CN216585278U - 一种晶圆电镀预处理设备及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种晶圆电镀预处理设备及系统，其中，晶圆电镀预处理设备包括工艺槽体和角度倾斜系统；工艺槽体的内部具有用于盛放处理液的工艺腔，工艺腔内设有卡持晶圆的夹持部；角度倾斜系统与工艺槽体连接，角度倾斜系统能够驱动工艺槽体整体旋转。本实用新型提供的晶圆电镀预处理设备及系统，操作简单，通过角度倾斜系统的设计，使得在预处理过程中，晶圆随工艺槽体一同倾斜及摆动，有利于孔洞中的空气被处理液置换并溢出，实现极好的预处理效果，同时，由于角度倾斜系统位于工艺槽体外部，这一方面大大提高了工艺槽体的密封性，另一方面，无须对驱动源即角度倾斜系统进行防水及耐腐蚀处理，大大提高了经济效益。

Description

一种晶圆电镀预处理设备及系统

技术领域

本实用新型涉及晶圆制备领域，具体地，涉及一种晶圆电镀预处理设备及系统。

背景技术

晶圆，其被广泛用于集成电路的制造中。未经预处理的晶圆，其表面因存在细微的孔洞，在后续的电镀操作中，由于电镀液的表面张力，电镀液与晶圆表面之间的固液界面极易形成气体气泡，导致电镀层缺陷。

针对上述问题，常规的应对措施是对晶圆进行预润湿处理。即在常压环境下，将晶圆设置在一工艺槽体内，工艺槽体内灌入晶圆处理液，晶圆处理液的液面浸没晶圆。通过预润湿可以使晶圆处理液进入晶圆表面的孔洞中，有利于下一步电镀工艺的进行。

然而，实践表明，上述处理方法无法有效的置换出位于孔洞内的空气。图1中即展示了上述预润湿方式的效果，其中，斜线部分为晶圆处理液101，竖直的长条为孔洞102，孔洞102的空白区域为待预润湿的深孔103。可以看到，深孔103内被空气所占据，导致晶圆处理液101根本无法抵达深孔103，而只浸润了晶圆的表面位置以及表面以下的浅层，所以并没有达到预期的效果。

基于此现状，有技术人员提出通过对晶圆进行旋转的方式使孔洞内的气体充分溢出。如可以将晶圆放置在晶圆夹盘上，并将该晶圆夹盘设置在工艺槽体内，工艺槽体内灌入晶圆处理液，密封工艺槽体，晶圆夹盘的中心通过一传动杆连接至旋转电机，传动杆在旋转电机的驱动下带动晶圆夹盘旋转。

上述方式在降低晶圆处理液填充深孔难度的问题上发挥了一定作用，但仍具备如下缺陷：

第一，由于旋转电机不能浸泡在晶圆处理液内，因此需要在旋转电机外加装密封外壳，这导致现有技术中的预润湿设备结构复杂、操作不便，需要额外对旋转电机进行防水处理，当处理液为具有腐蚀性液体时，还须对旋转电机进行耐腐蚀处理，这无疑增大了加工难度和加工成本，如果旋转电机外壳不慎发生泄漏，晶圆处理液进入旋转电机又将导致安全隐患，晶圆处理液也会被严重污染。

第二，为改善工艺处理效果，可对工艺槽体抽真空，在此情况下，为了保证工艺槽体的密封性，需要对旋转电机的供电线路采取密封措施，这无疑会增加预润湿设备的加工难度和成本，且如前文所述，一旦密封不当，还会导致安全隐患，污染晶圆处理液，造成经济损失，影响晶圆加工效率。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提出了一种新的晶圆电镀预处理设备，并一并提出了包含该晶圆电镀预处理设备的预处理系统，本实用新型通过角度倾斜系统的设置，使承载晶圆及处理液的工艺槽体整体被驱动而旋转及摆动，从而保证了设备的密封性，且能够促使位于深孔中的气体让位于处理液，使处理液更容易抵达晶圆表面的深孔位置，达到了更好的预处理效果。

为了达到上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种晶圆电镀预处理设备，包括工艺槽体和角度倾斜系统，所述工艺槽体的内部具有用于盛放处理液的工艺腔，工艺腔内设有卡持晶圆的夹持部；所述角度倾斜系统与工艺槽体连接，角度倾斜系统能够驱动工艺槽体整体旋转；

所述角度倾斜系统包括第一驱动装置、第一同步带轮、第二同步带轮以及旋转主轴，所述第一驱动装置的输出轴与第一同步带轮连接，第一同步带轮通过同步带与第二同步带轮联动，第二同步带轮连接旋转主轴，旋转主轴连接工艺槽体。

本技术方案中，通过采用以上结构设计，利用工艺腔内设置的夹持部将晶圆固定于工艺槽体内部，通过角度倾斜系统带动工艺槽体整体进行旋转，整个设备结构简单，且由于角度倾斜系统位于工艺槽体外部，这一方面大大提高了工艺槽体的密封性，另一方面，无须对驱动源即角度倾斜系统进行防水处理及耐腐蚀处理，大大提高了经济效益。同时，通过角度倾斜系统的设计，使得在预处理过程中，晶圆随工艺槽体一同从水平位置向一侧倾斜并摆动，有利于孔洞中的空气被处理液置换并溢出，实现良好的预处理效果。当需要使工艺槽体整体旋转时，使第一驱动装置驱动第一同步带轮旋转，第一同步带轮通过同步带带动第二同步带轮旋转，第二同步带轮进一步带动与其连接的旋转主轴旋转，旋转主轴与工艺槽体连接，使得工艺槽体也被带动旋转。通过以上的结构设计，使得角度倾斜系统的整体结构简单，便于操作，且由于采用同步带轮传动，保证了工艺槽体旋转角度的精确性和旋转过程的稳定性。

优选地，还包括旋转密封系统，所述旋转密封系统包括第二驱动装置；所述工艺槽体包括具有开口的槽体框架、与槽体框架配合使用的盖板，盖板通过铰链机构与槽体框架转动连接，第二驱动装置的输出轴与盖板连接并能够驱动盖板翻转。

本技术方案中，通过采用以上结构设计，当需要将工艺槽体密封时，可通过第二驱动装置控制盖板与槽体框架配合实现密封，这样的结构设计能够自动化的实现工艺槽体的密封，提高效率。

优选地，所述第二驱动装置包括两个气缸，两个气缸分别设置于盖板的两侧，两个气缸的活塞杆分别连接于盖板的两端。

本技术方案中，通过采用以上结构设计，采用气缸驱动盖板的开合，气缸相较于其他电动执行器，操作更为便捷，且对使用环境无特殊要求，基本可实现免维护。此外，当需要调节盖板的开合速度时，仅仅调节安装在气缸两侧的单向节流阀就可简单地实现稳定的速度控制，非常便捷。

优选地，所述夹持部包括若干个支撑柱，支撑柱上设置有卡持晶圆外圆面的卡槽。

本技术方案中，通过在支撑柱上设置卡槽，并将支撑柱设置于工艺腔内，这一方面简化了卡槽安装的难度，另一方面，有利于提高卡槽的稳定性。

优选地，所述工艺槽体的侧壁设置有抽气口及泄压口，所述抽气口用于连接抽气装置，所述抽气口位置高于工艺腔内处理液的高度。

本技术方案中，通过采用以上结构设计，利用抽气口，有利于工艺槽体连接外部的抽气装置如真空泵，进而有利于降低工艺槽体内气体的压力，从而有利于处理液在大气压的作用下平稳地进入工艺腔，也有利于降低处理液内气体的溶解量，且更加彻底地排出晶圆上孔洞等结构中卡住的气泡。

优选地，所述工艺槽体的底部设有进液口及排液口，所述进液口用于输入处理液，所述排液口用于排出处理液。

本技术方案中，通过采用以上结构设计，利用设置在底部的进液口，使得处理液能够平稳地进入工艺腔，有利于减少处理液的波动。

一种晶圆电镀预处理系统，包括以上任一项所述的晶圆电镀预处理设备。

本技术方案中，通过采用以上结构，利用晶圆电镀预处理设备使晶圆表面孔洞中的气泡被处理液置换并溢出，实现极好的预处理效果。

优选地，还包括真空系统，所述真空系统包括真空泵和真空管道，真空泵通过真空管道与抽气口连接。

本技术方案中，通过采用以上结构设计，利用真空泵对晶圆电镀预处理设备进行抽真空，这可以使晶圆电镀预处理设备保持在真空状态，从而有利于处理液在大气压的作用下平稳地进入工艺腔，也有利于更加彻底地排出晶圆上孔洞等结构中卡住的气泡。

优选地，还包括进出液系统，所述进出液系统包括进液管、排液管以及储液槽，所述储液槽通过进液管与进液口连接，排液管与排液口连接。

本技术方案中，通过采用以上结构设计，利用进液口从储液槽向工艺腔输送处理液，整个系统结构简单，操作便捷，具有很高的经济效益，且由于进液口设置在工艺槽体的底部，这使得处理液能够平稳地进入工艺腔，有利于减少处理液的波动。

优选地，还包括控制系统，所述控制系统控制晶圆电镀预处理系统的各项参数。

本技术方案中，可利用控制系统控制角度倾斜系统的旋转时间、角度、速度以及摆动的频率、摆动的幅度等参数。当然，在设置真空系统、进出液系统、旋转密封系统的情况下，也可通过控制系统控制真空系统抽真空时间及真空度等参数、控制进出液系统的进液/排液时间、液体流量等参数、控制旋转密封系统开合盖板的时间和速度等参数，实现自动化管理。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型提供的晶圆电镀预处理设备及系统，结构简单，利用工艺腔内设置的夹持部将晶圆固定于工艺槽体内部，通过角度倾斜系统的设计，使得在预处理过程中，晶圆随工艺槽体一同倾斜及摆动，有利于孔洞中的空气被处理液置换并溢出，实现极好的预处理效果。

2、本实用新型提供的晶圆电镀预处理设备及系统，由于角度倾斜系统位于工艺槽体外部，这一方面大大提高了工艺槽体的密封性，且在真空环境下保证了真空度，另一方面，无须对驱动源即角度倾斜系统进行防水处理及耐腐蚀处理，大大提高了经济效益。

3、本实用新型提供的晶圆电镀预处理设备及系统，可选择采用自动的旋转密封系统进行真空密封，结合角度倾斜系统使整个真空的工艺腔倾斜成一定角度，能够极大的保证预处理的稳定性和均匀性，提高晶圆的品质与效率，降低成本。

4、本实用新型提供的晶圆电镀预处理设备及系统，可在处理液注入工艺腔体前，即控制角度倾斜系统驱动工艺槽体旋转至预设角度后进行摆动，由此使得高深宽比的深孔结构中的空气也可以被处理液浸润挤出并排除，注液完成后，在工艺槽体进行倾斜摆动和旋转过程中，处理液中因负压条件而继续产生的微气泡可在浮力和粘滞力的相互作用下以及倾斜摆动导引下溢出晶圆表面边界层，并通过浮力上升至自由表面边界层外破裂后扩散至空气，这样使得微气泡不在晶圆表面破裂，防止了晶圆微细结构损伤，提高预处理效果。

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，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为使用现有技术进行预处理后的效果展示图；

图2为本实用新型所述晶圆电镀预处理设备第一实施例的结构示意图一；

图3为本实用新型所述晶圆电镀预处理设备第一实施例的结构示意图二；

图4为本实用新型所述晶圆电镀预处理设备第一实施例的结构示意图三。

图中示出：

101-晶圆处理液；

102-孔洞；

103-深孔

200-晶圆电镀预处理设备；

21-工艺槽体；

22-角度倾斜系统；

23-工艺腔；

25-第一驱动装置；

26-第一同步带轮；

27-第二同步带轮；

28-同步带；

29-旋转主轴；

30-腔体夹持板；

31-抽气口；

32-进液口；

33-旋转密封系统；

34-第二驱动装置；

35-泄压口；

36-槽体框架；

37-盖板；

38-铰链机构；

39-支撑柱；

41-晶圆

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。进一步地，在申请中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

实施例1

如图2至图4所示，本实施例提供一种晶圆电镀预处理设备200，包括工艺槽体21和角度倾斜系统22；工艺槽体21的内部具有用于盛放处理液的工艺腔23，工艺腔23 内设有夹持部，夹持部用于夹持晶圆41的外圆面，以使晶圆41被固定于工艺腔23内部；角度倾斜系统22与工艺槽体21连接，角度倾斜系统22能够驱动工艺槽体21整体旋转，如驱动工艺槽体21从水平位置旋转倾斜至一定角度而后做轻微摆动，由此带动晶圆41相对于水平面呈倾斜状态并以一定速度摆动。

当晶圆41摆动时，处理液会被晶圆41表面带起并填充至晶圆41表面的孔洞，结合晶圆41与处理液液面相对倾斜，孔洞内的气体将向上溢出，由此实现以处理液替换孔洞内气泡的目的，达到预期的预处理效果。由于角度倾斜系统22位于工艺槽体21外部，这一方面大大提高了工艺槽体21整体的密封性，另一方面，无须对驱动源即角度倾斜系统22进行防水处理或是耐腐蚀处理，大大提高了经济效益。

角度倾斜系统22包括第一驱动装置25、第一同步带轮26、第二同步带轮27以及旋转主轴29；第一驱动装置25可以是驱动电机，其输出轴与第一同步带轮26连接，第一同步带轮26通过同步带28与第二同步带轮27联动，第二同步带轮27连接旋转主轴 29，旋转主轴29连接工艺槽体21。具体可为，如图3所示，利用腔体夹持板30夹持工艺槽体21的两侧，两侧腔体夹持板30之间横设旋转主轴29，旋转主轴29的一端与第二同步带轮27连接，由此实现当第一驱动装置25工作时，第一同步带轮26旋转，从而带动第二同步带轮27同步旋转，第二同步带轮27进一步带动与其连接的旋转主轴29 旋转，旋转主轴29通过腔体夹持板30的作用带动工艺槽体21旋转。在本实施例中，工艺槽体21可在第一驱动装置25的驱动下向上旋转至倾斜状态，也可按一定频率重复作向上旋转和向下旋转动作而实现摆动。

作为一种优选的实施方式，还包括旋转密封系统33，旋转密封系统33包括第二驱动装置34，第二驱动装置34包括两个气缸；工艺槽体21包括具有开口的槽体框架36、与槽体框架36配合使用的盖板37，盖板37通过铰链机构38与槽体框架36转动连接。两个气缸分别设置于盖板37的两侧，且两个气缸的活塞杆分别连接于盖板37的两端。当需要将工艺槽体21密封时，气缸的活塞杆缩回，盖板37通过铰链机构38旋转至与槽体框架36配合，盖板37封闭槽体框架36的开口，可在槽体框架36与盖板37配合的位置处设置密封圈，以提高密封性能。而当需要打开工艺槽体21以放入或取出晶圆 41时，气缸的活塞杆伸出，由此推动盖板37沿反方向旋转从而复位。本实施例通过旋转密封系统33的设计，可保证工艺腔23的密封性，提高预处理效果。

作为一种优选的实施方式，如图3所示，工艺槽体的侧壁设置有抽气口31及泄压口35，抽气口31用于连接抽气装置，抽气口31位置高于工艺腔23内处理液的高度。当需要对工艺腔23抽真空时，可通过抽气口31与外部的抽气装置如真空泵连接，利用抽气装置使工艺腔23内的气压不断减小，根据PV＝nRT的理想气体状态方程，在温度不变的情况下，气压减小，工艺腔23内的气压P下降，会导致气体的体积V膨胀，气体从而从孔洞中排出，让位于处理液，同时，将工艺腔23的真空度维持在一定水平，也有利于降低处理液内气体的溶解量，从而有利于排出处理液中的气泡。

作为一种优选的实施方式，如图3所示，工艺槽体21的底部设有进液口32及排液口，进液口32用于输入处理液，排液口用于排出处理液。本实施例利用设置在底部的进液口32从外部输入处理液，处理液能够平稳地进入工艺槽体21内部，有利于减少处理液在注入过程中的波动，减少气泡的产生，实现更优的预处理效果。

作为一种优选的实施方式，如图4所示，夹持部包括若干个支撑柱39，支撑柱39 上设置有卡持晶圆41外圆面的卡槽。本实施例通过在支撑柱39上设置卡槽，并将支撑柱39设置于工艺腔23内，这一方面简化了卡槽安装的难度，另一方面，有利于提高卡槽的稳定性。

本实施例提供的晶圆电镀预处理设备200，在实际运用当中，可采用如下操作方法：首先，可采用晶圆真空吸笔将晶圆41放入工艺腔23内部的支撑柱39上，用卡槽固定；而后控制旋转密封系统33的第二驱动装置34关闭工艺槽体21的盖板37以进行密封；进而利用外部抽气装置抽出工艺腔23内的气体，使工艺腔23内的真空度稳定在0.08Mpa 以下；进一步地，控制第一驱动装置25驱动第一同步带轮26旋转，第一同步带轮26经第二同步带轮27和旋转主轴29的传动后，带动工艺槽体21从水平位置向一侧旋转至预设角度后进行细微摆动，预设角度的取值范围介于3°至5°之间；而后，将处理液由外部的储液槽注入工艺腔23，使晶圆41浸润在处理液中；当晶圆41浸润预设时间后，控制第一驱动装置25复位，从而使工艺槽体21停止摆动并回到初始位置，通过泄压口35破真空，并利用排液口排出处理液；而后，利用旋转密封系统33的第二驱动装置34打开盖板37，从中取出晶圆41，结束此轮预处理操作。

在上述操作步骤中，在处理液注入工艺腔体前，即控制角度倾斜系统驱动工艺槽体旋转至预设角度后进行摆动，由此使得高深宽比的深孔结构中的空气也可以被处理液浸润挤出并排除，注液完成后，在工艺槽体进行倾斜摆动和旋转过程中，处理液中因负压条件而继续产生的微气泡可在浮力和粘滞力的相互作用下以及倾斜摆动导引下溢出晶圆表面边界层，并通过浮力上升至自由表面边界层外破裂后扩散至空气，这样使得微气泡不在晶圆表面破裂，防止了晶圆微细结构损伤，提高预处理效果。

第2实施例

本实施例提供一种晶圆电镀预处理系统，包括第1实施例所述的晶圆电镀预处理设备200，以及真空系统、进出液系统及控制系统等组成部分。其中，真空系统包括真空泵和真空管道，真空泵通过真空管道与抽气口连接，从而调节工艺腔23内的气压；进出液系统包括进液管、排液管以及储液槽，储液槽通过进液管与进液口连接，从而向工艺腔23内输送处理液。控制系统用于控制晶圆电镀预处理系统的各项参数，如可利用控制系统控制角度倾斜系统22的旋转时间、旋转角度、旋转速度以及摆动的频率、摆动的幅度等参数，控制旋转密封系统33开合盖板37的时间和速度等参数，控制真空系统抽真空的时间及真空度等参数、控制进出液系统输送处理液的时间、流量等参数，从而实现自动化管理。

值得说明的是，本实用新型提供的晶圆预处理设备及系统，也可用于晶圆的腐蚀处理工作，由此解决现有技术中存在的需对驱动源作耐腐蚀处理所导致的设备结构复杂、操作不便及经济成本高等诸多问题。

以上对本实用新型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实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。

Claims (10)

1.一种晶圆电镀预处理设备，其特征在于，包括工艺槽体和角度倾斜系统，所述工艺槽体的内部具有用于盛放处理液的工艺腔，工艺腔内设有卡持晶圆的夹持部；所述角度倾斜系统与工艺槽体连接，角度倾斜系统能够驱动工艺槽体整体旋转；

所述角度倾斜系统包括第一驱动装置、第一同步带轮、第二同步带轮以及旋转主轴，所述第一驱动装置的输出轴与第一同步带轮连接，第一同步带轮通过同步带与第二同步带轮联动，第二同步带轮连接旋转主轴，旋转主轴连接工艺槽体。

2.根据权利要求1所述的晶圆电镀预处理设备，其特征在于，还包括旋转密封系统，所述旋转密封系统包括第二驱动装置；

所述工艺槽体包括具有开口的槽体框架、与槽体框架配合使用的盖板，盖板通过铰链机构与槽体框架转动连接，第二驱动装置的输出轴与盖板连接并能够驱动盖板翻转。

3.根据权利要求2所述的晶圆电镀预处理设备，其特征在于，所述第二驱动装置包括两个气缸，两个气缸分别设置于盖板的两侧，两个气缸的活塞杆分别连接于盖板的两端。

4.根据权利要求1所述的晶圆电镀预处理设备，其特征在于，所述夹持部包括若干个支撑柱，支撑柱上设置有卡持晶圆外圆面的卡槽。

5.根据权利要求1所述的晶圆电镀预处理设备，其特征在于，所述工艺槽体的侧壁设置有抽气口及泄压口，所述抽气口用于连接抽气装置，所述抽气口位置高于工艺腔内处理液的高度。

6.根据权利要求1所述的晶圆电镀预处理设备，其特征在于，所述工艺槽体的底部设有进液口及排液口，所述进液口用于输入处理液，所述排液口用于排出处理液。

7.一种晶圆电镀预处理系统，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的晶圆电镀预处理设备。

8.根据权利要求7所述的晶圆电镀预处理系统，其特征在于，还包括真空系统，所述真空系统包括真空泵和真空管道，真空泵通过真空管道与抽气口连接。

9.根据权利要求7所述的晶圆电镀预处理系统，其特征在于，还包括进出液系统，所述进出液系统包括进液管、排液管以及储液槽，所述储液槽通过进液管与进液口连接，排液管与排液口连接。

10.根据权利要求7所述的晶圆电镀预处理系统，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统控制晶圆电镀预处理系统的各项参数。

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