[发明专利]一种电化学机械抛光机

说明书

本发明公开了一种电化学机械抛光机，包括气缸、导电环、抛光头、透明保护罩、导电盘、安装板和安装框架；所述气缸通过安装板与第一调速电机相连接，并通过固定块固定在安装框架上，所述导电环与抛光头通过上旋转轴相连；所述安装板上固定有气缸活塞杆、双直线导轨和滑块，所述第一调速电机的输出轴通过上联轴器与上旋转轴相连接。本发明结合电、化学、机械多能场作用，可实现集成电路制造中互连金属的高效、超精密抛光。

技术领域

本发明涉及抛光机领域，具体是一种电化学机械抛光机。

背景技术

随着集成电路（IC）和逻辑器件特征尺寸的不断减小，IC制造过程中的双大马士革互连工艺变得越来越困难，面临着巨大的挑战。传统的互连金属可能无法满足高性能IC器件的要求。例如，在集成电路的中段制程，钨通常被用作插头和栅极。但是需要一层阻挡层来防止WF6前驱体对硅的侵蚀，这限制了钨的应用。此外，在后端制程，铜常被用作互连金属。然而，铜具有高电阻率，需要Ta/TaN阻挡层来阻止其扩散且Ta/TaN阻挡层上需有铜籽晶层。当集成电路技术节点变得越来越小时，这些因素会影响半导体器件的性能。

钴因其良好的性能被认为是替代钨、Ta/TaN阻挡层和铜以解决上述问题的最有前景的替代金属。例如，钴的电阻比钨和铜低；用作阻挡层不需要铜籽晶层等。钴要作为集成电路制造过程中的互连金属，需要抛光。必须去除多余的钴，实现钴沉积后的平坦化。目前，化学机械抛光（CMP）技术在半导体工业中广泛应用于硅、铜、钴等多种材料的平面化。但是钴CMP存在腐蚀、静态腐蚀和与铜的电偶腐蚀问题。并且在集成电路制造过程中，为了避免了对低k材料的损伤，施加的载荷越来越低，下压力大会引起金属的凹陷和损伤。与传统的金属化学机械抛光相比，电化学机械抛光利用外部电路来氧化金属，从而实现低压力、高可控性和良好的表面平坦化，有望消除这些问题。本发明针对集成电路制造中新型互连金属如钴等的超精密抛光需求，提出一种结合电、化学、机械多能场作用的电化学机械抛光机，来实现互连金属的高效、超精密抛光。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种电化学机械抛光机，以实现集成电路制造中互连金属的高效、超精密抛光，本发明所用的技术方案为：

一种电化学机械抛光机，包括气缸、导电环、抛光头、透明保护罩、导电盘、安装板和安装框架，所述安装板将气缸与第一调速电机相连接，气缸通过固定块固定在安装框架上，气缸活塞杆通过螺母、垫圈和安装板固定在一起；安装板同时与双直线导轨、滑块用螺钉相连接，在气缸工作时，滑块通过固定在框架上的双直线导轨使机构沿着竖直方向移动，达到机构进给的目的，并控制施加在抛光头上的载荷。第一调速电机的输出轴直接通过上联轴器与上旋转轴相连接，上联轴器的两端均采用了键连接方式进行连接。在上旋转轴的旋转过程中，通过导电环将阳极电流传递到旋转的抛光头及待抛光工件上；抛光头和工件在气缸、第一调速电机的作用下，在一定转速与压力下与抛光垫接触；所述透明保护罩底部中间开孔与导电盘相接触，使透明保护罩内部的抛光液能与导电盘接触；当带有工件的旋转抛光头浸入抛光液进行抛光时，形成电流回路，从而发生电解反应，使工件表面产生电化学，并在压力、转速作用下进行电化学机械抛光。

所述抛光头和工件在竖直方向的进给运动以及抛光时施加在抛光垫上的载荷，由气缸通过活塞杆、滑块、双直线导轨、安装板实现。

所述抛光头和工件，导电盘、旋转盘和抛光垫的旋转运动分别由两台调速电机提供，独立控制、可调。

所述抛光头和工件为阳极，其电流由电化学工作站通过类似于轴承的导电环提供，导电环由导电接口、内圈、外圈和导电滚珠四部分组成，外界电流由导电接口接入，内圈内设有螺纹，可通过上旋转轴上对应的螺纹固定在轴上，外圈与内圈与导电滚珠相配合而形成一个整体。调速电机工作时，与上旋转轴固定的内圈与轴相对静止随旋转轴一起做旋转运动，外圈不发生旋转，电流通过内圈、外圈、导电滚珠及导线传导至抛光工件上。