TW201843358A - 利用衝擊電解液之獨立控制的電鍍設備及方法 - Google Patents

Abstract

文中揭露電鍍基板用的方法及設備。在某些情況中，離子阻抗元件係設置於基板附近，在離子阻抗元件與基板之間產生橫流歧管。在電鍍期間，流體可上向經由離子阻抗元件及(選擇性地)橫向經由橫流側入口而進入橫流歧管。液體路徑在橫流歧管中結合並在橫流出口處離開，橫流出口之設置可與橫流入口相對。在某些實施例中，離子阻抗元件可包含兩或更多個流動區域，可獨立控制流經每一流動區域的液流。在此些或其他實施例中，可包含電解液噴射件以在電鍍期間使額外的電解液朝向特定徑向位置或複數徑向位置處的基板。在某些實施例中，可省略離子阻抗元件。

Description

利用衝擊電解液之獨立控制的電鍍設備及方法

本發明係關於在電鍍期間控制電解液流體動力學的方法及設備。

更具體而言，文中所述之方法及設備尤其可用於將金屬電鍍至半導體晶圓基板上，如經由光阻電鍍寬度小於約50 µm 的微小凸塊特徵部(如銅、鎳、錫、及錫合金焊料)及銅矽貫孔(TSV)特徵部。

電化學沉積製程為現代積體電路製造中的既有製程。在21世紀初期幾年中自鋁金屬內連線至銅金屬內連線的轉變驅動了對日益複雜之電沉積製程與電鍍設備的需求。許多此類複雜需要係緣於裝置金屬化層中載帶電流之愈來愈小的金屬線。此些銅線係藉著將金屬電鍍至極薄、高高寬比的溝槽與通孔中所形成，此種方法通常被稱為「鑲嵌」製程(護層之前的金屬化)。

電化學沉積現在已準備好去滿足複雜封裝與多晶片內連技術的商業需求，複雜封裝與多晶片內連技術通常口語地被稱為晶片級封裝(WLP)與矽貫孔(TSV)電連接技術。部分由於一般較大的特徵部尺寸(相較於前段製程(FEOL)內連線)及高高寬比，此些技術面臨著極嚴峻的挑戰。

根據封裝特徵部的類型與應用(例如經由連接晶片之TSV、內連重佈線、或晶片對板或晶片接合如覆晶柱)，在現行的技術中經電鍍的特徵部的主尺寸通常大於約2微米且通常介於5-100微米之間(如銅柱可約為50微米)。對於某些晶片上的結構如電力匯流排而言，欲電鍍的特徵部可能大於100微米。TSV結構可具有極高的高寬比(如約20：1附近)，但WLP特徵部的高寬比通常約為 1：1(高比寬)或更小。

當WLP結構的尺寸自100-200微米縮小至小於50微米時，會遇到一系列獨特的問題，因為在此尺寸規模下流體動力學與質量傳輸之邊界層近乎相等。對於具有較大特徵部的先前世代而言，流體與質量傳輸進入特徵部係由流場大致上穿透進入特徵部來加以進行，但對於具有較小特徵部的世代而言，流體渦流與滯流的形成可抑制正在成長之特徵部內的質量傳輸速率與均勻度。因此，需要在較小之「微凸塊」與TSV特徵部內產生均勻質量傳輸的新方法。

純擴散製程用的時間常數(1D擴散平衡時間常數)會依下式隨著特徵部深度L與擴散常數D擴縮：(秒).

假設金屬離子之擴散常數的平均合理數值(如5 x 10^-6 平方公分/秒)，相對大的FEOL之0.3微米深的雙鑲嵌特徵部可能僅具有約0.1微秒的時間常數但WLP 凸塊之50微米深之TSV可能具有數秒的時間常數。

不僅僅是特徵部尺寸，WLP與TSV應用的電鍍速度係不同於鑲嵌應用。對於許多WLP應用而言，取決於電鍍的金屬(如銅、鎳、金、銀焊料等)，一方面製造與成本需求與另一方面技術需求與技術困難(如各種晶圓圖案的資金生產力目標、晶粒內與特徵目標內的晶圓需求目標)之間存著著平衡。對於銅而言，通常在至少約2微米/分鐘典型地在至少約3-4或更多微米/分鐘的速率下到達此平衡。對於錫電鍍而言，可能需要大於約3微米/分鐘在某些應用中可能需要至少約7微米/分鐘的電鍍速率。對於鎳與掘金(strike gold)(如低金濃度的閃蒸薄膜層)而言，電鍍速率可介於約0.1至1微米/分鐘之間。在此些金屬相對較高電鍍速率的領域中，在電解液中金屬離子有效率地質量傳輸至電鍍表面是很重要的。

在某些實施例中，電鍍必須在晶圓的整個表面上以高度均勻方式進行以達到晶圓內(WIthin a Wafer (WIW))、特定晶粒內所有特徵部間(WIthin and among all the features of a particular Die (WID))、及各別特徵部內(WIthin the individual Features themselves (WIF))的良好電鍍均勻度。WLP與TSV應用的高電鍍速率面臨電沉積膜層之均勻度的挑戰。對於各種WLP應用而言，電鍍在晶圓表面上沿著徑向方向必須表現出至多約5%的半幅變異(被稱為WIW非均勻度，在一晶粒中於橫跨晶圓直徑的複數位置處量測單一特徵部類型所得)。具同樣挑戰性的需求是，不同尺寸(如特徵部直徑)或特徵部密度(孤立特徵部或晶粒之一陣列中間的嵌合特徵部)之各種特徵部的均勻沉積(厚度與形狀)。此效能規格通常被稱為WID非均勻度。WID非均勻度係以下列方式量測：如上述之各種特徵部類型的局部變異(如小於5%的一半範圍)對在晶圓上一特定晶圓晶粒(特定晶粒位置處如半徑的中點、中央、或邊緣)內的平均特徵部高度或其他尺寸。

最後具有挑戰性的需求為對特徵部形狀內的一般控制。在無適當流體與質量傳輸對流控制的情況下，在電鍍後線或柱可能會以二維或三維的凸起、平坦、或凹陷方式(如馬鞍或圓頂形)傾斜，但通常但並非總是期望得到的是平坦的輪廓。WLP應用除了遇到此些挑戰外，尚須和傳統的較便宜的取放序列繞線(pick and place serial routing)的操作競爭。又，WLP應用的電化學沉積可涉及電鍍各種非銅的金屬如類似焊料的鉛、錫、錫-銀、及其他凸塊下金屬材料如鎳、金、鈀、及此些材料的各種合金，上述的某些者包含銅。電鍍錫-銀近共晶合金為電鍍合金技術的一實例，其中合金係被電鍍為無鉛焊料以取代鉛-錫共晶焊料。

文中的某些實施例係關於將一或多種材料電鍍至基板上的方法及設備。雖然在許多情況中材料為金屬且基板為半導體晶圓，但本發明的實施例不限於此。通常，文中的實施例使用設置在基板附近的離子阻抗元件(有時亦被稱為具有通道的離子阻抗板(CIRP)、具有通道的離子阻抗元件、離子阻抗板、高阻抗虛擬陽極、或類似的名稱)產生在下由離子阻抗元件定義而在上由基板定義的橫流歧管。在各種實施例中，在電鍍期間，液體向上經離子阻抗元件中的通道且橫向經由設置在基板一側附近的橫流側入口而進入橫流管。液流路徑在橫流歧管中結合並在位置與橫流入口相對的橫流出口處離開。

在許多實施例中，離子阻抗元件可包成成含複數流動區域，其中每一流動區域中之複數通道係自被稱為複數電解液源區域的複數分離源供給電解液。此些複數電解液源區域可用以獨立控制經由離子阻抗元件之複數流動區域中之每一流動區域中之複數通道之電解液的輸送。在此些或其他實施例中，可設置電解液噴射件以朝向特定位置處的基板輸送額外的電解液。電解液噴射件可自分離的噴射歧管饋送。在某些情況中，這可允許獨立於其他流率外獨立控制流經噴射件的液流。

在所揭露之實施例的一態樣中，提供一種電鍍設備，其包含：一電鍍室，在將金屬電鍍至一實質平坦的基板上時用以容納一電解液與一陽極；一入口，用以將該電解液導入該電鍍室中；一出口，用以自該電鍍室移除該電解液；一基板支撐件，用以支撐該基板俾使該基板之一電鍍面在電鍍期間與該陽極分離；一電解液噴射件，係用以以一非均勻的方式朝向該基板之該電鍍面輸送該電解液，其中可獨立控制流經該電解液噴射件的一流率與流經該電鍍室的一總流率。

在某些實施例中，該電解液噴射件可為一邊緣噴射件，其係用以輸送該電解液俾使該電解液優先衝擊該基板之一外圍區域上。在其他實施例中，電解液噴射件可為一內噴射件，其係用以輸送該電解液俾使該電解液優先衝擊該基板之一非外圍區域上。在各種實例中，該電解液噴射件可包含複數獨立噴射件。在某些此類實例中，該電解液噴射件之該複數獨立噴射件中的至少兩者係用以在不同的徑向位置處輸送該電解液。例如，該複數獨立噴射件中的一第一獨立噴射件係用以在該基板之一外圍區域處輸送該電解液，該複數獨立噴射件中的一第二獨立噴射件係用以在該基板之一非外圍區域處輸送該電解液。該電解液噴射件可至少分為一第一流動區域與一第二流動區域，該電解液噴射件之該第一與第二流動區域中的每一者係由一不同的電解液源供給該電解液，且該電解液噴射件之該第一與第二流動區域中的每一者皆包含該複數獨立噴射件中之至少一者，其中可獨立於流經該電解液噴射件之該第二流動區域的一第二流率獨立控制流經該電解液噴射件之該第一流動區域的一第一流率。在某些情況中，電解液噴射件可被設置在一特定方位角位置或複數方位角位置處俾以在該基板旋轉時使該基板之該電鍍面上的一區域循環地暴露至：(i)該電解液噴射件存在的複數區域、及(ii)該電解液噴射件不存在的複數區域。在該電解液噴射件存在的該複數區域內該電解液噴射件可在複數不同的徑向位置處輸送該電解液，其中流經該電解液噴射件之該電解液的流率在該不同徑向位置處為不均勻的。

在某些實施例中，該電解液噴射件可用以引導該電解液以相對於該基板之該電鍍面的一垂直角度朝向該基板。在此些或其他實例中，電解液噴射件可用以引導該電解液以相對於該基板之該電鍍面的一非垂直角度朝向該基板。在各種實施例中，該電解液噴射件可包含具有一徑向向內角度的至少一獨立噴射件。在某些情況中，該設備更包含用以將該電解液供給至該電解液噴射件的一噴射歧管。在一特定的實施例中，該設備更包含：一離子阻抗元件，該離子阻抗元件包含藉由一間隙與該基板之該電鍍面分離的一面基板表面，該間隙形成一橫流歧管，其中在電鍍期間該離子阻抗元件係至少與該基板之該電鍍面共延，該離子阻抗元件係用以在電鍍期間經由該離子阻抗元件提供電解液傳輸與離子傳輸；該橫流歧管的一側出口，係用以接收在該橫流歧管中流動的該電解液；及一離子阻抗元件歧管，係用以在該離子阻抗元件下方供給該電解液，其中該離子阻抗元件歧管與該噴射歧管係彼此分離。在另一實施例中，該設備更包含：一離子阻抗元件，該離子阻抗元件包含藉由一間隙與該基板之該電鍍面分離的一面基板表面，該間隙形成一橫流歧管，其中在電鍍期間該離子阻抗元件係至少與該基板之該電鍍面共延，該離子阻抗元件係用以在電鍍期間經由該離子阻抗元件提供電解液傳輸與離子傳輸；該橫流歧管的一側入口，係用以將該電解液導至該橫流歧管；該橫流歧管的一側出口，係用以接收在該橫流歧管中流動的該電解液；及一橫流注射歧管，在電鍍期間該側入口與該側出口係位在該基板之該電鍍面上方位角相對的圓周位置附近，其中該橫流注射歧管將該電解液供給至該側入口，其中該噴射歧管與該橫流注射歧管係彼此分離。在此些或其他實施例中，該設備更包含：一邊緣流元件，該邊緣流元件係位於該基板之一外圍附近且係至少部分地位於形成在該基板與該基板支撐件之間之一介面處的一角落的徑向內部，其中該邊緣流元件係用以將該電解液引導至形成在該基板與該基板支撐件之間之該介面處的該角落中，該邊緣流元件為環形或弧形。在另一特定實施例中，該設備更包含：一離子阻抗元件，其包含藉由一間隙與該基板之該電鍍面分離的一面基板表面，該間隙形成一橫流歧管，其中在電鍍期間該離子阻抗元件係至少與該基板之該電鍍面共延，該離子阻抗元件係用以在電鍍期間經由該離子阻抗元件提供電解液傳輸與離子傳輸，其中該電解液噴射件包含自一第一位置延伸至一第二位置的一通道，該第一位置係位於該離子阻抗元件之該面基板表面所形成的一平面下方，該第二位置係位於該離子阻抗元件之該面基板表面所形成的該平面處或上方。

在所揭露之實施例的另一態樣中，提供一種電鍍設備，其包含：(a)一電鍍室，在將金屬電鍍至一實質平坦的基板上時用以容納一電解液與一陽極；(b)一基板支撐件，用以支撐該基板俾使該基板之一電鍍面在電鍍期間與該陽極分離；(c)一離子阻抗元件，其包含(i)以一間隙與該基板之該電鍍面分離的一面基板表面且該間隙形成一橫流歧管、及(ii)一第一流動區域與一第二流動區域，該第一流動區域與該第二流動區域允許該電解液在電鍍期間經由該離子阻抗元件傳輸，其中該離子阻抗元件在電鍍期間係至少與該基板的該電鍍面共延，該離子阻抗元件係適合在電鍍期間提供經由該離子阻抗元件的離子傳輸；(d)一離子阻抗元件歧管，位於該離子阻抗元件下方，該離子阻抗元件歧管包含一第一電液源區域與一第二電液源區域，該第一電液源區域與該第二電液源區域係彼此分離，該第一電液源區域係用以將電解液輸送至該離子阻抗元件之該第一流動區域而該第二電液源區域係用以將電解液輸送至該離子阻抗元件之該第二流動區域，其中流經該第一流動區域之該電解液的一液流可獨立於流經該第二流動區域之該電解液的一液流而受到獨立控制；及(e)該橫流歧管的一側出口，用以接收流至該橫流歧管中的該電解液。

在某些實施例中，該設備更包含一控制器，該控制器包含用於下列者的可執行指令：使該電解液以一第一平均線性速度流經該第一流動區域並使該電解液以一第二平均線性速度流經該第二流動區域，該第一與第二平均線性速度係彼此不同。例如，在某些情況中該第一流動區域可位於該離子阻抗元件之一外圍區域處而該第二流動區域可位於該離子阻抗元件之一非外圍區域處，流經該第一流動區域之該電解液之該第一平均線性速度可高於流經該第二流動區域之該電解液之該第二平均線性速度。在另一實例中，該第一流動區域可位於該離子阻抗元件之一外圍區域處而該第二流動區域可位於該離子阻抗元件之一非外圍區域處，流經該第一流動區域之該電解液之該第一平均線性速度可低於流經該第二流動區域之該電解液之該第二平均線性速度。在各種實施例中，離子阻抗元件可包含一第三流動區域使該電解液在電鍍期間經由該離子阻抗元件傳輸，該離子阻抗元件歧管可包含與該第一與第二複數電解液源區域分離的一第三電解液源區域，該第三電解液源區域可對該離子阻抗元件的該第三流動區域供給該電解液。

在某些態樣中該第一與第二流動區域可彼此不同。在某些情況中，該離子阻抗元件的該第一與第二流動區域可具有不同的平均孔隙度。在此些或其他實例中，該離子阻抗元件的該第一與第二流動區域的每一者可包含通過該離子阻抗元件的複數通道，其中該第一流動區域中之該複數通道的一平均直徑係不同於該第二流動區域中之該複數通道的一平均直徑。在此些或其他實例中，該離子阻抗元件的該第一與第二流動區域的每一者可包含通過該離子阻抗元件的複數通道，其中該第一流動區域中之該複數通道的一排列模式係不同於該第二流動區域中之該複數通道的一排列模式。在各種實施例中，該設備可更包含一邊緣流元件，該邊緣流元件係位於該基板之一外圍附近且係至少部分地位於形成在該基板與該基板支撐件之間之一介面處的一角落的徑向內部，其中該邊緣流元件係用以將該電解液引導至形成在該基板與該基板支撐件之間之該介面處的該角落中，該邊緣流元件為環形或弧形。在此些或其他實施例中，該設備可更包含一電解液噴射件，電解液噴射件係與一橫流歧管流體交流，其中該電解液噴射件係用以輸送該電解液俾使該電解液衝擊該基板之該電鍍面上，其中可獨立於流經該離子阻抗元件之一電解液流獨立控制流經該電解液噴射件之一電解液流。在某些此類實例中，該設備更包含一邊緣流元件，該邊緣流元件係位於該基板之一外圍附近且係至少部分地位於形成在該基板與該基板支撐件之間之一介面處的一角落的徑向內部，其中該邊緣流元件係用以將該電解液引導至形成在該基板與該基板支撐件之間之該介面處的該角落中，該邊緣流元件為環形或弧形。在各種實施例中，該第一與第二流動區域可彼此方位角分離俾以在該基板旋轉時使該基板的一區域循環地暴露至該第一與第二流動區域。

在所揭露之實施例的更另一態樣中，提供一種用於電鍍設備中的電解液噴射組件，該電解液噴射組件包含：一框，包含環形或弧形的一部分，該框係用以與該電鍍設備的一基板支撐件及/或一離子阻抗元件銜合；及位於該框上的複數噴射件，每一該噴射件皆包含一通道，在電鍍期間一電解液流過該通道，其中該噴射件係用以在電鍍期間在被支撐在該基板支撐件中之一基板的一電鍍面上輸送衝擊電解液。

在某些實施例中，該噴射件的至少一部分可用以在該基板的一外圍區域處將該電解液輸送至該基板。在此些或其他實施例中，該噴射件的至少一部分可用以在該基板的一非外圍區域處將該電解液輸送至該基板。在某些實施例中，一第一組複數噴射件可用以在該基板的一外圍區域處將該電解液輸送至該基板而一第二組複數噴射件可用以在該基板的一非外圍區域處將該電解液輸送至該基板。該電解液噴射件可包含一第一流動區域與一第二流動區域，該第一與第二流動區域的每一者包含該複數噴射件中的至少一者，其中可獨立於流經該第二流動區域中之該噴射件(複數噴射件)之一電解液流獨立控制流經該第一流動區域中之該噴射件(複數噴射件)之一電解液流。

在某些情況中，該框可為環形的且該電解液噴射件可包含一第一流動區域、一第二流動區域、一第三流動區域、及一第四流動區域，該電解液噴射件的該第一與第三流動區域係彼此方位角相對而該電解液噴射件的該第二與第四流動區域係彼此方位角相對，其中該第一與第三流動區域中的每一者可包含該複數噴射件中的至少一者、該二流動區域可不包含任何噴射件、且該第四流動區域可選擇性地包含該複數噴射件中的至少一者。該複數噴射件可沿著該框的一特定部分設置。例如，在某些情況中該複數噴射件可沿著總共橫跨至少約90°的一或多個弧設置。在某些此類實例中，該複數噴射件可沿著總共橫跨至少約1800°的一或多個弧設置。在各種實施例中，該框可包含一邊緣流元件，該邊緣流元件係用以被動地優先引導該電解液朝向由該基板與該基板支撐件之一介面所形成的一角落。

在所揭露之實施例的更另一態樣中，提供一種將材料電鍍至基板上的方法，此方法包含以文中所述的任何電鍍設備電鍍基板。在所揭露之實施例的更另一態樣中，提供一種將材料電鍍至基板上的方法，此方法包含使電解液流經文中所述之任何電解液噴射組件的複數噴射件。

在所揭露之實施例的更另一態樣中，提供一種將材料電鍍至基板上的方法，此方法包含：(a)將一基板浸沒至一電鍍設備中的一電解液中；(b)使該電解液經由一電解液噴射件流至該基板的一電鍍面上，其中該電解液噴射件優先以徑向及/或方位角不均勻的方式將該電解液輸送至該基板的該電鍍面，其中可獨立於流經該電鍍設備之該電解液之一總流率獨立控制流經該電解液噴射件之該電解液的一流率；及(c)當該電解液如(b)中流動時將該材料電鍍至該基板上。

在某些實施例中，該電鍍設備可包含一離子阻抗元件，該離子阻抗元件係藉由一間隙與該基板之該電鍍面分離，該間隙形成一橫流歧管，其中該離子阻抗元件係用以在電鍍期間經由該離子阻抗元件提供離子傳輸，其中 (b)更包含使該電解液流經該離子阻抗元件且可獨立於流經該離子阻抗元件之該電解液之一流率獨立控制流經該電解液噴射件之該電解液之一流率。在某些此類實例中，(b)更可包含使來自一橫流注射歧管的該電解液流至該橫流歧管中並流出一側出口。可獨立於流經該橫流注射歧管之該電解液之一流率獨立控制流經該電解液噴射件之該電解液之該流率。

在各種實施例中，電解液噴射件可包含複數噴射件。該電解液噴射件可優先將該電解液輸送至一特定區域。例如，該電解液噴射件可優先將該電解液輸送至該基板之該電鍍面之一外圍區域。在其他情況中，該電解液噴射件可優先將該電解液輸送至該基板之該電鍍面之一非外圍區域。在此些或其他實施例中，該方法更可包含旋轉該基板且該電解液噴射件可以一方位角不均勻的方式將該電解液輸送至該基板的該電鍍面，俾以在該基板旋轉時將該基板之該電鍍面上的一區域循環地暴露至(i)存在該電解液噴射件並將該電解液輸送至該基板的複數區域、及(ii)不存在該電解液噴射件的複數區域。

在所揭露之實施例的更另一態樣中，提供一種將材料電鍍至基板上的方法，此方法包含：(a)將一基板浸沒至一電鍍設備中的一電解液中，該電鍍設備包含：一基板支撐件、一陽極、一離子阻抗元件、一離子阻抗元件歧管、及一側出口，該離子阻抗元件係藉由一間隙與該基板之該電鍍面分離，該間隙形成一橫流歧管，其中該離子阻抗元件包含複數流動區域，每一該流動區域係用以在電鍍期間經由該離子阻抗元件提供離子傳輸，該離子阻抗元件歧管係位於該離子阻抗元件下方，該離子阻抗元件歧管包含彼此分離的複數電解液源區域，每一該電解液源區域係用以將該電解液供給至該離子阻抗元件之該複數流動區域中的一者，該側出口係用以接收在該橫流歧管中流動的該電解液； (b)使該電解液：(i)自該複數電解液源區域中的一第一電解液源區域流經該離子阻抗元件之該複數流動區域的一第一流動區域而流入該橫流歧管中、及(ii)自該複數電解液源區域中的一第二電解液源區域流經該離子阻抗元件之該複數流動區域的一第二流動區域而流入該橫流歧管中，其中可獨立於在(ii)中的一電解液流獨立控制在(i)中的一電解液流；及(c)當該電解液如(b)中流動時將該材料電鍍至該基板上。

在某些實施例中，該離子阻抗元件的該第一流動區域可用以將該電解液輸送至該基板的一外圍區域而該離子阻抗元件的該第二流動區域可用以將該電解液輸送至該基板的一非外圍區域，且流經該離子阻抗元件之該第一流動區域的該電解液流的一線性速度可高於流經該離子阻抗元件之該第二流動區域的該電解液流的一線性速度。在此些或其他實例中，該方法更可包含旋轉該基板，該第一與第二電解液源區域可設置在不同方位角位置處，該離子阻抗元件的該第一與第二流動區域可設置在不同方位角位置處，當該基板旋轉時該基板之該電鍍面上的一區域可週期性地靠近該離子阻抗元件的該第一與第二流動區域。

下面參考相關圖示說明此些與其他特徵。

在本申請案中，「半導體晶圓」、「晶圓」、「基板」、「晶圓基板」及「部分製造完成之積體電路」等詞可互換使用。熟知此項技藝者當瞭解，「部分製造完成之積體電路」一詞可指於矽晶圓上進行之積體電路製造之眾多階段中之任何階段期間的矽晶圓。下面的詳細說明假設本發明實施例係於晶圓上實施。半導體晶圓通常具有200、300、或450 mm的直徑。然而，本發明實施例不限於此。工作件可具有各種形狀、各種尺寸、及各種材料。除了半導體晶圓外，可受惠於本發明的其他工作件包含各種物品如印刷電路板等。

在下面的敘述中將提供各種特定細節以提供對所述實施例的全面瞭解。本發明之實施例可在缺乏部分或全部此些特定細節的情況下實施。在其他的情況下，不詳細說明習知的製程操作以免不必要地模糊本發明之實施例。雖然將利用所述實施例及特定實施例來說明本發明，但應瞭解，其意不在將本發明限制至所述實施例。

文中揭露在基板上電鍍一或多種金屬的設備及方法。大致上以基板為半導體晶圓的方式說明實施例，但實施例不限於此。

所述實施例包含用以在電鍍期間控制電解液流體動力學俾以獲得高度均勻之電鍍層的電鍍設備及方法。在特定的實施例中，所述實施例使用能產生衝擊流(指向於或垂直於工作件表面的液流)與剪切流(有時被稱為「橫流」或速度平行於工作件表面的液流)之組合的方法及設備。

在各種實施例中，離子阻抗元件係設置於基板下方而在離子阻抗元件與基板之間產生橫流歧管。電解液上向流經離子阻抗元件中的通道並選擇性地自側入口流至側出口，其中側入口與側出口每一者係設置於離子阻抗元件上方並具有彼此相對的方位角以容納橫流歧管中的橫流電解液。

在許多實施例中，離子阻抗元件可包含複數流動區域。在某些此類實施例中，可獨立控制流經每一流動區域的液流。具有複數流動區域之離子阻抗元件的例示性實例係顯示於圖31A-31F中，下面將更進一步地說明。在某些其他的實施例中，離子阻抗元件僅包含受到單一歧管(通常被稱為離子阻抗元件歧管、具有通道的離子阻抗板歧管、CIRP歧管、或類似的名稱)饋送的單一流動區域。在此些或其他實例中，可包含電解液噴射件以在基板的特定位置處如在某些實施例中的基板外圍附近提供額外的電解液。圖32中顯示了具有電解液噴射件之例示性實施例，下面將更進一步說明。在某些情況中，電解液噴射件可受到與離子阻抗元件歧管及橫流注射歧管分離的一噴射歧管饋送。由於此些歧管是分離的，故可獨立於流經其他所列歧管之液流而獨立地控制流經噴射件的液流。在另一實施例中，電解液噴射件可受到另一歧管如離子阻抗元件歧管的饋送，但在自離子阻抗元件歧管至電解液噴射件的液體路徑中可設置額外的泵浦、閥件、流體調整棒、及/或其他流動控制機構俾以獨立於流經離子阻抗元件的的液流而分開控制流經噴射件的液流。

一實施例為包含下列特徵的電鍍設備：(a)一電鍍室，在將金屬電鍍至一實質平坦的基板上時用以容納一電解液與一陽極；(b)一基板支撐件，用以支撐該基板俾使該基板之一電鍍面在電鍍期間與該陽極分離；(c)一離子阻抗元件，其包含(i)可實質上平行於該基板之該電鍍面並與該電鍍面分離的一面基板表面、及(ii)複數流動區域而每一該流動區域包含複數(可彼此溝通或不彼此溝通的)通道且其中該複數通道使該電解液在電鍍期間經由該離子阻抗元件傳輸；(d)複數電解液源區域，每一該電解液源區域係至少部分位於該離子阻抗元件下方，且每一該電解液源區域係用以將電解液輸送至該離子阻抗元件之該複數流動區域中的一流動區域。在各種實施例中，可獨立控制流經該離子阻抗元件之該複數流動區域中之兩或更多流動區域的該電解液流。此獨立控制使吾人能夠客製基板附近的流體動力學條件以產生均勻的電鍍特徵部。

另一實施例為包含下列特徵的電鍍設備：(a)一電鍍室，在將金屬電鍍至一實質平坦的基板上時用以容納一電解液與一陽極；(b)一基板支撐件，用以支撐該基板俾使該基板之一電鍍面在電鍍期間與該陽極分離；(c)一離子阻抗元件，包含可實質上平行於該基板之該電鍍面並與該電鍍面分離的一面基板表面，該離子阻抗元件包含複數通道使該電解液在電鍍期間經由該離子阻抗元件傳輸；(d)一電解液噴射件，係用以朝向該基板的一外圍附近輸送該電解液；(e)一噴射歧管，係用以在電鍍期間將該電解液輸送至該電解液噴射件；及(f)一離子阻抗元件歧管，係用以將該電解液輸送至該離子阻抗板中的該複數通道。在各種實施例中，可獨立於流經該離子阻抗元件的液流而獨立控制流經該電解液噴射件的液流。

另一實施例為包含下列特徵的電鍍設備：(a)一電鍍室，在將金屬電鍍至一實質平坦的基板上時用以容納一電解液與一陽極；(b)一基板支撐件，用以支撐該實質上平坦的基板俾使該基板之一電鍍面在電鍍期間與該陽極分離，其中當該基板係被置於該基板支撐件上時，在該基板與該基板支撐件之間之界面處形成一角落，該角落在上係由該基板之該電鍍面所定義而在側係由該基板支撐件所定義；(c)一離子阻抗元件，包含在電鍍期間實質上平行於該基板之該電鍍面並與該電鍍面分離的一面基板表面，該離子阻抗元件包含複數流動區域而每一該流動區域包含複數(可彼此溝通或不彼此溝通的)通道且其中該複數通道使該電解液在電鍍期間經由該離子阻抗元件傳輸；(d)複數電解液源區域，每一該電解液源區域係至少部分位於該離子阻抗元件下方，且每一該電解液源區域係用以將電解液輸送至該離子阻抗元件之該複數流動區域中的一流動區域；(e)一機構，係用以對在該基板之該電鍍面處流動的該電解液產生及/或施加一剪切力(橫流)；及(f)一機構，係用以促進該基板之外圍附近靠近該基板與該基板支撐件之界面的剪切流。雖然晶圓為實質上平坦的，但其通常具有一或多個微溝槽且表面之一或多個部位受到遮覆而無法暴露至電解液。在各種實施例中，該設備亦包含當在電鍍池中該電解液沿著該基板電鍍面之方向流動時用以旋轉該基板及/或該離子阻抗元件的一機構。

在某些實施例中，用以施加橫流的該機構為一入口，此入口在該離子阻抗元件的外圍上或外圍附近具有例如適當的流動引導與分散裝置。該入口引導橫流陰極電解液沿著該離子阻抗元件的該面基板表面流動。該入口為方位角不對稱的、部分地沿著該離子阻抗元件的周圍、且具有一或多個間隙、且在電鍍期間定義介於該離子阻抗元件與該實質平坦的基板之間的一橫流注射歧管。其他元件係選擇性設置以與橫流注射歧管協同工作。此些元件可包含一橫流注射流分散噴淋頭及一橫流限制環，下面將參考圖示更進一步地說明之。

在某些實施例中，用以促進基板外圍附近之剪切流的該機構為邊緣流元件。在某些情況中，該邊緣流元件可為離子阻抗元件或基板支撐件的一整合部件。在其他情況中，該邊緣流元件可為一分離元件，其係與離子阻抗元件或與基板支撐件交界。在該邊緣流元件為一分離元件的某些情況中，可分散設置具有不同形狀的複數邊緣流元件，以針對一特定應用調整基板之邊緣附近的流動分佈。在各種情況中，該邊緣流元件可為方位角不對稱的。下面將說明該邊緣流元件相關的進一步細節。

在某些實施例中，該設備係用以在電鍍期間使電解液能沿著朝向基板電鍍面或垂直基板電鍍面的方向流動以產生離開離子阻抗元件之孔洞之至少約3 cm/s(如至少約5 cm/s或至少約10 cm/s)的平均流速。在某些實施例中，該設備係用以在特定條件下操作以在橫跨基板電鍍面之中心點處產生約3 cm/s或更大(如約5 cm/s或更大、約10 cm/s或更大、約15 cm/s或更大、或約20 cm/s或更大)的平均橫流電解液速度。此些流率(即離開離子阻抗元件之孔洞的流率及橫跨基板電鍍面的流率)在某些實施例中適合在電鍍池中施行約20 L/min之總電解液流率並適合約12吋直徑的基板。文中的實施例可與各種基板尺寸一起實施。在某些情況中，基板具有約200 mm、約300 mm、或約450 mm的直徑。又，文中實施例可在廣泛變化的總流率下實施。在某些實施例中，電解液的總流率係介於約1-60 L/min之間、介於約6-60 L/min之間、介於約5-25 L/min之間、或介於約15-25 L/min之間。在電鍍期間所達的流率可被某些硬體限制所限制如所用之泵浦的尺寸與能力。熟知此項技藝者應瞭解，當利用較大的泵浦實施文中所揭露之技術時，文中所列舉的流率可以更高。

在某些實施例中，該電鍍設備包含分離的陽極室與陰極室，在陽極室與陰極室的每一者中有不同的電解液組成、電解液循環迴路、及/或流體動力學表現。可使用離子可穿透之薄膜，抑制陽極室與陰極室之間一或多種成分的直接對流傳輸(藉由流動的質量移動)並維持陽極室與陰極室之間的期望分離。薄膜可阻擋大量電解液流動並排除特定物種如有機添加物的傳輸但同時允許離子如陽離子的傳輸。在某些實施例中，薄膜包含杜邦的NAFION™或相關的離子選擇性聚合物。在其他情況中，薄膜並未包含離子交換材料而是包含微孔隙材料。在傳統上，陰極室中的電解液被稱為「陰極電解液」而陽極室中的電解液被稱為「陽極電解液」。通常，陽極電解液與陰極電解液具有不同的組成，陽極電解液包含極少或無電鍍添加物(如加速劑、抑制劑、及/或整平劑)而陰極電解液包含極高濃度的此類添加物。陽極室與陰極室之間的金屬離子與酸的濃度亦通常不同。包含分離陽極室之電鍍設備之實例例如載於下列案件中：2000年11月3日申請之美國專利 US 6,527,920(代理人案號NOVLP007)；2002年8月27日申請之美國專利US 6,821,407(代理人案號NOVLP048)；及2009年12月17日申請之美國專利US 8,262,871(代理人案號NOVLP308)，將上述每一者的所有內容包含於此作為參考。

在某些實施例中，陽極薄膜不需包含離子交換材料。在某些實例中，薄膜係由微孔隙材料如麻州威明頓之Koch Membrane所製造的聚醚碸。此薄膜類型最適合應用至惰性陽極應用如錫銀電鍍與金電鍍，但其亦可被用於可溶陽極應用如鎳電鍍。

在某些實施例及文中他處充分說明的實施例中，陰極電解液被注射至歧管區域(此後被稱為「離子阻抗元件歧管區域」，電解液被饋送至此區域中並加以累積)中，接著以實質上均勻的方式被分配通過離子阻抗元件的各種彼此不溝通的通道，直接朝向基板表面流去。在離子阻抗元件包含複數流動區域的某些實施例中，離子阻抗元件歧管區域可以複數電解液源區域的方式而非以單一電解液源區域的方式實施。複數電解液源區域係彼此實體分離。複數電解液源區域中的每一電解液源區域可將電解液輸送至離子阻抗元件上之複數流動區域中的一流動區域。可使用各種泵浦、閥件、控制器等來控制流經每一電解液源區域及流經每一流動區域的電解液流。以此方式，可獨立控制流經離子阻抗元件之不同流動區域的液流。在此些或其他實施例中，設置之兩或更多區域中之電解液輸送的獨立控制可藉著使用電解液噴射件而達成，電解液噴射件將來自噴射歧管的電解液朝向基板上之特定位置處的基板輸送。對於流經電解液噴射件之液流的控制可獨立於對於流經設備之其他區域或元件如流經離子阻抗元件中之通道或流經橫流歧管之側入口之液流的控制。在另一類似的實施例中，設置電解液噴射件，但其係自設備中的另一歧管如橫流注射歧管(如圖32中所示)或離子阻抗元件歧管饋送。在此些情況中，電解液噴射件流亦取決於流經饋送電解液噴射件之歧管的液流。

在下面的討論中，當所述實施例提及「上」與「下」的特徵(或類似的名詞如「較上」與「較下」的特徵等)或元件時，「上」與「下」等詞只是簡單用來表現本發明之參考或實施的單一框架。亦可使用其他組態如上與下元件相對於重力是相反的及/或上與下元件變成左與右或右與左元件。

雖然文中所述的某些態樣可以各種類型的電鍍設備施行，但為了簡單明白，大部分實例會考慮晶圓面向下的「噴泉(fountain)」電鍍設備。在此類設備中，欲電鍍的工作件(在文中所示的實例中通常為半導體晶圓)大致上具有實質水平的位向(在某些情況中，在部分或整個電鍍製程期間其可偏離真正水平幾度)且可被供電以在電鍍期間旋轉，以得到大致上垂直向上的電解液對流模式。整合自晶圓中央至邊緣的衝擊流質量以及旋轉晶圓在其邊緣相對於其中央的本質較高角速度可產生徑向增加之剪切(平行晶圓)流速。噴泉電鍍類池/設備之一元件的一實例為加州聖荷西之Novellus Systems, Inc.所製造販售的Sabre®電鍍系統。此外，例如在2001年8月申請之美國專利US 6,800,187(代理人案號NOVLP020)及2008年11月7日申請之美國專利US 8,308,931(代理人案號NOVLP299)中說明了噴泉(fountain)電鍍系統，將其所有內容包含於此作為參考。

欲電鍍的基板為大致上平坦或實質上平坦的。如文中所用，具有特徵部如溝槽、通孔、光阻圖案等的基板被認為是實質平坦的。此些特徵部通常具有微細尺寸，但這並非總為真。在許多實施例中，基板表面的一或多個部分可被遮覆而不暴露至電解液。

圖1A與1B的下面說明提供一般非限制性的背景，以協助瞭解文中所述的設備及方法。圖1A提供電化學處理半導體晶圓用之晶圓支撐與定位設備100的透視圖。設備100包含晶圓銜合元件(有時被稱為「殼式」元件)。真實的殼式元件包含杯102與能將壓力施加至晶圓與密封件之間藉此將晶圓固定於杯中的錐103。

杯102係由複數支柱104所支撐，複數支柱104係連接至上板105。此組件(102-105)共同被稱為組件101且藉由錠子106而被馬達107所驅動。馬達107係附接至安裝架109。錠子106將轉矩傳輸至晶圓(此圖中未顯示)以使晶圓在電鍍期間旋轉。錠子106內的氣缸亦提供杯與錐103之間的垂直力以在晶圓與容納於杯內的密封元件(唇式密封件)之間產生密封。對於此討論的目的而言，包含元件102-109的該組件係共同被稱為晶圓支撐件111。然而應瞭解，「晶圓支撐件」的概念通常可延伸至能與晶圓銜合並允許晶圓移動與定位之元件的各種組合與次組合。

包含第一板115的傾斜組件係連接至安裝架109，第一板115係以可滑移方式連接至第二板117。驅動柱113在樞軸連接件119與121處分別連接至板115與板117。是以，驅動柱113提供用以使板115(是以晶圓支撐件111)滑移越過板117的力。晶圓支撐件111的遠端(即安裝架109)係沿著定義板115與板117之間之接觸區域的弧形路徑(未顯示)移動，是以晶圓支撐件111的近端(即杯與錐組件)繞著一虛擬樞軸傾斜。這使得晶圓能以斜角方式進入電鍍浴。

整個設備100係藉由另一致動器(未顯示)垂直舉升向上或向下以將晶圓支撐件111的近端浸沒至電溶液中。是以，兩元件的定位機構提供沿著垂直於電解液之軌跡的垂直移動以及允許晶圓自水平位向(平行於電解液表面)偏離的傾斜移動(以一角度浸沒晶圓的能力)。設備100之移動能力與相關硬體的更詳細說明係載於2001年5月31日申請且於2003年4月22日獲証之美國專利US 6,551,487(代理人案號NOVLP022)中，將其所有內容包含於此作為參考。

應注意，設備100通常與一特定的電鍍池一起使用，電鍍池具有能容納陽極 (如銅陽極或非金屬惰性陽極)與電解液的電鍍室。電鍍池亦可包含用以使電解液循環經過電鍍池並緊貼正在電鍍之工作件的抽送系統或抽送連接件。其亦可包含被設計用以維持陽極室與陰極室中之不同電解化學品的薄膜或其他分離件。在一實施例中，可使用一薄膜定義陽極室，陽極室包含實質上不具有抑制劑、加速劑、或其他有機電鍍添加物的電解液，或在另一實施例中陽極電解液與陰極電解液的無機電鍍組成物為實質上相異的。亦可選擇性地提供將陽極電解液傳輸至陰極電解液的裝置或藉由物理裝置(如包含閥件的直接泵抽、或溢流槽)將陽極電解液傳輸至主電鍍浴。

下面段落提供對殼式設備之杯與錐組件之更詳細說明。圖示1B顯示組件100之一部分101，其橫剖面形式包含錐103與杯102。應注意，此圖示並非杯與錐組件的真實圖示，只是便於討論用的示意圖。杯102藉由支柱 104而受到上板105支撐，支柱104係藉由螺絲108附接。一般而言，杯102提供可讓晶圓145倚靠的支撐件。其包含一開口，來自電鍍池的電解液可經由此開口而與晶圓接觸。應注意，晶圓145具有前側142，前側142為電鍍進行之處。晶圓145的外圍倚於杯102上。錐103向下壓迫晶圓的背側以在電鍍期間將晶圓固定於其位置。

為了將晶圓載入101中，藉由錠子106將錐103自其所示位置舉升，直到錐103接觸上板105為止。自此位置，杯與錐之間產生可插入晶圓145的間隙，因此可將晶圓載入杯中。接著，錐103下降以如圖示使晶圓銜合緊靠杯102的外圍並與沿著晶圓外緣在徑向上超出唇形密封件143的一系列電接觸件(未顯示於1B中)銜合。

錠子106傳輸用以使錐103與晶圓145銜合的垂直力與旋轉組件101用的轉矩。在圖示1B中此些經傳輸的力係以箭頭表示。應注意，晶圓電鍍通常在晶圓旋轉時進行(如圖示1B上部處虛線箭頭所表示)。

杯102具有可壓縮之唇形密封件143，其在錐103與晶圓145銜合時形成液密密封。來自錐與晶圓的垂直力壓縮唇形密封件143以形成液密密封。唇形密封件避免電解液接觸晶圓145的背側(可能會在背側處導入污染物種如銅或錫離子與矽直接接觸)並避免電解液接觸設備101的敏感元件。在杯與晶圓之間的界面處亦可有複數密封件，以形成液密密封件而更進一步地保護晶圓145的背側(未顯示)。

錐103亦包含密封件149。如所示，當杯處於銜合狀態時，密封件149係位於錐103的邊緣與杯的上區域附近。此亦保護晶圓145的背側不受到可能自杯上方進入殼式設備之任何電解液的影響。密封件149可固定至錐或杯且可為單一密封件或多部分的密封件。

在電鍍開始時，錐103被舉升高於杯102，然後晶圓145被引導至組件102。當晶圓開始被導入杯102中時(通常藉由機器手臂)，其前側 142會輕靠在唇形密封件143上。在電鍍期間，組件101旋轉以協助達到均勻電鍍。在接續的圖示中，將組件101顯示為較單純的形式且關於在電鍍期間用以控制晶圓電鍍表面142處之電解液之流體動力學的元件。是以，能一窺工作件處之質量傳輸與流體剪切的全貌。

如圖示1C中所示，電鍍設備150包含容納陽極 160的電鍍池155。在此實例中，電解液 175流入電鍍池155中在中央流經陽極 160中的開口，且電解液通過離子阻抗元件170，離子阻抗元件170具有垂直位向(非橫截的)貫孔而電解液流經貫孔然後衝擊被晶圓支撐件101支撐固定及移動的晶圓145上。具有通道的離子阻抗元件如170在晶圓電鍍表面上提供均勻的衝擊流。根據文中所述的某些實施例，使用此類離子阻抗元件的設備係受到配置及/或操作俾以促進在晶圓表面各處的高電鍍率與高均勻電鍍，其包含在高沉積速率領域如WLP與TSV應用下的電鍍。所述之各種實施例中的任何實施例或所有實施例皆可在鑲嵌及WLP與TSV應用的背景下實施。

圖1D-1G關於可用以促進橫跨受到電鍍之基板表面之橫流的某些技術。與此些圖示相關敘述的各種技術呈現用以促進橫流的替代性策略。是以此些圖示中所述的某些元件為選擇性的且可不存在於所有實施例中。

在某些實施例中，如文中所述單獨配置複數電解液流接口或者配置複數電解液流接口與液流塑形板及分流器的組合以協助橫流。下面所述的各種實施例係關於液流塑形板與分流器的組合，但本發明不限於此。應注意，在某些實施例中相信，橫跨晶圓表面之電解液流向量的大小在靠近排放口或間隙處較大，且隨著橫跨晶圓表面逐漸變小，在最遠離排放口或間隙的虛擬室的內部處最小。如圖1D中所示，藉著使用適當配置的複數電解液流接口，在晶圓表面各處此些橫流向量的大小更均勻。

某些實施例包含複數電解液入口流接口和液流塑形板及分流器組件一起作用以促進橫流。圖1E顯示用以將銅電鍍至晶圓145上之電鍍設備725之複數元件的橫剖面圖，晶圓145係受到晶圓支撐件101支撐、固定及旋轉。設備725包含電鍍池155，電鍍池155為具有陽極室的雙室池，陽極室具有銅陽極160及陽極電解液。陽極室與陰極室係藉由陽離子薄膜740分離，陽離子薄膜740係由支撐元件735所支撐。如文中所述，電鍍設備725包含液流塑形板410。分流器325係位於液流塑形板410的上部上並如文中所述協助產生橫向剪切流。陰極電解液係藉由複數液流接口710而導入陰極室(薄膜 740上方)中。陰極電解液如文中所述自複數液流接口710流動通過液流板410並產生在晶圓145的電鍍表面上的衝擊流。除了複數陰極電解液流接口710外，額外的液流接口710a引導其出口處的陰極電解液，其出口係位於分流器325之排放口或間隙的遠端位置處。在此實例中，液流接口710a的出口被形成為液流塑形板410中的通道。功能結果為，陰極電解液流被直接導入形成在液流板與晶圓電鍍表面之間的虛擬室中，以促進橫跨晶圓表面的橫流並藉此標準化橫跨晶圓(及液流板410)的流動向量。

圖1F之流動圖顯示液流接口710a(自圖1E)。如圖1F中所示，液流接口710a的出口跨越90度之分流器730的內圓周。熟知此項技藝者應瞭解，接口710a的尺寸、配置、及位置可在不脫離本發明實施例範疇的情況下變化。熟知此項技藝者亦應瞭解，相等的組態可包含使陰極電解液自分流器325中的一接口或通道及/或如圖1E中所示之通道(在液流板410中)離開。其他實施例包含在分流器之(下)側壁(即最靠近液流塑形板上表面的側壁)中的一或多個接口，其中該一或多個接口係位於相對於排放口或間隙之分流器的一部分中。圖示1G顯示與液流塑形板410組裝在一起的分流器750，分流器750具有複數陰極電解液流接口710b，自與分流器之間隙相對的分流器處供給電解液。複數液流接口如710a與710b可以相對於晶圓電鍍表面或液流塑形板上表面之任何角度供給電解液。該一或多個液流接口可將衝擊流輸送至晶圓表面及/或輸送橫(剪切)流。

在一實施例中，例如與圖1E-1G相關的實施例中，文中所述之液流塑形板係與分流器一起使用，其中用以促進橫流(如文中所述)的液流接口亦與液流板/分流器組件一起使用。在一實施例中液流塑形板具有不均勻孔洞分佈，在一實施例中其具有螺旋孔洞圖樣。術語與流動路徑

提供複數圖示以更進一步地例示與解釋文中所揭露的實施例。圖示尤其包含與所揭露之電鍍設備相關的各種結構元件與流動路徑。此些元件被賦予特定的名稱/參考標號，在說明圖2至22A-22B的敘述中一致地使用此些特定的名稱/參考標號。

下列實施例假設電鍍設備大多包含一分離的陽極室。所述的特徵部係容納於一陰極室中，陰極室包含使陽極室與陰極室分離的薄膜框274與薄膜 202。可使用任何可能數目的陽極與陽極室配置。在下列的實施例中，陰極室中所包含的陰極電解液係大部分位於橫流歧管226中、或位於離子阻抗元件歧管208中、或位於通道258與262中，通道258與262係用以將陰極電解液輸送至此兩分離的歧管。

雖然文中的許多圖示將離子阻抗元件歧管208例示為單一電解液源區域，但應瞭解，在各種實施例中離子阻抗元件歧管208係以複數電解液源區域實施之。在離子阻抗元件包含複數流動區域的情況中，複數電解液源區域中的每一電解液源區域將電解液輸送至離子阻抗元件上複數流動區域中的一流動區域。此配置使吾人能獨立控制輸送至每一流動區域的電解液輸送，這使得電鍍池內的流體動力學條件能針對特定應用密切客製化。下面例如參考圖31A-L更進一步討論使用複數流動區域與複數電解液源區域的實施例。替代性或額外地，藉著包含如文中所述的一或多個電解液噴射件可改善對流體動力學條件的控制。電解液噴射件(以垂直或非垂直的角度)朝向基板外圍附近及/或基板上之另一徑向位置處輸送電解液以促進期望的質量傳輸。圖35A-35E顯示根據某些實施例之流出各種電解液噴射件的液流。在某些實施例中，電解液噴射件可以橫流限制環的一部件、上側插件、或至少部分位於基板支撐件下方的另一元件實施之。在某些情況中，離子阻抗元件可被配置為包含離子阻抗元件噴射件。各種配置皆為可能的。

下面敘述的大多重點在於控制橫流歧管226中的陰極電解液。陰極電解液經由兩個分離的進入點而進入橫流歧管226：(1)離子阻抗元件206中的複數通道；及(2)橫流起始結構250。藉由離子阻抗元件206中之複數通道到達橫流歧管226中的陰極電解液受到引導以通常實質上垂直的方向朝向工作件的表面流動。此類受到通道輸送的陰極電解液可形成衝擊工作件表面的小噴射流，工作件通常相對於離子阻抗元件緩慢(如介於約1至30 rpm)旋轉。在離子阻抗元件206包含受到離子阻抗元件206下方之複數電解液源區域饋送之複數流動區域的情況中，如下所述可以非均勻的方式控制來自噴射件的衝擊流。非均勻性可以是徑向的及/或方位角的。在以徑向非均勻性方式輸送液流的情況中，經由離子阻抗元件在不同徑向位置處建立不同流率。在此情況中，在基板邊緣處的平均液流條件可不同於靠近例如基板中央之平均液流條件。例如圖31A-31D說明各種實例。在以方位角非均勻性方式輸送液流的情況中，經由離子阻抗元件在不同方位角位置處建立不同流率。在此類實施例中旋轉基板可導致基板的每一部分隨著時間而暴露至不同的流體動力條件(如較高流與較低流)。下面例如參考圖31G-31L更進一步討論此類實施例。

如下所述，在包含邊緣噴射件的情況中，可提供額外衝擊流(或至少部衝擊流)以在基板外圍附近建立噴射流。類似地，如下所述，在包含內噴射件的情況中，可提供額外衝擊流(或至少部衝擊流)以在基板的非外圍區域處建立噴射流。藉由橫流起始結構250而到達橫流歧管226中的陰極電解液相對地實質上平行工作件的表面 。

如上面討論中所指示的，在電鍍期間「離子阻抗元件」206 (亦被稱為「具有通道的離子阻抗元件」或「CIRP」或類似名稱)係位於工作電極(晶圓或基板)與相對電極(陽極)之間，以塑形電場並控制電解液流特性。文中的各種圖示顯示離子阻抗元件206相對於所揭露之設備之其他結構特徵部的相對位置。此類離子阻抗元件206的一實例係載於2008年11月7日所申請之美國專利US 8,308,931(代理人案號NOVLP299)，將其所有內容包含於此作為參考。文中所述的離子阻抗元件適合用以改善晶圓表面上的徑向電鍍均勻度，晶圓表面例如是包含了相對低導電率的晶圓表面或包含了極薄阻抗晶種層的晶圓表面。下面說明具有通道之元件之某些實施例的其他態樣。

在某些實施例中「薄膜框」274(在其他文獻中有時被稱為陽極薄膜框)為用以支撐分離陽極室與陰極室之薄膜 202的結構元件。其可具有與文中所揭露之某些實施例相關的其他特徵。尤其，參考圖示之實施例，其可包含用以將陰極電解液朝向橫流歧管226與噴淋頭242輸送的流動通道258與262，噴淋頭242係用以將橫流陰極電解液輸送至橫流歧管226。薄膜框274亦可包含池堰壁282，池堰壁282可用以判斷及調節陰極電解液的最上位準。文中的各種圖示顯示在與所揭露之橫流設備相關的其他結構特徵的文義下的薄膜框274。

回到圖示2，薄膜框274為用以支撐薄膜202的剛硬結構元件，薄膜202通常為用以分離陽極室與陰極室的離子交換薄膜。如所解釋的，陽極室可包含第一組成之電解液而陰極室包含第二組成之電解液。相對地，在下面情況中可在兩或更多不同溫度下及/或以不同組成提供陰極電解液：(a)離子阻抗元件包含由複數電解液源區域饋送的複數流動區域及/或(b)電解液噴射件自噴射歧管輸送電解液。可對每一電解液源區域或電解液噴射件提供具有特定溫度及/或組成的陰極電解液。結果是，在電鍍期間基板的不同區域可被暴露至電解液的不同瞬間及/或平均溫度及/或組成(但應瞭解，此些組成在橫流歧管226中結合後會發生某個程度的彼此混合)。相較於較低溫度的電解液，較高溫度的電解液具有較大的擴散性且能促進較高的表面動力學。是以，在某些實施例中可輸送較高溫度的電解液以促進某些區域相對於使用較低溫度電解液之其他區域的流體動力學條件。

在離子阻抗元件包含複數流動區域的某些情況中(未顯示)，可使用薄膜框至少部分地定義饋送不同流動區域的複數電解液源區域。例如，薄膜框可包含向上突伸(如朝向基板)的壁以使相鄰的複數電解液源區域彼此分離。在此些或其他實例中，離子阻抗元件本身可包含向下突伸(如遠離基板)的壁以至少部分地定義饋送不同流動區域的複數電解液源區域。在某些情況中，可在離子阻抗元件正下方提供分離元件(未顯示，但與離子阻抗元件206及薄膜框274分離)以分離相鄰的複數電解液源區域。一般而言，可使用在基板上游的任何元件將陰極電解液分離為饋送各別複數電解液源區域的分離液流。

回到圖2，薄膜框274亦可包含複數流體調整棒270(有時被稱為流動限制元件)，其可用以幫助控制流體輸送至離子阻抗元件206或輸送至設備的任何其他部分(如在一實例中，可在饋送複數電解液源區域的流動路徑中及/或饋送電解液噴射件(若其存在)的流動路徑中提供此類流體調整棒)。薄膜框274定義陰極室的最上部及陽極室的最上部。所述的元件皆位於陽極室與陽極室薄膜202上方之電化學電鍍池的工作件側上。其皆可被視為是陰極室的一部分。然而應瞭解，橫流注射設備的某些實施例不使用分離的陽極室，因此薄膜框274並非實質重要的。

大致上位於工作件與薄膜框274之間的是離子阻抗元件206以及橫流環墊圈238與晶圓橫流限制環 210，橫流環墊圈238與晶圓橫流限制環210每一者可被固定至離子阻抗元件206。更具體而言，橫流環墊圈238可設置於離子阻抗元件206的正上方而晶圓橫流限制環 210可被設置於橫流環墊圈238上方並被固定至離子阻抗元件206的上表面以有效地夾置墊圈238。文中的各種圖示顯示橫流限制環210係相對於離子阻抗元件206設置。

如圖示2中所示，所揭露的最上相關結構特徵部為工作件或晶圓支撐件。在某些實施例中，工作件支撐件可為杯254，杯254常被用於錐與杯的殼式設計如上述之Novellus Systems的Sabre®電鍍設備中所體現的設計。例如圖2與8A-8B顯示杯254相對於設備之其他元件的相對位向。

在各種實施例中，可提供邊緣流元件(未顯示於圖2中)。可在大致上位於離子阻抗元件206上方及/或內部及杯254下方的位置處提供邊緣流元件。下面更進一步說明邊緣流元件，且在各種實施例中可省略邊緣流元件。

在某些實施例中，可設置電解液噴射件(未顯示於圖2中)。電解液噴射件(如以垂直或非垂直角度)朝向基板上之特定位置處的基板輸送電解液。例如，在電解液噴射件在基板外圍附近輸送電解液的情況中(如圖32A、32B、33A-33E、及35F中所示 )，電解液噴射件可被稱為邊緣噴射件。類似地，在電解液噴射件在基板之非外圍處輸送電解液的情況中，電解液噴射件可被稱為內噴射件。電解液噴射件亦可用以在基板之外圍及非外圍處輸送電解液例如如圖35G、36A、及36B中所示。電解液噴射件係與由離子阻抗元件之通道所形成的任何噴射件分離/有別，但兩者皆可在橫流歧管內輸送電解液。在某些情況中離子阻抗元件本身被配置為包含離子阻抗元件噴射件(其係與離子阻抗元件中的通道有別)，如參考圖37A-37D所述。在各種實施例中，電解液噴射件可自噴射歧管(如邊緣噴射歧管、內噴射歧管、各別噴射歧管的組合等)、或自橫流歧管、或自離子阻抗元件歧管饋送電解液。

圖3A顯示根據文中所揭露之一實施例之橫流入口側的特寫橫剖面圖。圖3B顯示根據文中所揭露之一實施例之橫流出口側的特寫橫剖面圖。圖4顯示根據文中所揭露之某些實施例之電鍍設備的橫剖面圖，其顯示該入口側與出口側。在電鍍製程期間，陰極電解液充滿並佔據薄膜框274上之薄膜202之上部與薄膜框堰壁282之間的區域。此陰極電解液區域可被分拆為三個子區域：1)離子阻抗元件歧管區域208(有時此區域亦被稱為下歧管區域208，其可以單一電解液源區域的方式實施或以下面參考圖31A-F所述之一系列分離的電解液源區域的方式實施)，係位於離子阻抗元件206之下與分離陽極室陽離子薄膜202之上(對於使用陽極室陽離子薄膜的設計而言)；2)橫流歧管區域226，係介於晶圓與離子阻抗元件206的上表面之間；及3)上池區域或「電解液限制區域」，係位於殼/杯254之外部及電鍍池堰壁282(其為薄膜框274的一實體部)的內部。當晶圓未受到浸沒且殼/杯254未處於下位置時，第二區域與第三區域係結合為一個區域。

當工作件被載入至工作件支撐件254中時介於離子阻抗元件206之上部與工作件之下部之間之上述的區域(2)包含陰極電解液且被稱為「橫流歧管」226。在某些實施例中，陰極電解液藉由單一入口接口而進入陰極室。在其他實施例中，陰極電解液經由位於電鍍池中他處的一或多個接口而進入陰極室。在某些情況中，有電鍍池之電鍍浴用之單一入口，其係位於陽極室的外圍且為陽極室池壁的挖空部。此入口連接至電鍍池底部與陽極室處的中央陰極電解液入口歧管。在所揭露的某些實施例中，主要陰極電解液歧管室供給複數陰極電解液室入口孔洞(如12個陰極電解液室入口孔洞)。在各種情況中，此些陰極電解液室入口孔洞被分成兩個群組：一個群組將陰極電解液饋送至橫流注射歧管222，第二個群組將陰極電解液饋送至離子阻抗元件歧管208。圖3B顯示單一入口孔洞的橫剖面圖，單一入口孔洞經由通道262供給離子阻抗元件歧管208。虛線代表流體的流動路徑。

將陰極電解液分離為兩個不同的流動路徑或兩股不同的液流在電鍍池的底部處於中央陰極電解液入口歧管(未顯示)中發生。該歧管係藉由連接至電鍍池底部的單一導管所供給。在一實例中，陰極電解液的液流自主要陰極電解液歧管分離為兩股液流：位於電鍍池之一側上之12個饋送孔洞中的6個饋送孔洞引導至源離子阻抗元件歧管區域208並最終經由離子阻抗元件的各種微通道供給衝擊陰極電解液流。其他6個孔洞亦自中央陰極電解液入口歧管供給，但接著引導至橫流注射歧管222，然後供給橫流噴淋頭242的分散孔洞246(其數量可能大於100個)。在下列情況中主陰極電解液歧管可被分成大於兩道液流：(a) 離子阻抗元件包含複數流動區域且離子阻抗元件歧管係以複數電解液源區域的方式施行及/或(b)設置了電解液噴射件。例如，第一道液流可流至離子阻抗元件下方的第一電解液源區域而第二液流可流至離子阻抗元件下方的第二電解液源區域而第三液流可流至橫流注射歧管。在另一實例中，第一道液流流至離子阻抗元件歧管、第二液流流至橫流歧管、而第三液流流至噴射歧管。在另一實例中，可設置兩或更多主陰極電解液歧管例如期望在設備的不同區域處提供具有不同溫度及/或組成的陰極電解液(例如(1)具有第一溫度及/或第一組成的陰極電解液被提供至橫流歧管而具有第二溫度及/或第二組成的陰極電解液被提供至離子阻抗元件歧管、或(2)具有第一溫度及/或第一組成的陰極電解液被提供至離子阻抗元件下方的第一電解液源區域而具有第二溫度及/或第二組成的陰極電解液被提供至離子阻抗元件下方的第二電解液源區域、或(3)具有第一溫度及/或第一組成的陰極電解液被提供至橫流歧管/離子阻抗元件歧管而具有第二溫度及/或第二組成的陰極電解液被提供至噴射歧管等)。在類似的實例中，可設置單一的主陰極電解液歧管，但可設置給劑系統、加熱器、或冷卻器以在液流離開主陰極電解液歧管後改變一或多道電解液液流的組成及/或溫度。

在離開橫流噴淋頭孔洞246後，陰極電解液的流動方向自(a)垂直於晶圓而變化為(b)平行於晶圓。此流動變化在液流衝擊時發生且被橫流限制環210所形成之入口空腔250中的表面所限制。最後，在進入橫流歧管區域226時，原本在電鍍池底部於中央陰極電解液入口歧管中分離的兩陰極電解液流重新結合。

在圖示所示的各種實施例中，進入陰極室之陰極電解液的一部分係直接被提供予離子阻抗元件歧管208(可以複數電解液源區域的方式實施，流經電解液源區域的液流可獨立控制)而一部分係直接被提供予橫流注射歧管222。被輸送至離子阻抗元件歧管208然後被輸送至離子阻抗元件下表面之陰極電解液的至少一部分但通常(並非總是)為全部會通過板206中的各種微通道而達到橫流歧管226。經由離子阻抗元件206中之通道進入橫流歧管226的陰極電解液會以實質上垂直導向之噴射流的方式進入橫流歧管(在某些實施例中，通道具有角度因此其並非完美地垂直晶圓表面，例如噴射流相對於晶圓表面之法向的角度可上至約45度)。

在離子阻抗元件包含受到複數電解液源區域饋送之複數流動區域的情況(如參考圖31A-31F所述之情況)中，可獨立控制流經離子阻抗元件之每一流動區域的衝擊流。例如，就流經各個獨立通道之體積流率、流經各個獨立通道之線性流率、通道之長度及/或直徑、通道之傾斜/角度、電解液之組成、電解液之溫度等而言，流經離子阻抗元件的第一流動區域的液流可不同於流經離子阻抗元件的第二流動區域的液流。類似地，在提供了電解液噴射件的情況中，就所例出之特性的任何特性而言，流經電解液噴射件的液流可不同於流經離子阻抗元件的液流。

進入橫流注射歧管222之陰極電解液的該部分會被直接輸送至橫流歧管226，陰極電解液係以晶圓下方之水平位向橫流的方式進入橫流歧管226。在前往橫流歧管226的途中，橫流陰極電解液通過橫流注射歧管222 與橫流噴淋頭板242(其例如包含約139個直徑約0.048吋的分散孔洞246)，然後藉由橫流限制環210的進入空腔250自垂直向上流被重新引導為平行晶圓表面流。

橫流及通道/噴射流的絕對角度毋需確切地平行或確切地垂直或甚至具有彼此垂直90°的位向。然而一般而言，橫流歧管226中之陰極電解液的橫流大致上會沿著工作件表面的方向而自離子阻抗元件206之上表面射出之陰極電解液之噴射流的方向大致上會朝向/垂直工作件表面。在離子阻抗元件包含受到複數電解液源區域饋送之複數流動區域的一實施例(如參考圖31A-31F所述者)中，通道/噴射件的角度在離子阻抗元件的不同流動區域之間變化。例如，第一流動區域中之通道/噴射件可實質上垂直的而第二流動區域中之通道/噴射件可自垂直傾斜(例如在某些情況中朝向基板中央傾斜或自基板中央傾斜遠離)。

在某些實施例中，流經離子阻抗元件之特定流動區域中之通道之液流的角度、直徑及/或強度可能是非均勻的。例如，如圖31H中所示，離子阻抗元件的第一流動區域3128可自基板中央橫跨至基板外圍。亦可提供第二流動區域3129。第一電解液源區域可饋送電解液至第一流動區域3128而第二電解液源區域可饋送電解液至第二流動區域3129。在第一流動區域3128(或文中所述的任何其他流動區域)內，接近離子阻抗元件之中央的通道可相對地大於接近離子阻抗元件之邊緣的通道(或反之亦然)。可提供通道尺寸/位向的此類基於徑向的差異以適應如參考圖34A與34B所述之特定中央至邊緣的光阻厚度輪廓。在提供了電解液噴射件的另一實施例中，形成電解液噴射件中之噴射件的通道可不同於形成離子阻抗元件中之噴射件的通道。在一實例中，離子阻抗元件中的通道/噴射件可實質上垂直而電解液噴射件中的通道/噴射件為傾斜的。

如所述，進入陰極室的陰極電解液會被分為(i)自離子阻抗元件歧管208(其可以複數分離之電解液源區域的方式實施之)流經離子阻抗元件206中之通道然後進入橫流歧管226中的陰極電解液；及(ii)流至橫流注射歧管222中然後流經噴淋頭242中之孔洞246接著流至橫流歧管226中的陰極電解液。此外，在某些實施例中藉由電解液噴射件(如邊緣噴射件及/或內噴射件)將額外的陰極電解液提供至基板，電解液噴射件將陰極電解液朝向基板上之特定位置處的基板輸送。自橫流注射歧管區域222直接進入的液流可藉由橫流限制環進入接口(有時被稱為橫流側入口250)進入然後平行於晶圓自電鍍池的一側射出。相對地，藉由離子阻抗元件206之微通道進入橫流歧管區域226的噴射流係自晶圓與橫流歧管226下方進入，噴射流在橫流歧管226內被改道(重新導向)以平行晶圓並朝向橫流限制環出口接口234(有時被稱為橫流出口)流動。

在某些實施例中，進入陰極室的流體被引導至分佈於電鍍池室之陰極室部分之外圍附近(通常為外圍壁)的複數通道258與262中。在一特定的實施例中，陰極室的室壁中包含12 個此類通道。

陰極室壁中的複數通道可連接至薄膜框中的對應「橫流饋送通道」及/或「噴射饋送通道」。此些饋送通道262中的某些者將陰極電解液直接輸送至離子阻抗元件歧管208(或在離子阻抗元件歧管係以複數電解液源區域的方式實施的情況中輸送至特定的電解液源區域)或輸送至對電解液噴射件饋送的歧管。如所述，被提供至離子阻抗元件歧管的陰極電解液接著會通過離子阻抗元件206的垂直位向小通道然後以陰極電解液之噴射流的方式進入橫流歧管226。在離子阻抗元件歧管係以複數電解液源區域的方式實施的情況中，每一電解液源區域將陰極電解液輸送至離子阻抗元件的一特定流動區域。

如所述，在圖示所示的一實施例中，陰極電解液經由12個陰極電解液饋送線/管中的6者對離子阻抗元件歧管208饋給。該6個對離子阻抗元件歧管208饋給的主管或線262係位於橫流限制環之出口空腔234(晶圓下方流體流出橫流歧管區域226之處)下方並與所有橫流歧管元件(橫流注射歧管222、噴淋頭242、及限制環進入空腔250)相望。

如各種圖示中所示，薄膜框中的某些橫流饋送通道258直接導至橫流注射歧管222(如12 個中的6個)。此些橫流饋送通道258始於電鍍池之陽極室的底部處、接著通過薄膜框274的匹配通道、接著與離子阻抗元件206之下部上之對應的橫流饋送通道258連接。例如見圖3A。

在一特定的實施例中，有六個分離的饋送通道258用以將陰極電解液直接輸送至橫流注射歧管222然後到達橫流歧管226。為了達到橫流歧管226中的橫流，此些通道258係以方位角不均勻的方式離開進入橫流歧管226。尤其，其於一特定側或橫流歧管226的方位角區域進入橫流歧管226。在圖3A所示的一特定實施例中，用以將陰極電解液直接輸送至橫流注射歧管222的液流路徑258在到達橫流注射歧管222之前會通過四個分離的元件：(1)在電鍍池之陽極室壁中的專用通道；(2)薄膜框274中的專用通道；(3)離子阻抗元件206的專用通道(即非為用以將陰極電解液自離子阻抗元件歧管208輸送至橫流歧管226的一維通道)；及(4)晶圓橫流限制環 210中的液流路徑。

如所述，複數流動路徑中通過薄膜框274並對橫流注射歧管222饋給的部分流動路徑係被稱為薄膜框中的橫流饋送通道258。複數流動路徑中通過離子阻抗元件206中之微通道並對離子阻抗元件歧管饋給的部分流動路徑係被稱為饋給離子阻抗元件歧管208的橫流饋送通道262或離子阻抗元件歧管饋送通道262。換言之，「橫流饋送通道」一詞包含對橫流注射歧管222饋給之陰極電解液饋送通道258及對離子阻抗元件歧管208饋給之陰極電解液饋送通道262及對噴射歧管(若存在)饋給之陰極電解液饋送通道(未顯示)。此些液流258與262之間的一差異係如上所述：流經離子阻抗元件206之液流的方向一開始指向晶圓然後因晶圓與橫流限制環210的存在而轉向平行於晶圓，但來自橫流注射歧管222並經由橫流限制環進入接口250離開的橫流部分一開始便平行於晶圓。雖然不欲被限制至任何特定的模型或理論，本發明人相信，衝擊與平行流的此組合與混合能促進實質改善凹/嵌特徵部內的液流穿透，藉此改善質量傳輸。

離子阻抗元件206內不會通過板之微通道的流動路徑(而是以平行晶圓表面流的方式進入橫流歧管226)一開始係以垂直上向的方向通過板206中之橫流饋送通道258，然後進入形成在離子阻抗元件206之主體內的橫流注射歧管222。橫流注射歧管222為一方位角空腔，其可為板206中的挖空通道並用以將來自各別饋送通道258(如來自6個獨立橫流饋送通道中的每一者)的流體分散至橫流噴淋頭板242的各種複數液流分散孔洞246。此橫流注射歧管222的位置係沿著離子阻抗元件206之外圍或邊緣區域的一角區段。見例如圖3A及4-6。在某些實施例中，橫流注射歧管222形成一C形結構橫跨板之約90至180°角度的周長區域。在某些實施例中，橫流注射歧管222的橫跨角度量約為120至約170°，在一更特定的實施例中係介於約140至150°之間。在此些或其他實施例中，橫流注射歧管222的橫跨角度量係至少約為90°。在許多實施例中，噴淋頭242所橫跨的角度量約等於橫流注射歧管222所橫跨的角度量。又，總入口結構250(在許多情況中其包含下列的一或多者：橫流注射歧管222、噴淋頭242、複數噴淋頭孔洞246、及橫流限制環中的一開口)可橫跨此些相同的角度量。

在某些實施例中，注射歧管222中的橫流在離子阻抗元件206內形成一連續流體耦合的空腔。在此情況中，對橫流注射歧管饋給的所有橫流饋送通道258(例如所有6個通道)離開進入一連續且相連的橫流注射歧管室。在其他實施例中，橫流注射歧管222及/或橫流噴淋頭242被分為兩或更多個角分離且完全或部分空間分離的區段如圖5所示(其顯示6個分離的區段)。在某些實施例中，角分離之區域的數目係介於約1-12或介於約4-6之間。在一特定的實施例中，此些角分離之區段中的每一者係流體耦合至設置在離子阻抗元件206中之一單獨的橫流饋送通道 258。是以例如，在橫流注射歧管222內可有六個角獨立分離的子區域。在某些實施例中，橫流注射歧管222之此些獨立的子區域中的每一者具有相同的體積及/或相同的角橫跨量。

在許多情況中，陰極電解液離開橫流注射歧管222並通過具有許多角分離之陰極電解液出口接口(孔洞)246的橫流噴淋頭板242。見例如圖2、3A-3B、及6。在某些實施例中，例如如圖6中所示，橫流噴淋頭板242係整合至離子阻抗元件206中。在某些實施例中，噴淋頭板242係以黏合、栓鎖或其他方式而固定至離子阻抗元件206之橫流注射歧管222的上部。在某些實施例中，橫流噴淋頭242的上表面係齊平於或略高於離子阻抗元件206之上表面或一平面。以此方式，流經橫流注射歧管222的陰極電解液在一開始可垂直向上流經噴淋頭孔洞246然後在橫流限制環210下方水平流動而流入橫流歧管226中，俾使陰極電解液以實質上平行於離子阻抗元件之上表面的方向進入橫流歧管226。在其他實施例中，噴淋頭242的位向俾使離開噴淋頭孔洞246的陰極電解液已沿著平行晶圓的方向流動。

在一特定的實施例中，橫流噴淋頭242具有139個角分離的陰極電解液出口孔洞246。更一般而言，可使用能合理建立橫流歧管226內之均勻橫流之任何數目的孔洞。在某些實施例中，在橫流噴淋頭242中有介於約50至約300個之間的此類陰極電解液出口孔洞246。在某些實施例中，有介於約100至200個之間的此類孔洞。在某些實施例中，有介於約120至160個之間的此類孔洞。一般而言，獨立接口或孔洞246的直徑尺寸範圍可自約0.020吋至0.10吋尤其自約0.03吋至0.06吋。

在某些實施例中，此些孔洞246係以角均勻方式沿著橫流噴淋頭242的整個角橫跨量設置(即孔洞246之間的間距係由電鍍池中央與兩相鄰孔洞之間的固定角度所決定)。見例如圖3A與7。在其他實施例中，孔洞246係以非角均勻方式沿著橫流噴淋頭242的整個角橫跨量分佈。在其他的實施例中，非角均勻的孔洞分佈卻是線性(「x」方向)均勻分佈。換言之，在後者中，孔洞分佈俾使孔洞等距分離(若投影至垂直於橫流方向的一軸上，此軸為「x」方向)。每一孔洞246係位於自電鍍池中央算起相等的徑向距離處，且在「x」方向上與相鄰孔洞相距相等的距離。具有此些非角均勻之孔洞246的總效應為，整體橫流模式會更加均勻。在下面的實驗段落更進一步檢視橫流噴淋頭孔洞246的此兩種配置。見圖22B及下面的相關說明。

在某些實施例中，藉由晶圓橫流限制環 210更進一步地控制離開橫流噴淋頭242之陰極電解液的方向。在某些實施例中，此環210延伸橫跨離子阻抗元件206的整個圓周。在某些實施例中，如圖3A與4中所示，橫流限制環210的橫剖面具有L形。在某些實施例中，晶圓橫流限制環210包含一系列與橫流噴淋頭242之出口孔洞246流體交流的流動導向元件如方向鰭片266。更具體而言，方向鰭片266定義晶圓橫流限制環210之上表面下方與相鄰方向鰭片266之間之大幅分離的流體通道。在某些情況中，鰭片266的目的在於重新導向並限制自橫流噴淋頭孔洞246離開的液流，使其從一徑向向內的方向(若無鰭片266存在液流原本會遵循的方向)改變為「左至右」的流動軌道(左為橫流的入口側250，右為出口側234)。這有助於建立實質上線性的橫流模式。離開橫流噴淋頭242之孔洞246的陰極電解液受到方向鰭片266的引導以沿著方向鰭片266之位向所造成的流線。在某些實施例中，晶圓橫流限制環210之所有方向鰭片266係皆彼此平行。此平行配置有助於在橫流歧管226內建立均勻橫流方向。在各種實施例中，晶圓橫流限制環210的方向鰭片266係沿著橫流歧管226的入口250與出口234側設置。例如，此係例示於圖7的上視圖中。

在某些實施例中，可修改文中所列之設備元件中的兩或更多者及/或將文中所列之設備元件中的兩或更多者結合為單一元件。例如，在某些實施例中在一單一單元中一起提供橫流限制環210、橫流入口 250、橫流噴淋頭242、出口孔洞246、邊緣噴射件、內噴射件、及邊緣流元件(或此些元件的某些子組合)，此單一單元可被稱為上側插入件。上側插入件可在約和離子阻抗元件206相同水平位置之處至少部分地位於離子阻抗元件206之外圍外部處 (但上側插入件可在離子阻抗元件之下方及/或上方延伸)。上側插入件亦可至少部分地定義橫流注射歧管222。此段落中所述之具有上側插入件的實例例如係顯示於圖32A與32B中。下面將更進一步地說明此些圖示。

回到圖2-12B中的實施例，如所示，在橫流歧管226中流動的陰極電解液自晶圓橫流限制環210的入口區域250流至環210的出口側234，如圖3B與4中所示。在出口側234處，在某些實施例中，有複數方向鰭片266可與入口側的方向鰭片266平行且對準。橫流通過方向鰭片266在出口側234上所產生的通道然後最終直接離開橫流歧管226。接著液流以大致上徑向向外的方式流入陰極室的另一區域中超越晶圓支撐件254與橫流限制環 210，在液流流至累積與再循環用之上堰壁282上方之前，液流被薄膜框的上堰壁282暫時留滯收集。因此應瞭解，圖示(如圖3A、3B與4)僅顯示陰極電解液進入與離開橫流歧管之整個迴路的部分路徑。應注意，例如在圖3B與4所示的實施例中，自橫流歧管226離開之流體不會通過入口側上的小孔洞或類似饋送通道258的後貫通通道，而是在其於上述累積區域中累積時會以大致上平行晶圓的方向向外流動。

圖6顯示橫流歧管226的上視圖，其顯示離子阻抗元件206內的內嵌型橫流注射歧管222並顯示噴淋頭242及139個出口孔洞246。亦顯示橫流注射歧管流用的所有六個流體調整棒270。在此圖示中並未安裝橫流限制環210，但顯示了密封於橫流限制環210與離子阻抗元件206之上表面之間之橫流限制環密封墊圈238的輪廓。圖6中所示的其他元件包含離子阻抗元件206(例如其可被用來作為陰極屏蔽插入件)之陽極側上的橫流限制環固定件218、薄膜框274、及螺絲孔278。

在某些實施例中，可調整橫流限制環出口234的幾何特徵以更進一步地最佳化橫流模式。例如，橫流模式朝向限制環210分歧的情況可藉著縮減橫流限制環出口234之外部區域中的開口面積來加以修正。在某些實施例中，出口歧管234可包含分離的複數區段或接口，極類似於橫流注射歧管222。在某些實施例中，出口區段的數目可介於約1-12之間、或介於約4-6之間。此些接口係方位角分離的且佔據著出口歧管234的不同位置(通常相鄰)。在某些情況中可獨立控制經由每一接口的相對流率。此控制可藉由例如使用類似於入口流處所述之控制棒的控制棒270達成。在另一實施例中，可藉著出口歧管的幾何特徵來控制流經出口之不同區段的液流。例如，在接近每一側邊具有較小開口面積但在接近中央具有較大開口面積的出口歧管能造成一解決流動模式 ，在此模式中在接近出口中央處有較多液流離開但在接近出口邊緣處有較少液流離開。亦可使用經由出口歧管234中的接口控制相對流率的其他方法(如泵浦等)。在許多實施例中，出口歧管234的位置俾使其位置中心位於和入口250之位置方位角相對的位置處。在某些其他情況中，可在非和入口250之位置方位角相對的位置處設置一或多個出口歧管。此些出口(複數出口)可替代與入口方位角相對的出口，或在與入口方位角相對的出口之外額外設置此類出口(複數出口)。此類出口(複數出口)可例如用以在基板表面上方產生特定的期望流動模式。

如所述，進入陰極電解液室的大量陰極電解液係經由複數通道258與262如12個分離的通道而被分別引導至橫流注射歧管222與離子阻抗元件歧管208(在某些情況中其可以複數電解液源區域施行之)中。在某些實施例中，藉由適當的機制可彼此獨立地控制經由此些各別通道258與262的液流。在某些實施例中，此機制涉及用以將液體輸送至各別通道中的複數分離泵浦。在其他實施例中，使用單一泵浦饋給主要陰極電解液歧管，可在饋給流動路徑之複數通道中的一或多者中提供可調整的各種液流限制元件以調整各種通道258與262之間和橫流注射歧管222與離子阻抗元件歧管208區域之間(及/或流至離子阻抗元件歧管208中 之電解液源區域(複數區域))及/或沿著電鍍池之角外圍的相對液流。在圖示所示的各種實施例中，在提供獨立控制的通道中使用一或多個流體調整棒270(有時亦被稱為液流控制元件)。在所示的實施例中，流體調整棒270提供一角空間，陰極電解液在其朝向橫流注射歧管222或離子阻抗元件歧管208流動期間會在此角空間中受到限制。在完全縮回的狀態下，流體調整棒270對流動提供實質上無阻抗。在完全銜合的動態下，流體調整棒270對流動提供最大阻抗且在某些實施例中能停止經由通道的所有液流。在中間的狀態或位置下，流體調整棒270在液流流經通道內直徑與流體調整棒外直徑之間之受到縮限的角空間時可提供中等位準的流動限制。

在某些實施例中，調整流體調整棒270使電鍍池的操作者或控制器偏好液流流向橫流注射歧管222或離子阻抗元件歧管208。在離子阻抗元件歧管208係以複數電解液源區域的方式實施的情況中，可使用流體調整棒(或其他流動控制元件如泵浦、閥件等)獨立控制流至各別複數電解液源區域的電解液流。流至離子阻抗元件歧管208之每一電解液源區域的液流可獨立於流至其他電解液源區域的液流並獨立於流至電鍍設備之其他區域的液流(如流至橫流注射歧管的獨立液流、及流至陽極室的獨立液流)。在某些實施例中，將陰極電解液直接輸送至橫流注射歧管222之通道258中的流體調整棒270的獨立調整使操作者或控制器能控制流至橫流歧管226中之液流的方位角分量。在下面的實驗段落中將更進一步討論此些調整的效果。

圖8A-8B顯示橫流注射歧管222與對應橫流入口250相對於電鍍杯254的橫剖面圖。橫流入口 250的位置係至少部分地由橫流限制環210的位置所定義。尤其，入口250可被認為是始於橫流限制環210終止之處。注意，在一初始設計中如圖8A中所見，限制環210終止點(與入口250起始點)係位於晶圓邊緣下方，但在修訂過的設計中如圖8B中所見，終止/起始點係位於電鍍杯下方且比初始設計更徑向向外地遠離晶圓邊緣。又，在較早的設計中橫流注射歧管222在橫流環空腔(大致上向左指之箭頭開始舉升上向之處)中具有一段差，這可能在流體進入橫流歧管區域226之點附近形成某些非所欲之紊亂。在某些情況中，邊緣流元件(未顯示)可存在於基板外圍及/或離子阻抗元件之外圍附近。邊緣流元件可存在於入口250附近及/或出口(未顯示於圖8A與8B中)附近。邊緣流元件可用以引導電解液進入形成於基板之電鍍面與杯254之邊緣之間的一角落，藉此抵消此區域中若非如此則相對低的橫流。

在基板外圍附近可包含的另一元件為邊緣噴射件。可針對特定的應用調整獨立噴射件的數目。每一噴射件可被形成為讓電解液流通過的一空穴。在某些情況中此些空穴係相對地小俾使流經噴射件的電解液可以高線性速度朝向基板電鍍面輸送。在某些實施例中，空穴被提供為長薄的狹縫如參考圖35G、36A、及36B所述。可在基板外圍附近設置獨立噴射件俾使其優先在此區域中輸送電解液(例如相較於基板的中央附近)。在某些情況中，可設置噴射件以將基板的特定部分暴露至隨著時間及基板旋轉變化的流動條件(如較高液流與較低液流)。可修改文中的任何實施例以包含一或多個獨立邊緣噴射件或其他種類的電解液噴射件。

由於邊緣噴射件在基板外圍優先輸送電解液，其優先地促進此區域中的質量傳輸條件。是以，邊緣噴射件在基板邊緣附近之特徵部不若基板中央附近之特徵部填充完整的情況中尤其有用。此現象在電鍍半導體基板中常見且可緣於邊緣厚的光阻，邊緣厚的光阻會使基板邊緣附近的電鍍比基板中央附近的電鍍更困難。下面參考圖13A、15、16B、28、30、34A、及34B更進一步說明此問題。

在一類似的實施例中，可提供不同類型的電解液噴射件。可提供內噴射件在基板非外圍區域處輸送流體來取代在基板外圍區域處輸送流體的邊緣噴射件。關於邊緣噴射件所述的細節可類似地應用至內噴射件(除了每一元件輸送電解液之位置外)。在某些情況中，電解液噴射件可在外圍區域與非外圍區域處靠近基板輸送電解液。關於邊緣噴射件所述的細節可類似地應用至在外圍區域與非外圍位置處輸送電解液的電解液噴射件。

可自各種源如橫流注射歧管、離子阻抗元件歧管、噴射歧管、或各別歧管的組合對電解液噴射件供給電解液。在一實施例中，如圖32A與32B中所示，電解液噴射件自橫流注射歧管接收電解液。此些圖示例示當基板3201係位於基板支撐件3202中時，電解液(由箭頭所示)流(a)經橫流注射歧管3222、橫流入口孔洞3242、橫流歧管3226、然後流出出口3234；(b)流經橫流注射歧管3222、邊緣噴射件3261a或3261b、橫流歧管3226、然後流出出口3234；及(c)上向流經離子阻抗元件3206中的通道、流經橫流歧管3226、然後流出出口3234。圖32A中的邊緣噴射件3261a具有垂直位向俾使其以實質上垂直的方式(如衝擊方式)將電解液導向基板。相對地，圖32B中的邊緣噴射件3261b向內朝向基板3201的中央傾斜。在每一情況中，提供上側插入件3260a(圖32A)或3260b(圖32B)。上側插入件3260a或3260b具有參考圖2-12B所述之各種元件的目的。例如，上側插入件3260a與3260b可具有橫流限制環、橫流噴淋頭/入口/孔洞、方向鰭、及邊緣流元件的功用。類似地，如圖32A與32B中所示，上側插入件3260a與3260b可至少定義橫流注射歧管3222之上表面。

在類似於圖32A與32B所示的實施例中，可提供分離的噴射歧管(未顯示，但有時被稱為邊緣噴射歧管)以將電解液供給至邊緣噴射件。以此方式，可獨立於流經橫流注射歧管的液流而獨立控制流經邊緣噴射件的液流。可在設備的任何處設置噴射歧管，但前提是要設置適當的管路以將電解液自噴射歧管輸送至電解液噴射件。噴射歧管可以複數分離的噴射歧管施行之，其中每一分離的噴射歧管饋送一不同的電解液噴射件或一組電解液噴射件。在此類情況中，可獨立控制流經複數獨立電解液噴射件或複數組電解液噴射件的相關液流。

在另一類似的實施例中，可利用引導液流所需的適當管路自離子阻抗元件歧管(如離子阻抗元件3206下方)對邊緣噴射件供給流體。在其他實施例中，可使用內噴射件或其他電解液噴射件來代替邊緣噴射件、或在邊緣噴射件以外更使用內噴射件或其他電解液噴射件。內噴射件可自內噴射歧管(亦更通常被稱為噴射歧管)或自列舉之歧管中的另一者接收流體。

所揭露的設備可用以進行文中所述的方法。適合的設備包含文中所述及所示的硬體及一或多個控制器，控制器具有用以控制根據所揭露之實施例之製程操作的指令。設備將包含一或多個控制器尤其用以控制晶圓在杯254與錐中的定位、晶圓相對於離子阻抗元件206的定位、晶圓旋轉、將陰極電解液輸送至橫流歧管226中、將陰極電解液輸送至離子阻抗元件歧管208中(且在某些情況中將陰極電解液輸送至歧管208中的各別複數電解液源區域)、將陰極電解液輸送至橫流注射歧管222中、經由邊緣噴射件輸送陰極電解液、經由內噴射件輸送陰極電解液、流體調整棒 270的阻抗/位置、輸送電流至陽極與晶圓及任何其他電極、電解液成分的混合、電解液輸送的時序、入口壓力、電鍍池壓力、電鍍池溫度、晶圓溫度、邊緣流元件的位置、及製程設備所進行之特定製程的其他參數。

系統控制器通常包含一或多個記憶體裝置及一或多個處理器，處理器可用以執行指令俾使設備能進行根據所揭露之實施例的方法。處理器可包含中央處理器元(CPU)或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接件、步進馬達控制板等其他類似元件。可將包含用以根據所揭露之實施例控制製程操作之指令的機器可讀媒體耦合至系統控制器。用以進行適當控制操作的指令係於處理器上執行。此些指令可被儲存在和控制器相關的記憶體裝置上或其可藉由網路所提供。在某些實施例中，系統控制器執行控制軟體。

系統控制軟體可以任何適當的方式配置。例如，可撰寫各種製程設備元件子程式或控制物件以控制為了進行各種製程設備製程所需的製程設備元件的操作。系統控制軟體可以任何適合的電腦可讀程式語言編碼。

在某些實施例中，系統控制軟體包含輸入/輸出控制(IOC)序列指令以控制上述各種參數。例如，電鍍製程的每一階段可包含一或多個可藉由系統控制所執行的指令。用以設定浸沒製程用之製程條件的指令可被包含於對應的浸沒配方階段中。在某些實施例中，電鍍配方階段可依序配置，使得電鍍製程階段用的所有指令可與該製程階段同時執行。

在某些實施例中可使用其他電腦軟體及/或程式。為了此目的之程式或程式區段的實例包含基板定位程式、電解液組成控制程式、壓力控制程式、加熱器控制程式、電位/電流供電控制程式。

在某些情況中，控制器控制下列功能中的一或多者：晶圓浸沒(水平、傾斜、旋轉)、槽與槽之間的流體傳輸等。晶圓浸沒可藉由例如指示晶圓舉升組件、晶圓傾斜組件及晶圓旋轉組件依所需移動而加以控制。控制器可藉由例如指示特定閥件開啟或關閉及特定泵浦開啟與關閉而控制槽與槽之間的流體傳輸。控制器可基於感測器輸出(例如當電流、電流密度、電位、壓力等到達某個閾值)、操作時序(例如在一製程的特定時間處開啟閥件)、或基於自使用者接收的指令而控制此些態樣。

上文中所述的各種設備/製程可與微影圖案化設備或製程一起使用，例如用以製造半導體裝置、顯示器、LED、光伏面板等的微影圖案化設備或製程。一般而言，雖然沒有必要，但此些設備/製程會在一共同的製造廠房中一起使用或進行。薄膜的微影圖案化通常包含下列步驟的部分者或全部，每一步驟可由許多可能的設備達成：(1)利用旋塗或噴塗設備將光阻施加至一工作件即基板上；(2)利用熱板、爐管或UV固化設備固化光阻；(3)利用一設備如晶圓步進機將光阻曝露至可見光或UV或X射線；(4)利用一設備如濕式槽顯影光阻以選擇性地移除光阻藉此將其圖案化；(5)利用一乾式或電漿輔助蝕刻設備將光阻圖案轉移至下方膜層或工作件中；及(6)利用一設備如RF或微波電漿光阻剝除設備移除光阻。離子阻抗元件的特徵 電功能

在某些實施例中，離子阻抗元件206近似於在基板(陰極)附近的一近乎固定且均勻電流的電流源，因此在某些文義下其可被稱為高阻抗虛擬陽極 (HRVA)。如上所述，此元件亦可被稱為具有通道的離子阻抗元件(CIRP)。一般而言，離子阻抗元件206的設置係緊密接近晶圓。相對地，如此緊密接近晶圓的陽極極不可能供給近乎固定的電流予晶圓而只能支撐陽極金屬表面處的固定電位平面，藉此使得電流最大，在電流最大處自陽極平面至終端(例如至晶圓上的外圍接觸點)之總阻抗較小。因此雖然離子阻抗元件206被稱為高阻抗虛擬陽極 (HRVA)，但這並非意味著在電化學上兩者為可交換使用的。在某些操作條件下，離子阻抗元件206較近似於且可能可被較佳地稱為虛擬均勻電流源，使近乎固定的電流源於離子阻抗元件206的上平面各處。雖然離子阻抗元件必定可被視為是「虛擬電流源」即其為發射電流的一板，由於離子阻抗元件可被視為是發射陽極電流的一位置或源因此其可被視為是「虛擬陽極」， 但離子阻抗元件206的相對高離子阻抗(相對於電解液)比位於相同物理位置處之金屬陽極更能導致其表面各處近乎均勻的電流且更有利於大致上較佳的晶圓均勻度。板對離子流的阻抗隨著板206之各種通道內所包含之電解液的比電阻(通常但並非總是具有等於或近乎類似陰極電解液的電阻)增加、板厚度增加、及孔隙度減少(較少用於電流通道的截面積，例如藉著具有相同直徑的較少孔洞、或具有較小直徑的相同數目孔洞等)而增加。

在許多但並非所有實施例中，離子阻抗元件206包含微尺寸(通常小於0.04吋)貫孔，此些貫孔在空間上與離子概念上彼此隔離且不會在離子阻抗元件的主體內形成互連通道。此類貫孔通常被稱為非溝通性貫孔。其通常但並非必須沿著垂直晶圓之電鍍表面的方向作一維延伸(在某些實施例中，非溝通性孔洞相對於大致上平行離子阻抗元件前表面的晶圓具有一角度)。通常貫孔係彼此平行。通常孔洞係以方陣方式配置。其他情況中佈局具有偏差螺旋圖樣。此些貫孔係有別於三維孔隙網路，在三維孔隙網路中通道係以三維方式延伸並形成互連的孔隙結構，由於貫孔結構，離子電流與液流兩者皆平行於表面流動且離子流與液流兩者的路徑皆筆直地朝向晶圓表面。然而在某些實施例中，可使用此類具有互連孔隙網路的多孔板來取代具有一維通道的元件(離子阻抗元件)。當自板之上表面至晶圓的距離為小距離(例如，間隙約為1/10之晶圓半徑尺寸如小於約5 mm)時，電流與液流兩者的分歧會受到局部限制、賦予、並與離子阻抗元件通道對準。

一例示性的離子阻抗元件206為固體非孔隙介電材料所製成的碟，其為離子與電阻抗的。材料在使用電鍍溶液時亦為化學穩定的。在某些情況中，離子阻抗元件206係由陶瓷材料(如氧化鋁、氧化鍚、氧化鈦、或金屬氧化物的混合物)或塑膠材料(如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、聚碸、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯等)所製成且具有介於約6,000 – 12,000個之間的非溝通性貫孔。在許多實施例中，離子阻抗元件206係實質上與晶圓共延伸(例如使用300 mm晶圓時使用直徑約300 mm 的離子阻抗元件206)並緊密鄰近晶圓設置例如位於晶圓面下電鍍設備中之晶圓的正下方。較佳地，晶圓的電鍍表面與最近的離子阻抗元件表面之間相距約10 mm內更較佳地約5 mm內。為達此目的，離子阻抗元件206的上表面可為平坦的或實質上平坦的。通常離子阻抗元件206的上表面與下表面皆為平坦的或實質上平坦的。

離子阻抗元件206的另一特徵為貫孔的直徑或主要尺寸及其與離子阻抗元件206與基板之間之距離的關係。在某些實施例中，每一貫孔的直徑(或大部分貫孔的直徑、或複數貫孔的平均直徑)係不大於約自電鍍晶圓表面至離子阻抗元件206之最接近表面的距離。是以，在此類實施例中，當離子阻抗元件206被置於距離電鍍晶圓表面之約5 mm內，貫孔的直徑或主要尺寸不應超過約5 mm。

如上所述，板206的整體離子與液流阻抗係取決於板的厚度及孔洞的總孔隙度(使液流得以流經板的面積部分)與尺寸/直徑。低孔隙度的板可具有較高的衝擊流速及離子阻抗。比較相同孔隙度的板，具有較小直徑的一維 孔洞(因此具有較多數目的一維孔洞)的板由於有更多的獨立電流源因此在晶圓上可得到更微均勻的電流分佈且亦可得到較高的總壓降(高黏性流動阻抗)，此些獨立電流源的作用使其更像可分散於相同間隙各處的點源。

然而在某些情況中，離子阻抗板206如上所述為多孔隙的。板206中的孔洞可能不會形成獨立的一維通道而是形成可互連或不互連的貫孔網狀物。應瞭解，除非另外指出，否則文中所用之離子阻抗元件(及離子阻抗元件的同義詞)意在包含此類實施例。

在許多實施例中，可修改離子阻抗元件206以包含(或容納)邊緣流元件。邊緣流元件可為離子阻抗元件206的一整合部件(如離子阻抗元件與邊緣流元件共同形成一整體結構)，或其可為被安裝於離子阻抗元件206上或附近的一可替換部件。邊緣流元件促進較高程度的橫流，因此促進基板表面上靠近基板邊緣(如靠近基板與基板支撐件之間的介面)的剪切。若未使用邊緣流元件，在基板與基板支撐件之間的介面附近可能會由於例如基板與基板支撐件的幾何特徵及電解液流的方向而建立起相對低橫流的區域。邊緣流元件可具有增加此區域中之橫流的作用，藉此促進在基板各處更均勻的電鍍結果。下面將討論與邊緣流元件相關的進一步細節。

在此些或其他實施例中，離子阻抗元件206可包含複數流動區域。在各種實例中，可獨立於流經其他流動區域的液流獨立控制流經每一流動區域的液流。每一流動區域可自離子阻抗元件歧管208的一特定電解液源區域接收電解液。具有複數流動區域之離子阻抗元件的實例係顯示於圖31A-31L中。此些圖示亦可被認為代表離子阻抗元件歧管的複數電解液源區域，電解液源區域的形狀係對應至離子阻抗元件之對應流動區域的形狀。元件3101-3154中的每一者皆代表一不同的流動區域。

在圖31A中所示的一簡化實施例中，離子阻抗元件包含第一流動區域3101與第二流動區域3102。第一流動區域3101係位於外圍俾使其優先將電解液提供至基板外圍，但第二流動區域3102涵蓋離子阻抗元件的剩餘區域。在一特定的實例中，將流經第一流動區域3101的液流控制得高於流經第二流動區域3102的液流以例如補償基板上的邊緣厚光阻。在圖31B所示的另一實施例中，提供三個流動區域3103-3105。在圖31C所示的另一實施例中，提供七個流動區域3106-3112。在此實例中，各種環形流動區域3106-3111具有近乎相等的寬度(藉由流動區域之外半徑與內半徑之間的差來加以度量)。相對地，圖31D例示各種流動區域具有實質上不同寬度之一實施例，其中流動區域3114與3118係實質上寬於流動區域3113與3115-3117。圖31A-31D之實施例中的流動區域係大致上為圓形或環形且為同心的。此類特徵可能是有利的尤其考慮到在電鍍期間基板通常會旋轉。

圖31E例示提供五個流動區域3119-3123的一實施例。在此實例中，流動區域被塑形為沿著離子阻抗元件表面的長條而非圓形/環形。流動區域具有不同的寬度(量測每一區域之最大寬度處左至右的寬度)，但在其他情況中其可為均勻的。圖31F例示離子阻抗元件包含兩個流動區域3124與3125的一實施例。第一流動區域3124為新月形的而第二流動區域3125佔據離子阻抗元件的剩餘部分。在此實例中，第一流動區域3124在多個方面是方位角不均角的。例如，第一流動區域3124存在於離子阻抗元件的左側上(其可對應至橫流歧管的入口側或出口側)但在離子阻抗元件的右側上不存在。又，第一流動區域3124的寬度是不均勻的。

圖31G顯示提供兩個流動區域3126與3127的一實施例。流動區域3126為長薄的，實質上橫跨離子阻抗元件的直徑。在一實例中，電解液流的較高程度是經由流動區域3126所建立而電解液流的較低程度是經由流動區域3127所建立(或反之亦然)。當基板旋轉時，基板表面的大部分區域係循環地暴露至較高流與較低流條件(例如當基板的相關區域接近流動區域3126時會經歷較高流條件，當基板的相關區域接近流動區域3127時會經歷較低流條件)。實際上，當基板旋轉時，基板的大部分區域(例如除了總是會被暴露至流動區域3126的極中央區域之外)會經歷在較高與較低對流之間脈動的流體動力學條件。脈動的時點可基於基板轉速來加以控制。使用脈動流體動力學條件的實施例在基板包含不同尺寸之特徵部的情況中尤其有用。在此類情況中，擴散邊界厚度係取決於特徵部的尺寸與形狀。若在與擴散時間常數相類似的時間規模上進行脈動，則可緩和擴散邊界厚度的差異，導致比在基板旋轉時不脈動流體動力學條件的情況更佳的均勻度。

圖31H-31L類似地顯示在離子阻抗元件中的方位角非均勻性導致流經離子阻抗元件之各別流動區域之不同流動條件藉此在基板旋轉時於基板表面上脈動流體動力學條件的實施例。在圖31H中，流動區域3128在基板的中央與邊緣之間延伸。另一流動區域3129係設置於離子阻抗元件的剩餘區域中。在圖31I中，流動區域3130-3137徑向向外延伸、流動區域3138係接近中央、而流動區域3139係設置在離子阻抗元件的剩餘區域中。在圖31J中，流動區域3140沿著離子阻抗元件的直徑延伸、流動區域3141與3142係延著離子阻抗元件的半徑延伸且位向垂直於流動區域3140。流動區域3143係設置在離子阻抗元件的剩餘區域中。在某些實施例中，以線性形狀實施的流動區域(如流動區域3126、3128、3130-3137、及3140-3142)可具有特定的長對寬比(其中流動區域的長度為流動區域最長的線性尺寸)。在某些情況中，一或多個此類流動區域可具有至少約3：1或至少約5：1的長對寬比。

圖31K例示流動區域3144-3147為餅形且自離子阻抗元件的中央徑向向外延伸的一實施例。流動區域3144-3147的外部為流動區域3148。圖31L顯示流動區域3149-3152為餅形且自離子阻抗元件的中央徑向向外延伸並具有位於外圍之額外流動區域3153的一實施例。離子阻抗元件的剩餘部分被提供為流動區域3154。此實施例包含在徑向與方位角上皆非均勻的流動區域。圖31G-31H中所示之每一實施例皆可用以調制當基板在離子阻抗元件上方旋轉時基板之特定區域所經歷的流體動力學條件。

參考圖31A-31L所述之各種特性可依特定應用所需而結合。離子阻抗元件的流動區域可為任何形狀(圓形、環形、橢圓、長條、矩形或其他多角形、新月形、餅形等)。一特定流動區域可具有均勻或不均勻的寬度且相較於其他流動區域可具有均勻或不均勻的平均寬度。流動區域可為同心或非同心的。流動區域可為方位角均勻或不均勻的。方位角不均勻性可與橫流歧管中的橫流方向對準或不與其對準。流動區域的邊緣可相對地平滑/直、或其可為彎曲的例如以避免阻擋離子阻抗元件之通道。 流經貫孔之垂直流

靠近晶圓之離子阻抗但離子可穿透之元件(離子阻抗元件)206的存在實質上減少終端效應且改善在終端效應為操作性/相關的某些應用中(如當晶圓晶種層中的電流阻抗係大於電鍍池之陰極電解液的電流阻抗)的徑向電鍍均勻度。在某些實施例中，離子阻抗元件206藉著以液流擴散歧管板的方式作用亦同時在晶圓表面處提供具有指向向上之電解液之實質上空間均勻衝撞流的能力。在其他實施例中，離子阻抗元件206包含複數流動區域，在操作時複數流動區域允許吾人獨立控制流經每一流動區的液流。在此類情況中，電解液的衝擊流故意在空間上均勻(例如在徑向上及/或方位角上不均勻)例如以補償在電鍍進行前便存在的基板上不均勻性。很重要的，若相同的元件206被設置在較遠離晶圓處，離子流與液流的均勻改善會變得極不明顯或根本不存在。

又，由於非溝通性貫孔不允許離子流的橫向移動或離子阻抗元件內的液流動作，因此離子阻抗元件206內的中央至邊緣離子流與液流移動受阻，導致徑向電鍍均勻度的更進一步改善。在圖9所示的實施例中，離子阻抗元件206為具有約9000個均勻分佈之一維孔洞的穿孔板，此些孔洞具有微通道的作用且在板表面(例如在電鍍300 mm晶圓的情況中板表面為具有約300 mm直徑之實質上圓形的面積)上係以方陣配置(即孔洞係以行與列配置)，穿孔板具有約4.5%的有效平均孔隙度且一獨立微通道孔洞的直徑約0.67 mm (0.026吋)。如圖9中所示，可使用複數流動分佈調整棒 270，其可較佳地引導液流經由離子阻抗元件歧管208並上經離子阻抗元件206中的孔洞而進入橫流歧管226或引導液流經由橫流注射歧管222 與橫流噴淋頭242而進入橫流歧管226。橫流限制環210係安裝在受到薄膜框274所支撐之離子阻抗元件的上部上。

應注意，在某些實施例中，離子阻抗元件206可被主要或專門用作為池內電解液流阻抗、液流控制、因此為液流塑形元件，有時被稱為渦輪板(turboplate)。無論板206是否藉著例如平衡終端效應及/或調整電鍍池內電鍍添加物與液流之組合的電場或動力學阻抗而客製徑向沉積均勻度，其可使用上述名稱。是以例如，在晶種金屬的厚度通常較厚(如＞1000 Å厚)且金屬係以極高的速率沉積的TSV與WLP電鍍中，電解液流的均勻分佈是極重要的，而自晶圓晶種層內之歐姆電壓壓降所產生徑向不均勻度控制可能較不需要補償(至少部分因為在使用較高晶種層的情況中中央至邊緣的不均勻度較不嚴重)。因此離子阻抗元件206可被稱為離子阻抗離子可穿透元件以及液流塑形元件，藉著改變離子流的流動、改變材料的對流流動、或兩者其可具有沉積率修正功能。

在某些情況中，可客製化流經離子阻抗元件之不同流動區域的液流以朝向期望較大質量傳輸條件之基板區域提供額外的電解液流。例如，在特徵部較深(可能是相對較高/較厚之光阻(或基板的目的性設計)的結果)之區域中期望有較佳的質量傳輸。圖34A例示光阻厚度為基板上之徑向位置之函數的一實例。圖34B例示對流大小為基板上之徑向位置之函數的一實例，其中客製化對流大小以對應至特定徑向位置處的光阻厚度。藉著客製化流體動力學條件以在光阻較厚的區域(及/或特徵部較厚的區域)中提供較大對流，可達到更均勻的電鍍結果。換言之，可客製化質量傳輸條件的非均勻性以緩和基板表面上預先存在的非均勻性。不均勻的質量傳輸條件可經由文中所述的各種方法建立，此些方法包含但不限於使用：(i)具有複數流動區域的離子阻抗元件、(ii)電解液噴射件、及/或(iii)包含一或多個離子阻抗元件噴射件的離子阻抗元件。

較厚的光阻對應至較深的特徵部，使吾人難以在不同特徵部形狀之間產生均勻電鍍。此困難可緣於不同特徵部形狀的不同擴散邊界層厚度。不同擴散邊界層厚度在此情況中係指凹陷特徵部之底部與電鍍條件變成擴散控制之處之深度之間的距離。較深之特徵部的擴散邊界層較厚而較淺特徵部的擴散邊界層較薄。為了補償此差異，可將額外的電解液流導至光阻較厚之基板區域處，增加此些區域中的質量傳輸並使不同特徵部形狀之間的擴散邊界層厚度更均勻。 晶圓與具有通道之板之間的距離

在某些實施例中，晶圓支撐件254與相關的定位機制使旋轉中的晶圓極靠近離子阻抗元件206之平行上表面。在電鍍期間，基板位置通常俾使其平行或實質上平行離子阻抗元件(例如約10°內)。雖然基板上可具有某些特徵部，但在判斷基板與離子阻抗元件是否實質上平行時只考慮基板的大致上平坦形狀。

在典型的情況中，分離的距離約為0.5-10毫米、或約2-8毫米。在某些情況中，分離的距離約為2 mm或更少，如約1 mm或更少。此板與晶圓之間的小距離可在晶圓上產生電鍍圖案，此電鍍圖案係與圖案之獨立孔洞的近接「影像」相關且尤其好發於晶圓旋轉的中央附近。在此類情況中，電鍍環的圖案(厚度或電鍍質地)可在晶圓中央附近發生。 為了避免此現象，在某些實施例中，可將離子阻抗元件206中的獨立孔洞(尤其是在晶圓中央處及附近)建構具有尤其小的尺寸例如小於約1/5之板與晶圓之間的間隙。當與晶圓旋轉耦合時，小孔洞尺寸使來自板206以噴射流形式出現的衝擊流的流速得以時間平均且能減少或避免小規模的不均勻度(例如微米等級的不均勻度)。儘管採用了上述的預防措施且取決於所用電鍍浴的特性(例如特定的沉積金屬、導電率、及所用的電鍍浴添加物)，在某些情況中，沉積可能傾向於在以微不均勻圖案(例如形成中央環)的方式發生，其係由於時間平均暴露及不同厚度的近接影像圖案(例如在晶圓中央附近具有「靶心」的形狀)且對應至所用之獨立孔洞圖案。若有限孔洞圖案產生不均勻的撞擊流圖案並影響沉積，則此可能發生。在此情況中，已發現在晶圓中央各處導入橫流及/或修改中央處及/或附近的孔洞的規則圖案能大幅消除若非如此則會出現的微不均勻度。 具有通道之板的孔隙度

在各種實施例中，離子阻抗元件206具有充分低的孔隙度及孔洞尺寸以在正常的操作體積流率下提供黏性流阻抗背壓及高垂直衝擊流率。在某些情況中，離子阻抗元件206的約1-10%為允許流體到達晶圓表面的開放面積。在特定的實施例中，板206的約2-5%為開放面積。在一特定的實例中，板206的開放面積約為3.2%且有效的總開放橫剖面積約為23 cm² 。

在某些實施例中，離子阻抗元件206中的孔隙度在離子阻抗元件的面積各處是均勻的。在其他實施例中，在離子阻抗元件之不同區域處的孔隙度是不同的。在離子阻抗元件包含複數流動區域的一特定實施例中，一流動區域中的平均孔隙度可高於另一流動區域中的平均孔隙度。在一特定的實例中，板之一流動區域所具有之平均孔隙度係大於另一流動區域之平均孔隙度且可至少約為其1.2倍例如至少約為其1.5倍、或至少約為其2倍。例如，第一流動區域可具有約2%的孔隙度而第二流動區域可具有約2.4%(1.2*2% = 2.4%)的孔隙度。可使用通道孔隙度的此類差異(單獨使用或與其他因素如泵浦速度、閥位置、及/或通道尺寸之差異一起使用)以調整基板之不同區域處的衝擊流速度。 具有通道之板的孔洞尺寸

可以許多不同的方式達成離子阻抗元件206的孔隙度。在各種實施例中，孔隙度可利用許多具有小直徑的垂直孔洞來達成。在某些情況中，板206並非由獨立的「鑿」孔所構成，而是由連續多孔隙材料的燒結板所產生。此類燒結板的實例係載於美國專利US 6,964,792(代理人案號NOVLP023)中，將其所有內容包含於此作為參考。在某些實施例中，非溝通性的鑿孔具有約0.01至0.08吋的直徑。在某些情況中，孔洞具有約0.02至0.03吋的直徑或介於約 0.03-0.06吋的直徑。如上所述，在各種實施例中，孔洞具有至多約0.2倍離子阻抗元件206與晶圓之間之間隙距離的直徑。孔洞通常具有圓形的橫剖面，但並非必須。又，為了能輕易建構，板206中的所有洞可具有相同的直徑。然而此並非必然，板表面上之孔洞的各別尺寸與局部密度皆可依特定需求而變化。

例如，由適當陶瓷或塑膠材料(通常為介電絕緣機械強健的材料)所製成的實心板206中具有大量小孔洞，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(發現0.026吋直徑之9465 孔洞是有用的)。如上所述，某些設計具有約9000個孔洞。板206的孔隙度有時少於約5個百分比俾使產生高衝擊速度所需的總流率不會太高。相較於較大的孔洞，使用較小的孔洞有助於產生橫跨板的大壓降，這有助於產生橫跨整個板的更均勻向上速度。

在另一實例中，在單一離子阻抗元件206上提供不同尺寸的通道。在離子阻抗元件包含複數流動區域的一特定實施例中，一流動區域中之通道的平均直徑係小於在另一流動區域中之通道之平均直徑。在某些情況中，離子阻抗元件之一流動區域所具有的平均通道直徑係大於另一流動區域所具有的平均通道直徑且至少約為其1.2倍如至少約為其1.5倍、或至少約為其2倍。在一特定的實例中，離子阻抗元件的第一流動區域所具有的平均通道直徑約為0.020吋，離子阻抗元件的第二流動區域所具有的平均通道直徑約為0.024吋 (1.2*0.020吋 = 0.024 吋)。可使用通道直徑的此類差異(單獨使用或與其他因素如泵浦速度、閥位置、及孔隙度一起使用)以調整基板之不同區域處的衝擊流速度。

一般而言，離子阻抗元件206上的孔洞分佈具有均勻密度且為非隨機的。然而在某些情況中，孔洞密度可變化尤其是沿著徑向方向變化或是對應離子阻抗元件的不同流動區域變化。在一特定的實施例中，如下面將更完整說明的，在引導液流朝向旋轉基板之中央的板區域中，可有更高的孔洞密度及/或直徑。又，在某些實施例中，引導旋轉晶圓之中央處或附近之電解液的孔洞可促使液流相對於晶圓表面的角度為非直角。又，此區域中的孔洞圖案可具有不均勻電鍍「環」的隨機或部分隨機分佈以解決有限數目之孔洞與晶圓旋轉之間的可能作用。在某些實施例中，可使分流器或限制環210之開放區段附近的孔洞密度低於離子阻抗元件206遠離所附接之分流器或限制環210之開放區段之區域上的孔洞密度。 流動區域

如上所述，在某些實施例中離子阻抗元件可包複數流動區域。每一流動區域可由離子阻抗元件歧管的一特定電解液源區域供給電解液。此配置使吾人能獨立於流經其他流動區域之液流及獨立於流經橫流注射歧管之液流而獨立控制流經離子阻抗元件之每一流動區域的液流。複數不同的電解液源區域係彼此分離而允許獨立控制流經複數不同的電解液源區域/流動區域之液流。複數分離的電解液源區域在設備的某些點處可彼此實體接觸(如在彼此之間共享壁)且可彼此流體交流(如在通過離子阻抗元件後)。複數彼此「分離的」電解液源區域的相關考量為獨立控制流經每一歧管之液流之液率的能力。

具有複數流動區域之離子阻抗元件的實例係顯示於上述圖31A-31F中。如文中所述，在不同的流動區域之間可變化各種設計因子(如孔隙度、通道尺寸、通道密度、通道佈局等)。

如文中所用，獨立控制流率的概念不一定是指流經設備之一部分之第一流率對流經設備之另一部分之第二流率沒有影響。而是，獨立控制流率係指可同時依所需控制相關的流率(如控制一流率不排除同時控制另一流率)。 離子阻抗元件噴射件

在某些實施例中，離子阻抗元件可用以包含一或多個離子阻抗元件噴射件。此類噴射件可類似於文中所述的電解液噴射件。然而，離子阻抗元件噴射件不同於電解液噴射件之處在於，離子阻抗元件噴射件係形成於離子阻抗元件本身中/上。一般而言，噴射件的開口比離子阻抗元件之主體中之通道的開口更高。

圖37A例示包含離子阻抗元件噴射件3703a之離子阻抗元件3700的一實例。離子阻抗元件包含主體部，主體部包含一系列的通道3701。某些系列的3701之間設置了自離子阻抗元件3700之主體部延伸遠離的離子阻抗元件噴射件3703a。每一離子阻抗元件噴射件3703a皆包含能朝向基板表面輸送電解液的開口3704a。開口3704a係位於通道3701之開口的上方。室3702可形成在離子阻抗元件中(例如經由铣切然後依所需重新附接部件而密封室)且係用以將電解液提供至噴射件3703a。可經由管件如位於離子阻抗元件內或下方的管件對室3702饋送。噴射件3703a可以複數不同獨立的噴射件施行之、或以可或可不彼此流體交流的一系列噴射件施行之。在某些實例中，噴射件3703a在離子阻抗元件上方具有線性位向(在某些情況中具有徑向位向)。在某些此類情況中，將噴射件提供於脊中(如自離子阻抗元件之主體舉升的相對長/薄長條)。脊可具有特定的長對寬比(其中長為脊的最長線性尺寸)如至少約為3：1的長寬比、或至少約為5：1的長寬比。舉升的脊可促進有用流體動力學條件的形成，即便在並無形成離子阻抗元件噴射件之其中開口的情況下。

圖37B-37D例示可在某些實施例中使用之各種離子阻抗元件噴射件的上視圖。在此些實例中，離子阻抗元件噴射件長且薄且在某些情況中可沿著基板的直徑及/或半徑設置。在圖37B中，離子阻抗元件噴射件3703b包含四個圓形開口3704b。流經每一獨立開口3704b的液流可以是均勻的或不均勻的。在某些情況中可獨立控制流經每一獨立開口3704b的液流(例如利用適當的管線、泵浦等)。圖37C例示包含兩個橢圓形開口3704c的離子阻抗元件噴射件3703c。圖37D例示包含兩個線性狹縫形開口3704d的離子阻抗元件噴射件3703d。圖37C與37D中流經各種開口的液流可為均勻或不均勻的且在某些情況中可如參考圖37B所述可被獨立控制。

如下所將述，圖31A-31L可被認為是顯示離子阻抗元件噴射件的形狀與位置。例如，離子阻抗元件噴射件可存在於陰影區域但不存在於非陰影區域中，或反之亦然。針對在基板旋轉時將基板暴露至變化的流體動力學條件(如高流與低流)而言，圖31G-31L中所示的實施例尤其有利。 邊緣流元件

在許多實施例中，經由使用邊緣流元件及/或液流插入件可改善電鍍結果。一般來說，邊緣流元件影響基板外圍附近靠近基板與基板支撐件之間之介面的液流分佈。邊緣流元件不同於電解液噴射件之處在於，電解液噴射件包含能主動輸送電解液的通道但邊緣流元件不主動輸送電解液而是被動地影響在邊緣流元件附近的電解液的流動(雖然在某些情況中邊緣流元件可為動態/可調整的情況中，如下所述)。在某些實施例中，邊緣流元件可與離子阻抗元件整合。在某些其他實施例中，邊緣流元件可與基板支撐件整合。在更其他的實施例中，邊緣流元件可為分離的構件，其可被安裝至離子阻抗元件上或基板支撐件上。邊緣流元件可用以調整基板邊緣附近的液流分佈，這對於特定的應用而言是期望的。液流元件有利地促進基板外圍附近的高度橫流，藉此促進更均勻(自基板中央至邊緣)的高品質電鍍結果。邊緣流元件通常至少部分地被設置在基板支撐件之內緣的徑向內部/基板外圍。在某些情況中，如下面將討論的，邊緣流元件可至少部分地位於其他位置處如基板支撐件下方及/或基板支撐件的徑向外部。在文中的許多圖示中，邊緣流元件被稱為「流動元件」。

邊緣流元件可由各種材料所製成。在某些情況中，邊緣流元件可由離子阻抗元件及/或基板支撐件的相同材料所製成。一般而言，邊緣流元件的材料希望是電絕緣的。

用以改善基板外圍附近之橫流的另一方法為使用高基板旋轉速率。然而，快速的基板旋轉本身就有一系列的問題，在各種實施例中可加以避免。例如，當基板旋轉太快時，其可避免橫跨基板表面之適當橫流的形成。因此在某些實施例中，基板係以介於約50-300 RPM之間如介於約100-200 RPM之間的速度旋轉。類似地，藉著使用離子阻抗元件與基板之間的相對較小間隙可促進基板外圍附近的橫流。然而，較小的離子阻抗元件與基板之間的間隙會導致更敏感的電鍍製程，其對製程變數會有更緊的容裕範圍。

圖13A的實驗結果顯示在無邊緣流元件的情況下電鍍圖案化基板所得之凸塊高度對基板上的徑向位置。圖13B的實驗結果顯示與圖13A相關之圖案化基板之晶粒內不均勻度對基板上的徑向位置。值得注意的是，凸塊高度朝向基板邊緣減少。不欲受限於理論或作用機制，一般相信，此低凸塊高度為基板外圍附近相較對低的電解液流的結果。基板與基板支撐件之間之介面附近的不良對流條件會導致較低的局部金屬濃度，進而導致較低的電鍍率。又，在基板邊緣附近的光阻通常較厚，此較厚的光阻厚度會導致較深的特徵部因此較難以得到適當的對流，藉此導致基板邊緣處的較低電鍍率。如圖13B中所示，基板邊緣附近之此減少的電鍍率/減少的凸塊高度係對應至增加的晶粒內不均勻度。晶粒內不均勻度係以下列方式計算： ((晶粒內的最大凸塊高度)-(晶粒內的最小凸塊高度))/(2*晶粒內的平均凸塊高度)。

圖14A顯示在設備之出口側處基板1400外圍附近的電鍍設備的結構。如箭頭所示，電解液藉著在離子阻抗元件1404上方及在基板1400下方流動並在基板支撐件1406下方離開而離開橫流歧管1402。在此實例中，離子阻抗元件1404具有在基板1400下方之實質上平坦的部分。在此區域的邊緣處靠近基板1400與基板支撐件1406之間之介面處離子阻抗元件1404斜角向下然後再度變平。圖14B顯示和圖14A中所示之區域中基板1400與離子阻抗元件1404之間之液流分佈相關的模型化結果。

模型化結果顯示在距離基板表面0.25 mm處的預測剪速度。值得注意的是，剪切流在基板邊緣附近大幅減少。

圖15之實驗結果係關於凸塊高度對基板上的徑向位置，模型化結果顯示剪切流對基板上的徑向位置(在電解液出口側上)。在此實例中，在電鍍期間基板並未旋轉。實驗的凸塊高度結果和預測剪切速度依循了相同的趨勢，指出較低的剪切速度可能對低邊緣凸塊高度有所貢獻。

圖16A之實驗結果顯示晶粒內不均勻度對基板上的徑向位置。圖16B之實驗結果顯示光阻厚度對基板上的徑向位置。圖16A與16B一起指出，光阻厚度與晶粒內不均勻度之間為強相關，在基板邊緣附近觀察到較高的光阻厚度與不均勻度。

圖17A例示具有邊緣流元件1710安裝於其中之電鍍池的橫剖面圖。邊緣流元件1710係位於基板1700邊緣下方靠近基板1700與基板支撐件 1706之間的介面。在此實例中，離子阻抗元件1704被塑形成包含一舉升的平臺區域，此平臺區域幾乎與基板1700共延。在某些實施例中，邊緣流元件1710的位置可完全或部分地位於離子阻抗元件1704之舉升部的徑向外側。邊緣流元件1710亦可完全或部分地位於離子阻抗元件1704之舉升部上。如箭頭所示電解液流經橫流歧管1702。分流器1708協助塑形電解液流經的路徑。分流器1708被塑形成在入口側(橫流起始處)的形狀係不同於出口側的形狀以促進橫跨基板表面的橫流。

如圖17A中所示，電解液進入電鍍池之入口側上的橫流歧管1702。電解液在邊緣流元件1710附近流動、流經橫流歧管1702、再次在邊緣流元件1710附近流動、然後經由出口離開。如上所述，電解液藉著向上流經離子阻抗元件1704中的孔洞亦進入橫流歧管1702。邊緣流元件1710的一目的在於增加基板1700與基板支撐件 1706之間之介面處的對流。此介面係更詳細地顯示於圖17B中。在不使用邊緣流元件1710的情況下，虛線圓圈中所示之區域中的對流係非所欲地低。邊緣流元件1710影響基板1700邊緣附近之電解液的流動路徑，促進虛線圓圈中所示之區域中的更強對流。這有助於克服基板邊緣附近的低對流與低電鍍率。如圖16A與16B所解釋，這亦有助於克服因不同光阻/特徵部高度所產生的差異。

在某些實施例中，可塑形邊緣流元件1710俾使橫流歧管1702中的橫流被更有利地導向基板1700與基板支撐件1706所形成的角落中。可使用各種形狀來達到此目的。

圖18A-18C顯示用以將邊緣流元件1810安裝至電鍍池中的三種可能配置。亦可使用各種其他配置。無論確切的配置為何，在許多情況中可將邊緣流元件1810塑形為環或弧，但圖18A-18C只顯示邊緣流元件1810之一側的橫剖面圖。在第一配置中(型1，圖18A)，邊緣流元件1810係附接至離子阻抗元件1804。此實例中的邊緣流元件1810不包含任何液流旁通件使電解液在邊緣流元件1810與離子阻抗元件1804之間流動。是以，所有電解液在邊緣流元件1810上方流動。在第二配置中(型2，圖18B)，邊緣流元件1810係附接至離子阻抗元件1804且包含在邊緣流元件與離子阻抗元件之間的液流旁通件。液流旁通件係由邊緣流元件1810中的通道所形成。此些通道讓部分電解液能流經邊緣流元件1810(介於邊緣流元件1810之上角落與離子阻抗元件1804之間)。在第三配置中(型3，圖18C)，邊緣流元件1810係附接至基板支撐件1806。在此實例中，電解液可在邊緣流元件1810與離子阻抗元件1804之間流動。又，邊緣流元件1810中的通道使電解液能流經極靠近基板1800與基板支撐件1806之間之介面的邊緣流元件1810。圖18D之表總結了圖18A-18C中所示之邊緣流元件的部分特徵。

圖19A-19E顯示用以達到邊緣流元件1910中之調整能力之不同方法的實例。在某些實施例中，邊緣流元件1910可被安裝於一固定位置如離子阻抗元件1904上且具有固定的幾何特徵如圖19A中所示。然而在許多其他情況中，邊緣流元件的安裝/使用方式可有額外的彈性。例如，在某些情況中可在電鍍製程之間(例如用以依需要相對於其他電鍍製程調整特定的電鍍製程)或一電鍍製程內(例如用以在單一電鍍製程內隨時間調整電鍍參數)調整(手動或自動)邊緣流元件的位置/形狀。

在一實例中，可使用墊片調整邊緣流元件的位置(及某些程度的形狀)。例如，可提供一系列的墊片，針對不同的應用及期望的液流模式/特徵使用各種高度的墊片。墊片可被安裝於離子阻抗元件與邊緣流元件之間以舉升邊緣流元件的高度，藉此減少邊緣流元件與基板/基板支撐件之間的距離。在某些情況中，可以方位角不對稱方式使用墊片，藉此達到在不同方位角位置處不同的邊緣流元件高度。利用螺絲(如圖19B與19C中的元件1912所示)或其他機械特徵件以定位液流塑形元件可達到相同的結果。圖19B與19C例示兩個實施例，其中可使用螺絲1912控制邊緣流元件1910的位置。如同使用墊片，可變化螺絲1912(沿著邊緣流元件1910的不同位置處設置)的位置俾以達到邊緣流元件1910之方位角不對稱的定位(例如藉由將螺絲1912設置在不同高度處)。在圖19B與19C每一者中，顯示兩個不同位置處的邊緣流元件1910。在圖19B中，邊緣流元件藉著旋轉一樞軸點而在兩個(或更多)位置之間變化。在圖19C中，邊緣流元件藉著使邊緣流元件線性移動而在兩個(或更多位置)之間變化。可提供額外的螺絲或其他定位機構以確切支撐。

在某些實施例中，在電鍍製程期間例如可使用電的或氣動致動器動態調整邊緣流元件1910的位置及/或形式。圖19D 與19E顯示可利用旋轉致動器1913(圖19D)或線性致動器(圖19E)動態移動邊緣流元件1910甚至於在電鍍製程期間移動邊緣流元件1910的實施例。此類調整能隨著時間精準控制電解液流，藉此得到高度的調整能力並促進高品質電鍍結果。

回到圖18D，圖18A與18B中分別顯示之第一與第二組態因邊緣流元件1810係附接至離子阻抗元件1804(在電鍍期間通常不會旋轉)而允許邊緣流元件1810為方位角不對稱的。不對稱可關於邊緣流元件1810中位於電鍍池之入口側附近之部件與邊緣流元件1810中位於電鍍池之其他位置如出口側附近之部件之間的形狀差異。此類方位角不對稱可用以克服因電解液橫流在電鍍期間跨越基板表面的方式所產生的不均勻度。此類不對稱可關於邊緣流元件1810之複數形狀特性的差異如高度、寬度、邊緣的平滑/銳利、液流旁通通道的存在、垂直位置、水平/徑向位置等。圖18C中所示之被安裝於基板支撐件1806上的第三組態亦可為方位角不對稱的。然而，由於在許多實施例中，基板1800與基板支撐件1806在電鍍期間旋轉，因此邊緣流元件1810中的任何不對稱皆可能因為在電鍍期間邊緣流元件1810與基板1800一起旋轉(至少在如圖18C之實施例所示之邊緣流元件係附接至基板支撐件1806的情況中)而被平均掉。是以，當邊緣流元件係附接至基板支撐件並與基板支撐件一起旋轉時，具有方位角不對稱的邊緣流元件通常不那麼有利。基於此原因，圖18D列出了第三配置之方位角不對稱相關的「無」。文中所述的所有配置皆被視為落在本發明實施例的範疇內。

圖20A-20C例示多種邊緣流元件2010可方位角不對稱的方式。圖20A-20C顯示位於電鍍池中如位於離子阻抗元件2004上之邊緣流元件2010的上視圖。如上所討論，亦可使用其他附接方法。在每一實例中，顯示邊緣流元件2010的橫剖面形狀。在圖20A中，邊緣流元件2010為方位角對稱的且在基板的整個周長附近延伸。在此處，邊緣流元件2010具有三角形橫剖面，其最高的部分係朝向邊緣流元件2010的內緣設置。在圖20B中，邊緣流元件為方位角不對稱的且在邊緣流元件2010的整個周長附近延伸。在此處，方位角不對稱係由於邊緣流元件在電解液入口附近具有第一橫剖面形狀(如三角形)而在電解液出口(其位置與入口相對)附近具有第二橫剖面形狀(如圓角柱)。

在類似的實施例中，可使用橫剖面形狀的任何組合。一般而言，橫剖面形狀可為任何形狀包含但不限於三角形、方形、矩形、圓形、橢圓形、圓角的、曲線的、尖的、梯形的、波浪狀的、滴漏形等。流經通道的液流可經由或可不經由邊緣流元件2010本身所提供。在另一類似的實施例中，外圍附近的橫剖面形狀可類似但具有各種尺寸，是以導入方位角不對稱。類似地，橫剖面形狀可相同或類似但相對於基板/基板支撐件及/或離子阻抗元件2004係置於不同垂直及/或水平位置。不同橫剖面形狀之間的轉換可為不連貫或漸進式的。在圖20C中，邊緣流元件2010僅存在於某些方位角位置處。在此處，邊緣流元件2010僅存在於電鍍池的下游(出口)側。在一類似的實施例中，邊緣流元件可僅存在於電鍍池的上游(入口)側。方位角不對稱的邊緣流元件可尤其利於調整電鍍結果以克服因橫流電解液所導致的不對稱。這有助於促進均勻的高品質電鍍結果。顯而易見地，方位角不對稱可源於邊緣流元件形狀的方位角變異、尺寸(如高度及/或寬度)、相對於基板邊緣的位置、旁通區域的存在或配置等。

針對圖20C，在某些實施例中，弧狀邊緣流元件2010 可在基板外圍附近延伸至少約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°。在此些或其他實施例中，弧狀邊緣流元件可延伸不大於約90°、不大於約120°、不大於約150°、不大於約180°、不大於約210°、不大於約240°、不大於約270°、不大於約300°、或不大於約330°。弧的中央可位於入口區域附近、出口區域(相對於入口區域)附近、或偏離入口/出口區域的某些其他位置附近。在使用方位角不對稱的某些其他實施例中，此段落中所述的弧形可對應至具有此類不對稱之區域的尺寸。例如，環狀邊緣流元件可因為不同墊片高度安裝於沿著邊緣流元件的不同位置處(如參考圖22所解釋，下面會進一步說明)而具有方位角不對稱。在某些此類實施例中，具有相對較厚或較薄之墊片的區域(是以在安裝後分別導致較高或較矮的邊緣流元件)可橫跨上述具有最小尺寸及/或最大尺寸之任一者的弧。在一實例中，具有相對較大之墊片的區域橫跨至少約60°但不大於約150°。可使用上列之弧尺寸的任何組合且方位角不對稱的存在可為文中所述之任何類型之方位角不對稱。

圖21顯示具有邊緣流元件2110安裝於其中之電鍍池的橫剖面圖。在此實例中，邊緣流元件2110係徑向地位於離子阻抗元件2104之舉升平臺部的外部。邊緣流元件2110的形狀使入口附近的電解液得以以一角度向上移動而到達橫流歧管2102，並類似地使出口附近的電解液以一角度向下移動而離開橫流歧管2102。如圖19A-19E中所示，邊緣流元件的最上部可在離子阻抗元件的舉升部上方延伸。在其他情況中，邊緣流元件的最上部可與離子阻抗元件2104的舉升部齊平。在某些情況中，如文中他處所提及，邊緣流元件的位置為可調整的。邊緣流元件2110的形狀與位置可促進形成在基板2100與基板支撐件 2106之間之角落附近的較高程度橫流。

圖22A顯示離子阻抗元件2204與邊緣流元件2210的橫剖面圖。在此實例中，邊緣流元件2210為一可移除之元件並安裝於離子阻抗元件2204中的溝槽2216中。圖22B提供圖22A 中所示之邊緣流元件2210與離子阻抗元件2204的額外視圖。在此實施例中，利用上至12個螺絲將邊緣流元件2210固定於離子阻抗元件2204上，這12個螺絲提供用以調整邊緣流元件2210之高度/位置的12個獨立位置。在類似的實施例中，可使用任何數目之螺絲/調整/附接點。離子阻抗元件2204可包含可提供電解液自橫流歧管離開之出口的第二溝槽2217，藉此促進橫流電解液。邊緣流元件2210係利用一系列的螺絲(未顯示於圖22A與22B中)而固定至離子阻抗元件2204中的溝槽2216中。

圖22C提供和當電解液離開橫流歧管時之橫流x方向速度相關的模型化結果。亦於圖22C中所示，可使用一系列的複數墊片2218(在此實例中，墊片墊圈適配於螺絲2212周圍，螺絲將邊緣流元件2210固定至離子阻抗元件2204中的溝槽2216中)以調整邊緣流元件2210附近之獨立位置處的邊緣流元件2210的高度。墊片的高度被標示為H。可獨立地調整此些高度以達到邊緣流元件2210之上部與基板(未顯示)之間的方位角不對稱距離。在此實例中，邊緣流元件2210之位置俾使邊緣流元件2210之內緣延伸至高於離子阻抗元件2204之舉升部的一高度/位置(如黑圓圈所示)。

在某些實施例中，邊緣流元件之最上部與離子阻抗元件之最上部之間的垂直距離可介於約0-5 mm之間例如介於約0-1 mm之間。在此些或其他情況中，在邊緣流元件上的一或多個位置處此距離可至少約為0.1 mm、或至少約為0.25 mm。邊緣流元件之最上部與基板之間的垂直距離可介於約0.5-5 mm之間，在某些情況中可介於約1-2 mm之間。在各種實施例中，邊緣流元件之最上部與離子阻抗元件之最上部之間的距離為離子阻抗元件之舉升部與基板表面之距離的約10-90%，在某些情況中約為25-50%。在此段落中的「離子阻抗元件的最上部」排除邊緣流元件本身(例如在邊緣流元件係與離子阻抗元件整合在一起的情況中)。一般而言，離子阻抗元件的最上部為離子阻抗元件的上表面，其位置係與橫流歧管中的基板相對。在各種實施例中，如圖21中所示，離子阻抗元件包含舉升平臺部。在此類實施例中「離子阻抗元件的最上部」為離子阻抗元件的舉升平臺部。在離子阻抗元件包含一系列突出部的實施例中，複數突出部的上部係相當於「離子阻抗元件的最上部」。當決定離子阻抗元件的最上部時，只有位於基板正下方之離子阻抗元件區域才會被考慮。

回到圖22C之實施例，在無複數墊片2218(或具有適當薄之複數墊片2218)的情況中，邊緣流元件2210的上部約與離子阻抗元件2204的舉升部共平面。在一特定的實施例中，邊緣流元件2210係如圖22C中所示，複數墊片2218係以方位角不對稱的方式設置俾以在電鍍池的入口側附近使邊緣流元件2210的上部約與離子阻抗元件2204的舉升部(例如在入口附近設置了無墊片、數片墊片及/或較薄的複數墊片)共平面或位於離子阻抗元件2204的舉升部下方且在電鍍池的出口側附近使邊緣流元件2210的上部位於離子阻抗元件2204的舉升部(例如在出口附近設置了比入口處更多的墊片及/或較厚的複數墊片)上方但位於離子阻抗元件2204的舉升部的徑向外側。

值得注意的是，形成在基板2200 與基板支撐件 2206之間之角落中的液流有些低但比無邊緣流元件2210之情況所提供的液流更佳。

圖22D之模型化結果顯示利用圖22C所示之設備針對數種不同墊片厚度所得之基板附近之橫流(即水平方向的液流)的x方向速度對基板上的徑向位置。墊片的高度對基板邊緣附近之橫流速度有強影響。一般而言，墊片愈厚則基板邊緣附近之橫流的速度愈快。基板外圍附近之橫流的增加可補償基板邊緣附近通常達到的低電鍍率(例如如上所述因為設備的幾何特徵及/或光阻厚度所造成)。此些差異得以藉著簡單地變化相關位置處的墊片高度而調制/調整邊緣流輪廓。

在某些實施例中，邊緣流元件具有介於約0.1-50 mm 之間的寬度(以外半徑與內半徑之間的差值量測之)。在某些此類情況中，此寬度至少約為0.01 mm、或至少約為0.25 mm。一般而言，此寬度的至少一部分會徑向地位於基板支撐件之內緣的內部。邊緣流元件的高度大幅取決於電鍍設備之剩餘部件的幾何特徵如橫流歧管的高度。又，邊緣流元件的高度取決於此元件係如何被安裝至電鍍設備中及如何容納於設備的其他元件中(如在離子阻抗元件中加工所得的溝槽)。在某些實施例中，邊緣流元件可具有介於約0.1-5 mm之間或介於約1-2 mm之間的高度。當使用複數墊片時，可以各種厚度提供之。此些厚度亦取決於電鍍設備的幾何特徵及在設備之離子阻抗元件或其他部件中用以將邊緣流元件固定於其中的容納方式。例如，若邊緣流元件安裝於離子阻抗元件中的溝槽如圖22A與22B中所示，若離子阻抗元件中的溝槽相對地較深，則可能需要較厚的墊片。在某些實施例中，墊片可具有介於約0.25-4 mm之間、或介於約0.5-1.5 mm之間的厚度。

就位置而言，邊緣流元件的位置通常俾使邊緣流元件的至少一部分係徑向地位於基板支撐件之內緣的內部。在許多情況中，這意味著邊緣流元件的位置俾使邊緣流元件的至少一部分係徑向地位於基板邊緣本身的內部。在某些實施例中，邊緣流元件自基板支撐件之內緣向內延伸的水平距離係至少約為1 mm、或至少約為5 mm、或至少約為10 mm、或至少約為20 mm。在某些實施例中，此距離約為30 mm或更短、例如約為20 mm或更短、約為10 mm或更短、或約為2 mm或更短。在此些或其他實施例中，邊緣流元件自基板支撐件之內緣向外徑向延伸的水平距離可至少約為1 mm、或至少約為10 mm。一般而言，只要邊緣流元件可安裝至電鍍設備中，邊緣流元件自基板支撐件之內緣向外徑向延伸的距離並無上限。

圖23A顯示在使用具有坡道形狀之邊緣流元件的情況中電解液流的模型化結果。在圖23A中，陰影區域係關於電解液流流經之區域。不同的陰影指示電解液的流率。陰影區域上方的白色空間係對應至基板與基板支撐件(例如在圖22C所標示者)。陰影區域下方的白色空間係對應至離子阻抗元件與邊緣流元件。對於此例而言，邊緣流元件可具有任何形狀，邊緣流元件與離子阻抗元件可一起導致具有圖23A中所示之形狀的液流路徑。在某些情況中，邊緣流元件可簡單地為離子阻抗元件的邊緣。在圖23A中，離子阻抗元件/邊緣流元件一起導致在基板與基板支撐件之介面附近的坡道形狀。如圖示中所示，坡道具有坡道高度，坡道高度在離子阻抗元件的舉升部上方延伸。坡道具有最大高度，最大高度係徑向地位於基板邊緣與基板支撐件之間之介面的內部。在某些實施例中，坡道高度可介於約0.25-5 mm之間例如介於約0.5-1.5 mm之間。坡道之最大高度與基板支撐件之內緣之間的水平距離(圖23A中被標示為「始於杯之坡道插件」) 可介於約1-10 mm之間例如介於約2-5 mm之間。基板支撐件之內緣與坡道之起始部之間的水平距離(圖23A中標示為「內坡道寬度」) 可介於約1-30 mm之間例如介於約5-10 mm之間。坡道之起始部與坡道之終止部之間的水平距離(圖23A中標示為「總坡道寬度」)可介於約5-50 mm之間例如介於約10-20 mm之間。在坡道的內緣上坡道傾斜的平均角度可介於約10-80度之間。在坡道的外緣上坡道傾斜的平均角度可介於約10-80度之間如約介於約40-50度之間。坡道的上部可具有利角或如所示其可為平滑轉角。

圖23B顯示針對不同坡道高度之模型化結果，其例示了流速對基板上的徑向位置。較高的坡道高度會導致較高的流速。較高的坡道高度亦和更大的壓降相關聯。

圖24A顯示和另一類型之邊緣流元件相關的模型化結果。在此實例中，邊緣流元件(如圖23A中所示者，其可為附接至離子阻抗元件的分離元件、或可與離子阻抗元件整合)包含允許電解液流經邊緣流元件中之通道的液流旁通件。液流旁通通道的長度被標示為「長度」而液流旁通通道高度被標示為「旁通高度」。「坡道高度」係指液流旁通通道之上部與坡道之上部之間的垂直距離。在某些實施例中，液流旁通通道可具有至少約1 mm或至少約5 mm的最小長度及/或約2 mm或約20 mm的最大長度。液流旁通通道的高度可至少約為0.1 mm、或至少約為4 mm。在此些或其他情況中，液流旁通通道的高度可約為1 mm或更短、或約為8 mm或更短。在某些實施例中，液流旁通通道的高度可約為10-50%之離子阻抗元件(如離子阻抗元件之舉升部，若其存在)與基板之間的距離(此距離亦為橫流歧管的高度)。類似地，坡道的高度可約為10-90%之離子阻抗元件與基板之間的距離。在某些情況中此可對應至至少約0.2 mm、或至少約4.5 mm的坡道高度。在此些或其他情況中，坡道高度可約為6 mm或更短、例如約1 mm或更短。

圖24B顯示利用圖24A中所標示之參數之不同數值所得到的模型化結果。值得注意的是，結果顯示，可變化此些幾何參數以調整基板邊緣附近的液流，藉此針對特定的應用達到期望的液流模式。毋需區別此圖中所顯示之不同情況，而是相關結果顯示，藉著變化邊緣流元件的幾何特徵可達到許多不同的液流模式。

圖25顯示和邊緣流元件2510相關的液流模型化結果，邊緣流元件2510係位於形成在基板2500與基板支撐件 2506之間的角落中。在此實例中如所示，邊緣流元件2510包含液流旁通通道以允許電解液流動。值得注意的是，電解液可在離子阻抗元件2504與邊緣流元件2510之間流動且亦可在邊緣流元件2510與基板2500/基板支撐件 2506之間流動。在一實例中，邊緣流元件可直接附接至基板支撐件，如圖18C所述。在另一實例中，邊緣流元件可直接附接至離子阻抗元件，如圖18B所述。

圖26A-26D顯示根據各種實施例之邊緣流插入件的數個實例。在每一情況中只顯示邊緣流元件的一部分。此些邊緣流元件可被安裝於電鍍池中，例如藉著將其附接至離子阻抗元件如圖22A中所示之溝槽內。圖26A-26D中所示的邊緣流元件被製造成具有不同高度、不同液流旁通通道高度、不同角度、不同程度的方位角對稱/不對稱性等。在圖26A與26B之邊緣流元件中輕易可見的一種不對稱性為，在某些方位角位置處不存在液流旁通通道，故為了離開電鍍池，電解液必須一路行經此些位置處之邊緣流元件的最上部上方。在邊緣流元件上的其他位置處存在液流旁通通道能使電解液流過邊緣流元件之最上部的上方以及下方。在某些實施例中，邊緣流元件包含具有液流旁通通道的部分(複數部分)及不具有液流旁通通道的部分(複數部分)，如圖26A與26B中所示，不同的部分係位於不同方位角位置處。邊緣流元件可被安裝於電鍍設備中俾使具有液流旁通通道的部分(複數部分)係與電鍍池之入口/出口區域中的一者或兩者對準。在某些實施例中，邊緣流元件被安裝於電鍍設備中俾使不具有液流旁通通道的部分(複數部分)係與電鍍池之入口/出口區域中的一者或兩者對準。

邊緣流元件可為方位角不對稱的另一方式為藉由在邊緣流元件上的不同位置處提供具有不同尺寸的複數液流旁通通道。例如，入口及/或出口附近的液流旁通通道可比遠離入口及/或出口之液流旁通通道更寬或更窄、或更高或更短。類似地，接近入口之液流旁通通道可比接近出口之液流旁通通道更寬或更窄、或更高或更短。在此些或其他情況中，相鄰液流旁通通道之間的空間可為不均勻的。在某些實施例中，相較於遠離入口及/或出口之區域處的液流旁通通道，在入口及/或出口區域附近的液流旁通通道可彼此更靠近(或更遠離)。類似地，相較於在出口區域附近的液流旁通通道，在入口區域附近的液流旁通通道可彼此更靠近(或更遠離)。液流旁通通道的形狀亦可為方位角不對稱的例如以促進橫流。在某些實施例中可達到此結果一個方法為，使用在某種程度上與橫流方向對準的液流旁通通道。在某些實施例中，邊緣流元件的高度為方位角不對稱的。在某些實施例中相對較高的部分可與電鍍設備的入口及/或出口側對準。利用各種高度之墊片而安裝在離子阻抗元件之具有方位角對稱高度的邊緣流元件可達到相同的結果。

雖然能瞭解，電解液可在許多位置處離開電鍍池，但電鍍池的「出口區域」應被理解為和入口(未考慮經由離子阻抗元件中之孔洞進入橫流歧管的電解液，入口為橫流電解液開始之處)相對的區域。換言之，入口係對應至橫流實質上開始的上游區域而出口係對應至與該上游區域相對的下游區域。

圖27A-27C顯示和圖28-30相關之數個實驗所用的實驗設備。在此系列的測試中，邊緣流元件2710係於不同位置處以各種高度被安裝於離子阻抗元件2704中。使用四種設備，其在圖27A中被標示為A、B、C、及D。使用各種高度的墊片以使邊緣流元件2710被設置於不同高度。如圖27A中所示，邊緣流元件2710在概念上被分割為上游部2710a(介於約9點鐘位置與3點鐘位置之間)與下游部2710b(介於約4點鐘位置與8點鐘位置之間)。邊緣流元件2710的上游部2710a係與橫流歧管的入口對準(例如入口的中心係位於約12點鐘的位置)。圖27B中的表中呈現了受測試的不同設備。在圖27A中應瞭解，離子阻抗元件2710大致上比圖示下部中所示的更長/更寬。

圖27B中的表說明了和實驗設備相關的三種間隙高度。第一間隙高度(晶圓-離子阻抗元件間隙)係對應至基板表面與離子阻抗元件之舉升部之間的距離。此為橫流歧管的高度。第二間隙高度(上游間隙)係對應至基板與邊緣流元件之上游部之邊緣流元件最上部之間的距離。類似地，第三間隙高度(下游間隙)係對應至基板與邊緣流元件之下游部之邊緣流元件最上部之間的距離。在設備A中，上游間隙與下游間隙每一者的尺寸係與基板-離子阻抗元件間隙的尺寸相同。在此處，邊緣流元件的上部係與離子阻抗元件的舉升部齊平。在設備B中，上游間隙與下游間隙的尺寸相等但皆小於基板-離子阻抗元件間隙。在此實例中，邊緣流元件係以方位角對稱方式延伸至高於離子阻抗元件之舉升部的一位置。在設備C中，上游間隙的尺寸係等於基板-離子阻抗元件間隙但下游間隙的尺寸較小。在此實例中，邊緣流元件在邊緣流元件上的上游位置處係與離子阻抗元件的舉升部齊平，但在邊緣流元件的下游位置處卻高於離子阻抗元件的舉升部。設備D係類似於設備C但具有甚至更小的下游間隙。邊緣流元件與基板之間的較小間隙係由於在邊緣流元件與離子阻抗元件之間使用較大的墊片。圖27C顯示和不同位置處之電解液之橫流速度相關的模型化結果。此圖示顯示和圖27A與27B相關的基本實驗設備的幾何特徵。

圖28之實驗數據係關於圖27A-27C所述之設備A與B。為了此實驗，在電鍍期間不游轉基板。圖28中顯示電鍍的凸塊高度對基板上的徑向位置。結果指示，相較於設備A，設備B在基板邊緣附近造成實質上較均勻的凸塊高度。這意味著將邊緣流元件舉升高於離子阻抗元件之舉升部的平面對於電鍍均勻度是實質上有利的。

圖29之實驗數據係關於圖27A-27C所述之設備A-D。圖例示了晶粒內不均勻度對基板上的徑向位置。期望較低程度的不均勻度。在各種實施例中，目標為小於5%的晶粒內不均勻度。D設備的效能最佳(最低的不均勻度)。B與C設備的效能亦優於A設備。是以，一般相信，將邊緣流元件舉升高於經舉升之離子阻抗元件的平面是尤其有利的，尤其(非必要唯一的)是在邊緣流元件上的下游位置處舉升邊緣流元件。

圖30的實驗結果顯示圖27A-27C所述之設備A-D的電鍍凸塊高度對基板上的徑向位置。設備D導致最均勻的邊緣輪廓及最小的晶粒內不均勻度。圖30中所示的「WiD」值係關於在電鍍後於基板上觀察到的晶粒內厚度不均勻度。 電解液噴射件s

在各種實施例中，可包含電解液噴射件以朝向基板上之特定位置處的基板提供額外的衝擊電解液流。此液流為流經離子阻抗元件之衝擊電解液流以外的額外液流。電解液噴射件一詞包含文中所述之邊緣噴射件(優先在基板外圍附近輸送電解液)及內噴射件(相較於基板外圍區域，優先在基板之非外圍區域處輸送電解液)兩者。此詞亦包含能在基板之外圍與非外圍區域處輸送電解液的電解液噴射件。電解液噴射件一詞不欲涵蓋由離子阻抗元件中之通道所形成的任何噴射件。然而在某些情況中，離子阻抗元件可包含通道與噴射件兩者。在此類實施例中，形成在離子阻抗元件中之噴射件被稱為離子阻抗元件噴射件(上面已更進一步說明)。除非另外指出，否則文中所用的「電解液噴射件」、「邊緣噴射件」、及「內噴射件」等詞應被理解為包含複數獨立的噴射件。

圖35A-35E顯示自電解液噴射件射出之液流的各種實例。在圖35A中，自電解液噴射件離開的液流係相對的直且窄。在圖35B中，自電解液噴射件離開的液流係比圖35A所示者更寬。在圖35C中，自電解液噴射件離開的液流是不均勻的，自噴射件之左手邊射出的液流較大而自噴射件之右手邊射出的液流較小。圖35D所示之實例係類似於圖35C中所示者，但具有較寬的電解液輸送。在圖35E中，自電解液噴射件離開的液流具有角度(例如相對於離子阻抗元件或基板的平面)。可使用各種液流模式。

圖35G、36A、及36B提供能朝向基板之外圍與非外圍區域處輸送電解液的電解液噴射件的實例。在圖35G的實例中，電解液噴射件包含沿著電解液噴射件之長度延伸的均勻狹縫形開口。流出狹縫形開口的液流在不同的位置處可以是實質上均勻的(如圖35G所示之狹縫為均勻的情況)或不均勻的 (如狹縫寬度沿著狹縫長度變化的情況)。

在某些情況中，如圖36A中所示，可以一系列可被獨立控制或不可被獨立控制之獨立的電解液噴射件3603a-3603e實施電解液噴射件。在某些此類情況中，可如圖36B中所示一起提供電解液噴射件。在一實例中，電解液噴射件3603f包含如圖36A中所示之複數獨立的電解液噴射件開口。在另一實例中，電解液噴射件3603f包含單一的約略狹縫形開口，其寬度係沿著狹縫的長度變化以在不同狹縫寬度處建立相對較大/較少的電解液輸送。圖36B亦顯示在某些情況中可省略的離子阻抗元件3604。

可以均勻或不均勻的方式實施電解液噴射件。非均勻性可以是徑向上及/或方位角上的。雖然上面就離子阻抗元件上的不同流動區域(或具有通道的離子阻抗元件歧管的複數電解液源區域)說明圖31G-31L，但此些圖示亦可被認為是顯示在各種實施例中之電解液噴射件的形狀/位置。例如，在圖31G中，元件3126可代表位於元件3127所代表之離子阻抗元件上方的電解液噴射件。在圖31H中，元件3128可代表位於元件3129所代表之離子阻抗元件上方的電解液噴射件。元件3130-3138(圖31I)、3140-3142(圖31J)、3144-3147(圖31K)、及3149-3153(圖31L)每一者可被認為是代表位於由元件3139(圖31I)、3143(圖31J)、3148(圖31K)、及3154(圖31L)所代表之離子阻抗元件上方的電解液噴射件。在此類實施例中，在基板旋轉時基板表面的特定部分可循環地暴露至不同的流體動力學條件(如較高及較低的對流)。此類技術係類似於上面參考圖31G-31L所述之技術，但使用離子阻抗元件上方的電解液噴射件而非使用離子阻抗元件上的流動區域。圖31G-L中之電解液噴射件的大部分者皆為線性或餅形的，且其位向係接近基板的半徑/直徑。是以，電解液噴射件之位向係類似於輪子上的輻條輪。在某些實施例中，圖31G-31L中所示之每一線性或餅形的電解液噴射件皆可如圖35G、36A、36B、或37B-37D中所示而加以實施。

圖31A-31F可類似地被認為是顯示在離子阻抗元件上方的不同區域中設置或不設置電解液噴射件。在一實例中，電解液噴射件可被設置於圖31A-31F的陰影區域中但在非陰影區域中不設置電解液噴射件(或反之亦然)。在其他類似的實施例中，圖31A-31L可被認為是顯示離子阻抗元件上之離子阻抗元件噴射件的形狀/位置。離子阻抗元件噴射件存在於陰影區域中但不存在於非陰影區域中(或反之亦然)。

電解液噴射件可相對於離子阻抗元件中的通道以特別的方式設置。一般而言，在許多情況中電解液噴射件並非緊密地電性連接至陽極，因此在朝向基板分散電流上未扮演重要角色(雖然其在朝向基板之液流分散上扮演重要角色)。相對地，通常尤其設置離子阻抗元件中的通道以控制朝向基板的電流分佈(及在某個程度上朝向基板的液流分佈)。在某些情況中，某些或全部電解液噴射件與離子阻抗元件中的通道可彼此方位角對準。這會造成基板上衝擊電解液的相對高輸送以及同時造成高局部電壓。在期望相對較大電鍍的基板區域中如光阻較厚及/或特徵部較大的區域中，這是尤其有用的。在此些或其他實例中，某些或全部電解液噴射件可與離子阻抗元件中的通道交錯(例如俾使電解液噴射件與離子阻抗元件通道係設置在不同的方位角位置處)。在某些此類實施例中，可在基板之半徑及/或直徑附近設置電解液噴射件，因此當基板旋轉時，基板的相關部分經歷：(i)在來自電解液噴射件(複數噴射件)之液流衝擊基板上的區域中相對高的對流條件配上相對低的電流/電壓條件、及(ii)在來自離子阻抗元件中之通道之液流衝擊基板上的區域中相對低的對流條件配上相對高的電流/電壓條件。藉著在高對流/低電壓與低對流/高電壓條件之間交替，可增加電鍍的時間常數，這可導致不同特徵部尺寸/形狀間更均勻的電鍍結果。每一電解液噴射件在基板區域接近電解液噴射件時以新的電鍍溶液充溢特定區域中的特徵部，接著在基板之相關部分接近離子阻抗元件中之通道時以相對低的對流將電流施加至該區域。

在各種實施例中，可使用電解液噴射件以在基板外圍區域處(在此情況中電解液噴射件可被稱為邊緣噴射件)或基板之非外圍區域處(在此情況中電解液噴射件可被稱為內噴射件)優先朝向基板輸送電解液。 邊緣噴射件

在某些實施例中，電鍍設備可包含邊緣噴射件。邊緣噴射件可包含單一噴射件或複數噴射件。當基板受到電鍍時邊緣噴射件可位於基板外圍附近以優先在基板外圍附近(相對於基板中央附近)對基板之電鍍面提供額外的電解液。相較於基板中央，此額外之液流可優先在基板邊緣附近促進流體動力學條件。此優先促進可對抗基板上預先存在的非均勻度如基板邊緣附近較厚的光阻與基板中央附近較薄的光阻，例如參考圖34A與34B所述之情況。

上述之圖32A與32B顯示包含邊緣噴射件3261a與3261b之設備的實例。雖然在此些圖示中所示之邊緣噴射件3261a與3261b自橫流注射歧管3222接收電解液，但這並非總是如此。在某些其他的實施例中，邊緣噴射件可自位於離子阻抗元件3206下方的離子阻抗元件歧管接收電解液。在某些其他的實施例中，邊緣噴射件可自分離的噴射歧管(當電解液噴射件邊緣噴射件時，此處分離的噴射歧管亦被稱為邊緣噴射歧管)接收電解液。噴射歧管可與設備中的其他歧管分離，意即可獨立於流經其他相關歧管之液流獨立控制流經噴射歧管之液流。分離的歧管可彼此實體分離(如彼此之間共享壁/頂板/底板)且可在設備中的某些點處彼此流體交流。「分離」歧管的相關考量為獨立控制流經每一歧管之流率的能力。在某些情況中，可在離子阻抗元件內利用適當的管線全部或部分定義邊緣噴射歧管，適當的管線係設置用以在例如主陰極電解液歧管與邊緣噴射歧管之間輸送電突液。邊緣噴射歧管亦可全部或部分地由設備的其他部分(如薄膜框、池壁等)所定義，但前提是要存在適當的管線依所需引導電解液。在某些情況中，可設置多於一邊緣噴射歧管，且邊緣噴射件的不同區域(如位於不同方位角位置處的不同區域)可由不同邊緣噴射歧管供給電解液。在此情況中，可獨立控制流經邊緣噴射件之不同區域的液流。

確保輸送至邊緣噴射件及流經的電解液係與存在於離子阻抗元件歧管中或其下方的電解液相對電隔絕可能是有利的。通過噴射件的電解液可具有達陽極之標稱高電路徑。此電隔絕能建立/維持到達基板之電流的均勻輸送。然而在某些情況中，噴射件可用以提供陽極與噴射件之間的短電路徑。以此方式，可使用噴射件在期望位置處注射額外的電流。

如圖35A-35E中所示，可控制邊緣噴射件的位向俾以直角或非直角朝向基板輸送電解液。在某些情況中，邊緣噴射件(或其某些子組合)朝向基板中央徑向向內傾斜。可在基板的整個外圍附近設置邊緣噴射件、或沿著基板的圓周在特定方位角延伸(複數方位角延伸)附近設置邊緣噴射件，例如如參考圖31A-31L所述尤其是參考圖31G-31L所述之情況。

圖33A-33D例示邊緣噴射件3361係僅沿著橫流歧管的一部分設置的一實例。藉著僅沿著橫流歧管的一部分設置邊緣噴射件(例如省略橫流歧管之出口附近區域中的邊緣噴射件)，可大致上維持基板各處之全局橫流輪廓。又，藉著在方位角不均角的位置處提供邊緣噴射件(或其他電解液噴射件)，在基板旋轉時可循環地將基板的相關部分暴露至不同的對流條件(如高流與低流)，如參考圖31G-31L所述之情況。

如圖33D中所示，上側插入件3360沿著橫流歧管的整個外圍延伸。可如圖33A中所示，上側插入件3360在區域3301a中靠近入口處具有用以導入橫流電解液的水平通道及用以導入額外衝擊電解液的垂直邊緣噴射件3361。可如圖33B中所示，上側插入件3360在靠近區域3301b處具有用以導入額外衝擊電解液的垂直噴射件3361(但沒有用以導入水平橫流電解液的水平通道)。在區域3301c中靠近出口處上側插入件3360可如圖33C中所示。在此區域3301c中，不存在邊緣噴射件或用以導入水平橫流電解液的水平通道。而是在此區域3301c中，上側插入件3360被塑形為包含上部與下部，其中下部具有文中所述之邊緣流元件的作用。如圖33D中所示，在此實施例中邊緣噴射件3361係沿著橫流歧管之圓周的約300°設置。如圖33D中所示，未設置邊緣噴射件的60°區域係對應至(如中心對準至約相同點)橫流歧管的出口區域。

在另一實施例中，未設置任何邊緣噴射件的區域可對應至橫流歧管的入口。在另一實施例中如圖33E中所示，橫流歧管的入口與出口區域並不具有邊緣噴射件。此實施例係類似於圖33D中所示的實施例，但在區域3301d中省略了邊緣噴射件3361。區域3301d中的上側插入件3360可如圖33C中所示、或其可包含一形狀不同的邊緣流元件、或可省略邊緣流元件。在某些實施例中，邊緣噴射件可橫跨複數特定的方位角位置。若將橫流入口視為是位於0°處，則橫流出口被視為是位於180°處、一實施例中邊緣噴射件可橫跨於約45-135°與225-315°之間且橫跨設備之兩側上之約總共180°之範圍。當然，可使用邊緣噴射件的其他實施例/佈局。邊緣噴射件可總共橫跨至少約90°、至少約180°、或至少約270°的範圍。在此些或其他實施例中，邊緣噴射件可橫跨最尖約330°、或約300°、或約200°的範圍。在此些或其他實施例中，邊緣噴射件可橫跨介於約90-330°之間的範圍、或介於約180-300°之間的範圍。可設計噴射件的位置與間距俾使橫流儘可能地直。可設計噴射件的位置與間距俾以在基板旋轉時如文中所述建立脈動開/關條件(相對於基板表面上的特定區域)。

邊緣噴射件可以各種方式形成。在某些實施例中，如參考圖32A、32B、33A、及33B所述，邊緣噴射件係由上側插入件所形成。在其他實施例中，邊緣噴射件可被形成於離子阻抗元件本身中(在此情況中噴射件被稱為離子阻抗元件噴射件)。在其他的實施例中，邊緣噴射件可由另一框、插入件、歧管、或與文中所述之元件分離的其他元件所形成。

形成噴射件的通道在垂直位置上可止於離子阻抗元件之面基板表面之上方、之處、或下方。類似地，形成噴射件的通道在垂直位置上可止於橫流電解液水平進入橫流歧管之位置處的上方、之處、或下方。在某些情況中，例如如圖35G、36A、36B、及37A-D中所示，噴射件可以在離子阻抗元件之面基板表面上方延伸或不延伸的溝槽實施之。

噴射件的直徑可介於約0.01-0.25吋之間例如介於0.020-0.125吋之間。在不同噴射之間，噴射件的直徑可為均勻的或不均勻的。在某些情況中，噴射件具有實質上圓形的橫剖面。在其他情況中，噴射件可以狹縫/槽口實施之，藉此以更扇形的方式分散電解液，例如如圖35G與37D中所示。狹縫/槽口沿著其長度可具有均勻或不均勻的開口寬度。圖35A-35E顯示可如何配置噴射件，其顯示電解液以許多不同的方式自噴射件射出。藉由各種噴射件包含具有實質上圓形之橫剖面的噴射件及具有更長之橫剖面(如圖35G中所示)的噴射件，可建立此類流動模式。 內噴射件

在某些實施例中，可設置一或多個內噴射件。此些內噴射件係類似於上述之邊緣噴射件，但更朝向基板中央延伸。以此方式，內噴射件可優先在任何期望位置處提供較佳的質量傳輸。除了內噴射件在基板上的非外圍區域處輸送電解液外，內噴射件可大致上具有參考邊緣噴射件所述之任何特性。邊緣噴射件與內噴射件可被共同稱為電解液噴射件。

在某些實施例中，可使用內噴射件以優先促進自基板外圍徑向向內之特定位置處的較佳流體動力學條件。換言之，內噴射件可在基板中央之特定距離內之非外圍區域處輸送流體。在某些此類實例中，內噴射件可徑向向內延伸以在自基板中央徑向向外不超過約25%、或50%、或75%、或85%(相較於基板半徑)之位置處提供流體。在基板具有約300 mm直徑及約150 mm半徑的實例中，內噴射件在約37.5 mm (0.25*150 mm = 37.5 mm)之半徑處輸送流體至基板。

在一特定的實施例中，可設置邊緣噴射件與內噴射件兩者。在另一特定實施例中，可設置邊緣噴射件、內噴射件、及邊緣流元件。在另一實施例中，可存在下列特徵件的任何組合：邊緣噴射件、內噴射件、邊緣流元件、具有複數流動區域之離子阻抗元件、及具有複數電解液源區域之離子阻抗元件歧管。

應瞭解，文中所述的配置及/或方法具有例示性的本質，此些特定實施例或實例不應被視為是限制性的，許多變化皆可行。文中所述之特定日常工作或方法可代表任何數目之製程策略中的一或多者。是以，可以所述的順序、其他順序、平行順序、或在某些情況中省略任一者的方式施行所述的各種動作。類似地，可改變上述製程的順序。

本發明的標的包含文中所述之各種製程、系統、配置、其他特徵、功能、動作及/或特性的所有新穎與非顯而易見性組合與次組合以及其所有等效物。 調制橫流歧管與電流

在某些實施例中，在電鍍期間可調制橫流歧管的高度。在某些此類實施例中，橫流歧管可在密封狀態與非密封狀態之間調制。當橫流歧管係處於非密封狀態時可選擇性地旋轉基板。此類技術在2016年8月1日申請之名為「DYNAMIC MODULATION OF CROSS FLOW MANIFOLD DURING ELECTROPLATING」的美國專利申請案US 15/225,716中更進一步說明，將其所有內容包含於此作為參考。在此些或其他實施例中，在電鍍期間可調制施加至基板的電流。電流調整的時序可對應至橫流歧管高度調制的時序。此類電流調制技術在2017年1月23日申請之名為「MODULATION OF APPLIED CURRENT DURING SEALED ROTATIONAL ELECTROPLATING」的美國專利申請案US 15/413,252中更進一步說明，將其所有內容包含於此作為參考。圖35F例示基板3501之高度為可調整(如雙側箭頭所示)的一實例。在此實例中，基板3501之位置可被設定為自邊緣噴射件3503距離特定距離以在基板表面上達到期望的對流。在某些此類實例中，邊緣噴射件(或其他電解液噴射件)的位置可為固定/非可調整的。可使用可調整之基板支撐件位置以適應基板與基板之間之光阻厚度差異，這可使單一設備組態用於許多不同的應用。在某些實施例中，在電鍍期間可調制基板/基板支撐件的高度 。在此類情況中，在調制基板位置期間，邊緣噴射件3503優先將電解液輸送至基板3501之邊緣附近。可藉由電接觸件3502將電流施加至基板3501。在設置了離子阻抗元件的情況中，調制基板高度亦會調制橫流歧管的高度。然而，離子阻抗元件並非調制基板位置之必須手段，因此在某些情況中可省略離子阻抗元件如圖35F中所示。額外的實例

在此段落中一些觀察指出，經由橫流歧管226改善橫流是令人期望的。在此段落中測試兩個基本的電鍍池設計。兩設計皆包含限制環210，限制環210有時被稱為分流器，其定義離子阻抗板206之上部上的橫流歧管226。兩設計皆未包含邊緣流元件，但若期望可將此類元件加入任一設備中。第一設計(有時被稱為控制設計及/或TC1設計)並未包含此橫流歧管226的側入口。而是，在控制設計中，所有進入橫流歧管226中的液流始於離子阻抗元件206下方且在衝擊晶圓上且橫跨基板表面之前向上流經離子阻抗元件206中的孔洞。第二設計(有時被稱為第二設計及/或TC2設計)包含橫流注射歧管222及使液體直接注射至橫流歧管226內而毋需經過離子阻抗元件206中之通道或孔洞(然而應注意，在某些情況中，被輸送至橫流注射歧管的液流會通過靠近離子阻抗元件206之外圍附近的專用通道如和用以將流體自離子阻抗元件歧管208引導至橫流歧管226之通道相異/分離的通道)的所相關硬體。

圖10A與10B至圖12A與12B比較利用無側入口 (10A、11A、及12A)之控制電鍍池所達到之流動模式與利用具有達橫流歧管10B、11B、及12B之側入口之第二電鍍池所達到的流動模式。

圖10A顯示一控制設計電鍍設備之部分的俯視圖。尤其，圖示顯示具有分流器210的離子阻抗元件206。圖10B顯示第二電鍍設備之部分的俯視圖，尤其顯示離子阻抗元件206、分流器210與橫流注射歧管222/橫流歧管入口250/橫流噴淋頭242。圖10A-10B中的液流方向大致上由左至右，朝向分流器210上的出口234。圖10A-10B中所示的設計係對應至圖11A-11B至12A-12B中所模型化的設計。

圖11A顯示液流流經控制設計用的橫流歧管226。在此情況中，橫流歧管226中的所有液流皆源自離子阻抗元件206下方。在一特定點處的液流大小係由箭頭的尺寸來加以表示。在圖11A的控制設計中，液流的大小隨著經過實質上整個橫流歧管226而增加，因為額外的流體通過離子阻抗元件206、衝擊晶圓、然後加入橫流。然而在圖11B的現行設計中，此液流的增加更加不明顯。增加不大係因為部分量的液體經由橫流注射歧管222與相關硬而被直接輸送至橫流歧管226中。

圖12A顯示橫跨在圖10A所示之控制設計設備中受到電鍍之基板表面的水平速度。值得注意的是，流速始於零(在和分流器出口相對的位置處)並增加直到到達出口234為止。不幸地，在控制實施例中晶圓中央處的平均流速係相對地低。因此，自離子阻抗板206之通道射出之陰極電解液的噴射流支配了中央區域中的液體動力學行為。由於晶圓的旋轉產生了方位角平均的橫流行為，因此問題不若朝向工作件的邊緣區域那麼明顯。

圖12B顯示橫跨在圖10 B所示之現行設計中受到電鍍之基板表面的水平速度。在此情況中，由於自橫流注射歧管222經側入口 250注射進入橫流歧管226的流體，因此水平速度在入口250處以非零值開始。又，相較於控制設計，在現行設計中增加了晶圓中央處的流率，藉此降低或消除晶圓中央附近的低橫流區域，若非如此則衝擊噴射流可能會主導此區域的行為。是以，側入口實質上改善了沿著入口至出口方向之橫流率的均勻度且導致更均勻的電鍍厚度。 其他實施例

雖然上面已提供特定實施例的全面說明，但可使用各種修改、替代結構、等效物。因此，上面的說明及例示不應被視為是限制由隨附之申請專利範圍所定義之本發明範圍。

例如，文中所述之各種元件可依特定應用期望加以組合。類似地，文中所述之各種元件可依特定應用期望加以省略。在某些實施例中可加以省略的元件為導入橫流電解液之橫流歧管的側入口。在此類實施例中，可類似地省略橫流注射歧管因此在橫流歧管中流動的所有電解液可源於(a)離子阻抗元件歧管(其可以複數電解液源區域施行之)及/或(b)邊緣噴射件(若其存在)。在美國專利US 8,795,480中更進一步地說明例示性設備，將其所有內容包含於此作為參考。雖然在許多實施例中具有源於橫流注射歧管/側入口之額外電解液是有利的，但其並非實施所揭露之實施例的必要手段。

100‧‧‧設備

101‧‧‧組件

102‧‧‧杯

103‧‧‧錐

104‧‧‧支柱

105‧‧‧上板

106‧‧‧錠子

107‧‧‧馬達

108‧‧‧螺絲

109‧‧‧安裝架

111‧‧‧晶圓支撐件

113‧‧‧驅動柱

115‧‧‧第一板

117‧‧‧板

119‧‧‧樞軸連接件

121‧‧‧樞軸連接件

142‧‧‧前側

143‧‧‧唇形密封件

145‧‧‧晶圓

149‧‧‧密封件

150‧‧‧電鍍設備

155‧‧‧電鍍池

160‧‧‧陽極

170‧‧‧離子阻抗元件

175‧‧‧電解液

202‧‧‧薄膜

206‧‧‧離子阻抗元件

208‧‧‧離子阻抗元件歧管

210‧‧‧晶圓橫流限制環

218‧‧‧橫流限制環固定件

222‧‧‧橫流注射歧管

226‧‧‧橫流歧管

234‧‧‧橫流限制環出口接口/出口歧管

238‧‧‧橫流環墊圈

242‧‧‧噴淋頭

246‧‧‧孔洞

250‧‧‧橫流起始結構/入口

254‧‧‧杯/支撐件

258‧‧‧通道

262‧‧‧通道

266‧‧‧方向鰭片

270‧‧‧流體調整棒

274‧‧‧薄膜框

278‧‧‧螺絲孔

282‧‧‧池堰壁

325‧‧‧分流器

410‧‧‧液流塑形板

710‧‧‧液流接口

710a‧‧‧液流接口

710b‧‧‧液流接口

725‧‧‧電鍍設備

735‧‧‧支撐元件

740‧‧‧陽離子薄膜

750‧‧‧分流器

1400‧‧‧基板

1402‧‧‧橫流歧管

1404‧‧‧離子阻抗元件

1406‧‧‧基板支撐件

1700‧‧‧基板

1702‧‧‧橫流歧管

1704‧‧‧離子阻抗元件

1706‧‧‧基板支撐件

1708‧‧‧分流器

1710‧‧‧邊緣流元件

1804‧‧‧離子阻抗元件

1806‧‧‧基板支撐件

1810‧‧‧邊緣流元件

1904‧‧‧離子阻抗元件

1910‧‧‧邊緣流元件

1912‧‧‧螺絲

1913‧‧‧旋轉致動器

2004‧‧‧離子阻抗元件

2010‧‧‧邊緣流元件

2100‧‧‧基板

2102‧‧‧橫流歧管

2104‧‧‧離子阻抗元件

2106‧‧‧基板支撐件

2110‧‧‧邊緣流元件

2200‧‧‧基板

2204‧‧‧離子阻抗元件

2206‧‧‧基板支撐件

2210‧‧‧邊緣流元件

2212‧‧‧螺絲

2216‧‧‧溝槽

2217‧‧‧溝槽

2218‧‧‧墊片

2500‧‧‧基板

2504‧‧‧離子阻抗元件

2506‧‧‧基板支撐件

2510‧‧‧邊緣流元件

2704‧‧‧離子阻抗元件

2710‧‧‧邊緣流元件

2710a‧‧‧上游部

2710b‧‧‧下游部

3101‧‧‧流動區域

3102‧‧‧流動區域

3103-3105‧‧‧流動區域

3106-3111‧‧‧流動區域

3113‧‧‧流動區域

3114‧‧‧流動區域

3115-3117‧‧‧流動區域

3118‧‧‧流動區域

3119-3123‧‧‧流動區域

3124‧‧‧流動區域

3125‧‧‧流動區域

3126‧‧‧流動區域

3127‧‧‧流動區域

3128‧‧‧第一流動區域

3129‧‧‧第一流動區域

3130-3137‧‧‧流動區域

3138‧‧‧流動區域

3139‧‧‧流動區域

3140‧‧‧流動區域

3141‧‧‧流動區域

3142‧‧‧流動區域

3143‧‧‧流動區域

3144-1347‧‧‧流動區域

3148‧‧‧流動區域

3149-3152‧‧‧流動區域

3153‧‧‧流動區域

3154‧‧‧流動區域

3201‧‧‧基板

3202‧‧‧基板支撐件

3206‧‧‧離子阻抗元件

3222‧‧‧橫流注射歧管

3226‧‧‧橫流歧管

3234‧‧‧出口

3242‧‧‧橫流入口孔洞

3260a‧‧‧上側插入件

3260b‧‧‧上側插入件

3261a‧‧‧邊緣噴射件

3261b‧‧‧邊緣噴射件

3301a‧‧‧區域

3301b‧‧‧區域

3301c‧‧‧區域

3301d‧‧‧區域

3360‧‧‧上側插入件

3361‧‧‧邊緣噴射件

3501‧‧‧基板

3502‧‧‧電接觸件

3503‧‧‧邊緣噴射件

3603a-3603e‧‧‧電解液噴射件

3603d‧‧‧電解液噴射件

3604‧‧‧離子阻抗元件

3700‧‧‧離子阻抗元件

3701‧‧‧通道

3702‧‧‧室

3703a‧‧‧離子阻抗元件噴射件

3703b‧‧‧離子阻抗元件噴射件

3704a‧‧‧開口

3704b‧‧‧開口

3704c‧‧‧開口

3704d‧‧‧開口

圖1A顯示電化學處理半導體晶圓用之基板支撐與定位設備的透視圖。

圖1B顯示包含一錐與杯之基板支撐組件之一部分的橫剖面圖。

圖1C顯示可用以實施文中實施例之電鍍池的簡化圖。

圖1D-1G例示可用以促進橫跨基板表面之橫流的各種電鍍設備實施例以及當實施此些實施例時可達到之流體動力學的上視圖。

圖2例示根據文中所揭露之某些實施例之通常存在於陰極室中之電鍍設備之各種部件的分解圖。

圖3A顯示根據文中所揭露之某些實施例之橫流側入口與周遭硬體的特寫圖。

圖3B顯示根據文中所揭露之各種實施例之橫流出口、CIRP歧管入口與周遭硬體的特寫圖。

圖4顯示圖3A-3B中所示之電鍍設備之各種部件的橫剖面圖。

圖5顯示根據文中所揭露之某些實施例之橫流注射歧管與噴淋頭被分割為6個獨立區段。

圖6顯示根據文中所揭露之一實施例之CIRP與相關硬體的上視圖，其尤其著重在橫流的入口側。

圖7例示根據文中所揭露之各種實施例之CIRP與相關硬體的簡化上視圖，其顯示橫流歧管的入口側與出口側。

圖8A-8B顯示根據文中所揭露之某些實施例之橫流入口區域的初始(8A)設計與修改後(8B)設計。

圖9顯示部分受到流動限制環覆蓋且受到框架支撐之CIRP的一實施例。

圖10A顯示CIRP與流動限制環的簡化上視圖，其中未使用側入口。

圖10B顯示根據文中所揭露之各種實施例之CIRP、流動限制環、及橫流側入口的簡化上視圖。

圖11A-11B例示分別流經圖10A-10B中所示之設備之橫流歧管的橫流。

圖12A-12B分別顯示在電鍍期間的水平橫流速度對圖10A-10B中所示之設備的晶圓位置。

圖13A與13B之實驗結果顯示凸塊高度對基板上的徑向位置，其例示了與基板外圍附近之低電鍍速率相關的問題。

圖14A顯示電鍍設備之一部分的橫剖面圖。

圖14B顯示與流經圖14A所示之設備之流動相關的模型化結果。

圖15顯示與剪切流速度對基板上的徑向位置相關的模型化結果以及與凸塊高度對基板上的徑向位置相關的實驗結果，其顯示基板外圍附近之較低程度的電鍍。

圖16A與16B顯示與晶粒內厚度不均勻度(圖16A)與基板上不同徑向位置處之光阻厚度(圖16B)相關的實驗結果。

圖17A與17B顯示根據使用了邊緣流元件之一實施例之電鍍設備的橫剖面圖。

圖18A-18C例示根據文中所揭露之各種實施例之電鍍設備中用以安裝邊緣流元件的三種附接組態。

圖18D之表說明了圖18A-18C中所示之邊緣流元件的某些特徵。

圖19A-19E例示用以調整電鍍設備中之邊緣流元件的方法。

圖20A-20C例示根據文中所揭露之各種實施例之可使用的數種邊緣流元件，其中某些者為方位角不對稱。

圖21例示根據文中所揭露之某些實施例之使用了邊緣流元件與上流插入件之電鍍池的橫剖面圖。

圖22A與22B顯示其中具有溝槽的具有通道的離子阻抗板(CIRP)，邊緣流元件係安裝於溝槽內。

圖22C與22D顯示說明在各種墊片厚度下基板邊緣附近之流速的模型化結果。

圖23A與23B顯示根據文中所揭露之某些實施例之與電鍍設備中之邊緣流元件相關的模型化結果，其中邊緣流元件具有坡道形狀。

圖24A、24B、及25顯示根據文中所揭露之某些實施例之與電鍍設備中之邊緣流元件相關的模型化結果，其中邊緣流元件包含不同類型的液流旁通通道。

圖26A-26D例示邊緣流元件的數個實例，每一者中皆具有液流旁通通道。

圖27A-27C說明用以產生圖28-30中所示之結果的實驗設備。

圖28-30顯示與電鍍凸塊高度(圖28與30)或晶粒內厚度不均勻度(圖29)對基板上的徑向位置相關的實驗結果，其係針對圖27A-27C所述的實驗設備。

圖31A-31L顯示具有複數流動區域的離子阻抗元件。圖31A-31L亦可被認為是顯示饋送離子阻抗元件中之對應流動區域之離子阻抗元件歧管的複數電解液源區域。圖31G-L亦可被認為是顯示在某些實施例中電解液噴射件的例示性形狀/位置。

圖32A與32B顯示包含邊緣噴射件之電鍍設備之替代性實施例的橫剖面圖。

圖33A-33D顯示使用上側插入件而形成邊緣噴射件以及邊緣流動元件之電鍍設備的放大橫剖面圓(圖33A-33C)及上視圖(圖33D)。

圖33E顯示包含上側插入件而形成邊緣噴射件以及邊緣流動元件之電鍍設備之另一實施例的上視圖。

圖34A顯示根據某些實施例之在不同徑向位置處的光阻厚度。

圖34B顯示在不同徑向位置之對流的大小，其中客製化在不同徑向位置之對流的大小以匹配圖34A中所示的光阻厚度。

圖35A-35E顯示根據不同實施例之自各種開口(開口可形成於電解液噴射件中或離子阻抗元件噴射件中)所發出的液流。

圖35F顯示 在基板外圍附近設置邊緣噴射件的實施例，其中基板在電鍍期間相對於邊緣噴射件移動。

圖35G顯示具有狹縫形開口之電解液噴射件的上視圖、前視圖、及側視圖。

圖36A-36B例示複數電解液噴射件係設置在基板上方之不同徑向位置處的一實施例，其中可獨立控制流經每一電解液噴射件的液流。

圖37A顯示係用以包含離子阻抗元件噴射件之阻抗元件的離子部分。

圖37B-37D顯示電解液噴射件的實例，其在某些實施例中可以離子阻抗元件噴射件實施之。

Claims (19)

1. 一種電鍍設備，包含： 一電鍍室，在將金屬電鍍至一實質平坦的基板上時用以容納一電解液與一陽極； 一入口，用以將該電解液導入該電鍍室； 一出口，用以自該電鍍室移除該電解液； 一基板支撐件，用以支撐該基板俾使該基板之一電鍍面在電鍍期間與該陽極分離；及 一電解液噴射件，用以以非均勻的方式朝向該基板之該電鍍面輸送該電解液，其中可獨立控制流經該電解液噴射件之一流率及流經該電鍍室之一總流率。
2. 如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中該電解液噴射件為一邊緣噴射件，其係用以輸送該電解液俾使該電解液優先衝擊該基板之一外圍區域上。
3. 如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中該電解液噴射件為一內噴射件，其係用以輸送該電解液俾使該電解液優先衝擊該基板之一非外圍區域上。
4. 如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中該電解液噴射件包含複數獨立噴射件。
5. 如申請專利範圍第4項之電鍍設備，其中該電解液噴射件之該複數獨立噴射件中的至少兩者係用以在不同的徑向位置處輸送該電解液。
6. 如申請專利範圍第5項之電鍍設備，其中該複數獨立噴射件中的一第一獨立噴射件係用以在該基板之一外圍區域處輸送該電解液，其中該複數獨立噴射件中的一第二獨立噴射件係用以在該基板之一非外圍區域處輸送該電解液。
7. 如申請專利範圍第4項之電鍍設備，其中該電解液噴射件係至少分為一第一區域與一第二區域，該電解液噴射件之該第一與第二區域中的每一者係由一不同的電解液源供給該電解液，且該電解液噴射件之該第一與第二區域中的每一者皆包含該複數獨立噴射件中之至少一者，其中可獨立於流經該電解液噴射件之該第二區域的一第二流率獨立控制流經該電解液噴射件之該第一區域的一第一流率。
8. 如申請專利範圍第4項之電鍍設備，其中該電解液噴射件係設置在一特定方位角位置或複數方位角位置處，俾以在該基板旋轉時，使該基板之該電鍍面上的一區域循環地暴露至：(i)該電解液噴射件存在的複數區域、及(ii)該電解液噴射件不存在的複數區域。
9. 如申請專利範圍第8項之電鍍設備，其中在該電解液噴射件存在的該複數區域內，該電解液噴射件在複數不同的徑向位置處輸送該電解液，其中流經該電解液噴射件之該電解液的流率在該不同徑向位置處為不均勻的。
10. 如申請專利範圍第1至9項中之任一項之電鍍設備，其中該電解液噴射件係用以引導該電解液以相對於該基板之該電鍍面的一垂直角度朝向該基板。
11. 如申請專利範圍第1至9項中之任一項之電鍍設備，其中該電解液噴射件係用以引導該電解液以相對於該基板之該電鍍面的一非垂直角度朝向該基板。
12. 如申請專利範圍第11項之電鍍設備，其中該電解液噴射件包含具有一徑向向內角度的至少一獨立噴射件。
13. 如申請專利範圍第1至9項中之任一項之電鍍設備，更包含用以將該電解液供給至該電解液噴射件的一噴射歧管。
14. 如申請專利範圍第13項之電鍍設備，更包含： 一離子阻抗元件，包含藉由一間隙與該基板之該電鍍面分離的一面基板表面，該間隙形成一橫流歧管，其中在電鍍期間該離子阻抗元件係至少與該基板之該電鍍面共延，該離子阻抗元件係用以在電鍍期間經由該離子阻抗元件提供電解液傳輸與離子傳輸； 該橫流歧管的一側出口，係用以接收在該橫流歧管中流動的該電解液；及 一離子阻抗元件歧管，係用以在該離子阻抗元件下方供給該電解液，其中該離子阻抗元件歧管與該噴射歧管係彼此分離。
15. 如申請專利範圍第13項之電鍍設備，更包含： 一離子阻抗元件，包含藉由一間隙與該基板之該電鍍面分離的一面基板表面，該間隙形成一橫流歧管，其中在電鍍期間該離子阻抗元件係至少與該基板之該電鍍面共延，該離子阻抗元件係用以在電鍍期間經由該離子阻抗元件提供電解液傳輸與離子傳輸； 該橫流歧管的一側入口，係用以將該電解液導至該橫流歧管； 該橫流歧管的一側出口，係用以接收在該橫流歧管中流動的該電解液；及 一橫流注射歧管，在電鍍期間該側入口與該側出口係位在該基板之該電鍍面上方位角相對的圓周位置附近，其中該橫流注射歧管將該電解液供給至該側入口，其中該噴射歧管與該橫流注射歧管係彼此分離。
16. 如申請專利範圍第1至9項中之任一項之電鍍設備，更包含一邊緣流元件，該邊緣流元件係位於該基板之一外圍附近且係至少部分地位於形成在該基板與該基板支撐件之間之一介面處的一角落的徑向內部，其中該邊緣流元件係用以將該電解液引導至形成在該基板與該基板支撐件之間之該介面處的該角落中，該邊緣流元件為環形或弧形。
17. 如申請專利範圍第1至9項中之任一項之電鍍設備，更包含： 一離子阻抗元件，包含藉由一間隙與該基板之該電鍍面分離的一面基板表面，該間隙形成一橫流歧管，其中在電鍍期間該離子阻抗元件係至少與該基板之該電鍍面共延，該離子阻抗元件係用以在電鍍期間經由該離子阻抗元件提供電解液傳輸與離子傳輸； 其中該電解液噴射件包含自一第一位置延伸至一第二位置的一通道，該第一位置係位於該離子阻抗元件之該面基板表面所形成的一平面下方，該第二位置係位於該離子阻抗元件之該面基板表面所形成的該平面處或上方。
18. 一種電鍍設備，包含： (a)一電鍍室，在將金屬電鍍至一實質平坦的基板上時用以容納一電解液與一陽極； (b)一基板支撐件，用以支撐該基板俾使該基板之一電鍍面在電鍍期間與該陽極分離； (c)一離子阻抗元件，包含： (i)一面基板表面，藉由一間隙與該基板之該電鍍面分離，該間隙形成一橫流歧管， (ii)一第一流動區域與一第二流動區域，其中該第一與第二流動區域中的每一者使該電解液在電鍍期間得以經由該離子阻抗元件傳輸， 其中在電鍍期間該離子阻抗元件係至少與該基板之該電鍍面共延，該離子阻抗元件係用以在電鍍期間經由該離子阻抗元件提供離子傳輸； (d)一離子阻抗元件歧管，係位於該離子阻抗元件下方，該離子阻抗元件歧管包含一第一電解液源區域與一第二電解液源區域，該第一與該第二電解液源區域係彼此分離，其中該第一電解液源區域將該電解液供給至該離子阻抗元件的該第一流動區域，而該第二電解液源區域將該電解液供給至該離子阻抗元件的該第二流動區域，其中可獨立於流經該第二流動區域之一電解液流獨立控制流經該第一流動區域的一電解液流；及 (e)該橫流歧管的一側出口，係用以接收在該橫流歧管中流動的該電解液。
19. 一種用於電鍍設備中的電解液噴射組件，該電解液噴射組件包含： 一框，包含環形或弧形的一部分，該框係用以與該電鍍設備的一基板支撐件及/或一離子阻抗元件銜合；及 位於該框上的複數噴射件，每一該噴射件皆包含一通道，在電鍍期間一電解液流過該通道，其中該噴射件係用以在電鍍期間在被支撐在該基板支撐件中之一基板的一電鍍面上輸送衝擊電解液。