TW201333272A - 用於電化學處理器的接觸環 - Google Patents
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Abstract
電處理設備包括在頭部中之轉子，以及在轉子上之接觸環組件。接觸環組件可具有在環基座上之一或多條接觸指，其中接觸指夾緊在環基座上的位置中。該等條可具有間隔開的凸出物開口，其中環基座上之凸出物延伸至凸出物開口中或穿過凸出物開口。遮蔽環可附接於環基座，以夾緊接觸指就位，及/或以為接觸指之至少部分提供電場遮蔽。接觸指可設置為複數個鄰接之叉形物，其中實質上每一叉形物包括至少兩個接觸指。
Description
本發明之領域為用於在電處理期間電接觸基板的接觸環。
電處理微電子器件及類似的工作件(諸如矽晶圓)通常涉及將工作件之元件側上的導電表面浸入電解液中。在被浸入電極與接觸工作件之邊緣的電觸點之間建立電流路徑。電解液中之金屬離子沉積在工作件上(電鍍)或從工作件移除(電拋光/蝕刻)。
由於微電子元件及其他微型元件製造得越來越小，所以電觸點必須滿足更大的性能規格。因此需要改良電處理系統中的電觸點。
電處理設備包括頭部中之轉子及轉子上之接觸
環組件。接觸環組件可具有在環基座上的一或更多個條接觸指，其中接觸指經夾緊在環基座上的位置中。在一個態樣中，該等條可具有間隔開的凸出物開口，其中環基座上的凸出物延伸至凸出物開口中或穿過該等凸出物開口。遮蔽環可經附接於環基座，以將接觸指夾緊就位，及/或以為接觸指中的至少部分接觸指提供電場遮蔽。接觸指可提供為複數個鄰接之叉形物，其中實質上每一叉形物包括至少兩個接觸指。若使用頭部，則實質上每一叉形物可具有：頭部；附接於相鄰的叉形物的在該頭部上之連結結構；以及接觸指，該等接觸指經附接於連接至該頭部之肩部，或在叉形物上沒有任何肩部的情況下直接連接到頭部。
頭部是可移動的，以將接觸環組件定位在容器中或容器外，從而電鍍或電拋光工作件(諸如，矽晶圓或者類似的微型元件基板)。
20‧‧‧電處理腔室/處理器/電鍍腔室
22‧‧‧頭部
24‧‧‧轉子
26‧‧‧背板
28‧‧‧馬達
30‧‧‧接觸環組件
32‧‧‧波紋管
34‧‧‧環致動器
36‧‧‧基座
38‧‧‧容器/槽
40‧‧‧中心電極
42‧‧‧外部電極
44‧‧‧介電材料場形成單元
50‧‧‧環基座
52‧‧‧外遮蔽環/遮蔽環
54‧‧‧遮板
55‧‧‧內緣
56‧‧‧內襯/襯墊
58‧‧‧向外漸細的表面
60‧‧‧唇
62‧‧‧清洗孔
64‧‧‧安裝凸緣
66‧‧‧環形區段
68‧‧‧條
70‧‧‧表面
72‧‧‧耳片/突出物
74‧‧‧內環
75‧‧‧末端/縫隙
76‧‧‧唇
80‧‧‧叉形物
82‧‧‧接觸指
82A‧‧‧接觸指
82B‧‧‧接觸指
85‧‧‧清洗孔
86‧‧‧縫隙
90‧‧‧叉形頸部區段
92‧‧‧連結結構
94‧‧‧開口
96‧‧‧頭部
98‧‧‧肩部
100‧‧‧晶圓
R‧‧‧箭頭
T‧‧‧方向
W‧‧‧寬度
第1圖為電處理腔室之示意圖。
第2圖為第1圖中所示之接觸環的透視圖。
第3圖是第1圖及第2圖中所示之接觸環的放大剖面透視圖。
第4圖為接觸環之放大底部透視細節圖。
第5圖為第4圖所示的並排觸點中之兩個觸點的放大平面圖。
第6圖為一條觸點之放大平面圖。
第7圖為第3圖所示之接觸環及遮板的進一步放大倒視圖。
如第1圖所示，電處理腔室20具有包括轉子24的頭部22。頭部22中之馬達28使轉子24旋轉，如第1圖中箭頭R所指示。轉子24上的接觸環組件30與固定至轉子24內或轉子24上的工作件或者晶圓100電接觸。轉子24可包括背板26，以及環致動器34，環致動器34用於垂直地移動接觸環組件30(沿晶圓裝載/卸載位置與處理位置之間的方向T，如第1圖所示)。頭部22可包括波紋管32，以使得在將內部頭部部件自處理液體以及蒸氣密封的同時，能夠垂直地或軸向地移動接觸環。
仍參看第1圖，頭部22與基座36嚙合。基座36中的容器或槽38容納電解液。一或更多個電極安置在該容器中。第1圖所示之實例具有中心電極40以及單個外部電極42，外部電極42環繞中心電極40且與中心電極40同中心。電極40以及42可設置在介電材料場形成單元44中，以在處理器20中建立期望的電場以及電流路徑。可使用各種數量、類型以及配置的電極。
第2圖圖示與轉子24分離之接觸環組件30，且接觸環組件30為倒置的。因此，當接觸環組件30安裝至轉子24內時，接觸環組件30上的接觸指82(在第2圖中圖示為在接觸環組件30的頂部上或在接觸環組件30的頂部附近)
係在接觸環組件30之底端上或在接觸環組件30之底端附近。安裝凸緣64可設置在接觸環上，以利用扣件將接觸環組件30附接至轉子24。
第3圖圖示接觸環組件30之剖視圖，其中接觸環再次安裝在如第1圖所示的垂直方向。在本實例中，接觸環組件30具有在內襯56與外遮蔽環52之間的環基座50。現亦參看第4圖，成排的或成條的接觸指82附接於環基座50。接觸指82可安置在環基座50之平角底表面70上。因此，接觸指82向內延伸(朝向接觸環組件30之中心)並且亦略微向上延伸，如第1圖以及第3圖所示。或者，底表面或安裝表面70可為水平的，或甚至為向下傾向的。
遮板54(若使用)覆蓋接觸指82之部分或全部長度。在第3圖中，只有接觸指82之最內部的末端75未被遮板54覆蓋或者遮蔽。可調節遮板54相對於接觸指82之長度的向內延伸長度，以改變接觸指之電流吸收效應。在一些設計中，遮板可向內延伸超過接觸指82之末端，從而接觸指在遮板下方被完全地遮蔽。或者，接觸指之末端75可徑向地向內延伸而超過遮板54之內緣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可設置在遮板54中，以使得能夠更好地清潔叉形物80以及除去叉形物80之電鍍層。
若接觸環30係用於密封環設計(所謂的幹接觸環)中，則可省略清洗孔62，因為在密封環設計中，電解液不會與叉形物80接觸。如第3圖以及第7圖所示，作為清洗孔62之替代，或除清洗孔62之外，清洗孔85可向內延伸穿
過環形區段66。定位清洗孔穿過環形區段之外徑，而不是將清洗孔定位在接觸指之後端之下，減少了在處理期間排流孔對電場的影響。清洗孔85可任選地定位在環形區段66上之更高位置處，以使清洗孔85一直保持在電鍍槽之上。
遮板54係以介電材料製成，並且可形成為遮蔽環52之部分。或者，遮板54可為附接於接觸環組件30之獨立環。環基座50可以諸如鈦之金屬製成。遮蔽環52可包括環形區段66以及附接的或者整合的遮板或遮蔽區段54。如第7圖所示，遮板54可具有內緣55，內緣55定位為與垂直方向(例如與第1圖所示之轉子的旋轉軸T)成銳角。亦如第7圖所示，在無裝載條件下，縫隙75可設置在遮板54與接觸指之間。當晶圓裝載入轉子24中，並且接觸環30上升(如第1圖以及第3圖所示)以與晶圓電接觸並將晶圓保持就位以處理時，可閉合縫隙75(若使用)。
接觸指82係電連接至處理器電氣系統。此電連接可經由導電環基座50實現，例如，藉由部分地或者完全地由金屬製成之環基座。或者，環基座50亦可為不導電材料或介電材料，有一或多根電導線延伸穿過或者靠攏環基座50，以與接觸指82電連接。內襯56可具有向外漸細的表面58，以幫助導引及集中晶圓100至接觸環組件30內。內襯56一般係塑性材料或另一種非導電材料，可具有向外延伸的唇60，唇60延伸至環基座50中之槽或凹槽內。
轉向第4圖至第6圖，接觸指82可設置在一條68經連接的叉形物80上，其中每一叉形物80包含兩個接觸
指，圖示為82A及82B。耳片、插腳或其他凸出物72可在環基座50之傾斜的或錐形的表面70上間隔設置，其中耳片72延伸至鄰接的叉形物80之間的耳片縫隙或者開口94中或延伸穿過在鄰接的叉形物80之間的耳片縫隙或者開口94。如第4圖以及如第5圖所示，每一叉形物80可包含頭部96，頭部96具有在每一側連接至相鄰叉形物的連結結構92。每一叉形物80之接觸指82A及82B可連接到叉形頸部區段90，叉形頸部區段90具有與頭部96之寬度大致相同的寬度。在如圖所示的此設計中，接觸指82A及82B之上端或外端在肩部98處向內傾斜或彎曲。
每一叉形物80之接觸指82A及82B相互平行並且藉由縫隙86相互間隔，其中接觸指具有比縫隙86之寬度大2-5倍的寬度。例如，接觸指可具有約0.5至1.3毫米的寬度，而縫隙86可具有約0.25至0.5毫米的寬度。參看第5圖，每一叉形物80可具有從約1.5毫米至3.0毫米或者從1.8毫米至2.5毫米的寬度W。使用在該等範圍中的尺寸，與現有設計相比，更多的接觸指可安裝到接觸環組件30上。例如，供12吋直徑之晶圓使用的接觸環組件30可具有480或者甚至720個接觸指。
當在非常薄的種晶層上電鍍時，提供大量的觸點可減少不利影響，諸如電流路徑變化及發熱。若須要，則接觸指可製造得甚至更窄，例如，每一叉形物80上具有三、四或更多個接觸指，導致設計具有超過1000個接觸指。類似的或者相同的縫隙86可設置在相鄰叉形物之接觸指之間。接觸
指82A及82B可為彼此之鏡像，具有相同的大小與形狀。接觸指的厚度可取決於接觸指材料以及接觸指長度而變化。如第5圖所示之接觸指具有約6毫米之長度，該長度自內部末端至縫隙86之外部根處測量。使用鉑、鉑/銥合金，或者鍍鉑鈦製造接觸指，接觸指厚度通常為約0.13毫米至0.25毫米。
現參看第6圖，叉形物80之條或帶68可使用各種的生產技術製造，諸如放電加工或者衝印金屬板(諸如，具有或沒有鉑鍍層或銥鍍層之鈦)。在環基座50倒置的情況下，條68安置在表面70上，而耳片72定位條68。特定言之，叉形頭部96之外緣或者上緣安置為抵靠環基座50之同心對準的凸緣或者唇76，使得接觸指精確地同心對準在環基座上。耳片72亦可幫助同心地以及橫向地定位接觸指。雖然可使用單個連續的條68，但是藉由使用多個較短的條，可簡化製造以及組裝。
參看第3圖，在條68就位的情況下，遮蔽環52(包含遮板54)放置在環基座50上，此時遮板54之向下表面與條68接觸。遮蔽環52隨後經由扣件(諸如，有頭螺釘)夾緊在環基座50上。遮板之向下表面上的內環74及外環72擠壓在叉形物80之肩部98以及頭部96上，將叉形物80夾緊就位，且很大程度上與表面70抵靠並且平行於表面70。
襯墊56係(例如)利用扣件附接至環基座50。襯墊56導引晶圓100至接觸環組件30中的處理位置內。因為襯墊56及接觸指82兩者皆經由環基座50之表面定位，所以接觸指82可以較高精確度與晶圓100同中心。與使用已知
的技術(諸如衝壓或者焊接)相比，單純地經由夾緊固持接觸指82就位使得製造過程簡化。此舉亦允許接觸指以貴金屬製成以獲得更長的接觸點壽命，因為接觸指可由無應力的金屬板原料組成。
雖然條68可為直的，但是叉形物之間的連結結構92允許條68彎折以貼附環基座50之圓周，以及貼附表面70之錐體區段(若有)。使用此裝配，接觸指自動且精確地固定定位。無需個別觸點之定位或者彎折。接觸指係自動地定位為與環基座50精確地同心。此允許能夠電鍍非常均勻的層。由於無需焊接、塗敷或者其他的修理步驟，所以接觸指在損壞或磨損時亦可容易地替換。相應地，由貴金屬製成的接觸指亦可容易地從接觸環組件30分離以收集。
接觸環組件30可用於濕接觸應用，其中接觸指與電解液接觸。在此類應用中，遮板54減少了電鍍在接觸指上的金屬的聚集。此舉改良了電鍍腔室20之效能並且減少了接觸指除鍍層所需的時間。遮板54可用於接觸指82，或用於習知的接觸指。接觸環組件30亦可用於密封環或幹接觸應用。在密封環設計中，轉子上的封條自晶圓之外緣密封電解液。接觸指與晶圓上之種晶層或者其他預存的導電層電接觸，但是不接觸電解液。
20‧‧‧電處理腔室/處理器/電鍍腔室
22‧‧‧頭部
24‧‧‧轉子
26‧‧‧背板
28‧‧‧馬達
30‧‧‧接觸環組件
32‧‧‧波紋管
34‧‧‧環致動器
36‧‧‧基座
38‧‧‧容器/槽
40‧‧‧中心電極
42‧‧‧外部電極
44‧‧‧介電材料場形成單元
100‧‧‧晶圓
Claims (18)
- 一種電處理設備，包含：一頭部；在該頭部中的一轉子；在該轉子上的一接觸環；在該接觸環上的複數個間隔開之凸出物；一或多條接觸指，該等接觸指夾緊在該接觸環上的位置中，其中該等條具有複數個間隔開之凸出物開口，並且其中該等凸出物延伸至該等凸出物開口中或者穿過該等凸出物開口；及一基座，包括一電解液容器，其中該頭部係可移動的以將該接觸環定位在該容器中及該容器外。
- 如請求項1所述之電處理設備，其中條包含複數個鄰接之叉形物，其中實質上每一叉形物包括至少兩個接觸指。
- 如請求項2所述之電處理設備，其中實質上每一叉形物包括：一頭部；在該頭部上之一連結結構，該連結結構附接於一相鄰的叉形物；以及附接於連接至該頭部的一肩部之該等接觸指。
- 如請求項3所述之電處理設備，其中一或更多個叉形物具有兩個接觸指，該兩個接觸指藉由一縫隙分隔，並且 其中該兩個接觸指各自具有比該縫隙之寬度大2-4倍之寬度。
- 如請求項1所述之電處理設備，進一步包含一介電材料遮板，該遮板至少部分地覆蓋該等接觸指。
- 如請求項5所述之電子處理裝置，進一步包含在該遮板中之複數個間隔開的清洗孔。
- 一種電處理設備，包含：一頭部；在該頭部中的一轉子；在該轉子上的一接觸環組件，該接觸環組件包括一環基座、在該環基座上之一或多條接觸指、以及至少部分地覆蓋該等接觸指及該環基座之一外表面的一遮蔽環；及一電解液容器，其中該頭部係可移動的以將該接觸環定位在該容器中及該容器外。
- 如請求項7所述之設備，其中該遮蔽環具有一內遮蔽區段及一外環區段，並且其中該內遮蔽區段實質上覆蓋該等接觸指且該外環區段圍繞該環基座。
- 如請求項7所述之設備，進一步包含一襯墊，該襯墊在該環基座之一內表面上，其中該遮蔽環及該襯墊包含一 非金屬，並且其中該環基座包含金屬。
- 如請求項7所述之設備，其中該襯墊包括一漸細的上表面。
- 如請求項7所述之設備，進一步包含將該遮蔽環附接至該環基座之扣件，並且其中該等條接觸指夾緊在該遮蔽環及該環基座之間。
- 如請求項11所述之設備，進一步包含在該環基座上之耳片，該等耳片延伸至該等條接觸指中的耳片開口或穿過該等條接觸指中的耳片開口。
- 如請求項7所述之設備，其中兩個或兩個以上接觸指附接於一叉形物；一叉形頭在該叉形物上；並且其中該叉形頭之一外端定位為抵靠在該環基座上之一環形同心對準唇。
- 如請求項7所述之設備，其中該接觸環組件具有至少360個接觸指。
- 如請求項7所述之設備，其中該等接觸指為平的並且具有約0.012毫米至0.025毫米之一厚度。
- 一種供一電處理設備使用之接觸環組件，包含：一金屬環基座，該金屬環基座具有一內壁、一外壁，以及一平角表面；在該平角表面上的複數個間隔開之耳片；一或多條平面接觸且等間隔的金屬叉形物，其中每一叉形物具有一頭部、在該頭部上且附接於相鄰的叉形物之左右側連結結構，以及附接於每一叉形物之該頭部的兩個或兩個以上接觸指，其中該等條在該金屬環基座之該平角表面上，且其中該等耳片延伸至該等條中之開口中；及一非金屬遮蔽環，該非金屬遮蔽環附接於該金屬環基座，其中該遮蔽環具有一遮蔽區段，該遮蔽區段固持該等條在該平角表面上，並且其中該遮蔽環亦具有圍繞該金屬環基座之外壁之一環形區段。
- 如請求項16所述之接觸環組件，進一步包含在該環基座之內壁上的一非金屬襯墊。
- 一種供一電化學處理器之一接觸環組件使用之接觸條，包含：複數個等間隔的金屬叉形物，其中每一叉形物具有一頭部、在該頭部上且附接於相鄰的叉形物之左右側連結結構以及附接於每一叉形物之該頭部的兩個或兩個以上接觸指，其中該條中之開口處於該等叉形物之間。
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