具有膜管屏蔽件的电镀装置的制作方法

背景技术：

微电子器件(microelectronicdevices)及其他微尺度(micro-scale)器件的制造通常需要在晶片或其他基板上形成多个金属层。通过电镀金属层与其他步骤结合，产生出形成微尺度器件的图案化金属层。

以基板的一侧在液体电解质浴中且带有接触基板表面上的传导层的电气接触件，将该基板在镀覆装置或腔室中电镀。电流通过该电解质及该传导层。在电解质中的金属离子镀出至基板上，在基板上形成金属薄膜。为了更好地达到均匀的镀膜厚度，镀覆装置可具有环状介电性屏蔽件，该环状介电性屏蔽件屏蔽或减少基板边缘附近的电解质中的电场。

由于多种原因，要达到均匀厚度的镀覆金属膜可能是困难的。在镶嵌镀覆(damasceneplating)中，膜的薄层电阻(sheetresistance)在镀覆工艺期间改变，这会改变在镀覆装置内的电场且倾向造成在晶片边缘处的所镀覆膜的厚度较厚。在晶片等级封装应用中，围绕晶片的边缘的活性镀覆范围可依据晶片上的图案而显著地变化。活性镀覆范围亦可依据所指定的边缘排除区或尺寸而变化。基板直径的变化亦可高达数毫米。由于改变的基板直径所引起的变化的几何形状，此可造成基板的周边附近的所镀覆金属薄膜的变化。

在现今的电镀装置中，为了达到最佳的镀覆结果，电场屏蔽件必须经改变以匹配晶片的特性。由于改变屏蔽件耗费时间，存有在无须改变屏蔽件的条件下能够针对改变的晶片活性范围做出调整的镀覆装置的需求。

技术实现要素：

电镀装置具有一或更多个环状膜管(membranetubering)，该一或更多个环状膜管充当电场屏蔽件，以在基板的周边处提供有利的镀覆特性。这些环状膜管可用具有不同的传导性的流体填充，以如期望地改变屏蔽效应用于电镀不同类型的基板。可选地，这些环状膜管可提供于该装置的容器中的扩散体板材中或上。

附图说明

图1为电镀装置的示意性剖面图。

图2为替代性电镀装置的容器的示意性剖面图。

具体实施方式

于图1中，电镀装置20在头部22中具有转子24。转子24包括背板26及具有密封环80的接触环30。接触环致动器34在垂直方向上移动接触环30(在图1中的方向t上)，以啮合接触环30与密封环80至晶片或基板50的向下表面上。波纹管32可用于密封头部的内部组件。

接触环通常具有金属指状物35，金属指状物35接触在基板50上的传导层。在图1中，示出头部22经定位以将基板50放置在处理位置中，在该处理位置该基板与被容纳在容器38中的液体电解质浴接触。对于处理300mm的直径的基板而言，容器可具有305至380mm的直径。

图1示出具有由单个外电极42环绕中心电极40的设计，虽然可使用多个同心的外电极。亦可使用单个的电极。在通常的电镀工艺中，以铜镶嵌为例子而言，电极40及42为阳极，且基板连接至阴极。由介电性材料构成的电场成形单元44可定位在容器中而在电极与晶片之间。可选地，可包括膜60，且阳极电解质在膜下方的下腔室中，而阴极电解质在膜60上方的上腔室中。若未使用膜60，容器形成容纳单一电解质的单个腔室。电流从电极通过电解质到晶片上的传导性表面。在头部中的马达28可用以在电镀期间转动晶片。

于容器中提供形成为环状件的膜管90。膜管90经定位使得膜管90与基板50的外边缘相邻，且在基板50与阳极40和/或42之间。大体而言，膜管90与基板距离可在1至3mm之内，以更好地控制基板50的边缘附近的电场。可将膜管90附接至容器38的侧壁且支撑在容器38的侧壁上，或在场成形单元44上。可依据所使用的具体容器将膜管90支撑在介电性支座(standoffs)或托架上。

膜管90具有入口及出口，用以允许具有适合用于提供期望的屏蔽的导电率(conductance)的流体填充膜管90。举例而言，入口可经配管(plumb)至连接至流体源98及100的阀96，流体源诸如空气、氮气或其他气体和/或电解质或水的来源。出口可经配管至排放件用于冲洗膜管90，或配管至再循环管线。在使用中，在膜管90中的流体可为流动的或静态的。

膜管可为膜材料，诸如nafion磺化四氟乙烯基氟聚合物共聚物。nafion管具有足够造成膜管本身充当不完全屏蔽件(partialshield)的导电率(例如，通常约20至100ms/cm)。其他具有更大的传导性的膜管材料可用以减少所提供的最小屏蔽效应。通常的膜管90可具有2至6mm的外直径、约0.5mm的壁厚及2.5至6mm、或3至5mm的内直径。或者，圆形、方形、或矩形管道可被设置在容器的圆柱侧壁中以达到相同的效应。

如图2中所示出，膜管90及92可布置在扩散体板材94上或内，以补偿特定的晶片图案或晶片刻划标记(scribemark)。膜管90及92形成为环，且在此处被称为环状膜管。使用环状膜管结合扩散体板材将允许单个电镀装置20更均匀地对具有不同大小的基板进行镀覆。内膜管92及外膜管90可配管在一起，使得以相同的流体供应这两个膜管。每个膜管90及92可形成为环或圆，且固定在容器38中或上的位置。

若两个膜管90及92具有相同的流体，可将这两个膜管提供作为形成为两个环的单个管，在该管从内环移动至外环处具有过渡区域。若两个管为分开的，则可从在该腔室外侧的分开配管连接来供应不同的流体给这两个管。此允许增加对屏蔽的控制，即，可基于是否仅内管或两个管均用非传导性流体填充，来改变有效屏蔽id。

膜管可跨扩散体板材的整个面分布，以达到径向电流密度控制(即，用以复制同心的阳极的功能)。为使屏蔽不作用，可将膜管嵌入于20％的开放面积(openarea)扩散体内。该开放面积提供具有一电阻的扩散体，该电阻与被阴极电解质填充时20ms/cm的nafion膜管的电阻相匹配。在基板于处理期间不转动的应用中，可使用经特定设计以与特定基板图案一起工作的扩散体板材。在此情况中，膜管分布(laidout)在扩散体板材内的方式补偿了由特定的晶片图案或一刻划范围所造成的电场变化。或者，膜管可跨全部扩散体板材分布，以达到径向电流密度控制。如图2中所示，两个或更多个膜管的环可用于扩散体板材中，或者如图1中所示，在没有扩散体板材下使用。

在传统镀覆装置中的介电性材料环状屏蔽件可用膜管90取代，以产生可调整的腔室屏蔽。在膜管以阴极电解质(或更高传导性流体)填充的情况下，该膜管不充当屏蔽件，因为该膜管由具有相同传导性的容器38中的阴极电解质(或电解质)浸没或围绕。然而，当以具有低于围绕的电解质的传导性的气体(诸如空气或氮气)或液体(诸如去离子水)填充时，膜管将对电场充当屏蔽件。一或更多个膜管90亦可用于架设作为能够处理不同大小晶片的桥接装置的电镀装置中，而膜管90针对所选定的晶片大小依需要改变容器中的电场。引线电极可定位在膜管内，以更好地使膜管本身充当阳极或电流采样(currentthief)。

传导性可变的液体可用在膜管90中，以达到与特定基板匹配的屏蔽。改变在膜管中的流体的传导性亦可用以补偿改变的工艺条件，诸如在镀覆期间可能发生的膜电阻改变。在膜管中更高传导性流体可用以局部地增加电流流动(与局部屏蔽相反)。

如此处所使用的膜管或环状膜管意指允许离子流流动通过管壁的材料构成的管。可选地，在阳极40和/或42同时或不同时操作的情况下，膜管90及92的一者或两者可连接至阳极电流源且作为阳极运作。在此用途中，可在膜管中提供惰性或活性阳极导体。经由与容器阳极40及42不同的材料形成膜管的阳极以允许多种材料被共镀亦是可能的，举例而言，如用镀覆焊料。在膜管中提供阳极电流的导体可为引线，而该引线被牵拉通过膜管以如所需要般补充该阳极材料。