CN104170064B - 无应力电化学抛光用喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种无应力电化学抛光用喷嘴，包括：绝缘基座、导电主体及绝缘喷嘴头。绝缘基座开设有贯穿绝缘基座的穿孔。导电主体作为阴极与电源连接以使电解液带电荷，导电主体具有固定于绝缘基座的固定部，固定部向下延伸形成接收部，接收部插入绝缘基座的穿孔，接收部具有收容腔，收容腔贯穿接收部及与接收部相对应的固定部。绝缘喷嘴头具有盖板及贯穿盖板的导管，盖板固定于绝缘基座并位于导电主体的上方，导管具有主流体通道，导管收容于导电主体的收容腔并伸出于收容腔外，导管的外壁与接收部的内壁之间形成有辅助流体通道。本发明中，导管能够阻止附着在导电主体上的气泡进入主流体通道，导电主体上的气泡随着电解液经由辅助流体通道输出并被绝缘喷嘴头的盖板阻挡，从而使得气泡不会随着电解液供应至晶圆表面，进而提高了晶圆表面抛光光洁度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制造装置，尤其涉及一种无应力电化学抛光用喷嘴。
背景技术
半导体器件被广泛应用于电子等行业，半导体器件是在半导体晶圆上使用多个不同的处理步骤进行制造和生产，从而制造晶体管和互连元件。在形成互连元件的过程中，半导体晶圆可能经过例如多次掩膜、刻蚀、镀铜和抛光等工艺处理。
目前，在抛光工艺中，多采用化学机械研磨(CMP)去除晶圆上多余的铜膜。化学机械研磨装置包括转台、布置于转台上的研磨垫、夹持晶圆的研磨头及研磨液供应管道。研磨时，一下压力作用于研磨头，从而使晶圆的待抛光面与研磨垫接触，研磨头带动晶圆旋转，晶圆的待抛光面与研磨垫之间有研磨液供应管道提供的研磨液，通过使晶圆相对研磨垫旋转，从而将晶圆上多余的铜膜去除。然而，为了进一步缩小半导体器件的特征尺寸，低K电介质材料或空气隙应用于半导体器件中，低K电介质材料或空气隙具有较弱的机械特性，化学机械研磨过程中作用于研磨头的下压力将会造成低K电介质材料的损坏，进而降低半导体器件的良率。
为了解决化学机械研磨存在的技术弊端，无应力抛光技术作为新一代生产技术逐渐受到重视，无应力抛光技术基于电化学抛光原理能够无机械应力的去除晶圆上多余的铜膜，而不会对晶圆上的低K电介质层造成损害，从而提高了半导体器件的制造良率，攻克了制造具有微小特征尺寸的半导体器件的技术瓶颈。无应力抛光装置包括机械运动及控制装置、电解液输送装置及电力供应及控制装置。在无应力抛光工艺中，化学液作为电解液通过喷嘴喷射至晶圆的铜膜上，化学液与铜膜发生化学反应，从而将晶圆上多余的铜膜无应力去除。
普通的喷嘴在使用过程中存在一个较为严重的缺点，即当喷嘴作为电极用于抛光晶圆时，喷嘴中很容易产生气泡，气泡随着电解液被喷射至晶圆上，导致晶圆表面抛光光洁度降低，且使晶圆表面产生缺陷，如图6所示，图6为采用普通喷嘴抛光晶圆后晶圆表面的局部放大图，从图6可以看出，无应力抛光后晶圆表面出现两个凹穴，这两个凹穴的出现是由于气泡导致。参阅图7，图7中示出了一个较大的波峰和一个较大的波谷，较大的波峰代表晶圆上被气泡覆盖的区域，较大的波谷代表晶圆上具有凹穴的区域。在无应力抛光过程中，气泡阻止电解液直接接触晶圆表面，从而使得晶圆上被气泡覆盖的区域无法被抛光，与此同时，被气泡覆盖的区域处的电荷无法被消耗从而转移至与气泡覆盖的区域相邻的区域，导致该相邻区域处被过度抛光，从而形成如图6所示的凹穴，凹穴对半导体器件的特性造成了不利影响。
此外，使用普通喷嘴无法控制电解液在晶圆表面分布的范围和形状，从而无法精确控制铜膜的去除速率和去除均匀性，也无法满足抛光工艺的不同需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高晶圆表面抛光光洁度的无应力电化学抛光用喷嘴。
为实现上述目的，本发明提出的无应力电化学抛光用喷嘴，包括：绝缘基座、导电主体及绝缘喷嘴头。绝缘基座开设有贯穿绝缘基座的穿孔。导电主体作为阴极与电源连接以使电解液带电荷，导电主体具有固定于绝缘基座的固定部，固定部向下延伸形成接收部，接收部插入绝缘基座的穿孔，接收部具有收容腔，收容腔贯穿接收部及与接收部相对应的固定部。绝缘喷嘴头具有盖板及贯穿盖板的导管，盖板固定于绝缘基座并位于导电主体的上方，导管具有主流体通道，导管收容于导电主体的收容腔并伸出于收容腔外，导管的外壁与接收部的内壁之间形成有辅助流体通道。
在一个实施例中，绝缘基座具有至少一个贯穿绝缘基座的连接孔，导电主体的固定部具有至少一个第二螺孔，至少一个导电螺丝插入导电主体的第二螺孔及绝缘基座的连接孔中，至少一个导电弹簧销从绝缘基座的连接孔的底部插入连接孔中，导电弹簧销的顶端与导电螺丝的底端连接，导电弹簧销的底端与电源连接以向导电主体提供电流。
在一个实施例中，无应力电化学抛光用喷嘴进一步包括至少一个绝缘密封圈，绝缘密封圈设置于绝缘基座的连接孔的底部。
在一个实施例中，无应力电化学抛光用喷嘴进一步包括至少一个绝缘保护套，绝缘保护套设置于绝缘基座的连接孔内，绝缘保护套包裹着导电弹簧销。
在一个实施例中，绝缘基座包括基部，基部向上凸起形成容纳部，所述穿孔及连接孔分别贯穿基部及容纳部。
在一个实施例中，容纳部的顶表面设有数个中空的锁扣部，数个中空的锁扣部环绕穿孔布置，导电主体的固定部开设有数个固定孔，中空的锁扣部分别穿过固定孔以将导电主体固定安装在绝缘基座上。
在一个实施例中，绝缘喷嘴头的盖板开设有第一螺孔，绝缘螺丝插入绝缘喷嘴头的第一螺孔及绝缘基座的中空的锁扣部内以将绝缘喷嘴头固定安装于绝缘基座上。
在一个实施例中，带电荷的电解液由导管隔离成两路支流，一路支流通过主流体通道后从导管的喷射口喷出至晶圆表面，另一路支流通过辅助流体通道后，在绝缘喷嘴头的盖板的阻挡下，该路支流不会被喷射至晶圆表面。
在一个实施例中，绝缘喷嘴头的导管的顶端口定义为喷射口，电解液从该喷射口喷出至晶圆表面，导管的喷射口为圆形、三角形、方形、六边形或八边形。
在一个实施例中，绝缘喷嘴头的材料为聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。
在一个实施例中，导电主体由导电性能良好的材料制成，该材料不被电解液腐蚀也不会与电解液发生化学反应。导电主体的材料为不锈钢或铝合金。
综上所述，本发明通过使绝缘喷嘴头的导管伸出于导电主体的收容腔外，因此，导管能够阻止附着在导电主体上的气泡进入主流体通道，附着在导电主体上的气泡随着电解液经由辅助流体通道输出并被绝缘喷嘴头的盖板阻挡，从而使得气泡不会随着电解液供应至晶圆表面，进而提高了晶圆表面抛光光洁度。
附图说明
图1揭示了根据本发明一实施例的喷嘴的立体图。
图2揭示了根据本发明一实施例的喷嘴的爆炸图。
图3揭示了根据本发明一实施例的喷嘴的前视图。
图4揭示了根据本发明一实施例的喷嘴的底视图。
图5揭示了根据本发明一实施例的喷嘴的剖视图。
图6是使用普通喷嘴抛光晶圆后晶圆表面的局部放大图。
图7是采用轮廓测定法测得的晶圆表面的曲线图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。
参阅图1，揭示了根据本发明一实施例的喷嘴的立体图。该喷嘴包括大致呈蘑菇状的绝缘喷嘴头10、导电主体20及绝缘基座30。绝缘基座30安装于抛光腔室的底板上(图中未示)，绝缘基座30支撑绝缘喷嘴头10及导电主体20，导电主体20位于绝缘喷嘴头10及绝缘基座30之间。下面将对绝缘喷嘴头10、导电主体20及绝缘基座30进行详细说明。
参阅图1至图4，绝缘喷嘴头10由例如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)材料制成。绝缘喷嘴头10包括圆盘状的盖板11及贯穿盖板11中心及整个喷嘴的导管12。导管12的顶端口定义为喷射口，电解液从该喷射口喷出至晶圆表面。导管12的喷射口为圆形，根据抛光工艺的不同需求，导管12的喷射口除了设计为圆形外，还可以设计成例如三角形、方形、六边形或八边形等。导管12具有主流体通道121。三个第一螺孔13开设于绝缘喷嘴头10的盖板11上。
导电主体20由导电性能良好的材料制成，该材料能够不被电解液腐蚀也不会与电解液发生化学反应，该材料可以是例如不锈钢或铝合金等。导电主体20具有固定部21，固定部21的中部向下延伸形成圆柱形的接收部22，接收部22具有收容腔221，该收容腔221贯穿接收部22及与接收部22相对应的固定部21。三个固定孔23及两个第二螺孔24分别对称开设于固定部21上。
绝缘基座30包括基部31，基部31相对的两侧墙分别向外延伸形成一对定位部311，每个定位部311均设有三个第三螺孔312。基部31的中部向上凸起形成圆柱形容纳部32。容纳部32的顶表面设有三个中空的锁扣部321。两个连接孔322设于容纳部32并贯穿容纳部32及基部31。容纳部32的中心开设有穿孔323，穿孔323贯穿容纳部32及基部31。三个中空的锁扣部321及两个连接孔322环绕穿孔323布置。
参阅图1至图5，装配时，导电主体20的接收部22插入绝缘基座30的穿孔323，导电主体20的固定部21置于绝缘基座30的容纳部32的顶表面，中空的锁扣部321分别穿过固定孔23以将导电主体20固定安装在绝缘基座30上。绝缘喷嘴头10的导管12收容于导电主体20的收容腔221并伸出于收容腔221外。接收部22的内壁与导管12的外壁之间形成有辅助流体通道。三个绝缘螺丝60分别插入绝缘喷嘴头10的第一螺孔13及绝缘基座30的中空的锁扣部321内以将绝缘喷嘴头10固定安装于绝缘基座30上。两个导电螺丝40分别插入导电主体20的第二螺孔24及绝缘基座30的连接孔322中。两个导电弹簧销70分别从连接孔322的底部插入连接孔322中。两个绝缘保护套71设置于连接孔322内，保护套71包裹着导电弹簧销70，导电弹簧销70的顶端与导电螺丝40的底端连接，导电弹簧销70的底端插入抛光腔室的底板并与外部电源线连接以向导电主体20提供电流。两个绝缘的O型密封圈50设置于连接孔322的底部并位于绝缘基座30与抛光腔室的底板之间，以防止电解液渗入连接孔322从而对导电弹簧销70及电源线造成侵蚀。六个螺丝分别插入绝缘基座30的第三螺孔312内，进而将绝缘基座30安装在抛光腔室的底板上，该六个螺丝由抗腐蚀性材料制成，因而不会被电解液腐蚀。
在无应力抛光工艺中，晶圆上待抛光去除的金属层，通常为铜层或铜合金层，作为阳极并位于喷嘴的上方，导电主体20作为阴极。电流通过电源线、导电弹簧销70及导电螺丝40供应至导电主体20。作为电解液的化学液体输送至喷嘴后通过导电主体20使化学液体带电荷。带电荷的电解液由导管12隔离成两路支流，一路支流通过主流体通道121后从导管12的喷射口喷出至晶圆表面，电解液与晶圆表面的金属层反应，从而将晶圆表面的金属层无应力去除。另一路支流通过辅助流体通道后，在绝缘喷嘴头10的盖板11的阻挡下，该路支流不会被喷射至晶圆表面。
通常，无应力抛光过程中，气泡很容易产生并附着在电极上。本发明中，导管12伸出于导电主体20的收容腔221外，因此，导管12能够阻止附着在导电主体20上的气泡进入主流体通道121。附着在导电主体20上的气泡随着电解液经由辅助流体通道输出并被绝缘喷嘴头10的盖板11阻挡，从而使得气泡不会随着电解液供应至晶圆表面，进而提高了晶圆表面抛光光洁度，此外，由于导管12的喷射口可以根据抛光工艺的不同需求设计成不同形状，如圆形、三角形、方形、六边形或八边形等，电解液在晶圆表面分布的范围和形状能够得到精确的控制，因而，金属层的去除速率和去除均匀性可以被控制的很好。
综上所述，本发明通过上述实施方式及相关图式说明，己具体、详实的揭露了相关技术，使本领域的技术人员可以据以实施。而以上所述实施例只是用来说明本发明，而不是用来限制本发明的，本发明的权利范围，应由本发明的权利要求来界定。至于本文中所述元件数目的改变或等效元件的代替等仍都应属于本发明的权利范围。
Claims (10)
1.一种无应力电化学抛光用喷嘴，其特征在于，包括：
绝缘基座，所述绝缘基座开设有贯穿绝缘基座的穿孔；
导电主体，所述导电主体作为阴极与电源连接以使电解液带电荷，导电主体具有固定于绝缘基座的固定部，固定部向下延伸形成接收部，接收部插入绝缘基座的穿孔，接收部具有收容腔，收容腔贯穿接收部及与接收部相对应的固定部；及
绝缘喷嘴头，所述绝缘喷嘴头具有盖板及贯穿盖板的导管，盖板固定于绝缘基座并位于导电主体的上方，导管具有主流体通道，导管收容于导电主体的收容腔并伸出于收容腔外，导管的外壁与接收部的内壁之间形成有辅助流体通道；
其中所述带电荷的电解液由导管隔离成两路支流，一路支流通过主流体通道后从导管的喷射口喷出至晶圆表面，另一路支流通过辅助流体通道后，在绝缘喷嘴头的盖板的阻挡下，该路支流不会被喷射至晶圆表面；
其中所述绝缘基座具有至少一个贯穿绝缘基座的连接孔，导电主体的固定部具有至少一个第二螺孔，至少一个导电螺丝插入导电主体的第二螺孔及绝缘基座的连接孔中，至少一个导电弹簧销从绝缘基座的连接孔的底部插入连接孔中，导电弹簧销的顶端与导电螺丝的底端连接，导电弹簧销的底端与电源连接以向导电主体提供电流。
2.根据权利要求1所述的无应力电化学抛光用喷嘴，其特征在于，进一步包括至少一个绝缘密封圈，绝缘密封圈设置于绝缘基座的连接孔的底部。
3.根据权利要求2所述的无应力电化学抛光用喷嘴，其特征在于，进一步包括至少一个绝缘保护套，绝缘保护套设置于绝缘基座的连接孔内，绝缘保护套包裹着导电弹簧销。
4.根据权利要求1所述的无应力电化学抛光用喷嘴，其特征在于，所述绝缘基座包括基部，基部向上凸起形成容纳部，所述穿孔及连接孔分别贯穿基部及容纳部。
5.根据权利要求4所述的无应力电化学抛光用喷嘴，其特征在于，所述容纳部的顶表面设有数个中空的锁扣部，数个中空的锁扣部环绕穿孔布置，导电主体的固定部开设有数个固定孔，中空的锁扣部分别穿过固定孔以将导电主体固定安装在绝缘基座上。
6.根据权利要求5所述的无应力电化学抛光用喷嘴，其特征在于，所述绝缘喷嘴头的盖板开设有第一螺孔，绝缘螺丝插入绝缘喷嘴头的第一螺孔及绝缘基座的中空的锁扣部内以将绝缘喷嘴头固定安装于绝缘基座上。
7.根据权利要求1所述的无应力电化学抛光用喷嘴，其特征在于，所述绝缘喷嘴头的导管的顶端口定义为喷射口，电解液从该喷射口喷出至晶圆表面，导管的喷射口为圆形、三角形、方形、六边形或八边形。
8.根据权利要求1所述的无应力电化学抛光用喷嘴，其特征在于，所述绝缘喷嘴头的材料为聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。
9.根据权利要求1所述的无应力电化学抛光用喷嘴，其特征在于，所述导电主体由导电性能良好的材料制成，该材料不被电解液腐蚀也不会与电解液发生化学反应。
10.根据权利要求9所述的无应力电化学抛光用喷嘴，其特征在于，所述导电主体的材料为不锈钢或铝合金。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
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