[發明專利]晶圓水平鍍膜噴杯中攪拌鍍液的旋轉剪切機構工作方法

在審

• 申請號: 202011541032.4
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112725867A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 王殿;孟超;常志;郝鵬飛
• 申請（專利權）人: 西北電子裝備技術研究所（中國電子科技集團公司第二研究所）
• 主分類號: C25D17/00
• 分類號: C25D17/00;C25D21/10;C25D7/12;C25D5/08;C25D21/04
• 代理公司: 山西華炬律師事務所 14106
• 代理人: 陳奇

本發明公開了一種晶圓水平鍍膜噴杯中攪拌鍍液的旋轉剪切機構工作方法，解決了現有鍍槽結構不合理容易導致晶圓鍍膜質量不高的問題。將傳統的焊接結構的噴杯的杯體結構，改變為塊式組裝式結構，通過對塊式結構的精準加工，提高了關鍵配合面的安裝精度，將各杯體塊，通過密封墊及連接銷連接在一起，組成密閉杯體，即減小了杯腔的體積，又提高了陰極與陽極的平行度；在杯腔中設置鍍液攪拌從動齒圈，在鍍液攪拌從動齒圈的內圓上對稱設置兩個徑向凸塊，在徑向凸塊上分別設置可自轉的鍍液剪切齒輪，在鍍液剪切齒輪上設置鍍液剪切葉，通過兩個鍍液剪切葉的自轉，以及兩個鍍液剪切葉隨鍍液攪拌從動齒圈的公轉，實現對鍍液的充分攪拌，從而提高鍍膜質量。

技術領域

本發明涉及一種對晶圓進行鍍膜的設備，特別涉及一種對晶圓進行電化學沉積鍍膜時所使用的鍍膜噴杯設備。

背景技術

晶圓鍍膜工序是半導體濕制程中應用最為廣泛的工序，起著支撐和連接各種封裝器件的作用，現有的晶圓鍍膜主流工序可分為物理鍍膜和電化學沉積鍍膜（ECD）兩種；電化學沉積鍍膜是利用陽離子和陰離子在電場作用下發生不同的氧化-還原反應，在基材材料上沉積出指定的薄膜材料；電化學沉積鍍膜工藝具有工藝溫度低，鍍層結合力好，鍍膜溶液不受鍍膜工件的形狀限制，成膜中溶液組分容易控制，電鍍設備結構簡單和成本低廉等優點，被生產廠家廣泛采用。

晶圓電化學沉積鍍膜可分為水平噴鍍、傾斜旋轉噴鍍和垂直噴鍍三種；垂直噴鍍是由傳統的掛鍍工藝演變而來，需要專業的晶圓夾具、陽極屏蔽板和電力線打散機構，電力線打散方式又可分為水平高速攪拌打散和垂直剪切屏打散兩種；在垂直噴鍍中，晶圓表面離子濃度和流速存在難以實現一致的缺點，對噴鍍的晶圓薄膜質量要求不高的晶圓，可采用垂直噴鍍方法，同時，這種方式還存在溶液消耗較大和生產成本較高的問題；傾斜旋轉噴鍍是將晶圓放置成傾斜狀進行電鍍成膜，這種方式適用于小批量，并采用手動夾裝的場合，所用夾具比較特殊，不適合在連續生產線上使用；水平噴鍍是將晶圓鍍面朝下放置在鍍槽上端，電鍍陽極向上設置在鍍槽中，在鍍膜過程中，晶圓不需要特制的夾具，晶圓無需人工裝卡，只需晶圓與陰極保持導通，即可實現鍍膜；這種方式便于晶圓在生產線上搬運，能很好地適應連續生產線的生產要求；現有的水平噴鍍的鍍槽存在以下問題：（1）電鍍腔體容積較大，電鍍所需的鍍液較多，特別是價格較為昂貴的鍍金溶液的使用和維護費用較高；（2）現有的電鍍槽體是通過焊接工藝加工而成的，在電鍍槽體上分別定位有陰極和陽極，槽體在焊接成型過程中，容易使陰極和陽極的安裝位置發生移位，容易導致陰極與陽極之間的平行度降低，同時還容易降低槽中運動部件的安裝精度；（3）水平噴鍍中的陰極結構，由于氧化作用，會對陰極性能產生影響，環形陰極與晶圓的導電接觸點如何科學合理地進行設計，直接影響到晶圓的導電及邊緣鍍層的質量。

在晶圓的電鍍過程中，水平噴鍍鍍槽中的鍍液是通過循環來維護鍍液成分穩定的，鍍膜時鍍液的噴鍍流量、方向、鍍液循環的流場，特別是電場的均勻度，直接決定了鍍液中金屬離子的運行狀況，由于采用水平噴鍍的形式，金屬離子絡合物會下沉在陽極表面，起到消耗陽極的作用，無法保證鍍膜質量，因此，鍍液的攪拌，及對電子束進行剪切，能否保證被電鍍的晶圓表面離子濃度和流速均勻，直接關系到鍍膜的質量，如何保障對鍍液的充分攪拌和保證與晶圓鍍面的垂直剪切，成為噴鍍設備需要考慮的問題；另外，在晶圓片電鍍過程中，金屬離子是通過沉積在晶圓表面工藝孔中，來實現電鍍的（或稱為填孔的），在此過程中，工藝孔的孔壁上會析出氫氣泡，這些在晶圓表面工藝孔內析出的氫氣泡，會附著在晶圓表面工藝孔內，形成鍍膜瑕疵，影響到金屬離子沉積質量，如何將氫氣泡從工藝孔中排出，也是晶圓水平噴鍍中需要解決的一個問題。

晶圓片在水平噴鍍鍍槽中進行鍍膜時，對鍍液流場均勻控制，以及對電場均勻控制，是至關重要的，如何設置鍍液的攪拌和打散機構，又如何對打散機構的工作進行科學合理地控制，以實現晶圓表面離子濃度均勻和晶圓表面電力線均勻分布的效果，進而達到晶圓表面離子的均勻沉積，是現場需要解決的一個重要技術問題。

發明內容

本發明提供了一種晶圓水平鍍膜噴杯中攪拌鍍液的旋轉剪切機構工作方法，解決了現有鍍槽結構不合理容易導致晶圓鍍膜質量不高的技術問題。