TW201447049A - 微電子基材電處理系統 - Google Patents

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Abstract

在一種用於電鍍半導體晶圓與類似基材的處理系統中，自該處理器的旋轉器移除電鍍處理器之接觸環，並以一先前褪鍍之接觸環予以取代。這可使接觸環在系統的環件服務模組中進行褪鍍，同時該處理器可繼續運作。晶圓處理量得以提升。該接觸環係附接至一夾頭，該夾頭係用於使該接觸環在該些處理器和該環件服務模組之間移動，其中該夾頭可被快速地附接至該旋轉器及自該旋轉器釋放。

Description

微電子基材電處理系統
本發明與微電子基材電處理系統有關。
微電子元件一般係形成在一半導體晶圓或其他類型的基材或工件上。在一典型製程中，係於一晶圓上形成一或多層薄金屬層，以產生微電子元件及/或提供元件之間的傳導線路。
金屬層一般是在一電鍍處理器中經由電化學鍍製而施用於晶圓上。一典型電鍍處理器包括用於固持電鍍溶液之一容器或槽體、在槽體中與電鍍溶液接觸之一或多個陽極、以及具有接觸環之一頭部，其中該接觸環上具有接觸晶圓之多個電氣觸點。晶圓的前表面係浸沒於電鍍溶液中，且一電場係使電鍍溶液中的金屬離子積累至晶圓上，形成一金屬層。
在所謂的「濕式接觸」處理器中，電氣觸點係於一鍍製週期中暴露於電鍍溶液。因此，在電鍍溶液中的金屬離子也會積累至觸點上。然而，觸點會在不同的速率下電鍍，其結果是當積累的金屬隨時間積聚在觸點上時，某些觸點會 具有一相對較大或較小之與晶圓接觸的表面積。這降低了鍍製在晶圓上之金屬層的均勻性。與觸點分離且沉積在晶圓上之黏著不良的金屬粒子也會污染晶圓。為避免這樣的結果，觸點必須週期性地進行「褪鍍(de-plated)」，以移除在鍍製週期中積累在觸點上的金屬，褪鍍係作為反應器之日常維護的一部分。
一般而言，是藉由將觸點組件浸沒於電鍍溶液中、 同時使反向電流通過觸點來使觸點褪鍍。反向電流會使鍍製週期反向，使金屬移動離開觸點而返回溶液中。然而，必須限制反向電流以避免使電鍍溶液降解。褪鍍的速率也受對觸點周圍的電鍍溶液提供之擾動量所限制。因此，觸點褪鍍操作需花費大量時間來完成。
所謂的乾式接觸電鍍處理器係使用一密封件來保持 電鍍溶液不與部分觸點接觸。該密封件必須進行週期性清潔，以有效作業及避免污染晶圓。維護觸點與密封件之需求降低了電鍍系統的處理量或使用效率。因此，需要有改良設計。
根據本發明之一具體實施例，一種用於電鍍一基材之系統包括：複數個夾頭組件，各包含一夾頭和一接觸環，該夾頭和該接觸環係定位以將一基材夾在該接觸環與該夾頭之間；複數個電鍍處理器，各具有一旋轉器以容置一夾頭組件；一環件模組，具有一接觸環褪鍍器；及一夾頭組件機器人，可於該環件模組和所述電鍍處理器之間移動且具有一末 端作用器以接合一夾頭組件。
根據本發明之另一具體實施例，一種用於處理一晶圓之方法包括：將一第一晶圓夾在一第一夾頭與一第一接觸環之間；將該第一夾頭附接至一處理器的一旋轉器；使該第一晶圓接觸一電解質，同時使電流通過該電解質，藉以處理該晶圓；自該旋轉器移除該第一夾頭；自該第一夾頭鬆開及移除該第一晶圓；及褪鍍遠離該處理器之該第一接觸環。
20‧‧‧處理系統
22‧‧‧外殼
24‧‧‧晶圓或基材容器
26‧‧‧負載/卸載站
28‧‧‧前介面
30‧‧‧退火模組
32‧‧‧潤洗/乾燥模組
40‧‧‧潤洗模組
42‧‧‧電鍍腔室/處理器
48‧‧‧晶圓機器人
50‧‧‧槽體
52‧‧‧頭部
54‧‧‧框架
56‧‧‧電源供應器
60‧‧‧夾頭機器人
62‧‧‧臂部
64‧‧‧頭部樞轉接頭
66‧‧‧樞轉致動器
70‧‧‧接觸環
72‧‧‧夾頭
74‧‧‧接觸指部
76‧‧‧夾頭組件
80‧‧‧旋轉器
85‧‧‧旋轉器框架
90‧‧‧環件導體
102‧‧‧接觸環磁鐵
104‧‧‧夾頭磁鐵
106‧‧‧旋轉器磁鐵
120‧‧‧晶圓
122‧‧‧對準梢
130‧‧‧金屬環
132‧‧‧夾頭觸點
140‧‧‧頭部
142‧‧‧頭部樞轉接頭
144‧‧‧旋轉器
150‧‧‧夾頭
152‧‧‧狹槽板材
154‧‧‧凹槽
160‧‧‧旋轉器
162‧‧‧致動器
164‧‧‧彈簧
166‧‧‧夾桿
168‧‧‧頭部
180‧‧‧系統
182‧‧‧支援模組
在圖式中，相同的元件符號是表示各視圖中的相同元件。
第1圖為一處理系統的平面圖。
第2圖至第5圖為第1圖所示處理器之立體圖、側視圖、前視圖與平面圖。
第6圖是第1圖中之機器人手臂的立體圖，該機器人手臂係固持一夾頭組件。
第7圖是將一夾頭組件移至一處理器之機器人的側視圖。
第8圖是一側視圖，其繪示了夾頭組件現正對準於處理器的頭部下方。
第9圖是一側視圖，其繪示了轉進且附接至旋轉器之夾頭組件。
第10A圖與第10B圖是側視圖，其繪示了具有附接至旋轉器之夾頭組件的頭部，其中在第10A圖中頭部是回縮的，而在第10B圖中頭部是伸長的。
第11圖為頭部的放大圖，其中旋轉構件是繪示為深灰色或黑色。
第12圖為附接至旋轉器之夾頭的放大截面圖。
第13圖為附接至旋轉器之夾頭組件的另一放大截面圖。
第14A圖為一接觸環的立體圖。
第14B圖為在接觸環的接觸指部之間、對夾頭與旋轉器之電氣連接的放大細部截面圖。
第14C圖為第14A圖與第14B圖所示之電氣觸點的立體圖。
第15圖為一頭部的前、上、及左側立體圖。
第16圖為頭部的側視圖，其繪示了其他的元件。
第17圖為處於傾斜方向之頭部的側視圖。
第18圖為另一頭部的前、上、及左側立體圖。
第19圖為第18圖之頭部的側視圖。
第20圖為另一夾頭的立體圖。
第21圖為適用於第20圖所示夾頭之另一旋轉器的截面圖。
第22A圖至第22D圖為截面圖，說明了用於自第21圖之旋轉器鬆開第20圖之夾頭組件的一連串步驟。
第23圖為另一處理系統之平面圖。
如第1圖所示，一處理系統20包括在一外殼22內之模組或次系統。晶圓或基材容器24(例如FOUP(前開式 晶圓傳送盒)容器)係停駐在外殼22前方的一負載/卸載站26處。所使用之次系統係隨系統20所執行的特定製程而變化。如該實例所示，系統20包括一前介面28，該前介面28提供待移進或移出系統20的晶圓之暫時儲存，以及視情況提供其他的功能。若有設置的話，一退火模組30、一潤洗/乾燥模組32、一環件模組40、以及電鍍腔室42係與外殼22依序配置於前介面28後方。機器人使晶圓移動於次系統之間。舉例而言，一晶圓機器人48係置為使晶圓移動於退火模組30與潤洗/乾燥模組32之間。一夾頭機器人60係置為使固定一晶圓的夾頭組件移動於環件模組40與電鍍腔室42之間。在一種基本形式中，系統20係僅包括一或多個電鍍腔室與一環件模組40。
如第2圖至第5圖所示，一電鍍腔室42係包括含有 陽極、電解質與其他組件之一容器或槽體50，例如在國際專利公開號WO 2012/158966中所說明者。電鍍腔室或處理器42也包括一頭部52。槽體50與頭部52係受支撐於一框架54上，其中一電源供應器56或其他輔助構件亦被支撐在框架上。
在一傳統電鍍處理器中，接觸環通常是永久地附接 至一旋轉器。因此，當接觸環正進行褪鍍、及/或接觸環密封件(若有使用的話)正被清潔時，該處理器即呈閒置，亦即不處理晶圓。在系統20中，藉由使接觸環可自該處理器的旋轉器移除而克服了此一缺點。這使得接觸環可被快速移除、並以一先前褪鍍之接觸環來進行替換。處理器閒置時間即大幅減少。
返參第1圖，晶圓120係經由晶圓機器人48而被載入及載出環件模組40。接觸環是在環件模組40內進行褪鍍。一晶圓係由一接觸環夾持定位於夾頭上。晶圓的組合或單元、接觸環、以及夾頭在此稱為一夾頭組件76。夾頭組件76係移至一處理器42。
第6圖至第9圖說明由夾頭機器人60所進行之夾頭組件72的此一動作。如下所述，在環件模組40中，處理器42中所使用之一接觸環70係附接至一夾頭72，連同被夾持在它們之間的一晶圓120一起形成一夾頭組件76。夾頭機器人60接著將夾頭組件76移至一處理器42。如第6圖所示，夾頭機器人60係具有一半圓形的末端作用器或臂部62以接合夾頭72。處理器42的旋轉器80係上升遠離槽體50。參閱第8圖，機器人60推進夾頭組件76以對準於旋轉器80。如第9圖所示，夾頭組件76接著係轉進至旋轉器80，其中夾頭72係固定地附接至旋轉器，而機器人60即被撤回。
當夾頭組件76在旋轉器80上，處理器42即準備好處理一晶圓。頭部52使旋轉器80自第10A圖所示之負載/卸載位置向下移動至第10B圖所示之鍍製位置，其中晶圓120(被夾持在夾頭和接觸環之間)係與槽體50中的電解質接觸。一般而言，旋轉器係於鍍製程序中旋轉晶圓，以提供一更均勻的鍍製層。第11圖說明了第10B圖的處理器，其中為說明目的，旋轉元件是以黑色或深灰色表示。
轉參第12圖，接觸環70係經由接觸環磁鐵102而附接至夾頭72，接觸環磁鐵102係對夾頭磁鐵104產生一磁 性吸引力。在轉進期間，夾頭72係經由夾頭磁鐵104對在旋轉器80中之旋轉器磁鐵106的作用力而類似地附接至旋轉器80。如第13圖所示，突出至夾頭頂部開口中之對準梢122係用以使夾頭72對準於旋轉器80。如接觸環與夾頭的附接是利用機械元件(例如自動扣件或夾具)而產生時，可視情況而省略磁鐵。
如第14A圖至第14C圖所示，接觸環70具有大量 的個別接觸指部74，這些接觸指部74係與晶圓120產生實際的物理與電氣接觸。電流從指部74流經環件導體90而至夾頭上之複數個徑向分隔開來的夾頭觸點132。當夾頭附接至旋轉器時，夾頭觸點132碰觸旋轉器中的金屬環130。金屬環130係經由頭部52中的傳導元件連接至一電流來源(一般為陰極)。
第15圖至第17圖說明一頭部設計，其除了如第10A 圖至第10B圖中所示之可舉升及降低旋轉器80以外，也可使旋轉器傾斜，以使晶圓120以一角度進入電解質。在第15圖至第17圖所示設計中，旋轉器框架85係藉由一樞轉致動器66而沿頭部樞轉接頭64樞轉。如第17圖所示，傾斜旋轉器框架85係對應地使晶圓120傾斜。這使得旋轉器80可以一角度而將晶圓120移動至電解質中，以增進濕潤特性並減少泡沫截留。第18圖與第19圖說明另一種頭部140，其中旋轉器框架是固定的(亦即僅可垂直移動)，且旋轉器144係沿頭部樞轉街頭142而傾斜。
第20圖繪示了另一夾頭150，以與第21圖所示之 另一旋轉器160一起使用。夾頭150具有一狹槽板材152及一含鉛凹槽154。旋轉器160具有一夾桿166，夾桿166被一彈簧164驅使向上。在頭部中的致動器162係置放以使夾桿166下移以抵抗彈簧力。
第22A圖至第22D圖繪示了夾頭鬆開順序。在第 22A圖中，致動器為關閉，彈簧將夾桿固持向上。夾桿166的頭部168係固定於狹槽板材152下方，因此夾頭可經由彈簧力而緊固地被夾持在旋轉器上。在第22B圖中，致動器被通電而將夾桿下推，並使夾頭與旋轉器分離。在第22C圖中，夾頭機器人60側向移動夾頭，使夾桿的頭部從狹槽板材下方移出並進入凹槽154中。在第22D圖中，機器人60接著降低夾頭組件76且自旋轉器移除夾頭組件76，並將夾頭組件76供予環件模組40。在環件模組40處，機器人60自夾頭組件76脫落並拾取具有未處理晶圓之一新的夾頭組件76。機器人60接著將新的夾頭組件76移動至一處理器，在該處夾頭組件76係以與第22A圖至第22D圖所示相反的步驟順序而載入。 旋轉器、夾頭與接觸環可為均勻的(具有相同尺寸與形狀)，因此夾頭組件係可互換地使用。
在環件模組內，接觸環會被褪鍍，而接觸密封件(若 有的話)會被清潔。褪鍍及/或密封件清潔都是在接觸環附接至夾頭時進行。在此一類型的系統中，夾頭與接觸環係實質上永久地附接於彼此。可替代地，可使用適合處理及附接至頭部(以與夾頭相同的方式)的一改良接觸環，實質上是作為一接觸環/夾頭組合。在此設計中，夾頭的功能性元件是包 含在接觸環中，而未設有獨立的夾頭。舉例而言，接觸環係設有一整合背板，其中接觸環的接觸指部可朝向背板移動及遠離背板，以負載及卸載一晶圓。
接觸環也可於褪鍍及/獲清潔期間自夾頭脫落及分 離。在此類型之系統中，各褪鍍接觸環係附接至一夾頭，在接觸環與夾頭之間夾有一未處理晶圓，所產生的夾頭組件76係接著被定位，以由機器人60進行拾取。同樣在環件模組40內，自一處理器42返回的夾頭組件76會被開啟(亦即經處理之晶圓會被鬆開及移除)，以由晶圓機器人48進行拾取。
第1圖所示之系統20係用於銅鑲嵌電鍍。第23圖 為可用於晶圓級封裝(Wafer Level Packaging,WLF)之另一系統180的上視圖。系統180係省略了退火腔室30。旋轉潤洗器乾燥器腔室32係與接觸環站40結合至一支援模組182中。支援模組182也包括一或多個真空預濕潤腔室。相較於第1圖所示之系統20，在第23圖所示系統180中，晶圓夾持/鬆開步驟是在支援模組182中朝向系統前端進行，而非如第1圖中在一較為中央的位置處進行。支援模組係設有三個旋轉潤洗器乾燥器腔室、兩個真空預濕潤腔室、以及兩個接觸環站。
仍參照第23圖，系統182具有高達20個金屬電鍍 腔室42，這些金屬電鍍腔室42是設定為群組以鍍製三種不同金屬，例如銅、鎳、以及錫-銀。這些金屬電鍍腔室是在一堆疊配置中的兩個高度上。上述用於系統20之機器人與夾頭運作也同樣可於系統180中使用。
因此，本文已繪示及描述新穎系統和方法。在未脫離本發明之精神與範疇下當然可進行諸般變化與替換。因此，本發明應不受除下述申請專利範圍與其等效例以外之限制。晶圓是指矽或其他半導體材料之晶圓、或是用以產生微電子、微機電、或微光學元件之其他類型的基材或工件。所述系統係適合用於直徑為150、200、300或450mm之晶圓。
180‧‧‧系統
182‧‧‧支援模組

Claims (18)

  1. 一種用於電鍍一基材之系統，包括：複數個夾頭組件，各包含一夾頭和一接觸環，該夾頭和該接觸環係定位以將一基材夾在該接觸環與該夾頭之間；複數個電鍍處理器，各具有一旋轉器以容置一夾頭組件；一環件模組，具有一接觸環褪鍍器；及一夾頭組件機器人，可於該環件模組和所述電鍍處理器之間移動且具有一末端作用器以接合一夾頭組件。
  2. 如請求項1所述之系統，進一步包括一晶圓機器人，以將晶圓移進與移出該環件模組。
  3. 如請求項1所述之系統，其中該夾頭包括一實質圓形板材，該實質圓形板材具有從該夾頭的一上表面延伸至該接觸環的複數個電氣觸點。
  4. 如請求項1所述之系統，其中該夾頭包括一實質圓形板材，該實質圓形板材具有在該夾頭的一上表面中之一或多個氣體通道。
  5. 如請求項1所述之系統，其中各處理器具有一頭部，該頭部是受支撐於一框架上，且其中該旋轉器是附接至在該頭部上的一滑軌致動器。
  6. 如請求項5所述之系統，進一步包括一傾斜致動器以使該頭部傾斜。
  7. 如請求項1所述之系統，其中該接觸環是經由磁鐵而附接至該夾頭。
  8. 如請求項1所述之系統，其中該夾頭是經由磁鐵而可附接至該旋轉器。
  9. 如請求項1所述之系統，其中該夾頭具有一狹槽板材，且其中該夾頭是經由接合於該狹槽板材的該旋轉器中的一夾鉗桿件而附接至該旋轉器。
  10. 如請求項2所述之系統，其中該環件模組進一步包括一晶圓負載器以自該晶圓機器人接收一晶圓並將該晶圓夾在一夾頭與一接觸環之間以形成一夾頭組件，及一晶圓卸載器以自一夾頭組件鬆開一處理晶圓並將該夾頭組件的該接觸環移動至該接觸環褪鍍器。
  11. 一種用於處理一晶圓之方法，包括以下步驟：將一第一晶圓夾在一第一夾頭與一第一接觸環之間；將該第一夾頭附接至一處理器的一旋轉器； 使該第一晶圓接觸一電解質，同時使電流通過該電解質，藉以處理該晶圓；自該旋轉器移除該第一夾頭；自該第一夾頭鬆開及移除該第一晶圓；及褪鍍遠離該處理器之該第一接觸環。
  12. 如請求項11所述之方法，進一步包括以下步驟：將一第二晶圓夾在一第二夾頭與一第二接觸環之間；將該第二夾頭附接至該處理器的該旋轉器；使該第二晶圓接觸一電解質，同時使電流通過該電解質，藉以處理該第二晶圓，同時褪鍍該第一接觸環。
  13. 如請求項11所述之方法，進一步包括以下步驟：使該第一晶圓接觸一電解質，這是藉由使該旋轉器定位在對該電解質的表面呈一角度處並降低該晶圓而皆處該電解質而進行。
  14. 如請求項11所述之方法，進一步包括以下步驟：藉由旋轉該旋轉器而使該旋轉器對準該第一夾頭，以將該旋轉器上的對準梢定位於該第一夾頭中的對準開口上方。
  15. 如請求項11所述之方法，進一步包括以下步驟：對該旋轉器密封該第一夾頭的一上表面。
  16. 如請求項11所述之方法，進一步包括以下步驟：經由一夾鉗桿件將該第一夾頭附接至該旋轉器，該夾鉗桿件係接合該第一夾頭，並將該第一夾頭拉至與該第一旋轉器接合。
  17. 如請求項16所述之方法，進一步包括以下步驟：利用彈力在一第一方向中促動該夾鉗桿件。
  18. 如請求項17所述之方法，進一步包括以下步驟：短暫地於與該第一方向相反之一第二方向中推動該夾鉗桿件，以壓縮該彈簧並自該旋轉器釋放該夾頭。
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