CN110144616A - 一种电镀用阳极机构和电镀装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电镀用阳极机构和电镀装置，所述阳极机构包括：进液组件，用于输入电镀液；加速组件，设置于所述进液组件的出口处，用于输出气流以对从所述进液组件移动到晶圆的所述电镀液的进行加速。通过上述方式，本申请能够提高在晶圆上形成的金属层的均匀性。

Description

一种电镀用阳极机构和电镀装置

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，特别是涉及一种电镀用阳极机构和电镀装置。

背景技术

电镀是一项传统和成熟的表面加工技术，例如，可以利用电镀的方式在晶圆表面形成一层金属层，金属层的材质可以为金、铜、铅锡合金等。

目前在半导体领域中，晶圆电镀一般采用垂直挂镀的方式进行。如图1所示，图1为现有技术中晶圆垂直挂镀一实施方式的结构示意图。阳极10和晶圆12相对垂直于地面设置，阳极10处电镀液的喷出方向平行与地面。由于受到重力的影响，晶圆12和阳极10之间距离越大，在晶圆上形成的金属层向地面方向偏移越大，从而导致晶圆上形成的金属层均匀度较差。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种电镀用阳极机构和电镀装置，能够提高在晶圆上形成的金属层的均匀性。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种电镀用阳极机构，所述阳极机构包括：进液组件，用于输入电镀液；加速组件，设置于所述进液组件的出口处，用于输出气流以对从所述进液组件移动到晶圆的所述电镀液的进行加速。

其中，所述加速组件包括电机和至少一个扇叶，所述扇叶在所述电机的驱动下旋转以输出气流。

其中，所述加速组件还包括：阳极舱，包括相对设置的第一侧板和第二侧板，所述第二侧板设置有开口，所述扇叶靠近所述开口设置，所述电机位于所述阳极舱外侧，且靠近所述第一侧板设置；所述进液组件的所述出口与所述第一侧板连通；传动轴，其一端与所述电机连接，其另一端穿过所述第一侧板后与所述扇叶连接；密封件，套设在所述传动轴的外围，以使得所述传动轴与所述第一侧板的连接处密封。

其中，所述加速组件还包括：调速器，与所述电机连接，用于调节所述电机的转速。

其中，所述阳极机构还包括：具有若干网孔的阳极，所述阳极位于所述扇叶与所述晶圆之间。

其中，所述进液组件包括：泵；分流管路，包括多个支路，所述支路的一端与所述泵连接，所述支路的另一端穿过所述第一侧板以连通至所述阳极舱内部，且多个所述支路的出口上下间隔设置。

其中，所述阳极舱内设置有多个隔板，多个所述隔板将所述阳极舱分隔为多个腔室，一个所述支路对应连通一个所述腔室。

其中，所述进液组件还包括：多个流量计和多个调节阀，每一所述支路上设置有一个所述流量计和一个所述调节阀，所述流量计和所述调节阀用于控制所述支路上流过的所述电镀液的量，以使得远离地面的所述腔室对应的支路的所述电镀液的量大于靠近地面的所述腔室对应的支路的所述电镀液的量。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种电镀装置，所述电镀装置包括：上述任一实施例中的阳极机构；电源，包括正极和负极，所述电源的正极与所述阳极机构连接，所述负极用于连接晶圆。

其中，所述阳极机构中的阳极舱与所述晶圆相对垂直于地面设置，所述阳极机构的所述电镀液喷出方向平行于地面，所述阳极机构的阳极和所述晶圆之间距离与电机的转速正相关。

本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请所提供的阳极机构中包括加速组件，加速组件能够输出气流以对从进液组件移动到晶圆的电镀液进行加速。当晶圆采用垂直挂镀的方式时，由于加速组件赋予电镀液较大的水平初速度，在短时间和短距离的情况下，电镀液在垂直方向下落不明显，以使得电镀液尽可能以平行于地面的方向到达晶圆表面，进而降低电镀形成的金属层向地面方向的偏移量，提高晶圆上形成的金属层的均匀度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为现有技术中晶圆垂直挂镀一实施方式的结构示意图；

图2为本申请电镀用阳极机构一实施方式的结构示意图；

图3为扇叶与支路一实施方式的结构示意图；

图4为本申请电镀装置一实施方式的结构示意图；

图5为本申请电镀装置另一实施方式的俯视示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

首先介绍一下电镀的原理，电镀是运用电解的原理将欲镀金属沉积到晶圆上。一般做法为：将晶圆与电源的负极相连，此时晶圆作为阴极，将阳极与电源的正极相连；接通直流电源后，以喷流的方式将带有正离子的电镀液喷流至晶圆表面，晶圆表面的正离子由于异性相吸而被吸引在晶圆的表面，进而发生还原反应还原成原子，进一步积聚形成金属层。

请参阅图2，图2为本申请电镀用阳极机构一实施方式的结构示意图，该阳极机构包括进液组件20和加速组件22；其中，进液组件20用于输入电镀液；加速组件22设置于进液组件20的出口处(未标示)，用于输出气流以对从进液组件20移动到晶圆的电镀液的进行加速，在本实施例中，电镀液的移动方向可以如图2中箭头所示。当晶圆采用垂直挂镀的方式时，由于加速组件22赋予电镀液较大的水平初速度，在短时间和短距离的情况下，电镀液在垂直方向下落不明显，以使得电镀液尽可能以平行于地面的方向到达晶圆表面，进而降低电镀形成的金属层向地面方向的偏移量，提高晶圆上形成的金属层的均匀度。

在一个实施方式中，请继续参阅图2，本申请中所提供的加速组件22包括电机220和至少一个扇叶222，扇叶222在电机220的驱动下旋转以输出气流，进而对电镀液进行加速以及分散。扇叶222旋转时所形成的圆面的直径可以大于晶圆的外径，扇叶222的形状可以为现有技术中任一种，扇叶222的叶片个数可以为3个、5个等，多个扇叶222可以通过扇叶座集成到一起，进液组件20的出口可以设置于扇叶222的进风方向处。在本实施例中，电机220和扇叶222之间可以通过一传动轴224连接，扇叶222可以在传动轴224的带动下旋转。

在另一个实施方式中，请继续参阅图2，本申请所提供的加速组件22还可以包括：阳极舱226，包括相对设置的第一侧板2260和第二侧板2262，第二侧板2262设置有开口22620，扇叶222靠近开口22620设置。例如，若第二侧板2262的厚度足够厚，扇叶222可以直接位于该开口22620中，此时开口22620的内径大于扇叶222旋转时所形成的圆面的外径；若第二侧板2262的厚度较小，扇叶222也可凸出于阳极舱226设置，此时，开口22620的内径可以大于、小于、等于扇叶222旋转时所形成的圆面的外径。

此外，在本实施例中，电机220位于阳极舱226外侧，且靠近第一侧板2260设置，进液组件20的出口与第一侧板2260连通。传动轴224的一端与电机220连接，传动轴224的另一端穿过第一侧板2260后与扇叶222连接。

而为了降低电镀液对电机220的腐蚀，本申请所提供的加速组件22还可以包括密封件228，其材质可以为橡胶等，密封件228可以套设在传动轴224的外围，以使得传动轴224与第一侧板2260的连接处密封，进而降低阳极舱226中电镀液外流至电机220一侧的概率，降低电镀液对电机220腐蚀的概率。此外，该密封件228可以仅位于第一侧板2260与传动轴224的连接处，也可以包裹连接处以及位于阳极舱226内的传动轴224的外围，以降低电镀液对传动轴224的腐蚀。

一般而言，晶圆与进液组件20的出口之间距离越大，电镀液在垂直方向上下降就会越明显，为了降低该影响，请继续参阅图2，上述加速组件22还包括：调速器221，与电机220连接，用于调节电机220的转速。电机220的转速可以与晶圆与进液组件20的出口之间的距离正相关，例如，线性正相关、指数正相关等。即晶圆与进液组件20的出口之间的距离越大，电机220转速越高，相应地电机220驱动的扇叶222的转速越高，电镀液经扇叶222加速后的平行于地面方向的初速度越高，进而缩短电镀液运动到晶圆表面的时间，降低其垂直方向下降的距离，提高晶圆表面的电镀层的均匀性。

此外，本申请所提供的阳极机构还可以包括：具有若干网孔的阳极(图未示)，该阳极可以为牺牲阳极或者非牺牲阳极，其可以为钛网等，阳极可以位于扇叶222与晶圆之间，经扇叶222加速、分散后的电镀液经过阳极后向晶圆方向行进。而为了使阳极位置固定，可以利用固定件将阳极的边缘与阳极舱226的第二侧板2262固定。

在另一个实施方式中，请继续参阅图2，进液组件20包括：泵200；分流管路202，包括多个支路2020，支路2020的一端与泵200连接，支路2020的另一端穿过第一侧板2260以连通至阳极舱226内部。在本实施例中，支路2020的个数可以为2个、3个、4个等，多个支路2020可以分别连接至泵200，也可如图2中所示，多个支路2020汇聚到一个总管路后与泵200连接。此外，多个支路2020的出口可以在第一侧板2260上以上下间隔的方式排布；例如，多个支路2020的出口可以在同一直线上间隔排布；该设计方式可以使得后续扇叶222加速、分散电镀液时，电镀液在扇叶222旋转所形成的圆面上较为均匀的喷出。当然，在其他实施方式中，多个支路2020的设置方式也可为其他，例如，如图3所示，图3为扇叶与支路一实施方式的结构示意图；当扇叶222a静止时，在相邻扇叶222a之间的位置可以设置有至少一个支路2020a的出口。

在又一个应用场景中，请继续参阅图2，阳极舱226内设置有多个隔板223，多个隔板223将阳极舱226分隔为多个腔室(未标示)，一个支路2020对应连通一个腔室；对应地，多个腔室可以如图2中所示，在垂直方向上连续设置；或者，多个腔室也可为田字形、米字形等分布。

在又一个应用场景中，请继续参阅图2，进液组件20还包括：多个流量计204和多个调节阀206，每一支路2020上设置有一个流量计204和一个调节阀206，流量计204和调节阀206用于控制支路2020上流过的电镀液的量，以使得远离地面的腔室对应的支路2020的电镀液的量大于靠近地面的腔室对应的支路2020的电镀液的量。例如，相邻支路2020之间流过电镀液的量的差值与相邻支路2020的出口之间的高度差成正比。该设计方式可以使扇叶222分散、加速出去的电镀液在扇叶222旋转所形成的圆面上更为均匀。

在本实施例中，进液组件20还可以包括控制器，控制器实时接收流量计204所测出的当前支路2020上的流量值，控制器将该流量值与预设值进行比对，若比对发现当前支路2020上的流量值与预设值不匹配，则下发调大或者调小信号至调节阀206，调节阀206自动进行调整，并返回至控制器实时接收流量计204所测出的当前支路2020上的流量值的步骤；否则，控制器不发出信号，调节阀206维持当前开度。当然，在某些要求不是很严格的情况下，也可以人工手动根据流量计204测得的流量值手动调整调节阀206的开度。

为了进一步增加电镀液移动到晶圆的速度，本申请所提供的阳极机构还可以包括吸风机，位于晶圆一侧，其吸风方向为进液组件20的出口至晶圆方向，即图2中箭头所示方向。

为了进一步增加电镀液分散出去的均匀度，本申请所提供的阳极机构还可以在晶圆与扇叶222之间的位置设置匀流板，匀流板上可以设置有多个均匀分布的孔洞。

请参阅图4，图4为本申请电镀装置一实施方式的结构示意图。该电镀装置包括上述任一实施例中的阳极机构30和电源32，电源32包括正极320和负极322，电源32的正极320与阳极机构30连接，负极322用于连接晶圆34。在本实施例中，电源32的正极320可以与阳极机构30的阳极(图未示)连接。阳极机构30中的阳极舱302与晶圆34相对垂直于地面设置，阳极机构30的电镀液喷出方向平行于地面，阳极机构30的阳极和晶圆34之间距离与电机300的转速正相关。

此外，在本实施例中，如图5所示，图5为本申请电镀装置另一实施方式的俯视示意图。该电镀装置还可以包括槽体40，槽体40包括内槽400和外槽402，上述实施例中的阳极舱42、扇叶(图未示)、阳极(图未示)、晶圆44可以位于内槽400中，其他部件可以位于槽体40的外侧。在本实施例中，内槽400可以位于外槽402中，此时内槽400的高度可以小于、等于或者大于外槽402的高度；当然，内槽400也可以与外槽402相邻设置，此时内槽400的高度大于外槽402的高度，或者内槽400的上端部开设有一过孔，该过孔与外槽402的内部连通。当内槽400中电镀液的高度达到一定高度时，内槽400内的电镀液可以溢出至外槽402中，上述实施例中阳极机构中的泵可以将外槽402中收集的电镀液进一步循环至阳极舱42内，从而提高电镀液的使用率，降低成本。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电镀用阳极机构，其特征在于，所述阳极机构包括：

进液组件，用于输入电镀液；

加速组件，设置于所述进液组件的出口处，用于输出气流以对从所述进液组件移动到晶圆的所述电镀液的进行加速。

2.根据权利要求1所述的阳极机构，其特征在于，

所述加速组件包括电机和至少一个扇叶，所述扇叶在所述电机的驱动下旋转以输出气流。

3.根据权利要求2所述的阳极机构，其特征在于，所述加速组件还包括：

阳极舱，包括相对设置的第一侧板和第二侧板，所述第二侧板设置有开口，所述扇叶靠近所述开口设置，所述电机位于所述阳极舱外侧，且靠近所述第一侧板设置，所述进液组件的所述出口与所述第一侧板连通；

传动轴，其一端与所述电机连接，其另一端穿过所述第一侧板后与所述扇叶连接；

密封件，套设在所述传动轴的外围，以使得所述传动轴与所述第一侧板的连接处密封。

4.根据权利要求2所述的阳极机构，其特征在于，所述加速组件还包括：调速器，与所述电机连接，用于调节所述电机的转速。

5.根据权利要求2所述的阳极机构，其特征在于，所述阳极机构还包括：

具有若干网孔的阳极，所述阳极位于所述扇叶与所述晶圆之间。

6.根据权利要求3所述的阳极机构，其特征在于，所述进液组件包括：

泵；

分流管路，包括多个支路，所述支路的一端与所述泵连接，所述支路的另一端穿过所述第一侧板以连通至所述阳极舱内部，且多个所述支路的出口上下间隔设置。

7.根据权利要求6所述的阳极机构，其特征在于，

所述阳极舱内设置有多个隔板，多个所述隔板将所述阳极舱分隔为多个腔室，一个所述支路对应连通一个所述腔室。

8.根据权利要求6所述的阳极机构，其特征在于，所述进液组件还包括：

多个流量计和多个调节阀，每一所述支路上设置有一个所述流量计和一个所述调节阀，所述流量计和所述调节阀用于控制所述支路上流过的所述电镀液的量，以使得远离地面的所述腔室对应的支路的所述电镀液的量大于靠近地面的所述腔室对应的支路的所述电镀液的量。

9.一种电镀装置，其特征在于，所述电镀装置包括：

权利要求1-8任一项所述的阳极机构；

电源，包括正极和负极，所述电源的正极与所述阳极机构连接，所述负极用于连接晶圆。

10.根据权利要求9所述的电镀装置，其特征在于，

所述阳极机构中的阳极舱与所述晶圆相对垂直于地面设置，所述阳极机构的所述电镀液喷出方向平行于地面，所述阳极机构的阳极和所述晶圆之间距离与电机的转速正相关。