电镀槽结构的制作方法

本发明涉及一种电镀槽的技术领域，尤其涉及一种用于晶圆表面电镀处理的设备。

背景技术：

对于半导体用的晶圆进行电镀处理，依采用的电镀工艺可归类成杯式电镀工艺及潜浸式(dipping-type)电镀工艺，其中杯式电镀工艺是将电镀溶液向上射于水平定位的半导体晶圆基板，且受电镀的基板表面面向下；而潜浸式电镀工艺是于电镀溶液供应自电镀槽底部而溢流出电镀槽时，将基板直立地潜浸于电镀槽内的电镀溶液中。一般决定电镀品质的因素主要在于：效率、可靠度及均匀度，在上述工艺中，杯式电镀工艺其均匀度及可靠度高，但效率较差。潜浸式电镀工艺效率较佳，但晶圆呈直立状放置，容易影响下层与上层电镀厚度，故可靠度及均匀度较差。为此本发明人思考采取另一种电镀方式，使其效率、可靠度及均匀度等，皆可获得良好的提升。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种电镀槽结构，主要是改变电镀槽内电镀液的流动方向，欲将电镀的晶圆呈直立式潜浸于电镀槽内的电镀液中，本发明另提供一组呈直立状的喷流模块，面对该晶圆的被电镀表面持续涌出电镀液，另设有一电镀液回收模块于晶圆的圆周外围区域持续回收电镀液，一方面维持电镀液电场于较佳的流动方向，使电场分布更为平均，另一方面持续利用水流换替掉接近被电镀表面已反应后的电镀液，让晶圆表面电镀厚度更为均匀，可靠度佳，使生产效率提高。

为达上述的目的，本发明包括一槽体、至少一喷流模块、至少一电镀液回收模块以及一循环供给模块，该槽体内可容纳电镀液，中央区域为晶圆置放区，在电镀时使晶圆呈直立式潜浸于电镀液中；该喷流模块设置于该槽体内的侧壁，该喷流模块包括一腔体及分布于其表面的多个喷流孔，多个该喷流孔由下而上依序分布且面对着该晶圆置放区的晶圆待镀表面，该电镀液回收模块设置于该槽体内且于该晶圆置放区的圆周外围区域，用以持续回收电镀液；该循环供给模块包括至少一供液管、至少一回收管以及泵，该供液管连接于该喷流模块，该回收管连接于该电镀液回收模块，该泵连接着该回收管及供液管且持续循环回收及供给该电镀液至该槽体。

在本发明中，该槽体包括一外槽体及一内槽体，该内槽体位于该外槽体内且高度较低，该外槽体与该内槽体之间形成至少一第一槽室及至少一第二槽室，该内槽体是由面对面的两个第一侧壁及两个第二侧壁合围而成的立体长方型槽，该第一槽室紧邻于该第一侧壁，该第二槽室则紧邻该第二侧壁。其中该外槽体另具有一储液室，该储液室具有孔洞与该第一槽室相连通，用以储存晶圆最初放入槽内所溢出的电镀液。

在本发明中，该第二侧壁顶部另设有多个凹陷的溢流缺口，该溢流缺口是在电镀过程中，让多余的电镀液流至该第二槽室内，并维持液面高度接近于该内槽体顶缘但不会溢出。

在本发明中，该喷流模块是固定于该内槽体的该第一侧壁上，分布于该腔体表面的多个该喷流孔是呈同圆心的放射状分布，分布区域及位置是对应于该晶圆尺寸，由此维持电镀液于较佳的电场流动方向。

在本发明中，该电镀液回收模块位于晶圆置放区的圆周外围区域且能回收电镀液；若由两侧方向回收，该电镀液回收模块包括多个第一回流孔及至少一第一排放管，多个该第一回流孔由下而上依序分布于该第二侧壁，该第一排放管设置于该第二槽室内，该一排放管表面纵向也具有多个第一回流孔。此回收的水流有助于持续替掉接近被电镀表面已反应后的电镀液，提升电镀品质。

在本发明中，该电镀液回收模块位于该晶圆置放区的圆周外围区域且能回收电镀液；若由底部方向回收，该电镀液回收模块包括多个第二回收孔及至少一第二排放管，多个该第二回流孔分布于该内槽体底部，位置对应于该晶圆置放区圆周的下方区域，该外槽体另具有封闭的第三槽室，该第三槽室紧邻该内槽体底部，该第二回流孔连通该内槽体内空间及该第三槽室，该第二排放管位于该第三槽室内，能排出第三槽室内的电镀液。

为了提高生产效率，可于槽体内一次进行两个晶圆的电镀作业，因此本发明该喷流模块具有两组，分别设置于该内槽体内两个面对面的该第一侧壁上，该电镀液回收模块也具有少两组分布于该槽体内。

本发明的有益效果在于，本发明提供的一组呈直立状的喷流模块，面对该晶圆的被电镀表面持续涌出电镀液，另设有一电镀液回收模块于晶圆的圆周外围区域持续回收电镀液，一方面维持电镀液电场于较佳的流动方向，使电场分布更为平均，另一方面持续利用水流换替掉接近被电镀表面已反应后的电镀液，让晶圆表面电镀厚度更为均匀，可靠度佳，使生产效率提高。

以下配合附图及元件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，以使熟习该项技艺者在研读本说明书后能据以实施。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的槽体的局部剖面立体图

图3为本发明的槽体的俯视图：

图4为图3的aa图剖视图。

图5为本发明电镀槽结构在运作时的剖面示意图(一)；

图6为本发明电镀槽结构在运作时的剖面示意图(二)

附图标记如下：

1槽体

11外槽体

12内槽体

121第一侧壁

122第二侧壁

13第一槽室

14第二槽室

15储液室

16第三槽室

2喷流模块

21腔体

211进水孔

22喷流孔

3电镀液回收模块

31第一回流孔

311孔

32第二回收孔

33第一排放管

34第二排放管

4循环供给模块

41供液管

42回收管

43泵

5晶圆夹具

具体实施方式

如图1所示，分别为本发明电镀槽结构的立体图。本发明电镀槽结构包括一槽体1，设置于槽内的至少一喷流模块2、至少一电镀液回收模块3以及设置该槽体1外的循环供给模块4。本发明着重于电镀槽内的电镀液流动的循环结构，而在电镀过程中需与待镀晶圆相连接的阴极电极及于电镀槽内的阳极电极等相关结构皆与现有相同，故不再详加说明。

本发明运作方式为：当该槽体1注满电镀液，待镀晶圆会由一晶圆夹具呈直立状潜浸于该槽体1内的电镀液中，该喷流模块2面对该晶圆的待镀表面持续涌出电镀液，再由于分布于该晶圆的圆周外围的电镀液回收模块3，持续回收电镀液，此能维持电镀液电场于较佳的流动方向，且使电场分布更为均匀，另外产生的水流同时能换替掉接近被电镀表面已反应后的电镀液，此让晶圆表面电镀厚度更为均匀，可靠度佳，也能减少电镀液中贵金属的使用量。该循环供给模块4则具有管路与该喷流模块2及电镀液回收模块3相连接，以回收电镀液再循环输出使用，该循环供给模块4也能过滤或持续添加新的电镀液，以维持电镀液于较佳的浓度。

接着就各构件的结构作一详细的说明：

该槽体1内用以容纳电镀液，于中央区域为晶圆置放区10，图中仅以假想线表示晶圆置放区10，实际上另设有晶圆夹具用以夹持晶圆，在电镀时使晶圆呈直立状潜浸于该槽体1内的电镀液中。在图1中，实际上该槽体1能容纳一组晶圆夹具同时于左右侧分别各夹持一个晶圆，并对每个晶圆祼露的表面进行电镀，以提高生产效率，因此本发明电镀槽结构是采左右对称方式设计，实际上也能仅对一个晶圆进行电镀，后续仅就单一侧结构作说明。请一并参图2、图3及图4，分别为本发明槽体的局部剖面立体图、俯视图及剖面图。

该槽体1包括一外槽体11及一内槽体12，该内槽体12的高度低于外槽体11且位于其槽内。该外槽体11与内槽体12之间形成至少一第一槽室13及至少一第二槽室14。在本实施例中分别具有位置相对的两个第一槽室13及两个第二槽室14。另外该内槽体12是由面对面的两个第一侧壁121及两个第二侧壁122合围而成的立体长方型槽，该第一槽室13紧邻于该第一侧壁121，该第二槽室14则紧邻该第二侧壁122。该外槽体11另具有一储液室15，该储液室15具有孔洞151与该第一槽室13相连通。该第一槽室13及该储液室15是为了在晶圆放入该内槽体12初期，让溢流的电镀液储存于两室空间内，防止电镀液溢出该外槽体11。图中虽与该储液室15相邻的墙壁具有一孔，但在实际的结构中另设有管件或阀门安装于此，以利后续回收电镀液。

另外在该第二侧壁122顶部另设有多个凹陷的溢流缺口1221，该溢流缺口1221是在电镀过程中，供多余的电镀液能流至该第二槽室14内，并维持液面高度接近该内槽体12顶缘但不会溢出。另外该外槽体11另具有封闭的一第三槽室16，该第三槽室16紧邻该内槽体12底部。

该喷流模块2主要用以朝晶圆方向持续涌出电镀液。该喷流模块2安装于该槽体1的一垂直内壁，具体而言是固定于该第一侧壁121，该喷流模块2包括一腔体21及分布于其表面的多个喷流孔22，该腔体21为呈中空且能容纳液体，顶部具有进水口211可连接管件供电镀液注入。多个该喷流孔22由下而上依序分布着且面对于该晶圆置放区10待镀表面，在本实施例中多个该喷流孔22是呈同圆心放射状分布，分布区域及位置是对应于晶圆尺寸。其中该喷流孔22分布的同心圆的圈数及孔的数目并不限图中形式，可需求再作调整，例如圈数更多，孔数及孔径更小等，另外喷流孔22的分布方式也不限同心圆。该腔体21及喷流孔22皆须经特别设计，使注入该腔体21的电镀液最后经该喷流孔22喷出的流速及方向皆符合实际的需求，例如虽电镀液持续涌向该晶圆置放区10，但水流不会过于扰动，确保电镀液电场处于较佳的流动方向，且电场分布更为均匀，提升电镀品质。

该电镀液回收模块3是用以回收反应后的电镀液，其位置位于该槽体1内且分布于该晶圆置放区10的圆周外围区域，因为可有多种不同的方式，本发明仅就其中一种作说明。该电镀液回收模块3包括多个排出孔及至少一排放管，在本实施例中包括两组不同方向的排放模式。在本实施例中，该电镀液回收模块3包括多个第一回流孔31、多个第二回收孔32、至少一第一排放管33及至少一第二排放管34。其中第一种排放方式是于两侧边位置，多个该第一回流孔31由下而上依序分布于该第二侧壁122，该第一排放管33设置于第二槽室14内，该第一排放管33表面纵向具有多个第一回流孔331，该第一回流孔331的形状及分布方式并不受限，例如孔形可为圆孔、长条孔、方型孔等，另外在图中该第一排放管33虽仅看到纵向的一排该第一回流孔331，实际上设有纵向四排，且呈等角度份布于该第一排放管33的管壁，但也并不以此为限，纵向的排数及分布的孔数，皆可依实际需求而调整及改变。该第一排放管33的位置对应于多个第一回流孔31，利用该第一排管33经多个该第一回流孔31、多个第一回流孔331，将反应后的电镀液由该晶圆置放区10两侧方向排出。

另外在本发明的其他实施例中，可省略该第二侧壁122的结构，利用该第一排放管33及分布其表面的第一回流孔331直接排出电镀液。

第二种排放方式为底部排放模式，多个第二回流孔32分布于该内槽体12底部，位置对应于该晶圆置放区10的圆周外围的下方区域。该第二回流孔32连通该内槽体12内空间及第三槽室16，该第二排放管34位于该第二槽室16内，其一端具有开口341，由此利用该第二排管34经多个该第二回流孔32将电镀液由下方排出。

如图1所示，该偱环供给模块4是设置于该槽体1外，用以循环供给电镀液至该槽体1，该循环供给模块4包括至少一供液管41、至少一回收管42以及泵43，该供液管41是连接于该喷流模块2的腔体21处，以持续注入电镀液。在本实施中该供液管41末端是连接于该腔体2顶部，但并不以此为限，亦可连接于腔体2侧壁或底部位置，再通过槽体1的墙壁延伸出来，此方式须注意封密效果，方便封闭该槽体2顶面空间。该回收管42是连接于电镀液回收模块3的第一排放管33及第二排放管34，以回收该电镀液。图中并未画出相互连接的管路结构，因为此类管路连接方式与现有相似，例如通过三向连通管及多个管接头作连接，故不再详细说明。该泵43连接着该回收管42及供液管41能持续循环回收及供给电镀液至该槽体1。在本实施例中该第一排放管33、第二排放管34与回收管42相连接的管路中另设有独立的控制阀，以更精确控制回收过程中的流速。相同地该供液管41与该腔体21连接的管路也具有独立的控制阀，用以精确控制供液过程中的压力及流量，进而确保电镀时电镀液电场分布更为均匀。另外该偱环供给模块4亦可设有过滤装置，用以过滤电镀液中的杂质，或是包括电镀液补充装置，根据电镀液的浓度适时调整至最佳状态。

接着就本发明整体运作的方式作一说明，如图5及图6所示，分别为纵向不同角度的剖面示意图，该喷流模块2并未以剖面图绘制，另外两个晶圆是分别被固定于一晶圆夹具5的两个相对面，说明如下：

该槽体1内的内槽体12注满电镀液，该晶圆夹具5呈直立状潜浸于该内槽体12内的电镀液中，多余的电镀液会先溢流至该第一槽室13。另外相关电极皆以连接完成后，该喷流模块2面对晶圆的待镀表面持续涌出电镀液。于晶圆两侧区域的电镀液会经由该第一回流孔31以该第一排放管33持续回收，于晶圆下方区域的电镀液则由第二回流孔32的第二排放管34持续回收，由此保持电镀液电场流动的方向，从而使电场分布更为平均。另外产生的水流也能持续换替接近被电镀表面已反应后的电镀液，此让晶圆表面电镀厚度更为均匀，减少贵金属的使用量，提高可靠度佳，生产效率也同步提高。另外该循环供给模块4则具有管路与该喷流模块2及电镀液回收模块3相连接，以回收电镀液再循环输出使用，随时确保电镀液的浓度。因此运用本发明电镀槽所进行的电镀作业，其生产效率高，均匀度及可靠度佳，明显优于现有的方式，符合专利的申请要件。

以上所述者仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。