(57)【要約】【解決手段】本明細書に記載の様々な実施形態は、半導体基板上に材料を電気メッキするための方法および装置に関する。一部の例において、電気メッキ中に、電解液が、クロスフローマニホルドからイオン抵抗性要素を通ってイオン抵抗性要素マニホルドに入る程度を最小化するために、１または複数の膜が、イオン抵抗性要素と接触して設けられてよい。膜は、いくつかの実施形態において、所望の通りに電解液をルーティングするよう設計されてよい。これらの例または他の例において、電解液が、イオン抵抗性要素を通ってイオン抵抗性要素マニホルド内の電気メッキセルにわたって逆流することによってクロスフローマニホルドを迂回する程度を低減するために、１または複数のバッフルが、イオン抵抗性要素マニホルド内に設けられてもよい。これらの技術は、電気メッキ結果の均一性を改善するために利用できる。【選択図】図５Ａ
2020531684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気メッキ装置であって、
（ａ）実質的に平坦な基板上に金属を電気メッキする際に、電解液およびアノードを含むよう構成されているメッキチャンバと、
（ｂ）メッキ中に、前記基板のメッキ面が、前記電解液中に浸漬され、前記アノードから隔てられるように、前記基板を支持するよう構成されている基板ホルダと、
（ｃ）電気メッキ中に前記イオン抵抗性要素を通してイオン輸送を提供するよう構成されているイオン抵抗性要素であって、複数の貫通孔を備えているプレートであるイオン抵抗性要素と、
（ｄ）前記基板が前記基板ホルダ内にある時に、前記イオン抵抗性要素の上方かつ前記基板の前記メッキ面の下方に位置するクロスフローマニホルドと、
（ｅ）前記イオン抵抗性要素の下方に配置されているアノードチャンバ膜フレームであって、アノードチャンバ膜と係合するよう構成されているアノードチャンバ膜フレームと、
（ｆ）前記イオン抵抗性要素の下方、かつ、存在する時に前記アノードチャンバ膜の上方に位置するイオン抵抗性要素マニホルドであって、垂直に向けられたバッフルによって少なくとも部分的に互いから分離されている複数のバッフル領域を備えるイオン抵抗要素マニホルドと、各バッフルは、前記イオン抵抗性要素に近接した第１領域から前記アノードチャンバ膜に近接した第２領域まで伸びること、
を備える、電気メッキ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電気メッキ装置であって、前記バッフルは、側方流入口と側方流出口との間の方向と直交する方向に前記イオン抵抗性要素マニホルドにわたって直線的に伸び、前記側方流入口および側方流出口は、電気メッキ中に前記クロスフローマニホルド内でクロスフロー電解液を発生させるよう適合されている、電気メッキ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電気メッキ装置であって、さらに、前記アノードチャンバ膜フレームと接触する前記アノードチャンバ膜を備え、前記アノードチャンバ膜は、電気メッキ中に前記アノードを前記基板から分離する、電気メッキ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電気メッキ装置であって、各バッフルの上側領域は、前記イオン抵抗性要素または前記イオン抵抗性要素に近接して配置されているフレームと物理的に接触する、電気メッキ装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の電気メッキ装置であって、電気メッキ中に、前記バッフルは、前記クロスフローマニホルドから前記イオン抵抗性要素を通って前記イオン抵抗性要素マニホルドに入る電解液の量を減らすよう作用する、電気メッキ装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の電気メッキ装置であって、前記アノードチャンバ膜フレームは、前記バッフルを備える、電気メッキ装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電気メッキ装置であって、さらに、前記イオン抵抗要素と前記アノードチャンバ膜フレームとの間に配置された背面インサートを備え、前記背面インサートは、前記バッフルと平行に配向された複数の突起を備え、前記バッフルと係合するよう構成されている、電気メッキ装置。
【請求項８】
請求項１から５のいずれかに記載の電気メッキ装置であって、前記バッフルは、前記アノードチャンバ膜フレームに至るまでは延伸していない、電気メッキ装置。
【請求項９】
請求項１から５または８のいずれかに記載の電気メッキ装置であって、前記イオン抵抗性要素は、前記バッフルを備える、電気メッキ装置。
【請求項１０】
請求項１から５または８のいずれかに記載の電気メッキ装置であって、さらに、前記イオン抵抗要素と前記アノードチャンバ膜フレームとの間に配置されている背面インサートを備え、前記背面インサートは、前記バッフルを備える、電気メッキ装置。
【請求項１１】
請求項１から５または８のいずれかに記載の電気メッキ装置であって、前記バッフルは、前記イオン抵抗性要素、前記アノードチャンバ膜フレームおよび前記背面インサートのいずれとも一体化されていない着脱可能な部品であり、前記バッフルは、前記イオン抵抗性要素、前記アノードチャンバ膜フレーム、および、前記背面インサートの内の少なくとも１つにおける凹部内に嵌まる、電気メッキ装置。
【請求項１２】
電気メッキ装置であって、
（ａ）実質的に平坦な基板上に金属を電気メッキする際に、電解液およびアノードを含むよう構成されているメッキチャンバと、
（ｂ）メッキ中に、前記基板のメッキ面が、前記電解液中に浸漬され、前記アノードから隔てられるように、前記基板を支持するよう構成されている基板ホルダと、
（ｃ）電気メッキ中に前記イオン抵抗性要素を通してイオン輸送を提供するよう構成されているイオン抵抗性要素であって、複数の貫通孔を備えているプレートであるイオン抵抗性要素と、
（ｄ）前記基板が前記基板ホルダ内にある時に、前記イオン抵抗性要素の上方かつ前記基板の前記メッキ面の下方に位置するクロスフローマニホルドと、
（ｅ）前記イオン抵抗性要素と物理的に接触する膜であって、電気メッキ中に前記膜を通してイオン輸送を提供するよう適合され、電気メッキ中に前記イオン抵抗性要素を通る電解液の流れを減らすよう適合されている、膜と、
を備える、電気メッキ装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電気メッキ装置であって、前記膜は、平坦であり、前記イオン抵抗性要素と平行な平面内に配置されている、電気メッキ装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の電気メッキ装置であって、前記膜は、前記イオン抵抗性要素の前記複数の貫通孔すべてを覆う、電気メッキ装置。
【請求項１５】
請求項１２または１３に記載の電気メッキ装置であって、前記膜は、前記膜が前記イオン抵抗性要素の前記複数の貫通孔の一部を覆うように、１または複数の切り欠き領域を備える、電気メッキ装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の電気メッキ装置であって、前記膜は、前記イオン抵抗性要素の中央付近に配置されている第１切り欠き領域を備える、電気メッキ装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の電気メッキ装置であって、前記膜は、前記クロスフローマニホルドへの側方流入口付近に配置されている第２切り欠き領域を備える、電気メッキ装置。
【請求項１８】
請求項１５から１７のいずれかに記載の電気メッキ装置であって、前記切り欠き領域は、方位角的に不均一である、電気メッキ装置。
【請求項１９】
請求項１２から１８のいずれかに記載の電気メッキ装置であって、前記膜は、前記イオン抵抗性要素の下方に配置されている、電気メッキ装置。
【請求項２０】
請求項１２から１８のいずれかに記載の電気メッキ装置であって、前記膜は、前記イオン抵抗性要素の上方に配置されている、電気メッキ装置。
【請求項２１】
請求項１２から２０のいずれかに記載の電気メッキ装置であって、さらに、前記イオン抵抗性要素と物理的に接触するように前記膜を配置するよう構成されている膜フレームを備える、電気メッキ装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の電気メッキ装置であって、前記膜は前記イオン抵抗性要素の上方に配置され、前記膜フレームは前記膜の上方に配置され、前記膜フレームは第１セットのリブを備え、前記第１セットのリブは、線形で、互いに平行であり、前記クロスフローマニホルド内でクロスフロー電解液の方向と直交する方向に延伸する、電気メッキ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本願は、２０１７年８月２１日出願の名称を「ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＴＵＳ  ＦＯＲ  ＦＬＯＷ  ＩＳＯＬＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＦＯＣＵＳＩＮＧ  ＤＵＲＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＰＬＡＴＩＮＧ」とする米国仮特許出願第６２／５４８，１１６号に基づく利益を主張し、また、２０１８年８月１０日出願の名称を「ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＴＵＳ  ＦＯＲ  ＦＬＯＷ  ＩＳＯＬＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＦＯＣＵＳＩＮＧ  ＤＵＲＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＰＬＡＴＩＮＧ」とする米国特許出願第１６／１０１，２９１号に基づく利益を主張し、各出願は参照によって本明細書にその全体が全ての目的で組み込まれる。
【０００２】
本明細書の実施形態は、基板上に材料を電気メッキするための方法および装置に関する。基板は、通常、半導体基板であり、材料は、通常、金属である。
【背景技術】
【０００３】
開示されている実施形態は、電気メッキ中に電解液の流体力学を制御するための方法および装置に関する。より具体的には、本明細書に記載の方法および装置は、例えば、約５０μｍ未満の幅を有する小型のマイクロバンピングフィーチャ（例えば、銅、ニッケル、スズ、および、スズ合金のはんだ）のスルーレジストメッキ、および、銅のシリコン貫通ビア（ＴＳＶ）フィーチャなど、半導体ウエハ基板上への金属のメッキに特に有用である。
【０００４】
電気化学蒸着は、現在、ウエハレベルパッケージング（ＷＬＰ）およびシリコン貫通ビア（ＴＳＶ）電気接続技術と呼ばれる一般に知られた高度なパッケージングおよびマルチチップ相互接続技術に対する実需を満たそうとしている。これらの技術は、部分的には、一般にフィーチャサイズが（フロントエンド（ＦＥＯＬ）相互接続と比較して）大きく、高アスペクト比であることにより、非常に大きな課題を示す。
【０００５】
パッケージングフィーチャ（例えば、スルーチップ接続ＴＳＶ、相互接続再分配配線、もしくは、フリップチップピラーなどのチップ−ボードまたはチップ−チップボンディング）のタイプおよび用途に応じて、メッキされるフィーチャは、通常、現在の技術では、約２マイクロメートルより大きく、典型的には、主要寸法で約５〜１００マイクロメートルである（例えば、銅ピラーは、約５０マイクロメートルでありうる）。一部のオンチップ構造（電力バスなど）については、メッキされるフィーチャは、１００マイクロメートルを超えうる。ＷＬＰフィーチャのアスペクト比は、典型的に、約１：１（高さ対幅）以下であるが、おそらく約２：１程度の高アスペクト比に及ぶ場合があり、一方、ＴＳＶ構造は、非常に高い高アスペクト比（例えば、約２０：１近く）を有しうる。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書の特定の実施形態は、基板を電気メッキするための方法および装置に関する。基板は、実質的に平坦であり、半導体基板であってよい。
【０００７】
本明細書の実施形態の一態様において、電気メッキ装置が提供される。電気メッキ装置は、（ａ）実質的に平坦な基板上に金属を電気メッキする際に、電解液およびアノードを含むよう構成されているメッキチャンバと、（ｂ）メッキ中に、基板のメッキ面が、電解液中に浸漬され、アノードから隔てられるように、基板を支持するよう構成されている基板ホルダと、（ｃ）電気メッキ中にイオン抵抗性要素を通してイオン輸送を提供するよう構成されているイオン抵抗性要素であって、複数の貫通孔を備えているプレートであるイオン抵抗性要素と、（ｄ）基板が基板ホルダ内にある時に、イオン抵抗性要素の上かつ基板のメッキ面の下に位置するクロスフローマニホルドと、（ｅ）イオン抵抗性要素と物理的に接触する膜であって、電気メッキ中に膜を通してイオン輸送を提供するよう適合され、電気メッキ中にイオン抵抗性要素を通る電解液の流れを減らすよう適合されている膜と、を備える。
【０００８】
様々な実施形態において、膜は、平坦であり、イオン抵抗性要素と平行な平面内に配置されている。一部の例において、膜は、イオン抵抗性要素の複数の貫通孔すべてを覆う。一部の他の例において、膜は、膜がイオン抵抗性要素の複数の貫通孔の一部を覆うように、１または複数の切り欠き領域を備える。一例において、膜は、イオン抵抗性要素の中央付近に配置されている第１切り欠き領域を備える。これらの実施形態または別の実施形態において、膜は、クロスフローマニホルドへの側方流入口付近に配置されている第２切り欠き領域を備えてもよい。特定の実施例において、切り欠き領域は、方位角的に不均一である。一例において、切り欠き領域は、側方流入口とイオン抵抗性要素の中心との間に延伸する。
【０００９】
いくつかの実施形態において、膜は、イオン抵抗性要素の下に配置されている。別の実施形態において、膜は、イオン抵抗性要素の上に配置されている。特定の実施形態において、膜は、イオン抵抗性要素の下に配置され、第２の膜が、イオン抵抗性要素と接触して、イオン抵抗性要素の上に配置されている。
【００１０】
特定の実施例において、装置は、さらに、イオン抵抗性要素と物理的に接触するように膜を配置するよう構成された膜フレームを備える。特定の例において、膜は、イオン抵抗性要素の上に配置され、膜フレームは、膜の上に配置され、膜フレームは、第１セットのリブを備え、第１セットのリブは、線形で、互いに平行であり、クロスフローマニホルド内でクロスフロー電解液の方向と直交する方向に延伸する。いくつかのかかる例において、膜フレームは、さらに、第１セットのリブと直交する方向に伸びる第２セットのリブを備える。膜フレームは、複数の開口部を有するプレートである。開口部は、円形であってよい。開口部は、別の形状であってもよい（例えば、楕円形、多角形など）。いくつかの例において、膜フレームは、リング形状である。リング形状の膜フレームは、その外周（またはその一部）で膜を支持してよい。
【００１１】
開示されている実施形態の別の態様において、電気メッキ装置が提供される。電気メッキ装置は、（ａ）実質的に平坦な基板上に金属を電気メッキする際に、電解液およびアノードを含むよう構成されているメッキチャンバと、（ｂ）メッキ中に、基板のメッキ面が、電解液中に浸漬され、アノードから隔てられるように、基板を支持するよう構成されている基板ホルダと、（ｃ）電気メッキ中にイオン抵抗性要素を通してイオン輸送を提供するよう構成されているイオン抵抗性要素であって、複数の貫通孔を備えているプレートであるイオン抵抗性要素と、（ｄ）基板が基板ホルダ内にある時に、イオン抵抗性要素の上かつ基板のメッキ面の下に位置するクロスフローマニホルドと、（ｅ）クロスフローマニホルドに電解液を導入するための側方流入口と、（ｆ）クロスフローマニホルド内に流れる電解液を受けるための側方流出口と、側方流入口および側方流出口は、電気メッキ中に基板のメッキ面上の方位角的に反対側の外周位置に近接して配置され、側方流入口および側方流出口は、電気メッキ中にクロスフローマニホルド内でクロスフロー電解液を生み出すよう適合されており、（ｇ）イオン抵抗性要素の下に配置されているアノードチャンバ膜フレームと、（ｈ）イオン抵抗性要素の下かつアノードチャンバ膜フレームの上に位置するイオン抵抗性要素マニホルドであって、イオン抵抗性要素の下に配置された垂直向きのバッフルによって部分的に互いから分離されている複数のバッフル領域を備えるイオン抵抗要素マニホルドと、各バッフルは、イオン抵抗性要素に近接した第１領域からアノードチャンバ膜フレームに近接した第２領域まで伸び、バッフルは、アノードチャンバ膜フレームと物理的に接触しておらず、電気メッキ中に、電解液が、（ｉ）複数の電解液ソース領域からイオン抵抗性要素を通ってクロスフローマニホルドに入り、側方流出口から出る、（ｉｉ）側方流入口からクロスフローマニホルドを通って、側方流出口から出る、および、（ｉｉｉ）バッフルの下で、あるバッフル領域から別のバッフル領域へ移動する、イオン抵抗性要素マニホルドと、を備える。
【００１２】
開示されている実施形態の別の態様において、電気メッキ装置が提供される。電気メッキ装置は、（ａ）実質的に平坦な基板上に金属を電気メッキする際に、電解液およびアノードを含むよう構成されているメッキチャンバと、（ｂ）メッキ中に、基板のメッキ面が、電解液中に浸漬され、アノードから隔てられるように、基板を支持するよう構成されている基板ホルダと、（ｃ）電気メッキ中にイオン抵抗性要素を通してイオン輸送を提供するよう構成されているイオン抵抗性要素であって、複数の貫通孔を備えているプレートであるイオン抵抗性要素と、（ｄ）基板が基板ホルダ内にある時に、イオン抵抗性要素の上かつ基板のメッキ面の下に位置するクロスフローマニホルドと、（ｅ）イオン抵抗性要素の下に配置されているアノードチャンバ膜フレームであって、アノードチャンバ膜と係合するよう構成されているアノードチャンバ膜フレームと、（ｆ）イオン抵抗性要素の下、かつ、存在する時にアノードチャンバ膜の上に位置するイオン抵抗性要素マニホルドであって、垂直に向けられたバッフルによって少なくとも部分的に互いから分離された複数のバッフル領域を備えているイオン抵抗要素マニホルドと、各バッフルは、イオン抵抗性要素に近接した第１領域からアノードチャンバ膜に近接した第２領域まで伸びること、を備える。
【００１３】
いくつかの実施形態において、バッフルは、側方流入口と側方流出口との間の方向と直交する方向にイオン抵抗性要素マニホルドにわたって直線的に伸び、側方流入口および側方流出口は、電気メッキ中にクロスフローマニホルド内でクロスフロー電解液を発生させるよう適合されている。一部の例において、装置は、さらに、アノードチャンバ膜フレームと接触するアノードチャンバ膜を備え、アノードチャンバ膜は、電気メッキ中にアノードを基板から分離する。様々な実施形態において、各バッフルの上側領域は、イオン抵抗性要素またはイオン抵抗性要素に近接して配置されているフレームと物理的に接触してよい。これらの実施形態または別の実施形態において、電気メッキ中に、バッフルは、クロスフローマニホルドからイオン抵抗性要素を通ってイオン抵抗性要素マニホルドに入る電解液の量を減らすよう作用する。アノードチャンバ膜フレームは、一部の例において、バッフルを備えてもよい。特定の実施例において、装置は、さらに、イオン抵抗要素とアノードチャンバ膜フレームとの間に配置されている背面インサートを備え、背面インサートは、バッフルと平行に配向されている複数の突起を備え、バッフルと係合するよう構成されている。一部の例において、バッフルは、アノードチャンバ膜フレームに至るまでは延伸していない。いくつかの例において、イオン抵抗性要素は、バッフルを備える。これらの例または他の例において、装置は、さらに、イオン抵抗要素とアノードチャンバ膜フレームとの間に配置されている背面インサートを備え、背面インサートは、バッフルを備えてもよい。特定の他の例において、バッフルは、イオン抵抗性要素、アノードチャンバ膜フレーム、および背面インサートのいずれとも一体化されていない着脱可能な部品である。いくつかの例において、バッフルは、イオン抵抗性要素、アノードチャンバ膜フレーム、および、背面インサートの内の少なくとも１つにおける凹部内に嵌まる。
【００１４】
開示されている実施形態のさらなる態様において、電気メッキ方法が提供されており、その方法は、本明細書に記載の電気メッキ装置のいずれかで基板を電気メッキすることを備える。
【００１５】
これらの特徴および他の特徴については、関連する図面を参照しつつ以下で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】電気メッキ中に基板表面上にクロスフローおよび衝突流の組み合わせを利用する電気メッキ装置を示す図。
【００１７】
【図１Ｂ】図１Ａに示した電気メッキ装置を通る電解液の流れを示す図。
【００１８】
【図１Ｃ】図１Ａおよび図１Ｂに示した装置を用いて電気メッキを行う時に一部の例で生じうる流れ迂回の問題を示す図。
【００１９】
【図２Ａ】イオン抵抗性要素の真下に膜を備える電気メッキ装置を示す図。
【図２Ｂ】イオン抵抗性要素の真上に膜を備える電気メッキ装置を示す図。
【図２Ｃ】イオン抵抗性要素の２つの部分の間に挟まれた膜を備える電気メッキ装置を示す図。
【００２０】
【図３Ａ】イオン抵抗性要素の真下に膜および膜フレームを備える電気メッキ装置を示す図。
【図３Ｂ】イオン抵抗性要素の真上に膜および膜フレームを備える電気メッキ装置を示す図。
【００２１】
【図３Ｃ】一実施形態に従って、膜フレームを示す図。
【図３Ｄ】一実施形態に従って、膜フレームを示す図。
【図３Ｅ】一実施形態に従って、膜フレームを示す図。
【図３Ｆ】一実施形態に従って、膜フレームを示す図。
【図３Ｇ】一実施形態に従って、膜フレームを示す図。
【図３Ｈ】一実施形態に従って、膜フレームを示す図。
【００２２】
【図３Ｉ】イオン抵抗性要素の真上に配置された膜および膜フレームを有する電気メッキ装置を示す図であって、膜フレームが、その上面に一連の線形リブを備えることを示す図。
【００２３】
【図３Ｊ】直交するように向けられた２セットのリブを上面に有する膜フレームを示す図。
【図３Ｋ】直交するように向けられた２セットのリブを上面に有する膜フレームを示す図。
【００２４】
【図４Ａ】イオン抵抗性要素の真下に配置された膜および膜フレームを有する電気メッキ装置を示す図であって、膜が、所望の通りに電解液をルーティングするよう設計された切り欠きを備えることを示す図。
【００２５】
【図４Ｂ】一実施形態に従って、切り欠きを有する膜を示す図。
【図４Ｃ】一実施形態に従って、切り欠きを有する膜を示す図。
【図４Ｄ】一実施形態に従って、切り欠きを有する膜を示す図。
【図４Ｅ】一実施形態に従って、切り欠きを有する膜を示す図。
【図４Ｆ】一実施形態に従って、切り欠きを有する膜を示す図。
【図４Ｇ】一実施形態に従って、切り欠きを有する膜を示す図。
【図４Ｈ】一実施形態に従って、切り欠きを有する膜を示す図。
【図４Ｉ】一実施形態に従って、切り欠きを有する膜を示す図。
【図４Ｊ】一実施形態に従って、切り欠きを有する膜を示す図。
【００２６】
【図４Ｋ】電解液が側方流入口に供給される時に流れうる流入口切り欠きを備えたイオン抵抗性要素上の膜を示す図。
【００２７】
【図４Ｌ】イオン抵抗性要素に形成された流入口マニホルドを示す拡大図。
【００２８】
【図５Ａ】イオン抵抗性要素マニホルド内に一連のバッフルを備える電気メッキ装置を示す図。
【００２９】
【図５Ｂ】特定の実施例に従って、一連のバッフルを備えた背面インサートを示す図。
【００３０】
【図５Ｃ】イオン抵抗性要素の下、かつ、アノードチャンバを規定する膜フレームの上に設置された図５Ｂの背面インサートを示す図。
【００３１】
【図５Ｄ】アノードチャンバを規定し、バッフルの縁部を収容するための凹部を備えた膜を示す図。
【００３２】
【図５Ｅ】特定の実施形態に従って、スタンドアロンの部品として実装される複数のバッフルを示す図。
【００３３】
【図５Ｆ】各バッフル領域に電解液を供給する溝付き流入口を追加した、図５Ａと同様の電気メッキ装置を示す図。
【００３４】
【図５Ｇ】電解液が、バッフルの下に移動して、アノードチャンバを規定する膜を灌流するように、バッフルが膜フレームに至るまで伸びていない、図５Ａと同様の電気メッキ装置を示す図。
【００３５】
【図５Ｈ】バッフルが、イオン抵抗性要素マニホルド内に提供され、フローフォーカシングとも呼ばれるアノードチャンバ膜フレームの一部として形成されている一実施形態を示す図。
【００３６】
【図５Ｉ】一実施形態に従って、バッフルを備えたアノードチャンバ膜フレームを示す図。
【００３７】
【図５Ｊ】特定の実施形態に従って、バッフルの縁部と係合するよう構成された突起を有する背面インサートを示す図。
【図５Ｋ】特定の実施形態に従って、バッフルの縁部と係合するよう構成された突起を有する背面インサートを示す図。
【００３８】
【図５Ｌ】特定の実施形態に従って、アノードチャンバ膜フレームと係合した背面インサートを示す図。
【００３９】
【図６Ａ】図１Ａに示したメッキ装置内でメッキされたフィーチャを示す図。
【図６Ｂ】図１Ａに示したメッキ装置内でメッキされたフィーチャを示す図。
【００４０】
【図７Ａ】本明細書に記載の電気メッキ装置内で処理された基板で得られたスタティックインプリント結果を示す図。
【図７Ｂ】本明細書に記載の電気メッキ装置内で処理された基板で得られたスタティックインプリント結果を示す図。
【図７Ｃ】本明細書に記載の電気メッキ装置内で処理された基板で得られたスタティックインプリント結果を示す図。
【図７Ｄ】本明細書に記載の電気メッキ装置内で処理された基板で得られたスタティックインプリント結果を示す図。
【００４１】
【図８】本明細書に記載の様々な電気メッキ装置内で処理された基板のフィーチャ内不均一性を示す実験データを示す図。
【００４２】
【図９】複数の異なる電気メッキセルおよびモジュールを有する電気メッキ装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本明細書では、基板上に１または複数の金属を電気メッキするための装置および方法が記載されている。基板が半導体ウエハである実施形態について一般的に記載されているが、実施形態は、これに限定されない。
【００４４】
図１Ａおよび図１Ｂは、電気メッキ装置の簡略な断面図を示す。図１Ｂは、様々な実施形態における電気メッキ中の電解液の流れを示す矢印を含む。図１Ａは、電気メッキセル１０１を示しており、基板１０２が基板ホルダ１０３に配置されている。基板ホルダ１０３は、しばしば、カップと呼ばれ、基板１０２をその外周で支持しうる。アノード１０４が、電気メッキセル１０１の底部付近に配置されている。アノード１０４は、膜１０５によって基板１０２から隔てられており、膜１０５は、膜フレーム１０６によって支持されている。膜フレーム１０６は、アノードチャンバ膜フレームと呼ばれることもある。さらに、アノード１０４は、イオン抵抗性要素１０７によって基板１０２から隔てられている。イオン抵抗性要素１０７は、電解液がイオン抵抗性要素１０７を通って基板１０２に作用することを可能にする開口部を備える。前面インサート１０８が、基板１０２の周囲に近接して、イオン抵抗性要素１０７の上方に配置されている。前面インサート１０８は、リング形状であってよく、図に示すように、方位角的に不均一であってよい。前面インサート１０８は、クロスフロー閉じこめリングとも呼ばれることがある。アノードチャンバ１１２が、膜１０５の下方にあり、それは、アノード１０４が配置される場所である。イオン抵抗性要素マニホルド１１１が、膜１０５の上方、かつ、イオン抵抗性要素１０７の下方にある。クロスフローマニホルド１１０が、イオン抵抗性要素１０７の上方、かつ、基板１０２の下方にある。クロスフローマニホルドの高さは、基板１０２とイオン抵抗性要素１０７の平面との間の距離であると考えられる（存在する場合、イオン抵抗性要素１０７の上面の上のリブを除く）。一部の例において、直行流マニホルドは、約１ｍｍ〜４ｍｍの間、または、０．５ｍｍ〜１５ｍｍの間の高さを有してよい。クロスフローマニホルド１１０は、その側部を前面インサート１０８によって規定されており、前面インサート１０８は、クロスフローする電解液をクロスフローマニホルド１１０内に閉じ込めるよう機能する、クロスフローマニホルド１１０への側方流入口１１３が、クロスフローマニホルド１１０への側方流出口１１４と方位角的に反対側に設けられている。側方流入口１１３および側方流出口１１４は、少なくとも部分的には、前面インサート１０８によって形成されてよい。図１Ｂにおいて矢印で示すように、電解液は、側方流入口１１３を通して、クロスフローマニホルド１１０へ入り、側方流出口１１４から出るように進む。さらに、電解液は、イオン抵抗性要素マニホルド１１１への１または複数の流入口１１６を通して、イオン抵抗性要素マニホルド１１１へ入り、イオン抵抗性要素１０７の開口部を通して、クロスフローマニホルド１１０へ入り、側方流出口１１４から出るように流れうる。流入口１１６は、イオン抵抗性要素マニホルド１１１および側方流入口１１３／クロスフローマニホルド１１０の両方に供給する導管と流体接続されているように図示されているが、一部の例において、これらの領域への流れは、分離されて、独立的に制御可能であってもよい。側方流出口１１４を通った後、電解液は、堰壁１０９を越えて溢れる。電解液は、回収および再利用されてもよい。
【００４５】
特定の実施形態において、イオン抵抗性要素１０７は、基板（カソード）の近くでほぼ一定かつ均一の電流源を近似し、したがって、一部の文脈では、高抵抗仮想アノード（ＨＲＶＡ）またはチャネル付きイオン抵抗性要素（ＣＩＲＰ）と呼ばれうる。通常、イオン抵抗性要素１０７は、ウエハに対して近接して配置される。対照的に、同じく基板に近接したアノードは、ウエハへほぼ一定の電流を著しく供給しにくいが、アノード金属面に定電位の平面を単に支持するだけであり、それにより、アノード平面から終端まで（例えば、ウエハ上の周囲の接点まで）の正味抵抗がより小さい場合に電流が最大になることを可能にする。したがって、イオン抵抗性要素１０７を高抵抗仮想アノード（ＨＲＶＡ）と呼んだが、これは、電気化学的にそれら２つが交換可能であることを意味するものではない。特定の動作条件の下、イオン抵抗性要素１０７は、仮想均一電流源より厳密に近似し、おそらく、仮想均一電流源としてより良く記述され、ほぼ一定の電流が、イオン抵抗性要素１０７の上面全体から供給される。
【００４６】
イオン抵抗性要素１０７は、互いに空間的およびイオン的に分離されたマイクロサイズ（通常、０．０４インチ未満）の貫通孔を含む。いくつかのケースにおいて、貫通孔は、イオン抵抗性要素の本体内に相互接続チャネルを形成しない。かかる貫通孔は、しばしば、非連絡または一次元貫通孔と呼ばれる。それらは、典型的には、しばしば、ウエハのメッキ表面に垂直に（ただし、必ずしもそうではない）一次元的に伸びる（いくつかの実施形態において、非連絡孔は、イオン抵抗性要素の前面と略平行であるウエハに関して或る角度をなす）。しばしば、非連絡貫通孔は、互いに平行である。しばしば、非連絡貫通孔は、正方配列で配置される。別の例において、レイアウトは、オフセットスパイラルパターンである。これらの非連絡貫通孔は、その中の表面に平行なイオン電流および（特定の例では）流体流の両方を再構築し、ウエハ表面に向かう電流および流体流の両方の経路を真っ直ぐにするので、チャネルが三次元的に伸びて相互接続細孔構造を形成する３−Ｄ多孔質ネットワークとは異なる。しかしながら、特定の実施形態において、細孔の相互接続したネットワークを有するかかる多孔質プレートは、イオン抵抗性要素として利用されうる。本明細書で用いる用語「貫通孔」は、特に明記しない限りは、非連絡貫通孔と、細孔の相互接続ネットワークとの両方を網羅するよう意図される。プレートの上面からウエハまでの距離が短い場合（例えば、ウエハ半径のサイズの約１／１０のギャップ（例えば、約５ｍｍ未満））、電流および流体流の両方の発散が、局所的に制限され、付与され、イオン抵抗性要素のチャネルと整列される。
【００４７】
イオン抵抗性要素１０７の一例は、イオン抵抗性および電気抵抗性である固体の非多孔質誘電材料で形成されたディスクである。また、材料は、利用するメッキ溶液中で化学的に安定である。特定の例において、イオン抵抗性要素１０７は、約６，０００〜１２，０００の非連絡貫通孔を有するセラミック材料（例えば、酸化アルミニウム、酸化第二スズ、酸化チタン、または、金属酸化物の混合物）もしくはプラスチック材料（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート、など）で形成される。イオン抵抗性要素１０７は、多くの実施形態において、ウエハと実質的に同じ広がりを有しており（例えば、イオン抵抗性要素１０７は、３００ｍｍウエハで用いられる場合には、約３００ｍｍの直径を有する）、ウエハと近接している（例えば、ウエが下向きになる電気メッキ装置内では、ウエハの直下にある）。ウエハのメッキ表面は、最も近いイオン抵抗性要素の表面から約１０ｍｍ以内にあることが好ましく、約５ｍｍ以内にあることがより好ましい。このために、イオン抵抗性要素１０７の上面は、平坦または実質的に平坦であってよい。しばしば、イオン抵抗性要素１０７の上面および底面の両方が、平坦または実質的に平坦である。ただし、多くの実施形態において、イオン抵抗性要素１０７の上面は、後に詳述するように、一連の線形リブを備える。
【００４８】
上述のように、プレート１０７のイオンおよび流れの抵抗全体は、プレートの厚さ、ならびに、全体の多孔度（プレートを通る流れに利用可能な領域の割合）および孔のサイズ／直径の両方、に依存する。多孔度の低いプレートは、より高い衝突流速およびイオン抵抗性を有する。同じ多孔度のプレートを比較すると、直径が小さい１−Ｄ孔（したがって、多数の１−Ｄ孔）を有するプレートは、個別の電流源（同じギャップにわたって広がりうる点電流源として機能する）が多く存在するので、ウエハ上の電流分布がマイクロレベルでより均一であり、また、より高い全圧低下を有する（高い粘性流れ抵抗）。また、イオン抵抗性要素１０７を通る電解液の流れは、後に詳述するように、イオン抵抗性要素１０７と平行かつ物理的に接触して設けられた膜の存在によって影響を受けうる。
【００４９】
一部の例において、イオン抵抗性要素１０７の約１〜１０％は、イオン電流が通過しうる（そして、開口部を遮断する他の要素がない場合に電解液が通過しうる）開口領域である。特定の実施形態において、イオン抵抗性要素１０７の約２〜５％が、開口領域である。具体的な例において、イオン抵抗性要素１０７の開口領域は、約３．２％であり、有効総開口断面積は、約２３ｃｍ２である。いくつかの実施形態において、イオン抵抗性要素１０７に形成された非連絡孔は、約０．０１〜０．０８インチ（０．２５４〜２．０３２ｍｍ）の直径を有する。一部の例において、孔は、約０．０２〜０．０３インチ（０．５０８〜０．７６２ｍｍ）、または、約０．０３〜０．０６インチ（０．７６２〜１．５２４ｍｍ）の直径を有する。様々な実施形態において、孔は、イオン抵抗性要素１０７とウエハとの間のギャップ距離の最大でも約０．２倍の直径を有する。孔は、断面が略円形であるが、そうである必要はない。さらに、構造を簡単にするために、イオン抵抗性要素１０７のすべての孔が、同じ直径を有してよい。しかしながら、必ずしもそうである必要はなく、孔の個々のサイズおよび局所的密度の両方が、具体的な要件が定めうるように、イオン抵抗性要素の表面にわたって様々であってもよい。
【００５０】
図１Ａおよび図１Ｂに示すイオン抵抗性要素１０７は、紙面に垂直な方向に伸びる一連の線形リブ１１５を備える。リブ１１５は、突出部とも呼ぶ。リブ１１５は、イオン抵抗性要素１０７の上面に配置され、それらの長さ（例えば、最長寸法）がクロスフローする電解液の方向と垂直になるように向けられる。リブ１１５は、クロスフローマニホルド１１０内の流体流および電流分布に影響する。例えば、電解液のクロスフローは、リブ１１５の上面の上方の領域に大部分が閉じこめられ、高速の電解液クロスフローを生み出す。隣接するリブ１１５の間の領域において、イオン抵抗性要素１０７を通して上向きに伝達される電流が、基板表面に伝達される前に、再分配され、より均一になる。
【００５１】
図１Ａおよび図１Ｂにおいて、クロスフローする電解液の方向は、左から右（例えば、側方流入口１１３から側方流出口１１４への方向）であり、リブ１１５は、それらの長さが紙面に垂直に伸びるように向けられている。特定の実施形態において、リブ１１５は、約０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの間の（図１Ａにおいて左右方向に測定した）幅を有してよく、一部の例においては、約０．２５ｍｍ〜１０ｍｍの間を有してもよい。リブ１１５は、約１．５ｍｍ〜３．０ｍｍの間の（図１Ａにおいて上下方向に測定した）高さを有してよく、一部の例においては、約０．２５ｍｍ〜７．０ｍｍの間の高さを有してもよい。リブ１１５は、約５／１〜２／１の間の幅に対する高さ対幅のアスペクト比（高さ／幅）を有してよく、一部の例においては、約７／１〜１／７の間のアスペクト比を有してもよい。リブ１１５は、約１０ｍｍ〜３０ｍｍの間のピッチを有してよく、一部の例においては、約５ｍｍ〜１５０ｍｍのピッチを有してもよい。リブ１１５は、イオン抵抗性要素１０７の面にわたって伸びる（図１Ａにおいて紙面に垂直に測定した）可変長を有してよい。リブ１１５の上面と基板１０２の表面との間の距離は、約１ｍｍ〜４ｍｍの間、または、約０．５ｍｍ〜１５ｍｍの間であってよい。リブ１１５は、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、基板とおよそ同じ広がりを有する領域上に提供されてよい。イオン抵抗性要素１０７のチャネル／開口部は、隣接するリブ１１５の間に配置されてもよいし、リブ１１５を通して伸びてもよい（換言すると、リブ１１５に、チャネルが設けられても、設けられなくてもよい）。いくつかの他の実施形態において、イオン抵抗性要素１０７は、平坦である上面を有してもよい（例えば、リブ１１５を備えない）。図１Ａおよび図１Ｂに示した電気メッキ装置は、リブを上に備えたイオン抵抗性要素を含め、名称を「ＥＮＨＡＮＣＥＭＥＮＴ  ＯＦ  ＥＬＥＣＴＲＯＬＹＴＥ  ＨＹＤＲＯＤＹＮＡＭＩＣＳ  ＦＯＲ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ  ＭＡＳＳ  ＴＲＡＮＳＦＥＲ  ＤＵＲＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＰＬＡＴＩＮＧ」とする米国特許第９，５２３，１５５号でさらに論じられており、その特許は、参照によって本明細書にその全体が組み込まれる。
【００５２】
装置は、特定の用途に必要な様々なさらなる要素を備えてもよい。一部の例において、エッジ流要素が、クロスフローマニホルド内で、基板の周囲に近接して提供されてもよい。エッジ流要素は、基板のエッジ付近で高い程度の電解液流（例えば、クロスフロー）を促進するような形状および位置であってよい。エッジ流要素は、特定の実施形態においてリング形状または円弧形状であってよく、方位角的に均一または不均一であってよい。エッジ流要素は、２０１５年１０月２７日出願の名称を「ＥＤＧＥ  ＦＬＯＷ  ＥＬＥＭＥＮＴ  ＦＯＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＰＬＡＴＩＮＧ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ」とする米国特許出願第１４／９２４，１２４号にさらに記載されており、その出願は、参照によって本明細書にその全体が組み込まれる。
【００５３】
一部の例において、装置は、クロスフローマニホルドを一時的に密閉するための密閉部材を備えてもよい。密閉部材は、リング形状または円弧形状であってよく、クロスフローマニホルドの縁部に近接して配置されてよい。リング形状の密閉部材は、クロスフローマニホルド全体を密閉しうるが、円弧形状の密閉部材は、クロスフローマニホルドの一部を密閉しうる（一部の例においては、側方流出口を開けておく）。電気メッキ中、密閉部材は、クロスフローマニホルドを密閉および密閉解除するために、繰り返し係合および係合解除されてよい。密閉部材は、基板ホルダ、イオン抵抗性要素、前面インサート、または、密閉部材と係合する装置のその他の部分、を移動させることによって、係合および係合解除されてよい。密閉部材およびクロスフロー調節方法については、以下の米国特許出願でさらに記載されており、特許出願の各々は、参照によって本明細書に全体が組み込まれる。２０１６年８月１日出願の名称を「ＤＹＮＡＭＩＣ  ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＣＲＯＳＳ  ＦＬＯＷ  ＭＡＮＩＦＯＬＤ  ＤＵＲＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＰＬＡＴＩＮＧ」とする米国特許出願第１５／２２５，７１６号、および、２０１６年５月２０日出願の名称を「ＤＹＮＡＭＩＣ  ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＣＲＯＳＳ  ＦＬＯＷ  ＭＡＮＩＦＯＬＤ  ＤＵＲＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＰＬＡＴＩＮＧ」とする米国特許出願第１５／１６１，０８１号。
【００５４】
様々な実施形態において、１または複数の電解液ジェットが、イオン抵抗性要素の上方にさらなる電解液を供給するために提供されてよい。電解液ジェットは、基板の周囲の近傍、または、基板の中心に近い位置、もしくは、それら両方に電解液を供給してよい。電解液ジェットは、任意の位置に向けられてよく、クロスフロー電解液、衝突電解液、または、それらの組み合わせ、を供給してよい。電解液ジェットについては、２０１７年３月９日出願の名称を「ＥＬＥＣＴＲＯＰＬＡＴＩＮＧ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＵＴＩＬＩＺＩＮＧ  ＩＮＤＥＰＥＮＤＥＮＴ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＩＭＰＩＮＧＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＬＹＴＥ」とする米国特許出願第１５／４５５，０１１号でさらに記載されており、その出願は、参照によって本明細書にその全体が組み込まれる。
【００５５】
図１Ｃは、図１Ａおよび図１Ｂに示した装置を用いて電気メッキする時に生じうる問題を示している。特定の実施例において、（側方流入口１１３を通る相当量の電解液流によって比較的高圧である）クロスフローマニホルド１１０と、（比較的低圧である）イオン抵抗性要素マニホルド１１１との間には、圧力差がある。一部の例において、圧力差は、少なくとも約３０００Ｐａ、または、少なくとも約１２００Ｐａであってよい。これらの領域は、イオン抵抗性要素１０７によって隔てられている。圧力差のために、側方流入口１１３を通して供給された電解液は、イオン抵抗性要素１０７の開口部を通して、イオン抵抗性要素マニホルド１１１内に、下向き／逆向きに移動する。電解液は、側方流出口１１４の付近にある時、イオン抵抗性要素１０７を通して上に戻る。換言すると、クロスフローマニホルド内において基板上でせん断するよう意図された電解液が、代わりにイオン抵抗性要素マニホルドを通して流れることによって、クロスフローマニホルドを迂回する。この望ましくない電解液の流れは、図１Ｃに点線矢印で示されている。側方流入口１１３を通して供給される電解液は、クロスフローマニホルド１１０内で基板１０２のメッキ面上でせん断するよう意図されているため、イオン抵抗性要素１０７を通る下向きの電解液の流れは望ましくない。イオン抵抗性要素１０７を通して下向きに流れる任意の電解液はもはや、所望の通りに基板１０２のメッキ面上でせん断することはない。結果として、基板のメッキ面での全体的な対流が所望よりも低くなり、基板の異なる部分において対流が不均一になる。この問題は、一部の例では、実質的なメッキの不均一性を引き起こしうる。
【００５６】
本明細書の様々な実施形態は、クロスフローマニホルドに供給された電解液が、図１Ｃに関連して記載したように、クロスフローマニホルドを迂回しうる程度を低減および／または制御するための方法および装置に関する。いくつかの実施例において、膜が、イオン抵抗性要素に近接して提供される。膜は、電解液がイオン抵抗性要素を通して流れうる程度を低減する。一部の例において、膜は、均一であってよく、イオン抵抗性要素のすべてまたは実質的にすべての開口部を覆ってよい。いくつかの別の例において、膜は、所望の通りに電解液をルーティングするよう設計された１または複数の切り欠きを備えてもよい。いくつかの別の実施例において、１または複数のバッフルが、イオン抵抗性要素マニホルド内に提供されてもよく、ここで、バッフルは、電解液が、イオン抵抗性要素マニホルド内で（例えば、クロスフロー電解液の方向に）電気メッキセルにわたって移動しうる程度を低減するよう動作する。これらの実施形態の各々について、順に論じる。
【００５７】
イオン抵抗性要素に近接した膜
多くの例において、１または複数の膜が、イオン抵抗性要素に近接して提供されてよい。膜は、イオン抵抗性要素に平行な平面内に、この要素と物理的に接触して提供されてよい。膜は、電解液が、クロスフローマニホルドからイオン抵抗性要素を通してイオン抵抗性要素マニホルド内へ下向きに逆流しうる程度を低減するために提供されてよい。膜は、電解液が、イオン抵抗性要素マニホルドからイオン抵抗性要素を通してクロスフローマニホルド内へ上向きに反対方向に流れうる程度を同様に低減しうる。かかる膜は、基板からアノードを分離する膜（例えば、図１Ａ〜図１Ｃの膜１０５）に加えて提供されてよく、異なる目的で提供されてよい。例えば、図１Ａを参照すると、膜１０５の機能は、（ａ）アノード１０４／アノードチャンバ１１２と（ｂ）基板１０２／イオン抵抗性要素マニホルド１１１との間の分離および陽イオン交換を提供することである。対照的に、イオン抵抗性要素１０７に近接して提供される膜は、本明細書に記載するように、主に、電解液の短絡を防ぐために提供される。
【００５８】
かかる膜は、（例えば、イオン抵抗性要素の孔を通した噴射後に）電解液が基板の表面に衝突する程度を低減しうるが、この効果よりも、クロスフローマニホルド内の高いクロスフロー（特に、基板の中央付近）、メッキ結果の不均一性の改善、一部の例において基板表面の特定の部分に電解液を意図的にルーティングすること、に関する利点の方が上回りうる。
【００５９】
膜の配置
膜は、イオン抵抗性要素の上方、イオン抵抗性要素の下方、または、イオン抵抗性要素の中、のいずれかに配置されてよい。図２Ａは、膜１２０がイオン抵抗性要素１０７の下方に設けられた例を示し、図２Ｂは、膜１２０がイオン抵抗性要素１０７の上方に設けられた例を示し、図２Ｃは、膜１２０がイオン抵抗性要素１０７ａ／１０７ｂの中に設けられた例を示す。図２Ａの実施形態において、イオン抵抗性要素１０７は、その上面の上に一連の線形リブ１１５を備えており、膜１２０は、イオン抵抗性要素１０７の底面に接触して配置されている。図２Ｂの実施形態において、線形リブ１１５は省略されており、イオン抵抗性要素１０７は、膜１２０と係合する平坦な上面を備える。図２Ｃの実施形態において、イオン抵抗性要素は、膜１２０を挟む上側部分１０７ａおよび下側部分１０７ｂから形成される。上側部分１０７ａは、一連の線形リブ１１５を備えるが、特定の例では省略されてもよい。
【００６０】
図２Ａ〜図２Ｃの各々において、膜１２０は、基板１０２に平行に配置されており、また、基板は、イオン抵抗性要素１０７（例えば、任意のリブ１１５を除く）に平行である。膜１２０は、イオン抵抗性要素１０７の少なくとも１つの表面と接触する。この接触により、膜１２０は、イオン抵抗性要素１０７の開口部を遮断し、電解液がイオン抵抗性要素１０７を通して移動することをより困難にする。結果として、側方流入口１１３からクロスフローマニホルド１１０へ供給された電解液のより多くの部分が、イオン抵抗性要素１０７を通って下向きに流れイオン抵抗性要素マニホルド１１１へ入ることによってクロスフローマニホルド１１０を迂回するのではなく、クロスフローマニホルド１１０内に維持される。換言すると、膜１２０は、クロスフローマニホルド１１０とイオン抵抗性要素マニホルド１１１との間の圧力差にも関わらず、クロスフローマニホルド１１０内にクロスフローを高い程度で維持するよう動作する。
【００６１】
膜の材料および厚さ
膜は、様々な材料で形成されてよい。一般に、膜１０５に利用される任意の材料は、膜１２０にも利用されてよい。膜１０５については、以下の米国特許でさらに記載されており、特許の各々は、参照によって全体が本明細書に組み込まれる。「ＭＥＭＢＲＡＮＥ  ＤＥＳＩＧＮ  ＦＯＲ  ＲＥＤＵＣＩＮＧ  ＤＥＦＥＣＴＳ  ＩＮ  ＥＬＥＣＴＲＯＰＬＡＴＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭＳ」と題する米国特許第９，６７７，１９０号、「ＣＯＰＰＥＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＰＬＡＴＩＮＧ  ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ」と題する米国特許第６，５２７，９２０号、「ＡＮＯＤＥ  ＡＮＤ  ＡＮＯＤＥ  ＣＨＡＭＢＥＲ  ＦＯＲ  ＣＯＰＰＥＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＰＬＡＴＩＮＧ」と題する米国特許第６，８２１，４０７号、および、「ＰＬＡＴＩＮＧ  ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＷＩＴＨ  ＭＵＬＴＩＰＬＥ  ＩＮＴＥＲＮＡＬＬＹ  ＩＲＲＩＧＡＴＥＤ  ＣＨＡＭＢＥＲＳ」と題する米国特許第８，２６２，８７１号。
【００６２】
膜材料は、電流が容易に膜を通ることを可能にしつつ、流体が膜を通りうる程度を低減する。様々な例において、膜材料は、比較的高い流れ抵抗係数を有する。一例として、膜は、約２５℃で約１〜２．５ＧＦＤ／ＰＳＩの純水透過流束を示しうる。
【００６３】
膜の材料の例は、以下を含むが、これらに限定されない。サブミクロンフィルタ材料、ナノ多孔質フィルタ材料、イオン交換材料（例えば、陽イオン交換材料）など。これらの市販の例は、Ｄｕｐｏｎｔ社のＮａｆｉｏｎ  Ｎ３２４、Ｉｏｎ  Ｐｏｗｅｒ社のＶａｎａｄｉｏｎ  ２０−Ｌ、および、Ｋｏｃｈ  Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ社のＨＦＫ−３２８（ＰＥ／ＰＥＳ）を含む。これらの材料は、十分な流れ抵抗を提供しつつ、起電力の影響下にある時にイオンが膜を通して移動することを可能にする。
【００６４】
膜は、機械的に安定であると共に比較的高い流れ抵抗を提供するのに十分な厚さであることが好ましい。膜は、イオン電流が容易に通過することを可能にするのに十分薄いことが好ましい。いくつかの実施形態において、膜は、約０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの間の（図２Ａ〜図２Ｃにおいて上下方向に測定した）厚さを有してよい。
【００６５】
膜フレーム
多くの実施形態において、膜フレームが、イオン抵抗性要素に膜を固定するために提供されてよい。膜フレームは、膜１０５を支持するアノードチャンバ膜フレーム１０６を形成するために用いられるのと同じ材料のいずれで形成されてもよい。膜フレームを製造するのに用いられる材料は、電気メッキ中に利用される化学物質に耐性があることが好ましい。材料の例は、ポリエチレン、ポリエチレン・テレフタレート、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレン・スルファイドなどを含むが、これらに限定されない。一部の例において、膜フレームは、３Ｄ印刷技術を用いて製造されてよい。
【００６６】
膜フレームは、電流が膜を通過することを実質的に可能にしつつイオン抵抗性要素に対して膜を支持するような形状であることが好ましい。多くの異なる設計が可能であり、図３Ｃ〜図３Ｈに関連して後に詳述する。
【００６７】
図３Ａは、（膜１２０がイオン抵抗性要素１０７の下に配置された）図２Ａに示した装置と同様の電気メッキ装置を示しており、膜１２０の下に膜フレーム１２１が追加されている。図３Ｂは、（膜１２０がイオン抵抗性要素１０７の上に配置された）図２Ｂに示した装置と同様の電気メッキ装置を示しており、膜１２０の上に膜フレーム１２１が追加されている。図３Ａおよび図３Ｂは、材料の固体片として膜フレームを図示しているが、膜は、イオン電流が通過できる開口部を含むことが理解される。
【００６８】
図３Ｃ〜図３Ｈは、様々な実施形態に利用できる膜フレーム１２１の上面図を示している。図３Ｃにおいて、膜フレーム１２１は、プレートに形成された円形開口部１５０のパターンを備える。十分な電流が開口部を通過できる限りは、任意の数、サイズ、形状、および、レイアウトの開口部１５０が利用されてよい。図３Ｄにおいて、膜フレーム１２１は、互いに重なる３つの線形リブ１１５を備えた外周リングを備える。リブ１１５は各々、膜フレーム１２１の中心を横切り、電流が通過できる大きい略三角形の開口部１５０を形成する。任意の数、サイズ、形状、および、レイアウトのリブ１１５／開口部１５０が利用されてよい。図３Ｅにおいて、膜フレーム１２１は、互いに平行に配置された７つの線形リブ１１５を備えた外周リングを備える。開口部１５０は、隣接するリブ１１５の間に形成されている。任意の数、サイズ、形状、および、レイアウト／向きのリブ１１５／開口部１５０が利用されてよい。図３Ｆにおいて、膜フレーム１２１は、プレートに形成された正方形開口部１５０のパターンを備える。この実施形態は、開口部１５０の形状を除けば、図３Ｃに示したものと同様である。図３Ｇにおいて、膜フレーム１２１は、外周で膜を支持する単純なリングである。任意のサイズのリングが用いられてよい。図３Ｈにおいて、膜フレーム１２１は、互いに平行に配置された第１セットのリブ１１５ａと、互いに平行に配置された第２セットのリブ１１５ｂと、を備えており、ここで、第１セットおよび第２セットのリブ１１５ａおよび１１５ｂは、互いに直交するように配置される。様々な実施形態において、膜フレーム１２１は、約１０〜４０％の間または約５〜７５％の間の開口領域を有してよい。
【００６９】
図３Ｃ〜図３Ｈに関連して図示または記載した膜フレーム１２１はいずれも、本明細書の実施形態を実施する際に利用されてよい。一例において、図３Ａの装置は、図３Ｃ〜図３Ｈに関連して図示または記載された膜フレーム１２１の１つを備える。別の例において、図３Ｂの装置は、図３Ｃ〜図３Ｈに関連して図示または記載された膜フレーム１２１の１つを備える。
【００７０】
膜フレームがイオン抵抗性要素の上方に設けられる場合に、膜フレームは、クロスフローマニホルド内で所望の流れパターンを促進するように設計されてよい。例えば、図３Ａを参照すると、イオン抵抗性要素１０７の上面は、著交流マニホルド１１０内で高率のクロスフローを促進する線形リブ１１５を備える。図３Ｂの装置において、これらのリブ１１５は、膜１２０がイオン抵抗性要素１０７に対して平坦に置かれるように、省略される。線形リブ１１５は、その代わりに、図３Ｉ〜図３Ｋに示すように、膜フレーム１２１の一部として提供されてもよい。図３Ｉは、電気メッキ装置の断面図を示し、図３Ｊは、（符号を付していない膜１２０の上にある）膜フレーム１２１の上に配置されたクロスフロー閉じこめリング１０８の図を示し、図３Ｋは、膜１２０上の膜フレーム１２１の拡大図を示す。図３Ｉ〜図３Ｋに示す膜フレーム１２１は、図３Ｈに示したものと同様である。この例において、膜フレーム１２１は、（ｉ）長さがクロスフローマニホルド内のクロスフロー電解液の方向と垂直になるように向けられた第１セットの線形リブ１１５と、（ｉｉ）長さがクロスフローマニホルド内のクロスフロー電解液の方向と平行になるように向けられた第２セットの線形リブ１１５ｂと、を含む２セットの線形リブを備える。第１セットの線形リブ１１５ａは、様々な実施形態において、第２セットの線形リブ１１５ｂの上方、下方、または、同一平面上にあってよい。一部の例において、図３Ｉおよび図３Ｋに見られるように、（クロスフロー電解液と垂直に向けられた）第１セットのリブ１１５ａが、全体的または部分的に、（クロスフロー電解液と平行に向けられた）第２セットのリブ１１５ｂの上に配置されることが有利である。第１セットの線形リブ１１５ａは、直交マニホルド１１０内で所望のパターンの流れを促進しうるが、一方、第２セットのリブ１１５ｂは、第１セットのリブ１１５ａに構造剛性を提供するために利用されうる。第１セットおよび第２セットのリブ１１５ａおよび１１５ｂは、同じまたは異なる寸法を有してよく（例えば、一方のセットのリブが、幅広い、高い、などであってよい）、それらの間に同じまたは異なる間隔を有してよい（例えば、一方のセットのリブが、より広く離間されてよい）。
【００７１】
膜の切り欠き
いくつかの実施形態において、膜は、所望の通りにクロスフローマニホルドおよびイオン抵抗性要素マニホルドを通して電解液をルーティングするように設計された１または複数の切り欠きを備える。一部の例において、これは、より均一な電気メッキの結果を与えるために実行されてよい。例えば、基板の或る領域のメッキが所望よりも少なくなる場合、より高い程度のメッキを促進するために、この領域に電解液を送ることで、結果として、全体的により均一なメッキ速度を生み出すことができる。所望よりも低い局所的メッキ速度が、一部の例において、局所的に厚いフォトレジストの結果を生む場合がある。これらの例またはその他の例において、局所的メッキ速度は、電気メッキ中の電解液の流れパターンにより、所望よりも低くなりうる。例えば、一部の例において、基板の中央付近のフィーチャは、基板のエッジ付近のフィーチャと比べて少ない対流を経験し、結果として、基板の中央付近では湾曲した／ドーム型のフィーチャが生じ、基板のエッジ付近では平坦な／鋭いフィーチャが生じる。この不均一性（例えば、一般に、ウエハ内不均一性と呼ばれる）は、望ましくない。原因に関係なく、不均一性は、イオン抵抗性要素の近くの膜に１または複数の切り欠きを備えることによって軽減することができ、ここで、切り欠きは、所望の通りに電解液をルーティングする。
【００７２】
図４Ａは、第１切り欠き１２５および第２切り欠き１２６を備えた膜１２０を有する電気メッキ装置を示す。第１および第２切り欠き１２５および１２６は、いくつかの実施形態において、図４Ｈおよび図４Ｉに示すように実装されてよい。第１切り欠き１２５は、側方流入口に近接して配置され、第２切り欠き１２６は、基板の中心付近に配置されている。電気メッキ中、側方流入口１１３を通して供給された電解液は、イオン抵抗性要素１０７、膜１２０の第１切り欠き１２５、膜フレーム１２５を通して、イオン抵抗性要素マニホルド１１１内へ、下向きに移動する。次いで、電解液は、膜フレーム１２５、膜１２０の第２切り欠き１２６、イオン抵抗性要素１０７を上向きに通過して、クロスフローマニホルド１１０へ戻る。結果として、（例えば、膜１２０が省略された場合に）側方流出口１１４付近でイオン抵抗性要素１０７を通過する電解液が、その代わりに基板の中心付近でイオン抵抗性要素１０７を通して上に戻されることで、基板中心付近の基板のメッキ面にさらなる対流が提供される。この技術は、電気メッキ中に基板の中央での対流が基板のエッジよりも比較的少ない実施形態において、特に有利である。また、この技術は、局所的に厚いフォトレジストに対処するために有利である。例えば、切り欠きは、フォトレジストが局所的に厚い基板上の領域（例えば、基板上の他の位置よりも厚い領域）の近くの位置で膜１２０／イオン抵抗性要素１０７を通して電解液を上向きに送るように、設計されてよい。局所的対流の増加は、不均一なフォトレジスト蒸着に起因するメッキ不均一性に有効である。
【００７３】
図４Ｂ〜図４Ｊは、様々な実施形態において利用できる膜の上面図を示しており、ここで、各膜は、１または複数の切り欠きを備える。切り欠きは、クロスフローマニホルドからイオン抵抗性要素に、および、その逆に、所望の通りに電解液をルーティングするための形状および配置を有する。膜は、ドットの網掛けで示され、切り欠きは、白で示されている。図４Ｂ〜図４Ｊにおいて、側方流入口に近い膜の部分は、「ｉ」で示され、側方流出口に近い膜の部分は、「ｏ」で示されている。単一の切り欠きが利用される例では、（例えば、側方流入口付近の）切り欠きの一領域が、クロスフローマニホルドからイオン抵抗性要素マニホルドへ下向きに電解液をルーティングするために用いられてよく、一方で、（例えば、側方流入口から離れた）切り欠きの第２領域が、イオン抵抗性要素マニホルドからクロスフローマニホルドへ上向きに電解液をルーティングするために用いられてよい。複数の切り欠きが利用される例において、（例えば、側方流入口付近の）１または複数の切り欠きが、クロスフローマニホルドからイオン抵抗性要素マニホルドへ下向きに電解液をルーティングするために用いられてよく、（例えば、側方流入口から離れて、一部の例では、膜の中心付近または側方流出口付近にある）１または複数の他の切り欠きが、イオン抵抗性要素マニホルドからクロスフローマニホルドへ上向きに電解液をルーティングするために用いられてよい。膜を通した上下の流れは、電解液の流れおよび圧力差により、自然に生じうる。
【００７４】
図４Ｂにおいて、膜は、側方流入口付近の領域から基板／膜の中央またはその近くの領域まで伸びる単一の切り欠きを備える。図４Ｃにおいて、膜は、側方流入口に近接／整列する半円形の切り欠きを備えており、図４Ｄにおいて、膜は、側方流出口に近接／整列する半円形の切り欠きを備える。図４Ｅおよび図４Ｆにおいて、膜は、三日月形であり、側方流出口に近接／整列するか（図４Ｅ）、または、側方流入口に近接／整列する（図４Ｆ）。図４Ｇにおいて、膜は、基板／膜の中心に近い単一の円形切り欠きを備える。図４Ｈおよび図４Ｉにおいて、膜は、側方流入口に近い第１切り欠きと、基板／膜の中心に近い第２切り欠きと、を備える。図４Ｊにおいて、膜は、側方流入口付近の複数の円形切り欠きと、基板／膜の中心に近い単一の円形切り欠きと、を備える。様々な膜切り欠き設計が、所望の通りに、基板表面の所望の部分に電解液をルーティングするために用いられてよい。
【００７５】
（例えば、図４Ａ〜図４Ｊに関連して記載したように）クロスフローマニホルドとイオン抵抗性要素マニホルドとの間で電解液をルーティングするために提供された切り欠きに加えて、本明細書に記載の膜、膜フレーム、および、イオン抵抗性要素のいずれかが、側方流出口と整列された流入口開口部を備えることで、電解液が側方流入口へ入る／通過するのをこれらの構成要素が阻止しないことを保証してもよい。図４Ｋおよび図４Ｌは、流入口切り欠き１２７を有する膜１２０の異なる図を示す。流入口切り欠き１２７は、側方流入口１１３と整列するような形状および配置を有する。この実施形態において、イオン抵抗性要素１０７、膜フレーム１２１、および、膜１２０は各々、側方流入口１１３に供給された時に電解液が流れることができる開口部／通路を備える。同様の開口部／通路が、他の図で示されており、例えば、電解液が、側方流入口１１３に向かう時に流れる垂直シャフト／開口部が示されている（例えば、図１Ｂを参照）。図４Ｌに戻ると、側方流入口マニホルド１２８が、イオン抵抗性要素１０７内の空洞として主に形成されている。側方流入口マニホルド１２８の上面は、電解液が流れる複数の孔を有するシャワーヘッド１２９を備える。膜フレーム１２１は、膜１２０の上かつシャワーヘッド１２９の上にある。シャワーヘッド１２９は、膜１２０内の流入口切り欠き１２７に配置される。
【００７６】
後述の実験結果は、本明細書に記載の膜が、電気メッキの結果を改善する（例えば、より望ましい電解液の流れを生み出し、より高品質かつ均一なメッキ結果を生み出す）ことに非常に有効であることを示している。
【００７７】
バッフル
いくつかの実施形態において、電解液が上述のようにクロスフローマニホルドを望ましくなく迂回する程度を低減するために、１または複数のバッフルが、イオン抵抗性要素マニホルドに提供されてよい。バッフルは、イオン抵抗性要素、イオン抵抗性要素の近傍の膜フレーム、アノードチャンバの近傍の膜フレーム、背面インサート、または、別個のハードウェア、の一部として形成されてよい。複数のバッフルは、単一ユニットとして提供されてもよいし、個別に提供されてもよい。通常、バッフルは、クロスフローマニホルド内のクロスフロー電解液の方向と直交するように向けられる。イオン抵抗性要素または膜フレームが一連の線形リブを備える例において、線形リブおよびバッフルは、それらの長さが互いに平行になるように向けられてよい。バッフルは、壁と呼ぶ場合もある。
【００７８】
図５Ａは、イオン抵抗性要素マニホルド１１１内に一連のバッフル１３０を備える電気メッキ装置を示す。バッフル１３０は、イオン抵抗性要素マニホルド１１１をいくつかのバッフル領域１３９に分割する。この例において、バッフル１３０は、イオン抵抗性要素１０７によって形成される。バッフル１３０は、イオン抵抗性要素１０７の本体から垂直下向きに伸び、さらに、紙面と垂直な方向に広がっている。図５Ａにおいて、バッフル１３０は、イオン抵抗性要素１０７の上面の上のリブ１５０と対応するような形状および間隔を有するが、必ずしも、そうでなくてもよい。バッフル１３０は、アノードチャンバ膜フレーム１０６と係合してよい。電気メッキ中、バッフル１３０は、電解液が、イオン抵抗性要素マニホルド１１１内で電気メッキセルにわたって（例えば、図５Ａの左から右へ）流れるのを防ぐ。結果として、側方流入口１１３に供給された電解液の大部分が、（バッフルがなかった場合に起こるように）イオン抵抗性要素１０７を通してイオン抵抗性要素マニホルド１１１へ漏れるのではなく、クロスフローマニホルド１１０内に維持される。
【００７９】
一部の例では、単一のバッフルのみが利用される。バッフルは、側方流入口付近、基板の中央付近、または、側方流出口付近に配置されてよい。別の例において、２、３、４、５、６、または、７以上のバッフルが利用されてもよい。バッフルは、均一または不均一に離間されてよい。一部の例において、隣接するバッフルの間の距離は、約１０ｍｍ〜３０ｍｍの間または約５ｍｍ〜１５０ｍｍの間である。（図５Ａにおいて左右方向に測定した）各バッフルの幅は、約０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの間または約０．２５ｍｍ〜３ｍｍの間であってよい。複数のバッフルは、異なる寸法（例えば、各バッフルが、自身の配置された位置でイオン抵抗性要素マニホルドの形状に一致するような寸法）を有してよい。一部の例において、バッフルは、イオン抵抗性要素（もしくは、イオン抵抗性要素の直下に存在する場合に、膜または膜フレーム）の縁部までずっと、アノードチャンバを規定する膜フレームの縁部までずっと、および、電気メッキセル全体にわたってずっと伸びている。かかるバッフルは、電解液がバッフルの周りに押し入る空間がないので、流れに対して非常に高い抵抗を提供する。
【００８０】
別の例において、バッフルは、それほど広範囲でなくてもよい。例えば、アノードチャンバを規定する膜フレームまで下向きに伸びなくてもよい、および／または、電気メッキチャンバの縁部まで外向きに伸びなくてもよい。これらの例において、バッフルは、電解液の流れへの抵抗を提供するが、以前の例ほど大きくはない。いくつかの実施形態において、アノードチャンバ付近の膜の上で対流／灌流を増大させることが望ましい。図５Ｇは、バッフル１３０がアノードチャンバ膜フレーム１０６に達しないことを除いて、図５Ａに示した装置と同様の電気メッキ装置を示す。各バッフル１３０の縁部とアノードチャンバ膜フレーム１０６との間にギャップが設けられている場合、曲げ矢印で示すように、電解液は、ギャップを通って、或るバッフル領域１３９から別のバッフル領域１３９へ移動する。各ギャップは、膜１０５の近くに配置されているので、各ギャップを通る電解液は、或るバッフル領域１３９から別のバッフル領域へ移動する時に膜１０５を灌流するよう機能する。この技術は、電気メッキの結果を改善すると共に、各膜１０５の利用寿命を延ばしうる。
【００８１】
図５Ｂおよび図５Ｃは、一連のバッフル１３０を備えた背面インサート１３５を示す。図５Ｂは、下から見た背面インサート１３５を示し、図５Ｃは、上方から見た背面インサート１３５を示し、ここで、背面インサート１３５は、イオン抵抗性要素１０７の下かつアノードチャンバ膜フレーム１０６の上に設置される。背面インサートという用語は、イオン抵抗性要素の背面（例えば、上側／下側）に近接して設置されたハードウェアを指す。背面インサートは、アノードチャンバ膜フレーム１０６とイオン抵抗性要素１０７との間にクランプされてよい。
【００８２】
特定の実施形態において、アノードチャンバを規定する膜を支持する膜フレームは、バッフルと係合するよう変形されてもよい。図５Ｄは、一連の凹部１３７を形成されたアノードチャンバ膜フレーム１０６を示している。凹部１３７は各々、バッフル１３０の縁部を受け止める形状およびサイズを有する。図５Ｅは、個々のスタンドアロンの部品として実装されるバッフル１３０の例を示している。これらのバッフル１３０（または他のバッフル）は、アノードチャンバ膜フレーム１０６内の凹部１３７によって支持されうる。同様の凹部１３７が、バッフル１３０の上縁を支持するために、イオン抵抗性要素の下面、または、膜フレーム（例えば、図３Ａまたは図４Ａに示したような膜フレーム１２１）の下面に提供されてもよい。
【００８３】
図５Ｆは、各バッフル領域１３９に電解液を供給する流入口１１６に接続された溝付き流入口１４０を追加した、図５Ａと同様の電気メッキ装置を示している。溝付き流入口１４０は、イオン抵抗性要素１０７に向かって上向きに、膜１０５に向かって下向きに、バッフル１３０に向かって斜めに、または、それらのいくつかの組みあわせで、電解液を供給してよい。一部の例において、溝付き流入口１４０を通して供給された電解液は、アノードチャンバ１１２付近の膜１０５を灌流するよう機能する。また、溝付き流入口１４０は、イオン抵抗性要素マニホルド１１１の様々なバッフル領域１３９において対流／循環を増大させるよう機能する。
【００８４】
いくつかの実施形態において、イオン抵抗性要素マニホルド内のバッフルは、アノードチャンバ膜フレームの一部として提供されてもよい。かかる例において、アノードチャンバ膜フレームは、フローフォーカシング膜フレームと呼ばれてもよい。
【００８５】
図５Ｈは、フローフォーカシング膜フレーム１４５がバッフル１３０を備えるよう適合された電気メッキ装置１０１の一部を示している。バッフル１３０は、イオン抵抗性要素マニホルド１１１内で、イオン抵抗性要素１０７と、フローフォーカシング膜フレーム１４５の直下に配置された膜１０５との間に、垂直に伸びている。上述のように、バッフル１３０は、通常、長さがクロスフローマニホルド内のクロスフロー電解液の方向と直交するように向けられる。わかりやすくするために、図５Ｈでは特に符号を付していないが、クロスフローマニホルドは、基板１０２の下かつイオン抵抗性要素１０７の上に位置することがわかる。
【００８６】
図５Ｈの例において、隣接するバッフル１３０は、支持部材で互いに接続されている。この例において、支持部材は、下向きに膜１０５まで伸びているが、上向きにイオン抵抗性要素１０７までは伸びていない。他の例において、支持部材は、上向きにイオン抵抗性要素１０７に至るまで伸びてもよい、および／または、下向きに膜１０５まで伸びなくてもよい。図５Ｈにおいて、膜１０５は、円錐形に配置されており、円錐形の先端は、膜１０５の中心で下を向いている。バッフル１３０および支持部材の底面は、膜１０５の形状に合わせて傾斜されている。
【００８７】
開口部１４１が、フローフォーカシング膜フレーム１４５内で、隣接するバッフル１３０および支持部材の間に規定されている。開口部１４１は、特定の用途に望ましいように、様々な形状およびサイズを有してよい。図５Ｈの実施形態において、開口部１４１は、上から見ると長方形である。
【００８８】
図５Ｈは、アノードチャンバ１１２内に配置されたアノード１０４、および、基板ホルダ１０３上に配置された基板１０２も示している。基板ホルダ１０３は、メッキ位置に図示されているが、基板をロード／アンロードするために上方に持ち上げることができる。図に示すように、メッキ位置にある時、基板ホルダ１０３は、前面インサート１０８の近くにある。前面インサート１０８は、図に示すように、少なくとも部分的に基板ホルダ１０３の半径方向外側に配置されてよい。この例において、背面インサート１３５は、リング形状であり、基板ホルダ１０３とおよそ同じ広がりを有しており、その直径は、イオン抵抗性要素マニホルド１１１の直径とおよそ等しい。背面インサート１３５は、イオン抵抗性要素１０７の下方で、フローフォーカシング膜フレーム１４５の上側部分の半径方向内側に配置されている。背面インサート１３５は、電流遮断に用いられてよい。
【００８９】
図５Ｉは、図５Ｈに示したのと同様のフローフォーカシング膜フレーム１４５を示す。この例において、フローフォーカシング膜フレーム１４５の開口部１４１は、円形であり、ハニカムパターンで配置されている。バッフル１３０は、図５Ｈに示したように、イオン抵抗性要素１０７から膜１０５まで垂直に伸びるような形状である。図５Ｉは、フローフォーカシング膜フレーム１４５の外周領域にある２つの円弧形状の開口部１４２も示している。円弧形状の開口部１４２は、一部の例において、電解液をルーティングするために用いられてよい。
【００９０】
特定の例において、フローフォーカシング膜フレームのバッフルは、イオン抵抗性要素マニホルドの幅全体にわたって伸びていない。この構成の１つの利点は、単一のフローフォーカシング膜フレームを用いて、異なる背面インサートで異なる基板を電気メッキすることができる点である。例えば、背面インサートは、特定の用途に対して特定の形状（例えば、内径）を有するよう設計されてよい。異なる用途で、異なるサイズの背面インサートを利用してよい。フローフォーカシング膜フレームは、フローフォーカシング膜フレームの有用性を最大化するために、様々な背面インサートと交換可能に係合するよう設計されてよい。
【００９１】
図５Ｊおよび図５Ｋは、特定の実施例に従って、背側インサート１３５の異なる図を提示する。背面インサート１３５は、一連の突起１４３を備える。突起１４３は、  図５Ｌに示すように、フローフォーカシング膜フレーム１４５のバッフル１３０の縁部と係合するよう配置される。突起１４３の長さは、異なるサイズの背面インサート１３５によって異なっていてよく、それにより、柔軟性を高め装置のコストを削減するために、各背面インサート１３５が、単一のフローフォーカシング膜フレーム１４５と適合することを可能にする。異なる背面インサート１３５が交換可能にフローフォーカシング膜フレーム１４５と係合できることを保証するために、バッフル１３０の上縁は、図５Ｌに示すように、イオン抵抗性要素マニホルドの全幅よりも短くなるよう伸びてよい。背面インサート１３５上の突起１４３は、バッフル１３０の上縁に近接して配置されてよく、それにより、バッフル１３０がイオン抵抗性要素マニホルドの全幅にわたって効果的に伸ばされることを保証する。
【００９２】
特定の実施形態（図示せず）において、装置は、（ｉ）（例えば、図２Ａ〜図４Ｌのいずれかに関連して記載した）イオン抵抗性要素と物理的に接触する膜、および、（ｉｉ）（例えば、図５Ａ〜図５Ｇに関連して記載した）１または複数のバッフル、の両方を備えてよい。
【００９３】
電気メッキシステム
本明細書に記載の方法は、任意の適切なシステム／装置によって実行されうる。適切な装置は、本実施形態に従って、処理工程を完了するためのハードウェアと、処理工程を制御するための命令を有するシステムコントローラとを備える。例えば、いくつかの実施形態において、ハードウェアは、処理ツールに含まれる１または複数の処理ステーションを備えてよい。
【００９４】
電着装置９００の一実施形態を、図９に概略的に示す。この実施形態において、電着装置９００は、ペア構成または複数「デュエット」構成の１セットの電気メッキセル９０７を有しており、各セルは、電気メッキ浴を含む。電気メッキ自体に加えて、電着装置９００は、例えば、スピンリンス、スピン乾燥、金属およびシリコンの湿式エッチング、無電解析出、予湿および事前化学処理、還元、アニーリング、電解エッチングおよび／または電解研磨、フォトレジスト剥離、ならびに、表面事前活性化など、様々なその他の電気メッキ関連処理およびサブ工程を実行しうる。電着装置９００は、図９では上から見た形で概略的に示されており、図では１つのレベルすなわち「フロア」のみが示されているが、かかる装置（例えば、Ｌａｍ  Ｓａｂｒｅ（商標）３Ｄツール）は、同一または異なるタイプの処理ステーションを潜在的に有する互いに「積層された」２以上のレベルを有しうることを当業者であれば容易に理解できる。
【００９５】
再び図９を参照すると、電気メッキされる基板９０６が、一般に、フロントエンドローディングＦＯＵＰ９０１を通して電着装置９００に送られ、この例では、多次元的にスピンドル９０３によって駆動される基板９０６を、アクセス可能なステーション（２つのフロントエンドアクセス可能ステーション９０４）の内の１つのステーションから別のステーションに移動させることができる伸縮可能なフロントエンドロボット９０２によって、ＦＯＵＰから電着装置９００の主要基板処理領域に移動され、また、この例では、２つのフロントエンドアクセス可能ステーション９０８も示されている。フロントエンドアクセス可能ステーション９０４および９０８は、例えば、前処理ステーションおよびスピン・リンス・ドライ（ＳＲＤ）ステーションを含みうる。フロントエンドロボット９０２の左右への側方移動は、ロボット軌道９０２ａを用いて実現される。基板９０６の各々は、モータ（図示せず）に結合されたスピンドル９０３によって駆動されるカップ／コーンアセンブリ（図示せず）によって保持されてよく、モータは、取り付けブラケット９０９に取り付けられてよい。また、この例では、合計８つの電気メッキセル９０７が、４つの「デュエット」の電気メッキセル９０７として図示されている。システムコントローラ（図示せず）が、電着装置９００の特性の一部または全部を制御するために、電着装置９００に接続されてよい。システムコントローラは、本明細書で上述した処理に従って命令を実行するようプログラムまたはそれ以外の方法で構成されてよい。
【００９６】
システムコントローラ
いくつかの実施例において、コントローラは、システムの一部であり、システムは、上述の例の一部であってよい。かかるシステムは、１または複数の処理ツール、１または複数のチャンバ、処理のための１または複数のプラットフォーム、および／または、特定の処理構成要素（ウエハペデスタル、ガスフローシステムなど）など、半導体処理装置を備えうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および、処理後に、システムの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれてもよく、システムの様々な構成要素または副部品を制御しうる。コントローラは、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、高周波（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ならびに、ツールおよび他の移動ツールおよび／または特定のシステムと接続または結合されたロードロックの内外へのウエハ移動など、本明細書に開示の処理のいずれを制御するようプログラムされてもよい。
【００９７】
概して、コントローラは、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、エンドポイント測定を可能にすることなどを行う様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１または複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含みうる。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形態でコントローラに伝えられて、半導体ウエハに対するまたは半導体ウエハのための特定の処理を実行するための動作パラメータ、もしくは、システムへの動作パラメータを定義する命令であってよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、ウエハの１または複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ダイの加工中に１または複数の処理工程を達成するために処理エンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
【００９８】
コントローラは、いくつかの実施例において、システムと一体化されるか、システムに接続されるか、その他の方法でシステムとネットワーク化されるか、もしくは、それらの組み合わせでシステムに結合されたコンピュータの一部であってもよいし、かかるコンピュータに接続されてもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全部または一部であってもよい。コンピュータは、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に従って処理工程を設定する、または、新たな処理を開始するために、システムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の現在の進捗を監視する、過去の製造動作の履歴を調べる、もしくは、複数の製造動作からの傾向または性能指標を調べうる。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）が、ネットワーク（ローカルネットワークまたはインターネットを含みうる）を介してシステムに処理レシピを提供してよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを備えてよく、パラメータおよび／または設定は、リモートコンピュータからシステムに通信される。一部の例において、コントローラは、データの形式で命令を受信し、命令は、１または複数の動作中に実行される処理工程の各々のためのパラメータを指定する。パラメータは、実行される処理のタイプならびにコントローラがインターフェース接続するまたは制御するよう構成されたツールのタイプに固有であってよいことを理解されたい。したがって、上述のように、コントローラは、ネットワーク化されて共通の目的（本明細書に記載の処理および制御など）に向けて動作する１または複数の別個のコントローラを備えることなどによって分散されてよい。かかる目的のための分散コントローラの一例は、チャンバでの処理を制御するために協働するリモートに配置された（プラットフォームレベルにある、または、リモートコンピュータの一部として配置されるなど）１または複数の集積回路と通信するチャンバ上の１または複数の集積回路である。
【００９９】
限定はしないが、システムの例は、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、蒸着チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属メッキチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層蒸着（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、ならびに、半導体ウエハの加工および／または製造に関連するかまたは利用されうる任意のその他の半導体処理システムを含みうる。
【０１００】
上述のように、ツールによって実行される１または複数の処理工程に応じて、コントローラは、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近くのツール、工場の至る所に配置されるツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、もしくは、半導体製造工場内のツール位置および／またはロードポートに向かってまたはそこからウエハのコンテナを運ぶ材料輸送に用いられるツール、の内の１または複数と通信してもよい。
【０１０１】
さらなる実施形態
上述の様々なハードウェアおよび方法の実施形態は、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、光起電力パネルなどの加工または製造のために、リソグラフィパターニングツールまたは処理と共に用いられてもよい。通常、必ずしもそうとは限らないが、かかるツール／処理は、共通の製造施設で一緒に利用または実行されている。
【０１０２】
薄膜のリソグラフィパターニングは、通常、以下の工程の一部または全部を含み、各工程は、複数の可能なツールで実現される。（１）スピンオンまたはスプレーオンツールを用いて、ワークピース（窒化シリコン薄膜を上に形成された基板など）上にフォトレジストを塗布する工程、（２）ホットプレートまたは炉またはその他の適切な硬化ツールを用いて、フォトレジストを硬化させる工程、（３）ウエハステッパなどのツールで可視光またはＵＶまたはｘ線にフォトレジストを暴露させる工程、（４）ウェットベンチまたはスプレー現像装置などのツールを用いて、選択的にレジストを除去することによってパターニングするためにレジストを現像する工程、（５）ドライエッチングツールまたはプラズマ支援エッチングツールを用いて、下層の膜またはワークピースにレジストパターンを転写する工程、ならびに、（６）ＲＦプラズマまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを用いて、レジストを除去する工程。いくつかの実施形態において、アッシング可能なハードマスク層（アモルファス炭素層など）および別の適切なハードマスク（反射防止層など）が、フォトレジストの塗布前に蒸着されてよい。
【０１０３】
本願では、「半導体ウエハ」、「ウエハ」、「基板」、「ウエハ基板」、および、「製造途中の集積回路」という用語が、交換可能に用いられている。当業者であれば、「製造途中の集積回路」という用語は、集積回路加工の多くの段階の内のいずれかの途中のシリコンウエハを指しうることがわかる。半導体デバイス産業で用いられるウエハまたは基板は、通常、２００ｍｍ、または、３００ｍｍ、または、４５０ｍｍの直径を有する。さらに、「電解液」、「メッキ浴」、「浴」、および、「メッキ溶液」という用語は、交換可能に用いられる。詳細な説明では、実施形態がウエハに実施されることを仮定している。ただし、実施形態はそれらに限定されない。ワークピースは、様々な形状、サイズ、および、材料を有してよい。半導体ウエハに加えて、開示された実施形態を利用しうるその他のワークピースは、プリント回路基板、磁気記録媒体、磁気記録センサ、鏡、光学素子、微小機械素子など、様々な物品を含む。
【０１０４】
上記の説明では、提示した実施形態の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。開示された実施形態は、これらの具体的な詳細事項の一部またはすべてがなくとも実施可能である。また、開示した実施形態が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の詳細な説明は省略した。開示した実施形態は、具体的な実施形態に関連して説明されているが、開示した実施形態を限定する意図はないことを理解されたい。
【０１０５】
特定のパラメータに対して特に規定されない限りは、本明細書で用いる「約」および「およそ」という用語は、関連する値に関して±１０％を意味するよう意図されている。
【０１０６】
本明細書に記載の構成および／またはアプローチは、本質的に例示であり、多くの変形が可能であるので、これらの具体的な実施形態または例は、限定であると見なされないことを理解されたい。本明細書に記載の具体的なルーチンまたは方法は、任意の数の処理戦略の内の１または複数を表しうる。したがって、例示された様々な動作は、例示された順番で、他の順番で、または、並行して実行されてよく、一部の例では省略されてもよい。同様に、上述の処理の順番は変更されてもよい。いくつかの引例が、参照によって本明細書に組み込まれている。かかる引例においてなされた任意の放棄または否認は、本明細書に記載の実施形態には必ずしも適用されないことを理解されたい。同様に、かかる引例において必要に応じて記載された任意の特徴は、本明細書の実施形態では省略されてもよい。
【０１０７】
本開示の主題は、様々な処理、システム、および、構成のすべての新規かつ非自明な組み合わせおよび部分的組み合わせ、ならびに、本明細書に開示された他の特徴、機能、動作、および／または、特性と、それらのすべての等価物とを含む。
【０１０８】
実験
図６Ａおよび図６Ｂは、図１Ａ〜図１Ｃに示した装置内でメッキされたフィーチャを示す。具体的には、図６Ａは、基板のエッジ付近でメッキされたフィーチャを示しており、一方、図６Ｂは、基板の中央付近でメッキされたフィーチャを示している。図６Ａのフィーチャは、よりドーム型である図６Ｂのフィーチャよりも大幅に平坦である／鋭い。作用の理論にもメカニズムにも縛られることは望まないが、図６Ｂの中央に位置するフィーチャは、図６Ａのエッジに位置するフィーチャに比べると、電気メッキ中に比較的低い対流を経験するのでドーム型になると考えられる。
【０１０９】
銅シード層を上に有する非パターニング基板にスタティックインプリントを実行することによって、本明細書に記載の複数の実施形態を試験した。スタティックインプリントを実行するために、基板が、酸性の酸素リッチ溶液で満たされた電気メッキ装置にロードされる。この溶液は、電解液が電気メッキ中に装置を流れるのと同じ方法で、装置に流される。溶液は、或る程度まで銅シード層を溶解し、より高い対流を受ける領域が、より高い程度のエッチングを示す。スタティックインプリント中には、電流も電位も基板に印加されない。基板は、スタティックインプリント中に回転されない。
【０１１０】
図７Ａは、図１Ａ〜図１Ｃに示した電気メッキ装置で得られたスタティックインプリントを示す。楕円形で示す基板の領域は、基板の残り部分と比較して著しく多くエッチングされている。これらの結果は、側方流入口１１３を通して供給される溶液の一部が、イオン抵抗性要素を通してイオン抵抗性要素マニホルド１１１へ流れることにより、クロスフローマニホルド１１０の大部分を迂回していることを示唆する。溶液は、図１Ｃに示したように、側方流出口１１４付近の領域で、イオン抵抗性要素１０７を通して上向きにクロスフローマニホルド１１０へ戻る。イオン抵抗性要素１０７を通して上向きに戻る溶液は、基板表面に衝突して、基板の他の領域と比べて楕円形領域において、より実質的なエッチングを引き起こす。
【０１１１】
図７Ｂは、図３Ａに示した電気メッキ装置で得られたスタティックインプリントを示す。装置は、イオン抵抗性要素１０７の直下で物理的に接触して配置された膜１２０と、リング形状でありその外周囲で膜１２０を支持する膜フレーム１２１と、を備える。この例において、溶液が側方流出口１１４付近でイオン抵抗性要素１０７を通して上向きに噴出する証拠はなかった。その代わり、基板の中央（円で示す）は、基板のエッジによりも比較的多いエッチングを示しており、基板の中央でクロスフローが改善していることを示唆する。この結果は、イオン抵抗性要素の近傍で膜を利用すれば、本明細書に記載の流れ迂回の問題を実質的に防ぐことができ、基板の中央付近のクロスフローを実質的に改善できることを示唆する。
【０１１２】
図７Ｃは、図４Ｈに示した膜１２０（この膜は、側方流入口１１３付近の第１開口部および基板／膜１２０の中央付近の第２開口部を備える）を用いて、図４Ａに示した電気メッキ装置で得られたスタティックインプリントを示す。この例において、溶液が側方流出口１１４付近でイオン抵抗性要素１０７を通して上向きに噴出する証拠はない。結果は、溶液が膜１２０の第１開口部（側方流入口１１３付近の開口部）を通して下向きにルーティングされ、その後、膜１２０の第２開口部（基板／膜１２０の中央付近の開口部）を通して上向きに戻ることにより、基板１０２の中央付近（円で示す）で溶液の実質的な噴出が起きることを示している。これらの結果は、本明細書に記載の膜の切り欠きが、基板の所望の領域（例えば、対流が比較的低い基板の中央付近）に、電解液をルーティングするために利用できることを示唆する。
【０１１３】
図７Ｄは、図４Ｂに示した膜１２０（この膜は、側方流入口１１３付近から基板／膜１２０の中央付近まで伸びる単一の開口部を備える）を用いて、図４Ａに示した電気メッキ装置で得られたスタティックインプリントを示す。溶液が側方流出口１１４付近でイオン抵抗性要素１０７を通して上向きに噴出する証拠はない。基板／膜１２０の中央付近（円で示す）でイオン抵抗性要素１０７を通して上向きに流体が噴出する証拠がある。噴出は、図７Ｃほど実質的ではない。これらの結果は、所望の通りに電解液をルーティングするために、単一開口部を有する膜を利用することで、基板の中央付近のクロスフローを改善できることを示唆する。
【０１１４】
図８は、本明細書に記載の様々な装置でメッキされた基板のフィーチャ内不均一性を示す実験結果である。具体的には、ケースＡは、図１Ａ〜図１Ｃに示した装置に関連する（例えば、バッフルも、イオン抵抗性要素１０７と接触する膜も備えない装置）。ケースＢは、図４Ｂに示した膜１２０を有する図４Ａに示した装置に関する。ケースＣは、イオン抵抗性要素マニホルド１１１内に一連のバッフル１３０を有する図５Ａに示した装置に関する。ケースＡでは、バッフルも、イオン抵抗性要素に近接する膜も設けられておらず、フィーチャ内不均一性は、かなり高く（例えば、最大６０μｍ）、変動的である。ケースＢでは、膜がイオン抵抗性要素と接触して設けられており、フィーチャ内不均一性は、はるかに低く（例えば、約１３μｍ未満）、変動性が非常に低い。同様に、ケースＣでは、バッフルがイオン抵抗性要素マニホルド内に設けられており、フィーチャ内不均一性は、かなり低く（例えば、約１５μｍ未満）、変動性が非常に低い。ケースＢは、最良の結果（最少の変動性で不均一性が最も低い）であるが、ケースＣの結果も非常に良好であった。これらの結果は、電気メッキの結果（特に、フィーチャ内不均一性）を改善するために、本明細書に記載の技術を成功裏に実施できることを示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
2020531684.tif 000009
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図３Ｊ】
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【図３Ｋ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図４Ｊ】
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【図４Ｋ】
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【図４Ｌ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図５Ｊ】
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【図５Ｋ】
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【図５Ｌ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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