CN1920105B - 用于对工件进行流体处理的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于对工件进行流体处理的方法和设备。这种系统包括一个处理模块和一个由一个或者多个流体处理元件构成的系统，用以在对工件进行流体处理的过程中控制流体流动和/或电场分布。可以使用一个构件来在薄膜沉积过程中搅动流体(例如利用一种摆动)。可以使用一块板来对入射到工件表面上的电场进行整形。通过控制流体流动和电场分布，可以改善在工件表面上的薄膜沉积。还有，可以使用一种竖向构造和/或模块化体系结构来提高产量，提高生产率，并且降低成本。

Description

用于对工件进行流体处理的方法和设备
本申请是国际申请日为2004年10月22日、国际申请号为PCT/US2004/035163、国家申请号为200480037097.8、发明名称为“用于对工件进行流体处理的方法和设备”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2003年10月22日提交的临时专利申请序列号为No.60/513761的美国专利申请的优先权，该美国专利申请由本申请的受让人拥有，并且通过参考将其中的全部内容结合入本发明。
技术领域
本发明总体上涉及一种用于对工件进行流体处理的方法和设备，尤其是涉及一种用于在对工件进行流体处理的过程中控制流体流动及电场分布的方法和设备。
背景技术
电解沉积工艺等等被用作一种用于在各种结构和表面上，比如在半导体晶片和硅工件上，敷用薄膜(比如金属薄膜)的制造技术。用于这种工艺的系统的一个重要特征是，它们用以产生均一并且具有可重复特性的薄膜的能力，所述可重复特性比如是薄膜厚度、组成成分以及相对于下层工件轮廓的轮廓。
许多因素会阻碍均一薄膜的形成。例如，电镀电流会在从系统的阳极到达阴极的过程中发生散布，这样会导致在工件外缘附近出现较厚的电镀沉积物。此外，在处理腔中的流体分布，特别是在阳极或者阴极表面处的流体分布，可能不一致。在阴极处的不一致流体分布会导致横跨工件表面的扩散边界层厚度发生变化，这样会导致不均一的薄膜厚度。还有，在发生薄膜沉积的表面附近的无效流体混合会导致在表面中夹带空气或者气泡。这样会阻止在气泡附近进一步沉积，导致沉积不均一。最后，如果工件没有被牢固地保持在处理腔中，那么工件的位置会在处理过程中发生改变，并且当对工件进行流体处理时，如果没有与工件形成牢固的液密性密封，那么流体会渗入所不希望的区域。
现有系统困囿于这些局限中的一个或者多个，因此希望提供一种新的经过改进的方法和设备，用于在对工件进行流体处理的过程中控制流体流动和电场分布，并且用于在处理过程中可靠地保持住工件。
发明内容
在许多方面，本发明提供了一种系统和组成部件，用于通过从一个或者多个工件的一个或者多个表面敷用或者去除材料来对(这些)工件进行处理。所述敷用和去除操作可以通过在工件表面处进行流体流动控制和/或电场控制来实现。工件可以是平整的或者基本上平整，并且可以是薄的或者超薄。合适的工件包括半导体晶片、硅工件、互连基片以及印刷电路板，但并不局限于此。此领域有时被称作流体处理或者湿法处理，并且包括电解沉积、电镀、无电镀、化学蚀刻、抗蚀层敷膜、抗蚀层剥离、介电敷膜以及工件清洁等等。
在一个实施例中，本发明提供了一种用于对工件进行流体处理的方法和设备。这种系统包括一个处理模块和一个由一个或者多个流体处理元件构成的系统，用以在对工件进行流体处理的过程中控制流体流动和/或电场分布。在许多实施例中，可以使用一个构件来在薄膜沉积过程中搅动流体。该构件可以采用一种非均一摆动来搅动流体。该构件可以是一个搅动桨(例如可以从美国马萨诸塞州比尔里卡镇的NEXX系统公司获得的SHEAR PLATE搅动桨)。在某些实施例中，使用一块板来对入射到工件表面上的电场进行整形。
通过控制流体流动和电场分布，可以改善在工件表面上的薄膜沉积。还有，可以使用一种能够以背靠背方式保持住大量工件的竖向构造和/或工件支架来提高产量，并且减少工件处理系统的占地面积。这样会提高生产率并且降低成本。此外，利用一种用于所述处理系统的模块化体系结构，可以容许系统布局针对流体处理和产量需求得以优化。
在一个方面，本发明提供了一种用于对工件进行流体处理的设备。这种设备包括一个能够盛装流体的壳体，和一个设置于壳体内部并且适合于保持住工件的工件支架。这种设备还包括一个设置于壳体内部的构件，其与所述工件支架邻近并且适合于基本上平行于工件表面发生非均一摆动，以便搅动所述流体。在一个实施例中，所述非均一摆动包括一个在每次非均一摆动的冲程之后发生改变的逆转位置。所述非均一摆动可以包括一个主摆动冲程和至少一个副摆动冲程。主摆动冲程的长度可以基本上等于由所述构件限定出的间隔开的开口的间距，而副摆动冲程可以改变所述构件的非均一摆动的逆转位置。
在一个实施例中，所述构件限定出多个间隔开的开口。在一个实施例中，所述构件包括多个间隔开的叶片。这些间隔开的叶片的轮廓可以包括杯状或者成带角度的形状。在某些实施例中，所述构件包括两块通过间隔结构连接成一个组件的桨板，从而使得所述工件支架能够插入该构件内。在一个实施例中，所述设备还包括一个用以移动所述构件的线性马达组件。
在一个实施例中，所述设备包括一块与所述构件邻近的板，用以对入射到工件表面上的电场进行整形。该板的主体可以限定出多个孔，这些孔的直径在该板的表面上发生变化(例如按照一种基本上径向分布模式)。在许多实施例中，所述构件可以在工件表面处形成一个非周期性流体边界层。在一个实施例中，所述构件减小了工件表面处的流体边界层厚度，例如减小至约10微米以下。所述构件与工件表面的间距可以小于约2毫米。
在另外一个方面，本发明提供了一种对工件进行流体处理的方法。这种方法包括在一个能够盛装流体的壳体内部安置一个工件支架。所述工件支架上保持有工件。这种方法还包括将一个构件邻近所述工件支架设置在壳体内部，并且通过使得所述构件基本上平行于工件表面非均一摆动来搅动所述流体。在许多实施例中，所述方法可以包括经由非均一摆动使得所述构件在工件表面上的电场影像和/或流体流动影像最小化。在一个实施例中，所述方法包括从工件表面去除夹带于流体中的气泡。在许多实施例中，所述方法可以包括在工件表面上沉积或者溶解一种金属或者塑料。
在另外一个方面，本发明提供了一种用于改变工件表面处的电场的设备。这种设备包括一个能够盛装流体的壳体，一个设置于壳体内部并且适合于保持住工件的工件支架，以及一块设置于壳体内部并且与工件间隔开的板。所述板上限定出多个孔，这些孔具有一种用以改变通过该板到达工件表面的电场性能的孔尺寸分布。在一个实施例中，所述孔尺寸分布包括一种连续的孔尺寸梯度(例如按照一种基本上径向分布模式)。在一个实施例中，接近工件表面的电场是均一的。所述电场性能可以包括幅值。在一个实施例中，所述板包括一种非导电材料，用于随着电场通过该板到达工件表面而阻断一部分电场。
在许多实施例中，所述设备还包括一个适合于基本上平行于工件表面非均一摆动的构件，用以搅动所述流体。所述非均一摆动可以包括一个在每次非均一摆动的冲程之后发生改变的逆转位置。在一个实施例中，所述非均一摆动包括一个主摆动冲程和至少一个副摆动冲程。主摆动冲程的长度可以基本上等于由所述构件限定出的隔开的开口的间距，而副摆动冲程可以改变所述构件的非均一摆动的逆转位置。在一个实施例中，所述构件限定出多个间隔开的开口。在一个实施例中，所述构件包括多个间隔开的叶片。
在再一个方面，本发明提供一种用于改变工件表面处的电场的方法。这种方法包括在一个能够盛装流体的壳体内部安置一个工件支架和在壳体内部将一块板设置成与所述工件支架间隔开。所述工件支架上保持有工件，并且所述板限定出多个具有一种孔尺寸分布的孔。这种方法还包括使得电场穿过所述板来改变入射到工件表面上的电场特性。
在许多实施例中，所述方法可以包括经由一种非均一摆动使得所述构件在工件表面上的电场影像和/或流体流动影像最小化。在一个实施例中，所述方法包括从工件表面去除夹带于流体中的气泡。在许多实施例中，所述方法可以包括在工件表面上沉积或者溶解一种金属或者塑料。在一个实施例中，所述方法包括经由所述构件的非均一摆动在工件表面处形成一个非周期性的流体边界层。在一个实施例中，所述方法包括经由所述构件的非均一摆动减小工件表面处的流体边界层厚度。
在另外一个方面，本发明提供了一种用于对工件进行流体处理的设备。这种设备包括一个能够盛装流体的壳体，一个设置于壳体内部并且适合于保持住工件的工件支架，以及一个限定出多个间隔开的开口的构件。所述构件可以被设置在壳体内部，与所述工件支架邻近，并且可以适合于基本上平行于工件表面移动，从而使得所述多个间隔开的开口可以搅动所述流体。在一个实施例中，所述多个间隔开的开口的非均一摆动搅动所述流体。这种非均一摆动可以包括一个在每次非均一摆动的冲程之后发生改变的逆转位置。所述非均一摆动可以包括一个主摆动冲程和至少一个副摆动冲程。主摆动冲程的长度可以基本上等于由所述构件限定出的间隔开的开口的间距，而副摆动冲程可以改变所述构件的非均一摆动的逆转位置。在一个实施例中，一个线性马达组件移动所述构件。
在一个实施例中，所述设备还包括一块与所述构件邻近设置的板，用以对入射到工件表面上的电场进行整形。该板的主体可以限定出多个孔，这些孔的直径在该板的表面上发生变化。所述多个孔可以按照一种基本上径向分布模式发生变化。所述构件可以在工件表面处形成一个非周期性的流体边界层。在一个实施例中，所述构件减小了工件表面处的流体边界层厚度，比如减小至约10微米以下。在一个实施例中，所述构件与工件表面的间距小于约2毫米。
在再一个方面，本发明提供了一种对工件进行流体处理的方法。这种方法包括在一个能够盛装流体的壳体内部安置一个工件支架，并且在壳体内部将一个构件设置成与所述工件支架邻近。所述工件支架上保持有工件，并且所述构件限定出多个间隔开的开口。这种方法还包括通过使得所述构件基本上平行于工件表面移动来利用所述多个间隔开的开口搅动所述流体。
在许多实施例中，所述方法可以包括经由一种非均一摆动使得所述构件在工件表面上的电场影像和/或流体流动影像最小化。在一个实施例中，所述方法包括从工件表面去除夹带于流体中的气泡。在许多实施例中，所述方法可以包括在工件表面上沉积或者溶解一种金属或者塑料。
在另外一个方面，本发明提供了一种用于对工件进行流体处理的设备。这种设备包括一个用于将工件保持在能够盛装流体的壳体中的装置，和一个用于利用基本上平行于工件表面的非均一摆动搅动所述流体的装置。
在再一个方面，本发明提供了一种用于改变工件表面处的电场的设备。这种设备包括一个用于将工件保持在能够盛装流体的壳体中的装置，和一个限定出多个具有一种孔尺寸分布的孔的装置，用于改变入射到工件表面上的电场。
在又一个方面，本发明提供了一种用于对工件进行流体处理的设备。这种设备包括一个用于将工件保持在能够盛装流体的壳体中的装置，和一个限定出多个间隔开的开口的装置，用于利用一种基本上平行于工件表面的运动搅动所述流体。
在一个实施例中，本发明提供了一种用于将工件保持在工件支架上的方法和设备。可以使用一个柔性构件来提供一种基本上均一的力，以便牢固地保持住工件，这样可以容许工件始终如一地位于处理模块中。在一个具体实施例中，在工件与一个用于将该工件保持在工件支架上的环之间形成一个防止流体进入的屏障。这样就在流体处理过程中提供了一种可靠密封，以便防止流体到达工件的下侧。在许多实施例中，所述工件支架可以被用来在处理模块中排列工件，比如精确排列，或者使得处理模块中的工件与流体处理元件，比如搅动桨(例如SHEAR PLATE搅动桨)或者屏蔽板，对齐，比如精确对齐。所述工件支架还可以被用来以一种竖向构造和/或背靠背方式保持住一个或者多个工件，以便获得更高的产量并且减小工件处理系统的占地面积。这样可以提高生产率并且降低成本。此外，利用一种用于处理系统的模块化体系结构，可以容许系统布局针对流体处理和产量需求得以优化。
在一个方面，本发明提供了一种用于保持住多个工件的设备。这种设备包括一个带有第一表面和第二表面的工件支架，一个用于将第一工件保持在工件支架第一表面上的第一环，以及一个用于将第二工件保持在工件支架第二表面上的第二环。在许多实施例中，所述第一环或者第二环适合于与相应工件形成一个防止流体进入的屏障。所述第一环或者第二环可以被可移除地固附在所述工件支架上。
在许多实施例中，所述设备还包括一个接近第一环的第一构件。该第一构件限定出至少一个保持结构，并且所述第一环包括至少一个能够与该第一构件上的至少一个保持结构发生配合的配合结构。该第一构件可以发生挠曲，以便向所述至少一个配合结构施加一个力，来促使所述第一环与第一工件形成一个防止流体进入的屏障。在一个实施例中，所述力会促使所述第一构件拉动第一环上的至少一个配合结构，来促使所述第一环推压在第一工件上，以便形成防止流体进入的屏障。所述第一构件可以包括至少一个适合于基本上垂直于该第一构件所在的平面施加所述力的挠曲结构，以便形成防止流体进入的屏障。在一个实施例中，所述第一构件限定出多个位于该第一构件周边上的挠曲结构，以便从该第一构件的周边提供均一的力。在一个实施例中，这种设备还包括一个用于提供第二力的第二构件，用以促使第二环与第二工件形成一个防止流体进入的屏障。
在某些实施例中，所述设备包括一个支托构件，适合于施加一个力来使得所述第一构件发生挠曲。该支托构件可以包括与所述第一构件发生接触的推销。在一个实施例中，所述设备还包括一个与所述支托构件邻近的可膨胀气囊，用以移动所述支托构件来施加力以便使得所述第一构件发生挠曲。所述第一构件可以包括至少一个突起部，用于与所述工件支架上的至少一个齿部发生配合。在一个实施例中，所述第一环包括一个用于与第一工件的表面形成防止流体进入的屏障的第一弹性区域。所述第一环还可以包括一个用于与所述工件支架的第一表面形成防止流体进入的第二屏障的第二弹性区域。
在一个实施例中，所述工件支架能够弹性连接到第一或者第二工件上。在一个具体实施例中，第一和第二工件由所述工件支架以背靠背方式保持住。在许多实施例中，第一和第二工件中至少一个可以基本上呈非圆形状。在某些实施例中，所述工件支架包括至少一条机械加工成边缘表面的导轨。所述至少一条导轨可以用来在处理模块中排列工件支架。所述工件支架还可以包括一个能够与传送机构发生配合的把手。
在许多实施例中，所述设备包括一个呈基本上平整的环形的第一构件。该第一构件限定出多个位于该第一构件周边(比如内周边、外周边或者内、外周边)上的挠曲结构。这些挠曲特征可以在所述第一构件发生挠曲时环绕第一工件的周边提供均一的力。该力可以基本上垂直于所述第一构件所在的平面。在一个实施例中，所述力将第一工件保持在所述工件支架第一表面的一部分上。所述第一工件可以基本上呈非圆形状。在一个实施例中，所述设备还包括一个第二构件，用于环绕第二工件的周边提供均一的第二力。
在另外一个方面，本发明提供了一种用于保持住多个工件的方法。这种方法包括提供一个带有第一表面和第二表面的工件支架，利用第一环将第一工件保持在工件支架的第一表面上，以及利用第二环将第二工件保持在工件支架的第二表面上。在一个实施例中，这种方法还包括旋转所述第一环来将该第一环上的至少一个配合结构锁入一个第一构件上的至少一个保持结构内。这种方法可以包括对防止流体进入的屏障的完整性进行测试。在许多实施例中，这种方法包括在第一和第二工件中至少一个的表面上沉积或者溶解一种金属、塑料或者聚合物。
在再一个方面，本发明提供了一种用于保持住多个工件的设备。这种设备包括一个具有第一表面和第二表面的工件支架，一个用于将第一工件保持在工件支架第一表面上的第一装置，以及一个用于将第二工件保持在工件支架第二表面上的第二装置。
在一个方面，本发明提供了一种用于对工件进行流体密封的设备。这种设备包括一个限定出至少一个保持结构的构件，和一个环，该环包括至少一个能够与所述构件上的所述至少一个保持结构发生配合的配合结构。所述构件发生挠曲来向所述至少一个配合结构施加一个力，以便促使所述环与工件形成一个防止流体进入的屏障。在一个实施例中，该力促使所述构件拉动所述环上的所述至少一个配合结构，以便促使所述环推压在工件上来形成防止流体进入的屏障。在许多实施例中，所述构件包括至少一个挠曲结构，适合于基本上垂直于该构件所在的平面施加所述力，来形成防止流体进入的屏障。所述构件可以限定出多个环绕该构件的周边设置的挠曲结构，以便从该构件的周边提供至少基本上均一的力。
在一个实施例中，所述设备还包括一个工件支架，所述构件和环被可移除地固连在该工件支架上。所述构件可以包括至少一个突起部，用于与工件支架上的至少一个齿部发生配合。在一个实施例中，所述设备包括一个支托构件，适合于施加一个力来使得所述构件发生挠曲。该支托构件可以包括与所述构件发生接触的推销。在一个实施例中，所述设备包括一个与所述支托构件邻近的可膨胀气囊，用于移动所述支托构件来施加力使得所述构件发生挠曲。
在许多实施例中，所述环包括一个用于与工件表面形成防止流体进入的屏障的第一弹性区域。所述环可以包括一个用于与工件表面形成防止流体进入的屏障的第二弹性区域。在一个实施例中，所述环包括至少一个适合于与工件形成弹性连接的触点。工件可以基本上呈非圆形状。在一个具体实施例中，所述工件支架限定出一个从第一表面到达第二表面的孔。该孔的直径小于所述环的直径。该孔可以用于对工件的多个表面进行处理。
在另外一个方面，本发明提供了一种对工件进行流体密封的方法。这种方法包括将工件置于一个环上，使得环上的至少一个配合结构与由一个构件限定出的至少一个保持结构发生配合，以及使得所述构件发生挠曲来向所述至少一个配合结构施加一个力，以便促使所述环与工件形成一个防止流体进入的屏障。在一个实施例中，所述方法还包括旋转所述环来使得该环上的所述至少一个配合结构锁入所述构件上的所述至少一个保持结构内。在许多实施例中，所述构件包括一种过伸展状态，在这种状态下，在使得所述构件发生挠曲之前所述至少一个保持结构捕获所述环上的所述至少一个配合结构。在许多实施例中，这种方法包括在工件表面上沉积或者溶解一种金属或者塑料。在另外一个实施例中，所述方法还包括对防止流体进入的完整性进行测试。
在再一个方面中，本发明提供了一种用于向物体施加力的设备。这种设备包括一个基本上平整的环形构件，其限定出多个环绕该构件周边设置的挠曲特征。这些挠曲结构在所述构件发生挠曲时环绕物体的周边施加一个至少基本上均一的力。在一个实施例中，该力基本上垂直于所述构件所在的平面。在许多实施例中，所述构件限定出至少一个能够与一个环上的至少一个配合结构发生配合的保持结构。所述环可以在施加所述力的同时保持住物体。所述力可以将物体保持在一个工件支架的表面的一部分上。在一个具体实施例中，该物体基本上呈非圆形状。
在一个实施例中，所述设备还包括一个支托构件，适合于施加一个力来使得所述构件发生挠曲。在许多实施例中，所述多个挠曲结构可以环绕所述构件的内周边、外周边或者内、外周边二者设置。所述构件可以由一种类似弹簧的材料(比如不锈钢或者钛)制成。
在又一个方面，本发明提供了一种用于向物体施加均一力的方法。这种方法包括提供一个呈基本上平整的环形的构件，提供多个环绕所述构件的周边设置的挠曲结构，以及使得所述构件发生挠曲，来环绕一个物体的周边由所述多个挠曲结构施加一个均一的力。
在另外一个方面，本发明提供了一种用于对工件进行流体密封的设备。这种设备包括一个限定出至少一个保持结构的第一装置，一个包括至少一个能够与所述至少一个保持结构发生配合的配合结构的环，以及一个用于使得第一装置发生挠曲的第二装置，来向所述至少一个配合结构施加一个力，以便促使所述环与工件形成一个防止流体进入的屏障。
在再一个方面，本发明提供了一种用于向物体施加力的设备。这种设备包括一个呈基本上平整的环形的构件，其中该构件限定出多个环绕该构件的周边设置的挠曲结构。这种设备还包括一个用于使得所述构件发生挠曲的装置，来环绕一个物体的周边由所述多个挠曲结构施加一个均一的力。
本发明的其它方面和优点将通过下面的附图、详细描述以及权利要求变得明了，所有这些均仅作为例子来例证本发明的原理。
附图说明
通过参考下面结合附图进行的描述，本发明的前述优点以及其它优点更好地得以理解。在附图中，不同视图中的相同附图标记通常指代相同的部件。附图无需按比例绘制，主要用于解释本发明的原理。
图1描绘了一个用于工件的示例性生产系统的方框图。
图2示出了一个根据本发明的示例性工件支架实施例的透视图。
图3示出了一个根据本发明用于保持住多个工件的示例性工件支架的剖面图。
图4示出了一个根据本发明的示例性工件支架的剖面图。
图5描绘了另外一个根据本发明的示例性工件支架的分解图。
图6示出了图5中所示工件支架的另外一个分解图。
图7示出了一个根据本发明具有多个挠曲结构的示例性构件的一部分的平面图。
图8A—8C示意性地描绘了一个根据本发明用于保持住工件的设备中的构件和挠曲结构的运动和动作。
图9描绘了另外一个根据本发明的示例性工件支架的透视图，包括一个钻取出的通孔，用于对工件的多个表面进行处理。
图10示出了一个根据本发明用于对工件进行处理的示例性设备的分解图。
图11描绘了另外一个根据本发明用于对工件进行处理的示例性设备实施例的剖视图。
图12描绘了一个根据本发明用于在对工件进行流体处理的过程中搅动流体的示例性构件实施例的透视图。
图13示出了另外一个根据本发明用于在对工件进行流体处理的过程中搅动流体的示例性构件实施例的剖视图。
图14示出了另外一个根据本发明用于在对工件进行流体处理的过程中搅动流体的示例性构件实施例的剖视图。
图15示意性地描绘了一个根据本发明与工件表面邻近的构件一部分的位置，该构件用于在摆动过程中搅动流体。
图16示意性地示出了一个根据本发明与工件表面邻近用于搅动流体的构件一部分的摆动。
图17示出了一个根据本发明用于在对工件进行流体处理过程中搅动流体的示例性非均一摆动图谱。
图18描绘了另外一个根据本发明用于在对工件进行流体处理过程中搅动流体的示例性非均一摆动图谱。
图19示出了根据本发明边界层厚度与流体搅动速度的图解。
图20描绘了一个根据本发明用于在对工件进行处理过程中改变电场的示例性板实施例的平面图。
图21A示出了一个根据本发明用于工件的示例性装载工位的平面图。
图21B示出了图21A中所示装载工位的侧视图。
具体实施方式
图1示出了一种用于工件的示例性生产系统10。该生产系统10可以采用本发明的许多特征。该生产系统10可以包括一个装载工位14，用于将工件传送至工件支架18。该生产系统10还可以包括一个或者多个模块22，比如处理模块，用于对工件进行处理。装载工位14和所述一个或者多个模块22可以安装在一个框架中，或者安装在相邻的框架中。所述框架可以包括一个传送系统26，用于将工件支架18从装载工位14移动至第一模块并位于模块之间。一种示例性生产系统是可以从美国马萨诸塞州比尔里卡镇的NEXX系统公司获得的Stratus System。
工件(其示例在后续附图中示出)可以是平整的、基本上平整的、和/或薄的或者超薄的。在许多实施例中，工件呈圆形或者基本上圆形。在其它实施例中，工件呈非圆形。例如，工件可以呈长方形、正方形、卵形或者三角形，或者具有其它合适的几何构造。在许多实施例中，工件例如可以是半导体晶片，硅工件，互连基片，印刷线路板，或者其它适合于进行处理的工件。装载工位14可以是一个自动装载工位，比如一种能够从美国加利福尼亚州欧文市的Newport Automation获得的或者从美国马萨诸塞州切姆斯佛德市的Brooks Automation获得的自动晶片搬运前端。
根据本发明，工件支架18可以被用来保持住一个工件或者多个工件。针对两个或者多个工件，工件支架18可以采用一种背靠背方式。还有，工件支架18可以具有一个贯穿其中心的孔，用于对单个工件的多个表面进行处理。这些实施例在后面更为详细地给予描述。
根据本发明，一个或者多个模块22中的每一个均可以用来进行清洁、冲洗、干燥、预处理、镀敷、缓冲/保持、蚀刻、电解沉积、电镀、电蚀刻、电溶解、无电沉积、无电溶解、光致抗蚀沉积、光致抗蚀剥离、化学蚀刻处理、种层蚀刻以及需要流体流动和/或电场控制以及使用的类似处理。在许多实施例中，工件在进行处理的同时由工件支架18保持住。一个或者多个模块22和/或工件支架18中的每一个均可以用来在工件表面上敷用各种薄膜，包括金属、塑料以及聚合物薄膜，但并不局限于此。合适的金属包括铜、金、铅、锡、镍、和铁，但并不局限于此。此外，这些金属的合金、化合物以及结合物(比如铅/锡和镍/铁)可以被敷用在工件表面。
在许多实施例中，所沉积的薄膜可以具有1微米至150微米之间的厚度。利用本发明中的特征，所述薄膜可以具有高纯度，并且厚度可以横跨工件表面达到均一。所述薄膜可以在(i)平整连续的均一表面上、(ii)带有微小突凹的平整连续表面上、和/或(iii)带有突凹和/或光致抗蚀图案的平整表面上具有均一的电性能。
在许多实施例中，生产系统10可以包括一个至三十个模块，但是根据应用领域可以使用额外模块。一个或者多个模块22的各种新颖特征在下文更为详细地进行描述。一个或者多个模块22中的每一个均可以包括一种坚固的模块化构造，从而使得其可以从生产系统10中去除。由此，生产系统10可以针对特定应用领域进行定制。例如，一种模块和工件支架可以被构造成用于处理不同尺寸的工件，比如150、200、250或者300毫米晶片，同时在定制过程中消耗的生产时间极少。
此外，处理系统的布局，比如一个或者多个处理模块的位置或者顺序，可以针对特定流体工艺或者针对一系列工艺进行优化，这样可以提高产量。例如，可以将一种竖向生产线体系结构，比如由Stratus System采用的系统结构，与一种双晶片处理系统组合起来。沉积模块可以大约20厘米宽，并且模块的数目可以被调节至与所述装载工位的速度相匹配。一种示例性速度是每小时大约40个工件。
还有，处理系统的布局可以以一种竖向构造对工件进行定向。针对一个或者一系列均一较长的沉积时间的工艺来说，一种竖向构造可以使得大量的工件被同时处理。例如，针对超过10分钟的处理时间，可以同时处理超过20个工件。此外，在一种会在工件表面产生相当体积的气体或者空气的工艺中，比如利用光致蚀刻剂的电泳沉积，一种竖向构造可以有利于从工件表面去除空气或者气泡。
生产系统10本身可以是手动的或者自动的。生产系统10可以包括用于控制装载工位14和/或传送系统26以及一个或者多个模块22的工作过程的计算机，。在自动系统的一个示例性实施例中，刚装载上去的工件被从装载工位14传送至最远的模块，并且后续处理将加工完毕的工件返回至装载工位14。
图2示出了一个用于保持住工件30的示例性工件支架实施例18。在该示例性实施例中，工件支架18包括一个把手34，其可以用来提升和/或传送工件支架18。该把手能够与图1中示出的传送机构26发生配合。工件支架18还包括一个主体38和一个用于接触工件30的环42。在许多实施例中，工件支架18的主体38由一种塑料制成，比如高密度聚乙烯(HDPE)或者聚偏二氟乙稀(PVDF)。主体38还可以包括形成于至少一个边缘44中的导轨(图5和6中示出)。(这些)导轨可以用来在模块22中之一排列工件支架18。
环42可以将工件30压靠、保持和/或卡持在工件支架的主体38上。工件30与环42之间的接触发生在工件30的外周边处，比如通过接触小于约2毫米的工件30外周边。在许多实施例中，环42包括一个包裹于弹性体中的柔性构件。弹性体上的部分可以用来接触工件30，并且在某些实施例中，可以与工件30形成密封。
在许多实施例中，环42可以呈圆形、基本上圆形或者非圆形(比如长方形、正方形、卵形或者三角形，或者具有其它合适的几何构造)。在一个实施例中，环42相对于工件30具有较低轮廓。例如，在一个具体实施例中，环42以小于1毫米延伸超出工件30的外露表面所在的平面。在许多实施例中，环42可以是接触环或者密封环。在一个实施例中，环42是在授予Keigler的美国专利No.6540899中描述的密封环组件，该美国专利的全部公开内容通过参考结合入本发明。
图3描绘了一个示例性工件支架实施例18′的剖面，该工件支架18′可以用于保持住多个工件30。工件支架18′的主体38包括一个处于第一平面的第一表面43和一个处于第二平面的第二表面45(例如前表面和后表面)。各个表面均具有一个相关联的环42，用于保持住相应的工件30，例如用于将相应的工件30保持在工件支架18′的相应表面43或者45上。例如，第一环可以在所述第一平面中将第一工件保持在所述工件支架的第一表面上，而第二环可以在所述第二平面中将第二工件保持在所述工件支架的第二表面上。
根据图3中示出的实施例，所述第一平面和第二平面相互平行并且间隔开。在许多实施例中，所述第一平面与第二平面形成一个夹角。在一个实施例中，所述第一平面与第二平面垂直。在一个实施例中，所述第一平面与第二平面形成一个锐角或者钝角。需要明白的是，本发明并不局限于仅带有两个平面的工件支架。也可以使用带有单个平面或者超过两个平面的实施例。在这里，使用两个平面来例证一个用于保持住多个工件的示例性设备实施例。
在一个实施例中，工件被以背靠背方式保持住，并且在一个具体实施例中，工件以背靠背方式彼此对中。在某些实施例中，工件被保持在所述工件支架的不同表面上，并且相互偏离。在另外一个实施例中，多个工件可以被保持在所述工件支架的一个表面上，例如以一种并排方式。在某些实施例中，多个工件可以被保持在工件支架的一个表面上，同时至少一个额外工件被保持在该工件支架的第二表面上。
图4示出了另外一个工件支架实施例18″的剖面，其示出了一种用于将工件30保持在工件支架18″上的示例性系统。一个环42’将工件30保持在工件支架18″的主体38′上。工件30在接触位置46处与主体38′发生接触。主体38′可以限定出一条凹槽50，从而使得工件30仅与主体38′的一部分发生接触。
根据所图示的实施例，工件支架18″的主体38′限定出一条沟槽54，用于保持住至少一个构件58、一个支托构件62以及一个气囊66。构件58能够发生弯曲，并且也可以被称作挠曲板。构件58可以呈圆形、基本上圆形或者非圆形(例如长方形、正方形、卵形或者三角形，或者具有其它合适的几何构造)。在某些实施例中，构件58可以是一个环或者一块板，并且在一个具体实施例中，可以呈基本上平整的环形。在许多实施例中，构件58可以由一种类似弹簧的材料制成，比如不锈钢或者钛。构件58可以包括至少一个保持结构(比如如图5和6中所示)，这些保持结构可以与所述环上的至少一个配合结构，例如环42上的配合结构70，发生配合。在许多实施例中，环42′和构件58被可移除地固连在工件支架18″上。
支托构件62可以是一块板或者推板，并且可以包括至少一个推销74。在许多实施例中，支托构件62可以呈圆形、基本上圆形或者非圆形。在许多实施例中，支托构件62可以是一个环或者一块板。支托构件62可以由一种金属、塑料或者聚合材料制成。可以是气动气囊的气囊66，限定出一个凹腔78，其中可以填充流体，比如空气，来使得气囊66膨胀。当发生膨胀时，气囊66会推压支托构件62，促使所述至少一个推销74与构件58接触，导致所述构件发生挠曲。气囊66可以呈圆形、基本上圆形或者非圆形，并且在许多实施例中，可以是一个环或者一块板。在许多实施例中，气囊66可以由一种氟橡胶、氨基甲酸乙酯或者聚酯材料制成。
图5和6示出了另外一种用于保持住工件30的示例性工件支架18″′。图5示出了第一透视图，图6示出了第二透视图。该工件支架实施例18″′包括环42′、沟槽54、支托构件62以及气囊66。工件支架18″′还可以包括一个把手34′和一个构件58′。
在图5和6中示出的工件支架18″′还包括一个主体38″，该主体38″包括一条导轨82。在一个实施例中，形成于主体38″上的凹槽50包括多个接触位置46，用于对工件30提供支撑。在所图示的实施例中，主体38″包括至少一个端口86，用于经由主体38″中的管道(未示出)向气囊66提供流体和/或向环42′的下侧提供真空。在许多实施例中，主体38″还可以包括至少一个弹性触点90，用以向工件30供给电流。支托构件62可以连接在一个能够与主体38″发生配合的突柱92上。该突柱92提供一个力来使得支托构件62与构件58′发生接触。
在图6中示出的环42′包括至少一个配合结构70，在一个实施例中，这些配合结构70被制成一个或者多个突柱。一条密封沟槽94可以环绕在环42′的外周边。可以是环42′上的一个弹性区域的密封沟槽94可以与密封凸台98相匹配，其中密封凸台98可以环绕在工件支架18″′的周边。在一个实施例中，这种匹配在工件支架18″′与环42′之间形成一个防止流体进入的屏障，例如液密性密封。
在许多实施例中，环42′还包括一个内侧密封表面102，其可以与工件30形成一个防止流体进入的屏障。内侧密封表面102也可以与工件30形成电连接。例如，内侧密封表面102可以包括与工件30发生接触的挠曲指状物。这些挠曲指状物可以包括用于形成电接触的外露端子末梢。所述电流通道可以向工件表面供送高达75安培的电流，并且可以容许针对多个工件独立地进行电流控制。
在许多实施例中，内侧密封表面102可以包括一个弹性区域，该弹性区域在足够大的力的作用下发生偏转，来形成一个防止流体进入的屏障。
在某些实施例中，构件58′限定出至少一个保持结构110和至少一个挠曲结构114。构件58′可以包括至少一个突起部118。构件58′上的所述特征可以被切割成，例如激光切割成，构件58′。所述至少一个保持结构110能够与环42′上的至少一个配合结构70发生配合。在许多实施例中，所述至少一个保持结构110可以是切割入构件58′内的键槽或者卡槽。在一个实施例中，所述至少一个挠曲结构114呈冲头形状。
在一个实施例中，构件58′限定出多个挠曲结构114。总的来说，这些挠曲结构114可以环绕构件58′的主体122提供一个长的有效路径，以便容许构件58′发生实质性挠曲。在一个实施例中，当构件58′发生挠曲时，这些挠曲结构114可以环绕一个物体，比如工件30，的周边提供一个至少基本上均一的力。所述力可以基本上垂直于构件58′所在的平面。当施加所述力时，环42′可以保持住所述物体。在本实施例中或者在其它实施例中，挠曲结构114可以环绕构件58′的周边形成，例如内周边、外周边或者内、外周边二者。
在某些实施例中，沟槽54，例如形成于主体38＂上的环状凹腔，可以包括至少一个齿部126，它们可以与构件58′上的至少一个突起部118发生配合。当多个突起部118背离主体122挠曲时，在突起部118之间产生一个垂直于工件30所在平面的力。
参照图5和6，环42′和构件58′可以被可移除地固连在工件支架18″′上。在一个实施例中，环42′上的一个或者多个配合结构70可以与构件58′上的一个或者多个保持结构110发生配合(例如插入或者固连)。例如在一个利用键槽的实施例中，环42′可以转动若干度，直至配合结构70停靠在保持结构110的较窄端部上。这样会促使配合结构70的肩部位于构件58′的后方。气囊66可以随后部分地或者完全放气。由挠曲结构114形成的挠曲力会促使构件58′发生偏转，并且推压一个或者多个配合结构70。在本实施例中，将朝向工件支架18″′拉动环42′。
在一个实施例中，使得构件发生挠曲会向至少一个配合结构施加一个力，来促使一个环与工件形成防止流体进入的屏障。例如，所述力可以促使构件58′拉动环42′上的至少一个配合结构70，来促使其推压工件30，以便形成防止流体进入的屏障。所述至少一个挠曲结构114可以适合于基本上垂直于构件58′所在的平面施加所述力，来形成所述屏障。挠曲结构114可以环绕构件58′的周边设置，以便从所述周边(例如内周边、外周边、或者如图5和6中所示的内、外周边二者)提供至少基本上均一的力。使得构件58′发生变形的力可以是环42′周边的每直线厘米大约为1千克。
为了从所述工件支架上取下第一工件或者将第一工件与第二工件对换，可以通过使得气囊66发生膨胀来去除构件58′与环42′之间的力，从而使得支托构件62与构件58′发生接触(利用或者不利用推销74)，以便使得构件58′发生变形。使得配合结构70发生配合的力被释放，从而使得它们可以与所述保持结构110脱离配合。在一个实施例中，使得配合结构70发生配合的力被释放，从而使得环42′可以发生旋转并且离开工件支架18″′。第一工件可以从环42′上取下，并且如果需要，可以将一个新的工件置于环42′上。
在一个实施例中，所述流体密封可以利用足够的力保持住工件，以便阻止流体侵入，即使当由于不可预见的事件而导致供送给处理系统的所有电能均丧失时也是如此。在一个实施例中，可以在工件装载程序之后和/或在对工件进行处理之前对防止流体进入的屏障进行测试，以便确保工件已经得以正确装载。例如，向工件支架18″′上的凹腔施加一个微小真空，比如大约负的0.05atm。例如可以将所述真空施加于凹槽50。通往真空的路径可以随后关闭，并且可以测定出真空的漏率。如果经历一个预定时间周期工件支架18″′中的真空没有改变超过预定的量，那么可以认为这种屏障的完整性是合格的(例如少于5秒内的改变量大约为10％)。如果所述真空以较快的速度发生改变，那么环42′可能未正确安装，并且可以将工件卸载或者重新装载。
图7示出了构件58′的一部分128的细节视图，包括保持结构110、挠曲结构114以及突起部118。如图所示，构件58′限定出分别环绕该构件58′的内周边和外周边延伸的线130和134。线130和134至少基本上切穿主体122。在一个具体实施例中，线130和134切穿主体122。这些线并非环绕所述周边连续延伸。相反，线130和134是一组离散线段。例如，线段130a从第一保持结构114a延伸至一个邻近的挠曲结构114b。线段130a终止于两个分别形成于挠曲结构114a和114b上的泪珠状区域138a和138b。根据所图示的实施例，挠曲结构114、114a或者114b还包括一个Ω状线段142。在一个实施例中，两个邻近的泪珠状区域和一个Ω状线段共同形成一个独立的挠曲结构。该挠曲结构可以呈冲头形状。
在一个实施例中，利用一组离散线段可以环绕所述构件的周边形成一条相当长的路径，所述构件可以沿着这条路径发生挠曲。还有，利用一组离散线段可以促使从所述周边施加一个至少基本上均一的力。
在许多实施例中，突起部118包括一个缺口146。在一个实施例中，缺口146与所述工件支架上的沟槽54中的对应卡绊相互连接。缺口146可以防止构件58′发生旋转。构件58′可以包括外侧突起部148，其可以用来将构件58′保持在所述工件支架中。
构件58或58′的运动以及挠曲结构114的动作可以示意性示出。为了例证目的并且无需拘泥于理论，图8A—8C进行示意性图示。
图8A示出了处于松弛状态的构件58或58′。板150和弹簧154代表构件58或58′。挠曲结构114可以类似于弹簧154来施加力的作用。锚固位置138代表了工件支架上的保持结构。例如，锚固位置138可以是形成于所述工件支架上的沟槽54中的齿部126。锚固位置138可以保持住构件58或58′上的突起部118。
图8B示出了环42或42′的一部分，包括配合结构70(在图8B和8C中图示为一个突柱)。向板150(即构件58或58′)施加一个力162，来使得构件58或58′挠曲至一种过伸展状态。当发生过伸展时，环42或42′与构件58或58′之间可以发生配合(例如在一个实施例中，所述保持结构抓住所述配合结构)。在一个具体实施例中，在配合结构70与保持结构110之间发生配合。在一个实施例中，力162由支托构件62施加。弹簧154(即挠曲结构114)沿着基本上与力162相反的方向施加一个力166。
图8C描绘了处于这样一种状态的设备，即，构件58或58′经由其上的保持结构110向配合结构70施加力166。弹簧154基本上垂直于构件58或58′所在的平面施加力166。在一个实施例中，力166促使构件58或58′拉动配合结构70，这样会促使环42或42′与工件30接触。这种接触可以在工件30与环42或42′之间形成一个防止流体进入的屏障。
图9描绘了另外一个示例性工件支架实施例170。本实施例可以用来对工件30的多个表面进行处理。工件支架170包括一个用于保持住工件的环42。工件支架18”’的主体174限定出一个从第一表面182贯穿至第二表面186的孔178。孔178的直径小于环42的直径。在许多实施例中，工件支架170包括前述特征，包括构件58或58′、支托构件62以及气囊66，但并非局限于此。工件30的下侧和孔178的边缘可以形成密封，来将这些组成部件与用在流体处理中的流体隔离开。
图10示出了一种用于对工件进行处理(比如流体处理)的示例性设备。这种设备可以包括一个模块22，其自身可以包括一个壳体200。在一个实施例中，模块22盛装有一种流体，比如壳体200限定出一个可以在其中盛装所述流体的凹腔。如图10中所示，这种设备还包括工件支架18、构件204、板208以及阳极212。在某些实施例中，这些元件中的一个或者多个未被使用或者不存在。下面更为详细地对变型实施例进行描述。在许多实施例中，构件204、板208和/或阳极212被设置在模块20和/或壳体200的内部。由于这种模块化设计，这些元件可以可移除地或者固定地设置于壳体200之内。
在图10中，工件支架18被图示为从壳体200中取出。工件支架18无需与模块22或者壳体200成为一体。在一个具体实施例中，工件支架18能够从壳体200中取出。工件支架18可以在两个或者多个模块22之间传送。壳体200可以包括形成于两个相对侧内表面上的沟槽。工件支架18的边缘44或者工件支架18″′上的导轨82可以被插入所述沟槽之内。
针对电解沉积或者电蚀刻应用领域，示例性的壳体200的长度可以小于180毫米。针对无需板208或者阳极212的应用领域，所述长度可以大约为75毫米。壳体200的宽度可以在300毫米至500毫米之间。在一个针对200毫米工件的示例性实施例中，所述模块的尺寸可以为180毫米×400毫米，但是该尺寸可以根据应用和/或工件尺寸发生变化。
在许多实施例中，构件204是一个桨组件或者一个流体搅动桨。在一个具体实施例中，构件204是一个SHEAR PLATE搅动桨。构件204可以基本上平行于一个由工件支架18保持住的工件的表面发生移动。构件204可以发生非均一摆动来搅动所述流体。在许多实施例中，构件204的摆动频率可以在0Hz至20Hz之间，但是该频率可以根据应用领域更高。在一个实施例中，构件204的摆动频率在4Hz至10Hz之间。在一个具体实施例中，摆动频率大约为6Hz。
在某些实施例中，构件204由一个或者多个马达216来移动。构件204可以利用连杆220连接在马达216上。在一个具体实施例中，马达216是线性驱动马达或者线性马达组件。合适的线性马达包括能够从美国威斯康星州Delavan市的LinMot公司获得的线性驱动马达。在许多实施例中，马达216可以固定或者可移除地连接在壳体200上。马达216可以位于壳体200的中心平面上。在一个具体实施例中，构件204的重量和在构件204往复运动的过程中产生的惯性力经由马达滑块与马达绕组之间的磁场力由该线性马达支撑，而并非由机械轴承支撑。所述一个或者多个马达216可以由计算机加以控制。
在许多实施例中，板208可以是一块屏蔽板或者屏蔽组件。板208可以被用来对入射到由构件204保持住的工件表面上的电场进行整形。板208可以由一种非导电材料制成。合适的材料包括HDPE和PVDF，但并非局限于此。在许多实施例中，板208可以呈圆形、基本上圆形或者非圆形(比如长方形、正方形、卵形或者三角形，或者具有其它合适的几何构造)。板208的特征在于其可以利用少量劳动进行移除和更换。这样就容许单个模块被构造成用于处理不同尺寸的工件，同时消耗的生产时间极少。
在一个实施例中，阳极212形成了壳体200的外壁。在一个实施例中，阳极212可以是一个阳极组件中的组成部件，其中所述阳极组件形成了壳体200的外壁。在许多实施例中，壳体200具有外壁，并且阳极212或者阳极组件被可移除地连接在所述壁上或者与所述壁间隔开。
在许多实施例中，阳极212可以是一个铜盘。在一个实施例中，阳极212的外露表面面积为300平方厘米。在一个实施例中，阳极212在电解沉积或者诸如铜或焊锡沉积这样的其它流体工艺过程中被消耗。阳极212的一个特征在于，其可以利用少量劳动进行移除和更换，使得消耗的生产时间减少。
在利用阳极212的实施例中，工件的表面用作阴极。需要指出的是，在某些实施例中，优选的是，系统的极性倒置。也就是说，工件的表面受控成为与置于模块22中的阴极相对的阳极。在这种实施例内，阳极212将被一个阴极取代。
图11示出了另外一个用于对工件进行处理的示例性设备实施例的剖面。本实施例例如可以用来同时处理两个工件。壳体200′包括侧壁224和端壁226，并且示出了构件202、构件204a和204b、板208以及阳极212的相对位置。这些元件或者距离并未按比例示出。尽管构件204a和204b被图示为两个独立结构，但是它们可以形成一个组件。
在用于进行流体处理的壳体实施例200′中，流体通过位于该壳体200′底壁上的至少一个端口228进入该壳体200′中。在某些实施例中，端口228可以位于壳体200′的底壁230的中部。在一个实施例中，端口228可以位于侧壁224的底部。流体沿着一个或者多个工件的表面向上流动。这些流体会在工件支架18与相应构件204、204a或204b之间流动，或者在工件支架18与板208之间流动。在许多实施例中，流体通过所述壳体的顶部、通过侧壁224的顶部或者通过端壁226的顶部从壳体200′中排出。箭头示出了所述流动的大体方向。
在许多实施例中，流速可以在约每分钟20升至约每分钟40升之间。在一个具体实施例中，流速大约为每分钟28升。在一个实施例中，所述流体是一种电解质。这种电解质可以在工艺进行过程中通过壳体200′从一个存储器进行循环。在每分钟约27.6升的流率下，转换率可以是约0.8分钟。一种示例性溶液可以包括硫酸铜、水、硫酸以及盐酸。
工件30与相应构件204、204a或204b之间的距离可以为1毫米至5毫米，但是该距离可以根据应用领域发生变化。在一个实施例中，构件204、204a、204b与工件30的表面相距小于约2毫米。这些元件之间的距离越小，在表面处的流体混合越好。在一个其中环42从工件的外表面延伸大约1毫米的具体实施例中，构件204、204a或204b可以在一个与工件30的表面相距大约1.5毫米的平面中移动。板208可以与工件30的表面相距2毫米至20毫米，但是该距离可以根据应用领域发生变化。在一个具体实施例中，板208与工件表面相距大约5毫米。
图12描绘了一个用于在对工件进行流体处理的过程中搅动流体的示例性构件实施例204′的透视图。构件204′包括第一板232和第二板234。各块板232和234均限定出一组间隔开的开口236。间隔开的开口236的形状例如可以呈卵形或者长方形。各块板232和234也可以包括一组用于搅动流体的间隔开的叶片240。间隔开的叶片240的轮廓可以是平直的、倾斜的、杯状的或者正方形的。这组间隔开的开口236或者这组间隔开的叶片240的中点，可以形成一个基本上等距的周期性阵列。例如，中点之间的间距可以是10毫米至30毫米。在一个具体实施例中，中点大约相距20毫米。
在一个实施例中，当构件204′发生移动时所述那组间隔开的开口236搅动所述流体。在一个实施例中，当构件204′发生移动时所述那组间隔开的叶片240搅动所述流体。在一个实施例中，开口236和叶片240均搅动所述流体。在一个具体实施例中，间隔开的叶片240的边缘表面搅动所述流体。
板232和234可以由一种合适的金属、塑料或者聚合物制成。合适的金属包括钛、不锈钢或者铝。合适的塑料包括聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、HDPE以及PVDF。在许多实施例中，板232或者234可以与工件表面的间距在约2毫米至约10毫米之间，但是根据应用领域可以使用较小或者较大的间距。在一个具体实施例中，板232和234中至少一个的厚度在约3毫米至约6毫米之间，但是根据应用领域和/或材料构造可以使用较小或者较大的间距。可以使用相对较薄的元件，从而使得板208可以尽可能地接近工件。这样会提高沉积的均一性。
第一板232和第二板234可以通过一个或者多个间隔结构244连接起来，从而形成构件204′。在图12中，所示出的第一板232和第二板234均通过螺钉248固连在间隔结构244上，但是也可以使用其它方式，包括铆钉、胶水、环氧树脂、粘结剂或者其它合适的固连措施，但并不局限于此。板232和234以及间隔结构244可以限定出一个凹腔，在处理过程中一个工件支架18可以插入其中。间隔结构244会有利于使得构件204′与工件支架18对齐。
在许多实施例中，构件204或204′可以以这样一种方式通过壳体200与工件18对齐，即在无需构件204或204′机械支撑的条件下提供高的精确度。如前所述，马达216可以支撑构件204或204′。构件204或204′与工件支架18之间的精确、一致性间隔，可以利用安装于壳体200上的导向轮(未示出)实现。所述导向轮可以在一根固定安装于壳体200侧壁上的轴上自由转动。还可以在壳体200上安装对准轮，用于对工件支架18进行定位。导向轮与对准轮之间的关系可以是使得构件204或204′与工件表面的间距一致到小于约1/4毫米。这样就促使当构件204或204′基本上平行于工件表面移动时在工件表面处形成基本上均一的流体边界层。
用于导向轮的轴可以用作轴颈轴承的轴。构件204或204′可以在近乎零摩擦力或者轴承力的条件下移动，这样可以明显降低与使用载荷承载摩擦表面或者轴承的系统相关联的维修和维护成本。
图13示出了另外一个用于在对工件进行流体处理的过程中搅动流体的示例性构件实施例204＂的剖面图。间隔开的叶片240′呈杯状。在图13中，间隔开的叶片240′被图示为与利用环42保持在工件支架18上的工件30邻近。在许多实施例中，所述那组间隔开的开口236和/或那组间隔开的叶片240′在构件204″发生移动时搅动流体。在一个实施例中，间隔开的叶片240′的边缘表面搅动流体。在该实施例中，所述边缘表面可以是侧表面、带尖端表面或者圆形表面。
图14示出了另外一个示例性构件实施例204″′的剖面。间隔开的叶片240″具有带角度的轮廓，并且被图示为与利用环42保持在工件支架18上的工件30邻近。在许多实施例中，所述那组间隔开的开口236和/或那组间隔开的叶片240″在构件204″发生移动时搅动流体。
如前所述，构件204、204′、204″或204″′(在文中统称为204x)可以被用来搅动流体。在某些实施例中，构件204x可以按照一种非均一摆动图谱发生移动。在一个示例性实施例中，所述非均一摆动包括一个在每次非均一摆动之后发生改变的逆转位置。
例如，参照图15，叶片240、240′或240″或者与工件30表面上的特定工件位置256邻近的间隔开口236的中点(在这里统称为中点252)无需在一个完整摆动冲程之后返回至同一个工件位置256。中点252可以随着构件204x发生摆动而沿着工件30的表面行进，并且在一个完整摆动冲程之后，中点252′可以处于一个今近的工件位置260。
在一个实施例中，所述非均一摆动包括一个主摆动冲程和至少一个副摆动冲程。主摆动冲程的长度可以基本上等于由构件204x限定出的间隔开的开口236的间距。在一个具体实施例中，主摆动冲程的长度可以基本上等于相邻间隔开的开口236的间距。
参照图16，一个示例性主摆动冲程264可以改变构件204x的摆动冲程的逆转位置。在一个具体实施例中，主摆动冲程264会改变构件204x的中点252的逆转位置268。一个示例性的第一副摆动冲程272可以改变构件204x摆动的逆转位置。在一个具体实施例中，第一副摆动冲程272会改变中点252的逆转位置276。在许多实施例中，也可以理解为改变了主摆动冲程264的逆转位置。一个示例性的第二副摆动冲程280可以改变构件204x摆动的逆转位置。在一个具体实施例中，第二副摆动冲程280会改变中点252的逆转位置284。在许多实施例中，也可以被理解为改变了第一副摆动冲程272的逆转位置。
如图所示，中点252被用来表示构件204x的相对运动。但是，沿着构件204x表面的任何位置X，均可以被用来表示随着构件204x发生移动该位置X的逆转位置的改变。在某些实施例中，所述构件可以由多个元件构成。各个元件均包括一个或多个间隔开的开口或者一个或多个间隔开的叶片。在一个实施例中，各个元件可以被连接在一个独立马达上，从而使得其运动独立于附近元件的运动。在一个实施例中，各个元件可以被连接在同一个马达上，从而使得这些元件一起运动。在某些实施例中，所述许多元件被设置在工件的同一侧，从而使得构件204x中的一个或者多个元件的运动会搅动流体。
图17示出了一个用于在对工件进行流体处理的过程中搅动流体的示例性非均一摆动图谱288。为了例证目的，引用了图15和16中的示例性工件30和中点252。构件204x的中点252相对于工件30表面上的工件位置256的位置，被以时间为基础绘制出来。在构件204x的一个实施例中，中点252的间距大约为20毫米。主摆动冲程基本上等于中点252与构件204x上的邻近中点之间的间距。副摆动冲程大约为40毫米。线292示出了所述中点由于主摆动冲程导致的相对行进量。线296示出了所述中点由于副摆动冲程导致的相对行进量。
通过利用主冲程与副冲程的组合，构件30前部的摆动图谱的逆转位置可以相对于工艺时间明显改变。这样可以在工件的表面上预防非均一的按时间平均的电场或者流体流场。这样可以最小化所述构件在工件表面上的电场影像或者流体流动影像，提高沉积的均一性。
图18示出了另外一个用于在对工件进行流体处理的过程中搅动流体的示例性非均一摆动图谱300。在构件204x的本实施例中，中点252的间距大约为20毫米。主摆动冲程基本上等于中点252与构件204x上的邻近中点之间的间距。第一副摆动冲程大约为30毫米。第二副摆动冲程大约为40毫米。这种摆动可以包括额外的副摆动冲程。线304示出了所述中点由于主摆动冲程导致的相对行进量。线308示出了所述中点由于第一副摆动冲程导致的相对行进量。线312示出了所述中点由于第二副摆动冲程导致的相对行进量。
第一副摆动冲程的周期大约为2秒，而第二副摆动冲程的周期大约为10秒。这样可以移动发生摆动逆转的位置，由此可以使各个间隔开的叶片的逆转位置或者各个间隔开的开口的中点散开大约0.1毫米。这样可以减轻或者基本上消除所述逆转位置在工件表面上的任何影像。
构件204x的摆动也可以在工件30表面处形成一个非周期性流体边界层开始摆动。在一个实施例中，构件204x减小了在工件30表面处的流体边界层厚度。在一个具体实施例中，流体边界层厚度被减小至10微米以下。还有，所述构件的运动可以从工件30的表面上减轻或者基本上消除在流体中夹带空气或者气泡。在一个具体实施例中，流体的流动会在用于进行镀敷或者沉积的壳体200中携带走正在生长的薄膜表面附近的空气或者气泡。
图19示出了在工件表面处的边界层厚度相对于流体搅动速度的图解。流体搅动速度可以是构件204x的摆动速度。如图所示，随着速度增加，流体边界层厚度从大约55微米减小至小于大约10微米。边界层厚度可以利用极限电流值计算得出，其中极限电流值可以通过与基准电极的已知性能进行对比、通过线性扫描伏安法或者通过计时安培分析法加以确定。流体混合效果与边缘层厚度呈反比关系。因此，减小流体工艺中的边界层可以提高在工件表面处的流体混合效果。这样可以提高产量和均一性，并且还可以降低材料消耗。
图20描绘了一个用于在对工件进行流体处理的过程中改变电场的示例性板实施例208′。改变工件表面处的电场可以促进薄膜的均一沉积，但是通过工件表面的电势降会从工件周边至工件中心发生变化。在一个实施例中，板208′由一种非导电材料制成，这样可以随着电场从阳极212所在的平面到达工件30的表面所在平面，阻断该电场。板208′基本上呈圆形。板208′可以包括紧固孔314，用于将该板208′连接到壳体200或200′上，或者连接到将板208′悬挂在壳体200或200′中的支撑结构(未示出)上。
在一个实施例中，板208(图10和11中示出)或208′(图20中示出)对入射到工件30表面上的电场进行整形。板208或208′的主体316可以限定出多个孔320。这些孔320可以具有一种孔尺寸分布，比如这些孔的直径可以在所述板的表面上发生变化。通过改变所述孔尺寸分布，板208或208′表面上的平均开口面积可以发生变化，并且通过板208或208′到达工件30表面的电场的性能可以发生变化。发生变化的电场性能可以是幅值或者势能。在许多实施例中，接近所述工件表面的电场可以均一。
在一个实施例中，所述孔尺寸分布包括一种连续的孔尺寸梯度。在一个具体实施例中，所述孔按照一个基本上径向分布模式发生变化。例如，如图20中所示，较大的孔可以形成于板208′的中心附近，而较小的孔接近板208′的外周边形成。在许多实施例中，所述板可以具有约500至10000个孔，但是根据应用领域和/或工件尺寸可使用更多或者更少的孔。在一个实施例中，所述板可以具有约1000至5000个孔。在一个具体实施例中，板208或208′可以具有大约3000个孔，并且适合于200毫米的工件。在许多实施例中，所述孔的直径在0.1毫米至20毫米之间，但是根据应用领域可以使用更大或者更小直径的孔。在一个实施例中，最大直径的孔的直径可以大约为5毫米。最小直径的孔可以具有大约1毫米的直径。
图21A和21B示出了一个示例性装载工作实施例14′，其可以被用来将一个或者多个工件30装载到工件支架18上。图21A和21B包括一个用于工件支架18的托架324，一个用于移动工件30的基座328，以及一个将托架324与基座328连接起来的臂332。图21B示出了装载到基座328上的工件30。臂332和托架324可以包括一个铰接部336，从而使得臂332可以在一个基本上水平位置与一个基本上竖直位置之间移动基座328，或者移动至一个中间位置。基座328和臂332可以是同一元件的组成部分。
托架324可以在工件30被装载到工件支架18上或者从工件支架18上取下的同时保持住工件支架18。在某些实施例中，托架324可以在工件30被装载到基座328上或者从基座328上取下的同时保持住工件支架18。托架324可以是一种合适的金属、塑料或者聚合材料。可以使用一个第二末端执行器(未示出)来将工件30装载到基座328上。装载工位14′可以耦合到一个液压机构和/或计算机上，以便控制臂332的位置。
在许多实施例中，基座328可以包括一个位于基座328中部的末端执行器340，和一个环绕基座328的外周边设置的卡盘344。末端执行器340可以是Bernoulli末端执行器、静电卡盘或者真空末端执行器。末端执行器340可以在不与工件30发生接触的条件下保持住该工件30。在某些实施例中，卡盘344是一个真空卡盘或者吸盘。卡盘344可以将环42保持在基座328上。在一个实施例中，末端执行器340可以在工件30被装载到工件支架18上或者从工件支架18上取下的同时将工件30保持在环42上。在一个实施例中，末端执行器340可以在不与工件30发生接触的条件下将工件30保持在环42上。
在一个实施例中，为了将工件30装载到工件支架18上，环42与卡盘344发生配合。工件30可以被置于环42上。末端执行器340可以被启动来将工件30保持在环42上。臂332可以被移动至一个基本上竖直的位置。工件支架18可以与环42发生配合。末端执行器340可以与工件30脱离配合，并且卡盘344可以与环42脱离配合。臂332可以离开工件支架18所在的平面，从而形成间隙。工件支架18可以被从托架324上取下，并且送往一个模块进行处理。为了装载工件30，步骤无需完全按此顺序。
在一个实施例中，为了从工件支架18上取下工件30，臂332可以移动至一个基本上竖直的位置。末端执行器340可以与工件30发生配合，并且卡盘344可以与环42发生配合。环42与工件支架18脱离配合。臂332可以移动至一个基本上水平的位置。为了移除工件30，步骤无需完全按此顺序。
装载工位14′可以将单个工件30装载到工件支架18上，或者可以将多个工件30装载到工件支架18上。在一个实施例中，两个工件被基本上同时装载到工件支架18上。在一个实施例中，两个工件被基本上同时从工件支架18上取下。在某些实施例中，在第二工件被装载和取下之前，第一工件被装载到工件支架18上或者从工件支架18上移除。
尽管已经参照具体的示例性实施例特别对本发明进行了图示和描述，但是必须明白的是，在不脱离如所附权利要求限定的本发明的实质和范围的条件下，可以在形式和细节上进行多种改变。例如，尽管具体动作、运动以及工艺可以参照具体实施例进行描述，但是这些动作、运动以及工艺可以由任何采用相同或者类似特征的实施例来实现。同样，尽管在某些实施例中本发明被描述为一种采用许多独特特征的系统，但是某些特征可以独立于这种系统使用。

Claims (29)

1.一种用于对工件进行流体密封的设备，包括：
限定出至少一个保持结构的柔性构件；
环，该环包括至少一个能够与所述构件上的所述至少一个保持结构发生配合的配合结构；和
工件支架，所述柔性构件和所述环可移除地固连到该工件支架上，
其中，所述柔性构件发生挠曲来向所述至少一个配合结构施加一个力，以便促使所述环与工件形成一个防止流体进入的屏障。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，由柔性构件提供的所述力促使所述柔性构件拉动所述环上的所述至少一个配合结构，以便促使所述环推压在工件上来形成防止流体进入的屏障。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述柔性构件包括至少一个挠曲结构，这些挠曲结构适合于基本上垂直于该柔性构件所在的平面施加所述力，以形成防止流体进入的屏障。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述柔性构件限定出多个环绕该柔性构件的周边定位的挠曲结构，以便从该柔性构件的周边提供至少均一的力。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述多个挠曲结构环绕所述柔性构件的内周边定位。
6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述多个挠曲结构环绕所述柔性构件的外周边定位。
7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述多个挠曲结构环绕所述柔性构件的内、外周边二者定位。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述柔性构件包括一种类似弹簧的材料。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述构件包括不锈钢或者钛。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括一个支托构件，该支托构件适合于施加一个使得所述柔性构件发生挠曲的力。
11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述环包括至少一个适合于与工件形成电连接的触点。
12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述工件呈非圆形。
13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述环包括一个第一弹性区域，用于与工件的表面形成阻止流体进入的屏障。
14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述环包括一个第二弹性区域，用于与工件支架的表面形成阻止流体进入的第二屏障。
15.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述工件支架限定出一个孔，该孔从第一表面贯穿到达到第二表面，该孔的直径小于所述环的直径，该孔用于对工件的多个表面进行处理。
16.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述工件支架包括处于第一平面的第一表面和处于第二平面的第二表面，所述环适合于在第一平面将工件保持在所述工件支架的第一表面上，一个第二环适合于在第二平面将一个第二工件保持在所述工件支架的第二表面上。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述工件和第二工件被以背靠背方式保持在所述工件支架上。
18.一种对工件进行流体密封的方法，包括：
将工件置于一个环上；
将柔性构件和环可移除地固连到工件支架上；以及
使得所述环上的至少一个配合结构与由柔性构件限定出的至少一个保持结构发生配合；以及
使得所述柔性构件发生挠曲来向所述至少一个配合结构施加一个力，以便促使所述环与工件形成一个防止流体进入的屏障。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述力促使所述柔性构件拉动所述环上的所述至少一个配合结构，以便促使所述环推压在工件上来形成防止流体进入的屏障。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括经由环绕所述柔性构件的周边定位的多个挠曲结构从所述周边施加至少均一的力。
21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括旋转所述环来使得该环上的所述至少一个配合结构锁入所述柔性构件上的所述至少一个保持结构内。
22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括利用所述柔性构件上的至少一个挠曲结构施加基本上垂直于该柔性构件所在平面的力。
23.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括对所述防止流体进入的屏障的完整性进行测试。
24.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述柔性构件包括一种过伸展状态，在这种状态下，在使得所述柔性构件发生挠曲之前，所述至少一个保持结构抓住所述环上的所述至少一个配合结构。
25.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括在工件表面上沉积一种金属或者塑料。
26.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括在工件表面上溶解一种金属或者塑料。
27.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括通过由所述工件支架限定出的孔对工件的多个表面进行处理，所述孔从工件支架的第一表面贯穿该工件支架的第二表面，所述孔的直径小于所述环的直径。
28.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括利用工件支架对多个工件进行处理，第一工件利用所述环保持在所述工件支架的处于第一平面的第一表面上，第二工件利用一个第二环保持在所述工件支架的处于第二平面的第二表面上。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括以背靠背方式保持住所述第一和第二工件。
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