微电子衬底电处理系统的制作方法
【专利说明】微电子衬底电处理系统
[0001]发明背景
[0002]微电子器件一般形成在半导体晶片或其他类型的衬底或工件上。在典型的制造工艺中，在晶片上形成一层或多层薄金属层，以生产微电子器件和/或提供器件之间的导线。
[0003]金属层一般是在电镀处理器中经由电化学镀制而施加于晶片上的。典型的电镀处理器包括用于容纳电镀溶液的容器或槽体(bowl)、在槽体中与电镀溶液接触的一个或多个阳极、以及具有接触环的头部，其中该接触环上具有碰触晶片的多个电气触点。晶片的前表面被浸没于电镀溶液中，且电场使电镀溶液中的金属离子析出(Plate out)至晶片上，形成金属层。
[0004]在所谓的“湿式接触”处理器中，电气触点在镀制周期期间暴露给电镀溶液。因此，在电镀溶液中的金属离子也析出至触点上。然而，触点可能在不同的速率下电镀，结果是当被镀上的(plated-on)金属随时间逐渐积聚在触点上时，某些触点会具有相对较大或较小的与晶片接触的表面积。这降低了镀制在晶片上的金属层的均匀性。与触点分离且沉积在晶片上的粘着不良的金属粒子也会污染晶片。为避免这样的结果，作为反应器的日常维护(ongoing maintenance)的一部分，触点必须被周期性地“褪镀(de-plated) ”，以移除在镀制周期期间镀制在触点上的金属。
[0005]一般而言，通过将触点组件浸没于电镀溶液中、同时使反向电流通过触点来使触点褪镀。反向电流使镀制周期反向，使金属离开触点而返回溶液中。然而，必须限制反向电流以避免使电镀溶液分解。褪镀的速率也受能被给予触点周围的电镀溶液的扰动量所限制。因此，触点褪镀操作花费大量时间来完成。
[0006]所谓的干式接触电镀处理器使用密封件来保持电镀溶液不与触点的部分接触。该密封件必须被周期性地清洁，以有效作业和避免污染晶片。维护触点与密封件的需求降低了电镀系统的处理量或使用效率。因此，需要有改良设计。
【附图说明】
[0007]在附图中，相同的元件符号表示各视图中的相同元件。
[0008]图1为处理系统的平面图。
[0009]图2至图5为图1所示处理器的立体图、侧视图、前视图与平面图。
[0010]图6是图1中的机器人臂部的立体图，该机器人臂部保持(hold)夹盘组件。
[0011]图7是将夹盘组件移至处理器的机器人的侧视图。
[0012]图8是侧视图，示出了当时于处理器的头部下方对准的夹盘组件。
[0013]图9是侧视图，示出了传递出(hand off)且附接至旋转器的夹盘组件。
[0014]图10A与图10B是侧视图，示出了具有附接至旋转器的夹盘组件的头部，其中在图10A中头部是回缩的，而在图10B中头部是伸长的。
[0015]图11为头部的放大图，其中旋转部件是以深灰色或黑色示出。
[0016]图12为附接至旋转器的夹盘的放大截面图。
[0017]图13为附接至旋转器的夹盘组件的另一放大截面图。
[0018]图14A为接触环的立体图。
[0019]图14B为接触夹盘的环上的接触指部与旋转器之间的电气连接的放大细部截面图。
[0020]图14C为图14A与图14B所示的电气触点的立体图。
[0021]图15为头部的前、上、和左侧立体图。
[0022]图16为头部的侧视图，示出了其他的元件。
[0023]图17为处于倾斜方向的头部的侧视图。
[0024]图18为另一头部的前、上、和左侧立体图。
[0025]图19为图18的头部的侧视图。
[0026]图20为另一夹盘的立体图。
[0027]图21为适于与图20所示的夹盘一起使用的另一旋转器的截面图。
[0028]图22A至图22D为截面图，说明了用于从图21的旋转器松开图20的夹盘组件的步骤的顺序。
[0029]图23为另一处理系统的平面图。
【具体实施方式】
[0030]如图1所示，处理系统20包括外壳22内的模块或子系统。诸如FOUP (前开式标准舱(front opening unified pod)容器之类的晶片或衬底容器24可以停驻在外壳22前方的装载/卸载站26处。所使用的子系统可以随系统20所执行的特定制造工艺而变化。在示出的实例中，系统20包括前接口 28，该前接口 28可以为待移进或移出系统20的晶片提供暂时储存，以及视情况提供其他的功能。若有设置的话，退火模块30、清洗(rinse)/干燥模块32、环件模块40、以及电镀腔室42与外壳22依序布置于前接口 28的后面。机器人将晶片移动于子系统之间。举例而言，晶片机器人48被置为将晶片移动于退火模块30与清洗/干燥模块32之间。夹盘机器人60被置为将保持晶片的夹盘组件移动于环件模块40与电镀腔室42之间。在一种基本形式中，系统20可以仅包括一个或多个电镀腔室与环件模块40。
[0031]如图2至图5所示，电镀腔室42可包括含有阳极、电解质与其他部件的容器或槽体50，例如在国际专利公开文件WO 2012/158966中所描述的那样。电镀腔室或处理器42也包括头部52。槽体50与头部52可被支撑于框架54上，电源56或其他辅助部件也可被支撑在框架上。
[0032]在传统电镀处理器中，接触环通常是永久地附接至旋转器。因此，当接触环正被褪镀、和/或接触环密封件(若有使用的话)正被清洁时，该处理器在该处理器没有正在处理晶片这个意义上说是闲置的。在系统20中，通过使接触环是从该处理器的旋转器可移除的而克服了此缺点。这使得接触环可被快速移除、并以先前褪镀的接触环来替换。处理器闲置时间被大幅减少。
[0033]返回参见图1，晶片120经由晶片机器人48而被装入和载出环件模块40。在环件丰旲块40内，接触环被裡链。晶片由接触环夹持定位于夹盘上。夹盘、接触环和晶片、的组件或单元在此称为夹盘组件76。夹盘组件76被移动至处理器42。
[0034]图6至图9示出了由夹盘机器人60所进行的夹盘组件72的移动。如下所述，在环件模块40中，处理器42中所使用的接触环70被附接至夹盘72，连同被夹持在它们之间的晶片120 —起形成夹盘组件76。夹盘机器人60然后将夹盘组件76移动至处理器42。如图6所示，夹盘机器人60可具有半圆形的终端受动器或臂部62，所述终端受动器或臂部62用于接合夹盘72。处理器42的旋转器80被提升离开槽体50。参阅图8，机器人60使夹盘组件76前进至与旋转器80对准。如图9所示，夹盘组件76然后被传递出至旋转器80，夹盘72被固定地附接至该旋转器，而机器人60被撤回。
[0035]随着夹盘组件76在旋转器80上的适当位置，处理器42就准备好处理晶片。头部52使旋转器80从图1OA所示的装载/卸载位置向下移动至图1OB所示的镀制位置，在该镀制位置，晶片120 (被夹持在夹盘和接触环之间)与槽体50中的电解质相接触。一般而言，旋转器在镀制工艺期间旋转晶片，以提供更均匀的镀制层。图11示出了图1OB的处理器，其中为说明目的，旋转元件是以黑色或深灰色表示。
[0036]转而参见图12，接触环70可以经由接触环磁铁102而附接至夹盘72，接触环磁铁102对夹盘磁铁104施加磁性吸引力。在传递出期间，夹盘72可以经由夹盘磁铁104对在旋转器80中的旋转器磁铁106的作用力而类似地附接至旋转器80。如图13所示，突出至夹盘顶部中的开口中的对准梢122可被用以使夹盘72与旋转器80对准。在接触环与夹盘附接件是利用机械元件(例如自动紧固件或夹具)制成的情况下，可视情况而省略磁铁。
[0037]如图14A至图14C所示，接触环70具有大量的单独的接触指部74，这些接触指部74与晶片120产生实际的物理与电气接触。电流从指部74流经环件导体90而至夹盘上的多个径向分隔开来的夹盘触点132。当夹盘附接至旋转器时，夹盘触点132碰触旋转器中的金属环130。金属环130经由头部52中的导电元件连接至电流源(一般为阴极)。
[0038]图15至图17示出头部设计，除了如图1OA至图1OB中所示的举升和降低旋转器80以外，该头部设计也可使旋转器倾斜，以使晶片120以一角度进入电解质。在图15至图17所示