CN210215592U - 晶圆电镀设备 - Google Patents

Abstract

该实用新型涉及一种晶圆电镀设备，包括：电镀槽，用于放置电镀期间所需的电镀液，且所述电镀槽的内表面含有一电镀阳极；晶圆放置台，用于放置待进行电镀的晶圆，且所述晶圆放置台设置有镂空区域，用于将所述晶圆的电镀面暴露于所述电镀槽内的电镀液；离子阻滞器，在电镀期间设置在所述晶圆与所述电镀阳极之间，包括：第一通孔，贯穿所述离子阻滞器，且所述第一通孔的位置与所述晶圆的圆心对应；第二通孔，贯穿所述离子阻滞器，且电镀液离子在所述第二通孔内的行程大于所述电镀液离子在所述第一通孔内的行程；所述电镀液离子经由所述第一通孔和所述第二通孔通过所述离子阻滞器。

Description

晶圆电镀设备

技术领域

本实用新型涉及晶圆生产制造加工领域，具体涉及一种晶圆电镀设备。

背景技术

电镀技术至今于半导体制备领域已经有了诸多应用。在晶圆电镀方面，随着芯片集成度的不断提高，铜已经取代铝成为超大规模集成电路制造中的主流互连技术。由于铜的电阻值比铝小，因此，可在较小的面积上承载较大的电流，让厂商得以生产速度更快、电路更密集、效能可提升约30％-40％的芯片。铜的抗电子迁移能力比铝好，因此，可减轻其电迁移影响，提高芯片的可靠性。

然而，在进行晶圆电镀操作时，总是存在晶圆电镀层厚薄不一的情况，影响最终出产的晶圆的质量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种晶圆电镀设备，能够优化晶圆电镀效果，使晶圆表面的电镀层厚度均匀，晶圆表面整体的电镀速度也更均匀。

为解决上述技术问题，本实用新型中提供了一种晶圆电镀设备，包括：电镀槽，用于放置电镀期间所需的电镀液，且所述电镀槽的内表面含有一电镀阳极；晶圆放置台，用于放置待进行电镀的晶圆，且所述晶圆放置台设置有镂空区域，用于将所述晶圆的电镀面暴露于所述电镀槽内的电镀液；离子阻滞器，在电镀期间设置在所述晶圆与所述电镀阳极之间，包括：第一通孔，贯穿所述离子阻滞器，且所述第一通孔的位置与所述晶圆的圆心对应；第二通孔，贯穿所述离子阻滞器，且电镀液离子在所述第二通孔内的行程大于所述电镀液离子在所述第一通孔内的行程；所述电镀液离子经由所述第一通孔和所述第二通孔通过所述离子阻滞器。

可选的，还包括：驱动器，连接至所述晶圆放置台，用于驱动所述晶圆放置台相对于所述离子阻滞器移动，以改变所述晶圆与所述离子阻滞器之间的距离。

可选的，还包括：超声波收发单元，朝向所述晶圆放置台设置，用于朝向所述晶圆放置台发送超声波，并接收自所述晶圆放置台反射回来的超声波，以检测所述晶圆表面的电镀情况。

可选的，还包括控制器，连接至所述驱动器和所述超声波收发单元，用于根据所述超声波收发单元的收发结果，控制所述驱动器驱动所述晶圆放置台相对于所述离子阻滞器移动。

可选的，所述晶圆放置台包括导电边缘，用于与所述晶圆的边缘接触，所述晶圆电镀设备还包括电源，且所述电源的阴极连接到所述导电边缘，所述电源的阳极连接到所述电镀阳极；所述晶圆电镀设备还包括：电控开关，连接至所述控制器，设置在电镀阳极-电源-导电边缘所形成的回路之间，用于根据所述控制器的控制，使所述电镀阳极-电源-导电边缘所形成的回路通电。

可选的，所述控制器对所述驱动器的控制包括：在所述超声波收发单元检测到所述晶圆的中心区域被电镀金属覆盖的面积达到第一预设阈值时，控制所述晶圆放置台以远离所述离子阻滞器的方向移动一第一预设距离，并控制所述电控开关接通，所述电镀阳极-电源-导电边缘所形成的回路通电，使所述晶圆的边缘被加速电镀。

可选的，所述电镀阳极设置在所述电镀槽内的底部，还包括：电镀液离子交换膜，设置在所述离子阻滞器与所述电镀阳极之间。

可选的，所述离子阻滞器的尺寸与所述电镀槽的尺寸相匹配，在电镀期间将所述电镀槽分隔为上下两个部分，且下部的电镀液离子只能经由所述第一通孔和第二通孔到达上部，与所述晶圆接触，所述第二通孔的位置与所述晶圆的非圆心位置对应。

可选的，所述第一通孔的孔径大于所述第二通孔的孔径，且所述第二通孔的个数至少为两个，均匀分布于所述离子阻滞器表面。

可选的，所述离子阻滞器呈圆柱状，上下底面平行于所述晶圆，且所述第一通孔贯穿所述上下底面，设置在所述上下底面的正中区域，所述第二通孔也贯穿所述上下底面，且均匀分布于所述上下底面的边缘区域。

本实用新型的晶圆电镀设备的晶圆放置台与阳极之间设置有离子阻滞器，且第一通孔的位置与所述晶圆的圆心位置对应，电镀槽底部的电镀液离子可以通过所述第一通孔直接到达所述晶圆的圆心位置，晶圆的圆心位置的电镀速度较快，进一步的，晶圆的非圆心位置进行电镀时所需的电镀液离子都通过所述第二通孔来获取，而成对的第二通孔之间通过螺旋通道连接，因此电镀液离子需要走过的路径远大于电镀液离子经由第一通孔直接到达晶圆的圆心位置时的距离，对晶圆边缘的电镀速度减缓，能够使晶圆表面的电镀效果均匀，晶圆表面各区域进行电镀的速度也更容易被控制。

附图说明

图1为本实用新型的一种具体实施方式中的晶圆电镀设备的结构示意图。

图2为本实用新型的一种具体实施方式中的离子阻滞器的结构示意图。

图3为本实用新型的一种具体实施方式中的超声波收发单元检测电镀尺寸的原理示意图。

图4为本实用新型的一种具体实施方式中的超声波收发单元检测电镀尺寸的原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型提出的一种晶圆电镀设备作进一步详细说明。

研究发现，在晶圆电镀的工艺中，由于只有晶圆边缘连接电路，导致晶圆中心与边缘电镀速率有很大的差异，导致晶圆表面轮廓很难控制。当晶圆的边缘已经电镀完毕时，晶圆的圆心位置通常还没有完成电镀，最终导致晶圆边缘电镀层过厚、晶圆的圆心位置电镀层过薄的问题，影响最终出产的晶圆的质量。

请参阅图1，为本实用新型的一种具体实施方式中的晶圆电镀设备的结构示意图。

在该具体实施方式中，提供了一种晶圆电镀设备，包括：电镀槽100，用于放置电镀期间所需的电镀液，且所述电镀槽100的内表面含有一电镀阳极1001；晶圆放置台101，用于放置待进行电镀的晶圆102，且所述晶圆放置台101设置有镂空区域，用于将所述晶圆102的电镀面暴露于所述电镀槽100内的电镀液；离子阻滞器103，在电镀期间设置在所述晶圆与所述电镀阳极1001之间，包括：第一通孔1031，贯穿所述离子阻滞器103，且所述第一通孔1031的位置与所述晶圆102的圆心对应；第二通孔1032，成对设置在所述离子阻滞器103的两个相对的表面，且电镀液离子在所述第二通孔1032内的行程大于所述电镀液离子在所述第一通孔1031内的行程；所述电镀液离子经由所述第一通孔1031和所述第二通孔1032通过所述离子阻滞器103。

由于晶圆放置台101与阳极之间设置有离子阻滞器103，电镀槽100底部的电镀液离子需要经过所述离子阻滞器103达到所述晶圆放置台101上放置的晶圆102。且所述离子阻滞器103设置有第一通孔1031，所述第一通孔1031的位置与所述晶圆102的圆心位置对应，电镀槽100底部的电镀液离子可以直接通过所述第一通孔1031直接到达所述晶圆102的圆心位置，晶圆102的圆心位置的电镀速度较快，而对晶圆102的非圆心位置的电镀，则是由电镀液离子通过第二通孔1032来获取，由于电镀液离子在所述第二通孔1032内的行程大于所述电镀液离子在所述第一通孔1031内的行程，因此对晶圆102的非圆心位置进行电镀时，电镀速度小于对晶圆102的圆心位置的电镀速度，这能够使晶圆102表面的电镀效果均匀，晶圆102表面各区域进行电镀的速度也更容易被控制。

在一种具体实施方式中，所述晶圆电镀设备还包括：驱动器105，连接至所述晶圆放置台101，用于驱动所述晶圆放置台101相对于所述离子阻滞器103移动，以改变所述晶圆102与所述离子阻滞器103之间的距离。

在一种具体实施方式中，所述驱动器105包括电动马达和升降轴。所述升降轴连接到所述电动马达的输出端，另一端连接到所述晶圆放置台101，由所述电动马达控制所述升降轴的升降量，从而控制所述晶圆放置台101与所述离子阻滞器103之间的距离。在一种具体实施方式中，所述升降轴的长度方向垂直于所述晶圆放置台101，从而垂直于所述晶圆放置台101上放置的晶圆102。

在一种具体实施方式中，所述电动马达的精度为五个微米。实际上，可根据需要设置合适精度的电动马达。

在其他的具体实施方式中，可以根据需要设置所述驱动器105的具体结构。

在一种具体实施方式中，所述驱动器105还可以带动所述晶圆放置台101绕过晶圆放置台101中心、且垂直于所述晶圆放置台101表面的旋转轴旋转。这样，能够使晶圆102表面的各个区域都具有同等的、被电镀的可能。

在一种具体实施方式中，所述晶圆放置台101在电镀期间被放置到所述电镀槽100内，浸没到所述电解液中。在进入所述电解液时，所述晶圆放置台101可能并不与所述电镀槽100的底面平行，这时，需要调整所述晶圆放置台101至平行于所述电镀槽100的底面。

请参阅图3、图4，其中图3为本实用新型的一种具体实施方式中的超声波收发单元检测电镀尺寸的原理示意图，图4为本实用新型的一种具体实施方式中的超声波收发单元检测电镀尺寸的原理示意图。

在该具体实施方式中，所述晶圆电镀设备还包括：超声波收发单元104，朝向所述晶圆放置台101设置，用于朝向所述晶圆放置台101发送超声波，并接收自所述晶圆放置台101反射回来的超声波，以检测所述晶圆102表面的电镀情况。

在一种具体实施方式中，所述超声波收发单元104发射的超声波能够覆盖所述晶圆102整个表面，且所述超声波收发单元104设置有多个位置已知的超声波收发点，朝向所述晶圆102发射的与晶圆102近似垂直的超声波。

在一种具体实施方式中，所述超声波收发单元104的各个超声波收发点均匀排布于同一平面上，所述平面与所述晶圆放置台101平行，因此所述超声波收发点所在的平面也与所述晶圆102表面平行。通过对所述超声波收发点的均匀排布，使得使用超声波收发单元104对晶圆102的表面情况进行探测时，可以对所述晶圆102表面情况进行均匀的探测。

在该具体实施方式中，由于超声波在不同的材质中传播的速度和反射的速率都不相同，因此，在该具体实施方式中，可以由各个超声波收发点发送、接收超声波的时间，来判定与该超声波收发点的位置对应的晶圆102表面是否已经电镀有金属了。这样，就可以判断晶圆102的圆心位置电镀的金属的面积，从而判断当前的电镀情况。

在一种具体实施方式中，所述晶圆电镀设备还包括控制器，连接至所述驱动器105和所述超声波收发单元104，用于根据所述超声波收发单元104的收发结果，控制所述驱动器105驱动所述晶圆放置台101相对于所述离子阻滞器103移动。

具体的，在所述超声波收发单元104检测到所述晶圆102的中心区域被电镀金属覆盖的面积达到第一预设阈值时，控制所述晶圆放置台101以远离所述离子阻滞器103的方向移动一第一预设距离，使得经由所述第一通孔1031出来的电镀液离子远离所述晶圆102的圆心位置，可以经由所述离子阻滞器103与所述晶圆放置台101之间的区域，运动到所述晶圆102的非圆心位置，即边缘区域，对晶圆102的边缘区域进行电镀，这样，加快了所述晶圆102的边缘区域的电镀速度，保证对晶圆102表面的均匀的电镀效果。

在一种具体实施方式中，所述晶圆放置台101包括导电边缘，用于与所述晶圆102的边缘接触，所述电源106的阴极连接到所述导电边缘；所述晶圆电镀设备还包括电源106，所述电源106的阳极连接所述电镀阳极1001，阴极用于连接到所述导电边缘。所述晶圆电镀设备还包括：电控开关，连接至所述控制器，设置在电镀阳极1001-电源106-导电边缘所形成的回路之间，用于根据所述控制器的控制，使所述电镀阳极1001-电源106-导电边缘所形成的回路通电。

在该具体实施方式中，在所述超声波收发单元104检测到所述晶圆102的中心区域被电镀金属覆盖的面积达到第一预设阈值时，所述控制器还控制所述电控开关接通，所述电镀阳极1001-电源106-导电边缘所形成的回路通电，使所述晶圆102的边缘被加速电镀。

在一种具体实施方式中，所述电镀阳极1001设置在所述电镀槽100内的底部，还包括：电镀液离子交换膜，设置在所述离子阻滞器103与所述电镀阳极1001之间。在一种具体实施方式中，所述电镀液离子交换膜为阳离子交换膜，将所述电解槽分隔为阳极室和阴极室，使电解产品分开的方法。离子膜电解法是在离子交换树脂的基础上发展起来的一项新技术。利用离子交换膜对阴阳离子具有选择透过的特性，容许带一种电荷的离子通过而限制相反电荷的离子通过，以达到浓缩、脱盐、净化、提纯以及电化合成的目的。

在一种具体实施方式中，所述离子阻滞器103的尺寸与所述电镀槽100的尺寸相匹配，在电镀期间将所述电镀槽100分隔为上下两个部分，且下部的电镀液离子只能经由所述第一通孔1031和第二通孔1032到达上部，与所述晶圆102接触，所述第二通孔1032的位置与所述晶圆102的非圆心位置对应。

在一种具体实施方式中，所述第一通孔1031的孔径大于所述第二通孔1032的孔径，且所述第二通孔1032的个数至少为两个，均匀分布于所述离子阻滞器表面。这保证了经由所述第一通孔1031作用到所述晶圆102表面的电镀液离子的数目多于经由所述第二通孔1032作用到所述晶圆102表面的电镀液离子的数目。这样，才能起到对晶圆102的表面的各区域的电镀速度的控制作用，使晶圆102的非圆心位置的电镀速度被控制住。

在一种具体实施方式中，所述离子阻滞器103呈圆柱状，上下底面平行于所述晶圆102，且所述第一通孔1031贯穿所述上下底面，设置在所述上下底面的正中区域，所述第二通孔1032也贯穿所述上下底面，且均匀分布于所述上下底面的边缘区域。实际上，也可根据需要设置所述离子阻滞器103的形状，如设置成不规则的多面体形状等。不管所述离子阻滞器103被设置成什么形状，所述离子阻滞器103与所述晶圆放置台101的最近的第一面都需要大于或等于所述晶圆102的尺寸，使得晶圆102的表面的各个区域都能够被所述离子阻滞器103的第一面覆盖到。这样，晶圆102的电镀效果才能得以保证。

在一种具体实施方式中，在初始状态下，所述晶圆102与所述离子阻滞器103的上底面直接接触，这样，就使得在初始时刻电镀液离子只能经由所述离子阻滞器103设置的通孔接触到晶圆时，便于用户对晶圆102表面各区域的电镀程度进行控制。

在一种具体实施方式中，所述第二通孔1032的数目控制在10个到25个之间。控制所述第二通孔1032的个数，可以控制离子阻滞器103下方的电镀液离子经由成对的第二通孔1032作用到所述晶圆102表面的量，既不使量过大，也不使量过少，以保证晶圆102的电镀速度。实际上，可以根据需要设置所述第二通孔1032的数目。在一种具体实施方式中，所述第二通孔1032的数目取决于所述第二通孔1032的直径，而所述第二通孔1032的直径取决于平衡晶圆102的中间区域与边缘区域的电镀速度的要求。

请参阅图2，为本实用新型的一种具体实施方式中的离子阻滞器的结构示意图。

在该具体实施方式中，所述第二通孔1032除了设置在上下底面的两个端口，还包括设置在所述离子阻滞器103内部的螺旋通道部分。实际上，可以根据需要设置所述第二通孔1032在所述离子阻滞器103内部的通道的形状。所述第二通孔1032在所述离子阻滞器103内部的通道的长度构成了电镀液离子的形成，只要满足所述第二通孔1032在所述离子阻滞器103内部的通道的长度长于所述第一通孔1031的长度，即可保证电镀液离子在所述第二通孔1032内的行程大于所述电镀液离子在所述第一通孔1031内的行程。

在该具体实施方式中，所述螺旋通道将所述第一通孔1031环绕在内。在一种具体实施方式中，设置在同一个面上的第二通孔1032的端口，排布在与所述第一通孔1031为同心圆的圆弧上。在一种具体实施方式中，当所述第二通孔1032的数目较多时，还可以将所述第二通孔1032的端口排布在数个与所述第一通孔1031具有同一圆心的同心圆上，形成数圈环绕所述第一通孔1031设置的第二通孔1032。

在该具体实施方式中，第二通孔1032所在的最外圈的圆弧的直径小于所述晶圆102的直径。这就有效防止了在初始状态下，所述晶圆102与所述离子阻滞器103的上底面直接接触时，第二通孔1032所在的最外圈的圆弧的直径大于所述晶圆102的直径，没有被所述晶圆102盖住，电镀液离子从最外圈的第二通孔1032中溢出，影响最终对电镀速度的控制效果。

在一种具体实施方式中，所述第二通孔1032的两个端口的位置在空间上相对应，比如在将所述离子阻滞器103水平放置时，所述第二通孔1032的两个端口在竖直方向上的投影重合。实际上，所述第二通孔1032的两个端口的位置在空间上也可不相互对应，而是根据需要进行设置。

在一种具体实施方式中，所述电镀液只可通过所述离子阻滞器103上设置的第一通孔1031和第二通孔1032进入到靠近晶圆102的一侧。所述离子阻滞器103本身是离子不可透过的。在一种具体实施方式中，所述离子阻滞器103可由聚碳酸醋、聚乙烯、聚丙烯、聚二氟亚乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、聚砜及类似材料制成。优选地，所述离子阻滞器103的材料不易在酸性电镀液环境中降解，相对较硬，且易于通过机械加工来处理。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆电镀设备，其特征在于，包括：

电镀槽，用于放置电镀期间所需的电镀液，且所述电镀槽的内表面含有一电镀阳极；

晶圆放置台，用于放置待进行电镀的晶圆，且所述晶圆放置台设置有镂空区域，用于将所述晶圆的电镀面暴露于所述电镀槽内的电镀液；

离子阻滞器，在电镀期间设置在所述晶圆与所述电镀阳极之间，包括：

第一通孔，贯穿所述离子阻滞器，且所述第一通孔的位置与所述晶圆的圆心对应；

第二通孔，贯穿所述离子阻滞器，且电镀液离子在所述第二通孔内的行程大于所述电镀液离子在所述第一通孔内的行程；

电镀液离子经由所述第一通孔和所述第二通孔通过所述离子阻滞器。

2.根据权利要求1所述的晶圆电镀设备，其特征在于，还包括：

驱动器，连接至所述晶圆放置台，用于驱动所述晶圆放置台相对于所述离子阻滞器移动，以改变所述晶圆与所述离子阻滞器之间的距离。

3.根据权利要求2所述的晶圆电镀设备，其特征在于，还包括：

超声波收发单元，朝向所述晶圆放置台设置，用于朝向所述晶圆放置台发送超声波，并接收自所述晶圆放置台反射回来的超声波，以检测所述晶圆表面的电镀情况。

4.根据权利要求3所述的晶圆电镀设备，其特征在于，还包括控制器，连接至所述驱动器和所述超声波收发单元，用于根据所述超声波收发单元的收发结果，控制所述驱动器驱动所述晶圆放置台相对于所述离子阻滞器移动。

5.根据权利要求4所述的晶圆电镀设备，其特征在于，晶圆放置台包括导电边缘，用于与所述晶圆的边缘接触，所述晶圆电镀设备还包括电源，且所述电源的阴极连接到所述导电边缘，所述电源的阳极连接到所述电镀阳极；

所述晶圆电镀设备还包括：

电控开关，连接至所述控制器，设置在电镀阳极-电源-导电边缘所形成的回路之间，用于根据所述控制器的控制，使所述电镀阳极-电源-导电边缘所形成的回路通电。

6.根据权利要求5所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述控制器对所述驱动器的控制包括：

在所述超声波收发单元检测到所述晶圆的中心区域被电镀金属覆盖的面积达到第一预设阈值时，控制所述晶圆放置台以远离所述离子阻滞器的方向移动一第一预设距离，并控制所述电控开关接通，所述电镀阳极-电源-导电边缘所形成的回路通电，使所述晶圆的边缘被加速电镀。

7.根据权利要求1所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述电镀阳极设置在所述电镀槽内的底部，还包括：

电镀液离子交换膜，设置在所述离子阻滞器与所述电镀阳极之间。

8.根据权利要求1所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述离子阻滞器的尺寸与所述电镀槽的尺寸相匹配，在电镀期间将所述电镀槽分隔为上下两个部分，且下部的电镀液离子只能经由所述第一通孔和第二通孔到达上部，与所述晶圆接触，所述第二通孔的位置与所述晶圆的非圆心位置对应。

9.根据权利要求1所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述第一通孔的孔径大于所述第二通孔的孔径，且所述第二通孔的个数至少为两个，均匀分布于所述离子阻滞器表面。

10.根据权利要求9所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述离子阻滞器呈圆柱状，上下底面平行于所述晶圆，且所述第一通孔贯穿所述上下底面，设置在所述上下底面的正中区域，所述第二通孔也贯穿所述上下底面，且均匀分布于所述上下底面的边缘区域。

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