一種電化學拋光裝置及使用該裝置的電化學拋光方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及半導體加工設備技術領域，更具體地，涉及一種電化學拋光裝置及使用該裝置的電化學拋光方法。
【背景技術】
[0002]在半導體制造過程中，拋光工藝是形成互連線過程中必不可少的步驟。隨著半導體器件特征尺寸越來越小，硅片晶圓上半導體器件密度越來越高，因為金屬銅的導電性要比金屬鋁更好，所以半導體工業(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]請參閱圖1，圖1是現(xiàn)有的一種常用電化學拋光裝置。如圖1所示，裝置包括:一個用于固定晶圓1的夾具2、一個用于驅動夾具帶動晶圓旋轉的第一電機3、一個通過移動支架4連接第一電機用于帶動晶圓水平移動的第二電機5、兩個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液管11、7，電解液進液管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的第一噴嘴形成電連接，電源的陽極接至第二噴嘴金屬管與連接移動支架并隨晶圓水平同步移動的第二噴嘴形成電連接;通過由第一、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]在電化學拋光工藝中，電化學拋光過程大致是從晶圓的中心開始，此時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；隨著電化學拋光的進行，如圖2所示，通過晶圓1的水平移動(如圖中向下的箭頭所指)和自旋轉(如圖中逆時針方向的箭頭所指)，在第一噴嘴與晶圓中心之間形成一個圓形的電拋光區(qū)域，且電拋光區(qū)域將隨第一噴嘴與晶圓之間沿其徑向的相對移動，從晶圓的中心逐漸擴展到邊緣，最終完成整個晶圓的銅金屬拋光去除。
[0005]在上述電化學拋光工藝中，拋光過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]為了使得每個點上的電流密度相同，在徑向上不同的點，電源就需要提供不同的電壓。一般來說，該電壓與晶圓表面溝槽外剩余的銅金屬面積有關。在恒流的要求下，晶圓表面銅金屬電阻的差異帶來的電壓的變化，會使得拋光工藝更難控制，最終導致電化學拋光的片內均勻性較差，降低半導體器件的性能和良率，甚至可能會因電壓高出電源上限造成電拋光工藝的中斷。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，提供一種電化學拋光裝置及使用該裝置的電化學拋光方法，以解決電化學拋光過程中因拋光電壓變化而帶來的工藝難控制、并導致電化學拋光的片內均勻性較差的問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下:
[0009]—種電化學拋光裝置，包括:
[0010]夾具，用于固定晶圓并帶動其水平自轉；
[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，用于帶動第二噴嘴沿晶圓邊緣作水平圓弧擺動；
[0013]移動支架，用于帶動夾具、擺臂作同步水平移動，并使晶圓相對第一噴嘴作徑向水平移動；
[0014]供電電源，其陰極連接第一噴嘴、陽極連接第二噴嘴，通過由第一、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，產生對應的電壓變化，并提供電壓反饋；
[0015]控制單元，根據(jù)電壓反饋進行計算，并控制擺臂擺動，調整第二噴嘴在晶圓邊緣相對第一噴嘴的位置，以使電拋光回路中的電阻回復至初始值。
[0016]優(yōu)選地，所述控制單元設有控制軟件，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前位置，計算出使電拋光回路中電阻保持初始值時第二噴嘴相對第一噴嘴的調整位置，并控制擺臂作對應擺動，將第二噴嘴移動至該調整位置。
[0017]優(yōu)選地，所述夾具連接驅動其水平自轉的第一電機，所述移動支架連接驅動其水平移動的第二電機，所述移動支架固接第一電機。
[0018]優(yōu)選地，所述擺臂連接驅動其擺動的第三電機，所述第三電機連接控制單元的控制軟件，所述移動支架固接第三電機。
[0019]優(yōu)選地，所述供電電源通過一反饋回路連接控制單元的控制軟件。
[0020]優(yōu)選地，所述移動支架固設擺動導向支架，所述擺動導向支架設有與第二噴嘴形成水平擺動配合的圓弧形導向槽。
[0021]優(yōu)選地，所述導向槽設有安裝第二噴嘴的可拆卸擋板。
[0022]—種電化學拋光方法，使用上述的電化學拋光裝置，包括:
[0023]步驟一:通過移動支架的帶動，將夾具與第一噴嘴對中，并使第二噴嘴位于晶圓邊緣，然后，啟動夾具旋轉，帶動夾具上的晶圓水平自轉；
[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極之間形成的電拋光回路導通，開始對晶圓進行電化學拋光；
[0026]步驟四:通過移動支架的帶動，使晶圓相對第一噴嘴作徑向水平移動，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，通過供電電源測量電拋光回路中的電阻變化，產生對應的電壓變化，并將電壓變化同時反饋至控制單元；
[0028]步驟六:通過控制單元根據(jù)供電電源的電壓變化反饋進行計算，并根據(jù)計算結果控制擺臂擺動，調整第二噴嘴在晶圓邊緣相對第一噴嘴的位置，以使電拋光回路中的電阻回復至初始值；
[0029]步驟七:重復步驟五-步驟六，直到通過移動晶圓使第一噴嘴位于其邊緣，完成電化學拋光工藝過程。
[0030]優(yōu)選地，利用所述控制單元設有的控制軟件，并根據(jù)供電電源的電壓變化反饋以及第二噴嘴的當前位置，計算出使電拋光回路中電阻保持初始值時第二噴嘴相對第一噴嘴的調整位置，然后通過控制軟件控制擺臂作對應擺動，將第二噴嘴移動至該調整位置。
[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，再通過控制軟件根據(jù)驅動第二噴嘴擺動的第三電機當前角度位置，計算出使電拋光回路中電阻保持初始值時第二噴嘴相對第一噴嘴的調整位置時的第三電機新角度位置，并向第三電機發(fā)送信號，控制使第三電機轉動對應的角度，以將第二噴嘴擺動到計算后的調整位置。
[0032]從上述技術方案可以看出，本發(fā)明通過在電化學拋光工藝過程中，根據(jù)供電電源的電壓變化反饋進行計算，控制擺臂的對應擺動，沿晶圓邊緣調整第二噴嘴相對第一噴嘴的位置，使電拋光回路中的電阻始終保持在初始值狀態(tài)，負載變化小，從而可避免電化學拋光過程中因拋光電壓變化而帶來的工藝難控制的問題，有效提高了拋光后的片內均勻性，并降低了因高電壓導致的工藝中斷的概率。
【附圖說明】
[0033]圖1是現(xiàn)有的一種常用電化學拋光裝置；
[0034]圖2是拋光過程中晶圓旋轉和移動的不意圖；
[0035]圖3是本發(fā)明一較佳實施例的一種電化學拋光裝置結構示意圖；
[0036]圖4是圖3中擺動導向支架的一種局部結構放大不意圖；
[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)明的一種電化學拋光方法的電化學拋光過程示意圖。
【具體實施方式】
[0039]下面結合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0040]需要說明的是，在下述的【具體實施方式】中，在詳述本發(fā)明的實施