专利名称：圆盘电镀装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于所谓的晶片(vafer)的电镀装置。晶片是具有平面几何形状的圆形体，其通常使用在半导体技术领域中用作制造芯片的基座。这样的晶片优选地由化学周期表中第四组的半导体材料例如硅或锗构成。
背景技术：
因为化学周期表中第四周期组位于在化学周期表中第一组的金属组和第八组的非金属组之间的中间部件，第四周期组的元素既不是离子导电的金属，也不是离子不导电的非金属，而是具有所谓的离子半导体特性的准半金属。
半导体特性促进了现代技术的发展，由此可以最小的空间尺寸来实现这些功能，它们在此前需要成千倍大的空间尺寸。
晶片通常是薄圆盘形，其具有大约一毫米的厚度和大约100到300mm的直径，其由所谓的单晶体切割而形成。为了特定的使用目的，需要处理晶片表面。晶片表面的处理可以是机械方法的，例如通过抛光来实现、或通过涂敷各种各样的涂层来实现。从而可以例如部分(parziell)或全面地涂敷晶片表面。这样的涂层通常与功能相关地进行。例如通过涂漆或类似的方法来进行表面的处理，然而尤其是例如在要将金属涂层涂敷到晶片表面上的情况下通过电镀方法进行。
通过电镀方法将金属涂层涂敷在晶片表面上，其使得晶片的这部分导电。电镀方法具有显著的优越性，在晶片上的金属沉积可以由将金属盐溶解在蒸馏水中而获得的水状溶液来进行。特别地，这种金属盐溶液专业上称作电解溶液或简称电解液。
该电镀方法提供了用于在晶片上待涂敷的金属层的功能特征(特性)设计的多种可能的变化形式。因为金属盐可很好地溶于水，可以将不同的金属由盐的水溶液中涂敷到晶片上。有关导电性变化特性，从导电性较差的铬到导电性较好的金属例如铜、银或金来着手。
该电镀方法可最佳使用，因为工艺过程的一些参数很大程度上可以不复杂地改变，而这些参数可以对金属涂层的质地产生影响。
这些参数例如是电解液含盐量的浓度、通过阴极和阳极由电源供给的过程能量的电流密度和电流电压、以及电解液温度。
电镀技术是非常众所周知的，其具有广泛的应用范围，而这里不需要另外的论述。而晶片电镀技术是电镀的一种特殊应用领域。其优点将在实际应用中体现出来。实际使用的和公知的晶片电镀装置，其作为现有技术，如借助于图1示例性地描述的那样。
公知的晶片电镀装置的问题通常出现在晶片上侧和晶下侧之间的电镀槽的密封区域。
密封通常是借助于密封圈3来实现的。按照图1的实例相对于电解液的密封是借助于O型圈18来实现的。同时O型圈18具有一种在滑动间隙21中滑动间隙导向的功能。然而其缺点在于，O型圈18的装配仅可以在干燥的状况下进行，因此在空的电镀槽的情况下进行。由于干燥-潮湿的转换，因此在经过多次操作后，该系统必然由于电解液的渗漏(sickerlackagen)而容易产生缺陷。对于所使用的装置元件的不同的特定的温度膨胀系数，所存在的温度差是一个重要的因素。所必需的100％密封可靠性导致，在装置系统不密封的情况下将中断操作。
另外众所周知的是，如在所有的中断操作中，最初产品部分的产品质量经受重新运转而受损害。
因此不能提供持续稳定的和始终不变的产品质量，而对于待电镀的晶片的价格昂贵的原材料来说，在成本方面按百分比考虑缺陷生产是很重要的因素。如图1中所示相对于现有技术的薄弱部位是在密封圈3和装置基座1之间的侧向间隙。这些装置部件之间借助于相对大尺寸的O型圈18的密封具有如下缺点，其中O型圈具有滚动倾向，或者通过往复操作密封圈3，直到将其固定在最终位置上，O型圈表面的摩擦可能导致密封圈的损坏，其结果是，此后产生电解液泄漏。通常来说，密封圈3和装置基座1之间的侧向间隙(间隙21)是系统的一个薄弱部位。此外，O型圈18的装入是非常复杂的，因为必须将O型圈18强力拉伸来嵌入到这样的环形槽中，并且还可能通过这样的操作而使得O型圈损坏。
发明内容
因此，本发明的目的在于，研制一种专用的电镀装置，其使得晶片圆盘的电镀这样进行，提供一种针对晶片上部区域和晶片下部区域之间的电解液渗漏的可靠密封。此外，密封系统的装配必须可容易操作，并且设计成使各个装置元件之间的配合精度这样彼此协调，使得其不存在侧向间隙例如间隙21。此外，弹性的本身的密封元件即弹性的O型圈必须可以仅仅在垂直线上定位，以便立即消除在O型圈表面上的可能摩擦。
该O型圈应当在装置装配过程中在插到预定的间隙中后不再涉及机械(操作)。
对于可在其间通过的300mm的直径的晶片技术必需的是，电镀装置各元件的配合精度这样彼此协调，其侧向倾斜将由于可能所存在的侧向间隙、如图1所示的间隙21而被消除。绝对必须的是，通过将O型圈简易地插入到嵌入凹槽中，而没有问题地定位O型圈。当然这还需要保证其可以用于其他直径的晶片。然而特别是，对具有300mm直径的新一代晶片圆盘来说需满足具有挑战性的技术工艺条件，其中各装置元件彼此之间的装置配合精度是特别重要的。包括整体O型圈或多个O型圈的密封圈3相对于装置基座的配合精度，这里还必须在考虑到由尺寸决定的材料温度膨胀的较高的情况下保证的波动，密封系统的磨损并且尤其是该O型圈连同该O型圈通道的磨损绝对是最小的。
该目的将通过一种用于晶片圆盘电镀的电镀装置而实现，其包含具有内螺纹的装置基座1；一锁紧螺母4，其用于紧固和固定装置整体系统；一适配件5，其作为待电镀的晶片圆盘的容纳基座；以及用于密封电解液区域的密封件；其特征在于，该电镀装置具有一上部密封圈3，在其两端上均具有一O型圈嵌入凹槽，其用于可在密封圈3的上端嵌入的O型圈6以及可在密封圈3的下端嵌入的O型圈7，并且该电镀装置具有一另外的下部密封件10，该密封件是环形或圆盘形的，分别通过一个作为相对于上部密封圈3定位的对应部分的相对凹槽使得可嵌入下部O型圈7和密封圈3，以及密封件10通过嵌入的O型圈6和7无侧向间隙地嵌入在基座1或者中间部件16中，从而彼此相对顶压，由此形成一自身封闭的、电解液密封的区域。
在如图2和图3所示的实例中，当借助于中间连接的弹性缓冲件8，装置底部用作对于密封圈10的压力对应部件时，下部密封圈相对于上部密封圈的压紧可以可选择地借助于锁紧螺母4实现。为了安全起见，在这种情况下，在密封圈10和装置基座之间连接有一折叠篷密封。
该折叠篷可以任意垂直或水平设置，并且通常由橡胶或涂胶的纺织材料组成。
如图6所示，当折叠篷9设计成双重结构并由此形成腔室时，折叠篷密封系统还可以作为气动或液压压力介质的通道14，用于顶压下部密封圈10。
如图7所示，在使用圆形平面的下部密封圈10替换敞开的密封圈10时，可选择地参照图4，通过使用柔性的膜片17，并借助于气动或液压压力介质，可以将密封圈顶压在上部密封圈3上。
在使用按照本发明的圆盘电镀装置的情况下，例如其在图5所示，可以与其他的腔室结构进行另外的一些组合。
下面的附图详细示例性地描述了本发明。用附图1示例地表示一种现有技术中的装置，以便更详细地说明本发明的深度。
附图2到7中示例性地描绘了按本发明的不同装置变型方案。
具体实施例方式
图1比较示例性地示出了晶片电镀装置B的现有技术。其中设置有O型圈18，其用于密封电解液区域，并同时将晶片圆盘对中，此外还密封装配系统的间隙21。
由于在装置零件(尤其是密封圈3)装配期间的上下往复运动，存在在O型圈18上形成摩擦槽的危险，并存在与此相关的电解溶液渗漏的危险。此外，在间隙21处的侧向活动间隙太大，使得晶片圆盘的边缘区域不能精确地稳定地电镜。从而晶片圆盘的对中性将不是很好。将O型圈18装配在中间部件16的凹槽中是很复杂的，因为为了在凹槽中装入O型圈18，必须将O型圈强力拉伸。因此存在O型圈变形的危险，并且还可能存在O型圈通过摩擦槽而损坏的危险。
图2示出了按照本发明示例性的圆盘电镀装置A，它具有在其两端上各设有一凹槽的密封圈3。O型圈6和O型圈7嵌入在这些凹槽中，或者O型圈7可以设置在密封圈或密封圆盘10的凹槽中。密封圈3在侧向上没有间隙，而且可以精确对中地装配在中间部件16上。
作为密封圈3的对应部件，用于密封电解液区域的是底部密封圈或密封圆盘10，其具有在边缘区域上设置的O型圈槽，总是与密封圈3的底部环形槽相反设置。
在使用底部密封圈10的情况下，其通过弹性折叠篷与装置基座相连接，这是为了电解液密封的目的。在图2的情况下，具有处在水平位置的折叠篷9。在密封圈10和装置基座1之间设置有一个缓冲的、弹性的环形件8，用于使得整个装置元件系统在压力下保持水平。
图3示出了一种如在图2中的装置构造的变型方案C，其使用敞开的底部密封圈10。该密封圈10通过垂直折叠篷9与装置基座相连接，以保证电解液的密封性。弹性的缓冲环8与支撑结构相适应是较高的，并且如果需要时，其与垂直的折叠篷一起共同允许较高的装置构造。在这样的装置变型中，使得元件的连接压力通过锁紧螺母4作用在两个O型圈6和7上。
图4示出了装置变型方案D，使用封闭整个平面的密封圆盘10作为密封圈3的对应部件。O型圈7优选地设置在密封圆盘10的O型环槽中。为了缓冲施加在圆盘10上的顶压力，可以使用一减小冲击的弹性环形件12。
密封圆盘10通过顶压装置11顶压在具有附上的O型圈6和7的密封圈3上，其中顶压装置可以机械、气动或液压驱动。
图5示出了作为图3和图4组合的装置变型方案E，其具有一用于改变装置整体高度尺寸的高度变化中间件13。
图6示出了具有两侧折叠篷9的装置变型方案F，其以这种形式形成一个封闭的通道14，它除了作为电解液密封件的功能外，同时作为一个通道14，用于在调节下部的密封圈10的顶压力时将液压或气动介质作为压力介质将压力传导到上部密封圈3上。这种变型具有这样的优点，特别是由于使得O型圈系统始终在垂直方向上受载，因此两个O型圈6和7在预先固定后没有另外的机械操作。
在这种情况中，在两个O型圈6和7上的密封压力是动态的。从而O型圈不承受摩擦负荷。
另一个优点是，通过改进操作或其他必须的中断操作，O型圈将容易地从系统中取出，并且可以容易地重新装在其中。因而O型圈的磨损非常小。这种变型还更有效地保证电解介质的密封可靠性。
图7示出了在图2和图6基础上组合变型的装置变型方案G。
通过使用平面膜片17，压力以最均匀的方式传递到密封圆盘10底面上。从而获得作用在两个密封圈6和7上的最好和最均匀的压力分布。此外，还有弹性件8的缓冲作用。从而整个电镀装置的所有部件将理想地对中连接并动态张紧。
新型圆盘电镀装置对于技术进步有重要的意义。通过可获得的最小化缺陷生产，以及通过将用于待电镀晶片的边缘区域最佳地对中，这还对减轻环境污染作出巨大的贡献。
单晶硅或单晶锗或其他半导体单晶变体的制造需要很多的能量，并且在随之而来的中间产品制造相关联需要倾注较强的清除措施，以便在发生缺陷生产时制造误差来减轻环境污染。
本发明的深度尤其在于按本发明装置的垂直系统装配。因此垂直直线地产生安装的系统元件的张紧力。因此可以按照嵌入原则来进行各个元件的装配。
通过精确地垂直对中装配各元件，来稳定持续并且无缺陷地进行晶片的边缘电镀。从而显著地降低了缺陷生产率，并因此显著地提高了零件生产率。
通过附图示出的例子是这样理解的。本发明包含本身其他的示例性的使用变型，而且通常使用在平面基片的电镀技术中。
参考标号列表1装置基座(基片支座)2晶片(电镀基片)3密封圈4锁紧螺母5适配件6上部O型圈7下部O型圈8在高度变化时作为支架的弹性缓冲件9折叠篷10 下部密封圈或密封面11 顶压件12 如8的弹性件13 高度变化中间件14 力介质通道15 双重折叠篷16 中间部件17 弹性膜片18 现有技术中的O型圈19 压力施加介质20 供电装置21 1和3之间的间隙A按照现有技术的电镀装置B到G 本发明电镀装置的变型方案
权利要求
1.一种用于电镀晶片圆盘的电镀装置，其包含具有内螺纹的装置基座(1)；一锁紧螺母(4)，其用于紧固和固定装置整体系统；一适配件(5)，其作为待电镀的晶片圆盘的容纳基座；以及用于密封电解液区域的密封件；其特征在于，该电镀装置具有一上部密封圈(3)，在其两端上各具有一O型圈嵌入凹槽，用于可在密封圈(3)的上端嵌入的O型圈(6)以及可在密封圈(3)的下端嵌入的O型圈(7)，并且该电镀装置具有一另外的下部密封件(10)，该密封件是环形或圆盘形的，分别通过一个作为相对于上部密封圈(3)定位的对应部件的相对凹槽可嵌入下部O型圈(7)和密封圈(3)，以及各密封件(10)通过嵌入的O型圈(6)和(7)无侧向间隙地嵌入在基座(1)或者中间部件(16)中，从而彼此相对顶压，由此形成一自身封闭的、电解液密封的区域。
2.如权利要求1所述的电镀装置，其特征在于，其中一个密封件(10)相对于密封圈(3)的彼此顶压，通过嵌入的O型圈通过使用气动的或液压的压力系统进行。
3.如权利要求1和2所述的电镀装置，其特征在于，通过使用气动的或液压的压力系统，在使用一个带有嵌入的O型圈(7)的密封圈(10)作为相对于密封圈(3)的下部对应部件的情况下，通过由一密封的双重折叠篷(15)构成的一流通通道(14)来输送液压的或气动的压力介质。
4.如权利要求1和2所述的电镀装置，其特征在于，通过使用气动的或液压的压力系统，在使用一个带有嵌入的O型圈(7)的密封圆盘(10)作为相对于密封圈(3)的下部对应部件的情况下，液压的或气动的压力介质平面地输送到一柔性的膜片(17)上，由此密封圈(3)和密封圆盘(10)是动态的并且整体均匀地彼此相对顶压。
5.如权利要求1、3和4所述的电镀装置，其特征在于，通过一调节装置来实现可调节的压力介质输送，该调节装置这样考虑O型圈的负载，使得该O型圈不变形，从而保证一最佳的密封。
6.如权利要求1所述的电镀装置，其特征在于，可设置有支架缓冲件(8)和(12)，其对在张紧时O型圈的负荷进行缓冲并且有利于高度有差别的装置构造。
7.如权利要求1所述的电镀装置，其特征在于，对于可变的和不同的装置构造可能性，可设置用于密封电解液区域的折叠篷系统(9)。
全文摘要
本发明涉及一种用于电镀晶片圆盘的电镀装置，其包含具有一上部密封圈(3)的装置，在密封圈(3)的两端上分别具有一O型圈嵌入凹槽，各有一个O型圈(6)嵌入到密封圈(3)上端的凹槽中和一个O型圈(7)嵌入到密封圈(3)下端的凹槽中，并且该装置具有一另外的下部密封圈或一圆形密封圆盘(10)，其具有一个用于嵌入下部O型圈(7)的相对凹槽，并且密封圈(3)以及(10)无侧向间隙地嵌入在基座(1)中，而且各密封圈彼此相对顶压，从而形成一自身封闭的、电解液密封的内腔。
文档编号C25D7/12GK1614100SQ20041008517
公开日2005年5月11日 申请日期2004年7月19日 优先权日2003年7月19日
发明者于尔根·古特孔斯特, 瓦希勒－阿德里安·博延 申请人:专用机械制造有限公司