(57)【要約】【解決手段】本明細書のさまざまな実施形態は、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。装置は、メッキチャンバを（イオン抵抗性要素の上方の）直交流マニホールドと（イオン抵抗性要素の下方の）イオン抵抗性要素マニホールドに分離するイオン抵抗性要素を含む。電解質は、直交流マニホールドに配送され、基板の表面を越えてイオン抵抗性要素マニホールドまで剪断変形させ、イオン抵抗性要素内の貫通孔を通って進んで、直交流マニホールドに入るときに基板の上に衝突する。ある種の実施形態では、たとえば三方弁を使用して、（たとえば、側面注入口を通る）直交流マニホールドの中に入る電解質の流れ、およびイオン抵抗性要素マニホールドの中に入る電解質の流れを能動的に制御する。これらまたは他の事例では、イオン抵抗性要素は、電解質ジェットを含んでよい。【選択図】図３Ａ
2020534430.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）実質的に平面状の基板の上に金属を電気メッキする間、電解質および陽極を包含するように構成されたメッキチャンバと、
（ｂ）メッキ中に前記基板のメッキ面が前記電解質に浸漬され、かつ前記陽極から分離されるように、前記基板を支持するように構成された基板ホルダと、
（ｃ）イオン抵抗性要素であって、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に適合され、前記基板と少なくともほぼ同一の広がりを有するプレートおよび前記プレート内に形成された複数の貫通孔を備えるイオン抵抗性要素と、
（ｄ）前記イオン抵抗性要素の下方に位置決めされたイオン抵抗性要素マニホールドであって、電気メッキ中に、前記イオン抵抗性要素マニホールドから前記貫通孔を通って前記イオン抵抗性要素の中に電解質が進むイオン抵抗性要素マニホールドと、
（ｅ）前記基板が前記基板ホルダ内に存在するとき、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決めされた直交流マニホールドと、
（ｆ）前記直交流マニホールドに電解質を導入するための側面注入口と、
（ｇ）前記直交流マニホールド内を流れる電解質を受け入れるための側面流出口であって、前記側面注入口および前記側面流出口は、電気メッキ中に前記基板の前記メッキ面上で方位角的に対向する外周の場所の最も近くに位置決めされ、前記側面注入口および前記側面流出口は、電気メッキ中に、前記直交流マニホールドの中に直交流動電解質を生成するように適合される側面流出口と、
（ｈ）（ｉ）前記側面注入口および（ｉｉ）前記イオン抵抗性要素マニホールドの各々に電解質を配送するのを制御する三方弁と
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、前記基板上に電気メッキする間、電気メッキ中に前記三方弁を切り替えて、少なくとも第１の流れパターンおよび第２の流れパターンを提供するように構成されたコントローラをさらに備える電気メッキ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電気メッキ装置であって、前記第２の流れパターンは、前記第１の流れパターンと比較して前記基板の前記メッキ面で比較的より多量の衝突電解質を提供する電気メッキ装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電気メッキ装置であって、前記三方弁は、前記側面注入口および前記イオン抵抗性要素マニホールドに電解質を配送するのを独立に制御可能にする電気メッキ装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電気メッキ装置であって、電気メッキ中に前記三方弁を切り替えて、前記基板に電気メッキする間に少なくとも第１のメッキレジームおよび第２のメッキレジームを提供するように構成されたコントローラをさらに備え、前記第１のメッキレジームの間、第１の流れパターンを提供し、前記第２のメッキレジームの間、第２の流れパターンおよび第３の流れパターンを周期的に提供し、前記第２の流れパターンは、前記第１の流れパターンと比較して前記基板の前記メッキ面上に比較的より大量の衝突電解質を提供する電気メッキ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電気メッキ装置であって、前記コントローラは、（ｉ）前記第１の流れパターンが前記側面注入口と前記イオン抵抗性要素マニホールドの両方に電解質を配送し、かつ（ｉｉ）前記第２の流れパターンが電解質を前記イオン抵抗性要素マニホールドに配送するが、前記側面注入口に配送しないように、前記三方弁を動作させるように構成される電気メッキ装置。
【請求項７】
請求項５に記載の電気メッキ装置であって、前記コントローラは、前記第１の流れパターンおよび前記第２の流れパターンがそれぞれ前記側面注入口と前記イオン抵抗性要素マニホールドの両方に電解質を配送するように前記三方弁を動作させるように構成され、前記側面注入口に至る電解質の流れは、前記第２の流れパターンと比較して前記第１の流れパターンで比較的より多量であり、前記イオン抵抗性要素マニホールドに至る電解質の流れは、前記第１の流れパターンと比較して前記第２の流れパターンで比較的より多量である電気メッキ装置。
【請求項８】
請求項１に記載の電気メッキ装置であって、前記側面注入口に至る電解質の流れが増大するとき、前記イオン抵抗性要素マニホールドに至る電解質の流れが低減し、逆も同様であるように、前記三方弁は、独立していない手法で前記側面注入口および前記イオン抵抗性要素マニホールドに電解質を配送するのを制御する電気メッキ装置。
【請求項９】
請求項１に記載の電気メッキ装置であって、前記イオン抵抗性要素は、前記イオン抵抗性要素の上面上に複数のリブを備え、前記リブは、直線状であり、前記直交流マニホールドを横断して伸長する、電気メッキ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電気メッキ装置であって、前記イオン抵抗性要素上の前記リブ内に形成された複数の電解質ジェットをさらに備える電気メッキ装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電気メッキ装置であって、前記複数の電解質ジェットに配送される電解質は、前記陽極から電気的に分離される電気メッキ装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電気メッキ装置であって、電気メッキ中に前記基板から前記陽極を分離する膜を支持するための、前記イオン抵抗性要素マニホールドの底面を確定する膜フレームをさらに備え、前記膜フレームおよび前記イオン抵抗性要素内に形成された、前記複数の電解質ジェットに電解質を提供する電解質導管をさらに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、前記イオン抵抗性要素マニホールドに、および前記膜フレームおよび前記イオン抵抗性要素内に形成された前記電解質導管に、電解質を配送するのを制御する第２の三方弁をさらに備える電気メッキ装置。
【請求項１４】
電気メッキ装置であって、
（ａ）実質的に平面状の基板の上に金属を電気メッキする間、電解質および陽極を包含するように構成されたメッキチャンバと、
（ｂ）メッキ中に前記基板のメッキ面が前記電解質に浸漬され、かつ前記陽極から分離されるように、前記基板を支持するように構成された基板ホルダと、
（ｃ）イオン抵抗性要素であって、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に適合され、
前記基板と少なくともほぼ同一の広がりを有するプレート、
前記基板内に形成された複数の貫通孔、および
前記プレートの上面上の複数のリブであって、前記リブの少なくともいくつかは、電気メッキ中に前記基板の前記メッキ面に向けて電解質を配送する電解質ジェットを備え、前記電解質ジェットを通して配送される前記電解質は、前記陽極から電気的に分離される複数のリブ
を備えるイオン抵抗性要素と、
（ｄ）前記イオン抵抗性要素の下方に位置決めされたイオン抵抗性要素マニホールドであって、電気メッキ中に、前記イオン抵抗性要素マニホールドから前記貫通孔を通って前記イオン抵抗性要素の中に電解質が進むイオン抵抗性要素マニホールドと、
（ｅ）前記基板が前記基板ホルダ内に存在するとき、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決めされた直交流マニホールドと、
（ｆ）前記直交流マニホールドに電解質を導入するための側面注入口と、
（ｇ）前記直交流マニホールド内を流れる電解質を受け入れるための側面流出口であって、前記側面注入口および前記側面流出口は、電気メッキ中に前記基板の前記メッキ面上で方位角的に対向する外周の場所の最も近くに位置決めされ、前記側面注入口および前記側面流出口は、電気メッキ中に、前記直交流マニホールドの中に直交流動電解質を生成するように適合される側面流出口と
を備える電気メッキ装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電気メッキ装置であって、前記リブは、直線状であり、前記リブの最長寸法が前記側面注入口と前記側面流出口の間の方向に平行になるように配向される電気メッキ装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の電気メッキ装置であって、前記リブは、直線状であり、前記リブの最長寸法が前記側面注入口と前記側面流出口の間の方向に垂直になるように配向される電気メッキ装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載の電気メッキ装置であって、（ｉ）前記電解質ジェットと（ｉｉ）前記イオン抵抗性要素マニホールドの両方に電解質を配送するのを制御する第１の三方弁をさらに備える電気メッキ装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電気メッキ装置であって、（ｉ）前記側面注入口と（ｉｉ）前記第１の三方弁の両方に電解質を配送するのを制御する第２の三方弁をさらに備える電気メッキ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、事実上開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１７年９月１８日に提出された、「ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ  ＤＥＬＩＶＥＲＹ  ＯＦ  ＣＲＯＳＳ  ＦＬＯＷＩＮＧ  ＡＮＤ  ＩＭＰＩＮＧＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＬＹＴＥ  ＤＵＲＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＰＬＡＴＩＮＧ（電気メッキ中に直交流動および衝突電解質の配送を制御するための方法および装置）」と題する米国特許出願公開第１５／７０７，８０５号明細書の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
開示する実施形態は、電気メッキ中の電解質流体力学を制御するための方法および装置に関する。より詳細には、本明細書で記述する方法および装置は、たとえば約５０μｍ未満の幅を有する小さなマイクロバンプ特徴の貫通レジストメッキ（たとえば、銅、ニッケル、スズ、およびスズ合金はんだ）、ならびに銅製シリコン貫通電極（ｔｈｒｏｕｇｈ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｖｉａ、ＴＳＶ）特徴などの半導体ウエハ基板上に金属をメッキするために特に有用である。
【０００３】
電気化学堆積は、今ではウエハ・レベル・パッケージング（ｗａｆｅｒ  ｌｅｖｅｌ  ｐａｃｋａｇｉｎｇ、ＷＬＰ）およびシリコン貫通電極（ＴＳＶ）電気接続技術として一般に口語的に公知の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のための商業上の必要を満たす用意が整っている。これらの技術は、一部は概して（基板工程（Ｆｒｏｎｔ  Ｅｎｄ  ｏｆ  Ｌｉｎｅ、ＦＥＯＬ）相互接続と比較して）特徴サイズがより大きくアスペクト比が高いために、それ自体非常に重要な難題を提示する。
【０００４】
パッケージング特徴のタイプおよび用途（たとえば、チップ間接続ＴＳＶ、相互接続再分配配線、またはフリップ・チップ・ピラーなどの、チップと基板の接合もしくはチップ間接合）に応じて、メッキされた特徴の主要寸法は、通常は現在の技術で約２μｍよりも大きく、典型的には約５μｍ〜１００μｍである（たとえば、銅ピラーは、約５０μｍであってよい）。電力バスなどのいくつかのオンチップ構造については、メッキすべき特徴は、１００μｍよりも大きいことがある。ＷＬＰ特徴のアスペクト比は、典型的には約１：１（高さ：幅）以下であるが、おそらくは約２：１程度の大きさの範囲に及ぶ可能性があり、一方では、ＴＳＶ構造は、非常に高いアスペクト比（たとえば、約２０：１近辺）を有する可能性がある。
【発明の概要】
【０００５】
本明細書のある種の実施形態は、基板の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。典型的には、基板は半導体ウエハである。
【０００６】
本明細書の実施形態の一様態では、電気メッキ装置が提供され、装置は、（ａ）実質的に平面状の基板の上に金属を電気メッキする間、電解質および陽極を包含するように構成されたメッキチャンバと、（ｂ）メッキ中に基板のメッキ面が電解質に浸漬され、かつ陽極から分離されるように、基板を支持するように構成された基板ホルダと、（ｃ）イオン抵抗性要素であって、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に適合され、基板と少なくともほぼ同一の広がりを有するプレートおよびプレート内に形成された複数の貫通孔を含むイオン抵抗性要素と、（ｄ）イオン抵抗性要素の下方に位置決めされたイオン抵抗性要素マニホールドであって、電気メッキ中にイオン抵抗性要素マニホールドから貫通孔を通ってイオン抵抗性要素の中に電解質が進むイオン抵抗性要素マニホールドと、（ｅ）基板ホルダ内に基板が存在するとき、イオン抵抗性要素の上方、かつ基板のメッキ面の下方に位置決めされた直交流マニホールドと、（ｆ）直交流マニホールドに電解質を導入するための側面注入口と、（ｇ）直交流マニホールド内を流れる電解質を受け入れるための側面流出口であって、側面注入口および側面流出口は、電気メッキ中に基板のメッキ面上で方位角的に対向する外周の場所の最も近くに位置決めされ、側面注入口および側面流出口は、電気メッキ中に直交流マニホールドの中に直交流動電解質を生成するように適合される側面流出口と、（ｈ）（ｉ）側面注入口および（ｉｉ）イオン抵抗性要素マニホールドの各々に電解質を配送するのを制御する三方弁とを含む。
【０００７】
いくつかの実施形態では、装置は、基板上に電気メッキする間、電気メッキ中に三方弁を切り替えて、少なくとも第１の流れパターンおよび第２の流れパターンを提供するように構成されたコントローラをさらに含む。第２の流れパターンは、第１の流れパターンと比較して基板のメッキ面に比較的より大量の衝突電解質を提供してよい。いくつかの事例では、三方弁は、側面注入口およびイオン抵抗性要素マニホールドに電解質を配送するのを独立して制御可能にする。
【０００８】
ある種の実装形態では、装置は、電気メッキ中に三方弁を切り替えて、基板上に電気メッキする間に少なくとも第１のメッキレジームおよび第２のメッキレジームを提供するように構成されたコントローラをさらに含み、第１のメッキレジームの間に第１の流れパターンを提供し、第２のメッキ継続期間の間に第２の流れパターンおよび第３の流れパターンを周期的に提供し、第２の流れパターンは、第１の流れパターンと比較して基板のメッキ面上に比較的より大量の衝突電解質を提供する。いくつかのそのような事例では、コントローラは、（ｉ）第１の流れパターンが側面注入口とイオン抵抗性要素マニホールドの両方に電解質を配送し、かつ（ｉｉ）第２の流れパターンがイオン抵抗性要素マニホールドに電解質を配送するが、側面注入口に電解質を提供しないように、三方弁を動作させるように構成される。いくつかの事例では、コントローラは、第１の流れパターンおよび第２の流れパターンがそれぞれ側面注入口とイオン抵抗性要素マニホールドの両方に電解質を提供するように三方弁を動作させるように構成され、側面注入口に至る電解質の流れは、第２の流れパターンと比較して第１の流れパターンでは比較的より多量であり、イオン抵抗性要素マニホールドに至る電解質の流れは、第１の流れパターンと比較して第２の流れパターンでは比較的より多量である。
【０００９】
いくつかの実施形態では、側面注入口に至る電解質の流れが増大するとき、イオン抵抗性要素マニホールドに至る電解質の流れは低減し、逆も同様であるように、三方弁は、独立していない手法で側面注入口およびイオン抵抗性要素マニホールドに電解質を配送するのを制御する。
【００１０】
さまざまな実装形態では、イオン抵抗性要素は、イオン抵抗性要素の上面上に複数のリブを含み、リブは、直線状であり、直交流マニホールドを横断して伸長する。いくつかのそのような実装形態では、装置は、イオン抵抗性要素上に、リブの中に形成された複数の電解質ジェットをさらに含む。複数の電解質ジェットに配送される電解質は、いくつかの事例では陽極から電気的に分離されてよい。いくつかの実施形態では、装置は、電気メッキ中に基板から陽極を分離する膜を支持するための膜フレームをさらに含み、膜フレームは、イオン抵抗性要素マニホールドの底面を画定し、装置は、膜フレームおよびイオン抵抗性要素内に形成された電解質導管をさらに含み、電解質導管は、複数の電解質ジェットに電解質を提供する。いくつかの事例では、第２の三方弁を提供してよい。第２の三方弁は、イオン抵抗性要素マニホールドに、および膜フレームおよびイオン抵抗性要素内に形成された電解質導管に、電解質を配送するのを制御してよい。
【００１１】
本明細書の実施形態の他の様態では、電気メッキ装置が提供され、装置は、（ａ）実質的に平面状の基板の上に金属を電気メッキする間、電解質および陽極を包含するように構成されたメッキチャンバと、（ｂ）メッキ中に基板のメッキ面が電解質に浸漬され、かつ陽極から分離されるように、基板を支持するように構成された基板ホルダと、（ｃ）イオン抵抗性要素であって、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に適合され、イオン抵抗性要素は、基板と少なくともほぼ同一の広がりを有するプレート、プレート内に形成された複数の貫通孔、およびプレートの上面上の複数のリブであって、リブの少なくともいくつかは、電気メッキ中に基板のメッキ面に向けて電解質を配送する電解質ジェットを含み、電解質ジェットを通して配送された電解質は、陽極から電気的に分離される複数のリブを含むイオン抵抗性要素と、（ｄ）イオン抵抗性要素の下方に位置決めされたイオン抵抗性要素マニホールドであって、電解質は、電気メッキ中にイオン抵抗性要素マニホールドから貫通孔を通ってイオン抵抗性要素の中に進むイオン抵抗性要素マニホールドと、（ｅ）基板ホルダ内に基板が存在するとき、イオン抵抗性要素の上方、かつ基板のメッキ面の下方に位置決めされた直交流マニホールドと、（ｆ）直交流マニホールドに電解質を導入するための側面注入口と、（ｇ）直交流マニホールド内を流れる電解質を受け入れるための側面流出口であって、側面注入口および側面流出口は、電気メッキ中に基板のメッキ面上で方位角的に対向する外周の場所の最も近くに位置決めされ、側面注入口および側面流出口は、電気メッキ中に直交流マニホールドの中に直交流動電解質を生成するように適合される側面流出口とを含む。
【００１２】
いくつかの実装形態では、リブは、直線状であり、リブの最長寸法が側面注入口と側面流出口の間の方向に平行になるように配向される。いくつかの他の実装形態では、リブは、直線状であり、リブの最長寸法が側面注入口と側面流出口の間の方向に垂直になるように配向される。装置は、（ｉ）電解質ジェットと（ｉｉ）イオン抵抗性要素マニホールドの両方に電解質を配送するのを制御する第１の三方弁をさらに含んでよい。装置はまた、（ｉ）側面注入口と（ｉｉ）第１の三方弁の両方に電解質を配送するのを制御する第２の三方弁を含んでよい。
【００１３】
本明細書の実施形態のさらなる様態では、電気メッキの方法が提供される。方法は、本明細書で記述する装置のいずれかに基板を提供するステップと、基板の上に材料を電気メッキするステップとを伴う。本明細書で記述するように、任意のさまざまな流れパターンおよび流れレジームを使用してよい。
【００１４】
これらおよび他の特徴について、添付図面を参照して以下で記述する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】電気メッキ中に基板表面上で直交流と衝突流の組合せを利用する電気メッキ装置を例示する。
【００１６】
【図１Ｂ】図１Ａに示す電気メッキ装置を通る電解質の流れを示す。
【００１７】
【図２Ａ】基板のメッキ面近くの、直交流マニホールド内部の電解質の流れに関係があるモデル化結果を例示する。
【図２Ｂ】基板のメッキ面近くの、直交流マニホールド内部の電解質の流れに関係があるモデル化結果を例示する。
【図２Ｃ】基板のメッキ面近くの、直交流マニホールド内部の電解質の流れに関係があるモデル化結果を例示する。
【００１８】
【図３Ａ】側面注入口およびイオン抵抗性要素マニホールドに電解質を配送するための三方弁を有する電気メッキ装置を描く。
【００１９】
【図３Ｂ】直交流マニホールド内部の直交流動電解質の簡略図である。
【図３Ｃ】イオン抵抗性要素を通過する衝突電解質の簡略図である。
【００２０】
【図４Ａ】基板の表面近くに電解質を配送する電解質導管および複数の電解質ジェットを追加した、図３Ａに示す電気メッキ装置に類似する電気メッキ装置の簡略図である。
【００２１】
【図４Ｂ】中に形成された電解質ジェットを有するイオン抵抗性要素のクローズアップ図を例示し、電解質は、電解質ジェットを通して配送される。
【図４Ｃ】中に形成された電解質ジェットを有するイオン抵抗性要素のクローズアップ図を例示し、電解質は、イオン抵抗性要素内の貫通孔を通して配送される。
【図４Ｄ】中に形成された電解質ジェットを有するイオン抵抗性要素のクローズアップ図を例示し、電解質は、電解質ジェットと貫通孔の両方を通して配送される。
【図４Ｅ】中に形成された電解質ジェットを有するイオン抵抗性要素のクローズアップ図を例示し、電解質は、電解質ジェットを通して配送される。
【図４Ｆ】中に形成された電解質ジェットを有するイオン抵抗性要素のクローズアップ図を例示し、電解質は、イオン抵抗性要素内の貫通孔を通して配送される。
【図４Ｇ】中に形成された電解質ジェットを有するイオン抵抗性要素のクローズアップ図を例示し、電解質は、電解質ジェットと貫通孔の両方を通して配送される。
【図４Ｈ】中に形成された電解質ジェットを有するイオン抵抗性要素のクローズアップ図を例示し、電解質は、側面注入口を通して配送される。
【００２２】
【図４Ｉ】中に形成された電解質ジェットを有するイオン抵抗性要素のクローズアップ上面図を示し、電解質ジェットは、イオン抵抗性要素上のリブ内に形成される。
【００２３】
【図４Ｊ】中に形成された電解質ジェットを有するイオン抵抗性要素の一部分の横断面図を示す。
【００２４】
【図４Ｋ】ある種の実施形態に従って使用されてよい、異なる形状の電解質ジェットの上面図を示す。
【図４Ｌ】ある種の実施形態に従って使用されてよい、異なる形状の電解質ジェットの上面図を示す。
【図４Ｍ】ある種の実施形態に従って使用されてよい、異なる形状の電解質ジェットの上面図を示す。
【００２５】
【図４Ｎ】複数の電解質ジェットを含むリブを有するイオン抵抗性要素の上面図を描き、電解質ジェットの中に入る電解質の流れを示す。
【図４Ｏ】複数の電解質ジェットを含むリブを有するイオン抵抗性要素の横断面図を描き、電解質ジェットの中に入る電解質の流れを示す。
【００２６】
【図５Ａ】上にリブを有するイオン抵抗性要素の上面図を例示し、リブは、直交流動電解質の方向に垂直に配向される。
【図５Ｂ】上にリブを有するイオン抵抗性要素の上面図を例示し、リブは、直交流動電解質の方向に平行に配向される。
【００２７】
【図６】ある種の実施形態によるマルチツール電気メッキ装置の簡略図を描く。
【００２８】
【図７Ａ】さまざまな実施形態による、基板の上に材料を電気メッキする方法に関する流れ図を提示する。
【図７Ｂ】さまざまな実施形態による、基板の上に材料を電気メッキする方法に関する流れ図を提示する。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本出願では、「半導体ウエハ」、「ウエハ」、「基板」、「ウエハ基板」、および「部分的に製作された集積回路」という用語を交換可能に使用する。当業者は、「部分的に製作された集積回路」という用語が、その上で集積回路を製作する多くの段階のいずれかの間にあるシリコンウエハを指す可能性があることを理解されよう。半導体素子業界で使用するウエハまたは基板は、典型的には２００ｍｍ、または３００ｍｍ、または４５０ｍｍの直径を有する。さらに、「電解質」、「メッキ槽」、「槽」、および「メッキ溶液」という用語を交換可能に使用する。以下の詳細な記述は、実施形態がウエハ上で実装されると仮定する。しかしながら、実施形態は、そのように限定されるわけではない。加工物は、さまざまな形状、サイズ、および材料からなってよい。半導体ウエハに加えて、開示する実施形態を利用してよい他の加工物は、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、微少機械素子などのようなさまざまな物品を含む。
【００３０】
以下の記述では、提示する実施形態を十分に理解することができるようにするために、数多くの具体的な詳細について示す。開示する実施形態は、これらの具体的な詳細の一部またはすべてなしに実施されてよい。他の実例では、開示する実施形態を不必要に不明瞭にしないために、周知の処理動作について詳細に記述しなかった。具体的実施形態と関連づけて、開示する実施形態について記述するが、その一方で、開示する実施形態を限定することを意図するものではないことを理解されよう。
【００３１】
基板の上に１つ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について本明細書で記述する。一般に基板が半導体ウエハである実施形態について記述するが、しかしながら、実施形態はそのように限定されるわけではない。
【００３２】
図１Ａおよび図１Ｂは、電気メッキ装置の簡略化した横断面図を描く。図１Ｂは、さまざまな実施形態で電気メッキ中の電解質の流れを示す矢印を含む。図１Ａは、電気メッキセル１０１を描き、基板１０２は、基板ホルダ１０３の中に位置決めされる。基板ホルダ１０３は、しばしばカップと呼ばれ、基板１０２をその周囲で支持してよい。陽極１０４を電気メッキセル１０１の最下部近くに位置決めする。陽極１０４は、膜フレーム１０６により支持される膜１０５により基板１０２から分離される。膜フレーム１０６は、陽極を収容する陽極チャンバの最上部を確定するので、陽極チャンバ膜フレームと呼ばれることがある。さらに、陽極１０４は、イオン抵抗性要素１０７により基板１０２から分離される。イオン抵抗性要素１０７は、電解質がイオン抵抗性要素１０７を通って移動して基板１０２の上に衝突することができるようにする開口部を含む。基板１０２の周囲の最も近くでイオン抵抗性要素１０７の上方に前側挿入物１０８を位置決めする。前側挿入物１０８は、図示するように環状であってよく、方位角的に均一ではなくてよい。前側挿入物１０８は、直交流制限リングとも呼ばれることがある。
【００３３】
陽極チャンバ１１２は、膜１０５の下方にあり、陽極１０４が位置する場所にある。イオン抵抗性要素マニホールド１１１は、膜１０５の上方、かつイオン抵抗性要素１０７の下方にある。注水溝１１６は、イオン抵抗性要素マニホールド１１１に陰極液を配送し、電気メッキ中に膜１０５に注水するように作用してよい。この例では、注水溝１１６は、陰極液注入口１１８を通過する電解質により供給を受ける。直交流マニホールド１１０は、イオン抵抗性要素１０７の上方、かつ基板１０２の下方にある。直交流マニホールドの高さは、（存在する場合には、イオン抵抗性要素１０７の上面上にあるリブ１１５を除外して）基板１０２とイオン抵抗性要素１０７の平面の間の距離であると考えられる。いくつかの事例では、直交流マニホールドは、約１ｍｍ〜４ｍｍの間、または約０．５ｍｍ〜１５ｍｍの間の高さを有してよい。直交流マニホールド１１０は、直交流マニホールド１１０内部に直交流動電解質を包含するように作用する前側挿入物１０８により両側面が確定される。直交流マニホールド１１０に至る側面注入口１１３は、直交流マニホールド１１０に至る側面流出口１１４に方位角的に対向して提供される。少なくとも一部は前側挿入物１０８により側面注入口１１３および側面流出口１１４を形成してよい。図１Ｂで矢印により示すように、電解質は、陰極液注入口１１８から側面注入口１１３を通って直交流マニホールド１１０の中に移動し、側面流出口１１４の外に移動する。追加で、電解質は、イオン抵抗性要素マニホールド１１１に至る１つまたは複数の注入口（たとえば、注水溝１１６内の注入口、および／または他の注入口）を通ってイオン抵抗性要素マニホールド１１１の中に入り、イオン抵抗性要素１０７内の開口部を通って直交流マニホールド１１０の中に入り、側面流出口１１４の外に移動してよい。側面流出口１１４を通過後、電解質は、堰止壁１０９を越えてあふれ出る。電解質を回収して、再利用してよい。
【００３４】
ある種の実施形態では、イオン抵抗性要素１０７は、基板（陰極）の最も近くでほぼ一定の均一な電流源を近似し、したがって、いくつかの状況では高抵抗仮想陽極（ｈｉｇｈ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｖｉｒｔｕａｌ  ａｎｏｄｅ、ＨＲＶＡ）またはチャネル付きイオン抵抗性要素（ｃｈａｎｎｅｌｅｄ  ｉｏｎｉｃａｌｌｙ  ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ、ＣＩＲＰ）と呼ばれることがある。通常、イオン抵抗性要素１０７は、ウエハに極めて接近して置かれる。対照的に、同じく基板に非常に近い陽極は、ウエハにほぼ一定の電流を供給する傾向が著しく低いが、陽極金属面で一定電位面を単に支持するだけであり、それにより、陽極面から終端までの（たとえば、ウエハ上の周囲の接点までの）正味の抵抗がより低い場合に電流が最も大きくなることができるようにする。そのために、イオン抵抗性要素１０７は、高抵抗仮想陽極（ＨＲＶＡ）と呼ばれているが、これは、イオン抵抗性要素１０７と高抵抗仮想陽極（ＨＲＶＡ）が電気化学的に交換可能であることを意味するものではない。ある種の動作条件の下では、イオン抵抗性要素１０７は、仮想均一電流源をより近く近似し、多分より適切に仮想均一電流源と呼ばれ、ほぼ一定の電流は、イオン抵抗性要素１０７の上面全体から供給される。
【００３５】
イオン抵抗性要素１０７は、すべての実装形態ではないが多くの実装形態で、空間的かつイオン的に互いに分離され、かつイオン抵抗性要素の本体内部に相互接続チャネルを形成しない（典型的には、０．０４インチ未満の）微小サイズの貫通孔を包含する。そのような貫通孔は、しばしば非連通貫通孔と呼ばれる。そのような貫通孔は、典型的にはウエハのメッキ表面に必ずしもではないが垂直に、一方向に伸長する（いくつかの実施形態では、非連通貫通孔は、イオン抵抗性要素の前面に概して平行なウエハに対して角度をなす）。貫通孔は、互いに平行であることが多い。貫通孔は、正方形のアレイ状に配列されることが多い。そうではないとき、レイアウトは、ずれた、らせんパターンであることがある。これらの貫通孔は、中の表面に平行なイオン電流の流れと（ある種の事例では）流体の流れの両方を再構築して、ウエハ表面に向けた電流の流れと流体の流れの両方の経路をまっすぐにするので、チャネルが３次元で伸長して相互接続細孔構造を形成する３Ｄ多孔性ネットワークとは異なる。しかしながら、ある種の実施形態では、相互接続された細孔のネットワークを有するそのような多孔性プレートをイオン抵抗性要素として使用してよい。プレートの最上部表面からウエハまでの距離が短いとき（たとえば、ウエハ半径のサイズの約１／１０、たとえば約５ｍｍ未満のギャップ）、電流の流れと流体の流れの両方の発散は、局所的に制限され、伝えられ、イオン抵抗性要素チャネルと一直線に合わせられる。
【００３６】
一例のイオン抵抗性要素１０７は、イオン的かつ電気的に抵抗性のある固体状の非多孔性誘電性材料から作られたディスクである。材料はまた、使用するメッキ溶液内で科学的に安定している。ある種の事例では、イオン抵抗性要素１０７は、約６，０００個〜１２，０００個の間の非連通貫通孔を有する、セラミック材料（たとえば、酸化アルミニウム、酸化第二スズ、酸化チタン、金属酸化物の混合物）またはプラスチック材料（たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ化ポリビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ、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（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ、ＰＶＣ）、ポリカーボネートなど）から作られる。イオン抵抗性要素１０７は、多くの実施形態では、ウエハと実質的に同一の広がりを有し（たとえば、イオン抵抗性要素１０７は、３００ｍｍウエハと共に使用するとき、約３００ｍｍの直径を有する）、ウエハに極めて接近して、たとえば、ウエハ面が下を向く電気メッキ装置ではウエハの真下に存在する。好ましくは、ウエハのメッキ表面は、最も近いイオン抵抗性要素表面の約１０ｍｍ以内に、より好ましくは約５ｍｍ以内に存在する。この目的を達成するために、イオン抵抗性要素１０７の最上部表面は、平坦であっても、実質的に平坦であってもよい。多くの場合、イオン抵抗性要素１０７の最上部表面も最下部表面も平坦である、または実質的に平坦である。しかしながら、いくつかの実施形態では、イオン抵抗性要素１０７の最上部表面は、以下でさらに記述するように一連の直線状リブを含む。
【００３７】
上記のように、プレート１０７の全イオン抵抗および全流れ抵抗は、プレートの厚さ、および孔の全多孔性（プレートを通る流れのために利用可能な領域の割合）と孔のサイズ／直径の両方に依存する。より多孔性の低いプレートは、より速い衝突流速およびより大きなイオン抵抗を有する。同じ多孔性のプレートを比較すると、より小さな直径の１Ｄ孔（したがって、より多数の１Ｄ孔）を有するプレートは、同じギャップ全体にわたり広がることができる点電流源としてより大きく作用し、さらにまたより高い総圧力降下（高粘度の流れ抵抗）を有する個々の電流源がより多く存在するので、ウエハ上でより微少で均一な電流分布を有する。
【００３８】
いくつかの事例では、イオン抵抗性要素１０７の約１％〜１０％は、イオン電流が流れることができる（かつ開口部を妨害する他の要素が存在しない場合には電解質が通過することができる）開放領域である。特定の実施形態では、イオン抵抗性要素１０７の約２％〜５％は、開放領域である。具体例では、イオン抵抗性要素１０７の開放領域は約３．２％であり、実効的総開放横断面積は約２３ｍ2である。いくつかの実施形態では、イオン抵抗性要素１０７内に形成された非連通孔の直径は、約０．０１インチ〜０．０８インチである。いくつかの事例では、孔の直径は、約０．０２インチ〜０．０３インチ、または約０．０３インチ〜０．０６インチの間である。さまざまな実施形態では、孔は、イオン抵抗性要素１０７とウエハの間のギャップ距離のせいぜい約０．２倍の直径を有する。孔の横断面は概して円形であるが、そうである必要はない。さらに、構築を容易にするために、イオン抵抗性要素１０７内のすべての孔は、同じ直径を有してよい。しかしながら、そうである必要はなく、孔の個々のサイズも局所密度も、具体的な要件を規定することがあるとき、イオン抵抗性要素表面全体にわたり変動してよい。
【００３９】
図１Ａおよび図１Ｂに示すイオン抵抗性要素１０７は、ページの中に／ページの外に伸長する一連の直線状リブ１１５を含む。リブ１１５は、隆起部と呼ばれることがある。リブ１１５は、イオン抵抗性要素１０７の最上部表面上に位置決めされ、多くの事例ではリブの長さ（たとえば、リブの最長寸法）が直交流動電解質の方向に垂直になるように配向される。以下でさらに論じる特定の実施形態では、リブ１１５は、その長さが直交流動電解質の方向に平行になるように配向される。リブ１１５は、直交流マニホールド１１０内部で流体の流れおよび電流分布に影響を及ぼす。たとえば、電解質の直交流は、リブ１１５の最上部表面の上方にある領域に大部分は制限され、この領域内に高速の電解質直交流を生み出す。隣接するリブ１１５間の区域では、イオン抵抗性要素１０７を通って上方に配送される電流は再分布し、基板表面に配送される前に、より均一になる。
【００４０】
図１Ａおよび図１Ｂでは、直交流動電解質の方向は、左から右（たとえば、側面注入口１１３から側面流出口１１４へ）であり、リブ１１５は、リブ１１５の長さがページの中に／ページから外に伸長するように配向される。ある種の実施形態では、リブ１１５は、（図１Ａで左から右に測定して）約０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの間、または約０．２５ｍｍ〜１０ｍｍの間の幅を有してよい。リブ１１５は、（図１Ａで上から下に測定して）約１．５ｍｍ〜３．０ｍｍの間、または約０．２５ｍｍ〜７．０ｍｍの間の高さを有してよい。リブ１１５は、約５／１〜２／１の間、または約７／１〜１／７の間の高さ：幅アスペクト比（高さ／幅）を有してよい。リブ１１５は、約１０ｍｍ〜３０ｍｍの間、または約５ｍｍ〜１５０ｍｍの間のピッチを有してよい。リブ１１５は、（図１Ａのページの中に／外に測定して）イオン抵抗性要素１０７の面を越えて伸長する可変の長さを有してよい。リブ１１５の上面と基板１０２の表面の間の距離は、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、基板とおよそ同一の広がりを有する領域の全面にわたって提供されてよい。イオン抵抗性要素１０７内のチャネル／開口部は、隣接するリブ１１５の間に位置決めされてよい、またはリブ１１５を通って伸長してよい（換言すれば、リブ１１５はチャネル付きであっても、チャネル付きではなくてもよい）。いくつかの他の実施形態では、イオン抵抗性要素１０７は、平坦な（たとえば、リブ１１５を含まない）上面を有してよい。上にリブを伴うイオン抵抗性要素を含む、図１Ａおよび図１Ｂに示す電気メッキ装置については、全体が参照により本明細書に組み入れられる、「ＥＮＨＡＮＣＥＭＥＮＴ  ＯＦ  ＥＬＥＣＴＲＯＬＹＴＥ  ＨＹＤＲＯＤＹＮＡＭＩＣＳ  ＦＯＲ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ  ＭＡＳＳ  ＴＲＡＮＳＦＥＲ  ＤＵＲＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＰＬＡＴＩＮＧ（電気メッキ中の効率的な質量輸送のための電解質流体力学の強化）」と題する米国特許第９，５２３，１５５号明細書でさらに論じられている。
【００４１】
装置は、特定の用途で必要なときに、さまざまな追加要素を含んでよい。いくつかの事例では、直交流マニホールド内部に、基板の周囲の最も近くに縁部流れ要素を提供してよい。縁部流れ要素は、基板の縁部近くで高度な電解質の流れ（たとえば、直交流）を促進するように形作られ、位置決めされてよい。縁部流れ要素は、ある種の実施形態では、環状であっても弧状であってよく、方位角的に均一であっても均一ではなくてもよい。縁部流れ要素については、全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１５年１０月２７日に提出された、「ＥＤＧＥ  ＦＬＯＷ  ＥＬＥＭＥＮＴ  ＦＯＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＰＬＡＴＩＮＧ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ（電気メッキ装置用の縁部流れ要素）」と題する米国特許出願公開第１４／９２４，１２４号明細書でさらに論じられている。
【００４２】
いくつかの事例では、装置は、直交流マニホールドを一時的に密封するための密封部材を含んでよい。密封部材は、環状であっても弧状であってもよく、直交流マニホールドの縁部の最も近くに位置決めされてよい。環状密封部材は、直交流マニホールド全体を密封してよく、一方では、弧状密封部材は、直交流マニホールドの一部分を密封してよい（いくつかの事例では、側面流出口を開放したまま残す）。電気メッキ中、密封部材は繰り返し、直交流マニホールドに係合して密封し、直交流マニホールドを切り離して密封を解いてよい。密封部材は、基板ホルダ、イオン抵抗性要素、前側挿入物、または密封部材に係合する装置の他の部分を動かすことにより係合され、切り離されてよい。密封部材、および直交流を変調する方法については、それぞれ全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１６年８月１日に出願された、「ＤＹＮＡＭＩＣ  ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＣＲＯＳＳ  ＦＬＯＷ  ＭＡＮＩＦＯＬＤ  ＤＵＲＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＰＬＡＴＩＮＧ（電気メッキ中の直交流マニホールドの動的変調）」と題する米国特許出願公開第１５／２２５，７１６号明細書、および２０１６年５月２０日に提出された、「ＤＹＮＡＭＩＣ  ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＣＲＯＳＳ  ＦＬＯＷ  ＭＡＮＩＦＯＬＤ  ＤＵＲＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＰＬＡＴＩＮＧ（電気メッキ中の直交流マニホールドの動的変調）」と題する米国特許出願公開第１５／１６１，０８１号明細書でさらに論じられている。
【００４３】
さまざまな実施形態では、１つまたは複数の電解質ジェットを提供して、イオン抵抗性要素の上方に追加電解質を配送してよい。電解質ジェットは、基板の周囲の最も近くに、または基板の中心により近い場所に、または両方に、電解質を配送してよい。電解質ジェットは、任意の位置に配向されてよく、直交流動電解質、衝突電解質、またはそれらの組合せを配送してよい。電解質ジェットについては、全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１７年３月９日に提出された、「ＥＬＥＣＴＲＯＰＬＡＴＩＮＧ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＵＴＩＬＩＺＩＮＧ  ＩＮＤＥＰＥＮＤＥＮＴ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＩＭＰＩＮＧＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＬＹＴＥ（衝突電解質の独立制御を利用する電気メッキ装置および電気メッキ方法）」と題する米国特許出願公開第１５／４５５，０１１号明細書でさらに論じられている。
【００４４】
図１Ａおよび図１Ｂに示す装置の１つの利点は、装置が基板表面全体にわたり２つの異なるタイプの流れを確立することである。イオン抵抗性要素１０７の上方を通って移動する電解質は、基板の表面上に衝突し、直交流マニホールド１１０を通って直交して流れる電解質は、基板の表面全体にわたり剪断変形させる。これらの２つの流れは、組み合わさって高品質のメッキ結果を提供する。しかしながら、ある種の条件の下では、直交流動電解質は、衝突電解質の効果を事実上完全に無効にすることがわかった。これは、イオン抵抗性要素マニホールド１１１の中に入りイオン抵抗性要素１０７を通る電解質の流れと比較して、直交流マニホールド１１０内部の直交流が比較的高度である結果であることもある。
【００４５】
この問題に立ち向かう１つの技法は、異なる時間に装置の異なる部分に電解質を配送することを伴い、それにより、基板をメッキする間にわたって、異なる時間に基板全体にわたり異なる流れが確立される。たとえば、装置は、（ａ）たとえば主に側面注入口１１３に由来する電解質を用いて基板表面に直交流動電解質を配送する第１の流れパターンと、（ｂ）たとえば主にイオン抵抗性要素マニホールド１１１に由来し、イオン抵抗性要素１０７を通って移動する電解質を用いて基板表面に衝突電解質を配送する第２の流れパターンとの間を定期的または間欠的に切り替えてよい。各流れパターンは、ある程度の衝突電解質だけではなく、ある程度の直交流動電解質も提供してよい。しかしながら、側面注入口１１３を通して、およびイオン抵抗性要素マニホールド１１１からイオン抵抗性要素１０７を通して配送される、組み合わせた電解質の流れを考慮するとき、第１の流れパターンでは、より高い割合の流れが側面注入口１１３を通って配送され、一方では、第２の流れパターンでは、より高い割合の流れがイオン抵抗性要素マニホールド１１１から配送される。
【００４６】
いくつかの事例では、異なる流れパターンを使用して、電着材料内で所望の組成を達成してよい。電解質対流の程度は、ある種の金属が電着材料の中に組み入れられる程度に影響を及ぼす可能性がある。たとえば、比較的高度な対流が存在する場合、電着材料の中に銀をより容易に組み入れることができる（たとえば、銅−銀合金またはスズ−銀合金）。したがって、堆積材料の中に比較的多量の銀を組み入れて、維持することが望ましい用途で、本明細書で記述する方法を使用してよい。これらまたは他の事例では、異なる流れパターンを使用して、電気メッキ中に任意の所与の時間に、特徴の形状に基づき調整された流体力学条件を提供してよい。たとえば、特徴が高アスペクト比を有するときには一方の流れパターンまたは１組の流れパターンを使用してよく、特徴がより充填され、その結果、より低いアスペクト比を有するときには別の流れパターンまたは別の１組の流れパターンを使用してよい。いくつかの実施形態では、流れパターンを選んで、（たとえば、特徴の中に深く堆積した材料が、特徴の中により浅く後で堆積した材料を伴う均一な組成を有するように）堆積の間にわたって、堆積した材料の中に（たとえば、銀（または他の金属）の程度が）比較的均一な組成を達成してよい。以下で例について記述する。
【００４７】
図２Ａ〜図２Ｃは、基板１０２の表面近くで、直交流マニホールド１１０内で達成することができる、異なる流れパターンを示すモデル化結果を例示する。基板１０２は、中に形成された特徴１１９を含む。特徴１１９は、基板１０２の表面内で凹状になっている。矢印は、流速ベクトルを表す。図２Ａは、側面注入口１１３を通して電解質がほとんど、またはまったく配送されない状態で、イオン抵抗性要素マニホールド１１１からイオン抵抗性要素１０７を通して直交流マニホールド１１０に電解質が配送されるときに達成される流れパターンを描く。この場合、基板の表面上に衝突する実質的な電解質の流れが存在する。対照的に、図２Ｃは、イオン抵抗性要素マニホールド１１１／イオン抵抗性要素１０７を通して電解質がほとんど、またはまったく配送されない状態で、側面注入口１１３から直交流マニホールド１１０に電解質が配送されるときに達成される流れパターンを描く。この場合、基板の表面全体にわたり実質的な電解質直交流が存在し、衝突流は本質的にまったくない。図２Ｂは、側面注入口１１３とイオン抵抗性要素マニホールド１１１／イオン抵抗性要素１０７の両方を通して直交流マニホールド１１０に電解質が配送されるときに達成される流れパターンを描く。さまざまな実施形態では、単一基板を電気メッキする間にわたって、図２Ａ〜図２Ｃの流れパターンの２つ以上を利用することは有利である。
【００４８】
図３Ａは、図１Ａおよび図１Ｂに示す電気メッキ装置に類似する電気メッキ装置を例示し、簡潔にするために、違いだけについて論じる。図３Ａでは、装置は、装置内部で電解質をどのように配送するかに影響を及ぼす三方弁１２０を含む。三方弁１２０は、少なくとも弁１２０ａおよび１２０ｂを含む。弁１２０ａが開いているとき、電解質は、陰極液注入口１１８から、弁１２０ａを通り、側面注入口１１３を通り、直交流マニホールド１１０を通り（この場合、電解質は、剪断変形させる手法で基板の表面全体にわたって流れる）、側面流出口１１４から出て、堰止壁１０９を越えて進む。弁１２０ｂが開いているとき、電解質は、陰極液注入口１１８から、弁１２０ｂを通り、注水溝１１６を通り、イオン抵抗性要素マニホールド１１１の中に入り、イオン抵抗性要素１０７を通り、直交流マニホールド１１０の中に入り（この場合、電解質は、基板の表面上に衝突する）、側面流出口１１４から出て、堰止壁１０９を越えて進む。弁１２０ａおよび１２０ｂを独立に、または連係して制御してよい。
【００４９】
図３Ｂは、弁１２０ａが開き、かつ弁１２０ｂが閉じたときに直交流マニホールド１１０内部で達成される一般的な流れパターンを示す。この場合、基板表面での電解質の流れは、主として直交流動電解質である。イオン抵抗性要素１０７を通してイオン抵抗性要素マニホールド１１１に配送されている電解質はほとんど、またはまったくないので、基板表面上の衝突流は比較的にほとんどない。対照的に、図３Ｃは、弁１２０ａが閉じて、かつ弁１２０ｂが開いているときに達成される流れパターンを示す。この場合、基板表面での電解質の流れは、主として衝突電解質である。側面注入口１１３を通して配送されている電解質はほとんど、またはまったくないので、基板表面上の直交流は比較的にほとんどない。
【００５０】
さまざまな実施形態では、電気メッキ中に三方弁１２０を動作させて、単一基板をメッキする間にわたって、異なる流れパターンを確立する。一例では、電気メッキ処理の少なくとも一部分の間に三方弁１２０を動作させて、図３Ｂに示す流れパターンと図３Ｃに示す流れパターンの間で周期的に変化させる。この場合、弁１２０ａは、弁１２０ｂが閉じたときに開き、逆もまた同様である。別の実施形態では、弁１２０ａは、電気メッキする間にわたって開いたままであり、一方では、弁１２０ｂは、電気メッキする間にわたって開閉する。別の実施形態では、弁１２０ｂは、電気メッキする間にわたって開いたままであり、一方では、弁１２０ａは、電気メッキする間に開閉する。別の実施形態では、弁１２０ａおよび弁１２０ｂは、それぞれ電気メッキする間にわたって開いたままであり、弁の一方または両方は、電気メッキする間にわたって部分的に閉じて、再度開く。弁を部分的に閉じることにより、弁を通る電解質の流れは低減されるが、止まるわけではない。
【００５１】
表１は、弁１２０ａおよび１２０ｂを制御することにより確立することができる異なるタイプの流れパターンのさまざまな例を提供する。一般に、直交流の程度は、側面注入口１１３に配送される電解質の流れを制御する弁１２０ａの位置により決定される。衝突流の程度は、（ａ）注水溝１１６に配送される電解質の流れを制御する弁１２０ｂの位置により、さらにまた（ｂ）弁１２０ａの位置により決定される。側面注入口１１３を通して配送される高度な流動電解質が、イオン抵抗性要素１０７を通して配送される衝突電解質を完全に無効にするように作用する可能性があるので、衝突流の程度は、弁１２０ａの位置により影響を受ける。逆に、衝突流が実質的に存在しない場合でさえ、高度な直交流を維持することができる。
【表１】
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【００５２】
電気メッキ中に三方弁１２０を動作させて、本明細書で記述する流れパターンの任意の２つ以上の間を定期的にまたは間欠的に切り替えてよい。
【００５３】
図４Ａは、図３Ａに示す電気メッキ装置に類似する電気メッキ装置を例示し、簡潔にするために、違いだけについて論じる。図４Ａの装置は、イオン抵抗性要素１０７のリブ１１５内に形成された複数の電解質ジェット１２５に電解質を配送する電解質導管１２２を含む。図４Ａに示すリブ１１５は、図３Ａのリブ１１５と比較してより広く、かなり離れているが、電解質ジェット１２５を図示するためにそうしている。別の実施形態では、図３Ａに示すリブ１１５に類似する、より薄く、相互により接近したリブ１１５の中に電解質ジェット１２５を形成してよい。
【００５４】
図４Ａでは、電解質導管１２２は、膜フレーム１０６内に、かつイオン抵抗性要素１０７内に形成される。電解質導管１２２は、流体接合部１２３と流体でつながっている。流体接合部１２３は、弁１２０ｂが開いているときに電解質を受け取る。いくつかの事例では、流体接合部１２３は、弁１２０に類似する自分自身の弁（たとえば、三方弁、図示せず）を含む。他の事例では、この弁は、図４Ａに示すように、省略されてよい。流体接合部１２３に弁を含むとき、その弁を使用して、電解質導管１２２および注水溝１１６に電解質を配送するのを独立に制御することができる。
【００５５】
電解質ジェット１２５は、基板の表面に衝突電解質を配送する。電解質ジェット１２５の１つの利点は、リブ１１５の最上部表面が基板１０２の表面に最も近いために、電解質ジェット１２５が基板表面の非常に近くに電解質を配送することである。この例では、電解質ジェット１２５は、イオン抵抗性要素内の他の開口部（たとえば、イオン抵抗性要素１０７の持ち上がっていない／リブ化されていない平坦な部分の上にある開口部）と比較して基板の表面にかなりより近くに電解質を配送する。その結果、衝突電解質が直交流マニホールド１１０内の直交流動電解質により圧倒される／完全に無効にされることなく、基板１０２の表面に到達するのを確実にすることは、より容易である。
【００５６】
図４Ａに示すように電解質ジェット１２５を提供する別の利点は、電解質ジェット１２５が、陽極１０４から電気的に分離された電解質を配送することである。対照的に、イオン抵抗性要素１０７を通して配送された、イオン抵抗性要素マニホールド１１１に由来する電解質は、陽極１０４と電気的につながっている。陽極から電気的に分離された電解質を配送する電解質ジェット１２５を含むことにより、装置内部の電解質の流れおよび電流分布をそれぞれ最適化することができる。同様に、適切な位置に（たとえば、電解質導管１２２とイオン抵抗性要素マニホールド１１１の両方に電解質を配送するのに影響を及ぼす場所に、たとえば、流体接合部１２３に）弁を含むことにより、電気メッキする間にわたって基板の表面で電解質の流れおよび電流分布の程度およびタイミングを細かく制御することが可能になる。
【００５７】
図４Ｂ〜図４Ｄは、上に形成された直線状リブ１１５を有するイオン抵抗性要素１０７のクローズアップ斜視図を例示し、リブ１１５は、電解質ジェット１２５を形成するように適合される。各事例では、イオン抵抗性要素１０７は、（１）貫通孔１２６および（２）電解質ジェット１２５という２つのタイプの開口部を含む。貫通孔１２６により、電解質は、イオン抵抗性要素マニホールド１１１からイオン抵抗性要素１０７を通って直交流マニホールド１１０の中に移動することができるようになる。貫通孔１２６はまた、チャネルまたは細孔とも呼ばれることがある。貫通孔１２６は、陽極１０４と電気的につながっている電解質を提供し、一方では、電解質ジェット１２５は、陽極１０４と電気的につながっていない電解質を提供する。図４Ｂでは、電解質は、電解質ジェット１２５を通して配送されるが、貫通孔１２６を通して配送されない。これは、弁１２０ｂを確実に開くことにより達成することができるが、一方では、流体接合部１２３にある弁（図示せず）により、電解質は、電解質導管１２２の中に進むことができるようになるが、注水溝１１６の中に進むことができるようにならない。その結果、直交流マニホールド１１０の中に配送された電解質は、陽極１０４から実質的に電気的に分離される（しかし、陽極１０４と電気的につながっている一部の電解質は、電解質がイオン抵抗性要素マニホールド１１１に能動的に配送されていないときでさえ、イオン抵抗性要素１０７を通って直交流マニホールド１１０の中に漏れることがある）。図４Ｃでは、電解質は、貫通孔１２６を通って配送されるが、電解質ジェット１２５を通して配送されない。これは、弁１２０ｂを確実に開くことにより達成することができるが、一方では、流体接合部１２３にある弁（図示せず）により、電解質は、注水溝１１６の中に進むことができるようになるが、電解質導管１２２の中に進むことができるようにならない。図４Ｄでは、電解質は、電解質ジェット１２５と貫通孔１２６の両方を通って直交流マニホールド１１０の中に配送される。これは、弁１２０ｂを開き、かつ（ａ）流体接合部１２３に弁を提供しない、または（ｂ）流体接合部１２３にある弁（図示せず）を開いて、電解質が流体導管１２２と注水溝１１６の両方の中に進むことができるようにすることを確実にすることにより達成することができる。
【００５８】
図４Ｅ〜図４Ｇは、図４Ａ〜図４Ｄに示すようなイオン抵抗性要素１０７の横断面図を例示する。図４Ｅは、図４Ｂに類似する、電解質ジェット１２５を通る電解質の流れを描く。図４Ｆは、図４Ｃに類似する、貫通孔１２６を通る電解質の流れを示す。図４Ｇは、図４Ｄに類似する、電解質ジェット１２５と貫通孔１２６の両方を通る電解質の流れを示す。図４Ｈは、電解質の流れが直交流として側面注入口１１３に由来する直交流マニホールド１１０を通る電解質の流れを例示する。これらの流れを特定の用途のために望むように組み合わせてよいことが理解される。
【００５９】
図４Ｉは、図４Ａ〜図４Ｈに示すようなイオン抵抗性要素１０７の一部分のクローズアップ上面図を例示する。電解質ジェット１２５は、リブ１１５上に提供され、貫通孔１２６は、イオン抵抗性要素１０７のリブ化されていない平坦な部分の上に提供される。
【００６０】
図４Ｊは、図４Ａ〜図４Ｉに関して記述したようなイオン抵抗性要素１０７のクローズアップ横断面図を描く。この図では、チャンバ１２８を見ることができる。チャンバ１２８は、イオン抵抗性要素１０７の長さに沿ってリブ１１５と平行に伸びている。図４Ｊでは、チャンバ１２８は、ページの中に／ページから外に伸長する。チャンバ１２８は、電解質導管１２２、または陽極１０４から電気的に分離した別の電解質源により（またはそれと一体化して）供給を受けてよい。チャンバ１２８は、電解質ジェット１２５に電解質を配送する。一例では、穴をあけることによりチャンバ１２８を形成してよく、この場合、穴をあけた後、床部１２９を取り付けてよい。別の例では、３Ｄ印刷技法によってイオン抵抗要素１０７を形成してよく、この場合、チャンバ１２８に穴をあける必要はまったくない。
【００６１】
図４Ｋ〜図４Ｍは、図４Ａ〜図４Ｊに関して記述したように、中に形成された異なる形状の電解質ジェット１２５を有するリブ１１５の上面図を描く。図４Ｋでは、電解質ジェット１２５の開口部は円形である。図４Ｌでは、電解質ジェット１２５の開口部は卵形であり、卵形の最長寸法は、リブ１１５の長さ／最長寸法と平行である。図４Ｍでは、電解質ジェット１２５の開口部は長方形であり、長方形の最長寸法は、リブ１１５の長さ／最長寸法と平行である。さらにまた、電解質ジェット１２５のために他の開口部形状およびサイズを使用してよい。
【００６２】
図４Ｎおよび図４Ｏは、電解質ジェット１２５を含むリブ１１５を有するイオン抵抗性要素１０７の上面図（図４Ｎ）および横断面図（図４Ｏ）を描く。これらの図は、ある種の実施形態に従ってリブ／電解質ジェットに、およびその内部に電解質をどのように配送するかを描く。明確にするために、イオン抵抗性要素１０７の厚さを通って伸長する（イオン抵抗性要素マニホールドからイオン抵抗性要素を通って直交流マニホールドの中に電解質を配送する）貫通孔は省かれている。この例では、各リブ１１５は、リブ１１５の長さに沿って伸長するチャンバ１２８を含む。図４Ｊのページの中に／ページから外に伸長する類似のチャンバ１２８を示す。チャンバ１２８は、複数の電解質ジェット１２５に電解質を配送する。図４Ｎおよび図４Ｏでは、各リブ１１５内のチャンバ１２８は、第１の電解質ジェット注入口１３０ａおよび第２の電解質ジェット注入口１３０ｂから電解質の供給を受ける。第１の電解質ジェット注入口１３０ａおよび第２の電解質ジェット注入口１３０ｂは、リブ１１５の反対側に位置決めされる。類似の実施形態では、１組の電解質ジェット注入口１３０ａまたは１３０ｂを、リブ１１５の中を流れる過剰な電解質を受け取って、過剰な電解質を電気メッキ装置内部の別のチャネルまたは区域に（たとえば、過剰な電解質を受け取って、メッキチャンバから過剰な電解質を即座に取り除くチャネルに、またはイオン抵抗性要素マニホールドに、または直交流マニホールドになど）配送する電解質ジェット流出口と交換してよい。さまざまな電解質ジェット注入口１３０ａおよび１３０ｂは、側面注入口１１３内のさまざまな個々の注入口に供給するマニホールドに類似する１つまたは複数の共通の電解質ジェット注入口マニホールド（図示せず）から供給を受けてよい。電解質ジェット流出口は、それを使用する場合、接続されたマニホールドに同様に供給してよい。イオン抵抗性要素１０７内に、または膜フレーム、前側導入物、後ろ側挿入物、もしくはイオン抵抗性要素１０７の周囲近くに位置決めされたハードウェアの別の部分などの別の構成要素内に、電解質ジェット注入口（および流出口）マニホールドを形成してよい。
【００６３】
本明細書のさまざまな図は、上にリブ１１５を有するイオン抵抗性要素１０７を例示し、リブは、リブの最長寸法（たとえば、リブの長さ）が、直交流動電解質の方向に垂直になる（たとえば、側面注入口１１３と側面流出口１１４の間の方向に垂直になる）ように配向される。図５Ａは、リブ１１５がこの手法で配向されたイオン抵抗性要素１０７の上面図を示す。いくつかの事例では、リブ１１５を別様に配向してよい。図５Ｂに示す例では、リブ１１５は、直交流動電解質の向きに平行に配向される。図５Ａに示す配向の１つの利点は、電解質が、側面注入口１１３から側面流出口１１４まで移動するとき、リブ１１５の各々を越えて進まなければならないことである。これにより、各リブ１１５の上方にある領域内で高速の電解質直交流が達成される。図５Ｂに示す配向の１つの利点は、隣り合ったリブ１１５の間に形成されたチャネル内で直交流が遮断されないことである。リブ１１５内に形成された電解質ジェット１２５（図５Ａまたは図５ｂに図示せず）を通して衝突流を配送することができる。基板を回転させたとき、基板の各部分は、（ａ）（たとえば、隣り合ったリブ１１５の間に形成されたチャネルの上方／最も近くにあるときに）直交流動電解質に、および（ｂ）（たとえば、リブ１１５の上方／最も近くにあるときに）衝突電解質に、周期的暴露を受ける。この周期的暴露は、リブ１１５が直交流の方向と一直線に合ったとき、特に顕著である。本明細書で記述する実施形態のいずれも、図５Ａに示すようにリブを配向するように修正することができる。
【００６４】
電解質導管１２２およびイオン抵抗性要素マニホールド１１１への流体配送を制御する弁（たとえば、流体接合部１２３にある弁）と組み合わせて電解質導管１２２／電解質ジェット１２５を提供する場合、装置内で達成することができる流れパターンの数は、実質的に増加する。表１を参照すると、たとえば、流体接合部１２３にある弁が、注水溝１１６に電解質を配送できるようにするが、電解質導管１２２に配送できるようにしないことを確実にすることにより、表に示す流れパターンの各々を達成することができる。追加で、表に示す各流れパターンを修正して、（ａ）流体接合部１２３にある弁が、電解質導管１２２の中へ電解質を配送できるようにするが、注水溝１１６に配送できるようにしないことを確実にすることにより、（ｂ）（存在する場合には）流体接合部１２３にある弁が、流体導管１２２および注水溝１１６の中へ電解質を配送できるようにすることを確実にすることにより、ならびに（ｃ）流体接合部１２３にある弁を部分的に開いて、電解質導管１２２および／または注水溝１１６の中へ低減された流れを可能にすることによりなど、異なる流れパターンを提供することができる。多くの異なる流れパターン、および流れパターンの組合せを使用することができる。
【００６５】
図３Ａおよび図４Ａでは、電気メッキ装置内部の特定の位置にある弁１２０を例示しているが、そのような弁を（たとえば、側面注入口１１３を通して）イオン抵抗性要素の上方とイオン抵抗性要素の下方の両方への（たとえば、いくつかの事例では注水溝１１６を通して、たとえばイオン抵抗性要素マニホールド１１１の中にも）電解質の流れを制御することができる限り、別の場所に提供してよいことが理解される。典型的には、これらの流れを制御する弁は、メッキチャンバの内側から遠隔に位置する。図３Ａおよび図４Ａに示す弁１２０の場所は、弁１２０が側面注入口１１３とイオン抵抗性要素マニホールド１１１の両方の近くにあるので、特に有用である。したがって、弁１２０（または同様に、関連する電解質の流れの近くにある流体接合部１２３に位置決めされた弁）に関する設定を変更したとき、装置内部の電解質の流れは、急速に変化する。関連する弁が装置の関連する部分からさらに離れた場所に位置決めされた場合、電解質の流れは、弁設定の変化に、よりゆっくりと応答することがある。
【００６６】
いくつかの実施形態では、一方の流れパターンまたはメッキ開始近くの流れパターンの組合せ、および別の流れパターンまたはメッキ終わり近くの流れパターンの組合せの方を好むことは有益であることがある。たとえば、高アスペクト比を有する凹状特徴は、電解質の流れが直交流により支配される条件の下で、よりよく充填されることがあるが、一方では、低アスペクト比を有する凹状特徴は、（たとえば、電解質の流れが直交流によりほとんど支配されないように）比較的多量の衝突流が存在する条件の下で、よりよく充填されることがある。少なくともこれらの理由で、最適な電解質の流れパターンは、特徴の形状が変化するとき、メッキする間にわたって変化してよい。
【００６７】
さまざまな例では、中に形成された高アスペクト比の特徴を有する基板は、２つの異なるメッキレジームの下でメッキされる。各メッキレジームは、本明細書で記述する１つまたは複数の流れパターンを利用してよい。（たとえば、メッキ開始に向けた）第１のメッキレジームの間、１つまたは複数の流れパターンを使用し、その流れパターンの少なくとも１つは、比較的高度な直交流動電解質を提供する。（たとえば、メッキ終わりに向けた）第２のメッキレジームの間、１つまたは複数の流れパターンを使用し、その流れパターンの少なくとも１つは、（第１の流れレジームで使用する流れパターンと比較して）比較的より低度な直交流動電解質および／または比較的より多量の衝突電解質を供給する。
【００６８】
図７Ａは、基板に電気メッキする方法の流れ図を提示する。方法は、動作７０１から始まり、動作７０１で、電気メッキ装置内で電解質の中に基板を浸漬する。電気メッキ装置は、さまざまな実施形態では、図３Ａまたは図４Ａに示すようなものであってよい。次に、動作７０３に続く。第１の流れパターンに従って電解質を流しながら、基板の上に材料を電気メッキする。流れパターンは、電気メッキ装置の幾何形状、ならびに電気メッキ装置に電解質を配送するのを制御するさまざまな弁およびポンプの設定により決定される。図３Ａおよび図４Ａを参照すると、弁１２０関連の設定、および（存在する場合には）流体接合部１２３にある弁関連の設定は、特に関連がある。第１の流れパターンを使用して基板の上に材料を電気メッキした後、方法は動作７０５に続き、動作７０５で、弁設定を部分的に変えて、第２の流れパターンに従って電解質を流しながら、基板の上に材料を電気メッキする。第２の流れパターンは、弁設定を変えたために、第１の流れパターンと異なる。第１の流れパターンも第２の流れパターンも、本明細書で記述する任意の流れパターンとすることができ、電解質は、陰極液注入口１１８から、（ａ）側面注入口１１３、（ｂ）たとえば注水溝１１６を通してイオン抵抗性要素マニホールド１１１、および（ｃ）電解質導管１２２／電解質ジェット１２５のうち任意の１つまたは複数に配送される。これらの流れのいずれかを増大させる／低減することにより、電気メッキ装置内部の流れパターンは変化する。一例では、第２の流れパターンは、第１の流れパターンと比較して基板表面で比較的より多量の衝突流を、および／または基板表面で比較的より低度の直交流を確立する。しかしながら、多くの組合せの流れパターンが可能である。次に動作７０７で、電解質から基板を取り除く。
【００６９】
類似の例では、電気メッキ中に電気メッキ装置内で第１の流れパターンおよび第２の流れパターンが周期的に確立されるように動作７０３および７０５を反復してよい。別の例では、動作７０５の後かつ動作７０７の前に、追加の流れパターン（たとえば、第３の流れパターン、第４の流れパターンなど）を確立してよい。
【００７０】
図７Ｂは、基板に電気メッキする方法の別の流れ図を提示する。この例では、２つの異なるメッキレジームを使用する。各メッキレジームの間に、電気メッキ装置内部で１つまたは複数の流れパターンを確立してよい。単一メッキレジームの間に２つ以上の流れパターンを使用する場合、そのメッキレジームの間に複数の流れパターンを一緒に反復してよい。方法は、動作７０１から始まり、動作７０１で、電解質の中に基板を浸漬する。次に、動作７１１で、第１のメッキレジームに従って電解質を流しながら、基板の上に材料を電気メッキする。動作７１１を達成するために、いくつかのステップを行ってよい。最初に、ステップ７１２で、弁設定を設定して、または部分的に変えて、第１の流れパターンを確立する。図３Ａおよび図４Ａを参照すると、弁１２０関連の設定、および（存在する場合には）流体接合部１２３にある弁関連の設定は、特に関連がある。次に、ステップ７１４で、第１のメッキレジームの間に流れパターン反復が望ましいかどうかを判断する。反復が望ましくない場合、方法はステップ７１６に続き、ステップ７１６で、第１のメッキレジームの終わりまで第１の流れパターンを維持する。反復が望ましい場合、方法は動作７１８に続き、動作７１８で、弁設定を部分的に変えて、第２の流れパターンを確立する。第１のメッキレジームの終わりまで、（たとえば、必要に応じて弁設定を反復することにより）第１の流れパターンおよび第２の流れパターンを一緒に反復する。
【００７１】
第１のメッキレジームが完了した後、方法は、第２のメッキレジームに従って電解質を流しながら、基板の上に材料を電気メッキすることにより動作７１９に続く。第２のメッキレジームを完了するために、第１のメッキレジームに類似するいくつかのステップを行ってよい。ステップ７２２で、弁設定を部分的に変えて、第３の流れパターンを確立する。ステップ７２４で、第２のメッキレジームの間に流れパターン反復を決定するかどうかを判断する。反復が望ましくない場合、方法はステップ７２６に続き、ステップ７２６で、第２のメッキレジームの終わりまで第３の流れパターンを維持する。反復が望ましい場合、方法は動作７２８に続き、動作７２８で、弁設定を部分的に変えて、第４の流れパターンを確立する。第２のメッキレジームの終わりまで、（たとえば、必要に応じて弁設定を反復することにより）第３の流れパターンおよび第４の流れパターンを一緒に反復する。次に、動作７０７で、電解質から基板を取り除く。
【００７２】
図７Ｂは、２つのメッキレジームだけを示すが、任意の数のメッキレジームを使用してよい。同様に、図７Ｂは、各メッキレジーム中に最大２つまでの流れパターンだけを示すが、単一のメッキレジーム中に任意の数の流れパターンを使用してよい。
【００７３】
単一のメッキレジーム中に２つ以上の流れパターンを使用する場合、ステップ７１８からステップ７１２を連結する矢印およびステップ７２８からステップ７２２を連結する矢印が示すように、流れパターンを反復して切り替えて、関連する流れパターンを複数回反復してよい。単一のメッキレジーム内に流れパターンを反復する場合、流れパターンを変更する頻度（たとえば、流れパターンを制御する１つまたは複数の弁を切り替える頻度）は、約０．５回〜２回／秒または約０．１回〜１０回／秒であってよい。各流れパターンで費やす継続時間（たとえば、関連する各１組の弁設定で費やす継続時間）は、均一であっても、均一ではなくてもよく、特定のメッキレジーム内で、または異なるメッキレジームの間で、経時的に増大しても、低減してもよい。第１の流れパターンを利用する第１のメッキレジームの下で、次いで第２の流れパターンと第３の流れパターンの間で切り替わる第２のメッキレジームの下で、基板をメッキする一例では、第２の流れパターンの各繰り返しで費やす継続時間は、第３の流れパターンの各繰り返しで費やす継続時間より短くてよい、長くてよい、またはその継続時間と同じであってよい。一方のメッキレジームが別のメッキレジームに切り替わる時点を、特徴の瞬時アスペクト比、特徴の瞬時深さ、基板に渡される電荷または電荷密度の量などを含むがそれらに限定されないさまざまな特性に基づき選択してよい。たとえば、しきい値アスペクト比に到達したとき、しきい値特徴深さに到達したとき、電荷または電荷密度のしきい値量に到達したときなど、処理を一方のメッキレジームから別のメッキレジームに切り替えてよい。一例では、比較的より多量の直交流を提供する第１のメッキレジームは、基板上の特徴がしきい値アスペクト比に到達したとき、比較的より多量の衝突流を提供する第２のメッキレジームに切り替わる。
【００７４】
図３Ａを参照して、特定の例について記述する。この例では、２つの異なるメッキレジームの下で基板１０２にメッキする。メッキ開始に向かう第１のメッキレジームの間、高度の直交流を達成するように、弁１２０ａを完全に開く。注水溝１１６を通してイオン抵抗性要素マニホールド１１１に電解質を配送するのを制御する弁１２０ｂは、完全に開いても、部分的に開いても、閉じてもよい。高度の直交流は、基板１０２上の高アスペクト比の特徴を充填するのに役立つ。特徴を充填するにつれ、特徴のアスペクト比は低減し、より大量の衝突流を提供することが好ましいことがある。その結果、メッキ終わりに向かう第２のメッキレジームの間、弁１２０を制御して、適度な、または高度な衝突流を絶えず、または定期的に達成する。たとえば、第２のメッキレジームの間、弁１２０を制御して、直交流がほとんど、またはまったくなく、かつ適度の、または高度の衝突流が存在するように、表１の流れパターン５または８を達成してよい。別の例では、第２のメッキレジームの間、弁１２０を制御して、（ａ）流れパターン５または８と（ｂ）流れパターン１〜８のいずれかの間を切り替えてよい。別の例では、図４Ａの装置を使用し、第２のメッキレジームの間に達成された少なくとも１つの流れパターンは、電解質ジェット１２５を通して電解質を配送することを伴う。
電気メッキシステム
【００７５】
本明細書で記述する方法を、任意の適切なシステム／装置により遂行してよい。適切な装置は、処理動作を達成するためのハードウェア、および本実施形態による処理動作を制御するための命令を有するシステムコントローラを含む。たとえば、いくつかの実施形態では、ハードウェアは、処理ツールに含まれる１つまたは複数の処理ステーションを含んでよい。
【００７６】
図６は、例示的電着装置の概略の上面図を示す。電着装置６００は、３つの分離した電気メッキモジュール６０２、６０４、および６０６を含むことができる。電着装置６００はまた、さまざまな処理動作のために構成された、３つの分離したモジュール６１２、６１４、および６１６を含むことができる。たとえば、いくつかの実施形態では、モジュール６１２、６１４、および６１６の１つまたは複数は、スピンすすぎ洗浄（ｓｐｉｎ  ｒｉｎｓｅ  ｄｒｙｉｎｇ、ＳＲＤ）モジュールであってよい。他の実施形態では、モジュール６１２、６１４、および６１６の１つまたは複数は、電気充填後モジュール（ｐｏｓｔ−ｅｌｅｃｔｒｏｆｉｌｌ  ｍｏｄｕｌｅ、ＰＥＭ）であってよく、それぞれ、縁部ベゼル除去、裏側エッチング、および電気メッキモジュール６０２、６０４、および６０６の１つにより基板を処理した後の、基板の酸洗浄などの機能を遂行するように構成される。
【００７７】
電着装置６００は、中央電着チャンバ６２４を含む。中央電着チャンバ６２４は、電気メッキモジュール６０２、６０４、および６０６内で電気メッキ溶液として使用する化学溶液を保持するチャンバである。電着装置６００はまた、電気メッキ溶液のための添加物を貯蔵し、配送してよいドーシング（ｄｏｓｉｎｇ）システム６２６を含む。化学希釈モジュール６２２は、エッチング液として使用すべき化学物質を貯蔵し、混合してよい。濾過およびポンピングユニット６２８は、中央電着チャンバ６２４のために電気メッキ溶液をフィルタ処理し、電気メッキモジュールにポンプで送り込む。
【００７８】
システムコントローラ６３０は、電着装置６００を動作させるために必要とされる電子制御およびインタフェース制御を提供する。システムコントローラ６３０（１つまたは複数の物理コントローラおよび論理コントローラを含んでよい）は、電気メッキ装置６００の属性の一部またはすべてを制御する。
【００７９】
処理を監視するための信号は、システムコントローラ６３０のアナログおよび／またはデジタルの入力接続により、さまざまな処理ツールセンサから提供されてよい。処理を制御するための信号を、処理ツールのアナログおよびデジタルの出力接続上に出力してよい。監視してよい処理ツールセンサの限定しない例は、質量流コントローラ、（圧力計などの）圧力センサ、熱電対、光学式位置センサなどを含む。これらのセンサから得られるデータと共に、適切にプログラムされたフィードバックおよび制御のアルゴリズムを使用して、処理条件を維持してよい。
【００８０】
ハンド・オフ・ツール６４０は、カセット６４２またはカセット６４４などの基板カセットから基板を選択してよい。カセット６４２または６４４は、ＦＯＵＰ（ｆｒｏｎｔ  ｏｐｅｎｉｎｇ  ｕｎｉｆｉｅｄ  ｐｏｄ、前面開口式一体型ポッド）であってよい。ＦＯＵＰは、制御された環境で基板を確実かつ安全に保持して、適合するロードポートおよびロボット取扱いシステムを具備するツールにより処理または測定するために基板を取り除くことができるようにするように設計された密閉箱である。ハンド・オフ・ツール６４０は、真空取付具または何らかの他の取付機構を使用して基板を保持してよい。
【００８１】
ハンド・オフ・ツール６４０は、ウエハ取扱いステーション６３２、カセット６４２もしくは６４４、移送ステーション６５０、または露光装置６４８に接続して動作してよい。移送ステーション６５０から、ハンド・オフ・ツール６４６は、基板にアクセスできてよい。移送ステーション６５０は、ハンド・オフ・ツール６４０および６４６が露光装置６４８を通り抜けることなく基板を渡してよいスロットまたは位置にあってよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、電気メッキモジュールに精度よく配送するためにハンド・オフ・ツール６４６上で基板を適切に一直線に合わせるのを確実にするために、ハンド・オフ・ツール６４６は、露光装置６４８と基板を一直線に合わせてよい。ハンド・オフ・ツール６４６はまた、電気メッキモジュール６０２、６０４、もしくは６０６の１つに、またはさまざまな処理動作のために構成された、３つの分離したモジュール６１２、６１４、もしくは６１６の１つに、基板を配送してよい。
【００８２】
上記で記述した方法による処理動作のある例は、（１）電気メッキモジュール６０４内で基板の上に銅または他の材料を電着させ、（２）モジュール６１２内のＳＲＤで基板をすすいで、乾燥させ、（３）モジュール６１４内で縁部ベゼル除去を遂行するように進んでよい。
【００８３】
順次のメッキ、すすぎ、乾燥、およびＰＥＭ処理動作を通して基板を効果的に循環させることができるようにするように構成された装置は、製造環境で使用するために実装するのに有用であることがある。これを達成するために、モジュール６１２をスピンすすぎ乾燥装置および縁部ベゼル除去チャンバとして構成することができる。そのようなモジュール６１２を用いる場合、銅メッキおよびＥＢＲ動作のために電気メッキモジュール６０４とモジュール６１２の間で基板を移送する必要があるだけである。いくつかの実施形態では、本明細書で記述する方法を、電気メッキ装置およびステッパを備えるシステム内に実装する。
システムコントローラ
【００８４】
いくつかの実装形態では、コントローラは、上述の例の一部であってよいシステムの一部である。そのようなシステムは、１つもしくは複数の処理ツール、１つもしくは複数のチャンバ、処理するための１つもしくは複数のプラットフォーム、および／または特有の処理構成要素（ウエハペダル、ガス流システムなど）を含む半導体処理設備を備えることができる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは半導体基板を処理する前、その間、およびその後に自身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、１つまたは複数のシステムのさまざまな構成要素または下位区分を制御してよい「コントローラ」と呼ばれることがある。処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、コントローラをプログラムして、処理ガスの配送、温度設定（たとえば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、出力設定、無線周波数（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体配送設定、位置および動作の設定、ツールおよび他の移送ツールの中へ、およびそれらからのウエハ移送、ならびに／または特有のシステムに接続された、もしくはそれとインタフェースをとるロードロックを含む、本明細書で開示する処理のいずれも制御してよい。
【００８５】
大まかに言って、コントローラは、さまざまな集積回路、論理回路、メモリ、および／または命令を受け取り、命令を発行し、動作を制御し、クリーニング動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどを行うソフトウェアを有する電子回路として規定されてよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形をとるチップ、デジタル・シグナル・プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ）として規定されるチップ、および／またはプログラム命令（たとえば、ソフトウェア）を実行するマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラを１つもしくは複数含んでよい。プログラム命令は、半導体ウエハ上での、もしくは半導体ウエハのための、またはシステムに対する特定の処理を行うための動作パラメータを規定するさまざまな個々の設定（またはプログラムファイル）の形でコントローラに伝達され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では、１つもしくは複数の層、材料、金属、酸化物、ケイ素、酸化ケイ素、表面、回路、および／またはウエハのダイを製作する間、１つまたは複数の処理ステップを達成するために処理技術者により規定されたレシピの一部であってよい。
【００８６】
コントローラは、いくつかの実装形態では、システムと一体化された、システムに連結された、システムに他の方法でネットワーク化された、またはそれらを組合せたコンピュータの一部であってよい、またはそのコンピュータに結合されてよい。たとえば、コントロ−ラは、「クラウド」の中にあってよい、または半導体工場のホストコンピュータシステムのすべて、もしくは一部であってよく、これにより、ウエハ処理の遠隔アクセスを可能にすることができる。コンピュータは、製作動作の現在の進展を監視し、過去の製作動作の履歴を調べ、複数の製作動作から傾向または性能指標を調べるためにシステムに遠隔でアクセスして、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理ステップを設定可能にする、または新しい処理を開始可能にする。いくつかの例では、遠隔コンピュータ（たとえば、サーバ）は、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでよいネットワークを介してシステムに処理レシピを提供することができる。遠隔コンピュータは、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フェースを含んでよく、パラメータおよび／または設定は、次いで、遠隔コンピュータからシステムに伝達される。いくつかの例では、コントローラは、１つまたは複数の動作の間に遂行すべき処理ステップごとにパラメータを指定する、データの形をとる命令を受け取る。パラメータは、遂行すべき処理のタイプ、およびコントローラがインタフェースをとる、または制御するように構成されたツールのタイプに特有であってよいことを理解されたい。したがって、上記で記述したように、コントローラは、本明細書で記述する処理および制御などの共通の目的に向かって作動する、一緒にネットワーク化された１つまたは複数の別個のコントローラを備えることによるなど、分散させられてよい。そのような目的のための分散コントローラのある例は、チャンバ上の処理を制御するために組み合わせる（プラットフォームレベルで、または遠隔コンピュータの一部としてなどで）遠隔に位置する１つまたは複数の集積回路と通信状態にある、チャンバ上の１つまたは複数の集積回路である。
【００８７】
限定することなく、例示のシステムは、プラズマ・エッチング・チャンバまたはモジュール、堆積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、ベベル縁部エッチングチャンバまたはモジュール、物理蒸着法（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層堆積（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｅｔｃｈ、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製作および／または製造に関連づけられてよい、またはそれで使用されてよい、任意の他の半導体処理システムを含んでよい。
【００８８】
上記で指摘したように、ツールにより遂行すべき１つまたは複数の処理ステップに応じて、コントローラは、他のツール回路もしくはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインタフェース、近接したツール、隣接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または半導体製造工場内のツールの場所および／またはロードポートとの間でウエハの容器を運ぶ材料搬送で使用するツールのうち１つまたは複数と通信してよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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４Ｍ】
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【図４Ｎ】
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【図４Ｏ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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