JP2005508074A - 電解ケミカルメカニカルポリッシングを用いる基板平坦化 - Google Patents
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Abstract
基板上の材料層を平坦化するための方法および装置が提供される。一態様において、基板を処理するための方法が提供され、この方法は、パッシベーション層を基板面に形成すること、基板を電解液中で研磨すること、陽極バイアスを基板面へ印加すること、および材料を基板面の少なくとも一部分から除去することを含む。別の態様において装置が提供され、この装置は部分的エンクロージャと、研磨材と、陰極と、電源と、研磨材の上方に移動可能に配置される基板キャリアと、コンピュータ・ベースのコントローラとを含み、コントローラは、基板を電解液中に位置決めしてパッシベーション層を基板面上に形成し、基板を電解液中で研磨材により研磨し、そして陽極バイアスを基板面または研磨材へ印加することにより基板面の少なくとも一部分から材料を除去するようにさせる。
Description
【関連出願との相互参照】
【０００１】
［０００１］ 本発明は、それぞれ引用されて本明細書に取り込まれた２００１年３月１４日出願の米国仮特許出願第６０／２７５，８７４号、２００１年４月２４日出願の米国仮特許出願第６０／２８６，１０７号、および２００１年１０月１日出願の米国仮特許出願第６０／３２６，２６３号の特典を請求する。
【発明の背景】
【０００２】
発明の分野
［０００２］ 本発明は、基板上の金属等の材料を平坦化するための装置および方法に関する。
【０００３】
関連技術の背景
［０００３］ 次世代の超大規模集積回路（ＵＬＳＩ）にとって、サブクォータミクロンの多層メタライゼーションは主要技術の一つである。この技術の核心である多層配線は、高アスペクト比開口に形成されたコンタクト、バイア、配線、および他のフィーチャを含めた相互接続フィーチャの平坦化を必要とする。これら相互接続フィーチャを、信頼性をもって形成することは、ＵＬＳＩの成功にとって、また個々の基板およびダイ上の回路の密度および品質を高めるための絶えざる努力にとって極めて重要である。
【０００４】
［０００４］ 集積回路および他の電子デバイスの製造においては、導電性、半導電性、および誘電性の各材料の多数層が基板面に堆積されるか、またはそこから除去される。導電性、半導電性、および誘電性の各材料の薄層は多くの堆積技法によって堆積させることができる。最新の処理において一般的な堆積技法には、スパッタリングとして知られる物理蒸着（ＰＶＤ）、化学的気相成長（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）、そして今では電気化学メッキ（ＥＣＰ）が含まれる。
【０００５】
［０００５］ 材料の層が順次、堆積および除去されるに従い、基板の最上面はその表面にわたって非平坦になり、平坦化が必要になる。表面の平坦化、すなわち表面の「研磨（ポリッシング）」は、一般的には、一様な平坦面を形成するために材料を基板の表面から除去する処理である。平坦化は、粗面、凝集材料、結晶格子損傷、掻き傷、および汚染層または汚染材料等、望ましくない表面形状（surface topography）および表面欠陥の除去に有用である。平坦化は、フィーチャを充填して、後に続く階層のメタライゼーションおよび処理のための一様な表面を提供するために使用された材料の過剰堆積を除去することによって、基板上へフィーチャを形成する場合にも有用である。
【０００６】
［０００６］ 化学的機械的平坦化、すなわちケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）は、基板を平坦化するために使用される普通の技法である。ＣＭＰは、基板から材料を選択的に除去するために化学的配合物、典型的にはスラリまたは他の流体媒質を利用している。従来のＣＭＰ技法では、基板キャリアまたは研磨ヘッドがキャリアーアセンブリ上に搭載され、ＣＭＰ装置内で研磨パッドと接触するように配置される。キャリアーアセンブリは、基板を研磨パッドへ押し付ける調節可能な圧力を基板へ与える。パッドは、外部駆動力によって基板に対して動かされる。ＣＭＰ装置は、研磨組成物すなわちスラリを分散させる間、基板面と研磨パッドとの間の研磨運動すなわちこすり運動を行って、化学的作用および／または機械的作用がなされる結果、基板面から材料が除去される。
【０００７】
［０００７］ 銅は、集積回路および他の電子デバイス中に導電路を与える相互接続を形成する金属として、ＵＬＳＩに採用されるようになってきている。銅は、アルミニウム等の従来材料に比べて、低い抵抗および良好な電気泳動特性など有利な性質を持つ材料である。銅は、ＰＶＤ、ＣＶＤ、および電気メッキ等の種々の技法によって堆積できる。電気メッキ（ＥＣＰ）は確実に低コストで効率的な堆積技法であることが判明している。ＥＣＰは、基板をメッキ浴に導入し、基板へ電流を印加することによって行われる。銅イオンは溶液から析出して基板上へ堆積する。
【０００８】
［０００８］ しかし、銅は、パターン化およびエッチングが困難である。従って、銅フィーチャは、ダマシンまたはデュアルダマシン処理を使用して形成される。ダマシン処理で、フィーチャは誘電材料中に画成された後に銅で充填される。銅堆積に先立って誘電層中に形成されたフィーチャの表面には、従形したバリア層が堆積される。次に、バリア層および周囲のフィールドの上から銅が堆積される。フィールド上に堆積された銅はＣＭＰ処理によって除去され、誘電材料中に形成された銅充填フィーチャを残す。砥材および砥材フリーの両ＣＭＰ処理が利用可能であり、銅を除去するそれ以外の処理も開発途上にある。砥材とは、アルミナやシリカ等の粒子材料のことであり、研磨スラリへ加えられるか、または砥材固定研磨パッドから研磨中に離脱して、基板面へ機械的磨耗を与える。
【０００９】
［０００９］ その上、基板面は、そこに形成されたフィーチャの密度またはサイズに依存して異なる表面形状を持つ可能性があり、それにより銅材料の基板面からの有効な従形除去が達成困難になる。例えば、銅材料は、形成フィーチャがあるにしても少ない基板面領域からの銅材料除去に比べて、基板面における高い密度のフィーチャ領域からは遅い除去速度で除去されることが観測された。更に、比較的一様ではない除去速度は、結果として基板の各領域の過少研磨をもたらし、残余の銅材料が研磨処理後に残ってしまうことになる。
【００１０】
［００１０］ 全ての所望の銅材料を基板面から除去する一つの解決策は、基板面を過度研磨することである。しかし、材料によっては、過度研磨することにより皿状化と称するフィーチャの凹みまたは窪み等の形状欠陥の形成、あるいは腐食と称する、誘電材料の過剰除去を生ずる。皿状化および腐食による形状欠陥は、更に、その下に配置したバリア層材料等の追加材料の非均一除去へ導くこともあり、所望の研磨品質に達しない基板面を生成することになる。
【００１１】
［００１１］ 銅表面の研磨に伴う別の問題は、基板面に銅ダマシンを形成するために使用する低誘電率（低ｋ）の誘電材料に由来する。炭素ドープのケイ素酸化物等の低ｋ誘電材料は、従来のダウン力（ｄｏｗｎ ｆｏｒｃｅ）と称する研磨圧力（すなわち約６ｐｓｉ）の下で変形したり掻き傷を付けることがあり、基板の研磨品質に悪影響を及ぼすとともに、デバイス形成に悪影響を及ぼす。例えば、基板と研磨パッド間の回転相対運動は、基板面に沿ってせん断力を誘発して低ｋ材料を変形させることにより、掻き傷等の形状欠陥を形成し、後続の研磨に悪影響を及ぼす。
【００１２】
［００１２］ その結果、基板上へ銅層等の金属層を堆積して平坦化する装置および方法に対するニーズがある。
【発明の概要】
【００１３】
［００１３］ 本発明の各態様は、一般的には、基板と研磨装置間の低減した接触圧力を用いて基板面を平坦化する方法および装置を提供する。一態様において、基板を処理するための方法が提供され、この方法は、腐食阻止剤を含む電解液中に基板を位置決めすること、パッシベーション層を基板面に形成すること、基板を電解液中で研磨すること、陽極バイアスを基板面へ印加すること、および材料を基板面の少なくとも一部分から除去することを含む。
【００１４】
［００１４］ 別の態様において、基板を処理するための方法が提供され、この方法は、基板を研磨材に隣接して電解液中に位置決めすること、電解液は基板面上に電流抑制層を形成するために腐食阻止剤、均展剤、粘ちょう化剤、またはそれらの組合せを含み、基板を電解液中で研磨材により研磨して電流抑制層の少なくとも一部分を除去すること、電解液中に位置決めされた陽極と陰極との間にバイアスを印加すること、および材料を基板面の少なくとも一部分から陽極溶解により除去することを含む。
【００１５】
［００１５］ 別の態様において、基板を処理するための装置が提供され、この装置は、処理区域を画成して流体取入口および流体取出口を有する部分的エンクロージャと、部分的エンクロージャ内に配置される陰極と、部分的エンクロージャ内に配置される研磨材と、基板搭載面を有して研磨材の上方に移動可能に配置される基板キャリアと、少なくとも部分的エンクロージャへ接続される電源と、装置が電解液中に基板を位置決めして基板面上へパッシベーション層を形成し、研磨材を用いて基板を電解液中で研磨し、陽極バイアスを基板面または研磨材へ印加するすることにより基板面の少なくとも一部分から材料を除去するように構成されるコンピュータ・ベースのコントローラとを含む。
【００１６】
［００１６］ 別の態様において、電気化学的堆積装置が提供され、この装置は、メインフレームウェーハ移送ロボットを有するメインフレームと、メインフレームに接続して配置されたローディングステーションと、メインフレームに接続して配置された一つ以上の電気化学処理セルと、メインフレームに接続して配置された一つ以上の研磨プラテンと、一つ以上の電気化学処理セルへ流体接続された電解液供給装置と、一つ以上のへ接続された一つ以上の研磨流体供給装置とを含む。
【００１７】
［００１７］ 先に列挙記載した特徴が得られる態様を克明に理解できるように、上で要約した本発明を、付帯する図面に示す本発明の実施形態を参照してより詳細に説明する。
【００１８】
［００１８］ しかし、注意すべきは、付帯図面は本発明の単に典型的な実施形態を図解するだけであり、従って本発明は他の等しく有効な実施形態を許容し得ることから、本発明の範囲を限定すると考えてはならない。
【００１９】
好ましい実施形態の詳細な説明
［００３３］ 一般に、本発明の各態様は、基板と研磨装置との間の低減した接触圧力で基板面を平坦化するための装置および方法を提供する。本発明を、電解ケミカルメカニカルポリッシング（ＥＣＭＰ）技法による基板面からの、銅および他の銅含有材料等の導電材料を除去する平坦化処理を参照して、以下に説明する。
【００２０】
［００３４］ ここで使用する用語および語句は、更に定義されない限り、当業者がこの技術で用いている通常の慣用的な意味を持つものとする。ケミカルメカニカルポリッシングは広義に解釈されるものとし、化学的作用、機械的作用、または、化学的および機械的両作用の組合せによって基板面を磨耗させることを含むが、それに限定されるものではない。電解研磨は広義に解釈されるものとし、陽極溶解等の電気化学作用を適用することにより材料を基板から除去することを含むが、それに限定されるものではない。陽極溶解は本明細書では広義の記載であり、基板面または基板面と接触する導電性対象物への陽極バイアスの印加の結果、導電材料が基板面から周囲の導電性流体内へ移ることをいう。電解ケミカルメカニカルポリッシング（ＥＣＭＰ）は本明細書では広義に定義され、材料を基板面から除去するために電気化学的作用、化学的作用、機械的作用、または、電気化学的、化学的および機械的各作用の組合せを適用することにより基板を平坦化することである。本明細書に記載の処理の実行に使用できる例示の処理装置を図１〜図３に示す。
【００２１】
［００３５］ 図１は、本明細書に記載の処理を実行するための処理装置１００の一実施形態を示す。本発明の便益を受けるようにすることができる一つの研磨ツールは、カリフォルニア州サンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．から入手可能な Ｍｉｒｒａ（登録商標）ＭｅｓａＴＭケミカルメカニカル研磨盤である。例示の装置１００は、一般的には、ファクトリインタフェース１０８、ローディングロボット１１０、および処理モジュール１１２を備え、処理モジュール１１２はその上に配置された少なくとも一つの電気化学的処理ステーション１０２および少なくとも一つの従来の研磨ステーション１０６を有する。
【００２２】
［００３６］ 一般的に、ローディングロボット１１０は、ファクトリインタフェース１０８および処理モジュール１１２に近接して配置され、両者間での基板１２２の移送を円滑にする。ファクトリインタフェース１０８は、一般的には、洗浄モジュール１１４および一つ以上の基板カセット１１６を含む。インタフェースロボット１１８を用いて、基板カセット１１６、洗浄モジュール１１４、および投入モジュール１２０間で基板１２３を移送する。投入モジュール１２０は、処理モジュール１１２とファクトリインタフェース１０８との間の、ローディングロボット１１０による基板１２３の移送を円滑にするように位置決めされる。有利に使用できるファクトリインタフェースの例は、同一譲受人であるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．へ譲渡され、引用されて本明細書に取り込まれた２０００年４月１１日出願の米国特許出願第０９／５４７，１８９号に開示されている。
【００２３】
［００３７］ ローディングロボット１１０は、ロボット１１０により得られる運動範囲が、ファクトリインタフェース１０８と処理モジュール１１２との間での基板１２３の移送を円滑にするように、両者に近接して配置される。ローディングロボット１１０の例は、カリフォルニア州リッチモンド所在のＫｅｎｓｉｎｇｔｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．が製造する４−リンクロボットである。例示のローディングロボット１１０は、基板１２３を垂直または水平のいずれの配向へも向けることができるグリッパ１１１を有する。
【００２４】
［００３８］ 図１に示す一実施形態において、例示の処理モジュール１１２は、電気化学的処理ステーション１０２および研磨ステーション１０６に加えて、移送ステーション１２２およびカルーセル１３４を有し、それら全てが機械ベース１２６上に配置されている。処理モジュール１１２は一つ以上の処理ステーションを備えることができ、モジュール１１２の各ステーション１０２、１０６は、電着や電解研磨等の電気化学的処理、および従来のケミカルメカニカルポリッシング処理、またはそれらの組合せを実行するようになされてもよい。各研磨ステーション１０６は、固定式研磨プラテン、回転式研磨プラテン、直動式研磨プラテン、回転直動式研磨プラテン、ローラ研磨プラテン、またはそれらの組合せを備えてもよい。研磨ステーション１０６に配置される研磨材は導電性であってもよく、および／または、砥材要素すなわち砥粒を含有してもよい。
【００２５】
［００３９］ 一実施形態において、移送ステーション１２２は、少なくとも、投入バッファステーション１２８、取出バッファステーション１３０、移送ロボット１３２、およびロードカップアセンブリ１２４を備える。移送ロボット１３２は二つのグリッパアセンブリを有し、各グリッパアセンブリは基板１２３を基板縁部で把持する空圧式グリッパフィンガを有する。移送ロボット１３２は、基板１２３を投入バッファステーション１２８から持上げ、グリッパおよび基板１２３を回転させて基板１２３をロードカップアセンブリ１３４の上方に位置決めしてから、基板１２３をロードカップアセンブリ１２４上へ降ろして載置する。有利に使用できる移送ステーションの例は、同一譲受人であるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．へ譲渡され、本明細書で引用されて取り込まれた１９９９年１０月１０日出願の米国特許出願第０９／３１４，７７１号でＴｏｂｉｎにより記載されている。
【００２６】
［００４０］ カラーセル１３４は、全体的には、１９９８年９月８日に発行されたＴｏｌｌｅｓ他の米国特許第５，８０４，５０７号に記載されており、この特許は引用によりその全体を本明細書に取り込まれる。一般的には、カラーセル１３４はベース１２６の中心に配置される。カラーセル１３４は複数のアーム１３６を含むのが普通である。各アームはキャリア・ヘッド・アセンブリすなわち研磨ヘッド１３８を支持する。図１に示すアーム１３６のうちの一つを、移送ステーション１２２が見えるように、想像線で示す。カラーセル１３４は、モジュール１０２、１０６と移送ステーション１２２との間で研磨ヘッド１３８を移動できるように、インデックス送りが可能である。
【００２７】
［００４１］ 一般的に研磨ヘッド１３８は基板１２３を把持する一方、研磨ステーション１０６上に配置された研磨材料（図示せず）にその基板を押し付ける。利用できる一つの研磨ヘッドは、カリフォルニア州サンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．が製造するＴｉｔａｎ ＨｅａｄＴＭ基板キャリアである。
【００２８】
［００４２］ 更に、基板面を機械的に研磨し、基板から材料を電気化学的に除去し、あるいは基板を装置１００に移送する等の、装置上での一つ以上の処理ステップを実行するように装置１００に命令するために、図示されてはいないが、コンピュータシステム、またはコンピュータ・ベースのコントローラ、またはコンピュータプログラムプロダクトを装置１００へ接続できる。代替として、電気化学的堆積、または同時の電気化学的堆積および電解ポリッシングを実施する場合、コンピュータ装置、コンピュータ・ベースのコントローラ、またはコンピュータプログラムプロダクトがこれらステップを実行させるようにしてもよい。
【００２９】
［００４３］ 上で説明したような装置１００の制御を円滑にするために、コンピュータ・ベースのコントローラ１４０は、様々なチャンバおよびサブプロセッサを制御するために工業的場面で使用可能なＣＰＵ１４４またはコンピュータ・プロセッサの、いずれの形態のものであってもよい。ＣＰＵ１４４へはメモリ１４２が結合され、このメモリすなわちコンピュータ可読媒体は、ローカルまたは遠隔の随時書込読出メモリ（ＲＡＭ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピディスク、ハードディスクあるいはいずれか他の形態のデジタル記憶装置等、容易に利用可能な一つ以上のメモリであってよい。従来の様式でプロセッサを支援するために支援回路１４６がＣＰＵ１４４へ結合される。これら支援回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入／出力回路およびサブシステムおよび類似品を含む。例えば本明細書に記載の処理の態様に従う処理シーケンスは、ソフトウエアのルーチンとしてメモリに格納されるのが一般的である。ソフトウエアルーチンは、ＣＰＵ１４４によって制御されるハードウエアから離れて置かれた第２ＣＰＵ（図示せず）によって格納および／または実行されてもよい。
【００３０】
［００４４］ 図２は、本明細書に記載の処理を実行するために、少なくとも一つの電気化学的処理ステーション２１８および少なくとも一つの従来の研磨ステーション２１５を有する別の実施形態の、処理システム２００の上面略図である。本発明の便益を受けるようにすることができる一つのツールは、カリフォルニア州サンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＥｌｅｃｔｒａ（登録商標）処理装置等の電気化学的処理プラットフォームすなわち電気化学的処理装置である。
【００３１】
［００４５］ システム２００は、ローディングステーション２１０およびメインフレーム２１４を含む。メインフレーム２１４は、一般的には、メインフレーム移送ステーション２１６、スピン・リンス・ドライ（ＳＲＤ）ステーション２１２、一つ以上の電気化学的処理ステーション２１８、および一つ以上の研磨ステーション２１５を含む。システム２００は、急速熱アニール（ＲＴＡ）チャンバ２１１のような熱アニールチャンバ、電解液補給システム２２０、および一つ以上の基板受渡カセット２３８を含んでもよい。
【００３２】
［００４６］ 各電気化学的処理ステーション２１８は、一つ以上の電気化学的処理セル２４０を含む。電解液補給システム２２０はメインフレーム２１４に隣接して位置決めされ、個々の処理セル２４０へ接続されて、電気メッキ処理に使用する電解液を循環させる。各研磨ステーション２１５は一つ以上の研磨プラテン２１７を含む。研磨プラテン２１７は固定式研磨プラテン、回転式研磨プラテン、直動式研磨プラテン、回転直動式研磨プラテン、ローラ収容プラテンもしくは本明細書に記載のセル、またはそれらの組合せを含んでもよく、研磨材はプラテン上またはプラテン内に配置される。研磨プラテン２１７上に配置した研磨材は導電性であり、および／または、砥材要素すなわち砥粒を含有してもよい。
【００３３】
［００４７］ システム２００は、システムおよび制御システム２２２へ電力を与えるための電源ステーション２２１も含む。電源ステーション２２１は、個々の電気化学的セル２４０および研磨プラテン２１７へ接続可能な一つ以上の電源を含む。制御システム２２２は、システム２００の全構成要素を制御してシステム２００の多様な構成要素の動作の調整をとるために特別に設計されたコンピュータ可読媒体、すなわちソフトウエア、を備えたプログラム可能なマイクロプロセッサを含む。制御システム２２２は、装置の構成要素へ与えられる電力の制御も行える。制御システム２２２は、オペレータがシステム２００を監視および操作できるようにするコントロールパネルを含んでもよい。コントロールパネルはスタンドアローンモジュールであって、ケーブルを介して制御システム２２２へ接続され、容易なアクセスをオペレータへ提供する。
【００３４】
［００４８］ ローディングステーション２１０は、好ましくは、一つ以上の基板カセット受入領域２２４、一つ以上のローディングステーション移送ロボット２２８、および少なくとも一つの基板配向装置２３０を含む。ローディングステーション２１０に含まれる多数の基板カセット受入領域、ローディングステーション移送ロボット２２８、および基板配向装置は、装置の所望スループットに従って構成することができる。図２に示すように、一実施形態におけるローディングステーション２１０は、二つの基板カセット受入領域２２４、二つのローディングステーション移送ロボット２２８、および一つの基板配向装置２３０を含む。基板２３４を収納する基板カセット２３２は基板カセット受入領域２２４へローディングされ、基板２３４をシステム２００へ導入する。ローディングステーション移送ロボット２２８は、基板カセット２３２と基板配向装置２３０との間で基板２３４を移送する。
【００３５】
［００４９］ 基板配向装置２３０は各基板２３４を所望の向きに位置決めして、基板の適正処理を確保する。また、ローディングステーション移送ロボット２２８は、ローディングステーション２１０とＳＲＤステーション２１２との間、およびローディングステーション２１０と熱アニールチャンバ２１１との間で基板２３４を移送する。ローディングステーション２１０は、好ましくは、装置による基板の高効率移送を円滑にするために、必要に応じて、基板の一時的保管のための基板カセット２３１も含む。
【００３６】
［００５０］ 図２は、メインフレームステーションへ取り付けた、異なるステーション間で基板を移送するために、内部に組込まれたフリッパロボット２４４を有するメインフレーム移送ロボット２４２を示す。メインフレーム移送ロボット２４２は複数のロボットアーム２４２（２本を図示）を含み、フリッパロボット２４４が、各ロボットアーム２４６の末端エフェクタとして取り付けられて、メインフレームへ取り付けた、異なるステーション間で基板を移送するだけでなく、移送中の基板を所望の表面配向へフリップすることができる。例えば、フリッパロボット２４４は、処理セル２４０での電気化学処理あるいは研磨プラテン２１７での研磨処理のために基板処理面を下向きにフリップし、そしてスピン・リンス・ドライ処理または基板移送等、他の処理のために基板処理面を上向きにフリップする。
【００３７】
［００５１］ フリッパロボットはこの技術では概ね知られており、カリフォルニア州ミルピータス所在のＲｏｒｚｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．から入手可能なモデルＲＲ７０１等の基板ハンドリングロボット用末端エフェクタとして取り付けることができる。フリッパロボット２４４を、フリッパ上に配置した基板を電気メッキするために電気化学的処理セル２４０と共に使用するようにしてもよく、電気化学的処理セル２４０を、セル２４０での処理に先立ってフリッパロボットから基板を受け入れるようにしてもよい。
【００３８】
［００５２］ 代替として、基板キャリアを（図１に示すように）メインフレーム移送ロボット２４２の代わりに配置して、基板を一つ以上の電気化学的処理ステーション２１８および一つ以上の研磨ステーション２１５間で移送し、および／または、それらステーションで基板を処理してもよい。
【００３９】
［００５３］ 急速熱アニール（ＲＴＡ）チャンバ２１１は好ましくはローディングステーション２１０へ接続され、ローディングステーション移送ロボット２２８によってＲＴＡチャンバ２１１の内外へ基板が移送される。図２に示すような電気メッキ装置は、一実施形態において、ローディングステーション２１０の対称設計に呼応して、ローディングステーション２１０の対向両側に配置される二つのＲＴＡチャンバ２１１を含む。好適なアニールチャンバの例は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＲＴＰ ＸＥｐｌｕｓ Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）熱処理装置等の急速熱アニールチャンバである。
【００４０】
［００５４］ 電解液補給システム２２０は、電気メッキおよび／または陽極溶解処理のために電気メッキ処理セル２４０へ電解液を供給する。電解液補給システム２２０は、一般的に、主電解液タンク２６０、複数のソースタンク２６２、および複数の濾過タンク２６４を備える。一つ以上のコントローラが、主タンク２６０内の電解液組成および電解液補給システム２２０の動作を制御する。コントローラは独立して操作可能であるが、システム２００の制御システム２２２に統合されることが好ましい。
【００４１】
［００５５］ 主電解液タンク２６０は電解液用リザーバを備え、各電気メッキ処理セルに接続される電解液供給配管を含む。ソースタンク２６２は、電解液の配合に必要な化学薬品を収容し、典型的には、電解液配合用脱イオン水ソースタンクおよび硫酸銅（ＣｕＳＯ４）ソースタンクを含む。他のソースタンク２６２は、硫酸水素塩（Ｈ２ＳＯ４）、塩化水素（ＨＣｌ）、リン酸水素塩（Ｈ２ＰＯ４）、および／または、腐食阻止剤、およびポリグリコール等の均展剤を含め、種々の添加剤を収容できる。電解液タンク２６０およびソースタンク２６２に入れて使用する電解液および添加剤の例は本明細書で更に記載する。
【００４２】
［００５６］ 更に、図示されてはいないが、一つ以上の供給タンクをシステム２００へ接続して１種類以上の研磨流体、コンディショニング流体、および／または洗浄流体を、上に配置した一つ以上の研磨ステーション２１５へ供給する。
【００４３】
［００５７］ システム２００の設計はモジュール化されていて、一つの処理またはシーケンス処理を実行するために所望構成の構成要素への交換が可能である。例えば、電気化学的処理ステーション２１８は研磨ステーション２１５に交換でき、その逆も同様である。
【００４４】
［００５８］ 更に、研磨ステーション２１５の一つ以上の研磨プラテン等、ステーションの個々の構成要素を、熱アニールチャンバ２１１および一つ以上の基板受渡カセット２３８等、他の処理構成要素の位置に配置してもよい。システム２００の代替実施形態は一つ以上の研磨ステーション２１５の位置に無電解堆積ステーションを含んでもよい。例えば、一つ以上の研磨プラテン２１７が熱アニールチャンバ２１１または一つ以上の基板受渡カセット２３８の位置に代わって配置される場合、図２で、無電解堆積ステーションを一つ以上の研磨ステーション２１５が配置された位置に配置してもよい。
【００４５】
［００５９］ 本明細書に記載の処理を実行するために有用な別の装置を図３に示す。図３は、処理システム２００の別の実施形態の平面略図であり、本明細書に記載の処理を実行するために、少なくとも一つの電気化学的処理ステーション２１８および少なくとも一つの従来の研磨ステーション２１２を有する。システム２００は、一般的にローディングステーション２１０、メインフレーム２１４、処理ステーション２１８のところに配置される一つ以上の電気化学的処理セル２４０、および研磨ステーション２１２のところに配置される一つ以上の研磨プラテン２３８を備える。
【００４６】
［００６０］ システムは、熱アニールチャンバ２１１および電解液補給システム２２０を含んでもよい。メインフレーム２１４は、一般的に、メインフレーム移送ステーション２１６および複数の処理ステーション２１８を備え、研磨ステーション２１２はメインフレーム２１４とローディングステーション２１０との間に接続される。図３に示す実施形態において、システム２００は、二つのアニールチャンバ２１１、二つの基板カセット受入領域２２４、二つのローディングステーション移送ロボット２２８、一つのウェーハ配向装置２３０、二つの研磨プラテン２３８、および四つの電気メッキセル２４０を含む。
【００４７】
［００６１］ 図３に示すシステム２００の代替の実施形態では、スピン・リンス・ドライ（ＳＲＤ）ステーションまたは一つ以上の基板受渡カセットが、一つ以上の研磨プラテン２３８の位置に配置されてもよい。代替の実施形態は、代替ツール構成の場合、熱アニールチャンバ２１１の位置に配置される一つ以上の研磨プラテンを有してもよい。
【００４８】
［００６２］ 図４は、例えば図２および３に示す処理装置で有用な、基板４２２上へ金属層を堆積してこれを平坦化する装置４２０の一実施形態の断面図である。キャリアーアセンブリ４３０のための搭載アセンブリを改変することにより、図１の処理システム２００にこのアセンブリを利用できるようになる。すなわち、このキャリアがカラーセルに搭載される。
【００４９】
［００６３］ 装置４２０は、一般的には、スタンチョン４８０により部分的エンクロージャ４３４の上方に移動可能に支持されるキャリアーアセンブリ４３０を含む。スタンチョン４８０およびエンクロージャ４３４は、一般的には、共通ベース４８２上に配置される。スタンチョン４８０は、一般的には、ベース支持体４８４およびリフト機構４８６を含む。ベース支持体４８４はベース４８２から垂直に延びて、その軸周りに回転可能であってもよく、それによりキャリアーアセンブリ４３０を、部分的エンクロージャ４３４の上方に、もしくは他の位置、例えば他のエンクロージャ、へ移動させることができ、または図示しない他の処理装置との共有境界を成すように移動させることができる。
【００５０】
［００６４］ リフト機構４８６はキャリアーアセンブリ４３０へ結合される。リフト機構４８６は、一般的には、部分的エンクロージャ４３４に対するキャリアーアセンブリ４３０の上昇を制御する。リフト機構４８６は、ボールネジ、送りネジ、空圧シリンダ並びにそれら類似物等の直動アクチュエータ４８８、およびレール４９２に沿ってスライドするガイド４９０を含む。レール４９２はヒンジ４９４によりベース支持体４８４へ結合され、それによりリフト機構４８６のレール４９２（すなわち運動方向）は、水平方向に対して約９０度と約６０度間の角度範囲にわたって調節可能に配向させることができる。リフト機構４８６およびヒンジ４９４は、基板４２２を保持するキャリアーアセンブリ４３０が様々な配向で部分的エンクロージャ４３４内へ降下できるようにする。例えば、エンクロージャ４３４内に配置された流体との間で共有境界を成しているときに、基板４２２上での気泡形成を最小限にするために、基板４２２は、部分的エンクロージャ４３４へ入る間は角度付きで配向され、一旦入ったら水平配向まで回動させることができる。
【００５１】
［００６５］ 部分的エンクロージャ４３４は、一般的には、容器すなわち電解セルを画成し、その中に電解液または他の研磨／堆積流体を収納できる。エンクロージャ４３４は、普通は、陽極／陰極４２６、拡散プレート４４４、およびその上に配置した浸透性ディスク４２８を含む。研磨パッド等の浸透性ディスク４２８は、電解セル中で拡散プレート４４４上に配置および支持される。部分的エンクロージャ４３４は、メッキ化学薬品との間に両立性のあるフルオロポリマー、テフロン（登録商標）、ＰＦＡ、ＰＥ、ＰＥＳ他のプラスチックでできた椀形部材であってよい。部分的エンクロージャ４３４はその下面を、ベース４８２の下方に延びるシャフト４３２に接続される。アクチュエータは、部分的エンクロージャ４３４を、垂直軸ｘを中心に回転させるようになされている。一実施形態において、シャフト４３２が中央通路を画成し、流体はそこを通って、シャフト４３２に形成された複数のポート４３６を通じて部分的エンクロージャ４３４内へ配送される。
【００５２】
［００６６］ 代替として、シャフト４３２へ接続された搭載プラットフォームへ部分的エンクロージャ４３４を接続することができる。シャフト４３２は、ベース４８２に配置されたモータ、例えばステッパ・モータ等のアクチュエータ（図示せず）へ接続される。
【００５３】
［００６７］ 陽極／陰極４２６は、電解液に浸漬可能な、エンクロージャ４３４の下側部分に位置決めされる。陽極／陰極は、それへ印加される正のバイアス（陽極）または負のバイアス（陰極）に依存して陽極または陰極として働く。例えば、材料を電解液から基板面上に堆積する場合、陽極／陰極４２６は陽極として作用し、基板面が陰極として作用する。印加バイアスによる溶解などによって材料を基板面から除去するとき、陽極／陰極４２６は陰極として機能し、ウェーハ表面または浸透性ディスク４２８が、溶解処理のための陽極として作用してもよい。
【００５４】
［００６８］ 陽極／陰極４２６はプレート状部材であってもよく、プレートはそこに貫通形成された多数の孔、または浸透性の膜もしくは容器に配置した複数の小片を有する。陽極／陰極４２６は、堆積または除去される材料、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、金、銀、タングステン他、基板上へ電気化学的に堆積できる材料でできていてよい。少なくとも一実施形態において、陽極／陰極は、銅の堆積処理または電解研磨処理のために、白金等、堆積材料以外の材料でできた非消耗陽極／陰極４２６であってもよい。代替として、堆積処理のための陽極／陰極４２６は、定期的交換が必要な消耗陽極／陰極である。
【００５５】
［００６９］ 少なくとも一実施形態において、陽極／陰極４２６は中央開口部を画成するリング形状をなし、そこを通りシャフト４３２の流体取入口が配置される。陽極／陰極４２６がプレート状である実施形態では、陽極／陰極を貫通して複数の孔が形成され、そこを通る電解質流体の通過が可能である。陽極／陰極４２６は、代替として、リング状陽極／陰極、プレート状陽極／陰極、または、浸透性チャンバや他のエンクロージャを含め、メッキ材料を閉じ込めるチャンバであってよい。
【００５６】
［００７０］ 浸透性ディスク４２８は研磨材であっても、流体環境および処理仕様との間で両立性のある他のタイプの容積スペーサであってもよい。浸透性ディスク４２８は部分的エンクロージャ４３４の上端に位置決めされ、その下面を拡散プレート４４４によって支持される。浸透性ディスク４２８は、好ましくは電解液中のイオンに対して浸透性であり、そうであっても、金属イオン、例えば銅用途における銅イオンに対して浸透性である必要はない。金属イオンは、浸透性ディスク４２８に配置された取出口４２を有する流体配送配管４０から供給されることができる。浸透性ディスク４２８を陽極／陰極４２６に隣接して配置しても、それと接触して配置してもよい。
【００５７】
［００７１］ 浸透性ディスク４２８は、基板面に至る電解液の流れを許容する一方、促進剤および抑制剤劣化副生成物等の堆積副生成物の流れを阻止するのに十分なサイズおよび組織の複数細孔を備えてもよい。浸透性ディスク４２８は内部に形成された溝を備えて、エンクロージャ４３４中への多量な溶液から、基板４２２と浸透性ディスク４２８との間の間隙への新鮮な電解液の輸送を支援する。しかし、浸透性ディスク４２８は、その用途によっては金属イオンに対して浸透性であってよい。
【００５８】
［００７２］ 典型的には、浸透性ディスク４２８は、ポリウレタン等のポリマー材料で構成された研磨パッド等の研磨材を含む。使用可能な研磨パッドの例は、アリゾナ州フェニックスのＲｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．のＩＣ１０００、ＩＣ１０１０、Ｓｕｂａシリーズパッド、Ｐｏｌｉｔｅｘシリーズパッド、ＭＨＳシリーズパッド、または日本のＡｓａｈｉのＰＶＤＦパッド、またはミネソタ州ミネアポリスの３Ｍの固定砥材パッドを含むが、これらに限定されない。
【００５９】
［００７３］ 浸透性ディスクは、電気メッキ堆積および電解研磨処理用の導電材料を含む研磨材であってもよい。例えば、電解研磨処理において、研磨材全体に導電路を設けるために配備する導電性研磨材は、導電性ポリマー、または、内部に埋込まれるかもしくは形成された導電素子または導電材料（図示せず）を持つポリウレタン等のポリマーを含んでいてもよい。導電素子は、研磨材中で相互に電気的に接続され、基板が研磨材と接触しているときに基板面に接触できる。導電性研磨材料および研磨材の更なる例は、２００１年４月２４日出願の米国仮特許出願第６０／２８６，１０７号に開示されており、この出願は本明細書に記載の特許請求の範囲および態様と矛盾しない範囲で引用して本明細書に組込まれる。
【００６０】
［００７４］ 導電性研磨材を浸透性ディスクに使用する場合、導電性研磨材は電源（図示せず）と電気的に連絡している状態にあってもよく、電気的ベースの溶解処理の陽極として使用してもよい。代替として、研磨材は、電着処理用のポリウレタン等の絶縁体材料すなわち低い導電率の材料の形であってもよい。
【００６１】
［００７５］ 電源（図示せず）は、装置４２０を介して基板面へ接続される。電源は定電流作動と定電圧作動との間で切り替わる制御回路を含んでもよい。電源の制御回路は出力の極性を制御する。一実施形態において、電源はプログラム可能な切換回路を含み、第１持続時間の定電流出力と第２持続時間の定電圧出力との繰返しを含む出力波形等、多様な出力波形を生成する。本発明は、陽極と陰極との間、または陽極もしくは陰極として働く素子間で時間的に変化する電位等、そのような出力波形を生成することのできる多様な電源設計の利用を考慮しており、いずれか特定の電源設計に限定するものではない。例えば、電源は、時間的に変化する陽極電位を基板面へ印加するようにできる。
【００６２】
［００７６］ 拡散プレート４４４は、部分的エンクロージャ４３４内で浸透性ディスク４２８の支持を提供する。拡散プレート４４４は、ネジ４３８等の締結具、または、エンクロージャとのスナップ止めもしくは締まりばめ等の手段を用いてエンクロージャ内に吊り下げるなどして、部分的エンクロージャ４３４に固定できる。拡散プレート４４４は、プラスチック、例えばフルオロポリマー、ＰＥ、テフロン（登録商標）、ＰＦＡ、ＰＥＳ、ＨＤＰＥ、ＵＨＭＷ、またはそれらの類似物で製作することができる。拡散プレート４４４は、少なくとも一実施形態において、そこに形成された複数の孔すなわちチャネル４６を含む。孔４４６の大きさは、そこを流体が通れて、しかも浸透性ディスク４２８を通って基板４４２に至る電解液の一様な分配を提供できる大きさである。流体環境および処理要件との間で両立できる接着剤を使用して、浸透性ディスク４２８が拡散プレート４４４へ締着できる。拡散プレート４４４を、好ましくは、陽極／陰極４２６から離間させることにより、より広い処理窓を提供して、陽極／陰極寸法に対するメッキ膜厚の感応性を低減するとともに、促進剤および抑制剤の分解副生成物、例えば、ドイツのＲａｓｃｈｉｇ Ｃｏｒｐ．が市販するビス（３−スルホプロピル）ジスルフィド、Ｃ６Ｈ１２Ｎａ２Ｏ６Ｓ４、等の促進剤から劣化したモノスルフィド化合物を浸透性ディスク４２８と基板４２２との間に画成される主メッキ容積部４３８から引離す。
【００６３】
［００７７］ 図示されてはいないが、陽極／陰極４２６と浸透性ディスク４２８との間に膜を配置して、陽極／陰極膜から生成された粒子がエンクロージャ４３４に入り、基板面上に粒子として堆積することを抑止する。例えば、膜は、電解液流に対して浸透性であるが、陽極／陰極面上で促進剤および抑制剤の劣化副生成物に対して普通は浸透性ではない。
【００６４】
［００７８］ 基板キャリアすなわちヘッド・アセンブリ４３０は、浸透性ディスク４２８の上方で移動可能に配置される。基板キャリアーアセンブリ４３０は、浸透性ディスク４２８の上方で垂直方向に移動可能であり、それに対して横方向に移動可能であり、例えば、キャリアーアセンブリ４３０は垂直軸ｙを中心に回転可能である。部分的エンクロージャおよびヘッド・アセンブリのそれぞれｘおよびｙ軸はオフセットしていて、浸透性ディスク４２８と基板キャリアーアセンブリ４３０との間の軌道運動を提供する。この軌道運動は、浸透性ディスク４２８と基板キャリアーアセンブリ４３０との間の楕円相対運動として、本明細書では広義に記載されている。基板キャリアーアセンブリ４３０は、基板４２２を、浸透性ディスク４２８に向けて堆積面を下向きに保持する。代替として、浸透性ディスク４２８は、基板キャリアーアセンブリ４３０に対して並進運動すなわち直進相対運動だけでなく、回転すなわち円形回転相対運動で動く面を備えてもよい。
【００６５】
［００７９］ 基板キャリアーアセンブリ４３０は、一般的には、駆動システム４６８、ヘッド・アセンブリ４７８、および台座アセンブリ４７６を含む。駆動システム４６８は、一般的には、スタンチョン４８０のガイド４９０へ結合される。駆動システム４６８は、動力部４５６から延在して、台座アセンブリ４７６を支持するコラム４７０を備える。パワーヘッド４５６は電気または空圧モータであってよく、一般的には、コラム４７０へ中央軸に沿う回転を与える。駆動システム４８６は、更に、コラム４７０内に配置されて、ヘッド・アセンブリ４７８へ結合されるアクチュエータ４５４を含む。アクチュエータ４５４は、送りネジ、空気圧シリンダ、または他の直動アクチュエータでよいが、ヘッド・アセンブリ４７８が台座アセンブリ４７６に対して移動できるようにする。
【００６６】
［００８０］ 台座アセンブリ４７６は、一般的にグリッパプレート４７２の回りに極アレイで配置された複数のグリッパフィンガ４７４を含む。グリッパプレート４７２が駆動システム４６８と共に移動するように、グリッパプレート４７２はコラム４７０へ結合される。一実施形態において、３本のグリッパフィンガ４７４が設けられる。グリッパフィンガ４７４は、一般的には、ベース部材４６６、延在部４６４、および接触フィンガ４６２を含む。接触フィンガ４６２は、延在部４６４に対して角度付きで配置される。延在部４６４はベース部材４６６へ結合される。ベース部材４６６はグリッパプレート４７２へ回転可能に結合される。ベース部材４６６は、一般的には、グリッパプレート４７２にある孔に整列する開口を含む。クレビスピンまたは他のシャフト部材が、孔および開口を通って配置され、グリッパプレート４７２に対するグリッパフィンガ４７４の回転を可能にする。
【００６７】
［００８１］ アクチュエータ４６０が、延在部４６４とグリッパプレート４７２との間に結合される。アクチュエータ４６０は、グリッパフィンガ４７４を開閉位置間で移動させる。任意に、ばね４５８をクレビスピンに配置して、グリッパフィンガ４７４を一方の位置へ付勢する。接触フィンガ４６２が内方へ動かされると、各接触フィンガ４６２の末端に設けた切り欠き４５２が、基板４２２を移送ロボット（図示せず）から受入するようになされた座部４５０を画成する。内方位置で、延在部４６４は相互に距離を隔てて配置され、基板４２２およびロボットが延在部間を通過することを可能にする（図？Ａ参照）。
【００６８】
［００８２］ 更に、図示されてはいないが、コンピュータ・ベースのコントローラが、一つ以上の処理ステップ、例えば、基板面を機械的に研磨したり、または基板を装置４２０に移送する等の各ステップを実行するよう装置に命令するために装置４２０へ接続されてもよい。
【００６９】
［００８３］ 図５は、ヘッド・アセンブリ４７８の一実施形態を示す。ヘッド・アセンブリ４７８は、一般的には、ハウジング５０２、ステム５０４、支持プレート５０６、および複数の基板クランプ５２０（クランプ５２０のうち一つを示す）を含む。一般的に、ハウジング５０２は、一端がアクチュエータ４５４へ結合されて、反対端がフランジ５０８で末端をなす中空シャフト５２８を含む。フランジ５０８は、中央キャビティ５１２を画成する下方へ延びたリップ５１０を有する。
【００７０】
［００８４］ 中央キャビティ５１２内には支持プレート５０６が配置される。支持プレート５０６は第１側面５１４および第２側面５１６を有する。基板４２２は、一般的には、処理中に第１側面へ近接して配置される。第１側面５１４は、更に、そこに配置された一つ以上の真空ポート５１８を含み、基板４２２を第１側面５１４に近接して拘束する。
【００７１】
［００８５］ ステム５０４は支持プレート５０６の第２側面５１６へ結合される。ステム５０４は、一般的には、支持プレート５０６に対して垂直に配向される。ステム５０４は、そこに配置された通路を含んで、支持プレート５０８の第１側面５１４、またはヘッド・アセンブリ４７８の他の部分へ真空もしくは流体を提供する。
【００７２】
［００８６］ 基板クランプ５２０は、一般的には、銅等の導電材料で構成される。基板クランプ５２０は、個々の基板クランプ５２０を電気的に結合する導電性リング５２２へ結合される。ネジは、普通には、基板クランプ５２０を導電性リング５２２へ締結するが、他の締結具または締着方法を使用してもよい。導電性リング５２２は、一般的には、端子５２４を含み、リング５２２が、ハウジング５０２を通って取り回されたリード５２６によりリング５２２へ結合された電源（図示せず）から電気的にバイアスされることを可能にする。
【００７３】
［００８７］ 図６Ａは、支持プレート５０６の第１側面５１４から延びる基板クランプ５２０の部分斜視図である。基板クランプ５２０は、一般的には、支持プレート５０６の周辺に極アレイで配置される。一実施形態において、クランプ５２０は支持プレート５０６に対して移動可能であり、それによりクランプ５２０が支持プレート５０６から突出する距離を調節することができる。一般的には、基板クランプ５２０は、支持プレート５０６の周辺の回りで均等に離間した複数の第１クランプ４０２および複数の第２クランプ４０４を備える。第１および第２クランプ４０２、４０４は、一般的には、周辺まわりへ順次交互に置かれ、グリッパフィンガ４７４がその間を通過できるように間が隔てられる。第１クランプ４０２の形状は、一般的には長方形であり、任意ではあるが、基板４２２の直径に整合するようにその幅にわたって湾曲していてもよい。第２クランプ４０４の形状も、一般的には長方形であり、任意ではあるが基板４２２の直径に整合するように湾曲していてもよい。第１クランプおよび第２クランプ４０２、４０４は両方とも、基板に接触する内側表面４０６を有する。
【００７４】
［００８８］ 図６Ａおよび図６Ｂに図解するように、クランプ５２０は外方へ角度付けされ、伸長時には基板４２２がその間を通過できる。クランプ５２０の内面上に配置された瘤６１０が、支持プレート５０６の外周面４１２との間で共有境界を持つ。瘤４１０は、クランプ５２０の伸長時にクランプ５２０を外方へ張り出させる。任意ではあるが、支持表面５０６は面取り４１４を含んでもよく、支持プレート５０６の表面４１２上への瘤４１０の滑らかな移動を可能にする。ハウジング５０２は、一般的には、クランプ５２０の半径方向外方に配置される付勢部材を含み、クランプ５２０を内方へ押す。一実施形態において、付勢部材はデタントピン４１６である。
【００７５】
［００８９］ 第２クランプ４０４は、接触表面先端近傍に形成された切り欠き４１８を含む。切り欠き４１８は底面６２０を有し、その長さは、般的には、基板４２２の厚さより大きい。第１クランプ６０４の末端に最も近い切り欠き４１８の壁４１９は、一般的には、面取りまたは角度付きであり、基板４２２の斜面または丸めた縁部に接触する。
【００７６】
［００９０］ 図７Ａ〜図７Ｄは、キャリアーアセンブリ４３０内へローディングされている基板４２２を表す。図７Ａにおいて、グリッパフィンガ４７４が回転されて、図示されていないロボットから基板４２２を受け取る座部４５０を形成する。ヘッド・アセンブリ４７８は、台座アセンブリ４７６に近接した第１位置５９２に配置される。基板クランプ５２２が、支持プレート５０８の第１側面５１４から完全に伸長される。ロボットが除去されて基板４２２をグリッパフィンガ４７４の座部４５０に残した後に、ヘッド・アセンブリ４７５は第２位置５０４まで伸長され、基板クランプ５２２間の座部４５０に保持された基板４２２をローディングする（図７Ｂ参照）。第１クランプ４０２は、基板４２２をヘッド・アセンブリ４７８に対して中心に置く。
【００７７】
［００９１］ 次に、クランプ５２２は支持プレート５０８に向けて引込まれる。第２クランプ４０４の角度付き壁４１９は、基板４２２の斜面縁部に接触し、支持プレート５０８に抗して基板４２２を引寄せる。更に、角度付き壁４１９と基板４２２との間の相互作用により、第２クランプ４０４をデタントピン４１６に抗して外方へ撓ませて、切り欠き４１８の底面４２０を基板周辺から変位させる。デタントピン４１６および撓んだ第２クランプ４０４が連合して第２クランプ４０４を内方へ押し、支持プレート５０８を背にして基板４２２を捕捉する一方、クランプ４０４と基板４２２との間の良好な電気的接触を提供する。（図７Ｃおよび図７Ｄ参照）。
【００７８】
［００９２］ 再び図５において、導電性リング５２２は、ハウジング５０２と支持プレート５０６との間の中央キャビティ５１２に配置された搭載プレート５３０へ固定される。搭載プレート５３０は、一般的には、基板クランプ５２０が支持プレートの第１側面５１４を越えて延在する距離を調節できるように、支持プレート５０６に対して移動可能である。一般的には、搭載プレート５３０は、支持プレート５０６から離れるようにその間に配置されるばね５３２によって付勢される。
【００７９】
［００９３］ 搭載プレート５３０および基板クランプ５２０の移動を円滑にするために、搭載プレート５３０は、ステム５０４の周りを移動可能に配置されるスリーブ５３４へ結合される。スリーブ５３４は第１直径部分５３６を有し、この部分はＯ−リング５３８等のシールによって一端でステム５０４に抗してシールされる。スリーブ５３４は、より小さな第２直径部分５４０を有し、この部分はステム５０４のより狭い部分５４２との間で共有境界を持つ。ステム５０４の狭い方の部分５４２は、Ｏ−リング５５２によってスリーブ５３４に対してシールされ、従ってステム５０４とスリーブ５３４との間にピストンチャンバ５４４が生成される。空気等の流体がチャンバ５４４へ与えられるか、またはそこから排出されると、スリーブ５３４とステム５０４との間に与えられた力によりスリーブ５３４を移動させ、それに応じて基板クランプ５２０を移動させる。
【００８０】
［００９４］ スリーブ５３４の外側部分５４６にはネジが切られていて、搭載プレート５３０に設けた対応雄ネジ部分５４８と係合する。搭載プレート５３０とスリーブ５３４との間のネジ係合量は、基板クランプ５２０が支持プレート５０６から所定量で突き出る距離を設定するように調節できる。搭載プレート５３０がスリーブ５３４周りに不用意に回動するのを阻止するよう、搭載プレート５３０にある止めネジ５５０を締付けることができる。
【００８１】
［００９５］ 図８は、基板キャリア・ヘッド・アセンブリ８００の別の実施形態の部分図である。基板キャリア・ヘッド・アセンブリ８００は、接触プレート８０２が支持プレート８０４上に配置される場合を除き、先に説明した基板キャリアーアセンブリ４３０と実質的に同じである。一般的には、接触プレート８０２は支持プレート８０４の第１側面８０６上に配置される。接触プレート８０２は導電材料で構成され、処理中に基板４２２をバイアスするために利用される。接触プレート８０２は、支持プレート８０４の第２側面８１２上に配置する端子８１０へ電気的に結合される。端子８１０は、基板４２２をバイアスすることに使用される電源（図示せず）へ接触プレート８０２を、リード８０８を介して結合することを容易にする。
【００８２】
［００９６］ 接触プレート８０２は、一般的には、基板４２２の縁部に近接して配置する。接触プレート８０２は、電圧バイアス等のバイアスを、基板４２２へ直接的に結合するか、あるいは基板縁部を基板裏面の一部分まで包んで基板面上に配置された導電性シード層８２０へ結合する。
【００８３】
［００９７］ 図９は別の実施形態の基板キャリア・ヘッド・アセンブリ９００を示す。基板キャリア・ヘッド・アセンブリ９００は、一般的には、中央キャビティ９０４を画成するハウジング９０２を含み、中央キャビティは、ハウジング９０２の底部分上に配置された開口部９０６、およびハウジング９０２の垂直区間９２０に配置された少なくとも一つのポート９０８を持つ。ポート９０８は、基板４２２がロボット（図示せず）からキャビティ９０４内で水平に受け取られることを可能にする大きさである。
【００８４】
［００９８］ 作動シャフト９１０がハウジング９０２内に配置され、支持プレート９２２をハウジング９０２の開口部９０６へ向けて、基板キャリアに配置されるかまたはそれへ接続されるモータ（図示せず）によって作動させてもよい。支持プレート９２２は、基板をロボットから受け取り、基板を水平に変位させる様式で表を下向きにして固定する。
【００８５】
［００９９］ 支持プレート９２２は、支持プレート９２２の第１側面９２４上に配置された接触プレート９１６を含む。接触プレート９１６は導電材料で構成され、処理中に基板４２２をバイアスするために利用される。接触プレート９１６は、支持プレート９２２の第２側面９２８上に配置される端子９２６へ電気的に結合される。端子９２６は、接触プレート９１６を、へリード９３０を介して、基板４２２をバイアスするために使用する電源（図示せず）へ結合することを容易にする。接触プレート９１６は、一般的には、基板４２２の縁部に近接して位置される。接触プレート９１６は、電圧バイアス等のバイアスを基板４２２へ直接的に結合するか、または基板縁部を基板裏面の一部分まで包んで基板面上に配置された導電性層へ結合する。
【００８６】
［０１００］ 開口部９０６を囲む接触リング９１２は基板支持体９１４を含み、この支持体は作動シャフト９１０が基板４２２を接触リング９１２に押し付ける際に基板４２２を支持する。基板支持体９１４は、基板面との連続的な接触のために環状リングを備えてもよいし、接触リング９１２の周りへ円周方向に配置して、その上に配置した基板４２２に接触するよう延在する一連の接触点を備えてもよい。接触リング９１２は、基板面と、処理セルに配置された平坦な研磨材との間の接触を低減する。そのため、基板キャリアーアセンブリを、電気化学的堆積処理、および研磨材の無い場合の電気化学的溶解処理のために、または基板の限定的研磨をユーザが望む場合のために使用できる。図示されてはいないが、基板支持体９１４を、リード９３０を介して電源（図示せず）へ連結されてもよく、それは基板４２２のバイアス時に使用され、そして接触リング９１２は絶縁材料で構成される。
【００８７】
［０１０１］ 図１０Ａは、別の実施形態の研磨ヘッド４３０の断面略図である。研磨ヘッド４３０は、導電性研磨材等の導電性浸透性ディスクが陽極溶解処理で使用されている場合の、本発明の実施形態で使用できる。研磨ヘッド４３０は、一般的には、キャリアプレート１００２、カバー１００４、および保持リング１００６を含む。キャリアプレート１００２は一実施形態において膨張可能なブラッダを備えるが、一般的には、基板１０１４を、例えば図１のステーション１０６、１０２に配置できる研磨材へ押し付ける。保持リング１００６は、一般的には、キャリアプレート１００２を囲み、処理中に基板１０１４が研磨ヘッド１０３０の下から横方向に動いて出ないようにする。
【００８８】
［０１０２］ キャリアプレート１００２および保持リング１００６は、一般的には、軸方向に相互に移動可能である。キャリアプレートの底部と保持リング１００６との間の相対的距離１０１４は調整可能であり、従って、基板１０１４が保持リング１００６を越えて延在する相対距離、または保持リング１００６が浸透性ディスクまたは研磨材上に及ぼす圧力の量を設定できる。
【００８９】
［０１０３］ 図１０Ｂに部分略図として示す研磨ヘッドの代替の実施形態において、保持リング１００６は、可撓体によって研磨ヘッド４３０へ可動に結合される。可撓体１００８は可撓性金属シートまたはポリマーであってもよく、保持リング１００６とキャリアプレート１００２との間に配置されて、その間の軸方向移動を許容する。カバー１００４に配置されるピストン１０１０は保持リング１００６へ結合される。流体はピストン１０１０へ供給され（またはそこから除去され）て、保持リング１００６を軸方向に付勢することにより距離１０１４を決める。
【００９０】
［０１０４］ 本明細書に記載の処理を実施するために使用できる、そして図２および図３に示す処理システム２００に使用できる、または使用するようにできる別の装置が、２００１年１月２６日出願の米国特許出願第０９／７７０，５５９号で更に詳しく記載されており、それぞれは引用により本明細書に取り込まれる。
【００９１】
［０１０５］ 図１１Ａ〜図１１Ｄは、基板１１２２上へ金属層を堆積し、これを平坦化するための装置１１２０の、実施形態の断面略図である。
【００９２】
［０１０６］ 図１１Ａは、研磨材料でできたローラ１１２８を使用して、基板１１２２の表面を研磨するようになされた装置１１２０を示す。研磨材料は、導電材料、絶縁材料、絶縁材料中の導電素子で製造され、および／または、本明細書に記載する砥材要素すなわち砥粒を含んでもよい。
【００９３】
［０１０７］ 装置１１２０は、部分的エンクロージャ１１３４の上方に配置可能なキャリア・ヘッド・アセンブリ１１３０を含む。部分的エンクロージャ１１３４は、一般的には、中に電解液または他の研磨／堆積流体を収容する容器すなわち電解セルを画成する。エンクロージャ１１３４は、典型的には、陽極／陰極１１２６、およびその中に配置された研磨材料製のローラ１１２８を含む。部分的エンクロージャ１１３４は、モータ、例えばステッパ・モータ等のアクチュエータ（図示せず）へ接続された搭載プラットフォームへ接続できる。アクチュエータは、部分的エンクロージャ１１３４を垂直軸ｘ周りに回転させるようになされる。一実施形態において、シャフト１１４０が中央通路を画成し、そこを通って部分的エンクロージャ１１３４内へ流体が配送される。代替として、流体は、エンクロージャ１１３４に隣接して配置される取入口１１４０’経由で部分的エンクロージャ１１３４内へ配送される。
【００９４】
［０１０８］ 陽極／陰極１１２６は、エンクロージャ１１３４の壁１１３６に配置され、堆積および陽極溶解を遂行するために基板１１２２および／またはローラ１１２８と共にバイアスを持つようになされた陽極／陰極リングを備えてもよい。代替として、陽極／陰極１１２６’を、それを電解液に浸漬できるエンクロージャ１１３４の下側部分に位置決めできる。陽極／陰極１１２６は、印加される正のバイアス（陽極）または負のバイアス（陰極）に依存して、陽極または陰極として働くことができる。例えば、印加バイアスによる陽極溶解等により材料を基板面から除去する場合は、陽極／陰極１１２６が陰極として機能し、ウェーハ表面または浸透性ディスク１１２８が溶解処理用の陽極として働くことができる。堰１１４５をエンクロージャ１１３４の外面に配置して電解液を捕捉し、そして捕捉電解液は濾過され、シャフト１１４０を介して再利用するかまたは廃棄される。
【００９５】
［０１０９］ 基板キャリアまたはヘッド・アセンブリ１１３０は、ローラ１１２８の上方に移動可能に位置決めされる。基板キャリアーアセンブリ１１３０は、ローラ１１２８の上方を垂直方向に移動可能であるとともに、それに対して横方向に移動可能であり、例えば、キャリアーアセンブリ４３０は、垂直縦軸ｙを中心に回転可能である。部分的エンクロージャおよびヘッド・アセンブリのそれぞれｘおよびｙ軸はオフセットされて、ローラ１１２８と基板キャリアーアセンブリ１１３０との間に軌道運動を提供する。
【００９６】
［０１１０］ 基板キャリアーアセンブリ１１３０は、一般的には、基板１１２２をローラ１１２８に向けて堆積面を下向きにして保持する。基板キャリアーアセンブリ１１３０は、基板がエンクロージャ１１３４に対して垂直位置をとるようにすることができる。ローラ１１２８は研磨材料でできた円筒面を備え、基板面を研磨するために基板面に対して平行に回転させることができる。ローラ１１２８は、基板を研磨するために、基板の表面を横切って「掃引する」すなわち相対平行運動、すなわち、並進相対運動または直線相対運動で動くことができる。ローラ１１２８は、更に、基板の表面を横切って水平に回転されて、追加材料を露出させて基板面と接触することができる。
【００９７】
［０１１１］ ローラ１１２８の１態様において、ローラの長手方向幅は、ほぼ基板直径に、基板直径の各側で約１／４インチ（１／４”）と約１インチ（１”）の間の追加幅を加えた長となるようにする。ローラ直径は、ユーザの要求事項および装置のサイズに依存していずれの量でもよい。例えば、直径が約３と約４インチの間であるローラを、本明細書に記載の電気化学的処理セルで使用できる。
【００９８】
［０１１２］ ローラは、研磨中に約７５００ｒｐｍ以下、例えば約１０ｒｐｍと約２００ｒｐｍの間の速度で軸方向すなわち垂直に回転できる。ローラは、基板面の効率的研磨の確保に十分な速度、例えば毎秒約１／２インチ（１／２”）で基板表面を横切って移動できる。図１１Ｂは、図１１Ａの側面略図であり、研磨中に相互に接触する基板１１２２および研磨材料でできたローラ１１２８とを持つ装置１１２０を示す。基板は研磨される表面を下にして、水平に位置決めされ、エンクロージャ１１３４内へ降下され、研磨処理のために研磨材料のローラ１１２８と接触して位置決めされる。
【００９９】
［０１１３］ 図１１Ｃは、装置１１２０の、別の実施形態の側面略図である。図１１Ｃに示す実施形態において、基板１１２２は、エンクロージャ１１３４内で電解液中に表を上向きに配置される。次に、研磨材料でできたローラ１１２８は、基板面にわたって機械的作用を提供するよう基板面上にそれを横切って配置され、材料を基板面から除去する。
【０１００】
［０１１４］ 図１１Ｄは、装置１１２０の、別の実施形態の側面略図である。図１１Ｄに示す実施形態においては、基板１１２２は、エンクロージャ１１３４内で電解液中に表を下向きにして垂直に配置される。研磨材料でできた一つ以上のローラ１１２８が、導電性であってもよいが、基板面にわたり機械的作用を提供するよう直列に位置決めされて材料を基板面から除去する。
【０１０１】
［０１１５］ 上で説明したシステムおよび装置の実施形態の制御を円滑にするために、コンピュータ・ベースのコントローラはＣＰＵ（図示せず）を含み、このＣＰＵは種々のチャンバおよび下位プロセッサを制御するために工業的条件で使用できるコンピュータ・プロセッサのいずれの形態であってもよい。ＣＰＵへはメモリ（図示せず）が結合される。メモリまたはコンピュータ可読媒体は、ＣＰＵによって実行される情報および命令を格納するために、ローカルまたは遠隔の、随時書込読出メモリ（ＲＡＭ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピディスク、ハードディスク、またはいずれか他の形態のデジタル記憶装置等、容易に利用可能な一つ以上のメモリであってよい。
【０１０２】
［０１１６］ 支援回路が、従来の様式でプロセッサを支援するＣＰＵへ結合される。これら回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入／出回路、およびサブシステムを含み、キーボード、トラックボール、マウス、およびコンピュータモニタ等の表示装置等、コントローラと共に使用される入力装置、プリンタ、およびプロッタを含むことができる。そのようなコントローラは、通例パーソナルコンピュータとして知られる。しかし本発明は、パーソナルコンピュータに限定されず、ワークステーション、ミニコンピュータ、メインフレーム、およびスーパーコンピュータ上で実施可能である。
【０１０３】
［０１１７］ 処理、例えば以下説明する堆積および研磨処理は、普通にはソフトウエアのルーチンとして一般的には、メモリに格納される。ソフトウエアルーチンは、また、ＣＰＵによって制御されているハードウエアから遠隔に位置する第２ＣＰＵ（図示せず）によって格納および／または実行されてもよい。
【０１０４】
［０１１８］ 本発明の処理はソフトウエアのルーチンとしての実施を検討されているが、本明細書に開示される方法ステップの幾つかまたは全ては、ハードウエアでだけでなくソフトウエアコントローラによっても遂行できる。このような場合、本発明は、コンピュータ装置上で実行されるようなソフトウエアで、特定用途向け集積回路または他の種類のハードウエア実装のようなハードウエアで、またはソフトウエアとハードウエアの組合せで実施できる。
【０１０５】
平坦化処理
［０１１９］ 本明細書に記載する方法の実施形態は、電気化学的除去技法および研磨技法を使用する基板面の平坦化を提供する。一態様において、この方法は基板を処理するために提供され、腐食阻止剤、均展剤、粘ちょう化剤、またはそれらの組合せを含む電解液中に基板を配置すること、陽極バイアスを基板へ印加すること、基板を電解液中で研磨すること、および材料を基板の表面から除去することを含む。本明細書では、処理はステップを含むとして言及されるが、ステップは、相互に別々である必要はなく、また時間的に切り離されている必要はない。
【０１０６】
［０１２０］ 図１２は、本発明の一実施形態に従う処理ステップを図解するフローチャートである。処理は、ステップ１３００で、基板を基板キャリアーアセンブリ４３０に配置すること、および、次に電極および電解液を収容する部分的エンクロージャ４３４内へ基板を配置することによって開始する。基板は、電源（図示せず）へ電気的に接続されて、基板処理中に陽極または陰極として働き、電極がそれぞれ陰極または陽極として働くことができる。代替として、浸透性ディスク４２８が導電性研磨材料であってもよく、それが研磨技法中等の処理中に基板へ電力を導く。
【０１０７】
［０１２１］ 基板はエンクロージャ内の電解液中に配置されて、基板の少なくとも表面を電解液に接触させ、そして一態様では、基板全体が電解液中に沈めてもよい。電解液は、図４に示すように流体配送配管４４０を通って、および／または浸透性ディスク４２８の下の流体取入口を通って部分的エンクロージャ４３４へ与えることができる。
【０１０８】
［０１２２］ 部分的エンクロージャ４３４内の電解液は市販の電解質を含んでもよい。例えば、電解質は、銅の電解研磨技法およびＥＣＭＰ技法のために、硫酸ベースの電解質、またはリン酸カリウム（Ｋ３ＰＯ４）等のリン酸ベースの電解質、またはその組合せを含む。電解質は、また、硫酸銅等、硫酸ベースの電解質の誘導体、およびリン酸銅等、リン酸ベースの電解質の誘導体を含んでもよい。過塩素酸および／または酢酸溶液並びにそれらの誘導体を有する電解液も使用できる。更に、本発明は、とりわけ光沢剤等、従来から使用される電気メッキ添加剤を含め、電気メッキ処理で従来から使用される電解液配合物の使用も考慮している。電解液の一態様で、電解質濃度は、溶液の約０．２モル（Ｍ）と約１．２Ｍの間であってよい。電解液のｐＨは、一般的には、約３と約１０の間である。
【０１０９】
［０１２３］ 別の態様において、電解液は、また、溶液のｐＨを調節するために、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）等の塩基化合物を含んでいてもよく、これは、全溶液の最大約７０重量パーセントで、および無水リン酸アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）、リン酸二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）、リン酸、またはそれらの混合物等、リン酸塩系を全溶液の約２と約３０重量パーセントの間存在してもよい。二水素リン酸塩および／またはリン酸二アンモニウムは、全溶液の約１５と約２５重量パーセントの間存在してもよい。好適な電解液は、更に、２００１年１２月２１日出願の同時係属中の米国特許出願第 号（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ． 登録整理番号 ＡＭＡＴ ５９９８）、発明の名称「電解ケミカルメカニカルポリッシング用電解液組成および処理」に開示されている。
【０１１０】
［０１２４］ 電解液は、不働態化または抑制化剤を含んでもよい。不働態化または抑制化剤の例は、腐食阻止剤、均展剤、粘ちょう化剤、またはそれらの組合せを含む。電解液中の不働態化または抑制化剤は、ステップ１３１０で基板面上の不働態化または抑制化層の形成を可能にする。不働態化または抑制化層は、電解液と基板上に堆積された材料との間の化学的および電気的反応を絶縁または制限すると考えられる。不働態化または抑制化層は連続であっても不連続であってもよい。
【０１１１】
［０１２５］ 腐食阻止剤は、基板面上に堆積された材料と周囲の電解液との間の化学的相互作用を低減または最小化する材料の層を形成することによって、金属表面の酸化すなわち腐食を阻止する。腐食阻止剤によって形成される材料層は、表面を周囲の電解液から絶縁し、従って基板面上の電流を抑制または最小化し、電気化学的堆積および溶解を制限する。本明細書で使用される腐食阻止剤の例は、ベンゾトリアゾール、メルカプトベンゾトリアゾール、または５−メチル−１−ベンゾトリアゾール等のアゾール基を持つ種々の有機化合物のいずれかであってよい。トリアゾール等のアゾール基は、窒素原子の不結合電子対が銅等の導電材料と配位共有結合を形成し、更なる化学的作用に対して抵抗性を持つので、効果的な阻止剤であると考えられる。腐食阻止剤は、酸化物を形成せずにパッシベーション層を形成するので、腐食阻止剤は電解液にとって好ましい添加剤である。
【０１１２】
［０１２６］ 腐食阻止剤は、溶液の飽和点まで、すなわち、電解液内沈澱しない量が存在してもよい。電解液の約０．００５体積％と約１０体積％との間で腐食阻止剤濃度を使用できる。例えば、約０．０５体積％と約２体積％との間の腐食阻止剤濃度を電解液で使用できる。
【０１１３】
［０１２７］ 均展剤は、本明細書で広義に定義され、基板の表面上の溶解電流を抑制する添加剤をいう。均展剤の例は、ポリエチレングリコールおよびポリエチレングリコール誘導体を含むが、それに限定されない。本明細書に記載の処理に使用可能な他の均展剤には、ポリエチレエンイミン、ポリグリシン、２−アミノ−１−ナフタリンスルホン酸、３−アミノ−１−プロパンスルホン酸、４−アミノトルエン−２−スルホン酸を含め、ポリアミン、ポリアミド、およびポリイミド等、電気メッキ技術で用いられるいずれかを含む。
【０１１４】
［０１２８］ 均展剤は導電材料に付着することによって電解液と導電材料との間の電気化学的反応を阻害することによって溶解電流を抑制し、および／または電気化学的反応を制限する減極剤薬を形成すると考えられる。本発明は、また、基板面の研磨に使用されるウェーハ面上の電流を抑制するために、電気メッキ堆積で普通に使用される他の従来から既知のまたは市販の腐食阻止剤および均展化合物の使用も考慮している。
【０１１５】
［０１２９］ 均展剤は、溶液の飽和点まで、すなわち、電解液内へ沈澱しない量が存在してもよい。電解液の約０．００５体積％と約１０体積％との間で均展剤濃度を使用できる。例えば、約０．０５体積％と約２体積％との間の均展剤濃度を電解液で使用できる。
【０１１６】
［０１３０］ 基板の表面上に不働態化または抑制化堆積物を形成する粘ちょう化剤が、電解液に含まれてもよい。例えば、リン酸、リン酸銅、またはリン酸カリウム等の電解質を含むリン酸塩ベースの化合物または亜リン酸ベースの化合物、またはリンをドープした陽極は、基板面の少なくとも一部分に粘性堆積物すなわち層を形成できるイオンを生成する。粘性堆積物すなわち層は、基板面を通過する電流を不働態化または抑制し、基板面からの材料の陽極溶解等の電気化学的作用を制限する。上に用意した腐食阻止剤、均展剤、および粘ちょう化剤は解説用であり、本発明は、パッシベーション層または抑制を形成する追加の、しかし指定される材料の使用を考慮している。
【０１１７】
［０１３１］ 電解液は、更に、基板面へ吸着する光沢剤、増強剤、および／または表面活性剤等の一つ以上の電解液添加剤を含んでもよい。これら添加剤は、全溶液の最大で約１５％電解液中に存在してもよい。有用な添加剤は、アミン基、アミド基、カルボキシレート、ジカルボキシレート、トリカルボキシレート、またはそれらの組合せを持つ一種類以上のキレート剤を含む。例えば、キレート剤薬は、テトラエチレンペンタミン、トリエチレンテトラミン、ジエチレントリアミン、エチレンヂアミン、アミノ酸、シュウ酸アンモニウム、アンモニア、クエン酸アンモニウム、クエン酸、および琥珀酸アンモニウムを含む。
【０１１８】
［０１３２］ 電解液の例は、電解質組成物２２０へ全溶液の約０．０１から約２重量パーセント添加した腐食阻止剤のＢＴＡ、および電解液へ全溶液の約０．１から約１５重量パーセント添加したキレート薬のクエン酸アンモニウムを含む。別の態様において、ＢＴＡが全溶液の約０．０５から約０．５重量パーセント添加され、そしてクエン酸アンモニウムが全溶液の約７から約１０重量パーセント添加される。さらに別の態様において、ＢＴＡが電解質配合物２２０へ全溶液の約０．０１から約２重量パーセント添加され、そしてエチレンジアミン（ＥＤＡ）が電解液へ全溶液の約２から約１５重量パーセント添加される。
【０１１９】
［０１３３］ 電解液は、砥粒を電解液の最大約３５重量％以下含んでもよく、処理中に基板面の機械的研削を向上させる。例えば、約２重量％以下の濃度の砥粒が電解液中に含まれてもよい。電解液で使用できる砥粒は、シリカ、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウム、またはこの技術では周知の他の研削材を含むが、それらに限定されず、平均サイズは約２０ｎｍと約３００ｎｍとの間である。
【０１２０】
［０１３４］ 操作において、ステップ１３２０で、基板は電解液中で浸透性ディスクにより研磨され、パッシベーション層の少なくとも一部分を基板面から除去する。基板面の少なくとも一部分は、処理の少なくとも一部分中に浸透性ディスク４２８へ接触され、基板面との機械的相互作用を与える。例えば、基板と浸透性ディスクは、相対軌道運動等の相互の相対運動で移動され、基板面に形成されたパッシベーション層の少なくとも一部分を機械的に除去し、下地の導電材料を露出する。研磨ステップは、浸透性ディスク４２８との接触で基板面上に配置された銅含有材料の一部分も除去することができる。
【０１２１】
［０１３５］ 浸透性ディスク４２８と基板面との間で約６ｐｓｉ以下の研磨圧力を用いて、パッシベーション層および銅含有材料を基板面から除去する。一態様において、約２ｐｓｉ以下の研磨圧力を使用して、基板面を平坦化するエレクトロケミカルメカニカルポリッシング（ＥＣＭＰ）技法のためにパッシベーション層（および銅含有材料）除去に使用される。オキシカーバイトおよび低ｋ多孔質材料等の低ｋ材料を研磨するために、約０．５ｐｓｉ等、約１．５ｐｓｉ以下の研磨圧力が使用できる。一実施形態の処理では、約６ｐｓｉ以下の圧力で、腐食阻止剤、均展剤、またはそれらの組合せを約６ｐｓｉ以下の研磨圧力で使用できる。均展剤は、研磨圧力が約２ｐｓｉ以下である場合に使用できる。
【０１２２】
［０１３６］ 代替として、基板と浸透性ディスクとの間にどんな圧力も加えず、すなわち、約０ｐｓｉであり得る研磨圧力で、上に形成された不連続のパッシベーション層を持つ表面の陽極溶解等により、材料を基板面から除去できる。
【０１２３】
［０１３７］ 基板は、処理中に約１０ｒｐｍ以上のキャリア・ヘッドすなわち研磨ヘッドの回転速度で回転できる。例えば、研磨ヘッドの回転速度は約１０ｒｐｍと約５００ｒｐｍの間であってよく、約１０ｒｐｍと約１００ｒｐｍの間の回転速度が最も広く使用される。本発明は、１２０ｒｐｍを超え、５００ｒｐｍ未満の回転速度を具備する研磨装置を考慮している。プラテンも、約１０ｒｐｍと約５００ｒｐｍの間で回転されてよい。約１０ｒｐｍと約１００ｒｐｍの間のプラテン回転速度が、本明細書に記載の処理で使用できる。
【０１２４】
［０１３８］ ステップ１３３０で、バイアスを電解液中に配置された基板すなわち陽極と陰極との間に印加することによって導電材料の溶解が始動され、基板上に形成された銅含有材料等の導電材料１２５０の溶解を可能にする。バイアスは、基板面への約１５ボルト以下の電圧印加を含むことができる。約０．１ボルトと約１５ボルトの間の電圧を用いて、銅含有材料を基板面からそして電解液内へ溶解できる。このようなバイアスの下で、基板面は、上に形成された材料の溶解のために陽極として作用する。代替として、バイアスは２００ｍｍ基板に対して約０．０１と約４０ミリアンペア／ｃｍ２の間の電流密度であってよい。代替として、バイアスは、浸透性ディスク４２８へ印加されてもよく、浸透性ディスク４２８は処理中に電流または電力を基板面へ導く導電性ポリマーパッドであってもよい。
【０１２５】
［０１３９］ 陽極溶解処理を実行するように印加されるバイアスは、基板面からの材料除去におけるユーザの要求に依存して、電力および上記印加を変えることができる。例えば、時間的に変化する陽極電位を基板面へ与えてもよい。バイアスを電気的パルス変調技法によって印加してもよい。電気的パルス変調技法は、第１の時間定電流密度または定電圧を基板上に印加すること、次に第２の時間定逆電圧を基板上に印加すること、そして第１および第２ステップを繰返すことを含む。電気的パルス変調技法は、約−０．１ボルトと約−１５ボルトの間から約０．１ボルトと約１５ボルトの間まで変化する電位を使用できる。代替として、バイアスは、２００ｍｍ基板に対して約０．０１と約４０ミリアンペア／ｃｍ２の間の電流密度であってもよい。電気的パルスは、３秒間未満、例えば約０．２秒と０．４秒の間、または５ミリ秒と１００ミリ秒の間の間隔で変化してもよい。
【０１２６】
［０１４０］ パルスメッキ技法は、処理中に電着だけでなく陽極溶解の両方を可能にする。本明細書に記載の電解ケミカルメカニカルポリッシング処理のために、パルスメッキ技法は、導電材料のどんな電着も最小限になるようにされる。パルスメッキ技法の例は、更に、２００１年７月２６日出願の同時係属中の米国特許出願第０９／９１６，３６５号、発明の名称「高アスペクト比フィーチャのためのダイナミックパルスメッキ」、２０００年５月１１日出願の同時係属中の米国特許出願第０９／５６９，８３３号、発明の名称「電気的パルス変調を使用する高アスペクト比構造のための電気化学的堆積」、および２０００年６月２２日出願の米国特許出願第０９／６０２，６４４号、発明の名称「変調波形を使用する金属の電気化学的堆積のための方法」に開示されている。
【０１２７】
［０１４１］ ステップ１３４０で、上に説明したように、材料は、基板面の少なくとも一部分から陽極溶解、機械的磨耗、またはそれらの組合せによって除去される。銅含有材料を約１００Å／分と約１５，０００Å／分の間等、約１５，０００Å／分の速度で除去するバイアスが基板面へ印加される。除去対象銅材料の厚さが５，０００Å未満である場合の本発明の一実施形態において、約１００Å／分と約１５，０００Å／分の間の除去速度を提供する電圧を印加できる。
【０１２８】
［０１４２］ 研磨処理の例は、基板上に配置された銅含有材料を有する基板を基板キャリアーアセンブリ４３０中に配置すること、および次に基板を部分的エンクロージャ４３４中に配置することを含む。エンクロージャ４３４は、０．８５モル（Ｍ）の硫酸銅の電解液を含有し、腐食阻止剤としてベンゾトリアゾールを約０．０１体積％を含む。約１０ｒｐｍと約１００ｒｐｍの間の研磨速度および基板と浸透性ディスク４２８との間に約１ｐｓｉの接触圧力が与えられる。約１．５ボルトと約２ボルトの間のバイアスが、基板面または導電性研磨パッドへ印加される。銅含有材料は、約５０Å／分と約５０００Å／分の間の速度で移動される。
【０１２９】
［０１４３］ 代替の実施形態においては、パッシベーション層は、電気化学的処理セルの外界で形成できる。パッシベーション層の外界形成では、基板は処理チャンバまたは浴へ移送され、不働態化材料の層が基板面上に堆積される。基板は、次に電解液中に配置されてもよく、バイアスが印加されてもよく、表面は本明細書に記載の処理に従って研磨される。不働態化材料は、二酸化ケイ素等の誘電材料、または半導体製造で使用されるパリレンベースのポリマー等、絶縁性ポリマー等の有機材料であってよい。約１ｐｓｉ以下の研磨圧力で研磨可能な材料が、本明細書に記載の処理で使用できる。不働態化材料は、約５Åと約１００Åの間の厚さまで堆積される。
【０１３０】
［０１４４］ 基板を平坦化する正確なメカニズムは不明であるが、平坦化処理は以下のようであると考えられる。基板の表面を化学的および／または電気的に絶縁化するパッシベーション層が、腐食阻止剤、均展剤、または粘ちょう化剤、またはそれらの組合せへの基板面曝露により、または誘電体層または有機材料の堆積によって形成される。バイアスが印加され、陽極溶解によって基板面から材料を除去するか、または銅含有材料等の導電材料の除去を向上させる。しかし、パッシベーション層が陽極溶解のための電流を絶縁または抑制するので、機械的磨耗が基板と浸透性ディスクとの間に提供され、過剰な堆積または下地層の形状により基板面上に形成される山等、浸透性ディスクと基板との間の接触の領域からパッシベーション層を除去し、下地の銅含有材料を露出させる。パッシベーション層は、基板面にある凹部または谷等の最少限の接触または無接触の領域に残留される。露出した銅含有材料は、それで電解液と電気的に接続され、陽極溶解によって除去できる。
【０１３１】
［０１４５］ パッシベーション層を谷に残留する一方で、印加バイアスの下での浸透性ディスク４２８との接触によっての山からのパッシベーション層の選択的除去は、パッシベーション層の下にある導電材料の除去に対する、基板面の不働態化フリーの部分からの過剰な銅含有材料の溶解および／または除去の増大を可能にする。基板面上に形成されたパッシベーション層を持たない銅含有材料の溶解および除去の増大は、その上に形成された谷と比較して基板面上に形成された山の低減を増すことを可能にし、基板面の平坦化を向上させる結果となる。
【０１３２】
［０１４６］ 加えて、研磨と陽極溶解による材料除去は、基板面が従来の研磨より低い研磨圧力（すなわち、約２ｐｓｉ以下）で平坦化されることを可能にする。より低い研磨圧力は、より低いせん断力および摩擦力に対応し、それは研磨による変形および欠陥形成の低減または最少化により、低ｋ誘電材料を研磨すること等、基板と研磨パッドとの間の接触圧力に敏感な基板面を平坦化するこの処理を好適にする。更に、より低いせん断力および摩擦力が、研磨中に皿状化および掻き傷等の形状欠陥の形成を低減または最小化することが観測された。
【０１３３】
［０１４７］ 上記の実施形態は銅合金およびドープされた銅を含む銅材料を基板から研磨することに向けられたが、本発明は、アルミニウム、タングステン、タンタル並びにチタン、タングステン、タンタル、並びにチタンの窒化物、アルミニウム、タングステン、タンタル、並びにチタンの合金、ドープされたアルミニウム、ドープされたタングステン、ドープされたタンタル並びにドープされたチタン、およびそれらの組合せ等の導電材料、および、白金、金、銀、ニッケル、並びにそれらの組合せ等の電気化学的処理によって堆積および／または除去可能な他の材料を含有できる表面を研磨するために本明細書に記載の処理の適用を考慮する。
【０１３４】
［０１４８］ 図１３Ａ〜図１３Ｆは、上記ステップ１３００〜１３４０で説明した処理の、一実施形態中の基板面１２００の断面略図である。図１３Ａを参照すると、基板面１２００は、普通にはそこに形成されたフィーチャ１２０５を持つ誘電体層１２２０、フィーチャ１２０５の表面上に従形して配置されたバリア層１２１５、バリア層上に堆積された任意の銅シード層（図示せず）、およびその上に配置された導電材料を含む。銅等の導電材料１２５０は、この例ではフィーチャ１２０５中へ電気化学的に堆積される。
【０１３５】
［０１４９］ 図１３Ｂを参照すると、腐食阻止剤への基板面１２００の曝露は、電解液１２７０中で基板面１２００上にパッシベーション層１２１０の形成を可能にする。パッシベーション層１２１０は、一般的には、基板面１２００上で露出された銅材料１２５０上に形成し、堆積された銅材料１２５０に形成できる山１２３０および谷１２４０を含む。
【０１３６】
［０１５０］ 図１３Ｃおよび図１３Ｄを参照すると、基板と浸透性ディスク４２８は、互いに接触され、そして相対軌道運動等の互いの相対運動で移動され、基板面１２００の露出された導電材料１２５０上に形成されたパッシベーション層１２１０を除去する。基板と浸透性ディスク４２８との間の接触は、パッシベーション層１２１０の機械的除去、および銅材料１２５０の少なくとも一部分のそれに続く除去を可能にする。基板と浸透性ディスク４２８との間の接触中に基板面へバイアスが印加され、銅材料１２５０の陽極溶解を可能にする。パッシベーション層によって覆われた銅材料１２５０の除去速度は、パッシベーション層が研磨で取去られた銅の除去速度より小さく、図１３Ｄに示すように平坦な様式での研磨される材料の除去を可能にする。
【０１３７】
［０１５１］ 図１３Ｅを参照すると、基板間を研磨することおよび印加バイアスによっての陽極溶解は、バリア層１２１５に到達するまで続く。銅材料１２５０は、充填されたフィーチャ１２０５中に残る。バリア層は、次に図１３Ｆに示すようにバリア研磨処理によって平坦化される。
【０１３８】
［０１５２］ 堆積および平坦化処理に続いて、基板は、次に、基板の更なる平坦化のために研磨装置へ移送される。本発明の一態様において、上で説明したように堆積および研磨された基板は、第１プラテンへ移送され、そして残余のすなわち残存する銅等の堆積された材料は、基板面から除去される。残余の材料は、広義に定義され、一つ以上の研磨処理ステップが基板上で実行された後に残存する多くの材料をいう。残余の材料は、基板面から除去された、銅、銅合金、および／またはドープされた銅等の銅含有材料だけでなく、銅の酸化物等、銅研磨の副生成物も含む。残余物は、基板の表面を部分的にまたは完全に覆うことがあり、例えば、下にあるバリア層の一部分は、研磨ステップの後に残余の材料が残留されるときに露出されるか、またはその代わりに、研磨処理が実行された後に露出されるバリア層は無い。
【０１３９】
［０１５３］ 一実施例では、基板は、固定砥材研磨パッドを含む第１プラテン上に配置され、普通には研磨ステーション（図示せず）で固定砥材研磨パッド上に基板を配置することを含む。研磨処理は、従来のまたは上に記載の固定砥材研磨パッド上で砥粒フリーまたは砥粒含有研磨配合物を使用できる。
【０１４０】
［０１５４］ 基板は、次にバリア除去のために研磨パッドを含む第２プラテン上に配置され、これは普通には研磨ステーションにあるプラテン上に配置された砥粒フリー研磨パッド上に基板を配置することを含む。バリア除去研磨配合物が、研磨パッドへ供給され、バリア層材料が基板上への研磨処理によって基板面から除去される。バリア除去研磨配合物は、従来の、または固定砥材研磨パッド上への砥粒フリー配合物であるか、またはスピン・エッチングとして知られる高速化学的エッチングを含むことができる。
【０１４１】
［０１５５］ 基板は、次に表面欠陥を最小限にするバフ程のために、第３研磨ステーションにある第３プラテン上に配置できる。バフ掛けは、柔らかい研磨パッドすなわちペンシルベニア州フィラデルフィアに本部を置く米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）に記載されて測定されるショアＤ硬さが約４０以下で、約２ｐｓｉ以下の低減した研磨圧力で実行できる。適切なバフ処理および配合物の例は、２０００年５月１１日出願の同時係属中の米国特許出願第０９／５６９，９６８号に、開示され、本発明と矛盾しない範囲で引用して本明細書に取り込まれる。
【０１４２】
［０１５６］ 任意であるが、洗浄溶液を、各々の研磨処理中またはそれに続いて研磨パッドへ与えてもよく、研磨処理による粒子状物質および消費した反応剤を除去するだけでなく、研磨パッド上の金属残余の堆積物および基板面上に形成された欠陥を最小限にするのを助ける。適切な洗浄液の例は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．が市販するＥｌｅｃｔｒａＣｌｅａｎＴＭである。
【０１４３】
［０１５７］ 最後に、基板は研磨後の洗浄処理へ曝露でき、研磨中または基板ハンドリング中に形成された欠陥を低減する。そのような処理は、基板面上に形成された銅フィーチャでの望ましくない酸化または他の欠陥を最小化できる。そのような研磨後の洗浄の例は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．が市販するＥｌｅｃｔｒａ ＣｌｅａｎＴＭ を適用することである。
【０１４４】
［０１５８］ 以上の記載は本発明の種々の実施形態へ向けられたが、本発明の他の、そして更なる実施形態が、本発明の基本範囲から逸脱することなく考案でき、本発明の範囲は、先に記載の特許請求の範囲によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の処理装置の実施形態を取り入れた処理装置の一実施形態の平面図である。
【図２】電気メッキ装置の一実施形態の上面略図である。
【図３】電気メッキ装置の、別の実施形態の上面略図である。
【図４】本発明の処理装置の、一実施形態の断面図であり、浸透性ディスクの上方に配置した基板を示す。
【図５】キャリア・ヘッド・アセンブリの一実施形態の部分断面図である。
【図６Ａ】複数の基板クランプの部分斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａの複数クランプの内の一つの６Ｂ−６Ｂ断面図である。
【図７Ａ】キャリア・ヘッド・アセンブリへ固定されている基板を示す。
【図７Ｂ】キャリア・ヘッド・アセンブリへ固定されている基板を示す。
【図７Ｃ】キャリア・ヘッド・アセンブリへ固定されている基板を示す。
【図７Ｄ】キャリア・ヘッド・アセンブリへ固定されている基板を示す。
【図８】キャリア・ヘッド・アセンブリの、別の実施形態の部分図である。
【図９】キャリア・ヘッド・アセンブリの、別の実施形態の部分図である。
【図１０Ａ】キャリア・ヘッド・アセンブリの、複数の実施形態の部分図である。
【図１０Ｂ】キャリア・ヘッド・アセンブリの、複数の実施形態の部分図である。
【図１１Ａ】基板上への金属層堆積およびその平坦化を行う装置の実施形態の断面略図である。
【図１１Ｂ】基板上への金属層堆積およびその平坦化を行う装置の実施形態の断面略図である。
【図１１Ｃ】基板上への金属層堆積およびその平坦化を行う装置の実施形態の断面略図である。
【図１１Ｄ】基板上への金属層堆積およびその平坦化を行う装置の実施形態の断面略図である。
【図１２】本発明の一実施形態に従う処理ステップを図解するフローチャートである。
【図１３Ａ】本明細書に記載の、基板面を平坦化するための一実施形態に従って基板を研磨する概略図である。
【図１３Ｂ】本明細書に記載の、基板面を平坦化するための一実施形態に従って基板を研磨する概略図である。
【図１３Ｃ】本明細書に記載の、基板面を平坦化するための一実施形態に従って基板を研磨する概略図である。
【図１３Ｄ】本明細書に記載の、基板面を平坦化するための一実施形態に従って基板を研磨する概略図である。
【図１３Ｅ】本明細書に記載の、基板面を平坦化するための一実施形態に従って基板を研磨する概略図である。
【図１３Ｆ】本明細書に記載の、基板面を平坦化するための一実施形態に従って基板を研磨する概略図である。
【符号の説明】
【０１４６】
１００…処理装置、１０２…電気化学的処理ステーション、１０６…研磨ステーション、 １０８…ファクトリインタフェース、１１０…ローディングロボット、１１１…グリッパ、 １１２…モジュール、処理モジュール、１１４…洗浄モジュール、１１６…基板カセット、 １１８…インタフェースロボット、１２０…投入モジュール、１２２…移送ステーション、 １２３…基板、１２４…ロードカップアセンブリ、１２６…ベース、１２８…投入バッファステーション、１３０…取出バッファステーション、１３１…、１３２…移送ロボット、 １３４…カラーセル、１３６…アーム、１３８…研磨ヘッド、１４０…コントローラ、１４２…メモリ、１４６…支援回路、２００…処理装置、２１０…ローディングステーション、２１１…アニールチャンバ、２１２…ステーション、研磨ステーション、２１４…メインフレーム、２１５…各研磨ステーション、２１６…メインフレーム移送ステーション、 ２１７…研磨プラテン、２１８…処理ステーション、２２０…電解液補給装置、２２１…電源ステーション、２２２…制御装置、２２４…基板カセット受入領域、２２８…ローディングステーション移送ロボット、２３０…ウェーハ配向装置、２３１…基板カセット、 ２３２…基板カセット、２３４…基板、２３８…基板受渡カセット、２４０…処理セル、 ２４２…メインフレーム移送ロボット、２４４…フリッパロボット、２４６…各ロボットアーム、２６０…電解液タンク、２６２…ソースタンク、２６４…濾過タンク、４０２…クランプ、４０４…クランプ、４０６…内側表面、４１０…瘤、４１２…外周面、４１６…デタントピン、４１９…壁、４２０…底面、４２２…基板、４２６…陰極、４２８…浸透性ディスク、４３０…キャリアーアセンブリ、ヘッド・アセンブリ、４３０…基板キャリアーアセンブリ、研磨ヘッド、４３２…シャフト、４３４…エンクロージャ、４３４…部分的エンクロージャ、４３６…ポート、４３８…ネジ、４３８…主メッキ容積部、４４０…流体配送配管、４４２…基板、４４４…拡散プレート、４４６…孔、４５０…座部、 ４５４…アクチュエータ、４５６…パワーヘッド、４６０…アクチュエータ、４６２…接触フィンガ、４６４…延在部、４６６…ベース部材、４６８…駆動システム、４７０…コラム、４７２…グリッパプレート、４７４…グリッパフィンガ、４７５…ヘッド・アセンブリ、４７６…台座アセンブリ、４７８…ヘッド・アセンブリ、４８０…スタンチョン、 ４８２…ベース、共通ベース、４８４…ベース支持体、４８６…リフト機構、駆動システム、４８８…直動アクチュエータ、４９０…ガイド、４９２…レール、４９４…ヒンジ、 ５０２…ハウジング、５０４…ステム、位置、５０６…支持プレート、支持表面、５０８…フランジ、支持プレート、５１０…リップ、５１２…キャビティ、５１４…側面、５１６…側面、５１８…真空ポート、５２０…クランプ、５２０…基板クランプ、５２２…クランプ、リング、基板クランプ、導電性リング、５２４…端子、５２６…リード、５２８…中空シャフト、５３０…搭載プレート、５３４…スリーブ、５３６…直径部分、５３８…リング、５４０…直径部分、５４２…部分、５４４…チャンバ、５４４…ピストンチャンバ、５４６…外側部分、５４８…対応雄ネジ部分、５５０…ネジ、５５２…リング、５９２…位置、６０４…クランプ、６１０…瘤、６２０…底面、８００…基板キャリア・ヘッド・アセンブリ、８０２…接触プレート、８０４…支持プレート、８０６…側面、８０８…リード、８１０…端子、８１２…側面、８２０…導電性シード層、９００…基板キャリア・ヘッド・アセンブリ、９０２…ハウジング、９０４…キャビティ、９０６…開口部、 ９０８…ポート、９１０…作動シャフト、９１２…接触リング、９１４…基板支持体、９１６…接触プレート、９２０…垂直区間、９２２…支持プレート、９２４…側面、９２６…端子、９２８…側面、９３０…リード、１００２…キャリアプレート、１００４…カバー、１００６…保持リング、１００８…可撓体、１０１０…ピストン、１０１４…基板、 １０１４…相対的距離、１０３０…研磨ヘッド、１１２０…装置、１１２２…基板、１１２６…陰極、１１２８…ローラ、１１２８…浸透性ディスク、１１３０…キャリア・ヘッド・アセンブリ、１１３４…エンクロージャ、部分的エンクロージャ、１１３６…壁、１１４０…シャフト、１１４５…堰、１２００…基板面、１２０５…フィーチャ、１２１０…パッシベーション層、１２１５…バリア層、１２２０…誘電体層、１２３０…山、１２４０…谷、１２５０…導電材料、１２５０…銅材料、１２７０…電解液。
【０００１】
［０００１］ 本発明は、それぞれ引用されて本明細書に取り込まれた２００１年３月１４日出願の米国仮特許出願第６０／２７５，８７４号、２００１年４月２４日出願の米国仮特許出願第６０／２８６，１０７号、および２００１年１０月１日出願の米国仮特許出願第６０／３２６，２６３号の特典を請求する。
【発明の背景】
【０００２】
発明の分野
［０００２］ 本発明は、基板上の金属等の材料を平坦化するための装置および方法に関する。
【０００３】
関連技術の背景
［０００３］ 次世代の超大規模集積回路（ＵＬＳＩ）にとって、サブクォータミクロンの多層メタライゼーションは主要技術の一つである。この技術の核心である多層配線は、高アスペクト比開口に形成されたコンタクト、バイア、配線、および他のフィーチャを含めた相互接続フィーチャの平坦化を必要とする。これら相互接続フィーチャを、信頼性をもって形成することは、ＵＬＳＩの成功にとって、また個々の基板およびダイ上の回路の密度および品質を高めるための絶えざる努力にとって極めて重要である。
【０００４】
［０００４］ 集積回路および他の電子デバイスの製造においては、導電性、半導電性、および誘電性の各材料の多数層が基板面に堆積されるか、またはそこから除去される。導電性、半導電性、および誘電性の各材料の薄層は多くの堆積技法によって堆積させることができる。最新の処理において一般的な堆積技法には、スパッタリングとして知られる物理蒸着（ＰＶＤ）、化学的気相成長（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）、そして今では電気化学メッキ（ＥＣＰ）が含まれる。
【０００５】
［０００５］ 材料の層が順次、堆積および除去されるに従い、基板の最上面はその表面にわたって非平坦になり、平坦化が必要になる。表面の平坦化、すなわち表面の「研磨（ポリッシング）」は、一般的には、一様な平坦面を形成するために材料を基板の表面から除去する処理である。平坦化は、粗面、凝集材料、結晶格子損傷、掻き傷、および汚染層または汚染材料等、望ましくない表面形状（surface topography）および表面欠陥の除去に有用である。平坦化は、フィーチャを充填して、後に続く階層のメタライゼーションおよび処理のための一様な表面を提供するために使用された材料の過剰堆積を除去することによって、基板上へフィーチャを形成する場合にも有用である。
【０００６】
［０００６］ 化学的機械的平坦化、すなわちケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）は、基板を平坦化するために使用される普通の技法である。ＣＭＰは、基板から材料を選択的に除去するために化学的配合物、典型的にはスラリまたは他の流体媒質を利用している。従来のＣＭＰ技法では、基板キャリアまたは研磨ヘッドがキャリアーアセンブリ上に搭載され、ＣＭＰ装置内で研磨パッドと接触するように配置される。キャリアーアセンブリは、基板を研磨パッドへ押し付ける調節可能な圧力を基板へ与える。パッドは、外部駆動力によって基板に対して動かされる。ＣＭＰ装置は、研磨組成物すなわちスラリを分散させる間、基板面と研磨パッドとの間の研磨運動すなわちこすり運動を行って、化学的作用および／または機械的作用がなされる結果、基板面から材料が除去される。
【０００７】
［０００７］ 銅は、集積回路および他の電子デバイス中に導電路を与える相互接続を形成する金属として、ＵＬＳＩに採用されるようになってきている。銅は、アルミニウム等の従来材料に比べて、低い抵抗および良好な電気泳動特性など有利な性質を持つ材料である。銅は、ＰＶＤ、ＣＶＤ、および電気メッキ等の種々の技法によって堆積できる。電気メッキ（ＥＣＰ）は確実に低コストで効率的な堆積技法であることが判明している。ＥＣＰは、基板をメッキ浴に導入し、基板へ電流を印加することによって行われる。銅イオンは溶液から析出して基板上へ堆積する。
【０００８】
［０００８］ しかし、銅は、パターン化およびエッチングが困難である。従って、銅フィーチャは、ダマシンまたはデュアルダマシン処理を使用して形成される。ダマシン処理で、フィーチャは誘電材料中に画成された後に銅で充填される。銅堆積に先立って誘電層中に形成されたフィーチャの表面には、従形したバリア層が堆積される。次に、バリア層および周囲のフィールドの上から銅が堆積される。フィールド上に堆積された銅はＣＭＰ処理によって除去され、誘電材料中に形成された銅充填フィーチャを残す。砥材および砥材フリーの両ＣＭＰ処理が利用可能であり、銅を除去するそれ以外の処理も開発途上にある。砥材とは、アルミナやシリカ等の粒子材料のことであり、研磨スラリへ加えられるか、または砥材固定研磨パッドから研磨中に離脱して、基板面へ機械的磨耗を与える。
【０００９】
［０００９］ その上、基板面は、そこに形成されたフィーチャの密度またはサイズに依存して異なる表面形状を持つ可能性があり、それにより銅材料の基板面からの有効な従形除去が達成困難になる。例えば、銅材料は、形成フィーチャがあるにしても少ない基板面領域からの銅材料除去に比べて、基板面における高い密度のフィーチャ領域からは遅い除去速度で除去されることが観測された。更に、比較的一様ではない除去速度は、結果として基板の各領域の過少研磨をもたらし、残余の銅材料が研磨処理後に残ってしまうことになる。
【００１０】
［００１０］ 全ての所望の銅材料を基板面から除去する一つの解決策は、基板面を過度研磨することである。しかし、材料によっては、過度研磨することにより皿状化と称するフィーチャの凹みまたは窪み等の形状欠陥の形成、あるいは腐食と称する、誘電材料の過剰除去を生ずる。皿状化および腐食による形状欠陥は、更に、その下に配置したバリア層材料等の追加材料の非均一除去へ導くこともあり、所望の研磨品質に達しない基板面を生成することになる。
【００１１】
［００１１］ 銅表面の研磨に伴う別の問題は、基板面に銅ダマシンを形成するために使用する低誘電率（低ｋ）の誘電材料に由来する。炭素ドープのケイ素酸化物等の低ｋ誘電材料は、従来のダウン力（ｄｏｗｎ ｆｏｒｃｅ）と称する研磨圧力（すなわち約６ｐｓｉ）の下で変形したり掻き傷を付けることがあり、基板の研磨品質に悪影響を及ぼすとともに、デバイス形成に悪影響を及ぼす。例えば、基板と研磨パッド間の回転相対運動は、基板面に沿ってせん断力を誘発して低ｋ材料を変形させることにより、掻き傷等の形状欠陥を形成し、後続の研磨に悪影響を及ぼす。
【００１２】
［００１２］ その結果、基板上へ銅層等の金属層を堆積して平坦化する装置および方法に対するニーズがある。
【発明の概要】
【００１３】
［００１３］ 本発明の各態様は、一般的には、基板と研磨装置間の低減した接触圧力を用いて基板面を平坦化する方法および装置を提供する。一態様において、基板を処理するための方法が提供され、この方法は、腐食阻止剤を含む電解液中に基板を位置決めすること、パッシベーション層を基板面に形成すること、基板を電解液中で研磨すること、陽極バイアスを基板面へ印加すること、および材料を基板面の少なくとも一部分から除去することを含む。
【００１４】
［００１４］ 別の態様において、基板を処理するための方法が提供され、この方法は、基板を研磨材に隣接して電解液中に位置決めすること、電解液は基板面上に電流抑制層を形成するために腐食阻止剤、均展剤、粘ちょう化剤、またはそれらの組合せを含み、基板を電解液中で研磨材により研磨して電流抑制層の少なくとも一部分を除去すること、電解液中に位置決めされた陽極と陰極との間にバイアスを印加すること、および材料を基板面の少なくとも一部分から陽極溶解により除去することを含む。
【００１５】
［００１５］ 別の態様において、基板を処理するための装置が提供され、この装置は、処理区域を画成して流体取入口および流体取出口を有する部分的エンクロージャと、部分的エンクロージャ内に配置される陰極と、部分的エンクロージャ内に配置される研磨材と、基板搭載面を有して研磨材の上方に移動可能に配置される基板キャリアと、少なくとも部分的エンクロージャへ接続される電源と、装置が電解液中に基板を位置決めして基板面上へパッシベーション層を形成し、研磨材を用いて基板を電解液中で研磨し、陽極バイアスを基板面または研磨材へ印加するすることにより基板面の少なくとも一部分から材料を除去するように構成されるコンピュータ・ベースのコントローラとを含む。
【００１６】
［００１６］ 別の態様において、電気化学的堆積装置が提供され、この装置は、メインフレームウェーハ移送ロボットを有するメインフレームと、メインフレームに接続して配置されたローディングステーションと、メインフレームに接続して配置された一つ以上の電気化学処理セルと、メインフレームに接続して配置された一つ以上の研磨プラテンと、一つ以上の電気化学処理セルへ流体接続された電解液供給装置と、一つ以上のへ接続された一つ以上の研磨流体供給装置とを含む。
【００１７】
［００１７］ 先に列挙記載した特徴が得られる態様を克明に理解できるように、上で要約した本発明を、付帯する図面に示す本発明の実施形態を参照してより詳細に説明する。
【００１８】
［００１８］ しかし、注意すべきは、付帯図面は本発明の単に典型的な実施形態を図解するだけであり、従って本発明は他の等しく有効な実施形態を許容し得ることから、本発明の範囲を限定すると考えてはならない。
【００１９】
好ましい実施形態の詳細な説明
［００３３］ 一般に、本発明の各態様は、基板と研磨装置との間の低減した接触圧力で基板面を平坦化するための装置および方法を提供する。本発明を、電解ケミカルメカニカルポリッシング（ＥＣＭＰ）技法による基板面からの、銅および他の銅含有材料等の導電材料を除去する平坦化処理を参照して、以下に説明する。
【００２０】
［００３４］ ここで使用する用語および語句は、更に定義されない限り、当業者がこの技術で用いている通常の慣用的な意味を持つものとする。ケミカルメカニカルポリッシングは広義に解釈されるものとし、化学的作用、機械的作用、または、化学的および機械的両作用の組合せによって基板面を磨耗させることを含むが、それに限定されるものではない。電解研磨は広義に解釈されるものとし、陽極溶解等の電気化学作用を適用することにより材料を基板から除去することを含むが、それに限定されるものではない。陽極溶解は本明細書では広義の記載であり、基板面または基板面と接触する導電性対象物への陽極バイアスの印加の結果、導電材料が基板面から周囲の導電性流体内へ移ることをいう。電解ケミカルメカニカルポリッシング（ＥＣＭＰ）は本明細書では広義に定義され、材料を基板面から除去するために電気化学的作用、化学的作用、機械的作用、または、電気化学的、化学的および機械的各作用の組合せを適用することにより基板を平坦化することである。本明細書に記載の処理の実行に使用できる例示の処理装置を図１〜図３に示す。
【００２１】
［００３５］ 図１は、本明細書に記載の処理を実行するための処理装置１００の一実施形態を示す。本発明の便益を受けるようにすることができる一つの研磨ツールは、カリフォルニア州サンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．から入手可能な Ｍｉｒｒａ（登録商標）ＭｅｓａＴＭケミカルメカニカル研磨盤である。例示の装置１００は、一般的には、ファクトリインタフェース１０８、ローディングロボット１１０、および処理モジュール１１２を備え、処理モジュール１１２はその上に配置された少なくとも一つの電気化学的処理ステーション１０２および少なくとも一つの従来の研磨ステーション１０６を有する。
【００２２】
［００３６］ 一般的に、ローディングロボット１１０は、ファクトリインタフェース１０８および処理モジュール１１２に近接して配置され、両者間での基板１２２の移送を円滑にする。ファクトリインタフェース１０８は、一般的には、洗浄モジュール１１４および一つ以上の基板カセット１１６を含む。インタフェースロボット１１８を用いて、基板カセット１１６、洗浄モジュール１１４、および投入モジュール１２０間で基板１２３を移送する。投入モジュール１２０は、処理モジュール１１２とファクトリインタフェース１０８との間の、ローディングロボット１１０による基板１２３の移送を円滑にするように位置決めされる。有利に使用できるファクトリインタフェースの例は、同一譲受人であるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．へ譲渡され、引用されて本明細書に取り込まれた２０００年４月１１日出願の米国特許出願第０９／５４７，１８９号に開示されている。
【００２３】
［００３７］ ローディングロボット１１０は、ロボット１１０により得られる運動範囲が、ファクトリインタフェース１０８と処理モジュール１１２との間での基板１２３の移送を円滑にするように、両者に近接して配置される。ローディングロボット１１０の例は、カリフォルニア州リッチモンド所在のＫｅｎｓｉｎｇｔｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．が製造する４−リンクロボットである。例示のローディングロボット１１０は、基板１２３を垂直または水平のいずれの配向へも向けることができるグリッパ１１１を有する。
【００２４】
［００３８］ 図１に示す一実施形態において、例示の処理モジュール１１２は、電気化学的処理ステーション１０２および研磨ステーション１０６に加えて、移送ステーション１２２およびカルーセル１３４を有し、それら全てが機械ベース１２６上に配置されている。処理モジュール１１２は一つ以上の処理ステーションを備えることができ、モジュール１１２の各ステーション１０２、１０６は、電着や電解研磨等の電気化学的処理、および従来のケミカルメカニカルポリッシング処理、またはそれらの組合せを実行するようになされてもよい。各研磨ステーション１０６は、固定式研磨プラテン、回転式研磨プラテン、直動式研磨プラテン、回転直動式研磨プラテン、ローラ研磨プラテン、またはそれらの組合せを備えてもよい。研磨ステーション１０６に配置される研磨材は導電性であってもよく、および／または、砥材要素すなわち砥粒を含有してもよい。
【００２５】
［００３９］ 一実施形態において、移送ステーション１２２は、少なくとも、投入バッファステーション１２８、取出バッファステーション１３０、移送ロボット１３２、およびロードカップアセンブリ１２４を備える。移送ロボット１３２は二つのグリッパアセンブリを有し、各グリッパアセンブリは基板１２３を基板縁部で把持する空圧式グリッパフィンガを有する。移送ロボット１３２は、基板１２３を投入バッファステーション１２８から持上げ、グリッパおよび基板１２３を回転させて基板１２３をロードカップアセンブリ１３４の上方に位置決めしてから、基板１２３をロードカップアセンブリ１２４上へ降ろして載置する。有利に使用できる移送ステーションの例は、同一譲受人であるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．へ譲渡され、本明細書で引用されて取り込まれた１９９９年１０月１０日出願の米国特許出願第０９／３１４，７７１号でＴｏｂｉｎにより記載されている。
【００２６】
［００４０］ カラーセル１３４は、全体的には、１９９８年９月８日に発行されたＴｏｌｌｅｓ他の米国特許第５，８０４，５０７号に記載されており、この特許は引用によりその全体を本明細書に取り込まれる。一般的には、カラーセル１３４はベース１２６の中心に配置される。カラーセル１３４は複数のアーム１３６を含むのが普通である。各アームはキャリア・ヘッド・アセンブリすなわち研磨ヘッド１３８を支持する。図１に示すアーム１３６のうちの一つを、移送ステーション１２２が見えるように、想像線で示す。カラーセル１３４は、モジュール１０２、１０６と移送ステーション１２２との間で研磨ヘッド１３８を移動できるように、インデックス送りが可能である。
【００２７】
［００４１］ 一般的に研磨ヘッド１３８は基板１２３を把持する一方、研磨ステーション１０６上に配置された研磨材料（図示せず）にその基板を押し付ける。利用できる一つの研磨ヘッドは、カリフォルニア州サンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．が製造するＴｉｔａｎ ＨｅａｄＴＭ基板キャリアである。
【００２８】
［００４２］ 更に、基板面を機械的に研磨し、基板から材料を電気化学的に除去し、あるいは基板を装置１００に移送する等の、装置上での一つ以上の処理ステップを実行するように装置１００に命令するために、図示されてはいないが、コンピュータシステム、またはコンピュータ・ベースのコントローラ、またはコンピュータプログラムプロダクトを装置１００へ接続できる。代替として、電気化学的堆積、または同時の電気化学的堆積および電解ポリッシングを実施する場合、コンピュータ装置、コンピュータ・ベースのコントローラ、またはコンピュータプログラムプロダクトがこれらステップを実行させるようにしてもよい。
【００２９】
［００４３］ 上で説明したような装置１００の制御を円滑にするために、コンピュータ・ベースのコントローラ１４０は、様々なチャンバおよびサブプロセッサを制御するために工業的場面で使用可能なＣＰＵ１４４またはコンピュータ・プロセッサの、いずれの形態のものであってもよい。ＣＰＵ１４４へはメモリ１４２が結合され、このメモリすなわちコンピュータ可読媒体は、ローカルまたは遠隔の随時書込読出メモリ（ＲＡＭ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピディスク、ハードディスクあるいはいずれか他の形態のデジタル記憶装置等、容易に利用可能な一つ以上のメモリであってよい。従来の様式でプロセッサを支援するために支援回路１４６がＣＰＵ１４４へ結合される。これら支援回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入／出力回路およびサブシステムおよび類似品を含む。例えば本明細書に記載の処理の態様に従う処理シーケンスは、ソフトウエアのルーチンとしてメモリに格納されるのが一般的である。ソフトウエアルーチンは、ＣＰＵ１４４によって制御されるハードウエアから離れて置かれた第２ＣＰＵ（図示せず）によって格納および／または実行されてもよい。
【００３０】
［００４４］ 図２は、本明細書に記載の処理を実行するために、少なくとも一つの電気化学的処理ステーション２１８および少なくとも一つの従来の研磨ステーション２１５を有する別の実施形態の、処理システム２００の上面略図である。本発明の便益を受けるようにすることができる一つのツールは、カリフォルニア州サンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＥｌｅｃｔｒａ（登録商標）処理装置等の電気化学的処理プラットフォームすなわち電気化学的処理装置である。
【００３１】
［００４５］ システム２００は、ローディングステーション２１０およびメインフレーム２１４を含む。メインフレーム２１４は、一般的には、メインフレーム移送ステーション２１６、スピン・リンス・ドライ（ＳＲＤ）ステーション２１２、一つ以上の電気化学的処理ステーション２１８、および一つ以上の研磨ステーション２１５を含む。システム２００は、急速熱アニール（ＲＴＡ）チャンバ２１１のような熱アニールチャンバ、電解液補給システム２２０、および一つ以上の基板受渡カセット２３８を含んでもよい。
【００３２】
［００４６］ 各電気化学的処理ステーション２１８は、一つ以上の電気化学的処理セル２４０を含む。電解液補給システム２２０はメインフレーム２１４に隣接して位置決めされ、個々の処理セル２４０へ接続されて、電気メッキ処理に使用する電解液を循環させる。各研磨ステーション２１５は一つ以上の研磨プラテン２１７を含む。研磨プラテン２１７は固定式研磨プラテン、回転式研磨プラテン、直動式研磨プラテン、回転直動式研磨プラテン、ローラ収容プラテンもしくは本明細書に記載のセル、またはそれらの組合せを含んでもよく、研磨材はプラテン上またはプラテン内に配置される。研磨プラテン２１７上に配置した研磨材は導電性であり、および／または、砥材要素すなわち砥粒を含有してもよい。
【００３３】
［００４７］ システム２００は、システムおよび制御システム２２２へ電力を与えるための電源ステーション２２１も含む。電源ステーション２２１は、個々の電気化学的セル２４０および研磨プラテン２１７へ接続可能な一つ以上の電源を含む。制御システム２２２は、システム２００の全構成要素を制御してシステム２００の多様な構成要素の動作の調整をとるために特別に設計されたコンピュータ可読媒体、すなわちソフトウエア、を備えたプログラム可能なマイクロプロセッサを含む。制御システム２２２は、装置の構成要素へ与えられる電力の制御も行える。制御システム２２２は、オペレータがシステム２００を監視および操作できるようにするコントロールパネルを含んでもよい。コントロールパネルはスタンドアローンモジュールであって、ケーブルを介して制御システム２２２へ接続され、容易なアクセスをオペレータへ提供する。
【００３４】
［００４８］ ローディングステーション２１０は、好ましくは、一つ以上の基板カセット受入領域２２４、一つ以上のローディングステーション移送ロボット２２８、および少なくとも一つの基板配向装置２３０を含む。ローディングステーション２１０に含まれる多数の基板カセット受入領域、ローディングステーション移送ロボット２２８、および基板配向装置は、装置の所望スループットに従って構成することができる。図２に示すように、一実施形態におけるローディングステーション２１０は、二つの基板カセット受入領域２２４、二つのローディングステーション移送ロボット２２８、および一つの基板配向装置２３０を含む。基板２３４を収納する基板カセット２３２は基板カセット受入領域２２４へローディングされ、基板２３４をシステム２００へ導入する。ローディングステーション移送ロボット２２８は、基板カセット２３２と基板配向装置２３０との間で基板２３４を移送する。
【００３５】
［００４９］ 基板配向装置２３０は各基板２３４を所望の向きに位置決めして、基板の適正処理を確保する。また、ローディングステーション移送ロボット２２８は、ローディングステーション２１０とＳＲＤステーション２１２との間、およびローディングステーション２１０と熱アニールチャンバ２１１との間で基板２３４を移送する。ローディングステーション２１０は、好ましくは、装置による基板の高効率移送を円滑にするために、必要に応じて、基板の一時的保管のための基板カセット２３１も含む。
【００３６】
［００５０］ 図２は、メインフレームステーションへ取り付けた、異なるステーション間で基板を移送するために、内部に組込まれたフリッパロボット２４４を有するメインフレーム移送ロボット２４２を示す。メインフレーム移送ロボット２４２は複数のロボットアーム２４２（２本を図示）を含み、フリッパロボット２４４が、各ロボットアーム２４６の末端エフェクタとして取り付けられて、メインフレームへ取り付けた、異なるステーション間で基板を移送するだけでなく、移送中の基板を所望の表面配向へフリップすることができる。例えば、フリッパロボット２４４は、処理セル２４０での電気化学処理あるいは研磨プラテン２１７での研磨処理のために基板処理面を下向きにフリップし、そしてスピン・リンス・ドライ処理または基板移送等、他の処理のために基板処理面を上向きにフリップする。
【００３７】
［００５１］ フリッパロボットはこの技術では概ね知られており、カリフォルニア州ミルピータス所在のＲｏｒｚｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．から入手可能なモデルＲＲ７０１等の基板ハンドリングロボット用末端エフェクタとして取り付けることができる。フリッパロボット２４４を、フリッパ上に配置した基板を電気メッキするために電気化学的処理セル２４０と共に使用するようにしてもよく、電気化学的処理セル２４０を、セル２４０での処理に先立ってフリッパロボットから基板を受け入れるようにしてもよい。
【００３８】
［００５２］ 代替として、基板キャリアを（図１に示すように）メインフレーム移送ロボット２４２の代わりに配置して、基板を一つ以上の電気化学的処理ステーション２１８および一つ以上の研磨ステーション２１５間で移送し、および／または、それらステーションで基板を処理してもよい。
【００３９】
［００５３］ 急速熱アニール（ＲＴＡ）チャンバ２１１は好ましくはローディングステーション２１０へ接続され、ローディングステーション移送ロボット２２８によってＲＴＡチャンバ２１１の内外へ基板が移送される。図２に示すような電気メッキ装置は、一実施形態において、ローディングステーション２１０の対称設計に呼応して、ローディングステーション２１０の対向両側に配置される二つのＲＴＡチャンバ２１１を含む。好適なアニールチャンバの例は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＲＴＰ ＸＥｐｌｕｓ Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）熱処理装置等の急速熱アニールチャンバである。
【００４０】
［００５４］ 電解液補給システム２２０は、電気メッキおよび／または陽極溶解処理のために電気メッキ処理セル２４０へ電解液を供給する。電解液補給システム２２０は、一般的に、主電解液タンク２６０、複数のソースタンク２６２、および複数の濾過タンク２６４を備える。一つ以上のコントローラが、主タンク２６０内の電解液組成および電解液補給システム２２０の動作を制御する。コントローラは独立して操作可能であるが、システム２００の制御システム２２２に統合されることが好ましい。
【００４１】
［００５５］ 主電解液タンク２６０は電解液用リザーバを備え、各電気メッキ処理セルに接続される電解液供給配管を含む。ソースタンク２６２は、電解液の配合に必要な化学薬品を収容し、典型的には、電解液配合用脱イオン水ソースタンクおよび硫酸銅（ＣｕＳＯ４）ソースタンクを含む。他のソースタンク２６２は、硫酸水素塩（Ｈ２ＳＯ４）、塩化水素（ＨＣｌ）、リン酸水素塩（Ｈ２ＰＯ４）、および／または、腐食阻止剤、およびポリグリコール等の均展剤を含め、種々の添加剤を収容できる。電解液タンク２６０およびソースタンク２６２に入れて使用する電解液および添加剤の例は本明細書で更に記載する。
【００４２】
［００５６］ 更に、図示されてはいないが、一つ以上の供給タンクをシステム２００へ接続して１種類以上の研磨流体、コンディショニング流体、および／または洗浄流体を、上に配置した一つ以上の研磨ステーション２１５へ供給する。
【００４３】
［００５７］ システム２００の設計はモジュール化されていて、一つの処理またはシーケンス処理を実行するために所望構成の構成要素への交換が可能である。例えば、電気化学的処理ステーション２１８は研磨ステーション２１５に交換でき、その逆も同様である。
【００４４】
［００５８］ 更に、研磨ステーション２１５の一つ以上の研磨プラテン等、ステーションの個々の構成要素を、熱アニールチャンバ２１１および一つ以上の基板受渡カセット２３８等、他の処理構成要素の位置に配置してもよい。システム２００の代替実施形態は一つ以上の研磨ステーション２１５の位置に無電解堆積ステーションを含んでもよい。例えば、一つ以上の研磨プラテン２１７が熱アニールチャンバ２１１または一つ以上の基板受渡カセット２３８の位置に代わって配置される場合、図２で、無電解堆積ステーションを一つ以上の研磨ステーション２１５が配置された位置に配置してもよい。
【００４５】
［００５９］ 本明細書に記載の処理を実行するために有用な別の装置を図３に示す。図３は、処理システム２００の別の実施形態の平面略図であり、本明細書に記載の処理を実行するために、少なくとも一つの電気化学的処理ステーション２１８および少なくとも一つの従来の研磨ステーション２１２を有する。システム２００は、一般的にローディングステーション２１０、メインフレーム２１４、処理ステーション２１８のところに配置される一つ以上の電気化学的処理セル２４０、および研磨ステーション２１２のところに配置される一つ以上の研磨プラテン２３８を備える。
【００４６】
［００６０］ システムは、熱アニールチャンバ２１１および電解液補給システム２２０を含んでもよい。メインフレーム２１４は、一般的に、メインフレーム移送ステーション２１６および複数の処理ステーション２１８を備え、研磨ステーション２１２はメインフレーム２１４とローディングステーション２１０との間に接続される。図３に示す実施形態において、システム２００は、二つのアニールチャンバ２１１、二つの基板カセット受入領域２２４、二つのローディングステーション移送ロボット２２８、一つのウェーハ配向装置２３０、二つの研磨プラテン２３８、および四つの電気メッキセル２４０を含む。
【００４７】
［００６１］ 図３に示すシステム２００の代替の実施形態では、スピン・リンス・ドライ（ＳＲＤ）ステーションまたは一つ以上の基板受渡カセットが、一つ以上の研磨プラテン２３８の位置に配置されてもよい。代替の実施形態は、代替ツール構成の場合、熱アニールチャンバ２１１の位置に配置される一つ以上の研磨プラテンを有してもよい。
【００４８】
［００６２］ 図４は、例えば図２および３に示す処理装置で有用な、基板４２２上へ金属層を堆積してこれを平坦化する装置４２０の一実施形態の断面図である。キャリアーアセンブリ４３０のための搭載アセンブリを改変することにより、図１の処理システム２００にこのアセンブリを利用できるようになる。すなわち、このキャリアがカラーセルに搭載される。
【００４９】
［００６３］ 装置４２０は、一般的には、スタンチョン４８０により部分的エンクロージャ４３４の上方に移動可能に支持されるキャリアーアセンブリ４３０を含む。スタンチョン４８０およびエンクロージャ４３４は、一般的には、共通ベース４８２上に配置される。スタンチョン４８０は、一般的には、ベース支持体４８４およびリフト機構４８６を含む。ベース支持体４８４はベース４８２から垂直に延びて、その軸周りに回転可能であってもよく、それによりキャリアーアセンブリ４３０を、部分的エンクロージャ４３４の上方に、もしくは他の位置、例えば他のエンクロージャ、へ移動させることができ、または図示しない他の処理装置との共有境界を成すように移動させることができる。
【００５０】
［００６４］ リフト機構４８６はキャリアーアセンブリ４３０へ結合される。リフト機構４８６は、一般的には、部分的エンクロージャ４３４に対するキャリアーアセンブリ４３０の上昇を制御する。リフト機構４８６は、ボールネジ、送りネジ、空圧シリンダ並びにそれら類似物等の直動アクチュエータ４８８、およびレール４９２に沿ってスライドするガイド４９０を含む。レール４９２はヒンジ４９４によりベース支持体４８４へ結合され、それによりリフト機構４８６のレール４９２（すなわち運動方向）は、水平方向に対して約９０度と約６０度間の角度範囲にわたって調節可能に配向させることができる。リフト機構４８６およびヒンジ４９４は、基板４２２を保持するキャリアーアセンブリ４３０が様々な配向で部分的エンクロージャ４３４内へ降下できるようにする。例えば、エンクロージャ４３４内に配置された流体との間で共有境界を成しているときに、基板４２２上での気泡形成を最小限にするために、基板４２２は、部分的エンクロージャ４３４へ入る間は角度付きで配向され、一旦入ったら水平配向まで回動させることができる。
【００５１】
［００６５］ 部分的エンクロージャ４３４は、一般的には、容器すなわち電解セルを画成し、その中に電解液または他の研磨／堆積流体を収納できる。エンクロージャ４３４は、普通は、陽極／陰極４２６、拡散プレート４４４、およびその上に配置した浸透性ディスク４２８を含む。研磨パッド等の浸透性ディスク４２８は、電解セル中で拡散プレート４４４上に配置および支持される。部分的エンクロージャ４３４は、メッキ化学薬品との間に両立性のあるフルオロポリマー、テフロン（登録商標）、ＰＦＡ、ＰＥ、ＰＥＳ他のプラスチックでできた椀形部材であってよい。部分的エンクロージャ４３４はその下面を、ベース４８２の下方に延びるシャフト４３２に接続される。アクチュエータは、部分的エンクロージャ４３４を、垂直軸ｘを中心に回転させるようになされている。一実施形態において、シャフト４３２が中央通路を画成し、流体はそこを通って、シャフト４３２に形成された複数のポート４３６を通じて部分的エンクロージャ４３４内へ配送される。
【００５２】
［００６６］ 代替として、シャフト４３２へ接続された搭載プラットフォームへ部分的エンクロージャ４３４を接続することができる。シャフト４３２は、ベース４８２に配置されたモータ、例えばステッパ・モータ等のアクチュエータ（図示せず）へ接続される。
【００５３】
［００６７］ 陽極／陰極４２６は、電解液に浸漬可能な、エンクロージャ４３４の下側部分に位置決めされる。陽極／陰極は、それへ印加される正のバイアス（陽極）または負のバイアス（陰極）に依存して陽極または陰極として働く。例えば、材料を電解液から基板面上に堆積する場合、陽極／陰極４２６は陽極として作用し、基板面が陰極として作用する。印加バイアスによる溶解などによって材料を基板面から除去するとき、陽極／陰極４２６は陰極として機能し、ウェーハ表面または浸透性ディスク４２８が、溶解処理のための陽極として作用してもよい。
【００５４】
［００６８］ 陽極／陰極４２６はプレート状部材であってもよく、プレートはそこに貫通形成された多数の孔、または浸透性の膜もしくは容器に配置した複数の小片を有する。陽極／陰極４２６は、堆積または除去される材料、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、金、銀、タングステン他、基板上へ電気化学的に堆積できる材料でできていてよい。少なくとも一実施形態において、陽極／陰極は、銅の堆積処理または電解研磨処理のために、白金等、堆積材料以外の材料でできた非消耗陽極／陰極４２６であってもよい。代替として、堆積処理のための陽極／陰極４２６は、定期的交換が必要な消耗陽極／陰極である。
【００５５】
［００６９］ 少なくとも一実施形態において、陽極／陰極４２６は中央開口部を画成するリング形状をなし、そこを通りシャフト４３２の流体取入口が配置される。陽極／陰極４２６がプレート状である実施形態では、陽極／陰極を貫通して複数の孔が形成され、そこを通る電解質流体の通過が可能である。陽極／陰極４２６は、代替として、リング状陽極／陰極、プレート状陽極／陰極、または、浸透性チャンバや他のエンクロージャを含め、メッキ材料を閉じ込めるチャンバであってよい。
【００５６】
［００７０］ 浸透性ディスク４２８は研磨材であっても、流体環境および処理仕様との間で両立性のある他のタイプの容積スペーサであってもよい。浸透性ディスク４２８は部分的エンクロージャ４３４の上端に位置決めされ、その下面を拡散プレート４４４によって支持される。浸透性ディスク４２８は、好ましくは電解液中のイオンに対して浸透性であり、そうであっても、金属イオン、例えば銅用途における銅イオンに対して浸透性である必要はない。金属イオンは、浸透性ディスク４２８に配置された取出口４２を有する流体配送配管４０から供給されることができる。浸透性ディスク４２８を陽極／陰極４２６に隣接して配置しても、それと接触して配置してもよい。
【００５７】
［００７１］ 浸透性ディスク４２８は、基板面に至る電解液の流れを許容する一方、促進剤および抑制剤劣化副生成物等の堆積副生成物の流れを阻止するのに十分なサイズおよび組織の複数細孔を備えてもよい。浸透性ディスク４２８は内部に形成された溝を備えて、エンクロージャ４３４中への多量な溶液から、基板４２２と浸透性ディスク４２８との間の間隙への新鮮な電解液の輸送を支援する。しかし、浸透性ディスク４２８は、その用途によっては金属イオンに対して浸透性であってよい。
【００５８】
［００７２］ 典型的には、浸透性ディスク４２８は、ポリウレタン等のポリマー材料で構成された研磨パッド等の研磨材を含む。使用可能な研磨パッドの例は、アリゾナ州フェニックスのＲｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．のＩＣ１０００、ＩＣ１０１０、Ｓｕｂａシリーズパッド、Ｐｏｌｉｔｅｘシリーズパッド、ＭＨＳシリーズパッド、または日本のＡｓａｈｉのＰＶＤＦパッド、またはミネソタ州ミネアポリスの３Ｍの固定砥材パッドを含むが、これらに限定されない。
【００５９】
［００７３］ 浸透性ディスクは、電気メッキ堆積および電解研磨処理用の導電材料を含む研磨材であってもよい。例えば、電解研磨処理において、研磨材全体に導電路を設けるために配備する導電性研磨材は、導電性ポリマー、または、内部に埋込まれるかもしくは形成された導電素子または導電材料（図示せず）を持つポリウレタン等のポリマーを含んでいてもよい。導電素子は、研磨材中で相互に電気的に接続され、基板が研磨材と接触しているときに基板面に接触できる。導電性研磨材料および研磨材の更なる例は、２００１年４月２４日出願の米国仮特許出願第６０／２８６，１０７号に開示されており、この出願は本明細書に記載の特許請求の範囲および態様と矛盾しない範囲で引用して本明細書に組込まれる。
【００６０】
［００７４］ 導電性研磨材を浸透性ディスクに使用する場合、導電性研磨材は電源（図示せず）と電気的に連絡している状態にあってもよく、電気的ベースの溶解処理の陽極として使用してもよい。代替として、研磨材は、電着処理用のポリウレタン等の絶縁体材料すなわち低い導電率の材料の形であってもよい。
【００６１】
［００７５］ 電源（図示せず）は、装置４２０を介して基板面へ接続される。電源は定電流作動と定電圧作動との間で切り替わる制御回路を含んでもよい。電源の制御回路は出力の極性を制御する。一実施形態において、電源はプログラム可能な切換回路を含み、第１持続時間の定電流出力と第２持続時間の定電圧出力との繰返しを含む出力波形等、多様な出力波形を生成する。本発明は、陽極と陰極との間、または陽極もしくは陰極として働く素子間で時間的に変化する電位等、そのような出力波形を生成することのできる多様な電源設計の利用を考慮しており、いずれか特定の電源設計に限定するものではない。例えば、電源は、時間的に変化する陽極電位を基板面へ印加するようにできる。
【００６２】
［００７６］ 拡散プレート４４４は、部分的エンクロージャ４３４内で浸透性ディスク４２８の支持を提供する。拡散プレート４４４は、ネジ４３８等の締結具、または、エンクロージャとのスナップ止めもしくは締まりばめ等の手段を用いてエンクロージャ内に吊り下げるなどして、部分的エンクロージャ４３４に固定できる。拡散プレート４４４は、プラスチック、例えばフルオロポリマー、ＰＥ、テフロン（登録商標）、ＰＦＡ、ＰＥＳ、ＨＤＰＥ、ＵＨＭＷ、またはそれらの類似物で製作することができる。拡散プレート４４４は、少なくとも一実施形態において、そこに形成された複数の孔すなわちチャネル４６を含む。孔４４６の大きさは、そこを流体が通れて、しかも浸透性ディスク４２８を通って基板４４２に至る電解液の一様な分配を提供できる大きさである。流体環境および処理要件との間で両立できる接着剤を使用して、浸透性ディスク４２８が拡散プレート４４４へ締着できる。拡散プレート４４４を、好ましくは、陽極／陰極４２６から離間させることにより、より広い処理窓を提供して、陽極／陰極寸法に対するメッキ膜厚の感応性を低減するとともに、促進剤および抑制剤の分解副生成物、例えば、ドイツのＲａｓｃｈｉｇ Ｃｏｒｐ．が市販するビス（３−スルホプロピル）ジスルフィド、Ｃ６Ｈ１２Ｎａ２Ｏ６Ｓ４、等の促進剤から劣化したモノスルフィド化合物を浸透性ディスク４２８と基板４２２との間に画成される主メッキ容積部４３８から引離す。
【００６３】
［００７７］ 図示されてはいないが、陽極／陰極４２６と浸透性ディスク４２８との間に膜を配置して、陽極／陰極膜から生成された粒子がエンクロージャ４３４に入り、基板面上に粒子として堆積することを抑止する。例えば、膜は、電解液流に対して浸透性であるが、陽極／陰極面上で促進剤および抑制剤の劣化副生成物に対して普通は浸透性ではない。
【００６４】
［００７８］ 基板キャリアすなわちヘッド・アセンブリ４３０は、浸透性ディスク４２８の上方で移動可能に配置される。基板キャリアーアセンブリ４３０は、浸透性ディスク４２８の上方で垂直方向に移動可能であり、それに対して横方向に移動可能であり、例えば、キャリアーアセンブリ４３０は垂直軸ｙを中心に回転可能である。部分的エンクロージャおよびヘッド・アセンブリのそれぞれｘおよびｙ軸はオフセットしていて、浸透性ディスク４２８と基板キャリアーアセンブリ４３０との間の軌道運動を提供する。この軌道運動は、浸透性ディスク４２８と基板キャリアーアセンブリ４３０との間の楕円相対運動として、本明細書では広義に記載されている。基板キャリアーアセンブリ４３０は、基板４２２を、浸透性ディスク４２８に向けて堆積面を下向きに保持する。代替として、浸透性ディスク４２８は、基板キャリアーアセンブリ４３０に対して並進運動すなわち直進相対運動だけでなく、回転すなわち円形回転相対運動で動く面を備えてもよい。
【００６５】
［００７９］ 基板キャリアーアセンブリ４３０は、一般的には、駆動システム４６８、ヘッド・アセンブリ４７８、および台座アセンブリ４７６を含む。駆動システム４６８は、一般的には、スタンチョン４８０のガイド４９０へ結合される。駆動システム４６８は、動力部４５６から延在して、台座アセンブリ４７６を支持するコラム４７０を備える。パワーヘッド４５６は電気または空圧モータであってよく、一般的には、コラム４７０へ中央軸に沿う回転を与える。駆動システム４８６は、更に、コラム４７０内に配置されて、ヘッド・アセンブリ４７８へ結合されるアクチュエータ４５４を含む。アクチュエータ４５４は、送りネジ、空気圧シリンダ、または他の直動アクチュエータでよいが、ヘッド・アセンブリ４７８が台座アセンブリ４７６に対して移動できるようにする。
【００６６】
［００８０］ 台座アセンブリ４７６は、一般的にグリッパプレート４７２の回りに極アレイで配置された複数のグリッパフィンガ４７４を含む。グリッパプレート４７２が駆動システム４６８と共に移動するように、グリッパプレート４７２はコラム４７０へ結合される。一実施形態において、３本のグリッパフィンガ４７４が設けられる。グリッパフィンガ４７４は、一般的には、ベース部材４６６、延在部４６４、および接触フィンガ４６２を含む。接触フィンガ４６２は、延在部４６４に対して角度付きで配置される。延在部４６４はベース部材４６６へ結合される。ベース部材４６６はグリッパプレート４７２へ回転可能に結合される。ベース部材４６６は、一般的には、グリッパプレート４７２にある孔に整列する開口を含む。クレビスピンまたは他のシャフト部材が、孔および開口を通って配置され、グリッパプレート４７２に対するグリッパフィンガ４７４の回転を可能にする。
【００６７】
［００８１］ アクチュエータ４６０が、延在部４６４とグリッパプレート４７２との間に結合される。アクチュエータ４６０は、グリッパフィンガ４７４を開閉位置間で移動させる。任意に、ばね４５８をクレビスピンに配置して、グリッパフィンガ４７４を一方の位置へ付勢する。接触フィンガ４６２が内方へ動かされると、各接触フィンガ４６２の末端に設けた切り欠き４５２が、基板４２２を移送ロボット（図示せず）から受入するようになされた座部４５０を画成する。内方位置で、延在部４６４は相互に距離を隔てて配置され、基板４２２およびロボットが延在部間を通過することを可能にする（図？Ａ参照）。
【００６８】
［００８２］ 更に、図示されてはいないが、コンピュータ・ベースのコントローラが、一つ以上の処理ステップ、例えば、基板面を機械的に研磨したり、または基板を装置４２０に移送する等の各ステップを実行するよう装置に命令するために装置４２０へ接続されてもよい。
【００６９】
［００８３］ 図５は、ヘッド・アセンブリ４７８の一実施形態を示す。ヘッド・アセンブリ４７８は、一般的には、ハウジング５０２、ステム５０４、支持プレート５０６、および複数の基板クランプ５２０（クランプ５２０のうち一つを示す）を含む。一般的に、ハウジング５０２は、一端がアクチュエータ４５４へ結合されて、反対端がフランジ５０８で末端をなす中空シャフト５２８を含む。フランジ５０８は、中央キャビティ５１２を画成する下方へ延びたリップ５１０を有する。
【００７０】
［００８４］ 中央キャビティ５１２内には支持プレート５０６が配置される。支持プレート５０６は第１側面５１４および第２側面５１６を有する。基板４２２は、一般的には、処理中に第１側面へ近接して配置される。第１側面５１４は、更に、そこに配置された一つ以上の真空ポート５１８を含み、基板４２２を第１側面５１４に近接して拘束する。
【００７１】
［００８５］ ステム５０４は支持プレート５０６の第２側面５１６へ結合される。ステム５０４は、一般的には、支持プレート５０６に対して垂直に配向される。ステム５０４は、そこに配置された通路を含んで、支持プレート５０８の第１側面５１４、またはヘッド・アセンブリ４７８の他の部分へ真空もしくは流体を提供する。
【００７２】
［００８６］ 基板クランプ５２０は、一般的には、銅等の導電材料で構成される。基板クランプ５２０は、個々の基板クランプ５２０を電気的に結合する導電性リング５２２へ結合される。ネジは、普通には、基板クランプ５２０を導電性リング５２２へ締結するが、他の締結具または締着方法を使用してもよい。導電性リング５２２は、一般的には、端子５２４を含み、リング５２２が、ハウジング５０２を通って取り回されたリード５２６によりリング５２２へ結合された電源（図示せず）から電気的にバイアスされることを可能にする。
【００７３】
［００８７］ 図６Ａは、支持プレート５０６の第１側面５１４から延びる基板クランプ５２０の部分斜視図である。基板クランプ５２０は、一般的には、支持プレート５０６の周辺に極アレイで配置される。一実施形態において、クランプ５２０は支持プレート５０６に対して移動可能であり、それによりクランプ５２０が支持プレート５０６から突出する距離を調節することができる。一般的には、基板クランプ５２０は、支持プレート５０６の周辺の回りで均等に離間した複数の第１クランプ４０２および複数の第２クランプ４０４を備える。第１および第２クランプ４０２、４０４は、一般的には、周辺まわりへ順次交互に置かれ、グリッパフィンガ４７４がその間を通過できるように間が隔てられる。第１クランプ４０２の形状は、一般的には長方形であり、任意ではあるが、基板４２２の直径に整合するようにその幅にわたって湾曲していてもよい。第２クランプ４０４の形状も、一般的には長方形であり、任意ではあるが基板４２２の直径に整合するように湾曲していてもよい。第１クランプおよび第２クランプ４０２、４０４は両方とも、基板に接触する内側表面４０６を有する。
【００７４】
［００８８］ 図６Ａおよび図６Ｂに図解するように、クランプ５２０は外方へ角度付けされ、伸長時には基板４２２がその間を通過できる。クランプ５２０の内面上に配置された瘤６１０が、支持プレート５０６の外周面４１２との間で共有境界を持つ。瘤４１０は、クランプ５２０の伸長時にクランプ５２０を外方へ張り出させる。任意ではあるが、支持表面５０６は面取り４１４を含んでもよく、支持プレート５０６の表面４１２上への瘤４１０の滑らかな移動を可能にする。ハウジング５０２は、一般的には、クランプ５２０の半径方向外方に配置される付勢部材を含み、クランプ５２０を内方へ押す。一実施形態において、付勢部材はデタントピン４１６である。
【００７５】
［００８９］ 第２クランプ４０４は、接触表面先端近傍に形成された切り欠き４１８を含む。切り欠き４１８は底面６２０を有し、その長さは、般的には、基板４２２の厚さより大きい。第１クランプ６０４の末端に最も近い切り欠き４１８の壁４１９は、一般的には、面取りまたは角度付きであり、基板４２２の斜面または丸めた縁部に接触する。
【００７６】
［００９０］ 図７Ａ〜図７Ｄは、キャリアーアセンブリ４３０内へローディングされている基板４２２を表す。図７Ａにおいて、グリッパフィンガ４７４が回転されて、図示されていないロボットから基板４２２を受け取る座部４５０を形成する。ヘッド・アセンブリ４７８は、台座アセンブリ４７６に近接した第１位置５９２に配置される。基板クランプ５２２が、支持プレート５０８の第１側面５１４から完全に伸長される。ロボットが除去されて基板４２２をグリッパフィンガ４７４の座部４５０に残した後に、ヘッド・アセンブリ４７５は第２位置５０４まで伸長され、基板クランプ５２２間の座部４５０に保持された基板４２２をローディングする（図７Ｂ参照）。第１クランプ４０２は、基板４２２をヘッド・アセンブリ４７８に対して中心に置く。
【００７７】
［００９１］ 次に、クランプ５２２は支持プレート５０８に向けて引込まれる。第２クランプ４０４の角度付き壁４１９は、基板４２２の斜面縁部に接触し、支持プレート５０８に抗して基板４２２を引寄せる。更に、角度付き壁４１９と基板４２２との間の相互作用により、第２クランプ４０４をデタントピン４１６に抗して外方へ撓ませて、切り欠き４１８の底面４２０を基板周辺から変位させる。デタントピン４１６および撓んだ第２クランプ４０４が連合して第２クランプ４０４を内方へ押し、支持プレート５０８を背にして基板４２２を捕捉する一方、クランプ４０４と基板４２２との間の良好な電気的接触を提供する。（図７Ｃおよび図７Ｄ参照）。
【００７８】
［００９２］ 再び図５において、導電性リング５２２は、ハウジング５０２と支持プレート５０６との間の中央キャビティ５１２に配置された搭載プレート５３０へ固定される。搭載プレート５３０は、一般的には、基板クランプ５２０が支持プレートの第１側面５１４を越えて延在する距離を調節できるように、支持プレート５０６に対して移動可能である。一般的には、搭載プレート５３０は、支持プレート５０６から離れるようにその間に配置されるばね５３２によって付勢される。
【００７９】
［００９３］ 搭載プレート５３０および基板クランプ５２０の移動を円滑にするために、搭載プレート５３０は、ステム５０４の周りを移動可能に配置されるスリーブ５３４へ結合される。スリーブ５３４は第１直径部分５３６を有し、この部分はＯ−リング５３８等のシールによって一端でステム５０４に抗してシールされる。スリーブ５３４は、より小さな第２直径部分５４０を有し、この部分はステム５０４のより狭い部分５４２との間で共有境界を持つ。ステム５０４の狭い方の部分５４２は、Ｏ−リング５５２によってスリーブ５３４に対してシールされ、従ってステム５０４とスリーブ５３４との間にピストンチャンバ５４４が生成される。空気等の流体がチャンバ５４４へ与えられるか、またはそこから排出されると、スリーブ５３４とステム５０４との間に与えられた力によりスリーブ５３４を移動させ、それに応じて基板クランプ５２０を移動させる。
【００８０】
［００９４］ スリーブ５３４の外側部分５４６にはネジが切られていて、搭載プレート５３０に設けた対応雄ネジ部分５４８と係合する。搭載プレート５３０とスリーブ５３４との間のネジ係合量は、基板クランプ５２０が支持プレート５０６から所定量で突き出る距離を設定するように調節できる。搭載プレート５３０がスリーブ５３４周りに不用意に回動するのを阻止するよう、搭載プレート５３０にある止めネジ５５０を締付けることができる。
【００８１】
［００９５］ 図８は、基板キャリア・ヘッド・アセンブリ８００の別の実施形態の部分図である。基板キャリア・ヘッド・アセンブリ８００は、接触プレート８０２が支持プレート８０４上に配置される場合を除き、先に説明した基板キャリアーアセンブリ４３０と実質的に同じである。一般的には、接触プレート８０２は支持プレート８０４の第１側面８０６上に配置される。接触プレート８０２は導電材料で構成され、処理中に基板４２２をバイアスするために利用される。接触プレート８０２は、支持プレート８０４の第２側面８１２上に配置する端子８１０へ電気的に結合される。端子８１０は、基板４２２をバイアスすることに使用される電源（図示せず）へ接触プレート８０２を、リード８０８を介して結合することを容易にする。
【００８２】
［００９６］ 接触プレート８０２は、一般的には、基板４２２の縁部に近接して配置する。接触プレート８０２は、電圧バイアス等のバイアスを、基板４２２へ直接的に結合するか、あるいは基板縁部を基板裏面の一部分まで包んで基板面上に配置された導電性シード層８２０へ結合する。
【００８３】
［００９７］ 図９は別の実施形態の基板キャリア・ヘッド・アセンブリ９００を示す。基板キャリア・ヘッド・アセンブリ９００は、一般的には、中央キャビティ９０４を画成するハウジング９０２を含み、中央キャビティは、ハウジング９０２の底部分上に配置された開口部９０６、およびハウジング９０２の垂直区間９２０に配置された少なくとも一つのポート９０８を持つ。ポート９０８は、基板４２２がロボット（図示せず）からキャビティ９０４内で水平に受け取られることを可能にする大きさである。
【００８４】
［００９８］ 作動シャフト９１０がハウジング９０２内に配置され、支持プレート９２２をハウジング９０２の開口部９０６へ向けて、基板キャリアに配置されるかまたはそれへ接続されるモータ（図示せず）によって作動させてもよい。支持プレート９２２は、基板をロボットから受け取り、基板を水平に変位させる様式で表を下向きにして固定する。
【００８５】
［００９９］ 支持プレート９２２は、支持プレート９２２の第１側面９２４上に配置された接触プレート９１６を含む。接触プレート９１６は導電材料で構成され、処理中に基板４２２をバイアスするために利用される。接触プレート９１６は、支持プレート９２２の第２側面９２８上に配置される端子９２６へ電気的に結合される。端子９２６は、接触プレート９１６を、へリード９３０を介して、基板４２２をバイアスするために使用する電源（図示せず）へ結合することを容易にする。接触プレート９１６は、一般的には、基板４２２の縁部に近接して位置される。接触プレート９１６は、電圧バイアス等のバイアスを基板４２２へ直接的に結合するか、または基板縁部を基板裏面の一部分まで包んで基板面上に配置された導電性層へ結合する。
【００８６】
［０１００］ 開口部９０６を囲む接触リング９１２は基板支持体９１４を含み、この支持体は作動シャフト９１０が基板４２２を接触リング９１２に押し付ける際に基板４２２を支持する。基板支持体９１４は、基板面との連続的な接触のために環状リングを備えてもよいし、接触リング９１２の周りへ円周方向に配置して、その上に配置した基板４２２に接触するよう延在する一連の接触点を備えてもよい。接触リング９１２は、基板面と、処理セルに配置された平坦な研磨材との間の接触を低減する。そのため、基板キャリアーアセンブリを、電気化学的堆積処理、および研磨材の無い場合の電気化学的溶解処理のために、または基板の限定的研磨をユーザが望む場合のために使用できる。図示されてはいないが、基板支持体９１４を、リード９３０を介して電源（図示せず）へ連結されてもよく、それは基板４２２のバイアス時に使用され、そして接触リング９１２は絶縁材料で構成される。
【００８７】
［０１０１］ 図１０Ａは、別の実施形態の研磨ヘッド４３０の断面略図である。研磨ヘッド４３０は、導電性研磨材等の導電性浸透性ディスクが陽極溶解処理で使用されている場合の、本発明の実施形態で使用できる。研磨ヘッド４３０は、一般的には、キャリアプレート１００２、カバー１００４、および保持リング１００６を含む。キャリアプレート１００２は一実施形態において膨張可能なブラッダを備えるが、一般的には、基板１０１４を、例えば図１のステーション１０６、１０２に配置できる研磨材へ押し付ける。保持リング１００６は、一般的には、キャリアプレート１００２を囲み、処理中に基板１０１４が研磨ヘッド１０３０の下から横方向に動いて出ないようにする。
【００８８】
［０１０２］ キャリアプレート１００２および保持リング１００６は、一般的には、軸方向に相互に移動可能である。キャリアプレートの底部と保持リング１００６との間の相対的距離１０１４は調整可能であり、従って、基板１０１４が保持リング１００６を越えて延在する相対距離、または保持リング１００６が浸透性ディスクまたは研磨材上に及ぼす圧力の量を設定できる。
【００８９】
［０１０３］ 図１０Ｂに部分略図として示す研磨ヘッドの代替の実施形態において、保持リング１００６は、可撓体によって研磨ヘッド４３０へ可動に結合される。可撓体１００８は可撓性金属シートまたはポリマーであってもよく、保持リング１００６とキャリアプレート１００２との間に配置されて、その間の軸方向移動を許容する。カバー１００４に配置されるピストン１０１０は保持リング１００６へ結合される。流体はピストン１０１０へ供給され（またはそこから除去され）て、保持リング１００６を軸方向に付勢することにより距離１０１４を決める。
【００９０】
［０１０４］ 本明細書に記載の処理を実施するために使用できる、そして図２および図３に示す処理システム２００に使用できる、または使用するようにできる別の装置が、２００１年１月２６日出願の米国特許出願第０９／７７０，５５９号で更に詳しく記載されており、それぞれは引用により本明細書に取り込まれる。
【００９１】
［０１０５］ 図１１Ａ〜図１１Ｄは、基板１１２２上へ金属層を堆積し、これを平坦化するための装置１１２０の、実施形態の断面略図である。
【００９２】
［０１０６］ 図１１Ａは、研磨材料でできたローラ１１２８を使用して、基板１１２２の表面を研磨するようになされた装置１１２０を示す。研磨材料は、導電材料、絶縁材料、絶縁材料中の導電素子で製造され、および／または、本明細書に記載する砥材要素すなわち砥粒を含んでもよい。
【００９３】
［０１０７］ 装置１１２０は、部分的エンクロージャ１１３４の上方に配置可能なキャリア・ヘッド・アセンブリ１１３０を含む。部分的エンクロージャ１１３４は、一般的には、中に電解液または他の研磨／堆積流体を収容する容器すなわち電解セルを画成する。エンクロージャ１１３４は、典型的には、陽極／陰極１１２６、およびその中に配置された研磨材料製のローラ１１２８を含む。部分的エンクロージャ１１３４は、モータ、例えばステッパ・モータ等のアクチュエータ（図示せず）へ接続された搭載プラットフォームへ接続できる。アクチュエータは、部分的エンクロージャ１１３４を垂直軸ｘ周りに回転させるようになされる。一実施形態において、シャフト１１４０が中央通路を画成し、そこを通って部分的エンクロージャ１１３４内へ流体が配送される。代替として、流体は、エンクロージャ１１３４に隣接して配置される取入口１１４０’経由で部分的エンクロージャ１１３４内へ配送される。
【００９４】
［０１０８］ 陽極／陰極１１２６は、エンクロージャ１１３４の壁１１３６に配置され、堆積および陽極溶解を遂行するために基板１１２２および／またはローラ１１２８と共にバイアスを持つようになされた陽極／陰極リングを備えてもよい。代替として、陽極／陰極１１２６’を、それを電解液に浸漬できるエンクロージャ１１３４の下側部分に位置決めできる。陽極／陰極１１２６は、印加される正のバイアス（陽極）または負のバイアス（陰極）に依存して、陽極または陰極として働くことができる。例えば、印加バイアスによる陽極溶解等により材料を基板面から除去する場合は、陽極／陰極１１２６が陰極として機能し、ウェーハ表面または浸透性ディスク１１２８が溶解処理用の陽極として働くことができる。堰１１４５をエンクロージャ１１３４の外面に配置して電解液を捕捉し、そして捕捉電解液は濾過され、シャフト１１４０を介して再利用するかまたは廃棄される。
【００９５】
［０１０９］ 基板キャリアまたはヘッド・アセンブリ１１３０は、ローラ１１２８の上方に移動可能に位置決めされる。基板キャリアーアセンブリ１１３０は、ローラ１１２８の上方を垂直方向に移動可能であるとともに、それに対して横方向に移動可能であり、例えば、キャリアーアセンブリ４３０は、垂直縦軸ｙを中心に回転可能である。部分的エンクロージャおよびヘッド・アセンブリのそれぞれｘおよびｙ軸はオフセットされて、ローラ１１２８と基板キャリアーアセンブリ１１３０との間に軌道運動を提供する。
【００９６】
［０１１０］ 基板キャリアーアセンブリ１１３０は、一般的には、基板１１２２をローラ１１２８に向けて堆積面を下向きにして保持する。基板キャリアーアセンブリ１１３０は、基板がエンクロージャ１１３４に対して垂直位置をとるようにすることができる。ローラ１１２８は研磨材料でできた円筒面を備え、基板面を研磨するために基板面に対して平行に回転させることができる。ローラ１１２８は、基板を研磨するために、基板の表面を横切って「掃引する」すなわち相対平行運動、すなわち、並進相対運動または直線相対運動で動くことができる。ローラ１１２８は、更に、基板の表面を横切って水平に回転されて、追加材料を露出させて基板面と接触することができる。
【００９７】
［０１１１］ ローラ１１２８の１態様において、ローラの長手方向幅は、ほぼ基板直径に、基板直径の各側で約１／４インチ（１／４”）と約１インチ（１”）の間の追加幅を加えた長となるようにする。ローラ直径は、ユーザの要求事項および装置のサイズに依存していずれの量でもよい。例えば、直径が約３と約４インチの間であるローラを、本明細書に記載の電気化学的処理セルで使用できる。
【００９８】
［０１１２］ ローラは、研磨中に約７５００ｒｐｍ以下、例えば約１０ｒｐｍと約２００ｒｐｍの間の速度で軸方向すなわち垂直に回転できる。ローラは、基板面の効率的研磨の確保に十分な速度、例えば毎秒約１／２インチ（１／２”）で基板表面を横切って移動できる。図１１Ｂは、図１１Ａの側面略図であり、研磨中に相互に接触する基板１１２２および研磨材料でできたローラ１１２８とを持つ装置１１２０を示す。基板は研磨される表面を下にして、水平に位置決めされ、エンクロージャ１１３４内へ降下され、研磨処理のために研磨材料のローラ１１２８と接触して位置決めされる。
【００９９】
［０１１３］ 図１１Ｃは、装置１１２０の、別の実施形態の側面略図である。図１１Ｃに示す実施形態において、基板１１２２は、エンクロージャ１１３４内で電解液中に表を上向きに配置される。次に、研磨材料でできたローラ１１２８は、基板面にわたって機械的作用を提供するよう基板面上にそれを横切って配置され、材料を基板面から除去する。
【０１００】
［０１１４］ 図１１Ｄは、装置１１２０の、別の実施形態の側面略図である。図１１Ｄに示す実施形態においては、基板１１２２は、エンクロージャ１１３４内で電解液中に表を下向きにして垂直に配置される。研磨材料でできた一つ以上のローラ１１２８が、導電性であってもよいが、基板面にわたり機械的作用を提供するよう直列に位置決めされて材料を基板面から除去する。
【０１０１】
［０１１５］ 上で説明したシステムおよび装置の実施形態の制御を円滑にするために、コンピュータ・ベースのコントローラはＣＰＵ（図示せず）を含み、このＣＰＵは種々のチャンバおよび下位プロセッサを制御するために工業的条件で使用できるコンピュータ・プロセッサのいずれの形態であってもよい。ＣＰＵへはメモリ（図示せず）が結合される。メモリまたはコンピュータ可読媒体は、ＣＰＵによって実行される情報および命令を格納するために、ローカルまたは遠隔の、随時書込読出メモリ（ＲＡＭ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピディスク、ハードディスク、またはいずれか他の形態のデジタル記憶装置等、容易に利用可能な一つ以上のメモリであってよい。
【０１０２】
［０１１６］ 支援回路が、従来の様式でプロセッサを支援するＣＰＵへ結合される。これら回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入／出回路、およびサブシステムを含み、キーボード、トラックボール、マウス、およびコンピュータモニタ等の表示装置等、コントローラと共に使用される入力装置、プリンタ、およびプロッタを含むことができる。そのようなコントローラは、通例パーソナルコンピュータとして知られる。しかし本発明は、パーソナルコンピュータに限定されず、ワークステーション、ミニコンピュータ、メインフレーム、およびスーパーコンピュータ上で実施可能である。
【０１０３】
［０１１７］ 処理、例えば以下説明する堆積および研磨処理は、普通にはソフトウエアのルーチンとして一般的には、メモリに格納される。ソフトウエアルーチンは、また、ＣＰＵによって制御されているハードウエアから遠隔に位置する第２ＣＰＵ（図示せず）によって格納および／または実行されてもよい。
【０１０４】
［０１１８］ 本発明の処理はソフトウエアのルーチンとしての実施を検討されているが、本明細書に開示される方法ステップの幾つかまたは全ては、ハードウエアでだけでなくソフトウエアコントローラによっても遂行できる。このような場合、本発明は、コンピュータ装置上で実行されるようなソフトウエアで、特定用途向け集積回路または他の種類のハードウエア実装のようなハードウエアで、またはソフトウエアとハードウエアの組合せで実施できる。
【０１０５】
平坦化処理
［０１１９］ 本明細書に記載する方法の実施形態は、電気化学的除去技法および研磨技法を使用する基板面の平坦化を提供する。一態様において、この方法は基板を処理するために提供され、腐食阻止剤、均展剤、粘ちょう化剤、またはそれらの組合せを含む電解液中に基板を配置すること、陽極バイアスを基板へ印加すること、基板を電解液中で研磨すること、および材料を基板の表面から除去することを含む。本明細書では、処理はステップを含むとして言及されるが、ステップは、相互に別々である必要はなく、また時間的に切り離されている必要はない。
【０１０６】
［０１２０］ 図１２は、本発明の一実施形態に従う処理ステップを図解するフローチャートである。処理は、ステップ１３００で、基板を基板キャリアーアセンブリ４３０に配置すること、および、次に電極および電解液を収容する部分的エンクロージャ４３４内へ基板を配置することによって開始する。基板は、電源（図示せず）へ電気的に接続されて、基板処理中に陽極または陰極として働き、電極がそれぞれ陰極または陽極として働くことができる。代替として、浸透性ディスク４２８が導電性研磨材料であってもよく、それが研磨技法中等の処理中に基板へ電力を導く。
【０１０７】
［０１２１］ 基板はエンクロージャ内の電解液中に配置されて、基板の少なくとも表面を電解液に接触させ、そして一態様では、基板全体が電解液中に沈めてもよい。電解液は、図４に示すように流体配送配管４４０を通って、および／または浸透性ディスク４２８の下の流体取入口を通って部分的エンクロージャ４３４へ与えることができる。
【０１０８】
［０１２２］ 部分的エンクロージャ４３４内の電解液は市販の電解質を含んでもよい。例えば、電解質は、銅の電解研磨技法およびＥＣＭＰ技法のために、硫酸ベースの電解質、またはリン酸カリウム（Ｋ３ＰＯ４）等のリン酸ベースの電解質、またはその組合せを含む。電解質は、また、硫酸銅等、硫酸ベースの電解質の誘導体、およびリン酸銅等、リン酸ベースの電解質の誘導体を含んでもよい。過塩素酸および／または酢酸溶液並びにそれらの誘導体を有する電解液も使用できる。更に、本発明は、とりわけ光沢剤等、従来から使用される電気メッキ添加剤を含め、電気メッキ処理で従来から使用される電解液配合物の使用も考慮している。電解液の一態様で、電解質濃度は、溶液の約０．２モル（Ｍ）と約１．２Ｍの間であってよい。電解液のｐＨは、一般的には、約３と約１０の間である。
【０１０９】
［０１２３］ 別の態様において、電解液は、また、溶液のｐＨを調節するために、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）等の塩基化合物を含んでいてもよく、これは、全溶液の最大約７０重量パーセントで、および無水リン酸アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）、リン酸二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）、リン酸、またはそれらの混合物等、リン酸塩系を全溶液の約２と約３０重量パーセントの間存在してもよい。二水素リン酸塩および／またはリン酸二アンモニウムは、全溶液の約１５と約２５重量パーセントの間存在してもよい。好適な電解液は、更に、２００１年１２月２１日出願の同時係属中の米国特許出願第 号（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ． 登録整理番号 ＡＭＡＴ ５９９８）、発明の名称「電解ケミカルメカニカルポリッシング用電解液組成および処理」に開示されている。
【０１１０】
［０１２４］ 電解液は、不働態化または抑制化剤を含んでもよい。不働態化または抑制化剤の例は、腐食阻止剤、均展剤、粘ちょう化剤、またはそれらの組合せを含む。電解液中の不働態化または抑制化剤は、ステップ１３１０で基板面上の不働態化または抑制化層の形成を可能にする。不働態化または抑制化層は、電解液と基板上に堆積された材料との間の化学的および電気的反応を絶縁または制限すると考えられる。不働態化または抑制化層は連続であっても不連続であってもよい。
【０１１１】
［０１２５］ 腐食阻止剤は、基板面上に堆積された材料と周囲の電解液との間の化学的相互作用を低減または最小化する材料の層を形成することによって、金属表面の酸化すなわち腐食を阻止する。腐食阻止剤によって形成される材料層は、表面を周囲の電解液から絶縁し、従って基板面上の電流を抑制または最小化し、電気化学的堆積および溶解を制限する。本明細書で使用される腐食阻止剤の例は、ベンゾトリアゾール、メルカプトベンゾトリアゾール、または５−メチル−１−ベンゾトリアゾール等のアゾール基を持つ種々の有機化合物のいずれかであってよい。トリアゾール等のアゾール基は、窒素原子の不結合電子対が銅等の導電材料と配位共有結合を形成し、更なる化学的作用に対して抵抗性を持つので、効果的な阻止剤であると考えられる。腐食阻止剤は、酸化物を形成せずにパッシベーション層を形成するので、腐食阻止剤は電解液にとって好ましい添加剤である。
【０１１２】
［０１２６］ 腐食阻止剤は、溶液の飽和点まで、すなわち、電解液内沈澱しない量が存在してもよい。電解液の約０．００５体積％と約１０体積％との間で腐食阻止剤濃度を使用できる。例えば、約０．０５体積％と約２体積％との間の腐食阻止剤濃度を電解液で使用できる。
【０１１３】
［０１２７］ 均展剤は、本明細書で広義に定義され、基板の表面上の溶解電流を抑制する添加剤をいう。均展剤の例は、ポリエチレングリコールおよびポリエチレングリコール誘導体を含むが、それに限定されない。本明細書に記載の処理に使用可能な他の均展剤には、ポリエチレエンイミン、ポリグリシン、２−アミノ−１−ナフタリンスルホン酸、３−アミノ−１−プロパンスルホン酸、４−アミノトルエン−２−スルホン酸を含め、ポリアミン、ポリアミド、およびポリイミド等、電気メッキ技術で用いられるいずれかを含む。
【０１１４】
［０１２８］ 均展剤は導電材料に付着することによって電解液と導電材料との間の電気化学的反応を阻害することによって溶解電流を抑制し、および／または電気化学的反応を制限する減極剤薬を形成すると考えられる。本発明は、また、基板面の研磨に使用されるウェーハ面上の電流を抑制するために、電気メッキ堆積で普通に使用される他の従来から既知のまたは市販の腐食阻止剤および均展化合物の使用も考慮している。
【０１１５】
［０１２９］ 均展剤は、溶液の飽和点まで、すなわち、電解液内へ沈澱しない量が存在してもよい。電解液の約０．００５体積％と約１０体積％との間で均展剤濃度を使用できる。例えば、約０．０５体積％と約２体積％との間の均展剤濃度を電解液で使用できる。
【０１１６】
［０１３０］ 基板の表面上に不働態化または抑制化堆積物を形成する粘ちょう化剤が、電解液に含まれてもよい。例えば、リン酸、リン酸銅、またはリン酸カリウム等の電解質を含むリン酸塩ベースの化合物または亜リン酸ベースの化合物、またはリンをドープした陽極は、基板面の少なくとも一部分に粘性堆積物すなわち層を形成できるイオンを生成する。粘性堆積物すなわち層は、基板面を通過する電流を不働態化または抑制し、基板面からの材料の陽極溶解等の電気化学的作用を制限する。上に用意した腐食阻止剤、均展剤、および粘ちょう化剤は解説用であり、本発明は、パッシベーション層または抑制を形成する追加の、しかし指定される材料の使用を考慮している。
【０１１７】
［０１３１］ 電解液は、更に、基板面へ吸着する光沢剤、増強剤、および／または表面活性剤等の一つ以上の電解液添加剤を含んでもよい。これら添加剤は、全溶液の最大で約１５％電解液中に存在してもよい。有用な添加剤は、アミン基、アミド基、カルボキシレート、ジカルボキシレート、トリカルボキシレート、またはそれらの組合せを持つ一種類以上のキレート剤を含む。例えば、キレート剤薬は、テトラエチレンペンタミン、トリエチレンテトラミン、ジエチレントリアミン、エチレンヂアミン、アミノ酸、シュウ酸アンモニウム、アンモニア、クエン酸アンモニウム、クエン酸、および琥珀酸アンモニウムを含む。
【０１１８】
［０１３２］ 電解液の例は、電解質組成物２２０へ全溶液の約０．０１から約２重量パーセント添加した腐食阻止剤のＢＴＡ、および電解液へ全溶液の約０．１から約１５重量パーセント添加したキレート薬のクエン酸アンモニウムを含む。別の態様において、ＢＴＡが全溶液の約０．０５から約０．５重量パーセント添加され、そしてクエン酸アンモニウムが全溶液の約７から約１０重量パーセント添加される。さらに別の態様において、ＢＴＡが電解質配合物２２０へ全溶液の約０．０１から約２重量パーセント添加され、そしてエチレンジアミン（ＥＤＡ）が電解液へ全溶液の約２から約１５重量パーセント添加される。
【０１１９】
［０１３３］ 電解液は、砥粒を電解液の最大約３５重量％以下含んでもよく、処理中に基板面の機械的研削を向上させる。例えば、約２重量％以下の濃度の砥粒が電解液中に含まれてもよい。電解液で使用できる砥粒は、シリカ、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウム、またはこの技術では周知の他の研削材を含むが、それらに限定されず、平均サイズは約２０ｎｍと約３００ｎｍとの間である。
【０１２０】
［０１３４］ 操作において、ステップ１３２０で、基板は電解液中で浸透性ディスクにより研磨され、パッシベーション層の少なくとも一部分を基板面から除去する。基板面の少なくとも一部分は、処理の少なくとも一部分中に浸透性ディスク４２８へ接触され、基板面との機械的相互作用を与える。例えば、基板と浸透性ディスクは、相対軌道運動等の相互の相対運動で移動され、基板面に形成されたパッシベーション層の少なくとも一部分を機械的に除去し、下地の導電材料を露出する。研磨ステップは、浸透性ディスク４２８との接触で基板面上に配置された銅含有材料の一部分も除去することができる。
【０１２１】
［０１３５］ 浸透性ディスク４２８と基板面との間で約６ｐｓｉ以下の研磨圧力を用いて、パッシベーション層および銅含有材料を基板面から除去する。一態様において、約２ｐｓｉ以下の研磨圧力を使用して、基板面を平坦化するエレクトロケミカルメカニカルポリッシング（ＥＣＭＰ）技法のためにパッシベーション層（および銅含有材料）除去に使用される。オキシカーバイトおよび低ｋ多孔質材料等の低ｋ材料を研磨するために、約０．５ｐｓｉ等、約１．５ｐｓｉ以下の研磨圧力が使用できる。一実施形態の処理では、約６ｐｓｉ以下の圧力で、腐食阻止剤、均展剤、またはそれらの組合せを約６ｐｓｉ以下の研磨圧力で使用できる。均展剤は、研磨圧力が約２ｐｓｉ以下である場合に使用できる。
【０１２２】
［０１３６］ 代替として、基板と浸透性ディスクとの間にどんな圧力も加えず、すなわち、約０ｐｓｉであり得る研磨圧力で、上に形成された不連続のパッシベーション層を持つ表面の陽極溶解等により、材料を基板面から除去できる。
【０１２３】
［０１３７］ 基板は、処理中に約１０ｒｐｍ以上のキャリア・ヘッドすなわち研磨ヘッドの回転速度で回転できる。例えば、研磨ヘッドの回転速度は約１０ｒｐｍと約５００ｒｐｍの間であってよく、約１０ｒｐｍと約１００ｒｐｍの間の回転速度が最も広く使用される。本発明は、１２０ｒｐｍを超え、５００ｒｐｍ未満の回転速度を具備する研磨装置を考慮している。プラテンも、約１０ｒｐｍと約５００ｒｐｍの間で回転されてよい。約１０ｒｐｍと約１００ｒｐｍの間のプラテン回転速度が、本明細書に記載の処理で使用できる。
【０１２４】
［０１３８］ ステップ１３３０で、バイアスを電解液中に配置された基板すなわち陽極と陰極との間に印加することによって導電材料の溶解が始動され、基板上に形成された銅含有材料等の導電材料１２５０の溶解を可能にする。バイアスは、基板面への約１５ボルト以下の電圧印加を含むことができる。約０．１ボルトと約１５ボルトの間の電圧を用いて、銅含有材料を基板面からそして電解液内へ溶解できる。このようなバイアスの下で、基板面は、上に形成された材料の溶解のために陽極として作用する。代替として、バイアスは２００ｍｍ基板に対して約０．０１と約４０ミリアンペア／ｃｍ２の間の電流密度であってよい。代替として、バイアスは、浸透性ディスク４２８へ印加されてもよく、浸透性ディスク４２８は処理中に電流または電力を基板面へ導く導電性ポリマーパッドであってもよい。
【０１２５】
［０１３９］ 陽極溶解処理を実行するように印加されるバイアスは、基板面からの材料除去におけるユーザの要求に依存して、電力および上記印加を変えることができる。例えば、時間的に変化する陽極電位を基板面へ与えてもよい。バイアスを電気的パルス変調技法によって印加してもよい。電気的パルス変調技法は、第１の時間定電流密度または定電圧を基板上に印加すること、次に第２の時間定逆電圧を基板上に印加すること、そして第１および第２ステップを繰返すことを含む。電気的パルス変調技法は、約−０．１ボルトと約−１５ボルトの間から約０．１ボルトと約１５ボルトの間まで変化する電位を使用できる。代替として、バイアスは、２００ｍｍ基板に対して約０．０１と約４０ミリアンペア／ｃｍ２の間の電流密度であってもよい。電気的パルスは、３秒間未満、例えば約０．２秒と０．４秒の間、または５ミリ秒と１００ミリ秒の間の間隔で変化してもよい。
【０１２６】
［０１４０］ パルスメッキ技法は、処理中に電着だけでなく陽極溶解の両方を可能にする。本明細書に記載の電解ケミカルメカニカルポリッシング処理のために、パルスメッキ技法は、導電材料のどんな電着も最小限になるようにされる。パルスメッキ技法の例は、更に、２００１年７月２６日出願の同時係属中の米国特許出願第０９／９１６，３６５号、発明の名称「高アスペクト比フィーチャのためのダイナミックパルスメッキ」、２０００年５月１１日出願の同時係属中の米国特許出願第０９／５６９，８３３号、発明の名称「電気的パルス変調を使用する高アスペクト比構造のための電気化学的堆積」、および２０００年６月２２日出願の米国特許出願第０９／６０２，６４４号、発明の名称「変調波形を使用する金属の電気化学的堆積のための方法」に開示されている。
【０１２７】
［０１４１］ ステップ１３４０で、上に説明したように、材料は、基板面の少なくとも一部分から陽極溶解、機械的磨耗、またはそれらの組合せによって除去される。銅含有材料を約１００Å／分と約１５，０００Å／分の間等、約１５，０００Å／分の速度で除去するバイアスが基板面へ印加される。除去対象銅材料の厚さが５，０００Å未満である場合の本発明の一実施形態において、約１００Å／分と約１５，０００Å／分の間の除去速度を提供する電圧を印加できる。
【０１２８】
［０１４２］ 研磨処理の例は、基板上に配置された銅含有材料を有する基板を基板キャリアーアセンブリ４３０中に配置すること、および次に基板を部分的エンクロージャ４３４中に配置することを含む。エンクロージャ４３４は、０．８５モル（Ｍ）の硫酸銅の電解液を含有し、腐食阻止剤としてベンゾトリアゾールを約０．０１体積％を含む。約１０ｒｐｍと約１００ｒｐｍの間の研磨速度および基板と浸透性ディスク４２８との間に約１ｐｓｉの接触圧力が与えられる。約１．５ボルトと約２ボルトの間のバイアスが、基板面または導電性研磨パッドへ印加される。銅含有材料は、約５０Å／分と約５０００Å／分の間の速度で移動される。
【０１２９】
［０１４３］ 代替の実施形態においては、パッシベーション層は、電気化学的処理セルの外界で形成できる。パッシベーション層の外界形成では、基板は処理チャンバまたは浴へ移送され、不働態化材料の層が基板面上に堆積される。基板は、次に電解液中に配置されてもよく、バイアスが印加されてもよく、表面は本明細書に記載の処理に従って研磨される。不働態化材料は、二酸化ケイ素等の誘電材料、または半導体製造で使用されるパリレンベースのポリマー等、絶縁性ポリマー等の有機材料であってよい。約１ｐｓｉ以下の研磨圧力で研磨可能な材料が、本明細書に記載の処理で使用できる。不働態化材料は、約５Åと約１００Åの間の厚さまで堆積される。
【０１３０】
［０１４４］ 基板を平坦化する正確なメカニズムは不明であるが、平坦化処理は以下のようであると考えられる。基板の表面を化学的および／または電気的に絶縁化するパッシベーション層が、腐食阻止剤、均展剤、または粘ちょう化剤、またはそれらの組合せへの基板面曝露により、または誘電体層または有機材料の堆積によって形成される。バイアスが印加され、陽極溶解によって基板面から材料を除去するか、または銅含有材料等の導電材料の除去を向上させる。しかし、パッシベーション層が陽極溶解のための電流を絶縁または抑制するので、機械的磨耗が基板と浸透性ディスクとの間に提供され、過剰な堆積または下地層の形状により基板面上に形成される山等、浸透性ディスクと基板との間の接触の領域からパッシベーション層を除去し、下地の銅含有材料を露出させる。パッシベーション層は、基板面にある凹部または谷等の最少限の接触または無接触の領域に残留される。露出した銅含有材料は、それで電解液と電気的に接続され、陽極溶解によって除去できる。
【０１３１】
［０１４５］ パッシベーション層を谷に残留する一方で、印加バイアスの下での浸透性ディスク４２８との接触によっての山からのパッシベーション層の選択的除去は、パッシベーション層の下にある導電材料の除去に対する、基板面の不働態化フリーの部分からの過剰な銅含有材料の溶解および／または除去の増大を可能にする。基板面上に形成されたパッシベーション層を持たない銅含有材料の溶解および除去の増大は、その上に形成された谷と比較して基板面上に形成された山の低減を増すことを可能にし、基板面の平坦化を向上させる結果となる。
【０１３２】
［０１４６］ 加えて、研磨と陽極溶解による材料除去は、基板面が従来の研磨より低い研磨圧力（すなわち、約２ｐｓｉ以下）で平坦化されることを可能にする。より低い研磨圧力は、より低いせん断力および摩擦力に対応し、それは研磨による変形および欠陥形成の低減または最少化により、低ｋ誘電材料を研磨すること等、基板と研磨パッドとの間の接触圧力に敏感な基板面を平坦化するこの処理を好適にする。更に、より低いせん断力および摩擦力が、研磨中に皿状化および掻き傷等の形状欠陥の形成を低減または最小化することが観測された。
【０１３３】
［０１４７］ 上記の実施形態は銅合金およびドープされた銅を含む銅材料を基板から研磨することに向けられたが、本発明は、アルミニウム、タングステン、タンタル並びにチタン、タングステン、タンタル、並びにチタンの窒化物、アルミニウム、タングステン、タンタル、並びにチタンの合金、ドープされたアルミニウム、ドープされたタングステン、ドープされたタンタル並びにドープされたチタン、およびそれらの組合せ等の導電材料、および、白金、金、銀、ニッケル、並びにそれらの組合せ等の電気化学的処理によって堆積および／または除去可能な他の材料を含有できる表面を研磨するために本明細書に記載の処理の適用を考慮する。
【０１３４】
［０１４８］ 図１３Ａ〜図１３Ｆは、上記ステップ１３００〜１３４０で説明した処理の、一実施形態中の基板面１２００の断面略図である。図１３Ａを参照すると、基板面１２００は、普通にはそこに形成されたフィーチャ１２０５を持つ誘電体層１２２０、フィーチャ１２０５の表面上に従形して配置されたバリア層１２１５、バリア層上に堆積された任意の銅シード層（図示せず）、およびその上に配置された導電材料を含む。銅等の導電材料１２５０は、この例ではフィーチャ１２０５中へ電気化学的に堆積される。
【０１３５】
［０１４９］ 図１３Ｂを参照すると、腐食阻止剤への基板面１２００の曝露は、電解液１２７０中で基板面１２００上にパッシベーション層１２１０の形成を可能にする。パッシベーション層１２１０は、一般的には、基板面１２００上で露出された銅材料１２５０上に形成し、堆積された銅材料１２５０に形成できる山１２３０および谷１２４０を含む。
【０１３６】
［０１５０］ 図１３Ｃおよび図１３Ｄを参照すると、基板と浸透性ディスク４２８は、互いに接触され、そして相対軌道運動等の互いの相対運動で移動され、基板面１２００の露出された導電材料１２５０上に形成されたパッシベーション層１２１０を除去する。基板と浸透性ディスク４２８との間の接触は、パッシベーション層１２１０の機械的除去、および銅材料１２５０の少なくとも一部分のそれに続く除去を可能にする。基板と浸透性ディスク４２８との間の接触中に基板面へバイアスが印加され、銅材料１２５０の陽極溶解を可能にする。パッシベーション層によって覆われた銅材料１２５０の除去速度は、パッシベーション層が研磨で取去られた銅の除去速度より小さく、図１３Ｄに示すように平坦な様式での研磨される材料の除去を可能にする。
【０１３７】
［０１５１］ 図１３Ｅを参照すると、基板間を研磨することおよび印加バイアスによっての陽極溶解は、バリア層１２１５に到達するまで続く。銅材料１２５０は、充填されたフィーチャ１２０５中に残る。バリア層は、次に図１３Ｆに示すようにバリア研磨処理によって平坦化される。
【０１３８】
［０１５２］ 堆積および平坦化処理に続いて、基板は、次に、基板の更なる平坦化のために研磨装置へ移送される。本発明の一態様において、上で説明したように堆積および研磨された基板は、第１プラテンへ移送され、そして残余のすなわち残存する銅等の堆積された材料は、基板面から除去される。残余の材料は、広義に定義され、一つ以上の研磨処理ステップが基板上で実行された後に残存する多くの材料をいう。残余の材料は、基板面から除去された、銅、銅合金、および／またはドープされた銅等の銅含有材料だけでなく、銅の酸化物等、銅研磨の副生成物も含む。残余物は、基板の表面を部分的にまたは完全に覆うことがあり、例えば、下にあるバリア層の一部分は、研磨ステップの後に残余の材料が残留されるときに露出されるか、またはその代わりに、研磨処理が実行された後に露出されるバリア層は無い。
【０１３９】
［０１５３］ 一実施例では、基板は、固定砥材研磨パッドを含む第１プラテン上に配置され、普通には研磨ステーション（図示せず）で固定砥材研磨パッド上に基板を配置することを含む。研磨処理は、従来のまたは上に記載の固定砥材研磨パッド上で砥粒フリーまたは砥粒含有研磨配合物を使用できる。
【０１４０】
［０１５４］ 基板は、次にバリア除去のために研磨パッドを含む第２プラテン上に配置され、これは普通には研磨ステーションにあるプラテン上に配置された砥粒フリー研磨パッド上に基板を配置することを含む。バリア除去研磨配合物が、研磨パッドへ供給され、バリア層材料が基板上への研磨処理によって基板面から除去される。バリア除去研磨配合物は、従来の、または固定砥材研磨パッド上への砥粒フリー配合物であるか、またはスピン・エッチングとして知られる高速化学的エッチングを含むことができる。
【０１４１】
［０１５５］ 基板は、次に表面欠陥を最小限にするバフ程のために、第３研磨ステーションにある第３プラテン上に配置できる。バフ掛けは、柔らかい研磨パッドすなわちペンシルベニア州フィラデルフィアに本部を置く米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）に記載されて測定されるショアＤ硬さが約４０以下で、約２ｐｓｉ以下の低減した研磨圧力で実行できる。適切なバフ処理および配合物の例は、２０００年５月１１日出願の同時係属中の米国特許出願第０９／５６９，９６８号に、開示され、本発明と矛盾しない範囲で引用して本明細書に取り込まれる。
【０１４２】
［０１５６］ 任意であるが、洗浄溶液を、各々の研磨処理中またはそれに続いて研磨パッドへ与えてもよく、研磨処理による粒子状物質および消費した反応剤を除去するだけでなく、研磨パッド上の金属残余の堆積物および基板面上に形成された欠陥を最小限にするのを助ける。適切な洗浄液の例は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．が市販するＥｌｅｃｔｒａＣｌｅａｎＴＭである。
【０１４３】
［０１５７］ 最後に、基板は研磨後の洗浄処理へ曝露でき、研磨中または基板ハンドリング中に形成された欠陥を低減する。そのような処理は、基板面上に形成された銅フィーチャでの望ましくない酸化または他の欠陥を最小化できる。そのような研磨後の洗浄の例は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．が市販するＥｌｅｃｔｒａ ＣｌｅａｎＴＭ を適用することである。
【０１４４】
［０１５８］ 以上の記載は本発明の種々の実施形態へ向けられたが、本発明の他の、そして更なる実施形態が、本発明の基本範囲から逸脱することなく考案でき、本発明の範囲は、先に記載の特許請求の範囲によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の処理装置の実施形態を取り入れた処理装置の一実施形態の平面図である。
【図２】電気メッキ装置の一実施形態の上面略図である。
【図３】電気メッキ装置の、別の実施形態の上面略図である。
【図４】本発明の処理装置の、一実施形態の断面図であり、浸透性ディスクの上方に配置した基板を示す。
【図５】キャリア・ヘッド・アセンブリの一実施形態の部分断面図である。
【図６Ａ】複数の基板クランプの部分斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａの複数クランプの内の一つの６Ｂ−６Ｂ断面図である。
【図７Ａ】キャリア・ヘッド・アセンブリへ固定されている基板を示す。
【図７Ｂ】キャリア・ヘッド・アセンブリへ固定されている基板を示す。
【図７Ｃ】キャリア・ヘッド・アセンブリへ固定されている基板を示す。
【図７Ｄ】キャリア・ヘッド・アセンブリへ固定されている基板を示す。
【図８】キャリア・ヘッド・アセンブリの、別の実施形態の部分図である。
【図９】キャリア・ヘッド・アセンブリの、別の実施形態の部分図である。
【図１０Ａ】キャリア・ヘッド・アセンブリの、複数の実施形態の部分図である。
【図１０Ｂ】キャリア・ヘッド・アセンブリの、複数の実施形態の部分図である。
【図１１Ａ】基板上への金属層堆積およびその平坦化を行う装置の実施形態の断面略図である。
【図１１Ｂ】基板上への金属層堆積およびその平坦化を行う装置の実施形態の断面略図である。
【図１１Ｃ】基板上への金属層堆積およびその平坦化を行う装置の実施形態の断面略図である。
【図１１Ｄ】基板上への金属層堆積およびその平坦化を行う装置の実施形態の断面略図である。
【図１２】本発明の一実施形態に従う処理ステップを図解するフローチャートである。
【図１３Ａ】本明細書に記載の、基板面を平坦化するための一実施形態に従って基板を研磨する概略図である。
【図１３Ｂ】本明細書に記載の、基板面を平坦化するための一実施形態に従って基板を研磨する概略図である。
【図１３Ｃ】本明細書に記載の、基板面を平坦化するための一実施形態に従って基板を研磨する概略図である。
【図１３Ｄ】本明細書に記載の、基板面を平坦化するための一実施形態に従って基板を研磨する概略図である。
【図１３Ｅ】本明細書に記載の、基板面を平坦化するための一実施形態に従って基板を研磨する概略図である。
【図１３Ｆ】本明細書に記載の、基板面を平坦化するための一実施形態に従って基板を研磨する概略図である。
【符号の説明】
【０１４６】
１００…処理装置、１０２…電気化学的処理ステーション、１０６…研磨ステーション、 １０８…ファクトリインタフェース、１１０…ローディングロボット、１１１…グリッパ、 １１２…モジュール、処理モジュール、１１４…洗浄モジュール、１１６…基板カセット、 １１８…インタフェースロボット、１２０…投入モジュール、１２２…移送ステーション、 １２３…基板、１２４…ロードカップアセンブリ、１２６…ベース、１２８…投入バッファステーション、１３０…取出バッファステーション、１３１…、１３２…移送ロボット、 １３４…カラーセル、１３６…アーム、１３８…研磨ヘッド、１４０…コントローラ、１４２…メモリ、１４６…支援回路、２００…処理装置、２１０…ローディングステーション、２１１…アニールチャンバ、２１２…ステーション、研磨ステーション、２１４…メインフレーム、２１５…各研磨ステーション、２１６…メインフレーム移送ステーション、 ２１７…研磨プラテン、２１８…処理ステーション、２２０…電解液補給装置、２２１…電源ステーション、２２２…制御装置、２２４…基板カセット受入領域、２２８…ローディングステーション移送ロボット、２３０…ウェーハ配向装置、２３１…基板カセット、 ２３２…基板カセット、２３４…基板、２３８…基板受渡カセット、２４０…処理セル、 ２４２…メインフレーム移送ロボット、２４４…フリッパロボット、２４６…各ロボットアーム、２６０…電解液タンク、２６２…ソースタンク、２６４…濾過タンク、４０２…クランプ、４０４…クランプ、４０６…内側表面、４１０…瘤、４１２…外周面、４１６…デタントピン、４１９…壁、４２０…底面、４２２…基板、４２６…陰極、４２８…浸透性ディスク、４３０…キャリアーアセンブリ、ヘッド・アセンブリ、４３０…基板キャリアーアセンブリ、研磨ヘッド、４３２…シャフト、４３４…エンクロージャ、４３４…部分的エンクロージャ、４３６…ポート、４３８…ネジ、４３８…主メッキ容積部、４４０…流体配送配管、４４２…基板、４４４…拡散プレート、４４６…孔、４５０…座部、 ４５４…アクチュエータ、４５６…パワーヘッド、４６０…アクチュエータ、４６２…接触フィンガ、４６４…延在部、４６６…ベース部材、４６８…駆動システム、４７０…コラム、４７２…グリッパプレート、４７４…グリッパフィンガ、４７５…ヘッド・アセンブリ、４７６…台座アセンブリ、４７８…ヘッド・アセンブリ、４８０…スタンチョン、 ４８２…ベース、共通ベース、４８４…ベース支持体、４８６…リフト機構、駆動システム、４８８…直動アクチュエータ、４９０…ガイド、４９２…レール、４９４…ヒンジ、 ５０２…ハウジング、５０４…ステム、位置、５０６…支持プレート、支持表面、５０８…フランジ、支持プレート、５１０…リップ、５１２…キャビティ、５１４…側面、５１６…側面、５１８…真空ポート、５２０…クランプ、５２０…基板クランプ、５２２…クランプ、リング、基板クランプ、導電性リング、５２４…端子、５２６…リード、５２８…中空シャフト、５３０…搭載プレート、５３４…スリーブ、５３６…直径部分、５３８…リング、５４０…直径部分、５４２…部分、５４４…チャンバ、５４４…ピストンチャンバ、５４６…外側部分、５４８…対応雄ネジ部分、５５０…ネジ、５５２…リング、５９２…位置、６０４…クランプ、６１０…瘤、６２０…底面、８００…基板キャリア・ヘッド・アセンブリ、８０２…接触プレート、８０４…支持プレート、８０６…側面、８０８…リード、８１０…端子、８１２…側面、８２０…導電性シード層、９００…基板キャリア・ヘッド・アセンブリ、９０２…ハウジング、９０４…キャビティ、９０６…開口部、 ９０８…ポート、９１０…作動シャフト、９１２…接触リング、９１４…基板支持体、９１６…接触プレート、９２０…垂直区間、９２２…支持プレート、９２４…側面、９２６…端子、９２８…側面、９３０…リード、１００２…キャリアプレート、１００４…カバー、１００６…保持リング、１００８…可撓体、１０１０…ピストン、１０１４…基板、 １０１４…相対的距離、１０３０…研磨ヘッド、１１２０…装置、１１２２…基板、１１２６…陰極、１１２８…ローラ、１１２８…浸透性ディスク、１１３０…キャリア・ヘッド・アセンブリ、１１３４…エンクロージャ、部分的エンクロージャ、１１３６…壁、１１４０…シャフト、１１４５…堰、１２００…基板面、１２０５…フィーチャ、１２１０…パッシベーション層、１２１５…バリア層、１２２０…誘電体層、１２３０…山、１２４０…谷、１２５０…導電材料、１２５０…銅材料、１２７０…電解液。
Claims (39)
- 基板を処理する方法であって：
パッシベーション層を基板面上に形成すること；
前記基板を電解液中で研磨すること；
陽極バイアスを前記基板面へ印加すること；および
前記基板面の少なくとも一部分から材料を除去すること；
を含む方法。 - 前記パッシベーション層は、基板面を腐食阻止剤、均展剤、またはそれらの組合せへ曝露することによって形成される電流抑制層である、請求項１の方法。
- 前記腐食阻止剤は、ベンゾトリアゾール、メルカプトベンゾトリアゾール、５−メチル−１−ベンゾトリアゾール、およびそれらの組合せから選ばれた、アゾール基を有する有機化合物を含む、請求項２の方法。
- 前記均展剤は、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコール誘導体、およびそれらの組合せから選ばれる、請求項２の方法。
- 前記パッシベーション層は、粘ちょう化剤を含む電解液中に前記基板を配置することによって形成される、請求項１の方法。
- 前記粘ちょう化剤は、リン酸塩ベースの化合物または亜リン酸ベースの化合物を含む、請求項５の方法。
- 前記粘ちょう化剤は、リン酸、リン酸銅、またはリン酸カリウムを含む、請求項６の方法。
- 前記パッシベーション層は、前記基板面上へ誘電材料または有機材料を堆積させることによって形成される、請求項１の方法。
- 前記パッシベーション層はケイ素酸化物を含む、請求項１の方法。
- 前記電解質は、硫酸ベースの電解質、リン酸ベースの電解質、硫酸ベースの電解質誘導体、リン酸ベースの電解質誘導体、およびそれらの組合せから選ばれる、請求項１の方法。
- 前記電解液は更に砥粒を含む、請求項１０の方法。
- 前記基板へ前記バイアスを印加することは、約０．１ボルトと約１５ボルトとの間の電圧を印加することを含む、請求項１の方法。
- 研磨材は、研磨中に約２ｐｓｉ以下の圧力を前記基板に及ぼす、請求項１の方法。
- 前記腐食阻止剤、均展剤、またはそれらの組合せは、前記電解液の約０．００５体積％と約１０体積％の間を占める、請求項２の方法。
- 基板を処理する方法であって：
前記基板を、電解液中に配置された研磨材に隣接させて、電解液中に位置決めすること；
前記基板を腐食阻止剤、均展剤、粘ちょう化剤、またはそれらの組合せへ曝露して、電流抑制層を基板面上に形成すること；
前記基板を前記電解液中で前記研磨材により研磨することにより前記電流抑制層の少なくとも一部分を除去すること；
前記電解液中に配置された陽極と陰極との間にバイアスを印加すること；および
前記基板面の少なくとも一部分から陽極溶解により材料を除去すること；
を含む方法。 - 前記バイアスを印加することは、時間的に変化する陽極電位を前記基板面へ制御可能に印加することを含む、請求項１５の方法。
- 前記陽極と前記陰極との間に印加される前記バイアスは、約０．１ボルトと約１５ボルトの間である、請求項１５の方法。
- 前記電解質は、硫酸ベースの電解質、リン酸ベースの電解質、硫酸ベースの電解質誘導体、リン酸ベースの電解質誘導体、およびそれらの組合せから選ばれる、請求項１５の方法。
- 前記腐食阻止剤は、ベンゾトリアゾール、メルカプトベンゾトリアゾール、５−メチル−１−ベンゾトリアゾール、およびそれらの組合せから選ばれる、アゾール基を有する有機化合物を含む、請求項１５の方法。
- 前記均展剤は、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコール誘導体、およびそれらの組合せから選ばれる、請求項１５の方法。
- 前記粘ちょう化剤は、リン酸塩ベースの化合物または亜リン酸ベースの化合物を含む、請求項１５の方法。
- 前記粘ちょう化剤は、リン酸、リン酸銅、またはリン酸カリウムを含む、請求項２１の方法。
- 前記腐食阻止剤、均展剤、またはそれらの組合せは、前記電解液の約０．００５体積％と約１０体積％の間を占める、請求項１５の方法。
- 前記電解液は更に砥粒を含む、請求項１５の方法。
- 基板を処理するための装置であって：
処理区域を画成し、流体取入口と流体取出口とを有する部分的エンクロージャと；
前記部分的エンクロージャ内に配置される陰極と；
前記部分的エンクロージャ内に配置される研磨材と；
基板装着面を有して、前記研磨材の上方に移動可能に配置される基板キャリアと；
前記部分的エンクロージャを介して基板へ、または前記エンクロージャ内へ配置された前記研磨材へ連結される電源と；
前記装置が電解液中に基板を位置決めして基板面上へパッシベーション層を形成し、前記研磨材を用いて前記基板を前記電解液中で研磨し、そして陽極バイアスを前記基板面または研磨材へ印加するすることにより前記基板面の少なくとも一部分から材料を除去するように構成される、コンピュータ・ベースのコントローラと；を有する、
基板を処理するための装置。 - 前記陰極は、前記部分的エンクロージャ内へ垂直に配置されるリングを備える、請求項２５の装置。
- 前記陰極は、前記部分的エンクロージャ内へ水平に配置されるリングを備える、請求項２５の装置。
- 前記研磨材は、研磨パッド、研磨材料の直線状ウェブもしくはベルト、または一つ以上の研磨材ローラである、請求項２５の装置。
- 前記一つ以上の研磨材ローラは、水平に、または垂直に配置された基板を研磨するために直列に配置される、請求項２８の装置。
- 前記研磨材は導電性である、請求項２８の装置。
- 前記導電性研磨材は、ポリウレタン中に埋込まれた、またはポリウレタン中に形成された導電素子または導電材料を含み、前記導電素子は相互に電気的に接続され、基板が前記研磨材と接触状態にあるとき基板面に接触する、請求項３０の装置。
- 更に、前記基板受け面の周辺の回りに配置される複数の電気接点を備える、請求項２５の装置。
- 前記コンピュータ・ベースのコントローラは、時間的に変化する陽極電位を前記基板面へ印加するように構成される、請求項２５の装置。
- 前記コンピュータ・ベースのコントローラは、約０．１ボルトと約１５ボルトとの間の電圧を前記基板面または研磨材へ印加するように構成される、請求項２５の装置。
- 電気化学的堆積装置であって：
メインフレームウェーハ移送ロボットを有するメインフレームと；
前記メインフレームに接続して配置されるローディングステーションと；
前記メインフレームに接続して配置される一つ以上の電気化学的処理セルと；
前記メインフレームに接続して配置される一つ以上の研磨プラテンと；
前記一つ以上の電気化学的処理セルへ流体接続される電解液供給装置と；
前記一つ以上の研磨プラテンへ接続される一つ以上の研磨流体供給装置と；
を備える電気化学的堆積装置。 - 更に、電気化学的堆積処理、電気化学的除去処理、研磨処理、またはそれらの組合せを制御する装置コントローラを備える、請求項３５の装置。
- 更に、前記ローディングステーションと前記メインフレームとの間に配置されるスピン−リンス−ドライ（ＳＲＤ）ステーションを備える、請求項３６の装置。
- 更に、前記ローディングステーションに接続して配置される熱アニールチャンバを備える、請求項３６の装置。
- 前記電気化学的処理セルは：
処理区域を画成し、流体取入口および流体取出口を有する部分的エンクロージャと；
前記部分的エンクロージャ内に配置される陰極と；
前記部分的エンクロージャ内に配置される研磨材と；
基板搭載面を有して、前記研磨材の上方に移動可能に配置される基板キャリアと；
前記部分的エンクロージャを通りそこに配置される基板へまたは前記研磨材へ連結される電源と；
前記装置が電解液中に基板を位置決めして基板面上へパッシベーション層を形成し、前記研磨材を用いて前記基板を前記電解液中で研磨し、そして陽極バイアスを前記基板面または研磨材へ印加するすることにより前記基板面の少なくとも一部分から材料を除去するように構成されるコンピュータ・ベースのコントローラと；を備える、請求項３５の装置。
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