容纳腔及包括其的晶圆电镀系统

摘要

本发明公开了一种容纳腔及包括其的晶圆电镀系统，容纳腔的内部被分隔形成分别与外界连通的第一容纳单元和第二容纳单元，第一容纳单元内的电镀液和第二容纳单元内的电镀液通过第一通道连通，过滤单元与第一通道对应设置，过滤单元能够过滤流经第一通道的电镀液中的气泡。本发明中的第一容纳单元和第二容纳单元内的电镀液在不流动的情况下所受压力均等于大气压，在电镀液循环流动的过程中，第一容纳单元不断被补充电镀液，第二容纳单元不断被抽出电镀液，导致第一容纳单元内的液位高度高于第二容纳单元内的液位高度，电镀液是通过液位差，在大气压的作用下通过过滤单元的，通过速度相对利用管路压力的方案明显增快。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体加工领域，特别涉及一种容纳腔及包括其的晶圆电镀系统。

背景技术

在晶圆电镀的工艺结果中，其中一个关键指标就是晶圆表面的均匀性，晶圆表面越均匀，晶圆电镀工艺越好。该指标与晶圆进行电镀工艺时电镀液中的气泡有关，电镀液中的气泡越多，晶圆的表面均匀性越差，从而导致晶圆电镀工艺越差。因此技术人员在将电镀液容纳腔中的电镀液输送至电镀腔以进行电镀操作的过程中，会先对电镀液中的气泡进行去除，以提高晶圆电镀工艺结果。

目前，一种通用的去除电镀液中的气泡的方法是在将电镀液容纳腔中的电镀液输送至电镀腔的循环管道中加装气泡过滤装置，电镀容纳腔中的电镀液全部需要经过气泡过滤装置过滤气泡之后才能够流入电镀腔，以到达电镀腔中的电镀液没有气泡的效果。但是，气泡过滤装置的成本一般较高，会增加晶圆电镀系统的整体成本。而且气泡过滤装置设置在循环管道内会导致循环管道内的压力过大，降低电镀液进行气泡过滤时的流速，导致电镀液容纳腔的进液速度会高于电镀液流入电镀腔的速度，即电镀腔的电镀液流出速度高于电镀腔的电镀液流入速度，从而一方面会导致电镀腔中的电镀液供给不能满足电镀需求，影响电镀效果，另一方面也会导致电镀液容纳腔的液面会不断上升，甚至出现溢出的现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中电镀液经过气泡过滤后流速较低的缺陷，提供一种容纳腔及包括其的晶圆电镀系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种容纳腔，具有进液口和出液口，所述容纳腔的内部被分隔形成第一容纳单元和第二容纳单元，所述第一容纳单元和所述第二容纳单元分别与外界连通，所述进液口设置在所述第一容纳单元内，所述出液口设置在所述第二容纳单元内；

所述容纳腔包括第一通道和过滤单元，所述第一容纳单元内的电镀液和所述第二容纳单元内的电镀液通过所述第一通道连通，所述过滤单元与所述第一通道对应设置，所述过滤单元能够过滤流经所述第一通道的电镀液中的气泡。

在本方案中，第一容纳单元用于容纳由进液口输入的、带有气泡的电镀液，第二容纳单元用于容纳由第一容纳单元输入并经过过滤单元过滤的、没有气泡的电镀液，从而使从出液口流入至电镀腔中的电镀液没有气泡，提高电镀工艺结果。由于第一容纳单元和第二容纳单元都与外界连通，因此第一容纳单元和第二容纳单元内的电镀液在不流动的情况下所受压力基本相同且等于大气压。在电镀液循环流动的过程中，第一容纳单元不断被补充电镀液，第二容纳单元不断被抽出电镀液，导致第一容纳单元内的液位高度高于第二容纳单元内的液位高度，因此，第一容纳单元内的电镀液压力大于第二容纳单元内的电镀液压力，第一容纳单元内电镀液在两者压力差的作用下会通过第一通道和过滤单元过滤进入第二容纳单元，相较于传统直接将过滤器设置在循环管道上而言，电镀液是通过液位差，在大气压的作用下通过过滤单元的，通过速度相对利用管路压力的方案明显增快。又因为与出液口连通的第二容纳单元内的电镀液已经是经过气泡过滤的电镀液，因此在容纳腔和电镀腔之间无需再另外设置过滤结构，从而也不会导致输送电镀液的管路内压力过大，或者流速降低，因此能够保证容纳腔内的电镀液的体积和电镀腔内的电镀液的体积始终保持平衡，不会产生容纳腔内的电镀液溢出或电镀腔内的电镀液不足的情况。

较佳地，所述容纳腔还包括第一挡板，所述第一挡板沿所述容纳腔的高度方向设置在所述容纳腔的腔室内部，以分隔形成所述第一容纳单元和第二容纳单元，所述第一通道设置在所述第一挡板上。

在本方案中，提供一种第一容纳单元和第二容纳单元的形成方式，第一挡板结构简单，上述设置有利于第一容纳单元和第二容纳单元与外界连通。

较佳地，所述过滤单元覆盖在所述第一通道位于所述第一容纳单元或所述第二容纳单元的其中一个端口上。

在本方案中，由于第一挡板为板状结构，厚度较小，上述设置有利于第一挡板和过滤单元之间的拆装，提高组装维护效率。

较佳地，所述第一挡板与所述腔室可拆卸连接，所述第一挡板可沿所述容纳腔的高度方向相对所述腔室移出。

在本方案中，上述设置能够尽可能避免第一挡板拆装过程中与容纳腔其他结构产生干涉。而且由于第一通道是设置在第一挡板上，而过滤单元一般是直接与第一通道连接，因此上述设置还可以在移出第一挡板的同时取出过滤单元，方便对过滤单元的清理和更换，防止长时间适用造成的过滤单元的通量下降，进而防止电镀液的流速下降。

较佳地，所述第一通道设置在所述第一容纳单元内的电镀液的液面的下方。

在本方案中，上述设置能够提高第一通道的利用率，在第一通道尺寸相同的情况下，电镀液的流通面积更大，相同时间内流入第二容纳单元内的电镀液更多。

较佳地，所述过滤单元的材料为聚四氯乙烯亲水膜。

在本方案中，聚四氯乙烯亲水膜孔径小、膜通量大，在保证较好的过滤效果的同时降低对电镀液流速的影响。

较佳地，所述容纳腔还包括输液管，所述输液管沿所述容纳腔的高度方向设置，所述输液管的出口形成所述进液口，所述输液管的出口朝上或朝下设置。

在本方案中，提供一种容纳腔的输液结构，输液管用于将电镀腔中的电镀液输送至容纳腔。

较佳地，所述输液管的出口与所述第一容纳单元内的电镀液的液面持平或没入所述第一容纳单元内的电镀液的液面。

在本方案中，上述设置使得从输液管的出口流出的电镀液不会与第一容纳单元内的电镀液的液面产生碰撞而形成气泡。

较佳地，所述输液管的出口位于所述第一容纳单元内的电镀液的液面的上方。

在本方案中，上述设置使得输液管中电镀液内的气泡不会直接进入第一容纳单元内的电镀液中。

较佳地，所述输液管的出口与所述第一容纳单元内的电镀液的液面之间的距离为0-5mm。

在本方案中，上述设置使得无论输液管的出口在第一容纳单元内的电镀液的液面的上方还是下方，都能够减少气泡的产生或者加快气泡的去除。

较佳地，所述输液管的出口端为U型管，所述U型管的弯曲处位于所述第一容纳单元内的电镀液的液面的下方。

在本方案中，上述形状的输液管能够起到溢流回流的作用，当输液管中的电镀液所受的驱动力小于或等于大气压的情况下，输液管中的电镀液无法流出输液管。

较佳地，所述容纳腔还包括第二通道，所述第一容纳单元中的电镀液和所述第二容纳单元中的电镀液还能够通过第二通道连通，所述第二通道位于所述第一通道的下方。

在本方案中，第二通道用于提高单位时间内由第一容纳单元流入第二容纳单元的电镀液的流通量，以在当进液口向第一容纳单元输入的电镀液的流量过大情况下，提高第一容纳单元向第二容纳单元排液的能力，避免第一容纳单元液位过高而溢出的情况发生，该结构设置可提高电镀工艺的稳定性。另外，由于气泡相对集中于电镀液的高处，因此，将第二通道设置在第一通道的下方，可相对降低从第二通道进入第二容纳单元的电镀液的气泡含量。

较佳地，所述容纳腔还包括第二挡板，所述第二挡板设置在所述第二容纳单元内并环绕所述出液口设置，所述第二挡板的下端固定在所述第二容纳单元的底面上，所述第二挡板的上端面位于所述出液口的上方，所述第二挡板能够控制所述第二容纳单元内的电镀液从所述第二挡板的上方流入所述出液口。

在本方案中，由于第一容纳单元内的电镀液还能够通过没有设置过滤结构的第二通道流入第二容纳单元内，因此从第二通道流入第二容纳单元内的电镀液中可能还存在气泡。又因为第二通道和出液口均靠近容纳腔的腔室底部设置，在泵的吸力作用下，从第二通道流入第二容纳单元的电镀液很容易直接被吸入出液口，导致电镀液中的气泡没有时间去除，从而降低电镀工艺结果。上述设置能够改变电镀液的流向，使从第二通道流入第二容纳单元的电镀液在流向出液口的过程中，需要先绕过第二挡板，因此电镀液中的气泡有时间漂浮至液面上方，从而达到去除气泡的效果，提高电镀工艺结果。

较佳地，所述第二挡板的高度可调节，所述第二挡板的上端面位于所述第二容纳单元内的电镀液的液面的下方。

在本方案中，可以根据容纳腔内的电镀液液面的高低变化来调整第二挡板的高度，以进一步减少甚至完全去除电镀液中的气泡。上述设置能够保证第二挡板在上端不另外开孔的情况下也不会阻挡电镀液流向出液口，简化第二挡板的结构。

较佳地，所述晶圆电镀系统包括如上所述的容纳腔。

在本方案中，提供一种容纳腔的应用领域，电镀液在电镀过程中不断循环，容纳腔用于存放由电镀腔溢出电镀液，由于电镀腔内的电镀液不断流失，容纳腔中的电镀液会再次被抽送至电镀腔内，以实时补给电镀过程中电镀腔所需的电镀液。

本发明的积极进步效果在于：本发明中的第一容纳单元用于容纳由进液口输入的、带有气泡的电镀液，第二容纳单元用于容纳由第一容纳单元输入并经过过滤单元过滤的、没有气泡的电镀液，从而使从出液口流入至电镀腔中的电镀液没有气泡，提高电镀工艺结果。由于第一容纳单元和第二容纳单元都与外界连通，因此第一容纳单元和第二容纳单元内的电镀液在不流动的情况下所受压力基本相同且等于大气压。在电镀液循环流动的过程中，第一容纳单元不断被补充电镀液，第二容纳单元不断被抽出电镀液，导致第一容纳单元内的液位高度高于第二容纳单元内的液位高度，因此，第一容纳单元内的电镀液压力大于第二容纳单元内的电镀液压力，第一容纳单元内电镀液在两者压力差的作用下会通过第一通道和过滤单元过滤进入第二容纳单元，相较于传统直接将过滤器设置在循环管道上而言，电镀液是通过液位差，在大气压的作用下通过过滤单元的，通过速度相对利用管路压力的方案明显增快。又因为与出液口连通的第二容纳单元内的电镀液已经是经过气泡过滤的电镀液，因此在容纳腔和电镀腔之间无需再另外设置过滤结构，从而也不会导致输送电镀液的管路内压力过大，或者流速降低，因此能够保证容纳腔内的电镀液的体积和电镀腔内的电镀液的体积始终保持平衡，不会产生容纳腔内的电镀液溢出或电镀腔内的电镀液不足的情况。

附图说明

图1为本发明一实施例的容纳腔的立体结构示意图。

图2为本发明一实施例的容纳腔的俯视结构示意图。

图3为图2中沿A-A的剖面结构示意图。

图4为图2中沿B-B的剖面结构示意图。

图5为图2中沿C-C的剖面结构示意图。

图6为本发明一实施例的容纳腔腔室的立体结构示意图。

图7为本发明一实施例的第一挡板的立体结构示意图。

图8为本发明一实施例的第二挡板的立体结构示意图。

图9为本发明一实施例的输液管的立体结构示意图。

附图标记说明：

腔体 1

腔室 11

第一容纳单元 111

第二容纳单元 112

第一卡槽 113

第二卡槽 114

输液管 2

第一挡板 3

开口 31

第一通道 4

过滤单元 5

出液口 6

进液口 7

第二通道 8

第二挡板 9

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本实施例提供一种晶圆电镀系统，用于对晶圆进行电镀加工。晶圆电镀系统包括容纳腔、电镀腔、输送管道、驱动泵和电镀液，输送管道连接在容纳腔和电镀腔之间，驱动泵用于驱动电镀液在容纳腔、电镀腔和输送管道之间循环流动。晶圆在电镀腔内进行电镀加工，容纳腔用于存放由电镀腔溢出电镀液，由于电镀腔内的电镀液不断流失，容纳腔中的电镀液会在驱动泵的作用下再次被抽送至电镀腔内，以实时补给电镀过程中电镀腔所需的电镀液。

如图1-5所示，容纳腔包括腔体1、输液管2、第一挡板3、第一通道4和过滤单元5。

如图6所示，容纳腔的腔体1为中空结构，腔体1的中空部分形成腔室11，腔室11用于容纳电镀液，腔体1侧壁上开孔以形成出液口6，出液口6用于将容纳腔的腔室11内的电镀液运输至电镀腔内。输液管2沿容纳腔的高度方向设置，输液管2自容纳腔的上方延伸至腔室11内部，输液管2的出口形成容纳腔的进液口7，进液口7用于将电镀腔中的电镀液运输至容纳腔的腔室11内。

第一挡板3沿容纳腔的高度方向设置在容纳腔的腔室11内部，并将腔室11分隔为第一容纳单元111和第二容纳单元112，输液管2设置在第一容纳单元111内，输液管2的出口即进液口7也位于第一容纳单元111内，出液口6设置在第二容纳单元112内，第一容纳单元111和第二容纳单元112的上部均与外界大气连通。第一挡板3的上端面要始终位于第一容纳单元111和第二容纳单元112中的电镀液的液面上方，以防止第一容纳单元111中的电镀液和第二容纳单元112中的电镀液通过第一挡板3的上端连通。

如图7所示，第一挡板3下端的通孔形成第一通道4，第一容纳单元111内的电镀液和第二容纳单元112内的电镀液通过第一通道4连通。过滤单元5与第一通道4对应设置，过滤单元5用于过滤流经第一通道4的电镀液中的气泡。第一容纳单元111用于容纳由进液口7输入的、带有气泡的电镀液，第二容纳单元112用于容纳由第一容纳单元111输入并经过过滤单元5过滤的、没有气泡的电镀液，从而使从出液口6流入至电镀腔中的电镀液没有气泡，提高电镀工艺结果。

由于第一容纳单元111和第二容纳单元112都与外界连通，因此第一容纳单元111和第二容纳单元112内的电镀液在不流动的情况下所受压力基本相同且等于大气压。在电镀液循环流动的过程中，第一容纳单元111不断被补充电镀液，第二容纳单元112不断被抽出电镀液，导致第一容纳单元111内的液位高度高于第二容纳单元112内的液位高度，因此，第一容纳单元111内的电镀液压力大于第二容纳单元112内的电镀液压力，第一容纳单元111内电镀液在两者压力差的作用下会通过第一通道4和过滤单元5过滤进入第二容纳单元112，相较于传统直接将过滤器设置在输送管道上而言，电镀液是通过液位差，在大气压的作用下通过过滤单元5的，通过速度相对利用管路压力的方案明显增快。又因为与出液口6连通的第二容纳单元112内的电镀液已经是经过气泡过滤的电镀液，因此在容纳腔和电镀腔之间无需再另外设置过滤结构，从而也不会导致输送电镀液的输送管道内部的压力过大，或者流速降低，因此能够保证容纳腔内的电镀液的体积和电镀腔内的电镀液的体积始终保持平衡，不会产生容纳腔内的电镀液溢出或电镀腔内的电镀液不足的情况。

优选地，第一通道4设置在第一容纳单元111内的电镀液的液面的下方，相较于第一通道4部分露在第一容纳单元111内的电镀液的液面的上方而言，能够提高第一通道4的利用率，在第一通道4尺寸相同的情况下，电镀液的流通面积更大，相同时间内流入第二容纳单元112内的电镀液更多。

如图2所示，本实施例中的过滤单元5覆盖在第一挡板3上并完全覆盖住第一通道4位于第一容纳单元111的端口，以保证通过第一通道4流入第二容纳单元112内的电镀液全部经过过滤单元5过滤。而且由于第一挡板3为板状结构，厚度较小，将过滤单元5覆盖在第一通道4的端口处相较于将过滤单元5设置在第一通道4的内部而言，有利于第一挡板3和过滤单元5之间的拆装，提高组装维护效率。在其他可替代的实施方式中，也可以将过滤单元5覆盖在第一通道4位于第二容纳单元112的端口上，或者直接将过滤单元5设置在第一通道4的内部。

优选地，第一挡板3与腔室11可拆卸连接，腔体1的内侧壁上设置有沿容纳腔高度方向延伸的第一卡槽113，第一挡板3与第一卡槽113卡接，第一挡板3可沿容纳腔的高度方向相对腔室11移出，能够避免第一挡板3拆装过程中与容纳腔其他结构产生干涉。此外，由于过滤单元5是直接覆盖在第一挡板3，因此可以在移出第一挡板3的同时移出过滤单元5，方便对过滤单元5的清理和更换，防止长时间适用造成的过滤单元5的通量下降，进而防止电镀液的流速下降。

本实施例中的过滤单元5的材料为聚四氯乙烯(PTFE)亲水膜，PTFE亲水膜孔径小、膜通量大，在保证较好的过滤效果的同时降低对电镀液流速的影响。在其他可替代的实施方式中，过滤单元5也可以采用其他过滤材料和结构，本实施例中的过滤单元5主要是用于过滤电镀液中的气泡。

优选地，输液管2的出口与第一容纳单元111内的电镀液的液面持平，从输液管2的出口即进液口7流出的电镀液既不会与第一容纳单元111内的电镀液产生碰撞以形成气泡，输液管2中电镀液原有的气泡也能够直接漂浮在第一容纳单元111内的电镀液的液面上，并很快得到消除，使得第一容纳单元111内的电镀液中的气泡大大减少。

在其他可替代的实施方式中，输液管2的出口也可以位于第一容纳单元111内的电镀液的液面的上方或下方，当输液管2的出口位于第一容纳单元111内的电镀液的液面的上方时，虽然从输液管2的出口流出的电镀液会与第一容纳单元111内的电镀液的液面产生碰撞而形成气泡，但是输液管2中电镀液原有的气泡就不会直接流入第一容纳单元111内的电镀液中。当输液管2的出口位于第一容纳单元111内的电镀液的液面的下方时，虽然输液管2中电镀液原有的气泡会直接流入第一容纳单元111内的电镀液中，但是从输液管2的出口流出的电镀液不会与第一容纳单元111内的电镀液的液面产生碰撞而形成气泡。

优选地，输液管2的出口与第一容纳单元111内的电镀液的液面之间的距离控制在0-5mm的范围内，在两者距离较小的情况下，当输液管2的出口位于第一容纳单元111内的电镀液的液面的上方时，输液管2的出口流出的电镀液与第一容纳单元111内的电镀液的液面之间的碰撞力较小，产生的气泡也少。当输液管2的出口位于第一容纳单元111内的电镀液的液面的下方时，已经流入第一容纳单元111内的电镀液中的气泡能够很快漂浮在第一容纳单元111内的电镀液的液面上，并很快得到消除。

如图9所示，本实施例中的输液管2为U型管，U型管的弯曲处位于第一容纳单元111内的电镀液的液面的下方，即输液管2的出口朝上设置。U型管能够起到溢流回流的作用，当输液管2中的电镀液所受的驱动力小于或等于大气压的情况下，输液管2中的电镀液无法流出输液管2。在其他可替代的实施方式中，输液管2也可以为直筒管或者其他结构的管道，输液管2的出口也可以朝下设置或者相对于第一容纳单元111内的电镀液的液面倾斜设置均可。

如图3和7所示，容纳腔还包括第二通道8，第二通道8位于第一通道4的下方，由第一挡板3底部朝下的开口31与容纳腔腔室11的底面形成，第一容纳单元111中的电镀液和第二容纳单元112中的电镀液还能够通过第二通道8连通。第二通道8用于提高单位时间内由第一容纳单元111流入第二容纳单元112的电镀液的流通量，以在当进液口7向第一容纳单元111输入的电镀液的流量过大情况下，提高第一容纳单元111向第二容纳单元112排液的能力，避免第一容纳单元111液位过高而溢出的情况发生，该结构设置可提高电镀工艺的稳定性。

由于第二通道8没有设置过滤单元5或其他过滤结构，因此从第二通道8流入第二容纳单元112内的电镀液可能还会存在气泡，本实施例将第二通道8靠近腔室11的底部设置是因为气泡相对集中于电镀液的高处，并会向上浮起至液面上消除，因此靠近腔室11底部的电镀液气泡少，从而流入第二容纳单元112内的电镀液存在的气泡也少。

因为第二通道8和出液口6均靠近容纳腔的腔室11底部设置，在驱动泵的吸力作用下，从第二通道8流入第二容纳单元112的电镀液很容易直接被吸入出液口6，导致电镀液中的气泡没有时间去除，从而降低电镀工艺结果。因此本实施例在第二通道8和出液口6之间设置了第二挡板9，以防止从第二通道8流入第二容纳单元112的电镀液直接被吸入出液口6。

具体的，如图2、图5、图8所示，第二挡板9设置在第二容纳单元112内并三面环绕出液口6设置，第二挡板9的下端固定在第二容纳单元112的底面上，第二挡板9的上端面位于出液口6的上方，第二挡板9用于改变电镀液的流向，使从第二通道8流入第二容纳单元112的电镀液在流向出液口6的过程中，需要先绕过第二挡板9，控制第二容纳单元112内的电镀液从第二挡板9的上方流入出液口6，使电镀液中的气泡有时间漂浮至第二容纳单元112内的电镀液的液面上方，从而达到去除气泡的效果，提高电镀工艺结果。

优选地，第一挡板3远离出液口6设置，以加长电镀液的流动路径，使电镀液中的气泡有时间漂浮至第二容纳单元112内的电镀液的液面上进行消除，进一步减少流入出液口6的电镀液中的气泡。

第二挡板9与腔室11可拆卸连接，腔体1的内侧壁上设置有沿容纳腔高度方向延伸的第二卡槽114，第二挡板9与第二卡槽114卡接，第二挡板9的高度可调节，第二挡板9的上端面位于第二容纳单元112内的电镀液的液面的下方。技术人员可以根据容纳腔内的电镀液液面的高低变化来调整第二挡板9的高度，以进一步减少甚至完全去除电镀液中的气泡。本实施例将第二挡板9的上端面设置在第二容纳单元112内的电镀液的液面的下方，能够保证第二挡板9在上端不另外开孔的情况下也不会阻挡电镀液流向出液口6，简化第二挡板9的结构。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于元件正常使用的方位或位置关系，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，除非文中另有说明。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明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发明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发明的保护范围。