【专利解密】盛美上海公开新型电镀装置 有效提高精密产品电镀层一致性

【爱集微点评】盛美上海公开的电镀装置方案，该方案通过设计桨叶的尺寸和运动方式，使基板上对应的每个点累计被桨叶遮挡的时间相等，从而接收到的电量相等，进而得到高度一致性的电镀效果。

集微网消息，我们知道，电镀是完成铜互连线的主要工艺。目前市场上的电镀装置有水平喷流式杯镀和垂直挂镀两种类型，垂直挂镀是将晶圆垂直浸入镀液中，一个镀槽可以同时进行多片电镀；杯镀则是将晶圆覆盖在一个杯状的镀槽里，电镀以一杯一片的方式进行。相对于挂镀，杯镀的工艺过程更加可控，可以满足更加复杂多样的产品需求。

随着技术发展，芯片面积增加，芯片内凸块数量急剧增加，一颗芯片内甚至有几万乃至十万个以上的凸块，电镀工艺对电镀速率和产出要求越来越高，在先进封装领域芯片内均匀性也要求更高。然而，芯片内的均匀性，也就是凸块的共面性在搅拌不强的情况下很难达到。同时，针对芯片之间互连线的先进封装工艺，铜柱的高度可达到250um，对电镀过程中的质量传输提出更高要求，普通的搅拌质量传输不强，无法满足产能和品质需求。

为了增强电镀液的搅拌，可在电镀装置中安装桨叶组件，桨叶组件包括多个与基板表面平行的桨叶，桨叶进行往复运动，对电镀液进行搅拌，充分的将金属离子和电镀液添加剂供给至基板表面。但是，在实践中，普通的桨叶在搅拌过程中，对基板表面遮挡的时间没有控制，导致基板表面各点接收到的电量不均匀,仍然存在电镀高度不均匀的问题。

为解决上述问题，盛美上海在2021年2月4日申请了一项名为“电镀装置及电镀方法”的发明专利（申请号：202110154928.5），申请人为盛美半导体设备(上海)股份有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料，让我们一起来看看这项技术方案吧。

如上图，为该专利中公开的电镀装置的结构示意图，该装置包括：电镀槽101、基板夹具102和多个平行排列的条形的桨叶103。其中，基板夹具用于夹持基板，桨叶位于基板与电极之间，并与基板平行。

电镀时，基板和桨叶浸泡于电镀槽中的电镀液内，桨叶在驱动机构的驱动下，沿着与基板平行的方向进行往复运动，对电镀液进行搅拌，桨叶的运动方向可以通过与其连接的导轨来限制。驱动机构连接有控制器，控制器通过程序控制驱动机构的动作，从而控制桨叶的运动。

如上图，为上述装置中桨叶板的俯视图，桨叶由桨叶板108上开设条形的通孔而形成，桨叶板的材质为绝缘体，例如PVC、PC、CPVC、PPS、PEEK以及PTFE等塑料材质。在桨叶板中间的圆形区域上加工相互平行排列的条形的通孔，通孔供液体和电场穿过，相邻通孔之间的实体部分则构成桨叶。

在上图中展示了桨叶的尺寸，以等腰三角形的桨叶形状为例，桨叶的宽度为a，换言之，以桨叶的排列方向为坐标轴的方向，桨叶在坐标轴上的投影的宽度为a，即等腰三角形的底边的尺寸为a。相邻桨叶之间的间隙的最窄宽度为b，相邻桨叶上相互最靠近的两点之间的距离为b，即相邻两个等腰三角形的相邻顶点之间的距离为b。当a=b时，桨叶板108底部开孔区域的开孔率为50％。

桨叶的运动方向与桨叶的排列方向相同，也垂直于桨叶的长度方向。由于桨叶本身对电极与基板之间的电场造成遮挡，因此基板上与桨叶对应的区域接收不到电量。由于相邻桨叶之间的间隙对电场无遮挡，因此，基板上与该间隙对应的区域可以接收到电量。在电镀过程中，如果能使基板上每个点都能接收到相同的电量，就可以使基板上各点的电镀高度一致。

如上图，展示了桨叶在一个周期内的位置变化，三角形表示桨叶的横截面。由于各桨叶之间的相对位置不变，因此所有桨叶的运动方式与所选取的黑色三角形的桨叶的运动方式一致。以桨叶的排列方向为一维坐标轴方向，以所选取的黑色三角形的桨叶的起始点作为坐标原点，桨叶103沿坐标轴方向进行往复运动。

可以发现，在一个周期内，桨叶左右交替移动，由于基板上对应的每个点被桨叶遮挡的时间相等。当电场均匀分布时，基板上对应的每个点接收到的电量相等，因此各点的电镀高度相同。

最后，如上图，为桨叶板与导轨连接结构图，桨叶板的一侧通过连接件1011与偏心轴承1010连接，偏心轴承与导轨滑动连接，桨叶板受驱动机构的驱动而运动。在没有偏心轴承的情况下，桨叶板的移动应当沿着导轨方向，若驱动机构使桨叶板沿其他方向运动，则桨叶板会被导轨卡住。偏心轴承的作用是允许桨叶板的运动方向与导轨方向之间存在细微的偏差，防止由于安装误差而导致桨叶板运动受阻。此外，为了防止腐蚀性气体腐蚀精密部件，驱动机构、偏心轴承和导轨被氮气保护盒包围。

以上就是盛美上海公开的电镀装置方案，该方案通过设计桨叶的尺寸和运动方式，使基板上对应的每个点累计被桨叶遮挡的时间相等，从而接收到的电量相等，进而得到高度一致性的电镀效果。

关于爱集微知识产权

“爱集微知识产权”由曾在华为、富士康、中芯国际等世界500强企业工作多年的知识产权专家、律师、专利代理人、商标代理人以及资深专利审查员组成，熟悉中欧美知识产权法律理论和实务。依托爱集微在ICT领域的长期积累，围绕半导体及其智能应用领域，在高价值专利培育、投融资知识产权尽职调查、上市知识产权辅导、竞争对手情报策略、专利风险预警和防控、专利价值评估和资产盘点、贯标和专利大赛辅导等业务上具有突出实力。在全球知识产权申请、挖掘布局、专利分析、诉讼、许可谈判、交易、运营、一站式托管服务、专利标准化、专利池建设等方面拥有丰富的经验。我们的愿景是成为“ICT领域卓越的知识产权战略合作伙伴”。

（校对/赵月）