CN106367799A - 具有电解质搅动的电镀装置 - Google Patents

Abstract

电镀装置搅动电解质以在晶片的表面处提供高速流体流。所述装置包括搅拌桨，所述搅拌桨在整个晶片上提供均匀的高质量传递，甚至在搅拌桨与晶片之间具有相对较大间隙的情况下也如此。因此，处理器可具有安置在搅拌桨与晶片之间的电场屏蔽件以便晶片的边缘处的有效屏蔽。搅拌桨对跨晶片的电场的影响随着搅拌桨与晶片间隔相对较远而减小。

Description

具有电解质搅动的电镀装置

技术领域

本发明领域是用于在电镀装置中搅动液体电解质的装置和方法。

背景技术

在许多电镀工艺中，扩散层在液体电解质中的晶片的表面处形成。扩散层减小了电解质组分和反应物至晶片表面的质量传递率，这降低了电镀工艺的品质和效率。用于增加质量传递率的一种技术是增加液体电解质与工件的表面之间的相对速度。在过去，一些处理装置已使用搅拌桨，所述搅拌桨在电解质中水平或垂直摆动。搅拌桨具有间隔分离的肋或桨叶。当搅拌桨运动时，在相邻肋之间的空间内形成液体涡流。液体涡流在工件的下(面朝下)表面处或抵靠下表面产生高速搅拌流，从而增加质量传递率。

这类搅拌桨电镀装置还常常提供具有电场屏蔽件以屏蔽晶片的边缘避免电解质中的全电场，以实现晶片边缘处的更均匀电镀。屏蔽件一般是由介电材料制成的圆环。

当非常靠近晶片安置(例如，5mm内)时，搅拌桨和屏蔽件都最有效。如果在搅拌桨下方安置屏蔽件，则屏蔽件不太有效。如果在搅拌桨上方安置屏蔽件，则搅拌桨不太有效，因为搅拌桨与晶片之间的间隙较大。因此，在设计电镀装置时仍存在工程设计挑战。

发明内容

实验和计算结果公开了搅拌桨与晶片之间的间隙尺寸与涡流大小之间的关系，以便实现改善的质量传递。具体而言，发明人已发现，在具有更大间隙的处理器设计中，利用产生更大涡流的搅拌桨提供了改良的结果。因此，在具有屏蔽件处于搅拌桨上方的垂直位置处的设计中(造成间隙更大)，具有肋间隔分离更远的搅拌桨通过产生更大的涡流而提供了更好的质量传递。还可以跨越晶片更加一致地产生涡流，从而提供更加均匀的质量传递。

在一个方面中，电镀装置搅动电解质以在晶片的表面处提供高速流体流，产生高的、均匀的质量传递，从而以高电镀率提供更加均匀的电镀。所述装置包括搅拌桨，所述搅拌桨可在整个晶片上提供均匀的高的质量传递，甚至在搅拌桨与晶片之间具有相对较大间隙的情况下也如此。因此，处理器可具有在搅拌桨与晶片之间安置的电场屏蔽件，在这一位置处屏蔽件更加有效。在这种设计中，搅拌桨处于屏蔽件下方，搅拌桨也不太可能不利地影响跨晶片的电场。在晶片不旋转的处理中，这一优势特别明显，其中这类干扰无法在晶片旋转下被平均掉。

附图说明

在附图中，相同参考数字在每一视图中指示相同的元件。

图1是电镀装置的顶部透视图。

图2是出于说明目的移除头部的图1装置的顶部透视图。

图3是图1装置的剖视图。

图4是图1至图3装置中所示的搅拌桨的顶部透视图。

图5是图1至图3所示的搅拌桨的示意性剖视图。

图6是现有技术搅拌桨的示意性剖视图。

具体实施方式

如图1至图3所示，用于电镀晶片30的处理器10包括头部14和容器24，头部14被支撑在头部升降机16上。可包括薄膜40以将容器24分隔成位于薄膜40下方的含有一个或多个阳极28和第一液体电解质的下腔室44以及含有第二液体电解质的上腔室42。或者，在具有单一腔室容纳单一电解质的容器24的情况下可省略薄膜40。参照图3，可在容器24中提供由介电材料制成的场成形元件(field shaping element)46，主要用以支撑薄膜40和分配阴极电解质流。容器24中的电场可经由阳极屏蔽件45、腔室屏蔽件47和堰屏蔽件(weirshield)34成形。屏蔽件可以是环形介电元件。屏蔽件为容器提供电场屏蔽。

头部14上的接触环26固持晶片30，并且具有多个接触指以便与晶片30上的导电层(例如，金属籽晶层)产生电接触。接触环26可视任选地具有密封件38来密封接触指避免电解质。头部14可包括转子36以用于在处理期间旋转晶片30，其中接触环26在转子上。通常，接触环具有密封件和背板，其中接触环和背板形成晶片固持器。头部14是可移动的，以将晶片固持器定位到容器中的处理位置中，在此位置处籽晶层与容器中的电解质接触。

现还参照图4，搅拌桨18位于容器24内邻近于晶片30的固定垂直位置处。搅拌桨18可以是由介电材料制成的大致圆形的板，具有由槽缝62间隔分离的多个平行肋或桨叶60。搅拌桨致动器32使搅拌桨18在容器24内于平面内平行于晶片做水平运动以搅动电解质50。可在附接至容器24的基座板20上支撑搅拌桨18和搅拌桨致动器32。

如图5所示，在搅拌桨18与接触环26的密封件38之间的容器24中提供堰屏蔽件34。在搅拌桨上方安置堰屏蔽件34需要搅拌桨18的肋60的顶表面与晶片30之间的间隙GG大于在搅拌桨18下方安置堰屏蔽件34的情况下的间隙。一般而言，当间隙GG增加时，晶片上的搅动因搅拌桨而减小，从而降低了质量传递率和均匀性以及电镀工艺的品质。

在密封件38具有2-3mm(2.7mm标称)的高度，并允许密封件38与堰屏蔽件34之间具有1mm间隙SG，堰屏蔽件34具有1mm的厚度，以及肋顶部与堰屏蔽件34之间具有1mm间隙BG的情况下，最小间隙GG为约5-6mm(5.7mm标称)。

为了在晶片30的大部分上实现较小间隙GG，使用如图6所示的凸起肋搅拌桨15，其中凸起肋搅拌桨15具有比搅拌桨的内部部分高的肋60a，其中肋不存在撞击堰屏蔽件34的风险。在搅拌桨15的前侧和背侧(在搅拌桨运动的方向MM上)使用较短肋60b。搅拌桨的第一侧上的较短肋60B可在堰屏蔽件34下以搅拌桨移动的极限在第一方向上运动，到达堰屏蔽件覆盖一个或多个肋的位置，并且肋与堰屏蔽件34不冲突。当搅拌桨以搅拌桨移动的极限在相反或第二方向上运动时，搅拌桨的第一侧上的较短肋60B从堰屏蔽件下移出，使得堰屏蔽件随后不覆盖较短肋60B。在利用凸起肋搅拌桨15的情况下，晶片的大部分上的间隙GG可减小为约3-4mm或更小(3.7mm标称)，而不是5.7mm。然而，利用凸起肋搅拌桨15的测试结果展示出晶片边缘处的较薄电镀膜，并且由于较短肋60B，这一结果相对于较高肋60c提供了减小的质量传递。

再次参照图5，利用搅拌桨18，电镀基本上均匀，包括在晶片边缘处的电镀。搅拌桨18上的所有肋60可具有相同高度HH。虽然最小间隙GG是5-6mm，但搅拌桨18与凸起肋搅拌桨15相比更好地实现了电镀均匀性。搅拌桨18产生较大涡流，从而维持高水平质量传递。与现有设计相比，肋60间隔远得多。例如，在图5中，肋60可以以18-22mm(20.6mm标称)的间距尺寸PP(相邻肋的中心之间)等间隔分离，其中肋高度HH等于8-13mm(10.5mm标称)。当搅拌桨在容器中运动或摆动时，肋60之间的大空间68产生大直径涡流，从而减少晶片表面处的扩散层并改善质量传递。

所有肋60可具有相同横截面形状、尺寸和间隔，其中肋的长度随肋位置而变化，如图4所示。返回参照图5，每一肋60具有经由半径垂直接合到基座66的竖直区段64。在笔直肋垂直接合到平坦基座的情况下可忽略半径。相邻基座66之间的槽缝或开口62具有4-6mm(5mm标称)的宽度SS。每一基座66具有14-17mm(15.6mm标称)的宽度BW，以及1-2mm的基座高度或底板厚度BB。竖直区段64还可具有1-2mm的宽度或厚度，以及多个等间隔分离的竖直肋。

发明人已发现，间隙GG与间距间隔PP(或替代地相邻肋之间形成的空间68的宽度)之间存在数学关系。

1.PP＝2.72X GG+3.45mm。

2.深宽比＝(HH-BB)/PP＝0.3至0.5(0.44标称)。

因此，在处理器设计中，可先基于屏蔽要求和其它因素决定间隙GG。然后，可将搅拌桨18设计具有肋的间距和高度，所述肋经选定具有0.3或0.35至0.5的深宽比，并且PP大于16、17或18mm，且至多22或24mm。利用这些等式，加上基座66的厚度BB，获得总的肋高度HH。虽然间隙GG取决于其它元件的尺寸和电镀处理器的设计而变化，但是PP/GG的比可通常处于约2.5至3的范围内。

Claims (15)

1.一种电镀处理器，所述电镀处理器包含：

容器；

头部，所述头部具有晶片固持器，其中所述头部为可移动的以在所述容器中安置所述晶片固持器；

所述头部上的接触环，所述接触环安置有多个电触点以便与由所述晶片固持器固持的晶片产生电接触；

所述容器中的至少一个阳极；

所述容器中的搅拌桨，其中所述搅拌桨具有多个等间隔分离的竖直肋，其中基本上所有所述肋具有高度HH，并且其中所述肋具有大于16mm的间距间隔PP，并且其中HH:PP的比等于0.35至0.5；和

附接至所述搅拌桨的搅拌桨致动器，所述搅拌桨致动器用于使所述搅拌桨在所述容器内水平运动。

2.如权利要求1所述的电镀处理器，其中所述晶片固持器在处理位置处固持晶片，其中所述晶片的下表面与所述肋的顶表面之间具有4-6mm的间隙。

3.如权利要求1所述的电镀处理器，其中每一肋接合到基座，并且其中相邻肋的基座之间具有4-6mm的开口。

4.如权利要求3所述的电镀处理器，其中每一基座具有宽度BW并且其中BW等于HH的70％至95％。

5.如权利要求1所述的电镀处理器，其中PP等于18至22mm。

6.如权利要求1所述的电镀处理器，进一步包括所述接触环上的密封件，并且其中所述密封件和所述堰屏蔽件处于所述肋上方的垂直水平处，其中所述搅拌桨致动器使所述搅拌桨从第一位置运动到第二位置，所述第一位置的特征在于所述堰屏蔽件覆盖所述第一肋，所述第二位置的特征在于所述堰屏蔽件不覆盖所述第一肋。

7.如权利要求1所述的电镀处理器，其中所述搅拌桨是圆形的且包含介电材料，并且基本上所有所述肋是等间隔分离的。

8.一种电镀处理器，所述电镀处理器包含：

容器，所述容器用于容纳液体电解质；

头部，所述头部具有晶片固持器；

头部升降机，所述头部升降机附接至所述头部，其中所述头部升降机为可移动的以在所述容器中安置所述晶片固持器；

所述头部上的接触环，所述接触环安置有多个电触点以便与由所述晶片固持器固持的晶片产生电接触；

所述接触环上的密封件；

所述容器中的至少一个阳极；

圆形介电材料搅拌桨，所述搅拌桨位于所述容器中的固定垂直位置处，其中所述搅拌桨具有多个等间隔分离的竖直肋，其中基本上所有所述肋具有高度HH，并且其中所述肋具有间距间隔PP，并且其中HH:PP的比等于0.35至0.5；和

附接至所述搅拌桨的搅拌桨致动器，所述搅拌桨致动器用于使所述搅拌桨在所述容器内水平运动。

9.如权利要求8所述的电镀处理器，其中所述晶片固持器在处理位置处固持晶片，其中所述晶片的下表面与所述肋的顶表面之间具有4-6mm的间隙。

10.如权利要求8所述的电镀处理器，其中每一肋具有垂直接合到水平基座的竖直垂直区段，其中相邻肋的基座之间具有4-6mm的开口。

11.如权利要求10所述的电镀处理器，其中每一基座具有宽度BW并且其中BW等于HH的65％至100％，并且其中PP为18至22mm。

12.一种供电镀处理器中使用的搅拌桨，所述搅拌桨包含：

基座；和

所述基座上的多个间隔分离的竖直肋，其中基本上所有所述肋具有高度HH，并且其中所述肋具有大于18mm的间距间隔PP，并且其中HH:PP的比等于0.35至0.5。

13.如权利要求12所述的搅拌桨，其中每一肋接合到基座，并且其中相邻肋的基座之间具有4-6mm的开口。

14.如权利要求12所述的搅拌桨，其中每一基座具有宽度BW并且其中BW等于HH的70％至95％。

15.如权利要求12所述的搅拌桨，其中PP等于18至22mm。