适用于电解抛光和/或电镀的真空夹具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在各种加工过程中夹持半导体工件的夹具，尤其涉及一种适用于电解抛光和/或电镀的真空夹具。
【背景技术】
[0002]在半导体器件制造过程中，半导体工件例如晶圆需要经历各种加工过程。抛光工艺和电镀工艺是制造半导体器件的两道必不可少的工序。此外，随着半导体器件的特征尺寸不断减小，半导体器件的互连结构密度不断提高。因此，半导体工业中已逐渐使用铜代替铝来制作金属互连，因为铜比铝具有更高的电导率。通常采用电镀工艺在晶圆上沉积铜层或采用电解抛光工艺将晶圆上多余的铜层去除。在电镀工艺或电解抛光工艺中，晶圆由夹具夹持以完成相应工艺。
[0003]美国专利号US6164633揭露了一种通过真空吸力固持晶圆的真空夹具。该真空夹具具有大致呈方形的夹具主体，夹具主体具有第一表面及与第一表面相对的第二表面。第一表面设置有第一圆形平台及第二圆形平台分别用于支撑两种不同直径的晶圆。第二表面设置有第三圆形平台用于支撑具有又一直径的晶圆。第一真空槽和第二真空槽分别形成于第一圆形平台及第二圆形平台，第三真空槽形成于第三圆形平台。三个真空通道从夹具主体的内部延伸至夹具主体的外部并与位于夹具主体一侧的三个真空口相连通。每个真空通道连接一个真空槽及真空源。真空槽内的空气通过真空通道及真空口排出，从而产生真空负压而将晶圆固定在真空夹具的圆形平台上。
[0004]然而，上述真空夹具存在至少两个缺陷，一个缺陷是该真空夹具的气密性较差，夹持其上的晶圆容易脱落，从而导致晶圆被损坏。另一个很重要的缺陷是当使用上述真空夹具电解抛光铜层或电镀铜层时，铜层容易堆积在晶圆的外边缘处。在电解抛光工艺中，位于晶圆外边缘处的铜层的抛光去除率比位于靠近晶圆中心处的铜层的抛光去除率低，更严重的是，晶圆外边缘处的铜层较难去除。在电镀工艺中，位于晶圆外边缘处的铜层的电镀速率比位于靠近晶圆中心处的铜层的电镀速率高。由此导致晶圆表面铜层电解抛光或电镀均匀性较差，进而导致晶圆上的铜层分布不均匀，从而降低半导体器件的精度。
【发明内容】
[0005]本发明的一方面是提供一种适用于电解抛光和/或电镀的真空夹具，提高晶圆表面金属层电解抛光和/或电镀均匀性。
[0006]本发明的另一方面是提供一种适用于电解抛光和/或电镀的真空夹具，在电解抛光和/或电镀工艺中稳固和安全地固持晶圆。
[0007]为实现上述目的，根据本发明的一个实施例，提供的真空夹具包括承载集成，承载集成具有第一凹槽及第二凹槽，第一凹槽内设有至少一个第一真空孔，第二凹槽包围的承载集成内设置有真空通道。第一密封单元和第二密封单元分别设置在承载集成的第一凹槽和第二凹槽内。第一密封单元包括第一密封圈，第一密封圈凸起形成真空槽。第一密封圈固定设置在承载集成的第一凹槽内并开设有至少一个第二真空孔，第一密封圈的第二真空孔与承载集成的第一真空孔相连通。第二密封单元包括第二密封圈，第二密封圈固定设置在承载集成的第二凹槽内。与承载集成固定连接的夹具连接头具有至少一个抽气口及与抽气口相连通的至少一个抽气孔。夹具连接头具有与承载集成的真空通道相连通的真空通道以将第二密封圈和晶圆围成的空间内的空气排出。至少一个真空管将第一真空孔、第二真空孔与夹具连接头的抽气孔和抽气口连通以将真空槽内的空气排出从而将晶圆固定在密封圈和承载集成上。与电源连接的电极、辅助金属环及位于电极与辅助金属环之间的绝缘环分别固定在承载集成上并包围第一凹槽和第二凹槽。辅助金属环的直径小于电极的直径，辅助金属环靠近固持在真空夹具上的晶圆。
[0008]综上所述，当真空夹具用来电解抛光和/或电镀晶圆时，电解液溶液喷射在真空夹具和晶圆上，电流回路形成以电解抛光和/或电镀晶圆。由于辅助金属环包围晶圆且与晶圆之间间隔一定距离，金属铜积聚在辅助金属环上，而不会堆积在晶圆的外边缘，从而解决了金属铜积聚在晶圆的外边缘的问题。晶圆表面电解抛光和/或电镀均匀性较佳，使晶圆表面具有均匀的铜层。同时，绝缘环将电极与晶圆的外边缘隔开，使得晶圆外边缘上的铜很容易电解抛光去除。晶圆通过真空吸力固持在密封圈和承载集成上，与现有真空夹具相比，本发明的真空夹具能够更稳固和安全地固持晶圆。此外，第一密封圈还能够阻止电解液溶液进入晶圆的背面。
【附图说明】
[0009]本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中:
[0010]图1揭露了根据本发明真空夹具的顶视图。
[0011]图2揭露了根据本发明真空夹具的底视图。
[0012]图3揭露了根据本发明真空夹具的承载体的顶视图。
[0013]图4揭露了根据本发明真空夹具的承载体的底视图。
[0014]图5揭露了根据本发明真空夹具的中间板的顶视图。
[0015]图6揭露了根据本发明真空夹具的中间板的底视图。
[0016]图7揭露了根据本发明真空夹具的底座的顶视图。
[0017]图8揭露了根据本发明真空夹具的底座的底视图。
[0018]图9揭露了根据本发明真空夹具的承载集成、夹具连接头、电极、绝缘环及辅助金属环组装后的剖视图。
[0019]图10揭露了根据本发明真空夹具的剖视图。
[0020]图11揭露了根据本发明真空夹具的又一剖视图。
[0021]图12揭露了根据本发明真空夹具的第一密封单元及第二密封单元的爆炸图。
[0022]图13揭露了根据本发明真空夹具的连接管的立体示意图。
[0023]图14揭露了根据本发明真空夹具的夹具连接头的立体示意图。
[0024]图15揭露了根据本发明真空夹具的夹具连接头的剖视图。
【具体实施方式】
[0025]参阅图1至图11，本发明揭露的真空夹具100大致呈圆形，真空夹具100包括承载集成10及与承载集成10固定连接的夹具连接头20。承载集成10包括承载体11、中间板12及底座13，其中，中间板12设置在承载体11与底座13之间。承载体11、中间板12及底座13通过螺丝固定在一起，显然，除了使用螺丝固定承载体11、中间板12及底座13外，还可以通过其他方式将承载体11、中间板12及底座13固定在一起。
[0026]承载体11呈盘状且由绝缘材料制成，且该绝缘材料具有抗腐蚀特性。承载体11具有基部111及沿基部111边缘向下延伸的侧墙112。基部111及侧墙112围成一收容空间113以容纳中间板12及底座13。基部111的中心开设有圆形的装配孔114以安装夹具连接头20。基部111还开设有四个定位孔115。基部111的顶表面开设有四个容纳槽116，每个容纳槽116的一端与一定位孔115相连通，该容纳槽116的另一端与装配孔114相连通。四个定位孔115及四个容纳槽116对称分布在基部111上。基部111开设有三组第一导线孔117，每组第一导线孔117包括两个第一导线孔117。三个导线槽118布设于基部111的顶表面，每个导线槽118的一端与一组第一导线孔117中的一个第一导线孔117连通，该导线槽118的另一端与该组第一导线孔117中的另一个第一导线孔117连通。
[0027]中间板12由导电材料制成，中间板12开设有第一校准孔121及第一真空通道122，其中，第一校准孔121位于中间板12的中心，第一真空通道122与第一校准孔121相邻布置。中间板12还开设有数个第一轴孔123及第一固定孔124，在本实施例中，第一轴孔123及第一固定孔124的数量分别为三个，第一轴孔123及第一固定孔124环绕第一校准孔121及第一真空通道122交替布置。中间板12具有上表面及与上表面相对的下表面，中间板12的上表面及下表面分别开设有环形槽125，环形槽125环绕着第一校准孔121、第一真空通道122、第一轴孔123及第一固定孔124。两个密封件30分别配置在中间板12的上表面及下表面的环形槽125内，目的是密封中间板12与夹具连接头20之间的接合处，以及中间板12与底座13之间的接合处，阻止空气进入真空夹具100内。中间板12开设有三个第二导线孔126。
[0028]底座13呈圆形