硅片加工装置及方法
【专利摘要】本发明揭示了一种硅片加工装置，包括机台，该机台内配置有两套或两套以上电化学抛光装置，每套电化学抛光装置包括：抛光液槽，抛光液槽储存抛光液；及抛光腔室，抛光腔室内设置有喷嘴，喷嘴与抛光液槽之间经由抛光液供应管道连接；各套电化学抛光装置的抛光液槽内储存相同或不同的抛光液。本发明还揭示了一种硅片加工方法，包括使硅片依次在机台的各电化学抛光装置内进行电化学抛光处理，其中各电化学抛光装置内配置相同或不同的抛光液。本发明根据加工需求，在机台内配置数套电化学抛光装置，提高了机台加工效率。
【专利说明】
硅片加工装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路制造装置及方法，尤其涉及一种硅片加工装置及方法。
【背景技术】
[0002]去除沉积在半导体硅片上电介质材料非凹陷区域的金属薄膜的传统方法包括化学机械抛光(CMP )。化学机械抛光虽然广泛应用于集成电路制造，实现硅片的全局平坦化，但是，化学机械抛光过程中施加在抛光头上的下压力可能会对集成电路结构造成损伤，例如，当互连线的尺寸减小至0.13微米及以下时，以及铜和低K电介质材料用于形成互连线时，由于低K电介质材料的杨氏模量值与铜和阻挡层材料的杨氏模量值相差10倍以上,化学机械抛光的相对较强的机械作用力可能会损伤低K电介质材料，降低集成电路的制造良率。
[0003]另一种去除沉积在半导体硅片上电介质材料非凹陷区域的金属薄膜的方法为电化学抛光，电化学抛光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。电化学抛光过程中，由于只有抛光液与硅片接触，因此，电化学抛光能够无机械应力的对金属互连结构进行平坦化。常见的电化学抛光装置包括用于夹持硅片的夹盘、用于驱动夹盘转动和移动的马达，该马达受控于运动控制器、用于向夹盘上的硅片喷射抛光液的喷嘴、用于向喷嘴供应抛光液的抛光液供应装置、及电连接夹盘和喷嘴的电源，其中，电源的阳极与夹盘电连接，通过夹盘向硅片表面的金属薄膜供电，电源的阴极与喷嘴电连接，通过喷嘴使抛光液带电荷。
[0004]这种常见的电化学抛光装置通常集成于一个机台中，然而，该机台由于仅具有一套电化学抛光装置，因此，该机台每次只能加工一片硅片，且当需要用不同的抛光液抛光硅片时，需要从机台中取出硅片，然后将硅片放入另一个机台中加工，由此导致机台的加工效率较低，难以满足大批量生产的需求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种硅片加工装置，该装置加工效率高，能够实现产能最大化。
[0006]为实现上述目的，本发明提出硅片加工装置，包括机台，该机台内配置有两套或两套以上电化学抛光装置，每套电化学抛光装置包括:抛光液槽，抛光液槽储存抛光液；及抛光腔室，抛光腔室内设置有喷嘴，喷嘴与抛光液槽之间经由抛光液供应管道连接；各套电化学抛光装置的抛光液槽内储存相同或不同的抛光液。
[0007]在一个实施例中，抛光液为羟基乙叉二膦酸抛光液、含磷酸的抛光液或含硫酸的抛光液。
[0008]在一个实施例中，各套电化学抛光装置具有数个抛光腔室。
[0009]在一个实施例中，每个抛光腔室内设置有两个或两个以上喷嘴，喷嘴的大小和形状不同。
[0010]在一个实施例中，机台内配置有两套电化学抛光装置，其中一套电化学抛光装置的抛光液槽内储存羟基乙叉二膦酸抛光液，另一套电化学抛光装置的抛光液槽内储存含磷酸的抛光液。
[0011]在一个实施例中，机台内配置有两套电化学抛光装置，其中一套电化学抛光装置的抛光液槽内储存含磷酸成分较高而甘油成分较少的抛光液，另一套电化学抛光装置的抛光液槽内储存含磷酸成分较少而甘油成分较高的抛光液。
[0012]本发明还提出一种硅片加工方法，使用上述的硅片加工装置，该方法包括:使硅片依次在机台的各电化学抛光装置内进行电化学抛光处理，其中各电化学抛光装置内配置相同或不同抛光液。
[0013]综上所述，本发明根据加工需求，在机台内配置数套电化学抛光装置，以满足工艺所需，此外，还可以根据各电化学抛光装置的抛光腔室的产出率配备不同数量的抛光腔室，以达到广能最大化，提闻机台的加工效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1揭示了根据本发明一实施例的硅片加工装置的结构示意图。
[0015]图2 Ca)为电化学抛光前半导体器件的剖面结构示意图。
[0016]图2 (b)为采用羟基乙叉二膦酸抛光液电化学抛光后半导体器件的剖面结构示意图。
[0017]图2 (c)为采用含磷酸的抛光液电化学抛光后半导体器件的剖面结构示意图。
[0018]图3为羟基乙叉二膦酸抛光液和含磷酸的抛光液去除率曲线图。
[0019]图4揭示了根据本发明又一实施例的硅片加工装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]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。
[0021]参阅图1，揭示了根据本发明一实施例的硅片加工装置的结构示意图。如图1所示，该硅片加工装置将至少两套电化学抛光装置集成于一台机台110内，以提高机台110的加工效率。在图1中，以第一电化学抛光装置120及第二电化学抛光装置130为例，对本发明进行详细说明。
[0022]第一电化学抛光装置120包括第一抛光液槽121和第一抛光腔室122。第一抛光液槽121储存抛光液。第一抛光腔室122内设置有喷嘴,喷嘴的数量可以为一个或一个以上。在本实施例中，喷嘴的数量为两个，该两个喷嘴的大小和形状可以不同，在其他实施例中，也可以有两个以上的喷嘴，这些喷嘴的形状和大小都不相同。可以根据加工需求，选用合适的喷嘴，.例如，当需要提高去除率时，可以选用较大尺寸的喷嘴，而当需要提高抛光速率的控制精度时，可以选用较小尺寸喷嘴。该两个喷嘴分别定义为第一小喷嘴124和第一大喷嘴125。两第一抛光液供应管道123分别连接第一小喷嘴124和第一抛光液槽121以及第一大喷嘴125和第一抛光液槽121，经由该两第一抛光液供应管道123，第一抛光液槽121内的抛光液供应至第一小喷嘴124和第一大喷嘴125，第一小喷嘴124和第一大喷嘴125将抛光液喷射至具有半导体器件的硅片表面，以对硅片进行电化学抛光。
[0023]第二电化学抛光装置130包括第二抛光液槽131和第二抛光腔室132。第二抛光液槽131储存抛光液。第二抛光腔室132内设置有喷嘴，喷嘴的数量可以为一个或一个以上。在本实施例中，喷嘴的数量为两个，该两个喷嘴的大小和形状可以不同，在其他实施例中，也可以有两个以上的喷嘴，这些喷嘴的形状和大小都不相同。可以根据加工需求，选用合适的喷嘴，例如，当需要提高去除率时，可以选用较大尺寸的喷嘴，而当需要提高抛光速率的控制精度时，可以选用较小尺寸喷嘴。该两个喷嘴分别定义为第二小喷嘴134和第二大喷嘴135。两第二抛光液供应管道133分别连接第二小喷嘴134和第二抛光液槽131以及第二大喷嘴135和第二抛光液槽131，经由该两第二抛光液供应管道133，第二抛光液槽131内的抛光液供应至第二小喷嘴134和第二大喷嘴135，第二小喷嘴134和第二大喷嘴135将抛光液喷射至具有半导体器件的娃片表面，以对娃片进行电化学抛光。第一电化学抛光装置120和第二电化学抛光装置130之间可以通过机械手传输硅片。
[0024]第一抛光液槽121和第二抛光液槽131可以储存相同的抛光液或不同的抛光液，例如，第一抛光液槽121和第二抛光液槽131可以分别储存含磷酸的抛光液EPS3000 (含50-90%的磷酸，甘油含量少于10%)、EPS9000 (含30-70%的磷酸，甘油含量大于10%)或者储存羟基乙叉二膦酸(HEDP)抛光液或者含硫酸的抛光液等。第一抛光液槽121和第二抛光液槽131内抛光液的温度和粘度可以通过温度控制系统和粘度控制系统进行独立控制。抛光液的温度和粘度控制方法可以参阅本 申请人:于2012年5月22日提出的申请号为201210163151.X，发明名称为“粘度自动控制系统及自动控制方法”的发明专利申请。
[0025]使用具有第一电化学抛光装置120和第二电化学抛光装置130的机台110加工具有半导体器件的硅片的过程如下:
[0026]方案一
[0027]第一抛光液槽121内储存HEDP抛光液，第二抛光液槽131内储存含磷酸的抛光液。先米用HEDP抛光液在第一电化学抛光装置120的第一抛光腔室122内对娃片进行电化学抛光，然后将硅片传输至第二电化学抛光装置130的第二抛光腔室132内，采用含磷酸的抛光液对硅片进行电化学抛光。如图2 (a)至2 (c)所示，在硅片上制作半导体器件后，采用HEDP抛光液电化学抛光硅片后，硅片表面平坦化效果较佳，而如果采用含磷酸的抛光液电化学抛光娃片，娃片表面形貌和电化学抛光前几乎相同，因而，米用含磷酸的抛光液不能获得平坦化效果。然而，如图3所示，在相同的实验条件下，即温度为室温，相同的电流密度，相同的抛光时间，含磷酸的抛光液(EPS3000)去除铜的速率可以达到205Ang/s，而HEDP(60%)抛光液去除铜的速率只有30Ang/s，两者相差将近七倍。由此可知，采用含磷酸的抛光液电化学抛光硅片时，可以获得较高的去除率。
[0028]在本方案中，先采用HEDP抛光液对硅片进行电化学抛光，可以获得较佳的平坦化效果，然后，再采用含磷酸的抛光液对硅片进行电化学抛光，可以提高铜的去除效率。采用含磷酸的抛光液对硅片进行电化学抛光时，可以选用大尺寸的喷嘴，从而进一步提高铜的去除效率。
[0029]方案二
[0030]第一抛光液槽121内储存含磷酸成分较高而甘油成分较少的抛光液，例如EPS3000，第二抛光液槽131内储存含磷酸成分较少而甘油成分较高的抛光液，例如EPS9000。先采用含磷酸成分较高而甘油成分较少的抛光液在第一电化学抛光装置120的第一抛光腔室122内对娃片进行电化学抛光,然后将娃片传输至第二电化学抛光装置130的第二抛光腔室132内，采用含磷酸成分较少而甘油成分较高的抛光液对硅片进行电化学抛光。采用含磷酸成分较高而甘油成分较少的抛光液对硅片进行电化学抛光时，可以快速的去除大量的铜膜，提高电化学抛光效率，然而，电化学抛光后，娃片表面的光洁度较差，而采用含磷酸成分较少而甘油成分较高的抛光液对硅片进行电化学抛光后，可以改善硅片表面光洁度。
[0031]本方案适用于快速减薄娃片表面铜膜，例如，在方案一中，米用HEDP抛光液对娃片进行电化学抛光后，可以采用方案二对硅片表面铜膜快速减薄。
[0032]上述方案一和方案二仅是使用机台110加工硅片的两个代表性方案。根据不同的工艺需求，可以选用相同或不同抛光液储存于第一抛光液槽121和第二抛光液槽131,待加工硅片依次在第一电化学抛光装置120和第二电化学抛光装置130内进行电化学抛光处理。
[0033]参阅图4，揭示了根据本发明又一实施例的硅片加工装置的结构示意图。在本实施例中，机台210内配置有第一电化学抛光装置220和第二电化学抛光装置230。机台210内配置的电化学抛光装置的数量不限于两套。第一电化学抛光装置220具有第一抛光液槽221，第一抛光液槽221储存抛光液。为了提高第一电化学抛光装置220的加工效率，第一电化学抛光装置220具有数个第一抛光腔室222，该数个第一抛光腔室222分别通过第一抛光液供应管道223与第一抛光液槽221连接，以将第一抛光液槽221内的抛光液供应至各第一抛光腔室222。
[0034]第二电化学抛光装置230具有第二抛光液槽231，第二抛光液槽231储存抛光液。为了提高第二电化学抛光装置230的加工效率，第二电化学抛光装置230具有数个第二抛光腔室232，该数个第二抛光腔室232分别通过第二抛光液供应管道233与第二抛光液槽231连接，以将第二抛光液槽231内的抛光液供应至各第二抛光腔室232。
[0035]由上述可知，本发明可以根据加工需求，在机台110、210内配置数套电化学抛光装置，以满足工艺所需，此外，还可以根据各电化学抛光装置的抛光腔室的产出率配备不同数量的抛光腔室，以达到产能最大化，提高机台110、210的加工效率。
[0036]本发明还提出了硅片加工方法，该方法包括:使硅片依次在机台的各电化学抛光装置内进行电化学抛光处理。各电化学抛光装置内配置相同或不同抛光液，例如HEDP抛光液、含磷酸的抛光液或含硫酸的抛光液等。
[0037]综上所述，本发明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。
【权利要求】
1.一种硅片加工装置，其特征在于，包括: 机台，该机台内配置有两套或两套以上电化学抛光装置，每套电化学抛光装置包括: 抛光液槽，所述抛光液槽储存抛光液 '及 抛光腔室，所述抛光腔室内设置有喷嘴，喷嘴与抛光液槽之间经由抛光液供应管道连接; 各套电化学抛光装置的抛光液槽内储存相同或不同的抛光液。
2.根据权利要求1所述的硅片加工装置，其特征在于，所述抛光液为羟基乙叉二膦酸抛光液、含磷酸的抛光液或含硫酸的抛光液。
3.根据权利要求1所述的硅片加工装置，其特征在于，所述各套电化学抛光装置具有数个抛光腔室。
4.根据权利要求1所述的硅片加工装置，其特征在于，所述每个抛光腔室内设置有两个或两个以上喷嘴，所述喷嘴的大小和形状不同。
5.根据权利要求1所述的硅片加工装置，其特征在于，所述机台内配置有两套电化学抛光装置，其中一套电化学抛光装置的抛光液槽内储存羟基乙叉二膦酸抛光液，另一套电化学抛光装置的抛光液槽内储存含磷酸的抛光液。
6.根据权利要求1所述的硅片加工装置，其特征在于，所述机台内配置有两套电化学抛光装置，其中一套电化学抛光装置的抛光液槽内储存含磷酸成分较高而甘油成分较少的抛光液，另一套电化学抛光装置的抛光液槽内储存含磷酸成分较少而甘油成分较高的抛光液。
7.—种娃片加工方法,其特征在于,使用如权利要求1?6中任一项所述的娃片加工装置，该方法包括:使硅片依次在机台的各电化学抛光装置内进行电化学抛光处理，其中各电化学抛光装置内配置相同或不同的抛光液。
【文档编号】H01L21/67GK104440513SQ201310432624
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】王坚, 贾照伟, 王晖 申请人:盛美半导体设备（上海）有限公司