电镀设备 |
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| 申请号 | CN201610352939.3 | 申请日 | 2016-05-25 | 公开(公告)号 | CN106191975B | 公开(公告)日 | 2019-08-13 |
| 申请人 | 应用材料公司; | 发明人 | 丹尼尔·J·伍德拉夫; 格雷戈里·J·威尔逊; 保罗·R·麦克休; | ||||
| 摘要 | 一种电 镀 处理器，所述 电镀 处理器包括基部，所述基部具有容器主体。包括隔膜壳的隔膜组件附接到隔膜板。隔膜提供在附接到所述隔膜壳的隔膜 支撑 件上。 阳极 组件包括阳极杯以及位于所述阳极杯中的一个或更多个阳极。阳极板被附接到所述阳极杯。位于所述阳极板的第一侧上的两个或更多个支柱能够与位于所述隔膜板上的支柱配件接合。位于所述阳极板的第二侧上的夹持件能够与位于所述隔膜板上的夹持件配件接合和从其中释放。所述阳极组件能够快速且容易地从所述处理器去除以便进行维护，而不干扰所述处理器的其他部件或将这些部件去除。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电镀设备，所述电镀设备包括： |
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| 说明书全文 | 电镀设备技术领域背景技术[0002] 微型装置(包括半导体装置)一般被制造在晶片或其他基板上。在典型的制造工艺中，在电镀处理器中，通过使电流穿过电解质以致使电解质中的金属离子析出并镀到晶片上，而在晶片上形成一层或更多层金属。为了更换消耗掉的阳极，以及出于其他原因，需要对电镀处理器进行周期性的维护。因此，处理器被有利地设计成提供对处理器部件的快速且简化的接取，并且减少对维护的需要。防止所述电解质中的气泡形成也有助于改进处理器的性能。这些因素在电镀处理器设计和操作上提出工程挑战。 发明内容[0003] 在第一方面中，一种电镀处理器或设备包括基部，所述基部具有容器主体。隔膜组件包括附接到隔膜板的隔膜壳。隔膜提供在附接到所述隔膜壳的隔膜支撑件上。阳极组件包括阳极杯(anode cup)以及位于所述阳极杯中的一个或更多个阳极。阳极板被附接到所述阳极杯。两个或更多个支柱可提供在所述阳极板的第一侧上，其中每个支柱能够与位于所述隔膜板上的支柱配件接合。位于所述阳极板的第二侧上的一个或更多个夹持件(clamp)能够与位于所述隔膜板上的夹持件配件接合并从其中释放。所述阳极组件能够快速且容易地从所述处理器去除以便进行维护，而不干扰所述处理器的其他部件或将这些部件去除。 [0004] 在另一方面中，所述容器主体、所述隔膜组件和所述阳极组件形成具有位于所述隔膜上方的上部腔室和所述隔膜下方的下部腔室的容器。所述上部腔室中的桨板(paddle)受到位于所述桨板的第一侧上的第一驱动臂和第二驱动臂的支撑，并且受到位于所述桨板的第二侧上的至少一个从动臂(follower arm)的支撑。所述第一驱动臂和第二驱动臂连接到电机，电机驱动所述桨板以在上部腔室中的电解质中进行振荡运动。由于所述桨板支撑在三个或更多个位置中，从而维持桨板对准。附图说明 [0005] 图1是电镀处理器的截面图。 [0006] 图2是图1中所示的处理器的基部的顶透视图和前透视图。 [0007] 图3是图1和图2中所示的处理器的基部的底透视图和前透视图。 [0008] 图4是图1-3中所示的处理器的基部的截面图。 [0009] 图5是图1-3中所示的处理器的基部的旋转的截面图。 [0010] 图6是图1、图4和图5中所示的隔膜组件的截面图。 [0011] 图7是图6中所示的隔膜组件的底透视图。 [0012] 图8是图6和图7中所示的隔膜组件的顶透视图。 [0013] 图9是图1、图4和图5中所示的阳极组件的顶透视图。 [0014] 图10是示出将阳极组件从隔膜组件去除的截面图。 [0015] 图11是示出将阳极组件附接到隔膜组件的截面图。 [0016] 图12是图1、图4和图5中所示的处理器的基部的顶透视图，其中出于说明目的去除了一些部件。 具体实施方式[0017] 如图1所示，电镀处理器20包括头部22和基部30。多个处理器20通常提供在处理系统壳体内，其中在所述壳体内的系统机械手移动晶片进出处理器。处理器的基部30可精确地位于处理系统的平台(deck)32上，并且由其支撑。头部22被对准在基部30上方。头部22可包括位于升降-倾斜组件34上的转子28。保持晶片26的夹具(chuck)24通常经由所述系统机械手可附接到转子28和从其上去除。夹具24中的接触环38具有与晶片26的面向下的一侧形成电接触的接触指(contact finger)。电机36在处理过程中使保持夹具24和晶片26的转子28旋转。图1示出了装载有晶片26的处理器，而在其余附图中，为了清楚起见，晶片已被省去。 [0018] 参照图1和图2，基部30具有位于容器主体44上的清洗缘(rinse rim)40。清洗缘可具有一个或更多个内部清洗液体排放沟道41和排放管线42。清洗缘40可以是透明的，以便允许更直接地观察处理器20内部。清洗缘40可为刚性塑料部件，这个部件被固定到容器主体44上的适当位置并且没有移动部分。基部30可附接到底板(base plate)46，其中底板被附接到平台32。底板46上的夹具清洗喷嘴组件48可被调整成使得清洗液体的喷雾或射流指向夹具24。类似地，底板46上的晶片清洗喷嘴组件50可被调整成使得清洗液体的喷雾指向晶片26。每个喷嘴组件48和50可以具有穿过清洗缘40并相对于所述清洗缘而密封的喷嘴，以将清洗液体容纳在处理器20内。当夹具在转子上旋转时，并且通过视情况经由升降-倾斜组件倾斜所述转子，夹具24和晶片26可以在处理后进行有效清洗。 [0019] 转至图3、图4和图6，隔膜组件110被附接到容器主体44的底表面，并且阳极组件90被附接到隔膜组件110的底表面。隔膜组件110包括附接到隔膜板114的隔膜壳112以及位于附接到所述隔膜壳112的隔膜支撑件118上的隔膜120。 [0020] 容器主体44、隔膜组件110和阳极组件90形成具有位于隔膜120上方的上部腔室和位于隔膜120下方的下部腔室的容器45。上部腔室被供应有第一电解液(称为阴极电解液)，并且下部腔室被填充有第二电解液(称为阳极电解液)。位于上部腔室中的桨板51在处理过程中振荡，以便增加电镀性能。 [0021] 现在参照图6、图7和图8，在隔膜组件110中，隔膜壳112可为塑料材料，诸如天然聚丙烯(NPP)，隔膜壳112经由螺栓132夹在底部上的隔膜板114与顶部处的隔膜环116之间。隔膜板114可为刚性金属平板，例如，2-5mm钢，其中隔膜环116具有类似设计，从而提供具有改进的密封特性的刚性隔膜组件110。 [0022] 隔膜支撑件118可以具有由介电材料制成的网状或敞开的框架结构，以便减小隔膜支撑件118对容器45内的电场的影响。位于隔膜壳112的顶表面处的凹槽中的环形隔膜密封件122将隔膜120密封到隔膜壳112上。隔膜120提供对液流的阻挡，从而将下部腔室中的阳极电解液与上部腔室中的阴极电解液分离，同时允许特定离子从中穿过。在许多应用中，隔膜120是选择性地使某些离子穿过而同时提供阻挡的离子隔膜。在其他应用中，例如对于其中阳极电解液和阴极电解液可相同的镀镍，隔膜可仅为过滤器，它会保持阳极颗粒远离晶片，但是无离子选择性。抽吸管线可以穿过隔膜支撑件118或沿着隔膜支撑件118侧面延伸到上部腔室中的最低点，以将所有的阴极电解液从处理器20中去除。 [0023] 转至图3和图9，阳极组件90包括附接到阳极板94的阳极杯92。阳极杯92可为塑料材料，诸如天然聚丙烯。阳极板94可为刚性的金属板，例如，2-5mm钢。如图9所示，阳极杯92可具有与外部阳极隔室100同心的内部阳极隔室98，两者之间设有环壁104。在使用中，块状阳极材料诸如块状或颗粒状的铜或其他金属放置在阳极隔室98和100中，以提供镀敷材料源。如图9和图11中所示，经由通向阳极杯92的侧壁上的连接器105的缆线或导体99和101使内部阳极隔室98和外部阳极隔室100形成电连接。隔室98和100中的块状金属提供内部阳极和外部阳极。 [0024] 返回参照图9，密封件(诸如O形环102)提供在阳极杯92的顶部周边处。夹持件96附接到阳极板94的前部。支柱108附接到阳极板94的背部，其中每个支柱具有帽109。如图4和图5中所示，中心入口106可定位在阳极杯92的中心处，并经由阳极电解液供应端口82被供应有阳极电解液。阳极电解液从中心入口106分布在下部腔室内，并且经由阳极电解液排放沟道88径向移出下部腔室。阳极电解液的流动路径以及隔膜的角度帮助夹带任何所捕获的气体或气泡并将它们载送离开隔膜120，使得气体或气泡不会干扰容器45中的电场。 [0025] 参照图3，容器45的上部腔室经由容器主体44中的、连接到阴极电解液供应系统的阴极电解液供应端口70和阴极电解液返回端口72被供应有阴极电解液流，所述阴极电解液供应系统通常包括一个或更多个泵、储槽、过滤器、加热器和其他部件。维护排放端口74也可提供在容器主体44中，以便允许将阴极电解液排放到上部隔室外，而不影响所述阴极电解液供应系统。仍然参照图3，阳极电解液空闲状态入口端口78和阳极电解液工艺返回端口80提供在隔膜壳112上，而阳极电解液供应端口82提供在阳极杯92中。由于所有端口集中在处理器20的前部处的60度扇形区域内，因此维护变得更为容易。 [0026] 阴极电解液供应端口70连接到形成在容器主体44与隔膜壳112之间的阴极电解液供应小室(plenum)或凹槽128中，以便将阴极电解液供应到容器主体44中的径向流动端口126。如图4和图5所示，阴极电解液返回端口72通向容器主体44中的阴极电解液排放沟道 86，其中筛网84可视情况定位在阴极电解液排放沟道86和阴极电解液返回端口72的接合处。在处理过程中，阴极电解液流过容器主体44中的堰(weir)64并进入到阴极电解液返回端口72中。堰64设置上部腔室中的阴极电解液的表面的垂直位置。 [0027] 另外，如图5所示，阳极电解液排放沟道88形成在隔膜壳112中。在图4中，环形阳极屏蔽件140可提供在下部腔室中的隔膜支撑件118下方。环形腔室屏蔽件142可提供在隔膜120上方，正好位于桨板51下方，并且环形晶片屏蔽件144可提供在容器主体44上，正好位于桨板51上方。如果使用了屏蔽件，每一个屏蔽件是被定位且尺寸被设置成在处理过程中影响容器中的电场的环形介电部件。处理器20可通过改变屏蔽件转换为电镀不同直径的晶片。在一些情况下，屏蔽件的一个或更多个可以具有非圆形形状，以便提供不对称的屏蔽。 [0028] 如图1、图3和图5所示，隔膜组件110经由容器主体44的底部上的带螺纹的支座(standoff)60附接到容器主体44并相对于所述容器主体密封，所述带螺纹的支座突出穿过隔膜板114中的孔或狭槽130，利用螺母62固定。隔膜板114包括位于隔膜板114的背面处的两个或更多个支柱配件124，用于在阳极组件90被附接到隔膜组件110时，将支柱108接收并保持在阳极板94上。夹持件配件115提供在隔膜板114的前部处。参照图7、图10和图11，支柱配件124的提供形式可以是从隔膜板114的平面以锐角向下延伸的突起或手指形式。 [0029] 如图4和图12所示，上部腔室中的桨板51包括位于桨板框架54上的桨板插件52。桨板插件52是介电材料，而桨板框架54通常是金属或塑料。桨板框架54受到位于桨板框架54的第一侧上的第一驱动臂和第二驱动臂162的支撑，并且受到位于桨板的第二侧上的至少一个从动臂166的支撑。第一驱动臂和第二驱动臂162被固定到支撑在底板46上的驱动轨道160，并且在所述驱动轨道上滑动。从动臂166类似地被固定到底板46上的从动轨道168，并且在所述从动轨道上滑动。桨板可以通过调整驱动轨道160和从动轨道168的高度来精确地调平。位于每一个驱动臂162和从动臂166上的波纹管164将容器45中的液体和蒸汽密封以使其与外部部件隔开。桨板电机58(可为线性电机)被容纳在电机壳56内，并机械联接到驱动臂162。桨板电机58使桨板51在上部腔室中的阴极电解液中移动。这个移动可为振荡移动，或者控制器65可操作桨板电机58来提供其他模式的桨板移动。 [0030] 转至图4和图5，容器主体44中的压力和液位传感器150感测阴极电解液排放沟道86中的阴极电解液的液位，并且向电子控制器或计算机65提供液位信号。整体或部分地基于液位信号，计算机65控制连接到阴极电解液返回端口72的阴极电解液返回管线76中的伺服阀(servo valve)75。计算机65操作伺服阀75以保持阴极电解液返回管线76总是填充有阴极电解液，以减少或避免在阴极电解液中形成空气气泡。具体来说，阴极电解液返回管线 76(从阴极电解液排放沟道86中的阴极电解液的液位到阴极电解液槽77中的阴极电解液的液位)维持充满阴极电解液，即使阴极电解液排放沟道86中的阴极电解液的液位由于晶片 26快速插入上部腔室中的阴极电解液浴和从其中快速抽出而发生较大变化时也是如此。 [0031] 在使用中，保持晶片26的晶片夹具24经由机械手附接到转子28，同时所述机械手是水平的。晶片26上的导电种晶层通过经由接触环38电连接到晶片26的负压源用负压偏压。升降-倾斜组件34是可移动的以将晶片26倾斜成锐角(一般在1-15度范围内)，并且使晶片26降低到容器45的上部腔室中的阴极电解液中。容器45的下部腔室被填充有阳极电解液。阴极电解液和阳极电解液在处理过程中流过容器。正压被施加到阳极杯92中的阳极材料，例如，铜。阳极材料离子从阳极杯移动穿过阳极电解液并穿过隔膜120，然后进入上部腔室中的阴极电解液中，其中离子沉积到晶片26上，以在晶片26上形成金属层。转子28可以在处理过程中旋转晶片26。桨板51会在晶片下方来回振荡，以增加金属离子到晶片26上的质量传递。 [0032] 在金属层形成在晶片26上之后，升降-倾斜机构34使晶片上升到阴极电解液外，到达清洗缘40内的某个位置。夹具清洗喷嘴组件48将清洗液体施加到夹具34上，并且晶片清洗喷嘴组件50将清洗液体施加到晶片26上。在清洗过程中飞散出晶片26的清洗液体被捕获在清洗缘40内，并且经由排放管线42去除。夹具34随后从转子28上去除，以便进行后续处理。参照图10和图11，当消耗掉阳极材料时，或者要执行其他维护时，阳极电解液可视情况经由流过阳极电解液供应端口82的反向流从下部腔室中排放出来。阳极组件90通过释放夹持件96并将阳极组件90的前部枢转远离隔膜板114来从处理器20去除。夹持件96可为用手来操作的中心上方夹持件(over center clamp)。阳极组件90的背部经由与隔膜板114上的支柱配件124接合的支柱108保持向上。 [0033] 在阳极组件枢转到图9所示位置中时，阳极组件90随后可被向前拉动，从而致使支柱108脱离支柱配件124并从支柱配件移出，使得阳极组件90脱离隔膜板114。阳极杯92随后可再填充阳极材料。阳极组件90使用反序步骤重新安装到处理器20上。当发生这种情况时，O形环102被紧密压缩在隔膜板114上，以使阳极杯92相对于隔膜板114密封。施加到O形环的压缩力通过精确控制支柱108的长度尺寸来设置。 [0034] 隔膜组件110一般并不需要维护，除非隔膜受损。在这种情况下，隔膜组件110可通过松开或去除带螺纹的支座60上的螺母62从平台32下方去除。因此，可将阳极组件90和隔膜组件110去除，而不去除或干扰桨板51或升降-倾斜机构34。在长时间的空闲状态期间，下部腔室中的阳极电解液的液位有利地降低以使得阳极电解液不再与隔膜120接触，但是其中阳极电解液仍覆盖阳极材料。这防止了过量的镀敷材料离子堆积在阴极电解液中，并且防止阳极材料氧化。在空闲状态中，阳极电解液的循环通过以下方式改变：将减小体积的阴极电解液经由阳极电解液空闲状态入口端口78泵送到下部腔室中，并且经由流过中心入口106和阳极电解液供应/空闲返回端口82的反向流将阳极电解液去除。处理器20外的阀被切换成将阳极电解液反向流重新引导到阳极电解液槽。 |
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