用于半导体电镀设备的唇形密封件和接触元件的制作方法

专利名称：用于半导体电镀设备的唇形密封件和接触元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于集成电路的镶嵌 互连件的形成，以及在集成电路制造期间使用的电镀装置。
背景技术：
电镀是在集成电路(1C)制造中使用以沉积ー个或ー个以上导电金属层的常见技木。在ー些制造过程中，电镀用以在各种衬底特征之间沉积单层或多层铜互连件。用于电镀的装置通常包含电镀单元，其具有电解质池/槽和经设计以在电镀期间固持半导体衬底的抓斗。在电镀装置的操作期间，将半导体衬底淹没到电解质池中，使得衬底的ー个表面暴露于电解质。所建立的与衬底表面的ー个或ー个以上电接点用以驱动电流通过电镀単元且将金属从电解质中可用的金属离子沉积到衬底表面上。通常，电接触元件用以在衬底与充当电流源的母线之间形成电连接。然而，在ー些配置中，由电连接接触的衬底上的导电种子层可朝着衬底的边缘变薄，从而使得更难以建立与衬底的最佳电连接。电镀中出现的另ー问题为电镀溶液的可能腐蚀属性。因此，在许多电镀设备中，唇形密封件用于抓斗与衬底的界面处以用于防止电解质泄露以及其与除了电镀单元的内部和衬底的侧面以外的经设计以用于电镀的电镀设备的元件接触的目的。

发明内容
本文中掲示用于电镀抓斗中以用于在电镀期间啮合并将电流供应到半导体衬底的唇形密封件组合件。在一些实施例中，所述唇形密封件组合件可包含弾性体唇形密封件，其用于啮合所述半导体衬底；以及ー个或ー个以上接触元件，其用于在电镀期间将电流供应到所述半导体衬底。在一些实施例中，在啮合后所述弾性体唇形密封件实质上拒绝电镀溶液进入所述半导体衬底的外围区。在一些实施例中，所述ー个或ー个以上接触元件在结构上与所述弾性体唇形密封件集成且包含第一暴露部分，所述第一暴露部分在所述唇形密封件与所述衬底啮合之后接触所述衬底的所述外围区。在一些实施例中，所述ー个或ー个以上接触元件可进ー步包含用于与电流源形成电连接的第二暴露部分。在某些这种实施例中，电流源可为所述电镀抓斗的母线。在一些实施例中，所述ー个或ー个以上接触元件进ー步包含连接所述第一暴露部分和所述第二暴露部分的第三暴露部分。在某些这种实施例中，所述第三暴露部分可在结构上集成于所述弾性体唇形密封件的表面上。
在一些实施例中,所述ー个或ー个以上接触元件可进ー步包含连接所述第一暴露部分和所述第二暴露部分的未暴露部分，且所述未暴露部分可在结构上集成于所述弾性体唇形密封件的表面下方。在某些这种实施例中，所述弾性体唇形密封件模制于所述未暴露部分上。在一些实施例中，所述弾性体唇形密封件可包含第一内径，所述第一内径界定实质上圆形周界以用于拒绝电镀溶液进入外围区，且所述ー个或ー个以上接触元件的所述第一暴露部分界定比所述第一内径大的第二内径。在某些这种实施例中，所述第一内径与所述第二内径之间的差的量值为约0. 5mm或小于0. 5mm。在某些这种实施例中，所述第一内径与所述第二内径之间的差的量值为约0. 3mm或小于0. 3mm。 在一些实施例中，唇形密封件组合件可包含ー个或ー个以上柔性接触元件，其用于在电镀期间将电流供应到半导体衬底。在某些这种实施例中，所述ー个或ー个以上柔性接触元件的至少一部分可保形地位于所述弾性体唇形密封件的上表面上，且在与所述半导体衬底啮合后，所述柔性接触元件可经配置以弯曲并形成与所述半导体衬底介接的保形接 触表面。在某些这种实施例中，所述保形接触表面与所述半导体衬底的斜边缘介接。在一些实施例中，所述ー个或ー个以上柔性接触元件可具有不配置成在所述衬底由所述唇形密封件组合件啮合时接触所述衬底的一部分。在某些这种实施例中，所述非接触部分包括非保形材料。在一些实施例中，所述保形接触表面与所述半导体衬底形成连续界面，而在ー些实施例中，所述保形接触表面与具有间隙的所述半导体衬底形成非连续界面。在某些这种形成非连续界面的实施例中，所述ー个或ー个以上柔性接触元件可包含安置于所述弾性体唇形密封件的表面上的多个导线尖端或ー导线网。在一些实施例中，保形地位于所述弾性体唇形密封件的所述上表面上的所述ー个或ー个以上柔性接触元件包含使用选自化学气相沉积、物理气相沉积以及电镀的ー种或ー种以上技术形成的导电沉积物。在一些实施例中，保形地位于所述弾性体唇形密封件的所述上表面上的所述ー个或一个以上柔性接触元件可包含导电弾性体材料。本文中还掲示用于电镀抓斗中以用于将半导体衬底支撑、对准并密封于所述电镀抓斗中的弾性体唇形密封件。在一些实施例中，唇形密封件包含柔性弾性体支撑边缘，以及柔性弾性体上部分，其定位于所述柔性弾性体支撑边缘上方。在一些实施例中，所述柔性弾性体支撑边缘具有经配置以支撑和密封所述半导体衬底的密封突起。在某些这种实施例中，在密封所述衬底后，所述密封突起界定周界以用于拒绝电镀溶液。在一些实施例中，所述柔性弾性体上部分包含顶表面，其经配置以被压缩；以及内侧表面，其相对于所述密封突起向外定位。在某些这种实施例中，所述内侧表面可经配置以在所述顶表面被压缩之后向内移动且对准所述半导体衬底，且在ー些实施例中，经配置以在所述顶表面被压缩后向内移动约0. 2mm或至少0. 2mm。在一些实施例中，当所述顶表面未被压缩时，所述内侧表面定位成足够向外以允许所述半导体衬底降低通过所述柔性弾性体上部分且放置到所述密封突起上而不接触所述上部分，但其中在将所述半导体衬底放置于所述密封突起上并压缩所述顶表面后，所述内侧表面接触并推动所述半导体衬底从而将所述半导体衬底对准于所述电镀抓斗中。本文中还掲示将半导体衬底对准并密封于具有弾性体唇形密封件的电镀抓斗中的方法。在一些实施例中，所述方法包含打开所述抓斗；向所述抓斗提供衬底；降低所述衬底以通过所述唇形密封件的上部分且到所述唇形密封件的密封突起上；压缩所述唇形密封件的所述上部分的顶表面以对准所述衬底；以及在所述衬底上按压以在所述密封突起与所述衬底之间形成密封件。在一些实施例中，压缩所述唇形密封件的所述上部分的所述顶表面使所述唇形密封件的所述上部分的内侧表面推动所述衬底从而将所述衬底对准于所述抓斗中。在一些实施例中，压缩所述顶表面以对准所述衬底包含用所述抓斗的圆锥的第一表面在所述顶表面上按压，且在所述衬底上按压以形成密封件包含用所述抓斗的所述圆锥的第二表面在所述衬底上按压。在一些实施例中，压缩所述顶表面以对准所述衬底包含用所述抓斗的第一按压组件推动所述顶表面，且在所述衬底上按压以形成密封件包含用所述抓斗的第二按压组件在所述衬底上按压。在某些这种实施例中，所述第二按压组件可相对于所述第一按压组件独立地移动。在某些这种实施例中，压缩所述顶表面包含基于所述半导体衬底的直径调整由所述第一按压组件施加的按压力。


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图1是用于用电化学方式处理半导体晶片的晶片固持和定位设备的透视图。图2是具有用多个柔性指状物制成的接触环的抓斗组合件的剖面示意图。图3A是具有拥有集成接触元件的唇形密封件组合件的抓斗组合件的剖面示意图。图3B是具有拥有集成接触元件的不同唇形密封件组合件的另ー抓斗组合件的剖面示意图。图4A是具有柔性接触元件的唇形密封件组合件的剖面示意图。图4B是形成与半导体衬底介接的保形接触表面的所展示的图4A的唇形密封件组合件的剖面示意图。图5A是经配置以在抓斗组合件内对准半导体衬底的唇形密封件组合件的剖面示意图。图5B是图5A的唇形密封件组合件的剖面示意图，其中抓斗组合件的圆锥的表面按压在唇形密封件组合件的上表面上。图5C是图5A和图5B的唇形密封件组合件的剖面示意图，其中抓斗组合件的圆锥的表面推动唇形密封件的上表面和半导体衬底两者。图6是说明电镀半导体衬底的方法的流程图。
具体实施例方式在以下描述中，阐述许多特定细节以便提供对所呈现的概念的详尽理解。可在没有这些特定细节中的ー些或全部的情况下实践所呈现的概念。在其它情况下，未详细描述众所熟知的过程操作以便不会不必要地混淆所描述的概念。尽管将结合特定实施例描述ー些概念，然而应理解，这些实施例不希望为限制性的。图1中呈现示范性电镀设备以便为本文中所掲示的各种唇形密封件和接触元件实施例提供某一情境。具体来说，图1呈现用于用电化学方式处理半导体晶片的晶片固持和定位设备100的透视图。设备100包含晶片啮合组件，其有时称作“抓斗组件”或“抓斗组合件”或仅称作“抓斗”。抓斗组合件包括杯101和圆锥103。如随后图中将展示，杯101固持晶片且圆锥103将晶片紧固地夹紧于杯中。可使用除了此处具体描绘的杯和圆锥设计的其它杯和圆锥设计。共同特征为具有晶片驻留于其中的内部区的杯和抵着杯按压晶片以将其固持于适当位置的圆锥。 在所描绘的实施例中，抓斗组合件(其包含杯101和圆锥103)由撑杆104支撑，撑杆104连接到顶板105。这个组合件(101、103、104和105)由电动机107经由连接到顶板105的主轴106驱动。电动机107附接到安装托架(未图示)。在电镀期间主轴106将カ矩(从电动机107)传递到抓斗组合件，从而使固持于其中的晶片(此图中未图示)旋转。主轴106内的气缸(未图示)也提供用于啮合杯101与圆锥103的垂直力。当抓斗解开时(未图示)，具有末端执行器臂的机械手可将晶片插入于杯101与圆锥103之间。在插入晶片之后，圆锥103与杯101啮合，此将晶片固定于设备100内，从而使晶片的一侧上的工作表面(但另ー侧上并不)暴露以用于与电解质溶液接触。在某些实施例中，抓斗组合件包含保护圆锥103以防飞溅的电解质的喷洒裙部109。在所描绘的实施例中，喷洒裙部109包含垂直圆周套管和圆形帽部分。间隔部件110维持喷洒裙部109与圆锥103之间的分离。出于此论述的目的，包含组件101-110的组合件统称为“晶片固持器”(或“衬底固持器”)111。然而，注意，“晶片固持器”/ “衬底固持器”的概念一般延伸到啮合晶片/衬底并允许其移动和定位的组件的各种组合和子组合。倾斜组合件(未图示)可连接到晶片固持器以准许将晶片成角度地浸没(与平坦水平浸没成对比)到电镀溶液中。在一些实施例中使用板和枢轴关节的驱动机构和布置以沿着弧形路径(未图示)移动晶片固持器111，且结果使晶片固持器111的近端(即，杯和圆锥组合件)傾斜。另外，经由致动器(未图示)垂直地向上或向下提升整个晶片固持器111以将晶片固持器的近端浸没到电镀溶液中。因此，两组件定位机构针对晶片提供沿着与电解质表面垂直的轨道的垂直移动和允许偏离水平定向(即，平行于电解质表面)的倾斜移动两者(成角度晶片浸没能力)。注意，晶片固持器111与电镀单元115 —起使用，电镀单元115具有容纳阳极腔室157和电镀溶液的电镀腔室117。腔室157固持阳极119(例如，铜阳极)且可包含膜片或经设计以将不同电解质化学物质维持于阳极室和阴极室中的其它分离器。在所描绘的实施例中，扩散器153用于以一致朝向而朝着旋转晶片向上引导电解质。在某些实施例中，流量扩散器是高电阻虚阳极(HRVA)板，其由一片固体绝缘材料(例如，塑料)制成，具有大量(例如，4000-15000个)一维小孔(直径为0. 01英寸到0. 050英寸)且连接到板上方的阴极腔室。孔的总横截面面积小于总投影面积的约5%，且因此将相当大的流动阻カ引入于电镀单元中，从而有助于改善系统的电镀一致性。2008年7月11日申请的美国专利申请案第12/291，356号中提供对高电阻虚阳极板和用于以电化学方式处理半导体晶片的对应设备的额外描述，所述专利申请案出于所有目的特此以引用的方式全文并入本文中。电镀单元也可包含用于控制和产生分离电解质流动型式的分离膜片。在另ー实施例中，使用膜片以界定阳极腔室，阳极腔室含有大致上无抑制剂、加速剂或其它无机电镀添加剂的电解质。电镀单元115也可包含管道或管道接触以用于使电解质循环通过电镀単元且靠着被电镀的エ件。举例来说，电镀单元115包含通过阳极119中心的孔垂直延伸到阳极腔室157中心的电解质入口管131。在其它实施例中，单元包含将流体引入到阴极腔室中扩散器/HRVA板下方的腔室的外围壁(未图示)处的电解质入口歧管。在一些情况下，入口管131在膜片153的两侧(阳极侧和阴极侧)上包含出口喷嘴。此布置将电解质递送到阳极腔室和阴极腔室两者。在其它实施例中，阳极腔室和阴极腔室由流动阻カ膜片153分离，且每ー腔室具有分离电解质的分离流动循环。如图1的实施例中所展示，入口喷嘴155将电解质提供到膜片153的阳极侧。另外，电镀单元115包含冲洗排水管路15 9和电镀溶液回流管路161，每一管路直接连接到电镀腔室117。而且，冲洗喷嘴163在正常操作期间递送去离子冲洗水以清洁晶片和/或杯。电镀溶液一般填充腔室117的大部分。为了缓和飞溅和气泡的产生，腔室117包含内部堰165以用于电镀溶液回流和外部堰167以用于冲洗水回流。在所描绘实施例中，这些堰为电镀腔室117的壁中的圆周垂直狭槽。如上文所陈述，电镀抓斗通常包含唇形密封件和ー个或ー个以上接触元件以提供密封和电连接功能。唇形密封件可从弾性体材料制成。唇形密封件与半导体衬底的表面形成密封且拒绝电解质进入衬底的外围区。没有沉积在此外围区中发生且其不用于形成1C装置，也就是，外围区不是工作表面的一部分。有时，此区也称作边缘拒绝区域，因为电解质被拒绝进入所述区域。外围区用于在处理期间支撑和密封衬底，以及用干与接触元件形成电连接。由于一般需要増加工作表面，因此外围区需要尽可能小同时维持上述功能。在某些实施例中，外围区离衬底的边缘在约0. 5毫米与3毫米之间。在安装期间，唇形密封件和接触元件与抓斗的其它组件组装于一起。所属领域的技术人员将了解此操作的难度，特别是当外围区较小吋。由此抓斗提供的总开ロ可比得上衬底的大小(例如，用于容纳200mm晶片、300mm晶片、450mm晶片等的开ロ)。此外，衬底具有其自己的大小公差(例如，根据SEMI规格对于典型300mm晶片为+/-0. 2毫米)。特别困难的任务为对准弾性体唇形密封件和接触元件，因为两者是从相对柔性材料制成。这两个组件需要具有极其精确的相对位置。当唇形密封件的密封边缘和接触元件定位成彼此相距太远时，在抓斗的操作期间在接点和衬底之间可能形成不充分电连接或不形成电连接。同吋，当密封边缘定位成离接点太近时，接点可干扰密封件且引起到外围区中的泄露。举例来说，常规接触环常用多个柔性“指状物”制成，以类弹簧动作将柔性“指状物”按压到衬底上以建立电连接，如图2的抓斗组合件(标注杯201、圆锥203和唇形密封件212)所展示。这些柔性指状物208不仅极其难以相对于唇形密封件212对准，而且易于在安装期间损坏且如果和当电解质进入到外围区中时难以清洁。具有集成的接触元件的唇形密封件组合件本文中所提供的为具有集成到弾性体唇形密封件内的接触元件的新颖唇形密封件组合件。在这项领域中，替代安装和对准两个分开的密封且电组件(例如，唇形密封件和接触环)，在组合件的制造期间对准且集成两个组件。在安装期间以及在抓斗的操作期间维持这个对准。因而，仅需要设定和检察对准需求一次，也就是，在组合件的制造期间。图3A为根据某些实施例的具有唇形密封件组合件302的抓斗300的一部分的示意性表示。唇形密封件组合件302包含弾性体唇形密封件304，用于啮合半导体衬底(未图示)。唇形密封件304与衬底形成密封件，且拒绝电镀溶液进入半导体衬底的外围区，如在这个文献的其它部分中所描述。唇形密封件304可包含向上和朝向村底延伸的突起308。突起可被压缩且在一定程度上变形以建立密封件。唇形密封件304具有界定用于拒绝电镀溶液进入外围区的周界的内径。唇形密封件组合件302也包含结构上集成到唇形密封件304内的ー个或ー个以上接触元件310。如上叙述，接触元件310用于在电镀期间将电流供应到半导体衬底。接触元件310包含暴露部分312，其用于界定比唇形密封件304的第一内径大的第二内径，以便防止干扰唇形密封件组合件302的密封属性。接触元件310通常包含另ー暴露部分313，其用于进行与电流源(例如，电镀抓斗的母线316)的电连接。然而，其它连接方案也是可能的。例如，接触元件310可与可连接到母线316的配电总线314互连。如上叙述，ー个或ー个以上接触元件310到唇形密封件304内的集成是在唇形密封件组合件302的制造期间执行，且在组合件的安装和操作期间维持。可按多种方式来执行这个集成。例如，可在接触元件310上模制弾性体材料。例如电流配电总线314的其它元件也可以集成到组合件内，以改良组合件302的刚度、导电率和其它功能性。
图3A中说明的唇形密封件组合件302具有接触元件310，接触元件310具有位于两个暴露部分312与313之间且连接两个暴露部分的中间未暴露部分。这个未暴露部分延伸穿过弾性体唇形密封件304的主体，且完全由结构上集成于弾性体唇形密封件的表面下方的弾性体唇形密封件304围绕。可(例如)通过在接触元件310的未暴露部分上模制弹性体唇形密封件304来形成这个类型的唇形密封件组合件302。这个接触元件可特别易于清洁，因为接触元件310的仅小部分延伸到唇形密封件组合件302的表面，且被暴露。图3B说明接触元件322在弾性体唇形密封件304的表面上延伸且不具有由唇形密封件组合件围绕的中间区的另ー个实施例。在一些实施例中，中间区可被看作接触元件的第三暴露部分，其结构上集成于弾性体唇形密封件的表面上，且位于接触元件的前两个暴露部分312和313之间，从而连接这两个部分。可(例如)通过将接触元件322按压到表面内或通过将它模制到表面内或通过将它胶合到表面或通过另外将它附着到表面来组装这个实施例。与将接触元件集成到弾性体唇形密封件内的方式无关，与衬底进行电连接的接触元件的点或表面将优选地維持其相对于与衬底进行密封的唇形密封件的点或表面的对准。接触元件和唇形密封件的其它部分可相对于彼此移动。例如，与母线进行电连接的接触元件的暴露部分可相对于唇形密封件移动。返回图3A，第一内径界定外围区，而第二内径界定接触元件与衬底之间的重叠。在某些实施例中，第一内径与第二内径之间的差的量值为约0. 5毫米(mm)或小于0.5毫米(mm)，这意味接触元件310的暴露部分312与电解质溶液分_约0. 25mm或小于0. 25mm。这个小的分隔允许具有相对小的外围区，同时维持到衬底的充分电连接。在某些这些实施例中，第一内径与第二内径之间的差的量值为约0. 4mm或小于0. 4_，或约0. 3mm或小于0. 3mm,或约0. 2mm或小于0. 2mm,或约0. 1mm或小于0. 1mm。在其它实施例中，这些直径之间的差的量值可为约0. 6mm或小于0. 6mm,或约0. 7mm或小于0. 7mm,或约1mm或小于1mm。在某些实施例中，接触元件经配置以传导至少约30安培，或更具体地说，至少约60安培。接触元件可包含多个指状物，使得关于唇形密封件的边缘来固定这些指状物的每ー接触尖端。在相同或其它实施例中，ー个或ー个以上接触元件的暴露部分包含多个接触点。这些接触点可远离弾性体唇形密封件的表面延伸。在其它实施例中，ー个或ー个以上接触元件的暴露部分包含连续表面。具有形成保形接触表面的柔性接触元件的唇形密封件组合件到衬底的电连接可通过在抓斗组合件中的衬底的密封和随后的电镀期间增大接触元件与衬底之间的接触表面来显著地改良。常规的接触元件(例如，图2中展示的“指状物”)经设计以仅与衬底进行“点接触”，点接触具有相对小的接触面积。当接触指状物的尖端碰到衬底时，指状物弯曲以提供与衬底相抵的力。虽然这个力可帮助稍微减小接触电阻，但时常仍然存在足够的接触电阻而在电镀期间产生问题。此外，接触指状物可随时间因为弯曲动作的许多重复而变损坏。本文中所描述的是具有保形地定位于弹性体唇形密封件的上表面上的一个或一个以上柔性接触元件的唇形密封件组合件。这些接触元件经配置以在与半导体衬底啮合后弯曲，且形成当衬底由唇形密封件组合件支撑、啮合和密封时与半导体衬底介接的保形接触表面。当按与在衬底与唇形密封件之间产生密封件的方式类似的方式与唇形密封件相抵按压衬底时，产生保形接触表面。然而，应通常将密封界面表面与保形接触表面区分开，即使两个表面可相互邻近地形成。·图4A说明根据某些实施例的在将衬底406定位和密封到唇形密封件402上前的唇形密封件组合件400，它具有定位于弹性体唇形密封件402的上表面上的柔性接触元件404。图4B说明根据某些实施例的在衬底406已被定位且用唇形密封件402密封后的同一唇形密封件组合件400。具体地说，展示柔性接触元件404当衬底由唇形密封件组合件保持/啮合时弯曲且在与衬底406的界面处形成保形接触表面。柔性接触元件404与衬底406之间的电界面可在衬底的(平)前表面和/或衬底的有斜边缘表面上延伸。总体上，通过在与衬底406的界面处提供柔性接触元件404的保形接触表面来形成较大的接触界面区域。虽然柔性接触元件404的保形性质在衬底的界面处重要，但柔性接触元件404的其余部分也可关于唇形密封件402保形。例如，柔性接触元件404可保形地沿着唇形密封件的表面延伸。在其它实施例中，柔性接触元件404的其余部分可自其它(例如，非保形)材料制成，和/或具有不同(例如，非保形)配置。因此，在一些实施例中，一个或一个以上柔性接触元件可具有不配置成当衬底由唇形密封件组合件啮合时接触衬底的一部分，且这个非接触部分可包括可保形材料，或者它可包括不可保形材料。此外，应注意，虽然保形接触表面可在柔性接触元件404与衬底406之间形成连续界面，但形成连续界面并非必需。例如，在一些实施例中，保形接触表面具有间隙，从而与半导体衬底形成非连续界面。具体地说，非连续保形接触表面可自柔性接触元件404形成，柔性接触元件404包括安置在弹性体唇形密封件的表面上的许多多个导线尖端和/或导线网。即使非连续保形接触表面遵循唇形密封件的形状，而唇形密封件仍然会在抓斗的闭合期间变形。柔性接触元件404可附着到弹性体唇形密封件的上表面。例如，柔性接触元件404可被按压、胶合、模制或以其它方式附着到所述表面，如上参看图3A和图3B所描述(但不在形成保形接触表面的柔性接触元件的具体情况下)。在其它实施例中，柔性接触元件404可定位于弹性体唇形密封件的上表面上，而不在两者之间提供任何具体的接合特征。在任一情况下，柔性接触元件404的保形性由当闭合抓斗时由半导体衬底施加的力来确保。此夕卜，虽然柔性接触元件404的与衬底406介接的部分(形成保形接触表面)为暴露表面，但柔性接触元件404的其它部分可能未暴露，例如，按稍微类似于图3B中说明的集成但不保形的唇形密封件组合件的方式集成于弹性体唇形密封件的表面下方。在某些实施例中，柔性接触元件404包含沉积在弹性体唇形密封件的上表面上的导电沉积物的导电层。可以使用化学气相沉积 (CVD)和/或物理气相沉积(PVD)和/或电镀来形成/沉积导电沉积物的导电层。在一些实施例中，柔性接触元件404可由导电弹性体材料制成。衬底对准唇形密封件如先前所解释，衬底的拒绝电镀溶液的外围区需要小，这需要在闭合和密封抓斗前仔细且精确地对准半导体衬底。不对准可一方面造成泄漏，和/或另一方面造成衬底工件区域的不必要的覆盖/阻挡。严厉的衬底直径容许值可造成对准期间的额外困难。一些对准可由转移机构(例如，取决于机器人交递机构的准确性)和通过使用定位在抓斗杯的侧壁中的对准特征(例如，缓冲器)来提供。然而，需要将转移机构精确地安装且在安装期间关于杯对准(也就是，关于其它组件的相对位置“教示”)，以便提供衬底的精确且重复定位。这个机器人教示和对准过程执行起来相当困难，使用大量劳力，且需要高技术人员。此夕卜，缓冲器特征难以安装，且易于具有大的累计误差，因为在唇形密封件与缓冲器之间定位了许多零件。因此，本文中所揭示的为不仅用于在抓斗中支撑和密封衬底且亦用于在密封前对准抓斗中的衬底的唇形密封件。现将参看图5A到图5C来描述这些唇形密封件的各种特征。具体地说，图5A为根据某些实施例的具有唇形密封件502的抓斗部分500的剖面示意性表示，在压缩唇形密封件502的一部分前，唇形密封件502支撑衬底509。唇形密封件502包含柔性弹性体支撑边缘503，柔性弹性体支撑边缘503包括密封突起504。密封突起504经配置以啮合半导体衬底509，从而提供支撑且形成密封件。密封突起504界定用于拒绝电镀溶液的周界，且可具有界定拒绝周界的第一内径(见图5A)。应注意的是，归因于密封突起504的变形，当与弹性体唇形密封件相抵密封衬底时，周界和/或第一内径可稍改变。唇形密封件502还包括位于柔性弹性体支撑边缘503上方的柔性弹性体上部分
505。柔性弹性体上部分505可以包含经配置以被压缩的顶表面507，且又包含内侧表面
506。内侧表面506可相对于密封突起504位置向外(意味内侧表面506比密封突起504位置远离由弹性体唇形密封件保持的半导体衬底的中心)，且经配置以当顶表面507由电镀抓斗的另一个组件压缩时向内移动(朝向正被保持的半导体衬底的中心)。在一些实施例中，内侧表面的至少一部分经配置以向内移动至少约O. 1mm、或至少约O. 2mm、或至少约O. 3mm、或至少约O. 4mm、或至少约O. 5mm。这个向内运动可使唇形密封件的内侧表面506接触半导体衬底的搁置在密封突起504上的边缘，从而朝向唇形密封件的中心推动衬底，且因此使它在电镀抓斗内对准。在一些实施例中，柔性弹性体上部分505界定比第一内径(以上所描述)大的第二内径(见图5A)。当未压缩顶表面507时，第二内径比半导体衬底509的直径大，使得半导体衬底509可通过经过柔性弹性体上部分505将它降低且将它放置在柔性弹性体支撑边缘503的密封突起504上来装载到抓斗内。唇形密封件502还可以具有集成式或另外附着的接触元件508。在其它实施例中，接触元件508可以为分隔的组件。无论如何，不管它是不是分隔的组件，如果接触元件508提供于唇形密封件502的内侧表面506上，那么接触元件508还可以卷入衬底的对准中。因此，在这些实例中，接触元件508如果存在，那么可被视为内侧表面506的一部分。可按多种方式实现弹性体上部分505的顶表面507的压缩(以便对准且密封电镀抓斗内的半导体衬底)。例如，顶表面507可由抓斗的圆锥或某一个其它组件的一部分压缩。图5B为根据某些实施例的紧接在由圆锥510压缩前的图5A中展示的同一抓斗部分的示意性表面。如果使用圆锥510按压在上部分505的顶表面507上以便使上部分变形，以及按压在衬底509上以便与密封突起504相抵密封衬底509，那么，圆锥可以具有两个表面511和512，这两个表面按特别方式相对于彼此偏移。具体地说，第一表面511经配置以按压上部分505的顶表面507，而第二表面512经配置以按压在衬底509上。通常在与密封突起504相抵密封衬底509前对准衬底509。因此，第一表面511可能需要在第二表面512按压在衬底509上前按压在顶表面507上。因而，当第一表面511接触顶表面507时，在第二表面512与衬底509之间可以存在间隙，如在图5B中所示。这个间 隙可取决于上部分505的必要变形来提供对准。在其它实施例中，顶表面507和衬底509由抓斗的可具有独立控制的垂直定位的不同组件按压。这个配置可允许在按压到衬底509上前独立控制上部分505的变形。例如，一些衬底可具有比其它者大的直径。在某些实施例中，这些较大衬底的对准可能需要且甚至要求比较小衬底少的变形，这是因为在较大衬底与内侧表面506之间存在较少初始间隙。图5C为根据某些实施例的在密封了抓斗后在图5A和图5B中展示的同一抓斗部分的示意性表示。由圆锥510的第一表面511 (或一些其它压缩组件)进行的上部分505的顶表面507的压缩可造成上部分505的变形，使得内侧表面506向内移动，从而接触且推动半导体衬底509，以便对准抓斗中的半导体衬底509。虽然图5C说明抓斗的小部分的剖面，但所属领域的技术人员应了解，此对准过程同时发生在衬底509的全周界周围。在某些实施例中，内侧表面506的一部分经配置以当压缩顶表面507时朝向唇形密封件的中心移动至少约O. 1mm、或至少约O. 2mm、或至少约O. 3mm、或至少约O. 4mm、或至少约O. 5mm。对准且密封抓斗中的衬底的方法还在本文中所揭示的为对准且密封具有弹性体唇形密封件的电镀抓斗中的半导体衬底的方法。图6的流程图说明这些方法中的一些。例如，一些实施例方法涉及打开抓斗(方块602)，将衬底提供到电镀抓斗(方块604)，降低衬底以通过唇形密封件的上部分且到唇形密封件的密封突起上(方块606)，和压缩唇形密封件的上部分的顶表面以对准衬底(方块608)。在一些实施例中，在操作608期间的压缩弹性体唇形密封件的上部分的顶表面使上部分的内侧表面接触半导体衬底，且推动衬底，使它在抓斗中对准。在一些实施例中，在操作608期间对准半导体衬底后，方法继续进行在操作610中按压在半导体衬底上以在密封突起与半导体衬底之间形成密封件。在某些实施例中，在按压在半导体衬底上期间，继续压缩顶表面。例如，在某些这些实施例中，压缩顶表面和按压在半导体衬底上可由抓斗的圆锥的两个不同表面执行。因此，圆锥的第一表面可按压在顶表面上以将它压缩，且圆锥的第二表面可按压在衬底上以与弹性体唇形密封件形成密封件。在其它实施例中，压缩顶表面和按压在半导体衬底上由抓斗的两个不同组件独立地执行。抓斗的这两个按压组件通常可相对于彼此独立地移动，因此允许一旦衬底由另一个按压组件按压且与唇形密封件相抵密封，那么顶表面的压缩停止。此外，可通过借助于半导体衬底的相关联的按压组件独立地更改施加于它上面的力基于它的直径来调整顶表面的压缩等级。这些操作可以为较大的电镀过程的部分，它也在图6的流程图中作描绘且下文作简要描述。一开始，抓斗的唇形密封件和接触区域可清洁且干燥。打开抓斗(方块602)，且将衬底装载到抓斗内。在某些实施例中，接触尖部稍坐落于密封唇的平面上方，且在此情况下，衬底由在衬底周期的接触尖部的阵列支撑。抓斗接着通过向下移动圆锥而闭合且密封。在这个闭合操作期间，根据以上描述的各种实施例建立电接触和密封件。另外，可与弹性体唇形密封件底座相抵向下介接触件的底部角落加力，这导致在晶片的尖部与前侧之间的额外力。可稍压缩密封唇以确保在全周界周围的密封件。在一些实施例中，当一开始将衬底定位到杯内时，仅密封唇与前表面接触。在这个实例中，在密封唇的压缩期间建立尖部与前表面之间的电接触。一旦建立了密封件和电接触，那么载有衬底的抓斗被浸没到电镀槽内，且在槽中 电镀，同时被保持在抓斗中(方块612)。在这个操作中使用的铜电镀溶液的典型组成包括在约O. 5g/L-80g/L的浓度范围下、更具体来说在约5g/L-60g/L下且甚至更具体地说在约18g/L-55g/L下的铜离子，和在约O. lg/L-400g/L的浓度下的硫酸。低酸铜电镀溶液通常含有约5g/L-10g/L的硫酸。中等和高酸溶液分别含有约50g/L-90g/L和150g/L_180g/L的硫酸。氯离子的浓度可为约lmg/L-100mg/L。可使用许多铜电镀有机添加剂,例如,EnthoneViaform、Viaform NexT、Viaform Extreme (可购自康乃狄克州西黑文的乐思公司)或所属领域的技术人员已知的其它加速剂、抑制剂和匀涂剂。电镀操作的实例更详细地描述于2006年11月28日申请的美国专利申请案第11/564，222号中，为了所有目的，但尤其是为了描述电镀操作的目的，这个申请案在此被以引用的方式全部并入本文中。一旦电镀完成，且已将适当量的材料沉积于衬底的前表面上，那么从电镀槽去除衬底。接着旋转衬底和抓斗以去除抓斗表面上的大多数残余电解质，残余电解质归因于表面张力和粘着力而留在那里。接着冲洗抓斗，同时继续旋转以稀释且冲刷来自抓斗和衬底表面的尽可能多的曳出电解流体。接着在关掉冲洗液体达一定时间(通常至少约2秒)的情况下旋转衬底，以去除一些剩余的冲洗物。这个过程可继续进行打开抓斗(方块614)和去除处理过的衬底(方块616)。可针对新的晶片衬底将操作方块604到616重复多次，如在图6中所指示。在某些实施例中，在密封抓斗期间和/或在衬底的处理期间，使用系统控制器来控制工艺条件。系统控制器将通常包含一个或一个以上存储器装置和一个或一个以上处理器。处理器可包含CPU或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接、步进电动机控制器板等。在处理器上执行用于实施适当控制操作的指令。这些指令可存储于与控制器相关联的存储器装置上，或者它们可在网络上提供。在某些实施例中，系统控制器控制处理系统的所有活动。系统控制器执行包含用于控制以上列出的处理步骤的时序的指令集和特定过程的其它参数的系统控制软件。在一些实施例中，可使用存储于与控制器相关联的存储器装置上的其它计算机程序、稿本或例行程序。通常，存在与系统控制器相关联的使用者接口。使用者接口可包含显示屏、显示工艺条件的图形软件和使用者输入装置(例如，指向装置、键盘、触摸屏、扩音器等)。
可按任何常规的计算机可读编程语言来撰写用于控制以上操作的计算机程序码例如，汇编语目、C、C++、Pascal、 Fortran或其它语目。编译的目标代码或稿本由处理器执行以执行在程序中识别的任务。用于监视过程的信号可由系统控制器的模拟和/或数字输入连接提供。在处理系统的模拟和数字输出连接上输出用于控制过程的信号。可结合平版图案化工具或过程来使用上文描述的设备/过程，例如，针对半导体装置、显示器、LED、光伏打面板和类似者的制备或制造。通常，但未必，这些工具/过程将在共同的制造设施中一起使用或进行。薄膜的平版图案化通常包含下列步骤中的一些或全部，每一个步骤是用许多可能的工具来启用的(I)使用旋涂或喷涂工具在工件(也就是，衬底)上涂覆光阻；(2)使用热板或炉或UV固化工具固化光阻；(3)用例如晶片步进器的工具，将光阻对可见光或UV光或X射线光曝光；(4)显影光阻，以便选择性地去除光阻，且进而使用例如湿式清洗台的工具将它图案化；(5)通过使用干燥或等离子辅助式蚀刻工具，将光阻图案转印到下面的薄膜或工件上；和(6)使用例如RF或微波等离子光阻剥离器去除光阻。其它实施例虽然本文中展示且描述了本发明的说明性实施例和应用，但保留在本发明的概念、范畴和精神内的许多变化和修改是可能的，并且在熟读本申请案之后，这些变化将对所属领域的技术人员变得清晰。因此，本实施例应被视为说明性且并非限制性，且本发明并不限于本文中给出的细节，而可在所附权利要求书的范畴和等效物内作修改。
权利要求
1.一种用于在电镀抓斗中使用以用于在电镀期间啮合半导体衬底并将电流供应到所述半导体衬底的唇形密封件组合件，所述唇形密封件组合件包括 弹性体唇形密封件，其用于在电镀期间啮合所述半导体衬底，其中在啮合后，所述弹性体唇形密封件即刻大致上拒绝电镀溶液进入所述半导体衬底的外围区；以及 一个或一个以上接触元件，其用于在电镀期间将电流供应到所述半导体衬底，所述一个或一个以上接触元件在结构上与所述弹性体唇形密封件集成且包括第一暴露部分，所述第一暴露部分在所述唇形密封件与所述衬底啮合后即刻接触所述衬底的所述外围区。
2.根据权利要求I所述的唇形密封件组合件，其中所述一个或一个以上接触元件进一步包括用于与电流源形成电连接的第二暴露部分。
3.根据权利要求2所述的唇形密封件组合件，其中所述电流源为所述电镀抓斗的母 线。
4.根据权利要求2所述的唇形密封件组合件，其中所述一个或一个以上接触元件进一步包括连接所述第一与第二暴露部分的第三暴露部分，所述第三暴露部分在结构上集成于所述弹性体唇形密封件的表面上。
5.根据权利要求2所述的唇形密封件组合件，其中所述一个或一个以上接触元件进一步包括连接所述第一与第二暴露部分的未暴露部分，所述未暴露部分在结构上集成于所述弹性体唇形密封件的表面下方。
6.根据权利要求5所述的唇形密封件组合件，其中所述弹性体唇形密封件模制于所述未暴露部分上方。
7.根据权利要求I所述的唇形密封件组合件，其中所述弹性体唇形密封件包括第一内径，所述第一内径界定大致上圆形周界以用于拒绝所述电镀溶液进入所述外围区，且其中所述一个或一个以上接触元件的所述第一暴露部分界定比所述第一内径大的第二内径。
8.根据权利要求7所述的唇形密封件组合件，其中所述第一内径与所述第二内径之间的差的量值为约O. 5mm或小于O. 5mm。
9.根据权利要求8所述的唇形密封件组合件，其中所述第一内径与所述第二内径之间的所述差的所述量值为约O. 3mm或小于O. 3mm。
10.一种用于在电镀抓斗中使用以用于在电镀期间啮合半导体衬底并将电流供应到所述半导体衬底的唇形密封件组合件，所述唇形密封件组合件包括 弹性体唇形密封件，其用于在电镀期间啮合所述半导体衬底，其中在啮合后，所述弹性体唇形密封件即刻大致上拒绝电镀溶液进入所述半导体衬底的外围区；以及 一个或一个以上柔性接触元件，其用于在电镀期间将电流供应到所述半导体衬底，所述一个或一个以上柔性接触元件的至少一部分保形地位于所述弹性体唇形密封件的上表面上，且其中在与所述半导体衬底啮合后，所述柔性接触元件经配置以即刻弯曲并形成与所述半导体衬底介接的保形接触表面。
11.根据权利要求10所述的唇形密封件组合件，其中所述保形接触表面与所述半导体衬底的斜边缘介接。
12.根据权利要求10所述的唇形密封件组合件，其中所述一个或一个以上柔性接触元件具有不配置成在所述衬底由所述唇形密封件组合件啮合时接触所述衬底的一部分，且其中所述非接触部分包括非保形材料。
13.根据权利要求10所述的唇形密封件组合件，其中所述保形接触表面与所述半导体衬底形成连续界面。
14.根据权利要求10所述的唇形密封件组合件，其中所述保形接触表面与所述半导体衬底形成具有间隙的非连续界面。
15.根据权利要求14所述的唇形密封件组合件，其中所述一个或一个以上柔性接触元件包括安置于所述弹性体唇形密封件的表面上的多个导线尖端或一导线网。
16.根据权利要求10所述的唇形密封件组合件，其中保形地位于所述弹性体唇形密封件的所述上表面上的所述一个或一个以上柔性接触元件包括使用选自由以下各者组成的群组的一种或一种以上技术形成的导电沉积物化学气相沉积、物理气相沉积以及电镀。
17.根据权利要求10所述的唇形密封件组合件，其中保形地位于所述弹性体唇形密封件的所述上表面上的所述一个或一个以上柔性接触元件包括导电弹性体材料。
18.一种用于在电镀抓斗中使用以用于将半导体衬底支撑、对准和密封于所述电镀抓斗中的弹性体唇形密封件，所述唇形密封件包括 柔性弹性体支撑边缘，其包括经配置以支撑和密封所述半导体衬底的密封突起，其中在密封所述衬底后，所述密封突起即刻界定周界以用于拒绝电镀溶液；以及 柔性弹性体上部分，其定位于所述柔性弹性体支撑边缘上方，所述柔性弹性体上部分包括 顶表面，其经配置以被压缩；以及 内侧表面，其相对于所述密封突起向外定位，所述内侧表面经配置以在所述顶表面被压缩后即刻向内移动且对准所述半导体衬底。
19.根据权利要求18所述的弹性体唇形密封件，其中所述内侧表面的至少一部分经配置以在所述顶表面被压缩后即刻向内移动约O. 2mm或至少O. 2_。
20.根据权利要求18所述的弹性体唇形密封件，其中当所述顶表面未被压缩时，所述内侧表面定位成足够向外以允许所述半导体衬底降低通过所述柔性弹性体上部分且放置到所述密封突起上而不接触所述上部分，但其中在将所述半导体衬底放置于所述密封突起上并压缩所述顶表面后，所述内侧表面即刻接触并推动所述半导体衬底，从而将所述半导体衬底对准于所述电镀抓斗中。
21.一种将半导体衬底对准并密封于具有弹性体唇形密封件的电镀抓斗中的方法，所述方法包括 打开所述抓斗； 向所述抓斗提供衬底； 降低所述衬底以通过所述唇形密封件的上部分且到所述唇形密封件的密封突起上； 压缩所述唇形密封件的所述上部分的顶表面以对准所述衬底；以及 在所述衬底上按压以在所述密封突起与所述衬底之间形成密封。
22.根据权利要求21所述的方法，其中压缩所述唇形密封件的所述上部分的所述顶表面致使所述唇形密封件的所述上部分的内侧表面推动所述衬底，从而将所述衬底对准于所述抓斗中。
23.根据权利要求21所述的方法，其中压缩所述顶表面以对准所述衬底包括用所述抓斗的圆锥的第一表面在所述顶表面上按压，且其中在所述衬底上按压以形成密封包括用所述抓斗的所述圆锥的第二表面在所述衬底上按压。
24.根据权利要求21所述的方法，其中压缩所述顶表面以对准所述衬底包括用所述抓斗的第一按压组件推动所述顶表面，且其中在所述衬底上按压以形成密封包括用所述抓斗的第二按压组件在所述衬底上按压，所述第二按压组件可相对于所述第一按压组件独立地移动。
25.根据权利要求24所述的方法，其中压缩所述顶表面包括基于所述半导体衬底的直径调整由所述第一按压组件施加的按压力。
全文摘要
本发明案揭示用于半导体电镀设备的唇形密封件和接触元件。本发明中揭示用于在电镀抓斗中使用的唇形密封件组合件，所述唇形密封件组合件可包含用于拒绝电镀溶液进入半导体衬底的外围区的弹性体唇形密封件以及一个或一个以上电接触元件。所述接触元件可在结构上与所述弹性体唇形密封件集成。所述唇形密封件组合件可包含一个或一个以上柔性接触元件，所述一个或一个以上柔性接触元件的至少一部分可保形地位于所述弹性体唇形密封件的上表面上，且可经配置以弯曲并形成与所述衬底介接的保形接触表面。本发明中所揭示的一些弹性体唇形密封件可将衬底支撑、对准并密封于抓斗中，且可包含定位于柔性弹性体支撑边缘上方的柔性弹性体上部分，所述上部分具有顶表面和内侧表面，所述内侧表面经配置以在所述顶表面被压缩后即刻向内移动并对准所述衬底。
文档编号C25D7/12GK102953104SQ20121028973
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月15日 优先权日2011年8月15日
发明者冯京宾, 马歇尔·R·斯托厄尔, 弗雷德里克·D·维尔莫特 申请人:诺发系统有限公司