气泡去除方法及晶圆电镀设备

摘要

本发明公开了一种气泡去除方法及晶圆电镀设备，其用于在电镀晶圆时消除晶圆表面的气泡，所述气泡去除方法包括：S10、控制晶圆随晶圆夹具以相对电镀液面倾斜的姿态浸入电镀池中，并使所述晶圆夹具的死区位于所述电镀池的溢流区域中；S20、控制所述晶圆夹具沿平行或接近所述电镀液面的方向移动，使所述晶圆夹具的死区离开所述电镀池的溢流区域。该气泡去除方法，利用电镀池的溢流区域的液面高于电镀池的电镀液面的特性，在晶圆夹具带着晶圆以面朝下的姿态浸入电镀液面，通过将晶圆夹具的死区移动至溢流区域，利用电镀液的溢流流动将位于死区内的气泡带出，快速、可靠地实现消除气泡的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及晶圆电镀领域，特别涉及一种气泡去除方法及晶圆电镀设备。

背景技术

晶圆在随夹具一同进入电镀腔的过程中容易产生气泡，气泡会停留在晶圆夹具的内侧，当气泡停留在晶圆的待电镀面上，该位置是无法上镀的，因此，气泡的存在直接影响了电镀质量。

如图1所示，在现有技术中，安装于晶圆夹具1＇上的晶圆2＇以面朝下的姿态浸入电镀池的电镀液中时，由于晶圆夹具1＇的内侧周缘11＇高于晶圆面，即使将晶圆夹具1＇如图1那样倾斜，浸入电镀液时残余的气体也会形成气泡3＇，并停留在位于晶圆夹具1＇的内侧周缘11＇与晶圆2＇之间转角之间，该区域即为死区12＇。即使进一步倾斜晶圆夹具1＇，依旧存在气泡3＇残留在死区12＇中。只有将晶圆夹具1＇竖放或倒放(即晶圆面朝上)，才能够将气泡从死区中排出。

然而，将晶圆以竖放或倒放的姿态浸入电镀液中，对电镀设备中的机械结构要求较高，虽然可以完全去除死区中的气泡，但是机械结构较为复杂、设备成本较高、可靠性较低。

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去除位于晶圆夹具的死区内的气泡，导致设备机械结构复杂、成本较高、可靠性较低的缺陷，提供一种气泡去除方法及晶圆电镀设备。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种气泡去除方法，其用于在电镀晶圆时消除晶圆表面的气泡，所述气泡去除方法包括：

S10、控制晶圆随晶圆夹具以相对电镀液面倾斜的姿态浸入电镀池中，并使所述晶圆夹具的死区位于所述电镀池的溢流区域中；

S20、控制所述晶圆夹具沿平行或接近所述电镀液面的方向移动，使所述晶圆夹具的死区离开所述电镀池的溢流区域。

该气泡去除方法，利用电镀池的溢流区域的液面高于电镀池的电镀液面的特性，在晶圆夹具带着晶圆以面朝下的姿态浸入电镀液面，通过将晶圆夹具的死区移动至溢流区域，利用电镀液的溢流流动将位于死区内的气泡带出，实现消除气泡的目的。

该气泡去除方法，无需在电镀设备中增加额外的机械结构，仅利用电镀设备中现存的机构就能够实现去除气泡的目的，因此，相比设置额外的机械结构使晶圆夹具以竖放或倒放姿态浸入电镀液中的方案，采用该气泡去除方法可有效简化电镀设备的复杂程度，节约成本、可靠性高。

较佳地，在步骤S10和步骤S20之间包括步骤S11：控制所述晶圆夹具以所述晶圆夹具的中轴线为中心旋转。

在将晶圆夹具的死区移动至溢流区域后，通过旋转晶圆夹具，利用晶圆表面对电镀液的张力，将电镀液带至死区内，实现电镀液替换死区内气泡的目的。在通过电镀液溢流的方式将死区内气泡带出的基础上，进一步通过旋转晶圆夹具的方式，将电镀液填充至死区内，将气泡排出，实现完全、可靠、彻底消除气泡的目的。

较佳地，在步骤S11中，所述晶圆夹具的旋转圈数大于两圈。

该方案设置，提高通过旋转晶圆夹具方式，利用液体张力将残余在死区内的气泡带出的效果。

较佳地，在步骤S11中，所述晶圆夹具的旋转速度范围在40转/分钟-200转/分钟之间。

该方案设置，提高通过旋转晶圆夹具方式，利用液体张力将残余在死区内的气泡带出的效果。其中，旋转速度高于40转/分钟，保证将气泡从死区内带出，旋转速度低于200转/分钟，避免转速过高而增加对晶圆及晶圆夹具的负荷，提高设备的可靠性。

较佳地，在步骤S10中包括：

将所述晶圆夹具的姿态调整至相对所述电镀液面倾斜；

控制所述晶圆夹具沿向下方向浸入所述电镀池中，在所述晶圆夹具的死区接近所述电镀液面时停止浸入；

控制所述晶圆夹具沿平行所述电镀液面的方向移动，使所述晶圆夹具的死区移动至所述电镀池的溢流区域中。

该方案设置，提供了在晶圆夹具相对电镀液面倾斜的情况下，将晶圆夹具的死区移动至电镀池的溢流区域的具体方案，可靠实现将死区内的气体替代为电镀液的目的。该移动方案中，晶圆夹具相对电镀池的移动幅度较小，使得消除气泡的工序不会占用过多时间，可保证电镀的整体效率。

较佳地，在步骤S10中，步骤：控制所述晶圆夹具沿向下方向浸入所述电镀池中，在所述晶圆夹具的死区接近所述电镀液面时停止浸入和步骤：控制所述晶圆夹具沿平行所述电镀液面的方向移动，使所述晶圆夹具的死区移动至所述电镀池的溢流区域中同时执行。

该方案设置，将控制晶圆夹具的向下靠近电镀池和将死区平行移动至溢流区的移动同时执行，使晶圆夹具花费更少的时间和移动距离就能够浸入电镀池中，并将死区内的气泡消除，从而节约了时间，简化了流程步骤。

较佳地，所述晶圆夹具浸入所述电镀池时相对所述电镀液面的夹角范围在0°～5°之间。

在该角度范围内，晶圆夹具的倾斜幅度较小，不会使控制晶圆夹具倾斜的机械结构产生过多负担，可简化实施倾斜晶圆夹具步骤的对应机械结构。

较佳地，在步骤S20中，控制所述晶圆夹具的移动方向，使所述晶圆夹具的死区离开所述电镀池的溢流区域时，所述晶圆夹具的内侧周缘浸于所述电镀液面下。

该方案设置，避免晶圆夹具在移出溢流区域后，并完全浸入电镀液面前，由于晶圆夹具的死区距电镀液面间距过高而导致外部空气回流至死区内，影响气泡消除的效果。

较佳地，在步骤S20中，控制所述晶圆夹具沿接近所述电镀液面的方向朝所述电镀池的中心位置处移动，使所述晶圆夹具的死区离开所述电镀池的溢流区域。

该方案设置，通过沿接近电镀液面的方向移动晶圆夹具，使得晶圆夹具在移出溢流区域的同时，逐渐靠近电镀液面，避免晶圆夹具的死区因距离电镀液面过高而导致外部空气再回流至死区内。

较佳地，在步骤S20之后还包括步骤S30：控制所述晶圆夹具沿向下方向完全浸入所述电镀液面中。

一种晶圆电镀设备，其特征在于，其采用如上所述的气泡去除方法。

该晶圆电镀设备，利用电镀池的溢流区域的液面高于电镀池的电镀液面的特性，在晶圆夹具带着晶圆以面朝下的姿态浸入电镀液面，通过将晶圆夹具的死区移动至溢流区域，以通过电镀液的溢流流动将位于死区内的气泡带出，实现消除气泡的目的。该晶圆电镀设备在消除晶圆夹具内的气泡的同时，相比其他的设备结构更简单、成本更低、可靠性更高。

本发明的积极进步效果在于：该气泡去除方法及晶圆电镀设备，利用电镀池的溢流区域的液面高于电镀池的电镀液面的特性，在晶圆夹具带着晶圆以面朝下的姿态浸入电镀液面，通过将晶圆夹具的死区移动至溢流区域，以通过电镀液的溢流流动将位于死区内的气泡带出，实现消除气泡的目的。

该气泡去除方法及采用其的晶圆电镀设备，无需在电镀设备中增加额外的机械结构，仅利用电镀设备中现存的机构就能够实现去除气泡的目的，因此，相比设置额外的机械结构使晶圆夹具以竖放或倒放姿态浸入电镀液中的方案，采用该气泡去除方法可有效简化电镀设备的复杂程度，节约成本、可靠性高。

附图说明

图1为现有技术的晶圆夹具上的死区的位置示意图。

图2为本发明一实施例的晶圆电镀设备的晶圆夹具的结构示意图(一)。

图3为本发明一实施例的气泡去除方法的流程示意图。

图4为本发明一实施例的晶圆夹具相对电镀池的状态示意图(一)。

图5为本发明一实施例的晶圆夹具相对电镀池的状态示意图(二)。

图6为本发明一实施例的晶圆夹具相对电镀池的状态示意图(三)。

图7为本发明一实施例的晶圆夹具的移动示意图(一)。

图8为本发明一实施例的晶圆电镀设备的局部放大图。

图9为本发明一实施例的晶圆夹具的移动示意图(二)。

附图标记说明：

背景技术

晶圆夹具1＇

内侧周缘11＇

死区12＇

晶圆2＇

气泡3＇

本发明

晶圆夹具1

内侧周缘11

死区12

中轴线13

连接端14

晶圆2

电镀池4

电镀液面41

溢流区域42

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。

本发明提供一种气泡去除方法，其应用在晶圆电镀设备上，以用于在晶圆电镀设备实施对晶圆2的电镀工作之前，使晶圆2随着晶圆夹具1浸没入电镀池4之后，在晶圆2的表面不存在气泡，避免气泡影响电镀的正常实施。

如图2所示，本实施例中，晶圆2是安装在晶圆夹具1上的，晶圆夹具1背离晶圆2一侧的末端为连接端14，该连接端14用于与外部的驱动机构(图中未示出)进行连接，以通过该驱动机构的操控产生位移，实现带动晶圆2和晶圆夹具1沿特定方向移动(或翻转/旋转)的目的。其中，图2所示的状态为晶圆夹具1的放片状态，晶圆2以电镀面朝上的状态被摆放并固定在晶圆夹具1上。之后，驱动机构通过带动连接端14翻转，以驱动整个晶圆夹具1进行翻转，使得晶圆2的电镀面朝下，随后，驱动机构会驱动晶圆2随晶圆夹具1向下移动，以浸入电镀池4的电镀液面41以下。

具体如图3所示，本实施例提供的气泡去除方法至少包括以下步骤：

S10、控制晶圆2随晶圆夹具1以相对电镀液面41倾斜的姿态浸入电镀池4中，并使晶圆夹具1的死区12位于电镀池4的溢流区域42中。

S20、控制晶圆夹具1沿平行或接近电镀液面41的方向移动，使晶圆夹具1的死区12离开电镀池4的溢流区域42。

具体实施方案如图4所示，在驱动机构控制晶圆夹具1相对电镀液面41倾斜，倾斜的角度可在0°～5°之间。之后，进一步控制晶圆夹具1以这种倾斜的姿态慢慢浸入电镀池4中，晶圆2的电镀面不断与电镀液接触，此时，即使将晶圆夹具1完全进入电镀液中，位于晶圆夹具1上侧，并靠近其内侧周缘11的死区12内仍旧会残余空气而无法排除，从而形成影响电镀正常实施的气泡。其中，本实施例中的溢流区域42在电镀池4中的位置如图4和图5所示，电镀液沿图4中的虚线箭头所指方向从电镀池4的周侧向外溢出，使得电镀液在溢流区域42的液位高于电镀液面41。

因此，如图5所示，本实施例的气泡去除方法中，控制驱动机构带动晶圆夹具1移动，将晶圆夹具1移动至使其的死区12位于电镀池4的溢流区域42中，此时，溢流的电镀液不断流经死区12，将死区12内的气体带出，之后，将晶圆夹具1进一步移动并完全浸没在电镀液中，晶圆夹具1内也不会存在气泡，从而实现了消除气泡的目的。

该气泡去除方法，利用电镀池4的溢流区域42的液面高于电镀池4的电镀液面41的特性，在晶圆夹具1带着晶圆2以面朝下的姿态浸入电镀液面41，通过将晶圆夹具1的死区12移动至溢流区域42，以通过电镀液的溢流流动将位于死区12内的气泡带出，实现消除气泡的目的。

该气泡去除方法，无需在电镀设备中增加额外的机械结构，仅利用电镀设备中现存的机构就能够实现去除气泡的目的，因此，相比设置额外的机械结构使晶圆夹具1以竖放或倒放姿态浸入电镀液中的方案，采用该气泡去除方法可有效简化电镀设备的复杂程度，节约成本、可靠性高。

在此基础上，如图6所示，还可通过晶圆夹具1带动晶圆2进行旋转，使晶圆2以晶圆夹具1的中轴线13为中心旋转。在将晶圆夹具1的死区12移动至溢流区域42后，通过旋转晶圆夹具1，利用晶圆2表面对电镀液的张力，将电镀液带至死区12内，实现电镀液替换死区12内气泡的目的。因此。在通过电镀液溢流的方式将死区12内气泡带出的基础上，进一步通过旋转晶圆夹具1的方式，将电镀液填充至死区12内，将气泡排出，实现完全、可靠、彻底消除气泡的目的。

其中，晶圆夹具1的内部具有驱动电机，用于驱动晶圆夹具1固定晶圆2的部分进行旋转的目的，该驱动晶圆2实现旋转的机构，在晶圆2正常电镀的工序中也是需要的。也就是说，这种驱动晶圆2旋转以进一步消除气泡的方案，其所需的机械结构也可以沿用现有技术中存在的电镀设备的，因此可以在较低程度地改造电镀设备的前提下，利用本气泡去除方法实现消除气泡的目的。

因此，本实施例中，在步骤S10和S20之间还包括步骤S11：控制晶圆夹具1以晶圆夹具1的中轴线13为中心旋转。其中，晶圆夹具1的旋转圈数应大于两圈，同时，晶圆夹具1的旋转速度应大于40转/分钟，保证将气泡从死区12中带出，同时，晶圆夹具1的旋转速度应小于200转/分钟，避免转速过高而增加对晶圆2及晶圆夹具1的负荷，提高设备的可靠性。

其中，驱动机构控制晶圆夹具1从图4所示的位置移动至图5所示的位置，至少包括沿两个方向进行的移动，首先，控制晶圆夹具1沿向下方向浸入电镀池4中，在晶圆夹具1的死区12接近电镀液面41时停止浸入；其次，控制晶圆夹具1沿平行电镀液面41的方向移动，使晶圆夹具1的死区12移动至电镀池4的溢流区域42中。

而在本实施例中，控制晶圆夹具1沿向下方向移动，以及控制晶圆夹具1沿平行电镀液面41的方向(即水平方向)移动这两种运动，是同时进行的。

倘若驱动机构的运动自由度较高，可以沿着图7中的虚线箭头所指的路径移动晶圆夹具1，实现将晶圆夹具1从上至下移动至电镀池4的同时，使得晶圆夹具1的死区12移动至溢流区域42中，以同步实现使晶圆夹具1的其他区域浸入电镀液面41下方的目的。这种移动方案，晶圆夹具1的向下靠近电镀池4的移动和将死区12平行移动至溢流区的移动同时被执行，使晶圆夹具1保持沿同一方向移动，并且花费更少的时间和移动距离就能够浸入电镀池4中，并将死区12内的气泡消除，节约时间，可降低电镀单片晶圆2所消耗的总时长，并且简化了流程步骤。

其中，当晶圆2位于图5所示的位置时，晶圆夹具1的内侧周缘11与电镀池4的边缘之间应当存在间距，避免两者碰撞。本实施例中。如图8所示，可将晶圆夹具1的内侧周缘11距电镀池4的边缘的最小间距L设定为1mm。

之后，如图9所示，驱动机构带动晶圆夹具1沿图9中虚线箭头所指的方向朝该电镀池4的中心位置处移动，虚线箭头所指的方向为接近电镀液面41的方向。在晶圆夹具1移动至电镀池4的中心位置之后，驱动机构带动晶圆夹具1向下移动，浸没在电镀池4中。其中，带动晶圆夹具1朝着接近电镀液面41的方向移动，实现逐渐靠近电镀液面41的目的，避免晶圆夹具1的死区12因距离电镀液面41过高而导致外部空气再回流至死区12内。当然，在其他实施方式中，也可带动晶圆夹具1沿平行于电镀液面41的方向移动，以同样避免空气在此回流至死区12内。

在带动晶圆夹具1的移动并离开溢流区域42时，应当保证该晶圆夹具1的内侧周缘11完全浸没在电镀液面41下，以避免因晶圆夹具1的内侧周缘11高于电镀液面41，而导致空气回流。可通过驱动机构控制晶圆夹具1朝接近或平行于电镀液面41的方向进行移动来实现该目的。

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。