晶圓電鍍裝置與方法
2023-05-11 11:55:26 1
專利名稱：晶圓電鍍裝置與方法
技術領域：
本發明涉及晶圓表面電化學加工方法，特別是一種晶圓電鍍裝置與方法。
背景技術：
在採用垂直噴流的晶圓電鍍方式中，藉著旋轉晶圓進行電鍍可獲得均勻的電鍍厚度，此種電鍍方式與浴泡式(Bath Type)最大不同處，在於夾具為非全部浸入鍍液中的乾式接觸(Dry Contact)。
垂直噴流方式是將晶圓置於鍍槽上方，在電鍍反應過程中產生的氣泡，容易附著於晶圓的電鍍面，造成有氣泡處的電鍍反應終止，進而產生電鍍缺陷，為避免產生上述的缺陷，會將晶圓傾斜一個角度使氣泡容易自晶圓表面逃脫。
晶圓傾斜方式為將夾有晶圓的旋轉軸轉一角度，使與固定的電鍍槽成一角度，此一方式在如12寸大晶圓電鍍時，由於傾斜半徑增大，夾具邊緣的一側處會浸入鍍液中，為避免鍍液汙染夾具的背面，一般傾斜角度只有1～2度，此一致小的傾斜角將使氣泡逃脫的效果受到影響。另一方面，在夾具傾斜旋轉時，會使夾具有一部份在空氣與鍍液中交互的接觸，因而容易產生另一種對電鍍反應不利的外部氣泡，並且從鍍液外部帶入鍍液中進而增加電鍍的缺陷產生。
垂直噴流的晶圓電鍍方式，需要利用控制晶圓與鍍液液面的適當間隙，使得鍍液能蓄壓在鍍槽中再流出鍍槽，其主要目的是迫使鍍液與整個晶圓鍍面均勻的接觸，由於要形成蓄壓效果，此一間隙所形成的圓周面積必須小於鍍液入口的面積，使得鍍液流出的速度V2略大於鍍液流入的速度V1，而產生鍍液自相同縫隙中均勻的噴出。
然而如前所述，垂直噴流的晶圓電鍍方式可以獲得均勻的電鍍層厚度，但也容易發生因氣泡阻隔的電鍍缺陷，為使電鍍時所產生的氣泡能)值利自電鍍晶圓面逃脫，習用技術除了籍由使晶圓旋轉產生擾動外，更將晶圓傾斜，以使氣泡因浮力關係而有一逃脫方向。
在習用技術中鍍槽是固定不動，只將晶圓夾具傾斜以使晶圓與水平面成一夾角，由於晶圓與鍍液間隙改變，除了不易維持所需要的蓄壓效果，來強迫鍍液接觸晶圓電鍍面之外，更容易因旋轉的夾具有一部份在空氣與鍍液中交互的接觸，產生對電鍍反應不利的氣泡，並且從鍍液外部帶入鍍液中，進而增加電鍍的缺陷產生；而且一般而言習用技術所能傾斜晶圓的角度有限的為1～2度(可參考美國專利US6080291號)，因而對於氣泡逃脫的效果助益不顯著。
另外美國專利US6080291號及美國專利第US6334937號其構造上至少具有下列的缺失1、晶圓傾斜時，鍍槽為固定不動，不但控制鍍液噴出的間隙改變，且晶圓可以傾斜角度也較小。
2、夾具無環形擋環，當夾具帶著晶圓傾斜時，容易發生鍍液汙染晶圓背面的情形。
3、利用機器手臂(Robot)旋轉晶圓夾具，構造較複雜。
4、電鍍空間的密封無密閉設計，無法有效防止電鍍所產生的氣體外溢。
有鑑於習用晶圓電鍍裝置及方法的缺失，本發明人乃秉著多年從事產品設計開發的實務經驗，經由無數次的實際設計、實驗，致有本發明的產生。
發明內容
本發明的目的是在改進習用垂直噴流的晶圓電鍍方式，提供一種可任意調整晶圓傾斜角度，使電鍍所產生的氣體很容易自晶圓的電鍍表面逃逸的晶圓電鍍裝置。其構造上包含有晶圓旋轉模組、垂直上下模組、晶圓傾斜模組、機架主體模組等，將含有晶圓夾具、旋轉軸的晶圓旋轉模組及含有鍍槽單元的晶圓傾斜模組設於一旋轉臺上，藉一連動裝置(如氣壓缸)的帶動，使晶圓及鍍槽單元能同時產生適當的傾斜，且該傾斜的角度可作任意的調整。
本發明的另一目的在改進習用垂直噴流的晶圓電鍍方式，提供一種可以防止鍍液汙染晶圓背面的晶圓電鍍裝置。其構造是於晶圓夾具上設有擋水環，籍該擋水環的阻擋作用使夾具帶著晶圓傾斜旋轉時，鍍液不會汙染到晶圓背面。
本發明的又一目的在改進習用垂直噴流的晶圓電鍍方式，提供一種不因傾斜晶圓而發生電鍍氣體外洩情形的晶圓電鍍裝置。其構造是於晶圓旋轉模組上設有鍍槽上蓋，以便當晶圓旋轉模組受垂直上下模組的帶動而下降時，鍍槽上蓋可蓋合密封鍍槽單元以防止電鍍所產生的氣體外洩。
本發明的再一目的在改進習用垂直噴流的晶圓電鍍方式，提供一種可任意調整晶圓傾斜角度，使電鍍所產生的氣體很容易自晶圓的電鍍表面逃逸的晶圓電鍍方法。其是將含晶圓夾具的旋轉軸與鍍槽單元共同裝置於一具水平轉動軸的旋轉臺上，利用一連動裝置的帶動，促使晶圓與水平面可任意調整及產生大角度的傾斜，使電鍍所產生的氣體很容易自晶圓的電鍍表面逃逸。
本發明的目的是這樣實現的提供一種晶圓電鍍裝置，其特徵在於，包含有機架主體模組，設一機架本體，於機架本體中設有相關的管路單元及控制單元；晶圓旋轉模組，是設有一外殼使一側與垂直上下模組連接，外殼中設晶圓旋轉機構，晶圓旋轉模組於下方設一晶圓夾具；垂直上下模組，是包括有一設置於旋轉臺上的立柱，立柱中設有垂直上下驅動裝置，使晶圓旋轉模組可作上下的位移，以及晶圓傾斜模組，於機架本體二側設置轉軸座，轉軸座間樞接有旋轉臺，旋轉臺上設有一連杆以與連動裝置連接，旋轉臺上設有鍍槽單元；以上述構件的組合，利用連動裝置使旋轉臺產生轉動，旋轉臺構成適當角度的傾斜，使晶圓夾座與鍍槽單元可同時傾斜，因此控制鍍液噴出的間隙不改變，且晶圓傾斜的角度可任意調整，使電鍍所產生的氣體很容易自晶圓的電鍍表面逃逸。
該晶圓旋轉機構由氣壓旋轉接頭、晶圓旋轉軸、電力旋轉接頭及旋轉驅動單元等所構成，於晶圓旋轉軸中設一晶圓夾緊氣壓缸，藉該氣壓缸以夾緊晶圓夾具。
該晶圓夾具於適當處設一電鍍用的陰極及環形擋水環。
於該外殼下方設有鍍槽上蓋。
該連動裝置是氣壓缸。
該鍍槽單元設一具有鍍液及陽極的電鍍槽，於電鍍槽外圍設有鍍液溢流槽。以及採用一種晶圓電鍍方法，其步驟是A.放入晶圓於夾具中；B.以夾具夾合；C.向下移動到電鍍位置；D.傾斜旋轉臺使晶圓傾斜；E.慢速旋轉晶圓進行電鍍；F.電鍍完畢；G.向上離開電鍍位置；H.旋轉臺回正；I.高速旋轉晶圓進行風乾殘留液；J.晶圓停止旋轉；K.夾具打開；L.晶圓取出。
與現有習用技術相比較，本發明的優點與積極效果是(1)提供更大的晶圓傾斜角度(可達45度以上)，較習用技術更能促使氣泡容易自電鍍晶圓面的逃脫。
(2)提供任意的晶圓傾斜角度，較習用技術更具彈性。
(3)晶圓夾具不會有部份在空氣中與鍍液中交互接觸，改善習用技術將非電鍍反應的氣泡帶入鍍液裡的的情形。
(4)晶圓夾具不會因晶圓傾斜大角度，而有不同的設計考量，因而較習用技術的晶圓夾具設計更為簡單。
(5)電鍍流場保有一致性，不會如習用技術一旦晶圓傾斜將會改變整個電鍍陽極與陰極以及晶圓與鍍液面等幾何關係。
綜上所述，本發明的創新設計，特別是指其改變習用晶圓電鍍裝置將鍍槽固定不動的方式，將含有晶圓夾具的旋轉模組與鍍槽單元共同裝置於水平轉動的旋轉臺上，使鍍液噴出的間隙容易控制並且在晶圓電鍍傾斜角度調整時，保持晶圓表面與鍍液的幾何關係不變。其整體兼具有氣泡容易自電鍍晶圓面逃脫，而可得到更好的晶圓電鍍品質；並可任意調整晶圓傾斜角度、晶圓夾具設計簡單、適用於較大尺寸晶圓、防止鍍液汙染晶圓背面、防止電鍍所產生氣體外溢等功效。
圖1是本發明電鍍裝置的立體外觀示意圖。
圖2是本發明電鍍裝置的前視圖。
圖3是本發明電鍍裝置的右側視圖。
圖4是本發明電鍍裝置的上視圖。
圖5是本發明電鍍裝置的剖面構造示意圖。
圖6是本發明晶圓夾具的局部放大剖面構造示意圖。
件號說明10 機架主體模組11 機架本體111 輪體112 撐柱20 晶圓旋轉模組21 外殼22 氣壓旋轉接頭23 晶圓旋轉軸
24 電力旋轉接頭 241 旋轉驅動單元25 晶圓夾具 251 晶圓上夾具252 晶圓下夾具 253 陰極254 環形擋水環 26 晶圓夾緊氣壓缸27 鍍槽上蓋 30 垂直上下模組31 立柱 32 滾珠螺杆滑動單元33 伺服馬達 40 晶圓傾斜模組41 轉動座 411 轉動軸412 固鎖單元 42 旋轉臺421 連杆 43 氣壓缸44 鍍槽單元 441 電鍍槽442 鍍液溢流槽具體實施方式
以下僅籍由具體實施例，且佐以圖式作詳細的說明，以便能對於本創作的各項功能、特點，有更進一步的了解與認識如圖1～4所示，本發明電鍍裝置構造包含有機架主體模組10，是設有一可穩固置放的機架本體以供主要的構成模組裝設，於機架本體10的近四角隅處設有輪體111及可調整式的撐柱112，使機架本體10可供滑動位移及固定，於機架本體10中另設有相關的管路單元及控制單元等；及晶圓旋轉模組20，是設有一外殼21可供一側與垂直上下模組30連接，外殼21中設晶圓旋轉機構，該晶圓旋轉機構由氣壓旋轉接頭22、晶圓旋轉軸23、電力旋轉接頭24及旋轉驅動單元241等所構成，其中旋轉驅動單元24是可為一馬達，籍由皮帶輪、皮帶的驅動裝置可帶動晶圓旋轉軸23轉動。晶圓旋轉模組20於下方設有一晶圓夾具25，可供置放晶圓，於晶圓旋轉軸23中可設一晶圓夾緊氣壓缸26，藉該氣壓缸26以夾緊晶圓夾具25。於外殼21下方設有鍍槽上蓋27，以於晶圓旋轉模組20下降進行電鍍作業時，該鍍槽上蓋27可緊密密封鍍槽單元，以防止電鍍所產生的氣體外洩以及阻止外部空氣進入；垂直上下模組30，是設有一可設置於旋轉臺42上的立柱31，立柱31中設有由滾珠螺杆滑動單元32、伺服馬達33所構成的垂直上下驅動裝置(因其為習知不再贅述)以使晶圓旋轉模組即可作上下的位移；及晶圓傾斜模組40，是於機架本體11二側設置具有轉動軸411的轉軸座41，該二轉動軸411間接有旋轉臺42，使旋轉臺42能作適當的轉動，並能藉由轉軸座41上所設的固鎖單元412達到轉動角度固定的作用，旋轉臺42上設有一連杆421以與氣壓缸43所伸出的氣壓杆樞接，氣壓缸43可設於機架本體11上。旋轉臺42上另設有鍍槽單元44，鍍槽單元44設一具有鍍液及陽極固定座的電鍍槽441，於電鍍槽441外圍設有鍍液溢流槽442，以使電鍍過程中電鍍槽441所流出的鍍液可由溢流槽442收集，溢流槽442的上方開口，可被鍍槽上蓋27完全罩蓋。
以上述構造的組合，可利用氣壓缸43的氣壓杆的伸縮作用使旋轉臺421產生轉動，亦即旋轉臺421可構成適當角度的傾斜，同時由於電鍍槽441與晶圓夾具25是同時設於旋轉臺421上，電鍍槽441與晶圓夾具25可以同時隨著旋轉臺42作傾斜，如此晶圓傾斜時，控制鍍液噴出的間隙永不改變，而且晶圓傾斜的角度可調整變大，使電鍍所產生的氣體很容易自晶圓的電鍍表面逃逸，因而得到更好的晶圓電鍍品質。
如圖6所示，晶圓夾具25是設有上夾具251、下夾具252以有效夾固晶圓，於適當處設一電鍍用的陰極253，晶圓夾具25另設一環形擋水環254，以便當晶圓夾具25帶著晶圓傾斜時，可以防止發生鍍液汙染晶圓背面的情形。
本發明晶圓電鍍方法是將含晶圓夾具25的旋轉軸23與鍍槽單元44共同裝置於一具有水平轉動軸心1的旋轉臺42上，利用一連動裝置(本發明是以一氣壓缸43作為實施例)的帶動，促使晶圓與水平面可產生大角度的傾斜，使電鍍所產生的氣體很容易自晶圓的電鍍表面逃逸。
為便於了解，茲將其步驟再概括說明如下A.放入晶圓於夾具中；B.以夾具夾合；C.向下移動到電鍍位置；D.傾斜旋轉臺使晶圓傾斜；E.慢速旋轉晶圓進行電鍍；F.電鍍完畢；G.向上離開電鍍位置；H.旋轉臺回正；I.高速旋轉晶圓進行風乾殘留液；J.晶圓停止旋轉；K.夾具打開；L.晶圓取出。
權利要求
1.一種晶圓電鍍裝置，其特徵在於，包含有機架主體模組，設有一機架本體，於機架本體中設有相關的管路單元及控制單元；晶圓旋轉模組，是設有一外殼使一側與垂直上下模組連接，外殼中設晶圓旋轉機構，晶圓旋轉模組於下方設一晶圓夾具；垂直上下模組，是包括有一設置於旋轉臺上的立柱，立柱中設有垂直上下驅動裝置，使晶圓旋轉模組可作上下的位移，以及晶圓傾斜模組，於機架本體二側設置轉軸座，轉軸座間樞接有旋轉臺，旋轉臺上設有一連杆以與連動裝置連接，旋轉臺上設有鍍槽單元；以上述構件的組合，利用連動裝置使旋轉臺產生轉動，旋轉臺構成適當角度的傾斜，使晶圓夾座與鍍槽單元可同時傾斜，因此控制鍍液噴出的間隙不改變，且晶圓傾斜的角度可任意調整，使電鍍所產生的氣體很容易自晶圓的電鍍表面逃逸。
2.如權利要求1所述晶圓電鍍裝置，其特徵在於，該晶圓旋轉機構由氣壓旋轉接頭、晶圓旋轉軸、電力旋轉接頭及旋轉驅動單元等所構成，於該晶圓旋轉軸中設一晶圓夾緊氣壓缸，藉該氣壓缸以夾緊晶圓夾具。
3.如權利要求1所述晶圓電鍍裝置，其特徵在於，該晶圓夾具於適當處設一電鍍用的陰極及環形擋水環。
4.如權利要求1所述晶圓電鍍裝置，其特徵在於，於該外殼下方設有鍍槽上蓋。
5.如權利要求1所述晶圓電鍍裝置，其特徵在於，該連動裝置是氣壓缸。
6.如權利要求1所述晶圓電鍍裝置，其特徵在於，該鍍槽單元設一具有鍍液及陽極的電鍍槽，於電鍍槽外圍設有鍍液溢流槽。
7.一種晶圓電鍍方法，其步驟是A.放入晶圓於夾具中；B.以夾具夾合；C.向下移動到電鍍位置；D.傾斜旋轉臺使晶圓傾斜；E.慢速旋轉晶圓進行電鍍；F.電鍍完畢；G.向上離開電鍍位置；H.旋轉臺回正；I.高速旋轉晶圓進行風乾殘留液；J.晶圓停止旋轉；K.夾具打開；以及L.晶圓取出。
全文摘要
一種晶圓電鍍裝置與方法，屬垂直噴流式(Fountain Type)，其晶圓電鍍裝置構造包含有晶圓旋轉模組、垂直上下模組、晶圓傾斜模組、機架主體模組等，含有晶圓夾具、旋轉軸的晶圓旋轉模組及含有鍍槽單元的晶圓傾斜模組設於一旋轉臺上，藉一連動裝置(如氣壓缸)的帶動，使晶圓及鍍槽單元能同時產生適當的傾斜。晶圓電鍍方法是將含晶圓夾具的旋轉軸與鍍槽單元共同裝置於一具有水平轉動軸的旋轉臺上，利用一連動裝置的帶動，促使晶圓與水平面產生大角度的傾斜，使電鍍所產生的氣體很容易自晶圓的電鍍表面逃逸，因而得到更好的晶圓電鍍品質。
文檔編號H01L21/68GK1502725SQ0214888
公開日2004年6月9日 申請日期2002年11月22日 優先權日2002年11月22日
發明者杜陳忠, 蔣邦民, 王致誠, 黃振榮 申請人:財團法人工業技術研究院