TW201505086A - 脈衝電化學拋光方法及裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭示了一種脈衝電化學抛光方法及裝置，以提高電化學抛光精度及抛光均勻性。該方法包括：建立占空比表，占空比表揭示了晶圓上所有點、與各點相對應的金屬層去除厚度值及與金屬層去除厚度值相對應的占空比；驅動夾持有晶圓的晶圓夾盤以預設的速度移動，晶圓上一特定點位於噴嘴的正上方；查占空比表，獲得與該特定點相對應的金屬層去除厚度值及占空比；及提供預設的脈衝電源至晶圓及噴嘴，抛光該特定點的實際抛光電源等於與該特定點相對應的占空比乘以預設的脈衝電源。

Description

脈衝電化學拋光方法及裝置

本發明關於抛光方法及裝置，尤其關於一種脈衝電化學抛光方法及裝置。

半導體積體電路製造工藝中，採用沈積工藝在晶圓的槽和通孔以及晶圓的非凹陷區域沈積金屬層。為了隔離晶圓上的互連結構，沈積在晶圓非凹陷區域上的金屬層需要去除。通常，金屬層沈積於晶圓的介電層上，相應的，沈積於介電層的非凹陷區域上的金屬層需要去除。

去除介電層的非凹陷區域上的金屬層的方法，較常見的為化學機械研磨(CMP)。化學機械研磨去除介電層的非凹陷區域上的金屬層的方法包括如下步驟：提供轉台、設置於轉台上的研磨墊、夾持晶圓的研磨頭以及向晶圓和研磨墊之間供應研磨液的研磨液供應管道；向研磨頭施加下壓力，使晶圓按壓在研磨墊上，同時使晶圓相對研磨墊旋轉，晶圓上的待研磨金屬層被去除。然而，隨著半導體積體電路特徵尺寸不斷縮小，銅/低K或超低K電介質材料應用於積體電路中。由於銅/低K或超低K電介質材料的機械應力較弱，化學機械研磨過程中向研磨頭施加的下壓力會對銅/低K或超低K電介質材料產生損傷。

為了解決化學機械研磨存在的技術問題，電化 學抛光方法被用於去除介電層的非凹陷區域上的金屬層。該方法包括：提供晶圓夾盤、噴嘴及電源，晶圓夾盤夾持晶圓，在電化學抛光過程中，晶圓夾盤能夠夾持晶圓在水平方向線性移動和旋轉，噴嘴設置於抛光腔室內，噴嘴向晶圓表面噴射電解液，電源與晶圓夾盤及噴嘴電連接，電源的陽極與晶圓夾盤電連接，電源的陰極與噴嘴電連接。電化學抛光方法利用電解液與金屬層之間的化學反應達到去除金屬層的目的，由於僅有電解液與晶圓表面接觸，因此金屬層能夠無機械應力的去除，有效解決了銅/低K或超低K電介質互連的整合問題。

通常，晶圓夾盤的運動速度及電源提供的電流或電壓決定了金屬層的去除厚度。電流或電壓的設定值隨著介電層的非凹陷區域上的金屬層的厚度值的不同而改變。如果晶圓表面沈積的金屬層不均勻，例如，圖形晶圓鍍層後，晶圓表面具有若干凸起或凹陷，晶圓表面上相鄰區域的金屬層的厚度差異較大，由於電化學抛光過程中，晶圓夾盤高速旋轉，為了保證介電層的非凹陷區域上的金屬層被去除，電流或電壓的設定值需要在極短的時間內快速改變，且電流或電壓的設定值為離散值，而在實際操作中，很難在極短的時間內快速改變離散的電流或電壓的設定值，因此，該方法僅適合抛光無圖形晶圓，而抛光圖形晶圓時，抛光精度難以控制。

本發明的目的是提供一種脈衝電化學抛光方 法及裝置，該方法及裝置能夠提高電化學抛光精度及電化學抛光均勻性。

為達成上述目的，本發明提出的脈衝電化學抛光方法，包括：建立占空比表，占空比表揭示了晶圓上所有點、與各點相對應的金屬層去除厚度值及與金屬層去除厚度值相對應的占空比；驅動夾持有晶圓的晶圓夾盤以預設的速度移動，晶圓上一特定點位於噴嘴的正上方；查占空比表，獲得與該特定點相對應的金屬層去除厚度值及占空比；及提供預設的脈衝電源至晶圓及噴嘴，抛光該特定點的實際抛光電源等於與該特定點相對應的占空比乘以預設的脈衝電源。

在一個實施例中，建立占空比表進一步包括：測量晶圓上若干點對應的金屬層去除厚度值，然後根據測量結果計算出晶圓上所有點對應的金屬層去除厚度值；獲得金屬層去除厚度值與占空比之間的線性函數模型；儲存線性函數模型，然後根據線性函數模型將晶圓上所有點對應的金屬層去除厚度值轉換為相對應的占空比。

在一個實施例中，採用厚度計測量晶圓上若干點對應的金屬層去除厚度值。厚度計為非接觸型或接觸型厚度計。

在一個實施例中，採用插值法計算出晶圓上所有點對應的金屬層去除厚度值。

在一個實施例中，預設的脈衝電源為直流脈衝電流或直流脈衝電壓。

為達成上述目的，本發明提出的脈衝電化學抛光裝置，包括：晶圓夾盤、噴嘴、電源及主機。晶圓夾盤夾持晶圓。噴嘴向晶圓表面噴射電解液。電源向晶圓及噴嘴提供脈衝電源，電源的陽極與晶圓電連接，電源的陰極與噴嘴電連接。主機儲存占空比表，占空比表揭示了晶圓上所有點、與各點相對應的金屬層去除厚度值及與金屬層去除厚度值相對應的占空比，主機根據占空比表控制晶圓上所有點的實際抛光電源。

在一個實施例中，脈衝電化學抛光裝置進一步包括厚度測量裝置，厚度測量裝置測量晶圓上若干點對應的金屬層去除厚度值，主機根據厚度測量裝置的測量結果計算出晶圓上所有點對應的金屬層去除厚度值，並根據金屬層去除厚度值與占空比之間的線性函數模型將晶圓上所有點對應的金屬層去除厚度值轉換為相對應的占空比。

在一個實施例中，脈衝電源為直流脈衝電流或直流脈衝電壓。

在一個實施例中，厚度測量裝置為非接觸型或接觸型厚度計。

在一個實施例中，主機採用插值法計算出晶圓上所有點對應的金屬層去除厚度值。

綜上所述，本發明藉由獲得晶圓上所有點的金屬層去除厚度值及相對應的占空比，實際抛光電源即使為離散值，仍可以快速改變以抛光晶圓上各特定點相對應的金屬層，因此，晶圓上每個點對應的金屬層去除厚度能夠 得到精確的控制，從而提高了電化學抛光精度及抛光均勻性，該抛光方法不僅適用於抛光無圖形晶圓，同樣也適用於抛光圖形晶圓。

1‧‧‧厚度計

2‧‧‧主機

3‧‧‧電源

4‧‧‧控制器

5‧‧‧晶圓夾盤

6‧‧‧噴嘴

7‧‧‧電解液

8‧‧‧晶圓

圖1為本發明脈衝電化學抛光裝置的一實施例的結構示意圖。

圖2為本發明脈衝電化學抛光裝置的一實施例的又一結構示意圖。

圖3為金屬層去除厚度表，該去除厚度表揭示了晶圓上的點及與點相對應處金屬層去除厚度的一一對應關係。

圖4揭示了占空比與金屬層去除厚度之間一一對應關係。

圖5揭示了占空比與金屬層去除厚度之間的線性關係示意圖。

圖6揭示了晶圓上的點、金屬層去除厚度及占空比之間的一一對應關係示意圖。

為詳細說明本發明的技術內容、構造特徵、所達成目的及功效，下面將結合實施例並配合圖式予以詳細說明。

參閱圖1和圖2，揭示了本發明脈衝電化學抛光裝置的一實施例的結構示意圖。該裝置包括用於測量晶圓8上的金屬層的去除厚度的厚度計1、主機2、用於提供 直流脈衝電流或直流脈衝電壓的電源3、運動控制器4及夾持晶圓8的晶圓夾盤5。其中，厚度計1為非接觸型厚度計或接觸型厚度計。

如圖2所示，電化學抛光時，晶圓夾盤5夾持晶圓8，運動控制器4驅動晶圓夾盤5旋轉、水平移動或豎直移動。一噴嘴6設置於晶圓8的下方，噴嘴6向晶圓8上的金屬層噴射電解液。電源3的陽極與晶圓8電連接，電源3的陰極與噴嘴6電連接，以使電解液7帶電荷。帶電荷的電解液7噴射至晶圓8上的金屬層後，在電源3、噴嘴6及晶圓8之間構成一電流回路，從而將晶圓8上的金屬層去除。在本發明中，該脈衝電化學抛光裝置僅作為一代表性實施例予以詳細說明，除此裝置外，美國專利公開號US2007/0125661中所揭示的數個電化學抛光裝置也適用於此。

參閱圖3至圖6，下面將詳細介紹本發明脈衝電化學抛光方法。

首先，在電化學抛光之前，透過大量優化實驗建立占空比表，占空比表儲存於主機2中。占空比表揭示了晶圓8上的所有點、各點相對應的金屬層去除厚度值、及與金屬層去除厚度值相對應的占空比。也就是說，晶圓8上的每個點對應一特定的金屬層去除厚度值及一特定的占空比，如圖6所示。本發明中所述“所有點”是透過主機2對厚度計1所測量的晶圓8上若干點進行插值計算所得。建立占空比表的方法如下： 測量晶圓8上的金屬層的去除厚度。通常，採用厚度計1測量整片晶圓8上大約49至625個點對應的金屬層去除厚度。然後，將厚度計1的測量結果發送至主機2。根據插值法，主機2計算出整片晶圓8上所有點所對應的金屬層去除厚度值(大約有10000點或更多)。晶圓8上每個點對應一特定的金屬層去除厚度值。

獲得金屬層去除厚度值與占空比之間的線性函數模型。根據預先設定電源3的輸出電流值或電壓值及晶圓夾盤5水平移動速度，透過大量優化實驗得出金屬層去除厚度與占空比之間一一對應關係，如圖4所示，且金屬層去除厚度值增大時，占空比成比例線性增大，從而獲得金屬層去除厚度值與占空比之間的線性函數模型，如圖5所示。

將金屬層去除厚度值與占空比之間的線性函數模型儲存於主機2中，主機2根據該線性函數模型將晶圓8上所有點對應的金屬層去除厚度值轉換成占空比，從而建立占空比表。

建立占空比表後，脈衝電化學抛光方法還包括如下步驟：驅動晶圓夾盤5以預設的速度水平移動。當晶圓夾盤5移動至一特定位置時，晶圓8上的一特定點正對著噴嘴6。

然後，查占空比表，獲得與該特定點相對應的金屬層去除厚度值及占空比。

接著，向晶圓8及噴嘴6提供預設電源，該電源由主機2控制。抛光晶圓8上特定點的實際抛光電源等於與該點相對應的占空比乘以預設電源。預設電源為直流脈衝電流或直流脈衝電壓。

由上述可知，藉由獲得晶圓8上所有點的金屬層去除厚度值及相對應的占空比，實際抛光電源即使為離散值，仍可以快速改變以抛光晶圓8上各特定點相對應的金屬層，因此，晶圓8上每個點對應的金屬層去除厚度能夠得到精確的控制，從而提高了電化學抛光精度及抛光均勻性，該抛光方法不僅適用於抛光無圖形晶圓，同樣也適用於抛光圖形晶圓。

綜上所述，本發明透過上述實施方式及相關圖式說明，己具體、詳實的揭露了相關技術，使本領域的技術人員可以據以實施。而以上所述實施例只是用來說明本發明，而不是用來限制本發明的，本發明的權利範圍，應由本發明的申請專利範圍來界定。至於本文中所述元件數目的改變或等效元件的代替等仍都應屬於本發明的權利範圍。

1‧‧‧厚度計

2‧‧‧主機

3‧‧‧電源

4‧‧‧控制器

5‧‧‧晶圓夾盤

Claims (11)

1. 一種脈衝電化學抛光方法，其特徵在於，包括：建立占空比表，占空比表揭示了晶圓上所有點、與各點相對應的金屬層去除厚度值及與金屬層去除厚度值相對應的占空比；驅動夾持有晶圓的晶圓夾盤以預設的速度移動，晶圓上一特定點位於噴嘴的正上方；查占空比表，獲得與該特定點相對應的金屬層去除厚度值及占空比；及提供預設的脈衝電源至晶圓及噴嘴，抛光該特定點的實際抛光電源等於與該特定點相對應的占空比乘以預設的脈衝電源。
2. 根據請求項1所述的脈衝電化學抛光方法，其特徵在於，所述建立占空比表進一步包括：測量晶圓上若干點對應的金屬層去除厚度值，然後根據測量結果計算出晶圓上所有點對應的金屬層去除厚度值；獲得金屬層去除厚度值與占空比之間的線性函數模型；及儲存線性函數模型，然後根據線性函數模型將晶圓上所有點對應的金屬層去除厚度值轉換為相對應的占空比。
3. 根據請求項2所述的脈衝電化學抛光方法，其特徵在於，採用厚度計測量晶圓上若干點對應的金屬層去除厚度值。
4. 根據請求項3所述的脈衝電化學抛光方法，其特徵 在於，所述厚度計為非接觸型或接觸型厚度計。
5. 根據請求項2所述的脈衝電化學抛光方法，其特徵在於，採用插值法計算出晶圓上所有點對應的金屬層去除厚度值。
6. 根據請求項1所述的脈衝電化學抛光方法，其特徵在於，所述預設的脈衝電源為直流脈衝電流或直流脈衝電壓。
7. 一種脈衝電化學抛光裝置，其特徵在於，包括：晶圓夾盤，所述晶圓夾盤夾持晶圓；噴嘴，所述噴嘴向晶圓表面噴射電解液；電源，所述電源向晶圓及噴嘴提供脈衝電源，電源的陽極與晶圓電連接，電源的陰極與噴嘴電連接；及主機，所述主機儲存占空比表，占空比表揭示了晶圓上所有點、與各點相對應的金屬層去除厚度值及與金屬層去除厚度值相對應的占空比，主機根據占空比表控制晶圓上所有點的實際抛光電源。
8. 根據請求項7所述的脈衝電化學抛光裝置，其特徵在於，進一步包括厚度測量裝置，所述厚度測量裝置測量晶圓上若干點對應的金屬層去除厚度值，所述主機根據厚度測量裝置的測量結果計算出晶圓上所有點對應的金屬層去除厚度值，並根據金屬層去除厚度值與占空比之間的線性函數模型將晶圓上所有點對應的金屬層去除厚度值轉換為相對應的占空比。
9. 根據請求項7所述的脈衝電化學抛光裝置，其特徵在於，所述脈衝電源為直流脈衝電流或直流脈衝電壓。
10. 根據請求項8所述的脈衝電化學抛光裝置，其特徵在於，所述厚度測量裝置為非接觸型或接觸型厚度計。
11. 根據請求項8所述的脈衝電化學抛光裝置，其特徵在於，所述主機採用插值法計算出晶圓上所有點對應的金屬層去除厚度值。