CN219157014U - 一种晶圆电镀机腔体结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电解镀覆用电解槽的结构件领域，公开了一种晶圆电镀机腔体结构，包括，腔室主体，至少一部分被构造为用于卡合待电镀晶圆的搭载口；喷头，包括喷头主体，设置在腔室主体内用于对设置在搭载口上的待电镀晶圆喷射电镀液；旋转驱动组件，用于驱动喷头的喷头主体进行旋转；喷头还包括喷头底座，喷头主体卡合至喷头底座，喷头主体和喷头底座的轴心线共线，喷头主体能够做相对喷头底座的旋转运动。本装置采用旋转喷头喷射电镀液接触晶圆，喷头旋转后喷射出的电镀液会均匀接触晶圆，从而在晶圆表面形成厚度均匀的镀层，优化了传统的叶片搅拌导致的电镀液流向不均匀的现象。

Description

一种晶圆电镀机腔体结构

技术领域

本实用新型涉及电解镀覆用电解槽的结构件技术领域，尤其涉及一种晶圆电镀机腔体结构。

背景技术

晶圆电镀的基本原理是将晶圆和所要电镀的固体金属一起放入电镀液中，电镀液含有所要电镀的金属离子，晶圆作为电镀阴极，固体金属作为电镀的阳极。金属离子在晶圆(电镀阴极)获得电子，转变为金属沉积于晶圆表面，形成电镀层，从而在晶圆表面添加可做电极的金属层。而电镀层具有接触电阻低、导电性能好、可焊性好、耐腐蚀性强等优点，因而在集成电路制造中有着广泛的应用。目前晶圆电镀多为浸泡式，为了使晶圆充分接触至电镀液中的金属离子需要采用叶片搅拌电镀液，但是经叶片搅拌后的电镀液会出现流向不均的现象从而导致镀层厚度分布不均匀。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种晶圆电镀机腔体结构，使其解决现有电镀过程中电解液流向不均导致镀层厚度分布不均匀的问题。

本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题：包括，腔室主体，至少一部分被构造为用于卡合待电镀晶圆的搭载口；喷头，设置在腔室主体内用于对设置在搭载口上的待电镀晶圆喷射电镀液；旋转驱动组件，用于驱动喷头的喷头主体进行旋转；喷头还包括喷头底座，喷头主体卡合至喷头底座，喷头主体和喷头底座的轴心线共线，喷头主体在旋转驱动组件的驱动下能够做相对喷头底座的旋转运动。本装置采用旋转喷头喷射电镀液接触晶圆，喷头旋转后喷射出的电镀液会均匀接触晶圆，从而在晶圆表面形成厚度均匀的镀层。优化了传统的叶片搅拌导致的电镀液流向不均匀的现象。

进一步，喷头还包括喷头盖，喷头盖连接至喷头主体，喷头盖周侧设置有啮合至旋转驱动组件的斜齿轮的齿轮，使得喷头盖在斜齿轮的驱动下旋转时能够带动喷头主体进行旋转。本装置中喷头的驱动点位设置在旋转时具有相对较长的力矩的喷头盖附近，使得旋转控制装置能够稳定地驱动喷头主体进行旋转。

进一步，喷头盖上设置有若干均匀或非均匀排列的喷头小孔，喷头小孔为螺旋结构。螺旋结构的喷头小孔能够不断改变电镀液的流动方向，配合处于旋转过程的喷头盖，使得从喷头小孔内喷射到晶圆表面的电镀液能够均匀地接触晶圆，利于形成厚度一致的镀层。

进一步，喷头还包括喷头底座，喷头底座一端连接至腔室主体的底板上，另一端与喷头主体卡合连接，喷头底座和喷头主体的连接处设置有垫圈。可通过调节垫圈的厚度改变喷头盖与晶圆之间的距离，从而改变电镀速率和镀层均匀性，其中，喷头盖距离晶圆越近，电镀速率和镀层均匀性越高。

进一步，喷头内设置有基于阳极支架进行支撑的网络阳极。将用于补充电镀液金属离子的网络阳极设置为网络状，增加反应时的接触面积以加快反应速率，从而及时地补充电镀液的金属离子，进一步地，加快整个电镀反应的速率。

进一步，腔室主体的侧板周侧设置有防泄槽。在腔室主体周侧设置有防泄槽以对外泄电镀液的回收和再利用，避免了电镀过程中产生的浪费，提高资源利用率。

进一步，旋转驱动组件还包括转轴和马达，转轴基于侧板上的传动孔将设置在喷头盖周侧的斜齿轮连接至设置在腔室主体外的马达上。通过使用马达作为驱动装置，使得喷头主体旋转的速率可控，进一步地，通过调节喷头主体旋转速率和电镀液喷射时间对晶圆镀层的厚度和均匀性进行控制以形成不同要求的镀层

进一步，传动孔内设置有密封圈。本装置中在所有联通腔室主体内外环境的小孔内都设置有密封圈以防止电镀液渗漏。

本实用新型的有益效果：

1.本装置采用旋转喷头喷射电镀液接触晶圆，喷头旋转后喷射出的电镀液会均匀接触晶圆，从而在晶圆表面形成厚度均匀的镀层。避免了传统的叶片搅拌导致的电镀液流向不均匀的问题。值得说明的是，本装置不仅仅局限于晶圆电镀，还可应用与任意需要进行电镀的工艺流程。

2.螺旋结构的喷头小孔能够不断改变电镀液的流动方向，配合处于旋转过程的喷头盖，使得从喷头小孔内喷射到晶圆表面的电镀液能够均匀地接触晶圆，利于形成厚度一致的镀层。

3.可通过调节垫圈的厚度改变喷头盖与晶圆之间的距离，从而改变电镀速率和镀层均匀性，其中，喷头盖距离晶圆越近，电镀速率和镀层均匀性越高。

4.将用于补充电镀液金属离子的网络阳极设置为网络状，增加反应时的接触面积以加快反应速率，从而及时地补充电镀液的金属离子，进一步地，加快整个电镀反应的速率。

5.本申请的腔室主体较现有的电镀腔的体积更小，可排列更多腔体对多个待电镀装置进行电镀，通过单独控制电镀电流最终实现增加生产产量和优化电镀结果。

附图说明

图1是本实用新型晶圆电镀机腔体结构的结构示意图；

图2是本实用新型晶圆电镀机腔体结构的结构示意图；

图3是本实用新型晶圆电镀机腔体结构的A处放大示意图；

图4是本实用新型晶圆电镀机腔体结构的搭载口位置示意图；

其中，

100：腔室主体；110：搭载口；111：阴极环；112：第一阴极密封环；113：第二阴极密封环；114：阴极电源；115：限位块；120：侧板；121：防泄槽；122：传动孔；123：阳极电源；124：阳极连接条；125：阳极支架；1251：立柱；1252：横柱；1253：通道；126：阳极连接孔；1261：密封圈；127：网络阳极；130：底板；131：进液口；132：出液口；200：喷头；210：喷头主体；220：喷头底座；230：垫圈；240：喷头盖；241：喷头小孔；250：液体通道；300：旋转驱动组件；310：转轴；320：斜齿轮；330：马达；340：马达支架。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容了解本实用新型的优点和功效。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制，为了更好地说明本实用新型的实施例，图中某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件，在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述用语的具体含义。

如图1所示，本实用新型的晶圆电镀机腔体结构包括：腔室主体100，至少一部分被构造为用于搭载待电镀晶圆的搭载口110；喷头200：用于对设置在搭载口110上的待电镀晶圆喷射电镀液；旋转驱动组件300：用于驱动喷头200的喷头主体210进行旋转。喷头主体210在旋转驱动组件300的驱动下进行旋转以使得喷出的电镀液均匀接触设置在搭载口110上的晶圆。

可选地，结合附图1和附图2，腔室主体100为中空无盖柱状结构。为便于描述，将腔室主体100分为搭载口110、侧板120和底板130。搭载口110为腔室主体100的无盖部分。如图4，搭载口110上放置有用于导电连接至待电镀晶圆的阴极环111。阴极环111可以是至少一部分对应喷头主体210的空心结构，使得喷头主体210喷出的电镀液能够接触到搭载待电镀晶圆的表面。阴极环111竖直方向上的两个侧面分别设置有第一阴极密封环112和第二阴极密封环113。第一阴极密封环112和第二阴极密封环113的形状配合阴极环111设置，其中第一阴极密封环112的形状和大小与阴极环111保持一致，第二阴极密封环113的空心结构大于阴极环111使得阴极环111的上表面至少一部分裸露至能够和待电镀晶圆导电连接。待电镀晶圆能够通过第一阴极密封环112和阴极环111形成的台阶结构设置在搭载口110。使用时电镀圆晶能够卡合在台阶内以防止电镀液从搭载口110涌出。阴极环111通过设置在阴极环111周侧的阴极电源114为待电镀晶圆提供电子。第二阴极密封环113一面与阴极环111连接，另一端与腔室主体100连接。第二阴极密封环113相对于阴极环的一侧对应喷头主体210部分设置有限位块115。限位块115用于限制喷头主体210和阴极环111之间的距离以防止喷头主体210在旋转过程中接触到待电镀晶圆。第一阴极密封环112、阴极环111和第二阴极密封环113通过螺栓连接至腔室主体100对应搭载口110的端面。

可选地，侧板120周侧靠近底板位置设置有防泄槽121。防泄槽121呈环装设置在整个腔室主体100周侧，用于收集从搭载口110流出的电镀液，已达到对外泄电镀液的有效回收。侧板120周侧设置有贯穿至腔室主体100内的传动孔122。传动孔122用于设置旋转驱动组件300的转轴310。侧板120周侧设置还设置有阳极电源123。阳极电源123通过阳极连接条124与设置在腔室主体100内的阳极支架125导电连接。侧板120对应阳极支架125位置设置有阳极连接孔126。阳极连接孔126贯穿侧板120用于阳极支架125与阳极电源123导电连接。阳极连接孔126孔内设置有密封圈1261以提高装置的密封性。阳极连接条124一部分设置在侧板120周侧，一部分穿过阳极连接孔126后导电连接至阳极支架125。阳极支架125整体为L形，可分为立柱1251和横柱1252。立柱1251用于支撑设置在其顶端的网络阳极127，横柱1252用于将立柱1251和阳极连接条124导电连接的同时支撑立柱1251保持竖直状态。横柱1252通过若干紧固螺母设置在腔室主体100内的底板130上。优选地，立柱1251和横柱1252可一体式生成。优选地，阳极支架125采用钯金制成。网络阳极127基于螺栓设置在立柱1251的顶部。网络阳极127的材料可以是电镀液中的金属离子的金属单质以使得在电镀过程中为电镀液补充金属离子。优选地，通过改变阳极电源123的输出量能够改变电镀液的电流密度。立柱1251和网络阳极127内对应设置有供电镀液流动的通道1253以减少立柱1251对电镀液的流动阻碍。网络阳极127设置为网状以增加和电镀液的接触面积。

可选地，底板130沿平行于轴向方向设置有至少两个将腔室主体100内部与外部联通的小口：进液口131和出液口132，分别用于电镀液的流入和流出，其中进液口131位置对应立柱1251所在设置，使得电镀液流动时可以穿过通孔1253和立柱1251。

可选地，旋转驱动组件300除上述提到的转轴310外，还包括斜齿轮320、马达330和马达支架340。斜齿轮320设置在腔室主体100内，通过穿过传动孔122的转轴310与设置在腔室主体100外的马达330连接。优选地，本申请中的马达330为伺服马达。马达330通过马达支架340设在腔室主体100外对应传动孔122位置。斜齿轮320能够在马达330的驱动下进行旋转。

可选地，喷头200还包括喷头底座220、垫圈230和喷头盖240。喷头200整体为套设在立柱1251和网络阳极127上的喇叭结构。喷头主体210和喷头底座220内设置有与进液口131联通的液体通道250。喷头主体210卡合在喷头底座220上，喷头主体210能够做相对于喷头底座220的旋转运动。喷头主体210靠近网络阳极127的开口连接有喷头盖240，且开口对应搭载口110设置。喷头盖240的形状配合能够卡合至喷头主体210设置。喷头盖240上设置有若干均匀或非均匀排列的喷头小孔241。喷头小孔241优选地为螺旋结构，以使得喷头主体210旋转后喷出的电镀液能够均匀地接触晶圆。喷头盖240通过螺栓连接至喷头主体210。喷头盖240周侧设置有啮合至斜齿轮320的齿轮，使得喷头盖240和喷头主体210能够在斜齿轮320旋转时以喷头主体210的轴为转向轴进行旋转。喷头主体210与喷头底座220连接处设置有垫圈230。垫圈230用于改变喷头主体210相对于喷头底座220的高度。优选地，垫圈230为经过精磨的PFA材质环。通过改变垫圈230的厚度能够调节喷头主体210相对于网络阳极127的距离，进一步地，能够调节喷头盖240与搭载口110之间的距离。喷头底座220通过紧固螺栓设置在底板130上。喷头底座220内的液体通道250对应进液口131设置，使得电镀液能够依次穿过进液口131、液体通道250和喷头小孔241后喷射到设置在搭载口110上的晶圆，其中，部分电解液依次通过进液口131、通道1253和喷头小孔241到达搭载口110。

本实用新型的使用方法如下：在搭载口110设置待电镀晶圆，打开外接循环泵将电镀液从进液口131冲入喷头200内，启动马达330使其带动喷头主体210和喷头盖240旋转。待电镀液冲刷待电镀晶圆一段时间将待电镀晶圆表面的气泡排净后接通阴极电源114和阳极电源123开始对待电镀晶圆进行电镀。阴极电源114、待电镀晶圆、电镀液、网络阳极127、阳极支架125、阳极连接条124和阳极电源123之间依次导电连接完成闭环。从喷头盖240的喷头小孔241喷出至待电镀晶圆上的电镀液从喷头盖240周侧落入腔室主体100内部，并从底板130上的出液口132流出回到循环泵。部分从搭载口110涌出的电镀液会顺着侧板120周侧滑入防泄槽进行收集后回到循环泵，避免了电镀液外排后不能有效回收的问题。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (7)

1.一种晶圆电镀机腔体结构，其特征在于，包括：

腔室主体(100)，至少一部分被构造为用于卡合待电镀晶圆的搭载口(110)；

喷头(200)，包括喷头主体(210)，设置在所述腔室主体(100)内用于对设置在所述搭载口(110)上的待电镀晶圆喷射电镀液；

旋转驱动组件(300)，用于驱动所述喷头(200)的喷头主体(210)进行旋转；

所述喷头(200)还包括喷头底座(220)，所述喷头主体(210)卡合至所述喷头底座(220)，所述喷头主体(210)和所述喷头底座(220)的轴心线共线，所述喷头主体(210)能够做相对所述喷头底座(220)的旋转运动，

所述喷头(200)还包括喷头盖(240)，所述喷头盖(240)连接至所述喷头主体(210)，所述旋转驱动组件(300)包括斜齿轮(320)，所述喷头盖(240)周侧设置有啮合至所述斜齿轮(320)的齿轮，所述喷头盖(240)在所述斜齿轮(320)的驱动下旋转时能够带动所述喷头主体(210)进行旋转。

2.根据权利要求1所述的晶圆电镀机腔体结构，其特征在于：所述喷头盖(240)上设置有若干均匀或非均匀排列的喷头小孔(241)，所述喷头小孔(241)为螺旋结构。

3.根据权利要求2所述的晶圆电镀机腔体结构，其特征在于：所述喷头(200)还包括喷头底座(220)，所述喷头底座(220)一端连接至所述腔室主体(100)的底板上，另一端与所述喷头主体(210)卡合连接，所述喷头底座(220)和所述喷头主体(210)的连接处设置有垫圈(230)。

4.根据权利要求3所述的晶圆电镀机腔体结构，其特征在于：所述喷头(200)内设置有基于阳极支架(125)进行支撑的网络阳极(127)。

5.根据权利要求4所述的晶圆电镀机腔体结构，其特征在于：所述腔室主体(100)的侧板(120)周侧设置有防泄槽(121)。

6.根据权利要求5所述的晶圆电镀机腔体结构，其特征在于：所述旋转驱动组件(300)还包括转轴(310)和马达(330)，所述转轴(310)基于所述侧板(120)上的传动孔(122)将设置在所述喷头盖(240)周侧的所述斜齿轮(320)连接至设置在所述腔室主体(100)外的所述马达(330)上。

7.根据权利要求6所述的晶圆电镀机腔体结构，其特征在于，所述传动孔(122)内设置有密封圈。

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