CN103959445B - 用于电化学处理器的接触环 - Google Patents
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Abstract
电处理设备包括在头部中的转子、和在转子上的接触环组件。接触环组件可具有在环基座上的一个或更多个条的接触指，其中接触指夹紧在环基座上的位置中。所述条可具有间隔开的凸出物开口，其中环基座上的凸出物延伸至凸出物开口中或穿过凸出物开口。遮蔽环可附接于环基座，以夹紧接触指就位，和/或以为接触指的至少部分提供电场遮蔽。接触指可设置为多个邻接的叉形物，其中实质上每一叉形物包括至少两个接触指。
Description
技术领域
本发明的领域是用于在电处理期间电接触基板的接触环。
发明背景
电处理微电子装置和类似的工作件(诸如硅晶片)通常涉及将工作件的装置侧上的导电表面浸入电解液中。在被浸入电极与接触工作件的边缘的电接触物之间建立电流路径。电解液中的金属离子沉积在工作件上(电镀)或从工作件去除(电抛光/蚀刻)。
由于微电子装置和其他微型装置制造得越来越小，所以电接触物必须满足更大的性能规格。因此需要改良电处理系统中的电接触物。
发明内容
电处理设备包括头部中的转子和转子上的接触环组件。接触环组件可具有在环基座上的一个或更多个条的接触指(one or more strips of contact fingers)，其中接触指经夹紧在环基座上的位置中。在一个方面中，所述条可具有间隔开的凸出物开口，其中环基座上的凸出物延伸至凸出物开口中或穿过所述凸出物开口。遮蔽环可经附接于环基座，以将接触指夹紧就位，和/或以为接触指中的至少部分接触指提供电场遮蔽。接触指可设置为多个邻接的叉形物，其中实质上每一叉形物包括至少两个接触指。若使用头部，则实质上每一叉形物可具有：头部；附接于相邻的叉形物的在该头部上的连结结构；和指，所述指经附接于连接至该头部的肩部，或在叉形物上没有任何肩部的情况下直接连接到头部。
头部是可移动的，以将接触环组件定位在容器中或容器外，从而电镀或电抛光工作件(诸如，硅晶片或者类似的微型装置基板)。
图式简要说明
图1是电处理腔室的示意图。
图2是图1中所示的接触环的立体图。
图3是图1和图2中所示的接触环的放大截面立体图。
图4是接触环的放大底部立体细节图。
图5是图4所示的并排接触物中的两个接触物的放大平面图。
图6是接触物的条的放大平面图。
图7是图3所示的接触环和遮板的进一步放大倒视图。
具体描述
如图1所示，电处理腔室20具有头部22，所述头部22包括转子24。头部22中的电机28使转子24旋转，如图1中箭头R所指示。转子24上的接触环组件30与固定至转子24内或转子24上的工作件或者晶片100电接触。转子24可包括背板26、以及环致动器34，环致动器34用于垂直地移动接触环组件30(沿晶片装载/卸载位置与处理位置之间的方向T，如图1所示)。头部22可包括波纹管32，以使得在将内部头部部件自处理液体和蒸气密封的同时，能够垂直地或轴向地移动接触环。
仍参看图1，头部22与基座36啮合。基座36中的容器(vessel)或碗状物(bowl)38容纳电解液。一个或更多个电极放置在该容器中。图1所示的实例具有中心电极40和单个外部电极42，外部电极42环绕中心电极40且与中心电极40同中心。电极40和42可设置在介电材料场形成单元44中，以在处理器20中建立期望的电场和电流路径。可使用各种数量、类型和配置的电极。
图2图示与转子24分离的接触环组件30，且接触环组件30是倒置的。因此，当接触环组件30安装至转子24内时，接触环组件30上的接触指82(在图2中图示为在接触环组件30的顶部处或在接触环组件30的顶部附近)在接触环组件30的底端上或在接触环组件30的底端附近。安装凸缘(flange)64可设置在接触环上，以利用扣件(fasteners)将接触环组件30附接至转子24。
图3图示接触环组件30的截面图，其中接触环再次安装在如图1所示的垂直方向。在本实例中，接触环组件30具有在内衬56与外遮蔽环52之间的基座环50。现也参看图4，成排的或成条的接触指82附接于环基座50。接触指82可放置在环基座50的平角底表面70上。因此，指82向内延伸(朝向接触环组件30的中心)并且也略微向上延伸，如图1和图3所示。或者，底表面或安装表面70可以是水平的，或甚至以是向下倾向的。
遮板54(若使用)覆盖接触指82的部分或全部长度。在图3中，只有指82的最内部的末端75未被遮板54覆盖或者遮蔽。可调节遮板54相对于指82的长度的向内延伸长度，以改变指的电流吸收效应(current thieving effect)。在某些设计中，遮板可向内延伸超过指82的末端，从而指在遮板下方被完全地遮蔽。或者，指的末端75可径向地向内延伸而超过遮板54的内缘1至10毫米、2至5毫米或2至8毫米，或3-7毫米。清洗孔62可设置在遮板54中，以使得能够更好地清洁叉形物(forks)80以及去除叉形物80的电镀层。
若接触环30用于密封环设计(所谓的干接触环)中，则可省略清洗孔62，因为在密封环设计中，电解液不会与叉形物80接触。如图3和图7所示，作为清洗孔62的替代，或除清洗孔62之外，清洗孔85可向内延伸穿过环形区段66。定位清洗孔穿过环形区段的外径，而不是将清洗孔定位在指的后端之下，减少了在处理期间排流孔对电场的影响。清洗孔85可任选地定位在环形区段66上的更高位置处，以使清洗孔85一直保持在电镀槽上方。
遮板54以介电材料制成，并且可形成为遮蔽环52的部分。或者，遮板54可为附接于接触环组件30的独立环。环基座50可以以诸如钛之类的金属制成。遮蔽环52可包括环形区段66和附接的或者集成的遮板或遮蔽区段54。如图7所示，遮板54可具有内缘55，内缘55定位为与垂直方向(例如与图1所示的转子的旋转轴T)成锐角。也如图7所示，在无装载条件下，间隙75可设置在遮板54与指之间。当晶片装载入转子24中，并且接触环30上升(如图1和图3所示)以与晶片电接触并将晶片保持就位以处理时，可闭合间隙75(若使用)。
指82电连接至处理器电气系统。此电连接可经由导电环基座50实现，例如，由部分地或者完全地由金属制成的环基座。或者，环基座50也可以是不导电材料或介电材料，有一根或更多根电导线延伸穿过或者靠拢环基座50，以与指82电连接。内衬56可具有向外渐细的表面58，以帮助导引和集中晶片100至接触环组件30内。内衬56一般是塑性材料或另一种非导电材料，可具有向外延伸的唇(lip)60，唇60延伸至环基座50中的槽(slot)或凹槽(recess)内。
转向图4至图6，指82可设置在经连接的叉形物80的条68上，其中每一叉形物80包含两个指，图示为82A和82B。耳片(lugs)、插脚(pins)或其他凸出物72可在环基座50的成角度的或锥形的表面70上间隔设置，其中耳片72延伸至邻接的叉形物80之间的耳片间隙或者开口94中或延伸穿过在邻接的叉形物80之间的耳片间隙或者开口94。如图4和如图5所示，每一叉形物80可包括头部96，头部96具有在每一侧连接至相邻叉形物的连结结构92。每一叉形物80的指82A和82B可连接到叉形颈部区段90，叉形颈部区段90具有与头部96的宽度大致相同的宽度。在如图所示的此设计中，指82A和82B的上端或外端在肩部98处向内倾斜或弯曲。
每一叉形物80的指82A和82B相互平行并且由间隙86相互间隔，其中指具有比间隙86的宽度大2-5倍的宽度。例如，指可具有约0.5至1.3毫米的宽度，而间隙86可具有约0.25至0.5毫米的宽度。参看图5，每一叉形物80可具有从约1.5毫米至3.0毫米或者从1.8毫米至2.5毫米的宽度W。使用在这些范围中的尺寸，与现有设计相比，更多的指可安装到接触环组件30上。例如，供12英寸直径的晶片使用的接触环组件30可具有480或者甚至720个指。
当在非常薄的种晶层上电镀时，提供大量的接触物可减少不利影响、诸如电流路径改变和发热。若需要，则指可制造得甚至更窄，例如，每一叉形物80上具有三、四或更多个指，导致设计具有超过1000个指。类似的或者相同的间隙86可设置在相邻叉形物的指之间。指82A和82B可以是彼此的镜像，具有相同的大小与形状。指的厚度可取决于指材料和指长度而改变。如图5所示的指具有约6毫米的长度，该长度自内部末端至间隙86的外部根处测量。使用铂、铂/铱合金，或者镀铂钛，指厚度通常为约0.13毫米至0.25毫米。
现参看图6，叉形物80的条或带68可使用各种的生产技术制造，诸如放电加工或者冲压(stamping)金属片(诸如，具有或没有铂镀层或铱镀层的钛)。在环基座50倒置的情况下，条68放置在表面70上，而耳片72定位条68。特定言之，叉形头部96的外缘或者上缘放置为抵靠环基座50的同心对准的凸缘或者唇76，使得接触指精确地同心对准在基座环上。耳片72也可帮助同心地以及横向地定位指。虽然可使用单个连续的条68，但是通过使用多个较短的条，可简化制造和组装。
参看图3，在条68就位的情况下，遮蔽环52(包含遮板54)放置在环基座50上，此时遮板54的向下表面与条68接触。遮蔽环52随后经由扣件(诸如，有头螺钉)夹紧在环基座50上。遮板的向下表面上的内环74和外环72压在叉形物80的肩部98和头部96上，将叉形物80夹紧就位，且很大程度上与表面70抵靠并且平行于表面70。
衬垫56(例如)利用扣件附接至环基座50。衬垫56导引晶片100至接触环组件30中的处理位置内。因为衬垫56和指82两者皆经由环基座50的表面定位，所以指82可以较高精确度与晶片100同中心。与使用已知的技术(诸如压或者焊接)相比，单纯地经由夹紧固持指82就位使得制造过程简化。此也允许指以贵金属制成以获得更长的接触点寿命，因为指可由无应力的金属板原料组成。
虽然条68可为直的，但是叉形物之间的连结结构92允许条68弯折以贴附环基座50的圆周，以及贴附表面70的锥体区段(若有)。使用此装配，指自动且精确地固定定位。无需个别接触物的定位或者弯折。指自动地定位为与环基座50精确地同心。此允许能够电镀非常均匀的层。由于无需焊接、涂敷或者其他的修理步骤，所以指在损坏或磨损时也可容易地替换。相应地，由贵金属制成的指也可容易地从接触环组件30分离以收集。
接触环组件30可用于湿接触应用，其中指与电解液接触。在此类应用中，遮板54减少了电镀在指上的金属的聚集。此改良了电镀腔室20的效能并且减少了接触指除镀层所需的时间。遮板54可用于接触指82，或用于传统的接触指。接触环组件30也可用于密封环或干接触应用。在密封环设计中，转子上的封条自晶片的外缘密封电解液。指与晶片上的种晶层或者其他预存的导电层电接触，但是不接触电解液。
Claims (18)
1.一种电处理设备，所述电处理设备包括：
第一头部；
在所述第一头部中的转子；
在所述转子上的接触环；
在所述接触环上的多个间隔开的凸出物；
一个或更多个的条，所述条具有接触指，所述接触指夹紧在所述接触环上的位置中，其中所述条具有多个间隔开的凸出物开口，并且其中所述凸出物延伸至所述凸出物开口中或者穿过所述凸出物开口，其中条包括多个邻接的叉形物，其中每一叉形物包括至少两个具有平行侧的接触指；和
基座，所述基座包括电解液容器，其中所述第一头部可移动的将所述接触环定位在所述容器中和所述容器外。
2.如权利要求1所述的电处理设备，其中每一叉形物包括：第二头部；在所述第二头部上的连结结构，所述连结结构附接于相邻的叉形物；和附接于连接至所述第二头部的肩部的所述接触指。
3.如权利要求2所述的电处理设备，其中一个或更多个叉形物具有两个接触指，所述两个接触指由间隙分隔，并且其中所述两个接触指各自具有比所述间隙的宽度大2-4倍的宽度。
4.如权利要求1所述的电处理设备，进一步包括介电材料遮板，所述介电材料遮板至少部分地覆盖所述接触指。
5.如权利要求4所述的电处理设备，进一步包括在所述介电材料遮板中的多个间隔开的清洗孔。
6.如权利要求1所述的电处理设备，其中在所述转子上的接触环包括：环基座，并且其中所述接触指由无应力的金属板原料组成，没有弯折；和至少部分地覆盖所述环基座的外表面和所述接触指的遮蔽环。
7.如权利要求6所述的电处理设备，其中所述遮蔽环具有内遮蔽区段和外环区段，并且其中所述内遮蔽区段覆盖所述接触指且所述外环区段围绕所述环基座。
8.如权利要求6所述的电处理设备，进一步包括衬垫，所述衬垫在所述环基座的内表面上，其中所述遮蔽环和所述衬垫包含非金属，并且其中所述环基座包含金属。
9.如权利要求8所述的电处理设备，其中所述衬垫包括渐细的上表面。
10.如权利要求6所述的电处理设备，进一步包括扣件，所述扣件将所述遮蔽环附接至所述环基座，并且其中所述接触指的所述条夹紧在所述遮蔽环与所述环基座之间。
11.如权利要求10所述的电处理设备，进一步包括耳片，所述耳片在所述环基座上，所述耳片延伸至所述接触指的所述条中的耳片开口或穿过所述接触指的所述条中的耳片开口。
12.如权利要求6所述的电处理设备，其中两个或两个以上的所述接触指附接于叉形物；叉形头在所述叉形物上；并且其中所述叉形头的外端定位为抵靠在所述环基座上的环形同心对准唇。
13.如权利要求1所述的电处理设备，其中所述接触环组件具有至少360个指。
14.如权利要求1所述的电处理设备，其中所述接触指是平的并且具有0.012毫米至0.025毫米的厚度。
15.一种在电处理设备中使用的接触环组件，所述接触环组件包括：
金属环基座，所述金属环基座具有内壁、外壁和平角表面；
在所述平角表面上的多个间隔开的耳片；
一个或更多个平的接触物的条，所述条包括等间隔的金属叉形物，其中每一叉形物具有头部、在所述头部上且附接于相邻的叉形物的左侧连结结构和右侧连结结构、和附接于每一叉形物的所述头部的两个或两个以上的接触指，其中所述条在所述金属环基座的所述平角表面上，且其中所述耳片延伸至所述条中的开口中；和
非金属遮蔽环，所述非金属遮蔽环附接于所述金属基座环，其中所述遮蔽环具有遮蔽区段，所述遮蔽区段固持所述条在所述平角表面上，并且其中所述遮蔽环还具有围绕所述金属基座环的外壁的环形区段。
16.如权利要求15所述的接触环组件，进一步包括在所述遮蔽区段中的多个间隔开的清洗孔。
17.如权利要求15所述的接触环组件，进一步包括在所述环基座的内壁上的非金属衬垫。
18.一种在电化学处理器的接触环组件中使用的接触条，所述接触条包括：
多个等间隔的金属叉形物，其中每一叉形物具有头部、在所述头部上且附接于相邻的叉形物的左侧连结结构和右侧连结结构、和附接于每一叉形物的所述头部的两个或两个以上的接触指，其中所述接触条中的开口处于所述叉形物之间。
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