CN103695990A - 具有接触环除镀功能的电镀设备 - Google Patents

Abstract

一种电镀设备，所述电镀设备具有在头部中的转动件，在转动件上有接触环。升降/旋转传动机构可移动头部，以将接触环的区段放入除镀站的除镀通道中。电流和除镀液从接触环的接触件的径向朝内的位置被直接施加至接触件上。电流和除镀液也可从径向朝接触环的外部的位置分开来施加至环接触件的背面上。除镀站上的密封件随着接触环旋转通过除镀通道而造成与接触环的滑动接触，其中密封件与通过接触环中的开口而抽出除镀和清洗液的排放或真空开口相关联。

Description

具有接触环除镀功能的电镀设备

发明背景

在制造电子产品的过程中，通常将上千个单独的微电子器件形成在单一半导体晶片或另一种类型的基板上。在典型的制造工艺中，在制造微电子器件的不同阶段，在基板上形成一个或多个薄金属层。金属层经常被施加至电镀腔室中的基板。典型的电镀腔室包括：用于盛放电镀溶液的碗或容器；容器中的一个或多个阳极，所述一个或多个阳极接触电镀溶液；和具有接触环的基板支撑件，所述接触环带有与基板的前表面上的种晶层啮合的多个电接触件。这些电接触件与电源耦合，以将电压施加至种晶层。在操作中，将基板的前表面浸入电镀溶液中，使得阳极和种晶层建立电场，所述电场引起电镀溶液中的金属离子析出并且镀到种晶层上。

随着特征尺寸继续减小，用来启动电镀工艺的金属种晶层也必须更薄。随着种晶层变薄，接触种晶层的电接触件是清洁和干燥的变得更重要。残留在接触件上并且接触种晶层的液体有蚀刻种晶层的可能性。经蚀刻的种晶层引起处于蚀刻位置的电接触件的损失，所述损失造成不合格的电镀晶片。

在电镀处理器中，接触件暴露给镀液的电镀处理器中，金属被镀到种晶层上，并且金属还被镀到接触件上。接触件必须被频繁地“除镀(de-plate)”以去除镀到它们上的金属。以往，对接触件除镀的技术已被众所周知并使用，并且取得了不同程度的成功。尽管如此，在能够镀到更薄的种晶层的电镀腔室中的除镀特征件的设计方面仍然存在工程挑战。

发明内容

一种电镀腔室，所述电镀腔室对环接触件除镀、清洗和干燥。这减少了除镀液的消耗，并且更有效地捕捉或限制在除镀、清洗和干燥工艺期间的过喷射(overspray)和排气(out gassing)。

附图说明

图1是一种电镀腔室的立体图，所述电镀腔室的头部处于除镀位置。

图2是图1的截面图。

图3是图1和图2中示出的除镀站的内部立体图。

图4是图3中示出的除镀站的顶视图。

图5是图4和图3中示出的除镀站的向上看的底视图。

图6是除镀站的截面图。

图7是图2中示出的除镀站的特征件的放大图。

图8是除镀站和接触环的截面图。

图9是图8中示出的特征件的放大图。

图10和图11是图1至2中示出的可用在处理器中的接触环的局部放大详细视图。

具体实施方式

如图1和图2所示，电镀腔室或设备20具有支撑在升降/旋转组件24上的头部22。头部22中的转动件(rotor)34保持住基板。在电镀期间，升降/旋转组件24很大程度地移动头部22与平台28上的容器26啮合，以将基板放置为与容器26中的电解质或镀液接触。

接触环40上的接触件造成与基板上的种晶层的电接触。电流流经镀液、接触件和种晶层，引起镀液中的金属离子沉积出并且沉积到种晶层上，结果在在种晶层上形成镀金属层。

可通过以下方式对接触环40上的接触件除镀：如图1和图2所示，将接触环40放置在除镀站50中，然后在将除镀液和除镀电流施加至接触件时缓慢地旋转接触环。然后必须清洗和干燥接触件，以避免无意中蚀刻随后被镀的基板的种晶层。如图10至11所示，接触环40可具有向内突出的接触件或指状物114、屏蔽件(shield)108、清洗开口或孔116和引入环或内部衬垫(liner)110。

如图3至6所示，除镀站50包括经由铰接件56枢转附接至除镀壳体60上的除镀头部52。头部传动机构54在上或开放位置与下或关闭位置之间枢转除镀头部52，所述上或开放位置用于使接触环40能被移动到除镀通道或槽58中，所述下或关闭位置用于除镀操作，其中除镀通道或槽58延伸穿过除镀站。即刻参照图6，除镀槽58对着约45至100度的弧AA并且具有大体与接触环40相似的横截面形状。

参照图4和图5，除镀头部54具有用于引入清洗管线62、引入干燥管线64、接触除镀液引入管线70、和接触排放/真空管线84的配件或连接件。这些管道连接使用弹性管线，以使除镀头部52能在开放位置与关闭位置之间移动。引入管线62和64将清洗液体和干燥气体提供至引入或内部衬垫110上。如图9所示，接触除镀电极76被置于接触除镀入口70的喷嘴或者出口处。

除镀壳体60可包括用于环背面除镀液引入件80、环排放/真空件82、外部清洗件74、接触清洗件72、接触干燥气体件68、背面排放件82和环排放件66的类似配件或连接件。除镀壳体60的底表面上的接触清洗喷嘴90以来自接触清洗管线72的清洗液体供应，并且被放置为径向朝外地喷出或喷射清洗液体至接触环40上的接触件上，或以一锐角向外地喷出或喷射清洗液体至接触环40上的接触件上。类似地，接触干燥喷嘴92被放置为喷射来自干燥气体管线64的干燥气体至接触件上。

特别是对在镀数个薄种晶层中的使用来说，接触环40可具有大量的例如720个窄的接触件41。已经发现为了获得一致电镀数个薄金属种晶层所需的非常高等级的清洁程度，仅将除镀液施加至这些接触件自身可能不够。因此，除镀站50还包括用于对接触环40的背面112除镀的元件。转到图3，环除镀电极98、环除镀液喷嘴或出口100和环清洗喷嘴或出口96设置在除镀壳体60上并且朝向环40的背面112放置和指向。环排放密封件120也可置于除镀壳体60上，在密封件120的上方有排放/真空开口122。

在使用时，传动机构54将除镀头部52移动进入开放位置。升降/旋转组件移动头部，以将接触环40放到除镀通道58中。在某些处理器20中，在这一步骤期间，接触环40也可从头部向外延伸。在接触环40的区段介于除镀通道58中的情况下，头部22缓慢地旋转转动件和接触环40，持续地并顺序地将接触件114移动通过除镀通道58。除镀液被提供至接触喷嘴90。同时，反向电流被施加至接触除镀电极76。从喷嘴90喷出或喷射出的除镀液冲击在环引入件110上，在接触件114之上与之间通过，穿过清洗孔116，并且经排放通道118被排放或被抽真空排出。

此外，在反向或除镀电流被施加至环除镀电极98时，除镀液被类似地从环除镀喷嘴100施加至接触环40的背面112并经由排放开口122排出。排放密封件122造成与接触环的背面的滑动弹性接触。排放开口122因此能够积极地通过接触环40中的开口排出或抽出液体。因此，即使接触环中的开口可能非常小、通常在0.02mm至0.1mm的范围内，也能克服表面张力和其他力，引起液体有效地流经开口。

根据这些因素和镀液的化学成分、种晶层厚度以及其他因素，尽管必要时可能使用第二或更多次除镀旋转，但是接触环40可以在一次旋转中被除镀。在除镀旋转之后，尽管不需要将电流施加至除镀电极76和98，但是清洗液体以与除镀液相同的方式被施加至接触环40的背面112和接触件114。

通过用于除镀液的在除镀站50中的相同通道有利地提供清洗液体。或者，可使用单独的清洗液体通道。尽管可采用额外的清洗旋转，但通常经过一次或两次旋转接触环40来执行清洗步骤。

然后通过从接触干燥喷嘴92向接触件喷射或喷出干燥气体来干燥接触件114。接触环40的背面同时被抽入密封排放开口122的气流运动所干燥。干燥气体可以是清洁的干燥空气或另一种气体。可选择地从用来施加除镀液、和/或清洗液的相同喷嘴和开口施加干燥气体。使用该选择时，能够很大程度上避免滴落，因为干燥气体将液体从供应管线和喷嘴或开口清除出去。或者，可从单独的管线和喷嘴施加干燥气体。

如图1和图2所示，电镀环接触维护或除镀站50可以是置于电镀腔室20的外部并且紧邻电镀腔室20的模块。维护站50可提供四个功能。第一是除镀功能。这可使用将除镀液和电流传送到接触指状物用于除镀的一个或多个导电喷嘴。第二，将一个或多个清洗喷嘴用于清洗晶片引入件和接触件。第三，将一个或多个气体传送喷嘴用于干燥晶片引入件和接触件。第四，利用排放或抽真空来控制来自除镀、清洗和干燥步骤的副产物的分散和去除。防止这些副产物（喷雾和蒸汽）从站50的溢出降低了污染风险。

在接触环40移动进入图2所示的除镀位置之后，环维护站在接触环40上枢转。维护站50可安装在随动(compliant)底座上。这使得该维护站能以很靠近或接触的方式顺应接触环，以允许合适的喷嘴布置并且提供有效的排放。接触环自身还可具有特征件，这些特征件在确保除镀、清洗和干燥步骤期间进行协助。具体而言，接触环40可以是湿环接触件，该湿环接触件具有覆在接触件114的环上的屏蔽件108。接触环40和屏蔽件108可被设计为建立流动通路，该流动通路使除镀、清洗和干燥介质在接触件114周围流动、流过环并且通过接触环40的孔116流出。屏蔽件108的面与低压排放件相接口（interfacewith），该低压排放件帮助抽出液体和气体通过环并进入排放通道118。这个接口可通过将屏蔽件108靠近排放通道118定位并经由它们之间的随动密封件120的使用来建立。

如图1、2和8所示，接触环40可包括两个或更多个搁架120，所述两个或更多个搁架120用来临时接纳或保持住由装载/卸载机器人放入处理器20的晶片。随着头部22倒转，机器人可将晶片移动进入接触环40然后将晶片放下，使得晶片搁置于搁架120上。机器人然后退回。背板（backing plate）然后向上移动提升晶片离开搁架并且将晶片向上移动至与接触环上的指状物或电接触件114确实接触之处。为了更好的防污染，如图8所示，环维护站可包括放置成用以清洁搁架120的一个或多个额外的液体或其他喷嘴122。当以上描述的其他喷嘴或出口指向接触环自身时，喷嘴122指向搁架。通常喷嘴122可利用喷射气体或空气来将任何累积的液体从搁架移除。在示出的例子中，使用两个相同间隔的弧形搁架120，每一搁架对着约45度的弧，并且使用单一搁架喷嘴122。当然，可等效使用不同数量和其他类型的搁架和搁架喷嘴。

使用描述的设计，与现有设计相比，可以以实质上少的流体消耗来实现除镀、清洗和干燥步骤。另一个优点是只有相对少量的液体通过环。这提供了快速的液体交换以及减少的流体消耗，并且快速干燥。因为除镀是远离镀液发生的，所以可使用化学品或气体而不污染处理镀液。在使用中，维持站50也很大程度上包围接触环40。这帮助防止除镀、清洗和干燥步骤产生的颗粒和飞溅物蔓延。维持站可有效得在每一个一次旋转中足以完成除镀、清洗和干燥。

Claims (15)

1.一种电镀设备，所述电镀设备包括：

容器，所述容器用于盛放电镀溶液；

头部，所述头部包括具有接触环的转动件和用于旋转所述转动件的头部电机；

升降/旋转传动机构，所述升降/旋转传动机构附接至所述头部；

除镀站，所述除镀站具有适于容纳所述接触环的区段的除镀通道；

其中，在电镀操作期间，所述升降/旋转传动机构可移动，以将所述头部与所述容器啮合，并且将所述接触环的区段至少部分地放入所述除镀通道中；

在所述除镀通道的第一侧上的第一除镀电极和第一除镀流体喷嘴；和

在所述除镀通道的第二侧上的第二除镀电极和第二除镀流体喷嘴。

2.根据权利要求1所述的电镀设备，进一步包括在所述除镀站上的密封件，所述密封件被放置为随着所述接触环旋转通过所述除镀通道时与所述接触环滑动接触。

3.根据权利要求2所述的电镀设备，进一步包括真空排放开口，所述真空排放开口在所述除镀站中并且与所述密封件相邻。

4.根据权利要求1所述的电镀设备，进一步包括除镀头部，所述除镀头部枢转地附接至所述除镀站的除镀壳体。

5.根据权利要求1所述的电镀设备，进一步包括在所述接触环上的至少360个单独间隔开的接触件。

6.根据权利要求1所述的电镀设备，其中所述除镀通道形成对着45至100度的弧的弧形槽。

7.根据权利要求1所述的电镀设备，其中所述除镀站具有适当安装在所述容器的上边沿处的壳体，并且放置在所述容器的外部，以避免干扰所述头部与所述容器的啮合。

8.一种电镀设备，所述电镀设备包括：

容器，所述容器用于盛放电镀溶液；

转动件，所述转动件具有接触环；

除镀头部，所述除镀头部具有除镀通道，其中所述除镀头部相对于所述容器是可移动的；

升降/旋转传动机构，所述升降/旋转传动机构用于移动所述转动件以将所述接触环放置在所述容器中，以电镀基板，并且所述升降/旋转传动机构用于移动所述转动件，以将所述接触环的区段至少部分地放入所述除镀通道中；

其中所述除镀头部具有用于对所述接触环上的接触件进行除镀的至少一个除镀流体喷嘴至少一个除镀电极。

9.根据权利要求8所述的电镀设备，其中所述除镀头部能从第一位置枢转至第二位置，其中所述第一位置比所述第二位置更靠近所述容器。

10.根据权利要求9所述的电镀设备，进一步包括除镀头部传动机构，所述除镀头部传动机构附接至所述除镀头部，用于将所述除镀头部移动至所述第一位和移动至所述第二位置。

11.根据权利要求8所述的电镀设备，其中所述除镀头部能从第一位置枢转至第二位置，其中在所述第一位置，所述除镀通道面朝上，而在所述第二位置，所述除镀通道面向一侧。

12.根据权利要求8所述的电镀设备，其中所述除镀头部具有：

在所述除镀通道的第一侧上的第一除镀电极和第一除镀流体喷嘴；和

在所述除镀通道的第二侧上的第二除镀电极和第二除镀流体喷嘴。

13.根据权利要求8所述的电镀设备，进一步包括：

在所述接触环上的两个或更多个晶片搁架；以及

在所述除镀头部中的至少一个搁架喷嘴，

其中所述至少一个搁架喷嘴用于随着所述接触环被旋转通过所述除镀通道时喷射气体至所述晶片搁架上。

14.一种对电镀设备中的接触环的接触件进行除镀的方法，所述方法包括以下步骤：

倾斜所述设备的头部，相对所述设备的容器中的液体电解质的表面以一锐角放置所述头部中的接触环；

沿第一方向枢转具有除镀通道的除镀头部，使得所述接触环的区段在所述除镀通道内；

将除镀电流施加至在所述除镀头部中的一个或多个除镀电极；和

将除镀液施加至所述接触环的接触件上。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：提升所述头部以将所述接触环从所述除镀通道移除，将晶片装载进所述头部中，沿与所述第一方向相反的第二方向枢转所述头部，和将所述头部放低以将所述晶片放置为与所述容器中的电解质相接触。

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