CN117822083B - 一种晶圆电镀液循环温控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及晶圆电镀领域，公开了一种晶圆电镀液循环温控系统，包括外循环桶、内循环桶、循环机构、升温箱、第二温控管以及蓄液池，外循环桶、内循环桶与循环机构联动用于电镀液的循环，使得需要作业的电镀液内不存在气泡，从而保证电镀液的稳定性和镀层质量，同时减小晶圆电镀时同一表面的温差，提高晶圆整体的镀层质量，升温箱用于将低温的电镀液经过配比快速升温，第二温控管用于升温后的电镀液的热微调，使得电镀液达到工作温度，蓄液池用于电镀液的补充，同时与升温箱联动，使得加注的电镀液可以快速投入使用。

Description

一种晶圆电镀液循环温控系统

技术领域

本发明涉及晶圆电镀领域，具体为一种晶圆电镀液循环温控系统。

背景技术

电镀液是指可以扩大金属的阴极电流密度范围、改善镀层的外观、增加溶液抗氧化的稳定性等特点的液体，使得可以扩大金属的阴极电流密度范围、改善镀层的外观、增加溶液抗氧化的稳定性等特点的液体。

经过海量检索，发现现有技术公开号为CN117230517A的中国专利，公开了一种晶圆电镀液循环温控设备，通过温控器一直不停的循环药液；在空闲状态下，从储液槽中抽取的药液进入温控器，再循环到储液槽，在需要电镀的情况下，通过切换三通阀上的路径，使经过温控器的药液直接进入电镀槽，进行电镀作业。

因此，基于上述检索以及结合现有技术发现，在实际使用过程中都是通过外加热的方式对电镀液进行加热，使得电镀液的外周的温度与内周的温度存在温差，导致在对晶圆进行电镀时晶圆的电镀面的电镀层的硬度不一致，降低晶圆的电镀质量，同时在电镀液进行循环流动的过程中，电镀液的内部可能会产生气泡，气泡会对电镀效果产生不良影响，如降低镀层质量、产生针孔等为此我们提出一种晶圆电镀液循环温控系统。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种晶圆电镀液循环温控系统，具备加热快、控温精准以及能够对晶圆进行均匀电镀的优点，解决了系列问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种晶圆电镀液循环温控系统，包括

外循环桶；

内循环桶：内循环桶固定连接在外循环桶的内壁底部，所述内循环桶的顶部开设有作业腔，所述内循环桶的内部开设有安装腔；

循环机构：循环机构固定连接在安装腔的内部，所述循环机构包括相连通在内循环桶顶部的第一温控管，所述第一温控管的外部固定安装有第一温度传感器，所述第一温度传感器的检测端延伸至第一温控管的内部，所述安装腔的内壁底部固定安装有升温箱，所述升温箱的内部注满高温电镀液，所述升温箱与第一温控管的外部相连通，所述第一温控管的一端相连通有第二温控管，所述安装腔的内壁底部固定安装有循环电机，所述第二温控管与循环电机的输入端相连通，所述循环电机的输出端相连通有连接管，所述连接管的一端与内循环桶的底部相连通。

优选地，所述第二温控管的外部缠绕有发热丝，用于对电镀液进行升温，所述第二温控管的外部固定安装有两个微调温度传感器，两个微调温度传感器一个安装在发热丝的中间位置，另一个安装在第二温控管的一端。

优选地，所述升温箱的底部固定连接有发热管，所述安装腔内壁底部固定安装有第一输送泵，所述第一输送泵的输入端与升温箱的一侧顶部相连通，所述第一输送泵的输出端相连通有第一输送管，所述第一输送管的一端与第一温控管相连通。

优选地，所述第一输送管的外部固定安装有第一输送流量传感器，所述第一温控管的外部固定安装有总流量传感器，所述升温箱的外部固定安装有第二温度传感器，所述第二温度传感器的检测端延伸至升温箱的内部。

优选地，所述升温箱的顶部固定连接有蓄液池，所述第一输送泵的顶部固定安装有第二输送泵，所述第二输送泵的输入端与蓄液池的一侧底部相连通，所述第二输送泵的输出端相连通有第二输送管，所述第二输送管的一端均与第一温控管和第一输送管相连通。

优选地，所述第二输送管的外部固定安装有第二输送流量传感器，所述蓄液池的外部固定安装有第三温度传感器，所述第三温度传感器的检测端延伸至蓄液池的内部。

优选地，所述第一输送管与第二输送管的内部均转动连接有第一螺旋扇，所述第一温控管的内部转动连接有第二螺旋扇，所述第一温控管的内部固定连接有螺纹板。

优选地，所述外循环桶的内壁底部固定连接有分流块，所述分流块的顶部与内循环桶的底部相连通，所述分流块的外部固定连接有若干分流板，若干分流板呈圆周布置。

与现有技术相比，本发明提供了一种晶圆电镀液循环温控系统，具备以下有益效果：

1.通过设置的外循环桶、内循环桶与循环机构联动，用于电镀液的循环，使得需要作业的电镀液内不存在气泡，从而保证电镀液的稳定性和镀层质量，同时减小晶圆电镀时同一表面的温差，提高晶圆整体的镀层质量。

2.通过设置的升温箱用于将低温的电镀液经过配比快速升温，通过设置的第二温控管用于升温后的电镀液的热微调，使得电镀液达到工作温度，通过设置的蓄液池用于电镀液的补充，同时与升温箱联动，使得加注的电镀液可以快速投入使用。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明的循环电机部分的结构示意图；

图4为图3的A部放大结构示意图；

图5为本发明的第一螺旋扇部分的结构示意图；

图6为本发明的升温箱的内部结构示意图；

图7为图6的C部放大结构示意图；

图8为图6的B部放大结构示意图；

图9为本发明的分流块部分的结构示意图。

图中：1、外循环桶；2、内循环桶；3、安装腔；4、循环机构；5、第一温控管；6、第二温控管；7、循环电机；8、连接管；9、作业腔；10、液位管；11、通气防尘罩；12、液位传感器；13、升温箱；14、发热管；15、第一输送泵；16、第一输送管；17、第一输送流量传感器；18、第一温度传感器；19、第二温度传感器；20、发热丝；21、总流量传感器；22、螺纹板；23、进液管；24、进液孔；25、负压阀；26、蓄液池；27、第二输送泵；28、第二输送管；29、第二输送流量传感器；30、第三温度传感器；31、储液管；32、通气管；33、储液漏斗；34、防尘盖；35、第一螺旋扇；36、第二螺旋扇；37、分流块；38、分流板；39、微调温度传感器。

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做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。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种晶圆电镀液循环温控系统。

实施例一：

本申请的一种典型的实施方式中，如图1、图4、图6和图7所示，一种晶圆电镀液循环温控系统，包括

外循环桶1：外循环桶1的内部灌装有晶圆电镀液；

内循环桶2：内循环桶2固定连接在外循环桶1的内壁底部，并浸泡在晶圆电镀液的内部，内循环桶2的顶部开设有作业腔9，作业腔9呈锥形布置，用于晶圆的电镀，具体的，在需要对晶圆表面电镀时，将晶圆需要电镀的表面与作业腔9内部的电镀液接触，对晶圆表面进行电镀，内循环桶2的外部相连通有液位管10，液位管10的一端延伸至作业腔9的内部，并与作业腔9相连通，液位管10的顶部固定连接有通气防尘罩11，通气防尘罩11的底部固定安装有液位传感器12，通过设置的通气防尘罩11使得当电镀液流入作业腔9的内部时，部分电解液也会流入到液位管10的内部，此时液位管10内部的空气通过通气防尘罩11的周围排出，使得液位管10内部的液位高度即为作业腔9内部液位高度，并通过液位传感器12进行实时监控，内循环桶2的内部开设有安装腔3；

如图2和图3所示，循环机构4：循环机构4固定连接在安装腔3的内部，用于晶圆电镀液的循环与温度控制，循环机构4包括相连通在内循环桶2顶部的第一温控管5，第一温控管5的外部固定安装有第一温度传感器18，第一温度传感器18的检测端延伸至第一温控管5的内部，安装腔3的内壁底部固定安装有升温箱13，升温箱13的内部注满高温电镀液，升温箱13与第一温控管5的外部相连通，第一温控管5的一端相连通有第二温控管6，安装腔3的内壁底部固定安装有循环电机7，第二温控管6与循环电机7的输入端相连通，循环电机7的输出端相连通有连接管8，连接管8的一端与内循环桶2的底部相连通，具体的，启动循环电机7，通过与循环电机7的输入端相连通的第二温控管6将作业腔9内部的电镀液抽取至第一温控管5的内部，并由第一温度传感器18检测第一温控管5内部电镀液的温度与晶圆电镀的工作温度温差过大时，此时将升温箱13内部的高温电镀液按温度与流量的比例与第一温控管5内部的电镀液混合，使得第一温控管5内部的电镀液快速加热中和，同时被快速加热中和的电镀液继续向前移动被抽入第二温控管6的内部，通过第二温控管6进行进一步的热微调，使电镀液达到晶圆电镀的工作温度，当第一温度传感器18检测第一温控管5内部电镀液的温度与电镀所需的工作温度温差较小时，可直接流入第二温控管6，对电镀液进行热补充，使得使电镀液达到晶圆电镀的工作温度，再将可使用的电镀液通过与循环电机7的输出端相连通的连接管8泵出，由于内循环桶2浸泡在晶圆电镀液的内部，使得在循环电机7对作业腔9内部的电镀液抽取时，内循环桶2周围的电镀液会涌入作业腔9的内部，同时通过循环电机7将从作业腔9内部抽取的电镀液从内循环桶2的底部泵出，使其外循环桶1内部的电镀液循环流动，值得一提的是，电镀液从作业腔9周围流入，会对作业腔9内进行电镀的晶圆提供两种正面效果，其一：在使电镀液进行循环流动的过程中电镀液的内部可能会产生气泡，气泡会对电镀效果产生不良影响，如降低镀层质量、产生针孔等，因此需要采取措施去除气泡，通过将电镀液从周围流入作业腔9的内部，使得电镀液在未流入作业腔9的内部时，通过气泡的快速上升，使得气泡垂直上升至电镀液的顶部并破裂，使得流入作业腔9内部的电镀液内不存在气泡，从而保证电镀液的稳定性和镀层质量，其二：由于温度高的电镀液的密度小于温度低的电镀液的密度，通过将电镀液从周围流入作业腔9的内部，同时对作业腔9底部的电镀液进行抽取使得作业腔9周围的电镀液均匀地流入作业腔9的内部，并由于密度原因高温电镀液漂流在低温电镀液的顶部，使得减小晶圆电镀时同一表面的温差，提高晶圆整体的镀层质量。

如图2所示，第二温控管6的外部缠绕有发热丝20，用于对电镀液进行升温，第二温控管6的外部固定安装有两个微调温度传感器39，两个微调温度传感器39一个安装在发热丝20的中间位置，另一个安装在第二温控管6的一端，具体的，通过循环电机7将电镀液抽入第二温控管6的内部，并由发热丝20对第二温控管6内部的电镀液进行升温，在升温的过程中，两个微调温度传感器39对第二温控管6内部的电镀液的温度进行检测，当检测出电镀液与工作温度有温差时，提高或降低发热丝20的热量，使得将电镀液的温度调整至所需的工作温度，再由循环电机7泵出。

如图6所示，升温箱13的底部固定连接有发热管14，用于对升温箱13内部的电镀液进行加热，具体的，发热管14呈蛇形布置，使得能够加快升温箱13内部电镀液热量的提升，同时使升温箱13内部电镀液的温度更加均匀，使升温箱13内部电镀液的温差减小，如图3和图4所示，安装腔3内壁底部固定安装有第一输送泵15，第一输送泵15的输入端与升温箱13的一侧顶部相连通，第一输送泵15的输出端相连通有第一输送管16，第一输送管16的一端与第一温控管5相连通，第一输送管16的外部固定安装有第一输送流量传感器17，第一温控管5的外部固定安装有总流量传感器21，升温箱13的外部固定安装有第二温度传感器19，第二温度传感器19的检测端延伸至升温箱13的内部，具体的，当第一温度传感器18检测到的第一温控管5内部的电镀液温度较低，并且无法通过发热丝20将温度补回时，根据第二温度传感器19检测的升温箱13内部的电镀液的温度，与第一温度传感器18检测的第一温控管5内部的电镀液的温度，和总流量传感器21检测到的第一温控管5内部的电镀液的流量，启动第一输送泵15，并通过第一输送流量传感器17控制高温电镀液与低温电镀液的比例，使高温电镀液与低温电镀液在第一温控管5的内部混合，使其混合后的温度与电镀液的工作温度温差较小，便于后期的热微调，更具体的，如图6和图8所示，升温箱13的一侧相连通有进液管23，进液管23延伸至内循环桶2的外部，进液管23的顶部开设有进液孔24，进液管23的外部固定安装有负压阀25，使得升温箱13内部的高温液体被第一输送泵15抽出时升温箱13的内部形成真空，使得负压阀25被动开启，将外循环桶1内部的电镀液吸入升温箱13的内部，并将吸入的电镀液进行升温，以备下一次使用，且输出的高温电镀液与吸入的低温电镀液同体积，使得作业腔9内部的工作液位不会升高。

实施例二：

请参照图3和图4所示，结合实施例1基础：升温箱13的顶部固定连接有蓄液池26，第一输送泵15的顶部固定安装有第二输送泵27，第二输送泵27的输入端与蓄液池26的一侧底部相连通，第二输送泵27的输出端相连通有第二输送管28，第二输送管28的一端均与第一温控管5和第一输送管16相连通，第二输送管28的外部固定安装有第二输送流量传感器29，蓄液池26的外部固定安装有第三温度传感器30，第三温度传感器30的检测端延伸至蓄液池26的内部，具体的，当电镀液或电镀液内部的金属离子减少时，需要添加电镀液使得能够继续对晶圆进行电镀，但加注的电镀液无法达到晶圆电镀的工作温度，需要预热之后才能进行电镀，此时根据第二温度传感器19检测的升温箱13内部的电镀液的温度，与第一温度传感器18检测的第一温控管5内部的电镀液的温度，和第三温度传感器30检测的蓄液池26内部的电镀液的温度，同时再根据总流量传感器21检测到的第一温控管5内部的电镀液的流量，启动第一输送泵15与第二输送泵27，并通过第一输送流量传感器17和第二输送流量传感器29控制高温电镀液与低温电镀液的比例，并汇入到第一温控管5的内部，使其混合后的温度与电镀液的工作温度温差较小，再由第二温控管6进行进一步的热微调，使电镀液达到晶圆电镀的工作温度直接投入使用，更具体的，如图6所示，蓄液池26的一侧相连通有储液管31，储液管31的一端延伸至外循环桶1的外部，储液管31的顶部相连通有通气管32，储液管31的顶部相连通有储液漏斗33，便于电镀液的倒入，储液漏斗33的顶部转动连接有防尘盖34，具体的，蓄液池26内部的空气可以通过通气管32排出，储液漏斗33便于电镀液的加注，防尘盖34避免有灰尘进入蓄液池26的内部。

如图3和图5所示，第一输送管16与第二输送管28的内部均转动连接有第一螺旋扇35，第一温控管5的内部转动连接有第二螺旋扇36，第一温控管5的内部固定连接有螺纹板22，同时通过设置的螺纹板22，使得高温电镀液与低温电镀液在输送并中和的过程中混合得更加充分。

如图6和图9所示，外循环桶1的内壁底部固定连接有分流块37，分流块37的顶部与内循环桶2的底部相连通，分流块37的外部固定连接有若干分流板38，若干分流板38呈圆周布置，使得加热后的电镀液流动得更加顺畅，同时经过设置的若干分流板38使得电镀液呈旋转上升的状态，进一步地对电镀液进行融合，使其温度中和。

本发明工作原理：在使用过程中，电镀液通过循环电机7使得在内循环桶2的内部分和外部循环流通，在第一温度传感器18检测第一温控管5内部电镀液的温度与晶圆电镀的工作温度温差较小时，电镀液流通至第二温控管6的内部，并启动发热丝20，由发热丝20对第二温控管6内部的电镀液进行升温，在升温的过程中，两个微调温度传感器39对第二温控管6内部的电镀液的温度进行检测，当检测出电镀液与工作温度有温差时，提高或降低发热丝20的热量，使得将电镀液的温度调整至所需的工作温度，再由循环电机7泵出。

当第一温度传感器18检测到的第一温控管5内部的电镀液温度较低，并且无法通过发热丝20将温度补回时，根据升温箱13内部的电镀液的温度，与第一温控管5内部的电镀液的温度，和第一温控管5内部的电镀液的流量，启动第一输送泵15，并通过第一输送流量传感器17控制高温电镀液与低温电镀液的比例将高温电镀液输送至第一温控管5的内部，使高温电镀液与低温电镀液在第一温控管5的内部混合，在混合之前高温电镀液经过第一螺旋扇35使得高温电镀液形成涡流并向前输送，第一温控管5内部的电镀液经过第二螺旋扇36使得第一温控管5内部的电镀液形成涡流并向前输送，并在第一温控管5的内部融合，同时向前输送，在输送的过程中使得各自内部的电镀液形成涡流，提高高温电镀液与低温电镀液的融合性。

当电镀液或电镀液内部的金属离子减少时，需要添加电镀液使得能够继续对晶圆进行电镀，但加注的电镀液无法达到晶圆电镀的工作温度，需要预热之后才能进行电镀，此时根据升温箱13内部的电镀液的温度、第一温控管5内部的电镀液的温度、蓄液池26内部的电镀液的温度以及第一温控管5内部的电镀液的流量，分别启动第一输送泵15与第二输送泵27，并通过第一输送流量传感器17和第二输送流量传感器29控制高温电镀液与低温电镀液的比例，将按照比例混合后的高温电镀液与低温电镀液汇入到第一温控管5的内部，使得混合后电镀液的温度与晶圆电镀的工作温度温差较小，再由第二温控管6进行进一步的热微调，使电镀液达到晶圆电镀的工作温度并直接投入使用。

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。

Claims (5)

1.一种晶圆电镀液循环温控系统，其特征在于：包括

外循环桶（1）；

内循环桶（2）：所述内循环桶（2）固定连接在外循环桶（1）的内壁底部，所述内循环桶（2）的顶部开设有作业腔（9），所述内循环桶（2）的内部开设有安装腔（3）；

循环机构（4）：所述循环机构（4）固定连接在安装腔（3）的内部，所述循环机构（4）包括相连通在内循环桶（2）顶部的第一温控管（5），所述第一温控管（5）的外部固定安装有第一温度传感器（18），所述第一温度传感器（18）的检测端延伸至第一温控管（5）的内部，所述第一温控管（5）的内部转动连接有第二螺旋扇（36），所述第一温控管（5）的内部固定连接有螺纹板（22）,所述安装腔（3）的内壁底部固定安装有升温箱（13），所述第一温控管（5）的外部固定安装有总流量传感器（21），所述升温箱（13）的外部固定安装有第二温度传感器（19），所述第二温度传感器（19）的检测端延伸至升温箱（13）的内部,所述升温箱（13）的内部注满高温电镀液，所述升温箱（13）与第一温控管（5）的外部相连通，所述第一温控管（5）的一端相连通有第二温控管（6），所述第二温控管（6）的外部缠绕有发热丝（20），用于对电镀液进行升温，所述第二温控管（6）的外部固定安装有两个微调温度传感器（39），两个微调温度传感器（39）一个安装在发热丝（20）的中间位置，另一个安装在第二温控管（6）的一端,所述安装腔（3）的内壁底部固定安装有循环电机（7），所述第二温控管（6）与循环电机（7）的输入端相连通，所述循环电机（7）的输出端相连通有连接管（8），所述连接管（8）的一端与内循环桶（2）的底部相连通。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆电镀液循环温控系统，其特征在于：所述升温箱（13）的底部固定连接有发热管（14），所述安装腔（3）内壁底部固定安装有第一输送泵（15），所述第一输送泵（15）的输入端与升温箱（13）的一侧顶部相连通，所述第一输送泵（15）的输出端相连通有第一输送管（16），所述第一输送管（16）的一端与第一温控管（5）相连通,所述第一输送管（16）的外部固定安装有第一输送流量传感器（17）。

3.根据权利要求2所述的一种晶圆电镀液循环温控系统，其特征在于：所述升温箱（13）的顶部固定连接有蓄液池（26），所述第一输送泵（15）的顶部固定安装有第二输送泵（27），所述第二输送泵（27）的输入端与蓄液池（26）的一侧底部相连通，所述第二输送泵（27）的输出端相连通有第二输送管（28），所述第二输送管（28）的一端均与第一温控管（5）和第一输送管（16）相连通,所述第一输送管（16）与第二输送管（28）的内部均转动连接有第一螺旋扇（35）。

4.根据权利要求3所述的一种晶圆电镀液循环温控系统，其特征在于：所述第二输送管（28）的外部固定安装有第二输送流量传感器（29），所述蓄液池（26）的外部固定安装有第三温度传感器（30），所述第三温度传感器（30）的检测端延伸至蓄液池（26）的内部。

5.根据权利要求1所述的一种晶圆电镀液循环温控系统，其特征在于：所述外循环桶（1）的内壁底部固定连接有分流块（37），所述分流块（37）的顶部与内循环桶（2）的底部相连通，所述分流块（37）的外部固定连接有若干分流板（38），若干分流板（38）呈圆周布置。