CN105437083B - 喷头装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种喷头装置，包括：缓冲部、喷头本体、调节装置、电极及气泡隔离部件。缓冲部设有缓冲腔、进液端和出液端。喷头本体设有喷嘴、数个液体出口和与喷嘴相连接的顶盖。调节装置包括遮挡在数个液体出口上方并位于顶盖下方的遮挡部件及位于缓冲腔内的致动部件，致动部件与遮挡部件联动。遮挡部件和液体出口之间形成能调节的间隙，经缓冲部输出的液体的一部分由喷嘴输出，另一部分由间隙溢出，致动部件根据输入至缓冲部的液体的量的大小移动，致动部件与遮挡部件的联动调节间隙的大小以改变由间隙溢出的液体的量，使得由喷嘴输出的液体的量维持稳定。电极设置在缓冲腔的内壁并靠近缓冲部的出液端。气泡隔离部件与喷头本体连接并位于缓冲腔内，气泡隔离部件阻止电极处产生的气泡进入喷头本体的喷嘴。

Description

喷头装置

技术领域

本发明涉及半导体设备零部件领域，尤其涉及一种能够输出具有稳定形貌的液体的喷头装置，该喷头装置适用于电化学抛光。

背景技术

在目前的半导体抛光工艺中，主要采用化学机械抛光(CMP)去除晶圆上多余的铜膜。化学机械抛光装置包括转台、布置于转台上的抛光垫、夹持晶圆的抛光头及抛光液供应管道。抛光时，一下压力作用于抛光头，从而使晶圆的待抛光面与抛光垫接触，抛光头带动晶圆旋转，晶圆的待抛光面与抛光垫之间有抛光液供应管道提供的抛光液，通过使晶圆相对抛光垫旋转，从而将晶圆上多余的铜膜去除。然而，为了进一步缩小半导体器件的特征尺寸，低K电介质材料或空气隙应用在半导体器件中，低K电介质材料或空气隙具有较弱的机械特性，化学机械抛光过程中作用在抛光头的下压力将会造成低K电介质材料的损坏，进而降低半导体器件的良率。

为了解决化学机械抛光存在的技术弊端，电化学抛光技术逐渐受到重视，电化学抛光由于只有抛光液与晶圆表面接触，因此能够无机械应力的去除晶圆上多余的铜膜，而不会对晶圆上的低K电介质层造成损害，从而提高半导体器件的制造良率，攻克了制造具有微小特征尺寸的半导体器件的技术瓶颈。在电化学抛光工艺中，抛光液通过喷头装置喷射至晶圆表面。目前的喷头装置无法控制从喷头装置喷射出的抛光液的形貌，当供应至喷头装置的抛光液的量出现波动时，从喷头装置喷射出的抛光液的形貌也会波动，从而无法精确控制铜膜的去除速率和去除均匀性。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题提供一种改进型的喷头装置，该喷头装置能够输出具有稳定形貌的液体并适用于电化学抛光工艺。

为实现上述目的，本发明提出一种喷头装置，包括缓冲部、喷头本体、调节装置、电极及气泡隔离部件。缓冲部设有缓冲腔、进液端和出液端。喷头本体固定在缓冲部的出液端，喷头本体设有喷嘴、数个液体出口和与喷嘴相连接的顶盖，喷头本体的喷嘴和数个液体出口分别与缓冲部的出液端连接。调节装置包括遮挡在数个液体出口上方并位于顶盖下方的遮挡部件和位于缓冲腔内的致动部件，致动部件与遮挡部件联动。遮挡部件和液体出口之间形成能调节的间隙，经缓冲部输出的液体的一部分由喷嘴输出，另一部分由间隙溢出，致动部件根据输入至缓冲部的液体的量的大小移动，致动部件与遮挡部件的联动调节间隙的大小以改变由间隙溢出的液体的量，使得由喷嘴输出的液体的量维持稳定。电极设置在缓冲腔的内壁并靠近缓冲部的出液端。气泡隔离部件与喷头本体连接并位于缓冲腔内，气泡隔离部件阻止电极处产生的气泡进入喷头本体的喷嘴。

在一个实施例中，遮挡部件包括遮盖、数对限位件、垫片和弹性件。遮盖设置在喷头本体的数个液体出口的上方并遮挡住该数个液体出口，遮盖设有数对限位孔。数对限位件穿过遮盖的数对限位孔并固定在喷头本体上，遮盖沿限位件上升或下降。垫片设置在遮盖与喷头本体之间，使得遮盖与喷头本体之间形成间隙。弹性件设置在遮盖与限位件的上端之间。

在一个实施例中，致动部件包括挡板和连接架。挡板设置在缓冲部的缓冲腔内并正对着缓冲部的进液端。连接架的一端与挡板连接，连接架的另一端与遮盖连接。

在一个实施例中，缓冲部的进液端通过一管阻消除部件连接到一脉冲供液装置。

在一个实施例中，管阻消除部件是回型管路，回型管路的一端连接到脉冲供液装置，回型管路的另一端连接到缓冲部的进液端。

在一个实施例中，脉冲供液装置是气动隔膜泵。

在一个实施例中，数个液体出口对称分布在喷嘴的周向。

在一个实施例中，遮挡部件包括数个独立的部件，喷头本体的每个液体出口的上方设置一个独立的部件以遮挡住该液体出口。

在一个实施例中，气泡隔离部件为圆筒形，气泡隔离部件位于喷嘴与液体出口之间，气泡隔离部件设有若干通道，每一通道的内口的最高点低于该通道外口的最低点。

在一个实施例中，电极为圆筒形，电极的轴向长度短于气泡隔离部件的轴向长度。

根据本发明，缓冲腔内的液体一部分通过喷头本体的喷嘴喷出，另一部分通过喷头本体的液体出口并从遮盖与喷头本体之间的间隙溢出。当缓冲部的进液端处的液体流量增大时，挡板受到液体的挤压力向上运动，从而促使遮盖沿限位件上升，遮盖与限位件的上端之间设置的弹性件被挤压压缩，遮盖与喷头本体之间的间隙变大，从遮盖与喷头本体之间的间隙溢出的液体的量增大；当缓冲部的进液端处的液体流量减小时，挡板受到液体的挤压力减小，弹性件释放压缩力并使得遮盖下降，从而使遮盖与喷头本体之间的间隙变小，从遮盖与喷头本体之间的间隙溢出的液体的量减小。喷头装置通过自适应调节，确保从喷嘴喷出的液体的流量稳定，从而能够输出具有稳定形貌的液体。设置在遮挡部件上方的且与喷嘴相连接的顶盖将从喷嘴喷出的液体与从液体出口喷出的液体隔开，防止在电化学抛光工艺中从喷嘴喷出的液体与从液体出口喷出的液体接触而导致漏电。

附图说明

图1揭示了本发明的喷头装置的一实施例的剖面结构示意图。

图2揭示了本发明的喷头装置的喷头本体的剖面结构示意图。

图3揭示了本发明的喷头本体的俯视图。

图4揭示了本发明的喷头本体去除顶盖后的俯视图。

图5揭示了本发明的喷头装置的遮盖的俯视图。

图6揭示了本发明的遮盖的剖视图。

图7揭示了本发明的喷头装置的挡板与连接架组合后的俯视图。

图8揭示了本发明的喷头装置的电极的俯视图。

图9揭示了本发明的电极的剖视图。

图10揭示了本发明的喷头装置的气泡隔离部件的俯视图。

图11揭示了本发明的气泡隔离部件的剖视图。

图12揭示了本发明的喷头装置的应用的示意图。

具体实施方式

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

考虑到液体供应装置中最常用的是气动隔膜泵，是一种脉冲供液装置，因此其输出的液体是脉冲式的。如前面所述的，脉冲式供液导致液体流量存在较大波动，使得喷嘴的出液流量也有较大波动，导致液体的形貌不稳定。由此，本发明提出的喷头装置包括缓冲部、喷头本体、调节装置、电极及气泡隔离部件。缓冲部设有缓冲腔、进液端和出液端。喷头本体固定在缓冲部的出液端，喷头本体设有喷嘴、数个液体出口和与喷嘴相连接的顶盖，喷头本体的喷嘴和数个液体出口分别与缓冲部的出液端连接。调节装置包括遮挡在数个液体出口上方并位于顶盖下方的遮挡部件和位于缓冲腔内的致动部件，致动部件与遮挡部件联动。遮挡部件和液体出口之间形成能调节的间隙，经缓冲部输出的液体的一部分由喷嘴输出，另一部分由间隙溢出，致动部件根据输入至缓冲部的液体的量的大小移动，致动部件与遮挡部件的联动调节间隙的大小以改变由间隙溢出的液体的量，使得由喷嘴输出的液体的量维持稳定。电极设置在缓冲腔的内壁并靠近缓冲部的出液端。气泡隔离部件与喷头本体连接并位于缓冲腔内，气泡隔离部件阻止电极处产生的气泡进入喷头本体的喷嘴。

参考图1所示，揭示了本发明的喷头装置的一实施例的剖面结构示意图。如图1所示，该喷头装置包括缓冲部21、喷头本体22、遮盖23、挡板24、连接架25、电极31及气泡隔离部件32。

缓冲部21设有缓冲腔211、进液端和出液端。喷头本体22固定在缓冲部21的出液端。结合图2至图4所示，喷头本体22的中心设有喷嘴221，根据不同的需求，喷嘴221的形状可以为方形、圆形等，在本实施例中，示例的喷嘴221的形状为方形。喷头本体22还设有数个液体出口222，该数个液体出口222对称分布在喷嘴221的周向，该数个液体出口222的形状为扇形。显然，液体出口222的形状并不局限于所示例的扇形。喷头本体22的喷嘴221和液体出口222分别与缓冲部21的出液端连接。喷头本体22还设有与喷嘴221相连接的顶盖223。

遮盖23设置在喷头本体22的数个液体出口222的上方并遮挡住该数个液体出口222，遮盖23位于顶盖223的下方。结合图5和图6所示，图5和图6分别揭示了本发明的喷头装置的遮盖的俯视图和剖视图。在一个实施例中，遮盖23的中心设有通孔231。遮盖23还设有数对限位孔232。遮盖23套设在喷头本体22上，喷头本体22的喷嘴221从遮盖23的通孔231中穿出。数对限位件26穿过遮盖23的数对限位孔232并固定在喷头本体22上，从而将遮盖23限定在喷头本体22的数个液体出口222的上方并遮挡住该数个液体出口222。遮盖23与喷头本体22之间设置有垫片27，从而在遮盖23与喷头本体22之间形成间隙。遮盖23与各限位件26的上端之间设置有弹性件28，遮盖23能够沿各限位件26上升或下降，当遮盖23沿限位件26上升时，弹性件28被挤压压缩，遮盖23与喷头本体22之间的间隙变大；当遮盖23在弹性件28的弹性作用力下沿限位件26下降时，遮盖23与喷头本体22之间的间隙变小。遮盖23、限位件26、垫片27和弹性件28构成遮挡部件。

在另一实施例中，遮盖23包括数个独立的小遮盖(即遮挡部件包括数个独立的部件)，喷头本体22的每个液体出口222的上方设置一个小遮盖，以遮挡住该液体出口222。每个小遮盖设有一对限位孔，一对限位件穿过该对限位孔并固定在喷头本体22上。每个小遮盖与喷头本体22之间设置有垫片，从而在该小遮盖与喷头本体22之间形成间隙。每个小遮盖与相对应的限位件的上端之间设置有弹性件。

挡板24设置在缓冲部21的缓冲腔211内并正对着缓冲部21的进液端，结合图7所示，图7揭示了本发明的喷头装置的挡板与连接架组合后的俯视图。挡板24与连接架25的一端连接，连接架25的另一端与遮盖23连接。挡板24和连接架25构成致动部件。

电极31设置在缓冲腔211的内壁并靠近缓冲部21的出液端。结合图8和图9所示，图8和图9分别揭示了电极的俯视图和剖视图。电极31为圆筒形。在电化学抛光工艺中，电极31与电源的阴极电连接。

气泡隔离部件32与喷头本体22连接并位于缓冲腔211内，气泡隔离部件32阻止电极31处产生的气泡进入喷头本体22的喷嘴221，在电化学抛光工艺中，能够防止气泡随液体从喷嘴221喷出至晶圆表面而导致抛光均匀性降低。结合图10和图11所示，图10和图11分别揭示了气泡隔离部件的俯视图和剖视图。气泡隔离部件32为圆筒形，且气泡隔离部件32的轴向长度长于电极31的轴向长度。气泡隔离部件32位于喷嘴221与液体出口222之间，气泡隔离部件32设有若干通道321，每一通道321的内口的最高点低于该通道外口的最低点。籍由此设计，能够阻止电极31处产生的气泡进入喷头本体22的喷嘴221，使得气泡只能随着液体从遮盖23和液体出口222之间的间隙溢出。

参考图12所示，揭示了本发明的喷头装置的应用的示意图。前述的调节装置能够使得从喷嘴输出的液体的流量稳定，因而能够获得具有稳定的液体形貌。本发明还在管路中使用了管阻消除部件，比如回型管路。如图12所示，在一个实施例中，该喷头装置的缓冲部21的进液端与回型管路41的一端连接，该回型管路41的另一端与气动隔膜泵51连接。液体从气动隔膜泵51输出至回型管路41，经由回型管路41供应至缓冲部21的缓冲腔211内。缓冲腔211内的液体一部分通过喷头本体22的喷嘴221喷出，另一部分通过喷头本体22的液体出口222并从遮盖23与喷头本体22之间的间隙溢出。当脉冲波峰来临时，挡板24受到液体的挤压力向上运动，从而促使遮盖23上升，遮盖23与限位件26的上端之间设置的弹性件28被挤压压缩，遮盖23与喷头本体22之间的间隙变大，从遮盖23与喷头本体22之间的间隙溢出的液体的量增大；当脉冲波谷来临时，挡板24受到液体的挤压力减小，弹性件28释放压缩力并使得遮盖23下降，从而使遮盖23与喷头本体22之间的间隙变小，从遮盖23与喷头本体22之间的间隙溢出的液体的量减小。设置在遮盖23上方的且与喷嘴221相连接的顶盖223将从喷嘴221喷出的液体与从液体出口222喷出的液体隔开，防止在电化学抛光工艺中从喷嘴221喷出的液体与从液体出口222喷出的液体接触而导致漏电。喷头装置通过自适应调节，保证从喷嘴221喷出的液体的流量稳定，减小了气动隔膜泵51对喷嘴221喷出的液体形貌的影响，从而能够输出具有稳定形貌的液体。此外，该喷头装置与回型管路41连接，能够抵消水平方向的管阻，从而消除了不规则的“Δ”形(不规则三角形)的液体输出形貌。

综上所述，本发明的喷头装置通过上述实施方式及相关图式说明，己具体、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)

1.一种喷头装置，其特征在于，包括：

缓冲部，所述缓冲部设有缓冲腔、进液端和出液端；

喷头本体，所述喷头本体固定在缓冲部的出液端，喷头本体设有喷嘴、数个液体出口和与喷嘴相连接的顶盖，喷头本体的喷嘴和数个液体出口分别与缓冲部的出液端连接；

调节装置，所述调节装置包括遮挡在数个液体出口上方并位于顶盖下方的遮挡部件及位于缓冲腔内的致动部件，所述致动部件与遮挡部件联动；

电极，所述电极设置在缓冲腔的内壁并靠近缓冲部的出液端；

气泡隔离部件，所述气泡隔离部件与喷头本体连接并位于缓冲腔内，气泡隔离部件阻止电极处产生的气泡进入喷头本体的喷嘴；

其中，所述遮挡部件和液体出口之间形成能调节的间隙，经缓冲部输出的液体的一部分由喷嘴输出，另一部分由所述间隙溢出，所述致动部件根据输入至缓冲部的液体的量的大小移动，致动部件与遮挡部件的联动调节间隙的大小以改变由所述间隙溢出的液体的量，使得由所述喷嘴输出的液体的量维持稳定。

2.根据权利要求1所述的喷头装置，其特征在于，所述遮挡部件包括：

遮盖，遮盖设置在喷头本体的数个液体出口的上方并遮挡住该数个液体出口，遮盖设有数对限位孔；

数对限位件，数对限位件穿过遮盖的数对限位孔并固定在喷头本体上，所述遮盖沿限位件上升或下降；

垫片，垫片设置在遮盖与喷头本体之间，使得遮盖与喷头本体之间形成间隙；

弹性件，弹性件设置在遮盖与限位件的上端之间。

3.根据权利要求2所述的喷头装置，其特征在于，所述致动部件包括：

挡板，挡板设置在缓冲部的缓冲腔内并正对着缓冲部的进液端；

连接架，连接架的一端与挡板连接，连接架的另一端与遮盖连接。

4.根据权利要求1所述的喷头装置，其特征在于，所述缓冲部的进液端通过一管阻消除部件连接到一脉冲供液装置。

5.根据权利要求4所述的喷头装置，其特征在于，所述管阻消除部件是回型管路，回型管路的一端连接到脉冲供液装置，回型管路的另一端连接到缓冲部的进液端。

6.根据权利要求5所述的喷头装置，其特征在于，所述脉冲供液装置是气动隔膜泵。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的喷头装置，其特征在于，所述数个液体出口对称分布在喷嘴的周向。

8.根据权利要求7所述的喷头装置，其特征在于，所述遮挡部件包括数个独立的部件，喷头本体的每个液体出口的上方设置一个所述独立的部件以遮挡住该液体出口。

9.根据权利要求1所述的喷头装置，其特征在于，所述气泡隔离部件为圆筒形，气泡隔离部件位于喷嘴与液体出口之间，气泡隔离部件设有若干通道，每一通道的内口的最高点低于该通道外口的最低点。

10.根据权利要求9所述的喷头装置，其特征在于，所述电极为圆筒形，电极的轴向长度短于气泡隔离部件的轴向长度。