控制包括控制晶片在杯體254和圓錐體中的定位、晶片相對(duì)于帶槽的離子阻性板206的定位、晶片的轉(zhuǎn)動(dòng)、給橫流歧管226的陰極電解液傳送、給CIRP歧管208的陰極電解液傳送、給橫流注入歧管222的陰極電解液傳送、流體調(diào)節(jié)桿270的阻擋和定位、給陽極和晶片以及任何其它電極的電流供給、電解液成分的混合、電解液傳輸?shù)亩〞r(shí)、入口壓力、電鍍槽壓強(qiáng)、電鍍槽溫度、晶片溫度，以及通過處理工具執(zhí)行的特定工藝的其它參數(shù)。
[0104]系統(tǒng)控制器將典型地包括一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)處理器，所述處理器被配置來執(zhí)行指令，從而所述裝置會(huì)實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法。所述處理器可以包括中央處理單元(CPU)或計(jì)算機(jī)、模擬和/或數(shù)字輸入/輸出連接、步進(jìn)電機(jī)控制器板以及其他類似部件。包括用于控制根據(jù)本發(fā)明的處理操作的指令的機(jī)器可讀介質(zhì)可以連接至所述系統(tǒng)控制器。用于實(shí)施適當(dāng)控制操作的指令在所述處理器上執(zhí)行。這些指令可以被存儲(chǔ)在與控制器相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)設(shè)備上，或者它們可以在網(wǎng)絡(luò)上提供。在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器執(zhí)行系統(tǒng)控制軟件。
[0105]系統(tǒng)控制軟件可以任何合適的方式進(jìn)行配置。例如，各種處理工具組件子程序或控制對(duì)象可以被編寫以控制執(zhí)行各種處理工具過程所必需的處理工具組件的操作。系統(tǒng)控制軟件可以任何合適的計(jì)算機(jī)可讀的編程語言來編碼。
[0106]在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)控制軟件包括用于控制上述各種參數(shù)的輸入/輸出控制(IOC)序列指令。例如，電鍍過程的每個(gè)階段都可以包括由系統(tǒng)控制器執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)指令。用于設(shè)定針對(duì)浸沒過程階段的工藝條件的指令可以被包括在相應(yīng)的浸沒配方階段中。在一些實(shí)施例中，電鍍配方階段可以順序排列，從而針對(duì)電鍍處理階段的所有指令都同時(shí)與該處理階段一起被執(zhí)行。
[0107]在一些實(shí)施例中可采用其它計(jì)算機(jī)軟件和/或程序。用于此目的的程序或者程序段的示例包括:襯底定位程序、電解液組合物控制程序、壓力控制程序、加熱器控制程序和電壓源/電流源控制程序。
[0108]在某些情況下，所述控制器控制以下功能中的一個(gè)或者多個(gè)功能:晶片浸沒(平移、傾斜、旋轉(zhuǎn))、容器之間的流體轉(zhuǎn)移等。晶片浸沒可以進(jìn)行控制，例如通過引導(dǎo)晶片升降組件、晶片傾斜組件和晶片旋轉(zhuǎn)組件，從而使得其以期望的方式移動(dòng)?？刂破骺梢钥刂迫萜髦g的流體轉(zhuǎn)移，例如通過引導(dǎo)某些閥門打開或關(guān)閉以及某些泵開啟和關(guān)閉。控制器可以基于傳感器輸出(例如當(dāng)電流、電流密度、電勢(shì)、壓力等達(dá)到一定閾值的時(shí)候)、操作的定時(shí)(例如在一個(gè)過程中的特定時(shí)間打開閥門)或基于從用戶處接收的指令來控制這些方面。
[0109]上面所描述的裝置/工藝可以與光刻構(gòu)圖工具或工藝結(jié)合用壞例如制造或者生產(chǎn)半導(dǎo)體器件、顯示器、發(fā)光二極管、光伏板等。一般而言，盡管不一定，這種工具/工藝將一起在共同的制造設(shè)備中使用或者進(jìn)行。薄膜的光刻構(gòu)圖通常包括以下步驟中的一些或者全部，每個(gè)步驟都能夠以一定數(shù)量的可能的工具來實(shí)現(xiàn):(I)使用旋涂或噴涂工具將光致抗蝕劑施加到工件(即襯底)上；(2)使用熱板或加熱爐或UV固化工具使光致抗蝕劑固化；
(3)利用例如晶片步進(jìn)電機(jī)等工具使所述光致抗蝕劑暴露給可見光或紫外線或X射線；(4)使抗蝕劑顯影，以便使用例如濕法工作臺(tái)等工具選擇性地除去抗蝕劑，從而使它圖案化；
(5)通過使用干法或等離子體輔助蝕刻工具將抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)移到底膜或工件中；以及(6)使用例如RF或微波等離子體抗蝕劑剝離器等工具除去抗蝕劑。
帶槽的離子阻性元件的特征 電氣功能
[0110]在某些實(shí)施方式中，帶槽的離子阻性元件靠近襯底(陰極)附近的幾乎恒定且均勻的電流源，并因此可以在某些背景下被稱為高阻虛擬陽極(HRVA)。通常情況下，CIRP被放置得靠近晶片。相比之下，相同靠近襯底的陽極明顯不易于將幾乎恒定的電流密度提供給晶片且橫跨晶片，但是會(huì)僅僅支持陽極金屬表面上的恒定電位，從而使得電流在從陽極面至末端(例如至晶片上的外圍觸點(diǎn))的凈電阻較小的地方電流最大。因此，盡管帶槽的離子阻性元件有時(shí)被稱為高阻虛擬陽極(HRVA)，但這并不意味著在電化學(xué)上兩者是可以互換的。在最佳操作條件下，CIRP會(huì)更接近于并且或許可以更好地被稱為虛擬的均一電流源，其具有源自跨越CIRP的上平面的幾乎恒定的電流。而CIRP肯定可以被視為“虛擬電流源”，即，它是產(chǎn)生電流的平面，因此可以被認(rèn)為是“虛擬的陽極”，因?yàn)樗梢员豢醋魇顷枠O電流產(chǎn)生的位置或者源，它是CIRP的相對(duì)較高的離子電阻(相對(duì)于電解液和相對(duì)于CIRP以外的區(qū)域)，其導(dǎo)致跨越其表面的電流幾乎均勻，并且導(dǎo)致進(jìn)一步有利的、通常優(yōu)異的晶片均勻性(與具有處于相同物理位置的金屬陽極相比)。該板對(duì)于離子電流的電阻隨著板的各通道內(nèi)所包含的電解液的特定電阻的增加(通常但不總是具有與陰極電解液相同或幾乎類似的電阻)、增加的板厚度、以及減少的孔隙度(用于電流流通的橫截面積較少，例如通過具有較少的相同直徑的孔或者具有直徑較小的相同數(shù)量的孔，等等)而增加。
[0111]CIRP是可以為在約2-25mm之間的厚度的材料板塊，例如為12毫米厚。在大量的但不是所有的實(shí)施例中，CIRP包含非常大量的微尺寸(通常小于0.04英寸)的通孔，其占小于CIRP的體積的約5%，所述通孔在空間上和在離子上是相互隔離的，使得它們不在CIRP的主體內(nèi)形成互連通道。這種通孔通常被稱為“非連通的通孔”。它們通常沿一個(gè)方向或維度延伸，這經(jīng)常是但不是必須垂直于晶片的鍍覆面(在一些實(shí)施例中，非連通孔相對(duì)于大致平行于CIRP前表面的晶片成一定角度)。通孔常常都是幾乎互相平行。在一些實(shí)施例中，CIRP板的厚度是不均勻的。CIRP板可以是在邊緣處比在其中心較厚，或者相反。離開晶片最遠(yuǎn)的CIRP的表面可以被成形為調(diào)整板的本地流體和離子流的阻力。這些孔常常被布置成正方形陣列，但導(dǎo)致在空間上有平均的均勻密度或孔的其它的安排也是可能的。當(dāng)然孔的密度也能夠變化，例如，通過使從CIRP中心到邊緣的間隔增加(或減少)，從而隨著離開CIRP的中心的距離不同而增加(或減少)阻力。其它時(shí)候布局是處于偏移螺旋的模式。這些通孔與3-D多孔網(wǎng)絡(luò)是截然不同的，其中通道在三維上延伸并形成互連孔結(jié)構(gòu)，因?yàn)橥字亟M與其中的表面平行的離子流和流體流并且弄直電流和流體流兩者朝向晶片表面的路徑。然而，在某些實(shí)施例中，具有孔的互連網(wǎng)絡(luò)的這樣的多孔板可以被用來替代CIRP。當(dāng)從板的上表面到晶片的距離小(例如，間隙為晶片半徑大小的約1/10，例如為約5毫米或更小)時(shí)，電流流和流體流的發(fā)散被CIRP通道局部限制、賦予并與其對(duì)齊。
[0112]在某些實(shí)施例中，CIRP包括大約與襯底的直徑同延伸的臺(tái)階(例如，臺(tái)階的直徑可以是在襯底直徑的約5%之內(nèi)，例如在約1%之內(nèi))。臺(tái)階被定義為在CIRP的對(duì)著襯底一側(cè)的凸起部分，其與在鍍的襯底大致·同延伸。CIRP的臺(tái)階部分也包括與CIRP的主要部分的通孔匹配的通孔。本實(shí)施例的一個(gè)例子示于圖1OA和10B。臺(tái)階902的用途是降低橫流歧管226的高度，從而增加在該區(qū)域行進(jìn)的流體的速度而不必增加體積流率。臺(tái)階902也可以被認(rèn)為是高原區(qū)，并且可以作為CIRP206本身的凸起區(qū)被實(shí)現(xiàn)。
[0113]在許多情況下，臺(tái)階902的直徑應(yīng)該比襯底架254的內(nèi)徑稍小(例如，臺(tái)階的外徑可以是比襯底保持器的內(nèi)徑小約2-10毫米)以及小于橫流約束環(huán)210的內(nèi)徑。沒有這一直徑差(以距離(f)表示)，節(jié)制點(diǎn)就可能不期望地在杯形架254和/或橫流約束環(huán)210與臺(tái)階902之間形成，流體在這里難以或不可能向上流動(dòng)并進(jìn)入橫流歧管226。如果是這種情況，流體就可以不期望地通過在橫流約束環(huán)210之上和在襯底架/杯體254的底面之下的流體間隙904逸出。這一流體間隙904是作為實(shí)用性的問題而存在的，因?yàn)橐r底架254應(yīng)能夠相對(duì)于CIRP206和電鍍槽的其它元件而旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選為使通過流體間隙904逸出的陰極電解液的量最小化。臺(tái)階902可具有約2-5毫米之間的高度，例如為約3-4毫米，其可對(duì)應(yīng)于約1-4毫米之間、或約1-2毫米之間或小于約2.5毫米的橫流歧管的高度。
[0114]在臺(tái)階存在處，橫流歧管的高度被作為晶片的鍍覆面和CIRP206的突起臺(tái)階902之間的距離而測(cè)量。在圖1OA中，這一高度被標(biāo)示為距離(e)。雖然在圖1OA中沒有示出襯底，但可以理解，襯底的鍍覆面將會(huì)置在襯底架254的唇形密封件部分906上。在某些實(shí)現(xiàn)中，臺(tái)階具有圓形邊緣，以更好地允許流體通入橫流歧管。在這種情況下，臺(tái)階可包括約2-4毫米寬的過渡區(qū)域，在這里，臺(tái)階的表面被圓化/傾斜。盡管圖1OA沒有顯示圓化的臺(tái)階，但距離(g)表示這樣的過渡區(qū)域?qū)⒄紦?jù)的地方。在這個(gè)過渡區(qū)域的徑向內(nèi)部，CIRP可以是平的。如圖1OB所示，CIRP的非隆起部分可以圍繞CIRP的整個(gè)周邊延伸。
[0115]在其它的實(shí)施例中，CIRP可包括在其上表面上的突出部的集合。突出部被定義為被放置/附著在CIRP的面對(duì)襯底的一側(cè)的結(jié)構(gòu)，其延伸進(jìn)入在CIRP平面與晶片之間的橫流歧管。CIRP平面(也稱為離子阻性元件面)被定義為CIRP的頂表面，但不包括任何突出部。CIRP平面是突出部連接到CIRP的地方，也是流體離開CIRP進(jìn)入橫流歧管的地方。這個(gè)實(shí)施例的例子不于圖1A和圖11。圖1A不出了具有垂直于橫流方向定向的突出部151的CIRP150的等距視圖。圖11示出了具有帶有突出部908的CIRP206的電鍍裝置的入口部分的特寫視圖。CIRP206可包括沒有突出部的周邊區(qū)域，以允許陰極電解液向上通行和進(jìn)入橫流歧管226。這一外圍設(shè)備的非突出部區(qū)域可具有上述的與臺(tái)階和杯形架之間的距離相關(guān)的寬度。在許多情形中，突出部基本上與被鍍襯底的鍍覆面同延伸(例如，在CIRP的突出部區(qū)域的直徑可在襯底直徑的約5%之內(nèi)，或在約1%之內(nèi))。[0116]突出部可以以各種不同的方式定向，但在許多實(shí)現(xiàn)中，突出部是以位于CIRP中的孔列之間的長(zhǎng)而薄的肋的形式，并且定向?yàn)槭沟猛怀霾康拈L(zhǎng)度與穿過橫流歧管的橫流垂直。在CIRP孔列之間具有細(xì)長(zhǎng)的突出部的CIRP的特寫視圖如圖12所示。突出部改變與晶片相鄰的流場(chǎng)，以提高到晶片的傳質(zhì)和改善在晶片的整個(gè)面上的傳質(zhì)均勻性。在某些情況下，突出部可被加工進(jìn)入現(xiàn)有的CIRP板中，或者它們可以在與CIRP被制造的同一時(shí)間形成。如圖12所示，突出部可被布置為使得它們不堵住現(xiàn)有的一維CIRP通孔910。換句話說，突出部908的寬度可以小于在CIRP206中的每一列孔910之間的距離。在一個(gè)例子中，CIRP孔910中心到中心相隔2.69毫米，并且孔的直徑為0.66毫米。因此，突出部將小于約2毫米寬(2.69-2* (0.66/2)毫米=2.03毫米)。在某些情況下，突出部可小于約I毫米寬。在某些情況下，突出部具有至少為約3:1的長(zhǎng)寬比。
[0117]在許多實(shí)現(xiàn)中，突出部被定向?yàn)槭沟闷溟L(zhǎng)度垂直于或基本上垂直于穿過晶片表面的橫流的方向(有時(shí)在本文中也簡(jiǎn)記為“z”的方向)。在某些情況下，突出部以不同的角度或以不同的角度系列定向。
[0118]可以使用各種各樣的突出部的形狀、大小和布局。在一些實(shí)施例中，突出部具有基本上垂直于CIRP的面的面，而在其它的實(shí)現(xiàn)中，突出部具有被定位成相對(duì)于CIRP的面成一定角度的面。在又另一實(shí)施例中，突出部可以被成形為使得它們沒有任何平坦的面。一些實(shí)施例可以采用各種突出部的形狀和/或尺寸和/或定向。
[0119]圖13提供了作為CIRP206上的突出部908的橫截面示出的突出部形狀的例子。在一些實(shí)施例中，突出部通常是矩形的。在其它實(shí)施例中，突出部是三角形、圓柱形或它們的某種組合。突出部也可大致為帶有機(jī)械加工的三角形尖端的矩形。在某些實(shí)施例中，突出部可以包括貫穿它們的孔，其定向基本上平行于穿過晶片的橫流的方向。
[0120]圖14提供了具有不同類型的通孔的突出部的幾個(gè)例子。通孔也可以被稱為流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)、切口或切口部分。通孔有助于擾亂流動(dòng)模式，使得流在所有方向上(X方向、y方向和z方向)盤旋。例(a)示出了具有頂部矩形圖案切口的突出部，例(b)示出了具有底部矩形圖案切口的突出部，例(c)示出了具有中間部矩形圖案切口的突出部，例(d)示出了具有一系列圓形/橢圓形圖案孔的切口的突出部，例(e)示出了具有一系列菱形圖案孔的切口的突出部，以及例(f)示出了具有頂部和底部交替的梯形圖案切口的突出部。這些孔可以是水平地相互成直線，或者如例(d)和(f)所示，它們可以相互偏移。
[0121]圖15示出了與圖14的例(e)的實(shí)施例相似的、具有交替類型的切口的突出部908的例子。在這里，使用了兩種類型的切口，稱作第一切口 921和第二切口 922。在這個(gè)實(shí)施例中，第一切口 921是在突出部908的底部，第二切口 922是在突出部908的頂部。整體的突出部可以具有大約為1-5毫米的高度(a)和大約為在0.25-2毫米之間的厚度(b)。第一切口可具有大約為在0.2-3毫米之間的高度(c)和大約為在2-20毫米之間的長(zhǎng)度(d)。位于突出部908的頂部上的第二切口 922也可以具有大約為在0.2-3毫米之間的高度(e)和大約為在2-20毫米之間的長(zhǎng)度(f)。在相鄰的第一切口 921之間的距離(g)(即，第一切口部921的間隔)可以是在約4-50毫米之間。在相鄰的第二切口 922之間的距離(h) (即，第二切口的間隔)也可以是在約4-50毫米之間。提供了這些尺寸以便于理解，它們不是意在限制。晶片平面(w)被示為在突出部908之上。在附著在CIRP上的突出部908的基部和晶片平面(w)之間是橫流歧管226。
[0122]圖16示出了具有如圖15所示的突出部908類型的CIRP206的實(shí)施例。在圖16中還示出了橫流約束環(huán)210。普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在所公開的實(shí)施例的范圍內(nèi)，可以使用多種不同類型的突出部和切口。
[0123]一些實(shí)施例可利用具有間隙(有時(shí)也被稱為非突出部間隙)的突出部，使得兩個(gè)或兩個(gè)以上的單獨(dú)的/不連續(xù)的突出部位于同一列的CIRP孔中。圖17示出了具有帶有非突出部間隙912的突出部908的CIRP206的一個(gè)例子。在突出部908中的間隙912可以被設(shè)計(jì)為使得它們基本上在橫流方向不相互對(duì)準(zhǔn)。例如，在圖17中，在相鄰列的突出部908之間，間隙912相互不對(duì)齊。間隙912的這種有目的的不對(duì)齊可能有助于鼓勵(lì)在橫流歧管中的撞擊流和橫流混合，以促進(jìn)均勻的電鍍效果。
[0124]在一些實(shí)施例中，在CIRP的每一列孔之間有突出部，而在其它實(shí)現(xiàn)中，可能有較少的突出部。例如，在某些實(shí)施例中，可能是每隔一列CIRP孔有突出部，或每四列CIRP孔有突出部，等等。在另外的實(shí)施例中，突出部的位置可能是更隨機(jī)的。
[0125]優(yōu)化突出部的一個(gè)相關(guān)參數(shù)是突出部的高度，或與此相關(guān)地，在突出部的頂部與晶片表面的底部之間的距離，或CIRP的突出部高度與晶片通道高度的比率。在某些實(shí)施例中，突出部是在大約2-5毫米高之間，例如為約4-5毫米高。在隆起部的頂部與晶片的底部之間的距離可以是在大約1-4毫米之間，例如為約1-2毫米，或小于約2.5毫米。突出部的高度與橫流歧管的高度之比可以為在約1:3和5:6之間。在突出部存在的地方，橫流歧管的高度是作為在晶片的鍍覆面和CIRP的平面之間的距離來測(cè)量的，但不包括任何突出部。
[0126]圖18示出了具有位于CIRP206的孔910之間的突出部908的CIRP206的特寫剖視圖的一個(gè)例子。橫流歧管226占據(jù)在晶片平面(w)和CIRP平面914之間的空間。橫流歧管226可以具有在大約為3-8毫米之間的高度，例如在約4-6毫米之間。在特定的實(shí)施例中，該高度是約4 .75毫米。突出部908被置于CIRP206中的孔910的列之間，并具有如上所述的小于橫流歧管226的高度(a)的高度(b)。
[0127]圖19示出了具有以不同的方式導(dǎo)向的突出部908的CIRP206的一個(gè)替代實(shí)施例的簡(jiǎn)化俯視圖。在本實(shí)施例中，每一個(gè)突出部908是由兩個(gè)部分931和932制造的。為清楚起見，只有一個(gè)突出部和一組突出部部分加了標(biāo)記。部分931和932定向?yàn)橄嗷ゴ怪?，并且具有是相同的或大體相似(例如，彼此相差在約10 %之內(nèi))的長(zhǎng)度。在其它實(shí)施例中，這些部分931和932可以定向?yàn)橄鄬?duì)于其它有不同的角度，并且可以有不同的長(zhǎng)度。在另外的實(shí)施例中，兩個(gè)部分931和932可以彼此斷開，使得有兩種(或更多種)不同類型的突出部，每一個(gè)相對(duì)于橫流成角度地定向。在圖19中，如圖所示，橫流的方向是從左向右的。突出部908的每一個(gè)部分931和932相對(duì)于橫流以某一角度定向，如角度(a)和(b)所示。二等分角度(a)和(b)的線是意在表示橫流的總體方向。在某些情況下，這些角度是相同的或基本相似的(例如，相互在約10%之內(nèi))。因?yàn)橥怀霾?08不單獨(dú)定向在垂直于橫流的方向上，所以本實(shí)施例與例如圖1A中所示例不同。然而，因?yàn)榻嵌萢和b是基本相似的，并且因?yàn)橥怀霾坎糠值拈L(zhǎng)度基本相似，所以突出部平均而言可被認(rèn)為是定位于與橫流的方向垂直。
[0128]在各種情況下，CIRP是由固體的非孔的電介質(zhì)材料制作的板塊，該電介質(zhì)材料呈離子和電阻性。該材料在使用的電鍍液中也是化學(xué)穩(wěn)定的。在某些情況下，CIRP是由陶瓷材料(例如，氧化鋁、氧化錫、氧化鈦或金屬氧化物的混合物)或塑料材料(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、聚砜、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯等)制成的，具有在約6000和12000之間的非連通的通孔。在許多實(shí)施例中，該板炔基本上是與晶片同延伸的(例如，在與300mm晶片一起使用時(shí)，CIRP板塊具有是約300暈米的直徑)，并駐留在罪近晶片處，例如，在晶片朝下的電鍍裝置中是在晶片正下方。優(yōu)選地，晶片的鍍覆面駐留在最接近的CIRP表面的約10毫米之內(nèi)，更優(yōu)選地，在約5毫米之內(nèi)。為此，帶槽的離子阻性板的上表面可以是平坦或基本平坦的。在某些情況下，帶槽的離子阻性板的上表面和底面都是平坦或基本平坦的。
[0129]CIRP的另一個(gè)特征是通孔的直徑或主要尺寸以及其與CIRP和襯底之間的距離的關(guān)系。在某些實(shí)施例中，每一個(gè)通孔(或絕大多數(shù)通孔，或通孔的平均直徑)的直徑不大于大約從電鍍晶片表面到CIRP的最近表面的距離。因此，在這樣的實(shí)施例中，在CIRP被置于離開電鍍晶片表面約5毫米之內(nèi)時(shí)，通孔的直徑或主要尺寸應(yīng)不超過約5毫米。
[0130]如上所述，板的整·體的離子和流的阻性取決于板的厚度和孔的總體孔隙率(可用于通過板的面積的比例)和尺寸/直徑。低孔隙度的板將有更高的沖擊流速和離子阻性。比較相同孔隙度的板塊，因?yàn)橛懈鄦为?dú)的電流源，具有較小直徑的一維孔(并因此有較大數(shù)量的一維孔)將在晶片上有電流的更微觀均勻分布，其多作為可分散于相同的間隙中的點(diǎn)源起作用，也將具有較高的總壓力降(高粘性流阻性)。
[0131]然而，在某些情況下，如上所述，離子電阻板是多孔的。在板中的孔可以不形成獨(dú)立的一維通道，但可以反而形成可能互連或可能不互連的貫通孔網(wǎng)。應(yīng)當(dāng)理解，如本文所用的，除另有說明外，術(shù)語帶槽的離子阻性板(CIRP)和帶槽的離子阻性元件旨在包括本實(shí)施例。
通過通孔的垂直流
[0132]接近于晶片的離子阻性但離子可滲透元件(CIRP) 206的存在大大降低了終端效果，在終端效應(yīng)是操作相關(guān)的某些應(yīng)用中提高了徑向電鍍的均勻性，例如，相對(duì)于在槽的陰極電解液中的電流阻性而言，在籽晶層中的電流阻性大。CIRP還同時(shí)提供通過作為流擴(kuò)散歧管板起作用而在晶片表面上具有引導(dǎo)向上的電解液的在空間上基本上為均勻的撞擊流。重要的是，如果將相同的元件放置得離晶片更遠(yuǎn)，則離子流的均勻性和流的改進(jìn)變就得顯著地不明顯或根本不存在。
[0133]此外，由于非連通的通孔不允許在CIRP內(nèi)的離子流或流體運(yùn)動(dòng)的橫向運(yùn)動(dòng)，故中心到邊緣的電流和流運(yùn)動(dòng)被阻在CIRP之內(nèi)，導(dǎo)致在徑向電鍍均勻性上有進(jìn)一步的改善。
[0134]值得注意的是，在一些實(shí)施例中，CIRP板可以主要或?qū)ｉT用作槽間的電解液流阻、流控從而流整形的元件，有時(shí)也被稱作渦輪增壓板(turboplate)。不管板是否例如通過平衡終端效果和/或調(diào)制與槽內(nèi)的流連接在一起的電鍍添加劑的電場(chǎng)或動(dòng)力學(xué)阻力調(diào)節(jié)徑向沉積的均勻性，都可以使用這一設(shè)定。因此，例如，在TSV和WLP電鍍中，其中種子金屬厚度一般較大(如大于1000埃米厚)并且金屬以非常高的速率被沉積，電解液流的均勻分布是非常重要的，而從晶片種子內(nèi)的歐姆電壓降產(chǎn)生的徑向非均勻性控制可能不太需要去補(bǔ)償(至少部分地，這是因?yàn)槭褂幂^厚的種子層時(shí)，從中心到邊緣的不均勻性是較不嚴(yán)重的)。因此，CIRP板可被稱為離子阻性離子可滲透元件并作為流整形元件，并且能夠通過改變離子電流的流動(dòng)或改變材料的對(duì)流或改變二者起沉積速率糾正的功能。
晶片和帶槽板之間的距離
[0135]在某些實(shí)施例中，晶片保持器和相關(guān)的定位機(jī)構(gòu)保持旋轉(zhuǎn)晶片使其非常接近于帶槽的離子阻性元件的平行的上表面。在電鍍期間，襯底通常被放置成使得它與離子阻性元件平行或大致平行(例如，在約10°之內(nèi))。雖然襯底在其上可具有某些特征，但在確定襯底和離子阻性元件是否大體上平行時(shí)，只有襯底的大致為平面的形狀才被考慮。 [0136]在典型的情形中，間隔距離是約1-10毫米，或約2-8毫米。板到晶片的這個(gè)小的距離可以在特別靠近晶片旋轉(zhuǎn)的中心的、與模式的各個(gè)孔的附近“圖像”相關(guān)聯(lián)的晶片上制造電鍍模式。在這樣的情況下，電鍍環(huán)的模式(厚度或所鍍紋理)可能會(huì)在靠近晶片中心處產(chǎn)生。為了避免這種現(xiàn)象，在一些實(shí)施例中，能夠?qū)IRP中(特別是在晶片中心處和靠近晶片中心處)的各個(gè)孔構(gòu)造為具有特別小的尺寸，例如小于板到晶片的間隙的約五分之一。當(dāng)與晶片轉(zhuǎn)動(dòng)在耦合一起時(shí)，小的孔隙尺寸允許作為射流從板上來的沖擊流體的流速進(jìn)行時(shí)間平均化，并減少或避免了小規(guī)模的非均勻性(例如，微米量級(jí)的那些)。盡管有上述預(yù)防措施，根據(jù)所使用的電鍍槽的性質(zhì)(例如，特定的金屬沉積、電導(dǎo)率和所使用的浴添加劑)，在某些情況下，在微觀不均勻的模式下沉積可能易于作為變化厚度的時(shí)間平均曝光和近程成像模式(例如，以圍繞晶片中心的“牛眼”的形狀)并對(duì)應(yīng)于所用的各個(gè)孔模式而發(fā)生(例如，形成中心環(huán))。如果有限孔模式創(chuàng)建了不均勻并且影響沉積的沖擊流模式，這種情況就可能發(fā)生。在這種情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了引導(dǎo)橫流穿過晶片中心和/或修改恰在中心處和/或中心附近的孔的常規(guī)模式都在很大程度上消除了否則會(huì)在那里發(fā)現(xiàn)的微觀非均勻性的任何跡象。
帶槽板的孔隙率
[0137]在各個(gè)實(shí)施例中，帶槽的離子阻性板具有足夠低的孔隙率和孔的尺寸，以提供在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的體積流速率下的粘性流阻性的排氣回壓和高的垂直沖擊流的速率。在某些情況下，約1-10%的帶槽離子阻性板是允許流體到達(dá)晶片表面的開放區(qū)域。在特定的實(shí)施例中，約2-5%的板是開放區(qū)域。在一個(gè)具體的例子中，板206的開放區(qū)域?yàn)榧s3.2%，總的有效開口橫截面面積為約23平方厘米。
帶槽板的孔的尺寸
[0138]帶槽的離子阻性板的孔隙度能夠以多種不同的方式來實(shí)現(xiàn)。在各個(gè)實(shí)施例中，它是以許多小直徑的垂直孔實(shí)現(xiàn)的。在某些情況下，板不是由單個(gè)的“鉆”孔構(gòu)建的，而是由連續(xù)的多孔材料的燒結(jié)板構(gòu)建的。這樣的燒結(jié)板的一個(gè)例子在美國專利號(hào)6964792[代理人案卷N0VLP023]中有描述，在此通過引用將其整體引入本文。在一些實(shí)施例中，鉆的非連通孔具有約0.01至0.05英寸的直徑。在一些例子中，孔具有約0.02至0.03英寸的直徑。如上所述，在各個(gè)實(shí)施例中，孔具有最多為帶槽的離子阻性板與晶片之間的間隙距離的約0.2倍的直徑?？讬M截面一般是圓形，但不必需如此。此外，為了減輕結(jié)構(gòu)，在板中的所有孔可以具有相同的直徑。然而，不是必須如此，當(dāng)特定需要可能要求時(shí)，孔的個(gè)體大小和局部密度可隨板表面而改變。
[0139]作為一個(gè)例子，一個(gè)由合適的陶瓷或塑料材料(一般是電介質(zhì)絕緣和機(jī)械堅(jiān)固的材料)制成的實(shí)心板在其中具有所提供的大量的小孔，例如至少為約1000個(gè)或至少為約3000個(gè)或至少為約5000個(gè)或至少為約6000個(gè)(已發(fā)現(xiàn)9465個(gè)0.026英寸直徑的孔有用)。如所提到的那樣，一些設(shè)計(jì)有約9000個(gè)孔。板的孔隙率通常小于約5%，使得有必要建立高沖擊速度的總的流速并不大。與較大的孔相比較，使用較小的孔有助于在整個(gè)板上創(chuàng)建一個(gè)大的壓降，幫助通過板創(chuàng)建更均勻的上升速度。
[0140]一般地，在帶槽的離子阻性板上的孔的分布有均勻的密度，是非隨機(jī)的。然而，在某些情況下，孔的密度可以改變，特別是在徑向方向上。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，如下面詳細(xì)描述的那樣，在引導(dǎo)流體朝向旋轉(zhuǎn)的襯底的中心的板的區(qū)域，有孔的更大的密度和/或直徑。此外，在一些實(shí)施例中，在旋轉(zhuǎn)晶片的中心處或接近旋轉(zhuǎn)晶片的中心處引導(dǎo)電解液的孔可能誘發(fā)流相對(duì)于晶片的表面不呈直角。此外，在這個(gè)區(qū)域中的孔模式可以具有非均勻電鍍“環(huán)”的隨機(jī)分布或部分地隨機(jī)分布，以解決在有限數(shù)量的孔與晶片旋轉(zhuǎn)之間的可能的相互作用。在一些實(shí)施例中，接近分流器或約束環(huán)的開口部分的孔密度比處于更遠(yuǎn)離所連接的分流器或約束環(huán)的開口部分的帶槽的離子阻性板的區(qū)域的孔密度低。
[0141]應(yīng)理解，此處所描述的配 置和/或方法本質(zhì)上是示例性的，并且這些具體實(shí)施例或例子不認(rèn)為是具有限制性的意義，這是因?yàn)橛性S多變化都是可能的。本文所描述的具體例程或方法可表示任意數(shù)目個(gè)處理策略中的一個(gè)或多個(gè)。因此，所示的各個(gè)動(dòng)作可以以所示的順序、以其它的順序或并行地進(jìn)行，或者在某些情況下被省略。類似地，上面說明的過程的順序可以改變。
[0142]本發(fā)明的主題包括在本文所公開的各種過程、系統(tǒng)、配置以及其它特征、功能、動(dòng)作和/或?qū)傩缘乃行路f的和非顯而易見的組合和子組合以及其任何的和所有的等同物。
實(shí)施例和實(shí)驗(yàn)
[0143]模擬結(jié)果和晶片上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所公開的實(shí)施例可大幅提高電鍍過程的均勻性。圖20介紹了銅電鍍的一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果的概要。測(cè)試了在兩個(gè)不同的沉積速率的每一個(gè)上的兩個(gè)不同的CIRP設(shè)計(jì)(帶有突出部和不帶突出部)。
[0144]第一 CIRP設(shè)計(jì)是在其中沒有使用臺(tái)階或突出部的控制設(shè)計(jì)。第二 CIRP設(shè)計(jì)包括定位在CIRP孔的相鄰列之間定位、在垂直于橫流的方向上定向的2.5毫米高的突出部的集合。橫流歧管的高度為約4.75毫米。測(cè)試的兩個(gè)銅沉積速率為2.4 μ m/min和3.2 μ m/min0換句話說，在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)期間遞送的流是沉積所需要的流的大小，平均為約2.4或3.2ym/min的金屬。在實(shí)驗(yàn)中使用的電鍍化學(xué)是來自康涅狄格州西黑文的樂思化學(xué)公司(Enthone)的SC40化學(xué)品，其擁有約140g/L的硫酸濃度和約40g/L的銅離子(Cu2+)濃度(來自硫酸銅)。在陰極電解液中的Rl和R2添加劑的濃度分別為20mL/L和12mL/L。陰極電解液的流速為約20L/min。襯底以約4RPM的速度旋轉(zhuǎn)。在橫流約束環(huán)的上表面和電鍍杯體的下表面之間的流體間隙為約0.5mm。電鍍處理在約30°C下運(yùn)行。在穿越每一個(gè)晶片的表面的多個(gè)不同位置處測(cè)量電鍍后的凸點(diǎn)高度。
[0145]在所有的情況下，凸點(diǎn)高度都是在晶片邊緣附近稍厚在靠近晶片的中心處稍薄。然而，在兩個(gè)沉積速率下，都是帶有突出部的CIRP的厚度變化比控制CIRP的小。因此，帶有突出部的CIRP顯示了在凸點(diǎn)高度厚度分布上的明顯改善?？刂频那闆r和凸起部的情況的共面性基本上相同，但預(yù)期在劇烈的質(zhì)量傳輸(例如，對(duì)銅為淀積速率Mym/min)的條件下是突出部為佳。對(duì)給定的模具，模具的共面性被定義為(1/2X (最大隆起高度-最小隆起高度)/平均隆起高度)。在圖20中報(bào)告的晶片的共面性是給定晶片的所有模具共面的平均。這種情況下，對(duì)特定的測(cè)試晶片，有大約為170個(gè)模具。
[0146]其它的模擬結(jié)果表明，突出部的有效性被包括在美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/736499中，通過在上面引用的方式將其并入。
其它的實(shí)施例
[0147]雖然上面是具體實(shí)施例的完整描述，但也可以使用各種修改、替換構(gòu)造物以及等同方案。因此，上面的說明和附圖不應(yīng)被視為限制由所附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍?！?br> 【權(quán)利要求】
1.一種電鍍裝置，其包括: (a)電鍍室，其被配置為含有電解液和陽極，同時(shí)將金屬電鍍到實(shí)質(zhì)上平坦的襯底上； (b)襯底架，其被配置來保持所述實(shí)質(zhì)上平坦的襯底使得所述襯底的鍍覆面在電鍍過程中與所述陽極隔開； (c)離子阻性元件，其包括: (i)多個(gè)通道，其延伸穿過所述離子阻性元件且適于在電鍍過程中提供穿過所述離子阻性元件的離子遷移； (?)面朝襯底的面，其實(shí)質(zhì)上與所述襯底的所述鍍覆面平行且通過間隙與所述襯底的所述鍍覆面隔開；以及 (iii)多個(gè)突出部，其設(shè)置在所述離子阻性元件的所述面朝襯底的面上； (d)所述間隙的入口，其用于將橫流電解液引入所述間隙；以及 (e)所述間隙的出口，其用于接收在所述間隙中流動(dòng)的橫流電解液， 其中在電鍍過程中，所述入口和出口被設(shè)置在所述襯底的所述鍍覆面上的接近方位角相對(duì)的周界位置。
2.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其中在所述襯底的所述鍍覆面和離子阻性元件平面之間測(cè)定的、在所述離子阻性元件的所述面朝襯底的面和所述襯底的所述鍍覆面之間的所述間隙小于約15mm。
3.如權(quán)利要求1`所述的電鍍裝置，其中在所述襯底的所述鍍覆面和所述突出部的最高高度之間的間隙在約0.5-4mm之間。
4.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其中所述突出部具有在約2-10_之間的高度。
5.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其中所述突出部平均地定向?yàn)閷?shí)質(zhì)上與橫流電解液的方向垂直。
6.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其中至少一些所述突出部具有至少約3:1的長(zhǎng)寬比。
7.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其中至少兩個(gè)不同形狀和/或尺寸的突出部存在于所述離子阻性元件上。
8.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其進(jìn)一步在至少一些所述突出部上包括一或多個(gè)切口部，在電鍍過程中，電解液能夠流動(dòng)穿過所述一或多個(gè)切口部。
9.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其中至少一些所述突出部包括與離子阻性元件平面實(shí)質(zhì)上正交的面。
10.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其中至少一些所述突出部包括從離子阻性元件平面偏移非直角角度的面。
11.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其進(jìn)一步在至少一些所述突出部上包括三角形上部。
12.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其中所述突出部包括至少第一突出部部分和第二突出部部分，且其中所述第一和第二突出部部分從橫流電解液的方向偏移實(shí)質(zhì)上相似只是方向相反的角度。
13.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其中所述離子阻性元件被配置來在電鍍過程中使電場(chǎng)成形且控制靠近所述襯底的電解液流的特征。
14.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其進(jìn)一步包括設(shè)置在所述離子阻性元件的下表面下面的下歧管區(qū)域，其中所述下表面背對(duì)所述襯底架。
15.如權(quán)利要求14所述的電鍍裝置，其進(jìn)一步包括中央電解液室以及一或多個(gè)進(jìn)給通道，配置來將電解液從所述中央電解液室傳送至所述入口以及至所述下歧管區(qū)域二者。
16.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其進(jìn)一步包括流體連接到所述入口的橫流注入歧管。
17.如權(quán)利要求10所述的電鍍裝置，其中所述橫流注入歧管至少部分地由所述離子阻性元件中的腔限定。
18.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其進(jìn)一步包括設(shè)置在所述離子阻性元件的周緣部分上的流約束環(huán)。
19.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其進(jìn)一步包括用于在鍍覆過程中旋轉(zhuǎn)所述襯底架的機(jī)構(gòu)。
20.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其中所述入口跨越鄰近所述襯底的所述鍍覆面的周緣的在約90-180°之間的弧。
21.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其進(jìn)一步包括所述入口中的多個(gè)方位不同的部分、配置來將電解液傳送給所述多個(gè)方位不同的入口部分的多個(gè)電解液進(jìn)給口、以及配置來在電鍍過程中獨(dú)立地控制所述多個(gè)電解液進(jìn)給口中的電解液的多個(gè)體積流率的一或多個(gè)流控制兀件。
22.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其中所述突出部與所述襯底的所述鍍覆面實(shí)質(zhì)上同延伸。
23.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其中所述入口和出口適于在所述間隙中產(chǎn)生橫流電解液以 在電鍍過程中在所述襯底的所述鍍覆面上產(chǎn)生或維持剪切力。
24.如權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其中所述突出部定向在多個(gè)平行的列中，其中所述列包括由非突出部間隙分隔的兩或更多個(gè)不連續(xù)突出部，且其中在橫流電解液的方向上，相鄰列中的所述非突出部間隙實(shí)質(zhì)上不互相對(duì)齊。
25.—種電鍍裝置,其包括 (a)電鍍室，其被配置為含有電解液和陽極，同時(shí)將金屬電鍍到實(shí)質(zhì)上平坦的襯底上； (b)襯底架，其被配置來保持所述實(shí)質(zhì)上平坦的襯底使得所述襯底的鍍覆面在電鍍過程中與所述陽極隔開； (c)離子阻性元件，其包括: (i)多個(gè)通道，其延伸穿過所述離子阻性元件且適于在電鍍過程中提供穿過所述離子阻性元件的離子遷移； (?)面朝襯底的面，其實(shí)質(zhì)上與所述襯底的所述鍍覆面平行且通過間隙與所述襯底的所述鍍覆面隔開；以及 (iii)臺(tái)階，其設(shè)置在所述離子阻性元件的所述面朝襯底的面上，其中所述臺(tái)階具有高度和直徑，其中所述臺(tái)階的所述直徑實(shí)質(zhì)上與所述晶片的所述鍍覆面是同延伸的，且其中所述臺(tái)階的所述高度和直徑足夠小以允許電解液在鍍覆過程中在所述襯底架下面、所述臺(tái)階上面流動(dòng)并流到所述間隙中； (d)所述間隙的入口，其用于將電解液引入所述間隙；以及 (e)所述間隙的出口，其用于接收在所述間隙中流動(dòng)的電解液，其中在電鍍過程中，所述入口和出口適于在所述間隙中產(chǎn)生橫流電解液以在所述襯底的所述鍍覆面上產(chǎn)生或維持剪切力。
26.一種用在電鍍裝置中以將材料鍍覆在標(biāo)準(zhǔn)直徑的半導(dǎo)體晶片上的帶槽的離子阻性板，其包括: 與所述半導(dǎo)體晶片的鍍覆面近似同延伸的板，其中所述板具有介于約2-25mm之間的厚度； 延伸穿過所述板的厚度的至少約1000個(gè)非連通的通孔，其中所述通孔適于在電鍍過程中提供穿過所述板的離子遷移；以及設(shè)置在所述板的一面上的多個(gè)突出部。
27.一種用在電鍍裝置中以將材料鍍覆在標(biāo)準(zhǔn)直徑的半導(dǎo)體晶片上的帶槽的離子阻性板，其包括: 與所述半導(dǎo)體晶片的鍍覆面近似同延伸的板，其中所述板具有介于約2-25mm之間的厚度； 延伸穿過所述板的厚度的至少約1000個(gè)非連通的通孔，其中所述通孔適于在電鍍過程中提供穿過所述板的離子遷移；以及 在所述板的中心區(qū)域中的臺(tái)階，其包括所述板的凸起部分； 所述板的非凸部分，其設(shè)置在所述板的周緣上。
28.一種用于電鍍襯底 的方法，其包括: (a)將實(shí)質(zhì)上平坦的襯底接收在襯底架上，其中所述襯底的鍍覆面是暴露的，且其中所述襯底架被配置來保持所述襯底使得所述襯底的所述鍍覆面在電鍍過程中與陽極隔開； (b)將所述襯底浸在電解液中，其中在所述襯底的所述鍍覆面和離子阻性元件平面之間形成間隙， 其中所述離子阻性元件與所述襯底的所述鍍覆面至少大約同延伸， 其中所述離子阻性元件適于在電鍍過程中提供穿過所述離子阻性元件的離子遷移，以及 其中所述離子阻性元件在所述離子阻性元件的面朝襯底的面上包括多個(gè)突出部，所述突出部與所述襯底的所述鍍覆面實(shí)質(zhì)上同延； (c)在與所述襯底架中的所述襯底接觸的情況下使電解液按以下方式流動(dòng)，(i)從側(cè)入口流到所述間隙中，并流出側(cè)出口，以及(ii)從所述離子阻性元件下面流過所述離子阻性元件，流到所述間隙中，并流出所述側(cè)出口，其中所述入口和出口被設(shè)計(jì)或配置來在電鍍過程中在所述間隙中產(chǎn)生橫流電解液； (d)旋轉(zhuǎn)所述襯底架；以及 (e)在使電解液如(c)中所述地流動(dòng)時(shí)將材料電鍍到所述襯底的所述鍍覆面上。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中在所述襯底的所述鍍覆面和離子阻性元件平面之間測(cè)得的所述間隙是約15mm或更小。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其中在所述襯底的所述鍍覆面和所述突出部的最高表面之間的間隙在約0.5-4mm之間。
31.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述側(cè)入口被分隔成兩或更多個(gè)方位不同且流體分離的部分，且其中電解液至所述入口的方位不同的部分的流被獨(dú)立控制。
32.如權(quán)利要求28所述的方法，其中在所述間隙中設(shè)置流導(dǎo)向元件，且其中所述流導(dǎo)向元件導(dǎo)致電解液以實(shí)質(zhì)上線性的流路徑從所述側(cè)入口流到所述側(cè)出口。
33.一種用于電鍍襯底的方法，其包括: (a)將實(shí)質(zhì)上平坦的襯底接收在襯底架上，其中所述襯底的鍍覆面是暴露的，且其中所述襯底架被配置來保持所述襯底使得所述襯底的所述鍍覆面在電鍍過程中與陽極隔開； (b)將所述襯底浸在電解液中，其中在所述襯底的所述鍍覆面和離子阻性元件平面之間形成間隙， 其中所述離子阻性元件與所述襯底的所述鍍覆面至少大約同延， 其中所述離子阻性元件適于在電鍍過程中提供穿過所述離子阻性元件的離子遷移，以及 其中所述離子阻性元件在所述離子阻性元件的面朝襯底的面上包括臺(tái)階，所述臺(tái)階設(shè)置在所述離子阻性元件的中央?yún)^(qū)域中且被所述離子阻性元件的非凸部分圍繞； (c)在與所述襯底架中的所述襯底接觸的情況下使電解液按下述方式流動(dòng)，(i)從側(cè)入口流過所述臺(tái)階，流到所述間隙中，再次流過所述臺(tái)階，并流出側(cè)出口，以及(ii)從所述離子阻性元件下面流過所述離子阻性元件，流到所述間隙中，流過所述臺(tái)階，并流出所述側(cè)出口，其中所述入口和出口被設(shè)計(jì)或配置來在電鍍過程中在所述間隙中產(chǎn)生橫流電解液； (d)旋轉(zhuǎn)所述襯底架；以及 (e)在使 電解液如(c)中所述地流動(dòng)時(shí)將材料電鍍到所述襯底的所述鍍覆面上。
【文檔編號(hào)】C25D7/12GK103866374SQ201310683415
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月12日
【發(fā)明者】史蒂文·T·邁耶, 布萊恩·L·巴卡柳, 傅海英, 托馬斯·波努司瓦米, 希爾頓·迪艾斯·卡米羅, 羅伯特·拉什, 大衛(wèi)·W·波特 申請(qǐng)人:諾發(fā)系統(tǒng)公司