圓盤電鍍裝置的製作方法
2023-05-23 13:00:36 9
專利名稱：圓盤電鍍裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於所謂的晶片(vafer)的電鍍裝置。晶片是具有平面幾何形狀的圓形體，其通常使用在半導體技術領域中用作製造晶片的基座。這樣的晶片優選地由化學周期表中第四組的半導體材料例如矽或鍺構成。
背景技術：
因為化學周期表中第四周期組位於在化學周期表中第一組的金屬組和第八組的非金屬組之間的中間部件，第四周期組的元素既不是離子導電的金屬，也不是離子不導電的非金屬，而是具有所謂的離子半導體特性的準半金屬。
半導體特性促進了現代技術的發展，由此可以最小的空間尺寸來實現這些功能，它們在此前需要成千倍大的空間尺寸。
晶片通常是薄圓盤形，其具有大約一毫米的厚度和大約100到300mm的直徑，其由所謂的單晶體切割而形成。為了特定的使用目的，需要處理晶片表面。晶片表面的處理可以是機械方法的，例如通過拋光來實現、或通過塗敷各種各樣的塗層來實現。從而可以例如部分(parziell)或全面地塗敷晶片表面。這樣的塗層通常與功能相關地進行。例如通過塗漆或類似的方法來進行表面的處理，然而尤其是例如在要將金屬塗層塗敷到晶片表面上的情況下通過電鍍方法進行。
通過電鍍方法將金屬塗層塗敷在晶片表面上，其使得晶片的這部分導電。電鍍方法具有顯著的優越性，在晶片上的金屬沉積可以由將金屬鹽溶解在蒸餾水中而獲得的水狀溶液來進行。特別地，這種金屬鹽溶液專業上稱作電解溶液或簡稱電解液。
該電鍍方法提供了用於在晶片上待塗敷的金屬層的功能特徵(特性)設計的多種可能的變化形式。因為金屬鹽可很好地溶於水，可以將不同的金屬由鹽的水溶液中塗敷到晶片上。有關導電性變化特性，從導電性較差的鉻到導電性較好的金屬例如銅、銀或金來著手。
該電鍍方法可最佳使用，因為工藝過程的一些參數很大程度上可以不複雜地改變，而這些參數可以對金屬塗層的質地產生影響。
這些參數例如是電解液含鹽量的濃度、通過陰極和陽極由電源供給的過程能量的電流密度和電流電壓、以及電解液溫度。
電鍍技術是非常眾所周知的，其具有廣泛的應用範圍，而這裡不需要另外的論述。而晶片電鍍技術是電鍍的一種特殊應用領域。其優點將在實際應用中體現出來。實際使用的和公知的晶片電鍍裝置，其作為現有技術，如藉助於圖1示例性地描述的那樣。
公知的晶片電鍍裝置的問題通常出現在晶片上側和晶下側之間的電鍍槽的密封區域。
密封通常是藉助於密封圈3來實現的。按照圖1的實例相對於電解液的密封是藉助於O型圈18來實現的。同時O型圈18具有一種在滑動間隙21中滑動間隙導向的功能。然而其缺點在於，O型圈18的裝配僅可以在乾燥的狀況下進行，因此在空的電鍍槽的情況下進行。由於乾燥-潮溼的轉換，因此在經過多次操作後，該系統必然由於電解液的滲漏(sickerlackagen)而容易產生缺陷。對於所使用的裝置元件的不同的特定的溫度膨脹係數，所存在的溫度差是一個重要的因素。所必需的100％密封可靠性導致，在裝置系統不密封的情況下將中斷操作。
另外眾所周知的是，如在所有的中斷操作中，最初產品部分的產品質量經受重新運轉而受損害。
因此不能提供持續穩定的和始終不變的產品質量，而對於待電鍍的晶片的價格昂貴的原材料來說，在成本方面按百分比考慮缺陷生產是很重要的因素。如圖1中所示相對於現有技術的薄弱部位是在密封圈3和裝置基座1之間的側向間隙。這些裝置部件之間藉助於相對大尺寸的O型圈18的密封具有如下缺點，其中O型圈具有滾動傾向，或者通過往復操作密封圈3，直到將其固定在最終位置上，O型圈表面的摩擦可能導緻密封圈的損壞，其結果是，此後產生電解液洩漏。通常來說，密封圈3和裝置基座1之間的側向間隙(間隙21)是系統的一個薄弱部位。此外，O型圈18的裝入是非常複雜的，因為必須將O型圈18強力拉伸來嵌入到這樣的環形槽中，並且還可能通過這樣的操作而使得O型圈損壞。
發明內容
因此，本發明的目的在於，研製一種專用的電鍍裝置，其使得晶片圓盤的電鍍這樣進行，提供一種針對晶片上部區域和晶片下部區域之間的電解液滲漏的可靠密封。此外，密封系統的裝配必須可容易操作，並且設計成使各個裝置元件之間的配合精度這樣彼此協調，使得其不存在側向間隙例如間隙21。此外，彈性的本身的密封元件即彈性的O型圈必須可以僅僅在垂直線上定位，以便立即消除在O型圈表面上的可能摩擦。
該O型圈應當在裝置裝配過程中在插到預定的間隙中後不再涉及機械(操作)。
對於可在其間通過的300mm的直徑的晶片技術必需的是，電鍍裝置各元件的配合精度這樣彼此協調，其側向傾斜將由於可能所存在的側向間隙、如圖1所示的間隙21而被消除。絕對必須的是，通過將O型圈簡易地插入到嵌入凹槽中，而沒有問題地定位O型圈。當然這還需要保證其可以用於其他直徑的晶片。然而特別是，對具有300mm直徑的新一代晶片圓盤來說需滿足具有挑戰性的技術工藝條件，其中各裝置元件彼此之間的裝置配合精度是特別重要的。包括整體O型圈或多個O型圈的密封圈3相對於裝置基座的配合精度，這裡還必須在考慮到由尺寸決定的材料溫度膨脹的較高的情況下保證的波動，密封系統的磨損並且尤其是該O型圈連同該O型圈通道的磨損絕對是最小的。
該目的將通過一種用於晶片圓盤電鍍的電鍍裝置而實現，其包含具有內螺紋的裝置基座1；一鎖緊螺母4，其用於緊固和固定裝置整體系統；一適配件5，其作為待電鍍的晶片圓盤的容納基座；以及用於密封電解液區域的密封件；其特徵在於，該電鍍裝置具有一上部密封圈3，在其兩端上均具有一O型圈嵌入凹槽，其用於可在密封圈3的上端嵌入的O型圈6以及可在密封圈3的下端嵌入的O型圈7，並且該電鍍裝置具有一另外的下部密封件10，該密封件是環形或圓盤形的，分別通過一個作為相對於上部密封圈3定位的對應部分的相對凹槽使得可嵌入下部O型圈7和密封圈3，以及密封件10通過嵌入的O型圈6和7無側向間隙地嵌入在基座1或者中間部件16中，從而彼此相對頂壓，由此形成一自身封閉的、電解液密封的區域。
在如圖2和圖3所示的實例中，當藉助於中間連接的彈性緩衝件8，裝置底部用作對於密封圈10的壓力對應部件時，下部密封圈相對於上部密封圈的壓緊可以可選擇地藉助於鎖緊螺母4實現。為了安全起見，在這種情況下，在密封圈10和裝置基座之間連接有一摺疊篷密封。
該摺疊篷可以任意垂直或水平設置，並且通常由橡膠或塗膠的紡織材料組成。
如圖6所示，當摺疊篷9設計成雙重結構並由此形成腔室時，摺疊篷密封系統還可以作為氣動或液壓壓力介質的通道14，用於頂壓下部密封圈10。
如圖7所示，在使用圓形平面的下部密封圈10替換敞開的密封圈10時，可選擇地參照圖4，通過使用柔性的膜片17，並藉助於氣動或液壓壓力介質，可以將密封圈頂壓在上部密封圈3上。
在使用按照本發明的圓盤電鍍裝置的情況下，例如其在圖5所示，可以與其他的腔室結構進行另外的一些組合。
下面的附圖詳細示例性地描述了本發明。用附圖1示例地表示一種現有技術中的裝置，以便更詳細地說明本發明的深度。
附圖2到7中示例性地描繪了按本發明的不同裝置變型方案。
具體實施例方式
圖1比較示例性地示出了晶片電鍍裝置B的現有技術。其中設置有O型圈18，其用於密封電解液區域，並同時將晶片圓盤對中，此外還密封裝配系統的間隙21。
由於在裝置零件(尤其是密封圈3)裝配期間的上下往復運動，存在在O型圈18上形成摩擦槽的危險，並存在與此相關的電解溶液滲漏的危險。此外，在間隙21處的側向活動間隙太大，使得晶片圓盤的邊緣區域不能精確地穩定地電鏡。從而晶片圓盤的對中性將不是很好。將O型圈18裝配在中間部件16的凹槽中是很複雜的，因為為了在凹槽中裝入O型圈18，必須將O型圈強力拉伸。因此存在O型圈變形的危險，並且還可能存在O型圈通過摩擦槽而損壞的危險。
圖2示出了按照本發明示例性的圓盤電鍍裝置A，它具有在其兩端上各設有一凹槽的密封圈3。O型圈6和O型圈7嵌入在這些凹槽中，或者O型圈7可以設置在密封圈或密封圓盤10的凹槽中。密封圈3在側向上沒有間隙，而且可以精確對中地裝配在中間部件16上。
作為密封圈3的對應部件，用於密封電解液區域的是底部密封圈或密封圓盤10，其具有在邊緣區域上設置的O型圈槽，總是與密封圈3的底部環形槽相反設置。
在使用底部密封圈10的情況下，其通過彈性摺疊篷與裝置基座相連接，這是為了電解液密封的目的。在圖2的情況下，具有處在水平位置的摺疊篷9。在密封圈10和裝置基座1之間設置有一個緩衝的、彈性的環形件8，用於使得整個裝置元件系統在壓力下保持水平。
圖3示出了一種如在圖2中的裝置構造的變型方案C，其使用敞開的底部密封圈10。該密封圈10通過垂直摺疊篷9與裝置基座相連接，以保證電解液的密封性。彈性的緩衝環8與支撐結構相適應是較高的，並且如果需要時，其與垂直的摺疊篷一起共同允許較高的裝置構造。在這樣的裝置變型中，使得元件的連接壓力通過鎖緊螺母4作用在兩個O型圈6和7上。
圖4示出了裝置變型方案D，使用封閉整個平面的密封圓盤10作為密封圈3的對應部件。O型圈7優選地設置在密封圓盤10的O型環槽中。為了緩衝施加在圓盤10上的頂壓力，可以使用一減小衝擊的彈性環形件12。
密封圓盤10通過頂壓裝置11頂壓在具有附上的O型圈6和7的密封圈3上，其中頂壓裝置可以機械、氣動或液壓驅動。
圖5示出了作為圖3和圖4組合的裝置變型方案E，其具有一用於改變裝置整體高度尺寸的高度變化中間件13。
圖6示出了具有兩側摺疊篷9的裝置變型方案F，其以這種形式形成一個封閉的通道14，它除了作為電解液密封件的功能外，同時作為一個通道14，用於在調節下部的密封圈10的頂壓力時將液壓或氣動介質作為壓力介質將壓力傳導到上部密封圈3上。這種變型具有這樣的優點，特別是由於使得O型圈系統始終在垂直方向上受載，因此兩個O型圈6和7在預先固定後沒有另外的機械操作。
在這種情況中，在兩個O型圈6和7上的密封壓力是動態的。從而O型圈不承受摩擦負荷。
另一個優點是，通過改進操作或其他必須的中斷操作，O型圈將容易地從系統中取出，並且可以容易地重新裝在其中。因而O型圈的磨損非常小。這種變型還更有效地保證電解介質的密封可靠性。
圖7示出了在圖2和圖6基礎上組合變型的裝置變型方案G。
通過使用平面膜片17，壓力以最均勻的方式傳遞到密封圓盤10底面上。從而獲得作用在兩個密封圈6和7上的最好和最均勻的壓力分布。此外，還有彈性件8的緩衝作用。從而整個電鍍裝置的所有部件將理想地對中連接並動態張緊。
新型圓盤電鍍裝置對於技術進步有重要的意義。通過可獲得的最小化缺陷生產，以及通過將用於待電鍍晶片的邊緣區域最佳地對中，這還對減輕環境汙染作出巨大的貢獻。
單晶矽或單晶鍺或其他半導體單晶變體的製造需要很多的能量，並且在隨之而來的中間產品製造相關聯需要傾注較強的清除措施，以便在發生缺陷生產時製造誤差來減輕環境汙染。
本發明的深度尤其在於按本發明裝置的垂直系統裝配。因此垂直直線地產生安裝的系統元件的張緊力。因此可以按照嵌入原則來進行各個元件的裝配。
通過精確地垂直對中裝配各元件，來穩定持續並且無缺陷地進行晶片的邊緣電鍍。從而顯著地降低了缺陷生產率，並因此顯著地提高了零件生產率。
通過附圖示出的例子是這樣理解的。本發明包含本身其他的示例性的使用變型，而且通常使用在平面基片的電鍍技術中。
參考標號列表1裝置基座(基片支座)2晶片(電鍍基片)3密封圈4鎖緊螺母5適配件6上部O型圈7下部O型圈8在高度變化時作為支架的彈性緩衝件9摺疊篷10 下部密封圈或密封面11 頂壓件12 如8的彈性件13 高度變化中間件14 力介質通道15 雙重摺疊篷16 中間部件17 彈性膜片18 現有技術中的O型圈19 壓力施加介質20 供電裝置21 1和3之間的間隙A按照現有技術的電鍍裝置B到G 本發明電鍍裝置的變型方案
權利要求
1.一種用於電鍍晶片圓盤的電鍍裝置，其包含具有內螺紋的裝置基座(1)；一鎖緊螺母(4)，其用於緊固和固定裝置整體系統；一適配件(5)，其作為待電鍍的晶片圓盤的容納基座；以及用於密封電解液區域的密封件；其特徵在於，該電鍍裝置具有一上部密封圈(3)，在其兩端上各具有一O型圈嵌入凹槽，用於可在密封圈(3)的上端嵌入的O型圈(6)以及可在密封圈(3)的下端嵌入的O型圈(7)，並且該電鍍裝置具有一另外的下部密封件(10)，該密封件是環形或圓盤形的，分別通過一個作為相對於上部密封圈(3)定位的對應部件的相對凹槽可嵌入下部O型圈(7)和密封圈(3)，以及各密封件(10)通過嵌入的O型圈(6)和(7)無側向間隙地嵌入在基座(1)或者中間部件(16)中，從而彼此相對頂壓，由此形成一自身封閉的、電解液密封的區域。
2.如權利要求1所述的電鍍裝置，其特徵在於，其中一個密封件(10)相對於密封圈(3)的彼此頂壓，通過嵌入的O型圈通過使用氣動的或液壓的壓力系統進行。
3.如權利要求1和2所述的電鍍裝置，其特徵在於，通過使用氣動的或液壓的壓力系統，在使用一個帶有嵌入的O型圈(7)的密封圈(10)作為相對於密封圈(3)的下部對應部件的情況下，通過由一密封的雙重摺疊篷(15)構成的一流通通道(14)來輸送液壓的或氣動的壓力介質。
4.如權利要求1和2所述的電鍍裝置，其特徵在於，通過使用氣動的或液壓的壓力系統，在使用一個帶有嵌入的O型圈(7)的密封圓盤(10)作為相對於密封圈(3)的下部對應部件的情況下，液壓的或氣動的壓力介質平面地輸送到一柔性的膜片(17)上，由此密封圈(3)和密封圓盤(10)是動態的並且整體均勻地彼此相對頂壓。
5.如權利要求1、3和4所述的電鍍裝置，其特徵在於，通過一調節裝置來實現可調節的壓力介質輸送，該調節裝置這樣考慮O型圈的負載，使得該O型圈不變形，從而保證一最佳的密封。
6.如權利要求1所述的電鍍裝置，其特徵在於，可設置有支架緩衝件(8)和(12)，其對在張緊時O型圈的負荷進行緩衝並且有利於高度有差別的裝置構造。
7.如權利要求1所述的電鍍裝置，其特徵在於，對於可變的和不同的裝置構造可能性，可設置用於密封電解液區域的摺疊篷系統(9)。
全文摘要
本發明涉及一種用於電鍍晶片圓盤的電鍍裝置，其包含具有一上部密封圈(3)的裝置，在密封圈(3)的兩端上分別具有一O型圈嵌入凹槽，各有一個O型圈(6)嵌入到密封圈(3)上端的凹槽中和一個O型圈(7)嵌入到密封圈(3)下端的凹槽中，並且該裝置具有一另外的下部密封圈或一圓形密封圓盤(10)，其具有一個用於嵌入下部O型圈(7)的相對凹槽，並且密封圈(3)以及(10)無側向間隙地嵌入在基座(1)中，而且各密封圈彼此相對頂壓，從而形成一自身封閉的、電解液密封的內腔。
文檔編號C25D7/12GK1614100SQ20041008517
公開日2005年5月11日 申請日期2004年7月19日 優先權日2003年7月19日
發明者于爾根·古特孔斯特, 瓦希勒－阿德裡安·博延 申請人:專用機械製造有限公司