CN1451788A - 电镀测试器的阴极卡盘 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电镀测试器的阴极卡盘，该阴极卡盘N包括：阴极导体10，它使作为待镀物的硅晶片W的待镀表面Wa导电；第一绝缘体20，它覆盖硅晶片W的正面(待镀表面Wa)并保持阴极导体10；以及第二绝缘体30，它覆盖硅晶片W的背面(与待镀表面Wa相反的面)并保持硅晶片W。除硅片W的待镀表面Wa以外的阴极部分用嵌入第一绝缘体20的第一O形环22和嵌入第二绝缘体32的第二O形环32与电镀液隔开。

Description

电镀测试器的阴极卡盘

技术领域

本发明一般涉及电镀测试器的阴极卡盘(cartridge)，尤其涉及一种可精密电镀涂覆有一层金属层的硅晶片、玻璃衬底和陶瓷衬底等的电镀测试器的阴极卡盘。

背景技术

近年来，电镀技术已广泛应用于各种技术领域中，比如用于半导体芯片的布线技术。在半导体相关工业领域，为实现电路的高密度封装和高性能，要求缩短半导体芯片内的布线间距(fine-pitch)。在目前最广泛采用的布线技术中，所谓嵌入工艺被广泛采用。嵌入工艺是在形成层间绝缘膜后，将导电材料通过电镀技术嵌入由干法蚀刻工艺形成的布线的沟道图型的方法。

电镀技术的最新应用之一，即LIGA(德语Lithographie GalvanoformungAhformung的缩略)，是用于制造微细机械部件的。LIGA是用X射线形成丙烯酸树脂模具，模具上淀积厚金属镀层，从而模铸极小金属部件的技术。

为实现上例的电镀技术，金属镀料须均匀淀积于待镀物上形成的沟道图型上。为此，本申请的申请人在日本专利申请No.2000-152342(以JP2001-335996A公开；对应于US2002/0008026 A1，EP1164209 A2)中提出了电镀测试器及用于电镀测试器的阴极卡盘，用此可在待镀物的待镀表面形成均匀的电镀层。

如图12所示，用于电镀测试器的阴极卡盘70包括扁平阴极导体71、前绝缘体72、后绝缘体73和弹性薄板74。扁平阴极导体71包括一个开口，其具有与作为阴极板的待镀物W的待镀表面Wa相同的形状，多个与待镀表面Wa的边缘接触的突起71a，以及不浸入电镀液从而不与直流电源相连的暴露部分。前绝缘体72包括一个开口，其具有与待镀表面Wa相同的形状，并覆盖阴极导体71的前侧。后绝缘体73为扁平体，包括一将待镀物W嵌入其中的槽73a，和一个将阴极导体71嵌入其中的槽73b。弹性薄板74夹于待镀物W和后绝缘体73之间。

然而，如图13所示，JP2001-335996 A公开的现有技术有如下问题：电镀液L能到达除待镀物W的待镀表面Wa的边缘Wb、待镀物W的侧表面Wc及阴极导体71的突起71a以外的71b部分。因此，用于电镀测试器的现有阴极卡盘的问题之一是除待镀物W的待镀表面Wa以外的阴极部分可能浸入电镀液中。

现在，半导体芯片内或半导体芯片上的布线由直径为0.5微米以下的细线构成，故要求极高的布线精度。然而，如果除待镀物W的待镀表面Wa以外的阴极部分浸入电镀液，在待镀表面的面积就会产生误差，结果不能达到所要求的电镀精度。因此，为了达到高级别的电镀精度，需要将除待镀物W的待镀表面Wa之外的阴极板部分与电镀液隔开。

本发明就是为了消除上述弊端而作出的。

发明内容

本发明的示例性的目的是提供一种用于电镀测试器的阴极卡盘，其能够将除待镀物的待镀表面之外的阴极部分与电镀液隔开。

根据本发明的用于电镀测试器的阴极卡盘包括：一个扁平阴极导体，包括一个开口，其具有与作为阴极板的待镀物的待镀表面相同的外形、多个与待镀表面的边缘接触的突起、以及在不浸入电镀液的部分可与电源负极连接的电源连接部分；一个扁平第一绝缘体，其覆盖待镀物的一个待镀表面，并包括一个与待镀表面有同样外形的开口、一个在开口周边缘形成并在其中嵌入密封剂的密封嵌入槽，一个形成于第一密封剂嵌入槽的外侧且阴极导体嵌入其中的阴极导体嵌入槽、和与阴极导体嵌入槽相邻形成并将电源连接部分嵌入其中的电源连接部分插槽；和一个扁平第二绝缘体，其覆盖与待镀物的待镀表面相反的另一表面，并包括一个嵌入待镀物的待镀物嵌入槽，及一个位于待镀物嵌入槽外侧将第二密封剂嵌入其中的第二密封剂嵌入槽，当第一绝缘体与第二绝缘体结合时，该第二密封剂嵌入槽位于电源连接部分插槽入口的外侧。第一绝缘体与第二绝缘体结合在一起，以便使第一绝缘体与第二绝缘体将待镀物和阴极导体夹在中间。

上述结构使得第一密封剂与待镀物的待镀表面的边缘接触，第二密封剂与第一绝缘体表面在待镀物所处位置的外侧接触，这样，当第一绝缘体与第二绝缘体结合在一起时，起着将待镀物的待镀表面一侧和边缘与电镀液隔开的作用。而且，当第一绝缘体与第二绝缘体结合在一起时，电源连接部分插槽的入口被正确定位于第一密封剂和第二密封剂之间，因此，阴极导体突起以外的部分就可与电镀液隔开。

第一绝缘体可进一步包括第二绝缘体嵌入槽，其在阴极导体嵌入槽外侧形成并且当第一绝缘体与第二绝缘体结合时，将第二绝缘体嵌入其中，以便使第一绝缘体的开口和嵌入第二绝缘体的待镀物嵌入槽的待镀物的待镀表面容易对准。具体来说，当第一绝缘体与第二绝缘体结合在一起时，第一绝缘体的开口和嵌入第二绝缘体的待镀物嵌入槽的待镀物的待镀表面可直接相互对置。

第一绝缘体与第二绝缘体可以用塑料制螺钉固定而结合。第一绝缘体与第二绝缘体还可用除螺钉以外的方式，如夹子来结合。

另外，可以在第二绝缘体的待镀物的嵌入槽中嵌入一个覆盖与待镀物的待镀表面相反的表面薄片弹性体。当第一绝缘体与第二绝缘体结合在一起时，嵌入待镀物嵌入槽的待镀物被压向嵌入第一绝缘体的第一密封剂嵌入槽。结果，待镀物的待镀表面的边缘可与第一密封剂紧密接触。这样获得的待镀物的待镀表面的边缘与第一密封剂的紧密接触有助于更好地将待镀物的待镀表面边侧和边缘与电镀液隔开。

薄片弹性体还起着填充待镀物和待镀物嵌入槽之间的空隙的作用。具体来说，可在第二绝缘体的待镀物嵌入槽中嵌入具有与待镀物和待镀物嵌入槽之间的空隙同样厚度的弹性体，从而待镀物和待镀物嵌入槽之间的空隙可被闭合。如此实现的待镀物和待镀物嵌入槽之间无空隙接触可将嵌入待镀物嵌入槽的待镀物牢牢压向嵌入第一密封剂嵌入槽的第一密封剂。

参照附图，从如下对优选实施例的描述便可对本发明的其他目的和特征更加明了。

附图说明

图1是根据本发明电镀测试器的阴极卡盘的分解透视图。

图2A是从第二绝缘体来看的阴极导体的正面图。

图2B是沿图2A的A-A线所取的阴极导体截面图。

图3是从第二绝缘体看的第一绝缘体的正面图。

图4是沿图3的B-B线的第一绝缘体的截面图。

图5是从第一绝缘体看的第二绝缘体的正面图。

图6是沿图5的C-C线所取的第二绝缘体的截面图。

图7A是第一绝缘体和第二绝缘体将结合在一起时的截面图。

图7B是第一绝缘体和第二绝缘体已结合在一起时的截面图。

图8是图7B虚线包围部分的放大图。

图9是从第一绝缘体看的阴极卡盘的透视图。

图10是电镀测试器的外观透视图。

图11是沿图10的D-D线所取的电镀测试器的截面图。

图12是电镀测试器的现有阴极卡盘的分解透视图。

图13是现有阴极卡盘的截面图。

具体实施方式

以下参考附图详细描述本发明的优选实施例。请注意下述实施例的描述是假定：用在其一面上涂覆有金属层的硅衬底作为待镀物且在金属层上进行电镀。

现在描述根据本发明的电镀测试器的阴极卡盘的结构(以下简称为“阴极卡盘”)。图1为阴极卡盘的分解透视图。

如图1所示，阴极卡盘N包括阴极导体10，它通过作为待镀物的硅晶片W的待镀表面Wa进行导电，第一绝缘体20，它覆盖硅晶片W的待镀表面Wa(下称“正面”)以保持阴极导体10，以及第二绝缘体30，它覆盖硅晶片W的待镀表面Wa的反面(下称“背面”)以保持硅晶片W。硅晶片是薄片，薄片弹性体40压在硅晶片W的背面上。以下详细说明各部分。

阴极导体10，由例如铜和不锈钢等导体构成。如图2A所示，阴极导体10包括一个开口11，其具有与硅晶片W的待镀表面Wa相同的外形；以及电源连接部12，其形状如同从开口11延伸的长方形片。电源连接部12以预定角度θ倾斜以便使其可插入第一绝缘体20中所设的电源连接部插槽25(见图2B)。本实施例中，倾斜角θ设为5度。插入第一绝缘体20中的电源连接部插槽25的电源连接部12(其有一部分部浸入电镀液中)，在不浸入电镀液的部位与电源的负极连接。沿开口部11的周边，以预定间隔设置多个与硅晶片W的待镀表面Wa的边缘接触的突起13。

第一绝缘体20，由例如丙烯酸树脂板或其他绝缘材料构成。如图3和4所示，第一绝缘体20包括一开口11，其具有与硅晶片W的待镀表面Wa相同的外形。在第一绝缘体20的一个表面上，沿开口21的周边附近的一条线形成嵌入第一O形环22的第一O形环嵌入槽23。

当第一绝缘体20与第二绝缘体30结合时，第一O形环22与硅晶片W的待镀表面Wa的边缘Wb接触，由此待镀表面Wa的边缘Wb和侧面Wc与电镀液L隔开(见图8)。上述“第一O形环22”相当于发明内容中所要求保护的“第一密封剂”。应当明白，密封剂不限于本实施例列举的O形环。

在O形环嵌入槽23外侧形成嵌入阴极导体10的阴极导体嵌入槽24，并紧邻阴极导体嵌入槽24形成嵌入阴极导体10的电源连接部分12的电源连接部分插槽25。在阴极导体嵌入槽24的外侧形成第二绝缘体嵌入槽26，当第一绝缘体20与第二绝缘体30结合在一起时，第二绝缘体30嵌入其中。第二绝缘体30嵌入第二绝缘体嵌入槽26的结构使得第一绝缘体20和第二绝缘体30可能结合在一起，第一绝缘体20的开口21与嵌入第二绝缘体30的待镀物嵌入槽31的硅晶片W的待镀表面Wa直接相对。

如图4所示，形成了电源连接部插槽25，以预定的角度θ从形成阴极导体嵌入槽24的表面(图右侧)向另一表面(图左侧)倾斜。本实施例中，倾斜角度θ设为5度。电源连接部插槽25的入口25a与阴极导体嵌入槽24紧邻，其出口25b设于第一绝缘体20另一表面的上部。

第二绝缘体30，由例如丙烯酸树脂板或其他绝缘材料构成。如图5和6所示，在第二绝缘体30的一个表面上形成硅晶片W嵌入其中的待镀物嵌入槽31。在待镀物嵌入槽31的外侧进一步形成嵌入第二O形环32的第二O形环嵌入槽33。第二O形环嵌入槽33形成在当第一绝缘体和第二绝缘体结合在一起时，第一绝缘体20的电源连接部插槽25的入口25a的外侧位置(见图8)。

当第一绝缘体20和第二绝缘体30结合在一起时，第二O形环32在硅晶片W所处的位置外侧与第一绝缘体20的表面接触，从而硅晶片W的待镀表面Wa的边缘Wb和侧面Wc与电镀液L隔开(见图8)。上述“第二O形环32”相当于发明内容所述要求保护的“第二密封剂”。应当明白，密封剂不限于本

实施例列举的O形环。

弹性体40由例如橡胶或其他弹性材料构成。如图1和6所示，弹性体40以覆盖硅晶片W的背面的方式嵌入第二绝缘体30的待镀物嵌入槽31。如图8所示，弹性体40将嵌入第二绝缘体30的待镀物嵌入槽31的硅晶片W压入嵌入第一绝缘体20的第一O形环嵌入槽23中的第一O形环22，这样，使得硅晶片W的待镀表面Wa的边缘Wb与第一O形环22接触。结果，硅晶片W的待镀表面Wa的边缘Wb与第一O形环22的紧密接触就有可能使硅晶片W的待镀表面Wa的边缘Wb和侧面Wc与电镀液L更可靠地隔开。

弹性体40也起着填充硅晶片W和待镀物嵌入槽31之间的空隙的作用。更具体来说，如图6所示，假设硅晶片W和待镀物嵌入槽31之间的空隙厚度为D，可以在待镀物嵌入槽31中嵌入厚度为D或大于D的弹性体40，以便硅晶片W和待镀物嵌入槽31之间的空隙就被闭合。通过填补硅晶片W和待镀物嵌入槽31之间的空隙D，当第一绝缘体和第二绝缘体结合在一起时，嵌入待镀物嵌入槽31的硅晶片W可牢固地压进嵌入第一绝缘体20的第一O形环嵌入槽23的第一O形环22。

如图7A和7B所示，固定阴极卡盘N被设置为将第一绝缘体20和第二绝缘体30结合在一起，并用塑料螺钉(未示出)固定，使第一绝缘体30的一个表面(图右侧)和第二绝缘体30的一个表面(图左侧)保持硅晶片W和阴极导体10。第一绝缘体20和第二绝缘体30可用除螺钉以外的任何方式，如夹子等进行结合。

如图8的放大图所示，第一O形环22与硅晶片W待镀表面Wa的边缘Wb接触，而第二O形环32在待镀物W外侧位置与第一绝缘体20的表面接触。这样，待镀表面Wa的边缘Wb和侧面Wc就可与电镀液L隔开。此外，在第一绝缘体20形成的电源连接部插槽25的入口25a被设置于第一O形环22和第二O形环32之间，因此，除阴极导体10的突起13以外的部分就可与电镀液L隔开。

如上述构成的阴极卡盘N，当第一绝缘体20和第二绝缘体30结合在一起时，如图9所示，从第一绝缘体20侧看，硅晶片W的待镀表面Wa从第一绝缘体20的开口21暴露出。阴极导体10的电源连接部12通过电源连接部插槽25，并从第一绝缘体20的上部突出。从第一绝缘体20的上部突出的电源连接部12在不浸入电镀液的部分与电源负极连接。

以下说明应用阴极卡盘N的电镀测试器。图10是电镀测试器的外观透视图，图11是沿图10的D-D线所取的电镀测试器的截面图。

如图10所示，电镀测试器50包括电镀槽51、阴极卡盘(以下简称“阴极”)N、阳极导体(以下简称“阳极”)52、加热器53、循环泵和电源。在图10和11中，省略对循环泵和电源的图示。

电镀槽51是由透明丙烯酸树脂板构成，由隔板54分成容积大的电镀隔槽55和容积小的排水槽56。电镀隔槽55中注入包括铜离子等阳离子的电镀液。溢出电镀隔槽55的电镀液从隔板54边沿流出进入排水槽56。

阴极N用螺钉固定于电镀隔槽55中与隔板壁相对的壁上。阴极N不仅可用螺钉还可用夹子等其他方式固定于壁上。从阴极N上部突出的阴极导体10的电源连接部12(见图9)用不浸入电镀液的部分与电源负极连接。

阳极52由铜、镍等薄板制成，并包括支撑部分57，它跨于长方形阳极52的两上角，如图10所示。支撑部分57用于将电镀槽51边沿上电镀测试器50的阳极52钩住，如此钩住的阳极52与阴极N相对设置。阳极52在其不浸入电镀液的上部与电源正极相连。

如图11所示，加热器53插入加热器安装孔58(其在电镀隔槽55底部设有开口)，并在电镀隔槽55的底部以预定深度设于电镀槽51的一侧。为防止电镀液泄漏，加热器安装孔58的入口用橡胶塞密封。

如图10所示，连接循环泵(未示出)，是为了从设于排水槽56底部一侧的排出口59吸电镀液，并将电镀液从设于电镀槽51一侧的流入口60送到电镀隔槽55。来自流入口60并送到电镀隔槽55的电镀液从连接于流入口60(见图11)的喷口61全速喷出。喷口61设置于电镀隔槽55的底部，并且在阴极N的待镀表面Wa附近和与阴极N相对的阳极52的表面附近的位置(间隔约1-2毫米)，设置有多个这种喷口61。

电源(图中未示出)包括与阳极52上部连接的接线端62，与阴极N的阴极导体10的电源连接部12相连的接线端63。接线端62和阳极52上部在不浸入电镀液的部位相互连接。同样，接线端63和电源连接部12在不浸入电镀液的部位相互连接。

具有上述结构的电镀测试器50，通过将电镀液注入电镀槽51直至稍低于隔板54的上边沿，给循环泵供电，然后将电源正极连接到接线端62，电源负极连接到接线端63，来对硅晶片(待镀物)的待镀表面Wa进行电镀。

电镀操作期间，如图8所示，用第一O形环22和第二O形环32将除硅晶片W待镀表面Wa的边缘Wb与侧面Wc和阴极导体10的突起13以外的部分与电镀液L隔开。换句话说，除阴极N中硅晶片W的待镀表面Wa以外的阴极部分与电镀液隔开。因此，硅晶片W或待镀物的待镀表面的面积不会产生误差。

以上说明了本发明的优选实施例，但本发明并不限于所述实施例，在不偏离本发明的思想和范围的情况下可作种种改进与变化。

根据以上所述，本发明提供了一种用于电镀测试器的阴极卡盘，其能将除待镀物表面以外的阴极部分与电镀液隔开的。

Claims (4)

1.一种用于电镀测试器的阴极卡盘，包括：

一个扁平阴极导体，其包括一个开口，该开口具有与作为阴极板的待镀物的待镀表面相同的外形、多个与待镀表面的边缘接触的突起、以及在不浸入电镀液的部分可与电源负极连接的电源连接部分；

一个扁平第一绝缘体，其覆盖待镀物的一个待镀表面，并包括一个与待镀表面有同样外形的开口、一个沿开口周边缘形成并在其中嵌入第一密封剂的密封剂嵌入槽、一个形成于第一密封剂嵌入槽的外侧且在其中嵌入阴极导体的阴极导体嵌入槽、和与阴极导体嵌入槽相邻形成并在其中插入电源连接部分的电源连接部分插槽；以及

一个扁平第二绝缘体，其覆盖与待镀物的待镀表面相反的表面，并包括一个嵌入待镀物的待镀物嵌入槽、和位于待镀物嵌入槽外侧并在其中嵌入第二密封剂的第二密封嵌入槽，当第一绝缘体与第二绝缘体结合时，该第二密封嵌入槽位于电源连接部分插槽入口的外侧，

其中，第一绝缘体与第二绝缘体结合在一起，以便使第一绝缘体和第二绝缘体将待镀物和阴极导体夹在中间。

2.根据权利要求1所述的用于电镀测试器的阴极卡盘，其特征在于，所述第一绝缘体还包括第二绝缘体嵌入槽，其形成于阴极导体嵌入槽的外侧，当第一绝缘体与第二绝缘体结合时，第二绝缘体嵌入该第二绝缘体嵌入槽中。

3.根据权利要求1或2所述的用于电镀测试器的阴极卡盘，其特征在于，第一绝缘体与第二绝缘体用塑料制螺钉固定来结合。

4.根据权利要求1-3中任何一项所述的用于电镀测试器的阴极卡盘，其特征在于，一个覆盖与待镀物的待镀表面相反的表面的薄片弹性体嵌入所述待镀物嵌入槽。

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