JP2002541655A - メッキ並びに研磨する方法及び装置 - Google Patents

メッキ並びに研磨する方法及び装置

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anode
polishing
plating
pad
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ウゾー、シプリアン・エメカ
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    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Abstract

(57)【要約】 【課題】電材料を半導体ワークピースの表面にメッキ／堆積し、次にこのワークピースの表面を研磨する方法並びに装置を提供する。 【解決手段】これは、単一の装置に複合チャンバ（１００，２００）を与えることにより達成される。一方のチャンバ（１００）は、導電材料をメッキ／堆積するために使用され、他方のチャンバ（２００）は、半導体基板を研磨するために使用され得る。メッキ／堆積処理は、ブラシメッキもしくは電気化学機械堆積を使用することによりなされ、研磨処理は、電界研磨もしくは化学機械研磨によりなされ得る。本発明は、また半導体基板（２）に導電材料を間欠的に与え、またこのような導電材料が基板（２）与えられていないときに、基板を間欠的に研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板上の導電材をメッキ（plating）並びに研磨（polishing
）するための方法並びに装置に関する。特に、本発明は、単一の装置を使用して
、導体基板上の導電材料を最初にメッキし、次に研磨するための方法並びに装置
に関する。さらに、本発明は、導電材料を半導体基板に間欠的に与え、このよう
な導電材料が半導体基板に与えられていないときに、基板を間欠的に研磨するた
めの方法並びに装置に関する。また、本発明は、新規なパッド集合体を使用して
、基板表面上に導電材料をメッキ／堆積並びに／もしくは研磨する方法並びに装
置を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路や装置の製造における従来の処理工程は、メッキ装置を使用して。半
導体ウエハの表面上の金属層をメッキすることを含んでいる。代表的には、ウエ
ハの表面は、予めエッチングされて、多くのホール並びに／もしくはトレンチを
有している。ウエハのメッキの１つの結果は、これらホールやトレンチに導電材
料を均一に充填することである。しかし、空隙が生じないように、ホールやトレ
ンチに導電材料を均一に充填することは、非常に困難なことである。このような
空隙が存在すると、動作特性が低く欠陥のある装置となることが知られている。
このようなメッキ工程の後に、研磨工程が、ウエハ上がほぼ平坦な面となるよう
に、研磨装置を使用して、代表的に行われている。
【０００３】 種金属層の上に導電材料でウエハの表面をメッキをすることは、半導体工業に
おいて広く適用され、また重要である。伝統的には、アルミニウムや他の金属が
、半導体チップを形成している多くの金属層の１つとしてメッキされている。し
かし、最近では、半導体チップ上での相互接続のために、銅の堆積が注目されて
いる。これは、アルミニウムに比較して銅は、電気抵抗が低く、半導体チップを
放熱が少なくて高速で動作させることを可能にし、かくして、チップの容量並び
に効率で非常に有効となるからである。さらに、銅は、アルミニウムよりも良い
導電体として知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
サブミクロンのホールやトレンチ中への銅の薄いメッキ膜は、ＵＬＳＩチップ
処理では、特に、フィチュアーサイズが５対１以上のアスペクト比で０．２５μ
ｍ以下のときには、非常に難しくなってきている。一般的な化学蒸着堆積が、シ
リコン基板にエッチングで形成されたホールやトレンチを充填するために使用さ
れている。しかし、このような処理は、ＵＬＳＩ技術のための発展並びに一体的
相互接続にとってコストが非常に高くなる。
【０００５】 従って、より高精度で、有効コストで、半導体基板への導電材料の信頼性のあ
る適用が必要である。 本発明の目的は、導電材料を半導体ワークピースの表面にメッキ／堆積し、次
にこのワークピースの表面を研磨する方法並びに装置を提供することである。 本発明の他の目的は、ブラシメッキもしくは電気化学的機械堆積を使用して、
導電材料を半導体ワークピースの表面にメッキ／堆積し、次に、電界研磨もしく
は化学機械研磨を使用して、このワークピースの表面を研磨する方法並びに装置
を提供することである。 本発明の更なる目的は、導電材料をメッキ／堆積し、ワークピースの表面を研
磨するために、単一の装置で複合チャンバを有する方法並びに装置を提供するこ
とである。 更なる目的は、導電材料をメッキと堆積との両者をし、かつワークピースの表
面を研磨するために、新規なパッド集合体を有する方法並びに装置を提供するこ
とである。 さらなる目的は、パッド、もしくはワークピースの表面と直接接触させる他の
態様なしで、ワークピースの表面上に導電材料をメッキ／堆積する方法並びに装
置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の前記並びに他の目的は、単一の装置内で、互いに非常に接近した別々
のメッキ工程と研磨工程とを果たすことにより得られる。第１のチャンバが、ワ
ークピースの表面へと、電解液から導電材料をメッキ／堆積するのに使用され得
る。これは、円筒状のアノード上に設けられたパッドを提供し、かつパッド上に
供給された電解液もしくはパッドを使用して、ワークピースの表面に導電材料を
与えることにより、達成される。 メッキを果たす装置は、アノードとカソードとを有し、ワークピースがアノー
ドから所定距離離間される。円筒状のアノード上に装着されたパッドは、第１の
軸を中心として回転し、ワークピースは、第２の軸を中心として回転し、電解液
からの金属は、電位差がワークピースとアノードとの間に与えられたときに、ワ
ークピースに堆積される。 代わって、メッキチャンバは、カソードもしくはワークピースから離間された
アノードプレートを有し得る。アノードプレートとカソードとにパワーが与えら
れたときに、メッキチャンバ内の電解液が、ワークピースの表面上に導電材料を
堆積するために使用される。
【０００７】 研磨チャンバ内で、パッドがワークピースの表面を研磨するために、別の円筒
状のアノードもしくは円筒状のローラ上に設けられている。研磨は、電界研磨も
しくは化学機械研磨方法を使用して果たされ得る。ワークピースの表面の研磨は
、ほぼ平滑な面を形成しながら、ワークピースの所定領域への導電材料の付着を
好ましくは防止する。 本発明は、ワークピースの表面をメッキ／研磨するのに使用され得るユニーク
なアノードーパッド集合体を有する新規なアノード集合体を与える。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態が図１ないし図１２を参照して以下に説明される
。上述したように、従来の処理は、ホール並びにトレンチ内に導電材料を与える
ために、異なるとき、もしくは多くの異なる半導体チップを有する半導体ウエハ
の面の他の所望の場所で、異なる装置を使用している。従って、高品質の半導体
集積回路装置を製造するために必要な設備コストは、非常に高い。
【０００９】 本発明は、コンタクト、ビア、並びにトレンチ中並びに面上に導電材料をメッ
キ／堆積するためと、ウエハ面を研磨するためとに同じ装置を使用することを可
能にする異なる実施の形態を意図している。本発明は、如何なる導電材料が使用
されるけれども、導電体として銅を使用し、高いアスペクト比でサブミクロンの
ヒューチャ（オーダ）を有するＵＬＳＩ集積回路の製造するのに使用するのに適
している。
【００１０】 さらに、半導体ウエハは、本発明の好ましい実施の形態を説明するために使用
されるが、平面パネルもしくは磁気フイルムヘッドのような他の半導体ワークピ
ースが、本発明に従って使用され得る。
【００１１】 図１は、ビアが形成されるウエハ２の断面図である。半導体技術で知られてい
るように、ビアは、異なる回路層を電気的に接続する導電材料である。図１に示
されるように、ビアは、下方の導体層４と上方の導体層６を、絶縁材料１０を間
に介在させて接続することができる導体８を含む。本発明は、複合層の集積回路
チップの如何なる金属層に対してなされることが理解される。
【００１２】 図２並びに図３は、夫々本発明の第１の好ましい実施の形態の斜視図並びに断
面図である。図２並びに３において、導電材料、好ましくは銅が、第１のチャン
バ１００からの電解液１１を使用してビアホール、トレンチ並びに／もしくはウ
エハの所望の領域に与えられるけれども、第２のチャンバ２００内での所望の領
域への導電材料の蓄積は、コンタクト、ビアホール並びにトレンチではなく、ウ
エハ面になされる電気研磨もしくは化学機械研磨により、防止されるか、最小に
される。第１のチャンバ１００は、所定の隔壁６０により、第２のチャンバ２０
０から分離されている。
【００１３】 前記第１並びに第２のチャンバ１００，２００は、夫々、符号２４で示すよう
に第１の軸を中心として回転する円筒状のアノード２０，２２上に設けられた円
形もしくは矩形の機械的パッド１６，１８と、符号２８で示すように第２の軸を
中心として回転するウエハ２を有するウエハヘッド集合体２６とを有する。この
ウエハヘッド集合体２６は、ウエハ２の中心領域がメッキ並びに研磨され得るよ
うに、矢印３０の方向へと側方に全体的に移動されるようになっている。前記円
筒状のアノード２０，２２は、軸２４を中心として回転するように、シャフト３
２，３４に夫々接続されている。図示するように、ウエハ２は、後で詳述するよ
うに、機械的パッド１６，１８により覆われている領域内で回転する。この領域
は、中に電解液１１を収容したチャンバ１００，２００内である。単一のウエハ
への処理として示されているけれども、複数のウエハヘッド集合体２６が本発明
で使用され得ることは、理解される。
【００１４】 図３に示されるように、ウエハヘッド集合体２６は、キャビティを備え、非導
電体で、好ましくは円形のチャック３６を有し得る。前記キャビティは、好まし
くは、中心で２ないし３ｍｍの深さであり、図示しない載置パッド（resting p
ad）を含み得る。ウエハ２は、ウエハ２が使用中にウエハヘッド集合体２６に対
して静止することが確実なように、通常の形式の搬送もしくは真空機構を使用し
て、載置パッドに裏面から装填される。ウエハヘッド集合体２６の外周に配置さ
れたＯ―リングもしくは他のゴム形式シールのような非導電性の留めリング４０
と、カソードコンタクト電極３８とは、夫々、ウエハ２のエッジを押圧して、ウ
エハ２をこの位置に保持させる。かくして、留めリング４０の下であるチャック
３６に押圧されるウエハ２の全後側は、電解液を含む如何なる並びに全ての溶液
から保護される。他の一般のウエハヘッド集合体が、本発明に係れば使用され得
る。
【００１５】 上述したカソードコンタクト３８の代りに、電界が、リング導体を使用してウ
エハに与えられ得る。さらに、ウエハに電界を与える他の方法が、本発明に係れ
ば使用され得る。例えば、液状導体、もしくは導電材料でコーティングされ膨張
可能なチューブが、本発明に係れば使用され得る。本発明に従って必要な電界を
与えるために使用される液状導体もしくは導電性チューブの例が、本発明の譲受
人が所有の米国特許出願No．09／283，023，Atty．Dkt．＃42486／0253036，ent
itled “Method And Apparatus For Forming an Electric Contact Wi
th a Semiconductor Substrate”に開示されている。この内容は、参照とし
て積極的に含まれ得る。
【００１６】 本発明に係れば、第１のチャンバ１００は、メッキのために使用され得、また
、第２のチャンバ２００は、研磨のために使用され得る。これら２つのチャンバ
１００，２００は、互いに交換して使用され得、第１のチャンバ１００は、研磨
のために使用され、第２のチャンバ２００は、メッキのために使用され得る。前
述したように、第１のチャンバ１００は、メッキのための第１のアノード集合体
１２を有し、また、第２のチャンバ２００は、電解研磨のための第２のアノード
集合体１４を有する。電位は、アノード２０と、アノード２２と、ウエハ２とに
印加される。２つの円筒状のアノードに電界を与えるための如何なる既知の方法
が、本発明で使用され得る。この分野で知られているように、２つの円筒状アノ
ード２０，２２の各々に印加される電位の大きさの相違は、どのアノードがメッ
キのために使用され、どのアノードが電解研磨のために使用されるかを決定する
。
【００１７】 電解液１１は、この液１１がパッド１６，１８と接触するまで、２つのチャン
バ１００，２００の底の開口５０から流される。さらに電解液１１は、チャンネ
ル５４への側方開口５２を介して底の開口５０へと循環される。電解液１１は、
入口チャンネル（図示せず）を介してリザーバ（図示せず）から第１並びに第２
のチャンネル１００，２００へと最初に供給される。
【００１８】 第１のチャンバー１００内で、円筒状のアノード２０とカソードのウエハ２と
の間の第１の電位差は、電解液１１の中の金属をパッド１６を介してウエハ上に
メッキを果たすことを可能にする。また、第２のチャンバ２００内で、ウエハの
研磨は、円筒状のアノード２２とカソードウエハ２との間の第２の電位差により
なされる。
【００１９】 本発明のメッキ処理は、ブラシメッキ方法もしくは電気化学堆積方法を使用し
て実施され得る。“電気化学機械堆積”方法のさらに詳しい説明は、本発明の譲
受人が所有の米国特許出願No．09／201，929，entitled “Method And Appar
atus For Electro Chemical Mechanical Deposition”に開示されている。
この内容は、参照として積極的に含まれ得る。
【００２０】 本発明の研磨方法は、後で詳述されるように、電界研磨もしくは化学機械研磨
により実施され得る。動作において、ローラ形状の機械的パッド１８は、ローラ
サンダーが壁から塗料を除去するのと類似の方法でウエハを研磨することは、評
価されるであろう。
【００２１】 研磨チャンバ２００内で、機械的パッド１８は、如何なるときでも、ウエハ７
の部分を研磨するような、サイズを有し得る。また、１もしくは複数の駆動集合
体（図示せず）が円筒状のアノード２０，２２を回転するように設けられ得る。
かくして、機械的パッド１６，１８は、メッキと研磨とが必要とされているウエ
ハ２の部分に、夫々接触される。これら機械的パッド１６，１８は、ポリウレタ
ンのような、非導電体で多孔性の材料で好ましくは形成されている。また、これ
ら機械的パッド１６，１８は、円筒形であることが好ましいが、ウエハを効果的
にメッキ並びに／もしくは研磨できるかぎりは、他の形状でも良い。
【００２２】 図４並びに図５は、本発明の第２の好ましい実施の形態の斜視図並びに断面図
である。この第２の好ましい実施の形態はもまた、ウエハ２のメッキのための第
１のチャンバ３００と研磨のための第２のチャンバ４００とを有する。第１のチ
ャンバ３００は、中央の隔壁４６０により第２のチャンバ４００から分離されて
いる。
【００２３】 図５に示されるように、前記第１のチャンバ３００は、このチャンバ３００の
底にアノードプレート３０６を有する。チャンバ３００の底にアノードプレート
３０６を取着するためか、底に形成するための既知の方法が使用され得る。電解
液１１は、ドレインチャンネル３０２を介して底の開口３０４へ、もしくはアノ
ードプレート３０６を介して循環される。
【００２４】 前記第２のチャンバ４００は、ウエハ２の化学機械研磨（ＣＭＰ）のために、
円筒状のローラ４０４上に設けられた機械的パッド４０２を有する。シャフト４
０６が、符号４０８で示すように、軸を中心としてローラ４０４を回転するため
に使用されている。ＣＭＰは、基板表面の機械的バッファリングで絶縁体や金属
のような半導体層の化学的除去を組合わせた、材料の平滑化（平坦化）処理であ
る。ＣＭＰは、ウエハ表面の全体的なへ平滑化を果たし得る。例えば、ウエハ製
造処理の間に、ＣＭＰは、複合レベルの相互接続設計で形成されたプロフィール
を研磨するために、度々使用される。
【００２５】 本発明の第２の好ましい実施の形態に係る動作において、装置では、電源を使
用して、負の電位をカソードコンタクト３８に、そして、正の電位をアノードプ
レート／シエード３０６に夫々印加される。電流が両電極間に流れると、電解液
中の金属がウエハ２の表面上に堆積される。
【００２６】 このような堆積の後に、機械的パッド集合体４１２を使用して、ウエハ２の機
械化学研磨が行われる。研磨剤もしくはスラリーが、ウエハ２を研磨するように
、スラリーチャンネル４１０を介して研磨パッド４０２に供給され得る。第２の
チャンバ４００を第１のチャンバ３００から分離している中心隔壁４２０は、ス
ラリーが第１のチャンバ３００に入らないように充分な高さを有していることが
必要である。スラリーがメッキ用のチャンバに入ることを防止するための他の既
知の方法が、本発明で使用され得る。機械的パッド集合体４１２は、機械的パッ
ド４０２の研磨もしくは擦り機能により、堆積を望まないウエハ２の表面上に金
属が永久的に堆積されることを実質的に防止する。従って、金属、即ち、銅が、
ビアホール、トレンチ、もしくは同様の堆積が望まれる個所に堆積され、ウエハ
の表面もしくはフイールド領域のような望まない領域への堆積が防止される。
【００２７】 ウエハヘッド集合体２６が、前記機械的パッド集合体４１２と面しており、制
御された力で下方に押し下げられる。このウエハヘッド集合体２６は、図２並び
に図３を参照して説明されたものと類似しており、既知のモータにより駆動され
るスピンドル（図示せず）を使用して、符号２８で示すように軸を中心として回
転される。また、このウエハヘッド集合体２６は、ウエハ２の中心領域がメッキ
並びに研磨され得るように、矢印３０の方向へと側方に移動されるようになって
いる。
【００２８】 本発明は、パッドの動きにより生じる機械的振動（pulsing）は、充分な振動
を生じさせるので、パルス発生電源（pulse generating power supply）の必
要性を減じることができる。この機械的振動は、パッドがウエハに対して動かさ
れるのに従って、ウエハがパッドと接触することにより発生される。この機械的
振動の効果は、振動能力を備えた電源の必要性が無く、グレインサイズの改良と
銅膜の一体性の改良とを果たすことである。
【００２９】 本発明の範囲は、前述した第１並びに第２の実施の形態のメッキ方法と研磨方
法とを互いに交換させることを意図していることが判るであろう。例えば、第２
の好ましい実施の形態のＣＭＰ方法は、第１の好ましい実施の形態の電界研磨方
法と交換可能である。同様に、第１の実施の形態の研磨方法は、第２の実施の形
態の研磨方法と交換可能である。
【００３０】 本発明の２つの実施の形態のみが詳細に説明されたが、本発明は、本発明の目
的を達成するために、種々のメッキ方法ならびに研磨方法を使用する如何なる数
のチャンバを有することが意図されている。例えば、中央のチャンバが研磨のた
めに使用され、左右のチャンバが夫々メッキと堆積のために使用され得る３つの
チャンバが本発明では使用され得る。
【００３１】 図６ないし９に示されたような本発明は、半導体基板に導電材料を間欠的与え
ると共に、導電材料が基板に与えられる前に基板を間欠的に研磨するための方法
並びに装置を示している。導電材料を間欠的に与える場合、本発明は、電流が流
されたときに導電材料がワークピースに与えられ得るように、ワークピースとア
ノードとの間に電位差を有する電流を流す。
【００３２】 図６並びに図７は、本発明に係る第１のアノード集合体の斜視図並びに断面図
である。このアノード集合体５００は、ワーンピース８０２に対してメッキと研
磨との両方を果たすためのユニークなアノードパッド機構を有する。複数のスト
リップからなるパッド５０２のが、パッド５０２がアノード５０４の外面から突
出するように、円筒状のアノード５０４に取着、接着もしくは形成されている。
電力が、円筒状のアノード５０４とカソードワークピース８０２とに印加される
。そして、円筒状のアノード５０４が第１の軸５１０を中心として回転され、ま
た、ワークピース（カソード）８０２が第２の軸５１２を中心として回転される
のに従って、ワークピース８０２は、アノード５０４がワークピース（カソード
）８０２にこれらの間にパッドが介在されないで面したときにメッキされ、また
、パッド５０２がワークピース８０２と機械的に接触したときに研磨される。さ
らに、ワークピース８０２は、必要であれば、矢印５２０で示されるように、ワ
ークピースヘッド集合体（図示せず）により側方に移動されるようになっている
。このようなユニークなメッキと研磨とは、ワークピースの表面に対してパッド
５０２のブラッシングによりなされる機械的研磨と、アノード、電解液並びにワ
ークピース形状から果たされる金属のメッキとにより、アノード集合体５００で
行われる。
【００３３】 図８並びに図９は、本発明に係る第２のアノード集合体を示す斜視図並びに断
面図である。このアノード集合体６００は、またワークピース８０２に対してメ
ッキと研磨との両方を果たすためのユニークなアノード−パッド機構を有する。
このアノード集合体６００は、中心に開口６０６を有するドーナッツもしくは円
板形状に形成されている。パッド６０２の前記ストリップは、パッッド６０２が
アノード６０４の面から突出するように、アノード６０４上に設けられている。
電力が、アノード６０４とカソードワークピース８０２とに印加され、そして、
アノード６０４が第１の軸６１０を中心として回転され、ワークピース８０２が
第２の軸６１２を中心として回転されるのに従って、ワークピース８０２は、ア
ノード６０４がワークピース８０２にこれらの間にパッドが介在されないで面し
たときにメッキされ、また、パッド６０２がワークピース８０２と機械的に接触
したときに研磨される。上述したように、このようなユニークなメッキと研磨と
は、ワークピースの表面に対してパッド６０２のブラッシングによりなされる機
械的研磨により、アノード集合体５００で行われる。このアノード集合体６００
の直径、即ち、サイズは、ワークピース８０２の直径、即ち、サイズよりも短く
ても良い。
【００３４】 図６ないし９に示されたアノード集合体の動作の間、電解液もしくは他の溶液
が、アノード５０４，６０４近くに位置されたリザーバ（図示せず）から機械的
パッド５０２，６０２へと導入される。１つの特別な実施の形態において、アノ
ード５０４，６０４は、アノード５０４，６０４の中心内の通路を含むチャンネ
ルと、アノード５０４，６０４に形成された孔とを有し、これらチャンネルと孔
とでアノードとカソードとの間の間隙に供給される溶液の流路を形成し得る。代
わって、電解液は、前述した方法に従った他のチャンネルを介して、アノード集
合体上に直接吐出され得る。 さらに、図７に示されるように、電解液は、ワークピースの周りに形成された
非導電体のチャンバ５３０内に収容され得る。前述したように、Ｏ−リング並び
に他の従来の構造体が、この実施の形態のチャンバ５３０内に溶液を収容するの
に使用され得る。 本発明に係れば、実施の形態において、機械的作用が、ウエハ表面の不必要な
領域上へとの導体の望ましくない形成を防止するのに使用されるので、除去剤（
leaving agent）の必要性が減じられ得るか、一般に使用されるのより小さいパ
ーセンテージで必要とされ得る。 更なる実施の形態において、図６ないし９に示された新規なアノード集合体は
、ワークピース表面上に導電材料を、この表面を研磨することがなく、主として
メッキ／堆積させるように使用され得る。これは、パッドもしくは他のフィチュ
アーが、電解液のマストランスファー（electrolyte mass transfer）を改良
するように、ワークピース表面の近くでのみ使用される。
【００３５】 例えば、図１０は、本発明に係る”近接メッキ（proximity plating）装置並
びに方法を示す断面図である。図１０は、中に電解液１１が収容された非導電性
のチャンバ７００を示す。このチャンバ７００は、複数のストリップからなるパ
ッド５０２か、円筒状のアノード５０４上に設けられるかこれに形成された他の
固定フィチュアー（fixed feature）、即ち、固定された所定形状の突出部かを
備えたのアノード集合体５００を有する。動作の間、ストリップ状のパッド５０
２が、符号５１０で示すように軸を中心として回転され、かつワークピース８０
２から離間される（ストリップ状のパッド５０２は、ワークピース８０２とは直
接接触しない）ときに、ワークピース８０２は、電解液１１を使用してメッキさ
れる。アノード５０４とストリップ状のパッド５０２とは、電解液１１が連続し
てワークピース８０２に供給されてかかり、かくしてアノード集合体５００、電
解液並びにワークピース（カソード）８０２を通る閉じた電気回路を形成するよ
うに、好ましくは、所定速度で回転される。間隙８００が、約０ないし５ｍｍで
、メニスカス状の電解液を含むときには、非常に高いマストランスファが生じ、
かくして、ワークピース表面上に高品質の金属膜が形成される。さらに、円筒状
のアノード５０４に取着された固定フィチュアーもしくはパッドの形式、形状並
びに構造に応じて、間隙８００は、５ｍｍ以上にされ得る。
【００３６】 ここで説明された実施の形態において、パッドもしくはフィチュアーの固さ、
ワークピースに対するパッドの移動速度に関連して設定される。好ましくは、パ
ッドは、オプションとして、多孔性並びに剛性を有し得る。
【００３７】 本発明は、ワークピースの表面に対するパッドの移動により発生される機械的
振動（mechanical pulsing）は、充分な振動（pulsing）を生じさせるので、パ
ルスを発生させる電源の必要性を減じる。この機械的振動は、パッドがワークピ
ースに対して移動されるのに従って、パッドがワークピースが近づく結果として
発生される。この機械的研磨の効果は、グレインサイズと、コンタクトホール、
ビアホール並びにトレンチ中への充填効率と、銅膜の一体性とを、パルス機能を
備えた電源を必要としないで、改良できることである。
【００３８】 図１１並びに１２は、本発明の改良された実施の形態を説明するのに使用され
。本発明は、またメッキ処理により与えられる導電材料のテキスチャーに有効に
影響を与えることができることが、決定されている。図１１は、上に順次バリア
ー層９０２とエピタシャル種層９０４とが堆積された従来に係る基板９００を示
す。図示されるように、前記種層９０４は、所定の方法で＜１１１＞結晶方位の
ように指向された個々のグレイン９０６により構成されている。従来のメッキ処
理の後、種層上に形成された導電性メッキ層９０８を構成している原子は、グレ
イン９１０を形成するように、全体に渡ってクラスターとなる。これらグレイン
９１０は、下に位置する種層９０４の最初の結晶方位となっている。従って、種
層９０４が＜１１１＞結晶方位を有するのであれば、導電性メッキ層９０８もま
た、同じ方位となる。
【００３９】 上記とは異なり、本発明では、上述したようにメッキと研磨とをすることによ
り、研磨が形成された導電性メッキ層の結晶方位をよりランダムに変更すること
が判っている。図１２の（Ａ）で示されるように、メッキ層９５８（図１２（Ｂ
）に示す）内の第１のレベルの原子への適用において、前述したパッド４０２の
ような研磨具は、第１のレベルの原子を研磨して、この第１のレベルで原子にダ
ングリング結合を生じさせる。かくして、図１２（Ｂ）に示されるように、この
レベルの上に与えられる次のレベルの原子は、第１のレベレの原子と同じように
は形成されない。研磨作用により、原子は、原子のクラスターとして自然に形成
されるグレインが全体に渡ってこれらが形成されるであろうテクスチャーとは異
なるテクスチャーを有するように、なることが判っている。代表的には、このテ
クスチャーは、自身でよりランダムとなるようにふるまう。このようなグレイン
９６０が、図１２（Ｂ）に示されている。かくして、メッキ層９５６は、種層と
は同じ結晶方位を有さないであろう。
【００４０】 処理が繰り替えされ、メッキ処理が続けられ、形成されたグレインが研磨され
るのに従って、メサキ層９５８は、グレインレベルでランダム性が大きくなり、
かくして、メッキ層は、より均一な特徴を有するようになる。 種層９０４上に形成される原子の最初の少数の層は、研磨され得、これは、結
果としてのグレインパターンを効果的に変えることが判っている。また、メッキ
処理全体に渡って与えられた原子を研磨し続けることが可能であり、これは、こ
の効果を増し続けることになる。 上記実施の形態のみが詳細に説明されたけれども、この分野の者が、例示的な
実施の形態の多くの変更が、本発明の新規な技術並びに効果から逸脱しないで可
能であることは、容易に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に係る、導電体が充電されるビアホールを示す図である。
【図２】 図２は、本発明の第１の実施の形態の斜視図である。
【図３】 図３は、本発明の第１の実施の形態の断面図である。
【図４】 図４は、本発明の第２の実施の形態の斜視図である。
【図５】 図５は、本発明の第２の好ましい実施の形態の断面図である。
【図６】 図６は、本発明の好ましい実施の形態に係る第１の新規なアノード集合体の斜
視図である。
【図７】 図７は、本発明の好ましい実施の形態に係る第１の新規なアノード集合体の断
面図である。
【図８】 図８は、本発明の好ましい実施の形態に係る第２の新規なアノード集合体の斜
視図である。
【図９】 図９は、本発明の好ましい実施の形態に係る第２の新規なアノード集合体の断
面図である。
【図１０】 図１０は、本発明の好ましい実施の形態に係る“近接メッキ”装置並びに方法
の断面図である。
【図１１】 図１１は、種々の層と、これら層上に位置されたグレインとを有する基板の断
面図である。
【図１２】 図１２の（Ａ）並びに（Ｂ）は、本発明の好ましい実施の形態に係る導電材料
のテクスチャーに好ましい影響を与えるたるの方法の断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２１ Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｋ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ウゾー、シプリアン・エメカ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95035 ミルピタス、マッキャンドレス・ ドライブ 1645、ナトゥール・インコーポ レイテッド内 Ｆターム(参考） 4K024 BB12 CA15 CB06 CB09 CB26 4M104 BB04 DD52 DD75 5F033 HH11 JJ11 KK01 MM01 PP27 QQ46 QQ48

Claims (39)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ワークピースの表面をメッキをするためのメッキ装置を有す
    る第１のチャンバと、 ワークピースの表面を研磨するための研磨装置を有する第２のチャンバと、 第１のチャンバを第２のチャンバから分離している隔壁とを具備する、半導体
    ワークピースの表面をメッキ並びに研磨する装置。
  2. 【請求項２】 前記メッキ装置は、円筒状のアノード上に設けられたパッド
    により構成されている請求項１の装置。
  3. 【請求項３】 前記円筒状のアノードは、第１の軸を中心として回転される
    ようになっている請求項２の装置。
  4. 【請求項４】 前記研磨装置は、前記第１のチャンバの底近くに設けられた
    アノードプレートを有する請求項１の装置。
  5. 【請求項５】 前記研磨装置は、円筒状のアノード上に設けられたパッドに
    より構成されている請求項１の装置。
  6. 【請求項６】 前記円筒状のアノードは、第１の軸を中心として回転される
    ようになっている請求項５の装置。
  7. 【請求項７】 前記研磨装置は、化学機械研磨装置である請求項１の装置。
  8. 【請求項８】 前記化学機械研磨装置は、円筒状のローラの上に設けられた
    パッドを有する請求項７の装置。
  9. 【請求項９】 前記円筒状のローラは、第１の軸を中心として回転されるよ
    うになっている請求項８の装置。
  10. 【請求項１０】 前記第１並びに第２のチャンバ内に収容された電解液をさ
    らに具備する請求項１の装置。
  11. 【請求項１１】 メッキ処理並びに研磨処理の間、ワークピースを支持する
    ためのワークピース支持体をさらに具備し、このワークピース支持体は、第２の
    軸を中心として回転されると共に、側方に移動されるようになっている請求項１
    の装置。
  12. 【請求項１２】 前記ワークピースは、ウエハ、フラットパネルもしくは磁
    気膜ヘッドである請求項１の装置。
  13. 【請求項１３】 アノードの近くに配置されたワークピースの表面上に供給
    された電解液を使用して、ワークピースの表面上に導電材料をメッキするメッキ
    工程と、 メッキがなされていないときの少なくとも所定の時間の間にワークピースの表
    面を研磨する研磨工程とを具備する、半導体ワークピースの表面をメッキ並びに
    研磨する方法。
  14. 【請求項１４】 前記メッキ工程は、第１のチャンバ内で行われ、また、前
    記研磨工程は、第２のチャンバ内で行われる請求項１３の方法。
  15. 【請求項１５】 前記第１のチャンバと第２のチャンバとは、隔壁により分
    離されている請求項１４の方法。
  16. 【請求項１６】 前記メッキ工程は、ブラシメッキと電気化学機械堆積との
    一方を使用してなされる請求項１３の方法。
  17. 【請求項１７】 前記研磨工程は、電界研磨と化学機械研磨との一方を使用
    してなされる請求項１３の方法。
  18. 【請求項１８】 前記メッキ工程は、研磨工程の前に行われる請求項１３の
    方法。
  19. 【請求項１９】 前記ワークピースは、ウエハ、フラットパネルもしくは磁
    気膜ヘッドである請求項１３の方法。
  20. 【請求項２０】 外面を有する円筒状のアノードと、 この円筒状のアノードの外面から突出するように、円筒状のアノードに設けら
    れた複数のストリップからなるパッドとを具備する、半導体ワークピースの表面
    をメッキ並びに研磨するパッド集合体。
  21. 【請求項２１】 前記円筒状のアノードは、第１の軸を中心として回転され
    るようになっている請求項２０のパッド集合体。
  22. 【請求項２２】 前記パッドがワークピースと接触していないときに、メッ
    キがなされ、また前記パッドがワークピースと接触しているときに、研磨がなさ
    れる請求項２０のパッド集合体。
  23. 【請求項２３】 前記ワークピースは、ウエハ、フラットパネルもしくは
    磁気膜ヘッドである請求項２０のパッド集合体。
  24. 【請求項２４】 上面を有する円板もしくはドーナッ形状のアノードと、 このアノードの上面から突出するように、アノードに設けられた複数のストリ
    ップからなるパッドとを具備する、半導体ワークピースの表面をメッキ並びに研
    磨するパッド集合体。
  25. 【請求項２５】 前記アノードは、第１の軸を中心として回転されるように
    なっている請求項２４のパッド集合体。
  26. 【請求項２６】 前記パッドがワークピースと接触していないときに、メッ
    キがなされ、また前記パッドがワークピースと接触しているときに、研磨がなさ
    れる請求項２４のパッド集合体。
  27. 【請求項２７】 前記ワークピースは、ウエハ、フラットパネルもしくは磁
    気膜ヘッドである請求項２４のパッド集合体
  28. 【請求項２８】 アノードの近くに配置されたワークピースの表面上に供給
    される電解液を使用して、ワークピースの表面上に導電材料を間欠的供給する工
    程と、 この間欠的な供給がなされていないときの少なくとも所定の時間の間にワーク
    ピースの表面を研磨する研磨工程とを具備する、ワークピースの所定領域に電解
    液からの導電材料を堆積させる方法。
  29. 【請求項２９】 前記ワークピースは、ウエハ、フラットパネルもしくは磁
    気膜ヘッドである請求項２８の方法。
  30. 【請求項３０】 外面を有する円筒状のアノードと、 このアノードの外面から突出するように、アノードに設けられた複数のパッド
    ストリップもしくは固定フイチュアーとを具備する、半導体ワークピースの表面
    をメッキするアノード集合体。
  31. 【請求項３１】 前記アノードは、第１の軸を中心として回転されるように
    なっている請求項３０の装置。
  32. 【請求項３２】 前記パッドストリップもしくは固定フィチュアーは、ワー
    クピースの近くに設けられている請求項３０の装置。
  33. 【請求項３３】 前記パッドストリップもしくは固定フィチュアーは、ワー
    クピースから０ないし５ｍｍ離間して設けられている請求項３２の装置。
  34. 【請求項３４】 アノードとワークピースとの間に閉じた電気回路を発生さ
    せながら、第１の軸を中心として回転するアノードを使用して、ワークピースの
    表面上に電解液を連続的に供給する工程と、 アノードとワークピースとの間に電位差を与える工程とを具備する、ワークピ
    ースの表面に電解液からの導電材料をメッキさせる方法。
  35. 【請求項３５】 前記アノードは、外面を有し、この外面には、複数のパッ
    ドストリップもしくは固定フィチュアーが設けられている請求項３４の方法。
  36. 【請求項３６】 前記連続的に供給する工程は、前記複数のパッドストリッ
    プもしくは固定フィチュアーを使用して前記表面の近くに電解液をかけるか動か
    す工程を有する請求項３５の方法。
  37. 【請求項３７】 前記複数のパッドストリップもしくは固定フィチュアーは
    、前記ワークピースの表面の近くに配置されている請求項３５の方法。
  38. 【請求項３８】 上に形成された種層を含むワークピースの所定領域に電解
    液からの導電材料を堆積させる方法であって、 前記アノード近くに配置されたワークピースの表面上に供給される電解液を使
    用して、ワークピースの前記種層上に導電材料を供給する工程と、 供給がなされているときの少なくとも所定の時間の間にワークピースを機械的
    に研磨する工程とを具備する方法。
  39. 【請求項３９】 堆積される導電材料のテキスチャーは、比較的ランダムで
    ある請求項３８の方法。
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