CN105297127B - 带有电极的喷头装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种带有电极的喷头装置，该喷头装置包括绝缘基座、外电极、外绝缘遮盖、内电极、内绝缘遮盖、排液槽及绝缘导流管。绝缘基座具有绝缘基体。外电极固定并覆盖在绝缘基体的内侧壁及顶壁。外绝缘遮盖包括绝缘管体及由绝缘管体顶端部的外侧壁向外延伸形成的绝缘盖体，绝缘管体收容于外电极的收容腔并伸出该收容腔外，绝缘盖体位于固定在绝缘基体顶壁的外电极的上方，绝缘管体的内侧壁围成的通道被定义为主流体通道，绝缘管体的外侧壁与外电极的内侧壁之间间隔一定距离，形成辅助流体通道。内电极设置在外绝缘遮盖的绝缘管体内。内绝缘遮盖罩设在内电极的外围，内绝缘遮盖的顶端低于外绝缘遮盖的绝缘管体的顶端。排液槽收集抛光液。

Description

带有电极的喷头装置

技术领域

本发明涉及电化学抛光技术领域，尤其涉及一种带有电极的喷头装置。

背景技术

电化学抛光是一种无应力抛光技术，在电化学抛光过程中，需要用到能够导电的抛光液，抛光液通过喷头喷射至晶圆表面。适用于电化学抛光的喷头带有电极，该电极与电源的阴极电连接以使抛光液带电荷，喷头配合与电源的阳极电连接的夹具能够精确地对晶圆表面的特定区域进行电化学抛光工艺。电化学抛光工艺的去除率与晶圆表面和喷头相对应的区域的电流密度和抛光工艺时间有关，因此，通过精确控制和喷头相对应的区域的电流密度的均匀性，可以控制电化学抛光工艺的去除率的均匀性。

如图6所示，为现有的喷头装置的剖面结构示意图。该装置主要包括绝缘基座11、电极12及绝缘遮盖13。电极12固定在绝缘基座11的内侧壁及顶壁，电极12具有贯穿电极12的收容腔。绝缘遮盖13包括中空的管体131及由管体131顶端部的外侧壁向外延伸形成的盖体132。绝缘遮盖13的管体131收容于电极12的收容腔并伸出该收容腔外。绝缘遮盖13的盖体132位于固定在绝缘基座11顶壁的电极12的上方。将由绝缘遮盖13的管体131限定的流体通道定义为主流体通道133，绝缘遮盖13的管体131的外侧壁与电极12的内侧壁之间间隔一定距离，从而形成辅助流体通道134。电化学抛光时，该喷头装置的电极12与电源的阴极电连接从而使抛光液带电荷，抛光液由绝缘遮盖13的管体131隔离成两路支流，一路支流通过主流体通道133后从管体131的管口喷出至晶圆表面进行电化学抛光，另一路支流流过辅助流体通道134，并在绝缘遮盖13的盖体132的遮挡下，不会喷射至晶圆表面，其原因在于，电化学抛光过程中，气泡很容易产生并附着在电极12上，这些气泡随着抛光液流经辅助流体通道134并被绝缘遮盖13的盖体132遮挡，避免了气泡随着抛光液喷射至晶圆表面而导致晶圆表面抛光光洁度降低。

当为了提高抛光效率而加大上述绝缘遮盖13的管体131的管径时，晶圆表面与该管体131的管口相对应的区域的中心的去除率较低，从而导致晶圆表面抛光去除率的均匀性降低，究其原因，主要是由于主流体通道133内的抛光液的电流密度分布不均匀，靠近管体131内侧壁的抛光液的电流密度大于管体131中心的抛光液的电流密度。因此，需要对上述喷头装置进行改进，使其既能提高抛光效率，又能保证晶圆表面抛光去除率的均匀性一致。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高抛光液内电流密度分布均匀性从而提高电化学抛光去除率均匀性的带有电极的喷头装置。

为实现上述目的，本发明提出的带有电极的喷头装置，该喷头装置包括绝缘基座、外电极、外绝缘遮盖、内电极、内绝缘遮盖、排液槽及绝缘导流管。绝缘基座具有绝缘基体。外电极固定并覆盖在绝缘基座的绝缘基体的内侧壁及顶壁，外电极具有贯穿外电极的收容腔。外绝缘遮盖包括中空的绝缘管体及由绝缘管体顶端部的外侧壁向外延伸形成的绝缘盖体，绝缘管体收容于外电极的收容腔并伸出该收容腔外，绝缘盖体位于固定在绝缘基体顶壁的外电极的上方，绝缘管体的内侧壁围成的通道被定义为主流体通道，绝缘管体的外侧壁与外电极的内侧壁之间间隔一定距离，形成辅助流体通道。内电极设置在外绝缘遮盖的绝缘管体内。内绝缘遮盖罩设在内电极的外围，内绝缘遮盖的顶端低于外绝缘遮盖的绝缘管体的顶端。排液槽收集具有气泡的抛光液。绝缘导流管将内电极产生的气泡排至排液槽。

根据本发明的带有电极的喷头装置的一实施例，所述内电极为管状结构，内电极的顶端和底端贯通，所述绝缘导流管固定在内电极的内侧壁，且绝缘导流管伸出内电极外，绝缘导流管与排液槽连接。

根据本发明的带有电极的喷头装置的一实施例，所述内电极为管状结构，内电极的顶端和底端贯通，所述绝缘导流管包裹在内电极的外侧壁，绝缘导流管与排液槽连接。

根据本发明的带有电极的喷头装置的一实施例，所述外电极和内电极并联连接同一电源的阴极。

根据本发明的带有电极的喷头装置的一实施例，所述外电极和内电极各自连接一电源的阴极。

根据本发明的带有电极的喷头装置的一实施例，所述外绝缘遮盖的绝缘管体开设有若干斜向的通孔，每一通孔靠近外电极的一端口的水平高度高于与该端口相对的另一端口的水平高度。

根据本发明的带有电极的喷头装置的一实施例，所述内绝缘遮盖的侧壁开设有若干斜向的穿孔，每一穿孔靠近内电极的一端口的水平高度高于与该端口相对的另一端口的水平高度。

根据本发明的带有电极的喷头装置的一实施例，所述内电极、内绝缘遮盖、绝缘管体、外电极及绝缘基体为同心的圆柱形的管状结构。

根据本发明的带有电极的喷头装置的一实施例，所述内绝缘遮盖的顶端封闭，内绝缘遮盖的底端具有开口。

根据本发明的带有电极的喷头装置的一实施例，所述内电极为棒状结构并位于绝缘导流管内，所述绝缘导流管与排液槽连接。

综上所述，本发明带有电极的喷头装置通过在外绝缘遮盖的绝缘管体内再设置一个内电极，能够有效提高绝缘管体内抛光液的电流密度分布均匀性，从而提高电化学抛光去除率均匀性。

附图说明

图1揭示了本发明的第一实施例的带有电极的喷头装置的顶视图。

图2揭示了沿图1中II-II的剖面结构示意图。

图3揭示了本发明带有电极的喷头装置取掉外绝缘遮盖和内绝缘遮盖后的顶视图。

图4揭示了本发明的第二实施例的带有电极的喷头装置的剖面结构示意图。

图5揭示了本发明的第三实施例的带有电极的喷头装置的剖面结构示意图。

图6为现有的喷头装置的剖面结构示意图。

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至图3，示例了本发明带有电极的喷头装置的第一实施例。该喷头装置适用于电化学抛光工艺，具体包括绝缘基座21、外电极22、外绝缘遮盖23、内电极24、内绝缘遮盖25、排液槽及绝缘导流管26。

绝缘基座21具有中空的、圆柱状的绝缘基体211及与绝缘基体211相连接的绝缘底座212。外电极22固定并覆盖在绝缘基体211的内侧壁及绝缘基体211的顶壁。外电极22具有贯穿外电极22的收容腔。外绝缘遮盖23包括中空的绝缘管体231及由绝缘管体231顶端部的外侧壁向外延伸形成的绝缘盖体232。绝缘管体231收容于外电极22的收容腔并伸出该收容腔外。绝缘盖体232位于固定在绝缘基体211顶壁的外电极22的上方，且绝缘盖体232与固定在绝缘基体211顶壁的外电极22之间具有一定间距。由绝缘管体231的内侧壁围成的通道被定义为主流体通道233，绝缘管体231的外侧壁与外电极22的内侧壁之间间隔一定距离，从而形成辅助流体通道234。上述结构与现有的喷头装置结构相同。

在一个实施例中，为了使辅助流体通道234内的抛光液进入主流体通道233，而同时还可以防止辅助流体通道234内的气泡进入主流体通道233，较佳地，绝缘管体231开设有若干斜向的通孔235，每一通孔235靠近外电极22的一端口的水平高度高于与该端口相对的另一端口的水平高度。

内电极24设置在外绝缘遮盖23的绝缘管体231内，内电极24、内绝缘遮盖25、绝缘管体231、外电极22及绝缘基座21的绝缘基体211为同心的圆柱形的管状结构，内电极24的顶端和底端贯通。内绝缘遮盖25为顶端封闭而底端具有开口的管状结构，内绝缘遮盖25罩设在内电极24的外围，内绝缘遮盖25的内壁与内电极24的外壁之间间隔一定距离，以形成流体通道251。内绝缘遮盖25的顶端低于绝缘管体231的顶端。在一个实施例中，为了使内绝缘遮盖25与内电极24之间的抛光液进入主流体通道233，而同时还可以防止在内电极24处产生的气泡进入主流体通道233，较佳地，内绝缘遮盖25的侧壁开设有若干斜向的穿孔252，每一穿孔252靠近内电极24的一端口的水平高度高于与该端口相对的另一端口的水平高度。排液槽收集具有气泡的抛光液。绝缘导流管26固定在内电极24的内侧壁，且绝缘导流管26伸出内电极24外，绝缘导流管26与排液槽连接，绝缘导流管26将内电极24产生的气泡排至排液槽。

使用该喷头装置进行电化学抛光工艺时，外电极22和内电极24可以并联连接同一电源的阴极，通过外电极22和内电极24所带的负载控制电流的分配，此种连接方式操作起来比较简单。在一个实施例中，外电极22和内电极24也可以各自连接一电源的阴极，此种连接方式操作起来虽然比较复杂，但是能够精确控制外电极22和内电极24所对应的回路电流。

抛光液供应至该喷头装置以进行电化学抛光时，抛光液由外绝缘遮盖23的绝缘管体231隔离成两路支流，一路支流通过主流体通道233后从绝缘管体231的管口喷出至晶圆表面进行电化学抛光，另一路支流流过辅助流体通道234，并在外绝缘遮盖23的绝缘盖体232的遮挡下，不会喷射至晶圆表面。在电化学抛光过程中，外电极22处很容易产生气泡，这些气泡随着抛光液流经辅助流体通道234并被外绝缘遮盖23的绝缘盖体232遮挡，避免了气泡随着抛光液喷射至晶圆表面而导致晶圆表面抛光光洁度降低。主流体通道233中心处的抛光液由内绝缘遮盖25的侧壁隔离成两路支流，一路支流通过主流体通道233后从绝缘管体231的管口喷出至晶圆表面进行电化学抛光，另一路支流流过内绝缘遮盖25的内壁与内电极24的外壁之间的流体通道251，然后进入绝缘导流管26，其目的是使内电极24处产生的气泡随抛光液进入绝缘导流管26后排放至排液槽，防止气泡进入主流体通道233。

参考图4，揭示了本发明的第二实施例的带有电极的喷头装置的剖面结构示意图。与第一实施例相比，本实施例的主要区别在于绝缘导流管36包裹在内电极34的外侧壁，绝缘导流管36与排液槽连接，绝缘导流管36将内电极34产生的气泡排至排液槽，防止内电极34处产生的气泡进入主流体通道333。与第一实施例相同的部分在此不再赘述。

参考图5，揭示了本发明的第三实施例的带有电极的喷头装置的剖面结构示意图。在本实施例中，内电极44为棒状结构并位于绝缘导流管46内，绝缘导流管46与排液槽连接，绝缘导流管46将内电极44产生的气泡排至排液槽。除此以外的结构均与第二实施例所揭示的结构相同，在此不再赘述。

与现有技术相比，本发明带有电极的喷头装置通过在外绝缘遮盖的绝缘管体内再设置一个内电极，能够有效提高绝缘管体内抛光液的电流密度分布均匀性，从而提高电化学抛光去除率均匀性。

综上所述，本发明带有电极的喷头装置通过上述实施方式及相关图式说明，已具体、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)

1.一种带有电极的喷头装置，其特征在于，包括：

绝缘基座，所述绝缘基座具有绝缘基体；

外电极，所述外电极固定并覆盖在所述绝缘基座的绝缘基体的内侧壁及顶壁，所述外电极具有贯穿外电极的收容腔；

外绝缘遮盖，所述外绝缘遮盖包括中空的绝缘管体及由绝缘管体顶端部的外侧壁向外延伸形成的绝缘盖体，所述绝缘管体收容于所述外电极的收容腔并伸出该收容腔外，所述绝缘盖体位于固定在所述绝缘基体顶壁的外电极的上方，所述绝缘管体的内侧壁围成的通道被定义为主流体通道，所述绝缘管体的外侧壁与所述外电极的内侧壁之间间隔一定距离，形成辅助流体通道；

内电极，所述内电极设置在所述外绝缘遮盖的绝缘管体内；

内绝缘遮盖，所述内绝缘遮盖罩设在所述内电极的外围，所述内绝缘遮盖的顶端低于所述外绝缘遮盖的绝缘管体的顶端；

排液槽，所述排液槽收集具有气泡的抛光液；及

绝缘导流管，所述绝缘导流管将内电极产生的气泡排至排液槽。

2.根据权利要求1所述的带有电极的喷头装置，其特征在于，所述内电极为管状结构，内电极的顶端和底端贯通，所述绝缘导流管固定在内电极的内侧壁，且绝缘导流管伸出内电极外，绝缘导流管与排液槽连接。

3.根据权利要求1所述的带有电极的喷头装置，其特征在于，所述内电极为管状结构，内电极的顶端和底端贯通，所述绝缘导流管包裹在内电极的外侧壁，绝缘导流管与排液槽连接。

4.根据权利要求1所述的带有电极的喷头装置，其特征在于，所述外电极和内电极并联连接同一电源的阴极。

5.根据权利要求1所述的带有电极的喷头装置，其特征在于，所述外电极和内电极各自连接一电源的阴极。

6.根据权利要求1所述的带有电极的喷头装置，其特征在于，所述外绝缘遮盖的绝缘管体开设有若干斜向的通孔，每一通孔靠近外电极的一端口的水平高度高于与该端口相对的另一端口的水平高度。

7.根据权利要求1所述的带有电极的喷头装置，其特征在于，所述内绝缘遮盖的侧壁开设有若干斜向的穿孔，每一穿孔靠近内电极的一端口的水平高度高于与该端口相对的另一端口的水平高度。

8.根据权利要求1所述的带有电极的喷头装置，其特征在于，所述内电极、内绝缘遮盖、绝缘管体、外电极及绝缘基体为同心的圆柱形的管状结构。

9.根据权利要求1所述的带有电极的喷头装置，其特征在于，所述内绝缘遮盖的顶端封闭，内绝缘遮盖的底端具有开口。

10.根据权利要求1所述的带有电极的喷头装置，其特征在于，所述内电极为棒状结构并位于绝缘导流管内，所述绝缘导流管与排液槽连接。