CN117661079A - 一种电镀填充过程原位观察的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电镀填充过程原位观察的装置，能对阴极工件进行图像信号采集，原位观察装置包括图像采集件和电化学反应器；电化学反应器包括层叠堆设的顶盖、密封件、主体框架、流体入口和流体出口，以及嵌设在主体框架的参比电极、对电极、阴极工件；主体框架包括流体腔沟槽、用于连接流体入口和流体出口，顶盖、密封件、流体腔沟槽和阴极工件围合形成一腔体供电镀液流动；图像采集件位于电化学反应器的上方、可用于实时捕获采集电化学反应器中发生的电镀填充过程；本发明能够在电镀填充过程中对填充层的形貌变化进行实时监控，有利于提高工艺开发效率。

Description

一种电镀填充过程原位观察的装置

技术领域

本发明涉及电镀设备技术领域，尤其是一种电镀填充过程原位观察的装置。

背景技术

电子电镀是微纳尺度下实现电子互连的一种金属化方法，在晶圆制造、先进封装和印刷电路板制造等领域中扮演着重要的角色。这些金属化工艺的共同特征，即在由光刻、刻蚀等工艺定义的图案中（通常称为沟槽或孔），在各种添加剂的作用下进行电化学沉积以填充金属。金属填充的性能评估以及工艺参数的优化通常需要机械抛光以获取填充层的截面信息，需要繁琐的抛光过程和较高的时间成本。此外，来自晶圆制造商的实验样片的获取成本也较高。

因此，为了高效地进行镀液体系开发，特别是添加剂的筛选；并快速地调整电镀工艺参数；以及实时地追踪电镀填充过程中的镀层形貌变化，需要一种能够在电镀填充过程中实时对填充层进行原位观察的电镀装置。

发明内容

本发明提出一种电镀填充过程原位观察的装置，能够在电镀填充过程中对填充层的形貌变化进行实时监控，可提高电镀工艺开发效率。

本发明采用以下技术方案。

一种电镀填充过程原位观察的装置，包括图像采集件（101）和电化学反应器（10）；

所述电化学反应器包括层叠堆设的顶盖、密封件、主体框架、流体入口和流体出口，以及嵌设在所述主体框架的参比电极、对电极、阴极工件；

所述主体框架包括用于连接所述流体入口和所述流体出口的流体腔沟槽，还包括供电镀液流动的流体腔腔体，流体腔腔体由顶盖、密封件、流体腔沟槽和阴极工件围合形成；所述流体腔沟槽的宽度方向两侧相对设置有参比电极、对电极与阴极工件；所述参比电极用于连接外部电化学工作站，所述对电极和所述阴极工件配置为电镀过程的电化学控制器件；

所述图像采集件包括第一图像采集件和第二图像采集件，其位于电化学反应器的上方，用于实时捕获采集电化学反应器的电镀填充过程影像；

所述阴极工件侧面和/或所述阴极工件顶部采用透明材料制备；在所述阴极工件侧面的正上方设置第一图像采集件，和/或在所述阴极工件顶部的正上方设置第二图像采集件。

图像采集件位于电化学反应器正上方，图像采集件101竖直方向的中轴线与电化学反应器的水平方向的夹角角度范围为60~120度，最优夹角角度为90度；

所述顶盖、密封件、主体框架通过顶盖固定件密封组装；所述顶盖包括顶盖开口和顶盖透明件，所述顶盖透明件与所述顶盖开口的尺寸形状匹配卡合；

所述阴极工件导电基底、所述参比电极和所述对电极的基底材料均为导电材料。

所述顶盖包括为能透过可见光线的第一透光区，所述密封件包括能透过可见光线的第二透光区；所述第一透光区和所述第二透光区以两者堆叠方向上的交叠区域形成第三透光区；所述第三透光区用于图像采集件获取所述阴极工件的电镀过程图像；所述顶盖的第一透光区采用透明材料制备；所述密封件的第二透光区采用透明材料制备或镂空设置。

所述阴极工件靠近所述流体腔沟槽的一端在所述顶盖上的正投影位于所述第三透光区；

所述阴极工件包括封装于阴极工件外壳内的阴极工件接线柱、导电基底以及待填充特征图案；所述阴极工件接线柱的未被封装一端用于连接外部电源以向所述导电基底供电；所述导电基底末端包括待填充特征图案，还包括用于电镀填充过程观察的区域；

所述阴极工件外壳采用透明材料制备；所述阴极工件外壳与所述阴极工件沟槽形状尺寸匹配、并与所述阴极工件沟槽和所述密封件封闭组装。

所述主体框架包括沿厚度方向设置的框架上沿和框架平台，框架上沿的部分或全部围绕框架平台，框架上沿的上表面高于框架平台；框架平台包括相交设置的流体腔沟槽和阴极工件沟槽，阴极工件沟槽用于容置阴极工件。

电化学反应器包括沿厚度方向上层叠设置的第一顶盖（102）、第一密封件（103），第一主体框架（104），还包括嵌设在第一主体框架（104）的参比电极（105），对电极（106）、阴极工件（107）、侧流入口（108）和侧流出口（109）；第一顶盖采用透明材料制备，其对应图像采集件可视角范围内的部分区域或全部区域为可见光线透视区，以保证图像采集件可获取阴极工件的动态图像；

所述阴极工件包括导电底部和导电侧壁，所述导电底部和所述导电侧壁均采用导电材料制备；所述导电侧壁采用透明或半透明的薄层导电材料制备；所述导电侧壁的内部结构配置为成对放置的不连续抛面结构；所述导电侧壁的内壁上设置有垂直于所述阴极工件侧面的成对不连续矩形结构；所述导电侧壁为半圆弧抛面结构，圆弧的开口方向朝向所述图像采集件，以使图像采集件在电镀过程能观察阴极工件导电底部区域的镀层侧面变化。

第一密封件位于第一顶盖与第一主体框架之间，用于对二者进行密封组装；

第一主体框架包括第一框架上沿（141）和第一框架平台（142），第一框架上沿的部分或全部环绕第一框架平台；第一顶盖在第一主体框架上的正投影位于第一框架平台内；第一顶盖在第一主体框架上的正投影与第一框架平台重合；

第一框架上沿和第一框架平台之间为一体成形结构或是组配安装结构，第一主体框架中部区域沿厚度方向向下加工，形成两侧的第一框架上沿和第一框架平台；通过对第一框架平台的部分区域继续沿厚度方向向下加工，形成垂直配置的第一流体腔沟槽（1421）和第一阴极工件沟槽（1422）；

第一密封件是具有粘合性的部件，用于粘结第一顶盖与第一主体框架。

所述密封件包括第一密封件开口，所述密封件开口的宽度稍大于所述流体腔沟槽的宽度以露出部分所述阴极工件端部；

阴极工件包括阴极工件外壳（171）、阴极工件接线柱（172）、导电基底（173）以及待填充特征图案（174），阴极工件接线柱（172）、导电基底（173）和待填充特征图案被共同封装于阴极工件外壳内，阴极工件接线柱未被封装区域用于连接外部电源以向导电基底供电，即用于连接导电基底与外部电源；

阴极工件在导电基底上设置有待填充特征图案，待填充特征图案可通过激光烧蚀、化学刻蚀、电化学刻蚀、等离子体刻蚀或光刻工艺制备；

电镀过程中，待填充特征图案位于第一阴极工件沟槽靠近第一流体腔沟槽的一侧、用作电镀填充观察区域；

阴极工件外壳为透明材料；

阴极工件外壳具有与第一阴极工件沟槽匹配的形状尺寸，阴极工件外壳通过粘合性材料与第一阴极工件沟槽和第一密封件封闭组装；

阴极工件外壳能与第一主体框架以一体成型方式形成一体化部件。

第一流体腔沟槽的延伸方向为侧流入口（108）朝向侧流出口（109）的方向，第一阴极工件沟槽用于容置阴极工件，第一阴极工件沟槽与参比电极和对电极对置设置在第一流体腔沟槽的宽度方向两侧；

第一流体腔沟槽的深度大于第一阴极工件沟槽的深度；在第一流体腔沟槽1421长度方向的两侧形成有侧流开孔（143）；侧流开孔用于连通侧流入口和侧流出口，在由第一顶盖、第一密封件、第一流体腔沟槽和阴极工件形成的腔体内，以外部管路和泵阀装置驱动电镀液的流动、更新；

流体腔沟槽的深度大于阴极工件沟槽的深度；流体腔沟槽与阴极工件沟槽垂直设置；流体腔沟槽的长度方向的两端分别连通流体入口和流体出口；

所述流体入口包括位于所述主体框架上的第一喷流入口，还包括位于所述顶盖上的第一喷流出口；所述密封件包括第二密封件开口，所述第二密封件开口沿其长度方向包括中间区域和两端区域，所述中间区域的宽度大于所述两端区域的宽度，所述第一喷流出口在所述第二密封件所在平面上的正投影位于所述第二密封件开口的两端区域；所述第二密封件开口的两端区域的轮廓包括尖端形状；所述第一喷流入口的开口面积大于所述第一喷流出口的开口面积；所述第一喷流入口对应设置在所述流体腔沟槽的深度方向上中下位置，或是与所述阴极工件对应设置在同一水平面上。

所述待填充特征图案的制备方法包括激光烧蚀、化学刻蚀、电化学刻蚀、等离子体刻蚀或光刻工艺；

制备第一顶盖的透明材料包括石英玻璃、氟化钙晶体、环氧树脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯；

第一主体框架以硬质塑料成型，第一主体框架的硬质塑料的材质包括聚氯乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯或全氟丙基乙烯基醚共聚物；

制备第一密封件的粘性材料包括丁腈聚合胶、聚氨酯胶，聚酰亚胺胶，酚醛树脂胶，聚甲基丙烯酸甲酯胶，有机硅胶或环氧树脂胶；

粘合性材料包括丁腈聚合胶，聚氨酯胶，聚酰亚胺胶，酚醛树脂胶，聚甲基丙烯酸甲酯胶，有机硅胶和环氧树脂胶；

制备阴极工件外壳的材料包括石英玻璃、氟化钙晶体、环氧树脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。

本发明的方案中，装置具有较高的稳定性和重现性，能够实现电镀填充过程的实时观察，获取镀层形貌的变化特征，有利于快速地进行镀液体系开发和填充过程的机理研究。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1A是本申请提供的一种电镀填充过程原位观察装置的结构分解示意图；

附图1B是本申请提供的一种电化学反应器第一实施例的透视示意图；

附图1C是图1B中A-A向的横截面示意图；

附图2A是本申请提供的一种电化学反应器第二实施例的结构分解示意图；

附图2B是本申请提供的一种电化学反应器第二实施例的透视示意图；

附图2C是图2B中B-B向的横截面示意图；

附图2D是本申请提供的一种电化学反应器第三实施例的横截面示意图；

附图3是本申请提供的一种电化学反应器第四实施例的透视示意图；

附图4A是本申请实施例提供的一种采集阴极工件图像信号的装置示意图；

附图4B是本申请提供的阴极工件第二实施例的局部示意图；

附图4C是本申请提供的阴极工件第三实施例的局部示意图；

附图4D是本申请提供的阴极工件第四实施例的局部示意图；

附图4E是本申请提供的阴极工件第五实施例的局部示意图；

图中：10-电化学反应器；101-图像采集件；102-第一顶盖；103-第一密封件；131-第一密封件开口；104-第一主体框架；141-第一框架上沿；142-第一框架平台；1421-第一流体腔沟槽；1422-第一阴极工件沟槽；143-侧流开孔；105-参比电极；106-对电极；107-阴极工件；171-阴极工件外壳；172-阴极工件接线柱；173-导电基底；174-待填充特征图案；108-侧流入口；109-侧流出口；

20a-第二电化学反应器；20b-第三电化学反应器；202-第二顶盖；221-第二顶盖开孔；203-第二密封件；231-第二密封件开口；2311-水平开口区；2312-锥形开口区；204-第二主体框架；241-第二框架上沿；242-第二框架平台；2421-第二流体腔沟槽；2422-第二阴极工件沟槽；243a-第一喷流开孔；243b-第二喷流开孔；244-框架凸起部；208a-第一喷流入口；208b-第二喷流入口；209-喷流出口；

30-第四电化学反应器；302-第三顶盖；321-第三顶盖固定件；322-第三顶盖开口；323-第三顶盖透明件；303-第三密封件；331-第三密封件开口；304-第三主体框架；308-流体入口； 309-流体出口；

40a-第一阴极工件；401-阴极工件侧面；402-阴极工件顶部；403a-第一阴极工件导电底部；41a-第一图像采集件；410a-侧面图像采集区；41a-第二图像采集件；410b-顶部图像采集区；40b-第二阴极工件；403b-第二阴极工件导电底部；404b-第二阴极工件导电侧壁；40c-第三阴极工件；403c-第三阴极工件导电底部；404c-第三阴极工件导电侧壁；40d-第三阴极工件；403d-第三阴极工件导电底部；404d-第三阴极工件导电侧壁；40e-第四阴极工件；403e-第四阴极工件导电底部；404e-第四阴极工件导电侧壁。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的横截面示意图会不依一般比例作局部放大，而且示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。需要说明的是，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

如图所示，一种电镀填充过程原位观察的装置，包括图像采集件101和电化学反应器10；

所述电化学反应器包括层叠堆设的顶盖、密封件、主体框架、流体入口和流体出口，以及嵌设在所述主体框架的参比电极、对电极、阴极工件；

所述主体框架包括用于连接所述流体入口和所述流体出口的流体腔沟槽，还包括供电镀液流动的流体腔腔体，流体腔腔体由顶盖、密封件、流体腔沟槽和阴极工件围合形成；所述流体腔沟槽的宽度方向两侧相对设置有参比电极、对电极与阴极工件；所述参比电极用于连接外部电化学工作站，所述对电极和所述阴极工件配置为电镀过程的电化学控制器件；

所述图像采集件包括第一图像采集件和第二图像采集件，其位于电化学反应器的上方，用于实时捕获采集电化学反应器的电镀填充过程影像；

所述阴极工件侧面和/或所述阴极工件顶部采用透明材料制备；在所述阴极工件侧面的正上方设置第一图像采集件，和/或在所述阴极工件顶部的正上方设置第二图像采集件。

图像采集件位于电化学反应器正上方，图像采集件101竖直方向的中轴线与电化学反应器的水平方向的夹角角度范围为60~120度，最优夹角角度为90度；

所述顶盖、密封件、主体框架通过顶盖固定件密封组装；所述顶盖包括顶盖开口和顶盖透明件，所述顶盖透明件与所述顶盖开口的尺寸形状匹配卡合；

所述阴极工件导电基底、所述参比电极和所述对电极的基底材料均为导电材料。

所述顶盖包括为能透过可见光线的第一透光区，所述密封件包括能透过可见光线的第二透光区；所述第一透光区和所述第二透光区以两者堆叠方向上的交叠区域形成第三透光区；所述第三透光区用于图像采集件获取所述阴极工件的电镀过程图像；所述顶盖的第一透光区采用透明材料制备；所述密封件的第二透光区采用透明材料制备或镂空设置。

所述阴极工件靠近所述流体腔沟槽的一端在所述顶盖上的正投影位于所述第三透光区；

所述阴极工件包括封装于阴极工件外壳内的阴极工件接线柱、导电基底以及待填充特征图案；所述阴极工件接线柱的未被封装一端用于连接外部电源以向所述导电基底供电；所述导电基底末端包括待填充特征图案，还包括用于电镀填充过程观察的区域；

所述阴极工件外壳采用透明材料制备；所述阴极工件外壳与所述阴极工件沟槽形状尺寸匹配、并与所述阴极工件沟槽和所述密封件封闭组装。

所述主体框架包括沿厚度方向设置的框架上沿和框架平台，框架上沿的部分或全部围绕框架平台，框架上沿的上表面高于框架平台；框架平台包括相交设置的流体腔沟槽和阴极工件沟槽，阴极工件沟槽用于容置阴极工件。

电化学反应器包括沿厚度方向上层叠设置的第一顶盖102、第一密封件103，第一主体框架104，还包括嵌设在第一主体框架104的参比电极105，对电极106、阴极工件107、侧流入口108和侧流出口109；第一顶盖采用透明材料制备，其对应图像采集件可视角范围内的部分区域或全部区域为可见光线透视区，以保证图像采集件可获取阴极工件的动态图像；

所述阴极工件包括导电底部和导电侧壁，所述导电底部和所述导电侧壁均采用导电材料制备；所述导电侧壁采用透明或半透明的薄层导电材料制备；所述导电侧壁的内部结构配置为成对放置的不连续抛面结构；所述导电侧壁的内壁上设置有垂直于所述阴极工件侧面的成对不连续矩形结构；所述导电侧壁为半圆弧抛面结构，圆弧的开口方向朝向所述图像采集件，以使图像采集件在电镀过程能观察阴极工件导电底部区域的镀层侧面变化。

第一密封件位于第一顶盖与第一主体框架之间，用于对二者进行密封组装；

第一主体框架包括第一框架上沿141和第一框架平台142，第一框架上沿的部分或全部环绕第一框架平台；第一顶盖在第一主体框架上的正投影位于第一框架平台内；第一顶盖在第一主体框架上的正投影与第一框架平台重合；

第一框架上沿和第一框架平台之间为一体成形结构或是组配安装结构，第一主体框架中部区域沿厚度方向向下加工，形成两侧的第一框架上沿和第一框架平台；通过对第一框架平台的部分区域继续沿厚度方向向下加工，形成垂直配置的第一流体腔沟槽1421和第一阴极工件沟槽1422；

第一密封件是具有粘合性的部件，用于粘结第一顶盖与第一主体框架。

所述密封件包括第一密封件开口，所述密封件开口的宽度稍大于所述流体腔沟槽的宽度以露出部分所述阴极工件端部；

阴极工件包括阴极工件外壳171、阴极工件接线柱172、导电基底173以及待填充特征图案174，阴极工件接线柱172、导电基底173和待填充特征图案被共同封装于阴极工件外壳内，阴极工件接线柱未被封装区域用于连接外部电源以向导电基底供电，即用于连接导电基底与外部电源；

阴极工件在导电基底上设置有待填充特征图案，待填充特征图案可通过激光烧蚀、化学刻蚀、电化学刻蚀、等离子体刻蚀或光刻工艺制备；

电镀过程中，待填充特征图案位于第一阴极工件沟槽靠近第一流体腔沟槽的一侧、用作电镀填充观察区域；

阴极工件外壳为透明材料；

阴极工件外壳具有与第一阴极工件沟槽匹配的形状尺寸，阴极工件外壳通过粘合性材料与第一阴极工件沟槽和第一密封件封闭组装；

阴极工件外壳能与第一主体框架以一体成型方式形成一体化部件。

第一流体腔沟槽的延伸方向为侧流入口108朝向侧流出口109的方向，第一阴极工件沟槽用于容置阴极工件，第一阴极工件沟槽与参比电极和对电极对置设置在第一流体腔沟槽的宽度方向两侧；

第一流体腔沟槽的深度大于第一阴极工件沟槽的深度；在第一流体腔沟槽1421长度方向的两侧形成有侧流开孔143；侧流开孔用于连通侧流入口和侧流出口，在由第一顶盖、第一密封件、第一流体腔沟槽和阴极工件形成的腔体内，以外部管路和泵阀装置驱动电镀液的流动、更新；

流体腔沟槽的深度大于阴极工件沟槽的深度；流体腔沟槽与阴极工件沟槽垂直设置；流体腔沟槽的长度方向的两端分别连通流体入口和流体出口；

所述流体入口包括位于所述主体框架上的第一喷流入口，还包括位于所述顶盖上的第一喷流出口；所述密封件包括第二密封件开口，所述第二密封件开口沿其长度方向包括中间区域和两端区域，所述中间区域的宽度大于所述两端区域的宽度，所述第一喷流出口在所述第二密封件所在平面上的正投影位于所述第二密封件开口的两端区域；所述第二密封件开口的两端区域的轮廓包括尖端形状；所述第一喷流入口的开口面积大于所述第一喷流出口的开口面积；所述第一喷流入口对应设置在所述流体腔沟槽的深度方向上中下位置，或是与所述阴极工件对应设置在同一水平面上。

所述待填充特征图案的制备方法包括激光烧蚀、化学刻蚀、电化学刻蚀、等离子体刻蚀或光刻工艺；

制备第一顶盖的透明材料包括石英玻璃、氟化钙晶体、环氧树脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯；

第一主体框架以硬质塑料成型，第一主体框架的硬质塑料的材质包括聚氯乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯或全氟丙基乙烯基醚共聚物；

制备第一密封件的粘性材料包括丁腈聚合胶、聚氨酯胶，聚酰亚胺胶，酚醛树脂胶，聚甲基丙烯酸甲酯胶，有机硅胶或环氧树脂胶；

粘合性材料包括丁腈聚合胶，聚氨酯胶，聚酰亚胺胶，酚醛树脂胶，聚甲基丙烯酸甲酯胶，有机硅胶和环氧树脂胶；

制备阴极工件外壳的材料包括石英玻璃、氟化钙晶体、环氧树脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。

实施例：

一种电镀填充过程的原位观察装置， 包括图像采集件和电化学反应器；

电化学反应器包括层叠堆设的顶盖、密封件、主体框架、流体入口和流体出口，以及嵌设在主体框架的参比电极、对电极、阴极工件；主体框架包括流体腔沟槽、用于连接流体入口和流体出口，顶盖、密封件、流体腔沟槽和阴极工件围合形成一腔体供电镀液流动；图像采集件位于电化学反应器的上方、用于实时捕获采集电化学反应器中发生的电镀填充过程。

具体地，请参考图1A-图1C所示，其提供了本发明实施例提供的一种电镀填充过程的原位观察装置。请结合图1A~图1C，电镀填充过程原位观察装置，包括电化学反应器10和图像采集件101。图像采集件101用于实时捕获并采集电化学反应器10中发生的电镀填充过程。图像采集件101位于电化学反应器10正上方，图像采集件101竖直方向的中轴线与电化学反应器10水平方向可呈任意角度，优选为60~120度，更优选为90度。

如图1A-1C所示，电化学反应器10包括沿厚度方向上层叠设置的第一顶盖102，第一密封件103，第一主体框架104，以及嵌设在第一主体框架104的参比电极105，对电极106，阴极工件107，侧流入口108和侧流出口109。第一密封件103位于第一顶盖102与第一主体框架104之间，并与二者进行密封组装。

优选地，第一密封件103是具有粘合性的材料、或采用粘性材料制备，用于粘结第一顶盖102与第一主体框架104；粘性材料包括但不限于丁腈聚合胶、聚氨酯胶，聚酰亚胺胶，酚醛树脂胶，聚甲基丙烯酸甲酯胶，有机硅胶和环氧树脂胶。

第一顶盖102为采用透明材料制备，或者至少部分对应图像采集件可视角范围内的区域为可见光线透视区，以保证图像采集件101可获取阴极工件107的动态图像，透明材料包括但不限于石英玻璃、氟化钙晶体、环氧树脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯。

沿厚度方向上，主体框架包括框架上沿和框架平台，框架上沿至少部分围绕框架平台，框架上沿的上表面高于框架平台；框架平台包括相交设置的流体腔沟槽和阴极工件沟槽，阴极工件沟槽用于容置阴极工件。

请继续参阅图1A，第一主体框架104包括第一框架上沿141和第一框架平台142，第一框架上沿141至少部分环绕第一框架平台142；第一顶盖102在第一主体框架104上的正投影位于第一框架平台142内，优选地，第一顶盖102在第一主体框架104上的正投影与第一框架平台142重合。第一框架上沿141和第一框架平台142之间可以一体形成，也可以组配安装，优选地，第一主体框架104中部区域沿厚度方向向下加工，形成两侧的第一框架上沿141和第一框架平台142；进一步地，通过对第一框架平台142的部分区域继续沿厚度方向向下加工，形成垂直配置的第一流体腔沟槽1421和第一阴极工件沟槽1422；第一流体腔沟槽1421向沿侧流入口108朝向侧流出口109的方向延伸，第一阴极工件沟槽1422用于容置阴极工件107，第一阴极工件沟槽1422与参比电极105和对电极106对置设置在第一流体腔沟槽1421的宽度方向两侧。第一流体腔沟槽1421的深度大于第一阴极工件沟槽1422的深度。之后，在第一流体腔沟槽1421长度方向的两侧形成侧流开孔143。侧流开孔143用于连通侧流入口108和侧流出口109，在由第一顶盖102，第一密封件103，第一流体腔沟槽1421和阴极工件107形成的腔体内，借助外部管路（图中未示出）和泵阀装置（图中未示出）进行电镀液的流动、更新。可选地，第一主体框架104以硬质塑料成型，硬质塑料的材质包括但不限于聚氯乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯与全氟丙基乙烯基醚共聚物。

优选地，流体腔沟槽的深度大于阴极工件沟槽的深度；优选地，流体腔沟槽与阴极工件沟槽垂直设置；优选地，流体腔沟槽的长度方向的两端分别连通流体入口和流体出口

可选地，阴极工件包括封装于阴极工件外壳内的阴极工件接线柱、导电基底以及待填充特征图案；阴极工件接线柱未被封装一端用于连接外部电源以向导电基底供电；导电基底末端上包括待填充特征图案、用作电镀填充过程观察区域。

阴极工件107包括阴极工件外壳171，阴极工件接线柱172，导电基底173以及待填充特征图案174，阴极工件接线柱172、导电基底173和待填充特征图案174被共同封装于阴极工件外壳171内，阴极工件接线柱172未被封装区域用于连接外部电源（未示出）以向导电基底173供电，用于连接导电基底173与外部电源。如图1C所示，阴极工件107在导电基底173上设置有待填充特征图案174，待填充特征图案174可通过包括但不限于激光烧蚀、化学刻蚀、电化学刻蚀、等离子体刻蚀以及光刻等工艺形成。电镀过程中，待填充特征图案174位于第一阴极工件沟槽1422靠近第一流体腔沟槽1421的一侧、用作电镀填充观察区域。阴极工件外壳171可为透明材料，透明材料包括但不限于石英玻璃、氟化钙晶体、环氧树脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯。在图1A-图1C所示的实施例中，阴极工件外壳171具有与第一阴极工件沟槽1422匹配的形状尺寸，阴极工件外壳171可以通过粘合性材料与第一阴极工件沟槽1422和第一密封件103封闭组装，粘合性材料包括但不限于丁腈聚合胶，聚氨酯胶，聚酰亚胺胶，酚醛树脂胶，聚甲基丙烯酸甲酯胶，有机硅胶和环氧树脂胶。在其他实施例中，阴极工件外壳171还可以与第一主体框架104一体成型。

可选地，顶盖包括第一透光区，第一透光区至少部分可透过可见光线，密封件包括第二透光区，第二透光区至少部分可透过可见光线，第一透光区和第二透光区在堆叠方向上至少部分交叠形成第三透光区、以使得图像采集件可获取阴极工件的电镀过程图像。

具体地，请继续参阅图1A-1C所示，第一密封件103具有第一密封件开口131，第一密封件开口131宽度稍大于第一流体腔沟槽1421的宽度，以露出部分阴极工件107，保证图像采集件101能够捕获阴极工件107，特别是待填充特征图案174在电镀填充过程中的图像信号。需要说明的是，第一顶盖102可为第一透光区，第一密封件开口131可谓上述第二透光区；第一透光区和第二透光区在光入射方向的交叠区域为第三透光区。

可选地，参比电极、对电极与阴极工件相对设置在流体腔沟槽的宽度两侧；参比电极用于连接外部电化学工作站，对电极和阴极工件被配置为电镀过程的电化学控制。

具体地，请继续参阅图1A-1C所示，参比电极105和对电极106被嵌入第一主体框架104中，并优选放置于与阴极工件107相对的位置，通过外部电化学工作站进行电化学控制。进一步优选地，阴极工件导电基底、参比电极和对电极的基底材料均为导电材料。导电基底173、参比电极105和对电极106均是基底材料为导电材料的电极，电极可修饰具有附加功能的材料层，基底材料的材质包括但不限于铂、金、钯、银、铜、铋、锑、锡、镍、钨。

请继续参阅图2A-图2C，揭示了本发明提供的又一种电化学反应器实施例。如图2A-2C所示，第二电化学反应器20a包括第二顶盖202，第二密封件203，第二主体框架204，以及嵌入第二主体框架204的参比电极105，对电极106，阴极工件107，第一喷流入口208a以及喷流出口209。

第二密封件203位于第二顶盖202与第二主体框架204之间，并与二者封闭组装。第二密封件203具有第二密封件开口231，第二密封件开口231中央为水平开口区2311，水平开口区2311宽度稍大于第二流体腔沟槽2421的宽度，以露出部分阴极工件107，水平开口区2311宽度朝着第二框架上沿241向两侧收窄，例如收窄形成如图2A所示的锥形开口区2312，在其他实施例中，也可以收窄形成其他尖端形状的结构，本申请不做限制；电镀液自第一喷流入口208a流入，经第二流体腔沟槽2421，在锥形开口区2312的汇聚作用下，通过第二顶盖202两侧第二顶盖开孔221以及喷流出口209流出。具体地，第二顶盖开孔221的开孔尺寸应小于第一喷流开孔243a，第一喷流开孔243a位于第二主体框架204中、并与第一喷流入口208a连通；喷流出口209的管道直径应小于第一喷流入口208a。在如图2A-2C的典型实施例中，第一喷流开孔243a位于第二流体腔沟槽2421厚度方向中部偏下的位置，以确保参比电极105和对电极106能放置于与阴极工件107相对的位置。

进一步地，在如图2D所示的另一实施例中，第三电化学反应器20b还具有框架凸起部244，沿第三电化学反应器20b厚度堆叠方向上，框架凸起部244的上表面高出第二顶盖202的上表面，框架凸起部244用于在第二流体腔沟槽2421的中部偏上的位置容纳形成第二喷流开孔243b，使第二喷流开孔243b正对于阴极工件107，优选正对于待填充特征图案174放置，第二喷流入口208b的位置随着第二喷流开孔243b调整。参比电极105和对电极106的位置可以进行任意配置，具体的，在如图2D所示的实施例中，参比电极105和对电极106位于第二喷流开孔243b下方。

图3揭示了本发明提供的电化学反应器第四种实施例，电化学反应器30包括第三顶盖302、第三密封件303、第三主体框架304、以及嵌入第三主体框架304的参比电极105、对电极106、阴极工件107、流体入口308和流体出口309。

第三顶盖302包括第三顶盖固定件321、第三顶盖开口322和第三顶盖透明件323，第三顶盖透明件323嵌入第三顶盖开口322，以使第三顶盖302具有一定的透明区域。第三顶盖固定件321通过贯穿第三顶盖302、第三密封件303和第三主体框架304的固定孔（图中未示出）对第三顶盖302、第三密封件303和第三主体框架304进行固定组装。

第三密封件303具有第三密封件开口331，第三密封件开口331与第三顶盖透明件323至少部分对应设置、以保证阴极工件107显露出待填充特征图案174。

可选地，阴极工件包括导电底部和导电侧壁，导电底部和导电侧壁均采用导电材料制备；

具体地，图4A示出了本发明实施例提供的一种采集阴极工件图像信号的装置示意图，第一阴极工件40a包括阴极工件侧面401和阴极工件顶部402，阴极工件侧面401正上方配置第一图像采集件41a，第一图像采集件41a竖直方向的中轴线与阴极工件侧面401水平方向可呈任意角度，优选为90度。阴极工件侧面401为透明材料，透明材料包括但不限于石英玻璃、氟化钙晶体、环氧树脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯。

第一图像采集件41a可在电镀过程中观察第一阴极工件40a的导电底部403a之上区域的镀层侧面变化，获得侧面图像采集区410a。可选地，还可以同时在阴极工件顶部402正上方配置第二图像采集件41b，第二图像采集件41b竖直方向的中轴线与阴极工件顶部402水平方向可呈任意角度，优选为90度。第二图像采集件41b可在电镀过程中观察第一阴极工件导电底部403a之上的区域的镀层顶部变化，获得顶部图像采集区410b。第一阴极工件导电底部403a为导电材料，导电材料的材质包括但不限于铂、金、钯、银、铜、铋、锑、锡、镍、钨。

进一步优选地，导电侧壁采用透明或半透明的薄层导电材料制备；

具体地，图4B揭示了本发明提供的阴极工件第二实施例的局部示意图，第二阴极工件40b具有第二阴极工件导电底部403b以及第二阴极工件导电侧壁404b，第二阴极工件导电底部403b为导电材料，导电材料的材质包括但不限于铂、金、钯、银、铜、铋、锑、锡、镍、钨。第二阴极工件导电侧壁404b为透明或半透明的薄层导电材料，透明或半透明的薄层导电材料的材质包括但不限于铝掺杂氧化锌（AZO）、锡掺杂氧化铟（ITO）、氟掺杂氧化锡（FTO）、铂、金、钯、银、铜、铋、锑、锡、镍、钨。透明或半透明的薄层导电材料能够模拟侧壁需要导电的填充图案类型，同时保证侧面图像采集区410a继续提供可分辨的填充层图像

进一步优选地，导电侧壁的内部结构配置为成对放置的不连续抛面结构；

具体地，图4C揭示了本发明提供的阴极工件第三实施例的局部示意图，第三阴极工件40c具有第三阴极工件导电底部403c以及第三阴极工件导电侧壁404c，第三阴极工件导电底部403c以及第三阴极工件导电侧壁404c为导电材料，导电材料的材质包括但不限于铂、金、钯、银、铜、铋、锑、锡、镍、钨。第三阴极工件导电侧壁404c为成对放置的不连续弧形抛面结构，不连续弧形抛面结构能够保证第一图像采集件41a在电镀过程中观察第三阴极工件导电底部403c之上区域的镀层侧面变化。

进一步优选地，导电侧壁的内壁上设置有垂直于阴极工件侧面的成对不连续矩形结构；

具体地，图4D揭示了本发明提供的阴极工件第四实施例的局部示意图，第四阴极工件40d具有第四阴极工件导电底部403d以及第四阴极工件导电侧壁404d，第四阴极工件导电底部403d以及第四阴极工件导电侧壁404d为导电材料，导电材料的材质包括但不限于铂、金、钯、银、铜、铋、锑、锡、镍、钨。第四阴极工件导电侧壁404d为垂直于阴极工件侧面401成对放置的不连续矩形结构，不连续矩形结构能够保证第一图像采集件41a在电镀过程中观察第四阴极工件导电底部403d之上区域的镀层侧面变化。

进一步优选地，导电侧壁为半圆弧抛面结构，圆弧的开口方向朝向图像采集件。

具体地，图4E为本发明提供的又一种阴极工件的局部示意图，第五阴极工件40e具有第五阴极工件导电底部403e以及第五阴极工件导电侧壁404e，第五阴极工件导电底部403e以及第五阴极工件导电侧壁404e为导电材料，导电材料的材质包括但不限于铂、金、钯、银、铜、铋、锑、锡、镍、钨。第五阴极工件导电侧壁404e为沿与阴极工件侧面401平行的直线向下展开的下半圆弧抛面，圆弧抛面结构能够保证第一图像采集件41a在电镀过程中观察第五阴极工件导电底部403e之上区域的镀层侧面变化。

需要说明的是，实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电镀填充过程原位观察的装置，其特征在于：包括图像采集件（101）和电化学反应器（10）；

所述电化学反应器包括层叠堆设的顶盖、密封件、主体框架、流体入口和流体出口，以及嵌设在所述主体框架的参比电极、对电极、阴极工件；

所述主体框架包括用于连接所述流体入口和所述流体出口的流体腔沟槽，还包括供电镀液流动的流体腔腔体，流体腔腔体由顶盖、密封件、流体腔沟槽和阴极工件围合形成；所述流体腔沟槽的宽度方向两侧相对设置有参比电极、对电极与阴极工件；所述参比电极用于连接外部电化学工作站，所述对电极和所述阴极工件配置为电镀过程的电化学控制器件；

所述图像采集件包括第一图像采集件和第二图像采集件，其位于电化学反应器的上方，用于实时捕获采集电化学反应器的电镀填充过程影像；

所述阴极工件侧面和/或所述阴极工件顶部采用透明材料制备；在所述阴极工件侧面的正上方设置第一图像采集件，和/或在所述阴极工件顶部的正上方设置第二图像采集件。

2.根据权利要求1所述的一种电镀填充过程原位观察的装置，其特征在于：图像采集件位于电化学反应器正上方，图像采集件竖直方向的中轴线与电化学反应器的水平方向的夹角角度范围为60~120度，最优夹角角度为90度；

所述顶盖、密封件、主体框架通过顶盖固定件密封组装；所述顶盖包括顶盖开口和顶盖透明件，所述顶盖透明件与所述顶盖开口的尺寸形状匹配卡合；

所述阴极工件导电基底、所述参比电极和所述对电极的基底材料均为导电材料。

3.根据权利要求1所述的一种电镀填充过程原位观察的装置，其特征在于：所述顶盖包括为能透过可见光线的第一透光区，所述密封件包括能透过可见光线的第二透光区；所述第一透光区和所述第二透光区以两者堆叠方向上的交叠区域形成第三透光区；所述第三透光区用于图像采集件获取所述阴极工件的电镀过程图像；所述顶盖的第一透光区采用透明材料制备；所述密封件的第二透光区采用透明材料制备或镂空设置。

4.根据权利要求3所述的一种电镀填充过程原位观察的装置，其特征在于：所述阴极工件靠近所述流体腔沟槽的一端在所述顶盖上的正投影位于所述第三透光区；

所述阴极工件包括封装于阴极工件外壳内的阴极工件接线柱、导电基底以及待填充特征图案；所述阴极工件接线柱的未被封装一端用于连接外部电源以向所述导电基底供电；所述导电基底末端包括待填充特征图案，还包括用于电镀填充过程观察的区域；

所述阴极工件外壳采用透明材料制备；所述阴极工件外壳与所述阴极工件沟槽形状尺寸匹配、并与所述阴极工件沟槽和所述密封件封闭组装。

5.根据权利要求4所述的一种电镀填充过程原位观察的装置，其特征在于：所述主体框架包括沿厚度方向设置的框架上沿和框架平台，框架上沿的部分或全部围绕框架平台，框架上沿的上表面高于框架平台；框架平台包括相交设置的流体腔沟槽和阴极工件沟槽，阴极工件沟槽用于容置阴极工件。

6.根据权利要求5所述的一种电镀填充过程原位观察的装置，其特征在于：电化学反应器包括沿厚度方向上层叠设置的第一顶盖（102）、第一密封件（103），第一主体框架（104），还包括嵌设在第一主体框架（104）的参比电极（105），对电极（106）、阴极工件（107）、侧流入口（108）和侧流出口（109）；第一顶盖采用透明材料制备，其对应图像采集件可视角范围内的部分区域或全部区域为可见光线透视区，以保证图像采集件可获取阴极工件的动态图像；

所述阴极工件包括导电底部和导电侧壁，所述导电底部和所述导电侧壁均采用导电材料制备；所述导电侧壁采用透明或半透明的薄层导电材料制备；所述导电侧壁的内部结构配置为成对放置的不连续抛面结构；所述导电侧壁的内壁上设置有垂直于所述阴极工件侧面的成对不连续矩形结构；所述导电侧壁为半圆弧抛面结构，圆弧的开口方向朝向所述图像采集件，以使图像采集件在电镀过程能观察阴极工件导电底部区域的镀层侧面变化。

7.根据权利要求6所述的一种电镀填充过程原位观察的装置，其特征在于：第一密封件位于第一顶盖与第一主体框架之间，用于对二者进行密封组装；

第一主体框架包括第一框架上沿（141）和第一框架平台（142），第一框架上沿的部分或全部环绕第一框架平台；第一顶盖在第一主体框架上的正投影位于第一框架平台内；第一顶盖在第一主体框架上的正投影与第一框架平台重合；

第一框架上沿和第一框架平台之间为一体成形结构或是组配安装结构，第一主体框架中部区域沿厚度方向向下加工，形成两侧的第一框架上沿和第一框架平台；通过对第一框架平台的部分区域继续沿厚度方向向下加工，形成垂直配置的第一流体腔沟槽（1421）和第一阴极工件沟槽（1422）；

第一密封件是具有粘合性的部件，用于粘结第一顶盖与第一主体框架。

8.根据权利要求7所述的一种电镀填充过程原位观察的装置，其特征在于：所述密封件包括第一密封件开口，所述密封件开口的宽度稍大于所述流体腔沟槽的宽度以露出部分所述阴极工件端部；

阴极工件包括阴极工件外壳（171）、阴极工件接线柱（172）、导电基底（173）以及待填充特征图案（174），阴极工件接线柱（172）、导电基底（173）和待填充特征图案被共同封装于阴极工件外壳内，阴极工件接线柱未被封装区域用于连接外部电源以向导电基底供电，即用于连接导电基底与外部电源；

阴极工件在导电基底上设置有待填充特征图案；

电镀过程中，待填充特征图案位于第一阴极工件沟槽靠近第一流体腔沟槽的一侧、用作电镀填充观察区域；

阴极工件外壳为透明材料；

阴极工件外壳具有与第一阴极工件沟槽匹配的形状尺寸，阴极工件外壳通过粘合性材料与第一阴极工件沟槽和第一密封件封闭组装；

阴极工件外壳能与第一主体框架以一体成型方式形成一体化部件。

9.根据权利要求8所述的一种电镀填充过程原位观察的装置，其特征在于：第一流体腔沟槽的延伸方向为侧流入口（108）朝向侧流出口（109）的方向，第一阴极工件沟槽用于容置阴极工件，第一阴极工件沟槽与参比电极和对电极对置设置在第一流体腔沟槽的宽度方向两侧；

第一流体腔沟槽的深度大于第一阴极工件沟槽的深度；在第一流体腔沟槽长度方向的两侧形成有侧流开孔（143）；侧流开孔用于连通侧流入口和侧流出口，在由第一顶盖、第一密封件、第一流体腔沟槽和阴极工件形成的腔体内，以外部管路和泵阀装置驱动电镀液的流动、更新；

流体腔沟槽与阴极工件沟槽垂直设置；流体腔沟槽的长度方向的两端分别连通流体入口和流体出口；

所述流体入口包括位于所述主体框架上的第一喷流入口，还包括位于所述顶盖上的第一喷流出口；所述密封件包括第二密封件开口，所述第二密封件开口沿其长度方向包括中间区域和两端区域，所述中间区域的宽度大于所述两端区域的宽度，所述第一喷流出口在所述第二密封件所在平面上的正投影位于所述第二密封件开口的两端区域；所述第二密封件开口的两端区域的轮廓包括尖端形状；所述第一喷流入口的开口面积大于所述第一喷流出口的开口面积；所述第一喷流入口对应设置在所述流体腔沟槽的深度方向上中下位置，或是与所述阴极工件对应设置在同一水平面上。

10.根据权利要求9所述的一种电镀填充过程原位观察的装置，其特征在于：所述待填充特征图案的制备方法包括激光烧蚀、化学刻蚀、电化学刻蚀、等离子体刻蚀或光刻工艺；

制备第一顶盖的透明材料包括石英玻璃、氟化钙晶体、环氧树脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯；

第一主体框架以硬质塑料成型，第一主体框架的硬质塑料的材质包括聚氯乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯或全氟丙基乙烯基醚共聚物；

制备第一密封件的粘性材料包括丁腈聚合胶、聚氨酯胶，聚酰亚胺胶，酚醛树脂胶，聚甲基丙烯酸甲酯胶，有机硅胶或环氧树脂胶；

粘合性材料包括丁腈聚合胶，聚氨酯胶，聚酰亚胺胶，酚醛树脂胶，聚甲基丙烯酸甲酯胶，有机硅胶和环氧树脂胶；

制备阴极工件外壳的材料包括石英玻璃、氟化钙晶体、环氧树脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。