CN217839167U - 一种电镀设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电镀设备，该电镀设备包括电镀槽、电镀头单元以及电镀头驱动装置，电镀槽具有用于盛装电镀液的电镀腔，电镀头单元用于固定晶圆，电镀头驱动装置能够驱动电镀头单元在电镀腔内移动。本实用新型通过采用以上结构设计，电镀头驱动装置驱动电镀头单元在电镀腔内移动，由此在提升电镀液的对流和离子浓度扩散效果的同时，避免电镀时晶圆圆心始终停留在原点位置处，从而大大提高电镀的均匀性。

Description

一种电镀设备

技术领域

本实用新型涉及集成电路制造领域，特别涉及一种电镀设备。

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，即在晶圆上电镀导电金属，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。晶圆电镀时必须保证镀层的均匀性，方能保证晶圆的质量。

在进行晶圆电镀工艺时，固定晶圆的晶圆夹持件与电镀槽电连接，电镀槽内盛放有预镀金属的电镀液，电镀液中金属阳离子不断还原成金属并在晶圆表面沉积而形成镀层。为保证电镀液中的金属阳离子含量充足且分布均匀，会不断更新电镀槽内的电镀液，并通过搅拌装置对电镀液进行搅拌。

现有技术中，为实现电镀液的对流和离子浓度扩散，常利用驱动装置驱动晶圆旋转的方式对电镀液进行搅拌。但在该过程中，晶圆的圆心始终处于原点位置，而该位置恰恰又是电镀液流场的死区，这导致晶圆的圆心区域电镀液流动不充分。进一步地，电镀槽的电镀液进口往往设于底部的中心位置，而晶圆电镀时，晶圆圆心往往正对电镀液进口位置处，这导致晶圆中心位置电镀液浓度相对较高，由此产生电镀差，无法满足电镀的均匀性要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种电镀设备，该电镀设备在电镀过程中，晶圆能够在电镀腔内移动，由此在提升电镀液的对流和离子浓度扩散效果的同时，大大提高电镀的均匀性。

为实现上述发明目的，本实用新型采用如下所述技术方案：

一种电镀设备，包括电镀槽、电镀头单元以及电镀头驱动装置，所述电镀槽具有用于盛装电镀液的电镀腔，电镀头单元用于固定晶圆，电镀头驱动装置能够驱动电镀头单元在电镀腔内移动。

本技术方案中，通过采用以上结构设计，电镀头驱动装置能够驱动电镀头单元在电镀腔内移动，由此在提升电镀液的对流和离子浓度扩散效果的同时，避免电镀时晶圆圆心始终停留在原点位置处，从而大大提高电镀的均匀性。

优选地，所述电镀头单元包括一个或多个子镀头，各个子镀头均可用于夹持一片晶圆。

本技术方案中，通过采用以上的结构设计，电镀头单元包括一个或多个子镀头，其中，多个指两个及两个以上，当子镀头的数量为多个时，各个子镀头上均可单独固定晶圆，在电镀头驱动装置驱动电镀头单元移动的过程中，子镀头带动其上夹持的晶圆在电镀腔内移动，由此使得电镀设备一次性可处理至少两片晶圆，不仅提高生产效率，还保证晶圆片间的电镀均匀性。

优选地，所述电镀设备还包括第一旋转驱动装置，所述第一旋转驱动装置能够驱动电镀头单元在电镀腔内旋转。

本技术方案中，通过采用以上的结构设计，第一旋转驱动装置能够驱动电镀头单元在电镀腔内旋转，由此进一步提升电镀液的对流和离子浓度扩散效果，且提高电镀的均匀性。

优选地，所述电镀头单元包括一个或多个子镀头；所述第一旋转驱动装置包括驱动源、主动齿轮、从动齿轮以及旋转盘，各个所述子镀头均与旋转盘连接，驱动源连接主动齿轮，主动齿轮啮合从动齿轮，从动齿轮连接旋转盘。

本技术方案中，通过采用以上的结构设计，驱动源通过主动齿轮和从动齿轮的传动，驱动旋转盘旋转，旋转盘带动与其连接的子镀头在电镀腔内旋转，由此使晶圆在电镀腔内不仅能够移动位置，还能够以旋转盘的轴线为中心公转，由此进一步提升了电镀液的对流及离子扩散效果，提升了电镀的均匀性。

优选地，所述子镀头均匀设置在旋转盘上，从动齿轮套设于旋转盘外周。

本技术方案中，通过采用以上的结构设计，子镀头在旋转盘上均匀分布，从动齿轮套设于旋转盘外周，由此使电镀头单元的结构更加紧凑，也使得电镀头单元在移动过程中，对电镀液的搅拌效果更佳，进一步提升电镀的均匀性。

优选地，所述子镀头包括第二旋转驱动装置和晶圆夹持件，所述晶圆夹持件用于夹持晶圆，晶圆夹持件能够在第二旋转驱动装置的驱动下，带动晶圆绕晶圆轴线自转。

本技术方案中，通过采用以上的结构设计，在晶圆能够在电镀腔内移动的情况下，晶圆还能在第二旋转驱动装置的控制下绕其轴线自转，由此提升了对电镀液的搅拌效果，使电镀液中各处的金属离子浓度更加均匀，提升了晶圆及晶圆片间电镀的均匀性。

优选地，各个所述子镀头均包括独立控制的第二旋转驱动装置。

本技术方案中，通过采用以上的结构设计，利用独立控制的第二旋转驱动装置的设置，使各个晶圆的自转及转速可独立控制，由此可根据工艺需要控制各个晶圆的自转与否以及自转转速，从而实现不同的工艺要求。

优选地，所述第二旋转驱动装置包括定子组件及转子组件，所述转子组件能够相对定子组件转动，转子组件连接于晶圆夹持件。

本技术方案中，通过采用以上的结构设计，通过转子组件、定子组件等结构设计，使得晶圆能够绕晶圆轴线自转，结构设计简单，操作便捷，在提升工艺效率的同时，降低工艺成本。

优选地，所述电镀头驱动装置包括机械手，所述机械手的末端连接于所述电镀头单元。

本技术方案中，通过采用以上的结构设计，电镀头驱动装置包括机械手，机械手能够更为快速、便捷的移动电镀头单元，使电镀头单元带动晶圆在电镀槽内移动，由此一方面对电镀液进行搅拌，提高电镀液离子浓度的均匀性，另一方面，避免了晶圆圆心始终停留在原点位置处所产生的电镀不均匀问题。

相较于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型提供的电镀设备，通过电镀头驱动装置驱动电镀头单元在电镀腔内移动的方式，使晶圆圆心避开了电镀液的进口原点位置，晶圆可在电镀腔内的不同位置进行电镀，大大提升了电镀的均匀性。

2、本实用新型提供的电镀设备，可根据工艺需要进一步将电镀头单元设计为包括多个子镀头，每个子镀头均可固定一片晶圆，由此大大提升工艺效率，且提升晶圆片间电镀的均匀性。

3、本实用新型提供的电镀设备，可根据工艺需要进一步使晶圆绕其轴线自转和 /或使晶圆以旋转盘的轴线为中心公转，由此提升电镀液的对流和离子浓度扩散，进一步提高电镀的均匀性。

4、本实用新型提供的电镀设备，可根据工艺需要设置与晶圆数量匹配的第二旋转驱动装置，各个第二旋转驱动装置可分别控制对应的晶圆自转与否及自转速度，由此满足不同的电镀工艺需求。

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为实施例1所述电镀设备的结构示意图一；

图2为实施例1所述电镀设备的结构示意图二；

图3为实施例1中所述电镀槽的结构示意图；

图4为实施例2中所述电镀头单元的结构示意图；

图5为实施例3中所述电镀头单元的结构示意图；

图6为实施例4中所述电镀头单元的结构示意图；

图7为实施例5中所述电镀头单元的结构示意图。

图中示出：

100-电镀设备；

10-电镀槽；

11-电镀腔；

12-电镀液进口；

20-电镀头单元；

40-子镀头；

41-晶圆夹持件；

42-第二旋转驱动装置；

421-定子组件；

422-转子组件；

50-电镀头驱动装置；

60-第一旋转驱动装置；

61-驱动源；

62-主动齿轮；

63-从动齿轮；

64-旋转盘

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

本实施例提供一种电镀设备100，如图1和图2所示，该电镀设备100包括电镀槽10、电镀头单元20以及电镀头驱动装置50；其中，电镀槽10具有用于盛装电镀液的电镀腔11，电镀头单元20用于固定晶圆，电镀头驱动装置50能够驱动电镀头单元20 在电镀腔11内移动。

如图3所示，电镀腔11内的电镀液通过电镀液进口12和溢流实现不断的更新，倘若电镀时，晶圆的圆心始终正对电镀液进口12位置处设置，则将导致晶圆中心位置电镀液浓度相对较高，造成电镀的不均匀；而即使利用晶圆旋转的方式对电镀液进行搅拌以实现离子浓度的扩散，由于晶圆的圆心始终处于原点位置，而该位置恰恰又是电镀液流场的死区，这将导致晶圆的圆心区域电镀液流动不充分，仍无法解决电镀的不均匀性问题。

因此，本实施例通过以上所述结构设计，利用电镀头单元20在电镀腔11内的移动，在实现电镀液的对流和离子浓度扩散的同时，避免晶圆的圆心始终处于原点位置处，从而使得晶圆中心位置处的离子浓度同晶圆其他表面位置处的离子浓度相同或是相当，由此满足电镀的均匀性要求。

此外，为提升操作的便捷性及提高工艺效率，电镀头驱动装置50包括机械手，机械手至少具有平移自由度，其末端与电镀头单元20连接，由此驱动电镀头单元20移动到电镀腔11内的任意位置，从而使晶圆能够在电镀腔11内的不同位置进行电镀，有效避免晶圆因停留在原点位置处所造成的电镀不均匀问题。

实施例2

本实施例提供一种电镀设备100，该电镀设备100的结构与实施例1所述的电镀设备100的结构大致相同，区别在于，本实施例提供的电镀设备100，如图4所示，电镀头单元20包括3个子镀头40，各个子镀头40均可单独用于固定一片晶圆，电镀头驱动装置50能够驱动电镀头单元20移动，由此使得3个子镀头40在电镀腔11内移动，从而实现晶圆的位移。

本实施例通过3个子镀头40的设计使得所提供的电镀设备100可同时处理3片晶圆，由此大大提高了工艺效率，且保证了同时处理的这三片晶圆间的电镀均匀性。此处须说明的是，本实施例有关3个子镀头40的设计仅是示例性的，在其他实施例中，使用者可根据工艺需求和实际需要选择其他数量的子镀头40。优选地，子镀头40的数量至少为2个，由此在提升工艺效率的同时提升晶圆片间的均匀性。

实施例3

本实施例提供一种电镀设备100，该电镀设备100的结构与实施例2所述的电镀设备100的结构大致相同，区别在于，本实施例提供的电镀设备100，如图5所示，还包括第一旋转驱动装置60，第一旋转驱动装置60能够驱动电镀头单元20在电镀腔11内旋转。

具体地，第一旋转驱动装置60包括驱动源61、主动齿轮62、从动齿轮63以及旋转盘64；3个子镀头40均匀设置在旋转盘64上，驱动源61连接主动齿轮62，主动齿轮62啮合从动齿轮63，从动齿轮63套设于旋转盘64的外周。

当驱动源61驱动主动齿轮62旋转，主动齿轮62带动与其啮合的从动齿轮63旋转，从动齿轮63再带动与其连接的旋转盘64旋转，旋转盘64带动其上设置的3个子镀头40以旋转盘64的轴线为中心而公转。

本实施例提供的电镀设备100，晶圆不仅可以在电镀头驱动装置50的驱动作用下在电镀腔11内移动，还可在第一旋转驱动装置60的驱动作用下以旋转盘64的轴线为中心而公转，大大提升了电镀液的对流和离子浓度扩散效果，显著提升电镀的均匀性。

实施例4

本实施例提供一种电镀设备100，该电镀设备100的结构与实施例1所述的电镀设备100的结构大致相同，区别在于，本实施例提供的电镀设备100，如图6所示，电镀头单元20包括3个子镀头40，每个子镀头40均包括独立控制的第二旋转驱动装置42 和晶圆夹持件41，其中，晶圆夹持件41用于夹持晶圆，晶圆夹持件41能够在第二旋转驱动装置42的驱动下，带动晶圆绕晶圆轴线自转。

具体地，第二旋转驱动装置42包括定子组件421及转子组件422，转子组件422 能够相对定子组件421转动，转子组件422连接于晶圆夹持件41。在晶圆电镀时，可控制转子组件422相对于定子组件421旋转，由此使得与转子组件422连接的晶圆夹持件41旋转，从而实现晶圆绕其轴线自转。

以上结构设计使得，晶圆在电镀腔11内不仅能够移动位置，还能够绕其自身轴线旋转，由此进一步提升了电镀液的对流及离子扩散效果，提升了电镀的均匀性。此外，为满足不同的工艺需求，第二旋转驱动装置42设计为单独控制的类型，即可通过各个第二旋转驱动装置42独立控制每一个子镀头40下晶圆的自转与否以及自转速度，以满足不同的工艺需求。

此处须说明的是，本实施例有关3个子镀头40的设计仅是示例性的，在其他实施例中，使用者可根据工艺需求和实际需要选择其他数量的子镀头40。优选地，子镀头 40的数量至少为2个，由此在提升工艺效率的同时提升晶圆片间的均匀性。

实施例5

本实施例提供一种电镀设备100，该电镀设备100的结构与实施例4所述的电镀设备100的结构大致相同，区别在于，本实施例提供的电镀设备100，如图7所示，本实施例提供的电镀设备100，还包括第一旋转驱动装置60，第一旋转驱动装置60能够驱动电镀头单元20在电镀腔11内旋转。

具体地，第一旋转驱动装置60包括驱动源61、主动齿轮62、从动齿轮63以及旋转盘64；3个子镀头40均匀设置在旋转盘64上，驱动源61连接主动齿轮62，主动齿轮62啮合从动齿轮63，从动齿轮63套设于旋转盘64的外周。

当驱动源61驱动主动齿轮62旋转，主动齿轮62带动与其啮合的从动齿轮63旋转，从动齿轮63再带动与其连接的旋转盘64旋转，旋转盘64带动其上设置的3个子镀头40以旋转盘64的轴线为中心而公转。

本实施例提供的电镀设备100，晶圆不仅可以在电镀头驱动装置50的驱动作用下在电镀腔11内移动，且可以在第一旋转驱动装置60的驱动作用下以旋转盘64的轴线为中心而公转，还可以以自身轴线为中心进行自转，由此进一步提升电镀液的对流和离子浓度扩散效果，提升电镀的均匀性。

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 (8)

1.一种电镀设备，其特征在于，包括电镀槽、电镀头单元以及电镀头驱动装置，所述电镀槽具有用于盛装电镀液的电镀腔，电镀头单元用于固定晶圆；

所述电镀头驱动装置包括机械手，机械手至少具有平移自由度，机械手的末端连接于电镀头单元并能够驱动电镀头单元在电镀腔内移动。

2.根据权利要求1所述的电镀设备，其特征在于，所述电镀头单元包括一个或多个子镀头，各个子镀头均可用于夹持一片晶圆。

3.根据权利要求1所述的电镀设备，其特征在于，所述电镀设备还包括第一旋转驱动装置，所述第一旋转驱动装置能够驱动电镀头单元在电镀腔内旋转。

4.根据权利要求3所述的电镀设备，其特征在于，所述电镀头单元包括一个或多个子镀头；所述第一旋转驱动装置包括驱动源、主动齿轮、从动齿轮以及旋转盘；

各个所述子镀头均与旋转盘连接，驱动源连接主动齿轮，主动齿轮啮合从动齿轮，从动齿轮连接旋转盘。

5.根据权利要求4所述的电镀设备，其特征在于，所述子镀头均匀设置在旋转盘上，从动齿轮套设于旋转盘外周。

6.根据权利要求2所述的电镀设备，其特征在于，所述子镀头包括第二旋转驱动装置和晶圆夹持件，所述晶圆夹持件用于夹持晶圆，晶圆夹持件能够在第二旋转驱动装置的驱动下，带动晶圆绕晶圆轴线自转。

7.根据权利要求6所述的电镀设备，其特征在于，各个所述子镀头均包括独立控制的第二旋转驱动装置。

8.根据权利要求7所述的电镀设备，其特征在于，所述第二旋转驱动装置包括定子组件及转子组件，所述转子组件能够相对定子组件转动，转子组件连接于晶圆夹持件。

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