用于电镀的宽唇形密封件制造技术

本发明专利技术涉及用于电镀的宽唇形密封件。唇形密封件被设计用于电镀设备的唇形密封组件中，其中在电镀期间夹具接合半导体衬底并向半导体衬底供应电流。所述唇形密封件包括弹性体，所述弹性体具有被构造成接合所述唇形密封组件的杯状体的外部部分和被构造成接合所述半导体衬底的周边区域的内部部分。内部部分包括具有足以提供与半导体衬底的接触区域的径向宽度的突起，所述突起抑制电镀期间使用的电镀溶液中的酸的扩散。所述突起位于唇形密封件的内周边。

Wide lip seal for electroplating

The invention relates to a wide lip seal for electroplating. The lip seal is designed to be used in the lip seal assembly of an electroplating device in which the clamp engages the semiconductor substrate and supplies current to the semiconductor substrate during electroplating. The lip-shaped seal includes an elastomer having an external portion of the cup body constructed to engage the lip-shaped seal assembly and an internal portion constructed to engage the peripheral region of the semiconductor substrate. The inner portion includes a protrusion having a radial width sufficient to provide a contact area with a semiconductor substrate that inhibits the diffusion of acid in the plating solution used during plating. The projections are located at the inner periphery of the lip seal.

【技术实现步骤摘要】
用于电镀的宽唇形密封件
本专利技术涉及用于集成电路的镶嵌互连的形成以及在集成电路制造期间使用的电镀设备。
技术介绍
电镀是在集成电路(IC)制造中用于沉积一层或多层导电金属的常用技术。在一些制造过程中，它被用于在各种衬底特征之间沉积单或多级铜互连。电镀设备通常包括具有电解液池/浴槽的电镀槽和被设计成在电镀期间夹持半导体衬底的夹具。在电镀设备的操作期间，将半导体衬底浸入电解液池中，使得衬底的一个表面暴露于电解液。采用与衬底表面建立的一个或多个电接触元件来驱动电流通过电镀槽并且从电解液中可用的金属离子将金属沉积到衬底表面上。典型地，电接触元件被用于形成衬底与充当电流源的母线之间的电连接。然而，在一些配置中，由电连接接触的衬底上的导电晶种层可能朝向衬底的边缘变得更薄，使得与衬底建立最佳电连接更加困难。电镀中出现的另一个问题是电镀溶液的潜在腐蚀性。因此，在许多电镀设备中，在夹具和衬底的交界处使用唇形密封件，以防止电解液的泄漏和电解液与除了电镀槽的内部部分和指定用于电镀的衬底的侧面以外的电镀设备的元件的接触。
技术实现思路
本文公开了用于电镀夹具(electroplatingclamshell)的唇形密封组件中的唇形密封件(lipseal)，所述电镀夹具在电镀期间接合半导体衬底并将电流提供给半导体衬底。所述唇形密封件包括弹性体，所述弹性体具有被构造成接合所述唇形密封组件的杯状体的外部部分和被构造成接合所述半导体衬底的周边区域的内部部分。所述内部部分包括具有足以抑制在电镀期间使用的电镀溶液中的酸的扩散的径向宽度的突起。所述突起包括完全围绕唇形密封件内周边延伸的环形边缘。附图简要说明图1示出了一种电镀设备，其中可以使用本文所述的唇形密封件来防止酸到达接触元件。图2示出了可用于图1所示设备中的唇形密封组件的细节。图3示出了图2所示的唇形密封组件的细节。图4示出了图3所示的唇形密封组件的细节。图5是唇形密封件区域中的酸浓度与唇形密封件宽度的关系图。图6a-c是在电镀后铜晶种层的照片，其中图6a示出了在电镀干燥晶片之后的铜晶种层，图6b示出了使用0.028英寸宽的唇形密封件电镀湿晶片之后的严重腐蚀，以及图6c示出了使用0.034英寸宽的唇形密封件电镀湿晶片之后铜晶种层的轻微腐蚀。具体实施方式在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对所提出的概念的透彻理解。所提出的概念可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其他实例中，众所周知的过程操作未被详细描述，以免不必要地混淆所描述的概念。虽然将结合具体实施方式描述一些概念，但应理解的是，这些实施方式并非旨在进行限制。在图1中示出了示例性电镀设备，以便为本文公开的各种唇形密封件和接触元件实施方式提供一些背景。具体而言，图1表示用于电化学处理半导体晶片的晶片夹持和定位装置100的透视图。装置100包括晶片接合部件，其有时被称为“夹具式部件”或“夹具式组件”，或者仅仅是“夹具(clamshell)”。夹具组件包括杯状体101和锥体103。如随后的图中所示，杯状体101夹持晶片并且锥体103将晶片牢固地夹持在杯状体中。除此处具体描述的以外的其他杯状体和锥体设计都可以使用。一个共同的特征是杯状体和锥体，所述杯状体具有晶片所存在的内部区域，所述锥体将晶片压在杯状体上以将其夹持在适当位置。在所描绘的实施方式中，夹具组件(其包括杯状体101和锥体103)由连接到顶板105的支柱104支撑。该组件(101、103、104和105)是由马达107通过连接到顶板105的主轴106驱动。马达107连接到安装支架(未示出)。主轴106将扭矩(从马达107)传递到夹具组件，使得在电镀期间旋转夹持在其中的晶片(在该图中未示出)。主轴106内的气缸(未示出)还提供用于使杯状体101与锥体103接合的垂直力。当夹具不接合时(未示出)，具有末端执行器臂的机器人可以将晶片插入杯状体101和锥体103之间。在插入晶片之后，锥体103与杯状体101接合，这使装置100内的晶片固定不动，从而在晶片的一侧(而不是另一侧)上的工作表面暴露以与电解质溶液接触。在某些实施方式中，夹具组件包括喷射裙部109，其保护锥体103免受溅射电解液。在所描绘的实施方式中，喷射裙部109包括垂直环形套筒和圆形帽部分。间隔构件110保持喷射裙部109和锥体103之间的分离。为了本讨论的目的，包括部件101-110的所述组件被统称为“晶片夹持器”(或“衬底夹持器”)111。但是，注意的是，“晶片夹持器”/“衬底夹持器”的概念通常延伸到接合晶片/衬底并允许其移动和定位的部件的各种组合和子组合。可以将倾斜组件(未示出)连接至晶片夹持器，以允许晶片倾斜浸入(与平坦的水平浸入相反)电镀溶液。在一些实施方式中，使用驱动机构和板和枢轴接头的布置以沿着弧形路径(未示出)移动晶片夹持器111，并且因此使晶片夹持器111的近端(即，杯状体和锥体组件)倾斜。此外，整个晶片夹持器111通过致动器垂直向上或向下升降，以(未示出)将晶片夹持器的所述近端浸入电镀溶液中。因此，双部件定位机构提供了沿垂直于电解液表面的轨迹的垂直运动和允许用于晶片(倾斜晶片浸入能力)的偏离水平方向(即平行于电解液表面)的倾斜运动。注意的是，晶片夹持器111与具有电镀室117的电镀槽115一起使用，电镀室117容纳阳极室157和电镀溶液。所述室157容纳阳极119(例如铜阳极)并且可以包括被设计为在阳极隔室和阴极隔室中保持不同的电解液化学成分的膜或其他分隔器。在所描绘的实施方式中，采用扩散器153来引导电解液向上朝向均匀前部的旋转晶片。在某些实施方式中，流动扩散器是高阻抗虚拟阳极(HRVA)板，其由绝缘材料(例如塑料)的固体片制成，具有大量(例如4,000-15,000)的浅小孔(onedimensionalsmallhole)(直径为0.01至0.050英寸)并连接到所述板上方的阴极室。孔的总横截面面积小于总投影面积的约5％，因此在电镀槽中引入大量的流动阻力，有助于改善所述系统的电镀均匀性。在公布的美国专利申请No.2010/0032310中提供了高阻抗虚拟阳极板和用于电化学处理半导体晶片的相应设备的附加描述，为了所有目的，其全部内容通过引用并入本文。电镀槽还可以包括用于控制和产生单独的电解液流动模式的单独的膜。在另一个实施方案中，采用膜来限定阳极室，阳极室包含基本上不含抑制剂、促进剂或其他有机电镀添加剂的电解液。电镀槽115还可以包括用于使电解液循环通过电镀槽并且迎向正被电镀的工件的管道或管道接触件。例如，电镀槽115包括电解液入口管131，电解液入口管131通过阳极119中心的孔垂直延伸进入阳极腔157的中心。在其他实施方式中，所述电解槽包括将流体引入在所述室的外围壁处的所述扩散器/HRVA板下方的所述阴极室的电解液入口歧管(未示出)。在一些情况下，入口管131在膜153的两侧(阳极侧和阴极侧)包括出口喷嘴。该布置将电解液输送到阳极室和阴极室。在其他实施方式中，阳极室和阴极室由抗流动膜153隔开，并且每个室具有单独的电解液的单独的流动循环。如图1的实施方式所示，入口喷嘴155向膜153的阳极侧提供电解液。另外，电镀槽115包括冲洗排放管道159和电镀溶液返回管道161，每个直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于电镀夹具的唇形密封组件的唇形密封件，所述电镀夹具在电镀期间接合半导体衬底并将电流提供给半导体衬底，所述唇形密封件包括弹性体，所述弹性体具有被构造成接合所述唇形密封组件的杯状体的外部部分和被构造成接合半导体衬底的周边区域的内部部分，所述内部部分包括具有足以抑制在电镀期间使用的电镀溶液中的酸的扩散的径向宽度的突起，所述突起包括环形边缘，所述环形边缘完全围绕所述唇形密封件的内周边延伸。

【技术特征摘要】
2017.03.01 US 15/446,6311.用于电镀夹具的唇形密封组件的唇形密封件，所述电镀夹具在电镀期间接合半导体衬底并将电流提供给半导体衬底，所述唇形密封件包括弹性体，所述弹性体具有被构造成接合所述唇形密封组件的杯状体的外部部分和被构造成接合半导体衬底的周边区域的内部部分，所述内部部分包括具有足以抑制在电镀期间使用的电镀溶液中的酸的扩散的径向宽度的突起，所述突起包括环形边缘，所述环形边缘完全围绕所述唇形密封件的内周边延伸。2.根据权利要求1所述的唇形密封件，其中所述宽度是在所述突起的内壁与外壁之间，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡利·托尔凯尔森，亚伦·伯克，桑托什·库马尔，罗伯特·拉什，蔡利鹏，布赖恩·布卡卢，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国,US