CN119302041A - 电镀工具中的金属盐沉淀物的移除 - Google Patents

Abstract

公开的示例涉及电镀工具的循环回路内的金属盐沉淀物的移除。在一示例性方法中，于操作的处理阶段，金属盐溶液在工艺温度下流经循环回路以使金属在衬底上沉积。该金属盐溶液至少包含金属阳离子和对离子。在操作的沉淀物移除阶段，该金属盐溶液被加热到比该工艺温度高的温度。该加热的金属盐溶液接着流经循环回路持续一段时间以溶解金属盐溶液在循环回路中的金属盐沉淀物。该金属盐溶液接着被冷却至该工艺温度。

Description

电镀工具中的金属盐沉淀物的移除

背景技术

电镀可以用于集成电路的工艺以使导电薄膜在衬底上沉积。电镀涉及在衬底上将选择的金属的溶解离子电化学还原为元素态以形成该选择的金属的膜。电镀系统包含：让阴极电解质溶液循环通过的阴极室；以及让阳极电解质溶液循环通过的阳极室。阳离子交换膜位于阴极电解液室与阳极室电解液之间。该阳离子交换膜允许该选择的金属的质子和离子由阳极通往阴极且阻止阴离子和有机添加物通过。

发明内容

提供本发明内容，以利用简化的形式来介绍概念的选择，其将在以下的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不意图识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图用于限制所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决本公开内容的任何部分中所提到的任何或所有缺点的实现方案。

公开的示例涉及从电镀工具的循环回路内的金属沉淀物的移除。在一示例性方法中，于操作的处理阶段，金属盐溶液在工艺温度下流经循环回路以使金属在衬底上沉积。该金属盐溶液至少包含金属阳离子和对离子(counter ion)。在操作的沉淀物移除阶段，该金属盐溶液被加热到比该工艺温度高的温度。该加热的金属盐溶液接着流经循环回路持续一段时间以溶解金属盐溶液在循环回路中的金属盐沉淀物。该金属盐溶液接着被冷却至该工艺温度。

在一些这样的示例中，该方法还包含接收金属盐溶液在循环回路内的累积金属盐沉淀物的指示，以及响应于所接收的指示，启动操作的沉淀物移除阶段。

在一些这样的示例中，金属盐溶液在该循环回路中的累积金属盐沉淀物的指示系统替代地或附加地包含阳离子交换膜钝化的指示。

在一些这样的示例中，金属盐溶液在该循环回路中的累积金属盐沉淀物的指示替代地或附加地包含在阴极观察到的非均匀电流。

在一些这样的示例中，启动操作的沉淀物移除阶段替代或附加地还包含监测在操作的前一沉淀物移除阶段之后由电镀工具所执行的电镀的总库仑数。

在一些这样的示例中，该方法替代或附加地还包含，响应于当金属盐沉淀物的累积被指示时低于阈值的累积的总库仑数，在下一个闲置期启动操作的沉淀物移除阶段。

在一些这样的示例中，该方法替代或附加地还包含，响应于当金属盐沉淀物的累积被指示时高于该阈值的累积的总库仑数，在下一个闲置期之前启动操作的沉淀物移除阶段。

在一些这样的示例中，该金属盐溶液替代或附加地包含阴极电解液或阳极电解液。

在一些这样的示例中，该金属阳离子替代或附加地包含Cu²⁺，且对离子替代或附加地包含SO₄ ^2-。

另一示例提供了一种电镀工具。该电镀工具包含：衬底、金属盐溶液的循环回路，该循环回路包含：加热器、逻辑机、以及存储机，该存储机存储能由该逻辑机执行的指令。该指令能执行以，在操作的处理阶段，控制在工艺温度下该金属盐溶液通过该循环回路的流动以使金属在衬底上沉积，且在操作的沉淀物移除阶段中，控制该加热器以将金属盐溶液加热至高于工艺温度的温度，控制该金属盐溶液流流过该循环回路持续一段时间以溶解该循环回路中的金属盐沉淀物，及控制该加热器使该金属盐溶液冷却至该工艺温度。

在一些这样的示例中，该循环回路替代或附加地包含阴极室或阳极室。

在一些这样的示例中，该阴极室替代或附加地通过阳离子交换膜来和阳极室分隔开。

在一些这样的示例中，该阳极室替代地或附加地包含消耗性阳极。

在一些这样的示例中，该消耗性阳极替代地或附加地包含铜金属。

在一些这样的示例中，该金属阳离子替代或附加地包含Cu²⁺，且该相对阴离子替代或附加地包含SO₄ ^2-。

在一些这样的示例中，该操作的沉淀物移除阶段替代或附加地响应循环回路中累积的金属盐沉淀物的指示而启动。

另一示例提供了一种存储机，其存储还存储能由所述逻辑机执行的指令，所述指令用于，在电镀工具中，于操作的处理阶段，在工艺温度下控制金属盐溶液流过该循环回路的流动以使金属在衬底上沉积，且在操作的沉淀物移除阶段，控制加热器以将金属盐溶液加热至高于该工艺温度的温度，控制该金属盐溶液流过该循环回路的流动持续一段时间以溶解循环回路中金属盐溶液的金属盐沉淀物，并控制该加热器以使金属盐溶液冷却至该工艺温度。

在一些这样的示例中，该存储机替代或附加地还存储能由所述逻辑机执行的指令，所述指令用于接收循环回路中金属盐溶液的累积金属盐沉淀物的指示，且响应于所接收的指示，启动操作的沉淀物移除阶段。

在一些这样的示例中，该存储机替代或附加地还存储能由所述逻辑机执行的指令，所述指令用于，在当金属盐沉淀物的累积被指示时累积的总库仑数低于阈值的情况下，在下一个闲置期启动操作的沉淀物移除阶段。

在一些这样的示例中，该存储机替代或附加地还存储能由所述逻辑机执行的指令，所述指令用于，在当金属盐沉淀物的累积被指示时累积的总库仑数高于该阈值的情况下，在下一个闲置期前启动操作的沉淀物移除阶段。

附图说明

图1显示一示例性电镀工具的框图。

图2示意地描绘了一电镀工具的示例性电镀单元。

图3A和3B分别示意性描绘了在图2的电镀工具中于没有金属盐沉淀物和有金属盐沉淀物时的阳离子电流流动的示例。

图4显示了一流程图，其描述了电镀工具的一操作方法的示例。

图5描绘了针对图4的方法的示例性实现方案的金属盐溶液温度随时间变化的一示例性曲线。

图6示意地描绘了图2的电镀工具当执行图4方法的示例性实现方案时随时间变化的示例性状态。

图7显示了一示例性计算系统。

具体实施方式

术语“阳极”通常可代表在电镀工艺中发生电化学氧化处的一种导电结构。

术语“阳极室”通常可代表一种物理性结构，其被配置成容纳至少一个阳极和阳极电解液并提供与一阴极室的选择性分隔。

术语“阳极电解液”通常可代表在电镀工艺中于阳极室使用的一种溶液。

术语“阳极电解液浴(bath)”通常可代表在阳极室中的一种液态环境。

术语“阴极”通常可代表在衬底上的在电镀工艺期间通过将离子电化学还原而生长的导电层。

术语“阴极室”通常可代表一种物理性结构，其被配置成容纳至少一个阴极和阴极电解液并提供与阳极室的选择性分隔。

术语“阴极电解液”通常可代表在一电镀工艺中于阴极室使用的一种溶液。

术语“阴极电解液浴”通常可代表在阴极室中的一种液态环境。

术语“循环回路”通常可代表让液体随时间推移再循环通过的路径。该术语循环回路通常可代表阳极电解液的循环回路且也通常可代表阴极电解液的循环回路。

术语“消耗性阳极”通常可代表在电镀工艺中被电化学氧化的一种电极材料。

术语“电镀库仑数”通常可代表电荷量的量化，以库仑为单位测量，该电荷量用于随时间推移在一或多个衬底上电化学还原金属。

术语“相对阴离子”通常可代表在一溶液中对阳离子提供电荷平衡的阴离子。

术语“电镀”、“镀覆”、“沉积”，以及其变体通常可代表一或多种金属的溶解离子在衬底表面被还原以形成该一或多种金属的膜的工艺。

术语“电镀工具”通常可代表被配置成执行电镀的机器。

术语“高电阻虚拟阳极”(HRVA)通常可代表定位于衬底保持器与电镀工具的阳极之间的离子电阻结构，在电镀时离子从阳极流过该离子电阻结构而流向阴极。HRVA近似邻近该阴极的适当恒定且均匀的电流源。

术语“闲置期”通常可代表电镀工具并未被安排在衬底上执行电镀的时间段。

术语“阳离子交换膜”通常可代表一种膜，其选择性地让一或多种阳离子物质通过同时阻挡其他物质(诸如阴离子物质及有机物质)的通过。

术语“金属盐溶液”通常可代表包含溶解的金属离子和相对阴离子的溶液。

术语“金属阳离子”通常可代表处于正氧化态的金属原子。

术语“金属盐沉淀物”通常可代表溶液所产生的固态金属盐沉淀物。

术语“非均匀电流”通常可代表在与电流方向相交的区域包含不同幅值的离子流或电流。

术语“钝化”当被用于参照阳离子交换膜时会通常涉及减少或抑制通过阳离子交换膜的传送的金属盐沉淀物涂层。

术语“沉淀物移除阶段”通常可代表电镀工具的操作时段，在该时段期间金属盐沉淀物溶解于金属盐溶液中且衬底并未经受处理。

术语“处理阶段”通常可代表电镀工具的操作区段，此时衬底经受处理。

术语“工艺温度”通常可代表金属盐溶液在进行电镀操作时的温度。

术语“衬底”代表上面能沉积膜的任何物体。

在半导体工艺工业中，对在衬底上电镀金属的同时保持高均匀性的要求快速增加。为符合该要求，电镀技术倾向较高的电镀电流，以及能帮助提高电镀速率的化学物质。例如，阴极电解质溶液和阳极电解质溶液可能包含接近饱和浓度的金属盐。然而，该条件可能造成随时间而在电镀工具中所形成的金属盐沉淀物的沉积。

作为一个特别的示例，为实现相对高的铜电镀生长率，电镀电流可能超过10安培。此外，阴极电解液和阳极电解液可能包含硫酸铜(CuSO₄)、硫酸(H₂SO₄)和其他可能的支持添加物的接近饱和的溶液。铜电镀运用阳离子交换膜来分隔阳极电解液室和阴极电解液室以防止有机添加物于该阳极处的氧化。示例性的阳离子交换膜可能包含磺化四氟乙烯基(sulfonated tetrafluroethylene-based)的氟聚合物共聚物(fluoropolynmer-copolymer)。从阳极电解液通过该阳离子交换膜而到达阴极电解液的金属离子使与阳离子交换膜邻近的阴极电解液中的金属离子的浓度增加。这样的局部浓度增加可能造成在某些情况下阳离子交换膜处的阴极电解质溶液过饱和。这可能使金属盐沉淀物在阳离子交换膜和/或邻近结构处形成。该交换膜处的阴极电解液的低对流也可能导致沉淀产生以及晶体生长。随着时间推移，沉淀的加厚可能导致阳离子交换膜的部分钝化。这可能会对电镀膜在衬底上的均匀性造成负面影响。

目前，使遭遇沉淀累积的工具恢复目标衬底沉积轮廓的一个主要策略是人工干预。人工干预可能包含移除/代替该被影响的膜和零件。这样的干预至少因零件的成本及对工具可用时间的影响而可能是耗时且相对昂贵的。其他的策略，例如减少金属离子浓度和/或电镀用的电流，可能降低工具的效用。

相应地，公开了一示例，其涉及使用原位热处理循环从电镀工具的循环回路中移除金属盐沉淀物。该公开示例为非侵入性、原位的工艺，其运用潜在适度提高循环金属盐溶液的温度来溶解电镀工具部件累积的金属盐沉淀物。该公开示例可以帮助避免沉淀物累积所致的零件替换，且可减少沉淀物移除对工具可用时间造成的整体影响。虽然本文中主要描述铜电镀工具和硫酸铜晶体在阳离子交换膜的累积，但该方法可与在任何合适的电镀工具上的任何合适的化学物质一起使用。此外，该公开示例甚至可容许严重晶体堆积的改善。此外，由于该公开的工艺为非侵入性的，该工艺可在不破坏电镀工具的平面的情况下执行。

在更详细的讨论这些示例前，图1示意地描绘了一示例性电镀工具100的框图。电镀工具100包含电镀单元102，其包含阳极室104和阴极室106。电镀工具100还包含分隔阳极室104和阴极室106的阳离子交换膜108，以及在阴极室106中的HRVA 109。阳极室104包含阳极110。阳极室104还包含阳极电解液。阴极室106包含阴极电解液。该阴极电解液包含离子物质，其会在衬底111的阴极层通过电化学还原以金属态沉积。阳极110可包含由该被沉积金属形成的消耗性阳极，或可包含惰性阳极。当阳极110包含被沉积的金属，阳极110的电化学氧化至少可以部分补充因电镀过程而消耗的离子物质。有时可加入本体(bulk)阳极电解质溶液和/或阴极电解质溶液以补充该离子物质。

阳离子交换膜108避免有机物质和阴离子物质在阴极室106和阳极室104间穿越，同时允许金属离子由阳极室104穿越至阴极室106。如上所述，HRVA 109包含离子电阻性元件，其近似于邻近衬底阴极的适当恒定且均匀的电流源。

衬底保持器112耦合至衬底保持器移动系统113，该衬底保持器移动系统113包含升降机114，其被配置成调整衬底保持器112与HRVA 109之间的空间。例如，升降机114可能降低衬底保持器112以使衬底111位于阴极电解液中以进行电镀。升降机114还可于电镀后将衬底保持器112从阴极电解液升高。衬底保持器移动系统113还可包含部件以控制衬底保持器112的打开和关闭。

该阴极电解液可通过重力和一或多个泵122的组合在阴极室106与阴极电解液贮存器120之间循环。同样，该阳极电解液可通过重力和一或多个泵126的组合在阳极室104与阳极电解液贮存器124之间循环。可包含直列式加热器127和128，例如加热器/冷却器，以分别控制阴极电解液和阳极电解液的温度。

在一些电镀工具中，电镀操作可以在多个衬底上用多个电镀单元并行执行。在一些这样的示例中，中央阴极电解液和/或阳极电解液贮存器可对多个电镀单元供给阴极电解液和/或阳极电解液。在其他这样的示例中，独立的阴极电解液和/或阳极电解液贮存器可用来供给多个电镀单元。还有其他示例中，电镀工具可包含单独的电镀单元。当电镀工具包含多个电镀单元时，一个单独的升降机可被配置以抬高两个或更多个不同电镀单元的两个或更多个衬底保持器。

在衬底111被装入衬底保持器112之后衬底保持器112被升降机114朝HRVA 109降低。衬底111朝向该HRVA 109的表面，且在电镀过程中和HRVA 109以电镀间隙分隔。在阳极110与衬底111之间建立电场。该电场驱使溶解的金属阳离子由阳极室104进入阴极室106。在衬底111，金属阳离子被电化学还原以沉积在衬底111上。阳极电位通过荷电板115作用在阳极110且阴极电位通过阴极电接116供给至衬底111的阴极以形成回路。在一些示例中，在电镀过程中衬底保持器112可以通过旋转马达117旋转。

电镀工具100还包含计算系统130，其各方面在下面相对于图7更详细描述。计算系统130可包含可执行的指令以控制电镀工具100的任何合适功能。功能的示例包含电镀工艺、衬底装入/卸除工艺以及沉淀物溶解工艺。示例的沉淀物溶解工艺在下面更详细说明。在一些示例中，计算系统130可被配置以通过合适的计算机网络和远程计算系统140联络。远程计算系统140可包含任何适合的计算系统。示例包含网络工作站计算机、企业计算系统、和/或云端计算系统。可以理解的是在某些示例中远程计算系统140可与多个电镀工具通信并控制该多个电镀工具。

图2示意地描绘了电镀工具的一示例性电镀单元202。电镀单元202为图1的电镀单元102的一个示例。电镀单元202包含阳极室204和阴极室206。电镀单元202还包含分隔阳极室204和阴极室206的阳离子交换膜208。电镀单元202还包含安置在阴极室206中的HRVA209。

阳极室204包含配置阳极212于其中的阳极电解液浴210。在此示例中，阳极212包含铜金属阳极。在其他示例中，阳极212可包含惰性阳极。阴极室206包含阴极电解液浴214，其包含将被沉积在作为阴极的衬底216上的铜离子(Cu²⁺)。阴极电解液浴214位于阴极电解液循环回路220中。阴极电解液由入口222进入阴极室206并由出口224离开。阴极电解液循环回路220包含包含被配置成调整和/或维持流经阴极电解质回路220的阴极电解液的温度的加热器226(例如加热器/冷却器)。

相似地，阳极电解液浴210位于阳极电解液循环回路230中。阳极电解液由入口232进入阳极室204并由出口234离开。阳极电解液循环回路230包含被配置成调整和/或维持流经阳极电解液循环回路220的阳极电解液的温度的加热器236(例如加热器/冷却器)。电压源240横跨衬底216和阳极212而施加电压以驱使铜离子流动以沉积在衬底216上。

对于铜电镀，在一些示例中，阳极212可能包含铜块(例如：球)或一铜版。如上面所提及，在其他示例中，阳极212可包含惰性阳极。在描述的示例中，施加的电压造成铜金属于阳极212氧化成Cu²⁺。阳离子交换膜208使Cu²⁺离子由阳极电解液浴210流往阴极电解液浴214。通过阳离子交换膜208的Cu²⁺离子取代至少一些阴极电解液浴214中被还原到衬底216上的铜离子。

加热器226可被控制以在电镀工艺中将阴极电解液浴214维持在预定工艺温度。加热器236同样地可被控制以在电镀工艺中将阳极电解液浴210维持在预定工艺温度。该工艺温度可能在一些工艺中包含相对低的温度。例如，在一些铜沉积的工艺中可使用22℃-26℃范围的工艺温度。

如上面所提及的，一些电镀情况可能增加靠近阳离子交换膜表面的阴极电解液的溶解铜离子浓度。造成的浓度可能在工艺温度下超过阴极电解质溶剂(例如：水)的溶解度上限。这可能导致在该阳离子交换膜上形成晶体。在图2的示例中，阳极电解液浴210中的Cu²⁺离子通过阳离子交换膜208并进入阴极电解液浴214。因此，在阳离子交换膜208正上方的阴极电解液包含来自阴极电解液浴214中的阴极电解液的离子以及由阳极电解液浴210流入的额外的Cu²⁺。当电镀电流增加时该额外Cu²⁺离子的浓度增加。如果无充足的阴极电解液回流以移除过多的Cu²⁺离子，膜上方的溶液可能会在该膜上沉淀固态铜盐。CuSO₄可能是铜盐沉淀物的主要成分。含铜的阴极电解液也可能包含氯离子和磺酸阴离子(sulfonateanion)，其也可能形成铜沉淀物。金属盐沉淀物也可能发生在其他电镀化学品中。示例包含锡和锡-银合金。对于锡-银合金，示例性的相对阴离子包含甲基磺酸(methylsulfonicacid)以及有机酸。对于其他电镀金属，包含钴、铟和镍，也可能发生沉淀物。

阳离子交换膜208上的金属盐沉淀物的存在可能阻挡流体传输和电流的分布。这样的情形可被称作钝化。如果膜上的区域部分或全部被钝化，则可能导致非均匀的电流分布。这可能造成衬底上非均匀的金属电镀。

在一些示例中，一或多个传感器可能位于电镀单元202中或附近以监测情况并提供可能指示金属盐沉淀物的累积的非均匀指示。例如，电镀单元202可以包含阴极电流传感器阵列242和/或光学传感器246。阴极电流传感器阵列242可以监测在衬底216上不同位置的电流。光学传感器246可被安装以观察阳离子交换膜208的表面来提供金属盐沉淀物累积的视觉监测。光学传感器246可包含光电二极管、相机和/或其他合适的光学感测装置。除显示的那些之外，额外的光学传感器，和/或其他传感器可能安装在电镀单元202内及附近。

图3A和3B示意地描绘了电流在电镀单元202中流动的示例。图3A显示了阳离子交换膜208上无金属盐沉淀物的电流流动。图3B显示阳离子交换膜208上有金属盐沉淀的电流流动。首先参照图3A，由阳极212出发的离子流305在整个阳极212是均匀的，穿过阳离子交换膜208，以及穿过HRVA 209。这产生均匀的电流310及在衬底206上的沉积。

接着参照3B，阳离子交换膜208被金属盐沉淀物325部分钝化。阳离子交换膜208的具有较高程度的金属盐沉淀物325积聚的区域322对应于相较于衬底的部分330经历较慢的金属沉积速率的衬底的部分327。

回到图2，金属盐沉淀物可能在阴极电解液循环回路220和/或阳极电解液循环回路230的其他位置沉积。例如，电镀工具可能会在一或多个阴极电解液循环回路220或阳极电解液循环回路230中使用水管理和移除系统以移除过多的水。当溶剂被从浴中移除，离子浓度有效地增加。这可造成金属盐在水管理和移除系统中沉淀。沉淀物也可能在高挥发区域附近的其他位置发生。

在一些情况下，金属盐沉淀物可能在阳极电解液循环回路230中产生。例如，一些电镀工艺可以在阳极电解液浴210使用与阴极电解液浴214相似的高浓度的铜。当阳极室存在低循环情况时，金属盐沉淀物可能形成。该阳极室中的金属盐沉淀物可能造成类似于阳离子交换膜钝化的性能问题。例如，当金属盐沉淀物在阳极的数个区域形成时，铜的氧化会在这些区域被阻止。这可能造成阳极212与衬底216之间的离子流非均匀性。

金属盐沉淀物也可能在电镀单元202的零件之间形成。例如，金属盐沉淀物可能发生在HRVA 209与膜框架如之间的密封件(如340所示)上。如果该密封件并未被完全清理，该沉积会造成漏电流。

如上面提及的，从电镀工具清除金属盐沉淀物的人工干预可能是耗时且昂贵的。因此，图4显示了一流程图，其描述了示例性方法400，其用于以在无人工干预的情况下可移除金属盐沉淀物的方式操作电镀工具。方法400可由电镀工具的计算系统(如计算系统130)控制。例如，方法400可能被编码成可由计算系统的逻辑设备执行的存储在计算系统的存储装置的指令。方法400也可由电镀工具的操作者手动控制。

在410部分，方法400包含，在操作的处理阶段，使金属盐溶液在电镀工艺中流过包含阴极室的循环回路。该金属盐溶液在工艺温度下流过该循环回路。该金属盐溶液至少包含金属阳离子和相对阴离子。该工艺温度可基于该处理阶段的状况预先确定。

在一些示例中，沉积的金属包含铜以及包含Cu²⁺的金属阳离子。在这样的示例中，金属盐溶液的示例性工艺温度可包含介于22-26℃的温度。在其他示例中，该沉积金属可包含锡、银、铟、钴、镍，或其他导电金属。在这样的示例中，该金属阳离子可为相应金属的可溶阳离子。在一些示例中该沉积金属可能为合金或包含两种或更多种金属的焊接材料，例如锡-银合金。在这样的示例中，该金属盐溶液可能包含两种或更多种金属阳离子，例如Sn²⁺和Ag⁺。对于选定的一种以上的金属阳离子，任何合适的相对阴离子或相对阴离子的组合都可使用。示例包含SO₄ ^2-、Cl^-、氢氧根(hydroxide)、磺酸根(sulfonate)等等。在一些示例中，该金属盐溶液包含阴极电解液。在其他示例中，该金属盐溶液可额外地或可替代地包含阳极电解液。

在一些示例中，对于电镀工具及其部件的视觉检测可被周期性地执行以检测金属盐沉淀物。同样，可执行衬底分析以感测可能指示不适当金属盐沉淀量存在的金属膜性质(例如：非均匀生长)。

可选择地，在其他示例中，自动感测可被用于感测可能指示金属盐沉淀物累积的情况。因此，方法400可包含，在420中，接收循环回路中金属盐沉淀物累积的指示，并响应与收到的该指示而启动操作的沉淀物移除阶段。例如，可能接收到阳离子交换膜钝化的指示。举例来说，建构以感测阴极电流的电流传感器(例如:阴极电流感测阵列242)可感测在衬底上不同位置流动的非均匀电流。在另一示例中，光学感测(例如：光学传感器246)可被用来检测在易于累积沉淀物的结构上的沉淀物。此外，照相机可被用来拍摄电镀单元，且经训练的机器学习分类器可被用来检测由照相机处获得的图像数据中沉淀物的存在。这样的机器学习功能可以通过使用显示一系列的沉淀物条件的标记图像数据的监测学习程序来训练。示例性的机器学习功能包含合适的类神经网络，例如残差神经网络(residual neuralnetworks)。这样的机器学习功能可以运用反向传播算法和适当的成本函数来训练。示例性的成本函数中包含二次成本函数、交叉熵成本函数和指数成本函数。

作为另一示例，电荷感测可被用来检测自从上一操作的沉淀物移除阶段以来由电镀工具执行的电化学金属还原的累积量。这样的电荷感测可以通过监测阴极电流的电流检测器来执行。在一些示例中，超过阈值的累积的总库仑数可被用作执行沉淀物移除阶段的触发器。

在其他示例中，当可能指示不适当数量沉淀物的工艺条件被检测到时，累积的总库仑数被用来确定应采取的行动。例如，在430部分，方法400选择性地包含监测在上一操作的沉淀物移除阶段之后该电镀工具执行的电镀的总库仑数。在432部分，检测指示可能的沉淀风险的工艺条件，如上所述。作为响应，在434，方法400确定累积总库仑数是否低于或满足阈值。当累积库仑数低于该阈值时，可在下一个闲置期执操作的沉淀物移除阶段行，如436提及的。另一方面，在438部分，当该累积库仑数满足该阈值时，操作的沉淀物移除阶段可在下一闲置期之前启动(例如：在目前在工具处等待处理的任何衬底完工时)。在执行沉淀物移除阶段后，该累积的总库仑数可被重置。

累积库仑量阈值可被预先确定，或可能基于操作条件而有所不同。例如，该累积库仑量阈值可以基于例如金属盐溶液组成和浓度、金属盐溶液的流速、电镀间隙的距离、和/或电镀电流之类的条件的变化而随时间自动改变。在一些示例中，可配置用户接口以警示用户何时(例如：在下一闲置期，或在下一闲置期之前的特定点，例如当一目前的前开式晶片传送盒(FOUP)或其他衬底载具的全部晶片已被处理)应执行操作的沉淀物移除阶段。

继续图2，在430部分，方法400包含，在操作的沉淀物移除阶段中，将金属盐溶液加热至比工艺温度高的温度。该操作的沉淀物移除阶段还包含使金属盐溶液流过循环回路一段时间以溶解该金属盐溶液在循环回路中的金属盐沉淀物。该操作的沉淀物移除阶段还包含，在使该金属盐溶液流经循环回路一段时间之后，冷却该金属盐溶液至工艺温度。例如，当该工艺温度为25℃时，该金属盐溶液的温度在该沉淀物移除阶段期间可被加热至34℃-37℃范围的温度。该金属盐溶液的温度接着可在沉淀物移除阶段之后被冷却回该工艺温度。再溶解的金属盐沉淀物可能只对在当再溶解时的金属盐溶液中的金属阳离子和对离子的总数有不大的影响。因此该金属盐溶液浓度在沉淀物移除阶段后可能不需调整。

在一些示例中，其他操作条件可在沉淀物移除阶段期间调整。例如，金属阳离子的浓度可通过暂时稀释金属盐溶液而降低。接着可将该浓度恢复至用来在衬底上电镀的浓度。还可以调整金属盐溶液的流速。

沉淀移除的温度及持续时间可基于不同因素确定。示例性因素包含工艺温度、金属盐溶液流速、金属盐溶液浓度和/或组成、电镀用的电流、阴极电流在不同衬底位置测量到的非均匀性，和/或从上一操作沉淀物移除阶段以来的时间长度。

图5显示了一曲线500，其描绘了针对方法400的示例性实现方案，金属盐溶液温度随时间变化的示例。在时间t₀时，该电镀工具在操作的处理阶段运行，且该金属盐溶液正以工艺温度(T1)在一循环回路中流通。在时间t₁时，接收到金属盐溶液于循环回路中的金属盐沉淀物的指示。在时间t₂时，启动沉淀物移除阶段，且将该金属盐溶液的温度升高直到于时间t₃到达高于工艺温度的选择的温度(T2)。

该金属盐溶液接着在被升高的温度下于循环回路流通一段时间(例如：从时间t₃到时间t₄)。这容许沉淀物重新溶解。这也容许被动冲洗/对流(irrigation/convection)以由该膜或其他积聚的位置移除任何产生的浓缩溶液。例如，阴极电解液跨越阴极室的流动会建立跨越HRVA的溶液交换，造成阴极电解液流过该HRVA进入在HRVA与离子交换膜之间的容积。阴极电解液跨越HRVA的流动也造成阴极电解液在HRVA与该阳离子交换膜之间的容积中的阴极电解液的对流。在一些示例中该持续时间可为大约2-4小时。在其他示例中，该持续时间可能更短或更长，具体取决于操作的条件。

在时间t₄时，该沉淀物移除阶段结束，且金属盐溶液的温度降至工艺温度T1。在溶液温度稳定途中可能会有一些于T1附近的温度震荡的发生。在时间t₅时，金属盐溶液温度已经稳定，且电镀工具可回到处理阶段。

图6描绘了当图2的电镀工具执行图4的方法的示例性实现方案时随时间推移的一些示例状态。在600，电镀单元202在操作的处理阶段运性，且阴极电解液在25℃的工艺温度于循环回路220中流通，被动冲洗HRVA 209，如602所示。如图所示，阳离子交换膜208被金属盐沉淀物604所钝化，且于衬底216处观察到影响。

在610，电镀单元202进展至操作的沉淀物移除阶段。阴极电解液通过加热器226被加热到升高的温度(例如35℃)。当温度升高时，金属沉淀物的溶解进展，如612处所示。在此情况下固体沉淀物迅速溶解。产生的浓缩金属盐溶液通过被动冲洗(irrigation)来移除(例如：每分钟70升的阴极电解液流速)。在620，当所有金属盐沉淀物溶解且从阴极室206处冲洗时该升高的温度维持不变。在630，电镀化学品回到初始温度以重新开始电镀操作。

CuSO₄在水溶液中的溶解度极限随着温度呈指数增加。在晶体产生的条件下(例如：低温电镀溶液)，溶解的硫酸铜浓度在阳离子交换膜界面是饱和的。通过暂时提高电镀化学品的温度，即使只有相对小的幅度(例如：10℃-12℃)，该溶液溶解额外的CuSO₄的能力也显著增加。

因此，所公开的示例可允许金属盐沉淀物在无人工干预下从电镀工具的阴极电解液循环回路和/或阳极电解液循环回路中移除。该公开的示例还可帮助恢复被钝化的阳离子交换膜。这可以帮助减少阳离子交换膜的替换频率。因此，沉淀物可以与人工干预方法相比以较短工具停机时间及较少花费来移除。

在一些实施方案中，本文中所述的方法和处理可结合至一个或更多计算设备的计算系统。具体而言，这样的方法和处理可被实现为计算机应用程序或服务、应用程序编程接口(API)、库和/或其它计算机程序产品。

图7示意性地显示了计算系统700的非限制性实施方案，其可执行上述方法和处理中的一或多者。计算系统700以简化的形式而显示。计算系统700可采用下列形式：一台或更多个人计算机、工作站、与晶片处理工具整合的计算机和/或网络可存取服务器计算机。

计算系统700包括逻辑机710和存储机720。计算系统700可以可选地包括显示子系统730、输入子系统740、通信子系统750和/或图7中未显示的其他部件。计算系统130是计算系统700的一个示例。

逻辑机710包括一个或多个被配置为执行指令的物理设备。例如，逻辑机可以被配置为执行作为一个或多个应用程序、服务、程序、例程、库、对象、部件、数据结构或其他逻辑构造的一部分的指令。可以实施此类指令以执行任务、实施数据类型、转换一个或多个部件的状态、实现技术效果或以其他方式达到期望的结果。

逻辑机可以包括一个或多个被配置为执行软件指令的处理器。附加地或替代地，逻辑机可以包括被配置为执行硬件或固件指令的一个或多个硬件或固件逻辑机。逻辑机的处理器可以是单核或多核的，其上执行的指令可以配置为顺序、并行和/或分布式处理。逻辑机的各个部件可选地可以分布在两个或更多个单独的设备中，这些设备可以远程定位和/或配置用于协调处理。逻辑机的各个方面可以通过在云计算配置中配置的可远程访问的联网计算设备来虚拟化和执行。

存储机720包括一个或多个物理设备，所述物理设备被配置为保存指令755，所述指令755可由逻辑机执行以实现本文描述的方法和工艺。当这样的方法和工艺被实现时，存储机720的状态可以被转换——例如，以保存不同的数据。

存储机720可以包括可移动和/或内置设备。存储机720可以包括光存储器(例如，CD、DVD、HD-DVD、蓝光光盘等)、半导体存储器(例如，RAM、EPROM、EEPROM等)和/或磁存储器(例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、MRAM等)。存储机720可以包括易失性、非易失性、动态、静态、读/写、只读、随机访问、顺序访问、位置可寻址、文件可寻址和/或内容可寻址设备。

应当理解，存储机720包括一个或多个物理设备。然而，可选地，本文描述的指令的方面可以通过不由物理设备持有有限持续时间的通信介质(例如，电磁信号、光信号等)传播。

逻辑机710和存储机720的方面可以一起集成到一个或多个硬件逻辑部件中。例如，此类硬件逻辑部件可以包括现场可编程门阵列(FPGA)、特定于程序和应用的集成电路(PASIC/ASIC)、特定于程序和应用的标准产品(PSSP/ASSP)、芯片上系统(SOC)和复杂的可编程逻辑器件(CPLD)。

当包括时，显示子系统730可用于呈现由存储机720保存的数据的视觉表示。该视觉表示可采用图形用户界面(GUI)的形式。由于此处描述的方法和工艺改变了存储机所持有的数据，并因此改变了存储机的状态，显示子系统730的状态同样可以被转换以可视化地表示底层数据的改变。显示子系统730可以包括使用几乎任何类型的技术的一个或多个显示设备。这样的显示设备可以与共享机柜(a shared enclosure)中的逻辑机710和/或存储机720组合，或者这样的显示设备可以是外围显示设备。

当被包括时，输入子系统740可以包括一个或多个用户输入设备(例如键盘、鼠标或触摸屏)或可以与之交互。在一些实施方案中，输入子系统可以包括选定的自然用户输入(NUI)部件或与选定的自然用户输入(NUI)部件交互。这样的部件可以是集成的或外围的，并且输入动作的转换和/或处理可以在机(on-board)或机外处理。示例性NUI部件可以包括用于语音和/或声音识别的麦克风，以及用于机器视觉和/或手势识别的红外、彩色、立体和/或深度相机。

当被包括时，通信子系统750可以被配置为将计算系统700与一个或多个其他计算设备通信耦合。通信子系统750可以包括与一种或多种不同通信协议兼容的有线和/或无线通信设备。作为非限制性示例，通信子系统可以被配置为使用无线电话网络、或者有线或无线局域网或广域网进行通信。在一些实施方案中，通信子系统可以允许计算系统750通过诸如因特网之类的网络向其他设备发送消息和/或从其他设备接收消息。

应当理解，本文描述的配置和/或方法在本质上是示例性的，并且这些特定的一个或多个实施方案不应被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。此处描述的具体例程或方法可以代表任何数量的处理策略中的一种或多种。因此，所示出和/或描述的各种动作可以以所示出和/或描述的顺序、以其他顺序、并行或省略来执行。同样，可以改变上述工艺的顺序。

本公开的主题包括各种工艺、系统和配置的所有新颖和非显而易见的组合和子组合，以及本文公开的其他特征、功能、行为和/或特性，以及其任何和所有等同方案。

Claims (20)

1.一种操作电镀工具的方法，所述方法包含：

在操作的处理阶段，使金属盐溶液在工艺温度下流动通过循环回路以在衬底上沉积金属，所述金属盐溶液至少包含金属阳离子和相对阴离子；以及

在操作的沉淀物移除阶段，将所述金属盐溶液加热至高于所述工艺温度的温度，使所述金属盐溶液流动通过所述循环回路持续一段时间以在所述循环回路中溶解所述金属盐溶液的金属盐沉淀物，接着将所述金属盐溶液冷却至所述工艺温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其还包含接收所述金属盐溶液在所述循环回路内的累积金属盐沉淀物的指示，且以响应所接收的所述指示启动操作的所述沉淀物移除阶段。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述金属盐溶液在所述循环回路内的累积金属盐沉淀物的所述指示包含阳离子交换膜的钝化的指示。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述金属盐溶液在所述循环回路内的累积金属盐沉淀物的所述指示包含：在阴极处观察到的非均匀电流。

5.根据权利要求2所述的方法，其中启动操作的所述沉淀物移除阶段还包含：监测在操作的前一沉淀物移除阶段之后由所述电镀工具执行的电镀的总库仑数。

6.根据权利要求5所述的方法，其还包含，响应于当金属盐沉淀物的累积被指示时低于阈值的累积的总库仑数，在下一闲置期启动操作的所述沉淀物移除阶段。

7.根据权利要求6所述的方法，其还包含，响应于当金属盐沉淀物的累积被指示时高于所述阈值的累积的总库仑数，在所述下一闲置期之前启动操作的所述沉淀物移除阶段。

8.根据权利要求2所述的方法，其中所述金属盐溶液包括阴极电解液。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属阳离子包含Cu²⁺，且其中所述相对阴离子包含SO₄ ^2-。

10.一种电镀工具，其包含：

衬底；

金属盐溶液的循环回路，所述循环回路包含加热器；

逻辑机；以及

存储机，其存储能由所述逻辑机执行的指令，所述指令用于：

在操作的处理阶段，控制所述金属盐溶液在工艺温度下通过所述循环回路的流动以在所述衬底上沉积金属；以及

在操作的沉淀物移除阶段，控制所述加热器以将所述金属盐溶液加热至高于所述工艺温度的温度，控制所述金属盐溶液通过所述循环回路的流动持续一段时间以溶解所述循环回路中的金属盐沉淀物，以及控制所述加热器以将所述金属盐溶液冷却至所述工艺温度。

11.根据权利要求10所述的电镀工具，其中所述循环回路包含阴极室。

12.根据权利要求11所述的电镀工具，其中所述阴极室通过阳离子交换膜而与阳极室分隔开。

13.根据权利要求12所述的电镀工具，其中所述阳极室包含消耗性阳极。

14.根据权利要求13所述的电镀工具，其中所述消耗性阳极包含铜金属。

15.根据权利要求14所述的电镀工具，其中所述金属盐溶液至少包含Cu²⁺和SO4^2-。

16.根据权利要求10所述的电镀工具，其中响应于金属盐沉淀物在所述循环回路内累积的指示，启动操作的所述沉淀物移除阶段。

17.一种存储机，其存储能由逻辑机执行的指令，所述指令用于：

在电镀工具，于操作的处理阶段，控制金属盐溶液在工艺温度下通过循环回路的流动以在衬底上沉积金属；以及

在操作的沉淀物移除阶段，控制加热器以将所述金属盐溶液加热至高于所述工艺温度的温度，控制所述金属盐溶液通过所述循环回路的流动持续一段时间以溶解所述循环回路中的所述金属盐溶液的金属盐沉淀物，以及控制所述加热器以将所述金属盐溶液冷却至所述工艺温度。

18.根据权利要求17所述的存储机，其还存储能由所述逻辑机执行的指令，所述指令用于：

接收在所述循环回路中所述金属盐溶液的累积金属盐沉淀物的指示，并响应于所接收的所述指示启动操作的所述沉淀物移除阶段。

19.根据权利要求18所述的存储机，其还存储能由所述逻辑机执行的指令，所述指令用于：

在当金属盐沉淀物的累积被指示时累积的总库仑数低于阈值的情况下，在下一闲置期启动操作的所述沉淀物移除阶段。

20.根据权利要求19所述的存储机，其还存储能由所述逻辑机执行的指令，所述指令用于：

在当金属盐沉淀物的累积被指示时累积的总库仑数高于所述阈值的情况下，在所述下一闲置期之前启动操作的所述沉淀物移除阶段。