TWI640661B

TWI640661B - 用於電鍍期間之有效率質量傳送的電解液流體動力學之增強

Info

Publication number: TWI640661B
Application number: TW106132551A
Authority: TW
Inventors: T 邁爾史蒂芬; L 巴克羅布萊恩; 傅海鷹; 波努斯瓦彌湯瑪斯; 狄亞茲咖米羅希爾頓; 拉許羅伯特; W 波特大衛
Original assignee: 諾發系統有限公司
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2018-11-11
Also published as: JP2014118634A; JP6494910B2; CN103866374B; TWI606154B; TW201802299A; CN106947997A; CN103866374A; KR20140076524A; CN106947997B; TW201437439A; KR102214898B1

Abstract

在此之實施例關於將一或更多材料電鍍到基板上的方法及設備。雖然實施例並非如此受限，不過在許多情況中，材料為金屬而基板為半導體晶圓。在此之實施例通常利用定位在基板附近之具通道板，其形成在底部由具通道板、在頂部由基板、且在側部由交叉流侷限環所定義之交叉流歧管。在電鍍期間，流體既向上穿過具通道板之通道、也側向穿過定位在交叉流侷限環之一側的交叉流側入口而進入交叉流歧管。流動路徑在交叉流歧管中合併且在相對於交叉流入口而定位的交叉流出口離開。這些合併的流動路徑造成改善的電鍍均勻度。

Description

用於電鍍期間之有效率質量傳送的電解液流體動力學之增強

本發明關於在電鍍期間控制電解液之流體動力學的方法及設備。 [相關申請案之交互參考]

本申請案主張2012年12月12日提申且題為「ENHANCEMENT OF ELECTROLYTE HYDRODYNAMICS FOR EFFICIENT MASS TRANSFER DURING ELECTROPLATING」之美國臨時專利申請案第61/736,499號[代理人卷號LAMRP015P]，其係以其整體且針對所有目的而在此併入作為參考。本申請案亦為2013年5月13日提申且題為「CROSS FLOW MANIFOLD FOR ELECTROPLATING APPARATUS」之美國專利申請案第13/893,242號[代理人卷號NOVLP367X1]的部份延續案，美國專利申請案第13/893,242號為2011年6月29日提申且題為「CONTROL OF ELECTROLYTE HYDRODYNAMICS FOR EFFICIENT MASS TRANSFER DURING ELECTROPLATING」之美國專利申請案第13/172,642號[代理人卷號NOVLP367]的部份延續案，美國專利申請案第13/172,642號主張2010年10月21日提申且題為「FLOW DIVERTERS AND FLOW SHAPING PLATES FOR ELECTROPLATING CELLS」之美國臨時專利申請案第61/405,608號[代理人卷號NOVLP396P]、2010年8月18日提申且題為「HIGH FLOW RATE PROCESSING FOR WAFER LEVEL PACKAGING」之美國臨時專利申請案第61/374,911號[代理人卷號NOVLP367P]、及2010年7月2日提申且題為「ANGLED HRVA」之美國臨時專利申請案第61/361,333號[代理人卷號NOVLP366P]的優先權，以上各者係以其整體且針對所有目的而在此併入作為參考。再者，美國專利申請案第13/893,242號主張2012年5月14日提申且題為「CROSS FLOW MANIFOLD FOR ELECTROPLATING APPARATUS」之美國臨時專利申請案第61/646,598號[代理人卷號NOVLP367X1P]的優先權，其係以其整體且針對所有目的而在此併入。

所揭露實施例關於在電鍍期間控制電解液之流體動力學的方法及設備。更具體而言，在此所述之方法及設備對於將金屬電鍍到半導體晶圓基板上(尤其是具有複數凹陷特徵部者)特別具有用處。範例程序及特徵部可包含具有小於如約50 μm之寬度的小型微凸塊特徵部(如銅、鎳、錫及錫合金焊料)、與銅直通矽貫孔(TSV)特徵部的貫穿光阻電鍍。

在現代的積體電路製造中，電化學沉積程序係已完備建立。在21世紀初期從鋁到銅金屬線內連接的過渡驅使對於越趨複雜之電沉積程序及電鍍工具的需求。此複雜性許多係因應對於元件金屬化層中更小之電流承載線的需求發展而來。這些銅線係藉由在通常稱做「鑲嵌」處理(鈍化前金屬化)的方法學中將金屬電鍍到非常細、高高寬比之溝槽及貫孔而形成。

目前電化學沉積已能夠符合對於複雜封裝及多重晶片內連接技術之商業需求，該等技術通常且口語上以晶圓級封裝(WLP)及直通矽貫孔(TSV)電連接技術而為人所知。這些技術一部分由於整體上較大之特徵部尺寸(相較於前端製程(FEOL))及高高寬比而呈現其本身的極大挑戰。

取決於封裝特徵部的類型及應用(例如貫穿晶片連接之TSV、內連接再分配佈線、或像是覆晶柱之晶片到板或晶片到晶片的接合)，電鍍之特徵部在目前技術中通常大於約2微米且一般在其主要尺寸上為約5－100微米(例如銅柱可為約50微米)。對於一些像是功率匯流排之晶片上構造，待電鍍之特徵部可大於100微米。儘管WLP特徵部之高寬比可高到如約2：1，其通常小於約1：1(高度比寬度)；而TSV結構可具有非常高的高寬比(例如接近約20：1)。

在WLP結構尺寸從100－200 µm縮減到小於50 µm(例如20µm)的情況下產生了一系列的特殊問題，因為在此尺寸下，特徵部的尺寸及典型的質量傳送邊界層厚度(到平坦表面之對流傳送發生於其中的距離)幾乎相等。對於帶有較大特徵部之先前世代，流體及質量進入特徵部的對流傳送係由一般的流場透入特徵部所實行，但是在帶有較小特徵部的情況下，流漩渦及停滯的形成可抑制成長之特徵部內質量傳送的速率及均勻度兩者。因此需要在較小的「微凸塊」及TSV特徵部內產生強力均勻的質量傳送之新方法。

不僅特徵部尺寸，還有電鍍速度亦使WLP及TSV應用不同於鑲嵌應用。對於許多WLP應用來說，取決於電鍍金屬(例如銅、鎳、金、銀焊料…等)，在製造及成本要求的一方面及技術要求及技術難度的另一方面之間存在著平衡(例如帶有晶圓圖案可變度及晶圓上需求(像是晶粒內(within die)及特徵部內(within feature)目標)的資本產能目標)。對銅而言，此平衡通常在至少約2微米/分鐘、且一般在至少約3－4微米/分鐘以上的速率達成。對錫及錫合金的電鍍而言，可能要求大於約3 µm/min、且對一些應用而言至少約7微米/分鐘的電鍍速率。對鎳或閃鍍金(例如低濃度之金驟現膜層)而言，電鍍速率可介於約0.1到1.5 µm/min之間。在這些與金屬相關之較高電鍍速率的條件下，電解液中的金屬離子到電鍍表面之有效質量傳送具有重要性。

在若干實施例中，電鍍必須在晶圓整面各處以高度均勻的方式執行，俾以在晶圓內(WIW均勻度)、特定晶粒之所有特徵部內或特徵部之間(WID均勻度)、及還有個別特徵部本身內(WIF均勻度)達成良好的電鍍均勻度。WLP及TSV應用之高電鍍速率在電沉積層的均勻度方面呈現挑戰。對於不同的WLP應用而言，電鍍必須在徑向上沿著晶圓表面展現出最多約5%的半全距變異(稱做WIW非均勻度，以在橫跨晶圓直徑之複數位置的晶粒中的單一特徵部類型來量測)。類似同樣具挑戰性的要求為不同尺寸(例如特徵部直徑)或特徵部密度(例如晶片晶粒陣列中央之孤立或嵌入特徵部)之不同特徵部的均勻沉積(厚度及形狀)。此性能規格通常稱做WID非均勻度。WID非均勻度係量測為如上述之不同特徵部類型的局部變異(例如＜5%半全距)相對於晶圓上該特定晶粒位置(例如在半徑中央、中心或邊緣)之給定晶圓晶粒內的平均特徵部高度或其它尺寸。

另一具挑戰性的要求為特徵部內形狀的整體控制。在沒有適當的流動及質量傳送對流控制的情況下，在電鍍線條或柱之後可能演變成在二維或三維上以下凹、平坦或上凸的方式變得傾斜(例如馬鞍或穹頂形)，而平坦的輪廓儘管並非總是卻通常為較佳。在遭遇這些挑戰時，WLP應用需與習知的、可能較不昂貴的取放式(pick and place)序列佈線操作競爭。更進一步而言，用於WLP應用的電化學沉積可涉及電鍍不同的非銅金屬，像是如鉛、錫、錫銀的焊料、及其它像是鎳、鈷、金、鉑、及這些的不同合金(其中有一些包含銅)的凸塊下金屬化(UBM)材料。錫銀近共熔物合金的電鍍為針對做為鉛錫共熔物焊料之無鉛焊料替代物所電鍍合金之電鍍技術的範例。

在此之實施例關於將材料電鍍至基板上的方法及設備。大致而言，所揭露技術涉及改良之具通道離子阻抗元件的使用，該具通道離子阻抗元件具有經調適以提供穿過板的離子輸送之複數穿孔，以及用以改善電鍍均勻度的一系列突出部或一階梯部。在實施例之一實施態樣中提供電鍍設備，包含：(a)配置成容納電解液及陽極、同時將金屬電鍍至實質上平坦的基板上之電鍍腔室；(b)配置成固持實質上平坦之該基板而使得該基板之電鍍面在電鍍期間與該陽極分開的基板固持器；(c)包含以下各者的離子阻抗元件：(i)延伸穿過該離子阻抗元件且用以在電鍍期間提供穿過該離子阻抗元件之離子輸送的複數通道；(ii)其實質上平行於該基板之該電鍍面並與該基板之該電鍍面分開一間隙之面向基板側；及(iii)定位在該離子阻抗元件之該面向基板側的複數突出部；(d)用以將交叉流動之電解液引至該間隙之通往該間隙的入口；及(e)用以接受在該間隙中流動的交叉流動之電解液之通往該間隙的出口，其中該入口及出口在電鍍期間定位在該基板之該電鍍面上的方位角相對之周圍位置附近。

在一些實施例中，當在該基板之該電鍍面及離子阻抗元件面之間量測時，離子阻抗元件之面向基板側及基板之電鍍面之間的間隙小於約15 mm。在若干情況中，基板之電鍍面及突出部之最上部高度之間的間隙為介於約0.5－4 mm之間。在若干情況中，突出部可具有介於約2－10 mm之間的高度。在不同實施例中，平均而言，突出部係定向成實質上垂直於交叉流動之電解液的方向。突出部之一者、或更多者、或所有者可具有至少約3：1的長度對寬度之長寬比。在不同實施例中，突出部係與基板之電鍍面實質上共同延伸。

可使用許多不同的突出部形狀。在一些情況中，離子阻抗元件上存在著至少二不同形狀及/或尺寸的突出部。一或更多突出部可包含，電解液可在電鍍期間流動穿過該缺口部。突出部可形塑成大致上長方形、或形塑成三角形、或形塑成圓柱形、或是以上各者的一些組合。突出部亦可具有更複雜的形狀，例如大致上長方形的突出部，其帶有沿著突出部的頂部及底部之不同形狀的缺口。在一些情況中，突出部具有三角形上部。一範例為帶有三角形尖端之長方形突出部。另一範例為帶有整個三角形形狀的突出部。

突出部可以一垂直角度、或以一非垂直角度、或以複數角度的組合從具通道離子阻抗板向上延伸。換言之，在一些實施例中，突出部包含實質上垂直於離子阻抗元件面的面。或者是或除此之外，突出部可包含以從離子阻抗元件面偏離非直角的面。在一些實施例中，突出部係由多於一區段所製成。舉例來說，突出部可包含第一突出部區段及第二突出部區段，其中該第一及第二突出部區段係以實質上相似但帶有相反符號的角度而從交叉流動之電解液的方向偏離。

離子阻抗元件可配置成在電鍍期間形塑電場並控制基板附近之電解液流特性。在不同實施例中，下部歧管區域係定位在離子阻抗元件之下部表面下方，其中該下部表面背向基板固持器。中央電解液腔室及一或更多進料通道可配置成將電解液從該中央電解液腔室供應到入口及下部歧管區域兩者。依此方式，可直接將電解液供應到入口，俾以在具通道離子阻抗元件上方起始交叉流，並且可同步將電解液供應到下部歧管區域，電解液在該區域中會穿過該具通道離子阻抗元件中的通道以進入基板及該具通道離子阻抗元件之間的間隙。交叉流注射歧管可流體連接到入口。交叉流注射歧管可至少部份藉由離子阻抗元件內的空腔所定義。在若干實施例中，交叉流注射歧管係完全在離子阻抗元件內。

流侷限環可定位在離子阻抗元件之周圍部份上方。流侷限環可幫助將來自交叉流注射歧管的流重新導向，使得其以平行於基板表面的方向流動。設備亦可包含在電鍍期間使基板固持器旋轉的機構。在一些實施例中，入口在基板之電鍍面的周圍附近橫跨介於約90－180o之間的弧。入口可包含複數方位角上有別的區段。複數電解液進料入口可配置成將電解液供應到方位角上有別的入口區段。再者，一或更多流控制元件可配置成在電鍍期間獨立控制複數電解液進料入口中的複數電解液體積流率。在不同情況中，入口及出口可用以在電鍍期間於間隙中產生交叉流動之電解液以在基板之電鍍面上產生或維持剪切力。在若干實施例中，突出部可定向成複數平行之欄。該等欄可包含被非突出部間隙分開的二或更多不連續突出部，其中相鄰欄中的非突出部間隙在交叉流動之電解液的方向上係實質上彼此不對齊。

在所揭露實施例之另一實施態樣中提供電鍍設備，包含：(a)配置成容納電解液及陽極、同時將金屬電鍍至實質上平坦的基板上之電鍍腔室；(b)配置成固持實質上平坦的該基板，使得該基板之電鍍面在電鍍期間與該陽極分開的基板固持器；(c)包含以下各者的離子阻抗元件：(i)延伸穿過該離子阻抗元件且用以在電鍍期間提供穿過該離子阻抗元件之離子輸送的複數通道；(ii)其實質上平行於該基板之該電鍍面，且與該基板之該電鍍面分開一間隙的面向基板側；及(iii)定位在該離子阻抗元件之該面向基板側上的階梯部，其中該階梯部具有高度及直徑，其中該階梯部的直徑係與該晶圓之該電鍍面實質上共同延伸，且其中該階梯部之高度及直徑係小到足以容許電解液在電鍍期間於該基板固持器下方流動、流動越過該階梯部且進入該間隙；(d)用以將電解液引至該間隙之通往該間隙的入口；及(e)用以接受在該間隙中流動的電解液之通往該間隙的出口，其中該入口及出口係用以在電鍍期間於該間隙中產生交叉流動之電解液而在該基板之該電鍍面上產生或維持剪切力。

在所揭露實施例之進一步實施態樣中提供用於電鍍設備中以將材料電鍍至標準直徑之半導體晶圓上的具通道離子阻抗板，該具通道離子阻抗板包含：其與該半導體晶圓之電鍍面近乎共同延伸的板，其中該板具有介於約2－25 mm之間的厚度；延伸穿過該板之厚度的至少約1000個非連通之穿孔，其中該等穿孔用以在電鍍期間提供穿過該板之離子輸送；及定位在該板之一側上的複數突出部。

在所揭露實施例之另一實施態樣中提供用於電鍍設備以將材料電鍍至標準直徑之半導體晶圓上的具通道離子阻抗板，該具通道離子阻抗板包含：其與該半導體晶圓之電鍍面幾乎共同延伸的板，其中該板具有介於約2－25 mm之間的厚度；延伸穿過該板之厚度的至少約1000個非連通之穿孔，其中該等穿孔用以在電鍍期間提供穿過該板之離子輸送；及包含該板之中央區域中的該板之抬昇部的階梯部；定位在該板之周圍的該板之非抬昇部。

在所揭露實施例之進一步實施態樣中提供基板的電鍍方法，包含：(a)在基板固持器中接受實質上平坦之基板，其中露出該基板之電鍍面，且其中該基板固持器係配置成固持該基板，使得該基板的該電鍍面在電鍍期間與陽極分開；(b)將該基板浸漬在電解液中，其中間隙係形成於該基板之該電鍍面及離子阻抗元件面之間，其中離子阻抗元件與該基板的該電鍍面至少為大約共同延伸，其中該離子阻抗元件用以在電鍍期間提供穿過該離子阻抗元件之離子輸送，且其中該離子阻抗元件包含該離子阻抗元件之面向基板側上的複數突出部，該複數突出部係與該基板之該電鍍面實質上共同延伸；(c)使電解液以下列方式流動而與該基板固持器中的該基板接觸：(i)從側入口、進入該間隙、且流出側出口，及(ii)從該離子阻抗元件下方、穿過該離子阻抗元件、進入該間隙、且流出該側出口，其中該入口及出口係設計或配置成在電鍍期間於該間隙中產生交叉流動之電解液；(d)使該基板固持器旋轉；且(e)將材料電鍍至該基板的該電鍍面上，同時如(c)中使電解液流動。

在一些實施例中，當於基板之電鍍面及離子阻抗元件面之間量測時，間隙小於約15 mm。基板之電鍍面及突出部之最上部表面之間的間隙為介於約0.5－4 mm之間。在若干實施例中，側入口可分成二或更多方位角上有別且流體分開的區段，且進入該入口之方位角上有別的該等區段之電解液流可獨立被控制。在一些情況中，流引導元件可定位在間隙中。流引導元件可造成電解液以實質上線性之流動路徑從側入口往側出口流動。

在所揭露實施例之另一實施態樣中提供基板的電鍍方法，包含：(a)在基板固持器中接受實質上平坦之基板，其中露出該基板之電鍍面，且其中該基板固持器係配置成固持該基板，使得該基板的該電鍍面在電鍍期間與陽極分開；(b)將該基板浸漬在電解液中，其中間隙係形成於該基板之該電鍍面及離子阻抗元件面之間，其中該離子阻抗元件與該基板的該電鍍面至少為大約共同延伸，其中該離子阻抗元件用以在電鍍期間提供穿過該離子阻抗元件之離子輸送，且其中該離子阻抗元件在該離子阻抗元件之面向基板側上包含階梯部，該階梯部定位在該離子阻抗元件之中央區域中且被該離子阻抗元件之非抬昇部所圍繞；(c)使電解液以下列方式流動而與該基板固持器中的該基板接觸：(i)從側入口、越過該階梯部、進入該間隙、再次越過該階梯部、且流出側出口，及(ii)從該離子阻抗元件下方、穿過該離子阻抗元件、進入該間隙、越過該階梯部、且流出該側出口，其中該入口及出口係設計或配置成在電鍍期間於該間隙中產生交叉流動之電解液；(d)使該基板固持器旋轉；且(e)將材料電鍍至該基板的該電鍍面上，同時如(c)中使電解液流動。

以下將參照相關圖式描述這些及其它技術特徵。

在本申請案中，「半導體晶圓」、「晶圓」、「基板」、「晶圓基板」、及「部份製造之積體電路」等用語可互換使用。該領域中具有通常知識者會理解「部份製造之積體電路」之用語可指在矽晶圓上許多積體電路製造階段之任一期間的該矽晶圓。以下詳細描述假定本發明係在晶圓上執行。半導體晶圓經常具有200、300、或450 mm之直徑。然而，本發明並未如此受限。工件可為不同形狀、尺寸、及材料。除了半導體晶圓以外，其它可利用本發明之工件包含像是印刷電路板…等之不同物件。

諸多特定細節係在以下描述中提出以提供所呈現實施例之徹底理解。所揭露實施例可在沒有這些特定細節之部分或全部的情況下執行。在其它情況中，廣為人知的程序操作已不詳加描述，俾以不無謂地混淆所揭露之實施例。儘管所揭露之實施例將搭配特定實施例加以描述，惟須了解並非意圖限制所揭露之實施例。

在以下討論中，當提到所揭露實施例之「頂部」及「底部」特徵部(或像是「上部」及「下部」特徵部…等之類似用語)或元件時，「頂部」及「底部」之用語只是為了方便起見而使用，且僅代表本發明之單一參考框架或執行框架。其它配置是可能的，像是頂部及底部構件係相對於重力而反轉及/或頂部及底部構件變成左邊及右邊或右邊及左邊的構件者。在此所述為用於將一或更多金屬電鍍到基板上之設備及方法。通常描述其中基板為半導體晶圓的實施例；然而，本發明並未如此受限。

所揭露實施例包含用於以下各者而配置的電鍍設備及包含以下各者之方法：在電鍍期間控制電解液之流體動力學而獲得高度均勻的電鍍層。在特定實施例中，所揭露實施例利用產生衝擊流(引導至工件表面或垂直於工件表面而引導的流)及剪切流(有時稱做「交叉流」或帶有平行於工件表面之速度的流)之組合的方法及設備。

所揭露實施例使用具通道離子阻抗板(CIRP)，CIRP在晶圓之電鍍表面及CIRP頂部之間提供小型通道(交叉流歧管)。CIRP提供許多功能，其中有1)容許離子電流從通常位在CIRP下方之陽極流到晶圓、2)容許流體穿過CIRP向上且大致上朝向晶圓表面流動及3)侷限並阻止電解液流遠離且離開交叉流歧管區域。交叉流歧管區域中的流由穿過孔洞而注入CIRP之流體以及從通常位在CIRP上及晶圓的一側之交叉流注射歧管進入的流體所組成。

在此所揭露的實施例中，CIRP之頂部面係被修改以藉此改善最大沉積速率、及晶圓面各處及電鍍特徵部內的電鍍均勻度。CIRP頂部面上的修改可採取階梯部或成群突出部的形式。圖1A提供其上具有成群突出部151之CIRP 150的等角圖。這些CIRP的修改係於以下更詳細地加以討論。

在若干實施例中，在交叉流歧管中施加交叉流的機構為例如在具通道離子阻抗元件之周圍或靠近該周圍帶有適當之流引導及分配裝置的入口。入口引導沿著具通道離子阻抗元件之面向基板的表面而交叉流動之陰極電解液。入口為方位角上非對稱，部份依循具通道離子阻抗元件的圓周。入口可包含一或更多間隙或空腔，例如稱做交叉流注射歧管、定位於具通道離子阻抗元件之徑向外部的環狀空腔。其它元件係可選地加以設置，以供與交叉流注射歧管共同運作。這些可包含交叉流注射流分配噴淋頭、交叉流侷限環、及流引導鰭片，其於以下搭配圖式而進一步描述。

在若干實施例中，設備係配置成在電鍍期間讓朝向或垂直於基板電鍍面方向上的電解液流能夠產生離開具通道離子阻抗元件之孔洞時至少約3 cm/s(例如至少約5 cm/s或至少約10 cm/s)的平均流速。在若干實施例中，設備係配置成在產生跨越基板電鍍面之中心點時約3 cm/s以上(例如約5 cm/s以上、約10 cm/s以上、約15 cm/s以上、或約20 cm/s以上)之平均橫越電解液速度的情況下操作。在若干實施例中，這些流率(亦即離開離子阻抗元件之孔洞時的流率及跨越基板電鍍面的流率)適合在運用約20 L/min的整體電解液流率及直徑約12吋的基板之電鍍槽中。在此之實施例可利用不同基板尺寸而執行。在一些情況中，基板具有約200 mm、約300 mm、或約450 mm的直徑。再者，在此之實施例可在許多不同之整體流率下執行。在若干實施例中，整體電解液流率介於約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。在電鍍期間所達到的流率可能受限於若干硬體限制，像是所用泵之尺寸及容量。該領域中具有通常知識者會理解當利用較大的泵執行所揭露技術時，在此所舉之流率可為更高。

在一些實施例中，電鍍設備包含分開的陽極及陰極腔室，其中在二腔室之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。可運用離子可通透膜以阻止一或更多成份在腔室之間的直接對流輸送(藉著流之質量運動)並在腔室之間維持合意的分離。膜可阻擋大量電解液流並在選擇性地允許像是只有陽離子(陽離子交換膜)或只有陰離子(陰離子交換膜)之離子輸送的同時排除像是有機添加物之若干物種的輸送。做為具體的範例，在一些實施例中，膜包含來自Delaware Wilmington之DuPont的陽離子交換膜NAFIONTM、或相關的離子選擇性高分子。在其它情況中，膜並未包含離子交換材料，而是包含微多孔性材料。習知上將陰極腔室中的電解液稱做「陰極電解液」，且將陽極腔室中的電解液稱做「陽極電解液」。陽極電解液及陰極電解液經常具有不同的組成，陽極電解液包含少許或不含電鍍添加物(例如加速劑、抑制劑、及/或整平劑)，而陰極電解液包含顯著濃度之該等添加物。金屬離子及酸的濃度亦經常在二腔室之間有所差異。包含分開之陽極腔室的電鍍設備之範例係於2000年11月3日提申之美國專利第6,527,920號[代理人卷號NOVLP007]、2002年8月27日提申之美國專利第6,821,407號[代理人卷號NOVLP048]、及2009年12月17日提申之美國專利第8,262,871號[代理人卷號NOVLP308]中描述，以上各者係在此整體併入做為參考。

在一些實施例中，膜未必要包含離子交換材料。在一些範例中，膜係由像是Massachusetts Wilmington的Koch Membrane所生產之聚醚碸的微多孔性材料所製成。此膜類型最不一樣的是可用於像是錫銀電鍍及金電鍍之惰性陽極應用，但亦可用於像是鎳電鍍之可溶陽極應用。

在若干實施例中，且如在此別處更加完整地所描述，陰極電解液可流動穿過電解槽內二主要路徑之一者。在第一路徑中，陰極電解液係進料至位在CIRP下方且通常(但非必要)在槽體膜及/或膜框架固持器上方的歧管區域(此後稱做「CIRP歧管區域」)。從CIRP歧管區域，陰極電解液向上穿過CIRP中的不同孔洞，進入CIRP到基板的間隙(經常稱做交叉流區域或交叉流歧管區域)，以朝向晶圓表面的方向行進。在第二交叉流電解液進料路徑中，陰極電解液係從交叉流注射歧管區域的一側進料至該區域中。陰極電解液從交叉流注射歧管進入CIRP到基板的間隙(亦即交叉流歧管)，陰極電解液在該間隙中以幾乎平行於基板表面的方向跨越該基板表面而流動。

儘管在此所述的一些實施態樣可用於不同類型之電鍍設備，惟為了簡單及清楚起見，範例之大部分將相關於晶圓面向下之「噴泉」電鍍設備。在如此設備中，待電鍍工件(於在此呈現的範例中通常為半導體晶圓)通常具有實質上水平的位向(於一些情況中，該位向在電鍍程序之某部份或整體期間以少許度數與真正的水平有所差異)，且可受驅動而在電鍍期間旋轉，得到大致上垂直向上的電解液對流圖案。從晶圓中心到邊緣的衝擊流質量的整合以及旋轉中晶圓在其邊緣相對於其中心之本質上較高的切線速度創造出徑向上增加的剪切(平行於晶圓)流動速度。噴泉電鍍類別的槽體/設備之成員的一範例為由CA San Jose之Novellus System Inc.所製造且可從其取得的Sabre® Electroplating System。此外，噴泉電鍍系統係於2001年8月10日提申之美國專利第6,800,187號[代理人卷號NOVLP020]及2008年11月7日提申之美國專利第8,308,931號[代理人卷號NOVLP299]中描述，其係在此整體併入做為參考。

待電鍍基板係大致上平坦或實質上平坦。如在此所用，具有像是溝槽、貫孔、光阻圖案…等特徵部的基板係考量成實質上平坦。這些特徵部經常處於微觀尺度，然而情況未必總是如此。在許多實施例中，可將基板表面之一或更多部份遮蔽，以免曝露在電解液中。

以下圖1B的描述提供非限制性之大致背景以協助理解在此所述之設備及方法。圖1B提供用於電化學處理半導體晶圓之晶圓固持及定位設備100的透視圖。設備100包含晶圓接合構件(在此有時稱做「抓斗」構件)。真正的抓斗包含杯體102及錐體103，其讓壓力能夠施加在晶圓及密封部之間，藉此將晶圓固定在杯體中。

杯體102受到連接到頂部板105的支柱104所支撐。統稱為組件101的此組件(102－105)係經由轉軸106受馬達107所驅動。馬達107係附接至裝設托架109。轉軸106將力矩傳送至晶圓(未顯示於此圖中)以容許電鍍期間的旋轉。轉軸106內的氣缸(未顯示)亦在杯體及錐體103之間提供垂直力，俾以在晶圓及容納於杯體內的密封構件(唇密封部)之間產生密封。為了此討論之目的，將包含構件102－109的組件統稱為晶圓固持器111。然而注意，「晶圓固持器」的概念通常延伸到與晶圓接合且容許其運動及定位之構件的不同組合及次組合。

包含第一板115的傾斜組件連接到裝設托架109，第一板115係可滑式地連接到第二板117。驅動缸113分別在樞軸接合部119及121連接到板115及板117。因此，驅動缸113提供用於使板115(因此還有晶圓固持器111)跨越板117而滑動的力。晶圓固持器111的遠端(亦即裝設托架109)係沿著定義板115及板117之間的接觸區域之弧形路徑(未顯示)移動，且因此晶圓固持器111的近端(亦即杯體及錐體組件)係在一虛擬樞軸上傾斜。此容許晶圓斜角地進入電鍍浴。

整個設備100經由另一致動器(未顯示)垂直升起或降下而使晶圓固持器111的近端浸入電鍍溶液。因此，二構件定位機構提供沿著垂直於電解液之軌跡的垂直移動、及容許自晶圓之水平位向(平行於電解液表面)偏移的傾斜移動(具角度晶圓浸漬能力)兩者。設備100之移動能力及相關硬體的更詳細敘述係於2001年5月31日提申並於2003年4月22日公告之美國專利第6,551,487號[代理人卷號NOVLP022]中加以描述，其係在此整體併入做為參考。

注意，設備100通常與特定電鍍槽一起使用，該電鍍槽具有容納陽極(例如銅陽極或非金屬惰性陽極)及電解液之電鍍腔室。電鍍槽亦可包含管路或管路連接，以供使電解液於該電鍍槽內各處－且朝向電鍍之工件循環。其亦可包含設計成維持陽極室及陰極室內不同的電解液化學之膜或其它分隔部。可選地，亦可提供藉由實體裝置(例如包含閥的直接泵或溢流槽)將陽極電解液傳送到陰極電解液或傳送到主要電鍍浴的方法。

以下描述提供抓斗之杯體及錐體組件的更多細節。圖1C以剖面形式繪示包含錐體103及杯體102的組件101之部份。注意此圖並非意圖做為杯體及錐體產品組件的真實描繪圖，而是做為用於討論目的之形式經調整之描繪圖。杯體102經由支柱104而受頂部板105所支撐，支柱104係經由螺絲108而附接。大致而言，杯體102提供使晶圓145擱置於其上的支撐部。杯體102包含開口，來自電鍍槽的電解液可穿過該開口接觸晶圓。注意，晶圓145具有其為電鍍發生所在的前側142。晶圓145的周圍擱置在杯體102上。錐體103向下壓在晶圓的背側以在電鍍期間將其固持於定位。

為了將晶圓載入101中，錐體103係經由轉軸106從其繪示位置升起，直到錐體103碰到頂部板105為止。間隙係由此位置而在杯體及錐體之間產生，晶圓145可插入該間隙且因此載入杯體。接著，將錐體103降下以如所繪示使晶圓抵靠杯體102的周圍而接合，並且與徑向上在唇密封部143之外、沿著晶圓外周圍之電接點組(未顯示於1C)連接。在其中將階梯部或一系列突出部用於具通道離子阻抗板(CIRP)的實施例中，可以略為不同的方式將晶圓插入，以避免使晶圓或晶圓固持器與CIRP接觸。在此情況中，晶圓固持器可先以相對於電解液表面的一角度將晶圓插入。接下來，晶圓固持器可旋轉晶圓，使其處於水平位置。只要CIRP不受干擾，晶圓可在其旋轉的同時持續向下行進到電解液內。晶圓插入的最後部份可包含將晶圓筆直向下插入。此筆直向下之移動可在晶圓一處於其水平位向後(亦即在晶圓已去傾斜之後)即告完成。

轉軸106傳送用於使錐體103與晶圓145接合之垂直力及用於使組件101旋轉之力矩兩者。這些所傳送的力係藉由圖1C中的箭號所表示。注意晶圓的電鍍通常發生在晶圓旋轉的同時(如藉由圖1C頂部之虛線箭號所表示)。

杯體102具有可壓縮之唇密封部143，唇密封部143在錐體103與晶圓145接合時形成液密密封。來自錐體及晶圓的垂直力壓縮唇密封部143而形成液密密封。唇密封部防止電解液與晶圓145之背側接觸(電解液可在該背側將像是銅或錫離子之污染物種直接引入矽中)及與組件101之敏感構件接觸。亦可有位於杯體及晶圓的介面之間的密封部，該密封部形成液密密封而進一步保護晶圓145的背側(未顯示)。

錐體103亦包含密封部149。如所示，密封部149在接合時係位於錐體103邊緣附近及杯體之上部區域。此亦保護晶圓145的背側免於可能從杯體上方進入抓斗的任何電解液。密封部149可被固定至錐體或杯體，且可為單一密封部或複數構件密封部。

在電鍍起始時，將錐體103上升到杯體102上方，並將晶圓145引入杯體102。在一開始將晶圓引入杯體102時－通常藉由機器人手臂－其前側142係輕輕地擱置在唇密封部143上。組件101在電鍍期間旋轉，俾以協助達成均勻的電鍍。在後續的圖式中，組件101係繪示成更簡化的格式且相關於在電鍍期間控制於前側142之電解液的流體動力學之構件。

圖1D繪示用於將金屬電鍍至晶圓145上之電鍍設備725的剖面，晶圓145係藉由組件101固持、定位及旋轉。設備725包含電鍍槽155，電鍍槽155為雙腔室槽，該雙腔室槽具備帶有例如銅陽極160及陽極電解液之陽極腔室。陽極腔室及陰極腔室係以例如藉由支撐元件735所支撐之陽離子膜740而分開。如在此所述，電鍍設備725包含CIRP 410。流轉向器325係在CIRP 410頂部並協助產生如在此所述之橫越剪切流。陰極電解液係經由流口710引入陰極腔室(在膜740上方)。從流口710，陰極電解液係如在此所述穿過CIRP 410並產生到晶圓145之電鍍表面上的衝擊流。除了陰極電解液流口710以外，額外之流口710a在其出口處(在遠離間隙/流轉向器325之出口的位置)引入陰極電解液。在此範例中，流口710a的出口係形成為流形塑板410中的通道。功能性的結果為陰極電解液流係直接引入形成於CIRP 410及晶圓145的前側之間的電鍍區域，俾以增強跨越晶圓表面之橫跨流，且藉此將跨越晶圓145(及流板410)的流動向量正規化。

提供眾多圖式以進一步顯示及說明在此所揭露之實施例。除了其它事情之外，該等圖式包含與所揭露電鍍設備相關之結構性元件及流動路徑的不同繪圖。這些元件被賦予若干名稱/參照號碼，該等名稱/參照號碼係在描述圖2到圖19中一致地使用。圖2介紹存在於若干實施例的若干元件，包含晶圓固持器254、交叉流侷限環210、交叉流環密合墊238、帶有交叉流噴淋頭242之具通道離子阻抗板(CIRP)206、及帶有流體調整桿270之膜框架274。在圖2中，這些元件係於爆炸圖中提供，俾以展示這些零件如何接合在一起。

以下實施例假設電鍍設備大多包含分開的陽極腔室。所述特徵部包含在陰極腔室中。就圖3A、3B及4而言，陰極腔室的底部表面包含將陽極腔室從陰極腔室分開的膜框架274及膜202(注意，由於其非常薄，因此膜並未實際顯示於圖式中，但是其位置係顯示成位於膜框架274之下部表面)。可運用任何數目之可能的陽極及陽極腔室配置。

以下描述中焦點之大部分係在控制交叉流歧管或歧管區域226中的陰極電解液上。此交叉流歧管區域226亦可被稱做間隙或CIRP到晶圓的間隙226。陰極電解液透過二分開之入口位置進入交叉流歧管226：(1)具通道離子阻抗板206中的通道及(2)交叉流起始結構250。經由CIRP 206中的通道到達交叉流歧管226的陰極電解液係通常以實質上垂直的方向導向工件面。如此由通道供應之陰極電解液可形成衝擊工件面上的小型噴流，該工件通常相對於具通道板206緩慢旋轉著(例如介於約1到30 rpm之間)。相反地，經由交叉流起始結構250到達交叉流歧管226的陰極電解液被引導成實質上與工件面平行。

如以上討論所指出，具通道離子阻抗板206(有時亦稱做具通道離子阻抗元件、CIRP、高阻抗虛擬陽極或HRVA)在電鍍期間係定位於工作電極(晶圓或基板)及相對電極(陽極)之間，俾以在相對靠近晶圓介面處展現巨大的局部化離子系統電阻(並藉此控制及形塑電場)、且控制電解液流的特性。在此的不同圖式顯示具通道離子阻抗板206相對於本揭露設備之其它結構性特徵部的相對位置。如此離子阻抗元件206之一範例係於2008年11月7日提申之美國專利第8,308,931號[代理人卷號NOVLP299]中描述，其先前係在此整體併入做為參考。美國專利第8,308,931號中所述的具通道離子阻抗板適於改善晶圓表面上(像是含有相對低導電度者或含有非常薄之具阻抗晶種層者)的徑向電鍍均勻度。在許多實施例中，具通道離子阻抗板被調適成包含如以上提及或以下進一步描述之階梯部或一系列突出部。

「膜框架」274(有時候在其它文件中稱做陽極膜框架)為在一些實施例中用以支撐將陽極腔室從陰極腔室分開之膜202的結構性元件。膜框架274可具有與相關於在此揭露之若干實施例的其它特徵部。尤其是，參照圖式之實施例，其可包含用於將陰極電解液供應到CIRP歧管208或到交叉流歧管226之流通道258及262。再者，膜框架274可包含配置成將交叉流動之陰極電解液供應到交叉流歧管226的噴淋頭板242。膜框架274亦可包含在決定及調控陰極電解液之最上方位準中具有用處的槽體堰壁282。在與所揭露之交叉流設備相關的其它結構性特徵部的陪襯下，在此之不同圖式繪示膜框架274。

膜框架274為用於固持膜202的剛性結構性構件，膜202通常為負責將陽極腔室自陰極腔室分開之離子交換膜。如所解釋，陽極腔室可包含具第一組成之電解液，而陰極腔室包含具第二組成之電解液。膜框架274亦可包含複數流體調整桿270(有時稱做束流元件)，流體調整桿270可用以幫助控制到具通道離子阻抗元件206的流體供應。膜框架274定義陰極腔室之最底部部份及陽極腔室之最上部部份。所述構件皆位於電化學電鍍槽在陽極腔室及陽極腔室膜202上方的工件側。可將其全部視為陰極腔室的一部分。然而，應理解交叉流注射設備之若干實施例並未運用分開的陽極腔室，而因此膜框架274並非不可或缺。

通常位於工件及膜框架274之間的是具通道離子阻抗板206、以及可各自附接在具通道離子阻抗板206之交叉流環密合墊238及晶圓交叉流侷限環210。更具體而言，交叉流環密合墊238可直接定位在CIRP 206之頂部，且晶圓交叉流侷限環210可定位於交叉流環密合墊238上方並附接於具通道離子阻抗板206之頂部表面，有效地將密合墊238夾在中間。在此之不同圖式顯示相對於具通道離子阻抗板206而安排之交叉流侷限環210。再者，CIRP 206可包含如以下進一步解釋的階梯部或一系列突出部。

如圖2所示，本揭露內容之最上部的相關結構性特徵部為工件或晶圓固持器。在若干實施例中，工件固持器可為常用於錐體及杯體抓斗類型之設計(像是於以上提及、來自Lam Research Corporation的Sabre® 電鍍工具中體現之設計)的晶圓固持器254。舉例來說，圖2、8A及8B顯示杯體254相對於設備之其它元件的相對位向。

圖3A顯示根據在此所揭露實施例之電鍍設備的交叉流入口側之放大剖面圖。圖3B顯示根據在此之實施例的電鍍設備之交叉流出口側的放大剖面圖。圖4顯示根據在此之若干實施例、顯示入口及出口側兩者的電鍍工具之剖面圖。在電鍍程序期間，陰極電解液充填且佔據介於膜框架274上之膜202的頂部及膜框架堰壁282之間的區域。此陰極電解液區域可分割成三個次區域：1)在CIRP 206下方且(針對運用陽極腔室陽離子膜的設計)在分開之陽極腔室的陽離子膜202上方之具通道離子阻抗板歧管區域208(此元件有時亦稱做下部歧管區域208)、2)晶圓及CIRP 206上部表面之間的交叉流歧管區域226、及3)在抓斗/杯體254外部且在槽體堰壁282內部之上部槽體區域或「電解液圍阻區域」(其有時候為膜框架274之實體零件)。在晶圓未受浸漬且抓斗/杯體254並非位於下降之位置時，第二區域及第三區域係合併成單一區域。

圖3B顯示穿過通道262而饋入CIRP歧管208之單一入口孔洞的剖面圖。虛線表示流體流的路徑。

陰極電解液可在中央陰極電解液入口歧管(未顯示)供應到電鍍槽，該中央陰極電解液入口歧管可位於槽體基座並以單一管線饋入。可從此處將陰極電解液分成二不同流動路徑或液流。一液流(例如12個進料器孔洞之6個)使陰極電解液穿過通道262流入CIRP歧管區域208。在陰極電解液被供應到CIRP歧管208之後，其向上穿過CIRP中的微通道並進入交叉流歧管226。另一液流(例如另外6個進料器孔洞)使陰極電解液流入交叉流注射歧管222。電解液從此處穿過交叉流噴淋頭242之分配孔洞246(在若干實施例中，其數量可超過約100)。在離開交叉流噴淋頭孔洞246之後，陰極電解液的流動方向由(a)正交於晶圓轉變成(b)平行於晶圓。此流方向上的改變發生在流衝擊到交叉流侷限環210之入口空腔250的表面上並受到該表面所侷限的時候。在進入交叉流歧管區域226之後，一開始在槽體基座之中央陰極電解液入口歧管被分開的二陰極電解液流終於重新匯合。

在圖3A、3B及4所示之實施例中，進入陰極腔室之陰極電解液的一部分係直接供應到具通道離子阻抗板歧管208，一部分則直接供應到交叉流注射歧管222。供應到具通道離子阻抗板歧管208之陰極電解液的至少一部份(且經常但並非總是全部)穿過板206內之不同微通道並到達交叉流歧管226。穿過具通道離子阻抗板206內的通道進入交叉流歧管226之陰極電解液做為實質上垂直受引導之噴流(在一些實施例中，通道係以一角度而製成，故其並非完全正向於晶圓表面，舉例來說，噴流的角度相對於晶圓表面之正向可高達約45度)而進入交叉流歧管。進入交叉流注射歧管222之陰極電解液的該部份係直接供應到其做為晶圓下方之水平定向交叉流而進入的交叉流歧管226。在其往交叉流歧管226的過程中，交叉流動之陰極電解液穿過交叉流注射歧管222及交叉流噴淋頭板242(在一特定實施例中，其包含約139具有約0.048”之直徑的分配孔洞246)，且然後被交叉流侷限環210之入口空腔250的作用/幾何從垂直向上流重新引導為平行於晶圓表面之流。

交叉流及噴流之絕對角度無須為正水平或正垂直或甚至與彼此定向成正90o。然而，大致上而言，交叉流歧管226中陰極電解液的交叉流係大致上沿著工件表面的方向，且從具微通道離子阻抗板206之頂部表面出來的陰極電解液噴流之方向大致上朝工件表面/垂直於工件表面流動。晶圓上之交叉流及衝擊流的此混合物幫助促進更均勻的電鍍結果。在若干實施例中使用突出部來幫助干擾交叉流動之電解液，使其被重新引導到朝向晶圓表面的方向。

如所提及，進入陰極腔室的陰極電解液係分配成(i)從具通道離子阻抗板歧管208、穿過CIRP 206中的通道、且然後進入交叉流歧管226之陰極電解液及(ii)流入交叉流注射歧管222、穿過噴淋頭242中之孔洞246、且然後進入交叉流歧管226之陰極電解液。從交叉流注射歧管區域222直接進入的流可經由交叉流侷限環入口(有時稱做交叉流側入口250)進入，且平行於晶圓並從槽體之一側出來。相反地，經由CIRP 206之微通道進入交叉流歧管區域226的流體噴流從晶圓下方及交叉流歧管226下方進入，且噴流之流體係在交叉流歧管226內部被轉向(重新引導)成平行於晶圓且朝向交叉流侷限環出口234(有時亦稱做交叉流出口或出口)流動。

在特定實施例中，有六分開之進料通道258，以供將陰極電解液直接供應到交叉流注射歧管222(然後陰極電解液在該處被供應到交叉流歧管226)。為了在交叉流歧管226中產生交叉流，這些通道258以方位角上非均勻的方式形成出口進入交叉流歧管226。具體而言，這些通道258在交叉流歧管226的特定側或方位角區域(例如進口側)進入交叉流歧管226。

在繪示於圖3A之特定實施例中，用於將陰極電解液直接供應到交叉流注射歧管222的流體路徑258在到達交叉流歧管226之前通過四分開的元件：(1)槽體之陽極腔室壁中的專屬通道、(2)膜框架274中的專屬通道、(3)具通道離子阻抗元件206中的專屬通道(這些專屬通道有別於用於將陰極電解液從CIRP歧管208供應到交叉流歧管226之1－D微通道)、及最後(4)晶圓交叉流侷限環210中的流體路徑。在這些元件以不同方式建構的情況中，陰極電解液可能不會流過這些分開的元件之每一者。

如所提及，穿過膜框架274並饋入交叉流注射歧管222之流動路徑的部份係稱做膜框架中的交叉流進料通道258。同樣地，穿過膜框架274並饋入CIRP歧管之流動路徑的部份係稱做饋入具通道離子阻抗板歧管208之交叉流進料通道262、或CIRP歧管進料通道262。換言之，「交叉流進料通道」之用語包含饋入交叉流注射歧管222之陰極電解液進料通道258及饋入CIRP歧管208之陰極電解液進料通道262兩者。這些流258及262之間的一差異係於以上指出：穿過CIRP 206的流之方向一開始係導向晶圓，且然後由於晶圓及交叉流歧管中交叉流的存在而轉為平行於晶圓，而來自交叉流注射歧管222且穿過交叉流侷限環入口250出來的交叉流部份在交叉流歧管中實質上平行於晶圓而開始。儘管並不打算堅持任何特定模型或理論，此衝擊及平行流的組合及混合據信能促進凹陷/嵌入特徵部內之實質上改善的流之透入，並藉此改善質量傳送。在CIRP表面上納入一系列突出部可進一步增強如此混合。藉由在晶圓下方創造出空間上均勻的對流流場並使晶圓旋轉，每一特徵部、及每一晶粒在旋轉及電鍍程序的整個過程中展現幾乎相同的流圖案。

供應交叉流動之電解液的流動路徑隨著其穿過板206內之交叉流進料通道258而開始於垂直向上的方向。接著，此流動路徑進入形成於具通道離子阻抗板206主體內的交叉流注射歧管222。交叉流注射歧管222為方位角上的空腔，其可為板206內之挖出通道，該通道可將流體從不同的個別進料通道258(例如從6個別之交叉流進料通道的每一者)供應至交叉流噴淋頭板242之不同複數的流分配孔洞246。此交叉流注射歧管222係沿著具通道離子阻抗板206之周圍或邊緣區域的角度區段而設置。例如見圖3A及4－6。圖3A及4於以上介紹過。圖5顯示定位在交叉流注射歧管222上方的噴淋頭板242。在電鍍設備之其它不同元件的陪襯下，圖6同樣顯示交叉流注歧管222上方的噴淋頭板242。

在若干實施例中，交叉流注射歧管222形成橫跨板的周圍區域約90－180o之角度的C形結構，如圖5及6所示。在若干實施例中，交叉流注射歧管222的角度範圍介於約120－170o之間，且在更特定的實施例中介於約140－150o之間。在這些或其它實施例中，交叉流注射歧管222之角度範圍至少為約90o。在許多實施例中，噴淋頭242涵蓋與交叉流注射歧管222約相同的角度範圍。再者，整個入口結構250(其在許多情況中包含以下各者之一或更多者：交叉流注射歧管222、噴淋頭板242、噴淋頭孔洞246、及交叉流侷限環210內之開口)可涵蓋這些相同的角度範圍。

在一些實施例中，交叉流注射歧管222在具通道離子阻抗板206內形成連續的流體連接之空腔。在此情況中，饋入交叉流注射歧管之交叉流進料通道258的所有者形成出口進入一連續且相連之交叉流注射歧管腔室。在其它實施例中，交叉流注射歧管222及/或交叉流噴淋頭242被分隔成二或更多角度上有別且完全或部份分開的區段，如圖5所示(其顯示6分開的區段)。在一些實施例中，角度上分開的區段數量介於約1－12之間、或介於約4－6之間。在特定實施例中，這些角度上有別之區段的每一者係流體連接到設置在具通道離子阻抗板206中分開的交叉流進料通道258。因此，舉例來說，交叉流注射歧管222內可能有六角度上有別且分開的次區域，每一者受到分開的交叉流進料通道258所饋入。在若干實施例中，交叉流注射歧管222的這些有別之次區域的每一者具有相同的體積及/或相同的角度範圍。

在許多情況中，陰極電解液離開交叉流注射歧管222並穿過具有許多角度上分開之陰極電解液出口(孔洞)246的交叉流噴淋頭板242。例如見圖2、3A及6(陰極電解液出口/孔洞246並未顯示在所有圖式中)。舉例來說，在若干實施例中，交叉流噴淋頭板242係如圖6所示整合至具通道離子阻抗板206中。在一些實施例中，噴淋頭板242係膠合、栓接、或以其它方式固定至具通道離子阻抗板206之交叉流注射歧管222的頂部。在若干實施例中，交叉流噴淋頭242之頂部表面齊平於或稍微高於具通道離子阻抗板206之平面或頂部表面(不包含CIRP 206上的任何階梯部或突出部)。依此方式，流動穿過交叉流注射歧管222之陰極電解液可一開始穿過噴淋頭孔洞246而垂直向上行進，且然後於交叉流侷限環210下方側向地行進並進入交叉流歧管226，使得陰極電解液以實質上與晶圓表面平行之方向進入交叉流歧管226。在其它實施例中，噴淋頭242可定向成使得離開噴淋頭孔洞246的陰極電解液已經以平行晶圓的方向行進。

在特定實施例中，交叉流噴淋頭242具有約140個角度上分開的陰極電解液出口孔洞246。更概括而言，可運用在交叉流歧管226內合理地建立均勻交叉流之任何數量的孔洞。在若干實施例中，交叉流噴淋頭242中具有介於約50－300之間的如此陰極電解液出口孔洞246。在若干實施例中，具有介於約100－200之間的如此孔洞。在若干實施例中，具有介於約120－160之間的如此孔洞。大致而言，個別口或孔洞246的尺寸在直徑上可在約0.020到0.10吋之間的範圍內，更具體而言，在約0.03到0.06吋之間的範圍內。

在若干實施例中，這些孔洞246以角度上均勻的方式(亦即孔洞246之間的間距由槽體中心及二相鄰孔洞之間的固定角度所決定)沿著交叉流噴淋頭242的整個角度範圍而設置。在其它實施例中，孔洞246係以角度上非均勻的方式沿著角度範圍分佈。儘管如此，在若干實施例中，角度上非均勻的孔洞分佈卻為線性(「x方向」)均勻的分佈。換言之，在後者的情況中，孔洞分佈使得如果投影到垂直於交叉流方向的軸上(此軸為「x」方向)的話，孔洞係一樣遠地間隔著。每一孔洞246係定位在自槽體中心起相同的徑向距離，且在「x」方向上與相鄰孔洞等距離而間隔。具有這些角度上非均勻之孔洞246的淨影響為整體的交叉流圖案係更均勻許多。相反地，在孔洞以角度上均勻的方式間隔的情況中，由於邊緣區域會具有較均勻交叉流所需更多的孔洞，所以基板中心部上方的交叉流將少於邊緣區域上方的交叉流。

在若干實施例中，離開交叉流噴淋頭242之陰極電解液的方向係進一步藉由晶圓交叉流侷限環210所控制。在若干實施例中，此環210延伸於具通道離子阻抗板206的整個圓周範圍。在若干實施例中，交叉流侷限環210之剖面具有L形，如圖3A、3B及4所示。此形狀可加以選擇來配合基板固持器/杯體254之底部表面。在若干實施例中，晶圓交叉流侷限環210包含一系列流引導元件，像是與交叉流噴淋頭242之出口孔洞246流體連通的方向性鰭片266。鰭片266清楚顯示於圖7，但亦可見於圖3A及4。方向性鰭片266定義晶圓交叉流侷限環210之上部表面下方及相鄰方向性鰭片266之間、幾乎隔離的流體通道。在一些情況中，鰭片266之目的為將自交叉流噴淋頭孔洞246離開的流從其他不同徑向朝內方向重新引導並侷限至「左到右」流軌跡(左為交叉流之入口側250，右為交叉流之出口側234)。此有助於建立實質上線性的交叉流圖案。離開交叉流噴淋頭242之孔洞246的陰極電解液係藉由方向性鰭片266沿著由方向性鰭片266之位向所造成的流動流線而受引導。在若干實施例中，晶圓交叉流侷限環210之所有方向性鰭片266係彼此平行。此平行排列有助於在交叉流歧管226內建立均勻的交叉流方向。在不同實施例中，晶圓交叉流侷限環210之方向性鰭片266係沿著交叉流歧管226之入口250及出口234側兩處而設置。在其它情況中，鰭片266可僅沿著交叉流歧管226之入口區域250而設置。

如所指出，在交叉流歧管226中流動的陰極電解液從晶圓交叉流侷限環210之入口區域250通往環210之出口側234，如圖3B及4所示。在若干實施例中，於出口側234具有可與入口側之方向性鰭片266平行且對齊的複數方向性鰭片266。交叉流穿過由出口側234之方向性鰭片266所產生的通道，且然後通到交叉流歧管226外面。該流接著進入陰極腔室之大致上徑向朝外且在晶圓固持器254及交叉流侷限環210以外的另一區域，且流體在流動越過堰282以供收集及再循環之前由薄膜框架之上部堰壁282所收集並暫時保留。因此應理解圖式(例如圖3A、3B及4)僅顯示進出交叉流歧管的陰極電解液之整體繞行的部份路徑。注意例如在圖3B及4所繪示的實施例中，自交叉流歧管226離開的流體並未穿過小孔洞或再次穿過與入口側之進料通道258類似的通道，反而是當其累積在前述之累積區域時以大致上平行於晶圓的方向向外移動。

回到圖6之實施例，顯示向下望入交叉流歧管226之頂視圖。此圖繪示具通道離子阻抗板206內伴有噴淋頭242之嵌入的交叉流注射歧管222之位置。儘管未顯示噴淋頭242上的出口孔洞246，仍理解存在著如此出口孔洞。亦顯示用於交叉流注射歧管流之流體調整桿270。在此繪示中並未安裝交叉流侷限環210，但是顯示密封於交叉流侷限環210及CIRP 206上部表面之間之交叉流侷限環密封密合墊238的輪廓。顯示於圖6中的其它元件包含交叉流侷限環固定件218、膜框架274、及在CIRP 206之陽極側上的螺孔278(其可例如供陰極屏蔽插件使用)。

在一些實施例中，可調控交叉流侷限環出口234之幾何，俾以進一步將交叉流圖案最佳化。舉例來說，交叉流向侷限環210之邊緣發散的情況可藉由減少交叉流侷限環出口234之外部區域中的開放面積而修正。在若干實施例中，出口歧管234可包含分開之部份或口，十分類似交叉流注射歧管222。在一些實施例中，出口部份的數目介於約1－12之間、或介於4－6之間。口在方位角上分開，佔據沿著出口歧管234之不同(通常相鄰的)位置。在一些情況中可獨立控制穿過口之每一者的相對流率。此控制可例如藉由使用與相關於入口流所描述的控制桿類似的控制桿270而達成。在另一實施例中，穿過出口之不同部份的流可由出口歧管的幾何所控制。舉例來說，在每一側邊附近具有較少開放面積且在中心附近具有較多開放面積的出口歧管會造成較多流在出口中心附近離開且較少流在出口邊緣附近離開的溶液流圖案。亦可使用控制穿過出口歧管234中口的相對流率之其它方法(例如泵、程序控制閥…等)。

如所提及，進入陰極電解液腔室的大量陰極電解液係穿過複數通道258及262而被分開導入交叉流注射歧管222及具通道離子阻抗板歧管208。在若干實施例中，穿過這些個別通道258及262的流係藉由適當機構而彼此獨立受控制。在一些實施例中，此機構涉及用於將流體供應進入個別通道的分開之泵。在其它實施例中，使用單一泵以向主要的陰極電解液歧管進料，且不同之可調整流限制元件可設置於通道之一或更多者中，俾以調節不同通道258及262之間及交叉流注射歧管222及CIRP歧管208區域之間以及/或沿著槽體之角度周圍的相對流。在圖中所繪示的不同實施例中，一或更多流體調整桿270(有時亦稱做流控制元件)係佈署在提供獨立控制的通道中。在所繪示的實施例中，流體控制桿270提供陰極電解液在其流向交叉流注射歧管222或具通道離子阻抗板歧管208的期間被拘束於其中的環狀空間。在完全縮回的狀態中，流體調整桿270實質上並未對流提供阻力。在完全接合的狀態中，流體調整桿270對流提供最大阻力，且在一些實施例中停止所有穿過通道的流。在中介狀態或位置中，桿270於流體穿過通道的內直徑及流體調整桿的外直徑之間的限制環狀空間而流動時容許中介程度的流拘束。

在一些實施例中，流體調整桿270的調整容許電鍍槽的操作者或控制者對往交叉流注射歧管222或往具通道離子阻抗板歧管208的流有所偏好。在若干實施例中，將陰極電解液直接供應到交叉流注射歧管222之通道258中流體調整桿270的獨立調整容許操作者或控制者控制進入交叉流歧管226之流體流在方位角上的部份。

圖8A－B顯示相對於電鍍杯體254之交叉流注射歧管222及相應的交叉流入口250之剖面圖。交叉流入口250的位置係至少部分來說由交叉流侷限環210的位置所定義。具體而言，入口250被考量成開始於交叉流侷限環210終止處。在圖8A中，侷限環210終止位置(及入口250開始位置)係在晶圓邊緣下方，然而在圖8B中，終止/開始位置比起圖8A的設計係在電鍍杯體下方且從晶圓邊緣進一步徑向朝外。另外，圖8A中的交叉流注射歧管222在交叉流環空腔中具有階梯部(大致上往左的箭號開始向上升起處)，該階梯部可在進入交叉流歧管區域226之流體入口的該位置附近形成一些紊流。在若干情況中，藉由提供用於使溶液流在橫跨晶圓表面流動之前變得較均勻的一些距離(例如約10－15 mm)而使晶圓邊緣附近的流體軌跡擴張最小化且容許電鍍溶液從交叉流歧管區域222過渡並進入交叉流歧管區域226可具有益處。

圖9提供電鍍設備之入口部的放大圖。此圖係用以顯示若干元件的相對幾何而提供。距離(a)代表交叉流歧管區域226之高度。此為介於晶圓固持器的頂部(基板座落處)及CIRP 206最上部表面的平面之間的距離。如在此所定義，由於圖9之CIRP 206並未包含階梯部或突出部，因此CIRP 206的最上部表面亦為CIRP平面。在若干實施例中，此距離介於約2－10 mm之間，例如約4.75 mm。距離(b)代表介於曝露之晶圓表面及晶圓固持器最底部表面(晶圓固持杯體之底部表面)之間的距離。在若干實施例中，此距離介於約1－4 mm之間，例如約1.75 mm。距離(c)代表介於交叉流侷限環210的上部表面及杯體254的底部表面之間的流體間隙高度。介於侷限環210及杯體254底部之間的此間隙提供容許杯體254在電鍍期間旋轉的空間，且通常盡可能地小以避免流體漏出該間隙且藉此將該流體侷限於交叉流歧管區域226內部。在一些實施例中，流體間隙為約0.5 mm高。距離(d)代表用於將交叉流動之陰極電解液供應進入交叉流歧管226的流體通道之高度。距離(d)包含交叉流侷限環210之高度。在若干實施例中，距離(d)介於約1－4 mm，例如約2.5 mm。亦顯示於圖9中的是交叉流注射歧管222、帶有分配孔洞246之噴淋頭板242、及附接於交叉流侷限環210之方向性鰭片266之一者。

所揭露之設備可配置成執行在此所述之方法。合適的設備包含在此所述及顯示的硬體及具有用以控制根據本發明之程序操作的指令之一或更多控制器。該設備會包含一或更多控制器，以供控制：除了其它者之外，晶圓在杯體254及錐體中的定位、晶圓相對於具通道離子阻抗板206的定位、晶圓的旋轉、陰極電解液進入交叉流歧管226之供應、陰極電解液進入CIRP歧管208之供應、陰極電解液進入交叉流注射歧管222之供應、流體調整桿270的阻力/位置、電流到陽極及晶圓及其它任何電極之供應、電解液成份之混合、電解液供應的時間點、入口壓力、電鍍槽壓力、電鍍槽溫度、晶圓溫度、及由程序工具所執行特定程序之其它參數。

系統控制器通常會包含一或更多記憶體元件及一或更多處理器，該記憶體元件及處理器係配置成執行指令，使得設備會執行根據本發明之方法。處理器可包含中央處理單元(CPU)或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接、步進馬達控制板、及其它類似的構件。包含用以控制根據本發明之程序操作的指令之機器可讀媒體可耦接至系統控制器。用於執行適當的控制操作之指令係於處理器執行。這些指令可儲存在相關於控制器的記憶體元件，或是其可透過網路而提供。在若干實施例中，系統控制器執行系統控制軟體。

系統控制軟體可以任何合適的方式而配置。舉例來說，可撰寫不同程序工具構件次程式或控制物件以控制實行不同程序工具之程序所需的程序工具構件操作。系統控制軟體可以任何合適的電腦可讀程式語言加以編碼。

在一些實施例中，系統控制軟體包含用於控制上述不同參數的輸入/輸出控制(IOC)排序指令。舉例來說，電鍍程序的每一階段可包含由系統控制器執行的一或更多指令。用於設定浸漬程序階段之程序條件的指令可包含在相應的浸漬配方階段。在一些實施例中，電鍍配方階段可依序安排，使得電鍍程序階段的所有指令可與該程序階段同時執行。

可在一些實施例中運用其它電腦軟體及/或程式。針對此目的之程式或程式片段的範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、及電位/電流電源控制程式。

在一些情況中，控制器控制以下功能之一或更多者：晶圓浸漬(移動、傾斜、轉動)、槽體之間的流體輸送…等。晶圓浸漬可藉由例如指示晶圓抬昇組件、晶圓傾斜組件及晶圓旋轉組件如想望般而移動。控制器可藉由例如指示若干閥開啟或關閉及若干泵啟動或關閉而控制槽體之間的流體輸送。控制器可基於感測器輸出(例如當電流、電流密度、電位、壓力…等達到某閾值時)、操作的時間點(例如在程序中的某些時候開啟閥)、或基於所接收之來自使用者的指令而控制這些實施態樣。

在此以上所描述之設備/程序可搭配微影圖案化工具或程序而使用，例如以供半導體元件、顯示器、LED、光電板…等的製造或生產。儘管並非必要，不過一般而言，如此工具/程序會於共同的製造設施中一起使用或執行。薄膜之微影圖案化通常包含以下步驟之部分或整體，每一步驟利用一些可能的工具變得可行：(1)使用旋塗或噴佈工具在工件(即基板)上施加光阻；(2)使用熱板或爐或UV固化工具將光阻固化；(3)利用像是晶圓步進機之工具將光阻曝露在可見或UV或X射線光中；(4)使用像是濕檯之工具將光阻顯影，以選擇性地移除光阻並藉此將其圖案化；(5)藉由使用乾式或電漿輔助蝕刻工具將光阻圖案轉移到下方薄膜或工件中；及(6)使用像是RF或微波電漿光阻剝除機之工具將光阻去除。

具通道離子阻抗元件之特徵

電性功能

在若干實施例中，具通道離子阻抗元件在基板(陰極)附近近似於幾乎恆定且均勻的電流源，且因此在一些場合中可被稱做高阻抗虛擬陽極(HRVA)。一般而言，CIRP係定位成相對於晶圓極靠近的狀態。相反地，同樣極靠近基板的陽極將明顯較無法供應幾乎恆定的電流密度到晶圓及橫跨晶圓，而只會在陽極金屬表面處維持一恆定電位面，從而容許電流於從陽極平面到終端(例如到晶圓上的周圍接觸點)的淨電阻較小處為最大。是故儘管具通道離子阻抗元件有時候被稱做高阻抗虛擬陽極(HRVA)，惟這並非暗示兩者在電化學上為可互換。在最佳操作條件下，CIRP會更近似於且或許更佳地描述成虛擬均勻電流源，且幾乎恆定的電流係源自於整個CIRP的上部表面。儘管確實可將CIRP視為「虛擬電流源」(亦即其為電流從該處流出的平面)，且因而由於可將CIRP視為陽極電流從該處流出的位置或來源而可將其考量成「虛擬陽極」，但CIRP的相對高離子阻抗(相對於電解液且相對於CIRP以外的區域)造成橫跨其面的均勻電流並導致與金屬陽極置於相同實體位置相比時更有利、通常更優越的晶圓均勻度。板對於離子電流流的阻抗隨著以下各者而增加：該板之不同通道中所含電解液之增加的比電阻(經常但並非總是具有相同或幾乎相似的陰極電解液阻抗)、增加的板厚度、及減少的孔隙度(例如藉著具備較少之相同直徑的孔洞、或相同數量之較小直徑的孔洞…等而較少部份之電流通行用剖面面積)。

結構

CIRP為可介於約2－25 mm厚(例如12 mm厚)的碟狀物質。在許多但並非所有實施例中，CIRP包含非常大數目、形成少於CIRP體積約百分之五的微尺寸(通常小於0.04”)穿孔，該穿孔在空間及離子上彼此隔離，使得其並未在CIRP之主體內形成互連通道。如此穿孔經常被稱做「非連通穿孔」。其通常於一方向或維度上延伸，該方向或維度經常但非必要正交於晶圓的電鍍表面(在一些實施例中，非連通穿孔相對於大致上與CIRP前表面平行的晶圓呈一角度)。穿孔經常皆實質上平行於彼此。在一些實施例中，CIRP板的厚度並非均勻。CIRP板在邊緣可較在其中心為厚，反之亦然。可形塑最遠離晶圓的CIRP表面以調整板的局部流體及離子流阻抗。孔洞係經常安排成方形陣列，惟導致空間上平均均勻之孔洞密度的其它排列亦為可能。當然，孔洞密度亦可例如藉由使間距從CIRP中心往邊緣增加(或減少)而使阻抗隨著自CIRP中心起之距離增加(或減少)來加以變化。在其它時候，佈置為偏心螺旋狀圖形。這些穿孔與通道於三維上延伸且形成互連孔洞結構的3D孔洞網路有別，因為穿孔將離子電流流及流體流兩者重新組構成平行於穿孔中的表面，並使電流及流體流兩者的路徑變直而朝向晶圓表面。然而在若干實施例中，具有互連之孔隙網路的如此多孔板可用以取代CIRP。當從板的頂部表面到晶圓的距離小的時候(例如約1/10晶圓半徑尺寸的間隙，例如約5 mm以下)，電流流及流體流兩者的發散係局部受限、施予並與CIRP的通道對齊。

在若干實施例中，CIRP包含與基板直徑近乎共同延伸的階梯部(例如階梯部的直徑可與基板直徑相差約5%以內，例如相差約1%以內)。階梯部係定義為CIRP之面向基板側上的抬昇部，該抬昇部與受電鍍基板近乎共同延伸。CIRP之階梯部部亦包含與CIRP之主要部份中的穿孔相匹配之穿孔。此實施例之範例顯示於圖10A及10B。階梯部902的目的為減少交叉流歧管226之高度並從而在毋需增加體積流率的情況下增加在此區域中行進的流體之速度。亦可將階梯部902考量成高原區域，並將其做為CIRP 206本身的抬昇區域而實行。

在許多情況中，階梯部902的直徑應稍微小於晶圓固持器254的內直徑(例如階梯部的外直徑可小於基板固持器之內直徑約2－10 mm之間)及交叉流侷限環210的內直徑。在沒有此直徑上的差異(顯示成距離(f))的情況下，可能在杯體固持器254及/或交叉流侷限環210及階梯部902之間不合意地形成流體在該處難以或無法向上流並進入交叉流歧管226的擠壓點。當情況如此時，流體可能不合意地穿過介於交叉流侷限環210上方及基板固持器/杯體254底部表面下方之間的流體間隙904而流走。流體間隙904係由於實用性的問題而存在，因為基板固持器254應能夠相對於CIRP 206及電鍍槽之其它元件而旋轉。較希望使穿過流體間隙904流走之陰極電解液的量最小化。階梯部902可具有介於約2－5 mm之間的高度(例如介於約3－4 mm)，該高度可對應到介於約1－4 mm之間、或介於約1－2 mm之間、或小於約2.5 mm的交叉流歧管高度。

在階梯部存在的情況中，交叉流歧管的高度係量測成介於晶圓電鍍面及CIRP 206之抬昇階梯部902之間的距離。在圖10A中，此高度係顯示成距離(e)。儘管並無基板顯示於圖10A中，仍理解基板之電鍍面會擱置在基板固持器254之唇密封部906上。在若干實施例中，階梯部具有修圓之邊緣以更佳地讓流體能夠進入交叉流歧管。在此情況中，階梯部可包含階梯部表面被修圓或成傾斜、約2－4 mm寬的過渡區域。儘管圖10A並未顯示修圓的階梯部，不過距離(g)代表會設置如此過渡區域處。於此過渡區域之徑向內部，CIRP可為平坦。如圖10B所示，CIRP之非抬昇部可繞著CIRP之整個周圍而延伸。

在其它實施例中，CIRP可在其上部表面上包含成群的突出部。突出部係定義成置於/附接在CIRP之面向基板側上、伸入CIRP平面及晶圓之間交叉流歧管的結構。CIRP平面(亦稱做離子阻抗元件平面)係定義成不包含任何突出部之CIRP的頂部表面。CIRP平面為突出部附接至CIRP處，且亦為流體離開CIRP進入交叉流歧管處。此實施例之範例顯示於圖1A及11。圖1A顯示具有定向為與交叉流方向垂直的突出部151之CIRP的等角圖。圖11顯示具備帶有突出部908之CIRP的電鍍設備之入口部的放大圖。CIRP 206可包含未設置突出部之周圍區域，俾以容許陰極電解液向上行進並進入交叉流歧管226。此周圍之無突出部區域可具有如以上有關階梯部及杯體固持器之間距離所描述的寬度。在許多情況中，突出部係實質上與受電鍍基板之電鍍面共同延伸(例如CIRP上之突出部區域的直徑可與基板直徑相差約5%以內、或相差約1%以內)。

突出部可以不同方式而定向，但是在許多實施例中，突出部為設置在CIRP中複數欄孔洞之間的細長肋部之形式，且定向成使得突出部的長度垂直於穿過交叉流歧管之交叉流。在複數欄CIRP孔洞之間具有瘦長突出部的CIRP之放大圖顯示於圖12。突出部改變鄰近於晶圓的流場以改善到晶圓的質量傳送及改善整個晶圓面上的質量傳送。在一些情況中，可將突出部機械加工到已存的CIRP板中，或者是突出部可於製造CIRP的同時形成。如圖12所示，可安排突出部使其不阻擋到已存的1－D CIRP穿孔910。換言之，突出部908的寬度可小於CIRP 206中每一欄孔洞910之間的距離。在一範例中，CIRP孔洞910設置成中心到中心間隔2.69 mm，而孔洞為直徑0.66 mm。因此，突出部可小於約2 mm寬(2.69－2*(0.66/2)=2.03 mm)。在若干情況中，突出部可小於約1 mm寬。在若干情況中，突出部具有至少約3：1之長度對寬度的長寬比。

在許多實施例中，突出部係定向成使得其長度垂直或實質上垂直於橫跨晶圓面之交叉流方向(在此有時候稱做「z」方向)。在若干情況中，突出部係定向於一不同角度或一組角度。

可使用許多不同的突出部形狀、尺寸及佈置。在一些實施例中，突出部具有實質上與CIRP之面成垂直的面，然而在其它實施例中，突出部具有相對於CIRP之面呈一角度而定位的面。在更進一步的實施例中，將突出部加以形塑使其不具任何平坦的面。一些實施例可運用不同突出部形狀及/或尺寸及/或位向。

圖13提供突出部形狀之範例，顯示成CIRP 206上突出部908的剖面。在一些實施例中，突出部係形塑成大致上長方形。在其它實施例中，突出部為三角形、圓柱形、或以上兩者的一些組合。突出部亦可為帶有經機械加工之三角形尖端的大致上長方形。在若干實施例中，突出部可包含穿過突出部、定向成實質上與橫跨晶圓之交叉流方向平行的孔洞。

圖14提供若干具有不同類型之穿孔的突出部範例。亦可將穿孔稱做流動緩和結構、缺口、或缺口部。穿孔協助打亂流形，使得流在所有方向上(x方向、y方向及z方向)變得迂迴。範例(a)顯示具有挖除成長方形圖案之頂部部份的突出部；範例(b)顯示具有挖除成長方形圖案之底部部份的突出部；範例(c)顯示具有挖除成長方形圖案之中間部份的突出部；範例(d)顯示具有挖除成圓形/橢圓形圖案之一系列孔洞的突出部；範例(e)顯示具有挖除成菱形圖案之一系列孔洞的突出部；且範例(f)顯示具有交替挖除成梯形圖案之頂部及底部部份的突出部。孔洞可在水平上彼此成一線，或是可如範例(d)及(f)所示而彼此偏置。

圖15顯示突出部908之範例，其具有類似於圖14中範例(f)之實施例的交替類型缺口。在此使用稱做第一缺口921及第二缺口922的二類型缺口。在此實施例中，第一缺口921在突出部908的底部部份且第二缺口922在突出部908的頂部部份。整個突出部可具有介於約1－5 mm之間的高度(h)、及介於約0.25－2 mm之間的厚度(i)。第一缺口可具有介於約0.2－3 mm之間的高度(j)、及介於約2－20 mm之間的長度(k)。位於突出部908頂部部份的第二缺口922亦可具有介於約0.2－3 mm之間的高度(m)、及介於約2－20 mm之間的長度(n)。介於相鄰之第一缺口921之間的距離(p)(亦即第一缺口921的週期)可介於約4－50 mm之間。介於相鄰之第二缺口922之間的距離(q)(亦即第二缺口922的週期)亦可介於約4－50 mm之間。這些尺寸係為了便於理解而提供，並非意圖有所限制。晶圓面(w)係顯示成在突出部908上方。介於附接於CIRP之突出部908的基部及晶圓面(w)之間的是交叉流歧管226。

圖16顯示具有顯示於圖15突出部908類型的CIRP 206之實施例。亦顯示於圖16的是交叉流侷限環210。該領域中具有通常知識者將理解許多不同類型之突出部及缺口可在所揭露實施例的範圍內加以使用。

一些實施例可利用具有間隙(有時候稱做非突出部間隙)的突出部，使得二或更多分開/不連續的突出部設置在同一欄CIRP孔洞中。圖17顯示具備帶有非突出部間隙912之突出部908的CIRP 206範例。突出部908中的間隙912可經過設計，使其在交叉流方向上實質上並非彼此對齊。舉例來說，在圖17中，間隙912在相鄰欄的突出部908之間並未彼此對齊。間隙912之目的性不對齊可幫助增加衝擊流及交叉流在交叉流歧管中的混合以促進均勻的電鍍結果。

在一些實施例中，在CIRP中的每一欄孔洞之間具有一突出部，然而在其它實施例中，可具有較少的突出部。舉例來說，在若干實施例中，可以每兩欄CIRP孔洞才有一突出部，或者是每四欄CIRP孔洞才有一突出部…等。在進一步的實施例中，突出部的位置可更加隨機。

突出部最佳化中的一密切相關的參數為突出部的高度、或是相關地，介於突出部頂部及晶圓表面底部之間的距離、或是突出部高度比上CIRP到晶圓通道高度的比例。在若干實施例中，突出部介於約2－5 mm高，例如約4－5 mm高。介於突出部頂部及晶圓底部之間的距離可介於約1－4 mm之間(例如約1－2 mm)、或小於約2.5 mm。突出部高度比上交叉流歧管高度的比例可介於約1：3及5：6之間。在突出部存在的情況中，交叉流歧管的高度係量測成介於晶圓電鍍面及不包含任何突出部之CIRP面之間的距離。

圖18顯示具有定位在CIRP 206中孔洞910之間的突出部908之CIRP 206的放大剖面圖範例。交叉流歧管226佔據介於晶圓面(w)及CIRP面914之間的空間。交叉流歧管226可具有介於約3－8 mm之間的高度，例如介於約4－6 mm之間。在特定實施例中，此高度為約4.75 mm。突出部908定位在CIRP 206中複數欄孔洞910之間，且具有如以上所述、小於交叉流歧管226之高度(r)的高度(s)。

圖19顯示具有以不同方式定向之突出部908的CIRP 206之替代性實施例的簡化頂視圖。在此實施例中，每一突出部908係由二區段931及932所形成。為了清楚起見，僅標記單一突出部及單一組突出部區段。區段931及932係定向成彼此垂直，且具有相同或實質上相似的(例如彼此相差約10%以內)長度。在其他實施例中，這些區段931及932可定向於相對於彼此之不同角度，且可具有不同的長度。在進一步的實施例中，二區段931及932可彼此不相連，使得具有二(或更多)分開類型的突出部，各定向於一相對於交叉流的角度。在圖19中，交叉流的方向為如所指出之左到右。突出部908之每一區段931及932係定向於一相對於交叉流之角度，如角度(t)及(u)所示。分割出角度(t)及(u)的線係意圖代表交叉流之整體方向。在若干情形中，這些角度為相同或實質上相似(例如彼此相差約10%以內)。由於突出部908並非個別定向成與交叉流垂直的方向，因此此實施例與例如圖1A所示者不同。然而，由於角度t及u為實質上相似，而且由於突出部區段的長度為實質上相似，因此可將突出部考量成平均來說定向成與交叉流方向垂直。

在不同情況中，CIRP為由離子且電性阻抗之固態、非多孔性介電材料所製成之碟。該材料在所用電鍍液中亦具化學穩定性。在若干情況中，CIRP係由陶瓷材料(例如氧化鋁、二氧化錫、二氧化鈦、或金屬氧化物之混合物)或塑膠材料(例如聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、聚碸(polysulphone)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯…等)所製成，具有介於約6000－12000之間的非連通穿孔。在許多實施例中，該碟係實質上與晶圓共同延伸(例如CIRP碟在與300 mm晶圓一同使用時具有約300 mm之直徑)且以極靠近晶圓的狀態存在，例如在晶圓面向下的電鍍設備中在晶圓正下方。較佳地，晶圓之電鍍面存在於最接近之CIRP表面的約10 mm、更佳地在約5 mm以內。為此，具通道離子阻抗板的頂部表面可為平坦或實質上平坦。在若干情況中，具通道離子阻抗板的頂部及底部表面皆為平坦或實質上平坦。

CIRP的另一特徵為穿孔的直徑或主要尺寸及其與介於CIRP及基板之間距離的關係。在若干實施例中，每一穿孔的直徑(或大部分穿孔的直徑、或穿孔的平均直徑)皆不超過大約從電鍍晶圓表面到最接近的CIRP表面之間的距離。因此在如此實施例中，當CIRP置於電鍍晶圓表面的約5 mm以內時，穿孔的直徑或主要尺寸不應超過約5 mm。

如以上，板的整體離子阻抗及流阻力係取決於板之厚度、及整體孔隙度(可供流穿過板之面積部份)及孔洞之尺寸/直徑兩者。較低孔隙度的板會具有較高的衝擊流速度及離子阻抗。與相同孔隙度的板相比，具有較小直徑之1－D孔洞(且因此較大數量之1－D孔洞)者由於具有較多個別的電流源(其更能做為可散佈在相同間隙各處的點來源)而會在晶圓上具有更加微觀均勻的電流分配，且亦會具有較高的總壓降(高黏滯流阻力)。

然而在若干情況中，離子阻抗板如以上提及為多孔性。這些板中的孔隙可能不會形成獨立的1－D通道，但可能反而形成可能或可能不互連之穿孔網絡。應理解除非另外註明，否則如在此所用的具通道離子阻抗板(CIRP)及具通道離子阻抗元件之用語係意圖包含此實施例。

穿過穿孔之垂直流

在終端效應起作用/有關聯的若干應用中，像是當晶圓之晶種層中的電流阻抗相對於槽體之陰極電解液中者為大時，具離子阻抗但離子可通透元件(CIRP)206靠近晶圓的存在實質上減少終端效應並改善徑向上的電鍍均勻度。藉由做為流擴散歧管板，CIRP亦同時提供將實質上空間均勻之陰極電解液衝擊流向上引導至晶圓表面的能力。重要的是，假如將相同元件設置成離晶圓較遠，則離子電流的均勻度及流動改善明顯變得較不顯著或不存在。

再者，由於非連通之穿孔在CIRP內並不容許離子電流或流體運動的側向運動，因此使中央往邊緣的電流及流運動在CIRP內部受阻擋，導致徑向電鍍均勻度的進一步改善。

注意在一些實施例中，可將CIRP板主要或單獨地用作槽體內之電解液流阻抗、流控制並從而將流加以形塑的元件，有時稱做渦輪板(turboplate)。無論該板是否藉由例如平衡終端效應及/或調節電場或與槽體內的流結合之電鍍添加劑的動力學阻力來調整徑向沉積均勻度，皆可採用此指定。因此，例如在晶種金屬厚度通常為大(例如＞1000Å厚)且金屬係以非常高的速率沉積之TSV及WLP電鍍中，電解液流的均勻分佈十分重要，但是由晶圓晶種內之歐姆壓降所引起的徑向非均勻度控制便可較不需加以補償(至少部分來說，因為在使用較厚晶種層的情況下，中心到邊緣的非均勻度較不嚴重)。因此可將CIRP板稱做具離子阻抗、離子可通透兩者的元件、及流形塑元件，且可藉由改變離子電流的流動、改變物質的對流流動、或改善兩者而發揮沉積速率修正的功能。

介於晶圓及具通道板之間的距離

在若干實施例中，晶圓固持器及相關的定位機構將旋轉之晶圓固持在非常接近具通道離子阻抗元件之平行的上部表面。在電鍍期間，基板係大致上定位成使得其與離子阻抗元件平行或實質上平行(例如在約10o內)。儘管基板在其上可能具有若干特徵部，惟在判定基板及離子阻抗元件是否實質上平行時僅考量基板之大致上平坦的形狀。

在典型的情況中，分開的距離為約1－10毫米、或約2－8毫米。此板到晶圓的短距離可在晶圓上(特別是在晶圓旋轉中心附近)產生電鍍圖案，該電鍍圖案與該圖案之個別孔洞的近「成像」相關。在如此情況中，可能在晶圓中心附近造成(厚度或電鍍紋理上的)電鍍環圖案。為了避免此現象，在一些實施例中，可將CIRP中(特別是在晶圓中心或附近)的個別孔洞建構成具有特別小的尺寸，例如小於板到晶圓之間隙的約1/5。當與晶圓旋轉耦合時，小的孔隙尺寸容許做為噴流而從板上來的衝擊流體之流速的時間平均，且減少或避免小尺度的非均勻度(例如在微米尺度者)。儘管有以上的預防措施，且取決於所用電鍍浴的性質(例如所沉積之特定金屬、導電度、及所用的浴添加劑)，在一些情況中，沉積仍然可能容易出現在微觀非均勻圖案中(例如形成中心環)做為(例如呈圍繞晶圓中心之「靶心」形狀)變化厚度的時間平均曝露及近成像圖案，且對應到所用之個別孔洞圖案。假如有限的孔洞圖案產生非均勻且影響沉積的衝擊流圖案的話，這就可能發生。在此情況中，已發現引入橫跨晶圓中心之側向流、及/或改變正處在中心及/或中心附近的規律孔洞圖案兩者皆大幅去除在其它情況中所發現之任何微觀非均勻度的跡象。

具通道板之孔隙度

在不同實施例中，具通道離子阻抗板具有夠低的孔隙度及夠小的孔隙尺寸，俾以在正常的操作體積流率下提供黏滯流阻力反壓及高垂直衝擊流率。在一些情況中，具通道離子阻抗板的約1－10%為容許流體到達晶圓表面之開放面積。在特定實施例中，板的約2－5%為開放面積。在一特定實施例中，板206之開放面積為約3.2%，且有效總開放剖面面積為約23 cm2。

具通道板的孔洞尺寸

具通道離子阻抗板的多孔性可以許多不同的方式加以實行。在不同的實施例中，其係以許多小直徑之垂直孔洞而實行。在一些情況中，板並非由個別的「鑽出」孔洞所組成，而是由連續多孔性材料之燒結板所製造。如此燒結板之範例係於在此整體併入做為參考之美國專利第6,964,792號[代理人卷號NOVLP023]中描述。在一些實施例中，穿鑿之非連通孔洞具有約0.01到0.05吋的直徑。在一些情況中，孔洞具有約0.02到0.03吋的直徑。如以上所提及，在不同實施例中，孔洞具有介於具通道離子阻抗板及晶圓之間的間隙距離之最多約0.2倍的直徑。孔洞通常在剖面上為圓形，但不必然如此。再者，為了易於製造，板中的所有孔洞可具有相同的直徑。然而，情況並非一定如此，且當特定要求可能有需要時，孔洞的個別尺寸及局部密度可在板的表面各處有所變化。

做為一範例，由合適的陶瓷或塑膠材料(通常為介電絕緣且機械性堅固的材料)所製成之固體板具有例如至少約1000、或至少約3000、或至少約5000、或至少約6000(已發現9465個直徑0.026吋的孔洞具有用處)之設置於其中的大量小孔洞。如所提及，有些設計具有約9000孔洞。板的孔隙度通常小於約百分之5，使得產生高衝擊速度所需的總流率不會太大。相較於較大的孔洞，使用較小的孔洞幫助產生跨越板之大壓降，有助於產生更均勻之穿過板的向上速度。

大致而言，孔洞在具通道離子阻抗板各處的分佈為具有均勻密度且並非隨機。然而在一些實施例中，孔洞的密度可能有所變化，特別是在徑向方向上。如以下所更完整地描述，於特定實施例中在將流導向旋轉基板中心的區域中具有較大的孔洞密度及/或直徑。再者，在一些實施例中，在旋轉晶圓之中心或附近引導電解液的孔洞可誘發相對於晶圓表面呈非直角的流。進一步而言，此區域中的孔洞圖案可具有非均勻電鍍「環」的隨機或部份隨機之分佈，俾以應付有限數量的孔洞及晶圓旋轉之間可能的交互作用。在一些實施例中，相較於較遠離所附接流轉向器或侷限環之開口區段的具通道離子阻抗板的區域，在流轉向器或侷限環之開口區段附近的孔洞密度比較小。

應理解由於眾多變化具有可能性，因此在此所述的配置及/或方式在本質上為示範性的，且這些特定實施例或範例並非要以侷限的意涵來考量。在此所述之特定流程或方式可代表任何數量之處理策略的一或更多者。據此，所說明之不同動作可以所說明之順序、以其它順序、同時執行，或是在一些情況中加以省略。同樣地，可改變以上所述程序的順序。

本揭露內容之標的包含在此所揭露之不同程序、系統及配置、及其它技術特徵、功能、動作、及/或性質的所有新穎及非顯而易知之組合及次組合，以及其任何及所有均等物。

範例及實驗

模型化的結果及晶圓上的實驗結果顯示所揭露之實施例可實質上增加電鍍程序的均勻度。圖20呈現針對銅電鍍的一些實驗結果的總結。二不同的CIRP設計係在二不同的沉積速率之每一者被測試(帶有及沒有突出部)。

第一CIRP設計為其中未使用階梯部或突出部的對照設計。第二CIRP設計包含定位在相鄰欄之CIRP孔洞之間、且定向在垂直於交叉流方向上之2.5 mm高的突出部之群集。交叉流歧管的高度為約4.75 mm。測試的二銅沉積速率為2.4及3.2 μm/min。換言之，在每一實驗期間所供應的電流為沉積平均來說約2.4或3.2 μm/min的金屬所需的電流位準。實驗中所用的電鍍化學為具有約140 g/L的硫酸濃度及約40 g/L的銅離子(Cu2+)(來自硫酸銅)、來自Connecticut West Haven之Enthone的SC40化學。陰極電解液中的R1及R2添加劑的濃度分別為20及12 mL/L。陰極電解液的流速為約20 L/min。基板以約4 RPM的速率旋轉。介於交叉流侷限環的上部表面及電鍍杯體的下部表面之間的流體間隙為約0.5 mm。電鍍程序在約30℃下進行。電鍍後的凸塊高度係在橫跨每一晶圓表面之許多不同位置加以量測。

在所有的情況中，凸塊高度在晶圓邊緣附近皆稍微較厚，且在晶圓中心附近皆較薄。然而，在兩沉積速率下、相較於對照的CIRP來說，帶有突出部的CIRP在厚度上的變化較小。因此，帶有突出部的CIRP在凸塊高度分佈上顯示出清楚的改善。共平坦度在控制組及突出部組之間係實質上相同，但是預期在劇烈質量傳送的條件下(例如對於銅來說在＞4 μm/min的沉積速率)對於突出部而言為優異。對於一給定晶粒而言，晶粒共平坦度係定義成(1/2 x (最大凸塊高度－最小凸塊高度)/平均凸塊高度。圖20中所報導的晶圓共平坦度為針對給定晶圓之所有晶粒共平坦度的平均值。在此情況中，針對一特定測試晶圓具有約170個晶粒。

顯示突出部之有效性的額外模型化結果係包含在以上併入做為參考的美國臨時專利申請案第61/736,499號中。

其它實施例

儘管以上為特定實施例之完整描述，仍可使用不同的修改、替代性建構及均等物。因此，不應將以上描述及說明視為限制由所附請求項所定義之本發明的範圍。

100‧‧‧設備

101‧‧‧組件

102‧‧‧杯體

103‧‧‧錐體

104‧‧‧支柱

105‧‧‧板

106‧‧‧轉軸

107‧‧‧馬達

108‧‧‧螺絲

109‧‧‧裝設托架

111‧‧‧晶圓固持器

113‧‧‧驅動缸

115‧‧‧板

117‧‧‧板

119‧‧‧樞軸接合部

121‧‧‧樞軸接合部

142‧‧‧前側

143‧‧‧唇密封部

145‧‧‧晶圓

149‧‧‧密封部

150‧‧‧具通道離子阻抗板(CIRP)

151‧‧‧突出部

155‧‧‧電鍍槽

160‧‧‧陽極

202‧‧‧膜

206‧‧‧具通道離子阻抗板(CIRP)

208‧‧‧具通道離子阻抗板(CIRP)歧管、下部歧管

210‧‧‧侷限環

218‧‧‧固定件

222‧‧‧交叉流注射歧管

226‧‧‧交叉流歧管、間隙

234‧‧‧出口

238‧‧‧密合墊

242‧‧‧噴淋頭

246‧‧‧孔洞

250‧‧‧入口

254‧‧‧固持器(杯體)

258‧‧‧通道

262‧‧‧通道

266‧‧‧鰭片

270‧‧‧流體調整桿

274‧‧‧膜框架

278‧‧‧螺孔

282‧‧‧堰壁

325‧‧‧流轉向器

410‧‧‧具通道離子阻抗板(CIRP)、流形塑板

710‧‧‧流口

710a‧‧‧流口

725‧‧‧設備

735‧‧‧支撐元件

740‧‧‧膜

902‧‧‧階梯部

904‧‧‧流體間隙

906‧‧‧唇密封部

908‧‧‧突出部

910‧‧‧孔洞

912‧‧‧間隙

914‧‧‧具通道離子阻抗板(CIRP)面

921‧‧‧缺口

922‧‧‧缺口

931‧‧‧區段

932‧‧‧區段

a‧‧‧距離

b‧‧‧距離

c‧‧‧距離

d‧‧‧距離

e‧‧‧距離

f‧‧‧距離

g‧‧‧距離

w‧‧‧晶圓面

h‧‧‧高度

i‧‧‧厚度

j‧‧‧高度

k‧‧‧長度

m‧‧‧高度

n‧‧‧長度

p‧‧‧距離

q‧‧‧距離

r‧‧‧高度

s‧‧‧高度

t‧‧‧角度

u‧‧‧角度

圖1A顯示根據若干實施例、其上具有成群的突出部之具通道離子阻抗板的等角圖。

圖1B顯示電化學處理半導體晶圓用之基板固持及定位設備的立體圖。

圖1C繪示包含錐體及杯體之基板固持組件的一部份之剖面圖。

圖1D繪示可用以執行在此之實施例的電鍍槽之簡化圖。

圖2顯示電鍍設備之不同零件的爆炸圖，該電鍍設備通常存在於根據在此揭露之若干實施例的陰極腔室內。

圖3A顯示根據在此之若干實施例的交叉流側入口及環繞之硬體的放大圖。

圖3B顯示根據不同揭露實施例之交叉流出口、CIRP歧管入口、及環繞之硬體的放大圖。

圖4繪示顯示於圖3A－B之電鍍設備的不同零件之剖面圖。

圖5顯示根據若干實施例、分成6個別區段之交叉流注射歧管及噴淋頭。

圖6顯示根據在此之實施例的CIRP及相關硬體的頂視圖，其特別聚焦於交叉流歧管之入口側。

圖7顯示CIRP及相關硬體之簡化頂視圖，其顯示根據不同揭露實施例之交叉流歧管的入口及出口側兩者。

圖8A－B繪示根據若干實施例之交叉流入口區域的設計。

圖9顯示交叉流入口區域，該區域繪示若干相關之幾何。

圖10A顯示其中使用具有階梯部之具通道離子阻抗板的交叉流入口區域。

圖10B顯示具有階梯部之具通道離子阻抗板的範例。

圖11顯示其中使用具有一系列突出部之具通道離子阻抗板的交叉流入口區域。

圖12顯示具有突出部之具通道離子阻抗板的放大圖。

圖13及14呈現根據若干實施例、針對突出部之不同形狀及設計。

圖15顯示具有二不同種類之缺口的突出部。

圖16繪示具有顯示於圖15之該類型突出部的具通道離子阻抗板。

圖17繪示具有在欄內受間隙所分開之非連續突出部的具通道離子阻抗板之簡化俯視圖。

圖18顯示具有突出部之具通道離子阻抗板的放大剖面圖。

圖19顯示具通道離子阻抗板之實施例的簡易俯視圖，其中突出部係由複數區段所形成。

圖20呈現實驗數據，其顯示在具通道離子阻抗板上增加突出部可藉由達到較小的凸塊高度厚度變化而促進更均勻的電鍍。

Claims

一種電鍍設備，包含： (a)一電鍍腔室，配置成容納一電解液及一陽極，並將金屬電鍍到平坦之一基板上； (b)一基板固持器，配置成固持平坦的該基板，使得該基板之一電鍍面在電鍍期間與該陽極分開； (c)一離子阻抗元件，包含： (i)一多孔性材料,其提供穿過該離子阻抗元件的複數互連3D通道,其中該複數互連3D通道係用以在電鍍期間提供穿過該離子阻抗元件之離子輸送； (ii)一面向基板側，其平行於該基板之該電鍍面，且與該基板之該電鍍面分開一間隙；及 (iii)複數突出部，定位於該離子阻抗元件之該面向基板側上； (d)一入口，通往該間隙，用以將交叉流動之電解液引至該間隙；及 (e)一出口，通往該間隙，用以接受流動於該間隙中的交叉流動之電解液，其中，該入口及該出口在電鍍期間係定位於該基板之該電鍍面上的方位角相對之周圍位置附近。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中當在該基板之該電鍍面及一離子阻抗元件面之間量測時，該離子阻抗元件之該面向基板側及該基板之該電鍍面之間的該間隙小於約15 mm。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中該基板之該電鍍面及該複數突出部之一最上部高度之間的一間隙為介於約0.5－4 mm之間。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中該複數突出部具有介於約2－10 mm之間的一高度。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中平均而言，該複數突出部係定向成垂直於交叉流動之電解液的方向。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中該複數突出部之至少一些者具有至少約3：1的一長度對寬度之長寬比。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中在該離子阻抗元件上存在著至少二不同形狀及/或尺寸的複數突出部。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，更包含在該複數突出部之至少一些者上的一或更多缺口部，電解液可在電鍍期間流動穿過該等缺口部份。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中該複數突出部之至少一些者包含一表面，該表面係垂直於一離子阻抗元件面。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中該複數突出部之至少一些者包含一面，該面從一離子阻抗元件面偏離一非直角。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，更包含在該複數突出部之至少一些者上的一三角形上部。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中該複數突出部包含至少一第一突出部區段及一第二突出部區段，且其中該第一及第二突出部區段係以相似但帶有相反符號的複數角度而從交叉流動之電解液的方向偏離。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中該離子阻抗元件係配置成在電鍍期間形塑一電場並控制該基板附近之電解液流的特性。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，更包含定位在該離子阻抗元件之一下部面下方的一下部歧管區域，其中該下部面背向該基板固持器。
如申請專利範圍第14項之電鍍設備，更包含一中央電解液腔室及一或更多進料通道，該一或更多進料通道配置成將電解液從該中央電解液腔室供應到該入口及該下部歧管區域兩者。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，更包含流體連接至該入口的一交叉流注射歧管。
如申請專利範圍第16項之電鍍設備，其中該交叉流注射歧管係至少部份藉由該離子阻抗元件內的一空腔所定義。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，更包含定位在該離子阻抗元件之一周圍部份上方的一流侷限環。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，更包含一機構，用以在電鍍期間使該基板固持器旋轉。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中該入口在該基板之該電鍍面的周圍附近橫跨介於約90－180^o之間的一弧。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，更包含該入口中的複數方位角上有別的區段、配置成將電解液供應至該複數方位角上有別的區段之複數電解液進料入口、及配置成在電鍍期間獨立控制該複數電解液進料入口中的複數電解液體積流率之一或更多流控制元件。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中該複數突出部係與該基板之該電鍍面共同延伸。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中該入口及出口係用以在電鍍期間於該間隙中產生交叉流動之電解液，以在該基板之該電鍍面上產生或維持一剪切力。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中該複數突出部係定向成複數平行之欄，其中該等欄包含被一非突出部間隙分開的二或更多不連續突出部，且其中相鄰欄中的複數非突出部間隙在交叉流動之電解液的方向上係彼此不對齊。
一種電鍍設備，包含： (a)一電鍍腔室，配置成容納一電解液及一陽極，同時將金屬電鍍到平坦之一基板上； (b)一基板固持器，配置成固持平坦的該基板，使得該基板之一電鍍面在電鍍期間與該陽極分開； (c)一離子阻抗元件，包含： (i)一多孔性材料，其提供穿過該離子阻抗元件的複數互連3D通道，其中該複數互連3D通道係用以在電鍍期間提供穿過該離子阻抗元件之離子輸送； (ii)一面向基板側，其平行於該基板之該電鍍面，且與該基板之該電鍍面分開一間隙；及 (iii)一階梯部，定位在該離子阻抗元件之該面向基板側上，其中該階梯部具有一高度及一直徑，其中該階梯部的該直徑係與該基板之該電鍍面共同延伸，且其中該階梯部之該高度及直徑係小到足以容許電解液在電鍍期間於該基板固持器下方流動、流動越過該階梯部且進入該間隙； (d)一入口，通往該間隙，用以將電解液引至該間隙；及 (e)一出口，通往該間隙，用以接受在該間隙中流動的電解液，其中該入口及出口係用以在電鍍期間於該間隙中產生交叉流動之電解液，從而在該基板之該電鍍面上產生或維持一剪切力。
一種離子阻抗板，用於一電鍍設備中，以將材料電鍍至具有標準直徑的半導體晶圓上，該離子阻抗板包含：一板，其與該半導體晶圓之一電鍍面共同延伸，其中該板包含一多孔性材料且具有介於約2－25 mm之間的一厚度；複數互連3D通道，其係形成於該板的該多孔性材料中，其中該複數互連3D通道係用以在電鍍期間提供穿過該板之離子輸送；及複數突出部，定位在該板之一側上。
一種離子阻抗板，供用於一電鍍設備中，以將材料電鍍至具有標準直徑的半導體晶圓上，該離子阻抗板包含：一板，其與該半導體晶圓之一電鍍面共同延伸，其中該板包含一多孔性材料且具有介於約2－25 mm之間的一厚度；複數互連3D通道，其係形成於該板的該多孔性材料中，其中該複數互連3D通道係用以在電鍍期間提供穿過該板之離子輸送；一階梯部，包含該板之一中央區域中的該板之一抬昇部；及該板之一非抬昇部，定位在該板的周圍。
一種基板的電鍍方法，包含： (a)在一基板固持器中接受平坦之一基板，其中露出該基板之一電鍍面，且其中該基板固持器係配置成固持該基板，使得該基板的該電鍍面在電鍍期間與一陽極分開； (b)將該基板浸漬在電解液中，其中一間隙係形成於該基板之該電鍍面及一離子阻抗元件面之間，其中該離子阻抗元件與該基板的該電鍍面至少為大約共同延伸，其中該離子阻抗元件包含一多孔性材料，其具有複數互連3D通道，其中該複數互連3D通道用以在電鍍期間提供穿過該離子阻抗元件之離子輸送，且其中該離子阻抗元件包含該離子阻抗元件之一面向基板側上的複數突出部，該複數突出部係與該基板之該電鍍面共同延伸； (c)使電解液以下列方式流動而與該基板固持器中的該基板接觸：(i)從一側入口、進入該間隙、且流出一側出口，及(ii)從該離子阻抗元件下方、穿過該離子阻抗元件、進入該間隙、且流出該側出口，其中該側入口及側出口係設計或配置成在電鍍期間於該間隙中產生交叉流動之電解液； (d)使該基板固持器旋轉；且 (e)將材料電鍍至該基板的該電鍍面上，同時如(c)中使該電解液流動。
如申請專利範圍第28項之基板的電鍍方法，其中當於該基板之該電鍍面及該離子阻抗元件面之間量測時，該間隙約為15 mm或更小。
如申請專利範圍第28項之基板的電鍍方法，其中該基板之該電鍍面及該複數突出部之一最上部表面之間的一間隙為介於約0.5－4 mm之間。
如申請專利範圍第28項之基板的電鍍方法，其中該側入口係分成二或更多方位角上有別且流體分開的區段，且其中通往該側入口之方位角上有別之該等區段的電解液流係獨立被控制。
如申請專利範圍第28項之基板的電鍍方法，其中複數流引導元件係定位在該間隙中，且其中該複數流引導元件造成電解液以一線性之流動路徑從該側入口往該側出口流動。
一種基板的電鍍方法，包含： (a)在一基板固持器中接受平坦之一基板，其中露出該基板之一電鍍面，且其中該基板固持器係配置成固持該基板，使得該基板的該電鍍面在電鍍期間與一陽極分開； (b)將該基板浸漬在電解液中，其中一間隙係形成於該基板之該電鍍面及一離子阻抗元件面之間，其中該離子阻抗元件與該基板的該電鍍面至少為大約共同延伸，其中該離子阻抗元件包含一多孔性材料，該多孔性材料具有複數互連3通道，其中該複數互連3D通道用以在電鍍期間提供穿過該離子阻抗元件之離子輸送，且其中該離子阻抗元件在該離子阻抗元件之一面向基板側上包含一階梯部，該階梯部定位在該離子阻抗元件之一中央區域中且被該離子阻抗元件之一非抬昇部所圍繞； (c)使電解液以下列方式流動而與該基板固持器中的該基板接觸：(i)從一側入口、越過該階梯部、進入該間隙、再次越過該階梯部、且流出一側出口，及(ii)從該離子阻抗元件下方、穿過該離子阻抗元件、進入該間隙、越過該階梯部、且流出該側出口，其中該側入口及側出口係設計或配置成在電鍍期間於該間隙中產生交叉流動之電解液； (d)使該基板固持器旋轉；且 (e)將材料電鍍至該基板的該電鍍面上，同時如(c)中使該電解液流動。