电镀夹具及电镀设备的制作方法

1.本技术涉及电镀设备技术领域，尤其是涉及一种电镀夹具及电镀设备。


背景技术：

2.晶圆电镀是半导体芯片制造过程的关键环节之一，其过程是将晶圆放置于电镀液中，晶圆上联接负极电压作为阴极，将正极电压联接到可溶解或不可溶解的阳极上，通过电场作用使电镀液中的金属离子沉积到晶圆表面。
3.随着半导体晶圆制造设备自动化程度的不断提高，晶圆电镀设备的自动化程度也成为了其是否满足生产需要的一个重要指标。目前，市场上的晶圆电镀设备使用的电镀夹具多为手动夹持导电型，存在自动化程度低、生产效率低和稳定性较差等问题，不能满足设备的需求。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种电镀夹具及电镀设备，以在一定程度上解决现有技术中的手动夹持导电型的电镀夹具存在的自动化程度低、生产效率低和稳定性较差的技术问题。
5.本技术提供了一种电镀夹具，包括导电接触机构、承载机构、升降夹紧机构、支撑机构和转动驱动机构；所述承载机构用于对待电镀工件进行承载定位，所述导电接触机构连接于所述承载机构的顶部；所述升降夹紧机构包括升降驱动构件、第一固定连接座、第一活动连接座、同步传动杆以及夹紧盘；所述升降驱动构件设置于所述支撑机构，所述第一固定连接座与所述升降驱动构件相连接，所述第一活动连接座与所述第一固定连接座可转动连接，所述同步传动杆的一端与所述第一活动连接座相连接，所述同步传动杆的另一端顺次穿过所述承载机构与所述夹紧盘相连接，所述升降驱动构件能够驱动所述第一固定连接座带动所述夹紧盘靠近或远离所述导电接触机构；所述转动驱动机构设置于所述支撑机构，且所述转动驱动机构与所述承载机构相连接并能够驱动所述承载机构带动所述同步传动杆、所述夹紧盘、所述导电接触机构和所述第一活动连接座同步转动。
6.在上述技术方案中，进一步地，所述电镀夹具还包括导电滑环机构，所述导电滑环机构包括设置于所述支撑机构的滑环定子以及与所述滑环定子可转动地套接的滑环转子；所述滑环转子与所述转动驱动机构相连接，所述转动驱动机构能够驱动所述滑环转子随所述承载机构同步转动；所述滑环转子与所述导电接触机构电连接，所述滑环定子与外界电源电连接。
7.在上述任一技术方案中，进一步地，所述支撑机构包括安装座以及连接臂，所述连
接臂的一端与所述安装座相连接，所述连接臂的另一端用于与机台连接；所述转动驱动机构包括转轴以及驱动组件，所述安装座开设有轴孔，所述转轴可转动地穿设于所述轴孔内，所述驱动组件设置于所述安装座的底部并能够驱动所述转轴的底端转动。
8.在上述任一技术方案中，进一步地，所述滑环定子设置于所述安装座的顶部，所述滑环转子可转动地穿设于所述滑环定子的内部，所述滑环转子开设有第二轴孔，所述转轴穿设于所述第二轴孔内且与所述滑环转子相连接；所述第一固定连接座以及第一活动连接座均设置有避让通孔，所述避让通孔内容纳有所述导电滑环机构。
9.在上述任一技术方案中，进一步地，所述承载机构包括承载盘；所述承载盘间隔设置于所述第一活动连接座的顶部，所述转轴的顶端与所述承载盘的底部相连接；所述承载盘的顶端的内周侧壁开设有定位槽，所述定位槽与待电镀工件的外周侧壁相适配；所述承载盘的内部形成有导向容纳腔，所述夹紧盘可升降地设置于所述导向容纳腔内，所述同步传动杆的底端与所述第一活动连接座相连接，所述同步传动杆的顶端穿过所述承载盘与所述夹紧盘相连接。
10.在上述任一技术方案中，进一步地，所述承载机构还包括多个定位块；多个所述定位块设置于所述承载盘的顶端并沿所述承载盘的周向间隔排布；所述定位块凸出于所述承载盘的外周侧壁，且所述定位块上开设有定位插孔；所述导电接触机构包括导电盘和多个连接柱，多个所述连接柱一一对应地插接于多个所述定位块的定位插孔内，所述导电盘位于所述承载盘的顶侧。
11.在上述任一技术方案中，进一步地，所述导电盘包括环形导电基板以及多个导电弹针，多个所述导电弹针与所述环形导电基板相连接并沿所述环形导电基板的周向顺次间隔排布；所述导电滑环机构还包括第一连接线和第二连接线；所述第一连接线与所述滑环定子电连接，并用于外接电源阴极；所述第二连接线的一端与所述滑环转子电连接，所述第二连接线的另一端与所述连接柱电连接。
12.在上述任一技术方案中，进一步地，所述承载机构还包括多个设置于所述承载盘的顶端的限位部，多个所述限位部沿所述承载盘的周向顺次间隔排布；所述限位部的内周侧壁形成有开设有弧形凹陷部，所述弧形凹陷部与待电镀工件的局部外周侧壁相适配，以使多个所述弧形凹陷部形成所述定位槽。
13.在上述任一技术方案中，进一步地，所述夹紧盘的顶部的周向边缘设置有凸台，所述凸台环绕所述夹紧盘的周向延伸。
14.本技术还提供了一种电镀设备，包括上述任一技术方案所述的电镀夹具。
15.与现有技术相比，本技术的有益效果为：本技术提供的电镀夹具，包括导电接触机构、承载机构、升降夹紧机构、支撑机构和转动驱动机构。其中，承载机构用于承载待电镀工件，升降夹紧机构的升降驱动构件通过
其同步传动杆驱动夹紧盘将待电镀工件顶起并将其压紧于导电接触机构上，使得待电镀工件与导电接触机构形成导电接触，导电接触机构用于接通外界电源，从而使得待电镀工件与外界电源建立电连接关系。
16.转动驱动机构驱动承载机构转动，从而承载机构能够带动夹紧盘、待电镀工件以及导电接触机构同步转动，当将待电镀工件进入电镀液时，通过转动待电镀工件能够提高其镀膜均匀性和产品良率。
17.此外，第一固定连接座和第一活动连接座连接于同步传动杆与升降驱动构件之间，使得转动驱动机构的转动驱动与升降驱动构件的升降驱动解耦，确保二者互不影响。
18.综上所述，该电镀夹具实现了集旋转、装夹及均匀导电于一体的突破，具体而言，在实现待电镀工件的可靠夹持的基础上，实现夹持待电镀工件旋转的同时保持良好的导电接触，保证生产效率和稳定性，有效提高了晶圆电镀的镀层厚度均匀性和产品良率。
19.本技术提供的电镀设备，包括上述所述的电镀夹具，因而能够实现该电镀夹具的所有有益效果。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本技术实施例一提供的电镀夹具的结构示意图；图2为本技术实施例一提供的电镀夹具的爆炸图；图3为本技术实施例一提供的电镀夹具的第一状态示意图；图4为图3在a-a截面处的剖视图；图5为图4在b处的局部放大图；图6为本技术实施例一提供的电镀夹具的第二状态示意图；图7为图6在c-c截面处的剖视图；图8为本技术实施例一提供的电镀夹具的升降夹紧机构的结构示意图；图9为本技术实施例一提供的电镀夹具的升降夹紧机构的夹紧盘的结构示意图；图10为图9在d-d截面处的剖视图；图11在图10在e处的局部放大图；图12为本技术实施例一提供的电镀夹具的承载机构的结构示意图；图13为本技术实施例一提供的电镀夹具的导电接触机构的导电盘的结构示意图。
22.附图标记：1-电镀夹具；10-支撑机构；100-连接臂；101-安装座；11-转动驱动机构；110-驱动组件；111-转轴；12-升降夹紧机构；120-升降驱动构件；121-第一固定连接座；122-第二固定连接座；123-交叉滚珠轴承；124-第一活动连接座；125-同步传动杆；126-夹紧盘；1260-凸台；13-承载机构；130-承载盘；131-定位块；1310-定位插孔；132-限位部；1320-弧形凹陷部；133-连接法兰；14-导电接触机构；140-放置盘；141-环形导电基板；142-导电弹针；143-密封构件；144-连接柱；15-导电滑环机构；150-滑环转子；151-滑环定子；152-第一连接线；
153-第二连接线；2-待电镀工件。
具体实施方式
23.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.实施例一参见图1至图13所示，本技术的实施例提供了一种电镀夹具1用于电镀设备，能够对待电镀工件2进行装夹定位和导电，待电镀工件2例如为晶圆。
27.如图1和图2所示，本实施例提供的电镀夹具1包括导电接触机构14、承载机构13、升降夹紧机构12、支撑机构10、转动驱动机构11和导电滑环机构15。
28.在下文中，将对电镀夹具1的上述部件进行具体描述。
29.本实施例的可选方案中，承载机构13用于对待电镀工件2进行承载定位，承载机构13包括承载盘130，从而通过承载盘130对待电镀工件2进行承载定位。
30.具体而言，承载盘130的顶端的内周侧壁开设有定位槽，定位槽与待电镀工件2的外周侧壁相适配，从而通过定位槽对待电镀工件2进行承载定位。
31.本实施例中，为了减小承载盘130与待电镀工件2的外周侧壁之间产生空间干涉的可能性，承载机构13还包括多个设置于承载盘130的顶端的限位部132，例如，限位部132的数量为两个、三个、四个或者更多个，多个限位部132沿承载盘130的周向均匀间隔排布。
32.限位部132的内周侧壁形成有开设有弧形凹陷部1320，弧形凹陷部1320与待电镀工件2的局部外周侧壁相适配，以使多个弧形凹陷部1320形成定位槽，也就是说，待电镀工件2的局部限位于弧形凹陷部1320的内部，从而通过多个限位部132的弧形凹陷部1320对待电镀工件2形成多点承载定位。
33.本实施例的可选方案中，如图8所示，升降夹紧机构12包括升降驱动构件120、第一固定连接座121、第一活动连接座124、同步传动杆125以及夹紧盘126。
34.升降驱动构件120设置于支撑机构10，第一固定连接座121与升降驱动构件120相连接，其中，第一固定连接座121例如为第一固定法兰，升降驱动构件120例如为气缸或者直线驱动模组等，升降驱动构件120的数量可以为多个，多个升降驱动构件120沿第一固定连接座121的周向间隔排布并均设置于支撑机构10。
35.第一活动连接座124与第一固定连接座121可转动连接，具体而言，第一活动连接座124与第一固定连接座121通过转动结构相连接，可选地，升降夹紧机构12还包括第二固定连接座122和交叉滚珠轴承123，第二固定连接座122设置于第一固定连接座121的顶部，交叉滚珠轴承123的内圈与第二固定连接座122的外周侧壁相连接，交叉滚珠轴承123的外圈与第一活动连接座124的内周侧壁相连接，从而使得第一活动连接座124以及交叉滚珠轴承123的外圈相对于交叉滚珠轴承123的内圈以及第二固定连接座122转动，进而使得第一活动连接座124能够相对于第一固定连接座121转动。
36.同步传动杆125的一端与第一活动连接座124相连接，同步传动杆125的另一端顺次穿过承载机构13和夹紧盘126相连接，升降驱动构件120能够驱动第一固定连接座121带动同步传动杆125和夹紧盘126靠近或远离导电接触机构14，换句话说，升降驱动构件120能够驱动第一固定连接座121、第一活动连接座124、同步传动杆125和夹紧盘126同步升降，使得夹紧盘126能够在上升过程中也就是靠近导电接触机构14的过程中，将承载盘130内的待电镀工件2向导电接触机构14压紧，从而将待电镀工件2夹紧于夹紧盘126与导电接触机构14之间，以实现待电镀工件2与导电接触机构14之间的电流导通，以使二者形成电连接。
37.转动驱动机构11设置于支撑机构10，且转动驱动机构11与承载机构13相连接并能够驱动承载机构13带动同步传动杆125、夹紧盘126、第一活动连接座124和导电接触机构14同步转动。
38.具体而言，由于同步传动杆125将承载机构13与第一活动连接座124相连接，所以承载机构13能够随第一活动连接座124同步转动，且当导电接触机构14与承载机构13相连接，那么导电接触机构14以及夹紧在导电接触机构14以及夹紧盘126之间的待电镀工件2也会随承载机构13同步转动。从而在电镀过程中，可以通过转动驱动机构11驱动待电镀工件2在电镀液中转动，提高待电镀工件2的电镀均匀性。
39.本实施例中，支撑机构10用于对电镀夹具1的其他部件进行支撑和固定，支撑机构10包括安装座101以及连接臂100，连接臂100的一端与安装座101相连接，连接臂100的另一端用于与机台连接，其中，机台的结构形式以及机台与连接臂100之间的连接方式可以根据实际使用场景进行调整，不做局限，例如机台可以是外置驱动装置。
40.可选地，安装座101呈盘状，安装座101的顶部和顶部均可用于安装其他部件。
41.本实施例中，转动驱动机构11包括转轴111以及驱动组件110，安装座101开设有轴孔，转轴111可转动地穿设于轴孔内，驱动组件110设置于安装座101的底部并能够驱动转轴111的底端转动，转轴111的顶端与承载机构13相连接，从而当驱动组件110驱动转轴111转动，转轴111能够带动承载机构13转动。
42.可选地，驱动组件110包括电机、主动齿轮和被动齿轮，主动齿轮与电机的输出轴相连接，被动齿轮与转轴111相连接，主动齿轮与被动齿轮相啮合，从而电机的输出轴输出的动力可以通过主动齿轮和被动齿轮传递至转轴111，使得转轴111发生转动。
43.本实施例的可选方案中，导电滑环机构15用于将导电接触机构14与外界电源进行电连接。导电滑环机构15包括设置于支撑机构10的滑环定子151以及与滑环定子151可转动地套接的滑环转子150，换句话说，滑环定子151可转动地套设于滑环转子150的外部，或者滑环转子150可转动地套设于滑环定子151的外部。
44.滑环转子150与转动驱动机构11相连接，转动驱动机构11能够驱动滑环转子150随
承载机构13同步转动，滑环转子150与导电接触机构14电连接，滑环定子151与外界电源电连接，其中，滑环转子150和滑环定子151均采用导电材质制成，且二者在相对转动的过程中始终沿周向形成充分接触，所以二者使用处于接触导通状态，从而外接电源的电流顺次通过滑环定子151、滑环转子150传导至导电接触机构14上。
45.当导电接触机构14随承载机构13转动时，由于滑环转子150与承载机构13同步转动，所以能够确保导电接触机构14以及待电镀工件2即使在转动过程中，仍能够与外界电源建立可靠的电连接关系。
46.本实施例中，滑环定子151设置于安装座101的顶部，滑环转子150可转动地穿设于滑环定子151的内部，以使滑环转子150与滑环定子151可转动地套接。
47.滑环转子150开设有第二轴孔，转轴111穿设于第二轴孔内且与滑环转子150相连接，从而滑环转子150能够随转轴111同步转动，进而滑环转子150能够随承载机构13、导电接触机构14与待电镀工件2同步转动，且不影响滑环定子151相对于安装座101的固定连接。
48.为了缩减该电镀夹具1的总高度，提高该电镀夹具1沿高度方向的空间利用率，第一固定连接座121以及第一活动连接座124均设置有避让通孔，避让通孔内容纳有导电滑环机构15，从而使得导电滑环机构15、第一固定连接座121和第一活动连接座124共用高度空间。
49.本实施例中，为了便于将该导电滑环机构15分别与外界电源以及导电接触机构14进行电连接，导电滑环机构15还包括第一连接线152和第二连接线153。
50.其中，第一连接线152与滑环定子151电连接，并用于外接电源阴极，第二连接线153的一端与滑环转子150电连接，第二连接线153的另一端与导电接触机构14电连接，由于导电接触构件、第二连接线153和滑环转子150能够同步转动，因而第二连接线153不会发生缠绕，且由于安装座101、第一连接线152以及滑环定子151均固定设置，因而第一连接线152不会受到滑环转子150转动的影响，从而也不会发生缠绕。
51.本实施例的可选方案中，承载盘130间隔设置于第一活动连接座124的顶部，转轴111的顶端与承载盘130的底部相连接，具体而言，承载盘130的底部设置有连接法兰133，转轴111的顶部与连接法兰133相连接，从而当驱动组件110驱动转轴111转动时，承载盘130能够发生同步转动。
52.本实施例中，承载盘130的内部形成有导向容纳腔，夹紧盘126可升降地设置于导向容纳腔内，具体而言，导向容纳腔可以为筒状，夹紧盘126的外周侧壁与导向容纳腔的内周侧壁相接触，从而当夹紧盘126在升降驱动构件120的驱动下能够沿着导向容纳腔的高度方向移动，起到对于夹紧盘126升降的导向和定位的作用，避免夹紧盘126发生倾斜，提高夹紧盘126对于待电镀工件2的装夹可靠性。
53.同步传动杆125的底端与第一活动连接座124相连接，同步传动杆125的顶端穿过承载盘130与夹紧盘126相连接，从而一方面，升降驱动构件120能够通过同步传动杆125驱动夹紧盘126沿承载盘130的高度方向往复移动，另一方面，由于同步传动杆125穿设于承载盘130内，所以使得承载盘130能够带动同步转动杆同步转动，从而同步传动杆125顺次带动第一活动连接座124同步转动，与此同时，转轴111带动滑环转子150同步转动。
54.本实施例中，如图9至图11所示，夹紧盘126的顶部的周向边缘设置有凸台1260，凸台1260环绕夹紧盘126的周向延伸，从而当夹紧盘126压紧待电镀工件2的时候，夹紧盘126
能够通过凸台1260与待电镀工件2相接触，仅形成环形的线接触，进而降低了夹紧盘126对于待电镀工件2的占用面积，提高了待电镀工件2的有效利用率。
55.本实施例中，如图12和图13所示，为了实现导电接触机构14与承载机构13的定位连接，承载机构13还包括多个定位块131。
56.多个定位块131设置于承载盘130的顶端并沿承载盘130的周向间隔排布，例如定位块131的数量为两个、三个、四个或者更多个。
57.定位块131凸出于承载盘130的外周侧壁，且定位块131上开设有定位插孔1310，导电接触机构14包括导电盘和多个连接柱144，多个连接柱144一一对应地插接于多个定位块131的定位插孔1310内，导电盘位于承载盘130的顶侧，从而使得导电盘通过定位块131的定位插孔1310以及连接柱144相插接固定，使得导电盘能够随承载盘130同步转动，此外，夹紧盘126能够将定位承载于承载盘130内的待电镀工件2压紧于导电盘上，使得导电盘能够将电流传导至待电镀工件2的表面。
58.本实施例中，导电盘包括环形导电基板141以及多个导电弹针142，多个导电弹针142与环形导电基板141相连接并沿环形导电基板141的周向顺次间隔排布，其中，导电弹针142采用具有一定弹性的导体制成，从而一方面能够确保导电弹针142与待电镀工件2的表面形成可靠的导电接触，另一方面能够避免导电弹针142刚性过大导致划伤待电镀工件2的表面。
59.可选地，导电弹针142的数量可以为几个、几十个、上百个甚至几百个，所有导电弹针142可以沿环形导电基板141的周向均匀间隔排布，采用多个导电弹针142与待电镀工件2形成多个导电触点，有效提高导电均匀性，有利于提高电镀的镀层厚度均匀性和产品良率。
60.可选地，如图5所示，导电接触机构14还包括绝缘材质的放置盘140以及密封构件143，密封构件143呈环形，导电盘设置于放置盘140，通过放置盘140对导电盘进行支撑、固定和保护。所述密封构件143与导电盘或者放置盘140连接，且位于导电弹针142的内侧，从而通过环形的密封构件143将导电盘与电镀液隔绝开。
61.具体而言，第二连接线153电连接于连接柱144与滑环转子150之间，使得滑环转子150的电流顺次通过第二连接线153、连接柱144、导电基板、导电弹针142传导至待电镀工件2的表面。
62.可选地，安装座101、承载机构13的承载盘130、定位块131、限位部132、夹紧盘126以及转轴111的材质均设置为绝缘材质，从而确保电流的传导路径顺次为滑环定子151、滑转转子、连接柱144、环形导电基板141、导电针和待电镀工件2。
63.综上，该电镀夹具1在实际作业过程中，按照如下步骤对待电镀工件2进行装夹：升降驱动构件120例如为气缸，如图3和图4所示，气缸的缸杆缩回至最低位，从而驱动夹紧盘126下降至最低位，避让于承载盘130的弧形凹陷部1320形成的定位槽，机械手夹持待电镀工件2并将其放置在承载盘130的弧形凹陷部1320形成的定位槽内。
64.如图6和图7所示，然后气缸的缸杆伸出，从而驱动夹紧盘126上升，直至夹紧盘126的凸台1260与待电镀工件2接触并将待电镀工件2顶起，使得待电镀工件2与导电接触机构14的导电弹针142相接触，并且与导电接触机构14的密封构件143接触，实现待电镀工件2与电源阴极的电连接并且通过密封构件143实现导电密封，避免电镀液直接与导电弹针142相接触。
65.启动驱动组件110驱动转轴111转动，转轴111带动承载盘130、夹紧盘126、导电接触机构14以及待电镀工件2转动，再通过与连接臂100相连接的外置装置驱动该电镀夹具1整体翻转，直至待电镀工件2进入电镀液内，即可启动电镀电源，开始对于待电镀工件2的电镀作业。
66.电镀作业工序结束后，断开电镀电源，通过外置装置驱动该电镀夹具1再次翻转，直至使得待电镀工件2脱离电镀液，控制气缸的缸杆缩回至最低位，驱动夹紧盘126带动其上的待电镀工件2放置回承载盘130的弧形凹陷部1320形成的定位槽内，得到电镀完成的工件。
67.最后通过机械手将电镀完成的工件从承载盘130上取走，即可对工件进行下一步工艺处理。
68.实施例二实施例二提供了一种电镀设备，该实施例包括实施例一中的电镀夹具，实施例一所公开的电镀夹具的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的电镀夹具的技术特征不再重复描述。
69.本实施例中的电镀设备具有实施例一中的电镀夹具的优点，实施例一所公开的所述电镀夹具的优点在此不再重复描述。
70.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。