CN220597684U - 晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及的晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统，其包括脱气单元、循环管路、排气单元，其中脱气单元包括脱气腔体、设置在脱气腔体内部并用于分离化学药液中气体的脱气部件；循环管路包括分别自一端连接在脱气腔体的进液口和出液口的进液管路和出液管路，其中进液管路和出液管路的另一端连通电镀池；排气单元包括排气室、连通排气室与脱气腔体的排气口的排气管路。本实用新型一方面通过化学药液在电镀与脱气之间循环流动，实现化学药液始终处于脱气状态，脱气效果好，有效降低气泡吸附于晶圆表面的概率，并提升电镀品质；另一方面，自化学药液中脱离的气体能够集中至排气室排出，从而避免污染车间空间，降低对工作人员健康的危害。

Description

晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统

技术领域

本实用新型属于半导体设备领域，具体涉及一种晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统。

背景技术

晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅。高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种，然后慢慢拉出，形成圆柱形的单晶硅。硅晶棒在经过研磨，抛光，切片后，形成硅晶圆片。进一步地，在对晶圆的先进封装技术中，重要工艺流程包括：涂胶—曝光—显影—烘烤—电镀—去胶—清洗，即先在晶圆上涂覆一层光刻胶，光刻胶经过曝光发生化学反应，然后通过显影将所需要的细微图形从掩模版转移至晶圆上，最后运用电化学反应，在晶圆的金属介质层上镀出所需金属，构成金属导线。

目前，晶圆电镀是将晶圆置于化学药液中，将电压负极施加到晶圆上预先制作好的薄金属层，将电压正极施加到可溶解或不可溶解的阳极上，通过电场作用使化学药液中的金属离子沉积到晶圆表面。但是，在晶圆的电镀过程中，化学药液中会产生气泡，气泡在晶圆表面形成真空阻断电路，不仅在气泡区域无法形成电镀层，造成电镀面积不稳定，而且在电镀区域形成的电镀层厚度不均匀，最终导致晶圆电镀产品不合格而废弃，因此，现有的处理方式是在电镀池中靠近晶圆的位置设置搅拌板，电镀时，在搅拌板的上下往复运动中将化学药液中的气泡打碎并排出电镀池。

然而，在实际生产过程中，搅拌板在化学药液中往复运动容易产生紊流，无法精准控制所有气泡均能够向上排出化学药液，脱气效果差，存在有部分气泡吸附于晶圆表面的概率，影响电镀品质；同时，直接排出的气泡容易污染车间空气，对工作人员健康造成威胁。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统。

为解决以上技术问题，本实用新型采取如下技术方案：

一种晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统，其包括脱气单元、循环管路、排气单元，其中脱气单元包括脱气腔体、设置在脱气腔体内部并用于分离化学药液中气体的脱气部件；循环管路包括分别自一端连接在脱气腔体的进液口和出液口的进液管路和出液管路，其中进液管路和出液管路的另一端连通电镀池，化学药液在电镀池、进液管路、脱气腔体以及出液管路之间循环流动；排气单元包括排气室、连通排气室与脱气腔体的排气口的排气管路，脱气腔体内自化学药液中分离出的气体通过排气管路排入排气室。

优选地，脱气腔体有多个，且通过管路依次串接设置，进液管路和出液管路分别连接在首尾两个脱气腔体上。在此，化学药液在一次循环中实现多次脱气，有效增加脱气量，提升脱气效率，显著降低化学药液中存在气体的概率。

优选地，排气管路包括多根排气支管，且多根排气支管与多个脱气腔体一一对应连通。

优选地，排气单元还包括气液分离腔体、连通气液分离腔体与电镀池的回流管路，多根排气支管与气液分离腔体相连通；排气管路还包括连接在气液分离腔体和排气室之间的排气主管，自脱气腔体通过多根排气支管排出的气液混合物在气液分离腔体内分离为气体和液体，其中气体通过排气主管进入排气室，液体通过回流管路回流至电镀池。在此，在实际脱气过程中，难免会有少量液体被气体带出，因此，通过气液分离，实现化学药液的回收，降低化学药液的损耗，保证化学药液中离子浓度的稳定，从而提升电镀质量。

具体的，气液分离腔体水平延伸设置，其中多根排气支管连接在气液分离腔体的顶部，回流管路和排气主管分别连接在气液分离腔体的两端。在此，避免排气过程中液体与气体再次混合。

进一步的，在气液分离腔体延伸方向的正投影中，回流管路在气液分离腔体上的接口低于排气主管在气液分离腔体上的接口。在此，有效提升气液分离效果。

优选地，脱气部件包括自一端与排气口相连通的中空纤维膜；脱气腔体上还设有进气口，中空纤维膜自另一端与进气口连通；脱气单元还包括用于输出压缩空气的供气部件、连接供气部件与进气口的供气管路，压缩空气自供气部件依次经过进气口、中空纤维膜、排气口、排气管路、排气室，脱气腔体内的化学药液中的气体同步渗入中空纤维膜并自排气口排出。在此，利用化学药液与中空纤维管中的气体浓度差实现气体与化学药液有效分离，结构简单，实施成本低，且脱气效果好。

具体的，中空纤维膜有多根，并绕着脱气腔体的中心线圆周阵列分布。在此，增加中空纤维膜与化学药液的接触，提升脱气效果。

优选地，脱气腔体呈圆柱状，进气口和排气口分别靠近脱气腔体的两端设置，且进液口和出液口位于脱气腔体两端的中心。

具体的，脱气部件还包括连接在进液口和出液口之间的导流件，其中导流件包括与进液口相连接的第一管体、与出液口相连接的第二管体、拦截设置在第一管体和第二管体之间的挡板，其中第一管体和第二管体上分别形成有多个通孔，挡板自边缘与脱气腔体的内壁隔开并形成导流间隙，化学药液自进液口依次经过第一管体、导流间隙、第二管体后自出液口排出。在此，化学药液在脱气腔体内能够迂回流动，延长化学药液与中空纤维膜的接触时间，提升脱气效果。

由于以上技术方案的实施，本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

现有的晶圆电镀中所采用的脱气方式，存在脱气效果差、直接排出的气体容易污染车间空气而影响工作人员健康的缺陷，而本申请对脱气系统的结构进行整体设计，并巧妙解决现有技术的各种不足。采取该脱气系统，在电镀过程中，电镀池内的化学药液自进液管路进入脱气腔体内，由脱气部件将化学药液中的气体分离出，且分离出的气体通过排气管路后集中自排气室排出，脱气后的化学药液通过出液管路循环流至电镀池。因此，与现有技术相比，本实用新型一方面通过化学药液在电镀与脱气之间循环流动，实现化学药液始终处于脱气状态，脱气效果好，有效降低气泡吸附于晶圆表面的概率，并提升电镀品质；另一方面，自化学药液中脱离的气体能够集中至排气室排出，从而避免污染车间空间，降低对工作人员健康的危害。

附图说明

下面结合附图和具体的实施例，对本实用新型做进一步详细的说明：

图1为本实用新型的晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统的结构示意图；

图2为图1中脱气单元的结构示意图(局部省略)；

附图中：1、脱气单元；10、脱气腔体；k 1、进液口；k2、出液口；k3、排气口；k4、进气口；q 1、进气腔；q2、脱气腔；q3、排气腔；11、脱气部件；110、中空纤维膜；111、导流件；a1、第一管体；a2、第二管体；k5、通孔；a3、挡板；x、导流间隙；12、供气部件；13、供气管路；

2、循环管路；20、进液管路；21、出液管路；

3、排气单元；30、排气室；31、排气管路；311、排气支管；312、排气主管；f、气动阀；g、气管；32、气液分离腔体；33、回流管路。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

如图1和图2所示，本实施例的晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统，其包括脱气单元1、循环管路2、排气单元3。

具体的，脱气单元1包括脱气腔体10、设置在脱气腔体10内部并用于分离化学药液中气体的脱气部件11、用于输出压缩空气的供气部件12、供气管路13；循环管路2包括分别自一端连接在脱气腔体10的进液口k 1和出液口k2的进液管路20和出液管路21，其中进液管路20和出液管路21的另一端连通电镀池，化学药液在电镀池、进液管路20、脱气腔体10以及出液管路21之间循环流动；排气单元3包括排气室30、连通排气室30与脱气腔体10的排气口k3的排气管路31，脱气腔体10内自化学药液中分离出的气体通过排气管路31排入排气室30。

脱气腔体10有多个，且通过管路依次串接设置，进液管路20和出液管路21分别连接在首尾两个脱气腔体10上。在一些具体实施方式中，脱气腔体10设置三个，每个脱气腔体10为水平延伸的圆柱状，其中进液口k 1和出液口k2位于脱气腔体10两端的中心，且脱气腔体10的上侧靠近出液口k2的位置设有排气口k3。

同时，脱气腔体10内依次分隔为进气腔q 1、脱气腔q2以及排气腔q3，排气口k3与排气腔q3连通，脱气腔体10上还设有与进气腔q 1连通的进气口k4。

脱气部件11包括中空纤维膜110、导流件111，其中中空纤维膜110的一端与排气口k3相连通、另一端与进气口k4连通。在一些具体实施方式中，中空纤维膜110设置在脱气腔q2内且两端分别连接进气腔q 1和排气腔q3；同时，中空纤维膜110有多根，并绕着脱气腔体10的中心线圆周阵列分布。

导流件111连接在进液口k 1和出液口k2之间，导流件111包括与进液口k 1相连接的第一管体a1、与出液口k2相连接的第二管体a2、拦截设置在第一管体a 1和第二管体a2之间的挡板a3，其中第一管体a1和第二管体a2上分别形成有多个通孔k5，挡板a3自边缘与脱气腔体10的内壁隔开并形成导流间隙x，化学药液自进液口k 1依次经过第一管体a1、导流间隙x、第二管体a2后自出液口k2排出。

供气管路13有三根并对应连接供气部件12与每个脱气腔体10上的进气口k4，压缩空气自供气部件12依次经过进气口k4、中空纤维膜110、排气口k3、排气管路31、排气室30，脱气腔体10内的化学药液中的气体同步渗入中空纤维膜110并自排气口k3排出。

本例中，排气室30可以是车间的集中排气室；排气管路31包括三根排气支管311，且三根排气支管311与三个脱气腔体10一一对应连通；同时，每根供气管路13和每根排气支管311上分别设有气动阀f，且通过气管g连接以实施气动阀f同步开启和关闭。

为了进一步实现脱气后化学药液的回收，排气单元3还包括气液分离腔体32、连通气液分离腔体32与电镀池的回流管路33，三根排气支管311与气液分离腔体32相连通；排气管路31还包括连接在气液分离腔体32和排气室30之间的排气主管312，自脱气腔体10通过三根排气支管311排出的气液混合物在气液分离腔体32内分离为气体和液体，其中气体通过排气主管312进入排气室30，液体通过回流管路33回流至电镀池。

具体的，气液分离腔体32水平延伸设置，其中三根排气支管311连接在气液分离腔体32的顶部，回流管路33和排气主管312分别连接在气液分离腔体32的两端。在气液分离腔体32延伸方向的正投影中，回流管路33在气液分离腔体32上的接口低于排气主管312在气液分离腔体32上的接口。

综上，采取该脱气系统，在电镀过程中，电镀池内的化学药液自进液管路进入脱气腔体内，由脱气部件将化学药液中的气体分离出，且分离出的气体通过排气管路后集中自排气室排出，脱气后的化学药液通过出液管路循环流至电镀池。因此，与现有技术相比，本实用新型一方面通过化学药液在电镀与脱气之间循环流动，实现化学药液始终处于脱气状态，脱气效果好，有效降低气泡吸附于晶圆表面的概率，并提升电镀品质；另一方面，自化学药液中脱离的气体能够集中至排气室排出，从而避免污染车间空间，降低对工作人员健康的危害；第三方面，化学药液在一次循环中实现多次脱气，有效增加脱气量，提升脱气效率，显著降低化学药液中存在气体的概率；第四方面，通过气液分离，实现化学药液的回收，降低化学药液的损耗，保证化学药液中离子浓度的稳定，从而提升电镀质量；第五方面，利用化学药液与中空纤维管中的气体浓度差实现气体与化学药液有效分离，结构简单，实施成本低，且脱气效果好，同时化学药液在脱气腔体内能够迂回流动，延长化学药液与中空纤维膜的接触时间，提升脱气效果。

以上对本实用新型做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统，其特征在于：其包括脱气单元、循环管路、排气单元，其中所述脱气单元包括脱气腔体、设置在所述脱气腔体内部并用于分离化学药液中气体的脱气部件；所述循环管路包括分别自一端连接在所述脱气腔体的进液口和出液口的进液管路和出液管路，其中所述进液管路和出液管路的另一端连通电镀池，化学药液在所述电镀池、进液管路、脱气腔体以及出液管路之间循环流动；所述排气单元包括排气室、连通所述排气室与所述脱气腔体的排气口的排气管路，所述脱气腔体内自化学药液中分离出的气体通过所述排气管路排入所述排气室。

2.根据权利要求1所述的晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统，其特征在于：所述脱气腔体有多个，且通过管路依次串接设置，所述进液管路和出液管路分别连接在首尾两个所述脱气腔体上。

3.根据权利要求2所述的晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统，其特征在于：所述排气管路包括多根排气支管，且多根所述排气支管与多个所述脱气腔体一一对应连通。

4.根据权利要求3所述的晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统，其特征在于：所述排气单元还包括气液分离腔体、连通所述气液分离腔体与电镀池的回流管路，所述多根排气支管与所述气液分离腔体相连通；所述排气管路还包括连接在所述气液分离腔体和排气室之间的排气主管，自所述脱气腔体通过所述多根排气支管排出的气液混合物在所述气液分离腔体内分离为气体和液体，其中气体通过所述排气主管进入所述排气室，液体通过所述回流管路回流至电镀池。

5.根据权利要求4所述的晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统，其特征在于：所述气液分离腔体水平延伸设置，其中所述多根排气支管连接在所述气液分离腔体的顶部，所述回流管路和所述排气主管分别连接在所述气液分离腔体的两端。

6.根据权利要求5所述的晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统，其特征在于：在所述气液分离腔体延伸方向的正投影中，所述回流管路在所述气液分离腔体上的接口低于所述排气主管在所述气液分离腔体上的接口。

7.根据权利要求1所述的晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统，其特征在于：所述脱气部件包括自一端与所述排气口相连通的中空纤维膜；所述脱气腔体上还设有进气口，所述中空纤维膜自另一端与所述进气口连通；所述脱气单元还包括用于输出压缩空气的供气部件、连接所述供气部件与所述进气口的供气管路，压缩空气自所述供气部件依次经过所述进气口、中空纤维膜、排气口、排气管路、排气室，所述脱气腔体内的化学药液中的气体同步渗入所述中空纤维膜并自所述排气口排出。

8.根据权利要求7所述的晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统，其特征在于：所述中空纤维膜有多根，并绕着所述脱气腔体的中心线圆周阵列分布。

9.根据权利要求7所述的晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统，其特征在于：所述脱气腔体呈圆柱状，所述进气口和排气口分别靠近所述脱气腔体的两端设置，且所述进液口和出液口位于所述脱气腔体两端的中心。

10.根据权利要求9所述的晶圆电镀用的化学药液循环脱气系统，其特征在于：所述脱气部件还包括连接在所述进液口和出液口之间的导流件，其中所述导流件包括与所述进液口相连接的第一管体、与所述出液口相连接的第二管体、拦截设置在所述第一管体和第二管体之间的挡板，其中所述第一管体和第二管体上分别形成有多个通孔，所述挡板自边缘与所述脱气腔体的内壁隔开并形成导流间隙，化学药液自所述进液口依次经过所述第一管体、导流间隙、第二管体后自所述出液口排出。