CN103140611A - 电化学电镀装置中的去镀触点 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电镀装置，所述电镀装置具有改良的触点去镀特征结构，所述电镀装置包括槽池组件(26)，槽池组件(26)具有槽池(30)，槽池(30)用于容纳电镀溶液。在电镀操作期间，头部(22)与槽池组件合作，头部(22)具有转子(34)及头部马达(36)，转子(34)包括触点环(40)，头部马达(36)用于旋转所述转子。举升/旋转致动器(24)可用以移动头部，以将一区段的触点环定位于去镀模块的环槽(54)或开口中。由于在去镀模块内而不是在槽池组件内执行去镀，所以槽池组件中的电镀溶液不受去镀工艺影响。

Description

电化学电镀装置中的去镀触点

发明背景

通常，微处理器、存储器件、场发射显示器、读写头及其它微电子器件具有集成电路，所述集成电路具有微电子部件。通常，在半导体晶片、玻璃基板或另一类型微电子工件上形成大量独立微电子器件。在典型制造工艺中，在制造微电子器件的各种阶段，在工件上形成一或多个薄金属层，以提供材料来建构各种部件之间的互连。

通常，在电镀反应器或机器中，金属层经由电化学电镀涂覆于工件。典型电镀反应器包括：容器，所述容器用于容纳电镀溶液；阳极，所述阳极位于所述容器中以接触所述电镀溶液；以及支撑机构，所述支撑机构具有触点组件，所述触点组件具有啮合种晶层的多个电触点。电触点耦接至电源供应器，以向工件施加电压。在操作中，工件前表面浸渍于电镀溶液中，以使阳极及工件建立电场，所述电场使电镀溶液中的金属离子析出至工件上。

在所谓的“湿触点”反应器中，在电镀循环期间，电触点暴露于电镀溶液。因此，电镀溶液中的金属离子也析出至触点上。然而，触点可以不同速率进行电镀，结果为，由于电镀中金属随时间积累于触点上，所以一些触点可具有用于接触工件的相对较大或较小的表面积。此举降低电镀于工件上的金属层的均匀性。经由黏着较差的金属粒子与触点分离且沉积于工件上，这样也可污染工件。为避免此结果，触点必须定期“去镀”，以移除在电镀循环期间电镀于触点上的金属，作为进行维护反应器的一部分。

通常，通过将触点组件浸渍于电镀溶液中同时使反向电流流经触点，而进行去镀触点。反向电流使电镀循环反向，从而移动金属离开触点且返回至溶液中。然而，必须限制反向电流，以避免使电镀溶液降解。同时，通过可提供至触点附近的电镀溶液的搅拌量，来限制去镀速率。因此，要花费大量时间来完成触点去镀操作。这种做法降低电镀反应器的产量或使用效率。因此，需要改良去镀触点的设计。

发明概述

装置包括槽池组件，所述槽池组件具有槽池，所述槽池用于容纳电镀溶液。在电镀操作期间，头部与槽池组件合作，所述头部具有转子及头部马达，所述转子包括触点环，所述头部马达用于旋转所述转子。举升/旋转致动器可用以移动头部，以将一区段的触点环定位于去镀模块的环槽或开口中。由于在去镀模块内而不是在槽池组件内执行去镀，所以可极大地克服现存去镀技术的缺陷。

在用于去镀触点的方法中，举升电镀装置或反应器的头部，且随后使所述头部倾斜，以将头部上的一部分触点环与去镀开口对准。触点环可延伸离开头部且延伸至去镀开口中。旋转触点环，以移动触点环上的触点相继通过去镀开口。在存在去镀溶液的情况下，通过将触点暴露于反向电流，在去镀开口中去镀触点。也可当触点移动通过去镀开口时，清洗且干燥所述触点。

本发明也存在于所述装置及方法的子组合中。

附图简要说明

在图中，相同元件符号指示每一视图中的相同元件。

图1为本电化学电镀反应器的透视图，其中头部与槽池组件啮合。

图2为如图1所示的反应器的横截面。

图3为包括去镀模块的槽池组件的正视透视图。

图4为槽池组件的后视透视图。

图5为经定位以用于去镀的头部的透视图。

图6为如图5所示的头部及去镀模块的剖视图。

图7为如图5中所示经定位以用于去镀的头部的透视图，且其中触点环现延伸至头部之外且延伸至去镀模块中。

图8为如图7所示的头部及去镀模块的剖视图。

图9为去镀模块的分解正视透视图。

图10为去镀模块的分解后视透视图。

图11为贯穿去镀模块中的电极的局部放大剖视图。

图12为贯穿去镀模块中的清洗流体出口的局部放大剖视图。

图13为贯穿去镀模块中的干燥流体出口的局部放大剖视图。

图14为替代性去镀电极设计的放大透视剖视图。

具体描述

现详细参阅图，图1及图2示出电镀反应器或装置20的头部22，且图3至图4示出电镀反应器或装置20的槽池组件26。头部支撑于举升/旋转器件24上，例如如美国专利第6,623,609号所述。举升/旋转器件24及槽池组件26附接至甲板平板28或类似结构。可使用如美国专利第7,665,398B2号所述的槽池组件。槽池组件内的槽池30容纳电镀液体。如图2至图4所示，槽池组件26可包括排泄环42及排泄管44，所述排泄环42具有一或多个排泄液面(level)49。在典型设计中，多个反应器20可在电镀系统内提供成列，其中工艺机器人可自工件装卸站移动至每一反应器，如美国专利第7,351,314号及美国专利第7,371,306号所述。

如图2中所示，头部22包括转子34，转子34由轴47连接至旋转马达36。转子34通常包括触点环40及背板38。触点环40通常具有多个间隔开的独立触点41，如图11所示。可使用美国专利申请公开案第2006/0289302号所述的触点。头部22中的触点环致动器46附接至触点环40，且触点环致动器46可沿转子的旋转轴，向背板38线性地移动触点环40且线性地移动触点环40离开背板38。触点环致动器46可将触点环40自装卸位置移动至工艺位置，在所述装卸位置处触点环与背板38间隔开来，在工艺位置处触点环相邻于背板38。风箱（bellow）48可提供于轴47附近，以帮助密封头部22中的部件而隔离工艺化学品。在图2中，在转子位于工艺位置的情况下，致动器46缩回而风箱延伸。在图8中，致动器46延伸而风箱48压缩。

参阅图9至图13，触点维护模块50具有底盘或基座52，底盘或基座52为去镀触点41提供空间或位置。此空间或位置可为环槽或沟槽54，环槽或沟槽54的大小及成形以容纳一部分或一区段的触点环40。歧管70附接于基座52的顶部上。具有端口及流动槽道的歧管70附接于基座52的顶部上。电极组件62提供于歧管70中，电极组件62具有至少一个电极72及去镀流体供应器。电极区块74中的孔可形成多个去镀液体流，电极区块74连接至去镀流体供应器，所述去镀液体流被间隔开以与相邻触点对准。如图9所示，电极组件62可包括连接器56及电极区块74，电极区块74具有多个电极72，其中固持平板76将电极区块74固定至歧管70中。

去镀流体供应器可经由一或多个流体配件58形成于流体分配区块68上，流体分配区块68附接至歧管70。触点维护模块50也可具备清洗端口78及干燥端口80，清洗端口78位于歧管中，所述清洗端口78连接至清洗流体源，干燥端口80经由配件66连接至干燥流体源（诸如，加热的氮气），如图9、图10、图12及图13所示。可提供一或多个排泄端口64，以从环槽54移除去镀流体，所述一或多个排泄端口64通向排泄管线44。

如图1、图9及图11所示，在槽池组件26的顶端处，触点维护模块50的基座52可附接至排泄环42。可切断排泄环的一部分，以为基座52提供附接位置。如图3中所示，环槽54位于槽池组件26的内部空间上方且与槽池组件26的内部空间分离，所述空间通常容纳电镀溶液，在环槽54中执行去镀。

参阅图5及图6，为去镀触点41，举升/旋转器件24将头部22举起且离开槽池组件26，且随后举升/旋转器件24旋转头部22，以使触点环40与触点维护模块50对准。将头部举起足够高，以使头部在旋转运动期间清除排泄环42。取决于部件的特定尺寸，使用单个举升及单个旋转运动，或使用多个上/下及旋转运动，可达成头部22自图1及图2中所示位置进入图5及图6中所示位置的此运动，只要如图6所示，触点环40与触点维护模块50的环槽54大致对准。

现参阅图7及图8，触点环40自头部经由触点环致动器46向外延伸。此举将触点环40的下部部分移入环槽54中。具体而言，一区段的触点环横向移入环槽54中，所述区段的触点环对向约10°至约45°的弧。触点41相邻于电极72，如图11所示。去镀流体流经配件58进入歧管70及电极区块74中的一或多个孔且流至触点41上。同时，反向电流自电极72流经去镀流体及触点41。可对电极施加约10VDC至20VDC的反向电压。这样做形成去镀工艺，所述去镀工艺移除电镀至触点41上的累积金属。如图11所示，去镀流体可经由电极72中的中心开口75流出至触点41上。如图9所示，多个电极72可提供于电极区块74上，其中电极72经布置为大致匹配触点环40的弯度。在这种设计中，可同时去镀多个触点41。

头部中的旋转马达36缓慢旋转转子34，从而使触点环40连续或间歇地移动通过环槽54。因此，可去镀触点环40上的所有触点41。如图12所示，随着转子34缓慢旋转，触点41自与电极72对准的位置移动至与清洗端口78对准的位置。清洗液体（诸如，水）自一或多个清洗端口78流动或喷出至触点41上。所用清洗液体及所用去镀流体收集于环槽54的底部处，且所用清洗液体及所用去镀流体可经由图11中所示的排泄槽道64排出。排泄槽道64通向排泄管线44，且随后排泄槽道64通向设施排泄管线。

去镀流体及清洗液体未进入槽池组件26。因此，槽池组件26中的电镀溶液不受去镀工艺影响。视情况，环槽54可具备去镀流体及清洗液体的分离排泄槽道。随后，可再循环且再使用去镀流体。去镀流体可与槽池组件26中所含有的电镀溶液相同，或去镀流体可与特定配制的去镀液体不同。

图13示出定位于清洗端口78后（在触点环40的旋转方向上）的可选的干燥端口80。当触点41经过干燥端口80下方时，可由干燥气体流（诸如，加热的清洁干燥空气或氮气），干燥触点41。

在去镀工艺期间，马达36可缓慢且连续不停地移动转子34及触点环40，直至触点环40上的所有触点41通过环槽54且经受去镀工艺一或多次。或者，马达36可逐渐地或以步进方式移动触点环40通过环槽54，同时每一触点41逐渐且相继移动经过去镀位置、清洗位置及干燥位置，或一组2个至约20个触点一起移动经过这些三个位置。

取决于触点及触点环的设计，可能有利的是，使所有触点通过去镀模块50，其中触点处于相对于电极的第一位置，例如，处于更适合于去镀每一触点的基座的位置（更接近于触点附接至触点环的位置）。随后，触点亦可在相对于电极的第二位置，例如，在更适合于去镀触点的主体及/或尖端的第二位置进行第二次通过去镀模块50。以这种方法，在第一次通过去镀模块（即，转子完全旋转）后，触点环退回或缩回，而稍微离开电极72例如约1mm、2mm或3mm。

因此，以这种方法，枢转电镀反应器的头部，以将触点环与去镀模块中的环开口对准，所述触点环位于头部中的转子上。一区段的触点环自头部移动或向外延伸，以至少部分地进入环开口。导电液体在去镀模块中的一或多个去镀电极上方流动、穿过或流经去镀模块中的一或多个去镀电极，而电流流经触点环、触点、导电液体及去镀电极。转子旋转，以将触点环上的每一触点移动通过去镀模块。触点环可在相对于去镀电极的第一位置旋转一次通过去镀模块，且随后触点环移动至相对于去镀电极的第二位置，以达成第二次通过去镀模块。

尽管图7及图8示出触点环40自头部22延伸出去，但原则上触点维护模块50也可工作，以去镀触点环40上的触点，触点环40相对于头部具有更有限的运动或者乃至无运动。可经由改进的举升/旋转器件24来实现这种运动，所述改进的举升/旋转器件24也可横向移动头部22，以将触点环40定位至去镀的环槽54中，且使头部22返回离开环槽54而使头部22返回至图1及图2中所示的工艺位置。或者，触点维护模块50可相对于头部移动，以使环槽在触点环上方移动，而不是使触点环在环槽上方移动。也可使用头部与触点维护模块的运动组合。

去镀触点可倾向于形成杂散金属粒子以及硫酸粒子，从而可造成污染。因此，可有利的是，提供一或多个吸气端口于相邻于触点的歧管中。在歧管70中，所述吸气端口可介于清洗端口与干燥端口之间。可定位吸气端口（诸如，图11中的端口88），以在液体流动至触点上的位置吸气。在使用多个电极72的设计中，吸气端口可与每一电极相关联。干燥端口（若有的话）可与吸气端口分离或局部隔离，以控制去镀模块内的气流，从而更好地避免逸出粒子。

各种去镀电极设计可用于触点维护模块中。图14示出去镀电极设计82，去镀电极设计82具有中心电极84，中心电极84由液体流径环绕。去镀液体自侧端口进入歧管70、流经围绕中心电极84的环形空间，且随后流出歧管且流至触点41上，触点41定位于电极84下方。在替代性设计中，可省略中心电极84，且配件88可用作电极。在这种替代性设计中，电极的环形下端环绕液体流径。

Claims (17)

1.一种电镀装置，所述电镀装置包含：

槽池组件，所述槽池组件包括槽池，所述槽池用于容纳电镀溶液；

头部，所述头部包括转子及头部马达，所述转子具有触点环，所述头部马达用于旋转所述转子；

举升/旋转致动器，所述举升/旋转致动器附接至所述头部；

去镀模块，所述去镀模块附接至所述槽池，且所述去镀模块具有环开口，所述环开口适合于容纳一区段的所述触点环；

其中所述举升/旋转致动器可移动以在电镀操作期间将所述头部与所述槽池啮合，且所述举升/旋转致动器可移动以将一区段的所述触点环至少部分地定位至所述去镀模块的所述环开口中，以去镀所述触点环。

2.如权利要求1所述的电镀装置，其中所述头部进一步包含触点环延伸致动器，所述触点环延伸致动器用于在垂直于所述转子的旋转平面的方向上线性地移动所述触点环。

3.如权利要求1所述的电镀装置，所述电镀装置进一步包含多个独立间隔开的触点，所述间隔开的触点位于所述触点环上。

4.如权利要求1所述的电镀装置，其中所述环开口形成弓状槽。

5.如权利要求1所述的电镀装置，所述电镀装置进一步包含一或多个去镀电极，所述一或多个去镀电极位于该去镀模块中，所述去镀电极相邻于所述环开口。

6.如权利要求5所述的电镀装置，所述电镀装置进一步包含去镀溶液喷嘴，所述去镀溶液喷嘴与所述去镀电极中的每一个相关联。

7.如权利要求1所述的电镀装置，所述电镀装置进一步包含槽池排泄件及去镀模块排泄件，所述槽池排泄件位于所述槽池组件中，所述去镀模块排泄件位于所述去镀模块中，且所述去镀模块排泄件与所述槽池排泄件分离。

8.如权利要求2所述的电镀装置，所述电镀装置进一步包含控制器，所述控制器与所述举升/旋转致动器、所述头部马达、所述环延伸致动器及所述去镀模块连接，其中所述控制器适合于：将所述头部的所述触点环与所述去镀模块的所述环开口对准；延伸所述触点环，以使一区段的所述触点环至少部分地进入所述环开口；以及旋转所述触点环以实质上移动所有区段的所述触点环相继通过所述环开口，以去镀所述触点环。

9.如权利要求1所述的电镀装置，其中所述去镀模块固定于所述槽池组件的上边缘处适当位置，且其中所述去镀模块定位于所述槽池组件之外，以避免干扰所述头部啮合至所述槽池组件上。

10.一种电镀装置，所述电镀装置包含：

槽池组件；

头部，所述头部包括转子及头部马达，所述头部马达用于旋转所述转子；

触点环，所述触点环附接至所述转子；

举升/旋转致动器，所述举升/旋转致动器附接至所述头部；

去镀模块，所述去镀模块位于所述槽池之外，且所述去镀模块具有面朝上的弓状环槽；

其中所述头部可经由所述举升/旋转致动器自第一位置移动至第二位置，在所述第一位置中所述转子位于所述槽池组件内，在所述第二位置中一部分的所述触点环至少部分地位于所述去镀模块的所述弓状环槽中。

11.一种用于将金属电镀至圆形微电子晶片基板上的电镀机器，所述电镀机器包含：

槽池组件，所述槽池组件包括槽池，所述槽池用于容纳电镀溶液；

一或多个阳极，所述一或多个阳极位于所述槽池中；

头部，所述头部包括转子及头部马达，所述头部马达用于旋转所述转子；

背板，所述背板位于所述转子上；

触点环，所述触点环位于所述转子上；

多个独立间隔开的触点，所述间隔开的触点位于所述触点环上；

触点环致动器，所述触点环致动器位于所述头部中，以用于向所述背板线性地移动所述触点环且线性地移动所述触点环离开所述背板；

电流源，所述电流源连接至触点环且所述电流源连接至所述阳极；

举升/旋转致动器，所述举升/旋转致动器附接至所述头部；

去镀模块，所述去镀模块附接于所述槽池的顶部的一侧；

环开口，所述环开口位于所述去镀模块中；

一或多个去镀电极和去镀溶液出口，所述一或多个去镀电极位于所述去镀模块中，所述一或多个去镀电极相邻于所述环开口，所述去镀溶液出口相邻于所述去镀电极中的每一个；

其中所述举升/旋转致动器可移动以将具有转子的所述头部定位于所述槽池中，且所述举升/旋转致动器可移动以将一部分的所述触点环定位至所述去镀模块的所述环开口中。

12.一种用于去镀电镀装置的触点环上的触点的方法，所述电镀装置具有槽池，所述槽池用于容纳电镀液浴，所述方法包含以下步骤：

将一区段的所述触点环至少部分地定位至去镀模块的环开口中；

旋转所述触点环，以移动所述触点环上的所述触点相继通过所述去镀模块中的所述环开口；

将去镀液体涂覆至所述去镀模块内的所述触点环的所述触点上；

将电流施加至所述触点环的所述触点；以及

将所述去镀液体收集于所述去镀模块中的排泄端口中，所述去镀模块与所述槽池分离。

13.如权利要求12所述的方法，其中在增量步骤中，所述触点环旋转通过所述去镀模块。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述触点环连续旋转通过所述去镀模块。

15.一种用于去镀电触点的方法，所述方法包含以下步骤：

枢转电镀装置的头部，以将触点环与去镀模块中的环开口对准，所述触点环位于所述头部中的转子上；

使导电液体在所述去镀模块中的一或多个去镀电极上流动；

使电流通过所述触点环、所述触点、所述导电液体及所述去镀电极；以及

旋转所述转子，以将所述触点环上的每一触点移动通过所述去镀模块。

16.如权利要求15所述的方法，所述方法进一步包含以下步骤：在平行于所述触点环的旋转轴的方向上，使所述触点环自所述头部向外延伸且至少部分地延伸至所述环开口中。

17.如权利要求15所述的方法，所述方法进一步包含以下步骤：在相对于所述去镀电极的第一位置，第一次旋转所述触点环通过所述去镀模块，且随后将所述触点环移动至相对于所述去镀电极的第二位置，且第二次旋转所述触点环通过所述去镀模块。

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