CN104838480B - 晶圆抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能够提高抛光均匀性的晶圆抛光方法。该方法包括如下步骤：对晶圆上的每个点设置一个预设X轴水平移动速度；对晶圆上的每个点设置一个预设旋转速度；获得晶圆上的每个点的实际旋转速度并生成一个旋转速度表；将晶圆上的每个点的实际旋转速度与该点的预设旋转速度作比较得到该点的转速系数；根据晶圆上的每个点的预设X轴水平移动速度及晶圆上的每个点的转速系数计算晶圆上的每个点的实际X轴水平移动速度；当晶圆上的一个特定点位于向晶圆喷射带电的电解液的喷头的正上方时，对晶圆和喷头施加一个预设电源并驱动晶圆以该点的实际旋转速度和实际X轴水平移动速度进行运动。
Description
本发明的背景
技术领域
本发明涉及半导体器件制造领域，尤其涉及一种晶圆抛光方法。
背景技术
随着半导体器件的特征尺寸不断变小，互连结构形成于半导体器件中以将晶体管终端与用于制造半导体器件的晶圆电连接在一起。
为了形成互连结构，晶圆可能需要经历，例如，掩膜，刻蚀，以及沉积等工艺。特别是，多次掩膜和刻蚀步骤的执行能够在晶圆的电介质层上形成凹陷区域。这些凹陷区域作为沟槽和通孔及其类似结构用来形成互连结构。沉积工艺的执行用于在晶圆上沉积一层金属层。金属层沉积在晶圆的凹陷区域及晶圆的非凹陷区域上。为了隔离互连结构，位于晶圆的非凹陷区域上的金属层需要去除。
为了去除位于晶圆的非凹陷区域上的金属层，常见的方法是化学机械抛光(CMP)。化学机械抛光方法包括如下步骤：提供旋转台、位于旋转台上的抛光垫、固定晶圆的晶圆载头、向晶圆和抛光垫之间提供研磨液的研磨液送料器；施加下压力在晶圆载头上以将晶圆按压在抛光垫上并使晶圆相对于抛光垫旋转。于是，晶圆被抛光。然而，随着铜和低K电介质或超低K电介质越来越广泛的应用在半导体器件中，化学机械抛光方法已经不再适用于制造具有更小特征尺寸的半导体器件。由于铜和低K电介质或超低K电介质的机械应力较弱，施加在晶圆载头上的下压力在化学机械抛光过程中会损坏铜和低K电介质或超低K电介质。
去除位于晶圆的非凹陷区域上的金属层的另一方法是电化学抛光方法，该方法利用电解液与金属层之间的化学反应来去除金属层。在抛光过程中，仅有电解液与金属层接触，因此金属层能够在没有机械应力的状态下被去除，解决了铜和低K电介质或超低K电介质的集成问题。由于半导体器件的特征尺寸越来越小，电化学抛光的抛光均匀性需要不断提高。
发明内容
因此，本发明的目的旨在提供一种能够提高抛光均匀性的晶圆抛光方法。该方法包括如下步骤：对晶圆上的每个点设置一个预设X轴水平移动速度；对晶圆上的每个点设置一个预设旋转速度；获得晶圆上的每个点的实际旋转速度并生成一个旋转速度表；将晶圆上的每个点的实际旋转速度与该点的预设旋转速度作比较得到该点的转速系数；根据晶圆上的每个点的预设X轴水平移动速度及晶圆上的每个点的转速系数计算晶圆上的每个点的实际X轴水平移动速度；当晶圆上的一个特定点位于向晶圆喷射带电的电解液的喷头的正上方时，对晶圆和喷头施加一个预设电源并驱动晶圆以该点的实际旋转速度和实际X轴水平移动速度进行运动。
综上所述，在电化学抛光过程中，当抛光电源是恒定时，晶圆的旋转速度和水平移动速度越慢，晶圆的金属层去除率越高；反之，晶圆的旋转速度和水平移动速度越快，晶圆的金属层去除率越低。本发明中，晶圆上的每个点的旋转速度和水平移动速度均可控，所以能够精确地控制晶圆上的金属层的去除率，提高抛光均匀性。
附图说明
通过阅读其优选实施例的以下描述并参考所附的附图，本发明将为本领域的技术人员所显见，其中：
图1示出了一代表性实施例的抛光半导体晶圆的装置的结构示意图。
图2示出了半导体晶圆的半径与半导体晶圆的预设X轴水平移动速度之间的关系。
图3示出了半导体晶圆的半径与半导体晶圆的预设旋转速度之间的关系。
图4示出了半导体晶圆的实际旋转速度与去除厚度之间的关系。
图5示出了半导体晶圆上的点与半导体晶圆的去除厚度之间的一一对应关系。
图6示出了半导体晶圆上的点与半导体晶圆的实际旋转速度之间的一一对应关系。
图7示出了根据本发明的半导体晶圆抛光方法的流程图。
具体实施方式
参考图1所示，示出了一代表性实施例的电化学抛光装置的结构示意图。本发明的晶圆抛光方法能够由该装置实现。在介绍本发明的晶圆抛光方法之前，将首先对其电化学抛光装置进行简单介绍。
如图1所示，该电化学抛光装置包括固定晶圆20的晶圆夹盘10、布置在晶圆夹盘10的下方并向晶圆20的待抛光面喷射抛光液40的喷头30、及与晶圆20和喷头30电连接的电源50。具体地，电源50的阳极与晶圆20电连接，电源50的阴极与喷头30电连接以使抛光液40带电荷。驱动装置，例如马达60，与晶圆夹盘10连接并驱动晶圆夹盘10绕晶圆夹盘10自身的中心轴(Y轴)旋转或者驱动晶圆夹盘10沿X轴水平移动。驱动装置60受控于运动控制器。
参考图2至图7，示出了使用上述抛光装置的一实施例的晶圆抛光方法。众所周知，在电化学抛光工艺中，如果电源50提供的电流或电压是恒定的，则去除厚度和电化学抛光均匀性与晶圆20的运动速度相关，尤其与晶圆20的旋转速度和X轴水平移动速度相关。
首先，步骤100，对晶圆20上的每个点设置一个预设X轴水平移动速度。马达60驱动固定有晶圆20的晶圆夹盘10沿X轴水平移动的速度定义为晶圆X轴水平移动速度(X-Speed)。晶圆20上的所有点可以设置同一个预设X轴水平移动速度，从而，晶圆20上同一半径上的点具有相同的预设X轴水平移动速度。显然，晶圆20上的所有点也可以设置不同的预设X轴水平移动速度。
步骤200，对晶圆20上的每个点设置一个预设旋转速度。马达60驱动固定有晶圆20的晶圆夹盘10绕晶圆夹盘10自身的中心轴旋转的速度定义为晶圆旋转速度。晶圆20上的所有点可以设置同一个预设旋转速度或不同的预设旋转速度。
步骤300，获得晶圆20上的每个点的实际旋转速度并生成一个旋转速度表。旋转速度表显示了晶圆20上的每个点对应一个实际旋转速度，如图6所示。旋转速度表的生成方法包括如下步骤：
首先，获得晶圆的实际旋转速度与去除厚度之间的线性函数模型。如图4所示，根据优化的实验结果，建立晶圆的实际旋转速度与去除厚度之间的线性函数模型，基于该线性函数模型，能够得到实际旋转速度与去除厚度的一一对应关系。
然后，测量晶圆上若干点所对应的去除厚度。例如，可以使用厚度计测量晶圆20全局上49至625个点所对应的去除厚度。测量点在晶圆20上的分布如以下公式所示：
每一圈的点数＝8X；
总测量点数＝Σ8X+1。
在上述计算公式中，X代表该圈的编号。
接着，将测量结果发送至控制计算机。根据插值计算原理，控制计算机计算出晶圆20上的所有点所对应的去除厚度(大约10000点或以上)。所有点的分布可以通过线性插值方法得到。晶圆20上的每个点对应一个去除厚度。
最后，将晶圆的实际旋转速度与去除厚度之间的线性函数模型存入控制计算机，然后控制计算机将晶圆20上的每个点的去除厚度转换成相对应的实际旋转速度，因此，晶圆20上的每个点对应一个实际旋转速度，由此生成旋转速度表。
旋转速度表生成之后，步骤400，将晶圆20上的每个点的实际旋转速度与该点的预设旋转速度作比较得到该点的转速系数。每个点的转速系数计算公式如下：
转速系数＝实际旋转速度/预设旋转速度
步骤500，计算晶圆20上同一半径上的所有点的平均转速系数。同一半径上的所有点的平均转速系数的计算公式如下：
平均转速系数＝Σ(同一半径上的所有点的转速系数)/该半径上的点数
步骤600，计算晶圆20上的每个点的实际X轴水平移动速度。每个点的实际X轴水平移动速度的计算公式如下：
实际X轴水平移动速度＝预设X轴水平移动速度×转速系数
为了便于控制，较佳地，晶圆上同一半径上的所有点具有相同的实际X轴水平移动速度。相应地，同一半径上的点的实际X轴水平移动速度的计算公式如下：
实际X轴水平移动速度＝预设X轴水平移动速度×平均转速系数
步骤700，当晶圆20上的一个特定点位于喷头30的正上方时，对晶圆20和喷头30施加一个预设电源并驱动晶圆20以该点的实际旋转速度和实际X轴水平移动速度进行运动。预设电源为恒定值，即恒定电流或恒定电压。
如上所述，在电化学抛光过程中，当抛光电源为恒定值时，晶圆20的旋转速度和水平移动速度越慢，晶圆20的金属层去除率越高；反之，晶圆的旋转速度和水平移动速度越快，晶圆的金属层去除率越低。本发明中，晶圆20上的每个点旋转速度和水平移动速度均可控，所以能够精确地控制晶圆20上的金属层的去除率，提高抛光均匀性。
本发明的前述描述已为说明和描述的目的而呈现。其并非旨在是详尽的或者并非旨在将本发明限制于所公开的精准形式，许多修改或变形根据以上教导也显然是可能的。这种对于本领域技术人员显然的修改和变形旨在包含在本发明的由所附的权利要求书所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种晶圆抛光方法，其特征在于，包括如下步骤：
对晶圆上的每个点设置一个预设X轴水平移动速度；
对晶圆上的每个点设置一个预设旋转速度；
获得晶圆上的每个点的实际旋转速度并生成一个包含晶圆上的每个点的实际旋转速度的旋转速度表；
将晶圆上的每个点的实际旋转速度与该点的预设旋转速度作比较得到该点的代表该点的实际旋转速度与该点的预设旋转速度的比值的转速系数；
根据晶圆上的每个点的预设X轴水平移动速度及晶圆上的每个点的转速系数，将每个点的所述预设X轴水平移动速度与该点的转速系数的乘积作为该点的实际X轴水平移动速度；
当晶圆上的一个特定点位于向晶圆喷射带电的电解液的喷头的正上方时，对晶圆和喷头施加一个预设电源并驱动晶圆以该点的实际旋转速度和实际X轴水平移动速度进行运动。
2.根据权利要求1所述的晶圆抛光方法，其特征在于，所述步骤获得晶圆上的每个点的实际旋转速度并生成所述旋转速度表进一步包括如下步骤：
获得晶圆的实际旋转速度与去除厚度之间的线性函数模型；
测量晶圆上若干点所对应的去除厚度并根据测量的去除厚度计算出晶圆上的所有点所对应的去除厚度；
根据线性函数模型将晶圆上的每个点的去除厚度转换成晶圆上的每个点的实际旋转速度。
3.根据权利要求2所述的晶圆抛光方法，其特征在于，所述根据测量的去除厚度计算出晶圆上的所有点所对应的去除厚度的步骤是采用插值计算原理来执行的。
4.根据权利要求1所述的晶圆抛光方法，其特征在于，获得晶圆上的每个点的所述转速系数的计算公式如下：
转速系数＝实际旋转速度/预设旋转速度。
5.根据权利要求4所述的晶圆抛光方法，其特征在于，晶圆上每个点的所述实际X轴水平移动速度的计算公式如下：
实际X轴水平移动速度＝预设X轴水平移动速度×转速系数。
6.根据权利要求1所述的晶圆抛光方法，其特征在于，获得所述转速系数进一步包括获得晶圆上的同一半径的平均转速系数。
7.根据权利要求6所述的晶圆抛光方法，其特征在于，所述同一半径的平均转速系数的计算公式如下：
平均转速系数＝Σ(同一半径上的所有点的转速系数)/该半径上的点数。
8.根据权利要求7所述的晶圆抛光方法，其特征在于，晶圆上同一半径上的所有点具有相同的实际X轴水平移动速度，同一半径上的点的实际X轴水平移动速度的计算公式如下：
实际X轴水平移动速度＝预设X轴水平移动速度×平均转速系数。
9.根据权利要求1所述的晶圆抛光方法，其特征在于，所述预设电源为恒定的。
10.根据权利要求9所述的晶圆抛光方法，其特征在于，所述预设电源为恒流源或恒压源。
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