CN105316754B - 电化学加工工艺及电化学加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了电化学加工工艺，包括：提供加工盘和喷嘴，加工盘的底面与工件表面平行布置，加工盘与喷嘴同步移动，喷嘴向工件表面喷射电解液，加工盘和喷嘴与电源并联连接，以构成两路电流回路，第一路电流回路由工件、电解液、加工盘和电源构成，第二路电流回路由工件、电解液、喷嘴和电源构成；将工件表面沿工件圆心向工件外边缘划分成三个区域，含有工件圆心的区域定义为第一区域，含有工件外边缘的区域定义为第三区域，第一区域与第三区域之间的区域定义为第二区域；采用第一路电流回路加工工件表面的第一区域和第三区域。本发明在工件表面的中心区域和边缘区域利用加工盘构成的第一路电流回路加工，形成稳定的电场，提高工件表面加工均匀性。

Description

电化学加工工艺及电化学加工装置

技术领域

本发明涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种适用于电镀或电抛光的电化学加工工艺。

背景技术

电化学加工是利用电化学反应对工件进行加工的一种方法。随着微电子技术的日益发展，电化学加工已广泛应用于集成电路制造中。在集成电路制造领域，电化学加工包括电镀和电抛光工艺。

目前，电镀工艺主要是将工件整片浸入电解液中来实现电镀。电镀时，将被镀的工件与电源的阴极连接，要镀的金属与电源的阳极连接，通电后，阳极逐渐溶解成金属正离子，溶液中有相等数目的金属离子在阴极上获得电子随即在被镀工件的表面析出，形成金属镀层。电抛光工艺是采用喷嘴向工件表面喷射电解液来实现工件表面加工。电抛光时，将被抛光的工件与电源的阳极连接，喷嘴与电源的阴极连接，被抛光的工件与喷嘴之间通过电解液形成导通的电流回路。

由此可知，无论是电镀工艺还是电抛光工艺，在对工件的整个表面进行加工过程中，都只采用了单一的加工模式，从而容易出现均匀性等问题。例如，电抛光时，不管抛光工件的哪一区域，始终都是通过喷嘴与电源的阴极连接以形成电流回路，当抛光工件的中心或边缘时，由于喷射至工件中心或边缘的液柱形状较难稳定控制，从而导致抛光结果不太稳定，进而致使整片工件内的抛光均匀性不甚理想。

发明内容

本发明的目的是针对上述出现的技术问题提出一种新的电化学加工工艺，以提高电化学加工的工艺效果，尤其是提高工件表面电化学加工的均匀性。

为实现上述目的，本发明提出的电化学加工工艺，包括：提供一加工盘和喷嘴，加工盘的底面与工件表面平行布置，加工盘与喷嘴同步移动，喷嘴向工件表面喷射电解液，加工盘和喷嘴与电源并联连接，以构成两路电流回路，第一路电流回路由工件、电解液、加工盘和电源构成，第二路电流回路由工件、电解液、喷嘴和电源构成；将工件表面沿工件圆心向工件外边缘划分成三个区域，含有工件圆心的区域定义为第一区域，含有工件外边缘的区域定义为第三区域，第一区域与第三区域之间的区域定义为第二区域；及采用第一路电流回路加工工件表面的第一区域和第三区域。

在一个实施例中，采用第二路电流回路加工工件表面的第二区域。另一个实施例中，采用第一路电流回路加工工件表面的第二区域。

在一个实施例中，第一区域是以工件的圆心为圆心的圆形，第二区域和第三区域是同心圆环且圆环的圆心为工件的圆心，第一区域的外侧与第二区域的内侧形成圆环形重叠部分，第三区域的内侧与第二区域的外侧形成圆环形重叠部分。

在一个实施例中，第一区域的半径大于或等于加工盘的半径，第一区域和第二区域的重叠部分的宽度为加工盘的半径，第二区域和第三区域的重叠部分的宽度为加工盘的半径。

本发明还提出电化学加工装置，包括：

腔室；

夹盘，夹盘设置在腔室内，夹盘夹持工件，夹盘能够绕其自身的中心轴旋转或垂直上升或下降；

电解液供应管道，具有旋转端和与旋转端相对的末端；

喷嘴，设置在电解液供应管道的末端；

旋转摆臂，具有旋转端和和与旋转端相对的末端；

加工盘，设置在旋转摆臂的末端，加工盘能绕其自身的中心轴旋转；

致动器，连接到电解液供应管道的旋转端和旋转摆臂的旋转端，致动器驱动电解液供应管道绕电解液供应管道的旋转端旋转，致动器还驱动旋转摆臂绕旋转摆臂的旋转端转动，带动喷嘴和加工盘在工件的表面上同步移动；

电源，电源的一极与工件连接，电源的另一极与喷嘴和加工盘并联连接，以构成两路电流回路：第一路电流回路由工件、电解液、加工盘和电源构成，第二路电流回路由工件、电解液、喷嘴和电源构成；第一路电流回路和第二路电流回路之间能切换。

在一个实施例中，致动器驱动旋转摆臂带动加工盘移动的同时加工盘绕其自身的中心轴旋转。

在一个实施例中，加工盘的形状为圆形，加工盘由导电材料制成，加工盘的底面与工件的表面平行布置。

在一个实施例中，加工盘的底面与工件表面之间的距离为0-20mm。

综上所述，本发明电化学加工工艺通过在工件表面的第一区域和第三区域，也就是工件表面的中心区域和边缘区域采用由工件、电解液、加工盘和电源构成的第一路电流回路加工，加工盘与工件之间形成稳定的电场，提高了工件表面加工均匀性。

附图说明

图1揭示了本发明的一实施例的电化学加工工艺的流程图。

图2揭示了本发明的一实施例的将工件表面沿工件圆心向工件外边缘划分成三个区域的示意图。

图3示例了电化学加工装置的结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所达成目的及效果，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。

本发明提出的电化学加工工艺，其主要构思是：设置一加工盘和喷嘴，该加工盘由导电材料制成，加工盘的底面与工件表面平行布置，加工盘与喷嘴同步移动，喷嘴向工件表面喷射电解液。本发明的电化学加工工艺包括两路电流回路，一路电流回路由工件、电解液、加工盘和电源构成，另一路电流回路由工件、电解液、喷嘴和电源构成，该两路电流回路可以切换，当对工件表面的不同区域进行加工时，可以选择不同电流回路，从而提高电化学加工的工艺效果，尤其是提高工件表面电化学加工的均匀性。

参考图3所示，示例了电化学加工装置的结构示意图。该电化学加工装置包括腔室31、夹盘32、工件33、电解液供应管道34、喷嘴35、旋转摆臂36、加工盘37、致动器38及电源。夹盘32设置在腔室31内，夹盘32水平夹持工件33，夹盘32能够绕其自身的中心轴旋转或垂直上升或下降，从而调节工件33的表面与加工盘37的底面之间的间距。电解液供应管道34具有旋转端和与旋转端相对的末端。喷嘴35设置在电解液供应管道34的末端，电解液供应管道34的旋转端连接到致动器38。喷嘴35向工件33的表面喷射电解液。旋转摆臂36具有旋转端和与旋转端相对的末端。加工盘37设置在旋转摆臂36的末端，旋转摆臂36的旋转端连接到致动器38。加工盘37绕其自身的中心轴旋转，优选的，加工盘37的形状为圆形，加工盘37由导电材料制成，加工盘37的底面与工件33的表面平行布置。致动器38驱动电解液供应管道34及旋转摆臂36分别绕其自身的旋转端转动。即致动器38驱动电解液供应管道34绕电解液供应管道的旋转端旋转，致动器38还驱动旋转摆臂36绕旋转摆臂的旋转端转动。从而带动喷嘴35和加工盘37在工件33的表面上方同步移动。致动器38驱动旋转摆臂36带动加工盘37移动的同时加工盘37绕其自身的中心轴旋转。电源的一极与工件33连接，电源的另一极与喷嘴35和加工盘37并联连接，以构成两路电流回路：第一路电流回路由工件33、电解液、加工盘37和电源构成，第二路电流回路由工件33、电解液、喷嘴35和电源构成，该两路电流回路可以切换。

基于但不限于上述电化学加工装置，本发明提出了一种电化学加工工艺，参考图1所示，揭示了本发明的一实施例的电化学加工工艺的流程图。该电化学加工工艺包括如下步骤：

步骤S11：提供一加工盘和喷嘴，加工盘的底面与工件表面平行布置，加工盘与喷嘴同步移动，喷嘴向工件表面喷射电解液，加工盘和喷嘴与电源并联连接，以构成两路电流回路，第一路电流回路由工件、电解液、加工盘和电源构成，第二路电流回路由工件、电解液、喷嘴和电源构成。

步骤S12：将工件表面沿工件圆心向工件外边缘划分成三个区域，含有工件圆心的区域定义为第一区域，含有工件外边缘的区域定义为第三区域，第一区域与第三区域之间的区域定义为第二区域。

步骤S13：采用第一路电流回路加工工件表面的第一区域和第三区域。对于第二区域的加工，有两种选择。在一个实施例中，采用第二路电流回路加工工件表面的第二区域。在另一个实施例中，采用第一路电流回路加工工件表面的第二区域，在这个实施例中实际上可以采用第一路电流回路加工工件的整个表面。

在一个实施例中，第一区域S1是以工件的圆心为圆心的圆形，第二区域S2和第三区域S3是同心圆环，且圆环的圆心为工件的圆心，第一区域S1的半径为R。第三区域S3是由工件的外边缘起向内宽度为D的圆环。第二区域S2的圆环内圆半径小于或等于R，第二区域S2的圆环的外圆半径大于第三区域S3的内圆半径，第二区域S2的圆环的宽度为L。如图2所示，图2揭示了本发明的一实施例的将工件表面沿工件圆心向工件外边缘划分成三个区域的示意图。第一区域S1、第二区域S2和第三区域S3以相互重叠的方式覆盖整个工件的表面。即第一区域S1的半径R、第二区域S2的宽度L和第三区域S3的宽度D之和大于工件的半径。第一区域S1的外侧与第二区域S2的内侧形成圆环形重叠部分，第三区域S3的内侧与第二区域S2的外侧形成圆环形重叠部分。

在一个实施例中，第一区域S1的半径R大于或等于加工盘的半径，第一区域S1的半径R与第二区域S2的内圆半径之差(即第一区域S1和第二区域S2的重叠部分的宽度)为加工盘的半径，第二区域S2外圆的半径与第三区域S3内圆的半径之差(即第二区域S2和第三区域S3的重叠部分的宽度)为加工盘的半径。

在一个实施例中，加工盘在移动的同时还绕其自身的中心轴旋转。

在一个实施例中，加工盘的底面与工件表面之间的距离为0-20mm。

下面以电抛光为例，对本发明的电化学加工工艺作进一步详细说明。

以直径为300mm的圆形工件为例，相应地，选择的加工盘的直径可以为10-300mm，其中，以加工盘的直径为30mm为例。将直径为300mm的圆形工件沿工件圆心向工件外边缘划分成三个区域，第一区域的半径为50mm，第二区域的内圆半径为35mm，第二区域的外圆半径为100mm，第三区域的内圆半径为85mm，第三区域的外圆半径为150mm。由此可知，第二区域与第一区域之间有部分重叠区域，第三区域与第二区域之间有部分重叠区域，重叠区域的圆环宽度为15mm，也就是加工盘的半径。在这两部分的重叠区域内，既采用了第一路电流回路加工工件表面，也采用了第二路电流回路加工工件表面，以提高工件表面抛光均匀性。或者，在这两部分的重叠区域内，会被第一电流回路两次加工，也能够提高工件表面抛光均匀性。

本发明电化学加工工艺通过在工件表面的第一区域和第三区域，也就是工件表面的中心区域和边缘区域采用由工件、电解液、加工盘和电源构成的第一路电流回路加工，加工盘与工件之间形成稳定的电场，提高了工件表面加工均匀性。

本发明电化学加工工艺既适用于电抛光，也适用于电镀。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种电化学加工工艺，其特征在于，包括：

提供一加工盘和喷嘴，加工盘的底面与工件表面平行布置，加工盘与喷嘴同步移动，喷嘴向工件表面喷射电解液，加工盘和喷嘴与电源并联连接，以构成两路电流回路，第一路电流回路由工件、电解液、加工盘和电源构成，第二路电流回路由工件、电解液、喷嘴和电源构成；

将工件表面沿工件圆心向工件外边缘划分成三个区域，含有工件圆心的区域定义为第一区域，含有工件外边缘的区域定义为第三区域，第一区域与第三区域之间的区域定义为第二区域；及

采用第一路电流回路加工工件表面的第一区域和第三区域；其中，采用所述第二路电流回路加工工件表面的第二区域。

2.如权利要求1所述的电化学加工工艺，其特征在于，所述第一区域是以工件的圆心为圆心的圆形，第二区域和第三区域是同心圆环且圆环的圆心为工件的圆心，第一区域的外侧与第二区域的内侧形成圆环形重叠部分，第三区域的内侧与第二区域的外侧形成圆环形重叠部分。

3.如权利要求2所述的电化学加工工艺，其特征在于，所述第一区域的半径大于或等于加工盘的半径，第一区域和第二区域的重叠部分的宽度为加工盘的半径，第二区域和第三区域的重叠部分的宽度为加工盘的半径。

4.一种电化学加工装置，其特征在于，包括：

腔室；

夹盘，夹盘设置在腔室内，夹盘夹持工件，夹盘能够绕其自身的中心轴旋转或垂直上升或下降；

电解液供应管道，具有旋转端和与旋转端相对的末端；

喷嘴，设置在电解液供应管道的末端；

旋转摆臂，具有旋转端和与旋转端相对的末端；

加工盘，设置在旋转摆臂的末端，加工盘能绕其自身的中心轴旋转；

致动器，连接到电解液供应管道的旋转端和旋转摆臂的旋转端，致动器驱动电解液供应管道绕电解液供应管道的旋转端旋转，致动器还驱动旋转摆臂绕旋转摆臂的旋转端转动，带动喷嘴和加工盘在工件的表面上同步移动；

电源，电源的一极与工件连接，电源的另一极与喷嘴和加工盘并联连接，以构成两路电流回路：第一路电流回路由工件、电解液、加工盘和电源构成，第二路电流回路由工件、电解液、喷嘴和电源构成；第一路电流回路和第二路电流回路之间能切换。

5.如权利要求4所述的电化学加工装置，其特征在于，致动器驱动旋转摆臂带动加工盘移动的同时加工盘绕其自身的中心轴旋转。

6.如权利要求4所述的电化学加工装置，其特征在于，加工盘的形状为圆形，加工盘由导电材料制成，加工盘的底面与工件的表面平行布置。

7.如权利要求6所述的电化学加工装置，其特征在于，所述加工盘的底面与工件表面之间的距离为0-20mm。