CN111334844A - 搅拌装置、电化学沉积槽、芯片生产设备及芯片 - Google Patents

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吴光庆
曹秀芳
张伟锋
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Abstract

本发明涉及半导体生产设备技术领域，尤其是涉及一种搅拌装置、电化学沉积槽、芯片生产设备及芯片。搅拌装置，包括内齿轮和搅拌组件，内齿轮用于固定安装在电化学沉积槽的槽体中，搅拌组件包括齿轮传动机构和搅拌桨，齿轮传动机构能够与内齿轮啮合，以使搅拌桨能够绕内齿轮的轴线转动，搅拌桨与齿轮传动机构连接，搅拌桨能够绕其自身的轴线转动，且搅拌桨的转轴与内齿轮的轴线平行。在使用时，搅拌桨在绕其自身的轴线转动的同时，还能够随着齿轮传动机构绕内齿轮的轴线转动，从而能够对槽体中的镀液进行充分搅拌，使得与晶圆各部接触的镀液浓度更加均匀。

Description

搅拌装置、电化学沉积槽、芯片生产设备及芯片
技术领域
本发明涉及半导体生产设备技术领域，尤其是涉及一种搅拌装置、电化学沉积槽、芯片生产设备及芯片。
背景技术
电化学沉积是集成电路金属化的一种重要方式，其相对于溅射及蒸镀具有更低的成本优势及更高的镀制效率。随着集成电路的不断优化，各芯片制造厂商对电化学沉积设备的性能提出了更高的要求。目前市场上的电化学沉积设备所镀制的性能并不能满足发展的需求，其中主要问题之一就是电镀时，镀液搅拌不充分，导致与晶圆各部接触的镀液浓度不均，从而导致镀膜厚度均匀性不佳及镀制效率低等问题。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种搅拌装置，以缓解现有技术中存在的因镀液搅拌不充分而导致与晶圆各部接触的镀液浓度不均的技术问题。
本发明的第二目的在于提供一种电化学沉积槽，以缓解现有技术中存在的因镀液搅拌不充分而导致与晶圆各部接触的镀液浓度不均的技术问题。
本发明的第三目的在于提供一种芯片生产设备，以缓解现有技术中存在的因镀液搅拌不充分而导致与晶圆各部接触的镀液浓度不均，进而导致芯片的良品率低的技术问题。
本发明的第四目的在于提供一种芯片，以缓解现有技术中存在的因镀液搅拌不充分而导致与晶圆各部接触的镀液浓度不均，进而导致芯片性能不佳的技术问题。
基于上述第一目的，本发明提供了一种搅拌装置，包括内齿轮和搅拌组件，所述内齿轮用于固定安装在电化学沉积槽的槽体中，所述搅拌组件包括齿轮传动机构和搅拌桨，所述齿轮传动机构能够与所述内齿轮啮合，以使所述搅拌桨能够绕所述内齿轮的轴线转动，所述搅拌桨与所述齿轮传动机构连接，所述搅拌桨能够绕其自身的轴线转动，且所述搅拌桨的转轴与所述内齿轮的轴线平行。
进一步地，在某些可选的实施方式中，搅拌装置还包括驱动机构和外圈齿轮，所述驱动机构与所述外圈齿轮传动连接，以使所述外圈齿轮能够相对于所述内齿轮转动，所述外圈齿轮与所述内齿轮同轴设置；所述齿轮传动机构安装在所述外圈齿轮上。
进一步地，在某些可选的实施方式中，搅拌装置还包括安装板，所述安装板设置有圆孔，所述圆孔的中心线与所述内齿轮的轴线重合，所述内齿轮与所述安装板一体成型设置，或所述内齿轮与所述安装板的板面固定连接。
进一步地，在某些可选的实施方式中，搅拌装置还包括导向机构，所述导向机构与所述安装板固定连接，所述导向机构设置有导向槽，所述导向槽的槽壁能够与所述外圈齿轮的轮面相接触。
进一步地，在某些可选的实施方式中，所述导向机构设置有宽度调节机构，所述宽度调节机构用于调节所述导向槽的槽宽。
进一步地，在某些可选的实施方式中，所述宽度调节机构包括偏心螺丝和导向套，所述偏心螺丝穿设于所述导向槽的槽壁中，且所述偏心螺丝的轴线与所述导向槽的深度方向平行，所述导向套固定套设于所述偏心螺丝的外部，且所述导向套的周向表面能够与所述外圈齿轮的轮面向贴合。
进一步地，在某些可选的实施方式中，所述搅拌组件的数量为两个，两个所述搅拌组件沿所述内齿轮的径向相对设置，两个所述搅拌组件中的搅拌桨的旋转方向相同或两个所述搅拌组件中的搅拌桨的旋转方向相反。
基于上述第二目的，本发明提供了一种电化学沉积槽，包括槽体以及所述的搅拌装置，所述槽体用于放置待处理工件和镀液，所述搅拌装置位于所述槽体的内部，用于搅拌镀液，所述内齿轮与所述槽体固定连接。
进一步地，在某些可选的实施方式中，所述待处理工件具有第一待处理表面和第二待处理表面，所述搅拌装置的数量为两个，其中一个所述搅拌装置靠近所述第一待处理表面设置，另一个所述搅拌装置靠近所述第二待处理表面设置。
进一步地，在某些可选的实施方式中，所述其中一个所述搅拌装置与所述第一待处理表面之间的距离可调，所述另一个所述搅拌装置与所述第二待处理表面之间的距离可调。
基于上述第三目的，本发明提供了一种芯片生产设备，包括所述的电化学沉积槽。
基于上述第四目的，本发明提供了一种芯片，所述芯片采用所述的芯片生产设备制备。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要在于：
本发明提供的搅拌装置，包括内齿轮和搅拌组件，所述内齿轮用于固定安装在电化学沉积槽的槽体中，所述搅拌组件包括齿轮传动机构和搅拌桨，所述齿轮传动机构能够与所述内齿轮啮合，以使所述搅拌桨能够绕所述内齿轮的轴线转动，所述搅拌桨与所述齿轮传动机构连接，所述搅拌桨能够绕其自身的轴线转动，且所述搅拌桨的转轴与所述内齿轮的轴线平行。
基于该结构，本发明提供的搅拌装置，在使用时，搅拌桨在绕其自身的轴线转动的同时，还能够随着齿轮传动机构绕内齿轮的轴线转动，从而能够对槽体中的镀液进行充分搅拌，使得与晶圆各部接触的镀液浓度更加均匀。
本发明提供的电化学沉积槽，由于使用了本发明提供的搅拌装置，能够对槽体中的镀液进行充分搅拌，使得与晶圆各部接触的镀液浓度更加均匀。
本发明提供的芯片生产设备，由于使用了本发明提供的电化学沉积槽，能够对槽体中的镀液进行充分搅拌，使得与晶圆各部接触的镀液浓度更加均匀，提高了芯片的良品率。
本发明提供的芯片，由于是采用本发明提供的芯片生产设备制备的，芯片性能较佳。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例一提供的搅拌装置的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的搅拌装置的后视图；
图3为本发明实施例一提供的搅拌装置的右视图；
图4为本发明实施例一提供的搅拌装置中的导向机构的结构示意图；
图5为本发明实施例一提供的搅拌装置中的导向机构的主视图；
图6为图5的沿C-C线的剖视图；
图7为本发明实施例一提供的搅拌装置的旋转方向的示意图；
图8为本发明实施例二提供的电化学沉积槽的结构示意图；
图9为本发明实施例二提供的电化学沉积槽中的搅拌装置与晶圆的位置关系示意图。
图标：100-槽体；200-晶圆；300-循环泵；400-第一阳极；500-第二阳极；600-电场整流板；700-电源；101-内齿轮；102-外圈齿轮；103-第一传动齿轮；104-第二传动齿轮；105-第三传动齿轮；106-导向槽；107-偏心螺丝；108-导向套；109-调节螺母；110-环形凹陷部；111-第一搅拌桨；112-第二搅拌桨；113-第一齿轮传动机构；114-第二齿轮传动机构；115-导向机构；116-第一固定板；117-第二固定板；118-安装板。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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做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。
实施例一
参见图1至图7所示，本实施例提供了一种搅拌装置，包括内齿轮101和搅拌组件，内齿轮101用于固定安装在电化学沉积槽的槽体100中，搅拌组件包括齿轮传动机构和搅拌桨，齿轮传动机构能够与内齿轮101啮合，以使搅拌桨能够绕内齿轮101的轴线转动，搅拌桨与齿轮传动机构连接，搅拌桨能够绕其自身的轴线转动，且搅拌桨的转轴与内齿轮101的轴线平行。
本实施例提供的搅拌装置，在使用时，搅拌桨在绕其自身的轴线转动的同时，还能够随着齿轮传动机构绕内齿轮101的轴线转动，从而能够对槽体100中的镀液进行充分搅拌，使得与晶圆200各部接触的镀液浓度更加均匀。
具体而言，在使用时，将晶圆200放置在槽底中，内齿轮101的轴线与晶圆200的待处理表面垂直。优选地，搅拌桨与晶圆200的待处理表面之间的距离应尽可能近。
此外，本实施例提供的搅拌装置，通过提高待镀晶圆200表面的电镀液流速，使靠近晶圆200表面的镀液有效成分得以快速补充，不仅能够得到性能较好的镀层，使高深宽比硅片通道(Through Silicon Vias,TSV)晶圆200电镀无孔洞填充成为可能，而且能够增大晶圆200电镀的电流密度范围，使大电流密度镀制镀层得以实现，提高了电镀效率。
进一步地，在某些可选的实施方式中，搅拌装置还包括驱动机构(未示出)和外圈齿轮102，驱动机构与外圈齿轮102传动连接，以使外圈齿轮102能够相对于内齿轮101转动，外圈齿轮102与内齿轮101同轴设置；齿轮传动机构安装在外圈齿轮102上。
在使用时，驱动机构驱动外圈齿轮102绕其自身的轴线转动，齿轮传动机构通过固定板安装在外圈齿轮102上，齿轮传动机构随着外圈齿轮102一起转动，从而使得齿轮传动机构与内齿轮101啮合，以绕内齿轮101的轴线转动，齿轮传动机构在绕内齿轮101的轴线转动的同时，能够带动搅拌桨绕其自身的轴线转动。
本实施例中，驱动机构通过第一传动齿轮103与外圈齿轮102传动连接。
本实施例中，驱动机构为电机。
进一步地，在某些可选的实施方式中，参见图1所示，搅拌装置还包括安装板118，安装板118设置有圆孔，圆孔的中心线与内齿轮101的轴线重合，内齿轮101与安装板118一体成型设置。
具体而言，安装板118用于固定安装在电化学沉积槽的槽体100中，在圆孔的周向边缘设置多个齿，以形成内齿轮101。
在另一些可选的实施方式中，内齿轮101与安装板118的板面固定连接。其中，内齿轮101可以通过螺栓螺母等连接件与安装板118的板面固定连接。
进一步地，在某些可选的实施方式中，安装板118设置有第二传动齿轮104和第三传动齿轮105，第二传动齿轮104和第三传动齿轮105均与外圈齿轮102啮合。参见图所示，第一传动齿轮103位于外圈齿轮102的上方，第二传动齿轮104和第三传动齿轮105位于外圈齿轮102的下方，且第二传动齿轮104和第三传动齿轮105对称设置。
进一步地，在某些可选的实施方式中，搅拌装置还包括导向机构115，导向机构115与安装板118固定连接，导向机构115设置有导向槽106，导向槽106的槽壁能够与外圈齿轮102的轮面相接触。
外圈齿轮102的轮面是指外圈齿轮102的与其轴线平行的表面。可选地，导向槽106的横截面的形状为U形，导向槽106的两个槽壁的内表面分别与外圈齿轮102的两个轮面相接触，对外圈齿轮102的转动起到导向作用，保证外圈齿轮102能够平稳地转动。
本实施例中，导向机构115的数量为四个。
进一步地，在某些可选的实施方式中，导向机构115设置有宽度调节机构，宽度调节机构用于调节导向槽106的槽宽。
由于外圈齿轮102的轮面不一定是完全平整的平面，会存在一定的厚度误差，通过设置宽度调节机构，能够调节导向槽106的槽宽，以保证外圈齿轮102能够顺利转动。
进一步地，在某些可选的实施方式中，参见图4至图6所示，宽度调节机构包括偏心螺丝107和导向套108，偏心螺丝107穿设于导向槽106的槽壁中，且偏心螺丝107的轴线与导向槽106的深度方向平行，导向套108固定套设于偏心螺丝107的外部，且导向套108的周向表面能够与外圈齿轮102的轮面向贴合。
具体而言，导向槽106的槽壁设置有通孔，偏心螺丝107从导向槽106的一端穿过通孔，导向槽106的另一端固定有调节螺母109，调节螺母109与偏心螺丝107相配合。导向槽106的槽壁的上表面设置有凹槽，凹槽与通孔连通，导向套108位于凹槽中，当使用者旋转偏心螺丝107时，导向套108会随着偏心螺丝107一起转动，导向套108的周向表面与外圈齿轮102的轮面之间的距离也会发生变化，从而能够调节导向套108的周向表面与外圈齿轮102的轮面之间的距离，以保证外圈齿轮102能够顺利转动。
本实施例中的宽度调节机构的数量为两个，每个槽壁各设置一个宽度调节机构，这样的方式能够增强调节的灵活性和准确性。
进一步地，在某些可选的实施方式中，轴套的周向外表面设置有环形凹陷部110，环形凹陷部110的位置与外圈齿轮102的齿相对应。这样的方式能够防止外圈齿轮102的齿对轴套的磨损，减小了摩擦力，提高了使用寿命。
进一步地，在某些可选的实施方式中，搅拌组件的数量为两个，两个搅拌组件沿内齿轮101的径向相对设置，两个搅拌组件中的搅拌桨的旋转方向相同或两个搅拌组件中的搅拌桨的旋转方向相反。
通过设置两个搅拌组件，且两个搅拌组件沿内齿轮101的径向相对设置，这样的方式能够达到动态平衡。作为优选，本实施例中的两个搅拌桨的旋转方向相反，这样的方式能够进一步对镀液进行充分搅拌，使得与晶圆200各部接触的镀液浓度更加均匀。
参见图2所示，为了便于描述本实施例的技术方案，将两个搅拌组件分别命名为第一搅拌组件和第二搅拌组件，第一搅拌组件和第二搅拌组件中的搅拌桨分别命名为第一搅拌桨111和第二搅拌桨112，第一搅拌组件和第二搅拌组件中的齿轮传动机构分别命名为第一齿轮传动机构113和第二齿轮传动机构114，第一齿轮传动机构113通过第一固定板116安装在外圈齿轮102上，第二齿轮传动机构114通过第二固定板117安装在外圈齿轮102上，第一齿轮传动机构113中的齿轮的数量为偶数，第二齿轮传动机构114中的齿轮的数量为奇数，这样的方式能够使得两个搅拌桨的旋转方向相反。本实施例中，第一齿轮传动机构113中的齿轮的数量为两个，第一搅拌桨111与第一齿轮传动机构113中的远离内齿轮101的一个齿轮同轴固定连接。第二齿轮传动机构114中的齿轮的数量为三个，第二搅拌桨112与第二齿轮传动机构114中的远离内齿轮101的一个齿轮同轴固定连接。
参见图7所示，图7中，两个实线箭头分别表示第一搅拌桨111和第二搅拌桨112绕各自的轴线的旋转方向，虚线箭头表示第一搅拌桨111和第二搅拌桨112一起绕内齿轮101的轴线的旋转方向。
在另一些可选的实施方式中，两个搅拌组件中的搅拌桨的旋转方向相同。第一齿轮传动机构中的齿轮的数量和第二齿轮传动机构中的齿轮的数量均为奇数或均为偶数。
实施例二
参见图8和图9所示，本实施例提供了一种电化学沉积槽，包括槽体100以及本发明实施例一提供的搅拌装置，槽体100用于放置待处理工件和镀液，搅拌装置位于槽体100的内部，用于搅拌镀液，内齿轮101与槽体100固定连接。
本实施例中的待处理工件为晶圆200。
本实施例提供的电化学沉积槽，由于使用了本发明实施例一提供的搅拌装置，能够对槽体100中的镀液进行充分搅拌，使得与晶圆200各部接触的镀液浓度更加均匀，并且能够减薄镀液的扩散边界层厚度。
安装板118固定在槽体100的内部，可选地，安装板118可以与槽体100的底板固定连接，也可以与槽体100的内壁固定连接，还可以同时与槽体100的底板和内壁固定连接。
参见图8所示，本实施例提供的电化学沉积槽，还包括第一阳极400、第二阳极500、循环泵300、电场整流板600和电源700，第一阳极400和第二阳极500放置在槽体100内，晶圆200放置在第一阳极400和第二阳极500中间，第一阳极400和第二阳极500与电源700的正极连接，晶圆200与电源700的负极连接，搅拌装置对镀液进行搅拌；在循环泵300的作用下，镀液沿箭头方向A进入槽体100，然后沿箭头方向B从槽体100中溢出，最后再进入循环泵300，以达到循环效果。
本实施例中，待处理工件具有第一待处理表面和第二待处理表面，搅拌装置的数量为两个，其中一个搅拌装置靠近第一待处理表面设置，另一个搅拌装置靠近第二待处理表面设置。
在进行双面镀膜时，搅拌装置的数量为两个，这样就能够保证第一待处理表面和第二待处理表面都能够实现均匀镀膜。
进一步地，在某些可选的实施方式中，其中一个搅拌装置与第一待处理表面之间的距离可调，另一个搅拌装置与第二待处理表面之间的距离可调。
参见图9所示，在使用时，可以根据实际工艺要求调节搅拌装置与晶圆200之间的距离，即调节其中一个搅拌装置中的搅拌桨与第一待处理表面之间的距离d1，以及另一个搅拌装置中的搅拌桨与第二待处理表面之间的距离d2。
可选地，d1不大于10mm，d2不大于10mm，d1与d2可以相等，也可以不相等。
需要说明的是，d1与d2不仅局限于以上数值，只要能够保证搅拌桨不触碰到晶圆200即可。
实施例三
本实施例提供了一种芯片生产设备，包括本发明实施例二提供的电化学沉积槽。
本实施例提供的芯片生产设备，由于使用了本发明实施例二提供的电化学沉积槽，能够对槽体100中的镀液进行充分搅拌，使得与晶圆200各部接触的镀液浓度更加均匀，提高了芯片的良品率。
实施例四
本实施例提供了一种芯片，芯片采用本发明实施例三提供的芯片生产设备制备。
本实施例提供的芯片，由于是采用本发明实施例三提供的芯片生产设备制备的，芯片性能较佳。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种搅拌装置，其特征在于，包括内齿轮和搅拌组件，所述内齿轮用于固定安装在电化学沉积槽的槽体中，所述搅拌组件包括齿轮传动机构和搅拌桨，所述齿轮传动机构能够与所述内齿轮啮合，以使所述搅拌桨能够绕所述内齿轮的轴线转动，所述搅拌桨与所述齿轮传动机构连接，所述搅拌桨能够绕其自身的轴线转动，且所述搅拌桨的转轴与所述内齿轮的轴线平行。
2.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，还包括驱动机构和外圈齿轮，所述驱动机构与所述外圈齿轮传动连接，以使所述外圈齿轮能够相对于所述内齿轮转动，所述外圈齿轮与所述内齿轮同轴设置；所述齿轮传动机构安装在所述外圈齿轮上。
3.根据权利要求2所述的搅拌装置，其特征在于，还包括安装板，所述安装板设置有圆孔，所述圆孔的中心线与所述内齿轮的轴线重合，所述内齿轮与所述安装板一体成型设置，或所述内齿轮与所述安装板的板面固定连接。
4.根据权利要求3所述的搅拌装置，其特征在于，还包括导向机构，所述导向机构与所述安装板固定连接，所述导向机构设置有导向槽，所述导向槽的槽壁能够与所述外圈齿轮的轮面相接触。
5.根据权利要求4所述的搅拌装置，其特征在于，所述导向机构设置有宽度调节机构，所述宽度调节机构用于调节所述导向槽的槽宽。
6.根据权利要求5所述的搅拌装置，其特征在于，所述宽度调节机构包括偏心螺丝和导向套，所述偏心螺丝穿设于所述导向槽的槽壁中，且所述偏心螺丝的轴线与所述导向槽的深度方向平行，所述导向套固定套设于所述偏心螺丝的外部，且所述导向套的周向表面能够与所述外圈齿轮的轮面向贴合。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的搅拌装置，其特征在于，所述搅拌组件的数量为两个，两个所述搅拌组件沿所述内齿轮的径向相对设置，两个所述搅拌组件中的搅拌桨的旋转方向相同或两个所述搅拌组件中的搅拌桨的旋转方向相反。
8.一种电化学沉积槽，其特征在于，包括槽体以及如权利要求1至7中任一项所述的搅拌装置，所述槽体用于放置待处理工件和镀液，所述搅拌装置位于所述槽体的内部，用于搅拌镀液，所述内齿轮与所述槽体固定连接。
9.根据权利要求8所述的电化学沉积槽，其特征在于，所述待处理工件具有第一待处理表面和第二待处理表面，所述搅拌装置的数量为两个，其中一个所述搅拌装置靠近所述第一待处理表面设置，另一个所述搅拌装置靠近所述第二待处理表面设置。
10.根据权利要求9所述的电化学沉积槽，其特征在于，所述其中一个所述搅拌装置与所述第一待处理表面之间的距离可调，所述另一个所述搅拌装置与所述第二待处理表面之间的距离可调。
11.一种芯片生产设备，其特征在于，包括如权利要求8所述的电化学沉积槽。
12.一种芯片，其特征在于，所述芯片采用如权利要求11所述的芯片生产设备制备。
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