电化学处理器中的密封环制造技术

本发明专利技术提供一种用于电化学处理器的密封环，所述密封环在按压抵靠晶片表面时不横向滑移或偏转。所述密封环可在处理器的转子上，其中密封环具有外壁，所述外壁通过末端接合至尖端圆弧。所述外壁可为直壁。相对刚性的支撑环可附接至密封环，以提供更精确的密封尺寸。也可使用在晶片表面上横向地滑移或偏转的刀口密封环。在这些设计中，滑移是大体上均匀且一致的，从而产生改进的性能。

Sealing ring in electrochemical processor

The present invention provides a sealing ring for an electrochemical processor, which does not cross slide or deflect when pressing against the wafer surface. The sealing ring can be mounted on the rotor of the processor, wherein the sealing ring has an outer wall, and the outer wall is connected to the tip arc by the end. The outer wall can be straight wall. The relatively rigid support ring can be attached to the sealing ring to provide more accurate sealing dimensions. A knife edge seal ring that can slide or deflect laterally on the wafer surface can also be used. In these designs, the slip is generally uniform and consistent, resulting in improved performance.

【技术实现步骤摘要】
电化学处理器中的密封环本申请是申请日为2013年5月17日、申请号为201310183105.0、专利技术名称为“电化学处理器中的密封环”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及电化学处理器中的密封环。
技术介绍
半导体集成电路和其它微尺度装置的生产通常需要在晶片或其它基板上形成多个金属层。通过与诸如平坦化、蚀刻和光刻的其它步骤结合电镀金属层，产生形成微尺度装置的图案化金属层。电镀是在液体电解质浴中对基板或基板的一侧进行，并且电镀是对接触基板表面上的导电层的电接触进行。使电流通过电解质和导电层。电解质中的金属离子沉积或者析出至基板上，从而在基板上产生金属层。金属离子也倾向于析出至电接触上。这种称为“集中电镀(plate-up)”的影响改变电接触周围的电场，从而产生不均匀的电镀。因此，电镀至电接触上的金属必须被移除，增加了制造工艺的时间要求和复杂性。已经发展所谓的干燥或封闭接触环以避免接触的集中电镀。在这些设计中，密封环将电解质远离电接触密封。电接触在基板的周边接触基板上的导电层。密封环沿电接触径向向内地接触基板表面，以便接触保持与电解质隔离。尽管在干燥接触环中使用密封件解决集中电镀问题，但是干燥接触环具有所述干燥接触环自身的缺点。最初，干燥接触环的密封件必要地接触或覆盖基板表面上的环形区域，所述区域不可用来形成装置。因此，如果使用密封件，那么必须牺牲一小部分可用的基板表面。密封件也绝不可过度干扰围绕晶片边缘的电场，否则将降低电镀品质。在一些处理器中，密封件也可以在连续的晶片电镀周期期间集中电镀(即，金属变得电镀至密封件上)。避免密封件集中电镀在提供均匀的高品质金属电镀晶片中也是重要的。密封件也必须在大量电镀周期期间可靠地且一致地执行，没有泄漏并且在电镀周期之后最少地粘附至晶片。
技术实现思路
设计密封环以使密封环在抵靠晶片表面密封时不会滑移。所述密封环可在处理器的转子上，其中所述密封环具有外壁，所述外壁接合至尖端圆弧。所述外壁可为直壁。相对刚性的支撑环可附接至所述密封环，以提供更精确的密封尺寸。密封件可选择性地模制在例如金属支撑环上。也可使用在晶片表面上横向地滑移或偏转的刀口密封环。在所述设计中，滑移是大体上均匀且一致的，从而产生改进的性能。本密封环也具有与晶片接触的最小区域，如此提高了产量。附图说明在图中，相同元件符号指示每一图中的相同元件。图1是电化学处理器的剖视图。图2是支撑在提升/旋转机构上的图1中所示的头部的剖视图。图3至图5是现有技术密封组件的视图。图6是第一密封组件的放大剖视图。图7是图6中所示的密封组件的进一步放大详细视图。图8和图9是第二密封组件的放大剖视图。图10是示出图8和图9中所示的密封组件的变形的剖视图。图11是示出与基板接触的第三密封组件的剖视图。具体实施方式如图1中所示，电化学处理器20在头部22中具有转子24。转子24包括背板26和接触环30，接触环30具有密封件80。接触环致动器34垂直地(沿图1中的方向T)移动接触环30，以将接触环30和密封件80啮合至晶片或基板50的面向下的表面上。波纹管32可用来密封头部的内部部件。接触环通常具有金属指状物，所述金属指状物接触晶片50上的导电层。头部22被定位以将基板50放置到容纳在底座36的容器38中的液体电解质浴中。一或多个电极与液体电解质接触。图1示出具有由单个外电极42围绕的中心电极40的设计，然而也可使用多个同心外电极。可将由介电材料制成的电场整形单元44定位在电极与晶片之间的容器中。可选择性地包括隔膜60，其中阳极电解液在隔膜之下的下腔室中，并且阴极电解液在隔膜60之上的上腔室中。电流自电极穿过电解质传递至晶片上的导电表面，如所属领域中众所周知。头部中的电动机28可用来在电镀期间旋转晶片。如图2中所示，头部22可支撑在提升/旋转机构62的臂74上，提升/旋转机构62具有升降机72和旋转器76。提升/旋转机构62可用来将头部22旋转或翻转至头部朝上位置中，以将晶片装载至头部22中并且卸载晶片。然后，旋转器将头部旋转至头部朝下位置中，并且升降机将头部22下降至底座上的处理位置中。替代地，头部22可支撑在不具有任何旋转器的升降机上。在这种设计中，在头部22保持在图2中所示的头部朝下位置中的情况下装载并卸载晶片。在电化学处理器中已使用各种密封件设计。图3至图5示出一个实例。覆盖较宽表面区域的密封件可较好地跨越晶片上的通孔或类似特征。然而，所述密封件在电镀周期之后易于粘附至晶片表面上，并且所述密封件也不具有如较窄设计一样高的顺应性。较宽密封件可因此也无法密封在具有高度变化的特征上。如果典型的o形环夹紧在两个密封表面之间，那么所述o形环可自然地不具有滑移。然而，电镀处理器中的夹紧的o形环密封件设计将需要非常高的结构，所述结构将在晶片的边缘干扰电场和质量转移，并且所述结构易于捕获气泡。因此，在电镀处理器中，密封件通常是横梁状或悬臂式结构的尖端/边沿处的合成橡胶，诸如图4中所示。当装载并且偏转所述结构时，存在易于使密封件径向向内滑动的径向尖端移动。密封件是否滑动和滑动多少是密封件与晶片表面之间的摩擦力的函数。与晶片上的光掩模层相比，晶片表面上的铜覆盖的覆盖层可对密封件具有非常不同的摩擦力。密封件行为的分析和数学建模显示出，密封件尖端在如图10中所示啮合晶片时可径向向内或向外地滑移或偏转。密封件可替代地粘附在一些表面上并且不滑动。如果密封件在晶片的一些部分上滑动并且在其他部分上不滑动，那么可在滑移区域与粘附区域之间发生泄漏。并且，暴露的电镀区域和电镀均匀性可不利地受滑动影响。然而，已知的密封件或变化的设计在与不同电解质和晶片表面一起使用时可能或可能不滑动。例如，密封件可能在铜种晶晶片上不滑移，但是在光刻胶涂布的晶片上滑移，从而对于各种工艺给出不一致的结果。因为用于300mm(12英寸)晶片的标称晶片啮合力为约14kgf至23kgf(30lbs至50lbs)，所以如果密封件在一些晶片上滑移且在其他晶片上不滑移，那么可存在密封件顺应性和边缘排除的显著变化。或许，如果密封件在相同晶片上滑移至不同程度(即如果密封件仅在晶片的一侧上滑移)，那么甚至可产生更不一致的结果。可通过设计在各种晶片表面上一致且均匀滑动的密封件来实现改进的密封性能。可通过设计完全成功抗滑的密封件来实现改进的密封性能，其中密封件尖端在啮合至晶片上期间无滑动的情况下压缩或变形。图6和图7示出抵抗滑动的密封组件100。在这种无滑动设计中，密封材料(如氟橡胶)的模制密封环102附接至由例如金属制成的支撑环104上。支撑环104可为0.25mm至0.75mm(0.01英寸至0.03英寸)厚的不锈钢。可将支撑环104的内边缘插入或定位在密封环102中的凹槽106中。在图6至图7中，为了说明的目的，将密封组件100面向下倒置地示出。当安装在电化学处理器20中时，密封组件面向上，在与图3至图5中所示的密封组件80相同的定向上。因此，虽然图6中的表面103被称为顶表面，但是在使用中，表面103在密封组件100的底部。作为图6中所示设计的替代，密封件可全模制(over-molded)在支撑环上，而非使用嵌件或其它机械元件附件。仍参考图6和图7，在密封环102的内径108处的圆弧段110自本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电化学处理器(20)中使用的密封件，包括：密封环(100)，所述密封件(100)具有平坦、水平顶表面(103)；圆弧段(110)，所述圆弧段(110)在所述密封环的内径处从所述密封环的所述平坦水平顶表面延伸至所述密封环的垂直直分段(112)；尖端圆弧(116)，所述尖端圆弧(116)位在所述密封环上，具有在外壁(120)底端处的末端半径(118)，以用于接触在所述电化学处理器中被处理的基板(50)，所述外壁平行于所述垂直直分段；支撑环(104)，所述支撑环(104)支撑所述密封环，所述支撑环的内边缘插入在所述密封环中的面向外的水平凹槽(106)。

【技术特征摘要】
2012.05.17 US 13/474,5331.一种用于电化学处理器(20)中使用的密封件，包括：密封环(100)，所述密封件(100)具有平坦、水平顶表面(103)；圆弧段(110)，所述圆弧段(110)在所述密封环的内径处从所述密封环的所述平坦水平顶表面延伸至所述密封环的垂直直分段(112)；尖端圆弧(116)，所述尖端圆弧(116)位在所述密封环上，具有在外壁(120)底端处的末端半径(118)，以用于接触在所述电化学处理器中被处理的基板(50)，所述外壁平行于所述垂直直分段；支撑环(104)，所述支撑环(104)支撑所述密封环，所述支撑环...

【专利技术属性】
技术研发人员：诺兰·L·齐默曼，乔治·马汀格，格雷戈里·J·威尔逊，埃里克·A·英格哈特，拉姆齐·巴拉穆鲁加恩，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US