首页 / 专利库 / 生物防治 / 生物活性成分 / 信息化学物质 / 电镀设备和电镀方法

设备和电镀方法

阅读:1015发布:2021-01-21

专利汇可以提供设备和电镀方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种电 镀 设备具有灰化单元(300),将其构成为在施加于形成在衬底(W)上的籽晶层(500)的表面上的抗蚀剂(502)上进行灰化处理;以及预润湿部件(26),将其构成为在灰化处理之后为衬底表面提供亲 水 性。该 电镀 设备包括预浸泡部件(28),将其构成为使衬底表面与处理液 接触 ,从而清洗或激活形成在衬底上的籽晶层的表面。该电镀设备还包括电镀单元(34),将其构成为将衬底表面浸在电镀槽中的电镀液中,同时使用抗蚀剂作为掩模,以便在形成在衬底上的籽晶层的表面上形成 镀膜 (504)。,下面是设备和电镀方法专利的具体信息内容。

1、一种电设备,包括:
灰化单元,将其构成为在施加于形成在衬底上的籽晶层的表面上 的抗蚀剂上进行灰化处理;
预润湿部件,将其构成为在所述灰化处理之后为所述衬底的表面 提供亲性;
预浸泡部件,将其构成为使所述衬底的所述表面与处理液接触, 从而清洗或激活形成在所述衬底上的所述籽晶层的表面;以及
电镀单元,将其构成为使所述衬底的所述表面浸入到电镀槽中的 电镀液中,同时使用抗蚀剂作为掩模,以便在形成在所述衬底上的所 述籽晶层的所述表面上形成镀膜
2、根据权利要求1所述的电镀设备,其中将所述灰化单元构成 为对所述抗蚀剂施加等离子体、光和电磁波中的至少一种,从而在所 述抗蚀剂上进行所述灰化处理。
3、根据权利要求1所述的电镀设备,其中所述预润湿部件包括 被构成为将衬底浸在纯水中的预润湿槽和被构成为通过喷射器向所 述衬底的表面喷射纯水的预润湿器件中的至少一个。
4、根据权利要求3所述的电镀设备,其中所述预润湿部件处于 低于大气压的压下。
5、根据权利要求3所述的电镀设备,其中所述预润湿部件处于 真空下。
6、根据权利要求3所述的电镀设备,其中所述预润湿部件包括 用于从所述纯水中除去空气的除气器件。
7、根据权利要求1所述的电镀设备,其中所述预润湿部件包括 多个具有不同功能的预润湿部分。
8、根据权利要求1所述的电镀设备,其中所述预浸泡部件包括 保存所述处理液的预浸泡槽,该处理液包括臭水、酸性溶液、性 溶液、酸性去油剂、含有显影剂的溶液、含有抗蚀剂剥离液的溶液、 和电解液的还原水中的至少一种。
9、根据权利要求1所述的电镀设备,其中所述预浸泡部件包括 保存所述处理液的预浸泡槽,该处理液包括酸性溶液或酸性去油剂, 以便在将所述衬底用作阴极的状态下在所述处理液中在所述衬底上 进行电解处理。
10、根据权利要求1所述的电镀设备,其中所述电镀单元包括:
设置在所述电镀液中的阳极;以及
可用来测量所述阳极的重量的阳极重量测量器件。
11、根据权利要求10所述的电镀设备,其中所述阳极重量测量 器件包括负载单元。
12、根据权利要求1所述的电镀设备,其中所述电镀槽包括:
设置在所述电镀液中的阳极;
设置在所述电镀槽中的虚拟阳极;以及
单个电源,将其构成为选择性地向用于实际电镀工艺的所述阳极 施加电压和向用于虚拟电镀工艺的所述虚拟阳极施加电压。
13、根据权利要求12所述的电镀设备,其中将所述单个电源构 成为自动地切换电压的施加,以便在完成所述虚拟电镀工艺之后进行 所述实际电镀工艺。
14、根据权利要求1所述的电镀设备,还包括电镀液管理单元, 将其构成为管理输送给所述电镀单元的所述电镀液的成分。
15、根据权利要求14所述的电镀设备,其中将所述电镀液管理 单元构成为分析和/或评估所述电镀液的成分并通过反馈控制和/或前 馈控制向所述电镀液中添加不够的成分。
16、根据权利要求1所述的电镀设备,还包括通信器件,将其构 成为通过使用计算机的通信网络进行信息通信。
17、根据权利要求1所述的电镀设备,还包括抗蚀剂剥离单元, 将其构成为从形成在所述衬底上的所述籽晶层的所述表面剥离和除 去用作掩模的所述抗蚀剂。
18、根据权利要求1所述的电镀设备,还包括籽晶层除去单元, 将其构成为除去形成在所述衬底上的籽晶层的不需要的部分。
19、根据权利要求1所述的电镀设备,还包括退火单元,将其构 成为对在所述衬底的所述表面上形成的所述镀膜进行退火。
20、根据权利要求1所述的电镀设备,还包括回流单元,将其构 成为对形成在所述衬底的所述表面上的所述镀膜进行回流。
21、根据权利要求1所述的电镀设备,还包括中和单元,将其构 成为在所述衬底的所述表面上进行中和处理。
22、根据权利要求1所述的电镀设备,还包括视觉检测单元,将 其构成为检测形成在所述衬底的所述表面上的所述镀膜的外观。
23、根据权利要求22所述的电镀设备,其中将所述视觉检测单 元构成为以接触或非接触方式检测所述镀膜的外观。
24、根据权利要求1所述的电镀设备,还包括膜厚测量单元,将 其构成为测量形成在所述衬底的所述表面上的所述镀膜的膜厚。
25、根据权利要求24所述的电镀设备,其中将所述膜厚测量单 元构成为以接触或非接触方式测量所述镀膜的膜厚。
26、根据权利要求1所述的电镀设备,还包括电镀面积测量单元, 将其构成为测量将要在所述衬底的所述表面上形成所述镀膜的实际 面积。
27、根据权利要求26所述的电镀设备,其中将所述电镀面积测 量单元构成为给所述衬底输送电流,从而测量所述实际面积。
28、根据权利要求26所述的电镀设备,其中将所述电镀面积测 量单元构成为光学地扫描所述衬底的所述表面,从而测量所述实际面 积。
29、根据权利要求1所述的电镀设备,还包括抛光单元,将其构 成为对所述镀膜的表面进行抛光从而调节所述镀膜的膜厚。
30、根据权利要求29所述的电镀设备,其中将所述抛光单元构 成为进行化学机械抛光或机械抛光,从而对所述镀膜的所述表面进行 抛光。
31、根据权利要求1所述的电镀设备,还包括化学液调节单元, 将其构成为除去混合在所述电镀液中的金属杂质或有机杂质或者产 生的分解产物。
32、根据权利要求31所述的电镀设备,其中所述化学液调节单 元包括电解处理部件、离子交换部件、活性处理部件、以及凝结和 沉淀部件中的至少一种。
33、根据权利要求1所述的电镀设备,还包括化学液供应和回收 单元,将其构成为向所述电镀槽供应化学液和从所述电镀槽回收所述 化学液。
34、根据权利要求33所述的电镀设备,其中所述化学液供应和 回收单元包括按照可替换方式固定的化学液容器,所述化学液供应和 回收单元从所述化学液容器向所述电镀槽供应所述化学液并从所述 电镀槽向所述化学液容器回收所述化学液。
35、根据权利要求1所述的电镀设备,还包括电镀液再生单元, 将其构成为除去包含在所述电镀液中的有机物质,从而再生所述电镀 液。
36、根据权利要求35所述的电镀设备,其中将所述电镀液再生 单元构成为通过活性碳过滤器除去有机物质。
37、根据权利要求1所述的电镀设备,还包括废气处理单元,将 其构成为从在所述电镀设备中产生的气体或雾气中除去有害成分并 将无害气体通过管道排放到所述电镀设备的外部。
38、根据权利要求37所述的电镀设备,其中将所述废气处理单 元构成为通过利用吸收液体的湿处理、利用吸收剂的干处理或者通过 冷却的冷凝液化处理来除去有害成分。
39、根据权利要求37所述的电镀设备,其中所述电镀槽具有保 持酸性电镀液的第一腔室、保存含氰电镀液的第二腔室以及将所述第 一腔室和所述第二腔室分开的隔离物,
其中所述第一腔室包括用于排放由所述第一腔室中的酸性电镀 液产生的酸性气体的废气排气管,
其中所述第二腔室包括用于排放由所述第二腔室中的含氰电镀 液产生的含氰气体的废气排气管。
40、根据权利要求39所述的电镀设备,其中所述含氰电镀液包 括金电镀液或电镀液。
41、根据权利要求1所述的电镀设备,还包括废水再生单元,将 其构成为再生已经在电镀单元中使用并从所述电镀单元排放掉的废 水,以便将至少一部分所述再生废水再用于所述电镀单元,同时将剩 余的废水排放到所述电镀设备的外部。
42、根据权利要求41所述的电镀设备,其中将所述废水再生单 元构成为通过微型过滤、紫外辐射、离子交换、超滤反渗透中的至 少一种对废水进行再生。
43、一种电镀方法,包括:
在形成在衬底上的籽晶层的表面上施加抗蚀剂;
对该抗蚀剂进行灰化;
在所述灰化处理之后,为所述衬底的表面提供亲水性,从而在所 述衬底的所述表面上执行亲水性处理;
在所述亲水性处理之后,清洗或激活所述衬底的所述表面;以及
将所述衬底的所述表面浸在电镀液中,同时使用所述抗蚀剂作为 掩模,以便进行电镀工艺,从而在所述衬底的所述表面上形成镀膜。
44、根据权利要求43所述的电镀方法,其中所述亲水性处理包 括连续地进行两种或多种的亲水性处理。
45、根据权利要求43所述的电镀方法,还包括在所述所述电镀 工艺之后,从所述籽晶层的所述表面剥离和除去所述抗蚀剂。
46、根据权利要求43所述的电镀方法,还包括除去形成在所述 衬底的所述表面上的所述籽晶层的不需要的部分。
47、根据权利要求43所述的电镀方法,还包括对形成在所述衬 底的所述表面上的所述镀膜进行退火。
48、根据权利要求43所述的电镀方法,还包括对形成在所述衬 底的所述表面上的所述镀膜进行回流。
49、根据权利要求43所述的电镀方法,还包括在所述电镀工艺 之后,在所述衬底的所述表面上进行中和处理。
50、根据权利要求43所述的电镀方法,还包括检测形成在所述 衬底的所述表面上的所述镀膜的外观。
51、根据权利要求43所述的电镀方法,还包括测量形成在所述 衬底的所述表面上的所述镀膜的膜厚。
52、根据权利要求43所述的电镀方法,还包括测量将要在所述 衬底的所述表面上形成所述镀膜的实际面积。
53、根据权利要求43所述的电镀方法,还包括对形成在所述衬 底的所述表面上的所述镀膜进行抛光,从而调节所述镀膜的膜厚。

说明书全文

技术领域

发明涉及一种用于电衬底表面的电镀设备和电镀方法,尤其 涉及一种用于当光刻胶用作掩模时在半导体晶片的表面上形成凸起 (突出电极)的电镀设备和电镀方法,所述凸起提供与封装的电极或 半导体芯片的电连接。

背景技术

例如,在带式自动键合(TAB)或倒装法中,已经广泛地实行在 半导体芯片表面上的预定部分(电极)上形成金、焊料或镍、或 者这些金属的多层叠层结构的突出连接电极(凸起),所述半导体芯 片具有形成在其中的互连,并且经过凸起将互连与封装的电极或TAB 电极电连接。为了形成凸起,已经使用了各种方法,包括电镀、气相 淀积、印刷、和形成球状凸起。鉴于近年来半导体芯片中的I/O端子 数量的增加和向更精细间距的方向发展的趋势,电镀工艺更频繁地被 采用,因为电镀工艺可以实现更精细的处理并具有相对稳定的性能。
在电镀工艺中,按照以下方式在具有互连的衬底表面的预定位置 上形成凸起。在这种工艺中,广泛地使用光刻胶作为掩模。首先,如 图1A所示,通过溅射或气相淀积在衬底W的表面上淀积籽晶层500 作为馈送层(feeding layer)。然后,将光刻胶502施加到籽晶层500 的整个表面上,以便使其具有例如20至120μm的高度H。此后,在 光刻胶502的表面上进行曝光和显影,从而在光刻胶502中的预定位 置上形成直径D为大约20至大约200μm的开口502a。然后,如图 1B所示,通过电镀工艺在开口502a中淀积作为凸起材料的金属,例 如Au或Cu,以便在开口502a中形成和生长镀膜504。如图1C所示, 将光刻胶502从衬底W的表面剥去和除去。然后,如图1D所示, 将籽晶层500不需要的部分从衬底W的表面蚀刻和除去。随后,根 据需要,进行回流工艺,从而形成球形凸起506,如图1E所示。
电镀工艺可以分成喷射型(jet-type)或杯型(cup-type)电镀工 艺和浸渍型电镀工艺,在喷射型或杯型电镀工艺中电镀液向上喷射到 衬底,如处于平状态的半导体晶片,从而待电镀的衬底表面面向下, 而在浸渍型电镀工艺中将衬底垂直地浸在电镀槽内的电镀液中,同时 从电镀槽的底部输送电镀液,以便溢出电镀槽。根据浸渍型电镀工艺, 很容易除去将有害影响被镀衬底质量的气泡,并且可以减少电镀设备 的轨迹(footprint)。此外,可以很容易地使浸渍型电镀工艺适合于晶 片尺寸的变化。由此,浸渍型电镀工艺被认为适合于凸起形成工艺, 该凸起填充相对大的孔和需要相当长的时间来完成电镀工艺。
当在抗蚀剂中的开口中形成镀膜从而在诸如半导体晶片的衬底 的表面上形成凸起时,由于抗蚀剂一般由具有低可湿性的憎水性性材 料制成,因此电镀液不太可能进入抗蚀剂中的开口中。相应地,如图 1A中的假想线所示,可能在电镀液中产生空气泡508。这种空气泡 508趋于保持在开口502a中,从而产生诸如不充分电镀的电镀缺陷
为了防止这种电镀缺陷,可以向电镀液中添加表面活性剂,从而 降低电镀液的表面张,以便很容易地将电镀液引入到抗蚀剂的开口 中。然而,当降低电镀液的表面张力时,在电镀液循环时可能在电镀 液中产生空气泡。此外,当将新的表面活性剂添加到电镀液中时,可 能发生不正常淀积,从而增加了被捕获到镀膜中的有机物质的量。这 样,表面活性剂可能有害地影响镀膜的性能。
利用使用浸渍型电镀工艺的常规电镀设备,可能从抗蚀剂的开口 释放空气泡。这种电镀设备采用在一定状态下固定诸如半导体晶片的 衬底的衬底固定器,从而露出待电镀的衬底表面,同时密封衬底的周 边边缘和后表面。将衬底固定器与衬底一起浸在电镀液中,从而镀敷 衬底的表面。这样,根据使用浸渍型电镀工艺的常规电镀设备,难以 使从装载衬底到电镀工艺之后卸载衬底的整个电镀工艺自动化。
此外,用于凸起形成的常规电镀设备一般具有:用于进行电镀工 艺的电镀部件;用于进行伴随电镀工艺的诸如清洗工艺和预处理工艺 的附加工艺的附加工艺部件;以及用于在电镀部件和附加工艺部件之 间转移衬底的转移自动机。在衬底上的抗蚀剂中的预定位置上形成开 口。将衬底装在衬底盒中。从衬底盒中取出一个衬底。然后,在衬底 上的抗蚀剂的开口中淀积和生长作为凸起材料的金属,例如Au或 Cu。之后,对衬底进行后处理工艺,例如清洗和烘干处理,并返回 到衬底盒。
已经利用电镀设备电镀过并返回到衬底盒的衬底被转移到随后 的抗蚀剂剥离单元、蚀刻单元等,同时衬底容纳在衬底盒中。在抗蚀 剂剥离单元中,从衬底的表面剥离和除去抗蚀剂。在蚀刻单元中,从 衬底的表面除去籽晶层的不需要的部分。
然而,考虑到适于有限种类的产品的批量生产的制造交付周期, 用于凸起形成的常规电镀设备被设计成执行直到电镀工艺为止的工 艺,而不进行电镀工艺之后的工艺。相应地,用于凸起形成的常规电 镀设备不能连续地执行完成凸起形成的一系列工艺。此外,用于凸起 形成的常规电镀设备需要大的空间用于附加工艺单元,例如抗蚀剂剥 离单元和蚀刻单元,并且设置的灵活性较小。

发明内容

鉴于上述缺陷已经做出了本发明。因此,本发明的第一目的是提 供一种电镀设备和电镀方法,可以将电镀液可靠地引入到施加在衬底 表面上的抗蚀剂中的开口中,而不在电镀液中添加任何表面活性剂, 并且可以在不产生任何诸如不充分电镀的电镀缺陷的情况下实现电 镀工艺。
本发明的第二目的是提供一种电镀设备和电镀方法,可以利用很 容易释放空气泡的浸渍型工艺形成适合于诸如凸起的突出电极的镀 膜。
本发明的第三目的是提供一种电镀设备,该电镀设备能连续执行 包括诸如凸起形成工艺的电镀工艺的工艺,并且可以减小用于整个设 备的空间,并适合于大范围种类的产品的小批生产。
根据本发明的第一方案,提供一种电镀设备,其具有:灰化单元, 将该灰化单元构成为在施加于形成在衬底上的籽晶层的表面上的抗 蚀剂上进行灰化处理;以及预润湿部件,将其构成为在灰化处理之后 为衬底表面提供亲水性。该电镀设备包括预浸泡部件,将其构成为使 衬底表面与处理液接触,从而清洗或激活形成在衬底上的籽晶层的表 面。该电镀设备还包括电镀单元,将其构成为使衬底表面进到电镀槽 中的电镀液中,同时抗蚀剂用作掩模,以便在形成在衬底上的籽晶层 的表面上形成镀膜。
当电镀衬底同时抗蚀剂用作掩模时,由于抗蚀剂使衬底的表面是 憎水性的,因此衬底表面不太可能与电镀液接触,由此产生电镀缺陷, 例如不充分电镀。灰化单元在电镀工艺之前在施加于衬底表面上的抗 蚀剂上执行灰化处理。灰化处理可以使抗蚀剂的憎水性表面重新形成 为亲水性表面。这样,衬底的表面变得可以与电镀液接触。此外,可 以在灰化处理之后在预润湿部件中在衬底表面上进行亲水性处理,从 而用水代替形成在抗蚀剂中的开口中的气体,并进一步用电镀液代替 水。这样,可以防止电镀缺陷,例如不充分电镀。
可以将灰化单元构成为对抗蚀剂施加等离子体、光和电磁波中的 至少一种,从而在抗蚀剂上进行灰化处理。当将灰化单元构成为施加 包括等离子体、紫外线和远紫外线的高能光或电磁波时,则高能离子、 光子电子与抗蚀剂碰撞,从而产生激活气体。离子、光子和电子以 及激活气体可以分解并除去有机物质,例如抗蚀剂残余物。从抗蚀剂 中的有机物质提取氢,或者切开抗蚀剂502中的有机物质的主链或侧 链,由此从衬底表面除去污染物并重组衬底表面。灰化单元可以设置 在电镀设备的框架内部或外部。
预润湿部件可以包括被构成为将衬底浸在纯水中的预润湿槽,或 者被构成为通过喷射器向衬底表面喷射纯水的预润湿器件。预润湿部 件可以基本上处于真空下或处于小于大气压的气压下。预润湿部件可 以包括用于从纯水中除去空气的除气器件。
预润湿部件可以包括具有不同功能的多个预润湿部分。例如,电 镀设备可以包括采用脱气水的浸渍型预润湿部分、喷射型预润湿部件 等。在这种情况下,可以根据规定方案选择合适的预润湿部分。利用 这种设置,可以消除由于预润湿部件的类型而造成的对工艺的限制, 并且该电镀设备可以执行各种类型的处理。
预浸泡部件可以包括保存处理液的预浸泡槽,该处理液包括臭 水、酸性溶液、性溶液、酸性去油剂、含有显影剂的溶液、含有抗 蚀剂剥离液的溶液、和电解液的还原水中的至少一种。例如,当衬底 表面与诸如硫酸盐酸溶液的处理液(酸性溶液)接触时,可以蚀刻 形成在籽晶层的表面上的具有高电阻的氧化膜,从而除去该氧化膜并 露出籽晶层的洁净金属表面。此外,可以用臭氧水处理衬底,然后用 酸性溶液处理。
或者,预浸泡部件可以包括保存处理液的预浸泡槽,该处理液包 括酸性溶液或酸性去油剂,以便在将衬底用作阴极的状态下在处理液 中在衬底上进行电解处理。
电镀单元可以包括设置在电镀液中的阳极和可用来测量阳极重 量的阳极重量测量器件。阳极重量测量器件可以包括负载单元。利用 这种设置,与迄今在输送给阳极的电流量的基础上间接估计阳极重量 的情况相比,可以更精确地测量阳极的消耗。因此,可以精确地确定 应该替换阳极的时间。即使在电镀工艺期间也可以测量阳极的重量。 这样,甚至在连续电镀工艺期间,也可以精确地确定应该替换阳极的 时间。因而,可以预见性地操作电镀设备。
电镀槽可以包括设置在电镀液中的阳极、设置在电镀槽中的虚拟 (dummy)阳极、以及单个电源,将该电源构成为选择性地向用于实 际电镀工艺的阳极和向用于虚拟电镀工艺的虚拟阳极施加电压。一般 情况下,在电镀工艺期间不使用在替换电镀液时用于虚拟电镀的电 源。这样,用于虚拟电镀的电源不能长时间使用并且提供这个电源是 很不经济的。利用上述设置,可以切换单个电源,以便进行虚拟电镀 工艺和实际电镀工艺。这样,可以取消用于虚拟电镀的独立电源,并 且可以减少电源的数量。可以将单个电源构成为自动地切换电压的施 加,以便在完成了虚拟电镀工艺之后进行实际电镀工艺。
该电镀设备可以包括电镀液管理单元,将其构成为管理将要输送 给电镀单元的电镀液的成分。电镀液管理单元可以自动地进行电镀液 中的成分的分析和电镀液中不够的成分的添加,以前这都是用手进行 的。这样,电镀液管理单元可以使电镀液中的每种成分保持在预定的 范围内。由于利用如此管理的电镀液执行电镀工艺,因此可以保持形 成在衬底上的镀膜的良好性能(成分)、良好的外观、和良好的厚度 均匀性。电镀液管理单元可以设置在电镀设备的框架的内部或外部。
可以将电镀液管理单元构成为通过反馈控制和/或前馈控制分析 和/或估计电镀液的成分和向电镀液添加不够的成分。例如,电镀液 管理单元从电镀槽提取一部分电镀液作为样品并分析它。可以通过在 由电镀液管理单元进行的分析的基础上的反馈控制、评估包括电镀时 间或电镀的衬底数量的扰动的前馈控制、或者反馈控制和前馈控制的 组合将相对于预定量来说不够的成分添加到电镀液中。这样,电镀液 中的每种成分可以保持在预定范围内。
该电镀设备可以包括被构成为通过使用计算机的通信网络进行 信息通信的通信器件。该通信器件可以将例如关于电镀结果的信息通 过使用计算机的通信网络传输给适当的单元或器件。这样,所需的信 息通过通信器件互相地传输,以便在信息的基础上控制这些单元或器 件,从而实现全自动的电镀工艺。通信器件可以设置在电镀设备的框 架的内部或外部。
该电镀设备可以包括抗蚀剂剥离单元,将其构成为从形成在衬底 上的籽晶层的表面剥离和除去用作掩模的抗蚀剂。抗蚀剂剥离单元可 以设置在电镀设备的框架的内部或外部。从连续处理的度考虑,希 望在由衬底固定器固定衬底的同时抗蚀剂剥离单元剥离衬底上的抗 蚀剂。剥离抗蚀剂之后的衬底可以返回到衬底盒。
该电镀设备可以包括籽晶层除去单元,将其构成为除去形成在衬 底上的籽晶层的不需要的部分。籽晶层除去单元可以设置在电镀设备 的框架的内部或外部。从连续处理的角度考虑,希望在由衬底固定器 固定衬底的同时籽晶层除去单元除去衬底上的籽晶层的不需要的部 分。除去籽晶层之后的衬底可以返回到衬底盒。
该电镀设备可以包括被构成为对形成在衬底表面上的镀膜进行 退火的退火单元。该退火单元可以设置在电镀设备的框架的内部或外 部。
该电镀设备可以包括被构成为对形成在衬底表面上的镀膜进行 回流的回流单元。该回流单元可以设置在电镀设备的框架的内部或外 部。
该电镀设备可以包括被构成为在衬底表面上进行中和处理的中 和单元。在已经对衬底进行电镀和清洗之后,包含在电镀液中的酸或 碱成分可能保留在衬底上。利用中和单元,由于在电镀工艺之后在衬 底上进行中和处理,因此可以消除来自酸或碱的对在电镀工艺之后进 行的抗蚀剂剥离工艺和籽晶层除去工艺的不良影响。例如,中和处理 液可以包括含有磷酸三钠的弱碱溶液。中和单元可以设置在电镀设备 的框架的内部或外部。
该电镀设备可以包括被构成为检测形成在衬底表面上的镀膜的 外观的视觉检测单元。有些衬底可能由于各种原因而具有有缺陷的镀 膜外观,所述原因包括电镀液、衬底和电镀设备的不正常。如果当产 生有缺陷的衬底时继续进行电镀工艺而不停止电镀设备,则有缺陷的 衬底的数量将增加。视觉检测单元对镀膜进行视觉检测并在镀膜具有 有缺陷的外观时通知操作者。此时,停止该电镀设备,并且在衬底处 理数据中记录该有缺陷的衬底。这样,可以减少有缺陷的衬底的数量, 并且可以在衬底处理数据的基础上除去有缺陷的衬底。视觉检测单元 可以设置在电镀设备的框架的内部或外部。可以将视觉检测单元构成 为按照接触或非接触方式检测镀膜的外观。
该电镀设备可以包括膜厚度测量单元,将其构成为测量形成在衬 底表面上的镀膜的膜厚。形成在衬底上的镀膜的膜厚可以根据来自形 成在衬底上的图案和设备、电镀液以及衬底的条件的影响而改变。在 有些情况下,镀膜的膜厚的晶片内均匀性(within wafer uniformity) 可能过度地降低,从而不能满足指标限制。如果操作电镀设备以连续 地对衬底进行电镀,则有缺陷的衬底的数量可能会增加。即使膜厚的 晶片内均匀性处于指标限制内,也可以根据电镀工艺需要后来的抛光 工艺。在这种情况下,必须设置被要求的抛光量。可以将膜厚测量单 元构成为测量形成在衬底上的镀膜的膜厚在衬底的整个表面上的分 布。根据测量结果,膜厚测量单元确定衬底是否具有良好的质量。如 果衬底不具有良好的质量,则将该衬底记录在衬底处理数据中。根据 衬底处理数据中记录的有缺陷的衬底的比例,停止该电镀设备,并且 通知操作者出现异常。这样,可以除去具有低的镀膜的膜厚的晶片内 均匀性的有缺陷的衬底,并且在具有作为后续工艺的抛光工艺的情况 下可以设置要抛光的所需镀膜量。可以将膜厚测量单元构成为按照接 触或非接触方式测量镀膜的膜厚。
该电镀设备可以包括电镀面积测量单元,将其构成为测量将要在 衬底表面上形成的镀膜的实际面积。需要电镀面积,以便确定电镀条 件。然而,在有些情况下不能知道或不能精确地知道电镀面积。电镀 面积测量单元可以测量形成镀膜的实际面积(电镀面积)。这样,可 以精确地确定电流值,该电流值确定电镀条件。相应地,可以在预定 电镀时间内精确地获得具有预定膜厚的镀膜。特别是,在一次电镀一 个衬底的情况下,只通过设置电流密度和电镀时间就可以对具有不同 电镀面积的衬底进行电镀,以便具有预定膜厚。因而,大大有助于于 方案的设置。
该电镀面积测量单元可以设置在电镀设备的框架的内部或外部。 可以将该电镀面积测量单元构成为给衬底输送电流,以便测量实际面 积。可以将该电镀面积测量单元构成为光学地扫描衬底的表面,以便 测量实际面积。例如,当在周边部分密封衬底并由衬底固定器在从外 部暴露要电镀的衬底表面的状态下可拆卸地固定衬底时,光学地扫描 衬底表面,从而测量电镀面积。
该电镀设备可以包括被构成为对镀膜的表面进行抛光从而调节 镀膜的膜厚的抛光单元。该抛光单元可以设置在电镀设备的框架的内 部或外部。可以将该抛光单元构成为进行化学机械抛光或机械抛光, 从而对镀膜的表面进行抛光。
该电镀设备可以包括化学液调节单元,将其构成为除去混合在电 镀液中的金属杂质或有机杂质或者产生的分解产物。为了保持淀积膜 的评估性能,在电镀工艺中使用的电镀液应该根据混合在电镀液中的 杂质水平或积累的分解产物的水平而周期性地更新。废弃老的电镀 液,除了诸如金电镀液的特别电镀液之外,由此增加了成本和环境的 负担。化学液调节单元可以除去包含在老的电镀液中的杂质和分解产 物,以便增长电镀液的更新频率。这样,可以减少成本和环境的负担。 化学液调节单元可以设置在电镀设备的框架的内部或外部。化学液调 节单元可以包括电解处理部件、离子交换部件、活性处理部件以及 凝结和沉淀部件中的至少一种。
该电镀设备可以包括化学液供应和回收单元,将其构成为向电镀 槽供应化学液和从电镀槽回收化学液。利用化学液供应和回收单元, 可以安全地很容易地处理不仅对设备或单元而且对人体施加有害影 响的高度腐蚀或有害的化学液,因为不要求操作者经常处理化学液。 化学液供应和回收单元可以设置在电镀设备的框架的内部或外部。
该化学液供应和回收单元可以包括按照可替换方式固定的化学 液容器。将该化学液供应和回收单元构成为从化学液容器向电镀槽供 应化学液并从电镀槽向化学液容器回收化学液。商业上可获得的化学 液槽或瓶可以用作化学液容器并按照可替换方式固定。这样,化学液 可以从可获得的化学液槽或瓶直接供应到电镀槽并从电镀槽直接回 收到可获得的化学液槽或瓶。当化学液槽或瓶在供应化学液时变空 时,将表示应当补充或用添满的化学液槽或瓶代替该化学液槽或瓶的 信号通知操作者。此时,中断化学液的供应。在已经填充或用添满的 化学液槽或瓶替换了化学液槽或瓶之后,重新开始供应化学液。当在 回收化学液时化学液槽或瓶变满时,将表示应该用空的化学液槽或瓶 代替该化学液槽或瓶或者应该从化学液槽或瓶放出化学液的信号通 知操作者。此时,中断化学液的回收。在该化学液槽或瓶已经被空的 化学液槽或瓶替换或者变空时,重新开始化学液的回收。
该电镀设备可以包括电镀液再生单元,将其构成为除去包含在电 镀液中的有机物质,从而再生电镀液。在电镀工艺期间,例如,诸如 有机成分或表面活性剂的添加剂的成分比过量增加而超出预定范围 的电镀液、或者添加剂或表面活性剂分解了但作为废物仍然保持在其 中的电镀液可以由电镀液再生单元重新生成,而不用电镀液代替,从 而显著地减少了用新电镀液进行替换的成本和工作量。特别是,与电 镀液管理单元一起使用,可以将电镀液再生到与新电镀液基本上相同 的程度。电镀液再生单元可以设置在电镀设备的框架的内部或外部。
可以将该电镀液再生单元构成为通过活性碳过滤器除去有机物 质。该电镀设备可以具有电镀液循环系统和电镀槽,该循环系统用于 使电镀液流经电镀液再生单元,其包括可替换的活性碳过滤器。利用 这种电镀液循环系统,电镀液可以流过电镀液再生单元中的活性碳过 滤器,从而除去电镀液中的作为添加剂的有机物质和有机物质分解成 的废物。这样,从中除去了添加剂成分(有机物质)的电镀液可以返 回到电镀槽。
该电镀设备可以包括废气处理单元,将其构成为从在电镀设备中 产生的气体或雾气中除去有害成分并将无害气体通过管道排放到电 镀设备的外部。一般情况下,在电镀设备中产生的气体或雾气对其它 设备或设施是有害的。从电镀设备引出的排气管道一般连接并接合到 总排气管。相应地,在电镀设备中没有被处理的废气可能与来自其它 设备的废气反应,从而对其它设备或设施施加有害影响。废气处理单 元可从废气除去有害气体和雾气并将废气引入到总排气管中,从而防 止对其它设备或设施的有害影响。这样,可以减少对除去其它设备或 设施的有害成分的负担。废气处理单元可以设置在电镀设备的框架的 内部或外部。
可以将废气处理单元构成为通过利用吸收液体的湿处理、利用吸 收剂的干处理或者通过冷却的冷凝液化处理来除去有害成分。电镀槽 可以具有保存酸性电镀液的第一腔室、保存含氰电镀液的第二腔室、 以及将第一腔室和第二腔室分开的隔离物。第一腔室可以包括用来排 放由第一腔室中的酸性电镀液产生的酸性气体的排气管。第二腔室可 以包括用来排放由第二腔室中的含氰电镀液产生的含氰气体的排气 管。例如,如果在相同的电镀设备中进行利用酸性电镀液的电镀工艺 和利用含氰电镀液的电镀工艺,则可以混合电镀液或气体,从而产生 含氰气体。为了防止这个缺陷,这些工艺迄今在分开的电镀设备中执 行。利用上述设置,可以分开排放由酸性电镀液产生的酸性气体和由 含氰电镀液产生的含氰气体,以便防止电镀液或气体混合,从而产生 含氰气体。这样,可以在相同的电镀设备中连续地执行利用酸性电镀 液的电镀工艺和利用含氰电镀液的电镀工艺。含氰电镀液可以包括金 电镀液或电镀液。
该电镀设备可以包括被构成为再生废水的废水再生单元,所述废 水已经在电镀单元中使用并从电镀单元排放掉,并且再利用至少一部 分再生废水用于电镀工艺,同时将剩余的废水排放到电镀设备的外 部。电镀工艺中的清洗工艺需要大量清洁水。具有高清洁度的大量清 洁水和对在电镀工艺中使用的废水进行的处理对已有的设施产生很 大负担。利用废水再生单元,电镀设备具有用于再生在其中使用的废 水的完全或部分封闭的系统。这样,可以减少具有高清洁度的清洁水 的量和减少了对设备所需的废水处理的负担。废水再生单元可以设置 在电镀设备的框架的内部或外部。
可以将废水再生单元构成为通过微型过滤、紫外辐射、离子交换、 超滤反渗透中的至少一种对废水进行再生。在电镀单元中使用的一 部分或所有清洁水可以被储存在废水再生单元的槽中并在其中被回 收。然后,一部分或所有再生水可以用做清洁水,并且其余再生水可 排放到该设施或水槽。
根据本发明的第二方案,提供一种电镀设备,其具有:被构成为 装载和卸载容纳衬底的盒的装载/卸载部件;设置在装载/卸载部件中 用于检测在盒中接收的衬底的尺寸的传感器;以及对应要电镀的衬底 的尺寸的多个工具。该电镀设备包括储存多个工具的工具储存器和被 构成为至少执行电镀工艺的电镀部件。该电镀设备还包括控制器和传 送装置,将所述控制器构成为从多个工具中选择对应由传感器检测的 尺寸的工具,将所述传送装置构成为保存由控制器选择的工具并将其 传送给电镀部件。
如果将电镀设备设计成对应要电镀的衬底的尺寸,则需要多个电 镀设备来对应各个衬底尺寸。相应地,在洁净室中需要用于安装和诸 如电源等设备的大空间。利用上述设置,单个电镀设备可以在具有不 同尺寸的衬底上执行电镀工艺,从而可以减少昂贵的洁净室中的所需 空间、所需能量、和所需成本,同时可以对具有不同尺寸的衬底进行 电镀。
根据本发明的第三方案,提供一种电镀设备,其具有多个电镀槽, 每个电镀槽具有在其中的电镀液和阳极。该电镀设备包括单个电源, 将该电源构成为选择性地在衬底和多个电镀槽中的阳极之间施加电 压,以便进行连续的电镀工艺。
这样,使用单个电源可以减少电镀电源的数量。相应地,可以使 该电镀设备尺寸紧凑。此外,当在电镀电源中出现故障时,在电镀衬 底之前或在电镀衬底的同时,可以中断电镀工艺。相应地,不必丢弃 该衬底,并且可以通过已经修好的电镀电源对该衬底进行电镀。
多个电镀槽可以含有不同种类的金属。该电镀设备可以包括用于 检测将衬底浸在多个电镀槽的电镀液中的时间的传感器,以及可用来 在来自传感器的信号的基础上切换单个电源的开关
根据本发明的第四方案,提供一种在衬底表面上形成镀膜的电镀 方法。在形成在衬底上的籽晶层的表面上施加抗蚀剂。在抗蚀剂的灰 化工艺之后,在衬底表面上执行亲水处理,从而给衬底表面提供亲水 性。在亲水处理之后,清洗或激活衬底表面。将衬底表面浸在电镀液 中,同时将抗蚀剂作为掩模,以便进行电镀工艺,从而在衬底表面上 形成镀膜。
亲水处理可以包括连续地进行两种或多种的亲水处理。在电镀工 艺之后,可以从衬底表面剥离和除去抗蚀剂。可以除去形成在衬底表 面上的籽晶层的不需要部分。可以对形成在衬底表面上的镀膜进行退 火。可以对形成在衬底表面上的镀膜进行回流。在电镀工艺之后,可 以在衬底表面上进行中和处理。可以检测形成在衬底表面上的镀膜的 外观。可以测量形成在衬底表面上的镀膜的膜厚。可以测量将要在衬 底表面上形成镀膜的实际面积。可以对形成在衬底表面上的镀膜进行 抛光,从而调节镀膜的膜厚。
利用上述设置,可以可靠地将电镀液引入到衬底表面上的抗蚀剂 的开口中而不需要添加任何表面活性剂,从而可以实现没有任何诸如 不充分电镀的电镀缺陷的电镀工艺。此外,可以利用浸渍型工艺自动 地形成适用于诸如凸起的突出电极的镀膜,这种浸渍型工艺很容易释 放空气泡。
根据本发明的第五方案,提供一种具有电镀单元的电镀设备,将 该电镀单元构成为在衬底表面上形成镀膜同时在形成在衬底上的籽 晶层的表面上施加抗蚀剂作为掩模。该电镀设备包括被构成为从籽晶 层的表面上剥离和除去抗蚀剂的抗蚀剂剥离单元和被构成为除去形 成在衬底表面上的籽晶层的不需要部分的蚀刻单元。该电镀单元、抗 蚀剂剥离单元和蚀刻单元彼此完整地结合在一起。
由于电镀单元、抗蚀剂剥离单元和蚀刻单元彼此完整地结合在一 起,因此可以连续地进行电镀工艺、抗蚀剂除去工艺和籽晶层除去工 艺。此外,该电镀设备可以灵活地执行所希望的电镀工艺。
该电镀设备可以包括被构成为清洗衬底的清洗单元和被构成为 在电镀之前进行预处理工艺的预处理单元。该电镀设备可以包括被构 成为对形成在衬底表面上的镀膜进行回流的回流单元。该镀膜可以形 成凸起。
利用上述设置,可以连续地进行包括电镀工艺的凸起形成工艺, 以便减少用于设备的空间。此外,该电镀设备可以实现适合于各种产 品的小批生产的所希望的电镀工艺。
从下面结合附图的说明中本发明的上述和其它目的、特征和优点 将变得显而易见,其中附图以举例的方式示出本发明的优选实施例
附图简述
图1A至1E是显示在衬底上形成凸起(突出电极)的工艺的剖 面图;
图2是显示根据本发明第一实施例的电镀设备中的电镀部件的 示意平面图;
图3是显示图2中所示电镀部件中的衬底固定器的平面图;
图4是图2中所示的电镀部件中的电镀单元的放大剖面图;
图5是显示包括图2所示的电镀部件和其它各个单元的电镀设备 的平面图;
图6是显示在图5所示的电镀设备中从衬底固定器除去衬底之前 的工艺的流程图
图7是显示在图5所示的电镀设备中从衬底固定器除去衬底之后 的工艺的流程图;
图8是显示根据本发明第二实施例的电镀设备的示意平面图;以 及
图9是显示根据本发明第三实施例的电镀设备的示意平面图。
实施本发明的最佳方式
下面将参照图1A至9说明根据本发明的实施例的电镀设备。在 所有附图中相同或相应的部件用相同或相应的参考标记表示,并在下 面不再重复说明。
图2是显示根据本发明第一实施例的电镀设备中的电镀部件1的 示意平面图。如图2所示,电镀部件1具有矩形框架2;两个盒台12, 每个盒台用于在其上放置容纳诸如半导体晶片的衬底的衬底盒10; 用于在预定方向对准衬底的取向平面或凹口的对准器;以及清洗和干 燥装置16,用于清洗电镀衬底和以高速旋转衬底以便甩干衬底。盒 台12、对准器14、以及清洗和干燥装置16沿着框架2中的相同的圆 周设置。电镀部件1包括沿着该圆周的切线设置的用于将衬底装载到 衬底固定器18上和从衬底固定器18卸载衬底的衬底装载/卸载单元 20。电镀部件1还具有设置在圆周的中心上的用于在盒台12、对准 器14、清洗和干燥装置16、以及衬底装载/卸载单元20之间传送衬 底的衬底传送装置(传送自动机)22。
电镀部件1具有用于储存或暂时接收衬底固定器18的储料器24、 预润湿槽(预润湿部件)26、预浸泡槽(预浸泡部件)28、用于用纯 水清洗衬底表面的第一清洗槽30a、用于从清洗过的衬底除去水的鼓 箱32、用于清洗衬底表面的第二清洗槽30b、以及电镀槽34。储 料器24、预润湿槽26、预浸泡槽28、第一清洗槽30a、鼓风箱32、 第二清洗槽30b以及电镀槽34在框架2中从衬底装载/卸载单元20 依次设置。将预润湿槽26构成为将衬底浸在纯水中从而给衬底表面 提供亲水性。例如,将预浸泡槽28构成为利用诸如硫酸或盐酸溶液 的处理液蚀刻具有高电阻的形成在籽晶层表面上的氧化物膜,从而除 去氧化物膜和清洗或激活露出的籽晶层的表面。电镀槽34具有溢出 槽36和设置在溢出槽36中的多个电镀单元38。将每个电镀单元38 构成为在其中固定一个衬底,以便用铜对该衬底进行电镀。在本实施 例中,在电镀槽34中在衬底上进行铜镀工艺。然而,本发明也可以 适用于镍、焊料或金电镀。
在本实施例中,预润湿部件包括用于将衬底浸在纯水中的预润湿 槽26。然而,预润湿部件可以包括用于通过喷雾器向衬底表面喷洒 纯水的预润湿装置。预润湿部件优选基本上处于真空下或处于低于大 气压的压力下。或者,要输送给预润湿部件的纯水可以通过脱气装置 进行脱气。
此外,在所示例子中电镀部件1具有一个预润湿槽(预润湿部件) 26。然而,电镀部件1可以具有不同设置的多个预润湿部分。具体地 说,电镀部件1可以具有多个预润湿部分,其包括使用上述脱气水的 浸渍型预润湿部分、喷射型预润湿部分等。在这种情况下,可以根据 方案选择适当的预润湿部分。利用这种设置,可以消除由于预润湿部 件的类型而对工艺的限制,并且该电镀设备可执行各种类型的工艺。
向预浸泡槽28输送诸如硫酸或盐酸溶液的酸性溶液、臭氧水、 碱性溶液、酸性去油剂、含有显影剂的溶液、含有抗蚀剂剥离液的溶 液、电解液的还原水等。可以根据电镀的目的选择要使用的溶液的类 型。此外,可以用臭氧水对衬底进行处理,然后用酸性溶液进行处理。 或者,可以在酸性溶液或酸性去油剂中在衬底用作阴极的状态下在衬 底上进行电解处理。
电镀部件1还具有沿着单元20、24、26、28、30a、30b和34设 置的衬底固定器传送装置(衬底传送装置)40。衬底固定器传送装置 40将衬底固定器18与衬底一起在单元20、24、26、28、30a、32、 30b和34之间传送。衬底固定器传送装置40包括用于在衬底装载/ 卸载单元20和储料器24之间传送衬底固定器18的第一传送器42、 以及用于在储料器24、预润湿槽26、预浸泡槽28、清洗槽30a和30b、 鼓风箱32和电镀槽34之间传送衬底固定器18的第二传送器44。
电镀部件1包括在溢出槽36与衬底固定器传送装置40相对的侧 上的多个叶片驱动单元46。每个叶片驱动单元46驱动设置在每个电 镀单元38中的叶片202(见图4)。叶片202用作用于搅动电镀液的 搅拌棒。
衬底装载/卸载单元20具有轨道50和可沿着轨道50水平滑动的 平装载板52。装载板52支撑在水平状态下彼此平行设置的两个衬底 固定器18。衬底在衬底固定器18中的一个和衬底传送装置22之间 传送,然后另一个衬底在衬底固定器18中的另一个和衬底传送装置 22之间传送。
图3是显示图2所示的衬底固定器18的平面图。如图3所示, 每个衬底固定器18具有平面矩形板形式的固定支撑部件54和环形的 可移动支撑部件58。可移动支撑部件58在它可以经过铰链56打开 和关闭的状态下固定到固定支撑部件54上。夹紧环62在可移动支撑 部件58与固定支撑部件54相对的侧上固定到可移动支撑部件58上。 夹紧环62由从可移动支撑部件58伸出穿过在夹紧环62中沿着圆周 方向形成的细长孔62a的螺栓64来支撑。这样,将夹紧环62构成为 是可旋转的并且从可移动支撑部件58是不可拆卸的。
固定支撑部件54具有设置在可移动支撑部件58的圆周部分附近 的L形棘爪66。沿着圆周方向以等间隔设置棘爪66。夹紧环62具有 在径向上向外突出的多个突出体68。突出体68与夹紧环62形成为 一体并以等间隔设置。夹紧环62也具有用于旋转突出体68的稍微细 长的孔62b(图3中的三个孔)。每个突出体68具有锥形的上表面, 以便沿着旋转方向倾斜。每个棘爪66具有锥形的下表面,以便沿着 旋转方向倾斜,并与相应的突出体68的上表面相对。
当可移动支撑部件58处于打开状态时,衬底适当地插入和设置 在固定支撑部件54的中心区域中。然后,可移动支撑部件58经过铰 链56闭合。接着,夹紧环62顺时针旋转,以便使夹紧环62的突出 体68滑动到L形棘爪66的下部中。这样,将可移动支撑部件58固 定和定在固定支撑部件54中。当夹紧环62逆时针旋转时,夹紧环 62的突出体68从L形棘爪66滑出,从而从固定支撑部件54打开可 移动支撑部件58。
当可移动支撑部件58被锁定在固定支撑部件54中时,如上所述, 使设置在可移动支撑部件58面向固定支撑部件54的表面上的密封垫
(未示出)挤压衬底表面,以便提供可靠的密封。同时,使衬底在被 密封垫密封的位置上与设置在固定支撑部件54上的外部电极(未示 出)电接触。
可移动支撑部件58由液压缸(cylinder)(未示出)和可移动支 撑部件58的重量打开和关闭。具体地说,固定支撑部件54具有形成 在其中的通孔54a。装载板52具有当将衬底固定器18安装在装载板 52上时设置在面向通孔54a的位置上的液压缸。当通过液压缸棒(未 示出)将可移动支撑部件58通过通孔54a向上推动时,打开可移动 支撑部件58。当液压缸棒缩回时,可移动支撑部件58通过其自身的 重量而关闭。
在本实施例中,通过旋转夹紧环62来锁定和打开可移动支撑部 件58。装载板52具有设置在平顶一侧上的锁定/开锁机构。锁定/开 锁机构具有设置在与衬底固定器18的夹紧环62中的孔62b相对应的 位置上的销钉,其中衬底固定器18放置在装载板52上并设置在装载 板52的中心附近。当装载板52升高以便将销钉插入孔62b中时,销 钉围绕夹紧环62的中心旋转,由此旋转夹紧环62。装载板52只有 一个锁定/开锁机构。在放置在装载板52上的两个衬底固定器18中 的一个被锁定/开锁机构锁定或打开之后,装载板52水平地滑动,从 而锁定或打开衬底固定器18中的另一个。
每个衬底固定器18具有在将衬底装载到衬底固定器18中时用于 检测衬底是否与接触点接触的传感器。该传感器向控制器(未示出) 输出信号。每个衬底固定器18还具有设置在固定支撑部件54的端部 的一对手柄76。手柄76基本上为T形并用作支撑部分,用于在传送 或悬挂衬底固定器18时支撑衬底固定器18。手柄76的突出端部与 储料器24的周边上壁啮合,以便使衬底固定器18在垂直悬挂状态下 固定。衬底固定器输送装置40的传送器42抓住在垂直悬挂状态下固 定的衬底固定器18的手柄76并传送衬底固定器18。手柄76的突出 端部还与预润湿槽26、预浸泡槽28、清洗槽30a和30b、鼓风箱32、 和电镀槽34的周边上壁啮合,从而衬底固定器18在垂直悬挂状态下 被固定。
图4示出一个电镀单元38的剖面图。如图4所示,电镀单元38 具有阳极200和叶片(搅拌棒)202。阳极200设置在电镀单元38中 并在衬底固定器18设置在预定位置时处于面向衬底W的表面的位置 上。叶片202基本上垂直地设置在电镀单元38中并处在阳极200和 衬底W之间。将叶片202构成为通过叶片驱动单元46可按照往复运 动方式平行于衬底W移动。
因此,叶片202设置在衬底W和阳极200之间并平行于衬底W 往复运动。相应地,使电镀液流沿着衬底W的表面相等,由此在衬 底W的整个表面上形成均匀的镀膜。
在本实施例中,电镀单元38还具有调节板(掩模)204,其具有 叶片202和阳极200之间的中心孔204a。中心孔204a的尺寸对应于 衬底W的尺寸。调节板24降低衬底W的周边部分的电位,以便使 镀膜的厚度相等。
阳极200由阳极固定器206固定。阳极固定器206具有按照悬挂 状态固定在电镀单元38的周边上壁上的上端。电镀单元38具有悬挂 部分212,如图4中的虚线所示,其设置在电镀单元38的周边上壁 上。负载单元208作为阳极重量测量装置固定在悬挂部分212上。阳 极200的重量与阳极固定器206一起由负载单元208来测量。
这样,阳极200的重量可以直接由负载单元208来测量。相应地, 可以比以前在输送给阳极200的电流量的基础上估计阳极200的重量 的情况更精确地测量阳极200的消耗。因此,可以精确地确定应该替 换阳极200的时间。阳极200的重量甚至可以在电镀工艺期间进行测 量。这样,即使在连续的电镀工艺期间,也可以精确地确定应该替换 阳极200的时间。因而,该电镀设备可以预见性地操作。
电镀单元38包括在阳极200和衬底W之间施加电压的电源210。 阳极200连接到电源210的阳极。由衬底固定器18固定的衬底W的 籽晶层500(见图1A)通过衬底固定器18连接到电源210的阴极。 例如,电源210还用于在替换电镀液的过程中在设置在电镀槽34中 的虚拟阳极(未示出)和阴极之间施加电压,以便进行虚拟电镀工艺。 具体地说,电源210在阳极200和衬底W的籽晶层500之间施加电 压并改变电压的施加,以便在虚拟阳极和阴极之间施加电压,用于执 行虚拟电镀工艺。
一般情况下,在实际电镀工艺期间不使用在替换电镀液时用于虚 拟电镀的电源。这样,用于虚拟电镀的电源不会长时间使用并且设置 它是不经济的。在本实施例中,可以切换单个电源210,以便进行虚 拟电镀工艺和实际电镀工艺。这样,可以消除用于虚拟电镀的电源, 并且可以减少电源的数量。
为了便于电源210的切换,电源210应优选自动地进行切换,以 便在完成虚拟电镀工艺之后进行实际电镀工艺。
图5是显示包括图2所示电镀部件1和其它各个单元的电镀设备 的平面图。尽管图5示出各个单元设置在电镀部件1的框架2的外部, 但是各个单元可以设置在电镀部件1的框架2的内部。这些单元中的 一部分或所有这些单元可以设置在电镀部件1的框架2的外部。
该电镀设备包括灰化单元300,它用于在施加于衬底的籽晶层 500的表面上的抗蚀剂502上进行灰化处理(见图1A)。将灰化单元 300构成为施加高能光或电磁波,包括等离子体、紫外线、和远紫外 线。因而,高能离子、光子或电子与抗蚀剂502碰撞,从而产生活性 气体,该活性气体从抗蚀剂502中的有机物质提取氢或切断抗蚀剂 502中的有机物质的主链或侧链。这样,灰化单元300在抗蚀剂502 的表面上进行灰化处理。
当在用抗蚀剂作为掩模的同时对衬底进行电镀时,由于抗蚀剂使 衬底表面为憎水性,因此衬底表面不太可能与电镀液接触,由此产生 诸如不充分电镀的电镀缺陷。在本实施例中,灰化单元300在电镀工 艺之前在施加于衬底表面上的抗蚀剂502上进行灰化处理。灰化处理 可以将抗蚀剂502的憎水性表面重组为亲水性表面。这样,衬底的表 面变得可能与电镀液接触。此外,亲水性处理可以在灰化处理之后在 预润湿槽26中在衬底表面上进行,从而用水替换形成在抗蚀剂502 中的开口502a中的气体(见图1A),并进一步用电镀液替换水。这 样,可以防止出现诸如不充分电镀的电镀缺陷。
该电镀设备还包括电镀液管理单元302,用于管理输送给电镀槽 34的电镀液的成分。电镀液管理单元302从电镀槽提取一部分电镀 液作为样品并分析它。可以通过在由电镀液管理单元302进行的分析 的基础上的反馈控制、评估包括电镀时间或电镀衬底的数量的扰动的 前馈控制或者反馈控制和前馈控制的组合而将相对于预定量不够的 成分添加到电镀液中。这样,电镀液中的每种成分可以保持在预定范 围内。
电镀液管理单元302可以自动地分析电镀液中的成分和添加电 镀液中不够的成分,以前这都是通过手动执行的。这样,电镀液管理 单元302可以使电镀液中的每种成分保持在预定范围内。由于利用如 此管理的电镀液进行电镀工艺,因此可以保持形成在衬底上的镀膜的 良好性能(成分)、良好外观、和厚度的良好均匀性。
该电镀设备包括用于通过使用计算机的通信网络通信信息的通 信装置304。该通信装置304将关于电镀结果等的信息通过与电镀部 件1中的单元或装置、灰化单元300、电镀液管理单元302和图5中 所示的其它单元互连的通信网络传输给适当的单元或装置。这样,所 需的信息通过通信装置304互相传输,以便在信息的基础上控制单元 或装置,从而实现全自动电镀工艺。
该电镀设备还包括抗蚀剂剥离单元306、籽晶层除去单元308、 退火单元310、和回流单元312。在电镀工艺之后,抗蚀剂剥离单元 306将形成在衬底上作为掩模的抗蚀剂502浸在温度为例如50到 60℃的诸如丙溶剂中,从而剥离和除去抗蚀剂502。籽晶层除去 单元308除去形成在衬底表面上的在电镀工艺之后不需要的一部分 籽晶层500(见图1C)。退火单元310对形成在衬底表面上的镀膜504 进行退火(见图1D)。回流单元312对形成在衬底表面上的镀膜504 进行回流。
在本实施例中,该电镀设备具有退火单元310和回流单元312。 镀膜504通过回流单元312进行回流,从而形成凸起506(见图1E), 该凸起506通过表面张力成为圆形。或者,例如在100℃或更高的温 度下通过退火单元310对镀膜504进行退火,从而除去凸起506中的 残余应力。回流和退火可以通过热处理单元同时或单独执行。
从连续处理的角度考虑,希望抗蚀剂剥离单元306在衬底由衬底 固定器固定的同时剥离衬底上的抗蚀剂,以及希望籽晶层除去单元 308在衬底由衬底固定器固定的同时除去衬底上的籽晶层的不需要的 部分。剥离抗蚀剂之后的衬底或者除去籽晶层之后的衬底可以返回到 衬底盒。
该电镀设备包括具有中和槽的中和单元314,用于在电镀工艺之 后立即在衬底表面上进行中和处理。将中和单元(中和槽)314构成 为将已经电镀和用水清洗过的衬底浸在中和处理液中,从而在衬底上 进行中和处理。将中和处理液设置为微酸的或弱碱性的,以便具有与 电镀液相反的特性。
在已经电镀和清洗了衬底之后,包含在电镀液中的酸或碱成分可 能保持在衬底上。根据本实施例,由于在电镀工艺之后立即在衬底上 进行中和处理,因此可以消除酸或碱对在电镀工艺之后进行的抗蚀剂 剥离处理和籽晶层除去处理的有害影响。例如,中和处理液可以包括 含有磷酸三钠的弱碱性溶液。
该电镀设备还包括视觉检测单元316,用于按照接触或非接触方 式检测形成在衬底表面上的镀膜504的外观。视觉检测单元316对镀 膜504进行视觉检测并在镀膜504具有缺陷外观时通过通信装置304 通知操作者。此时,停止电镀设备,并且可以在衬底处理数据中记录 该缺陷衬底。这样,可以减少缺陷衬底的数量,并且可以在衬底处理 数据的基础上除去缺陷衬底。
有些衬底可能由于各种原因而具有镀膜504的有缺陷的外观,所 述的原因包括电镀液、衬底和电镀设备的不正常。如果在产生缺陷衬 底时电镀工艺连续进行而不停止电镀设备,则缺陷衬底的数量增加。 本实施例中的电镀设备可以防止这种缺陷。
该电镀设备包括膜厚测量单元318,用于按照接触或非接触的方 式测量形成在衬底表面上的镀膜504的膜厚。将膜厚测量单元318构 成为测量形成在衬底上的镀膜504的膜厚在衬底整个表面上的分布。 根据测量结果,膜厚测量单元318确定衬底是否具有良好质量。如果 衬底不具有良好质量,则将该衬底记录在衬底处理数据中。根据记录 在衬底处理数据中的缺陷衬底的比例,停止该电镀设备,并且通过通 信装置304将异常情况通知给操作者。
形成在衬底上的镀膜的膜厚可以根据来自形成在衬底上的图案 和设备、电镀液和衬底的条件的影响而改变。在有些情况下,镀膜的 膜厚的晶片内均匀性过分地降低,以便不满足指标限制。如果操作该 电镀设备以便连续地对衬底进行电镀,则缺陷衬底的数量可能增加。 即使膜厚的晶片内均匀性在指标限制范围内,则可以根据电镀工艺需 要后来的抛光工艺。在这种情况下,必须设置所需的抛光量。在本实 施例中,膜厚测量单元318测量镀膜504的膜厚,以便除去缺陷衬底, 所述缺陷衬底具有低的镀膜膜厚的晶片内均匀性,从而设置在抛光单 元322中将要抛光的所需镀膜量。
该电镀设备包括电镀面积测量单元320,用于测量要形成镀膜 504的实际面积。在电镀工艺之前,通过例如向衬底输送电流来进行 测量。需要电镀面积来确定电镀条件。然而,在有些情况下不知道或 不能精确地知道电镀面积。在本实施例中,在电镀工艺之前测量要形 成镀膜504的实际面积(电镀面积)。这样,可以精确地确定确定电 镀条件的电流值。因而,可以在预定的电镀时间内精确地获得具有预 定膜厚的镀膜。特别是,在一次电镀一个衬底的情况下,可以只通过 设置电流密度和电镀时间对具有不同电镀面积的衬底进行电镀,以便 具有预定膜厚。因而,大大有助于方案的设置。
电镀面积测量单元可以包括测量装置,用于在电镀工艺之前光学 地扫描衬底的表面,从而测量电镀面积。例如,在周边部分密封衬底, 并由衬底固定器在使要电镀的衬底表面暴露在外的状态下可拆卸地 固定衬底。在这种情况下,当光学地扫描衬底的表面时,可以容易和 快速地测量电镀面积。
该电镀设备还包括抛光单元322,用于通过化学机械抛光(CMP) 或机械抛光(MP)对衬底的镀膜504(见图1E)的表面进行抛光, 从而调整镀膜504的膜厚。
该电镀设备包括化学液供应和回收单元324,用于将化学液输送 给电镀槽34和从电镀槽34回收化学液。这样,化学液供应和回收单 元324将化学液输送给电镀槽34并从电镀槽34回收化学液。因而, 可以很容易安全地处理不仅对设备或单元而且对人体施加有害影响 的高度腐蚀或有害的化学液,因为操作者不必经常处理化学液。
将化学液供应和回收单元324构成为从按照可替换方式固定的 化学液容器向电镀槽34输送化学液并从电镀槽34向化学液容器回收 化学液。具体地说,商业上可获得的化学液槽或瓶可以用作化学液容 器并按照可替换方式固定。这样,将化学液从可获得的化学液槽或瓶 直接输送给电镀槽34并从电镀槽34向可获得的化学液槽或瓶直接回 收。
当在输送化学液时化学液槽或瓶变空时,通过通信装置304将表 示应该补充或用添满的化学液槽或瓶替换该化学液槽或瓶的信号通 知操作者。此时,中断化学液的输送。在化学液槽或瓶已经被填充或 用添满的化学液槽或瓶替换之后,重新开始输送化学液。
当化学液槽或瓶在回收化学液时变满时,通过通信装置304将表 示应该用空的化学液槽或瓶替换该化学液槽或瓶或者应该从化学液 槽或瓶排放化学液的信号通知操作者。此时,中断化学液的回收。在 化学液槽或瓶已经用空的化学液槽或瓶替换或变空之后,重新开始回 收化学液。
该电镀设备包括电镀液再生单元326,用于通过活性碳过滤器除 去电镀液中含有的有机物质,从而再生电镀液。该电镀设备具有电镀 液循环系统(未示出),用于使电镀液流过电镀液再生单元326和电 镀槽34,其中所述电镀液再生单元326包括可替换的活性碳过滤器。 利用这种电镀液循环系统,电镀液流过电镀液再生单元326中的活性 碳过滤器,从而除去电镀液中作为添加剂的有机物质。这样,已经除 去了添加成分(有机物质)的电镀液可以返回到电镀槽34。
在电镀工艺期间,例如,诸如有机成分的添加剂或表面活性剂的 成分比过度地增加超过预定范围的电镀液、或者添加剂或表面活性剂 分解但作为废物保持在其中的电镀液可以通过电镀液再生单元326 进行再生,而不用替换电镀液,从而显著地减少了用新电镀液进行替 换的成本和工作量。特别是,与电镀液管理单元302一起使用,将电 镀液再生到基本上与新的电镀液相同的程度。
该电镀设备包括废气处理单元328,用于从电镀设备中产生的气 体或雾气除去有害成分,并将无害的气体通过管道排放到该设备的外 部。例如,废气处理单元328通过利用吸收液的湿处理、利用吸收剂 的干处理、或者通过冷却的冷凝液化处理除去有害的成分。
一般情况下,在电镀设备中产生的气体或雾气对其它设备或设施 是有害的。从电镀设备引出的排气管一般连接并接合到总排气管上。 因而,在电镀设备中还没有被处理的废气可能与来自其它设备的废气 反应,从而将对其它设备或设施施加有害影响。在本实施例中,已经 通过废气处理单元328除去了有害气体和雾气的废气被引入到总排 气管中,以便防止对其它设备或设施产生有害影响。这样,可以减少 对除去其它设备或设施中的有害成分的负担。
在利用酸性电镀液的电镀工艺与利用含氰电镀液的电镀工艺组 合的情况下,电镀槽应该优选具有保存酸性电镀液的第一腔室和保存 含氰电镀液的第二腔室,其中第一腔室和第二腔室被间隔物隔开。希 望第一腔室包括排放由酸性电镀液产生的酸性气体的排气管,并且第 二腔室包括排放由含氰电镀液产生的含氰气体的排气管。
例如,如果在相同电镀设备中执行利用酸性电镀液的电镀工艺和 利用含氰电镀液的电镀工艺,则电镀液或气体可能混合从而产生含氰 气体。为了防止这个缺陷,以前这些工艺都是在分开的电镀设备中执 行的。在本实施例中,由酸性电镀液产生的酸性气体和由含氰电镀液 产生的含氰气体可以分开地排放,以便防止电镀液或气体混合而产生 含氰气体。这样,利用酸性电镀液的电镀工艺和利用含氰电镀液的电 镀工艺可以连续地在相同电镀设备中进行。含氰电镀液可以包括金电 镀液或银电镀液。
该电镀设备包括废水再生单元330,用于对在电镀工艺中使用过 的并从中排放出来的废水进行再生,从而将一部分或所有再生废水再 用于电镀工艺,同时将其余废水排放到该设备的外部。
电镀工艺中的清洗工艺需要大量清洁水。具有高清洁度的大量清 洁水和已经在电镀工艺中使用过的废水的处理对已有设施造成大的 负担。在本实施例中,电镀设备具有完全或部分封闭的系统,该系统 用于对其中使用过的废水进行再生。这样,可以减少具有高清洁度的 清洁水的用量和对该设施所需的废水处理的负担。可以将废水再生单 元构成为通过微型过滤、紫外辐射、离子交换、超滤和反渗透中的至 少一种对废水进行再生。
该电镀设备包括化学液调节单元332,用于除去混合在电镀液中 的金属杂质或有机杂质或者产生的分解产物。该化学液调节单元332 包括电解处理部件、离子交换部件、活性碳处理部件以及凝结和沉淀 部件中的至少一种。
为了保持淀积膜的评估性能,在电镀工艺中使用的电镀液应该根 据混合在电镀液中的杂质水平或积累的分解产物的水平而周期性地 更新。老的电镀液被废弃,除了特别的电镀液如金电镀液之外,由此 增加了成本和环境的负担。在本实施例中,通过化学液调节单元332 可以除去包含在老的电镀液中的杂质和分解产物,以便延长电镀液的 更新频率。这样,可以减少对成本和环境的负担。
下面参照图6和7说明使用该电镀设备的凸起电镀工艺。首先, 在如图1A所示的衬底表面上淀积籽晶层500作为馈送层。然后,向 籽晶层500的整个表面上施加抗蚀剂502,以便使其具有例如20至 120μm的高度H。之后,在抗蚀剂502中的预定位置上形成大约20 至200μm的直径D的开口502a。具有这个开口502a的衬底以将要 电镀的衬底的表面面向上的状态容纳在衬底盒10中。将衬底盒10装 载在盒台12上。
衬底传送装置22从盒台12上的衬底盒10中取出一个衬底并将 其放在对准器14上,以便在预定方向对准衬底的取向平面或凹口。 由对准器14对准的衬底被转移到灰化单元300,以便通过灰化处理 给衬底表面上的抗蚀剂502提供亲水性。然后,通过衬底传送装置 22将灰化处理之后的衬底转移到衬底装载/卸载单元20。
储存在储料器24中的两个衬底固定器18由衬底固定器传送装置 40的传送器42升高并转移到衬底装载/卸载单元20。衬底固定器18 在衬底固定器传送装置40上方旋转90度,以便水平地定位。然后衬 底固定器18下降从而将两个衬底固定器18同时放置在衬底装载/卸 载单元20中的装载板52上。此时,激励液压缸,从而打开设置在衬 底装载/卸载单元20的中心部分附近的衬底固定器18的可移动支撑 部件58。
衬底传送装置22将衬底转移并将其插入到衬底固定器18中。然 后,按照反向方式激励液压缸,从而关闭可移动支撑部件58。之后, 通过锁定/开锁机构锁定可移动支撑部件58。在已经将衬底装载到一 个衬底固定器18中之后,装载板52水平地滑动,以便将另一个衬底 固定器18设置在衬底装载/卸载单元20的中心位置上。按照与上述 相同的方式将另一个衬底装载到另一个衬底固定器18中,然后将装 载板52返回到原始位置。
在衬底固定器18中,要电镀的衬底表面通过衬底固定器18的开 口暴露出来。通过密封垫(未示出)在其周边部分密封衬底,以便防 止电镀液进入衬底的周边部分。衬底在不与电镀液接触的部分上电连 接到多个电接触上。衬底固定器18的手柄76电连接到这些电接触上。 手柄76连接到电源,以便向衬底的籽晶层500输送电功率。
然后,由衬底固定器传送装置40的传送器42同时保持和升高各 具有装载的衬底的两个衬底固定器18。将衬底固定器18转移到储料 器24并在储料器24的上方旋转90度,以便垂直定位。然后,衬底 固定器18下降,从而衬底固定器18按照悬挂方式固定在储料器24 中并由此暂时被接收在储料器24中。衬底传送装置22、衬底装载/ 卸载单元20和衬底固定器传送装置40的传送器42重复上述处理, 以便将衬底装载到已经被储存在储料器24中的衬底固定器18中并按 照悬挂方式在储料器24中的预定位置上固定(临时接收)衬底固定 器18。
衬底固定器18具有用于检测衬底和电接触之间的接触状态的传 感器。当该传感器检测到衬底没有充分地与电接触保持接触时,它向 控制器(未示出)输出表示不充分接触的信号。
衬底固定器传送装置40的传送器44保存临时接收在储料器24 中的两个衬底固定器18。这两个衬底固定器18被传送器44升高并 转移到预润湿槽26。然后,两个衬底固定器18下降并浸在保存在预 润湿槽26中的纯水中,从而用纯水润湿衬底的表面,用于给衬底表 面提供亲水性。任何液体都可用作预润湿槽26中的预润湿液体,只 要它能润湿衬底表面并能用液体替换籽晶层的开口中的空气泡以便 改进衬底表面的亲水性即可。如上所述,该电镀设备可以具有各种预 润湿部分,以便在预润湿部分中连续地进行两种或更多种预润湿处 理。在这种情况下,该电镀设备可以实现各种类型的处理。
如果由设置在衬底固定器18中的传感器检测到衬底与电接触不 充分地接触,则具有装载在其中的衬底的衬底固定器18暂时被接收 在储料器24中。这样,在将衬底装载到衬底固定器18中时,即使衬 底没有充分地与电接触保持接触,也可以连续进行电镀工艺而不用中 断电镀设备的操作。尽管没有对没有充分地与电接触保持接触的衬底 进行电镀,但是可以在返回衬底盒之后从衬底盒中除去没有电镀的衬 底。
然后,具有衬底的衬底固定器18按照与上述相同的方式被转移 到预浸泡槽28。将衬底浸在保存在预浸泡槽28中的诸如硫酸或盐酸 溶液的处理液中,从而蚀刻形成在籽晶层500的表面上的具有高电阻 的氧化物膜,以便露出洁净的金属表面作为预处理工艺。将如此预处 理的衬底转移到电镀面积测量单元320,以便测量要形成镀膜504的 实际面积。该测量例如通过向衬底的籽晶层500输送电流来进行。然 后,将具有衬底的衬底固定器18转移到清洗槽30a,在那里用保存 在清洗槽30a中的纯水清洗衬底的表面。
将具有被清洗过的衬底的衬底固定器18传送到保存电镀液的电 镀槽34并按照悬挂方式固定在每个电镀单元38中。衬底固定器传送 装置40的传送器44重复上述处理,以便将具有衬底的衬底固定器 18传送到电镀槽34中的电镀单元38并将衬底固定器18按照悬挂方 式固定在预定位置上。已经将所有衬底固定器18按照悬挂方式固定 之后,在阳极200和衬底的籽晶层500之间施加电镀电压,同时电镀 液溢出到溢出槽36中。同时,通过叶片驱动单元46使电镀单元38 中的叶片202平行于衬底表面往复运动。这样,对衬底的表面进行电 镀。此时,衬底固定器18按照悬挂方式以手柄76支撑在电镀单元 38的上部。从电镀电源通过手柄支撑部分、手柄76、和电接触向衬 底的籽晶层500输送电功率。
在已经完成电镀工艺之后,停止从电镀电源施加电镀电压、输送 电镀液和叶片的往复运动。具有被电镀过的衬底的两个衬底固定器 18同时由衬底固定器传送装置40的传送器44固定并转移到清洗槽 30b。将衬底固定器18浸在保存在清洗槽30b中的纯水中,以便用纯 水清洗衬底表面。将具有衬底的衬底固定器18转移到中和单元(中 和槽)314并浸入到中和处理液中,从而进行中和处理。在中和处理 之后用纯水清洗衬底和衬底固定器18。然后,将具有衬底的衬底固 定器18传送到鼓风箱32,从而通过吹空气而除去附着在衬底固定器 18和衬底上的水滴,以便干燥衬底固定器18和衬底。将具有被干燥 的衬底的衬底固定器18返回到储料器24并按照悬挂方式固定在预定 位置上。
衬底固定器传送装置40的传送器44重复上述处理,以便将具有 电镀过的衬底的衬底固定器18返回到储料器24并按照悬挂方式将衬 底固定器18固定在预定位置上。
通过衬底固定器传送装置40的传送器42将已经返回到储料器 24的具有电镀过的衬底的两个衬底固定器18同时保持并放置在衬底 装载/卸载单元20的装载板52上。此时,由于通过设置在衬底固定 器18中的传感器检测固定在衬底固定器18中的衬底没有充分地与电 接触保持接触而被临时接收在储料器24中的衬底固定器18被传送并 放置在衬底装载/卸载单元20的装载板52上。
然后,通过锁定/开锁机构打开设置在衬底装载/卸载单元20的中 心部分上的衬底固定器18的可移动支撑部件58。激励液压缸以便打 开可移动支撑部件58。在这种状态下,通过衬底传送装置22将衬底 固定器18中的电镀衬底被取出并传送到清洗和干燥装置16。在清洗 和干燥装置16中,清洗衬底并以高速旋转,从而甩干衬底。然后, 装载板52水平滑动。利用与上述相同的方式清洗和干燥由另一个衬 底固定器18固定的衬底。
在装载板52返回到原始位置之后,从其上卸下衬底的两个衬底 固定器18同时由衬底固定器传送装置40的传送器42固定并返回到 储料器24中的预定位置。然后,通过衬底固定器传送装置40的传送 器42将已经返回到储料器24的具有电镀衬底的两个衬底固定器18 同时固定并放置在衬底装载/卸载单元20的装载板52上。这样,重 复上述处理。从已经返回到储料器24的具有电镀衬底的衬底固定器 18上卸下所有衬底并进行清洗和干燥。这样,如图1B所示,可以获 得具有镀膜504的衬底W,所述镀膜504生长在形成在抗蚀剂502 中的开口502a中。
接下来,将清洗和干燥过的衬底传送到视觉检测单元316,以便 检测形成在衬底表面上的镀膜504的外观。将检测过的衬底传送到抗 蚀剂剥离单元306,在那里将衬底浸在温度例如为50至60℃的诸如 丙酮的溶剂中,从而剥离和除去衬底上的抗蚀剂502,如图1C所示。 然后,清洗和干燥已经除去抗蚀剂502的衬底。
将清洗过的衬底转移到膜厚测量单元318,从而测量镀膜504的 膜厚分布。将测量过的衬底传送到籽晶层除去单元308,在那里在电 镀工艺之后除去露出的籽晶层500的不需要的部分。然后,清洗和干 燥除去了籽晶层500的不需要的部分的衬底。
将衬底传送到包括例如扩散炉的回流单元312,以便对镀膜504 进行回流,从而形成凸起506,这些凸起由于如图1E所示的表面张 力而形成圆形。或者,可以将衬底传送到退火单元310,以便在100℃ 或更高的温度下对衬底进行退火,以便除去凸起506中的残余应力。 然后,清洗和干燥回流或退火过的衬底。
将清洗过的衬底传送到抛光单元322,以便对凸起506的表面进 行抛光(或镀膜504),从而调节衬底的膜厚。清洗和干燥抛光过的 衬底。然后,将衬底返回或卸到衬底盒10中。因此,完成了一系列 工艺。
在本实施例中,衬底传送装置22具有干手柄和湿手柄。湿手柄 只在从衬底固定器18取出电镀衬底时使用。除了在从衬底固定器18 取出电镀衬底时以外,使用干手柄。由于衬底固定器18密封衬底的 后表面从而衬底的后表面不与电镀液接触,所以不必使用湿手柄来操 纵衬底。然而,由于干手柄和湿手柄分开使用,因此即使由于冲洗水 的流动或不充分的密封而使电镀液污染了衬底,这种污染也不会使另 一衬底的后表面被污染。
由多层电镀形成的凸起包括Ni-Cu-焊料、Cu-Au-焊料、Cu-Ni焊 料、Cu-Ni-Au、Cu-Sn、Cu-Pd、Cu-Ni-Pd-Au、Cu-Ni-Pd、Ni-焊料、 Ni-Au等。焊料可以包括高熔点焊料或共熔焊料。或者,凸起可以通 过Sn-Ag多层电镀或Sn-Ag-Cu多层电镀形成并对其进行回流从而使 多层形成合金。由于这种工艺不使用Pb,与常规Sn-Pb焊料不同, 因此可以消除由铅引起的环境问题。
如上所述,当将容纳衬底的衬底盒装载在盒台上之后操作该设备 时,本实施例的电镀设备可以自动地在衬底上进行浸渍型电镀工艺并 在衬底表面上形成适于凸起的电镀金属膜。
在本实施例中,在通过衬底固定器按照密封方式以周边部分和后 表面固定衬底的同时,将衬底与衬底固定器一起传送用于各个处理。 然而,衬底可以在具有齿轨的衬底传送装置中被接收和传送。在这种 情况下,热氧化层(Si氧化物层)、粘合剂带膜等可以施加在衬底的 后表面上,以便防止衬底的后表面被电镀。
在本实施例中,浸渍型电镀工艺可以自动地进行,以便在衬底上 形成凸起。然而,其中向上喷射电镀液的喷射型或杯型电镀工艺可以 自动地进行,以便在衬底上形成凸起。在以下实施例中也是这样的。
图8是显示根据本发明第二实施例的电镀设备的示意平面图。如 图8所示,该电镀设备具有:用于装载和卸载其中容纳诸如半导体晶 片的衬底的盒400的装载/卸载部件402;用于储存与要电镀的衬底的 尺寸相对应的多种类型工具(衬底固定器)的工具储料器404;用于 将衬底与固定衬底的工具一起传送的传送装置406;以及电镀部件 408。
装载/卸载部件402具有设置在其上安装盒400的盒固定部分处 的传感器410。传感器410检测被接收在盒固定部分上的盒400中的 衬底的尺寸。此外,装载/卸载部件402具有设置在工具储料器404 附近的衬底装载/卸载单元412,用于将衬底装载到工具上和从工具卸 载衬底。通过传送自动机(未示出)将衬底从盒400传送到衬底装载 /卸载单元412。
工具储料器404储存与要电镀的衬底的尺寸相对应的多种类型 工具(衬底固定器)。工具包括具有与如图3所示的结构基本上相同 的结构的衬底固定器,其具有与如图3所示的形状相同的形状但是可 以可拆卸地固定具有例如200mm或300mm的直径的衬底。
电镀部件408包括多种类型的电镀槽,用以进行各种电镀处理。 在本实施例中,电镀槽包括用于进行铜镀工艺的铜电镀槽414a、用 于进行镍镀工艺的镍电镀槽414b、以及用于进行金镀工艺的金电镀 槽414c。通过传送装置406依次将衬底传送到电镀槽414a、414b和 414c。这样,各种电镀工艺可依次进行以便形成具有Cu-Ni-Au多层 的凸起。该电镀槽不限于上述的电镀槽。
在本实施例中,电镀部件408具有单个电镀电源416。电源416 选择性地通过衬底与电镀槽的阳极之间的开关418输送电功率,其中 衬底浸在所述电镀槽中,从而该衬底依次地在铜电镀槽414a、镍电 镀槽414b和金电镀槽414c中被电镀。该电镀设备可以包括传感器(未 示出),用于检测衬底被浸在所述多个电镀槽的电镀液中的时间。在 这种情况下,开关418根据来自传感器的信号切换电源416。
这样,使用单个电镀电源408可以减少电镀电源的数量。相应地, 可以使该电镀设备在尺寸上很紧凑。此外,当在电镀电源中出现故障 时,可以在对衬底进行电镀之前或在对衬底进行电镀的同时中断电镀 工艺。因而,不必丢弃该衬底,并且该衬底可以通过已经维修好的电 镀电源进行电镀。
下面说明在该电镀设备中进行的电镀工艺。首先,在衬底的表面 上淀积籽晶层500,如图1A所示。然后,将抗蚀剂502施加在籽晶 层500的整个表面上。之后,在抗蚀剂502中的预定位置上形成开口 502a。将具有这种开口502a的衬底安装在盒400中。将盒400引入 到装载/卸载部件402中并装载在装载/卸载部件402的盒固定部分上。 此时,设置在盒固定部分上的传感器410检测容纳在盒400中的衬底 的尺寸并将信号发送给控制器(未示出)。
控制器将信号发送给传送装置406,该传送装置406选择具有适 合于容纳在被引入到装载/卸载部件402中的盒400中的衬底的尺寸 的工具,从工具储料器404取出该工具,并将该工具传送到衬底装载 /卸载单元412。通过传送自动机(未示出)从盒400取出衬底并将其 传送到衬底装载/卸载单元412。通过该工具将该衬底固定在衬底装载 /卸载单元412中。
传送装置406将衬底与工具一起固定并在衬底表面上进行所需 的诸如预处理的工艺。然后,传送装置406将衬底传送到铜电镀槽 414a并将该衬底浸在铜电镀槽414a的电镀液中,从而在籽晶层500 的表面上形成电镀铜膜。传送装置406将衬底与该工具一起传送到镍 电镀槽414b,并将衬底浸在镍电镀槽414b的电镀液中,从而在电镀 铜膜的表面上形成电镀镍膜。传送装置406将衬底与该工具一起传送 到金电镀槽414c,并将衬底浸在金电镀槽414c的电镀液中,从而在 电镀镍膜的表面上形成电镀金膜。这样,在衬底表面上形成Cu-Ni-Au 合金的凸起。其上形成凸起的衬底从衬底装载/卸载单元412返回到 盒400。与第一实施例一样,在这些电镀工艺之间或这些电镀工艺之 后进行所需工艺,例如清洗。
如果将该电镀设备设计成对应要电镀的衬底的尺寸,则需要多个 电镀设备对应各个尺寸的衬底。因而,在清洗室中需要用于安装和诸 如电源的工具的大空间。根据本实施例,单个电镀设备可以在具有不 同尺寸的衬底上进行电镀工艺,从而可以减少昂贵的清洗室中所需的 空间、所需能量和所需成本,同时可以电镀具有不同尺寸的衬底。
图9是显示根据本发明第三实施例的电镀设备的示意平面图。如 图9所示,该电镀设备具有:一个或多个盒台610,每个盒台用于装 载和卸载容纳诸如半导体晶片的衬底的衬底盒;两个清洗单元612; 两个预处理单元614;两个电镀单元616;两个抗蚀剂剥离单元618; 两个蚀刻单元620;以及两个回流单元622。在所示例子中,该电镀 设备具有三个盒台610。清洗单元612、预处理单元614、电镀单元 616、抗蚀剂剥离单元618、蚀刻单元620、和回流单元622彼此是独 立的。如图9所示,这些单元彼此完整地结合,从而形成各包括不同 类型单元的两条线。
该电镀设备还具有;设置在盒台610和清洗单元612之间的第一 传送自动机624,用于在盒台610和清洗单元612之间传送衬底;以 及设置在这两个单元线之间的第二传送自动机626,用于在这些单元 之间传送衬底。第二传送自动机626可沿着单元线移动。
例如,清洗单元612可以将衬底浸在纯水中,以便使衬底表面与 纯水接触,从而清洗(或漂洗)衬底,然后甩干衬底。例如,可以将 预处理单元614构成为将衬底浸在诸如硫酸或盐酸溶液的处理液中, 以便蚀刻形成在衬底表面上的具有高电阻的氧化物膜,从而露出洁净 的金属表面。或者,预处理单元614可以将构成电镀液一部分的预处 理液(预浸渍溶液)均匀地施加到衬底的表面上,从而电镀液更有希 望地附着在衬底表面上。
例如,电镀电源616可以在形成在衬底表面中的开口上进行电镀 工艺。例如,可以将抗蚀剂剥离单元618构成为剥离和除去留在衬底 表面上的抗蚀剂膜。例如,蚀刻单元620可蚀刻和除去籽晶层不需要 的部分,其是形成在衬底表面上的凸起以外的籽晶层。例如,可以将 回流单元622构成为加热和回流衬底,从而熔化镀膜并在衬底表面上 形成半球形凸起。
下面将说明在该电镀设备中进行的电镀工艺。首先,通过溅射或 气相淀积在衬底表面上淀积籽晶层500作为馈送层,如图1A所示。 然后,将抗蚀剂502施加在籽晶层500的整个表面上,以便具有例如 20至120μm的高度H。之后,在抗蚀剂502中的预定位置上形成大 约20至大约200μm的直径D的开口502a。将具有这种开口502a的 衬底容纳在衬底盒中。将该衬底盒装载在盒台610上。
第一传送自动机624从盒台610上的衬底盒取出一个衬底并将其 传送到清洗单元612中的一个,以便用纯水清洗衬底的表面。通过第 二传送自动机626将清洗过的衬底传送到预处理单元614中的一个, 从而在衬底上进行预处理工艺。在预处理单元614中,将衬底浸在诸 如硫酸或盐酸溶液的处理液中,或者将构成一部分电镀液的预处理液 (预浸渍型溶液)均匀地施加在衬底表面上。
根据需要,用清洗单元612之一清洗预处理过的衬底。然后,通 过第二传送自动机626将该衬底传送到电镀单元616中的一个,从而 在衬底表面上执行电镀工艺。这样,如图1B所示,可以获得具有生 长在形成在抗蚀剂502中的开口502a中的镀膜504的衬底W。
根据需要,用清洗单元612之一清洗电镀衬底W。然后,通过 第二传送自动机626将衬底传送到抗蚀剂剥离单元618中的一个,从 而将衬底浸在温度例如为50至60℃的诸如丙酮的溶剂中,从而剥离 和除去抗蚀剂502,如图1C所示。
根据需要对已经除去了抗蚀剂502的衬底进行清洗。然后,通过 第二传送自动机626将衬底传送到蚀刻单元620中的一个,从而蚀刻 和除去在电镀工艺之后露出的籽晶层500的不需要的部分,如图1D 所示。
根据需要,利用清洗单元612之一清洗被蚀刻过的衬底。然后, 通过第二传送自动机626将该衬底传送到回流单元622中的一个,从 而加热和回流衬底的镀膜504,以便形成由于表面张力而呈圆形的凸 起,如图1E所示。此外,在100℃或更高的温度下对衬底进行退火, 以便除去凸起506中的残余应力。
通过第二传送自动机626将回流过的衬底传送到清洗单元612中 的一个。在清洗单元612中,用纯水清洗衬底并甩干。通过第一传送 自动机624将甩干后的衬底返回到安装在盒台610上的衬底盒。
如上所述,根据本实施例,可以连续地进行包括电镀工艺的凸起 形成工艺,以便减少了用于该设备的空间。由于电镀设备包括用于进 行各种处理的独立单元,因此该电镀设备可以灵活地实现所希望的电 镀工艺。
尽管已经详细地显示和说明了本发明的某些优选实施例,应该理 解的是,在不脱离所附权利要求的范围的情况下可以进行各种改变和 修改
工业实用性
本发明适合于用在电镀设备中,该电镀设备用于利用抗蚀剂作为 掩模在半导体晶片的表面上形成凸起(突出电极),所述凸起提供与 封装的电极或半导体芯片的电连接。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈