CN2767460Y - 用来支承在电化学镀敷系统中的一基底的接触环组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的实施例一般提供一用于电化学镀敷系统中的基底的接触组件。该接触组件包括一导电的接触环，一覆盖接触环的外表面的第一电气绝缘层，以及多个从接触环径向向内延伸的弹性的和导电的接触指形件，各个接触指形件具有一附连到其远端的终端上的基底接触末端。接触组件还包括一覆盖接触指形件的本体部分的第二电气绝缘层，第二电气绝缘层构造成随接触指形件而弯曲，同时，保持本体部分的电气绝缘。
Description
技术领域
本实用新型的实施例一般涉及电化学镀敷，具体来说，涉及一用于电化学镀敷系统的接触环。
背景技术
不到四分之一微米尺寸的部件的金属镀敷是当代和未来几代集成电路制造工艺的基本技术。具体来说，在诸如超大规模集成类型器件的器件中，即，具有带有一百万个逻辑门的集成电路的器件中，位于这些器件心脏的多级互连，通常通过充填高纵横比(例如，大于约4∶1)的带有导电材料(例如，铜或铝)的互连部件而形成。传统上，诸如化学蒸发沉积(CVD)和物理蒸发沉积(PVD)的沉积技术已被用来充填这些互连部件。然而，随着互连尺寸减小和纵横比增加，通过传统的金属镀敷技术的无间隙的互连部件充填不断地变得困难。其结果，出现了诸如电化学镀敷(ECP)和非电解镀敷之类的镀敷技术的有前途的工艺过程，它们在集成电路制造工艺中用于不到四分之一微米尺寸高纵横比的互连部件的无间隙充填。
例如，在ECP工艺过程中，形成为基底(或其上沉积的镀层)表面的不到四分之一微米尺寸高纵横比的部件，可以用诸如铜之类的导电材料进行有效地充填。一ECP工艺通常包括：首先，在表面上沉积一籽晶层并沉积到基底的部件内(籽晶层沉积过程通常独立于ECP镀敷过程)，然后，基底的表面部件暴露在电化学镀敷溶液中，同时，一电偏置施加在基底和定位在镀敷溶液中的一阳极之间。镀敷溶液通常富有被镀敷到基底表面上去的正离子，因此，施加电偏置致使这些正离子跑出镀敷溶液而被镀敷到籽晶层上。
典型地，电偏置通过分布在被镀敷的基底周缘周围的一个或多个电接触供应到基底上。通常地，形成在基底上的籽晶层可从基底倾斜边缘周围的镀敷表面延伸，并可延伸到基底的非镀敷表面或背面上。因此，对于不同的系统，电接触可以与基底的镀敷表面(正面)或非镀敷表面(背面)发生电气的接触。不管什么部位，通常要求将电接触以及基底的非镀敷表面与镀敷材料隔绝，以避免正离子镀敷到电接触上，因为在电接触上镀敷可变化电接触的电阻，并对基底的均匀镀敷产生不利影响。将电接触以及非镀敷表面与镀敷溶液隔绝的传统的方法通常包括：提供一个或多个密封元件来接触与电接触相同的基底表面。例如，定位成接合镀敷表面的密封件可放置在定位成接触镀敷表面的电接触的附近。密封件和电接触也提供对基底的支承。然而，电接触和相关的密封的组合通常占据镀敷表面区域的周缘的若干毫米(一般约在3和7毫米之间)。由于该表面区域用来用作电气的和密封的接触，所以，该区域不能用来支持器件的形成。
在努力利用该周缘的表面区域中，某些系统可包括：定位成接合非镀敷表面的密封件，其邻近定位成接触非镀敷表面的电接触。然而，在镀敷表面上没有密封件或电接触来支承基底，可能需要某些其它的装置来支承基底。通常地，一真空施加到基底上，来抽拉非镀敷表面接触密封件和电接触。然而，施加到基底上的真空可在基底上产生应力，并可导致基底的破裂。如果密封件恰巧泄漏，则真空可能不能用足够的力保持基底抵靠电接触，而镀敷溶液可进入真空，造成对真空的损坏。此外，在接触销接合基底的镀敷表面的系统中，接触销通常被一密封包围，该密封构造成防止电镀溶液与电接触销接触。尽管干接触销的概念值得注意，但这种结构存在若干的缺点。即，干接触结构在基底之间保持流体紧密密封方面提出挑战，这样，流体经常渗透过密封并暴露到接触销，这可变化销的电阻和镀敷的均匀性。此外，传统的接触环利用固定的电接触，因此，当一被镀敷的基底不是完全的平面时，各种固定的接触对基底的接触将具有不同的成功程度。
因此，需要有一改进的装置来将一基底固定在电化学镀敷系统中。
实用新型内容
本实用新型的实施例通常提供一用来支承电化学镀敷系统中的基底的接触组件，其中，该接触组件包括一接触环和一推力板组件。接触环包括一具有一上表面和一下表面的环形的环件，一定位在上表面上的环形的隆起件，以及多个从下表面径向向内延伸的弹性的和导电的基底接触指形件。推力板包括一环形板件，其尺寸做成被接纳在环形的环件内，以及一从板件径向向外延伸的密封件，该密封件构造成接合环形隆起件，以与其形成一流体密封。
一用来支承电化学镀敷系统中的一基底的接触环组件包括多个从环组件的下表面径向向内延伸的弹性的和导电的基底接触指形件，多个指形件各具有一由第一导电材料制成的导电的芯件，以及一用黄铜镀敷到芯件上的导电的基底接触末端，该接触末端由一不同于第一导电材料的第二导电材料制成。
本实用新型的实施例还提供一用于电化学镀敷系统的接触环组件。接触环组件一般包括一上环件，一通过多个支承件固定在上环件上的下环件，下环件具有一向内延伸的突缘，多个从下环件径向向内延伸的垂直的弹性的导电接触销，一覆盖多个垂直的弹性的导电接触销的电气绝缘层，以及多个附连在多个垂直的弹性的导电接触销的各个终端上的导电末端件。
本实用新型的实施例还提供一用于支承电化学镀敷系统中的一基底的接触环组件。环组件包括多个从环组件的下表面径向向内地延伸的弹性和导电的基底接触指形件。多个指形件各具有一用第一导电材料制成的导电内芯件，以及一用黄铜镀敷到内芯件上的导电基底接触末端，该接触末端由一不同于第一导电材料的第二导电材料制成。
本实用新型的实施例还提供一用于电化学镀敷系统的基底接触组件。接触组件包括一导电接触环，一覆盖接触环的外表面的第一电气绝缘层，以及多个从接触环径向向内地延伸的导电的弹性的接触指形件，各接触指形件具有一附连到其远端的终端处的基底接触末端。接触组件还包括一覆盖接触指形件的本体部分的第二电气绝缘层，第二电气绝缘层构造成随接触指形件而弯曲，同时，保持本体部分的电气绝缘。
附图的简要说明
所以，因要详细地能理解本实用新型上述的诸特征，可参照本实用新型的实施例对以上概括的本实用新型作更特别详细的描述，某些实施例图示在附后的附图中。然而，应该指出的是，附图只是示出本实用新型的典型的实施例，因此，不认为限制本实用新型的范围，因为，本实用新型可允许其它同样有效的实施例。
图1示出包含本实用新型的一接触环的实施例的示范的电化学镀敷的电解槽的截面图。
图2是带有定位成与接触环接触的推力板的本实用新型的一示范的接触环的立体图。
图3是本实用新型的一示范的接触环的截面图。
图4是本实用新型的一示范的接触销环的平面图。
具体实施方式
本实用新型的实施例一般提供一构造成固定和电气地接触在电化学镀敷系统中的一基底的接触环。该接触环一般包括多个电接触销，其径向地定位并构造成电气地接触靠近基底周缘的被镀敷的基底。此外，尽管接触销嵌入在绝缘本体内，但接触销构造成部分的弹性，并实现为一湿式接触结构。
图1示出本实用新型示范的电化学镀敷(ECP)系统100。ECP系统100一般包括一头组件致动器102，一基底保持器组件110，以及一镀敷盆组件160。头组件致动器102通常通过一可枢转地安装的支承臂106附连在一支承底座104上。头组件致动器102适于支承在镀敷盆160上方不同位置处的基底保持器组件110(通常也称之为一ECP接触环)，具体来说，头组件致动器102构造成将基底保持器组件110定位到包含在盆160内的镀敷溶液中，以便进行镀敷操作。头组件致动器102通常构造成：在基底120放置在镀敷溶液中之前、之中和之后，能转动，垂直致动，以及倾斜附连在其上的基底保持器组件110。
镀敷盆组件160通常包括一内盆162，其包含在一较大直径的外盆164内。可采用任何合适的技术来将一镀敷溶液供应给镀敷盆组件160。例如，一镀敷溶液可通过在内盆162底表面处的入口166供应到内盆162。入口166可连接到一供应管，例如，从一电解液容器系统(未示出)引出的供应管。可操作外盆164来收集来自内盆162的流体，并通过一流体排放管168排出收集的流体，排放管168也可连接到电解液容器系统，并构造成将收集的流体返回到容器。
一阳极组件170一般定位在内盆162的下部区域内。一扩散部件172可大致地横贯在阳极组件170上方的位置处的内盆的直径定位。阳极组件170可以是任何合适的消耗的或非消耗型的阳极，例如，铜、铂等。扩散部件172可以是任何合适类型的渗透材料，例如，多孔的陶瓷盘形件。扩散部件172通常构造成产生一沿被镀敷基底的方向通过其间的均匀的电解液流，此外，对通过阳极和被镀敷基底之间的电通量提供一定程度的控制。可采用任何合适的方法来提供对阳极组件170的电气连接。例如，与阳极组件170的电气连接可通过一阳极电极触头174来提供。阳极电极触头174可由任何可在镀敷溶液中溶解的合适的材料制成，例如，钛、铂和镀铂的不锈钢。如图所示，阳极电极触头174可通过镀敷槽组件160的底表面延伸，并可连接到电源(未示出)上，例如，通过任何合适的布线导管。
基底保持器组件110示于图2的立体图和图3的截面图中，它一般包括一通过垂直的附连/支承件116附连到下接触环114上的上接触环安装件112。安装件112一般允许将基底保持器组件110附连到头组件致动器102上。上接触环安装件112一般构造成从电源(未示出)接受电源，并通过支承件116将电源传导到在下接触环114内的接触销310。电源通常通过对应部件的内部导电部分(未示出)传导通过对应的元件。或者，安装件和支承件116可由一导电材料制成，这样，部件本身可用来将电源传导到接触销310。然而，在此实施例中，对应部件的导电表面一般镀敷或覆盖电气绝缘材料，因为当组件浸没在镀敷溶液中时，暴露的导电表面将被镀敷。在本实用新型的一实施例中，基底保持器组件110的导电表面用诸如Aflon、Viton的PTFE材料，或任何其它合适的抗镀敷的涂覆材料涂覆。
下接触环部分114一般沿支承件116的径向向内地延伸。此外，环部分114一般包括接触销310，其通过一集成制造的工艺或通过一添加的工艺形成。例如，图4示出一示范的接触销环400的平面图，其中，环400构造成固定到下环部分114上，以形成接触销310。接触销环400一般包括一外基座部分401，其具有多个从其上径向向内地延伸的弹性的导电元件402。基座部分401一般还包括多个通过其间形成的孔403，其允许环400被螺栓连接，黄铜镀敷，或其它方法附连到接触环组件、例如组件110的下表面。
参照图3，基底保持器组件110一般包括上部件(图3中未示出)，支承或中间部件116，以及环部件114。如果接触销310不是一体地制造在环部件114上，则诸如示于图4中的环400的接触销组件通常附连到环114的下表面。示于图3中的示范的接触销组件包括一导电的内芯件306，其可由不锈钢、铜、金，或其它导电材料制成，该材料在室温下或低于室温下，例如，在ECP工艺中电化学镀敷溶液的温度下，也具有至少最小量的弹性。导电内芯306一般涂覆抗镀敷溶液的电气绝缘层304，即，涂层不与镀敷溶液反应，或便于在涂层上的镀敷。绝缘层304一般是Viton或Aflon层，或是既电气绝缘又抗电化学镀敷溶液的其它的材料层，以及是弹性的和/或能弯曲而无开裂，断裂，或另外允许镀敷溶液通过涂层渗透到下层。
接触销310一般定位在接触环114上，其构造成接触销310接触定位在接触环114上的基底的周缘，例如，接触销310一般定位在环形的图形中，并沿径向向内延伸，这样，基底的周缘可被接触销310的终端/接触点308支承。接触销310数量上可变化，例如，根据被镀敷基底的尺寸。此外，接触销310可由任何合适的导电材料制成，例如，铜(Cu)、铂(Pt)、鉭(Ta)、钛(Ti)、金(Au)、银(Ag)、不锈钢、铟、钯以及它们的合金，或其它顺从于电化学镀敷工艺的导电材料。然而，本实用新型的实施例构思采用单一的导电材料，其在传统的镀敷温度、即在ECP过程中镀敷槽内的温度下具有一定程度的弹性(不完全刚性)。功率可通过电源(未示出)供应到接触销310。电源可协调地将电功率供应到所有的电气接触销310，成排或成组的电气接触销310，或单独地供应到各个接触销310。在电流供应到成组的或单独的接触销310的实施例中，可使用一电流控制系统来控制施加到各组或各排的销上的电流。
大致地示于图3中所接触销310一般附连到接触环114的下表面上。然而，本实用新型的实施例不限于这种结构，因为可以构思：接触销310可一体地形成在接触环114上，或附连在不同结构中的接触环114。各个单独的接触销310包括一导电的内芯306。用来制造内芯306的导电材料一般选为既导电又有弹性，因为单独的接触销构造成至少沿一个方向是弹性的。具体来说，各个接触销310一般构造成沿水平方向移动，即，沿箭头311的方向，以便与不完全是平面的基底的接合。例如，如果一基底不完全是平面的(或如果接触销不在水平平面内对齐)，则定位在本实用新型的接触环内的基底将接合某些接触销310而不是其它。因此，各个单独的接触销310构造成弹性，这样，这种类型的情形可通过对基底的背面施加压力得到矫正。该压力致使基底压靠在接触销310上，并沿箭头311的方向略微地向下挠曲销。该向下的挠曲致使基底接合先前未接合的其余的接触销310。因此，接触销310的弹性允许较佳地接触基底，即，所有接触销310被致使电气地接合基底。
绝缘层304形成在上环部件112、垂直支承件116，以及下环部件114的导电表面上，以简化制造过程和降低成本。具体来说，在传统的接触环应用中，一导电内芯必须形成到接触环的绝缘本体中，其成本高且制造过程耗时。本实用新型的实施例通过用导电材料制造接触环部件、然后用绝缘层304涂覆导电表面来解决该问题。如果要求的话，可采用各种绝缘层，即，可使用一绝缘材料(例如，一刚性材料)来涂覆环部件112、114和116，然后，可使用另一绝缘层(例如，弹性层)来涂覆接触销306。
为了对基底施加压力，以使销310弯曲，通常利用图1中讨论的推力板140。具体来说，推力板140一般以垂直的方式被致动，以实体地接合被定位在接触环114内的基底的背面，以便实施镀敷。推力板140推靠在基底的背面上，机械地偏压基底抵靠在接触销310上，在此过程中，与基底上高的点接合的销310，或定位在高于(垂直向)其它销310的销，被导致向下挠曲或弯曲。该向下的运动允许其余的接触销310也接合基底，这样，所有的接触销310与基底实体地和电气地接合。
此外，推力板组件140还可包括密封装置，其构造成防止液体延伸超过晶片的背面。密封装置在其操作来防止发生背面流体的接触时是理想的。这使得更容易地去除任何背面上的沉积残余，并有助于确保机器手刀片获得一干的晶片，以便施加真空。密封件302一般定位在推力板140的上部，并构造成在推力板140延伸和接触基底122时接合接触环114的上部。密封件302一般包括一弧形的密封面315，其构造成接合形成在接触环114的上表面上的一密封隆起317。密封表面315和密封隆起317一般呈环形，并具有相同的半径，这样，当推力板延伸时，隆起和表面连续地相遇。一般来说，可操作密封件302来防止镀敷溶液流过接触环114的外周缘和流到被镀敷的基底的背面。该密封件302可由诸如腈、丁纳橡胶、硅橡胶、氯丁橡胶、聚氨酯，以及包封特氟纶(teflon)的弹性体的材料制成。此外，密封件302可至少部分地由全氟弹性体材料制成，例如，以商标名为Chemraz、Kalrez、Perlast、Simriz和Viton出售的全氟弹性体材料。此外，涂覆到接触销310上的绝缘涂层可用与制造密封件302相同的材料进行涂覆。
密封件302可包括一附连到推力板组件140上的本体部分352，以及一从本体部分352延伸的环形部分315。如图中所示，环形部分315可大致地垂直于本体部分352。密封件302可适于用环形部分315接合形成在接触环114的顶表面上的环形环118。尤其是，环形部分315的一内表面可接合环形隆起/环317的外表面。因此，环形部分315可作用一径向向内、即基本上平行于基底120的方向的径向密封力(FRADIAL)。
可设计密封件302的尺寸和形状来确保产生足够的径向力，以提供充分的密封。例如，背侧的径向密封302(朝向环形部分315的外表面)的外直径可选择为略微大于(例如，小于5mm)隆起317的外直径。由于推力板140下降来固定基底120，环形部分315可径向向外地弯曲，以与环形隆起317接合，导致一充分的径向密封而不必施加过分的向下的力。此外，如图所示，背侧密封件302的内边缘，其中，环形部分315从本体部分352延伸，内边缘可大致地倒圆以与环形隆起317的大致倒圆的顶表面匹配。
在本实用新型的另一实施例中，各个单独的接触销310包括附连到各个接触销310的远端的接触点的导电末端件。末端件通常由铜(Cu)、铂(Pt)、鉭(Ta)、钛(Ti)、金(Au)、银(Ag)、不锈钢、铟、钯和/或它们的合金制成。利用这种结构，接触环的芯部分306可由更加成本上节约的材料制成，而电气上接合基底表面的接触环的诸部分(即，接触销310的远端308)可由已改进内芯材料上的电气接触特性的材料制成。尽管接触环的内芯可由用于电气接触基底的同样的材料制成，由接触/末端的材料制造内芯通常将显著地增加接触环的成本。因此，为了保持成本节约的接触环，尽管也在接触环和基底之间提供改进的电气接触特性，但本实用新型的诸实施例利用一种包括一成本节约的内芯部分的接触环，该内芯部分的材料提供铜镀敷或其它方法附连到接触指形件310的远端部分308上的改进的电气接触特性。
该实施例的接触环可包括一内芯，其由一标准钢材制成，例如，不锈钢。内芯提供一通过接触环的主本体的导电介质，并大致提供接触环的支承结构或骨干。然而，由于钢一般提供与半导体基底的差的电接触特性，并与电化学镀敷溶液反应较差，所以，各个接触指形件310的终端或接触点308可包括一部分其它的金属。例如，各个末端308可具有一黄铜镀敷其上的下列材料的条棒：铜(Cu)、铂(Pt)、鉭(Ta)、钛(Ti)、金(Au)、银(Ag)、不锈钢、铟、钯和/或它们的合金。黄铜镀敷到接触末端308上的条棒做成的尺寸和形状以便于最佳的基底接触。
尽管以上描述针对本实用新型的实施例，但在不脱离本实用新型的基本范围的前提下，还可设计本实用新型的其它的和进一步的实施例，本实用新型的范围由附后的权利要求书予以确定。
Claims (18)
1.一用来支承在电化学镀敷系统中的一基底的接触环组件，其特征在于，包括多个从环组件的下表面径向向内延伸的弹性的和导电的基底接触指形件，多个指形件各具有一由第一导电材料制成的导电的内芯件，以及一用黄铜镀敷到内芯件上的导电的基底接触末端，该接触末端由一不同于第一导电材料的第二导电材料制成。
2.如权利要求1所述的接触环组件，其特征在于，多个弹性的和导电的基底接触指形件还包括一形成在内芯件上的外电气绝缘层。
3.如权利要求2所述的接触环组件，其特征在于，内导电芯件和外电气绝缘层是弹性的。
4.如权利要求2所述的接触环组件，其特征在于，第一导电材料是不锈钢，第二导电材料是下列材料中的至少一种：铂、钽、钛、铟、钯和它们的合金。
5.一用于电化学镀敷系统的接触环，其特征在于，包括：
一上环件；
一通过多个支承件固定在上环件上的下环件，下环件具有一向内延伸的突缘；
多个从下环件径向向内延伸的垂直的弹性的导电接触销；
一覆盖多个垂直的弹性的导电接触销的电气绝缘层；以及
多个附连在多个垂直的弹性的导电接触销的各个终端上的导电末端件。
6.如权利要求5所述的接触环，其特征在于，上环件、下环件、支承件，以及突缘由第一导电材料制成。
7.如权利要求6所述的接触环，其特征在于，末端件是由第二导电材料制成，第二导电材料不同于第一导电材料。
8.如权利要求7所述的接触环，其特征在于，末端件由下列材料中的至少一个制成：铂、钽、钛、铟、钯和它们的合金，其中，环件、支承件，以及突缘由钢制成。
9.如权利要求8所述的接触环，其特征在于，多个导电末端件是用黄铜镀敷到多个垂直的弹性的导电接触销的终端上。
10.如权利要求9所述的接触环，其特征在于，还包括一形成在下环件的上表面上的环形隆起件，该环形隆起件构造成接合附连在推力板组件上的环形密封件。
11.如权利要求5所述的接触环，其特征在于，电气绝缘层在接触销垂直移动的过程中对多个垂直的弹性的导电接触销提供连续的绝缘层。
12.一用于电化学镀敷系统的基底接触组件，其特征在于，包括：
一导电接触环；
一覆盖接触环的外表面的第一电气绝缘层；
多个从接触环径向向内地延伸的导电的弹性的接触指形件，各接触指形件具有一附连到其远端的终端处的基底接触末端；以及
一覆盖接触指形件的本体部分的第二电气绝缘层，第二电气绝缘层构造成随接触指形件而弯曲，同时，保持本体部分的电气绝缘。
13.如权利要求12所述的基底接触组件，其特征在于，接触末端由下列材料中的至少一个制成：铂、钽、钛、铟、钯和它们的合金。
14.如权利要求13所述的基底接触组件，其特征在于，接触末端是用黄铜镀敷到接触指形件的终端上。
15.如权利要求14所述的基底接触组件，其特征在于，接触环和接触指形件由不锈钢制成。
16.如权利要求12所述的基底接触组件，其特征在于，多个接触指形件一体地形成到接触环中。
17.如权利要求12所述的基底接触组件，其特征在于，接触指形件和接触末端由不同的材料制成。
18.如权利要求17所述的基底接触组件，其特征在于，接触指形件由不锈钢制成，而接触末端由铂制成，其中，接触末端是用黄铜镀敷到接触指形件上。
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