CN111809223A - 晶圆夹具及含其的晶圆移动机构和晶圆电镀设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆夹具及含其的晶圆移动机构和晶圆电镀设备，其中晶圆夹具包括连接部和托盘，所述连接部用于定位于机械手，所述托盘可拆卸连接于所述连接部，所述托盘相对所述连接部可更换，不同的所述托盘可分别固定不同尺寸的晶圆。该晶圆夹具具有多个相对连接部可更换的托盘，通过更换用于固定不同尺寸晶圆的托盘，使得晶圆夹具实现固定不同尺寸的晶圆的目的，且具有高灵活性，从而满足使用该晶圆夹具的电镀设备能够快速兼容不同尺寸晶圆的目的，有效简化电镀设备的结构并降低成本。

Description

晶圆夹具及含其的晶圆移动机构和晶圆电镀设备

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种晶圆夹具及含其的晶圆移动机构和晶圆电镀设备。

背景技术

在集成电路制造领域的芯片制造工艺中，晶圆电镀是非常重要的工艺。由于集成电路制造中对高产能的追求，通常一台晶圆电镀设备要同时运转几个甚至几十个晶圆的电镀工序。高产能的代价是晶圆电镀设备的部件多而复杂。

现有技术中的晶圆电镀设备，通过机械手转运晶圆夹具，由于晶圆夹具仅能够固定对应的规格尺寸的晶圆，导致上述晶圆电镀设备可进行电镀的晶圆尺寸单一，难以满足工艺研发、产品研发等场景的需求，也不利于降低设备的制造成本和使用成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的晶圆电镀设备所能电镀的晶圆尺寸单一，难以满足研发需求，不利于降低设备成本的缺陷，提供一种晶圆夹具及含其的晶圆移动机构和晶圆电镀设备。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种晶圆夹具，其包括：

连接部，所述连接部用于定位于机械手；

托盘，所述托盘可拆卸连接于所述连接部，所述托盘相对所述连接部可更换，不同的所述托盘可分别固定不同尺寸的晶圆。

该晶圆夹具具有多个相对连接部可更换的托盘，通过更换用于固定不同尺寸晶圆的托盘，使得晶圆夹具实现固定不同尺寸的晶圆的目的，且具有高灵活性，从而满足使用该晶圆夹具的电镀设备能够快速兼容不同尺寸晶圆的目的，有效简化电镀设备的结构并降低成本。

较佳地，所述晶圆夹具还包括驱动部，所述托盘通过所述驱动部可拆卸连接于所述连接部，所述驱动部连接于所述托盘，并驱动所述托盘沿所述晶圆夹具的轴线方向转动，以满足部分晶圆电镀工艺的需求。

较佳地，所述驱动部包括可相对旋转的转子和定子，所述定子连接于所述连接部，所述转子连接于所述托盘，所述转子相对所述定子可更换，以通过对转子的拆卸，使托盘及转子相对连接部脱离。在此之后，可以将固定有不同尺寸晶圆的托盘与转子整体更换，也可以将转子单独拆下后再安装于另一托盘上，以最终实现更换托盘的目的。

较佳地，所述定子还包括导电滑环，所述定子通过所述导电滑环可拆卸连接于所述连接部并电连接于所述转子，以利用导电滑环，使得托盘在相对旋转的情况下将外部电源从晶圆夹具的固定部分引至晶圆表面。

较佳地，所述托盘包括：

托盘本体，所述托盘本体用于固定并密封晶圆；

测量装置，所述测量装置用于检测所述晶圆相对所述托盘本体的密封性，以避免在电镀过程中，因托盘本体对晶圆的密封失效而导致晶圆的非电镀面接触到电镀液的情况发生。

较佳地，所述托盘本体包括密封件和盖板，所述晶圆设置于所述盖板和所述密封件之间；

所述盖板设于所述晶圆的上表面，所述盖板设有凹槽，所述凹槽与所述晶圆形成一腔体；

所述盖板设有至少一进气口，所述进气口与所述腔体相通；

所述测量装置通过气体通道与所述进气口相连，所述测量装置用于检测所述腔体的气压或气体流量；

所述密封件设于所述晶圆的下表面边缘。

通过上述结构设置，使得测量装置经由气体通道检测腔体的气压或气体流量的方式实现对晶圆夹具密封效果的判定，这种检测方式为非接触式，并具有方便、快捷等优势。

较佳地，所述测量装置设有第一气压表或第一气体流量表；

所述第一气压表用于测量所述腔体的气压，设置在所述气体通道处；

所述第一气体流量表用于测量所述腔体的气体流量，设置在所述气体通道处。

较佳地，当所述测量装置用于检测所述腔体的气压时，所述测量装置还设有第二气压表，所述第二气压表用于测量气体的供气气压，设置在供气气源处；

当所述测量装置用于检测所述腔体的气体流量时，所述测量装置还设有第二气体流量表，所述第二气体流量表用于测量气体的供气流量，设置在供气气源处。

上述结构额外设置有第二气体流量表以检测供气流量，通过对第一气压表与第二气压表各自检测到的气压值进行比较，以更准确、可靠地判断晶圆夹具对晶圆的密封效果。

较佳地，所述托盘包括：

托盘本体，所述托盘本体用于固定晶圆；

晶圆撑脚，所述晶圆定位于所述晶圆撑脚；

驱动气缸，所述驱动气缸的气缸轴通过气缸拉板连接于所述托盘本体，并驱动所述托盘本体相对所述晶圆撑脚升降。

较佳地，所述托盘包括：

导电环，所述导电环设置于所述托盘本体，所述导电环与所述晶圆的内侧导电接触；

导电包胶，所述导电包胶设置于所述托盘本体，所述导电包胶压设于所述晶圆的外侧边缘，以在晶圆被固定在托盘本体的表面时，使晶圆能够保持与导电环之间的导电接触。

一种晶圆移动机构，其包括：

机械手；

如上所述的晶圆夹具，所述晶圆夹具的连接部连接于所述机械手的末端。

该晶圆夹具通过更换托盘的方式实现固定不同尺寸的晶圆的目的，使得该晶圆移动机构能够固定不同规格尺寸的晶圆，并实施相同的电镀工艺。

较佳地，所述机械手具有实现竖直翻转的移动机构模块，所述移动机构模块设置于所述机械手的末端，并固定于所述连接部。

上述结构设置使得晶圆夹具的晶圆安装面可通过移动机构模块翻转朝上，以便于在上片步骤中将晶圆以人工或其他机械手的方式转移放入或取出。

较佳地，所述晶圆移动机构能够在实施晶圆电镀时作为电镀槽的阴极。

该晶圆移动机构能够相对电镀槽移入和移出晶圆，因此，可作为该电镀槽的阴极，以满足晶圆在电镀槽内进行电镀的工艺需求。

一种晶圆电镀设备，其包括晶圆移动机构，所述晶圆移动机构包括如上所述的晶圆夹具。

该晶圆电镀设备的晶圆移动机构包括多个可更换托盘的晶圆夹具，这些托盘可分别固定不同尺寸的晶圆，以通过拆卸并更换的方式，使得晶圆电镀设备能够固定不同规格尺寸的晶圆，并实施相同的电镀工艺。

较佳地，所述晶圆移动机构还包括机械手，所述晶圆夹具的连接部连接于所述机械手的末端；

所述晶圆电镀设备还包括多个工作槽，所述机械手带动所述晶圆夹具进出多个所述工作槽。

该晶圆电镀设备通过设置机械手带动该晶圆夹具在多个工作槽之间进出，以避免该晶圆在完成电镀工艺的过程中，在多个不同的机械手之间来回交接的情况发生，以有效降低该晶圆电镀设备的结构复杂程度，并提升整体可靠性。其中，在多个工作槽中，每个工作槽所镀覆目标金属材料可各不相同。目标金属材料包括：金、银、铜、锡或锡银其中的任一种，且不局限于这些种类。

本发明的积极进步效果在于：

该晶圆夹具及含其的晶圆移动机构和晶圆电镀设备中，晶圆夹具具有多个相对连接部可更换的托盘，可通过更换用于固定不同尺寸晶圆的托盘，使得晶圆夹具实现固定不同尺寸的晶圆的目的，且具有高灵活性，从而使得电镀设备能够快速地兼容不同尺寸晶圆，以有效简化电镀设备的结构并降低成本。

附图说明

图1为本发明的实施例1的晶圆移动机构的结构示意图。

图2为本发明的实施例1的晶圆移动机构的运动状态示意图。

图3为本发明的实施例1的晶圆夹具的结构示意图1。

图4为本发明的实施例1的晶圆夹具的结构示意图2。

图5为本发明的实施例1的晶圆夹具的托盘的局部结构示意图。

图6为本发明的实施例2的晶圆移动机构的运动状态示意图。

图7为本发明的实施例3的晶圆电镀单元的俯视布局示意图。

图8为本发明的实施例4的晶圆电镀单元的俯视布局示意图。

图9为本发明的实施例5的晶圆夹具的结构示意图。

图10为本发明的实施例6的晶圆电镀设备的结构示意图。

图11为本发明的实施例6的晶圆电镀设备的运行状态示意图。

图12为本发明的实施例7的晶圆夹具的托盘的局部结构示意图。

图13为本发明的实施例7的盖板的结构示意图。

图14为本发明的实施例9的晶圆夹具的托盘的局部结构示意图。

附图标记说明：

晶圆电镀设备100

晶圆电镀单元10

晶圆移动机构1

机械手11，移动机构模块111

晶圆夹具12，晶圆安装面12a

连接部121

托盘挂架1211

托盘122

托盘本体1221

盖板122a

腔体122b

进气口122c

气体通道122d

测量装置123

晶圆撑脚124

驱动气缸125

导电环126

导电包胶127

驱动部128

转子128a

定子128b

导电滑环128c

轴128d

密封件130

夹持机构140

工作槽2

ECD槽21

SRD槽22

Reclaim槽23

晶圆转运机械手20

晶圆200

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种晶圆移动机构1，其包括相互连接的机械手11和晶圆夹具12。其中，晶圆夹具12用于固定晶圆，机械手11和晶圆夹具12之间，机械手11的末端连接在晶圆夹具12上，该机械手11至少具有三个自由度，包括升降自由度、平移自由度以及旋转自由度。

对于该晶圆移动机构1而言，通过在连接晶圆夹具12的机械手11上设置升降自由度和旋转自由度，满足驱动晶圆夹具12进出某一特定工作槽2以及驱动晶圆夹具12及晶圆200在工作槽2内旋转，进而满足电镀工艺需求的目的。

同时，通过在机械手11上额外设置平移自由度，使得该机械手11能够还带动晶圆夹具12及固定在晶圆夹具12上的晶圆200在多个工作槽2之间移动，以实现单个机械手11驱动上述晶圆200在多个工作槽2之间转运的目的，从而使得该晶圆200在完成电镀工艺的过程中，能够保持固定在一个晶圆夹具12以及一个机械手11上，进而有效避免上述晶圆200在多个晶圆夹具12或多个机械手11之间来回交接而引起的误差问题以及制造工艺的繁复。其中，上述的多个工作槽2中，每个工作槽2所镀覆的目标金属材料可各不相同。所谓的目标金属材料，可包括：金、银、铜、锡或锡银其中的任一种，且不局限于这些种类。

具体来说，通过在机械手11上设置平移自由度，可有效简化晶圆移动机构1在晶圆电镀过程中的工艺步骤，同时，可避免晶圆夹具12在多个机械手11之间来回交接，进而解决交接过程中晶圆夹具12与机械手11之间因定位精度不佳而引起的交接失败情况，提高了电镀工艺期间的流程可靠性，进而提升产率，降低制造成本。

由于机械手11可在多个工作槽2之间转移晶圆，因此每个工作槽2无需再额外配备“一对一”的机械手11和晶圆夹具12。同时，晶圆夹具12无需再在多个机械手11之间交接，因此机械手11与晶圆夹具12之间可以完全固定。

其中，在进行晶圆电镀工艺时，晶圆移动机构1应当与对应的工作槽2进行电连接，以作为该工作槽2的阴极，以使电镀液中的预镀金属的阳离子能够附着于晶圆200而形成镀层。在完成该项电镀工艺后，工作槽2应当断开与晶圆移动机构1之间的电连接。

具体的，晶圆移动机构1的晶圆夹具12可以在被机械手11驱动而进入上述工作槽2时与工作槽2的阴极电极进行搭接，以使晶圆夹具12成为该工作槽2的阴极；而当机械手11驱动晶圆夹具12离开该工作槽2时，在机械手11的位移驱动下，晶圆夹具12与工作槽2的阴极电极脱离，以免上述电极影响晶圆移动机构1的后续工艺实施。

在此基础上，当晶圆移动机构1移动至另一个工作槽2时，晶圆移动机构1也可同样作为另一个工作槽2的阴极。其中，上文的工作槽2通常指各金属电镀的电镀槽，由于电镀槽的电极设置属于现有技术范畴，在此不再赘述。

本实施例提供的晶圆移动机构1，由于要在多个工作槽2之间转运晶圆200，因此，也可分别作为这些工作槽2的阴极，以满足该晶圆200在各工作槽2内的电镀工艺需求。

优选地，上述机械手11也可以为六自由度移动机构，以便于机械手11将晶圆夹具12转运至任意位置的工作槽2内。同时在某个工作槽2对应于多个这种晶圆移动机构1的情况下，对于每个晶圆移动机构1的机械手11而言，由于其运动自由度较多，因此可有效避免多个机械手11之间在运动过程中出现干涉的情况。

如图1和图2所示，该机械手11还具有实现竖直翻转的移动机构模块111，该移动机构模块111设置在机械手11的末端位置处，并直接连接至晶圆夹具12。通过设置该移动机构模块111，以驱动晶圆夹具12实现竖直翻转的功能，使得晶圆夹具12的晶圆安装面12a能够朝上，以便于在上片步骤中将晶圆以人工或其他机械手11的方式转移放入或取出。在将晶圆放入后，为了提高电镀槽体的工作质量，晶圆夹具12通常会在上片后进行密封程序，尤其是ECD(Electrochemical Deposition电化学沉积，又叫电镀)工艺中，需对晶圆的非电镀一面进行密封。该密封件130位于晶圆夹具12的导电环结构中，该密封件130及导电环的结构可为本领域的常规结构，在此不再赘述。

如图3所示，该晶圆夹具12具体包括连接部121和托盘122。其中，连接部121用于定位并连接于机械手11，而托盘122则相对连接部121能够拆卸并更换。对于该晶圆夹具12而言，不同的托盘122可分别固定不同尺寸的晶圆200。通过对托盘122相对连接部121进行更换，使得该晶圆夹具12实现固定不同尺寸的晶圆的目的。

该晶圆夹具12具有多个相对连接部121可更换的托盘122，通过更换用于固定不同尺寸晶圆的托盘122，使得晶圆夹具12实现固定不同尺寸的晶圆的目的，且具有高灵活性，从而满足使用该晶圆夹具12的电镀设备能够快速兼容不同尺寸晶圆的目的，可简化电镀设备的结构并降低成本。

在本实施例中，如图3所示，托盘122为一整体部件，其通过螺栓与连接部121上的托盘122挂架1211固定连接，当需要更换托盘122时，仅需将螺栓拧下即可使托盘122相对连接部121脱离，之后，再将固定另一尺寸晶圆的托盘122通过螺栓固定在相同位置，实现晶圆夹具12兼容不同尺寸晶圆的目的。

如图3和图4所示，托盘122具体包括托盘本体1221、晶圆撑脚124以及驱动气缸125，其中，托盘本体1221用于固定晶圆200，晶圆撑脚124用于供晶圆实现相对托盘122的定位，而驱动气缸125上的气缸轴125a通过气缸拉板125b连接至托盘本体1221，并驱动托盘本体1221相对晶圆撑脚124升降，使得定位于晶圆撑脚124的晶圆最终能被放置在托盘本体1221上。在本实施例中，这三个部件整体拆卸并更换，使得晶圆撑脚124无需考虑兼容不同尺寸晶圆的问题。

在本实施例中，在更换托盘本体1221的过程中，晶圆撑脚124与托盘本体1221一起相对连接部121被拆下并更换，而驱动托盘本体1221升降的驱动气缸125固定在连接部121上，因此在替换托盘本体1221时被保留。

另外，如图5所示，在托盘本体1221的晶圆安装面12a上设有导电环126和导电包胶127，导电环126与晶圆200的内侧导电接触而导电包胶127则压在晶圆200的外侧边缘，以通过对晶圆200的边缘施加压力，使晶圆200能够被固定在托盘本体1221的表面，并保持与导电环126之间的导电接触。

实施例2

如图6所示，本发明还提供一种晶圆电镀单元10，其结构与实施例1提供的晶圆电镀单元10的结构大致相同，不同之处在于，本实施例中的晶圆电镀单元的机械手11并非六自由度移动机构，其水平自由度仅能够沿X轴方向运动，其通过带动晶圆夹具12沿着X轴方向(即沿图6中的方向A)水平移动以实现在多个工作槽2之间转运晶圆夹具12的目的。在这种情况下，多个工作槽2也应当沿上述的水平方向A排列，以使得机械手11的水平移动范围能够覆盖这些工作槽2。

上述机械手11的自由度设置与工作槽2的位置设置能够有效简化机械手11的结构复杂程度，以进一步简化晶圆电镀单元10的结构。

实施例3

如图7所示，本发明还提供一种晶圆电镀单元10，其包括晶圆移动机构1和多个工作槽2，该晶圆移动机构1包括相互连接的机械手11和晶圆夹具12，晶圆能够被固定在晶圆夹具12的晶圆安装面12a上，机械手11能够在多个工作槽2之间转运该晶圆夹具12，从而避免该晶圆在完成电镀工艺的过程中，在多个不同的机械手11之间来回交接的情况发生，有效降低该晶圆电镀单元10的结构复杂程度。

为实现机械手11在多个工作槽2之间转运晶圆夹具12的目的，本实施例中的机械手11至少应具备升降自由度、平移自由度和旋转自由度。其中，升降自由度和旋转自由度用于驱动晶圆夹具12进出工作槽2，以及对晶圆实施电镀工艺，而平移自由度使得机械手11可带动晶圆夹具12及晶圆在多个工作槽2之间水平移动。

其中，晶圆电镀单元10的工作槽2包括电镀槽(即ECD槽)和工艺槽，而工艺槽具体可包括Reclaim(回收)槽和SRD(Spin Rinse Dryer，旋转烘干)槽。该晶圆电镀单元10可应用于水平电镀和垂直电镀中，在本实施例中，其应用于水平电镀中。

当然，在其他实施方式中，该晶圆电镀单元10也同样能够被应用在垂直电镀设备中。具体来说，该具有多个自由度的机械手11也同样能够将晶圆夹具12在垂直电镀设备的多个工作槽之间进行转运，以实现简化垂直电镀设备结构的目的，并能提高垂直电镀设备的工艺可靠性。其中，垂直电镀设备的工作槽的具体结构设计，由于其属于现有技术的范畴，因此在此不再赘述。

另外，在本实施例中，该晶圆移动机构1设置在多个工作槽2的上方，这些工作槽2在水平面上的投影环绕于该晶圆移动机构1设置，以便于机械手11移动至任意的工作槽2。

优选地，如图7所示，这些工作槽2在水平面上的投影距该晶圆移动机构1的机械手11的固定端的距离相同。通过该结构设置，使得晶圆移动机构1的水平自由度通过以晶圆移动机构1的固定端为轴线旋转的方式以带动晶圆夹具12在多个工作槽2之间移动。例如，在本实施例中，机械手11沿着方向B转动，使固定于其末端的晶圆夹具12能够被移动至任意一个工作槽2的上方。

之后，在晶圆夹具12移动至某一个工作槽2上方时，机械手11的升降自由度的实施部件带动晶圆夹具12进入该工作槽2的内部，而旋转自由度的实施部件则在晶圆夹具12所固定的晶圆浸没于电镀液时实现晶圆在电镀液内的相对转动。

实施例4

本实施例还提供一种晶圆电镀单元10，其结构与实施例3提供的晶圆电镀单元10的结构大致相同，不同之处在于，如图8所示，本实施例中的晶圆电镀单元10包括有多个晶圆移动机构1，这些晶圆移动机构1利用自身的机械手11将晶圆夹具12中固定的晶圆在多个工作槽2中转运，以完成对晶圆的电镀工艺。通过设置多个晶圆移动机构1，使该晶圆电镀单元10能够同时运转与晶圆移动机构1的数量相同的多个晶圆的电镀工序，以提高产量。同时，相较于现有技术中的晶圆电镀设备100，本实施例提供的晶圆电镀单元10在运转相同晶圆数量的情况下，机械手11的数量更少，且晶圆夹具12无需在多个机械手11直接交接，使得设备结构及制造工艺工序都更简单便捷。

本实施例中的晶圆电镀单元10包括5个工作槽2，具体为2个ECD槽21，1个SRD槽22和2个Reclaim槽23，其具体布局如图8所示。多个晶圆移动机构1的机械手11均为六自由度移动机构，以便于机械手11将晶圆夹具12转运至任意位置的工作槽2内。

这些机械手11的固定端分别被安装在这些工作槽2的左右两侧位置，以使得单个晶圆移动机构1的机械手11通过多自由度的移动，将其晶圆夹具12在ECD槽21、SRD槽22和Reclaim槽23之间转运晶圆。其中，由于SRD槽22的使用频率相对较低，因此在本实施例中仅设置了一个SRD槽22。

当然，在其他实施例中，这些晶圆移动机构1也可以被布置于其他位置处，以通过机械手11的多自由度移动，实现在多个不同工作槽2之间转运晶圆夹具12的目的。

另外，对于该晶圆电镀单元10的多个晶圆移动机构1而言，不同的晶圆移动机构1的晶圆夹具12可用于分别固定的不同尺寸规格的晶圆。例如多个晶圆移动机构1可分别固定3英寸、4英寸、6英寸、8英寸和12英寸等的晶圆，以满足单个晶圆电镀单元10同时加工不同尺寸规格的晶圆的需求。

又或者，晶圆移动机构1的晶圆夹具12相对机械手11可以拆卸并更换，并且晶圆移动机构1同时配置有可固定不同规格尺寸晶圆的多个晶圆夹具12。通过更换机械手11所连接的晶圆夹具12，以满足对不同尺寸的晶圆进行固定并实施电镀的目的。

实施例5

本实施例还提供一种晶圆电镀单元10，其结构与实施例3提供的晶圆电镀单元10的结构大致相同，不同之处在于，如图9所示，在本实施例的晶圆电镀单元10中，晶圆移动机构1的晶圆夹具12上设置有托盘本体1221，该托盘本体1221用于直接固定晶圆，单个晶圆夹具12配备有多个托盘本体1221，这些托盘本体1221相对于晶圆夹具12连接于机械手11的其他部分可更换，通过更换用于固定不同尺寸晶圆的托盘本体1221，使得晶圆移动机构1具备固定不同尺寸晶圆的能力。在本实施例中，托盘本体1221也同样通过螺栓与晶圆夹具12的其他部分连接，以通过螺栓的拆卸，实现更换托盘本体1221的目的。

在本实施例中，晶圆夹具12还包括驱动部128，驱动部128连接于托盘122并用于驱动托盘122沿着晶圆夹具12的轴线方向转动，以满足特定的晶圆电镀工艺的需求，因此，在本实施例中，驱动部128也可视为使实现机械手11的旋转自由度的一种方式。另外，托盘122通过驱动部128相对连接部121的拆卸实现托盘122更换的目的。

具体来说，如图9所示，驱动部128包括可相对旋转的转子128a和定子128b。其中，定子128b连接至连接部121，而转子128a通过轴128d连接至托盘122，以实现旋转托盘122的目的。该转子128a相对于定子128b能够拆卸并更换，使得通过对转子128a的拆卸，以使托盘122及转子128a相对连接部121脱离。在此之后，可以将固定有不同尺寸晶圆的托盘122与转子128a整体更换，也可以将转子128a单独拆下后再安装于另一托盘122上。

其中，为使得从外部引入驱动部128的电源线能够连接至转子128a及托盘122的导电环126上，在定子128b上还设置有导电滑环128c，定子128b通过导电滑环128c实现与转子128a的可拆卸连接，同时，导电滑环128c将电源引入转子128a，以驱动转子128a相对定子128b转动，并进一步将电源引入托盘122的导电环126，以在托盘122能够旋转的情况下将外部电源引至晶圆200表面。

因此，在本实施例中，晶圆移动机构1的机械手11中用于实现旋转自由度的驱动部128设置在晶圆夹具12中，该驱动部128具体包括可相对转动的转子和定子，而托盘本体1221与上述驱动部128之间以可拆卸的方式连接，以便于更换。

实施例6

本实施例提供一种晶圆电镀设备100，其包括晶圆转运机械手20以及多个如实施例3、4或5所述的晶圆电镀单元10。其中，多个晶圆电镀单元10可通过其晶圆移动机构1实现晶圆的电镀工序，而晶圆转运机械手20设置在这些晶圆电镀单元10的周围，以用于向这些晶圆电镀单元10上的晶圆夹具12递送及接收晶圆。

如图10和图11所示，本实施例中的晶圆电镀设备100包括四个可独立对晶圆进行电镀的晶圆电镀单元10，这四个晶圆电镀单元10分布于晶圆转运机械手20的四周，该晶圆转运机械手20通过从晶圆电镀单元10的晶圆夹具12上取放晶圆200的方式，进一步提高晶圆电镀设备100的自动化水平及生产效率。

同时，相比于现有技术的晶圆电镀设备100，本发明提供的晶圆电镀设备100的晶圆在开始电镀直至完成电镀期间，均一直被固定在晶圆移动机构1的晶圆夹具12上，且晶圆夹具12也一直与机械手11保持连接，并不需要在多个机械手11之间交接。也就是说，本实施例提供的晶圆电镀设备100既解决了晶圆电镀的生产效率问题，又避免了电镀设备因机械手11过多而引起的制造成本、维护成本及生产工艺繁复等问题。

其中，关于晶圆转运机械手20如何向晶圆夹具12的晶圆安装面12a递送或接收晶圆200的具体结构方案，由于其属于现有技术的范畴，因此在此不再赘述。

在本实施例中，每一个晶圆电镀单元10均还包括有一个晶圆交接工位(图中未示出)，晶圆移动机构1的机械手11能够将晶圆夹具12移动至该晶圆交接工位，以供晶圆转运机械手20在该处与晶圆夹具12进行晶圆200的交接工序。通过在每一个晶圆电镀单元10上均设置晶圆交接工位，使得晶圆转运机械手20仅需移动至晶圆交接工位即可完成晶圆200的递送和接收。

另外，在晶圆移动机构1上还可以设置用于实现竖直翻转目的移动机构模块111，该移动机构模块111可设置在机械手11的末端位置处，并直接连接至晶圆夹具12，以用于驱动晶圆夹具12实现竖直翻转的功能，使得晶圆夹具12的晶圆安装面12a能够朝上，以便于晶圆转运机械手20将晶圆200放入或取出。

该晶圆电镀设备100的成本低，投入小，且通过同时兼容不同尺寸的晶圆，具有高灵活性，适用于快速的工艺研发以及小批量的生产，例如5G光电领域。

当被应用于工艺研发的场景下，该设备适用于快速工艺转移(即从研发状态无缝转接至量产状态)；而被应用于小批量生产的场景下，该设备方便小批量的返工，因此十分适合应用于研究机构、工厂研发部门、军工研发、MEMS以及5G光电(激光)等高科技领域。

实施例7

本实施例还提供一种晶圆夹具12，其与实施例1提供的晶圆夹具12的结构大致相同，不同之处在于，在本实施例中，晶圆夹具12的托盘本体1221在固定晶圆的同时，还具有密封晶圆的阴极的功能。同时，晶圆夹具12还包括有测量装置123，该测量装置123用于该晶圆200相对托盘本体1221的密封性，以避免电镀过程中，因上述密封效果失效而导致晶圆的非电镀面接触到电镀液的情况发生。

具体来说，如图12和图13所示，在本实施例中，托盘本体1221包括盖板122a和密封件130，晶圆200设于盖板122a和密封件130之间；

盖板122a设于晶圆200的上表面，在盖板122a上设有凹槽，凹槽与晶圆200形成一腔体122b；本领域技术人员可以根据实际情况确定盖板122a中凹槽的形状和尺寸，例如，本实施例中形成圆柱或近似圆柱的腔体122b，具体的，腔体122b的直径为80mm，高度为1.6mm，且腔体122b与晶圆200同轴。该圆柱的尺寸本领域技术人员可以根据实际情况确定，例如该圆柱的直径可为晶圆直径的1/5～19/20，高度可为1.5mm～2mm。

盖板122a中心处设有一个进气口122c，进气口122c与腔体122b相通；测量装置123通过一个气体通道122d与进气口122c相连，用于检测腔体122b的气压；密封件130设于晶圆200的下表面边缘，

当盖板122a对晶圆200上表面进行压紧时，密封件130将晶圆200的下表面压紧，使晶圆200的下表面紧贴于密封件130上，用于对晶圆200的上表面进行密封，防止晶圆200的上表面接触电镀液等。

进气口122c的数量可根据实际情况在1-3个的范围内进行选择；气体通道122d的数量与进气口122c的数量对应。气体通道122d的尺寸与进气口122c的尺寸对应。

气体通道122d通过一接头(图中未示出)与进气口122c相连，气体通道122d的直径为1/8英寸，气体通道122d的材料为PE，具体可设置为一根直径为1/8英寸的PE气管，该气管密封不漏气。

本实施例中，晶圆200具体为4英寸的晶圆，对应的，密封件130为晶圆密封圈，并与晶圆200同轴设置，该晶圆密封圈的外径为96.6mm，内径为94.6mm，高度为1mm。

本实施例中，测量装置123设有第一气压表和第二气压表(图中未示出)，第一气压表用于测量腔体122b的气压，同时作为腔体122b的气体出口，可安装在气体通道122d靠近进气口122c的位置；第二气压表用于测量气体的供气气压，可安装在供气气源处。例如供气气源通过一长度为3m的管路向腔体122b通气(第二气压表安装在供气气源处)，则第一气压表与腔体122b之间的管路长度为1-1.5m(例如1m)。

此外，该密封性在线检测装置还包括夹持机构140，夹持机构140用于夹持盖板122a、晶圆200和密封件130，使夹持盖板122a、晶圆200和密封件130的相对位置固定，在本实施例中，该夹持机构140还用于使晶圆200实现电导通。具体地，夹持机构140一般包含导电环126组件、固定件、外壳和挂架等，其中，导电环126组件一般包含导电环126、导电包胶127和导电金属块。该夹持机构140除了导电环126和导电金属块为导电金属材料，其余部件均为绝缘材料，例如PVDF聚偏氟乙烯塑料。

密封件130的材料为氟橡胶；而盖板122a的材料为钛板。

本实施例还提供了一种用于检测晶圆200相对晶圆夹具12的密封性的方法，其包括如下步骤：

S1：利用盖板122a和密封件130将晶圆200压紧在托盘本体1221上，通过气体通道122d从进气口122c向形成的腔体122b持续通入气体，供气气压为0.1MPa，供气气压通过第二气压表检测；

S2：通过第一气压表检测腔体122b的气压；

若第一气压表与第二气压表检测到的气压差值在第二气压表检测的气压的-10％～10％时，则认为晶圆200的密封性较好，例如：若第二气压表检测到的气压为0.1MPa，第一气压表检测到的气压在0.09MPa～0.11MPa时，则可认为晶圆200的密封性较好；反之，若第一气压表检测到的气压不在该范围内，则可认为晶圆200的密封性较差。这种检测方式相对更准确、可靠，能够满足半导体制造领域相对较高的可靠性需求。

实施例8

本实施例还提供一种晶圆夹具12，其与实施例3提供的晶圆夹具12的结构大致相同，不同之处在于，在本实施例中，晶圆夹具12的测量装置123使用第一气体流量表替换实施例7中的第一气压表，用第二气体流量表替换实施例7中3的第二气压表，由此，测量装置123通过检测腔体122b的气体流量以判断晶圆200相对托盘122的密封性。

实施例9

如图14所示，本实施例还提供一种晶圆夹具12，其与实施例3提供的晶圆夹具12的结构大致相同，不同之处在于，托盘本体1221上的进气口122c有2个。相对应的，气体通道122d也有2个，2个气体通道122d最终合并为1个主气体通道122d，以缩减通道数量，由同一供气气源供气，第一气压表和第二气压表均设置在合并之后的主气体通道122d上，而其余部件与实施例7相同。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种晶圆夹具，其特征在于，其包括：

连接部，所述连接部用于定位于机械手；

托盘，所述托盘可拆卸连接于所述连接部，所述托盘相对所述连接部可更换，不同的所述托盘可分别固定不同尺寸的晶圆。

2.如权利要求1所述的晶圆夹具，其特征在于，所述晶圆夹具还包括驱动部，所述托盘通过所述驱动部可拆卸连接于所述连接部，所述驱动部连接于所述托盘，并驱动所述托盘沿所述晶圆夹具的轴线方向转动。

3.如权利要求2所述的晶圆夹具，其特征在于，所述驱动部包括可相对旋转的转子和定子，所述定子连接于所述连接部，所述转子连接于所述托盘，所述转子相对所述定子可更换。

4.如权利要求3所述的晶圆夹具，其特征在于，所述定子还包括导电滑环，所述定子通过所述导电滑环可拆卸连接于所述连接部并电连接于所述转子。

5.如权利要求1所述的晶圆夹具，其特征在于，所述托盘包括：

托盘本体，所述托盘本体用于固定并密封晶圆；

测量装置，所述测量装置用于检测所述晶圆相对所述托盘本体的密封性。

6.如权利要求5所述的晶圆夹具，其特征在于，所述托盘本体包括密封件和盖板，所述晶圆设置于所述盖板和所述密封件之间；

所述盖板设于所述晶圆的上表面，所述盖板设有凹槽，所述凹槽与所述晶圆形成一腔体；

所述盖板设有至少一进气口，所述进气口与所述腔体相通；

所述测量装置通过气体通道与所述进气口相连，所述测量装置用于检测所述腔体的气压或气体流量；

所述密封件设于所述晶圆的下表面边缘。

7.如权利要求6所述的晶圆夹具，其特征在于，所述测量装置设有第一气压表或第一气体流量表；

所述第一气压表用于测量所述腔体的气压，设置在所述气体通道处；

所述第一气体流量表用于测量所述腔体的气体流量，设置在所述气体通道处。

8.如权利要求7所述的晶圆夹具，其特征在于，当所述测量装置用于检测所述腔体的气压时，所述测量装置还设有第二气压表，所述第二气压表用于测量气体的供气气压，设置在供气气源处；

当所述测量装置用于检测所述腔体的气体流量时，所述测量装置还设有第二气体流量表，所述第二气体流量表用于测量气体的供气流量，设置在供气气源处。

9.如权利要求1所述的晶圆夹具，其特征在于，所述托盘包括：

托盘本体，所述托盘本体用于固定晶圆；

晶圆撑脚，所述晶圆定位于所述晶圆撑脚；

驱动气缸，所述驱动气缸的气缸轴通过气缸拉板连接于所述托盘本体，并驱动所述托盘本体相对所述晶圆撑脚升降。

10.如权利要求9所述的晶圆夹具，其特征在于，所述托盘包括：

导电环，所述导电环设置于所述托盘本体，所述导电环与所述晶圆的内侧导电接触；

导电包胶，所述导电包胶设置于所述托盘本体，所述导电包胶压设于所述晶圆的外侧边缘。

11.一种晶圆移动机构，其特征在于，其包括：

机械手；

如权利要求1-10任一项所述的晶圆夹具，所述晶圆夹具的连接部连接于所述机械手的末端。

12.如权利要求11所述的晶圆移动机构，其特征在于，所述机械手具有实现竖直翻转的移动机构模块，所述移动机构模块设置于所述机械手的末端，并固定于所述连接部。

13.如权利要求11所述的晶圆移动机构，其特征在于，所述晶圆移动机构能够在实施晶圆电镀时作为电镀槽的阴极。

14.一种晶圆电镀设备，其特征在于，其包括晶圆移动机构，所述晶圆移动机构包括如权利要求1-10任一项所述的晶圆夹具。

15.如权利要求14所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述晶圆移动机构还包括机械手，所述晶圆夹具的连接部连接于所述机械手的末端；

所述晶圆电镀设备还包括工作槽，所述机械手带动所述晶圆夹具进出所述工作槽。

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