用于在基底的化学和/或电解表面处理中固持基底的电镀框架单元的制作方法

电镀技术是诸多不同行业中(尤其是在半导体相关行业中)用于金属化表面或表面的一部分而使用的最广泛的技术之一。其原因在于电镀工艺的简单性和可扩展性，可用于各种类型的基底和各种尺寸的基底。还有其他优点，如操作成本低，使电镀或电沉积成为基底金属化的首选方法。此外，还可以同时处理多个基底。为了在电镀工艺中达到足够的薄膜质量和均匀性，保证与基底的一个或多个表面有非常好的电接触是特别重要的，其中通常已经存在一个或多个导电种子层，以在基底的表面区域分布电流密度。通过将用于电镀工艺的基底安装在电镀框架上，可以达到非常好的电接触，所述电镀框架在电镀工艺中作为支撑框架。所述电镀框架同时作为一个传送框架，使基底从装载/卸载站通过电解质电镀系统和工艺流程再运回所述装载/卸载站。所述电镀框架也可以被设计为同时处理多个基底。现有技术的电镀框架由两个框架部件组成，一个是上半框，一个是下半框，通过机械力将基底夹在其间。所述框架部件将电触点压到基底表面，所述基底表面已制有用于电镀工艺的种子层。有些框架是夹在一起的；有些则必须手动连接在一起。为了避免电触点被电镀，可以在电触点周围使用一个密封圈，此类框架被称为干式触点框架。亦存在不将电触点在电解质溶液中密封的湿式触点框架。现有技术的电镀框架是通过复杂的几何夹持系统施加机械力来确保基底的牢固固定，这通常需要大量的螺钉来手动紧固。所述手动紧固过程往往会导致施加在基底上的力不均匀，这往往会导致不可靠的电接触，产生不均匀的电镀工艺。由于需要通过手动紧固螺钉来固定基底，因此全自动装载和卸载是不可能的，或者仅可能通过复杂的机器人系统这一实施方案来实现。这些复杂的几何夹持系统的另一个主要缺点是存在角落、边缘和缝隙，这些地方在电镀过程后进行冲洗和干燥是非常具有挑战性且耗时的。用于去除所有化学残留物的彻底冲洗，以及用于避免留下任何干燥残留物的彻底干燥对于成功完成电镀工艺至关重要。在干式触点框架的情况下，基底表面的大部分都被电解质电镀溶液屏蔽。这样一来，基底上表面的大量区域被消耗于制造电触点，从而减少了用于制造元件的可用表面积。如果有更多的表面积可以用于功能性元件的制造，这对电镀工艺来说将有很大的成本优势。此外，人们发现，使用密封圈来保护电触点的干式触点框架，在自动装载及卸载大型基底时非常有问题，而且经常导致失效的电接触。这种失效的电接触大多不会被立即检测到，而只会在电镀工艺完成后被发现，这时基底已经被加工失败，不得不在承担高成本损失的情况下进行报废。在湿式触点框架的情况下，电触点或针脚通常提供非常可靠的电接触，但在电镀过程中会被大量涂层涂覆。随着时间的推移，被大量涂层涂覆的电触点会导致更大的表面接触面积，这将导致后续处理的基底的电镀变化(当接触面积增加时，将有更多的电流通过)。同时，使用湿式触点框架时，与基底上的其他区域相比，电接触区域往往会在基底表面镀上更厚的金属层(过度电镀)。当基底在元件制造过程中通过电镀工艺进行多次处理时(通常多达10次或更多)，电接触区域内明显较厚的金属层会在基底的后续处理过程中产生问题，例如在涂覆后续的表面层的过程中，如光阻层或绝缘层或钝化层。

背景技术：

技术实现思路

1、因此，可能有必要提供一种改进的用于在基底的化学和/或电解表面处理中固持基底的电镀框架单元，特别是可以实现更均匀的电镀工艺。

2、上述问题可以通过独立权利要求的内容来解决，其中进一步的实施例被纳入从属权利要求中。应当注意的是，以下描述的本公开的各个方面也适用于用于在基底的化学和/或电解表面处理中固持基底的电镀框架单元以及装配用于在基底的化学和/或电解表面处理中固持基底的电镀框架单元的方法。

3、根据本公开内容，提出了一种用于在基底的化学和/或电解表面处理中固持基底的电镀框架单元。所述电镀框架单元包括：

4、-前板，

5、-后板，以及

6、-真空单元。

7、所述前板包括环绕前凹槽部件的前框架部件。

8、所述后板包括后框架部件。可选的是，所述后框架部件环绕后凹槽部件。

9、所述前框架部件与所述后框架部件互相连接，以将基底固持在所述前框架部件与所述后框架部件之间。

10、所述真空装置被配置为将前框架部件与后框架部件之间的内部压强减小至低于环境压强，以将所述前框架部件附接至所述后框架部件。

11、所述前板与所述后板可以共同构成电镀框架。所述前板和所述后板可以各自形成一个环绕凹槽或孔的框架。

12、所述前框架部件和所述后框架部件互相连接，这可以理解为所述前框架部件和所述后框架部件只是互相接触，彼此相邻地设置并互相接触。所述前框架部件和所述后框架部件之间并没有互相紧固。

13、所述内部压强可以理解为由所述前框架部件与所述后框部件形成并包围的空腔的内部的压强。

14、所述环境压强可以理解为大气压强。

15、所述真空单元可以理解为一个泵，具体而言，可以理解为一个抽吸泵。所述内部压强和所述环境压强之间的压力差可在所述前框架部件和所述后框架部件之间产生吸力。所述吸力可以附接或固定连接所述前框架部件与所述后框架部件，以在所述前框架部件与所述后框架部件之间机械地固持并电接触所述基底。

16、新的电镀框架单元可以理解为湿式触点真空框架，其中所述前框架部件和后框架部件由所述吸力固定。所述吸力可以在基底上产生机械力，以将基底固定在所述前框架部件和所述后框架部件之间。换言之，所述前框架部件和所述后框架部件可以被理解为两个部分框架或半个框架，由减小后的压强或真空而不是传统上使用的机械紧固装置(如通过螺钉来固持并接触基底)拉在一起。

17、新的电镀框架单元具有良好的机械稳定性以及施加在基底上尤其均匀且明确的力，可以使基底的紧固得到改善。这可以导致非常可靠的电接触，尤其是在基底的至少一个正面和/或背面上，从而使得电镀非常均匀。新的电镀框架单元可以实现简单、快速和可靠的大型基底的自动装载和卸载，优选继续保留手动装载。

18、新的电镀框架单元可以消除或至少显著减少电镀对电触点的副作用，这可以使得后续处理的基底得到稳定的电镀。新的电镀框架单元可以显著缓解或减少基底表面电接触区域的过度电镀，这可以使得在同一基底的后续处理步骤中实现稳定的电镀。新的电镀框架单元可以显著减少电镀过程中的屏蔽接触区域，从而留下更多的表面区域用于功能性元件的制造。

19、新的电镀框架单元可以非常容易、高效和有效地进行冲洗和干燥，而不会增加冲洗和干燥时间和/或不会在基底表面(尤其是在材料的角落、边缘和间隙中)留下干燥残留物(如水渍)。

20、在一实施例中，所述真空单元包括设置在所述电镀框架内的内部减压源。所述内部减压源可以是一个泵，优选是一个真空泵。它可以设置在所述前框架部件和所述后框架部件之间。它也可以被附接到所述前板和/或所述后板上。

21、在一实施例中，所述真空单元包括真空连接线，所述真空连接线被配置为与设置在电镀框架外的外部减压源相连。这可以作为内部减压源的替代或补充。在后一种情况下，外部减压源可以被设计为直接减压，而内部减压源可以设计为仅调整减压，例如根据变化的条件或压力损失进行减压。所述外部减压源可以设置在基底的装载/卸载站处。所述外部减压源可以是一个泵，优选是一个真空泵。

22、在一实施例中，所述电镀框架单元还包括设置在所述前框架部件和/或所述后框架部件上的电接触部件，以与基底进行电接触。所述电接触部件可以包括压在基底上的电触点。在一实施例中，所述电接触部件自所述前框架部件延伸至所述前凹槽部件。在一实施例中，所述电接触部件自所述后框架部件延伸至所述后凹槽部件。在一实施例中，所述电接触部件是指状的。这意味着所述电接触部件具有纵向延伸部，所述纵向延伸部大于垂直于所述电接触部件的纵向延伸部的电接触部件的宽度。此外，所述纵向延伸部和/或所述宽度优选大于所述电接触部件的材料或壁厚。所述电触点可以由金属或合金(如铜合金)制成，并带有不导电的涂层(如由塑料制成的涂层，尤其是由热塑性含氟聚合物(如halar)制成)，以仅在电触点部件相对于基底直接接触的位置暴露出导电金属或合金。具有或不具有涂层的电接触部件的形状可以将开放的电接触面积减少到只与基底表面直接接触，以显著减少所述电接触部件上的过度电镀。

23、上述设计可以确保只有绝对少的基底在电解质溶液中被屏蔽或被遮挡，从而留下更多的表面区域用于功能性元件的制造。延伸或指状电接触部件的另一个优点是具有良好的冲洗和干燥性能，因为只有绝对少的基底被屏蔽或遮挡而不透冲洗液和干燥气流。当基底从冲洗槽中被拉出时，对冲洗液的弯液面只有最小的阻力，对干燥气流也只有最小的阻力，而且没有隐藏的角落，这使得留下残留物的风险极低。

24、在一实施例中，所述电接触部件被设置在前框架部件和后框架部件上。前框架部件上的电接触部件可以相对于后框架部件上的电接触部件移位。换句话说，前框架部件或半框架上的电接触部件或指状部与后框架部件或半框架上的电接触部件或指状部未对准至同一位置，而是相对于彼此移位一定距离。具体而言，所述电接触部件或指状部可以从左到右或从上到下偏移。电接触部件的这种移位排列可以使电镀更加均匀。

25、所述前框架部件的纵向延伸或指状电接触部件可以具有第一方向；所述后框架部件的指状电接触部件可以具有第二方向。所述方向可以是相同的，但优选是不同的。例如，所述第一方向和所述第二方向相交，从而使得当从俯视图观察时，所述前框架部件的指状电接触部件和所述后框架部件的指状电接触部件将相互交叉。所述方向可由与各框架部件的边缘的角度来表征。指状电接触部件与相应框架部件的相邻边缘之间的角度可以在10°至80°的范围内，优选在20°至70°的范围内，更优选在30°至70°的范围内。

26、电接触部件的移位排列可以在不增加接触区域的沉积金属层的情况下，实现对同一基底的多次后续处理。这可以通过在安装基底时首先将基底倒置，然后旋转180度的两次后续处理来实现。通过这种方式，接触区域的平均过度电镀在整个基底边缘得到平衡。例如，如果在后续处理过程中，应用一组两个、三个或更多的电镀框架，这些电镀框架仅在指状部的位置上有所不同，不存在电触点被接触两次。这可能会导致金属在基底边缘的最终平滑沉积，使得基底的很大一部分被用于功能性元件。这降低了消耗品成本，且能够节省基底以及化学品、电力和其他所需资源。

27、在一实施例中，所述电接触部件是弹簧负载的。所述电触点可由金属(如au)或合金制成，且外面罩有由塑料材料(如ptfe)制成的膜，以实现弹簧负载功能。弹簧负载的电接触部件可以理解为单针弹簧接脚，可以包括柱塞、筒状物和弹簧。当力被施加到所述接脚时，所述弹簧被压缩，所述柱塞在所述筒状物内部移动。所述筒状物的形状会保持所述柱塞，阻止弹簧在所述接脚未锁定时将所述柱塞推出。优选地，在所述柱塞和所述筒状物之间存在密封件或薄膜，以防止任何液体或电解质进入所述筒状物并与所述弹簧接触。否则，所述液体或电解质可能会结晶，从而阻碍弹簧的运动，进而阻碍电接触部件的运动。换句话说，弹簧负载可以防止任何液体或电解质泄漏到液体或电解质不应该进入的区域。始终确保极佳的电接触，并且可以在带有基底的电镀框架浸入电镀溶液之前自动测试所述电接触。弹簧负载力经过配置和设计，可以使得每个电接触部件对基底施加相同的恒定力，从而确保恒定的功率密度从电接触部件传输到基底上，以确保均匀电镀。

28、在一实施例中，所述电镀框架单元还包括密封单元，所述密封单元设置在所述前框架部件和/或所述后框架部件处，以相对于所述后框架部件密封所述前框架部件。所述密封单元可以是一个密封圈或包括一个密封圈。所述密封单元可以设置在电触点周围。它可以避免电触点受到电解质的影响而被电镀。

29、与传统的机械紧固装置(如螺钉)相比，使用减小的压强或真空将所述前板和所述后板作为两个部分框架或半个框架固定在一起的好处是，可以施加非常均匀、明确的力，因此可以降低力的大小。与现有技术中使用不锈钢等材料来构建电镀框架单元相比，这可以使用更柔软的材料来构建电镀框架单元。许多较软的材料，如铝或许多铜合金，其优点是，作为基本的材料特性，它们具有更高的导电性和导温性，因此允许更高的电流密度(高达400安培)到达基底表面，从而使沉积工艺的速度明显提高。这导致每台沉积设备的基底产量显著增加，从而显著降低了设备的持有成本，提高了盈利能力。出于安全考虑，高导热性也是一种优势，可以避免在突然出现局部非常高的电流密度的情况下出现过热现象。许多材料可以通过这种设计来构建新的电镀框架单元，例如不锈钢、ti-pt、au、pt、cusn6、ag、cube等等。

30、如上所述，与传统使用的机械紧固装置(如螺钉)相比，使用减小的压强或真空可使固持基底的力更均匀，因此可以降低力的大小。与现有技术相比，较小的力可以使由所述前板和所述后板组成的较薄的电镀框架得到使用。在一示例中，在连接所述前框架部件和所述后框架部件的位置，所述电镀框架的厚度为15mm或更小，优选13mm或更小。在一示例中，在连接所述前框架部件和所述后框架部件的位置，所述电镀框架的厚度在5至15mm的范围内，更优选的范围是5至10mm。与现有技术相比，较薄的电镀框架可以使基底明显靠近(例如高速电镀)分配体，这可以进一步提高电镀速度。

31、如上所述，与现有技术相比，使用减小的压强或真空可以使用较小的力，从而可以使用较软的电镀框架。在一实施例中，所述前框架部件和/或所述后框架部件由屈服强度为500mpa及以下的材料制成。所述前框架部件和/或所述后框架部件也可以由屈服强度为400mpa及以下的材料制成。所述屈服强度可以在50至300mpa的范围内，优选范围为50至200mpa，更优选的范围为50至100mpa。所述前框架部件和/或所述后框架部件可以由屈服强度小于传统使用的钢的屈服强度的材料制成。

32、与现有技术相比，使用减小的压强或真空可以使用较小的力，从而可以使用较软和/或较薄的电镀框架(前板和后板一起)。与现有技术的材料(例如钢)相比，更软和/或更薄的电镀框架具有更高的导电性和导温性，因此允许更高的电流密度到达基底表面，从而使沉积工艺的速度明显提高。在一实施例中，所述前框架部件和/或所述后框架部件由导电率在20℃时为2*106s/m及以上的材料制成，优选导电率在20℃时为3*106s/m及以上，更优选导电率在20℃时为4*106s/m及以上。在一实施例中，所述前框架部件和/或所述后框架部件由热导率在20℃时为65w/mk及以上的材料制成，优选热导率在20℃时为150w/mk及以上，更优选热导率在20℃时为250w/mk及以上。所述前框架部件和/或所述后框架部件可以由电导率和/或热导率大于传统使用的钢的电导率和/或热导率的材料制成。

33、在一实施例中，所述前框架部件和/或所述后框架部件涂覆有聚合物材料或类似材料涂层。所述涂层可以由塑料制成，特别是由热塑性含氟聚合物制成的聚合物。所述涂层可以由halar、全氟烷氧基烷烃或类似材料制成。所述涂层可以保护所述前框架部件和/或所述后框架部件免受化学侵蚀。

34、在一实施例中，所述电镀框架单元还包括设置在所述前板和/或所述后板的锁定单元，以相对于所述后框架部件锁定所述前框架部件。所述锁定单元可以理解为除了上述通过前框架部件和后框架部件之间减小的压强形成的第一锁定元件之外的第二锁定元件。换句话说，除了减小的压强或真空之外，锁定单元可以形成一个额外的锁定机制。它可以是在减小的压强或真空可能失效的情况下的一个备份。所述第一锁定元件和所述第二锁定元件可以一起形成一个优选的自动双锁定机构。所述锁定单元或第二锁定元件可以基于减小的压强或真空容器、(电)磁力、机械夹持力或其他技术，该技术能够在第一锁定元件无法通过前框架部件和后框架部件之间减小的压强将两个框架部件固定在一起的情况下，将基底固定到位。

35、在一实施例中，所述电镀框架单元还包括一个传送装置。所述电镀框架单元和所述传送装置的组合也可以理解为电镀框架系统。所述传送装置或伯努利装置可被配置为无接触固持基底，这意味着它可以在不接触基底的情况下固持基底。无接触固持可以理解为在不触碰基底或不与基底产生接触的情况下固持或支撑基底。“无接触”和“不触碰或不产生接触”可以理解为基本上无接触和基本上不触碰基底或不与基底产生接触。特定的或敏感的部分或功能性结构或基底的最大面积不被触及。但是，基底可以在边缘、角落或特定的指定(排除)区域或小区域内被触碰。所述传送装置可以通过被动方式(如接脚)或主动方式(如夹持器)来接触并固持基底。原因是为了保护基底的表面及基底表面上所提供的功能性结构。所述传送装置可以固持基底，具体而言，可以固定基底以防止其滑动，例如横向滑动。所述传送装置也可以拉直弯曲的基底，这意味着可以使弯曲的基底更加平滑或平展。所述传送装置可以相对于所述前板和/或所述后板移动，以相对于由所述前板和所述后板形成的电镀框架移动所述基底。所述传送装置可被配置为在电镀框架内，具体而言，在由电镀框架的前板和后板形成的腔体内移动、传送或运送所述基底。所述传送装置可以沿着垂直于电镀框架和/或基底的纵向延伸部的电镀框架和/或基底的宽度在横向(水平)方向上移动。所述传送装置可以在垂直于电镀框架和/或基底的纵向延伸部的第一(x)横向(水平)方向及第二(y)横向(水平)方向上移动。

36、在一实施例中，所述电镀框架单元还包括传送臂，所述传送臂被配置为触碰并固持所述基底，具体而言，只在基底的预设固持部位接触并固持基底，例如，在基底表面的功能性结构或其他敏感部分之外的所谓排除区域。所述电镀框架单元和所述传送臂的组合也可以理解为电镀框架系统。基底的预设固持部位可以设置在基底的边缘和/或角落。所述传送臂或机械臂可以通过例如真空端执行器、磁力抓握器、机械夹持器或类似的方式来固持基底。所述传送臂可以相对于所述前板和/或所述后板移动，以相对于电镀框架(前板和后板一起)移动基底。所述传送装置可用于移动、传送或运送基底进入和/或离开电镀框架，具体而言，进入和/或离开由电镀框架的前板和后板形成的开放腔室。所述传送臂可以沿着电镀框架和/或基底的纵向延伸部在线性(垂直)方向移动。

37、所述传送臂和非接触式传送装置的组合可以被配置为通过传送臂将基底带入所述电镀框架或电镀框架附近，所述传送臂在基底的至少一个合适的预设固持部位(排除区域)抓握并固持所述基底。然后，所述传送臂可以被配置为将基底转移或移交给传送装置，所述传送装置可以非接触地固持基底，甚至可以不接触基底表面的功能性结构或其他敏感部分的区域。所述传送臂和/或传送装置可以被配置为将基底带入由前板和后板形成的开放式电镀框架。所述传送装置可以被配置为在电镀框架内移动和调整基底。所述传送装置可以被配置为固持基底，直到电镀框架通过施加的吸力来固持基底，然后传送装置可以被配置为释放基底。所述传送装置和所述传送臂可以被移回它们的静置位置。

38、换句话说，首先可以借助传送臂固持基底的预设固持部位以固持并移动所述基底。然后，可借助传送装置在基底表面上的例如任意的、甚至是功能性的或敏感的部分无接触地抓握所述基底。一旦所述传送装置抓住了基底，所述传送臂就可以释放基底的预设固持部位。所述传送装置可以将基底调动到电镀框架中。基底的预设固持部位现在可以自由地被电镀框架抓握。所述传送装置可以在电镀框架握住基底后立即释放基底表面。因此，可以在不会损坏基底表面的功能性结构和其他敏感部分的情况下运输和调动所述基底。

39、在一实施例中，所述电镀框架单元还包括控制单元，用于控制所述传送装置和所述传送臂的运动，以及传送装置和传送臂对基底的紧固和/或释放。所述控制单元可进一步被配置为控制电镀框架对基底的紧固和/或释放。

40、根据本公开内容，还提出了一种用于在基底的化学和/或电解表面处理中固持基底的电镀系统。所述电镀系统包括如上所述的电镀框架单元和基底。所述基底被固定在电镀框架单元的前框架部件和后框架部件之间。

41、根据本公开内容，还提出了一种装配用于在基底的化学和/或电解表面处理中固持基底的电镀框架单元的方法。所述装配电镀框架单元的方法包括以下步骤，但不限于以下顺序：

42、-提供具有环绕前凹槽部件的前框架部件的前板，

43、-提供具有后框架部件的后板，

44、-在所述前框架部件和所述后框架部件之间插入基底，以将所述基底(30)固持在所述前框架部件与所述后框架部件之间，以及

45、-将前框架部件与后框架部件之间的内部压强减小至低于环境压强，以将所述前框架部件附接至所述后框架部件。

46、装配电镀框架单元的新方法可以装配具有能够更好的紧固基底的机械稳定性的电镀框架单元，具体而言，所述电镀框架单元可以在基底上施加均匀且明确的力。因此可以在基底上提供非常可靠的电接触，尤其是在基底的至少一个正面和/或背面，从而可以在装配后进行非常均匀的电镀。

47、装配电镀框架单元的新方法可以消除或至少显著减少电镀对电触点的副作用，从而使得随后处理的基底得到稳定的电镀。

48、采用所述装配电镀框架单元的新方法装配的电镀框架单元，可以在不增加冲洗和干燥时间和/或不在基底表面上(尤其是在材料的角落、边缘和间隙中)留下干燥残留物(如水渍)的情况下，非常容易、高效且有效地进行冲洗和干燥。

49、在一实施例中，用于装配电镀框架单元的方法包括，提供一个设置在电镀框架单元内的内部减压源。在一个实施例中，装配电镀框架单元的方法包括提供一个真空连接线，所述真空连接线被配置为与设置在电镀框架单元外的外部减压源相连。

50、在一实施例中，用于装配电镀框架单元的方法包括，在前框架部件和/或后框架部件设置电接触部件，以与基底进行电接触。所述电接触部件可以包括压在基底上的电触点。所述电接触部件可以从所述前框架部件延伸至所述前凹槽部件。所述电接触部件也可以从所述后框架部件延伸至所述后凹槽部件。在一实施例中，所述电接触部件是指状的。前框架部件的电接触部件可以相对于后框架部件的电接触部件移位。

51、在一实施例中，用于装配电镀框架单元的方法包括，在所述前框架部件和/或所述后框架部件处设置密封单元，以相对于所述后框架部件密封所述前框架部件。

52、在一实施例中，用于装配电镀框架单元的方法包括，在所述前板和/或所述后板上设置锁定单元，以相对于所述后框架部件锁定所述前框架部件。

53、在一实施例中，用于装配电镀框架单元的方法包括，通过与基底的至少一个预设固持部位接触的传送臂固持和/或移动所述基底以靠近电镀框架单元。在一实施例中，用于装配电镀框架单元的方法包括，通过传送装置接触例如基底表面上的任意甚至是功能性或敏感的部分，在电镀框架单元内对基底进行无接触的固持和/或移动。在一实施例中，用于装配电镀框架单元的方法包括，一旦所述传送装置握住基底，立即释放传送臂和预设固持部位。在一实施例中，用于装配电镀框架单元的方法包括，通过电镀框架，优选在基底的预设固持部位固持和/或接触基底。在一实施例中，用于装配电镀框架单元的方法包括，在电镀框架握住基底时立即释放传送装置。

54、可以理解的是，根据独立权利要求所述的装置和方法具有相似和/或相同的优选实施例，特别是如从属权利要求中所定义的。应进一步理解，本公开的优选实施例也可以是从属权利要求与相应独立权利要求的任意组合。

55、本公开的这些和其他方面将从下文描述的实施例中变得明显并得到阐明。