电镀头单元、电镀设备及电镀方法技术

本发明专利技术提供了电镀头单元、电镀设备及电镀方法，电镀头单元包括母镀头、子镀头、旋转组件，子镀头位于旋转组件上随旋转组件旋转，子镀头轴线与母镀头轴线不重合，子镀头的数量为至少一个；子镀头包括动子组件和定子组件，动子组件沿动子组件轴线自转，定子组件随旋转组件旋转；还包括位于子镀头上的夹持机构，夹持晶圆后晶圆圆心与母镀头轴线不重合；电镀设备包括电镀头单元、电镀槽和机械手；本发明专利技术可避免单片晶圆电镀时因晶圆自转导致的圆心始终位于旋转中心位置，消除电镀液流场死区，提高电镀金属离子的扩散，解决了晶圆圆心电镀困难的问题，提高晶圆电镀的片内均匀性；当子镀头数量设置为两个或两个以上时，本发明专利技术还可提高批量电镀的效率。批量电镀的效率。批量电镀的效率。

【技术实现步骤摘要】
电镀头单元、电镀设备及电镀方法


[0001]本专利技术涉及硅片电镀领域，特别涉及电镀头单元、电镀设备及电镀方法。

技术介绍

[0002]晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的集成电路产品。晶圆电镀是晶圆加工过程中一个重要的工艺步骤。在晶圆电镀的工艺结果中，其中一个关键指标就是晶圆表面的均匀性，晶圆表面越均匀，晶圆电镀工艺越好。晶圆表面的均匀性受多种因素影响，其中之一的影响因素为TSV(硅通孔技术)深孔的填充技术，通过铜电镀的方式对晶圆上的盲孔进行填充，实现硅通孔的垂直电气互连，电镀填充工艺成本低且淀积速度快。电镀过程中，电镀液中的铜等物质会逐渐沉积在深孔内，电镀液自身的铜含量会减少，为了保证用于填充深孔的电镀液中的铜含量充足，需要不断更换深孔内的电镀液，即对电镀液进行搅拌，使电镀液之间相互交换，或更新晶圆表面接触的电镀液。
[0003]现有单片晶圆电镀技术的电镀过程中，镀头夹持晶圆旋转，带动药液旋转，但是晶圆圆心始终在晶圆的旋转中心位置，而这个位置恰恰又是电镀液流场的死区，影响电镀金属离子的扩散，使晶圆片内均匀性变差，增加电镀难度。另外，现有的电镀生产过程通常都是一个镀头一片晶圆的生产工艺，针对三代半导体的大功率例如SiC器件，晶圆的最大尺寸为6吋，一个镀头一片晶圆的电镀生产，不仅生产效率低，晶圆片间的电镀均匀性也难保证。
[0004]因此，如何在一次按次序多种金属的电镀工艺里，提高晶圆片内、片间的电镀均匀性和增加每次电镀的晶圆片数，提高电镀设备的生产效率，解决晶圆圆心区域电镀不均匀或者难镀上等问题，成为电镀特别是三代半导体大功率器件工艺设备需解决的重要问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种电镀头单元，可解决晶圆圆心区域电镀不均匀或者难镀的问题，提高晶圆电镀的片内、片间均匀性，降低因电镀头圆心位置的电镀差导致电镀产品缺陷的概率。
[0006]本专利技术是通过下述技术方案实现：一种电镀头单元，所述电镀头单元包括母镀头、子镀头、旋转组件，所述子镀头位于旋转组件上随旋转组件旋转；子镀头的轴线与母镀头的轴线不重合，所述子镀头的数量为至少一个。
[0007]在本专利技术中，子镀头的轴线是指子镀头自转的旋转轴；母镀头的轴线是指子镀头公转的旋转轴，进一步的，在本专利技术中，子镀头的轴线与后文提及的动子组件的轴线重合，也与后文提及的夹持机构夹持晶圆的圆心重合；母镀头轴线与后文提及的第二转动件的轴线重合，也与后文提及的从动齿轮的轴线重合。进一步的，子镀头的轴线与后文提到的子镀头的动子组件的旋转轴重合；母镀头的轴线与后文提到的旋转组件中从动齿轮的旋转轴重合。
[0008]在本技术方案中，子镀头位于旋转组件上随旋转组件旋转，子镀头的轴线与母镀
头的轴线不重合，电镀晶圆时，可有效避免子镀头上夹持晶圆圆心始终在母镀头的旋转中心位置，消除了流场死区，进而提高电镀金属离子的扩散，提高晶圆电镀的片内均匀性。
[0009]进一步的，所述子镀头的数量为至少两个，所述旋转组件根据子镀头数量调整相应适配结构，所述各个子镀头位于旋转组件上且互不干涉
[0010]在本技术方案中，设置至少两个子镀头，单次电镀可以完成至少两个晶圆的电镀，提高电镀工艺特别是三代半导体大功率器件电镀晶圆的生产率。
[0011]进一步的，当子镀头数量为至少两个时，所述子镀头均分位于旋转组件一定半径的圆周位置上。
[0012]在本技术方案中，至少两个子镀头均分位于旋转组件一定半径的圆周位置上，每片晶圆在电镀时的旋转路径相同，可提高单次晶圆电镀至少两片晶圆片间的均匀性；此外，通过子镀头绕旋转组件的旋转中心的法线旋转，使得子镀头夹持的晶圆电镀区域避开电镀槽体圆心的药液主进口，消除了流场死区的影响，提高了电镀的均匀性，特别是三代半导体大功率器件小尺寸晶圆的电镀，片内、片间均匀性。
[0013]进一步的，所述子镀头包括定子组件和动子组件，所述定子组件位于旋转组件上随旋转组件旋转。
[0014]在本技术方案中，子镀头分为定子组件和动子组件，定子组件随旋转组件旋转，不会干涉动子组件的其他运动方式，如后文提及的动子组件夹持晶圆自转，可实现电镀头的复合运动，即子镀头夹持晶圆在电镀槽内复合运动，电镀槽内电镀液流场受此影响，使得晶圆电镀工艺避开了了流场死区，增加了电镀液流场各个位置流速的均匀性，提高晶圆电镀的片内(每片晶圆内部)和片间(不同晶圆之间)均匀性，晶圆片间的电镀非均匀度可小于1％(每次电镀，子镀头上不同晶圆的电镀差异小于1％)。此外，电镀时，子镀头夹持晶圆在电镀槽内公转及自转，电镀槽最外面一环由于靠近电镀槽溢流边缘，可能导致晶圆电镀不均匀，但通过本技术方案，即使最外面一环也可以较好地调节电流密度和子镀头的自转转速的匹配以提高每片晶圆内部的均匀度。
[0015]进一步的，所述动子组件沿动子组件轴线自转。
[0016]在本技术方案中，子镀头的动子组件自身可做旋转运动形成自转，子镀头的定子组件位于旋转组件上随旋转组中心的法线旋转形成公转，这样造成了公转和自转叠加的复合子镀头运动，子镀头夹持晶圆在电镀槽内复合运动，电镀槽内电镀液流场受此影响，使得晶圆电镀工艺避开了了流场死区，增加了电镀液流场各个位置流速的均匀性，提高电镀的均匀性。
[0017]进一步的，所述每个动子组件的转速可以独立控制。
[0018]在本技术方案中，动子组件的转速可独立控制，可以根据需要设置转速，满足不同的工艺要求。
[0019]进一步的，所述旋转组件包括支撑件、第一转动件、第二转动件；所述第一转动件和第二转动件位于支撑件上；所述第一转动件带动第二转动件转动，所述第一转动件与驱动装置连接，所述子镀头位于所述第二转动件上。
[0020]在本技术方案中，通过驱动装置驱动第一转动件旋转，第一转动件带动第二转动件转动，子镀头位于第二转动件上，从而实现子镀头的公转，旋转组件结构简单，通过调整驱动装置的转速即可调节子镀头的公转速度。
[0021]进一步的，当子镀头数量为至少两个时，所述子镀头均分位于第二转动件一定半径的圆周位置上。
[0022]在本技术方案中，至少两个子镀头均分位于第二转动件一定半径的圆周位置上，每片晶圆在电镀时的旋转路径相同，可提高单次晶圆电镀至少两片晶圆片间的均匀性；此外，通过子镀头绕第二转动件的旋转中心的法线旋转，使得子镀头夹持的晶圆电镀区域避开电镀槽体圆心的药液主进口，消除了流场死区的影响，提高了电镀的均匀性，特别是三代半导体大功率器件小尺寸晶圆的电镀，片内、片间均匀性。
[0023]进一步的，电镀头单元还包括夹持机构，所述夹持机构位于子镀头上，所述夹持机构夹持晶圆。
[0024]在本技术方案中，电镀时，夹持机构夹持晶圆，晶圆中心与子镀头旋转中心重合，子镀头在电镀液中运动，带动晶圆在电镀槽中运动，晶圆可随旋转组件公转，进一步的，晶圆还可自转，晶圆的复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电镀头单元，其特征在于，所述电镀头单元包括母镀头、子镀头、旋转组件，所述子镀头位于旋转组件上随旋转组件旋转，所述子镀头的轴线与所述母镀头的轴线不重合，所述子镀头的数量为至少一个。2.如权利要求1所述的电镀头单元，其特征在于，所述子镀头的数量为至少两个，所述旋转组件根据子镀头数量调整相应适配结构，所述各个子镀头位于旋转组件上且互不干涉。3.如权利要求1所述的电镀头单元，其特征在于，当子镀头数量为至少两个时，所述子镀头均分位于旋转组件一定半径的圆周位置上。4.如权利要求1所述的电镀头单元，其特征在于，所述子镀头包括定子组件和动子组件，所述定子组件位于旋转组件上随旋转组件旋转。5.如权利要求4所述的电镀头单元，其特征在于，所述动子组件沿动子组件轴线自转。6.如权利要求5所述的电镀头单元，其特征在于，每个动子组件的转速可以独立控制。7.如权利要求1所述的电镀头单元，其特征在于，所述旋转组件包括支撑件、第一转动件、第二转动件；所述第一转动件和第二转动件位于支撑件上；所述第一转动件带动第二转动件转动，所述第一转动件与驱动装置连接，所述子镀头位于所述第二转动件上。8.如权利要求7所述的电镀头单元，其特征在于，当子镀头数量为至少两个时，所述子镀头均分位于第二转动件一定半径的圆周位置上。9.如权利要求1所述的电镀头单元，其特征在于，电镀头单元还包括夹持机构，所述夹持机构位于子镀头上，所述夹持机构夹持晶圆。10.如权利要求9所述的电镀头单元，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文，
申请(专利权)人：新阳硅密上海半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：