搅拌装置及含其的电镀设备的制作方法

本实用新型涉及电镀领域，特别涉及一种搅拌装置及含其的电镀设备。

背景技术：

电镀是指在含有薄的籽晶层的衬底上通过金属沉积，形成具有导电线路的金属层的过程。常见的电镀工艺，如通过电化学方法在衬底表面上沉积一层覆盖膜，以填充空腔，如通孔或沟槽，其中，电镀层的均匀性对最终的器件的可靠性来说是至关重要的。

例如在目前在tsv电镀工艺中，通孔开口具有几微米或更大的直径，通孔深度可达几百微米。tsv的尺寸比典型的双镶嵌工艺的尺寸大几个数量级，因此，对具有如此高纵横比和深度的空腔进行金属化，以接近于衬底本身的厚度是一个巨大的挑战。其中，电镀液的金属化的沉积速率是一个重要指标，若沉积速率太低，则不能有效地应用于tsv制造中。

在许多电镀工艺中，电镀液会在待电镀工件的表面形成扩散层，该扩散层降低了电镀中电解质的质量传递效率，进而会降低电镀均匀性、速度和品质。中国实用新型专利cn206109586u中记载了通过增强待电镀工件表面液体涡流的方式来减薄扩散层并改善质量传递，但增大涡流会带来气泡及电镀不均匀等问题。

现有技术中，通常使用机械搅拌的手段使电镀液的金属化沉积速率满足要求。然而，为避免电镀液的大幅度晃动而产生气泡和涡流，影响镀层质量，机械搅拌的幅度都很小，通过水平或者上下往复移动或者摇摆等动作来实现搅拌电镀液的功能，无法满足快速金属化和电镀均匀性的要求。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中搅拌装置为避免电镀液产生气泡和涡流，导致无法大幅度搅拌，而使得电镀液的金属化沉积速率无法满足要求的缺陷，提供一种搅拌装置及含其的电镀设备。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种搅拌装置，其包括：

至少一个搅拌单元，所述搅拌单元具有旋转轴，所述搅拌单元以所述旋转轴为中心圆周布置；

驱动机构，所述驱动机构连接于所述搅拌单元，并驱动多个所述搅拌单元沿对应的所述旋转轴转动。

该搅拌装置通过驱动机构驱动该搅拌单元沿旋转轴转动，以通过该转动实现搅拌电镀液的效果，且由于搅拌单元以旋转轴为中心圆周布置，因此可有效避免在搅拌过程中使电镀液产生气泡和涡流。

较佳地，所述搅拌单元具有通孔。这些通孔可为经过或不经过旋转轴。搅拌单元所具有的通孔个数不限，当通孔不经过旋转轴时，该旋转轴为实体轴。

较佳地，所述通孔经过所述旋转轴。通过在搅拌单元上设置穿过旋转轴的通孔，使搅拌单元在旋转时，由于其中心处处在镂空状态而无法作用于电镀液，进而进一步避免在搅拌过程中使电镀液产生气泡和涡流。较佳地，所述搅拌单元所具有的通孔个数为1，且该通孔穿过旋转轴并以旋转轴为对称轴对称分布。

相比实心的搅拌单元，有通孔的搅拌单元，在减薄扩散层、减少气泡和涡流方面效果更佳。

较佳地，所述搅拌单元以所述旋转轴为中心圆周均匀布置。

通过使搅拌单元以旋转轴为中心圆周均匀布置，使搅拌单元在电镀液中以旋转轴为中心处于平衡状态，进一步降低了气泡和涡流产生的概率。

该搅拌装置通过上述结构解决了搅拌装置容易电镀液产生气泡和涡流的问题，使得该搅拌装置能够在电镀液中进行大幅度搅拌，使电镀液的金属化沉积速率满足要求。

较佳地，所述搅拌单元包括：

搅拌部，所述通孔设于所述搅拌部；

连接部，所述连接部沿所述旋转轴的方向连接于所述搅拌部的一端，所述驱动机构通过所述连接部驱动所述搅拌部转动。

当所述搅拌单元为实心结构时，所述搅拌单元的搅拌部可为实心圆柱体结构。

较佳地，所述通孔穿过所述旋转轴并以所述旋转轴为对称轴对称分布。具体来说，在转满一周的情况下，通孔外围轮廓所覆盖体积可占整个搅拌部外围轮廓所覆盖体积的1/10～1/2，例如1/6～1/3，再例如1/4～1/5。

通过设置连接部以连接搅拌部和驱动机构，使驱动机构能够与浸没在搅拌部的电镀液保持足够间距，避免电镀液对驱动机构的运行造成损害。

较佳地，所述连接部为以所述旋转轴为中心的圆柱体。

通过该结构设置，使连接部临近搅拌部的一端在浸没于电镀液中时，即使随驱动机构的驱动而旋转，也会由于自身圆柱体的结构而无法对电镀液进行搅拌，有效避免了连接部搅动电镀液而产生气泡和涡流的情况发生。

较佳地，所述搅拌装置还包括框架，所述框架环绕设置于多个所述搅拌单元的四周，且所述框架连接于所述驱动机构；

所述搅拌单元还包括延伸部，所述延伸部沿所述旋转轴的方向连接于搅拌部的另一端，所述延伸部旋转连接于所述框架。

通过将搅拌单元的延伸部与框架相连，使搅拌部的两端通过与其他部件连接而提高搅拌部的结构刚性，避免搅拌单元在搅拌过程中因受外力作用而出现晃动，影响电镀液搅拌质量的情况发生。

较佳地，多个所述搅拌单元之间沿垂直于所述旋转轴的方向平行并列设置。视情况，所述搅拌单元之间可在同一平面并列设置，也可在多个平面并列设置。

较佳地，所述驱动机构驱动多个所述搅拌单元同步转动，以避免多个搅拌单元之间交替转动或不以相同速度转动而产生涡流。

较佳地，所述搅拌装置还包括传动机构，所述驱动机构通过所述传动机构连接于多个所述搅拌单元。

较佳地，所述传动机构包括：

多个蜗轮，所述蜗轮与所述搅拌单元一一对应设置，并轴接于所对应的所述搅拌单元；

蜗杆，所述蜗杆与所述驱动机构的转轴同轴连接，多个蜗轮沿所述搅拌单元的排列方向依次啮合于所述蜗杆，以通过蜗轮蜗杆结构使驱动机构能够同时驱动多个搅拌单元同步转动。

较佳地，所述搅拌装置还包括控制器，所述控制器电连接于所述驱动机构，所述控制器用于控制所述驱动机构驱动所述搅拌单元在正转和反转之间切换。

通过设置控制器以控制搅拌单元在正转和反转之间反复切换，使搅拌单元在将不断变化的加速度作用在电镀液上时，使电镀液中的气泡快速破裂，从而破坏在衬底表面的气液临界层，降低电镀液的扩散双层厚度，让电镀液中的铜离子快速进入空腔中，以通过足够的金属化沉积速率而得到高度均匀的电镀层。

较佳地，每个所述搅拌单元均具有多个通孔，所述通孔沿所述旋转轴的方向依次设置，以通过在单个搅拌单元上设置多个通孔，满足对搅拌单元的特定形状的需求。

一种电镀设备，其包括如上所述的搅拌装置。

该电镀设备可有效降低大幅搅拌电镀液时容易产生的气泡和涡流的问题，以使搅拌装置能够在电镀液中保持大幅度的搅拌，从而使电镀液的金属化沉积速率满足要求。

较佳地，所述电镀设备还包括阴极板和阳极板，所述搅拌装置位于所述阴极板和所述阳极板之间，所述搅拌装置靠近所述阴极板并与所述阴极板平行。

较佳地，所述电镀设备用于水平电镀或垂直电镀。更佳地，所述电镀设备用于垂直电镀。

本实用新型的积极进步效果在于：

该搅拌装置通过驱动机构驱动该搅拌单元沿旋转轴转动，以通过该转动实现搅拌电镀液的效果，且由于搅拌单元以旋转轴为中心圆周布置，因此可有效避免在搅拌过程中使电镀液产生气泡和涡流，并且能够提高电镀速度与电镀均匀性。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1的搅拌装置的正视结构示意图。

图2为本实用新型的实施例1的搅拌单元的结构示意图。

图3为本实用新型的实施例1的搅拌单元的搅拌部的横截面结构示意图。

图4为本实用新型的实施例1的搅拌装置的俯视结构示意图，其中，防尘罩被隐藏。

图5为本实用新型的实施例1的电镀设备的电镀池内部结构示意图。

图6为本实用新型的实施例2的搅拌单元的结构示意图。

图7为本实用新型的实施例3的搅拌单元的搅拌部的横截面结构示意图。

附图标记说明：

电镀设备100

搅拌装置1

搅拌单元11，通孔h，旋转轴s

搅拌部111

连接部112

延伸部113

驱动机构12，转轴121

框架13

传动机构14

蜗轮141

蜗杆142

防尘罩15

电镀池2

阴极板3

阳极板4

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

实施例1

如图1、图2和图3所示，本实施例提供一种搅拌装置1，其能在高效减薄扩散层的同时，抑制气泡和涡流，同时实现快速金属化和电镀均匀性的要求，该搅拌装置1包括有多个搅拌单元11以及一驱动机构12。其中，每个搅拌单元11均旋转轴s，搅拌单元11以旋转轴s为中心圆周布置，且多个搅拌单元11之间沿着垂直于旋转轴s的方向平行并列设置，视情况，多个搅拌单元11之间可在同一平面并列设置，也可在多个平面并列设置。而驱动机构12则与这些搅拌单元11相连接，该驱动机构12用于驱动所有的搅拌单元11沿着对应的旋转轴s以图3中箭头所示的方向同步转动。该搅拌装置1通过驱动机构12驱动搅拌单元11沿旋转轴s转动，以通过该转动实现搅拌电镀液的效果，且由于搅拌单元11以旋转轴s为中心圆周布置，因此可有效避免在搅拌过程中使电镀液产生气泡和涡流，同时会提高电镀速度及电镀均匀性。

在本实施例中，该搅拌装置1的搅拌单元11还具有通孔h，该通孔h穿过旋转轴s，以在搅拌单元11在旋转并搅拌电镀液时，由于搅拌单元11在旋转中心处由于处在镂空状态而无法作用于电镀液，进一步避免在搅拌过程中使电镀液产生气泡和涡流。另外，在本实施例中，搅拌装置1包括十五个搅拌单元11，且任意相邻的两个搅拌单元11之间的间距相同，并以单列排布的方式排列。然而，在其他的实施例中，相邻的搅拌单元11之间的间距也可以不同，并且可以是以多列的方式进行排布，以及搅拌单元11之间的排布形状可以适配于所要电镀的工件形状，以提高对电镀液的搅拌效果。

相比实心的搅拌单元，具有通孔h的搅拌单元11，在减薄扩散层、减少气泡和涡流方面效果更佳。另外，搅拌单元11与液体接触的部分可以是有毛刺、凸起或起伏的线条，也可以是光滑流畅的线条，其中，光滑流畅的线条比有毛刺、凸起或起伏的线条，在减少气泡和涡流方面效果更佳。

另外，搅拌单元11可以以旋转轴s为中心以圆周均匀或者圆周不均匀的方式布置。在本实施例中，搅拌单元11是以旋转轴s为中心圆周均匀布置，通过上述这种布局方式，可使搅拌单元11在电镀液中以旋转轴s为中心处于平衡状态，进一步降低了气泡和涡流产生的概率。

该搅拌装置1通过上述结构解决了搅拌装置1容易电镀液产生气泡和涡流的问题，使得该搅拌装置1能够在电镀液中进行大幅度搅拌，使电镀液的金属化沉积速率满足要求。

如图2所示，该搅拌装置1的搅拌单元11包括有搅拌部111和连接部112。其中，通孔h设在搅拌部111上，该搅拌部111用于浸没在电镀液中以对电镀液进行搅拌，而连接部112则沿着旋转轴s的方向连接在搅拌部111的一端，以使搅拌单元11能够通过连接部112驱动搅拌部111转动。通过设置连接部112以连接搅拌部111和驱动机构12，使驱动机构12能够与浸没在搅拌部111的电镀液保持足够间距，避免电镀液对驱动机构12的运行造成损害。其中，在本实施例中，该连接部112为以旋转轴s为中心的圆柱体，以通过该结构设置，使连接部112临近搅拌部111的一端在浸没于电镀液中时，即使随驱动机构12的驱动而旋转，也会由于自身圆柱体的结构而无法对电镀液进行搅拌，有效避免了连接部112搅动电镀液而产生气泡和涡流的情况发生。

如图3所示，在本实施例中，搅拌单元11的搅拌部111因设置有一个通孔h而被分为左右两个分支，这两个分支以旋转轴s为中心对称，以避免在搅拌过程中产生气泡。搅拌部111的两个分支在本实施例中为竖直的直线型，从而可降低该搅拌单元11的制造难度，但是其他为曲线型(例如螺旋形等)的搅拌部111形状也能够实现本实用新型中降低电镀液涡流和气泡的功效，因此也会落入本实用新型的保护范围。

如图1和图2所示，该搅拌装置1还包括有框架13，该框架13环绕设置在多个搅拌单元11的四周，且该框架13与驱动机构12保持连接。而搅拌单元11还包括有延伸部113，该延伸沿着旋转轴s的方向连接在搅拌部111的另一端上，且延伸部113与框架13之间旋转连接。

通过将搅拌单元11的延伸部113与框架13相连，使搅拌部111的两端通过与其他部件连接而提高搅拌部111的结构刚性，避免搅拌单元11在搅拌过程中因受外力作用而出现晃动，影响电镀液搅拌质量的情况发生。

如图1和图4所示，该搅拌装置1还包括有传动机构14，驱动机构12通过传动机构14与多个搅拌单元11相连。在本实施例中，传动机构14包括有多个蜗轮141以及一个蜗杆142，其中，多个蜗轮141与多个搅拌单元11之间为一一对应设置的状态，并且蜗杆142与所对应的搅拌单元11相轴接，而蜗杆142则与驱动机构12的转轴121之间为同轴连接状态，这些蜗轮141沿着搅拌单元11的排列方向依次与蜗杆142相啮合，以通过蜗轮141蜗杆142结构使驱动机构12能够同时驱动多个搅拌单元11同步转动。其中，在本实施例中，驱动机构12为旋转电机，其转轴121通过联轴器与蜗杆142直接轴接并驱动其旋转。同时，在传动机构14的外部包覆有防尘罩15，以避免电镀液意外溅起并进入传动机构14内，而影响搅拌装置1的正常运转。

需要特别说明的是，本文中多个搅拌单元11之间的“同步转动”，指的是多个搅拌单元11之间的旋转速度相同，但并不限定多个搅拌单元11之间的转动方向相同，即相邻的两个搅拌单元11之间也可以是沿相反方向同步转动的。

此外，该搅拌装置1还包括有控制器(图中未示出)，该控制器通过电连接的方式连接于驱动机构12，以用于对驱动机构12的运行状态进行控制，使搅拌单元11在正转和反转之间切换。

通过设置控制器以控制搅拌单元11在正转和反转之间反复切换，使搅拌单元11在将不断变化的加速度作用在电镀液上时，使电镀液中的气泡快速破裂，从而破坏在衬底表面的气液临界层，降低电镀液的扩散双层厚度，让电镀液中的铜离子快速进入空腔中，以通过足够的金属化沉积速率而得到高度均匀的电镀层。

其中，正转和反转之间切换可以通过时间变换交替进行，也可以通过在同一排搅拌单元11上设置两个以上独立控制的电机，通过不同电机之间的切换运转来实现正转和反转的切换，或者，也可以通过使蜗轮蜗杆之间在不同方向上的啮合以实现正转和反转之间切换。

这种使搅拌单元11之间的运转方向的多元化，或者使同步转动的搅拌单元11在不同时间上的方向快速切换的方式，均能够为提高产品的电镀均匀性做出贡献。

如图5所示，本实施例还提供一种电镀设备100，其包括有如上所述的搅拌装置1，通过将本实用新型中的搅拌装置1应用在容纳电镀液的电镀池2中，可有效降低大幅搅拌该电镀液时容易产生的气泡和涡流的问题，以使搅拌装置1能够在电镀液中保持大幅度的搅拌，从而使电镀液的金属化沉积速率满足要求。

此外，该电镀设备100还包括有阴极板3和阳极板4，搅拌装置1位于阴极板3和阳极板4之间，且搅拌装置1靠近于阴极板3设置并与该阴极板3保持平行。进一步地，阳极板4到阴极板3之间的距离一般为40-80mm，在将搅拌装置1设置在阴极板3和阳极板4之间时，阴极板3、搅拌装置1和阳极板4之间还存在足够的间距，以使该电镀设备100能够通过设置额外的气缸来控制搅拌装置1整体在阴极板3和阳极板4之间往复摇摆，以进一步提高该电镀设备100的电镀的均匀性。

一般而言，搅拌装置1越靠近阴极板3，电镀效果越佳，例如两者之间的距离可为1.5cm以下，例如3mm～8mm，再例如5mm。另外发现，在两者距离为5mm时，若搅拌装置1的搅拌转速为500转/min时，可实现电流密度25asd下的快速均匀电镀。而在此距离情况下，若搅拌转速为300转/min时，可实现电流密度14asd下的快速均匀电镀。

需要特别指出的是，虽然本实施例以搅拌装置搅拌电镀液为例，具体说明了本实用新型提供的搅拌装置的具体结构与原理，但该搅拌装置的搅拌对象不应仅限于电镀液，也可以用于搅拌在半导体生产领域中使用的其他液体，或者用于清洗半导体容器设备，甚至是日常使用，例如搅拌鱼缸内的水流等等。

实施例2

本实施例2提供的搅拌装置1以及电镀设备100与实施例1提供的大致相同，不同之处在于，如图6所示，每个搅拌单元11均具有多个通孔h，且这些通孔h沿着旋转轴s的方向依次设置，例如在本实施例中，搅拌单元11的搅拌部111形状为“8”字型，以使搅拌单元11进一步满足特定形状的要求。

实施例3

本实施例3提供的搅拌装置1以及电镀设备100与实施例1提供的大致相同，不同之处在于，如图7所示，在本实施例中，该搅拌单元11的搅拌部111具有三个分支，这三个分支以旋转轴s为中心对称，及每个分支与其他两个分支之间呈120°的夹角关系，以通过增加分支的数量，提高了单个搅拌单元11对电镀液的搅拌能力。但两个分支的搅拌单元在减薄扩散层、减少气泡和涡流方面，比三个以上分支的效果更佳。

实施例4

本实施例4提供的搅拌装置以及电镀设备与实施例1提供的大致相同，不同之处在于，在本实施例中，该搅拌装置的框架的形状与图1中所示的框架的形状不同，其下端可以为圆弧形，以使电镀设备在用于对晶圆进行电镀时，使搅拌装置的下端的外形与晶圆的外形尺寸保持一致，从而获得更好的搅拌效果。当然，本实用新型所提供的搅拌装置的框架形状并不拘泥于方形或圆弧形，其他能够与所安装的电镀设备的电镀池形状相匹配或者与所电镀的工件形状相匹配的框架形状也均落入本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组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实用新型的限制。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。