TWI582273B - 具有接觸環除鍍功能的電鍍設備 - Google Patents

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TWI582273B TW102135107A TW102135107A TWI582273B TW I582273 B TWI582273 B TW I582273B TW 102135107 A TW102135107 A TW 102135107A TW 102135107 A TW102135107 A TW 102135107A TW I582273 B TWI582273 B TW I582273B
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Description

具有接觸環除鍍功能的電鍍設備
本案係關於具有接觸環除鍍功能的電鍍設備。
在製造電子產品的程序中，通常將上千個單獨的微電子裝置形成在單一半導體晶片或另一種類型的基板上。在典型的製造製程中，在製造微電子裝置的不同階段，在基板上形成一或多個薄金屬層。金屬層經常被施加至電鍍腔室中的基板。典型的電鍍腔室包括：用於盛放電鍍溶液的碗或容器；容器中的一或多個陽極，該一或多個陽極接觸電鍍溶液；和具有接觸環的基板支撐件，該接觸環帶有與基板的前表面上的種晶層嚙合的多個電接觸件。該等電接觸件與電源耦合，以將電壓施加至種晶層。在操作中，將基板的前表面浸入電鍍溶液中，使得陽極和種晶層建立電場，該電場引起電鍍溶液中的金屬離子析出並且鍍到種晶層上。
隨著特徵尺寸繼續減小，用來啟動電鍍製程的金屬種晶層也必須更薄。隨著種晶層變薄，接觸種晶層的電接觸件是清潔和乾燥的變得更重要。殘留在接觸件上並且接觸種晶層的液體有蝕刻種晶層的可能性。經蝕刻的種晶層引起處 於蝕刻位置的電接觸件的損失，該損失造成不合格的電鍍晶片。
在電鍍處理器中，接觸件暴露給鍍液的電鍍處理器中，金屬被鍍到種晶層上，並且金屬還被鍍到接觸件上。接觸件必須被頻繁地「除鍍(de-plate)」以去除鍍到接觸件上的金屬。以往，對接觸件除鍍的技術已被眾所周知並使用，並且取得了不同程度的成功。儘管如此，在能夠鍍到更薄的種晶層的電鍍腔室中的除鍍特徵件的設計方面仍然存在工程挑戰。
一種電鍍腔室，該電鍍腔室對環接觸件除鍍、清洗和乾燥。此舉減少了除鍍液的消耗，並且更有效地捕捉或限制在除鍍、清洗和乾燥製程期間的過噴射(overspray)和排氣(out gassing)。
20‧‧‧電鍍腔室或設備
22‧‧‧頭部
24‧‧‧升降/旋轉組件
26‧‧‧容器
28‧‧‧平臺
34‧‧‧轉動件
40‧‧‧接觸環
50‧‧‧除鍍站
52‧‧‧除鍍頭部
54‧‧‧頭部傳動機構
56‧‧‧鉸接件
58‧‧‧除鍍通道或槽
60‧‧‧除鍍殼體
62‧‧‧引入清洗管線
64‧‧‧引入乾燥管線
66‧‧‧環排放件
68‧‧‧接觸乾燥氣體件
70‧‧‧接觸除鍍液引入管線
72‧‧‧接觸清洗管線
74‧‧‧外部清洗件
76‧‧‧接觸除鍍電極
80‧‧‧環背面除鍍液引入件
82‧‧‧環排放/真空件
84‧‧‧接觸排放/真空管線
90‧‧‧接觸清洗噴嘴
92‧‧‧接觸乾燥噴嘴
96‧‧‧環清洗噴嘴或出口
98‧‧‧環除鍍電極
100‧‧‧環除鍍液噴嘴或出口
108‧‧‧遮罩件
110‧‧‧引入環或內部襯墊
112‧‧‧背面
114‧‧‧接觸件或指狀物
116‧‧‧清洗開口或孔
118‧‧‧排放通道
120‧‧‧密封件、弧形擱架
122‧‧‧排放/真空開口、噴嘴
圖1是一種電鍍腔室的立體圖，該電鍍腔室的頭部處於除鍍位置。
圖2是圖1的截面圖。
圖3是圖1和圖2中圖示出的除鍍站的內部立體圖。
圖4是圖3中圖示出的除鍍站的頂視圖。
圖5是圖4和圖3中圖示出的除鍍站的向上看的底視圖。
圖6是除鍍站的截面圖。
圖7是圖2中圖示出的除鍍站的特徵件的放大圖。
圖8是除鍍站和接觸環的截面圖。
圖9是圖8中圖示出的特徵件的放大圖。
圖10和圖11是圖1至圖2中圖示出的可用在處理器中的接觸環的局部放大詳細視圖。
如圖1和圖2所示，電鍍腔室或設備20具有支撐在升降/旋轉元件24上的頭部22。頭部22中的轉動件(rotor)34保持住基板。在電鍍期間，升降/旋轉組件24很大程度地移動頭部22與平臺28上的容器26嚙合，以將基板放置為與容器26中的電解質或鍍液接觸。
接觸環40上的接觸件造成與基板上的種晶層的電接觸。電流流經鍍液、接觸件和種晶層，引起鍍液中的金屬離子沉積出並且沉積到種晶層上，結果在在種晶層上形成鍍金屬層。
可藉由以下方式對接觸環40上的接觸件除鍍：如圖1和圖2所示，將接觸環40放置在除鍍站50中，然後在將除鍍液和除鍍電流施加至接觸件時緩慢地旋轉接觸環。然後必須清洗和乾燥接觸件，以避免無意中蝕刻隨後被鍍的基板的種晶層。如圖10至圖11所示，接觸環40可具有向內突出的接觸件或指狀物114、遮罩件(shield)108、清洗開口或孔116和引入環或內部襯墊(liner)110。
如圖3至圖6所示，除鍍站50包括經由鉸接件56樞轉 附接至除鍍殼體60上的除鍍頭部52。頭部傳動機構54在上或開放位置與下或關閉位置之間樞轉除鍍頭部52，該上或開放位置用於使接觸環40能被移動到除鍍通道或槽58中，該下或關閉位置用於除鍍操作，其中除鍍通道或槽58延伸穿過除鍍站。即刻參照圖6，除鍍槽58對著約45至100度的弧AA並且具有大體與接觸環40相似的橫截面形狀。
參照圖4和圖5，除鍍頭部54具有用於引入清洗管線62、引入乾燥管線64、接觸除鍍液引入管線70和接觸排放/真空管線84的配件或連接件。該等管道連接使用可撓性管線，以使除鍍頭部52能在開放位置與關閉位置之間移動。引入管線62和64將清洗液體和乾燥氣體提供至引入或內部襯墊110上。如圖9所示，接觸除鍍電極76被置於接觸除鍍入口70的噴嘴或者出口處。
除鍍殼體60可包括用於環背面除鍍液引入件80、環排放/真空件82、外部清洗件74、接觸清洗件72、接觸乾燥氣體件68、背面排放件82和環排放件66的類似配件或連接件。除鍍殼體60的底表面上的接觸清洗噴嘴90以來自接觸清洗管線72的清洗液體供應，並且被放置為徑向朝外地噴出或噴射清洗液體至接觸環40上的接觸件上，或以一銳角向外地噴出或噴射清洗液體至接觸環40上的接觸件上。類似地，接觸乾燥噴嘴92被放置為噴射來自乾燥氣體管線64的乾燥氣體至接觸件上。
特別是對在鍍數個薄種晶層中的使用來說，接觸環40可具有大量的例如720個窄的接觸件41。已經發現為了獲得 一致電鍍數個薄金屬種晶層所需的非常高等級的清潔程度，僅將除鍍液施加至該等接觸件自身可能不夠。因此，除鍍站50還包括用於對接觸環40的背面112除鍍的元件。轉到圖3，環除鍍電極98、環除鍍液噴嘴或出口100和環清洗噴嘴或出口96設置在除鍍殼體60上並且朝向環40的背面112放置和指向。環排放密封件120也可置於除鍍殼體60上，在密封件120的上方有排放/真空開口122。
在使用時，傳動機構54將除鍍頭部52移動進入開放位置。升降/旋轉元件移動頭部，以將接觸環40放到除鍍通道58中。在某些處理器20中，在此步驟期間，接觸環40也可從頭部向外延伸。在接觸環40的區段介於除鍍通道58中的情況下，頭部22緩慢地旋轉轉動件和接觸環40，持續地並順序地將接觸件114移動通過除鍍通道58。除鍍液被提供至接觸噴嘴90。同時，反向電流被施加至接觸除鍍電極76。從噴嘴90噴出或噴射出的除鍍液衝擊在環引入件110上，在接觸件114之上與之間通過，穿過清洗孔116，並且經排放通道118被排放或被抽真空排出。
此外，在反向或除鍍電流被施加至環除鍍電極98時，除鍍液被類似地從環除鍍噴嘴100施加至接觸環40的背面112並經由排放開口122排出。排放密封件122造成與接觸環的背面的滑動彈性接觸。排放開口122因此能夠積極地通過接觸環40中的開口排出或抽出液體。因此，即使接觸環中的開口可能非常小、通常在0.02mm至0.1mm的範圍內，也能克服表面張力和其他力，引起液體有效地流經開口。
根據該等因素和鍍液的化學成分、種晶層厚度以及其他因素，儘管必要時可能使用第二或更多次除鍍旋轉，但是接觸環40可以在一次旋轉中被除鍍。在除鍍旋轉之後，儘管不需要將電流施加至除鍍電極76和98，但是清洗液體以與除鍍液相同的方式被施加至接觸環40的背面112和接觸件114。
通過用於除鍍液的在除鍍站50中的相同通道有利地提供清洗液體。或者，可使用單獨的清洗液體通道。儘管可採用額外的清洗旋轉，但通常經過一次或兩次旋轉接觸環40來執行清洗步驟。
然後通過從接觸乾燥噴嘴92向接觸件噴射或噴出乾燥氣體來乾燥接觸件114。接觸環40的背面同時被抽入密封排放開口122的氣流運動所乾燥。乾燥氣體可以是清潔的乾燥空氣或另一種氣體。可選擇地從用來施加除鍍液及/或清洗液的相同噴嘴和開口施加乾燥氣體。使用該選擇時，能夠很大程度上避免滴落，因為乾燥氣體將液體從供應管線和噴嘴或開口清除出去。或者，可從單獨的管線和噴嘴施加乾燥氣體。
如圖1和圖2所示，電鍍環接觸維護或除鍍站50可以是置於電鍍腔室20的外部並且緊鄰電鍍腔室20的模組。維護站50可提供四個功能。第一是除鍍功能。該除鍍功能可使用將除鍍液和電流傳送到接觸指狀物用於除鍍的一或多個導電噴嘴。第二，將一或多個清洗噴嘴用於清洗晶片引入件和接觸件。第三，將一或多個氣體傳送噴嘴用於乾燥晶片引入件和接觸件。第四，利用排放或抽真空來控制來自除鍍、清洗 和乾燥步驟的副產物的分散和去除。防止該等副產物(噴霧和蒸汽)從站50的溢出降低了污染風險。
在接觸環40移動進入圖2所示的除鍍位置之後，環維護站在接觸環40上樞轉。維護站50可安裝在隨動(compliant)底座上。此舉使得該維護站能以很靠近或接觸的方式順應接觸環，以允許合適的噴嘴佈置並且提供有效的排放。接觸環自身還可具有特徵件，該等特徵件在確保除鍍、清洗和乾燥步驟期間進行協助。具體而言，接觸環40可以是濕環接觸件，該濕環接觸件具有覆在接觸件114的環上的遮罩件108。接觸環40和遮罩件108可被設計為建立流動通路，該流動通路使除鍍、清洗和乾燥媒體在接觸件114周圍流動、流過環並且通過接觸環40的孔116流出。遮罩件108的面與低壓排放件相介面(interface with)，該低壓排放件幫助抽出液體和氣體通過環並進入排放通道118。此介面可藉由將遮罩件108靠近排放通道118定位並經由遮罩件108與排放通道118之間的隨動密封件120的使用來建立。
如圖1、圖2和圖8所示，接觸環40可包括兩個或兩個以上擱架120，該兩個或兩個以上擱架120用來臨時接納或保持住由裝載/卸載機器人放入處理器20的晶片。隨著頭部22倒轉，機器人可將晶片移動進入接觸環40然後將晶片放下，使得晶片擱置於擱架120上。機器人然後退回。背板(backing plate)然後向上移動提升晶片離開擱架並且將晶片向上移動至與接觸環上的指狀物或電接觸件114確實接觸之處。為了更好的防污染，如圖8所示，環維護站可包括放置成用以清潔擱 架120的一或多個額外的液體或其他噴嘴122。當以上描述的其他噴嘴或出口指向接觸環自身時，噴嘴122指向擱架。通常噴嘴122可利用噴射氣體或空氣來將任何累積的液體從擱架移除。在示出的例子中，使用兩個相同間隔的弧形擱架120，每一擱架對著約45度的弧，並且使用單一擱架噴嘴122。當然，可等效使用不同數量和其他類型的擱架和擱架噴嘴。
使用描述的設計，與現有設計相比，可以以實質上少的流體消耗來實現除鍍、清洗和乾燥步驟。另一個優點是只有相對少量的液體通過環。此舉提供了快速的液體交換以及減少的流體消耗，並且快速乾燥。因為除鍍是遠離鍍液發生的，所以可使用化學品或氣體而不污染處理鍍液。在使用中，維持站50也很大程度上包圍接觸環40。此情況有助於防止除鍍、清洗和乾燥步驟產生的顆粒和飛濺物蔓延。維持站可有效得在每一個一次旋轉中足以完成除鍍、清洗和乾燥。
20‧‧‧電鍍腔室或設備
22‧‧‧頭部
24‧‧‧升降/旋轉組件
26‧‧‧容器
28‧‧‧平臺
34‧‧‧轉動件
40‧‧‧接觸環
50‧‧‧除鍍站
112‧‧‧背面
120‧‧‧密封件、弧形擱架

Claims (14)

  1. 一種電鍍設備，該電鍍設備包括：一容器，該容器用於盛放一電鍍溶液；一頭部，該頭部包括具有一接觸環的一轉動件和用於旋轉該轉動件的一頭部電機；一升降/旋轉傳動機構，該升降/旋轉傳動機構附接至該頭部；一除鍍站，該除鍍站具有適於容納該接觸環的一區段的一除鍍通道；一除鍍頭部，該除鍍頭部樞轉地附接至該除鍍站的一除鍍殼體；其中在電鍍操作期間，該升降/旋轉傳動機構可移動，以將該頭部與該容器嚙合，並且將該接觸環的一區段至少部分地放入該除鍍通道中；在該除鍍通道的一第一側上的一第一除鍍電極和一第一除鍍流體噴嘴；及在該除鍍通道的一第二側上的一第二除鍍電極和一第二除鍍流體噴嘴。
  2. 根據請求項1述及之電鍍設備，進一步包括在該除鍍站上的一密封件，該密封件被放置為隨著該接觸環旋轉通過該除鍍通道時與該接觸環滑動接觸。
  3. 根據請求項2述及之電鍍設備，進一步包括一真空排放開 口，該真空排放開口在該除鍍站中並且與該密封件相鄰。
  4. 根據請求項1述及之電鍍設備，進一步包括在該接觸環上的至少360個單獨間隔開的接觸件。
  5. 根據請求項1述及之電鍍設備，其中該除鍍通道形成對著45至100度的一弧的一弧形槽。
  6. 根據請求項1述及之電鍍設備，其中該除鍍站具有適當安裝(fixed in place)在該容器的一上邊沿處的一殼體，並且放置在該容器的外部，以避免干擾該頭部與該容器的嚙合。
  7. 根據請求項1述及之電鍍設備，進一步包括一除鍍頭部傳動機構，該除鍍頭部傳動機構附接至該除鍍頭部，用於將該除鍍頭部相對於該除鍍殼體樞轉。
  8. 一種電鍍設備，該電鍍設備包括：一容器，該容器用於盛放一電鍍溶液；一轉動件，該轉動件具有一接觸環；一除鍍頭部，該除鍍頭部具有一除鍍通道；一升降/旋轉傳動機構，該升降/旋轉傳動機構用於移動該轉動件以將該接觸環放置在該容器中，以電鍍一基板，並且該升降/旋轉傳動機構用於移動該轉動件，以將該接觸環的一區段至少部分地放入該除鍍通道中； 其中該除鍍頭部具有至少一個除鍍電極與用於對該接觸環上的接觸件進行除鍍的至少一個除鍍流體噴嘴；且其中該除鍍頭部能從一第一位置樞轉至一第二位置，其中該第一位置比該第二位置更靠近該容器。
  9. 根據請求項8述及之電鍍設備，進一步包括一除鍍頭部傳動機構，該除鍍頭部傳動機構附接至該除鍍頭部，用於將該除鍍頭部移動至該第一位置和移動至該第二位置。
  10. 根據請求項8述及之電鍍設備，其中當該除鍍頭部在該第二位置時，該除鍍通道面向一側。
  11. 根據請求項8述及之電鍍設備，其中該除鍍頭部具有：在該除鍍通道的一第一側上的一第一除鍍電極和一第一除鍍流體噴嘴；及在該除鍍通道的一第二側上的一第二除鍍電極和一第二除鍍流體噴嘴。
  12. 根據請求項8述及之電鍍設備，進一步包括：在該接觸環上的兩個或兩個以上晶片擱架；及在該除鍍頭部中的至少一個擱架噴嘴，該至少一個擱架噴嘴用於隨著該接觸環被旋轉通過該除鍍通道時噴射一氣體至該等晶片擱架上。
  13. 一種電鍍設備，該電鍍設備包括：一容器，該容器用於盛放一電鍍溶液；一轉動件，該轉動件具有一接觸環；一轉動件，該轉動件具有一接觸環；一除鍍頭部傳動機構，該除鍍頭部傳動機構附接至該除鍍頭部，用於將該除鍍頭部相對於該容器樞轉至一第一位置和至一第二位置；一升降/旋轉傳動機構，該升降/旋轉傳動機構用於移動該轉動件以將該接觸環放置在該容器中，以電鍍一基板，並且該升降/旋轉傳動機構用於移動該轉動件，以將該接觸環的一區段至少部分地放入該除鍍通道中；其中該除鍍頭部具有至少一個除鍍電極與用於對該接觸環上的接觸件進行除鍍的至少一個除鍍流體噴嘴。
  14. 根據請求項13述及之電鍍設備，其中該第一位置比該第二位置更靠近該容器。
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