利用場與特征對比的tsv 浴評估的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及利用場與特征對比的TSV浴評估，本發(fā)明中的實施方式涉及用于確定特定的測試浴是否能夠成功地填充襯底上的特征的方法和裝置。在各種情況下，所述襯底是半導(dǎo)體襯底，特征是硅通孔。通常使用兩個實驗：第一實驗?zāi)M填充工藝中存在于襯底的場區(qū)中的條件，以及第二實驗?zāi)M填充工藝中存在于襯底上的特征的條件。來自這些實驗的輸出可以與各種技術(shù)使用以預(yù)測特定浴是否導(dǎo)致充分填充的特征。
【專利說明】利用場與特征對比的TSV浴評估

【技術(shù)領(lǐng)域】 本發(fā)明總體涉及集成電路。在一個方案中，本發(fā)明涉及用于確定特定的測試浴是否能 夠成功地填充襯底上的特征的方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0001] 鑲嵌處理是在集成電路形成金屬線的方法。因為它比其他方法需要更少的處理步 驟，并提供了高收益，所以它經(jīng)常被使用。通過經(jīng)由內(nèi)部布線提供垂直對準(zhǔn)的電子器件的互 連，貫穿硅通孔（TSV)有時會在與鑲嵌處理一起使用，以創(chuàng)建三維（3D)封裝和3D集成電 路。這樣的3D封裝和3D集成電路可顯著降低多芯片電子電路的復(fù)雜性和整體尺寸。在鑲 嵌處理過程中或在TSV中形成的集成電路的表面上的導(dǎo)電路徑通常用銅填充。
[0002] TSV是完全通過硅晶片或管芯的垂直的電氣連接。典型的TSV工藝包括形成TSV 孔和沉積共形的擴(kuò)散阻擋層和導(dǎo)電籽晶層，接著用金屬填充TSV孔。銅通常用作在TSV填 充中的導(dǎo)電金屬，因為它支持復(fù)雜的集成（例如用于3D封裝和3D集成電路）經(jīng)歷的高電 流密度。銅還支持高的設(shè)備速度。此外，銅具有良好的導(dǎo)熱性，并且可以以高純度的狀態(tài)獲 得。
[0003] TSV孔通常具有高深寬比，這使得銅無空洞沉積到這樣的結(jié)構(gòu)成為艱巨的任務(wù)。銅 的化學(xué)氣相沉積（CVD)需要復(fù)雜且昂貴的前體，而物理氣相沉積（PVD)通常會導(dǎo)致空洞和 有限的臺階覆蓋。電鍍是將銅沉積到TSV結(jié)構(gòu)的一種較為普遍的方法；然而，因為TSV的大 尺寸和深寬比，電鍍也提出了一連串挑戰(zhàn)。
[0004] 在典型的TSV電填充工藝中，襯底帶負(fù)電偏置并與電鍍液接觸，該電鍍液通常包 括作為離子源的硫酸銅或甲烷磺酸銅，和用于控制導(dǎo)電性的硫酸或甲磺酸，以及被稱為抑 制劑、促進(jìn)劑和均勻劑的各種功能類的氯離子和有機(jī)添加劑。由于組分摻入電鍍襯底，隨著 時間的推移退化等，所以這些電鍍浴的組分的濃度經(jīng)過處理過程通常發(fā)生改變。因此，為了 達(dá)到持續(xù)令人滿意的填充的效果，有必要隨著時間的推移監(jiān)控該浴的組分。在這種方式中， 當(dāng)電鍍液添加劑的濃度被發(fā)現(xiàn)是太低了時，例如，可以采取適當(dāng)?shù)牟襟E，以增加在該浴中添 加劑的濃度。
[0005] 用于監(jiān)控電鍍浴廣泛使用的常規(guī)方法通常利用掃描伏安庫侖法、電化學(xué)滴定、光 譜方法（例如，可見光、紅外線和紫外線分析溶液），和各種形式的高效液相色譜法（HPLC)， 以獨立地試圖評估各種接近目標(biāo)操作濃度的濃度的已知的浴組分（如，金屬、酸、和各種添 加劑）的濃度。例如，在伏安電量分析法中，鉬旋轉(zhuǎn)盤狀電極（RDE)被用作工作電極。信號 是通過積分循環(huán)伏安（Cyclic voltammogram)的陽極溶出波傳遞過程中通過的電荷產(chǎn)生 的。通常情況下，進(jìn)行一系列類似的實驗，其中改變在溶液中的目標(biāo)物質(zhì)濃度。該溶液通常 對其它（非目標(biāo)）浴物質(zhì)的濃度基本上不敏感。
[0006] 作為一個例子，較快促進(jìn)的表面將表現(xiàn)出鍍銅較快，并且在剝離過程中系統(tǒng)將通 過更多的電荷。因此，具有過量濃度的抑制劑和相對較高濃度的促進(jìn)劑的溶液將趨向于比 具有相對較少促進(jìn)劑的溶液顯示更多的沉積和剝離電荷。因此，這種類型的溶液通過比較 所述溶液的電化學(xué)反應(yīng)與具有已知含量的促進(jìn)劑的一系列溶液中所觀察到的反應(yīng)，可用于 測量在溶液中的促進(jìn)劑濃度。促進(jìn)劑和抑制劑的濃度使用標(biāo)準(zhǔn)加入方法確定，在該標(biāo)準(zhǔn)加 入方法中相對于標(biāo)準(zhǔn)溶液對電鍍浴促進(jìn)或抑制電鍍的能力進(jìn)行評估。也可以使用其他方 法，但它們也并不指出在其當(dāng)前狀態(tài)下在該浴中的組合的物質(zhì)的電位（有已知/確認(rèn)和未 確認(rèn)的物質(zhì)兩者存在）。這些常規(guī)方法對于在浴中的促進(jìn)劑或抑制劑的總量能夠提供合理 的準(zhǔn)確測定值（但在某些情況下，分解產(chǎn)物可能干擾，導(dǎo)致假信號）。然而，盡管傳統(tǒng)的方法 通常是相當(dāng)準(zhǔn)確的，但它們沒有精確到足以能夠檢測浴化學(xué)成分中的小擾動（例如，含量 非常低的電鍍浴的分解產(chǎn)物的形成），并且它們并不指出存在未確認(rèn)的，潛在的工藝中毒或 其它有害物質(zhì)。雖然這些成分的擾動相對較小，但也可能導(dǎo)致TSV填充工藝中的故障。
[0007] 例如，少量的促進(jìn)劑的分解可以生產(chǎn)具有不完全填充的產(chǎn)品。此外，在長的時間間 隔內(nèi)負(fù)責(zé)保持抑制的某些成分的損失會導(dǎo)致不完全的填充。加入微量的均勻劑成分同樣可 以導(dǎo)致不完全的TSV填充。另外，各種未確認(rèn)物質(zhì)的存在可導(dǎo)致填充失敗。在濃度變化/ 含量通過常規(guī)方法是不可檢測時，所有這些問題可能發(fā)生。換句話說，TSV填充工藝對浴組 分中的變化比常規(guī)的組合物的監(jiān)測方法更為敏感。因此，傳統(tǒng)的測量方法無法準(zhǔn)確地預(yù)測 特定鍍浴是否會產(chǎn)生可接受的自下而上的填充效果，以及是否可能導(dǎo)致生產(chǎn)不合標(biāo)準(zhǔn)的器 件或是否可能導(dǎo)致甚至有價值的襯底的完全損失。
[0008] 對在單獨的晶片內(nèi)填充工藝的質(zhì)量和對電鍍工具上鍍多個晶片的過程的更穩(wěn)健 的控制是需要的。具體而言，用于指示特定的鍍浴是否會（或不會）滿足規(guī)定的電鍍規(guī)范 (例如，產(chǎn)生成功的自下而上的填充）的方法，其即不依賴于任何特別的添加劑組分、添加 劑濃度或組合物的特點，也不單獨需要測試不同物質(zhì)的存在，這是合乎期望的。所公開的技 術(shù)滿足這些條件，并且特別地，可以在不了解可能存在于溶液中的特定物質(zhì)的性質(zhì)的情況 下進(jìn)行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本文的某些實施方式涉及用于判定電鍍液是否能夠滿足規(guī)定的電鍍規(guī)范的方法 和裝置。在某些情況下，所述規(guī)范可涉及在襯底的凹陷特征中產(chǎn)生可接受的自下而上的填 充結(jié)果。本發(fā)明的實施方式的一方面，一種方法包括：執(zhí)行電流受控實驗，該實驗被設(shè)計成 非常逼近于目標(biāo)電鍍工藝中使用的一系列的電鍍條件，以獲得電位軌跡輸出，其中，所述電 流受控實驗是用鍍金屬的電極在受關(guān)注的溶液（試驗溶液）中進(jìn)行的，其使用電流受控實 驗的電位輸出以指定在電位受控實驗中使用的電位輪廓，使用指定的電位輪廓進(jìn)行電位受 控實驗以獲得電流密度軌跡輸出，其中，所述電位受控實驗用第二鍍金屬的電極在受關(guān)注 的溶液中進(jìn)行，并且其中所述第二鍍金屬的電極具有基本上完全促進(jìn)的（accelerated)表 面，并分析電位軌跡輸出和電流密度軌跡輸出中的一個或多個以預(yù)測受關(guān)注的溶液是否能 夠成功地填充襯底上的凹陷特征。
[0010] 在一些情況下，鍍金屬的電極和第二鍍金屬的電極是相同的電極。在鍍金屬的電 極用于電位受控實驗中之前，鍍金屬的電極可以被清潔。清潔可涉及去除在電極表面上鍍 的金屬。在某些情況下，去除可以通過電化學(xué)陽極化處理來實現(xiàn)。在其他情況下，去除可以 通過化學(xué)蝕刻鍍金屬的電極的表面來實現(xiàn)。清潔電極的表面可以用水或其它清潔液來漂 洗。 toon] 第二鍍金屬的電極可暴露于富促進(jìn)劑的溶液，以實現(xiàn)基本上完全促進(jìn)的表面。在 某些情況下，當(dāng)?shù)诙兘饘俚碾姌O鍍有金屬（即，在預(yù)鍍操作期間），可能會發(fā)生暴露于富 促進(jìn)劑的溶液。在實現(xiàn)基本上完全促進(jìn)的表面之后，并在用于電位受控的實驗之前，也可漂 洗第二鍍金屬的電極。
[0012] 在一些實施方式中，在電流受控實驗中獲得的并在電位受控實驗中使用的指定電 位輪廓是處于例如在電流受控實驗的最終時間段期間的電位軌跡輸出的平均值的靜態(tài)輪 廓。在其它實施方式中，根據(jù)在電流受控實驗的所有或部分（例如，最后的時間段）期間的 電位軌跡輸出，所指定的電位輪廓是線性發(fā)展的動態(tài)輪廓。
[0013] 分析操作可包括根據(jù)一種或多種技術(shù)分析電流受控實驗和電位受控實驗的輸出。 一種分析技術(shù)可以包括將在特定時間的電位受控實驗的輸出與閾值進(jìn)行比較。另一種分析 技術(shù)可以包括將電位受控實驗的輸出超過閾值電流密度的時間與閾值時間進(jìn)行比較。另一 種分析技術(shù)可以包括在電位受控實驗期間一定時間段內(nèi)的每面積（電極表面）通過的電荷 量與每面積的電荷的閾值量進(jìn)行比較。這種技術(shù)可涉及在相關(guān)時間范圍積分電位受控實驗 的輸出。也可以使用其他技術(shù)。
[0014] 在公開的實施方式的另一個方面，用于判定電鍍?nèi)芤菏欠衲軌虍a(chǎn)生可接受的自下 而上的填充結(jié)果的方法包括兩個電流受控實驗，而不是一個電流受控實驗和一個電位受控 實驗。在這種情況下，該方法可包括執(zhí)行第一電流受控實驗，該實驗被設(shè)計成非常逼近于目 標(biāo)電鍍工藝中使用的一系列電鍍條件，以獲得電位軌跡輸出，其中，所述電流受控實驗是用 被鍍金屬的電極在受關(guān)注的溶液（試驗溶液）中進(jìn)行的，執(zhí)行第二電流受控實驗，以獲得第 二電位軌跡輸出，其中第二電流受控實驗在受關(guān)注的溶液中用第二鍍金屬的電極進(jìn)行，其 中所述第二鍍金屬的電極具有基本上完全促進(jìn)的表面，并且其中在第二電流受控實驗過程 中施加的電流密度輪廓是以及時的方式產(chǎn)生凹陷結(jié)構(gòu)的完全填充所需要的電流密度輪廓， 并分析所述第一和第二電流軌跡輸出中的一個或多個以預(yù)測受關(guān)注的溶液是否能夠成功 地填充襯底上的凹陷特征。
[0015] 用于分析實驗的輸出的技術(shù)可以包括計算在時間h的第一電位軌跡輸出與在時 間七2的第二電位軌跡輸出的比率，并將其與閾值比率進(jìn)行比較。時間（tjPt 2)與閾值比 率可以根據(jù)經(jīng)驗確定。所述分析技術(shù)允許在襯底上的特征和場區(qū)的相對極化的比較。在相 關(guān)的時間下特征的極化相比于場區(qū)的極化足夠小的情況下，將保持電鍍的對比度并且填充 將成功完成。
[0016] 用于執(zhí)行實驗的電化學(xué)池可包括工作電極、對電極和參比電極，參比電極可以確 定工作電極的電位。對電極可以通過膜與所述工作電極隔開。在不同的實施方式中，參比 電極和工作電極可以被包含在由鹽橋連接的分開的容器中。電化學(xué)池通常還包含用于測量 和記錄系統(tǒng)的電化學(xué)反應(yīng)的機(jī)構(gòu)。在某些情況下，用于執(zhí)行實驗的電化學(xué)池被包括在多站 處理工具中。在各種實施方案中，所述電化學(xué)池還包括被設(shè)計或配置成執(zhí)行所公開的方法 的一個或多個方面的控制器。
[0017] 在公開的實施方式的一個方面，提供了一種評估受關(guān)注的電鍍浴中的添加劑是否 符合電鍍規(guī)范的方法，所述方法包括：通過以下步驟進(jìn)行第一實驗：使電極與所述受關(guān)注 的電鍍浴接觸，施加電流密度波形至所述電極，其中，當(dāng)在所述受關(guān)注的電鍍浴中電鍍時施 加的所述電流密度波形逼近于襯底的場區(qū)經(jīng)受的電流密度，以及在所述第一實驗過程中記 錄第一電位軌跡輸出；通過以下步驟進(jìn)行第二實驗：使第二電極與含有促進(jìn)劑的促進(jìn)溶液 接觸，直到所述第二電極基本上被完全促進(jìn)，從所述第二電極漂洗所述促進(jìn)溶液，使所述第 二電極與所述受關(guān)注的電鍍浴接觸，施加第二電流密度波形或電位波形至所述電極，其中 當(dāng)在所述受關(guān)注的電鍍浴中電鍍時，所述第二電流密度波形或電位波形逼近于在所述襯底 上的特征內(nèi)經(jīng)受的電流密度或電位，當(dāng)施加第二電流密度波形時，記錄第二實驗過程中的 第二電位軌跡輸出，并且當(dāng)施加電位波形到所述電極時，記錄第二實驗過程中的電流軌跡 輸出；以及根據(jù)從所述第一電位軌跡輸出、所述第二電位軌跡輸出、電流輸出軌跡和校準(zhǔn)數(shù) 據(jù)組成的組中選擇的兩個或更多個參數(shù)，判定在所述受關(guān)注的電鍍浴中的所述添加劑是否 符合所述電鍍規(guī)范。
[0018] 在一些實施方式中，電鍍規(guī)范涉及所述受關(guān)注的電鍍浴中的所述添加劑經(jīng)過在可 接受的時間段以從下往上的機(jī)制充分填充在所述襯底上的所述特征的能力。在所述第一實 驗期間施加的所述電流密度波形可對應(yīng)于用于在目標(biāo)填充工藝中在所述襯底上電鍍材料 的電流密度波形。在一些情況下，在所述第一實驗過程中施加的所述電流密度波形對應(yīng)于 用于在目標(biāo)填充工藝中在所述半導(dǎo)體襯底上電鍍材料的并通過場電流密度校正系數(shù)修改 的電流密度波形。
[0019] 在某些情況下，在各實驗過程中實現(xiàn)不同的對流條件。舉例來說，在所述第二實驗 過程中所述第二電極的旋轉(zhuǎn)速率可高于在所述目標(biāo)填充工藝中所述半導(dǎo)體襯底的旋轉(zhuǎn)速 率。在另一實例中，在所述第二實驗過程中所述受關(guān)注的電鍍浴的溫度可高于在所述目標(biāo) 填充工藝中所述受關(guān)注的電鍍浴的溫度。
[0020] 第一實驗的輸出可影響第二個實驗。在一種實施方式中，來自所述第一實驗的所 述第一電位軌跡輸出用于選擇在所述第二實驗中施加的所述電位波形。例如，可根據(jù)在所 述第一實驗的電鍍最后時間段期間經(jīng)受的電位選擇所述電位波形。在一些情況下，可根據(jù) 在所述第一實驗的電鍍最后時間段期間的所述第一電位軌跡輸出的平均電位來選擇所述 電位波形。在某些其它實施方式中，來自所述第一實驗的所述第一電位軌跡輸出可用于計 算預(yù)測電位，所述預(yù)測電位對應(yīng)于如果電鍍在所述第一實驗中的最后電鍍期間之后繼續(xù)將 會經(jīng)受的電位，并且其中，在所述第二實驗中的電位波形是基于所述預(yù)測電位。在第二實驗 涉及施加第二電流密度波形的情況下，可根據(jù)在可接受的時間范圍中充分填充特征的電流 密度來選擇第二電流密度波形。
[0021 ] 所述電極和所述第二電極可以是相同的電極。所述方法可進(jìn)一步包括在所述電極 與所述促進(jìn)溶液接觸之前，去除在所述第一實驗期間沉積在所述電極上的材料。
[0022] 在所關(guān)注的電鍍浴中的添加劑是否滿足規(guī)定的規(guī)范的判定可涉及幾種不同的分 析中的一個或多個。在一些情況下，所述判定包括將來自所述第二實驗的所述電流密度軌 跡輸出在相關(guān)的時間的電流密度與閾值電流密度進(jìn)行比較。在這些或其它情況下，所述判 定包括將所述第二實驗的所述電流密度軌跡輸出達(dá)到閾值電流密度的時間與閾值時間進(jìn) 行比較。在一些實施方式中，所述判定包括積分在第一時間和第二時間之間的第二個實驗 中的電流密度軌跡輸出來計算電荷密度并比較該電荷密度與閾值電荷密度。在其他情況 下，所述判定可涉及計算來自在所述第一實驗期間在第一時間的所述第一電位軌跡輸出的 電位與來自在所述第二實驗期間在第二時間的所述第二電位軌跡輸出的電位之間的比率， 并將所述比率與閾值比率進(jìn)行比較
[0023] 在各種實施方式中，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)用于做出在電鍍浴中的添加劑是否符合電鍍規(guī)范的 判定。校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以通過對已知產(chǎn)生可接受的填充結(jié)果的電解液和已知會產(chǎn)生不可接受的 填充結(jié)果的電解液執(zhí)行所述第一和/或第二實驗來產(chǎn)生。校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以包括選自下組參數(shù) 中的一個或多個：閾值電流密度、閾值電荷密度，閾值時間、和閾值電位比率。
[0024] 可接受的時間范圍可根據(jù)所討論的特征的尺寸和形狀不同而改變。在各種情況 下，可接受的時間范圍可以是約1小時或更少。電極和第二電極可以被預(yù)鍍有金屬。例如， 該方法可以進(jìn)一步包括：在第一實驗中使電極與受關(guān)注的電鍍浴接觸之前，電鍍金屬在電 極上，以及在使第二電極與促進(jìn)溶液接觸之前，電鍍金屬在第二電極上。在其他情況下，在 第二電極與所述促進(jìn)溶液接觸同時，電鍍金屬到第二電極可能會發(fā)生。所述促進(jìn)溶液可具 有至少為在所述受關(guān)注的電鍍浴中的促進(jìn)劑的濃度的約10倍的濃度的促進(jìn)劑。在某些情 況下，促進(jìn)溶液中的促進(jìn)劑的濃度可以是受關(guān)注的電鍍浴中的促進(jìn)劑的濃度的至少約100 倍。
[0025] 在所公開的實施方式的另一個方面，提供了監(jiān)控受關(guān)注的電鍍浴中的添加劑的方 法，所述方法包括：(a)在第一電極與所述受關(guān)注的電鍍浴接觸同時，施加限定的電流密度 至該第一電極，其中，所述限定的電流密度表示在所述受關(guān)注的電鍍浴中電鍍時襯底的場 區(qū)域中經(jīng)受的電流密度，以及其中，所述第一電極的表面基本上不被充分促進(jìn)；(b)在施加 所述限定的電流密度時記錄所述第一電極的電位軌跡輸出；（c)在第二電極與所述受關(guān)注 的電鍍浴接觸的同時，施加第二限定的電流密度或限定的電位至該第二電極的基本上完全 促進(jìn)的表面，其中，所述第二限定的電流密度或所述限定的電位表示在所述受關(guān)注的電鍍 浴中電鍍時所述襯底上的特征內(nèi)經(jīng)受的電流密度或電位；（d)在施加所述第二限定的電流 密度或所述限定的電位時記錄所述第二電極的第二電位軌跡輸出和/或電流密度軌跡輸 出；以及（e)根據(jù)包含在所述輸出中的一個或多個中的信息，判定所述受關(guān)注的電鍍浴中 的所述添加劑是否符合規(guī)定的電鍍規(guī)范。
[0026] 在所公開的實施方式中的進(jìn)一步的方面，一種用于評估受關(guān)注的電鍍浴中的添加 劑是否符合電鍍規(guī)范的裝置，所述裝置包括：分析室；一個或多個入口，其用于使測試浴溶 液（其來自受關(guān)注的電鍍浴）和一個或多個附加的溶液提供到所述分析室；出口，其用于從 所述分析室中除去流體；工作電極；電源；以及控制器，其具有指令以：(a)在測試浴溶液存 在于所述分析室的同時，通過施加限定的電流密度至所述工作電極，并記錄所述工作電極 的電位軌跡輸出，進(jìn)行第一實驗；(b)將所述工作電極與促進(jìn)溶液接觸持續(xù)足以用促進(jìn)劑 基本上完全布滿所述工作電極的持續(xù)時間；（c)在測試浴溶液存在于所述分析室的同時， 通過（i)施加第二限定的電流密度至所述工作電極并記錄所述工作電極的第二電位軌跡 輸出，或通過（ii)施加限定的電位到所述工作電極，并記錄電流密度軌跡輸出，進(jìn)行第二 實驗；以及（d)根據(jù)包含在所述電位軌跡輸出、所述第二電位軌跡輸出、所述電流密度軌跡 輸出以及校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中的一個或多個中的信息，判定所述受關(guān)注的電鍍浴中的所述電鍍添加 劑是否符合所述電鍍規(guī)范。
[0027] 在某些情況下，所述控制器進(jìn)一步包括用于以下操作的指令：在（a)之前：使標(biāo)準(zhǔn) 化的電鍍?nèi)芤毫魅胨龇治鍪也⒃谒龉ぷ麟姌O與所述標(biāo)準(zhǔn)化的電鍍?nèi)芤航佑|的同時電 鍍金屬到所述工作電極；從所述分析室去除標(biāo)準(zhǔn)化的電鍍?nèi)芤?，以及使所述測試浴溶液流 到所述分析室。該控制器還可以具有用于以下操作的指令：在（a)之后和（b)之前：去除電 鍍到所述工作電極的材料，以及從所述分析室去除所述測試浴溶液；以及在（b)之后和（c) 之前：漂洗所述工作電極，從而去除未吸附的促進(jìn)溶液，以及使所述試驗浴溶液流到所述分 析室中。
[0028] 不同的技術(shù)可以用于從所述工作電極去除電鍍材料。在某些情況下，用于去 除電鍍到工作電極上的材料的指示包括用于施加反向電流至所述工作電極，從而除鍍 (deplate)所述材料的指令。在其他情況下，用于去除電鍍到所述工作電極的材料的所述指 令包括用于使化學(xué)蝕刻溶液流入所述分析室，從而從所述工作電極化學(xué)蝕刻所述材料的指 令。
[0029] 在（b)中的所述指令還可包括用于使所述促進(jìn)溶液流入所述分析室，從而使所述 工作電極與所述促進(jìn)溶液接觸的指令。所述控制器可進(jìn)一步包括用于在（c)之前從所述分 析室中去除所述促進(jìn)溶液并用漂洗液漂洗所述分析室的指令。
[0030] 在各種實施方式中，所述電鍍規(guī)范涉及在所述受關(guān)注的電鍍浴中的所述添加劑在 可接受的時間段內(nèi)通過從下往上的機(jī)制充分填充在襯底上的特征的能力。如上面所指出 的，對于各種特征和電鍍條件，所述時間范圍可以是約1小時或更少。
[0031] 用于在⑷中判定的指令可以采取各種形式。在一種實施方式中，在（d)中的指 令包括將來自（c)的所述電流密度軌跡輸出在相關(guān)時間的電流密度與閾值電流密度進(jìn)行 比較的指令。可替代地或另外地，在（d)中的所述指令可包括用于將來自（c)的所述電流 密度軌跡輸出達(dá)到閾值電流密度的時間與閾值時間進(jìn)行比較的指令。在某些情況下，在（d) 中的所述指令可包括用于積分第一時間和第二時間之間的來自（c)的所述電流密度軌跡 輸出，以計算電荷密度，并將該電荷密度與閾值電荷密度進(jìn)行比較的指令。另外，在（d)中 的所述指令可包括用于計算來自在（a)中在第一時間的所述第一電位軌跡輸出的電位與 來自在（c)中在第二時間的所述第二電位軌跡輸出的電位的比率，以及將該比率與閾值比 率進(jìn)行比較的指令。所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可包括選自下組參數(shù)中的一個或多個：閾值電流密度、閾 值電荷密度，閾值時間、和閾值電位比率。
[0032] 該裝置還可以包括對電極和參比電極。所述對電極可以被容納在分離的對電極 室。該裝置還可以包括將所述對電極與所述工作電極分離的膜。該膜可以形成所述分離的 對電極室的一部分。所述工作電極可以采取不同的形式。在某些情況下，工作電極是旋轉(zhuǎn) 盤狀電極。在其它情況下，分析室是流通池。在這種情況下，該裝置可包括可以讓流體流過 的通道，并且電極可以被定位在通道內(nèi)/上。
[0033] 在各種實施方式中，用于將測試浴溶液從受關(guān)注的電鍍浴提供至分析室的入口與 用于使用受關(guān)注的電鍍浴電鍍金屬到半導(dǎo)體襯底的電鍍裝置相連。該裝置還可以包括用于 提供惰性氣體至分析室的氣體入口。在某些情況下，氣體入口可以是噴射管，例如用于提供 氮氣，以去除在受關(guān)注的電鍍浴中的流體中的氧。在某些情況下，該分析室可被配置為允許 分析室內(nèi)的真空條件。在這些情況下，控制器可以進(jìn)一步包括用于施加真空條件到分析室 的指令。
[0034] 這些和其他特征將在下面參照有關(guān)的附圖進(jìn)行說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035] 圖1是描繪根據(jù)本公開的實施方式預(yù)測浴是否會產(chǎn)生成功的自下而上的填充的 方法的流程圖。
[0036] 圖2A示出了根據(jù)本公開的實施方式的計量工具。
[0037] 圖2B示出了根據(jù)本公開的實施方式的可與電鍍裝置集成的計量工具。
[0038] 圖3和4示出了根據(jù)本公開的某些實施方式的可使用的示例多工具裝置。
[0039] 圖5是示出了電流受控實驗的結(jié)果（電位與時間）的圖表。
[0040] 圖6和7是示出在不同的條件下進(jìn)行電位受控實驗的結(jié)果（電流密度與時間）的 圖表。
[0041] 圖8A-8D示出了在圖5-7中評估的浴中填充的10X 100微米的TSV特征的橫截面 圖。

【具體實施方式】
[0042] 在本申請中，術(shù)語"半導(dǎo)體晶片"、"晶片"、"襯底"、"晶片襯底"以及"部分制成的集 成電路"可交換地使用。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解術(shù)語"部分制成的集成電路"可指代在硅 晶片上制造集成電路的許多階段中的任何一個階段中的硅晶片。在該半導(dǎo)體器件工業(yè)中使 用的晶片或襯底的直徑通常為200毫米、或300毫米或450毫米。另外，術(shù)語"電解液"、"鍍 浴"、"浴"以及"電鍍液"交換使用。下文的詳細(xì)描述假設(shè)本發(fā)明是在晶片上操作的。然而， 本發(fā)明并不受限于此。工件可以是各種形狀、尺寸和材料。除了半導(dǎo)體晶片，可以利用本發(fā) 明的優(yōu)點的其他工件還包括各種物品，如印刷電路板及類似物。
[0043] 在之后的描述中，將闡述許多具體細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明實施方式的充分理解。所 公開的實施方式可以在缺少這些具體細(xì)節(jié)中的一些或者全部的情況下實施。在其他情況 下，公知的工藝操作不再詳細(xì)描述以免不必要地模糊所公開的實施方式。同時所公開的實 施方式將結(jié)合特定的實施方式一起被描述，這不應(yīng)該被理解為意圖限制所公開的實施方 式。
[0044] 雖然本文大部分的討論的重點是利用鍍銅電極和含有銅的電鍍液，但應(yīng)當(dāng)理解， 這些實施方式并不受限于此，并且所公開的技術(shù)可以用各種電鍍金屬，如鎳、錫、各種合金 等。另外，雖然討論的重點是填充TSV特征，但這些技術(shù)可以用于預(yù)測各種凹陷特征的填 充。
[0045] 如抑制劑、促進(jìn)劑和均勻劑等電鍍添加劑通常用于電鍍工藝中，以促進(jìn)有利的填 充機(jī)制和結(jié)果。 抑制劑
[0046] 盡管不希望被束縛于任何理論或作用機(jī)制，但相信抑制劑（無論是單獨的還是與 其它浴添加劑組合的）是導(dǎo)致跨越襯底-電解液界面的壓降顯著增加的表面動力學(xué)偏振化 合物，特別是當(dāng)與表面化學(xué)吸附的鹵化物（例如，氯化物或溴化物）組合存在時。該鹵化物 可以作為抑制劑分子和晶片表面之間的化學(xué)吸附的橋。抑制劑既（1)增強(qiáng)襯底表面的抑制 劑存在的區(qū)域相對于抑制劑不存在的區(qū)域的局部極化，又（2)總體增強(qiáng)襯底表面的極化。 增強(qiáng)的極化（局部和/或總體地）對應(yīng)于增加的電阻/阻抗并因此減慢在特定的施加電位 下的電鍍。
[0047] 相信，抑制劑沒有顯著摻入沉積膜，但它們在浴中隨著時間的推移可通過電解或 化學(xué)分解慢慢地降解。抑制劑通常是相對大的分子，并且在許多情況下，它們本質(zhì)上是聚合 的（例如，聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚乙二醇、聚丙二醇等）。抑制劑的其它實例包括具有 含有S和/或N的官能團(tuán)的聚環(huán)氧乙烷和聚環(huán)氧丙烷，聚環(huán)氧乙烷和聚環(huán)氧丙烷的嵌段聚 合物。抑制劑可以具有直鏈結(jié)構(gòu)或分支結(jié)構(gòu)或兩者。商售抑制劑溶液中共存具有不同分子 量的抑制性分子是常見的。部分由于抑制劑的大尺寸，因此相比于其它浴組分，這些化合物 擴(kuò)散到凹陷特征可能是相對較慢的。 促講劑
[0048] 盡管不希望被束縛于任何理論或作用機(jī)制，但相信促進(jìn)劑（單獨或與其它浴添加 劑組合）趨于局部降低與抑制劑的存在相關(guān)聯(lián)的極化效應(yīng)，從而局部增加電沉積率。降低 的極化效應(yīng)是在吸附促進(jìn)劑最集中的區(qū)域最明顯（即，極化作為吸附促進(jìn)劑的局部表面濃 度的函數(shù)而減少）。示例的促進(jìn)劑包括，但不限于，二巰基丙烷磺酸，二巰基乙烷磺酸，巰基 丙烷磺酸，巰基乙烷磺酸，雙-(3-磺丙基）二硫化物（SPS)，以及它們的衍生物。雖然促進(jìn) 劑可強(qiáng)烈地吸附到襯底表面并作為電鍍反應(yīng)的結(jié)果側(cè)向表面通常是不變的，但促進(jìn)劑通常 不顯著摻入膜中。因此，當(dāng)金屬沉積時促進(jìn)劑保持在表面上。當(dāng)凹部填充時，凹部內(nèi)的表面 上的局部促進(jìn)劑濃度增大。相比于抑制劑，促進(jìn)劑往往是較小的分子并表現(xiàn)出較快地擴(kuò)散 到凹部結(jié)構(gòu)中。 詢勻劑
[0049] 盡管不希望被束縛于任何理論或作用機(jī)制，但相信在某些情況下，均勻劑（無論 是單獨使用或與其它浴添加劑組合）充當(dāng)作抑制劑，以抵消與促進(jìn)劑相關(guān)聯(lián)的去極化作 用，特別是在襯底的暴露部分，例如被加工的晶片的場區(qū)域中，以及在特征的側(cè)壁上。均勻 劑可以局部地增加在襯底的極化/表面電阻，從而減緩在有均勻劑存在的區(qū)域中的局部電 沉積反應(yīng)。均勻劑的局部濃度為某種程度通過質(zhì)量傳輸確定。因此，均勻劑主要作用在具 有從表面凸出的幾何形狀的表面結(jié)構(gòu)上。這種作用"平滑"電沉積層的表面。相信，在許多 情況下，均勻劑在襯底表面以處于或接近有限擴(kuò)散速率的速率反應(yīng)或者被消耗，因此，隨著 時間的推移，在保持均勻的電鍍條件方面，均勻劑的連續(xù)供給通常是有益的。
[0050] 均勻劑化合物通常可基于它們的電化學(xué)作用和影響作為均勻劑分類而不需要特 定的化學(xué)結(jié)構(gòu)或配方。然而，均勻劑常常含有一個或多個氮、胺、酰亞胺或咪唑，并且還可 包含硫官能團(tuán)。某些均勻劑包括一個或多個5和6元環(huán)和/或共軛有機(jī)化合物的衍生物。 氮基團(tuán)可以形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的一部分。在含胺的均勻劑中，胺類可以是伯、仲或叔烷基胺類。 此外，該胺可以是芳胺或雜環(huán)胺。示例的胺包括，但不限于，二烷基胺類、三烷基胺類、芳烷 基胺類、三唑類、咪唑、三唑、四唑、苯并咪唑、苯并三唑、哌啶、嗎啉類、哌嗪、吡啶、噁唑、苯 并噁唑、嘧啶、喹啉（quonoline)、和異喹啉。咪唑和吡啶可以是特別有用的。均勻劑的其 它實例包括煙魯綠B和普魯士藍(lán)。均勻劑化合物也可包括乙醇鹽基團(tuán)。例如，均勻劑可包 括類似于在聚乙二醇或聚環(huán)氧乙烷中找到的一般主鏈，具有胺的片段官能地插在鏈上（例 如，煙魯綠B)。示例的環(huán)氧化物包括，但不限于，表鹵代醇（如表氯醇和表溴醇）和聚環(huán)氧 化物化合物。具有由含醚鍵連接在一起的兩個或多個環(huán)氧基團(tuán)的聚環(huán)氧化物化合物可能是 特別有用的。有些均勻劑化合物是聚合的，而有些則不是。示例的聚合均勻劑化合物包括， 但不限于，聚乙烯亞胺、聚酰氨基胺類，以及胺與各種氧環(huán)氧化物或硫化物的反應(yīng)產(chǎn)物。非 聚合的均勻劑的實例是6-巰基-己醇。另一示例的均勻劑是聚乙烯吡咯烷酮（PVP)。 自下而上填充
[0051] 在自下而上的填充機(jī)制中，在電鍍表面上的凹陷特征趨向于用金屬從特征的底部 到頂部電鍍，并在內(nèi)部從所述特征的側(cè)壁向中心電鍍。控制特征內(nèi)以及場區(qū)域中的沉積速 率，以達(dá)到均勻的填充并避免摻入空隙到特征中是重要的。在實施自下而上的填充中，上述 三種類型的添加劑是有利的，每一種起作用以選擇性地增強(qiáng)或減弱在襯底表面的極化。
[0052] 在將襯底浸入電解液之后，抑制劑吸附到襯底的表面，特別是在暴露區(qū)域，如場區(qū) 域。在初始鍍覆階段，在凹陷特征的頂部和底部之間的抑制劑濃度有顯著差異。存在這種差 異是由于抑制劑分子的較大尺寸以及其相應(yīng)緩慢的遷移特性。經(jīng)過相同的初始鍍覆時間， 相信在整個電鍍表面，包括在所述特征的底壁和側(cè)壁，促進(jìn)劑以低的、基本上均勻的濃度積 累。因為促進(jìn)劑比抑制劑擴(kuò)散到特征迅速，所以特征內(nèi)促進(jìn)劑：抑制劑的初始比值（尤其在 特征底部）相對較高。特征內(nèi)的相對較高的初始促進(jìn)劑：抑制劑比率促進(jìn)從特征的底部向 上，并從側(cè)壁向內(nèi)快速電鍍。同時，由于較低的促進(jìn)劑：抑制劑的比，在場區(qū)域中的初始電 鍍速率是相對較低的。因此，在初始電鍍階段，電鍍在特征內(nèi)相對較快而在場區(qū)域內(nèi)相對較 慢。
[0053] 隨著電鍍的繼續(xù)，特征用金屬填充并且所述特征內(nèi)的表面面積減小。因為表面面 積減小且促進(jìn)劑基本上保留在表面上，所以特性內(nèi)的促進(jìn)劑的局部表面濃度隨著電鍍的繼 續(xù)而增大。所述特征內(nèi)的促進(jìn)劑濃度的增加幫助保持有利于自下而上填充的有差異的電鍍 速率。
[0054] 在電鍍的后期階段，特別當(dāng)沉積過多時，促進(jìn)劑在某些地區(qū)（如上述填充的特征） 可能不合期望地積累，造成局部快于所需的電鍍。均勻劑可以用來抵消這種影響。均勻劑的 表面濃度在表面的暴露區(qū)域（即不在凹陷的特征內(nèi)）是最大的以及在這里對流是最大的。 相信，該均勻劑取代促進(jìn)劑，增強(qiáng)了局部極化，并降低了在該表面的區(qū)域的局部電鍍速率， 否則該表面將以大于在沉積物上的其他位置的速率被電鍍。換句話說，均勻劑傾向于，至少 部分地，減少或移除促進(jìn)劑化合物對表面的露出的區(qū)域的影響，特別是對突起結(jié)構(gòu)的影響。 如果沒有均勻劑，特征可傾向于過填充并產(chǎn)生隆起物。因此，在自下而上填充電鍍的后期階 段，在產(chǎn)生相對平坦的沉積物中均勻劑是有益的。
[0055] 結(jié)合使用抑制劑、促進(jìn)劑和均勻劑，可以讓特征能從下向上和從側(cè)壁向內(nèi)無空隙 填充，同時產(chǎn)生相對平坦沉積的表面。添加劑化合物的確切身份/成分被添加劑供應(yīng)商通 常作為商業(yè)秘密保持，因此，關(guān)于這些化合物的確切性質(zhì)的信息不能通過公開途徑獲得。
[0056] 因為添加劑濃度在電鍍的過程中發(fā)生變化，因此具有適當(dāng)?shù)哪撤N監(jiān)控系統(tǒng)以確保 特定的鍍浴會產(chǎn)生良好的自下而上的填充效果是有利的。否則，由于浴的組合物隨時間漂 移，該浴將開始產(chǎn)生不合標(biāo)準(zhǔn)的填充（例如，不完全填充），并可能導(dǎo)致有價值的、昂貴的襯 底的損失。
[0057] 所公開的技術(shù)的一個優(yōu)點是，它們能夠?qū)μ囟ǖ脑〉奶畛涮卣鞯哪芰φw評價， 而不需要獨立確定每種添加劑/分解產(chǎn)物的濃度。這在浴故障是由未知/未確認(rèn)的材料的 存在引起的情況下是特別有利的。因為傳統(tǒng)的方法是為了評估特定單獨物質(zhì)的濃度，不會 檢測存在未確認(rèn)的導(dǎo)致問題的材料（由于沒有試驗專門尋找未確認(rèn)的材料）。因此，所公開 的技術(shù)簡化了測試程序，并更準(zhǔn)確地判定浴是否是合格的。
[0058] 這種準(zhǔn)確的判定在生廣商品質(zhì)的廣品中和在防止有價值的襯底損耗中都是有利 的。某些類型的填充失敗，如引入空隙到填充特征，不能夠在不破壞襯底（例如，通過執(zhí)行 測試，例如SEM/FIB、X-射線、超聲波、干擾顯微鏡等以檢查在襯底上的特征內(nèi)部）的情況下 檢測到。因此，這些故障可能檢測不出來，并且含空隙的特征可能會導(dǎo)致不合標(biāo)準(zhǔn)的器件。 當(dāng)浴很可能失敗/產(chǎn)生空隙時，所公開的技術(shù)警告操作員，使得可以采取補(bǔ)救行動以在浴 被用于處理襯底之前調(diào)整或改變浴。以這種方式，可以保證高品質(zhì)的產(chǎn)品的生產(chǎn)。另外，在 生產(chǎn)中在該凹陷特征被填充時，襯底通常已經(jīng)歷大量處理并且是非常有價值的/昂貴的。 通過在浴用于處理襯底之前向操作員發(fā)送不符合標(biāo)準(zhǔn)的浴的狀況的警報，能夠避免有價值 的襯底由于不完全的填充或不成功的填充而造成的損失，從而導(dǎo)致相當(dāng)大的成本節(jié)約。
[0059] 如本文所用，如果該特征在合理的處理時間內(nèi)（例如，大約1小時）完全填充，并 且是無空隙的，則自下而上的填充工藝被認(rèn)為是成功的。 方法
[0060] 本文中的某些實施方式涉及確定使用成組的兩個或更多相連的實驗來確定特定 的電鍍浴溶液是否能夠產(chǎn)生可接受的自下而上的填充結(jié)果的方法，其中實驗的合并結(jié)果顯 示，當(dāng)前鍍浴（含有各種濃度的所需的添加劑和無機(jī)電解質(zhì)成分和不想要的或未知的阻礙 產(chǎn)物或雜質(zhì)）可能滿足與成功特征形成工藝相關(guān)的各種必要的工藝條件，例如，但不限于， 足夠的場抑制、自下而上填充的開始、自下而上填充的速率以及最終填充停止（減少促進(jìn) 和控制特征凸出尺寸）。例如，實驗的合并結(jié)果可以顯示測試浴在自下而上填充目標(biāo)特征時 是否有可能成功或失敗。在第一實施方式中，第一實驗是一種電流受控實驗，而第二實驗是 電位受控實驗。在第二實施方式中，第一和第二實驗兩者都是電流受控的實驗。
[0061] 在每個實施方式中，第一實驗在要被分析的溶液中使用鍍銅電極模擬接近襯底的 那些非凹陷的晶片界面區(qū)域（如襯底的平坦場區(qū)域）經(jīng)歷的化學(xué)和工藝條件（例如，表面 和溶液的濃度、流量、電場、和離子通量/電流）和電壓響應(yīng)。在每種情況下第二實驗被設(shè) 計為在要被分析的溶液中使用基本上完全促進(jìn)的鍍銅電極模擬在電鍍過程中的存在于襯 底的TSV的特征條件（例如，化學(xué)狀態(tài)、極化和電流）。
[0062] 在其中第二實驗是電位受控的實施方式中，在電鍍過程中（不論是靜態(tài)的還是動 態(tài)的）所施加的電位可以從第一實驗的電位軌跡輸出推導(dǎo)出（即，隨著時間的推移在池中 經(jīng)歷的電位）。在其中第二實驗是電流受控的實施方式中，根據(jù)在可接受的時間范圍（通常 為約1小時或更少，作為具體的例子，對于6X60微米或3X60微米結(jié)構(gòu)為約5-40分鐘之 間，以及對于10X 100微米結(jié)構(gòu)為約10-60分鐘之間）充分填充特征所需要的電流可以選 擇在電鍍過程中（不論是靜態(tài)的或動態(tài)的）施加的電流密度。
[0063] 在第二實驗中，在電鍍之前，電鍍電極表面基本上是完全促進(jìn)的?；旧贤耆龠M(jìn) 的表面可以通過涉及將電極接觸濃的富促進(jìn)劑的溶液的預(yù)處理來制備。完全促進(jìn)的表面無 論是通過更長時間接觸促進(jìn)劑溶液還是通過與高濃度的促進(jìn)劑接觸都無法通過進(jìn)一步暴 露于促進(jìn)劑來進(jìn)一步促進(jìn)的表面。基本上完全促進(jìn)的表面是具有一定促進(jìn)劑濃度的表面， 該促進(jìn)劑濃度使得該表面以與在襯底上的凹陷特征的表面起作用的方式基本相同的方式 起作用。在一些實施方式中，基本上完全促進(jìn)的表面具有吸附的促進(jìn)劑的濃度為完全促進(jìn) 的表面所需的濃度的至少約80%，例如至少約90%。
[0064] 在某些情況下，富促進(jìn)劑的溶液（也稱為促進(jìn)劑溶液或促進(jìn)溶液）被保存在促進(jìn) 溶液容器中。促進(jìn)溶液容器可以是計量裝置的局部裝置，或者它可定位在用于在襯底上電 鍍材料的電鍍裝置。例如，促進(jìn)溶液可以從用于定期投料給用于在襯底上電鍍的電解液的 添加劑容器中輸送出。
[0065] 另一種描述基本上完全促進(jìn)的表面的方式是表面的部分促進(jìn)率（f)，它是促進(jìn)沉 積的相對含量（相對于電鍍的去極化）的度量。部分促進(jìn)率通常介于約0-1，它是促進(jìn)的程 度的相對度量。特別地，為0的部分促進(jìn)率值對應(yīng)于沒有任何促進(jìn)劑（最慢的沉積）的表 面，而為1的部分促進(jìn)率值對應(yīng)于用促進(jìn)劑完全布滿的表面（最快的沉積）且任何進(jìn)一步 暴露于促進(jìn)劑（通過較高濃度的促進(jìn)劑溶液或更長的暴露時間）不產(chǎn)生更快的沉積。部分 促進(jìn)率可以是許多參數(shù)的函數(shù)，但是本討論不涉及表面上的促進(jìn)劑的量（表面濃度或促進(jìn) 劑投配暴露持續(xù)時間）。因為電極是平坦的/無特征的，所以表面濃度應(yīng)該是相當(dāng)一致的。 部分促進(jìn)率可以由下面的關(guān)系來測量特定組的操作條件： f (lacc I) (lacc ^sup^
[0066] 其中： f =表面的部分促進(jìn)率 Ia。。=布滿表面濃度的吸附的促進(jìn)劑下的金屬沉積電流密度（或沉積速率） Isup =除了無吸附的促進(jìn)劑以外在完全相同的條件下沉積的在表面上的電流密度（或 沉積速率），以及 I=在被評估的表面上的電流密度（或沉積速率）
[0067] 在某些實施方式中，當(dāng)表面基本上完全促進(jìn)時該表面的部分促進(jìn)率為至少約0. 8、 或至少約0. 9、或至少約0. 95。
[0068] 可在主要用于分析電解液的電化學(xué)池中進(jìn)行該實驗，該電化學(xué)池諸如，例如，可從 新澤西州托托瓦的ECI Technology獲得的QLC系列的自動化的化學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)或從德國 Pliezhausen的Ancosys獲得的ancolyzer系統(tǒng)。也可在主要用于其它工藝（例如，填充 TSV)的電鍍裝置的電化學(xué)池中進(jìn)行本實驗。然而，由于該實驗的相對長的時間（例如，1小 時以上），以及需要改變電鍍室（例如，增加參比電極），通常優(yōu)選在主要用于分析的單獨的 池中進(jìn)行這些試驗。在使用分離的池時，被測試的該溶液的樣品應(yīng)導(dǎo)入池以作為在實驗過 程中的電解液?？梢栽谥麟婂兂刂须婂兊耐瑫r進(jìn)行該分析。下面相對于圖2A和2B討論合 適的電化學(xué)測量工具，以及下面相對于圖3和圖4討論裝有計量工具的多站處理工具。綜 合兩個實驗的結(jié)果，可以就特定浴是否會產(chǎn)生可接受的自下而上的填充效果進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù) 測。這些實驗和預(yù)測可被稱為浴填充合格不合格質(zhì)量測試（BFPF測試）。
[0069] 所公開的技術(shù)在TSV填充背景下是特別有用的，但它們并不受限于此。該技術(shù)可 以被應(yīng)用到評估各種鍍浴的填充各種類型的凹陷結(jié)構(gòu)的能力。在某些情況下，被評估的浴 用于填充大于約1微米的寬的凹陷結(jié)構(gòu)。所述凹陷特征也可以小于約20微米寬。在這些 或其它情況下，凹陷結(jié)構(gòu)的深寬比大于約5:1。凹陷結(jié)構(gòu)還可以具有小于約50:1的深寬 t匕。所公開的技術(shù)對于TSV填充尤其有用的另一個原因是這種類型的工藝發(fā)生經(jīng)過相對長 的時間段（例如，大于約10分鐘，或大于約30分鐘）。某些浴組件經(jīng)過這些長期的時間段 可能損壞，導(dǎo)致在較短的時間段背景下不通常出現(xiàn)（例如，鑲嵌填充）的特定模式的填充失 敗。所公開的技術(shù)可以用于檢測這些長時間段的影響。 第一實駘
[0070] 如上面所提到的，第一實驗是執(zhí)行以模擬接近襯底的場經(jīng)歷的條件的電流受控實 驗。第一實驗可以以恒電流模式或動電流模式來執(zhí)行。除其他以外，本實驗本身還能夠比 較已知良好的浴的場抑制值（場過電壓）與目前未知狀態(tài)的浴的場的場抑制值。也建立了 對未知浴中目標(biāo)電流波形（隨時間推移的電流）過程的施加的電位響應(yīng)的值，并且可以在 隨后的實驗中被應(yīng)用以說明更相關(guān)的信息，下文將對此進(jìn)一步討論。另外，該實驗可以用來 證明該場抑制在特征填充工藝的整個時間領(lǐng)域保持足夠和/或穩(wěn)定的水平（例如，如果該 場開始抑制，但隨后失去抑制，則填充工藝可慢慢開始而在操作中的晚些時候停止）。
[0071] 圖1提供了執(zhí)行根據(jù)本文的各種實施方式的方法的流程圖，并提供與第一和第二 實驗兩者相關(guān)的細(xì)節(jié)。在框101，工藝100開始，其中將預(yù)鍍的電極（例如，RDE預(yù)鍍有銅， 但也可以使用其他電極和其他電鍍材料）浸入在電化學(xué)池中的試驗溶液。RDE通常是由鉬 制成的，并且應(yīng)在不含添加劑的電解液預(yù)鍍（即在基本上不含導(dǎo)致不純的銅沉積的物質(zhì)或 不含通過留下會改變銅沉積過程的電荷轉(zhuǎn)移的表面吸附的物質(zhì)來改變/抑制電極表面的 活性/極化的物質(zhì)的電解液中，例如，無均勻劑的電解液）。在一些實施方式中用于預(yù)鍍電 極的溶液是原始補(bǔ)充液（VMS)。
[0072] 在各種情況下，RDE通常鍍有基本上純的銅。然而，在所討論的電鍍?nèi)芤河糜阱冦~ 以外的金屬的情況下，RDE可以鍍有該其它金屬。在任一種情況下，金屬鍍應(yīng)該基本上不含 會改變該電極表面的活性/極化的物質(zhì)。預(yù)鍍層的厚度可以是大于約250埃，并且也可以 小于約2微米。試驗溶液是被評估的電鍍?nèi)芤海?，具有未知的自下而上的填充特?能 力）。
[0073] 在各種實施方式中，所述電化學(xué)池總共具有三個電極。第一電極是鍍銅RDE，其充 當(dāng)陰極/工作電極。當(dāng)測定電化學(xué)響應(yīng)（例如，電位或電流）時該工作電極連接到恒電位 儀。第二電極為對電極（例如，惰性陽極或金屬電極，如銅電極），其可與鍍銅RDE分隔。在 一實施方式中，對電極與RDE通過膜（例如陽離子膜、陰離子膜或微孔膜）分隔。膜的使用 可有助于防止通過氧化（例如有機(jī)電鍍添加劑的氧化）在陽極產(chǎn)生的副產(chǎn)物的形成和干 擾。這些副產(chǎn)物可干擾工作電極的活性和數(shù)據(jù)信號。
[0074] 在另一實施方式中，對電極容納在第一容器中，而RDE和測試溶液容納在第二容 器中，其中兩個容器通過鹽橋連接。在第三實施方式中，對電極被浸入測試溶液中且沒有與 RDE分隔。如果對電極與測試溶液分隔，則浸沒對電極的溶液可以與暴露于工作電極的測試 溶液是相同的、類似的或不同的。第三電極是參比電極，其提供用于與工作電極的電位比較 的參考電位。參比電極用于準(zhǔn)確地收集每個實驗中的可靠的數(shù)據(jù)集。合適的參比電極可以 是任何常規(guī)使用的參比電極，包括但不限于，Hg/HgS0 4或Ag/AgCl。
[0075] 在框103,第一受控電流/電流密度被施加到電極上。第一實驗可在使用試驗溶液 的電鍍工藝的代表性條件下進(jìn)行。這些代表性條件包括波形或開放區(qū)域校正波形（電流密 度為時間的函數(shù)，它可以是恒電流或動電流）、溫度、RDE旋轉(zhuǎn)速度、脫氧/脫氣過程等。例 如，如果用于填充的晶片襯底上的凹陷特征的工藝是在恒定施加的電流密度下進(jìn)行的，例 如在約2mA/cm 2下進(jìn)行的，則第一電流受控實驗也可以以2mA/cm2的恒定施加的電流密度進(jìn) 行。類似地，在用于填充襯底上的凹陷特征的工藝用動態(tài)電流控制波形（例如，具有臺階、 坡道、脈沖、恒定電流的周期或這些要素的組合）進(jìn)行的情況下，第一電流受控實驗可以用 基本相同的動態(tài)波形來進(jìn)行。
[0076] -個目標(biāo)是使用代表施加到晶片的場區(qū)域的電流密度的合適的第一受控電流。電 流密度可等于或幾乎等于整個晶片電鍍工藝的電流密度，特別是對于其中通孔電鍍面積的 量是足夠小的工藝。例如，如果在填充特征中使用的估計電荷是總電荷的相對小的部分 (例如小于約20% )，則校正可以是不必要的，并且用于處理整個晶片的電流密度波形（電 流密度隨時間推移而變化）可用于該第一實驗。該電流密度波形可能是適當(dāng)?shù)?，因為場?流密度約等于所施加的電流密度。
[0077] 在另一方面，如果在特征中電荷的量大于所輸送的總電荷的約20%，那么大量的 電流將要填充特征（即，場電流密度顯著小于所施加的電流密度），以及校正的電流密度波 形可適合于該實驗。例如，可以根據(jù)已知可接受地電鍍的晶片上的電鍍金屬場厚度估算全 晶片波形的合適的場電流密度校正因子。例如，場電流密度校正因子可以通過比較在場區(qū) 域中電鍍金屬至所希望的厚度所需的電荷量與在電鍍期間輸送的電荷總量來計算。替代 地，所述場電流密度校正因子可以基于在通孔（或其他凹陷結(jié)構(gòu)）電鍍的金屬的量來估計。 在此情況下，校正因子可以通過比較填充總計的所有通孔所需要的電荷量與在沉積工藝中 通過的總電荷來計算。
[0078] 場電流密度校正因子表示在用于在場區(qū)域中沉積金屬的電鍍期間輸送的總電荷 的一部分（例如，相對于用于在特征中沉積金屬的電荷）。場電流密度校正因子可以用于計 算第一實驗中應(yīng)用的適當(dāng)電流密度。在一個實例中，在相關(guān)的全晶片電鍍工藝中輸送的總 電荷的約40%用于在特征中沉積金屬，并且總電荷的約60%用于在場區(qū)域中沉積。在這種 情況下，場電流密度校正因子為約〇. 6。因此，在第一實驗過程中所施加的電流密度可為在 全晶片處理期間所施加的電流密度的約〇. 6倍。該分析適用于恒電流和動電流波形兩者。 例如，其中如果動電流波形用于在整個晶片上電鍍，則也可以在第一實驗中使用類似的動 電流波形（不同之處僅在施加電流的幅值）。
[0079] 在一些情況下，第一實驗期間使用的條件從在襯底上電鍍期間所用的條件開始。 從實際的電鍍條件開始的一個原因是在短的時間段內(nèi)進(jìn)行實驗。例如，第一電流受控實驗 期間RDE的旋轉(zhuǎn)速度和/或電解液的溫度可在比在襯底上電鍍期間較高。這些變化允許更 快速地測定通過電解液所達(dá)到的最終電位。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠選擇適當(dāng)?shù)仄ヅ潆?鍍條件的條件，因此，對這些條件將不作詳細(xì)描述。
[0080] 由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公認(rèn)電流和電流密度密切相關(guān)。電流密度是每電極表面 積的提供給電極的電流的簡單測量結(jié)果。因此，施加受控電流相當(dāng)于施加受控的電流密度， 且測量電流軌跡輸出相當(dāng)于測量電流密度軌跡輸出。
[0081] 在框105,測量和記錄該系統(tǒng)的電位軌跡輸出（響應(yīng)于第一施加電流控制波形的 電位與時間的關(guān)系）。在某些實施方案中，來自這個實驗的軌跡輸出電位可以用于確定在第 二實驗中應(yīng)施加的施加的電位。在一些實施方式中，第一實驗的電位軌跡輸出直接用于最 終的技術(shù)，以確定浴是否會產(chǎn)生可接受的填充的。將在下一章節(jié)中討論圖1所示的剩余的 操作。 第二實駘
[0082] 第二實驗可以是設(shè)計以模擬存在于電鍍襯底的特征中的條件（例如，被填充的 TSV特征的底部）的電位受控或電流受控的程序。換言之，此實驗可以認(rèn)為是"特征填充模 擬"。除其他事項外，本實驗的目的之一是預(yù)測所討論的浴是否能夠支持足夠高的特征內(nèi)的 沉積速率，以完成在目標(biāo)工藝分配時間的填充工藝。特征內(nèi)的表面模擬為高促進(jìn)的表面。在 一些實施方式中，在第一實驗中建立的電位的高促進(jìn)的表面的沉積速率給出了最大沉積率 以及相對的場與特征填充比率（即對比度）的指示。因此，實驗中觀察到的沉積率以及場 與特征填充比率對比度可以與以前建立的基線比較，以表明浴相關(guān)的問題和填充不良的可 能性。下面將進(jìn)一步討論可以基于已知能產(chǎn)生好的和壞的填充效果的浴的實驗測試來確定 基線。
[0083] 可以在與在第一實驗中使用的電極相同的電極上進(jìn)行第二實驗，或者可以在不同 的電極上進(jìn)行。在使用相同的電極時，它在用于除去電鍍的銅（或其他金屬）之前應(yīng)該被 充分清潔。在一個實施方式中，該清潔工藝涉及電化學(xué)陽極氧化。在這種情況下，正電位或 陽極電流被施加到電極，以溶解鍍在電極表面上的金屬。在另一實施方式中，該清潔工藝 包括用銅（或其他金屬）的蝕刻劑（例如，過氧化氫/硫酸、過硫酸銨、氯化鐵、或濃硝酸 (>15% ))蝕刻所述表面。在金屬從電極表面除去之后，在第二實驗在用金屬預(yù)鍍之前充分 漂洗電極。為清楚起見，其余的描述將集中在鍍液用于電鍍銅并且因此RDE被鍍上銅的實 施方式。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可使用任何各種電鍍?nèi)芤?金屬。
[0084] 返回到圖1，在框107,經(jīng)由化學(xué)或電化學(xué)的方法通過將清潔的鍍銅RDE與化學(xué)吸 附的富促進(jìn)劑溶液接觸以用促進(jìn)劑基本上完全布滿表面來預(yù)處理該清潔的鍍銅RDE。該 布滿值接近存在于正被填充的TSV特征中的表面條件，因為，如上所述，在自下而上的填 充部分中，當(dāng)特征被填充時促進(jìn)劑在特征內(nèi)（特別在特征的表面）積累。用于預(yù)處理RDE 的溶液應(yīng)含有濃縮的、相對強(qiáng)的促進(jìn)劑（與試驗溶液相比）。在下面的美國專利文獻(xiàn)中 進(jìn)一步討論和描述用于布滿電極的表面的預(yù)處理工藝：于2012年12月11日提交的，題 為 "MONITORING LEVELER CONCENTRATIONS IN ELECTROPLATING SOLUTIONS" 的美國專利 申請 No. 13/711，254 ;于 2005 年 10 月 5 日提交的，題為 "SELECTIVE ELECTROCHEMICAL ACCELERATOR REMOVAL"的美國臨時專利申請No. 60/724, 209 ;于2004年4月13日提交的， 題為 "SELECTIVELY ACCELERATED PLATING OF METAL FEATURES" 美國專利 No. 7, 405, 163 ; 于2003年12月17日提交的，題為"METHOD FOR PLANAR ELECTROPLATING"的美國專利 No. 7, 449, 098 ;于 2004 年 9 月 21 日提交的，題為 "SELECTIVELY ACCELERATED PLATING OF METAL FEATURES"的美國專利No. 7, 449, 099 ;于2005年2月23日提交的，題為 ^METHOD AND APPARATUS FOR UNIFORM ELECTROPOLISHING OF DAMASCENE IC STRUCTURES BY SELECTIVE AGITATION"的美國專利No. 7, 531，079;于2008年11月7日提交的，題為 "SELECTIVELY ACCELERATED PLATING OF METAL FEATURES" 的美國專利 No. 7, 560, 016;于 2006 年 10 月 5 日提交的，題為"SELECTIVE ELECTROCHEMICAL ACCELERATOR REMOVAL"的美 國專利 No. 7, 799, 200 ;和于 2010 年 8 月 20 日提交的，題為 "SELECTIVE ELECTROCHEMICAL ACCELERATOR REMOVAL"的美國專利No. 8, 268, 154,其中每一個在此通過引用將其全部并入 本文。
[0085] 在某些情況下，該預(yù)處理包括將已經(jīng)預(yù)鍍的無吸附物的RDE與富促進(jìn)劑的溶液 (例如，具有促進(jìn)硫醇類的溶液如巰基丙烷磺酸（MPS)溶液和/或二巰基丙烷磺酸（SPS) 溶液，也被稱為促進(jìn)溶液或促進(jìn)劑溶液）接觸足夠長的時間以用促進(jìn)劑基本上完全布滿表 面。在不含有可干擾隨后的促進(jìn)（例如，溶液中不含均勻劑）的物質(zhì)的溶液中可如上所述 進(jìn)行預(yù)鍍電極。預(yù)鍍電極與富促進(jìn)劑溶液接觸包括電極表面的化學(xué)活性。在特定實施方式 中，用于化學(xué)促進(jìn)電極表面的促進(jìn)劑溶液含有MPS。促進(jìn)溶液可以不含會干擾電化學(xué)活化的 銅表面的物質(zhì)，例如，均勻劑?？赏ㄟ^例如，浸漬、噴涂等進(jìn)行接觸。
[0086] 在其他情況下，預(yù)鍍和預(yù)處理組合成單一的步驟，其中所述RDE在富促進(jìn)劑溶液 中用銅預(yù)鍍。在這種情況下，電極表面通過電化學(xué)工藝活化。在這些實施方式中，電極表面 的活化通過同步SPS的電化學(xué)還原和銅的沉積來實現(xiàn)。在一個實例中，用于用促進(jìn)劑電化 學(xué)活化表面的促進(jìn)溶液包括SPS、銅離子、酸和任選的抑制劑。MPS也可以代替（或附加于） SPS使用。促進(jìn)溶液可以不含會干擾銅表面的電化學(xué)活化的任何物質(zhì)。例如，促進(jìn)溶液可以 不含均勻劑，如上所述。在一些實施方式中促進(jìn)溶液可任選地包括抑制劑添加劑。在其他 情況下，除了促進(jìn)劑以外，促進(jìn)溶液可以基本上不含其他任何有機(jī)添加劑。
[0087] 在一些實施方式中，富促進(jìn)劑的溶液中促進(jìn)劑濃度為測試溶液中的促進(jìn)劑濃度的 至少約10倍，或至少約50倍，或至少約100倍。
[0088] 不含吸附物的預(yù)鍍銅的電極可以通過在銅電解液中電鍍鉬電極來制備，該銅電解 液含有例如礦物或烷基羧酸（例如，硫酸、甲磺酸）、濃度低的氯離子（例如，約50ppm)和/ 或任何銅非化學(xué)結(jié)合和特異性吸附材料組，如PE0/PEG類抑制劑分子。該PE0/PEG抑制劑 分子不影響結(jié)果，因為它們不永久地吸附到電極上，以及它們在電解液中的存在不改變電 鍍的銅或銅界面的電化學(xué)活性。
[0089] 達(dá)到表面的基本上完全活化/布滿的時間期間將取決于若干因素，包括在預(yù)處理 溶液中的促進(jìn)劑濃度、存在的對流條件、溫度、電位等。一般情況下，使用較長的時間段有助 于確保表面完全或基本上完全布滿/活化。單獨的標(biāo)準(zhǔn)化測試可以被執(zhí)行以確定完全活化 表面所需的時間。在一個實例中，標(biāo)準(zhǔn)化測試涉及將電極暴露于合適的富促進(jìn)劑的溶液持 續(xù)不同的時間段，以確定超過讓額外的暴露不會導(dǎo)致進(jìn)一步減少溶液中的電極去極化的時 間，該溶液如，含有銅、酸、氯化物以及PEG/PE0類抑制劑的溶液。在一特定的例子中，通過 在至少約20°C的溫度下，暴露鍍RDE到具有至少約0. 01摩爾/升的濃度的SPS或MPS的 溶液中，在至少約100RPM的速度下旋轉(zhuǎn)，持續(xù)至少約15秒的時間段，使預(yù)鍍RDE完全活化。 使用較高/較低的促進(jìn)劑濃度，較高/較低的溫度，和/或較高/較低的對流條件等可以在 更短或更長的時間來實現(xiàn)充分促進(jìn)（也稱為完全活化）。促進(jìn)劑的選擇也可影響活化表面 所需的時間段。例如，MPS可比SPS稍微更迅速活化表面。然而，在飽和活化條件下實現(xiàn)的 去極化已證明在這兩種情況之間基本上是相同的。
[0090] 在一些實施方式中，預(yù)處理溶液可以不含有可以結(jié)合到銅表面并干擾促進(jìn)劑化合 物吸附到銅表面的任何強(qiáng)烈的化學(xué)吸附或電化學(xué)活化的化學(xué)吸附的表面活性物質(zhì)。這可以 幫助產(chǎn)生適當(dāng)布滿促進(jìn)劑的表面。在不同的實施方式中可從預(yù)處理溶液排除的一組材料是 稱為均勻劑的材料類，其進(jìn)一步如上所述?？杀苊馕交旧巷柡偷谋砻鏉舛鹊拇龠M(jìn)劑吸 附物并和干擾產(chǎn)生基本上飽和的表面濃度的促進(jìn)劑吸附物的材料，或者，可避免會增強(qiáng)表 面的相對于完全促進(jìn)劑活化的表面的極化的材料。
[0091] 關(guān)于用于第一實驗的鍍銅RDE，預(yù)鍍層的厚度可以是大于約250埃，并且也可以是 小于約2微米。這種預(yù)處理工藝也可以被稱為"活化"工藝。
[0092] 用促進(jìn)劑活化表面后，在框108,應(yīng)漂洗（例如，水）表面。這個漂洗過程將去除強(qiáng) 烈活化的預(yù)處理液的殘余，并防止預(yù)處理液轉(zhuǎn)移（和其中的物質(zhì)）到測試溶液。被化學(xué)吸 附到RDE的表面的促進(jìn)劑物質(zhì)將基本上保持附著在經(jīng)電鍍/活化的RDE表面，無論是在漂 洗和第二實驗過程中都如此。
[0093] 接下來，在框109,飽和的RDE浸漬在電化學(xué)池中的測試溶液中。在第一和第二實 驗中使用的電化學(xué)池可以是相同的或不同的。類似于在第一實驗中所用的電化學(xué)池，在第 二實驗中所用的電化學(xué)池可以具有約三個電極（工作RDE電極、對電極和參比電極），并且 電化學(xué)池中存在的電解液是測試溶液。布滿的RDE可以從對電極例如通過膜或鹽橋隔開。
[0094] 接著，受控電位或受控電流可以被施加到布滿的RDE。這些是描繪作為框111a和 111b的替代選項。電位波形（電位隨著時間的推移而變化）或電流密度波形（電流密度隨 時間的推移而變化）可以被設(shè)計為逼近于襯底上的特征內(nèi)所經(jīng)歷的電鍍條件（例如，電流、 電位）。在框111a，恒電位或動電位可以施加到該布滿的RDE。施加的電壓對應(yīng)于第一實驗 的電壓輸出。在一實施方式中，在第二實驗中所施加的電壓是在第一實驗中的電位軌跡輸 出最終時間段期間的靜態(tài)的、平均電位。最終時間段可以覆蓋第一實驗中的最后約5-15分 鐘。在一實施方案中，最終時間段在第一實驗的約最后10分鐘。在另一實施方案中，在第 二實驗中所施加的電壓是設(shè)計以擬合第一實驗的電位軌跡輸出中的最終時間段的動態(tài)的、 線性進(jìn)展的電位。換句話說，在第一實驗的電位軌跡輸出，尤其是在實驗中的最終時間段的 輸出，可用于預(yù)測/外推在隨后的時間段，系統(tǒng)的電壓會是怎樣的，并且在一些實施方式中 在第二個實驗中所施加的電壓匹配根據(jù)第一實驗作出的預(yù)測。在框113a，繼續(xù)該實施方式， 測量和記錄第二實驗的電流軌跡輸出。
[0095] 在一替代實施方式中，其中第二實驗是如框111b所示的電流受控的實驗，在第 二實驗過程中所施加的電流可以根據(jù)在可接受的時間段內(nèi)充分填充特征所需的電流（例 如，在某些情況下小于約1小時，但上面提供的是可選的時間段）來選擇。電流輪廓/波 形可能是恒電流或動電流的。其中電流輪廓是恒電流的情況下，可根據(jù)所述特征的尺寸 和憑經(jīng)驗確定的可接受的填充時間來選擇/計算施加的電流。在電流分布是動電流的情 況下，施加的電流/電流密度可以根據(jù)電鍍的最后時間段期間特征的電鍍前段所預(yù)期的 電流密度來計算。電鍍的最后時間段可以是最終的5-10分鐘，例如在電鍍工藝的最后 10分鐘，具體取決于特征。在第二實驗中這個預(yù)期的電流密度與時間的關(guān)系可以變流地 (galvanodynamically)被應(yīng)用。在這兩種情況下，電流和電流密度的計算是基于如本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員所熟悉的法拉第定律的簡單應(yīng)用進(jìn)行的。
[0096] 在框113b繼續(xù)本實施方式其中測量和記錄第二實驗的電位軌跡輸出。這個輸出 有時被稱為第二電位軌跡輸出。
[0097] 在各種實施方式中，在確定池是否會產(chǎn)生合適的填充結(jié)果的技術(shù)中使用電流軌跡 輸出或第二電位軌跡輸出。第二實驗運行足夠長的時間以觀察電流/電位軌跡輸出的最終 形狀/趨勢。在一些情況下，第二實驗運行約5-15分鐘之間的時段。在一特定示例中，第 二實驗運行約10分鐘的時間段。RDE的溫度和旋轉(zhuǎn)速度可以與在第一實驗中的相同，也可 以不同，例如，以評估某些質(zhì)量傳輸?shù)挠绊?。在第二實驗過程中使用更高的旋轉(zhuǎn)速度和/或 更高的溫度（相對于在目標(biāo)填充工藝中使用的條件）可能是有益的，以激勵在填充工藝中 往往會分解或吸附的任何物質(zhì)更快速地分解或吸附，并放大信號。以這種方式，經(jīng)過比原本 所需的時間段較短的時間段，可進(jìn)行浴評價方法。雖然對于第二個實驗它可能改變溫度和 旋轉(zhuǎn)速度，但它可能難以正確地解釋電化學(xué)反應(yīng)。因此，在一些實施方式中，對于第二實驗， 可改變溫度或旋轉(zhuǎn)速度（相對于正常填充條件），但不能同時改變兩者。
[0098] 在框115,第一和/或第二實驗的結(jié)果被用來確定測試溶液是否能夠產(chǎn)生可接受 的填充效果，如在下面的部分中所討論的。
[0099] 理想的情況是在電鍍期間，在電鍍工藝的整個時間襯底的場區(qū)將高度受抑制（產(chǎn) 生少許膜生長，和高度極化面）。此外，特征內(nèi)的區(qū)域最好應(yīng)高度促進(jìn)，具有低極化和高填充 率速率，而且電流傳輸不隨時間推移減少過快。在下面一節(jié)所披露的技術(shù)把這些概念考慮 在內(nèi)。
[0100] 在成功的特征填充的后期階段過程中，特征中的相對金屬的沉積速率比在場區(qū)域 中的沉積速率高得多（通常是10倍或更大）。當(dāng)該特征被幾乎填布滿時，通常希望特征中 的相對沉積速度變得更慢，表面的極化作為一個整體上升，并在場中的沉積速率增大。這個 工藝被稱為特征生長關(guān)閉。此關(guān)閉希望避免導(dǎo)致過量的特征凸出過沖的形成的過量特征填 充/過度電鍍。過量的特征凸出，如果存在的話，可以在上游處理中制造處理困難和問題 (如在化學(xué)機(jī)械拋光（CMP)過程中去除過高的凸出）。
[0101] 雖然不希望受任何特定的模型或理論限制，但相信在許多情況下，出現(xiàn)的特征生 長"關(guān)閉"是由去活化均勻化合物的活化的促進(jìn)支配的。均勻化合物的超低活性/濃度的 監(jiān)測在Steven T. Mayer作為發(fā)明人的，于2012年12月11日提交的，題為"MONITORING LEVELER CONCENTRATIONS IN ELECTROPLATING SOLUTIONS"的美國專利申請No. 13/711，254 得到進(jìn)一步討論。該申請13/711，254其全部通過引用并入本文。為了更好地理解在受關(guān) 注的浴中的關(guān)閉機(jī)制的運作，可以進(jìn)行額外的或相關(guān)的實驗，如在申請13/711，254中所討 論的。本實驗可以明確尋求表征在受關(guān)注的浴中的均勻劑的性能。該實驗可涉及預(yù)促進(jìn) 電極，直到它基本上完全促進(jìn)，在受關(guān)注的浴中電鍍電極，并記錄該電極的電化學(xué)響應(yīng)。該 實驗可涉及分析電化學(xué)響應(yīng)隨時間推移的變化（例如，電流瞬態(tài)）和作為預(yù)活化表面的旋 轉(zhuǎn)速度的函數(shù)，并且比較對從已知表現(xiàn)出成功的和不成功性能的電鍍浴所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的響 應(yīng)。浴的性能差的原因可涉及均勻化合物缺少或濃度不足，或干擾均勻劑的擴(kuò)散的額外的 一種或多種化合物，從而影響均勻劑的抑制/失活活性。但是不管是什么原因，該分析將使 得能確認(rèn)根據(jù)需要讓促進(jìn)劑關(guān)閉發(fā)生或不發(fā)生以獲得目標(biāo)所需的結(jié)果。由于均勻劑為基礎(chǔ) 的關(guān)閉通常是擴(kuò)散受控的，因此它是對流依賴性（例如，旋轉(zhuǎn)速度依賴性）的參數(shù)。因此， 在某些情況下，在第二實驗過程中對流條件可以被調(diào)制，以幫助探測未知浴的關(guān)閉操作。 確定電鏈溶丨夜是.否是.可接受.的
[0102] 兩個實驗的輸出可以被用來預(yù)測測試溶液是否會產(chǎn)生可接受的自下而上的填充 效果。不被接受的填充結(jié)果是其中在指定的目標(biāo)填充時間之后填充不完全或含有空隙的填 充。例如，要獲得在"好"的電解液中完全填充的成功的、60微米深的特征，就應(yīng)該有平均預(yù) 測超過約1微米/分鐘的沉積速率。作為進(jìn)一步的例子，為了避免形成空隙，在場區(qū)域中的 電流與在該特征中的電流的比例不應(yīng)降得太低。
[0103] 可以使用許多不同的技術(shù)/比較來做出預(yù)測。各種技術(shù)的目的是提供比較在場區(qū) 域中電鍍速率與特征中的電鍍（例如，通過計算電流密度的比率）的方法。該特征內(nèi)的電 流密度與在場區(qū)域中的電流密度的比率被稱為鍍對比度。該比率給出了浴完全填充特征的 能力的量度。當(dāng)因電化學(xué)表面和電解質(zhì)條件改變而在場中或特征中的金屬變得或多或少極 化時，由于電流密度會隨時間推移而改變，因此電鍍的對比度可類似地隨時間的推移而改 變。確定浴是否會導(dǎo)致成功的自下而上的填充的關(guān)鍵因素是對比率是否在足夠長的完成填 充工藝必要的時間段被維持在足夠高的值。特定工藝的填充時間會取決于各種因素，諸如 特征的深度和有源的特征電流密度或鍍沉積速率。
[0104] 在很長的時間，大部分或全部壞的/無效的浴相對于好的/有效的浴具有較低的 電位（即，它們變得不那么極化）。這種差異表明在表面的極化隨時間下降，并且比好的浴 中的在表面的極化低，并且在填充工藝中的后期，壞的浴比好的浴在特征內(nèi)所施加的電位 低。
[0105] 以下技術(shù)呈現(xiàn)基于第一和/或第二實驗的輸出確定測試浴是否可能產(chǎn)生成功的 特征填充的方法（在有/無的方式）。
[0106] 雖然提供了一些用于解釋實驗結(jié)果的技術(shù)，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解， 本文所公開的實驗通過各種不同的分析技術(shù)可以用來預(yù)測鍍液是否會產(chǎn)生可接受的填充 結(jié)果。在所公開的技術(shù)中，使用下面的符號： h =在第一實驗過程中的時間tp t2a =在第二實驗過程中的時間t2a，其中第二實驗是電位受控的實驗 t2b =在第二實驗過程中的時間t2b，其中第二實驗是電流受控的實驗 ExJtJ =在時間tl的第一實驗的輸出電壓， Ex2a(t2a)=在時間t2a的第二實驗的輸出電流密度，其中第二實驗是電位受控的實驗， Ex2b(t2b)=在時間t2b的第二實驗的輸出電流密度，其中第二實驗是電流受控的實驗， OTth=閾值電流密度， tth=閾值時間， Cth =電荷/面積的閾值，被稱為閾值電荷密度，以及 Rth=閾值的比例。
[0107] 第三技術(shù)涉及其中第二實驗是電位受控的實驗的一實施方式。第四技術(shù)涉及其中 第二實驗是電流受控的實驗的一實施方式。第一技術(shù)將在時間（ti)的第二實驗的電流密 度輸出與電流密度閾值（⑶ th)相比較。 技術(shù)1 :
[0108] 第一技術(shù)將在時間（tl)的第二實驗的電流密度輸出與電流密度閾值（CDth)相比 較。
[0109] 如果| Ex2a (T2a) I >CDth，則填充將是成功的
[0110] 電流密度閾值（CDth)和相關(guān)的時間（T2a)是根據(jù)已知產(chǎn)生可接受和不可接受的填 充效果的浴的經(jīng)驗上來確定的。該技術(shù)重點在于以下構(gòu)思：如果電流密度輸出的幅度低于 某一特定時間的閾值，則在TSV特征中的區(qū)域相對于場區(qū)域?qū)⒂锌赡懿荒艹浞值卮龠M(jìn)，并 且所得到的填充有可能不完全或不成功。同樣，該技術(shù)解決了如果在時間的電流密度太 低，則預(yù)測特征在目標(biāo)工藝的標(biāo)準(zhǔn)填充時間不能完成其填充這樣的問題。 技術(shù)2 :
[0111] 第二技術(shù)將在第二實驗的電流密度輸出穿過電流密度閾值（CDth)的時間（t)與閾 值時間進(jìn)行比較。
[0112] 如果|Ex2a(t) |>CDth任意t〈tth，則填充將是成功的
[0113] 閾值電流密度（⑶th)和閾值時間（tth)是根據(jù)已知產(chǎn)生可接受和不可接受的填 充效果的浴憑經(jīng)驗來確定的。該技術(shù)著重于構(gòu)思：在第二實驗中所用的完全促進(jìn)的表面當(dāng) 暴露于浴時會經(jīng)歷電流密度的幅值隨著時間的推移而減小（例如，電流密度變成較少負(fù)值 (less negative))，并且如果采用過短的時間而不能達(dá)到閾值電流密度，則在填充工藝終 止之前，該特征不會完全填充。因此，如果在閾值時間之前（例如，對于所有的t〈tth)，第二 實驗的輸出的絕對值總是大于閾值電流密度（CDth)，則本技術(shù)預(yù)測的填充將是成功的。換 句話說，第二實驗的輸出超過有關(guān)的電流密度閾值的時間必須晚于閾值時間以預(yù)測成功。 技術(shù)3 :
[0114] 第三技術(shù)將經(jīng)過t2al和t2a2之間時間段的第二實驗的積分電流密度輸出與電荷/ 面積的閾值相比較。
[0115] 如果11 >cth，則填充將是成功的
[0116] 類似于技術(shù)1和2中使用的其他閾值，該閾值的電荷密度（Cth)是根據(jù)已知產(chǎn) 生可接受和不可接受的填充效果的浴憑經(jīng)驗來確定的。同樣，在該數(shù)據(jù)被評估的時間段 (t 2al-T2a2)上的邊界是憑經(jīng)驗確定的。該技術(shù)著重點在于以下構(gòu)思：如果第二實驗過程中經(jīng) 過設(shè)置的時間段的電荷的量太少，那么促進(jìn)效果將會丟失過快和特征不會完全填充。 技術(shù)4 :
[0117] 第四技術(shù)可以用于其中第一和第二實驗是電流受控的情況。在該技術(shù)中，在第一 和第二實驗的電壓輸出之間的比率與閾值比率（R th)進(jìn)行比較的。
[0118] 如果 EXi (ti) /Ex2b (t2b) >Rth，則填充將會成功
[0119] 閾值比很像其他閾值一樣可以憑經(jīng)驗確定。此分析技術(shù)著重于構(gòu)思：如果在相關(guān) 的時間（或多個時間處）場區(qū)的極化（通過第一實驗的電壓輸出指示）相比于特征區(qū)域的 極化（通過第二實驗的電壓輸出指示）是足夠高的，則該鍍對比度將被充分地維持，而填充 會進(jìn)行至完成。
[0120] 許多所公開的技術(shù)評估在特定的時間的數(shù)據(jù)。如所提到的，這些時間通常憑經(jīng)驗 確定。這些時間通過用從"好"浴所產(chǎn)生的信號和從"壞"?。ㄏ鄬τ陔婂冞^程中的其他電 位時間/時間段）所產(chǎn)生的信號之間的相對較高的對比度識別和選擇時間/時間段來選 擇。 裝置
[0121] 本文描述的方法可以由能夠監(jiān)測電位和電流密度的任何合適的電鍍裝置來執(zhí)行。 合適的裝置可以包括根據(jù)本發(fā)明的用于實現(xiàn)工藝操作的硬件和具有用于控制工藝操作的 指令的系統(tǒng)控制器。在一些實施方式中，硬件可以包括包含在處理工具中的一個或多個處 理站。
[0122] 如上所述，第一和第二實驗可在主要用于電鍍（例如，填充TSV)的電化學(xué)池中進(jìn) 行，或者在主要用于測試溶液中的單獨的電化學(xué)池中進(jìn)行。在一些情況下，電化學(xué)池是簡單 的臺式裝置（例如，允許樣品溶液溫度調(diào)諧、脫氣和循環(huán)的臺式裝置）。
[0123] 圖2A示出了根據(jù)公開的實施方式的電化學(xué)池/計量工具200的示例。在此示例 中，用于執(zhí)行電化學(xué)測量的工作電極201是旋轉(zhuǎn)盤狀電極，該電極由包圍用于攜帶電流到 旋轉(zhuǎn)盤狀物表面202的電線或桿的外筒狀絕緣材料（例如塑料）組成。盤狀物表面202通 常由貴金屬（如鉬或金）制成。在處理中使用的各種處理流體203(例如，測試溶液、漂洗 溶液、活化溶液和蝕刻溶液）由單獨的線204, 205, 206, 207輸送，通過加壓的和閥（217)控 制的輸送件或通過成組的注射泵（未示出）供給。容器中的處理流體203的液位可以通過 液位傳感設(shè)備219和220進(jìn)行控制。液位傳感設(shè)備219感測量測工具200中的液位，以確 保工具可以按需要用流體充分填充，而液位傳感設(shè)備220操作以檢測工具中的流體按需要 被充分排出。
[0124] 陽極（也稱為對電極）209可以被包含在具有底部、偵幢和膜211 (例如Nafion? 等陽離子膜，或陰離子膜或微孔膜）的單獨的密封的容器（也被稱為陽極室或?qū)﹄姌O 室）208中，其保持陽極室208中的陽極電解液溶液210。以這種方式，在電鍍過程和各種液 體的沖洗和排放過程中，陽極電解液和處理流體（例如，測試溶液）彼此流體地分隔開。由 于若干原因這種分隔是有利的。例如，通常希望保持陽極電解液不含有可能存在于處理液 中的添加劑。這有助于防止在陽極上添加劑的反應(yīng)和降解，陽極相對于陰極RDE是在陽極 電位。此外，該分隔在防止在陽極上潛在有害的亞銅離子的形成和運輸是有利的。在一些 實施方式中，存在于陽極室208中的電解液包括與同工作電極接觸的電解液相同的成分， 再減去任何有機(jī)的鍍添加劑，如促進(jìn)劑、抑制劑和均勻劑。在陽極室208中的電解液可以是 例如含有水、硫酸銅、硫酸和氯離子的原始補(bǔ)充液（VMS)。在某些實施方式中，存在于陽極 室208中的電解液僅包括水和酸。在使用活性/可消耗陽極的情況下，在陽極室208中使 用不含有機(jī)添加劑的電解液是特別有利的。
[0125] 在可替代的實施方式中，陽極和工作電極被容納于經(jīng)由鹽橋連接的分開的容器 中。在另一實施方式中，陽極不與工作電極/測試溶液中分隔開。
[0126] 圍繞陽極室208的上壁的外周的密封件212防止在所有的各種處理工藝步驟期 間傳輸和泄漏流體，以及防止從室添加和去除流體。電導(dǎo)線230運載電流在陽極與電源之 間并密封在陽極室208中。電導(dǎo)線235在工作電極201與電源之間運送電流。參比電極 221 (例如，Hg/HgS04S比電極）也被浸沒在包含在池內(nèi)的電解液中并與該電解液離子連 通，并且通過電導(dǎo)線213被電連接到電源（電源可以是能連續(xù)監(jiān)測或控制工作電極和參比 電極之間的電壓的）。在池容器的底部的排水和閥組件218可以經(jīng)由數(shù)據(jù)收集和處理控制 計算機(jī)215激活。數(shù)據(jù)采集計算機(jī)215,有時也被稱為控制器，其與可編程電位儀/恒電流 儀214通信并控制可編程電位儀/恒電流儀214,以及發(fā)送分析的結(jié)果用于顯示。計算機(jī) 215經(jīng)由通信線路216還可以與浴控制器和工具上的定量給料裝置（未示出）通信。可以 在相同的池中或者在不同的池中進(jìn)行第一和第二實驗。
[0127] 圖2B提供了可與電鍍裝置或系統(tǒng)（未示出）集成的計量工具250的替代實施方 式。例如，計量工具250可以與多工具電鍍裝置集成，該多工具電鍍裝置如購自CA，弗里蒙 特的Lam Research Corporation的SAB+RE ?系列電鍍工具。計量工具250包括具有蓋 254的分析室252。在某些情況下該蓋可寬松配合，在其他情況下可緊密配合（例如，氣密）。 蓋254具有多個孔，以容納某些設(shè)備，例如工作電極256、參比電極258、噴射管260和流體 入口 262。在需要氣密蓋的情況下，這些孔中的每一個可包括適當(dāng)?shù)拿芊饧Ｔ诜治鍪以谡?空條件下運行，或分析室使用惰性氣體層（blanket)的情況下，氣密蓋可能是有益的。在最 大限度地減少在測試浴溶液中溶解的氣體（如氧）的過程中，真空條件和惰性氣體層可能 是有益的。例如，工作電極256可以是具有由鉬制成的有源區(qū)的旋轉(zhuǎn)電極。在某些情況下 的參比電極258可以是Hg/Hg 2S04*Ag/AgCl參比電極。噴射管260可以提供氮氣（N2)或 其它惰性氣體到分析室252。噴射管260與惰性氣體入口 264相連。流體入口 262被連接 到被配置為提供所有的有關(guān)流體以進(jìn)行分析和清潔分析室252的系統(tǒng)。在圖2B的實施方 式中，流體入口 262與流體注射泵266連接，流體注射泵266與多位置閥268連接。
[0128] 多位置閥268與各種流體管線連接，流體管線包括去離子水管線270、浴采樣管線 272、原始補(bǔ)充液（VMS)管線274和促進(jìn)溶液管線276。去離子水管線270與去離子水源（未 示出）連接。去離子水可以用于清潔分析室252,以及任何組件中的分析室252。浴采樣管 線272可以與電鍍裝置上的端口（未示出）連接以直接從相關(guān)鍍液采樣電解液。在一個例 子中，浴采樣管線272與電鍍室連接。在另一個例子中，浴采樣管線272與通過多個電鍍模 塊使用的電解液儲存容器連接。VMS管線274與VMS278容器連接，并且促進(jìn)溶液管線276 與促進(jìn)溶液容器280連接，VMS容器278和促進(jìn)溶液容器280未按比例顯示，并且在許多實 施方式中這些容器明顯較大。促進(jìn)溶液容器280通常具有高濃度的促進(jìn)劑，如本文中所描 述的，并在分析過程中用于預(yù)促進(jìn)工作電極256。
[0129] 計量工具250還包括對電極組件282,對電極組件282包括容納對電極286的分隔 的電極室284。對電極286可以是銅電極，例如磷摻雜的銅電極，或者它可以是惰性電極。 分隔的電極室284與分析室252的其余部分由膜288分隔開。例如，膜288可以是尚子交 換膜或微孔膜。排水機(jī)構(gòu)292也可以設(shè)置在分析室252的底部附近。排水機(jī)構(gòu)可以進(jìn)一步 包括閥（未示出），以允許根據(jù)需要將流體收集在分析室252并排出。如在圖6B的實施方 式所示，分析室252的底部可傾斜向下朝向排水機(jī)構(gòu)以改善排放。
[0130] 布線290用于電連接各種部件到控制器（未示出）。例如，布線290可以將控制器 與工作電極256、參比電極258和陽極286連接?？梢蕴峁└郊硬季€以控制其它元件，如多 位置閥272、流體注射器泵266,以及排水機(jī)構(gòu)292?？刂破鳎ㄎ词境觯┛梢允钦{(diào)節(jié)的計量工 具250的各種部件的局部控制器，或者它可以是調(diào)節(jié)多工具電鍍裝置上的許多不同的工藝 的整體控制器。
[0131] 在一些情況下，計量工具250可以改變以包括若干額外的兀件。在一實施方式中， 計量工具包括與分析室分開的促進(jìn)室，在該促進(jìn)室中發(fā)生所述工作電極的預(yù)促進(jìn)。如果是 這種情況，促進(jìn)溶液容器可以與促進(jìn)室相連。另外，可以提供用于在促進(jìn)室和分析室之間移 動工作電極的機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)可涉及機(jī)械手傳送臂或本領(lǐng)域中已知的其它傳送機(jī)構(gòu)。傳送 機(jī)構(gòu)可移動工作電極本身，或者可以移動插入有工作電極的相關(guān)室（即，在促進(jìn)室和分析 室旋轉(zhuǎn)/平移以嚙合工作電極時，傳送機(jī)構(gòu)可以允許工作電極保持靜止）。在分析室是由吸 附促進(jìn)劑的材料制成的情況下，使用單獨的預(yù)促進(jìn)室可能是有利的。在分析室是由不反應(yīng) 性的材料（如玻璃）或其他不吸附促進(jìn)劑的材料制成的情況下，使用單獨的促進(jìn)室是不必 要的。
[0132] 可與本文所述的任何實施方式相結(jié)合的另一個特征是用于提供蝕刻溶液到分析 室的額外的容器和流體管線。蝕刻溶液可用于將電沉積材料在隨后的實驗/工藝之間從工 作電極中去除。根據(jù)需要，蝕刻溶液管線可以與圖2B所示的多位置閥268連接，或者可以 以其它方式與所述流體入口 262或另一入口連接。在不同的蝕刻溶液被提供到分析室的情 況下，在引入其他的溶液之前分析室應(yīng)被漂洗（例如，用去離子水或另一種漂洗溶液）。同 樣地，在不同的蝕刻溶液被提供以蝕刻工作電極的情況下，在隨后的處理步驟之前該電極 應(yīng)被漂洗。蝕刻溶液可以被提供至分析室與其他相關(guān)的溶液（例如，測試浴溶液，促進(jìn)溶液 和漂洗溶液）相連。在其它實施方式中，工作電極的化學(xué)蝕刻可在單獨的蝕刻室發(fā)生。如 上相對于促進(jìn)室所述的，可以提供用于移動工作電極進(jìn)入蝕刻室的機(jī)構(gòu)，或用于移動相關(guān) 的室以嚙合工作電極的機(jī)構(gòu)。
[0133] 在不同的實施方式中，提供蝕刻溶液到分析室是沒有必要的。例如，可以通過電化 學(xué)蝕刻進(jìn)行從工作電極去除材料，這涉及施加反向電流到工作電極和除鍍在其上的材料。 這種電化學(xué)蝕刻不需要不同的蝕刻溶液。相反，在可用的電解液中進(jìn)行電化學(xué)蝕刻（例如， 測試浴溶液或其它電解液供給源）。
[0134] 可以與任何所公開的實施方式相結(jié)合的另一特征是用于調(diào)節(jié)在測試溶液浴中被 溶解氣體（例如氧氣）的量的機(jī)構(gòu)。在某些情況下，這種調(diào)節(jié)可通過汽提（即，將氮氣鼓泡 通過溶液以除去氧氣，如在圖2B中所示的情況）完成。在其他情況下，測試浴溶液可以以 脫氣的狀態(tài)被輸送到分析室。在這種情況下，可在電鍍設(shè)備（例如，多工具電鍍裝置）進(jìn)行 測試浴溶液的脫氣，并應(yīng)將該溶液提供給分析室，而不引入額外的氣體。在一個實例中，經(jīng) 脫氣的測試浴溶液在從電鍍裝置傳送到真空條件下的分析室。真空有助于防止測試浴溶液 暴露于氧氣或可溶解在測試浴溶液中的其它氣體。在另一實例中，經(jīng)脫氣的測試浴溶液從 電鍍裝置輸送到其中包含氮氣層或其它惰性氣體層的分析室。
[0135] 如前所述，計量工具可以是獨立的工具，或者它可并入到多工具電鍍裝置。在任 一情況下，由計量工具收集的數(shù)據(jù)可以由對計量工具是局部裝置的控制器/處理器進(jìn)行處 理，或者由是多工具裝置的一部分的控制器/處理器進(jìn)行處理。在數(shù)據(jù)分析是多工具裝置 中進(jìn)行的情況下，計量工具（獨立或并入多工具裝置）應(yīng)包括用于發(fā)送聚集在計量工具的 數(shù)據(jù)至多工具裝置的有關(guān)控制器/處理器的通信線路（例如，有線或無線數(shù)據(jù)連接）。在本 實施方式中，由于計量數(shù)據(jù)在多工具裝置上直接分析，因此多工具裝置也可以認(rèn)為是分析 系統(tǒng)。
[0136] 控制器可以具有指令以確定受關(guān)注的電鍍?。y試浴溶液）的添加劑是否滿足規(guī) 定的電鍍規(guī)范。在各種情況下，所定義的電鍍說明書涉及在所期望的時間范圍實現(xiàn)自下而 上的填充。可以選擇其他電鍍規(guī)范。為了做出這樣的確定，控制器可以具有指令以執(zhí)行本 文所述的實驗和分析。例如，控制器可以具有指令以使各種流體按順序流入分析室。在一 個實例中，該控制器具有指示以使原始補(bǔ)充液（VMS)按順序流入分析室，并用標(biāo)準(zhǔn)的銅（或 其他金屬）層鍍工作電極，使分析室排干，沖洗分析室，使測試浴溶液流入分析室，并使工 作電極與試驗浴溶液接觸，如本文所述進(jìn)行第一電化學(xué)實驗并記錄第一輸出，施加反向電 流到工作電極，以從所述工作電極移除材料，排干并沖洗分析室，使VMS流入分析室，并用 標(biāo)準(zhǔn)的銅（或其他金屬）層鍍敷工作電極，排干分析室，使促進(jìn)溶液流入分析室并將工作電 極與促進(jìn)溶液接觸直到工作電極基本上完全促進(jìn)，排干分析室，沖洗分析室和工作電極，使 測試浴溶液流入分析室并將試驗浴溶液與工作電極接觸，如本文所述進(jìn)行第二電化學(xué)實驗 并記錄第二輸出，并分析第一和/或第二輸出，以確定測試浴溶液的添加劑是否滿足規(guī)定 的電鍍規(guī)范。在某些情況下，該控制器可以具有指令以在工作電極浸沒在促進(jìn)溶液的同時 電鍍材料到工作電極上。這些指令可取代接觸在將工作電極與促進(jìn)溶液接觸之前用在VMS 溶液中的金屬電鍍工作電極的指令。
[0137] 在計量工具包括用于執(zhí)行預(yù)促進(jìn)和/或蝕刻的附加室的情況下，控制器還可以包 括用于將工作電極相對于相關(guān)室/容器傳送的指令。
[0138] 控制器可以具有指令以通過施加第一受控電流至工作電極并隨時間推移測量電 極的第一電位，以進(jìn)行第一電化學(xué)實驗。控制器可以具有指令以通過施加第二受控電流至 工作電極和隨時間推移測量電極的第二電位，以進(jìn)行第二電化學(xué)實驗。替代地，控制器可以 具有指令以通過施加受控電壓至工作電極并隨時間推移測量電極所經(jīng)受的電流，以進(jìn)行第 二電化學(xué)實驗。控制器可以具有指令以施加從第一實驗導(dǎo)出的受控電壓。
[0139] 控制器可以具有指令以通過分析第一和第二個實驗的輸出的各種特性來分析第 一和第二輸出。例如，控制器可以具有指令以通過比較在有關(guān)時間的第二實驗的電流密度 輸出與閾值電流密度來分析輸出。在另一種情況下，控制器可以具有指令以通過比較第二 實驗的電流密度輸出超過閾值電流密度的時間來分析輸出。該控制器還可以具有指令以通 過比較經(jīng)過相關(guān)的時間段第二實驗的積分的電流密度輸出與每單位面積的電荷閾值來分 析輸出。在又一實施方式中，控制器可以具有指令以通過將閾值比率比較在第一時間的第 一實驗的電壓輸出與在第二時間的第二實驗的電壓輸出的比率來分析輸出。
[0140] 在一些實施方式中，暢通池可以代替上述裝置使用，并且如圖2A和2B中所 示。暢通池被進(jìn)一步討論，并在于2009年8月3日提交的，Mark J. Willey等人的題為 "MONITORING OF ELECTROPLATING ADDITIVES"的美國專利No. 8, 372, 258 中得到描述，該申 請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。預(yù)鍍、預(yù)化學(xué)處理或電化學(xué)處理預(yù)電鍍的表面的各種工 藝是基本不變的，但該裝置的形式和流模式（例如，使用流動通道，而不是旋轉(zhuǎn)盤狀物）是 不同的。在某些情況下，就線路監(jiān)視簡便化或降低測試浴液量要求方面而言，暢通池可能優(yōu) 于前述基于RDE的設(shè)計。顯而易見，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，所有必要的輔助硬件和不含添加 劑的鍍液的進(jìn)料供給例程，促進(jìn)劑溶液，漂洗液，蝕刻溶液和規(guī)范將根據(jù)需要添加，以在暢 通池適當(dāng)進(jìn)行上述工藝。
[0141] 在一些情況下，電化學(xué)池被集成到如可從加利福尼亞，弗里蒙特的Lam Research Corporation獲得的Sabre?系統(tǒng)之類電鍍平臺。
[0142] 圖3示出了可用于實現(xiàn)此處所公開的技術(shù)的多工具半導(dǎo)體處理裝置的示例。電沉 積裝置900可以包括三個獨立的電鍍模塊902、904和906。電沉積裝置900還可以包括溶 液分析模塊916。另外，兩個單獨的模塊912和914可以被配置用于各種處理操作。例如， 在一些實施方式中，模塊912和914的一個或多個可以是旋轉(zhuǎn)沖洗干燥（SRD)模塊。在其 它實施方式中，模塊912和914中的一個或多個可以是電填充后模塊（PEM)，每個被配置為 在襯底已經(jīng)通過電鍍模塊902、904和906處理之后，執(zhí)行如邊緣斜面去除、背面蝕刻和襯底 的酸清潔之類功能。
[0143] 電沉積裝置900包括中央電沉積室924,中央電沉積室924是保存用作電鍍模塊 902、904和906中的電鍍液的化學(xué)溶液的室。電沉積裝置900還包括可以存儲和輸送用于 電鍍液的添加劑的投料系統(tǒng)926。化學(xué)稀釋模塊922可存儲和混合化學(xué)品，例如用于與腐蝕 劑或其他溶液一起使用。過濾和泵送單元928可過濾用于中央電沉積室924的電鍍液，并 將其抽運到電鍍模塊。
[0144] 系統(tǒng)控制器930提供電子和界面控件來操作電沉積裝置900。下面進(jìn)一步討論系 統(tǒng)控制器930。
[0145] 在一些實施方式中，可以有與系統(tǒng)控制器930相關(guān)聯(lián)的用戶界面。用戶界面可以 包括顯示屏幕，裝置和/或工藝條件的圖形軟件顯示和用戶輸入設(shè)備，諸如指針設(shè)備、鍵 盤、觸摸屏、麥克風(fēng)等。
[0146] 用于監(jiān)控工藝的信號可以由來自各種處理工具傳感器的系統(tǒng)控制器930的模擬 和/或數(shù)字輸入連接來提供。用于控制該工藝的信號可以是在該處理工具的模擬和數(shù)字輸 出連接的輸出。可被監(jiān)控的處理工具傳感器的非限制性實例包括質(zhì)量流量控制器、壓力傳 感器（例如壓力計）、熱電偶、光學(xué)位置傳感器等。適當(dāng)編程的反饋和控制技術(shù)可以與來自 這些傳感器的數(shù)據(jù)一起用于維護(hù)處理條件。
[0147] 在多工具裝置的一實施方式中，指令可以包括將襯底插入晶片支架，使襯底傾斜， 在浸漬過程中偏置襯底，并在襯底上電沉積含銅的結(jié)構(gòu)。這些指令可以進(jìn)一步包括將溶液 從電鍍池或中央電沉積室924傳輸?shù)饺芤悍治瞿K916,施加指定的受電流控制的波形，測 量和記錄電位輸出，施加漂洗溶液至電極，進(jìn)行蝕刻操作以恢復(fù)工作電極，將濃促進(jìn)劑溶液 傳輸至溶液分析模塊以用促進(jìn)劑布滿工作電極表面，根據(jù)先前的實驗的電位輸出施加受控 電位至工作電極，測量和記錄電流密度輸出，分析電位和電流密度輸出來預(yù)測特定浴是否 能夠良好地填充凹陷特征，當(dāng)發(fā)現(xiàn)浴不適合時提醒操作者，當(dāng)發(fā)現(xiàn)浴不適合時關(guān)閉電鍍裝 置，并根據(jù)上述電位和電流密度輸出（以及任選地根據(jù)其它測量結(jié)果，如測試分析某些浴 組分的特定濃度水平，如本文中提到傳統(tǒng)的測量方法）指示添加劑控制機(jī)構(gòu)自動調(diào)節(jié)鍍液 的組分。
[0148] 切換工具940可以從襯底盒（如盒942或盒944)選擇襯底。盒942或944可以 是前開式統(tǒng)集盒（FOUP)。F0UP是外殼，其設(shè)計來安全地保持襯底在受控環(huán)境中并允許通過 配備有適當(dāng)?shù)呢?fù)載端口和機(jī)械手裝卸系統(tǒng)的工具移除襯底用于處理或測量。切換工具940 可使用真空連接物或一些其它連接機(jī)構(gòu)保持襯底。
[0149] 切換工具940可以與晶片處理站932、盒942或944、傳送站950、或者準(zhǔn)直器948 接口，從所述傳送站950,切換工具946可獲得到襯底的接入通道。傳送站950可以是往返 于切換工具940和946傳送襯底無需經(jīng)過對準(zhǔn)器948的槽或位置，然而，在一些實施方式 中，為了確保襯底適當(dāng)對準(zhǔn)切換工具946以將精密輸送到電鍍模塊，切換工具946可用對準(zhǔn) 器948對準(zhǔn)襯底。切換工具946還可以輸送襯底到電鍍模塊902、904或906中的一個，或 到配置用于各種處理操作的單獨的模塊912和914中的一個。
[0150] 配置為通過順序的電鍍、漂洗、干燥和PEM處理操作（如汽提）允許襯底的高效循 環(huán)的裝置對于在制造環(huán)境中使用的實現(xiàn)可能是有用的。要達(dá)到這一點，模塊912可以被配 置為旋轉(zhuǎn)沖洗干燥機(jī)和邊緣斜面移除室。有了這樣的模塊912,襯底僅需要在電鍍模塊904 和模塊912之間被運送以用于電鍍銅和EBR操作。
[0151] 圖4示出了可以與適當(dāng)?shù)挠嬃抗ぞ呓Y(jié)合使用的多工具裝置的替代的例子。在本實 施方式中，電沉積裝置1000具有成組的電鍍池1007,每個含有以成對或多個"成雙"配置的 電鍍浴。例如，除了電鍍本身，電沉積裝置1000可以執(zhí)行各種其它電鍍相關(guān)的處理和子步 驟，如旋轉(zhuǎn)漂洗、甩干、金屬和硅的濕蝕刻、化學(xué)沉積、預(yù)潤濕和預(yù)化學(xué)處理、還原、退火、光 致抗蝕劑剝離、表面預(yù)活化和溶液分析。在圖4中電沉積裝置1000被示意性地自上而下顯 示，雖然只有單一的水平或"平臺"在圖中顯示，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠容易地理解，這 樣的裝置，例如Lam Research Sabre?3D工具，可以有兩個或更多的上下"堆疊"的層，每個 層可能具有相同或不同類型的處理站。
[0152] 再次參考圖4,要被電鍍的襯底1006通常通過前端裝載F0UP1001饋送到電沉積裝 置1000,并且在此示例中，襯底1006經(jīng)由前端機(jī)械手1002從F0UP被帶到電沉積裝置1000 的主襯底處理區(qū)，前端機(jī)械手1002在多個維度上由主軸1003驅(qū)動，可以收回和移動襯底 1006從一個站到另一個可接入的站-在該例子中顯示有兩個前端可接入站1004以及另外 兩個可接入站1008。前端可接入站1004和1008可包括，例如，預(yù)處理站，以及旋轉(zhuǎn)沖洗干 燥（SRD)站。這些站1004和/或1008也可以是溶液的如本文所述的分析模塊。
[0153] 從前端機(jī)械手1002的一側(cè)到另一側(cè)的橫向運動，利用機(jī)械手軌道1002a來完成。 襯底1006中的每個可以由通過連接到馬達(dá)（未示出）的軸1003驅(qū)動的杯/錐體組件（未 示出）容納，電動機(jī)可以連接到安裝支架1009。在這個例子中還示出了四個"成雙"的電 鍍池1007,共計8個電鍍池1007。電鍍池1007可用于電鍍用于含銅結(jié)構(gòu)的銅，和電鍍用于 焊接結(jié)構(gòu)的焊料材料（或其他可行的材料）。系統(tǒng)控制器（未示出）可耦合到電沉積裝置 1000以控制電沉積裝置1000的特性中的一些或全部。系統(tǒng)控制器可被編程或以其他方式 配置為根據(jù)上文所述的工藝來執(zhí)行指令。
[0154] 系統(tǒng)控制器
[0155] 在一些實施方式中，系統(tǒng)控制器（它可以包括一個或多個物理或邏輯控制器）控 制處理工具的操作的部分或全部。系統(tǒng)控制器典型地會包括一個或多個存儲器設(shè)備和一個 或多個處理器。該處理器可以包括中央處理單元（CPU)或計算機(jī)、模擬和/或數(shù)字輸入/ 輸出連接、步進(jìn)電機(jī)控制器板、以及其他類似部件。在處理器上執(zhí)行用于實現(xiàn)相應(yīng)的控制操 作的指令。這些指令可以被存儲在與控制器相關(guān)聯(lián)的存儲設(shè)備上，或者它們通過網(wǎng)絡(luò)提供。 在某些實施方式中，系統(tǒng)控制器執(zhí)行系統(tǒng)控制軟件。
[0156] 系統(tǒng)控制軟件可以包括指令，這些指令用于控制計時、電解液組分的混合物、進(jìn)氣 壓強(qiáng)、電化學(xué)池中的壓力、電化學(xué)池的溫度、電極溫度、施加到工作電極和任何其它的電極 的電流和電位、電極位置、電極旋轉(zhuǎn)、電極浸沒速度、實驗結(jié)果分析、以及通過處理工具執(zhí)行 的特定處理的其它參數(shù)。系統(tǒng)控制軟件可以以任何合適的方式進(jìn)行配置。例如，各種處理 工具組件的子例程或控制對象可以被寫入以控制需要進(jìn)行各種處理工具過程的處理工具 組件的操作。系統(tǒng)控制軟件可以以任何合適的計算機(jī)可讀的編程語言編碼。
[0157] 在一些實施方式中，系統(tǒng)控制軟件包括輸入/輸出控制（I0C)排序指令，其用于控 制上面描述的各種參數(shù)。例如，浴分析過程的各階段可以包括用于由系統(tǒng)控制器執(zhí)行的一 個或多個指令。相應(yīng)的浸沒配方階段可以包括用于設(shè)定浸沒工藝階段的處理條件的指令。 在一些實施方式中，分析浴配方階段可以依次排列，從而使得用于浴分析工藝階段的所有 指令與該工藝階段同步執(zhí)行。
[0158] 在一些實施方式中可以使用其它計算機(jī)軟件和/或程序。用于此目的程序或程序 部分的例子包括電極定位程序、電解液組分控制程序、壓力控制程序、加熱器控制程序、和 電位/電流功率源控制程序。
[0159] 在一些情況下，控制器控制以下一個或多個以下功能：電極浸沒，罐之間的流體傳 輸，實驗結(jié)果分析等。電極浸沒可以通過以下方式控制，例如，引導(dǎo)電極升降組件、電極傾斜 組件和/或電極旋轉(zhuǎn)組件以按需要進(jìn)行移動。通過例如，指示某些閥門打開或關(guān)閉，以及某 些泵的開啟和關(guān)閉，控制器可以控制罐之間的流體傳輸?？刂破骺梢酝ㄟ^將上述（或類似 技術(shù)）相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用到通過執(zhí)行第一和第二實驗產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以執(zhí)行實驗結(jié)果分析。此 夕卜，控制器根據(jù)第一實驗的輸出可控制在第二實驗過程中施加的電位。控制器還可以被配 置為報告實驗的結(jié)果。這些報告可以包括發(fā)送警報給操作員，或停止或減緩在電鍍裝置中 的生產(chǎn)。在某些情況下，根據(jù)本文所描述的實驗的輸出，以及任選地也根據(jù)其它的計量結(jié) 果，如測試在浴中單獨組分的濃度的結(jié)果，控制器可以進(jìn)行編程/配置以提供電鍍浴化學(xué) 物的自動調(diào)整（例如，與投料系統(tǒng)相結(jié)合）。在各種情況下，這些控制器可以提供具有改善 電解液的電鍍性能的目標(biāo)的這樣的報告/調(diào)整。這些控制器可以根據(jù)傳感器輸出（例如， 當(dāng)電流、電流密度、電位、壓力等達(dá)到一定的閾值時），操作的定時（例如，在工藝中特定的 時間打開閥門）或基于從用戶接收的指令控制這些方面。
[0160] 上述各種設(shè)備和方法的實施方式可以與光刻圖案化工具或方法結(jié)合，例如，用于 半導(dǎo)體設(shè)備、顯示器、LED、光伏板等等的制造和生產(chǎn)。通常，但不是必定，這樣的工具/方法 將和普通的制造設(shè)施一起使用或操作。
[0161] 膜的光刻圖案化通常包括以下步驟的部分或所有，每一步驟用一些可行的工具啟 動：（1)使用旋涂或噴涂工具在工件（即，在其上形成有氮化硅膜的襯底）上施用光致抗蝕 劑；（2)使用熱板或爐或其它合適的固化工具固化光致抗蝕劑；(3)使用晶片分檔器（wafer stepper)等工具將光致抗蝕劑在可見光或紫外線或X-射線下曝光；(4)使用諸如濕法工作 臺（wet bench)或噴涂顯影機(jī)等工具，對抗蝕劑進(jìn)行顯影，以便選擇性地除去抗蝕劑，從而 進(jìn)行圖案化；(5)通過使用干的或等離子體輔助蝕刻工具，將抗蝕圖案（resist pattern) 轉(zhuǎn)移到下伏的膜或工件上；和（6)使用諸如RF或微波等離子體抗蝕劑剝離器（microwave plasma resist stripper.)等工具，去除抗蝕劑。在一些實施方式中，可灰化的硬掩模層 (例如無定形碳層）和另一種合適的硬掩模（例如抗反射層）可在施加光致抗蝕劑之前沉 積。
[0162] 應(yīng)該理解的是，本文所描述的配置和/或方法，在本質(zhì)上是示例性的，并且這些特 定的實施方式或?qū)嵤├粦?yīng)被認(rèn)為具有限制意義，因為許多的變化是可能的。本文描述的 特定的例程或方法可表示任何數(shù)量的處理策略中的一個或多個。因此，各種操作可以以所 示的序列、以其它的序列，并行地或在某些情況下有刪減地執(zhí)行。同樣，可以改變上述的處 理的順序。
[0163] 本公開的主題包括本文所公開的各種處理、系統(tǒng)和裝置、以及其它特征、功能、操 作、和/或特性的所有新穎和非顯而易見的組合和子組合，以及任何所有等同方案。 實驗
[0164] 實驗結(jié)果表明，所公開的技術(shù)可以被用于精確地預(yù)測浴的填充TSV特征的能力。 實驗測試了四種不同的浴：被稱為產(chǎn)生根據(jù)各種已知故障模式的不完全填充的三種浴，以 及已知產(chǎn)生完全的和令人滿意的填充的一種浴。選擇失效模式以代表通過用于測量已知的 分解產(chǎn)物的常規(guī)方法無法檢測的故障類型。
[0165] 由于在填充工藝的終止附近的特征的促進(jìn)的損失，導(dǎo)致失敗浴1失敗。造成這種 失敗的一種機(jī)制在于在浴中存在促進(jìn)劑去活化劑，這會導(dǎo)致在金屬完全填充所述特征之前 特征中的電流減小。失敗浴2不成功的確切機(jī)制是未知的。由于痕量水平的過氧化氫存在 (小于約lppm)，失敗浴3失敗。圖8A-8D分別顯示在失敗的浴1-3和成功的浴4中電鍍的 TSV特征。
[0166] 使用允許溫度調(diào)諧、脫氣和1L測試溶液循環(huán)的臺式裝置進(jìn)行第一和第二實驗。在 每種情況下，對電極與試驗溶液通過陽離子膜（DuPont的NAFTON?膜）分離，并浸在硫 酸銅和酸的無添加劑的溶液中。每個實驗進(jìn)行約1小時。
[0167] 對于每種測試溶液，進(jìn)行第一實驗多次。本實驗采用在約23°C在約lmol/L的硫酸 銅，0. 6mol/L的H2S04，以及約50ppm鹽酸的無添加劑的溶液中通過銅預(yù)鍍約1分鐘和6秒 的5mm直徑的鉬RDE。RDE以約20RPM的速度旋轉(zhuǎn)。其他電鍍條件（包括是恒定1. 25mA/ cm2的波形）被選擇以模擬那些當(dāng)使用華盛頓州Moses Lake的MLI Industries提供的有 效的HSL鍍浴時實現(xiàn)全部特征填充的已知的典型襯底電鍍工藝中的條件。
[0168] 圖5示出了四個測試浴的來自第一實驗的結(jié)果（電位（V)與時間（秒）的關(guān)系）。 線201對應(yīng)于失敗浴1，線202對應(yīng)于失敗浴2,線203對應(yīng)于失敗浴3,而線204對應(yīng)于成 功浴4。三個失敗浴中的每個被設(shè)計成導(dǎo)致通過常規(guī)方法無法檢測的故障的類型。
[0169] 對于每種測試溶液，進(jìn)行第二實驗多次，測試兩種不同尺寸的RDE。第一 RDE的直 徑為約5毫米，并且第二RDE的直徑為約0. 433毫米。在類似于在第一實驗中用于預(yù)鍍電 極的溶液但增加濃度為通常用于電鍍的促進(jìn)劑濃度的約100倍的促進(jìn)劑的溶液中用銅預(yù) 鍍每個電極。此預(yù)鍍過程產(chǎn)生布滿促進(jìn)劑的RDE。每個RDE在0RPM和2500RPM下測試，以 評估質(zhì)量傳輸?shù)牟町?，并提供重?fù)測量。
[0170] 在恒電位模式下執(zhí)行第二實驗。對于每種特定的溶液，基于在第一實驗的約最后 10分鐘施加的平均電位選擇施加的電位。如上所述，除了電極表面積和旋轉(zhuǎn)速度外，其他電 鍍條件等同于第一實驗中使用的電鍍條件。
[0171] 圖6和7顯示第二實驗的結(jié)果（電流密度（mA/cm2)與時間（秒）的關(guān)系）。圖6 涉及在0RMP下的5mm電極的結(jié)果，圖7涉及在2500RMP下的0. 433毫米電極的結(jié)果。為簡 便起見，只有這兩種情況（其是質(zhì)量運輸情況的極端）被示出。在各圖中，線301對應(yīng)于失 敗浴1，線302對應(yīng)于失敗浴2,線303對應(yīng)于失敗浴3,而線304對應(yīng)于成功的浴4。第二實 驗中的電流密度的結(jié)果表明，失敗浴的電流密度比好浴的電流密度較低（較小負(fù)值（less negative))。當(dāng)使用高對流條件（S卩，在2500RPM的情況下）時，不同溶液的電流密度似乎 都趨向于大致朝著相同的值。在后期高RPM下的數(shù)據(jù)的這種明顯收斂指示促進(jìn)劑關(guān)閉機(jī)制 通常歸因于在填充完成或開始過填充特征之后抑制或停止在特征中的填充的促進(jìn)劑去活 化化合物存在。這些促進(jìn)劑去活化化合物在功能上稱為均勻劑，它們通常是擴(kuò)散受限的。
[0172] 相對于上面介紹的技術(shù)使用所得到的數(shù)據(jù)以憑經(jīng)驗確定所測試的電鍍系統(tǒng)的適 當(dāng)?shù)拈撝档慕Y(jié)果，并且進(jìn)一步評估技術(shù)準(zhǔn)確地預(yù)測浴是否將成功地產(chǎn)生充分特征填充的能 力。
[0173] 下面的表1-3分別涉及來自技術(shù)1-3的針對4種測試溶液中的每種的結(jié)果。各表 顯示了所用的特定的RDE電極和該RDE旋轉(zhuǎn)的RPM。這些表還表明針對每一種情況所選擇 的閾值，以及在什么點（例如，在什么時間，或者在什么電流密度下）采取測量。在每個浴 列中有關(guān)的數(shù)字對應(yīng)于所使用的技術(shù)的輸出。例如，對于表1 (技術(shù)1)，失敗浴1列被計算 為失敗浴1的第二實驗（電流密度）在時間列顯示的時間的輸出的絕對值。類似地，對于 表2 (技術(shù)2)，則失敗浴1列被計算為失敗浴1的第二實驗輸出的絕對值越過指定的電流密 度閾值的時間，如在CDth列相關(guān)的時間。對于表3,失敗浴1列被計算為第二實驗的輸出的 定積分的絕對值，以時間段ti-t 2評估。在表1-3中，"通過"技術(shù)的溶液（即，使技術(shù)預(yù)測 浴將是成功的溶液）包括在以灰色突出顯示的框里。包括高亮是為了清晰，雖然對于特定 情況，同樣的信息也可以通過對比每個浴列出的值與閾值條件來得到。
[0174] 表1-技術(shù)1

【權(quán)利要求】
1. 一種評估受關(guān)注的電鍍浴中的添加劑是否符合電鍍規(guī)范的方法，所述方法包括： 通過以下步驟進(jìn)行第一實驗： 將電極與所述受關(guān)注的電鍍浴接觸， 施加電流密度波形至所述電極，其中，當(dāng)在所述受關(guān)注的電鍍浴中電鍍時所施加的所 述電流密度波形逼近于襯底的場區(qū)經(jīng)受的電流密度，以及 在所述第一實驗過程中記錄第一電位軌跡輸出； 通過以下步驟進(jìn)行第二實驗： 將第二電極與含有促進(jìn)劑的促進(jìn)溶液接觸，直到所述第二電極基本上完全被促進(jìn)， 從所述第二電極漂洗所述促進(jìn)溶液， 將所述第二電極與所述受關(guān)注的電鍍浴接觸， 施加第二電流密度波形或電位波形至所述電極，其中當(dāng)在所述受關(guān)注的電鍍浴中電鍍 時，所述第二電流密度波形或電位波形逼近于在所述襯底上的特征內(nèi)經(jīng)受的電流密度或電 位， 當(dāng)施加第二電流密度波形時，記錄第二實驗過程中的第二電位軌跡輸出，并且當(dāng)施加 電位波形到所述電極時，記錄第二實驗過程中的電流軌跡輸出；以及 根據(jù)從所述第一電位軌跡輸出、所述第二電位軌跡輸出、電流軌跡輸出和校準(zhǔn)的數(shù)據(jù) 組成的組中選擇的兩個或更多個參數(shù)，判定在所述受關(guān)注的電鍍浴中的所述添加劑是否符 合所述電鍍規(guī)范。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電鍍規(guī)范涉及所述受關(guān)注的電鍍浴中的所 述添加劑經(jīng)過在可接受的時間段以從下往上的機(jī)制充分填充在所述襯底上的所述特征的 能力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述第一實驗期間施加的所述電流密度波形 對應(yīng)于用于在目標(biāo)填充工藝中在所述襯底上電鍍材料的電流密度波形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，在所述第一實驗過程中施加的所述電流密度波 形對應(yīng)于用于在目標(biāo)填充工藝中在所述襯底上電鍍材料并經(jīng)場電流密度校正系數(shù)修改的 電流密度波形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，在所述第二實驗過程中所述第二電極的旋轉(zhuǎn)速 率高于在所述目標(biāo)填充工藝中所述半導(dǎo)體襯底的旋轉(zhuǎn)速率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，在所述第二實驗過程中所述受關(guān)注的電鍍浴的 溫度高于在所述目標(biāo)填充工藝中所述受關(guān)注的電鍍浴的溫度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，來自所述第一實驗的所述第一電位軌跡輸出用 于選擇在所述第二實驗中施加的所述電位波形。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，根據(jù)在所述第一實驗的電鍍最后時間段期間經(jīng) 受的電位來選擇所述電位波形。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，根據(jù)在所述第一實驗的電鍍最后時間段期間的 所述第一電位軌跡輸出的平均電位來選擇所述電位波形。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，來自所述第一實驗的所述第一電位軌跡輸出用 于計算預(yù)測電位，所述預(yù)測電位對應(yīng)于如果電鍍在所述第一實驗中的最后電鍍期間之后繼 續(xù)會經(jīng)受的電位，并且其中，在所述第二實驗中的電位波形是基于所述預(yù)測電位的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，根據(jù)在可接受的時間段充分填充特征的電流密 度來選擇所述第二電流密度波形。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電極和所述第二電極是相同的電極，并且 所述方法還包括在所述電極與所述促進(jìn)溶液接觸之前，去除在所述第一實驗期間沉積在所 述電極上的材料。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述判定包括將來自所述第二實驗的所述電流 密度軌跡輸出在相關(guān)時間的電流密度與閾值電流密度進(jìn)行比較。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述判定包括將來自所述第二實驗的所述電流 密度軌跡輸出達(dá)到閾值電流密度的時間與閾值時間進(jìn)行比較。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述判定包括積分從第一時間和第二時間之間 的所述第二實驗的電流密度軌跡輸出來計算電荷密度，以及將所述電荷密度與閾值電荷密 度進(jìn)行比較。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述判定包括計算來自在所述第一實驗期間在 第一時間的所述第一電位軌跡輸出的電位與來自在所述第二實驗期間在第二時間的所述 第二電位軌跡輸出的電位之間的比率，并將所述比率與閾值比率進(jìn)行比較。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)是通過在已知產(chǎn)生可接受的填充 結(jié)果的電解液和已知會產(chǎn)生不可接受的填充結(jié)果的電解液中執(zhí)行所述第一和/或第二實 驗產(chǎn)生的。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)包括選自下組中的一個或多個 參數(shù)：閾值電流密度、閾值電荷密度、閾值時間以及閾值電位比率。
19. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，可接受的時間段是約1小時或更少。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述第一實驗中使所述電極與所述 受關(guān)注的電鍍浴接觸之前，電鍍金屬到所述電極上，以及在使所述第二電極與所述促進(jìn)溶 液接觸之前，電鍍金屬到所述第二電極上。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述促進(jìn)溶液中的促進(jìn)劑的濃度至少為在所述 受關(guān)注的電鍍浴中的促進(jìn)劑的濃度的約10倍。
22. -種監(jiān)控受關(guān)注的電鍍浴中的添加劑的方法，所述方法包括： (a) 在第一電極與所述受關(guān)注的電鍍浴接觸同時，施加限定的電流密度至該第一電極， 其中，所述限定的電流密度表示在所述受關(guān)注的電鍍浴中電鍍時襯底的場區(qū)域中經(jīng)受 的電流密度，以及 其中，所述第一電極的表面基本上不被充分促進(jìn)； (b) 在施加所述限定的電流密度時記錄所述第一電極的電位軌跡輸出； (c) 在第二電極與所述受關(guān)注的電鍍浴接觸的同時，施加第二限定的電流密度或限定 的電位至該第二電極的基本上完全促進(jìn)的表面， 其中，所述第二限定的電流密度或所述限定的電位表示在所述受關(guān)注的電鍍浴中電鍍 時所述襯底上的特征內(nèi)經(jīng)受的電流密度或電位； (d) 在施加所述第二限定的電流密度或所述限定的電位時記錄所述第二電極的第二電 位軌跡輸出和/或電流密度軌跡輸出；以及 (e) 根據(jù)包含在所述輸出中的一個或多個中的信息，判定所述受關(guān)注的電鍍浴中的所 述添加劑是否符合規(guī)定的電鍍規(guī)范。
23. -種用于評估受關(guān)注的電鍍浴中的添加劑是否符合電鍍規(guī)范的裝置，所述裝置包 括： 分析室； 一個或多個入口，其用于將來自受關(guān)注的電鍍浴的測試浴溶液和一個或多個附加的溶 液提供到所述分析室； 出口，其用于從所述分析室中除去流體； 工作電極； 電源；以及 控制器，其具有指令以： (a) 在測試浴溶液存在于所述分析室的同時，通過施加限定的電流密度至所述工作電 極，并記錄所述工作電極的電位軌跡輸出，進(jìn)行第一實驗； (b) 將所述工作電極與促進(jìn)溶液接觸持續(xù)足以用促進(jìn)劑基本上完全布滿所述工作電極 的持續(xù)時間； (c) 在測試浴溶液存在于所述分析室的同時，通過（i)施加第二限定的電流密度至所 述工作電極并記錄所述工作電極的第二電位軌跡輸出，或通過（ii)施加限定的電位到所 述工作電極，并記錄電流密度軌跡輸出，進(jìn)行第二實驗；以及 (d) 根據(jù)包含在所述電位軌跡輸出、所述第二電位軌跡輸出、所述電流密度軌跡輸出以 及校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中的一個或多個中的信息，判定所述受關(guān)注的電鍍浴中的所述電鍍添加劑是否 符合所述電鍍規(guī)范。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中，所述控制器進(jìn)一步包括用于以下操作的指令： 在（a)之前： 使標(biāo)準(zhǔn)化的電鍍?nèi)芤毫魅胨龇治鍪也⒃谒龉ぷ麟姌O與所述標(biāo)準(zhǔn)化的電鍍?nèi)芤航?觸的同時電鍍金屬到所述工作電極上， 從所述分析室去除所述標(biāo)準(zhǔn)化的電鍍?nèi)芤?，以?使所述測試浴溶液流到所述分析室中。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中，所述控制器進(jìn)一步包括用于以下操作的指令： 在（a)之后和（b)之前： 去除電鍍到所述工作電極上的材料， 從所述分析室去除所述測試浴溶液；以及 在（b)之后和（c)之前： 漂洗所述工作電極，從而去除未吸附的促進(jìn)溶液，以及 使所述試驗浴溶液流到所述分析室中。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中用于去除電鍍到所述工作電極的材料的所述指 令包括用于施加反向電流至所述工作電極，從而除鍍所述材料的指令。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中用于去除電鍍到所述工作電極的材料的所述指 令包括用于使化學(xué)蝕刻溶液流入所述分析室，從而從所述工作電極化學(xué)蝕刻所述材料的指 令。
28. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中，在（b)中的所述指令還包括用于使所述促進(jìn)溶 液流入所述分析室，從而使所述工作電極與所述促進(jìn)溶液接觸的指令，并且進(jìn)一步包括用 于在（C)之前從所述分析室中去除所述促進(jìn)溶液并用漂洗液漂洗所述分析室的指令。
29. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中，所述電鍍規(guī)范涉及在所述受關(guān)注的電鍍浴中 的所述添加劑在可接受的時間段內(nèi)通過從下往上的機(jī)制充分填充在襯底上的特征的能力。
30. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中在（d)中的所述指令包括將來自（c)的所述電 流密度軌跡輸出在相關(guān)時間的電流密度與閾值電流密度進(jìn)行比較的指令。
31. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中，在（d)中的所述指令包括用于將來自（c)的所 述電流密度軌跡輸出達(dá)到閾值電流密度的時間與閾值時間進(jìn)行比較的指令。
32. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中，在（d)中的所述指令包括用于積分第一時間和 第二時間之間的來自（c)的所述電流密度軌跡輸出，以計算電荷密度，并將所述電荷密度 與閾值電荷密度進(jìn)行比較的指令。
33. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中，在（d)中的所述指令包括用于計算來自在（a) 中在第一時間的所述第一電位軌跡輸出的電位與來自在（c)中在第二時間的所述第二電 位軌跡輸出的電位的比率，以及將該比率與閾值比率進(jìn)行比較的指令。
34. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)包括選自下組參數(shù)中的一個或多 個：閾值電流密度、閾值電荷密度、閾值時間、和閾值電位比率。
35. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其進(jìn)一步包括對電極和將所述對電極與所述工作電 極隔開的膜。
36. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述工作電極是旋轉(zhuǎn)盤狀電極。
37. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其進(jìn)一步包括流體能流過的通道，其中，所述工作電 極被定位在所述通道內(nèi)/上。
38. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中，所述一個或多個入口中的至少一個與用于電 鍍金屬到半導(dǎo)體襯底的電鍍裝置相連。
39. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其進(jìn)一步包括用于提供惰性氣體至所述分析室的氣 體入口。
40. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中，所述控制器還包括用于施加真空的條件至所 述分析室的指令。
41. 一種分析受關(guān)注的電鍍浴的方法，所述方法包括： (a) 在第一電極與所述受關(guān)注的電鍍浴接觸時，將電流施加到所述第一電極，其中所述 第一電極的表面基本上不充分促進(jìn)； (b) 記錄響應(yīng)于所施加的電流產(chǎn)生的所述第一電極的電輸出； (c) 在第二電極與所述受關(guān)注的電鍍浴接觸時，施加第二電流或電位至第二電極的基 本上完全促進(jìn)的表面， (d) 記錄在施加所述第二電流或電位時的所述第二電極的第二電輸出；和 (e) 根據(jù)包含在所述輸出中的信息，判定所述受關(guān)注的電鍍浴是否符合規(guī)定的電鍍規(guī) 范。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述第一和第二電極是在其上沉積有不同的表 面金屬的相同的電極。
【文檔編號】H01L21/768GK104233451SQ201410268283
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月14日
【發(fā)明者】里·布羅根, 史蒂文·T·邁耶, 馬修·托魯, 約瑟夫·理查森, 大衛(wèi)·W·波特, 傅海英 申請人:朗姆研究公司