本發(fā)明的實施方式涉及用于在電鍍期間控制電解液流體力學(xué)的方法和裝置。更具體地，在本發(fā)明中描述的方法和裝置對于在半導(dǎo)體晶片襯底上鍍覆金屬特別有用，例如，具有小于例如約50μm的寬度的小的微凸起特征(例如，銅、鎳、錫和錫合金焊料)以及銅穿硅通孔(TSV)特征的貫穿抗蝕劑鍍覆(through resist plating)。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代集成電路制造中電化學(xué)沉積工藝是完善的。在二十一世紀(jì)早期從鋁到銅金屬線互連的轉(zhuǎn)變驅(qū)動對于日益復(fù)雜的電鍍工藝和電鍍工具的需求。大多復(fù)雜工藝響應(yīng)于在設(shè)備金屬化層中更小的載流線的需要演變。這些銅線以通常稱為“鑲嵌”的處理的方法(預(yù)鈍化金屬化)通過電鍍金屬到非常窄的、高深寬比的溝槽和通孔中形成。

電化學(xué)沉積現(xiàn)在正準(zhǔn)備滿足對復(fù)雜的封裝和多芯片互連技術(shù)的商業(yè)需求，公知的復(fù)雜的封裝和多芯片互連技術(shù)通常并通俗地稱為晶片級封裝(WLP)以及穿硅通孔(TSV)電氣連接技術(shù)。部分由于通常較大的特征尺寸(相比于線前端(FEOL)互連)和高深寬比，這些技術(shù)提出對它們自身的非常顯著的挑戰(zhàn)。

根據(jù)包裝特征的類型和應(yīng)用(例如，通過芯片連接TSV，互連再分配布線，或芯片到板或芯片焊接，例如倒裝芯片柱)，在目前的技術(shù)中的鍍敷特征通常大于約2μm，并且它們的主要尺寸典型地為約5-100μm(例如，銅柱可以是約50μm)。對于諸如電源總線之類的一些芯片上結(jié)構(gòu)，待鍍特征可以大于100μm。WLP特征的深寬比通常為約1：1(高度比寬度)或更低，但它們的范圍可高達(dá)約2:1左右，而TSV結(jié)構(gòu)可具有非常高的深寬比(例如，在約20：1附近)。

隨著WLP結(jié)構(gòu)的尺寸從100-200μm縮小到小于50μm，產(chǎn)生獨特的一組問題，這是由于在該數(shù)值范圍上流體動力學(xué)和質(zhì)量傳輸邊界層是幾乎相等的。對于具有較大特征的前幾代，到特征中的流體和質(zhì)量的運(yùn)輸是通過流場到特征中的基本穿透來運(yùn)載的，但對于具有較小的特征的前幾代，渦流以及停滯流的形成能抑制增長的特征內(nèi)的質(zhì)量運(yùn)輸?shù)乃俾屎途鶆蛐詢烧?。因此，需要在較小的“微凸起”和TSV特征內(nèi)產(chǎn)生均勻的質(zhì)量傳輸?shù)男路椒ā?/p>

此外，用于純擴(kuò)散工藝的時間常數(shù)(一維擴(kuò)散平衡時間常數(shù))利用特征深度L和擴(kuò)散常數(shù)D標(biāo)度為

(秒)。

采用金屬離子的擴(kuò)散系數(shù)的平均合理值(例如，5×10^-6平方厘米/秒)，相對大的FEOL 0.3μm深的鑲嵌特征將有僅約0.1毫秒的時間常數(shù)，但WLP凸塊的50μm深的TSV將具有若干秒的時間常數(shù)。

不僅特征的大小，而且鍍敷速度使WLP和TSV應(yīng)用區(qū)別于鑲嵌應(yīng)用。對于許多WLP應(yīng)用，根據(jù)被鍍覆的金屬(例如，銅、鎳、金、銀焊料等)的不同，在一方面在制造要求和成本要求之間存在平衡，并且在另一方面在技術(shù)要求和技術(shù)難度之間存在平衡(例如，具有晶片圖案可變性的資本生產(chǎn)率的目標(biāo)和對諸如裸芯片(die)內(nèi)和特征內(nèi)的晶片要求的目標(biāo))。對于銅，這種平衡通常以至少約2μm/分鐘的速度，并且典型地以至少約3-4μm/分鐘或更高來實現(xiàn)。對于錫電鍍，可能需要大于約3μm/分鐘的沉積速率，并且對于一些應(yīng)用，可能需要至少約7μm/分鐘的沉積速率。鎳和擊金(例如，低濃度金閃蒸膜層)，鍍覆速率可介于約0.1至1μm/分鐘之間。在這些金屬的相對較高的電鍍速率方案中，在電解液中金屬離子到電鍍表面的有效質(zhì)量傳輸是重要的。

在一些實施方式中，電鍍必須以高度均勻的方式在晶片的整個面上執(zhí)行以實現(xiàn)晶片內(nèi)(WIW)，在特定裸芯片的所有特征內(nèi)以及特定裸芯片的所有特征之間(WID)，以及個別特征本身內(nèi)(WIF)的良好的鍍覆均勻性。WLP和TSV應(yīng)用的高電鍍速率提出了關(guān)于電沉積層的均勻性的挑戰(zhàn)。對于各種WLP應(yīng)用，電鍍必須顯示出沿晶片表面的徑向至多約5％的半范圍變化(稱為WIW非均勻性，在跨越晶片的直徑的多個位置的裸芯片中的單一特征類型上測量的)。類似的同樣具有挑戰(zhàn)性的要求是具有不同大小(例如，特征的直徑)或特征密度(例如，在芯片裸芯片的陣列的中間的分隔的或嵌入的特征)的各種特征的均勻沉積(厚度和形狀)。這種性能規(guī)范通常被稱為WID非均勻性。WID非均勻性測量為相對于在晶片上特定的裸芯片位置(例如，在半徑中點、中心或邊緣)的給定的晶片裸芯片內(nèi)的平均特征高度或其它維度的如上所描述的各種特征類型的局部變化性(例如，<5％的半范圍)。

最后具有挑戰(zhàn)性的要求是特征內(nèi)形狀的總體控制。如果沒有適當(dāng)?shù)牧骱唾|(zhì)量傳輸對流控制，在電鍍之后，線或柱可以最終成為在兩維或三維以凸的、平的或凹的方式(例如，鞍形或穹形)傾斜，通常優(yōu)選具有平坦的輪廓，但并非總是如此。在面臨這些挑戰(zhàn)時，WLP應(yīng)用必須與傳統(tǒng)的、潛在更便宜的取放連續(xù)工藝路線操作競爭。更進(jìn)一步，WLP應(yīng)用的電化學(xué)沉積可涉及電鍍各種非銅金屬，諸如焊料，如鉛、錫、錫-銀，和其他凸起下(underbump)金屬化材料，諸如鎳、金、鈀、和這些金屬的各種合金，其中一些包括銅。錫-銀近共晶合金的電鍍是針對電鍍?yōu)樘娲U-錫共晶焊料的無鉛焊料的合金的電鍍技術(shù)的一個例子。

具體而言，本發(fā)明的一些方面可以闡述如下：

1.一種電鍍裝置，其包括：

(a)電鍍室，其被配置成在將金屬電鍍到基本上平坦的襯底上時容納電解液和陽極；

(b)襯底夾持器，其配置成保持基本上平坦的襯底使得在電鍍期間所述襯底的電鍍表面與所述陽極分隔開，其中，當(dāng)所述襯底被定位在所述襯底夾持器中時，在所述襯底和襯底夾持器之間的界面處形成拐角，所述拐角在頂部通過所述襯底的電鍍表面限定并在側(cè)面通過所述襯底夾持器限定；

(c)離子阻性元件，其包括通過約10毫米或約10毫米以下的間隙與所述襯底的電鍍表面分隔開的朝向襯底的表面，其中，在電鍍期間所述離子阻性元件與所述襯底的電鍍表面是至少共同延伸的，所述離子阻性元件適于在電鍍期間提供通過所述元件的離子運(yùn)輸；

(d)通向所述間隙的入口，其用于引入電解液至所述間隙；

(e)通向所述間隙的出口，其用于接收在所述間隙中流動的電解液；以及

(f)邊緣流元件，其被配置為引導(dǎo)電解液到在所述襯底和所述襯底夾持器之間的界面處的所述拐角，所述邊緣流元件是圓弧形或環(huán)形的并定位在所述襯底的外周的附近并且至少部分沿徑向定位在所述襯底和所述襯底夾持器之間的界面處的拐角的內(nèi)部，

其中，在電鍍期間所述入口和所述出口被定位在所述襯底的電鍍表面上的方位角相對的外周位置附近，以及

其中，所述入口和所述出口適于產(chǎn)生在所述間隙中的橫流電解液以在電鍍期間產(chǎn)生或維持在所述襯底的電鍍表面上的剪切力。

2.如條款1所述的裝置，其中，所述邊緣流元件被配置為連接到所述離子阻性元件和/或所述襯底夾持器。

3.如條款1所述的裝置，其中，所述邊緣流元件與所述離子阻性元件集成，并且包括在所述離子阻性元件的外周附近的凸起部，所述凸起部相對于所述離子阻性元件的朝向襯底的表面的剩余部分的高度被抬升，所述朝向襯底的表面的剩余部分被沿徑向定位在所述凸起部的內(nèi)部。

4.如條款2所述的裝置，其中，所述離子阻性元件包括其中安裝所述邊緣流元件的槽。

5.如條款4所述的裝置，其還包括定位在所述離子阻性元件和所述邊緣流元件之間的一個或多個墊片。

6.如條款5所述的裝置，其中，所述一個或多個墊片導(dǎo)致所述邊緣流元件以方位角不對稱的方式定位。

7.如條款1-6中任一項所述的裝置，其中，所述邊緣流元件相對于流旁路通路的(a)位置(b)形狀，和/或(c)存在或形狀中的一者或多者是方位角不對稱的。

8.如條款7所述的裝置，其中，所述邊緣流元件至少包括第一部分和第二部分，所述部分基于所述邊緣流元件的方位角不對稱性來定義，其中，所述第一部分的中心位于通向所述間隙的所述入口附近或通向所述間隙的所述出口附近。

9.如條款1-6中任一項所述的裝置，其中，所述邊緣流元件包括允許電解液流動通過所述邊緣流元件的流旁路通路。

10.如條款1-6中任一項所述的裝置，其中，所述邊緣流元件是環(huán)形的。

11.如條款1-6中任一項所述的裝置，其中，所述邊緣流元件是圓弧形的。

12.如條款1-6中任一項所述的裝置，其中，所述邊緣流元件的位置相對于所述離子阻性元件是能調(diào)節(jié)的。

13.如條款12所述的裝置，其還包括用于調(diào)節(jié)所述邊緣流裝置的相對于所述離子阻性元件的位置的位置的墊片和/或螺釘。

14.如條款12所述的裝置，其還包括致動器，所述致動器用于調(diào)節(jié)所述邊緣流裝置的相對于所述離子阻性元件的位置的位置，其中，所述致動器允許所述邊緣流裝置的位置能在電鍍期間進(jìn)行調(diào)整。

15.一種在電鍍中使用的邊緣流元件，所述邊緣流元件包括：

配置成與在電鍍裝置中的離子阻性元件和/或襯底夾持器匹配的元件，

所述元件是環(huán)形或圓弧形的，

所述元件包括電絕緣材料，

其中，當(dāng)所述元件安裝在內(nèi)部具有襯底的電鍍裝置中時，所述元件被至少部分地沿徑向定位在所述襯底夾持器的內(nèi)邊緣的內(nèi)部，以及

其中，在電鍍期間，所述元件引導(dǎo)流體到在所述襯底和所述襯底夾持器之間的界面處形成的拐角中，所述拐角在其頂部由所述襯底定義并在其側(cè)面由所述襯底夾持器定義。

16.如條款15所述的邊緣流元件，其中，所述邊緣流元件是方位角不對稱的。

17.如條款15或16所述的邊緣流元件，其還包括流旁路通路，在電鍍期間電解液能夠流過所述流旁路通路。

18.一種用于電鍍襯底的方法，其包括：

(a)在襯底夾持器接收基本平坦的襯底，其中，所述襯底的電鍍表面被暴露，并且其中所述襯底夾持器被配置為保持所述襯底使得在電鍍期間所述襯底的電鍍表面與陽極分隔開；

(b)在電解液中浸漬所述襯底，其中，在所述襯底的電鍍表面和離子阻性元件的上表面之間形成約10毫米或約10毫米以下的間隙，其中所述離子阻性元件與所述襯底的電鍍表面是至少共同延伸的，并且其中所述離子阻性元件適于在電鍍期間提供通過所述離子阻性元件的離子運(yùn)輸；

(c)(i)使電解液從側(cè)入口流到所述間隙，在邊緣流元件上方和/或下方流動，并流出側(cè)出口，和(ii)使電解液從所述離子阻性元件下方，通過所述離子阻性元件，流入所述間隙，并流出所述側(cè)出口，其中電解液與在所述襯底夾持器中的所述襯底接觸，其中，所述入口和出口被定位在所述襯底的電鍍表面上的方位角相對的外周位置附近，并且其中，所述入口和出口被設(shè)計或配置成在電鍍期間在所述間隙內(nèi)產(chǎn)生橫流電解液；

(d)旋轉(zhuǎn)所述襯底夾持器；以及

(e)在使電解液如在(c)中流動時將材料電鍍到所述襯底的電鍍表面上，其中，所述邊緣流元件被配置成引導(dǎo)電解液到在所述襯底和所述襯底夾持器之間形成的拐角中，所述拐角在其頂部由所述襯底的電鍍表面定義并且在其側(cè)面由所述襯底夾持器的內(nèi)邊緣定義。

19.如條款18所述的方法，其中，所述邊緣流元件是方位角不對稱的。

20.如條款18或19所述的方法，其中，所述邊緣流元件包括允許電解液流動通過所述邊緣流元件的流旁路通路。

21.根據(jù)條款18或19所述的方法，其還包括在電鍍期間調(diào)節(jié)所述邊緣流元件的位置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本文的某些實施方式涉及用于電鍍一種或多種材料到襯底上的方法和裝置。在許多情況下，材料是金屬，并且襯底是半導(dǎo)體晶片，但實施方式不局限于此。通常情況下，本發(fā)明的實施方式利用位于襯底附近的有溝道的離子阻性板(CIRP)，產(chǎn)生在底部通過CIRP以及在頂部由襯底限定的橫流歧管。在電鍍期間，流體向上穿過CIRP的溝道，并側(cè)向通過位于襯底一側(cè)附近的橫流側(cè)入口進(jìn)入橫流歧管。流通路與橫流歧管結(jié)合，出口在橫流出口，橫流出口位于橫流入口對面。在各種實施方式中，邊緣流元件可被用于引導(dǎo)在襯底的外周附近的流。邊緣流元件可以與CIRP或與襯底夾持器集成，或者它可以是單獨的。相比于不具有邊緣流元件實現(xiàn)的結(jié)果，邊緣流元件促進(jìn)在襯底的邊緣附近的相對較高程度的剪切流，其中所述襯底接觸所述襯底夾持器。在襯底的外周附近的這種增大的剪切流導(dǎo)致更均勻的電鍍結(jié)果。

在本文的實施方式中的一個方面，提供了一種電鍍裝置，其包括：(a)電鍍室，其被配置成在將金屬電鍍到基本上平坦的襯底上時包含電解液和陽極；(b)襯底夾持器，其配置成容納基本上平坦的襯底使得在電鍍期間所述襯底的電鍍表面與所述陽極分隔，其中，當(dāng)所述襯底被定位在所述襯底夾持器中時，在所述襯底和襯底夾持器之間的界面形成拐角，所述拐角在頂部通過所述襯底的電鍍表面限定并在側(cè)面通過所述襯底夾持器限定；(c)離子阻性元件，其包括通過約10mm或約10mm以下的間隙與所述襯底的電鍍表面分隔的朝向襯底的表面，其中，在電鍍期間所述離子阻性元件與所述襯底的電鍍表面是至少共同延伸的，所述離子阻性元件適于在電鍍期間提供通過所述元件的離子運(yùn)輸；(d)通向所述間隙的入口，其用于引入電解液至所述間隙；(e)通向所述間隙的出口，其用于接收在所述間隙中流動的電解液；以及(f)邊緣流元件，其被配置為引導(dǎo)電解液到在所述襯底和所述襯底夾持器之間的界面的所述拐角，所述邊緣流元件是圓弧形或環(huán)形的并定位在所述襯底的外周的附近并且至少部分沿徑向定位在所述襯底和所述襯底夾持器之間的界面處的拐角的內(nèi)部，其中，在電鍍期間所述入口和所述出口被定位在所述襯底的電鍍表面上的方位角相對的外周位置附近，以及其中，所述入口和所述出口適于產(chǎn)生在所述間隙中的橫流電解液以在電鍍期間產(chǎn)生或維持在所述襯底的電鍍表面上的剪切力。

在一些實現(xiàn)方式中，所述邊緣流元件被配置為連接到所述離子阻性元件和/或所述襯底夾持器。在一些實施方式中，所述邊緣流元件與所述離子阻性元件集成，并且包括在所述離子阻性元件的外周附近的凸起部，所述凸起部相對于所述離子阻性元件的朝向襯底的表面的剩余部分的高度被抬升，所述朝向襯底的表面的剩余部分沿徑向被定位在所述凸起部的內(nèi)部。

在一些實施方式中，所述離子阻性元件包括其中安裝所述邊緣流元件的槽。在某些這樣的情況下，所述裝置還包括定位在所述離子阻性元件和所述邊緣流元件之間的一個或多個墊片。所述一個或多個墊片可能導(dǎo)致所述邊緣流元件以方位角不對稱的方式定位。

在一些實現(xiàn)方式中，所述邊緣流元件相對于流旁路通道的(a)位置(b)形狀，和/或(c)存在或形狀中的一種或多種是方位角不對稱的。在一些實施方式中，方位角不對稱可以位于某些位置。例如，在一些情況下，所述邊緣流元件至少包括第一部分和第二部分，這些部分基于方位角不對稱性限定在所述邊緣流元件中，其中，所述第一部分居中于通向所述間隙的所述入口或通向所述間隙的所述出口的附近。

所述邊緣流元件可以具有各種形狀和功能。在多種實現(xiàn)方式中，所述邊緣流元件包括允許電解液流動通過所述邊緣流元件的流旁路通道。在一些實施方式中，流旁路通道可允許電解液在邊緣流元件的上邊緣和離子阻性元件之間流動。在這些和其他情況下，流旁路通道可允許電解液在邊緣流元件的下邊緣與襯底夾持器之間流動。在一些情況下，邊緣流元件是環(huán)形的。在其他情況下，邊緣流元件可以是圓弧形的。

在一個或多個方面，所述邊緣流元件可以是能調(diào)節(jié)的。例如，所述邊緣流元件相對于所述離子阻性元件的位置可以是能調(diào)節(jié)的。在某些情況下，所述裝置還包括用于調(diào)節(jié)邊緣流裝置的相對于所述離子阻性元件的位置的位置的墊片和/或螺釘。在多種實施方式中，邊緣流元件可以相對于由所述離子阻性元件形成的平面升高和/或降低。這樣的調(diào)節(jié)可影響襯底和襯底夾持器之間的界面附近的電解液的流模式，從而實現(xiàn)很大程度的可調(diào)節(jié)性。在一些實施方式中，該裝置包括用于調(diào)節(jié)邊緣流裝置的相對于所述離子阻性元件的位置的位置的致動器，其中所述致動器允許邊緣流裝置的位置在電鍍期間被調(diào)節(jié)。

在本發(fā)明的實施方式的另一個方面，提供了在電鍍中使用的邊緣流元件，所述邊緣流元件包括：配置成與在電鍍裝置中的離子阻性元件和/或襯底夾持器匹配的元件，所述元件是環(huán)形或圓弧形的，所述元件包括電絕緣材料，其中，當(dāng)所述元件安裝在內(nèi)部具有襯底的電鍍裝置中時，所述元件被至少部分地沿徑向定位在所述襯底夾持器的內(nèi)邊緣的內(nèi)部，并且其中在電鍍期間，所述元件引導(dǎo)流體到在所述襯底和所述襯底夾持器之間的界面上形成的拐角中，所述拐角在其頂部由所述襯底定義并在其側(cè)面由所述襯底夾持器定義。

在某些實施方式中，所述邊緣流元件是方位角不對稱的。在一些實施方式中，所述邊緣流元件還包括在電鍍期間電解液能夠流過其中的流旁路通路。

在本發(fā)明的實施方式的另一方面，提供了一種用于電鍍襯底的方法，該方法包括：(a)在襯底夾持器接收基本平坦的襯底，其中，所述襯底的電鍍表面被暴露，并且其中所述襯底夾持器被配置為容納所述襯底使得在電鍍期間所述襯底的電鍍表面與陽極分隔；(b)在電解液中浸漬所述襯底，其中，在所述襯底的電鍍表面和離子阻性元件的上表面之間形成約10mm或約10mm以下的間隙，其中所述離子阻性元件與所述襯底的電鍍表面是至少共同延伸的，并且其中所述離子阻性元件適于在電鍍期間提供通過所述離子阻性元件的離子運(yùn)輸；(c)(i)使電解液從側(cè)入口流到所述間隙，在邊緣流元件上方和/或下方流動，并流出側(cè)出口，和(ii)使電解液從所述離子阻性元件下方，通過所述離子阻性元件，流到所述間隙，并流出側(cè)出口，使電解液與在所述襯底夾持器中的所述襯底接觸，其中，所述入口和出口被定位在所述襯底的電鍍表面的方位角相對的外周位置附近，并且其中所述入口和出口被設(shè)計或配置成在電鍍期間產(chǎn)生橫流電解液；(d)旋轉(zhuǎn)所述襯底夾持器；以及(e)在使電解液如在(c)中流動時將材料電鍍到所述襯底的電鍍表面，其中，所述邊緣流元件被配置成引導(dǎo)電解液到在所述襯底和所述襯底夾持器之間形成的拐角中，所述拐角在其頂部由所述襯底的電鍍表面定義并且在其側(cè)面由所述襯底夾持器的內(nèi)邊緣定義。

在一些實施方式中，所述邊緣流元件是方位角不對稱的。在某些情況下，所述邊緣流元件可以包括允許電解液流動通過所述邊緣流元件的流旁路通道。在一些實施方式中，所述邊緣流元件的位置可以電鍍期間進(jìn)行調(diào)節(jié)。

這些和其它特征將在下面參照相關(guān)附圖描述。

附圖說明

圖1A示出了用于電化學(xué)處理半導(dǎo)體晶片的襯底夾持和定位裝置的透視圖。

圖1B示出了包括錐和杯體的襯底夾持組件的一部分的橫截面圖。

圖1C示出了可以在實施本發(fā)明的實施方式中使用的電鍍槽的簡化視圖。

圖1D-1G示出了可用于增強(qiáng)跨越襯底的面的橫流的多種電鍍裝置的實施方式，以及當(dāng)實施本發(fā)明的實施方式時實現(xiàn)的流動力的俯視圖。

圖2根據(jù)本發(fā)明所公開的某些實施方式示出了電鍍裝置典型地存在于陰極室中的各部分的分解圖。

圖3A根據(jù)本發(fā)明的某些實施方式示出了橫流側(cè)入口和周圍的硬件的特寫圖。

圖3B根據(jù)本發(fā)明公開的某些實施方式示出了橫流側(cè)出口、CIRP歧管入口和周圍的硬件的特寫圖。

圖4示出了在圖3A-3B中所示的電鍍裝置的各個部分的橫截面圖。

圖5根據(jù)某些實施方式示出了分成6個單獨的部分的橫流噴射歧管和噴頭。

圖6根據(jù)本發(fā)明的某些實施方式示出了特別聚焦于橫流的入口側(cè)上的CIRP和相關(guān)的硬件的俯視圖。

圖7根據(jù)所公開的多種實施方式示出了CIRP和相關(guān)的硬件的簡化俯視圖，示出橫流歧管的進(jìn)口和出口側(cè)。

圖8A-8B根據(jù)某些實施方式示出了橫流入口區(qū)域的初始(8A)和修改(8B)的設(shè)計。

圖9示出了部分地通過流動約束環(huán)覆蓋并由框架支撐的CIRP的一種實施方式。

圖10A示出了其中不使用側(cè)入口的CIRP和流約束環(huán)的簡化俯視圖。

圖10B根據(jù)本發(fā)明所公開的多種實施方式示出了CIRP、流約束環(huán)，以及橫流側(cè)入口的簡化俯視圖。

圖11A-11B分別示出了通過圖10A-10B所示的裝置的橫流歧管的橫流。

圖12A-12B分別是針對圖10A-10B中所示的裝置的示出電鍍期間水平橫流速率與晶片位置的關(guān)系的示意圖。

圖13A和13B呈現(xiàn)了顯示凸塊高度與襯底上的徑向位置的關(guān)系的實驗結(jié)果，示出了在有關(guān)襯底的外周附近低鍍覆速率的問題。

圖14A描繪了電鍍裝置的一部分的橫截面圖。

圖14B示出了有關(guān)流通過圖14A所描繪的裝置的模擬結(jié)果。

圖15描繪了有關(guān)剪切流速與襯底上的徑向位置的關(guān)系的模擬結(jié)果以及有關(guān)凸塊高度與襯底上的徑向位置的關(guān)系的實驗結(jié)果，顯示出在襯底的外周附近的具有較低程度的電鍍。

圖16A和16B示出了有關(guān)裸芯片內(nèi)厚度的非均勻性(圖16A)以及在襯底的不同徑向位置的光致抗蝕劑的厚度(圖16B)的實驗結(jié)果。

圖17A和17B描繪了根據(jù)其中使用邊緣流元件的一種實施方式的電鍍裝置的橫截面圖。

圖18A-18C根據(jù)多種實施方式說明了三種類型的用于安裝邊緣流元件在電鍍裝置上的連接件配置。

圖18D呈現(xiàn)描述在圖18A-18C中所示的邊緣流元件的某些特征的圖表。

圖19A-19E示出了用于調(diào)節(jié)在電鍍裝置中的邊緣流元件的方法。

圖20A-20C根據(jù)多種實施方式示出了可以使用的若干類型的邊緣流元件，其中一些是方位角不對稱的。

圖21示出了根據(jù)其中使用邊緣流元件和頂部流插入件的某些實施方式的電鍍裝置的橫截面圖。

圖22A和22B示出了其中具有凹槽的有通道的離子阻性板(CIRP)，邊緣流元件被安裝到所述凹槽中。

圖22C和22D描繪了描述針對各種墊片厚度的鄰近襯底的邊緣的流速的模擬結(jié)果。

圖23A和23B呈現(xiàn)了根據(jù)某些實施方式所述的涉及具有邊緣流元件的電鍍裝置的模擬結(jié)果，所述邊緣流元件具有斜坡形狀。

圖24A、24B和25呈現(xiàn)了根據(jù)某些實施方式所述的涉及具有邊緣流元件的電鍍裝置的模擬結(jié)果，所述邊緣流元件包括不同類型的流旁通通路。

圖26A-26D示出了邊緣流元件的幾個例子，每一個在其中都具有流旁通通路。

圖27A-27C描繪了用于產(chǎn)生在圖28-30中所示的結(jié)果的實驗裝置。

圖28-30呈現(xiàn)了針對有關(guān)圖27A-27C所描述的實驗裝置的有關(guān)鍍凸塊高度(圖28和30)或裸芯片內(nèi)厚度非均勻性(圖29)與在襯底上的徑向位置的關(guān)系的實驗結(jié)果。

具體實施方式

在本申請中，術(shù)語“半導(dǎo)體晶片”、“晶片”、“襯底”、“晶片襯底”和“部分制造的集成電路”可互換使用。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，術(shù)語“部分制造的集成電路”可以指的是在其上集成電路制造的許多階段中的任何階段過程中的硅晶片。下面的詳細(xì)描述假設(shè)本發(fā)明是在晶片上實現(xiàn)的。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)明并不受此限制。工件可以具有各種形狀、尺寸和材料。除了半導(dǎo)體晶片以外，可利用本發(fā)明的優(yōu)點的其他工件包括各種物品，如印刷電路板和類似物。

在以下的描述中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)，以便提供對所呈現(xiàn)的實施方式的透徹理解。所公開的實施方式可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)中的某些或所有的情況下實施。在其它實施例中，公知的處理操作未被詳細(xì)描述，以避免不必要地使本方明的實施方式不清楚。雖然本發(fā)明的實施方式將結(jié)合特定實施方式進(jìn)行描述，但應(yīng)理解它并不意在限制本發(fā)明的實施方式。

在本發(fā)明中所描述的是用于將一種或多種金屬電鍍到襯底上的裝置和方法。通常描述其中襯底是半導(dǎo)體晶片的實施方式；然而，本發(fā)明并不受此限制。

本發(fā)明的實施方式包括配置成在電鍍期間控制電解液流體力學(xué)以便獲得高度均勻的鍍層的電鍍裝置以及包括在電鍍期間控制電解液流體力學(xué)以便獲得高度均勻的鍍層的方法。在具體的實施方式中，所公開的實施方式采用產(chǎn)生沖擊流(朝向或垂直于工件表面的流)與剪切流(有時稱為“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。

一種實施方式是包括以下特征的電鍍裝置：(a)電鍍室，其配置為在電鍍金屬到基本上平坦的襯底上時容納電解液和陽極；(b)襯底夾持器，其配置成保持基本上平坦的襯底以便使在電鍍期間襯底的鍍表面與陽極分隔，其中，當(dāng)襯底定位在襯底夾持器上時，在襯底和襯底夾持器之間的界面上形成拐角，所述拐角在頂部由襯底的鍍表面定義，在側(cè)面由所述襯底夾持器定義；(c)有溝道的離子阻性元件，其包括基本上平行于襯底的鍍面并且在電鍍期間與襯底的鍍面分隔的面向襯底的表面，有溝道的離子阻性元件包含多個非連通通道，其中非連通通道使得在電鍍期間電解液能運(yùn)輸通過元件；(d)用于產(chǎn)生和/或施加剪切力(橫流)至在襯底的鍍面上流動的電解液的機(jī)構(gòu)；及(e)用于促進(jìn)在鄰近襯底/襯底夾持器界面處、在襯底的外周附近的剪切流的機(jī)構(gòu)。雖然晶片基本上是平坦的，但它典型地也具有一個或多個微型溝槽，并且可以具有表面的被掩蔽而不受電解液暴露影響的一個或多個部分。在各種實施方式中，該裝置還包括在使電鍍槽中的電解液沿襯底的鍍面的方向流動時用于旋轉(zhuǎn)所述襯底和/或有溝道的離子阻性元件的機(jī)構(gòu)。

在某些實現(xiàn)方式中，用于施加橫流的機(jī)構(gòu)是具有在有溝道的離子阻性元件的外周上或鄰近有溝道的離子阻性元件的外周處的例如適當(dāng)?shù)牧饕龑?dǎo)和分配裝置的入口。入口沿著有溝道的離子阻性元件的朝向襯底的表面引導(dǎo)橫流的陰極電解液。入口是方位角不對稱的，部分遵循有溝道的離子阻性元件的外周，并具有一個或多個間隙，并限定在電鍍期間在有溝道的離子阻性元件與基本上平坦的襯底之間的橫流噴射歧管?？蛇x地提供其他元件以用于與橫流噴射歧管合作地工作。這些可以包括橫流噴射流分配噴頭和橫流約束環(huán)，結(jié)合附圖在下面進(jìn)一步描述它們。

在某些實施方式中，用于促進(jìn)在襯底的外周附近的剪切流的機(jī)構(gòu)是邊緣流元件。在一些情況下，邊緣流元件可以是有溝道的離子阻性板或襯底夾持器的組成部分。在其他情況下，邊緣流元件可以是與有溝道的離子阻性板或襯底夾持器的接口的單獨的部件。在其中邊緣流元件是單獨的部件的一些情況下，可單獨地提供各種不同形狀的邊緣流元件，以允許襯底的邊緣附近的流分布針對給定的應(yīng)用被調(diào)節(jié)。在各種情況下，邊緣流元件可以是方位角不對稱的。下面描述有關(guān)邊緣流元件的另外的詳細(xì)信息。

在一些實施方式中，該裝置被配置為在電鍍期間使在朝向或垂直于襯底電鍍表面的方向上的電解液的流能產(chǎn)生離開有溝道的離子阻性元件的孔的至少約3厘米/秒的平均流率(例如，至少約5厘米/秒或至少約10厘米/秒)。在一些實施方式中，該裝置被配置成在產(chǎn)生約3厘米/秒或更大(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)的跨越襯底的鍍面的中心點的平均橫向電解液速率的條件下操作。在某些實施方式中，這些流率(即，離開離子阻性元件的孔的流率和跨越襯底的鍍面的流率)適合于采用約20L/min的整體電解液流率和約12英寸直徑的襯底的電鍍槽。本文的實施方式可以用多種襯底尺寸來實施。在一些情況下，襯底的直徑為約200毫米、約300毫米、或約450毫米。另外，本文的實施方式可以以各種各樣的總體流率來實施。在某些實現(xiàn)方式中，總體電解液流率為介于約1-60升/分鐘之間，介于約6-60升/分鐘之間，介于約5-25升/分鐘之間，或介于約15-25升/分鐘之間。電鍍期間獲得的流率可受到某些硬件約束(諸如使用的泵的尺寸和容量)的限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解，當(dāng)公開的技術(shù)用較大的泵來實施時，本發(fā)明引用的流率可以是較高的。

在一些實施方式中，電鍍裝置包含分隔的陽極和陰極室，其中在兩個室中的每個室存在不同的電解液組合物、電解液循環(huán)，和/或流體力學(xué)。離子滲透膜可用于抑制在這些室之間的一種或多種組分的直接對流運(yùn)輸(通過流的質(zhì)量運(yùn)動)，并保持這些室之間的期望的分隔。膜可以阻止大部分電解液流，并在允許離子(如陽離子)的運(yùn)輸時阻止某些物質(zhì)(如有機(jī)添加劑)的運(yùn)輸。在一些實施方式中，膜包含杜邦公司的NAFION^TM或相關(guān)的離子選擇性聚合物。在其他情況下，膜不包括離子交換材料，而是包括微多孔材料。通常，在陰極室中的電解液被稱為“陰極電解液”，而在陽極室中的電解液被稱為“陽極電解液”。通常，陽極電解液和陰極電解液具有不同的組合物，陽極電解液含有很少的電鍍添加劑(例如，促進(jìn)劑、抑制劑和/或均衡劑)或不含有電鍍添加劑，陰極電解液含有顯著濃度的這樣的添加劑。在兩個室之間金屬離子和酸的濃度也經(jīng)常不同。含有分隔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No.6527920[代理人案卷NOVLP007]；2002年8月27日提交的美國專利No.6821407[代理人案卷NOVLP048]，以及，2009年12月17日提交的美國專利No.8262871[代理人案卷NOVLP308]中被描述，其每一個全部內(nèi)容通過引用并入本文。

在一些實施方式中，陽極膜不必包括離子交換材料。在一些實施方式中，所述膜由微孔材料制成，諸如通過馬薩諸塞州威爾明頓的Koch Membrane制造的聚醚砜。這種膜類型最顯著地適用于惰性陽極應(yīng)用，諸如錫-銀電鍍和金電鍍，也可以因此被用于可溶性陽極應(yīng)用，如鎳電鍍。

在某些實施方式中，并且如在本發(fā)明的其它地方更全面地描述的，陰極電解液被注入歧管區(qū)域，以下稱為“CIRP歧管區(qū)域”，其中電解液被饋送、累積，然后被基本上均勻分配并穿過CIRP的各非連通通道直接朝向晶片表面。

在以下的討論中，當(dāng)術(shù)語頂部和底部指的是本發(fā)明的實施方式的元件或頂部和底部特征(或類似術(shù)語，如上部和下部特征等)時，為方便起見所述術(shù)語被簡單地使用，并且所述術(shù)語僅代表本發(fā)明的參照或?qū)嵤┓绞降膯蝹€結(jié)構(gòu)。其它配置是可能的，如在其中頂部部件和底部部件相對于重力反轉(zhuǎn)和/或頂部部件和底部部件成為左側(cè)部件和右側(cè)部件或右側(cè)部件和左側(cè)部件的那些配置。

盡管本發(fā)明描述的一些方面可以在各種類型的電鍍裝置中使用，但為簡單和清楚起見，大多數(shù)的實施例將涉及晶片面朝下，“噴泉式(fountain)”電鍍設(shè)備。在這樣的裝置中，要電鍍的工件(在本發(fā)明的實施方式中典型地為半導(dǎo)體晶片)通常具有大致水平的定向(可能在某些情況下，針對整個電鍍過程的一部分或在整個電鍍過程期間從真水平改變某些度數(shù))并且可以被供電以在電鍍期間旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生通常垂直向上的電解液對流模式。從晶片的中心到邊緣的沖擊流質(zhì)量的整合，以及旋轉(zhuǎn)的晶片在它的邊緣相對于它的中心的固有較高角速率，產(chǎn)生徑向增大的剪切(晶片平行)流速率。噴泉式電鍍類槽/裝置的部件的一個實例是由加利福尼亞州圣何塞市的Novellus System公司生產(chǎn)并可從該公司獲得的電鍍系統(tǒng)。另外，噴泉式電鍍系統(tǒng)在例如，2001年8月10日提交的美國專利No.6800187[代理人案卷NOVLP020]和2008年11月7日提交的美國專利No.8308931[代理人案卷NOVLP299]中被描述，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

待鍍襯底通常是平坦或基本上平坦的。如所使用的，具有如溝槽、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。通常，這些特征在微觀尺度上，但是不一定總是如此。在許多實施方式中，襯底的表面的一個或多個部分可以被掩蔽而不暴露于電解液。

圖1A和1B的以下描述提供了總體上非限制性背景以有助于理解所描述的裝置和方法。圖1A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(在本文中有時稱為“翻蓋”部件)。實際的翻蓋包括杯體102和錐體103，使壓強(qiáng)能施加到晶片和密封件之間，從而保證晶片在所述杯體中。

杯體102由支桿104支承，支桿104被連接到頂板105。組件(102-105)，統(tǒng)稱為組件101，經(jīng)由主軸106由電動機(jī)107驅(qū)動。電動機(jī)107連接到安裝托架109。主軸106傳遞扭矩到晶片(在該圖中未示出)，以允許在電鍍期間轉(zhuǎn)動。主軸106內(nèi)的氣缸(未示出)還提供杯體和錐體103之間的垂直力以產(chǎn)生杯體內(nèi)容納的晶片和密封部件(唇形密封件)之間的密封。為了討論的目的，包括部件102-109的組件統(tǒng)稱為晶片夾持器111。然而，注意“晶片夾持器”的概念通常延伸到嚙合晶片并允許其移動和定位的部件的各種組合和子組合。

傾斜組件包括第一板115，第一板115可滑動地連接到第二板117，傾斜組件被連接到安裝托架109。驅(qū)動缸113分別在樞軸接頭119和121連接到板115和板117。因而，驅(qū)動缸113提供用于使板115(并因此晶片夾持器111)滑動穿過板117的力。晶片夾持器111的遠(yuǎn)端(即安裝托架109)沿著弧形路徑(未示出)移動，弧形路徑限定板115和117之間的接觸區(qū)域，并且因此晶片夾持器111(即杯體和錐體組件)的近端朝虛擬樞軸傾斜。這允許晶片成角度進(jìn)入鍍浴。

經(jīng)由另一個致動器(未示出)將整個裝置100垂直向上或向下抬升以將晶片夾持器111的近端浸入鍍液。因此，雙部件定位機(jī)構(gòu)為晶片提供沿垂直于電解液的軌跡的垂直運(yùn)動和允許偏離水平方向(平行于電解液表面)的傾斜運(yùn)動兩者(成角度的晶片浸沒能力)。裝置100的運(yùn)動能力和相關(guān)聯(lián)的硬件的更詳細(xì)描述在2001年5月31日提交的，2003年4月22日授權(quán)的，美國專利6551487[代理人案卷NOVLP022]中被描述，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

注意，裝置100典型地與具有容納陽極(例如，銅陽極或非金屬惰性陽極)和電解液的電鍍室的特定電鍍槽一起使用。電鍍槽還可以包括用于循環(huán)電解液通過電鍍槽-并靠著被電鍍的工件的管道或管道連接。它還可以包括設(shè)計成在陽極隔室和陰極隔室中保持不同的電解液化學(xué)物質(zhì)的膜或其他分隔器。在一種實施方式中，一個膜被用來定義陽極室，所述陽極室容納基本上不含抑制劑、促進(jìn)劑或其它有機(jī)電鍍添加劑的電解液，或者在另一種實施方式中，其中陽極電解液和陰極電解液的無機(jī)電鍍組合物是實質(zhì)上不同的。也可以任選地提供通過物理手段(例如，直接泵送，包括閥，或溢出槽)將陽極電解液輸送到陰極電解液或傳輸?shù)街麇円旱难b置。

以下描述提供翻蓋的杯體和錐體組件的更多細(xì)節(jié)。圖1B示出了橫截面形式的組件100的部分101，其包括錐體103和杯體102。注意該圖并不意味著是杯體和錐體組件的真實描繪，而是為了討論的目的的程式化描繪。杯體102經(jīng)由支柱104由頂板105支承，支柱104經(jīng)由螺釘108連接。通常，杯體102提供上面擱置晶片145的支撐件。杯體102包括開口，來自電鍍槽的電解液可以通過所述開口接觸晶片。注意晶片145具有正面142，在所述正面142進(jìn)行電鍍。晶片145的外周擱置在杯體102上。錐體103向下壓在晶片的背面以在電鍍期間將晶片保持在適當(dāng)位置。

為了裝載晶片到101，錐體103經(jīng)由主軸106從其描繪的位置抬升直到錐體103接觸頂板105為止。從這個位置，在杯體和錐體之間產(chǎn)生間隙，晶片145可插入所述間隙，從而裝入杯體中。然后如所描繪的，錐體103被降低以抵靠杯體102的外周嚙合晶片，并配合沿晶片的外周在徑向方向上超出唇密封件143的成組的電觸點(在圖1B中未示出)。

主軸106傳輸用于使錐體103嚙合晶片145的垂直力和用于旋轉(zhuǎn)組件101的轉(zhuǎn)矩兩者。這些傳輸?shù)牧τ蓤D1B中的箭頭所示。注意通常在晶片旋轉(zhuǎn)(如由圖1B的頂部的虛線箭頭表示)時進(jìn)行晶片電鍍。

杯體102具有可壓縮唇密封件143，從而當(dāng)錐體103嚙合晶片145時形成流體密封。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的背面(其中它可以引入諸如銅或錫離子之類的污染物質(zhì)直接進(jìn)入硅)并防止電解液接觸裝置101的靈敏元件。還可以存在位于杯體和晶片的界面之間的密封件，從而形成流體密封的密封，以進(jìn)一步保護(hù)晶片145(未示出)的背面。

錐體103還包括密封件149。如圖所示，當(dāng)錐體103的邊緣和杯體的上部區(qū)域嚙合時，密封件149位于錐體103的邊緣和杯體的上部區(qū)域附近。這還保護(hù)晶片145的背面避免可能從杯體上方進(jìn)入翻蓋的任何電解液。密封件149可被固定到錐體或杯體，并可以是單個密封件或多部件密封件。

當(dāng)電鍍開始時，錐體103被抬升到杯體102上方，并將晶片145引入到組件102。當(dāng)晶片最初被引入杯體102時-通常通過機(jī)械臂-晶片145的正面142輕輕靠在唇密封件143上。為了有助于實現(xiàn)均勻的電鍍，在電鍍期間旋轉(zhuǎn)組件101。在隨后的附圖中，組件101以較簡單的方式并相對于用于控制在電鍍期間在晶片電鍍表面142上的電解液的流體力學(xué)的部件描繪。因而，隨后是對在工件上質(zhì)量傳輸和流體剪切力的概述。

如在圖1C中所描繪的，電鍍裝置150包括容納陽極160的電鍍槽155。在這個例子中，電解液175通過在陽極160的開口在中央流入槽155，并且電解液穿過具有垂直定向(非交叉)的通孔的有溝道的離子阻性元件170，電解液通過所述通孔流動，然后沖擊在晶片145上，晶片145在晶片夾持器101中保持、通過晶片夾持器101定位并移動。有溝道的離子阻性元件，如170，在晶片電鍍表面提供均勻的沖擊流。根據(jù)本發(fā)明所描述的某些實施方式，利用該有溝道的離子阻性元件的裝置被構(gòu)造成促進(jìn)在整個晶片的表面的高速率和高均勻性的電鍍和/或以促進(jìn)在整個晶片的表面的高速率和高均勻性的電鍍的方式操作，包括在諸如用于WLP和TSV應(yīng)用的高沉積速率方案下電鍍。所描述的多種實施方式中的任何一種或全部可在鑲嵌以及TSV和WLP應(yīng)用的背景中實施。

圖1D-1G涉及可用于激勵跨越待鍍襯底的表面的橫流的某些技術(shù)。相對于這些附圖所描述的多種技術(shù)呈現(xiàn)激勵橫流的替代方案。因此，在本文附圖中描述的某些元件是可選的，并且不存在于所有實施方式中。

在一些實施方式中，電解液流端口被配置成單獨地或與如本文描述的流成形板和分流器組合地促進(jìn)橫流。下面描述關(guān)于流成形板和分流器的組合的多種實施方式，但本發(fā)明并不受限于此。注意，在某些實施方式中，認(rèn)為跨越晶片表面的電解液流矢量的大小在排氣孔或間隙的附近較大，并且跨越晶片表面逐漸變小，在假室的離排氣孔或間隙最遠(yuǎn)的內(nèi)部最小。如圖1D所描繪的，通過使用適當(dāng)配置的電解液流端口，這些橫流矢量的大小跨越晶片表面更均勻。

一些實施方式包括構(gòu)造成用于結(jié)合流成形板和分流器組件增強(qiáng)橫流的電解液入口流端口。圖1E描繪了用于電鍍銅到晶片145上的電鍍裝置725的部件的橫截面，所述晶片145通過晶片夾持器101被保持、定位和旋轉(zhuǎn)。裝置725包括電鍍槽155，電鍍槽155是雙室槽，具有陽極室，所述陽極室具有銅陽極160和陽極電解液。陽極室和陰極室通過陽離子膜740分隔，陽離子膜740由支撐構(gòu)件735支撐。電鍍裝置725包括如本發(fā)明中所描述的流成形板410。如本發(fā)明中描繪的，分流器325在流成形板410的頂部上，并有助于產(chǎn)生橫向剪切流。陰極電解液經(jīng)由流端口710被引入陰極室(在膜740上方)。陰極電解液從流端口710穿過本發(fā)明所述的流板410并產(chǎn)生沖擊流到晶片145的電鍍表面上。除了陰極流端口710，額外的流端口710a在其出口引入陰極電解液，所述出口在分流器325的排氣口或間隙的遠(yuǎn)端的位置。在該實施例中，流端口710a的出口形成為流成形板410中的通道。功能性結(jié)果是陰極電解液流被直接導(dǎo)入在流板和晶片電鍍表面之間形成的偽室以增強(qiáng)跨越晶片表面的橫流，由此使跨越晶片(和流板410)的流向量標(biāo)準(zhǔn)化。

圖1F示出了描述流端口710a(由圖1E)的流示意圖。如在圖1F看出，流端口710a的出口跨越分流器750的內(nèi)周的90度。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，端口710a的尺寸、配置和位置可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下變化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)理解等效配置將包括使陰極電解液從分流器325中的端口或通道和/或組合(在流板410中的)如在圖1E描繪的通道離開。其他實施方式包括在分流器的(下部)側(cè)壁中的一個或多個端口，所述側(cè)壁即最靠近流成形板頂部表面的側(cè)壁，其中該一個或多個端口位于分流器的與排風(fēng)孔或間隙相對的部分上。圖1G示出了組裝有流成形板410的分流器750，其中分流器750具有在與分流器的間隙相對處從分流器供應(yīng)電解液的陰極電解液流端口710b。諸如710a和710b之類的流端口可以相對于晶片電鍍表面或流成形板頂表面的任何角度供應(yīng)電解液。一個或多個流端口可輸送沖擊流到晶片表面和/或橫向(剪切)流。

在一種實施方式中，例如相對于圖1E-1G所描述的，如本發(fā)明中描述的流成形板結(jié)合分流器使用，其中，配置成增強(qiáng)橫向流(如上所述)的流端口也與流成形板/分流器組件一起使用。在一種實施方式中，流成形板具有均勻分布的孔，在一種實施方式中，具有螺旋形孔圖案。

術(shù)語和流動路徑

提供許多附圖來進(jìn)一步說明和解釋本發(fā)明的實施方式。除了其他方面，附圖尤其包括與公開的電鍍裝置相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)元件和流動路徑的多個附圖。這些元件被給定一定的名稱/標(biāo)號，它們在描述圖2至22A-22B中一致地使用。

下面的實施方式假定在大多數(shù)情況下電鍍裝置包括單獨的陽極室。所描述的特征被包含在陰極室中，陰極室包括將陽極室與陰極室分隔的膜框架274和膜202?？梢圆捎萌魏螖?shù)量的可行的陽極和陽極室配置。在以下實施方式中，包含在陰極室中的陰極電解液很大程度上位于橫流歧管226或在有溝道的離子阻性板歧管208或在用于輸送陰極電解液至兩個單獨的歧管的通道258和通道262中。

以下描述的重點大部分在于控制橫流歧管226中的陰極電解液。陰極電解液通過兩個單獨的入口點進(jìn)入橫流歧管226：(1)有溝道的離子阻性板206的通道和(2)橫流起始結(jié)構(gòu)250。經(jīng)由CIRP 206中的通道到達(dá)橫流歧管226的陰極電解液被引導(dǎo)朝向工件的表面，典型地，沿基本上垂直的方向被引導(dǎo)。這種通道輸送的陰極電解液可以形成沖擊在工件的表面上的小射流，所述工件相對于有溝道的板通常旋轉(zhuǎn)緩慢(例如，約1至30rmp)。相反，經(jīng)由橫流起始結(jié)構(gòu)250到達(dá)橫流歧管226的陰極電解液被基本上平行于工件的表面引導(dǎo)。

如上述討論所指出的，為了使電場成形和控制電解液的流動特性，在電鍍期間“有溝道的離子阻性板”206(或“有溝道的離子阻性元件”或“CIRP”)被定位在工作電極(晶片或襯底)和對電極(陽極)之間。本發(fā)明中的各附圖顯示了有溝道的離子阻性板206相對于所公開的裝置的其它結(jié)構(gòu)特征的相對位置。這樣的離子阻性元件206的一個例子在2008年11月7日提交的美國專利No.8308931[代理人案卷NOVLP299]中被描述，其全部內(nèi)容之前通過引用并入本文。本發(fā)明所描述的有溝道的離子阻性板適合于改善晶片表面上的徑向電鍍均勻性，晶片表面如那些含有相對低的導(dǎo)電率或那些含有非常薄的阻性種子層的晶片表面。有溝道的元件的某些實施方式的其它方面描述如下。

“膜框架”274(在其他文件中有時被稱為陽極膜)是在一些實施方式中采用的結(jié)構(gòu)元件，以支撐將陰極室與陽極室分隔的膜202。它可具有有關(guān)本發(fā)明公開的某些實施方式的其他特征。具體地，參照附圖的實施方式，它可以包括用于輸送陰極電解液朝向橫流歧管226的流通道258和262，以及配置成輸送橫流陰極電解液至橫流歧管226的噴頭242。膜框架274也可含有槽堰壁282，槽堰壁282用于確定和調(diào)節(jié)陰極電解液的最上部的水平。本發(fā)明的各個附圖描繪了在與所公開的橫流裝置相關(guān)聯(lián)的其他結(jié)構(gòu)特征的背景下的膜框架274。

參照圖2，膜框架274是用于保持膜202的剛性結(jié)構(gòu)，膜202通常是負(fù)責(zé)將陽極室從陰極室分隔的離子交換膜。如所解釋的，陽極室可包含第一組合物的電解液，而陰極室含有第二組合物的電解液。膜框架274也可以包括多個流體調(diào)節(jié)桿270(有時被稱為流約束元件)，流體調(diào)節(jié)桿270可以用于幫助控制流輸送到有溝道的離子阻性元件206。膜框架274定義陰極室的最底部分和陽極室的最上部分。所描述的部件全部都位于陽極室和陽極室膜202上方的電化學(xué)電鍍槽的工件側(cè)。它們都可以被看作是陰極室的一部分。然而，應(yīng)該理解的是，橫流注入裝置的某些實施方式不采用分隔的陽極室，因此膜框架274不是必需的。

通常位于工件和膜框架274之間的是有溝道的離子阻性板206、以及橫流環(huán)墊圈238和晶片橫流約束環(huán)210，其每一個可以固定到有溝道的離子阻性板206。更具體地，橫流環(huán)墊圈238可以直接定位在CIRP 206頂上，晶片橫流約束環(huán)210可以被定位在橫流環(huán)墊圈238上方，并固定到有溝道的離子阻性板206的頂表面，有效地夾在墊圈238之間。本發(fā)明的各附圖顯示相對于有溝道的離子阻性板206布置的橫流約束環(huán)210。

如圖2所示，本發(fā)明的最上部的相關(guān)結(jié)構(gòu)特征是工件或晶片夾持器。在一些實施方式中，工件夾持器可以是杯體254，杯體254在錐體和杯體翻蓋式設(shè)計中是通常使用的，例如在上面提到的Novellus System的電鍍工具中包含的設(shè)計。例如，圖2和8A-8B示出了杯體254相對于裝置的其它元件的相對方向。

在多種實施方式中，可以設(shè)置邊緣流元件(未示于圖2)?？梢栽诨旧衔挥谟袦系赖碾x子阻性板206的上方和/或內(nèi)部并在杯體254下方的位置設(shè)置邊緣流元件。在下面進(jìn)一步描述邊緣流元件。

圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明公開的實施方式的橫流入口側(cè)的特寫橫截面圖。圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式所述的橫流出口側(cè)的特寫橫截面圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的顯示入口側(cè)和出口側(cè)兩者的電鍍裝置的橫截圖。在電鍍處理期間，陰極電解液填充并占據(jù)膜框架274上的膜202的頂部與膜框架堰壁282之間的區(qū)域。該陰極區(qū)域可以分成三個子區(qū)域：1)在CIRP206下方和(用于采用陽極室陽離子膜的設(shè)計)在分隔的陽極室陽離子膜202(該元件有時被稱為下歧管區(qū)域208)上方的有溝道的離子阻性板歧管區(qū)域208，2)橫流歧管區(qū)域226，其在晶片和CIRP 206的上表面之間，以及3)上部槽區(qū)域或“電解液容納區(qū)域”，其在翻蓋/杯體254的外部和槽堰壁282內(nèi)部(槽堰壁282是膜框架274的物理部件)。當(dāng)晶片不被浸漬和翻蓋/杯體254不處于向下位置時，第二區(qū)域和第三區(qū)域合并成一個區(qū)域。

當(dāng)工件安裝在工件夾持器254中時，在有溝道的離子阻性板206的頂部與工件的底部之間上方的區(qū)域(2)包含陰極電解液，并稱為“橫流歧管”226。在一些實施方式中，陰極電解液通過單個進(jìn)入端口進(jìn)入陰極室。在其他實施方式中，陰極電解液通過位于電鍍槽其他位置的一個或多個端口進(jìn)入陰極室。在某些情況下，存在用于槽的浴的單個入口，其在陽極室的外周并從陽極室槽壁分割出來。該入口連接到在槽和陽極室的底部的中央陰極電解液入口歧管。在本發(fā)明的某些實施方式中，主陰極電解液歧管室饋送多個陰極電解液室入口孔(例如，12個陰極電解液室入口孔)。在各種情況下，這些陰極電解液室入口孔被分成兩組：饋送陰極電解液至橫流噴射歧管222的第一組，以及饋送陰極電解液至CIRP歧管208的第二組。圖3B示出了通過通道262饋送CIRP歧管208的單個入口孔的橫截面。虛線表示流體流的路徑。

在中央陰極入口歧管(未示出)在槽的基部陰極電解液被分離到兩個不同的流動路徑或流中。該歧管通過連接到該槽的基部的單一管饋送。從主陰極電解液歧管，陰極電解液的流分成兩股流：12個饋送孔中的6個饋送孔，其位于該槽的一側(cè)，導(dǎo)致向CIRP歧管區(qū)域208供給并最終供應(yīng)沖擊陰極電解液流通過CIRP的各個微通道。其他6個孔也從中央陰極電解液入口歧管饋送，但隨后通到橫流噴射歧管222，然后饋送橫流噴頭的242的分配孔246(其數(shù)量可超過100)。在離開橫流噴頭孔246后，陰極電解液的流動方向(a)從晶片的法向方向改變成(b)平行于晶片的方向。當(dāng)流沖擊在入口腔250的橫流約束環(huán)210中的表面并由該表面限制時，發(fā)生流的這種變化。最后，在進(jìn)入橫流歧管區(qū)域226時，在中央陰極電解液入口歧管中的槽的基部最初分隔的兩個陰極電解液流再合在一起。

在附圖中所示的實施方式中，進(jìn)入陰極室的陰極電解液的一部分被直接提供給有溝道的離子阻性板歧管208并且一部分直接提供給橫流噴射歧管222。至少一些陰極電解液并且通常但不總是被輸送到有溝道的離子阻性板歧管208并且然后被輸送到CIRP下表面的全部的陰極電解液被輸送穿過板206中的多個微通道并到達(dá)橫流歧管226。通過有溝道的離子阻性板206中的通道進(jìn)入橫流歧管226的陰極電解液作為基本上垂直定向的射流進(jìn)入橫流歧管(在一些實施方式中，通道制造成有角度，因此它們不是完全垂直于晶片的表面，例如，射流相對于晶片表面法線的角度可高達(dá)約45度)。陰極電解液進(jìn)入橫流噴射歧管222的部分被直接輸送到橫流歧管226，其中它在晶片下方作為水平定向的橫流進(jìn)入。在橫流陰極電解液到橫流歧管226的途中，它穿過橫流噴射歧管222和橫流噴頭板242(例如，其包含約139個具有直徑為約0.048”的分配孔246)，并且然后通過橫流約束環(huán)210的入口腔250的操作/幾何尺寸從垂直向上的流重定向到平行于晶片表面的流。

橫流和射流的絕對角度不必是水平或正好完全垂直或甚至彼此正好成90°定向。然而，在一般情況下，橫流歧管226中的陰極電解液的橫流基本上沿著工件表面的方向，并且從有微通道的離子阻性板206的頂表面釋放出的陰極電解液的射流方向基本上流至工件的表面/垂直于工件的表面。

如所提到的，進(jìn)入陰極室中的陰極電解液被分成(i)從有溝道的離子阻性板歧管208流動，通過CIRP 206中的通道，然后進(jìn)入橫流歧管226的陰極電解液，以及(ii)流入橫流噴射歧管222，通過噴頭242中的孔246，然后進(jìn)入橫流歧管226的陰極電解液。從橫流噴射歧管區(qū)域222直接進(jìn)入的流可以經(jīng)由橫流約束環(huán)進(jìn)入端口(有時稱為橫流側(cè)入口250)進(jìn)入，平行于晶片并從槽的一側(cè)釋放出。相比之下，經(jīng)由CIRP 206的微通道進(jìn)入橫流歧管區(qū)域226的流體射流從晶片下方和橫流歧管226下方進(jìn)入，并且噴射流體在橫流歧管226內(nèi)被轉(zhuǎn)向(重定向)以平行于晶片并朝向橫流約束環(huán)排出端口234(有時也稱為橫流出口或出口)流動。

在一些實施方式中，進(jìn)入陰極室的流體被引導(dǎo)到圍繞電鍍槽室(通常是外周壁)的陰極室部分的外周分布的多個通道258和262。在一個具體的實施方式中，在陰極室的壁中包含12個這樣的通道。

在陰極室壁上的通道可連接到膜框架中的相應(yīng)的“橫流饋送通道”。饋送通道262中的一些直接輸送陰極電解液到有溝道的離子阻性板歧管208。如上所述，提供給該歧管的陰極電解液隨后穿過有溝道的離子阻性板206的小的垂直定向的通道，并作為陰極電解液的射流進(jìn)入橫流歧管226。

如所提到的，在附圖中所描繪的實施方式中，陰極電解液通過12個陰極電解液饋送線/管中的6個饋送“CIRP歧管室”208。這些饋送CIRP歧管208的6個主要的管或線262位于橫流約束環(huán)的出口腔234(其中流體流出晶片下方的橫流歧管區(qū)域226)下方，并與所有的橫流歧管組件相對(橫流噴射歧管222、噴頭242和約束環(huán)入口腔250)。

如在多個附圖中所示，在膜框架中的一些橫流饋送通道258直接通向橫流噴射歧管222(例如，12個中的6個)。這些橫流饋送通道258在槽的陽極室的底部開始，然后通過膜框架274的匹配通道，然后與在有溝道的離子阻性板206的下部的相應(yīng)的橫流饋送通道258連接。例如，參見圖3A。

在一個特定的實施方式中，存在用于直接輸送陰極電解液到橫流噴射歧管222然后到橫流歧管226的6個單獨的饋送通道258。為了在橫流歧管226中產(chǎn)生橫流，這些通道258以方位角非均勻的方式出口轉(zhuǎn)入橫流歧管226。具體地，它們在橫流歧管226的特定側(cè)或方位角區(qū)域進(jìn)入橫流歧管226。在圖3A所示的特定實施方式中，用于直接輸送陰極電解液至橫流噴射歧管222的流體路徑258在到達(dá)橫流噴射歧管222之前穿過四個單獨的元件：(1)在槽內(nèi)的陽極室壁的專用通道，(2)膜框架274中的專用通道，(3)有溝道的離子阻性元件206(即，不是用于將陰極電解液從CIRP歧管208輸送到橫流歧管226的1-D通道)中的專用通道，以及最后，(4)在晶片橫流約束環(huán)210中的流動路徑。

如所提到的，在膜框架中，流動路徑的通過膜框架274并饋送橫流噴射歧管222的部分被稱為橫流饋送通道258。流動路徑的通過微溝道的離子阻性板206并饋送CIRP歧管的部分被稱為饋送有溝道的離子阻性板歧管208的橫流饋送通道262，或CIRP歧管饋送通道262。換言之，術(shù)語“橫流饋送通道”包括饋送橫流噴射歧管222的陰極電解液饋送通道258和饋送CIRP歧管208的陰極電解液饋送通道262兩者。這些流258和262之間的一個不同之處如上指出：通過CIRP 206的流方向最初指向晶片，然后由于晶片和橫流約束環(huán)210的存在轉(zhuǎn)向成平行于晶片，而來自橫流噴射歧管222并離開通過橫流約束環(huán)進(jìn)入端口250的橫流部開始基本上平行于晶片。盡管不希望受限于任何特定的模型或理論，但沖擊流和平行流的這樣的組合和混合被認(rèn)為促進(jìn)凹陷/嵌入特征內(nèi)實質(zhì)上改進(jìn)的流滲透，從而提高質(zhì)量傳輸。通過在晶片下方產(chǎn)生空間均勻的對流場并旋轉(zhuǎn)晶片，每個特征以及每個裸芯片在旋轉(zhuǎn)和電鍍工藝期間顯示出幾乎相同的流模式。

有溝道的離子阻性板206內(nèi)的不通過板的微通道(而不是進(jìn)入橫流歧管226，這是由于流平行于晶片的面)的流動路徑當(dāng)它穿過板206中的橫流饋送通道258時在垂直向上的方向開始，然后進(jìn)入在有溝道的離子阻性板206的主體內(nèi)形成的橫流噴射歧管222。橫流噴射歧管222是方位角腔，其可以是能夠從各個單獨饋送通道258分配流體(例如，從單個的6個橫流饋送通道中的每一個)至橫流噴頭板242的各個多流分配孔246的在板206內(nèi)挖出的通道。這種橫流噴射歧管222沿著有溝道的離子阻性板206的外周或邊緣區(qū)域的角部分定位。參見例如圖3A和4-6。在一些實施方式中，橫流噴射歧管222形成在板的外周區(qū)域的約90°至180°的角度上的C形結(jié)構(gòu)。在一些實施方式中，橫流噴射歧管222的角度范圍為約120°至約170°，并且在一個更具體的實施方式中為介于約140°和150°之間。在這些或其它實施方式中，橫流噴射歧管222的角度范圍為至少約90°。在許多實現(xiàn)方式中，噴頭242與橫流噴射歧管222跨越大致相同的角度范圍。此外，整體的入口結(jié)構(gòu)250(在許多情況下其包括一個或多個橫流噴射歧管222、噴頭242、噴頭孔246，和在橫流約束環(huán)中的開口)可跨越這些相同的角度范圍。

在一些實施方式中，噴射歧管222中的橫流形成有溝道的離子阻性板206內(nèi)的連續(xù)流體耦合的腔。在這種情況下，饋送橫流噴射歧管(例如，所有6個)的所有的橫流饋送通道258進(jìn)入一個連續(xù)的和連接的橫流噴射歧管室。在其他實施方式中，橫流噴射歧管222和/或橫流噴頭242被分成兩個或更多個角度不同的和完全或部分分隔的部分，如圖5(其顯示6個分隔的部分)所示。在一些實施方式中，成角度分隔的部分的數(shù)量介于約1-12之間，或介于約4-6之間。在一個具體的實施方式中，這些角度不同的部分中的每個被流體連接到設(shè)置在有溝道的離子阻性板206中的分隔的橫流饋送通道258。因此，例如，在橫流噴射歧管222內(nèi)可以存在六個角度不同并分隔的子區(qū)域。在某些實施方式中，橫流噴射歧管222的這些不同的子區(qū)域中的每個具有相同的體積和/或相同的角度范圍。

在許多情況下，陰極電解液流出橫流噴射歧管222，并通過具有多個成角度的分隔的陰極電解液排出端口(孔)246的橫流噴頭板242。參見例如圖2、圖3A-3B和圖6。例如，在某些實施方式中，橫流噴頭板242被集成到有溝道的離子阻性板206，如圖6所示。在一些實施方式中，噴頭板242被粘合、通過螺栓連接，或以其它方式固定到有溝道的離子阻性板206的橫流噴射歧管222的頂部。在某些實施方式中，橫流噴頭242的頂部表面齊平或稍微高于有溝道的離子阻性板206的平面或頂部表面。以這種方式，流動通過橫流噴射歧管222的陰極電解液可最初垂直向上行進(jìn)通過噴頭孔246，然后在橫流約束環(huán)210下方橫向行進(jìn)，并進(jìn)入橫流歧管226，使得陰極電解液以基本上平行于有溝道的離子阻性板的頂面的方向進(jìn)入橫流歧管226。在其他實施方式中，噴頭242可被定向使得流出噴頭孔246的陰極電解液已經(jīng)以平行于晶片的方向行進(jìn)。

在一個具體實施方式中，橫流噴頭242具有139個成角度的分隔的陰極電解液出口孔246。更通常地，也可以采用合理地建立在橫流歧管226內(nèi)的均勻的橫流的任何數(shù)量的孔內(nèi)。在一些實施方式中，在橫流噴頭242中存在介于約50至約300個之間的這樣的陰極電解液出口孔246。在某些實施方式中，存在介于約100個與200個之間的孔。在一些實施方式中，存在約120和160個這樣的孔。通常，各個端口或孔246的尺寸的直徑可以為約0.020”至0.10”，更具體地從約0.03”至0.06”。

在一些實施方式中，這些孔246以角度均勻的方式(即孔246之間的間隔由槽中心與兩個相鄰孔之間的固定角度來確定)沿著橫流噴頭242的整個角度范圍布置。例如參見圖3A和7。在其他實施方式中，孔246以角度非均勻的方式沿著角度范圍分布。然而，在進(jìn)一步的實施方式中，角度非均勻的孔分布是線性(“x”方向)均勻分布的。換句話說，在后一種情況下，孔分布使得孔如果投射到垂直于橫流的方向的軸(“x”方向)上是等距地間隔開的。每個孔246定位在離槽中心相同的徑向距離處，并與相鄰的孔在“x”方向上間隔開相同距離。具有這些角度不均勻的孔246的有效效應(yīng)在于總體橫流模式是較均勻的。在下面在實驗部分進(jìn)一步檢查這兩種類型的用于橫流噴頭孔246的配置。參見圖22B和以下相關(guān)聯(lián)的討論。

在一些實施方式中，陰極電解液流出橫流噴頭242的方向進(jìn)一步由晶片橫流約束環(huán)210控制。在某些實施方式中，該環(huán)210在有溝道的離子阻性板206的全周上延伸。在一些實施方式中，橫流約束環(huán)210的橫截面具有L形，如圖3A和4所示。在一些實施方式中，晶片橫流約束環(huán)210包含一系列流引導(dǎo)元件，如與橫流噴頭242的出口孔246流體連通的定向翅片266。更具體地，定向翅片266很大程度上限定在晶片橫流約束環(huán)210的上表面下方并在相鄰的定向翅片266之間的隔離的流體通道。在某些情況下，定向翅片266的目的是為了將從橫流噴頭孔246離開的流從另外的徑向向內(nèi)的方向重新導(dǎo)向和限制成“從左到右”的流軌跡(左是橫流的入口側(cè)250，右是出口側(cè)234)。這有助于建立基本上線性的橫流模式。離開橫流噴頭242的孔246的陰極電解液由定向翅片266沿通過定向翼片266的取向產(chǎn)生的流的流線定向。在一些實施方式中，晶片橫流約束環(huán)210的所有的定向翅片266是相互平行的。此平行配置有助于建立在橫流歧管226內(nèi)的均勻橫流方向。在各種實施方式中，晶片橫流約束環(huán)210的定向翅片226沿橫流歧管226的入口250和出口側(cè)234兩者布置。例如這在圖7的俯視圖中所示。

如所指出的，如圖3B和4所示，在橫流歧管226中流動的陰極電解液從晶片橫流約束環(huán)210的入口區(qū)域250流到環(huán)210的出口側(cè)234。在一些實施方式中，在出口側(cè)234，存在可以平行于入口側(cè)的定向翅片266的以及可以與在入口側(cè)的定向翅片266對齊的多個定向翅片266。橫流穿過由在出口側(cè)234的定向翅片266產(chǎn)生的通道，然后最終和直接流出橫流歧管226。然后流通常徑向向外地進(jìn)入陰極室的另一區(qū)域并越過晶片保持架254和橫流約束環(huán)210，其中流體在流過堰282用于收集和再循環(huán)之前通過膜框架的上堰壁282收集并暫時保留。因此應(yīng)當(dāng)理解，附圖(例如，圖3A、3B和4)只顯示進(jìn)入和離開橫流歧管的陰極電解液的整個通路的局部路徑。需要注意的是，在圖3B和4所示的實施方式中，例如，從橫流歧管226流出的流體當(dāng)它在上述積聚區(qū)域中積聚時不穿過小孔或類似于在入口側(cè)的饋送通道258的背部通道，而是以通常平行于晶片的方向向外流動。

圖6示出了描繪有溝道的離子阻性板206內(nèi)的嵌入式橫流噴射歧管222，連同噴頭242和139個出口孔246的橫流歧管226的俯視圖。還示出了用于橫流噴射歧管流的所有六個流體調(diào)節(jié)桿270。在該繪圖中，沒安裝橫流約束環(huán)210，但示出了密封在橫流約束環(huán)210和CIRP 206的上表面之間的橫流約束環(huán)密封墊238的輪廓。在圖6中示出的其它元件包括橫流約束環(huán)緊固件218、膜框架274、以及在CIRP 206的陽極側(cè)上的螺孔278(例如，其可以用于陰極屏蔽插入件)。

在一些實施方式中，橫流約束環(huán)出口234的幾何形狀可以調(diào)節(jié)以進(jìn)一步優(yōu)化橫流模式。例如，其中橫流模式分叉到約束環(huán)210的邊緣的情況可以通過減小橫流約束環(huán)出口234的外部區(qū)域的開口面積進(jìn)行修正。在某些實施方式中，出口歧管234可以包括分隔的部分或端口，很像橫流噴射歧管222。在一些實施方式中，出口部分的數(shù)量介于約1-12之間，或介于約4-6之間。端口沿方位角分隔，沿著出口歧管234占據(jù)不同(通常相鄰)的位置。在某些情況下，通過每個端口的相對流速可以單獨受控。該控制可以例如通過使用類似于相對于入口流描述的控制桿的控制桿270來實現(xiàn)。在另一種實施方式中，通過出口的不同部分的流可通過出口歧管的幾何形狀來控制。例如，在各側(cè)邊緣附近有較小開口面積以及在中心附近有較大開口面積的出口歧管將導(dǎo)致其中在所述出口的中央附近有較多的流流出而在出口的邊緣附近有較少的流流出的溶液流模式。也可使用控制通過出口歧管234中的端口的相對流率的其他方法(例如，泵等)。

如所提到的，進(jìn)入陰極室的大多數(shù)電解液通過多個通道258和262，(例如，12個單獨的通道)被單獨引導(dǎo)到橫流噴射歧管222和有溝道的離子阻性板歧管208。在一些實施方式中，通過這些單獨的通道258和262的流通過適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)彼此獨立地受控。在一些實施方式中，該機(jī)構(gòu)涉及用于輸送流體進(jìn)入單獨通道的單獨泵。在其他實施方式中，單個泵被用于供給主陰極歧管，可調(diào)節(jié)的各種流限制元件可以設(shè)置在饋送流動路徑的一個或多個通道中，設(shè)置所述流動路徑以調(diào)節(jié)各通道258和262之間的和橫向流噴射歧222和CIRP歧管208區(qū)域之間的和/或沿著槽的角度外圍的相對流。在圖中所描繪的各種實施方式中，在其中提供獨立控制的通道中布置一個或多個流體調(diào)節(jié)桿270(有時也稱為流控制元件)。在所描繪的實施方式中，流體調(diào)節(jié)桿270提供環(huán)形空間，其中陰極電解液在其朝向橫流噴射歧管222或有溝道的離子阻性板歧管208流動時是受約束的。在完全縮回狀態(tài)下，流體調(diào)節(jié)桿270對流基本上不提供阻力。在完全嚙合狀態(tài)下，流體調(diào)節(jié)桿270對流提供最大阻力，并且在一些實現(xiàn)方式中，使通過通道的所有流停止。在中間狀態(tài)或位置中，桿270允許當(dāng)流體流過通道的內(nèi)徑與流體調(diào)節(jié)桿的外徑之間的受約束的環(huán)形空間時流的約束的中間水平。

在一些實施方式中，流體調(diào)節(jié)桿270的調(diào)節(jié)允許電鍍槽的操作者或控制者促進(jìn)流到橫流噴射歧管222或到有溝道的離子阻性板歧管208。在某些實施方式中，在直接輸送電解液至橫流噴射歧管222的通道258中流體調(diào)節(jié)桿270的獨立調(diào)節(jié)允許操作者或控制者能控制流入橫流歧管226的流體流的方位角分量。這些調(diào)節(jié)的效果在下面的實驗部分被進(jìn)一步討論。

圖8A-8B示出了橫流噴射歧管222和相應(yīng)的橫流入口250相對于電鍍杯體254的橫截面圖。橫流入口250的位置至少部分地由橫流約束環(huán)210的位置定義。具體地，入口250可以被認(rèn)為是開始，在此處橫流約束環(huán)210終止。注意，在初始設(shè)計的情況下，如圖8A所示，約束環(huán)210終止點(和入口250開始點)在晶片的邊緣下方，而在修改的設(shè)計中，如圖8B所示，終止/開始點在電鍍杯體下方并相比于初始設(shè)計離晶片邊緣徑向向外更遠(yuǎn)。另外，在早期設(shè)計的橫流噴射歧管222具有在橫流環(huán)腔中的臺階(其中實質(zhì)上向左箭頭開始向上升起)，其潛在地在流體進(jìn)入橫流歧管區(qū)域226的地點附近形成一些不需要的湍流。在某些情況下，邊緣流元件(未示出)可以存在于襯底的外周和/或有溝道的離子阻性板的外周的附近。在靠近入口250和/或靠近出口(在圖8A和8B中未示出)可以存在邊緣流元件。邊緣流元件可被用來引導(dǎo)電解液到在襯底的電鍍表面和杯體254的邊緣之間形成的拐角中，從而抵消(counteracting)否則在該區(qū)域中的相對較低的橫流。

本發(fā)明的裝置可被配置成執(zhí)行本發(fā)明所描述的方法。合適的裝置包括本發(fā)明所描述和所示的硬件以及具有用于控制根據(jù)本發(fā)明所述的處理操作的指令的一個或多個控制器。該裝置將包括用于控制尤其是下列操作或參數(shù)的一個或多個控制器：在杯體254和錐體中的晶片的定位、晶片相對于有溝道的離子阻性板206的定位、晶片的旋轉(zhuǎn)、陰極電解液向橫流歧管226內(nèi)的輸送、陰極電解液向CIRP歧管208內(nèi)的輸送、陰極電解向橫流噴射歧管222內(nèi)的輸送、流體調(diào)整桿270的電阻/位置、電流向陽極和晶片和任何其它電極的輸送、電解液組分的混合、電解液輸送的定時、入口壓強(qiáng)、電鍍槽壓強(qiáng)、電鍍槽溫度、晶片溫度、邊緣流元件的位置、以及通過處理工具所執(zhí)行的特定工藝的其它參數(shù)。

系統(tǒng)控制器將通常包括配置成執(zhí)行指令以便所述裝置將執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明所述的方法的一個或多個存儲器設(shè)備和一個或多個處理器。該處理器可以包括中央處理單元(CPU)或計算機(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。包含用于控制根據(jù)本發(fā)明所述的處理操作的指令的機(jī)器可讀介質(zhì)可以被耦合到系統(tǒng)控制器。用于實施適當(dāng)?shù)目刂撇僮鞯闹噶钤谔幚砥魃蠄?zhí)行。這些指令可以被存儲在與控制器相關(guān)聯(lián)的存儲器設(shè)備上或它們可以通過網(wǎng)絡(luò)來提供。在一些實施方式中，系統(tǒng)控制器執(zhí)行系統(tǒng)控制軟件。

系統(tǒng)控制軟件可以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象可以被寫入以控制執(zhí)行各種處理工具流程必須的處理工具組件的操作。系統(tǒng)控制軟件可以以任何合適的計算機(jī)可讀編程語言來編碼。

在一些實施方式中，系統(tǒng)控制軟件包括用于控制上述的各種參數(shù)的輸入/輸出控制(IOC)測序指令。例如，電鍍工藝的每個階段可包括用于由系統(tǒng)控制器執(zhí)行的一個或多個指令。用于設(shè)置浸漬處理階段的工藝條件的指令可以被包括在相應(yīng)的浸漬配方階段中。在一些實施方式中，電鍍配方階段可順序排列，以便所有的用于電鍍工藝階段的指令與該處理階段同時執(zhí)行。

在一些實施方式中可以采用其他的計算機(jī)軟件和/或程序。用于此目的的程序或程序的部分的例子包括襯底定位程序、電解液組合物控制程序、壓強(qiáng)控制程序、加熱器控制程序、和電勢/電流功率源控制程序。

在一些情況下，控制器控制下列功能中的一種或多種：晶片浸漬(平移、傾斜、旋轉(zhuǎn))、容器之間的流體輸送等。晶片浸漬可通過例如引導(dǎo)晶片升降組件、晶片傾斜組件和晶片旋轉(zhuǎn)組件來控制以如所期望地移動?？刂破骺梢酝ㄟ^例如引導(dǎo)某些閥被打開或關(guān)閉以及引導(dǎo)某些泵打開和關(guān)閉來控制容器之間的流體輸送。控制器可基于傳感器的輸出(例如，當(dāng)電流、電流密度、電勢、壓強(qiáng)等達(dá)到一定的閾值時)，操作的定時(例如，在工藝中在特定的時間打開閥)，或基于從用戶接收的指令來控制這些方面。

上述的裝置/工藝可以結(jié)合光刻圖案化工具或工藝使用，例如，用于制備或制造半導(dǎo)體器件、顯示器、發(fā)光二極管、光伏電池板等。典型地，但不是必然地，此類工具/工藝將與普通的制造設(shè)施一起使用或執(zhí)行。膜的光刻圖案化通常包括以下步驟中的一些或全部，每個步驟可以使用許多可能的工具使來實施：(1)用旋涂或噴涂式工具施加光致抗蝕劑到工件上，即，襯底上；(2)使用熱板或加熱爐或UV固化工具固化光致抗蝕劑；(3)利用諸如晶片曝光機(jī)之類的工具將光致抗蝕劑暴露于可見光或紫外線或X射線光；(4)將抗蝕劑顯影以便選擇性地除去抗蝕劑，并使用諸如濕式工作臺之類的工具使抗蝕劑圖案化；(5)通過使用干式或等離子體輔助蝕刻工具轉(zhuǎn)印抗蝕劑圖案到下伏膜或工件中；以及(6)使用例如RF或微波等離子體抗蝕劑剝離器之類的工具除去抗蝕劑。

有溝道的離子阻性元件的特征

電氣功能

在一些實施方式中，有溝道的離子阻性元件206近似于在襯底(陰極)的附近的幾乎恒定和均勻的電流源，并且，因此，在一些情況下，可以被稱為高電阻虛擬陽極(HRVA)。如上所述，該元件還可被稱為有溝道的離子阻性板(CIRP)。通常，CIRP 206緊鄰晶片放置。比較而言，同樣緊鄰襯底的陽極將顯著不易于提供幾乎恒定的電流到晶片，但將僅僅支持在陽極金屬表面上的恒定電位面，從而允許在從陽極面到終點(例如，在晶片上的外周接觸點)的凈電阻較小之處電流是最大的。因此，盡管有溝道的離子阻性元件206已經(jīng)被稱為高電阻虛擬陽極(HRVA)，但這并不意味著兩者在電化學(xué)上是可以互換的。在最佳操作條件下，CIRP 206將更緊密近似于虛擬均勻電流源并且或許可以更好地描述為虛擬均勻電流源，其中從整個CIRP 206的上平面供應(yīng)幾乎恒定的電流。雖然CIRP當(dāng)然可看作為“虛擬電流源”，即它是電流從其發(fā)出的平面，并且由于它可以被認(rèn)為是陽極電流從其發(fā)出的地方或源，因此它可以被認(rèn)為是“虛擬陽極”，CIRP 206(相對于電解液)的相對高的離子電阻導(dǎo)致幾乎均勻的電流跨越其整個面，并且相比于在相同的物理位置上具有金屬陽極的情況導(dǎo)致進(jìn)一步有利的總體優(yōu)越的晶片均勻性。該板的對離子電流的流的電阻隨著包含在板206的各溝道內(nèi)的電解液的比電阻(經(jīng)常但不總是具有與陰極電解液的阻性相同或幾乎相似的阻性)的增大、板厚度的增大、孔隙率的減小(用于電流通路的較少部分橫截面積，例如，具有相同的直徑的較少的孔，或具有較小直徑的相同數(shù)量的的孔，等等)而增大。

結(jié)構(gòu)

在許多但不是所有的實施方式中，CIRP 206包含在空間上和離子性上彼此隔離并且不形成CIRP的主體內(nèi)的互連溝道的微尺寸(通常小于0.04“英寸)的通孔。這些通孔通常稱作非連通的通孔。它們典型地在一維方向上，通常但不必定，垂直于晶片的鍍表面延伸(在一些實施方式中，非連通孔是相對于通常平行于CIRP前表面的晶片成角度的)。通常，通孔是相互平行的。通常，這些孔被布置成正方形陣列。其他情況下布局是偏移螺旋圖案。這些通孔不同于三維多孔網(wǎng)絡(luò)，其中由于通孔調(diào)節(jié)離子電流的流和平行于其中的表面的流體流兩者，并且使電流和流體的流兩者的路徑朝向晶片表面變直，因此溝道在三維方向上延伸并形成互連孔結(jié)構(gòu)。然而，在某些實施方式中，這樣的具有互連網(wǎng)絡(luò)孔的多孔板可以代替一維有溝道的元件(CIRP)使用。當(dāng)從板的頂部表面到晶片的距離是小的(如，晶片半徑的大小的約1/10的間隙，例如小于約5毫米)時，電流的流和流體的流的發(fā)散都被局部限制、傳遞并與CIRP通道對齊。

一個示例性CIRP 206是由離子阻性和電阻性的固體的非多孔電介質(zhì)材料制成的盤。該材料在使用的電鍍?nèi)芤褐惺腔瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的。在某些情況下，CIRP 206由陶瓷材料(例如，氧化鋁、氧化錫、氧化鈦、或金屬氧化物混合物)或塑料材料(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)，聚四氟乙烯、聚砜、聚氯乙烯(PVC)，聚碳酸酯，等)制成，具有介于約6000個至12000個之間的不相通的通孔。在許多實施方式中，盤206與晶片基本上共同延伸(例如，當(dāng)使用300毫米晶片時，CIRP盤206的直徑為約300毫米)，并緊鄰晶片放置，例如在晶片面朝下的電鍍裝置中的晶片正下方。優(yōu)選地，晶片的電鍍表面距離最接近的CIRP表面在約10毫米內(nèi)，更優(yōu)選在約5毫米內(nèi)。為此，有溝道的離子阻性板206的頂表面可以是平坦的或基本上平坦的。通常情況下，有溝道的離子阻性板206的頂表面和底表面兩者都是平坦的或基本平坦的。

CIRP 206的另一個特征是通孔的直徑或主要尺寸以及它與CIRP 206和襯底之間的距離的關(guān)系。在一些實施方式中，每個通孔的直徑(或大多數(shù)的通孔的直徑，或通孔的平均直徑)不大于從經(jīng)電鍍的晶片表面到CIRP206的最近表面的距離。因此，在這些實施方式中，當(dāng)CIRP 206放置在離經(jīng)電鍍的晶片表面約5毫米內(nèi)時，通孔的直徑或主要尺寸應(yīng)該不超過約5毫米。

如上所述，板206的總離子電阻和流阻取決于板的厚度以及總體孔隙率(可用于流通過板的面積的比值)和孔的尺寸/直徑兩者。低孔隙率的板將具有更高的沖擊流速和離子電阻。比較相同孔隙率的板，具有較小直徑的1維孔(并因此有較大數(shù)量的一維孔)的板將有在晶片上的更微觀均勻分布的電流，這是因為有更多單獨的電流源，其更多表現(xiàn)為能在相同間隙分布的點源，并具有較高的總壓降(高粘性流阻)。

然而，如上所述，在某些情況下，離子阻性板206是多孔的。在板206中的孔可以不形成獨立的一維溝道，而是可以形成可以互連或可以不互連的通孔網(wǎng)格。應(yīng)該理解的是，如本發(fā)明中使用的術(shù)語，有溝道的離子阻性板和有溝道的離子阻性元件(CIRP)旨在包括本實施方式，除非另有說明。

在一些實施方式中，CIRP 206可以被修改以包括(或容納)邊緣流元件。邊緣流元件可以是CIRP 206的組成部分(例如，CIRP和邊緣流元件一起形成整體結(jié)構(gòu))，或者它可以是安裝在CIRP 206上或接近CIRP 206的可更換的部件。邊緣流元件促進(jìn)更高程度的橫流，并且因此促進(jìn)靠近襯底的邊緣(例如，在襯底和襯底夾持器之間的接口附近)在襯底表面上的剪切力。在沒有邊緣流元件的情況下，例如由于襯底和襯底夾持器的幾何形狀和電解液的流動方向，可以在襯底和襯底夾持器的界面附近產(chǎn)生相對低的橫流的區(qū)域。邊緣流元件可起到增強(qiáng)在這個區(qū)域中的橫流的作用，從而促進(jìn)整個襯底上的更均勻的電鍍結(jié)果。涉及邊緣流元件的進(jìn)一步細(xì)節(jié)如下所述。

通過通孔的垂直流

在其中終端效應(yīng)是可操作/相關(guān)(如當(dāng)在晶片種子層中電流的阻力相對于在槽中的電解液的阻力更大時)的某些應(yīng)用中，在晶片附近離子阻性但離子可滲透的元件(CIRP)206的存在大幅度減小終端效應(yīng)并提高徑向電鍍的均勻性。CIRP 206通過作用為流擴(kuò)散歧管板還同時提供將電解液的基本上空間均勻的沖擊流引導(dǎo)向上到晶片表面的能力。重要的是，如果相同的元件206被放置成離晶片較遠(yuǎn)，那么離子電流和流的均勻性的改善變得顯著較不明顯或根本沒改進(jìn)。

此外，由于不連通的通孔不允許在CIRP內(nèi)離子電流或流體運(yùn)動的橫向運(yùn)動，因此在CIRP 206內(nèi)中心到邊緣的電流和流運(yùn)動被阻斷，從而導(dǎo)致徑向電鍍均勻性的進(jìn)一步改善。在圖9中所示的實施方式中，CIRP 206是具有在板的表面上(例如在電鍍300毫米的晶片的情況下直徑為約300毫米的基本上圓形的區(qū)域上)的用作微通道的約9000個均勻間隔并布置成正方形陣列(即，孔以列和行排列)的一維孔的多孔板，有效平均孔隙率為約4.5％，單獨的微孔尺寸的直徑為約0.67毫米(0.026英寸)。圖9還示出了流量分配調(diào)節(jié)桿270，其可以被用于優(yōu)先引導(dǎo)流或者通過CIRP歧管208并向上穿過CIRP 206中的孔，或者通過橫流噴射歧管222以及橫流噴頭242，以進(jìn)入橫流歧管226。橫流約束環(huán)210裝配在由膜框架274支撐的CIRP的頂部上。

應(yīng)當(dāng)注意，在一些實施方式中，CIRP板206可以主要或?qū)ｉT用作槽內(nèi)的電解液流阻性、流控制元件，從而是流成形元件，有時稱為渦輪板。該設(shè)計可以使用而不管板206是否通過例如平衡終端效果和/或調(diào)節(jié)與槽內(nèi)的流結(jié)合的電鍍添加劑的電場或運(yùn)動阻力來修改徑向沉積的均勻性。因此，例如，在TSV和WLP電鍍中，其中所述種晶金屬厚度通常是大的(如>1000埃厚)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，而從晶片種晶內(nèi)的歐姆的電壓降而產(chǎn)生的徑向不均勻性控制可能不太需要補(bǔ)償(至少部分因為在使用較厚種晶層的情況下中心到邊緣的不均勻性較不嚴(yán)重)。因此，CIRP板206可被稱為離子阻性離子可滲透元件，并作為流成形元件，并且可以通過改變離子電流的流量，改變材料的對流，或兩者來發(fā)揮沉積速率校正功能。

晶片和有溝道的板之間的距離

在一些實施方式中，晶片夾持器254和相關(guān)的定位機(jī)構(gòu)保持旋轉(zhuǎn)的晶片非?？拷袦系赖碾x子阻性元件206的平行上表面。在電鍍時，襯底通常定位成使得它平行于或大致平行于離子阻性元件(例如，約10°的范圍內(nèi))。雖然襯底可以在其上具有某些特征，但是在判定襯底和離子阻性板是否是基本上平行的時候僅考慮襯底的通常平坦的形狀。

在典型的情況下，分隔距離是約0.5-10毫米，或約2-8毫米。在一些情況下，分隔距離是約2毫米或更小，例如約1毫米或更小。這種板到晶片的小的距離可以產(chǎn)生在晶片上的與圖案的單個的孔的接近“成像”相關(guān)聯(lián)的電鍍圖案，尤其是在晶片旋轉(zhuǎn)中心的附近。在這種情況下，電鍍環(huán)的圖案(厚度或電鍍紋理)可在晶片中心附近產(chǎn)生。為了避免這種現(xiàn)象，在一些實施方式中，CIRP 206(特別是在晶片中心與晶片中心附近)中的單個的孔可以構(gòu)造為具有特別小的尺寸，例如小于板到晶片間隙的約1/5。當(dāng)與晶片旋轉(zhuǎn)耦合時，小孔徑允許向上流動作為來自板206的射流的沖擊流體的流速的時間平均并減少或避免小范圍的不均勻性(例如，量級為μm的那些)。盡管有上述的預(yù)防措施，并取決于所使用的鍍浴的性質(zhì)(例如，沉積的特定金屬、電導(dǎo)率和使用的浴添加劑)，但在某些情況下，由于不同厚度(例如，在圍繞晶片中心“牛眼”形狀)的時間平均曝光和接近成像的圖案以及對應(yīng)于所使用的單個孔圖案，沉積可能易于在微觀不均勻的圖案(例如，成形中心環(huán))中進(jìn)行。如果有限孔圖案產(chǎn)生不均勻的沖擊流圖案，可能發(fā)生這種情況并影響沉積。在這種情況下，已發(fā)現(xiàn)引入橫向流跨越晶片中心，和/或修改正好在中心和/或靠近中心的孔的規(guī)則圖案，這兩者均在很大程度上消除否則在那里發(fā)現(xiàn)的微觀不均勻性的跡象。有溝道的板的孔隙

在多種實施方式中，有溝道的離子阻性板206具有足夠小的孔隙率和孔尺寸以在正常操作的體積流率下提供粘性流阻背壓和高的垂直沖擊流率。在一些情況下，有溝道的離子阻性板206的約1-10％是允許流體到達(dá)晶片表面的開口區(qū)。在特定的實施方式中，板206的約2-5％是開口區(qū)。在特定的實施例中，板206的開口區(qū)域為約3.2％，有效總開口截面積為約23平方厘米。

有溝道的板的孔尺寸

有溝道的離子阻性板206的孔隙率可以以許多不同的方式實施。在多種實施方式中，它是用小直徑的許多垂直孔來實現(xiàn)的。在某些情況下，板206不包含單個“鉆”的孔，而是由連續(xù)多孔材料的燒結(jié)板制成。該燒結(jié)板的實施例在美國專利No.6964792[代理人案卷NOVLP023]中描述，該專利其全部內(nèi)容通過引用并入本發(fā)明。在一些實施方式中，鉆的非連通孔具有約0.01至0.05英寸的直徑。在一些情況下，孔的直徑為約0.02至0.03英寸。如上所述，在多種實施方式中，孔的直徑是有溝道的離子阻性板206與晶片之間的間隙距離的最多約0.2倍?？椎臋M截面通常但不必須是圓形的。另外，為了使結(jié)構(gòu)簡單，在板206中的所有孔可具有相同的直徑。然而，也不必須是這種情況，并且由于特定需要可能要求整個板表面上孔的單獨尺寸和局部密度兩者可以變化。

作為例子，由合適的陶瓷或塑料材料(通常為介電絕緣和機(jī)械堅固的材料)制成的固體板206具有設(shè)置在其中的大量的小孔，例如，至少約1000個或至少約3000個或至少約5000個或至少約6000個(直徑為0.026英寸的9465個孔已經(jīng)發(fā)現(xiàn)是有用的)。如所提到的，一些設(shè)計具有約9000個孔。板206的孔隙率通常小于約5％以便產(chǎn)生高沖擊速度需要的總流率并不太大。使用較小的孔相比于較大的孔有助于產(chǎn)生大的跨越板的壓降，從而有助于產(chǎn)生更均勻的通過板的向上的速度。

一般地，在整個有溝道的離子阻性板206的孔的分布具有均勻的密度和非隨機(jī)性。然而，在一些情況下，孔的密度可不同，尤其是在徑向方向上。在一個具體實施方式中，如下面更充分描述的，在該板的引導(dǎo)流朝向旋轉(zhuǎn)襯底中心的區(qū)域存在較大的密度和/或孔的直徑。此外，在一些實施方式中，在旋轉(zhuǎn)晶片的中心或在旋轉(zhuǎn)晶片的中心附近引導(dǎo)電解液的孔可相對于該晶片表面以非直角引導(dǎo)流。此外，在該區(qū)域中的孔圖案可以具有不均勻的電鍍“環(huán)”的隨機(jī)或部分隨機(jī)分布，以解決數(shù)量有限的孔和旋轉(zhuǎn)晶片之間可能的相互作用。在一些實施方式中，在分流器或約束環(huán)210的開口部分鄰近處的孔密度低于有溝道的離子阻性板206的離所連接的分流器或約束環(huán)210的開口部分較遠(yuǎn)處的區(qū)域的孔密度。

邊緣流元件

在許多實現(xiàn)方式中，電鍍結(jié)果可以通過使用邊緣流元件和/或流插入件來改善。一般來說，邊緣流元件影響襯底的外周附近、襯底和襯底夾持器之間的界面鄰近處的流分布。在一些實施方式中，邊緣流元件可以與CIRP集成。在一些實施方式中，邊緣流元件可以與襯底夾持器集成。在其它實施方式中，邊緣流元件可以是能安裝在CIRP或襯底夾持器上的單獨的部件。邊緣流元件可被用于如針對特定應(yīng)用所期望的調(diào)節(jié)襯底的邊緣附近的流分布。有利地，流元件促進(jìn)在襯底的外周附近的高度的橫流，從而促進(jìn)更均勻的(從襯底的中心到邊緣)、高質(zhì)量的電鍍結(jié)果。邊緣流元件通常沿徑向至少部分地位于襯底夾持器的內(nèi)邊緣/襯底的外周的內(nèi)部。在一些情況下，邊緣流元件可以至少部分地位于在其它位置，例如在襯底夾持器下方和/或襯底夾持器的沿徑向外部，如下面進(jìn)一步描述的。在本發(fā)明的一些附圖中，邊緣流元件稱為“流元件”。

邊緣流元件可以由各種材料制成。在一些情況下，邊緣流元件可以由與CIRP和/或襯底夾持器相同的材料制成。一般來說，合乎期望的邊緣流元件的材料是電絕緣的。

改善襯底的外周附近的橫流的另一種方法是使用快速的襯底旋轉(zhuǎn)。然而，快速的襯底旋轉(zhuǎn)呈現(xiàn)其自身一組缺點，并且在各種實施方式可被避免。例如，如果襯底被旋轉(zhuǎn)得太快，則它可以防止形成足夠的跨越襯底表面的橫流。因此，在一些實施方式中，襯底可以以介于約50-300RPM之間的速率旋轉(zhuǎn)，例如以介于約100-200RPM之間的速率旋轉(zhuǎn)。同樣地，在襯底的外周附近的橫流可以通過使用CIRP和襯底之間的相對較小的間隙來促進(jìn)。然而，較小的CIRP-襯底間隙導(dǎo)致較敏感的并對工藝變量有較嚴(yán)格的公差范圍的電鍍工藝。

圖13A呈現(xiàn)了顯示針對在沒有邊緣流元件的情況下電鍍的圖案化襯底的凸起高度與在襯底上徑向位置的關(guān)系的實驗結(jié)果。圖13B呈現(xiàn)出顯示針對相對于圖13A所描述的圖案化襯底的裸芯片內(nèi)不均勻性與襯底上徑向位置的關(guān)系的實驗結(jié)果。值得注意的是，凸起高度朝向襯底的邊緣減小。不希望受到理論或作用機(jī)制的束縛，相信該減小的凸起高度是襯底的外周附近的相對較低的電解液流的結(jié)果。在襯底-襯底夾持器界面附近的差的對流條件導(dǎo)致較低的局部金屬濃度，從而導(dǎo)致減小的鍍覆速率。此外，光致抗蝕劑在襯底的邊緣附近通常較厚，該增大的光致抗蝕劑厚度導(dǎo)致更深的特征，針對較深的特征比較難以實現(xiàn)充分的對流，從而導(dǎo)致在襯底的邊緣較小的電鍍速率。如圖13B所示，在襯底的邊緣附近的減小的電鍍速率/減小的凸起高度對應(yīng)于裸芯片內(nèi)-不均勻性的增大。裸芯片內(nèi)-不均勻性計算為((裸芯片中最大凸起高度)-(裸芯片中最小凸起高度))/(2*裸芯片中平均凸起高度)。

圖14A描繪了在裝置的出口側(cè)在襯底1400的外周附近的電鍍裝置的結(jié)構(gòu)。如箭頭所示，電解液通過在CIRP1404上方和襯底1400下方流動并在襯底夾持器1406下方流出而離開橫流歧管1402。在這個例子中，CIRP 1404具有位于襯底1400下方的基本上平坦的部分。在襯底1400和襯底夾持器1406之間的界面附近的區(qū)域的邊緣，CIRP 1404成角度向下，然后再次變平。圖14B描繪了示出有關(guān)在圖14A中所示的區(qū)域中的襯底1400和CIRP 1404之間的流分布的模擬結(jié)果的圖。

模擬結(jié)果表明在離襯底的表面0.25毫米的位置的預(yù)測的剪切速度。值得注意的是，在襯底的邊緣附近剪切流大幅減小。

圖15描繪了有關(guān)凸起高度與襯底上的徑向位置的關(guān)系的實驗結(jié)果以及顯示剪切流與襯底上的徑向位置(在電解液出口側(cè))的模擬結(jié)果。在這個例子中，在鍍覆期間襯底不旋轉(zhuǎn)。實驗的凸塊高度結(jié)果遵循與預(yù)測的剪切速度相同的趨勢，這表明較低的剪切速度可能在低邊緣凸起高度方面起作用。

圖16A描繪了顯示裸芯片內(nèi)不均勻性與襯底上的徑向位置的關(guān)系的實驗結(jié)果。圖16B描述了顯示光致抗蝕劑的厚度與襯底上的徑向位置的關(guān)系的實驗結(jié)果。圖16A和16B一起表明在光致抗蝕劑厚度和裸芯片內(nèi)不均勻性之間有很強(qiáng)的相關(guān)性，在襯底的邊緣附近發(fā)現(xiàn)較大的抗蝕劑的厚度和不均勻性。

圖17A示出了具有邊緣流元件1710安裝在其中的電鍍槽的橫截面圖。邊緣流元件1710位于襯底1700的邊緣下方，靠近襯底1700和襯底夾持器1706之間的界面。在本實施方式中，CIRP 1704成形為包括與襯底1700幾乎共同延伸的凸起平臺區(qū)域。在一些實施方式中，邊緣流元件1710全部或部分沿徑向定位在CIRP 1704的凸起部的外部。邊緣流元件1710也全部或部分被定位在CIRP1704的凸起部上。如箭頭所示，電解液流經(jīng)橫流歧管1702。分流器1708有助于使電解液所經(jīng)過的路徑成形。分流器1708在入口側(cè)(橫流起源于該處)與出口側(cè)有不同的形狀，以促進(jìn)跨越襯底的表面的橫流。

如在圖17A中所示，電解液進(jìn)入在電鍍槽的入口側(cè)的橫流歧管1702。電解液圍繞邊緣流元件1710流動，通過橫流歧管1702，第二次圍繞邊緣流元件1710，并通過出口流出。如上所述，電解液還通過向上行進(jìn)通過CIRP1704中的通孔進(jìn)入橫流歧管1702。邊緣流元件1710的一個目的是增大在襯底1700和襯底夾持器1706之間的界面的對流。該界面在圖17B中更詳細(xì)地示出。在不使用邊緣流元件1710的情況下，以虛線圓示出的區(qū)域中的對流是不合期望的低。邊緣流元件1710影響襯底1700的邊緣的附近的電解液的流動路徑，從而促進(jìn)在以虛線圓示出的區(qū)域中的較大的對流。這有助于克服在襯底邊緣附近的低對流和低電鍍速率。因此，這可能有助于對抗由于不同的光致抗蝕劑/特征的高度而產(chǎn)生的差異，如相對于圖16A和16B所說明的。

在一些實施方式中，邊緣流元件1710被成形為使得在橫流歧管1702中的橫流將被引導(dǎo)更優(yōu)選地到由襯底1700和襯底夾持器1706形成的拐角內(nèi)。可以使用各種形狀來實現(xiàn)這一目的。

圖18A-18C描繪了在電鍍槽中安裝邊緣流元件1810的三種可用的配置。也可以使用各種其它配置。不管確切的配置如何，在許多情況下邊緣流元件1810可以成形為類似于環(huán)形或弧形，但圖18A-18C僅示出了邊緣流元件1810的一側(cè)的橫截面圖。在第一配置(類型1，圖18A)中，邊緣流元件1810連接到CIRP 1804。在本實施例中的邊緣流元件1810不包括用于電解液在邊緣流元件1810和CIRP 1804之間流動的任何流旁路。因此，所有的電解液流經(jīng)邊緣流元件1810。在第二配置(類型2，圖18B)，邊緣流元件1810連接到CIRP1804并包括在邊緣流元件和CIRP之間的流旁路。流旁路通過邊緣流元件1810中的通道形成。這些通道允許一定量的電解液流動通過邊緣流元件1810(在邊緣流元件1810的上拐角和CIRP 1804之間)。在第三配置(類型3，圖18C)，邊緣流元件1810連接到襯底夾持器1806。在本實施例中，電解液可以在邊緣流元件1810和CIRP 1804之間流動。另外，邊緣流元件1810中的通道允許電解液的流通過邊緣流元件1810，非常靠近襯底1800和襯底夾持器1806之間的界面。圖18D呈現(xiàn)了概括在圖18A-18C中所示的邊緣流元件的一些特性的表格。

圖19A-19E呈現(xiàn)了用于實現(xiàn)在邊緣流元件1910中的可調(diào)節(jié)性的不同方法的實施例。在一些實施方式中，邊緣流元件1910可以被安裝在固定的位置，例如，在CIRP 1904上，并有固定的幾何形狀，如圖19A所示。然而，在許多其他情況下，安裝/使用邊緣流元件的方式會存在額外的靈活性。例如，在一些情況下，在電鍍工藝中間可(手動或自動)調(diào)節(jié)邊緣流元件的位置/形狀(例如，以相對于其他電鍍工藝調(diào)整特定電鍍工藝，如所期望的)，或在電鍍工藝內(nèi)可(手動或自動)調(diào)節(jié)邊緣流元件的位置/形狀(例如，以調(diào)整單個電鍍工藝內(nèi)隨時間推移的電鍍參數(shù))。

在一個實施例中，墊片可被用于調(diào)節(jié)邊緣流元件的位置(并且在一定程度上調(diào)整形狀)。例如，可設(shè)置一系列墊片，其具有針對不同的應(yīng)用的各種不同高度的墊片和期望的流模式/特性。墊片可以在CIRP和邊緣流元件之間安裝以抬高邊緣流元件的高度，從而減小邊緣流元件和襯底/襯底夾持器之間的距離。在某些情況下，墊片可以以方位角不對稱的方式使用，從而在不同的方位角位置實現(xiàn)不同的邊緣流元件的高度。相同的結(jié)果可使用螺釘(如圖19B和19C中的元件1912所示)或其它機(jī)械特征以定位流成形元件來實現(xiàn)。圖19B和19C示出了其中螺釘1912可以被用來控制邊緣流元件1910的位置的兩種實施方式。如同墊片一樣，螺釘1912(沿著邊緣流元件1910位于不同位置)可以以導(dǎo)致邊緣流元件1910的方位角不對稱定位的方式(例如，通過定位螺釘1912在不同的高度)定位。在圖19B和19C中的每一個中，邊緣流元件1910被示出在兩個不同的位置。在19B中，邊緣流元件通過圍繞樞軸點旋轉(zhuǎn)在兩個(或更多個)位置之間變化。在圖19C中，通過以線性的方式移動邊緣流元件，邊緣流元件在兩個(或更多個)位置之間變化?？商峁╊~外的螺釘或其他定位機(jī)構(gòu)用于額外的支持。

在一些實現(xiàn)方式中，在電鍍工藝期間邊緣流元件1910的位置和/或形狀可被動態(tài)地調(diào)節(jié)，例如，使用電動或氣動致動器調(diào)節(jié)。圖19D和19E呈現(xiàn)了其中即使在電鍍工藝期間通過使用旋轉(zhuǎn)致動器1913(圖19D)或線性致動器1915(圖19E)使邊緣流元件1910可以動態(tài)地移動的實施方式。該調(diào)節(jié)允許隨著時間的推移對電解液流進(jìn)行精確控制，從而允許高程度可調(diào)性并促進(jìn)高質(zhì)量的電鍍結(jié)果。

返回到圖18D，由于邊緣流元件1810連接到CIRP 1804(在電鍍過程中它通常不旋轉(zhuǎn))，在圖18A和18B中所示的第一和第二配置分別允許在邊緣流元件1810是方位角不對稱的。不對稱性可涉及邊緣流元件1810的位于電鍍槽的入口側(cè)附近的部分與邊緣流元件的位于其他位置(例如電鍍槽的出口側(cè)附近)的部分之間的形狀差異。該方位角不對稱性可用于對抗由于在電鍍過程中電解液橫流跨越襯底表面的方式而產(chǎn)生的不均勻性。該不對稱性可涉及在邊緣流元件1810的形狀中的多個特征的差異，例如高度、寬度、邊緣的圓度/銳利度、流旁路通路的存在、垂直位置、水平/徑向位置等。在圖18C中所示的第三配置，其被安裝在襯底夾持器1806上，也可以是方位角不對稱的。然而，由于在許多實施方式中，在電鍍期間襯底1800和襯底夾持器1806旋轉(zhuǎn)，因此邊緣流元件1810中的任何不對稱性將可能達(dá)到平衡(average-out)，這是由于在電鍍期間邊緣流元件1810與襯底1800一起旋轉(zhuǎn)(至少在其中邊緣流元件被連接到襯底夾持器1806的情況中，如在圖18C的實施方式中)。因此，當(dāng)邊緣流元件被連接到襯底夾持器并與襯底夾持器一起旋轉(zhuǎn)時，具有方位角不對稱的邊緣流元件通常不是有益的。出于這個原因，圖18D列出“無*”涉及第三配置的方位角不對稱性。描述的所有的配置被認(rèn)為是在本發(fā)明的實施方式的范圍之內(nèi)。

圖20A-20C示出了其中邊緣流元件2010可以是方位角不對稱的多種方式。圖20A-20C描繪了位于電鍍槽中(例如在CIRP 2004上)的邊緣流元件2010的俯視圖。也可以使用其它連接方法，如以上所討論的。在每個實施例中，示出了邊緣流元件2010的橫截面形狀。在圖20A中，邊緣流元件2010是方位角對稱的并圍繞襯底的整個外周延伸。這里，邊緣流元件2010具有三角形的橫截面，具有朝向邊緣流元件2010的內(nèi)邊緣定位的最高部。在圖20B中，邊緣流元件是方位角不對稱的并圍繞邊緣流元件2010的整個外周延伸。這里，因為邊緣流元件在電解液入口附近具有第一橫截面形狀(例如，三角形)，而在電解液出口(相對于入口定位)附近具有第二橫截面形狀(例如，圓形柱形)，所以導(dǎo)致方位角不對稱。

在類似的實施方式中，可以使用橫截面形狀的任意組合。一般而言，橫截面形狀可以是任何形狀，包括但不限于，三角形、正方形、長方形、圓形、橢圓形、圓角的、彎曲的、尖的、梯形的、波狀、沙漏形等。可以或可以不通過邊緣流元件2010本身來提供流通道。在另一個類似的實施方式中，橫截面形狀可以是相似的，但具有圍繞外周的不同的尺寸，因而引入方位角不對稱性。同樣地，橫截面形狀可以是相同的或相似的，但定位在相對于襯底/襯底夾持器和/或CIRP 2004的不同的垂直和/或水平的位置。向不同的橫截面形狀的過渡可以是突然的或循序漸進(jìn)的。在圖20C中，邊緣流元件2010只存在于某些方位角位置。這里，邊緣流元件2010只存在于電鍍槽的下游(出口)側(cè)。在一個類似的實施方式中，邊緣流元件可以只存在于電鍍槽的上游(入口)側(cè)。方位角不對稱的邊緣流元件可以特別有利于調(diào)諧電鍍結(jié)果以克服由于橫向流動的電解液而造成的任何的不對稱性。這有助于促進(jìn)均勻、高質(zhì)量的電鍍結(jié)果。顯而易見，方位角不對稱性可能源于邊緣流元件的形狀、尺寸(例如，高度和/或?qū)挾?、相對于襯底邊緣的位置，旁路區(qū)域存在或配置等的方位角變化。

對于圖20C，在某些實施方式中，圓弧形的邊緣流元件2010可靠近襯底的外周延伸至少約60°、至少約90°、至少約120°、至少約150°、至少約180°、至少約210°、至少約240°、至少約270°、或至少約300°。在這些或其它實施方式中，弧形邊緣流元件可延伸不大于約90°、不大于約120°、不大于約150°、不大于約180度、不大于約210°、不大于約240°、不大于約270°、不大于約300°、或不大于約330°?；⌒蔚闹行目梢远ㄎ辉卩徑肟趨^(qū)，出口區(qū)(與入口區(qū)相對)，或偏離入口/出口區(qū)的一些其他位置。在其中使用方位角不對稱的某些其他實施方式中，在本段描述的弧形可以對應(yīng)于顯示這樣的不對稱性的區(qū)域的大小。例如，由于在沿著邊緣流元件的不同位置安裝不同的墊片高度，因而環(huán)形邊緣流元件可以具有方位角不對稱性，例如如參照圖22說明的(下面進(jìn)一步描述)。在一些這樣的實施方式中，具有相對較厚或較薄的墊片的區(qū)域(從而在安裝后分別導(dǎo)致相對較高或較矮的邊緣流元件)可以跨越具有上述任何最小和/或最大尺寸的弧形。在一個例子中，具有相對較大墊片的區(qū)域跨越至少約60°，并且不超過約150°?？梢允褂昧谐龅幕〉某叽绲娜魏谓M合，并且存在的方位角不對稱性可以是本發(fā)明所描述的任何類型的不對稱性。

圖21描繪了具有邊緣流元件2110安裝在其中的電鍍槽的橫截面圖。在這個例子中，邊緣流元件2110沿徑向被定位在CIRP 2104的凸起的平臺部的外部。邊緣流元件2110的形狀允許入口附近的電解液以一定角度向上行進(jìn)到達(dá)橫流歧管2102，并且類似地，允許出口附近的電解液以一定角度向下行進(jìn)流出橫流歧管2102。如圖19A-19E所示，邊緣流元件的最上部可在CIRP的凸起部的平面之上延伸。在其他情況下，邊緣流元件的最上部可以與CIRP2104的凸部平齊。在一些情況下，邊緣流元件的位置是可調(diào)節(jié)的，如在本文別處所述。邊緣流元件2110的形狀和位置可促進(jìn)在襯底2100和襯底夾持器2100之間的拐角附近的較大程度的橫流。

圖22A示出了CIRP 2204和邊緣流元件2210的橫截面圖。在該例子中，邊緣流元件2210是裝配入CIRP 2204中的槽2216的可移動的部件。圖22B提供了在圖22A中所示的邊緣流元件2210和CIRP 2204的額外的示意圖。在本實施方式中，使用高達(dá)12個螺釘將邊緣流元件2210放置在CIRP 2204的適當(dāng)位置，該12個螺釘提供了用于調(diào)節(jié)邊緣流元件2210的高度/位置的12個單獨的位置。在相似的實施方式中，可使用任意數(shù)量的螺釘/調(diào)節(jié)件/連接點。CIRP 2204可以包括第二槽2217，其可提供用于電解液流出橫流歧管的出口，從而促進(jìn)橫向流動的電解液。使用一系列螺釘(在圖22A和22B未示出)將邊緣流元件2210固定到CIRP 2204中的槽2216。

圖22C提供了當(dāng)電解液流出橫流歧管時橫流的x方向上的速率的模擬結(jié)果。也如圖22C所示，可以使用一系列墊片2218(在這個例子中，圍繞螺釘2212裝配的墊片墊圈，螺釘2212將邊緣流元件2210固定到CIRP 2204中的槽2216)來調(diào)節(jié)在圍繞邊緣流元件2210的各個位置上邊緣流元件2210的高度。墊片的高度被標(biāo)記為H。這些高度可以被獨立地調(diào)節(jié)，以獲得在邊緣流元件2210的頂部和襯底之間的方位角不對稱的距離(未示出)。在這個例子中，邊緣流元件2210被定位成使得邊緣流元件2210的內(nèi)邊緣延伸到在CIRP2204的凸起部上方的高度/位置，如圖中黑色圓圈所示。

在一些實施方式中，邊緣流元件的最上部與CIRP的最上部之間的垂直距離可以是介于約0-5毫米之間，例如介于約0-1毫米之間。在這些或其他情況下，在邊緣流元件上的一個或多個位置，該距離可以是至少約0.1毫米，或至少約0.25毫米。邊緣流元件的最上部和襯底之間的垂直距離可以是介于約0.5-5毫米之間，在某些情況下，介于約1-2毫米之間。在多種實施方式中，邊緣流元件的最上部和CIRP的最上部之間的距離為CIRP的凸起部和襯底表面之間的距離的約10-90％之間，在某些情況下約25-50％之間。在本段中引用的“CIRP的最上部”不包括邊緣流元件本身(例如，在其中邊緣流元件與CIRP集成的情況下)。典型地，CIRP的最上部是CIRP的上表面，CIRP的上表面在橫流歧管中定位成與襯底相對。在各種實施方式中，如圖21所示，CIRP包括凸起的平臺部分。在這樣的實施方式中，“CIRP的最上部”是CIRP的凸起的平臺部分。在其中CIRP包括一系列在其上的凸起的實施方式中，凸起的頂部對應(yīng)于“CIRP的最上部”。當(dāng)判定什么是CIRP的最上部時，只考慮CIRP的位于襯底正下方的區(qū)域。

返回到圖22C的實施方式，在不使用墊片2218(或使用適當(dāng)?shù)乇〉膲|片2218)的情況下，邊緣流元件2210的頂部可以大致與CIRP 2204的凸起部共面。在一種具體實施方式中，邊緣流元件2210是如圖22C所示的，并且墊片2218以方位角不對稱的方式設(shè)置，使得在電鍍槽的入口側(cè)附近，邊緣流元件2210的頂部與CIRP 2204的凸起部大致共面，邊緣流元件2210的頂部在CIRP 2204的凸起部下方(例如在入口附近不設(shè)置墊片，在入口附近設(shè)置較少墊片和/或較薄的墊片)，并且在電鍍槽的出口側(cè)附近，邊緣流元件2210的頂部在CIRP 2204的凸起部上方但沿徑向在CIRP 2204的凸起部的外部(例如在出口附近相比于入口設(shè)置較多墊片和/或較厚的墊片)。

值得注意的是，在襯底2200和襯底保持夾持器2206之間形成的拐角中的流率有點低，但相比于其中不設(shè)置邊緣流元件2210的情況有改善。

圖22D描繪了示出使用圖22C所示的設(shè)置針對幾種不同的墊片厚度在襯底附近與在襯底上的徑向位置的橫流(即，在水平方向上的流)的x方向速率的模擬結(jié)果。墊片的高度對襯底的邊緣附近的橫流的速率有強(qiáng)烈影響。一般來說，墊片越厚，襯底的邊緣附近的橫流的速率越大。這種在襯底的外周附近的橫流增大可補(bǔ)償在襯底邊緣附近典型地獲得的低電鍍速率(例如，如上所述，作為裝置的幾何形狀和/或光致抗蝕劑厚度的結(jié)果)。這些差異允許邊緣流輪廓能通過簡單地改變在相關(guān)位置上的墊片的高度來調(diào)節(jié)/調(diào)整。

在某些實施方式中，邊緣流元件具有介于約0.1-50毫米之間的寬度(作為外徑和內(nèi)徑之間的差測量)。在某些這樣的情況下，該寬度為至少約0.01毫米或至少約0.25毫米。通常情況下，該寬度的至少一部分沿徑向定位在襯底夾持器的內(nèi)邊緣的內(nèi)部。邊緣流元件的高度在很大程度上取決于電鍍裝置的其余部分的幾何形狀，例如橫流歧管的高度。另外，邊緣流元件的高度取決于該元件是如何安裝在電鍍裝置，以及在設(shè)備的其他部件中獲得的容納空間(例如，加工成CIRP的槽)內(nèi)。在某些實現(xiàn)方式中，邊緣流元件可以具有介于約0.1-5毫米之間，或約1-2毫米之間的高度。在墊片被使用的情況下，它們可以設(shè)置為各種厚度。這些厚度也取決于電鍍裝置的幾何形狀和在CIRP或裝置的用于固定邊緣流元件在其中的其他部件中獲得的容納空間。例如，如果邊緣流元件裝配到CIRP中的槽中，如圖22A和22B所示，如果在CIRP中的槽是相對較深的，那么可能需要相對較厚的墊片。在一些實施方式中，墊片可具有介于約0.25-4毫米之間或介于約0.5-1.5毫米之間的厚度。

在位置方面，邊緣流元件通常定位成使得邊緣流元件的至少一部分是襯底支撐件的內(nèi)邊緣的沿徑向的內(nèi)部。在許多情況下，這意味著邊緣流元件定位成使得邊緣流元件的至少一部分是襯底本身的邊緣的沿徑向的內(nèi)部。在某些實施方式中，邊緣流元件從襯底支撐件的內(nèi)邊緣向內(nèi)延伸的水平距離可為至少約1毫米，或至少約5毫米，或至少約10毫米或至少約20毫米。在一些實施方式中，該距離為約30毫米或更小，例如約20毫米或更小，約10毫米或更小，或約2毫米或更小。在這些或其他實施方式中，邊緣流元件從襯底支撐件的內(nèi)邊緣徑向向外延伸的水平距離可以是至少約1毫米，或至少約10毫米。一般地，邊緣流元件從襯底支撐件的內(nèi)邊緣徑向向外延伸的距離沒有上限，只要邊緣流元件可以裝配在電鍍裝置內(nèi)即可。

圖23A描繪了其中使用具有斜坡形的邊緣流元件的電解液流的模擬結(jié)果。在圖23A中，顏色漸變區(qū)涉及電解液流動通過的區(qū)域。不同的色彩表示電解液流動的速率。顏色漸變區(qū)上面的白色空間對應(yīng)于襯底和襯底夾持器(例如圖22C中標(biāo)記的)。顏色漸變區(qū)下面的白色空間對應(yīng)于CIRP和邊緣流元件。對于這個例子，邊緣流元件可以是任何形狀，邊緣流元件與CIRP一起產(chǎn)生具有圖23A中所示的形狀的流路。在一些情況下，邊緣流元件可以簡單地是CIRP的邊緣。在圖23A中，CIRP/邊緣流元件一起導(dǎo)致在襯底和襯底夾持器之間的界面附近的斜坡形狀。如圖中所示，斜坡具有斜坡高度，其在CIRP的凸起部上方延伸。斜坡具有沿徑向位于襯底的邊緣和襯底夾持器之間的界面的內(nèi)部的最大高度。在一些實施方式中，斜坡高度可介于約0.25-5毫米之間，例如介于約0.5-1.5毫米之間。斜坡的最大高度和襯底夾持器(在圖23A中標(biāo)示為“斜坡從杯體內(nèi)凹”)的內(nèi)邊緣之間的水平距離可以是介于約1-10毫米之間，例如介于約2-5毫米之間，襯底夾持器的內(nèi)邊緣和斜坡的開始之間的水平距離(標(biāo)示在圖23A的“內(nèi)坡道寬度”)可以是大約1-30毫米之間，例如約5-10毫米之間。水平斜坡的開始和斜坡的端部之間的距離(在圖23A標(biāo)記為“總計斜坡寬度”)可以是介于約5-50毫米之間，例如約10-20毫米之間。斜坡在斜坡的內(nèi)邊緣傾斜的平均角度可以是介于約10-80度之間。斜坡在斜坡的外邊緣上傾斜的平均角度可以是介于約10-80度之間，例如介于約40-50度之間。斜坡的頂部可以是銳角，也可以是平滑的，如圖所示。

圖23B描繪了示出針對不同的斜坡高度的流率與襯底的徑向位置的關(guān)系的模擬結(jié)果。較高的坡道高度導(dǎo)致較高的速率的流。較高的坡道高度與較顯著的壓降相關(guān)。

圖24A描述了涉及另一種類型的邊緣流元件的模擬結(jié)果。在這個例子中，邊緣流元件(其如同在圖23A中的邊緣流元件一樣可以是連接到CIRP的單獨的部件，或者可以與CIRP集成)，并且其包括允許電解液流過邊緣流元件中的通道的流旁路。流旁路通路的長度被標(biāo)記為“長度”，并且流旁路通路的高度標(biāo)為“旁路高度”?！靶逼赂叨取敝傅氖橇髋月吠返捻敳亢推碌赖捻敳恐g的垂直距離。在某些實施方式中，流旁路通路可以具有至少約1毫米，或至少約5毫米的最小長度，和/或約2毫米，或約20毫米的最大長度。流旁路通路的高度可以是至少約0.1毫米，或至少約4毫米。在這些或其他情況下，流旁路通路的高度可為約1毫米或更小，或約8毫米或更小。在一些實施方式中，流旁路通路的高度可以是在CIRP(例如，CIRP的凸起部，如果存在的話)與襯底之間的距離(該距離也是橫流歧管的高度)的約10-50％之間。同樣地，斜坡的高度可以是在CIRP和襯底之間的距離的約10-90％之間。這可對應(yīng)于至少約0.2毫米，或者在某些情況下，至少約4.5毫米的斜坡高度。在這些或其他情況下，斜坡的高度可以是約6毫米或更小，例如約1毫米或更小。

圖24B描繪了使用圖24A中標(biāo)記的參數(shù)的不同的值運(yùn)行的模擬結(jié)果。值得注意的是，結(jié)果顯示這些幾何形狀參數(shù)可被改變以調(diào)節(jié)襯底的邊緣的流，從而實現(xiàn)針對任何給定的應(yīng)用的合乎期望的流模式。在曲線圖所示的不同的情況之間進(jìn)行區(qū)分是沒有必要的。相反，對于顯示不同的流模式可以通過改變邊緣流元件的幾何形狀來實現(xiàn)，結(jié)果是相關(guān)的。

圖25呈現(xiàn)與位于襯底2500和襯底夾持器2506之間形成的拐角中的邊緣流元件2510相關(guān)的流模擬結(jié)果。在本實施例中，邊緣流元件2510包括流旁路通路以允許電解液流動，如圖所示。值得注意的是，電解液可以在CIRP 2504和邊緣流元件2510之間流動，并且也在邊緣流元件2510和襯底2500/襯底夾持器2506之間流動。在一個實施例中，邊緣流元件可以直接連接到襯底夾持器，如相對于圖18C所述。在另一實施例中，邊緣流元件可以直接連接到CIRP，如相對于圖18B所述。

圖26A-26D描繪了根據(jù)多種實施方式所述的邊緣流插入件的若干實施例。在每種情況下僅示出邊緣流元件的一部分。通過將這些邊緣流元件連接到CIRP，它們可安裝在電鍍槽中，例如相對于圖22A所述。在圖26A-26D中所示的邊緣流元件被制造成具有不同的高度，不同的流旁路通路的高度，不同的角度，不同程度的方位角對稱性/不對稱性，等等。在圖26A和26B中的邊緣流元件容易可見的一種類型的不對稱性是在某些方位角位置，不存在流旁路通路，并且電解液必須自始至終在這些位置上的邊緣流元件的最上部上方行進(jìn)，以流出電鍍槽。在邊緣流元件的最上部上的其它位置，存在流旁路通路，允許電解液能在邊緣流元件的最上部上方和下方流動。在某些實施方式中，邊緣流元件包括具有流旁路通路的(多個)部分和沒有流旁路通路的(多個)部分，不同的部分被定位在不同的方位角位置，如圖26A和26B所示。邊緣流元件可以被安裝在電鍍裝置中使得具有流旁路通路的(多個)部分與電鍍槽的入口/出口區(qū)中的一者或兩者對準(zhǔn)。在一些實施方式中，邊緣流元件可以被安裝在電鍍裝置中使得缺乏流旁路通路的(多個)部分與電鍍槽的入口/出口區(qū)中的一者或兩者對準(zhǔn)。

使邊緣流元件可以是方位角不對稱的另一種方法是通過在邊緣流元件上的不同位置設(shè)置不同尺寸的流旁路通路。例如，入口和/或出口附近的流旁路通路比離入口和/或出口較遠(yuǎn)處的流旁路通路可以較寬或較窄，或較高或較矮。同樣，入口附近的流旁路通路比出口附近的流旁路通路可以較寬或較窄，或較高或較矮。在這些或其他情況下，相鄰流旁路通路之間的空間可以是不均勻的。在一些實施方式中，流旁路通路在入口和/或出口區(qū)域附近相比于在離入口和/或出口較遠(yuǎn)的區(qū)域可更靠近在一起(或更遠(yuǎn)離)。同樣地，流旁路通路在入口區(qū)附近相比于在出口區(qū)更靠近在一起(或更遠(yuǎn)離)。因此流旁路通路的形狀也可以是方位角不對稱的，例如，以促進(jìn)橫流。實現(xiàn)此目的的一種方式可以使用在一定程度上與橫流的方向?qū)?zhǔn)的流旁路通路。在一些實施方式中，邊緣流元件的高度是方位角不對稱的。在一些實施方式中，相對較高的部分可以與電鍍裝置的入口和/或出口側(cè)對齊。同樣的結(jié)果可以使用利用不同高度的墊片安裝到CIRP上的具有方位角對稱高度的邊緣流元件來實現(xiàn)。

雖然理解電解液可在許多位置流出電鍍槽，但電鍍槽的“出口區(qū)”被理解為與入口相對的區(qū)(橫向流動的電解液發(fā)起的地方，不考慮進(jìn)入CIRP中的橫流歧管通孔的電解液)。換言之，入口對應(yīng)于上游區(qū)，其中橫流基本上發(fā)起，以及出口對應(yīng)于下游區(qū)，下游區(qū)與上游區(qū)相對。

圖27A-27C呈現(xiàn)了用于圖28-30描述的一些實驗的實驗設(shè)置。在這一系列的測試中，邊緣流元件2710在不同位置在不同高度安裝在CIRP2704中。使用四種不同的設(shè)置，在圖27A中標(biāo)記為A、B、C和D。不同高度的墊片被用于定位邊緣流元件2710在不同的高度。如圖27A所示，邊緣流元件2710在概念上分為上游部分2710a(介于約9點鐘位置和3點鐘位置之間)和下游部分2710b(介于約4點鐘位置和8點鐘位置之間)。邊緣流元件2710的上游部分2710a與橫流歧管的入口對準(zhǔn)(例如，入口的中心位于約12點鐘位置)。在圖27B的表中描述被測試的不同設(shè)置。在圖27A中，應(yīng)當(dāng)理解，CIRP 2710通常比在圖中的底部所示的長得多/寬得多。

圖27B中的表描繪了與實驗設(shè)置相關(guān)的3種間隙高度。第一間隙高度(晶片與CIRP的間隙)對應(yīng)于襯底表面與CIRP的凸起部之間的距離。這是橫流歧管的高度。第二間隙的高度(上游間隙)對應(yīng)于襯底與邊緣流元件的針對邊緣流元件的上游部分的最頂端之間的距離。類似地，第三間隙高度(下游間隙)對應(yīng)于襯底和邊緣流元件的針對邊緣流元件的下游部分的最頂端之間的距離。在設(shè)置A，上游間隙和下游間隙的大小都與襯底與CIRP的間隙的大小相同。在此，邊緣流元件的頂部與CIRP的凸起部齊平。在設(shè)置B，上游間隙和下游間隙是相等的，并且都小于襯底與CIRP的間隙。在這個例子中，邊緣流元件以方位角對稱的方式延伸至高于CIRP的凸起部的位置。在設(shè)置C，上游間隙的與襯底與CIRP的間隙的大小相同，而下游間隙較小。在這個例子中，邊緣流元件與在邊緣流元件的上游位置處的CIRP的凸起部齊平，并且比在邊緣流元件下游的位置的CIRP的凸起部高。設(shè)置D類似于設(shè)置C，具有甚至更小的下游間隙。邊緣流元件和襯底之間較小的間隙是利用邊緣流元件和CIRP之間較大的墊片的結(jié)果。圖27C描繪了有關(guān)在不同位置的電解液的橫流速率的模擬結(jié)果。該圖顯示相對于圖27A和27B的基本實驗設(shè)置的幾何形狀。

圖28呈現(xiàn)與相對于圖27A-27C所述的設(shè)置A和B相關(guān)的實驗結(jié)果。對于這個實驗，在電鍍期間襯底不旋轉(zhuǎn)。圖28中的圖示出了電鍍凸起高度與在襯底上的徑向位置的關(guān)系。結(jié)果表明設(shè)置B相比于設(shè)置A導(dǎo)致在襯底的邊緣附近有顯著更均勻的凸起高度。這表明抬高邊緣流元件至CIRP的凸起部的平面之上會對電鍍均勻性有實質(zhì)益處。

圖29呈現(xiàn)了與相對于圖27A-27C描述的設(shè)置A-D相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)。圖表示裸芯片(die)不均勻性與襯底上的徑向位置的關(guān)系。較低程度的不均勻性是期望的。在各種實施方式中，可以有<5％的裸芯片內(nèi)不均勻性的目標(biāo)。D設(shè)置表現(xiàn)最佳(最低的不均勻性)。而B和C設(shè)置也比A設(shè)置表現(xiàn)更好。因此，相信抬高邊緣流元件至凸起CIRP的平面上方有特別益處，特別是(但不一定限于)在邊緣流元件下游的位置。

圖30呈現(xiàn)了描繪針對相對于圖27A-27C所描述的設(shè)置A-D的電鍍凸起高度與襯底的徑向位置的關(guān)系的實驗結(jié)果。設(shè)置D導(dǎo)致最均勻的邊緣輪廓，以及最低的裸芯片內(nèi)不均勻性。在圖30中所示的“WiD”值涉及在電鍍后的襯底上觀察到的裸芯片內(nèi)厚度不均勻性。

應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明中描述的配置和/或方法在本質(zhì)上是示例性的，并且這些具體實施方式或?qū)嵤├灰韵拗菩砸饬x來考慮，因為許多變化方案是可行的。本發(fā)明描述的特定例程或方法可以代表任意數(shù)量的處理方案中的一個或多個。因此，所示的各種操作可以以示出的序列執(zhí)行，以其它序列執(zhí)行，并行地執(zhí)行或在某些情況下省略。同樣，上述方法的順序可以改變。

本公開內(nèi)容的主題包括本發(fā)明以上所述的各種方法、系統(tǒng)和配置的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合，以及其它特征、功能、操作、和/或特性，以及它們的任何和所有等同方案。

其他實施例

在本節(jié)中呈現(xiàn)了表明通過橫流歧管226改善的橫流是合乎期望的一些觀察數(shù)據(jù)。在本節(jié)中，測試了兩種基本的電鍍槽設(shè)計。兩種設(shè)計包含約束環(huán)210，有時被稱為分流器，限定橫流歧管226在有溝道的離子阻性板206的頂部。兩種設(shè)計都不包括邊緣流元件，但如所期望的這樣的元件可被添加到任一設(shè)置中。第一個設(shè)計，有時稱為控制設(shè)計和/或TC1設(shè)計，不包括通向該橫流歧管226的側(cè)入口。相反，在對照設(shè)計中，所有進(jìn)入橫流歧管226的流在CIRP206下方始發(fā)并向上行進(jìn)穿過CIRP 206中的孔然后沖擊在晶片上并跨越襯底的面流動。第二個設(shè)計，有時稱為第二設(shè)計和/或TC2設(shè)計，包括用于直接噴射流體到橫流歧管226中而不穿過CIRP 206中的通道或孔的橫向流噴射歧管222和所有相關(guān)聯(lián)的硬件(然而，注意在某些情況下，輸送到橫流噴射歧管的流通過CIRP 206的外周附近的專用通道，這些通道與用于引導(dǎo)流體從CIRP歧管208到橫流歧管226的通道是不同的/或分開的)。

圖10A和10B至圖12A和12B比較了使用不具有側(cè)入口(10A，11A，和12A)的控制電鍍槽實現(xiàn)的流模式與具有通向橫流歧管的側(cè)入口的第二電鍍槽(10B，11B，和12B)獲得的流模式。

圖10A示出了控制設(shè)計電鍍裝置的一部分的俯視圖。具體地，附圖示出了具有分流器210的CIRP 206。圖10B示出了第二電鍍裝置的一部分的俯視圖，特別示出了CIRP 206、分流器210和橫流噴射歧管222/橫流歧管入口250/橫流噴頭242。圖10A-10B中的流的方向通常是從左到右，朝向分流器210上的出口234。在圖10A-10B中所示的設(shè)計對應(yīng)于圖11A-11B至圖12A-12B中的模擬的設(shè)計。

圖11A示出了用于控制設(shè)計的通過橫流歧管226的流。在這種情況下，在橫流歧管226中的所有流從CIRP 206下方發(fā)起。在特定點的流的量由箭頭的大小指示。在圖11A的控制設(shè)計中，由于額外的流體通過CIRP 206，沖擊在晶片上，并加入橫流，在整個橫流歧管226流的量顯著增大。然而，在圖11B的當(dāng)前的設(shè)計中，流的這種增大沒那么顯著。由于一定量的流體是通過橫流噴射歧管222和相關(guān)的硬件直接輸送到橫流歧管226，因此增大并不那么大。

圖12A描繪了跨越在圖10A中所示的控制設(shè)計裝置中電鍍的襯底的面的水平速度。值得注意的是，流率以零開始(在分流器出口相對的位置)，并增大，直至到達(dá)出口234為止。不幸的是，在對照實施方式中，在晶片的中心處的平均流率相對較低。結(jié)果，從有溝道的離子阻性板206的通道發(fā)出的陰極電解液射流在中央?yún)^(qū)域在流體動力學(xué)上占優(yōu)勢。由于晶片的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生方位角平均的橫流經(jīng)歷，朝向工件的邊緣區(qū)域的問題不那么顯著。

圖12B描繪了跨越在圖10B中所示的當(dāng)前設(shè)計中電鍍的襯底的面的水平速率。在這種情況下，由于從橫流噴射歧管222中噴射的流體通過側(cè)入口250并進(jìn)入橫流歧管226，因此水平速率在入口250以非零值開始。另外，與對照設(shè)計相比，在當(dāng)前設(shè)計中在晶片的中央的流率增大，從而減小或消除晶片的中央附近的低橫流的區(qū)域，在晶片的中央沖擊射流可另外占主導(dǎo)。因此，側(cè)入口顯著改善沿入口至出口方向的橫流率的均勻性，并且會導(dǎo)致更均勻的電鍍厚度。

其他實施方式

盡管上面完整描述了具體實施方式，但也可以使用各種修改的方案，替代結(jié)構(gòu)和等同結(jié)構(gòu)。因此，上面的描述和說明不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。