CN111560638A - 晶圆电镀设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆电镀设备，包括：壳体，壳体内形成有腔室，壳体上设有分别与腔室连通的进液口和出液口；隔离板，其设置在腔室内，并将腔室隔离出第一腔室和第二腔室，且所述第二腔室与进液口连通；导流组件，所述导流组件安装隔离板上，并位于与所述进液口相对的一侧面，导流组件上设有多个导流孔；阳极组件，阳极组件位于第一腔室内，并与导流组件连接，阳极组件上设有多个喷流孔，多个喷流孔与多个导流孔一一对应；晶圆夹持机构，晶圆夹持机构包括晶圆托盘和与晶圆托盘连接的转轴，转轴的第一端穿过壳体并置于第一腔室内部。本发明的设备可以同时解决光阻图层内容易残留气泡及气泡不能及时排除的问题和电镀液均匀性差的问题，提高晶圆电镀的质量。

Description

晶圆电镀设备

技术领域

本发明涉及半导体电镀技术领域，特别涉及一种晶圆电镀设备。

背景技术

由于晶圆电镀只电镀一面，另外一面是硅，也即是说电镀只镀有导电层的那一面，导电层上方通常还有光阻形成的图层。晶圆作为阴极，阳极在铜面那一侧。目前晶圆电镀设备根据阴阳极的位置划分主要有两种，一种是垂直电镀装置，即晶圆垂直放置，阳极在铜面一侧。一种是水平电镀装置，即晶圆水平放置，晶圆待镀面朝下，阳极设在晶圆下方，这样便于晶圆的装卸。由于晶圆越做越大，目前主流硅晶圆直径都是300mm，在晶圆垂直放置，电镀时候，如果光阻图层内有气泡，气泡相对容易排除，但是电镀时候，上下存在一定压力差，溶液流动可能也存在上下流速的差异，对电镀的形貌和均匀性会有一定的影响。而水平电镀装置，通常晶圆水平，待镀面各处在镀液中处于同一深度，各处压力相同，所以电镀均匀性很好。另外，由于晶圆在上面，装卸晶圆很方便。如果光阻图层内部有气泡，则气泡基本无法排除，所以对晶圆进入液体要求很高，要求晶圆进入液体后，电镀前，必须将气泡完全排除。图形复杂的产品需要进行抽真空，倾斜进入镀液。

另外，如果通过晶圆旋转的办法，改善均匀性，但是由于晶圆在旋转过程中，边缘的线速度远高于中央线速度，所以还是存在溶液交换能力的差异，即晶圆边缘溶液交换能力远高于中央，也会导致电镀形貌中央和边缘存在一定差异。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种晶圆电镀设备，既能够解决光阻涂层内有气泡的问题，又能够解决电镀液在待镀面的均匀性差的问题。

根据本发明实施例的晶圆电镀设备，包括：

壳体，所述壳体内形成有用于容纳电镀液的第一腔室，所述壳体上设有分别与第一腔室连通的进液口和出液口；

隔离板，所述隔离板设置在所述第一腔室内，并在所述第一腔室内隔离出第二腔室，且所述第二腔室与所述进液口连通，以使所述电镀液通过所述进液口流进所述第二腔室，在由所述第二腔室流进所述第一腔室内；

导流组件，所述导流组件安装隔离板上，并位于与所述进液口相对的一侧面，所述导流组件上设有多个导流孔；

阳极组件，所述阳极组件位于所述第一腔室内，并与所述导流组件连接，所述阳极组件上设有多个喷流孔，多个所述喷流孔与多个所述导流孔一一对应；

晶圆夹持机构，所述晶圆夹持机构包括晶圆托盘和与晶圆托盘连接的转轴，所述转轴的第一端穿过所述壳体并置于所述第一腔室内部，所述晶圆托盘与所述转轴的第一端固定连接，并与所述阳极组件相对设置，以使所述电镀液从所述喷流孔流出后，流向夹持在所述晶圆托盘上的晶圆的待镀面。

在发明的一个实施例中，所述第一腔室内还设有第三腔室，所述第一腔室与所述第三腔室之间通过溢流口连通，所述溢流口位于所述第一腔室的与所述晶圆托盘相背离的一侧；所述出液口包括第一出口和第二出口，所述第一出口与所述第三腔室连通，所述第二出口与所述第一腔室连通。

在发明的一个实施例中，所述进液口位于所述导流组件的中心位置的正上方，所述导流孔的孔径与所述喷流孔的孔径大小相等，所述导流孔从所述阳极组件的中心位置向外周的孔径逐渐增大。

在发明的一个实施例中，所述导流组件上设有多个导流板，所述导流板沿所述导流组件的径向分层设置，各层之间的导流板的高度自所述导流组件的中心位置向外周逐渐递减，各层所述导流板之间设置有所述导流孔，且导流孔的数量由导流组件的中心位置向外周数量递增。

在发明的一个实施例中，所述导流组件上设有多个导流管，所述导流管沿所述导流组件的径向分层设置，各层之间的导流管的高度至所述导流组件的中心位置向外周逐渐递减，所述导流管的一端设置在所述导流孔内，且导流孔的数量由导流组件的中心位置向外周数量递增。

在发明的一个实施例中，所述壳体包括盖体，所述盖体封盖在所述第一腔室的上方，所述进液口设置在所述盖体上，所述隔离板与所述盖体固定连接，所述盖体与所述隔离板围成所述第二腔室。

在发明的一个实施例中，所述晶圆托盘内设有金属弹片，所述金属弹片的一端伸出于所述晶圆托盘，用于压在所述晶圆的待镀面，另一端与设置在所述转轴内的导线连接。

在发明的一个实施例中，所述晶圆托盘上设有压圈，所述压圈位于所述金属弹片的上方，且所述压圈的内周还设有密封圈，所述密封圈用于密封所述压圈和所述晶圆之间的间隙，以使所述金属弹片与电镀液隔离。

在发明的一个实施例中，晶圆夹持机构还包括驱动机构，所述驱动机构包括：

固定块，所述固定块与所述转轴的第二端固定连接，所述固定块上设有螺纹孔；

螺杆，所述螺杆旋进所述螺纹孔内；

电机，所述电机与所述螺杆连接，用于驱动所述螺杆在所述螺纹孔内旋进或旋出，以带动所述转轴上下移动。

在发明的一个实施例中，所述转轴的第二端设有摩擦片，所述摩擦片的两端设置在所述固定块的凹槽内，用于限制所述摩擦片相对所述固定块上下移动。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

根据本发明实施例的晶圆电镀设备，通过在壳体内设置第一腔室、第二腔室、导流组件、阳极组件、晶圆夹持机构以及各腔室和个部件之间的连接关系，可以同时有效解决传统的电镀设备电镀时，光阻图层内容易残留气泡的问题和电镀液均匀性差的问题，提高晶圆电镀的质量。

附图说明

图1为本发明一个实施例的晶圆电镀设备的剖面结构示意图；

图2为本发明一个实施例的导流组件的导管布置的结构示意图；

图3为本发明一个实施例的晶圆夹持机构的局部剖面结构示意图；

图4为本发明一个实施例的晶圆夹持机构的剖面结构示意图；

图5为本发明一个实施例的阳极组件的结构示意图；

图6为本发明一个实施例的压圈的结构示意图；

图7为本发明一个实施例的晶圆夹持机构的驱动结构的结构示意图。

附图标记

壳体10；第一腔室11；进液口12；第一出口13；第二出口14；溢流口15；盖体16；

隔离板20；第二腔室21；

导流组件30；导流孔31；导流板32；导流管33；

阳极组件40；喷流孔41；

晶圆夹持机构50；晶圆托盘51；密封圈511；转轴52；摩擦片521；金属弹片53；导线54；压圈55；螺栓551；驱动机构56；固定块561；螺杆562；电机563；轴承57；密封件58；滑片59；

晶圆60。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的晶圆电镀设备。

如图1至图7所示，根据本发明实施例的晶圆电镀设备，包括壳体10、隔离板20、导流组件30、阳极组件40和晶圆夹持机构50。

具体地，壳体10内形成有用于容纳电镀液的第一腔室11，壳体10上设有分别与腔室连通的进液口12和出液口，其中，进液口12可以采用耐压软管，并与泵连接，通过泵向进液口12输送电镀液。隔离板20设置在腔室内，并将腔室分隔出第一腔室11和第二腔室21，且第二腔室21与进液口12连通，以使电镀液通过进液口12流进第二腔室21，在由第二腔室21流进第一腔室11内，导流组件30安装隔离板20上，并位于与进液口12相对的一侧面，导流组件30上设有多个导流孔31，阳极组件40位于第一腔室11内，并与导流组件30连接，阳极组件40上设有多个喷流孔41，多个喷流孔41与多个导流孔31一一对应，晶圆夹持机构50包括晶圆托盘51和与晶圆托盘51连接的转轴52，转轴52的第一端穿过壳体10并置于第一腔室11内部，晶圆托盘51与转轴52的第一端固定连接，并与阳极组件40相对设置，以使电镀液从喷流孔41流出后，流向夹持在晶圆托盘51上的晶圆60的待镀面。

也就是说，电镀时，将晶圆60放置在晶圆托盘51上，电镀液从进液口12首先进入第二腔室21，再经过导流组件30整流后，通过阳极组件40的喷流孔41进入第一腔室11内。在电镀液从进液口12流进时，通过导流组件30进行整流，使得与进液口12正对方向的液体流速较快，正对方向至四周的镀液的流速逐渐降低。由于在电镀时，为了改善晶圆60电镀的均匀性，晶圆60需要在晶圆托盘51的带动下旋转，再旋转的过程中，晶圆60边缘的线速度远高于中央线速度，而通过降低晶圆60边缘电镀液的流动速度，而加强晶圆60中心位置处的电镀液的流动速度，尽可能的均衡晶圆60待镀面溶液的交换能力，降低交换能力差，进而提高电镀的均匀性。

此外，本发明将阳极组件40设置在与晶圆60待镀面相对的上方，这样可以有效避免传统的待镀面倒扣时而部分将气泡排出的问题。

根据本发明实施例的晶圆电镀设备，可以同时有效解决传统的电镀设备电镀时，光阻图层内容易形成气泡的问题和电镀液均匀性差的问题，提高晶圆60电镀的质量。

在本发明的一个实施例中，转轴52与壳体10通过自动润滑轴承57和密封件58密封连接，避免电镀液泄露。

本发明的实施例中，喷流口内设有喷嘴，便于液体的喷出，且阳极的面积变小，由于阴极有光阻，阴极实际面积更小，这样，更容易让阴阳极面积比例关系保证2～1.5:1的关系内。

在发明的一个实施例中，第一腔室11内还设有第三腔室，第一腔室11与第三腔室之间通过溢流口15连通，溢流口15位于第一腔室11的与晶圆托盘51相背离的一侧；出液口包括第一出口13和第二出口14，第一出口13与第三腔室连通，第二出口14与第一腔室11连通。

也就是说，如图1所示，电镀液流经晶圆60后，向上折返通过溢流口15流进第三腔室，在由第一出口13将电镀液排至循环处理装置内。通过将溢流口15设置与晶圆60背离的方向，可以使电镀液与晶圆60充分的接触，提高电镀的效果。而在清洗第一腔体时可以将废液从第二出口14排出。

在发明的一个实施例中，进液口12位于导流组件30的中心位置的正上方，导流孔31的孔径与喷流孔41的孔径大小相等，导流孔31从阳极组件40的中心位置向外周的孔径逐渐增大。中心位置导流孔31和喷流孔41的直径最小，流速最大，边缘导流孔31和喷流孔41的直径最大，流速最小，这样就可以补偿晶圆60在旋转过程中，中央和边缘流速的差异。进一步提高晶圆60电镀的均匀性。

在发明的一个实施例中，如图1所示，导流组件30上设有多个导流板32，导流板32沿导流组件30的径向分层设置，各层之间的导流板32的高度自导流组件30的中心位置向外周逐渐递减，各层导流板32之间设置有导流孔31，且导流孔31的数量由导流组件30的中心位置向外周数量递增。进一步确保在中心位置的电镀液的流速向周边逐渐递减，同时由于周边的直径较大，增加数量可以提高电镀液流进时的均匀性，进一步提高电镀的均匀性。

在发明的另一个实施例中，如图2所示，导流组件30上设有多个导流管33，导流管33沿导流组件30的径向分层设置，各层之间的导流管33的高度至导流组件30的中心位置向外周逐渐递减，导流管33的一端设置在导流孔31内，且导流孔31的数量由导流组件30的中心位置向外周数量递增。进一步确保在中心位置的电镀液的流速向周边逐渐递减，同时由于周边的直径较大，增加数量可以提高电镀液流进时的均匀性，进一步提高电镀的均匀性。

在发明的一个实施例中，壳体10包括盖体16，盖体16封盖在第一腔室11的上方，进液口12设置在盖体16上，隔离板20与盖体16固定连接，盖体16与隔离板20围成第二腔室21。

也就是说，将阳极组件40和盖体16和导流组件30集成一体，打开腔室时(电镀槽)时，可以将导流组件30和阳极组件40同时移开，再通过晶圆夹持机构50将晶圆60送出电镀液，方便装卸晶圆60。

在发明的一个实施例中，如图3所示，晶圆60托盘51内设有金属弹片53，金属弹片53的一端伸出于晶圆托盘51，该端部可以设置成Z型等结构。用于压在晶圆60的待镀面，另一端与设置在转轴52内的导线54连接，以形成晶圆60的导电通道。

优选地，如图4所示，导线54设置在转轴52内，并在转轴52的位于腔室外部的一侧与滑片59连接，滑片59可以通过电刷与电源的负极连接，进而为晶圆60形成导电通道。

在发明的一个实施例中，如图3所示，晶圆托盘51上设有压圈55，压圈55位于金属弹片53的上方，且压圈55的内周还设有密封圈511，密封圈511用于密封压圈55和晶圆60之间的间隙，以使金属弹片53与电镀液隔离，更好的保护金属弹片53，避免金属弹片53在液体中腐蚀。密封圈511的材质要与电镀液兼容，保证不会被腐蚀，不会溶出。

如图6所示，压圈55上设有螺栓551，通过螺栓551与晶圆托盘51固定连接，提高压圈55连接的牢固性。

在发明的一个实施例中，晶圆夹持机构50还包括驱动机构56，驱动机构56包括固定块561、螺杆562和电机563，固定块561与转轴52的第二端固定连接，固定块561上设有螺纹孔，螺杆562旋进螺纹孔内，电机563与螺杆562连接，用于驱动螺杆562在螺纹孔内旋进或旋出，以带动转轴52上下移动。

也就是说，通过电机563带动螺杆562同步旋转，优选地，螺杆562可以设置为四根，螺杆562带动固定块561上下移动，固定块561带动转轴52上升或下降，转轴52推动晶圆60上升和下降，当晶圆60托盘51露出电镀液的液面时，可以通过机械手将晶圆托盘上的压圈55上的螺栓551拧下，然后取下压圈55，然后通过机械手上的吸盘将电镀好的晶圆60取下。

在发明的一个实施例中，如图7所示，转轴52的第二端设有摩擦片521，摩擦片521的两端设置在固定块561的凹槽内，用于限制摩擦片521相对固定块561上下移动。也就是说，通过摩擦片521使得固定块561与转轴52在竖直方向上进行限位，进而通过摩擦片521的上下移动，带动转轴52的上下移动。此外本发明的一个实施例中，晶圆夹持机构50还包括旋转机构，旋转机构用于驱动转轴52旋转，转速可以控制在5～50转/min，正反方向可根据需要就行调整。

根据本发明实施例的晶圆电镀设备，可以同时有效解决传统的电镀设备电镀时，光阻图层内容易形成气泡的问题和电镀液均匀性差的问题，提高晶圆60电镀的质量。

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆电镀设备，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内形成有用于容纳电镀液的腔室，所述壳体上设有分别与所述腔室连通的进液口和出液口；

隔离板，所述隔离板设置在所述腔室内，并将所述腔室隔离出第一腔室和第二腔室，且所述第二腔室与所述进液口连通，以使所述电镀液通过所述进液口流进所述第二腔室，在由所述第二腔室流进所述第一腔室；

导流组件，所述导流组件安装隔离板上，并位于与所述进液口相对的一侧面，所述导流组件上设有多个导流孔；

阳极组件，所述阳极组件位于所述第一腔室内，并与所述导流组件连接，所述阳极组件上设有多个喷流孔，多个所述喷流孔与多个所述导流孔一一对应；

晶圆夹持机构，所述晶圆夹持机构包括晶圆托盘和与晶圆托盘连接的转轴，所述转轴的第一端穿过所述壳体，并置于所述第一腔室内部，所述晶圆托盘与所述转轴的第一端固定连接，并与所述阳极组件相对设置，以使所述电镀液从所述喷流孔流出后，流向夹持在所述晶圆托盘上的晶圆的待镀面。

2.根据权利要求1所述的晶圆电镀设备，其特征在于，

所述腔室内还设有第三腔室，所述第三腔室与所述第一腔室之间通过溢流口连通，所述溢流口位于所述第一腔室的与所述晶圆托盘相背离的一侧；

所述出液口包括第一出口和第二出口，所述第一出口与所述第三腔室连通，所述第二出口与所述第一腔室连通。

3.根据权利要求1所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述进液口位于所述导流组件的中心位置的正上方，

所述导流孔的孔径与所述喷流孔的孔径大小相等，所述导流孔从所述阳极组件的中心位置向外周的孔径逐渐增大。

4.根据权利要求3所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述导流组件上设有多个导流板，所述导流板沿所述导流组件的径向分层设置，各层之间的导流板的高度自所述导流组件的中心位置向外周逐渐递减，各层所述导流板之间设置有所述导流孔，且导流孔的数量由导流组件的中心位置向外周数量递增。

5.根据权利要求3所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述导流组件上设有多个导流管，所述导流管沿所述导流组件的径向分层设置，各层之间的导流管的高度至所述导流组件的中心位置向外周逐渐递减，所述导流管的一端设置在所述导流孔内，且导流孔的数量由导流组件的中心位置向外周数量递增。

6.根据权利要求1所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述壳体包括盖体，所述盖体封盖在所述第一腔室的上方，所述进液口设置在所述盖体上，所述隔离板与所述盖体固定连接，所述盖体与所述隔离板围成所述第二腔室。

7.根据权利要求1所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述晶圆托盘内设有金属弹片，所述金属弹片的一端伸出于所述晶圆托盘，用于压在所述晶圆的待镀面，另一端与设置在所述转轴内的导线连接。

8.根据权利要求7所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述晶圆托盘上设有压圈，所述压圈位于所述金属弹片的上方，且所述压圈的内周还设有密封圈，所述密封圈用于密封所述压圈和所述晶圆之间的间隙，以使所述金属弹片与电镀液隔离。

9.根据权利要求1所述的晶圆电镀设备，其特征在于，晶圆夹持机构还包括驱动机构，所述驱动机构包括：

固定块，所述固定块与所述转轴的第二端固定连接，所述固定块上设有螺纹孔；

螺杆，所述螺杆旋进所述螺纹孔内；

电机，所述电机与所述螺杆连接，用于驱动所述螺杆在所述螺纹孔内旋进或旋出，以带动所述转轴上下移动。

10.根据权利要求9所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述转轴的第二端设有摩擦片，所述摩擦片的两端设置在所述固定块的凹槽内，用于限制所述摩擦片相对所述固定块上下移动。

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