專利名稱：用于電鍍期間的有效質(zhì)量傳遞的電解液流體動(dòng)力學(xué)的控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在電鍍期間控制電解液液體動(dòng)力學(xué)的方法和設(shè)備。更特定來(lái)說(shuō)， 本文描述的方法和設(shè)備尤其有用于將金屬鍍敷到半導(dǎo)體晶片襯底上。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代集成電路制造中，電化學(xué)沉積工藝已被廣泛接受。在二十一世紀(jì)的早些年中從鋁金屬線向銅金屬線的轉(zhuǎn)變推動(dòng)了對(duì)越來(lái)越復(fù)雜的電沉積工藝和鍍敷工具的需要。大部分復(fù)雜性由于對(duì)裝置金屬化層中的越來(lái)越小的電流載運(yùn)線的需要而進(jìn)一步發(fā)展。這些銅線是通過(guò)在通常稱為“鑲嵌”處理的方法中將金屬電鍍到非常薄的高縱橫比的溝槽和通孔中來(lái)形成。目前，電化學(xué)沉積隨時(shí)準(zhǔn)備用于滿足對(duì)復(fù)雜的封裝和多芯片互連技術(shù)的商業(yè)需要，所述技術(shù)一般稱為晶片級(jí)封裝(WLP)和穿硅通孔(TSV)電連接技術(shù)。這些技術(shù)存在其自身的非常大的挑戰(zhàn)。所述技術(shù)需要比鑲嵌應(yīng)用顯著更大的尺寸規(guī)模的電鍍。取決于封裝特征的類型和應(yīng)用(例如，通過(guò)芯片連接的TSV、互連再分配布線、或芯片到板或芯片結(jié)合，例如倒裝芯片柱)，在當(dāng)前技術(shù)中，鍍敷特征通常大于約2微米且通常為5到100微米(例如，柱可為約50 微米)。對(duì)于例如電力母線等一些芯片上結(jié)構(gòu)，待鍍敷的特征可大于100微米。WLP特征的縱橫比通常為約1 1(高度比寬度)或更小，而TSV結(jié)構(gòu)可具有非常高的縱橫比(例如， 在約20 1的鄰域中)。在待沉積的材料量相對(duì)大的情況下，不僅特征大小，而且鍍敷速度也在WLP和TSV 應(yīng)用與鑲嵌應(yīng)用之間不同。對(duì)于許多WLP應(yīng)用，鍍敷必須以至少約2微米/分鐘的速率填充特征，且通常以至少約4微米/分鐘的速率填充特征，且對(duì)于一些應(yīng)用以至少約7微米/ 分鐘的速率來(lái)填充。在這些較高鍍敷速率體系下，電解液中的金屬離子向鍍敷表面的有效質(zhì)量傳遞是重要的。較高的鍍敷速率相對(duì)于電沉積層的均勻性帶來(lái)了挑戰(zhàn)，S卩，必須以高度均勻方式來(lái)進(jìn)行鍍敷。對(duì)于各種WLP應(yīng)用，鍍敷必須徑向沿著晶片表面展現(xiàn)最多約5%的半范圍變化 (稱為晶片內(nèi)均勻性，在裸片中在晶片直徑上的多個(gè)位置處作為單個(gè)特征類型來(lái)測(cè)量)。類似同樣的挑戰(zhàn)性要求是具有不同大小(例如，特征直徑)或特征密度(例如，陣列中部的隔離式或嵌入式特征)的各種特征的均勻沉積(厚度和形狀)。此性能規(guī)范大體上稱為裸片內(nèi)不均勻性。裸片內(nèi)不均勻性是作為如下指標(biāo)來(lái)測(cè)量如上所述的各種特征類型的局部可變性(例如，< 5%半范圍)對(duì)給定晶片裸片內(nèi)在晶片上所述特定裸片位置處(例如，半徑中點(diǎn)、中心或邊緣處)的平均特征高度或形狀。最終的挑戰(zhàn)性要求是對(duì)特征內(nèi)形狀的大體控制。線或柱可以凸出、平坦或凹入方式傾斜，其中平坦輪廓通常是(但并不總是)優(yōu)選的。在滿足這些挑戰(zhàn)的同時(shí)，WLP應(yīng)用必須與常規(guī)的成本較低的抓取與放置例行操作相競(jìng)爭(zhēng)。再者，用于WLP應(yīng)用的電化學(xué)沉積可能涉及鍍敷各種非銅金屬，例如鉛、錫、銀、鎳、金及其各種合金，其中一些包含銅。

發(fā)明內(nèi)容
本文描述用于將一種或一種以上金屬電鍍到襯底上的設(shè)備和方法。大體上描述其中襯底是半導(dǎo)體晶片的實(shí)施例；然而本發(fā)明不受此限制。實(shí)施例包含經(jīng)配置以用于控制電解液流體動(dòng)力學(xué)以用于鍍敷期間的有效質(zhì)量傳遞以獲得高度均勻的鍍敷層的電鍍?cè)O(shè)備，和包含控制電解液流體動(dòng)力學(xué)以用于在鍍敷期間的有效質(zhì)量傳遞以獲得高度均勻的鍍敷層的方法。在特定實(shí)施例中，使用晶片表面處的撞擊流與剪切流的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)所述質(zhì)量傳遞。一個(gè)實(shí)施例是一種電鍍?cè)O(shè)備，其包含(a)鍍敷腔室，其經(jīng)配置以容納電解液和陽(yáng)極，同時(shí)將金屬電鍍到大體平面的襯底上；(b)襯底固持器，其經(jīng)配置以固持所述大體平面的襯底以使得在電鍍期間所述襯底的鍍敷面與所述陽(yáng)極分離；(c)流成形元件，其包括面對(duì)襯底的表面，所述面對(duì)襯底的表面在電鍍期間大體上平行于所述襯底的鍍敷面且與所述鍍敷面分離，所述流成形元件包括具有穿過(guò)所述流成形元件制成的多個(gè)非連通通道的離子電阻性材料，其中所述非連通通道允許在電鍍期間輸送所述電解液通過(guò)所述流成形元件； 以及(d)流轉(zhuǎn)向器，其在所述流成形元件的所述面對(duì)襯底的表面上，所述流轉(zhuǎn)向器包括部分沿著所述流成形元件的圓周且具有一個(gè)或一個(gè)以上間隙的壁結(jié)構(gòu)，且在電鍍期間界定所述流成形元件與所述大體平面的襯底之間的部分或“假”腔室。在一個(gè)實(shí)施例中，所述流成形元件是圓盤(pán)形的，且所述流轉(zhuǎn)向器包含附接到或集成到所述流成形元件上的帶槽環(huán)形間隔件。在一個(gè)實(shí)施例中，所述流轉(zhuǎn)向器的所述壁結(jié)構(gòu)具有單個(gè)間隙，且所述單個(gè)間隙占據(jù)約40度到約90度之間的弧。所述流轉(zhuǎn)向器的所述壁結(jié)構(gòu)的高度約在Imm到約5mm之間。在某些實(shí)施例中，所述流轉(zhuǎn)向器經(jīng)配置以使得在電鍍期間所述壁結(jié)構(gòu)的頂部表面距所述襯底固持器的底部表面在約0. Imm到0. 5mm之間，且在電鍍期間所述流成形元件的頂部表面距所述襯底固持器的所述底部表面在約Imm到5mm之間。下文更詳細(xì)論述流成形元件中的通孔的數(shù)目和配置。所述孔在流成形元件上可成均勻和/或不均勻的圖案。在某些實(shí)施例中，流成形元件稱為“流成形板”。在某些實(shí)施例中，所述設(shè)備經(jīng)配置以在所述襯底鍍敷面的方向上且于在電鍍期間產(chǎn)生退出所述流成形元件的孔的至少約lOcm/s的平均流速的條件下使電解液流動(dòng)。在某些實(shí)施例中，所述設(shè)備經(jīng)配置以在產(chǎn)生越過(guò)所述襯底的所述鍍敷面的中心點(diǎn)的至少3cm/s 或更大的橫向電解液速率的條件下操作。在某些實(shí)施例中，所述壁結(jié)構(gòu)具有高于內(nèi)部部分的外部部分。除了形成假腔室中的通風(fēng)區(qū)的一個(gè)或一個(gè)以上間隙外，實(shí)施例還包含限制退出假腔室的電解液的流的特征。一個(gè)實(shí)施例是一種用于將金屬電鍍到襯底上的設(shè)備，所述設(shè)備包含(a)鍍敷腔室，其經(jīng)配置以容納電解液和陽(yáng)極，同時(shí)將金屬電鍍到所述襯底上；(b)襯底固持器，其經(jīng)配置以固持所述襯底以使得在電鍍期間所述襯底的鍍敷面與所述陽(yáng)極分離，所述襯底固持器具有一個(gè)或一個(gè)以上電力觸點(diǎn)，所述電力觸點(diǎn)經(jīng)布置以在電鍍期間接觸所述襯底的邊緣且將電流提供到所述襯底；(C)流成形元件，其經(jīng)成形且配置以在電鍍期間定位于所述襯底與所述陽(yáng)極之間，所述流成形元件具有在電鍍期間大體上平行于所述襯底的所述鍍敷面且與所述鍍敷面分離約10毫米或更小距離的平坦表面，且所述流成形元件還具有多個(gè)孔以準(zhǔn)許所述電解液朝向所述襯底的所述鍍敷面流動(dòng)；以及(d)用于使所述襯底和/或流成形元件旋轉(zhuǎn)且同時(shí)在所述襯底鍍敷面的方向上使電解液在電鍍單元中流動(dòng)的機(jī)構(gòu)；以及 (e)用于將剪切力施加于在所述襯底的所述鍍敷面處流動(dòng)的所述電解液的機(jī)構(gòu)，其中所述設(shè)備經(jīng)配置以用于在所述襯底鍍敷面的方向上于在電鍍期間產(chǎn)生退出所述流成形元件的所述孔的至少約lOcm/s的平均流速的條件下使電解液流動(dòng)，且用于在平行于所述襯底的所述鍍敷面的方向上在產(chǎn)生越過(guò)所述襯底的所述鍍敷面的中心點(diǎn)的至少約3cm/s的電解液速率下使電解液流動(dòng)。下文更詳細(xì)描述各種剪切力機(jī)構(gòu)。一個(gè)實(shí)施例是一種在包括具有至少約2微米的寬度和/或深度的特征的襯底上電鍍的方法，所述方法包含(a)將所述襯底提供到鍍敷腔室，所述鍍敷腔室經(jīng)配置以容納電解液和陽(yáng)極，同時(shí)將金屬電鍍到所述襯底上，其中所述鍍敷腔室包含(i)襯底固持器，其固持所述襯底以使得在電鍍期間所述襯底的鍍敷面與所述陽(yáng)極分離，以及(ii)流成形元件，其經(jīng)成形且配置以在電鍍期間定位于所述襯底與所述陽(yáng)極之間，所述流成形元件具有在電鍍期間大體上平行于所述襯底的所述鍍敷面且與所述鍍敷面分離約10毫米或更小的間隙的平坦表面，其中所述流成形元件具有多個(gè)孔；(b)在使所述襯底和/或流成形元件旋轉(zhuǎn)的同時(shí)且在所述襯底鍍敷面的方向上且在產(chǎn)生退出所述流成形元件的所述孔的至少約 lOcm/s的平均流速的條件下使電解液在電解單元中流動(dòng)的同時(shí)，將金屬電鍍到所述襯底鍍敷表面上。在一個(gè)實(shí)施例中，電解液以約3cm/s或更大的速率在襯底的中心點(diǎn)處流過(guò)襯底的鍍敷面，且將剪切力施加于在所述襯底的所述鍍敷面處流動(dòng)的電解液。在一個(gè)實(shí)施例中，以至少約5微米/分的速率在特征中電鍍金屬。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)鍍敷到至少1微米的厚度時(shí)，電鍍?cè)谝r底的鍍敷表面上的金屬的厚度具有約10%或更好的均勻性。本文描述的方法尤其有用于電鍍鑲嵌特征、TSV特征和晶片級(jí)封裝(WLP)特征，例如再分配層、用于連接到外部線的凸塊和凸塊下金屬化特征。下文包含本文描述的實(shí)施例的特定方面。


圖IA是用于在晶片上電鍍的半導(dǎo)體晶片固持器和定位機(jī)構(gòu)的透視圖。圖IB是關(guān)于圖IA描述的晶片固持器的橫截面。圖IC是展示具有用于電解液流的多個(gè)通孔的流成形板的方面的晶片鍍敷設(shè)備的橫截面。圖ID是展示當(dāng)在高沉積速率鍍敷體系下使用如關(guān)于圖IC描述的流成形板時(shí)與外部區(qū)相比晶片中心附近減小的沉積速率的曲線圖。圖2A是示范性流轉(zhuǎn)向器和流成形板組合件的透視圖。圖2B是如關(guān)于圖2A描述的流轉(zhuǎn)向器相對(duì)于晶片固持器的橫截面。圖2C到圖2D是當(dāng)使用如關(guān)于圖2A描述的流轉(zhuǎn)向器時(shí)流成形板之上的流動(dòng)力學(xué)的俯視圖。圖2E到圖21描繪如關(guān)于圖2A描述的組合件以及晶片固持器和電解液腔室硬件的各種方面。圖3A展示流轉(zhuǎn)向器/流成形板組合件的俯視圖和橫截面，其中流轉(zhuǎn)向器具有垂直表面元件以用于在鍍敷期間輔助越過(guò)晶片的橫向流體流。圖3B是展示如關(guān)于圖3A描述的流轉(zhuǎn)向器與晶片固持器組合件之間的關(guān)系的橫截圖3C是展示使用如關(guān)于圖3A和圖3B描述的流轉(zhuǎn)向器/流成形板組合件獲得的鍍敷均勻性結(jié)果的曲線圖。圖3D展示若干具有垂直表面元件的流轉(zhuǎn)向器的橫截面。圖3E展示從使用如本文描述的具有流成形板的流轉(zhuǎn)向器得到的流圖案，所述流成形板具有正方形圖案通孔安置。圖4A到圖4B展示具有螺旋形通孔圖案的流成形板的俯視圖，其中所述螺旋形圖案的原點(diǎn)在流成形板上的不同位置。圖4C展示具有螺旋形通孔圖案的流成形板的俯視圖和透視圖，其中所述螺旋形圖案偏離流成形板的中心以使得螺旋形圖案的原點(diǎn)不包含在通孔圖案中。圖5A展示從在鍍敷期間結(jié)合關(guān)于圖4C描述的流成形板使用關(guān)于圖3A描述的流轉(zhuǎn)向器得到的流圖案。圖5B展示當(dāng)使用關(guān)于圖5A描述的流轉(zhuǎn)向器/流成形板組合時(shí)的鍍敷均勻性結(jié)^ ο圖6是具有可變流通過(guò)性質(zhì)以便補(bǔ)償當(dāng)使用常規(guī)流成形板通孔時(shí)觀察到的晶片中心附近的較低鍍敷速率的流成形板的橫截面。圖7A是當(dāng)使用流端口橫向流增強(qiáng)時(shí)流成形板的頂部上的流動(dòng)力學(xué)的俯視圖。圖7B到圖7G描繪用于增強(qiáng)越過(guò)工件鍍敷表面的橫向流的各種設(shè)備。圖8A是具有成角度通孔以便補(bǔ)償當(dāng)使用常規(guī)流成形板通孔時(shí)觀察到的晶片中心附近的較低鍍敷速率的流成形板的橫截面。圖8B到圖8C是當(dāng)使用成角度流成形板時(shí)獲得的鍍敷均勻性的曲線圖。圖9A到圖9B分別是用于在電鍍期間產(chǎn)生越過(guò)晶片表面的橫向湍流的槳輪型組合件的橫截面和透視圖。圖10是展示用于晶片固持器的軌道運(yùn)動(dòng)的方向向量和旋轉(zhuǎn)的晶片固持器的透視圖。圖IlA到圖IlB是具有嵌入式旋轉(zhuǎn)元件以用于在鍍敷期間在晶片中心處產(chǎn)生橫向流的流成形板的透視圖和透視橫截面。圖12是概述本文描述的方法的流程圖。圖13是展示當(dāng)在鍍敷期間使用橫向流時(shí)獲得的鍍敷均勻性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式A. 一般設(shè)備上下文圖IA和圖IB的以下描述提供本文中所描述的設(shè)備和方法的一些一般非限制性上下文。以下論述中所呈現(xiàn)的各個(gè)特征也呈現(xiàn)在上述諸圖中的一個(gè)或一個(gè)以上者中。下文中對(duì)此類特征的論述僅意欲為對(duì)本文中所包括的實(shí)施例的增補(bǔ)描述。后幾個(gè)圖式中的特定焦點(diǎn)是朝向與各種流成形板和流轉(zhuǎn)向器有關(guān)的晶片固持器組合件，且因此描述示范性定位機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和晶片固持器。圖IA提供用于用電化學(xué)方法處理半導(dǎo)體晶片的晶片固持和定位設(shè)備100的透視圖。設(shè)備100具有后續(xù)圖式中展示并描述的各種特征。舉例來(lái)說(shuō)，設(shè)備100包括晶片嚙合組件(在本文中有時(shí)被稱作“蛤殼”組件)。實(shí)際蛤殼包括杯狀物102和將晶片穩(wěn)固地夾在杯狀物中的錐形物103。杯狀物102由支柱104支撐，支柱104連接到頂板105。此組合件(102-105)(統(tǒng)稱作組合件101)通過(guò)軸106由馬達(dá)107驅(qū)動(dòng)。馬達(dá)107附接到安裝托架109。軸106將扭矩傳輸給晶片(此圖中未展示)以允許在鍍敷期間旋轉(zhuǎn)。軸106內(nèi)的氣缸(未圖示)也提供垂直力以將晶片夾在杯狀物與錐形物103之間。為實(shí)現(xiàn)此論述的目的，包括組件102-109 的組合件統(tǒng)稱作晶片固持器111。然而，請(qǐng)注意，“晶片固持器”的概念一般擴(kuò)展到嚙合晶片且允許其移動(dòng)和定位的組件的各種組合和子組合。包括可滑動(dòng)式連接到第二板117的第一板115的傾斜組合件連接到安裝托架109。 傳動(dòng)缸113在樞軸節(jié)119和121處分別連接到板115和板117。因此，傳動(dòng)缸113提供用于使板115(且因此使晶片固持器111)滑過(guò)板117的力。晶片固持器111的遠(yuǎn)端(也就是， 安裝托架109)沿界定板115與117之間的接觸區(qū)域的弓形路徑(未圖示)移動(dòng)，且因此晶片固持器111的近端(也就是，杯狀物和錐形物組合件)基于虛擬樞軸傾斜。此允許晶片成角度地進(jìn)入鍍敷槽。通過(guò)另一個(gè)致動(dòng)器(未圖示)將整個(gè)設(shè)備100上下垂直地提升以將晶片固持器 111的近端浸入到鍍敷液中。因此，兩組件式定位機(jī)構(gòu)提供沿垂直于電解液的軌跡的垂直移動(dòng)和允許晶片偏離水平定向(平行于電解液表面)的傾斜移動(dòng)(成角晶片浸入能力)。設(shè)備100的移動(dòng)能力和關(guān)聯(lián)硬件的更詳細(xì)描述描述于在2001年5月31日申請(qǐng)且在2003年 4月22日發(fā)布的美國(guó)專利6，551，487中，所述美國(guó)專利以引用方式全文并入本文中。請(qǐng)注意，設(shè)備100通常與具有鍍敷腔室的特定鍍敷單元一起使用，所述鍍敷腔室容納陽(yáng)極(例如，銅陽(yáng)極)和電解液。鍍敷單元還可包括用于使電解液循環(huán)通過(guò)鍍敷單元一且抵著正被鍍敷的工件的管路或管路連接件。鍍敷單元還可包括設(shè)計(jì)成在陽(yáng)極隔室和陰極隔室中維持不同電解液化學(xué)性質(zhì)的隔膜或其它隔板。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)隔膜用以界定陽(yáng)極腔室，所述陽(yáng)極腔室含有實(shí)質(zhì)上無(wú)抑制劑、加速劑或其它有機(jī)鍍敷添加劑的電解液。以下描述提供對(duì)蛤殼的杯狀物與錐形物組合件的更多細(xì)節(jié)。圖IB以橫截面格式描繪組合件100的部分101，其包括錐形物103和杯狀物102。請(qǐng)注意，此圖并非意在為杯狀物與錐形物組合件的精確描述，而是為實(shí)現(xiàn)論述目的所作的程式化描述。杯狀物102通過(guò)支柱104由頂板105支撐，支柱104通過(guò)螺桿108附接。大體上，杯狀物102提供上面擱置著晶片145的支撐件。杯狀物102包括使來(lái)自鍍敷單元的電解液可與晶片接觸的開(kāi)口。 請(qǐng)注意，晶片145具有正面142，鍍敷發(fā)生在正面上。因此，晶片145的外圍擱置在杯狀物上。錐形物103壓迫晶片的背面以在鍍敷期間將其固持在適當(dāng)位置中。為將晶片載入到101中，通過(guò)軸106將錐形物103從其所描繪位置提升，直到錐形物103觸碰到頂板105為止。從此位置，在杯狀物與錐形物之間形成間隙，晶片145可插入到所述間隙中，且因此載入到杯狀物中。接著，錐形物103降低以抵著杯狀物102外圍來(lái)嚙合晶片，如所描繪。軸106傳輸用于使錐形物103嚙合晶片145的垂直力和用于旋轉(zhuǎn)組合件101的扭矩。這些所傳輸?shù)牧υ趫DIB中由箭頭指示。請(qǐng)注意，晶片鍍敷通常發(fā)生在晶片旋轉(zhuǎn)時(shí)(如由圖IB頂部處的虛箭頭所指示)。杯狀物102具有可壓縮的唇形密封143，其在錐形物103嚙合晶片145時(shí)形成不透流體的密封。來(lái)自錐形物和晶片的垂直力壓縮唇形密封143以形成不透流體的密封。唇形密封防止電解液與晶片145的背面接觸(其中所述接觸可將例如銅的雜質(zhì)原子直接引入到硅中)且與設(shè)備101的敏感組件接觸。還可存在位于杯狀物的界面與晶片之間的密封，其形成不透流體的密封以進(jìn)一步保護(hù)晶片145的背面(未圖示)。錐形物103還包括密封149。如所展示，密封149在嚙合時(shí)位于錐形物103的邊緣和杯狀物的上部區(qū)域附近。此也保護(hù)晶片145的背面使之免遭可能從杯狀物上方進(jìn)入蛤殼的任何電解液。密封149可黏附到錐形物或杯狀物，且可為單一密封或多組件式密封。在鍍敷起始之后，當(dāng)錐形物103升高到杯狀物102上方時(shí)，即將晶片145引入到組合件102。當(dāng)晶片最初引入到杯狀物102中(通常通過(guò)機(jī)械手)時(shí)，其正面142輕輕地?cái)R置在唇形密封143上。在鍍敷期間，組合件101旋轉(zhuǎn)以便輔助實(shí)現(xiàn)均勻鍍敷。在后續(xù)諸圖中，以更簡(jiǎn)單的格式且關(guān)于用于在鍍敷期間控制電解液在晶片鍍敷表面142處的流體力學(xué)的組件來(lái)描繪組合件101。因此，接下來(lái)描述工件處的質(zhì)量傳遞和流體剪切的概況。B.工件鍍敷表面處的質(zhì)量傳遞和流體剪切如所指示，各種WLP和TSV結(jié)構(gòu)相對(duì)較大且因此需要在晶片表面上進(jìn)行快速而又高度均勻的鍍敷。盡管下文中所描述的各種方法和設(shè)備適合于實(shí)現(xiàn)這些目的，但本發(fā)明不以此方式而受限。本文中所描述的某些實(shí)施例使用旋轉(zhuǎn)工件，所述旋轉(zhuǎn)工件在某些操作方式中近似經(jīng)典旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極。電極的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致電解液向上流向晶片。在晶片表面處的流動(dòng)可為層狀的(如經(jīng)典旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極中所使用)或湍流的。如所提及，使用水平定向的旋轉(zhuǎn)晶片的電鍍槽慣例上用于例如購(gòu)自加利福尼亞州圣何塞市的諾發(fā)系統(tǒng)公司(Novellus Systems, Inc.) 的Sabre 系鍍敷系統(tǒng)的電鍍?cè)O(shè)備。在各種實(shí)施例中，在大體垂直定向上具有多個(gè)通孔的平坦流成形板部署在電鍍?cè)O(shè)備內(nèi)距鍍敷表面有較短距離處，例如，流成形板的平坦表面與鍍敷表面相距約l-10mm。含有流成形元件的電鍍?cè)O(shè)備的實(shí)例描述于美國(guó)專利申請(qǐng)案第12/291，356號(hào)中，所述美國(guó)專利申請(qǐng)案于2008年11月7日申請(qǐng)，以引用方式全文并入本文中。如圖IC中所描繪，鍍敷設(shè)備150包括鍍敷單元155，其容納陽(yáng)極160。在此實(shí)例中，電解液175通過(guò)陽(yáng)極160流動(dòng)到槽155中且電解液穿過(guò)具有垂直定向(非相交)通孔的流成形元件170，電解液流經(jīng)所述通孔且接著撞擊在固持、定位在晶片固持器101中并由晶片固持器101移動(dòng)的晶片145 上。例如170的流成形元件提供在晶片鍍敷表面上的均勻撞擊流；然而，已發(fā)現(xiàn)(且如下文更詳細(xì)描述)，當(dāng)以WLP和TSV鍍敷速率方式來(lái)鍍敷時(shí)，在較大特征以較高鍍敷速率(例如，相對(duì)于某些金屬鑲嵌處理的鍍敷速率而言)來(lái)填充的情況下，與外部區(qū)域相比，在晶片的中央?yún)^(qū)域中觀測(cè)到較低的鍍敷速率。此結(jié)果在圖ID中典型化，圖ID展示隨沉積速率對(duì)300mm晶片上的輻射位置而變的鍍敷均勻性。根據(jù)本文中所描述的某些實(shí)施例，利用此類流成形元件的設(shè)備是按某方式來(lái)配置和/或操作，所述方式促進(jìn)在晶片的面上的高速率且極均勻的鍍敷，包括在高速率沉積方式下的鍍敷(例如，對(duì)于WLP和TSV應(yīng)用)。所描述的各種實(shí)施例中的任一者或所有可在金屬鑲嵌以及TSV和WLP應(yīng)用的上下文中實(shí)施。假設(shè)旋轉(zhuǎn)工件是水平定向的，在晶片表面下方某距離的平面處，大塊電解液主要在垂直方向上流動(dòng)。當(dāng)其接近并接觸晶片表面時(shí)，晶片的存在(和其旋轉(zhuǎn))重定向流體并逼迫流體向外朝晶片外圍流動(dòng)。此流動(dòng)通常為層狀的。在理想情況下，電極表面處的電流密度由列維奇公式描述，所述公式指示極限電流密度與電極的角速度的平方根成比例。此極限電流密度在旋轉(zhuǎn)電極的徑向范圍內(nèi)均勻，主要是因?yàn)檫吔鐚雍穸葹楹愣ê穸惹要?dú)立于徑向或方位角位置。在各種實(shí)施例中，所述設(shè)備提供通過(guò)流成形板中的小孔的極高速率垂直流動(dòng)速率。在各種實(shí)施例中，彼等小孔為流成形板中的以下一類孔，其全部獨(dú)立(也就是，非互連一個(gè)別孔之間不存在流體連通)且以主要垂直定向來(lái)定向以在晶片表面處在小孔出口上方的較短距離處向上導(dǎo)流。通常，在流成形板中可存在許多此類小孔，通常至少約1000 個(gè)此類小孔或至少約5000個(gè)此類小孔。流出這些孔外的電解液可產(chǎn)生直接撞擊在晶片表面上的高速流體的一組個(gè)別“微射流”。在一些情況下，工件鍍敷表面處的流并非層狀的，也就是，局部流為湍流的或在湍流與層狀之間轉(zhuǎn)變。在一些情況下，在晶片表面的水力邊界層處的局部流由在晶片表面處約IO5或IO5以上的雷諾數(shù)來(lái)定義。在其它情況下，工件鍍敷表面處的流為層狀的和/或由約2300或2300以下的雷諾數(shù)來(lái)表征。根據(jù)本文中所描述的特定實(shí)施例，在垂直方向上發(fā)源自流板中的個(gè)別孔或小孔的流體流動(dòng)至晶片表面的流動(dòng)速率 (且通過(guò)流成形板中的通孔)為約IOcm/秒或IOcm/秒以上的數(shù)量級(jí)，更通常為約15cm/秒或15cm/秒以上。在一些情況下，其為約20cm/秒或20cm/秒以上。另外，電鍍?cè)O(shè)備可以使得流成形板與電極之間的電解液的局部剪切發(fā)生的方式來(lái)操作。對(duì)于大小為典型邊界層厚度的長(zhǎng)度尺度的特征而言，流體的剪切(尤其撞擊與剪切流的組合)可最大化反應(yīng)器內(nèi)的對(duì)流。在許多實(shí)施例中，此長(zhǎng)度尺度在幾微米或甚至幾十微米的數(shù)量級(jí)上。流剪切可以至少兩種方式來(lái)建立。在第一種情況下，其是通過(guò)大體上固定的流成形板與位于幾毫米遠(yuǎn)的高速相對(duì)移動(dòng)的晶片表面的相對(duì)接近來(lái)完成。此布置建立了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且因此由線性、旋轉(zhuǎn)和/或軌道運(yùn)動(dòng)而建立剪切流。將非移動(dòng)流成形板取作參照點(diǎn)，流體局部剪切將由晶片上的局部點(diǎn)的速度除以板距晶片的間隙(單位為(cm/sec)/ (cm) = sec—1)給出，而保持晶片移動(dòng)所需的剪切應(yīng)力簡(jiǎn)單地為此值乘以流體的速度。大體上(對(duì)于牛頓流體)，在此第一剪切模式下，速度剖面大體上增加兩個(gè)平面表面之間的線性。用以建立局部剪切的第二種方法涉及在流板/晶片間隙內(nèi)引入在所述兩個(gè)平坦表面之間的間隙中(在板的任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)的缺少或存在的情況下)造成或誘發(fā)側(cè)向流體運(yùn)動(dòng)的條件。使流體進(jìn)出間隙的壓力差和或進(jìn)口和出口使流體實(shí)質(zhì)上平行于所述兩個(gè)表面移動(dòng)，包括跨越晶片的旋轉(zhuǎn)中心。假設(shè)固定晶片，在流板/晶片間隙的中間觀測(cè)到與所強(qiáng)加流相關(guān)聯(lián)的最大速度，且局部剪切與局部流體流密度或平均速度(cm7sec/cm或cm/sec)除以晶片距流板間隙成比例，其中最大速度在間隙的中心處。雖然經(jīng)典旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)/晶片的第一種剪切模式在晶片中心處不造成任何流體剪切，但第二種模式(其可在各種實(shí)施例中實(shí)施) 確實(shí)在晶片中心處造成流體剪切。因此，在某些實(shí)施例中，電鍍?cè)O(shè)備是在以下條件下操作的在距晶片表面幾毫米的范圍內(nèi)跨越襯底的鍍敷面的中心點(diǎn)產(chǎn)生約3cm/sec或3cm/sec 以上(或約5cm/sec或5cm/sec以上)的橫向相對(duì)電解液速度。當(dāng)在通過(guò)流成形板的此較高垂直流動(dòng)速率下操作時(shí)，可獲得高鍍敷速率，通常在約5微米/分鐘或5微米/分鐘以上的數(shù)量級(jí)上，在以1 1縱橫比在50 μ m深度處形成于光阻的阻穿層中的特征中尤為如此。此外，雖然不希望遵循任何特定原理或理論，但當(dāng)在如本文中所描述的剪切條件下操作時(shí)，在正被鍍敷的結(jié)構(gòu)的凹入含流體部分內(nèi)材料的有利對(duì)流型樣和關(guān)聯(lián)的增強(qiáng)輸送增強(qiáng)了沉積速率和均勻性，此導(dǎo)致在個(gè)別裸片內(nèi)和在鍍敷工件的整個(gè)面上的極均勻的成形特征，通常在鍍敷表面內(nèi)變化不大于約5%。不管作用機(jī)制如何，所述操作都導(dǎo)致顯著均勻且快速的鍍敷。如上文所提及，有趣的是注意到，在缺少由本文中的設(shè)備所形成的流撞擊和剪切條件的適當(dāng)組合(例如，在工件表面上的較高垂直撞擊流動(dòng)速率或僅流剪切)的情況下，將不會(huì)容易地在較大、WLP大小的特征的晶片表面內(nèi)和所述表面上產(chǎn)生高度均勻的鍍敷。首先考慮鍍敷實(shí)質(zhì)上平坦表面的情形。此處，術(shù)語(yǔ)實(shí)質(zhì)上平坦意味著特征或粗糙度小于所計(jì)算或所測(cè)量的質(zhì)量傳遞邊界層厚度(通常為幾十微米)的表面。具有小于約5 微米(例如，1微米或1微米以下)凹入特征的任何表面(例如，通常用在銅鑲嵌鍍敷中) 因此實(shí)質(zhì)上平坦以實(shí)現(xiàn)此目的。當(dāng)使用經(jīng)典對(duì)流時(shí)，為旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)或噴鍍系統(tǒng)的實(shí)例，鍍敷在理論和實(shí)踐上在工件面上極均勻。因?yàn)樘卣鞯纳疃扰c質(zhì)量傳遞邊界厚度相比為較小的，所以內(nèi)部特征質(zhì)量傳遞阻力(與特征內(nèi)部的擴(kuò)散相關(guān)聯(lián))較小。重要地，(例如)通過(guò)使用流剪切板剪切流體在理論上將不會(huì)更改到平坦表面的質(zhì)量傳遞，因?yàn)榧羟兴俣群完P(guān)聯(lián)對(duì)流全部都在與表面正交的方向上。為輔助到表面的質(zhì)量傳遞，對(duì)流必須具有朝向表面的速度分量。相比之下，在表面的方向上流動(dòng)的高速流體(例如，由穿過(guò)各向異性多孔板(例如， 本文中所描述的流成形板)的流體導(dǎo)致)可產(chǎn)生具有朝表面的速度分量的較大撞擊流，且因此實(shí)質(zhì)上減小質(zhì)量傳遞邊界層。因此，再次對(duì)于實(shí)質(zhì)上平坦表面，撞擊流將改進(jìn)輸送，但剪切(只要不形成湍流)將不會(huì)改進(jìn)輸送。在(例如)在晶片與離旋轉(zhuǎn)工件很近的剪切板之間的間隙中形成的湍流(流體的混亂運(yùn)動(dòng))存在的情況下，可顯著地減少質(zhì)量傳遞阻力且增強(qiáng)均勻?qū)α鳁l件，形成針對(duì)極薄邊界層厚度的條件，因?yàn)榛靵y運(yùn)動(dòng)中的一些將流體導(dǎo)引到表面。到實(shí)質(zhì)上平坦表面的流在工件的整個(gè)徑向范圍內(nèi)可能為湍流或可能并非湍流， 但在特征內(nèi)和在晶片沉積內(nèi)導(dǎo)致極均勻的結(jié)果。重要的是要理解邊界層厚度概念的限制，為將質(zhì)量傳遞阻力集中到等效表面膜的空間的高度簡(jiǎn)化、概念性區(qū)域。其在功能上限于表示反應(yīng)物濃度隨其到大體上平坦表面的擴(kuò)散而改變的距離，當(dāng)應(yīng)用于“較粗糙”表面時(shí)重要性在一定程度上降低。薄邊界層大體上與高輸送速率相關(guān)聯(lián)為成立的。但不導(dǎo)致到平坦表面的改進(jìn)對(duì)流的一些條件可改進(jìn)到粗糙表面的對(duì)流也是成立的。咸信，對(duì)于WLP尺度“粗糙”表面而言，存在流體剪切的添加、迄今未得到欣賞的特性，其可與撞擊流組合使用以增強(qiáng)到此類較粗糙表面(例如，具有比質(zhì)量傳遞邊界層厚度大的特征的經(jīng)圖案化表面)的對(duì)流。在實(shí)質(zhì)上平坦表面與實(shí)質(zhì)上粗糙表面行為之間的此差異的所感知到的原因與增強(qiáng)的材料補(bǔ)充相關(guān)聯(lián)，所述材料補(bǔ)充可經(jīng)形成以在其越過(guò)特征的口時(shí)攪動(dòng)固持在空腔中的物質(zhì)，將流體混合且將流體輸送到相對(duì)較大的凹入特征并使之遠(yuǎn)離所述凹入特征。特征內(nèi)循環(huán)條件的形成在WLP型結(jié)構(gòu)中在達(dá)成極高速率、全局和顯微均勻沉積方面用作手段。
就較大且相對(duì)較深(1 0.5寬度對(duì)深度或更大的縱橫比)特征而言，單獨(dú)使用撞擊流可僅部分有效，因?yàn)樽矒袅黧w在接近開(kāi)口小孔之前必須從特征空腔開(kāi)口向外徑向地分叉。含于空腔內(nèi)的流體未得到有效攪拌或移動(dòng)且可維持基本上停滯，使特征的輸送主要由擴(kuò)散單獨(dú)進(jìn)行。因此，咸信，當(dāng)在主要是單獨(dú)撞擊流或單獨(dú)剪切流的操作條件下鍍敷WLP尺度特征時(shí)，對(duì)流次于使用撞擊流與剪切流的組合時(shí)的對(duì)流。且與到平坦表面(與邊界層在同一數(shù)量級(jí)上平坦)的等效對(duì)流條件相關(guān)聯(lián)的質(zhì)量傳遞邊界層將自然地大體上均勻，但在 WLP尺度特征鍍敷中遇到的情形中，為實(shí)現(xiàn)均勻鍍敷，邊界層厚度(大體上相當(dāng)于正被鍍敷的特征的大小且在幾十微米的數(shù)量級(jí)上)需要相當(dāng)不同的條件。最后，層狀撞擊流與層狀剪切流的組合和交叉咸信能夠形成微流旋渦。這些微旋渦(其單獨(dú)實(shí)質(zhì)上可為層狀的)可潛在地變成實(shí)質(zhì)上湍流的，且與上文的論述一致，可用于增強(qiáng)到平坦表面鍍敷和粗糙表面鍍敷的對(duì)流。應(yīng)了解，提出上述解釋僅是為了輔助理解在具有WLP或類WLP特征的晶片中的質(zhì)量傳遞和對(duì)流的物理基礎(chǔ)。其并非本文中所描述的有益方法和設(shè)備的作用機(jī)制或必需鍍敷條件的限制性解釋。發(fā)明者已觀測(cè)到，當(dāng)旋轉(zhuǎn)經(jīng)圖案化襯底一尤其是具有大小與質(zhì)量傳遞邊界層類似的特征(例如，在幾微米或幾十微米數(shù)量級(jí)上的凹座或突起，例如常在TSV和WLP襯底上遇到的)的經(jīng)圖案化襯底一可在旋轉(zhuǎn)襯底的中心處產(chǎn)生“異?！被蝈兎笫С！４隋兎蠓蔷鶆蛐园l(fā)生在平坦鍍敷表面的旋轉(zhuǎn)軸處，此處角速度為零或接近零。在使用如上文所描述的流成形板的設(shè)備中的一些中，在缺少一些其它中心失常調(diào)停機(jī)制的情況下，也觀測(cè)到此情形。在此類情況下，在無(wú)這些機(jī)制的情況下，就大體上平坦特征而言，除了工件的中心之外，在經(jīng)圖案化工件表面任一處上，鍍敷速率顯著均勻且快速，在工件中心處速率顯著降低且特征形狀大體上非均勻(例如，中心附近的凹處)。此情形特別令人感興趣，假定在未經(jīng)圖案化襯底上在類似條件下的鍍敷產(chǎn)生完全均勻的鍍敷剖面或有時(shí)甚至相反的鍍敷剖面 (也就是，除了在中心處之外，鍍敷速率在工件表面任一處上顯著均勻，在中心處鍍敷速率顯著較高，此導(dǎo)致圓頂形中心區(qū)域)。在其它測(cè)試中，在總體撞擊流容積和/或速度在中心處增加的情況下，發(fā)現(xiàn)沉積速率在此處可增加，但特征的大體形狀在中心處很大程度上維持未改變(圓頂形和不規(guī)則的，而非平坦)。此中心非均勻性可通過(guò)提供側(cè)向移動(dòng)流體來(lái)加以減輕或消除，所述側(cè)向移動(dòng)流體將在襯底中心產(chǎn)生剪切力使電解液流過(guò)襯底的鍍敷面。此剪切力可由許多機(jī)構(gòu)中的任一者來(lái)施加，將在本文中描述所述機(jī)構(gòu)中的一些。簡(jiǎn)短地，所述機(jī)構(gòu)包括(1)在旋轉(zhuǎn)襯底的中心處或附近孔的數(shù)目、定向和分布的均勻性有變化的流成形板，例如以下一種流成形板，在其中所述孔中的離旋轉(zhuǎn)工件的中心最近的至少一些具有相對(duì)于垂直線偏離的角度(更通常地，不垂直于旋轉(zhuǎn)襯底的鍍敷面的角度)；(2)工件表面與流成形板之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的側(cè)向分量(例如，相對(duì)線性或軌道運(yùn)動(dòng)，例如有時(shí)在化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備中應(yīng)用)；(3)鍍敷單元中所設(shè)置的一個(gè)或一個(gè)以上往復(fù)或旋轉(zhuǎn)槳葉(例如，槳輪或葉輪)；(4)附接到流成形板或離流成形板最近且偏離工件的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)組合件；(5)附接到流成形板或離流成形板的圓周最近且朝旋轉(zhuǎn)工件延伸的方位角非均勻限流器(有時(shí)被稱作“流轉(zhuǎn)向器”)；以及(6)引入跨越整體晶片表面(包括中心)的側(cè)向流的其它機(jī)構(gòu)。將在下文更詳細(xì)地描述并例示這些機(jī)構(gòu)中的每一者。關(guān)于第一種列出的機(jī)構(gòu)，板孔分布的非均勻性可為(1)板的中心區(qū)域中孔密度增加和/或(b)中心區(qū)域中孔分布的隨機(jī)性。關(guān)于所列出機(jī)構(gòu)中的第五種，流轉(zhuǎn)向器有效地提供在旋轉(zhuǎn)襯底與流成形板之間的幾乎閉合的腔室。在一些情況下，如下文更充分地描述，流轉(zhuǎn)向器和關(guān)聯(lián)硬件提供或?qū)崿F(xiàn)在襯底固持器外圍與邊緣元件的頂部之間的區(qū)域的大部分上極小間隙(例如，約0. Imm到 0. 5mm)的形成。在剩余的外圍區(qū)域中，在邊緣元件中存在間隙，所述間隙提供具有相對(duì)較低阻力路徑以使電解液流向幾乎閉合的腔室之外的較大間隙。參見(jiàn)(例如)圖2A到圖2C。C.設(shè)計(jì)和操作參數(shù)此部分將論述各種有關(guān)參數(shù)。這些參數(shù)常常是相關(guān)的。然而，將單獨(dú)描述這些參數(shù)以提供通用操作空間和通用裝置設(shè)計(jì)空間的實(shí)例。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將完全了解，當(dāng)考慮到本發(fā)明的教示時(shí)，可選擇這些參數(shù)的適當(dāng)組合以實(shí)現(xiàn)特定結(jié)果，例如所要鍍敷速率或均勻沉積輪廓。另外，本文提供的一些參數(shù)可根據(jù)被鍍敷的襯底和特征及/或其應(yīng)用的電鍍單元的大小來(lái)按比例調(diào)整。除非另有說(shuō)明，否則所引述的參數(shù)適合使用流成形板下的電解液腔室體積大于1升的電鍍單元來(lái)鍍敷300mm晶片。流出流成形板孔并撞擊晶片的電解液流動(dòng)速率如所指出，穿過(guò)流成形板孔的流動(dòng)速率可能與鍍敷單元的操作有關(guān)。通常，需要使通過(guò)流成形板的撞擊流具有高速率。在某些實(shí)施例中，從板中的個(gè)別孔流出的此流動(dòng)速率至少為約10厘米/秒，且常常大于約15厘米/秒或甚至為約20厘米/秒或更大。從板孔到晶片表面的距離一般小于5mm，由此使上述流體速度在沖擊晶片表面之前的任何電勢(shì)耗散最小化。實(shí)質(zhì)上，每個(gè)通孔的每個(gè)孔隙都提供撞擊流的微射流。在具有相對(duì)較小開(kāi)口(例如，直徑約0. 03英寸或更小)的流成形板中，粘性壁力通常在開(kāi)口內(nèi)的慣性流體動(dòng)力中占主導(dǎo)。在此種情況下，雷諾數(shù)(Reynolds number)將遠(yuǎn)低于在管子中流動(dòng)的渦流閾值(> 2000)。因此，在孔中的流本身通常將是層狀的。然而， 所述流在以約10-20cm/sec行進(jìn)后強(qiáng)烈且直接地(例如，以直角)碰撞鍍敷表面。相信此撞擊流至少部分促成所觀察到的有益結(jié)果。例如，可以在使用與不使用高速撞擊流體微射流的情況下使用對(duì)銅到扁平晶片的極限電流鍍敷速率的測(cè)量來(lái)確定邊界層厚度。流成形板為1/2英寸厚的板，其中鉆有6500個(gè)0. 026英寸的孔均勻布置在約300mm直徑的區(qū)域上。 盡管這些孔的面積只占晶片鍍敷表面下的總面積的約3%，且旋轉(zhuǎn)晶片在一個(gè)孔正上方持續(xù)相等的一小段時(shí)間，但仍發(fā)現(xiàn)當(dāng)將孔流速?gòu)?cm/sec改變到18. 2cm/sec，而晶片的旋轉(zhuǎn)保持在30RPM時(shí)，極限電流增加多達(dá)100%。穿過(guò)流成形板的體積流動(dòng)速率通過(guò)流成形板的總體積流量與從板個(gè)別孔的線性流動(dòng)速率成正比。對(duì)于本文中描述的典型流成形板(例如，直徑約300mm的流成形板，具有大量相等直徑)，穿過(guò)板孔的體積流量可能大于約5升/分鐘，或大于約10升/分鐘，或有時(shí)可達(dá)到40升/分鐘或更大。舉例來(lái)說(shuō)，為24升/分鐘的體積流動(dòng)速率在典型板的每個(gè)孔出口處產(chǎn)生為約18. 2cm/sec的線性流速。側(cè)向流過(guò)襯底工作表面中心旋轉(zhuǎn)軸的流動(dòng)速率直接平行于旋轉(zhuǎn)襯底表面的流在襯底旋轉(zhuǎn)軸處一般應(yīng)為非零值。此平行流是恰好在襯底表面上的流體動(dòng)力邊界層外側(cè)處測(cè)量。在一些實(shí)施例中，流過(guò)襯底中心的流大于約 3cm/sec，或更特定而言，大于約5cm/sec。相信這些流會(huì)減輕或消除在經(jīng)圖案化晶片的旋轉(zhuǎn)軸處所觀察到的鍍敷速率的減小。
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流過(guò)流成形板的電解液壓降在某些實(shí)施例中，流過(guò)流成形元件孔的電解液的壓降不大，例如，約0. 5托到3托 (在特定實(shí)施例中為0. 03psi或1. 5托)。在例如使用關(guān)于圖2A到圖21所描述的流轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的一些設(shè)計(jì)中，越過(guò)板的壓降應(yīng)顯著大于在遮板或邊緣元件中的開(kāi)放間隙的壓降， 以確保襯底表面上的撞擊流越過(guò)襯底表面至少相對(duì)均勻。晶片與流成形板之間的距離在某些實(shí)施例中，晶片固持器與相關(guān)聯(lián)的定位機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)晶片固持地非常接近于流成形元件的平行上表面。典型情況下，所述分離距離為約1-10毫米，或約2-8毫米。此較小的板到晶片距離可能在晶片上造成與“接近性”相關(guān)聯(lián)的鍍敷圖案，從而“成像”圖案的個(gè)別孔，尤其是在靠近晶片旋轉(zhuǎn)中心處。要避免此現(xiàn)象，在一些實(shí)施例中，應(yīng)將個(gè)別孔(尤其是在晶片中心處和靠近晶片中心處)建構(gòu)成具有小尺寸，例如小于板到晶片間隙的約1/5。 當(dāng)與晶片旋轉(zhuǎn)耦合時(shí)，小孔尺寸允許在時(shí)間上平均作為射流而來(lái)自板的撞擊流體的流速， 且減小或避免小規(guī)模不均勻性(例如，約數(shù)微米的不均勻性)。盡管有以上預(yù)防措施，且取決于所使用的鍍槽的性質(zhì)(例如，所沉積的特定金屬、導(dǎo)電性，及所使用的槽添加加)，在一些情況下，沉積可能易于發(fā)生于因時(shí)間平均暴露而引起的微型不均勻圖案和具有各種厚度且對(duì)應(yīng)于所使用的個(gè)別孔圖案的接近性成像圖案(例如，在晶片中心周?chē)省芭Ｑ邸毙螤? 中。如果有限的孔圖案造成不均勻且影響沉積的撞擊流圖案，則可能發(fā)生此現(xiàn)象。在此情況下，已發(fā)現(xiàn)越過(guò)晶片中心引入側(cè)向流大大消除原本于此處發(fā)現(xiàn)的任何微型不均勻性。流成形板的孔隙率在各種實(shí)施例中，流成形板具有足夠低的孔隙率及小孔尺寸以在正常操作體積流動(dòng)速率下提供粘性背壓和高垂直撞擊流動(dòng)速率。在一些情況下，流成形板的約到10% 是開(kāi)放區(qū)域，從而允許流體到達(dá)晶片表面。在特定實(shí)施例中，所述板的約2%到5%是開(kāi)放區(qū)域。在特定實(shí)例中，所述板的開(kāi)放區(qū)域?yàn)榧s3. 2%，且有效總開(kāi)放橫截面積為約23cm2。流成形板的孔尺寸可以許多不同方式實(shí)施流成形板的孔隙率。在各種實(shí)施例中，流成形板實(shí)施有許多小直徑的垂直孔。在一些情況下，所述板并非由個(gè)別“鉆”孔組成，而是由連續(xù)多孔材料的燒結(jié)板形成。此種燒結(jié)板的實(shí)例描述于美國(guó)專利6，964，792中，該美國(guó)專利的全文以引用方式并入本文中。在一些實(shí)施例中，鉆出的非連通孔的直徑為約0.01到0.05英寸。在一些情況下，所述孔的直徑或?yàn)榧s0. 02到0. 03英寸。如上所述，在各種實(shí)施例中，所述孔的直徑至多為流成形板與晶片之間的間隙距離的約0. 2倍。所述孔的橫截面一般是圓形的， 但無(wú)需如此。另外，為易于建構(gòu)，板中的所有孔可具有相同直徑。然而，情況無(wú)需如此，且因此如特定需要可能規(guī)定的，孔的個(gè)別尺寸以及局部密度可在板表面上變化。舉例來(lái)說(shuō)，已發(fā)現(xiàn)由適當(dāng)陶瓷或塑料(一般為介電絕緣且機(jī)械上穩(wěn)固的材料)制成、其中設(shè)有大量小孔(例如，直徑為0.026英寸的6465個(gè)孔)的固態(tài)板是有用的。板的孔隙率通常小于約5%，以使得形成高撞擊速度所需的總流動(dòng)速率不會(huì)過(guò)大。使用較小孔比較大孔有助于形成越過(guò)板的大的壓降，從而輔助形成穿過(guò)板的更均勻的向上速度。一般來(lái)說(shuō)，孔在流成形板上的分布具有均勻密度且非隨機(jī)的。然而，在一些情況下，孔的密度可改變，尤其在徑向方向上。在如下文更完全描述的特定實(shí)施例中，在將流朝著旋轉(zhuǎn)襯底中心指引的板區(qū)域中存在較大孔密度及/或孔直徑。另外，在一些實(shí)施例中，指引旋轉(zhuǎn)晶片中心處或靠近所述中心處的電解液的孔可能誘使相對(duì)于晶片表面以非直角流動(dòng)。另外，此區(qū)域中的孔由于有限數(shù)目的孔與晶片旋轉(zhuǎn)之間的任何交互作用而可能具有隨機(jī)或部分隨機(jī)的分布不均勻的鍍敷“環(huán)”。在一些實(shí)施例中，接近流轉(zhuǎn)向器開(kāi)放段處的孔密度小于離所附接的流轉(zhuǎn)向器的開(kāi)放段較遠(yuǎn)的流成形板區(qū)域上的孔密度。襯底旋轉(zhuǎn)速率晶片旋轉(zhuǎn)速率可大大改變。在不存在撞擊流和流成形板的情況下，在晶片下小距離處，應(yīng)避免高于90rpm的旋轉(zhuǎn)速率，這是因?yàn)樵诰膺吘壧幰话銜?huì)形成渦流(且層狀流進(jìn)一步保持)，從而導(dǎo)致徑向非均勻?qū)α鳁l件。然而，在本文所揭示的大多數(shù)實(shí)施例(例如具有外加渦流及/或具有撞擊流成形板的實(shí)施例)中，可使用范圍大得多的旋轉(zhuǎn)速率，例如從20rpm到200rpm或更大。較高旋轉(zhuǎn)速率會(huì)大大增加晶片表面大部分的剪切作用，晶片中心除外。然而，高旋轉(zhuǎn)速率往往也會(huì)放大、聚焦或以其它方式修改中心異常/失常的相對(duì)規(guī)模，因此相信越過(guò)中心引入側(cè)向流有時(shí)對(duì)于消除此問(wèn)題是有必要的，尤其是當(dāng)在較高旋轉(zhuǎn)速率下操作時(shí)。襯底旋轉(zhuǎn)方向在一些實(shí)施例中，在電鍍過(guò)程期間周期性地改變晶片方向。此方法的一個(gè)益處在于，先前在流體流前邊緣(在有角方向上)處的特征陣列或個(gè)別特征的一部分在旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)時(shí)可成為所述流的后邊緣。當(dāng)然，相反情況也如此。有角流體流的此反轉(zhuǎn)往往會(huì)使在工件面上的各特征上的沉積速率相等。在某些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)在整個(gè)鍍敷過(guò)程中以大致相等的持續(xù)時(shí)間發(fā)生多次，以使得對(duì)流與特征深度回旋最小化。在一些情況下，旋轉(zhuǎn)在鍍敷晶片的過(guò)程期間至少反轉(zhuǎn)約4次。例如，可使用一系列振蕩的5個(gè)順時(shí)針和5個(gè)逆時(shí)針鍍敷旋轉(zhuǎn)步驟。一般而言，改變旋轉(zhuǎn)方向可緩和方位角方向上的上游/下游非均勻性，但對(duì)徑向非均勻性具有有限影響，除非與其它隨機(jī)化影響，例如撞擊流和晶片橫流、疊加。襯底表面上(表面到邊緣)的電沉積均勻性如所指示，一般需要鍍敷晶片鍍敷面上的所有特征到均勻厚度。在某些實(shí)施例中， 鍍敷速率且因此被鍍敷特征的厚度具有在晶片一半范圍(WIW R/2%)內(nèi)為10%或更小的非均勻性。WIW-R/2定義為在越過(guò)晶片半徑的多個(gè)裸片處收集的特定特征類型(即，具有既定大小且與晶片上的每個(gè)裸片具有相同相對(duì)位置的選定特征)的總厚度范圍除以所述特征在整個(gè)晶片上的平均厚度的兩倍。在一些情況下，鍍敷過(guò)程具有為約5%或更佳的 WIW-R/2均勻性。本發(fā)明中描述的設(shè)備和方法能夠在高沉積速率(例如，5微米/分鐘或更高)下實(shí)現(xiàn)或超過(guò)此均勻性水平。電沉積速率許多WLP、TSV及其它應(yīng)用要求極高的電填充速率。在一些情況下，如本文中所描述的電鍍過(guò)程以至少約1微米/分鐘的速率填充微米規(guī)模的特征。在一些情況下，其以至少約5微米/分鐘(有時(shí)至少約10微米/分鐘)的速率填充此種特征。本文中描述之實(shí)施例形成有效的質(zhì)量傳遞，以使得可使用此種較高鍍敷速率，同時(shí)維持高鍍敷均勻性。流成形板的額外特性如所指示，流成形板可具有許多不同配置。在一些實(shí)施例中，其提供以下通用(定性)特性。1)無(wú)滑動(dòng)邊界，其靠近旋轉(zhuǎn)工具以使電解液在工件表面處產(chǎn)生局部剪切力，2)顯著的離子阻力，當(dāng)電鍍到相對(duì)薄的金屬化或因其它原因具有高阻力的表面上時(shí)，其可提供在工件半徑上更均勻的電勢(shì)和電流分布，及3)大量流體微射流，其將極高速流體直接遞送到晶片表面上。顯著離子阻力是重要的，因?yàn)樵赪LP和TSV鍍敷中，可能在整個(gè)晶片上具有極少金屬沉積，跨晶片阻力和從晶片周邊到期中心的阻力可能在整個(gè)過(guò)程中保持為高。在整個(gè)鍍敷過(guò)程中具有顯著離子阻力允許維持均勻的鍍敷過(guò)程，且使得能夠使用比原本可能的情況更薄的晶種層。這就解決了如先前以引用方式并入的美國(guó)專利申請(qǐng)案第12/291，356 號(hào)中所描述的“終點(diǎn)效應(yīng)”。在許多實(shí)施例中，流成形元件的小孔或孔不相連，而是非連通的，S卩，它們彼此隔離，且不與流成形元件的主體形成互連通道。此種孔可優(yōu)選作為1維通孔，因?yàn)槠湓谝粋€(gè)維度上延伸，在一個(gè)實(shí)施例中，正交于晶片的鍍敷表面。也就是說(shuō)，通道相對(duì)于流成形元件的面向襯底的表面定向成約90°角。在一個(gè)實(shí)施例中，流成形元件的通道相對(duì)于流成形元件的面向襯底的表面定向成約20°到約60°角，在另一實(shí)施例中，相對(duì)于流成形元件的面向襯底的表面定向成約30°到約50°角。在一個(gè)實(shí)施例中，流成形元件包括定向于不同角度的通孔。流成形元件上的孔圖案可包括均勻、非均勻、對(duì)稱及不對(duì)稱的元件，即，孔的密度和圖案可越過(guò)流成形元件而改變。在某些實(shí)施例中，通道經(jīng)布置以避免平行于面向襯底的表面的長(zhǎng)范圍的線性路徑不會(huì)遇到通道中的一個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，通道經(jīng)布置以避免平行于面向襯底的表面的約IOmm或更長(zhǎng)的長(zhǎng)范圍的線性路徑不會(huì)遇到通道中的一個(gè)。所述流成形元件可由離子阻力材料建構(gòu)而成，離子阻力材料包括至少一種以下材料聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氯乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、聚砜及聚碳酸酯。在一個(gè)實(shí)施例中，流成形元件的厚度介于約5mm與約IOmm之間。在某些實(shí)施例中，多個(gè)通道實(shí)質(zhì)上彼此平行，在另一實(shí)施例中，所述多個(gè)通道中之至少一些通道不彼此平行。在某些實(shí)施例中，流成形元件為具有約6，000到12，000個(gè)孔的圓盤(pán)。在一個(gè)實(shí)施例中，流成形元件具有非均勻的孔密度，較大孔密度存在于面向襯底鍍敷面的旋轉(zhuǎn)軸的流成形元件區(qū)域中。在一個(gè)實(shí)施例中，流成形元件中的多個(gè)孔并不在流成形元件內(nèi)形成連通通道，且實(shí)質(zhì)上所有所述多個(gè)孔在面向襯底表面的元件表面上具有不大于約5毫米的主要尺寸或開(kāi)口直徑。應(yīng)注意，本發(fā)明所使用的流成形板可具有某些偏離先前以引用方式并入的美國(guó)專利申請(qǐng)案第12/291，356號(hào)中所引述的特性的特性。這些特性包括(1)較低離子阻力(例如顯著小于接種晶片的阻力的阻力)，(2)大量孔，及(3)較薄構(gòu)造(例如，板厚度可能為約四分之一英寸或更小)。鑒于上述參數(shù)，下文結(jié)合諸圖更詳細(xì)地描述設(shè)備和方法。D.用于解決中心鍍敷不均勻性的設(shè)備盡管本文中所描述的本發(fā)明的一些方面可用于各種類型的鍍敷設(shè)備，但為簡(jiǎn)單及清晰起見(jiàn)，大多數(shù)實(shí)例將關(guān)于晶片面向下的“噴泉式”鍍敷設(shè)備。在此種設(shè)備中，待鍍敷的工件(在本文所提供的實(shí)例中通常為半導(dǎo)體晶片)一般具有實(shí)質(zhì)上水平定向(在一些情況下可能從真正水平改變幾度)且在以大體垂直向上的電解液對(duì)流鍍敷期間旋轉(zhuǎn)。噴泉式鍍敷類型的單元/設(shè)備的部件的一個(gè)實(shí)例是由Novellus Systems, Inc. (San Jose，CA)生產(chǎn)且可購(gòu)自Novellus Systems, Inc.的Sabre 電鍍系統(tǒng)。另外，噴泉式電鍍系統(tǒng)描述于例如美國(guó)專利第6，800，187號(hào)和2010年2月11日申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)案US2010-0032310A1 中，該兩案的全文以引用方式并入本文中。
如所提及，已觀測(cè)到，在經(jīng)圖案化晶片上，與晶片剩余部分相比，在晶片中心處和在其附近的小徑向區(qū)域上的電鍍速率相對(duì)較慢且鍍敷特征形狀較次，在所述剩余部分中速率實(shí)質(zhì)上均勻。圖ID描繪當(dāng)使用常規(guī)噴流式鍍敷配置時(shí)來(lái)自到300mm晶片上的銅電鍍循環(huán)的結(jié)果。這些結(jié)果是針對(duì)鍍敷有銅且具有50微米寬特征的晶片而獲得，所述50微米寬特征在以3. 5微米/分鐘鍍敷的50微米厚光阻中界定。鍍敷是在晶片以90rpm旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行， 使用如上文所描述的流板和201pm的總系統(tǒng)流動(dòng)速率，但不使用用于特定地引入跨中心晶片流剪切的校正構(gòu)件。當(dāng)以高沉積速率(例如，以幾乎超過(guò)現(xiàn)有WLP鍍敷能力方式的上限的速率)來(lái)鍍敷時(shí)，常規(guī)擴(kuò)散器和晶片旋轉(zhuǎn)條件不足以防止在晶片中心處的區(qū)域中的非均勻沉積。認(rèn)為此情形是歸因于在晶片中心區(qū)域處的較緩慢旋轉(zhuǎn)、最小撞擊流和不足夠的流體剪切所致。在晶片表面上的實(shí)際旋轉(zhuǎn)中心軸處，存在與零角速度相關(guān)聯(lián)的“異?！薄＞哂杏行У馁|(zhì)量傳遞能力，可補(bǔ)償所述異常且因此實(shí)現(xiàn)高速率均勻鍍敷；因此本文中所描述的設(shè)備經(jīng)配置以電鍍(例如)晶片級(jí)封裝特征、TSV和其類似者?？墒褂帽疚闹兴枋龅脑O(shè)備來(lái)鍍敷各種金屬，包括傳統(tǒng)上歸因于質(zhì)量傳遞問(wèn)題而難以鍍敷的金屬。在一個(gè)實(shí)施例中，本文中所描述的設(shè)備經(jīng)配置以電鍍選自由以下金屬組成的群組的一種或一種以上金屬銅、錫、錫鉛組合物、錫銀組合物、鎳、錫銅組合物、錫銀銅組合物、金，及其合金。在上文識(shí)別了用于解決所觀測(cè)到的非均勻性的各種機(jī)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，這些機(jī)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)工件的表面處弓I入流體剪切。在下文更充分地描述所述實(shí)施例中的每一者。一個(gè)實(shí)施例是一種電鍍?cè)O(shè)備，其包含(a)鍍敷腔室，其經(jīng)配置以容納電解液和陽(yáng)極，同時(shí)將金屬電鍍到大體平面的襯底上；(b)襯底固持器，其經(jīng)配置以固持所述大體平面的襯底以使得在電鍍期間所述襯底的鍍敷面與所述陽(yáng)極分離；(c)流成形元件，其包含面對(duì)襯底的表面，所述面對(duì)襯底的表面在電鍍期間大體上平行于所述襯底的鍍敷面且與所述鍍敷面分離，所述流成形元件包括具有穿過(guò)所述流成形元件制成的多個(gè)非連通通道的離子電阻性材料，其中所述非連通通道允許在電鍍期間輸送所述電解液通過(guò)所述流成形元件； 以及(d)流轉(zhuǎn)向器，其在所述流成形元件的所述面對(duì)襯底的表面上，所述流轉(zhuǎn)向器包含部分沿著所述流成形元件的圓周且具有一個(gè)或一個(gè)以上間隙的壁結(jié)構(gòu)，且在電鍍期間界定所述流成形元件與所述大體平面的襯底之間的部分或“假”腔室。在一個(gè)實(shí)施例中，所述流成形元件是圓盤(pán)形的，且所述流轉(zhuǎn)向器包含附接到或集成到所述流成形元件上的帶槽環(huán)形間隔件。在一個(gè)實(shí)施例中，所述流轉(zhuǎn)向器的所述壁結(jié)構(gòu)具有單個(gè)間隙，且所述單個(gè)間隙占據(jù)約40度到約90度之間的弧。所述流轉(zhuǎn)向器的所述壁結(jié)構(gòu)的高度可在約Imm到約5mm之間。在某些實(shí)施例中，所述流轉(zhuǎn)向器經(jīng)配置以使得在電鍍期間所述壁結(jié)構(gòu)的頂部表面距所述襯底固持器的底部表面在約0. Imm到0. 5mm之間，且在電鍍期間所述流成形元件的頂部表面距所述襯底固持器的所述底部表面在約Imm到5mm 之間。在某些實(shí)施例中，所述設(shè)備經(jīng)配置以在所述襯底鍍敷面的方向上且于在電鍍期間產(chǎn)生退出所述流成形元件的孔的至少約lOcm/s的平均流速的條件下使電解液流動(dòng)。在某些實(shí)施例中，所述設(shè)備經(jīng)配置以在產(chǎn)生越過(guò)所述襯底的所述鍍敷面的中心點(diǎn)的至少3cm/s 或更大的橫向電解液速率的條件下操作。在某些實(shí)施例中，所述壁結(jié)構(gòu)具有高于內(nèi)部部分的外部部分。除了形成假腔室中的通風(fēng)區(qū)的一個(gè)或一個(gè)以上間隙外，實(shí)施例還包含限制退出假腔室的電解液的流的特征。
一個(gè)實(shí)施例是一種用于將金屬電鍍到襯底上的設(shè)備，所述設(shè)備包含(a)鍍敷腔室，其經(jīng)配置以容納電解液和陽(yáng)極，同時(shí)將金屬電鍍到所述襯底上；(b)襯底固持器，其經(jīng)配置以固持所述襯底以使得在電鍍期間所述襯底的鍍敷面與所述陽(yáng)極分離，所述襯底固持器具有一個(gè)或一個(gè)以上電力觸點(diǎn)，所述電力觸點(diǎn)經(jīng)布置以在電鍍期間接觸所述襯底的邊緣且將電流提供到所述襯底；(c)流成形元件，其經(jīng)成形且配置以在電鍍期間定位于所述襯底與所述陽(yáng)極之間，所述流成形元件具有在電鍍期間大體上平行于所述襯底的所述鍍敷面且與所述鍍敷面分離約10毫米或更小間隙的平坦表面，且所述流成形元件還具有多個(gè)孔以準(zhǔn)許所述電解液朝向所述襯底的所述鍍敷面流動(dòng)；以及(d)用于使所述襯底和/或流成形元件旋轉(zhuǎn)且同時(shí)在所述襯底鍍敷面的方向上使電解液在電鍍單元中流動(dòng)的機(jī)構(gòu)；以及 (e)用于將剪切力施加于在所述襯底的所述鍍敷面處流動(dòng)的所述電解液的機(jī)構(gòu)，其中所述設(shè)備經(jīng)配置以用于在所述襯底鍍敷面的方向上于在電鍍期間產(chǎn)生退出所述流成形元件的所述孔的至少約lOcm/s的平均流速的條件下使電解液流動(dòng)，且用于在平行于所述襯底的所述鍍敷面的方向上在產(chǎn)生越過(guò)所述襯底的所述鍍敷面的中心點(diǎn)的至少約3cm/s的電解液速率下使電解液流動(dòng)。下文更詳細(xì)描述各種剪切力機(jī)構(gòu)。流轉(zhuǎn)向器某些實(shí)施例在晶片的鍍敷面，尤其是在關(guān)于所述鍍敷面旋轉(zhuǎn)的中心軸賦予側(cè)向剪切作用。相信這一剪切作用可減少或消除在晶片中心所觀察到的沉積速率的不均勻性。在本節(jié)中，通過(guò)使用附接到或鄰近流成形板圓周且朝向旋轉(zhuǎn)工件延伸的方位角不均勻的流轉(zhuǎn)向器來(lái)賦予所述剪切作用。一般說(shuō)來(lái)，流轉(zhuǎn)向器將具有至少部分限制假腔室(假腔室的通風(fēng)孔部分除外)中電解液流的壁結(jié)構(gòu)。所述壁結(jié)構(gòu)將具有頂部表面，所述頂部表面在一些實(shí)施例中是平坦的，而在其它實(shí)施例中具有垂直元件、斜面和/或彎曲部分。在本文中所述的一些實(shí)施例中，流轉(zhuǎn)向器邊緣部分的頂部表面在晶片固持器底部與流轉(zhuǎn)向器之間在襯底固持器外圍與所述邊緣部分頂部之間的大部分區(qū)域上提供極小的間隙(例如約0. Imm到 0. 5mm)。在這一區(qū)域(介于約30度到120度之間的弧)外，在流轉(zhuǎn)向器主體中存在一個(gè)間隙(例如從環(huán)形主體去除的片段)，其為電解液流出在晶片鍍敷面、晶片固持器某些表面、 流成形板與流轉(zhuǎn)向器內(nèi)表面之間形成的幾乎封閉的腔室提供阻力相對(duì)較低的路徑。在一個(gè)實(shí)施例中，電鍍?cè)O(shè)備用于施加剪切力的機(jī)構(gòu)包括帶槽間隔件，其位于流成形元件圓周上或鄰近流成形元件的圓周并朝向襯底固持器突出，以界定流成形元件與襯底固持器之間的部分腔室，其中所述帶槽間隔件包括位于角形區(qū)段上的槽，用以為排出部分腔室的電解液流提供低阻力路徑。圖2A到2D和相關(guān)CAD圖2E到21描述使用帶槽間隔件 200與流成形板202 (圖2E到2K中的5)的組合來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向器組合件204的實(shí)施方案，當(dāng)轉(zhuǎn)向器組合件204定位成緊密鄰近可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)組合件101時(shí)且當(dāng)經(jīng)由板202的通孔提供足夠流動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向器組合件204將按高速率沉積方案提供實(shí)質(zhì)上均勻的鍍敷。圖2A描述帶槽間隔件200 (也稱為方位角不對(duì)稱的流轉(zhuǎn)向器)如何與流成形板202組合以形成組合件204。 帶槽間隔件200可例如使用螺桿等(未圖示)附接。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，盡管各實(shí)施例被描述為個(gè)別流成形板和流轉(zhuǎn)向器組合成組合件(例如帶槽間隔件200與板202 —起為組合件204)，而不是由例如一塊材料研磨而成的單件式主體的組合件，但此類組合件也可用于相同目的。因此，一個(gè)實(shí)施例是具有單件式主體的流成形元件，其經(jīng)配置以用于本文中所述的流轉(zhuǎn)向器/流成形板組合件的目的。
組合件204定位成緊密鄰近待鍍敷的襯底。舉例來(lái)說(shuō)，組合件101最靠近襯底的部分(如關(guān)于圖IA和IB所述的杯狀物102的基底)與帶方位角的帶槽間隔件200頂部的距離在小于約1毫米的范圍內(nèi)。以此方式，在晶片與流成形板之間形成有限空間或假腔室， 其中撞擊晶片表面的大部分電解液通過(guò)200的槽形部分排出。尺寸A可定義為指定半徑的環(huán)的角度或線性尺寸，其可發(fā)生變化以容許較多或較少的流通過(guò)槽，且尺寸B可發(fā)生變化以使上文提到的假腔室具有較大或較小的體積。圖2B是定位成緊密鄰近組合件101的組合件206的橫截面圖。在某些實(shí)施例中，作為間隔件200頂部與組合件101底部之間的間隙的尺寸C為約0. Imm到0. 5mm，在另一實(shí)施例中為約0. 2mm到0. 4mm。圖2C描述當(dāng)晶片不旋轉(zhuǎn)時(shí)電解液在晶片與板202之間的假腔室內(nèi)的流動(dòng)模式。更具體點(diǎn)說(shuō)，本圖描述直接鄰近晶片鍍敷面的流動(dòng)模式的代表性向量。電解液撞擊垂直于鍍敷表面的晶片，但接著發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并平行于鍍敷表面流動(dòng)且從200的槽流出。這一流動(dòng)模式的產(chǎn)生是由相對(duì)于流轉(zhuǎn)向器200去除片段的區(qū)域(其中存在假腔室中的“通風(fēng)孔”或較大開(kāi)口)，通過(guò)狹窄間隙C(參看圖2B)的流受到阻力所致。應(yīng)注意，流向量的幅值在整個(gè)流成形板上從假腔室中距通風(fēng)區(qū)最遠(yuǎn)的區(qū)域且朝向通風(fēng)區(qū)增加。這可通過(guò)考慮例如距間隙最遠(yuǎn)的區(qū)域(較高壓力)與鄰近間隙的區(qū)域(較低壓力)的壓差來(lái)合理地說(shuō)明。另外，在假腔室中距通風(fēng)孔最遠(yuǎn)的區(qū)域流動(dòng)的電解液不會(huì)像通風(fēng)孔附近的區(qū)域一樣出現(xiàn)來(lái)自成形板中額外微射流的組合流的速度和動(dòng)量增加。在下文更詳細(xì)地描述的某些實(shí)施例中，這些流向量幅值變得更均勻，以便進(jìn)一步增加鍍敷均勻性。圖2D描述當(dāng)晶片在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)時(shí)在晶片面的流動(dòng)模式的代表性向量。應(yīng)注意，電解液側(cè)向流過(guò)旋轉(zhuǎn)晶片的旋轉(zhuǎn)中心(用粗體“X”標(biāo)記)或旋轉(zhuǎn)軸。因此，越過(guò)晶片中心建立剪切流，由此減少或消除當(dāng)存在不足剪切流時(shí)所觀察到的中心減慢的鍍敷(例如， 如關(guān)于圖ID所述)。在一些實(shí)施例中，將實(shí)質(zhì)上流動(dòng)受阻但傳導(dǎo)離子的薄膜，例如一層流動(dòng)受阻的微孔過(guò)濾材料或陽(yáng)離子傳導(dǎo)膜(例如Nafion -從杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours and Company)得到的基于磺酸化四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物)，放置到流板正下方所述板鄰近流轉(zhuǎn)向器敞開(kāi)的流槽的區(qū)域中。在一個(gè)實(shí)施例中，所述部分占所述板面積的約一半。在另一實(shí)施例中，所述部分占所述板面積的約1/3，在另一實(shí)施例中占約1/4，且在又一實(shí)施例中，所述部分占所述板面積不到1/4。這一構(gòu)造容許離子電流基本上不受抑制地通過(guò)此處的孔，但阻止流向上浸入所述區(qū)域中，由此增加以相同總流動(dòng)速率越過(guò)晶片中心的橫流，同時(shí)使越過(guò)晶片鍍敷表面的流向量標(biāo)準(zhǔn)化。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)所述部分占所述板面積的一半時(shí)，這將使位于槽相對(duì)側(cè)的孔中的流速加倍，并消除通過(guò)鄰近槽的所述板的一半上的孔的流。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，視特定鍍敷設(shè)備的配置(包括流轉(zhuǎn)向器/流成形板配置)而定，膜的形狀和放置可經(jīng)優(yōu)化以使橫向流向量標(biāo)準(zhǔn)化?？烧{(diào)整流成形板的通孔圖案以使鄰近流轉(zhuǎn)向器中間隙的孔的密度減小，來(lái)代替此類膜；類似地，鄰近間隙的孔的圖案將視特定系統(tǒng)的配置和操作參數(shù)而定。更靈活的方法是使用具有某種固定孔圖案的流成形板和使用上文提到的膜和/或阻塞孔來(lái)產(chǎn)生越過(guò)晶片鍍敷表面的所需橫向流特性。隨后圖式的論述中將包括有關(guān)改善橫向流特性的進(jìn)一步論述。舉例來(lái)說(shuō)，用于使越過(guò)晶片鍍敷表面的橫向流向量標(biāo)準(zhǔn)化的方法和設(shè)備將關(guān)于圖7A到7C進(jìn)一步描述。在由實(shí)際鍍敷設(shè)備組件的CAD圖得到的圖2E到21中，繪示了所述設(shè)備，尤其是轉(zhuǎn)
20向器組合件的其它特征。可能時(shí)，圖2E到21中某些組件的編號(hào)與先前圖式中的編號(hào)相配， 例如晶片145、流轉(zhuǎn)向器200和流成形板202。圖2E到21中的其它特征是通過(guò)以下參考數(shù)字標(biāo)識(shí)。圖2E以透視圖繪示附接到鍍敷單元組合件的組合件204且以橫截面繪示晶片固持器101。參考數(shù)字206標(biāo)識(shí)“頂板”，其用于連接到“杯狀物” 212且使所述杯狀物上下移動(dòng)以抵靠“錐形體”210將晶片固持在適當(dāng)?shù)奈恢?。支?08將杯狀物212連接到頂板206。 外殼205安裝于錐形體210，用以固持各種連接，例如氣動(dòng)連接和電連接。錐形體還包括用以在錐形體中產(chǎn)生柔性懸臂結(jié)構(gòu)的斷開(kāi)切口(cut out) 207，以及0形密封圈230。杯狀物 212包括杯狀物主體或結(jié)構(gòu)222、用于與晶片145連接的電觸點(diǎn)224、用于將電力傳送到觸點(diǎn) 224的匯流條板226，和杯狀物底部228，其界定組合件101的下表面(圖2A到2D，同時(shí)應(yīng)注意，圖IA和IB以及相關(guān)描述提供有關(guān)示范性晶片固持和定位組合件100的上下文，以及組合件101的橫截面)。帶槽間隔件200 (也參看圖2A到2D)接觸流成形板202 (也參看圖2A到2D)。斷開(kāi)切口或槽201存在于帶槽間隔件中，且如所解釋的，提供低阻力路徑以使電解液在電鍍期間漏出。在本實(shí)例中，安裝螺桿將帶槽間隔件200連接到流成形板202。固定部件220將板202連接到單元主體216。圓形壁214界定固持陰極電解液的陰極腔室的外部區(qū)域，使其與固持陽(yáng)極電解液的陽(yáng)極腔室分開(kāi)。間隙232 (也參看圖2B的尺寸C)在晶片145的鍍敷表面與流成形板202的上表面之間。在流轉(zhuǎn)向器內(nèi)部區(qū)域中，這一間隙可為約2到4毫米。然而，在一些實(shí)施例中，在帶槽間隔件所處圓周點(diǎn)處，間隙234僅為約0. 1毫米到0. 5毫米。這一較小間隙234的特征在于帶槽間隔件200的上表面與杯狀物底部228的底部表面之間的距離。當(dāng)然，這一小間隙234不存在于間隔件200中的開(kāi)口 201處。在此開(kāi)口處，杯狀物底部與板202之間的間隙與間隙232相同。在某些實(shí)施例中，間隙232與234之間的間隙大小相差約10倍。在一組替代性實(shí)施例中，使用液流作為屏障來(lái)產(chǎn)生如本文中所述的剪切流。在這些實(shí)施例中，邊緣間隙未必完全如上文所述一般小，例如為2mm，但仍引起產(chǎn)生橫流的效果。 在單元大體上如關(guān)于圖2A到21中所述的一個(gè)實(shí)例中，在帶槽間隔件200通常占據(jù)的區(qū)域中，存在一種用于產(chǎn)生朝向晶片固持器實(shí)質(zhì)上向上導(dǎo)向的向上流動(dòng)的流體流，由此在流體嘗試以其它方式通過(guò)間隙“泄漏”的區(qū)域中產(chǎn)生液體“壁”的機(jī)構(gòu)(例如一個(gè)或一個(gè)以上流體噴嘴)。在另一實(shí)施例中，間隔件向外延伸超過(guò)晶片固持器的外圍且接著在晶片自身的方向上側(cè)向向上約Icm到IOcm的距離，由此產(chǎn)生裝配晶片和其固持器的“泄漏的”杯狀物。 與流轉(zhuǎn)向器一樣，泄漏的杯狀物具有壁缺失的區(qū)段，通過(guò)這一部分，進(jìn)入流板的液體經(jīng)所述流板與晶片之間的間隙排出。盡管上述實(shí)施例可減少對(duì)于晶片與插入物之間極小間隙的需求，但越過(guò)晶片中心的總橫流部分由流成形板到晶片的距離決定，且這一參數(shù)通常基本上與上述相同。圖2H繪示電鍍單元的更完整的描述(以橫截面繪示)。如所示，電鍍單元包括部分由圓形壁214界定的上部或陰極腔室215。單元的上部陰極電解液腔室與下部陽(yáng)極腔室通過(guò)離子傳遞膜240 (例如Nafion )和倒圓錐形支撐結(jié)構(gòu)238分開(kāi)。數(shù)字248指示向上且通過(guò)流成形板202的電解液的流動(dòng)路徑線。陽(yáng)極腔室包括銅陽(yáng)極242和用于將電力傳送到陽(yáng)極的充電板243。其還包括入口歧管247和按沖洗陽(yáng)極頂部表面的方式將電解液傳送到陽(yáng)極表面的一系列凹槽246。陰極電解液流入口 244穿過(guò)陽(yáng)極242和陽(yáng)極腔室的中心。這一結(jié)構(gòu)可將陰極電解液沿圖2H中徑向/垂直箭頭所示的流線248傳送到上部腔室215。圖 21描述有關(guān)電解液流過(guò)成形板202中的孔并流入間隙232中(接近晶片的鍍敷表面)的流動(dòng)流線248。圖2E到21中所示的單元特征中有一些也繪示于圖1A、1B以及下文所述的圖3B 中。所述設(shè)備將包括一個(gè)或一個(gè)以上用于控制(尤其)杯狀物和錐形體中晶片的定位、晶片關(guān)于流成形板的定位、晶片的旋轉(zhuǎn)和電流向陽(yáng)極和晶片的傳送的控制器。流轉(zhuǎn)向器實(shí)施例的一些常見(jiàn)但非限制性的特征將于下文以下述羅馬數(shù)字I-XII 陳述。I.用于在流成形板“腔室”產(chǎn)生小間隙區(qū)和幾乎封閉的晶片的結(jié)構(gòu)。II.在更特定的實(shí)施例中，流成形板腔室的幾乎封閉的晶片是通過(guò)在晶片固持器外圍與位于流成形板上或作為流成形板一部分的外圍邊緣元件(帶槽間隔件)之間的大部分間隔之間形成極小間隙(例如約0. Imm到0. 5mm)來(lái)產(chǎn)生。III.這一設(shè)備在流成形板上以相對(duì)較高的角速度(例如至少約30rpm)旋轉(zhuǎn)晶片， 由此產(chǎn)生高度的流體剪切作用。這一流體剪切作用是由移動(dòng)的晶片與緊密鄰近晶片的成形板(固定的)上表面之間較大的速度差所引起。IV.充當(dāng)流體出口“通風(fēng)孔”的單元區(qū)域。這一通風(fēng)孔是一種開(kāi)口，或在一些情況下是出口間隙(例如上述帶槽間隔件中的間隙)。其在成形板與旋轉(zhuǎn)晶片之間的“腔室”中產(chǎn)生開(kāi)口。通風(fēng)孔導(dǎo)向向上移動(dòng)通過(guò)流成形板的流體以使其方向改變90度，并使其以較高速度平行于晶片表面朝向通風(fēng)孔位置呈一定角度移動(dòng)。這一出口通風(fēng)孔或間隙涵蓋“腔室” 外圓周的角形部分(晶片/杯狀物和/或流成形板的外緣)以在腔室中引入方位角不對(duì)稱。 在一些情況下，通風(fēng)孔或間隙所對(duì)著的角度為約20度到120度，或?yàn)榧s40度到90度。通過(guò)這一間隙，進(jìn)入單元腔室且隨后通過(guò)成形板中各孔的絕大部分流體最終都排出單元(且被重新捕獲以供在鍍槽中再循環(huán))。V.(流體)流成形板通常具有較小孔隙率和孔大小，由此在操作流動(dòng)速率下引入相當(dāng)大的粘滯反壓力。舉例來(lái)說(shuō)，提供大量極小孔(例如6465X0. 026英寸直徑)的固體板經(jīng)顯示是有用的。這種板的孔隙率通常小于約5%。VII.在采用直徑為約300mm(且具有大量孔)的流成形板的某些實(shí)施例中，采用約5升/分鐘或更高的體積流量。在一些情況下，體積流量為至少約10升/分鐘，且有時(shí)多達(dá)40升/分鐘。VIII.在各種實(shí)施例中，越過(guò)流成形板的壓降的幅值約等于或大于出口間隙與處于“腔室”內(nèi)與出口間隙相對(duì)且在晶片下方的位置之間的壓降，且因此充當(dāng)流動(dòng)歧管。IX.流成形板將實(shí)質(zhì)上均勻的流直接傳送到晶片且基本上向上朝向晶片。此舉避免了大部分流可能以其它方式由流成形板進(jìn)入腔室的情形，而是使所述流優(yōu)先按主要向外靠近且通過(guò)出口間隙的路徑行進(jìn)(短路的)。X.與在晶片邊緣與成形板之間具有較大間隙(大于1毫米)且無(wú)流轉(zhuǎn)向器的情形不同，當(dāng)流在晶片下方的區(qū)域中積聚時(shí)，阻力最小的路徑將由徑向向外軌跡的路徑變?yōu)楝F(xiàn)在必須主要與晶片平行且在出口間隙方向上通過(guò)的路徑。因此，導(dǎo)向流體在平行于晶片表面的側(cè)向方向上橫越，且特別需要注意的是，橫越和橫穿晶片的中心(或晶片旋轉(zhuǎn)軸)。流體不再在關(guān)于中心的所有方向上徑向向外導(dǎo)向。
XI.在中心和其它位置處橫向流的速度視多種設(shè)計(jì)和操作參數(shù)而定，包括各種間隙(流成形板到晶片的間隙、出口間隙、帶槽間隔件到晶片固持器外圍底部的間隙)的大小、總流量、晶片旋轉(zhuǎn)速率。然而，在各種實(shí)施例中，越過(guò)晶片中心的流為至少約3cm/sec，或至少約5cm/sec。XII.可使用使晶片和固持器傾斜以容許“成角度進(jìn)入”的機(jī)構(gòu)。所述傾斜可朝向上部腔室中的間隙或通風(fēng)孔。其它實(shí)施例包括流轉(zhuǎn)向器，其包括進(jìn)一步抑制流從假腔室(通風(fēng)孔或間隙除外) 流出的垂直表面。垂直表面可如圖3A所述，圖3A描述了流轉(zhuǎn)向器/流成形板組合件304，其包括流成形板202 (如先前所述)和流轉(zhuǎn)向器300。流轉(zhuǎn)向器300與關(guān)于圖2A所述的流轉(zhuǎn)向器200極其類似，因?yàn)槠湟簿哂腥コ粋€(gè)片段的大體上環(huán)形的形狀；然而，流轉(zhuǎn)向器300 經(jīng)成形且配置成具有垂直元件。圖3A的下部部分繪示流轉(zhuǎn)向器300的橫截面。與如在流轉(zhuǎn)向器200中，晶片固持器最底層表面下為平坦的頂部表面不同，流轉(zhuǎn)向器300的頂部表面經(jīng)成形為具有從內(nèi)圓周開(kāi)始且徑向向外移動(dòng)的向上傾斜的表面，這一表面最終變?yōu)榇怪北砻妫⒃诰坛制髯畹讓颖砻嫔系捻?在本實(shí)例中為平坦的)表面處終止。因此，在本實(shí)例中，壁結(jié)構(gòu)的外部部分高于內(nèi)部部分。在某些實(shí)施例中，外部部分的高度介于約5mm與約 20mm之間，且內(nèi)部部分的高度介于約Imm與約5mm之間。在圖3A的實(shí)例中，流轉(zhuǎn)向器具有垂直內(nèi)表面301。這一表面無(wú)需完全垂直，如例如，傾斜的表面將足以。本實(shí)施例中的重要特征在于，流轉(zhuǎn)向器的頂部表面與晶片固持器底部表面之間的狹窄間隙，即圖2B中的距離C，經(jīng)延伸以包括晶片固持器表面的某一傾斜和/ 或垂直組件。理論上，這一“狹窄間隙延伸”無(wú)需包括任何傾斜或垂直表面，但其可包括使流轉(zhuǎn)向器的上表面和晶片固持器的下表面經(jīng)對(duì)準(zhǔn)的區(qū)域擴(kuò)張以便產(chǎn)生狹窄間隙，和/或使狹窄間隙進(jìn)一步變窄以抑制流體從假腔室漏出。然而，歸因于減少設(shè)備總體印跡(footprint) 的重要性，常常更需要將狹窄間隙簡(jiǎn)單地延伸到傾斜和/或垂直表面，以獲得減少通過(guò)狹窄間隙的流體損失的相同結(jié)果。參看圖3B，其描述了用晶片固持器101、垂直表面301、在本實(shí)例中連同晶片固持器101的垂直部分對(duì)準(zhǔn)得到的組合件304的部分橫截面，組合件304延伸在流轉(zhuǎn)向器頂部表面與晶片固持器之間的上述狹窄間隙(例如圖2B中提到的“C”)。通常(但非必需)， 如圖3B中所述，這些垂直和/或傾斜表面之間的距離(如302所指示)小于流轉(zhuǎn)向器的水平表面與晶片固持器之間的距離C。在此圖中，描述了流成形板202中不具有通孔的部分 202a以及具有通孔的部分202b。在一個(gè)實(shí)施例中，流轉(zhuǎn)向器經(jīng)配置以使得電鍍期間壁結(jié)構(gòu)內(nèi)表面與襯底固持器外表面的距離介于約0. Imm與約2mm之間。在本實(shí)例中，間隙302表示這一距離。使所述間隙進(jìn)一步變窄將在假腔室中產(chǎn)生更高的流體壓力，并增加越過(guò)晶片鍍敷表面且離開(kāi)通風(fēng)孔的剪切流(其中流轉(zhuǎn)向器300的分段部分與晶片固持器101相對(duì)。 圖3C是繪示在300mm晶片上鍍銅的均勻性隨所述垂直間隙變化而變化的圖表。如所示，在各種間隙距離處，可以實(shí)現(xiàn)高度均勻的鍍敷。圖3D描述具有垂直元件的流轉(zhuǎn)向器橫截面的多種變化305-330。如所述，垂直表面無(wú)需精確地垂直于鍍敷表面，且流轉(zhuǎn)向器的頂部表面無(wú)需具有傾斜部分(例如參看橫截面315)。如橫截面320中所述，流轉(zhuǎn)向器的內(nèi)表面可完全為彎曲表面。橫截面310繪示，可以只存在傾斜表面來(lái)延伸間隙。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，流轉(zhuǎn)向器的形狀可視其對(duì)準(zhǔn)以產(chǎn)生間隙延伸的晶片固持器而定。在一個(gè)實(shí)施例中，偏離水平面(與例如流成形板的頂部表面相比較)的表面具有偏離水平面介于約30度到約90度(垂直于水平面)之間的至少一部分。如關(guān)于圖3A到3D中所述的流轉(zhuǎn)向器有助于在晶片鍍敷表面與流成形板之間產(chǎn)生更均勻的橫向流。圖3E繪示當(dāng)使用如關(guān)于圖2A到21所述的流轉(zhuǎn)向器產(chǎn)生的橫向流圖案的俯視圖薩夫圖像模糊圖(Surf Image Haze Map)(圖3E的左側(cè)部分)與當(dāng)使用如關(guān)于圖 3A到3D所述的流轉(zhuǎn)向器時(shí)產(chǎn)生的模糊圖(圖3E的右側(cè)部分)的比較。這些模糊圖是在不施加鍍敷電流的情況下，鍍敷溶液在具有種子層的晶片上/越過(guò)所述晶片流動(dòng)的結(jié)果。當(dāng)用基于激光的粒子/缺損檢測(cè)器分析時(shí)，鍍敷溶液中的硫酸蝕刻接種的晶片表面，并由此產(chǎn)生反映流圖案的圖案。在每一測(cè)試中，使用流成形板，例如202，其中在流轉(zhuǎn)向器內(nèi)周(且其中轉(zhuǎn)向器去除的片段將處于其未被去除時(shí)的位置)內(nèi)的板的整個(gè)區(qū)域，孔圖案都是規(guī)則且均勻的正方形孔圖案。圖3E上部中間的圖式指示流轉(zhuǎn)向器的方位以及流方向?yàn)閺淖笊蟼?cè)流向右下側(cè)且流出間隙外。模糊圖的較深部分指示垂直撞擊流，而較淺的區(qū)域指示橫向流。如在左手邊的圖中看出，深色區(qū)域具有許多分支，表明越過(guò)晶片的垂直流匯合。也就是說(shuō)，可能由于流成形板表面上通孔的規(guī)則分布，使得流體具有長(zhǎng)距離路徑，其中流的橫向分量小于流的撞擊分量。這些長(zhǎng)距離路徑會(huì)不利地影響越過(guò)晶片鍍敷表面的鍍敷均勻性，且需要使長(zhǎng)距離路徑減到最少。如圖3E右側(cè)的模糊圖所指示，當(dāng)使用如關(guān)于圖3A到3D所述的流轉(zhuǎn)向器(具有間隙延伸元件)，例如垂直內(nèi)表面時(shí)，存在越過(guò)晶片的較多量且更均勻的橫向流。流成形板上的非均勻孔分布在某些實(shí)施例中，流成形板具有非均勻通孔分布以在鍍敷期間單獨(dú)或與流轉(zhuǎn)向器組合越過(guò)晶片表面產(chǎn)生增加和/或更高度均勻的橫向流。在一些實(shí)施例中，非均勻孔分布為螺旋形圖案。圖4A展示一種此流成形板400的俯視圖。注意到通孔的螺旋形圖案的中心距孔的圓形區(qū)域中心偏移量為距離D。圖4B展示類似流成形板405，其中偏移量更大，為距離E。圖4C描述另一類似流成形板410 (分別為俯視圖和透視圖)，其中孔的螺旋形圖案中心不包括在由孔所占據(jù)的圓形區(qū)域中，而是偏移量使得孔的螺旋形圖案中心不包括在包括通孔的圓形區(qū)域中。使用這些偏移螺旋形圖案在鍍敷期間越過(guò)晶片表面提供改良的橫向流。這些流成形板更詳細(xì)地描述于上文以引用的方式并入的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案第61/405，608號(hào)中。圖5A描述展示由使用如關(guān)于圖3A所述的流轉(zhuǎn)向器產(chǎn)生的流動(dòng)模式與如關(guān)于圖4C 所述的流成形板(無(wú)晶片旋轉(zhuǎn))結(jié)合使用的模糊圖。所述模糊圖指示，由于非均勻通孔圖案(在這個(gè)實(shí)例中為螺旋形圖案)，存在幾乎完全的橫向流，其中在流的撞擊組件占主導(dǎo)地位的流體流中若存在任何長(zhǎng)度范圍路徑，則橫向流最小。圖5B展示當(dāng)使用如關(guān)于圖5A所述的流轉(zhuǎn)向器/流成形板組合時(shí)在轉(zhuǎn)向器與晶片固持器之間的指定間隙(3mm)下的鍍敷均勻性結(jié)果。300mm晶片上的鍍敷均勻性相當(dāng)高。非均勻通孔圖案可包括除螺旋形以外的形式。并且在某些實(shí)施例中，流轉(zhuǎn)向器不與具有孔非均勻性的流成形板組合使用。舉例來(lái)說(shuō)，圖6描述組合件600，其說(shuō)明解決中心緩慢鍍敷問(wèn)題的一種配置。鍍敷設(shè)備600具有鍍敷槽155，其具有陽(yáng)極160和電解液入口 165。在這個(gè)實(shí)例中，流成形板605越過(guò)晶片產(chǎn)生非均勻撞擊流。特定如所示，由于孔在流
24成形板中的非均勻分布(例如，孔尺寸和密度的徑向分布差異)，晶片中心比外部區(qū)域的流更大。如由重點(diǎn)線箭頭所示，在這個(gè)實(shí)例中，在接近晶片中心處產(chǎn)生更大流以補(bǔ)償不足的質(zhì)量傳遞并且在晶片中心處可見(jiàn)所得較低鍍敷速率(例如參看圖1D)。盡管不希望受理論約束，但相信以如上所述的常規(guī)鍍敷方案存在不足的流體剪切并且因此越過(guò)晶片表面存在非均勻質(zhì)量傳遞。通過(guò)相對(duì)于晶片其它區(qū)域增加晶片中心的流速(如由接近陰極腔室中心處相對(duì)于外部區(qū)域的虛線箭頭密度更高所描述)，可以避免更接近晶片中心處的鍍敷速率較低?？衫缤ㄟ^(guò)增加例如流成形板中的孔數(shù)目和/或相對(duì)于晶片的定向角度以增加撞擊流噴射數(shù)目和中心區(qū)域中所得剪切量來(lái)實(shí)現(xiàn)此結(jié)果。一般來(lái)說(shuō)，接近流成形板中心處的孔密度、尺寸和/或分布(例如，均勻或隨機(jī)) 改變。在一些實(shí)施例中，接近中心處孔密度增加。或者或另外，假定孔在接近中心處以其圖案在一定程度上隨機(jī)分布，在流成形時(shí)所述孔分布在別處可以規(guī)則或周期性排列提供。在一些實(shí)施例中，可提供部分覆蓋物以覆蓋流成形板某些區(qū)域中的一些孔。在某些實(shí)施例中， 這些覆蓋物包括離子傳導(dǎo)性流動(dòng)抑制元件。這將允許最終使用者定制孔密度和/或分布以滿足特定電鍍要求。流端口橫向流增強(qiáng)在一些實(shí)施例中，電解液流端口經(jīng)配置以單獨(dú)或與如本文所述的流成形板和流轉(zhuǎn)向器組合輔助橫向流。下文關(guān)于與流成形板和流轉(zhuǎn)向器的組合來(lái)描述各種實(shí)施例，但本發(fā)明并不受限于此。注意到，如關(guān)于圖2C所述，在某些實(shí)施例中，認(rèn)為越過(guò)晶片表面的電解液流向量的量值在最接近通風(fēng)孔或間隙處較大并且越過(guò)晶片表面逐漸變小，在距通風(fēng)孔或間隙最遠(yuǎn)的假腔室內(nèi)部最小。如圖7A中所述，通過(guò)使用適當(dāng)配置的電解液流端口，這些橫向流向量的量值越過(guò)晶片表面更均勻。圖7B描述鍍敷單元700的簡(jiǎn)化橫截面，所述鍍敷單元700具有晶片固持器101，其部分浸在鍍敷槽155中的電解液175中。鍍敷單元700包括流成形板705，例如本文所述的那些流成形板。陽(yáng)極160位于板705下方。板705之上為流轉(zhuǎn)向器315，例如關(guān)于圖3A和圖3D所述。在這個(gè)圖中，流轉(zhuǎn)向器中的通風(fēng)孔或間隙在圖式的右側(cè)上并且因此如最大點(diǎn)線箭頭所示賦予從左到右的橫向流。一系列較小的垂直箭頭指示穿過(guò)板705中垂直定向通孔的流。在板705下方也有一系列電解液入口流端口 710，其將電解液引入板705下方的腔室中。在這個(gè)圖中，不存在隔離陽(yáng)極電解液腔室與陰極電解液腔室的膜，但其也可包括在這些鍍敷單元中而不背離本發(fā)明的范圍。在這個(gè)實(shí)例中，流端口 710圍繞單元155的內(nèi)壁徑向分布。在某些實(shí)施例中，為了增強(qiáng)越過(guò)晶片鍍敷表面的橫向流，一個(gè)或一個(gè)以上這些流端口經(jīng)阻塞，例如，最接近晶片、 板705和流轉(zhuǎn)向器315之間所形成的假腔室中的通風(fēng)孔或間隙的右手側(cè)上的流端口(如所示)。以此方式，盡管允許撞擊流穿過(guò)板705中的所有通孔，但距假腔室中的間隙或通風(fēng)孔最遠(yuǎn)的左側(cè)的壓力較高并且因此越過(guò)晶片表面的橫向流(在這個(gè)實(shí)例中以從左到右流動(dòng)展示)得以增強(qiáng)。在某些實(shí)施例中，經(jīng)阻塞流端口圍繞與流轉(zhuǎn)向器的分段部分的方位角至少相等的方位角定位。在一個(gè)特定實(shí)施例中，流成形板下方的電解液腔室的圓周的90°方位角區(qū)段上的電解液流端口經(jīng)阻塞。在一個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)90°方位角區(qū)段與流轉(zhuǎn)向器環(huán)面的開(kāi)放片段對(duì)準(zhǔn)。在其它實(shí)施例中，一個(gè)或一個(gè)以上電解液入口流端口經(jīng)配置以促使距通風(fēng)孔或間隙最遠(yuǎn)的流轉(zhuǎn)向器部分下方區(qū)域(在圖7B中由Y指示)中的壓力較高。在一些情況下，簡(jiǎn)單地用物理方式阻塞(例如，經(jīng)由一個(gè)或一個(gè)以上切斷閥)所選入口端口比設(shè)計(jì)具有特定配置電解液入口端口的單元更便利且靈活。這種情況真實(shí)存在，因?yàn)榱鞒尚伟搴拖嘟Y(jié)合的流轉(zhuǎn)向器的配置可隨不同所需鍍敷結(jié)果而變化并且因此能夠更靈活地改變單個(gè)鍍敷單元上的電解液入口配置。在其它實(shí)施例中，在阻塞或不阻塞一個(gè)或一個(gè)以上電解液入口端口的情況下，擋板、隔板或其它物理結(jié)構(gòu)經(jīng)配置以促使距通風(fēng)孔或間隙最遠(yuǎn)的流轉(zhuǎn)向器部分下方區(qū)域中的壓力較高。舉例來(lái)說(shuō)，參看圖7C，隔板720經(jīng)配置以促使距通風(fēng)孔或間隙最遠(yuǎn)的流轉(zhuǎn)向器部分下方區(qū)域(在圖7C中以Y指示)中的壓力較高。圖7D為不具有晶片固持器101、流轉(zhuǎn)向器315或流成形板705的鍍敷單元155的俯視圖，其展示隔板720促使源自端口 720的電解液流匯合在區(qū)域Y處并且因此增加所述區(qū)域(同上)中的壓力。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)了解，物理結(jié)構(gòu)可以多種不同方式定向，例如具有水平、垂直、傾斜或其它元件以引導(dǎo)電解液流以產(chǎn)生如所述的較高壓力區(qū)域并且因此在剪切流向量大體上均勻的假腔室中促成越過(guò)晶片表面的橫向流。一些實(shí)施例包括與流成形板和流轉(zhuǎn)向器組合件結(jié)合的電解液入口流端口，其經(jīng)配置以增強(qiáng)橫向流。圖7E描述鍍敷設(shè)備725的組件的橫截面，其用于將銅鍍敷在晶片145 上，所述晶片145由晶片固持器101固持、定位并旋轉(zhuǎn)。設(shè)備725包括鍍敷單元155，其為雙腔室單元，具有含銅陽(yáng)極160和陽(yáng)極電解液的陽(yáng)極腔室。陽(yáng)極腔室與陰極腔室由陽(yáng)離子膜740分隔，所述陽(yáng)離子膜740由支撐膜735支撐。鍍敷設(shè)備725包括如本文所述的流成形板410。流轉(zhuǎn)向器325位于流成形板410之上，并且?guī)椭a(chǎn)生如本文所述的橫向剪切流。 經(jīng)由流端口 710將陰極電解液引入陰極腔室(在膜740上方)中。從流端口 710，陰極電解液通過(guò)如本文所述的流板410并且在晶片145的鍍敷表面上產(chǎn)生撞擊流。除了陰極電解液流端口 710之外，另一流端口 710a在其距流轉(zhuǎn)向器325的通風(fēng)孔或間隙最遠(yuǎn)的位置處的出口處引入陰極電解液。在這個(gè)實(shí)例中，流端口 710a的出口以流成形板410中的通道形式形成。功能性結(jié)果在于將陰極電解液流直接引入流板與晶片鍍敷表面之間所形成的假腔室中以增強(qiáng)越過(guò)晶片表面的橫向流并且從而標(biāo)準(zhǔn)化晶片(和流板410)的流向量。圖7F描述與圖2C中類似的流動(dòng)圖，但在這個(gè)圖中描述流端口 710a(根據(jù)圖7E)。 如圖7F中所見(jiàn)，流端口 710a的出口跨越流轉(zhuǎn)向器325的內(nèi)圓周的90度。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)了解，端口 710a的尺寸、配置和位置可在不脫離本發(fā)明范圍的情況下變化。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員也應(yīng)了解，等效配置應(yīng)包括在流轉(zhuǎn)向器325中具有自端口或通道的陰極電解液出口和/或與例如圖7E中所述的通道(在流板410中)組合。其它實(shí)施例包括在流轉(zhuǎn)向器的(下部)側(cè)壁(亦即最接近流成形板頂面的側(cè)壁)中的一個(gè)或一個(gè)以上端口， 其中一個(gè)或一個(gè)以上端口位于流轉(zhuǎn)向器中與通風(fēng)孔或間隙相對(duì)的一部分中。圖7G描述與流成形板410組裝的流轉(zhuǎn)向器750，其中流轉(zhuǎn)向器750具有陰極電解液流端口 710b，其與流轉(zhuǎn)向器之間隙相對(duì)自流轉(zhuǎn)向器供應(yīng)電解液。例如710a和710b等流端口可以相對(duì)于晶片鍍敷表面或流成形板頂面的任何角度供應(yīng)電解液。一個(gè)或一個(gè)以上流端口可傳遞撞擊流到晶片表面和/或橫向(剪切)流。在一個(gè)實(shí)施例中，例如如關(guān)于圖7E-G中所述，如本文所述的流成形板與例如關(guān)于圖3A-3D所述的流轉(zhuǎn)向器結(jié)合使用，其中經(jīng)配置以增強(qiáng)橫向流(如本文所述)的流端口也與流板/流轉(zhuǎn)向器組合件一起使用。在一個(gè)實(shí)施例中，流成形板具有非均勻孔分布，在一個(gè)實(shí)施例中，流成形板具有螺旋形孔圖案。流成形板中的成角度孔增加橫向流并且從而在高速率鍍敷方案中實(shí)現(xiàn)更均勻鍍敷的另一種方式在于在流成形板中使用成角度孔定向。也就是說(shuō)，流成形板具有非連通通孔(如上所述)并且其中孔維度相對(duì)于所述孔延伸穿過(guò)的頂部和底部平行表面成角度。這說(shuō)明于圖8A中，其描述組合件800。流成形板805中的通孔成角度并且因此撞擊于晶片145表面上的電解液流以非法線角度沖擊并且因此賦予旋轉(zhuǎn)晶片中心處以剪切。關(guān)于具有這種成角度定向的流成形板的其它細(xì)節(jié)提供于2010年7月2日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案第61/361，333號(hào)中，所述申請(qǐng)案以引用的方式并入本文中。圖8B是展示當(dāng)使用具有6000或9000個(gè)成角度通孔的流成形板，優(yōu)化流速并且各自具有90rpm晶片旋轉(zhuǎn)時(shí)，鍍敷厚度關(guān)于用銅鍍敷的300mm晶片上的徑向位置而變化的圖。 如根據(jù)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，當(dāng)使用具有6000個(gè)孔的流板時(shí)在Mlpm下，鍍敷不如以下情況均勻例如當(dāng)板具有9000個(gè)孔并且通過(guò)板的流速為61pm時(shí)。因此，當(dāng)使用具有成角度通孔的流成形板時(shí)，可優(yōu)化孔數(shù)目、流速等以獲得足夠剪切流從而獲得越過(guò)晶片表面的均勻鍍敷。圖8C 是展示當(dāng)使用具有成角度通孔的流成形板用銅鍍敷時(shí)，沉積速率相對(duì)于200mm晶片上的徑向位置的圖。在61pm下的均勻性大于121pm下的均勻性。這證明通過(guò)使用具有成角度通孔的流成形板，可調(diào)節(jié)越過(guò)晶片的質(zhì)量傳遞以補(bǔ)償晶片中心處的低鍍敷速率。成角度通孔流成形板在廣泛多種邊界層條件下產(chǎn)生顯著均勻的鍍敷條件。槳式剪切單元實(shí)施例圖9A描述另一種實(shí)施例，其中使用旋轉(zhuǎn)槳900來(lái)增加對(duì)流并且在緊鄰旋轉(zhuǎn)晶片下方的晶片表面處的電解液中產(chǎn)生剪切，因此在高速率鍍敷條件下提供改良的質(zhì)量傳遞。在這個(gè)實(shí)施例中，提供槳輪900作為具有交織槳的軸(參看圖9B)。在這個(gè)實(shí)施例中，槳輪900 安裝在底座905上，底座905集成到鍍敷腔室中，其中在鍍敷期間槳輪與晶片145的鍍敷表面最接近。這使得對(duì)流增加，并且在一些情況下在晶片表面處存在大量剪切與湍流，并且因此在高速率鍍敷方案中存在充分質(zhì)量傳遞。底座905具有多個(gè)孔910，以允許電解液流過(guò)。 在底座905的右下方是驅(qū)動(dòng)具有槳輪900的軸的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。槳組合件包括以組合件形式安裝在底座上的反向旋轉(zhuǎn)葉輪。具有槳組合件的底座是在例如晶片與用于隔離陰極腔室與陽(yáng)極腔室的陽(yáng)離子膜之間配合的模塊單元。因此槳組合件在陰極電解液中緊鄰晶片鍍敷表面定位，以在晶片表面處在電解液中產(chǎn)生剪切流。襯底相對(duì)于流成形板的軌道或平移運(yùn)動(dòng)圖10描述使用軌道運(yùn)動(dòng)來(lái)影響晶片表面中心軸處的改良剪切流的實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)例中，使用鍍敷腔室，其中所述鍍敷腔室具有足夠直徑以當(dāng)組合件101在電解液中沿軌道運(yùn)行時(shí)容納晶片固持器101。也就是說(shuō)，在鍍敷期間固持晶片的組合件101不僅沿Z軸 (如所述)順時(shí)針及逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而且沿X軸和/或Y軸具有平移運(yùn)動(dòng)。以這種方式，晶片中心相對(duì)于晶片表面的其余部分不經(jīng)歷流板上較小剪切區(qū)域或湍流。在一個(gè)實(shí)施例中，電鍍?cè)O(shè)備的用于施加剪切力的機(jī)構(gòu)包括以將襯底鍍敷面的旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)到關(guān)于流成形元件的新位置的方向移動(dòng)流成形元件和/或襯底的機(jī)構(gòu)。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，可以眾多方式實(shí)施軌道運(yùn)動(dòng)。化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備提供良好類似物并且許多用于CMP的軌道系統(tǒng)可在良好作用下用于本發(fā)明。作為流成形板的零件的離軸旋轉(zhuǎn)元件在一個(gè)實(shí)施例中，電鍍?cè)O(shè)備的用于施加剪切力的機(jī)構(gòu)包括用于旋轉(zhuǎn)襯底和/或流成形元件的機(jī)構(gòu)，其經(jīng)配置以相對(duì)于所述流成形元件逆轉(zhuǎn)襯底的旋轉(zhuǎn)方向。然而，在某些實(shí)施例中，電鍍?cè)O(shè)備的用于施加剪切力的機(jī)構(gòu)包括用于旋轉(zhuǎn)位于流成形元件與襯底鍍敷面之間的離軸剪切板以越過(guò)襯底鍍敷面的旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生電解液流的機(jī)構(gòu)。圖IlA描述組合件1100 包括例如流成形板1105與嵌埋于流成形板1105中或與流成形板1105連接的可旋轉(zhuǎn)圓盤(pán) 1110的實(shí)施例。圓盤(pán)1110可在中心軸上自由旋轉(zhuǎn)，并且在這個(gè)實(shí)例中由在流板與在流板 1105和可旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)1110上旋轉(zhuǎn)數(shù)毫米的晶片(未圖示)之間的間隙中產(chǎn)生的成角度旋轉(zhuǎn)并移動(dòng)的流體驅(qū)動(dòng)。在一些實(shí)施例中，可旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)通過(guò)與間隙中及可旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)平坦表面上的流體剪切耦合而簡(jiǎn)單移動(dòng)(旋轉(zhuǎn))。在其它實(shí)施例中存在一組電解液流耦合肋，其在這個(gè)實(shí)例中位于圓盤(pán)1110中的凹陷1115中(但也可在流板的板上方)并且輔助誘導(dǎo)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，在這個(gè)實(shí)施例中，除了來(lái)自板上晶片和圓盤(pán)本身的旋轉(zhuǎn)之外，無(wú)需驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)的外部機(jī)構(gòu)。這個(gè)實(shí)施例可與流轉(zhuǎn)向器實(shí)施例組合，以在晶片中心與其它位置處產(chǎn)生較大流剪切條件，以及使例如僅由晶片旋轉(zhuǎn)造成的任何上游-下游流誘導(dǎo)的鍍敷非均勻性降到最小。在所述實(shí)施例中，圓盤(pán)1110經(jīng)配置以使得其表面積的至少一部分位于晶片145的中心區(qū)域下方。因?yàn)閳A盤(pán)1110在鍍敷期間旋轉(zhuǎn)，所以在接近晶片中心處的區(qū)域中產(chǎn)生側(cè)向流并且因此在高速率鍍敷方案中實(shí)現(xiàn)均勻鍍敷的改良質(zhì)量傳遞。盡管在不存在可旋轉(zhuǎn)圓盤(pán) 1110的情況下，通過(guò)流板1105上方旋轉(zhuǎn)晶片的運(yùn)動(dòng)通常在晶片表面(除晶片中心以外)處產(chǎn)生剪切，但在使用圓盤(pán)的實(shí)施例中，通過(guò)可旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)或類似元件相對(duì)于大體上位置非移動(dòng)性晶片的相對(duì)運(yùn)動(dòng)在晶片中心處產(chǎn)生流體剪切。在關(guān)于可旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)1110的這個(gè)實(shí)例中， 流板與可旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)中的通孔與晶片的鍍敷表面呈法線方向(或大體上法線方向)并且具有相同尺寸和密度，但并不限于此。在某些實(shí)施例中，在旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)的區(qū)域中，板中和旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)中的個(gè)別流孔的總和在長(zhǎng)度上等于板中旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)所處區(qū)域外部的孔總和。這種構(gòu)造確保在流板/旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)元件的這兩個(gè)區(qū)域中對(duì)電流的離子電阻性大體上相等。在可旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)的底面與流板之間典型地存在較小的垂直間隔或間隙以容納小支架的存在和/或確保旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)自由移動(dòng)并且不在流板表面上摩擦。此外，在一些實(shí)施例中，最接近晶片的這兩個(gè)元件的頂面經(jīng)布置以大體上距晶片相同的總體高度或距離。為滿足這兩種條件，在流板下表面下方突出的流成形板中可能存在其它材料區(qū)段。在另一個(gè)實(shí)施例中，使用例如關(guān)于圖4所述的成角度通孔，其單獨(dú)存在或與法線定向的通孔組合。在一個(gè)實(shí)施例中，圓盤(pán)1110是以例如與關(guān)于圖9A-B所述的槳類似的方式以機(jī)械方式驅(qū)動(dòng)。所述圓盤(pán)也可通過(guò)對(duì)圓盤(pán)內(nèi)或圓盤(pán)上所含的磁體施加隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)或電場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)，或可通過(guò)旋轉(zhuǎn)晶片固持器和旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)中所含的內(nèi)部元件以磁性方式耦合。在所述后者情況下，作為具體實(shí)例，晶片外圍中固持并旋轉(zhuǎn)蛤殼的一組相等間隔的磁體與旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)1110中所嵌埋的一組相應(yīng)磁體產(chǎn)生耦合。隨著晶片固持器中的磁體圍繞晶片和單元的中心運(yùn)動(dòng)/旋轉(zhuǎn)，其驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)以與晶片/固持器相同的方向運(yùn)動(dòng)。個(gè)別磁體最終與圓盤(pán)中的個(gè)別磁體進(jìn)一步遠(yuǎn)離，因此其經(jīng)最強(qiáng)耦合，但圓盤(pán)與晶片固持器中的另一對(duì)磁體彼此接近，
28因?yàn)槠渑c晶片固持器/圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)一起旋轉(zhuǎn)。此外，旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)的運(yùn)動(dòng)可通過(guò)將其運(yùn)動(dòng)與進(jìn)入單元內(nèi)的流體流耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而消除對(duì)于腐蝕性電解液中的獨(dú)立發(fā)動(dòng)機(jī)或電組件或額外運(yùn)動(dòng)零件的需求。圖IlB是組合件1100的橫截面。已預(yù)期產(chǎn)生中心剪切的其它類似設(shè)備和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)并且視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)，因?yàn)槠淙菀撞捎脤?duì)本文所呈現(xiàn)原理的微小修改。作為另一個(gè)實(shí)例，不采用旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)，而是可采用仍由運(yùn)動(dòng)晶片的誘導(dǎo)流、穿過(guò)流板孔的流體流或其它耦合外部構(gòu)件驅(qū)動(dòng)并且經(jīng)布置以在晶片和單元的旋轉(zhuǎn)軸的往復(fù)偏心中旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)葉輪或運(yùn)動(dòng)螺旋槳。E.處理鍍敷非均勻性的鍍敷方法圖12描述根據(jù)本文所述的電鍍方法的工藝流程1200。晶片定位于晶片固持器中， 參看1205。晶片和固持器任選地傾斜以成角度地浸在鍍敷單元電解液中，參看1210。接著使晶片浸在電解液中，參看1215。接著在剪切流體動(dòng)力學(xué)條件下并且在電解液微射流撞擊在晶片鍍敷表面上的情況下開(kāi)始電鍍，參看1220。接著方法完成。如上所述，在一個(gè)實(shí)施例中，使用本文中已描述的流轉(zhuǎn)向器并且晶片和固持器傾斜以使得晶片和固持器的導(dǎo)向邊緣(傾斜組合件的下側(cè))與流轉(zhuǎn)向器中的間隙(例如具有帶槽環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述槽構(gòu)成通風(fēng)孔或間隙的一部分)對(duì)準(zhǔn)。以這種方式，在本文所述的所需間隙距離下，晶片固持器、晶片在浸漬期間可盡可能接近最終所需間隙距離并且因此無(wú)需以距流轉(zhuǎn)向器較大的距離浸漬并且隨后更緊密定位。圖13展示使用本文所述的方法和設(shè)備鍍敷的結(jié)果，其中在鍍敷期間使用橫向剪切流來(lái)進(jìn)行有效質(zhì)量傳遞。兩條曲線展示在存在和不存在如本文所述的剪切流的情況下的結(jié)果。在晶片中心處不存在剪切流的情況下，異?；蚴СＲ约叭狈ψ銐蚣羟辛鳟a(chǎn)生如關(guān)于圖1所述的概況。但在存在如本文所述的剪切流的情況下，在使用如例如關(guān)于圖2A中所述的帶槽間隔型流轉(zhuǎn)向器的這個(gè)實(shí)例中，鍍敷沉積速率在晶片的鍍敷表面上大體上均勻。一個(gè)實(shí)施例是一種在包括具有至少約2微米的寬度和/或深度的特征的襯底上電鍍的方法，所述方法包含(a)將所述襯底提供到鍍敷腔室，所述鍍敷腔室經(jīng)配置以容納電解液和陽(yáng)極，同時(shí)將金屬電鍍到所述襯底上，其中所述鍍敷腔室包含(i)襯底固持器，其固持所述襯底以使得在電鍍期間所述襯底的鍍敷面與所述陽(yáng)極分離，以及(ii)流成形元件，其經(jīng)成形且配置以在電鍍期間定位于所述襯底與所述陽(yáng)極之間，所述流成形元件具有在電鍍期間大體上平行于所述襯底的所述鍍敷面且與所述鍍敷面分離約10毫米或更小的間隙的平坦表面，其中所述流成形元件具有多個(gè)孔；(b)在使所述襯底和/或流成形元件旋轉(zhuǎn)的同時(shí)且在所述襯底鍍敷面的方向上且在產(chǎn)生退出所述流成形元件的所述孔的至少約 lOcm/s的平均流速的條件下使電解液在電解單元中流動(dòng)的同時(shí)，將金屬電鍍到所述襯底鍍敷表面上。在一個(gè)實(shí)施例中，電解液以約3cm/s或更大的速率在襯底的中心點(diǎn)處流過(guò)襯底的鍍敷面，且將剪切力施加于在所述襯底的所述鍍敷面處流動(dòng)的電解液。在一個(gè)實(shí)施例中， 以至少約5微米/分的速率在特征中電鍍金屬。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)鍍敷到至少1微米的厚度時(shí)，電鍍?cè)谝r底的鍍敷表面上的金屬的厚度具有約10%或更好的均勻性。在一個(gè)實(shí)施例中，施加剪切力包含在致使襯底鍍敷面的旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)到相對(duì)于流成形元件的新位置的方向上移動(dòng)流成形元件和/或襯底。在一個(gè)實(shí)施例中，施加剪切力包含使位于流成形元件與襯底的鍍敷面之間的離軸剪切板旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生越過(guò)襯底鍍敷面的旋轉(zhuǎn)軸的電解液流。在另一實(shí)施例中，施加剪切力包含致使電解液朝向圍繞流成形元件的外圍提供的環(huán)結(jié)構(gòu)中的間隙橫向流過(guò)襯底的面。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底相對(duì)于流成形元件的旋轉(zhuǎn)方向在鍍敷期間交替。在一個(gè)實(shí)施例中，流成形元件中的孔不在主體內(nèi)形成連通通道，且其中大體上所有孔使得所述元件的面對(duì)所述襯底的所述表面的表面上的開(kāi)口的主要尺寸或直徑不大于約5毫米。在一個(gè)實(shí)施例中，所述流成形元件是具有約6，000到12，000個(gè)孔的圓盤(pán)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述流成形元件具有不均勻密度的孔，其中較大密度的孔存在于所述流成形元件的面對(duì)所述襯底鍍敷面的旋轉(zhuǎn)軸的區(qū)中。本文描述的方法可用于電鍍鑲嵌特征、TSV特征和晶片級(jí)封裝(WLP)特征，例如再分配層、用于連接到外部線的凸塊和凸塊下金屬化特征。下文包含涉及本文描述的實(shí)施例的WLP鍍敷的進(jìn)一步論述。F. 1WLP 鍍敷本文描述的實(shí)施例可用于WLP應(yīng)用。在WLP體系中待沉積的材料量相對(duì)大的情況下，鍍敷速度在WLP和TSV應(yīng)用與鑲嵌應(yīng)用之間不同，且因此鍍敷離子向鍍敷表面的有效質(zhì)量傳遞是重要的。再者，WLP特征的電化學(xué)沉積可涉及鍍敷各種金屬組合，例如如上所述的鉛、錫、銀、鎳、金和銅的組合或合金。用于WLP應(yīng)用的相關(guān)設(shè)備和方法在2010年12月1日申請(qǐng)的第61/418，781號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案中描述，所述美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案以全文引用方式并入本文?？稍诩呻娐分圃旌头庋b工藝中在各個(gè)點(diǎn)處采用電化學(xué)沉積程序。在IC芯片級(jí)下，通過(guò)在通孔和溝槽內(nèi)電沉積銅以形成多個(gè)互連金屬化層來(lái)產(chǎn)生鑲嵌特征。如所指示，為此目的的電沉積工藝廣泛用于當(dāng)前的集成制造工藝中。在多個(gè)互連金屬化層上，開(kāi)始芯片的“封裝”?？刹捎酶鞣NWLP方案和結(jié)構(gòu)，且本文描述其中幾種。在一些設(shè)計(jì)中，第一種是再分配層(也稱為“RDL”)，其將上部層級(jí)觸點(diǎn)從結(jié)合墊再分配到各種凸塊下金屬化或焊料凸塊或球位置。在一些情況下，RDL線有助于使常規(guī)裸片觸點(diǎn)匹配于標(biāo)準(zhǔn)封裝的引腳陣列。此些陣列可與一個(gè)或一個(gè)以上界定的標(biāo)準(zhǔn)格式相關(guān)聯(lián)。RDL也可用以平衡封裝中的不同線上的信號(hào)遞送時(shí)間，所述線可能具有不同的電阻 /電容/電感(RCL)延遲。應(yīng)注意，RDL可直接提供在鑲嵌金屬化層之上或提供在形成于頂部金屬化層上的鈍化層上?？刹捎帽景l(fā)明的各種實(shí)施例來(lái)電鍍RDL特征。在RDL上，封裝可采用“凸塊下金屬化”(或UBM)結(jié)構(gòu)或特征。UBM是形成用于焊料凸塊的基底的金屬層特征。UBM可包含以下一者或一者以上粘合層、擴(kuò)散勢(shì)壘層和氧化勢(shì)壘層。鋁經(jīng)常用作粘合層，因?yàn)槠涮峁┝己玫牟Ａ?金屬結(jié)合。在一些情況下，層間擴(kuò)散勢(shì)壘提供于RDL與UBM之間以阻擋例如銅擴(kuò)散。舉例來(lái)說(shuō)，可根據(jù)本文揭示的原理來(lái)電鍍的一種層間材料是鎳。凸塊用于將外部線焊接或以其它方式附接到封裝。凸塊在倒裝芯片設(shè)計(jì)中用以產(chǎn)生比線結(jié)合技術(shù)中采用的芯片組合件小的芯片組合件。凸塊可能需要下伏的層間材料來(lái)防止例如來(lái)自凸塊的錫擴(kuò)散到達(dá)下伏墊中的銅?？筛鶕?jù)本發(fā)明的原理來(lái)鍍敷層間材料。另外且最近，可根據(jù)本文的方法和設(shè)備來(lái)電鍍銅柱以產(chǎn)生倒裝芯片結(jié)構(gòu)和/或形成另一芯片或裝置的UBM和/或凸塊之間的接觸。在一些情況下，使用銅柱來(lái)減少焊料材料的量(例如減少芯片中的鉛焊料總量)，且實(shí)現(xiàn)當(dāng)使用焊料凸塊時(shí)可實(shí)現(xiàn)的更嚴(yán)格的間距控制。另外，在具有或不具有首先形成的銅柱的情況下，均可電鍍凸塊本身的各種金屬。凸塊可由高熔點(diǎn)鉛錫組合物(包含較低熔點(diǎn)的鉛錫共晶物)形成，和由例如錫銀合金等不含鉛的組合物形成。凸塊下金屬化的組件可包含金或鎳金合金、鎳和鈀的膜。因此，應(yīng)明了，可使用本文描述的發(fā)明來(lái)鍍敷的WLP特征或?qū)釉趲缀涡螤詈筒牧戏矫娑际钱愘|(zhì)群組。下文列出可根據(jù)本文描述的方法和設(shè)備來(lái)電鍍以形成WLP特征的一些材料實(shí)例。1.銅如所闡釋，可采用銅來(lái)形成柱，其可在焊料接合處下方使用。銅還用作RDL 材料。2.錫焊料材料鉛錫-當(dāng)前此元素組合的各種組合物包含IC應(yīng)用中約90%的焊料市場(chǎng)。共晶材料通常包含約60%原子鉛和約40%原子錫。其相對(duì)容易鍍敷，因?yàn)閮蓚€(gè)元素的沉積電位hs近似相等(相差約IOmV)。錫銀-通常此材料含有少于約3%原子銀。挑戰(zhàn)是一起鍍敷錫和銀且維持適當(dāng)濃度。錫和銀具有極為不同的hs(相差幾乎IV)，其中銀較貴重且先于錫而鍍敷。因此，即使在具有極低銀濃度的溶液中，銀也會(huì)優(yōu)先鍍敷且可從溶液快速耗盡。此挑戰(zhàn)表明鍍敷100%錫將是合意的。然而，元素錫具有六邊形密集晶格，這導(dǎo)致在不同結(jié)晶方向上形成具有不同CTE的晶粒。這可能在正常使用期間帶來(lái)機(jī)械故障。 錫還已知形成“錫須”，這是已知會(huì)在鄰近特征之間產(chǎn)生短接的現(xiàn)象。3.鎳如所提到，此元素在UBM應(yīng)用中主要用作銅擴(kuò)散勢(shì)壘。4.金在一個(gè)實(shí)施例中，上文提到的電鍍特征是晶片級(jí)封裝特征。在一個(gè)實(shí)施例中，晶片級(jí)封裝特征是再分配層、用于連接到外部線的凸塊，或凸塊下金屬化特征。在一個(gè)實(shí)施例中，電鍍金屬是選自由以下各項(xiàng)組成的群組銅、錫、錫鉛組合物、錫銀組合物、鎳、錫銅組合物、錫銀銅組合物、金，及其合金。雖然已出于清楚理解的目的詳細(xì)描述了上述發(fā)明，但將明了，在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)可實(shí)踐特定的改變和修改。因此，本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)視為說(shuō)明性而不是限制性的，且本發(fā)明不限于本文給出的細(xì)節(jié)，而是可在權(quán)利要求書(shū)的范圍和均等物內(nèi)進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種電鍍?cè)O(shè)備，其包括(a)鍍敷腔室，其經(jīng)配置以容納電解液和陽(yáng)極，同時(shí)將金屬電鍍到大體平面的襯底上；(b)襯底固持器，其經(jīng)配置以固持所述大體平面的襯底以使得在電鍍期間將所述襯底的鍍敷面與所述陽(yáng)極分離；(c)流成形元件，其包括面對(duì)襯底的表面，所述面對(duì)襯底的表面在電鍍期間大體上平行于所述襯底的鍍敷面且與所述鍍敷面分離，所述流成形元件包括具有穿過(guò)所述流成形元件制成的多個(gè)非連通通道的離子電阻性材料，其中所述非連通通道允許在電鍍期間輸送所述電解液穿過(guò)所述流成形元件；以及(d)流轉(zhuǎn)向器，其在所述流成形元件的所述面對(duì)襯底的表面上，所述流轉(zhuǎn)向器包括部分沿著所述流成形元件的圓周且具有一個(gè)或一個(gè)以上間隙的壁結(jié)構(gòu)，且在電鍍期間界定所述流成形元件與所述大體平面的襯底之間的假腔室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述流成形元件是圓盤(pán)形的，且所述流轉(zhuǎn)向器包括附接到所述流成形元件或集成到所述流成形元件上的帶槽環(huán)形間隔件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述流轉(zhuǎn)向器的所述壁結(jié)構(gòu)具有單個(gè)間隙，且所述單個(gè)間隙占據(jù)約40度與約90度之間的弧。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述流轉(zhuǎn)向器的所述壁結(jié)構(gòu)的高度約在Imm與約 5mm之間ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述流轉(zhuǎn)向器經(jīng)配置以使得在電鍍期間所述壁結(jié)構(gòu)的頂部表面距所述襯底固持器的底部表面在約0. Imm與0. 5mm之間，且在電鍍期間所述流成形元件的頂部表面距所述襯底固持器的所述底部表面在約Imm與5mm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述離子電阻性材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、聚砜和聚碳酸酯中的至少一者。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述流成形元件的厚度在約5mm與約IOmm之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述多個(gè)通道相對(duì)于所述流成形元件的所述面對(duì)襯底的表面以約90°的角度定向。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述多個(gè)通道大體上彼此平行。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述多個(gè)通道中的至少一些通道彼此不平行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述流成形元件的所述面對(duì)襯底的表面在電鍍期間與所述襯底的所述鍍敷面分離約10毫米或更小的距離。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述流成形元件的所述面對(duì)襯底的表面在電鍍期間與所述襯底的所述鍍敷面分離約5毫米或更小的距離。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備經(jīng)配置以在所述襯底鍍敷面的方向上且于在電鍍期間產(chǎn)生退出所述流成形元件的孔的至少約lOcm/s的平均流速的條件下使電解液流動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備經(jīng)配置以在產(chǎn)生越過(guò)所述襯底的所述鍍敷面的中心點(diǎn)的至少約3cm/sec或更大的橫向電解液速率的條件下操作。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述通道經(jīng)布置以避開(kāi)平行于所述面對(duì)襯底的表面的并不會(huì)遇到所述通道中的一者的長(zhǎng)距離線性路徑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述通道經(jīng)布置以避開(kāi)平行于所述面對(duì)襯底的表面的并不會(huì)遇到所述通道中的一者的約IOmm或更大的長(zhǎng)距離線性路徑。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述壁結(jié)構(gòu)具有高于內(nèi)部部分的外部部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述外部部分的高度在約5mm與約20mm之間， 且所述內(nèi)部部分的高度在約Imm與約5mm之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述流轉(zhuǎn)向器經(jīng)配置以使得所述壁結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面在電鍍期間距所述襯底固持器的外表面在約0. Imm與2mm之間。
20.一種用于將金屬電鍍到襯底上的設(shè)備，所述設(shè)備包括(a)鍍敷腔室，其經(jīng)配置以容納電解液和陽(yáng)極，同時(shí)將金屬電鍍到所述襯底上；(b)襯底固持器，其經(jīng)配置以固持所述襯底以使得在電鍍期間將所述襯底的鍍敷面與所述陽(yáng)極分離，所述襯底固持器具有一個(gè)或一個(gè)以上電力觸點(diǎn)，所述電力觸點(diǎn)經(jīng)布置以在電鍍期間接觸所述襯底的邊緣且將電流提供到所述襯底；(c)流成形元件，其經(jīng)成形且經(jīng)配置以在電鍍期間定位于所述襯底與所述陽(yáng)極之間，所述流成形元件具有在電鍍期間大體上平行于所述襯底的所述鍍敷面且與所述鍍敷面分離約10毫米或更小距離的平坦表面，且所述流成形元件還具有多個(gè)孔以準(zhǔn)許所述電解液朝向所述襯底的所述鍍敷面流動(dòng)；(d)用于使所述襯底旋轉(zhuǎn)同時(shí)在所述襯底鍍敷面的方向上使電解液在電鍍單元中流動(dòng)的機(jī)構(gòu)；以及(e)用于將剪切力施加于在所述襯底的所述鍍敷面處流動(dòng)的所述電解液的機(jī)構(gòu)；其中所述設(shè)備經(jīng)配置以用于在所述襯底鍍敷面的方向上于在電鍍期間產(chǎn)生退出所述流成形元件的所述孔的至少約lOcm/s的平均流速的條件下使電解液流動(dòng)，且用于在平行于所述襯底的所述鍍敷面的方向上在越過(guò)所述襯底的所述鍍敷面的中心點(diǎn)的至少約3cm/ sec的電解液速率下使電解液流動(dòng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述用于施加所述剪切力的機(jī)構(gòu)包括帶槽間隔件，所述帶槽間隔件位于所述流成形元件的圓周上或靠近所述圓周且朝向所述襯底固持器突出以界定所述流成形元件與所述襯底固持器之間的部分腔室，其中所述帶槽間隔件包括位于角形區(qū)段上的狹槽以為流出所述部分腔室的電解液流提供低阻力路徑。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述用于使所述襯底旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)經(jīng)配置以相對(duì)于所述流成形元件反轉(zhuǎn)所述襯底的旋轉(zhuǎn)方向。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述流成形元件中的所述多個(gè)孔不在所述流成形元件內(nèi)形成連通通道，且其中大體上所有所述多個(gè)孔使得所述元件的面對(duì)所述襯底的表面的所述表面上的開(kāi)口的主要尺寸或直徑不大于約5毫米。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述流成形元件是具有約6，000到12，000之間個(gè)孔的圓盤(pán)。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述流成形元件具有不均勻的孔密度，其中較大孔密度存在于所述流成形元件的面對(duì)所述襯底鍍敷面的旋轉(zhuǎn)軸的區(qū)中。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備經(jīng)配置以電鍍晶片級(jí)封裝特征。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備經(jīng)配置以電鍍選自由以下金屬組成的群組的一種或一種以上金屬銅、錫、錫鉛組合物、錫銀組合物、鎳、錫銅組合物、錫銀銅組合物、金，及其合金。
28. —種在包括具有至少約2微米的寬度和/或深度的特征的襯底上進(jìn)行電鍍的方法， 所述方法包含(a)將所述襯底提供到鍍敷腔室，所述鍍敷腔室經(jīng)配置以容納電解液和陽(yáng)極，同時(shí)將金屬電鍍到所述襯底上，其中所述鍍敷腔室包含(i)襯底固持器，其固持所述襯底以使得在電鍍期間將所述襯底的鍍敷面與所述陽(yáng)極分離，以及( )流成形元件，其經(jīng)成形且經(jīng)配置以在電鍍期間定位于所述襯底與所述陽(yáng)極之間， 所述流成形元件具有在電鍍期間大體上平行于所述襯底的所述鍍敷面且與所述鍍敷面分離約10毫米或更小距離的平坦表面，其中所述流成形元件具有多個(gè)孔；(b)在使所述襯底旋轉(zhuǎn)的同時(shí)且在所述襯底鍍敷面的方向上且在產(chǎn)生退出所述流成形元件的所述孔的至少約lOcm/s的平均流速的條件下使所述電解液在電解單元中流動(dòng)且將剪切力施加于在所述襯底的所述鍍敷面處流動(dòng)的所述電解液的同時(shí)，將金屬電鍍到所述襯底鍍敷表面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于電鍍期間的有效質(zhì)量傳遞的電解液流體動(dòng)力學(xué)的控制，并描述了用于將一種或一種以上金屬電鍍到襯底上的設(shè)備和方法。實(shí)施例包含經(jīng)配置以用于在鍍敷期間的有效質(zhì)量傳遞以獲得高度均勻的鍍敷層的電鍍?cè)O(shè)備，和包含在鍍敷期間的有效質(zhì)量傳遞以獲得高度均勻的鍍敷層的方法。在特定實(shí)施例中，使用晶片表面處的撞擊流與剪切流的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)所述質(zhì)量傳遞。
文檔編號(hào)C25D19/00GK102330140SQ20111019229
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者史蒂文·T·邁爾, 戴維·W·波特 申請(qǐng)人:諾發(fā)系統(tǒng)有限公司