JP2014118634A - 電気メッキ中の効率的な物質輸送のための電解質流体力学の強化 - Google Patents

Abstract

【課題】１つ又は複数の材料を基材上にウエハ内の良好なメッキ均一性を達成する電気メッキ方法及び装置の提供。
【解決手段】基材近傍に位置決めされたチャネル付きプレートを利用し、底部をチャネル付きプレート１５０によって、頂部を基材によって、そして側部を直交流制限リングによって画定される、直交流マニフォールドを形成する。メッキ中、流体は、チャネル付きプレートのチャネルを通って上方向、及び直交流制限リングの片側に位置決めされた直交流の側部流入口を通って横方向、これら両方の方向で直交流マニフォールドに入る。流路は直交流マニフォールドで結合され、直交流流入口と対向するよう位置決めされた直交流出口から出る。このような結合された流路によって、メッキの均一性が改善される。
【選択図】図１Ａ

Description

本出願は、２０１２年１２月１２日に出願された名称「電気メッキ中の効率的な物質輸送のための電解質流体力学の強化」の米国仮特許出願第６１／７３６４９９号（代理人整理番号ＬＡＭＲＰ０１５Ｐ）の優先権の利益を主張するものであり、上記出願は参照によりその全体を全ての目的のために本明細書に援用される。本出願はまた、２０１３年５月１３日に出願された名称「電気メッキ装置のための直交流マニフォールド」の米国特許出願第１３／８９３２４２号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ３６７Ｘ１）の一部継続出願であり、この一部継続出願は、２０１１年６月２９日に出願された名称「電気メッキ中の効率的な物質輸送のための電解質流体力学の制御」の米国特許出願第１３／１７２６４２号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ３６７）の一部継続出願であり、この一部継続出願は、２０１０年１０月２１日に出願された名称「電気メッキセル用の流れ分配及び流れ成形プレート」の米国仮特許出願第６１／４０５６０８号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ３９６Ｐ）；２０１０年８月１８日に出願された名称「ウエハレベルパッケージのための高流量プロセス」の米国仮特許出願第６１／３７４９１１（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ３６７Ｐ）；及び２０１０年７月２日に出願された名称「傾斜のあるＨＲＶＡ」の米国仮特許出願第６１／３６１３３３（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ３６６Ｐ）の優先権の利益を主張するものであり、上記各出願は参照によりその全体を全ての目的のために本明細書に援用される。更に、米国特許出願第１３／８９３２４２は、２０１２年５月１４日に出願された名称「電気メッキ装置のための直交流マニフォールド」の米国仮特許出願第６１／６４６５９８（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ３６７Ｘ１Ｐ）の優先権の利益を主張するものであり、上記出願はその全体を全ての目的のために本明細書に援用される。

本明細書で開示する実施形態は、電気メッキ中の電解質の流体力学を制御するための方法及び装置に関する。より詳細には、本明細書に記載する方法及び装置は、半導体ウエハ基材、特に複数の凹状の特徴部分を有する半導体ウエハ上に金属メッキを施すために、特に便利である。例示的なプロセス及び特徴は、例えば約５０μｍ未満の幅を有する（例えば銅、ニッケル、スズ及びスズ合金ハンダの）小さなマイクロバンプの抵抗貫通メッキの特徴部分、及び銅のシリコン貫通電極（ＴＳＶ）の特徴部分を有してよい。

電気化学蒸着プロセスは、現代の集積回路製造において十分に確立されている。２０世紀初頭における、金属線相互接続のアルミニウムから銅への移行は、大幅に洗練された電気蒸着プロセス及びメッキ治具の需要を高める原因となった。このような洗練のほとんどは、デバイスのメタライゼーション層におけるより小さい導電ラインに対する需要に呼応して展開された。このような銅線は、一般に「ダマシン」処理と呼ばれる方法論（予備受動態化メタライゼーション）において、極めて薄い、高いアスペクト比を有する溝及びビア内に金属を電気メッキすることによって形成される。

電気化学蒸着は現在、ウエハレベルパッケージ（ＷＬＰ）及びシリコン貫通電極（ＴＳＶ）電気接続技術として一般に公知である、洗練されたパッケージ及び複数のチップの相互接続技術の市場における需要を満たすことができるものとなっている。これらの技術は、一般に（トランジスタ工程（ＦＥＯＬ）における相互接続と比較して）大きめの特徴部分サイズ及び高いアスペクト比を原因の一部とする、極めて重大な課題を有する。

パッケージ特徴部分のタイプ及び応用（例えばチップ貫通接続ＴＳＶ、相互接続再分配配線、又はフリップチップピラー等のチップ‐基板若しくはチップ‐チップ接合）に応じて、現行の技術では、メッキされる特徴部分の主要寸法は通常約２μｍ超、典型的には約５〜１００μｍとなる（例えば、銅ピラーは約５０μｍとなり得る）。電力バス等のいくつかのオンチップ構造に関しては、メッキされる特徴部分は１００μｍより大きくなり得る。ＷＬＰ特徴部分のアスペクト比は、約２：１（高さ：幅）程度に高くなることがあるものの、典型的には約１：１以下であり、その一方でＴＳＶ構造は極めて高いアスペクト比（例えば約２０：１辺り）を有し得る。

１００〜２００μｍから５０μｍ未満（例えば２０μｍ）にＷＬＰ構造のサイズを縮小すると、このスケールでは、特徴部分のサイズと典型的な物質輸送境界層の厚さ（平坦表面への対流輸送が発生する距離）がほぼ等しくなるため、固有の一連の問題が発生する。従来の大型の特徴部分による生成の場合は、特徴部分への流体及び物質の対流輸送は、流動場が特徴部分に全体的に貫入することによって起こるものであったが、小型の特徴部分の場合、流れの渦及び停滞の形成によって、成長中の特徴部分内での物質輸送の速度及び均一性を妨害し得る。従って、小型の「マイクロバンプ」及びＴＳＶ特徴部分内での極めて均一な物質輸送を生成するための新規の方法が必要とされる。

特徴部分のサイズのみならずメッキ速度によっても、ＷＬＰ及びＴＳＶの応用例とダマシンの応用例は区別される。多くのＷＬＰの応用例において、メッキする金属（例えば銅、ニッケル、金、銀ハンダ等）に応じて、（例えば可変であるウエハパターンの資本生産性を目的として、並びにダイ内及び特徴部分の標的内等におけるウエハの要件に関して）製造要件とコストに関する要件との間、及び技術的要件と技術的困難との間のバランスが存在する。銅の場合、このバランスは通常、少なくとも約２μｍ／分の速度、典型的には少なくとも約３〜４μｍ／分以上の速度で達成される。スズ及びスズ合金メッキの場合、約３μｍ／分超のメッキ速度、及び応用例によっては少なくとも約７μｍ／分のメッキ速度が必要となり得る。ニッケル及び金ストライクメッキ（例えば低濃度金フラッシュ膜層）の場合、メッキ速度は約０．１〜１．５μｍ／分であり得る。金属に関連する高いメッキ速度のこれらのレジームにおいて、電解質中の金属イオンの、メッキ表面への効率的な物質輸送は重要である。

特定の実施形態では、ウエハ内の良好なメッキ均一性（ＷＩＷ均一性）、特定のダイの全ての特徴部分内及び間の良好なメッキ均一性（ＷＩＤ均一性）、並びに個々の特徴部分それ自体内での良好なメッキ均一性（ＷＩＦ均一性）を達成するために、ウエハの表面全体にわたって極めて均一な様式でメッキを行う必要がある。ＷＬＰ及びＴＳＶの応用例における高いメッキ速度は、電気蒸着層の均一性に関して課題を有する。様々なＷＬＰの応用例について、メッキはウエハ表面の直径に沿って約５％以下の半分の範囲の変動（half range variation）（これをＷＩＷ不均一性と呼び、これはダイ内に単一の特徴部分があるタイプに関してウエハの直径にわたる複数の位置において測定したものである）を示す必要がある。同様に、同等に困難な要件としては、サイズ（例えば特徴部分の直径）が異なる、又は特徴部分の密度（例えば、チップダイのアレイの中央に特徴部分が孤立しているか若しくは埋め込まれているか）が異なる様々な複数の特徴部分の均一な蒸着（厚さ及び形状）がある。この性能仕様は一般にＷＩＤ不均一性と呼ばれる。ＷＩＤ不均一性は、上述のような様々なタイプの特徴部分の局所的な可変性（例えば＜５％の半分の範囲の変動）と、ウエハ上の特定の位置（例えば中間半径部分、中央又は縁部）のダイにおける、所定のウエハのダイ内の特徴部分の平均高さ又はその他の寸法の平均との比として測定される。

別の困難な要件としては、特徴部分内形状の一般的な制御がある。流れ及び物質輸送対流の適切な制御がないと、メッキ後に、線又はピラーは、２次元又は３次元（例えばサドル又はドームの形状）で凸状、平坦又は凹状に傾斜してしまうが、常にではないものの一般的には平坦な外形が好まれる。これらの困難に対処する一方で、ＷＬＰの応用例は、従来の、本質的に安価なピックアンドプレースシリアルルーティング作業と競合しなければならない。更に、ＷＬＰの応用例のための電気化学蒸着は、鉛、スズ、スズ−銀並びにニッケル、コバルト、金、パラジウム及びこれらの様々な合金（銅を含むものもある）等の他のアンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）材料のハンダ等の、銅ではない様々な金属のメッキを必要とし得る。スズ−銀近共晶合金（near eutectic alloys）のメッキは、鉛−スズ共晶ハンダの代替である無鉛ハンダとしてメッキに使用される合金のためのメッキ技術の一例である。

本明細書に記載する実施形態は、基材上に材料を電気メッキするための方法及び装置に関する。一般に、本明細書で開示する技術は、メッキを通してイオンを輸送するよう適合された複数の貫通孔、及びメッキ均一性を改善するための一連の隆起部又は段差を有する、改良されたチャネル付きイオン抵抗性要素の使用を伴う。実施形態の一態様では、電気メッキ装置であって：（ａ）実質的に平坦な基材上に金属を電気メッキする間、電解質及びアノードを含むよう構成された、電気メッキ用チャンバ；（ｂ）電気メッキ中、基材のメッキ面がアノードと分離されるように、実質的に平坦な基材を保持するよう構成された、基材ホルダ；（ｃ）イオン抵抗性要素であって、（ｉ）イオン抵抗性要素を貫通して延在する、電気メッキ中にイオン抵抗性要素を通してイオンを輸送するよう適合された、複数のチャネル；（ｉｉ）基材のメッキ面と実質的に平行であり、基材のメッキ面と空隙で分離されている、基材対面側部；及び（ｉｉｉ）イオン抵抗性要素の基材対面側部上に位置決めされた複数の隆起部、を含む、イオン抵抗性要素；（ｄ）空隙に電解質の直交流を導入するための、空隙への流入口；並びに（ｅ）空隙内を流れる電解質の直交流を受承するための、空隙の流出口を含む、電気メッキ装置が提供され、ここで、電気メッキ中、流入口及び流出口は、基材のメッキ面上の方位的にほぼ対向する周上の位置に位置決めされる。

いくつかの実施形態では、イオン抵抗性要素の基材対面側部と、基材のメッキ面との間の空隙は、基材のメッキ面とイオン抵抗性要素の平面との間を測定した場合に約１５ｍｍ未満である。特定の場合において、基材のメッキ面と隆起部の最高部との間の空隙は約０．５〜４ｍｍとなり得る。特定の場合において、隆起部は約２〜１０ｍｍの高さを有し得る。様々な実施形態では、隆起部は平均して、電解質の直交流の方向に対して実質的に垂直に配向される。隆起部のうちの１つ又は複数又は全ては、少なくとも約３：１の長さ：幅アスペクト比を有してよい。様々な実施形態では、隆起部は基材のメッキ面と実質的に同延である。

多くの異なる隆起部の形状を使用できる。いくつかの場合においては、イオン抵抗性要素上に、少なくとも２つの異なる形状及び／又はサイズの隆起部が存在する。１つ又は複数の隆起部は、電気メッキ中に電解質がそれを通って流れることができる切り欠き部を含んでよい。隆起部は一般に、矩形、三角形、円筒形又はこれらの組合せの形状に成形してよい。隆起部はより複雑な形状を有してもよく、例えば、隆起部の頂部及び底部に沿って異なる形状の切り欠き部を有する、概ね矩形の隆起部が考えられる。いくつかの場合においては、隆起部は三角形の上部を有する。例として、三角形の先端を有する矩形の隆起部が考えられる。別の例として、全体として三角形の形状を有する隆起部が考えられる。

隆起部は、チャネル付きイオン抵抗性プレートから直角に、又は直角でない角度で、又は複数の角度を組合せた角度で延伸してよい。言い換えると、いくつかの実施形態では、隆起部はイオン抵抗性要素の平面に対して実質的に垂直な面を含む。代替として、又は更に、隆起部はイオン抵抗性要素の平面から直角でない角度だけずれた面を含んでよい。いくつかの実施形態では、隆起部は２つ以上のセグメントからなる。例えば、隆起部は第１の隆起部セグメント及び第２の隆起部セグメントを含んでよく、第１及び第２の隆起部セグメントはそれぞれ、電解質の直交流の方向から、実質的に等しいが符号が逆である角度だけずれている。

イオン抵抗性要素は、電場を成形し、電気メッキ中に基材付近の電解質流の性質を制御するよう構成してよい。様々な実施形態では、下側マニフォールド領域をイオン抵抗性要素の下面の下に位置決めしてよく、この下面は基材ホルダと反対側を向いている。中央電解質チャンバ及び１つ又は複数の供給チャネルは、中央電解質チャンバから流入口及び下側マニフォールド領域の両方に電解質を送達するよう構成してよい。このようにして、電解質を流入口に直接送達して、チャネル付きイオン抵抗性要素の上側での直交流を開始させることができ、また電解質を同時に下側マニフォールド領域に送達でき、電解質はチャネル付きイオン抵抗性要素のチャネルを通過して、基材とチャネル付きイオン抵抗性要素との間の空隙に入ることになる。直交流注入マニフォールドを、流入口に流体連通させてよい。直交流注入マニフォールドは、イオン抵抗性要素のキャビティによって少なくとも部分的に画定され得る。特定の実施形態では、直交流注入マニフォールドはその全体がイオン抵抗性要素内にある。

イオン抵抗性要素の周縁部全体に流れ制限リングを位置決めしてよい。流れ制限リングは、直交流注入マニフォールドからの流れを、基材の表面に対して平行な方向に流れるように再配向する助けとなり得る。装置はまた、メッキ中に基材ホルダを回転させるための機構を含んでもよい。いくつかの実施形態では、流入口は、基材のメッキ面の周付近に、約９０〜１８０°の弧にわたって広がっている。流入口は、方位的に別個の複数の流入口セグメントを含んでよい。複数の電解質供給流入口は、方位的に別個の複数の流入口セグメントに電解質を送達するよう構成してよい。更に、１つ又は複数の流れ制御要素は、電気メッキ中に複数の電解質供給流入口内の電解質の複数の体積流量を独立して制御するよう構成してよい。様々な場合において、流入口及び流出口は、電気メッキ中に基材のメッキ面上に剪断力を生成又は維持するために、空隙内で電解質の直交流を生成するよう適合してよい。特定の実施形態では、隆起部を、複数の平行な列に配向してよい。この列は、非隆起空隙で分離された２つ以上の不連続な隆起部を含んでよく、隣接する列の非隆起空隙は実質的に、電解質の直交流の方向に互いに整列されていない。

本明細書で開示する実施形態の別の態様では、電気メッキ装置であって：（ａ）実質的に平坦な基材上に金属を電気メッキする間、電解質及びアノードを含むよう構成された、電気メッキ用チャンバ；（ｂ）電気メッキ中、基材のメッキ面がアノードと分離されるように、実質的に平坦な基材を保持するよう構成された、基材ホルダ；（ｃ）イオン抵抗性要素であって、（ｉ）イオン抵抗性要素を貫通して延在する、電気メッキ中にイオン抵抗性要素を通してイオンを輸送するよう適合された、複数のチャネル；（ｉｉ）基材のメッキ面と実質的に平行であり、基材のメッキ面と空隙で分離されている、基材対面側部；及び（ｉｉｉ）イオン抵抗性要素の基材対面側部上に位置決めされた段差であって、この段差は高さ及び直径を有し、段差の直径はウエハのメッキ面と実質的に同延であり、段差の高さ及び直径はメッキ中に電解質が基材ホルダの下、段差の上を通って空隙内へと流れることができる程度に十分に小さい、段差、を含む、イオン抵抗性要素；（ｄ）空隙に電解質を導入するための、空隙への流入口；並びに（ｅ）空隙内を流れる電解質の直交流を受承するための、空隙の流出口を含む、電気メッキ装置が提供され、ここで、流入口及び流出口は、電気メッキ中に基材のメッキ面上に剪断力を生成又は維持するために、空隙内で電解質の直交流を生成するよう適合される。

本明細書で開示する実施形態の更なる態様では、標準的な直径の半導体ウエハ上に材料をメッキするための電気メッキ装置で使用するための、チャネル付きイオン抵抗性要素が提供され、このイオン抵抗性要素は：半導体ウエハのメッキ面とほぼ同延である、約２〜２５ｍｍの厚さを有するプレート；プレートの厚さを貫通して延在する、少なくとも約１０００個の非連通貫通孔であって、電気メッキ中にプレートを通してイオンを輸送するよう適合された、貫通孔；及びプレートの片側上に位置決めされた複数の隆起部を含む。

本明細書で開示する実施形態の別の態様では、標準的な直径の半導体ウエハ上に材料をメッキするための電気メッキ装置で使用するための、チャネル付きイオン抵抗性要素が提供され、このイオン抵抗性要素は：半導体ウエハのメッキ面とほぼ同延である、約２〜２５ｍｍの厚さを有するプレート；プレートの厚さを貫通して延在する、少なくとも約１０００個の非連通貫通孔であって、電気メッキ中にプレートを通してイオンを輸送するよう適合された、貫通孔；並びに段差であって：プレートの中央領域のプレートの膨隆部；及びプレートの周縁部に位置決めされたプレートの非膨隆部を備える、段差を含む。

本明細書で開示する更なる態様では、基材を電気メッキするための方法が提供され、この方法は：（ａ）基材ホルダ内に実質的に平坦な基材を受承することであって、基材のメッキ面は露出しており、基材ホルダは電気メッキ中、基材のメッキ面がアノードと分離されるように基材を保持するよう構成されている、受承すること；（ｂ）基材を電解質に浸漬することであって、基材のメッキ面とイオン抵抗性要素の平面との間に空隙を形成し、イオン抵抗性要素は基材のメッキ面と少なくともほぼ同延であり、イオン抵抗性要素は電気メッキ中にイオン抵抗性要素を通してイオンを輸送するよう適合されており、イオン抵抗性要素はイオン抵抗性要素の基材対面側部上に複数の隆起部を備え、この隆起部は基材のメッキ面と実質的に同延である、浸漬すること；（ｃ）（ｉ）側部流入口から空隙内へ入り、側部流出口から出るように；及び（ｉｉ）イオン抵抗性要素の下からイオン抵抗性要素を通過して空隙内へ入り、側部流出口から出るように、基材ホルダ内の基材と接触するように電解質を流すことであって、流入口及び流出口は、電気メッキ中に空隙内の電解質の直交流を生成するよう設計又は構成されている、電解質を流すこと；（ｄ）基材ホルダを回転させること；並びに（ｅ）（ｃ）と同様に電解質を流しながら、基材のメッキ面上に材料を電気メッキすることを含む。

いくつかの実施形態では、空隙は、基材のメッキ面とイオン抵抗性要素の平面との間を測定した場合に約１５ｍｍ未満である。基材のメッキ面と隆起部の最高部表面との間の空隙は、約０．５〜４ｍｍとなり得る。特定の実装形態において、側部流入口は、方位的に別個であり流体連通していない２つ以上のセクションに分離され得、流入口の方位的に別個のセクションへの電解質の流れは独立して制御され得る。いくつかの場合においては、流れ配向要素を空隙内に位置決めしてよい。流れ配向要素によって、側部流入口から側部流出口への実質的に直線の流路に電解質を流すことができる。

本明細書で開示する別の態様では、基材を電気メッキするための方法が提供され、この方法は：（ａ）基材ホルダ内に実質的に平坦な基材を受承することであって、基材のメッキ面は露出しており、基材ホルダは電気メッキ中、基材のメッキ面がアノードと分離されるように基材を保持するよう構成されている、受承すること；（ｂ）基材を電解質に浸漬することであって、基材のメッキ面とイオン抵抗性要素の平面との間に空隙を形成し、イオン抵抗性要素は基材のメッキ面と少なくともほぼ同延であり、イオン抵抗性要素は電気メッキ中にイオン抵抗性要素を通してイオンを輸送するよう適合されており、イオン抵抗性要素はイオン抵抗性要素の基材対面側部上に段差を備え、この段差はイオン抵抗性要素の中心領域に位置決めされ、イオン抵抗性要素の非膨隆部で囲まれている、浸漬すること；（ｃ）（ｉ）側部流入口から段差を越えて空隙内へ入り、再び段差を越えて側部流出口から出るように；及び（ｉｉ）イオン抵抗性要素の下からイオン抵抗性要素を通過して空隙内へ入り、段差を越えて側部流出口から出るように、基材ホルダ内の基材と接触するように電解質を流すことであって、流入口及び流出口は、電気メッキ中に空隙内の電解質の直交流を生成するよう設計又は構成されている、電解質を流すこと；（ｄ）基材ホルダを回転させること；並びに（ｅ）（ｃ）と同様に電解質を流しながら、基材のメッキ面上に材料を電気メッキすることを含む。

以上の及び他の特徴について、関連する図面を参照して以下に説明する。

図１Ａは、特定の実施形態による、一連の隆起部をその上に有する、チャネル付きイオン抵抗性要素の等角図である。

図１Ｂは、半導体ウエハを電気化学的に処理するための基材保持及び位置決め装置の斜視図である。

図１Ｃは、コーン及びカップを含む基材保持アセンブリの部分断面図である。

図１Ｄは、この実施形態を実施する場合に使用できる、電気メッキセルの簡略図である。

図２は、本明細書で開示する特定の実施形態による、典型的にはカソードチャンバ内にある、電気メッキ装置の様々な部品の分解図である。

図３Ａは、この特定の実施形態による、直交流の側部流入口及び周囲のハードウェアの拡大図である。

図３Ｂは、本明細書で開示する様々な実施形態による、直交流の流出口、ＣＩＲＰマニフォールド流入口、及び周囲のハードウェアの拡大図である。

図４は、図３Ａ〜Ｂに示す電気メッキ装置の様々な部品の断面図である。

図５は、特定の実施形態による、６つの独立したセグメントに分割された直交流注入マニフォールド及びシャワーヘッドを示す。

図６は、一実施形態によるＣＩＲＰ及び関連するハードウェアの、直交流の流入口側に特に焦点を当てた上面図である。

図７は、本明細書で開示する様々な実施形態による、直交流マニフォールドの流入口側及び流出口側両方を示す、ＣＩＲＰ及び関連するハードウェアの簡略上面図である。

図８Ａは、特定の実施形態による、直交流流入口領域の設計を示す図である。 図８Ｂは、特定の実施形態による、直交流流入口領域の設計を示す図である。

図９は、特定の関連する幾何学的寸法を示す、直交流流入口領域の図である。

図１０Ａは、段差を有するチャネル付きイオン抵抗性プレートを使用する、直交流流入口領域の図である。

図１０Ｂは、段差を有するチャネル付きイオン抵抗性プレートの一例を示す。

図１１は、一連の隆起部を有するチャネル付きイオン抵抗性プレートを使用する、直交流流入口領域の図である。

図１２は、隆起部を有するチャネル付きイオン抵抗性プレートの拡大図である。

図１３は、特定の実施形態による、隆起部のある形状及び設計を示す。 図１４は、特定の実施形態による、図１３とは異なる隆起部の形状及び設計を示す。

図１５は、２つの異なる種類の切り欠き部を有する隆起部を示す。

図１６は、図１５に示すタイプの隆起部を有する、チャネル付きイオン抵抗性プレートを示す。

図１７は、列内で空隙によって分離された不連続な隆起部を有する、チャネル付きイオン抵抗性プレートの簡略上面図である。

図１８は、隆起部を有するチャネル付きイオン抵抗性プレートの拡大断面図である。

図１９は、隆起部が複数のセグメントからなる、チャネル付きイオン抵抗性プレートの一実施形態の簡略上面図である。

図２０は、チャネル付きイオン抵抗性プレート上に隆起部を追加することによって、バンプの高さ及び厚さの変動を小さくすることにより、より均一なメッキを促進できることを示す、実験データである。

本出願において、用語「半導体ウエハ」、「ウエハ」、「基材」、「ウエハ基材」及び「部分的に製造された集積回路」は交換可能に使用される。用語「部分的に製造された集積回路」は、シリコンウエハ上での集積回路製造の多数の段階のうちのいずれかの途中におけるシリコンウエハを表すことができることが当業者にはわかるであろう。以下の詳細な説明では、本発明はウエハ上に実装するものとする。半導体ウエハは通常２００、３００又は４５０ｍｍの直径を有する。しかしながら、本発明は上記に限定されない。加工品は様々な形状、サイズ及び材料のものであってよい。半導体ウエハに加えて、本発明によって利益を得ることができる他の加工品として、プリント回路基板等の様々な物品が挙げられる。

以下の説明において、本明細書で提示する実施形態の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細を述べる。本明細書で開示する実施形態は、これら具体的な詳細のうちのいくつか又は全てを用いずに実施してよい。他に、本明細書で開示する実施形態を不必要にわかりにくくしないよう、公知のプロセス作業については本明細書では説明しなかった。本明細書で開示する実施形態について、特定の実施形態に関連して説明するが、これは本明細書で開示する実施形態を限定することを意図したものではないことを理解されたい。

以下の議論において、本明細書で開示する実施形態の上部（ｔｏｐ）及び底部（ｂｏｔｔｏｍ）特徴部分（又は上側（ｕｐｐｅｒ）及び下側（ｌｏｗｅｒ）特徴部分等、同様の用語）又は要素について言及する際、上部および底部という用語は、単に好都合であるために使用されているものであり、本発明に関する言及又は実装の１つの枠組みのみを表すものである。上部及び底部構成部品を上下逆にした構成、並びに／又は上部及び底部構成部品を左側及び右側構成部品若しくは右側及び左側構成部品とした構成等、他の構成が可能である。本明細書で説明するのは、１つ又は複数の金属を基材上に電気メッキするための装置及び方法である。全体として、基材が半導体ウエハである実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されない。

本明細書で開示する実施形態は、極めて均一なメッキ層を得るためのメッキ中の電解質の流体力学の制御のために構成された電気メッキ装置、及びこのような制御を含む方法を含む。具体的な実装形態では、本明細書で開示する実施形態は、衝突流（加工品表面に向かう又は加工品表面に垂直な流れ）及び剪断流（「直交流」又は加工品表面に平行な流速を有する流れと呼ぶ場合がある）の組合せを生成する方法及び装置を用いる。

本明細書で開示する実施形態は、ウエハのメッキ表面とチャネル付きイオン抵抗性プレート（ＣＩＲＰ）の上部との間に小型チャネル（直交流マニフォールド）を提供するＣＩＲＰを用いる。ＣＩＲＰは多くの機能を果たすが、これらの機能の中には：１）一般にＣＩＲＰの下側に位置するアノードからウエハへとイオン電流を流すことができる；２）ＣＩＲＰを通して上方向へ、及び一般にウエハ表面へと流体を流すことができる；並びに３）直交流マニフォールド領域から離れて及び直交流マニフォールド領域の外に、電解質の流れを制限及び限定することができる、が含まれる。直交流マニフォールド領域内の流れは、ＣＩＲＰの貫通孔から注入された流体、及び典型的にはＣＩＲＰ上の、ウエハの片側に配置された直交流注入マニフォールドから入ってくる流体からなる。

本明細書で開示する実施形態では、最大蒸着速度並びにウエハの面全体にわたる及びメッキ特徴部分内でのメッキの均一性を改善するために、ＣＩＲＰの上面を修正する。ＣＩＲＰの上面の修正は、段差又は一連の隆起部の形態を取り得る。図１Ａは、その上に一連の隆起部１５１を有するＣＩＲＰ１５０の等角図である。これらのＣＩＲＰの修正については、以下でより詳細に議論する。

特定の実装形態では、直交流マニフォールド内に直交流を印加するための機構は、例えば適切な流れ配向及び分配手段をチャネル付きイオン抵抗性要素の周上又は近傍に有する流入口である。流入口はカソード液の直交流をチャネル付きイオン抵抗性要素の基材対面表面に沿って配向する。流入口は方位的に非対称であり、部分的にチャネル付きイオン抵抗性要素の周上にある。流入口は１つ又は複数の空隙又はキャビティ、例えば、チャネル付きイオン抵抗性要素の径方向外側に位置決めされた、直交流注入マニフォールドと呼ばれる環状キャビティを含んでよい。直交流注入マニフォールドと協働させるための他の要素を任意に提供する。これら他の要素は、直交流注入流分配シャワーヘッド、直交流制限リング、及び流れ配向フィンを含んでよく、図面を参照して以下に更に説明する。

特定の実施形態では、電気メッキ中にチャネル付きイオン抵抗性要素の孔から出る少なくとも約３ｃｍ／秒（例えば少なくとも約５ｃｍ／秒又は少なくとも約１０ｃｍ／秒）の平均流速を生成するように、基材のメッキ面へ向かって又はメッキ面に垂直な方向に電解質を流すことができるよう、装置を構成する。特定の実施形態では、基材のメッキ表面の中心点を通過する、約３ｃｍ／秒（例えば少なくとも約５ｃｍ／秒以上、少なくとも約１０ｃｍ／秒以上、少なくとも約１５ｃｍ／秒以上又は少なくとも約２０ｃｍ／秒以上）の電解質の平均横断速度を生成するような条件下で動作するよう、装置を構成する。特定の実施形態では、これらの流量（即ちイオン抵抗性要素の孔を出る流量及び基材のメッキ面を通過する流量）は、電解質の総流量が約２０Ｌ／分であり基材の直径が約１２インチである電気メッキセルにおいて適切である。本明細書に記載する実施形態は、様々な基材サイズで実施できる。いくつかの場合においては、基材は約２００ｍｍ、約３００ｍｍ又は約４５０ｍｍの直径を有する。更に、本明細書に記載する実施形態は、広範な総流量において実施できる。特定の実装形態では、電解質の総流量は約１〜６０Ｌ／分、約６〜６０Ｌ／分、約５〜２５Ｌ／分、又は約１５〜２５Ｌ／分である。メッキ中に達成される流量は、使用しているポンプのサイズ及び性能等、特定のハードウェアによる制約によって制限され得る。本明細書で開示する技術をより大型のポンプを用いて実施する場合、本明細書で挙げる流量はより多くてよいことは、当業者には理解されるであろう。

いくつかの実施形態では、電気メッキ装置は分離したアノード及びカソードチャンバを含み、２つのチャンバそれぞれに異なる電解質構成、電解質循環ループ、及び／又は流体力学が存在する。チャンバ間での１つ又は複数の成分の直接的な対流輸送（流れによる物質の移動）を妨害するため、及びチャンバ間の所望の分離を維持するために、イオン透過膜を用いてよい。この膜は大量の電解質流を阻害でき、また陽イオンのみ（陽イオン交換膜）又は陰イオンのみ（陰イオン交換膜）等、イオンを選択的に透過輸送させながら有機添加物等の特定の種の輸送を排除できる。具体的な例として、いくつかの実施形態では、膜は、ＤｕＰｏｎｔ社（デラウェア州ウィルミントン）製の陽イオン交換膜であるＮＡＦＩＯＮ（登録商標）又は関連するイオン選択性ポリマーを含む。他の場合には、膜はイオン交換材料を含まず、代わりに微多孔性材料を含む。従来、カソードチャンバ内の電解質を「カソード液」と呼び、アノードチャンバ内の電解質を「アノード液」と呼ぶ。アノード液及びカソード液は異なる組成を有することが多々あり、アノード液はメッキ用添加物（例えば加速剤、抑制剤及び／又は均平剤）をほとんど含まないか全く含まず、カソード液はこれらの添加物を相当な濃度で含有する。金属イオン及び酸の濃度も、２つのチャンバ間で異なることがある。分離したアノードチャンバが含む電気メッキ装置の一例は、２０００年１１月３日に出願された米国特許第６５２７９２０号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ００７）、２００２年８月２７年に出願された米国特許第６８２１４０７号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ０４８）、２００９年１２月１７日に出願された米国特許第８２６２８７１号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ３０８）に記載されており、これらはそれぞれ、参照によりその全体が本明細書に援用される。

いくつかの実施形態では、膜はイオン交換材料を含む必要はない。いくつかの実施例では、膜はＫｏｃｈ Ｍｅｍｂｒａｎｅ（マサチューセッツ州ウィルミントン）製のポリエーテルスルホン等の微多孔性材料で製造される。このタイプの膜は、スズ−銀メッキ及び金メッキ等の不活性アノードを用いる応用例に最も適切であるが、ニッケルメッキ等の可溶性アノードを用いる応用例にも使用してよい。

特定の実施形態では、本明細書の他の部分でより完全に説明するように、カソード液は
電気メッキセル内に２つの主経路のうちの１つを通って流れてよい。第１の経路では、カソード液はマニフォールド領域に供給され、この領域をこれ以降、ＣＩＲＰの下側かつ通常は（必ずしもそうである必要はないが）セル膜及び／又は膜フレームホルダの上側に配置された「ＣＩＲＰマニフォールド領域」と呼ぶ。ＣＩＲＰマニフォールド領域から、カソード液はＣＩＲＰの様々な孔を上方向へＣＩＲＰ内へと通過して基材の空隙（直交流又は直交流マニフォールド領域と呼ぶ場合もある）へと移動し、ウエハ表面へ向かう方向へ移動する。第２の直交流電解質供給経路では、カソード液は直交流注入マニフォールド領域の片側から、直交流注入マニフォールド領域内へと供給される。直交流注入マニフォールドから、カソード液はＣＩＲＰを通過して基材の空隙（即ち直交流マニフォールド）へと移動し、基材の表面全体にわたって基材の表面に概ね平行な方向に流れる。

本明細書に記載するいくつかの態様は様々なタイプのメッキ装置で使用できるが、簡単化及び明確化のために、実施例の大半は、ウエハ面が下を向いた「噴水型」メッキ装置に関するものとする。このような装置では、メッキされる加工品（典型的には上述の実施例における半導体ウエハ）は一般に、実質的に水平に配向され（いくつかの場合においては、メッキプロセスの一部又は全部にわたって、完全な水平状態から数度だけ変更する場合があり得る）、メッキ中に回転させて概ね垂直方向上向きの電解質対流パターンを得るために電源供給され得る。ウエハの中心から縁部への衝突流の統合、及び回転するウエハの中心に比べて、縁部の角速度が増大する性質によって、径方向に増大する剪断（ウエハに平行な）流速が生成される。噴水型メッキクラスのセル／装置のメンバの一例は、Ｎｏｖｅｌｌｕｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ｉｎｃ．（カリフォルニア州サンホセ）が製造し市販しているＳａｂｒｅ（登録商標）電気メッキシステムである。更に、噴水型電気メッキシステムは、例えば２００１年８月１０日に出願された米国特許第６８００１８７号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ０２０）、及び２００８年１１月７日に出願された米国特許第８３０８９３１号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ２９９）に記載されており、これらは参照によりその全体が本明細書に援用される。

メッキされる基材は概ね平坦であるか又は実質的に平坦である。ここでは、溝、ビア、フォトレジストパターン等の特徴部分を有する基材は、実質的に平坦であるとみなす。これらの特徴部分は顕微鏡的スケールである場合が多いが、必ずしもそうではない。多くの実施形態では、基材表面の１つ又は複数の部分を電解質への曝露に対してマスキングしてよい。

図１Ｂに関する以下の説明は、本明細書に記載する装置及び方法の理解を助ける一般的かつ非限定的な内容を提供する。図１Ｂは、半導体ウエハを電気化学的に処理するための、ウエハ保持及び位置決め装置１００の斜視図である。装置１００はウエハ係合部品（本明細書では「クラムシェル」部品と呼ぶことがある）を含む。実際のクラムシェルは、ウエハと封止材との間に圧力を印加できるカップ１０２及びコーン１０３を含み、これによってウエハはカップ内に固定される。

カップ１０２は、天板１０５に接続された支柱１０４で支持される。このアセンブリ（１０２〜１０５）をまとめてアセンブリ１０１とするが、これはモータ１０７によって心棒１０６を介して駆動される。モータ１０７は取付ブラケット１０９に取り付けられる。心棒１０６はウエハ（この図では図示せず）にトルクを伝達し、これによってウエハはメッキ中に回転できる。心棒１０６内の空気圧シリンダ（図示せず）もまた、カップとコーン１０３との間に垂直方向の力をもたらし、これによってカップ内に格納されたウエハと封止部材（リップシール）との間の封止を生成する。この議論のために、部品１０２〜１０９を含むアセンブリをまとめてウエハホルダ１１１と呼ぶ。しかしながら、「ウエハホルダ」という概念は一般に、ウエハと係合してウエハの移動及び位置決めを可能とする、部品の様々な組合せ及び部分的組合せにまで及ぶ。

第２のプレート１１７に摺動可能に接続される第１のプレート１１５を含む傾動アセンブリを、取付ブラケット１０９に接続する。駆動シリンダ１１３を、車軸関節１１９及び１２１においてそれぞれプレート１１５及びプレート１１７の両方に接続する。よって、駆動シリンダ１１３はプレート１１７を横切るようにプレート１１５（及びそれにともなってウエハホルダ１１１）を摺動させるための力をもたらす。ウエハホルダ１１１の遠位端（即ち取付ブラケット１０９）は、プレート１１５とプレート１１７との間の接触領域を画定する弧状経路（図示せず）に沿って移動し、従ってウエハホルダ１１１の近位端（即ちカップ及びコーンのアセンブリ）は仮想の枢軸上で傾動する。これにより、ウエハをメッキ槽に角度を付けて入れることができる。

装置１００全体を上下に垂直に持ち上げて、別のアクチュエータ（図示せず）を介してウエハホルダ１１１の近位端をメッキ液に浸漬させる。よって、２部品位置決め機構は、電解質に対して垂直な軌道に沿った垂直移動、及びウエハの水平配向（電解質表面に対して平行）を偏向することができる傾動移動をもたらす（角度付きウエハ浸漬性能）。移動性能及び関連する装置１００のハードウェアのより詳細な説明は、２００１年５月３１日に出願され２００３年４月２２日に交付された米国特許第６５５１４８７号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ０２２）に記載されており、これは参照によりその全体が本明細書に援用される。

なお、装置１００は典型的には、アノード（例えば銅製アノード又は非金属不活性アノード）及び電解質を格納するメッキチャンバを有する特定のメッキセルと共に使用される。メッキセルはまた、電解質をメッキセル全体に、かつメッキされる加工品に対して循環させるための配管又は配管接続も含んでよい。メッキセルはまた、アノード区画及びカソード区画内において電解質の異なる化学組成を維持するために設計された膜又は他のセパレータを含んでもよい。また任意に、物理的手段（例えば弁を含むポンプでの直接輸送又は越流トラフ）でアノード液をカソード液槽又は主メッキ槽に移動させるための手段を設けてもよい。

クラムシェルのカップ及びコーンのアセンブリを以下でより詳細に説明する。図１Ｃは、アセンブリ１００のコーン１０３及びカップ１０２を含む部分１０１の断面図である。なお、この図はカップ及びコーンの製品アセンブリを正確に図示することを意図したものではなく、議論を目的として様式化した図である。カップ１０２は支柱１０４を介して天板１０５によって支持され、支柱はネジ１０８で取り付けられている。一般に、カップ１０２はウエハ１４５が載置される支持体を提供する。これは開口を含み、この開口を通してメッキセルからの電解質がウエハに接触できる。なお、ウエハ１４５は前側１４２を有し、メッキが施されるのはこの前側１４２である。ウエハ１４５の周はカップ１０２上に載置される。コーン１０３は、メッキ中にウエハを所定の位置に保持するために、ウエハの裏側に圧力を印加する。

ウエハをアセンブリ１０１に装填するために、心棒１０６によって、コーン１０３を図示した位置から、コーン１０３が天板１０５に接触するまで持ち上げる。この位置から、カップとコーンとの間にウエハ１４５を挿入できる空隙が生成され、これによってウエハ１４５をカップ内に装填できる。次にコーン１０３を下げ、図示したようにウエハがカップ１０２の周に対して係合し、ウエハの外周に沿ったリップシール１４３を径方向に越える一連の電気的接触（図１Ｃでは図示せず）と一致する。チャネル付きイオン抵抗性プレート（ＣＩＲＰ）上に段差又は一連の隆起部を使用する実施形態では、ウエハ又はウエハホルダがＣＩＲＰと接触するのを回避するために、ウエハを若干異なる方法で挿入してよい。この場合、ウエハホルダはまず、ウエハを電解質の表面に対してある角度で挿入してよい。次にウエハホルダは、ウエハが水平位置を取るようにウエハを回転させてよい。ウエハが回転している間、ウエハはＣＩＲＰが妨げられない限り、電解質中へと下方向に移動し続けてよい。ウエハ挿入の最後の部分は、ウエハをまっすぐ下向きに挿入することを含んでよい。このまっすぐ下向きの移動は、ウエハが水平に配向されたら（即ちウエハが傾斜していない状態になった後で）実行できる。

心棒１０６は、コーン１０３をウエハ１４５に係合させるための垂直方向の力、及びアセンブリ１０１を回転させるためのトルクの両方を伝達する。伝達されるこれらの力を、図１Ｃでは矢印で示す。なお、ウエハのメッキは典型的には（図１Ｃの上部の破線矢印で示すような）ウエハの回転中に行われる。

カップ１０２は圧縮可能なリップシール１４３を有し、コーン１０３がウエハ１４５と係合すると、このリップシール１４３は液密封止を形成する。コーン及びウエハからの垂直方向の力はリップシール１４３を圧縮し、これによって液密封止が形成される。リップシールは、電解質がウエハ１４５の裏側（ここでは銅又はスズイオン等の汚染種がシリコン内に直接導入され得る）に接触すること、及び装置１０１の脆弱な部品と接触することを防ぐ。ウエハ１４５の裏側を更に保護するための液密封止を形成する、カップとウエハの境界に配置される封止材を設けてもよい（図示せず）。

コーン１０３はまた、封止材１４９を含む。図示したように、封止材１４９はコーン１０３の縁部付近に位置し、係合するとカップの上側領域に位置する。これもまた、カップの上からクラムシェルに入り得るいずれの電解質からウエハ１４５の裏側を保護する。封止材１４９はコーン又はカップに固定してよく、単一の封止材又は複数の部品からなる封止材であってよい。

メッキを開始すると、コーン１０３をカップ１０２の上へと持ち上げ、ウエハ１４５をアセンブリ１０１に導入する。典型的にはロボットアームによってウエハを初めにカップ１０２に導入する際、ウエハの前側１４２はリップシール１４３上に軽く載置される。メッキ中、均一なメッキの達成を助けるためにアセンブリ１０１は回転する。後続の図では、アセンブリ１０１をより簡略化して、メッキ中にウエハのメッキ表面１４２における電解質の流体力学を制御するための部品と関連して示す。

図１Ｄは、ウエハ１４５上に金属をメッキするためのメッキ装置７２５の断面図であり、ウエハ１４５はウエハホルダ１０１によって保持、位置決め、及び回転される。装置７２５はメッキセル１５５を含み、これは例えば銅製アノードであるアノードチャンバ１６０及びアノード溶液を有するデュアルチャンバセルである。アノードチャンバ及びカソードチャンバは、例えば支持部材７３５で支持されたカチオン性膜７４０によって分離される。メッキ装置７２５は、上述のようなＣＩＲＰ４１０を含む。流れ切替弁３２５はＣＩＲＰ４１０の頂部にあり、これは上述のように横断方向の剪断流の生成を助ける。カソード液は流れポート７１０を介して（膜７４０の上側の）カソードチャンバに導入される。流れポート７１０から、カソード液は上述のようにＣＩＲＰ４１０を通過し、ウエハ１４５のメッキ表面上に衝突流を生成する。カソード液の流れポート７１０に加えて、追加の流れポート７１０ａは、流れ切替弁３２５の空隙／流出口から離れた位置にあるその出口において、カソード液を導入する。この実施例では、流れポート７１０ａの出口は、流れ成形プレート４１０のチャネルとして形成される。その結果得られる機能は、ウエハ表面を横切る横断方向の流れを増強して、ウエハ１４５（及び流れ成形プレート４１０）を横切る流れベクトルを標準化するために、カソード液の流れを、ＣＩＲＰ４１０とウエハのメッキ表面１４５との間に形成されるメッキ領域に直接導入することである。

本明細書に記載する実施形態を更に図示及び説明するために、多数の図を提供する。これらの図はとりわけ、本明細書で開示する電気メッキ装置に関連する構造要素及び流路の様々な図を含む。これらの要素には特定の名称／参照番号が与えられており、これは図２〜１９に関する説明において一貫して使用される。図２は、ウエハホルダ２５４、直交流制限リング２１０、直交流リングガスケット２３８、直交流シャワーヘッド２４２を有するチャネル付きイオン抵抗性プレート（ＣＩＲＰ）２０６、及び流体調整ロッド２７０を有する膜フレーム２７４を含む特定の実施形態に存在する複数の要素を示す。図２では、これらの部品がどのように嵌合するかを例示するために、これらの要素を分解図で示す。

以下の実施形態はそのほとんどが、電気メッキ装置が分離したアノードチャンバを含むことを想定している。本明細書に記載する特徴部分はカソードチャンバに含まれる。図３Ａ、３Ｂ及び４に関して、カソードチャンバの底面は膜フレーム２７４及び膜２０２（注：膜２０２は極めて薄いため、実際に外しされていないが、膜フレーム２７４の下側表面に位置するものとしてその位置２０２を示す）を含み、これらはアノードチャンバをカソードチャンバから分離する。可能ないかなる数のアノード及びアノードチャンバ構成を用いてよい。

以下の説明では、直交流マニフォールド又はマニフォールド領域２２６内でカソード液を制御することに大いに焦点が当てられている。この直交流マニフォールド領域２２６はまた、空隙又はＣＩＲＰ−ウエハ間空隙２２６と呼んでもよい。カソード液は（１）チャネル付きイオン抵抗性プレート２０６のチャネル及び（２）直交流開始構造２５０の２つの分離した入口点を通って直交流マニフォールド２２６へ入る。ＣＩＲＰ２０６のチャネルを介して直交流マニフォールド２２６に到達したカソード液は、加工品の面に向かって、典型的には実質的に垂直方向に配向される。このようにチャネルによって送達されたカソード液は、加工品の面に衝突する小さなジェット流を形成でき、この加工品は典型的には、チャネル付きプレート２０６に対してゆっくりと（例えば約１〜３０ｒｐｍで）回転している。対照的に、直交流開始構造２６０を介して直交流マニフォールド２２６に到達したカソード液は、加工品の面に対して実質的に平行に配向される。

以上の議論で示したように、チャネル付きイオン抵抗性プレート２０６（チャネル付きイオン抵抗性要素、ＣＩＲＰ、高抵抗性仮想アノード即ちＨＲＶＡと呼ぶこともある）はメッキ中、作動中の電極（ウエハ又は基材）と対電極（アノード）との間に位置決めされ、これによって、ウエハ境界の比較的近傍に大きく局所的なイオンシステム抵抗性を呈し（またこれによって電場を制御及び成形し）、電解質流の性質を制御できる。本出願の様々な図面は、本明細書で開示する装置の他の構造的特徴部分に対するチャネル付きイオン抵抗性プレート２０６の相対位置を示す。このようなイオン抵抗性要素２０６の一例は、２００８年１１月７日に出願された米国特許第８３０８９３１号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ２９９）に記載されており、これは既に参照によりその全体が本明細書に援用されている。この文献に記載されているチャネル付きイオン抵抗性プレートは、比較的低い導電性を有するもの又は極めて薄い抵抗性シード層を含むもの等のウエハ表面上の、径方向のメッキの均一性を改善するために適切である。多数の実施形態では、チャネル付きイオン抵抗性プレートは、上述のような、かつ以下で更に説明するような段差又は一連の隆起部を含むよう適合される。

「膜フレーム」２７４（他の文献ではアノード膜フレームと呼ばれることがある）は、いくつかの実施形態においてアノードチャンバをカソードチャンバから分離する膜２０２を支持するために使用される構造要素である。膜フレーム２７４は、本明細書で開示する特定の実施形態に関して他の特徴部分を有し得る。特に、図示した実施形態に関して、膜フレーム２７４は、ＣＩＲＰマニフォールド２０８へ又は直交流マニフォールド２２６へカソード液を送達するための流れチャネル２５８及び２６２を含んでよい。更に、膜フレーム２７４は、カソード液の直交流を直交流マニフォールド２２６へ送達するよう構成されたシャワーヘッドプレート２４２を含んでよい。膜フレーム２７４はまた、セル堰止壁２８２を含んでよく、これはカソード液の最上水位を決定及び調節するにあたって有益である。本出願の様々な図は、本明細書で開示する直交流装置に関連する他の構造的特徴部分の文脈において膜フレーム２７４を示す。

膜フレーム２７４は、典型的にはアノードチャンバをカソードチャンバから分離する役割を果たすイオン交換膜である膜２０２を保持するための剛性構造部材である。説明したように、アノードチャンバは第１の組成の電解質を含んでよく、その一方でカソードチャンバは第２の組成の電解質を含む。膜フレーム２７４はまた、チャネル付きイオン抵抗性要素２０６への流体の送達の制御を助けるために使用できる複数の流体調整ロッド２７０（流れ制限要素と呼ぶ場合もある）を含んでよい。膜フレーム２７４は、カソードチャンバの最低部及びアノードチャンバの最上部を画定する。本明細書に記載する部品は全て、アノードチャンバ及びアノードチャンバ膜２０２の上側の電気化学メッキセルの加工品側に配置される。これらは全てカソードチャンバの一部とみなすことができる。しかしながら、直交流注入装置の特定の実装形態は分離したアノードチャンバを使用せず、従って膜フレーム２７４は必須ではないことを理解されたい。

一般に加工品と膜フレーム２７４との間には、チャネル付きイオン抵抗性プレート２０６並びに直交流リングガスケット２３８及びウエハの直交流制限リング２１０が配置され、直交流リングガスケット２３８及びウエハの直交流制限リング２１０はそれぞれチャネル付きイオン抵抗性プレート２０６に固定してよい。より具体的には、直交流リングガスケット２３８はＣＩＲＰ２０６上に直接位置決めしてよく、ウエハの直交流制限リング２１０は直交流リングガスケット２３８を覆うように位置決めしてよく、チャネル付きイオン抵抗性プレート２０６の上側表面に固定してよく、これによってガスケット２３８を効果的に挟み込む。本出願の様々な図は、チャネル付きイオン抵抗性プレート２０６に対して配設された直交流制限リング２１０を示す。更に、ＣＩＲＰ２０６は、以下に更に説明するように、段差又は一連の隆起部を含んでよい。

図２に示すような、本開示の最上部の関連する構造的特徴部分は、加工品又はウエハホルダである。特定の実施形態では、加工品ホルダはカップ２５４であってよく、これは通常、Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製の上述のＳａｂｒｅ（登録商標）電気メッキ治具で実施されている設計のような、コーン及びカップを有するクラムシェルタイプの設計で使用される。例えば図２、８Ａ及び８Ｂは、装置の他の要素に対するカップ２５４の相対的な配向を示す。

図３Ａは、本明細書に記載する実施形態による電気メッキ装置の直交流流入口側の拡大断面図である。図３Ｂは、本明細書に記載する実施形態による電気メッキ装置の直交流流出口側の拡大断面図である。図４は、本明細書に記載する特定の実施形態によるメッキ装置の流入口側及び流出口側の両方を示す断面図である。メッキプロセス中、カソード液は膜フレーム２７４上の膜２０２の上部と、膜フレーム堰止壁２８２との間の領域を充填及び占有する。このカソード液領域は、３つの副領域：１）ＣＩＲＰ２０６の下かつ（アノードチャンバのカチオン性膜を使用する設計においては）分離したアノードチャンバのカチオン性膜２０２（この要素は下側マニフォールド領域２０８と呼ばれることもある）の上にある、チャネル付きイオン抵抗性プレートマニフォールド領域２０８；２）ウエハとＣＩＲＰ２０６の上側表面との間の、直交流マニフォールド領域２２６；及び３）クラムシェル／カップ２５４の外側かつセル堰止壁２８２（膜フレーム２７４の物理的部分と呼ばれることもある）の内側であるセル上部領域又は「電解質封止領域」に分割できる。ウエハが浸漬されておらず、クラムシェル／カップ２５４が下方位置にない場合、第２の領域及び第３の領域は合わさって単一の領域となる。

図３Ｂは、チャネル２６２を通してＣＩＲＰマニフォールド２０８に供給する単一の流入孔の断面図である。点線は流体の流れを示す。

カソード液は、中央カソード液流入口マニフォールド（図示せず）において電気メッキセルへと送達でき、中央カソード液流入口マニフォールドはセルの基部に配置してよく、単一のパイプで供給される。カソード液をここから、２つの異なる流路又は流れに分割してよい。一方の流れ（例えば１２個の供給孔のうちの６個）は、チャネル２６２を通してＣＩＲＰマニフォールド領域２０８へとカソード液を流す。カソード液は、ＣＩＲＰマニフォールド２０８に送達された後、ＣＩＲＰの微小チャネルを上方向に通過して直交流マニフォールド２２６へと流れる。他方の流れ（例えば他の６個の供給孔）は、直交流注入マニフォールド２２２へとカソード液を流す。電解質はここから、直交流シャワーヘッド２４２の分配孔２４６（特定の実施形態では約１００個超であり得る）を通過する。直交流シャワーヘッドの孔２４６を通過した後、カソード液の流れ方向は、（ａ）ウエハに対して垂直な方向から（ｂ）ウエハに対して平行な方向へと変化する。このような流れ方向の変化は、流れが、直交流制限リング２１０の流入口キャビティ２５０の表面に衝突してこれによって制限されるために起こる。最後に、セルの基部において中央カソード液流入口マニフォールド内で最初に分離された２つのカソード液流は、直交流マニフォールド領域２２６に入ると再び合わさる。

図３Ａ、３Ｂ及び４に示す実施形態では、カソードチャンバに入るカソード液の一部は、チャネル付きイオン抵抗性プレートマニフォールド２０８に直接供給され、一部は直交流注入マニフォールド２２２に直接供給される。チャネル付きイオン抵抗性プレートマニフォールド２０８に送達されたカソード液の少なくとも一部（全ての場合もある）は、プレート２０６の様々な微小チャネルを通過して直交流マニフォールド２２６に到達する。チャネル付きイオン抵抗性プレート２０６のチャネルを通って直交流マニフォールド２２６に入ったカソード液は、実質的に垂直方向のジェット流として直交流マニフォールドに入る（いくつかの実施形態では、チャネルはある角度を有するよう作製され、従ってチャネルはウエハの表面に対して完全に垂直ではなく、例えばジェット流の角度はウエハ表面に対して垂直な角度に対して最大約４５°であり得る）。カソード液のうち直交流注入マニフォールド２２２に入る一部は、直交流マニフォールド２２６に直接送達され、ここでこのカソード液は、ウエハの下側で水平に配向された直交流として直交流マニフォールド２２６に入る。カソード液の直交流は、直交流マニフォールド２２６まで流れる仮定で、直交流注入マニフォールド２２２及び直交流シャワーヘッドプレート２４２（特定の実施形態では、約０．０４８インチの直径を有する、約１３９個の分散した孔２４６を含む）を通過し、続いて、直交流制限リング２１０の入口キャビティ２５０の作用／幾何学的寸法によって、垂直方向上向きの流れから、ウエハ表面に平行な流れへと再配向される。

直交流及びジェット流の絶対角度は、正確に水平若しくは正確に垂直である必要はなく、又は互いに対して正確に９０°に配向される必要さえない。しかしながら一般に、直交流マニフォールド２２６内のカソード液の直交流は、加工品表面の方向に概ね沿っており、微小チャネル付きイオン抵抗性プレート２０６の上部表面から放出されるカソード液のジェット流の方向は、概ね加工品表面に向かって／加工品表面に対して垂直に流れる。ウエハ表面における直交流と衝突流とのこのような混合は、より均一なメッキ成果の達成を促進する助けとなる。特定の実施形態では、電解質の直交流の分散を助けるために隆起部を使用し、これによって直交流はウエハ表面へ向かう方向に再配向される。

上述のように、カソードチャンバに入るカソード液は（ｉ）チャネル付きイオン抵抗性プレートマニフォールド２０８から、ＣＩＲＰ２０６のチャネルを通って直交流マニフォールド２２６へと流れるカソード液と、（ｉｉ）直交流注入マニフォールド２２２へ流れ、その後シャワーヘッド２４２の孔２４６を通って直交流マニフォールド２２６へと流れるカソード液とに分割される。直交流注入マニフォールド領域２２２に直接入る流れは、直交流制限リングの入口ポート（直交流側方流入口２５０と呼ばれることもある）を介して入ってよく、ウエハに対して平行に、セルの片側から放出される。対照的に、ＣＩＲＰ２０６の微小チャネルを介して直交流マニフォールド領域２２６に入る流体のジェット流は、ウエハの下側及び直交流マニフォールド２２６の下側から入り、ジェット流流体は直交流マニフォールド２２６内において偏向（再配向）され、ウエハに対して平行に、直交流制限リングの出口ポート２３４（直交流流出口又は流出口と呼ばれることもある）へと流れる。

具体的な実施形態では、カソード液を直交流注入マニフォールド２２２に直接送達する（これはその後直交流マニフォールド２２６へと送達される）ために、６つの分離した供給チャネル２５８が存在する。直交流マニフォールド２２６内で直交流を発生させるために、これらのチャネル２５８の出口は、方位的に不均一な様式で直交流マニフォールド２２６内へと向かっている。具体的には、これらは直交流マニフォールド２２６の特定の側又は方位的領域（例えば流入口側）において直交流マニフォールド２２６に入る。

図３Ａに示す具体的な実施形態では、カソード液を直交流注入マニフォールド２２２へと直接送達するための流体経路２５８は、直交流注入マニフォールド２２２に到達する前に４つの別個の要素：（１）セルのアノードチャンバの壁の、専用のチャネル；（２）膜フレーム２７４の専用のチャネル；（３）チャネル付きイオン抵抗性要素２０６の専用のチャネル（これら専用のチャネルは、ＣＩＲＰマニフォールド２０８から直交流マニフォールド２２６にカソード液を送達するために使用される１次元の微小チャネルとは異なる）；及び最後に（４）ウエハの直交流制限リング２１０の流体経路を通過する。これらの要素が異なる構成である場合、カソードはこれら別個の要素それぞれを通って流れなくてもよい。

上述のように、流路のうち膜フレーム２７４を通過して直交流注入マニフォールド２２２に供給される一部は、膜フレームの直交流供給チャネル２５８と呼ばれる。同様に、流路のうち膜フレーム２７４を通過してＣＩＲＰマニフォールドに供給される一部は、チャネル付きイオン抵抗性プレートマニフォールド２０８に供給される直交流供給チャネル２６２、又はＣＩＲＰマニフォールド供給チャネル２６２と呼ばれる。言い換えると、用語「直交流供給チャネル」は、直交流注入マニフォールド２２２に供給するカソード液供給チャネル２５８及びＣＩＲＰマニフォールド２０８に供給するカソード液供給チャネル２６２の両方を含む。これらの流れ２５８及び２６２の１つの違いは上述した通り、ＣＩＲＰ２０６を通る流れの方向は初めウエハに向かって配向され、その後ウエハ及び直交流マニフォールド内の直交流の存在によって、ウエハに対して平行に変化するが、その一方で、直交流のうち直交流注入マニフォールド２２２から来て直交流制限リングの入口ポート２５０から出る一部は、直交流マニフォールド内でウエハに対して実質的に平行な状態で開始することである。いずれの特定の規範又は理論に包含されることを望むものではないが、衝突流と平行流とのこのような組合せ及び混合は、凹状の／埋め込まれた特徴部分内への流れの浸透を大いに改善する助けとなり、これによって物質輸送を改善するものと考えられる。ＣＩＲＰ表面に一連の隆起部を含むと、このような混合を更に増強できる。空間的に均一な対流場をウエハの下に生成してウエハを回転させることによって、各特徴部分及び各ダイは、回転及びメッキプロセスの工程全体にわたってほぼ同一の流れパターンを示す。

電解質の直交流を送達するための流路は、プレート２０６の直交流供給チャネル２５８を通過するため、垂直方向上向きに開始される。続いて、この流路はチャネル付きイオン抵抗性プレート２０６の本体内に形成された直交流注入マニフォールド２２２に入る。直交流注入マニフォールド２２２は、様々な独立した供給チャネル２５８から（例えば６つの独立した直交流供給チャネルそれぞれから）直交流シャワーヘッドプレート２４２の様々な複数の流れ分配孔２４６へ流体を分配できる、プレート２０６内の待避チャネルであってよい、方位的に配置された（azimuthal）キャビティである。この直交流注入マニフォールド２２２は、チャネル付きイオン抵抗性プレート２０６の周縁領域又は縁部領域のある角度部分に沿って配置される。例えば図３Ａ及び４〜６を参照されたい。図３Ａ及び４については既に説明した。図５は、直交流注入マニフォールド２２２全体にわたって位置決めされたシャワーヘッドプレート２４２を示す。図６は同様に、直交流注入マニフォールド２２２全体にわたるシャワーヘッドプレート２４２を、メッキ装置の様々な他の要素と関連して示す。

特定の実施形態では、直交流注入マニフォールド２２２は図５及び６に示すように、プレートの周領域の約９０〜１８０°の角度にわたるＣ字型構造を形成する。特定の実施形態では、直交流注入マニフォールド２２２の角度範囲は約１２０〜１７０°であり、より具体的な実施形態では約１４０〜１５０°である。これらの又は他の実施形態では、直交流注入マニフォールド２２２の角度範囲は少なくとも約９０°である。多くの実装形態では、シャワーヘッド２４２は直交流注入マニフォールド２２２とほぼ同一の角度範囲にわたって存在する。更に、全流入口構造２５０（多くの場合これは、直交流注入マニフォールド２２２、シャワーヘッドプレート２４２、シャワーヘッドの孔２４６、及び直交流制限リング２１０の開口のうちの１つ又は複数を含む）は、上記と同一の角度範囲にわたって存在してよい。

いくつかの実施形態では、注入マニフォールド２２２内の直交流は、チャネル付きイオン抵抗性プレート２０６内の連続的に流体連通するキャビティを形成する。この場合、直交流注入マニフォールドに供給する直交流供給チャネル２５８全ての出口は、１つの連続したかつ接続された直交流注入マニフォールドチャンバへと向かっている。他の実施形態では、直交流注入マニフォールド２２２及び／又は直交流シャワーヘッド２４２は、図５（６つの分離したセグメントを示す）に示すように、２つ以上の角度が異なる及び完全に又は部分的に分離したセグメントに分割される。いくつかの実施形態では、角度的に分離されたセグメントの数は約１〜１２又は約４〜６である。具体的な実施形態では、これら角度的に別個のセグメントはそれぞれ、チャネル付きイオン抵抗性プレート２０６に配置された分離された直交流供給チャネル２５８と流体連通する。従って、例えば、直交流注入マニフォールド２２２内には６つの角度的に別個の分離された副領域が存在し得、これらはそれぞれ分離された直交流供給チャネル２５８によって供給される。特定の実施形態では、直交流注入マニフォールド２２２のこれら別個の副領域はそれぞれ同一の容積及び／又は同一の角度範囲を有する。

多くの場合、カソード液は直交流注入マニフォールド２２２を出て、複数の角度的に分離されたカソード液流出口ポート（孔）２４６を有する直交流シャワーヘッドプレート２４２を通過する。例えば図２、３Ａ及び６（全ての図でカソード液流出口／孔２４６は図示されていない）を参照されたい。特定の実施形態では、例えば図６に示すように、直交流シャワーヘッドプレート２４２はチャネル付きイオン抵抗性プレート２０６と一体化されている。いくつかの実施形態では、シャワーヘッドプレート２４２はチャネル付きイオン抵抗性プレート２０６の直交流注入マニフォールド２２２の上部に接着、ボルト留め又は他の方法で固定される。特定の実施形態では、直交流シャワーヘッド２４２の上側表面は、チャネル付きイオン抵抗性プレート２０６の平面若しくは上側表面（ＣＩＲＰ２０６上のいずれの段差又は隆起部を除く）と同一平面上にあるか、又は若干持ち上げられている。このようにして、直交流注入マニフォールド２２２を通って流れるカソード液はまず、シャワーヘッドの孔２４６を通って垂直方向上向きに、その後直交流制限リング２１０の下を横方向に直交流マニフォールド２２６へと移動し、これにより、カソード液がウエハの表面と実質的に平行な方向に直交流マニフォールド２２６に入る。他の実施形態では、シャワーヘッドの孔２４６から出るカソード液が既にウエハと平行な方向に移動しているように、シャワーヘッド２４２を配向してよい。

具体的な実施形態では、直交流シャワーヘッド２４２は約１４０個の角度的に分離されたカソード液流出孔２４６を有する。より一般には、直交流マニフォールド２２６内で均一な直交流を適切に確立するいずれの数の孔を使用してよい。特定の実施形態では、直交流シャワーヘッド２４２にはこのようなカソード液流出孔２４６が約５０〜３００個存在する。特定の実施形態では、このような孔は約１００〜２００個である。特定の実施形態では、このような孔は約１２０〜１６０個である。一般に、独立したポート又は孔２４６のサイズは直径約０．０２０〜０．１．インチの範囲であってよく、より具体的には直径約０．０３〜０．０６インチであってよい。

特定の実施形態では、これらの孔２４６は、直交流シャワーヘッド２４２の全角度範囲に沿って、角度的に均一に配置される（即ち、孔２４６間の間隔は、セル中央と２つの隣接する孔との間の固定角度によって決定される）。他の実施形態では、孔２４６はこの角度範囲に沿って、角度的に不均一に分布する。特定の実施形態では、孔の角度的に不均一な分布は、それにもかかわらず直線的に（「ｘ方向に」）均一な分布である。言い換えると、後者の例では、孔の分布は、直交流の方向に対して垂直な軸（この軸は「ｘ」方向である）上に投射した場合、孔が均等に離れて間隔を空けるような分布である。各孔２４６は、セル中央から同一の径方向距離に位置決めされ、隣接する孔から「ｘ」方向に同一距離に離間している。これらの角度的に不均一な孔２４６を有することによる正味の効果は、直交流のパターン全体が大幅に均一になることである。対照的に、孔が角度的に均一に離間している場合、基材の縁部領域は均一な直交流に必要な数より多くの孔を有するため、基材の中央部にわたる直交流は、縁部領域にわたる直交流より低くなる。

特定の実施形態では、直交流シャワーヘッド２４２を出るカソード液の方向は更に、ウエハの直交流制限リング２１０によって制御される。特定の実施形態では、このリング２１０はチャネル付きイオン抵抗性プレート２０６の全周にわたって延在する。特定の実施形態では、直交流制限リング２１０の断面は、図３Ａ、３Ｂ及び４に示すようにＬ字型である。この形状は、基材のホルダ／カップ２５４の底面に適合するように選択してよい。特定の実施形態では、ウエハの直交流制限リング２１０は、直交流シャワーヘッド２４２の流出孔２４６と流体連通する、方向フィン２６６等の一連の流れ配向要素を含む。このフィン２６６は図７に明確に示されているが、図３Ａ及び４にも見ることができる。方向フィン２６６は、ウエハの直交流制限リング２１０の上側表面の下、かつ隣接する方向フィン２６６の間に、概ね分離された流体通路を画定する。いくつかの場合においては、フィン２６６の目的は、直交流シャワーヘッドの孔２４６から出た流れを、径方向内向きの方向から「左から右へ」の軌跡（左とは直交流の流入口側２５０であり、右とは流入口側２３４である）を通る流れに再配向及び制限することである。これは、実質的に直線的な直交流のパターンを確立する助けとなる。直交流シャワーヘッド２４２の孔２４６を出たカソード液は、方向フィン２６６によって、方向フィン２６６の配向によって生じる流線に沿って配向される。特定の実施形態では、ウエハの直交流制限リング２１０の全ての方向フィン２６６は互いに対して平行である。この平行な配置は、直交流マニフォールド２２６内の均一な直交流方向を確立する助けとなる。様々な実施形態では、ウエハの直交流制限リング２１０の方向フィン２６６は、直交流マニフォールド２２６の流入口２５０側及び流出口２３４側の両方に沿って配置される。他の場合には、フィン２６６を、直交流マニフォールド２２６の流入口領域２５０に沿ってのみ配置してよい。

以上に示したように、直交流マニフォールド２２６内を流れるカソード液は、図３Ｂ及び４に示すように、ウエハの直交流制限リング２１０の流入領域２５０から、リング２１０の流出口側２３４へと通過する。特定の実施形態では、流出口側２３４において、流入口側の方向フィン２６６に対して平行であってよく、及びこれと整列されていてよい、複数の方向フィン２６６が存在する。直交流は、流出口側２３４の方向フィン２６６が生成したチャネルを通過し、その後直交流マニフォールド２２６から出る。続いてこの流れは、カソードチャンバの別の領域に、概ね径方向外側に、ウエハのホルダ２５４及び直交流制御リング２１０を越えて流れ、流体は膜フレームの上部堰止壁２８２によって集積され一時的に保持され、その後集積及び保持のための堰止壁２８２を越えて流れる。従って、図（例えば３Ａ、３Ｂ及び４）は、直交流マニフォールドに入ってここから出るカソード液の循環経路全体のうち、部分的な経路しか示していないことを理解されたい。なお、例えば図３ｂ及び４に示す実施形態では、直交流マニフォールド２２６から出る流体は、小さな孔を通過する又は流入口側の供給チャネル２５８と同様のチャネルを通って戻ることはなく、上述の集積領域に集積されるよう、ウエハに対して概ね平行な方向に、外方向へと流れる。

図６の実施形態に戻ると、ここでは直交流マニフォールド２２６を見下ろす上面図が示されている。この図は、シャワーヘッド２４２に沿ってチャネル付きイオン抵抗性プレート２０６内に埋め込まれた直交流注入マニフォールド２２２の位置を示す。シャワーヘッド２４２上の流出口孔２４６は図示されていないが、このような流出口孔が存在することは理解される。直交流注入マニフォールドの流れのための流体調整ロッド２７０も図示されている。直交流制限リング２１０はこの図においては図示されていないが、直交流制限リング２１０とＣＩＲＰ２０６の上側表面との間を封止する、直交流制限リングの封止ガスケット２３８の外形は図示されている。図６に示す他の要素には、直交流制限リングの固定具２１８、膜フレーム２７４、及びＣＩＲＰ２０６のアノード側のネジ孔２７８（これは例えば、カソード遮蔽体の挿入に使用できる）が含まれる。

いくつかの実施形態では、直交流制限リングの流出口２３４の幾何学的寸法は、直交流のパターンを更に最適化するために調整してよい。例えば、直交流のパターンが制限リング２１０の縁部へと分岐している場合、直交流制限リングの流出口２３４の外側領域の開放領域を減少させることによってこれを補正してよい。特定の実施形態では、流出口マニフォールド２３４は直交流注入マニフォールド２２２と同様、分離されたセクション又はポートを含んでよい。いくつかの実施形態では、流出口セクションの数は約１〜１２、又は約４〜６である。ポートは方位的に分離されており、流出口マニフォールド２３４に沿った異なる（通常隣接した）位置を取る。いくつかの場合においては、各ポートを通る相対流量は独立して制御できる。この制御は例えば、流入口の流れに関して上述した制御ロッドと同様の制御ロッド２７０を用いて達成してよい。別の実施形態では、流出口の異なるセクションを通る流れは、流出口マニフォールドの幾何学的寸法によって制御できる。例えば、各側縁部付近において開口領域が小さく、中央付近において開口領域が大きい流出口マニフォールドによって、流出口の中央付近の流れが多く、流出口の縁部付近の流れが少ないような溶液の流れのパターンが生まれる。流出口マニフォールド２３４のポートを通る相対流量の制御の他の方法（例えばポンプ、プロセス制御バルブ等）も同様に用いてよい。

上述のように、カソード液チャンバに入るカソード液は、複数のチャネル２５８及び２６２を通って、直交流注入マニフォールド２２２及びチャネル付きイオン抵抗性プレートマニフォールド２０８へと分離して配向される。特定の実施形態では、これら独立したチャネル２５８及び２６２を通る流れは、適切な機構によって互いから独立して制御される。いくつかの実施形態では、この機構は流体を独立したチャネルに送達するための分離されたポンプを備える。他の実施形態では、単一のポンプを用いて主カソード液マニフォールドに供給し、チャネルのうちの１つ又は複数に調整可能な様々な流れ制限要素を備えてよく、これによって複数のチャネル２５８及び２６２間の、及び直交流注入マニフォールド２２２とＣＩＲＰマニフォールド２０８領域との間の、並びに／又はセルの周に沿った相対流を調節する。図示した様々な実施形態では、１つ又は複数の流体調整ロッド２７０（流れ制御要素と呼ぶこともある）をチャネルに配置し、独立した制御を行う。図示した実施形態では、流体調整ロッド２７０は、カソード液を、直交流注入マニフォールド２２２又はチャネル付きイオン抵抗性プレートマニフォールド２０８へ流れる間に制限する環状空間を提供する。流体調整ロッド２７０は、完全に収縮した状態において、流れに対する抵抗を本質的に発生させない。完全に係合した状態において、流体調整ロッド２７０は流れに対して最大の抵抗を発生させ、いくつかの実装形態では、チャネルを通る全ての流れを停止させる。中間状態又は位置では、流体はチャネルの内径と流体調整ロッドの外径との間の制限された環状空間を通って流れるため、ロッド２７０によって中間レベルの流れの制御が可能となる。

いくつかの実施形態では、流体調整ロッド２７０の調整によって、電気メッキセルの操作者又は操縦者は、直交流注入マニフォールド２２２又はチャネル付きイオン抵抗性プレートマニフォールド２０８への流れを好都合なものとすることができる。特定の実施形態では、カソード液を直交流注入マニフォールド２２２に直接送達するチャネル２５８の流体調整ロッド２７０の独立した調整により、操作者又は操縦者は、直交流マニフォールド２２６への流体の流れの方位的成分（azimuthal component）を制御できる。

図８Ａ〜Ｂは、直交流注入マニフォールド２２２及びメッキ用カップ２５４に対する対応する直交流流入口２５０の断面図である。直交流流入口２５０の位置は少なくとも部分的に、直交流制限リング２１０の位置によって画定される。具体的には、流入口２５０は、直交流制限リング２１０が終端する位置から始まるものと考えてよい。図８Ａでは、制限リング２１０の終端点（及び流入口２５０の開始点）はウエハの縁部の下にあり、その一方で図８Ｂでは、図８Ａの設計と比較して、終端／開始点はメッキ用カップの下及びウエハの縁部の更に径方向外側にある。また、図８Ａの直交流注入マニフォールド２２２は、直交流リングキャビティ内に段差（全体として左向きの矢印が上方に上がり始める場所）を有し、この段差は、直交流マニフォールド領域２２６への流体流入点付近において乱流を形成し得る。特定の場合においては、ウエハ表面を横切って流れる前に溶液の流れをより均一にするためのある程度の距離（例えば約１０〜１５ｍｍ）を設けることによって、ウエハの縁部付近の流体の軌跡の膨らみを最小化して、メッキ液が直交流注入マニフォールド領域２２２から移動して直交流マニフォールド領域２２６へ入ることができるようにすると有益であり得る。

図９は、メッキ装置の流入口部分の拡大図である。この図は、特定の要素の相対的な幾何学的寸法を示すためのものである。距離（ａ）は、直交流マニフォールド領域２２６の高さを表す。これは、ウエハホルダの上部（基材が載置されている位置）と、ＣＩＲＰ２０６の最上部表面の平面との間の距離である。図９のＣＩＲＰは段差又は隆起部を含まないため、本明細書で定義したように、ＣＩＲＰ２０６の最上部表面はＣＩＲＰ平面でもある。特定の実施形態では、この距離は約２〜１０ｍｍ、例えば約４．７５ｍｍである。距離（ｂ）は、露出したウエハ表面と、ウエハホルダの最低部表面（ウエハ保持カップの底面）との間の距離を表す。特定の実施形態では、この距離は約１〜４ｍｍ、例えば約１．７５ｍｍである。距離（ｃ）は、直交流制限リング２１０の上側表面とカップ２５４の底面との間の流体空隙の高さを表す。制限リング２１０とカップ２５４の底部との間のこの空隙は、メッキ中にカップ２５４を回転させることができるような空間を提供し、これは典型的には、流体が空隙から漏れるのを防止して流体を直交流マニフォールド領域２２６内に制限するよう、可能な限り小さい。いくつかの実施形態では、流体空隙は約０．５ｍｍの高さである。距離（ｄ）は、カソード液の直交流を直交流マニフォールド２２６に送達するための流体チャネルの高さを表す。距離（ｄ）は、直交流制限リング２１０の高さを含む。特定の実施形態では、距離（ｄ）は約１〜４ｍｍ、例えば約２．５ｍｍである。図９には、直交流注入マニフォールド２２２、分配孔２４６を有するシャワーヘッドプレート２４２、及び直交流制限リング２１０に取り付けられた方向フィン２６６のうちの１つも示す。

本明細書で開示する装置は、本明細書に記載する方法を実施するために構成してよい。適切な装置は、本明細書に記載し図示したハードウェア、及び本発明によるプロセス操作を制御するための命令を有する１つ又は複数のコントローラを含む。本装置はとりわけ、カップ２５４及びコーンの中でのウエハの位置決め、チャネル付きイオン抵抗性プレート２０６に対するウエハの位置決め、ウエハの回転、直交流マニフォールド２２６へのカソード液の送達、ＣＩＲＰマニフォールド２０８へのカソード液の送達、直交流注入マニフォールド２２２へのカソード液の送達、流体調整ロッド２７０の抵抗／位置、アノード及びウエハ及びいずれの他の電極への電流の送達、電解質成分の混合、電解質を送達するタイミング、流入口圧力、メッキセル圧力、メッキセル温度、ウエハ温度、並びにプロセスツールが実行する特定のプロセスの他のパラメータを特に制御するための、１つ又は複数のコントローラを含むことになる。

システムコントローラは典型的には、１つ又は複数のメモリデバイス及び装置が本発明による方法を実行するように命令を実行するよう構成された１つ又は複数のプロセッサを含む。プロセッサは中央処理ユニット（ＣＰＵ）又はコンピュータ、アナログ及び／又はデジタル入出力接続、ステッパモータコントローラボード、並びに他の同様の部品を含んでよい。本発明によるプロセス操作を制御するための命令を含む機械可読媒体を、システムコントローラに連結してよい。適切な制御操作を実装するための命令は、このプロセッサ上で実行される。これらの命令はコントローラに関連するメモリデバイスに記憶されていてよく、又はネットワーク上で提供されてもよい。特定の実施形態では、システムコントローラはシステム制御ソフトウェアを実行する。

いずれの適切な方法で、システム制御ソフトウェアを構成してよい。例えば、様々なプロセスツールプロセスを実行するために必要なプロセスツールコンポーネントの動作を制御するために、様々なプロセスツールコンポーネントサブルーチン又は制御オブジェクトを書いてよい。システム制御ソフトウェアは、いずれの適切なコンピュータ可読言語でコード化してよい。

いくつかの実施形態では、システム制御ソフトウェアは、上述の様々なパラメータを制御するための入出力制御（ＩＯＣ）順列命令を含む。例えば、電気メッキプロセスの各段階は、システムコントローラが実行するための１つ又は複数の命令を含んでよい。浸漬段階のためのプロセス条件を設定するための命令を、対応する浸漬レシピ段階に含んでよい。いくつかの実施形態では、電気メッキレシピ段階は、電気メッキプロセス段階のためのすべての命令が、このプロセス段階によって同時に実行されるよう、順次配列してよい。

いくつかの実施形態では、他のコンピュータソフトウェア及び／又はプログラムを用いてよい。この目的のためのプログラム又はプログラムの一部の例は、基材位置決めプログラム、電解質組成制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム、及び電位／電流供給源制御プログラムを含む。

いくつかの場合においては、コントローラは以下の機能のうち１つ又は複数を制御する：ウエハ浸漬（並進、傾動、回転）、タンク間での流体の輸送等。ウエハ浸漬は例えば、ウエハ持ち上げアセンブリ、ウエハ傾動アセンブリ及びウエハ回転アセンブリを配向して所望の通りに移動させることによって制御してよい。コントローラは、例えば、特定の弁を開閉するよう及び特定のポンプをオン／オフするよう配向することによって、タンク間での流体の輸送を制御してよい。コントローラは、センサ出力（例えば電流、電流密度、電位、圧力等が特定の閾値にいつ到達するか）、操作（例えばプロセス中の特定の時点に弁を開く）のタイミングに基づいて、又はユーザから受信した命令に基づいて、これらの態様を制御してよい。

上述の装置／プロセスは、例えば半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、光電池パネル等の製作又は製造のためのリソグラフィパターニングツール又はプロセスと共に使用してよい。典型的には、必ずしもそうである必要はないが、このようなツール／プロセスは、一般的な製作設備で共に使用又は操作される。フィルムのリソグラフィパターニングは、以下のステップのうちのいくつか又は全てを含み、各ステップは多数の考えられるツールを用いて実行できる：（１）スピンオンツール又はスプレーオンツールを用いた、加工品即ち基材上へのフォトレジストの塗布；（２）ホットプレート又は炉又はＵＶ硬化ツールを用いたフォトレジストの硬化；（３）ウエハステッパなどのツールによる、フォトレジストの可視光又はＵＶ光又はＸ線光への曝露；（４）選択的にレジストを除去し、ウェットベンチ等のツールを用いてパターン形成するための、レジストの現像；（５）ドライエッチングツール又はプラズマ支援エッチングツールを用いることによる、下のフィルム又は加工品へのレジストパターンの転写；及び（６）ＲＦ又はマイクロ波プラズマレジストストリッパ等のツールを用いた、レジストの除去。

［チャネル付きイオン抵抗性要素の特徴］
［電気的機能］
特定の実施形態では、チャネル付きイオン抵抗性要素は基材（カソード）の近傍にあるほぼ一定及び均一な電流源に近づき、これ自体、場合によっては高抵抗性仮想アノード（ＨＲＶＡ）と呼んでもよい。通常、ＣＩＲＰはウエハに対して極めて近接して設置される。対照的に、基材に対して同様に近位にあるアノードは、ウエハに、及びウエハにわたって、ほぼ一定の電流密度を供給する可能性はなく、アノード金属表面において定電位面を単に支持するものであり、これによって電流を最大とすることができ、その一方でアノード平面から端子へ（例えばウエハ上の周縁接触点へ）の正味抵抗は小さくなる。よって、チャネル付きイオン抵抗性要素は高抵抗性仮想アノード（ＨＲＶＡ）と呼ばれ得る場合があったが、これは電気化学的にこれら２つが相互交換可能であることを含意するものではない。最適な動作条件下において、ＣＩＲＰは仮想均一電流源により近づき、場合によっては仮想均一電流源としてよりよく説明され、ほぼ一定の電流がＣＩＲＰの上側平面をわたって供給される。ＣＩＲＰを「仮想電流源」としてみなすことは確かにでき、即ちこれは電流が発生する平面であり、従って、アノード電流が発生する位置又は源であるとみなすことができるため、「仮想アノード」と考えることができるが、その面にわたるほぼ均一な電流、及び更に有利な、同一の物理的位置に配置された金属製アノードを有する場合と比較して概ね優れたウエハ均一性をもたらすのは、ＣＩＲＰの（電解質に対して及びＣＩＲＰの外側領域に対して）比較的高いイオン抵抗性である。イオン電流に対するメッキの抵抗性は、メッキ内の様々なチャネル内に含まれる電解質の固有抵抗（カソード液の抵抗と同一又はほぼ同様の抵抗性を有する場合が多いが必ずしもそうではない）の増大、メッキ厚さの増大、及び多孔性の低下（例えばより少ない数の同一直径の孔又はより小さい直径の同一数の孔を有すること等によって、電流が通過する部分断面積は小さくなる）に伴って増大する。

［構造］
ＣＩＲＰは約２〜２５ｍｍ、例えば１２ｍｍの厚さの材料のディスクである。ＣＩＲＰは、ＣＩＲＰの体積の約５％未満を占める極めて多数の微小サイズ（典型的には０．０４インチ未満）の貫通孔を有し、上記貫通孔は互いから空間的及びイオン的に分離され、これにより、全てではないが多くの実装形態において、これら貫通孔はＣＩＲＰ本体内で相互接続チャネルを形成しない。このような貫通孔は、「非連通貫通孔」と呼ばれることがある。これらは典型的には一方向に延在し、この方向は、必ずしもそうではないが通常はウエハのメッキ表面に対して垂直な方向である（いくつかの実施形態では、非連通孔はＣＩＲＰの前部表面に対してほぼ平行なウエハに対してある角度を有する）。通常、全ての貫通孔は互いに対して実質的に平行である。いくつかの実施形態では、ＣＩＲＰプレートの厚さは不均一である。ＣＩＲＰプレートは中央より縁部が厚くなっていてよく、又はその逆であってよい。ウエハから最も遠いＣＩＲＰの表面は、メッキの局所的な流体及びイオンの流れ抵抗性を適合するよう成形してよい。孔は通常正方形アレイに配設されるが、空間的に平均的に均一な密度又は孔をもたらす他の配置も可能である。当然、例えばＣＩＲＰの中心から縁部までの間隔を増加して（又は減少させて）、これによってＣＩＲＰの中心からの距離に応じて抵抗性を上昇（又は低下）させることにより、孔の密度も変更できる。他の場合においては、配置はずれた渦巻きパターンである。貫通孔はイオン電流及び流体流の両方を表面に対して平行に再構成し、電流及び流体流の両方のウエハ表面への経路を直線とするため、これらの貫通孔は、チャネルが３次元に延在し、相互接続された孔構造を形成するような細孔の３次元網目構造とは異なっている。しかしながら特定の実施形態では、このような細孔の相互接続網目構造を有する細孔プレートをＣＩＲＰの代わりに用いてよい。プレート上側表面からウエハまでの距離が小さい（例えば、例えば約５ｍｍ以下であるウエハ半径のサイズの約１／１０の空隙）場合、電流及び流体流両方の分岐は局所的に制限され、ＣＩＲＰチャネルに伝達されて整列される。

特定の実施形態では、ＣＩＲＰは基材の直径とほぼ同延である段差を含む（例えば段差の直径は基材の直径の約５％以内、例えば約１％であってよい）。段差はＣＩＲＰの基材対面側上の隆起した部分として定義され、これはメッキされる基材とほぼ同延である。ＣＩＲＰの段差部分はまた、ＣＩＲＰの主要部分の貫通孔と適合する貫通孔を含む。この実施形態の一例を図１０Ａ及び１０Ｂに示す。段差９０２の目的は、直交流マニフォールド２２６の高さを削減して、体積流量を増大させることなく、この領域における流体の移動速度を増大させることである。段差９０２はまた、台地領域と考えることもでき、ＣＩＲＰ２０６自体の膨隆領域として実装してよい。

多くの場合、ステップ９０２の直径は、基材ホルダ２５４の内径及び直交流制限リング２１０より若干小さくするべきである（例えば、段差の外径は基材ホルダの内径より約２〜１０ｍｍ小さくてよい）。この直径の差（距離（ｆ）として図示する）がないと、カップホルダ２５４及び／又は直交流制限リング２１０と段差９０２との間に望ましくないピンチポイントが形成され得、ここでは直交流マニフォールド２２６へと上向きに流体が流れることが困難であるか又は不可能である。このような場合には、望ましくないことに、流体が直交流制限リング２１０の上及び基材ホルダ／カップ２５４の底部表面の下にある流体空隙９０４から逃げてしまう場合がある。基材ホルダ２５４はＣＩＲＰ２０６及びメッキセルの他の要素に対して回転可能であるべきであるため、この流体空隙９０４は実用性を考慮して設けられる。流体空隙９０４を通って逃げるカソード液の量を最小化するのが好ましい。段差９０２は約２〜５ｍｍ、例えば約３〜４ｍｍの高さを有してよく、これは、約１〜４ｍｍ、又は約１〜２ｍｍ又は約２．５ｍｍ未満である直交流マニフォールドの高さと対応してよい。

段差が存在する場合、直交流マニフォールドの高さは、ウエハのメッキ面と、ＣＩＲＰ２０６の盛り上がった段差９０２との間の距離として測定される。図１０Ａでは、この高さを距離（ｅ）として示す。図１０Ａには基材が図示されていないが、基材のメッキ面は基材ホルダ２５４のリップシール部分９０６上に載置されるものとして理解されたい。特定の実装形態では、流体が直交流マニフォールドにより良好に流れ込むことができるよう、段差は丸みを帯びた縁部を有する。この場合、段差は段差表面が丸みを帯びている／傾斜している、幅約２〜４ｍｍの遷移領域を含んでよい。図１０Ａでは丸みを帯びた段差を図示していないが、距離（ｇ）は、このような遷移領域が配置される場所を表している。この遷移領域の径方向内側において、ＣＩＲＰは平坦であってよい。ＣＩＲＰの非膨隆部分は、図１０Ｂに示すようにＣＩＲＰの全周にわたって延在してよい。

他の実施形態では、ＣＩＲＰはその上側表面に一連の隆起部を含んでよい。隆起部は、ＣＩＲＰ平面とウエハとの間の直交流マニフォールド内へと延伸するＣＩＲＰの基材対面側に配置された／取り付けられた構造として定義される。ＣＩＲＰ平面（イオン抵抗性要素平面とも呼ぶ）は、いずれの隆起部を除いたＣＩＲＰの上側表面として定義される。ＣＩＲＰ平面はＣＩＲＰに隆起部を取り付ける場所であり、また流体がＣＩＲＰを出て直交流マニフォールドへと流れる場所でもある。この実施形態の例を図１Ａ及び１１に示す。図１Ａは、直交流の方向に対して垂直に配向された隆起部１５１を有するＣＩＲＰ１５０の等角図である。図１１は、隆起部９０８を有するＣＩＲＰ２０６を有するメッキ装置の流入口部分の拡大図である。ＣＩＲＰ２０６は、隆起部が配置されていない周縁領域を含んでよく、これによってカソード液は直交流マニフォールド２２６へと上向きに移動できる。隆起部を有さないこの周縁領域は、段差とカップホルダとの間の距離に関して上述したような幅を有してよい。多くの場合、隆起部はメッキされる基材のメッキ面と実質的に同延である（例えば、ＣＩＲＰの隆起部領域の直径は、基材の直径の約５％以内、又は約１％以内であってよい）。

隆起部は様々な様式で配向してよいが、多くの実装形態では、隆起部はＣＩＲＰの孔の列の間に配置された長く薄いリブの形態であり、隆起部の長さ方向が直交流マニフォールドを通る直交流に対して垂直となるよう配向される。ＣＩＲＰの孔の列の間に配置された長く薄い隆起部を有するＣＩＲＰの拡大図を図１２に示す。隆起部はウエハと隣接する流場を、ウエハへの物質輸送を改善しかつウエハの面全体にわたる物質輸送の均一性を改善するように修正する。いくつかの場合においては、隆起部は既存のＣＩＲＰプレートに機械加工してよく、又はＣＩＲＰを製作する際に同時に形成してよい。図１２に示すように、隆起部は、既存の１次元ＣＩＲＰ貫通孔９１０を塞がないように配設してよい。言い換えると、隆起部９０８の幅は、ＣＩＲＰ２０６の孔９１０の各列の間の距離より小さくてよい。一実施例では、ＣＩＲＰの孔９１０はその中心間が２．６９ｍｍ離間して配置されており、孔の直径は０．６６ｍｍである。よって、隆起部の幅は約２ｍｍ（２．６９−２×（０．６６／２）ｍｍ＝２．０３ｍｍ）未満となる。特定の場合においては、隆起部の幅は約１ｍｍ未満となり得る。特定の場合においては、隆起部は少なくとも約３：１の長さ：幅アスペクト比を有する。

多くの実装形態では、隆起部は、その長さ方向が、ウエハの面を横切る直交流の方向（本明細書では「ｚ」方向と呼ぶこともある）に対して垂直又は実質的に垂直となるよう配向される。特定の場合においては、隆起部は異なる角度又は異なる一連の角度で配向される。

隆起部の多様な形状、サイズ及び配置を用いてよい。いくつかの実施形態では、隆起部はＣＩＲＰの面に対して実質的に垂直な面を有し、他の実装形態では、隆起部はＣＩＲＰの面に対してある角度で位置決めされた面を有する。更なる実装形態では、隆起部はいずれの平坦面を有さないように成形され得る。いくつかの実施形態では、様々な形状及び／又はサイズ及び／又は配向の隆起部を使用してよい。

図１３は、隆起部の形状の例を、ＣＩＲＰ２０６上の隆起部９０８の断面図として示す。いくつかの実装形態では、隆起部は概ね矩形に成形される。他の実装形態では、隆起部は三角形、円筒形又はこれらの何らかの組合せである。隆起部は、機械加工された三角形の先端を有する概ね矩形のものであってもよい。特定の実施形態では、隆起部はこれを貫通する、ウエハを横切る直交流の方向に対して実質的に平行に配向された孔を含んでよい。

図１４は、異なるタイプの貫通孔を有する隆起部の複数の例を示す。貫通孔はまた、流れ軽減構造、切り欠き部、切り欠き部分と呼んでもよい。貫通孔は、流れが全方向（ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向）に回旋状となるように流れパターンを混乱させる助けとなる。例（ａ）は、矩形パターンで切り取られた上部を有する隆起部を示し、例（ｂ）は、矩形パターンで切り取られた底部を有する隆起部を示し、例（ｃ）は、矩形パターンで切り取られた中間部を有する隆起部を示し、例（ｄ）は、円形／楕円形パターンで切り抜かれた一連の孔を有する隆起部を示し、例（ｅ）は、菱型パターンで切り抜かれた一連の孔を有する隆起部を示し、例（ｆ）は、台形パターンで交互に切り取られた上部及び底部を有する隆起部を示す。孔は互いに対して一列に水平であってよく、又は例（ｄ）及び（ｆ）に示すように互いからずれていてもよい。

図１５は、図１４の例（ｅ）の実施形態と同様の、交互になったタイプの切り欠き部を有する隆起部９０８の一例を示す。ここで、第１の切り欠き部９２１及び第２の切り欠き部９２２と呼ばれる２つのタイプの切り欠き部を使用する。この実施形態では、第１の切り欠き部９２１は隆起部９０８の底部にあり、第２の切り欠き部９２２は隆起部９０８の上部にある。隆起部全体は約１〜５ｍｍの高さ（ａ）及び約０．２５〜２ｍｍの厚さ（ｂ）を有してよい。第１の切り欠き部は、約０．２〜３ｍｍの高さ（ｃ）及び約２?２０ｍｍの長さ（ｄ）を有してよい。隆起部９０８の上部に配置された第２の切り欠き部９２２もまた、約０．２〜３ｍｍの高さ（ｅ）及び約２?２０ｍｍの長さ（ｆ）を有してよい。隣接する第１の切り欠き部９２１の間の距離（即ち第１の切り欠き部９２１の間隔）（ｇ）は、約４〜５０ｍｍであってよい。隣接する第２の切り欠き部９２２の間の距離（即ち第２の切り欠き部９２２の間隔）（ｈ）もまた、約４〜５０ｍｍであってよい。これらの寸法は理解を助けるためのものであり、限定を意図したものではない。ウエハ平面（ｗ）は、隆起部９０８の上側に示されている。ＣＩＲＰに取り付けられている隆起部９０８の基部と、ウエハ平面（ｗ）との間が、直交流マニフォールド２２６である。

図１６は、図１５に示したタイプの隆起部９０８を有するＣＩＲＰ２０６の実施形態を示す。図１６には、直交流制限リング２１０も示す。当業者には、本明細書で開示する実施形態の範囲内において、多くの異なるタイプの隆起部及び切り欠き部を使用してよいことが理解されるであろう。

いくつかの実装形態では、２つ以上の分離した／不連続な隆起部がＣＩＲＰの孔の同一の列に配置されるように空隙（不隆起空隙と呼ぶこともある）を有する隆起部を利用してよい。図１７は、不隆起空隙９１２を有する隆起部９０８を有するＣＩＲＰ２０６の一例を示す。隆起部９０８の空隙９１２は、これらが互いに対して、直交流の方向に実質的に整列しないよう設計してよい。例えば図１７では、空隙９１２は、隆起部９０８の隣接する列の間で互いに整列しない。空隙９１２このような目的に沿った不整列は、直交流マニフォールド内での衝突流と直交流との混合を促進して均一なメッキ成果を促進する助けとなり得る。

いくつかの実装形態では、ＣＩＲＰの孔の各列間に１つの隆起部が存在し、他の実装形態では、隆起部はこれより少なくてよい。例えば特定の実施形態では、ＣＩＲＰの孔２列毎又は４列毎等に隆起部があってよい。更なる実施形態では、隆起部の位置はよりランダムであってよい。

隆起部を最適化するにあたって適当な１つのパラメータは、隆起部の高さであり、又はこれに関連して、隆起部の頂部とウエハ表面の底部との間の距離、若しくはＣＩＲＰからウエハへのチャネルの高さに対する隆起部の高さの比である。特定の実装形態では、隆起部の高さは約２〜５ｍｍ、例えば４〜５ｍｍである。隆起部の頂部とウエハの底部との間の距離は約１〜４ｍｍ、例えば約１〜２ｍｍ又は約２．５ｍｍ未満であってよい。隆起部の高さと直交流マニフォールドの高さの比は約１：３〜５：６であってよい。隆起部が存在する場合、直交流マニフォールドの高さは、ウエハのメッキ面といずれの隆起部を除いたＣＩＲＰの平面との間の距離として測定される。

図１８は、ＣＩＲＰ２０６の孔９１０の間に位置決めされた隆起部９０８を有するＣＩＲＰ２０６の拡大断面図である。直交流マニフォールド２２６は、ウエハ平面（ｗ）とＣＩＲＰ平面９１４との間の空間を占める。直交流マニフォールド２２６の高さは約３〜８ｍｍ、例えば約４〜６ｍｍであってよい。特定の実施形態では、この高さは約４．７５ｍｍである。隆起部９０８はＣＩＲＰ２０６の孔９１０の列の間に位置決めされ、直交流マニフォールド２２６の高さ（ａ）より小さい上述の高さ（ｂ）を有する。

図１９は、異なる様式で配向された隆起部９０８を有するＣＩＲＰ２０６の代替実施形態の、簡略上面図である。この実施形態では、各隆起部９０８は２つのセグメント９３１及び９３２からなる。分かりやすくするために、隆起部１つ、及び隆起部セグメントの組１つにだけ参照番号を付す。セグメント９３１及び９３２は互いに対して垂直に配向され、同一又は実質的に同様（例えば他方の約１０％以内）の長さを有する。他の実施形態では、これらのセグメント９３１及び９３２は互いに対して異なる角度に配向されてよく、異なる長さを有してよい。更なる実施形態では、２つのセグメント９３１及び９３２は互いから切り離されていてよく、これによって、それぞれ直交流に対してある角度で配向された２つ（又はそれ以上）の分離したタイプの隆起部が存在する。図１９では、図中に示すように直交流の方向は左から右である。隆起部９０８の各セグメント９３１及び９３２は、直交流に対して角度（ａ）及び角度（ｂ）で示す角度で配向される。角度（ａ）及び（ｂ）を分ける線は、直交流全体の方向を表すためのものである。特定の場合においては、これらの角度は同一であるか又は実質的に同様（例えば他方の約１０％以内）である。この実施形態では隆起部９０８が独立して直交流に対して垂直な方向に配向されていないため、この実施形態は、例えば図１Ａに示したものとは異なる。しかしながら、角度（ａ）及び（ｂ）が実質的に同様であるため、並びに隆起部セグメントの長さが実質的に同様であるため、隆起部は平均して、直交流の方向に対して垂直に配向されているものと考えてよい。

様々な場合において、ＣＩＲＰは、イオン抵抗性及び電気抵抗性を有する剛性の、細孔を有さない絶縁材料からなるディスクである。この材料は使用するメッキ液中において化学的に安定している。特定の場合においては、ＣＩＲＰは約６０００〜１２０００個の非連通貫通孔を有するセラミック材料（例えば酸化アルミニウム、酸化第二スズ、酸化チタン若しくは金属酸化物の混合物）又はプラスチック材料（例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニリデンジフルオリド（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリビニルクロリド（ＰＶＣ）、ポリカーボネート等）からなる。多くの実施形態では、このディスクはウエハと実質的に同延であり（例えば３００ｍｍウエハと共に使用する場合、ＣＩＲＰディスクは約３００ｍｍの直径を有する）、ウエハに極めて近接して、例えばウエハが下向きになる電気メッキ装置内においてウエハの直下に存在する。好ましくは、ウエハのメッキ表面は、ＣＩＲＰ表面の約１０ｍｍ以内、より好ましくは約５ｍｍ以内にある。この目的のために、チャネル付きイオン抵抗性プレートの頂部表面は平坦又は実質的に平坦であってよい。特定の場合においては、チャネル付きイオン抵抗性プレートの頂部表面及び底部表面の両方が平坦又は実質的に平坦である。

ＣＩＲＰの別の特徴は、貫通孔の直径又は主要寸法、及びこの直径又は寸法と、ＣＩＲＰと基材との間の距離との関係である。特定の実施形態では、各貫通孔（又は貫通孔の大部分若しくは貫通孔の平均直径）の直径は、メッキするウエハの表面からＣＩＲＰの最も近い表面までのおおよその距離以下である。よってこのような実施形態では、ＣＩＲＰがメッキするウエハ表面の約５ｍｍ以内にある場合、貫通孔の直径又は主要寸法は約５ｍｍを超えない。

上述のように、プレートの全体的なイオン抵抗性及び流れ抵抗性は、プレートの厚さ並びに全体の多孔率（流れがプレートを通ることができる領域の割合）及び孔のサイズ／直径の両方に左右される。多孔率が低いプレートは高い衝突流速度及びイオン抵抗性を有することになる。多孔率が同一であるプレートを比較すると、直径が小さい１次元孔（従って多数の１次元孔）を有するプレートは、より多くの独立した電流源（同一の空隙全体にわたってより多く広がることができる点源として作用する）が存在するため、ウエハ上においてより微細かつ均一な電流分布を有し、また、より大きな総圧力降下（高い粘性流れ抵抗性）を有することになる。

しかしながら特定の場合においては、イオン抵抗性プレートは上述のように多孔性である。プレートの細孔は独立した１次元チャネルを形成することはなく、代わりに相互接続されていてもされていなくても良い貫通孔の網目構造を形成し得る。本明細書で使用する用語「チャネル付きイオン抵抗性プレート（ＣＩＲＰ）」及びチャネル付きイオン抵抗性要素は、特別に注記しない限り、このような実施形態を含むことを意図したものであることを理解されたい。

［貫通孔を通る垂直な流れ］
ウエハシード層の電流の抵抗性がセルのカソード液より大きい場合等、末端効果が有効である／関係する場合、イオン抵抗性であるがイオン透過性である要素（ＣＩＲＰ）２０６がウエハの近傍に存在することにより、末端効果が実質的に低下し、径方向メッキ均一性が改善される。ＣＩＲＰは同時に、流れ拡散マニフォールドプレートとして作用することによって、電解質の実質的に空間的に均一な衝突流をウエハ表面において上向きに配向する能力も提供する。重要なこととして、同じ要素をウエハから遠く離れた位置に配置した場合、イオン流の均一性及び流れの改善は大いに低下するか、又は発生しない。

更に、非連通貫通孔は、ＣＩＲＰ内におけるイオン流又は流体運動の横方向の移動を可能としないため、中央から縁部への電流及び流れの移動はＣＩＲＰ内において阻害され、これは径方向メッキ均一性の更なる改善をもたらす。

なお、いくつかの実施形態では、ＣＩＲＰプレートは主に又はもっぱらセル内電解質流抵抗性、流れ制御及び流れ成形要素として使用でき、ターボプレートと呼ばれることがある。このプレートが、例えば末端効果を平衡化することによって及び／又は電場若しくはセル内での流れに加えられるメッキ添加物の力学的抵抗性を調整することによって、径方向蒸着均一性を適合するかどうかに関わらず、このような名称を用いてよい。よって例えば、シード金属の厚さが一般に大きく（例えば厚さ＞１０００・）金属が極めて高速で蒸着される、ＴＳＶ及びＷＬＰ電気メッキにおいて、電解質流の均一な分布は極めて重要であり、その一方で、（より厚いシード層を使用する場合には中心から縁部への不均一性の重要度が低下することを少なくとも部分的な要因として）ウエハシード内でのオーミック電圧降下に起因する径方向不均一性制御を補償する必要は少なくなり得る。従ってＣＩＲＰプレートは、イオン抵抗性かつイオン透過性要素、及び流れ成形要素の両方として言及することができ、イオン流の流れを変化させること、材料の対流を変化させること、又はこれら両方による蒸着速度補正機能をもたらすことができる。

［ウエハとチャネル付きプレートとの間の距離］
特定の実施形態では、ウエハホルダ及び関連する位置決め機構は、回転するウエハを、チャネル付きイオン抵抗性要素の平行な上側表面の極めて近傍に保持する。メッキ中、基材は一般に、イオン抵抗性要素に対して平行又は実質的に平行（例えば約１０°以内）となるように位置決めされる。基材はその上に特定の特徴部分を有し得るが、基材及びイオン抵抗性要素が実質的に平行であるかどうかを決定する際には、基材のおおよそ平坦な形状のみを考慮する。

典型的な場合、離間距離は約１〜１０ｍｍ、又は約２〜８ｍｍである。プレート−ウエハ間のこの短い距離は、ウエハ上にメッキパターンを生成し、これは、特にウエハの回転の中心付近における、このパターンの独立した孔の近接度「イメージング」と関連する。このような状況において、（厚さ又はメッキの質感における）メッキリングのパターンは、ウエハの中心付近に発生し得る。この現象を回避するために、いくつかの実装形態では、ＣＩＲＰ内（特にウエハの中心及び中心付近）の独立した孔を、特に小さいサイズ、例えばプレート−ウエハ間空隙の約１／５未満のサイズを有するように構成できる。ウエハの回転と相まって、細孔のサイズが小さいことによって、プレートからのジェット流として発生する衝突流の流速の時間平均化が可能となり、小規模の（例えばマイクロメートルレベルの）不均一性を低減又は回避する。上述の留意にもかかわらず、また使用するメッキ槽の特性（例えば蒸着する特定の金属、導電性、及び使用する槽添加物）に応じて、いくつかの場合においては、蒸着は、時間平均露出及び（例えばウエハの中心の周りの「ブルズアイ」形状で）厚さが変化する近接度イメージングパターンとして、並びに使用する独立した孔のパターンに対応する、微細不均一パターン（例えば中央リングを形成する）を発生させやすいものとなり得る。限定された孔のパターンが、不均一であり蒸着に影響を及ぼす衝突流パターンを発生させる場合、上記のようなことが起こり得る。この場合、ウエハ中心を横切る横方向流れを導入すること、並びに／又は中心における及び／若しくは中心付近における孔の規則的なパターンを修正することにより、そうしなければ発生することになる微細不均一性のいずれの兆候を大幅に排除できることが分かっている。

［チャネル付きプレートの多孔性］
様々な実施形態では、チャネル付きイオン抵抗性プレートは十分に低い多孔性及び細孔サイズを有し、これにより、通常の動作体積流量において粘性流れ抵抗性背圧及び高い垂直衝突流量を提供する。いくつかの場合においては、チャネル付きイオン抵抗性プレートの約１〜１０％が、ウエハ表面に流体を到達させることができる開口領域である。特定の実施形態では、プレートの約２〜５％が開口領域である。具体的な実施例では、プレート２０６の開口領域は約３．２％であり、有効な総開口断面積は約２３ｃｍ²である。

［チャネル付きプレートの孔のサイズ］
チャネル付きイオン抵抗性プレートの多孔性は、多くの異なる方法で実装できる。様々な実施形態において、直径が小さい多数の垂直孔を用いてこれを実装してよい。いくつかの場合においては、プレートは独立した「穿孔された」孔を有さず、連続的な多孔性材料の焼結プレートによって生成される。このような焼結プレートの例は、米国特許第６９６４７９２号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ０２３）に記載されており、これは参照によりその全体が本明細書に援用される。いくつかの実施形態では、先行された非連通孔の直径は約０．０１〜０．０５インチである。いくつかの場合においては、孔の直径は約０．０２〜０．０３インチである。上述のように、様々な実施形態では、孔は、チャネル付きイオン抵抗性プレートとウエハとの間の空隙距離の最大約０．２倍の直径を有する。孔は一般に円形の断面を有するが、必ずしもそうではない。更に、構成を簡単にするために、プレート内の全ての孔は同一の直径を有してよい。しかしながらそうである必要はなく、孔の個別のサイズ及び局所的密度の両方は、特定の要件によって必要とされ得るようにプレート表面全体にわたって変化してよい。

例として、例えば少なくとも約１０００個又は少なくとも約３０００個又は少なくとも約５０００個又は少なくとも約６０００個の多数の小さな孔が設けられた（直径０．０２６インチの孔が９４６５個あると有益であることが分かっている）、適切なセラミック又はプラスチック材料（一般に電気絶縁性かつ機械的に頑丈な材料）性の剛性プレートを挙げる。上述のように、設計によっては約９０００個の孔を有する。プレートの多孔率は典型的には約５％未満であり、これによって、高い衝突速度を生成するために必要な総流量はあまり多くなくなる。より小さな孔の使用は、より大きな孔を使用する場合に比べて大きな、プレートにわたる圧力降下の生成の助けとなり、プレートを通るより均一な上方向の流れの生成を助ける。

一般に、チャネル付きイオン抵抗性プレート全体にわたる孔の分布は、均一の密度かつランダムでないものである。しかしながらいくつかの場合においては、孔の密度は特に径方向に変化してよい。特定の実施形態では、以下により十分に説明するように、流れを回転する基材の中心へと配向するプレートの領域において、孔はより高い密度及び／又はより大きな直径を有する。更に、いくつかの実施形態では、電解質を回転するウエハの中心又は中心付近に配向する孔は、ウエハ表面に対して直角でない角度で流れを誘導してよい。更に、この領域における孔のパターンは、不均一なメッキ「リング」のランダムな又は部分的にランダムな分布を有してよく、これによって、制限された数の孔とウエハの回転との間に発生し得る相互作用に対処する。いくつかの実施形態では、流れ切替弁又は制限リングの開口セグメント近傍における孔の密度は、チャネル付きイオン抵抗性プレートの、取り付けられた流れ切替弁又は制限リングの開口セグメントから離れた領域における孔の密度より低い。

本明細書に記載する構成及び／又はアプローチは本質的に例示的なものであること、並びに、これらの特定の実施形態又は実施例については多数の変更が可能であるため、限定を意味するものとみなすべきではないことを理解されたい。本明細書に記載する具体的な手順又は方法は、いずれの数の処理方策のうちの１つ又は複数を表し得る。従って、例示した様々な動作は例示した順序で、他の順序で、並行して、又はいくつかの場合を省略して実行してよい。同様に、上述のプロセスの順序は変更してよい。

本開示の主題は、本明細書で開示した様々なプロセス、システム及び構成、並びに他の特徴、機能、作用及び／又は特性、並びにこれらのいずれの及び全ての均等物の、新規かつ自明でない組合せ及び部分的組合せを含む。

［実施例及び実験］
モデリング結果及びウエハ上での実験結果は、本明細書で開示した実施形態がメッキプロセスの均一性を有意に向上させることができることを示唆するものである。図２０は、銅電気メッキに関するいくつかの実験結果の概要を示す。２つの異なるＣＩＲＰ設計（隆起部を有するものと有さないもの）を、２つの異なる蒸着速度それぞれについて試験した。

第１のＣＩＲＰ設計は、段差又は隆起部を有さない対照設計であった。第２のＣＩＲＰ設計は、ＣＩＲＰの孔の隣接する列の間に位置決めされ、かつ直交流に対して垂直方向に配向された、高さ２．５ｍｍの一連の隆起部を含むものであった。直交流マニフォールドの高さは約４．７５ｍｍであった。試験した２つの銅蒸着速度は、２．４μｍ／分及び３．２μｍ／分であった。言い換えると、各実験中に送達される電流は、金属を平均して約２．４μｍ／分及び３．２μｍ／分で蒸着するために必要なレベルの電流であった。実験に使用したメッキ化学構造は、Ｅｎｔｈｏｎｅ（コネチカット州ウエストヘブン）製のＳＣ４０化学構造であり、これは約１４０ｇ／Ｌの硫酸濃度、約４０ｇ／Ｌの第二銅イオン（Ｃｕ²⁺）濃度（硫酸銅由来）を有するものであった。カソード液のＲ１添加物及びＲ２添加物の濃度はそれぞれ２０ｍＬ／Ｌ及び１２ｍＬ／Ｌであった。カソード液の流量は約２０Ｌ／分であった。基材は約４ＲＰＭの速度で回転させた。直交流制限リングの上側表面とメッキカップの下側表面との間の流体空隙は、約０．５ｍｍであった。メッキプロセスは３０℃で実行された。メッキ後のバンプ高さは、各ウエハの表面にわたる多数の異なる位置において測定した。

全ての場合において、バンプ高さはウエハの縁部付近より幾分厚く、ウエハの中心付近より幾分薄かった。しかしながら、どちらの蒸着速度においても、厚さの変量は、対照ＣＩＲＰに関してよりも隆起部を有するＣＩＲＰに関しての方が小さかった。よって、隆起部を有するＣＩＲＰはバンプ高さ、厚さの分布について明らかな改善を示した。共平面性は対照と隆起部を有する場合とで実質的に同一であったが、物質移動が激しい条件下（例えば銅の蒸着速度が＞４μｍである場合）においては、隆起部を有する場合の方が優れているものと予測される。ダイの共平面性は、所定のダイについて（１／２×（最大バンプ高さ−最小バンプ高さ）／平均バンプ高さ）として定義される。図２０において報告されているウエハの共平面性は、所定のウエハの全てのダイの共平面性の平均である。この場合、特定の試験ウエハには約１７０のダイが存在した。

隆起部の有効性を実証する更なるモデリング結果は、米国仮特許出願第６１／７３６４９９号に含まれており、これは既に参照により本明細書に援用した。

［他の実施形態］
以上が具体的実施形態の全説明であるが、様々な改変、代替構造及び均等物を使用してよい。従って、以上の説明及び例示は、添付の請求項で定義される本発明の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。

Claims (33)

1. 電気メッキ装置であって、
   （ａ）実質的に平坦な基材上に金属を電気メッキする間、電解質及びアノードを含むよう構成された、電気メッキ用チャンバと、
   （ｂ）電気メッキ中、前記基材のメッキ面が前記アノードと分離されるように、前記実質的に平坦な基材を保持するよう構成された、基材ホルダと、
   （ｃ）イオン抵抗性要素であって、
   （ｉ）前記イオン抵抗性要素を貫通して延在する、電気メッキ中に前記イオン抵抗性要素を通してイオンを輸送するよう適合された、複数のチャネルと、
   （ｉｉ）前記基材の前記メッキ面と実質的に平行であり、前記基材の前記メッキ面と空隙で分離されている、基材対面側部と、
   （ｉｉｉ）前記イオン抵抗性要素の前記基材対面側部上に位置決めされた複数の隆起部と、を含む、イオン抵抗性要素と、
   （ｄ）前記空隙に前記電解質の直交流を導入するための、前記空隙への流入口と、
   （ｅ）前記空隙内を流れる前記電解質の前記直交流を受承するための、前記空隙の流出口と、を備え、
   前記流入口及び前記流出口は、電気メッキ中、前記基材の前記メッキ面上の方位的にほぼ対向する周上の位置に位置決めされる、電気メッキ装置。
2. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
   前記イオン抵抗性要素の前記基材対面側部と、前記基材の前記メッキ面との間の前記空隙は、前記基材の前記メッキ面と前記イオン抵抗性要素の平面との間を測定した場合に約１５ｍｍ未満である、電気メッキ装置。
3. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
   前記基材の前記メッキ面と前記隆起部の最高部との間の空隙は約０．５〜４ｍｍである、電気メッキ装置。
4. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
   前記隆起部の高さは約２〜１０ｍｍである、電気メッキ装置。
5. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
   前記隆起部は平均して、前記電解質の前記直交流の方向に対して実質的に垂直に配向される、電気メッキ装置。
6. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
   前記隆起部のうちの少なくともいくつかは、少なくとも約３：１の長さ：幅アスペクト比を有する、電気メッキ装置。
7. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
   前記イオン抵抗性要素上に、少なくとも２つの異なる形状及び／又はサイズの前記隆起部が存在する、電気メッキ装置。
8. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
   前記隆起部のうちの少なくともいくつかの上に、電気メッキ中に電解質がそれを通って流れることができる１つ又は複数の切り欠き部を含む、電気メッキ装置。
9. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
   前記隆起部のうちの少なくともいくつかは、前記イオン抵抗性要素の前記平面に対して実質的に垂直な面を備える、電気メッキ装置。
10. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
    前記隆起部のうちの少なくともいくつかは、前記イオン抵抗性要素の前記平面から直角でない角度だけずれた面を備える、電気メッキ装置。
11. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
    前記隆起部のうちの少なくともいくつかの上に、三角形の上部を更に備える、電気メッキ装置。
12. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
    前記隆起部は、少なくとも第１の隆起部セグメント及び第２の隆起部セグメントを含み、
    前記第１及び第２の隆起部セグメントはそれぞれ、前記電解質の前記直交流の方向から、実質的に等しいが符号が逆である角度だけずれている、電気メッキ装置。
13. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
    前記イオン抵抗性要素は、電場を成形し、電気メッキ中に前記基材付近の前記電解質流の性質を制御するよう構成される、電気メッキ装置。
14. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
    前記イオン抵抗性要素の下面の下に位置決めされた下側マニフォールド領域を更に備え、
    前記下面は前記基材ホルダと反対側を向いている、電気メッキ装置。
15. 請求項１４に記載の電気メッキ装置であって、
    中央電解質チャンバと
    前記中央電解質チャンバから前記流入口及び前記下側マニフォールド領域の両方に前記電解質を送達するよう構成された１つ又は複数の供給チャネルと、を更に備える、電気メッキ装置。
16. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
    前記流入口と流体連通された直交流注入マニフォールドを更に備える、電気メッキ装置。
17. 請求項１０に記載の電気メッキ装置であって、
    前記直交流注入マニフォールドは、前記イオン抵抗性要素のキャビティによって少なくとも部分的に画定される、電気メッキ装置。
18. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
    前記イオン抵抗性要素の周縁部全体にわたって位置決めされた流れ制限リングを更に備える、電気メッキ装置。
19. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
    メッキ中に前記基材ホルダを回転させるための機構を更に備える、電気メッキ装置。
20. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
    前記流入口は、前記基材の前記メッキ面の周付近に、約９０〜１８０°の弧にわたって広がっている、電気メッキ装置。
21. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
    前記流入口内の方位的に別個の複数の流入口セグメントと、
    前記方位的に別個の複数の流入口セグメントに前記電解質を送達するよう構成された、複数の電解質供給流入口と、
    電気メッキ中に複数の前記電解質供給流入口内の前記電解質の複数の体積流量を独立して制御するよう構成された、１つ又は複数の流れ制御要素と、を更に備える、電気メッキ装置。
22. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
    前記隆起部は、前記基材の前記メッキ面と実質的に同延である、電気メッキ装置。
23. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
    前記流入口及び前記流出口は、電気メッキ中に前記基材の前記メッキ面上に剪断力を生成又は維持するために、前記空隙内で前記電解質の前記直交流を生成するよう適合される、電気メッキ装置。
24. 請求項１に記載の電気メッキ装置であって、
    前記隆起部は、複数の平行な列に配向され、
    前記列は、非隆起空隙で分離された２つ以上の不連続な前記隆起部を含み、
    隣接する前記列の前記非隆起空隙は実質的に、前記電解質の前記直交流の方向に互いに整列されていない、電気メッキ装置。
25. 電気メッキ装置であって、
    （ａ）実質的に平坦な基材上に金属を電気メッキする間、電解質及びアノードを含むよう構成された、電気メッキ用チャンバと、
    （ｂ）電気メッキ中、前記基材のメッキ面が前記アノードと分離されるように、前記実質的に平坦な基材を保持するよう構成された、基材ホルダと、
    （ｃ）イオン抵抗性要素であって、
    （ｉ）前記イオン抵抗性要素を貫通して延在する、電気メッキ中に前記イオン抵抗性要素を通してイオンを輸送するよう適合された、複数のチャネルと、
    （ｉｉ）前記基材の前記メッキ面と実質的に平行であり、前記基材の前記メッキ面と空隙で分離されている、基材対面側部と、
    （ｉｉｉ）前記イオン抵抗性要素の前記基材対面側部上に位置決めされた段差であって、前記段差は高さ及び直径を有し、前記段差の前記直径は前記ウエハの前記メッキ面と実質的に同延であり、前記段差の前記高さ及び前記直径はメッキ中に前記電解質が前記基材ホルダの下、前記段差の上を通って前記空隙内へと流れることができる程度に十分に小さい、段差と、を含む、イオン抵抗性要素と、
    （ｄ）前記空隙に前記電解質を導入するための、前記空隙への流入口と、
    （ｅ）前記空隙内を流れる前記電解質の流れを受承するための、前記空隙の流出口と、を備え、
    前記流入口及び前記流出口は、電気メッキ中に前記基材の前記メッキ面上に剪断力を生成又は維持するために、前記空隙内で前記電解質の前記直交流を生成するよう適合される、電気メッキ装置。
26. 標準的な直径の半導体ウエハ上に材料をメッキするための電気メッキ装置で使用するための、チャネル付きイオン抵抗性プレートであって、
    前記半導体ウエハのメッキ面とほぼ同延である、約２〜２５ｍｍの厚さを有するプレートと、
    前記プレートの厚さを貫通して延在する、少なくとも約１０００個の非連通貫通孔であって、電気メッキ中に前記プレートを通してイオンを輸送するよう適合された、貫通孔と、
    前記プレートの片側上に位置決めされた複数の隆起部と、を備える、チャネル付きイオン抵抗性プレート。
27. 標準的な直径の半導体ウエハ上に材料をメッキするための電気メッキ装置で使用するための、チャネル付きイオン抵抗性プレートであって、
    前記半導体ウエハのメッキ面とほぼ同延である、約２〜２５ｍｍの厚さを有するプレートと、
    前記プレートの厚さを貫通して延在する、少なくとも約１０００個の非連通貫通孔であって、電気メッキ中に前記プレートを通してイオンを輸送するよう適合された、貫通孔と、
    前記プレートの中央領域のプレートの膨隆部、及び前記プレートの周縁部に位置決めされた前記プレートの非膨隆部を備える、段差と、を備える、チャネル付きイオン抵抗性プレート。
28. 基材を電気メッキするための方法であって、
    （ａ）基材ホルダ内に実質的に平坦な基材を受承することであって、前記基材のメッキ面は露出しており、前記基材ホルダは電気メッキ中、前記基材の前記メッキ面がアノードと分離されるように前記基材を保持するよう構成されている、受承することと、
    （ｂ）前記基材を電解質に浸漬することであって、
    前記基材の前記メッキ面とイオン抵抗性要素の平面との間に空隙を形成し、
    前記イオン抵抗性要素は前記基材の前記メッキ面と少なくともほぼ同延であり、
    前記イオン抵抗性要素は電気メッキ中に前記イオン抵抗性要素を通してイオンを輸送するよう適合されており、
    前記イオン抵抗性要素は前記イオン抵抗性要素の基材対面側部上に複数の隆起部を備え、前記隆起部は前記基材の前記メッキ面と実質的に同延である、浸漬することと、
    （ｃ）（ｉ）側部流入口から前記空隙内へ入り、側部流出口から出るように；及び（ｉｉ）前記イオン抵抗性要素の下から前記イオン抵抗性要素を通過して前記空隙内へ入り、前記側部流出口から出るように、前記基材ホルダ内の前記基材と接触するように前記電解質を流すことであって、前記流入口及び前記流出口は、電気メッキ中に前記空隙内の前記電解質の直交流を生成するよう設計又は構成されている、前記電解質を流すことと、
    （ｄ）前記基材ホルダを回転させることと、
    （ｅ）前記（ｃ）と同様に前記電解質を流しながら、前記基材の前記メッキ面上に材料を電気メッキすることと、を備える、方法。
29. 請求項２８に記載の方法であって、
    前記空隙は、前記基材の前記メッキ面と前記イオン抵抗性要素の平面との間を測定した場合に約１５ｍｍ未満である、方法。
30. 請求項２８に記載の方法であって、
    前記基材の前記メッキ面と前記隆起部の最高部表面との間の空隙は約０．５〜４ｍｍである、方法。
31. 請求項２８に記載の方法であって、
    前記側部流入口は、方位的に別個であり流体連通していない２つ以上のセクションに分離され、
    前記流入口の前記方位的に別個のセクションへの前記電解質の流れは独立して制御される、方法。
32. 請求項２８に記載の方法であって、
    前記空隙内に流れ配向要素が位置決めされ、
    前記流れ配向要素によって、前記側部流入口から前記側部流出口への実質的に直線の流路に前記電解質を流すことができる、方法。
33. 基材を電気メッキするための方法であって、
    （ａ）基材ホルダ内に実質的に平坦な基材を受承することであって、前記基材のメッキ面は露出しており、前記基材ホルダは電気メッキ中、前記基材の前記メッキ面がアノードと分離されるように前記基材を保持するよう構成されている、受承することと、
    （ｂ）前記基材を電解質に浸漬することであって、
    前記基材の前記メッキ面とイオン抵抗性要素の平面との間に空隙を形成し、
    前記イオン抵抗性要素は前記基材の前記メッキ面と少なくともほぼ同延であり、
    前記イオン抵抗性要素は電気メッキ中に前記イオン抵抗性要素を通してイオンを輸送するよう適合されており、
    前記イオン抵抗性要素は前記イオン抵抗性要素の基材対面側部上に段差を備え、前記段差は前記イオン抵抗性要素の中心領域に位置決めされ、前記イオン抵抗性要素の非膨隆部で囲まれている、浸漬することと、
    （ｃ）（ｉ）側部流入口から前記段差を越えて空隙内へ入り、再び前記段差を越えて側部流出口から出るように；及び（ｉｉ）前記イオン抵抗性要素の下から前記イオン抵抗性要素を通過して前記空隙内へ入り、前記段差を越えて前記側部流出口から出るように、前記基材ホルダ内の前記基材と接触するように前記電解質を流すことであって、前記流入口及び前記流出口は、電気メッキ中に前記空隙内の前記電解質の直交流を生成するよう設計又は構成されている、前記電解質を流すことと、
    （ｄ）前記基材ホルダを回転させることと、
    （ｅ）前記（ｃ）と同様に前記電解質を流しながら、前記基材の前記メッキ面上に材料を電気メッキすることと、を備える、方法。