CN118007222A - 一种轴向立式晶圆电镀腔 - Google Patents

Abstract

本发明属于晶圆电镀技术领域，尤其是一种轴向立式晶圆电镀腔，包括电镀腔体，所述电镀腔体的内部设置有阳极液池以及位于所述阳极液池外部的阴极液池，所述阳极液池的内底壁开设有阳极液进口，所述阳极液池的内顶壁还开设有延伸至所述电镀腔体底部的阳极液出口，所述阴极液池的内底壁开设有阴极液进口，所述电镀腔体的内侧底壁开设有阴极溢流出口。该轴向立式晶圆电镀腔，通过设置电镀液浓度均衡机构，能充分地对电镀液进行均衡，一是对整个电镀面的均衡，防止电镀腔体边沿的离子浓度大于中心处的离子浓度问题，二是对竖直方向上上升的离子进行螺旋平稳提升，便于对电镀液中的离子浓度进行掌控。

Description

一种轴向立式晶圆电镀腔

技术领域

本发明涉及晶圆电镀技术领域，尤其涉及一种轴向立式晶圆电镀腔。

背景技术

电镀工艺是利用电解原理，在目标表面上沉积形成金属层，常见的电镀设备包括能够容置电镀液的电镀腔，电镀腔的腔口处用于设置待镀晶圆，金属电极设于该电镀腔中。通过对电镀设备的金属电极通电，使得金属电极中的金属离子进入电镀液中，并最终以金属原子的形式沉积在待镀晶圆的目标表面上。

在现有技术中，如中国专利网站上公开的公告号为CN 112239878 A的消泡电镀设备中，请通过金属阳极的金属原子失去电子，以金属离子的形式进入电镀液中，该金属离子在电镀液中，按照选择性扩散膜的扩散方向，穿过所述选择性扩散膜上的单向扩散孔，并在电场的作用下继续移动，并最终沉积在待镀晶片的表面。超声震荡装置可以在电镀过程中使得超声震荡探头产生震荡超声波，也可以在电镀过程之前更换电镀液之后超声震荡探头产生震荡超声波，以超声震荡消除包括存留在电镀液中以及电场线平衡膜、选择性扩散膜中的气泡，保证电镀电流的均匀性。

其主要是采用电场以及电镀过程之前更换电镀液之后超声震荡探头产生震荡超声波的方式去除电镀液中的气泡，但实际上无论是阴极液还是阳极液，在电镀腔内都是处于一个动态平衡的流动方式的，即，电镀液在电镀过程中是从管道被泵入电镀腔后再溢流出来的。再者，被超声波震荡后的气泡还是需要沿选择性扩散膜的锥面从中间向边沿斜向上流动排出。而在震荡的初始阶段，气泡最多，一旦锥面的锥度不够，造成气泡拥挤，极大的增加气泡从选择性扩散膜流动至电镀腔顶部的风险，甚至比不震荡时的概率还要大。

如上述所叙述的，若要避免上述问题，则需要增加锥面的锥度，这则会增加整个电镀腔的高度，从而就需要增加电镀液的量，而现有技术中显示，电镀液电镀时需要保持在一个平衡的酸度、温度的标准环境中，动态平衡的量越大，对于电镀液的酸度以及温度控制难度就会越大，因为一旦出现酸度以及温度不均匀的问题，就会直接导致晶圆电镀不合格，甚至批量报废的问题。

发明内容

基于现有的技术问题，本发明提出了一种轴向立式晶圆电镀腔。

本发明提出的一种轴向立式晶圆电镀腔，包括电镀腔体，所述电镀腔体的内部设置有阳极液池以及位于所述阳极液池外部的阴极液池。

所述阳极液池的内底壁开设有阳极液进口，所述阳极液池的内顶壁还开设有延伸至所述电镀腔体底部的阳极液出口，所述阴极液池的内底壁开设有阴极液进口，所述电镀腔体的内侧底壁开设有阴极溢流出口。

所述阳极液池以及所述阴极液池之间的竖直方向上设有离子膜，所述阳极液池以及所述阴极液池的连接处还固定安装有用于张紧以及更换所述离子膜的张拉机构。

所述阴极液池的内部设有活动套在所述离子膜外表面的电镀液浓度均衡机构。

优选地，所述张拉机构包括固定安装在所述阳极液池轴心处的收缩套，所述离子膜的一端穿过所述收缩套的底端后固定安装有将所述收缩套底部进行旋转密封的密封塞。

通过上述技术方案，密封塞能够将电镀腔体的我中心处底部进行密封，防止发生泄漏的问题。

优选地，所述电镀腔体介于所述阳极液进口以及所述阴极液进口的内底壁固定安装有弹簧夹套，所述离子膜的内端穿入所述弹簧夹套的内部后被所述弹簧夹套夹紧实现密封的动作。

通过上述技术方案，弹簧夹套能将离子膜夹紧后实现密封的效果。

优选地，所述弹簧夹套的内壁还通过微型轴承座安装有万向节，所述万向节的表面绕接有拉绳，所述拉绳的顶端与所述离子膜的内端下表面固定连接。

当需要更换所述离子膜时，拧开所述密封塞后向下拉出所述离子膜，所述离子膜带动所述拉绳沿所述收缩套向底部滑出，以实现新的所述离子膜的更换动作。

通过上述技术方案，万向节能够实现在圆周方向上的转动动作，便于离子膜的收卷动作。

优选地，所述万向节的外表面还套接有防护套，所述防护套内壁以及所述万向节的外表面之间设有将所述拉绳向所述弹簧夹套内拉回的扭簧，当更换新的所述离子膜后，通过所述扭簧的扭力将所述离子膜重新拉回所述弹簧夹套内。

通过上述技术方案，扭簧能够给予离子膜往回被拉动的扭力，便于更换离子膜。

优选地，所述电镀液浓度均衡机构包括设置在所述阴极液池内的涡旋管，当所述涡旋管转动时，将电镀液从电镀腔体的外圆处向中心处螺旋扰动。

通过上述技术方案，涡旋管能够有助于离子浓度被均匀的分散开来。

优选地，最外圈的所述涡旋管下表面环形阵列固定安装有扰动叶片，所述阳极液进口成斜切开设，通过所述阳极液进口喷射进入的电镀液产生的动力驱动所述扰动叶片沿所述电镀腔体的圆周方向上单向旋转。

通过上述技术方案，利用阳极液被斜向上方向泵入时的动力驱动扰动叶片沿电镀腔体的圆周方向上转动，进而带动涡旋管涡旋转动，从而将边沿处的高浓度离子浓度向中心处均匀分散。

优选地，多个所述扰动叶片的内侧壁均固定连接有螺旋拨片，所述螺旋拨片的内侧壁与所述离子膜的外表面滑动套接，所述螺旋拨片被所述扰动叶片驱动时，将所述电镀液从所述电镀腔体的底部向上螺旋涌动。

通过上述技术方案，螺旋拨片的螺距能将电镀液中离子浓度均匀等分地进行螺旋提升，从而使得电镀液中的离子不受铜柱本身质量影响。

优选地，所述螺旋拨片的表面还开设有漏孔，当所述螺旋拨片停止不动时，所述电镀液中的离子通过所述漏孔自由向上浮动。

通过上述技术方案，漏孔能够在螺旋拨片不需要转动的时候便于电镀液中离子的上涌。

本发明中的有益效果为：

1、通过电镀腔体的内部设置有阳极液池以及位于所述阳极液池外部的阴极液池，将现有技术中上下分布的阴极池和阳极池改进成内外分布，不仅降低了液池的整体高度，同时还能够减少单个液池的体积，能便于对电镀液的酸度以及温度进行动态控制。

2、通过设置张拉机构，能将离子膜进行必要的张紧张拉，防止电镀液中的离子因离子膜的叠加或者褶皱出现通不过的问题。

3、通过设置电镀液浓度均衡机构，能充分地对电镀液进行均衡，一是对整个电镀面的均衡，防止电镀腔体边沿的离子浓度大于中心处的离子浓度问题，二是对竖直方向上上升的离子进行螺旋平稳提升，便于对电镀液中的离子浓度进行掌控。

附图说明

图1为本发明提出的一种轴向立式晶圆电镀腔的示意图；

图2为本发明提出的一种轴向立式晶圆电镀腔的电镀腔体结构立体图；

图3为本发明提出的一种轴向立式晶圆电镀腔的张拉机构立体图；

图4为本发明提出的一种轴向立式晶圆电镀腔的离子膜结构更换状态图；

图5为本发明提出的一种轴向立式晶圆电镀腔的弹簧夹套结构正剖图；

图6为本发明提出的一种轴向立式晶圆电镀腔的电镀液浓度均衡机构立体图；

图7为本发明提出的一种轴向立式晶圆电镀腔的漏孔在螺旋拨片结构上的分布立体图。

图中：1、电镀腔体；2、阳极液池；21、阳极液进口；22、阳极液出口；23、收缩套；24、密封塞；25、弹簧夹套；26、微型轴承座；27、万向节；28、拉绳；29、防护套；210、扭簧；211、密封条；3、阴极液池；31、阴极液进口；32、阴极溢流出口；33、涡旋管；34、扰动叶片；35、螺旋拨片；36、漏孔；4、离子膜。

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。

参照图1-图7，一种轴向立式晶圆电镀腔，包括电镀腔体1。

如图1所示，为了降低整体电镀腔的高度，在所述电镀腔体1的内部设置有阳极液池2以及位于所述阳极液池2外部的阴极液池3，将原有的阳极液池2设置在阴极液池3的中心处，一则减少了电镀腔体1的整体高度，二则减少了阳极液池2的外围直径以及减少了阴极液池3的中心直径，大大降低了电镀液的所需要的动态平衡的体量。

通过电镀腔体1的内部设置有阳极液池2以及位于所述阳极液池2外部的阴极液池3，将现有技术中上下分布的阴极池和阳极池改进成内外分布，不仅降低了液池的整体高度，同时还能够减少单个液池的体积，能便于对电镀液的酸度以及温度进行动态控制。

如图2所示，为了使得电镀腔体1原有液池的进出流道，在所述阳极液池2的内底壁开设有阳极液进口21，所述阳极液池2的内顶壁还开设有延伸至所述电镀腔体1底部的阳极液出口22，所述阴极液池3的内底壁开设有阴极液进口31，所述电镀腔体1的内侧底壁开设有阴极溢流出口32。

为了实现阳极液池2内的离子正常的流入到阴极液池3内，在所述阳极液池2以及所述阴极液池3之间的竖直方向上设有离子膜4，所述阳极液池2以及所述阴极液池3的连接处还固定安装有用于张紧以及更换所述离子膜4的张拉机构。

如图3-图4所示，为了实现对离子膜4的张拉以及更换的效果，在所述张拉机构包括固定安装在所述阳极液池2轴心处的收缩套23，所述离子膜4的一端穿过所述收缩套23的底端后固定安装有将所述收缩套23底部进行旋转密封的密封塞24。密封塞24能够将电镀腔体1的我中心处底部进行密封，防止发生泄漏的问题。

其中，离子膜4的张拉以及更换的动作具体是这样实现的：

首先，在所述电镀腔体1介于所述阳极液进口21以及所述阴极液进口31的内底壁固定安装有弹簧夹套25，所述离子膜4的内端穿入所述弹簧夹套25的内部后被所述弹簧夹套25夹紧实现密封的动作。弹簧夹套25能将离子膜4夹紧后实现密封的效果，为了更好的密封，可在弹簧夹套25内侧壁上安装半圆形的密封条211，以防止电镀液从弹簧夹套25的缝隙间泄漏。

接着，在所述弹簧夹套25的内壁还通过微型轴承座26安装有万向节27，所述万向节27的表面绕接有拉绳28，所述拉绳28的顶端与所述离子膜4的内端下表面固定连接。

当需要更换所述离子膜4时，拧开所述密封塞24后向下拉出所述离子膜4，所述离子膜4带动所述拉绳28沿所述收缩套23向底部滑出，以实现新的所述离子膜4的更换动作。还可以直接将拉绳28包裹在离子膜4的内部，形成荆条的形式，便于增加离子膜4拉动时的受力强度。万向节27能够实现在圆周方向上的转动动作，便于离子膜4的收卷动作。

最后，如图5所示，为了防止万向节27对电镀液的质量出现干扰的问题发生，在所述万向节27的外表面还套接有防护套29，所述防护套29内壁以及所述万向节27的外表面之间设有将所述拉绳28向所述弹簧夹套25内拉回的扭簧210，当更换新的所述离子膜4后，通过所述扭簧210的扭力将所述离子膜4重新拉回所述弹簧夹套25内。扭簧210能够给予离子膜4往回被拉动的扭力，便于更换离子膜4。同时，还可以将张拉机构中其他结构采用聚四氟乙烯材料或者在其外表面处图上一层聚四氟乙烯涂层，来增加结构的抗腐蚀能力，同时也能够防止这些材料对电镀液造成污染的问题发生。

通过设置张拉机构，能将离子膜4进行必要的张紧张拉，防止电镀液中的离子因离子膜4的叠加或者褶皱出现通不过的问题。

如图1以及图6所示，为了能够将电镀液中的离子浓度实现均匀分布的效果，在所述阴极液池3的内部设有活动套在所述离子膜4外表面的电镀液浓度均衡机构。

具体方案是这样的：所述电镀液浓度均衡机构包括设置在所述阴极液池3内的涡旋管33，当所述涡旋管33转动时，将电镀液从电镀腔体1的外圆处向中心处螺旋扰动。涡旋管33能够有助于离子浓度被均匀的分散开来。

为了充分利用电镀液被泵入时的动力，在最外圈的所述涡旋管33下表面环形阵列固定安装有扰动叶片34，所述阳极液进口21成斜切开设，通过所述阳极液进口21喷射进入的电镀液产生的动力驱动所述扰动叶片34沿所述电镀腔体1的圆周方向上单向旋转。利用阳极液被斜向上方向泵入时的动力驱动扰动叶片34沿电镀腔体1的圆周方向上转动，进而带动涡旋管33涡旋转动，从而将边沿处的高浓度离子浓度向中心处均匀分散。

进一步地，多个所述扰动叶片34的内侧壁均固定连接有螺旋拨片35，所述螺旋拨片35的内侧壁与所述离子膜4的外表面滑动套接，所述螺旋拨片35被所述扰动叶片34驱动时，将所述电镀液从所述电镀腔体1的底部向上螺旋涌动。螺旋拨片35的螺距能将电镀液中离子浓度均匀等分地进行螺旋提升，从而使得电镀液中的离子不受铜柱本身质量影响。

如图7所示，为了不阻碍离子的上涌动作，在所述螺旋拨片35的表面还开设有漏孔36，当所述螺旋拨片35停止不动时，所述电镀液中的离子通过所述漏孔36自由向上浮动。漏孔36能够在螺旋拨片35不需要转动的时候便于电镀液中离子的上涌。

通过设置电镀液浓度均衡机构，能充分地对电镀液进行均衡，一是对整个电镀面的均衡，防止电镀腔体1边沿的离子浓度大于中心处的离子浓度问题，二是对竖直方向上上升的离子进行螺旋平稳提升，便于对电镀液中的离子浓度进行掌控。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种轴向立式晶圆电镀腔，其特征在于：包括电镀腔体（1），所述电镀腔体（1）的内部设置有阳极液池（2）以及位于所述阳极液池（2）外部的阴极液池（3）；

所述阳极液池（2）的内底壁开设有阳极液进口（21），所述阳极液池（2）的内顶壁还开设有延伸至所述电镀腔体（1）底部的阳极液出口（22），所述阴极液池（3）的内底壁开设有阴极液进口（31），所述电镀腔体（1）的内侧底壁开设有阴极溢流出口（32）；

所述阳极液池（2）以及所述阴极液池（3）之间的竖直方向上设有离子膜（4），所述阳极液池（2）以及所述阴极液池（3）的连接处还固定安装有用于张紧以及更换所述离子膜（4）的张拉机构；

所述阴极液池（3）的内部设有活动套在所述离子膜（4）外表面的电镀液浓度均衡机构。

2.根据权利要求1所述的一种轴向立式晶圆电镀腔，其特征在于：所述张拉机构包括固定安装在所述阳极液池（2）轴心处的收缩套（23），所述离子膜（4）的一端穿过所述收缩套（23）的底端后固定安装有将所述收缩套（23）底部进行旋转密封的密封塞（24）。

3.根据权利要求2所述的一种轴向立式晶圆电镀腔，其特征在于：所述电镀腔体（1）介于所述阳极液进口（21）以及所述阴极液进口（31）的内底壁固定安装有弹簧夹套（25），所述离子膜（4）的内端穿入所述弹簧夹套（25）的内部后被所述弹簧夹套（25）夹紧实现密封的动作。

4.根据权利要求3所述的一种轴向立式晶圆电镀腔，其特征在于：所述弹簧夹套（25）的内壁还通过微型轴承座（26）安装有万向节（27），所述万向节（27）的表面绕接有拉绳（28），所述拉绳（28）的顶端与所述离子膜（4）的内端下表面固定连接；

当需要更换所述离子膜（4）时，拧开所述密封塞（24）后向下拉出所述离子膜（4），所述离子膜（4）带动所述拉绳（28）沿所述收缩套（23）向底部滑出，以实现新的所述离子膜（4）的更换动作。

5.根据权利要求4所述的一种轴向立式晶圆电镀腔，其特征在于：所述万向节（27）的外表面还套接有防护套（29），所述防护套（29）内壁以及所述万向节（27）的外表面之间设有将所述拉绳（28）向所述弹簧夹套（25）内拉回的扭簧（210），当更换新的所述离子膜（4）后，通过所述扭簧（210）的扭力将所述离子膜（4）重新拉回所述弹簧夹套（25）内。

6.根据权利要求1所述的一种轴向立式晶圆电镀腔，其特征在于：所述电镀液浓度均衡机构包括设置在所述阴极液池（3）内的涡旋管（33），当所述涡旋管（33）转动时，将电镀液从外向内螺旋扰动。

7.根据权利要求6所述的一种轴向立式晶圆电镀腔，其特征在于：最外圈的所述涡旋管（33）下表面环形阵列固定安装有扰动叶片（34），所述阳极液进口（21）成斜切开设，通过所述阳极液进口（21）喷射进入的电镀液产生的动力驱动所述扰动叶片（34）沿所述电镀腔体（1）的圆周方向上单向旋转。

8.根据权利要求7所述的一种轴向立式晶圆电镀腔，其特征在于：多个所述扰动叶片（34）的内侧壁均固定连接有螺旋拨片（35），所述螺旋拨片（35）的内侧壁与所述离子膜（4）的外表面滑动套接，所述螺旋拨片（35）被所述扰动叶片（34）驱动时，将所述电镀液从所述电镀腔体（1）的底部向上螺旋涌动。

9.根据权利要求8所述的一种轴向立式晶圆电镀腔，其特征在于：所述螺旋拨片（35）的表面还开设有漏孔（36），当所述螺旋拨片（35）停止不动时，所述电镀液中的离子通过所述漏孔（36）自由向上浮动。