CN112853441B - 一种晶圆水平电镀装置及阴极电镀液的喷流方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶圆水平电镀装置及阴极电镀液的喷流方法，晶圆水平电镀装置包括晶圆载具、电镀液池和至少1组阴极电镀液喷头组合，电镀液池包括阳极电镀液池体和阴极电镀液池体，在阴极电镀液池体和阳极电镀液池体之间设置离子膜，每组阴极电镀液喷头组合包括2个相对设置的阴极电镀液喷头。通过阴极电镀液喷头产生平行于晶圆表面的流体，从而将积存在晶圆待电镀结构层内的气泡顺着流体而排出，防止电镀空穴产生；电镀时，两个相对设置的阴极电镀液喷头分别对应于晶圆外圆周下方的两侧，所有的阴极电镀液喷头轮流喷液，进而产生不同方向的液流，防止单一液流方向造成的镀层厚度不均匀，确保晶圆镀层均一稳定。

Description

一种晶圆水平电镀装置及阴极电镀液的喷流方法
技术领域
本发明涉及晶圆封装湿制程技术领域，具体是一种晶圆水平电镀装置及阴极电镀液的喷流方法。
背景技术
晶圆水平电镀装置是指电镀时晶圆待电镀面呈水平状态设置的电镀装置，晶圆待电镀面朝下，阳极则是水平地设置在晶圆正下方。为了提高电镀池内电镀液的均匀性，现有水平电镀装置中是通过电镀液喷头将阳极侧的电镀液喷向晶圆的电镀面，以使高浓度阳离子的电镀液流向晶圆表面，同时也促进了电镀池中电镀液均匀度，提高镀层厚度均一性。但在电镀过程中，电镀液中会产生气泡，如附图1所示，气泡30上浮后会进入到晶圆101下表面的待电镀结构层内，由于晶圆101是水平放置的，气泡30无法顺利排出晶圆101，会造成电镀层空穴，影响电镀质量。
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晶圆水平电镀装置及阴极电镀液的喷流方法。
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：一种晶圆水平电镀装置，包括：
晶圆载具，其用于装载待电镀晶圆，晶圆水平设置在所述晶圆载具上，所述晶圆载具上设有与晶圆导电接触的阴极电极，晶圆的待电镀面朝下；
电镀液池，其包括阳极电镀液池体和阴极电镀液池体，所述阴极电镀液池体处于所述阳极电镀液池体的上方，在所述阴极电镀液池体和所述阳极电镀液池体之间设有贯通开口，还包括遮蔽所述贯通开口的离子膜；在所述阳极电镀液池体内设有水平设置的阳极电极；
至少1组阴极电镀液喷头组合，其设置在所述阴极电镀液池体内，每组阴极电镀液喷头组合包括2个相对设置的阴极电镀液喷头，所述阴极电镀液喷头的喷流方向成水平方向。
本发明相较于现有技术，通过阴极电镀液喷头产生平行于晶圆表面的流体，从而将积存在晶圆待电镀结构层内的气泡顺着流体而排出，防止电镀空穴产生；电镀时，两个相对设置的阴极电镀液喷头分别对应于晶圆外圆周下方的两侧，所有的阴极电镀液喷头轮流喷液，进而产生不同方向的液流，防止单一液流方向造成的镀层厚度不均匀，确保晶圆镀层均一稳定。
进一步地，在所述阴极电镀液池体内设有水平设置的遮蔽板，所述遮蔽板上设有多个导流孔，所述遮蔽板处于所述阴极电镀液喷头的下方。
采用上述优选的方案，遮蔽板用于均衡电力线的分布，提高晶圆镀层厚度均一性。
进一步地，所述阴极电镀液喷头成扁平形，所述阴极电镀液喷头的头部设有多个成水平排列的出水孔。
采用上述优选的方案，便于形成平行于晶圆待电镀表面的液流，提升气泡排出能力。
进一步地，在所述阴极电镀液池体的池壁上设有溢流口，在所述阴极电镀液池体外围设有溢流池，在溢流池底部设有回流口。
进一步地，所述溢流口为多个沿所述阴极电镀液池体周向分布的长条孔。
采用上述优选的方案，能使阴极电镀液喷头喷出的阴极电镀液均匀溢流出，使阴极电镀液池体内电镀液循环流动。
进一步地，每个阴极电镀液喷头都连接一个阴极电镀液泵，所述阴极电镀液泵的出水口经管路连接到阴极电镀液喷头，所述阴极电镀液泵的进水口经管路连接到所述溢流池的回流口。
采用上述优选的方案，在电镀过程中，只有一个阴极电镀液喷头工作，分别通过控制各自对应的阴极电镀液泵来实现启停。
进一步地，所有的阴极电镀液喷头共用一个阴极电镀液泵，所述阴极电镀液泵的进水口经管路连接到所述溢流池的回流口，所述阴极电镀液泵的出水口经管路连接到电磁控制阀后，再经管路分别连接到各阴极电镀液喷头。
采用上述优选的方案，只使用一个阴极电镀液泵，通过电磁控制阀来控制各个阴极电镀液喷头按序喷液。
进一步地，还包括用于驱动所述晶圆载具旋转的旋转驱动机构，以及驱动所述晶圆载具上下移动的升降驱动机构。
采用上述优选的方案，电镀时，旋转驱动机构带动晶圆旋转，使晶圆尽量和更多区域的电镀液接触，以进一步消除电镀液中阳离子分布不均匀造成的镀层厚度差异。
进一步地，在所述阳极电镀液池体内设有阳极电镀液循环口，一进一出。
采用上述优选的方案，可以促进金属离子向阴极电机侧流动。
进一步地，每个所述阴极电镀液喷头都分别经一旋转支点可水平摆动地安装在所述遮蔽板上方，还包括用于驱动每个阴极电镀液喷头绕所述旋转支点摆动的转向驱动机构以及用于检测每个阴极电镀液喷头摆动角度的角度检测传感器。
采用上述优选的方案，可以调整阴极电镀液喷头的方向。
一种阴极电镀液的喷流方法，在晶圆电镀时，每个阴极电镀液喷头轮流启动，在晶圆待电镀面的下方产生与晶圆平行的高速液流，其中一个阴极电镀液喷头喷液时，其余的阴极电镀液喷头不喷液，每个阴极电镀液喷头喷液的工作时间相同。
采用上述技术方案，能将积存在晶圆待电镀结构层内的气泡顺着流体而排出，防止电镀空穴产生。
一种阴极电镀液的喷流方法，在晶圆电镀时，交替进行单向喷流模式、正向旋流模式和逆向旋流模式；
单向喷流模式是指，每个阴极电镀液喷头轮流启动，喷液的阴极电镀液喷头的中心线指向晶圆水平投影的圆心，在晶圆待电镀面的下方产生与晶圆平行的直流，其中一个阴极电镀液喷头喷液时，其余的阴极电镀液喷头不喷液，每个阴极电镀液喷头喷液的工作时间相同；
正向旋流模式是指，通过转向驱动机构将各个阴极电镀液喷头都调节到水平斜向状态，所述水平斜向状态是指阴极电镀液喷头的中心线不指向晶圆水平投影的圆心，各个阴极电镀液喷头同时启动，在晶圆待电镀面的下方产生与晶圆平行的顺时针方向的正向旋流；
逆向旋流模式是指，通过转向驱动机构将各个阴极电镀液喷头都调节到与正向旋流模式相反的水平斜向状态，各个阴极电镀液喷头同时启动，在晶圆待电镀面的下方产生与晶圆平行的逆时针方向的反向旋流。
采用上述技术方案，通过多模式的不同流向的水平液流，能将积存气泡充分引出晶圆下表面，同时也防止单一液流方向造成的镀层厚度不均匀，确保晶圆镀层均一稳定。
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是现有技术中晶圆待电镀结构体内残留气泡的示意图；
图2是本发明一种实施方式的结构示意图；
图3是电镀时晶圆载具移至电镀池内的结构示意图；
图4是本发明电镀中气泡随液流排出晶圆的示意图；
图5是本发明另一种实施方式的结构示意图；
图6是图5中B处放大图；
图7是本发明另一种实施方式阴极电镀液喷头的布局图；
图8a-图8d是各阴极电镀液喷头依次单向喷流的示意图；
图9是各阴极电镀液喷头同时喷流实现正向旋流的示意图；
图10是各阴极电镀液喷头同时喷流实现逆向旋流的示意图。
图中数字和字母所表示的相应部件的名称：
10-晶圆载具；101-晶圆；21-阳极电镀液池体；22-阴极电镀液池体；221-溢流口；23-贯通开口；24-离子膜；25-阴极电镀液喷头；26-遮蔽板；27-溢流池；28-阳极电极；29-阳极电镀液循环口；30-气泡；701-驱动马达；702-主动齿轮；703-从动齿轮；704-传动轴；705-偏心轮；706-长条限位槽；707-位置检知片；708-光电传感器；709-旋转支点。
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2、3所示，本发明的一种实施方式为：一种晶圆水平电镀装置，包括：
晶圆载具10，其用于装载待电镀晶圆，晶圆101水平设置在晶圆载具10的底面上，晶圆101的待电镀面朝下，晶圆载具10上设有与晶圆导电接触的阴极电极；
电镀液池，其包括阳极电镀液池体21和阴极电镀液池体22，阴极电镀液池体22处于阳极电镀液池体21的上方，在阴极电镀液池体22和阳极电镀液池体21之间设有贯通开口23，还包括遮蔽贯通开口23的离子膜24；在阳极电镀液池体21内设有水平设置的阳极电极28；通过离子膜24隔离阳极电镀液和阴极电镀液，阳极电镀液中的金属离子可以通过离子膜24进入到阴极电镀液中，只有在阴极电镀液中添加用于改善镀层质量的有机添加剂，阳极电镀液中不添加有机添加剂，这样能阻止添加剂与阳极电极接触而遭破坏；
1组阴极电镀液喷头组合，其设置在阴极电镀液池体22内，每组阴极电镀液喷头组合包括2个相对设置的阴极电镀液喷头25，2个阴极电镀液喷头相对设置是指，在水平面投影上，2个阴极电镀液喷头25处于晶圆投影外圈外部，2个阴极电镀液喷头的连线经过晶圆水平面投影圆心；阴极电镀液喷头25的喷流方向成水平方向。
采用上述技术方案的有益效果是：如图4所示，通过阴极电镀液喷头25产生平行于晶圆表面的液流，从而将积存在晶圆待电镀结构层内的气泡30顺着流体而排出，防止电镀空穴产生。电镀时，两个相对设置的阴极电镀液喷头25分别对应于晶圆外圆周下方的两侧，所有的阴极电镀液喷头25轮流喷液，进而产生不同方向的液流，防止单一液流方向造成的镀层厚度不均匀，确保晶圆镀层均一稳定。
如图2所示，在本发明的另一些实施方式中，在阴极电镀液池体22内设有水平设置的遮蔽板26，遮蔽板26上设有多个导流孔，遮蔽板26处于阴极电镀液喷头25的下方。采用上述技术方案的有益效果是：遮蔽板用于均衡电力线的分布，提高镀层厚度均一性。
如图2所示，在本发明的另一些实施方式中，阴极电镀液喷头25成扁平形，阴极电镀液喷头25的头部设有多个成水平排列的出水孔。采用上述技术方案的有益效果是：便于形成平行于晶圆待电镀表面的液流，提升气泡排出能力。
如图2所示，在本发明的另一些实施方式中，在阴极电镀液池体22的池壁上设有溢流口221，在阴极电镀液池体外围设有溢流池27，在溢流池27底部设有回流口。溢流口221为多个沿阴极电镀液池体22周向分布的长条孔。采用上述技术方案的有益效果是：能使阴极电镀液喷头喷出的阴极电镀液均匀溢流出，使阴极电镀液池体内电镀液循环流动。
在本发明的另一些实施方式中，每个阴极电镀液喷头都连接一个阴极电镀液泵，所述阴极电镀液泵的出水口经管路连接到阴极电镀液喷头，所述阴极电镀液泵的进水口经管路连接到所述溢流池的回流口。采用上述技术方案的有益效果是：在电镀过程中，只有一个阴极电镀液喷头工作，分别通过控制各自对应的阴极电镀液泵来实现启停。
在本发明的另一些实施方式中，所有的阴极电镀液喷头共用一个阴极电镀液泵，所述阴极电镀液泵的进水口经管路连接到所述溢流池的回流口，所述阴极电镀液泵的出水口经管路连接到电磁控制阀后，再经管路分别连接到各阴极电镀液喷头。采用上述技术方案的有益效果是：只使用一个阴极电镀液泵，通过电磁控制阀来控制各个阴极电镀液喷头按序喷液。
在本发明的另一些实施方式中，还包括用于驱动所述晶圆载具旋转的旋转驱动机构，以及驱动所述晶圆载具上下移动的升降驱动机构。采用上述技术方案的有益效果是：电镀时，旋转驱动机构带动晶圆旋转，使晶圆尽量和更多区域的电镀液接触，以进一步消除电镀液中阳离子分布不均匀造成的镀层厚度差异。
如图2所示，在本发明的另一些实施方式中，在阳极电镀液池体21内设有阳极电镀液循环口29，一进一出，构成阳极电镀液的循环流动。采用上述技术方案的有益效果是：可以促进金属离子向阴极电机侧流动扩散。
如图8a-8d所示，包含4个阴极电镀液喷头25，在晶圆电镀时，每个阴极电镀液喷头轮流启动，在晶圆待电镀面的下方产生与晶圆平行的液流，其中一个阴极电镀液喷头喷液时，其余的阴极电镀液喷头不喷液，每个阴极电镀液喷头喷液的工作时间相同。
如图5-7所示，在本发明的另一些实施方式中，每个阴极电镀液喷头25都分别经一旋转支点709可水平摆动地安装在所述遮蔽板上方，还包括用于驱动每个阴极电镀液喷头25绕旋转支点709摆动的转向驱动机构以及用于检测每个阴极电镀液喷头摆动角度的角度检测传感器。转向驱动机构包括驱动马达701、主动齿轮702、从动齿轮703、传动轴704和偏心轮705，主动齿轮702安装在驱动马达701的输出轴上，主动齿轮702与从动齿轮703相啮合，从动齿轮703安装在传动轴704上端部，偏心轮705安装在传动轴704的下端部，偏心轮705设置在阴极电镀液喷头的长条限位槽706内，在传动轴704上设有位置检知片707，在电镀液池上部设有与传送轴上位置检知片位置相匹配的3个光电传感器708，当位置检知片707依次遮挡住3个光电传感器708光路时，偏心轮促使阴极电镀液喷头依次摆动到顺时针摆位、中间位和逆时针摆位，这里顺时针摆位和逆时针摆位是指喷流能促使电镀液产生顺时针或逆时针方向旋流的水平斜向位置。采用该实施方式机构，在晶圆电镀时，能交替进行单向喷流模式、正向旋流模式和逆向旋流模式；如图8a-8d，单向喷流模式是指，每个阴极电镀液喷头轮流启动，喷液的阴极电镀液喷头处于中间位，在晶圆待电镀面的下方产生与晶圆平行的直流，其中一个阴极电镀液喷头喷液时，其余的阴极电镀液喷头不喷液，每个阴极电镀液喷头喷液的工作时间相同；如图9所示，正向旋流模式是指，通过转向驱动机构将各个阴极电镀液喷头都调节到顺时针摆位，各个阴极电镀液喷头同时启动，在晶圆待电镀面的下方产生与晶圆平行的顺时针方向的正向旋流；如图10所示，逆向旋流模式是指，通过转向驱动机构将各个阴极电镀液喷头都调节到逆时针摆位，各个阴极电镀液喷头同时启动，在晶圆待电镀面的下方产生与晶圆平行的逆时针方向的反向旋流。
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 (8)

1.一种晶圆水平电镀装置，其特征在于，包括：
晶圆载具，其用于装载待电镀晶圆，晶圆水平设置在所述晶圆载具上，晶圆的待电镀面朝下，所述晶圆载具上设有与晶圆导电接触的阴极电极；
电镀液池，其包括阳极电镀液池体和阴极电镀液池体，所述阴极电镀液池体处于所述阳极电镀液池体的上方，在所述阴极电镀液池体和所述阳极电镀液池体之间设有贯通开口，还包括遮蔽所述贯通开口的离子膜；在所述阳极电镀液池体内设有水平设置的阳极电极；
至少1组阴极电镀液喷头组合，其设置在所述阴极电镀液池体内，每组阴极电镀液喷头组合包括2个相对设置的阴极电镀液喷头，所述阴极电镀液喷头的喷流方向成水平方向。
2.根据权利要求1所述的晶圆水平电镀装置，其特征在于，
还包括用于驱动所述晶圆载具旋转的旋转驱动机构，以及驱动所述晶圆载具上下移动的升降驱动机构；
在所述阳极电镀液池体内设有阳极电镀液循环口；
在所述阴极电镀液池体内设有水平设置的遮蔽板，所述遮蔽板上设有多个导流孔，所述遮蔽板处于所述阴极电镀液喷头的下方。
3.根据权利要求1所述的晶圆水平电镀装置，其特征在于，所述阴极电镀液喷头成扁平形，所述阴极电镀液喷头的头部设有多个成水平排列的出水孔。
4.根据权利要求1所述的晶圆水平电镀装置，其特征在于，在所述阴极电镀液池体的池壁上设有溢流口，在所述阴极电镀液池体外围设有溢流池，在溢流池底部设有回流口。
5.根据权利要求4所述的晶圆水平电镀装置，其特征在于，所述溢流口为多个沿所述阴极电镀液池体周向分布的长条孔。
6.根据权利要求5所述的晶圆水平电镀装置，其特征在于，每个阴极电镀液喷头都连接一个阴极电镀液泵，所述阴极电镀液泵的出水口经管路连接到阴极电镀液喷头，所述阴极电镀液泵的进水口经管路连接到所述溢流池的回流口。
7.根据权利要求5所述的晶圆水平电镀装置，其特征在于，所有的阴极电镀液喷头共用一个阴极电镀液泵，所述阴极电镀液泵的进水口经管路连接到所述溢流池的回流口，所述阴极电镀液泵的出水口经管路连接到电磁控制阀后，再经管路分别连接到各阴极电镀液喷头。
8.一种阴极电镀液的喷流方法，采用如权利要求1所述的晶圆水平电镀装置，其特征在于，在晶圆电镀时，每个阴极电镀液喷头轮流启动，在晶圆待电镀面的下方产生与晶圆平行的液流，其中一个阴极电镀液喷头喷液时，其余的阴极电镀液喷头不喷液，每个阴极电镀液喷头喷液的工作时间相同。
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