专利名称：用于电化学电镀的设备的制作方法
技术领域：
本实用新型一般是关于半导体基材制作工艺系统，具体说，是有关一种半导体基材制作工艺系统中用于执行电化学电镀制作工艺的设备。
背景技术：
电化学电镀(ECP)制作工艺一般为一两步骤制作工艺，包括形成晶种层，并接着电镀该晶种层。一般而言，晶种层是利用CVD、PVD、蒸镀以及类似制作工艺来进行沉积。当使用电化学制作工艺时，基材是与电镀溶液接触，同时电偏压则同步施加于该电镀溶液内基材及阳极电极之间。该电镀溶液富含欲镀至基材(亦即铜)的金属离子，电偏压会致使该金属离子驱离电镀溶液而沉积至晶种层上。
电偏压是利用数个电接点提供至基材。典型地，于ECP制作工艺期间，该相同的接点亦可用于支撑基材。一般而言，该接点是共同结合至一导体支撑环并啮合基材的晶种层，利用电镀溶液形成电流路径。此电流路径具有关联的电阻，电接点(接触晶种层的接触点部分)顶端的接触表面会因电镀溶液而腐蚀。同样的，当形成在该接点柄部及顶端之间的机械及电性界面因电镀溶液而劣变时，电流路径的电阻也会随之改变。
已有技术中为延长电接点的寿命，接触顶端可涂覆贵重金属的保护层，例如铂(Pt)、铟(In)以及类似者，或涂覆该贵重金属的合金层。一般而言，接触顶端是连接以固定物(例如螺丝物或类似者)连接至接点的柄部。尽管如此，已有技术的电接点在使用寿命及可变接点电阻上仍有许多限制，例如因为保护涂层的厚度、接点柄部及顶端间界面的退化及类似情形等。电接点的接点电阻的改变会导致镀于基材上薄膜呈现不均匀，且也可能导致ECP制作工艺的失败。
因此业界存有改善电接点的需求，以使电接点可于电化学电镀制作工艺期间提供电偏压至基材。
实用新型内容本实用新型是提供一种用于电化学电镀的设备，其至少包括一支撑环，该支撑环具有数个由该环的内圆周朝内延伸的柄部，其中该柄部的每一个包括一烧焊至该柄部的末梢端的接触顶端。
于一实施例中，接触顶端是由铂/铟合金所形成，且是利用钯/钴合金烧焊至该柄部。于另一实施例中，该柄部是由一金属，例如铌(Nb)、钽(Ta)及类似者所制成，该金属可于电镀溶液中氧化并于柄部上形成保护性的氧化层。
为进一步说明本实用新型的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本实用新型进行详细的描述。
图1是一概要图，其是依据本实用新型一实施例中一示范性的电镀设备的部分透视及断面图；图2A及2B分别是依据本实用新型的一实施例中一示范性支撑环的概要的截面图及俯视平面图；以及图3-5是依据本实用新型的该实施例中示于图2A及2B的支撑环接点的概要性截面图。
具体实施方式
本实用新型是一种用于提供电偏压至制作工艺系统中的基材以执行电化学电镀制作工艺的设备。该设备(如支撑环)至少包括一导电性环形体，其提供数个可弯曲的载电流电接点。该接点为该支撑环的一部份或导电性的结合至该支撑环。每一接点包括一柄部及一烧焊至该柄部的接触顶端。操作上，该接触顶端啮合基材的周围部。数个该可弯曲电接点可利用，例如铂/铟合金的预成形环焊烧至该支撑环，并接着按尺寸制作以形成各个接点。
于一实施例中，该接触顶端是由包括至少两种贵重金属的合金(例如铂(Pt)/铟(In)合金及其类似者)。于另一实施例中，该柄部是由金属，例如铂(Pt)、钽(Ta)及其类似者所制成，其可于一电镀溶液中氧化并于长炳部上形成保护氧化层。
图1是依据本实用新型的一实施例中，一示范性电化学电镀(ECP)设备的一概要性的部分透视及截面图，该电化学电镀设备是利用一具有数个可弯曲电接点156的支撑环150。图2A及2B是分别为该支撑环150的概要性截面图以及俯视平面图。为能有效了解本实用新型，读者应同时参阅图1、2A及2B。图1A、2A及2B中的图像是经简化以便说明，故并未按尺寸表示。
该ECP设备100一般包括一头部组件102、一基材固定组件110以及一电镀曝洗组件161。该头部组件102是利用一支撑臂106连接至一座部104。于操作中，该头部组件102可限定该固定组件110的位置及移动以将基材120置放于电镀液165中进行电镀。
该电镀曝洗组件161包括一包含在较大外盆部163内的内盆部167，以及一阳极组件170。电镀溶液(电解质)165是经由一位于该盆部底部169的入口166提供至该内盆部167。该入口166通常是连接至一供应线至一用于电解溶液165的储存器(未示出)。该外盆部163收集来自该内盆部167的电镀溶液，并经由一流体排出部168 回该储存器。
该阳极组件170是定位于该内盆部167的下方部，并将一扩散板172(例如空孔陶瓷元件或类似者)设于该阳极组件170上。利用一不溶于电镀溶液(例如铂、镀铂钢及类似者)的导体材料所制成的阳极接点174与该阳极组件170形成电性连接。
该阳极接点174延伸通过该底部169并耦接至一电源(未示出)的阳极端，同时该电源的阴极端耦接至一支撑环150(参见下文的基材固定组件110)。就其而论，该电源是于该阳极组件170及该基材120间提供电偏压。于操作时(亦即当基材120浸入电镀溶液时)，电离子电流(以电流通量线180表示)会回应该偏压由阳极组件170流至该基材120的电镀表面122。该电离子电流会将电镀材料沉积至基材上，以金属化基材120上的连接线结构。
该基材固定组件110至少包括一架设板146、一推板144、一密封板142、一壳体116以及一支撑环150。该基材固定组件110亦可包含一选择性膨胀囊组件或O型环(未示出)，以施加均匀分散向下的力至基材120的非电镀表面124。该架设板146及推板144是将该基材固定组件110耦接至该头部组件102。
该支撑环150包括数个可支撑基材120的可弯曲电接点156。该接点156是以环形图案绕设于该支撑环150的内圆周，并由该圆周向内延伸。每一接触点156包括一柄部301及一接触顶端316。一般而言，该接触顶端316是啮合该基材120的周围。于一实施例中，该柄部301是由较该柄部为厚的该支撑环150中点320延伸出。于其他实施例中，该柄部301则可与该支撑环150的上表面或底部表面共平面。
该支撑环150还选择性设有保护涂层130以保护该接点156不与电镀溶液165接触。该保护涂层130可包括至少一层可化学性抵抗电镀溶液的材料，例如聚四氟乙烯基(polytetrafluoroethylene-based)材料，诸如AFLON、TEFZEL、KALREZ、VITON及类似者。此等材料是由美国宾州AGFluoropolymers公司及其他供应商所上市。或者，该壳体116亦可设有上述保护涂层(未示出)。
一般而言，该壳体116是由涂覆绝缘体的导电性材料(例如不锈钢)所形成。该壳体116本身可将该支撑环150耦接至电源以利于电镀制作工艺的进行。因此，电源(例如可控制DC电流形式)可藉连接该电源的方式提供至该接点156，以达该壳体116或直达该支撑环150。该接触点156可将来自该支撑环150的电流引至沉积于该基材120上的晶种层。一般而言，该电流是配合地提供至该接点156。或者，电流可供应至该接点群，或供应至彼此绝缘的各个接点。
该支撑环150还可包括数个贝壳(scallop)状盘碟(未示出)，其是沿该支撑环底部表面324设置以增加通过该基材120的电镀表面122的电流通量均匀度。此等贝壳状盘碟是描述于2002年10月22日所申请的美国专利申请第10/278,527号中，其是共同转让于本申请且将其一并引用于此以做参考。
图3-5是描述该支撑环150接点的示范性实施例的概要截面图。为较佳理解该实施例，读者应同时参看图3-5。图3-5中所示的该图像是经简化以便说明，故并未按尺寸表示。然而熟悉本技术的人士应了解其并非用以限定本实用新型的该示范性实施例。
图3是表示一可弯曲接点350，其中该接触顶端316是烧焊至位于该柄部301末梢端的一凹陷处314。因此，图4是表示一可弯曲接点450，其中该接触顶端316是烧焊至该柄部301的侧壁328，而图5表示一可弯曲接点550，其中该接触顶端316是设有一烧焊至该柄部301的侧壁328的肩部330。
于一实施例中，该支撑环150及柄部301是由一单一材料所形成，例如不锈钢(如″302″号钢)及类似者。于一替代实施例中，该不锈钢柄部301可利用如焊接、烧焊及类似者等方式结合至该支撑环150。此外，于操作中可施加保护性涂层130以保护该接点及支撑环不与电镀溶液接触。于另一替代实施例中，该柄部301可由例如铌(Nb)、钽(Ta)及类似者等金属所形成，该金属能于电镀溶液165中氧化并形成保护性氧化层(未示出)。当支撑环150包括该氧化的柄部时，可选择性施加保护性涂层130。
该柄部301的长度及截面所形成的系数可作选择以使接点156能支撑并电性接触该基材120，然而，应以不伤及基材表面为宜。于一实施例中，该柄部301的长度306、厚度308以及宽度309各约为2至10mm、0.2至1mm以及0.5至10mm。于此实施例中，该接触顶端316的长度310(于接触表面313所测得)、厚度312(由该柄部301的表面量至接触表面313所测得)及宽度315分别约为0.05至1mm、0.1至1mm以及0.5至10mm。于一实施例中，该柄部301的宽度309是与该接触顶端316的宽度315相同，然而，于其他实施例中，宽度309及315则不相同。
接点156的数目可作改变，例如可依据基材120的尺寸及宽度而作变化。于一特定实施例中，为支撑300mm的硅晶片，该支撑环150及柄部301是由一单一的″302″号不锈钢制成，且该支撑环包括500个接触点350。每一柄部长4mm、厚0.8mm、宽0.5mm，并包括一长为0.2mm、厚0.4mm、宽0.5mm的接触顶端。
该接触顶端316可由合金形成，至少包括两种贵重金属(例如铂(Pt)/铟(In))，其中约含85％的铂及15％的铟，并接着与该柄部301结合。于一实施例中，该接触顶端316是利用例如把(Pd)/钴(Co)的合金(其中约含65％的钯，35％的钴)烧焊至该柄部301。
于操作中，电镀溶液可能会导致接点的腐蚀，以及接触顶端及顶端与柄部间界面的腐蚀并降低电性。然而，于接点156中，全部接触顶端316是由抗化学物合金所形成，并接着利用该抗化学合金烧焊至柄部301。烧焊有助于顶端与柄部间呈现高品质的机械及电性界面。此外，于图5所示的实施例中，烧焊界面的位置是由接触顶端316的接触表面313移离，就本身而论是移离电镀溶液。于每一实施例中，柄部是如前所述覆有保护性涂层。于一替代实施例中，该柄部301是由例如钽或铌的金属所形成，当暴露至电镀溶液时，会于柄部上形成保护性的氧化层以取代使用个别的保护性涂层130。因此于另一实施例中，前述该接点156相较于其他用于ECP设备中的接点而言，可具有较长的使用寿命、可靠度以及性能表现(例如稳定性以及低电阻值)。
该些熟悉本技术的人士将可了解的是，示于图4及5中的该接点可利用相似于图3的接点所述的技术予以制造。同样的，为制造具有钽或铌柄部432的接点428，该支撑环450的内部404可分别由钽或铌形成。
虽然本实用新型已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，在没有脱离本实用新型精神的情况下还可作出各种等效的变化和修改，因此，只要在本实用新型的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本实用新型权利要求书的范围内。
权利要求1.一种用于电化学电镀的设备，其特征在于至少包括一支撑环；数个接触顶端，其是以放射状朝内设于该支撑环内部；以及数个柄部，该柄部的每一个具有一耦接至该支撑环的第一端，以及一烧焊至该接触顶端的各个的第二端。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于该支撑环及该柄部是由一单一的相同材料所形成。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于该柄部是结合至该支撑环。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于该柄部是由不锈钢所形成。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于该柄部是由一金属所形成，当该金属暴露至一电镀溶液时形成一保护性氧化层。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于该金属是为钽或铌。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于该接触顶端是烧焊至该柄部的一底部。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于该接触顶端是烧焊至该柄部的一侧壁。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于该接触顶端还至少包括一第一部份，其具有一烧焊至该柄部的一侧壁的第一端，并向内延伸至一第二端；以及一第二部分，其是由该第一部份的该第二端向上延伸至一接触表面，以支撑其上的一基材。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于该支撑环至少包括一涂层，保护该支撑环不与一电镀溶液接触。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于该涂层包括至少一聚四氟乙烯基材料层。
12.如权利要求1所述的设备，其特征在于该接触顶端是由一铂/铟合金所形成，该合金约含85％的铂以及15％的铟。
13.如权利要求1所述的设备，其特征在于该接触顶端是利用一钯/钴合金作烧焊，该合金约含65％的钯以及35％的钴。
14.如权利要求1所述的设备，其特征在于该接触顶端长度为0.5至10mm、宽度为0.05至1mm，且厚度至少为0.5mm。
15.如权利要求1所述的设备，其特征在于该接点的柄部长度为2至10mm、宽度为0.5至10mm，且厚度为0.2至1mm。
16.如权利要求1所述的设备，其特征在于该接触顶端是由至少两种贵重金属所制成。
17.一种用于电化学电镀的设备，其特征在于至少包含一支撑环；数个导电柄部，其是耦接至该支撑环并具有一末梢端以放射状朝内延伸于该支撑环的一内圆周的内部；以及数个电接点元件，每一接点元件具有一烧焊至数个柄部的每一个末梢端的第一部份，以及一以放射状向该第一端的内部及上方延伸至一接触顶端的第二部分，以支撑其上的一基材。
专利摘要本实用新型提供一种用于电化学电镀的设备，其包括一支撑环以及数个由该支撑环的一内圆周朝内延伸的柄部，其中该柄部的每一个至少包括一烧焊至该柄部的末梢端的接触顶端。
文档编号H01L21/02GK2725320SQ200420001600
公开日2005年9月14日 申请日期2004年1月29日 优先权日2003年1月22日
发明者哈拉尔德 赫辰 申请人:美商·应用材料股份有限公司