专利名称：晶圆电镀装置与方法
技术领域：
本发明涉及晶圆表面电化学加工方法，特别是一种晶圆电镀装置与方法。
背景技术：
在采用垂直喷流的晶圆电镀方式中，藉着旋转晶圆进行电镀可获得均匀的电镀厚度，此种电镀方式与浴泡式(Bath Type)最大不同处，在於夹具为非全部浸入镀液中的乾式接触(Dry Contact)。
垂直喷流方式是将晶圆置於镀槽上方，在电镀反应过程中产生的气泡，容易附着於晶圆的电镀面，造成有气泡处的电镀反应终止，进而产生电镀缺陷，为避免产生上述的缺陷，会将晶圆倾斜一个角度使气泡容易自晶圆表面逃脱。
晶圆倾斜方式为将夹有晶圆的旋转轴转一角度，使与固定的电镀槽成一角度，此一方式在如12寸大晶圆电镀时，由於倾斜半径增大，夹具边缘的一侧处会浸入镀液中，为避免镀液污染夹具的背面，一般倾斜角度只有1～2度，此一致小的倾斜角将使气泡逃脱的效果受到影响。另一方面，在夹具倾斜旋转时，会使夹具有一部份在空气与镀液中交互的接触，因而容易产生另一种对电镀反应不利的外部气泡，并且从镀液外部带入镀液中进而增加电镀的缺陷产生。
垂直喷流的晶圆电镀方式，需要利用控制晶圆与镀液液面的适当间隙，使得镀液能蓄压在镀槽中再流出镀槽，其主要目的是迫使镀液与整个晶圆镀面均匀的接触，由於要形成蓄压效果，此一间隙所形成的圆周面积必须小於镀液入口的面积，使得镀液流出的速度V2略大於镀液流入的速度V1，而产生镀液自相同缝隙中均匀的喷出。
然而如前所述，垂直喷流的晶圆电镀方式可以获得均匀的电镀层厚度，但也容易发生因气泡阻隔的电镀缺陷，为使电镀时所产生的气泡能)值利自电镀晶圆面逃脱，习用技术除了籍由使晶圆旋转产生扰动外，更将晶圆倾斜，以使气泡因浮力关系而有一逃脱方向。
在习用技术中镀槽是固定不动，只将晶圆夹具倾斜以使晶圆与水平面成一夹角，由於晶圆与镀液间隙改变，除了不易维持所需要的蓄压效果，来强迫镀液接触晶圆电镀面之外，更容易因旋转的夹具有一部份在空气与镀液中交互的接触，产生对电镀反应不利的气泡，并且从镀液外部带入镀液中，进而增加电镀的缺陷产生；而且一般而言习用技术所能倾斜晶圆的角度有限的为1～2度(可参考美国专利US6080291号)，因而对於气泡逃脱的效果助益不显著。
另外美国专利US6080291号及美国专利第US6334937号其构造上至少具有下列的缺失1、晶圆倾斜时，镀槽为固定不动，不但控制镀液喷出的间隙改变，且晶圆可以倾斜角度也较小。
2、夹具无环形挡环，当夹具带着晶圆倾斜时，容易发生镀液污染晶圆背面的情形。
3、利用机器手臂(Robot)旋转晶圆夹具，构造较复杂。
4、电镀空间的密封无密闭设计，无法有效防止电镀所产生的气体外溢。
有鉴於习用晶圆电镀装置及方法的缺失，本发明人乃秉着多年从事产品设计开发的实务经验，经由无数次的实际设计、实验，致有本发明的产生。
发明内容
本发明的目的是在改进习用垂直喷流的晶圆电镀方式，提供一种可任意调整晶圆倾斜角度，使电镀所产生的气体很容易自晶圆的电镀表面逃逸的晶圆电镀装置。其构造上包含有晶圆旋转模组、垂直上下模组、晶圆倾斜模组、机架主体模组等，将含有晶圆夹具、旋转轴的晶圆旋转模组及含有镀槽单元的晶圆倾斜模组设於一旋转台上，藉一连动装置(如气压缸)的带动，使晶圆及镀槽单元能同时产生适当的倾斜，且该倾斜的角度可作任意的调整。
本发明的另一目的在改进习用垂直喷流的晶圆电镀方式，提供一种可以防止镀液污染晶圆背面的晶圆电镀装置。其构造是於晶圆夹具上设有挡水环，籍该挡水环的阻挡作用使夹具带着晶圆倾斜旋转时，镀液不会污染到晶圆背面。
本发明的又一目的在改进习用垂直喷流的晶圆电镀方式，提供一种不因倾斜晶圆而发生电镀气体外泄情形的晶圆电镀装置。其构造是於晶圆旋转模组上设有镀槽上盖，以便当晶圆旋转模组受垂直上下模组的带动而下降时，镀槽上盖可盖合密封镀槽单元以防止电镀所产生的气体外泄。
本发明的再一目的在改进习用垂直喷流的晶圆电镀方式，提供一种可任意调整晶圆倾斜角度，使电镀所产生的气体很容易自晶圆的电镀表面逃逸的晶圆电镀方法。其是将含晶圆夹具的旋转轴与镀槽单元共同装置於一具水平转动轴的旋转台上，利用一连动装置的带动，促使晶圆与水平面可任意调整及产生大角度的倾斜，使电镀所产生的气体很容易自晶圆的电镀表面逃逸。
本发明的目的是这样实现的提供一种晶圆电镀装置，其特征在于，包含有机架主体模组，设一机架本体，於机架本体中设有相关的管路单元及控制单元；晶圆旋转模组，是设有一外壳使一侧与垂直上下模组连接，外壳中设晶圆旋转机构，晶圆旋转模组於下方设一晶圆夹具；垂直上下模组，是包括有一设置於旋转台上的立柱，立柱中设有垂直上下驱动装置，使晶圆旋转模组可作上下的位移，以及晶圆倾斜模组，於机架本体二侧设置转轴座，转轴座间枢接有旋转台，旋转台上设有一连杆以与连动装置连接，旋转台上设有镀槽单元；以上述构件的组合，利用连动装置使旋转台产生转动，旋转台构成适当角度的倾斜，使晶圆夹座与镀槽单元可同时倾斜，因此控制镀液喷出的间隙不改变，且晶圆倾斜的角度可任意调整，使电镀所产生的气体很容易自晶圆的电镀表面逃逸。
该晶圆旋转机构由气压旋转接头、晶圆旋转轴、电力旋转接头及旋转驱动单元等所构成，於晶圆旋转轴中设一晶圆夹紧气压缸，藉该气压缸以夹紧晶圆夹具。
该晶圆夹具於适当处设一电镀用的阴极及环形挡水环。
於该外壳下方设有镀槽上盖。
该连动装置是气压缸。
该镀槽单元设一具有镀液及阳极的电镀槽，於电镀槽外围设有镀液溢流槽。以及采用一种晶圆电镀方法，其步骤是A.放入晶圆於夹具中；B.以夹具夹合；C.向下移动到电镀位置；D.倾斜旋转台使晶圆倾斜；E.慢速旋转晶圆进行电镀；F.电镀完毕；G.向上离开电镀位置；H.旋转台回正；I.高速旋转晶圆进行风乾残留液；J.晶圆停止旋转；K.夹具打开；L.晶圆取出。
与现有习用技术相比较，本发明的优点与积极效果是(1)提供更大的晶圆倾斜角度(可达45度以上)，较习用技术更能促使气泡容易自电镀晶圆面的逃脱。
(2)提供任意的晶圆倾斜角度，较习用技术更具弹性。
(3)晶圆夹具不会有部份在空气中与镀液中交互接触，改善习用技术将非电镀反应的气泡带入镀液里的的情形。
(4)晶圆夹具不会因晶圆倾斜大角度，而有不同的设计考量，因而较习用技术的晶圆夹具设计更为简单。
(5)电镀流场保有一致性，不会如习用技术一旦晶圆倾斜将会改变整个电镀阳极与阴极以及晶圆与镀液面等几何关系。
综上所述，本发明的创新设计，特别是指其改变习用晶圆电镀装置将镀槽固定不动的方式，将含有晶圆夹具的旋转模组与镀槽单元共同装置於水平转动的旋转台上，使镀液喷出的间隙容易控制并且在晶圆电镀倾斜角度调整时，保持晶圆表面与镀液的几何关系不变。其整体兼具有气泡容易自电镀晶圆面逃脱，而可得到更好的晶圆电镀品质；并可任意调整晶圆倾斜角度、晶圆夹具设计简单、适用於较大尺寸晶圆、防止镀液污染晶圆背面、防止电镀所产生气体外溢等功效。
图1是本发明电镀装置的立体外观示意图。
图2是本发明电镀装置的前视图。
图3是本发明电镀装置的右侧视图。
图4是本发明电镀装置的上视图。
图5是本发明电镀装置的剖面构造示意图。
图6是本发明晶圆夹具的局部放大剖面构造示意图。
件号说明10 机架主体模组11 机架本体111 轮体112 撑柱20 晶圆旋转模组21 外壳22 气压旋转接头23 晶圆旋转轴
24 电力旋转接头 241 旋转驱动单元25 晶圆夹具 251 晶圆上夹具252 晶圆下夹具 253 阴极254 环形挡水环 26 晶圆夹紧气压缸27 镀槽上盖 30 垂直上下模组31 立柱 32 滚珠螺杆滑动单元33 伺服马达 40 晶圆倾斜模组41 转动座 411 转动轴412 固锁单元 42 旋转台421 连杆 43 气压缸44 镀槽单元 441 电镀槽442 镀液溢流槽具体实施方式
以下仅籍由具体实施例，且佐以图式作详细的说明，以便能对於本创作的各项功能、特点，有更进一步的了解与认识如图1～4所示，本发明电镀装置构造包含有机架主体模组10，是设有一可稳固置放的机架本体以供主要的构成模组装设，於机架本体10的近四角隅处设有轮体111及可调整式的撑柱112，使机架本体10可供滑动位移及固定，於机架本体10中另设有相关的管路单元及控制单元等；及晶圆旋转模组20，是设有一外壳21可供一侧与垂直上下模组30连接，外壳21中设晶圆旋转机构，该晶圆旋转机构由气压旋转接头22、晶圆旋转轴23、电力旋转接头24及旋转驱动单元241等所构成，其中旋转驱动单元24是可为一马达，籍由皮带轮、皮带的驱动装置可带动晶圆旋转轴23转动。晶圆旋转模组20於下方设有一晶圆夹具25，可供置放晶圆，於晶圆旋转轴23中可设一晶圆夹紧气压缸26，藉该气压缸26以夹紧晶圆夹具25。於外壳21下方设有镀槽上盖27，以於晶圆旋转模组20下降进行电镀作业时，该镀槽上盖27可紧密密封镀槽单元，以防止电镀所产生的气体外泄以及阻止外部空气进入；垂直上下模组30，是设有一可设置於旋转台42上的立柱31，立柱31中设有由滚珠螺杆滑动单元32、伺服马达33所构成的垂直上下驱动装置(因其为习知不再赘述)以使晶圆旋转模组即可作上下的位移；及晶圆倾斜模组40，是於机架本体11二侧设置具有转动轴411的转轴座41，该二转动轴411间接有旋转台42，使旋转台42能作适当的转动，并能藉由转轴座41上所设的固锁单元412达到转动角度固定的作用，旋转台42上设有一连杆421以与气压缸43所伸出的气压杆枢接，气压缸43可设於机架本体11上。旋转台42上另设有镀槽单元44，镀槽单元44设一具有镀液及阳极固定座的电镀槽441，於电镀槽441外围设有镀液溢流槽442，以使电镀过程中电镀槽441所流出的镀液可由溢流槽442收集，溢流槽442的上方开口，可被镀槽上盖27完全罩盖。
以上述构造的组合，可利用气压缸43的气压杆的伸缩作用使旋转台421产生转动，亦即旋转台421可构成适当角度的倾斜，同时由於电镀槽441与晶圆夹具25是同时设於旋转台421上，电镀槽441与晶圆夹具25可以同时随着旋转台42作倾斜，如此晶圆倾斜时，控制镀液喷出的间隙永不改变，而且晶圆倾斜的角度可调整变大，使电镀所产生的气体很容易自晶圆的电镀表面逃逸，因而得到更好的晶圆电镀品质。
如图6所示，晶圆夹具25是设有上夹具251、下夹具252以有效夹固晶圆，於适当处设一电镀用的阴极253，晶圆夹具25另设一环形挡水环254，以便当晶圆夹具25带着晶圆倾斜时，可以防止发生镀液污染晶圆背面的情形。
本发明晶圆电镀方法是将含晶圆夹具25的旋转轴23与镀槽单元44共同装置於一具有水平转动轴心1的旋转台42上，利用一连动装置(本发明是以一气压缸43作为实施例)的带动，促使晶圆与水平面可产生大角度的倾斜，使电镀所产生的气体很容易自晶圆的电镀表面逃逸。
为便於了解，兹将其步骤再概括说明如下A.放入晶圆於夹具中；B.以夹具夹合；C.向下移动到电镀位置；D.倾斜旋转台使晶圆倾斜；E.慢速旋转晶圆进行电镀；F.电镀完毕；G.向上离开电镀位置；H.旋转台回正；I.高速旋转晶圆进行风乾残留液；J.晶圆停止旋转；K.夹具打开；L.晶圆取出。
权利要求
1.一种晶圆电镀装置，其特征在于，包含有机架主体模组，设有一机架本体，於机架本体中设有相关的管路单元及控制单元；晶圆旋转模组，是设有一外壳使一侧与垂直上下模组连接，外壳中设晶圆旋转机构，晶圆旋转模组於下方设一晶圆夹具；垂直上下模组，是包括有一设置於旋转台上的立柱，立柱中设有垂直上下驱动装置，使晶圆旋转模组可作上下的位移，以及晶圆倾斜模组，於机架本体二侧设置转轴座，转轴座间枢接有旋转台，旋转台上设有一连杆以与连动装置连接，旋转台上设有镀槽单元；以上述构件的组合，利用连动装置使旋转台产生转动，旋转台构成适当角度的倾斜，使晶圆夹座与镀槽单元可同时倾斜，因此控制镀液喷出的间隙不改变，且晶圆倾斜的角度可任意调整，使电镀所产生的气体很容易自晶圆的电镀表面逃逸。
2.如权利要求1所述晶圆电镀装置，其特征在于，该晶圆旋转机构由气压旋转接头、晶圆旋转轴、电力旋转接头及旋转驱动单元等所构成，於该晶圆旋转轴中设一晶圆夹紧气压缸，藉该气压缸以夹紧晶圆夹具。
3.如权利要求1所述晶圆电镀装置，其特征在于，该晶圆夹具於适当处设一电镀用的阴极及环形挡水环。
4.如权利要求1所述晶圆电镀装置，其特征在于，於该外壳下方设有镀槽上盖。
5.如权利要求1所述晶圆电镀装置，其特征在于，该连动装置是气压缸。
6.如权利要求1所述晶圆电镀装置，其特征在于，该镀槽单元设一具有镀液及阳极的电镀槽，於电镀槽外围设有镀液溢流槽。
7.一种晶圆电镀方法，其步骤是A.放入晶圆於夹具中；B.以夹具夹合；C.向下移动到电镀位置；D.倾斜旋转台使晶圆倾斜；E.慢速旋转晶圆进行电镀；F.电镀完毕；G.向上离开电镀位置；H.旋转台回正；I.高速旋转晶圆进行风乾残留液；J.晶圆停止旋转；K.夹具打开；以及L.晶圆取出。
全文摘要
一种晶圆电镀装置与方法，属垂直喷流式(Fountain Type)，其晶圆电镀装置构造包含有晶圆旋转模组、垂直上下模组、晶圆倾斜模组、机架主体模组等，含有晶圆夹具、旋转轴的晶圆旋转模组及含有镀槽单元的晶圆倾斜模组设於一旋转台上，藉一连动装置(如气压缸)的带动，使晶圆及镀槽单元能同时产生适当的倾斜。晶圆电镀方法是将含晶圆夹具的旋转轴与镀槽单元共同装置於一具有水平转动轴的旋转台上，利用一连动装置的带动，促使晶圆与水平面产生大角度的倾斜，使电镀所产生的气体很容易自晶圆的电镀表面逃逸，因而得到更好的晶圆电镀品质。
文档编号H01L21/68GK1502725SQ0214888
公开日2004年6月9日 申请日期2002年11月22日 优先权日2002年11月22日
发明者杜陈忠, 蒋邦民, 王致诚, 黄振荣 申请人:财团法人工业技术研究院