TW202325899A - 在電化學電鍍設備上控制鍍電解液濃度 - Google Patents

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Abstract

揭露在基板用之電化學電鍍設備上控制鍍電解液濃度的方法與電鍍系統。一方法包含：(a) 將電鍍溶液提供至電鍍系統；(b) 在基板被固持於電鍍系統之電鍍槽的陰極腔室內時，將金屬電鍍到基板上；(c) 經由補充溶液入口，將補充溶液供應至電鍍系統；以及(d) 經由次要電鍍溶液入口，將次要電鍍溶液供應至電鍍系統。次要電鍍溶液包含電鍍溶液的其中若干或全部成分。次要電鍍溶液的至少一成分具有與其目標濃度明顯偏離的濃度。

Description

在電化學電鍍設備上控制鍍電解液濃度
本揭露內容係關於電鍍溶液濃度的控制，尤其係關於在半導體基板之電化學電鍍設備上所執行的此種控制。
為了積體電路生產的金屬化，電化學沉積製程被廣泛地使用在半導體工業中。一此種應用為銅(Cu)電化學沉積，此可包含將Cu線沉積到預先形成在介電層中的溝渠及/或穿孔內。在此製程中，藉由利用物理氣相沉積(PVD，physical vapor deposition)或化學氣相沉積(CVD，chemical vapor deposition)，將薄的附著金屬擴散阻障膜預先沉積到表面上。然後，一般係藉由PVD沉積製程，將銅的薄晶種層沉積在該阻障層的頂部上。接著，透過電化學沉積製程，以Cu電化學地填充特徵部(穿孔與溝渠)，在電化學沉積製程期間，銅陽離子被電化學地還原成銅金屬。
在具有隔離之陽極電解液與陰極電解液部分的電化學電鍍設備中，可藉由將次要電鍍溶液(有時亦稱為次要電解液)添加到陰極電解液內，以控制陰極電解液成分(例如酸、陰離子、陽離子、添加劑等等)的濃度。相較於主要電鍍溶液，次要電鍍溶液的組成通常係取決於在電鍍製程期間所發生的化學及/或物理反應，但亦可被設計成僅以少量的注入(相較於例如電鍍溶液貯槽體積)，使陰極電解液濃度達到目標濃度。在某些實施例中，根據應用，對電鍍溶液的次要電鍍溶液注入及/或添加可以需求為基礎(need-based)或者以時間為基礎(time-based)。換言之，雖然次要電鍍溶液係可用的，但如果有的話，其可能係被少量地使用。例如，其可僅在電鍍運行之初始部分期間被使用，在此期間，主要電鍍溶液突然且明顯地改變濃度。之後，可連續電鍍許多基板而不使用額外的次要電鍍溶液。
在此之某些實施例係關於用以控制電鍍溶液濃度的方法，尤其係關於在半導體基板之電化學電鍍設備上所執行的此種控制。在此處之實施例的一實施樣態中，提供一種在裝置製造期間將金屬電鍍到基板上的方法。該方法可包含(a) 將一電鍍溶液提供至一電鍍系統，該電鍍系統包含：(i) 一電鍍槽，包含一陽極腔室與一陰極腔室，並且設置成在將該金屬電鍍到該基板上時，將該基板固持於該陰極腔室內，(ii)  一電鍍溶液貯槽，設置成在將該金屬電鍍到該基板上時，容納一部分的該電鍍溶液，(iii) 一再循環系統，用以在該電鍍槽與該電鍍溶液貯槽之間輸送該電鍍溶液，(iv) 一補充溶液入口，用以將補充溶液提供至該電鍍系統，以及(v) 一次要電鍍溶液入口，用以將一次要電鍍溶液提供至該電鍍系統，其中該電鍍溶液包含用以將該金屬電鍍到該基板上的多個成分；(b) 在該基板被固持於該陰極腔室內時，將該金屬電鍍到該基板上；(c) 經由該補充溶液入口，將該補充溶液供應至該電鍍系統，其中該補充溶液包含該多個成分的其中若干者或全部，每一成分係在用以將該金屬電鍍到該基板上的目標濃度，其中將該補充溶液供應至該電鍍系統係改變該電鍍溶液的組成，俾能使該電鍍溶液中之該多個成分的其中至少一者變得更接近其目標濃度；以及(d) 經由該次要電鍍溶液入口，將該次要電鍍溶液供應至該電鍍系統，其中該次要電鍍溶液包含該多個成分的其中若干者或全部，且其中該次要電鍍溶液的至少一成分具有與其目標濃度明顯偏離的濃度。
該方法可包含重複操作(b)-(d)，以將該金屬電鍍到另一基板上。
該方法可包含重複操作(b)-(d)，以將該金屬電鍍到多個額外之基板上。
在若干實施例中，該裝置可為一積體電路。
在若干實施例中，該金屬可為銅及/或鈷。
在若干實施例中，該電鍍溶液的該多個成分可包含金屬離子與酸。
在若干實施例中，該電鍍溶液的該多個成分可更包含有機電鍍添加劑，該有機電鍍添加劑係選自於由下者所組成的群組：促進劑、抑制劑、平整劑、以及其任何組合。
在若干實施例中，該電鍍溶液的該多個成分可更包含氯離子及/或硼酸根離子。
在若干實施例中，該電鍍溶液的該多個成分可更包含銅離子、酸、氯離子、以及有機電鍍添加劑，且其中該次要電鍍溶液包含在該酸之目標濃度的酸、以及在明顯比銅離子之目標濃度更高之銅離子次要濃度的銅離子。該次要電鍍溶液可更包含在該氯離子之目標濃度的氯離子，及/或其中該次要電鍍溶液包含在該有機電鍍添加劑之目標濃度的有機電鍍添加劑。該銅離子次要濃度係比銅離子之該目標濃度大介於約5與50倍之間。該次要電鍍溶液可更包含在比該氯離子之目標濃度更高之氯離子次要濃度的氯離子。
在若干實施例中，電鍍溶液的該多個成分包含鈷離子、酸、硼酸根離子、以及有機電鍍添加劑，且其中該次要電鍍溶液包含在該酸之目標濃度的酸、在硼酸根離子之目標濃度的硼酸根離子、以及在明顯比鈷離子之目標濃度更低之鈷離子次要濃度的鈷離子。鈷離子之該目標濃度係比該鈷離子次要濃度大介於約5與50倍之間。
在若干實施例中，電鍍溶液的該多個成分包含鈷離子、酸、硼酸根離子、以及有機電鍍添加劑，且其中該次要電鍍溶液包含在該酸之目標濃度的酸、在該鈷離子之目標濃度的鈷離子、以及在明顯比硼酸根離子之目標濃度更高之硼酸根離子次要濃度的硼酸根離子。該硼酸根離子次要濃度係比硼酸根離子之該目標濃度大介於約1.2與2倍之間。
在若干實施例中，電鍍溶液的該多個成分包含鈷離子、酸、硼酸根離子、以及有機電鍍添加劑，且其中該次要電鍍溶液包含在該酸之目標濃度的酸、在明顯比硼酸根離子之目標濃度更高之硼酸根離子次要濃度的硼酸根離子、以及在明顯比鈷離子之目標濃度更低之鈷離子次要濃度的鈷離子。
該方法可包含將一單一成分溶液注入到該電鍍溶液貯槽內，該單一成分溶液僅包含用以將該金屬電鍍到該基板上的該多個成分之其中一者。該單一成分溶液為一氯離子水溶液。又，在某些實施例中，該單一成分溶液為一有機電鍍添加劑水溶液。
在若干實施例中，將該次要電鍍溶液供應至該電鍍系統係包含將該次要電鍍溶液供應至該電鍍溶液貯槽及/或該電鍍槽的該陰極腔室。
在若干實施例中，該電鍍槽更包含一離子傳遞分隔件，該離子傳遞分隔件位在該陽極腔室與該陰極腔室之間，並且用以提供該陽極腔室與該陰極腔室中之該電鍍溶液間之離子傳輸的一路徑。該離子傳遞分隔件可包含一陽離子交換薄膜。
在此之某些實施例係關於在裝置製造期間將金屬電鍍到基板上的系統。一系統可包含(a) 一電鍍槽，包含一陽極腔室與一陰極腔室，並且設置成在將該金屬電鍍到該基板上時，將該基板固持於該陰極腔室內；(b)  一電鍍溶液貯槽，設置成在將該金屬電鍍到該基板上時，容納一部分的該電鍍溶液；(c) 一再循環系統，用以在該電鍍槽與該電鍍溶液貯槽之間輸送該電鍍溶液；(d) 一補充溶液入口，用以將補充溶液提供至該電鍍系統；(e) 一次要電鍍溶液入口，用以將一次要電鍍溶液提供至該電鍍系統；以及(f) 一控制器。該控制器係建構成執行用於下列步驟之指令：(i) 將一電鍍溶液提供至該電鍍系統，其中該電鍍溶液包含用以將該金屬電鍍到該基板上的多個成分，(ii) 在該基板被固持於該陰極腔室內時，將該金屬電鍍到該基板上，(iii) 經由該補充溶液入口，將該補充溶液供應至該電鍍系統，其中該補充溶液包含多個成分的其中若干者或全部，每一成分係在用以將該金屬電鍍到該基板上的目標濃度，其中將該補充溶液供應至該電鍍系統係改變該電鍍溶液的組成，俾能使該電鍍溶液中之該多個成分的其中至少一者變得更接近其目標濃度，以及(iv) 經由該次要電鍍溶液入口，將該次要電鍍溶液供應至該電鍍系統，其中該次要電鍍溶液包含多個成分的其中若干者或全部，且其中該次要電鍍溶液的至少一成分具有與其目標濃度明顯偏離的濃度。
在若干實施例中，該電鍍槽更包含一離子傳遞分隔件，該離子傳遞分隔件位在該陽極腔室與該陰極腔室之間，並且用以提供該陽極腔室與該陰極腔室中之該電鍍溶液間之離子傳輸的一路徑。該離子傳遞分隔件可包含一陽離子交換薄膜。在某些實施例中，該電鍍槽可更包含一或多個輔助電極腔室。該一或多個輔助電極腔室為一或多個陰極腔室。
在若干實施例中，該控制器係進一步建構成執行用以致使上述任何一或多個方法操作的指令。
在此處之實施例的一實施樣態中，提供一種在裝置製造期間將金屬鍍到基板上的方法。該方法可包含(a) 將一鍍液提供至一電鍍系統，該鍍液用以將該金屬鍍到該基板上並且包含具有目標濃度的多個成分；(b) 將該金屬鍍到該基板上；以及(c) 將一次要鍍液供應至該電鍍系統，其中該次要鍍液包含該多個成分的其中若干者或全部，且其中該次要鍍液的至少一成分具有與其目標濃度明顯偏離的濃度。
這些與其他特徵以下將參考相關圖式加以說明。
在下列說明中，為了提供對本實施例的透徹瞭解而提出許多具體細節。所揭露之實施例可在不具有某些或所有這些具體細節的情況下被實現。在其他情況下，為了避免對所揭露之實施例造成不必要的混淆，已不詳述為人所熟知的製程操作。雖然所揭露之實施例將結合具體實施例進行說明，但吾人將瞭解此並非意欲限制所揭露之實施例。 前言與背景
對於電化學沉積製程的性能而言，電鍍系統中所使用之電鍍溶液之組成與濃度的控制可能係重要的。一般而言，在一既定電鍍溶液中具有多個成分。舉例來說，用於將銅沉積在晶圓上的電解液組成可不盡相同，但可包含硫酸、銅鹽(例如，CuSO 4)、氯離子、以及有機添加劑的混合物。選擇電鍍溶液的組成，以使在晶圓之特徵部內部、或在晶圓之場域(例如不具有形成在晶圓上或內之特徵部的區域)內的電鍍之速率與均勻度最佳化。在電鍍製程期間，銅鹽係作為銅陽離子的來源，並且亦對電鍍溶液提供導電性；又，在某些實施例中，硫酸係藉由提供氫離子來作為電荷載體，以增強電鍍溶液導電性。又，有機添加劑(在該技術領域中一般被認為係促進劑、抑制劑、或平整劑)，能夠選擇性地增強或抑制在不同之表面與晶圓特徵部上的銅(Cu)沉積之速率。氯(Cl)離子有助於調節有機添加劑的效應，並且可為此目的而被添加至電鍍浴。在若干實施例中，用以代替氯或除了氯以外，使用另外的鹵素(例如，溴或碘)。
一般而言，由於電鍍期間在陽極與在陰極所發生的化學製程可能不一定相容，所以可期望藉由半透膜將電鍍槽的陽極區域與陰極區域隔開。舉例來說，在操作期間，不溶性粒子可能會形成在陽極上。通常係期望保護晶圓免於此種不溶性粒子，以避免此種粒子干擾在晶圓上所執行的後續金屬沉積製程。又，也可能期望將有機添加劑限制於鍍槽的陰極部分，以防止此種添加劑接觸陽極及/或與陽極反應。例如，合適的隔膜可允許離子在鍍槽之陽極區域與陰極區域之間流動，並因此允許電流在鍍槽之陽極區域與陰極區域之間流動，但仍將限制不必要的粒子及/或有機添加劑滲透通過隔膜。因此，在電沉積期間使用隔膜將可在裝設有隔膜之鍍槽的陰極區域與陽極區域中產生不同的化學環境。容納在鍍槽之陽極區域內的電解液可被稱為『陽極電解液(anolyte)』。同樣地，容納在鍍槽之陰極區域內的電解液可被稱為『陰極電解液(catholyte)』。
具有用以將陽極區域與陰極區域隔開之薄膜的電鍍設備係更詳細地被描述在由Mayer等人所提出的美國專利第6,527,920號中，其發明名稱為「Copper Electroplating Apparatus」，且其整體內容乃藉由參考文獻方式合併於此。如上所述，此種隔膜允許電流在陽極區域與陰極區域之間流動，但可進一步設置成根據離子的類型而選擇性地限制電流流動。亦即，將陰極電解液與陽極電解液隔開的薄膜可展現對於不同類型離子的選擇性。舉例來說，對於Cu電鍍應用而言，隔膜可允許氫離子(H +)以比銅離子(例如Cu 2+及/或Cu +)之通過速率更快的速率通過。根據薄膜的選擇性，在例如Cu 2+與H +濃度之間達到某莫耳比例之前，特定類型的離子的移動或電流更普遍地可主要由氫離子所載送。在達到此比例之後，銅離子與氫離子可開始成比例地攜帶電流橫越薄膜，俾能使電化學槽之陽極部分中的Cu 2+與酸濃度穩定。因此，在銅離子與氫離子之間達到某莫耳比例之前，由於氫離子在這些條件下乃為主要電流載體，所以陽極電解液的酸成分可不斷地被消耗。在陽極電解液之酸成分消耗的同時，銅鹽的濃度被增加，尤其當使用含銅陽極的時候。由於在陽極中酸於一段時間內被消耗，所以上述效應(例如陽極電解液之酸的消耗與銅鹽的相稱增加)在該技術領域中可被稱為發生在陽極腔室內部的『酸/金屬離子分配效應』、或『陽極腔室消耗效應』。
上述酸/金屬分配程序亦可能會不經意地在電鍍系統上造成數個不期望的副效應。數個此種副效應被描述在Buckalew等人所提出的美國專利第8,128,791號(在此稱為‘791專利)中，其發明名稱為「Control of Electrolyte Composition in a Copper Electroplating Apparatus」，其整體內容乃藉由參考文獻方式合併於此。不期望的副效應包含從電鍍溶液到陽極腔室內部之陽極表面上的過量鹽之潛在結晶化、或沉澱。又，因為在該設備之陽極部分與陰極部分之間產生壓力梯度所引起的電滲透效應(electro-osmotic effect)，所以水可能會滲漏越過薄膜，此最終導致薄膜損壞與失效。美國專利第8,128,791號描述藉由頻繁地以鍍電解液來補充陽極腔室而控制陽極電解液組成的方法。此種製程在該技術領域中可被稱為『放出與饋給(bleed and feed)』。用以代替放出與饋給，可將經稀釋之電解液添加到鍍槽的陽極腔室內。
上述/金屬離子分配效應亦可能會在電鍍槽之陰極側產生不期望的電鍍溶液濃度波動，此可進而影響電鍍製程性能。以下說明數個範例。
為了理解上述現象，於圖1中說明一典型的電解液管理系統。如圖所示，在電解液管理系統100中具有數個主要區段，例如陽極溶液迴路132及/或陰極溶液迴路118。一般而言，具有中央浴102，其提供電鍍溶液至鍍槽148與主陰極腔室122。中央浴102包含溶液再循環迴路(未顯示於圖1中)。此外，在某些實施例或配置中，該中央浴亦可具有溫度控制、以及注入系統，例如用於添加劑注入、去離子水(DI)注入、以及其他活性浴成分注入者。又，在若干實施例中，中央浴102可裝設有引導離開中央浴102的排放或溢流線路146，以在適當時機移除不必要的電鍍溶液。此外，在具有分開之陽極部分與陰極部分的電鍍設備(例如，鍍槽148)中，該陽極部分，例如主陽極腔室126，可具有專用的再循環迴路132、以及注入線路(未顯示於圖1中)、以及溢流及/或排放線路(未顯示於圖1中)。在此種配置中，主陰極腔室122可設置成容納來自中央浴102的鍍電解液、藉由饋給線路112使電解液往鍍槽148循環、以及藉由槽及/或溢流排放線路142將溢流導引回到中央鍍浴102。熟習本項技藝者將明白圖1所示的配置乃為示範性，並且在不背離本揭露內容之範圍的情況下，可存在許多其他合適的配置。又，圖1、7、9、11A與12所示之系統100的某些變化及/或配置僅為代表性的示意圖，並且不被理解為係系統100的實際佈置或配置。
圖1所示的電解液管理系統100將被使用來說明系統100的變形體，這些變形體係關於將次要、或補給之電解液供應至各系統100之構件，以調整在鍍槽148之陰極側或陽極側的不期望電鍍溶液濃度波動。這些變形體係被顯示在圖7、9、11A與12中，並且在下文中被進一步詳述。一般而言，圖1所示的系統100包含陰極溶液迴路118與陽極溶液迴路132，其在某些實施例中可透過容納在電鍍溶液貯槽150內的浴102而互相流體連通。於系統100之正常操作期間，經由線路108，將在含酸溶液中具有定義之金屬離子濃度的進料鍍電解液(有時稱為補充溶液)提供至系統100。各種調整點110，例如閥、壓力、及/或流量控制器，可安裝在線路108及/或與其相似的其他線路上，以調整通過於其上安裝有調整點110之線路的流體流。同樣地，混合點112可接收來自進料線路108的流體流。混合點112亦可視需要而安裝於整個系統100，以調整流過線路108等等之流體的輸送與數量。
因此，進料鍍電解液可流過調整點110而進入浴102，以在用以容納浴102的貯槽150中累積。在某些實施例中，有機添加劑係經由線路104流入到浴102中。同樣地，去離子(DI)水可經由線路106流入到浴102中，以調整浴102之各種成分或原料的濃度等級。系統100的操作可包含透過線路116將浴102流體往鍍槽148的陰極側122泵送而累積於其中。在某些實施例中，陰極128可至少部分地被浸入陰極側122中，並且與可同樣被浸入陽極側126中的陽極130電連接，以完成電路134。又，電流(或更準確地說係攜帶電流的電子)一般係在例如從帶負電之陽極130到帶正電之陰極128的方向136上。該電流驅動陰極側或隔室122內之含酸溶液中的金屬離子(例如銅離子，Cu 2+)的反應，以允許將此種銅金屬電鍍在如圖2所示安置於鍍槽148之陰極側122內的晶圓200上。
陰極側122的溶液可視需要而透過槽溢流或排放線路138泵送回到浴102。同樣地，陽極側126的溶液亦可視需要而透過陽極排放線路142泵送到浴102。浴102的溢流可透過浴溢流或排放線路146(其可更普遍地被稱為浴注入與溢流控制迴路144)間歇地泵送離開系統100。在某些實施例中，該浴注入與溢流控制迴路可包括再循環幫浦(未顯示)、注入線路(未顯示)、浴溢流線路146、以及溫度控制設備及/或機構(未顯示)。經由線路108供應補充溶液與從容納主要電鍍溶液、或浴102的貯槽150傾卸電解液係一同作為放出與饋給程序。
如先前所述，在將鍍電解液供應至陰極側122以在容納於其內之晶圓上執行電鍍期間要考慮的一個因素為酸/金屬離子分配效應。此種效應可在銅電鍍製程中被觀察到，並且可對其他相似的電鍍系統起作用。如圖2所說明，在陽極上，例如顯示為金屬離子或Me +的Cu離子因為直流電流通過而透過Cu → Cu 2++ 2e的氧化反應被去電鍍(de-plated)進入到陽極溶液中。在陰極側122，透過Cu 2++ 2e → Cu的反應，從溶液取出Cu 2+離子。相似地，在陽極側126的整個薄膜124處，由於酸攜帶大部分電鍍電流，所以已變為富有金屬離子的陽極電解液係隨著時間緩慢地將酸、或H +離子消耗。在陰極側122，由於當在容納於其內的晶圓200上進行電鍍或電沉積時從溶液移除金屬離子(例如，用於Cu電鍍的銅離子)，所以流過隔膜(從陽極腔室到陰極腔室)的溶液係富有酸的。如同所述，通過薄膜的離子傳遞係偏好氫離子而不偏好銅離子。因此，陰極側122中的銅離子濃度將隨著時間下降，而於其中的酸濃度將增加，如圖3B所說明，其例如顯示酸濃度的初始尖峰與之後酸濃度最終隨著濃度等級趨近穩態狀態的遞減。如在別處所述，可藉由對陽極側126及/或在許多配置中與陰極側122流體連通的浴102上採用高電解液補充率而消除酸金屬離子分配效應。然而，高補充率可能會不必要地浪費電鍍溶液並且增加電鍍設備的操作成本。
酸/金屬離子分配效應可對具相對低金屬離子濃度(例如，約5 g/l或更低)的電鍍溶液具有實質影響。在此種溶液中，少至每公升零點幾公克的濃度變化都可能會大大地影響溶液中之金屬離子的整體濃度，並因此影響整體電鍍性能。舉例而言，如果目標銅離子濃度為約2 g/l並且濃度漂移消耗陰極電解液約0.6 g/l的銅，此刻濃度則下降30%，而電鍍性能可能因此遭受到顯著的負面影響。
以銅以外之金屬進行電鍍所觀察到的其他變化係顯示在圖6A-D中。更具體地，鈷(Co)可被選擇以使用作為用於此種電鍍製程的金屬。如同在銅鍍電解液中一樣，鈷鍍電解液可配置成包含鈷鹽、硫酸、有機添加劑、以及作為緩衝溶液的硼酸。
在此電鍍製程中，如同在先前Cu電鍍範例中一樣，透過下列反應：Me – e → Me +，使金屬離子從陽極脫出。同時，在陰極表面，因為低於100%之金屬電鍍的電鍍電流效率(電流效率在此被定義為金屬電鍍(Me ++ e → Me)電流佔輸送至陽極之總電流的百分比)，所以兩個還原反應係同時發生：Co 2++ 2e → Co與2H ++ 2e → H 2。在電鍍製程設定之間，各反應所消耗的電流量不盡相同。長時間地，在鍍浴電解液上的此電鍍製程之淨效應為：(1) 因為從陽極釋放者比在陰極消耗者更多，所以金屬離子濃度增加；(2) 因為酸僅在陰極側被消耗而不被從陽極供應，所以酸濃度下降；(3) 因為硼酸不主動涉入反應，所以硼酸(H 3BO 3)濃度不變。此被說明於圖5中。注意到，若通過薄膜的酸所攜帶之電荷量為顯著的話，則發生在陽極側內的酸金屬離子分配效應可進一步使金屬離子與酸濃度偏移。然而，在若干應用中，因為酸濃度係比金屬離子濃度要低得多，所以分配效應變得微不足道。為了使在此之說明簡明易懂，乃不包含在此種電鍍製程之陰極電解液濃度上的分配效應。
隨著鍍電解液之酸的淨消耗，可在上述系統(例如電解液管理系統100)中實施對鍍浴的酸注入。考量到製程性能，Co離子濃度亦需要藉由將去離子(DI)水加入鍍電解液而受到控制。由於對該浴注入酸與DI兩者，所以硼酸濃度在不具有任何注入機制的情況下將會隨著時間而下降。此被說明於圖6中。因為硼酸(在其他金屬電鍍製程中之相似功能的任何其他成分)對於Co電鍍製程而言可能係重要的，所以硼酸濃度亦需要被解決。
如由Reid等人所提出的美國專利第8,308,931號(發明名稱為「Method and Apparatus for Electroplating」)以及由Mayer等人所提出的美國專利第8,475,644號(發明名稱為「Method and Apparatus for Electroplating」)所揭露(該等美國專利案之整體內容乃藉由參考文獻方式合併於此)，在一電鍍設備上，有時期望具有一輔助陰極。在一電解液管理系統中實施一輔助陰極或輔助陽極係提供某些優點。輔助陰極通常被容納在小隔離腔室內，以避免與主陰極(電鍍設備中的晶圓基板)接觸，且其通常具有比主陰極(晶圓基板)更小的尺寸。有時期望在輔助陰極腔室內具有不同的電解液濃度。舉例而言，有時較佳係，(相較於在主陰極的鍍電解液中)在輔助陰極腔室內具有較高的陰離子濃度，如此俾能將較高的電流施加在輔助陰極上。 定義
下列用語被間歇地使用於整個本揭露內容：
「基板」 —  在本申請案中，「半導體晶圓」、「晶圓」、「基板」、「晶圓基板」以及「經部分製造的積體電路」的用語可交換地被使用。該技術領域中具有通常知識者將瞭解「經部分製造的積體電路」之用語可指在其上進行積體電路製造之多個階段的任一者期間的矽晶圓。半導體裝置工業中所使用的晶圓或基板一般具有200 mm、或300 mm、或450 mm的直徑。又，「電解液」、「電鍍浴」、「鍍浴」、「浴」、「電鍍溶液」、以及「鍍溶液」的用語可交換地被使用。下列詳細說明內容係假定在晶圓上實現這些實施例。然而，這些實施例並非如此受到限制。工件可具有各種的形狀、尺寸、以及材料。除了半導體晶圓以外，可利用所揭露之實施例的其他工件包括例如印刷電路板、磁性記錄媒體、磁性記錄感測器、鏡(mirrors)、光學元件、微機械裝置及其相似者的各種物品。
「金屬」 —   為了本揭露內容之目的而欲鍍到基板或晶圓上的一材料(一元素、化合物、或合金)。範例包括銅、鈷、錫、銀、鎳、以及任何其合金或組合。
「電鍍槽」 —   一般用以收藏彼此相對安置之陽極與陰極的一槽。電鍍(其發生在電鍍槽中的陰極上)，乃係指使用電流來還原溶解之金屬陽離子以使其在電極上形成薄附著金屬鍍層的一製程。在某些實施例中，電鍍槽具有兩個隔室，一個用以收藏陽極，而另一個則用以收藏陰極。在某些實施例中，陽極腔室與陰極腔室係藉由半透膜所隔開，該半透膜允許通過其之離子物種之濃度的選擇性遷移。該薄膜可為離子交換薄膜，例如陽離子交換薄膜。作為若干實施例，Nafion™型號(例如Nafion 324)係合適的。
「陽極腔室」 —  電鍍槽內的一腔室，其被設計成收藏陽極。陽極腔室可包含用以固持陽極及/或對陽極提供一或多個電子連接的支座。陽極腔室可藉由半透膜而與陰極腔室隔開。陽極腔室內的電解液有時被稱為陽極電解液。
「陰極腔室」 —  電鍍槽內的一腔室，其被設計成收藏陰極。通常在本揭露內容的上下文中，陰極乃為一基板，例如晶圓，如具有多個經部分製造之半導體裝置的矽晶圓。陰極腔室內的電解液有時被稱為陰極電解液。
「電鍍溶液(或電鍍浴、鍍電解液、或主要電解液)」 —  通常在溶液中具解離金屬離子之液體，其具有例如酸或鹼的導電性增強成分。溶解之陽離子與陰離子均勻地分散在溶劑之中。此種溶液為電中性。若對此種溶液施加電位，溶液的陽離子係被吸引到電子豐富的電極，而陰離子則係被吸引到電子缺乏的電極。
「補充(make-up)溶液」 —  一種電鍍溶液，其一般係含有主要電鍍溶液的全部或幾乎全部成分。提供補充溶液至電鍍溶液，以將溶液成分的濃度維持在期望範圍內，以及選擇補充溶液，以維持良好的電鍍性能。使用此種方法乃係因為成分的濃度會在溶液漂移的過程中產生變化或者因如下所述之若干因素的任一者而隨著時間產生變化。補充溶液通常被提供作為一放出與饋給系統中的『饋給』。通常，補充溶液中之成分的濃度係與這些成分的目標濃度相似或相同。若干補充溶液係不包含有機電鍍添加劑。
「再循環系統」 —  為後續再利用而將流體物質供應回到中央貯槽中。再循環系統可設置成有效地再利用電鍍溶液，並且亦設置成按照期望來控制及/或維持溶液內之金屬離子的濃度等級。再循環系統可包含與幫浦或其他用以驅動再循環之機構一起的管路或其他流體導管。
「目標濃度」 —  電鍍溶液中之金屬離子及/或其他成分的一濃度等級，其用以達成期望電鍍性能。在各種實施例中，係以目標濃度來提供補充溶液的成分。
「次要電鍍溶液(或次要電解液)」 —  一額外的電鍍溶液，其係與補充溶液相似，但具有與電鍍溶液之目標濃度實質上偏離的金屬離子或其他成分濃度。在某些實施例中，施加次要電鍍溶液，以校正電鍍溶液中之一或多個成分的不期望濃度漂移。
以g/l所描述的濃度係指每一公升溶液中所含之成分的總質量(公克)。舉例來說，濃度10 g/l的成分A係意指在含有成分A的一公升體積的溶液中存在10公克的成分A。當以g/l具體指明離子(例如銅離子或鈷離子)的濃度時，濃度值係指每單位體積溶液中所僅含之離子(並非產生離子之鹽或鹽類)的質量。舉例而言，2 g/l的銅離子濃度係相當於每公升溶液(於其中溶有銅離子)中含有2 g的銅離子。其並非係指每公升溶液中含有2公克的銅鹽(例如硫酸銅)或指陰離子的質量。然而，當指酸(例如硫酸、甲烷磺酸、或硼酸)的濃度時，濃度值則係指每單位體積中所含之全體酸(氫與陰離子)的質量。例如，具有10 g/l硫酸的溶液係相當於每公升溶液中含有10公克的H 2SO 4。 使用次要電解液的電鍍系統
在本揭露內容中包含了方法與設備，其允許實現此種方法，以控制提供至電鍍設備(主要針對該設備的陰極側)的鍍電解液濃度。在某些實施例中，相似的方法可用以控制電鍍設備之陽極部分中的電解液濃度，此可進而影響陰極側的電解液濃度。
在此所揭露的方法包含將次要、或補給之鍍電解液加入電鍍設備，該設備可容納並且使用目標濃度的鍍電解液，以向主陰極(晶圓基板)上進行電鍍。
次要電解液通常具有與主要鍍電解液不同的組成或具有其目標濃度。次要電解液之特徵的範例包含：
(1) 次要電解液含有主要電解液所含之大部分、或全部的成分。在某些實施例中，次要電解液缺少有機電鍍添加劑，而主要電解液則包含此種添加劑。在各種實施例中，次要電解液包含主要電解液中除了其中一或兩個成分以外的全部成分。舉例而言，在銅-酸電鍍系統中，次要電解液可缺少氯離子及/或有機電鍍添加劑，但除此之外則具有銅-酸主要電解液的所有其餘成分。在另一範例中，鈷-酸電鍍系統可使用缺少鈷離子及/或有機電鍍添加劑的次要電解液，但除此之外則具有鈷-酸主要電解液的所有其餘成分。
(2) 次要電解液的大部分成分(並非全部的成分)可具有與主要電解液中之濃度(尤其係主要電解液中之該些成分之目標濃度)相同或實質相同的濃度。在若干實例中，次要電解液的這些成分係具有與補充溶液(MS)相同或實質相同的組成。舉例來說，在酸-銅電鍍系統中，次要電解液可包含在與主要電解液中之濃度實質相同之濃度的酸與氯離子。於另一範例中，在酸-鈷電鍍系統中，該電解液可包含在與主要電解液中之濃度實質相同之濃度的酸與鈷離子。
(3) 次要電解液中之成分的其中至少一者具有與主要電解液之目標濃度明顯不同的濃度。例如在酸-銅電鍍系統中，主要電解液中之銅離子的目標濃度可約為2 g/l，而次要電解液中之銅離子的濃度則可約為40 g/l。例如在酸-鈷電鍍系統中，主要電解液中之硼酸根離子的目標濃度可約為33 g/l，而次要電解液中之硼酸根離子的濃度則可約為45 g/l (例如硼酸鹽的溶解度極限)。
(4) 鑒於不使用次要電解液的正常處理，在濃度上明顯不同的次要電解液的成分乃係與將遭受到最大組成或濃度漂移之主要電解液中的成分相同，例如圖3A-D中的銅離子與酸以及圖6C中的硼酸根離子。在若干實例中，尤其係涉及明顯之酸/金屬離子分配效應者，明顯的漂移乃係暫時的(即，其僅暫時地發生而非永久性)。參見圖3B-D。例如，漂移可能僅在替換大量或所有的電解液之後於開始操作時係明顯的。作為一範例，暫時的漂移可存在歷時與在約300-1,000片晶圓上進行電鍍相對應的一持續時間，或存在大約一天的期間。在若干實施例中，僅在明顯漂移之暫時時期的期間，次要電解液才需被使用。
(5) 根據在使用期間之主要電解液中的成分濃度的漂移方向，次要電解液中的成分乃具有明顯較高或較低的濃度。舉例而言，鑒於圖3D所顯示之陰極電解液中的酸濃度的正『漂移』，次要電解液可包含明顯降低的酸濃度。如在該技術領域中所理解與在此所提及之『漂移』的概念可被認為係目標濃度值的擾動。例如，漂移可為大於所具體指明之目標值之約2-3%的擾動。在另一範例中，鑒於圖3C所顯示之陰極電解液中的銅離子濃度的負漂移，次要電解液可包含明顯增加的銅離子濃度。在又另一範例中，鑒於圖6C所顯示之陰極電解液中的硼酸鹽濃度的負漂移，次要電解液可包含明顯增加的硼酸根離子濃度。
(6) 相較於中央鍍浴(主要電鍍溶液)或容納該浴的貯槽(例如圖1、7、9、11A、以及12所示的貯槽150)之體積，次要電解液的體積使用量可相對地小。此具有下列益處：降低對消耗性原料的依賴，並因此可允許不增加、或不明顯增加電鍍設備之佔用空間的設計或配置。在一範例中，在一天的連續電鍍操作(例如電鍍約1,000片晶圓)之中所使用的次要電解液的量係不大於電鍍溶液貯槽之體積的5%。
(7) 次要電解液的使用可明顯降低將主要電解液維持在控制規格內所需的放出與饋給率(bleed and feed rate)。放出與饋給率的降低量係取決於特定電鍍系統應用。在補充溶液具有約2 g/l之銅離子濃度的一實例中，將銅離子濃度控制在5%內以達到目標值所需的放出與饋給率可大於約150%。對於相同但使用如在此所述之次要電鍍溶液的應用而言，放出與饋給率可降低到僅15%，但對溶液中的銅濃度仍具有相似或甚至更佳的控制。放出與饋給率係指在一天的連續電鍍期間被替換(放掉或饋入)之電鍍溶液貯槽中之流體體積的分率。例如，若貯槽容納150 L的電鍍溶液，15%的放出與饋給率則需要在一天的連續電鍍期間替換22.5 L的電鍍溶液。
(8) 對主要電解液或對輔助陰極腔室的次要電解液之添加係基於主要電解液組成，並且可不一直被需要。例如，除了因酸/金屬離子分配效應之結果所引起的暫時濃度偏離以外，次要電解液添加可不一直被需要。
(9) 在某些實施例中，可透過附接於電鍍設備的小容器，將次要電解液供應至電鍍設備。此外，在某些實施例中，次要電解液的供應係透過整體設施供應部(例如，可用於製造設施中之多個工具並且可於整個設施進行配管的來源)而完成。
(10) 在若干實施例中，將次要電解液導入主電鍍溶液貯槽。又，在某些實施例中，將次要電解液導入鍍槽的陰極腔室及/或鍍槽的輔助陰極腔室。在若干應用中，將次要電解液導入鍍槽的陽極腔室。後者之此種應用可有助於將陰極側電解液濃度維持符合規格。對於圖1所示之電解液管理系統100之各構件的次要電解液供應的各種方向及/或配置，係顯示在圖7、9、11A、以及12中，且將於下文中進行更詳細的說明。
當具體指明濃度值時，「實質相同」係意指在所具體指明之目標值的+/- 5%內。例如，與2 g/l實質相同的濃度可在約1.9到2.1 g/l的範圍內。除非另有說明，否則當具體指明濃度值時，「明顯偏離」、「明顯不同」及其相似者係意指較濃成分具有介於較不濃成分的濃度之約1.3倍與50倍之間的濃度。在若干實例中，(a) 次要電鍍溶液與(b) 主要電鍍溶液之目標濃度或補充溶液中之成分的濃度差係介於約5到50倍之間。例如，成分A在次要電鍍溶液中的濃度係比在主要電鍍溶液中大約5到50倍，反之亦然。在另一範例中，成分A在次要電鍍溶液中的濃度係比在主要電鍍溶液中大約5到20倍，反之亦然。在又另一範例中，成分A在次要電鍍溶液中的濃度係比在主要電鍍溶液中大約15到30倍，反之亦然。
如先前所述，鍍電解液中的成分濃度漂移可能係普遍的。尤其對具有分開之陽極部分與陰極部分的電鍍設備而言確實係如此，但可能不一定限於此種設計。為了使陰極電解液與陽極電解液濃度皆維持於可接受之等級以確保可接受之電化學電鍍性能，控制電解液濃度的普遍方法係採用高電解液補充(例如『放出與饋給』)率。然而，如此做的話可能會明顯增加運行電鍍製程的操作成本，且有時會使電鍍製程過於昂貴。此外，在若干實例中，單單高放出與饋給率的應用及/或使用可能不足以解決與電化學電鍍性能相關之問題。可被使用的第二種方法係對電解液中的各個與每一成分進行獨立的注入。然而，如此做的話可能會使注入演算法極為複雜。此外，對鍍電解液的每一成分之注入將會對鍍電解液中之所有其他成分產生稀釋效應。因此，電鍍設備最終會一直處於注入/計算狀態。因此，一般係避免此種方法。
藉由採用「互補型」次要電鍍溶液，可明顯降低補充率，並且同時可明顯降低主要鍍電解液中的濃度漂移。藉由適當地設計次要電解液，可將次要電解液的使用量降至最低，俾使次要電解液的採用不對電鍍設備的設定與運行造成實質額外的成本。 範例(1)  —  銅電鍍
銅類電鍍製程，其中Cu電鍍電流效率係高的(接近100%)，且在陽極電解液中存在強的酸金屬離子分配效應。如在先前段落中所述以及如圖2與圖3A到D所示，此種電鍍製程的潛在問題為，在陽極部分中，酸產生低漂移而Cu濃度產生高漂移，以及在陰極部分中，酸產生高漂移而Cu產生低漂移。在某些實施例中，銅電鍍溶液視需要而包含硫酸銅、硫酸、氯離子、有機添加劑、以及去離子(DI)水。這些成分的典型濃度範圍包含約1-25 g/l的Cu離子、約10-175 g/l的酸、約40-100 ppm的氯離子、以及約20-400 ppm的添加劑。在某些實施例中，係使用低濃度的銅電鍍溶液，即，具有約10 g/l或更低之Cu離子與約5-50 g/l之酸的溶液。在某些實施例中，低濃度的銅電鍍溶液含有約4-10 g/l的Cu離子與約5-20 g/l的酸。
圖7說明具有次要電解液的鍍電解液濃度控制架構。相似的參考符號係指相似的元件，因此將省略相同的冗長敘述。建立在圖1所示之系統100的詳細說明之上，系統700可進一步設置成包含進料鍍電解液的輸送，該進料鍍電解液此刻可包含由[Me +] a所表示之第一定義濃度等級的金屬離子、例如游離酸及/或由[H +] a所顯示之氫離子的酸、以及由[Cl -] a所顯示的氯離子。不像系統100，圖7所示的系統700具有額外的線路704，該線路饋給或供應次要電解液，以例如補償陰極側122及/或陽極側126上的不期望鍍液濃度波動。次要電解液可包含與第一定義濃度等級不同且由[Me +] b所表示之第二定義濃度等級的金屬離子，並且除此之外，可具有如同進料鍍電解液之原濃度等級的酸(例如由[H +] a所顯示的氫離子)以及由[Cl -] a所顯示的氯離子。在所繪之實施例中，次要電解液係被供應到容納在貯槽150內的浴102。
在一實施例中，次要電解液被設計成具有明顯比在該浴中更高的[Me +](例如Cu 2+)，而其他成分(例如酸、Cl -)則保持相同濃度。鍍電解液濃度可藉由下列方式加以維持：當陰極側中的[Me +]產生低漂移時，注入次要電解液，如此做的話將可使[Me +]上升至目標值而不影響其他成分；當陰極部分中的[H +]產生高漂移時，注入DI，並且若需要的話，添加次要電解液以維持[Me +]濃度。作為一範例，補充溶液包含約1-5 g/l的銅離子、約5-20 g/l的酸、以及約40-80 ppm的氯離子，而次要電鍍溶液包含約30-80 g/l的銅離子、約5-20 g/l的酸、以及約40-80 ppm的氯離子。補充溶液與次要電鍍溶液其中一或兩者可選擇地包含一或多個有機電鍍添加劑。
在另一實施例中，次要電解液可被設計成具有明顯較高的[Me +]濃度、稍微較高的[Cl -]濃度、以及稍微較低的[H +]濃度。例如，假定目標電鍍溶液具有約1-25 g/l的Cu離子、約10-175 g/l的酸、約40-100 ppm的氯離子、以及約20-400 ppm的添加劑，則次要電鍍溶液可具有在下列範圍內的濃度：約20-70 g/l的銅離子、約8-10 g/l的酸、以及約50-100 ppm的氯離子。
在又另一實施例中，次要電解液可被設計成金屬硫酸鹽(CuSO 4)固體粉末。在此實例中，對該浴的極少量粉末添加將使陰離子濃度回到目標值，但卻不造成鍍浴體積變化，因此將不影響其他成分的濃度等級。
圖8A與8B分別顯示在已採用次要電解液之電鍍設備上之鍍電解液中的典型[Cu 2+]與酸濃度趨勢。此顯示[Cu 2+]與酸濃度漂移的顯著改善。 範例(2)  —  鈷電鍍
藉由圖9中的系統900來詳細顯示用以將鈷電鍍到晶圓上的電鍍製程，其中陽極側中的酸/金屬離子分配效應並不明顯，且金屬電鍍電流效率 ＜ 100%。在長時間的電鍍期間，隨著時間，Co 2+濃度可能會產生高漂移，而酸(H 2SO 4)濃度產生低漂移，且硼酸濃度保持相對地穩定。參見圖5A-C。如圖5A與圖6C所說明，根據電鍍設備上所使用的控制演算法，並進行酸注入，則最終結果可為Co 2+濃度隨著時間而變得太高(若不控制Co 2+)、或H 3BO 3濃度產生低漂移(若以DI添加來控制Co 2+濃度)。圖9說明在Co電鍍設備上的鍍電解液控制示意圖。在某些實施例中，鈷電鍍溶液視需要而包含硫酸鈷、硫酸、硼酸、有機添加劑、以及去離子水。這些成分的典型濃度範圍包含約2-40 g/l (Co 2+)、約10-40 g/l (H 3BO 3) (硼酸)、約0.01-0.1 g/l (H 2SO 4) (例如硫酸)、以及約20-400 ppm有機電鍍添加劑。
類似於對圖7所示之系統700的介紹，可用於電鍍鈷的系統900可包含經由線路904對浴102的次要電解液輸送。相似的參考符號係指相似的元件，因此將省略相同的冗長敘述。在系統900中，進料鍍電解液與次要電解液兩者可包含硼酸(例如H 3BO 3)，以作為溶液中的成分，有時用於代替鈷鍍液中的Cl -。在所繪之實施例中，經由線路108所提供的補充溶液包含金屬離子(例如鈷離子)、酸(例如硫酸)、以及硼酸。在本實施例中，次要電解液係被供應到容納在貯槽150內的浴102。
次要電解液被設計成具有明顯較低的Co 2+濃度(低至0 g/l)，但具有相同濃度的H 3BO 3與酸。例如，次要電鍍溶液可含有介於0-1 g/l (Co 2+) (例如鈷離子)、介於約10-40 g/l (H 3BO 3) (例如硼酸)、以及約0.01-0.1 g/L (H 2SO 4) (例如硫酸)。在一具體範例中，次要電鍍溶液含有約0 g/l的鈷離子、約30 g/l的硼酸、以及約0.1 g/l的硫酸。可藉由下列方式來維持鍍電解液濃度：當陰極側中的[Me +]產生高漂移時，注入次要電解液，此將可使[Me +]下降至目標值而不影響其他成分；當陰極部分中的[H +]產生低漂移時，注入酸。
次要電解液亦可被設計成具有明顯比在主要電解液中更高的H 3BO 3濃度。例如，次要電鍍溶液可具有介於0-1 g/l的鈷離子、介於約40-50 g/l的硼酸、以及約0.01-0.1 g/l的硫酸。在一具體範例中，次要電鍍溶液具有約3 g/l的Co 2+、約45 g/l的硼酸、以及約0.1 g/l的硫酸。可藉由下列方式來維持鍍電解液濃度：當Co 2+產生高漂移時，將DI注入至中央浴，此將可使[Me +]下降至目標值，並且同時稀釋酸與H 3BO 3濃度；可以酸注入來補償酸濃度，並且可藉由注入次要電解液來使H 3BO 3濃度上升。
可藉由採用具有明顯較低之Co 2+濃度與明顯較高之H 3BO 3濃度的次要電解液而結合以上兩種方法。例如，次要電鍍溶液可具有介於0-1 g/l的鈷離子、介於約40-50 g/L的硼酸、以及約0.01-0.1 g/l的硫酸。在一具體範例中，次要電鍍溶液具有約0 g/l的鈷離子、約45 g/l的硼酸、以及約0.1 g/l的硫酸。
圖10A-C說明在以如所述之較低金屬離子濃度次要電解液方法於電鍍設備上實施次要電解液的注入情況下，三種主要成分如何隨著時間進行響應。 範例(3)  —  在具有輔助電極之系統中的電鍍
電鍍系統及/或設備的某些配置可包括包含於其內或與其連接的輔助電極腔室。可就近或集中控制此種輔助電極腔室。
如在先前段落中所述，電鍍設備具有一個以上的陰極或陽極腔室係常見的。有時，輔助電極腔室內之電解液成分的濃度必須與主陰極溶液不同。一此種範例係說明於圖11A中。在此設備中，存在有容納於獨立腔室內的次要陰極。加入次要陰極，以幫助維持主陰極(晶圓基板)的性能(以例如改善晶圓上的電鍍均勻度)。為了維持雙陰極上的較高電鍍電流量，期望在電解液中比在主陰極溶液中具有更高的陰離子濃度，但次要電解液的使用量並不大。透過瓶子(或透過設施供應部)添加具有明顯高之陰離子濃度的次要電解液來源，將有助於使雙陰極電流量明顯增加，此乃因為在不具有氣體析出的情況下電解液可維持之電流與電解液中陰離子之濃度成正比。根據次要陰極電鍍電流的需求，待使用在次要陰極腔室內的實際電解液可為次要電解液本身，或可為次要電解液與主要電解液的混合物。
在一範例中，主要電鍍溶液含有約1-5 g/l的銅離子，而提供至一或多個輔助陰極的次要電鍍溶液則含有約30-70 g/l的銅離子。此可使輔助陰極的DC電流量增加約6-70倍。
圖11A所示之系統1100A亦係建立在先前圖1所示之系統100的介紹之上。相似的參考符號係指相似的元件，因此將省略相同的冗長敘述。次要鍍電解液係經由線路1102而輸送或流到陰極側122內。在某些實施例中，根據一既定應用的特定需求，容納在輔助陰極內的溶液可單獨為次要鍍電解液，或者可為次要鍍電解液與進料鍍電解液的混合物。圖11B顯示隨溶液中之陽離子濃度變化的最大輔助電流的圖表1100B。圖表1100B包含例如由區域1102B所顯示之在各種濃度等級之次要電解液注入之情況下所產生的資料、以及例如由區域1104B所顯示之在不具有次要電解液之情況下的基準線資料值。 範例(4)  —  對於陰極腔室之具有次要電解液的鈷電鍍
電鍍設備上的陰極電解液濃度可藉由下列方式加以控制：在陽極側上採用次要電解液，例如使次要電解液直接流入到陽極腔室內。如先前所述，在Co類電鍍系統中之質量/電荷平衡的一潛在問題為從陽極釋放到鍍電解液的金屬離子係比因鍍到陰極上而從電解液取出者更多；並且氫離子被消耗而不在陰極側上進行補充。因此，隨著時間，金屬離子濃度向上漂移，而酸濃度向下漂移。
藉由將具有較高酸濃度、及低或零金屬離子濃度的次要電解液導入到陽極腔室內，該系統可在傳遞氫離子與金屬離子時利用陽離子交換薄膜的選擇性，讓更多的氫離子通過薄膜以補充酸(其在電鍍期間被消耗掉)，並且讓較少的金屬離子通過薄膜以避免累積。以此方式，對陽極腔室供應次要電解液係有助於平衡陰極側中的金屬離子及氫離子消耗與產生/添加率。
在若干實施例中，主要電鍍溶液含有約2-40 g/L的鈷離子、約10-40 g/l的硼酸、約0.01-0.1 g/l的硫酸、以及約20-400 ppm的添加劑(例如，約3 g/l的鈷離子、約0.1 g/l的硫酸、以及約30 g/l的硼酸)。在這些實施例中，次要電鍍溶液可含有約0-1 g/l的鈷離子、約0.1-0.5 g/l的硫酸、以及約0-40 g/l的硼酸(例如，約0 g/l的鈷離子、約2 g/l的硫酸、以及約30 g/l的硼酸)。
操作圖12所示之系統1200可引起下列結果：主要電鍍溶液與陰極腔室內所含之所有成分的濃度可呈現長期穩定。同樣地，因為添加具有明顯較高之酸含量的次要電解液，所以陽極側溶液濃度亦可隨著時間而穩定達到與目標濃度不同的等級。
圖13A-C說明在鈷電鍍系統之主要電鍍溶液中之鈷離子、硫酸、以及硼酸的整體穩定濃度，該鈷電鍍系統係使用如圖12所說明之次要電鍍溶液的直接陽極腔室注入。圖13D與E說明鈷電鍍系統之陽極電解液中之鈷離子以及硫酸的整體穩定濃度，該鈷電鍍系統係使用如圖12所說明之次要電鍍溶液的直接陽極腔室注入。注意到，圖式中的「SAC」係指陽極腔室(隔開的陽極腔室，separated anode chamber)。
雖然類似於先前所述的其他系統，但系統1200在下列方面乃係與系統100不同：使次要電解液直接流到陽極腔室126，以協助穩定電鍍溶液組成。注意到，使用次要電鍍溶液之直接陽極腔室注入的系統並不限於鈷電鍍；在若干實例中，其可用於電鍍其他金屬。 設備
可依照在此所述之實施例而使用許多設備配置。一示範設備包含抓斗式夾具(clamshell fixture)，該抓斗式夾具將晶圓的背側密封而使其遠離鍍液，並且同時允許在晶圓的正面上進行電鍍。抓斗式夾具可例如以下列方式來支撐晶圓：經由放置在晶圓之斜角上方的密封件、或藉由例如與應用在斜角附近之密封件結合之施加至晶圓背面的真空。
抓斗式夾具係以允許晶圓之電鍍表面進行良好潤濕的方式進入該浴。基板潤濕的品質係被多個變數所影響，其包含但不限於抓斗旋轉速度、垂直進入速度、以及抓斗相對於鍍浴之表面的角度。這些變數及其效應係進一步被說明於美國專利第6,551,487號中，其乃藉由參考文獻方式合併於此。在某些實施例中，電極旋轉速率係介於約5-125 RPM之間，垂直進入速度係介於約5-300 mm/s之間，以及抓斗相對於鍍浴之表面的角度係介於約1-10度之間。使特定應用的這些變數最佳化的其中一個目的為藉由將空氣從晶圓表面完全移開而達到良好潤濕。
在此所揭露的電沉積方法可參考各種電鍍工具設備加以說明，並且可在其背景之下被使用。可依照在此之實施例被使用的電鍍設備之一範例為Lam Research Sabre工具。包括基板浸漬的電沉積與在此所揭露的其他方法可在構成更大電沉積設備的構件中被執行。圖14顯示一示範電沉積設備的俯視示意圖。電沉積設備1400可包含三個獨立的電鍍模組1402、1404及1406。電沉積設備1400亦可包含三個獨立的模組1412、1414及1416，這些模組係設置成用於各種製程操作。例如，在若干實施例中，模組1412、1414及1416的其中一或兩者可為旋轉沖洗乾燥(SRD，spin rinse drying)模組。在其他實施例中，模組1412、1414及1416的其中一或兩者可為電填充後模組(PEM，post-electrofill modules)，各者用以執行一功能，例如基板在其已被電鍍模組1402、1404及1406其中一者處理後的邊斜角(edge bevel)移除、背側蝕刻、以及酸清洗。
電沉積設備1400包含中央電沉積腔室1424。中央電沉積腔室1424為用以容納化學溶液的一腔室，該化學溶液被使用作為電鍍模組1402、1404及1406中的電鍍溶液。電沉積設備1400亦包含注入系統1426，該注入系統可儲存並且輸送用於電鍍溶液的添加劑。化學品稀釋系統1422可儲存並且混合待使用作為蝕刻劑的化學品。過濾與泵送單元1428可過濾中央電沉積腔室1424的電鍍溶液並且將其泵送至電鍍模組。
系統控制器1430提供操作電沉積設備1400所需的電子與介面控制。系統控制器1430(其可包含一或多個實體或邏輯控制器)控制電鍍設備1400之特性的其中若干者或全部。系統控制器1430一般包含一或多個記憶裝置以及一或多個處理器。處理器可包含中央處理單元(CPU，central processing unit)或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接部、步進馬達控制器電路板、以及其他相似的構件。可在處理器上執行用以實施如在此所述之適當控制操作的指令。這些指令可被儲存在與系統控制器1430結合的記憶裝置上，或者其可透過網路加以提供。在某些實施例中，系統控制器1430執行系統控制軟體。
電沉積設備1400中的系統邏輯(例如控制軟體)可包含用以控制下者的指令：時序、電解液成分(包含一或多個電解液成分之濃度)的混合、入口壓力、鍍槽壓力、鍍槽溫度、基板溫度、施加至基板及任何其他電極的電流與電位、基板位置、基板旋轉、以及由電沉積設備1400所執行之特定處理的其他參數。系統控制邏輯亦可包含用以在為合適於低銅濃度電解液而訂定之條件下進行電鍍的指令。例如，系統控制邏輯可被建構成在由下而上(bottom-up)填充階段期間提供相對低電流密度、及/或在過載(overburden)階段期間提供較高電流密度。控制邏輯亦可被建構成在電鍍期間提供往晶圓表面的某些等級之質量傳遞。例如，控制邏輯可被建構成控制電解液的流動，以確保在電鍍期間往晶圓的足夠質量傳遞，而使基板不會遭遇到銅消耗的情況。在某些實施例中，控制邏輯可操作以在電鍍製程的不同階段提供不同等級的質量傳遞(例如，在由下而上填充階段期間提供比在過載階段期間更高的質量傳遞，或在由下而上填充階段期間提供比在過載階段期間更低的質量傳遞)。又，系統控制邏輯可被建構成將一或多個電解液成分的濃度維持在此處所揭露之任何範圍內。作為一特定範例，系統控制邏輯可被設計或建構成將銅陽離子的濃度維持在約1-10 g/l之間。可以任何適當的方式來建構系統控制邏輯。例如，可編寫各種製程工具構件副常式(sub-routines)或控制物件(objects)來控制用以實現各種製程工具程序的製程工具構件操作。可以任何適當的電腦可讀取程式語言來對系統控制軟體進行編碼。邏輯亦可被實施成在可程式化邏輯裝置(例如FPGA)、ASIC、或其他適當工具中的硬體。
在若干實施例中，系統控制邏輯包含用以控制上述各種參數的輸入/輸出控制(IOC，input/output control)序列指令。例如，電鍍製程的每一階段可包含由系統控制器1430所執行的一或多個指令。用以設定浸漬處理階段之製程條件的指令可被包含在對應的浸漬配方階段中。在若干實施例中，可相繼地安排電鍍配方階段，俾能使電鍍處理階段的所有指令與該處理階段同時被執行。
在若干實施例中，可將控制邏輯分成不同組件，例如程式或程式的區段。為此目的之邏輯組件的範例包含基板定位組件、電解液組成控制組件、壓力控制組件、加熱器控制組件、以及電位/電流電源控制組件。
在若干實施例中，可存在有與系統控制器1430結合的使用者介面。使用者介面可包含顯示螢幕、設備及/或製程條件的圖形軟體顯像、以及使用者輸入裝置(例如指標裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等等)。
在若干實施例中，藉由系統控制器1430所調整的參數可與製程條件有關。非限制性範例包含在不同階段的浴條件(溫度、組成、以及流率)、基板位置(旋轉速率、線(垂直)速度、與水平線的夾角)等等。這些參數可被以配方的形式提供給使用者，可利用使用者介面來輸入該配方。
可藉由系統控制器1430的類比及/或數位輸入連接部，從各種製程工具感測器提供用以監視該製程的信號。可在製程工具的類比與數位輸出連接部上輸出用以控制該製程的信號。可被監視之製程工具感測器的非限制性範例包含質量流量控制器、壓力感測器(例如壓力計)、熱電偶、光學位置感測器等等。經適當程式化的回饋與控制演算法可與來自這些感測器的資料一起被使用，以維持製程條件。
在一實施例中，該等指令可包含下列指令：將基板插入晶圓支架、使基板傾斜、在浸漬期間對基板施加偏壓、以及在基板上電沉積含銅結構。
交遞(hand-off)工具1440可從基板卡匣(例如卡匣1442或卡匣1444)挑選基板。卡匣1442或1444可為前開式晶圓傳送盒(FOUP，front opening unified pods)。FOUP為一容器，其被設計成將基板穩固且安全地保持在受控環境中並且為了進行處理或量測而允許基板被裝設有適當裝載埠與機器人搬運系統的工具所調動。交遞工具1440可使用真空附接或某種其他附接機構來固持基板。
交遞工具1440可與晶圓搬運站1432、卡匣1442或1444、傳送站1450、或對準器1448介接(interface)。交遞工具1446可從傳送站1450獲得基板。傳送站1450可為一槽孔或一位置，交遞工具1440與1446可從此處傳遞基板並且將基板傳遞到此處，而不通過對準器1448。然而，在若干實施例中，為了確保基板在交遞工具1446上被正確地對準而達到往電鍍模組的準確輸送，交遞工具1446可將基板與對準器1448對準。交遞工具1446亦可將基板輸送到電鍍模組1402、1404或1406之其中一者，或者輸送到設置成用於各種製程操作之三個獨立的模組1412、1414及1416之其中一者。
依照上述方法之製程操作的一範例可進行如下：(1) 在電鍍模組1404中，將銅電沉積到基板上，以形成含銅結構；(2) 在模組1412中，以SRD沖洗並乾燥基板；以及(3) 在模組1414中，執行邊斜角移除。
對用於生產環境的實施而言，設置成允許基板在相繼的電鍍、沖洗、乾燥、以及PEM製程操作之間進行有效循環的設備可以係有幫助的。為實現此目標，模組1412可被設置成旋轉沖洗乾燥器與邊斜角移除腔室。以此種模組1412，對銅電鍍與EBR操作而言，將只需在電鍍模組1404與模組1412之間運送基板。
在若干實施例中，控制器(例如，系統控制器1430)為系統的部分，該系統可為上述範例的部分。控制器可包含控制邏輯或軟體，及/或可執行從另一來源所提供的指令。此種系統可包含半導體處理設備，其包含處理工具、腔室、處理用平台、及/或特定處理構件(晶圓支座、氣體流動系統等等)。這些系統可與電子元件整合在一起，該電子元件用以在處理半導體晶圓或基板之前、期間、之後，控制這些系統的操作。該電子元件可被稱為『控制器』，其可控制該系統的各種構件或子部件。可根據處理需求及/或系統類型，將該控制器程式化，以控制在此所揭露之任何處理，其包含處理氣體的輸送、溫度設定(例如，加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF，radio frequency)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體輸送設定、位置與操作設定、進入及離開與一特定系統連接或介接之一工具及其他傳送工具及/或負載室的晶圓傳送。
大體而言，該控制器可被定義為具有各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子元件，其接收指令、發出指令、控制在此所述的操作、進行清理操作、進行終點測量、計量等等。該積體電路可包含具有韌體形式而儲存有程式指令的晶片、數位信號處理器(DSP，digital signal processor)、被定義為特定用途積體電路(ASIC，application specific integrated circuits)的晶片、及/或一或多個微處理器、或執行程式指令(例如軟體)的微控制器。程式指令可為以各種獨立設定值(或程式檔案)形式傳送至控制器的指令，以定義用以在半導體晶圓上或對一系統實現特定處理的操作參數。在若干實施例中，這些操作參數可為製程工程師所定義之配方的部分，以在晶圓之一或多個層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶粒的製造期間實現一或多個處理步驟。
在若干實施例中，該控制器可為電腦的一部分或耦合至該電腦，該電腦係與該系統整合在一起，或耦合至該系統，或網路連接至該系統，或為其組合。例如，該控制器可位在「雲端(cloud)」中或為晶圓廠主電腦系統的全部或一部分，此可允許晶圓處理的遠端存取。該電腦可對該系統進行遠端存取，以監視製造操作的當前進度、檢查過去製造操作的歷史、從複數製造操作來檢查趨勢或性能指標、改變當前處理的參數、依當前處理來設定處理步驟、或開始新的處理。在若干範例中，遠端電腦(例如伺服器)可透過網路將處理配方提供給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。該遠端電腦可包含使用者介面，其可進行參數及/或設定值的輸入或程式化，這些參數及/或設定值之後從該遠端電腦傳送至該系統。在若干範例中，該控制器接收具有資料形式的指令，該指令規定待於一或多個操作期間執行之每一處理步驟的參數。吾人應瞭解這些參數可特定於待執行之處理的類型以及該控制器所介接或控制之工具的類型。因此，如上所述，可以下列方式來分配該控制器：例如藉由包含以網路連接在一起並且為一共同目的(例如在此所述的處理與控制)而運作的一或多個分離控制器。為此種目的而分配的控制器之一範例可為在腔室上之一或多個積體電路，該積體電路係與遠端設置(例如平台等級或作為遠端電腦之部分)的一或多個積體電路通信，以聯合控制腔室上的處理。
示範的系統可包含但不限於電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉沖洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清理腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD，physical vapor deposition)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD，chemical vapor deposition)腔室或模組、原子層沉積(ALD，atomic layer deposition)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE，atomic layer etch)腔室或模組、離子植入腔室或模組、塗佈顯影(track)腔室或模組、以及可聯合或用於半導體晶圓之製造及/或生產的任何其他半導體處理系統。
如上所述，根據待由該工具所執行的處理步驟，該控制器可與下列其中一或多者進行通信：其他工具電路或模組、其他工具構件、群集(cluster)工具、其他工具介面、相鄰工具、鄰近工具、設置遍布於工廠的工具、主電腦、另一控制器、或用於原料運送而將晶圓容器運至與運離半導體生產廠中之工具位置及/或裝載埠的工具。
電沉積設備1500的一替代實施例被概略地說明在圖15中。在本實施例中，電沉積設備1500具有呈現成對或多個「雙重站(duet)」配置的一組電鍍槽1507，各者包含一電鍍浴。舉例而言，除了電鍍本身以外，電沉積設備1500可執行種種其他與電鍍相關的製程與子步驟，例如旋轉沖洗、旋轉乾燥、金屬與矽濕蝕刻、無電沉積、預濕與預化學處理、還原、退火、光阻剝除、以及表面前活化。電沉積設備1500係概略地以俯視方式顯示在圖15中，並且在該圖式中僅揭示單一階層或「樓層」，但該技術領域中具有通常知識者可輕易理解此種設備(例如Lam Sabre TM3D工具)可具有二或更多「堆疊」在彼此上方的階層，各者可能具有相同或不同類型的處理站。
再次參考圖15，待電鍍的基板1506通常係透過前端裝載FOUP 1501而被饋送至電沉積設備1500，而在本範例中，則係經由前端機器人1502而從該FOUP被帶到電沉積設備1500的主要基板處理區域，該前端機器人可縮回並且可將由具有多種尺寸之轉軸1503所帶動的基板從可存取站的其中一站移動至其中另一站(在本範例中係顯示兩個前端可存取站1504以及又兩個前端可存取站1508)。前端可存取站1504與1508可包含例如預處理站、以及旋轉沖洗乾燥(SRD)站。利用機器人軌道1502a來實現前端機器人1502的從一側到另一側之橫向移動。每一基板1506可被杯/圓錐組件(未顯示)所固持，該杯/圓錐組件係由與馬達(未顯示)連接的轉軸1503所帶動，以及該馬達可附接於安裝托架1509。在本範例中亦顯示四個「雙重站」，總共八個電鍍槽1507。電鍍槽1507可針對含銅結構而用於電鍍銅，並且針對焊料結構而用於電鍍焊料材料。系統控制器(未顯示)可耦合至電沉積設備1500以控制電鍍設備1500之特性的其中若干者或全部。可將系統控制器程式化或以其他方式建構成依據在此先前所述的程序執行指令。
在此以上所描述之電鍍設備/方法可搭配微影圖案化工具或製程而使用，例如以供半導體裝置、顯示器、LED、光電板等等的製造或生產。儘管並非必要，不過一般而言，這些工具/製程可在共同的製造設施中一起被使用或執行。膜之微影圖案化通常包含下列步驟的其中若干者或全部，每一步驟利用若干可能的工具得以實現：(1) 使用旋塗或噴塗工具，在工件(即，基板)上塗佈光阻；(2) 使用熱板或爐或UV固化工具，將光阻固化；(3) 以例如晶圓步進機之工具，將光阻曝露於可見或UV或X射線光；(4) 使用例如濕台之工具，將光阻顯影，以選擇性地移除光阻並藉此將其圖案化；(5) 藉由使用乾式或電漿輔助蝕刻工具，將光阻圖案轉印到下方的膜或工件中；以及(6) 使用例如RF或微波電漿光阻剝除機之工具，將光阻移除。
吾人應瞭解，在此所述的配置及/或方法在本質上乃為示範性，且這些具體實施例或範例不應被視為具有限制意義，因為許多變化係可能的。在此所述的具體常式或方法可表示任何數量的處理策略中的一或多者。因此，所述的各種動作可以按所述順序執行、以其他順序執行、並行地執行、或在某些情況下被省略。同樣地，上述製程的順序可被改變。
本揭露內容之標的包括：在此所述之各種製程、系統、配置及其他特徵、功能、動作、及/或特性的所有新穎及進步的組合與子組合、以及其任何及所有相等物。
100:電解液管理系統 102:中央浴 104:線路 106:線路 108:線路 110:調整點 112:混合點 116:線路 118:陰極溶液迴路 122:陰極側 124:薄膜 126:陽極側 128:陰極 130:陽極 132:陽極溶液迴路 134:電路 136:方向 138:槽溢流或排放線路 142:槽及/或溢流排放線路 144:浴注入與溢流控制迴路 146:浴溢流線路 148:鍍槽 150:電鍍溶液貯槽 200:晶圓 700:系統 704:線路 900:系統 904:線路 1100A:系統 1100B:圖表 1102:線路 1102B:區域 1104B:區域 1200:系統 1400:電沉積設備 1402:電鍍模組 1404:電鍍模組 1406:電鍍模組 1412:模組 1414:模組 1416:模組 1422:化學品稀釋系統 1424:中央電沉積腔室 1426:注入系統 1428:過濾與泵送單元 1430:系統控制器 1432:晶圓搬運站 1440:交遞工具 1442:卡匣 1444:卡匣 1446:交遞工具 1448:對準器 1450:傳送站 1500:電沉積設備 1501:前端裝載FOUP 1502:前端機器人 1502a:機器人軌道 1503:轉軸 1504:前端可存取站 1506:基板 1507:電鍍槽 1508:前端可存取站 1509:安裝托架
現在將結合圖式來說明示範實施例，於其中：
圖1為一示範鍍電解液或電鍍溶液再循環及/或注入(dosing)系統的示意圖。
圖2說明電鍍浴-側 vs. 金屬離子分配效應，其例如顯示金屬離子選擇性地移動通過半透膜。
圖3A-3D顯示各種圖表，其說明因依照在此所揭露之一或多個實施例執行之電鍍所引起的電鍍浴濃度漂移。
圖4說明圖2所顯示者的相對低電鍍電流效率情況。
圖5A-5C顯示各種圖表，其說明在未將補給或次要的電鍍溶液導入該系統之情況下，圖4所顯示者的電鍍浴濃度趨勢。
圖6A-6C顯示各種圖表，其說明在例如用以補充酸的酸注入以及用以控制鈷離子濃度[Co 2+]的去離子(DI，de-ionized)水注入之情況下，圖4所顯示者的電鍍浴濃度趨勢。
圖7顯示圖1所示之電鍍系統的一配置，其中導入用於銅(Cu)電鍍的次要電解液、或電鍍溶液。
圖8A-8B顯示各種圖表，其說明針對銅(Cu)鍍電解液，在次要補充溶液(MS，make-up solution)注入之情況下的浴濃度結果。
圖9顯示圖1所示之電鍍系統的一配置，其中導入用於鈷(Co)電鍍的次要電解液、或電鍍溶液。
圖10A-C顯示各種圖表，其說明針對鈷(Co)電鍍，在次要電解液注入之情況下的預期浴性能。
圖11A顯示圖1所示之電鍍系統的一配置，其中將次要電解液、或電鍍溶液導入電鍍槽的陰極側。圖11B顯示隨電鍍溶液中之陽離子濃度變化的輔助電流的圖表。
圖12顯示圖1所示之電鍍系統的一配置，其中將次要電解液、或電鍍溶液導入電鍍槽的陽極側。
圖13A-13E顯示各種圖表，其說明在鈷(Co 2+)注入到電鍍槽之陽極腔室之情況下的主要電鍍溶液與陽極電解液濃度趨勢。
圖14顯示一示範電沉積設備的俯視示意圖。
圖15顯示一替代示範電沉積設備的俯視示意圖。
102:中央浴
104:線路
106:線路
108:線路
110:調整點
112:混合點
116:線路
118:陰極溶液迴路
122:陰極側
124:薄膜
126:陽極側
128:陰極
130:陽極
132:陽極溶液迴路
134:電路
136:方向
138:槽溢流或排放線路
142:槽及/或溢流排放線路
144:浴注入與溢流控制迴路
146:浴溢流線路
148:鍍槽
150:電鍍溶液貯槽
700:系統
704:線路

Claims (20)

  1. 一種在裝置製造期間將金屬電鍍到基板上的方法，該方法包含： (a) 將一電鍍溶液提供至一電鍍系統，該電鍍系統包含： (i) 一電鍍槽，包含一陽極腔室與一陰極腔室，並且設置成在將該金屬電鍍到該基板上時，將該基板固持於該陰極腔室內， (ii)  一電鍍溶液貯槽，設置成在將該金屬電鍍到該基板上時，容納一部分的該電鍍溶液， (iii) 一再循環系統，用以在該電鍍槽與該電鍍溶液貯槽之間輸送該電鍍溶液， (iv) 一補充溶液入口，用以將補充溶液提供至該電鍍系統， (v) 一次要電鍍溶液入口，用以將一次要電鍍溶液提供至該電鍍系統，以及 (vi) 一出口，用以將該電鍍溶液從該電鍍系統中移除， 其中該電鍍溶液包含用以將該金屬電鍍到該基板上的多個成分； (b) 在該基板被固持於該陰極腔室內時，將該金屬電鍍到該基板上； (c) 經由該補充溶液入口，將該補充溶液供應至該電鍍系統，其中該補充溶液包含該多個成分的其中若干者或全部，用以將該金屬電鍍到該基板上，其中將該補充溶液供應至該電鍍系統係改變該電鍍溶液的組成，俾能使該電鍍溶液中之該多個成分的其中至少一者變得更接近其目標濃度； (d) 經由該次要電鍍溶液入口，將該次要電鍍溶液供應至該電鍍系統，其中該次要電鍍溶液包含該多個成分的其中若干者或全部，且其中滿足下列條件(1)和(2)的其中至少一者： (1)  該次要電鍍溶液包含在明顯比其目標濃度更高之一次要濃度的該多個成分的其中至少一者， (2) 該次要電鍍溶液包含在明顯比其目標濃度更低之一次要濃度的該多個成分的其中至少一者；以及 (e) 經由該出口，將該電鍍溶液從該電鍍系統中移除，其中操作(c)和(e)為放出與饋給程序之部分。
  2. 如請求項1所述的方法，其中該金屬為銅，且其中該次要電鍍溶液包含在明顯比該電鍍溶液中的銅離子的一目標濃度更高之一次要濃度的銅離子。
  3. 如請求項1所述的方法，其中該金屬為銅，且其中該次要電鍍溶液包含在比該電鍍溶液中的銅離子的一目標濃度大介於約5與50倍之間之一次要濃度的銅離子。
  4. 如請求項1所述的方法，其中該金屬為銅，且其中該次要電鍍溶液包含在明顯比該電鍍溶液中的銅離子之一目標濃度更高之一次要濃度的銅離子、以及處在一酸之一目標濃度下的在一次要濃度的該酸。
  5. 如請求項1所述的方法，其中該補充溶液入口、該次要電鍍溶液入口、以及該出口皆位於該電鍍溶液貯槽，且其中該補充溶液入口設置成允許該補充溶液進入該電鍍溶液貯槽，其中該次要電鍍溶液入口設置成允許該次要電鍍溶液進入該電鍍溶液貯槽，且其中該出口設置成將該電鍍溶液從該電鍍溶液貯槽中移除。
  6. 如請求項1所述的方法，其中該次要電鍍溶液的組成設置成使得相對於在不添加該次要電鍍溶液的情形下維持該電鍍溶液的成分之目標濃度所需的放出與饋給速率，降低維持該電鍍溶液的成分之目標濃度所需的放出與饋給速率。
  7. 如請求項1所述的方法，更包含重複操作(b)-(e)以將該金屬電鍍到多個額外基板上。
  8. 如請求項1所述的方法，其中該金屬為鈷，且其中該次要電鍍溶液包含在明顯比該電鍍溶液中的鈷離子的一目標濃度更低之一次要濃度的鈷離子。
  9. 如請求項1所述的方法，其中該金屬為銅，在該電鍍溶液中的銅之該目標濃度介於約1 g/L與約25 g/L之間，且在該次要電鍍溶液中的銅離子濃度明顯比該銅離子之該目標濃度更高並介於約20 g/L與約70 g/L之間。
  10. 如請求項1所述的方法，其中該金屬為銅，且其中該次要電鍍溶液包含在明顯比該補充溶液更高之濃度的銅。
  11. 一種在裝置製造期間將金屬電鍍到基板上的電鍍系統，該電鍍系統包含： (a) 一電鍍槽，包含一陽極腔室與一陰極腔室，並且設置成在將該金屬電鍍到該基板上時，將該基板固持於該陰極腔室內； (b) 一電鍍溶液貯槽，設置成在將該金屬電鍍到該基板上時，容納一部分的電鍍溶液； (c) 一再循環系統，用以在該電鍍槽與該電鍍溶液貯槽之間輸送該電鍍溶液； (d) 一補充溶液入口，用以將補充溶液提供至該電鍍系統； (e) 一次要電鍍溶液入口，用以將一次要電鍍溶液提供至該電鍍系統； (f) 一出口，用以將該電鍍溶液從該電鍍系統中移除，其中該補充溶液入口(d)與該出口(f)設置以實施放出與饋給程序；以及 (g) 一控制器，其包含用於促使以下步驟的指令： (i) 將一電鍍溶液提供至該電鍍系統，其中該電鍍溶液包含用以將該金屬電鍍到該基板上的多個成分， (ii) 在該基板被固持於該陰極腔室內時，將該金屬電鍍到該基板上， (iii) 經由該補充溶液入口，將該補充溶液供應至該電鍍系統，其中該補充溶液包含該多個成分的其中若干者或全部，其中將該補充溶液供應至該電鍍系統係改變該電鍍溶液的組成，俾能使該電鍍溶液中之該多個成分的其中至少一者變得更接近其目標濃度； (iv)經由該次要電鍍溶液入口，將該次要電鍍溶液供應至該電鍍系統，其中該次要電鍍溶液包含該多個成分的其中若干者或全部，且其中滿足下列條件(1)和(2)的其中至少一者： (1)  該次要電鍍溶液包含在明顯比其目標濃度更高之一次要濃度的該多個成分的其中至少一者， (2) 該次要電鍍溶液包含在明顯比其目標濃度更低之一次要濃度的該多個成分的其中至少一者；以及 (v) 經由該出口，將該電鍍溶液從該電鍍系統中移除。
  12. 如請求項11所述的電鍍系統，其中該金屬為銅，且其中該程序指令包含用於促使該次要電鍍溶液包含在明顯比該電鍍溶液中的銅離子的一目標濃度更高之一次要濃度的銅離子之指令。
  13. 如請求項11所述的電鍍系統，其中該金屬為銅，且其中該程序指令包含用於促使該次要電鍍溶液包含在比該電鍍溶液中的銅離子的一目標濃度大介於約5與50倍之間之一次要濃度的銅離子之指令。
  14. 如請求項11所述的電鍍系統，其中該金屬為銅，且其中該程序指令包含用於促使該次要電鍍溶液包含在明顯比該電鍍溶液中的銅離子之一目標濃度更高之一次要濃度的銅離子、以及處在一酸之一目標濃度下的在一次要濃度的該酸之指令。
  15. 如請求項11所述的電鍍系統，其中該補充溶液入口、該次要電鍍溶液入口、以及該出口皆位於該電鍍溶液貯槽，且其中該補充溶液入口設置成允許該補充溶液進入該電鍍溶液貯槽，其中該次要電鍍溶液入口設置成允許該次要電鍍溶液進入該電鍍溶液貯槽，且其中該出口設置成將該電鍍溶液從該電鍍溶液貯槽中移除。
  16. 如請求項11所述的電鍍系統，其中該程序指令包含用於下列操作之指令:促使該次要電鍍溶液的組成設置成使得相對於在不添加該次要電鍍溶液的情形下維持該電鍍溶液的成分之目標濃度所需的放出與饋給速率，降低維持該電鍍溶液的成分之目標濃度所需的放出與饋給速率。
  17. 如請求項11所述的電鍍系統，其中該程序指令包含用於促使重複操作(i)-(v)以將該金屬電鍍到多個額外基板上之指令。
  18. 如請求項11所述的電鍍系統，其中該金屬為鈷，且其中該程序指令包含用於促使該次要電鍍溶液包含在明顯比該電鍍溶液中的鈷離子的一目標濃度更低之一次要濃度的鈷離子之指令。
  19. 如請求項11所述的電鍍系統，其中該金屬為銅，在該電鍍溶液中的銅之該目標濃度介於約1 g/L與約25 g/L之間，且該程序指令包含用於促使在該次要電鍍溶液中的銅離子濃度明顯比該銅離子之該目標濃度更高並介於約20 g/L與約70 g/L之間之指令。
  20. 如請求項11所述的電鍍系統，其中該金屬為銅，且其中該程序指令包含用於促使該次要電鍍溶液包含在明顯比該補充溶液更高之濃度的銅之指令。
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