一种无应力抛光装置的制作方法

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种无应力抛光装置。

背景技术：

传统半导体铜互联工艺中，使用化学机械平坦化工艺对金属铜制层进行表面平坦化。随着半导体器件的特征尺寸的减小，低k超低k介质材料或空气穴互联工艺将被广泛采用，两者机械强度较弱，传统化学机械平坦化工艺所产生的下压力，会对小特征尺寸的铜互联结构产生应力，造成互联结构破坏。现有技术通常使用无应力抛光工艺将晶圆上多余的铜层去除，从而形成铜互连结构。在无应力抛光工艺中，晶圆固定在晶圆夹上，电解液通过喷头喷涂在晶圆上。常见的无应力抛光装置使用的喷头尺寸较小，其目的是保证无应力抛光均匀性。然而，小尺寸的喷头会导致无应力抛光的去除率较低。为了提高无应力抛光的去除率，如果仅简单地增大喷头的尺寸而不做其他的改进，在实际工艺中会发现晶圆外边缘的无应力抛光均匀性很差。

现有技术在增大了喷头尺寸的同时，采用向晶圆的外边缘供应无电荷或带电荷的电解液以确保在无应力抛光工艺过程中晶圆的外边缘与电源之间始终能够保持导通，晶圆的外边缘与电源之间形成稳定的电连接，从而提高了晶圆的外边缘无应力抛光均匀性，且降低了装置的电阻，例如pct/cn2013/075410。经申请人研究发现，采用这种抛光装置在实际工艺中，晶圆中心相对于主喷头做相对运动，晶圆中心相对于辅喷头出液点相对静止，即不论晶圆相对于主喷头运动至何位置，辅喷头出液点到晶圆圆心的直线距离为定值。当晶圆圆心距离主喷头较近时，即晶圆边缘距离主喷头较远时，整个抛光系统的电阻较大；反之当晶圆圆心距离主喷头较远时，即晶圆边缘距离主喷头较近时，整个抛光系统的电阻较小，即系统电阻和晶圆边缘到主喷头的距离正正比。为了降低系统电阻，通常将辅喷头出液 点直接设定在晶圆边缘，但是采用这种方法会造成当晶圆边缘处于主喷头正上方时，部分电流被分流，直接通过电解液导通主喷头和辅喷头，造成晶圆边缘去除率降低。

技术实现要素：

针对现有装置为了降低系统电阻将辅喷头出液点设置在晶圆边缘而造成晶圆边缘处于主喷头正上方时，部分电流被分流，直接通过电解液导通主喷头和辅喷，晶圆边缘去除率降低的问题，本发明提出一种无应力抛光装置。

本发明所采用的技术方案具体是这样实现的：

本发明提供了一种无应力抛光装置，包括：

晶圆夹，晶圆夹夹持有晶圆，晶圆夹可水平移动并旋转；

辅喷头装置，辅喷头装置包括辅喷头和辅喷头上的多个喷嘴，辅喷头位于晶圆夹下方，喷嘴面向晶圆的外边缘及晶圆夹喷洒电解液，辅喷头在水平方向上倾斜放置，且在晶圆夹的运动过程中，晶圆边缘在主喷头上方时辅喷头喷洒到晶圆上的液点比晶圆中心在主喷头上方时辅喷头喷洒到晶圆上的液点距晶圆圆心的距离远，辅喷头装置还包括遮盖在辅喷头外部的用于挡住喷洒出的电解液的保护罩，保护罩上开有一可供电解液通过的窗口，窗口在辅喷头上水平移动；以及

主喷头装置，主喷头装置包括主喷头，主喷头位于晶圆夹的下方，主喷头面向晶圆喷洒电解液。

进一步，辅喷头为长方体。

进一步，窗口和晶圆夹同步水平移动。

进一步，辅喷头和晶圆夹平行放置。

进一步，晶圆夹上设有电极，电极为环状并环绕在晶圆的外侧。

本发明通过将辅喷头在水平方向上倾斜放置，使窗口在移动到不同位置时，电解液能够喷洒到晶圆边缘处的不同位置，确保在整个抛光工艺过程中，主喷头和辅喷头的出液点距离不等，从而降低晶圆圆心抛光状态时的电阻，并能够避免在晶圆边缘抛光状态下，电流被分流，造成晶圆边缘去除率降低。

附图说明

图1是晶圆圆心在主喷头正上方时装置的截面图；

图2是晶圆边缘在主喷头正上方时装置的截面图；

图3是晶圆圆心在主喷头正上方时侧视图；

图4是晶圆边缘在主喷头正上方时侧视图。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明所提供的无应力抛光装置包括夹持晶圆101的晶圆夹100，晶圆夹100可以是真空夹具。晶圆夹100上设置有电极，该电极为环状并环绕在晶圆外侧。电抛光时，电极与电源的阳极电连接，电极与晶圆101之间通过电解液形成电连接，借助于电极和电解液实现晶圆101与电源之间的电连接。晶圆夹100可以绕自身的中心轴旋转，具体的说，晶圆夹上可以有旋转轴，旋转轴在电动装置的驱动下旋转并带动晶圆夹100旋转。晶圆夹110还能够水平移动从而带动晶圆水平移动。该装置还包括主喷头装置300，主喷头装置300包括一个主喷头301，位于晶圆夹100的下方，主喷头301面向晶圆101喷洒电解液。

在电抛光工艺过程中，晶圆夹100一边水平移动一边旋转，因此，喷涂在晶圆101上的电解液在离心力的作用下覆盖在晶圆101和晶圆夹100的表面，形成电解液薄膜。藉由电解液薄膜，晶圆夹100上的电极和晶圆101电连接，电流主要从晶圆101的表面流过，实现对晶圆101电抛光。在实际工艺过程中，当电抛光晶圆101的外边缘时，电解液有可能直接从晶圆101的表面甩掉而不能在晶圆101和晶圆夹100的表面形成电解液薄膜，晶圆夹100上的电极和晶圆夹100之间的电连接时不时地断开，从而导致晶圆101的外边缘电抛光均匀性较差。为了提高晶圆101的外边缘电抛光均匀性，本发明提供了辅助喷头装置200。

辅喷头装置200还包括辅喷头201和辅喷头201上的多个喷嘴202，辅喷头201位于晶圆夹100下方，最好与晶圆夹100平行放置。喷嘴202面向晶圆101的外边缘及晶圆夹100喷洒电解液。为了保证晶圆101在运动过程中，喷嘴202能一直向晶圆101的外边缘喷洒电解液，辅喷头装置200还包括一个保护罩。保护罩遮盖在辅喷头201的外部，保护罩上开有一可供电解液通过的窗口203，抛 光时，只有通过窗口203的电解液可以喷洒到晶圆101的表面，无窗口203处喷洒出的电解液则会被保护罩挡住，窗口203在辅喷头201上跟随晶圆夹100一并水平移动。这样，辅喷头201喷洒出的电解液就会跟随晶圆101的运动一直喷洒在晶圆101的边缘处。

如果辅喷头201喷洒到晶圆101边缘的点为定点，那么当晶圆101边缘处于主喷头301上方时，辅喷头201的电解液和主喷头301的电解液过于接近，导致一部分电流由辅喷头201的电解液和主喷头301的电解液直接导通，相当于原先在原有辅喷头电解液，晶圆101表面铜膜，主喷头电解液形成的电流回路中并联了一路回流，减少了晶圆101铜膜表面经过的电流，因此相当于部分电流被分流，直接通过电解液导通主喷头301和辅喷头201，造成晶圆101边缘去除率降低。为了解决这个问题，将辅喷头201在水平方向上倾斜放置，且在进行电抛光工艺过程中，当晶圆101圆心与主喷头301接近时，辅喷头201距离晶圆101边缘较近甚至直接接触到晶圆101边缘；当晶圆101边缘与主喷头301接近时，辅喷头201距离晶圆101边缘较远。本发明的一具体实施方式，图1和图2分别是晶圆101圆心和晶圆101边缘在主喷头正上方时的截面图，从图中可以看出，由于辅喷头201是倾斜放置，所以辅喷头201上的出液点不在同一水平线上。图3和图4分别是晶圆101圆心和晶圆101边缘在主喷头正上方时侧视图，可以看出，晶圆101边缘在主喷头301上方时辅喷头201喷洒到晶圆101上的液点比晶圆101中心在主喷头301上方时辅喷头201喷洒到晶圆101上的液点距圆心的距离远。本发明的另一具体实施方式，将图1至图4中的辅喷头201旋转180°，则晶圆夹100朝与图中相反方向运动，以保证晶圆夹100的运动过程中，晶圆101边缘在主喷头301上方时辅喷头201喷洒到晶圆101上的液点比晶圆101中心在主喷头301上方时辅喷头201喷洒到晶圆101上的液点距圆心的距离远。此外，在使用时，可增大喷头的尺寸，提高去除率，同时不会对晶圆101边缘无应力抛光的均匀性造成影响。

本发明采用将辅喷头201倾斜放置的方法，使晶圆101圆心与主喷头301接近时，辅喷头201距离晶圆101边缘较近甚至直接接触到晶圆101边缘；并使晶圆101边缘与主喷头301接近时，辅喷头201距离晶圆101边缘较远。确保在整个抛光工艺过程中，主喷头301和辅喷头201出液点距离不等，从而降低晶圆101 在圆心抛光状态时的电阻，并能够避免在晶圆101边缘抛光状态下，电流被分流，造成晶圆101边缘去除率降低。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。