CN111630211B - 控制在电化学镀敷设备上的镀敷电解液浓度 - Google Patents

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Abstract

公开了在衬底用的电化学镀敷设备上控制镀电解液浓度的方法与电镀系统。一种方法包含：(a)将电镀溶液提供至电镀系统；(b)在衬底被保持于电镀系统的电镀槽的阴极室内时，将金属电镀到衬底上；(c)经由补充溶液入口，将补充溶液供应至电镀系统；以及(d)经由辅助电镀溶液入口，将辅助电镀溶液供应至电镀系统。辅助电镀溶液包含电镀溶液中的一些或全部成分。辅助电镀溶液的至少一种成分具有与其目标浓度明显偏离的浓度。

Description

控制在电化学镀敷设备上的镀敷电解液浓度
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年11月1日提交的名称为“CONTROLLING PLATING ELECTROLYTECONCENTRATION ON AN ELECTROCHEMICAL PLATING APPARATUS”美国临时申请No.62/580,390的权益，其通过引用整体并入本文并且用于所有目的。
技术领域
本公开涉及电镀溶液浓度的控制，尤其涉及在电化学电镀设备上针对半导体衬底执行的这种控制。
背景技术
为了集成电路生产的金属化，电化学沉积工艺被广泛地使用在半导体工业中。一种这样的应用为铜(Cu)电化学沉积，此可包含将Cu线沉积到预先形成在介电层中的沟槽和/或通孔内。在该工艺中，通过利用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)，将薄的附着金属扩散阻挡膜预先沉积到表面上。然后，一般通过PVD沉积工艺，将铜的薄晶种层沉积在该阻挡层的顶部上。接着，通过电化学沉积工艺，以Cu电化学地填充特征(通孔与沟槽)，在该电化学沉积工艺期间，铜阴离子被电化学地还原成铜金属。
发明内容
在具有隔离的阳极电解液与阴极电解液部分的电化学电镀设备中，可通过将辅助电镀溶液(有时也称为辅助电解液)添加到阴极电解液内，以控制阴极电解液成分(例如酸、阴离子、阳离子、添加剂等等)的浓度。相较于主要电镀溶液，辅助电镀溶液的组成通常取决于在电镀工艺期间所发生的化学和/或物理反应，但也可被设计成仅以少量的投配(相较于例如电镀溶液贮槽体积)使阴极电解液浓度达到目标浓度。在某些实施方案中，根据应用，向电镀溶液投配和/或添加辅助电镀溶液可以以需求为基础或者以时间为基础。换言之，虽然辅助电镀溶液是可用的，但如果有的话，其可以被少量地使用。例如，其可仅在电镀运行的初始部分期间被使用，在此期间，主要电镀溶液突然且明显地改变浓度。之后，可连续电镀许多衬底而不使用额外的辅助电镀溶液。
本文的某些实施方案涉及用于控制电镀溶液浓度的方法，尤其涉及在用于半导体衬底的电化学电镀设备上所执行的这种控制。在本文的实施方案的一方面，提供了一种在装置制造期间将金属电镀到衬底上的方法，所述方法可以包含：(a)将电镀溶液提供至电镀系统，所述电镀系统包含：(i)电镀槽，其包含阳极室与阴极室，并且被设置成在将所述金属电镀到所述衬底上时，将所述衬底保持在所述阴极室内，(ii)电镀溶液贮槽，其被设置成容纳所述电镀溶液的一部分，同时将所述金属电镀到所述衬底上，(iii)再循环系统，其用于在所述电镀槽与所述电镀溶液贮槽之间输送所述电镀溶液，(iv)补充溶液入口，其用于将补充溶液提供至所述电镀系统，以及(v)辅助电镀溶液入口，其用于将辅助电镀溶液提供至所述电镀系统，其中所述电镀溶液包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的多种成分；(b)在所述衬底被保持于所述阴极室内时，将所述金属电镀到所述衬底上；(c)经由所述补充溶液入口将所述补充溶液供应至所述电镀系统，其中所述补充溶液包含所述多种成分中的一些或全部，每一成分处于用于将所述金属电镀到所述衬底上的目标浓度，其中将所述补充溶液供应至所述电镀系统改变所述电镀溶液的组成，使得在所述电镀溶液中的所述多种成分中的至少一种变得更接近其目标浓度；以及(d)经由所述辅助电镀溶液入口，将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统，其中所述辅助电镀溶液包含所述多种成分中的一些或全部，且其中所述辅助电镀溶液的至少一种成分具有与其目标浓度明显偏离的浓度。
所述方法可以包含重复操作(b)-(d)，以将所述金属电镀到第二衬底上。
所述方法可以包含重复操作(b)-(d)，以将所述金属电镀到多个额外的衬底上。
在一些实施方案中，所述装置可以为集成电路。
在一些实施方案中，所述金属可以为铜和/或钴。
在一些实施方案中，所述电镀溶液的所述多种成分可以包含金属离子与酸。
在一些实施方案中，所述电镀溶液的所述多种成分还可以包含有机镀敷添加剂，所述有机镀敷添加剂选自于由促进剂、抑制剂、平整剂、以及其任何组合所组成的群组。
在一些实施方案中，所述电镀溶液的所述多种成分还可以包含氯离子和/或硼酸根离子。
在一些实施方案中，所述电镀溶液的所述多种成分还可以包含铜离子、酸、氯离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸以及处于明显比铜离子的目标浓度高的铜离子辅助浓度的铜离子。所述辅助电镀溶液还可以包含处于所述氯离子的目标浓度的氯离子和/或其中所述辅助电镀溶液包含处于所述有机镀敷添加剂的目标浓度的有机镀敷添加剂。所述铜离子辅助浓度可以比所述铜离子的所述目标浓度大介于约5与50倍之间。所述辅助电镀溶液还可以包含处于比所述氯离子的目标浓度高的氯离子辅助浓度的氯离子。
在一些实施方案中，所述电镀溶液的多种成分包含钴离子、酸、硼酸根离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸、处于硼酸根离子的目标浓度的硼酸根离子、以及处于明显比钴离子的目标浓度低的钴离子辅助浓度的钴离子。所述钴离子的目标浓度可以比所述钴离子辅助浓度大介于约5与50倍之间。
在一些实施方案中，所述电镀溶液的多种成分包含钴离子、酸、硼酸根离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸、处于钴离子的目标浓度的钴离子、以及处于明显比硼酸根离子的目标浓度高的硼酸根离子辅助浓度的硼酸根离子。所述硼酸根离子辅助浓度比所述硼酸根离子的目标浓度大介于约1.2与2倍之间。
在一些实施方案中，所述电镀溶液的多种成分包含钴离子、酸、硼酸根离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸、处于明显比硼酸根离子的目标浓度高的硼酸根离子辅助浓度的硼酸根离子、以及处于明显比钴离子的目标浓度低的钴离子辅助浓度的钴离子。
所述方法可以包含将单一成分溶液投配到所述电镀溶液贮槽内，所述单一成分溶液仅包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的所述多种成分中的一种。所述单一成分溶液可以为氯离子水溶液。另外，在一些实施方案中，所述单一成分溶液可以为有机电镀添加剂水溶液。
在一些实施方案中，将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统包含将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀溶液贮槽和/或所述电镀槽的所述阴极室。
在一些实施方案中，所述电镀槽还包含位于所述阳极室与所述阴极室之间的离子传递分隔件，所述离子传递分隔件被配置为提供所述阳极室中的所述电镀溶液与所述阴极室中的所述电镀溶液之间的离子传输的路径。所述离子传递分隔件可以包含阳离子交换膜。
本文的一些实施方案设计用于在装置制造期间将金属电镀到衬底上的系统。一种系统可以包含：(a)电镀槽，其包含阳极室与阴极室，并且被设置成在将所述金属电镀到所述衬底上时，将所述衬底保持在所述阴极室内，(b)电镀溶液贮槽，其被设置成容纳所述电镀溶液的一部分，同时将所述金属电镀到所述衬底上，(c)再循环系统，其用于在所述电镀槽与所述电镀溶液贮槽之间输送所述电镀溶液，(d)补充溶液入口，其用于将补充溶液提供至所述电镀系统，(e)辅助电镀溶液入口，其用于将辅助电镀溶液提供至所述电镀系统，以及(f)控制器，其被配置为执行用于下述操作的指令：(i)将电镀溶液提供至所述电镀系统，其中所述电镀溶液包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的多种成分，(ii)在所述衬底被保持于所述阴极室内时，将所述金属电镀到所述衬底上，(iii)经由所述补充溶液入口将所述补充溶液供应至所述电镀系统，其中所述补充溶液包含多种成分中的一些或全部，每一成分处于用于将所述金属电镀到所述衬底上的目标浓度，其中将所述补充溶液供应至所述电镀系统改变所述电镀溶液的组成，使得在所述电镀溶液中的所述多种成分中的至少一种变得更接近其目标浓度；以及(iv)经由所述辅助电镀溶液入口，将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统，其中所述辅助电镀溶液包含所述多种成分中的一些或全部，且其中所述辅助电镀溶液的至少一种成分具有与其目标浓度明显偏离的浓度。
在一些实施方案中，所述电镀槽还包含位于所述阳极室与所述阴极室之间的离子传递分隔件，所述离子传递分隔件被配置为提供所述阳极室中的所述电镀溶液与所述阴极室中的所述电镀溶液之间的离子传输的路径。所述离子传递分隔件可以包含阳离子交换膜。在某些实施方案中，所述电镀槽还可以包含一或多个辅助电极室。所述一或多个辅助电极室可以为一或多个阴极室。
在一些实施方案中，所述控制器还被配置成执行用于导致上述的方法操作中的任何一或多个操作的指令。
在本文的实施方案的一个方面，提供了一种在装置制造期间将金属镀敷到衬底上的方法。所述方法可以包含：(a)将镀液提供至镀敷系统，所述镀液用于将所述金属镀敷到所述衬底上并且包含具有目标浓度的多种成分；(b)将所述金属镀敷到所述衬底上；以及(c)将辅助镀液供应至所述镀敷系统，其中所述辅助镀液包含所述多种成分中的一些或全部，且其中所述辅助镀液的至少一种成分具有与其目标浓度明显偏离的浓度。
这些与其他特征以下将参考相关附图说明。
附图说明
现在将结合附图来说明示例性实施方案，其中：
图1为一示例性镀敷电解液或电镀溶液再循环和/或投配系统的示意图。
图2说明了电镀浴-侧与金属离子分配效应的关系，其例如显示金属离子选择性地移动通过半透膜。
图3A-3D显示各种图表，其说明因依照本文公开的一或多个实施方案执行的电镀所引起的电镀浴浓度漂移。
图4说明图2所显示者的相对低镀敷电流效率情况。
图5A-5C显示各种图表，其说明在未将补给或辅助的电镀溶液导入该系统的情况下，图4所显示者的电镀浴浓度趋势。
图6A-6C显示各种图表，其说明在投配酸以例如补充酸以及投配去离子(DI)水以控制钴离子浓度[Co2+]的情况下，图4所显示者的电镀浴浓度趋势。
图7显示图1所示的电镀系统的一配置，其中导入用于铜(Cu)镀敷的辅助电解液、或电镀溶液。
图8A-8B显示各种图表，其说明针对铜(Cu)镀敷电解液，在投配辅助补充溶液(MS)的情况下的浴浓度结果。
图9显示图1所示的电镀系统的一配置，其中导入用于钴(Co)镀敷的辅助电解液、或电镀溶液。
图10A-C显示各种图表，其说明针对钴(Co)镀敷，在投配辅助电解液的情况下的预期浴性能。
图11A显示图1所示的电镀系统的一配置，其中将辅助电解液、或电镀溶液导入电镀槽的阴极侧。
图11B显示随电镀溶液中的阳离子浓度变化的辅助电流的图表。
图12显示图1所示之电镀系统的一配置，其中将辅助电解液、或电镀溶液导入电镀槽的阳极侧。
图13A-13E显示各种图表，其说明在钴(Co2+)投配到电镀槽的阳极室的情况下，主要电镀溶液与阳极电解液浓度趋势。
图14显示示例性的电沉积设备的俯视示意图。
图15显示替代的示例性的电沉积设备的俯视示意图。
具体实施方式
在下列说明中，为了提供对本实施方案的透彻理解而提出许多具体细节。所公开的实施方案可在不具有这些具体细节中的一些或所有的情况下实践。在其他情况下，为了避免使所公开的实施方案难以理解，没有详述公知的工艺操作。虽然所公开的实施方案将结合具体实施方案进行说明，但应理解并非意在限制所公开的实施方案。
引言与背景
对于电化学沉积工艺的性能而言，电镀系统中所使用的电镀溶液的组成与浓度的控制可能是重要的。一般而言，在给定电镀溶液中具有多种成分。例如，用于将铜沉积在晶片上的电解液组成可以是变化的，但可包含硫酸、铜盐(例如，CuSO4)、氯离子、以及有机添加剂的混合物。选择电镀溶液的组成，以使在晶片的特征内部、或在晶片的场区(例如不具有形成在晶片上或内的特征的区域)内的电镀的速率与均匀度优化。在电镀工艺期间，铜盐作为铜阳离子的来源，并且还对电镀溶液提供导电性：另外，在某些实施方案中，硫酸通过提供氢离子作为电荷载体以增强电镀溶液导电性。另外，有机添加剂(在该技术领域中一般被认为是促进剂、抑制剂、或平整剂)能够选择性地增强或抑制在不同的表面与晶片特征上的铜(Cu)沉积的速率。氯(C1)离子有助于调节有机添加剂的效应，并且可为此目的而被添加至电镀浴中。在一些实现方式中，使用另外的卤素(例如，溴或碘)代替氯，或除了氯以外，还使用另外的卤素(例如，溴或碘)。
一般而言，由于电镀期间在阳极所发生的化学工艺与在阴极所发生的化学工艺可能不一定兼容，所以可期望通过半透膜将电镀槽的阳极区域与阴极区域隔开。例如，在操作期间，不溶性粒子可能会形成在阳极上。通常期望保护晶片免于这种不溶性粒子影响，以避免这种粒子干扰在晶片上所执行的后续金属沉积工艺。另外，也可能期望将有机添加剂限制于镀槽的阴极部分，以防止这种添加剂接触阳极和/或与阳极反应。例如，合适的隔膜可允许离子在镀槽的阳极区域与阴极区域之间流动，并且因此允许电流在镀槽的阳极区域与阴极区域之间流动，但仍将限制不必要的粒子和/或有机添加剂渗透通过隔膜。因此，在电沉积期间，使用隔膜将可在装备有隔膜的镀槽的阴极区域与阳极区域中产生不同的化学环境。容纳在镀槽的阳极区域内的电解液可被称为“阳极电解液”。同样，容纳在镀槽的阴极区域内的电解液可被称为“阴极电解液”。
具有用于将阳极区域与阴极区域隔开的膜的电镀设备更详细地被描述在由Mayer等人所提出的名称“Copper Electroplating Apparatus”的美国专利No.6,527,920，且其整体通过引用合并于本文。如上所述，这种隔膜允许电流在阳极区域与阴极区域之间流动，但可进一步设置成根据离子的类型而选择性地限制电流流动。即，将阴极电解液与阳极电解液隔开的膜可显示对于不同类型离子的选择性。例如，对于Cu镀敷应用而言，隔膜可允许氢离子(H+)以比铜离子(例如Cu2+和/或Cu+)的通过速率更快的速率通过。根据膜的选择性，在例如Cu2+与H+浓度之间达到某摩尔比例之前，特定类型的离子的移动或电流更普遍地可主要由氢离子所载送。在达到该比例之后，铜离子与氢离子可开始成比例地携带电流跨过膜，使得电化学槽的阳极部分中的Cu2+与酸浓度稳定。因此，在铜离子与氢离子之间达到某摩尔比例之前，由于氢离子在这些条件下乃为主要电流载体，所以阳极电解液的酸成分可不断地被消耗。在阳极电解液的酸成分消耗的同时，铜盐的浓度被增加，尤其当使用含铜阳极的时候。由于在阳极中酸于一段时间内被消耗，所以上述效应(例如阳极电解液的酸的消耗伴随铜盐的相称增加)在该技术领域中可被称为发生在阳极室内部的“酸/金属离子分配效应”或“阳极室消耗效应”。
上述酸/金属分配程序也可能会不经意地对镀敷系统造成若干不期望有的副效应。若干的这种副效应被描述在Buckalew等人所提出的名称为“Control of ElectrolyteComposition in a Copper Electroplating Apparatus”的美国专利No.8,128,791(在本文称为‘791专利)中，其整体内容通过引用并入本文。不期望的副效应包含从电镀溶液到阳极室内部的阳极表面上的过量盐的潜在结晶化或沉淀。另外，因为在该设备的阳极部分与阴极部分之间产生压力梯度所引起的电渗透效应(electro-osmotic effect)，所以水可能会渗漏越过膜，这最终导致膜损坏与失效。美国专利No.8,128,791描述通过频繁地以镀敷电解液来补充阳极室而控制阳极电解液组成的方法。这种工艺在该技术领域中可被称为“放出与馈给”。用以代替放出与馈给，可将经稀释的电解液添加到镀槽的阳极室内。
上述酸与阴离子分配效应也可能会在电镀槽的阴极侧产生不期望有的电镀溶液浓度波动，这会进而影响电镀工艺性能。以下说明几个示例。
为了理解上述现象，在图1中说明了典型的电解液管理系统。如图所示，在电解液管理系统100中具有数个主要区段，例如阳极溶液回路132和/或阴极溶液回路118。一般而言，具有中央浴102，其提供电镀溶液至镀槽148与主阴极室122。中央浴102包含溶液再循环回路(在图1中未显示)。此外，在某些实施方案或配置中，该中央浴也可具有温度控制装置以及投配系统，例如用于添加剂投配、去离子水(DI)投配、以及其他活性浴成分投配的投配系统。另外，在一些实施方案中，中央浴102可装备有引导离开中央浴102的排放或溢流管线146，以在适当时机移除不必要的电镀溶液。此外，在具有分开的阳极部分与阴极部分的电镀设备(例如，镀槽148)中，该阳极部分(例如主阳极室126)可具有专用的再循环回路132、以及投配管线(在图1中未显示)、以及溢流和/或排放管线(未显示于图1中)。在这种配置中，主阴极室122可设置成接纳来自中央浴102的镀敷电解液、通过馈给管线112使电解液往镀槽148循环、以及通过槽和/或溢流排放管线142将溢流导引回到中央镀浴102。本领域技术人员应理解图1所示的配置是示例性的，并且在不背离本公开的范围的情况下，可存在许多其他合适的配置。另外，图1、7、9、11A与12所示的系统100的某些变化和/或配置仅为代表性的示意图，并且不应被理解为是系统100的实际布置或配置。
图1所示的电解液管理系统100将被使用来说明系统100的变形体，这些变形体是关于将辅助、或补给的电解液供应至各系统100的构件，以调整在镀槽148的阴极侧或阳极侧的不期望有的电镀溶液浓度波动。这些变形体被显示在图7、9、11A与12中，并且在下文中被进一步详述。一般而言，图1所示的系统100包含阴极溶液回路118与阳极溶液回路132，其在某些实施方案中可通过容纳在电镀溶液贮槽150内的浴102而互相流体连通。在系统100的正常操作期间，经由管线108，将在含酸溶液中具有限定的金属离子浓度的进给镀敷电解液(有时称为补充溶液)提供至系统100。各种调整点110(例如阀、压力和/或流量控制器)可安装在管线108和/或与其相似的其他管线上，以调整流过上面安装有调整点110的管线的流体流。同样，混合点112可接收来自进给管线108的流体流。混合点112也可根据需要而安装于整个系统100，以调整流过管线108等等的流体的输送与数量。
因此，进给镀敷电解液可流过调整点110而进入浴102，以在用以容纳浴102的贮槽150中累积。在某些实施方案中，有机添加剂经由管线104流入到浴102中。同样，去离子(DI)水可经由管线106流入到浴102中，以调整浴102的各种成分或原料的浓度等级。系统100的操作可包含通过管线116将浴102流体往镀槽148的阴极侧122泵送而累积于其中。在某些实施方案中，阴极128可至少部分地被浸入阴极侧122中，并且与可同样被浸入阳极侧126中的阳极130电连接，以完成电路134。另外，电流(或更准确地说是携带电流的电子)一般是沿方向136例如从带负电的阳极130到带正电的阴极128。该电流驱动阴极侧或隔室122内的含酸溶液中的金属离子(例如铜离子，Cu2+)的反应，以允许将这种铜金属电镀在如图2所示安置于镀槽148的阴极侧122内的晶片200上。
阴极侧122的溶液可根据需要而通过槽溢流或排放管线138泵送回到浴102。同样，阳极侧126的溶液也可根据需要而通过阳极排放管线142泵送到浴102。来自浴102的溢流可通过浴溢流或排放管线146(其可更一般地被称为浴投配与溢流控制回路144)间歇地泵送离开系统100。在某些实施方案中，该浴投配与溢流控制回路可包括再循环泵(未显示)、投配管线(未显示)、浴溢流管线146、以及温度控制设备和/或机构(未显示)。经由管线108供应补充溶液与从容纳主要电镀溶液或浴102的贮槽150倾卸电解液一起作为放出与馈给程序。
如先前所述，在将镀敷电解液供应至阴极侧122以在容纳于其内的晶片上执行电镀期间要考虑的一个因素为酸金属阴离子分配效应。这种效应可在铜电镀工艺中被观察到，并且可应用于其他相似的电镀系统。如图2所说明，在阳极上，例如显示为金属离子或Me+的Cu离子因为直流电流穿过而通过氧化反应Cu4→Cu2++2e被去电镀(de-plated)进入到阳极溶液中。在阴极侧122，通过反应Cu2++2e→Cu，从溶液提取出Cu2+离子。相似地，在阳极侧126的整个膜124处，由于酸携带大部分电镀电流，所以已变为富有金属离子的阳极电解液随着时间推移而缓慢地将酸或H+离子消耗。在阴极侧122，由于当在容纳于其内的晶片200上进行电镀或电沉积时从溶液移除金属离子(例如，用于Cu电镀的铜离子)，流过隔膜(从阳极室到阴极室)的溶液富有酸。如所提及的，通过膜的离子传递偏好氢离子而不偏好铜离子。因此，阴极侧122中的铜离子浓度将随着时间推移而下降，而在其中的酸浓度将增加，如图3B所说明的，其例如显示酸浓度的初始尖峰，之后酸浓度随着浓度等级趋近稳态状态而最终逐渐减小。如在别处所述，可通过对阳极侧126和/或在许多配置中与阴极侧122流体连通的浴102上采用高电解液补充率而消除酸金属离子分配效应。然而，高补充率可能会不必要地浪费电镀溶液并且增加电镀设备的操作成本。
酸/金属离子分配效应可对具有相对低金属离子浓度(例如，约5g/l或更低)的电镀溶液具有实质影响。在这种溶液中，少至每升零点几克的浓度变化都可能会大大地影响溶液中的金属离子的整体浓度，并因此影响整体电镀性能。例如，如果目标铜离子浓度为约2g/l并且浓度漂移消耗阴极电解液约0.6g/l的铜，则浓度下降30％，而电镀性能可能因此遭受到显著的负面影响。
以铜以外的金属进行电镀所观察到的其他变化显示在图6A-C中。更具体地，钴(Co)可被选择以使用作为用于这种电镀工艺的金属。如同在铜镀电解液中一样，钴镀敷电解液可配置成包含钴盐、硫酸、有机添加剂以及作为缓冲溶液的硼酸。
在该镀敷工艺中，如同在先前Cu电镀示例中一样，通过下列反应：Me-e→Me+，使金属离子从阳极脱出。同时，在阴极表面，因为低于100％的金属镀敷的镀敷电流效率(电流效率在此被定义为金属镀敷(Me++e→Me)电流占输送至阳极的总电流的百分比)，所以两个还原反应同时发生：Co2++2e→Co与2H++2e→H2。各反应所消耗的电流量在电镀工艺设定之间有所不同。长时间地，在镀浴电解液上的该镀敷工艺的净效应为：(1)金属离子浓度因为从阳极释放的金属离子比在阴极消耗的多而增大；(2)酸浓度因为酸仅在阴极侧被消耗而不被从阳极供应而下降；(3)硼酸(H3BO3)浓度因为硼酸不主动涉及反应而不变。这被说明于图5中。注意，若通过膜的酸所携带的电荷量为显著的话，则发生在阳极侧内的酸金属离子分配效应可进一步使金属离子与酸浓度偏移。然而，在一些应用中，因为酸浓度比金属离子浓度要低得多，所以分配效应变得微不足道。为了使在这里的说明简明易懂，不包含在这种电镀工艺的阴极电解液浓度上的分配效应。
随着镀敷电解液的酸的净消耗，可在上述系统(例如电解液管理系统100)中实施对镀浴的酸投配。考虑到工艺性能，Co离子浓度也需要通过将去离子(DI)水加入镀敷电解液而受到控制。由于对该浴投配酸与DI两者，所以硼酸浓度在不具有任何投配机制的情况下将会随着时间推移而下降。这被说明于图6中。因为硼酸(在其他金属电镀工艺中的相似功能的任何其他成分)对于Co镀敷工艺而言可能是重要的，所以硼酸浓度也需要被解决。
在镀敷设备上，有时期望具有辅助阴极，如由Reid等人所提出的美国专利No.8,308,931(名称为“Method and Apparatus for Electroplating”)以及由Mayer等人所提出的美国专利No.8,475,644(名称为“Method and Apparatus for Electroplating”)所公开的，这两专利的整体内容通过引用并入本文。在电解液管理系统中补充辅助阴极或辅助阳极提供某些优点。辅助阴极通常被容纳在小隔离室内，以避免与主阴极(镀敷设备中的晶片衬底)接触，且其通常具有比主阴极(晶片衬底)小的尺寸。有时期望在辅助阴极室内具有不同的电解液浓度。例如，有时(相较于在主阴极的镀敷电解液中)优选在辅助阴极室内具有较高的阴离子浓度，使得能将较高的电流施加在辅助阴极上。
定义
下列用语在整个本公开中被间歇地使用：
“衬底”——在本申请案中，术语“半导体晶片”、“晶片”、“衬底”、“晶片衬底”以及“经部分制造的集成电路”可交换地被使用。本领域技术人员应理解，术语“经部分制造的集成电路”可指在其上进行集成电路制造的多个阶段中的任一阶段期间的硅晶片。半导体装置工业中所使用的晶片或衬底一般具有200mm、或300mm、或450mm的直径。另外，术语“电解液”、“电镀浴”、“镀浴”、“浴”、“电镀溶液”、以及“镀溶液”可交换地被使用。下列详细说明内容假定在晶片上实现这些实施方案。然而，这些实施方案并非受限于此。工件可具有各种的形状、尺寸以及材料。除了半导体晶片以外，可利用所公开的实施方案的其他工件，包括例如印刷电路板、磁性记录介质、磁性记录传感器、镜(mirrors)、光学组件、微机械装置及类似物之类的各种物品。
“金属”——为了本公开的目的而期望镀敷到衬底或晶片上的材料(元素、化合物、或合金)。示例包括铜、钴、锡、银、镍以及其任何一些的合金或组合。
“电镀槽”——一般用于容纳彼此相对安置的阳极与阴极的槽。电镀(其发生在电镀槽中的阴极上)是指使用电流来还原溶解的金属阳离子以使其在电极上形成薄的附着金属镀层的工艺。在某些实施方案中，电镀槽具有两个隔室，一个用于容纳阳极，而另一个则用于容纳阴极。在某些实施方案中，阳极室与阴极室通过半透膜间隔开，该半透膜使得通过它的离子物质的浓度能选择性迁移。该膜可以为离子交换薄膜，例如阳离子交换膜。对于一些实现方式，NafionTM型号(例如Nafion 324)是合适的。
“阳极室”——电镀槽内的一室，其被设计成容纳阳极。阳极室可包含用于保持阳极和/或对阳极提供一或多个电连接的支撑件。阳极室可通过半透膜而与阴极室隔开。阳极室内的电解液有时被称为阳极电解液。
“阴极室”——电镀槽内的一室，其被设计成容纳阴极。通常在本公开的上下文中，阴极为衬底，例如晶片，如具有多个经部分制造的半导体装置的硅晶片。阴极室内的电解液有时被称为阴极电解液。
“电镀溶液(或电镀浴、镀电解液、或主要电解液)”——通常在溶液中具有解离金属离子的液体，其具有例如酸或碱之类的导电性增强成分。溶解的阳离子与阴离子均匀地分散在溶剂中。这种溶液为电中性的。如果对这种溶液施加电位，则溶液的阳离子被吸引到电子丰富的电极，而阴离子被吸引到电子缺乏的电极。
“补充(make-up)溶液”——一种电镀溶液，其一般含有主要电镀溶液的全部或几乎全部成分。提供补充溶液至电镀溶液，以将溶液成分的浓度维持在期望范围内，以及选择补充溶液，以维持良好的电镀性能。使用这种方法是因为成分的浓度会在溶液漂移的过程中产生变化或者因如下所述的若干因素中的任一者而随着时间产生变化。补充溶液通常被提供作为放出与馈给系统中的“馈给”。通常，补充溶液中的成分的浓度与这些成分的目标浓度相似或相同。一些补充溶液不包含有机镀敷添加剂。
“再循环系统”——为后续再利用而将流体物质供应回到中央贮槽中。再循环系统可设置成有效地再利用电镀溶液，并且亦设置成按照期望来控制和/或维持溶液内的金属离子的浓度等级。再循环系统可包含与泵或其他用于驱动再循环的机构一起的管路或其他流体导管。
“目标浓度”——电镀溶液中的金属离子和/或其他成分的浓度水平，其用于实现期望电镀性能。在各种实施方案中，按目标浓度来提供补充溶液的成分。
“辅助电镀溶液(或辅助电解液)”——额外的电镀溶液，其与补充溶液相似，但具有与电镀溶液的目标浓度实质上偏离的金属离子或其他成分浓度。在某些实施方案中，施加辅助电镀溶液，以校正电镀溶液中的一或多种成分的不期望的浓度漂移。
以g/l所描述的浓度指每升溶液中所包含的成分的总质量(克)。例如，浓度10g/l的成分A意指在含有成分A的一升体积的溶液中存在10克的成分A。当以g/l具体指明离子(例如铜离子或钴离子)的浓度时，浓度值仅指每单位体积溶液中所含的离子(并非产生离子的盐或盐类)的质量。例如，2g/l的铜离子浓度相当于每升溶液(于其中溶有铜离子)中含有2g的铜离子。其并非指每升溶液中含有2克的铜盐(例如硫酸铜)，也不是指阴离子的质量。然而，当指酸(例如硫酸、甲磺酸、或硼酸)的浓度时，浓度值则是指每单位体积中所含的全体酸(氢与阴离子)的质量。例如，具有10g/l硫酸的溶液相当于每升溶液中含有10克的H2SO4。
使用辅助电解液的电镀系统
在本公开中包含了方法与允许实现这种方法的设备，以控制提供至镀敷设备(主要针对该设备的阴极侧)的镀敷电解液浓度。在某些实施方案中，相似的方法可用于控制电镀设备的阳极部分中的电解液浓度，这可进而影响阴极侧的电解液浓度。
在这里所公开的方法包含将辅助或补充的镀敷电解液加入镀敷设备，该设备可容纳并且使用目标浓度的镀电解液，以向主阴极(晶片衬底)上进行镀敷。
辅助电解液通常具有与主要镀电解液不同的组成或具有其目标浓度。辅助电解液的特征的示例包含：
(1)辅助电解液含有主要电解液所包含的成分的大部分或全部。在某些实施方案中，辅助电解液缺少有机镀敷添加剂，而主要电解液则包含这种添加剂。在各种实施方案中，辅助电解液包含主要电解液中除了其中一或两个成分以外的全部成分。例如，在铜-酸电镀系统中，辅助电解液可缺少氯离子和/或有机镀敷添加剂，但除此之外则具有铜-酸主要电解液的所有其余成分。在另一示例中，钴-酸电镀系统可使用缺少钴离子和/或有机镀敷添加剂的辅助电解液，但除此之外该辅助电解液具有钴-酸主要电解液的所有其余成分。
(2)辅助电解液的大部分成分(并非全部的成分)可具有与主要电解液中的浓度(尤其是主要电解液中的这些成分的目标浓度)相同或实质相同的浓度。在一些情况中，辅助电解液的这些成分具有与补充溶液(MS)相同或实质相同的组成。例如，在酸-铜电镀系统中，辅助电解液可包含与在主要电解液中的酸与氯离子的浓度实质相同的浓度的酸与氯离子。在另一示例中，在酸-钴电镀系统中，该电解液可包含在与主要电解液中的酸与钴离子的浓度实质相同的浓度的酸与钴离子。
(3)辅助电解液中的成分中的至少一者具有与主要电解液的目标浓度明显不同的浓度。例如在酸-铜电镀系统中，主要电解液中的铜离子的目标浓度可为约2g/l，而辅助电解液中的铜离子的浓度则可为约40g/l。例如在酸-钴电镀系统中，主要电解液中的硼酸根离子的目标浓度可为约33g/l，而辅助电解液中的硼酸根离子的浓度则可为约45g/l(例如硼酸盐的溶解度极限)。
(4)鉴于不使用辅助电解液的正常处理，在浓度上明显不同的辅助电解液的成分与将经历最大组成或浓度漂移的主要电解液中的成分相同，例如图3A-D中的铜离子与酸以及图6C中的硼酸根离子。在一些情况下，尤其涉及明显的酸/金属离子分配效应的那些，明显的漂移是暂时的(即，其仅暂时地发生而非永久性)。参见图3B-D。例如，漂移可能仅在替换大量或所有的电解液之后于开始操作时是明显的。作为一示例，暂时的漂移可存在与对约300-1,000片晶片进行镀敷相对应的持续时间，或存在约一天的期间。在一些实现方式中，仅在明显漂移的暂时时期的期间需要使用辅助电解液。
(5)根据在使用期间的主要电解液中的成分浓度的漂移方向，辅助电解液中的成分具有明显较高或较低的浓度。例如，鉴于图3D所显示的阴极电解液中的酸浓度的正“漂移”，辅助电解液可包含明显降低的酸浓度。如在该技术领域中所理解的与在本文中所提及的“漂移”的概念可被认为是目标浓度值的扰动。例如，漂移可为大于所具体指明的目标值的约2-3％的扰动。在另一示例中，鉴于图3C所显示的阴极电解液中的铜离子浓度的负漂移，辅助电解液可包含明显增加的铜离子浓度。在又一示例中，鉴于图6C所显示的阴极电解液中的硼酸盐浓度的负漂移，辅助电解液可包含明显增加的硼酸根离子浓度。
(6)相较于中央镀浴(主要电镀溶液)或容纳该浴的贮槽(例如图1、7、9、11A、以及12所示的贮槽150)的体积，辅助电解液的体积使用量可相对较小。这具有下列益处：降低对消耗性原料的依赖，并因此可允许不增加、或不明显增加镀敷设备的占用空间的设计或配置。在一示例中，在一天的连续镀敷操作(例如镀敷约1,000片晶片)中所使用的辅助电解液的量不大于电镀溶液贮槽的体积的5％。
(7)辅助电解液的使用可明显降低将主要电解液维持在控制规格内所需的放出与馈给率(bleed and feed rate)。放出与馈给率的降低量取决于特定电镀系统应用。在补充溶液具有约2g/l的铜离子浓度的一示例中，将铜离子浓度控制在5％内以达到目标所需的放出与馈给率可大于约150％。对于相同但使用如在此所述的辅助电镀溶液的应用而言，放出与馈给率可降低到仅15％，但对溶液中的铜浓度仍具有相似或甚至更佳的控制。放出与馈给率是指电镀溶液贮槽中的在一天的连续电镀期间被替换(放掉或馈入)的流体体积所占的百分比。例如，如果贮槽容纳150L的电镀溶液，15％的放出与馈给率则需要在一天的连续电镀期间替换22.5L的电镀溶液。
(8)对主要电解液或对辅助阴极室的辅助电解液的添加基于主要电解液组成，并且可能不总是需要的。例如，除了因酸/金属离子分配效应的结果所引起的暂时浓度偏离以外，辅助电解液添加可能不总是需要的。
(9)在某些实施方案中，可通过附接于电镀设备的小容器，将辅助电解液供应至电镀设备。此外，在某些实施方案中，辅助电解液的供应可通过整体设施供应部(例如，可用于制造设施中的多个工具并且可能会通过整个设施的来源)而完成。
(10)在一些实施方案中，将辅助电解液导入主电镀溶液贮槽。另外，在某些实施方案中，将辅助电解液导入镀槽的阴极室和/或镀槽的辅助阴极室。在一些应用中，将辅助电解液导入镀槽的阳极室。后者的这种应用可有助于将阴极侧电解液浓度维持符合规格。对于图1所示的电解液管理系统100的各构件的辅助电解液供应的各种方位和/或配置，被显示在图7、9、11A以及12中，且将于下文中进行更详细的说明。
当具体指明浓度值时，“实质相同”意指在与所具体指明的目标值相差在+/-5％内。例如，与2g/l实质相同的浓度可在约1.9到2.1g/l的范围内。除非另有说明，否则当具体指明浓度值时，“明显偏离”、“明显不同”及其相似者意指较浓成分具有介于较不浓成分的浓度的约1.3倍与50倍之间的浓度。在一些情况中，成分在(a)辅助电镀溶液与(b)主要电镀溶液的目标浓度或补充溶液中的浓度差介于约5到50倍之间。例如，成分A在辅助电镀溶液中的浓度比在主要电镀溶液中大约5到50倍，反之亦然。在另一示例中，成分A在辅助电镀溶液中的浓度比在主要电镀溶液中大约5到20倍，反之亦然。在又一示例中，成分A在辅助电镀溶液中的浓度比在主要电镀溶液中大约15到30倍，反之亦然。
如先前所述，镀敷电解液中的成分浓度漂移可能是普遍性的。尤其对具有分开的阳极部分与阴极部分的镀敷设备而言确实如此，但可能不一定限于此种设计。为了使阴极电解液与阳极电解液浓度皆维持于可接受的水平以确保可接受的电化学镀敷性能，控制电解液浓度的普遍方法是采用高电解液补充(例如“放出与馈给”)率。然而，如此做的话可能会明显增加运行镀敷工艺的操作成本，且有时会使镀敷工艺过于昂贵。此外，在一些情况下，单单高放出与馈给率的应用和/或使用可能不足以解决与电化学镀敷性能相关的问题。可被使用的第二种方法是对电解液中的各个与每种成分进行独立的投配。然而，如此做的话可能会使投配算法极为复杂。此外，对镀敷电解液的每一成分的投配将会对镀电解液中的所有其他成分产生稀释效应。因此，电镀设备最终会一直处于投配/计算状态。因此，一般要避免这种方法。
通过采用“互补型”辅助电镀溶液，可明显降低补充率，并且同时可明显降低主要镀电解液中的浓度漂移。通过适当地设计辅助电解液，可将辅助电解液的使用量降至最低，以使辅助电解液的采用不对电镀设备的设定与运行造成实质额外的成本。
实施例(1)——铜电镀
铜类镀敷工艺，其中Cu镀敷电流效率是高的(接近100％)，且在阳极电解液中存在强的酸金属离子分配效应。如在先前段落中所述以及如图2与图3A到D所示，这种镀敷工艺的潜在问题为，在阳极部分中，酸产生低漂移而Cu浓度产生高漂移，以及在阴极部分中，酸产生高漂移而Cu产生低漂移。在某些实施方案中，铜电镀溶液根据需要而包含硫酸铜、硫酸、氯离子、有机添加剂以及去离子(DI)水。这些成分的典型浓度范围包含约1-25g/l的Cu离子、约10-175g/l的酸、约40-100ppm的氯离子、以及约20-400ppm的添加剂。在某些实施方案中，使用低浓度的铜电镀溶液，即，具有约10g/l或更低的Cu离子与约5-50g/l的酸的溶液。在某些实施方案中，低浓度的铜电镀溶液含有约4-10g/l的Cu离子与约5-20g/l的酸。
图7说明具有辅助电解液的镀电解液浓度控制架构。相似的附图标记指相似的组件，因此将省略相同的冗长叙述。建立在图1所示的系统100的详细说明之上，系统700可进一步设置成包含进给镀敷电解液的输送，该进给镀敷电解液此刻可包含由[Me+]a所表示的第一限定浓度水平的金属离子、例如游离酸和/或由[H+]a所显示的氢离子的酸、以及由[Cl-]a所显示的氯离子。不像系统100，图7所示的系统700具有额外的管线704，该管线704馈给或供应辅助电解液，以例如补偿阴极侧122和/或阳极侧126上的不期望有的镀液浓度波动。辅助电解液可包含与第一限定浓度水平不同且由[Me+]b所表示的第二限定浓度水平的金属离子，并且除此之外，可具有如同进给镀敷电解液的原浓度水平的酸，例如由[H+]a所显示的氢离子，以及由[Cl-]a所显示的氯离子。在所描绘的实施方案中，辅助电解液被供应到容纳在贮槽150内的浴102。
在一实现方式中，辅助电解液被设计成具有明显比在该浴中更高的[Me+](例如Cu2 +)，而其他成分(例如酸、Cl-)则保持相同浓度。镀敷电解液浓度可通过下列方式加以维持：当阴极侧中的[Me+]低漂移时，投配辅助电解液，如此做的话将可使[Me+]上升至目标值而不影响其他成分：当阴极部分中的[H+]产生高漂移时，投配DI，并且若需要的话，添加辅助电解液以维持[Me+]浓度。作为一示例，补充溶液包含约1-5g/l的铜离子、约5-20g/l的酸、以及约40-80ppm的氯，而辅助电镀溶液包含约30-80g/l的铜离子、约5-20g/l的酸、以及约40-80ppm的氯。补充溶液与辅助电镀溶液中的一或两者可选择地包含一或多种有机镀敷添加剂。
在另一实现方式中，辅助电解液可被设计成具有明显较高的[Me+]浓度、稍微较高的[Cl-]浓度、以及稍微较低的[H+]浓度。例如，假定目标电镀溶液为约1-25g/l的Cu离子、约10-175g/l的酸、约40-100ppm的氯离子、以及约20-400ppm的添加剂，则辅助电镀溶液可具有在下列范围内的浓度：约20-70g/l的铜离子、约8-10g/l的酸以及约50-100ppm的氯离子。
在又一实施方案中，辅助电解液可被设计成金属硫酸盐(CuSO4)固体粉末。在该情况下，对该浴的极少量粉末添加将使阴离子浓度回到目标值，但却不造成镀浴体积变化，因此将不影响其他成分的浓度水平。
图8A与8B分别显示在已采用辅助电解液的电镀设备上的镀敷电解液中的典型[Cu2+]与酸浓度趋势。这显示[Cu2+]与酸浓度漂移的显著改善。
实施例(2)—钴电镀
通过图9中的系统900来详细显示用于将钴电镀到晶片上的镀敷工艺，其中阳极侧中的酸/阴离子分配效应并不明显，且金属电镀电流效率＜100％。在长时间的电镀期间，随着时间推移，Co2+浓度可能会产生高漂移，而酸(H2SO4)浓度产生低漂移，且硼酸浓度保持相对地稳定。参见图5A-C。如图5A与图6C所说明的，根据电镀设备上所使用的控制算法，并进行酸投配，则最终结果可为Co2+浓度随着时间推移而变得太高(若不控制Co2+)、或H3BO3浓度产生低漂移(若以DI添加来控制Co2+浓度)。图9说明在Co镀敷设备上的镀敷电解液控制示意图。在某些实施方案中，钴电镀溶液根据需要而包含硫酸钴、硫酸、硼酸、有机添加剂以及去离子水。这些成分的典型浓度范围包含约2-40g/l(Co2+)、约10-40g/l(H3BO3)(硼酸)、约0.01-0.1g/l(H2SO4)(例如硫酸)、以及约20-400ppm有机镀敷添加剂。
类似于对图7所示的系统700的介绍，可用于镀敷钴的系统900可包含经由管线904对浴102的辅助电解液输送。相似的附图标记指相似的元件，因此将省略相同的冗长叙述。在系统900中，进给镀敷电解液与辅助电解液两者可包含硼酸(例如H3BO3)，以作为溶液中的成分，有时用于代替钴镀液中的C1-。在所描绘的实施方案中，经由管线108所提供的补充溶液包含金属离子(例如钴离子)、酸(例如硫酸)以及硼酸。在本实施方案中，辅助电解液被供应到容纳在贮槽150内的浴102。
辅助电解液被设计成具有明显较低的Co2+浓度(低至0g/l)，但具有相同浓度的H3BO3与酸。例如，辅助电镀溶液可含有介于0-1g/l(Co2+)(例如钴离子)、介于约10-40g/l(H3BO3)(例如硼酸)、以及约0.01-0.1g/l(H2SO4)(例如硫酸)。在一具体示例中，辅助电镀溶液含有约0g/l的钴离子、约30g/l的硼酸、以及约0.1g/l的硫酸。可通过下列方式来维持镀敷电解液浓度：当阴极侧中的[Me+]产生高漂移时，投配辅助电解液，这将可使[Me+]下降至目标值而不影响其他成分；当阴极部分中的[H+]产生低漂移时，投配酸。
辅助电解液也可被设计成具有明显比在主要电解液中更高浓度的H3BO3。例如，辅助电镀溶液可具有介于0-1g/l的钴离子、介于约40-50g/l的硼酸以及约0.01-0.1g/l的硫酸。在一具体示例中，辅助电镀溶液具有约3g/l的Co2+、约45g/l的硼酸以及约0.1g/l的硫酸。可通过下列方式来维持镀敷电解液浓度：当Co2+产生高漂移时，将DI投配至中央浴，这将可使[Me+]下降至目标值，并且同时稀释酸与H3BO3浓度；可以通过酸投配来补偿酸浓度，同时可通过投配辅助电解液来使H3BO3浓度上升。
可通过采用具有明显较低的Co2+浓度与明显较高的H3BO3浓度的辅助电解液而结合以上两种方法。例如，辅助电镀溶液可具有介于0-1g/l之间的钴离子、介于约40-50g/L之间的硼酸、以及介于约0.01-0.1g/l之间的硫酸。在一具体示例中，辅助电镀溶液具有约0g/l的钴离子、约45g/l的硼酸以及约0.1g/l的硫酸。
图10A-C说明在以如所述的较低金属离子浓度辅助电解液方法于镀敷设备上实施辅助电解液的情况下，三种主要成分如何随着时间推移进行响应。
实施例(3)—在具有辅助电极的系统中的电镀
电镀系统和/或设备的某些配置可包括包含于其内或与其连接的辅助电极室。可就近或集中控制这种辅助电极室。
如在先前段落中所述，电镀设备具有一个以上的阴极或阳极室是常见的。有时，辅助电极室内的电解液成分的浓度必须与主阴极溶液不同。一个这样的示例在图11A中说明。在该设备中，存在有容纳于独立室内的辅助阴极。加入辅助阴极，以帮助维持主阴极(晶片衬底)的性能(以例如改善晶片上的电镀均匀度)。为了维持双阴极上的较高镀敷电流量，期望在电解液中比在主阴极溶液中具有更高的阴离子浓度，但辅助电解液的使用量并不大。通过瓶子(或通过设施供应部)添加具有明显高的阴离子浓度的辅助电解液源，将有助于使双阴极电流量明显增加，这是因为在不具有气体析出的情况下电解液可维持的电流与电解液中阴离子的浓度成正比。根据辅助阴极电镀电流的需求，待使用在辅助阴极室内的实际电解液可为辅助电解液本身，或可为辅助电解液与主要电解液的混合物。
在一示例中，主要电镀溶液含有约1-5g/l的铜离子，而提供至一或多个辅助阴极的辅助电镀溶液则含有约30-70g/l的铜离子。这可使辅助阴极的DC电流量增加约6-70倍。
图11A所示的系统1100A也建立在先前图1所示的系统100的介绍之上。相似的附图标记指相似的组件，因此将省略相同的冗长叙述。辅助镀敷电解液经由管线1102而输送或流到阴极侧122内。在某些实施方案中，根据给定应用的特定需求，容纳在辅助阴极内的溶液可单独为辅助镀敷电解液，或者可为辅助镀敷电解液与进给镀敷电解液的混合物。图11B显示随溶液中的阳离子浓度变化的最大辅助电流的图表1100B。图表1100B包含例如由区域1102B所显示的在各种浓度水平的辅助电解液投配的情况下所产生的数据、以及例如由区域1104B所显示的在不具有辅助电解液的情况下的基线数据值。
实施例(4)-对于阴极室的利用辅助电解液的钴电镀
电镀设备上的阴极电解液浓度可通过下列方式加以控制：在阳极侧上采用辅助电解液，例如使辅助电解液直接流入到阳极室内。如先前所述，在Co类电镀系统中的质量/电荷平衡的一潜在问题为从阳极释放到镀敷电解液的金属离子比因镀到阴极上而从电解液提取出的金属离子多；同时氢离子被消耗而不在阴极侧上进行补充。因此，随着时间，金属离子浓度向上漂移，而酸浓度向下漂移。
通过将具有较高酸浓度以及低或零金属离子浓度的辅助电解液导入到阳极室内，该系统可在传递氢离子与金属离子时利用阳离子交换膜的选择性，以让更多的氢离子通过薄膜以补充酸(其在电镀期间被消耗掉)，并且让较少的金属离子通过膜以避免累积。以此方式，对阳极室供应辅助电解液有助于平衡阴极侧中的金属离子及氢离子消耗与产生/添加率。
在一些实施方案中，主要电镀溶液含有约2-40g/L的钴离子、约10-40g/l的硼酸、约0.01-0.1g/l的硫酸、以及约20-400ppm的添加剂(例如，约3g/l的钴离子、约0.1g/l的硫酸以及约30g/l的硼酸)。在这些实施方案中，辅助电镀溶液可含有约0-1g/l的钴离子、约0.1-0.5g/l的硫酸、以及约0-40g/l的硼酸(例如，约0g/l的钴离子、约2g/l的硫酸以及约30g/l的硼酸)。
操作图12所示的系统1200可引起下列结果：主要电镀溶液与阴极室内所含的所有成分的浓度可呈现长期稳定。同样，因为添加具有明显较高酸含量的辅助电解液，所以阳极侧溶液浓度也可随着时间推移而稳定达到与目标浓度不同的水平。
图13A-C说明在钴电镀系统的主要电镀溶液中的钴离子、硫酸、以及硼酸的整体稳定浓度，该钴电镀系统使用如图12所说明的辅助电镀溶液的直接阳极室注入。图13D与E说明钴电镀系统的阳极电解液中的钴离子以及硫酸的整体稳定浓度，该钴电镀系统使用如图12所说明的辅助电镀溶液的直接阳极室注入。注意，图式中的“SAC”指阳极室(隔开的阳极室(separated anode chamber))。
虽然类似于先前所述的其他系统，但系统1200在下列方面与系统100不同：使辅助电解液直接流到阳极隔室124，以协助稳定电镀溶液组成。注意到，使用将辅助电镀溶液直接引入阳极室的系统并不限于钴镀敷；在一些情况下，其可用于电镀其他金属。
设备
可根据在本文所述的实施方案而使用许多设备配置。一示例设备包含抓斗式夹具(clamshell fixture)，该抓斗式夹具将晶片的背侧密封而使其远离镀液，并且同时允许在晶片的正面上进行镀敷。抓斗式夹具可例如以下列方式来支撑晶片：经由放置在晶片的斜边(bevel)上方的密封件、或通过例如与应用在斜边附近的密封件结合的施加至晶片背面的真空。
抓斗式夹具应以允许晶片的电镀表面进行良好润湿的方式进入该浴。衬底润湿的质量受多个变量影响，所述变量包含但不限于抓斗旋转速度、竖直进入速度、以及抓斗相对于镀浴的表面的角度。这些变量及其效应在美国专利No.6,551,487中进一步说明，其通过引用合并于本文。在某些实施方案中，电极旋转速率介于约5-125RPM之间，竖直进入速度介于约5-300mm/s之间，以及抓斗相对于镀浴的表面的角度介于约1-10度之间。使特定应用的这些变量优化的其中一个目的为通过将空气从晶片表面完全移开而实现良好润湿。
本文公开的电沉积方法可以参考各种电镀工具设备来描述，并且可以在各种电镀工具设备的背景下使用。可根据本文的实施方案使用的电镀设备的一个示例是LamResearch Saber工具。电沉积(包括衬底浸渍)和本文公开的其他方法可以在形成更大电沉积设备的部件中进行。图14显示了示例性电沉积设备的顶视图的示意图。电沉积设备1400可包括三个单独的电镀模块1402、1404和1406。电沉积设备1400还可包括配置用于各种工艺操作的三个单独的模块1412、1414和1416。例如，在一些实施方案中，模块1412、1414和1416中的一个或多个可以是旋转冲洗干燥(SRD)模块。在其他实施方案中，模块1412、1414和1416中的一个或多个可以是后电填充模块(PEM)，每个模块被配置为在衬底已由电镀模块1402、1404和1406中的一个处理之后执行功能，例如边缘斜面去除、背面蚀刻和衬底的酸清洁。
电沉积设备1400包括中央电沉积室1424。中央电沉积室1424是保存用作电镀模块1402、1404和1406中的电镀液的化学溶液的室。电沉积设备1400还包括配料系统1426，配料系统1426可以存储和输送用于电镀液的添加剂。化学稀释模块1422可以存储和混合将被用作蚀刻剂的化学品。过滤和泵送单元1428可以过滤用于中央电沉积室1424的电镀液，并将其泵送至电镀模块。
系统控制器1430提供用于操作电沉积设备1400所需的电子和界面控件。系统控制器1430(其可以包括一个或多个物理或逻辑控制器)控制电镀设备1400的属性的部分或全部。系统控制器1430通常包括一个或多个存储器装置和一个或多个处理器。该处理器可以包括中央处理单元(CPU)或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接件、步进电机控制器板、以及其它类似部件。用于实施如本文所述的适当的控制操作的指令可以在处理器上执行。这些指令可以存储在与系统控制器1430相关联的存储器装置上或它们可以通过网络来提供。在某些实施方案中，系统控制器1430执行系统控制软件。
在电沉积设备1400中的系统逻辑(例如控制软件)可以包括用于控制以下参数的指令：定时、电解液组分的混合(包括一种或多种电解液组分的浓度)、入口压力、电镀池压力、电镀池温度、衬底温度、施加到衬底和任何其它电极的电流和电位、衬底位置、衬底的旋转以及通过电沉积设备1400执行的特定工艺的其它参数。系统控制逻辑也可包含用于在被定制以适于低铜浓度电解液的条件下进行电镀的指令。例如，系统控制逻辑可被配置成在由下而上(bottom-up)填充阶段期间提供相对低电流密度和/或在过载(overburden)阶段期间提供较高电流密度。控制逻辑也可被配置成在镀敷期间向晶片表面提供某些等级的质量传递。例如，控制逻辑可被配置成控制电解液的流动，以确保在电镀期间通向晶片的足够质量传递，使得衬底不会遭遇到铜消耗的情况。在某些实施方案中，控制逻辑可操作以在镀敷工艺的不同阶段提供不同等级的质量传递(例如，在由下而上填充阶段期间提供比在过载阶段期间更高的质量传递，或在由下而上填充阶段期间提供比在过载阶段期间更低的质量传递)。另外，系统控制逻辑可被配置成将一或多种电解液成分的浓度维持在本文所公开的任何范围内。举特定示例而言，系统控制逻辑可被设计或建构成将铜阳离子的浓度维持在约l-10g/l之间。系统控制逻辑可以以任何合适的方式配置。例如，可以编写各种处理工具组件子程序或控制对象以控制执行各种处理工具处理所必需的处理工具组件的操作。系统控制软件可以用任何合适的计算机可读编程语言编码。该逻辑还可以实现为可编程逻辑器件(例如，FPGA)、ASIC或其他适当的载体中的硬件。
在一些实施方案中，系统控制逻辑包括用于控制上述各种参数的输入/输出控制(IOC)排序指令。例如，电镀过程的每个阶段可以包括用于由系统控制器1430执行的一个或多个指令。用于设置浸渍工艺阶段的工艺条件的指令可以包括在相应的浸渍配方阶段中。在一些实施方案中，可以顺序地布置电镀配方阶段，使得用于电镀工艺阶段的所有指令与该工艺阶段同时执行。
在一些实施方案中，控制逻辑可以被分成各种组件，例如程序或程序段。用于此目的的逻辑组件的示例包括衬底定位组件、电解液组分控制组件、压力控制组件、加热器控制组件和电位/电流电源控制组件。
在一些实施方案中，可以有与系统控制器1430相关联的用户界面。用户界面可以包括显示屏幕、设备和/或工艺条件的图形软件显示器、和用户输入装置，用户输入装置诸如指针装置、键盘、触摸屏、麦克风等。
在一些实施方案中，由系统控制器930调整的参数可能涉及工艺的条件。非限制性示例包括镀浴条件(温度、成分和流速)、衬底在不同阶段的位置(旋转速度、线性(垂直)速度、相对于水平面的角度)等。这些参数可以以配方的形式提供给用户，其可以利用该用户界面来输入。
用于监控工艺的信号可以通过系统控制器1430的模拟和/或数字输入连接件从各种处理工具传感器提供。用于控制工艺的信号可以通过处理工具的模拟和数字输出连接件输出。可被监控的处理工具传感器的非限制性示例包括质量流量控制器、压力传感器(例如压力计)、热电偶、光学位置传感器等。经适当编程的反馈和控制算法可以与来自这些传感器的数据一起使用以维持工艺条件。
在一实施方案中，这些指令可包含下列指令：将衬底插入晶片支架、使衬底倾斜、在浸渍期间对衬底施加偏置、以及在衬底上电沉积含铜结构。
传递(hand-off)工具1440可以从诸如盒1442或盒1444之类的衬底盒选择衬底。盒1442或1444可以是前开式标准盒(FOUP)。FOUP是设计用来可靠且安全地将衬底保持在受控环境中并使得衬底能被移除以通过配备有适当的装载口和自动装卸系统的工具进行处理或测量的外壳。传递工具1440可以使用真空附连件或一些其它附连机构保持衬底。
传递工具1440可以与晶片装卸站1432、盒1442或1444、传输站1450或对准器1448连接。传递工具1446可以从传送站14140获得衬底。传送站1450可以是狭槽或位置，传递工具1440和1446可以往来于传送站1450传送衬底而不通过对准器1448。然而，在一些实施方案中，为了确保衬底适当地对准传递工具1446以精确地传送到电镀模块，传递工具1446可以使衬底与对准器1448对准。传递工具1446也可以将衬底传送到电镀模块1402、1404或1406中的一个，或传送到被构造成用于各种工艺操作的三个独立模块1412、1414和1416中的一个。
根据上述方法的工艺操作的示例可以如下进行：(1)在电镀模块1404中将铜电沉积到衬底上以形成含铜结构；(2)在模块1412中冲洗并在SRD中干燥衬底；并且，(3)在模块1414中执行边缘斜面去除。
被配置为使得衬底能顺序地通过电镀、漂洗、干燥和PEM工艺操作的高效循环的设备可用于在制造环境中使用的实现方式。为了实现这一点，模块1412可以被配置成为旋转漂洗干燥机和边缘斜面去除室。利用这样的模块1412，衬底将只需要在电镀模块1404和模块1412之间进行传送以进行镀铜和EBR操作。
在一些实现方式中，控制器(例如系统控制器1430)是系统的一部分，该系统可以是上述实施例的一部分。控制器可包含控制逻辑或软件，和/或可执行从另一源所提供的指令。这种系统可以包括半导体处理装置，该半导体处理装置包括一个或多个处理工具、一个或多个处理室、用于处理的一个或多个平台和/或具体的处理组件(晶片基座、气流系统等)。这些系统可以与用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件可以称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的各种元件或子部件。根据处理要求和/或系统的类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括控制工艺气体输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压强设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流速设置、流体输送设置、位置及操作设置、晶片转移进出工具和其它转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
广义而言，控制器可以定义为接收指令、发布指令、控制本文所述的操作、启用清洁操作、启用端点测量、计量等等的具有各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片和/或一个或多个微处理器或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置的形式(或程序文件)传送到控制器的指令，该设置定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定过程的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或管芯期间完成一个或多个工艺步骤的配方(recipe)的一部分。
在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦合。例如，控制器可以在“云端”或者是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，从而可以允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系统的远程访问以监控制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数，设置处理步骤以跟随当前的工艺或者开始新的工艺。在一些实施例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括允许输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后从远程计算机传送到系统。在一些实施例中，控制器接收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个工艺步骤的参数。应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，控制器被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，控制器可以例如通过包括一个或多个分立的控制器而为分布式，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的工艺和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的实施例可以是与一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室上的一个或多个集成电路，它们结合以控制室上的工艺。
在非限制性的条件下，示例的系统可以包括等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转清洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任何其它的半导体处理系统。
如上所述，根据工具将要执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个其它的工具电路或模块、其它工具组件、组合工具、其它工具界面、相邻的工具、邻接工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者在将晶片的容器往来于半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口搬运的材料搬运中使用的工具通信。
电沉积设备1500的替代实施方案在图15中示意性地示出。在该实施方案中，电沉积设备1500具有成组的电镀单元1507，每个电镀单元1507包含成对或多个“二重”配置的电镀浴。除了电镀本身之外，电沉积设备1500还可以执行各种其他电镀相关工艺和子步骤，诸如，例如旋转漂洗、旋转干燥、金属和硅湿法蚀刻、无电沉积、预润湿和预化学处理、还原、退火、光致抗蚀剂剥离和表面预活化。在图15中示意性地示出了电沉积设备1500的俯视图，并且在图中仅露出单个层或“底板”，但是本领域普通技术人员容易理解这样的设备(例如，Lam SabreTM 3D工具)可以具有两个或更多个上下“堆叠”的阶层，每个阶层可能具有相同或不同类型的处理站。
再次参照图15，将待电镀的衬底1506通常通过前端装载FOUP 1501供给到电沉积设备1500，并且在该示例中，通过前端机械手1502从FOUP带到电沉积设备1500的主衬底处理区域，该机械手可以将由主轴1503沿多个维度驱动的衬底1506从一个站缩回以及移动到另一个可访问站，在该示例中示出了两个前端可访问站1004以及两个前端可访问站1008。前端可访问站1504和1508可包括例如预处理站和旋转漂洗干燥(SRD)站。利用自动(robot)轨道1502a完成前端机械手1502从一侧到另一侧的横向移动。每个衬底1506可以由杯/锥组件(未示出)保持，该杯/锥组件由连接到马达(未示出)的主轴1503驱动，并且马达可以附接到安装支架1509上。在该示例中还示出了四“对”(“duets”)电镀槽1507，总共八个电镀槽1507。电镀槽1507可用于为含铜结构电镀铜以及为焊接结构电镀焊接材料。系统控制器(未示出)可以耦合到电沉积设备1500以控制电沉积设备1500的一些或全部性能。该系统控制器可以被编程或以其他方式配置成根据本文前面描述的过程执行指令。
上述的电镀设备/方法可以与光刻图案化工具或工艺结合使用，例如，用于制备或制造半导体器件、显示器、LED、光伏电池板等。通常，但不是必然地，这些工具/工艺将在共同的制造设施中一起使用或操作。膜的光刻图案化通常包括以下步骤中的一些或所有，每个步骤启用多个可行的工具：(1)使用旋涂或喷涂工具在工件(即，衬底)上涂覆光致抗蚀剂；(2)使用热板或加热炉或UV固化工具固化光致抗蚀剂；(3)使用例如晶片步进曝光机之类的工具使光致抗蚀剂暴露于可见紫外线或x-射线；(4)使抗蚀剂显影以便选择性地去除抗蚀剂并且从而使用例如湿式工作台之类的工具将其图案化；(5)通过使用干式或等离子体辅助蚀刻工具将抗蚀剂图案转印到下方的膜或工件上；并且(6)使用例如射频或微波等离子体抗蚀剂剥离器之类的工具去除抗蚀剂。
应理解，在本文所述的配置和/或方法在本质上是示例性的，且这些具体实施方案或示例不应被视为具有限制意义，因为许多变化是可能的。在此所述的具体例程或方法可表示任何数量的处理策略中的一或多者。因此，所述的各种动作可以按所述顺序执行、以其他顺序执行、并行地执行、或在某些情况下被省略。同样地，上述工艺的顺序可被改变。
本公开的主题包括：在本文所述的各种工艺、系统和配置及其他特征、功能、动作、和/或特性的所有新颖和进步的组合与子组合、以及其任何和所有等同方案。

Claims (39)

1.一种在装置制造期间将金属电镀到衬底上的方法，所述方法包含：
(a)将电镀溶液提供至电镀系统，所述电镀系统包含：
(i)电镀槽，其包含阳极室与阴极室，并且被设置成在将所述金属电镀到所述衬底上时，将所述衬底保持在所述阴极室内，
(ii)电镀溶液贮槽，其被设置成容纳所述电镀溶液的一部分，同时将所述金属电镀到所述衬底上，
(iii)再循环系统，其用于在所述电镀槽与所述电镀溶液贮槽之间输送所述电镀溶液，
(iv)补充溶液入口，其用于将补充溶液提供至所述电镀系统，以及
(v)辅助电镀溶液入口，其用于将辅助电镀溶液提供至所述电镀系统，
其中所述电镀溶液包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的多种成分；
(b)在所述衬底被保持于所述阴极室内时，将所述金属电镀到所述衬底上；
(c)经由所述补充溶液入口将所述补充溶液供应至所述电镀系统，其中所述补充溶液包含所述多种成分中的一些或全部，每一成分处于用于将所述金属电镀到所述衬底上的目标浓度，其中将所述补充溶液供应至所述电镀系统改变所述电镀溶液的组成，使得在所述电镀溶液中的所述多种成分中的至少一种变得更接近其目标浓度；
(d)经由所述辅助电镀溶液入口，将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统，其中所述辅助电镀溶液包含所述多种成分中的一些或全部，
其中，所述电镀溶液的所述多种成分包含铜离子和酸，且其中所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸以及处于比铜离子的目标浓度高的铜离子辅助浓度的铜离子；
还包括从所述电镀系统放出所述电镀溶液中的一些，以经由放出与馈给程序来促进对所述电镀溶液的组成的控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包含重复操作(b)-(d)，以将所述金属电镀到第二衬底上。
3.根据权利要求1所述的方法，其还包含重复操作(b)-(d)，以将所述金属电镀到多个额外的衬底上。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述装置为集成电路。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述电镀溶液的所述多种成分还包含有机镀敷添加剂，所述有机镀敷添加剂选自于由促进剂、抑制剂、平整剂、以及其任何组合所组成的群组。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述电镀溶液的所述多种成分还包含氯离子。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述辅助电镀溶液还包含处于所述氯离子的目标浓度的氯离子和/或其中所述辅助电镀溶液包含处于所述有机镀敷添加剂的目标浓度的有机镀敷添加剂。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述铜离子辅助浓度比所述铜离子的所述目标浓度大介于5与50倍之间。
9.一种在装置制造期间将金属电镀到衬底上的方法，所述方法包含：
(a)将电镀溶液提供至电镀系统，所述电镀系统包含：
(i)电镀槽，其包含阳极室与阴极室，并且被设置成在将所述金属电镀到所述衬底上时，将所述衬底保持在所述阴极室内，
(ii)电镀溶液贮槽，其被设置成容纳所述电镀溶液的一部分，同时将所述金属电镀到所述衬底上，
(iii)再循环系统，其用于在所述电镀槽与所述电镀溶液贮槽之间输送所述电镀溶液，
(iv)补充溶液入口，其用于将补充溶液提供至所述电镀系统，以及
(v)辅助电镀溶液入口，其用于将辅助电镀溶液提供至所述电镀系统，
其中所述电镀溶液包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的多种成分；
(b)在所述衬底被保持于所述阴极室内时，将所述金属电镀到所述衬底上；
(c)经由所述补充溶液入口将所述补充溶液供应至所述电镀系统，其中所述补充溶液包含所述多种成分中的一些或全部，每一成分处于用于将所述金属电镀到所述衬底上的目标浓度，其中将所述补充溶液供应至所述电镀系统改变所述电镀溶液的组成，使得在所述电镀溶液中的所述多种成分中的至少一种变得更接近其目标浓度；以及
(d)经由所述辅助电镀溶液入口，将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统，其中所述辅助电镀溶液包含所述多种成分中的一些或全部，
其中所述电镀溶液的所述多种成分包含铜离子和酸，且其中所述辅助电镀溶液包含处于比所述酸的目标浓度低的酸辅助浓度的酸以及处于比所述铜离子的目标浓度高的铜离子辅助浓度的铜离子；以及
还包括从所述电镀系统放出所述电镀溶液中的一些，以经由放出与馈给程序来促进对所述电镀溶液的组成的控制。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述铜离子辅助浓度比所述铜离子的目标浓度大介于5与50倍之间。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述辅助电镀溶液还包含氯离子，其处于比所述氯离子的目标浓度高的氯离子辅助浓度。
12.一种在装置制造期间将金属电镀到衬底上的方法，所述方法包含：
(a)将电镀溶液提供至电镀系统，所述电镀系统包含：
(i)电镀槽，其包含阳极室与阴极室，并且被设置成在将所述金属电镀到所述衬底上时，将所述衬底保持在所述阴极室内，
(ii)电镀溶液贮槽，其被设置成容纳所述电镀溶液的一部分，同时将所述金属电镀到所述衬底上，
(iii)再循环系统，其用于在所述电镀槽与所述电镀溶液贮槽之间输送所述电镀溶液，
(iv)补充溶液入口，其用于将补充溶液提供至所述电镀系统，以及
(v)辅助电镀溶液入口，其用于将辅助电镀溶液提供至所述电镀系统，
其中所述电镀溶液包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的多种成分；
(b)在所述衬底被保持于所述阴极室内时，将所述金属电镀到所述衬底上；
(c)经由所述补充溶液入口将所述补充溶液供应至所述电镀系统，其中所述补充溶液包含所述多种成分中的一些或全部，每一成分处于用于将所述金属电镀到所述衬底上的目标浓度，其中将所述补充溶液供应至所述电镀系统改变所述电镀溶液的组成，使得在所述电镀溶液中的所述多种成分中的至少一种变得更接近其目标浓度；以及
(d)经由所述辅助电镀溶液入口，将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统，其中所述辅助电镀溶液包含所述多种成分中的一些或全部，
其中所述电镀溶液的多种成分包含钴离子、酸、硼酸根离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸、处于硼酸根离子的目标浓度的硼酸根离子、以及处于比钴离子的目标浓度低的钴离子辅助浓度的钴离子；
还包括从所述电镀系统放出所述电镀溶液中的一些，以经由放出与馈给程序来促进对所述电镀溶液的组成的控制。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述钴离子的目标浓度比所述钴离子辅助浓度大介于5与50倍之间。
14.一种在装置制造期间将金属电镀到衬底上的方法，所述方法包含：
(a)将电镀溶液提供至电镀系统，所述电镀系统包含：
(i)电镀槽，其包含阳极室与阴极室，并且被设置成在将所述金属电镀到所述衬底上时，将所述衬底保持在所述阴极室内，
(ii)电镀溶液贮槽，其被设置成容纳所述电镀溶液的一部分，同时将所述金属电镀到所述衬底上，
(iii)再循环系统，其用于在所述电镀槽与所述电镀溶液贮槽之间输送所述电镀溶液，
(iv)补充溶液入口，其用于将补充溶液提供至所述电镀系统，以及
(v)辅助电镀溶液入口，其用于将辅助电镀溶液提供至所述电镀系统，
其中所述电镀溶液包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的多种成分；
(b)在所述衬底被保持于所述阴极室内时，将所述金属电镀到所述衬底上；
(c)经由所述补充溶液入口将所述补充溶液供应至所述电镀系统，其中所述补充溶液包含所述多种成分中的一些或全部，每一成分处于用于将所述金属电镀到所述衬底上的目标浓度，其中将所述补充溶液供应至所述电镀系统改变所述电镀溶液的组成，使得在所述电镀溶液中的所述多种成分中的至少一种变得更接近其目标浓度；以及
(d)经由所述辅助电镀溶液入口，将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统，其中所述辅助电镀溶液包含所述多种成分中的一些或全部，
其中所述电镀溶液的多种成分包含钴离子、酸、硼酸根离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸、处于钴离子的目标浓度的钴离子、以及处于比硼酸根离子的目标浓度高的硼酸根离子辅助浓度的硼酸根离子；
还包括从所述电镀系统放出所述电镀溶液中的一些，以经由放出与馈给程序来促进对所述电镀溶液的组成的控制。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述硼酸根离子辅助浓度比所述硼酸根离子的目标浓度大介于1.2与2倍之间。
16.一种在装置制造期间将金属电镀到衬底上的方法，所述方法包含：
(a)将电镀溶液提供至电镀系统，所述电镀系统包含：
(i)电镀槽，其包含阳极室与阴极室，并且被设置成在将所述金属电镀到所述衬底上时，将所述衬底保持在所述阴极室内，
(ii)电镀溶液贮槽，其被设置成容纳所述电镀溶液的一部分，同时将所述金属电镀到所述衬底上，
(iii)再循环系统，其用于在所述电镀槽与所述电镀溶液贮槽之间输送所述电镀溶液，
(iv)补充溶液入口，其用于将补充溶液提供至所述电镀系统，以及
(v)辅助电镀溶液入口，其用于将辅助电镀溶液提供至所述电镀系统，
其中所述电镀溶液包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的多种成分；
(b)在所述衬底被保持于所述阴极室内时，将所述金属电镀到所述衬底上；
(c)经由所述补充溶液入口将所述补充溶液供应至所述电镀系统，其中所述补充溶液包含所述多种成分中的一些或全部，每一成分处于用于将所述金属电镀到所述衬底上的目标浓度，其中将所述补充溶液供应至所述电镀系统改变所述电镀溶液的组成，使得在所述电镀溶液中的所述多种成分中的至少一种变得更接近其目标浓度；以及
(d)经由所述辅助电镀溶液入口，将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统，其中所述辅助电镀溶液包含所述多种成分中的一些或全部，
其中所述电镀溶液的多种成分包含钴离子、酸、硼酸根离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸、处于比硼酸根离子的目标浓度高的硼酸根离子辅助浓度的硼酸根离子、以及处于比钴离子的目标浓度低的钴离子辅助浓度的钴离子；
还包括从所述电镀系统放出所述电镀溶液中的一些，以经由放出与馈给程序来促进对所述电镀溶液的组成的控制。
17.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其还包含将单一成分溶液投配到所述电镀溶液贮槽内，所述单一成分溶液仅包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的所述多种成分中的一种。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述单一成分溶液为氯离子水溶液。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述单一成分溶液为有机电镀添加剂水溶液。
20.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统包含将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀溶液贮槽和/或所述电镀槽的所述阴极室。
21.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统包含将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀槽的辅助阴极室。
22.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述电镀槽还包含位于所述阳极室与所述阴极室之间的离子传递分隔件，所述离子传递分隔件被配置为提供所述阳极室中的所述电镀溶液与所述阴极室中的所述电镀溶液之间的离子传输的路径。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述离子传递分隔件包含阳离子交换膜。
24.一种用于在装置制造期间将金属电镀到衬底上的电镀系统，所述电镀系统包含：
(a)电镀槽，其包含阳极室与阴极室，并且被设置成在将所述金属电镀到所述衬底上时，将所述衬底保持在所述阴极室内，
(b)电镀溶液贮槽，其被设置成容纳所述电镀溶液的一部分，同时将所述金属电镀到所述衬底上，
(c)再循环系统，其用于在所述电镀槽与所述电镀溶液贮槽之间输送所述电镀溶液，
(d)补充溶液入口，其用于将补充溶液提供至所述电镀系统，
(e)辅助电镀溶液入口，其用于将辅助电镀溶液提供至所述电镀系统，以及
(f)控制器，其包含用于下述操作的指令：
(i)将电镀溶液提供至所述电镀系统，其中所述电镀溶液包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的多种成分，
(ii)在所述衬底被保持于所述阴极室内时，将所述金属电镀到所述衬底上，
(iii)经由所述补充溶液入口将所述补充溶液供应至所述电镀系统，其中所述补充溶液包含多种成分中的一些或全部，每一成分处于用于将所述金属电镀到所述衬底上的目标浓度，其中将所述补充溶液供应至所述电镀系统改变所述电镀溶液的组成，使得在所述电镀溶液中的所述多种成分中的至少一种变得更接近其目标浓度；
(iv)经由所述辅助电镀溶液入口，将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统，其中所述辅助电镀溶液包含所述多种成分中的一些或全部，
其中所述电镀溶液的所述多种成分包含铜离子和酸，且其中所述控制器包含用于以下操作的指令：供应所述辅助电镀溶液，使得所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸以及处于比铜离子的目标浓度高的铜离子辅助浓度的铜离子；以及
(v)从所述电镀系统放出所述电镀溶液中的一些，以经由放出与馈给程序来促进对所述电镀溶液的组成的控制。
25.根据权利要求24所述的电镀系统，其中所述电镀槽还包含位于所述阳极室与所述阴极室之间的离子传递分隔件，所述离子传递分隔件被配置为提供所述阳极室中的所述电镀溶液与所述阴极室中的所述电镀溶液之间的离子传输的路径。
26.根据权利要求25所述的电镀系统，其中所述离子传递分隔件包含阳离子交换膜。
27.根据权利要求24-26中任一项所述的电镀系统，其中所述电镀槽还包含一或多个辅助电极室。
28.根据权利要求27所述的电镀系统，其中所述一或多个辅助电极室为一或多个阴极室。
29.根据权利要求24-26中任一项所述的电镀系统，其中所述控制器还包含用于导致根据权利要求2至21所述的操作中的任何一或多个操作的指令。
30.根据权利要求24所述的电镀系统，其中所述控制器包含用于以下操作的指令：供应所述辅助电镀溶液，使得所述辅助电镀溶液还包含氯离子，所述氯离子处于目标浓度，和/或所述辅助电镀溶液包含有机镀敷添加剂，所述有机镀敷添加剂处于目标浓度。
31.根据权利要求24所述的电镀系统，其中所述铜离子辅助浓度比所述铜离子的所述目标浓度大介于5与50倍之间。
32.一种用于在装置制造期间将金属电镀到衬底上的电镀系统，所述电镀系统包含：
(a)电镀槽，其包含阳极室与阴极室，并且被设置成在将所述金属电镀到所述衬底上时，将所述衬底保持在所述阴极室内，
(b)电镀溶液贮槽，其被设置成容纳所述电镀溶液的一部分，同时将所述金属电镀到所述衬底上，
(c)再循环系统，其用于在所述电镀槽与所述电镀溶液贮槽之间输送所述电镀溶液，
(d)补充溶液入口，其用于将补充溶液提供至所述电镀系统，
(e)辅助电镀溶液入口，其用于将辅助电镀溶液提供至所述电镀系统，以及
(f)控制器，其包含用于下述操作的指令：
(i)将电镀溶液提供至所述电镀系统，其中所述电镀溶液包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的多种成分，
(ii)在所述衬底被保持于所述阴极室内时，将所述金属电镀到所述衬底上，
(iii)经由所述补充溶液入口将所述补充溶液供应至所述电镀系统，其中所述补充溶液包含多种成分中的一些或全部，每一成分处于用于将所述金属电镀到所述衬底上的目标浓度，其中将所述补充溶液供应至所述电镀系统改变所述电镀溶液的组成，使得在所述电镀溶液中的所述多种成分中的至少一种变得更接近其目标浓度；
(iv)经由所述辅助电镀溶液入口，将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统，其中所述辅助电镀溶液包含所述多种成分中的一些或全部，
其中所述电镀溶液的所述多种成分包含铜离子和酸，且其中所述控制器包含用于以下操作的指令：供应所述辅助电镀溶液，使得所述辅助电镀溶液包含处于比所述酸的目标浓度低的酸辅助浓度的酸以及处于比所述铜离子的目标浓度高的铜离子辅助浓度的铜离子；以及
(v)从所述电镀系统放出所述电镀溶液中的一些，以经由放出与馈给程序来促进对所述电镀溶液的组成的控制。
33.根据权利要求32所述的电镀系统，其中所述铜离子辅助浓度比所述铜离子的目标浓度大介于5与50倍之间。
34.根据权利要求32所述的电镀系统，其中所述辅助电镀溶液还包含氯离子，其处于比所述氯离子的目标浓度高的氯离子辅助浓度。
35.一种用于在装置制造期间将金属电镀到衬底上的电镀系统，所述电镀系统包含：
(a)电镀槽，其包含阳极室与阴极室，并且被设置成在将所述金属电镀到所述衬底上时，将所述衬底保持在所述阴极室内，
(b)电镀溶液贮槽，其被设置成容纳所述电镀溶液的一部分，同时将所述金属电镀到所述衬底上，
(c)再循环系统，其用于在所述电镀槽与所述电镀溶液贮槽之间输送所述电镀溶液，
(d)补充溶液入口，其用于将补充溶液提供至所述电镀系统，
(e)辅助电镀溶液入口，其用于将辅助电镀溶液提供至所述电镀系统，以及
(f)控制器，其包含用于下述操作的指令：
(i)将电镀溶液提供至所述电镀系统，其中所述电镀溶液包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的多种成分，
(ii)在所述衬底被保持于所述阴极室内时，将所述金属电镀到所述衬底上，
(iii)经由所述补充溶液入口将所述补充溶液供应至所述电镀系统，其中所述补充溶液包含多种成分中的一些或全部，每一成分处于用于将所述金属电镀到所述衬底上的目标浓度，其中将所述补充溶液供应至所述电镀系统改变所述电镀溶液的组成，使得在所述电镀溶液中的所述多种成分中的至少一种变得更接近其目标浓度；
(iv)经由所述辅助电镀溶液入口，将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统，其中所述辅助电镀溶液包含所述多种成分中的一些或全部，
其中所述电镀溶液的多种成分包含钴离子、酸、硼酸根离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述控制器包含用于以下操作的指令：供应所述辅助电镀溶液，使得所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸、处于硼酸根离子的目标浓度的硼酸根离子、以及处于比钴离子的目标浓度低的钴离子辅助浓度的钴离子；以及
(v)从所述电镀系统放出所述电镀溶液中的一些，以经由放出与馈给程序来促进对所述电镀溶液的组成的控制。
36.根据权利要求35所述的电镀系统，其中所述钴离子的目标浓度比所述钴离子辅助浓度大介于5与50倍之间。
37.一种用于在装置制造期间将金属电镀到衬底上的电镀系统，所述电镀系统包含：
(a)电镀槽，其包含阳极室与阴极室，并且被设置成在将所述金属电镀到所述衬底上时，将所述衬底保持在所述阴极室内，
(b)电镀溶液贮槽，其被设置成容纳所述电镀溶液的一部分，同时将所述金属电镀到所述衬底上，
(c)再循环系统，其用于在所述电镀槽与所述电镀溶液贮槽之间输送所述电镀溶液，
(d)补充溶液入口，其用于将补充溶液提供至所述电镀系统，
(e)辅助电镀溶液入口，其用于将辅助电镀溶液提供至所述电镀系统，以及
(f)控制器，其包含用于下述操作的指令：
(i)将电镀溶液提供至所述电镀系统，其中所述电镀溶液包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的多种成分，
(ii)在所述衬底被保持于所述阴极室内时，将所述金属电镀到所述衬底上，
(iii)经由所述补充溶液入口将所述补充溶液供应至所述电镀系统，其中所述补充溶液包含多种成分中的一些或全部，每一成分处于用于将所述金属电镀到所述衬底上的目标浓度，其中将所述补充溶液供应至所述电镀系统改变所述电镀溶液的组成，使得在所述电镀溶液中的所述多种成分中的至少一种变得更接近其目标浓度；
(iv)经由所述辅助电镀溶液入口，将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统，其中所述辅助电镀溶液包含所述多种成分中的一些或全部，
其中所述电镀溶液的多种成分包含钴离子、酸、硼酸根离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述控制器包含用于以下操作的指令：供应所述辅助电镀溶液，使得所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸、处于钴离子的目标浓度的钴离子、以及处于比硼酸根离子的目标浓度高的硼酸根离子辅助浓度的硼酸根离子；以及
(v)从所述电镀系统放出所述电镀溶液中的一些，以经由放出与馈给程序来促进对所述电镀溶液的组成的控制。
38.根据权利要求37所述的电镀系统，其中所述硼酸根离子辅助浓度比所述硼酸根离子的目标浓度大介于1.2与2倍之间。
39.一种用于在装置制造期间将金属电镀到衬底上的电镀系统，所述电镀系统包含：
(a)电镀槽，其包含阳极室与阴极室，并且被设置成在将所述金属电镀到所述衬底上时，将所述衬底保持在所述阴极室内，
(b)电镀溶液贮槽，其被设置成容纳所述电镀溶液的一部分，同时将所述金属电镀到所述衬底上，
(c)再循环系统，其用于在所述电镀槽与所述电镀溶液贮槽之间输送所述电镀溶液，
(d)补充溶液入口，其用于将补充溶液提供至所述电镀系统，
(e)辅助电镀溶液入口，其用于将辅助电镀溶液提供至所述电镀系统，以及
(f)控制器，其包含用于下述操作的指令：
(i)将电镀溶液提供至所述电镀系统，其中所述电镀溶液包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的多种成分，
(ii)在所述衬底被保持于所述阴极室内时，将所述金属电镀到所述衬底上，
(iii)经由所述补充溶液入口将所述补充溶液供应至所述电镀系统，其中所述补充溶液包含多种成分中的一些或全部，每一成分处于用于将所述金属电镀到所述衬底上的目标浓度，其中将所述补充溶液供应至所述电镀系统改变所述电镀溶液的组成，使得在所述电镀溶液中的所述多种成分中的至少一种变得更接近其目标浓度；
(iv)经由所述辅助电镀溶液入口，将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统，其中所述辅助电镀溶液包含所述多种成分中的一些或全部，
其中所述电镀溶液的多种成分包含钴离子、酸、硼酸根离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述控制器包含用于以下操作的指令：供应所述辅助电镀溶液，使得所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸、处于比硼酸根离子的目标浓度高的硼酸根离子辅助浓度的硼酸根离子、以及处于比钴离子的目标浓度低的钴离子辅助浓度的钴离子；以及
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