[发明专利]一种电化学抛光/电镀装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件加工装置及方法，尤其涉及一种电化学抛光/电镀装置及方法，更具体的，涉及一种用于电化学抛光/电镀的夹具及使用该夹具进行电化学抛光/电镀的方法。

背景技术

在半导体晶圆上使用多个不同的处理步骤制造晶体管和互连元件，其中，抛光和电镀工艺是形成互连元件过程中必不可少的步骤。此外，随着半导体器件特征尺寸越来越小，半导体器件中互连元件密度越来越高，为了形成高密度互连元件，在半导体工业中已逐步使用金属铜代替金属铝作为互连金属，因为金属铜具有更好的导电性。通常采用电镀工艺将金属铜沉积在晶圆上或者采用抛光工艺将晶圆上多余的金属铜去除。

常用的电化学抛光/电镀装置包括一夹具用于固持一晶圆、一喷嘴用于向固持在夹具上的晶圆喷射电解液、一马达用于驱动夹具相对喷嘴旋转、水平移动或上下移动及一电源用于向晶圆及电解液供电。在电化学抛光工艺中，电源的阳极与夹具电连接，通过夹具向晶圆表面的金属铜供电，电源的阴极与喷嘴电连接。而在电镀工艺中，电源的阳极与喷嘴电连接，电源的阴极与夹具电连接。由于在电化学抛光/电镀过程中，电源直接与具有单一电极的夹具电连接，因而使得晶圆上的电流密度分布不均匀，晶圆边缘的电流密度较高，金属铜很容易聚集在晶圆的边缘，所以在电化学抛光过程中，晶圆边缘处金属铜的去除率低于晶圆中心处金属铜的去除率，甚至会出现晶圆边缘处的金属铜不能完全被去除的现象；反之，在电镀过程中，晶圆上的电流密度不均匀性使得晶圆边缘的电镀速率高于晶圆中心处的电镀速率，因而导致电化学抛光/电镀均匀性较差，金属铜在晶圆表面分布不均匀，从而降低半导体器件的性能和良率。

发明内容

本发明的目的是提供一种电化学抛光/电镀装置，该装置能够提高抛光/电镀速率，并且能够消除抛光/电镀工艺中晶圆边缘金属铜聚集现象，提高抛光/电镀工艺中晶圆边缘均匀性。

为实现上述目的，本发明提供的一种电化学抛光/电镀装置，包括：一夹具，固持一晶圆，具有设置于所述夹具周边处的一外电极及一内电极，所述外电极与所述内电极之间电绝缘；一喷嘴，向固持在所述夹具上的晶圆喷射电解液；一电源，所述电源的一电极与所述喷嘴电连接；一切换电路，具有一活动接点、一第一固定接点及一第二固定接点，所述活动接点与所述电源的另一电极电连接，所述第一固定接点与所述夹具的内电极电连接，所述第二固定接点与所述夹具的外电极电连接，所述活动接点能够在与所述第一固定接点电性连接和与所述第二固定接点电性连接之间切换；及一运动控制器，控制所述夹具移动并检测所述夹具相对所述喷嘴移动的位置坐标，并将该位置坐标与一设定坐标值比较，根据比较结果发出控制指令控制所述活动接点与所述第一固定接点电性连接或与所述第二固定接点电性连接。

为实现上述目的，本发明提供的另一种电化学抛光/电镀装置，包括：一夹具，固持一晶圆，具有设置于所述夹具周边处的一外电极及一内电极，所述外电极与所述内电极之间电绝缘；一喷嘴，向固持在所述夹具上的晶圆喷射电解液；一电源，所述电源的一电极与所述喷嘴电连接，所述电源的另一电极与所述夹具的外电极电连接；一切换电路，具有一活动接点及一固定接点，所述活动接点与所述电源的另一电极电连接，所述固定接点与所述夹具的内电极电连接，所述活动接点能够在与所述固定接点电性连接和断开之间切换；及一运动控制器，控制所述夹具移动并检测所述夹具相对所述喷嘴移动的位置坐标，并将该位置坐标与一设定坐标值比较，根据比较结果发出控制指令控制所述活动接点与所述固定接点电性连接或断开。

本发明的另一目的是提供一种电化学抛光/电镀方法，包括如下步骤：

将一晶圆固持在一具有一外电极及一内电极的夹具上；

驱动夹具移动并实时检测夹具相对喷嘴移动的位置坐标，并将该位置坐标与一设定坐标值比较，根据比较结果控制夹具的内电极或外电极与电源电连接进行电化学抛光/电镀。

本发明的又一目的是提供一种电化学抛光/电镀方法，包括如下步骤：

将一晶圆固持在一具有一外电极及一内电极的夹具上并使夹具的外电极与电源的一电极电连接；

驱动夹具移动并实时检测夹具相对喷嘴移动的位置坐标，并将该位置坐标与一设定坐标值比较，根据比较结果控制夹具的内电极与电源的电极电连接或断开与电源的电极电连接。