CN114182333B - 一种共享晶圆夹具的金属镀覆设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种共享晶圆夹具的金属镀覆设备和方法，其中，共享晶圆夹具的金属镀覆设备包括移动机构、晶圆夹具以及多个工作槽；晶圆夹具用于可拆卸固定晶圆，移动机构连接晶圆夹具；工作槽包括工艺槽和镀槽，工艺槽和镀槽共享一个晶圆夹具，移动机构在各个工作槽之间转运该晶圆夹具。本发明提供的共享晶圆夹具的金属镀覆设备和方法，多个工作槽共享一个晶圆夹具，从而有效降低了设备对晶圆夹具数量的要求，极大的降低了设备成本；并且，晶圆夹具在移动机构的带动下在多个工作槽之间进行转运，避免了频繁上下片而导致的晶圆损毁、氧化、翘曲等诸多风险，极大的提高了工艺质量。

Description

一种共享晶圆夹具的金属镀覆设备和方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，具体地，涉及一种共享晶圆夹具的金属镀覆设备和方法。

背景技术

半导体集成电路及其他半导体器件，在生产过程中通常需要进行电镀或化镀工艺，以使晶圆表面形成多种金属层，金属层通常包括铜、镍、锡、金、银等。其中，电镀通常是将晶圆置于电镀液中，将电压负极施加到晶圆上，将电压正极施加到阳极上，通过电场作用使得镀液中的金属离子沉积到晶圆表面。化镀也称无电解镀，是在无外加电流的情况下借助合适的还原剂，使镀液中金属离子还原成金属，并沉积到晶圆表面的一种镀覆方法。

现有技术中，在对晶圆实施电镀或化镀工艺之前，需要对晶圆进行前处理，前处理工艺通常包括：预润湿处理或超声处理等，以排去晶圆表面凹槽或深孔中存在的气泡；碱性处理或酸性处理等，以去除晶圆表面的油污或氧化层，从而提高后续电镀工艺或化镀工艺的质量。在对晶圆实施完电镀或化镀工艺之后，还需要对晶圆进行后处理，后处理工艺通常包括：边缘金属层去除处理、旋转清洗干燥处理等。现有的晶圆镀覆设备，镀槽(电镀槽和/或化镀槽)和工艺槽(前处理工艺槽和/或后处理工艺槽)均至少对应一个用于夹持晶圆的晶圆夹具，这样的布局存在如下不足：

(1)每一个镀槽和工艺槽均须对应设置一个晶圆夹具，晶圆进行前、后处理工艺以及金属镀覆工艺过程中，需要频繁的进行晶圆夹具的切换，增加晶圆损坏的风险；同时，对于晶圆来说，不同晶圆夹具的夹持位置有正负公差，在做多膜层时，频繁的更换晶圆夹具可能会造成膜层应力不均，导致晶圆的翘曲问题。

(2)在某些情况下，晶圆在完成前处理工艺后须在较短时间内进行后续的镀覆工艺或是在完成镀覆工艺后须在较短时间内进行后续的后处理工艺，由于前后处理工艺与镀覆工艺往往在不同的设备中进行，且使用不同的晶圆夹具，这不仅造成效率的低下，还可能造成产品性能的下降。例如，铜容易在空气中氧化形成氧化层，在利用酸性处理工艺去除铜种子层表面的氧化层后，未及时对其进行后续的电镀填孔工艺，将可能导致铜种子层的二次氧化，导致晶圆的电学性能降低。

(3)金属镀覆工艺和前、后处理工艺在不同的设备进行，除因须切换晶圆夹具导致如上所述问题之外，还导致生产效率低、设备占用空间大、增加时间成本和生产成本等问题。

如何在保证生产效率及控制成本的情况下，避免晶圆的损毁、氧化、翘曲等诸多风险，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种共享晶圆夹具的金属镀覆设备，并相应的提供一种共享晶圆夹具的金属镀覆方法，不同的工作槽(包括工艺槽和镀槽)共享一个晶圆夹具，且晶圆在整个工艺过程中，无须下片，从而解决现有技术所存在的生产效率低、成本高、晶圆损毁风险高、表面易氧化、易出现翘曲问题等诸多缺陷。

为实现本发明的上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种共享晶圆夹具的金属镀覆设备，包括移动机构、晶圆夹具以及多个工作槽；所述晶圆夹具用于可拆卸固定晶圆，移动机构连接晶圆夹具；所述工作槽包括工艺槽和镀槽，工艺槽和镀槽共享一个晶圆夹具，移动机构在各个工作槽之间转运该晶圆夹具。

本技术方案中，通过采用以上的结构设计，多个工作槽(包括工艺槽和镀槽)共享一个晶圆夹具，晶圆夹具在移动机构的带动下在多个工作槽之间进行转运，从而有效降低了设备对晶圆夹具数量的要求，极大的降低了设备成本，避免了频繁上下片而导致的晶圆损毁、氧化、翘曲等诸多风险，极大的提高了工艺质量。

优选地，所述工艺槽包括前处理工艺槽和/或后处理工艺槽。

本技术方案中，通过采用以上的结构设计，使用者可根据实际需要选择集成何种工艺槽于设备中，当使用者集成前处理工艺槽于设备中，这意味着前处理工艺槽和镀槽共享一个晶圆夹具，晶圆在前处理工艺及镀覆工艺进程中，始终由同一晶圆夹具夹持且无须下片，由此大大提高了工艺效率，并保证了工艺质量，避免晶圆发生碎片、氧化等风险；而当使用者集成后处理工艺槽于设备中，这意味着后处理工艺槽和镀槽共享一个晶圆夹具，晶圆在镀覆工艺及后处理工艺进程中，始终由同一晶圆夹具夹持且无须下片，在保证工艺效率的同时，还提升了工艺质量。

优选地，所述前处理工艺槽包括碱性处理工艺槽、酸性处理工艺槽、表面活化处理工艺槽、预润湿处理工艺槽、超声处理工艺槽中的任意一个或多个。

本技术方案中，通过采用以上的结构设计，当晶圆表面的沟槽或盲孔内存储有气泡，可利用预润湿处理工艺槽或超声处理工艺槽以对晶圆进行预润湿处理或超声处理，处理完成后，晶圆无须下片，可直接随晶圆夹具进入后续的镀槽以实施金属镀覆工艺，而当晶圆表面存在油污、氧化等缺陷时，可利用碱性处理工艺槽、酸性处理工艺槽以对晶圆进行碱性处理、酸性处理等，在修复晶圆表面缺陷后，晶圆无须下片，可在最短时间内随晶圆夹具进入下一道工序中，避免因频繁上下片而导致的晶圆毁损、氧化等风险，由此在保证工艺效率的同时确报晶圆的工艺质量。

优选地，所述后处理工艺槽包括SRD处理工艺槽和/或EBR处理工艺槽。

本技术方案中，“SRD”为“Spin Rinse Dryer”的简称，所谓“SRD处理”，即旋转清洗干燥处理；“EBR”为“Edge Bevel Removal”的简称，所谓“EBR处理”，即边缘金属层去除处理。使用者可根据实际需要选择集成何种后处理工艺槽于设备中，例如，使用者可仅集成一个SRD处理工艺槽于设备中，在此情况下，晶圆在进行完镀覆工艺后，无须下片，可直接在晶圆夹具的带动下进入SRD处理工艺槽以进行旋转清洗干燥处理；又或者是，当需要对晶圆的边缘金属层进行去除处理时，使用者可同时集成SRD处理工艺槽和EBR处理工艺槽，或者是使用者也可以将SRD工艺集成在EBR处理工艺槽中，以在金属镀覆工艺之后，能够快速对晶圆进行边缘金属层去除处理和旋转清洗干燥处理，从而提升工艺效率。

优选地，所述镀槽包括电镀槽和/或化镀槽。

本技术方案中，通过采用以上的结构设计，镀槽可以全部是电镀槽，也可以全部是化镀槽，也可以是电镀槽和化镀槽，使用者可根据实际的工艺需要进行选择。而不论使用者选择何种布局方式，由于全部的镀槽都集成在一个设备中，且全部的镀槽使用同一晶圆夹具，因此，晶圆在进行镀覆工艺的过程中，始终无须下片，由此不仅提高了工艺效率，也避免了晶圆氧化、碎片、翘曲等风险，从而提高了晶圆的镀覆质量。

优选地，还包括一套电源，当镀槽包括多个电镀槽时，电源的负极电连接晶圆夹具，电源的正极分别与各个电镀槽电连接。

本技术方案中，当电镀槽的数量为多个，电源的数量仅为一套，该电源的正极分别与各个电镀槽电连接，利用移动机构将电连接至电源负极的晶圆夹具在多个工作槽间进行移动的方式，使单个电源进行供电就能满足固定于晶圆夹具上的晶圆在多个电镀槽中分别进行电镀的目的，从而将电镀设备对电源数量的要求降到了最低，极大的降低了设备成本。

优选地，所述镀槽包括种子层修复化镀槽，所述种子层修复化镀槽用于对晶圆实施预化镀工艺，以修复晶圆种子层。

本技术方案中，通过采用以上的结构设计，利用种子层修复化镀槽的设置，通过化学镀工艺修复晶圆种子层，化学镀有良好的均镀能力，只要镀件表面和镀液接触，且镀液中消耗的成份能及时得到补充，镀件任何部位的镀层厚度都基本相同，即使凹槽、缝隙、盲孔也是如此，通过化学镀工艺修复种子层后，再进行后续的镀覆工艺，可以得到镀覆均匀、填充效果及结合力良好的金属层。并且，种子层修复化镀槽和其他镀槽及工艺槽共享一个晶圆夹具，当工艺槽包括前处理工艺槽，晶圆在完成前处理工艺后，可在晶圆夹具的带动下马上进入种子层修复化镀槽以实施种子层的修复工艺，种子层修复工艺完成后，晶圆又可在最短时间内进入下一个镀槽，工作效率和工艺质量均大大提升。

一种共享晶圆夹具的金属镀覆方法，采用以上任一项所述的共享晶圆夹具的金属镀覆设备，包括如下步骤：

S10、使用晶圆夹具夹持晶圆，完成上片操作；

S20、晶圆在晶圆夹具的带动下进入各个前处理工艺槽以实施前处理工艺；

S30、晶圆在晶圆夹具的带动下进入各个镀槽以实施金属镀覆工艺；

S40、上述工艺实施完成后，将晶圆从晶圆夹具上取下，完成下片操作。

本技术方案中，通过采用以上的方法步骤设计，晶圆除在步骤S10和步骤S40中须进行上片、下片操作外，在步骤S20及步骤S30所涉及的前处理工艺及镀覆工艺进程中，无须上、下片，可直接在移动机构的带动下随晶圆夹具在各个前处理工艺槽和镀槽之间转运，这不仅避免了频繁上、下片而导致的晶圆损毁、氧化等诸多风险，还使得设备的结构更加紧凑，成本大大降低，工艺效率进一步提升，且大大提升晶圆的工艺质量。

优选地，在步骤S30之后、步骤S40之前，还包括步骤S31、金属镀覆工艺实施完成后，晶圆在晶圆夹具的带动下进入各个后处理工艺槽以实施后处理工艺。

本技术方案中，通过采用以上的方法步骤设计，晶圆在完成前处理工艺及镀覆工艺后，仍无须下片，可直接在晶圆夹具的带动下进入各个后处理工艺槽以实施后处理工艺，由此大大提升工艺效率和工艺质量。

优选地，在步骤S20和步骤S30之间，还包括步骤S21、晶圆在晶圆夹具的带动下进入种子层修复化镀槽，以利用预化镀工艺修复晶圆种子层。

本技术方案中，通过采用以上的方法步骤设计，在实施完成前处理工艺后，晶圆无须下片，可直接在晶圆夹具的带动下进入种子层修复化镀槽以利用化学镀工艺修复晶圆种子层，再进行后续的镀覆工艺，由此可以得到镀覆均匀、填充效果及结合力良好的金属层。并且，晶圆在修复种子层后，也无须下片，由移动机构带动进入下一个镀槽，工艺效率大大提升。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的共享晶圆夹具的金属镀覆设备和方法，多个工作槽共享一个晶圆夹具，从而有效降低了设备对晶圆夹具数量的要求，降低了晶圆翘曲风险，且降低了设备成本；并且，晶圆夹具在移动机构的带动下在多个工作槽之间进行转运，避免了频繁上下片而导致的晶圆损毁、氧化等诸多风险，极大的提高了工艺质量。

2、本发明提供的共享晶圆夹具的金属镀覆设备和方法，工作槽同时包含工艺槽和镀槽，当工艺槽包括前处理工艺槽，晶圆在完成前处理工艺后，无须下片，可直接在移动机构的带动下随晶圆夹具转运至后续的镀槽进行镀覆工艺，而当工艺槽包括后处理工艺槽，则晶圆在完成镀覆工艺后，也无须下片，可直接在移动机构的带动下随晶圆夹具转运至后续的后处理工艺槽以进行后处理工艺，这不仅避免了频繁上下片而导致的晶圆损毁、氧化等诸多风险，还使得设备的结构更加紧凑，成本大大降低，工艺效率进一步提升，且在一定程度上提升晶圆的工艺质量。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为第一实施例所述共享晶圆夹具的金属镀覆设备的结构示意图一；

图2为第一实施例所述共享晶圆夹具的金属镀覆设备的结构示意图二；

图3为第二实施例所述共享晶圆夹具的金属镀覆设备的结构示意图一；

图4为第二实施例所述共享晶圆夹具的金属镀覆设备的结构示意图二；

图5为第二实施例所述共享晶圆夹具的金属镀覆设备的EBR处理工艺槽的第一状态示意图；

图6为第二实施例所述共享晶圆夹具的金属镀覆设备的EBR处理工艺槽的第二状态示意图；

图7为第三实施例所述共享晶圆夹具的金属镀覆设备的电路连接示意图；

图8为第四实施例所述共享晶圆夹具的金属镀覆设备的结构示意图；

图9为其他实施例所述共享晶圆夹具的金属镀覆设备的结构示意图一；

图10为其他实施例所述共享晶圆夹具的金属镀覆设备的结构示意图二；

图11为第五实施例所述共享晶圆夹具的金属镀覆方法的流程图；

图12为第六实施例所述共享晶圆夹具的金属镀覆方法的流程图。

图中示出：

100-共享晶圆夹具的金属镀覆设备

10-电镀槽；

11-铜电镀槽；

12-镍电镀槽；

13-锡银电镀槽；

20-化镀槽；

21-种子层修复化镀槽；

30-清洗槽；

40-前处理工艺槽；

41-碱性处理工艺槽；

42-酸性处理工艺槽；

50-后处理工艺槽；

51-EBR处理工艺槽；

52-SRD处理工艺槽；

54-喷淋装置；

541-药液喷口；

542-氮气喷口；

60-移动机构；

70-晶圆；

80-晶圆夹具；

81-密封环；

90-电源

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，本申请中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、底…)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。进一步地，在申请中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

实施例1

本实施例提供一种共享晶圆夹具的金属镀覆设备100，如图1所示，包括移动机构60、晶圆夹具80以及多个工作槽；晶圆夹具80用于夹持晶圆70，移动机构60连接晶圆夹具80，移动机构60能够在多个工作槽之间转运晶圆夹具80；工作槽包括工艺槽及镀槽，工艺槽包括前处理工艺槽40，镀槽包括三个电镀槽10。

运行过程中，移动机构60首先带动晶圆夹具80进入前处理工艺槽40，以对晶圆70实施对应的前处理工艺，前处理工艺实施完成后，晶圆70无须下片，移动机构60直接带动晶圆夹具80依次进入各个电镀槽10以对晶圆70实施电镀工艺，且在实施电镀工艺过程中，晶圆70也始终无须下片。

前处理工艺槽可为碱性处理工艺槽、酸性处理工艺槽、表面活化处理工艺槽、预润湿处理工艺槽、超声处理工艺槽中的任意一个或多个。使用者可根据实际需要进行选择。

如使用者可设置前处理工艺槽40以除去晶圆70表面凹槽内存在的气泡，在此情况下，前处理工艺槽40可以是预润湿处理工艺槽或超声处理工艺槽，抑或是集成超声处理的预润湿处理工艺槽。

又或者是，如图2所示，当晶圆70表面存在油污、氧化等缺陷时，使用者可设置两个前处理工艺槽40，即碱性处理工艺槽41和酸性处理工艺槽42，以除去晶圆70表面存在的油污和氧化等缺陷。

由此，晶圆70在完成上片操作后，移动机构60首先带动晶圆夹具80进入碱性处理工艺槽41，以对晶圆70实施碱性处理工艺，碱性处理工艺槽41内盛放有如KOH溶液或NaOH溶液等的碱性处理液，碱性处理液能够有效去除晶圆70表面的油污。碱性处理完成后，清洗晶圆70表面，以避免碱性处理液污染后续须使用的酸性处理液。

而后，移动机构60带动晶圆夹具80进入酸性处理工艺槽42，以对晶圆70进行酸性处理工艺，酸性处理工艺槽42内盛放有如硫酸和双氧水的混合液等的酸性处理液，酸性处理液能够有效去除晶圆70表面的氧化层。酸性处理完成后，清洗晶圆70表面，以除去晶圆70表面残留的酸性处理液。

至此，晶圆70经碱性处理和酸性处理后，表面的油污和氧化层被有效去除，由此保证了晶圆70种子层的导电性，有利于后续镀覆工艺的顺利进行，特别是对于一些不能及时进行镀覆工艺或存放时间较长的晶圆70来说，极大的提升了镀覆产品的良率。

以上所述前处理工艺实施完成后，晶圆70无须下片，晶圆70随晶圆夹具80在移动机构60的带动下依次进入三个电镀槽10以实施电镀工艺，三个电镀槽10内均盛放有预镀金属的电镀液，预镀金属可包括：金、银、铜、锡或锡银其中的任一种，且不局限于这些种类。

在进行电镀工艺时，晶圆夹具80与对应的电镀槽10电连接，以作为该电镀槽10的阴极，以使电镀液中的预镀金属的阳离子附着于晶圆70表面而形成镀层。在完成每项电镀工艺后，电镀槽10断开与晶圆夹具80之间的电连接，晶圆70经清洗后再进入下一个电镀槽10以实施下一轮电镀工艺。

本实施例提供的共享晶圆夹具的金属镀覆设备100，各个前处理工艺槽40及电镀槽10均共享一个晶圆夹具80，该晶圆夹具80在移动机构60的带动下在这些工作槽之间进行转运，从而有效降低了设备对晶圆夹具80数量的要求，极大的降低了设备成本；并且，多个工作槽共享一个晶圆夹具80，晶圆70在进行前处理工艺及镀覆工艺过程中，始终由同一晶圆夹具80夹持且无须下片，由此避免了频繁上、下片而导致的晶圆70损毁、氧化等诸多风险，极大的提高了工艺质量。

此外，工作槽同时包含前处理工艺槽40和电镀槽10，晶圆70在进行前处理工艺及镀覆工艺的全过程中，无须下片，在上一道工艺结束后，可直接在移动机构60的带动下随晶圆夹具80转运至后续的工作槽以进行下一道工艺，工艺效率大大提升。此外，这样的结构设计还可提升工艺质量。

举例言之，当前处理工艺槽40为预润湿处理工艺槽，晶圆70在完成预润湿处理工艺后，可快速进入后续的电镀槽10以进行金属镀覆工艺，避免晶圆70因等待时间过长而导致晶圆70表面凹槽中的润湿液挥发而影响后续的金属镀覆质量；当前处理工艺槽40包括酸性处理工艺槽42，晶圆70在完成酸性处理工艺后，可快速进入后续的电镀槽10以进行金属镀覆工艺，避免晶圆70因长时间暴露于外部的环境中而导致的二次氧化问题。

实施例2

本实施例提供的共享晶圆夹具的金属镀覆设备100，如图3所示，包括移动机构60、晶圆夹具80以及多个工作槽；晶圆夹具80用于夹持晶圆70，移动机构60连接晶圆夹具80，移动机构60能够在多个工作槽之间转运晶圆夹具80；工作槽包括工艺槽以及镀槽，工艺槽包括后处理工艺槽50，镀槽包括三个电镀槽10。

在本实施例中，移动机构60带动晶圆夹具80依次进入各个电镀槽10以对晶圆70实施金属的镀覆工艺后，晶圆70无须下片，直接由晶圆夹具80带动进入后处理工艺槽50，以对晶圆70实施后处理工艺。后处理工艺槽50可为SRD处理工艺槽52和/或EBR处理工艺槽51。使用者可根据实际需要进行选择。

例如，如图4所示，使用者可设置两个后处理工艺槽50，即EBR处理工艺槽51和SRD处理工艺槽52。晶圆70在完成电镀工艺后，移动机构60首先带动晶圆夹具80进入EBR处理工艺槽51以对晶圆实施边缘金属层去除处理，而后，移动机构60带动晶圆夹具80进入SRD处理工艺槽52以对晶圆70实施旋转清洗干燥处理。

就其中的EBR处理工艺槽51来说，其可采用以下的结构设计实现晶圆70在进入EBR处理工艺槽51之前不下片。如图5和图6所示，EBR处理工艺槽51内设置有喷淋装置54，喷淋装置54上设置有朝晶圆70边缘表面呈5～15度倾斜角度的药液喷口541，喷淋装置54上还设置有朝晶圆70边缘以内区域喷射氮气的若干个氮气喷口542及DIW的喷淋口。

晶圆70随晶圆夹具80进入EBR处理工艺槽51后，晶圆70的待处理面面向喷淋装置54，打开晶圆夹具80的由抗酸碱腐蚀的合金材料制作的密封环81，该密封环81的打开可以采用电磁驱动、伺服驱动或气缸驱动等多种方式实现，密封环81被打开的同时，密封环81被控制机构切断与电源90阴极的导电接触，此结构设计使晶圆夹具80上的密封环81与晶圆70分离的条件下，晶圆夹具80仍保持对晶圆70的夹持状态，同时晶圆夹具80还可以带动晶圆70进行旋转。

而后，喷淋装置54上升到一定位置使得其表面与晶圆70边缘形成一个2-4mm的间隙，药液喷口541通过间隙向晶圆70边缘喷射药液，以除去晶圆70边缘的金属层，而与此同时，喷淋装置54的氮气喷口542向晶圆70边缘以内区域喷射氮气，以保护该片区域免受药液的腐蚀，防止药液回流浸润或回溅，由此顺利将晶圆70边缘的金属层去除。晶圆70边缘金属层去除后，喷淋装置54上的DIW喷口开始DIW喷淋，以对晶圆70进行清洗；清洗后氮气喷口542进行氮气吹扫，与此同时，晶圆夹具80旋转以对晶圆70进行干燥。

值得说明的是，倘若EBR处理工艺槽51具有较佳的冲洗和干燥功能，则使用者可无须再另行设置一个SRD处理工艺槽52。本实施例因考虑到晶圆夹具80的旋转速度可能不能达到预期，为保证良好的清洗干燥效果，选择在EBR处理工艺槽36的下游再设置一个SRD处理工艺槽52以对晶圆70进行旋转清洗干燥处理。

本实施例提供的共享晶圆夹具的金属镀覆设备100，晶圆夹具80在移动机构60的带动下在各个电镀槽10和后处理工艺槽50之间进行转运，从而有效降低了设备对晶圆夹具80的数量要求，极大的降低了设备成本；并且，多个工作槽共享一个晶圆夹具80，避免了频繁上、下片而导致的晶圆70损毁、氧化、翘曲等诸多风险，极大的提高了工艺质量。此外，工作槽同时包含后处理工艺槽50和电镀槽10，晶圆70在完成电镀工艺后，无须下片，可直接在移动机构60的带动下随晶圆夹具80转运至后处理工艺槽50以实施后处理工艺，工艺效率大大提升。

实施例3

本实施例与实施例1或实施例2提供的共享晶圆夹具的金属镀覆设备100的结构大致相同，不同之处在于，如图7所示，本实施例提供的共享晶圆夹具的金属镀覆设备100，包括晶圆夹具80、移动机构60、一套电源90以及多个工作槽。其中，电源90的负极电连接至晶圆夹具80，电源90的正极同时分别电连接至三个电镀槽10内的阳极组件，移动机构60与晶圆夹具80相连，该移动机构60能够在这些工作槽之间转运该晶圆夹具80。

就其中的三个电镀槽10来说，如图7所示，当移动机构60将晶圆夹具80移入其中某一个电镀槽10(如电镀槽A)后，电源90开始供电，使晶圆夹具80上的晶圆70与该电镀槽A内的阳极组件相导通，以实施电镀工艺。之后，当晶圆夹具80通过移动机构60被移入另一个电镀槽10(如电镀槽B)，在电源90开始供电后，该晶圆夹具80上的晶圆70也会与电镀槽B的阳极组件相导通。

本实施例提供的共享晶圆夹具的金属镀覆设备100，除具备实施例1或实施例2所述的优点之外，还具备如下优点：本实施例通过将电源90正极分别与多个电镀槽10电连接，并利用移动机构60将电连接至电源90负极的晶圆夹具80在这些电镀槽10之间进行转运的方式，使单个电源90进行供电就能满足使固定在晶圆夹具80上的晶圆70在多个电镀槽10中分别实施金属镀覆工艺的目的，从而有效降低了设备对电源90数量的需求，降低了设备成本。

实施例4

本实施例与实施例1提供的共享晶圆夹具的金属镀覆设备100的结构大致相同，不同之处在于，本实施例特别针对种子层存在缺陷的晶圆70而设计，在本实施例中，在前处理工艺完成后，正式对晶圆70进行电镀或化镀工艺前，对种子层有缺陷的晶圆70进行修复，以此保证后续的金属镀覆质量。

鉴于化学镀有良好的均镀能力，针对种子层存在缺陷的晶圆70，本实施例设置一种子层修复化镀槽21以对晶圆70种子层进行修复，而后再对晶圆70实施后续的镀覆工艺，后续的镀覆工艺可以全是电镀工艺，也可以是电镀工艺和化镀工艺的结合。

因此，在运行过程中，可首先利用多个前处理工艺槽40对晶圆实施前处理工艺，前处理工艺包括：碱性处理、酸性处理、表面活化处理以及清洗处理，通过上述前处理工艺，除去晶圆70表面的油污或氧化层等缺陷后，再进行后续种子层修复工作，提升修复效果。

就碱性处理来说，可采用KOH溶液或NaOH溶液对晶圆表面进行除油清洗操作，当然，使用能达到相同除油目的的有机溶剂亦可。就酸性处理来说，可采用0.2％～5％的硫酸和双氧水混合溶液对晶圆进行酸性微蚀操作，以有效去除晶圆表面的氧化层。就表面活化处理来说，可采用胶体钯进行表面活化处理操作。就清洗处理来说，可采用去离子水对晶圆进行浸泡冲洗操作等。

前处理工艺实施完成后，使晶圆进入种子层修复化镀槽21以对晶圆70种子层进行修复，而后再对晶圆70实施后续的电镀工艺。具体地，以修复铜种子层并电镀Cu/Ni/SnAg为例进行具体阐述。如图8所示，将种子层修复化镀槽21设置在第一位置，该种子层修复化镀槽21为铜化镀槽，将铜电镀槽11设置在第二位置，镍电镀槽12设置在第三位置，锡银电镀槽13设置在第四位置。

在运行过程中，首先，移动机构60带动晶圆夹具80进入种子层修复化镀槽21以对晶圆70实施铜化镀工艺，种子层修复化镀槽21内盛放有硫酸铜化镀液，在进行铜化镀工艺时，硫酸铜化镀液中的铜离子还原成铜并在晶圆70表面沉积。其中，硫酸铜化镀液的浓度可介于2～20g/L之间、PH值可介于12～13之间，化学镀的温度可介于21～60℃之间，沉积速率可介于0.5～5um/h之间，上述参数的设置可在保证良好的工艺稳定性的同时，达到较快的沉积速度。

待晶圆70种子层表面沉积目标厚度的化学镀铜层后，对晶圆70进行清洗操作，从而避免化镀液污染设备后续须使用的电镀液。待清洗完成后，无须下片，移动机构60直接带动晶圆夹具80进入铜电镀槽11以实施电镀铜工艺，以对晶圆70进行填孔电镀。具体地，铜电镀槽11内盛放有电镀液并设置有铜阳极组件。在进行铜电镀工艺时，电源90供电，晶圆夹具80与铜电镀槽11内的铜阳极组件导通，电镀液中的铜离子附着于晶圆70表面而形成铜镀层。在完成该项电镀铜工艺后，晶圆夹具80断开与铜阳极组件之间的电连接。而后，对晶圆70实施清洗工艺。

待清洗完成后，无须下片，移动机构60带动晶圆夹具80进入镍电镀槽12以实施电镀镍工艺，镍电镀槽12内盛放有电镀液并设置有镍阳极组件。在进行镍电镀工艺时，晶圆夹具80与镍电镀槽12内的镍阳极组件电连接，以作为该阳极组件的阴极，以使电镀液中的镍离子附着于晶圆70表面而形成镍镀层。在完成该项电镀镍工艺后，晶圆夹具80断开与镍阳极组件之间的电连接，清洗晶圆70。

待清洗完成后，同样地，无须下片，移动机构60带动晶圆夹具80进入锡银电镀槽13以对晶圆70实施电镀锡银工艺，具体的工艺流程与电镀镍及电镀铜类似，此处不再进行赘述。

本实施例提供的共享晶圆夹具的金属镀覆设备100，除具备实施例1所具有的优点外，还具备如下优点：通过设置种子层修复化镀槽21，利用化学镀工艺修复晶圆种子层，化学镀有良好的均镀能力，只要镀件表面和镀液接触，且镀液中消耗的成份能及时得到补充，镀件任何部位的镀层厚度都基本相同，即使凹槽、缝隙、盲孔也是如此，通过化学镀工艺修复种子层后，再进行后续的金属镀覆工艺，可以得到镀覆均匀、填充效果及结合力良好的金属层。

并且，前处理工艺槽40和种子层修复化镀槽21共享一个晶圆夹具，晶圆70经前处理工艺后，可马上进入种子层修复化镀槽21进行种子层的修复，工作效率大大提升，且避免了晶圆二次氧化风险。

值得说明的是，实施例1-4提供的共享晶圆夹具的金属镀覆设备100，其对应的附图中，多个工作槽沿水平方向排列，移动机构60通过水平移动带动晶圆夹具80依次进入各个工作槽。

但在其他实施例中，使用者可选择工作槽的其他排列方式。例如，如图9所示，使用者可以移动机构60的固定端为圆心，将工作槽排列为圆形，在该结构设计下，移动机构60以其固定端为圆心进行旋转移动，从而带动晶圆夹具80在多个工作槽之间移动。

又或者是，如图10所示，使用者可将多个工作槽沿两条水平线排列设置，移动机构60通过水平移动带动晶圆夹具80依次进入其中一条水平线上设置的各个工作槽后，调转方向，从相反方向通过水平移动带动晶圆夹具80依次进入另一条水平线上设置的各个工作槽。

当然，图9和图10所示的排列结构仅是示例性的，例如，在共享晶圆夹具的金属镀覆设备100中，使用者可集成多个前处理工艺槽40和/或后处理工艺槽50。此外，关于镀槽的设置，使用者可根据实际需要全部设置为电镀槽10，也可全部设置为化镀槽20，亦可如图9和图10所示既设置电镀槽10，又设置化镀槽20。

实施例5

本实施例提供一种共享晶圆夹具的金属镀覆方法，如图11所示，包括如下步骤：

S10、使用晶圆夹具80夹持晶圆70，完成上片操作；

S20、晶圆70在晶圆夹具80的带动下进入各个前处理工艺槽40以实施前处理工艺；

S30、晶圆70在晶圆夹具80的带动下进入各个镀槽以实施金属镀覆工艺；

S40、上述工艺实施完成后，将晶圆70从晶圆夹具80上取下，完成下片操作。

具体地，步骤S20中，所谓前处理工艺可为以下工艺的任意一种或多种：碱性处理、酸性处理、表面活化处理、预润湿处理、超声处理。使用者可根据实际需要进行选择，例如使用者可设置前处理工艺槽40以除去晶圆70表面凹槽内存在的气泡，在此情况下，前处理工艺槽40可以是预润湿处理工艺槽或超声处理工艺槽，抑或是集成超声处理的预润湿处理工艺槽。又或者是，当晶圆70表面存在油污、氧化等缺陷时，使用者可设置两个前处理工艺槽40，即碱性处理工艺槽41和酸性处理工艺槽42，以除去晶圆70表面存在的油污和氧化等缺陷。

前处理工艺完成后，无须下片，晶圆70可直接由移动机构60带动进入后续的镀槽以实施步骤S30所述的镀覆工艺。具体地，步骤S30中，镀槽可以全部是电镀槽10，也可以是电镀槽10和化镀槽20的结合。例如，可设置一个化镀槽20和两个电镀槽10，在运行过程中，移动机构60首先带动晶圆夹具80进入第一个工作槽即化镀槽20以对晶圆70实施化镀工艺，化镀槽20内盛放有预镀金属的化镀液。在进行化镀工艺时，化镀液中的金属离子还原成金属并在晶圆70表面沉积。在完成该项化镀工艺后，清洗晶圆70表面，而后移动机构60带动晶圆夹具80进入第二个镀槽即电镀槽10以对晶圆实施电镀工艺，电镀槽10内盛放有预镀金属的电镀液。在进行晶圆电镀工艺时，晶圆夹具80与对应的电镀槽10电连接，以作为该电镀槽10的阴极，以使电镀液中的预镀金属的阳离子附着于晶圆70表面而形成镀层。在完成该项电镀工艺后，电镀槽10断开与晶圆夹具80之间的电连接，清洗晶圆70表面，而后移动机构60带动晶圆夹具80进入第三个镀槽即电镀槽10以对晶圆实施电镀工艺。

在完成步骤S30所述的所有的金属镀覆工艺后，还可进一步包括步骤S31、使晶圆70在晶圆夹具80的带动下进入各个后处理工艺槽50以实施后处理工艺。后处理工艺可为边缘金属层去除处理工艺和旋转清洗干燥处理工艺等。使用者可根据实际需要进行选择。例如，使用者可设置两个后处理工艺槽50，即EBR处理工艺槽51和SRD处理工艺槽52。晶圆70在完成电镀工艺后，移动机构60首先带动晶圆夹具80进入EBR处理工艺槽51，以对晶圆70进行边缘金属层去除处理；而后，移动机构60带动晶圆夹具80进入SRD处理工艺槽52，以对晶圆70进行旋转清洗干燥处理。

本实施例提供的共享晶圆夹具的金属镀覆方法，晶圆70在前处理工艺、镀覆工艺以及后处理工艺过程中，始终无须下片，晶圆70在完成前一道工序后，可直接在移动机构60的带动下随晶圆夹具70转运至下一个工作槽以进行后续工艺，这不仅避免了频繁上下片而导致的晶圆70损毁、氧化、翘曲等诸多风险，还使得设备的结构更加紧凑，成本大大降低，工艺效率进一步提升，且在一定程度上提升晶圆70的工艺质量。

实施例6

本实施例提供的共享晶圆夹具的金属镀覆方法，与实施例5披露的流程大致相同，区别在于，本实施例特别针对种子层存在缺陷的晶圆70而设计，在本实施例中，在前处理工艺完成后，正式对晶圆70进行电镀或化镀工艺前，对种子层有缺陷的晶圆70进行修复，以此保证后续的金属镀覆质量。因此本实施例提供的共享晶圆夹具的金属镀覆方法，如图12所示，包括如下步骤：

S10、使用晶圆夹具80夹持晶圆70，完成上片操作；

S20、晶圆70在晶圆夹具80的带动下进入各个前处理工艺槽40以实施如下前处理工艺：除油清洗、酸性微蚀、表面活化处理和清洗处理；

S21、前处理工艺完成后，晶圆70在晶圆夹具80的带动下进入种子层修复化镀槽21以实施预化镀工艺，从而修复种子层；

S30、预化镀工艺实施完成后，晶圆70在晶圆夹具80的带动下进入各个镀槽以实施金属镀覆工艺；

S40、上述工艺实施完成后，将晶圆70从晶圆夹具80上取下，完成下片操作。

具体地，在步骤S20中，采用碱性溶液或是有机溶剂进行除油清洗操作；采用0.2％～5％的硫酸和双氧水进行酸性微蚀操作；采用胶体钯进行表面活化处理操作，采用去离子水进行清洗操作。在步骤S21中，采用化学镀铜工艺修复晶圆种子层，以在晶圆种子层表面沉积目标厚度的化学镀铜层，化学镀铜工艺采用2～20g/L的硫酸铜化镀液，硫酸铜化镀液的PH值介于12～13之间。化学镀铜工艺的温度介于21～60℃之间，沉积速率介于0.5～5um/h之间。

本实施例提供的共享晶圆夹具的金属镀覆方法，除具备实施例5所具有的优点外，还具备如下优点：通过增加种子层修复步骤，利用化学镀工艺修复晶圆种子层，化学镀有良好的均镀能力，只要镀件表面和镀液接触，且镀液中消耗的成份能及时得到补充，镀件任何部位的镀层厚度都基本相同，即使凹槽、缝隙、盲孔也是如此，通过化学镀工艺修复种子层后，再进行后续的金属镀覆工艺，可以得到镀覆均匀、填充效果及结合力良好的金属层。并且，前处理工艺槽40、种子层修复工艺槽21、以及镀槽共享一个晶圆夹具80，晶圆70经前处理工艺后，可马上进入种子层修复化镀槽21进行种子层的修复，晶圆种子层修复后，可马上进入镀槽进行后续的镀覆工艺，工作效率大大提升，避免了晶圆二次氧化的风险。

以上对本发明的具体实施例进行了描述，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。

Claims (7)

1.一种共享晶圆夹具的金属镀覆设备，其特征在于，包括一个移动机构、一个晶圆夹具以及多个工作槽；所述晶圆夹具用于可拆卸固定晶圆，移动机构连接晶圆夹具；

所述工作槽包括工艺槽和镀槽，工艺槽包括前处理工艺槽和后处理工艺槽，前处理工艺槽包括碱性处理工艺槽、酸性处理工艺槽以及表面活化处理工艺槽，后处理工艺槽包括EBR处理工艺槽或同时包括EBR处理工艺槽和SRD处理工艺槽；

所述工艺槽和镀槽共享一个晶圆夹具，移动机构在各个工作槽之间转运该晶圆夹具且在转运过程中，晶圆不下片；

所述晶圆夹具包括由抗酸碱腐蚀的合金材料制作的密封环，密封环可经电磁驱动、伺服驱动或气缸驱动被打开；

还包括控制机构，所述控制机构在密封环被打开的同时，切断密封环与电源阴极的导电接触；

所述EBR处理工艺槽内设置有喷淋装置，喷淋装置上设置有朝晶圆边缘表面呈倾斜角度的药液喷口，喷淋装置上还设置有朝晶圆边缘以内区域喷射氮气的若干个氮气喷口及DIW的喷淋口。

2.根据权利要求1所述的共享晶圆夹具的金属镀覆设备，其特征在于，所述前处理工艺槽还包括预润湿处理工艺槽、超声处理工艺槽中的任意一个或多个。

3.根据权利要求1所述的共享晶圆夹具的金属镀覆设备，其特征在于，所述镀槽包括电镀槽和/或化镀槽。

4.根据权利要求3所述的共享晶圆夹具的金属镀覆设备，其特征在于，还包括一套电源，当镀槽包括多个电镀槽时，电源的负极电连接晶圆夹具，电源的正极分别与各个电镀槽电连接。

5.根据权利要求1所述的共享晶圆夹具的金属镀覆设备，其特征在于，所述镀槽包括种子层修复化镀槽，所述种子层修复化镀槽用于对晶圆实施预化镀工艺，以修复晶圆种子层。

6.一种共享晶圆夹具的金属镀覆方法，其特征在于，采用权利要求1至5任一项所述的共享晶圆夹具的金属镀覆设备，包括如下步骤：

S10、使用晶圆夹具夹持晶圆，完成上片操作；

S20、晶圆在晶圆夹具的带动下进入各个前处理工艺槽以实施前处理工艺，前处理工艺槽包括碱性处理工艺槽、酸性处理工艺槽以及表面活化处理工艺槽；

S30、前处理工艺实施完成后，晶圆在晶圆夹具的带动下进入各个镀槽以实施金属镀覆工艺；

S31、金属镀覆工艺实施完成后，晶圆在晶圆夹具的带动下进入各个后处理工艺槽以实施后处理工艺，后处理工艺槽包括EBR处理工艺槽；

S40、上述工艺实施完成后，将晶圆从晶圆夹具上取下，完成下片操作；

其中，当晶圆随晶圆夹具进入EBR处理工艺槽后，其工艺包括如下步骤：

a、使晶圆的待处理面面向喷淋装置，通过电磁驱动或伺服驱动或气缸驱动打开晶圆夹具的密封环，密封环被打开的同时，密封环被控制机构切断与电源阴极的导电接触，由此使晶圆夹具上的密封环与晶圆分离的条件下仍保持对晶圆的夹持状态，同时晶圆夹具还可带动晶圆进行旋转；

b、喷淋装置上升到预设位置以使其表面与晶圆边缘形成一个预设大小的间隙，药液喷口通过间隙向晶圆边缘喷射药液，以除去晶圆边缘的金属层，与此同时，喷淋装置的氮气喷口向晶圆边缘以内区域喷射氮气,直至晶圆边缘金属层被去除；

c、开启喷淋装置上的DIW喷口开始DIW喷淋，以对晶圆进行清洗；

d、开启氮气喷口进行氮气吹扫，与此同时，晶圆夹具旋转以对晶圆进行干燥。

7.根据权利要求6所述的共享晶圆夹具的金属镀覆方法，其特征在于，在步骤S20和步骤S30之间，还包括步骤S21、晶圆在晶圆夹具的带动下进入种子层修复化镀槽，以利用预化镀工艺修复晶圆种子层。

Images