JP2005260224A - 電気化学機械研磨のためのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】低誘電率材料のウエハ上に損傷及び欠陥を引き起こさずにワークピース表面を均一に平坦化し、過剰な導電性皮膜を除去する半導体ウェハの電気化学機械研磨のためのシステムを提供する。
【解決手段】システム２００はウェハ２０６を保持するためのウェハキャリヤ２０４と、電解研磨パッド２０１と、電極に向かって流体をかけるためのシャワーヘッド２２０とを含む。電解研磨パッド２０１は、１つの電極２１０と、電極２０１に取り付けられる１つのパッド材料層２０３とを含む。パッド材料層２０３は、処理液２２３がウェハ２０６の導電性表面と、電極２０１の表面との両方を濡らすことができる開口部２２６を含む。
【選択図】図７Ａ

Description

（関連出願）
本願は、２００４年２月２７日（ＮＴ−３１８Ｐ）に出願された米国仮出願第６０／５４８，２３９号、及び２００４年５月１８日（ＮＴ−３１８ Ｐ２）に出願された米国仮出願第６０／５７２，２９８号から優先権を主張し、現在米国特許第６，６１０，１９０号である２００１年１月１７日（ＮＴ−２００）に出願された米国特許出願第０９／７６０，７５７号の継続出願である、２００３年６月１１日（ＮＴ−２００Ｃ１）に出願された米国特許出願第１０／４６０，０３２号の部分継続出願である。

本願は２００３年３月１８日（ＮＴ−２９１）に出願された米国特許出願第１０／３９１，９２４号の部分継続出願である。

本願は、現在、米国特許第６，４９７，８００号である２０００年１０月１１日（ＮＴ−１０５）に出願された米国特許出願第０９／６８５，９３４号の継続出願である、２００２年１１月２２日（ＮＴ−１０５Ｃ１）に出願された米国特許出願第１０／３０２，２１３号の部分継続出願でもある。

本願は、現在、米国特許第６，１０３，６２８号である１９９８年１２月１日（ＮＴ−００２）に出願された米国特許出願第０９／２０１，９２８号の継続である、現在、米国特許第６，２０７，５７２号である、２０００年５月２２日（ＮＴ−００２Ｃ）に出願された米国特許出願第０９／５７６，０６４号の部分継続出願である、現在、米国特許第６，４６８，１３９号である、２０００年１０月６日（ＮＴ−００２ＣＩＰ）に出願された米国特許出願第０９／６８４，０５９号の部分継続出願である、現在、米国特許第６，４６４，５７１号である、２００１年６月１２日（ＮＴ−２１７）に出願された米国特許出願第０９／８８０、７３０号の継続出願である、現在、米国特許第６，６０４，９９８号である、２００２年９月２０日（ＮＴ−２１７Ｃ１）に出願された米国特許出願第１０／２５２，１４９号の継続出願である、２００２年１１月１５日（ＮＴ−２１７Ｃ２）に出願された、米国特許出願第１０／２９５，１９７号の部分継続出願でもある。

本願は、現在、米国特許第６，１７６，９９２号である、１９９８年１２月１日（ＮＴ−００１）に出願された米国特許出願第０９／２０１，９２９号の分割出願である、２０００年６月２９日（ＮＴ−００１Ｄ）に出願された米国特許出願第０９／６０７，５６７号の継続出願である、２００２年１１月１２日（ＮＴ−００１Ｃ２）に出願された米国特許出願第１０／２９２，７５０号の部分継続出願でもある。

本願は、２００２年１１月４日（ＮＴ−２３４）に出願された米国特許出願第１０／２８８，５５８号の部分継続出願である。

本願は２００２年１０月２８日（ＮＴ−２１５Ｃ１）に出願された米国特許出願第１０／２８２，９３０号の部分継続出願でもある。

本願は、現在米国特許第６，４１３，３３８号である、２０００年２月２３日（ＮＴ−１０２）に出願された米国特許出願第０９／５１１，２７８号の分割出願である、２００２年５月２３日（ＮＴ−１０２Ｄ）に出願された米国特許出願第１０／１５２，７９３号の部分継続出願である。

本願は、２００２年４月５日（ＮＴ−２１４）に出願された米国特許出願第１０／１１７，９９１号の部分継続出願である。

本願は、２００１年９月２０日（ＮＴ−２０９）に出願された米国特許出願第０９／９６０，２３６号の部分継続出願でもある。前記特許出願及び特許はすべて全体として参照によりここに組み込まれる。

本発明は概して半導体集積回路技術に関し、さらに詳細には電解研磨又は電解エッチングのプロセス及び装置に関する。

従来の半導体デバイスは一般に、半導体基板、通常はシリコン基板、及び複数の連続して形成された誘電層及び導電材料から作られる導電線又は相互接続を含む。相互接続は通常、誘電層の中にエッチングされたトレンチの中に導電材料を充填することにより形成される。集積回路内では、相互接続ネットワークの複数レベル（多層）は該基板表面に対して横方向に広がる。様々な層で形成される相互接続はビア又は接点を使用して電気的に接続できる。

ビア、トレンチ、パッド又は接点などの形状の中への導電材料の充填は、電着によって実施できる。電着方法又は電気鍍金方法では、銅などの導電材料がこのような形状を中に含む基板の表面上に付着される。次に、上面を平坦化し、上面から過剰な金属を除去するために材料除去方法が利用され、導電材料を形状、つまり空洞内だけに残す。この目的のために最も一般的に使用される標準的な材料除去方法は化学機械研磨（ＣＭＰ）である。化学エッチング、電解エッチング又は電気化学エッチングとも呼ばれる電解研磨、及び電気化学機械研磨又はエッチングは、銅の除去に対する魅力的なプロセスオプションでもある。銅は、その低い抵抗率及び優れたエレクトロマイグレーション特性のために、相互接続用途にとっては現時点では一般的に好まれる材料である。

標準的な電気鍍金方法は、数マイクロメートルより大きい幅の形状などの大きな形状の上で一様に（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｌｙ）付着できる銅の層を生じさせ、平らではないメッキ済みのウェハ表面微細構成を生じさせる。図１は、銅鍍金ステップの後の例示的な構造を示している。基板１０は、高いアスペクト比のトレンチなどの小さな形状１２、及び大きなトレンチ１４を含んでいる。形状１２、１４は誘電層１６の中に形成されている。基板１０は半導体ウェハの例示的な一部である。誘電層１６は上面１８を有する。誘電体の該形状及び表面１８は、銅の付着の前にバリア（ｂａｒｒｉｅｒ）／グルー（ｇｌｕｅ）もしくは接着（ａｄｈｅｓｉｏｎ）層２０及び銅シード（ｓｅｅｄ）層２２でコーティングされる。バリア層２０は、Ｔａ、ＴａＮ、又は銅付着に対するバリアとして一般的に使用されるあらゆる他の材料の組み合わせから作られてよい。特別に設計されたバリア層の場合、シード層に対するニーズはない可能性があるが、シード層２２はバリア層２２上に付着される。シード層２２を付着した後に、銅がその上に適切な鍍金浴から電着され、銅の層２４を形成する。

ＣＭＰ、エッチング又は電解研磨を利用して過剰な銅を除去した後に、銅の層２４の平らではない表面微細構造は、表面から過剰な導体が除去されるにつれて平坦化され、導体を平らな上面の形状の中だけに残す。前述されたように、標準的な電気鍍金方法は大きな形状、及び過剰材料除去ステップの間に平坦化される必要のある平坦ではないワークピース表面上に一様な付着物を生じさせる。

まとめて電気化学機械付着（ＥＣＭＤ）方法と呼ばれる新規に開発された電着方法は、導体付着の間にウェハ表面に近接するパッド、研磨パッド、マスク又はスイーパ（ｓｗｅｅｐｅｒ）などのＷＳＩＤ（ワークピース表面影響デバイス：ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）を活用する。鍍金の間のＷＳＩＤの作用は、ワークピース表面上の最大の形状の上でさえ平らな表面微細構成を備える、平坦な付着物を生じさせる。このような平坦な付着物は図１の層２６として図示されている。このような平らな付着物からの銅などの過剰な導電材料の除去は、材料除去ステップの間のさらなる平坦化を必要としない。したがって、ＣＭＰ、電解研磨又は電解エッチング、化学エッチング及び電気化学機械研磨の方法は、このケースでは平坦且つ一様な方法で過剰な材料を除去するためにすべてうまく利用されてよい。

電解研磨方法及び装置においては多くの進展がなされてきたが、依然として、表面に低い力をかけ、特に低誘電率材料の高性能なウェハ上に損傷及び欠陥を引き起こさずにワークピース表面を均一に平坦化し、ワークピース表面から過剰な導電性皮膜を除去する電気機械除去方法に対するニーズがある。

以下にさらに詳細に説明されるように、本発明は半導体ウェハの表面上に付着される導電材料層を電解研磨する又は電解エッチングする、あるいは電気化学的、機械的に研磨するための方法及びシステムを提供する。実施形態に従ったプロセスは、印加電位、及びプロセス所要時間の少なくとも一部の間に、導電性表面に物理的に接する研磨パッド又は電解研磨パッドを使用して導電材料上で電解研磨を実行する。

該プロセスは、実施形態に従って該電解研磨パッドを使用することにより、該導電性材料の該電気化学的且つ機械的な研磨及び除去を達成する。該電解研磨パッドは処理液の存在下で該導電性表面上で該電気化学プロセスを達成するために少なくとも１つの電極を備える。開口部のあるパッド層が該電極上に設置され、機械的に該除去プロセスを補助する一方で、該電極が該ウェハの該導電性表面に接するのを防ぐ。

該電解研磨パッドは、それが処理中に移動するため、流体クッションにより支えられているベルトとして形成されてよい。代わりに、電解研磨パッドは立体プラットホームにより支えられる標準的なパッドであってよい。標準的なパッドのケースでは、該パッドは好ましくは処理中に移動せず、該立体プラットホームに取り付けられてよい、又は取り付けられなくてよい。該電解研磨パッドが一方向に又は双方向に直線状に移動してよいベルトとして形造られる場合には、空気圧などの流体圧力が該電解研磨パッドの裏面にかけられ、該パッドが移動するにつれて、該パッドの該研磨表面を該ウェハの該導電性表面に向かって押してよい。

ここで、類似した符号が類似したパーツを指す図面が参照される。図２は本発明の電解研磨システム１００を示している。該システム１００は、電解研磨パッド１０２及び該システム１００を使用して電解研磨される表面１０８のあるウェハ１０６を保持するためのキャリヤ１０４を備える。この実施形態では、該ウェハ１０６の該表面１０８は、図１に図示される該導電層などの電気鍍金された導電層を含んでよい。該キャリヤ１０４は直線運動又は軌道運動で垂直に又は横方向にウェハ１０６を回転、移動してよい。

該ウェハ表面１０８上の該銅つまり導電層は、使用される該付着プロセスに応じて平坦な層又は平坦ではない層であってよい。例えば、電気化学機械付着プロセス（ＥＣＭＤ：ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）は、前述されたように、空洞を備えるウェハ表面上に平坦な銅付着物を生じさせる。電気化学付着プロセス（ＥＣＤ：ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）は、図１に図示されるように、一般的には平坦ではない銅付着物を大きな空洞上に生じさせる。該銅の層が平坦ではない場合、特定の実施形態の該電気化学機械研磨又は平坦化の方法は、それが該ウェハ表面１０８から該不要な過剰部分を除去するにつれて該銅層を平坦化する能力を有している。

該電解研磨パッド１０２は、該ウェハ１０６の該表面１０８上での電気化学機械研磨の実行を可能にする該システム１００の該部分である。該電解研磨パッド１０２は電極１１０及び該電極１１０の上部に配置される研磨層１１２を備えてよい。任意で、絶縁層１１４が該電極１１０の下に配置され、それを他のシステム構成部品から電気的に絶縁してよい。該絶縁層１１４は、高分子材料などの可撓絶縁材料から形成されてよい。

図２に図示される該システム１００の該実施形態では、支持プレート１１３が該電解研磨パッド１０２を支えている。該支持プレート１１３は、硬いポリマー、ステンレス鋼等を含むがこれらに限定されるものではない、該システム１００の化学的な環境に耐性を有する任意の材料から形成されてよい。さらに詳しく後述されるように、該電解研磨パッド１０２は該支持プレート１１３とともに移動してよい、あるいは移動機構を使用して該電解研磨パッド１０２と該支持プレート１１３の間に相対的な運動が確立されてよい。後者のケースでは、該電解研磨パッド１０２はベルト形電解研磨パッドとして形造られてよい。

該電極１１０は金属などの導体から作られてよく、好ましくは可撓且つ薄い導電性のプレート又は膜として形造られる。例えば、ステンレス鋼、黄銅、銅等の繊維が該電極１１０として使用されてよい。該電極１１０は黒鉛（グラファイト）又は導電性のポリマー層、あるいは導電材料でコーティングされた層であってもよい。該電極プレートは、単一部品から作られる連続性のもの、あるいは複数の部品から構成される不連続性のものであってよい。この実施形態では、該研磨層１１２は、３Ｍ、ミポックス（Ｍｉｐｏｘ）及びロデル（Ｒｏｄｅｌ）などの研磨パッド製造メーカにより供給される、ポリマー又は固定研磨ＣＭＰ研磨パッド材料などの研磨パッド材料から作られている。該研磨層１１２は、その下に該電極１１０の該表面の部分を露呈する開口部１１６を含んでよい。したがって、該開口部１１６を充填する処理液１１８が該電極１１０の該露呈部分を濡らす又は接する。該処理液１１８は好ましくは液路１１９又は処理液供給タンク（図示せず）に連結されている複数の液路を通して電解研磨パッド１０２の上に送達される。

図３Ａ及び図３Ｂに図示されるように、研磨層１１２の開口部１１６は、穴又はスリットとして形造られてよい。穴は円形、長円形、正方形、あるいは他の任意の幾何学的形を有してよい。同様に、スリットは互いに平行又は平行ではなく、連続又は不連続、均一又は不均一な幅となってよい。スリットが直線的な壁のあるスリット、あるいは傾斜した壁のあるスリットとして形成されてよいことが理解されるであろう。開口部１１６は電解研磨の均一性を改善するために該研磨パッド１０２全体で互い違いに形成されてよい。このようなパッドの例は、本発明の譲受人により所有され、全体が参照によりここに組み込まれる「多目的な材料処理装置のためのパッド設計及び構造（Pad Designs and Structures For a Versatile Materials Processing Apparatus）」と題される米国特許第６，４１３，３８８号、及び２００１年９月２０日に出願された「マスクプレート設計（Ｍａｓｋ Ｐｌａｔｅ Ｄｅｓｉｇｎ）」と題される同時係属米国特許出願第０９／９６０，２３６号に記載されている。

特定の実施形態に従って、研磨層１１２は開口部を含む場合がある、あるいは含まない場合がある多孔質材料層から作られてよい。このケースでは、多孔質の研磨層は電解研磨溶液で飽和され、該溶液を該ウェハ表面１０８と該電極１１０の間に保つ。該研磨層に送達されるとき、該処理液１１８は該電極１１０に接する処理液１１８のプールを形成する。該パッドの厚さは４ミル（ｍｉｌｓ）から４００ミルの間で変化してよい。該研磨層１１２は実際には該ウェハ１０６の方を向く上部の研磨層を含む多層構造であってよい。該研磨層の下では、他の副層（ｓｕｂ−ｌａｙｅｒ）あるいは柔らかな材料又は海綿状（ｓｐｏｎｇｙ）の材料を備える層があってよい。超低誘電率の誘電層でウェハを処理するために特に適したこのようなパッド構造は、本発明の譲受人によって所有され、全体が参照によりここに組み込まれる、２００２年５月２３日に出願された「低力電気化学機械付着方法及び装置（Low Force Electrochemical Mechanical Deposition Method and Apparatus）」と題される米国特許出願第１０／１５５，８２８号に開示されている。

図２を参照し直すと、該ウェハ１０６の該電極１１０及び該表面１０８は電源１２０の該端末に接続されている。実施形態では、該ウェハ１０６の該表面１０８は該処理液１１８に接するように引き下げられるため、該電源１２０によって該表面１０８と該電極１１０の間に電位差がかけられる。該ウェハ１０６の該表面１０８が、研磨上面を有する該研磨層１１２、及び該電極１１０に接触している該処理液１１８に物理的に接するにつれて、処理中、該ウェハ１０６は好ましくは回転され、横方向に移動される。該処理期間の少なくとも一部の間に該表面１０８と該電極１１０の間に電位差が印加されるに従い、電解研磨が該ウェハ１０６の該表面１０８上で実行される。

この応用例では、電解研磨は、該表面１０８を陽極処理してから、酸化物及び／又は他の化合物などの不動態化材料を備えてよい、該陽極処理された表面層の少なくとも一部分を除去するために機械的に研磨し、それにより該表面１０８から該材料を除去することを含むプロセスとして説明されている。該表面１０８の陽極処理は、該電極１１０と該導電性表面１０８の間に電位差がかけられるにつれて、該表面１０８を該電極１１０に対してさらに陽極にすることにより達成される。該プロセスの間、逆パルス電圧を含む、ＤＣ電圧、可変電圧、又はパルス電圧を印加することが可能である。

図４は、それが電解研磨プロセスの間に該ウェハ表面１０８に適用されるときの、該電解研磨パッド１０２の一部の詳細な図を示している。該電極１１０の導電性の表面領域１２２は該研磨層１１２内の該開口部１１６により露呈される。これらの露呈された表面領域は該電極１１０の活性表面１１２と呼ばれるであろう。該処理液１１８は該開口部１１６を充填し、該活性表面１２２及び該ウェハ１０６の該表面１０８の両方との接触を確立する。該ウェハ１０６の該表面１０８と該電極１１０の間に電位が印加されると、プロセス電流が、該電極１１０の該活性表面１２２と該ウェハ１０６の該表面１０８の間の該開口部１１６を充填する該処理液１１８を通過する。該研磨層１１２の表面１２４は、研磨材料を含んでよい、あるいは含まなくてよい。該研磨層１１２の該表面１２４は、好ましくは該電解研磨プロセスの間の少なくとも一時期該ウェハ１０６の該表面１０８に接する、あるいは掃引する。

前述されたように、該電解研磨プロセスの間、該電解研磨溶液１１８の存在下での該電極１１０と該ウェハ１０６の該導電性表面１０８の間の印加電位差により、該パッド１０２に接する該ウェハ１０６の該上面１０８から該酸化され、陽極処理された、あるいは不動態化された層を除去するために該電解研磨パッド１０２で同時に研磨される該表面１０８の電気化学酸化又は陽極処理が引き起こされる。該パッド１０２により接触されない該空洞領域は、このような領域からの材料の除去を減速する不活性化層を含んでいる。掃引されていない空洞に比較して該掃引された領域からのより高速な材料の除去が、図１に図示されるもののような該構造を平坦化する。該処理液１１８は、該表面酸化物つまり不活性化層の効率的な除去を補助するために、例えば０．１から５重量パーセントのアルミナ、セリア、又はシリカの粒子などの研磨粒子を含んでよい。

それぞれの実施形態は、電解研磨パッド１０２内の電極１１０構造を活用することが理解されるであろう。該電極１１０構造は活性表面１２２として該研磨層１１２内の該開口部１１６を通して露呈される。該説明された実施形態においては、これらの露呈された部分１２２は実質的に平坦な表面として示されているが、それらは、それらの高さが該研磨層１１２の該表面１２４を越え、それらを該ウェハ１０６の該表面１０８に物理的に接触させない限り、該研磨層開口部内に設置されるブラシ、ロッド、ビーズなどの多くの形状及び大きさで構成されてよい。電子化学機械プロセスで使用される多様な電極設計の例は、本発明の譲受人により所有され、全体が参照によりここに組み込まれる、「電解エッチングシステム及びプロセス（Electroetching System and Process）」と題される、２００３年３月１８日に出願された米国特許出願第１０／３９１，９２４号に記載されている。

図５及び図６は、処理中に移動するベルト電解研磨パッドとして設計されてよい該電解研磨パッド、あるいは支持プレート上に固定されてよい電解研磨パッドの多様な実施形態を示している。例えば、図５は、ウェハ３０４の表面３０２と接触している電解研磨パッド３００の実施形態を示している。該電解研磨パッド３００は、組にされ、互いから離され、研磨層３１０と絶縁層３１２の間に配置される陰極電極３０６及び陽極電極３０８を備える電極層を備えている。この実施形態では、該絶縁層３１２はそれらを互いから電気的に隔離するために該電極３０６、３０８の間の空間も充填する。該研磨層３１０の開口部は陰極電極及び陽極電極３０６と３０８を露呈し、好ましくは該電解研磨パッド３１０上で計量配分される処理液で充填される。該ウェハ３０４の該表面３０２への該陽極電流は陽極電極３０８に接する該処理液を通して与えられ、陰極電極３９６に接する該処理液を通して該表面を離れる。このように構成された陽極−陰極組のそれぞれは、該プロセスの間それらの間に電解研磨電位を印加するために少なくとも１つの電源３１６に接続されている。

図６は、ウェハ４０４の表面４０２と接している電解研磨パッド４００の別の実施形態を示している。該電解研磨パッド４００は、互いから離されている複数の部分４０６、４０８、及び４１０を有する電極層を備えている。該部分４０６から４１０は、研磨層４１２と絶縁層４１４の間に配置されている。該電極部分４０６から４１０は、各部が該ウェハ４０４の該表面４０２上の対応する同心位置の該電解研磨を担当するように、互いの周りに同心状に配置されてよい。該ウェハ４０４の該表面４０２上のこのような同心位置は該ウェハ４０４の端縁領域及び中心領域である。区分された電極は、該ウェハ表面４０２からの材料除去の均一性を制御するために使用できる。この実施形態では、該絶縁層４１４はそれらを互いから電気的に分離するために該電極部分４０６から４１０の間の空間も充填する。該区分された電極４０６から４１０は、好ましくは該パッド４００の上で計量配分される処理液４１８で充填される、該研磨層４１２内の該開口部４１６により露呈される。該ウェハ表面４０２に対する電気接触は、該ウェハ４０４の端縁領域に接する表面接点４２０を使用して行われてよい。該表面接点４２０は、電力制御装置を含む電源装置４２２に接続されてよい。各電極部分４０６から４１０も、それぞれ電極接点４２４、４２６及び４２８を使用して該電源装置４２２に接続される。該電源装置４２２は、該ウェハ表面４０２からの材料除去の均一性を制御するために該プロセスの間それぞれの電極に可変電流を提供することができる。該電源装置４２２は、該電極層の各部分に１つ、又は複数の単一の電源又は複数の電源を備えてよい。

前述されたように、電解研磨パッドが移動ベルトとして設計されていない場合には、それは支持プレートに取り付けられ、支持プレート上に固定されてよい。代わりに、該パッドは該支持プレートに取り付けられなくてよいが、単に該プレートによって支えられてよい。両方のケースにおいて、該ウェハは該電解研磨パッドに押し付けられ、好ましくは回転され、該プロセス中、横方向に並進されてよい。このような設計では、該電解研磨パッドとともに該支持プレート１１３も回転されてよく、それ以外の場合には該ウェハに対して移動されてよい。このようなプロセスは、本発明の譲受人により所有され、全体として参照によりここに組み込まれる、「電気化学機械付着のための方法及び装置（Method and apparatus for electro-chemical mechanical deposition）」と題される米国特許第６，１７６，９９２号に例示されている。

システム要件に応じて、該支持プレート１１３は、該電解研磨パッド１０２の下に、図２の矢印「Ａ」で描かれている空気流を提供してよい、あるいは提供しなくてよい。さらに完全に後述されるように、例えば、電解研磨パッドが該支持プレートに対して移動するベルトとして設計される場合、空気流は好ましくは該ベルト形状の電解研磨パッドを該ウェハの該表面に向かって押し、該移動するベルトと該支持プレート間の摩擦を最小限に抑える、又は排除するために使用される。代わりに、空気流が存在せず、該ベルト形状の電解研磨パッドと該支持プレートの間に物理的な接触及び相対的な運動がある場合には、該研磨パッドと該支持プレートの間の界面では、テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）（登録商標）などの低摩擦材料が使用されてよい。該ベルトの該裏面の上に、それを流体源から横切って設置し、該流体源から該ベルト形状の電解研磨パッドの下面又は裏面に流体の流れを適用することにより、力をかけることも可能である。後述されるように、この流体源がシャワーヘッドと呼ばれる。該シャワーヘッドと該ベルト形状の電解研磨パッドの間には固定された間隙が確立され、該ベルト形状の電解研磨パッドの該裏面上に空気のような流体を流すことにより、該ベルト形状の研磨パッドは該ウェハ表面に向かって押される、あるいは動かされる。研磨ベルトの裏面に流体を適用するためにシャワーヘッドを使用する１つの例示的なシステムは、本発明の譲受人により所有され、全体として参照によりここに組み込まれる、「材料除去プロファイルを制御するための化学機械研磨方法及び装置（Chemical Mechanical Polishing Method and Apparatus for Controlling Material Removal Profile）」と題される２００４年１月２１日に出願された米国特許出願第１０／７６１，８７７号に説明されている。

図７Ａ及び図７Ｂは、支持プレート又はシャワーヘッドのどちらかを備えたベルト形状の電解研磨パッド又はベルトパッドを使用するシステムを例示している。これらのシステムでは、好ましくは、該ベルトパッドと該支持プレート又は該シャワーヘッドの間に相対運動が確立される。図７Ａは支持プレート１３４により支えられるベルトパッド１３２を使用する電解研磨システム１３０を描いている。電解研磨されるウェハ１３６はウェハキャリヤ１３８によって保持されている。該ベルトパッド１３２は、該支持プレート１３４上の移動機構（図示せず）によって直線状に移動される。このシステムでは、例えば空気流などの流体流れが該支持プレート１３４を通して提供されるかどうかに関係なく、該ウェハ１３６に対する研磨作用を可能にするために、該支持プレート１３４と該ベルトパッド１３２の間に相対運動が確立できる。前述されたように、空気流は、該ウェハ表面が該ベルトパッド１３２によって研磨される間に、該支持プレート１３４内の該開口部１４０を通して該ベルトパッド１３２の該裏面に送達されてよい。代わりに、該ベルトパッド１３２は、該支持プレート１３４上で静止のまま保たれてよい、あるいは該開口部を通して吸引を適用することにより該支持プレート１３４上で固定されてよい。

図７Ｂは、該空気流又はシャワーヘッド１５４からの流体流れにより押されるベルトパッド１５２を使用する電解研磨システム１５０の別の実施形態を示している。該ベルトパッド１５２は、該ベルトパッド１５２と該シャワーヘッド１５４の間に空隙「Ｇ」が形成されるように該シャワーヘッドの上面１５５から固定距離、離して設置される。電解研磨されるウェハ１５６はウェハキャリヤ１５８により保持される。該ベルトパッド１５２は、該空気流が該ベルトパッド１５２の該裏面に適用されている間に、該シャワーヘッド上で移動する機構（図示せず）により好ましくは直線状に移動される。このシステム１５０では、ウェハ１５６に対する研磨作用を可能にするために、該空気流が該シャワーヘッド１５４を通して該空隙「Ｇ」に供給されるにつれて、該シャワーヘッド１５４と該ベルトパッド１５２の間に相対運動が確立できる。空気流は、該ウェハ面が該ベルトパッド１５２により研磨される間に、シャワーヘッド１３４内の該開口部１６０を通して該ベルトパッド１５２の該裏面に送達される。

図７Ｃに図示される該実施形態に示されるように、該シャワーヘッド１５４の該上面１５５は緩衝器（ｂｕｆｆｅｒ）１６２を含んでよい。該緩衝器１６２は、圧縮自在の材料層又は該間隙「Ｇ」を充填する可膨張式ブラダー（ｉｎｆｌａｔａｂｌｅ ｂｌａｄｄｅｒ）等であってよい。該緩衝器１６２は、該ウェハ１５６が該ウェハキャリヤ１５８によって該ベルトパッド１５２上で押されるため、該ウェハ表面の該研磨を高める。該緩衝器１６２は、流体流れが活用される場合には、該流体も該緩衝器を通って流れることができるように、該シャワーヘッド１５４内の該開口部に相当する開口部１６４を有してよい。空気流又は流体流れが活用されない場合には、力は該緩衝器１６２によって該ベルトパッド１５２にかけられてよい。

図８Ａから図１４は、該ベルトパッドとシャワーヘッドの組み合わせの多様な実施形態を例示している。当初、図７Ｂに説明されている該一般的なシステムは、ここで図８Ａから図８Ｃに関連してさらに詳しく説明される。明確にする目的で、図８Ａから図８Ｃを説明するために、参照符号の新しい組が使用される。図８Ａから図８Ｃは、ベルト電解研磨パッド２０１又はベルトパッドを使用する電解研磨システム２００を示している。該ベルトパッド２０１は、前面２０２及び裏面２０３を備えている。図８Ａに図示されているように、横図では、該システム２００は、処理される表面２０８でウェハ２０６を保持するためにウェハキャリヤ２０４をさらに備える。該ウェハ２０６の該表面２０８は、図１に図示されるものに類似している形状を充填する導電層を備えてよい。

この実施形態では、該ベルトパッド２０１は、すべて図２から図４に関連して説明される電極２１０又は電極層、研磨層２１２及び任意の絶縁層２１４を備える。該絶縁層は使用されてよい、あるいは使用されなくてよいことに注意する必要がある。該研磨層２１２内の開口部は該電極層２１０の活性面２１８を露呈する。したがって、この実施形態では、電極の該研磨層２１２及び該活性面２１８が該前面２０２を形成し、該絶縁層２１４の該裏面が該ベルトパッド２０１の該裏面２０３を形成する。該ベルトパッド２０１は、該キャリヤヘッド２０４とシャワーヘッド２２０の間に配置され、ローラなどの支持構造２２２により支えられ、伸ばされる。該ベルトパッド２０１は、移動機構（図示せず）によって一方向に直線状又は双方向に直線状のどちらかで該ローラ２２２上を移動する。該ベルトパッド２０１は多様な方法で必要な大きさにされ、形造られてよい。したがって、該ベルトパッドは該移動機構により双線的に（ｂｉ−ｌｉｎｅａｒｌｙ）移動できる短いベルトパッド部分として製造されてよい。代わりに、該ベルトパッドは供給スプール上にある長いベルトとして製造されてよく、該供給スプールと巻き取りスプールの間で引き伸ばされてよい。特定のプロセス所要時間の後に、該ベルトパッドは好ましくは前進され、該巻き取りスプールに巻き付けられる。別の実施形態に従って、該ベルトパッドは無限ループとして製造されてよい。

電解研磨用の処理液２２３は好ましくは溶液路２２４から該ベルトパッド２０１に送達される。しかしながら、該ベルトパッド２０１が双方向で、又は例えば図８Ａの左右になど逆直線状に移動する場合には、一方の路が該ウェハ２０６の右側に位置し、他方の路が該ウェハ２０６の左側に位置するように、２つの処理液路が好ましい。該シャワーヘッド２２０からの空気流２２５は、該ウェハ２０６の該表面２０８に対して該ベルトパッド２０１を動かすために与えられる。空気は、該シャワーヘッド２２０内で穴２２６を通して流され、空気供給装置（図示せず）から供給されてよい。該シャワーヘッド２２０が、複数のフローゾーンを備えてよく、空気流が多様なゾーンで多様な速度で与えられてよいことに注意する必要がある。したがって、様々なゾーンに対応する該ウェハ表面２０８にかかる圧力は、最適除去速度制御のために変えられてよい。該ウェハ２０６の該表面２０８に対する電気接続は、該ウェハ２０６が移動するときに、あるいは該表面接点２２８と該ウェハ表面２０８の間の相対運動が与えられるときに、該表面２０８の該端縁に触れる表面接点２２８を使用して行われてよい。

該電極２１０に対する電気接続は電極接点２３０を使用して行われてよい。図８Ｂから図８Ｃに関して説明されるように、電極接点２３０は、絶縁層が該ベルトパッド構造で利用される場合には、好ましくは該絶縁層内の開口部を通して該移動電極２１０に直接的に接するか、あるいは該電極に取り付けられる拡張部品に触れることによって間接的に接してよい。どちらの場合でも、該電極２１０と該電極接点２３０の間の相対運動が与えられる。接点２３０が該処理領域から離れた該電極２１０に取り付けられ、それが双方向で前後に該ベルトパッド２１０とともに移動する場合には、該電極接点２３０が該電極２１０上で摺動する必要はないであろう（つまり、相対運動はない）。表面接点及び電極接点２２８、２３０は導電性のブラシ、ローラ、シリンダ、ワイヤ、可撓箔、又はシム等から作られてよい。

一実施形態では、電気接点２３０は、それらは代わりに他のシステム構成部品によっても支えられてよいが、該シャワーヘッド２２０の該端縁に沿って支えられてよい。言うまでもなく、該シャワーヘッド２２０が導電材料から作られている場合、該接点２３０は該シャワーヘッド２２０の該本体から電気的に隔離される。

図８Ｂは、該ローラ２２２上に設置される該ベルトパッド２０１の平面図であり、該ウェハ２０６及び該シャワーヘッド２２０の該位置が示されている。図８Ｂは、該ウェハ２０６に該表面接点２２８の位置を、及び該ベルトパッド２０１に電極接点２３０も示す。該ベルトパッド２０１に対する複数の電気接点２３０が利用されてよいことに注意する必要がある。さらに、該ウェハ２０６に対する接触は、その前縁領域で又はその斜面で、あるいは該ウェハ２０６の該表面２０８上の該導電材料が該斜面まで伸びるか、あるいは該ウェハ２０６の該後縁領域に対し包み込む場合にはその後縁領域でさえも行われてよい。図８に図示されるように、該ウェハ２０６の直径は該研磨ベルト２０１の幅より大きいため、該ウェハ２０６の該回転する導電性表面２０８の露呈された端縁部には該表面接点２２８が連続して接触する。電気接触が該ウェハ２０６の後端縁領域で行われる場合は、該研磨ベルト２０１の幅は該ウェハ２０６の直径より大きく作られるであろう。

図８Ｂから図８Ｃに図示されるように、この実施形態では、該表面接点２２８は該ベルト２０１の両側の該ウェハ２０６の該端縁に触れるために、該ベルトパッド２０１の両側に沿って配置される。該表面接点２２８のこの両側構成は後文に両面表面接点と呼ばれる。電極接点２３０は、該電極２１０に対し電気を伝達するために点で描いた片として示される電極拡張部品２３２に触れる。代わりに、該絶縁層２１４は該ベルトパッド２０１の該構造に含まれない場合があり、そのケースでは該シャワーヘッド２２０に向かい合う該電極層の実質的には全体的な該裏面２３６が露呈している。これにより裏面全体が任意の点での電気接続に使用可能になる。

前断面で図８Ｃに図示されているように、該拡張部品２３２は該電極２１０と接し、該絶縁層２１４に設置されている。該電極接点２３０は、該ベルトパッド２０１が移動するにつれて該拡張部品２３２に触れる。また、図８Ｃにも図示されるように、該両面表面接点２２８が該ウェハ２０６の該表面２０８の該端縁に触れている。該両面表面接点２２８及び該電極接点２３０の両方とも、それらの間に電位差を適用する電源２３４に接続されている。

本発明のそれぞれの実施形態が、それらが触れている表面が運動中である又はその逆である間に、該プロセス電流を送達するあるいは受け取る電気接触を活用することが理解されるであろう。電気化学又は電気化学機械プロセスの間にウェハの表面の表面又は端縁領域に触れる電気接触の例は、以下に示す米国特許及び公開されている米国出願に記載されており、そのすべては本発明の譲受人により所有され、全体として参照によりここに組み込まれる。つまり、「金属鍍金の間に半導体ワークピースの表面に電気接触を提供する装置（Device Providing Electrical Contact to the Surface of a Semiconductor Workpiece During Metal Plating）」と題される米国特許第６，４９７，８００号、（該表面の全面電気化学機械処理のためのウェハの該表面に触れる電気接触を開示している）「全面電気鍍金又は電解研磨のためのウェハ表面に電気接触を行うための方法及び装置（Method and Apparatus for Making Electrical Contact to Wafer Surface for Full-Face Electroplating or Electropolishing）」と題される米国特許第６，４８２，３０７号、（該表面の全面電気化学機械処理のためのウェハの表面の端内領域に触れる電気接触を開示している）「基板上の最小端縁排除を用いる均一膜の電着のための方法及び装置（Method and Apparatus For Electrodeposition of Uniform Film with Minimal Edge Exclusion on Substrate）」と題される米国特許第６，６１０，１９０号、及び（電気接触の多様な実施形態を開示する）「電解処理プロセスのために電気接触を提供するための方法及びシステム（Method and System to Provide Electrical Contacts for Electrotreating Process）」と題される米国特許出願公開第２００３／００８９５９８号である。

図８Ａから図８Ｃを参照すると、該ウェハ２０６の該表面２０８の例示的な電解研磨プロセスに従って、該ウェハ２０６は好ましくは回転され、任意で該ベルトパッド２０１の該前面２０２に近接して横方向に移動する。空気流が該ベルトパッド２０１の該裏面２０３に適用される間に、該ウェハ表面２０８は、電解研磨プロセスを通して、あるいは該プロセスの間の一時期に、研磨層２１２によって掃引されてよい。該ベルトパッド２０１は、前述されたように、該電解研磨溶液２２３がその上に送達される間、前述されたように、好ましくは直線状に移動する。電解研磨電位は、該ウェハ表面２０８の電解研磨を実行するために該電源２３４によって、該ウェハ表面２０８と該電極２１０の間に印加される。

図８Ａから図８Ｃに関して前記に例示されたように、該ウェハ表面２０８への電気接続は、通常、該電解研磨パッド又はベルトパッド２０１の長い側面の該２つの端縁に沿って該ウェハ表面２０８に触れる、該両面表面接点２２８を通して行われる。

代替表面接点構成は、ここで図９Ａから図９Ｂに関して説明される。図９Ａから図９Ｂは、それぞれ平面図及び側面図で、電極５０３及び研磨面５０５の付いた研磨層５０４を有するベルトパッド５０２上で保持されるウェハ５００を示している。該ウェハ５００の該導電性表面５０６は、処理液５１０として電解研磨され、例えば電解研磨溶液は該ベルトパッド５０２に送達される。該研磨層５０４は多孔質であってよい、あるいは図９Ａから図９Ｂでは明確にするために図示されていない開口部を有してよい。該処理液５１０は、該研磨層５０４の開口部又は孔を充填し、電解研磨の間に、導電性である該溶液５１０を通して、該ウェハ５００の該導電性面５０６に該電極５０３を電気接続する。

１つ又は複数の表面接点５０８は、該ウェハ５００が該研磨層５０２上で回転され、該表面５０６が電解研磨又は平坦化されるにつれて、それらがその側面でのみ該ウェハ表面５０６の該端縁に触れることができるように、好ましくは該ベルトパッド５０４の片側に隣接して位置する。該表面接点５０８のこの構成は単一側面表面接点と呼ばれる。電解研磨の分野で周知であるように、該ウェハ表面５０６は電解研磨又は平坦化のために電極５０３に比較してより陽極にされる。この実施形態の該片面表面接点構成は、電気接触が行われる端縁領域と、該表面５０６の該中心／真中の領域との間のあらゆる小さな材料除去差異を（両面表面接点２２８に比較して）緩和してよい。このような差異は、電子研磨プロセスのための端縁領域でのさらに低い材料除去速度を生じさせてよい。その理由は、該表面５０６の該端縁にある接点５０８に触れる非常に限られた領域が、間欠的に該側面接点５０８により接触される該研磨面上の該プロセス領域を離れるためである。したがって、該ウェハ表面５０６のこの部分は、それが該研磨面から遠ざかっている短い期間中は処理されない。これにより、該中心に比較して該端縁領域からより少ない材料除去を引き起こすことがあり、それはつねに該研磨層の該プロセス領域上であり、中断なしで電解研磨される。

前述されたように、一実施形態では、該ベルトパッド５０２は、供給スプールからリリースされ、格納スプールによりピックアップされてよい、あるいはそれは無限ループであってよい。この実施形態では、該ベルトパッド５０２は、一方向で又は双方向で線形に動いてよい。前記実施形態に説明されたように、該ベルトパッド５０２は、導体又は絶縁体から作られてよいシャワーヘッド５１０上に設置される。該シャワーヘッド５１０からの流体流れは、該ウェハ５００の該表面５０６に逆らって該ベルトパッド５０２を動かすために使用されてよい。該シャワーヘッド５１０の該表面は圧縮自在の層、あるいは該ベルトパッド５０２が層を含んでいない場合には緩衝器層を含んでいてよい。このような圧縮自在層は、該ベルトパッド５０２を該ウェハ表面に向かって所定の力で動かすためにも使用されてよい。該表面５０６の該電解研磨処理は、該ベルトパッド５０２のプロセス領域上で発生する。該プロセス領域は、該ウェハ５００の処理のために使用される該ベルトパッド５０２の研磨面の所定の長さである。所定数のウェハ５００を処理するために該ベルトパッド５０２の該プロセス領域を使用した後、該プロセス領域は、該保管スプール上で使用済み部分を取り上げる一方で、該供給スプールから未使用のベルト部分をリリースすることによって交換できる。

該ベルトパッド５０２は、該ウェハ５００の処理中に増分的に前進してもよい。パッド調整は、該パッド５０２の該研磨層上で使用されてよい、あるいは使用されてなくてよい。代わりに、該プロセス領域は、一方向の直線運動が該ベルトに分与される、つまり該ベルトパッド５１２がループの形を取る場合にベルト全体であってよい。該ベルトパッド５０２が双方向で線形に移動する場合は、該ウェハ表面５０６との接触を行う該ベルトパッド５０２の該部分が該プロセス領域を画定する。前述されたように、該ベルトパッド５０２の該研磨層は開口部又はチャネルを含んでよい。該開口部又はチャネルは、材料除去速度及び除去プロファイルに影響を及ぼすために、特定のパターンに構成されてよい。該ベルトパッド５０２の各所定のプロセス領域長は、材料除去速度に影響を及ぼす同じ開口部パターン又は異なるパターンを有してよい。例えば、開口部の第１のパターンを備える第１のプロセス領域を有するベルトパッド５０２は、第１の除去速度で銅を除去する。同様に、第２の開口部パターン付きの該ベルトパッド５０２の第２のプロセス領域は、第２の除去速度で該材料を除去する。該開口部パターンは、該除去プロファイルにも影響を及ぼす。通常、大きい開口部の方がさらに多くの化学プロセスのさらに高い除去速度を生じさせる。さらに多くの機械プロセスの場合、該代替が当てはまってよい、つまりさらに大きな研磨層部分を備える領域がより高い速度で材料を除去できる。特定のパターンを使用して、除去プロファイルを制御し、端縁高、中心高、又は均一除去プロファイルを提供することができる。

本発明の一実施形態では、ウェハ内の該端縁と該中心領域の間の該材料除去差異は、該ベルトパッドの該開口部、好ましくは変化するサイズ及び形状の開口部のサイズ及び形状を制御することにより緩和又は排除されてよい。該開口部は前述されたように多様なサイズ及びパターンで構成されてよい。図１０は、該下にある電極面６０６を露呈してよい開口部６０４を有する研磨面６０２を備える研磨層６０１を含む、ベルトパッド６００を示している。この実施形態では、表面接点６０８は片面接点構成内にある、つまり該ウェハ５００の該表面の端縁と電気的な接続を確立するために、該ベルトパッド６００の片側に位置する。該ウェハ５００は、任意で保持、回転され、図を簡略化するために省略されるキャリヤヘッドにより少量、横方向に移動してよい。

該開口部は、図１０に図示されるように、第１のサイズの開口部６０４Ａ、第２のサイズの開口部６０４Ｂ、及び第３のサイズの開口部６０４Ｃなどの複数のサイズを有してよい。描かれている実施形態においては、該第１のサイズの開口部６０４Ａは、それらにより最高の材料除去が可能となるように最大である。該第２のサイズの開口部６０４Ｂは、該電解研磨の間に該ウェハ５００の該表面の該端縁からの材料除去を増加し、該端縁領域の前述された不連続電解研磨のために除去されない量を補償するために、該第３のサイズの開口部６０４Ｃより大きく作られている。該第２の開口部６０４Ｂからの材料除去速度は、第３の開口部６０４Ｃより高い。したがって、該研磨層は、該第２のサイズの開口部６０４Ｂが該回転するウェハ表面の該端縁の該経路上に設置されるように設計される。さらに、図１０に図示されるようにｙ方向に該ウェハを移動することにより、該ウェハ５００の該端縁は、該ウェハ端縁にある該除去速度をさらに加速するために、なおさらに大きな開口部、つまり第１のサイズの開口部６０４Ａに露呈されることがある。

この実施形態では、該ウェハ表面からの材料除去の制御は、様々なサイズの開口部を利用することにより達成される。その結果として、該材料が該表面から除去されるにつれて、均一な電解研磨プロファイルが該ウェハ５００の面全体の上で取得される。図１０の該パッドの該開口部の該形状及び組織は、本発明の該原則を記述するためにすぎないことが注意されなければならない。この実施形態では、該開口部は、電解研磨均一性を強化するために該研磨パッド全体で互い違いに形成されてよい。このようなパッド開口部設計の例は、本発明の譲受人により所有され、全体として参照によりここに組み込まれる、「多目的な材料処理装置のためのパッド設計及び構造（Pad Designs and Structures For a Versatile Materials Processing Apparatus）」と題される上述した米国特許第６，４１３，３８８号、及び２００１年９月２０日に出願された「マスクプレート設計（Ｍａｓｋ Ｐｌａｔｅ Ｄｅｓｉｇｎｓ）」と題される同時係属中の米国特許出願第０９／９６０，２３６号に記載されている。均一な処理のための開口部は穴、スリット又は他の形状の形をしてよい。この実施形態又は以下の実施形態では、支持プレート、シャワーヘッド又は研磨溶液の使用は図９Ａ及び図９Ｂに関して説明される実施形態に類似している。

前記実施形態では、表面接点は通常ベルトパッドの隣のシステム構成要素上で固定されている。以下の実施形態に描かれている該表面接点はこの制限を克服し、有利なことに該ベルトパッドの該研磨層に近接して配置される。図１１に描かれているように、例示的なベルトパッド６５０の別の実施形態は両面埋め込み表面接点６５２、つまり該研磨層６５４の両方の長い側面に沿って伸張する埋め込み表面接点を有してよい。該埋め込み表面接点６５２は、該ベルトパッド６５０の該電極６５９から電気的に離されている該ベルトパッド６５０の両側に沿って取り付けられる、薄い可撓性の導電性の片から作られてよい。図１２Ａに示されているように、側面図では、該ウェハ５００の該表面が該研磨層６５４の該研磨表面６５５に近接してもたられると、該ウェハ５００の該端縁は該埋め込み表面接点６５２上に部分的に位置する。該表面が図１２Ｂに図示されているように該研磨層６５４上に配置されるので、該埋め込み表面接点６５２と電源６５６の間に電気接続が確立される。該電極６５９は該電源６５６にも接続される。図１２Ａから図１２Ｃでは、該研磨層６５４内の開口部は図を簡略化するために省かれる。

導電性のブラシなどの接着部材６５８は、該表面接点６５２を該電源６５６に接続するために使用されてよい。ブラシ６５８は、電解研磨プロセスの間、該埋め込み表面接点６５２と該端末電源６５６の間に物理的且つ電気的な接続を確立する。代わりに、図１１に例示されるように、電気は、フィンガ、ローラ、ブラシ、ピン等の電気接触６６２を使用する上部から該埋め込み表面接点６５２に結合されてよい。

図１２Ａを参照し直すと、この表面接点構成を用いると、該ウェハ５００の該表面５０６が該ベルトパッドの該研磨層６５４の上面から所定の距離に設置されると、該ウェハ５００の該表面の該端縁と、該埋め込み接点６５２の間の電気的な接続は、それらの間での処理液を通して確立されてよい。このケースでは、該埋め込み表面接点６５２及び該ウェハ５００の該表面に物理的に接することなく、該埋め込み接点６５２と該ウェハ５００の該表面の間の電気接続が発生する。

図１２Ｃは、該処理液を通して該ウェハ表面との電気接続を確立するために、該研磨層６５４の該上面の高さの下に配置されてよい埋め込み表面接点６６０の別の例を示している。この実施形態では、該ウェハ５００の該表面は該研磨領域により研磨されるので、該導電性表面に対する電気接続は該処理液を通して提供され、該埋め込み表面接点６６０と該表面５０６の該端縁の間にメニスカスを形成する。図１１から図１３に関して説明されている実施形態では、該ベルトパッドは、好ましくは均一な除去のために最適化される多様なサイズの開口部を備えてよい。図１０に説明される原則に留意し、さらに大きな開口部が該ウェハ５００の該表面５０６の該端縁の該経路に沿って設置され、該ウェハ５００の該表面の該端縁領域と該中心領域の間の材料除去差異を補償する。

図１３は、研磨面７０４の片側に位置する片面埋め込み表面接点７０２を有するベルトパッド７００の実施形態である。この実施形態では、該埋め込み表面接点７０２は前述された埋め込み表面接点６５２が機能する方法で機能するが、該接点は該研磨パッドの片側にある。代わりに、図１２Ｃに説明されている方法は、該片面接点に適用することができ、それらは該溶液を通して電気接続のために該研磨層の該上面又は研磨表面の高さの下に設置されてよい。該プロセスの間、電気接続のために該埋め込み表面接点７０２上に該ウェハ５００の該表面の該端縁の少なくとも一部を保つ間に、該ウェハをｙ方向で移動又は走査することによって、該端縁領域からの該材料除去が増加される。

図１４は、図１０及び図１３に関連して説明される実施形態のハイブリッド構造を示している。この実施形態では、該ベルトパッド７５０は、７５２Ａ、７５２Ｂ及び７５２Ｃなどの開口部７５２を備える。該ウェハ５００の該表面への電気接続は、片面表面接点７５４及び片面埋め込み表面接点７５６を使用して確立されてよい。該プロセスの間、該表面接点７５４及び埋め込み表面接点７５６が、該ウェハ５００の運動に応じて、それらだけでともに使用できる。例えば、該ウェハ５００が該大きな開口部７５２Ａに該ウェハ５００の該表面の該端縁を露呈するためにｙ方向で移動すると、埋め込み表面接点７５６だけが該ウェハ表面に対する電気接続を確立するために使用できる。前述の実施形態で説明されたように、電気接続のために該埋め込み表面接点７５６上に該ウェハ５００の該表面の該端縁の少なくとも一部を依然として保ちながら、ｙ方向で該ウェハを移動又は走査すると、該端縁領域からの該材料除去はさらに増加する。

前述された実施形態は、同じ電気化学機械処理モジュール内で実行できる電気化学機械研磨及び化学機械研磨を備える、材料除去プロセスを提供する。このツーステップのプロセスは図１５に図示されている構造に適用できる。図１５は銅の層９０１を有する基板９００を示す。該銅の層９０１の過剰部分９０２は該プロセスの実施形態を使用して除去される。該除去部分９０２は図１５に図示されるように非均一層、つまり平坦な層であってよい。該基板９００は図１５に図示されるように、その中に形成される形状９０３及び９０４を備える。該基板９００は半導体ウェハ上に形成される誘電層であってよい。該形状９０３は、ビアなどの高アスペクト比空洞であり、いわゆる高密度アレイを形成する。高密度アレイは通常、形状、好ましくは、該ウェハの特定の領域に密集して位置する高アスペクトの形状から構成されている。該形状９０４はトレンチなどの低アスペクト比の大きな形状である。該形状９０３及び９０４、及び該基板９００の表面９０６が、バリア層９０８で覆われてよい。銅層９０１は好ましくは、該形状９０３、９０４を充填する該バリア層９０８上に形成される。

図１５を参照すると、一実施形態では、この実施形態のプロセスは、銅層の厚さを約１０００オングストローム（Å）まで該銅層の厚さを削減するために電気化学機械研磨を使用して実行される。該電気化学機械研磨は、電位差が該銅層と電極の間に適用される間に前述された該ベルトパッドを適用することによって実行される。該プロセスの間、電解研磨溶液などの処理液が該パッドに適用されるにつれて、該ベルトパッドの該研磨パッド層と該銅層９０１の間に相対運動が確立される。

該プロセスの第１の段階では、図１５の路９１０で描かれているように、電気化学機械プロセスが、該過剰部分９０２の該厚さを平坦化し、約１０００Åまで削減するために、毎分４０００Å以上の速度などの高除去速度で達成される。言い換えると、該過剰部分９０２の厚さｔ_０は１０００Åにほぼ等しいｔ_１に削減される。この点で、該銅層９０１と該電極の間の印加電位は、該同じモジュール内の該残りの銅表面９０１と該研磨パッド層の間に相対運動を有し、同じ電解研磨溶液を使用することによって、中断され、該材料除去は化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスモードで続行される。該ＣＭＰプロセスは、好ましくは毎分２０００Åから４０００Åの間の範囲の速度などの低材料除去速度で適用される。該ＣＭＰプロセスは、好ましくは、大きな形状９０４内で該銅を調達する（ｄｉｓｈｉｎｇ）ことなく、形状９０３を有する該高密度領域の上部から銅が除去されるまで続行する。代わりに、このステップでは、ＣＭＰ溶液は該銅をファインポリッシュするために使用されてよい。

多様な好適実施形態及び最善の態様が前記に詳細に説明されてきたが、当業者は、該例示的な実施形態の多くの変型が、本発明の新規の教示及び利点から著しく逸脱することなく可能であることを容易に認識するであろう。

銅鍍金された基板の概略図である。 実施形態に従った電解研磨システムの実施形態を示す図である。 図２に図示されるシステムとともに使用される例示的な電解研磨パッドの平面図の概略図である。 図２に図示されるシステムとともに使用される例示的な電解研磨パッドの平面図の概略図である。 図２に図示されるシステムの電解研磨パッドの詳細な概略図である。 複数の電極を含む電解研磨パッドの概略図である。 複数の電極を含む電解研磨パッドの概略図である。 実施形態のベルト形状の電解研磨パッド及びシャワーヘッドを使用する電解研磨システムの概略図である。 実施形態のベルト形状の電解研磨パッド及びシャワーヘッドを使用する電解研磨システムの概略図である。 実施形態のベルト形状の電解研磨パッド及びシャワーヘッドを使用する電解研磨システムの概略図である。 シャワーヘッド付きベルトパッドを使用する電解研磨システムの実施形態の概略図である。 シャワーヘッド付きベルトパッドを使用する電解研磨システムの実施形態の概略図である。 シャワーヘッド付きベルトパッドを使用する電解研磨システムの実施形態の概略図である。 電解研磨システムとともに使用される表面接点の実施形態の概略図である。 電解研磨システムとともに使用される表面接点の実施形態の概略図である。 所定の開口部パターンのある例示的な電解研磨パッドの概略図である。 電解研磨パッドの横方向の運動の方向に平行に配置される（ｐａｃｅｄ）、２つの導電性の片（ｓｔｒｉｐｓ）として構成される埋め込み表面接点を備えた、ベルト電解研磨パッドの概略図である。 接点要素を使用して表面接点及び電極層を電源に接続する多様な実施形態の概略図である。 接点要素を使用して表面接点及び電極層を電源に接続する多様な実施形態の概略図である。 接点要素を使用して表面接点及び電極層を電源に接続する多様な実施形態の概略図である。 電解研磨パッド内に配置される（ｐａｃｅｄ）導電性の片として構成される埋め込み表面接点を備える、ベルト電解研磨パッドの概略図である。 埋め込み表面接点を含む電解研磨パッドの実施形態の概略図である。 実施形態の電解研磨システムで処理された基板である。

Claims (37)

1. 溶液を使用してウェハの導電性表面を電解研磨するためのシステムであって、
   前記ウェハを保持するためのウェハホルダと、
   第１並びに第２の表面を備える電極層と、前記電極層の前記第１の表面に取り付けられ、前記導電性表面と、前記電極層の前記第１の表面との両方を前記溶液が濡らすことができる開口部を含む前記パッド材料層とを含む電解研磨パッドと、
   前記電極層の前記第２の表面に向かって流体を与えるためのシャワーヘッドとを具備するシステム。
2. 電源に前記導電性表面を接続するための少なくとも１つの表面接点を、さらに具備する請求項１に記載のシステム。
3. 前記少なくとも１つの表面接点は、前記電解研磨パッドに取り付けられた導電性の片を備えている請求項２に記載のシステム。
4. 前記導電性の片は、前記電解研磨パッドの横運動の方向に実質的に平行に設置されている請求項３に記載のシステム。
5. 前記少なくとも１つの表面接点は、前記電解研磨パッドに取り付けられる請求項２に記載のシステム。
6. 前記少なくとも１つの表面接点は、前記導電性面の端縁に触れるように前記電解研磨パッドの端縁領域に沿って配置される請求項５に記載のシステム。
7. 前記少なくとも１つの表面接点は、前記電解研磨パッドの外部に設置され、かつ前記ウェハと前記少なくとも１つの表面接点の間に相対運動が確立されるときに、電気接触を維持するように前記導電性表面の端縁領域に接するように構成されている請求項２に記載のシステム。
8. 前記パッド材料層の前記開口部は、前記開口部が前記表面接点に近づくにつれてさらに小さくなる請求項７に記載のシステム。
9. 前記電解研磨パッドは、前記シャワーヘッドの表面に設置されている請求項１に記載のシステム。
10. シャワーヘッドの表面と、電解研磨パッドの底面との間に間隙が残されている請求項１に記載のシステム。
11. 前記シャワーヘッドの上面は、圧縮自在層を含んでいる請求項１に記載のシステム。
12. 前記電解研磨パッドは、供給スプールと、巻き取りスプールとの間に広がるベルトパッドである請求項１に記載のシステム。
13. 電解研磨中に、一方向、もしくは双方向に直線状に前記ベルトパッドを移動するための移動機構を、さらに具備する請求項１２に記載のシステム。
14. 前記ウェハホルダは、前記電解研磨パッドが静止して保たれている間に、双方向に移動するように構成されている請求項１に記載のシステム。
15. 前記電源に前記電極層を電気的に接続するための少なくとも１つの接点部材を、さらに具備する請求項２に記載のシステム。
16. 前記少なくとも１つの接点部材は、前記電解研磨パッドに対して相対運動を有するように構成されている請求項１５に記載のシステム。
17. 前記少なくとも１つの表面接点は、前記ウェハホルダとともに移動するように構成されている請求項２に記載のシステム。
18. 前記電解研磨パッド上に溶液を提供するための溶液送達機構を、さらに具備する請求項１に記載のシステム。
19. 前記溶液は、研磨粒子を含むスラリーである請求項１に記載のシステム。
20. 前記パッド材料の表面は、研磨剤を含んでいる請求項１に記載のシステム。
21. 溶液を使用してウェハの導電性表面を電解研磨するためのシステムであって、
    前記ウェハを保持するためのウェハホルダと、
    前記溶液が、前記導電性表面並びに電極層の両方を濡らすことができる開口部を含んでいるパッド材料層と、このパッド材料層に取り付けられた電極層とを含んでいる電解研磨パッドと、
    前記電極層から実質的に電気的に隔離される間に、前記パッド材料層と、前記電極層との少なくとも１つに取り付けられる少なくとも１つの表面接点であって、電解研磨中に前記導電性表面との電気的な接続を確立する前記表面接点とを具備するシステム。
22. 前記少なくとも１つの表面接点は、電解研磨中に前記導電性表面の端縁に触れるための前記電解研磨パッドの少なくとも１つの端縁領域に沿って配置されている請求項２１に記載のシステム。
23. 前記少なくとも１つの表面接点は、電解研磨パッドに取り付けられる２つの導電性の片を備えている請求項２１に記載のシステム。
24. 前記２つの導電性の片は、前記電解研磨パッドの横運動の方向に実質的に平行に設置されている請求項２３に記載のシステム。
25. シャワーヘッドを、さらに具備する請求項２１に記載のシステム。
26. 前記電解研磨パッドは、前記シャワーヘッドの表面上に設置されている請求項２５に記載のシステム。
27. シャワーヘッドの表面と、前記電解研磨パッドの裏面との間に間隙が残されている請求項２５に記載のシステム。
28. 前記電解研磨パッドは、供給スプールと、巻き取りスプールとの間で広がるベルトパッドである請求項２１に記載のシステム。
29. 前記電解研磨パッドは、支持プレート上に配置されている請求項２１に記載のシステム。
30. 一方向、もしくは双方向に直線状に前記ベルトパッドを移動するための移動機構を、さらに具備する請求項２８に記載のシステム。
31. 前記ウェハホルダは、前記電解研磨パッドが静止して保たれている間に、双方向に移動するように構成されている請求項２１に記載のシステム。
32. 前記少なくとも１つの表面接点と、前記電極層とは、接点部材を使用して、少なくとも１つの電源に接続される請求項２１に記載のシステム。
33. 前記接点部材は、前記少なくとも１つの表面接点と、前記電極層との相対運動を有するように構成されている請求項３２に記載のシステム。
34. 前記少なくとも１つの表面接点は、前記電解研磨パッドに対して静止するように構成されている請求項２１に記載のシステム。
35. 前記溶液は、溶液送達機構により前記電解研磨パッドの上に送達される請求項２１に記載のシステム。
36. 前記溶液は、研磨粒子を含むスラリーである請求項２１に記載のシステム。
37. 前記パッド材料の表面は、研磨剤を含んでいる請求項２１に記載のシステム。

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