CN104233410A - 在衬底上电化学沉积金属的装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种在衬底上电化学沉积金属的装置。所述装置具有：反应腔体、衬底、衬底固持部件、阳极单元、外电源和驱动装置。其特征在于：所述在衬底上电化学沉积金属的装置还具有固持承载单元，用以垂直承载所述衬底固持部件；所述阳极单元为至少一水平截面为环状或多边形的阳极；所述驱动装置实现所述衬底固持承载单元与所述阳极单元间相对运动；所述阳极单元表面具有多个孔洞，所述孔洞在所述阳极表面形成孔洞图案。所述在衬底上电化学沉积金属的装置可以提高电化学沉积金属的均匀性。并且可以同时处理多片衬底，提高了生产效率。

Description

在衬底上电化学沉积金属的装置

技术领域

本发明涉及一种用于在衬底上沉积金属的装置，具体涉及一种同时在多片衬底上电化学沉积金属的装置。

背景技术

近年来，随着芯片尺寸越来越小，集成度越来越高，计算机、通讯、汽车电子和其他消费类产品对集成电路芯片封装技术也提出了更高的要求。芯片封装比以前要求更小、更薄，具备高可靠性、多功能、低能耗和低成本。传统的锡铅凸块(solder bump)封装技术已经无法满足先进封装的要求，铜柱凸块技术(copper pillar)和硅通孔技术(through silicon via，TSV)逐渐成为先进封装技术中的两大热点。

和锡铅凸块一样，铜柱凸块也是应用于覆晶封装上连接芯片和载板的技术。但是与锡铅凸块比较，铜柱凸块具有更好的性能和更低的整体封装成本。与锡铅凸块在焊接回流过程中会塌陷成球状不同，铜柱凸块可以保持其形状，适合更小的线宽，满足高集成度芯片封装的要求。而且铜具有比锡铅合金更小的电阻和更高的热导率，铜柱凸块比锡铅凸块具有更好的导电性和导热性，能降低芯片的能耗和工作时产生的热量。电化学镀铜是制作铜柱凸块的合适工艺。铜柱凸块制作过程为：首先沉积一层籽晶层，然后在籽晶层上涂抹一层光胶并在光胶上形成图案，再在图案中利用电化学的方法沉积金属铜柱，最后去除多余的光胶得到铜柱凸块。

除了传统的平面式封装技术之外，先进的叠层式三维封装技术近几年来也已在集成电路制造行业中得到应用。三维封装技术使单个封装体内可以堆叠多个芯片，互连线长度显著降低，信号传输更快，成本更低；将多个不同功能的芯片堆叠在一起，使单个封装体实现更多的功能，并且尺寸和重量可以减小数十倍。硅通孔技术是实现三维封装的核心技术之一。硅通孔技术拥有以下几个潜在的优势：1)连接长度可以短至一个芯片的厚度，通过逻辑模块的纵向堆叠而不是横向展开可以大大的减小逻辑模块互连的导线长度；2)高密度高纵深比互连成为可能，将成功在硅片上实现复杂的多芯片系统，其物理集成密度将大大高于现在的多芯片模块(MCM)；3)由于不同平面上的逻辑模块之间更近的电连接，RC延迟将得到极大的改善。三维芯片堆叠和硅通孔互连需要的关键工艺技术包括：a)形成通孔；b)隔绝层，阻挡层和籽晶层的沉积；c)铜填充，去除和RDL；d)硅片减薄；e)硅片/芯片的定位校准，连线和切割。在硅通孔中沉积铜也需要电化学沉积方法来实现。

铜柱凸块技术和硅通孔技术对电化学沉积设备具有相似的要求。首先铜柱凸块技术中铜柱的高度和硅通孔中沉积铜的深度都在30至150微米，远远大于芯片后端铜互连工艺中要求的沉积厚度，因此要求电化学沉积设备能达到较高的沉积速率，以实现较大的产率。通常应用于铜柱凸块技术和硅通孔技术要求电化学沉积设备具有不低于40硅片每小时的产率。其次要求电化学沉积设备能实现较好的均匀性。对于铜柱凸块技术，通常要求硅片内电镀形成的铜柱平面度小于5％，以满足后续封装工艺步骤的要求。而对硅通孔技术，通常要求硅片内电镀均匀性小于2％，以满足后续平坦化工艺的要求。而且要求电化学沉积设备具有尽可能低的成本。为了降低成本，电化学沉积设备一个电化学沉积腔体要求能同时处理多片硅片，从而减少电化学沉积腔体的数目和其他相应的硬件，例如外电源。

目前已商业化的用于芯片封装的电化学金属沉积设备部分是基于芯片后端铜互连电化学沉积设备发展而来，一个电化学沉积腔体一次处理一片硅片，在电化学沉积过程中，硅片面水平向下浸于电解液中并以一定速度旋转。这类设备通常可以实现较好的均匀性，但是由于硅片在电解液中旋转速度不能过高，否则会引起电解液飞溅，因此沉积速率通常比较低，约为1微米每小时。为了达到产率的要求，需要增加设备中电化学沉积腔体的数量，因此这类设备通常也具有较高的成本。另有部分电化学金属沉积设备采用硅片垂直浸入电解液的设计，一个电化学沉积腔体能同时处理2片硅片，降低了成本。但是由于硅片在电化学沉积时静止，通常不能得到较好的均匀性。而且这些商业化电化学沉积设备中，一个阳极只面对一片硅片，同时需要一台电源控制系统在电化学沉积过程中控制该阳极和硅片之间的电流或电压。一台设备中通常需要十几台甚至几十台电源控制系统，显著增加了设备成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在衬底上电化学沉积金属的装置。所述装置具有：反应腔体，所述反应腔体内具有电解液；衬底，所述衬底具有导电的沉积面；衬底固持部件，用以固持所述所述衬底且暴露所述沉积面；阳极单元；外电源，所述外电源阳极与所述阳极单元电导通；驱动装置。其特征在于：所述装置还具有固持承载单元，用以垂直承载所述衬底固持部件；所述阳极单元为至少一水平截面为环状或多边形的阳极，其垂直面与所述衬底沉积面相对而置；所述固持部件具有导电单元，所述导电单元导通所述外电源阴极与所述沉积面；所述驱动装置实现所述衬底固持承载单元与所述阳极单元间相对运动；所述阳极单元表面具有多个孔洞，所述孔洞在所述阳极表面形成孔洞图案。

所述电化学沉积金属的装置通过所述阳极上的孔洞尺寸和孔洞图案控制电化学沉积金属时衬底表面的电场分布，提高电化学沉积金属的均匀性。所述电化学沉积金属的装置通过所述固持承载单元带动所述衬底固持部件绕所述阳极单元转动，提高电化学沉积金属的速率和均匀性。所述电化学沉积金属的装置可以同时处理多片衬底，提高了生产效率。

附图说明

图1a为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置的示意图；

图1b为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置的俯视图；

图1c为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置的剖面图；

图2a为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的反应腔体的示意图；

图2b为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的反应腔体的剖面图；

图3为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的固持承载单元的示意图；

图4为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的衬底固持部件的示意图；

图5a为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的一种阳极单元的示意图；

图5b为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的另一种阳极单元的示意图；

图5c为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的另一种阳极单元的示意图；

图5d为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的另一种阳极单元的示意图；

图6a为实施例二中的在衬底上电化学沉积金属的装置的示意图；

图6b为实施例二中的在衬底上电化学沉积金属的装置的俯视图；

图6c为实施例二中的衬底上电化学沉积金属的装置的剖面图；

图7为实施例三中的在衬底上电化学沉积金属的装置的示意图；

图8为超声波频率与电镀表面边界层厚度的关系示意图；

图9为极限电流密度和边界层厚度的关系示意图；

图10a为实施例四中的在衬底上电化学沉积金属的装置的示意图；

图10b为实施例四中的在衬底上电化学沉积金属的装置的示意图；

图11为实施例四中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的固持承载单元的示意图；

图12为实施例四中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的衬底固持部件的示意图；

图13为实施例四中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的一种阳极单元的示意图；

图14为在本发明提供的电化学沉积金属的装置中分别利用无孔洞图案阳极和有孔洞图案阳极在300mm衬底上沉积金属层厚度的计算机模拟的结果。

具体实施方法

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例一：

图1a为本发明实施例一提供的一种在衬底上电化学沉积金属的装置的示意图。所述电化学沉积金属的装置具有一反应腔体101，一固持承载单元102，至少二个衬底固持部件103和至少一阳极单元104。如图1a所示，实施例一提供的在衬底上电化学沉积金属的装置具有5个所述衬底固持部件103。图1b为本发明实施例一提供的所述在衬底上电化学沉积金属的装置的俯视图。所述5个衬底固持部件103与所述固持承载单元103相连接，在所述反应腔体101中排列成一等边五边形。图1c为本发明实施例一提供的所述在衬底上电化学沉积金属的装置的剖面图。所述阳极单元104通过一电极105与一外电源106的阳极连接，所述衬底固持部件103与所述外电源106的阴极连接。在电化学沉积金属的过程中衬底表面通过所述衬底固持部件103与所述阳极单元104实现电导通。

图2a为所述电化学沉积金属的装置具有的所述反应腔体101的示意图。在所述反应腔体101的上部有至少一个液体出口201。图2b为所述电化学沉积金属的装置具有的所述反应腔体101的剖面图。在所述反应腔体101的底部有至少一个液体入口202。含有金属离子的电解液沿图2b中所示箭头由所述液体入口202进入所述反应腔体101，液面上升至图2b中所示虚线位置，含有金属离子的电解液沿图2b中所示箭头由所述液体出口201流出。含有金属离子的电解液由所述液体入口202流入的流量与由所述液体出口201流出的流量相同，保持所述反应腔体101中的电解液液面高度在图2b所示的虚线位置。该位置高于所述衬底沉积面的最上端，使衬底完全浸没在电解液中。所述电解液中含有的金属离子为铜，镍，钴，锌，金，银，铁、铅、锡中的一种或一种以上的混合。

图3为所述电化学沉积金属的装置具有的所述固持承载单元102的示意图。所述固持承载单元102具有至少二个手臂301，所述手臂301与所述衬底固持部件103相连接，使所述衬底固持部件103垂直浸入在所述反应腔体101中。所述水平固持承载单元102在电化学沉积金属的过程中围绕图3所示的通过所述固持承载单元102中心的轴转动，同时带动所述衬底固持部件103上的衬底在所述反应腔体101中围绕所述阳极单元104转动。所述固持承载单元102转动的速率为0.1至200rpm。所述固持承载单元102的转动由一驱动装置控制，所述驱动装置为步进马达或者伺服马达。通过控制所述固持承载单元102转动的速率，可以减小电化学沉积金属时衬底表面的边界层厚度，提高衬底表面电化学沉积金属的速率和均匀性。

图4为所述电化学沉积金属的装置具有的所述衬底固持部件103的示意图。所述衬底固持部件103具有一定位装置401。所述定位装置401与所述固持承载单元102连接，在电化学沉积金属的过程中将所述衬底固持部件103固定在所述固持承载单元102上。所述衬底固持部件103还具有一衬底连接装置402与一导电单元403。所述衬底连接装置402将所述衬底固定在所述衬底固持部件103上，同时暴露所述衬底沉积面并在所述衬底沉积面的边缘形成密封，防止电解液接触衬底背面。所述衬底连接装置402与所述衬底沉积面形成电极接触，通过所述导电单元403与所述外电源106的阴极连接，在电化学沉积金属的过程中与所述阳极单元104电导通。

图5a为一种所述电化学沉积金属的装置具有的所述阳极单元104的示意图。所述阳极单元104通过所述电极105a与所述外电源106的阳极连接。如图5a所示，所述阳极单元104具有底面通透的桶装结构，其截面为环状。所述桶状结构上具有至少一个一种圆形孔洞501a与至少一个另一种孔洞502a。所述孔洞501a的尺寸小于所述孔洞502a的尺寸。所述孔洞501a使阳极内部和外部的电解液导通，电解液可以由阳极内部流向阳极外部。所述孔洞502a在所述阳极单元104表面形成图案，在电化学沉积金属的过程中起到控制衬底表面电场的作用，提高衬底表面电化学沉积的金属的均匀性。所述孔洞501a的尺寸为0.1mm至10mm，所述孔洞502a的尺寸为10mm至300mm。所述孔洞501a和502a为圆形孔、三角形孔、多边形孔、椭圆形孔、不规则形状孔中的一种或者一种以上的混合。

图5b为另一种所述电化学沉积金属的装置具有的所述阳极单元104的示意图。如图5b所示，所述阳极单元104具有底面通透的桶装结构，桶状结构上具有至少一个一种孔洞501b。所述孔洞501b在所述阳极单元104表面形成图案，在电化学沉积金属的过程中起到控制衬底表面电场的作用，提高衬底表面电化学沉积的金属的均匀性。所述孔洞501b的尺寸为0.1mm至300mm。所述孔洞501b为圆形孔、三角形孔、多边形孔、椭圆形孔、不规则形状孔中的一种。

图5c为另一种所述电化学沉积金属的装置具有的所述阳极104的示意图。如图5c所示，所述阳极104具有底面通透的桶装结构，桶状结构上具有至少一个一种孔洞501c。所述空洞501c在所述阳极单元104表面形成图案，在电化学沉积金属的过程中起到控制衬底表面电场的作用，提高衬底表面电化学沉积的金属的均匀性。所述孔洞501c的尺寸为0.1mm至300mm。所述孔洞501c为圆形孔、三角形孔、多边形孔、椭圆形孔、不规则形状孔中的一种。

图5d为另一种所述电化学沉积金属的装置具有的所述阳极单元104的示意图。如图5d所示，所述阳极单元104具有底面通透的桶装结构，桶状结构上具有至少一个一种五边形孔洞501d与至少一个另一种孔洞502d。所述孔洞501d的尺寸小于所述孔洞502d的尺寸。所述孔洞501d使阳极内部和外部的电解液导通，电解液可以由阳极内部流向阳极外部。所述空洞502d在所述阳极104表面形成图案，在电化学沉积金属的过程中起到控制衬底表面电场的作用，提高衬底表面电化学沉积的金属的均匀性。所述阳极单元104上的孔洞的作用在于在所述阳极单元104上形成图案，以此来控制电化学沉积金属时衬底表面的电场分布，提高衬底上电化学沉积的金属的均匀性。所述孔洞501d的尺寸为0.1mm至10mm，所述孔洞502d的尺寸为10mm至300mm。所述孔洞501d和502d为圆形孔、三角形孔、多边形孔、椭圆形孔、不规则形状孔中的一种或者一种以上的混合。

所述孔洞的尺寸与形状包括但不限于图5a至5d所示。所述阳极单元104为铜、铂或者表面镀有惰性金属的导电材料中的一种或一种以上的混合。

实施例二：

图6a为本发明实施例二提供的另一种在衬底上电化学沉积金属的装置的示意图。所述电化学沉积金属的装置具有一反应腔体601，一固持承载单元602，至少二个衬底固持部件603，一阳极604a和另一阳极604b。如图6a所示，实施例二提供的在衬底上电化学沉积金属的装置具有5个所述衬底固持部件603。图6b为本发明实施例二提供的所述在衬底上电化学沉积金属的装置的俯视图。所述5个衬底固持部件603与所述固持承载单元602相连接，在所述反应腔体601中排列成一等边五边形。图6c为本发明实施例二提供的所述在衬底上电化学沉积金属的装置的剖面图。所述阳极604a通过一电极605a与一外电源606a的阳极连接，所述阳极604b通过另一电极605b与另一外电源606b的阳极连接。所述阳极604a和604b通过所述外电源606a和606b进行独立控制。在电化学沉积金属的一过程中，所述阳极604a与604b同时与衬底表面实现电导通。在电化学沉积金属的另一过程中，所述阳极604a与604b分别与衬底表面实现电导通。图2a为所述装置具有的所述反应腔体101的示意图。在所述反应腔体101的上部有至少一个液体出口201。

实施例二中所述反应腔体601，所述固持承载单元602，所述衬底固持部件603，所述阳极604a和604b与实施例一中所述的相同。实施例二与实施例一的不同之处在于，实施例二中所述电化学沉积金属的装置具有2个阳极，604a与604b。所述阳极604a和604b具有独立的孔洞尺寸和图案。所述阳极604a和604b在电化学沉积金属的过程中通过所述独立的外电源606a和606b进行独立控制。通过多阳极的独立控制，可以进一步提高在衬底上电化学沉积金属的均匀性。

实施例三：

图7为本发明实施例三提供的另一种在衬底上电化学沉积金属的装置的示意图。所述装置具有一反应腔体701、一固持承载单元702、至少二个衬底固持部件703、一阳极704a、另一阳极704b和一超声波发生器710。

实施例三中所述反应腔体701，所述固持承载单元702，所述衬底固持部件703，所述阳极704a和704b与实施例二中所述的相同。实施例三与实施例二的不同之处在于，实施例三所述的电化学沉积金属的装置具有所述超声波发生器710。所述超声波发生器710位于所述反应腔体701的中央。所述超声波发生器710在电化学沉积金属的过程中将超声波能量传递到衬底表面，能大大减小衬底表面边界层厚度，提高电镀的速率。所述超声波发生器710在电化学沉积金属的过程中静止。所述超声波发生器710在电化学沉积金属的过程中以0.1rpm至200rpm的速率转动，使传递到衬底表面的超声波能量更为均匀，提高电化学沉积金属的均匀性。所述超声波发生器710在电化学沉积金属的过程中的转动方向与所述固持承载单元702的转动方向相同或者相反。所述超声波发生器710的工作频率为20千赫兹至3兆赫兹。

实施例三所述的电化学沉积金属的装置也可以只具有一个阳极，此时，实施例三所述的电化学沉积金属的装置与实施例一中所述的相同。实施例三与实施例一的不同之处在于，实施例三所述的电化学沉积金属的装置具有所述超声波发生器710。所述超声波发生器710位于所述反应腔体701的中央。所述超声波发生器710在电化学沉积金属的过程中将超声波能量传递到衬底表面，能大大减小衬底表面边界层厚度，提高电镀的速率。所述超声波发生器710在电化学沉积金属的过程中静止。所述超声波发生器710在电化学沉积金属的过程中以0.1rpm至200rpm的速率转动，使传递到衬底表面的超声波能量更为均匀，提高电化学沉积金属的均匀性。所述超声波发生器710在电化学沉积金属的过程中的转动方向与所述固持承载单元702的转动方向相同或者相反。所述超声波发生器710的工作频率为20千赫兹至3兆赫兹。

在电化学沉积金属的过程中，超声波换能器710将超声波能量传送到衬底表面，用以提高电镀速率。在用较小电流密度进行电镀的情况下，电镀速率随着电流密度的增大而增大。当电流密度增大到一极限值时，电镀速率不再增大，此时电镀速率由电解液中金属离子向电镀表面的扩散速率决定。该极限值被称之为极限电流密度。极限电流密度i_lim可以表示为其中n为电镀金属离子所带的电荷数，F为法拉第常数，D为电镀金属离子的扩散常数，C₀为电镀金属离子在电解液中的摩尔浓度。可以看到极限电流密度与边界层厚度成反比，边界层厚度越薄，极限电流密度越大，极限电镀速率越大。

在衬底表面施加超声波能量时，由于超声波造成电镀表面的流体快速流动，可以得到非常薄的扩散边界层。在超声波能量作用下，表面边界层厚度为超声波频率f和液体黏度υ的函数，可以表示为：(The Removalof Deformed Submicron Particles from Silicon Wafers by Spin Rinse andMegasonics，Fan Zhang，Ahmed A.Busnaina，Michael A.Fury and Shi-Qing Wang，Journal of Electronic Materials，Volume29Issue2，Pages199-204，2000)。如图8所示，边界层厚度随着超声波频率的增大迅速降低，当超声波频率为1000千赫兹时，表面的边界层厚度小于1微米。如图9所示，当边界层厚度大于10微米时，极限电流密度小于0.1安培/平方厘米。但是当边界层厚度小于10微米时，极限电流密度随着边界层厚度的减小迅速增大。当边界层厚度为1微米时，极限电流密度可以达到1.2安培/平方厘米。在衬底电镀表面施加超声波能量可以使电镀速率提高10倍以上，极大的提高了电化学沉积金属的生产速率。

实施例四：

图10a为本发明实施例四提供的另一种在衬底上电化学沉积金属的装置的示意图。所述装置具有一反应腔体1001，一固持承载单元1002，至少二个衬底固持部件1003，和一超声波发生器1010。所述装置还具有一阳极单元，所述阳极单元具有至少一个阳极，所述阳极单元位于所述反应腔体1001中，没有在图10a中示出。实施例四与实施例一、二和三的不同之处在于，固持承载单元1002与衬底固持部件1003具有不同的设计。图10a为5个所述衬底固持部件1003放置入所述反应腔体1001后的示意图，图10b为5个衬底固持部件1003移出反应腔体1001后的示意图。图11为所述固持承载单元1002的示意图。可以看到，所述固持承载单元1002具有一盖状结构。当所述固持承载单元1002放置于所述反应腔体1001上时，所述固持承载单元1002将所述反应腔体1001内部空间与外部环境隔离开来，防止所述反应腔体1001中的电解液在电化学沉积金属的过程中溅到腔体外部，同时也防止外部环境中的颗粒进入所述反应腔体1001中的电解液内，影响电沉积金属的质量。图12为所述衬底固持部件1003的示意图。所述衬底固持部件1003具有一定位装置1201。所述定位装置1201与所述固持承载单元1002连接，在电化学沉积金属的过程中将所述衬底固持部件1003固定在所述固持承载单元1002上。所述衬底固持部件1003还具有一衬底连接装置1202与一导电单元1203。图13为所述阳极单元的示意图。所述阳极单元具有3个阳极104a、104b和104c。所述3个阳极104a、104b和104c为同心环结构，所述阳极104a和104c分别位于阳极104b的顶部和底部，且所述阳极104a和104c的宽度小于阳极104b。所述阳极104b表面具有孔洞1301并在阳极104b表面形成孔洞图案。所述阳极104b表面的孔洞图案可以与实施例一、二和三中的阳极表面孔洞图案相同。所述阳极104a、104b和104c分别和3个独立的外电源连接，在电化学沉积金属的过程中进行独立控制。实施例四所提供的电化学金属沉积装置所使用的阳极单元也可以和实施例一、二和三中的电化学金属沉积装置所使用的阳极单元相同。由所述阳极104a、104b和104c组成的所述阳极单元也可以应用于实施例一、二和三中的电化学金属沉积装置中。

如图14所示，基于本发明实施例一提供的电化学沉积金属的装置，利用计算机模拟的方法分别得到了利用无孔洞图案的阳极和有空洞图案的阳极在300mm衬底上电化学沉积的金属的厚度。在进行计算机模拟时，无孔洞图案的阳极为一桶装结构，在表面上没有孔洞构成的图案；有孔洞图案阳极在表面上有5个孔洞，每个孔洞的直径为10-15cm，在阳极表面形成孔洞图案。在进行计算机模拟时，所述反应腔体中的电解液为硫酸和硫酸铜的混合物，在衬底上电化学沉积的金属为铜。电化学沉积金属的过程中电流保持在30安培，电化学沉积金属的时间为1分钟。如图14中方形数据点所示，利用无孔洞图案的阳极在300mm衬底上电化学沉积金属的厚度沿衬底直径变化较大。定义电化学沉积金属的厚度均匀性为沿衬底直径上电化学沉积金属的厚度的方差除以沿衬底直径上电化学沉积金属的厚度的平均值。在去掉2.5mm边缘后，利用无孔洞图案的阳极在300mm衬底上电化学沉积金属的厚度均匀性为13％。如图14中三角形数据点所示，利用有孔洞图案的阳极在300mm衬底上电化学沉积金属的厚度沿衬底直径变化较小。在去掉2.5mm边缘后，利用有孔洞图案的阳极在300mm衬底上电化学沉积金属的厚度均匀性为3％。通过阳极表面的孔洞图案的设计可以大大提高电化学沉积金属的厚度均匀性。

与已有的商业化电化学金属沉积装置相比较，本发明提供的电化学金属沉积的装置能够同时处理多片衬底，极大的提高了生产效率。本发明提供的电化学金属沉积的装置通过多衬底的转动、阳极表面孔洞图案和多阳极的设计，在电化学沉积金属的过程中控制衬底表面电场的均匀性，提高了沉积金属的均匀性。同时本发明提供的电化学金属沉积的装置通过加载超声波发生器，提高了电镀速率，进一步提高了生产效率。

以上对本发明实施例所提供的方案进行了详细解释，本发明中应用了具体个例对本发明的原理和实施方式进行了阐述，以上的实施例说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理。对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式及应用范围上均会有所改变，在不偏离本发明宗旨的基础上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种在衬底上电化学沉积金属的装置，所述装置具有：

反应腔体，所述反应腔体内具有电解液；

衬底，所述衬底具有导电的沉积面；

衬底固持部件，所述衬底固持部件用以固持所述衬底且暴露所述沉积面；

阳极单元；

外电源，所述外电源阳极与所述阳极单元电导通；

驱动装置；

其特征在于：

所述装置还具有固持承载单元，用以垂直承载所述衬底固持部件；

所述阳极单元为至少一水平截面为环状或多边形的阳极，其垂直面与所述衬底沉积面相对而置；

所述固持部件具有导电单元，所述导电单元导通所述外电源阴极与所述沉积面；

所述驱动装置实现所述衬底固持承载单元与所述阳极单元间相对运动。

2.权力要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还具有电解液供应单元，用以向所述反应腔体供应所述电解液并保持所述反应腔体中电解液的液面高度高于所述衬底沉积面。

3.权力要求1所述的装置，其特征在于，所述阳极单元由至少一底部通透的桶状结构的阳极构成。

4.权力要求3所述的装置，其特征在于，单个所述阳极连接单个独立的所述外电源。

5.权力要求3所述的装置，其特征在于，所述底部通透的桶状结构的阳极表面具有多个孔洞，所述孔洞在所述阳极表面形成孔洞图案。

6.权力要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动装置通过所述固持承载单元带动至少两个所述衬底固持部件以1至200rpm的速度绕所述阳极单元转动。

7.权力要求1所述的装置，其特征在于，所述阳极单元为铜电极、惰性金属电极、表面镀有惰性金属的导电材料电极中的一种或一种以上的混合。

8.权力要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还具有一超声波发生器，所述超声波发生器在电化学沉积金属的过程中向所述衬底沉积面传递超声波能量。

9.权力要求8所述的装置，其特征在于，所述超声波发生器的工作频率为5千赫兹至3兆赫兹。

10.权力要求1所述的装置，其特征在于，所述电解液中含有铜、镍、钴、锌、金、银、铁、铅、锡离子中的一种或多种。