具有電解質攪動的電鍍裝置制造方法及圖紙

電鍍裝置攪動電解質以在晶片的表面處提供高速流體流。所述裝置包括攪拌槳，所述攪拌槳在整個晶片上提供均勻的高質量傳遞，甚至在攪拌槳與晶片之間具有相對較大間隙的情況下也如此。因此，處理器可具有安置在攪拌槳與晶片之間的電場屏蔽件以便晶片的邊緣處的有效屏蔽。攪拌槳對跨晶片的電場的影響隨著攪拌槳與晶片間隔相對較遠而減小。

Electroplating device with electrolyte agitation

Electroplating apparatus agitation electrolyte to provide high speed fluid flow at the surface of the wafer. The device comprises a stirring paddle, which provides uniform high quality transmission on the whole wafer, and even in the case of a relatively large gap between the stirring paddle and the wafer. Therefore, the processor may have an electric field shield disposed between the paddle and the wafer for efficient shielding at the edge of the wafer. The effect of stirring paddle on the electric field across the wafer decreases with the distance between the impeller and the chip.

【技術實現步驟摘要】

本專利
是用于在電鍍裝置中攪動液體電解質的裝置和方法。
技術介紹
在許多電鍍工藝中，擴散層在液體電解質中的晶片的表面處形成。擴散層減小了電解質組分和反應物至晶片表面的質量傳遞率，這降低了電鍍工藝的品質和效率。用于增加質量傳遞率的一種技術是增加液體電解質與工件的表面之間的相對速度。在過去，一些處理裝置已使用攪拌槳，所述攪拌槳在電解質中水平或垂直擺動。攪拌槳具有間隔分離的肋或槳葉。當攪拌槳運動時，在相鄰肋之間的空間內形成液體渦流。液體渦流在工件的下(面朝下)表面處或抵靠下表面產生高速攪拌流，從而增加質量傳遞率。這類攪拌槳電鍍裝置還常常提供具有電場屏蔽件以屏蔽晶片的邊緣避免電解質中的全電場，以實現晶片邊緣處的更均勻電鍍。屏蔽件一般是由介電材料制成的圓環。當非常靠近晶片安置(例如，5mm內)時，攪拌槳和屏蔽件都最有效。如果在攪拌槳下方安置屏蔽件，則屏蔽件不太有效。如果在攪拌槳上方安置屏蔽件，則攪拌槳不太有效，因為攪拌槳與晶片之間的間隙較大。因此，在設計電鍍裝置時仍存在工程設計挑戰。
技術實現思路
實驗和計算結果公開了攪拌槳與晶片之間的間隙尺寸與渦流大小之間的關系，以便實現改善的質量傳遞。具體而言，專利技術人已發現，在具有更大間隙的處理器設計中，利用產生更大渦流的攪拌槳提供了改良的結果。因此，在具有屏蔽件處于攪拌槳上方的垂直位置處的設計中(造成間隙更大)，具有肋間隔分離更遠的攪拌槳通過產生更大的渦流而提供了更好的質量傳遞。還可以跨越晶片更加一致地產生渦流，從而提供更加均勻的質量傳遞。在一個方面中，電鍍裝置攪動電解質以在晶片的表面處提供高速流體流，產生高的、均勻的質量傳遞，從而以高電鍍率提供更加均勻的電鍍。所述裝置包括攪拌槳，所述攪拌槳可在整個晶片上提供均勻的高的質量傳遞，甚至在攪拌槳與晶片之間具有相對較大間隙的情況下也如此。因此，處理器可具有在攪拌槳與晶片之間安置的電場屏蔽件，在這一位置處屏蔽件更加有效。在這種設計中，攪拌槳處于屏蔽件下方，攪拌槳也不太可能不利地影響跨晶片的電場。在晶片不旋轉的處理中，這一優勢特別明顯，其中這類干擾無法在晶片旋轉下被平均掉。附圖說明在附圖中，相同參考數字在每一視圖中指示相同的元件。圖1是電鍍裝置的頂部透視圖。圖2是出于說明目的移除頭部的圖1裝置的頂部透視圖。圖3是圖1裝置的剖視圖。圖4是圖1至圖3裝置中所示的攪拌槳的頂部透視圖。圖5是圖1至圖3所示的攪拌槳的示意性剖視圖。圖6是現有技術攪拌槳的示意性剖視圖。具體實施方式如圖1至圖3所示，用于電鍍晶片30的處理器10包括頭部14和容器24，頭部14被支撐在頭部升降機16上。可包括薄膜40以將容器24分隔成位于薄膜40下方的含有一個或多個陽極28和第一液體電解質的下腔室44以及含有第二液體電解質的上腔室42。或者，在具有單一腔室容納單一電解質的容器24的情況下可省略薄膜40。參照圖3，可在容器24中提供由介電材料制成的場成形元件(fieldshapingelement)46，主要用以支撐薄膜40和分配陰極電解質流。容器24中的電場可經由陽極屏蔽件45、腔室屏蔽件47和堰屏蔽件(weirshield)34成形。屏蔽件可以是環形介電元件。屏蔽件為容器提供電場屏蔽。頭部14上的接觸環26固持晶片30，并且具有多個接觸指以便與晶片30上的導電層(例如，金屬籽晶層)產生電接觸。接觸環26可視任選地具有密封件38來密封接觸指避免電解質。頭部14可包括轉子36以用于在處理期間旋轉晶片30，其中接觸環26在轉子上。通常，接觸環具有密封件和背板，其中接觸環和背板形成晶片固持器。頭部14是可移動的，以將晶片固持器定位到容器中的處理位置中，在此位置處籽晶層與容器中的電解質接觸。現還參照圖4，攪拌槳18位于容器24內鄰近于晶片30的固定垂直位置處。攪拌槳18可以是由介電材料制成的大致圓形的板，具有由槽縫62間隔分離的多個平行肋或槳葉60。攪拌槳致動器32使攪拌槳18在容器24內于平面內平行于晶片做水平運動以攪動電解質50。可在附接至容器24的基座板20上支撐攪拌槳18和攪拌槳致動器32。如圖5所示，在攪拌槳18與接觸環26的密封件38之間的容器24中提供堰屏蔽件34。在攪拌槳上方安置堰屏蔽件34需要攪拌槳18的肋60的頂表面與晶片30之間的間隙GG大于在攪拌槳18下方安置堰屏蔽件34的情況下的間隙。一般而言，當間隙GG增加時，晶片上的攪動因攪拌槳而減小，從而降低了質量傳遞率和均勻性以及電鍍工藝的品質。在密封件38具有2-3mm(2.7mm標稱)的高度，并允許密封件38與堰屏蔽件34之間具有1mm間隙SG，堰屏蔽件34具有1mm的厚度，以及肋頂部與堰屏蔽件34之間具有1mm間隙BG的情況下，最小間隙GG為約5-6mm(5.7mm標稱)。為了在晶片30的大部分上實現較小間隙GG，使用如圖6所示的凸起肋攪拌槳15，其中凸起肋攪拌槳15具有比攪拌槳的內部部分高的肋60a，其中肋不存在撞擊堰屏蔽件34的風險。在攪拌槳15的前側和背側(在攪拌槳運動的方向MM上)使用較短肋60b。攪拌槳的第一側上的較短肋60B可在堰屏蔽件34下以攪拌槳移動的極限在第一方向上運動，到達堰屏蔽件覆蓋一個或多個肋的位置，并且肋與堰屏蔽件34不沖突。當攪拌槳以攪拌槳移動的極限在相反或第二方向上運動時，攪拌槳的第一側上的較短肋60B從堰屏蔽件下移出，使得堰屏蔽件隨后不覆蓋較短肋60B。在利用凸起肋攪拌槳15的情況下，晶片的大部分上的間隙GG可減小為約3-4mm或更小(3.7mm標稱)，而不是5.7mm。然而，利用凸起肋攪拌槳15的測試結果展示出晶片邊緣處的較薄電鍍膜，并且由于較短肋60B，這一結果相對于較高肋60c提供了減小的質量傳遞。再次參照圖5，利用攪拌槳18，電鍍基本上均勻，包括在晶片邊緣處的電鍍。攪拌槳18上的所有肋60可具有相同高度HH。雖然最小間隙GG是5-6mm，但攪拌槳18與凸起肋攪拌槳15相比更好地實現了電鍍均勻性。攪拌槳18產生較大渦流，從而維持高水平質量傳遞。與現有設計相比，肋60間隔遠得多。例如，在圖5中，肋60可以以18-22mm(20.6mm標稱)的間距尺寸PP(相鄰肋的中心之間)等間隔分離，其中肋高度HH等于8-13mm(10.5mm標稱)。當攪拌槳在容器中運動或擺動時，肋60之間的大空間68產生大直徑渦流，從而減少晶片表面處的擴散層并改善質量傳遞。所有肋60可具有相同橫截面形狀、尺寸和間隔，其中肋的長度隨肋位置而變化，如圖4所示。返回參照圖5，每一肋60具有經由半徑垂直接合到基座66的豎直區段64。在筆直肋垂直接合到平坦基座的情況下可忽略半徑。相鄰基座66之間的槽縫或開口62具有4-6mm(5mm標稱)的寬度SS。每一基座66具有14-17mm(15.6mm標稱)的寬度BW，以及1-2mm的基座高度或底板厚度BB。豎直區段64還可具有1-2mm的寬度或厚度，以及多個等間隔分離的豎直肋。專利技術人已發現，間隙GG與間距間隔PP(或替代地相鄰肋之間形成的空間68的寬度)之間存在數學關系。1.PP＝2.72XGG+3.45mm。2.深寬比＝(HH-BB)/PP＝0.3至0.5(0.44標稱)。因此，在處理器設計中，可先基于屏蔽要求和其它因素決定間隙GG。然后，可將本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電鍍處理器，所述電鍍處理器包含：容器；頭部，所述頭部具有晶片固持器，其中所述頭部為可移動的以在所述容器中安置所述晶片固持器；所述頭部上的接觸環，所述接觸環安置有多個電觸點以便與由所述晶片固持器固持的晶片產生電接觸；所述容器中的至少一個陽極；所述容器中的攪拌槳，其中所述攪拌槳具有多個等間隔分離的豎直肋，其中基本上所有所述肋具有高度HH，并且其中所述肋具有大于16mm的間距間隔PP，并且其中HH:PP的比等于0.35至0.5；和附接至所述攪拌槳的攪拌槳致動器，所述攪拌槳致動器用于使所述攪拌槳在所述容器內水平運動。

【技術特征摘要】
2015.07.22 US 14/806,2551.一種電鍍處理器，所述電鍍處理器包含：容器；頭部，所述頭部具有晶片固持器，其中所述頭部為可移動的以在所述容器中安置所述晶片固持器；所述頭部上的接觸環，所述接觸環安置有多個電觸點以便與由所述晶片固持器固持的晶片產生電接觸；所述容器中的至少一個陽極；所述容器中的攪拌槳，其中所述攪拌槳具有多個等間隔分離的豎直肋，其中基本上所有所述肋具有高度HH，并且其中所述肋具有大于16mm的間距間隔PP，并且其中HH:PP的比等于0.35至0.5；和附接至所述攪拌槳的攪拌槳致動器，所述攪拌槳致動器用于使所述攪拌槳在所述容器內水平運動。2.如權利要求1所述的電鍍處理器，其中所述晶片固持器在處理位置處固持晶片，其中所述晶片的下表面與所述肋的頂表面之間具有4-6mm的間隙。3.如權利要求1所述的電鍍處理器，其中每一肋接合到基座，并且其中相鄰肋的基座之間具有4-6mm的開口。4.如權利要求3所述的電鍍處理器，其中每一基座具有寬度BW并且其中BW等于HH的70％至95％。5.如權利要求1所述的電鍍處理器，其中PP等于18至22mm。6.如權利要求1所述的電鍍處理器，進一步包括所述接觸環上的密封件，并且其中所述密封件和所述堰屏蔽件處于所述肋上方的垂直水平處，其中所述攪拌槳致動器使所述攪拌槳從第一位置運動到第二位置，所述第一位置的特征在于所述堰屏蔽件覆蓋所述第一肋，所述第二位置的特征在于所述堰屏蔽件不覆蓋所述第一肋。7.如權利要求1所述的電鍍處理器，其中所述攪拌槳是圓形的且包含介電材料，并且基本上所有所述肋是等間隔分離的。8.一種電鍍處理器，所述電鍍處理器包含：容器，所述容器用...

【專利技術屬性】
技術研發人員：格雷戈里·J·威爾遜，保羅·R·麥克休，
申請(專利權)人：應用材料公司，
類型：發明
國別省市：美國;US