TWI614799B - 晶圓拋光方法 - Google Patents

Description

晶圓拋光方法

本發明關於積體電路製造領域，尤其關於一種晶圓抛光方法。

隨著半導體工業的快速發展，極大型積體電路(VLSI)以及超大型積體電路(ULSI)已經被廣泛應用。相比以往的積體電路，極大型積體電路和超大型積體電路具有更複雜的多層結構，更小的特徵尺寸。衆所周知，在阻容電路中，電路電阻和電路電容決定了電路的阻容遲滯(RC)，以及電路的能量消耗(E=CV2f)。所以積體電路的電阻值和電容值直接決定了積體電路的性能，尤其是在超微細特徵尺寸積體電路中。現有的極大和超大型積體電路的性能發展受限於電路中的阻容遲滯和能量消耗。為了降低電路中的阻容遲滯和能量消耗，銅由於具有更高的電導率，已經逐步取代鋁來構成積體電路中的金屬結構，低K介電質材料或超低K介電質材料也被用來代替傳統的介電質材料如SiO₂(k~4.0)。但是，由於銅和低K介電質材料或超低K介電質材料的機械強度較弱，傳統的化學機械抛光工藝已難以適用於銅表面的平坦化，化學機械抛光工藝所 產生的下壓力會對銅互連結構產生機械應力，造成銅互連結構的損壞。

為了解決上述技術問題，無應力抛光工藝已逐步應用在銅互連結構的製作工藝中。無應力抛光工藝基於電化學抛光原理，工藝過程中只有抛光液和金屬層接觸，因此能夠對銅互連結構進行無應力、無損傷抛光，從而解決銅與低K介電質材料或超低K介電質材料的整合問題。由於半導體器件的特徵尺寸越來越小，無應力抛光均勻性也需要不斷提高以滿足工藝需求。

本發明的目的旨在提供一種晶圓抛光方法，該方法能夠提高晶圓無應力抛光均勻性。

為達成上述目的，本發明提出的晶圓抛光方法，包括如下步驟：對晶圓上的每個點設置一個預設X軸水平移動速度；對晶圓上的每個點設置一個預設旋轉速度；查詢旋轉速度表得到晶圓上的每個點的實際旋轉速度；將晶圓上的每個點的實際旋轉速度與該點的預設旋轉速度作比較得到該點的轉速係數；根據晶圓上的點的預設X軸水平移動速度及晶圓上的點的轉速係數計算晶圓上的每個點的實際X軸水平移動速度；當晶圓上的一個特定點位於噴頭的正上方時，對晶圓和噴頭施加一個預設電流或電壓，並驅動晶圓以該點的實際旋轉速度和實際X軸水平移動速度進行運動。

綜上所述，本發明中，晶圓上的每點旋轉速度和水平移動速度均可控，所以能夠精確地控制晶圓上的金屬層的去除率，提高抛光均勻性。

10‧‧‧晶圓夾盤

20‧‧‧晶圓

30‧‧‧噴頭

40‧‧‧拋光液

50‧‧‧電源

60‧‧‧驅動裝置

圖1示出了一代表性實施例的無應力抛光裝置的結構示意圖。

圖2示出了晶圓的半徑與預設X軸水平移動速度之間的關係示意圖。

圖3示出了晶圓的半徑與預設旋轉速度之間的關係示意圖。

圖4示出了晶圓的實際旋轉速度與去除厚度之間的關係示意圖。

圖5示出了晶圓上的點與去除厚度之間一一對應示意圖。

圖6示出了晶圓上的點與晶圓的實際旋轉速度之間一一對應示意圖。

圖7示出了本發明的一實施例的晶圓抛光方法的流程圖。

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

參考圖1所示，示出了一代表性實施例的無應力抛光裝置的結構示意圖。如圖1所示，該無應力抛光裝置包括固定晶圓20的晶圓夾盤10、佈置在晶圓夾盤10的下方並向晶圓20的待抛光面噴射抛光液40的噴頭30、及與晶圓20和噴頭30電連接的電源50。電源50的陽極與晶圓20電連接，電源50的陰極與噴頭30電連接以使抛光液40帶電荷。電源50、噴頭30、抛光液40及晶圓20構成無應力抛光電流回路。驅動裝置60，例如馬達，與晶圓夾盤10連接並驅動晶圓夾盤10繞晶圓夾盤10自身的中心軸(Y軸)旋轉或者驅動晶圓夾盤10沿X軸水平移動。驅動裝置60受控於運動控制器。

本發明所揭示的晶圓抛光方法可以基於上述無應力抛光裝置達成但不限於上述無應力抛光裝置。本領域的技術人員可以理解的是，在無應力抛光工藝中，如果電源50供應的電壓或電流恒定，那麽去除厚度及抛光均勻性與晶圓20的運動速度有關，尤其是與晶圓20的旋轉速度和晶圓20沿X軸水平移動速度有關。參考圖2至圖7，示出了根據本發明的一實施例的晶圓抛光方法。

結合圖7所示，示出了本發明的一實施例的晶圓抛光方法的流程圖。步驟100，對晶圓上的每個點設置一個預設X軸水平移動速度。驅動裝置驅動固定有晶圓的晶圓夾盤沿X軸水平移動的速度定義為晶圓X軸水平移動速度(X-Speed)。晶圓上的所有點可以設置同一個預設X軸水平移動速度，從而，晶圓上同一半徑上的點具有相同的 預設X軸水平移動速度，如圖2所示。顯然，晶圓上的所有點也可以設置不同的預設X軸水平移動速度。

步驟200，對晶圓上的每個點設置一個預設旋轉速度。驅動裝置驅動固定有晶圓的晶圓夾盤繞晶圓夾盤自身的中心軸旋轉的速度定義為晶圓旋轉速度。晶圓上的所有點可以設置同一個預設旋轉速度，從而，晶圓上同一半徑上的點具有相同的預設旋轉速度，如圖3所示。顯然，晶圓上的所有點也可以設置不同的預設旋轉速度。步驟300，查詢旋轉速度表得到晶圓上的每個點的實際旋轉速度。旋轉速度表顯示了晶圓上的每個點對應一個實際旋轉速度，如圖6所示。旋轉速度表的生成方法包括如下步驟：首先，建立晶圓的實際旋轉速度與去除厚度之間的線性函數模式。如圖4所示，根據較佳化的實驗結果，建立晶圓的實際旋轉速度與去除厚度之間的線性函數模式，基於該線性函數模式，能夠得到實際旋轉速度與去除厚度的一一對應關係。

然後，測量晶圓上若干點所對應的去除厚度。例如，可以使用厚度計測量晶圓全局上49至625個點所對應的去除厚度。測量點在晶圓上的分佈如以下公式所示：每一圈的點數=8X；總測量點數=Σ8X+1。

在上述計算公式中，X代表該圈的編號。

接著，將測量結果發送至控制電腦，根據插值計算原理，控制電腦計算出晶圓上的所有點所對應的去除 厚度(大約10000點或以上)。所有點的分佈可以透過線性插值方法得到。晶圓上的每個點對應一個去除厚度，如圖5所示，也就是說，晶圓上的點與去除厚度是一一對應關係。

最後，將晶圓的實際旋轉速度與去除厚度之間的線性函數模式存入控制電腦，控制電腦根據實際旋轉速度與去除厚度的一一對應關係及晶圓上的點與去除厚度的一一對應關係將晶圓上的點與去除厚度的一一對應轉換成晶圓上的點與實際旋轉速度的一一對應，因此，晶圓上的每個點對應一個實際旋轉速度，由此生成旋轉速度表。

旋轉速度表生成之後，步驟400，將晶圓上的每個點的實際旋轉速度與該點的預設旋轉速度作比較得到該點的轉速係數。晶圓上的每個點的轉速係數計算公式如下：轉速係數=實際旋轉速度/預設旋轉速度

步驟500，計算晶圓上同一半徑上的所有點的平均轉速係數。晶圓上同一半徑上的所有點的平均轉速係數的計算公式如下：平均轉速係數=Σ(同一半徑上的所有點的轉速係數)/該半徑上的點數；步驟600，計算晶圓上的每個點的實際X軸水平移動速度。晶圓上每個點的實際X軸水平移動速度等於晶圓上該點的預設X軸水平移動速度乘以晶圓上該點的轉速係數，其計算公式如下：實際X軸水平移動速度=預設X軸水平移動速度×轉速 係數。

較佳地，為了便於控制，晶圓上同一半徑上的所有點具有相同的實際X軸水平移動速度。相應地，晶圓上同一半徑上的點的實際X軸水平移動速度等於晶圓上該半徑上的點的預設X軸水平移動速度乘以晶圓上該半徑上的點的平均轉速係數，其計算公式如下：實際X軸水平移動速度=預設X軸水平移動速度×平均轉速係數；步驟700，當晶圓上的一個特定點位於噴頭的正上方時，對晶圓和噴頭施加一個預設電流或電壓，並驅動晶圓以該點的實際旋轉速度和實際X軸水平移動速度進行運動。預設電流或電壓為恒定值，即恒定電流或恒定電壓。

在無應力抛光過程中，當抛光電流或電壓一定時，晶圓的旋轉速度和水平移動速度越慢，晶圓的金屬層去除率越高；反之，晶圓的旋轉速度和水平移動速度越快，晶圓的金屬層去除率越低。本發明中，晶圓上的每點旋轉速度和水平移動速度均可控，所以能夠精確地控制晶圓上的金屬層的去除率，提高抛光均勻性。

綜上所述，本發明晶圓抛光方法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。

Claims (9)

1. 一種晶圓抛光方法，其特徵在於，包括如下步驟：對晶圓上的每個點設置一個預設X軸水平移動速度；對晶圓上的每個點設置一個預設旋轉速度；查詢旋轉速度表得到晶圓上的每個點的實際旋轉速度；將晶圓上的每個點的實際旋轉速度與該點的預設旋轉速度作比較得到該點的轉速係數；根據晶圓上的點的預設X軸水平移動速度及晶圓上的點的轉速係數計算晶圓上的每個點的實際X軸水平移動速度；當晶圓上的一個特定點位於噴頭的正上方時，對晶圓和噴頭施加一個預設電流或電壓，並驅動晶圓以該點的實際旋轉速度和實際X軸水平移動速度進行運動。
2. 根據請求項1所述的晶圓抛光方法，其特徵在於，所述旋轉速度表的生成方法包括如下步驟：建立晶圓的實際旋轉速度與去除厚度之間的線性函數模式，實際旋轉速度與去除厚度成一一對應關係；測量晶圓上若干點所對應的去除厚度，並根據測量結果計算出晶圓上的所有點所對應的去除厚度，晶圓上的點與去除厚度成一一對應關係；根據實際旋轉速度與去除厚度的一一對應關係及晶圓上的點與去除厚度的一一對應關係將晶圓上的點與去除厚度的一一對應轉換成晶圓上的點與實際旋轉速度的一一對應。
3. 根據請求項2所述的晶圓抛光方法，其特徵在於，所 述測量晶圓上若干點所對應的去除厚度，並根據測量結果計算出晶圓上的所有點所對應的去除厚度的方法包括採用插值計算原理計算出晶圓上的所有點所對應的去除厚度。
4. 根據請求項1所述的晶圓抛光方法，其特徵在於，晶圓上的每個點的轉速係數計算公式如下：轉速係數=實際旋轉速度/預設旋轉速度。
5. 根據請求項4所述的晶圓抛光方法，其特徵在於，晶圓上每個點的實際X軸水平移動速度等於晶圓上該點的預設X軸水平移動速度乘以晶圓上該點的轉速係數，其計算公式如下：實際X軸水平移動速度=預設X軸水平移動速度×轉速係數。
6. 根據請求項1所述的晶圓抛光方法，其特徵在於，進一步包括計算晶圓上同一半徑上的所有點的平均轉速係數。
7. 根據請求項6所述的晶圓抛光方法，其特徵在於，晶圓上同一半徑上的所有點的平均轉速係數的計算公式如下：平均轉速係數=Σ(同一半徑上的所有點的轉速係數)/該半徑上的點數。
8. 根據請求項7所述的晶圓抛光方法，其特徵在於，晶圓上同一半徑上的所有點具有相同的實際X軸水平移動速 度，晶圓上同一半徑上的點的實際X軸水平移動速度等於晶圓上該半徑上的點的預設X軸水平移動速度乘以晶圓上該半徑上的點的平均轉速係數，其計算公式如下：實際X軸水平移動速度=預設X軸水平移動速度×平均轉速係數。
9. 根據請求項1所述的晶圓抛光方法，其特徵在於，對晶圓和噴頭施加的預設電流或電壓為恒定電流或恒定電壓。