CN116676650A - 一种晶圆夹具及电镀设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种晶圆夹具及电镀设备，其中，晶圆夹具包括夹具本体和振动装置，夹具本体包括可相对旋转的动子组件和定子组件，动子组件可夹持晶圆，振动装置包括振动源，振动源安装于定子组件或动子组件。本发明中，夹具本体能够在振动源的驱动下带动晶圆振动，电镀时，晶圆置于电镀槽内盛放的电镀药液中，夹具本体和/或晶圆的振动将造成电镀药液流场的振动波，振动波经电镀槽的反射使得电镀药液在晶圆微孔(特别是深宽比达到12:1的TSV盲孔、超通孔)结构内部的由离子浓度扩散产生药液离子的质量传输得到改善和加强，从而使得微孔底部和侧壁的电镀层质量和电镀厚度均匀性得到改善和提高，由此实现电镀的均匀性和完好性。

Description

一种晶圆夹具及电镀设备
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，具体地，涉及一种晶圆夹具，以及包含该晶圆夹具的电镀设备。
背景技术
晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，其原始材料是硅，且由于其形状为圆形，故称为晶圆或硅晶圆。在生产过程中，需要对晶圆进行电镀工序，以在晶圆表面形成导电金属层，后续还将对导电金属层进行加工以制成导电线路。晶圆作为芯片的基本材料，其对于电镀镀层的要求是极高的，故而工艺的要求也较高。
现有的电镀设备，包含框架、电镀槽、循环系统、清洗槽、电镀头(晶圆夹具)等部分。其中，电镀头(晶圆夹具)是电镀加工最重要的辅助工具，其对电镀镀层的分布和工作效率有着直接影响。在电镀过程中，晶圆表面图形、深盲孔及V槽等特征结构内部由于流动性较差无法始终维持电镀药液浓度的一致性，导致晶圆电镀出现缺陷，极大的影响工艺品质。
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晶圆夹具，及包含该晶圆夹具的电镀设备，本发明通过振动装置的设置，加快晶圆表面电镀药液的换液速度和离子质量传输，特别有利于保证晶圆表面图形、深盲孔及V槽等特征结构内部电镀药液浓度的一致性，从而提升电镀的均匀性和完好性。
为实现上述发明目的，本发明提供如下所述技术方案：
一种晶圆夹具，包括夹具本体和振动装置，所述夹具本体包括可相对旋转的动子组件和定子组件，动子组件可夹持晶圆；所述振动装置包括振动源，振动源安装于定子组件或动子组件。
本技术方案中，通过采用以上结构设计，夹具本体能够在振动装置的驱动下带动晶圆振动，电镀时，晶圆置于电镀槽内盛放的电镀药液中，晶圆的振动将造成电镀药液流场的振动波，振动波经电镀槽的反射使得电镀药液在晶圆微孔(特别是深宽比达到12:1的TSV盲孔、超通孔)结构内部的由离子浓度扩散产生药液离子的质量传输得到改善和加强，从而使得微孔底部和侧壁的电镀层质量和电镀厚度均匀性得到改善和提高，由此实现电镀的均匀性和完好性。
优选地，所述动子组件包括晶圆基板和密封件，晶圆基板能够将晶圆压设于密封件上，所述振动源安装于晶圆基板上。
本技术方案中，通过采用以上结构设计，将振动源安装在晶圆基板上，在夹具本体进入电镀槽内进行电镀工作时，振动源的振动能够快速直接的传递给晶圆，使晶圆在电镀药液中发生振动，由此使电镀药液中的气泡消散或沿水流方向在不接触晶圆的情况下排出，从而使电镀药液与晶圆表面充分接触以顺利完成电镀。
优选地，电镀时，晶圆基板面向电镀槽的一面放置晶圆，晶圆基板背向电镀槽的一面安装振动源。
本技术方案中，通过采用以上结构设计，将晶圆和振动源分别安装在晶圆基板的两个面，由此一方面使晶圆夹具的结构更加紧凑，另一方面，使振动源与晶圆的距离相对较近，由此有利于振动的传递。
优选地，所述振动源与晶圆的距离介于3～15mm之间。
本技术方案中，通过采用以上结构设计，将振动源与晶圆的距离限定在3～15mm之间，振动可以更好的传递。
优选地，所述动子组件包括驱动部和旋转组件，所述驱动部能够驱动旋转组件相对于定子组件旋转，旋转组件可夹持晶圆；
所述定子组件包括定子基板，驱动部包括可相对旋转的定子和转子，定子设于定子基板上，所述振动源安装在定子基板上。
本技术方案中，通过采用以上结构设计，振动源安装在定子基板上，振动将通过定子基板和动子组件的结构部件传递给晶圆，使晶圆在电镀药液中发生振动，从而有效去除气泡并解决晶圆表面微孔内部的电镀填充问题。
优选地，所述定子基板包括用于安装定子的安装部、及从安装部向外侧延伸的延伸部，所述振动源安装于定子基板的安装部或延伸部。
本技术方案中，通过采用以上的结构设计，定子基板包括安装部和延伸部，使用者可选择将振动源安装在延伸部上，延伸部具有更大的安装空间，以能够安装更大的振动源，由此使整个晶圆夹具都能以更大的振幅振动，从而有效去除电镀药液中的气泡，提高电镀的均匀性和完好性，并且，将振动源安装在定子基板的延伸部上，能够更加便捷的安装和拆换振动源。
优选地，所述振动装置还包括控制系统，所述控制系统控制振动源的启闭。
本技术方案中，通过采用以上的结构设计，利用控制系统的设计，对振动源启闭的控制，结构设计简单，操作便捷。
优选地，所述控制系统能够调节振动源的振动频率。
本技术方案中，通过采用以上的结构设计，振动源的振动频率可调，例如，当振动源为振动马达时，控制系统能够调节振动马达的转速，当振动源为超声波振动器时，控制系统能够调节超声波振动器的声波，当振动源为电磁振动器时，控制系统能够调节电磁振动器的振动频率，由此解决不同液体表面张力的差别，适应不同的工艺要求。
优选地，所述振动源为振动马达、超声波振动器、气动振动器和电磁振动器中的任意一种。
本技术方案中，通过采用以上的结构设计，振动马达、超声波振动器、电磁振动器、气动振动器均具有结构简单、振感强、可靠性高、响应时间短、占用体积空间小等优点，采用它们中的任意一个作为振动源，能够在保证工艺质量的同时，降低工艺成本。
优选地，当振动源为振动马达或电磁振动器或气动振动器时，电镀时，控制振动源的振动频率介于1～750Hz之间。
本技术方案中，通过采用以上结构设计，当振动源为振动马达或电磁振动器或气动振动器等低频振动源时，振动源的振动频率介于1～750Hz之间，使用者可根据实际需要选择调整具体数值，以在保证振动效果的同时，避免对振动装置造成过多的负担。
优选地，当振动源为超声波振动器时，电镀时，控制振动源的振动频率不大于200kHz。
本技术方案中，通过采用以上结构设计，当振动源为超声波振动器等高频振动源时，振动源的振动频率不大于200kHz，使用者可根据实际需要选择调整具体数值，以在保证振动效果的同时，避免对振动装置造成过多的负担。
一种电镀设备，包括以上任一项所述的晶圆夹具。
本技术方案中，通过采用以上结构设计，电镀设备包含以上任一项所述的晶圆夹具，晶圆夹具通过振动装置的设置，加快晶圆表面电镀药液的换液速度和离子质量传输，特别有利于保证晶圆表面图形、深盲孔及V槽等特征结构内部电镀药液浓度的一致性，从而提升电镀的均匀性和完好性。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的晶圆夹具及电镀设备，夹具本体能够在振动装置的驱动下带动晶圆振动，电镀时，晶圆置于电镀槽内盛放的电镀药液中，晶圆夹具和/或晶圆的振动将造成电镀药液流场的振动波，振动波经电镀槽的反射使得电镀药液在晶圆微孔(特别是深宽比达到12:1的TSV盲孔、超通孔)结构内部的由离子浓度扩散产生药液离子的质量传输得到改善和加强，从而使得微孔底部和侧壁的电镀层质量和电镀厚度均匀性得到改善和提高，由此实现电镀的均匀性和完好性。
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为本发明第1实施例所述晶圆夹具的结构示意图；
图2为图1沿A-A线的剖视图；
图3为本发明第1实施例所述晶圆夹具的使用状态示意图；
图4为本发明第2实施例所述晶圆夹具的结构示意图；
图5为本发明第3实施例所述晶圆夹具的结构示意图；
图6为本发明第4实施例所述电镀设备的结构示意图。
图中示出：
100-晶圆夹具；
10-定子组件；
11-定子基板；
11a-安装部；
11b-延伸部；
12-外壳结构；
20-动子组件；
21-驱动部；
21a-定子；
21b-转子；
21c-旋转轴；
21d-导电滑环；
22-旋转组件；
22a-晶圆基板；
22b-密封件；
22c-支撑件；
22d-动子基板；
30-振动源；
200-电镀设备；
110-机械手；
120-电镀槽；
121-电镀腔；
130-晶圆；
140-储液槽；
G-气泡
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。
第1实施例
本实施例提供一种晶圆夹具100，该晶圆夹具100包括夹具本体和振动装置，其中，夹具本体包括可相对旋转的动子组件20和定子组件10，动子组件20可夹持晶圆130，振动装置包括振动源30，振动源30安装于动子组件20，动子组件20能够在振动源30的驱动下带动晶圆130振动。
具体地，如图2所示，动子组件20包括驱动部21和旋转组件22，其中，旋转组件22包括晶圆基板22a、密封件22b、支撑件22c以及动子基板22d，晶圆基板22a能够将晶圆130压设于密封件22b上，密封件22b通过支撑件22c与动子基板22d连接。
驱动部21包括定子21a、转子21b以及导电滑环21d，定子组件10包括外壳结构12和定子基板11，定子基板11上安装定子21a，定子21a套设于转子21b外，转子21b包括旋转轴21c，旋转轴21c的上端连接导电滑环21d，下端穿过定子基板11后连接旋转组件22，导电滑环21d能够将电源引入转子21b，以驱动转子21b相对定子21a旋转，转子21b进而带动旋转组件22旋转，由此使得旋转组件22上夹持的晶圆130旋转。
在本实施例中，晶圆基板22a的正面(即电镀时，晶圆基板22a面向电镀槽120的一面)可设置晶圆130，振动源30即安装在晶圆基板22a的背面(即电镀时，晶圆基板22a背向电镀槽120的一面)，振动源30振动时，其通过晶圆基板22a直接将振动传递给晶圆130。为使振动更好的传递，可将振动源30与晶圆130的距离限定在3～15mm之间。
在电镀工艺中，储液槽140内盛放的电镀药液会通过泵输送到电镀槽120的电镀腔121内，电镀腔121内的电镀药液又通过溢流回到储液槽140，完成一个循环回路。在循环过程中，电镀药液的流动会产生气泡G，同时由于电镀药液的表面张力，致使晶圆130在电镀过程中，晶圆130表面图形、深盲孔及V槽等特征结构内部无法被完全电镀，导致晶圆130电镀出现缺陷，极大的影响工艺品质。
如图3所示，本实施例提供的晶圆夹具100夹持晶圆130后，带动晶圆130浸入电镀药液中，振动源30将振动传递给晶圆130，致使晶圆130在电镀药液中发生振动，晶圆130的振动将造成电镀药液流场的振动波，使电镀药液中的气泡G消散或沿水流方向在不接触晶圆130的同时排出，电镀药液在晶圆微孔(特别是深宽比达到12:1的TSV盲孔、超通孔)结构内部的由离子浓度扩散产生药液离子的质量传输得到改善和加强，从而使得微孔底部和侧壁的电镀层质量和电镀厚度均匀性得到改善和提高，由此实现电镀的均匀性和完好性。
进一步地，振动装置还包括控制系统，控制系统用以控制振动源30的启闭，并调节振动源30的振动频率，振动源30可以是振动马达、电磁振动器、气动振动器等低频振动源，也可以是超声波振动器等高频振动源。当晶圆夹具100使用低频振动源时，振动源30的振动频率介于1～750Hz之间，主要为可调频率的振动；当晶圆夹具100使用高频振动源时，振动源30的振动频率不大于200kHz，主要为固定频率的振动。使用者可根据工艺需要选择安装何种振动源并根据实际情况选择振动频率。
第2实施例
本实施例提供一种晶圆夹具100，该晶圆夹具100的结构与第1实施例提供的晶圆夹具100的结构大致相同，区别在于，如图4所示，本实施例提供的晶圆夹具100，振动源30并非设置在动子组件20的晶圆基板22a上，而是设置在定子组件10的定子基板11上，定子基板11包括用于安装定子21a的安装部11a，振动源30即设置在定子基板11的安装部11a上。
电镀时，晶圆130在晶圆夹具100的带动下浸入电镀腔121内盛放的电镀药液中，振动源30的振动将通过旋转轴21c和支撑件22c等结构，传递到晶圆基板22a上，由此使晶圆130发生振动，晶圆130的振动将造成电镀药液流场的振动波，使得电镀药液中的气泡G消散或沿水流方向在不接触晶圆130的情况下排出，由此使电镀药液与晶圆130表面(包括微孔内部结构)充分接触以顺利完成电镀，大大提高电镀的均匀性和完好性。
第3实施例
本实施例提供一种晶圆夹具100，该晶圆夹具100的结构与第1实施例提供的晶圆夹具100的结构大致相同，区别在于，如图5所示，本实施例提供的晶圆夹具100，振动源30并非设置在动子组件20的晶圆基板22a上，而是设置在定子组件10的定子基板11上。具体地，定子基板11包括用于安装定子21a的安装部11a、及从安装部11a向外延伸的延伸部11b，振动源30即设置在定子基板11的延伸部11b上。
相对于定子基板11的安装部11a，定子基板11的延伸部11b具有更大的安装空间，能够安装更大的振动源，由此使整个晶圆夹具100都可以更大的振幅振动。这样大的振动幅值将带动电镀药液产生振动波，由此有效去除电镀药液中的气泡G，提高电镀的均匀性。
第4实施例
本实施例提供一种电镀设备200，包括机械手110、实施例1至3任一项所述的晶圆夹具100、以及电镀槽120。其中，机械手110的末端连接于晶圆夹具100，晶圆夹具100上夹持晶圆130。机械手110可驱动晶圆夹具100进入电镀槽120以对晶圆130实施电镀工艺。在电镀过程中，晶圆130能够在振动装置的驱动下在电镀槽120内振动，从而加快表面电镀药液的换液速度和离子质量传输，提升电镀的均匀性和完好性。
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 (12)

1.一种晶圆夹具，其特征在于，包括夹具本体和振动装置，所述夹具本体包括可相对旋转的动子组件和定子组件，动子组件可夹持晶圆；所述振动装置包括振动源，振动源安装于定子组件或动子组件。
2.根据权利要求1所述的晶圆夹具，其特征在于，所述动子组件包括晶圆基板和密封件，晶圆基板能够将晶圆压设于密封件上，所述振动源安装于晶圆基板上。
3.根据权利要求2所述的晶圆夹具，其特征在于，电镀时，晶圆基板面向电镀槽的一面放置晶圆，晶圆基板背向电镀槽的一面安装振动源。
4.根据权利要求2所述的晶圆夹具，其特征在于，所述振动源与晶圆的距离介于3～15mm之间。
5.根据权利要求1所述的晶圆夹具，其特征在于，所述动子组件包括驱动部和旋转组件，所述驱动部能够驱动旋转组件相对于定子组件旋转，旋转组件可夹持晶圆；
所述定子组件包括定子基板，驱动部包括可相对旋转的定子和转子，定子设于定子基板上，所述振动源安装在定子基板上。
6.根据权利要求5所述的晶圆夹具，其特征在于，所述定子基板包括用于安装定子的安装部、及从安装部向外侧延伸的延伸部，所述振动源安装于定子基板的安装部或延伸部。
7.根据权利要求1所述的晶圆夹具，其特征在于，所述振动装置还包括控制系统，所述控制系统控制振动源的启闭。
8.根据权利要求7所述的晶圆夹具，其特征在于，所述控制系统能够调节振动源的振动频率。
9.根据权利要求1所述的晶圆夹具，其特征在于，所述振动源为振动马达、超声波振动器、气动振动器和电磁振动器中的任意一种。
10.根据权利要求1所述的晶圆夹具，其特征在于，当振动源为振动马达或电磁振动器或气动振动器时，电镀时，控制振动源的振动频率介于1～750Hz之间。
11.根据权利要求1所述的晶圆夹具，其特征在于，当振动源为超声波振动器时，电镀时，控制振动源的振动频率不大于200kHz。
12.一种电镀设备，其特征在于，包括权利要求1至11任一项所述的晶圆夹具。
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