本發(fā)明涉及電化學處理器中的密封環(huán)。

背景技術：
半導體集成電路和其它微尺度裝置的生產通常需要在晶片或其它基板上形成多個金屬層。通過與諸如平坦化、蝕刻和光刻的其它步驟結合電鍍金屬層，產生形成微尺度裝置的圖案化金屬層。電鍍是在液體電解質浴中對基板或基板的一側進行，并且電鍍是對接觸基板表面上的導電層的電接觸進行。使電流通過電解質和導電層。電解質中的金屬離子沉積或者析出至基板上，從而在基板上產生金屬層。金屬離子也傾向于析出至電接觸上。這種稱為“集中電鍍(plate-up)”的影響改變電接觸周圍的電場，從而產生不均勻的電鍍。因此，電鍍至電接觸上的金屬必須被移除，增加了制造工藝的時間要求和復雜性。已經發(fā)展所謂的干燥或封閉接觸環(huán)以避免接觸的集中電鍍。在這些設計中，密封環(huán)將電解質遠離電接觸密封。電接觸在基板的周邊接觸基板上的導電層。密封環(huán)沿電接觸徑向向內地接觸基板表面，以便接觸保持與電解質隔離。盡管在干燥接觸環(huán)中使用密封件解決集中電鍍問題，但是干燥接觸環(huán)具有所述干燥接觸環(huán)自身的缺點。最初，干燥接觸環(huán)的密封件必要地接觸或覆蓋基板表面上的環(huán)形區(qū)域，所述區(qū)域不可用來形成裝置。因此，如果使用密封件，那么必須犧牲一小部分可用的基板表面。密封件也絕不可過度干擾圍繞晶片邊緣的電場，否則將降低電鍍品質。在一些處理器中，密封件也可以在連續(xù)的晶片電鍍周期期間集中電鍍(即，金屬變得電鍍至密封件上)。避免密封件集中電鍍在提供均勻的高品質金屬電鍍晶片中也是重要的。密封件也必須在大量電鍍周期期間可靠地且一致地執(zhí)行，沒有泄漏并且在電鍍周期之后最少地粘附至晶片。

技術實現(xiàn)要素：
設計密封環(huán)以使密封環(huán)在抵靠晶片表面密封時不會滑移。所述密封環(huán)可在處理器的轉子上，其中所述密封環(huán)具有外壁，所述外壁接合至尖端圓弧。所述外壁可為直壁。相對剛性的支撐環(huán)可附接至所述密封環(huán)，以提供更精確的密封尺寸。密封件可選擇性地模制在例如金屬支撐環(huán)上。也可使用在晶片表面上橫向地滑移或偏轉的刀口密封環(huán)。在所述設計中，滑移是大體上均勻且一致的，從而產生改進的性能。本密封環(huán)也具有與晶片接觸的最小區(qū)域，如此提高了產量。附圖說明在圖中，相同元件符號指示每一圖中的相同元件。圖1是電化學處理器的剖視圖。圖2是支撐在提升/旋轉機構上的圖1中所示的頭部的剖視圖。圖3至圖5是現(xiàn)有技術密封組件的視圖。圖6是第一密封組件的放大剖視圖。圖7是圖6中所示的密封組件的進一步放大詳細視圖。圖8和圖9是第二密封組件的放大剖視圖。圖10是示出圖8和圖9中所示的密封組件的變形的剖視圖。圖11是示出與基板接觸的第三密封組件的剖視圖。具體實施方式如圖1中所示，電化學處理器20在頭部22中具有轉子24。轉子24包括背板26和接觸環(huán)30，接觸環(huán)30具有密封件80。接觸環(huán)致動器34垂直地（沿圖1中的方向T）移動接觸環(huán)30，以將接觸環(huán)30和密封件80嚙合至晶片或基板50的面向下的表面上。波紋管32可用來密封頭部的內部部件。接觸環(huán)通常具有金屬指狀物，所述金屬指狀物接觸晶片50上的導電層。頭部22被定位以將基板50放置到容納在底座36的容器38中的液體電解質浴中。一或多個電極與液體電解質接觸。圖1示出具有由單個外電極42圍繞的中心電極40的設計，然而也可使用多個同心外電極?？蓪⒂山殡姴牧现瞥傻碾妶稣螁卧?4定位在電極與晶片之間的容器中?？蛇x擇性地包括隔膜60，其中陽極電解液在隔膜之下的下腔室中，并且陰極電解液在隔膜60之上的上腔室中。電流自電極穿過電解質傳遞至晶片上的導電表面，如所屬領域中眾所周知。頭部中的電動機28可用來在電鍍期間旋轉晶片。如圖2中所示，頭部22可支撐在提升/旋轉機構62的臂74上，提升/旋轉機構62具有升降機72和旋轉器76。提升/旋轉機構62可用來將頭部22旋轉或翻轉至頭部朝上位置中，以將晶片裝載至頭部22中并且卸載晶片。然后，旋轉器將頭部旋轉至頭部朝下位置中，并且升降機將頭部22下降至底座上的處理位置中。替代地，頭部22可支撐在不具有任何旋轉器的升降機上。在這種設計中，在頭部22保持在圖2中所示的頭部朝下位置中的情況下裝載并卸載晶片。在電化學處理器中已使用各種密封件設計。圖3至圖5示出一個實例。覆蓋較寬表面區(qū)域的密封件可較好地跨越晶片上的通孔或類似特征。然而，所述密封件在電鍍周期之后易于粘附至晶片表面上，并且所述密封件也不具有如較窄設計一樣高的順應性。較寬密封件可因此也無法密封在具有高度變化的特征上。如果典型的o形環(huán)夾緊在兩個密封表面之間，那么所述o形環(huán)可自然地不具有滑移。然而，電鍍處理器中的夾緊的o形環(huán)密封件設計將需要非常高的結構，所述結構將在晶片的邊緣干擾電場和質量轉移，并且所述結構易于捕獲氣泡。因此，在電鍍處理器中，密封件通常是橫梁狀或懸臂式結構的尖端/邊沿處的合成橡膠，諸如圖4中所示。當裝載并且偏轉所述結構時，存在易于使密封件徑向向內滑動的徑向尖端移動。密封件是否滑動和滑動多少是密封件與晶片表面之間的摩擦力的函數(shù)。與晶片上的光掩模層相比，晶片表面上的銅覆蓋的覆蓋層可對密封件具有非常不同的摩擦力。密封件行為的分析和數(shù)學建模顯示出，密封件尖端在如圖10中所示嚙合晶片時可徑向向內或向外地滑移或偏轉。密封件可替代地粘附在一些表面上并且不滑動。如果密封件在晶片的一些部分上滑動并且在其他部分上不滑動，那么可在滑移區(qū)域與粘附區(qū)域之間發(fā)生泄漏。并且，暴露的電鍍區(qū)域和電鍍均勻性可不利地受滑動影響。然而，已知的密封件或變化的設計在與不同電解質和晶片表面一起使用時可能或可能不滑動。例如，密封件可能在銅種晶晶片上不滑移，但是在光刻膠涂布的晶片上滑移，從而對于各種工藝給出不一致的結果。因為用于300mm（12英寸）晶片的標稱晶片嚙合力為約14kgf至23kgf（30lbs至50lbs），所以如果密封件在一些晶片上滑移且在其他晶片上不滑移，那么可存在密封件順應性和邊緣排除的顯著變化?；蛟S，如果密封件在相同晶片上滑移至不同程度(即如果密封件僅在晶片的一側上滑移)，那么甚至可產生更不一致的結果。可通過設計在各種晶片表面上一致且均勻滑動的密封件來實現(xiàn)改進的密封性能?？赏ㄟ^設計完全成功抗滑的密封件來實現(xiàn)改進的密封性能，其中密封件尖端在嚙合至晶片上期間無滑動的情況下壓縮或變形。圖6和圖7示出抵抗滑動的密封組件100。在這種無滑動設計中，密封材料（如氟橡膠）的模制密封環(huán)102附接至由例如金屬制成的支撐環(huán)104上。支撐環(huán)104可為0.25mm至0.75mm（0.01英寸至0.03英寸）厚的不銹鋼?？蓪⒅苇h(huán)104的內邊緣插入或定位在密封環(huán)102中的凹槽106中。在圖6至圖7中，為了說明的目的，將密封組件100面向下倒置地示出。當安裝在電化學處理器20中時，密封組件面向上，在與圖3至圖5中所示的密封組件80相同的定向上。因此，雖然圖6中的表面103被稱為頂表面，但是在使用中，表面103在密封組件100的底部。作為圖6中所示設計的替代，密封件可全模制(over-molded)在支撐環(huán)上，而非使用嵌件或其它機械元件附件。仍參考圖6和圖7，在密封環(huán)102的內徑108處的圓弧段110自密封環(huán)102的平坦頂表面103過渡至直分段112。直分段112過渡或接合至尖端圓弧116中，所述直分段可為大體上垂直的。末端半徑118在尖端圓弧116與外壁120之間延伸，所述外壁可為直的，并且所述外壁還可平行于直分段112。末端半徑118可在0.025mm至0.125mm（0.001英寸至0.005英寸）的范圍之間或在0.025mm至0.075mm（0.001英寸至0.003英寸）的范圍之間。尖端圓弧116的半徑可在0.25mm至0.75mm（0.010英寸至0.30英寸）的范圍之間或在0.40mm至0.60mm（0.015英寸至0.025英寸）的范圍之間。圖6中的尺寸HH（密封環(huán)102的高度）可在1.25mm至5mm（0.05英寸至0.20英寸）的范圍之間或在2mm至4mm（0.08英寸至0.15英寸）的范圍之間。尺寸II可在0.7mm至1.7mm（0.03英寸至0.07英寸）的范圍之間或在1mm至1.5mm（0.04英寸至0.06英寸）的范圍之間。為直分段112的內徑的尺寸WD可通常為294.6mm至296mm（11.600英寸至11.640英寸），以用于300mm（12英寸）的晶片。WD當然將隨要處理的晶片的直徑而變化。對于450mm（18英寸）直徑的晶片，WD可為447mm至448mm（17.60英寸至17.64英寸）。內徑122的半徑可為0.15mm至0.25mm（0.006英寸至0.010英寸），所述內徑122將外壁120接合至密封環(huán)102的底表面124。圖6和圖7中所示的密封環(huán)102為無滑移設計，因為將所述密封環(huán)102按壓至與晶片接觸時幾乎沒有滑移。密封環(huán)102的末端118接觸晶片上的窄環(huán)形表面，所述窄環(huán)形表面通常為0.12mm至0.37mm或0.62mm（0.005英寸至0.015英寸或0.025英寸）寬。末端118并不向內或向外滑移或偏轉。接觸環(huán)30是由致動器34拉升以將密封環(huán)102和位于接觸環(huán)上的電接觸移動至與晶片接觸?？蛇x擇密封件的不同分段的尺寸以實現(xiàn)低滑移或零滑移設計。在使用中，密封件結構的一個分段或區(qū)域（即環(huán)104和超過圓弧段110周圍的結構的合成橡膠）稍微向上偏轉并且使尖端徑向向內移動，同時另一分段（即尖端圓弧116和壁120）徑向向外偏轉。可設計密封件，以便密封件結構的一個部分上的徑向向內運動是由所述結構的另一部分的徑向向外運動來匹配。隨后的結果是在末端118處的凈滑動運動最小，例如，小于0.5mm、0.25mm、0.2mm、0.1mm、0.05mm，或甚至為零。對于11.62ID的密封環(huán)，施加至密封環(huán)102的接觸力可自約40磅變化至約120磅。接觸力使末端118和尖端圓弧116幾乎沒有滑動地變形。這種無滑移設計（使用相對剛性的金屬支撐環(huán)104耦接）給予更精確的密封尺寸，此舉當使圖案移動得更接近于晶片的邊緣時提高了產量。當密封件嚙合晶片時，無滑移密封環(huán)102在給定力下具有順應性和少量偏轉，并且密封件末端118并不傾向于沿橫向方向移動。如此避免末端118根據(jù)自身滾動和影響密封性能的可能性。圖8和圖9示出替代性密封組件，所述替代性密封組件具有含刀口設計的密封環(huán)130。如圖9中所示，密封環(huán)130具有圓弧段110和直分段134，直分段134形成具有外角表面138的刀口136。外徑140自密封環(huán)130的水平表面延伸至外角表面138?？稍诃h(huán)板104中提供環(huán)孔105。密封環(huán)130可在其它方面類似于密封環(huán)100。在使用中，密封環(huán)130的刀口在內徑處嚙合晶片。對于指定施加的接觸力，密封環(huán)130將偏轉更多。然而，滑移的偏轉是均勻的。參考圖8，CC可為0.25mm至1.5mm或0.5mm至1mm（0.01英寸至0.06英寸或0.02英寸至0.04英寸）。角度DD可為10度至30度或15度至25度。角度FF可為25度至55度、30度至40度或35度至45度。半徑EE可為0.5mm至0.75mm（0.02英寸至0.03英寸）。圖11示出以面向上位置圖示的反向刀口密封件150。反向刀口密封件150可具有含內壁154和外壁156的末端或梯形分段152，和與內壁156形成鈍角KK的頂表面158。角KK可在90度至130度的范圍之間或在100度至120度的范圍之間。壁154和壁156以及頂表面158可為直的。內壁154與頂表面158形成刀口160。在頂表面158與晶片表面之間形成保護區(qū)域162。末端分段152經由內徑164和外徑166過渡至密封環(huán)150的水平頂表面和底表面。如圖11中所示，在密封環(huán)150嚙合至晶片50上的情況下，表面158與晶片表面形成銳角JJ，其中銳角JJ在10度至45度之間。密封環(huán)150具有類似刀口密封環(huán)130的相對高的局部順應性。密封環(huán)150也可在密封件-晶片界面處直接幫助保護電鍍速率。這樣可幫助減少由于密封材料對于一些化學過程的集中電鍍導致的密封失效。密封環(huán)130和密封環(huán)150兩者使用比傳統(tǒng)設計少的表面區(qū)域來密封。密封環(huán)130恰好在密封件的內徑處密封。密封環(huán)150將內側密封唇拉至密封件（更接近于晶片的邊緣）。產生密封唇的點的下表面現(xiàn)處于密封件的前部。這樣產生保護密封唇免于高電流密度的懸垂部分。懸垂部分162可減少晶片接觸密封件的局部電鍍速率，并且懸垂部分162可減少密封件集中電鍍的傾向。