專利名稱：電解拋光組件以及對導電層執(zhí)行電解拋光的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明總體上涉及一種半導體處理設備，更具體而言，本發(fā)明涉及一種用于對半導體器件上的導電層執(zhí)行電解拋光處理的電解拋光設備。
背景技術(shù)：
半導體器件是利用許多不同的處理步驟而被制在或加工在半導體晶片上的，由此形成了一些晶體管和互連元件。為了將有關(guān)的晶體管接線端與半導體晶片在電路上連接起來，要在作為半導體器件組成部分的介電材料中制出導電的(例如用金屬制成)溝道、通路或類似結(jié)構(gòu)。溝道和通路在晶體管、半導體器件的內(nèi)部電路、以及半導體器件的外部電路之間傳輸電信號和電能。
在制出互連元件的過程中，半導體晶片例如要經(jīng)受掩模、蝕刻、以及淀積處理，由此來制出半導體器件所需的電子電路。尤其是，可執(zhí)行多次掩模和蝕刻步驟來在半導體晶片上的介電層中制出由凹陷區(qū)域組成的布圖，其中的凹陷區(qū)域作為進行電路互連的溝道和通路。然后可執(zhí)行一淀積過程來在半導體晶片上沉積一金屬層，由此就在溝道和通路內(nèi)都淀積了金屬，而且在半導體晶片的非凹陷區(qū)域上也淀積了金屬層。為了隔離開各條互連線—例如布圖設計的溝道和通路，要將淀積在半導體晶片非凹陷區(qū)域上的金屬去掉。
將淀積在半導體晶片介電層上非凹陷區(qū)域上的金屬膜去除掉的常用方法例如是化學機械拋光(CMP)。CMP方法被廣泛地應用在半導體工業(yè)中，用于拋光和磨平溝道和通路內(nèi)的金屬層、以及用介電層的非凹陷區(qū)域形成互連線路。
在一CMP工藝中，一晶片組件被定位到一CMP墊上，該墊被放置到一壓板或一輻板上。晶片組件包括一基片，其具有一個或多個層體和/或一些部件，這些層體和/或部件例如是制在介電層中的互連元件。然后，向晶片組件施加一個作用力，以此來將晶片組件緊壓到CMP墊上。在施加作用力的同時，使CMP墊與基片組件相對地運動，從而可拋光和磨平晶片的表面。在CMP墊上施用一種拋光液—其通常被稱為拋光漿料，以利于拋光工作。拋光漿料一般含有研磨劑，其能與晶片上不需要的材料(例如金屬層)比其它材料(例如介電材料)更快地發(fā)生化學反應，從而能將不需要的材料從晶片上有選擇地去除掉。
但是，CMP方法由于涉及到較大的機械作用力，所以會對底層的半導體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生幾方面不利影響。舉例來講，隨著連線的幾何尺寸逐漸發(fā)展到0.13微米以內(nèi)，則導電材料的機械特性之間出現(xiàn)了很大的差異，其中的導電材料例如是用在普通大馬士革(damascene)工藝中的銅和低k值的薄膜。舉例來講，低k值介電薄膜的楊氏模量可能會比銅的楊氏模量低10個數(shù)量級以上。因此，除了其它問題之外，如果在CMP工藝中向介電薄膜和銅施加較強的機械作用力，則就會在半導體結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生與應力相關(guān)的缺陷，這些缺陷包括分層、碟凹、腐蝕、薄膜翹起、刮擦、以及類似的缺損。
因而，人們希望能有新的處理工藝。例如，可利用電解拋光工藝將金屬層從晶片上去除或蝕刻掉。通常，在電解拋光工藝中，將晶片上要被進行拋光的部分浸入到一電解溶液中，并在隨后向晶片輸送電荷。這些條件將使得銅被從晶片上去除或拋光掉。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個方面，提供了一種示例性的設備和方法，它們用于對晶片上的導電薄膜執(zhí)行電解拋光。一種示例性的設備包括一用于保持晶片的晶片夾盤、一用于轉(zhuǎn)動夾盤的致動器、一被設計成對晶片執(zhí)行電解拋光的噴嘴、以及一環(huán)繞著晶片邊緣的護套。對晶片上導電薄膜執(zhí)行電解拋光的一種示例性方法包括操作以足夠的速度轉(zhuǎn)動一晶片夾盤，從而使得噴射到晶片上的電解液能在晶片表面上流向其邊緣。
在閱讀了下文結(jié)合附圖所作的詳細描述以及權(quán)利要求書之后，可對本發(fā)明有更好的理解。


圖1A和圖1B分別是示例性的、帶有一護套的半導體處理設備的剖視圖和俯視圖；圖1C、1D、1E是半導體處理設備中幾種示例性噴嘴的剖視圖；圖2中的剖視圖表示了半導體處理設備中的示例性噴嘴；圖3是半導體處理設備中示例性噴嘴的剖面圖；圖4中的剖視圖表示了半導體處理設備中示例性的噴嘴和塊體；圖5A到圖5H中的剖視圖表示了各種示例性噴嘴的形狀和構(gòu)造；圖6A和6B是一示例性噴嘴結(jié)構(gòu)的剖視圖和俯視圖；圖6C到圖6I中的俯視圖表示了各種示例性的噴嘴結(jié)構(gòu)；圖7中的剖視圖表示了帶有一導電構(gòu)件的、示例性的半導體處理設備；圖8A和圖8B中的剖視圖也表示了帶有一導電構(gòu)件的、示例性的半導體處理設備；圖8C是一示例性的晶片夾盤組件的分解視圖，該夾盤組件帶有一導電構(gòu)件；圖9A和圖9B中的剖視圖表示了帶有一導電構(gòu)件的、示例性的半導體處理設備；圖10A和10B中的剖視圖分別表示了帶有一個和兩個光學傳感器的、示例性的半導體處理設備；圖11A和圖11B分別為一示例性的半導體處理設備的俯視圖和剖視圖；
圖12是一示例性半導體處理設備的剖視圖；圖13A-13E表示了帶有一多路旋轉(zhuǎn)組件的示例性電解拋光組件；圖14A和14B中的剖視圖表示了示例性的多路旋轉(zhuǎn)噴嘴組件；圖14C表示了用于對晶片上導電層執(zhí)行電解拋光的示例性過程；圖15是一電解拋光室的剖視圖，該電解拋光室?guī)в惺纠缘摹⒖删€性移動的多路噴嘴組件；以及圖16A-16E是一電解拋光設備的例示圖，該設備帶有可線性移動的多路旋轉(zhuǎn)噴嘴。
具體實施例方式
為了使人對本發(fā)明有更為透徹的理解，下文的描述列舉了各種具體的細節(jié)特征—例如具體的材料、參數(shù)等。但應當指出的是對細節(jié)的描述并非是為了對本發(fā)明的范圍作出限定，而只是為了對示例性實施方式作更好的描述。
I.示例性的電解拋光設備圖1A和圖1B是一種示例性的晶片電解拋光設備的剖視圖和俯視圖，該設備可被用來對晶片1004進行拋光。寬泛地講，該示例性的電解拋光設備是通過將電解液引流向晶片上的金屬薄膜、同時向晶片輸送電荷來進行工作的。電荷和電解液使得金屬薄膜中的金屬離子溶解到電解液中。電解液中的電流密度和金屬離子濃度至少在部分上決定了拋光速率的大小。因而，通過對電流密度、電解溶液的濃度等指標進行控制，該電解拋光設備就能對位于半導體晶片上的金屬層精確地進行拋光。
如圖1A所示，電解拋光設備可包括夾盤1002、致動器1000、以及拋光容器1008。拋光容器1008可用任何不導電、耐酸耐腐蝕的材料制成，這些材料例如為聚四氟乙烯(商品名為TEFLON)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、以及聚丙烯等。優(yōu)選地是，拋光容器1008可用PVDF制成。但應當指出的是可根據(jù)具體的應用條件而采用不同的材料制出拋光容器1008。
如圖1A所示，電解液1038可經(jīng)過噴嘴1010、1012和/或1014而流入到拋光容器1008中。更具體來講，泵1020將電解液1038從電解液儲器1070中經(jīng)過回流閥1024泵送到過濾器1018中。過濾器可包括液體質(zhì)量流量控制器(LMFC)，該控制器可對輸送給噴嘴1010、1012、以及1014的電解液1038的數(shù)量和流量進行控制。另外，過濾器1018可將雜質(zhì)從電解液1038中濾出，以便于減少可能經(jīng)噴嘴1010、1012或1014進入到拋光容器1008中的雜質(zhì)的量，雜質(zhì)可能會降低電解拋光過程的品質(zhì)，或者，如果使用了LMFC的話，則雜質(zhì)會將其阻塞。按照上述的方式，可防止雜質(zhì)進入到拋光容器1008中和/或阻塞LMFC。在當前的實施例中，過濾器1018能適當?shù)厝コ艏s大于0.05微米到0.1微米的顆粒。但可以認識到可根據(jù)具體的應用而使用各種過濾系統(tǒng)。另外，盡管將雜質(zhì)過濾掉是有益的，但在某些應用場合中，也可將過濾器1018從晶片拋光組件中取消掉。
電解液1038可包含諸如磷酸等任何方便的電解拋光流體。優(yōu)選地是，電解液1038包括重量濃度約為60％到85％的亞磷酸(H3PO4)，其中的重量濃度更為優(yōu)選地是76％。此外，電解液1038最好包括10％到40％(重量比)的乙二醇，其余部分為水和H3PO4，亞磷酸中含有約1％(與酸液的重量相比)的鋁金屬。但是，電解液1038的濃度和組成成分可根據(jù)特定的應用條件而改變。
泵1020可以是任何合適的液壓泵—例如為離心泵、隔膜泵、膜盒泵等。此外，泵1020可耐酸、耐腐蝕，并能耐受雜質(zhì)。盡管在圖中只表示出了一臺泵1020，但應當認識到可使用任意數(shù)目臺泵1020。舉例來講，可為每個噴嘴1010、1012和1014都單獨地設置一臺泵。另外，在某些應用條件下，電解液1038無需借助于泵1020就可經(jīng)噴嘴1010、1012和1014流入到拋光容器1008中。例如，可將電解液儲器1070中的電解液1038保持在一定壓力下。作為備選方案，也可使電解液儲器1070與噴嘴1010、1012和1014之間的輸送管線保持在一定壓力下。
LMFC可以是任何方便的質(zhì)量流量控制器，優(yōu)選地是，其還應當能耐受酸、腐蝕和雜質(zhì)。另外，LMFC以設定的流量將電解液1038向噴嘴1010、1012和1014輸送。此外，LMFC可按照與噴嘴1010、1012和1014的橫截面面積成比例的流量來適當?shù)剌斔碗娊庖?038。例如，如果噴嘴1012的直徑大于噴嘴1014的直徑，則LMFC以較大的流量向噴嘴1012輸送電解液1038將是有利的。在當前該示例性的實施方式中，優(yōu)選地是LMFC被設計成以0.5升/分到40升/分的流量對電解液1038執(zhí)行輸送，具體的流量值取決于噴嘴的尺寸、噴嘴與晶片之間的距離、以及其它的因素。
電解液儲器1070還可包括一熱交換器1036、冷卻器/加熱器1034、以及一溫度傳感器1032，以便于對流體儲器1070內(nèi)電解液1038的溫度進行控制。此外，可在儲器1070中設置一個或多個與電源1030相連的電極1028。向電極1028施加電荷能將金屬離子從電解液1038中去掉，由此來對電解液1038中金屬離子的濃度進行調(diào)節(jié)?？赏ㄟ^向電極1028施加相反的電荷來向電解液1038中添加金屬離子。
該示例性的晶片拋光組件還包括設置在噴嘴1012和1014中的電極。如下文將要詳細介紹的那樣，盡管該示例性的實施方式具有兩個其中帶有電極的噴嘴，但也可使用任意數(shù)目個噴嘴及每個噴嘴中所帶有的電極，而不論該數(shù)目是大于2還是小于2。一般情況下，加大噴嘴內(nèi)電極的表面積能增大電流密度，并能提高電解液1038流縱剖面橫斷方向上的電解拋光速率。
如圖1D和圖1E所示，噴嘴1012和1014分別帶有電極1056和1060。電極1056和1060可包含任何的導電材料—例如銅、不銹鋼、鉭(Ta)、鈦(Ti)、TaN、TiN、鉛、鉑等。
在電解拋光過程中，某些從晶片1004的金屬層遷移出的金屬離子可聚積在電極1056和1060上。如下文將要詳細介紹的那樣，可在一除去鍍層的過程中將金屬聚積層或鍍層去掉。例如，當電極1056和1060上施加正電荷、而晶片1004上施加負電荷時，晶片就被電鍍而非被電解拋光。按照這種方式和類似的方式，可將鍍在電極1056和1060上的金屬去掉—即除去鍍層。作為備選方案，可按照任何適當?shù)臅r長對電極1056和1060作合適的更換。例如，可在每處理了約100個晶片后就更換電極1056和1060。
在某些實例中，金屬層可包含銅材料。因而，在電解拋光過程中，一些銅離子從正被拋光的金屬層遷移到電鍍電極1056和1060上。但是，如果電極1056和1060含銅，則在除去鍍層的過程中，電極1056和1060就會溶解，從而發(fā)生變形。因而，在某些實施例中，希望電極1056和1060中所含材料能在除去鍍層的過程中抗溶解。例如，電極1056和1060可包含鉑或鉑基合金。作為備選方案，電極1056和1060可以是其外部覆蓋著一層鉑的鈦，鉑層的厚度例如約在50微米到400微米之間。
在該示例性的設備中，晶片夾盤1002將晶片1004合適地保持定位在容器1008中、或容器1008的上方。更具體來講，晶片1004被合適地定位著，從而正對著噴嘴1010、1012、以及1014，并位于護套1006中。護套1006是可選的，如下文將要詳細介紹的那樣，其環(huán)繞著晶片1004，以防止出現(xiàn)飛濺等現(xiàn)象。
在將晶片1004合適地定位在拋光容器1008中之后，由電源1040向電極1056和1060施加電荷。另外，電源1040還向晶片1004加電。作為備選方案，也可采用多個電源來對電極1056和1060、以及晶片1004加電。如果電荷的施加狀況合適，則電解液1038就會在噴嘴1012和1014中的電極1056、1060與晶片1004表面之間流動，從而構(gòu)成了電路。更具體來講，對電極1056和1060的加電使其相對于晶片1004的電勢為負。響應于電極1056和1060上的該負電勢，金屬離子會從晶片1004遷移到電解液1038中，從而對晶片1004執(zhí)行了電解拋光。但如果將電路的極性反轉(zhuǎn)，則金屬離子就會遷移向晶片1004，從而對晶片1004執(zhí)行了電鍍。
此外，如圖1A和圖1C所示，噴嘴1010包括噴射管嘴1052和終點探測器1016。在電解拋光過程中，噴射管嘴1052被設計成可輸送電解液1038，而終點探測器1016則被設計成能對晶片1004上金屬層的厚度進行檢測。終點探測器1016可包括各種傳感器—例如超聲傳感器、光學反射傳感器、諸如電渦流傳感器等的電磁傳感器、如此等等。由噴射管嘴1052輸送來的電解液1038可作為傳輸介質(zhì)，所以終點探測器1016經(jīng)該介質(zhì)發(fā)出信號，以此來對金屬薄膜的厚度進行測量。利用電解液1038作為傳輸信號的單一介質(zhì)可提高終點探測器1016執(zhí)行測量的精度，原因在于電解液1038只提供了單一的物質(zhì)相。與此相反，如果噴射管嘴1052并不輸送電解液1038，則從終點探測器發(fā)出的發(fā)射信號和測量信號在穿過由噴嘴1012或1014輸送給晶片1004的電解液1038之前，要穿過了各種其它的介質(zhì)—例如空氣等物質(zhì)。如下文將要介紹的那樣，使電解液1038具有可隨時間進行變化的適時或?qū)崟r特性也能提高終點探測器的精度。另外，盡管在圖中表示為只有一個噴嘴1010帶有終點探測器1016，但也可使任意數(shù)目個噴嘴具有任意個終點探測器。
從圖1A還可看出，致動器100可將夾盤1002和晶片1004繞Z軸線轉(zhuǎn)動。另外，在某些應用條件下，致動器1000能將夾盤1002和晶片1004沿X軸方向移動，而將噴嘴1010、1012和1014保持不動。在其它的應用場合中，噴嘴1010、1012和1014可沿X軸方向移動，而夾盤1002和晶片1004卻在X軸方向上保持不動。在另外的應用條件下，致動器100可將夾盤1002和晶片1004沿X軸方向移動，同時，噴嘴1010、1012和1014也能沿X軸移動。
另外，可按照備選的形式來對該電鍍設備進行定向。例如，可將噴嘴1010、1012和1014定位在晶片1004的上方，從而使電解液能向下沖流向晶片1004。另外，晶片1004可被垂直定向，且噴嘴1010、1012和1014將電解液引流向晶片1004。
可參見于1999年7月2日提交的、名稱為“METHODS ANDAPPARATUS FOR ELECTROPOLISHING METALINTERCONNECTIONS ON SEMICONDUCTOR”的第6395152號美國專利來進一步了解該示例性的晶片電解拋光設備，該文獻中的全部內(nèi)容都被結(jié)合到本文中，以作為背景技術(shù)。此外，可參見于2000年5月12 日提交的、名稱為“METHODS AND APPARATUS FOREND-POINT DETECTION”的第6447688號美國專利申請來進一步了解示例性的終點探測器，該文獻中的全部內(nèi)容都被結(jié)合到本文中以作為參考。
II.電解液的飛濺防護一種示例性的電解拋光方法包括操作在將電解液1038引流向晶片1004表面的同時，轉(zhuǎn)動晶片1004。晶片1004的轉(zhuǎn)動速率足以產(chǎn)生使噴射到晶片1004上的電解液1038能在其表面上流向邊緣的離心力。優(yōu)選地是，電解液1038在從晶片1004表面上滴落下來之前已被甩到邊緣處。通過使電解液流過晶片1004的表面，可防止流體從晶片表面上滴落下來，從而不會影響干擾電解液1038的射流，或者防止了在容器1008內(nèi)形成連續(xù)的電解液滴流液柱。但是，這樣的處理方法會造成電解液在容器內(nèi)飛濺，并濺到設備之外、或干擾電解液的射流。因而，一種示例性的電解拋光設備包括一護套1006，其套繞著晶片1004，用于減弱或阻止受到離心力作用的液體在容器1008內(nèi)飛濺或從容器1008中逃逸除去。
圖1A和圖1B表示出了護套1006，其被設計成環(huán)繞著晶片1004和夾盤1002。如圖1A所示，噴嘴1012可向晶片1004的表面輸送電解液流。為了能更為均勻地對晶片1004上的金屬薄膜進行拋光，可按照一定方式轉(zhuǎn)動晶片1004，以便于使電解液1038能流過晶片1004而到達夾盤1002的外露部分處、而非從晶片1004的表面滴落到拋光容器1008中。從晶片1004流下、并在晶片1004與拋光容器1008之間形成連續(xù)的電解液液柱的任何電解液都可能造成對晶片1004上形成液柱部位處的過度拋光。這種額外的拋光將導致對金屬層的拋光速率不均勻、且不可預測。
另外，從晶片1004滴落下的、或在容器1008內(nèi)飛濺的任何電解液都會干擾由噴嘴1012輸送來的電解液流。電解液1038射流的形狀—更具體而言射流的縱剖面形狀反過來會影響電流密度、以及電解拋光設備的拋光速率。因而，希望電解液1038沿著晶片1004的表面流向晶片1004的邊緣，并遠離噴射到晶片1004上的電解液1038射流。
可按照適當?shù)男D(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)動晶片1004，以使得電解液能從晶片1004上流過而流向其邊緣、或流到夾盤1002的外露部分，具體的速度取決于所用電解液的粘度。轉(zhuǎn)動速度應當使電解液1038能從晶片1004上流過，而不會從晶片1004的表面上滴落下去從而形成連續(xù)的液柱、或者干擾電解液1038的射流。具體來講，電解液的粘度越低，所需要的離心加速度越高。舉例來講，對于85％的磷酸，離心加速度被選擇為超過約1.5米/秒2。在一種示例性的方法中，對直徑為300mm的晶片轉(zhuǎn)動速度在約100轉(zhuǎn)/分(rpm)到約2000rpm之間，甚至更高，優(yōu)選地是，在約1500rpm到2000rpm之間。
通常情況下，噴嘴1012或1014將掃過晶片1004的整個表面，以便于更為均勻地拋光晶片1004。當噴嘴1012掃噴到晶片1004的不同部位時，晶片1004的轉(zhuǎn)動應當能在入射電解液1038上產(chǎn)生恒等的離心加速度。例如，離心加速度與距離晶片中心的尺寸成正比、與轉(zhuǎn)速的平方成正比。因而，如果噴嘴1012或1014正在對靠近晶片1004邊緣的部分—即大半徑處執(zhí)行拋光，則晶片1004的轉(zhuǎn)速就可以降低，而當拋光部位靠近晶片1004的中心時—即半徑很小時，轉(zhuǎn)速就應當增大。
通常，如果按照上述的方式向晶片1004輸送電解液，則電解液就能流向晶片1004的邊緣，并越過邊緣而流向拋光容器1008的側(cè)壁。如未設置護套1006，則電解液1038就會接觸到拋光容器1008的側(cè)壁，從而在容器1008內(nèi)飛濺，由此會干擾電解液1038的射流，或者會從拋光容器1008中濺選出去。
如圖1A和圖1B所示，護套1006可被放置成環(huán)繞著晶片1004和夾盤1002，以便于能減弱或防止電解液1038在拋光容器1008內(nèi)的飛濺或從容器中濺逸出去。另外，在拋光過程中，護套1006可與夾盤1002和致動器1000一道在x軸方向上移動。具體來講，可利用機械聯(lián)接件、接頭等機構(gòu)將護套1006聯(lián)接到夾盤1002和/或致動器1000上。作為備選方案，可使用另一致動器單獨地驅(qū)動護套1006，該致動器將護套1006的運動與夾盤1002和致動器1000的運動同步。護套1006還可與夾盤1002一致或不一致地轉(zhuǎn)動著。
護套1006可被制成任何合適的形狀—例如圓形、多邊形等形狀。優(yōu)選地是，護套1006的形狀被設計為能減弱電解液1038在從晶片1004上流下之后的飛濺、并能將電解液1038保留在容器1008內(nèi)。夾盤1002與護套1006之間的間隙例如在約1mm到10mm之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選地是約為5mm。另外，如圖1A所示，護套1006的側(cè)壁的剖面形狀可被制為L形，以便于防止電解液從護套1006或夾盤1002的上方飛濺出去。但是，護套1006的剖面也可以為各種其它的形狀。舉例來講，護套1006的側(cè)壁—即L形的垂直部分也可被制成諸如C形等的其它形狀。另外，護套1006可向內(nèi)錐縮或向外錐擴，從而能減弱飛濺等現(xiàn)象。護套1006的延伸長度也可不同于圖1A的狀況—即超過或低于晶片1004和夾盤1002。
護套1006是用塑料、陶瓷等材料制成的，或者是用諸如鉭、鈦、300系列不銹鋼等抗腐蝕的金屬或合金制成的。另外，可在護套上涂覆能抵抗電解液的材料—例如Teflon等材料。
但應當指出的是上文所述的電解拋光方法并不需要電解液1038流過晶片的邊緣、且濺射到護套1006上。在電解液并不完全地流過晶片1004的情況下，電解液1038與容器1008形成連續(xù)液柱、在容器1008內(nèi)飛濺或濺到容器1008之外的問題將會得到改善或解決。例如，僅通過對晶片1004的轉(zhuǎn)動進行設計，以使得電解液在從晶片1004上滴落下來之前，朝向晶片1004的邊緣流過了晶片表面的一部分，這樣就可以減弱或防止出現(xiàn)不利的效果。
III.減小對邊緣的過度拋光在另一方面，下文將對用于減小對晶片邊緣或邊緣附近部位過度拋光的電解拋光方法和設備進行描述。通常，晶片邊緣或邊緣附近處的金屬層部分要比晶片上其它區(qū)域處的金屬層被更快地拋光掉。與晶片邊緣相連接的電極會增大晶片邊緣區(qū)域附近電解液中的電流密度，從而導致拋光速率的增大。一般來講，利用一個布置在晶片邊緣上或邊緣附近的導電構(gòu)件吸收掉從電解液通過的一部分電流密度，就可降低晶片邊緣區(qū)域附近較高的電流密度和拋光速率，其中的導電構(gòu)件例如是一環(huán)體等結(jié)構(gòu)。還可通過向?qū)щ姌?gòu)件施加電荷，從而改變其所吸收的電流量、進而實現(xiàn)對電流密度的控制，由此就可以在更大程度上對邊緣附近的電流密度進行調(diào)整。
參見圖7，圖中表示了一種可減小對邊緣過度拋光的示例性設備和方法。電解液7080的液流從噴嘴7054噴射到晶片7004上。晶片7004的轉(zhuǎn)動速度足以形成一電解液薄層7081，這一薄層電解液可對晶片7004上的金屬層執(zhí)行拋光。通常情況下，如果晶片的邊緣與一個電極相連接，則晶片7004邊緣上或邊緣附近的金屬層受電解液薄層7081拋光的速度就快于晶片7004其余區(qū)域上的金屬層。因此，晶片7004邊緣或邊緣附近的金屬層就會出現(xiàn)過度拋光現(xiàn)象。
夾盤7002包括一導電構(gòu)件7114，該構(gòu)件可減小晶片7004邊緣或邊緣附近處的過度拋光量。例如，晶片7004和導電構(gòu)件7114可都連接到電源7110上，并被施加電荷，從而使電解液薄層7081中的一部分拋光電流被導電構(gòu)件7114所吸收。導電構(gòu)件通過將一部分拋光電流吸收掉，就可降低晶片7004邊緣或邊緣附近金屬層的拋光速率，從而防止或減弱過度拋光。
導電構(gòu)件7114可以是一個環(huán)體，其被布置在晶片7004的邊緣上或邊緣附近。作為備選方案，導電構(gòu)件也可包括設置在晶片7004邊緣或邊緣附近的兩個或多個弧段。導電構(gòu)件7114可包括諸如鉭、鈦、不銹鋼等金屬或合金、以及其它適于與電解液7081相接觸的其它導電材料。
另外，如圖7所示，晶片7004可被定位在晶片夾盤7002與導電構(gòu)件7114之間。例如可用機械臂等裝置將晶片7004定位在靠近晶片夾盤7002的位置處、或?qū)⑵涠ㄎ辉诰瑠A盤7002與導電構(gòu)件7114之間。然后，可將晶片夾盤7002和導電構(gòu)件7114相互靠近或壓緊，以便于將晶片7004保持在它們之間。因而，該示例性的組件可帶有其它的元件，這些元件例如是保持器或定位器，它們用于將晶片夾盤7002與導電構(gòu)件7114對齊，并將二者保持在一起，組件還帶有一些絕緣構(gòu)件，這些構(gòu)件位于導電構(gòu)件7114與向晶片7004通電的接觸件之間。
應當理解的是圖7中所表示的例示性設備還包括圖1A中所示的其它那些部件，但在當前情況下，這些部件被略去，以便于對該具體實施例的描述。舉例來講，該示例性的設備除了使用了各種泵、過濾器、噴嘴等元件之外，還可采用護套1006(見圖1A和圖1B)。
圖8A表示了用于降低晶片邊緣附近拋光速率的另一種示例性電解拋光設備。圖中表示出了一個帶有導電構(gòu)件8114的夾盤8002，其中的導電構(gòu)件可降低晶片8004邊緣或邊緣附近的過度拋光量。圖8A與圖7類似，區(qū)別僅在于導電構(gòu)件8114通過一間隔元件8118與晶片8004分開。間隔元件8118例如是由一O型圈構(gòu)成的。間隔元件8118還可用其它能耐酸、耐腐蝕的絕緣材料制成，這些材料例如為陶瓷、聚四氟乙烯(商品名為TEFLON)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯、硅橡膠、氟橡膠等。導電構(gòu)件8114與電源8112相聯(lián)接，且一第二導電構(gòu)件或電極(例如為彈簧構(gòu)件8119)與電源8110相聯(lián)接。如圖所示，可利用電源8112對流經(jīng)導電構(gòu)件8114的電流進行調(diào)節(jié)或控制，以便于對晶片8004邊緣上或邊緣附近金屬層的拋光速率進行控制。一般來講，隨著底部夾盤8114所吸收的電流量增大，晶片8004邊緣或邊緣附近處金屬層的拋光速率就會降低。
電源8112可以是DC電源、與主拋光電源8110同步的AC電源、或其它的電源。交流(AC)電源還可包括正向脈沖電源、正向電源和反向電源。另外，電源8112可工作在恒流模式、恒壓模式、或恒流—恒壓組合模式下，在其中的組合模式下，在其中一部分拋光時間段內(nèi)，應用恒流模式，而在拋光時間的另一部分內(nèi)，則應用恒壓模式。還可用一可變電阻器來取代電源8112(例如參見圖9A)，由此也能向?qū)щ姌?gòu)件8114可變地施加電荷。另外，可變電阻器可被設置在導電構(gòu)件8114與彈簧構(gòu)件8119之間。
類似地，導電構(gòu)件8114也包含諸如鉭、鈦、不銹鋼等金屬或合金，以及其它的導電材料。另外，導電構(gòu)件8114可包括設置在晶片8004邊緣或邊緣附近的兩個或多個弧段。
因而，在該示例性的電解拋光設備中，可利用電源8110和8112分別對經(jīng)彈簧構(gòu)件8119和導電構(gòu)件8114輸送給晶片8004的電荷實施相互獨立的控制。這樣就在更大程度上控制晶片8004邊緣附近的電流密度，進而控制和減小對邊緣區(qū)域的過度拋光。
圖8B是一放大視圖，表示了由圖8A中導電構(gòu)件8114和晶片8004構(gòu)成的結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系。具體來講，導電構(gòu)件8114由電源8112進行供電，并通過間隔元件8118與晶片8004分開。電源8110單獨地對晶片8004進行加電，該電源與環(huán)繞著晶片8004邊緣進行定位的彈簧構(gòu)件8119聯(lián)接著。例如與沿著晶片8004的邊緣進行排列的幾個電極相比，由彈簧構(gòu)件8119向晶片8004施加的電荷將分布得更為均勻。在由導電構(gòu)件8114和彈簧構(gòu)件8119分開供電的條件下，可在導電構(gòu)件8114與彈簧構(gòu)件8119設置一絕緣構(gòu)件8121。彈簧構(gòu)件8119可被制為環(huán)狀的螺旋彈簧(例如參見圖8C)，但是，其它形狀的剖面輪廓—例如橢圓形的斷面輪廓也是可行的。另外，可根據(jù)具體的應用場合而使用任意數(shù)目的螺旋彈簧?？墒褂萌魏魏线m的彈性導電材料來制造彈簧構(gòu)件，這些材料例如為不銹鋼、彈簧鋼、鈦等。還可用鉑、TiN、TaN等耐腐蝕材料制造彈簧構(gòu)件8119，或在彈簧構(gòu)件的外部涂覆耐腐蝕材料。
可通過改變彈簧構(gòu)件8119中的匝圈數(shù)來改變晶片8004與電源之間接觸點的數(shù)目。按照這種方式，輸送給晶片8004的電荷能在晶片8004的外周長上更為均勻地分布，例如，對于200mm規(guī)格的晶片，通常施加了約1到10安培的電流。對彈簧構(gòu)件8119進行設計，以使與晶片8004的接觸點約為1000個，這樣就可以將每一接觸點處的電荷減小到約1到10毫安。
但應當指出的是也可用一個或多個電接觸件向晶片8004供電。另外，采用任何能將電荷繞晶片8004進行分布的措施都是有利的。
在導電構(gòu)件8114與晶片8004之間被間隔元件8118隔開的條件下，如果彈簧構(gòu)件8119被暴露在電解液中，則就會出現(xiàn)短路。將彈簧構(gòu)件8119短路可能會降低晶片8004邊緣部分附近拋光速率的均勻性。因而，在一實施例中，間隔元件8118還起到密封件的作用，以便于將彈簧構(gòu)件8119與電解液隔絕開?？捎梅鹉z(碳氟化合物)、硅橡膠等抗腐蝕材料制出間隔元件8118。另外，可根據(jù)具體的應用條件而將間隔元件8118制為各種形狀和構(gòu)造。
圖8C是一種示例性晶片夾盤保持器的分解視圖，該保持器與上述用于降低晶片邊緣附近拋光速率的示例性電解拋光設備配套使用。該示例性的晶片夾盤包括一個盤體，盤體的上部具有一基礎部分8002，并帶有一導電構(gòu)件8114，其中，晶片8004被夾持在盤體的基礎部分8002與導電構(gòu)件8114之間。晶片夾盤還可包括一頂部保持器(圖中未示出)，用以將晶片8004和夾盤組件夾壓或保持到一起。除了第一導電構(gòu)件8114之外，晶片夾盤還包括一第二導電構(gòu)件，其例如是彈簧構(gòu)件8119，該構(gòu)件用于向晶片8004加電。在某些實施例中，晶片夾盤還可包括設置在基礎部分8002與導電構(gòu)件8114之間的絕緣構(gòu)件8121和間隔構(gòu)件8118，其中的導電構(gòu)件8114位于盒體的下部。但應當說明的是例如如圖7所示，在某些實例中，可將彈簧構(gòu)件8119與間隔構(gòu)件8118去掉。在彈簧構(gòu)件8119被取消掉的情況中，可設置一電極等裝置作為第二導電構(gòu)件，用于向晶片8004施加電荷。
在當前的實例中，彈簧構(gòu)件8119被布置在晶片8004與彈簧構(gòu)件8118之間。如果施加壓力來將導電構(gòu)件8114與基礎部分8002保持到一起，則彈簧構(gòu)件8119應當保持著與晶片8004(見圖8B)的電接觸。另外，如果需要的話，間隔構(gòu)件8118適于在導電構(gòu)件8114與晶片8004之間形成一密封件，該密封件可將彈簧構(gòu)件8119與電解液隔開，從而在彈簧構(gòu)件8119與導電構(gòu)件8118之間實現(xiàn)電絕緣。
半導體晶片的形狀一般大體上為圓形。因此，圖中將晶片夾盤的各個組成部件也表示成大體為圓形。但應當認識到可根據(jù)具體的應用條件和/或晶片的形狀將晶片夾盤的各個部件設計為各種形狀。例如，半導體晶片可以為截圓形，晶片夾盤各個部件的形狀應當與之一致。
適于用在上述設備和方法中的、用于對晶片進行保持并向其施加電荷的晶片夾盤組件的其它示例性構(gòu)造可參見第6248222號美國專利，該專利的授權(quán)日為2001年6月19日，名稱為“METHOD ANDAPPARATUSFORHOLDINGANDPOSITIONINGSEMICONDUCTOR WORKPIECES DURINGELECTROPOLISHING AND/OR ELECTROPLATING OF THEWORKPIECES”，該專利的全部內(nèi)容都被結(jié)合到本文中作為參考。
圖9A表示了用于降低晶片邊緣附近區(qū)域拋光速率的另一種示例性電解拋光設備。具體而言，如上文所述那樣，晶片夾盤9002包括可減小晶片9004邊緣處或邊緣附近過度拋光量的導電構(gòu)件9114。圖9A與圖8A類似，區(qū)別在于導電構(gòu)件9114具有一絕緣環(huán)9115、以及一個制在絕緣環(huán)9115中的導電環(huán)9116。絕緣環(huán)9115可包括諸如塑料、陶瓷等抗腐蝕的絕緣材料。導電環(huán)9116可包含鉑、鉭、鈦、不銹鋼等金屬或合金。導電環(huán)9116可通過變阻器9112等器件與電源9110相連接。另外，例如為O型圈等元件的間隔元件9118被放置到導電構(gòu)件9114與晶片9004之間，用于防止電解液與晶片9004上通過一個或多個電極與電源9110的那一部分發(fā)生接觸。另外，還可設置一彈簧構(gòu)件等裝置(圖中未示出)，以便于將電荷更為均勻地分布到晶片9004上。
圖9A中示例性的設備使導電構(gòu)件9114使用更少的導電材料。這就使設備更便宜、更輕，且在工作過程中消耗更少的能量。另外，相比于導電構(gòu)件8114(見圖8A和8B)，導電構(gòu)件9114的表面積更小，這樣就能在更大的程度上對晶片8004邊緣區(qū)域的電流密度進行控制。另外，將圖9A(以及圖7)中的結(jié)構(gòu)與圖7、8A到8C的構(gòu)造組合起來使用將是有利的。
圖9B中的放大圖表示了電解拋光設備的另一種實例。該實施例與圖9A中的設備類似，區(qū)別在于導電構(gòu)件9114的下部—即與晶片9004相反的一側(cè)上制有一絕緣構(gòu)件9121。另外，晶片組件的構(gòu)造被設計為使得晶片9004上的金屬層9005是通過一導電的間隔構(gòu)件9118在靠近邊緣的位置處獲得電荷的。
因而，如圖9B所示，電解液9080被導流到靠近晶片9004邊緣的部位處，從而使一部分電流I1流向金屬層9005，第二部分電流I2流向?qū)щ姌?gòu)件9114。制在導電構(gòu)件9114下部上的絕緣構(gòu)件9121用于減小電流I2，從而增大流向金屬層9005的電流I1。因而，可通過調(diào)整絕緣構(gòu)件9121與導電構(gòu)件9114的相對厚度來對電流I1和I2作相應的調(diào)節(jié)。
IV.對晶片上破碎的金屬層執(zhí)行電解拋光的方法。
在電解拋光過程中，晶片上形成的金屬層可能會變?yōu)槠扑闋?。例如，可能在晶片表面上會出現(xiàn)一塊或多塊不連續(xù)的金屬區(qū)域。如果出現(xiàn)了這樣的情況，則某些金屬碎片就可能會與晶片上設置了電極的邊緣部位斷開。在此情況下，由于電極不能對破碎的金屬層進行加電，所以傳統(tǒng)的電解拋光方法就無法有效地將這些碎片部分清除掉。在一種示例性的方法中，通過以足夠高的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動晶片，且在金屬層的碎片部分周圍設置一導電構(gòu)件，就可在碎片部分上形成一薄層電解液，這層電解液與導電構(gòu)件相接觸。電解液薄層與導電環(huán)使得碎片部分成為可被電解拋光的。
如圖11A和圖11B所示，圖中的金屬層11150例如已經(jīng)在拋光過程中變?yōu)槠扑闋畹牧?。金屬?1150的碎片未與晶片11004的邊緣相連接、或位于邊緣上，而在邊緣處，一電極(圖中未示出)與電源11110連接著。由于金屬層11150的碎片未處于晶片11004的邊緣處、或借助于金屬與邊緣連接起來，所以電流無法流經(jīng)碎片而到達晶片11004邊緣處的電極。因而，傳統(tǒng)的拋光方法—例如將晶片浸沒在拋光槽中等的方法一般無法對這些碎片進行拋光。
金屬層的碎片11150例如是一些裸露的阻擋層部分，在銅層被拋光去之后，這些阻擋層部分仍留在半導體器件的非溝道部分上。另外，金屬層碎片11150例如也可能是對邊緣區(qū)域的拋光不均勻、或過度拋光的結(jié)果。
參見圖11B，圖中表示了一種用于對晶片11004上的金屬層碎片執(zhí)行電解拋光的示例性設備。該拋光系統(tǒng)包括夾盤11002、固定不動的噴嘴11054、以及電源11110。如上所述那樣，在噴嘴11054向晶片11004噴射電解液11080的液流時，致動器11000帶動夾盤11002轉(zhuǎn)動，從而使電解液11080在晶片11004的表面上流動，由此而形成了一個薄層11081，這一薄層電解液漫淹了金屬層11150的碎片部分。舉例來講，對于300mm直徑的晶片，晶片夾盤11002的轉(zhuǎn)速約在100rpm到2000rpm的范圍內(nèi)，優(yōu)選為約1500rpm。電解液薄層11081形成了一條穿過金屬層11150碎片的路徑，以便于在電解液射流11080與夾盤11002的導電構(gòu)件11114之間傳導電流。這一電流使設備能對晶片11004上孤立的金屬層碎片11150執(zhí)行電解拋光。
另外，圖11B中所示的示例性設備可以是圖1A所示組件等的大型電解拋光組件的一個組成部分。例如，可設置一護套1006(見圖1)來防止出現(xiàn)飛濺、拋光不均、或?qū)﹄娊庖?038的拋光液流造成干擾。另外，可將上文描述的、關(guān)于降低邊緣拋光速率的導電構(gòu)件11114的各種示例性實施方式應用到圖11B所示的設備上。
圖12表示了可對晶片12004上金屬層碎片執(zhí)行電解拋光的另一種系統(tǒng)。圖12與圖11類似，區(qū)別僅在于致動器12180和12182能在致動器12000轉(zhuǎn)動固定位置上的夾盤12002的同時、將噴嘴12054沿X軸移動。
盡管在圖11B和圖12所示的系統(tǒng)中，夾盤或噴嘴是沿X軸方向移動，但應當認識到無論是夾盤、還是噴嘴都可以根據(jù)具體的應用條件而在不定的方向上移動。
V.金屬濃度測量以及終點檢測控制在批量生產(chǎn)的環(huán)境下，使對晶片的拋光質(zhì)量更為穩(wěn)定一致且在可接受限度內(nèi)的一個因素就是對拋光晶片所用電解液的供應源中的金屬濃度進行控制。如果電解液供應源中的金屬濃度達到一定值，則電解液的活性就會非常高—甚至在不施加任何電流的情況下。在電解拋光之后的處理過程中，這樣的情形例如會造成對晶片的化學蝕刻或腐蝕。因而，希望能在工作過程中對電解液中的金屬濃度進行監(jiān)控，并可根據(jù)需要在實時的基礎上對濃度進行調(diào)節(jié)。
另外，終點檢測傳感器一般是采用光學傳感器，其穿透電解液進行測量。因而，測量結(jié)果至少在部分上取決于電解液的光學特性。但電解液的光學特性可隨時間而改變，變化狀況取決于金屬溶入到電解液中的濃度以及其它的因素，其它的因素例如是雜質(zhì)顆粒、電解液中形成的氫氣氣泡等。因而，由于在工藝的執(zhí)行過程中，電解液的光學特性會發(fā)生改變，所以要相應地調(diào)節(jié)從終點探測器輸出的測量結(jié)果，以便于提高終點檢測結(jié)果的精度。
圖10A表示了一種示例性的系統(tǒng)，其可被用來對電解液10038供應源中的金屬濃度進行測量，其中的供應源例如是電解液儲器1070(見圖1A)等裝置。該示例性的系統(tǒng)包括光纖探頭10102、光纖傳感器10104、以及反射器10100。光纖探頭10102和反射器10100被浸沒到電解液10038中，光纖探頭10102可相對于反射器10100進行定位，以便于使<p>表22分散體E1-E9的目錄

可對由光纖探頭10102發(fā)射出的光線的顏色進行選擇，以便于提高光學傳感器10104所檢測到的測量結(jié)果的靈敏度。具體來講，由光纖探頭10102發(fā)射出的光線的顏色可不同于電解液供應源中金屬離子的顏色，以便于提高對該特定金屬離子的靈敏度。例如，對于在磷酸中的銅離子，發(fā)射紅光時對銅離子的靈敏度要高于發(fā)射綠光時的靈敏度，而綠光時的靈敏度又高于發(fā)射藍光時的靈敏度。但是，對于電解液中任何顏色的金屬離子，白光都是可以的。
圖10A還表示出了上述一示例性系統(tǒng)的另一方面，該系統(tǒng)可被用來將金屬離子從電解液10038的供應源中去除掉。此系統(tǒng)還包括兩個電極10028和10029、以及電源10030。當光學傳感器10104測量出電解液10038供應源中的金屬離子濃度已經(jīng)達到一第一預設值時，計算機10105就向電源10030發(fā)出指令，使其向電極10028和10029施加電壓，以便于將金屬離子從電解液供應源中去除掉。當向電極10028和10029施加電壓時，來自于電解液10038源的金屬離子就會涂覆到電極10029上。如果光學傳感器10104檢測到金屬離子濃度已經(jīng)下降到一第二預設值之下，計算機10105就指示電源10030停止向電極10028和10029施加電壓，從而停止從電解液10038源中去除金屬離子。按照這樣的方式，例如在電解拋光過程中，可將電解液10038供應源中金屬離子的濃度保持在第一預設值與第二預設值之間。
電解液10038中金屬離子的濃度值對于終點探測器1016(見圖1A、1B)也是有幫助的。終點探測器1016可被用來確定晶片1004上金屬層的厚度。電解拋光設備利用該信息來確定何時繼續(xù)執(zhí)行或中止晶片1004某一特定區(qū)域上的電解拋光過程。還可利用該信息來確定出合適的拋光速率。終點探測器1016可包括各種傳感器，例如超聲傳感器、光學傳感器、電磁傳感器等。利用電解液1038作為傳送信號和所獲得測量結(jié)果的介質(zhì)可提高測量結(jié)果的精度，原因在于無須考慮介質(zhì)之間的界面—例如空氣到電解液1038的界面。但是，如果電解液1038那些可影響到傳感器的特性發(fā)生了改變，則測量結(jié)果就不會隨時間而保持正確。因而，通過將電解液1038的特性改變因素考慮進去，就能改善終點探測器的處理結(jié)果。
圖10B表示了另一種示例性的系統(tǒng)，其用于監(jiān)控電解液的光學特性，例如利用光學特性來對終點探測器的檢測結(jié)果進行調(diào)整。圖10B與圖10A類似，區(qū)別僅在于設置了一個第二光學傳感器10204和光纖10202。光學傳感器10104、光纖10102、以及反射器10100的工作方式與上午參照圖10A所描述的方式相同。第二光學傳感器10204和光纖10202的工作原理也類似于光學傳感器10104和光纖10102；但是，光學傳感器10204與光纖10202測量的是電解液的其它光學特性。例如，在執(zhí)行電解拋光的過程中，通常會在電極上形成氫氣氣泡。氣泡由于會折射電解液中測量光束、并降低其強度，所以會對終點探測器產(chǎn)生不利影響。測量光束強度的降低會影響到金屬離子濃度的測量結(jié)果，但是，通過采用對不同特性敏感的多個探測器，就能精確地確定出金屬離子的濃度。
在對電解液由氣泡而出現(xiàn)的光學特性進行確定的該實施例中，同樣對光纖探頭10202所發(fā)出光線的顏色進行選擇，以提高由光學傳感器10204檢測到的測量結(jié)果的靈敏度。在此情況下，可將光纖探頭10202所發(fā)光線的顏色選為與電解液供應源中金屬離子相同的顏色，從而可提高對氣泡的靈敏度，并降低對金屬離子的靈敏度。例如，對于磷酸供應液中的銅，發(fā)射藍光比發(fā)射白光對氣泡具有更高的靈敏度，但對銅離子的靈敏度則較低，而發(fā)射白光與發(fā)射紅光相比，對氣泡的靈敏度較高，對銅離子的靈敏度較低。
此外，電解液中出現(xiàn)的任何氣泡都會減弱光纖探頭10102所發(fā)出紅光的強度，從而使銅離子濃度的測量結(jié)果不準確。但第二光學傳感器10204卻能指明主要是受氣泡影響、而非受銅離子濃度影響而降低的光強部分，其中的原因在于光纖探頭10202的靈敏性被選定為對銅離子濃度是不敏感的。因而，通過將由第二光學傳感器10204確定出的、受氣泡影響的光強減小部分考慮進去，就能確定出紅光強度的減弱。另外，終點探測器1010(見圖1A)可從計算機10105中找出電解液的光學特性，并精確地測量出晶片1004(見圖1A)上的金屬厚度。因而，第二光學傳感器10204既能提高終點探測器測量結(jié)果的精度，也能提高對金屬離子濃度測量值的精度。
應當能認識到可使用任意數(shù)目的傳感器來對電解液的各項特性進行測量。各種特性—例如光學特性等可被儲存起來，用于對終點探測器的測量結(jié)果等測量值進行調(diào)節(jié)或確定。
VI.噴嘴的構(gòu)造按照另一方面，用于對晶片上金屬薄膜執(zhí)行電解拋光的一種示例性方法和設備包括措施采用拋光速率不同的、多種尺寸的噴嘴。一般來講，大的噴嘴對晶片上形成的金屬薄膜(例如銅膜)的拋光速率較高，而小噴嘴的拋光速率就較低。因而，可用大噴嘴來對金屬層執(zhí)行粗拋光，然后，采用小噴嘴來更為精確地控制電解拋光過程。從而，對于要對晶片不同區(qū)域執(zhí)行更加精確的拋光的情況，采用多個噴嘴將是有利的。但是，例如由于可用空間內(nèi)的尺寸有限，所以希望具有多個噴嘴的設備能緊湊一些。一種示例性的設備實現(xiàn)了在緊湊空間內(nèi)使用多個噴嘴的設計，該設備具有一定數(shù)目的噴嘴，這些噴嘴被布置到一個轉(zhuǎn)動的噴嘴支架上。
圖13A、13B、13C、13D和13E表示了一種具有多個旋轉(zhuǎn)式噴嘴組件的示例性電解拋光組件。圖13A到圖13E與圖1A到圖1E類似，區(qū)別僅在于在靠近光學終點探測器1014的位置處，另加了一個具有多個噴嘴的旋轉(zhuǎn)式噴嘴1012，并增設了電渦流厚度/終點探測器1009。如圖13A中的箭頭所示，旋轉(zhuǎn)噴嘴2012可進行轉(zhuǎn)動，從而將不同尺寸和/或形狀的噴嘴1014定位成將電解液1038的射流引向晶片1004。因而，泵1018只是將電解液1038泵送給終點探測器1016所對應的噴嘴1010、以及單個噴嘴1014，而在圖1A中，電解液1038則被輸送到所采用的每一個單獨的噴嘴中。
終點探測器1009在工作時可測量出晶片1004上形成的金屬層的厚度。探測器1009可在執(zhí)行電解拋光過程之前、之中、之后測量金屬薄膜的厚度。在一種示例性的方法中，在執(zhí)行電解拋光之前，終點探測器1000被用來確定整個晶片1004上金屬薄膜的厚度，該測量操作例如使用了一電渦流終點探測器。然后，通過對電流密度和/或流動的縱剖面圖進行控制，就可利用金屬薄膜的厚度來對晶片1004上各個位置處不同的局部拋光速率實施控制。終點探測器1009與晶片1004之間的距離例如約在5微米到1000微米的范圍內(nèi)。通過旋轉(zhuǎn)晶片1004、同時在水平方向上移動夾盤1002以使得終點探測器1009能掃過晶片1004的整個表面，這樣就確定了整個晶片上的薄膜厚度。但應當指出的是，作為備選方案，也可以用活動著的終點探測器1009掃過固定不動的晶片1004。
這樣，旋轉(zhuǎn)噴嘴2012就能根據(jù)晶片1004上要被進行拋光的部分、金屬薄膜的厚度、以及其它因素來進行旋轉(zhuǎn)，以選擇一個所需的噴嘴1014。例如，在金屬層很厚的區(qū)域處，要使用大的噴嘴，而在金屬層很薄的區(qū)域，則要使用小噴嘴。因而，在一個能被迅速、容易地更換掉的簡單、緊湊的電解拋光組件內(nèi)設置多個不同尺寸和型面的噴嘴能提高拋光作業(yè)的精度。
參見圖14A，圖中表示了一種示例性的多路旋轉(zhuǎn)式噴嘴支架2012的剖面結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)噴嘴支架2012保持著噴射管嘴2014。驅(qū)動裝置2070借助于驅(qū)動接頭2068轉(zhuǎn)動著旋轉(zhuǎn)噴嘴2012，用以定位一個新的噴射管嘴，以便于對電解液的射流進行引導。一O型圈2066例如對驅(qū)動接頭2068進行密封。驅(qū)動裝置2070可以是步進電機、伺服馬達、氣動(壓縮氣體或液體)驅(qū)動的轉(zhuǎn)動裝置等裝置。旋轉(zhuǎn)噴嘴支架2012上的噴射管嘴2014帶有電極2056，該電極通過電流引線2062而與外部電源(見圖13A)相聯(lián)接。旋轉(zhuǎn)式噴嘴支架20112落座在盤板2084上，其通過O型圈2072和螺栓2074而與拋光室1008密封著。
噴嘴支架2012是用PVC、PVD、TEFLON、聚丙烯等塑料制成的，或者是外覆有基本上絕緣且耐腐蝕的材料。噴嘴2014可以用鉭、鈦、鉑、不銹鋼等材料制成。
圖14C表示了利用圖14A所示的設備對晶片1002上的金屬薄膜執(zhí)行電解拋光處理的一種示例性過程。在步驟1中，確定出金屬薄膜厚度的輪廓，該操作例如是如上文所述那樣完成的在晶片1004進行轉(zhuǎn)動的同時，終點探測器1009在X軸方向上平動。在步驟2中，可使用一大噴嘴2014、以較高的拋光速率對金屬薄膜執(zhí)行初始拋光。在采用高拋光速率之后，在步驟3中，對旋轉(zhuǎn)噴嘴2012進行轉(zhuǎn)動，以便于使用小噴嘴2014、以較低的拋光速率進行工作。在經(jīng)過步驟1和/或步驟2的初始拋光之后，在步驟4中，利用終點探測器1009確定出剩余金屬厚度的輪廓，其中的終點探測器例如是電渦流終點探測器、光學終點探測器等裝置。在步驟5中，基于由步驟4確定出的剩余金屬厚度的輪廓，對拋光電流進行調(diào)節(jié)或調(diào)整，以便于以較高的拋光速率對厚膜部位執(zhí)行拋光，而以較低的拋光速率對薄膜部位執(zhí)行拋光，而在薄膜厚度為零的位置處，則停止執(zhí)行拋光。例如可通過使用不同的噴嘴2014和/或改變電源的供電，就可對拋光電流進行調(diào)整。在步驟6中，重復執(zhí)行對厚度輪廓的測量—即步驟4，如果金屬層的厚度達到了一個預定值，則就終止了拋光過程的執(zhí)行。但是，如果金屬的厚度尚未預定值，則重復執(zhí)行步驟5，直致達到理想的厚度為止。
應當能認識到可對圖14C所示的過程作多種改動和變化。另外，還可用圖14A所示的示例性設備完成眾多其它的處理。
參見圖14B，圖中表示了另一種示例性的多路旋轉(zhuǎn)噴嘴組件。圖14B所示的旋轉(zhuǎn)噴嘴組件與圖14A所示的噴嘴組件類似，區(qū)別僅在于驅(qū)動接頭2068被磁耦合接頭2078和2082所取代。采用磁耦合接頭2078和2082的一個優(yōu)點在于驅(qū)動接頭2078不與噴嘴支架20122066直接連接，且可取消圖14A中的O型圈。這將能降低電解液1038泄漏到驅(qū)動接頭2068的可能性。因而，可以看出將驅(qū)動接頭2068聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)噴嘴2012上的各種方法都是可行的。
參見圖15，圖中表示了一種可線性移動的多路噴嘴組件。除了能實現(xiàn)與轉(zhuǎn)動運動相反的線性運動之外，該可線性移動的多路噴嘴組件的工作過程與圖13A到圖13E所示旋轉(zhuǎn)噴嘴2012的工作過程類似。此線性可動的噴嘴組件包括分別帶著電極3056、3220和3224的噴嘴3054、噴嘴3222、以及3226。這三個噴嘴被設計成具有不同的型面，例如具有不同的直徑，因而可提供不同的拋光速率。
利用噴嘴支架3180和移動導軌3182，噴嘴3054、3222和3226可在水平方向—即X軸方向上移動。電極3056、3220和3224還通過引線(圖中未示出)與電源3110相連接。電解液3080流經(jīng)噴嘴支架3180而輸送到噴嘴3054、3222和3226中。如上文參照圖14C所描述的那樣，在執(zhí)行用于從晶片1004上去除金屬膜的電解拋光過程中，可互換地使用各個不同尺寸的噴嘴3054、3222和3226。一般來講，當金屬薄膜很厚時，可用大噴嘴以較高的拋光速率對金屬膜執(zhí)行拋光，而如果金屬膜很薄、或只希望去除很少量的金屬，則可用小噴嘴以較低的拋光速率對金屬膜執(zhí)行拋光。
圖16A到圖16E表示了一種示例性的電解拋光組件，其包括一多路旋轉(zhuǎn)噴嘴組件。除了另加了一個可線性移動的底座4180和移動導軌4182之外，圖16A到圖16E與圖13A到圖13E是類似的，其中，在導軌4182上安裝著旋轉(zhuǎn)噴嘴4012和4014。
具體來講，多路旋轉(zhuǎn)噴嘴4014、光學終點探測器4016、以及厚度/終點電渦流探測器4060被安裝到可線性移動的底座4180上。線性可動的底座構(gòu)件可沿著移動導軌4182在水平方向—即X軸方向上移動。該組件使得多路噴嘴能被安裝到緊湊的空間內(nèi)。
多路噴嘴4014的結(jié)構(gòu)和工作原理都與圖14A到圖14B所示情況類似，但是，圖中為了便于表示，略去了諸如旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、驅(qū)動接頭、電流引線、以及電解液管路等結(jié)構(gòu)。
VII.噴嘴的自清潔過程根據(jù)本發(fā)明的另一方面，下文將描述一種用于使電解拋光噴嘴自清潔的方法。在普通的電解拋光工藝中，溶入到電解液中的金屬可能會逐漸涂覆在噴嘴電極上。涂覆上的金屬可能會限制噴嘴的開孔、或者使開孔變形，從而改變了電解液射流的形狀和/或方向。液流形狀的改變會導致液流中電流密度發(fā)生變化，因而會改變電解拋光隨便的拋光速率。通過向噴嘴施加一個反向電壓，可對噴嘴執(zhí)行去鍍層處理或清潔處理，其中，所施加的反向電壓會促使金屬離子再次溶入到電解液中。例如，該金屬可被電鍍到另一噴嘴、一犧牲材料、或其它物體上。
再次參見圖1A到圖1E，被從晶片1004金屬層拋光下來的金屬會溶入到電解液1038中，并會導致一部分溶入的金屬電鍍到噴嘴電極1056和/或1060上。為了將金屬從噴嘴電極1056和/或1060上去除掉，可向噴嘴電極1056和/或1060施加一個反向電壓。不論是DC電源、還是AC電源都可被用來施加反向電壓。在一種示例性的方法中，施加了反向電壓來將堆積起來的金屬溶入到電解液中。在另一種示例性的方法中，所施加的反向電壓是為了將堆積起來的金屬電鍍到一個一次性的晶片上。在又一種實例中，所施加的反向電壓將堆積起來的金屬電鍍到一塊體上。
A.利用DC電源將金屬堆積物溶入到電解液中。
參見圖1A，利用一DC電源，可將堆積在噴嘴1012上的金屬電解下來、并溶入到電解液1038中。更具體來講，導線C被連接到導線b上，導線B與導線a連接，從而就將噴嘴電極1056(見圖1B-1E)作為了陽極，而將噴嘴電極1060當作了陰極，可向噴嘴1012和1014輸送電解液1038，以便于在電極1056與1060之間形成電路，這就使得堆積在噴嘴1012上的金屬能被從該噴嘴上清除下來，并溶入到電解液1038中。溶入到電解液1038中的一部分金屬會電鍍到噴嘴1014上。
盡管看起來這一處理過程似乎只是將金屬從一個噴嘴移走、并電鍍到另一噴嘴上，但從噴嘴1012移走的大部分金屬仍然留在電解液1038中。對于示例性的電解拋光過程，電解液1038中金屬的濃度一般較低—例如小于3％(重量比)，因而，電解拋光過程是由帶電的電極1012和1014啟動的，而非是由電解液1038的化學性質(zhì)驅(qū)動的。因而，從噴嘴1012電解下來的金屬量大于電鍍到噴嘴1014上的金屬量。例如，每從噴嘴1012上清除下10個金屬離子，才有一個金屬離子電鍍到噴嘴1014上，這就導致大部分金屬離子被溶解到了電解液1038中。
繼續(xù)參照圖1A，可利用一DC電源反過來執(zhí)行該過程，從而將堆積在噴嘴1014上的金屬電解掉，并使其溶解到電解液1038中。更具體來講，導線B與導線b相連接，導線C則與導線a進行連接，從而使噴嘴電極1060(見圖1B到1E)成為陽極，而將噴嘴電極1056作為陰極。向噴嘴1012和1014輸送電解液1038，以便于形成電路，該電路使堆積在噴嘴1014上的金屬從該噴嘴上溶入到電解液1038中。同樣，也有一部分溶入到電解液1038中的金屬被電鍍到噴嘴1012上。
通過重復執(zhí)行上述的過程—即反復逆反該設備中所用的噴嘴的電壓，就可完成對噴嘴的清潔操作。在一示例性的過程中，在對晶片依次執(zhí)行電解拋光時，首先是對噴嘴1012執(zhí)行去鍍層處理、對噴嘴1014執(zhí)行電鍍，后次操作則對噴嘴1014執(zhí)行去鍍層處理、對噴嘴1012執(zhí)行電鍍，由此來快速地清潔兩噴嘴。如上文討論的那樣，由于相比于被電鍍到相對噴嘴上的金屬量，大部分金屬溶入到了電解液1038中，所以兩噴嘴實際上都可以獲得清潔。
圖2和圖3表示了噴嘴1012、1014在清潔過程中所處的兩種示例性狀態(tài)。噴嘴1012、1014被定位成相互靠近，且使電解液從噴嘴1012、1014中流過，從而在它們之間形成一電解液膜或一條流道。當噴嘴1012、1014被布置成靠到一起時—如圖3所示，則在噴嘴1012、1014之間流動的兩層電解液膜或流道1080就會合并到一起而形成單條流道。該單條流道縮短了電路的長度，因而提高了對金屬堆積物的清除效率。當然，從中應該能看出該示例性的方法也可用于噴嘴多于兩個的情況。
B.利用DC電源將金屬堆積物電鍍到晶片上參見圖1A，按照另一種示例性處理方法，采用一直流電源將堆積在噴嘴1012上的金屬電解掉，并將其電鍍到晶片1004上。更具體來講，導線A與導線b相連接，導線B則與導線a進行連接，從而將晶片1004作為了陰極，而將噴嘴電極1056(見圖1B-1E)當作了陽極。電解液1038被從噴嘴1012向晶片1004輸送，從而形成了一閉合電路，這樣就可以將堆積在噴嘴1012上的金屬電鍍到晶片1004上。在將堆積在噴嘴1012上的金屬清除掉之后，可將晶片1004拋棄。
類似地，參見圖1A，也可利用直流電源將堆積在噴嘴1014上的金屬電解掉，并將其電鍍到晶片1004上。更具體來講，可將導線A與導線b相連接，導線C則與導線a進行連接，從而將晶片1004作為了陰極，而將噴嘴電極1060(見圖1B-1E)當作了陽極。電解液1038被從噴嘴1014向晶片1004輸送，從而構(gòu)成電路，這樣就可以將堆積在噴嘴1014上的金屬電鍍到晶片1004上。可將電解拋光設備中的噴嘴1012或其它噴嘴與噴嘴1014進行并聯(lián)或串聯(lián)，以便于獲得清潔。在將堆積在噴嘴1014上的金屬清除掉之后，可將晶片1004拋棄。
C.利用一DC電源將金屬堆積物電鍍到一個塊體上參見圖4，根據(jù)另一種示例性的方法，利用直流電源將噴嘴1012上的金屬堆積物1057電解溶解，并將其電鍍到塊體1082上。更具體來講，導線B與導線a相連接，導線D則與導線b進行連接，從而將塊體1082作為了陰極，而將噴嘴電極1056當作了陽極。電解液1038(見圖1)被從噴嘴1012中輸送過，且能與塊體1082接觸，從而構(gòu)成了一條經(jīng)過電解液1038的閉合電路，使得堆積在噴嘴1012上的金屬能被電鍍到塊體1082上。在將堆積在噴嘴1012上的金屬清除掉之后，可將塊體1082丟棄。
類似地，參見圖4，也可利用直流電源將堆積在噴嘴1014上的金屬堆積物1057電解掉，并將其電鍍到塊體1082上。更具體來講，可將導線C與導線a相連接，導線D則與導線b進行連接，從而將塊體1082作為了陰極，而將噴嘴電極1060當作了陽極。電解液1038(見圖1)被從噴嘴1014中輸送過，且能與塊體1082接觸，從而構(gòu)成了一條閉合電路，該電路能將堆積在噴嘴1014上的金屬電鍍到塊體1082上。在將堆積在噴嘴1014上的金屬清除掉之后、或者在其它方便的時候，可將塊體1082丟棄。另外，可將電極1056和1060串聯(lián)起來或并聯(lián)起來執(zhí)行清潔。
D.利用交流電源去除金屬堆積物。
在另一種示例性的噴嘴清潔方法中，可在上述的任一種結(jié)構(gòu)中采用與直流電源相反的交流電源來從噴嘴1012和1014上去除掉金屬堆積物。具體來講，一AC電源用于將金屬堆積物溶解到電解液中，并將金屬堆積物電鍍到要被拋棄的晶片、塊體或其它犧牲材料上。
電解液中金屬的濃度越低，用AC電源將金屬堆積物從噴嘴上去除掉的效率越高。因此，在執(zhí)行清除作業(yè)時，金屬濃度一般是在約0.1％到5％(重量比)的范圍內(nèi)，優(yōu)選地是約小于0.5％wt。
VIII.噴嘴的形狀在上述的任一種示例性實施方式中，都能有利地應用各種形狀的噴嘴。不同類型的噴嘴—例如不同尺寸、不同型面、不同橫截面形狀等的噴嘴能帶來不同的拋光特性，可根據(jù)具體的應用狀況而有利地選用這些噴嘴。例如，如圖1B所示，圖中示例性的電解拋光設備包括兩個不同尺寸的噴嘴1012、1014，這兩個噴嘴被用來對晶片1004的不同部位執(zhí)行電解拋光。
另外，圖5A到圖5H表示了具有各種形狀和結(jié)構(gòu)的示例性噴嘴。噴嘴的形狀—例如其通道和其遠端可改變從該噴嘴流出的電解液的流動狀態(tài)、電解液射流中的電流密度等。圖5A到圖5E表示出了各種帶有絕緣體5054和電極5056的噴嘴的構(gòu)造和形狀。圖5F到圖5H表示了各種不帶有絕緣體的噴嘴。某些結(jié)構(gòu)的噴嘴帶有靠近其開口的彎曲電極5056。彎曲的電極5056可防止在電極的尖點處出現(xiàn)尖峰電荷，這將有助于使電流密度在電解液的液流中更為均勻。圖5H表示了一種帶有電極5056和一桿體5058的噴嘴，桿體5058接近于噴嘴的中心，其用于增大電極的表面積，從而使電流密度變得更為均勻。
對于每一種上述噴嘴，電極5056都包含諸如鉭、鈦、不銹鋼等金屬或合金。另外，絕緣體5054可包括PVC、PVD、Teflon等塑料，或Al2O3、ZrO2、SiO2等陶瓷。因此，由于金屬和合金通常比塑料和陶瓷更易于被制為各種形狀，所以，相比于其它的形狀，制造帶有彎曲狀或錐狀電極、以及直條狀絕緣體的噴嘴的成本更低。另外，如圖5F、5G、和5H所示的、只帶有一個電極5056的噴嘴具有更為簡單的結(jié)構(gòu)設計和更大的表面積。另外，圖5H所示的噴嘴具有一桿體5058，其作為電極5056的組成部分，能使電極具有更大的表面積，從而能使從噴嘴流過的電解液1038(見圖1)斷面上的電勢分布更為平均。分布更為均勻的電勢使對晶片1004的電解拋光處理更為均勻。
圖6A和圖6B表示了另一種示例性的噴嘴，其具有絕緣體6054、電極6056、以及導電的內(nèi)部結(jié)構(gòu)6086。內(nèi)部結(jié)構(gòu)6086包括諸如鉭、鈦、不銹鋼等金屬或合金。另外，內(nèi)部結(jié)構(gòu)6086包括多條通道，這些通道可增大電極的表面積，并能使電勢在噴嘴6056斷面上的分別更為均勻。通道的尺寸約在0.1mm到10mm的范圍內(nèi)，具體數(shù)值取決于噴嘴的直徑以及特定的應用場合。優(yōu)選地是，每一通道的尺寸約為噴嘴直徑的1/10。
通道的橫截面可被制為各種形狀，例如被制為圖6B到6I所示的形狀。舉例來講，通道可以為方形、纖維狀、直縫狀、金屬棒狀、波紋槽狀、矩形、蜂窩形等。另外，圖6B到6I表示出了一些具體的橫截面形狀，但通道的橫截面也可被制為任何形狀，例如制為三角形、多邊形、橢圓形等。
上文的詳細描述是為了對示例性的實施方式進行介紹，并非是為了進行限定。本領域技術(shù)人員可很顯然地認識到；在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可作出多種形式的改動和變型。舉例來講，可將不同的示例性電解拋光設備(例如關(guān)于護套、導電構(gòu)件、各種噴嘴、終點探測器等特征)應用在同一組件中，或者也可單獨應用這些實施方式，用以改進現(xiàn)有的電解拋光設備。因此，本發(fā)明應當是由所附的權(quán)利要求書限定，而不應當由文中的具體描述進行限定。
權(quán)利要求
1.一種用于對晶片執(zhí)行電解拋光的設備，其包括一用于夾持晶片的晶片夾盤；一用于轉(zhuǎn)動晶片夾盤的致動器；一噴嘴，其被設計成對晶片執(zhí)行電解拋光；以及一環(huán)繞著晶片邊緣的護套。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于致動器被設計成以足夠的速度轉(zhuǎn)動晶片夾盤，從而使得噴射到晶片上的電解液流能流向晶片的邊緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設備，其特征在于電解液流過晶片的邊緣，并被濺射到護套上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設備，其特征在于晶片被定向為面朝下方，且噴射到晶片上的電解液在從晶片表面上滴落下來之前流到晶片的邊緣處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于致動器被設計成可根據(jù)晶片上要被執(zhí)行電解拋光的部位而改變夾盤的轉(zhuǎn)速。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設備，其特征在于致動器被設計成當晶片上的電解拋光部分靠近中心時以較高轉(zhuǎn)速驅(qū)動夾盤。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于晶片夾盤被設計成可相對于噴嘴進行平動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設備，其特征在于護套被設計成可隨晶片夾盤一道相對于噴嘴移動。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設備，其特征在于護套和晶片夾盤機械地聯(lián)接起來，從而可相對于噴嘴一起運動。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于噴嘴被設計成可相對于晶片夾盤運動。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于護套被定位成距離夾盤的邊緣約1mm到10mm。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于護套被定位成距離夾盤的邊緣約5mm。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于護套側(cè)壁的剖面形狀為L形。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于護套的側(cè)壁是錐形的。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于護套側(cè)壁的延伸長度超出夾盤或低于夾盤。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于護套包含塑料材料或陶瓷材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于護套包含抗腐蝕金屬或合金。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于護套上涂覆有耐受電解液的材料。
19.一種用于對半導體晶片執(zhí)行電解拋光的方法，其包括操作用電解液流對晶片執(zhí)行電解拋光；對晶片進行轉(zhuǎn)動，以使得噴射到晶片上的電解液在晶片表面上流向其邊緣；以及將一護套定位在晶片邊緣的附近。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于以足夠的速度轉(zhuǎn)動晶片，從而使噴射到晶片上的電解液流能流向晶片的邊緣，而不會離開晶片的表面。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于電解液流過晶片的邊緣，并被濺射到護套上。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括操作根據(jù)晶片上要被執(zhí)行電解拋光的部位而改變夾盤的轉(zhuǎn)速。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于當晶片上的電解拋光部分靠近中心時以較高速度轉(zhuǎn)動晶片。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其還包括操作相對于噴嘴將晶片平移。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其還包括操作相對于噴嘴移動護套。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其還包括操作相對于噴嘴將護套和晶片一起進行運動。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其還包括操作相對于晶片移動噴嘴。
28.一種用于保持晶片的設備，其包括一盤體，其支持著晶片，并將晶片的一側(cè)暴露向電解液的液流；一第一導電構(gòu)件，其被設計成向晶片施加電荷；以及一第二導電構(gòu)件，其被設計成暴露在電解液的液流中。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設備，其特征在于第一導電構(gòu)件還被設計成與電解液的液流絕緣。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設備，其特征在于向第二導電構(gòu)件施加電荷。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設備，其特征在于施加于第二導電構(gòu)件上的電荷不等于施加到晶片上的電荷。
32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設備，其特征在于第二導電構(gòu)件是一個環(huán)體。
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設備，其特征在于第二導電構(gòu)件被定位在靠近晶片周邊的位置處。
34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設備，其特征在于第二導電構(gòu)件包含金屬。
35.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設備，其特征在于第二導電構(gòu)件與晶片相接觸。
36.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設備，其特征在于在晶片與第二導電構(gòu)件之間設置一絕緣構(gòu)件。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設備，其特征在于絕緣構(gòu)件在導電構(gòu)件與晶片之間構(gòu)成了一個密封件。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設備，其特征在于絕緣構(gòu)件包括一O型圈。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設備，其特征在于絕緣構(gòu)件包含合成橡膠。
40.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設備，其特征在于第一導電構(gòu)件包括一彈簧構(gòu)件。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的設備，其特征在于彈簧構(gòu)件被設計成與晶片的外周邊相接觸。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的設備，其特征在于彈簧構(gòu)件包括一彈簧。
43.根據(jù)權(quán)利要求40所述的設備，其特征在于彈簧構(gòu)件包括多個螺旋彈簧，這些彈簧環(huán)繞著晶片的周邊進行排列。
44.根據(jù)權(quán)利要求40所述的設備，其特征在于在彈簧構(gòu)件與第二導電構(gòu)件之間插入一第二絕緣構(gòu)件。
45.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設備，其特征在于由第一導電構(gòu)件施加的電荷與由第二導電構(gòu)件施加的電荷中的之一可相對于對方發(fā)生改變。
46.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設備，其還包括一DC電源，其被設計成用于施加電荷。
47.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設備，其還包括一AC電源，其被設計成用于施加電荷。
48.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設備，其特征在于第二導電構(gòu)件被設置在一絕緣構(gòu)件中。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的設備，其特征在于絕緣構(gòu)件是一個環(huán)體。
50.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設備，其還包括至少一個電阻器，其用于改變施加到晶片上的電荷、或施加到第二導電構(gòu)件上的電荷。
51.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設備，其特征在于第二導電構(gòu)件具有一絕緣的涂覆層。
52.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設備，其特征在于在第二導電構(gòu)件與晶片相反的那一側(cè)上設置一第二絕緣構(gòu)件。
53.一種用于在電解拋光過程中保持半導體晶片的方法，其包括操作將晶片的一個表面定位在電解液的液流中；利用一第一導電構(gòu)件向晶片施加電荷；以及向一第二導電構(gòu)件施加電荷，其中，第二導電構(gòu)件被設計成從位于晶片表面上的電解液引走一個電流。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于第二導電構(gòu)件從靠近晶片邊緣的位置處引走電流，從而減小拋光速率。
55.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于對晶片進行旋轉(zhuǎn)，以使得電解液流向晶片的邊緣。
56.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于第二導電構(gòu)件被定位在晶片邊緣的附近。
57.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于第二導電構(gòu)件是一個金屬環(huán)。
58.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其還包括操作設置一絕緣構(gòu)件，其被定位在晶片與第二導電構(gòu)件之間。
59.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于導電構(gòu)件被定位在晶片的附近。
60.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其還包括操作對施加給晶片的電荷與施加給第二導電構(gòu)件的電荷中的之一相對于對方進行調(diào)節(jié)。
61.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于電荷是由一DC電源施加的。
62.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于電荷是由一AC電源施加的。
63.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于第二導電構(gòu)件被定位在一絕緣構(gòu)件內(nèi)。
64.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于絕緣構(gòu)件是一個環(huán)體。
65.一種用于監(jiān)控電解拋光過程終點的設備，其中的電解拋光過程是對制在一晶片上的金屬層執(zhí)行的，所述設備包括一噴嘴，其被設計為對金屬層執(zhí)行電解拋光；一終點探測器，其被布置在所述噴嘴的周圍；一儲器，其中容納著一種電解液，并與所述噴嘴相聯(lián)接；一流體探測器，其被布置在儲器中，其中流體探測器對電解液流體的特性進行測量；以及終點探測器被設計成考慮到所測得的流體特性而對晶片的特性進行測量。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的設備，其特征在于所述設備還被設計成當測得的晶片特性達到一個目標值時，設備停止電解拋光過程的執(zhí)行。
67.根據(jù)權(quán)利要求65所述的設備，其特征在于噴嘴和終點探測器被設計成可一起移動，從而能對晶片上的離散部分執(zhí)行電解拋光處理。
68.根據(jù)權(quán)利要求65所述的設備，其特征在于噴嘴被設計成一個固定的噴嘴，晶片可相對于噴嘴進行平動。
69.根據(jù)權(quán)利要求65所述的設備，其還包括一晶片夾盤，其被設計成對晶片進行轉(zhuǎn)動。
70.根據(jù)權(quán)利要求65所述的設備，其特征在于流體探測器對電解液流體中金屬離子的濃度進行測量。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的設備，其還包括浸沒在電解液中的電極，其被設計成當金屬離子濃度達到一預定值時能從電解液中去除掉金屬離子。
72.根據(jù)權(quán)利要求71所述的設備，其特征在于所述電極被設計成如果金屬離子濃度達到一第二預定值時，停止從電解液中去除金屬離子。
73.根據(jù)權(quán)利要求65所述的設備，其特征在于流體探測器包括一光學探測器。
74.根據(jù)權(quán)利要求73所述的設備，其特征在于光學探測器發(fā)出紅光。
75.根據(jù)權(quán)利要求73所述的設備，其特征在于光學探測器發(fā)出白光。
76.根據(jù)權(quán)利要求73所述的設備，其還包括一反射器，光線從該反射器反射向光學探測器。
77.根據(jù)權(quán)利要求65所述的設備，其特征在于終點探測器包括一光學反射探測器。
78.根據(jù)權(quán)利要求65所述的設備，其特征在于終點探測器包括一超聲波探測器。
79.根據(jù)權(quán)利要求65所述的設備，其特征在于終點探測器包括一電磁探測器。
80.根據(jù)權(quán)利要求65所述的設備，其特征在于終點探測器包括一電渦流探測器。
81.根據(jù)權(quán)利要求65所述的設備，其還包括一第二流體探測器，用于測量流體的一項第二特性。
82.根據(jù)權(quán)利要求81所述的設備，其特征在于終點探測器被設計成考慮到流體的第二項測得特性而對晶片的特性進行測量。
83.根據(jù)權(quán)利要求81所述的設備，其特征在于第二流體探測器包括一光學探測器。
84.根據(jù)權(quán)利要求81所述的設備，其特征在于光學探測器發(fā)出藍光。
85.根據(jù)權(quán)利要求81所述的設備，其特征在于光學探測器發(fā)出白光。
86.根據(jù)權(quán)利要求81所述的設備，其特征在于光學探測器對電解液中的氣泡進行檢測。
87.一種用于檢測電解拋光過程終點的方法，其中的電解拋光過程是對一晶片執(zhí)行的，所述方法包括操作利用一電解液對晶片執(zhí)行電解拋光；利用一終點探測器對晶片的特性進行測量；利用一流體探測器對電解液的特性進行測量；以及考慮到由流體探測器測量到的流體特性，對由終點探測器測得的晶片特性進行評價。
88.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其特征在于當對晶片測得的特性達到一目標值時，停止執(zhí)行電解拋光。
89.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其特征在于一噴嘴和終點探測器被設計成可一起移動，從而對晶片上的離散部分執(zhí)行電解拋光。
90.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其還包括操作使晶片相對于一固定噴嘴平動。
91.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其還包括操作用晶片夾盤轉(zhuǎn)動晶片。
92.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其還包括操作利用流體探測器測量電解液流體的金屬離子濃度。
93.根據(jù)權(quán)利要求92所述的方法，其還包括操作如果金屬離子濃度達到一預定值，則從電解液中去除金屬離子。
94.根據(jù)權(quán)利要求92所述的方法，其特征在于如果金屬離子濃度達到一第二預定值，則不再從電解液流體中去除金屬離子。
95.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其特征在于流體探測器包括一光學探測器。
96.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其特征在于光學探測器發(fā)出紅光。
97.根據(jù)權(quán)利要求96所述的方法，其特征在于光學探測器發(fā)出白光。
98.根據(jù)權(quán)利要求96所述的方法，其還包括操作將光線從一反射器反射向光學探測器。
99.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其特征在于終點探測器包括一光學反射探測器。
100.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其特征在于終點探測器包括一超聲波探測器。
101.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其特征在于終點探測器包括一電磁探測器。
102.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其還包括操作對電解液流體的第二項特性進行測量。
103.根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其特征在于終點探測器被設計成考慮到流體的第二項測得特性對晶片的特性進行測量。
104.根據(jù)權(quán)利要求103所述的方法，其特征在于流體的第二項特性是由一第二探測器進行測量的。
105.根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其特征在于第二流體探測器包括一光學探測器。
106.根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其特征在于第二光學探測器發(fā)出藍光。
107.根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其特征在于第二光學探測器發(fā)出白光。
108.根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其特征在于第二光學探測器探測位于電解液流體中的氣泡。
109.一種用于對半導體晶片上破碎的金屬層執(zhí)行電解拋光的設備，其包括一用于夾持晶片的晶片夾盤；一導電構(gòu)件，其環(huán)繞著晶片夾盤的周邊；一噴嘴，其被設計成將電解液流噴射到晶片的表面上；以及一致動器，其被設計成以足夠高的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動晶片夾盤，以便于在晶片的表面上形成一電解液薄膜，以此來與破碎的金屬層實現(xiàn)電連接。
110.根據(jù)權(quán)利要求109所述的設備，其特征在于電解液薄膜形成了一條通路，用于在電解液與導電構(gòu)件之間傳導電流。
111.根據(jù)權(quán)利要求109所述的設備，其特征在于晶片被定向為面朝下方，且噴射到晶片上的電解液流在從晶片表面上滴落下來之前流到晶片的邊緣處。
112.根據(jù)權(quán)利要求109所述的設備，其特征在于致動器被設計成可根據(jù)晶片上要被執(zhí)行電解拋光的部位而改變夾盤的轉(zhuǎn)速。
113.根據(jù)權(quán)利要求112所述的設備，其特征在于致動器被設計成當晶片上的電解拋光部分靠近中心時以較高轉(zhuǎn)速驅(qū)動夾盤。
114.根據(jù)權(quán)利要求109所述的設備，其特征在于晶片夾盤被設計成可相對于噴嘴進行平動。
115.根據(jù)權(quán)利要求109所述的設備，其特征在于噴嘴被設計成可相對于晶片夾盤移動。
116.根據(jù)權(quán)利要求109所述的設備，其還包括一護套，其環(huán)繞著晶片夾盤。
117.根據(jù)權(quán)利要求116所述的設備，其特征在于護套與晶片夾盤一道相對于噴嘴移動。
118.根據(jù)權(quán)利要求116所述的設備，其特征在于護套和晶片夾盤機械地聯(lián)接起來，從而可相對于噴嘴一起運動。
119.根據(jù)權(quán)利要求116所述的設備，其特征在于護套被定位成距離晶片夾盤的邊緣約1mm到10mm。
120.根據(jù)權(quán)利要求116所述的設備，其特征在于護套被定位成距離夾盤的邊緣約5mm。
121.根據(jù)權(quán)利要求116所述的設備，其特征在于護套側(cè)壁的剖面形狀為L形。
122.根據(jù)權(quán)利要求116所述的設備，其特征在于護套的側(cè)壁是錐形的。
123.根據(jù)權(quán)利要求116所述的設備，其特征在于護套側(cè)壁的延伸長度超出夾盤或低于夾盤。
124.根據(jù)權(quán)利要求116所述的設備，其特征在于護套包含塑料材料或陶瓷材料。
125.根據(jù)權(quán)利要求116所述的設備，其特征在于護套包含抗腐蝕金屬或合金。
126.根據(jù)權(quán)利要求116所述的設備，其特征在于護套上涂覆有耐受電解液的材料。
127.一種用于對半導體晶片上破碎的金屬層執(zhí)行電解拋光的方法，其包括操作利用一晶片夾盤保持住晶片，夾盤包括一導電構(gòu)件，其被定位成環(huán)繞著晶片的周邊；利用電解液流對晶片執(zhí)行電解拋光；以及轉(zhuǎn)動晶片，以使得噴射到晶片上的電解液在晶片表面上形成一電解液薄膜。
128.根據(jù)權(quán)利要求127所述的方法，其特征在于以足夠的速度轉(zhuǎn)動晶片，從而使噴射到晶片上的電解液流能流向晶片的邊緣，而不會離開晶片的表面。
129.根據(jù)權(quán)利要求127所述的方法，其還包括操作根據(jù)晶片上要被執(zhí)行電解拋光的部位而改變夾盤的轉(zhuǎn)速。
130.根據(jù)權(quán)利要求129所述的方法，其特征在于當晶片上的電解拋光部分靠近中心時以較高速度轉(zhuǎn)動晶片。
131.根據(jù)權(quán)利要求127所述的方法，其還包括操作相對于噴嘴將晶片平移。
132.根據(jù)權(quán)利要求127所述的方法，其還包括操作對一護套進行定位，使其環(huán)繞著晶片夾盤。
133.根據(jù)權(quán)利要求127所述的方法，其還包括操作電解液流過晶片的邊緣而濺射到護套上。
134.根據(jù)權(quán)利要求127所述的方法，其還包括操作相對于噴嘴移動護套。
135.根據(jù)權(quán)利要求127所述的方法，其還包括操作相對于噴嘴將護套和晶片一起進行運動。
136.根據(jù)權(quán)利要求127所述的方法，其還包括操作相對于晶片移動噴嘴。
137.一種用于對晶片執(zhí)行電解拋光的設備，其包括一噴嘴支架，其被設計成將兩個或多個噴嘴保持在一電解液輸送管線的附近，其中噴嘴支架與輸送管線中的至少之一可相對于對方移動，從而將兩個或多個噴嘴中的某一噴嘴與電解液輸送管線聯(lián)接起來。
138.根據(jù)權(quán)利要求137所述的設備，其還包括一致動器，其中，該致動器被設計成對噴嘴支架進行轉(zhuǎn)動，從而聯(lián)接了兩個或多個噴嘴中的某一噴嘴。
139.根據(jù)權(quán)利要求137所述的設備，其特征在于噴嘴支架包含一絕緣材料。
140.根據(jù)權(quán)利要求137所述的設備，其特征在于噴嘴支架包含一抗腐蝕材料。
141.根據(jù)權(quán)利要求137所述的設備，其特征在于噴嘴支架是用塑料制成的。
142.根據(jù)權(quán)利要求137所述的設備，其特征在于噴嘴支架與一個或多個噴嘴制成一體。
143.根據(jù)權(quán)利要求137所述的設備，其特征在于兩個或多個噴嘴包括至少兩種不同的噴嘴型面。
144.根據(jù)權(quán)利要求137所述的設備，其還包括一終點探測器，其被定位在噴嘴支架的附近。
145.根據(jù)權(quán)利要求137所述的設備，其還包括一可動的底座，其中，所述噴嘴支架被聯(lián)接到所述可動底座上。
146.根據(jù)權(quán)利要求145所述的設備，其特征在于可動的底座被設計成在直線方向上移動，而噴嘴支架則被設計成轉(zhuǎn)動。
147.一種用于對半導體晶片執(zhí)行電解拋光的方法，其包括操作提供一晶片；提供一電解液供應源；設置兩個或多個噴嘴，它們機械地聯(lián)接到一起；將兩個或多個噴嘴中的某一噴嘴可動地定位到電解液的供應源上，以便于向晶片輸送電解液流。
148.根據(jù)權(quán)利要求147所述的方法，其特征在于兩個或多個噴嘴利用一噴嘴支架機械地聯(lián)接起來。
149.根據(jù)權(quán)利要求148所述的方法，其特征在于可動地定位兩個或多個噴嘴中某一噴嘴的操作包括對噴嘴支架進行轉(zhuǎn)動的操作。
150.根據(jù)權(quán)利要求148所述的方法，其特征在于可動地定位噴嘴的操作包括使噴嘴支架在一直線方向上平動的操作。
151.根據(jù)權(quán)利要求147所述的方法，其特征在于兩個或多個噴嘴包括至少兩種不同的噴嘴型面。
152.根據(jù)權(quán)利要求147所述的方法，其還包括操作確定晶片上金屬層的輪廓；以及根據(jù)金屬層的具體輪廓，利用可變的噴嘴型面將電解液流指向金屬層。
153.根據(jù)權(quán)利要求152所述的方法，其特征在于不同的噴嘴包括兩種或多種不同的噴嘴型面。
154.根據(jù)權(quán)利要求152所述的方法，其特征在于不同的噴嘴能產(chǎn)生不同的拋光速率。
155.根據(jù)權(quán)利要求152所述的方法，其特征在于對不同的噴嘴進行選擇，以便于在金屬層的較厚部分上應用較高的拋光速率、在金屬層的較薄部分上應用較低的拋光速率。
156.根據(jù)權(quán)利要求152所述的方法，其特征在于利用一終點探測器確定金屬層的輪廓，終點探測器被定位在兩個或多個噴嘴的附近。
157.一種用于對半導體晶片執(zhí)行電解拋光的噴嘴，其包括一帶有側(cè)壁的通道、以及一遠端開孔，該遠端開孔用于對電解液流執(zhí)行引流，其中通道中包含一導電材料；以及在靠近遠端開孔的位置處，側(cè)壁是彎曲的。
158.根據(jù)權(quán)利要求157所述的噴嘴，其還包括一絕緣體，其相對于通道而被布置在側(cè)壁的外部。
159.根據(jù)權(quán)利要求157所述的噴嘴，其特征在于通道為圓筒形狀。
160.根據(jù)權(quán)利要求157所述的噴嘴，其特征在于通道為圓錐筒形狀。
161.根據(jù)權(quán)利要求157所述的噴嘴，其還包括一導電結(jié)構(gòu)，其被設置在通道內(nèi)。
162.根據(jù)權(quán)利要求161所述的噴嘴，其特征在于導電結(jié)構(gòu)包括一桿體。
163.根據(jù)權(quán)利要求161所述的噴嘴，其特征在于導電結(jié)構(gòu)包括一定位在通道內(nèi)的桿體。
164.根據(jù)權(quán)利要求161所述的噴嘴，其特征在于導電結(jié)構(gòu)包括多條通路。
165.根據(jù)權(quán)利要求164所述的噴嘴，其特征在于多條通路的橫截面尺寸約在0.1到10mm的范圍內(nèi)。
166.根據(jù)權(quán)利要求164所述的噴嘴，其特征在于多條通路的橫截面尺寸約為通道直徑尺寸的1/10。
167.一種用于對用在電解拋光設備中的噴嘴執(zhí)行去鍍層處理的方法，其包括操作使一種電解液流經(jīng)噴嘴；以及向噴嘴施加電荷，其中，所施加的電荷被設計成可將金屬離子從噴嘴上去除掉。
168.根據(jù)權(quán)利要求167所述的方法，其還包括操作向一第二噴嘴施加相反的第二電荷，其中，所述電解液在第一噴嘴與第二噴嘴之間形成了一條路徑。
169.根據(jù)權(quán)利要求168所述的方法，其特征在于在執(zhí)行去鍍層處理的過程中，所述噴嘴與第二噴嘴被靠近到一起。
170.根據(jù)權(quán)利要求168所述的方法，其特征在于所述噴嘴為陽極，第二噴嘴為陰極。
171.根據(jù)權(quán)利要求168所述的方法，其特征在于一部分被清除下來的金屬溶入到電解液中。
172.根據(jù)權(quán)利要求168所述的方法，其特征在于電解液中金屬離子的重量濃度約小于或等于3％。
173.根據(jù)權(quán)利要求168所述的方法，其還包括操作使對噴嘴和第二噴嘴施加的電荷相反，以便于對第二噴嘴執(zhí)行去鍍層處理。
174.根據(jù)權(quán)利要求168所述的方法，其特征在于噴嘴為陽極，第二噴嘴為陰極。
175.根據(jù)權(quán)利要求167所述的方法，其特征在于利用一DC電源對噴嘴加電。
176.根據(jù)權(quán)利要求167所述的方法，其特征在于利用一AC電源對噴嘴加電。
177.根據(jù)權(quán)利要求167所述的方法，其還包括操作向一晶片施加相反的第二電荷。
178.根據(jù)權(quán)利要求177所述的方法，其特征在于一部分被清除下來的金屬溶入到電解液中。
179.根據(jù)權(quán)利要求177所述的方法，其特征在于電解液中金屬離子的重量濃度約小于或等于3％。
180.根據(jù)權(quán)利要求177所述的方法，其特征在于利用一DC電源對噴嘴加電。
181.根據(jù)權(quán)利要求177所述的方法，其特征在于利用一AC電源對噴嘴加電。
182.根據(jù)權(quán)利要求167所述的方法，其還包括操作向一導電材料施加相反的第二電荷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于對晶片上的導電薄膜執(zhí)行電解拋光的設備和方法。電解拋光設備包括一用于保持晶片的晶片夾盤、一用于轉(zhuǎn)動夾盤的致動器、一被設計成對晶片執(zhí)行電解拋光的噴嘴、以及一環(huán)繞著晶片邊緣的護套。電解拋光方法包括操作以足夠的速度轉(zhuǎn)動晶片夾盤，從而使得噴射到晶片上的電解液能在晶片表面上流向其邊緣。
文檔編號B23H3/00GK1585835SQ02822586
公開日2005年2月23日 申請日期2002年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月13日
發(fā)明者王暉, 易培豪, 穆哈默德·阿夫南, 沃哈·努, 費利克斯·古特曼 申請人:Acm研究公司