CN110760920A - 一种分割式阳极装置、电镀设备及提高镀层均匀度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分割式阳极装置、电镀设备及提高镀层均匀度的方法。分割式阳极装置包括至少二个阳极板，每个阳极板分别通过导电连接件与电流供应器的正极连接，其中，第一阳极板位于中央位置，其后的阳极板分别设于其前阳极板的外缘外围部分，任一阳极板的外缘与其外围相邻阳极板的内缘之间不导电，且相邻的阳极板之间在厚度方向上具有一间距，离中央位置越近的阳极板离电镀装置阴极板的距离越小。通过设置各个分割式阳极板与电镀装置阴极板的不同距离，来调整阴极板处电力线强度，使其产生相近的电镀速率，进而提高了电镀件上镀层厚度的均匀度。

Description

一种分割式阳极装置、电镀设备及提高镀层均匀度的方法

技术领域

本发明涉及半导体、电路板电镀技术领域，具体是一种分割式阳极装置、电镀设备及提高镀层均匀度的方法。

背景技术

随着工业和科学技术的发展，在电镀技术中，对电镀层的质量提出了越来越高的要求，尤其是对电镀层厚度的均匀性的要求越来越严格。影响电镀层厚度均匀性的因素主要有以下两方面，一是电镀液的性质及电镀规范，二是电镀设备中阴极和阳极分布的影响。在附图1中示出了两平行板电极间的电场分布，阳极板91采用整块平板，可见阴极板90边缘附近电力线密集，电镀时电流密度较大，则镀层较厚，在实际电镀中，阴阳极采用此种平行板方式，镀层厚度差异能达到70-80μm,完全不能满足镀层要求。目前市场上采用的主流方式是分割式阳极方法，将阳极板分割成若干小阳极板92，附图2中则示出了该方式的电场分布情况，相比附图1方式，电场分布就均匀得多，但是在实际电镀中，镀层的厚度差异也在15μm左右，还是不能很好满足晶圆等半导体器件对电镀层高均匀度的要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种分割式阳极装置、电镀设备及提高镀层均匀度的方法。

为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种分割式阳极装置，包括至少二个阳极板，每个所述阳极板分别通过导电连接件与电流供应器的正极连接，其中，第一阳极板位于中央位置，其后的阳极板分别设于其前阳极板的外缘外围部分，任一阳极板的外缘与其外围相邻阳极板的内缘之间不导电，且相邻的阳极板之间在厚度方向上具有一间距，离中央位置越近的阳极板离电镀装置阴极板的距离越小。

本发明相较于现有技术，通过调整各个分割式阳极板与电镀装置阴极板的不同距离，来调整阴极板处电力线强度，使其产生相近的电镀速率，进而提高了电镀件上镀层厚度的均匀度。在应用在晶圆电镀时，能确保电镀层厚度差异在5μm以内，大大提升了晶圆封装质量。

进一步地，相邻的阳极板中，以近中央侧的阳极板与电镀装置阴极板的距离为L，则远离中央侧的阳极板与电镀装置阴极板的距离为(1.1-3)*L。

进一步地，还包括至少一个位置调节机构，所述位置调节机构用于调节一阳极板与其相邻阳极板在厚度方向上的间距。

采用上述优选的方案，可以根据实际电镀效果，对间距进行微调，以进一步改善电镀层均匀性。

一种电镀设备，包括电镀槽、电镀挂具、电流供应器和上述的分割式阳极装置，所述电镀挂具上设有与电流供应器负极电连接的阴极板，待电镀对象设置在所述电镀挂具上。

由于电镀设备采用了上述分割式阳极装置，故具备其分割式阳极装置带来的所有有益效果。

一种提高镀层均匀度的方法：将阳极板从中央位置向外围分割成相套设的多个阳极板，分割后的每个阳极板分别通过导电连接件连通到电流供应器的正极，将分割后的相邻阳极板在厚度方向上错位设置，离中央位置越近的阳极板离电镀装置阴极板的距离越小。

进一步地，相邻的阳极板中，以近中央侧的阳极板与电镀装置阴极板的距离为L，则远离中央侧的阳极板与电镀装置阴极板的距离控制在(1.1-3)*L。

通过调整各个分割式阳极板与电镀装置阴极板的不同距离，来调整阴极板处电力线强度，使其产生相近的电镀速率，进而提高了电镀件上镀层厚度的均匀度。

进一步地，根据电镀对象件电镀后的镀层厚度分布，调节阳极板与电镀装置阴极板的距离；当电镀对象某电镀区域镀层厚度偏薄时，调小相应阳极板与电镀装置阴极板的距离；当电镀对象某电镀区域镀层厚度偏厚时，调大相应阳极板与电镀装置阴极板的距离。

采用上述优选的方案，可以根据实际电镀效果，对间距进行微调，以进一步改善电镀层均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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。

图1是现有技术两平行板电极间的电场分布示意图；

图2是现有技术分割式阳极法的电场分布示意图；

图3是本发明分割式阳极装置的电场分布示意图；

图4是现有技术分割式阳极法的结构示意图；

图5是图4相应的镀层分布的示意图；

图6是本发明分割式阳极装置一种实施方式的结构示意图；

图7是图6相应的镀层分布的示意图；

图8是本发明分割式阳极装置另一种实施方式的结构示意图；

图9是本发明分割式阳极装置另一种实施方式的结构示意图；

图10是本发明分割式阳极装置另一种实施方式的结构示意图；

图11是本发明电镀装置的结构示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件的名称：

10-分割式阳极装置；101-第一阳极板；102-第二阳极板；103-第三阳极板；20-底座；30-导电板；40-绝缘安装板；511-第一螺杆；512-第二螺杆；521-第一调节螺母；522-第二调节螺母；531-第一锁紧螺母；532-第二锁紧螺母；60-电镀槽；70-电镀挂具；80-电流供应器；90-阴极板；91-阳极板；92-小阳极板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3所示，本发明的一种实施方式为：一种分割式阳极装置，包括至少二个阳极板，每个所述阳极板分别通过导电连接件与电流供应器的正极连接，其中，第一阳极板101位于中央位置，其后的阳极板分别设于其前阳极板的外缘外围部分，任一阳极板的外缘与其外围相邻阳极板的内缘之间不导电，且相邻的阳极板之间在厚度方向上具有一间距，离中央位置越近的阳极板离电镀装置阴极板的距离越小。

采用上述技术方案的有益效果是：通过调整各个分割式阳极板与电镀装置阴极板的不同距离，来调整阴极板处电力线强度，使其产生相近的电镀速率，进而提高了电镀件上镀层厚度的均匀度。在应用在晶圆电镀时，能确保电镀层厚度差异在5μm以内，大大提升了晶圆封装质量。

以下采用具体电镀实验数据，对传统分割式阳极装置和本申请分割式阳极装置进行对比。

电镀工艺条件如下：

电镀铜溶液成分：五水硫酸铜＝150-250g/L，硫酸＝50-150g/L，氯离子＝40-80ppm，湿润剂＝10-40ml/L，加速剂＝2-20ml/L，整平剂＝2-20ml/L；

电压：3V；

电流密度：8ASD；

温度：25-30℃；

电镀时间：60分钟。

对比试验1，采用如图4的传统分割式阳极装置，图5是相应的电镀晶圆镀层厚度的分布示意图，具体镀层厚度如下表：

对比试验2，采用如图6的本申请分割式阳极装置，图7是相应的电镀晶圆镀层厚度的分布示意图，具体镀层厚度如下表：

以电镀行业内通常采用的镀层均匀度Uniformity来衡量电镀质量。镀层均匀度Uniformity＝(最大值-最小值)/(2*平均值)。上述对比试验1中镀层均匀度Uniformity＝(35.8-17.6)/(2*26.3)＝34.6％。上述对比试验2中镀层均匀度Uniformity＝(26.3-24.1)/(2*24.7)＝4.45％。采用本申请分割式阳极装置镀层均匀度得到明显改善，大大提升了电镀镀层质量。

如图6所示，在本发明的另一些实施方式中，第一阳极板101与阴极板之间的距离为a，则第二阳极板102与阴极板之间的距离b＝(1.1-1.3)a，第三阳极板103与阴极板之间的距离c＝(1.1-1.3)b。采用上述技术方案的有益效果是：根据不同的电镀条件，设置合理的相邻阳极板的间距，确保镀层分布的均匀度。

如图8所示，在本发明的另一些实施方式中，分割式阳极装置包括一个绝缘底座20，在底座20上设置多个台阶面，第一阳极板101、第二阳极板102、第三阳极板103分别设于台阶面上。如图9所示，在底座20与阳极板相背的一侧设有导电板30，各阳极板分别通过电导通件连接到导电板30上，导电板30连接到电流供应器的正极。

如图9所示，在本发明的另一些实施方式中，还包括用于调节阳极板与其相邻阳极板在厚度方向上间距的位置调节机构。在导电板30的背面设有一绝缘安装板40，在第一阳极板101背面连接一绝缘的第一螺杆511，在第二阳极板102背面连接一绝缘的第二螺杆512，在绝缘安装板40上分别经轴承安装有第一调节螺母521和第二调节螺母522，第一调节螺母521还旋合在第一螺杆511的螺纹上，第二调节螺母522还旋合在第二螺杆512的螺纹上。可以测定电镀产品实际镀层厚度，通过旋转第一调节螺母521对第一阳极板101的间距进行微调，或通过第二调节螺母522对第二阳极板102的间距进行微调，以进一步改善电镀层均匀性。在得到稳定均匀得镀层后，可以在第一螺杆511上再旋合第一锁紧螺母531压紧第一调节螺母521，以保持第一阳极板101的稳定；同样可以在可以在第二螺杆512上再旋合第二锁紧螺母532压紧第二调节螺母522，以保持第二阳极板102的稳定。为了保证第一阳极板101或第二阳极板102位置调节时，与导电板30之间的保持良好的导电性，在导电板30上可设置导电弹片，在阳极板上设置与导电弹片相匹配的导电棒，在导电棒移动时，导电弹片与导电棒能保持良好接触。

如图10所示，一种电镀设备，包括电镀槽60、电镀挂具70、电流供应器80和分割式阳极装置10，电镀挂具70上设有与电流供应器80负极电连接的阴极导片，待电镀对象设置在电镀挂具70上，待电镀对象与阴极导片相导通，从图3的电场分布原理图上看，使电镀对象成为与阳极板相对的阴极板。

一种提高镀层均匀度的方法：将阳极板从中央位置向外围分割成相套设的多个阳极板，分割后的每个阳极板分别通过导电连接件连通到电流供应器的正极，将分割后的相邻阳极板在厚度方向上错位设置，离中央位置越近的阳极板离电镀装置阴极板的距离越小。

在本发明的另一些实施方式中，对电镀对象件电镀后的镀层厚度进行测定，根据镀层厚度分布状况，调节阳极板与电镀装置阴极板的距离；当电镀对象某电镀区域镀层厚度偏薄时，调小相应阳极板与电镀装置阴极板的距离；当电镀对象某电镀区域镀层厚度偏厚时，调大相应阳极板与电镀装置阴极板的距离。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种分割式阳极装置，其特征在于，包括至少二个阳极板，每个所述阳极板分别通过导电连接件与电流供应器的正极连接，其中，第一阳极板位于中央位置，其后的阳极板分别设于其前阳极板的外缘外围部分，任一阳极板的外缘与其外围相邻阳极板的内缘之间不导电，且相邻的阳极板之间在厚度方向上具有一间距，离中央位置越近的阳极板离电镀装置阴极板的距离越小。

2.根据权利要求1所述的分割式阳极装置，其特征在于，相邻的阳极板中，以近中央侧的阳极板与电镀装置阴极板的距离为L，则远离中央侧的阳极板与电镀装置阴极板的距离为(1.1-3)*L。

3.根据权利要求1所述的分割式阳极装置，其特征在于，还包括至少一个位置调节机构，所述位置调节机构用于调节一阳极板与其相邻阳极板在厚度方向上的间距。

4.一种电镀设备，其特征在于，包括电镀槽、电镀挂具、电流供应器和权利要求1-3任一所述的分割式阳极装置，所述电镀挂具上设有与电流供应器负极电连接的阴极板，待电镀对象设置在所述电镀挂具上。

5.一种提高镀层均匀度的方法，其特征在于，将阳极板从中央位置向外围分割成相套设的多个阳极板，分割后的每个阳极板分别通过导电连接件连通到电流供应器的正极，将分割后的相邻阳极板在厚度方向上错位设置，离中央位置越近的阳极板离电镀装置阴极板的距离越小。

6.根据权利要求5所述的提高镀层均匀度的方法，其特征在于，相邻的阳极板中，以近中央侧的阳极板与电镀装置阴极板的距离为L，则远离中央侧的阳极板与电镀装置阴极板的距离为(1.1-3)*L。

7.根据权利要求6所述的晶圆电镀装置，其特征在于，根据电镀对象件电镀后的镀层厚度分布，调节阳极板与电镀装置阴极板的距离；当电镀对象某电镀区域镀层厚度偏薄时，调小相应阳极板与电镀装置阴极板的距离；当电镀对象某电镀区域镀层厚度偏厚时，调大相应阳极板与电镀装置阴极板的距离。

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