一种晶圆电镀阴极装置的制作方法

本发明涉及半导体晶圆电镀领域，具体涉及一种晶圆水平电镀之阴极装置。

背景技术：

1、在晶圆的生产过程中，通常需要对其进行电镀处理，目前晶圆电镀设备根据阴阳极的位置划分主要有两种，一种是垂直电镀装置，另一种是水平电镀装置。

2、就垂直电镀装置来说，电镀时，装配导电挂具的晶圆垂直放置，采用浸泡的方式进行化学表面处理，由于晶圆处于垂直状态，其上下区域存在一定压力差，溶液流动可能也存在上下流速的差异，对电镀的形貌和均匀性会有一定的影响，造成晶圆电镀品质的下降。

3、而就水平电镀装置来说，其在电镀时，晶圆水平放置，晶圆待镀面朝下，这样便于晶圆的装卸，且由于晶圆待镀面各处在镀液中处于同一深度，各处压力相同，相较于垂直电镀装置，能够保证较好的电镀均匀性，然而水平式电镀设备因为技术门坎较高，尤其是高端的先进封装制程，国产化的资源较少。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺乏和不足，本发明提供了一种晶圆电镀阴极装置，实现更佳的导电效率、更好的密封效果，提高多种尺寸的快速更换及兼容性，保障晶圆的电镀品质，进一步保障高端晶圆电镀设备的国产化。

2、一种晶圆电镀阴极装置，包括机架，竖直安装在机架上的升降模组，固定在升降模组滑块上的旋转模组，与旋转模组连接的固定座，安装在固定座内的中空旋转电机，与中空旋转电机可拆卸装配的晶圆夹具，安装在旋转驱动件的升降驱动组件，以及检测组件，其中旋转模组带动固定座、中空旋转电机及晶圆夹具在竖直方向正反向旋转任意角度，中空旋转电机带动晶圆夹具进行旋转，晶圆夹具具有相互对合的上夹板与下夹板，以及安装在下夹板底面的导电环，晶圆放置在上夹板与下夹板之间，外边缘与导电环电性接触，所述升降驱动组件穿过旋转驱动件连接上夹板，带动上夹板上下移动实现上下夹板之间的开合。

3、优选地，所述旋转模组包括电动旋转台及旋转驱动电机，固定座与电动旋转台装配，通过旋转驱动电机控制旋转台带动固定座正向或者反向旋转任意角度。

4、优选地，所述旋转模组单独进行竖直方向旋转，或者与升降模组配合边升降边旋转。

5、优选地，所述升降驱动组件包括电气一体滑环，直线电机定子及棒状动子，所述电气一体滑环安装在中空旋转电机上方，位于固定座顶部下端面，所述直线电机定子嵌装在固定座的上端面，所述棒状动子贯穿直线电机定子、电气一体滑环及中空旋转电机，下端与上夹板中心连接，所述棒状动子四周与电气一体滑环和中空旋转电机之间具有间隙，同时直线电机定子、棒状动子、电气一体滑环及中空旋转电机的轴心彼此重合，棒状动子在直线电机定子驱动下上下升降。

6、优选地，所述固定座上表面设有夹持气缸位于直线电机定子一侧，夹持气缸在棒状动子上升至上极限位时夹住棒状动子，固定座上表面还通过立杆固定有位置传感器位于直线电机定子另一侧，用以侦测棒状动子的上下升降位置。

7、优选地，所述晶圆夹具包括连接轴承，穿线板，上夹板，下夹板，导电环，所述连接轴承一端嵌装在穿线板中心的圆孔内，另一端与中空旋转电机装配，所述下夹板为环形结构，其两侧通过多个中空支撑柱与穿线板两侧连接，两侧中空支撑柱之间的直线跨距大于晶圆直径，所述导电环安装在下夹板的底面，且导电环内侧边延伸出下夹板的内侧边，形成承载晶圆并导电的托边，所述上夹板位于穿线板与下夹板之间，上夹板中心向下凹陷形成与下夹板中心凹槽相配对的凸起，在夹紧时该凸起嵌入下夹板的凹槽内，将晶圆与导电环压紧。

8、优选地，所述导电环包括刚性导电材质的母体，多个导电螺纹牙套，内挡水墙和外挡水墙，所述母体外侧包覆有绝缘涂层，多个导电螺纹牙套间隔设置在母体上，并与母体电性导通，所述母体的内侧边接触晶圆的位置设有不覆涂层的裸露导电区域，所述内挡水墙安装在导电环内侧边，外挡水墙安装在导电环的外侧边，所述导电环与下夹板装配时，通过导电螺丝穿过下夹板拧入导电螺纹牙套，同时导电螺丝与导电螺纹牙套之间引出有电线。

9、优选地，所述穿线板中心区域开设有装配连接轴承的圆孔，两侧边缘设有多个装配中空支撑柱的安装孔，同时背面开设有走线槽连通圆孔与安装孔，所述走线槽与中空支撑柱形成隐藏走线通道，将导线及气管从上方引至下夹板与导电环处。

10、优选地，所述检测组件包括导电性检测和气密性检测，其中导电性检测通过将多组与导电螺纹牙套电连的阴极导线各选一路单独连接到阻值仪，用阻值仪以多线程测试晶圆片的阻值差，以判定导电性。

11、优选地，所述气密性检测则在下夹板内侧边间隔嵌装多个检测块，所述检测块的内侧面设有气孔，而检测块的背面设有连通气孔的凹槽，气管一端从凹槽伸入连接气孔，另一端连接气流量计进行气密性检测。

12、有益效果：本发明所揭示的一种晶圆电镀阴极装置，具有如下有益效果:

13、晶圆夹具与驱动件之间为可拆卸装配，同时晶圆夹具具有不同尺寸结构，可以根据晶圆尺寸不同进行快速更换，相比现有专机专用的设备，本发明具备更强的兼容性；

14、上夹板与下夹板之间除了凸起与凹槽的配合外，还设置密封圈结构，确保晶圆装配后压合的密闭性；

15、对于控制上夹板升降的，采用直线电机配合棒状动子实现升降控制，同时可以通过直线电机设定推力值，再结合采集装置进行模拟量的采集，并与设定推力值进行对比，从而确定棒子下移最低位置，如此可以保证稳定维持上下夹板密合时的压力，同时还可以适用不同厚度的晶圆装配；

16、旋转模组采用无段式、正/反方向及任意角度的旋转机构，与现有推拉气缸控制相比，可以在生产过程随时调整角度，以确定最佳生产参数，提升电镀质量，同时旋转模组与升降模组相配合，可以实现同步旋转与升降操作，在电镀时通过两者的配合可以排出接触时产生的气泡，避免气泡对电镀质量产生的影响；

17、采用导电性和气密性两者相结合的检测方式，确保电镀前装配的质量，从而提升电镀品质；

18、隐藏式走线提升整体的美观度。

技术特征：

1.一种晶圆电镀阴极装置，其特征在于：包括机架，竖直安装在机架上的升降模组，固定在升降模组滑块上的旋转模组，与旋转模组连接的固定座，安装在固定座内的中空旋转电机，与中空旋转电机可拆卸装配的晶圆夹具，安装在旋转驱动件的升降驱动组件，以及检测组件，其中旋转模组带动固定座、中空旋转电机及晶圆夹具在竖直方向正反向旋转任意角度，中空旋转电机带动晶圆夹具进行旋转，晶圆夹具具有相互对合的上夹板与下夹板，以及安装在下夹板底面的导电环，晶圆放置在上夹板与下夹板之间，外边缘与导电环电性接触，所述升降驱动组件穿过旋转驱动件连接上夹板，带动上夹板上下移动实现上下夹板之间的开合。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆电镀阴极装置，其特征在于：所述旋转模组包括电动旋转台及旋转驱动电机，固定座与电动旋转台装配，通过旋转驱动电机控制旋转台带动固定座正向或者反向旋转任意角度。

3.根据权利要求2所述的一种晶圆电镀阴极装置，其特征在于：所述旋转模组单独进行竖直方向旋转，或者与升降模组配合边升降边旋转。

4.根据权利要求1所述的一种晶圆电镀阴极装置，其特征在于：所述升降驱动组件包括电气一体滑环，直线电机定子及棒状动子，所述电气一体滑环安装在中空旋转电机上方，位于固定座顶部下端面，所述直线电机定子与固定座上端面连接，所述棒状动子贯穿直线电机定子、电气一体滑环及中空旋转电机，下端与上夹板中心连接，所述棒状动子四周与电气一体滑环和中空旋转电机之间具有间隙，同时直线电机定子、棒状动子、电气一体滑环及中空旋转电机的轴心彼此重合，棒状动子在直线电机定子驱动下上下升降。

5.根据权利要求4所述的一种晶圆电镀阴极装置，其特征在于：所述固定座上表面设有夹持气缸位于直线电机定子一侧，夹持气缸在棒状动子上升至上极限位时夹住棒状动子，固定座上表面还通过立杆固定有位置传感器位于直线电机定子另一侧，用以侦测棒状动子的上下升降位置。

6.根据权利要求1所述的一种晶圆电镀阴极装置，其特征在于：所述晶圆夹具包括连接轴承，穿线板，上夹板，下夹板，导电环，所述连接轴承一端嵌装在穿线板中心的圆孔内，另一端与中空旋转电机装配，所述下夹板为环形结构，其两侧通过多个中空支撑柱与穿线板两侧连接，两侧中空支撑柱之间的直线跨距大于晶圆直径，所述导电环安装在下夹板的底面，且导电环内侧边延伸出下夹板的内侧边，形成承载晶圆并导电的托边，所述上夹板位于穿线板与下夹板之间，上夹板中心向下凹陷形成与下夹板中心凹槽相配对的凸起，在夹紧时该凸起嵌入下夹板的凹槽内，将晶圆与导电环压紧。

7.根据权利要求6所述的一种晶圆电镀阴极装置，其特征在于：所述导电环包括刚性导电材质的母体，多个导电螺纹牙套，内挡水墙和外挡水墙，所述母体外侧包覆有绝缘涂层，多个导电螺纹牙套间隔设置在母体上，并与母体电性导通，所述母体的内侧边接触晶圆的位置设有不覆涂层的裸露导电区域，所述内挡水墙安装在导电环内侧边，外挡水墙安装在导电环的外侧边，所述导电环与下夹板装配时，通过导电螺丝穿过下夹板拧入导电螺纹牙套，同时导电螺丝与导电螺纹牙套之间引出有电线。

8.根据权利要求6所述的一种晶圆电镀阴极装置，其特征在于：所述穿线板中心区域开设有装配连接轴承的圆孔，两侧边缘设有多个装配中空支撑柱的安装孔，同时背面开设有走线槽连通圆孔与安装孔，所述走线槽与中空支撑柱形成隐藏走线通道，将导线及气管从上方引至下夹板与导电环处。

9.根据权利要求1所述的一种晶圆电镀阴极装置，其特征在于：所述检测组件包括导电性检测和气密性检测，其中导电性检测通过将多组与导电螺纹牙套电连的阴极导线各选一路单独连接到阻值仪，用阻值仪以多线程测试晶圆片的阻值差，以判定导电性。

10.根据权利要求8所述的一种晶圆电镀阴极装置，其特征在于：所述气密性检测则在下夹板内侧边间隔嵌装多个检测块，所述检测块的内侧面设有气孔，而检测块的背面设有连通气孔的凹槽，气管一端从凹槽伸入连接气孔，另一端连接气流量计进行气密性检测。

技术总结本发明公开了一种晶圆电镀阴极装置，包括机架，竖直安装在机架上的升降模组，固定在升降模组滑块上的旋转模组，与旋转模组连接的固定座，安装在固定座内的中空旋转电机，与中空旋转电机可拆卸装配的晶圆夹具，安装在旋转驱动件的升降驱动组件，以及检测组件。本发明的晶圆电镀阴极装置，以更佳的导电效率，更多样的测试功能，更好的密封效果，提高多种尺寸的快速更换及兼容性，在提高生产效率的同时提高了装配的精度，保障晶圆的电镀品质。技术研发人员：余丞宏受保护的技术使用者：苏州汇富弘自动化科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/8