专利名称：用于工件加工站的提升和旋转部件及其连接方法
背景技术：
本发明涉及一种用于加工半导体晶片的装置，具体而言，本发明涉及一种用于工件加工站的提升和旋转部件。
在用半导体晶片制造半导体集成电路和其它半导体产品的过程中，通常需要在一个或多个加工站执行多个加工步骤。为更加全面地实现工艺的自动化，而且为使操作人员的处理最少化，已经有人开发出工具体系结构，这种工具体系结构结合有多个加工站和用于将半导体晶片从一个加工站移向另一加工站的自动装置。
在开发工具体系时，一个应该思考的问题就是工具的整体尺寸。一方面的原因是由于半导体集成电路的制造通常要在一个清洁的室内环境下进行，但这种清洁室内空间的建立和维护需要较高的成本，这就涉及到空间的大小问题。因此，为减少整个工具的尺寸所作的努力和研发能够有效地节约成本。
当在一条生产线上添加和/或更新一个特殊的工具时，工具的尺寸通常是一个重要的考虑因素。如果新工具的尺寸和形状等于或小于可利用的空间或通过拆掉需要更换的旧工具而形成的空间，那么对附近工具的碰撞就会最少。相反，当新工具或替代工具大于可用空间或旧工具所需的空间，那么就可能需要调整附近工具的位置并/或重新安装这些附近的工具。
在半导体生产线上更新一个或多个工具的原因在于需要从较小尺寸的晶片向较大尺寸的晶片过渡。使用较大尺寸的晶片是必然的，因为在每个大尺寸的晶片上都能够制造出大量的设备。由于在每个晶片上都能够制造出更多的设备，因此每个设备的制造成本通常可以降低。
由于用于大部分半导体生产线上的标准晶片尺寸为200毫米，因此使用300毫米的晶片已渐渐成为一种趋势。因此，为减小或保持工具的尺寸，同时使工具能够处理更大尺寸的晶片所付出的努力同样都是有益处的。
开发一种工具体系的另一考虑因素就是要易于维修。独立的加工站或其组成部分有时需要被拆开，以进行定期的清洗和/或保养，或维修。保养需要维修的部件或组件越容易，那么工具损坏或出现故障的时间也就越少。
如上所述，当考虑到半导体制造工具通常设置于清洗的室内环境下时，易于维修就显得尤为重要。在清洗的室内环境下，工作容易通常要求穿戴包括手套、外套、面具等在内的服装，这样就使例行任务也显得非常麻烦。因此，已安装部件和/或组件的可接近性及其安装和/或拆卸的简单性都非常有用。
发明内容
本发明提供一种用于工件加工站的提升和旋转部件。该提升和旋转部件包括一个主体和一个用于接受工件的加工机头。该加工机头通过一个能够相对主体提升和/或旋转的加工机头的部件与主体相连接。
在至少一个实施例中，将主体与加工机头相连接的部件在不侵占工具平台的情况下被接合到一个工件加工工具的机架上，该机架包括一个工具平台。将主体连接到加工机头上的部件可用于将各种不同的加工机头连接到多种不同的加工腔室内。在一个实施例中，该部件用来与一个加工机头相连接，该加工机头设置有多个触点，这些触点以离散的弯曲部分或Belville环形触点的形式存在。在另一实施例中，该部件用来与一个设置有工件壳体的加工机头相连接，该工件壳体可通过一个电动机旋转并可在离心力的作用下在至少一个工件的一个表面上分配加工流体。
在至少一个实施例中，该提升和旋转部件设置有一旋转部分，该旋转部分包括一个电动机，其中电动机设置于加工机头内。电动机的轴与主体相连接并相对该主体可转动地固定。
在至少另一实施例中，除了旋转机构外，该提升和旋转部件还包括一个提升机构，该提升机构用于相对主体的另一部分提升与加工机头相连接的主体部分。
该提升和旋转部件还设置有一个能够将信号、气体和流体传送给加工机头的电缆部件。该电缆部件包括一个通用的电缆环，该电缆环用于沿提升机构的提升方向和旋转机构的旋转方向输送附加长度的电缆。
在又一实施例中，该提升和旋转部件设置有多个适合于将该部件安装到工具机架的外露表面上的销轴。
图1示出了现有技术中加工工具的顶视图；图2示出了拆掉几个面板后本发明的加工工具的局部等轴视图；图3示出了根据本发明的提升和旋转部件的等轴前视图，图中示出了加工机头沿垂直方向被提升到一个高位上，同时加工机头向上旋转到一个装载位置上；图4示出了图3所示的提升和旋转部件的等轴后视图；图5示出了根据本发明的提升和旋转部件的等轴前视图，图中示出了加工机头沿垂直方向被下放到一个低位上，同时加工机头向下旋转到一个加工位置上；图6示出了图5所示的提升和旋转部件的等轴后视图；图7示出了安装于加工工具的外露表面上的提升和旋转部件的等轴视图，其中侧面面板已被拆掉；图8示出了与加工工具的外露表面相接合的插座、凹座(saddle)和可调表面的等轴视图，提升和旋转部件的销轴支承并抵靠在插座、凹座和可调表面内；图9示出了图4所示的提升和旋转部件在其后盖被拆掉后的视图；图10示出了图6所示的提升和旋转部件在其后盖被拆掉后的视图；图11示出了向下旋转到加工位置上的提升和旋转部件的侧剖图；图12示出了微电子工件壳体和一个对应于部分加工站的转子部件的剖视图，其可以装有图3至11所示的提升和旋转部件；图13示出了微电子工件壳体的另一实施例的部件分解图；图14示出了当壳体处于装配状态下时图13所示的工件壳体的顶视图；
图15示出了工件壳体沿图14之剖面线15-15的剖视图；图16示出了工件壳体沿图14之剖面线16-16的剖视图；图17示出了工件壳体沿图14之剖面线17-17的剖视图；图18A和18B示出了工件壳体处于封闭状态并与一个旋转驱动部件相连接的剖视图；图19A和19B示出了工件壳体处于打开状态并与一个旋转驱动部件相连接的剖视图；图20示出了一个与图12至19所示的装置相类似的反应器从一个不同的位置观看时的剖视图；图21示出了沿反应器的中央垂直轴线所作的剖视图；图22示出了在图14中画在一个圆圈内的反应器之某些元件的放大视图；图23和24为图22所示部分分别沿反应器周围的不同位置的放大视图；图25示出了一个也可包括图3至11所示的提升和旋转部件的电镀反应器的剖视图；图26示出了适用于图25所示的部件中的反应器筒的一个实施例的具体结构；图27示出了加工机头的一个实施例，该加工机头由一个固定部件和一个适用于图25所示的反应器中的转子部件构成；图28示出了一个接点部件的实施例，该接点部件使用了适用于图25所示的反应器部件中的弯曲接点；图29至33示出了快速连接机构的一个实施例的各个不同方面；图34为反应器机头的剖视图，图中示出了加工机头接受工件的位置；图35为加工机头的剖视图，图中示出了加工机头处于准备将工件传送给反应器筒的状态下的位置；图36示出了转子部件的一个实施例的部件分解图。
对本发明的详细说明图1示出了现有技术的加工工具10的一个实例的顶视图。具体而言，图1示出了Semitool公司生产的LT-210TM型加工工具的顶视图。LT-210TM型加工工具是一种用于加工尺寸最大可达200毫米的半导体晶片的工具体系。盖板15包括开口20和25，开口内可以容纳各个加工站或加工部分。开口20与通常安装有加工腔室/加工筒的开口相对应。开口25与通常安装有提升和旋转部件的开口相对应。为安装相应的提升和旋转部件，该部件被提升到开口上方并将该部件的一部分插入到开口25内。
图2示出了根据本发明的部分加工工具100的等轴视图。在该图中，几个面板已被拆除，但一对侧板105仍然处于原来的位置上。图2还示出了几个安装在局部加工工具100内的提升和旋转部件200。在图中仅示出了一些没有相应的加工机头205的提升和旋转部件200。与图1所示的加工工具相似，加工工具100包括一个设置有开口115的盖板110，而在开口115内，通常安装有加工腔室/加工筒400(图7)。
尽管在现有技术的加工工具10(图1)中提升和倾斜部件在盖板110上设置有用于容纳提升和翻转部件的开口25，但本发明的最佳实施例包括连接到盖板110之背面边缘120上的提升和旋转部件200。这样就能在盖板上形成更多的空间用于容纳更大的加工腔室/加工筒，从而能处理尺寸更大的晶片。
提升和旋转部件200可与加工腔室/筒400接合使用，以用于多种不同的加工工艺中，这些工艺包括电镀工艺、漂洗/干燥工艺、无电极电镀工艺，和/或浸渍腔室工艺(immersion chamber processes)。
图3和4分别示出了提升和旋转部件200的前等轴视图和后等轴视图。该提升和旋转部件包括一个加工机头205和一个底座210。加工机头205通过一个转动机构可转动地连接到底座上，该转动机构具体如图11所示。底座210包括一个第一部分215和一个第二部分220。第二部分220能够相对第一部分215被提升。具体而言，加工机头205与底座210的第二部分220相连接，从而当第二部分相对第一部分215移动时，加工机头能够和第二部分220一起移动。
在最佳实施例中，加工机头205设置有一个单独的环形接点225，待处理的晶片在被接纳后将抵靠该环形接点固定到位。在至少一个最佳实施例中，环形接点为晶片提供动力。
位于靠近底座210之底部的侧面上的是一个接线盒230，包括通讯信号和功率信号在内的信号、气体和流体可通过该接线盒被接收。在最佳实施例中，接线盒230包括三个接头235、240和245。接头235接收电信号。接头240接收电镀功率信号。接头245接收用于启动气动装置和背面氮气净化装置的气体。
主体210还在其两侧各包括一对销250(有一个销未被示出)。销250用于将提升和旋转部件安装到工件加工工具的机架100上，如图2所示。
图5和6为根据本发明的提升和旋转部件200的等轴前视图和后视图，图中示出了加工机头205沿垂直方向下降到一个低位上，同时加工机头205向下旋转到加工位置上的情况。其它特征与图3和4所示的结构非常接近。
图7示出了安装在加工工具100的外露表面125上的提升和旋转部件200的等轴视图，而且在图2中示出的侧向面板105被拆除。位于加工工具100的外露表面125上的是一个插座130、一个支座135和一对可调表面140。一对夹子145相对各个可调表面140卡住两个顶销250。应该注意夹子可采用不同的形式。连接方式包括一个在夹子上的螺丝或一个自动卡紧的弹簧夹。
在图中示出加工腔室/加工筒400在盖板110内从开口伸出。
图8示出了与加工工具100的外露表面125相接合的插座130、支座135和可调表面140的等轴视图，提升和旋转部件200的销250抵靠并支承在插座130、支座135及可调表面140内。
插座130包括一个用于容纳销250的球形凹槽150和一个起重螺丝160，该螺丝能够使插座130沿箭头X所示的方向可调。支座135包括一个用于容纳销250的圆柱形沟槽155和一个相似的起重螺丝165，该螺丝能够使支座135沿箭头Z所示的方向可调。一对起重螺丝170能够使可调表面140沿箭头Y所示的方向可调。
最初，当安装提升和旋转部件200时，将左下侧的销250放置在插座130的球形沟槽150内。当左下侧的销安装到位后，右下侧的销250将被提升并超过支座135的唇缘175，然后将其下放到圆柱形凹槽155内。
在加工机头205的重力作用下，重心使提升和旋转部件200的其余两个上部销250沿加工机头205的方向下降，直到其与可调表面140相接触。为提供更好的稳定性，提升和旋转部件200的上部销250最好抵靠在可调表面140上。将一对夹子145连接到可调表面140的孔180内，该孔180设置于可调表面的顶部。当固定到位时，夹子145就超出上部销250并围绕销250延伸，如图7所示。
插座130、支座135和可调表面140可以分别独立可调，以相对加工腔室/加工筒400正确地对中。调节操作是通过转动一个或多个起重螺丝来实现的。
通过销250和相应的硬件130、135和140将提升和旋转部件200连接到加工工具100的外露表面125上，就能够使提升和旋转部件200易于安装到加工工具100上，而且易于从加工工具100上拆卸下来。此外，盖板110的整个表面可用来为加工腔室/加工筒400提供开口，从而使筒体的尺寸最大化。
影响盖板110上的可利用空间的另一个因素在于主体210的深度D。主体210的深度受到设置于主体210内的机械部件和电子元件的影响。
图9和10示出了后盖被拆除后图4和6所示的提升和旋转部件。由于后盖已被拆除，因此可以看到提升和旋转部件200的主体210的内部结构。
提升和旋转部件200的最佳实施例包括一个提升机构255。该提升机构包括一个提升轴线电机260和一个转动滚珠丝杠270的提升传动装置265。当滚珠丝杠转动时，导向块275将相对滚珠丝杠上下移动。导向块275与主体210的第二部分220相连接。因此，当导向块275对应于滚珠丝杠270的转动而上下移动时，主体210的第二部分220也随之而升高和降低。
一个压缩空气弹簧280连接在主体210的第一部分215和第二部分220之间。空气弹簧280最好能够提供一个与作用在加工机头205和类似的升降部件上的重力基本相等的平衡力。这样就使提升轴线电机260提升和降低加工机头205所需的力最小。
最佳实施例还包括一个线性编码器(encoder)282，该编码器能够为提升机构255提供一个用于其自身定位的绝对坐标。
设置于主体210的第二部分220内的是一个转轴部件285。该转轴部件包括一个传感器290和一个传感器标示器(sensor flag)295，用于监控加工机头205的转动情况。该转轴部件与一个转动机构300(图11)相连接，该转动机构包括一个设置于加工机头205内的电机305(图11)。
电机305的轴310与主体210相连接，并相对主体210可转动地固定。通过固定电机轴310，当电机被驱动时，电机305相应地使加工机头205也旋转。这样就能够使加工机头旋转，并使电机305的大部分定位于加工机头205内。从而可以减小主体210的深度D。
加工机头205能够通过接线盒230和一电缆部件295接收由提升和旋转部件200输出的多种信号、气体和流体中的至少一种信号、气体和流体。电缆部件包括一个电缆环315，该电缆环用于进送多余长度的电缆，以解决提升机构255和旋转机构300的移动问题。在使旋转机构300和提升机构255定位的过程中，旋转机构300一直与提升机构255对中，以能够沿同一方向移动。
通过使其沿同一方向移动，一个电缆环315就能够为运动的提升方向和旋转方向提供多余的长度，从而省去了第二电缆环。由于省去了第二电缆环，这样还会在提升和旋转部件200的主体内210节省更多的空间。
基体210还包括用于控制提升和旋转部件200的功能的电路。
通过将大部分旋转机构300设置在加工机头205内，而且还省去了第二电缆环，这样就在提升和旋转部件200的基体210内节省了空间。因此，这样就能够减小提升和旋转部件200的深度D，而且还能够在加工工具100的盖板10上为加工腔室/加工筒400提供更大的可利用空间。
图11示出了提升和旋转部件向下旋转到加工位置上的侧面剖视图。除了示出了在加工机头内用于旋转机构300的电机的大部分之外，图11还示出了一个第二电机325，该第二电机用于在一个平行于加工机头205之表面330的平面内旋转已接收的工件。
该提升和旋转部件200可应用于多种不同类型的加工站内，这些加工站将各种不同类型的加工机头连接到各种不同的加工腔室内。一种类型的加工站的连接实例如图12至24所示。如图12至19所示的加工站设置有一个盒状的加工环境或工件壳体，该壳体可由一电机旋转，而且还有可在离心力的作用下横穿至少工件的一个表面分布的加工流体。
如图12所示，加工站基本上由一个转子部分1015和一个微电子的工件壳体1020构成。转子部分1015包括多个支承部件1025，这些支承部件从转子部分1015向下延伸，以与工件壳体1020相接合。每个支承部件1025都包括一个沟槽1030，沟槽1030的尺寸能够与沿径向延伸的凸缘1035相接合，该凸缘1035围绕工件壳体1020的周边区域延伸。转子部分1015还包括一个转子电机部件1040，该电机部件1040设置成围绕一中心轴线1047旋转包括支承部件1025在内的毂盘部分1045。这样，当支承部件1025与凸缘1035相接合时，工件壳体1020就被固定，从而与毂盘部分1045一起转动。也可以采用其它结构的转子部分1015和用来与工件壳体1020固定在一起的接合机构。
在图12所示的实施例中，工件壳体1020限定了一个基本封闭的加工腔室1050。这个基本封闭的加工腔室1050最好被制造成微电子工件1055的通常形状并与工件的表面紧密吻合。图12所示的具体结构包括一个设置有一内腔表面1065的上部腔室部件1060。上腔部件1060包括一个设置于内腔表面1065之中央处的流体入口1070。这种特殊的结构还包括一个设置有一内腔表面1080的下部腔室部件1075。下腔部件1075具有一个设置在内腔表面1080的中央处的流体入口1085。上腔部件1060和下腔部件1075相互接合，以形成加工腔室1050。上腔部件1060包括从内腔表面1065向下突出的侧壁1090。在加工腔室1050的周边区域上穿过侧壁1090设置一个或多个出口1100，以允许腔室1050内的流体通过壳体1020围绕轴线1047旋转时所产生的向心加速度离开这些出口。
在图示的实施例中，微电子工件1055是一个大体为圆形的晶片，该晶片具有上部和下部平面状的表面。这样，加工腔室1050的平面图就大体为圆形，而且内腔表面1065和1080大体为平面状并平行于工件1055的上部和下部平面状表面。内腔表面1065和1080与工件1055的上部和下部平面状表面之间的间隔通常非常小。这种间隔最好被最小化，以控制流过空隙区域的加工流体的物理特性。
晶片1055通过多个从内腔表面1080伸出的隔离部件1105与内腔表面1080相互隔开。另外一组隔离部件1110最好从内腔表面1065伸出并与隔离部件1105对中，以将晶片1055夹在中间。
流体入口1070和1085提供了联通通道，一种或多种加工流体可通过这些通道进入腔室1050内，以对晶片表面进行处理。在图示的实施例中，加工流体从晶片1055的上方通过一个流体进送管1115输送至入口1070，而流体进送管1115在靠近入口1070的位置上设置有一流体出口喷嘴1120。流体进送管1115穿过转子部分1015的中心延伸，而且最好与旋转轴线1047同心。类似地，加工流体通过一流体进送管1125从晶片1055的下方输送至入口1085。流体进送管1125终止于一个设置于入口1085近端的喷嘴1130处。尽管喷嘴1120和1130终止于相对各个入口有一定距离的位置上，但应该知道管1115和1125还可以延伸，以使间隙1135不存在。而喷嘴1120和1130或管1115和1125可包括多个旋转密封件，这些密封件抵靠并密封位于入口1070和1085区域内的各个上部和下部腔室部件1060和1075。在这种情况下，在设计旋转接头的过程中应多加注意，以使由活动部件的磨损而造成的污染最小。
在加工过程中，一种或多种加工流体通过流体进送管道1115和1125及入口1070和1085被单独地或同时进送，以与腔室1050内的工件1055的表面相接触。在加工过程中，壳体1020最好通过转子部分1015围绕轴线1047转动，以使腔室1050内的任何流体都通过离心加速度在工件1055的整个表面上连续流动。这样，就使进入到入口1070和1085内的加工流体从工件1055的中心沿径向向外的方向经过工件表面流向工件1055的外周边。在工件1055的外周边上，所有用过的加工流体都在离心加速度的作用下通过出口1100被导离腔室1050。用过的加工流体可被积存在一个设置于工件壳体1020下方和/或其周围的杯形容器内。如下面的另一实施例所述，工件壳体1020的周边区域可被构造成能够将通过入口1070进入的加工流体与通过入口85进送的加工流体有效隔开的结构形式，以使晶片1055的相对表面分别受到不同加工流体的处理。在这种结构中，加工流体可分别积存在壳体1020的周边区域内，以对其进行处理或再循环使用。
在图12所示的实施例中，工件壳体1020可构成一个单独的晶片荚(pod)，该晶片荚可用于在各种不同的加工站和/或加工工具之间运送工件1055。如果壳体1020在加工站和/或加工工具之间的运送是在一个清洁的室内环境下进行的，那么壳体1020的各个开口可以不必密封。但是，如果这种运送操作是在一个存在晶片污染物的环境下进行的，那么应该对壳体上的各个开口进行密封。例如，入口1070和1085可分别设置有聚合物隔膜，穿过这些隔膜上设置有多个狭缝。在这种情况下，流体进送管1115和1125可分别终止于一个跟踪结构(tracor structure)，这种跟踪结构可用于穿过各个隔膜并将加工流体导入腔室1050内。这种跟踪装置/带狭缝的隔膜结构可被用于医疗工业的静脉补给装置上。选择用作隔膜的聚合物材料应该考虑将被导入的具体的加工流体。可对出口1100进行类似的密封，一旦壳体1020处于清洁的室内环境下，那么跟踪装置就会通过密封件被插入到隔膜内。
或者，将出口1100本身构造成能够使流体从加工腔室流出，同时防止流体能够从壳体1020外部进入腔室1050内。这种效果可通过将开口1100构造成喷嘴的形式来实现，而在喷嘴内，流体流动孔在腔室1050内部的直径大于壳体1020外部的直径。在另一结构中，可将一个旋转阀部件与多个出口1100接合使用。该阀件，例如一个在对应于出口1100的位置上设置有多个开口的环，可设置于开口1100附近，而且能够在运送过程中转动，以密封出口1100。该阀件可被旋转到一个使出口1100在加工过程中打开的位置上。惰性气体，例如氮气可恰在将壳体运向下一工具或加工站之前通过进送管1115和1125通入腔室1050内。也可以采用其它不同的机构用来密封出口1100和入口1070和1085。
图13为另一反应器结构的透视图，其中反应器设置在一个固定的加工位置上，而且能够打开和关闭，以利于将工件装入和取出。在图中用标记1200表示的反应器包括可分离的上腔部件1205和下腔部件1210。与前一实施例相同，上腔部件1205包括一个大体为平面状的腔室表面1215，该表面1215的中央处设置有一入口1220。尽管在图13中未被示出，但下腔部件1210也包括一个大体为平面状的内腔室表面1225，该表面设置有一中央通孔1230。上腔部件1205包括一个向下延伸的侧壁1235，该侧壁可由一种聚合物密封材料制成，或与部件1205的其它部分整体成形。
上腔部件和下腔部件1205、1210可相互分离，以将一工件容纳在其中。当将一工件放置在上腔部件和下腔部件1205、1210之间时，这两个腔室将相向移动以形成一个腔室，在该腔室内工件支承在一个与平面状内腔表面1215和1225间隔一定距离的位置上。在图13至19B所示的实施例中，当上腔部件和下腔部件接合在一起形成一腔室(图18B)时，工件例如半导体晶片将被夹持在多个支承部件1240和相应的隔离部件1255之间的合适位置上。上腔部件和下腔部件的相对轴向移动和相背轴向移动可通过多个紧固件1307得以简化，该结构将在下面具体说明。多个紧固件1307最好将上部和下部腔室压到一个封闭位置上，例如图18A所示的位置。
在图示的实施例中，多个晶片支承部件1240围绕上腔部件1205的周边区域在侧壁1235的径向外侧的位置上延伸。晶片支承部件1240最好设置成能够沿各个轴线1245线性移动，从而当上腔和下腔部件处于封闭位置上(见图18A)时，允许支承部件1240将晶片夹在隔离部件1255上；并当上腔部件和下腔部件相互分离时(见图19A)，允许支承部件1240将晶片从夹紧动作中脱开。每个支承部件1240都包括一个朝上腔部件1205的中心径向延伸的支臂1250。各个臂1250的一个端部位于从内部腔室表面1215伸出的相应的隔离部件1255的上方。隔离部件1255最好均为锥形，这种锥形结构包括一个紧邻支臂1250的端部终止的顶点。凹槽1295设置于下腔部件1210的周边部分上并与晶片支承部件1240的倒圆下部1300相接合。当下腔部件1210被向上顶推到闭合位置上时，凹槽1295与支承部件1240的端部1300相接合并向上推动端部，以将晶片1055固定在支承部件1240的支臂1250和对应的隔离部件1255之间。这种闭合状态如图16所示。在该闭合位置上，凹槽1295和上腔部件的相应凹槽1296(图13)在反应器1200的周边区域形成了多个出口。每个支承部件1240的支臂1250的径向对中是通过一定位销1308来保持的，该定位销1308穿过侧向沟槽1309延伸，而侧向沟槽1309又穿过各个支承部件的上部设置。
紧固件1307的结构允许上腔部件和下腔部件相对和相背移动，具体如图13、17和18B所示。如图所示，下腔部件1210包括多个中空的圆筒1270，这些圆筒1270固定在下腔部件1210上并向上穿过位于上腔部件1205之周边区域的对应孔1275延伸，以形成各个紧固件1307的下部。杆1280延伸到圆筒1270的中空部分内并被固定，以构成各个紧固件1307的上部。杆1280和圆筒1270一起构成了能够在上腔部件和下腔部件1205、1210之间沿轴线1283在一打开位置和一关闭位置之间相对线性移动的紧固件1307。两个凸缘1285和1290设置在各个杆1280的上部上。凸缘1285起到一个挡块的作用，以限制上部和下部腔室部件1205、1210在打开位置上的分离程度。凸缘1290提供了一个用于象弹簧(图17)这样的偏压部件抵靠的表面，以将上部和下部腔室部件1205、1210偏压到关闭位置上。
参照图17，弹簧1303或类似物设置有一个定位于一个环形沟槽1305内的第一端，该环形沟槽1305分别围绕各个紧固件1307延伸。各个弹簧的第二端被设置成能够以压缩状态与各个紧固件1307的凸缘1290相接合的结构形式，以使弹簧产生一个力，该力驱动紧固件1307及下腔部件1210向上与上腔部件1205相接合。
反应器1200被设计成能够在工件的加工过程中围绕一中央轴线转动的结构。为此，一个设置于中央位置上的轴1260从上腔部件1205的上部伸出。如图18A至19B所示，轴1260被连接，以与旋转驱动电机相接合用于旋转驱动反应器1200。轴1260被构造成设置有一中央定位的流体通道(见图15)的结构，加工流体可通过该流体通道流向入口1220。或者，该中央通道也可起到一根导管的作用，用于一个独立的流体入口管或类似物上。
如图14和15所示，多个可选的过流通道1312从上腔部件1205的中央部分沿径向伸出。轴1260终止于一个喇叭形的端部1315，该端部设置有多个入口凹槽1320，这些凹槽能够在加工腔室1310的上部和过流通道1312之间形成流体联通。轴1260的喇叭形端部1315可通过一个安装板1325与上腔部件1205固定在一起。安装板1325又通过多个紧固件1330(图16)固定到上腔部件1205上。当流向腔室1310的流体流量超出从腔室的周边出口流出的流体流量时，过流通道1312允许加工流体离开腔室1310。
图18A和18B为反应器1200在关闭状态下的剖视图，图中还示出了反应器1200与一个整体上由1400表示的旋转驱动部件相连接；而图19A和19B是一个类似的剖视图，图中示出了处于打开状态下的反应器1200。如图所示，轴1260向上延伸到旋转驱动部件1400。轴1260设置有能够与定子1405相互配合的部件，以构成一个旋转驱动电机部件1410。
与图12所示的实施例相同，上腔部件和下腔部件1205和1210连接在一起，以形成基本封闭的加工腔室1310，即在最佳实施例中，与工件1055的形状基本吻合的加工腔室。晶片1055最好支承在腔室1310内使其上表面和下表面距内腔表面1215和1225有一定距离的位置上。如上所述，这种支承可通过支承部件1240和隔离部件1255而得以简化，当反应器1200处于图18A和18B所示的闭合位置上时，支承部件1240和隔离部件1255夹紧晶片1055的周边。
在图18A和18B的闭合状态下，晶片1055受到加工处理。由于晶片被固定在加工腔室1310内，因此加工流体将穿过轴1260上的通道1415和入口1220进入到腔室1310的内部。类似地，加工流体通过一个加工进送管1125也进送到腔室1310内，而加工进送管1125通过入口1230导入流体流。当反应器1200由旋转驱动电机部件1410转动时，所有通过入口1220和1230进送的加工流体都将在离心加速度产生的力的作用下流过晶片1055的表面。用过的加工流体从位于反应器1200的周边区域内的并由凹槽1295和1296构成的出口流出加工腔室1310。由于支撑部件1240未被构造成能够明显挡住最后得到的流体流的结构，因此就存在这种出口。作为一种替换，还可在周边区域设置或增设其它出口。
一旦完成加工处理作业，那么反应器1200将被打开，以取出晶片，如图19A和19B所示。完成处理操作后，传动装置1425用于向下驱动传动环1430，以使其与紧固件1307的上部相接合。克服弹簧1303的偏压拧紧紧固件1307，使下腔部件1210下降并与上腔部件1205分离。当下腔部件1210被下降后，支撑部件1240在重力的作用下或克服偏压部件的作用下随下腔部件一起移动，同时下放晶片1055。在该低位上，反应器腔室1310打开，以露出晶片1055，从而将其取出和/或将一新晶片插到反应器1200内。这种装入和取出操作可以手动进行，或由机械手来完成。
上述的设置方式使反应器1200尤其适合于通过一个自动传送机构或类似装置自动执行工件的装载和卸载。通过与图18A和19A相对比，可以清楚工件的上表面和上腔部件1205的内腔壁之间的距离可根据反应器1200处于打开状态还是关闭状态而变化。当处于打开状态时，工件的上表面与上腔部件1205的内腔壁之间的间隔距离为x1，该距离为自动传送机构的工件传送臂的操作提供了足够的空间。当处于关闭的加工状态时，工件的上表面与上腔部件1205的内腔壁之间的间隔距离为x2，该距离小于x1。在该实施例中，距离x2可根据工件加工过程中所需的距离来选择。
图20至24示出了与图12至19所示的结构相似的加工站另一实施例。在图20至24中，示出了一个用于处理微电子工件的反应器2100，该微电子工件可以是硅晶片2010，该硅晶片在微观条件下观察具有一上侧2012、一下侧2014和一外部环形周边2016。对于某些应用领域而言，上侧2012就是正面，其也可被称为装置面；而下侧2014就是背面，其也可被称为非装置面。但对于其它应用领域而言，该硅晶片2010也可被倒置。
总之，除了在本文中公开的内容外，反应器2100可以是一个与上述反应器相似的结构。但是，根据附图所示的结构和上述的内容，反应器2100可被改进成能够在完成所选的微电子制造过程中更加通用的结构形式。
反应器2100设置有一个包括一上腔壁2120的上腔部件和一个包括一下腔壁2140的下腔部件。这些壁2120、2140能够打开，以允许装载和卸载机构(未示出)将晶片2010装入到用于加工处理的反应器2100中，其中装载和卸载机构可以是一个设置有一末端执行器的机器人。这些壁2120和2140能够关闭，以在壁2120和2140之间在加工位置上形成一个支撑晶片2010的密封舱2160。
限定有一旋转轴线A的反应器2100设置有一顶部2200，该顶部包括有一个转子2210并安装有一个电机2220，其中转子2210固定着上腔壁2120，而电机2220用于当上腔壁和下腔壁2120、2140闭合时，围绕轴线A旋转转子2210、上腔壁和下腔壁及支撑在加工位置上的晶片2010。电机2220能够驱动轴套2222，该轴套通过滚动轴承2224沿径向支撑在顶部2200上。该顶部2200能够为打开壁2120、2140而升高，而且能够为使壁2120、2140闭合而下降。
上腔壁2120设置有一加工流体入口2122，而加工流体可以是液体、蒸汽或气态；而下腔壁2140设置有一流体入口2142，对于给定的应用领域而言，可以使用相同或不同的流体。顶部2200安装有一个穿过轴套2222径向延伸的上喷嘴2210，以不与轴套2222的转动相干涉。该上喷嘴2210通过上腔壁2120的入口2122向下为加工流体流导向。
上腔壁2120包括一组类似的出口2124，这组出口围绕垂直轴线A以均一的角度间隔相互隔开。在该实施例中，采用了36个这样的出口2124。每个出口2124都相对垂直轴线A向外以一个较大的径向距离间隔分布，并相对支撑在加工位置上的晶片2010之外周边2016向里以一个较小的径向距离例如1.5毫米间隔分布。
当上腔壁和下腔壁2120、2140闭合时，其将限定一个微观环境反应器2160，该微观环境反应器包括一个由上腔壁2120和被支撑的晶片2010上大体为平面状的第一表面限定而成的上部加工腔室2126和一个由下腔壁2140和被支撑的晶片上大体为平面状的第二表面限定而成的下部加工腔室2146，其中第二表面与第一表面相对。上部和下部加工腔室2126、2146在一个位于被支撑晶片2010的外周边2016范围之外的环形区域2130内彼此流体联通并被一个连接在环形区域2130之下部2134上的环形可压缩密封件(例如O型密封圈)2132所密封。该密封件2132允许加工流体进入到下部入口2142内，以在足够的压力作用下使加工流体流向出口2134。
与前述实施例所述的那种反应器相比，反应器2100尤其适合于执行单一范围内的微型制造工艺。例如，反应器2100尤其适合于执行要求加工流体与工件的第一侧和仅与其第二侧的周边部分相接触的工艺中。这种工艺可被实现，因为进入下腔壁2140上的入口2142内的加工流体能够在到达出口2124之前作用于被支撑的晶片2010的下侧面2014上、被支撑的晶片2010的外周边2016上和被支撑的晶片2010的上侧面2012的外边缘2018上，另外还因为进入上腔壁2120上的入口2122的加工流体除了在到达出口2124之前可作用于上侧面2012的外边缘2018上外，还可作用于受到支撑的晶片2010的上侧面2012上。
作为该工艺的一个典型实例，可通过控制进入相应的入口2122、2142的加工流体的相应的压力来使用反应器2100，以执行允许流体与工件的第一侧面、工件的周边和工件对侧的周边区域相接触的工艺。这种流体流/接触还可被看作是将从一侧的周边区域作用于对侧的加工流体排出的一种方式。根据该方法的一个实施例，从工件的第一侧、周边和工件对侧的周边区域蚀刻掉一薄膜材料。
在该方法的领域具体实施例中，该方法可应用于喷镀金属的方法中，而喷镀金属的方法用来在半导体晶片或类似物上形成微电子元件和/或互连结构。为此，可将一薄膜例如晶粒层涂敷到位于正面的阻挡层和至少部分外周边上。在插入一个或多个步骤后，例如在其上电镀一层铜等的步骤，将能够蚀刻的电镀材料、薄膜材料和/或阻挡层材料的腐蚀剂有选择地流过第一侧的外部边缘，同时防止流过第一侧面的其它径向部分内。这样，就从第一侧面的外边缘上除掉了一个或多个层，同时保持设置于外边缘内的第一侧面部分的层完好无损。如果腐蚀剂流过相对的那侧和外周边及第一侧面的外部边缘，那么一个或多个层也将从晶片的外周边上被除掉，另外，能够被腐蚀剂除掉的所有污染物也从背面被剥掉。
根据对上述方法的说明，应该认识到可根据使加工流体与工件的外边缘和/或对侧有选择地接触，而对其它层和/或材料进行有选择地蚀刻、清除、沉积、保护等。例如，可通过与氧化物腐蚀剂例如氢氟酸有选择性地接触而从工件的对侧和第一侧的外边缘上除去氧化物。类似地，还可在反应器内控制氧化物腐蚀剂，以使氧化物腐蚀剂与工件正面上除外边缘之外的所有部分都接触，从而使外边缘上的氧化物完好无损。还应该认识到省去出口2124后的反应器2100能够应用于不需要或不要求包括或排除选择性外边缘的工艺中。
适合与图3至11所示的提升和旋转部件200一起使用的加工站的另一实例如图25至36所示。图示的加工站包括一个加工机头，该加工机头上设置有多个以离散的弯曲部分或Belville型环形接点形式存在的接点。具体而言，图25至36示出了一种用于对微电子工件例如半导体晶片3025进行电镀的反应器部件3020。整体上说，反应器部件3020由一个加工机头3030和一个对应的反应器筒3035构成。这种反应器部件尤其适合于对半导体晶片或类似工件进行电镀，在电镀过程中，晶片的一个导电薄膜层被电镀有一个覆盖层或带花纹的金属层。
适用于反应器部件3020的反应器筒3035的一个具体实施例的特殊结构如图26所示。电镀反应器筒3035是反应器部件3020上包含有电镀溶液的那部分，其能够将溶液导向一个需要电镀的相关工件3025的正面朝下的表面上。为此，电镀溶液通过反应器筒3035循环流动。在溶液的循环流动过程中，溶液从反应器筒3035流过筒体的坝状周边进入反应器部件3020的下部过流腔室3040内。一般情况下，要将溶液从过流腔室内抽出，以通过反应器再循环。
反应器筒3035包括一个提升管3045，在该提升管内设置有一个用于将电镀溶液导入反应器筒3035内的入口导管3050。该入口导管3050最好是导电的，而且能够与电镀阳极3055导电接触并支撑该电镀阳极。阳极3055可设置有一个阳极护罩3060。电镀溶液从入口导管3050经过位于其上部的多个开口围绕阳极3055并通过一个可选择的扩散板3065流动，其中扩散板3065定位在能够与阳极操作连接的位置上。阳极3055能够耗尽的，以使阳极的金属离子通过电镀溶液移动到用作阴极的相关工件的导电表面上。或者，阴极3055可以是惰性的，从而省去了阴极护罩3060。
如图25和27所示，在图示的实施例中，电镀反应器3020的加工机头3030包括一个固定部件3070和一个转子部件3075。转子部件3075被构造成能够接受和携带相关晶片3025或类似工件，并将晶片定位于反应器筒3035内的下方加工侧，而且能够旋转工件同时将其导电表面连接到反应器部件3020的电镀电路中的结构形式。提升和旋转部件3080将加工机头3030从朝上的位置旋转到朝下的位置上，其中在该朝上的位置上，提升和旋转部件3080接收需要电镀的晶片，而在朝下的位置上，需要电镀的晶片表面向下定位于反应器筒3035内，而且大体与扩散板3065相面对。通常采用一个机械手3415(有时也包括一个末端执行器)，用于将晶片3025放置到转子部件3075上的合适位置上并从转子部件内取出已被电镀的晶片。
在图示的实施例中，反应器3020采用了一个环形接触部件3085，该接触部件能够与晶片3025形成连续的导电接触或许多不连续的导电接触点。通过与半导体晶片3025的外周边形成连续的接触，在本实施例中是通过围绕半导体晶片的外周边形成连续的接触，而将更均匀的电流供给半导体晶片3025，从而形成更均匀的电流密度。更均匀的电流密度提高了沉积材料深度的均匀性。
根据图示的实施例，接触部件3085包括多个能够对晶片周边形成最小的干扰同时与晶粒层形成一致接触的接触件。可通过使用一种当晶片与接触部件相接合时能够对晶粒层产生擦拭作用的接触件结构来提高与晶粒层的接触。这种擦拭动作有利于除去晶粒层表面上的任何氧化物，从而提高接触结构和晶粒层之间的导电接触。这样，就能够提高晶片周边周围的电流密度的均匀性，而且最终形成的薄膜也更均匀。另外，这种导电接触的均匀性还有利于在电镀过程中提高晶片与晶片之间的一致性，从而提高晶片之间的均匀性。
如下所述，接触部件3085还包括一个或多个能够单独形成一隔板或与其它结构相配合形成一隔板的结构，该结构能够将接点、半导体晶片3025的周边部分及背面与电镀溶液隔开。这样就可防止金属电镀到各个接点上，而且还有助于防止靠近半导体晶片3025之边缘的隔板层之外露部分暴露于电镀环境下。从而基本限制了隔板层被电镀的情况及由于松散附着的电镀材料的剥落而产生潜在污染物的可能性。
在图示的实施例中，接触部件3085构成了转子部件3075的一部分并在半导体晶片3025和电镀电源之间形成导电接触。
图28示出了接触部件3085的局部剖视图。在图示的实施例中，该接触部件包括一个外主体部件3100、一个环形楔块3105、多个弯曲接点3090、一个接点安装部件3110和一个内部的晶片导向件3115。在一个实施例中，环形楔块3105、弯曲接点3090和接点安装部件3110由镀铂钛制成，而晶片的导向件3115和外主体部件3100由一种能够与电镀环境兼容的绝缘材料制成。环形楔块3105、弯曲接点3090、安装部件3110和晶片导向件3115连接在一起形成了一个通过外主体部件3100固定在一起的独立部件。
接点安装部件3110包括一个设置于其周边部分上的第一环形槽3120和一个相对第一环形槽3120设置于径向向里的位置上的第二环形槽3125。第二环形槽3125通向多个弯曲的通道3130，弯曲通道的数量与弯曲接点3090的数量相等。
每个弯曲接点3090都由一个直立部分3135、一个横向部分3140、一个垂直过渡部分3145和一个晶片接触部分3150构成。类似地，楔块3105包括一个直立部分3155和一个横向部分3160。楔块3105的直立部分3155和各个弯曲接点3090的直立部分3135在各个弯曲通道3130所在的位置上固定于接点安装部件3110的第一环形槽3120内。可通过首先将各个独立的弯曲接点3090放置在各个弯曲通道3130内，从而使直立部分3135定位于接点安装部件3110的第一环形槽3120内，同时使过渡部分3145和接点部分3150进入各个弯曲通道3130内的方式方便弯曲接点3090在整个接点部件3085内相对正确位置的自动调节。接着，楔形部件3105的直立部分3155被顶推到第一环形槽3120内。为利于这种接合，直立部分3155的上端为锥形。弯曲接点3090的直立部分3135和楔块3105的直立部分3155的组合宽度能够使这些部件与接点安装部件3110可靠地固定在一起。
楔块3105的横向部分3160沿各个弯曲部分3090的横向部分3140长度的一部分延伸。在图示的实施例中，楔形部分3105的横向部分3160终止于接点安装部件3110的第二环形槽3125的边缘处。从下面对弯曲接点的操作的说明中可以清楚楔块3105的横向部分3160的长度是可以选择的，以使弯曲接点3090具有所需的刚度。
晶片的导向件3115以设置有多个狭缝3165的圆环之形式存在，弯曲部分3090的接点部分3150穿过这些狭缝。一个环形的延伸部分3170从晶片导向件3115的外壁伸出并与设置于接点安装部件3110之内壁上的相应的环形槽3175相接合，从而将晶片导向件3115和接点安装部件3110固定在一起。如图所示，晶片导向件3115的内部直径从其上部朝向紧邻接点部分3150的下部方向逐渐变小。这样被插入接触部件3085内的晶片就可通过形成于晶片导向件3115之内部的一锥形导向壁与接点部分3150一起被引导到位。在环形延伸部分3170下方延伸的晶片导向件3115的部分3180被制造成一个柔性的薄壁，该薄壁可弹性变形，以在给定晶片尺寸的公差范围内容纳具有不同直径的晶片。此外，这种弹性变形还允许一定范围内的晶片插入公差，这种公差是在用于使晶片与弯曲部分3090的接点部分3150相接合的部件中产生的。
外主体部件3100包括一个直立部分3185、一个横向部分3190、一个垂直的过渡部分3195和另一个终止于一个上翻唇缘3205的横向部分3200。直立部分3185包括一个环形的延伸部分3210，该延伸部分沿径向向里延伸，以与设置于接点安装部件3110之外壁上的对应的环形凹槽3215相接合。一个V形凹槽3220形成于直立部分3185的下部并包围其外周边。该V形凹槽3220允许直立部分3185在装配过程中弹性变形。为此，当环形延伸部分3210围绕接点安装部件3110的外部滑动，以与环形凹槽3215接合时，直立部分3185弹性变形。一旦其按这种方式接合到位，那么接点安装部件3110就会被夹在环形延伸部分3210和外主体部件3100的横向部分3190的内壁之间。
另一横向部分3200超出弯曲接点3090的接点部分3150的长度范围延伸，而且当一个晶片例如3025朝向接点部分3150移动时，其尺寸允许其弹性变形。V形槽3220可以有利于横向部分3200弹性变形的形式设计尺寸和定位。当晶片3025与接点部分3150正确接合时，上翻卷唇缘3205与晶片3025相接合并有助于在电镀溶液和晶片3025的外周边及背面之间(包括弯曲接点3090)形成一个隔板。
当晶片3025抵靠着弯曲接点3090移动时，弯曲接点3090将弹性变形。接点部分3150最初以图示的方式向上倾斜。这样，当晶片3025被顶推在接点部分3150上时，弯曲部分3090弹性变形，以使接点部分3150能够有效擦拭晶片3025的表面3230。在图示的实施例中，接点部分3150能够在一个由3235表示的水平距离内对晶片3025的表面3230有效擦拭。这种擦拭动作有助于从晶片3025的表面3230上除去和/或穿透任何氧化物，从而在弯曲接点3090和位于晶片3025之表面3230上的晶粒层之间形成更有效的导电连接。
尽管弯曲接点3090被制造成不连续的部件，但其也可相互连接成一个整体部件。为此，可通过一带材例如镀铂钛将弯曲接点3090的直立部分3135相互连接在一起，其中带材可被制造成一个独立的部件或由一块材料与弯曲部分一起制成。
如图29和30所示，转子部件3075可由一个转子底座部件3205和一个可拆卸的接点部件3210构成。在至少一个实施例中，转子底座部件3205是能够与半导体晶片3025的形状相匹配的环形。一对锁紧机构3215设置在转子底座部件3205的相对两侧。每个锁紧机构3215都包括一个贯穿其上部的孔3220，该孔的尺寸允许其容纳一个对应的导电轴3225，该导电轴从可拆卸的接点部件3210向下延伸。
可拆卸的接点部件3210在图29中以拆卸的状态被示出。为将可拆卸的接点部件3210固定到转子底座3205上，操作人员可将导电轴3225与锁紧机构3215上的对应孔3220对准。当轴3225以上述方式对准后，操作人员可朝向转子底座部件3205顶推可拆卸的接点部件3210，以使轴3225与相应的孔3220相接合。一旦可拆卸的接点部件3210被放置在转子底座部件3205上，那么挂钩臂3230就围绕挂钩臂的轴线3235回转，以使挂钩臂3230的挂钩槽3240与导电轴3235的轴部分3245相接合，同时对凸缘部分3247施加一个向下的压力。这种向下的压力将可拆卸的接点部件3210和转子底座部件3205固定在一起。此外，如下所述，这种接合在转子底座部件3205的导电部分和接点部件3210的电镀接点之间形成了一条导电路线。通过这条路线，就能够将接点部件3210的电镀接点连接起来以接受来自电镀电源的电力。
图31A和31B示出了锁紧机构3215和导电轴3225的其它细节。如图所示，每个锁紧机构3215都由一个设置有孔3220的挂钩主体3250、一个用于围绕挂钩臂的枢轴3255回转的挂钩臂3230和一个保险销3260构成，而保险销3260用于保证围绕保险销的枢轴3265的回转运动较小。挂钩主体3250内还可以设置有一清洗孔3270，该清洗孔用于通过可拆卸接点部件3210上的对应的孔导出清洗流体。一O形圈3275设置在导电轴3225之凸缘部分的底部。
图32A至32C为示出锁紧机构3215的操作的剖视图。如图所示，挂钩臂的沟槽3240被加工成使其尺寸能够与导电轴3225的轴部分3245相接合的结构。当挂钩臂3230被旋转以与轴部分3245相接合时，挂钩臂3230的一突出部分3280以凸轮形式顶推保险销3260的表面3285，直到其与沟槽3290相配合。当突出部分3280和相应的沟槽3290处于配合状态时，挂钩臂3230就以不能意外转动的形式被固定，否则将使可拆卸的接点部件3210从与转子底座部件3205的可靠接合中脱出。
图33A至33D为转子底座部件3205和可拆卸的接点部件3210在接合状态下的剖视图。从这些剖视图中可以看到导电轴3225包括一个中央定位的孔3295，该孔内容纳着相应的导电的快速连接销3300。通过这种接合，可在转子底座3205和可拆卸的接点部件3210之间形成一个导电线路。
从这些剖视图中还可以看到，每个挂钩臂3230的内下部都包括一个相应的沟槽3305，这种沟槽3305被加工成能够与轴3225的凸缘部分3247相接合的形状。沟槽3305以凸轮方式顶压凸缘部分3247的相应表面，以使轴3225抵靠在表面3310上，从而与O形圈3275产生密封作用。
如图34和35所示，转子部件3075包括一个驱动机构，通过该驱动机构，晶片或其它工件3025可通过沿第一方向的运动容纳在转子部件内，然后通过沿垂直第一方向的方向使垫板部件3310朝向接点部件的移动而将其顶推到与接点部件导电接触的位置上。图36为转子部件3075的各个部件及加工机头3030的固定部件3070的部件分解图。
如图所示，加工机头3030的固定部件3070包括一个与转子部件3075的轴3360相互配合的电机组件3315。转子部件3075包括一个大体为环形的壳体部件，该壳体部件包括转子底座部件3205和内部壳体3320。如上所述，接点部件被固定到转子底座部件3205上。通过这种结构，该壳体部件和接点部件3210一起限定了一个开口3325，工件3125可通过该开口3325沿第一方向横向移动，以将工件定位在转子部件3175内。转子底座部件3205最好限定一个机械手及多个工件支承件3330的开口，当工件通过开口3325被横向移动到转子部件内后，机械手将工件定位在支承件3330上。当垫板部件与工件相接合并将其抵压在接触环上之前，这些支承件3330将工件3025支承在接点部件3210和垫板部件3310之间。
垫板部件3310相对接点部件3210的相互移动是通过至少一根朝向接点部件偏压垫板部件的弹簧和至少一个用于背离弹簧移动垫板部件的驱动机构来实现的。在图示的实施例中，驱动机构包括一个与垫板部件3310可操作连接的驱动环3335，垫板部件3310被多个弹簧偏压并通过多个驱动机构沿背离弹簧的方向移动。
参照图34，驱动环3335通过多个(三个)轴3340与垫板部件3310可操作地连接。驱动环又被三个压缩盘簧偏压向壳体组件，而这三个盘簧又分别被夹持固定在驱动环和一个相应的挡帽3350之间。每个挡帽3350都通过一个相应的挡轴3355相对壳体组件固定不动。通过这种结构，偏压弹簧3345的作用将沿朝向壳体的方向顶推驱动环3335，这样偏压弹簧的作用就通过轴3340沿朝向接点部件3210的方向顶推垫板部件3335。
驱动环3335包括一个不连续的内部连接凸缘3365。驱动环3335的动作是通过固定部件3070的传动接头3170(图35)来实现的，该传动接头可以有选择地与驱动环3335接合或脱开。传动接头3370包括一对凸缘部分3375，这对凸缘部分能够通过其间有限的相对转动与驱动环3335的接合凸缘3365相互接合。通过这种结构，转子部件3075的驱动环3335就能够与加工机头3030的固定部件3070的传动接头3370相接合或脱开。
现参照图34和35，传动接头3370可通过多个气动的驱动装置3380(如图所示)沿背离偏压弹簧3345的方向移动，其中气动的驱动装置3380安装在固定部件3070的固定的上板3381(见图25)上。每个驱动装置3380都通过相应的线性传动件3385与传动接头3370可操作地接合，每个传动件3385都基本穿过固定部件3070的上板3381延伸。这样就需要将上述的机械部件与反应器部件3020的其它部分隔开。这样做的缺陷在于可能导致加工环境(在这里是指湿润的化学电镀环境)的污染。另外，根据在反应器3020中进行的具体工艺，上述部件也可能受到加工环境的不利影响。
为实现这种隔离，一波纹管组件3390被设置在上述部件周围。该波纹管组件3390包括一个波纹管3395，在至少一个实施例中，该波纹管由特氟隆制成并设置有一固定在3400处的第一端和固定在3405处的第二端。这种固定在图示的实施例中是用图示的不透液体的凸舌和沟槽密封结构来实现的。波纹管3395的盘旋面3410可在垫板3310的操作过程中弯曲。
图35示出了加工机头3030在其接收工件的状态下的位置，而图34示出了加工机头3030在其准备在反应器筒3035内处理工件时的位置。
从上面的说明中可以理解加工机头3030的操作过程。将工件3025装入转子部件3075内的步骤是通过位于如图26所示的正面朝向上的方位上的转子部件和处于图35所示的状态下的加工机头来完成的。工件3025沿横向穿过由转子部件3075限定而成的孔3325移动到一个使工件定位在支承部件3330的上方并距其有一定距离的位置上。接着，一个机械手3415下降(及适应这种移动的开孔3325)，从而将工件定位在支承件3330上。然后，机械手3415从转子部件3075内收回。
现在，工件3025在垂直第一方向移动，在该方向上工件将移动到转子部件内。这种移动是通过垫板3310朝向接点部件3210的移动来实现的。在图示的实施例中，气动驱动装置3380克服偏压弹簧3345作用，该偏压弹簧3345设置于内部壳体3320和垫板3310的弹簧板3311之间。这样，驱动装置3380能够允许传动接头3370和驱动环3335一起移动，从而允许弹簧3345朝接点3210偏压并顶推垫板3310。在图示的实施例中，驱动环3335和垫板3310之间通过轴3340而实现的连接允许在一定程度上“浮动”。即，驱动环和垫板并非刚性连接在一起。这种最佳结构允许气动驱动装置3380共同以略微不同的速度移动，从而确保工件被顶推到与接点部件3210的电镀接点非常均匀地接触的位置上，同时避免对工件的过大应力或驱动机构的咬合。
由于工件3025被可靠固定在垫板3310和接点部件3210之间，因此图26所示的提升和旋转装置3080能够转动加工机头3030并将反应器的顶部下放到一个与反应器筒3035相配合的位置上，从而使工件的表面放置在与反应器容器内的电镀溶液(即弯液面的电镀溶液)表面相接触的位置上。
根据所采用的具体的电镀方法，保证所有积聚在工件表面上的气体能够排出是很有用处的。因此，工件的表面可以相对反应器容器内的液面以一个锐角定位，例如相对水平面以一个约为2度左右的锐角定位。这样在电镀的过程中，当工件及相关的垫板和接触部件旋转时，就有利于气体在工件表面上溢出。当电流流过工件和电镀溶液时，电镀溶液在反应器筒3035内的循环流动将会在工件的表面上电镀一个所需的金属层。
垫板部件3310的驱动最好由一个简单的线性移动来完成，这样有利于工件的精确定位并有利于与接触部件3210的接点均匀接触。使用波纹管密封装置隔离活动部件还可提高无电电镀工艺的完整性。
该反应器的许多特征都有利于提高工件(例如半导体晶片)电镀的效率。通过使用包括有基本连续的接点的接触部件，就能够形成大量的电镀接点，同时还使所需部件的数量最少，其中基本连续的接点以大量密封的不连续接触区域之形式存在。垫板部件3310的驱动最好由一个简单的线性移动来实现，这样有利于工件的精确定位，而且还有利于与接触环均匀接触。使用波纹管密封装置隔离活动部件还可提高电镀工艺的完整性。
通过使用可拆卸的接触部件3210就可以容易地实现维修和结构变形。此外，由于转子部件3075可从反应器顶部的固定部件3070上拆卸下来，因此更加有利于维修。这种接触部件能够将电镀电能极好地分配到工件的表面上，同时周边密封的最佳设置还可以在电镀环境下保护接点(例如与电镀溶液相接触)，从而防止电镀材料沉积在导电接点上。周边密封还可以防止电镀到工件的周边部分上。
根据上述结合有一个工件壳体的加工站的实施例，该工件壳体可由电机旋转，用于通过离心力在工件的至少一个表面上分配加工流体，如图12至19和图20至24所示，提升和旋转部件200能够起到适当的作用，只要提升和旋转部件200至少能够相对加工腔室提升加工机头。对于结合有加工机头的加工站之图示实施例而言，加工机头设置有多个以不连续的弯曲部分或Belville环形接点形式存在的接点，提升和旋转部件200最好能够相对加工腔室提升并旋转加工机头。
应该理解其它类型的加工腔室也可通过设置本发明的提升和旋转部件而受益非浅。在本发明的基本启示下，可对上述的装置作出多种不同的变型。
尽管已参照一个或多个具体的实施例对本发明作出了详细的说明，但是本领域的技术人员应该知道，在所附权利要求书限定的本发明之保护范围内，可对本发明作出多种变型。
权利要求
1.一种一体式工件加工工具，其包括一个工件加工机架，该机架包括有一工具平台；多个工件加工站，每个工件加工站都包括一个可被工具平台容纳的加工腔室和一个加工机头；其中与每个加工腔室相连接的加工机头被一个与工具机架相接合但不占用工具平台空间的部件所支承。
2.根据权利要求1的一体式工件加工工具，其中所述多个工件加工站中的至少第一个的加工机头包括一个接触部件，该接触部件包括多个设置成能够与工件的一个表面的周边相接触的接点，当工件与所述多个接点相接触时，所述多个接点能够对工件的表面进行擦拭；一个设置于多个接点内部的隔板，该隔板包括一个能够与工件表面相接合的部件，从而将多个接点与相应的工件加工腔室内的流体有效隔开。
3.根据权利要求2的一体式工件加工工具，其中所述接触部件还包括一个由绝缘材料制成的外部主体部件；一个便于支承多个接点的接点支承部件，所述接点支承部件沿径向设置于外部主体部件的内部并由导电材料制成。
4.根据权利要求3的一体式工件加工工具，其中所述多个接点以断续的弯曲部分之形式存在，每个断续的弯曲部分都设置于一个相应的弯曲沟槽内，而所述弯曲沟槽形成于接点支承部件和外部主体部件之间。
5.根据权利要求3的一体式工件加工工具，其中所述多个接点是以Belville环形接点的形式存在，所述接点包括一个设置于一凹槽内的公共部分，而所述凹槽位于接点支承部件的内表面上。
6.根据权利要求2的一体式工件加工工具，其中所述加工机头还包括一个垫板部件和一个驱动机构，所述垫板部件和接触部件可在驱动机构的作用下在一工件装载位置和一工件加工位置之间彼此相对移动，所述工件在工件加工状态下被垫板部件顶推到接触部件的多个接点上。
7.根据权利要求2的一体式工件加工工具，其中所述加工机头还包括一个定子部分和一个转子部分，所述接触部件通过至少一个锁紧机构与转子部分可拆卸地连接。
8.根据权利要求2的一体式工件加工工具，其中支承所述多个工件加工站中的至少第一加工站的加工机头的部件包括一个用于相对加工腔室提升加工机头的提升机构和一个用于相对加工腔室旋转加工机头的旋转机构。
9.根据权利要求2的一体式工件加工工具，其中所述多个工件加工站中的至少第二加工站的加工机头包括一个转子电机；一个能够被电机旋转的工件壳体，该工件壳体内包括一个基本封闭的加工腔室，在该加工腔室内，一种或多种加工流体在壳体转动过程中所产生的离心力的作用下被分配到工件的至少一个表面上。
10.根据权利要求9的一体式工件加工工具，其中所述工件壳体包括一个设置有一内腔表面的上腔部件，该上腔部件包括一个设置于内腔表面中央处的流体入口；一个设置有一内腔表面的下腔部件，该下腔部件包括一个设置于内腔表面中央处的流体入口；上腔部件和下腔部件彼此连接在一起形成了基本封闭的加工腔室，该加工腔室与工件的形状基本吻合，该基本封闭的加工腔室在其周边部分设置有至少一个流体出口，以利于流体在离心力的作用下从加工腔室流出。
11.根据权利要求9的一体式工件加工工具，其中支承所述多个工件加工站中的至少第二加工站的加工机头的部件包括一个用于相对加工腔室提升加工机头的提升机构。
12.根据权利要求1的一体式工件加工工具，其中所述多个工件加工站中的至少一个加工站的加工机头包括一个转子电机；一个能够被电机旋转的工件壳体，该工件壳体内包括一个基本封闭的加工腔室，在该加工腔室内，一种或多种加工流体在壳体转动过程中所产生的离心力的作用下分配到工件的至少一个表面上。
13.根据权利要求12的一体式工件加工工具，其中所述工件壳体包括一个设置有一内腔表面的上腔部件，该上腔部件包括一个设置于内腔表面中央处的流体入口；一个设置有一内腔表面的下腔部件，该下腔部件包括一个设置于内腔表面中央处的流体入口；上腔部件和下腔部件彼此连接在一起形成了基本封闭的加工腔室，该加工腔室与工件的形状基本吻合，该基本封闭的加工腔室在其周边部分设置有至少一个流体出口，以利于流体在离心力的作用下从加工腔室流出。
14，根据权利要求12的一体式工件加工工具，其中支承所述多个工件加工站中的至少一个加工站的加工机头的部件包括一个用于相对加工腔室提升加工机头的提升机构。
15.根据权利要求1的一体式工件加工工具，其中所述工件加工工具机架还包括一个外露表面，包括支承加工机头的部件的所述工件加工站的至少一部分安装在该外露表面上，所述外露表面包括一个用于容纳工件加工站的第一销轴的插座；一个用于容纳工件加工站的第二销轴的支座。
16.根据权利要求15的一体式工件加工工具，其中所述插座包括一个用于容纳第一销轴的球形凹槽。
17.根据权利要求15的一体式工件加工工具，其中所述插座包括一个用于相对所述外露表面调整所述插座位置的调整机构。
18.根据权利要求17的一体式工件加工工具，其中所述调整机构包括一个起重螺旋。
19.根据权利要求15的一体式工件加工工具，其中所述支座包括一个用于容纳第二销轴的圆柱形凹槽。
20.根据权利要求15的一体式工件加工工具，其中所述支座包括一个用于相对所述外露表面调整所述支座位置的调整机构。
21.根据权利要求20的一体式工件加工工具，其中所述调整机构包括一个起重螺旋。
22.根据权利要求15的一体式工件加工工具，其中所述外露表面还包括一个第一可调表面，该表面上能够安装工件加工站的第三销轴。
23.根据权利要求22的一体式工件加工工具，其中所述外露表面还包括一个第二可调表面，该表面上能够安装工件加工站的第四销轴。
24.一种用于工件加工站中的提升和旋转部件，其包括一个主体；一个适合于容纳工件的加工机头；一个包括一电动机的旋转机构，其用于将加工机头可转动地接合到所述主体上，其中所述电动机设置于加工机头内，电动机的轴与所述主体接合并相对所述主体可转动地固定。
25.根据权利要求24的提升和旋转部件，其中所述提升和旋转部件的主体包括一个第一部分和一个第二部分，第二部分可相对第一部分移动并与旋转机构相连接；该提升和旋转部件还包括一个提升机构，所述提升机构与所述主体的第一和第二部分相连接，用于提升与所述旋转机构相接合的所述主体的第二部分。
26.根据权利要求25的提升和旋转部件，其中所述提升机构包括一个与一线性导向电机相连接的导向块。
27.根据权利要求26的提升和旋转部件，其中所述提升机构包括一个与线性导向电机相连接的滚珠丝杠，该滚珠丝杠上跨有导向块。
28.根据权利要求25的提升和旋转部件，其中所述提升机构包括一个连接在所述主体的第一部分和所述主体的第二部分之间的平衡机构，用于沿与重力方向相反的方向施加一个力。
29.根据权利要求28的提升和旋转部件，其中所述平衡机构是一个空气弹簧。
30.根据权利要求25的提升和旋转部件，还包括一个电缆部件，该电缆部件用于接收电信号、气体和流体中的至少一个，并将电信号、气体和流体中的至少一些输送给所述加工机头。
31.根据权利要求30的提升和旋转部件，其中所述电缆部件包括一个公共的电缆环，用于沿提升机构的提升方向和旋转机构的旋转方向输送多余长度的电缆。
32.根据权利要求30的提升和旋转部件，其中所述电缆部件包括一个电缆轨道。
33.根据权利要求30的提升和旋转部件，还包括一个接线盒，所述电缆部件通过该接线盒接收电信号、气体和液体中的至少一个。
34.根据权利要求24的提升和旋转部件，其中所述加工机头包括一个或多个适合于夹持工件的接点。
35.根据权利要求33的提升和旋转部件，其中所述一个或多个工件接点与工件形成导电连接。
36.根据权利要求33的提升和旋转部件，其中所述一个或多个工件接点是一个环形接点。
37.根据权利要求33的提升和旋转部件，其中所述加工机头包括一个第二电机，该电机适合于在一个平行容纳有工件的加工机头表面的平面内旋转工件。
38.根据权利要求24的提升和旋转部件，还包括两个或多个适合于将所述提升和旋转部件安装到工件加工机架上的销轴。
39.一种用于工件加工站中的提升和旋转部件，其包括一个包括一第一部分和一第二部分的主体，第二部分可相对第一部分移动；一个连接在第一部分和第二部分之间的提升机构；一个与第二部分接合的旋转机构；一个通过所述旋转机构与第二部分相连接的加工机头；一个电缆部件，该电缆部件用于接收电信号、气体和液体中的至少一个并将电信号、气体和液体中的至少一些提供给加工机头；其中所述电缆部件包括一个用于沿提升机构的提升方向和旋转机构的旋转方向输送多余长度的电缆的公共电缆环。
40.根据权利要求39的提升和旋转部件，还包括两个或多个适合于将所述提升和旋转部件安装到工件加工机架上的销轴。
41.一种将工件加工站的至少一部分连接到一个机架上的方法，该方法包括下述步骤将工件加工站的第一销轴插装到设置于机架外表面上的插座内；将工件加工站的第二销轴支承在设置于机架外表面上的支座内。
42.根据权利要求41的方法，还包括将工件加工站的第三销轴支承在设置于机架外表面上的第一安装表面上的步骤。
43.根据权利要求42的方法，还包括将工件加工站的第四销轴支承在设置于机架外表面上的第二安装表面上的步骤。
44.根据权利要求43的方法，还包括调整所述插座、所述支座、所述第一安装表面和所述第二安装表面中的至少一个的位置的步骤，用于相对机架调整工件加工站的至少一部分的位置。
45.根据权利要求42的方法，还包括用一夹具将工件加工站固定到机架上的步骤。
46.根据权利要求45的方法，其中所述固定工件加工站的步骤包括将该夹具设置在第三销轴上，而第三销轴抵靠在能够卡住第三销轴的所述第一安装表面上。
47.根据权利要求41的方法，其中所述工件加工站的至少一部分是一个用于单个晶片加工的提升和旋转机构。
全文摘要
一种用于工件加工站(400)中的提升和旋转部件(200),包括一个细长外形的主体和多个设置于相对两侧并用于将部件固定到机架(100)上的销轴(250)。该提升和旋转部件(200)还包括一个带电机(305)的旋转机构(285),该电机设置于加工机头(205)内并将加工机头(205)和主体(210)连接在一起并用于相对主体(210)转动加工机头(205)。该提升和旋转部件(200)包括一个提升机构(255)和一个电缆部件(295),该电缆部件包括一个能够将信号、气体和流体中的至少一个提供给加工机头(205)的公共电缆。
文档编号H01L21/677GK1369024SQ00811506
公开日2002年9月11日 申请日期2000年7月12日 优先权日1999年7月12日
发明者丹尼尔·J·伍德拉夫, 马丁·C·布莱克, 凯尔·M·汉森, 史蒂文·L·皮斯 申请人:塞米用具公司