CN105088328B - 电化学抛光供液装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种电化学抛光供液装置，包括腔室、第一抛光液槽、第二抛光液槽、第一喷头、第二喷头及电源。腔室开设有排液口。第一抛光液槽盛有抛光液，第一抛光液槽与腔室的排液口连接。第二抛光液槽盛有抛光液。第一喷头的上端口设置在腔室内，第一喷头的下端口设置在第一抛光液槽内，第一喷头通过其上端口将第一抛光液槽内的抛光液喷射至待抛光晶圆的表面。第二喷头的上端口设置在腔室内，第二喷头的下端口设置在第二抛光液槽内，第二喷头通过其上端口将第二抛光液槽内的抛光液喷射至待抛光晶圆的外边缘。电源的阴极与第一喷头电连接，电源的阳极与第二喷头电连接。

Description

电化学抛光供液装置

技术领域

本发明涉及电化学抛光技术领域，尤其涉及电化学抛光供液装置。

背景技术

在集成电路制造过程中，化学机械抛光(CMP)技术在单晶硅衬底和多层金属互连结构的层间全局平坦化方面得到了广泛的应用。化学机械抛光可以抛光和平坦化在介质材料的非凹陷区域上形成的金属层。虽然化学机械抛光可以只抛光金属层而对电介质层没有影响，然而，由于其强机械作用力，化学机械抛光会对集成电路结构带来一些有害的影响，尤其是随着极大规模集成电路和超大规模集成电路的快速发展，铜和低K或者超低K电介质材料被应用在极大规模集成电路和超大规模集成电路中，由于铜和低K或者超低K电介质材料的机械性能有很大的差别，化学机械抛光中的强机械作用力可能会对低K或者超低K电介质材料造成永久性的损伤。

为了解决化学机械抛光技术存在的缺点，人们在不断完善化学机械抛光技术的同时，也在不断探索和研究新的平坦化技术，其中，电化学抛光技术被逐渐应用在极大规模集成电路和超大规模集成电路的制造中。电化学抛光技术能够克服传统的化学机械抛光技术在超微细特征尺寸集成电路制造中的缺陷。电化学抛光技术能够无机械应力的对金属互连结构进行平坦化。现有的电化学抛光装置使用两个喷头向晶圆表面喷射抛光液，其中一个喷头连接电源的阳极，另一个喷头连接电源的阴极，通过抛光液形成电化学抛光电流回路。该两个喷头通常置于同一个抛光液槽中，喷射至晶圆表面的抛光液会回流至该抛光液槽以便重复利用。然而，喷射至晶圆表面的抛光液回流至该抛光液槽后，会导致抛光液槽内的铜离子浓度升高。当抛光液槽内的铜离子浓度过高时，与电源阳极相连接的喷头向晶圆表面喷射抛光液的区域会有镀铜现象产生，此种现象在电化学抛光工艺中是不希望出现的。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单的电化学抛光供液装置，该装置能够避免抛光液中铜离子浓度过高而导致在电化学抛光时晶圆表面出现镀铜现象。

根据本发明的一实施例提出的电化学抛光供液装置，包括腔室、第一抛光液槽、第二抛光液槽、第一喷头、第二喷头及电源。腔室开设有排液口。第一抛光液槽盛有抛光液，第一抛光液槽与腔室的排液口连接。第二抛光液槽盛有抛光液。第一喷头的上端口设置在腔室内，第一喷头的下端口设置在第一抛光液槽内，第一喷头通过其上端口将第一抛光液槽内的抛光液喷射至待抛光晶圆的表面。第二喷头的上端口设置在腔室内，第二喷头的下端口设置在第二抛光液槽内，第二喷头通过其上端口将第二抛光液槽内的抛光液喷射至待抛光晶圆的外边缘。电源的阴极与第一喷头电连接，电源的阳极与第二喷头电连接。

在一个实施例中，还进一步包括铜离子回收装置，所述铜离子回收装置回收抛光液中的铜离子，铜离子回收装置通过管道分别与第一抛光液槽和第二抛光液槽连接，铜离子回收装置与第一抛光液槽相连接的管道上设置有第一电磁阀，铜离子回收装置与第二抛光液槽相连接的管道上设置有第二电磁阀。

在一个实施例中，所述铜离子回收装置内设置有铜离子浓度检测装置。

在一个实施例中，所述第一抛光液槽和第二抛光液槽通过管道连接，第一抛光液槽和第二抛光液槽相连接的管道上设置有第三电磁阀。

在一个实施例中，所述第一电磁阀、第二电磁阀及第三电磁阀均为单向阀。

在一个实施例中，所述第一抛光液槽内设置有铜离子浓度检测装置和液位检测装置。

在一个实施例中，所述第二抛光液槽内设置有液位检测装置。

在一个实施例中，所述第一喷头的上端口和第二喷头的上端口在腔室内的水平高度一致。

与现有技术相比，本发明提出的电化学抛光供液装置通过设置独立的第一抛光液槽和第二抛光液槽，通过第一抛光液槽和第二抛光液槽分别向第一喷头和第二喷头供应抛光液，并使腔室内的抛光液回流至第一抛光液槽，确保了第二抛光液槽内抛光液的铜离子浓度始终小于或等于预设值，保证了晶圆的外边缘抛光均匀性，避免由于供应至第二喷头的抛光液中铜离子浓度过高而导致第二喷头向晶圆外边缘喷射抛光液时在晶圆的外边缘发生电镀现象。

附图说明

图1揭示了本发明较佳实施例的电化学抛光供液装置的结构示意图。

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。

参考图1所示，揭示了本发明较佳实施例的电化学抛光供液装置的结构示意图。该电化学抛光供液装置包括腔室110、第一喷头120、第二喷头130、第一抛光液槽140及第二抛光液槽150。

腔室110的底壁开设有排液口111，排液口111与第一抛光液槽140连接，腔室110内的抛光液通过该排液口111排放至第一抛光液槽140。第一抛光液槽140及第二抛光液槽150内分别盛有抛光液。第一喷头120的上端口设置在腔室110内，第一喷头120的下端口设置在第一抛光液槽140内，第一喷头120与电源(图中未示)的阴极电连接，第一喷头120通过其上端口将第一抛光液槽140内的抛光液喷射至待抛光晶圆的表面。第二喷头130的上端口设置在腔室110内，第二喷头130的下端口设置在第二抛光液槽150内，第二喷头130与电源的阳极电连接，第二喷头130通过其上端口将第二抛光液槽150内的抛光液喷射至待抛光晶圆的外边缘。第一喷头120的上端口和第二喷头130的上端口在腔室110内的水平高度一致。

进行电化学抛光时，夹持有晶圆170的晶圆夹盘160移动至腔室110内并位于第一喷头120和第二喷头130的上端口的上方。晶圆夹盘160可旋转、水平移动或垂直移动。第一喷头120的上端口对向晶圆170的中心，第二喷头130的上端口对向晶圆170的外边缘。第一喷头120和第二喷头130分别通过其上端口向晶圆170的待抛光面的中心和外边缘喷射抛光液，第一喷头120和第二喷头130通过抛光液形成电化学抛光电流回路，从而使晶圆170的待抛光面上的铜层被抛光。第一喷头120和第二喷头130喷射至晶圆170表面的抛光液被腔室110回收，腔室110内的抛光液通过排液口111流回第一抛光液槽140。由于第一抛光液槽140和第二抛光液槽150为两个独立的槽体，且电化学抛光后含有铜离子的抛光液全部回收至第一抛光液槽140。因此，第二抛光液槽150内的铜离子浓度能够始终保持小于或等于预设值，保证了晶圆170的外边缘抛光均匀性，避免由于供应至第二喷头130的抛光液中铜离子浓度过高而导致第二喷头130向晶圆170外边缘喷射抛光液时在晶圆170的外边缘发生电镀现象。晶圆夹盘160相对于第一喷头120的上端口水平移动和旋转，以使第一喷头120向晶圆170表面喷射的抛光液能够覆盖晶圆170的整个表面，在晶圆夹盘160水平移动的过程中，第二喷头130始终向晶圆170的外边缘喷射抛光液。

为了使第一抛光液槽140和第二抛光液槽150内的抛光液能够反复循环使用，降低电化学抛光成本，在一个实施例中，电化学抛光供液装置还包括铜离子回收装置210以回收抛光液中的铜离子。铜离子回收装置210内设置有用于检测抛光液中铜离子浓度的铜离子浓度检测装置220。铜离子回收装置210通过管道分别与第一抛光液槽140和第二抛光液槽150连接。铜离子回收装置210与第一抛光液槽140相连接的管道上设置有第一电磁阀230，打开第一电磁阀230，第一抛光液槽140内的抛光液流入铜离子回收装置210。铜离子回收装置210与第二抛光液槽150相连接的管道上设置有第二电磁阀240，打开第二电磁阀240，铜离子回收装置210内的抛光液流入第二抛光液槽150。第一抛光液槽140和第二抛光液槽150通过管道连接，第一抛光液槽140和第二抛光液槽150相连接的管道上设置有第三电磁阀250，打开第三电磁阀250，第二抛光液槽150内的抛光液流入第一抛光液槽140。第一电磁阀230、第二电磁阀240及第三电磁阀250均为单向阀。

第一抛光液槽140内还设置有铜离子浓度检测装置260和液位检测装置270，目的是实时检测第一抛光液槽140内抛光液的铜离子浓度和抛光液的液位。第二抛光液槽150内设置有液位检测装置280，目的是实时检测第二抛光液槽150内抛光液的液位。

第一抛光液槽140内的液位检测装置270检测第一抛光液槽140内抛光液的液位，当检测到的第一抛光液槽140内抛光液的液位高于预设值时，打开第一电磁阀230，第一抛光液槽140内的抛光液流入铜离子回收装置210，直至第一抛光液槽140内抛光液的液位达到预设值。当检测到的第一抛光液槽140内抛光液的液位低于预设值时，打开第三电磁阀250，第二抛光液槽150内的抛光液流入第一抛光液槽140，以向第一抛光液槽140内补充抛光液，直至第一抛光液槽140内抛光液的液位达到预设值。

第二抛光液槽150内的液位检测装置280检测第二抛光液槽150内抛光液的液位，当检测到的第二抛光液槽150内抛光液的液位高于设定值时，打开第三电磁阀250，将第二抛光液槽150内的抛光液排入第一抛光液槽140，直至第二抛光液槽150内抛光液的液位达到设定值。当检测到的第二抛光液槽150内抛光液的液位低于设定值时，打开第二电磁阀240，将铜离子回收装置210内的、已经过铜离子回收处理的抛光液补充至第二抛光液槽150，直至第二抛光液槽150内抛光液的液位达到设定值。

第一抛光液槽140内的铜离子浓度检测装置260检测第一抛光液槽140内抛光液的铜离子浓度，当检测到的第一抛光液槽140内抛光液的铜离子浓度高于设定值时，打开第一电磁阀230，将第一抛光液槽140内的抛光液排入铜离子回收装置210，在铜离子回收装置210内进行铜离子回收处理，铜离子回收装置210内的铜离子浓度检测装置220检测该铜离子回收装置210内的抛光液的铜离子浓度，以保障铜离子回收装置210内的抛光液满足抛光要求。

本发明通过设置独立的第一抛光液槽140和第二抛光液槽150，通过第一抛光液槽140和第二抛光液槽150分别向第一喷头120和第二喷头130供应抛光液，并使腔室110内的抛光液回流至第一抛光液槽140，确保了第二抛光液槽150内抛光液的铜离子浓度始终小于或等于预设值，保证了晶圆170的外边缘抛光均匀性，避免由于供应至第二喷头130的抛光液中铜离子浓度过高而导致第二喷头130向晶圆170外边缘喷射抛光液时在晶圆170的外边缘发生电镀现象。此外，本发明通过进一步设置铜离子回收装置210，使得第一抛光液槽140和第二抛光液槽150内的抛光液能够反复循环使用，降低了抛光成本，减少了废液排放，减轻了环境污染。

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 (8)

1.一种电化学抛光供液装置，其特征在于，包括：

腔室，所述腔室开设有排液口；

第一抛光液槽，所述第一抛光液槽盛有抛光液，第一抛光液槽与所述腔室的排液口连接；

第二抛光液槽，所述第二抛光液槽盛有抛光液；

第一喷头，所述第一喷头的上端口设置在所述腔室内，第一喷头的下端口设置在所述第一抛光液槽内，第一喷头通过其上端口将第一抛光液槽内的抛光液喷射至待抛光晶圆的表面；

第二喷头，所述第二喷头的上端口设置在所述腔室内，第二喷头的下端口设置在所述第二抛光液槽内，第二喷头通过其上端口将第二抛光液槽内的抛光液喷射至待抛光晶圆的外边缘；及

电源，所述电源的阴极与所述第一喷头电连接，电源的阳极与所述第二喷头电连接。

2.根据权利要求1所述的电化学抛光供液装置，其特征在于，还进一步包括铜离子回收装置，所述铜离子回收装置回收抛光液中的铜离子，铜离子回收装置通过管道分别与第一抛光液槽和第二抛光液槽连接，铜离子回收装置与第一抛光液槽相连接的管道上设置有第一电磁阀，铜离子回收装置与第二抛光液槽相连接的管道上设置有第二电磁阀。

3.根据权利要求2所述的电化学抛光供液装置，其特征在于，所述铜离子回收装置内设置有铜离子浓度检测装置。

4.根据权利要求2所述的电化学抛光供液装置，其特征在于，所述第一抛光液槽和第二抛光液槽通过管道连接，第一抛光液槽和第二抛光液槽相连接的管道上设置有第三电磁阀。

5.根据权利要求4所述的电化学抛光供液装置，其特征在于，所述第一电磁阀、第二电磁阀及第三电磁阀均为单向阀。

6.根据权利要求1所述的电化学抛光供液装置，其特征在于，所述第一抛光液槽内设置有铜离子浓度检测装置和液位检测装置。

7.根据权利要求1所述的电化学抛光供液装置，其特征在于，所述第二抛光液槽内设置有液位检测装置。

8.根据权利要求1所述的电化学抛光供液装置，其特征在于，所述第一喷头的上端口和第二喷头的上端口在腔室内的水平高度一致。