CN114481270A - 多隔室电化学补给池 - Google Patents

Abstract

电镀系统可包括电镀腔室。这些系统也可包括与所述电镀腔室流体耦接的补给组件。所述补给组件可包括容纳阳极材料的第一隔室。所述第一隔室可包括在其中容纳有所述阳极材料的第一隔室区段和通过间隔物与所述第一隔室区段分离的第二隔室区段。所述补给组件可包括与所述电镀腔室流体耦接且与所述第一隔室电耦接的第二隔室。所述补给组件也可包括与所述第二隔室电耦接的第三隔室，所述第三隔室包括惰性阴极。

Description

多隔室电化学补给池

相关申请的交叉引用

本申请要求享有在2020年10月23日递交的名称为“MULTI-COMPARTMENTELECTROCHEMICAL REPLENISHMENT CELL(多隔室电化学补给池)”的第17/078413号美国专利申请的权益和优先权，通过引用将该专利申请全部并入在此。

技术领域

本技术涉及半导体处理中的电镀操作。更具体而言，本技术涉及为电镀系统执行离子补给(replenishment)的系统和方法。

背景技术

通过在基板表面上制作复杂图案化的材料层的工艺，使得集成电路成为可能。在基板上成形、蚀刻和其他的处理之后，经常沉积或者形成金属或者其他导电材料以在部件之间提供电连接。由于该金属化可以在许多制造操作之后执行，所以该金属化期间发生的问题可能产生付出昂贵代价的废弃基板或者晶片。

在电镀腔室中执行电镀，其中晶片的器件一侧处于液体电解质的浴(bath)中，并且接触环上的电触点接触晶片表面上的导电层。电流流过电解质和导电层。电解质中的金属离子被向外镀到晶片上，从而在晶片上产生金属层。电镀腔室通常具有可消耗的阳极，对浴的稳定性和所有者的成本有益。例如，在镀铜时常使用铜制可消耗的阳极。从镀浴(plating bath)中取出的铜离子由从阳极移除的铜来补给，由此维持镀浴中的金属浓度。尽管在替换被电镀的金属离子时有效，但使用可消耗的阳极需要相对复杂且昂贵的设计以使可消耗的阳极能被替换。当可消耗的阳极与膜进行组合以避免使电解质降解(degrade)或在闲置状态期间氧化可消耗的阳极时，甚至增加了更多的复杂性。

因此，需要能够用于在保护基板和镀浴两者的同时生产高质量器件和结构的改良系统和方法。这些和其他需求由本技术来解决。

发明内容

电镀系统可包括电镀腔室。这些系统也可包括与所述电镀腔室流体耦接的补给组件。所述补给组件可包括容纳阳极材料的第一隔室。所述第一隔室可包括第一隔室区段(section)和第二隔室区段，在第一隔室区段中容纳有所述阳极材料，并且第二隔室区段通过间隔物(divider)与所述第一隔室区段分离。所述补给组件可包括与所述电镀腔室流体耦接且与所述第一隔室电耦接的第二隔室。所述补给组件也可包括与所述第二隔室电耦接的第三隔室，并且所述第三隔室包括惰性阴极。

在一些实施方式中，所述系统可包括将所述阳极材料与所述惰性阴极相耦接的电压源。所述第一隔室可包括阳极电解液(anolyte)，所述第二隔室可包括阴极电解液(catholyte)，并且所述第三隔室可包括取样电解液(thiefolyte)。所述第三隔室可与所述电镀腔室流体耦接以在所述第三隔室和所述电镀腔室之间递送取样电解液。所述第二隔室可与所述电镀腔室流体耦接。所述系统可包括定位在所述第一隔室的所述第二隔室区段和所述第二隔室之间的第一离子膜(ionic membrane)。所述系统可包括定位在所述第二隔室和所述第三隔室之间的第二离子膜。所述第二离子膜可以是单价膜(monovalentmembrane)。所述系统可包括流体耦接在所述第一隔室的所述第一隔室区段和所述第一隔室的所述第二隔室区段之间的泵。所述泵在第一设定中是可操作的，以使阳极电解液从所述第一隔室的所述第一隔室区段流动至所述第一隔室的所述第二隔室区段。可围绕所述间隔物界定流体路径(path)，从而当在所述第一设定中操作所述泵时，阳极电解液从所述第一隔室的所述第二隔室区段流动至所述第一隔室的所述第一隔室区段。所述泵在第二设定中是可操作的，以从所述第一隔室的所述第二隔室区段彻底排空(drain)所述阳极电解液。所述系统可包括位于所述第二隔室中的插入物。所述插入物可沿着所述插入物界定至少一个流体通道。所述系统可包括设置在所述第一隔室的所述第一隔室区段内的隔室。所述隔室可容纳所述阳极材料。所述间隔物可以是将所述第一隔室的所述第一隔室区段至所述第一隔室的所述第二隔室区段之间的流动路径流体隔离的离子膜。

本技术的一些实施方式可包含操作电镀系统的方法。所述方法可包括通过补给组件驱动电压。所述补给组件可包括容纳阳极材料的第一隔室。所述第一隔室可具有第一隔室区段和第二隔室区段，在第一隔室区段中容纳有所述阳极材料，并且第二隔室区段通过间隔物与所述第一隔室区段分离。所述补给组件可包括与电镀腔室流体耦接且与所述第一隔室电耦接的第二隔室。所述补给组件可包括与所述第二隔室电耦接的第三隔室。所述第三隔室可包括惰性阴极。通过所述第一隔室的所述第一隔室区段、所述第一隔室的所述第二隔室区段、所述第二隔室、和所述第三隔室，所述电压可被从所述阳极材料驱动至所述惰性阴极。所述方法可包括将所述阳极材料的离子提供至流过所述第二隔室的阴极电解液。

在一些实施方式中，所述方法可包括使所述阳极材料和所述惰性阴极之间的电压反转。所述方法可包括从所述惰性阴极移除经电镀的阳极材料。所述方法可包括将阳极电解液从所述第一隔室的所述第二隔室区段泵送至所述第一隔室的所述第一隔室区段，以排空所述第一隔室的所述第二隔室区段。所述补给组件可包括定位在所述第一隔室的所述第二隔室区段和所述第二隔室之间的第一离子膜。所述补给组件可包括定位在所述第二隔室和所述第三隔室之间的第二离子膜。所述泵送可维持所述第一离子膜仅与所述阴极电解液流体接触。

本技术的一些实施方式可包含电镀系统。所述系统可包括电镀腔室。所述系统可包括与所述电镀腔室流体耦接的补给组件。所述补给组件可包括容纳阳极材料和阳极电解液的第一隔室。所述第一隔室可具有第一隔室区段和第二隔室区段，在第一隔室区段中容纳有所述阳极材料，并且第二隔室区段通过间隔物与所述第一隔室区段分离。在所述第一隔室区段和所述第二隔室区段之间可界定流体回路。所述补给组件可包括与所述电镀腔室流体耦接且与所述第一隔室电耦接的第二隔室。所述第二隔室可包含阴极电解液。所述补给组件可包括定位在所述第一隔室的所述第二隔室区段和所述第二隔室之间的第一离子膜。所述补给组件可包括与所述第二隔室电耦接的第三隔室。所述第三隔室可包括惰性阴极。所述第三隔室可包括酸取样电解液。所述补给组件可包括定位在所述第二隔室和所述第三隔室之间的第二离子膜。在一些实施方式中，所述间隔物可以是第三离子膜。

这种技术相对于传统技术而言可提供众多的益处。例如，本技术可限制系统闲置状态期间的添加剂损失。此外，该系统也可限制因阴极电解液中的夹带空气导致的电镀缺陷。结合下面的说明和附图，更详细地描述这些和其他实施方式以及许多它们的优点和特征。

附图说明

通过参考本说明书的余下部分和附图，可以实现对所公开的多个实施方式的本质和优点的进一步理解。

图1示出了根据本技术的一些实施方式的电镀处理系统的示意图。

图2示出了根据本技术的一些实施方式的惰性阳极的截面图。

图3示出了根据本技术的一些实施方式的补给组件的示意图。

图4示出了根据本技术的一些实施方式的补给组件的示意性截面图。

图5示出了根据本技术的一些实施方式的补给组件的示意性截面图。

图6示出了根据本技术的一些实施方式的补给组件的示意性截面图。

图7示出了根据本技术的一些实施方式的阳极材料容器的示意性透视图。

图8示出了根据本技术的一些实施方式的池(cell)插入物的示意性透视图。

图9示出了根据本技术的一些实施方式的补给组件中的池插入物的示意性截面一部分视图。

图10示出了根据本技术的一些实施方式的操作电镀系统的方法中的示例性操作。

附图中的几幅图被作为示意图而包括在内。应理解的是，这些图是用于说明的目的，并不视为按比例绘制，除非特意说明是按比例绘制的。另外，作为示意图，这些图被提供用以辅助理解，并且与现实表现相比可能并未包括所有的方面或者信息，并且出于说明目的可能包括夸张后的材料。

在这些图中，类似的部件和/或特征可能具有相同的附图标记。此外，可能通过在附图标记后跟随用作在类似的部件和/或特征中做区分的字母来区分相同类型的各种部件。如果在说明书中仅使用第一数字附图标记，那么该描述能够用于具有相同的第一数字附图标记的类似部件和/或特征中的任一个而不必考虑其字母后缀。

具体实施方式

在半导体制造和处理中进行各种操作以在整个基板上产生大量的特征结构。随着半导体的层的形成，在该结构中产生过孔、沟槽和其他通路(pathway)。然后这些特征结构可以被填充有使电能够从一层到另一层地传导通过器件的导电材料或者金属材料。

可以进行电镀操作以将导电材料提供到过孔和基板上的其他特征结构中。电镀利用了包含导电材料离子的电解质浴，以将导电材料电化学地沉积到基板上和沉积到基板上界定的特征结构中。其上正在被镀敷金属的基板作为阴极工作。诸如环或者销(pin)之类的电气触点可以使电流能流过系统。在电镀期间，可以将基板夹到头部并且浸入电镀浴中以形成金属化。金属离子可从该浴沉积在基板上。

在利用惰性阳极的电镀系统中，额外的金属离子源可被用来补给阴极电解液溶液。本技术利用单独的补给组件，该补给组件可利用阳极材料来将被电镀的金属离子替换至阴极电解液溶液中。这种组件可与多个镀敷(plating)腔室流体耦接，这可有助于限制另外补给材料的停工时间(downtime)。然而，当该系统未被操作时，可发生新的挑战。

补给模块可具有由两个位于隔室之间的膜分离的补给组件的分离隔室中所包括的阳极电解液、阴极电解液和取样电解液。在闲置(idle)状态期间，尽管离子传输可受限，但仍会损失添加剂。镀浴可包括有机化合物和促进镀敷操作的其他添加剂。例如，用于某些离子的加速剂(accelerator)、平衡剂(leveler)、和抑制剂(suppressor)可被包括在阴极电解液溶液中。这些添加剂可沉积出来在膜上或者另外可从阴极电解液传输，如果它们未被替换则这可不利地影响随后的电镀。这种损失可通过在闲置状态期间排空流体隔室而减少，但这可导致额外的挑战。排空阳极电解液隔室可使阳极材料暴露于空气，这可导致氧化发生并限制功能性。排空阴极电解液隔室并且之后在开机时再加注会将气泡引入阴极电解液流体环路中，这会通过在晶片处产生孔隙而影响沉积。

根据本技术的补给组件可通过在三隔室模块的阳极电解液隔室中包括间隔物而克服这些问题。通过允许阳极电解液隔室的一部分排空至阳极电解液隔室的主要部分中，阳极材料可维持浸没在阳极电解液中，同时可在邻近阴极电解液隔室形成空气间隔。有利地，此举也可在系统闲置状态期间维持所有流体膜与单一侧上的流体接触。这可限制膜的干燥，否则膜在干燥时会另外收缩和破裂。尽管排空和加注阳极电解液隔室可在回路中夹带一定量的空气，但这可并未对处理不利，因为阳极电解液可不与工作件接触。另一方面，排空和加注阴极电解液隔室可夹带接触被加工的基板的空气，并且这可在未发生电镀的基板上导致电镀缺陷。在描述其中可并入有本技术的实施方式的示例性系统之后，余下公开内容将讨论本技术的系统和加工的各方面。

图1示出了根据本技术的一些实施方式的电镀加工系统的示意图。在图1中，电镀腔室20可在头部22中包括转子24，以用于保持晶片50。转子24可包括接触环30，接触环30可垂直移动以将接触环30上的接触指部35接合至晶片50朝下的表面。接触指部35可在电镀期间连接至负电压源。波纹管32可被用于密封头部22的内部部件。头部中的马达28可在电镀期间旋转在接触环30中保持的晶片50。腔室20可替代性地具有各种其他类型的头部22。例如，头部22可以与保持在卡盘中的晶片50操作，而不直接处理晶片50，或者可省去转子和马达，使得在电镀期间晶片保持静止。接触环上的密封件可抵靠晶片密封以使接触指部35密封而在处理期间远离阴极电解液。头部22可定位在电镀腔室20的电镀容器38上方。一个或多个惰性阳极可设置在容器38中。在示出的示例中，电镀腔室20可包括内阳极40和外阳极42。多个电镀腔室20可成列设置在电镀系统内，使用一个或多个机械手在该系统中移动晶片。

图2示出了根据本技术的一些实施方式的惰性阳极的截面图。在图2中，阳极40和42可包括位于膜管47内的导线45。膜管47可具有外保护性护套或覆盖物49。包括有电极导线在内的膜管47可以是圆形的，或可选地形成为螺旋、或线性阵列，或采用适于建立适合被处理的工件的电场的其他形式。在一些实施方式中，在2-3mm内直径膜管47内，导线45可以是高达2mm直径铂导线。导线45也可以是具有诸如铌、镍、或铜之类的另一金属的内芯的铂包层导线。阻性扩散器可设置在容器中并位于惰性阳极上方。流动空间51可围绕膜管47内的导线45进行设置。尽管导线45可在名义上位于膜管47内的中心，但实际上导线在膜管内的位置在某些位置处改变，以至于导线可触碰膜管内壁。可使用垫片以在管内维持导线，尽管可能需要没有垫片或其他技术来使导线在膜管内居中。

图1中另外所示的是三隔室补给组件70，其将在下文进一步详细地进行描述。在电镀期间，处理阳极电解液可通过处理阳极电解液环路进行泵送，所述处理阳极电解液环路包括阳极膜管47和处理阳极电解液腔室150，处理阳极电解液腔室150是阳极40和42的处理阳极电解液源。形成阳极40和42的膜管可形成为环形或圆形，被包含在容器38的阳极板43中的圆形槽41内，如图所示，膜管放置在容器38的底板上。补给系统70可位于腔室20的外部，因为其是可位于处理系统内、远离处理器的单独单元。这可允许补给组件与多个电镀腔室流体耦接，其中所述补给组件补给被任意数量的腔室使用的阴极电解液。

每个阳极40、42的导线45可电连接至相对于施加至晶片的电压的正电压源，以在容器内建立电场。经由容器38上的电连接器60，每个惰性阳极可连接至一个电源通道，或者它们可连接至分开的电源通道。通常可使用一个至四个惰性阳极。流经膜管的阳极电解液可将气体带出容器。在使用中，电压源可感应电流流动，导致惰性阳极处的水转换为氧气和氢离子并且铜离子从阴极电解液沉积到晶片上。

阳极40和42中的导线45可以是惰性的，并且可不与阳极电解液发生化学反应。晶片50、或者晶片50上的导电种晶层可连接至负电压源。在电镀期间，容器38内的电场可导致阴极电解液中的金属离子沉积到晶片50上，从而在晶片50上创建金属层。

被镀到晶片50上的金属层可由室阴极电解液中的金属离子形成，这些金属离子因室阴极电解液流和容器38中的离子扩散而移动至晶片表面。阴极电解液补给系统70可与电镀腔室流体耦接以将金属离子供应回至系统阴极电解液中。补给系统70可包括腔室阴极电解液回流线，其可以是或者包括管或管道，和连接阴极电解液循环环路中的补给组件74的腔室阴极电解液供应线78。在一些实施方式中，额外的阴极电解液罐可被包括在阴极电解液循环环路中，其中腔室阴极电解液罐将阴极电解液供应至处理系统内的多个电镀腔室20。阴极电解液循环环路可包括至少一个泵，并且也可包括诸如加热器、过滤器、阀门、和任何其他流体环路或循环部件之类的其他部件。补给组件74可与阴极电解液回流对齐，或者它可替代性地连接在离开和返回阴极电解液罐的单独的流动环路中。

图3示出了根据本技术的一些实施方式的补给组件的示意图，并且可提供下文进一步描述的补给组件的细节。该图示出了作为操作部件的补给组件74的放大示意图，该操作部件可适用于包括下文描述的那些在内的任意数量的特定补给组件构造。补给组件阳极电解液可通过补给组件阳极电解液回路90以及可选的补给组件阳极电解液罐96而在补给组件74内循环，补给组件阳极电解液回路90包括补给组件阳极电解液隔室98，补给组件阳极电解液隔室98可以是该补给组件的第一隔室。在一些实施方式中，诸如对于铜电镀而言，补给组件阳极电解液可以是无酸的硫酸铜电解液，尽管要理解的是该系统可用于任意数量的电镀操作，这些电镀操作利用适于这些操作的化学和材料。补给组件74内的阳极电解液补给组件可无需再循环环路，并且可仅包括阳极电解液隔室98。气体鼓泡器(sparger)，例如氮气鼓泡器，可为补给组件提供搅动，而没有需要管路系统和泵的再循环环路的复杂化。再次参照铜电镀系统，作为非限制性示例，如果使用低酸电解液或阳极电解液，则当电流流过补给组件时，Cu²⁺离子(而非质子)可跨过该膜传输或移动至阴极电解液中。气体鼓泡也可减少大块铜材料的氧化。

去离子水供应线124可将补充的去离子水供应至补给组件阳极电解液罐96或隔室98中。大块电镀材料92，诸如铜粒料，可设置在补给组件阳极电解液隔室98中，并提供可被电镀至晶片50上的材料。泵可使补给组件阳极电解液循环通过补给组件阳极电解液隔室98。补给组件阳极电解液可与提供至阳极40和/或42的阳极电解液完全分离。此外，在一些实施方式中，可在没有任何补给组件阳极电解液环路的情况下使用阳极电解液隔室98。例如，气体鼓泡器，或者一些其他泵送系统可阳极电解液隔室98提供搅动，而无需使用补给组件阳极电解液环路。例如，阳极电解液隔室(或第一隔室)的一些实施方式可包括阳极电解液补给罐，或者可如下文将进一步描述在隔室内或在隔室的两个区段内简单循环阳极电解液。

在补给组件74内，第一阳离子膜104可定位在补给组件阳极电解液隔室98中的补给组件阳极电解液和阴极电解液隔室106中的阴极电解液之间，以将补给组件阳极电解液与阴极电解液分离。阴极电解液回流线72可连接至阴极电解液隔室106的一侧，而阴极电解液供应线78可连接至阴极电解液隔室106的另一侧，这可允许来自容器38的阴极电解液循环通过阴极电解液室。或者，通过补给组件74的阴极电解液流动环路可以是具有阴极电解液罐的分离的流动回路。第一阳离子膜104可允许金属离子和水穿过补给组件阳极电解液隔室98至阴极电解液室中的阴极电解液中，同时另外在补给组件阳极电解液和阴极电解液之间提供屏障。去离子水可添加至阴极电解液以补给蒸发损失的水，但更常见的是可增强水蒸发以通过电渗透使从阳极电解液补给组件进入阴极电解液中的水蒸发。也可包括蒸发器以促进移除过量的水。

金属离子流入阴极电解液中可补给阴极电解液中金属离子的浓度。由于阴极电解液中的金属离子沉积到晶片50上以在晶片50上形成金属层，因而这些金属离子可用源自大块电镀材料92的金属离子替换，这些金属离子移动穿过补给组件阳极电解液和第一膜104至流经补给组件74的阴极电解液隔室106的阴极电解液中。

惰性阴极114可位于与第二阳离子膜108相对的取样电解液(thiefolyte)隔室112中。诸如DC电源之类的电源130的负极或阴极可电连接至惰性阴极114。电源130的正极或阳极可电连接至补给组件阳极电解液隔室98中的大块电镀材料92或金属，从而横跨补给组件74施加或建立电压差。取样电解液隔室112中的补给组件电解液可选择性地循环通过补给组件罐118，其中去离子水和硫酸经由入口122添加至补给组件电解液。取样电解液隔室112电解液可包括，例如，具有1-10％硫酸的去离子水。惰性阴极114可以是铂或铂包层导线或板。第二离子膜108可有助于将铜离子保持在第二隔室中。此外，第二离子膜108可被配置为特别在阴极电解液内维持Cu²⁺。例如，在一些实施方式中，第二离子膜可以是单价膜，其可进一步限制铜穿过该膜。

再次参照图1和图2，腔室20可选择性地在容器38中包括电流取样电极(thiefelectrode)46，尽管在一些实施方式中可不包括电流取样。在一些实施方式中，电流取样电极46也可在电流取样膜管内具有电流取样导线，类似于上述的阳极40或42。如果使用取样电极，则可通过电流取样膜管泵送再生电解液。电流取样导线通常可连接至负电压源，该负电压源独立于经由接触环30连接至晶片50的负电压源而受控。电流取样膜管可经由通常由82表示的补给组件循环环路(即经由补给组件电解液回流线84和补给组件电解液供应线86)连接至补给组件74中的取样电解液隔室112。如果使用，则阴极电解液隔室106中的高酸阴极电解液浴可确保大部分跨越膜108的电流可以是质子，而非金属离子。以这种方式，补给组件74内的电流可在阴极电解液内补给铜，同时防止其穿过膜而损失。

第二阳离子膜108可定位在阴极电解液隔室106中的阴极电解液和取样电解液隔室112中的补给组件电解液之间。第二阳离子膜108可允许质子从阴极电解液隔室106中的阴极电解液穿过第二阳离子膜108至取样电解液隔室112中的补给组件电解液中，同时限制穿过该膜的金属离子(该金属离子然后会被镀在惰性阴极上)的量。取样电解液隔室112的主要功能是以不将金属镀至惰性阴极114上的方式形成用于补给组件室的电路。可在有或没有额外罐或循环环路的情况下使用取样电解液隔室112。阴极电解液隔室106中的高酸电解液或阴极电解液浴可确保大部分跨越膜108的电流是质子，而非金属离子，从而惰性电极114上的阴极反应主要是析氢。以这种方式，补给组件74内的电流在阴极电解液内补给铜，同时防止铜穿过膜108而损失。

在闲置状态操作期间，当补给组件未处于使用中时，补给系统70停止阴极电解液流过形成为可消耗的阳极的大块电镀材料92。在一些实施方式中，取样电解液可在闲置状态期间从取样电解液隔室排空，以限制因Cu²⁺跨膜108的扩散、或其他运输机理而导致的来自于阴极电解液的铜、添加剂、或其他浴成分的额外损失。然而，如以上所解释，将阴极电解液和阳极电解液留存在各自的隔室内、以及排空两种材料两者均存在挑战。排空阴极电解液会在开机时促进空气夹带，这可不利地影响电镀。排空阳极电解液可暴露阳极材料，导致氧化。然而，将两种电解液留存在各自的室内可在跨越膜的材料之间发生浓度梯度以使得添加剂从阴极电解液损失。因此，本技术的一些实施方式可结合额外的间隔物，可在闲置状态操作期间利用该间隔物将阳极电解液和阴极电解液分离在它们各自的隔室内。

转至图4，其示出了根据本技术的一些实施方式的补给组件400的示意性截面图。补给组件400可包括补给组件74的任意特征、部件或特性，并且可被并入上述的补给系统70中。补给系统400可图示出根据本技术的一些实施方式的补给组件74的额外特征。

补给组件400可包括三隔室池(cell)，该三隔室池包括：阳极电解液隔室405，或第一隔室；阴极电解液隔室410，或第二隔室；和取样电解液隔室415，或第三隔室。该组件也可包括位于阳极电解液隔室和阴极电解液隔室之间的第一离子膜420，并且可包括位于阴极电解液隔室和取样电解液隔室之间的第二离子膜425。此外，为了克服如前所述的在闲置状态期间的问题，额外的间隔物430可被包括在阳极电解液隔室405内，间隔物430可在阳极电解液隔室内的第一隔室区段407和第二隔室区段409之间提供流体分离。阳极电解液隔室的每个隔室区段可仅由在阳极电解液隔室405内的连续环路中的阳极电解液进入，尽管额外的间隔物430可如下文进一步描述的那样促进操作。

阳极电解液隔室405可包括电极406，其可如前所述与电源耦接。阳极材料(诸如铜粒料或电镀中使用的其他金属材料)可沉积在与电极406接触的池中。例如，可包括有保持器408或隔板(screen)以维持阳极材料抵靠电极并远离接触离子膜。如下文将描述的，也可利用可移动的容器以确保将阳极材料容纳在阳极电解液隔室内并与电极接触。

间隔物430可以是离子膜，其可确保：当阳极电解液在阳极电解液隔室的每个区段中流动时，第一隔室区段可与第二隔室区段电耦接，同时允许流体分离，该流体分离可被用于将隔室流体隔离，从而允许在闲置状态期间发生排空操作。在一些实施方式中，泵435或泵送系统可连接至阳极电解液隔室405的第一隔室区段和第二隔室区段中的每一个，并且可以是可操作的以将流体泵送入和/或泵送出阳极电解液隔室的第二隔室区段。阳极电解液可从第一隔室区段407泵送入第二隔室区段409中，阳极电解液可在第二隔室区段内上升并填充第二隔室区段，该第二隔室区段可位于间隔物430和第一离子膜420之间。流体可被持续泵送以确保各隔室区段内的阳极电解液的一致性。随着流体填充阳极电解液隔室405的第二隔室区段，流体可进入溢流道438，如以下所进一步解释，这可允许阳极电解液倾注回第一隔室区段407，从而在阳极电解液隔室405内的两个区段之间形成连续流体环路。

阴极电解液隔室410可如前所述与电镀腔室流体耦接，并且可如下文将进一步描述填充有阴极电解液，阴极电解液可在闲置状态期间被维持在阴极电解液隔室410内。阴极电解液隔室410可通过第二离子膜425而与取样电解液隔室415分离，第二离子膜425在一些实施方式中可以是单价膜。取样电解液隔室可使取样电解液流入其中也可包括有如前所述与电源电耦接的惰性阴极440的空间内。因此，电源可操作为通过腔室的三个隔室将阳极材料与惰性阴极440耦接的电压源，这三个隔室各自可通过单独的电解液和离子膜而电耦接在一起。

图5示出了根据本技术的一些实施方式的补给组件500的示意性截面图，并且可说明在操作期间的补给组件400。补给组件500可包括前述的系统或组件的任意部件或特征，并且可被并入如以上所讨论的电镀系统内。

如图所示，补给组件500可在阳极电解液隔室405中包括阳极电解液，其可在将离子补给至阴极电解液中第一操作期间流经阳极电解液隔室的第一隔室区段和第二隔室区段中的每一个。换一种说法，在用于补给的第一操作期间，可在第一设定中操作泵435以使阳极电解液从第一隔室区段流动至阳极电解液隔室405的第二隔室区段。如图所示，阳极电解液然后可与邻近阴极电解液隔室的第一离子膜接触，这可使阴极电解液流向该膜的相对侧。阳极电解液可继续向上流经阳极电解液隔室的第二隔室区段，并且可在溢流道438上方流回至阳极电解液隔室405的第一隔室区段中。溢流道438可操作为流体路径，该流体路径在间隔物上方延伸以产生可在操作期间持续流动的流体环路。

图6示出了根据本技术的一些实施方式的补给组件600的示意性截面图，并且可说明在操作期间的补给组件400。补给组件600可包括前述的系统或组件的任意部件或特征，并且可被并入如以上所讨论的电镀系统内。

如图所示，补给组件600可在阳极电解液隔室405中包括阳极电解液，其可在系统处于闲置状态下的第二操作期间维持在第一隔室区段407内，同时从阳极电解液隔室405的第二隔室区段409排空。换一种说法，在系统处于闲置或待机状态下的第二操作期间，可在第二设定中操作泵435，第二设定可以是与第一设定相反的情形，以从第二隔室区段409排空阳极电解液并将其泵送回阳极电解液隔室405的第一隔室区段407中。如图所示，第一隔室区段407可在隔室区段内包括额外的顶空容积，这可允许第二隔室区段409的整个容积被泵送回阳极电解液隔室的第一隔室区段407中。

取样电解液隔室415在闲置状态期间可类似地排空取样电解液，这可防止额外的铜迁移穿过第二离子膜并被镀在惰性阴极上。阴极电解液可被保持在阴极电解液隔室内，这可允许到电镀腔室的整个阴极电解液流体回路保持充满，此举可在环路内防止空气夹带。这种构造可提供多种益处，包括在闲置状态期间在补给组件内维持所有流体分离。此外，可包括作为第三离子膜的间隔物430的每个离子膜可沿着膜的表面维持与电解液接触。例如，如图所示，第一离子膜可在闲置状态期间维持仅与阴极电解液接触，并且可维持实质上不含或基本上不含阳极电解液，少量残留阳极电解液可被保持在膜上。这可确保膜在闲置时间段期间不会变干，这可防止膜的破裂和失效。此外，第一隔室区段407中保持的阳极材料可仍然全部浸没在阳极电解液中，这可防止氧化。因此，通过将额外的间隔物包括在阳极电解液隔室内而并入阳极电解液隔室的第二隔室区段，可产生限制或防止在停滞流体之间跨膜迁移的闲置状态配置。

转至图7，其示出了根据本技术的一些实施方式的阳极材料容器700的示意性透视图。如之前所讨论的，阳极材料(诸如铜粒料或补给金属离子的材料)可被包括在阳极电解液隔室内，诸如在阳极电解液隔室的第一隔室区段，阴极电解液可在操作状态和闲置状态期间维持在阴极电解液的第一隔室区段内。在一些实施方式中，可包括含隔室705的容器700，隔室705可保持阳极材料以防止阳极材料与离子膜接触，这种接触可导致膜撕裂或穿过膜的其他穿孔。隔室705可包括前隔板710，其可允许阳极电解液在操作期间流经该隔室。此外，电极715可如图所示延伸至该隔室中，这可进一步确保与阳极材料的电连通。例如，隔室705可导电，这可确保阳极材料与电源电接触。应理解的是，容器700可被并入前述的任意组件或构造中。

图8示出了根据本技术的一些实施方式的池插入物800的示意性透视图。池插入物800在一些实施方式中可被包括在阴极电解液隔室内以限制在任何时间流经隔室的流体量。在闲置状态期间，阴极电解液的容积可被保持在阴极电解液隔室内，并且其可与第一离子膜和第二离子膜接触。添加剂仍然可从阴极电解液表达至膜上，并且这些添加剂在重新启动时可能无法全部重新吸收至阴极电解液中。因此，在一些实施方式中，通过减少阴极电解液隔室中阴极电解液的容积，可限制或防止添加剂的额外损失。

池插入物800可界定一个或多个、包括数个穿过该插入物的流体通道805。可在形成有通道805的方向上穿过该池插入物的两端形成有小孔810。图9示出了根据本技术的一些实施方式的补给组件中、诸如如前所述的阴极电解液隔室内的池插入物800的示意性截面部分视图。要理解的是，池插入物800可被包括在前述的任意组件或构造中。如图所示，池插入物800可在阴极电解液隔室内横向延伸以限制用于阴极电解液流动的可用容积。在一些实施方式中，池插入物800可接触第一离子膜或第二离子膜中的一者或两者，尽管可在部件之间维持有少量的流体空间以确保膜足够润湿。可在可向小孔810提供流体入口的池插入物的顶部和底部内形成有凹陷通道905。小孔810可将流体从凹陷通道提供至穿过池插入物垂直界定的流体通道。根据本技术的池插入物可将阴极电解液隔室或任意其他隔室内的容积限制在大于或约10％，并且可将隔室内的容积限制在大于或约20％、大于或约30％、大于或约40％、大于或约50％、大于或约60％、大于或约70％、大于或约80％、大于或约90％、或更大。

图10示出了根据本技术的一些实施方式的操作电镀系统的方法1000中的示例性操作。该方法可在各种处理系统中执行，包括上述的电镀系统，处理系统可包括根据本技术的实施方式的补给组件(诸如补给系统400)，补给组件可包括本公开内容全文中讨论的任意额外的部件或特征。方法1000可包括许多可选的操作，这些可选的操作可与或可不与根据本技术的方法的一些实施方式明确关联。

方法1000可包括处理方法，该处理方法可包括用于操作电镀系统的操作，该电镀系统可包括如前所述的补给组件。该方法可包括在启动方法1000之前的可选的操作，或者该方法可包括额外的操作。例如，方法1000可包括以与所示不同的顺序执行的操作。在一些实施方式中，方法1000可包括在操作1010处驱动电压通过补给组件，该补给系统可包括含前述的组件或器件的任意部件、特征、或特性的三隔室组件。该组件可在阳极电解液隔室内包括间隔物，其可如前所述被用于促进闲置操作。该方法可包括在操作1020处提供阳极材料的离子。这些离子可以是被提供至或补给流经该组件的阴极电解液隔室的阴极电解液的金属离子。

在一些实施方式中，在可选的操作1030处，在电镀操作之后，可在阳极材料和阴极之间使电压反转，该阴极可以是惰性阴极。这可允许任何可已穿过阴极电解液至取样电解液中并被镀在惰性阴极上的材料被提供回至电镀溶液中并从惰性阴极移除。在一些实施方式中，电压反转操作可以规则的间隔执行。尽管系统会运行延长的时间段，接着使电压反转时间延长，但在一些实施方式中，这种反转可以更规则的间隔执行更短的时间段。这可促进在阴极电解液内维持金属，并且可限制阳极材料的枝晶或其他缺陷的形成。例如，在一些实施方式中，这种反转可以规则间隔执行从而允许在标准操作循环之间在少于或约60分钟的时间段内执行这种反转，并且可允许这种反转执行少于或约50分钟、少于或约40分钟、少于或约30分钟、少于或约20分钟、少于或约10分钟、或更少。

在一些实施方式中，该方法可包括待在系统的闲置状态之前执行的操作。例如，在可选操作1040中，可操作泵以将阳极电解液从阳极电解液隔室的第二隔室区段泵送回至可容纳有阳极材料的阳极电解液隔室的第一隔室区段中。该泵送可将阳极电解液从第二隔室区段排空，并且可移除阳极电解液，以防止阳极电解液流体接触定位在阳极电解液隔室和阴极电解液隔室之间的离子膜。在一些实施方式中，离子膜可被维持为除了在排空或泵送出操作期间保持在膜内的残留量之外不含阳极电解液。通过利用根据本技术的实施方式的补给模块，可在限制添加剂损失和克服与系统闲置时期关联的挑战的同时促进金属离子补给。

在前面的描述中，为了进行说明，列示了众多的细节以便提供对本技术各种实施方式的理解。然而，对本领域技术人员而言很显然的是，可以在没有这些细节中的一些细节或者在有其他细节的情况下实践一些实施方式。例如，其他可以得益于所描述的湿式技术(wetting technique)的基板也可以与本技术一起使用。

以上公开了几个实施方式，本领域技术人员将认识到的是，在不违背这些实施方式的精神的情况下，可以采用各种修改、替换构造和等同物。另外，并未描述许多公知的工艺和元件以便避免不必要地使本技术难以理解。因此，以上描述不应视为对本技术的范围的限制。

在提供了数值范围的情况下，理解为也明确公开了介于该范围的上下限之间的每个值(到下限单位的最小部分)，除非上下文明示了与之不同的情形。本技术包括了在提到的范围内的任何提到的值或者未提到的介于该范围之间的值之间的任何更窄的范围、和在提到的范围内的任何其他提到的值或者介于该范围之间的值。这些更小范围的上下限可以被独立地包括在该范围内或者排除在该范围之外，并且在提到的范围中任何特意排除的极限值的条件下，本技术内也包括了以下每个范围：上下限中任一或者两者被包括或者不被包括在这些更小范围内的每个范围。在提到的范围包括这些极限值之一或者两者的情况下，本技术也包括了排除了那些所包括的极限值中任一或两者的范围。在列表中提供多个值的情况下，也类似地特意公开了包括这些值中任何值的任何范围或者以这些值中任何为基础值的任何范围。

如本文和所附权利要求书中使用的那样，单数形式“一”、“一种”、“该”和“所述”包括了复数引述，除非上下文明示了与之不同的情形。因而，例如，引述“一种材料”包括了多种这样的材料，而引述“所述通道”或“该通道”包括了对一个或者多个通道的引述，也包括了对本领域技术人员已知的一个或多个通道的等同物的引述等等。

此外，词语“包括”、“包括有”、“包含”、“包含有”、“含”、和“含有”，在用于本说明书中和所附的权利要求书中时，意在指明确定的特征、完整件(integer)、部件或者操作的存在，但它们并不排除一个或多个其他特征、完整件、部件、操作、动作或者群组(group)的存在或者增加。

Claims (20)

1.一种电镀系统，包括：

电镀腔室；和

与所述电镀腔室流体耦接的补给组件，所述补给组件包括：

容纳阳极材料的第一隔室，所述第一隔室具有第一隔室区段和第二隔室区段，在所述第一隔室区段中容纳有所述阳极材料，并且所述第二隔室区段通过间隔物与所述第一隔室区段分离，

第二隔室，所述第二隔室与所述电镀腔室流体耦接且与所述第一隔室电耦接，和

与所述第二隔室电耦接的第三隔室，所述第三隔室包括惰性阴极。

2.根据权利要求1所述的电镀系统，进一步包括：

电压源，所述电压源将所述阳极材料与所述惰性阴极相耦接。

3.根据权利要求1所述的电镀系统，其中所述第一隔室包括阳极电解液，其中所述第二隔室包括阴极电解液，并且其中所述第三隔室包括取样电解液。

4.根据权利要求3所述的电镀系统，其中所述第三隔室与所述电镀腔室流体耦接以在所述第三隔室与所述电镀腔室之间递送取样电解液，并且其中所述第二隔室与所述电镀腔室流体耦接。

5.根据权利要求1所述的电镀系统，进一步包括：

第一离子膜，所述第一离子膜定位在所述第一隔室的所述第二隔室区段与所述第二隔室之间；和

第二离子膜，所述第二离子膜定位在所述第二隔室与所述第三隔室之间。

6.根据权利要求5所述的电镀系统，其中所述第二离子膜是单价膜。

7.根据权利要求1所述的电镀系统，进一步包括：

泵，所述泵被流体耦接在所述第一隔室的所述第一隔室区段与所述第一隔室的所述第二隔室区段之间。

8.根据权利要求7所述的电镀系统，其中所述泵在第一设定中是可操作的，以使阳极电解液从所述第一隔室的所述第一隔室区段流动至所述第一隔室的所述第二隔室区段。

9.根据权利要求8所述的电镀系统，其中围绕所述间隔物界定有流体路径，从而当在所述第一设定中操作所述泵时，阳极电解液从所述第一隔室的所述第二隔室区段流动至所述第一隔室的所述第一隔室区段。

10.根据权利要求8所述的电镀系统，其中所述泵在第二设定中是可操作的，以从所述第一隔室的所述第二隔室区段彻底排空所述阳极电解液。

11.根据权利要求1所述的电镀系统，进一步包括：

位于所述第二隔室中的插入物，所述插入物沿着所述插入物界定至少一个流体通道。

12.根据权利要求1所述的电镀系统，进一步包括：

设置在所述第一隔室的所述第一隔室区段内的隔室，所述隔室容纳所述阳极材料。

13.根据权利要求1所述的电镀系统，其中所述间隔物是离子膜，所述离子膜流体隔离所述第一隔室的所述第一隔室区段至所述第一隔室的所述第二隔室区段之间的流动路径。

14.一种操作电镀系统的方法，所述方法包括：

通过补给组件驱动电压，所述补给组件包括：

容纳阳极材料的第一隔室，所述第一隔室具有第一隔室区段和第二隔室区段，在所述第一隔室区段中容纳有所述阳极材料，并且所述第二隔室区段通过间隔物与所述第一隔室区段分离，

第二隔室，所述第二隔室与电镀腔室流体耦接且与所述第一隔室电耦接，和

与所述第二隔室电耦接的第三隔室，所述第三隔室包括惰性阴极，其中通过所述第一隔室的所述第一隔室区段、所述第一隔室的所述第二隔室区段、所述第二隔室、和所述第三隔室将所述电压从所述阳极材料驱动至所述惰性阴极；和

将所述阳极材料的离子提供至流过所述第二隔室的阴极电解液。

15.根据权利要求14所述的操作电镀系统的方法，进一步包括：

使所述阳极材料与所述惰性阴极之间的电压反转；和

从所述惰性阴极移除经电镀的阳极材料。

16.根据权利要求14所述的操作电镀系统的方法，进一步包括：

将阳极电解液从所述第一隔室的所述第二隔室区段泵送至所述第一隔室的所述第一隔室区段，以排空所述第一隔室的所述第二隔室区段。

17.根据权利要求16所述的操作电镀系统的方法，其中所述补给组件进一步包括：

第一离子膜，所述第一离子膜定位在所述第一隔室的所述第二隔室区段与所述第二隔室之间；和

第二离子膜，所述第二离子膜定位在所述第二隔室与所述第三隔室之间。

18.根据权利要求17所述的操作电镀系统的方法，其中所述泵送维持所述第一离子膜仅与所述阴极电解液流体接触。

19.一种电镀系统，包括：

电镀腔室；和

与所述电镀腔室流体耦接的补给组件，所述补给组件包括：

容纳阳极材料和阳极电解液的第一隔室，所述第一隔室具有第一隔室区段和第二隔室区段，在所述第一隔室区段中容纳有所述阳极材料，并且第二隔室区段通过间隔物与所述第一隔室区段分离，其中在所述第一隔室区段与所述第二隔室区段之间界定有流体回路，

第二隔室，所述第二隔室与所述电镀腔室流体耦接且与所述第一隔室电耦接，其中所述第二隔室包含阴极电解液，

第一离子膜，所述第一离子膜定位在所述第一隔室的所述第二隔室区段与所述第二隔室之间，

与所述第二隔室电耦接的第三隔室，所述第三隔室包括惰性阴极，其中所述第三隔室包括酸取样电解液，和

第二离子膜，所述第二离子膜定位在所述第二隔室与所述第三隔室之间。

20.根据权利要求19所述的电镀系统，其中所述间隔物是第三离子膜。

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