TWM517745U - 金屬沉積設備及其攪拌裝置 - Google Patents

Description

金屬沉積設備及其攪拌裝置

本新型創作是有關於一種金屬沉積設備，且特別是有關於一種電鍍設備。

應用電化學沉積技術的電鍍設備陽極垂直立於電鍍槽內的一側，而載具將待鍍工件垂直立於電鍍槽內的另一側，其中待鍍工件可連接至陰極，另需藉由攪拌裝置來提高電鍍液的流動。已知一種往復式攪拌裝置具有柵狀的攪拌件，其在鄰近工件表面的位置作往復運動，以增加工件表面之電鍍液的流動。然而，此往復式攪拌裝置於圓形被鍍物(如晶圓)上，容易發生於工件邊緣的非對稱攪拌，影響電鍍結果。此外，另一種旋轉式攪拌裝置的攪拌件沿著中心轉軸在鄰近工件表面的位置旋轉，以增加工件表面之電鍍液的流動。然而，此旋轉式攪拌裝置的攪拌件採對稱結構，因此旋轉時易於產生旋轉慣性流，使電鍍液於圓形被鍍物中央與邊緣形成流速差異，亦會影響電鍍均勻度。

本新型創作提供一種金屬沉積設備，藉由攪拌裝置來攪拌電鍍液並消除旋轉慣性流，對電鍍液提供於被鍍物中央與邊緣均勻的攪拌效果，獲得良好的電鍍效果。

本新型創作提供一種金屬沉積設備，其中攪拌裝置可採用無軸式旋轉攪拌件，以避免形成電場遮蔽，提高電鍍均勻度。

本新型創作的金屬沉積設備包括一電鍍槽、一陽極、一載具、一攪拌裝置。電鍍槽用以盛裝一電鍍液。陽極與載具配置於電鍍槽內，且載具用以承載一待鍍工件，並使待鍍工件面向陽極。

所述攪拌裝置包括一攪拌件以及一傳動機構。攪拌件配置於待鍍工件與金屬沉積設備的陽極之間。此外，攪拌件適於繞著一旋轉軸線旋轉，以攪拌待鍍工件與陽極之間的電鍍液，且攪拌件相對於旋轉軸線為非對稱結構。傳動機構耦接攪拌件，用以帶動攪拌件繞著旋轉軸線旋轉。

在一實施例中，前述傳動機構包括一傳動輪組以及一動力源。傳動輪組包含一環狀輪、一惰輪、一動力輪。環狀輪環繞並固定於攪拌件，且環狀輪的軸線與旋轉軸線重合。惰輪配置於環狀輪外，且分別與動力輪和環狀輪相互耦合，動力源驅動動力輪，並藉由惰輪驅動環狀輪繞旋轉軸線旋轉。

在一實施例中，前述傳動輪組係包括螺旋齒輪組、蝸桿蝸輪組或斜齒輪組。

在一實施例中，前述金屬沉積設備更包括多個滾輪，其設置於環狀輪外並且承靠環狀輪。

在一實施例中，前述攪拌件包括一環形部以及多個槳葉。環形部連接環狀輪的一內側面。所述多個槳葉位於環形部內並且連接於環形部。

在一實施例中，前述多個槳葉構成一網格狀圖案。

在一實施例中，前述攪拌件更包括一偏心部，其偏離旋轉軸線，且前述多個槳葉連接於偏心部與環形部之間。

在一實施例中，前述多個槳葉由偏心部延伸至環形部而呈放射狀配置。

在一實施例中，前述攪拌件為一無軸式(shaftless)旋轉攪拌件。

在一實施例中，前述攪拌件適於繞著旋轉軸線在一旋轉面上旋轉。各槳葉具有面向載具的一側緣，側緣具有一電鍍液導引面，且電鍍液導引面與旋轉面之間的一夾角可為任意角度。

為讓本新型創作的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1 繪示依照本新型創作之一實施例的一種金屬沉積設備。如圖1 所示， 本實施例的金屬沉積設備100 架設於機座(frame)102上，其具有電鍍槽110，且電鍍槽110 內盛裝電鍍液112(未繪示)。在此，電鍍液112 例如是硫酸銅、硫酸鎳等常見用於電化學沉積製程的具有電解性質的溶液。電鍍槽110 內設置有陽極120、載具130 以及攪拌裝置140。載具130承載待鍍工件132，例如半導體晶圓或其他適用的物件，其中待鍍工件132面向陽極120，且待鍍工件132可藉由載具130或其他可能的方式連接至陰極(未繪示)。另外，機座(frame)102 還可能具有清洗槽104或是其他配管、電源裝置、控制裝置等已知可能設置的元件，於此不再贅述。

以一般常見的電化學沉積製程為例，當電源裝置連接陽極120與位於陰極的待鍍工件132時，電鍍液112內解離的金屬離子(如銅、鎳等)便會還原成金屬原子而沉積在待鍍工件132表面上，以在待鍍工件132的表面上形成金屬薄膜。此外，為了提高電鍍液112的流動，本實施例在陽極120與待鍍工件132之間配置攪拌裝置140，用以攪拌電鍍液，提高電鍍效果。

下文進一步說明攪拌裝置140的具體結構。圖2A與2B分別繪示本實施例之攪拌裝置140的立體圖與爆炸圖。在本實施例中，攪拌裝置140包括攪拌件142以及傳動機構144，其中傳動機構144耦接攪拌件142，用以帶動攪拌件142繞著旋轉軸線X1旋轉。並且，攪拌件142相對於旋轉軸線X1為非對稱結構。藉此，當攪拌件142繞著旋轉軸線X1旋轉時，產生暫時的慣性與非對稱流場，並且藉由傳動機構施以攪拌件間歇往復運動來消除旋轉慣性流場，逐步地完成對被鍍物整周循環的攪拌過程，產生均化非對稱流場效果，以達到將流場均勻化的目地，並有助於提升電鍍均勻度。

更具體而言，如圖2A與2B所示，本實施例的攪拌件142包括環形部142a、多個槳葉142b以及偏心部142c。旋轉軸心X1通過環形部142a的中心，而偏心部142c偏離旋轉軸線X1。所述多個槳葉142b位於環形部142a內，並且連接於環形部142a與偏心部142c之間，而呈放射狀配置。本實施例的槳葉142例如為弧形槳葉。

當然，本實施例的攪拌件142還可在合理的範圍內被其他任何可能的非對稱設計所取代。舉例而言，圖3~6分別繪示依照本新型創作其他實施例的幾種具有非對稱結構的攪拌件。

圖3所示的攪拌件300包括環形部310、多個槳葉320以及偏心部330。旋轉軸心X1通過環形部310的中心，而偏心部330偏離旋轉軸線X1。所述多個槳葉320位於環形部310內，並且連接於環形部310與偏心部330之間，其中一部分的槳葉322為直條狀且呈放射狀配置，另一部分的槳葉324構成網格狀圖案。

圖4所示的攪拌件400包括環形部410以及多個槳葉420。旋轉軸心X1通過環形部410的中心。各槳葉420為弧形，且所述多個槳葉420在環形部410內構成網格狀圖案。

圖5所示的攪拌件500包括環形部510以及多個槳葉520。旋轉軸心X1通過環形部510的中心。各槳葉520為直條狀，且所述多個槳葉520在環形部510內構成網格狀圖案。

圖6所示的攪拌件600包括環形部610以及多個槳葉620。旋轉軸心X1通過環形部610的中心。各槳葉620具有曲折部622而呈曲折狀，且所述多個槳葉620在環形部610內構成網格狀圖案。

承上述，本新型創作在維持非對稱結構的前提下，並不限制攪拌件的具體構造。例如，前述多個實施例的環形部除了為圓形之外，還可以是其他形狀，或甚至被省略。此外，本領域的技術人員也可以視需求調整槳葉的形狀、數量與配置方式。

另一方面，請再參考圖2A與2B，本實施例的傳動機構144架設於機座102上，用以驅動攪拌件142繞著旋轉軸線X1旋轉。更具體而言，本實施例的傳動機構144包括環狀輪(如環狀螺旋齒輪)144a以及惰輪(如螺旋齒輪惰輪)144b，其中攪拌件142固定於環狀輪144a上。換言之，攪拌件142的環形部142a連接環狀輪144a的內側面，且環狀輪144a的軸線與攪拌件142的旋轉軸線X1重合。惰輪144b配置於環狀輪144a外，且與環狀輪144a相互耦合。

在本實施例中，傳動機構144還包括動力輪(如動力螺旋齒輪)144c以及作為動力源144d的馬達。動力輪144c耦接於惰輪144b與馬達144d之間，以經由動力輪144c與惰輪144b驅動環狀輪144a繞旋轉軸線X1旋轉。此外，本實施例更在環狀輪144a外設置多個滾輪146，使其承靠環狀輪144a的周圍，以在環狀輪144a運動時穩定其位置。

藉由前述設計，本實施例可以實現無軸式(shaftless)的旋轉機制。更具體而言，攪拌件142為無軸式旋轉攪拌件，無須藉由實體轉軸來驅動，而是藉由攪拌件142外部的傳動機構來帶動攪拌件142旋轉。藉此，可以有效避免實體轉軸造成電場遮蔽問題，提高電鍍均勻度。

當然，前述傳動機構144的設計僅是舉例之用。相關技術領域中具有通常知識者當可參酌本申請的揭露內容結合現有技術來調整或置換前述環狀輪、惰輪或動力輪的型態、位置、數量或連接關係等。在其他未示的實施例中，傳動機構144可能是螺旋齒輪組、蝸桿蝸輪組或斜齒輪組等可實現相同或類似功能的設計。

圖7為圖2A之攪拌件142的槳葉142b與待鍍工件132的局部剖面圖。由於待鍍工件132表面可能存在溝槽、凹陷等具有較高之深寬比的結構132a，為了使電鍍液112有效進入這些結構132a，並且確保或加速電鍍液112在這些結構132a內的更替，本實施例對待鍍工件132的結構進行了設計。

如圖7所示，攪拌件142繞著旋轉軸線X1在旋轉面S1上旋轉，其中各槳葉142b具有面向載具130的側緣148。本實施例在側緣148形成電鍍液導引面S2，其例如是斜面或曲面，且電鍍液導引面S2與旋轉面S1之間的夾角小於90度。在此，夾角θ的大小可以視需求調整。當槳葉142b沿著行進方向D前進時，可藉由電鍍液導引面S2對電鍍液112施加朝向結構132a內部的推力，以使電鍍液112進入結構132a內部，並進行更替。

本實施例由於非對稱槳葉結構，相較於習知直線反復攪拌方式，可以達到電鍍液112由多個方向進入結構132a內部的效果，使得材料能充分被沉積在例如溝槽或凹陷的結構132a內，以形成具有良好之階梯覆蓋性的鍍膜。圖8A與8B分別為本實施例之攪拌件142之槳葉142b在待鍍工件132上運作的示意圖。具體而言，如圖8A所示，當槳葉142b-1在一時間點與待鍍工件132上的結構132a接觸時，電鍍液112(如圖7所示)沿著約略垂直於槳葉142b-1之切線的方向D1進入結構132a內。此外，如圖8B所示，當槳葉142b-2在另一時間點與待鍍工件132上的結構132a接觸時，電鍍液112(如圖7所示)沿著約略垂直於槳葉142b-2之切線的方向D2進入結構132a內。由於槳葉142b為非對稱結構，因此不同部分的槳葉142b與結構132a接觸的角度不同，達到電鍍液112(如圖7所示)由多個方向進入結構132a內部的效果。

反觀如圖9A與9B所示的採用已知柵狀攪拌件900來攪拌電鍍液的示意圖，其中直條形槳葉910在不同時間點與待鍍工件132上的結構132a接觸時，電鍍液都是沿著相同的方向D3進入結構132a內。換言之，電鍍液進入結構132a的方向恆定，容易產生電鍍液流動的死角，影響電鍍效果。

前述電鍍液導引面的設計可以應用於攪拌件的各個可能的部位，也可以適用於本新型創作其他各種類型的攪拌件，如圖3~6所示的攪拌件300~600，於此不再逐一贅述。

綜上所述，本新型創作的金屬沉積設備藉由非對稱的攪拌件的運動來消除旋轉慣性流與非對稱流，提高對電鍍液提供均勻的攪拌效果，同時，較習知直線反復攪拌方式提供多方向的電鍍液進入高深高比結構內部效果，可以使得材料能充分被沉積在例如溝槽或凹陷的結構內，以形成具有良好之階梯覆蓋性的鍍膜。

雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧金屬沉積設備
102‧‧‧機座
104‧‧‧清洗槽
110‧‧‧電鍍槽
112‧‧‧電鍍液
120‧‧‧陽極
130‧‧‧載具
132‧‧‧待鍍工件
132a‧‧‧具有較高之深寬比的結構
140‧‧‧攪拌裝置
142‧‧‧攪拌件
142a‧‧‧環形部
142b‧‧‧槳葉
142c‧‧‧偏心部
144‧‧‧傳動機構
144a‧‧‧環狀輪
144b‧‧‧惰輪
144c‧‧‧動力輪
144d‧‧‧動力源(馬達)
146‧‧‧滾輪
148‧‧‧槳葉的側緣
300‧‧‧攪拌件
310‧‧‧環形部
320、322、324‧‧‧槳葉
330‧‧‧偏心部
400‧‧‧攪拌件
410‧‧‧環形部
420‧‧‧槳葉
500‧‧‧攪拌件
510‧‧‧環形部
520‧‧‧槳葉
600‧‧‧攪拌件
610‧‧‧環形部
620‧‧‧槳葉
900‧‧‧柵狀攪拌件
910‧‧‧直條形槳葉
D‧‧‧行進方向
D1、D2、D3‧‧‧方向
S1‧‧‧旋轉面
S2‧‧‧電鍍液導引面
X1‧‧‧旋轉軸線
θ‧‧‧夾角

圖1 繪示依照本新型創作之一實施例的一種金屬沉積設備。 圖2A 與2B 分別繪示本實施例之攪拌裝置140 的立體圖與爆炸圖。 圖3~6 分別繪示依照本新型創作其他實施例的幾種具有非對稱結構的攪拌件。 圖7 為圖2A 之攪拌件的槳葉與被鍍工件的局部剖面圖。 圖8A 與8B 分別繪示圖2A 之攪拌件的槳葉在待鍍工件上運作的示意圖。 圖9A 與9B 為採用已知柵狀攪拌件來攪拌電鍍液的示意圖

140‧‧‧攪拌裝置

142‧‧‧攪拌件

142a‧‧‧環形部

142b‧‧‧槳葉

142c‧‧‧偏心部

144‧‧‧傳動機構

144a‧‧‧環狀輪

144b‧‧‧惰輪

144c‧‧‧動力輪

144d‧‧‧動力源(馬達)

146‧‧‧滾輪

X1‧‧‧旋轉軸線

Claims (20)

1. 一種金屬沉積設備，包括：一電鍍槽，用以盛裝一電鍍液；一陽極，配置於該電鍍槽內；一載具，配置於該電鍍槽內，用以承載一待鍍工件，使該待鍍工件面向該陽極；以及一攪拌裝置，包括：一攪拌件(stirring member)，配置於該陽極與該待鍍工件之間，該攪拌件適於繞著一旋轉軸線旋轉，以攪拌該電鍍液，且該攪拌件相對於該旋轉軸線為非對稱結構；以及一傳動機構，耦接該攪拌件，用以帶動該攪拌件繞著該旋轉軸線旋轉。
2. 如申請專利範圍第1項所述的金屬沉積設備，其中該傳動機構包括一傳動輪組以及一動力源，且該傳動輪組包括：一環狀輪，環繞並固定於該攪拌件，且該環狀輪的一軸線與該旋轉軸線重合；一動力輪，耦接該惰輪；以及一惰輪，配置於該環狀輪外，且分別與該動力輪以及該環狀輪相互耦合，該動力源驅動該動力輪，並藉由該惰輪驅動該環狀輪繞該旋轉軸線旋轉。
3. 如申請專利範圍第2項所述的金屬沉積設備，其中該傳動輪組包括螺旋齒輪組、蝸桿蝸輪組或斜齒輪組。
4. 如申請專利範圍第2項所述的金屬沉積設備，更包括：多個滾輪，設置於該環狀輪外並且承靠該環狀輪。
5. 如申請專利範圍第1項所述的金屬沉積設備，其中該攪拌件包括：一環形部，連接該環狀輪的一內側面；以及多個槳葉，位於該環形部內並且連接於該環形部。
6. 如申請專利範圍第5項所述的金屬沉積設備，其中該些槳葉構成一網格狀圖案。
7. 如申請專利範圍第5項所述的金屬沉積設備，其中該攪拌件更包括：一偏心部，偏離該旋轉軸線，且該些槳葉連接於該偏心部與該環形部之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述的金屬沉積設備，其中該些槳葉由該偏心部延伸至該環形部而呈放射狀配置。
9. 如申請專利範圍第5項所述的金屬沉積設備，其中該攪拌件為一無軸式(shaftless)旋轉攪拌件。
10. 如申請專利範圍第5項所述的金屬沉積設備，其中該攪拌件適於繞著該旋轉軸線在一旋轉面上旋轉，各該槳葉具有面向該載具的一側緣，該側緣具有一電鍍液導引面，且該電鍍液導引面與該旋轉面之間的一夾角小於90度。
11. 一種攪拌裝置，適用於一金屬沉積設備，且該攪拌裝置包括： 一攪拌件，配置於一待鍍工件與該金屬沉積設備的一陽極之間，該攪拌件適於繞著一旋轉軸線旋轉，以攪拌該待鍍工件與該陽極之間的一電鍍液，且該攪拌件相對於該旋轉軸線為非對稱結構；以及一傳動機構，耦接該攪拌件，用以帶動該攪拌件繞著該旋轉軸線旋轉。
12. 如申請專利範圍第11項所述的攪拌裝置，其中該傳動機構包括一傳動輪組以及一動力源，且該傳動輪組包括：一環狀輪，環繞並固定於該攪拌件，且該環狀輪的一軸線與該旋轉軸線重合；一動力輪，耦接該惰輪；以及一惰輪，配置於該環狀輪外，且分別與該動力輪以及該環狀輪相互耦合，該動力源驅動該動力輪，並藉由該惰輪驅動該環狀輪繞該旋轉軸線旋轉。
13. 如申請專利範圍第12項所述的攪拌裝置，其中該傳動輪組包括螺旋齒輪組、蝸桿蝸輪組或斜齒輪組。
14. 如申請專利範圍第12項所述的攪拌裝置，更包括：多個滾輪，設置於該環狀輪外並且承靠該環狀輪。
15. 如申請專利範圍第12項所述的攪拌裝置，其中該攪拌件包括：一環形部，連接該環狀輪的一內側面；以及多個槳葉，位於該環形部內並且連接於該環形部。
16. 如申請專利範圍第15項所述的攪拌裝置，其中該些槳葉構成一網格狀圖案。
17. 如申請專利範圍第15項所述的攪拌裝置，其中該攪拌件更包括：一偏心部，偏離該旋轉軸線，且該些槳葉連接於該偏心部與該環形部之間。
18. 如申請專利範圍第17項所述的攪拌裝置，其中該些槳葉由該偏心部延伸至該環形部而呈放射狀配置。
19. 如申請專利範圍第15項所述的攪拌裝置，其中該攪拌件為一無軸式旋轉攪拌件。
20. 如申請專利範圍第15項所述的攪拌裝置，其中該攪拌件適於繞著該旋轉軸線在一旋轉面上旋轉，各該槳葉具有面向該載具的一側緣，該側緣具有一電鍍液導引面，且該電鍍液導引面與該旋轉面之間的一夾角小於90度。