电镀设备的制作方法

本实用新型涉及电镀领域，特别涉及一种电镀设备。

背景技术：

在集成电路制造领域的芯片制造工艺中，晶圆电镀是非常重要的工艺。

现有的电镀设备中，用于向电镀腔和晶圆夹具供电的电源(整流机)的量程是一定的，而在同一个电镀设备，或在同一个电镀腔内更换使用不同电镀工艺时，实施该工艺所需要的电源的量程，精度都会存在变化和差异。而在使用单电源向电镀腔和晶圆夹具供电的情况下，部分工艺所要求的电源量程或精度无法满足工艺的需求，导致电镀设备在实施该工艺时，电镀产品的质量存在差异，无法满足要求。

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在同一个电镀腔内实施不同电镀工艺时，电镀质量存在差异，无法满足要求的缺陷，提供一种电镀设备。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种电镀设备，其包括电镀腔、晶圆夹具和电源，所述电镀设备还包括移动机构，所述移动机构连接于所述晶圆夹具，所述移动机构能够带动所述晶圆夹具移入或移出所述电镀腔；

所述电源的数量为多个，多个所述电源的负极均和所述晶圆夹具电连接，多个所述电源的正极均和所述电镀腔电连接，多个所述电源的电流范围均不同。

该电镀设备，通过设置多个具有不同电流范围的电源分别向晶圆夹具及电镀腔供电，使得移动机构将具有晶圆的晶圆夹具移入电镀腔之后，可根据电镀腔中所使用工艺差异，选择所需要的电源的量程，以匹配对应工艺所需要的电流精度。该电镀设备通过设置多个不同量程的电源，根据应用场景进行切换，以使用最能满足当前工艺的电源进行供电，提高了电镀质量。

较佳地，多个所述电源的正极均分别与所述电镀腔的阳极组件电连接，所述阳极组件包括若干阳极本体和绝缘层，两相邻的所述阳极本体之间通过所述绝缘层相隔离；

每一个所述电源均能够分别向一个或多个所述阳极本体供电。

通过该结构设置，通过使电源分别向电镀腔的阳极组件上的不同阳极本体供电，使被供电的阳极本体能够对晶圆的对应位置进行局部电镀，以实现在一次或多次电镀后对晶圆电镀层不均匀处进行局部修正的目的，进而可提高晶圆电镀层的均匀性，并保证电镀工艺的稳定性。

较佳地，每一个所述电源的正极均包括与所述阳极组件的阳极本体一一对应设置的正极端口，所述正极端口分别与对应的阳极本体电连接。

通过该结构设置，使不同的电源均能够兼容电镀腔的阳极组件，使与电源负极电连接的晶圆夹具被移入该电镀腔之后，每一个电源均能通过向该电镀腔的特定阳极本体进行供电，满足局部电镀的需求。

较佳地，所述电镀设备还包括控制器，所述控制器分别与多个所述电源电连接，所述控制器用于发送供电指令到至少一个所述电源，所述电源能够基于接受到所述供电指令向至少一个所述正极端口供电。

通过该结构设置，采用控制器对电源发送供电指令，以实现局部电镀的目的。

较佳地，所述控制器还与所述移动机构电连接，所述的控制器包括存储单元，所述存储单元用于存储所述电镀设备的电镀参数。

通过该结构设置，使控制能够从存储单元获取电镀参数，以控制特定电源向电镀腔提供准确的波形。

较佳地，所述电镀腔的数量为多个，多个所述电源的正极均分别和所有的所述电镀腔电连接；

所述移动机构能够在多个所述电镀腔之间转运所述晶圆夹具，所述控制器还与所述移动机构电连接。

通过使控制器与移动机构电连接，使得移动机构移动晶圆夹具的信息能够发送至控制器，控制器基于晶圆夹具位于哪一个电镀腔内的数据从存储单元获取电镀参数，使电源能够为各个电镀腔供不同的波形。

较佳地，所述电镀腔的数量为多个，所述移动机构能够在多个所述电镀腔之间转运所述晶圆夹具，多个所述电源的正极均分别和所有的所述电镀腔电连接。

通过该结构设置，电镀设备通过将电源正极分别与多个电镀腔电连接，并利用机械手将电连接至电源负极的晶圆夹具在这些电镀腔之间进行移动的方式，使得电源能够满足固定在晶圆夹具上的晶圆在不同电镀腔中分别进行电镀的目的，从而在满足电镀质量的前提下，有效降低电镀设备中的电源数量，从而降低了设备成本。

较佳地，所述移动机构包括机械手，所述机械手的末端连接于所述晶圆夹具，所述机械手具有平移自由度和升降自由度。

通过该结构设置，采用具有平移自由度和升降自由度的机械手来移动晶圆夹具，以提供一种使晶圆夹具能够在多个电镀腔间进行移动的较佳实施方案。

较佳地，所述机械手具有实现竖直翻转的翻转运动模块，所述翻转运动模块设置于所述机械手的末端，并直接连接于所述晶圆夹具。

通过设置该翻转运动模块，以驱动晶圆夹具实现竖直翻转的功能，使得晶圆夹具供晶圆装入的晶圆安装面能够朝上，以便于在上片步骤中将晶圆以人工或其他机械手的方式转移放入或取出。

较佳地，所述机械手为六自由度机械手。

本实用新型的积极进步效果在于：

该电镀设备，通过设置多个具有不同电流范围的电源分别向晶圆夹具及电镀腔供电，使得移动机构将具有晶圆的晶圆夹具移入电镀腔之后，可根据电镀腔中所使用工艺差异，选择所需要的电源的量程，以匹配对应工艺所需要的电流精度。该电镀设备通过设置多个不同量程的电源，根据应用场景进行切换，以使用最能满足当前工艺的电源进行供电，提高了电镀质量。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1的电镀设备的结构示意图。

图2为本实用新型的实施例1的电镀设备的模块示意图。

图3为本实用新型的实施例2的电镀腔的阳极组件俯视图。

图4为本实用新型的实施例2的电镀腔的分解结构示意图。

图5为本实用新型的实施例2的电镀设备的模块示意图。

图6为本实用新型的实施例3的电镀设备的模块示意图。

图7为本实用新型的实施例3的电源的电路示意图。

图8为本实用新型的实施例4的电镀设备的结构示意图。

图9为本实用新型的实施例4的电镀设备的使用状态示意图。

图10为本实用新型的实施例5的移动机构的结构示意图。

图11为本实用新型的实施例5的移动机构的使用状态示意图。

图12为本实用新型的实施例6的电镀设备的电路示意图。

附图标记说明：

晶圆夹具1

晶圆安装面11

移动机构2

翻转运动模块21

电源3

电镀腔4

阳极组件41

阳极本体411

绝缘层412

固定架42

导电基板43

控制器5

开关电路51

计算单元52

控制单元53

存储单元54

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

本实施例提供一种电镀设备，如图1和图2所示，其包括晶圆夹具1、移动机构2、两个电源3以及一个电镀腔4。这两个电源3的电流范围不同，其中，电源a的电流范围为0.0000～1.5000a，电源b的电流范围为0.000～20.000a，两个电源3的精度不一样，电源a的电流精度更高、且还具有高频脉冲，正反向输出等的功能。而电源b的电流范围大、精度相对较低。这两个电源3分别并联设置，电源3的负极均电连接至晶圆夹具1，而正极则均电连接至电镀腔4内的阳极组件41上，移动机构2与晶圆夹具1相连，该移动机构2能够将晶圆夹具1移入或移出电镀腔4。当移动机构2将晶圆夹具1移入电镀腔4后，电源a或电源b开始供电，使晶圆夹具1上的晶圆与该电镀腔4的阳极组件41相导通，以实施电镀工艺。

通过在电镀设备中设置两个电流范围不同的电源3，以在该电镀腔4所使用的药水(工艺)不同时，通过开启更合适该工艺的电源3，以满足该工艺对电源量程、精度的需求。具体的，电源b由于电流范围大，主要用于在实施常规电镀工艺时使用，但无法覆盖几种特殊工艺的需求；电源a的电流范围小，但对应的精度相对较高，且还具有高频脉冲，正反向输出等的功能，可以满足特殊工艺的供电需求。

现有技术中，对于单个电镀腔4仅配置一个电源3，导致实施不同工艺时的精度难以完全满足要求。而本实施例中，根据应用场景，单个电镀腔4可同时对应安装多个不同量程的电源3，以在实施不同工艺时，通过选择特定电源3进行供电，提高电镀精度。

本实施例中，移动机构2为机械手，机械手的末端与晶圆夹具1连接，该机械手至少需要包含升降自由度，以用于带动晶圆夹具1移入或移出电镀槽。

进一步的，在机械手的末端还设置有可实现竖直翻转的翻转运动模块21，翻转运动模块21被安装在机械手的末端，并直接连接于晶圆夹具1，以实现竖直翻转晶圆夹具1的目的。具体的，如图4所示，此时，晶圆被安装在晶圆夹具1的下表面上，使晶圆夹具1移入电镀腔4之后能够实施电镀工艺，当翻转运动模块21驱动晶圆夹具1翻转之后，晶圆夹具1相对机械手的位置如图5所示，此时，晶圆夹具1的晶圆安装面11能够朝上，以便于将晶圆以人工或其他机械手的方式转移放入或取出。

其中，本实施例中的翻转运动模块21，通过在机械手末端安装旋转电机，并将旋转电机的转轴与晶圆夹具1相连，通过驱动电机运转的方式实现竖直翻转晶圆夹具1的目的，当然，在其他实施方式中，也可采用现有技术中存在的其他驱动方案实现竖直翻转晶圆夹具1的目的，具体结构在此不再赘述。

实施例2

本实施例也提供一种电镀设备，其结构与实施例1提供的电镀设备大致相同。不同之处在于，如图3所示，电镀腔4的阳极组件41包括若干阳极本体411。阳极本体411为可溶性阳极，可溶性阳极的材质为与待形成的电镀层的材质有关，例如镀铜时为铜。当电源3给阳极组件41供电时，这些阳极本体411之间互不导通。

如图3所示，阳极本体411互相套设且同轴设置，其中位于中心的阳极本体411为圆柱体，其他的阳极本体411为环状结构，包括圆环形结构和半环形结构。优选地，每块阳极本体411的体积相同。本实施例中以图3方式进行布局的阳极组件41可实现水平电镀。需要说明的是，阳极本体411的数量可根据实际需求自行设置，可以但不限于是6块、7块，具体的，阳极本体411的数量可在6-20范围内选取。当然，数量设置的越多，每块阳极本体411的上表面的面积越小，对电镀均匀性修正的准确度就越高。

在本实施例中，阳极组件41还包括绝缘层412。两相邻的阳极本体411之间通过绝缘层412相隔离，以实现当电源3给阳极组件41通电时，阳极本体411之间互不导通。其中，绝缘层412贴合于两相邻的阳极本体411中靠近阳极组件41的轴线的阳极本体411的外表面，绝缘层412与两相邻的阳极本体411中远离阳极组件41的轴线的阳极本体411之间具有间隙；或者，绝缘层412贴合于两相邻的阳极本体411中远离阳极组件41的轴线的阳极本体411的内表面，绝缘层412与两相邻的阳极本体411中靠近阳极组件41的轴线的阳极本体411之间具有间隙。此间隙用于电镀液从进液槽流入阳极本体411，以及电镀槽中。

在本实施例中，绝缘层412的材质可以采用pvdf或pfa。

如图4所示，其为本实施例中的某一个电镀腔4的结构示意图，电镀腔4还包括固定架42，阳极组件41固定在固定架42上，固定架42内置向电镀腔4内输送电镀液的进液槽。固定架42设置并固定在电镀腔4中。

本实施例中的阳极组件41还包括导电基板43，阳极本体411和绝缘层412设于导电基板43上。

如图5所示，电镀设备还包括控制器5，控制器5与多个电源3同时电连接。进行电镀时，将电源3的正极通过导电基板43与阳极本体411电连接，负极与晶圆夹具1电连接。阳极组件41和具有晶圆的晶圆夹具1相对平行设置，具体的：进行水平电镀时，如图3所示的阳极组件41设于晶圆夹具1下方，且阳极组件41的电镀表面的半径与晶圆的半径相同，即阳极组件41的形状与大小与晶圆的形状和尺寸相同。控制器5会发送供电指令至特定的电源3。以在该电源3在接受到供电指令时，给一块或几块目标阳极本体411供电，此时目标阳极本体411互不导通。

目标阳极本体411为与目标区域对应的阳极本体411。目标区域也即电镀层中厚度在厚度阈值范围之外的区域；厚度阈值范围可根据实际需求自行设置，该阈值范围是上下限两个值，因为考虑到电镀和退镀。

其中，供电指令包括电镀参数；该电镀参数包括以下参数中的一种或多种：电镀速率、电镀次数、施加于目标阳极本体411上的电镀电流值、施加于目标阳极本体411上的电镀电压值、每个目标阳极本体411的供电时长。

在本实施例中，电源3可对单个电镀腔4内的一块或几块阳极本体411单独供电，实现对晶圆的局部区域进行电镀，从而可实现对一次或多次电镀(初始电镀)后电镀层不均匀的情况进行修正。

修正电镀时，对不同区域的电镀参数可通过以下方式获得：采用超声波传感器、激光测厚仪、电涡流测厚仪或四探针测试仪等器件通过离线检测方式，对初始电镀的电镀层的厚度进行测量，得到厚度分布数据，根据厚度分布数据以及电镀工艺中的经验，确定每块目标阳极本体411的电镀参数。

实施例3

本实施例也提供一种电镀设备，其结构与实施例2提供的电镀设备大致相同。不同之处在于，如图6所示，控制器5包括计算单元52、控制单元53和存储单元54，计算单元52、控制单元53和存储单元54之间电连接。存储单元54中存储有电镀参数，通过将电镀参数发送至电源3，使电源3的正负极能够输出准确的电量。

如图7所示，每一个电源3的正极均包括多个正极端口，这些正极端口与阳极组件41的阳极本体411数量相同，且一一对应地电连接，正极端口具有开关电路51，正极端口通过开关电路51与阳极本体411电连接。在控制器5在生成供电指令并发送至特定的电源3之后，通过开启或关闭对应的正极端口的开关电路51，实现该电源3向特定的阳极本体411供电的目的。

实施例4

本实施例也提供一种电镀设备，其结构与实施例3提供的电镀设备大致相同。不同之处在于，本实施例中，如图8所示，电镀设备有三个电镀腔4，两个电源3的正极同时电连接至三个电镀腔4内的阳极组件41上，并且该移动机构2还具有水平自由度，以用于在这些电镀腔4之间转运该晶圆夹具1。

如图9所示，当移动机构2将晶圆夹具1移入其中某一个电镀腔4后，控制器5控制两个电源3中的其中一个开始供电，使晶圆夹具1上的晶圆与该电镀腔4的阳极组件41相导通，以实施电镀工艺。之后，当晶圆夹具1通过移动机构2被移入另一个电镀腔4，并在某一个电源3开始供电后，该晶圆夹具1上的晶圆也会与另一电镀腔4的阳极组件41相导通。

该方案中，在不同的电镀腔4中所使用的药水(工艺)不同，所需要的电源的量程，精度都会有差异。因此，本实施例中，通过将这些电镀腔4均同时电连接至多个具有不同电流范围的电源3，以根据应用场景，控制相对更合适的电源3向对应的电镀腔4进行供电。

该电镀设备，通过将多个电源3正极分别与多个电镀腔4电连接，并利用机械手将电连接至电源3负极的晶圆夹具1在这些电镀腔4之间进行移动的方式，实现共用(多个)电源3的目的，从而有效降低了电镀设备中对电源3数量的需求，进而降低设备成本。

实施例5

本实施例也提供一种电镀设备，其结构与实施例4提供的电镀设备大致相同。不同之处在于，如图10和图11所示，本实施例中的移动机构2为具有六自由度的机械手，通过增加机械手的自由度，以便于该机械手能够将晶圆夹具1转运至任意位置的电镀腔4内。另外，本实施例中，翻转运动模块21形成在六自由度的机械手用于连接晶圆夹具1的末端位置处。在翻转运动模块21的驱动下，晶圆夹具1的晶圆安装面11能够朝上，以便于在上片/下片步骤中将晶圆以人工或其他机械手的方式转移放入或取出。

实施例6

本实施例也提供一种电镀设备，其结构与实施例4提供的电镀设备大致相同。不同之处在于，如图12所示，本实施例中，三个电镀腔4中的阳极组件的阳极本体411数量相同，均为五个。两个电源3的正极也同样包括与这些阳极组件的阳极本体411一一对应的正极端口，这些正极端口分别与三个阳极组件中对应的阳极本体411进行电连接。

通过这种结构设置，使得不同电镀腔4的阳极组件能够同时兼容这两个电源3，使与电源3负极电连接的晶圆夹具1在被移入对应电镀腔4后，在控制器5控制下而启动的其中一个电源3能通过向该电镀腔4的特定阳极本体411进行供电，满足局部电镀的需求。同时，在晶圆夹具1被移入另一个电镀腔4后，在控制器5控制下而启动的其中一个电源3也可基于这些正极端口的通断控制，向另一个电镀腔4的特定阳极本体411进行供电，使得设备的电源3控制相对简单，提高设备的可靠性。

本实施例中，这些正极端口同样具有开关电路51，正极端口通过开关电路51与阳极本体411电连接。控制器5通过控制开关电路51的开启或关闭状态，实现电源3向特定的阳极本体411供电的目的。

本实施例中，控制器5还与移动机构电连接(图中未示出)，使得移动机构移动晶圆夹具1的情况，尤其是移动机构将晶圆夹具1移动至哪一个电镀腔4内的情况能够发送至控制器5。在控制器5获取了晶圆夹具1位于哪一个电镀腔4内时，控制器5将存储单元中的电镀参数发送中电源3，使电源3能够为各个电镀腔4供不同的波形，实现精确控制的目的。

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。