CN101798698A - 基底板、接触环、唇缘密封件与接触环以及电镀设备和电镀方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基底板、接触环、唇缘密封件与接触环以及电镀设备和电镀方法。本发明提供方法、设备和各种设备组件，例如基底板、唇缘密封件和接触环组合件，用于减少所述设备中的接触区域的污染。污染可在电镀工艺之后从设备中移除半导体晶片期间发生。在某些实施例中，使用具有例如聚酰胺-酰亚胺(PAI)且有时聚四氟乙烯(PTFE)的疏水性涂层的基底板。另外，可将所述接触环组合件的接触尖端定位成较远离所述唇缘密封件的密封唇缘。在某些实施例中，所述接触环组合件和/或所述唇缘密封件的一部分还包含疏水性涂层。

Description

基底板、接触环、唇缘密封件与接触环以及电镀设备和电镀方法

相关申请案的交叉参考

本申请案根据35U.S.C.§119(e)主张以全文引用的方式并入本文中的在2008年12月10日申请的标题为“用于减少边缘缺陷的晶片电镀设备(WAFER ELECTROPLATING APPARATUS FOR REDUCING EDGE DEFECTS)”的第61/121,460号美国申请案的权益。

背景技术

半导体装置制造中所使用的电镀、无电镀敷、电解抛光或其它湿式化学沉积或移除工艺可在“抓斗”设备中执行。抓斗(例如Novellus系统(Novellus Systems)的

工具)的两个主要组件是形成组合件的“杯状物”和“圆锥”。一般来说，所述杯状物与圆锥组合件在处理期间固持、定位且常旋转晶片。杯状物的唇缘上的唇缘密封件可含有嵌入式触点，用于将镀敷电流传递到晶片上的晶种层。抓斗向晶片提供边缘和背侧保护。换句话说，当晶片在镀敷工艺期间被浸没时，防止电解质接触晶片的边缘和背侧。边缘和背侧保护由杯状物和圆锥彼此啮合以固持晶片时所形成的防流体密封提供。

镀敷溶液通常包含酸性或碱性水媒介中的金属离子。举例来说，电解质可包含溶解在稀硫酸中的硫酸铜。在处理期间，电接触件(其将镀敷和/或抛光电流传递到晶片，且通常意在通过杯状物/圆锥/唇缘密封硬件组合而保持干燥)可能被电解质污染，且其性能在多个镀敷晶片循环之后降级。接触区域中的电解质还可对晶片造成损坏，例如导致晶片边缘上的微粒污染。

需要新的设备和方法来减少敏感性抓斗组件的镀敷溶液污染。

发明内容

具有覆盖板的暴露于电解质的至少一部分的疏水性涂层的基底板用于使芯吸到抓斗的接触区域中的冲洗液和电解质减到最少。较少的芯吸有助于减少晶片缺陷，尤其是边缘效应，且减少维护频率。在一些实施方案中，疏水性涂层包含聚酰胺-酰亚胺(PAI)，且在某些实施例中，还包含聚四氟乙烯(PTFE)。已发现，当与新的唇缘密封件一起使用时，与常规基底板相比，本发明的基底板的缺陷率降低了80％以上，且随着唇缘密封件老化而持续较低。

在某些实施例中，基底板用于经配置以在电镀期间固持半导体晶片且防止电镀溶液到达电接触件的杯状物中。基底板可包含环形主体以及刀片形突出部，其从环形主体向内延伸，且经配置以支撑弹性体唇缘密封件。弹性体密封件可啮合半导体晶片，且防止电镀溶液到达电接触件。

基底板还可包含疏水性涂层，其覆盖至少刀片形突出部。所述涂层可包含聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)和/或其共聚物。在特定实施例中，疏水性涂层包含聚酰胺-酰亚胺(PAI)。甚至在更特定实施例中，所述涂层还包含聚四氟乙烯(PTFE)。可使用喷涂技术来涂覆所述涂层。举例来说，将至少一个Xylan P-92层涂覆到至少刀片形突出部上。另外，可将一个Xylan 1010层喷在Xylan P-92层上。所述涂层的厚度可介于约20μm与35μm之间。在某些实施例中，所述涂层可通过90V火花测试。所述涂层可不浸出或吸收可检测量的电解质溶液。

在某些实施例中，环形主体和刀片形突出部包括选自由不锈钢、钛和钽组成的群组的一种或一种以上材料。所述环形主体可经配置以便以可装卸方式附接到电镀设备的屏蔽结构。环形主体可包含经配置以与唇缘密封件上的隆脊啮合的凹槽。刀片形突出部可经配置以支撑至少约200磅的力。另外，基底板可经配置以用于Novellus

电镀系统中。

在某些实施例中，可用于杯状物中的接触环包含大小和形状经设计以啮合杯状物的其它组件的单一环形主体，以及附接到所述单一环形主体并从其向内延伸的接触指状物。接触指状物可彼此远离而成角度安置。每一接触指状物可经定向以在距晶片的外边缘小于约1mm的点处接触半导体晶片。环形主体和所述多个接触指状物可由Paliney 7制成。接触指状物可具有大体上V形形状，其从由单一环形主体界定的平面向下延伸且接着向上指向用于接触半导体晶片的远端点。可存在至少约300个接触指状物。所述接触指状物可经配置以在电镀期间在由半导体晶片施加的力下弯曲。每一指状物的至少一部分可涂覆有聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)和其共聚物中的一者或一者以上。

在某些实施例种，唇缘密封件与接触环组合件可用于杯状物中，且包含环形弹性体唇缘密封件，用于啮合半导体晶片且防止镀敷溶液进入半导体晶片和接触环的外围区。环形弹性体唇缘密封件的内径界定用于防止镀敷溶液在电镀期间进入半导体晶片的外围区的周边。接触环具有单一环形主体和多个接触指状物，所述接触指状物附接到环形主体且从环形主体向内延伸，且远离彼此成角度地安置。每一接触指状物可经定向以在距唇缘密封件内径至少约1mm的点处啮合半导体晶片。在某些实施例中，接触指状物每一者具有大体上V形形状，其从由单一环形主体界定的平面向下延伸且接着向上指向环形弹性体唇缘密封件啮合半导体晶片的平面上方的远端点。环形弹性体唇缘密封件可具有疏水性涂层。另外，环形弹性体唇缘密封件可具有用于容纳配电母线的凹槽。环形弹性体唇缘密封件的啮合半导体晶片的一部分可在啮合期间压缩。

在某些实施例中，电镀设备经配置以在电镀期间固持半导体晶片，且防止镀敷溶液接触电镀设备的某些部分。所述设备可包含：杯状物，其用于支撑半导体晶片，所述杯状物包含具有环形主体和从环形主体向内延伸的刀片形突出部的基底板；圆锥，其用于在半导体晶片上施加力，且抵靠弹性体密封件按压半导体晶片；以及轴。基底板经配置以支撑弹性体唇缘密封件，所述弹性体唇缘密封件用于啮合半导体晶片，且防止电镀溶液到达电接触件。基底板可具有疏水性涂层，其覆盖至少刀片形突出部。所述轴可经配置以使圆锥相对于杯状物移动，且通过所述圆锥在半导体晶片上施加力，以便抵靠杯状物的弹性体密封件而密封半导体晶片，且旋转杯状物和圆锥。

在某些实施例中，所述设备还包含控制器，其具有用于以下各项的指令：将半导体晶片定位在杯状物上；将圆锥降低到半导体晶片上以在半导体晶片的背侧施加力，以便建立杯状物的唇缘密封件与晶片的前表面之间的密封；将晶片的前表面的至少一部分浸没到电镀溶液中且在晶片的前表面上进行电镀；以及提起所述圆锥以将力从半导体晶片的背侧释放，其中所述提起在至少2秒的周期内执行。

在某些实施例中，一种用于在含有杯状物和圆锥的设备中电镀半导体晶片的方法包含：将半导体晶片定位在杯状物上；将圆锥降低到半导体晶片上以在半导体晶片的背侧上施加力，以便建立杯状物的唇缘密封件与晶片的前表面之间的密封；将晶片的前表面的至少一部分浸没到电镀溶液中且在晶片的前表面上进行电镀；以及提起所述圆锥以将力从半导体晶片的背侧释放，其中所述提起在至少2秒的周期内执行。所述方法还可包含在提起圆锥之前，旋转半导体晶片至少约3秒。

附图说明

图1是根据本发明实施例的用于对半导体晶片进行电化学处理的晶片固持器组合件的透视图。

图2A说明用于建立与晶片的电连接且使晶片密封于电解质镀槽中所含有的镀敷溶液的抓斗组件的切开图。

图2B是根据某些实施例的接触部件的一部分的透视图。

图3A说明根据某些实施例的在闭合抓斗且建立晶片与抓斗之间的密封之前抓斗和晶片的一部分。

图3B说明根据某些实施例的在闭合抓斗且建立晶片与抓斗之间的密封之后抓斗和晶片的一部分。

图4是根据某些实施例的电镀工艺的说明性流程图。

图5A到图5C说明抓斗打开操作期间抓斗组件和电解质残留物的不同阶段和相对位置的实例。

图6A到图6B说明根据某些实施例的在电镀操作期间抓斗的一部分(其中一些冲洗液残留物已污染了接触区域)，以及电镀工艺期间抓斗的不同组件和位置中的电压的对应曲线图。

图7A说明已经历了约5,000到6,000之间次电镀循环的杯状物底部上的帕利灵(Parylene)涂层的放大照片。

图7B到图7C说明在打开抓斗且破坏晶片与抓斗之间的密封之前(图7B)和之后(图7C)抓斗和晶片的一部分，其中杯状物底部未涂覆有或涂覆有适度疏水性的材料。

图7D到图7E说明在打开抓斗且破坏晶片与抓斗之间的密封之前和接着之后抓斗和晶片的一部分，其中杯状物底部涂覆有高度疏水性的材料。

图8A是针对用于新的唇缘密封件和已用了约60,000次电镀循环的唇缘密封件的杯状物底部的两个不同涂层比较芯吸到抓斗的接触区域中的电镀溶液的量的曲线图。

图8B是将随着电镀循环的数目而变的晶片上的缺陷的数目进行比较的曲线图，其中已使用涂覆有两种不同材料的杯状物底部在抓斗设备中电镀所述晶片。

图8C到图8D是晶片上覆物的说明性表示，其指示在使用涂覆有两种不同材料的杯状物底部的抓斗设备中电镀的晶片的前侧上的缺陷分布。

图8E是将在使用涂覆有两种不同材料的杯状物底部的抓斗设备中电镀的晶片的不同片段的缺陷密度进行比较的曲线图。

图9A到图9B提供触点相对于抓斗的其它组件和晶片定位在不同位置的抓斗设备的示意性表示。

图10到图10B是晶片上覆物的说明性表示，其指示在使用相对于抓斗的其它组件和晶片定位在不同位置的触点的抓斗设备中电镀的晶片的前侧上的缺陷分布。

图11A到图11B提供以闭合和打开状态展示的抓斗设备设计的示意性表示，其中在破坏密封之前，电接触件被从晶片的前表面移除。

图12A到图12B提供两种抓斗设备设计的比较性示意表示，其中图11B中所示的设计在电接触件上具有疏水性涂层，以防止在破坏密封之后电镀溶液到接触区域中的过量芯吸。

图13说明具有圆锥提起和抓斗自旋机构的抓斗的示意性表示。

图14A说明在两个不同自旋持续时间内随着抓斗的打开速度而变的电镀溶液到接触区域中的经标准化芯吸体积的曲线图。

图14B说明针对不同工艺条件和抓斗设计，电镀溶液到接触区域中的经标准化芯吸体积的比较性曲线图。

图15A到图15B是晶片上覆物的说明性表示，其指示使用不同工艺条件在抓斗设备中电镀的晶片的前侧上的缺陷分布。

图16说明针对不同工艺条件和抓斗设计，电镀溶液到接触区域中的经标准化芯吸体积的比较性曲线图。

图17A到图17B说明针对不同工艺条件和抓斗设计，电镀溶液到接触区域中的经标准化芯吸体积的比较性曲线图。

图18A到图18B说明针对不同工艺条件和抓斗设计的随着经处理晶片的数目而变的电镀溶液到接触区域中的经标准化芯吸体积的比较性曲线图。

图19是针对不同唇缘密封件设计的经标准化芯吸冲洗液体积的比较性曲线图。

具体实施方式

在以下描述内容中，陈述大量细节以便提供对本发明的全面理解。可在无这些细节中的一些或所有细节的情况下实践本发明。在其它情况下，尚未详细描述众所周知的工艺操作，以避免不必要地模糊本发明。虽然将结合特定实施例来描述本发明，当将理解，其无意将本发明限于所述实施例。

引言

使用抓斗的电镀和其它工艺通常涉及将抓斗的至少底部部分浸没在电镀溶液中。在镀敷完成之后，经镀敷的晶片通常自旋以移除所夹带的浓缩电解质的大部分，且用去离子的水或另一冲洗液体冲洗。抓斗可接着再次自旋，以移除残留的冲洗液(即，稀释在冲洗液体中的电镀溶液)。然而，一些冲洗液可能累积且保留在唇缘密封件周围。唇缘密封件用于在抓斗闭合时防止任何液体进入密封的抓斗的接触区域中。当密封在抓斗打开期间被破坏时，一些冲洗液可能由表面张力驱动而迁移到接触区域中。晶片的前侧和触点的相对较具亲水性的铜表面刺激此迁移，从而导致相当大量的冲洗液芯吸到接触区域中。在接触区域中，冲洗液可形成微粒，损坏触点，且通常导致各种与边缘有关的镀敷缺陷。

“芯吸体积”是在典型的电镀循环之后从接触区域提取的冲洗液量的度量(例如，体积、重量等)。可使用不同的测量技术来确定芯吸体积。一种技术涉及使用Kimwipe(例如，由金佰利(Kimberley-Clark)公司供应的Kimetch科学擦布，白色单层4.5”x 8.5”)或其它类似的高吸收布来拭擦抓斗的整个接触区域。在拭擦之前和之后对此布进行称重，且将重量增益视为“芯吸体积”。另一技术使用受控量的溶剂来稀释接触区域中的冲洗液。接着对所得溶液进行取样和分析(例如，测量样本的导电性、使用质谱分析法来分析其成分，或任何其它合适的分析技术)，以确定样本中且因此接触区域中的冲洗液量。

已发现芯吸体积与位于接近晶片边缘处的缺陷的数目(例如位于晶片的最外10mm中的缺陷的数目)相关。此区域在半导体制造中尤其重要，因为大量的边缘裸片靠近边缘。本发明的某些实施例导致晶片边缘缺陷的数目相当大地(有时是十倍)减少。

本文献中所描述的一些实施例专用于抓斗设备的个别零件，例如杯状物底部、电接触件和唇缘密封件。这些零件可一起供应作为抓斗镀敷设备的整体部分，或这些零件可作为用于替换所部署系统中的破坏或磨损的零件或用于翻新此些系统的单独组件而供应。在一些情况下，可在例行维护期间更换抓斗设备的零件。

设备

图1呈现用于对半导体晶片进行电化学处理的晶片固持与定位设备100的透视图。设备100包含晶片啮合组件，其有时被称为“抓斗”组件、“抓斗”组合件或“抓斗”。抓斗组合件包括杯状物101和圆锥103。如随后的图中将展示，杯状物101固持晶片，且圆锥103将晶片牢固地夹持在杯状物中。可使用除此处具体描绘的杯状物和圆锥之外的其它杯状物和圆锥设计。常见特征是具有内部区(晶片驻留在所述内部区中)的杯状物，以及抵靠杯状物按压晶片以使晶片保持在适当位置中的圆锥。

在所描绘的实施例中，抓斗组合件(杯状物101和圆锥103)由支柱104支撑，支柱104连接到顶部板105。此组合件(101、103、104和105)由电动机107经由连接到顶部板105的心轴106驱动。电动机107附接到安装支架(未图示)。心轴106将扭矩(从电动机107)传输到抓斗组合件，从而在镀敷期间导致固持在其中的晶片(此图中未图示)的旋转。心轴106内的空气气缸(未图示)还提供用于使杯状物101与圆锥103啮合的垂直力。当抓斗脱离(未图示)时，具有末端操纵器臂的机械臂可将晶片插入杯状物101与圆锥103之间。在晶片被插入之后，圆锥103与杯状物101啮合，其使晶片在设备100内不动，从而仅使晶片前侧(工作表面)暴露于电解质。

在某些实施例中，抓斗包含喷涂裙套109，其保护圆锥103免受飞溅的电解质影响。在所描绘的实施例中，喷涂裙套109包含垂直圆周轴套和圆形帽部分。间隔部件110维持喷涂裙套109与圆锥103之间的分离。

出于此论述的目的，包含组件101到110的组合件统称为“晶片固持器”111。然而，注意，“晶片固持器”的概念一般延伸到啮合晶片且允许其移动和定位的组件的各种组合和子组合。

倾斜组合件(未图示)可连接到晶片固持器，以允许晶片有角度地浸没到镀敷溶液中(与平坦水平浸没相对比)。在一些实施例中使用板和枢轴节的驱动机构和布置来使晶片固持器111沿弓形路径(未图示)移动，且因此使晶片固持器111的近端(即，杯状物与圆锥组合件)倾斜。

另外，整个晶片固持器111被经由致动器(未图示)垂直向上或向下提起，以使晶片固持器的近端浸没到镀敷溶液中。因此，双组件定位机构提供沿垂直于电解质表面的轨迹的垂直移动和允许从晶片的水平定向(即，平行于电解质表面)的偏斜(有角度晶片浸没能力)的倾斜移动。

注意，晶片固持器111与具有镀敷腔117的镀敷槽115一起使用，镀敷腔117容纳阳极腔157和镀敷溶液。腔157固持阳极119(例如，铜阳极)，且可包含隔膜或经设计以维持阳极隔室和阴极隔室中的不同电解质化学物的其它间隔物。在所描绘的实施例中，扩散器153用于使向上朝均匀前部中的旋转晶片引导电解质。在某些实施例中，流动扩散器是高电阻虚拟阳极(HRVA)板，其由一片固体绝缘材料(例如，塑料)制成，所述固体绝缘材料具有较大数目(例如，4,000到15,000)的一维小孔(直径为0.01到005英寸)，且连接到板上方的阴极腔。所述孔的总横截面积小于总投影面积的约5％，且因此，在镀敷槽中引入实质流阻，有助于改进系统的镀敷均匀性。用于电化学处理半导体晶片的高电阻虚拟阳极板和对应设备的额外描述提供于2008年11月7日申请的第12/291,356号美国申请案中，所述申请案以全文引用的方式并入本文中。镀敷槽还可包含用于控制和产生单独的电解质流图案的单独隔膜。在另一实施例中，使用隔膜来界定阳极腔，其含有实质上无抑制剂、加速剂或其它有机镀敷添加剂的电解质。

镀敷槽还可包含管路或管路接触件，用于通过镀敷槽且抵抗正被镀敷的工件使电解质循环。举例来说，槽115包含电解质入口管131，其穿过阳极119的中心中的孔垂直延伸到阳极腔157的中心中。在其它实施例中，槽包含电解质入口歧管，其在扩散器/HRVA板下方的阴极腔(未图示)的外围壁处将流体引入到所述腔中。在一些情况下，入口管151包含位于隔膜153的两侧(阳极侧和阴极侧)上的出口喷嘴。此布置将电解质传递到阳极腔和阴极腔两者。在其它实施例中，阳极和阴极腔通过流阻隔膜153分离，且每一腔具有经分离电解质的单独流动循环。如图1的实施例中所示，入口喷嘴155向隔膜153的阳极侧提供电解质。

另外，镀敷槽115包含冲洗排水管线159和镀敷溶液回流管线161，其每一者直接连接到镀敷腔117。冲洗喷嘴163还传递去离子的冲洗水，以在正常操作期间清洗晶片和/或杯状物。镀敷溶液通常填充腔117的大部分。为了减轻飞溅和气泡的产生，腔117包含用于镀敷溶液回流的内堰165和用于冲洗水回流的外堰167。在所描绘的实施例中，这些堰是镀敷腔117的壁中的圆周垂直狭槽。

以下描述呈现可用于某些实施例中的杯状物组合件的额外特征和实例。所描绘的杯状物设计的某些方面由于残留电解质/冲洗液的经改进的边缘流特性、受控的晶片进入润湿以及唇缘密封件气泡去除而提供较大的边缘镀敷均匀性和减少的边缘缺陷。图2A是杯状物组合件200的说明性切开图。组合件200包含用于保护杯状物的某些部分免受电解质影响的唇缘密封件212。其还包含接触元件208，用于与晶片的导电元件建立电连接。杯状物及其组件可具有环形形状，且大小经设计以啮合晶片的外围(例如，200mm晶片、300mm晶片、450mm晶片)。

杯状物组合件包含杯状物底部210，其还被称为“圆盘”或“基底板”，且其可用一组螺钉或其它紧固构件附接到屏蔽结构202。杯状物底部210可被去除(即，从屏蔽结构202拆卸)，以允许更换杯状物组合件200的各种组件，例如密封件212、电流分配母线214(弯曲的电母线条)、电接触部件带208和/或杯状物底部210本身。接触带208的一部分(通常，最外部分)可与连续的金属带204接触。杯状物底部210可在其最内外围处具有锥形边缘216，其以以下方式定形：改进边缘周围的电解质/冲洗液的流特性，且改进气泡抑制特性。杯状物底部210可由刚性的、耐腐蚀材料(例如不锈钢、钛和钽)制成。在闭合期间，当通过晶片施加力时，杯状物底部210支撑唇缘密封件212，以避免晶片浸没期间的抓斗泄漏，如图3A和图3B的上下文中进一步描述。在某些实施例中，施加在唇缘密封件212和杯状物底部210上的力为至少约200磅的力。闭合力(也被称为闭合压力)由抓斗“圆锥”组合件(抓斗“圆锥”组合件的与晶片背侧接触的部分)施加。

电接触部件208提供沉积在晶片的前侧上的电接触导电材料。如图2A和2B中所示，接触部件208包含附接到连续金属带218的较大数目的个别接触指状物220。在某些实施例中，接触部件208由Paliney 7合金制成。然而，可使用其它合适的材料。在对应于300mm晶片配置的某些实施例中，接触部件208具有在由晶片界定的整个周边周围均匀地间隔的至少约300个个别接触指状物220。通过切割(例如，激光切割)、机械加工、冲压、精密折叠/弯曲或任何其它合适方法来产生指状物220。接触部件208可形成连续的环，其中金属带218界定所述环的外径，且指状物220的自由尖端界定内径。应注意，这些直径将视接触部件208的横截面轮廓而变，如(例如)图2A中所示。另外，应注意，指状物220是柔性的，且可在晶片被加载时被向下推动(即，朝锥形边缘216)。举例来说，指状物220从自由位置移动到当将晶片放置到抓斗中时的不同中间位置，移动到当圆锥将压力施加到晶片上时的又一不同位置。在操作期间，弹性唇缘密封件212的唇缘212b驻留在指状物220的尖端附近。举例来说，指状物220可在其自由位置延伸高于唇缘212b。在某些实施例中，指状物220甚至当晶片放置到杯状物200中时在其中间位置中延伸高于唇缘212b。换句话说，晶片由指状物220的尖端而不是由唇缘212b支撑。在其它实施例中，当将晶片引入杯状物2000中且尖端220和唇缘212b两者与晶片接触时，指状物220和/或唇缘212b密封弯曲或压缩。举例来说，唇缘212b可最初延伸高于尖端，且接着被压缩，且指状物220偏斜且被压缩以与晶片形成接触。因此，为了避免模糊，本文针对接触部件208所描述的尺寸是当晶片与唇缘密封件212之间建立密封时提供。

返回到图2A，展示密封件212包含唇缘密封件俘获隆脊212a，其经配置以与杯状物底部210中的凹槽啮合，且从而将密封件212固持在所要位置中。隆脊与凹槽的组合可有助于在安装以及更换密封件212期间将密封件212定位在正确位置中，且还可有助于在正常使用和清洗期间阻止密封件212的移位。可使用其它合适的键控(啮合)特征。

密封件212进一步包括例如形成于其上表面中的经配置以容纳配电母线条214的凹槽的特征。配电母线条214通常由耐腐蚀材料(例如，不锈钢等级316)组成且位于凹槽内。在一些实施例中，密封件212可接合(例如，使用粘合剂)到配电母线214，以获得额外坚固性。在相同或其它实施例中，接触部件208连接到连续金属带218周围的配电母线214。一般来说，配电母线214比连续金属带218厚得多，且因此可通过启用母线条与电力引线(未图示)接触的位置与电流通过带218和指状物220退出到晶片中的任何方位位置之间的最小欧姆电压降来提供更均匀的电流分布。

图3A说明在闭合抓斗且建立晶片304与唇缘密封件212之间的密封之前的抓斗和晶片304的一部分。在一些实施例中，晶片304可首先触碰接触部件208，更具体来说触碰接触尖端220。或者，晶片304可首先与密封件212的密封边缘212b接触。一般来说，接触尖端302在晶片304下降到其在电镀期间维持的最终位置之前与晶片304的前侧(活性表面)306接触。换句话说，接触尖端220在抓斗闭合期间经历某一偏斜，其导致前侧306与尖端220之间的某一力，所述力有助于上述两者之间的电接触。应注意，在前表面306首先接触尖端220或在其首先接触唇缘212b时可能发生偏斜。前侧306通常含有可能呈晶种层形式或其它形式的某种导电材料，例如铜、钌或钌上铜。偏斜的程度(或尖端与前侧之间的力)可经调节以提供前表面上的材料与尖端之间的充分导电性。

图3B说明在闭合抓斗且建立晶片304与抓斗之间且更具体来说晶片304与唇缘密封件212之间的密封之后的抓斗和晶片304的一部分。闭合操作涉及降低杯状物308且将杯状物308按压到晶片304的背侧上。由于此压力，活性表面306与唇缘密封件212的唇缘212b接触，且密封唇缘212和唇缘密封件212的在接触点下方的区可能经历某种压缩。所述压缩还确保唇缘212b的整个周边与前表面306接触，尤其是在任一者的表面中存在一些不足的情况下。唇缘密封件212通常由可压缩材料制成。

图3B所示的抓斗组合件可在由加利福尼亚州圣何塞市的Novellus系统公司(Novellus Systems，Inc.)供应的

电镀系统上使用。新颖的抓斗组合件的实施方案改进了密封，且减少了与最小晶片边缘残存气泡有关的缺陷。新颖的抓斗组合件的实施方案还准许容易的人工清洁以及自动的清洁冲洗和清洁/蚀刻操作(被称为杯状物接触冲洗(CCR)和自动接触蚀刻(ACE)操作)。最近，发现了“固体微粒缺陷”的特定问题。在不限于任何特定理论原理或机制的情况下，据称来自晶片/唇缘密封件边缘区域的边缘曳出流体进入抓斗杯状物接触区域中的转移可导致微粒的形成(例如，干燥、结晶、与抓斗组件起反应)，其最终造成固体微粒边缘缺陷。

图4是根据某些实施例的电镀工艺的说明性流程图。最初，可清洁和干燥抓斗的唇缘密封件和接触区域。打开抓斗(方框402)且将晶片加载到抓斗中。在某些实施例中，接触尖端位于稍高于密封唇缘的平面处，且晶片在此情况下由晶片外围周围的接触尖端阵列支撑，如图3A所示。接着通过向下移动圆锥308来闭合和密封抓斗(方框406)。在此闭合操作期间，接触件通常偏斜。另外，接触件的底部隅角可能抵靠弹性唇缘密封件基底而向下受力，其导致尖端与晶片的前侧之间的额外力。可稍微压缩密封唇缘以确保整个周边周围的密封。在一些实施例中，当晶片最初定位到杯状物中时，仅密封唇缘与前表面接触。在此实例中，在密封唇缘的压缩期间建立尖端与前表面之间的电接触。

一在操作406中建立密封和电接触，就将承载晶片的抓斗浸没在镀敷镀槽中，且在被固持在抓斗中时在镀槽中镀敷(方框408)。此操作中所使用的铜镀敷溶液的典型成分包含约0.5到80g/L、更具体来说约5到60g/L且甚至更具体来说约18到55g/L的浓度范围的铜离子和约0.1到400g/L的浓度的硫酸。低酸铜镀敷溶液通常含有约5到10g/L的硫酸。媒介和高酸溶液分别含有约50到90g/L和150到180g/L的硫酸。氯化物离子的浓度可为约1到100mg/L。可使用若干铜镀敷有机添加剂，例如乐思Viaform(Enthone Viaform)、Viaform二代(Viaform NexT)、Viaform极端(Viaform Extreme)(可从康奈提格州西哈芬市的乐思公司购得)，或所属领域的技术人员已知的其它加速剂、抑制剂和平整剂。镀敷操作的实例更详细地描述于2006年11月28日申请的第11/564,222号美国专利申请案中，所述申请案出于描述镀敷操作的目的而以全文引用的方式并入本文。一旦镀敷完成且适当量的材料沉积在晶片的前表面上，就从镀敷镀槽移除晶片。使晶片和抓斗自旋以移除由于表面张力而保留在抓斗表面上的残留电解质的大部分。接着冲洗抓斗，同时使抓斗继续自旋以从抓斗和晶片表面稀释和冲走尽可能多的曳出流体(方框410)。接着在冲洗液体被关掉的情况下使晶片自旋某一时间(通常至少约2秒)，以移除一些剩余的冲洗液(方框412)。

然而，一些冲洗液502保留在晶片的前侧306和抓斗(唇缘密封件212和锥形边缘216)表面508上，如(例如)图5A所示。冲洗液由表面张力固持，所述表面张力可能超过通过使抓斗自旋而产生的力。即使在延长的抓斗自旋之后，一些冲洗液也可能保留在晶片的前表面306与密封唇缘212(b)之间的密封在此建立的隅角中。一般来说，允许自旋和干燥的时间周期受总体工艺通过量限制。

图5A到图5C说明在抓斗打开操作404期间抓斗组件和冲洗液残留物502的不同阶段和相对位置。冲洗液残留物502由于来自抓斗自旋的离心力和表面张力而在前表面306与唇缘密封件212的界面附近形成“芯吸”珠。此界面处的冲洗液积累是高度不合意的，因为其导致一些冲洗液进入接触区域中。在打开期间，抓斗闭合圆锥308缩回，其移除施加到晶片304和密封边缘212(b)的向下力，以便从抓斗组合件提取经处理的晶片304。此动态过程产生互相关联的原因和结果。在圆锥308向上移动时，可产生轻微的压力差(即，晶片的前侧306上的较高压力，其有效地推动晶片306离开唇缘212(b)和接触尖端220)。此外，储存在经压缩唇缘212(b)中的能量可被释放，且晶片306可向上弹起离开唇缘212(b)和接触尖端220。偏斜且在晶片外围上施加向上力的接触件208可向上移动晶片304，且在密封唇缘212(b)与晶片304的前侧306之间形成间隙，如图5B到图5C所示。还可在镀敷期间用某种晶片处置装备将晶片304从其原始位置提起，所述装备(例如)用于从抓斗组合件移除晶片。在任一情况下，在抓斗打开操作404期间的某个点处，密封唇缘212(b)与晶片304的前侧306之间的密封被破坏，且这两个元件之间形成间隙。

与密封唇缘212(b)的形状改变(从压缩到未压缩)相关的晶片304的向上移动据称产生将一些冲洗液504汲取到前侧306与密封唇缘212(b)之间的间隙中的类似于抽吸的动作，如图5B所示。除了上文所描述的密封的每一侧上的压力差和/或密封唇缘212(b)的形状改变以外，表面张力可通过(例如)使先前密封的晶片前侧306的较多部分暴露来汲取流体。

在冲洗液传播经过间隙时，其可能进入接触区域中且润湿接触尖端220，如图5C所示。接触件通常由高度亲水(且脑膜是冲洗液的主要组分)的材料(例如，Paliney 7)形成，所述材料可能已后续涂覆有亲水性镀敷铜。因此，较多的冲洗液由这些新的表面张力汲取经过间隙，且小冲洗液池506可在接触件周围形成。此冲洗液池506可稍后再分布于接触区域中，且干燥而形成从冲洗液中的电解质残留物得到的固体微粒。虽然在打开操作414期间添加到接触区域中的每一冲洗液池506可能较小，但针对每一新的晶片重复打开操作，导致冲洗液的实质累积和接触区域中的所得微粒。

参看图4，抓斗现在打开且晶片被从抓斗移除(方框416)。操作404到416可针对新的晶片重复多次。因此，接触区可随着每一新的镀敷循环而连续收集额外的冲洗液。接触区域中所收集的冲洗液可随着时间的过去而干燥，导致溶解的金属盐的沉淀和结晶累积。

由接触区域中的冲洗液造成的另一问题(且在图6A和图6B的上下文中说明)是因沉积从前表面蚀刻的金属而对接触尖端的逐渐损坏。图6A说明在一些冲洗液残留物存在于接触区域中的电镀操作期间抓斗的一部分。图6B说明在电镀工艺期间系统的不同组件中的电压和在抓斗内的位置的对应曲线图。电流由接触件212提供，且通过接触尖端220施加到晶片边缘周围的前表面306。接触件内的电压大体上恒定(线610)，其展现出仅由接触件212材料的小电阻引起的最小下降。某一电压降612由于接触尖端212(b)与前侧306上的晶片边缘晶种层之间的接触电阻而发生。电压接着逐渐增加(阳性变得更大，如线614所示)，由于前表面306(例如，晶种层)的电阻而从接触点向内移动到晶片中心。

接触区中的电压梯度616与含有一些离子的冲洗液残留物506的组合形成内部腐蚀槽。残留物506完成“电化学腐蚀电路”，其中金属(例如，来自晶片的铜晶种)恰在密封唇缘212(b)附近氧化，导致金属离子释放到冲洗液506中。由电压梯度616引起的离子电流从前表面306穿过冲洗液残留物506到达接触尖端220。离子电流随其携载作为金属微粒620镀敷到接触件212上的金属离子。在较多冲洗液积累在接触区域中时，由于较高的电压梯度616和暴露于冲洗液506的较大前表面306，氧化/沉积过程可能变得较严重。

沉积在接触件212上的微粒620通常具有对接触件的不良粘合，且取决于电解质的浓度和沉积速率而可能为粉末状或树枝状的。举例来说，与稀释溶液组合的高离子电流通常导致剥落作为自由微粒的粘附性较小的沉积物。在接触区域中的各种动作(例如，接触尖端的偏斜和密封唇缘的压缩、流体流动、抓斗的运动和其它过程)的情况下，松散微粒可迁移经过密封边缘310，导致晶片上的各种边缘缺陷。而且，在由冲洗液池506界定的内部腐蚀槽中的前表面的氧化期间形成的铜离子形成一价铜离子，即Cu⁺(而不是二价铜离子，即，Cu²⁺)。两个一价铜离子可组合(或歧化)以形成溶液中的铜金属微粒/粉末和二价铜离子。此一价铜离子向元素铜的还原是可在任何衬底(金属性/导电或不导电)上发生的快速过程，其产生不良形成的非粘附性铜沉积物。当电压差较大时，由于高电镀电流和较薄的前表面层(例如，晶种层)，形成较多且较大的微粒。因为在晶种层在较小电路线中变得较薄时，较高电流对于高通过量过程来说是合意的，所以由上述现象导致的边缘缺陷往往变得更严重。

杯状物底部210可涂覆有惰性材料(例如，帕利灵(Parylene))以防止杯状物底部210上的腐蚀和镀敷。一般来说，帕利灵提供良好的初始涂覆，其不含针孔且具有对杯状物底部的粘附。然而，帕利灵可能快速磨损掉，且可在某一使用之后剥落。图7A是已经历了约5,000到6,000之间次循环的杯状物底部702上的帕利灵涂层的照片。所述照片展示杯状物底部(最接近晶片)的内部边缘。杯状物底部702的一些部分仍具有涂层。在其它区域中，涂层部分丧失粘附力且现在可渗透，例如区708。而在其它区域中，涂层部分或完全消失，例如在区706中，其中膜704从表面鸣响，损坏的涂层可能导致对杯状物底部的腐蚀和/或暴露金属表面上的镀敷。两者均可导致松散微粒且增加边缘缺陷的风险。此外，帕利灵是相对亲水性的且不阻止在密封唇缘附近形成大的冲洗液珠。在某些实施例中，杯状物底部的涂层是粘附性的、坚韧的、耐磨的、不含针孔且高度亲水的。合适的亲水性材料的一些实例包含聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTFE)、其混合物和共聚物。

在某些实施例中，杯状物底部涂覆有聚酰胺-酰亚胺(PAI)膜。PAI是坚韧的、耐化学的且热稳定的热塑性聚合物。另外，PAI大体上具有相对于其它聚合物的优良亲水性质。下表针对典型的电镀溶液比较PAI与帕利灵，其展示PAI实质上与去离子水和原镀液(virgin make-up solution，VMS)两者更具亲水性(具有较大的接触角度)。

表1

液体	帕利灵接触角度	PAI接触角度
			去离子水	62°	88°
原镀液	56°	72°

在具体实施例中，杯状物底部210涂覆有两个Xylan P-92层，且接着涂覆有两个额外的Xylan 1010层。在其它实施例中，杯状物底部涂覆有两个Xylan P-92层且接着涂覆有三个额外的Xylan 1010层。这两种材料由宾夕法尼亚州艾尔佛森市的华福公司(Whitford Corporation)供应。Xylan P-92主要是PAI聚合物，而Xylan-1010是约70％的PAI和约30％的PTFE。PTFE是在其纯净形式下非常亲水的聚合物，但具有边限粘附力和耐磨性。在外层中含有一些PTFE且在内层中主要含有PAI的合成或共聚膜提供良好的亲水性、粘附力和耐磨特性。甚至，使用Xylan P-92涂覆的不均匀的膜可具有如下表中证明的适当疏水性。

在某些实施例中，杯状物涂层的目标厚度在约20μm与35μm之间。沉积可涉及在溶剂中溶解合适的聚合物，所述溶剂可经加热以改善可溶性。举例来说，n甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基甲酰胺(DMF)可用于PTFE和PAI。此外，加热到至少约350℃的全氟煤油可用于PTFE。溶解的聚合物可被涂刷、旋涂或空气喷涂随后进行高温固化。也可使用其它合适的涂覆技术来形成具有上文提到的性质的膜。

可使用火花测试来检查经涂覆杯状物板是否有针孔。此测试可涉及在涂层上施加90V的电压。另外，可针对每一杯状物底部检验涂层厚度以确保足够的覆盖。其它测试可包含：外观测试，其中在视觉上且在显微镜下检查PAI涂层以检查各种膜特性；粘附力测试(例如，带测试)；在较小的电化学测试槽中的针孔测试，其使用具有PAI涂层的试样作为阴极且使用铜带作为阳极，且使电压从0V上升到75V并观察开路电压。

切换到杯状物底部上的亲水性更大的涂层可有助于在打开期间减小在密封唇缘附近形成的冲洗液珠的大小和转移到接触区域中的冲洗液的量，如图7B到图7E中证明。在某些实施例中，大体上没有冲洗液转移到接触区域中。图7B和图7C表示其中在杯状物底部上没有使用涂层或使用亲水性较小的涂层的抓斗组合件，且大体上对应于上文所述的图5A和图5C。当如图7D所示在杯状物底部上使用亲水性较大的涂层712时，此涂层可抵挡一些冲洗液，从而导致在密封唇缘附近形成较小的珠714。举例来说，珠可结束于唇缘密封件与说明为716的锥形边缘之间的界面处。当如图7E所示打开抓斗时，少得多的冲洗液可用于经由间隙718转移到接触区域中。在某些情形下，冲洗液珠可延伸到间隙中，但不足以到达接触件(且另外受到在接触件润湿期间产生的表面张力的拉动)。因此，非常少或大体上没有冲洗液可结束于接触区域中。

图8A是针对用于新的唇缘密封件和已经历约60,000次电镀循环的唇缘密封件的杯状物底部的两个不同涂层比较芯吸到抓斗的接触区域中的电镀溶液的量的曲线图。所述曲线图指示使用涂覆有PAI的杯状物底部(条802和806)比使用涂覆有帕利灵的杯状物底部(条804和808)导致较少的冲洗液芯吸到接触区中。PAI涂层在与新的唇缘密封件(条802对条804)和老化的唇缘密封件(条806对条808)两者组合使用时更有效。

对与经不同老化的唇缘密封件组合的不同涂层进行比较允许消除归因于唇缘密封件的任何偏置。抓斗的重复循环导致唇缘密封件变形、松弛、磨损且失去任何表面光洁度，例如疏水性涂层。因此，在唇缘密封件老化时较多冲洗液可随着时间的过去而芯吸到接触区中。在图8A中，将芯吸到与新的唇缘密封件和杯状物底部上的帕利灵涂层的接触区域中的冲洗液的量设置为100％。在约60,000次循环之后，同一唇缘密封件(但现在已老化)允许额外的75％冲洗液芯吸到接触区中。当切换到PAI涂层结果和新的唇缘密封件时，初始芯吸仅为约10％。对于老化的唇缘密封件，冲洗液芯吸朝90％漂移，其仍比与涂有帕利灵的杯状物底部组合的新的唇缘密封件的初始性能好。另外，此实验证明在约60,000次循环之后在PAI涂层上没有观察到剥落，其是对图7A所示的帕利灵涂层的结果的相当大的改进。总体来说，切换到PAI涂层可允许对芯吸冲洗液量的较小可接受限制(且由此减少边缘缺陷)和/或较不频繁的预防性维护。举例来说，已初步估计可通过切换到杯状物底部上的PAI涂层来以小至少两倍的频繁执行典型抓斗的预防性维护。

在另一实验中，测试PAI涂层在电解质环境中的浸出和吸收。使用两个测试样本。第一样本包含两层P92涂层和一层Xylan 1010涂层。第二样本仅包含两层Xylan P92涂层。将两个样本在典型铜镀敷溶液中在20℃下浸泡16天，所述溶液含有40g/L铜离子、按重量计10％的硫酸和50ppm氯化物离子。另外，使用涂覆有帕利灵的控制样本。在浸泡之前和之后对所有样本进行称重。另外，使用电流-电压(循环伏安法)分析，针对电阻变化和针对可能已浸出到溶液中的任何电活性材料的检测来分析所有浸泡液体。在浸泡之后，PAI涂层没有显示任何可检测到的浸出或吸收。这是与帕利灵涂层相比的显著改进，所述帕利灵涂层经历轻微的重量增加和在极为负性的还原电位下看到的较小的且目前未识别到的循环伏安法峰值。

图8B是将随在具有不同杯状物底部涂层的两个抓斗设备中执行的电镀循环数目而变的晶片缺陷的数目进行比较的曲线图。线810对应于杯状物底部的帕利灵涂层，而线812表示PAI涂层。使用涂覆有帕利灵的杯状物底部处理的晶片在约1000次循环之后开始展示缺陷率的实质增加。在不限于任何特定理论的情况下，据称涂覆有帕利灵的杯状物底部允许较多的冲洗液芯吸到接触区中，原因是帕利灵的较低疏水性在比涂覆有PAI的杯状物底部少得多的循环之后导致缺陷偏移。而且，帕利灵涂层可能在此循环期间已在某种程度上失去其完整性，从而导致较多的冲洗液芯吸到接触区中且引起缺陷。无论原因如何，PAI涂层均展示实质的性能改进。在需要清洁或以其它方式重新磨光接触件之前，可在杯状物底部涂覆有帕利灵的抓斗中处理更多的晶片。

图8C到图8D是两个晶片上覆物的说明性表示，其展示在具有涂覆有两种不同材料的杯状物底部的抓斗设备中电镀的晶片的前侧上的缺陷分布。使用六个晶片的图像来构造每一上覆物图像。图8C表示用涂覆有PAI的杯状物底部处理的晶片上的缺陷分布，而图8D表示用涂覆有帕利灵的杯状物底部处理的晶片上的缺陷分布。每一圆点(例如，822)表示六个晶片中的一者(其图像用于产生上覆物)上的缺陷。两个图清楚地展示PAI涂层对应于比帕利灵涂层少得多的缺陷。此外，对应于帕利灵涂层的缺陷往往集中在晶片边缘820周围，例如团块826，其中芯片密度也较高。

另一测试展示涂覆有PAI的杯状物底部产生在2,000次不间断晶片循环期间具有每晶片仅9.5计数的平均缺陷计数的晶片。所述缺陷是由加利福尼亚州圣何塞市的科天公司(KLA-Tencor，Inc.)供应的AIT缺陷分析器测得的，AIT缺陷分析器能够测量大小至少约0.9nm的缺陷。涂覆有帕利灵的杯状物底部展示在类似的不间断测试运作期间前1,250次循环的18.6的平均缺陷计数。其后，缺陷计数急剧上升到后续循环的每晶片237个缺陷的平均值。

图8E是将在使用涂覆有两种不同材料的杯状物底部的抓斗设备中电镀的晶片的不同片段的缺陷密度进行比较的曲线图。也称为缺陷分布的缺陷密度是每一片段中的每平方英寸面积的缺陷的平均数目。将片段界定为具有内径(由第一数字表示)和外径(由第二数字表示)的环。举例来说，曲线图上所指定的第一片段<0-20>对应于直径为200mm的内圆，而最后一个片段<140-150>对应于内径为140mm且外径为150mm的最外环(300mm晶片的边缘周围)。对应于用涂覆有PAI的杯状物底部处理的晶片的缺陷展示为白条，而对应于用涂覆有帕利灵的杯状物底部处理的晶片的缺陷展示为黑条。类似于图8C和图8D中的上覆物，此曲线图说明用涂覆有帕利灵的杯状物底部处理的晶片在每一片段中具有较多缺陷，且特定来说在边缘周围具有较高增加(即，边缘缺陷)，如对应于由距中心140mm到150mm之间的距离界定的片段的条830所指示。

早前在图5A到图5C的上下文中描述，在抓斗的打开期间，一些冲洗液迁移经过密封唇缘与晶片之间的间隙，且可触碰接触件，导致将更多冲洗液拉到接触区域中的额外表面张力。冲洗液可行进经过间隙的距离取决于珠体积和包围材料的表面性质。除了或代替于减少珠体积和/或将杯状物底部涂层改为疏水性较大的材料，接触尖端可移动进一步远离密封唇缘，以便避免润湿接触件且进一步在接触区域中散布冲洗液。图9A到图9B提供在打开操作期间两个不同抓斗设备的示意性表示，其中接触尖端定位于距密封唇缘不同距离处。具体来说，图9B所展示的接触尖端比图9A所示的接触尖端远离其密封唇缘距离D4。在两个说明中，唇缘密封件212的最外边缘901定位在距晶片304的边缘距离D1处。D1表示用于装置的晶片的未经镀敷且因此不可使用的区域。D1可在约1.0mm与5.0mm之间，更具体来说在约1.0mm与2.0mm之间。一般来说，可期望将此距离保持为尽可能短，而不牺牲接触尖端与晶片的前表面之间的电接触，且不污染区域中的接触件。在图9A中，接触点302定位于距最外边缘901距离D2处，D2可在约0.3mm与0.8mm之间。此距离可能不足以(如图9A所示)防止冲洗液残留物502行进经过间隙504且润湿接触件208，从而导致在接触件506周围形成小滴。应注意，接触件可保持干燥的最小距离取决于若干因素，例如剩余冲洗液珠的大小和唇缘密封件212的材料。在图9B中，接触点902定位于距唇缘密封件212的最外边缘901距离D3处，D3可在约0.8mm与1.6mm之间。在此实例中，接触件208充分足够远离最外边缘901，且芯吸冲洗液504在抓斗的打开期间没有到达和润湿接触件。因此，接触件208周围没有小滴形成。

图10A到图10B说明两个上覆物，其指示在抓斗中电镀的晶片上的缺陷分布，其中接触尖端相对于唇缘密封件定位在不同距离处。在一个抓斗中，接触尖端定位于距唇缘密封件边缘0.6mm处(如图9A到图9B中的距离D2)。图10A所示的上覆物对应于在此抓斗中处理的晶片。在另一抓斗中，接触尖端定位于距唇缘密封件边缘1.4mm处。图10B所示的上覆物对应于在此第二抓斗中处理的晶片。应注意，晶片相对于唇缘密封件边缘的位置(图9A到图9B中的距离D1)对于两个抓斗来说是相同的(1.75mm)。总体来说，在具有定位于较靠近唇缘密封件处的接触件的抓斗中处理的晶片展示显著较多的边缘缺陷和边缘附近的较高缺陷集中度。缺陷类别的统计分析以及扫描电子显微镜图像指示对应于图10B的上覆物的缺陷主要是表面微粒而不是凹坑。

尽管一些冲洗液可能传播到接触区域中且触碰接触件，但可通过使接触件的表面的亲水性较小来减少此冲洗液的量。换句话说，当一些冲洗液到达且触碰接触件时，相关联的表面能量抵挡冲洗液。在某些实施例中，接触件完全或部分涂覆有疏水聚合物涂层，例如聚四氟乙烯(PTFE或Teflon^TM)、乙烯四氟乙烯(Tefzel^TM)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)或聚偏二氟乙烯(PVDF)，以帮助从接触区域驱逐和排斥冲洗液。图12A到图12B提供两种抓斗设备设计的比较性示意表示，其中图12B所示的设计在电接触件上具有疏水性涂层以防止在破坏密封之后电镀溶液过量芯吸到接触区域中。图12A大体上对应于上文所述的图5C且作为参考而呈现。此图中说明的设计在接触件上不包含疏水性涂层，且因此相对较大量的冲洗液506结束于接触区域中。在图12B中，除了与晶片的前侧建立接触所需的接触尖端302外，接触件的整个表面展示为涂覆有疏水聚合物1202。形成此接触结构的方法的实例包含(但不限于)首先(例如)通过将在熔化的聚合物中浸涂来完全涂覆接触元件(例如，接触指状物)，或用溶解在溶剂中的聚合物喷涂接触件且允许溶剂干燥。接着通过选择性地物理磨蚀或使尖端选择性地暴露于溶剂来从接触尖端区域302选择性地移除涂层。在未说明的某些实施例中，可用导电聚合物涂层涂覆整个接触件。

当密封在打开操作期间被破坏时，冲洗液可通常由于晶片的亲水性前侧产生的表面力而被汲取到接触区域中。举例来说，前侧通常具有由冲洗液润湿的铜晶种层，从而导致冲洗液在前表面上散布。如图5B和图5C的上下文所示，冲洗液接着可到达电接触件尖端，其在打开期间与前表面接触(接触尖端通常延伸高于唇缘密封件，且可在密封被破坏之后保持与前表面接触)。如果在密封被破坏之前或至少在足够量的冲洗液传播到接触区域中之前接触尖端与前表面分离，那么可避免尖端的润湿或使尖端的润湿减到最少。图11A到图11B提供抓斗设备设计的示意性表示，其中在设备的打开期间，接触尖端从前侧表面收回。这些图展示其中接触尖端相对于晶片前表面的位置可在抓斗的打开和闭合期间动态地移动的方法的特定实例。图11A说明处于闭合状态的抓斗设备，而图11B说明处于打开状态的同一抓斗设备。在打开状态下，在破坏唇缘密封件与前表面之间的密封期间的某一点之前或所述点处从晶片的前表面移除电接触件。如图11A所示，在闭合的抓斗中，通过圆锥308、接触件208中的挠曲部1104和唇缘密封件212的支点1102的动作，接触点302向上受力。由圆锥308施加在接触件208上的力导致其偏斜。支点1102充当杠杆的支撑，所述杠杆将圆锥在挠曲点1104处的向下运动转为接触尖端220的向上运动。当抓斗如图11B所示打开时，圆锥308缩回，从而移除其在接触件208上的压力。接触件208松弛且其接触点220移动远离晶片表面306。接触尖端220可向下移动远离晶片表面306(如图11B中由距离L1所示)，且在远离唇缘密封件212的最外边缘901的方向上移动(如图11B中由距离L2所示)。在一些实施例中，接触尖端220可仅在这些方向中的一个方向上移动。将接触尖端220从其原始位置移除可消除冲洗液对尖端的润湿且使接触区域中的冲洗液积累减到最少(或消除)。

图13说明根据某一实施例的抓斗设备1300的示意性表示。设备1300可具有：用于旋转抓斗(元件202、204、210、212、214、306、308和其它)的电动机107；以及具有用于在设备内提起圆锥308的空气气缸的轴106。电动机107和轴106在图1的上下文中进一步描述。电动机107和空气气缸的操作可由系统控制器1302控制。在某些实施例中，系统控制器1302用以控制铜沉积、晶片的插入和移除等期间的工艺条件。控制器1302可包含一个或一个以上存储器装置和一个或一个以上处理器与一CPU或计算机、多个模拟和/或数字输入/输出连接、多个步进电动机控制器板等。

在某些实施例中，控制器1302控制沉积设备的所有活动。系统控制器1302执行系统控制软件，其包含用于控制定时、旋转速度、提起速度和其它工艺参数的指令组。在一些实施例中，可使用存储在与控制器相关联的存储器装置上的其它计算机程序和指令。

通常将存在与控制器1302相关联的用户接口。用户接口可包含显示器屏幕、设备和/或工艺条件的图形软件显示器，以及例如指点装置、键盘、触摸屏、麦克风等用户输入装置。

用于控制电镀工艺的计算机程序代码可以任何常规计算机可读编程语言编写：例如，汇编语言、C、C++、Pascal、FORTRAN或其它语言。经编译对象代码或脚本由处理器执行以执行程序中所识别的任务。用于监视工艺的信号可由系统控制器的模拟和/或数字输入连接提供。用于控制工艺的信号在沉积设备的模拟和数字输出连接上输出。

系统软件可以许多不同方式设计或配置。举例来说，可编写各种设备组件子例行程序或控制对象来控制实行发明性电镀工艺所必需的设备组件的操作。用于此目的的程序或程序段的实例包含晶片代码、自旋速度控制代码、提起速度控制代码和其它代码。在一个实施例中，控制器1302包含用于电镀部分制造的集成电路中的导线的指令。

已确定抓斗打开速度(即，圆锥移动远离杯状物底部的速度，其动作是从杯状物/圆锥抓斗组合件中提取晶片所需的工序中的一个步骤)对冲洗液芯吸到接触区域中和边缘缺陷具有影响。在不受任何特定模型或理论的限制的情况下，据信较慢的打开速度引起接触区域中的较少吸入，从而导致减少的芯吸量。然而，进一步减小打开速度导致芯吸体积增加，其可能是由于在晶片等待被从杯状物中取出时的毛细管作用。图14A是在两个不同自旋持续时间随打开速度而变的芯吸到接触区域中的经标准化冲洗液体积的曲线图。在两个测试中，使用600rpm的固定自旋速度历时两秒(线1402)或四秒(线1404)。在用来自位于晶片下方和侧面的风扇喷涂嘴且以每分钟1.5升的速率(约50ml的总递送体积)流动的去离子水进行两秒钟的冲洗之后执行自旋。冲洗液的绝大部分被自旋离开晶片，且被引导到单独的容纳区域以避免稀释位于晶片下方的镀敷镀槽。一些流体保留在晶片表面上和抓斗的接近唇缘密封件的边缘区中，如上文在图5A的上下文中阐释。较长的自旋时间(线1404)减少从前侧与唇缘密封件界面芯吸到接触区域中的流体的量。四秒自旋(线1404)(其可能有某种程度的较小量体积可用于唇缘密封件处的外围边缘处的芯吸)看起来似乎减小芯吸对打开速度的敏感性，且还使来自硬件可变性的影响减到最小。然而，较长的自旋时间减少产品通过量，且因此具有经优化的打开速度的较短自旋时间可能是优选的。曲线图指示最佳打开速度在约3秒与4秒之间。应注意，所有打开速度均针对约2.25英寸(或5.7厘米)的行程而指定，其在某些实施例中对应于圆锥在抓斗的打开期间的总行进距离。因此，表达为1.7秒的打开速度对应于每秒3.3厘米的实际速度，而表达为3.5秒的打开速度对应于每秒1.6厘米的实际速度等等。举例来说，通过使打开从2.5秒减慢到3秒，被芯吸到接触区域中的冲洗液的量可减少约20％。虽然减慢打开操作还不利地影响了通过量，但所述影响据信不如(例如)增加自旋持续时间来实现相同效果的影响严重。

图14B是针对不同的工艺条件和抓斗设计的经标准化芯吸冲洗液的比较性曲线图。曲线图指示设备和工艺调节可使芯吸减到最少。举例来说，通过将打开过程从1.7秒减慢到4秒，且通过将自旋干燥从2秒增加到3秒，芯吸可减少约30％(与条1406和1408比较)。通过将新的工艺参数(较慢的打开和较长的干燥)与涂覆有PAI的杯状物底部(条1410)结合而观察到实质的改进。被芯吸的冲洗液的量减少额外的50％。甚至更有效的是用更远离密封件而定位的新接触件(条1412)来替换常规的接触件。

图15A到图15B说明晶片上覆物，其展示使用不同工艺条件电镀的晶片上的缺陷分布。图15A中的上覆物对应于在600RPM下具有约2.5秒的打开持续时间和约2秒的干燥持续时间的过程。图15B中的上覆物对应于在600RPM下具有约3.0秒的打开持续时间和约4秒的干燥持续时间的过程。第二组上覆物展示大体上较少的缺陷，其指示可用这些新的工艺参数来改进晶片质量。这些结果对应于图14B所示的结果(条1406和1408)。

图16是针对不同的工艺条件和抓斗设计的经标准化芯吸冲洗液体积的比较性曲线图。第一条1602对应于用涂覆有PAI的杯状物底部执行的测试，其中抓斗在打开之前自旋四秒。此改进的组合展示芯吸量仅为控制样本(条1608)的5％的最佳结果，其中涂覆有帕利灵的杯状物底部自旋仅两秒。此外，将自旋两秒的涂覆有PAI的杯状物底部的结果(条1606)与自旋四秒的涂覆有帕利灵的杯状物底部的结果进行比较，显然杯状物底部的涂层在一些实施例中具有比自旋时间大的影响。总体来说，曲线图指示与四秒自旋持续时间组合的涂覆有PAI的杯状物底部1602在被测替代方案中具有最少的芯吸体积。

图17A是针对不同工艺条件和抓斗设计的经标准化芯吸冲洗液体积的比较性曲线图。在所有测试中，使用相同设计的唇缘密封件，其中密封唇缘的边缘被配置为距晶片边缘约1.75mm(即，距离D1为1.75mm，如图9A到图9B所示)，即“1.75mm唇缘密封件”。这些唇缘密封件与两种不同的接触件类型匹配。一种类型是1.75mm接触件(条1702、1704和1706)，其经设计以与唇缘密封件的此设计(具有1.75mm间距，如上所述)一起使用。在与此唇缘密封件的组合中，1.75mm接触件的尖端与密封唇缘的边缘分离(图9A到图9B中的距离D2)约0.4mm。另一类型的接触件是1.00mm接触件(条1708和1710)，其经设计以与具有与晶片的边缘仅间隔开1.00mm的密封唇缘的唇缘密封件一起使用。因此，与1.75mm接触件相比，1.00mm接触件使其接触尖端定位在更靠近晶片的边缘处。当1.00mm接触件与1.75mm晶片一起使用时，1.00mm接触件的尖端与密封唇缘的边缘分离(图9A到图9B中的距离D2)约1.4mm，其比在1.75接触件/1.75mm唇缘密封件组合中更远离约1.0mm。

控制样本(条1702)对应于在具有1.75mm接触件的抓斗中执行的测试，其中干燥持续时间为2秒且打开持续时间为1.7秒。将打开时间增加到3.5秒同时保持所有其它参数相同导致被芯吸冲洗液减少25％(条1704)。另一轻微减小(条1706)是干燥时间增加的结果。当与3.5秒干燥组合使用1.00mm接触件时，所述减小超过80％(条1708)。然而，使持续时间增加到4秒允许更进一步减小芯吸体积。总体来说，较慢的打开速度、较长的干燥持续时间和具有与密封唇缘较远离的尖端的接触件的组合允许实现最佳结果。虽然例如不同的接触件设计等一些参数看似比其它参数更主要，但通过组合各种参数而观察到某些协同作用，例如与1mm接触件组合而增加干燥时间(例如，将条1704和176与条1708和1710进行比较)。

图17B是针对不同干燥持续时间和杯状物底部涂层的经标准化芯吸冲洗液体积的比较性曲线图。控制样本(条1712)对应于在具有涂覆有帕利灵的杯状物底部的抓斗中且使用2秒干燥执行的测试。使干燥持续时间增加到4秒导致芯吸到接触区域中的冲洗液减少约25％。然而，切换到涂覆有PAI的杯状物底部和4秒干燥时间有助于使芯吸减少约85％。

图18A到图18B是针对不同工艺条件和抓斗设计的随经处理晶片的数目而变的工艺缺陷的比较性曲线图。线1802对应于上文所阐释的1.75mm杯状物和唇缘密封件中的1.75mm接触件设计(即，在图9A到9B的上下文中D1＝1.75mm且D2＝0.4mm)以及2秒自旋和1.7秒打开。线1804对应于1.75mm杯状物和唇缘密封件中的1.00mm接触件设计(即，D1＝1.75mm且D2＝1.4mm)、4秒自旋和3.5秒打开。稍后的抓斗设计和工艺条件允许超过2,250次电镀循环而无需预防性维护，同时前者展示在约500次循环之后缺陷数目的实质峰值。

自动接触蚀刻(ACE)工艺是一种藉此周期性地且以受触发且受控方式将以杯状物/圆锥打开配置而配置的抓斗杯状物底部浸没到工具的镀敷镀槽中的工艺。以此方式使接触件暴露于电解质，且将任何所镀敷金属“蚀刻”掉。在蚀刻之后，用冲洗液喷涂仍处于打开配置的抓斗，同时使抓斗自旋以移除杯状物底部和组合件的其余部分的电解质。发现此自动程序在使杯状物底部边缘区维持且恢复到“干净的”不含微粒条件时是有效的。所述工艺花费时间且可能向镀敷镀槽添加不需要的水，因此ACE操作的使用需保守使用。

线1806和1808对应于在唇缘密封件已使其边缘与密封唇缘边缘间隔仅1mm(D1距离)同时接触尖端与密封唇缘边缘之间的距离(D2距离)为0.75mm的情况下，针对杯状物的不具有对不具有中间自动接触蚀刻(ACE)的连续电镀循环。在此杯状物设计中，晶片的边缘处没有足够的空间来将接触件远离唇缘密封件而移出所要值(例如，如在上文所述的1.00mm接触件与1.75mm唇缘密封件的组合中，大于约1.3mm)。在此情况下，当不使用中间ACE时，晶片展示在500个晶片之后缺陷计数的实质增加(线1806)。然而，当在每第200个循环之后引入ACE时，执行3,000次以上晶片镀敷循环，而没有微粒计数的实质增加(线1808)。因此，以自动且重复方式执行的接触蚀刻即使在没有足够空间供接触尖端移动或保持远离唇缘密封件区域的情况下也可减少缺陷。

在某些实施例中，唇缘密封件涂覆有疏水性涂层以使冲洗液到接触区域中的芯吸减到最少。疏水性涂层可施加到整个唇缘密封件表面或仅施加到密封唇缘周围。疏水性涂层可使干燥之后密封唇缘附近的冲洗液积累减到最少，且减少打开期间冲洗液传播到接触区域中的传播。图19是针对不同唇缘密封件设计的经标准化芯吸冲洗液体积的比较性曲线图。基线(条1906)对应于具有未经涂覆的唇缘密封件的抓斗。条1902和1904对应于具有经涂覆唇缘密封件的抓斗，其展示芯吸体积减少至少80％。

结论

尽管已为了理解的清楚性而相当详细地描述了上述发明，但将明白，在所附权利要求书的范围内可实践某些改变和修改。应注意，存在实施本发明的工艺、系统和设备的许多替代方式。因此，应将本发明的实施例视为说明性且不是限制性的，且本发明不限于本文所给出的细节。

本文所陈述的所有参考案均出于所有目的以引用的方式并入本文中。

Claims (30)

1.一种基底板，其用于经配置以在电镀期间固持半导体晶片且防止电镀溶液到达电接触件的杯状物中，所述基底板包括：

环形主体；

刀片形突出部，其从所述环形主体向内延伸且经配置以支撑弹性体唇缘密封件，所述弹性体唇缘密封件用于啮合所述半导体晶片且防止所述电镀溶液到达所述电接触件；以及

疏水性涂层，其覆盖至少所述刀片形突出部。

2.根据权利要求1所述的基底板，其中所述疏水性涂层包括选自由聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)和其共聚物组成的群组的一种或一种以上材料。

3.根据权利要求1所述的基底板，其中所述疏水性涂层包括聚酰胺-酰亚胺(PAI)。

4.根据权利要求3所述的基底板，其中所述疏水性涂层进一步包括聚四氟乙烯(PTFE)。

5.根据权利要求1所述的基底板，其中所述疏水性涂层是使用喷涂技术涂覆的。

6.根据权利要求5所述的基底板，其中所述疏水性涂层是通过将至少一个Xylan P-92层喷到至少所述刀片形突出部上来涂覆的。

7.根据权利要求6所述的基底板，其中所述疏水性涂层是通过将至少一个Xylan 1010层喷在所述Xylan P-92层上来涂覆的。

8.根据权利要求1所述的基底板，其中所述疏水性涂层具有在约20μm与35μm之间的厚度。

9.根据权利要求1所述的基底板，其中所述疏水性涂层可通过90V火花测试。

10.根据权利要求1所述的基底板，其中所述疏水性涂层不浸出或吸收可检测量的电解质溶液。

11.根据权利要求1所述的基底板，其中所述环形主体和所述刀片形突出部包括选自由不锈钢、钛和钽组成的群组的一种或一种以上材料。

12.根据权利要求1所述的基底板，其中所述环形主体经配置以便以可装卸方式附接到电镀设备的屏蔽结构。

13.根据权利要求1所述的基底板，其中所述刀片形突出部经配置以支撑至少约200磅的力。

14.根据权利要求1所述的基底板，其中所述基底板经配置以用于Novellus电

镀系统中。

15.根据权利要求1所述的基底板，其中所述环形主体包括经配置以与唇缘密封件上的隆脊啮合的凹槽。

16.一种接触环，其用于经配置以在电镀期间固持半导体晶片且防止镀敷溶液接触所述接触环的杯状物中且用于在电镀期间向所述半导体晶片供应电流，所述接触环包括：

单一环形主体，其大小和形状经设计以啮合所述杯状物的其它组件；以及

多个接触指状物，其附接到所述单一环形主体且从所述单一环形主体向内延伸，且远离彼此而成角度安置，每一接触指状物经定向以在距所述晶片的外边缘小于约1mm的点处接触所述半导体晶片。

17.根据权利要求16所述的接触环，其中所述环形主体和所述多个接触指状物包括Paliney 7。

18.根据权利要求16所述的接触环，其中所述多个接触指状物具有大体上V形形状，其从由所述单一环形主体界定的平面向下延伸，且接着向上指向用于接触所述半导体晶片的远端点。

19.根据权利要求16所述的接触环，其中所述多个接触指状物包括至少约300个接触指状物。

20.根据权利要求16所述的接触环，其中所述多个接触指状物经配置以在电镀期间在所述半导体晶片施加的力下弯曲。

21.根据权利要求16所述的接触环，其中所述多个接触指状物中的每一指状物的至少一部分涂覆有选自由聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)和其共聚物组成的群组的一种或一种以上疏水性聚合物。

22.一种唇缘密封件与接触环组合件，其用于经配置以在电镀期间固持半导体晶片且从所述半导体晶片的外围区中排除镀敷溶液的杯状物中且用于在电镀期间向所述半导体晶片供应电流，所述唇缘密封件与接触环组合件包括：

环形弹性体唇缘密封件，其用于啮合所述半导体晶片且从所述半导体晶片的所述外围区排除所述镀敷溶液，其中所述环形弹性体唇缘密封件具有界定用于排除所述镀敷溶液的周边的内径；以及

接触环，其包括单一环形主体和多个接触指状物，所述接触指状物附接到所述环形主体且从所述环形主体向内延伸，且远离彼此而成角度安置，每一接触指状物经定向以在距所述唇缘密封件的内径至少约1mm的点处啮合所述半导体晶片。

23.根据权利要求22所述的唇缘密封件与接触环组合件，其中所述接触指状物每一者具有大体上V形形状，其从由所述单一环形主体界定的平面向下延伸且接着向上指向所述环形弹性体唇缘密封件啮合所述半导体晶片的平面上方的远端点。

24.根据权利要求22所述的唇缘密封件与接触环组合件，其中所述环形弹性体唇缘密封件包括疏水性涂层。

25.根据权利要求22所述的唇缘密封件与接触环组合件，其中所述环形弹性体唇缘密封件包括用于容纳配电母线的凹槽。

26.根据权利要求22所述的唇缘密封件与接触环组合件，其中所述环形弹性体唇缘密封件的啮合所述半导体晶片的一部分经配置以在所述啮合期间压缩。

27.一种电镀设备，其经配置以在电镀期间固持半导体晶片且防止镀敷溶液接触所述电镀设备的某些部件，所述电镀设备包括：

杯状物，其用于支撑所述半导体晶片，所述杯状物包含基底板，所述基底板包括：

环形主体；

刀片形突出部，其从所述环形主体向内延伸且经配置以支撑弹性体唇缘密封件，所述弹性体唇缘密封件用于啮合所述半导体晶片且防止所述电镀溶液到达电接触件；以及

疏水性涂层，其覆盖至少所述刀片形突出部；

圆锥，其用于在所述半导体晶片上施加力且抵靠所述弹性体密封件按压所述半导体晶片；以及

轴，其经配置以使所述圆锥相对于所述杯状物移动且通过所述圆锥在所述半导体晶片上施加力，以便抵靠所述杯状物的所述弹性体密封件而密封所述半导体晶片且旋转所述杯状物和所述圆锥。

28.根据权利要求27所述的电镀设备，其进一步包括控制器，所述控制器包含用于以下各项操作的指令：

将所述半导体晶片定位在所述杯状物上；

将所述圆锥降低到所述半导体晶片上，以在所述半导体晶片的背侧上施加力，以便建立所述杯状物的唇缘密封件与所述晶片的前表面之间的密封；

将所述晶片的所述前表面的至少一部分浸没在电镀溶液中且在所述晶片的所述前表面上进行电镀；以及

提起所述圆锥以将所述力从所述半导体晶片的所述背侧释放，其中在至少2秒的周期内执行提起。

29.一种用于在含有杯状物和圆锥的设备中电镀半导体晶片的方法，所述方法包括：

将所述半导体晶片定位在所述杯状物上；

将所述圆锥降低到所述半导体晶片上以在所述半导体晶片的背侧上施加力，以便建立所述杯状物的唇缘密封件与所述晶片的前表面之间的密封；

将所述晶片的所述前表面的至少一部分浸没在电镀溶液中且在所述晶片的所述前表面上进行电镀；以及

提起所述圆锥以将所述力从所述半导体晶片的所述背侧释放，其中在至少2秒的周期内执行提起。

30.根据权利要求29所述的方法，其进一步包括在提起所述圆锥之前，使所述半导体晶片旋转至少约3秒。

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