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一種電化學拋光裝置及使用該裝置的電化學拋光方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510957746.6

申請日:

2015.12.18

公開號:

CN105483815A

公開日:

2016.04.13

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):C25F 7/00申請日:20151218|||公開
IPC分類號: C25F7/00; C25F3/30 主分類號: C25F7/00
申請人: 上海集成電路研發中心有限公司
發明人: 黃仁東
地址: 201210上海市浦東新區上海浦東張江高斯路497號
優先權:
專利代理機構: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31275 代理人: 吳世華; 尹英
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510957746.6

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.02.23|||2016.05.11|||2016.04.13

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種電化學拋光裝置及使用該裝置的電化學拋光方法,通過在電化學拋光工藝過程中,根據供電電源的電壓變化反饋進行計算,根據計算結果控制連接第二噴嘴的擺臂的對應擺動,以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,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。

權利要求書

1.一種電化學拋光裝置,其特征在于,包括:
夾具,用于固定晶圓并帶動其水平自轉;
第一、第二噴嘴,用于向晶圓表面的不同位置噴射電解液;
擺臂,用于帶動第二噴嘴沿晶圓邊緣作水平圓弧擺動;
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;
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;
控制單元,根據電壓反饋進行計算,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。
2.根據權利要求1所述的電化學拋光裝置,其特征在于,所述控制單
元設有控制軟件,所述控制軟件根據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。
3.根據權利要求1所述的電化學拋光裝置,其特征在于,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。
4.根據權利要求2所述的電化學拋光裝置,其特征在于,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。
5.根據權利要求2所述的電化學拋光裝置,其特征在于,所述供電電源
通過一反饋回路連接控制單元的控制軟件。
6.根據權利要求1所述的電化學拋光裝置,其特征在于,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。
7.根據權利要求6所述的電化學拋光裝置,其特征在于,所述導向槽
設有安裝第二噴嘴的可拆卸擋板。
8.一種電化學拋光方法,使用權利要求1-7任意一項所述的電化學拋
光裝置,其特征在于,包括:
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;
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;
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;
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域;
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;
步驟六:通過控制單元根據供電電源的電壓變化反饋進行計算,并根據
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;
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。
9.根據權利要求8所述的電化學拋光方法,其特征在于,利用所述控
制單元設有的控制軟件,并根據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。
10.根據權利要求9所述的電化學拋光方法,其特征在于,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。

說明書

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

本發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

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。

請參閱圖1,圖1是現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。

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
拋光區域,且電拋光區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。

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。

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。

發明內容

本發明的目的在于克服現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。

為實現上述目的,本發明的技術方案如下:

一種電化學拋光裝置,包括:

夾具,用于固定晶圓并帶動其水平自轉;

第一、第二噴嘴,用于向晶圓表面的不同位置噴射電解液;

擺臂,用于帶動第二噴嘴沿晶圓邊緣作水平圓弧擺動;

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;

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;

控制單元,根據電壓反饋進行計算,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。

優選地,所述控制單元設有控制軟件,所述控制軟件根據供電電源的電
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。

優選地,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。

優選地,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。

優選地,所述供電電源通過一反饋回路連接控制單元的控制軟件。

優選地,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。

優選地,所述導向槽設有安裝第二噴嘴的可拆卸擋板。

一種電化學拋光方法,使用上述的電化學拋光裝置,包括:

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;

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;

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;

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域;

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;

步驟六:通過控制單元根據供電電源的電壓變化反饋進行計算,并根據
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;

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。

優選地,利用所述控制單元設有的控制軟件,并根據供電電源的電壓變
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。

優選地,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。

從上述技術方案可以看出,本發明通過在電化學拋光工藝過程中,根據
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,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

圖1是現有的一種常用電化學拋光裝置;

圖2是拋光過程中晶圓旋轉和移動的示意圖;

圖3是本發明一較佳實施例的一種電化學拋光裝置結構示意圖;

圖4是圖3中擺動導向支架的一種局部結構放大示意圖;

圖5是等電阻電路控制示意圖;

圖6-圖8是根據本發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

下面結合附圖,對本發明的具體實施方式作進一步的詳細說明。

需要說明的是,在下述的具體實施方式中,在詳述本發明的實施方式
時,為了清楚地表示本發明的結構以便于說明,特對附圖中的結構不依照一
般比例繪圖,并進行了局部放大、變形及簡化處理,因此,應避免以此作為
對本發明的限定來加以理解。

在以下本發明的具體實施方式中,請參閱圖3,圖3是本發明一較佳實
施例的一種電化學拋光裝置結構示意圖。如圖3所示,本發明的一種電化學
拋光裝置,包括:夾具2、第一噴嘴12、第二噴嘴8、擺臂15、移動支架4、
供電電源9以及控制單元(圖略)幾個主要部分。與現有的電化學拋光裝置
相同,夾具2用于固定晶圓1并在受驅動時帶動晶圓作水平自轉。作為一可
選的實施方式,可通過設置一第一電機3與夾具2轉動連接,實現驅動夾具
水平自轉。也可以采用其他適用的夾具驅動機構來實現這一目的。

請參閱圖3。在夾具2的下方設置有第一噴嘴12和第二噴嘴8,用于向
晶圓表面的不同位置垂直噴射電解液;從第一噴嘴和第二噴嘴噴出的電解液,
在晶圓表面分別形成電解液噴落點。其中,第一噴嘴12固定設置,第二噴嘴
8、夾具3連接移動支架4,移動支架4為開口框形,在受驅動時可帶動第二
噴嘴、夾具作同步水平移動。例如,可通過設置一具有直線移動功能的第二
電機5與移動支架4連接,實現驅動移動支架水平移動;并且,移動支架4
可通過與第一電機3固定連接,來帶動夾具2水平移動。第二噴嘴8相對設
置在晶圓1的邊緣位置,即第二噴嘴8相對晶圓1的中心距離是不變的。

請參閱圖3。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各具有一段金屬管10、6,供電電源9的陰極接至第一
噴嘴金屬管10,從而與固定設置的第一噴嘴12形成電連接;供電電源9的
陽極接至第二噴嘴金屬管6,從而與可移動設置的第二噴嘴8形成電連接。
第一、第二噴嘴的金屬管與電解液進液管中通過的電解液直接接觸,從而可
各自向電解液輸送負、正電荷。當通過第一、第二噴嘴向晶圓表面噴射電解
液時,即在電源、第一噴嘴、晶圓和第二噴嘴之間形成電拋光回路。

在對晶圓進行電化學拋光時,電拋光回路具有恒定的電流,而第一、第
二噴嘴之間的距離在不斷發生變化,使得電拋光回路中的電阻也隨著在變化。
在恒流條件下,供電電源根據電拋光回路中的電阻變化,將產生對應的電壓
變化,并向控制單元提供電壓反饋。

請繼續參閱圖3。在第二噴嘴的電解液進液管部位連接有擺臂15,第二
噴嘴8通過擺臂15連接移動支架4,從而移動支架可以通過擺臂帶動第二噴
嘴作水平移動,并與夾具及其固定的晶圓形成同步。擺臂15用于帶動第二噴
嘴8沿晶圓邊緣作水平圓弧擺動。為了實現這一目的,作為一可選的實施方
式,可將擺臂15與一第三電機16轉動連接,具體的,可將擺臂設計成一直
角懸臂結構,其水平的懸臂段連接第二噴嘴、豎直段連接第三電機的轉軸,
通過轉軸轉動,即可帶動懸臂擺動,從而實現驅動第二噴嘴沿晶圓邊緣作圓
弧擺動。將第三電機固定連接移動支架,并使第三電機的軸心與晶圓的中心
位置(也即夾具的中心)同軸,即可在移動支架的帶動下,使第二噴嘴與夾
具上的晶圓作水平同步移動,并使第二噴嘴作與晶圓同心的圓弧擺動。同時,
還可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。

這樣,在進行電化學拋光時,第一噴嘴固定不動,第二噴嘴相對位于晶
圓邊緣位置,并與晶圓作同步水平移動,且晶圓相對第一噴嘴作沿晶圓徑向
的移動,使得第一噴嘴的電解液噴落點在晶圓的徑向上不斷變動。根據形成
的電拋光回路方向,在晶圓中心與第一噴嘴之間形成變化的圓形電拋光區域,
該區域隨著硅片晶圓的自旋轉和橫向移動,半徑往外逐步擴大,晶圓上的金
屬膜也隨著電拋光區域的擴大而被逐漸電解去除。

隨著第一噴嘴的電解液噴落點在晶圓徑向上的不斷變動,第一、第二噴
嘴的電解液噴落點之間的距離也在不斷變動,從而使得電拋光回路中的電阻
也將隨著不斷改變。為了使得第一噴嘴電解液噴落點的每個點上的電流密度
相同,在晶圓徑向上不同的點,供電電源就需要提供不同的電壓。

控制單元的作用是根據供電電源的電壓反饋進行計算,并根據計算結果
控制擺臂擺動,例如,可將第三電機連接控制單元,從而在控制單元的控制
下轉動,帶動擺臂擺動;通過控制擺臂的擺動角度,即可調整第二噴嘴在晶
圓邊緣相對第一噴嘴的位置,目的是通過不斷調整第二噴嘴與第一噴嘴的相
對位置,使電拋光回路中的電阻在發生變化時能夠經過控制單元的調整控制
而回復至初始值。

作為一優選的實施方式,控制單元可設有控制軟件,控制軟件可根據供
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,并控制使擺臂作對應擺動,
從而將第二噴嘴移動至調整后的新位置。

請參閱圖5,圖5是等電阻電路控制示意圖。如圖5所示,在電化學拋
光工藝所需的恒流電拋光過程中,供電電源會隨著與晶圓表面金屬膜(例如
銅膜)之間形成的電拋光電路回路中電阻R的變化(主要是硅片晶圓上金屬
膜量引起的變化)來調整電壓,電壓的變化反映的就是電阻的變化。供電電
源通過其與控制單元之間建立的反饋回路,將該電壓的變化輸送到控制軟件;
將控制軟件與第三電機連接,控制軟件即可根據現時間第三電機的轉動角位
置(即第二噴嘴電解液噴落點處于晶圓上邊緣的位置)進行計算,計算出新
位置后,向第三電機發送信號,控制第三電機將第二噴嘴(也即第二噴嘴電
解液噴落點)移動到計算后的新位置。

請繼續參閱圖3。為了增強懸臂式擺臂的穩固性,并保證第二噴嘴擺動
的精度,作為一優選的實施方式,可在第二噴嘴與移動支架之間設置一擺動
導向支架13。具體的,可將擺動導向支架13的一端固定連接在移動支架4
的框形豎直段、對應第二噴嘴的電解液進液管處,另一端與包覆在第二噴嘴
電解液進液管7外周的導向元件14形成水平擺動配合。

請參閱圖4,圖4是圖3中擺動導向支架的一種局部結構放大示意圖。
如圖4所示,在擺動導向支架與第二噴嘴的配合部設有與第二噴嘴形成水平
擺動配合的圓弧形導向槽131,并按與晶圓同心設置定位在晶圓邊緣位置。
為了方便將第二噴嘴的導向元件部裝入擺動導向支架的導向槽內,可將導向
槽兩端的擋板133和135設計成可拆卸的形式,在拆除擋板后,導向槽的外
側壁134也可以同時取下。在安裝后,擺動導向支架13的導向槽131即可與
第二噴嘴8的導向元件14相匹配,形成可活動的結構。圖中擺動導向支架局
部結構中的側面132延伸連接至移動支架4。

下面通過具體實施方式,對本發明的一種電化學拋光方法進行詳細說
明。

本發明的一種電化學拋光方法,可使用上述本發明的電化學拋光裝置,
包括以下步驟:

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;

如圖3所示,電化學拋光開始前,先將硅片晶圓固定在夾具下端面(工
作面),并將晶圓的拋光面置于朝下的方向;同時,將第二噴嘴裝入擺動導向
支架的導向槽內,使第二噴嘴位于晶圓下方的邊緣位置;然后,啟動第二電
機,使移動支架平移,帶動將夾具與第一噴嘴對中;之后,啟動第一電機,
使夾具旋轉,帶動夾具上的晶圓水平自轉。

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;

將電解液分別通入第一、第二噴嘴的電解液進液管,經過第一、第二噴
嘴的金屬管后,從第一、第二噴嘴出口分別噴射到晶圓下表面的中心和邊緣
位置,如圖6所示。

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;

如圖6所示,此時,從第一、第二噴嘴出口分別噴出的電解液,在晶圓
1表面形成兩個電解液噴落點;其中,流經第一噴嘴的陰極電解液噴落點位
于晶圓的中心A0,而流經第二噴嘴的陽極電解液噴落點位于晶圓的邊緣B0,
在供電電源啟動后,即可使得形成的電拋光回路導通。此時第一、第二噴嘴
之間的距離為D0,D0近似等于晶圓的半徑,電拋光回路中的電阻R等于
R0。

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域;

在電化學拋光開始后,電路導通,晶圓中心位置(陰極)在電解液的化
學性質和電流的共同作用下進行電拋光,此處的金屬電解并隨著電解液的流
量帶出。

如圖7所示,當第二電機帶動移動支架帶著晶圓相對第一噴嘴作徑向水
平移動時(圖示為往下移動),此時通過擺臂及第三電機固定在移動支架上
的第二噴嘴也隨之移動,但其初始時相對晶圓的位置不變,仍在B0(請參考
圖6中第二噴嘴的位置)。由于第一噴嘴(陰極)固定于裝置,不隨移動支
架橫向移動,晶圓的拋光點(陰極電解液噴落點)將隨著晶圓橫向移動到
A1。此時,在晶圓中心與第一噴嘴之間形成變化的圓形電拋光區域。

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;

如圖7所示,此時,由于兩個噴嘴之間的距離在發生變化,電拋光回路
中的電阻由于該距離的變化和晶圓中心位置金屬膜(例如銅膜)的減薄變為
R1。電路上的電阻發生變化,恒流下供電電源給出的電壓也就發生變化。電
壓的變化信號通過反饋回路傳送到控制單元的控制軟件。

步驟六:通過控制單元根據供電電源的電壓變化反饋進行計算,并根據
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;

控制單元的控制軟件根據供電電源的電壓變化反饋以及第二噴嘴的當
前位置(即第三電機的當前角度位置),計算出第二噴嘴相對第一噴嘴新的
位置(即第三電機的新角度位置),并將控制信號傳遞到第三電機,第三電
機轉動使擺臂擺動對應角度,將第二噴嘴移動至該新的位置B1,使得電路中
的電阻R1回復至與初始電阻R0相等。隨著晶圓的自旋轉和橫向移動,晶圓
上的金屬膜隨著第一噴嘴電解液噴落點形成的變化的半徑往外逐步地電解去
除。

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。

步驟五-步驟六是在不斷重復進行的。如圖8所示,移動支架每移動一
個位置,拋光點(陰極)就隨其移動離晶圓中心越來越遠,從A0到A1到A2
最終到晶圓邊緣的An位置。而陽極(第二噴嘴)也會隨著電路電阻的變化,
在控制單元的控制下,在擺動導向支架的導向槽內自動沿著晶圓邊緣進行位
置調整,從B0到B1到Bn位置,使得電路的電阻與初始值保持恒定,直到陰
極移動到晶圓邊緣。整個拋光工藝過程結束。

綜上所述,本發明通過在電化學拋光工藝過程中,根據供電電源的電
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,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。

以上所述的僅為本發明的優選實施例,所述實施例并非用以限制本發明
的專利保護范圍,因此凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同結構
變化,同理均應包含在本發明的保護范圍內。

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一種 電化學 拋光 裝置 使用 方法
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本文標題:一種電化學拋光裝置及使用該裝置的電化學拋光方法.pdf
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