电镀装置及电镀方法与流程

1.本发明涉及电镀设备领域，特别是涉及一种电镀装置及电镀方法。


背景技术：

2.随着半导体器件特征尺寸的日益减小，如今的半导体行业对铜互连工艺的需求也越来越高。铜电化学沉积(铜电镀)具有经济性、选择性、优良的深镀能力、适合批量生产、较好的抗金属和有机杂质性能等优点，使其成为目前铜互连填充的首选方法。在铜电镀工艺之前会先在硅片上沉积一阻挡层(如氮化钽等)，并在其上溅射一层铜种籽层，其被作为打底层以使铜电镀其上。
3.电镀设备一般由电镀腔和基板保持装置组成，电镀腔用于容纳电镀液，通常由可使特定离子(待镀金属离子)自由通过的分隔组件分隔成阳极腔室和阴极腔室，阳极腔室内具有阳极靶材(通常为铜块)；基板保持装置(可参见公开专利，申请号：cn201580085077.6)用于带动晶圆电镀过程浸没至阴极腔室的电镀液下。电源加载在铜块(铜块作为阳极)和基片(基片作为阴极)之间时，电镀液产生电流并在阳极和阴极之间形成电场，阳极发生反应转化成铜离子和电子，阴极附近的铜离子与电子结合形成沉积在基片表面的铜层。其中，阳极靶材为消耗阳极，其高度会随电镀的基片数量增加而逐渐减薄，进而导致其与阴极距离不断变大，将会影响到电镀腔内部的电场分布，从而使得基板电镀的均一性变差。
4.因此，有必要提供一种电镀装置及电镀方法，以提高电镀的均一性。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电镀装置以及电镀方法，以提高电镀腔体内部的电场分布均匀性以及基片电镀的均一性。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电镀装置，至少包括：
7.电镀腔，用于容纳电镀液，所述电镀腔内部由分隔组件分隔为阳极腔和阴极腔，阳极腔内容纳有阳极；
8.基片支架，所述基片支架包括第一驱动器和基片夹具，所述基片夹具用以保持基片，所述第一驱动器用以驱动所述基片夹具上下移动，以使基片的工艺位置与分隔组件保持预定间隙；
9.其中，所述阳极为消耗阳极，所述分隔组件被配置成可相对所述阳极移动，以维持所述分隔组件与所述阳极间距离恒定。
10.可选地，所述阳极腔包括：
11.可伸缩侧壁，所述分隔组件安装于所述可伸缩侧壁的顶部；
12.驱动机构，所述驱动机构用以驱动所述可伸缩侧壁上下移动，以使所述分隔组件与所述阳极间距离恒定。
13.可选地，所述驱动机构包括：
14.滑动组件，所述滑动组件包括竖直安装地滑轨以及在所述滑轨上移动的滑块，所
述滑块与所述可伸缩侧壁固定连接；
15.弹性部件，所述弹性部件用于弹性支撑所述滑块；
16.顶推杆，所述顶推杆连接于所述第一驱动器，当所述第一驱动器带动顶推杆下移时，顶推杆推动滑块同步下移，同时带动所述分隔组件下降，当所述第一驱动器带动所述顶推杆回复至初始位置，所述分隔组件在所述弹性部件作用下复位。
17.可选地，所述驱动机构包括：
18.滑动组件，所述滑动组件包括竖直安装地滑轨以及在滑轨上移动的滑块，所述滑块与所述可伸缩侧壁固定连接；
19.第二驱动器，所述第二驱动器驱动所述滑块以带动所述可伸缩侧壁上下移动。
20.可选地，所述分隔组件包括离子膜骨架，所述离子膜骨架固定安装于所述阳极腔顶部。
21.可选地，所述分隔组件还包括扩散板，所述扩散板固定安装在所述离子膜骨架上。
22.可选地，所述电镀装置还包括阳极高度探测仪，用于采集阳极靶材高度信息以确定所述分隔组件或所述基片支架的补偿位移。
23.本发明还提供一种电镀方法，包括步骤：
24.获取阳极高度的减少量；
25.根据所述减少量计算出基片支架以及分隔组件所需的补偿位移量，控制所述基片支架以及分隔组件的移动，以使基片的工艺位置与所述分隔组件保持预定间隙，且所述分隔组件与所述阳极间距离恒定；
26.对所述基片进行电镀。
27.可选地，获取阳极高度的减少量的方法包括通过阳极高度探测仪采集阳极的高度信息，并与所述阳极的原始高度进行比较，计算出所述阳极高度的减少量。
28.可选地，所述基片支架以及所述分隔组件基于所述位移补偿量同时移动。
29.可选地，所述分隔组件基于位移补偿量进行补偿位移后，所述基板支架下移以使基片的工艺位置与所述分隔组件保持预定间隙。
30.如上所述，本发明提供的电镀装置以及电镀方法，具有以下有有益效果：
31.通过阳极腔的可伸缩设计，使得分隔组件可移动，以保持基片与阳极之间的距离固定不变；
32.通过增加阳极高度探测仪，采集阳极高度信息，从而对阳极消耗高度进行自动补偿，以保持基片与阳极之间的距离固定不变；
33.通过基片支架与可伸缩阳极腔的联动设计，在调整基片位置的同时也实现了离子膜以及扩散板位置的调整，可以保证电镀时基片、扩散板、离子膜骨架与阳极靶材位置保持一致性，能够极大提高阳极靶材消耗后电镀腔中电场分布的均匀性及电镀后产品的均一性。
附图说明
34.图1显示为实施例一提供的电镀装置的结构示意图。
35.图2显示为实施例一提供的电镀装置在初始位置时各部件的位置关系图。
36.图3显示为实施例一提供的电镀装置在电镀工艺位置时各部件的位置关系图。
37.图4显示为实施例二提供的电镀装置的结构示意图。
38.元件标号说明
39.11
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电镀槽
40.111
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阳极腔
41.112
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阴极腔
42.1111
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可伸缩侧壁
43.1112
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阳极
44.1113
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滑块
45.1114
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滑轨
46.1115
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弹性部件
47.1116
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顶推杆
48.12
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分隔组件
49.121
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离子膜骨架
50.122
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扩散板
51.13
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基片支架
52.131
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基片夹具
53.132
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第一驱动器
54.14
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阳极高度探测仪
55.15
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基片
56.21
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电镀槽
57.211
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阳极腔
58.212
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阴极腔
59.2111
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可伸缩侧壁
60.2112
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阳极
61.2113
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滑块
62.2114
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滑轨
63.2115
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第二驱动器
64.22
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分隔组件
65.221
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离子膜骨架
66.222
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扩散板
67.23
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基片支架
68.231
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基片夹具
69.232
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第一驱动器
70.24
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阳极高度探测仪
71.25
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基片
72.a
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基片夹具的初始位置
73.a
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基片夹具的电镀工艺位置
74.b
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分隔组件的初始位置
75.b
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分隔组件的电镀工艺位置
76.d1
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基片与阳极的距离
77.d2
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分隔组件与阳极的距离
78.d3
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基片与分隔组件的距离
79.h
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阳极原始高度
80.h1
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阳极高度减少量
具体实施方式
81.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
82.请参阅图1～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
83.如图1所示，本发明提供一种电镀装置，该电镀装置包括电镀腔11，用于容纳电镀液，电镀腔11内部由分隔组件12分隔为阳极腔111和阴极腔112，阳极腔111内容纳有阳极1112；基片支架13，基片支架13包括第一驱动器132和基片夹具131，基片夹具131用以保持基片15，第一驱动器132用以驱动基片夹具13上下移动，以使基片15的工艺位置与分隔组件12保持预定间隙；其中，阳极1112为消耗阳极，分隔组件12被配置成可相对阳极1112移动，以维持分隔组件12与阳极1112间距离恒定。
84.作为示例，如图1所示，阳极腔111包括：可伸缩侧壁1111，分隔组件12安装于可伸缩侧壁1111的顶部；驱动机构，驱动机构用以驱动分隔组件12移动，以使分隔组件12与阳极1112间保持恒定距离。可伸缩侧壁1111呈波纹形或其他形状，其材料可以选用ptee材料或其他适用的材料，在此不做限制。在本实施例中，将阳极腔侧壁设计为可伸缩型，从而能够满足分隔组件的上下移动，最终实现分隔组件12与阳极1112间的距离恒定。常规电镀设备中，分隔组件位于阳极腔和阴极腔之间，且在电镀腔中的位置是固定的，阳极随设备的运行不断消耗时，装载有基片的基片支架由于分隔组件的阻碍，无法持续地朝阳极移动以维持基片与阳极之间的距离恒定，而基片与阳极间距离的改变将会影响电镀腔内的电场分布以及强度，从而导致电镀完的基片存在均一性差等问题，基于上述原因，本实施例采用可伸缩性的阳极腔设计，以满足基片支架13下移的需要。
85.具体的，驱动机构包括滑动组件，滑动组件包括竖直安装地滑轨1114以及在滑轨上移动的滑块1113，滑块1113与可伸缩侧壁1111固定连接；弹性部件1115，用于弹性支撑滑块1113；顶推杆11116，与第一驱动器132连接，当第一驱动器132带动顶推杆1116下移时，顶推杆1116也将会带动滑块1113同步下移，以使分隔组件12下降，当第一驱动器132驱动基片支架13移动至初始位置时，可伸缩侧壁1111在弹性部件1115作用下复位。在本实施例中，弹性部件1115为一弹簧，在其他实施例中，也可选用其他弹性部件，能实现弹性支撑即可。
86.作为示例，如图1所示，本实施例提供的电镀装置还包括阳极高度探测仪14。阳极高度探测仪14可以为超声波位移侦测器或其他可以探测到阳极高度信息的其他探测器。通
过阳极高度探测仪14可以非接触式的采集到阳极高度信息，实时掌握阳极高度的减少量。在其他的实施例中，也可以通过其他方式计算出阳极的高度减小量，例如通过工艺参数与工艺时间的计算等，获取阳极高度减少量的方法在此不做限制。
87.作为示例，如图1所示，分隔组件12包括离子膜骨架121和/或扩散板122，离子膜骨架121固定在阳极腔111顶部，较佳地，扩散板122固定在离子膜骨架121上，当然在其他实施例中，扩散板122还可以固定在阴极腔112的内壁上。需要说明的是，在电镀工艺中，离子膜骨架121上安装有离子膜，离子膜用于控制铜离子的移动而提高电流效率，而扩散板可以对阳极与阴极之间的电场和流场进行再分布，使得阳极与阴极之间的电场和流场分布的更加均匀。因此，分隔组件(即离子膜骨架以及扩散板)与阳极之间也需保持恒定距离。而电镀过程中，阳极的消耗也同样的改变了阳极与分隔组件之间的距离。所以，本实施例通过可伸缩侧壁1111，实现了离子膜骨架121以及扩散板122的位置调整，使得阳极1112与分隔组件12之间保持恒定距离。
88.本发明还提供了一种电镀方法，电镀方法包括：
89.获取阳极高度的减少量；
90.根据所述减少量计算出基片支架以及分隔组件所需的补偿位移量，控制所述基片支架以及分隔组件的移动，以使基片的工艺位置与所述分隔组件保持预定间隙，且所述分隔组件与所述阳极间距离恒定；
91.对基片进行电镀。
92.作为示例，控制所述基片支架以及分隔组件的移动具体过程包括所述基片支架以及所述分隔组件基于所述位移补偿量同时移动或所述分隔组件基于位移补偿量进行补偿位移后，所述基板支架下移以使基片的工艺位置与所述分隔组件保持预定间隙两种方式。
93.作为示例，获取阳极高度的减少量的方法包括通过阳极高度探测仪采集阳极的高度信息，并与所述阳极的原始高度进行比较，计算出所述阳极高度的减少量。
94.图2为本实施例提供的电镀装置在初始状态时各部件的位置关系图，初始状态为电镀装置阳极靶材未消耗时的的状态，a为基片夹具131的初始位置，b为分隔组件12的初始位置d1为基片15与阳极1112之间的距离，d2为分隔组件12与阳极1112之间的距离，d3为基片15与分隔组件12之间的距离，h为阳极的原始高度；图3为本实施例提供的电镀装置在电镀工艺位置时各部件的位置关系图，a’为基片夹具131的电镀工艺位置，b’为分隔组件12的电镀工艺位置，h1为阳极高度的减少量。
95.具体的，结合图1以及图2、图3、说明基于本实施例提供的电镀装置进行电镀的方法：通过阳极高度探测仪14对阳极1112的高度信息进行采集并与阳极的原始高度h进行比较，计算阳极1112的高度减少量h1，第一驱动器132根据阳极高度减少量h1驱动基片支架13带动基片夹具131由初始位置a进行位移补偿移动至电镀工艺位置a’，同时，基片支架13通过顶推杆1116带动滑块1113下移，使得分隔组件12由分隔组件的初始位置b移动至电镀工艺位置b’，a到a’的距离、b到b’的距离与阳极高度减少量h1相同，从而使得分隔组件12与阳极1112的距离d2以及基片15与分隔组件12的距离d3保持恒定，确保电镀的均一性；开始对基片15进行电镀；电镀完成后，第一驱动器132驱动基片夹具131返回至初始位置a，而弹性部件1115带动可伸缩侧壁1111恢复至自然状态，相应的分隔组件12也回归到了初始位置b。
96.本实施例通过阳极腔的可伸缩设计，使得分隔组件可移动，以保持基片与阳极之
间的距离固定不变；通过增加阳极高度探测仪，采集阳极高度信息，从而对阳极消耗高度进行自动补偿，以保持基片与阳极之间的距离固定不变；通过基片支架与可伸缩阳极腔的联动设计，在调整基片位置的同时也实现了离子膜以及扩散板位置的调整，可以保证电镀时基片、扩散板、离子膜骨架与阳极靶材位置保持一致性，能够极大提高阳极靶材消耗后电镀腔中电场分布的均匀性及电镀后产品的均一性。
97.实施例二
98.本实施例提供一种电镀装置，如图4所示，包括与实施例一不同的是，本实施例的驱动机构包括：滑动组件，滑动组件包括竖直安装地滑轨2114以及在滑轨2114上移动的滑块2113，滑块2113与分隔组件22固定连接；第二驱动器2115，第二驱动器2115驱动滑块2113以带动可伸缩侧壁2111上下移动。与实施例一不同的是，本实施例采用第二驱动器2115驱动滑块2113移动，从而能够单独对分隔组件22的位置进行调整，保证分隔组件与阳极的相对位置不变。
99.本实施例提供的电镀方法包括通过第二驱动器2115驱动分隔组件进行补偿位移后，所述基板支架下移以使基片的工艺位置与所述分隔组件保持预定间隙的步骤。根据图4并结合图2、图3具体说明基于本实施例提供的电镀装置的电镀方法：通过阳极高度探测仪24对阳极2112的高度信息进行采集并与阳极的原始高度h进行比较，计算阳极2112的高度减少量h1，第二驱动器2115根据阳极高度减少量h1带动分隔组件22进行位移补偿，将分隔组件由初始位置b移动至电镀工艺位置b’后，第一驱动器232带动基片夹具231由初始位置a进行位移补偿移动至电镀工艺位置a’,从而使得分隔组件22与阳极2112的距离d2以及基片25与分隔组件22的距离d3保持恒定，确保电镀的均一性；开始对基片25进行电镀。电镀完成后，分隔组件22可以继续保持在电镀工艺位置，以便于下一次电镀工艺的进行。
100.本实施例的其他技术方案与实施例一相同，在此不再赘述。本实施例通过增加第二驱动器，实现对分隔组件的单独控制，从而能够单独调整分隔组件与阳极靶材的相对位置。
101.本实施例通过阳极腔的可伸缩设计，使得分隔组件可移动，以保持基片与阳极靶材之间的距离固定不变；通过增加阳极高度探测仪，采集阳极高度信号，从而对阳极靶材消耗高度进行补偿，以保持阴极基片与阳极靶材之间的距离固定不变；通过增加第二驱动器可对分隔组件进行单独控制，可以保证电镀时阴极基片、扩散板、离子膜骨架与阳极靶材位置保持一致性，能够极大提高阳极靶材消耗后电镀腔中电场分布的均匀性及电镀后产品的均一性。
102.综上所示，本发明提供一种电镀装置以及电镀方法，所述电镀装置包括：电镀腔，用于容纳电镀液，所述电镀腔内部由分隔组件分隔为阳极腔和阴极腔，阳极腔内容纳有阳极；基片支架，所述基片支架包括第一驱动器和基片夹具，所述基片夹具用以保持基片，所述第一驱动器用以驱动所述基片夹具上下移动，以使基片的工艺位置与分隔组件保持预定间隙；其中，所述阳极为消耗阳极，所述分隔组件被配置成可相对所述阳极移动，以维持所述分隔组件与所述阳极间距离恒定。通过阳极腔的可伸缩设计，使得分隔组件可移动，以保持基片与阳极之间的距离固定不变；通过增加阳极高度探测仪，采集阳极高度信号，从而对阳极消耗高度进行自动补偿，以保持基片与阳极之间的距离固定不变；通过基片支架与可伸缩阳极腔的联动设计，在调整基片位置的同时也实现了离子膜以及扩散板位置的调整，
可以保证电镀时基片、扩散板、离子膜骨架与阳极靶材位置保持一致性，能够极大提高阳极靶材消耗后电镀腔中电场分布的均匀性及电镀后产品的均一性。
103.所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。