CN103692293A - 无应力抛光装置及抛光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无应力抛光装置，包括：晶圆夹盘、至少两个喷头、电源及运动控制器。所述晶圆夹盘夹持一晶圆，所述至少两个喷头并排布置在所述晶圆夹盘的下方，每一喷头具有一喷嘴，所述喷嘴正对着所述晶圆的待抛光面并向所述晶圆的待抛光面喷射电解液，所述电源的阳极与所述晶圆夹盘电连接，所述电源的阴极与所述每一喷头电连接，所述运动控制器控制所述晶圆夹盘旋转、垂直移动或水平移动。本发明采用至少两个喷头向晶圆的待抛光面喷射电解液进行电化学抛光，提高了晶圆表面的金属层的去除率，同时也提高了无应力抛光效率。本发明还公开了一种无应力抛光方法。

Description

无应力抛光装置及抛光方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种无应力抛光装置及抛光方法。
背景技术
在集成电路制造过程中，化学机械抛光（CMP）技术在单晶硅衬底和多层金属互连结构的层间全局平坦化方面得到了广泛的应用。化学机械抛光可以抛光和平坦化在介质材料的非凹陷区域上形成的金属层。虽然化学机械抛光可以只抛光金属层而对电介质层没有影响，然而，由于其强机械作用力，化学机械抛光会对集成电路结构带来一些有害的影响，尤其是随着极大规模集成电路和超大规模集成电路的快速发展，铜和低K或者超低K电介质材料被应用在极大规模集成电路和超大规模集成电路中，由于铜和低K或者超低K电介质材料的机械性能有很大的差别，化学机械抛光中的强机械作用力可能会对低K或者超低K电介质材料造成永久性的损伤。
为了解决化学机械抛光技术中的缺点，人们在不断完善化学机械抛光技术的同时，也在不断探索和研究新的平坦化技术，其中，无应力抛光技术被逐渐应用在极大规模集成电路和超大规模集成电路的制造中。无应力抛光技术能够克服传统的化学机械抛光技术在超微细特征尺寸集成电路制造中的缺陷。无应力抛光技术基于电化学抛光原理，能够无机械应力的对金属互联结构进行平坦化。常见的无应力抛光装置包括一用于夹持晶圆的晶圆夹盘，一用于驱动晶圆夹盘转动和移动的马达，该马达受控于一运动控制器，一用于向晶圆夹盘上的晶圆喷射电解液的喷嘴及一电连接晶圆夹盘和喷嘴的电源，其中，电源的阳极与晶圆夹盘电连接，通过晶圆夹盘向晶圆表面的金属层供电，电源的阴极与喷嘴电连接，通过喷嘴使电解液带电荷。该装置虽然能够精确地对晶圆表面特定区域进行电化学抛光，但是该装置由于只采用一个喷嘴向晶圆表面喷射电解液，因此，导致晶圆表面的金属层的去除率较低，无法满足现代工艺对高效的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单的无应力抛光装置，该装置能够提高晶圆表面的金属层的去除率，同时提高无应力抛光效率。
为实现上述目的，本发明提供的一种无应力抛光装置，包括：晶圆夹盘、至少两个喷头、电源及运动控制器。所述晶圆夹盘夹持一晶圆，所述至少两个喷头并排布置在所述晶圆夹盘的下方，每一喷头具有一喷嘴，所述喷嘴正对着所述晶圆的待抛光面并向所述晶圆的待抛光面喷射电解液，所述电源的阳极与所述晶圆夹盘电连接，所述电源的阴极与所述每一喷头电连接，所述运动控制器控制所述晶圆夹盘旋转、垂直移动或水平移动。
本发明的另一目的是提供一种无应力抛光方法，包括如下步骤：
（1）使用晶圆夹盘夹持晶圆，并使晶圆的待抛光面面向布置在晶圆夹盘下方的至少两个喷嘴；
（2）控制晶圆夹盘旋转、垂直移动或水平移动，并通过该至少两个喷嘴向晶圆的待抛光面喷射电解液。
综上所述，本发明无应力抛光装置及抛光方法通过采用至少两个喷头向晶圆的待抛光面喷射电解液进行电化学抛光，提高了晶圆表面的金属层的去除率，同时也提高了无应力抛光效率。
附图说明
图1是本发明无应力抛光装置的第一实施例的结构示意图。
图2是本发明无应力抛光装置的第二实施例的结构示意图。
图3是本发明无应力抛光装置的第三实施例的结构示意图。
图4是本发明无应力抛光装置的第四实施例的结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。
请参阅图1，揭示了本发明无应力抛光装置的第一实施例的结构示意图。本发明无应力抛光装置包括圆形的晶圆夹盘10，在无应力抛光过程中，该晶圆夹盘10用于夹持一待抛光的晶圆W，晶圆夹盘10的外周边缘布置有圆环形的导电电极11，该导电电极11环绕着晶圆W。晶圆夹盘10在例如马达等驱动装置的驱动下可作旋转运动或水平移动或垂直移动，且晶圆夹盘10旋转的转速、垂直移动或水平移动的速度均可调，驱动装置受控于运动控制器。
在晶圆夹盘10的下方布置有至少两个喷头20，该至少两个喷头20构成一喷头组，该至少两个喷头20并排布置并与晶圆夹盘10水平运动的方向一致。在本实施例中，以三个喷头20为例进行相关说明。每一喷头20具有喷嘴21，该喷嘴21正对着晶圆夹盘10上的晶圆W的待抛光面，该喷嘴21用于向晶圆W的待抛光面喷射电解液。每一喷头20通过液体输送管路与储存槽30相连，储存槽30中存放有用于电化学抛光的电解液，储存槽30中的电解液通过液体输送管路供应至每一喷头20并由每一喷头20的喷嘴21喷射至晶圆W的待抛光面进行电化学抛光。如图1所示，液体输送管路包括一与储存槽30相连接的总路和与喷头20数量相对应的分路，每一分路对应地与一喷头20相连接。在总路上设有流量控制器40，该流量控制器40可对总路中的电解液的流量进行控制，储存槽30中的电解液流经流量控制器40后经由各分路分别供应给每一喷头20，在本实施例中，由于流量控制器40设在总路上，因此，该流量控制器40只能对总路中的电解液的流量进行控制，电解液流经流量控制器40后向每一分路供应的电解液的量是均等的，也就是说，供应给每一喷头20的电解液的量是相同的。根据不同的工艺需求，也可以使供应给每一喷头20的电解液的量可调，如图3和图4所示，无需在总路上设置流量控制器40，取而代之的是在每一分路上设置一流量控制器40，通过各分路上的流量控制器40可对供应给每一喷头20的电解液的流量进行独立控制，使供应给各喷头20的电解液的流量可以相同，也可以不同，从而可以进一步提高抛光工艺的精度。
本发明无应力抛光装置还包括电源50，电源50的阳极与晶圆夹盘10的导电电极11电连接，通过导电电极11向晶圆W上的待抛光金属层供电，电源50的阴极与一电流/电压控制器60的输入端电连接，该电流/电压控制器60的输出端分别与各喷头20电连接以向电解液供电，在本发明中，各喷头20既用于向晶圆夹盘10上的晶圆W的待抛光面喷射电解液，又作为电极与电流/电压控制器60的输出端电连接。该电流/电压控制器60可对输送给各喷头20的电流/电压进行控制。在本实施例中，仅在干路上设置一个电流/电压控制器60，该电流/电压控制器60的输入端与电源50的阴极电连接，该电流/电压控制器60的输出端分别与各喷头20电连接，因此，各喷头20之间形成并联连接的方式，这种方式能够降低抛光电路的电阻，降低抛光电路的功率，从而提高抛光去除率。在本实施例中，由于只采用了一个电流/电压控制器60，因而各喷头20上的电流/电压相同。根据不同的工艺需求，也可以对各喷头20上的电流/电压采取独立控制的方式，如图2和图4所示，在与各喷头20相连的每一支路上设置一电流/电压控制器60，每一支路上的电流/电压控制器60的输入端均与电源50的阴极电连接，每一支路上的电流/电压控制器60的输出端与其相对应的喷头20电连接，各喷头20之间形成并联连接的方式。
使用本发明无应力抛光装置进行电化学抛光时，由晶圆夹盘10夹持晶圆W，并使晶圆W的待抛光面面向各喷嘴21，运动控制器控制晶圆夹盘10旋转并在水平方向单向移动或者往返移动，此处的单向移动是指晶圆夹盘10在水平方向上，运动轨迹从晶圆W的圆心沿半径方向，向晶圆W的边缘移动；往返移动是指晶圆夹盘10在水平方向上，运动轨迹从晶圆W的圆心沿半径方向，向晶圆W的边缘移动，然后，再沿晶圆W半径方向，从晶圆W的边缘向晶圆W的圆心移动，运动控制器控制晶圆夹盘10移动的同时，接通电源50，电解液经由各喷嘴21喷射至晶圆W的待抛光面进行电化学抛光。
本发明还提供了一种无应力抛光方法，包括如下步骤：
（1）使用晶圆夹盘10夹持晶圆W，并使晶圆W的待抛光面面向布置在晶圆夹盘10下方的至少两个喷嘴21；
（2）控制晶圆夹盘10旋转、垂直移动或水平移动，并通过该至少两个喷嘴21向晶圆W的待抛光面喷射电解液。
由上述可知，本发明无应力抛光装置及抛光方法通过采用至少两个喷嘴21向晶圆W的待抛光面喷射电解液进行电化学抛光，提高了晶圆W表面的金属层的去除率，同时也提高了无应力抛光效率。
综上所述，本发明无应力抛光装置及抛光方法通过上述实施方式及相关图式说明，己具体、详实的揭露了相关技术，使本领域的技术人员可以据以实施。而以上所述实施例只是用来说明本发明，而不是用来限制本发明的，本发明的权利范围，应由本发明的权利要求来界定。至于本文中所述元件数目的改变或等效元件的代替等仍都应属于本发明的权利范围。

Claims (13)

1.一种无应力抛光装置，其特征在于，包括：
晶圆夹盘，夹持一晶圆；
至少两个喷头，该至少两个喷头并排布置在所述晶圆夹盘的下方，每一喷头具有一喷嘴，所述喷嘴正对着所述晶圆的待抛光面并向所述晶圆的待抛光面喷射电解液；
电源，所述电源的阳极与所述晶圆夹盘电连接，所述电源的阴极与所述每一喷头电连接；及
运动控制器，控制所述晶圆夹盘旋转、垂直移动或水平移动。
2.根据权利要求1所述的无应力抛光装置，其特征在于，所述每一喷头通过液体输送管路与一储存槽相连，所述储存槽中存放有用于电化学抛光的电解液，所述储存槽中的电解液通过所述液体输送管路供应至所述每一喷头并由所述每一喷头的喷嘴喷射至所述晶圆的待抛光面进行电化学抛光。
3.根据权利要求2所述的无应力抛光装置，其特征在于，供应至所述每一喷头的电解液的流量相同。
4.根据权利要求2所述的无应力抛光装置，其特征在于，供应至所述每一喷头的电解液的流量可调。
5.根据权利要求2所述的无应力抛光装置，其特征在于，所述液体输送管路包括一与所述储存槽相连接的总路和与所述喷头数量相对应的分路，所述每一分路对应地与一喷头相连接。
6.根据权利要求5所述的无应力抛光装置，其特征在于，在所述总路上设有一流量控制器，所述流量控制器可对所述总路中的电解液的流量进行控制，所述储存槽中的电解液流经所述流量控制器后经由各分路分别供应给所述每一喷头。
7.根据权利要求5所述的无应力抛光装置，其特征在于，所述每一分路上设置一流量控制器，通过各分路上的流量控制器可对供应给所述每一喷头的电解液的流量进行独立控制。
8.根据权利要求1所述的无应力抛光装置，其特征在于，所述电源的阴极与一电流/电压控制器的输入端电连接，所述电流/电压控制器的输出端分别与各喷头电连接。
9.根据权利要求1所述的无应力抛光装置，其特征在于，所述每一喷头分别与一电流/电压控制器的输出端电连接，各电流/电压控制器的输入端均与所述电源的阴极电连接。
10.根据权利要求1所述的无应力抛光装置，其特征在于，所述运动控制器控制所述晶圆夹盘在水平方向上单向移动。
11.根据权利要求1所述的无应力抛光装置，其特征在于，所述运动控制器控制所述晶圆夹盘在水平方向上往返移动。
12.根据权利要求1、10和11任一项所述的无应力抛光装置，其特征在于，所述晶圆夹盘旋转的转速、垂直移动或水平移动的速度均可调。
13.一种无应力抛光方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）使用晶圆夹盘夹持晶圆，并使晶圆的待抛光面面向布置在晶圆夹盘下方的至少两个喷嘴；
（2）控制晶圆夹盘旋转、垂直移动或水平移动，并通过该至少两个喷嘴向晶圆的待抛光面喷射电解液。
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