一种电化学抛光装置及使用该装置的电化学抛光方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电化学抛光装置及使用该装置的电化学抛光方法，通过在电化学抛光工艺过程中，根据供电电源的电压变化反馈进行计算，根据计算结果控制连接第二喷嘴的摆臂的对应摆动，以沿晶圆边缘调整第二喷嘴相对第一喷嘴的位置，使电抛光回路中的电阻始终保持在初始值状态，负载变化小，从而可避免电化学抛光过程中因抛光电压变化而带来的工艺难控制的问题，有效提高了抛光后的片内均匀性，并降低了因高电压导致的工艺中断的概率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体加工设备
，更具体地，涉及。
技术介绍
在半导体制造过程中，抛光工艺是形成互连线过程中必不可少的步骤。随着半导体器件特征尺寸越来越小，硅片晶圆上半导体器件密度越来越高，因为金属铜的导电性要比金属铝更好，所以半导体工业中已普遍使用金属铜作为互连金属。通常采用电镀工艺将金属铜沉积在晶圆上，然后采用抛光工艺将线槽外多余的金属铜去除。请参阅图1，图1是现有的一种常用电化学抛光装置。如图1所示，装置包括:一个用于固定晶圆1的夹具2、一个用于驱动夹具带动晶圆旋转的第一电机3、一个通过移动支架4连接第一电机用于带动晶圆水平移动的第二电机5、两个位于晶圆下方分别用于向夹具上的晶圆不同位置喷射电解液的第一喷嘴12和第二喷嘴8、以及供电电源9。其中，第一喷嘴12和第二喷嘴8分别连接有电解液进液管11、7，电解液进液管11、7具有一段金属管10、6，电源的阴极接至第一喷嘴金属管与固定不动的第一喷嘴形成电连接，电源的阳极接至第二喷嘴金属管与连接移动支架并随晶圆水平同步移动的第二喷嘴形成电连接;通过由第一、第二喷嘴向晶圆喷射电解液，在电源、第一喷嘴、晶圆和第二喷嘴之间形成电抛光回路。在电化学抛光工艺中，电化学抛光过程大致是从晶圆的中心开始，此时的第一喷嘴位于晶圆的中心下方，第二喷嘴位于晶圆的边缘下方，第一喷嘴和第二喷嘴之间的距离大致等于晶圆的半径；随着电化学抛光的进行，如图2所示，通过晶圆1的水平移动(如图中向下的箭头所指)和自旋转(如图中逆时针方向的箭头所指)，在第一喷嘴与晶圆中心之间形成一个圆形的电抛光区域，且电抛光区域将随第一喷嘴与晶圆之间沿其径向的相对移动，从晶圆的中心逐渐扩展到边缘，最终完成整个晶圆的铜金属抛光去除。在上述电化学抛光工艺中，抛光过程中的电流密度是最终影响晶圆表面粗糙度的主要因素。但随着抛光过程中电抛光区域的不断变化，晶圆上铜金属沿着径向逐步在减少，第一、第二喷嘴之间的距离也在不断变化，使得电抛光回路上的电阻也将随着不断改变。为了使得每个点上的电流密度相同，在径向上不同的点，电源就需要提供不同的电压。一般来说，该电压与晶圆表面沟槽外剩余的铜金属面积有关。在恒流的要求下，晶圆表面铜金属电阻的差异带来的电压的变化，会使得抛光工艺更难控制，最终导致电化学抛光的片内均匀性较差，降低半导体器件的性能和良率，甚至可能会因电压高出电源上限造成电抛光工艺的中断。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供，以解决电化学抛光过程中因抛光电压变化而带来的工艺难控制、并导致电化学抛光的片内均匀性较差的问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下:—种电化学抛光装置，包括:夹具，用于固定晶圆并带动其水平自转；第一、第二喷嘴，用于向晶圆表面的不同位置喷射电解液；摆臂，用于带动第二喷嘴沿晶圆边缘作水平圆弧摆动；移动支架，用于带动夹具、摆臂作同步水平移动，并使晶圆相对第一喷嘴作径向水平移动；供电电源，其阴极连接第一喷嘴、阳极连接第二喷嘴，通过由第一、第二喷嘴向晶圆喷射电解液，在供电电源、第一喷嘴、晶圆和第二喷嘴之间形成电抛光回路;在恒流条件下，所述供电电源根据电抛光回路中的电阻变化，产生对应的电压变化，并提供电压反馈；控制单元，根据电压反馈进行计算，并控制摆臂摆动，调整第二喷嘴在晶圆边缘相对第一喷嘴的位置，以使电抛光回路中的电阻回复至初始值。优选地，所述控制单元设有控制软件，所述控制软件根据供电电源的电压反馈以及第二喷嘴的当前位置，计算出使电抛光回路中电阻保持初始值时第二喷嘴相对第一喷嘴的调整位置，并控制摆臂作对应摆动，将第二喷嘴移动至该调整位置。优选地，所述夹具连接驱动其水平自转的第一电机，所述移动支架连接驱动其水平移动的第二电机，所述移动支架固接第一电机。优选地，所述摆臂连接驱动其摆动的第三电机，所述第三电机连接控制单元的控制软件，所述移动支架固接第三电机。优选地，所述供电电源通过一反馈回路连接控制单元的控制软件。优选地，所述移动支架固设摆动导向支架，所述摆动导向支架设有与第二喷嘴形成水平摆动配合的圆弧形导向槽。优选地，所述导向槽设有安装第二喷嘴的可拆卸挡板。—种电化学抛光方法，使用上述的电化学抛光装置，包括:步骤一:通过移动支架的带动，将夹具与第一喷嘴对中，并使第二喷嘴位于晶圆边缘，然后，启动夹具旋转，带动夹具上的晶圆水平自转；步骤二:向第一、第二喷嘴通入电解液，分别向晶圆中心和边缘喷射电解液；步骤三:启动供电电源，使由供电电源阴极、第一喷嘴、晶圆、第二喷嘴和供电电源阳极之间形成的电抛光回路导通，开始对晶圆进行电化学抛光；步骤四:通过移动支架的带动，使晶圆相对第一喷嘴作径向水平移动，在晶圆中心与第一喷嘴之间形成变化的圆形电抛光区域；步骤五:在恒流条件下，通过供电电源测量电抛光回路中的电阻变化，产生对应的电压变化，并将电压变化同时反馈至控制单元；步骤六:通过控制单元根据供电电源的电压变化反馈进行计算，并根据计算结果控制摆臂摆动，调整第二喷嘴在晶圆边缘相对第一喷嘴的位置，以使电抛光回路中的电阻回复至初始值；步骤七:重复步骤五-步骤六，直到通过移动晶圆使第一喷嘴位于其边缘，完成电化学抛光工艺过程。优选地，利用所述控制单元设有的控制软件，并根据供电电源的电压变化反馈以及第二喷嘴的当前位置，计算出使电抛光回路中电阻保持初始值时第二喷嘴相对第一喷嘴的调整位置，然后通过控制软件控制摆臂作对应摆动，将第二喷嘴移动至该调整位置。优选地，利用所述供电电源与控制单元的控制软件之间建立的一反馈回路反馈电压的变化，再通过控制软件根据驱动第二喷嘴摆动的第三电机当前角度位置，计算出使电抛光回路中电阻保持初始值时第二喷嘴相对第一喷嘴的调整位置时的第三电机新角度位置，并向第三电机发送信号，控制使第三电机转动对应的角度，以将第二喷嘴摆动到计算后的调整位置。从上述技术方案可以看出，本专利技术通过在电化学抛光工艺过程中，根据供电电源的电压变化反馈进行计算，控制摆臂的对应摆动，沿晶圆边缘调整第二喷嘴相对第一喷嘴的位置，使电抛光回路中的电阻始终保持在初始值状态，负载变化小，从而可避免电化学抛光过程中因抛光电压变化而带来的工艺难控制的问题，有效提高了抛光后的片内均匀性，并降低了因高电压导致的工艺中断的概率。【附图说明】图1是现有的一种常用电化学抛光装置；图2是抛光过程中晶圆旋转和移动的不意图；图3是本专利技术一较佳实施例的一种电化学抛光装置结构示意图；图4是图3中摆动导向支架的一种局部结构放大不意图；图5是等电阻电路控制示意图；图6-图8是根据本专利技术的一种电化学抛光方法的电化学抛光过程示意图。【具体实施方式】下面结合附图，对本专利技术的【具体实施方式】作进一步的详细说明。需要说明的是，在下述的【具体实施方式】中，在详述本专利技术的实施当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学抛光装置，其特征在于，包括：夹具，用于固定晶圆并带动其水平自转；第一、第二喷嘴，用于向晶圆表面的不同位置喷射电解液；摆臂，用于带动第二喷嘴沿晶圆边缘作水平圆弧摆动；移动支架，用于带动夹具、摆臂作同步水平移动，并使晶圆相对第一喷嘴作径向水平移动；供电电源，其阴极连接第一喷嘴、阳极连接第二喷嘴，通过由第一、第二喷嘴向晶圆喷射电解液，在供电电源、第一喷嘴、晶圆和第二喷嘴之间形成电抛光回路；在恒流条件下，所述供电电源根据电抛光回路中的电阻变化，产生对应的电压变化，并提供电压反馈；控制单元，根据电压反馈进行计算，并控制摆臂摆动，调整第二喷嘴在晶圆边缘相对第一喷嘴的位置，以使电抛光回路中的电阻回复至初始值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄仁东，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31