CN114892253A - 一种晶圆镀液搅拌机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及晶圆生产加工技术领域，具体而言，涉及一种晶圆镀液搅拌机构，包括驱动机构和搅拌组件，所述驱动机构与所述搅拌组件连接；所述搅拌组件包括连接件和搅拌盘，所述搅拌盘通过所述连接件与所述驱动机构连接，所述搅拌盘位于电镀腔内的镀液中，所述驱动机构用于驱动所述搅拌盘对电镀腔内的镀液进行搅拌以提高晶圆上硅穿孔的镀液填充良率；本申请的晶圆位于电镀腔的镀液中，搅拌组件的搅拌盘也位于电镀腔的镀液中，通过驱动机构驱动搅拌盘移动，对镀液进行搅拌，能够有效提高镀液的搅拌均匀性和晶圆硅通孔内的镀液交换速率，从而有效提高硅通孔镀制的填充良率和镀层厚度均匀性。

Description

一种晶圆镀液搅拌机构

技术领域

本发明涉及晶圆生产加工技术领域，具体而言，涉及一种晶圆镀液搅拌机构。

背景技术

晶圆(Wafer)是最常用的半导体材料，晶圆是指制作硅半导体集成电路所用的硅芯片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。晶圆是生产集成电路所用的载体，一般晶圆产量多为单晶硅圆片。

在芯片制造的过程中，需要对晶圆表面进行电镀形成金属层。晶圆电镀是半导体芯片制造过程的关键环节之一，其过程是将晶圆放置于电镀液中，晶圆上联接负极电压作为阴极，将正极电压联接到可溶解或不可溶解的阳极上，通过电场作用使电镀液中的金属离子沉积到晶圆表面。

随着芯片制造的维度从二维向三维不断发展，硅通孔(TSV)技术应运而生(硅通孔也叫硅穿孔)，同时也是目前应用最广泛，发展前景最好的一种技术，可实现芯片的高集成度、高可靠性、高传输速率和低功耗等性能，满足3D微系统及先进封装的工艺需求。但是目前市场上的晶圆电镀设备所镀制TSV的填充良率并不理想，存在孔洞和镀层均匀性不佳等问题。

发明内容

本发明提供了一种晶圆镀液搅拌机构，在晶圆电镀时对镀液进行搅拌，能够有效提高镀液的搅拌均匀性和硅通孔内的镀液交换速率，有效提高硅通孔镀制的填充良率和镀层厚度均匀性。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种晶圆镀液搅拌机构，晶圆通过电镀夹具夹持固定于电镀腔内，晶圆镀液搅拌机构包括驱动机构和搅拌组件，所述驱动机构与所述搅拌组件连接，用于驱动所述搅拌组件以提高所述晶圆上硅穿孔的镀液填充良率；

所述搅拌组件包括连接件和搅拌盘，所述搅拌盘通过所述连接件与所述驱动机构连接，所述搅拌盘位于所述电镀腔内的镀液中，所述驱动机构用于驱动所述搅拌盘对所述电镀腔内的镀液进行搅拌以提高所述晶圆上硅穿孔的镀液填充良率。

进一步地，所述搅拌组件还包括承载盘，所述承载盘上开设有安装槽孔，所述搅拌盘安装于所述安装槽孔内，所述搅拌盘通过所述承载盘与所述连接件连接。

进一步地，所述承载盘上还设置有定位柱，所述定位柱用于对所述搅拌盘进行定位。

进一步地，所述晶圆、所述承载盘和所述搅拌盘均水平设置，且所述搅拌盘位于所述晶圆的正下方。

进一步地，所述搅拌盘上开设有多个换液通孔。

进一步地，所述换液通孔为上宽下窄结构的长条孔。

进一步地，所述驱动机构包括直线电机，所述直线电机能够带动所述搅拌组件移动。

进一步地，所述驱动机构还包括保护箱，所述保护箱的一侧开设有穿孔，所述直线电机安装于所述保护箱内，且所述直线电机的动子部分穿设于所述穿孔并与所述连接件连接。

进一步地，所述保护箱上还设置有活动门。

进一步地，所述晶圆镀液搅拌机构还包括波纹管，所述波纹管的一端与所述保护箱连接、另一端与所述连接件连接，且所述直线电机的动子部分和所述穿孔均位于所述波纹管内侧。

相比于现有技术而言，本发明的有益效果是：

本申请的晶圆位于电镀腔的镀液中，搅拌组件的搅拌盘也位于电镀腔的镀液中，通过驱动机构驱动搅拌盘移动，对镀液进行搅拌，能够有效提高镀液的搅拌均匀性和晶圆硅通孔内的镀液交换速率，从而有效提高硅通孔镀制的填充良率和镀层厚度均匀性。

进一步地，本申请的承载盘上开设有安装槽孔，并将搅拌盘活动安装在安装槽孔内，以便于搅拌盘的更换，并且在搅拌盘上开设多个换液通孔，在驱动机构带动搅拌盘移动过程中，可以有效的带动电镀腔内的镀液运动，将晶圆附近的镀液以及硅通孔内填充的镀液充分运动起来，而提高硅通孔内的镀液交换速率，而且搅拌盘上的换液通孔可以设计不同尺寸的规格，可以根据晶圆上硅通孔的直径、孔深度、孔间距做相应的定制，十分灵活方便。

进一步地，本申请设计的保护箱和波纹管相结合使用，对直线电机整体进行密封保护，能够防腐，避免外部挥发性强的化学药液挥发后与直线电机接触而造成污染或者损坏，同时也能够避免镀液运动时飞溅在直线电机上造成污染和损坏，提高使用寿命和安全性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例1晶圆镀液搅拌机构的整体结构示意图；

图2为本发明实施例1图1的剖视图；

图3为本发明实施例1承载盘和搅拌盘的局部结构示意图；

图4为本发明实施例1晶圆镀液搅拌机构以及晶圆的结构示意图；

图5为本发明实施例1承载盘的安装槽孔和搅拌盘一种结构示意图；

图6为本发明实施例1承载盘的安装槽孔和搅拌盘另一种结构示意图。

图中：

1-晶圆；2-驱动机构；201-直线电机；

202-保护箱；2021-穿孔；2022-活动门；

3-搅拌组件；301-连接件；3011-第一连接板；

3012-第二连接板；3013-第三连接板；302-搅拌盘；

303-承载盘；304-定位柱；305-换液通孔；

4-波纹管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

参照图1-图6，本实施例提供一种技术分方案，如下所示：

一种晶圆镀液搅拌机构，晶圆1通过电镀夹具夹持固定于电镀腔内，具体地，电镀夹具的一端固定于设备上，电镀夹具的另一端夹持着晶圆1，在电镀腔内放置镀液，晶圆1则被电镀夹具夹持固定于电镀腔内的镀液中。

晶圆镀液搅拌机构包括驱动机构2和搅拌组件3，驱动机构2与搅拌组件3连接，驱动机构2用于驱动搅拌组件3执行搅拌动作以对电镀腔内的镀液进行搅拌，不仅能提高晶圆1镀液效果，而且还能够提高晶圆1上硅穿孔的镀液填充良率。

搅拌组件3包括连接件301和搅拌盘302，搅拌盘302通过连接件301与驱动机构2连接，即连接件301的一端连接驱动机构2、另一端连接搅拌盘。

在本实施例中更优选地实施方式为，搅拌组件3还包括承载盘303，在承载盘303上开设有安装槽孔，搅拌盘302安装于所述的安装槽孔内，实现活动安装，搅拌盘302通过承载盘303与连接件301实现连接。

为了搅拌盘302活动安装于安装槽孔上，承载盘303上的安装槽孔、以及搅拌盘302的结构设计可以有如下两种：

第一种：参照图5所示，将安装槽孔设计为阶梯槽，以便于搅拌盘302放置于阶梯槽上，实现卡装，也便于搅拌盘的拆卸和更换。

第二种：参照图6所示，将搅拌盘302的外侧边缘设计为直角形，而安装槽孔设计为通孔结构，搅拌盘302能够对应卡装在安装槽孔内，而便于搅拌盘的拆卸和更换。

在本实施例中更优选地实施方式为，优选用第一种设计方式，由于搅拌盘302能够更换，当搅拌盘302的外侧边缘部分不需要设计成直角形时，生产步骤更简单一点，便于搅拌盘302的批量生产和更换。

需要注意的至少有：

1.连接件301与驱动机构2可以通过焊接或者螺栓接的方式进行连接，连接件301与承载盘303可以通过焊接或者螺栓接的方式进行连接，在本实施例中，优选地将连接件301与驱动机构2之间、以及连接件301与承载盘303之间均通过螺栓接的方式进行连接，通过螺栓连接的方式，便于后期的拆卸更换。

2.承载盘303和搅拌盘302完全没于电镀腔内的镀液中，由于连接件301与承载盘303连接，连接件301与承载盘303的连接处部分没于镀液中。

由于搅拌盘302活动安装于安装槽孔内，为了避免搅拌盘302在移动过程中发生晃动而与承载盘303产生相对移动，在承载盘303上设置了定位柱304，定位柱304垂直于承载盘303而设置，具体地，在搅拌盘302上开设有卡槽，搅拌盘302安装于安装卡槽时，需要使定位柱304位于卡槽内，便起到对搅拌盘302的限位定位作用，防止搅拌盘302旋转或偏转。

为了提高搅拌效果，在搅拌盘302上开设了多个换液通孔305，如图2所示，多个换液通孔305的形状和大小可以不同，通过设计多个换液通孔305，在驱动机构2带动搅拌盘302移动过程中，可以有效的带动镀液运动，提高晶圆1上硅通孔内的镀液交换速率。

需要注意的是，搅拌盘302的位置可以在电镀腔中任意设置，只需要满足搅拌盘302没于镀液中即可，因为驱动机构2带动搅拌盘302移动时，均能带动镀液的运动实现搅拌功能，而为了使搅拌效果更好，搅拌盘302的位置要与晶圆1上硅通孔的位置对应设置，这样才能最好的达到镀液效果。

在实际电镀过程中，晶圆1的待镀面一般朝下设置，因此在本实施例中优选的设计方式为，将晶圆1、承载盘303和搅拌盘302均水平设置，其均为水平状态，且搅拌盘302位于晶圆1的正下方，优选地将搅拌盘302与晶圆1之间的距离设计为1-10mm。

在本实施例中优选的设计方式为，将换液通孔305设计为上宽下窄结构的长条孔，即该长条孔的尺寸比例从承载盘303的上侧面至下侧面呈递减，这样设计的好处在于：当搅拌盘302移动过程中，能更好地带动镀液运动，提高与硅通孔内镀液交换速率。

需要注意的是：换液通孔305也可以设计为其它形状的孔，如矩形孔、椭圆孔、梯形孔等。另外，搅拌盘302上的换液通孔305可以设计不同尺寸的规格，可以根据晶圆1上硅通孔的直径、孔深度、孔间距做相应的定制，十分灵活方便。

本申请的驱动机构2包括直线电机201，通过直线电机201作为驱动，直线电机201的定子部分固定不动，直线电机201的动子部分与连接件301通过螺栓连接。由于晶圆1、承载盘303和搅拌盘302均水平设置，其均为水平状态，直线电机201在运行时能够带动搅拌组件3在水平方向上移动。

在本实施例中，优选的实施方式为：选用的直线电机201直线运动行程为100mm，实际使用行程为5mm-30mm，使直线电机201带动搅拌组件3作往复运动。需要注意的是：本申请的晶圆镀液搅拌机构通过高频率、超高速或变频率、超高速的直线往复运动以提高对镀液的搅拌效果。

驱动机构2还包括保护箱202，保护箱202的一侧开设有穿孔2021，直线电机201安装于所述保护箱202内，保护箱202对直线电机201起到了保护作用。另外，在保护箱202上还设置了活动门2022，当直线电机201需要拆卸和更换时，打开活动门2022以便于操作。

在本实施例中，保护箱202内采用正压保护。

需要注意的是，直线电机201的动子部分的移动方向有两种：

第一种：直线电机201的动子部分沿波纹管4的轴向所在方向移动。

第二种：直线电机201的动子部分沿波纹管4轴向所在方向相垂直的水平方向移动。

当选用第一种方式时，不便于直线电机201在保护箱202中安装位置的选择和固定，并且在直线电机201整体安装后，会增加连接件301的设计难度，进而可能会影响搅拌机构整体运动稳定性和一致性。当选用第二种方式时，能够便于直线电机201在保护箱202中安装位置的选择和固定，此时连接件301的设计难度较小，也不会影响搅拌机构整体的运动稳定性。因此在本实施例中优选的实施方式是选用第二种。

在本实施例中优选的设计方式为：本申请的连接件301包括第一连接板3011、第二连接板3012和第三连接板3013，如图2所示，直线电机201的动子部分与连接件301连接起来，具体地：直线电机201的动子部分的上下两端分别通过第一连接板3011和第二连接板3012与第三连接板3013连接，第三连接板3013再与承载盘303连接，即直线电机201的动子部分的上端通过第一连接板3011与第三连接板3013连接，动子部分的下端通过第二连接板3012与第三连接板3013连接，保证了动子部分上下两端连接的平稳性，进而也保证了搅拌机构整体运动的平稳性和一致性。

参照图1和图2，本申请还设计了波纹管4，波纹管4为直筒型，波纹管4的一端与保护箱202连接，使得穿孔2021位于波纹管4的内部一侧，波纹管4的另一端与第三连接板3013连接，波纹管4安装后，第一连接板3011、第二连接板3012和保护箱202上的穿孔2021均位于波纹管4内部一侧，因此本申请设计的保护箱202和波纹管4相结合使用，对直线电机201整体进行密封保护，能够防腐，避免外部挥发性强的化学药液挥发后与直线电机201接触而造成污染或者损坏，同时也能够避免镀液运动时飞溅在直线电机201上造成污染和损坏，提高使用寿命和安全性能。

在直线电机201的作用下，搅拌组件3完成直线往复运动，其运动速度、距离、方向通过控制直线电机201参数实现。

承载盘303、搅拌盘302和定位柱304浸泡于电镀腔的镀液中，其往复运动过程中与镀液的相对运动达到搅拌药液的目的，对镀液进行搅拌，能够有效提高镀液的搅拌均匀性和晶圆1上硅通孔内的镀液交换速率，从而有效提高硅通孔镀制的填充良率和镀层厚度均匀性。

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。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆镀液搅拌机构，晶圆(1)通过电镀夹具夹持固定于电镀腔内，其特征在于，所述晶圆镀液搅拌机构包括驱动机构(2)和搅拌组件(3)，所述驱动机构(2)与所述搅拌组件(3)连接；

所述搅拌组件(3)包括连接件(301)和搅拌盘(302)，所述搅拌盘(302)通过所述连接件(301)与所述驱动机构(2)连接，所述搅拌盘(302)位于所述电镀腔内的镀液中，所述驱动机构(2)用于驱动所述搅拌盘(302)对所述电镀腔内的镀液进行搅拌以提高所述晶圆(1)上硅穿孔的镀液填充良率。

2.根据权利要求1所述的晶圆镀液搅拌机构，其特征在于，所述搅拌组件(3)还包括承载盘(303)，所述承载盘(303)上开设有安装槽孔，所述搅拌盘(302)安装于所述安装槽孔内，所述搅拌盘(302)通过所述承载盘(303)与所述连接件(301)连接。

3.根据权利要求2所述的晶圆镀液搅拌机构，其特征在于，所述承载盘(303)上还设置有定位柱(304)，所述定位柱(304)用于对所述搅拌盘(302)进行定位。

4.根据权利要求2所述的晶圆镀液搅拌机构，其特征在于，所述晶圆(1)、所述承载盘(303)和所述搅拌盘(302)均水平设置，且所述搅拌盘(302)位于所述晶圆(1)的正下方。

5.根据权利要求1所述的晶圆镀液搅拌机构，其特征在于，所述搅拌盘(302)上开设有多个换液通孔(305)。

6.根据权利要求5所述的晶圆镀液搅拌机构，其特征在于，所述换液通孔(305)为上宽下窄结构的长条孔。

7.根据权利要求1所述的晶圆镀液搅拌机构，其特征在于，所述驱动机构(2)包括直线电机(201)，所述直线电机(201)能够带动所述搅拌组件(3)移动。

8.根据权利要求7所述的晶圆镀液搅拌机构，其特征在于，所述驱动机构(2)还包括保护箱(202)，所述保护箱(202)的一侧开设有穿孔(2021)，所述直线电机(201)安装于所述保护箱(202)内，且所述直线电机(201)的动子部分穿设于所述穿孔(2021)并与所述连接件(301)连接。

9.根据权利要求8所述的晶圆镀液搅拌机构，其特征在于，还包括波纹管(4)，所述波纹管(4)的一端与所述保护箱(202)连接、另一端与所述连接件(301)连接，且所述直线电机(201)的动子部分和所述穿孔(2021)均位于所述波纹管(4)内侧。

10.根据权利要求8所述的晶圆镀液搅拌机构，其特征在于，所述保护箱(202)上还设置有活动门(2022)。

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