一種電化學(xué)拋光裝置及使用該裝置的電化學(xué)拋光方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種電化學(xué)拋光裝置及使用該裝置的電化學(xué)拋光方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體制造過(guò)程中，拋光工藝是形成互連線過(guò)程中必不可少的步驟。隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸越來(lái)越小，硅片晶圓上半導(dǎo)體器件密度越來(lái)越高，因?yàn)榻饘巽~的導(dǎo)電性要比金屬鋁更好，所以半導(dǎo)體工業(yè)中已普遍使用金屬銅作為互連金屬。通常采用電鍍工藝將金屬銅沉積在晶圓上，然后采用拋光工藝將線槽外多余的金屬銅去除。
[0003]請(qǐng)參閱圖1，圖1是現(xiàn)有的一種常用電化學(xué)拋光裝置。如圖1所示，裝置包括:一個(gè)用于固定晶圓1的夾具2、一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)夾具帶動(dòng)晶圓旋轉(zhuǎn)的第一電機(jī)3、一個(gè)通過(guò)移動(dòng)支架4連接第一電機(jī)用于帶動(dòng)晶圓水平移動(dòng)的第二電機(jī)5、兩個(gè)位于晶圓下方分別用于向夾具上的晶圓不同位置噴射電解液的第一噴嘴12和第二噴嘴8、以及供電電源9。其中，第一噴嘴12和第二噴嘴8分別連接有電解液進(jìn)液管11、7，電解液進(jìn)液管11、7具有一段金屬管10、6，電源的陰極接至第一噴嘴金屬管與固定不動(dòng)的第一噴嘴形成電連接，電源的陽(yáng)極接至第二噴嘴金屬管與連接移動(dòng)支架并隨晶圓水平同步移動(dòng)的第二噴嘴形成電連接;通過(guò)由第一、第二噴嘴向晶圓噴射電解液，在電源、第一噴嘴、晶圓和第二噴嘴之間形成電拋光回路。
[0004]在電化學(xué)拋光工藝中，電化學(xué)拋光過(guò)程大致是從晶圓的中心開(kāi)始，此時(shí)的第一噴嘴位于晶圓的中心下方，第二噴嘴位于晶圓的邊緣下方，第一噴嘴和第二噴嘴之間的距離大致等于晶圓的半徑；隨著電化學(xué)拋光的進(jìn)行，如圖2所示，通過(guò)晶圓1的水平移動(dòng)(如圖中向下的箭頭所指)和自旋轉(zhuǎn)(如圖中逆時(shí)針?lè)较虻募^所指)，在第一噴嘴與晶圓中心之間形成一個(gè)圓形的電拋光區(qū)域，且電拋光區(qū)域?qū)㈦S第一噴嘴與晶圓之間沿其徑向的相對(duì)移動(dòng)，從晶圓的中心逐漸擴(kuò)展到邊緣，最終完成整個(gè)晶圓的銅金屬拋光去除。
[0005]在上述電化學(xué)拋光工藝中，拋光過(guò)程中的電流密度是最終影響晶圓表面粗糙度的主要因素。但隨著拋光過(guò)程中電拋光區(qū)域的不斷變化，晶圓上銅金屬沿著徑向逐步在減少，第一、第二噴嘴之間的距離也在不斷變化，使得電拋光回路上的電阻也將隨著不斷改變。
[0006]為了使得每個(gè)點(diǎn)上的電流密度相同，在徑向上不同的點(diǎn)，電源就需要提供不同的電壓。一般來(lái)說(shuō)，該電壓與晶圓表面溝槽外剩余的銅金屬面積有關(guān)。在恒流的要求下，晶圓表面銅金屬電阻的差異帶來(lái)的電壓的變化，會(huì)使得拋光工藝更難控制，最終導(dǎo)致電化學(xué)拋光的片內(nèi)均勻性較差，降低半導(dǎo)體器件的性能和良率，甚至可能會(huì)因電壓高出電源上限造成電拋光工藝的中斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種電化學(xué)拋光裝置及使用該裝置的電化學(xué)拋光方法，以解決電化學(xué)拋光過(guò)程中因拋光電壓變化而帶來(lái)的工藝難控制、并導(dǎo)致電化學(xué)拋光的片內(nèi)均勻性較差的問(wèn)題。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]—種電化學(xué)拋光裝置，包括:
[0010]夾具，用于固定晶圓并帶動(dòng)其水平自轉(zhuǎn)；
[0011]第一、第二噴嘴，用于向晶圓表面的不同位置噴射電解液；
[0012]擺臂，用于帶動(dòng)第二噴嘴沿晶圓邊緣作水平圓弧擺動(dòng)；
[0013]移動(dòng)支架，用于帶動(dòng)夾具、擺臂作同步水平移動(dòng)，并使晶圓相對(duì)第一噴嘴作徑向水平移動(dòng)；
[0014]供電電源，其陰極連接第一噴嘴、陽(yáng)極連接第二噴嘴，通過(guò)由第一、第二噴嘴向晶圓噴射電解液，在供電電源、第一噴嘴、晶圓和第二噴嘴之間形成電拋光回路;在恒流條件下，所述供電電源根據(jù)電拋光回路中的電阻變化，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電壓變化，并提供電壓反饋；
[0015]控制單元，根據(jù)電壓反饋進(jìn)行計(jì)算，并控制擺臂擺動(dòng)，調(diào)整第二噴嘴在晶圓邊緣相對(duì)第一噴嘴的位置，以使電拋光回路中的電阻回復(fù)至初始值。
[0016]優(yōu)選地，所述控制單元設(shè)有控制軟件，所述控制軟件根據(jù)供電電源的電壓反饋以及第二噴嘴的當(dāng)前位置，計(jì)算出使電拋光回路中電阻保持初始值時(shí)第二噴嘴相對(duì)第一噴嘴的調(diào)整位置，并控制擺臂作對(duì)應(yīng)擺動(dòng)，將第二噴嘴移動(dòng)至該調(diào)整位置。
[0017]優(yōu)選地，所述夾具連接驅(qū)動(dòng)其水平自轉(zhuǎn)的第一電機(jī)，所述移動(dòng)支架連接驅(qū)動(dòng)其水平移動(dòng)的第二電機(jī)，所述移動(dòng)支架固接第一電機(jī)。
[0018]優(yōu)選地，所述擺臂連接驅(qū)動(dòng)其擺動(dòng)的第三電機(jī)，所述第三電機(jī)連接控制單元的控制軟件，所述移動(dòng)支架固接第三電機(jī)。
[0019]優(yōu)選地，所述供電電源通過(guò)一反饋回路連接控制單元的控制軟件。
[0020]優(yōu)選地，所述移動(dòng)支架固設(shè)擺動(dòng)導(dǎo)向支架，所述擺動(dòng)導(dǎo)向支架設(shè)有與第二噴嘴形成水平擺動(dòng)配合的圓弧形導(dǎo)向槽。
[0021]優(yōu)選地，所述導(dǎo)向槽設(shè)有安裝第二噴嘴的可拆卸擋板。
[0022]—種電化學(xué)拋光方法，使用上述的電化學(xué)拋光裝置，包括:
[0023]步驟一:通過(guò)移動(dòng)支架的帶動(dòng)，將夾具與第一噴嘴對(duì)中，并使第二噴嘴位于晶圓邊緣，然后，啟動(dòng)夾具旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)夾具上的晶圓水平自轉(zhuǎn)；
[0024]步驟二:向第一、第二噴嘴通入電解液，分別向晶圓中心和邊緣噴射電解液；
[0025]步驟三:啟動(dòng)供電電源，使由供電電源陰極、第一噴嘴、晶圓、第二噴嘴和供電電源陽(yáng)極之間形成的電拋光回路導(dǎo)通，開(kāi)始對(duì)晶圓進(jìn)行電化學(xué)拋光；
[0026]步驟四:通過(guò)移動(dòng)支架的帶動(dòng)，使晶圓相對(duì)第一噴嘴作徑向水平移動(dòng)，在晶圓中心與第一噴嘴之間形成變化的圓形電拋光區(qū)域；
[0027]步驟五:在恒流條件下，通過(guò)供電電源測(cè)量電拋光回路中的電阻變化，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電壓變化，并將電壓變化同時(shí)反饋至控制單元；
[0028]步驟六:通過(guò)控制單元根據(jù)供電電源的電壓變化反饋進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果控制擺臂擺動(dòng)，調(diào)整第二噴嘴在晶圓邊緣相對(duì)第一噴嘴的位置，以使電拋光回路中的電阻回復(fù)至初始值；
[0029]步驟七:重復(fù)步驟五-步驟六，直到通過(guò)移動(dòng)晶圓使第一噴嘴位于其邊緣，完成電化學(xué)拋光工藝過(guò)程。
[0030]優(yōu)選地，利用所述控制單元設(shè)有的控制軟件，并根據(jù)供電電源的電壓變化反饋以及第二噴嘴的當(dāng)前位置，計(jì)算出使電拋光回路中電阻保持初始值時(shí)第二噴嘴相對(duì)第一噴嘴的調(diào)整位置，然后通過(guò)控制軟件控制擺臂作對(duì)應(yīng)擺動(dòng)，將第二噴嘴移動(dòng)至該調(diào)整位置。
[0031]優(yōu)選地，利用所述供電電源與控制單元的控制軟件之間建立的一反饋回路反饋電壓的變化，再通過(guò)控制軟件根據(jù)驅(qū)動(dòng)第二噴嘴擺動(dòng)的第三電機(jī)當(dāng)前角度位置，計(jì)算出使電拋光回路中電阻保持初始值時(shí)第二噴嘴相對(duì)第一噴嘴的調(diào)整位置時(shí)的第三電機(jī)新角度位置，并向第三電機(jī)發(fā)送信號(hào)，控制使第三電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的角度，以將第二噴嘴擺動(dòng)到計(jì)算后的調(diào)整位置。
[0032]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過(guò)在電化學(xué)拋光工藝過(guò)程中，根據(jù)供電電源的電壓變化反饋進(jìn)行計(jì)算，控制擺臂的對(duì)應(yīng)擺動(dòng)，沿晶圓邊緣調(diào)整第二噴嘴相對(duì)第一噴嘴的位置，使電拋光回路中的電阻始終保持在初始值狀態(tài)，負(fù)載變化小，從而可避免電化學(xué)拋光過(guò)程中因拋光電壓變化而帶來(lái)的工藝難控制的問(wèn)題，有效提高了拋光后的片內(nèi)均勻性，并降低了因高電壓導(dǎo)致的工藝中斷的概率。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是現(xiàn)有的一種常用電化學(xué)拋光裝置；
[0034]圖2是拋光過(guò)程中晶圓旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)的不意圖；
[0035]圖3是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種電化學(xué)拋光裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4是圖3中擺動(dòng)導(dǎo)向支架的一種局部結(jié)構(gòu)放大不意圖；
[0037]圖5是等電阻電路控制示意圖；
[0038]圖6-圖8是根據(jù)本發(fā)明的一種電化學(xué)拋光方法的電化學(xué)拋光過(guò)程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0040]需要說(shuō)明的是，在下述的【具體實(shí)施方式】中，在詳述本發(fā)明的實(shí)施