[发明专利]一种晶圆水平镀膜喷杯的杯体结构

说明书

本发明公开了一种晶圆水平镀膜喷杯的杯体结构，解决了现有镀槽结构不合理容易导致晶圆镀膜质量不高的问题。将传统的焊接结构的喷杯的杯体结构，改变为块式组装式结构，通过对块式结构的精准加工，提高了关键配合面的安装精度，将各杯体块，通过密封垫及连接销连接在一起，组成密闭杯体，即减小了杯腔的体积，又提高了阴极与阳极的平行度；在杯腔中设置镀液搅拌从动齿圈，在镀液搅拌从动齿圈的内圆上对称设置两个径向凸块，在径向凸块上分别设置可自转的镀液剪切齿轮，在镀液剪切齿轮上设置镀液剪切叶，通过两个镀液剪切叶的自转，以及两个镀液剪切叶随镀液搅拌从动齿圈的公转，实现对镀液的充分搅拌，从而提高镀膜质量。

技术领域

本发明涉及一种对晶圆进行镀膜的设备，特别涉及一种对晶圆进行电化学沉积镀膜时所使用的镀膜喷杯设备。

背景技术

晶圆镀膜工序是半导体湿制程中应用最为广泛的工序，起着支撑和连接各种封装器件的作用，现有的晶圆镀膜主流工序可分为物理镀膜和电化学沉积镀膜（ECD）两种；电化学沉积镀膜是利用阳离子和阴离子在电场作用下发生不同的氧化-还原反应，在基材材料上沉积出指定的薄膜材料；电化学沉积镀膜工艺具有工艺温度低，镀层结合力好，镀膜溶液不受镀膜工件的形状限制，成膜中溶液组分容易控制，电镀设备结构简单和成本低廉等优点，被生产厂家广泛采用。

晶圆电化学沉积镀膜可分为水平喷镀、倾斜旋转喷镀和垂直喷镀三种；垂直喷镀是由传统的挂镀工艺演变而来，需要专业的晶圆夹具、阳极屏蔽板和电力线打散机构，电力线打散方式又可分为水平高速搅拌打散和垂直剪切屏打散两种；在垂直喷镀中，晶圆表面离子浓度和流速存在难以实现一致的缺点，对喷镀的晶圆薄膜质量要求不高的晶圆，可采用垂直喷镀方法，同时，这种方式还存在溶液消耗较大和生产成本较高的问题；倾斜旋转喷镀是将晶圆放置成倾斜状进行电镀成膜，这种方式适用于小批量，并采用手动夹装的场合，所用夹具比较特殊，不适合在连续生产线上使用；水平喷镀是将晶圆镀面朝下放置在镀槽上端，电镀阳极向上设置在镀槽中，在镀膜过程中，晶圆不需要特制的夹具，晶圆无需人工装卡，只需晶圆与阴极保持导通，即可实现镀膜；这种方式便于晶圆在生产线上搬运，能很好地适应连续生产线的生产要求；现有的水平喷镀的镀槽存在以下问题：（1）电镀腔体容积较大，电镀所需的镀液较多，特别是价格较为昂贵的镀金溶液的使用和维护费用较高；（2）现有的电镀槽体是通过焊接工艺加工而成的，在电镀槽体上分别定位有阴极和阳极，槽体在焊接成型过程中，容易使阴极和阳极的安装位置发生移位，容易导致阴极与阳极之间的平行度降低，同时还容易降低槽中运动部件的安装精度；（3）水平喷镀中的阴极结构，由于氧化作用，会对阴极性能产生影响，环形阴极与晶圆的导电接触点如何科学合理地进行设计，直接影响到晶圆的导电及边缘镀层的质量。

在晶圆的电镀过程中，水平喷镀镀槽中的镀液是通过循环来维护镀液成分稳定的，镀膜时镀液的喷镀流量、方向、镀液循环的流场，特别是电场的均匀度，直接决定了镀液中金属离子的运行状况，由于采用水平喷镀的形式，金属离子络合物会下沉在阳极表面，起到消耗阳极的作用，无法保证镀膜质量，因此，镀液的搅拌，及对电子束进行剪切，能否保证被电镀的晶圆表面离子浓度和流速均匀，直接关系到镀膜的质量，如何保障对镀液的充分搅拌和保证与晶圆镀面的垂直剪切，成为喷镀设备需要考虑的问题；另外，在晶圆片电镀过程中，金属离子是通过沉积在晶圆表面工艺孔中，来实现电镀的（或称为填孔的），在此过程中，工艺孔的孔壁上会析出氢气泡，这些在晶圆表面工艺孔内析出的氢气泡，会附着在晶圆表面工艺孔内，形成镀膜瑕疵，影响到金属离子沉积质量，如何将氢气泡从工艺孔中排出，也是晶圆水平喷镀中需要解决的一个问题。

晶圆片在水平喷镀镀槽中进行镀膜时，对镀液流场均匀控制，以及对电场均匀控制，是至关重要的，如何设置镀液的搅拌和打散机构，又如何对打散机构的工作进行科学合理地控制，以实现晶圆表面离子浓度均匀和晶圆表面电力线均匀分布的效果，进而达到晶圆表面离子的均匀沉积，是现场需要解决的一个重要技术问题。

发明内容

本发明提供了一种晶圆水平镀膜喷杯的杯体结构，解决了现有镀槽结构不合理容易导致晶圆镀膜质量不高的技术问题。