CN107210256A - 具有卡盘组件维护模块的晶片处理系统 - Google Patents

Abstract

一种晶片处理系统具有环维护模块，用于将晶片装载至卡盘组件中，并且用于清洁和检查系统的电镀处理器中使用的卡盘组件。轴部附接至转子板。旋转马达使轴部和轴部上的转子板旋转。轴部的上端上的卡盘夹具将卡盘组件保持至转子板上。升降马达升高和降低转子板和轴部，以移动打开卡盘组件来用于晶片装载和卸载，并且移动卡盘组件至不同的处理位置中。可提供具有喷嘴的摆动臂来清洁卡盘组件。

Description

具有卡盘组件维护模块的晶片处理系统

发明背景

微电子装置通常形成于半导体晶片或其他类型的基板或工件上。在典型的制造处理中，一个或更多个薄金属层形成于晶片上，以产生微电子装置和/或提供装置之间的导电接线。

金属层通常经由电镀处理器中的电化学电镀而施加至晶片。典型的电镀处理器包括：用于容纳电镀溶液的容器、与电镀溶液接触并且在碗中的一个或更多个阳极、以及具有接触环的头部，接触环具有多个电性接触来接触晶片。工件的前表面浸渍在电镀溶液中，且电场使电镀溶液中的金属离子电镀于晶片上，形成金属层。

所谓的干接触电镀处理器使用密封件来使电镀溶液远离接触的部分。密封件必须定期清洁，以有效地工作，且避免污染工件。维护接触和密封件的需求会降低电镀系统的产量或使用效率。因此，需要改良的设计。

发明内容

一种晶片处理系统具有环维护模块，用于将晶片装载至卡盘组件(chuckassembly)中，并且用于清洁和检查系统的电镀处理器中使用的卡盘组件。环维护模块可包括在封围体(enclosure)内的升降组件。升降马达升高和降低升降组件。轴部附接至转子板。卡盘组件附接至轴部的上端。可提供具有喷嘴(spray nozzle)的摆动臂来清洁卡盘组件。环维护模块可将晶片装载至卡盘组件中和将晶片从卡盘组件卸载、清洁卡盘组件、以及选择性地在卡盘组件的接触环上的环密封件上实行压力检查以及自动视觉性检查。

附图说明

图1为处理系统的示意性平面视图。

图2为图1所示的环维护模块之一的前侧、顶侧和左侧透视图。

图3为图2所示的环维护模块的底侧、后侧和右侧透视图，其中底盖被移除。

图4为图2与图3所示的环维护模块位于卡盘组件装载和卸载位置中的剖视图。

图5为图4所示的卡盘组件的分解侧部透视图。

图6为图5的卡盘组件的底部透视图。

图7为图5和图6所示的卡盘组件的接触环的放大透视剖视图。

图8为图2至图4的环维护模块位于卡盘组件夹持位置中的剖视图。

图9为图8的环维护模块示于晶片装载与卸载位置中的剖视图。

图10为在卡盘组件清洁处理中的环维护模块的顶侧、后侧和右侧透视图。

图11为位于密封检查位置中的环维护模块的顶侧、后侧和右侧透视图。

图12为在卡盘组件打开位置中的环维护模块的顶侧、后侧和右侧透视图。

图13为环维护模块的密封测试组件的底侧和左侧透视图。

图14为图5至图7所示的接触环的剖视图，所述接触环与环维护模块的转子板上的接触环支架接合。

图15为图14所示的接触环支架的放大剖视图细节。

图16为图13的密封测试组件的剖视图，所述密封测试组件与在密封测试位置中的图5至图6所示的卡盘组件接合。

图17为与卡盘组件接合的密封测试组件的压板的放大剖视图。

具体实施方式

如图1所示，处理系统20包括安装在封围体22内的水平平台(deck)34上的模块或子系统。晶片或基板容器24可对接于封围体22的前部处的装载/卸载站26处。使用的子系统可随系统20所执行的具体制造处理而改变。在所示的示例中，系统20包括前界面28，前界面28可提供要移入或移出系统20的晶片的暂时储存，以及选择性地提供其他功能。一个或更多个环维护模块50和电镀处理器42被布置在封围体22内、前界面28之后。也可提供退火模块30与清洗/干燥模块32。

机械手在子系统之间移动晶片114。例如，晶片机械手48可被定位成在退火模块30和清洗/干燥模块32的一者或更多者至环维护模块50之间移动晶片。处理机械手44被定位成在环维护模块50与电镀处理器42之间移动保持晶片的卡盘组件。在基本的形式中，系统20可仅包括电镀处理器42和环维护模块50。

如图2和图3所示，环维护模块50具有底板68，底板68可支撑于平台34上。封围体70附接至底板68。旋转马达74和升降马达76定位在底板68之下。电连接器56从绕送(routed)于平台34之下的缆线提供功率至马达74与76。摆动臂组件60和分配杯58支撑于底板68的相对角落上。环形堰64定位在封围体70内，并且可经由堰升降致动器66而垂直移动。选择性的密封测试组件52可支撑于封围体22的机壳138上、对准于环维护模块50之上。仍然参见图2和图3，摆动臂组件60上的摆动臂80具有在喷头82上的一个或更多个喷嘴84。刷子86也可选择性地设置在喷头82上。

如图4所示，排气和排放管78通过底板68并且连接至环维护模块50的基座136中的排放沟道94。旋转马达74旋转轴部102，其中卡盘夹具62附接至轴部102的顶端。

拉伸弹簧104向下拉动轴部102。下转子板106刚性地附接至轴部102。固定至下转子板106的晶片支架128与上转子板100中的内间隙孔(inner clearance hole)对准。类似地，接触环支架130与上转子板100中的外间隙孔对准。

参见图3和图4，上转子板100与轴部102及下转子板106一起旋转，并且可相对于下转子板106垂直位移。升降马达76垂直地驱动横梁91于轨道92上，轨道92附接至底板68。轴杯108支撑于横梁91上，并且与横梁91一起垂直移动。当致动时，升降马达76向上或向下移动横梁，这相对应地垂直移动轴部102和上板100。升降马达76、横梁91、轴杯108和轴部102一起形成升降组件，大体上以90表示，升降组件升高和降低上转子板100。下转子板106与轴部及上转子板一起旋转，但是下转子板106处于固定的垂直位置。晶片支架128和接触环支架130刚性地附接至下转子板106，并且具有固定的长度。

如图4所示，喷洒帽(spray cap)96附接至环维护模块50的基座136、位于排放沟道94之上，排放沟道94导引至排气和排放管78。波纹管134可连接上转子板100和下转子板106，其中波纹管134和喷洒帽96协助使处理液体远离马达74与76以及内部部件。

电化学电镀处理器42电镀导电膜至晶片114上，同时晶片保持在卡盘组件110内。这允许维护功能在环维护模块50中执行，而非处理器42中。因此，系统20的生产力增加，因为处理器42可实质上连续地操作，而没有接触环维护所需的延迟。

如图5和图6所示，卡盘组件110具有接触环112和背板116。接触环112可包括磁体，用于将接触环112保持至背板116上，其中晶片114在接触环112与背板116之间。

卡盘装配部120附接至背板116的背侧。在轴部102的顶部处的卡盘夹具62接合于卡盘装配部120。接触环112上的对准销118用于将卡盘组件110与电镀处理器42中的转子对准。当放置在处理器42中时，卡盘组件110与图5和图6中所示的位置颠倒。如图7所示，接触环112具有大量的接触指部124，适于与晶片114上的晶种层电性接触、围绕着晶片的外周界。通常，接触指部在从晶片边缘进来大约1至3mm处接触于晶片。接触环上的环密封件122在电镀期间密封相抵于晶片，以密封电解液远离接触指部124，提供所谓的干接触环。接触指部124和密封环122可与已知的电化学处理处理器中所使用的那些类似或相同。

环维护模块50可操作来装载和卸载晶片114进、出卡盘组件110，并且也执行维护功能，包括卡盘组件的清洁、清洗和干燥。环维护模块50也可实行密封压力检查，以识别是否卡盘组件110的环接触密封件能够适当地密封相抵于晶片。环维护模块也可选择性地提供光学密封检查。

环维护模块50可操作如下。为了将晶片114装载至卡盘组件110中，环维护模块50位于如图2所示的初始位置中，其中堰64在向下位置中，摆动臂80在停放位置中，且升降组件90在完全向上位置中。处理机械手44移动空的且干净的卡盘组件110进入环维护模块50中，其中卡盘装配部120接合于卡盘夹具62，如图4中所示。接触环112上的对准销118与背板116中的孔对准并且延伸通过背板116中的孔。升降组件90经由升降马达76而降低，且卡盘组件110被夹持至上转子板100上，如图8中所示。弹簧104向下拉动轴部102，以施加恒定的夹持力至卡盘组件上。对准销118穿过上转子板110中的间隙孔伸出。

转至图9，升降组件90继续向下移动，且接触环112停靠在接触环支架130上。当升降组件90进一步向下移动时，背板116从接触环112分离，因为上转子板100的向下拉力超过了将背板116与接触环112保持在一起的磁力。升降组件90与背板116一起移动至图9中所示的完全向下位置。晶片机械手48移动晶片114至现在打开的卡盘组件110中，其中晶片放置在晶片支架128的顶部上，且其中晶片相对于背板116居中。

当晶片114装载至卡盘组件110中时，环维护模块50然后通过升高升降组件90、向上移动背板116与晶片114接触而关闭卡盘组件。当晶片停靠在背板116上时，升降组件90继续向上移动，使背板116经由磁吸引力而重新接合于接触环112，如图14中所示(不管图16中的密封测试组件52，密封测试组件52在此步骤中不存在或未使用)。

当未处理的晶片114现在装载至卡盘组件110中时，环维护模块50升高卡盘组件110至其最高或向上位置，这绘示于图4中。处理机械手44然后拾取卡盘组件110并且移动卡盘组件110至电镀处理器42中。晶片受到电镀，以施加导电材料膜至晶片上。在电镀完成之后，处理机械手44将保持已经电镀的晶片114的卡盘组件110回送至环维护模块50。卡盘组件110和晶片114可能是被电镀液体润湿的。

为了移除现在已经电镀的晶片114，升降组件90降低，且背板116从接触环112分离。当背板116向下移动时，晶片114停靠在晶片支架销128上，如图9中所示。当背板116降低时，晶片114可能黏附至密封件122。为了确保晶片114与背板一起向下移动，可施加真空至晶片的背侧，以保持晶片至背板，并且克服将晶片保持至密封件122的任何黏附力。机械手48从环维护模块50移除晶片114，并且将晶片承载回容器24。后续的未处理或未电镀的晶片114可接着被装载至卡盘组件100中，且重复上述的处理。

环维护模块50能够清洁、清洗和干燥卡盘组件110，使得卡盘组件110维持在良好的工作状况中。通常，在每次使用之后清洁卡盘组件。参见图10，通过移动升降组件90至完全向上位置，可清洁空的卡盘组件110。背板116与接触环110接合。摆动臂80枢转于由堰64和基座136所形成的腔室之上，且堰64经由致动器66升高至向上位置。摆动臂的头部82中的喷嘴84喷洒出清洁或蚀刻液体化学品、水、和/或气体，诸如氮气。环维护模块50可缓慢地旋转卡盘组件110，以较佳地暴露卡盘组件的表面至清洁的喷雾。摆动臂也可选择性地在此步骤期间来回扫动。

来自喷嘴84的喷雾可主要瞄准于密封件122处，此处受污染的可能性较大。刷子或其他机械接触元件可设置在摆动臂上，以刷洗密封件122。在施加清洁液体化学品之后，环维护模块50可在清洗步骤期间喷洒出水，随后在干燥步骤中喷洒出空气或气体。在清洁步骤期间，通过调整升降组件90的垂直位置，卡盘组件110可选择性地部分打开或完全打开。

如图11所示，在清洁处理之后，堰64降低回到向下位置，且摆动臂返回至起始位置，其中喷嘴84在分配杯58之上。当卡盘组件110在此位置中时，环维护模块50可执行密封件122的光学检查。如图12所示，升降组件90降低，以使背板116与接触环112分离。激光器160可投射跨越接触环112、聚焦于环密封件122上。反射或散射的激光经由一个或更多个检测器162来感测，并且分析，以确定密封件122上存在或不存在金属。

因为金属比密封件本身有更高的反射性，激光系统能够光学地检测密封件上的金属污染。当接触环112缓慢旋转时，密封件122上的金属将导致所感测的反射光的可检测波动。若密封件122上并无金属，则所感测的反射光将较为均匀。若检测到密封件上有金属，则移除卡盘组件不使用。若没有检测到污染物，则图12中的卡盘组件110位于要装载有未处理的晶片114的位置中。在替代的系统中，摄影机可收集和比较密封件122随着时间的影像，其中处理这些影像，以识别指示有金属建立在密封件上的变化。在任一情况中，这些光学系统可导引至密封件与晶片接触的边缘(rim)或垂直尖端，如图7中所示。检测器162或摄影机可链接至计算机164，用于处理影像资料，并且确定是否在密封环122上检测到污染物。

图9、图13和图14所示的选择性的密封测试组件52可包括安装板140，安装板140固定在机壳138上的适当位置中，并且对准于环维护模块50之上。压板146附接至推架144，推架144经由线性致动器142而可垂直地移动。O形环148设置在压板146的面向下表面中的凹部中。如图17中所示，加压气体供应端口150延伸通过压板146、O形环148的内部。

接触环112的密封件122可通过将晶片114装载至卡盘组件110中来进行压力测试，如图9中所示。卡盘组件110打开，摆动臂在停放位置中，压板146在向上位置中，堰64在向下位置中，且转子板100转位(indexed)，以用于卡盘组件的装载。如图9中所示，晶片114经由晶片机械手48而装载至打开的卡盘组件中。升降组件90升高，以关闭卡盘组件110。升降组件90继续向上移动至密封压力检查位置，其中接触环112向上升高离接触环支架1301-2mm，如图14和图15中所示。

压板146接着经由致动器142而向下移动，其中O形环148移动接触于接触环112的顶表面，如图17中所示。这产生晶片114上方与压板146下方的空间152的测试体积，其中空间152通过顶表面上的O型环148和底表面上的环密封件122来密封。致动器142上的感测器可用来验证压板146是否在适当的位置处。加压气体(诸如，氮气)经由端口150被供应至空间152中。在数秒钟内，压力将到达平衡。若环密封件122为良好的，则在加压气体供应器中的质量流量计将显示气体流量(flow rate)为零或接近零。若环密封件122泄漏，则质量流量计将显示显著的流量。若卡盘组件110成功通过密封压力测试，则使用卡盘组件110来用于晶片处理，如上所述。若卡盘组件没有通过密封压力测试，则卡盘组件110可打开和关闭，并且重复测试。若卡盘组件仍然没有通过测试，则环密封件122可能无法在实际使用中适当地密封相抵于晶片，且移除卡盘组件不使用。

Claims (15)

1.一种设备，包括：

封围体；

升降组件，所述升降组件在所述封围体内，其中所述升降组件包括上转子板和轴部，所述轴部附接至所述上转子板并且由旋转马达来旋转，其中所述轴部的上端连接至卡盘夹具；

升降马达，所述升降马达连接至所述升降组件；和

摆动臂，所述摆动臂具有一个或更多个喷嘴，其中所述摆动臂可从所述升降组件上方的第一位置移动至偏离所述升降组件的一侧的第二位置。

2.如权利要求1所述的设备，进一步包括下转子板，所述下转子板连接成与所述轴部一起旋转，且其中所述上转子板可经由所述升降马达的操作而相对于所述下转子板垂直地移动。

3.如权利要求2所述的设备，进一步包括在所述下转子板上的三个或更多个接触环支架和在所述下转子板上的三个或更多个晶片支架，所述三个或更多个接触环支架与所述上转子板中的外通孔对准，且所述三个或更多个晶片支架与所述上转子板中的内通孔对准。

4.如权利要求1所述的设备，进一步包括拉伸弹簧，所述拉伸弹簧向下推动所述轴部。

5.如权利要求1所述的设备，进一步包括在所述封围体内的堰，以及堰升降致动器，所述堰升降致动器连接至所述堰，以升高和降低所述堰。

6.如权利要求1所述的设备，进一步包括密封测试组件，所述密封测试组件位于所述转子板上方并且具有压板，所述压板包括压板密封件和气体端口，其中所述压板密封件适于密封相抵于支撑于所述转子板上的卡盘组件的接触环的顶表面。

7.如权利要求1所述的设备，进一步包括卡盘组件，所述卡盘组件保持于所述轴部上，其中所述卡盘组件具有接触环，所述接触环具有环密封件，其中所述接触环可附接至背板，且所述背板具有卡盘装配部，所述卡盘装配部与所述卡盘夹具接合。

8.如权利要求7所述的设备，其中所述升降组件可移动至装载/卸载位置，其中所述接触环被支撑于所述接触环支架上并且与所述背板分离。

9.如权利要求7所述的设备，进一步包括激光器和一个或更多个感测器，所述激光器导引于所述环密封件处，且所述一个或更多个感测器用于感测从所述环密封件反射的光。

10.一种处理方法，包括下述步骤：

将卡盘组件放置到环维护模块中；

将所述卡盘组件的背板夹持至所述环维护模块的上转子板上；

降低所述上转子板，以将所述卡盘组件的接触环与所述背板分离；

将晶片装载至晶片支架上；

升高所述上转子板，以使所述背板重新附接至所述接触环；和

从所述环维护模块移除容纳有所述晶片的所述卡盘组件。

11.如权利要求10所述的方法，进一步包括下述步骤：在将所述卡盘组件放置到所述环维护模块中之前，升高所述环维护模块的升降机构至向上位置并且将所述卡盘组件的接触环上的销与所述环维护模块的上转子板中的开口对准。

12.如权利要求10所述的方法，进一步包括下述步骤：使所述接触环支撑于附接至下转子的接触环支架上，其中所述接触环支架延伸通过所述上转子板中的间隙开口。

13.如权利要求10所述的方法，进一步包括下述步骤：将压板密封至所述接触环上，并且引入加压气体至测试空间中，所述测试空间形成于所述晶片的顶表面与所述压板之间。

14.如权利要求10所述的方法，进一步包括下述步骤：经由磁性耦接来将所述背板重新附接至所述接触环。

15.一种处理方法，包括下述步骤：

将卡盘组件放置到环维护模块中，其中所述卡盘组件包括接触环和背板，所述接触环具有环密封件；

将所述卡盘组件的所述背板夹持至所述环维护模块的转子板上；和

旋转所述卡盘组件，同时将清洁液体施加至所述卡盘组件上。