JP2008513596A - Electromechanical treatment of full-sequence metal and barrier layers - Google Patents

Electromechanical treatment of full-sequence metal and barrier layers Download PDF

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ツィホン ワン,
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セン, ホウ コウ,
スタン, ディー. ツァイ,
リャン‐ユウ チェン,
ヨンキ フウ,
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Abstract

金属材料及びバリア材料を電気化学的に処理する方法及び装置が提供される。一実施形態において、基板を電気化学的に処理する方法は、該基板上のバリア材料の露出層と電極との間の電解液を通る導電性経路を確立するステップと、約2psi未満の力で、該基板を処理パッドアセンブリに押し付けるステップと、該基板と、該基板に接触しているパッドアセンブリとの間に動きを提供するステップと、バリア処理ステーション内で、第1の電気化学処理工程中に、該露出層の一部を電気化学的に除去するステップとを含む。
【選択図】 図8
Methods and apparatus for electrochemically processing metal materials and barrier materials are provided. In one embodiment, a method of electrochemically treating a substrate comprises establishing a conductive path through an electrolyte between an exposed layer of barrier material on the substrate and an electrode, and with a force less than about 2 psi. Pressing the substrate against a processing pad assembly; providing movement between the substrate and a pad assembly in contact with the substrate; and in a barrier processing station during a first electrochemical processing step And electrochemically removing a portion of the exposed layer.
[Selection] Figure 8

Description

発明の背景Background of the Invention

発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的に、電気化学処理の方法に関する。
Field of Invention
[0001] Embodiments of the present invention generally relate to methods of electrochemical processing.

関連技術の説明
[0002]電解機械研磨(electrochemical mechanical planarizing;ECMP)は、電気化学的溶解によって、基板表面から導電性材料を除去するのと同時に、従来の平坦化プロセスと比較して少ない機械的摩耗で該基板を研磨することに使用する技術である。ECMPシステムは、一般的に、バイアスの極性を逆にすることによる、該基板への導電性材料の堆積に適している。電気化学的溶解は、陰極と基板表面との間にバイアスを印加して、該基板表面から導電性材料を周りの電解液中へ除去することによって実行される。典型的には、該バイアスは、該基板がその上で処理される導電性研磨材料により、該基板表面に印加される。研磨プロセスの機械的成分は、該基板と該導電性研磨材料との間に相対運動を提供することによって実行され、この相対運動は、該基板からの該導電性材料の除去を強化する。
Explanation of related technology
[0002] Electrochemical mechanical planarizing (ECMP) removes conductive material from a substrate surface by electrochemical dissolution while simultaneously reducing the substrate with less mechanical wear compared to conventional planarization processes. This technique is used for polishing. ECMP systems are generally suitable for depositing conductive material on the substrate by reversing the polarity of the bias. Electrochemical dissolution is performed by applying a bias between the cathode and the substrate surface to remove the conductive material from the substrate surface into the surrounding electrolyte. Typically, the bias is applied to the substrate surface by a conductive polishing material on which the substrate is processed. The mechanical component of the polishing process is performed by providing a relative motion between the substrate and the conductive abrasive material, which enhances the removal of the conductive material from the substrate.

[0003]多くの従来のシステムにおいては、導電性膜のECMPは、バリアの除去のための従来の化学的機械的処理の後に行われる。この処理の二分(例えば、単一のシステム上でのECMPとCMP)は、互いに異なる有用性とプロセス消耗品とを必要とし、その結果、所有者に高コストをもたらす。また、たいていのECMPプロセスは、処理される基板と処理面との間の低接触圧を利用するため、処理中に、該基板を保持するのに利用されるヘッドは、典型的に、高接触圧を有する従来のCMPプロセスに利用された場合に、強い処理性能を提供せず、その結果、トレンチまたは他の特徴部内に配置された導電性材料の深い侵食をもたらす。従来の低圧CMPバリア層処理の除去速度は、一般的に、約100Å/分未満であるため、低圧を使用する従来のバリア材料のCMP処理は、大量生産には適さない。従って、電気化学処理を介して、ルテニウム、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン等のバリア材料を除去できるようになっているシステムが有利になるであろう。   [0003] In many conventional systems, the ECMP of the conductive film is performed after a conventional chemical mechanical process for barrier removal. This process dichotomy (eg, ECMP and CMP on a single system) requires different utilities and process consumables, resulting in higher costs for the owner. Also, since most ECMP processes utilize a low contact pressure between the substrate being processed and the processing surface, the heads used to hold the substrate during processing are typically high contact. When utilized in a conventional CMP process with pressure, it does not provide strong processing performance, resulting in deep erosion of conductive material disposed in trenches or other features. Since the removal rate of conventional low pressure CMP barrier layer processing is typically less than about 100 liters / minute, conventional barrier material CMP processing using low pressure is not suitable for mass production. Thus, a system that is capable of removing barrier materials such as ruthenium, tantalum, tantalum nitride, titanium, titanium nitride, etc. via electrochemical processing would be advantageous.

[0004]従って、金属及びバリア材料の電気化学処理用の改良された方法及び装置に対する要求がある。   [0004] Accordingly, there is a need for improved methods and apparatus for electrochemical processing of metals and barrier materials.

発明の概要Summary of the Invention

[0005]本発明の実施形態は、一般的に、電解機械研磨システムにおいて、基板上に配置されたバリア及び金属を処理する方法を提供する。金属及びバリア材料を電気化学的に処理する方法及び装置が提供される。一つの実施形態において、基板を電気化学的に処理する方法は、該基板上のバリア材料の露出層と、電極との間に、電解液を介して導電性経路を確立するステップと、約2psi未満の力で、該基板を処理パッドアセンブリに押し付けるステップと、該基板と、該基板に接触しているパッドアセンブリとの間に動きを提供するステップと、バリア処理ステーション内での第1の電気化学処理工程の間に、該露出層の一部を電気化学的に除去するステップとを含む。   [0005] Embodiments of the present invention generally provide a method of treating a barrier and metal disposed on a substrate in an electromechanical polishing system. Methods and apparatus for electrochemically processing metals and barrier materials are provided. In one embodiment, a method of electrochemically treating a substrate comprises establishing a conductive path via an electrolyte between an exposed layer of barrier material on the substrate and an electrode, and about 2 psi. Pressing the substrate against the processing pad assembly with less force, providing movement between the substrate and the pad assembly in contact with the substrate, and a first electrical power in the barrier processing station Electrochemically removing a portion of the exposed layer during a chemical treatment process.

[0006]別の実施形態において、基板を電気化学的に処理する方法は、システムの第1の処理ステーションにおいて、バリア層が下に配置された導電層を除去するステップと、処理パッドに対して低い基板接触圧力を使用して、該システムの第2の処理ステーションにおいて、該バリア層を電気化学的に除去するステップとを含む。該システムは、マルチステップ除去プロセスを使用して、該導電層の残りの除去のための、該第1の処理ステーションと第2の処理ステーションとの間に配置された処理ステーションを含んでもよい。   [0006] In another embodiment, a method for electrochemically processing a substrate comprises: removing a conductive layer with a barrier layer disposed thereon at a first processing station of the system; Electrochemically removing the barrier layer at a second processing station of the system using a low substrate contact pressure. The system may include a processing station disposed between the first processing station and the second processing station for removal of the remaining conductive layer using a multi-step removal process.

[0007]別の実施形態において、該方法は、上記基板上のバリア材料の露出層と、電極との間に、電解液を介して導電性経路を確立するステップと、バリア処理ステーション内での第1の電気化学処理工程の間に、該露出層の一部を電気化学的に除去するステップと、バリア材料の該露出層のブレイクスルー時に、または、ブレイクスルー直前に、該第1の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、該バリア処理ステーション内での第2の電気化学処理工程において、該バリア材料の該露出層を電気化学的に処理するステップと、該第2の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、を含む。   [0007] In another embodiment, the method comprises establishing a conductive path via an electrolyte between an exposed layer of barrier material on the substrate and an electrode, and in a barrier processing station. During the first electrochemical treatment step, electrochemically removing a portion of the exposed layer and during or immediately before the breakthrough of the exposed layer of barrier material, Detecting an end point of a chemical treatment process; electrochemically treating the exposed layer of the barrier material in a second electrochemical treatment process within the barrier treatment station; and Detecting an end point of the processing step.

[0008]別の実施形態において、基板を電気化学的に処理する方法は、システムの第1の処理ステーションにおいて、バリア層が下に配置された導電層を除去するステップと、該システムの第2の処理ステーションにおいて、該バリア層を電気化学的に除去するステップとを含む。該システムは、マルチステップ除去プロセスを使用した、該導電層の残りの除去のための、該第1の処理ステーションと、第2の処理ステーションとの間に配置された処理ステーションを含んでもよい。   [0008] In another embodiment, a method of electrochemically processing a substrate includes removing a conductive layer with a barrier layer disposed thereon at a first processing station of the system; Electrochemically removing the barrier layer at a processing station. The system may include a processing station disposed between the first processing station and a second processing station for removal of the remaining conductive layer using a multi-step removal process.

[0009]本発明の上述した実施形態が実現される方法を詳細に理解できるようにするために、簡潔に前述した、本発明のより具体的な説明を、添付図面に図示されている本発明の実施形態を参照して行うことができる。しかし、該添付図面は、本発明の単に典型的な実施形態を図示するものであり、そのため、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではなく、他の同様に有効な実施形態を認めることができることに留意すべきである。   [0009] In order to provide a more thorough understanding of the manner in which the above-described embodiments of the invention are implemented, a more specific description of the invention, briefly described above, is shown in the accompanying drawings. This can be done with reference to the embodiment. However, the attached drawings are merely illustrative of exemplary embodiments of the present invention and, therefore, should not be considered as limiting the scope of the present invention, but recognize other equally effective embodiments. It should be noted that

[0024]理解を容易にするために、可能であれば、図に対して共通である同一の要素を指し示すのに、同一の参照符号を使用している。一実施形態の要素は、さらなる詳述を要することなく、他の実施形態に有利に組み込んでもよいことが意図されている。   [0024] To facilitate understanding, identical reference numerals have been used, where possible, to designate identical elements that are common to the figures. It is contemplated that elements of one embodiment may be advantageously incorporated into other embodiments without requiring further details.

詳細な説明Detailed description

[0025]導電性材料及びバリア材料の基板からの除去のためのシステム及び方法に対する実施形態を提供する。以下に開示した実施形態は、主に、基板から材料を除去すること、例えば、平坦化することに焦点を当てているが、本明細書に開示した教示は、該基板と、該システムの電極との間に印加される電気的バイアスの極性を逆にすることにより、基板を電気めっきするのに使用することができることが意図されている。   [0025] Embodiments are provided for systems and methods for removal of conductive and barrier materials from a substrate. Although the embodiments disclosed below focus primarily on removing material, eg, planarization, from the substrate, the teachings disclosed herein teach the substrate and the electrodes of the system. Is intended to be used to electroplate a substrate by reversing the polarity of the electrical bias applied between.

装置
[0026]図1は、基板を電気化学的に処理する装置を有する平坦化システム100の一実施形態の平面図である。例示的なシステム100は、一般的に、ファクトリインタフェース102と、ローディングロボット104と、平坦化モジュール106とを備える。ローディングロボット104は、ファクトリインタフェース102と平坦化モジュール106との間での基板122の移送を容易にするために、該ファクトリインタフェース及び平坦化モジュールの近くに配置されている。
apparatus
[0026] FIG. 1 is a plan view of one embodiment of a planarization system 100 having an apparatus for electrochemically processing a substrate. The exemplary system 100 generally includes a factory interface 102, a loading robot 104, and a planarization module 106. The loading robot 104 is located near the factory interface and the planarization module to facilitate transfer of the substrate 122 between the factory interface 102 and the planarization module 106.

[0027]コントローラ108は、システム100のモジュールの制御及びインテグレーションを容易にするために設けられている。コントローラ108は、中央演算処理装置(CPU)110と、記憶装置112と、サポート回路114とを備える。コントローラ108は、例えば、平坦化プロセス、クリーニングプロセス及び移送プロセスの制御を容易にするために、システム100の様々なコンポーネントに結合されている。   [0027] The controller 108 is provided to facilitate control and integration of the modules of the system 100. The controller 108 includes a central processing unit (CPU) 110, a storage device 112, and a support circuit 114. The controller 108 is coupled to various components of the system 100, for example, to facilitate control of the planarization process, cleaning process, and transfer process.

[0028]ファクトリインタフェース102は、一般的に、クリーニングモジュール116と、1つ以上のウェーハカセット118とを含む。インタフェースロボット120は、ウェーハカセット118と、クリーニングモジュール116と、入力モジュール124との間で基板122を移送するのに採用されている。入力モジュール12は、グリッパ、例えば、真空グリッパまたはメカニカルグリッパにより、平坦化モジュール106とファクトリインタフェース102との間での基板122の移送を容易にするように位置決めされている。   [0028] The factory interface 102 generally includes a cleaning module 116 and one or more wafer cassettes 118. The interface robot 120 is employed to transfer the substrate 122 between the wafer cassette 118, the cleaning module 116, and the input module 124. Input module 12 is positioned to facilitate transfer of substrate 122 between planarization module 106 and factory interface 102 by a gripper, such as a vacuum gripper or mechanical gripper.

[0029]平坦化モジュール106は、少なくとも、環境的に制御されたエンクロージャ188内に配置された第1のECMPステーション128を含む。本発明からの利益に適応することができる平坦化モジュール106の実施例は、全てカリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社から入手可能な、MIRRA(登録商標)、MIRRA MESA(商標)、REFLEXION(登録商標)、REFLEXION LK(登録商標)及びREFLEXION LK Ecmp(商標)CMPシステムを含む。処理パッド、平坦化ウェブ、またはそれらの組合せを使用するもの、および回転運動、直線運動または他の平面運動で、平坦化面に対して基板を動かすものを含む他の平坦化モジュールもまた、本発明からの利益に適応することができる。   [0029] The planarization module 106 includes at least a first ECMP station 128 disposed within an environmentally controlled enclosure 188. Examples of planarization module 106 that can accommodate benefits from the present invention are MIRRA®, MIRRA MESA ™, REFLEXION (all available from Applied Materials, Inc., Santa Clara, Calif.). ®, REFLEXION LK® and REFLEXION LK Ecmp ™ CMP system. Other planarization modules, including those that use processing pads, planarization webs, or combinations thereof, and those that move the substrate relative to the planarization surface in a rotational, linear or other planar motion are also described It can adapt to the benefits from the invention.

[0030]図1に描かれた実施形態において、平坦化モジュール106は、第1のECMPステーション128と、第2のECMPステーション130と、第3のECMPステーション132とを含む。基板122の上に配置された導電性材料の大量除去は、第1のECMPステーション128での電気化学的溶解プロセスを介して実行することができる。第1のECMPステーション128での大量の材料除去の後、残った導電性材料が、マルチステップ電解機械プロセスを介して、第2のECMPステーション130において、該基板から除去され、該マルチステッププロセスの一部は、残りの導電性材料を除去するように構成されている。異なるステーションで実行された大量除去プロセスの後に、該マルチステップ除去プロセスを実行するために、1つ以上のECMPステーションを利用してもよいことが意図されている。代替として、第1のECMPステーション128及び第2のECMPステーション130の各々は、単一のステーション上での大量の導電性材料の除去及びマルチステップの導電性材料の除去の両方を実行するのに利用してもよい。また、全てのECMPステーション(例えば、図1に描かれたモジュール106の3つのステーション)を、2段階の除去プロセスで該導電層を処理するように構成してもよいことが意図されている。   In the embodiment depicted in FIG. 1, the planarization module 106 includes a first ECMP station 128, a second ECMP station 130, and a third ECMP station 132. Mass removal of the conductive material disposed on the substrate 122 can be performed via an electrochemical dissolution process at the first ECMP station 128. After a large amount of material removal at the first ECMP station 128, the remaining conductive material is removed from the substrate at the second ECMP station 130 via a multi-step electromechanical process and the multi-step process. A portion is configured to remove the remaining conductive material. It is contemplated that one or more ECMP stations may be utilized to perform the multi-step removal process after a mass removal process performed at different stations. Alternatively, each of the first ECMP station 128 and the second ECMP station 130 can perform both removal of a large amount of conductive material and multi-step conductive material removal on a single station. May be used. It is also contemplated that all ECMP stations (eg, the three stations of module 106 depicted in FIG. 1) may be configured to process the conductive layer in a two-step removal process.

[0031]例示的な平坦化モジュール106は、移送ステーション136と、マシンベース140の上部または第1の側138に配置されているカルーセル134も含む。一つの実施形態において、移送ステーション136は、入力バッファステーション142と、出力バッファステーション144と、移送ロボット146と、ロードカップアセンブリ148とを含む。入力バッファステーション142は、ローディングロボット104によって、ファクトリインタフェース102から基板を受け取る。また、ローディングロボット104は、研磨した基板を出力バッファステーション144からファクトリインタフェース102へ戻すのにも利用される。移送ロボット146は、バッファステーション142、144とロードカップアセンブリ148との間で基板を移動させるのに利用される。   [0031] The exemplary planarization module 106 also includes a transfer station 136 and a carousel 134 disposed on the top or first side 138 of the machine base 140. In one embodiment, transfer station 136 includes an input buffer station 142, an output buffer station 144, a transfer robot 146, and a load cup assembly 148. The input buffer station 142 receives a substrate from the factory interface 102 by the loading robot 104. The loading robot 104 is also used to return the polished substrate from the output buffer station 144 to the factory interface 102. The transfer robot 146 is used to move the substrate between the buffer stations 142, 144 and the load cup assembly 148.

[0032]一つの実施形態において、移送ロボット146は、2つのグリッパアセンブリを含み、各々は、該基板の縁部で該基板を保持する空気圧式グリッパフィンガを有する。移送ロボット146は、処理すべき基板を入力バッファステーション142からロードカップアセンブリ148へ移送すると同時に、処理された基板をロードカップアセンブリ148から出力バッファステーション144へ移送してもよい。有利に使用することができる移送ステーションの実施例は、Tobinに対して2000年12月5日に発行された米国特許第6,156,124号明細書に記載されている。   [0032] In one embodiment, the transfer robot 146 includes two gripper assemblies, each having a pneumatic gripper finger that holds the substrate at the edge of the substrate. The transfer robot 146 may transfer the substrate to be processed from the input buffer station 142 to the load cup assembly 148 and simultaneously transfer the processed substrate from the load cup assembly 148 to the output buffer station 144. An example of a transfer station that can be used to advantage is described in US Pat. No. 6,156,124 issued December 5, 2000 to Tobin.

[0033]カルーセル134は、ベース140上の中央に配置されている。カルーセル134は、典型的には、複数のアーム150を含み、それぞれが平坦化ヘッドアセンブリ152を支持している。図1に描かれた2つのアーム150は、移送ステーション136及び第1のECMPステーション128の平坦化面126が見えるように、透かして示されている。カルーセル134は、平坦化ヘッドアセンブリ152を、平坦化ステーション128、130、132及び移送ステーション136の間で移動させることができるように索引付け可能である。有利に利用することができる1つのカルーセルは、Periovらに対して1998年9月8日に発行された米国特許第5,804,507号明細書に記載されている。   [0033] The carousel 134 is centrally located on the base 140. The carousel 134 typically includes a plurality of arms 150, each supporting a planarizing head assembly 152. The two arms 150 depicted in FIG. 1 are shown watermarked so that the planarization surface 126 of the transfer station 136 and the first ECMP station 128 can be seen. The carousel 134 can be indexed so that the planarization head assembly 152 can be moved between the planarization stations 128, 130, 132 and the transfer station 136. One carousel that can be used to advantage is described in US Pat. No. 5,804,507, issued September 8, 1998 to Periov et al.

[0034]コンディショニングデバイス182は、平坦化ステーション128、130、132の各々の近くのベース140上に配置されている。コンディショニングデバイス182は、均一な平坦化結果を維持するために、ステーション128、130、132内に配置された平坦化材料の状態を定期的に整える。   [0034] A conditioning device 182 is disposed on the base 140 near each of the planarization stations 128, 130, 132. Conditioning device 182 periodically conditions the planarizing material disposed in stations 128, 130, 132 to maintain a uniform planarization result.

[0035]図2は、第1のECMPステーション128の一実施形態の上に位置決めされた平坦化ヘッドアセンブリ152のうちの1つの断面図を描いたものである。第2及び第3のECMPステーション130、132は、同様に構成することができる。平坦化ヘッドアセンブリ152は、一般的に、平坦化ヘッド204に結合された駆動装置202を備える。駆動装置202は、一般的に、少なくとも、平坦化ヘッド204に対して回転運動を提供する。平坦化ヘッド204は、更に、平坦化ヘッド204で保持された基板122を、処理中に、第1のECMPステーション128の平坦化面126に対向させて配置できるように、第1のECMPステーション128に向かって作動させることができる。駆動装置202は、平坦化ヘッド204の回転速度及び方向を制御するために、信号を駆動装置202に提供するコントローラ108に結合されている。   [0035] FIG. 2 depicts a cross-sectional view of one of the planarization head assemblies 152 positioned over one embodiment of the first ECMP station 128. As shown in FIG. The second and third ECMP stations 130, 132 can be similarly configured. The planarization head assembly 152 generally comprises a drive device 202 coupled to the planarization head 204. The drive 202 generally provides at least rotational movement with respect to the planarizing head 204. The planarization head 204 further provides a first ECMP station 128 so that the substrate 122 held by the planarization head 204 can be positioned opposite the planarization surface 126 of the first ECMP station 128 during processing. Can be actuated. The drive 202 is coupled to a controller 108 that provides a signal to the drive 202 to control the rotational speed and direction of the planarizing head 204.

[0036]一実施形態において、上記平坦化ヘッドは、アプライドマテリアルズ社により製造されているTITAN HEAD(商標)またはTITAN PROFILER(商標)ウェーハキャリヤとすることができる。一般的に、平坦化ヘッド204は、ハウジング214と、基板122がその中に保持される中心凹部を画成する保持リング224とを備える。保持リング224は、該基板が、処理の間に、平坦化ヘッド204の下から滑り落ちるのを防ぐために、平坦化ヘッド204内に配置された基板122を束縛する。保持リング224は、PPS、PEEK等のプラスチック材料、または、ステンレス鋼、Cu、Au、Pd等の導電性材料、あるいは、それらの組合せで形成することができる。更に、ECMP中の電界を制御するために、導電性保持リング224に、電気的バイアスをかけてもよいことが意図されている。導電性またはバイアスがかけられた保持リングは、該基板の縁部近くで、研磨速度を遅くする傾向がある。他の平坦化ヘッドを利用してもよいことが意図されている。   [0036] In one embodiment, the planarizing head may be a TITAN HEAD ™ or TITAN PROFILER ™ wafer carrier manufactured by Applied Materials. Generally, the planarizing head 204 includes a housing 214 and a retaining ring 224 that defines a central recess in which the substrate 122 is retained. The retaining ring 224 binds the substrate 122 disposed within the planarization head 204 to prevent the substrate from slipping under the planarization head 204 during processing. The retaining ring 224 can be formed of a plastic material such as PPS or PEEK, a conductive material such as stainless steel, Cu, Au, or Pd, or a combination thereof. It is further contemplated that the conductive retaining ring 224 may be electrically biased to control the electric field during ECMP. Conductive or biased retaining rings tend to slow down the polishing rate near the edge of the substrate. It is contemplated that other planarizing heads may be utilized.

[0037]第1のECMPステーション128は、一般的に、ベース140上に回転可能に配置されているプラテンアセンブリ230を含む。プラテンアセンブリ230は、プラテンアセンブリ230をベース140に対して回転させることができるように、ベアリング238によってベース140の上で支持されている。ベアリング238によって束縛されるベース140の領域は、開けており、また、プラテンアセンブリ230と通信する、電気的、機械的、空気圧、制御の信号及び接続部のための導管を提供する。   [0037] The first ECMP station 128 generally includes a platen assembly 230 that is rotatably disposed on the base 140. Platen assembly 230 is supported on base 140 by bearings 238 so that platen assembly 230 can be rotated relative to base 140. The area of the base 140 constrained by the bearing 238 is open and provides a conduit for electrical, mechanical, pneumatic, control signals and connections that communicate with the platen assembly 230.

[0038]まとめて回転カプラ276と呼ぶ従来のベアリング、ロータリーユニオン及びスリップリングは、電気的、機械的、流体、空気圧、制御の信号及び接続部を、ベース140と回転プラテンアセンブリ230との間に結合することができるように提供されている。プラテンアセンブリ230は、典型的には、回転運動をプラテンアセンブリ230に提供するモータ232に結合されている。モータ232は、プラテンアセンブリ230の回転速度及び方向を制御するための信号を提供するコントローラ108に結合されている。   [0038] Conventional bearings, rotary unions and slip rings, collectively referred to as rotary coupler 276, transfer electrical, mechanical, fluid, pneumatic, control signals and connections between base 140 and rotary platen assembly 230. Provided to be able to combine. The platen assembly 230 is typically coupled to a motor 232 that provides rotational movement to the platen assembly 230. The motor 232 is coupled to the controller 108 that provides signals for controlling the rotational speed and direction of the platen assembly 230.

[0039]プラテンアセンブリ230の上面260は、処理パッドアセンブリ222を支持する。該処理パッドアセンブリは、磁力、引力、真空、クランプ、接着等によって、プラテンアセンブリ230に対して保持することができる。   [0039] The top surface 260 of the platen assembly 230 supports the processing pad assembly 222. The processing pad assembly can be held against the platen assembly 230 by magnetic force, attractive force, vacuum, clamping, bonding, or the like.

[0040]プレナム206は、電解液の平坦化面126への均一な配分を容易にするために、プラテンアセンブリ230内に画成されている。以下により詳細に説明する複数の流路が、電解液ソース248からプレナム206へ提供される電解液が、処理中に、プラテンアセンブリ230を通って均一に流れて、基板122に接触できるように、プラテンアセンブリ230に形成されている。異なる電解液成分を、異なる処理の段階の間に、または、異なるECMPステーション128、130、132に提供することができることが意図されている。   [0040] A plenum 206 is defined in the platen assembly 230 to facilitate uniform distribution of electrolyte to the planarization surface 126. Multiple channels, described in more detail below, allow the electrolyte provided from the electrolyte source 248 to the plenum 206 to flow uniformly through the platen assembly 230 and contact the substrate 122 during processing. The platen assembly 230 is formed. It is contemplated that different electrolyte components can be provided during different processing stages or to different ECMP stations 128, 130, 132.

[0041]処理パッドアセンブリ222は、電極292と、少なくとも平坦化部分290とを含む。電極292は、典型的には、特に、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、金、銀及びタングステン等の導電性材料で構成されている。電極292は硬くする、電解液に対して不透過性とする、電解液に対して透過性とする、または、穿孔することができる。少なくとも1つの接触アセンブリ250は、処理パッドアセンブリ222の上に拡がっており、処理パッドアセンブリ222上で処理される基板を電源242に電気的に結合するように適合されている。また、電極292も、該基板と電極292との間に電位を確立することができるように、電源242に結合されている。   [0041] The processing pad assembly 222 includes an electrode 292 and at least a planarization portion 290. The electrode 292 is typically composed of a conductive material such as stainless steel, copper, aluminum, gold, silver, and tungsten, among others. The electrode 292 can be hardened, impermeable to electrolyte, permeable to electrolyte, or perforated. At least one contact assembly 250 extends over the processing pad assembly 222 and is adapted to electrically couple a substrate being processed on the processing pad assembly 222 to the power source 242. The electrode 292 is also coupled to the power source 242 so that a potential can be established between the substrate and the electrode 292.

[0042]メータ244は、電気化学プロセスを示す尺度を検知するために提供されている。メータ244は、電源242と、電極292または接触アセンブリ250の少なくとも一方との間に結合または位置決めすることができる。また、メータ244は、電源242に一体化することもできる。一実施形態において、メータ244は、コントローラ108に、電荷、電流および/または電圧等の処理を示す尺度を提供するように構成されている。この尺度は、コントローラ108が、現場で処理パラメータを調節するのに、または、終点または他のプロセス段階の検出を容易にするのに利用することができる。   [0042] Meter 244 is provided to sense a measure indicative of the electrochemical process. Meter 244 may be coupled or positioned between power source 242 and at least one of electrode 292 or contact assembly 250. The meter 244 can also be integrated with the power source 242. In one embodiment, the meter 244 is configured to provide the controller 108 with a measure that indicates processing such as charge, current, and / or voltage. This measure can be utilized by the controller 108 to adjust process parameters in the field or to facilitate detection of endpoints or other process steps.

[0043]ウィンドウ246は、パッドアセンブリ222および/またはプラテンアセンブリ230を貫通して提供されており、パッドアセンブリ222の下に位置決めされたセンサ254が、研磨性能を示す尺度を感知できるように構成されている。例えば、センサ254は、センサの中でも特に、渦電流センサまたは干渉計とすることができる。センサ254によりコントローラ108へ提供された該尺度は、プロファイル調整イン・シトゥ、終点検知または電気化学プロセスの別の時点の検知を処理するために利用することができる情報をもたらす。一実施形態において、センサ254は、処理中に、研磨される基板122の面に向けられ、かつ該面に当てられる平行光線を生成可能な干渉計である。反射信号間の干渉は、処理されている材料の導電層の厚さを示す。有利に利用することができる1つのセンサは、Birangらに対して1999年4月13日に発行された米国特許第5,893,796号明細書に記載されており、該明細書の全体を参照として本明細書に組み入れる。   [0043] A window 246 is provided through the pad assembly 222 and / or the platen assembly 230 and is configured such that a sensor 254 positioned under the pad assembly 222 can sense a measure of polishing performance. ing. For example, the sensor 254 can be an eddy current sensor or an interferometer, among other sensors. The measure provided to the controller 108 by the sensor 254 provides information that can be utilized to handle profile adjustment in situ, endpoint detection or detection of another point in the electrochemical process. In one embodiment, the sensor 254 is an interferometer capable of producing a collimated beam that is directed to and applied to the surface of the substrate 122 to be polished during processing. The interference between the reflected signals indicates the thickness of the conductive layer of the material being processed. One sensor that can be used to advantage is described in US Pat. No. 5,893,796, issued April 13, 1999 to Birang et al. This is incorporated herein by reference.

[0044]導電性材料の基板122からの除去に適した処理パッドアセンブリ222の実施形態は、一般的に、実質的に誘電性である平坦化面126を含んでもよい。導電性材料の基板122からの除去に適した処理パッドアセンブリ222の他の実施形態は、一般的に、実質的に導電性である平坦化面126を含んでもよい。処理中に、電極292に対して該基板にバイアスをかけることができるように、該基板を電源242に結合するために、少なくとも1つの接触アセンブリ250が提供されている。平坦化層290を貫通して形成されたアパーチャ210は、電解液が基板122と電極292との間に導電性経路を確立できるようにする。   [0044] An embodiment of a processing pad assembly 222 suitable for removal of conductive material from the substrate 122 may include a planarizing surface 126 that is generally substantially dielectric. Other embodiments of the processing pad assembly 222 suitable for removal of conductive material from the substrate 122 may include a planarizing surface 126 that is generally substantially conductive. At least one contact assembly 250 is provided to couple the substrate to a power source 242 so that the substrate can be biased with respect to the electrode 292 during processing. An aperture 210 formed through the planarization layer 290 allows the electrolyte to establish a conductive path between the substrate 122 and the electrode 292.

[0045]一実施形態において、処理パッドアセンブリ222の平坦化部分290は、ポリウレタン等の誘電体である。本発明からの利益に適応することができる処理パッドアセンブリの実施例は、2003年6月6日に出願された(“CONDUCTIVE PLANARIZING ARTICLE FOR ELECTROCHEMICAL MECHANICAL PLANARIZING”というタイトルの)Y.Huらによる米国特許出願第10/455,941号明細書、および2003年6月6日に出願された(“CONDUCTIVE PLANARIZING ARTICLE FOR ELECTROCHEMICALMECHANICAL PLANARIZING”というタイトルの)Y.Huらによる米国特許出願第10/455,895号明細書に記載されている。   [0045] In one embodiment, the planarization portion 290 of the processing pad assembly 222 is a dielectric such as polyurethane. An example of a processing pad assembly that can accommodate the benefits from the present invention was filed on June 6, 2003 (titled “CONDUCTIVE PLANARIZING ARTICLE FOR ELECTROCHEMICAL MECHANIC PLANARIZING”). US patent application Ser. No. 10 / 455,941 by Hu et al., Filed Jun. 6, 2003 (titled “CONDUCTIVE PLANARIZING ARTICLE FOR ELECTROCHEMICAL MECHANIC PLANARIZING”). U.S. patent application Ser. No. 10 / 455,895 to Hu et al.

[0046]図3Aは、2つの接触アセンブリ250を介した第1のECMPステーション128の部分断面図であり、図4A〜図4Cは、図3Aに示す接触アセンブリ250のうちの1つの側面図、分解図及び断面図である。プラテンアセンブリ230は、そこから突出し、かつ処理中に、基板122の表面にバイアスをかけるように適合された電源242に結合された少なくとも1つの接触アセンブリ250を含む。接触アセンブリ250は、プラテンアセンブリ230、処理パッドアセンブリ222の一部、または、独立した要素に結合することができる。図3Aには、2つの接触アセンブリ250が示されているが、いかなる数の接触アセンブリを利用してもよく、また、プラテンアセンブリ230の中心線に対して、いかなる数の構成で配分してもよい。   [0046] FIG. 3A is a partial cross-sectional view of the first ECMP station 128 through two contact assemblies 250, and FIGS. 4A-4C are side views of one of the contact assemblies 250 shown in FIG. It is an exploded view and sectional drawing. The platen assembly 230 includes at least one contact assembly 250 that protrudes therefrom and is coupled to a power source 242 adapted to bias the surface of the substrate 122 during processing. Contact assembly 250 may be coupled to platen assembly 230, a portion of processing pad assembly 222, or an independent element. Although two contact assemblies 250 are shown in FIG. 3A, any number of contact assemblies may be utilized and distributed in any number of configurations relative to the centerline of the platen assembly 230. Good.

[0047]接触アセンブリ250は、一般的に、プラテンアセンブリ230を介して電源242に電気的に結合されており、また、処理パッドアセンブリ222内に形成されたそれぞれのアパーチャ368を介して少なくとも部分的に拡がるように移動可能である。接触アセンブリ250の位置は、プラテンアセンブリ230にわたって所定の構成を有するように選定することができる。所定のプロセスに対して、個々の接触アセンブリ250を、異なるアパーチャ368に再位置決めすることができると共に接触アセンブリが入っていないアパーチャは、プレナム206から上記基板への電解液の流れを可能にする(図3D、図3Eに示すような)ストッパ392でふさぐか、または、ノズル394を詰めることができる。本発明からの利益に適応することができる1つの接触アセンブリは、2003年5月23日に出願された、Butterfieldらによる米国特許出願第10/455,239号明細書に記載されている。   [0047] The contact assembly 250 is generally electrically coupled to the power source 242 via the platen assembly 230, and at least partially via a respective aperture 368 formed in the processing pad assembly 222. It is possible to move so that The position of the contact assembly 250 can be selected to have a predetermined configuration across the platen assembly 230. For a given process, the individual contact assemblies 250 can be repositioned to different apertures 368 and apertures that do not contain contact assemblies allow electrolyte flow from the plenum 206 to the substrate ( The stopper 392 (as shown in FIGS. 3D and 3E) can be plugged or the nozzle 394 can be plugged. One contact assembly that can accommodate the benefits from the present invention is described in US patent application Ser. No. 10 / 455,239 filed May 23, 2003 by Butterfield et al.

[0048]図3Aについて以下に記載した接触アセンブリ250の実施形態は、回転ボール接触を描いているが、接触アセンブリ250は、代替として、処理中に、基板122に電気的バイアスをかけるのに適した導電性の上部層または面を有する構造部またはアセンブリを備えてもよい。例えば、図3Bに描かれているように、接触アセンブリ250は、特に、導電性粒子356をその中に分散させたポリマーマトリクス354、または、導電性被覆ファブリック等の導電性材料または導電性合成物から形成された上部層352を有するパッド構造部350を含んでもよい(すなわち、該導電性要素は、該上部層を備える該材料と一体的に分散されており、または、該材料を備える)。パッド構造部350は、該パッドアセンブリの上面への電解液の配給のために、該パッド構造部を貫通して形成された1つ以上のアパーチャ210を含んでもよい。適当な接触アセンブリの他の実施例は、2004年9月14日に出願された、Maoらによる米国特許出願第10/940,603号明細書に記載されている。   [0048] Although the embodiment of contact assembly 250 described below with respect to FIG. 3A depicts a rotating ball contact, contact assembly 250 is alternatively suitable for electrically biasing substrate 122 during processing. A structure or assembly having a conductive top layer or surface may also be provided. For example, as depicted in FIG. 3B, the contact assembly 250 can include a polymer matrix 354 having conductive particles 356 dispersed therein, or a conductive material or conductive composite, such as a conductive coating fabric. May include a pad structure 350 having an upper layer 352 formed from (i.e., the conductive element is integrally dispersed with or comprises the material comprising the upper layer). Pad structure 350 may include one or more apertures 210 formed through the pad structure for delivery of electrolyte to the top surface of the pad assembly. Another example of a suitable contact assembly is described in US patent application Ser. No. 10 / 940,603 filed Sep. 14, 2004 by Mao et al.

[0049]一実施形態において、接触アセンブリ250の各々は、中空ハウジング302と、アダプタ304と、ボール306と、接触要素314と、クランプブッシング316とを含む。ボール306は、導電性の外面を有し、ハウジング302内に、移動可能に配置される。ボール306は、平坦化面126の上に拡がるボール306の少なくとも一部を有する第1の位置と、ボール306が平坦化面126と実質的に同一平面である少なくとも第2の位置とに配置することができる。また、ボール306が、平坦化面126の完全に下で動いてもよいことも意図されている。ボール306は、一般的に、基板122を電源242に電気的に結合するのに適している。該基板にバイアスをかけるための複数のボール306を、図3Cに描かれているように、単一のハウジング358内に配置してもよいことが意図されている。   [0049] In one embodiment, each of the contact assemblies 250 includes a hollow housing 302, an adapter 304, a ball 306, a contact element 314, and a clamp bushing 316. Ball 306 has a conductive outer surface and is movably disposed within housing 302. The ball 306 is disposed in a first position having at least a portion of the ball 306 extending above the planarizing surface 126 and at least a second position where the ball 306 is substantially flush with the planarizing surface 126. be able to. It is also contemplated that the ball 306 may move completely below the planarization surface 126. Ball 306 is generally suitable for electrically coupling substrate 122 to power source 242. It is contemplated that a plurality of balls 306 for biasing the substrate may be disposed within a single housing 358, as depicted in FIG. 3C.

[0050]電源242は、一般的に、処理中に、正の電気的バイアスをボール306に提供する。基板を平坦化する間に、電源242は、場合によって、プロセスの化学反応によるボール306への化学的破壊作用を最小限にするために、負のバイアスをボール306に印加してもよい。   [0050] The power supply 242 typically provides a positive electrical bias to the ball 306 during processing. During planarization of the substrate, the power supply 242 may optionally apply a negative bias to the ball 306 to minimize chemical disruption to the ball 306 due to process chemical reactions.

[0051]ハウジング302は、処理中のソース248から基板122への電解液の流れのための導管を提供するように構成されている。ハウジング302は、プロセスの化学反応に適合する誘電体から製造される。ハウジング302内に形成されたシート326は、ボール306がハウジング302の第1の端部308から出るのを防ぐ。シート326は、場合によって、流体の流れが、ボール306とシート326との間で、ハウジング302から出ることができるようにする、該シート内に形成された1つ以上の溝348を含んでもよい。ボール306を通る流体の流れを維持することは、ボール306に作用するプロセスの化学反応の傾向を最小限にすることができる。   [0051] The housing 302 is configured to provide a conduit for electrolyte flow from the source 248 to the substrate 122 during processing. The housing 302 is manufactured from a dielectric that is compatible with the chemical reaction of the process. A seat 326 formed in the housing 302 prevents the ball 306 from exiting the first end 308 of the housing 302. The sheet 326 may optionally include one or more grooves 348 formed in the sheet that allow fluid flow to exit the housing 302 between the ball 306 and the sheet 326. . Maintaining fluid flow through the ball 306 can minimize the tendency of chemical reactions of the process acting on the ball 306.

[0052]接触要素314は、クランプブッシング316とアダプタ304との間に結合されている。接触要素314は、一般的に、ハウジング302内のボールの位置の範囲によって、アダプタ304とボール306とを実質的にまたは完全に電気的に接続するように構成されている。一実施形態において、接触要素314は、ばね構造として構成してもよい。   [0052] Contact element 314 is coupled between clamp bushing 316 and adapter 304. Contact element 314 is generally configured to substantially or completely electrically connect adapter 304 and ball 306 depending on the range of positions of the ball within housing 302. In one embodiment, the contact element 314 may be configured as a spring structure.

[0053]図3及び図4A〜図4Cに描かれ、かつ図5に詳細に示されている実施形態において、接触要素314は、極配列で環状ベース342から伸びている複数の湾曲部344を有する該環状ベースを含む。湾曲部(flexure)344は、一般的に、プロセスの化学反応に適した弾性かつ導電性の材料から製造される。一実施形態において、湾曲部344は、金めっきしたベリリウム銅から製造される。   [0053] In the embodiment depicted in FIGS. 3 and 4A-4C and shown in detail in FIG. 5, the contact element 314 includes a plurality of curved portions 344 extending from the annular base 342 in a polar array. Including the annular base. The flexure 344 is typically manufactured from an elastic and conductive material suitable for the chemical reaction of the process. In one embodiment, the curved portion 344 is made from gold-plated beryllium copper.

[0054]図3A及び図4A、図4Bに戻ると、クランプブッシング316は、張出しヘッド424から伸びているねじポスト422を有する該張出しヘッド424を含む。クランプブッシング316は、誘電体または導電性材料、あるいはそれらの組合せから製造することができ、また、一実施形態においては、ハウジング302と同じ材料から製造される。張出しヘッド424は、接触アセンブリ250の組立て中の、およびボール306の動きの範囲内でのたわみ、拘束および/または湾曲部344に対する損傷を防ぐために、接触要素314の湾曲部344が、ボール306の表面の周囲で広がるように位置決めされるように、接触アセンブリ250の中心線に対して鋭角で湾曲部344を維持する。   [0054] Returning to FIGS. 3A and 4A, 4B, the clamp bushing 316 includes an overhang head 424 having a threaded post 422 extending from the overhang head 424. FIG. The clamp bushing 316 can be made from a dielectric or conductive material, or a combination thereof, and in one embodiment is made from the same material as the housing 302. The overhang head 424 prevents the flexure 344 of the contact element 314 from distorting the ball 306 to prevent deflection, restraint and / or damage to the flexure 344 during assembly of the contact assembly 250 and within the range of movement of the ball 306. The curved portion 344 is maintained at an acute angle with respect to the centerline of the contact assembly 250 so that it is positioned to spread around the surface.

[0055]ボール306は、中実または中空であってもよく、典型的には、導電性材料から製造される。例えば、ボール306は、金属、導電性ポリマー、または導電性材料の中でも特に、金属、導電性カーボンまたはグラファイト等の導電性材料が充填された高分子材料から製造することができる。代替として、ボール306は、導電性材料で被覆されている中実または中空のコアから形成してもよい。該コアは、非導電性であってもよく、また、導電性被膜で少なくとも部分的に被覆してもよい。   [0055] The ball 306 may be solid or hollow and is typically manufactured from a conductive material. For example, the ball 306 can be manufactured from a polymer material filled with a conductive material such as metal, conductive carbon or graphite, among other metals, conductive polymers, or conductive materials. Alternatively, the ball 306 may be formed from a solid or hollow core that is coated with a conductive material. The core may be non-conductive and may be at least partially coated with a conductive coating.

[0056]ボール306は、一般的に、ばね力、浮力または流れ力のうちの少なくとも1つにより、平坦化面126の方へ作動される。図3に描かれた実施形態において、電解液ソース248からアダプタ304及びクランプブッシング316及びプラテンアセンブリ230によって形成された流路を通る流れは、処理中に、ボール306を上記基板に接触させる。   [0056] The ball 306 is generally actuated toward the planarization surface 126 by at least one of spring force, buoyancy, or flow force. In the embodiment depicted in FIG. 3, the flow from electrolyte source 248 through the flow path formed by adapter 304 and clamp bushing 316 and platen assembly 230 causes ball 306 to contact the substrate during processing.

[0057]図6は、第2のECMPステーション130の一実施形態の断面図である。第1のECMPステーション128及び第2のECMPステーション130は、同じように構成することができる。第2のECMPステーション130は、一般的に、全体的に導電性の処理パッドアセンブリ604を支持するプラテン602を含む。プラテン602は、処理パッドアセンブリ604を介して電解液を配給するように、上述したプラテンアセンブリ604と同様に構成することができ、または、プラテン602は、処理パッドアセンブリ604の平坦化面に電解液を供給するように構成された、該プラテンの近くに配置された流体配給アーム606を有してもよい。プラテンアセンブリ602は、終点検知を容易にするために、(図2に示す)メータ244またはセンサ254の少なくとも一方を含む。   FIG. 6 is a cross-sectional view of one embodiment of the second ECMP station 130. The first ECMP station 128 and the second ECMP station 130 can be similarly configured. The second ECMP station 130 generally includes a platen 602 that supports a generally conductive processing pad assembly 604. The platen 602 can be configured similar to the platen assembly 604 described above to deliver electrolyte through the processing pad assembly 604, or the platen 602 can be placed on the planarized surface of the processing pad assembly 604. There may be a fluid delivery arm 606 disposed near the platen that is configured to deliver fluid. Platen assembly 602 includes at least one of meter 244 or sensor 254 (shown in FIG. 2) to facilitate endpoint detection.

[0058]一実施形態において、処理パッドアセンブリ604は、導電性パッド610と電極614との間に挟まれた挿入パッド612を含む。導電性パッド610は、その上面の処理面全域で実質的に導電性であり、一般的に、導電性材料、または、特に、導電性粒子を中に分散させたポリマーマトリクスまたは導電性被覆ファブリック等の導電性複合材料から形成される(すなわち、該導電性要素は、上記平坦化面を備える材料と一体化されて分散されており、または、該材料を備える)。導電性パッド610、挿入パッド612及び電極614は、単一の交換可能なアセンブリにして製造することができる。処理パッドアセンブリ604は、一般的に、電解液が、電極614と導電性パッド610の上面620との間を通ることができるように、透過性であり、または、穿孔されている。図6に描かれた実施形態において、処理パッドアセンブリ604には、電解液がその間を流れることができるように、アパーチャ622が穿孔されている。一実施形態において、導電性パッド610は、導電性ファイバ上に配置されたポリマーマトリクス上に配置された導電性材料、例えば、編成銅被覆ポリマー上に配置されたポリマーマトリクス内のすず粒子で構成されている。また、導電性パッド610は、図3Cの実施形態における接触アセンブリ250にも利用することができる。   [0058] In one embodiment, the processing pad assembly 604 includes an insertion pad 612 sandwiched between a conductive pad 610 and an electrode 614. The conductive pad 610 is substantially conductive over the entire processing surface on its upper surface, and is generally a conductive material or, in particular, a polymer matrix or a conductive coating fabric in which conductive particles are dispersed. (I.e., the conductive element is integrated and dispersed with or provided with the material comprising the planarizing surface). The conductive pad 610, the insertion pad 612, and the electrode 614 can be manufactured as a single replaceable assembly. The processing pad assembly 604 is generally permeable or perforated so that electrolyte can pass between the electrode 614 and the top surface 620 of the conductive pad 610. In the embodiment depicted in FIG. 6, the processing pad assembly 604 is perforated with apertures 622 to allow electrolyte to flow there between. In one embodiment, the conductive pad 610 is composed of a conductive material disposed on a polymer matrix disposed on a conductive fiber, for example, tin particles in a polymer matrix disposed on a knitted copper-coated polymer. ing. Conductive pad 610 can also be utilized for contact assembly 250 in the embodiment of FIG. 3C.

[0059]導電性箔616を、導電性パッド610とサブパッド612との間に追加的に配置してもよい。箔616は、電源242に結合されており、導電性パッド610の全域での電源242によって印加される電圧の均一な配分を提供できる。導電性箔616を含まない実施形態においては、導電性パッド610は、例えば、パッド610に一体化された端子を介して電源242に直接結合することができる。加えて、パッドアセンブリ604は、箔616と共に、上を覆っている導電性パッド610に物理的強度を提供する挿入パッド618を含んでもよい。適当なパッドアセンブリの実施例は、既に参照文献として記載した米国特許出願第10/455,941号明細書及び同第10/455,895号明細書に記載されている。   [0059] A conductive foil 616 may additionally be disposed between the conductive pad 610 and the subpad 612. The foil 616 is coupled to the power source 242 and can provide a uniform distribution of the voltage applied by the power source 242 across the conductive pad 610. In embodiments that do not include the conductive foil 616, the conductive pad 610 can be coupled directly to the power source 242 via, for example, a terminal integrated with the pad 610. In addition, the pad assembly 604 may include an insert pad 618 that provides physical strength to the overlying conductive pad 610 along with the foil 616. Examples of suitable pad assemblies are described in US patent application Ser. Nos. 10 / 455,941 and 10 / 455,895, which have already been incorporated by reference.

金属及びバリア層を電解処理する方法
[0060]図7は、上述したシステム100に対して実施することができる露出した導電層及び下にあるバリア層を有する基板を電解処理する方法700の一つの実施形態を描いたものである。該導電層は、タングステン、銅、露出したタングステン及び銅を有する層等とすることができる。該バリア層は、ルテニウム、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化物チタン等とすることができる。絶縁層、典型的には、酸化物が、一般的に、該バリア層の下にある。方法700は、他の電解処理システムに対しても実施することができる。方法700は、一般的に、コントローラ108の記憶装置112に、典型的には、ソフトウェアルーチンとして格納されている。該ソフトウェアルーチンは、CPU110により制御されるハードウェアから遠く離れて配設されている第2のCPU(図示せず)に格納してもよく、および/または該第2のCPUによって実行してもよい。
Method for electrolytic treatment of metal and barrier layer
[0060] FIG. 7 depicts one embodiment of a method 700 for electrotreating a substrate having an exposed conductive layer and an underlying barrier layer that can be implemented for the system 100 described above. The conductive layer can be tungsten, copper, a layer having exposed tungsten and copper, or the like. The barrier layer can be ruthenium, tantalum, tantalum nitride, titanium, titanium nitride, or the like. An insulating layer, typically an oxide, is generally below the barrier layer. The method 700 can be implemented for other electrolytic treatment systems. The method 700 is typically stored in the storage device 112 of the controller 108, typically as a software routine. The software routine may be stored in and / or executed by a second CPU (not shown) located remotely from the hardware controlled by the CPU 110. Good.

[0061]本発明の上記プロセスは、ソフトウェアルーチンとして実施されるものとして議論したが、本明細書に開示されている該方法のステップのうちの幾つかは、ハードウェアならびにソフトウェアコントローラによって実行してもよい。従って、本発明は、コンピュータシステム上で実行されるソフトウェアに、特定用途向け集積回路または他の種類のハードウェア実装としてハードウェアに、または、ソフトウェアとハードウェアの組合せに実装することができる。   [0061] Although the above process of the present invention has been discussed as being implemented as a software routine, some of the method steps disclosed herein may be performed by hardware as well as a software controller. Also good. Thus, the present invention can be implemented in software running on a computer system, in hardware as an application specific integrated circuit or other type of hardware implementation, or in a combination of software and hardware.

[0062]図8は、以下で論議する例示的な除去または平坦化方法の一実施形態に関する電流802と電圧804のトレースを図示するグラフ800を描いたものである。振幅は、Y軸806上にプロットされており、時間は、X軸808上にプロットされている。   [0062] FIG. 8 depicts a graph 800 illustrating current 802 and voltage 804 traces for one embodiment of an exemplary removal or planarization method discussed below. Amplitude is plotted on the Y-axis 806 and time is plotted on the X-axis 808.

[0063]方法700は、ステップ702において、基板122上に形成された導電層に対してバルク電気化学プロセスを実行することにより始まる。一実施形態において、該導電層は、厚さが約6000〜8000Åのタングステンからなる層である。バルクプロセスのステップ702は、第1のECMPステーション128で行われる。バルクプロセスのステップ702は、一般的に、該導電層の厚さが約2000〜約500Åになったときに終了する。   [0063] The method 700 begins at step 702 by performing a bulk electrochemical process on a conductive layer formed on the substrate 122. In one embodiment, the conductive layer is a layer of tungsten having a thickness of about 6000 to 8000 mm. Step 702 of the bulk process is performed at the first ECMP station 128. Step 702 of the bulk process generally ends when the conductive layer thickness is about 2000 to about 500 mm.

[0064]次に、残っているタングステン材料を除去して、下にあるバリア層を露出させるために、マルチステップ電気化学クリアランスステップ704が実行され、該バリア層は、一実施形態において、チタンまたは窒化チタンである。クリアランスステップ704は、第1のECMPステーション128上で、または、他のECMPステーション130、132のうちの1つで実行してもよい。   [0064] Next, a multi-step electrochemical clearance step 704 is performed to remove the remaining tungsten material and expose the underlying barrier layer, which, in one embodiment, includes titanium or Titanium nitride. The clearance step 704 may be performed on the first ECMP station 128 or one of the other ECMP stations 130, 132.

[0065]クリアランスステップ704に続いて、電気化学バリア除去ステップ706が実行される。典型的には、電気化学バリア除去ステップ706は、第3のECMPステーション132上で実行されるが、代替的に、他のECMPステーション128、130のうちの1つで実行してもよい。   [0065] Following the clearance step 704, an electrochemical barrier removal step 706 is performed. Typically, the electrochemical barrier removal step 706 is performed on the third ECMP station 132, but may alternatively be performed on one of the other ECMP stations 128, 130.

[0066]一実施形態において、バルク処理ステップ702は、ステップ712において、平坦化ヘッド204内に保持された基板122を、第1のECMPステーション128内に配置された処理パッドアセンブリ222の上に移動させることによって始まる。図2、図3A、図4A〜図4Cおよび図5のパッドアセンブリが一実施形態において利用されるが、図3B、図3Cに記載されているようなパッド及び接触アセンブリを代替的に利用してもよいことが意図されている。ステップ714において、平坦化ヘッド204は、プラテンアセンブリ222に向かって下げられ、基板122が、パッドアセンブリ222の上面に接触して置かれる。基板122は、約2ポンド・平方インチ(psi)未満の力で、パッドアセンブリ222に押し付けられる。一実施形態において、該力は、約0.3psiである。   [0066] In one embodiment, the bulk processing step 702 moves, in step 712, the substrate 122 held in the planarization head 204 over the processing pad assembly 222 disposed in the first ECMP station 128. Start by letting. The pad assembly of FIGS. 2, 3A, 4A-4C and 5 is utilized in one embodiment, but alternatively using the pad and contact assembly as described in FIGS. 3B, 3C. It is intended to be good. In step 714, the planarization head 204 is lowered toward the platen assembly 222 and the substrate 122 is placed in contact with the top surface of the pad assembly 222. The substrate 122 is pressed against the pad assembly 222 with a force of less than about 2 pounds per square inch (psi). In one embodiment, the force is about 0.3 psi.

[0067]ステップ716において、基板122と処理パッドアセンブリ222との間の相対運動が提供される。一実施形態において、平坦化ヘッド204は、毎分約30〜60回転で回転され、一方、パッドアセンブリ222は、毎分約7〜35回転で回転される。   [0067] In step 716, relative motion between the substrate 122 and the processing pad assembly 222 is provided. In one embodiment, the planarizing head 204 is rotated at about 30-60 revolutions per minute while the pad assembly 222 is rotated at about 7-35 revolutions per minute.

[0068]ステップ718において、電解液が、処理パッドアセンブリ604に供給されて、基板122と電極614との間に、該アセンブリを通る導電性経路が確立される。該電解液は、典型的には、硫酸、リン酸及びクエン酸アンモニウムのうちの少なくとも1つを含む。   [0068] In step 718, electrolyte is supplied to the processing pad assembly 604 to establish a conductive path through the assembly between the substrate 122 and the electrode 614. The electrolyte typically includes at least one of sulfuric acid, phosphoric acid, and ammonium citrate.

[0069]ステップ720において、電源242は、パッドアセンブリ222の上面と電極292との間にバイアス電圧を提供する。一実施形態において、該電圧は、約3.5ボルト未満の一定の大きさに保たれる。銅が処理される材料である別の実施形態においては、該電圧は、約3.0ボルト未満の一定の大きさに保たれる。パッドアセンブリ222の1つ以上の接触要素250は、基板122と接触しており、該電圧を該基板に結合できるようになっている。電極292と基板122との間のアパーチャ210を満たす電解液は、ステップ722における陽極溶解法により、タングステン材料、または、該基板上に配置された他の導電性膜の除去をもたらす電解機械研磨プロセスを促進するための、電源242と基板122との間の導電性経路を提供する。ステップ722のプロセスは、一般的に、約4000Å/分のタングステン除去速度を有する。銅処理のための上述したパラメータを使用するステップ722のプロセスは、一般的に、約6000Å/分の銅除去速度を有する。   [0069] In step 720, the power supply 242 provides a bias voltage between the top surface of the pad assembly 222 and the electrode 292. In one embodiment, the voltage is kept at a constant magnitude less than about 3.5 volts. In another embodiment, where copper is the material being processed, the voltage is kept at a constant magnitude of less than about 3.0 volts. One or more contact elements 250 of the pad assembly 222 are in contact with the substrate 122 so that the voltage can be coupled to the substrate. An electrolytic solution that fills the aperture 210 between the electrode 292 and the substrate 122 results in removal of the tungsten material or other conductive film disposed on the substrate by anodic dissolution in step 722. To provide a conductive path between the power source 242 and the substrate 122. The process of step 722 typically has a tungsten removal rate of about 4000 liters / minute. The process of step 722 using the parameters described above for copper processing generally has a copper removal rate of about 6000 K / min.

[0070]ステップ724において、バルク電解処理の終点が判断される。該終点は、メータ244によって生成される処理の第1の尺度を使用して判断することができる。メータ244は、上記基板上の導電性材料(例えば、タングステンまたは銅の層)の残りの厚さを判断するのに利用される電荷、電圧または電流情報を提供することができる。別の実施形態においては、センサ254を利用する干渉計等の光学技術を利用してもよい。該残りの厚さは、所定の元の膜厚から除去された材料の量を引くことによって、直接、測定または計算することができる。一実施形態において、該終点は、該基板から除去された電荷と、該基板の所定の面積に対するターゲット電荷量とを比較することによって判断される。利用することができる終点技術の実施例は、2004年9月24日に出願された米国特許出願第10/949,160号明細書、2002年1月22日に出願された米国特許出願第10/056,316号明細書及び2002年6月6日に出願された米国特許出願第10/456,851号明細書に記載されている。本明細書に記載された上記方法から利益を受ける可能性がある他の終点技術は、後に、図9〜図12を参照して説明する。   [0070] In step 724, the end point of the bulk electrolysis process is determined. The endpoint can be determined using a first measure of processing generated by meter 244. Meter 244 can provide charge, voltage or current information that is utilized to determine the remaining thickness of a conductive material (eg, a tungsten or copper layer) on the substrate. In another embodiment, optical techniques such as an interferometer that utilizes sensor 254 may be utilized. The remaining thickness can be measured or calculated directly by subtracting the amount of material removed from a given original film thickness. In one embodiment, the endpoint is determined by comparing the charge removed from the substrate with a target charge amount for a predetermined area of the substrate. Examples of endpoint technologies that can be used are US patent application Ser. No. 10 / 949,160 filed Sep. 24, 2004, US patent application Ser. No. 10 filed Jan. 22, 2002. / 056,316 and US patent application Ser. No. 10 / 456,851 filed Jun. 6, 2002. Other endpoint techniques that may benefit from the above method described herein will be described later with reference to FIGS.

[0071]ステップ724は、タングステン層のブレイクスルーの前に、上記プロセスの終点を検知するように構成されている。一実施形態において、ステップ724における、残りのタングステン層は、約500〜約2000Åの厚さを有する。   [0071] Step 724 is configured to detect the end point of the process prior to the breakthrough of the tungsten layer. In one embodiment, the remaining tungsten layer in step 724 has a thickness of about 500 to about 2000 mm.

[0072]クリアランス処理ステップ704は、ステップ726において、平坦化ヘッド204内に保持された基板122を、第2のECMPステーション130内に配置された処理パッドアセンブリ604の上に移動させることによって始まる。ステップ728において、平坦化ヘッド204が、プラテンアセンブリ602の方へ下げられて、基板122が、パッドアセンブリ604の上面に接触して置かれる。一実施形態において、図6のパッドアセンブリが利用されているが、図2、図3A〜図3C、図4A〜図4C及び図5に記載されているようなパッドアセンブリ及び接触アセンブリを代替的に利用してもよいことが意図されている。基板122は、約2psi未満の力でパッドアセンブリ604に押し付けられる。別の実施形態においては、該力は、約0.3psi以下である。   [0072] The clearance processing step 704 begins at step 726 by moving the substrate 122 held in the planarization head 204 over the processing pad assembly 604 disposed in the second ECMP station 130. In step 728, the planarization head 204 is lowered toward the platen assembly 602 and the substrate 122 is placed in contact with the top surface of the pad assembly 604. In one embodiment, the pad assembly of FIG. 6 is utilized, but the pad assembly and contact assembly as described in FIGS. 2, 3A-3C, 4A-4C, and 5 can be substituted. It is intended that it may be used. The substrate 122 is pressed against the pad assembly 604 with a force of less than about 2 psi. In another embodiment, the force is about 0.3 psi or less.

[0073]ステップ729において、基板122と処理パッドアセンブリ222との間の相対運動が提供される。一実施形態において、平坦化ヘッド204は、毎分約30〜60回転で回転され、一方、パッドアセンブリ222は、毎分約7〜35回転で回転される。   [0073] In step 729, relative motion between the substrate 122 and the processing pad assembly 222 is provided. In one embodiment, the planarizing head 204 is rotated at about 30-60 revolutions per minute while the pad assembly 222 is rotated at about 7-35 revolutions per minute.

[0074]ステップ730において、電解液が処理パッドアセンブリ604に供給されて、基板122と電極614との間に、該処理パッドアセンブリを通る導電性経路が確立される。ステップ730における電解液成分は、一般的に、ステップ722における成分と同じである。   [0074] In step 730, electrolyte is supplied to the processing pad assembly 604 to establish a conductive path between the substrate 122 and the electrode 614 through the processing pad assembly. The electrolyte component in step 730 is generally the same as the component in step 722.

[0075]第1のクリアランスプロセスのステップ731において、第1のバイアス電圧が、電源242によって、パッドアセンブリ604の上面と電極614との間に提供される。該バイアス電圧は、一実施形態において、タングステン処理の場合、約1.5〜約2.8ボルトの範囲の一定の大きさに保たれ、別の実施形態においては、銅の処理の場合に、2.8ボルト未満である。この電位差は、電極614と基板122との間のアパーチャ622を満たしている電解液を流れる電流に、電解機械研磨プロセスを促進させる。ステップ731のプロセスは、一般的に、タングステンの場合に、約1500Å/分の除去速度を有し、また、銅の場合に、約2000Å/分の除去速度を有する。   [0075] In step 731 of the first clearance process, a first bias voltage is provided between the top surface of the pad assembly 604 and the electrode 614 by the power source 242. The bias voltage, in one embodiment, is maintained at a constant magnitude in the range of about 1.5 to about 2.8 volts for tungsten processing, and in another embodiment for copper processing, Less than 2.8 volts. This potential difference facilitates the electromechanical polishing process by the current flowing through the electrolyte filling the aperture 622 between the electrode 614 and the substrate 122. The process of step 731 generally has a removal rate of about 1500 Å / min for tungsten and about 2000 Å / min for copper.

[0076]ステップ732において、電気化学処理工程731の終点が判断される。該終点は、メータ244によって、または、センサ254によって生成される、処理の第1の尺度を使用して判断することができる。一実施形態において、該終点は、メータ244によって検出された電流の第1の不連続810を検知することにより判断される。不連続810は、下にある層が、導電層(例えば、タングステン層)をブレイクスルーし始めるときに現れる。該下にある層は、該タングステン層とは異なる固有抵抗を有するため、該処理セル全域(すなわち、上記基板の導電性部分から電極292まで)での抵抗は、該下にある層の露出面積に対するタングステン層の面積が変化するのにつれて変化し、それにより、電流の変化が生じる。   [0076] In step 732, the end point of the electrochemical treatment step 731 is determined. The endpoint can be determined using a first measure of processing generated by meter 244 or by sensor 254. In one embodiment, the endpoint is determined by sensing a first discontinuity 810 of the current detected by meter 244. The discontinuity 810 appears when the underlying layer begins to break through a conductive layer (eg, a tungsten layer). Since the underlying layer has a different resistivity than the tungsten layer, the resistance across the processing cell (ie, from the conductive portion of the substrate to the electrode 292) is the exposed area of the underlying layer. Changes as the area of the tungsten layer relative to changes, resulting in a change in current.

[0077]ステップ732における終点検知に応じて、第2のクリアランスプロセスステップ734が実行されて、残りのタングステン層が除去される。上記基板は、約2psi未満の圧力で上記パッドアセンブリに押し付けられ、また、別の実施形態においては、該基板は、約0.3psi以下の圧力で該パッドアセンブリに押し付けられる。ステップ734において、第2の電圧が電源242から提供される。該第2の電圧は、ステップ730において印加された電圧と同じか、または、それ未満であってもよい。一実施形態において、該第2の電圧は、約1.5〜約2.8ボルトである。該電圧は、一定の大きさに保たれ、電極614と基板122との間のアパーチャ622を満たす電解液を通って、電解機械研磨プロセスを促進する。ステップ734のプロセスは、一般的に、銅及びタングステンプロセスの両方の場合に、約500〜約1200Å/分の除去速度を有する。   [0077] In response to endpoint detection in step 732, a second clearance process step 734 is performed to remove the remaining tungsten layer. The substrate is pressed against the pad assembly with a pressure less than about 2 psi, and in another embodiment, the substrate is pressed against the pad assembly with a pressure of about 0.3 psi or less. In step 734, a second voltage is provided from power source 242. The second voltage may be the same as or less than the voltage applied in step 730. In one embodiment, the second voltage is about 1.5 to about 2.8 volts. The voltage is kept at a constant magnitude and facilitates the electromechanical polishing process through the electrolyte filling the aperture 622 between the electrode 614 and the substrate 122. The process of step 734 generally has a removal rate of about 500 to about 1200 liters / minute for both the copper and tungsten processes.

[0078]ステップ736において、第2のクリアランスステップ734の終点が判断される。該終点は、メータ244によって、または、センサ254によって提供される、処理の第2の尺度を使用して判断することができる。一実施形態において、該終点は、メータ244によって検出された電流の第2の不連続812を検知することにより判断される。不連続812は、上記下にある層が、基板122に形成された特徴部(例えば、プラグまたは他の構造)内に残る上記タングステン層を貫通して完全に露出される間の面積の割合で現れる。   [0078] In step 736, the end point of the second clearance step 734 is determined. The endpoint can be determined using meter 244 or using a second measure of processing provided by sensor 254. In one embodiment, the endpoint is determined by sensing a second discontinuity 812 of the current detected by meter 244. The discontinuity 812 is the percentage of the area during which the underlying layer is fully exposed through the tungsten layer remaining in features (eg, plugs or other structures) formed in the substrate 122. appear.

[0079]場合によって、第3のクリアランスプロセスステップ738を実行して、上記導電層から任意の残っているデブリを除去してもよい。第3のクリアランスプロセスステップ738は、典型的には、時限プロセスであり、第2のクリアランスプロセスステップ734と比較して、同じかまたは低くした電圧レベルで実行される。一実施形態において、(過剰研磨ともいう)第3のクリアランスプロセスステップ738は、約15秒〜約30秒の持続期間を有する。   [0079] Optionally, a third clearance process step 738 may be performed to remove any remaining debris from the conductive layer. The third clearance process step 738 is typically a timed process and is performed at the same or lower voltage level as compared to the second clearance process step 734. In one embodiment, the third clearance process step 738 (also referred to as overpolishing) has a duration of about 15 seconds to about 30 seconds.

[0080]電気化学バリア除去ステップ706は、ステップ740において、平坦化ヘッド204内に保持された基板122を、第3のECMPステーション132内に配置された処理パッドアセンブリ604の上に移動させることによって始まる。ステップ741において、平坦化ヘッド204が、プラテンアセンブリ602の方へ下げられて、基板122が、パッドアセンブリ604の上面に接触して置かれる。一実施形態においては、図6のパッドアセンブリが利用されるが、図2、図3A〜図3C、図4A〜図4C及び図5に記載されたようなパッドアセンブリ及び接触アセンブリを代替的に利用してもよいことが意図されている。基板122上で露出されたバリア材料は、約2psi未満、一実施形態においては、約0.8psi未満の力で、パッドアセンブリ604に押し付けられる。   [0080] The electrochemical barrier removal step 706 includes, in step 740, moving the substrate 122 held in the planarization head 204 over the processing pad assembly 604 disposed in the third ECMP station 132. Begins. In step 741, the planarization head 204 is lowered toward the platen assembly 602 and the substrate 122 is placed in contact with the top surface of the pad assembly 604. In one embodiment, the pad assembly of FIG. 6 is utilized, but the pad assembly and contact assembly as described in FIGS. 2, 3A-3C, 4A-4C, and 5 are alternatively utilized. It is intended that it may be. The barrier material exposed on the substrate 122 is pressed against the pad assembly 604 with a force of less than about 2 psi, and in one embodiment less than about 0.8 psi.

[0081]ステップ742において、基板122と、処理パッドアセンブリ222との間の相対運動が提供される。一実施形態において、平坦化ヘッド204は、毎分約30〜60回転で回転され、一方、パッドアセンブリ222は、毎分約7〜35回転で回転される。   [0081] In step 742, relative motion between the substrate 122 and the processing pad assembly 222 is provided. In one embodiment, the planarizing head 204 is rotated at about 30-60 revolutions per minute while the pad assembly 222 is rotated at about 7-35 revolutions per minute.

[0082]ステップ744において、電解液が処理パッドアセンブリ604に供給されて、基板122と、電極614との間に、該電解液を通る導電性経路が確立される。バリア除去に利用される電解液成分は、タングステンの除去の場合と異ならせてもよい。一実施形態において、第3のECMPステーション132に供給される電解液成分は、リン酸または硫酸と、触媒とを含む。該電解液は、該バリア層上での酸化物の生成を阻止または抑制するように適応させることができる。該触媒は、該バリア層を、銅またはタングステンの最小限の除去によって、または、銅またはタングステンを除去することなく、容易に除去および/または溶解させることができるように、Tiまたは他のバリア層を活性化させて、錯化剤と選択的に反応するように選択される。該電解液成分は、アミノ酸、有機アミン及びフタル酸、または、他の有機石炭酸、ピコリン酸またはその誘導体等のpH調整剤及びキレート剤を追加的に含んでもよい。該電解液は、場合によって、研磨剤を含有してもよい。研磨剤は、下にある酸化物層を除去するのに望ましい可能性がある。   [0082] In step 744, electrolyte is supplied to the processing pad assembly 604 to establish a conductive path through the electrolyte between the substrate 122 and the electrode 614. The electrolyte component used for removing the barrier may be different from that for removing tungsten. In one embodiment, the electrolyte component supplied to the third ECMP station 132 includes phosphoric acid or sulfuric acid and a catalyst. The electrolyte can be adapted to prevent or suppress oxide formation on the barrier layer. The catalyst may be Ti or other barrier layer so that the barrier layer can be easily removed and / or dissolved with minimal removal of copper or tungsten, or without removing copper or tungsten. Is selected to react selectively with the complexing agent. The electrolyte component may additionally contain a pH adjusting agent and a chelating agent such as amino acids, organic amines and phthalic acid, or other organic carboxylic acids, picolinic acid or derivatives thereof. In some cases, the electrolytic solution may contain an abrasive. Abrasives may be desirable to remove the underlying oxide layer.

[0083]第1のバリアプロセスステップ746において、バイアス電圧が、電源242から、パッドアセンブリ604の上面と電極614との間に提供される。該電圧は、約1.5〜約3.0ボルトの範囲の一定の大きさに保たれる。導電性経路は、電極614と基板122との間のアパーチャ622を満たす電解液を通って確立され、電解機械研磨プロセスを促進する。ステップ746のプロセスは、一般的に、約500〜約1000Å/分のチタン除去速度を有する。他のバリア材料の場合の除去速度も同程度である。   [0083] In a first barrier process step 746, a bias voltage is provided from the power source 242 between the top surface of the pad assembly 604 and the electrode 614. The voltage is maintained at a constant magnitude in the range of about 1.5 to about 3.0 volts. A conductive path is established through the electrolyte filling the aperture 622 between the electrode 614 and the substrate 122 to facilitate the electromechanical polishing process. The process of step 746 generally has a titanium removal rate of about 500 to about 1000 liters / minute. The removal rates for other barrier materials are similar.

[0084]ステップ748において、電解処理工程746の終点が判断される。該終点は、メータ244によって、または、センサ254によって提供される処理の第1の尺度を使用して判断することができる。電気化学バリア除去ステップ706の電流及び電圧のトレースは、図8のトレース802、804に対する形態と同様であり、従って、簡潔にするために省略してある。一実施形態において、ステップ748の終点は、メータ244によって検出された電流の第1の不連続を検知することによって判断される。該第1の不連続は、下にある層(典型的には、酸化物)が、該バリア層をブレイクスルーし始めるときに現れる。該下にある酸化物層は、該バリア層とは異なる固有抵抗を有するため、該処理セル全域での抵抗の変化は、該バリア層のブレイクスルーを示す。   [0084] In step 748, the end point of the electrolytic treatment step 746 is determined. The end point can be determined by meter 244 or using a first measure of processing provided by sensor 254. The current and voltage traces of the electrochemical barrier removal step 706 are similar to the configuration for traces 802, 804 of FIG. 8, and are therefore omitted for the sake of brevity. In one embodiment, the endpoint of step 748 is determined by sensing a first discontinuity in current detected by meter 244. The first discontinuity appears when the underlying layer (typically an oxide) begins to break through the barrier layer. Since the underlying oxide layer has a different resistivity than the barrier layer, a change in resistance across the processing cell indicates a breakthrough of the barrier layer.

[0085]ステップ748における終点検知に応じて、第2のクリアランスプロセスステップ750が実行されて、残りのタングステン層が除去される。ステップ750において、第2の電圧が電源242から供給される。該第2の電圧は、第1のバリアクリアランスステップ746の電圧以下とすることができる。一実施形態において、該電圧は、約1.5〜約2.5ボルトである。該電圧は、一定の大きさに保たれ、電極614と基板122との間のアパーチャ622を満たす電解液に電流を流して、電解機械研磨プロセスを促進する。ステップ750のプロセスは、一般的に、約300〜約600Å/分の、第1のバリア除去ステップ746よりも小さい除去速度を有する。   [0085] In response to endpoint detection in step 748, a second clearance process step 750 is performed to remove the remaining tungsten layer. In step 750, a second voltage is supplied from the power source 242. The second voltage can be less than or equal to the voltage of the first barrier clearance step 746. In one embodiment, the voltage is about 1.5 to about 2.5 volts. The voltage is kept constant and a current is passed through the electrolyte that fills the aperture 622 between the electrode 614 and the substrate 122 to facilitate the electromechanical polishing process. The process of step 750 generally has a removal rate that is less than the first barrier removal step 746, from about 300 to about 600 liters / minute.

[0086]ステップ752において、電気化学処理工程750の終点が判断される。該終点は、メータ244によって、またはセンサ254によって生成される処理の第2の尺度を使用して判断することができる。一実施形態において、該終点は、メータ244によって検出された電流の第2の不連続を検知することにより判断される。該第2の不連続は、上記酸化物層が、基板122に形成された特徴部内に残るバリア層を貫通して完全に露出される間の面積の割合で現れる。   [0086] In step 752, the end point of the electrochemical processing step 750 is determined. The end point can be determined by meter 244 or using a second measure of processing generated by sensor 254. In one embodiment, the endpoint is determined by sensing a second discontinuity in current detected by meter 244. The second discontinuity appears as a percentage of the area during which the oxide layer is completely exposed through the barrier layer remaining in the feature formed in the substrate 122.

[0087]場合によって、第3のクリアランスプロセスステップ754を実行して、上記バリア層から、残っているデブリを除去してもよい。第3のクリアランスプロセスステップ754は、典型的には、時限プロセスであり、第2のクリアランスプロセスステップ750と比較して、同じかまたは低くした電圧レベルで実行される。一実施形態において、(過剰研磨ともいう)第3のクリアランスプロセスステップ754は、約15秒〜約30秒の持続期間を有する。   [0087] Optionally, a third clearance process step 754 may be performed to remove remaining debris from the barrier layer. The third clearance process step 754 is typically a timed process and is performed at the same or lower voltage level as compared to the second clearance process step 750. In one embodiment, the third clearance process step 754 (also referred to as overpolishing) has a duration of about 15 seconds to about 30 seconds.

[0088]図7は、上述したシステム100に対して実施することができる、銅、タングステン、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン等の導電性材料を電解処理する方法700の一実施形態を描いたものである。方法700は、他の電解処理システムに対しても実施することができる。方法700は、一般的に、典型的には、ソフトウェアルーチンとして、コントローラ108の記憶装置112に格納されている。該ソフトウェアルーチンは、CPU110により制御されるハードウェアから遠く離れている第2のCPU(図示せず)に格納しおよび/または該第2のCPUによって実行してもよい。   [0088] FIG. 7 depicts one embodiment of a method 700 for electrolytically treating a conductive material such as copper, tungsten, tantalum, tantalum nitride, titanium, titanium nitride, etc. that can be implemented for the system 100 described above. It is a thing. The method 700 can be implemented for other electrolytic treatment systems. Method 700 is typically stored in storage device 112 of controller 108, typically as a software routine. The software routine may be stored and / or executed by a second CPU (not shown) that is remote from the hardware controlled by the CPU 110.

[0089]方法700は、ステップ702において、上記導電層、例えば、基板122上に形成された銅に対して、バルク電解プロセスを実行することによって始まる。一実施形態において、バルクプロセスステップ702は、第1のECMPステーション128で行われる。バルクプロセスステップ702は、一般的に、該導電層が、約2000〜約1000Åの厚さになったときに終了する。   [0089] Method 700 begins at step 702 by performing a bulk electrolysis process on the conductive layer, eg, copper formed on substrate 122. In one embodiment, the bulk process step 702 is performed at the first ECMP station 128. Bulk process step 702 generally ends when the conductive layer is about 2000 to about 1000 inches thick.

[0090]次に、マルチステップ電気化学クリアランスステップ704が実行され、残りの銅材料が除去されて、下にあるバリア層、典型的には、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン等が露出される。クリアランスステップ704は、第1のECMPステーション128上で、または、他のECMPステーション130、132の一方で実行してもよい。   [0090] Next, a multi-step electrochemical clearance step 704 is performed to remove the remaining copper material and expose the underlying barrier layer, typically tantalum, tantalum nitride, titanium, titanium nitride, etc. The The clearance step 704 may be performed on the first ECMP station 128 or one of the other ECMP stations 130, 132.

[0091]クリアランスステップ704に続いて、電気化学バリア除去ステップ706が実行される。典型的には、電気化学バリア除去ステップ706は、第3のECMPステーション132上で実行されるが、代替的に、他のECMPステーション128、130の一方で実行してもよい。   [0091] Following the clearance step 704, an electrochemical barrier removal step 706 is performed. Typically, the electrochemical barrier removal step 706 is performed on the third ECMP station 132, but may alternatively be performed on one of the other ECMP stations 128, 130.

[0092]一実施形態において、バルク処理ステップ702は、ステップ712において、平坦化ヘッド204内に保持された基板122を、第1のECMPステーション128内に配置された処理パッドアセンブリ222の上に移動させることによって始まる。一実施形態において、図2、図3A、図4A〜図4C及び図5のパッドアセンブリが利用されているが、図3B、図3C及び図6に記載されているようなパッドアセンブリ及び接触アセンブリを代替的に利用してもよいことが意図されている。ステップ714において、平坦化ヘッド204が、プラテンアセンブリ230の方へ下げられて、基板122が、パッドアセンブリ222の上面に接触して置かれる。一実施形態において、基板122は、約2psi未満の力でパッドアセンブリ222に押し付けられる。   [0092] In one embodiment, the bulk processing step 702 moves, in step 712, the substrate 122 held in the planarization head 204 over the processing pad assembly 222 located in the first ECMP station 128. Start by letting. In one embodiment, the pad assembly of FIGS. 2, 3A, 4A-4C, and 5 is utilized, but the pad assembly and contact assembly as described in FIGS. 3B, 3C, and 6 may be used. It is intended that it may be used alternatively. In step 714, the planarization head 204 is lowered toward the platen assembly 230 and the substrate 122 is placed in contact with the top surface of the pad assembly 222. In one embodiment, the substrate 122 is pressed against the pad assembly 222 with a force of less than about 2 psi.

[0093]ステップ716において、基板122と処理パッドアセンブリ222との間の相対運動が提供される。一実施形態において、平坦化ヘッド204は、毎分約50回転未満で回転され、一方、パッドアセンブリ222は、少なくとも、毎分約50回転で回転される。   [0093] In step 716, relative motion between the substrate 122 and the processing pad assembly 222 is provided. In one embodiment, the planarizing head 204 is rotated at less than about 50 revolutions per minute while the pad assembly 222 is rotated at least at about 50 revolutions per minute.

[0094]ステップ718において、電解液が処理パッドアセンブリ222に供給され、基板122と電極222との間に、該電解液を通る導電性経路が確立される。ステップ719において、電流が、電源242から提供され、パッドアセンブリ222の上面と電極294との間に流れる。一実施形態において、該電流は、約4〜約5アンペアの範囲の一定の大きさに保たれる。ステップ716、ステップ718及びステップ719は、実質的に同時に実行される。   [0094] In step 718, electrolyte is supplied to the processing pad assembly 222 and a conductive path is established between the substrate 122 and the electrode 222 through the electrolyte. In step 719, current is provided from the power source 242 and flows between the top surface of the pad assembly 222 and the electrode 294. In one embodiment, the current is kept at a constant magnitude in the range of about 4 to about 5 amps. Steps 716, 718, and 719 are performed substantially simultaneously.

[0095]タングステンが処理される実施形態においては、該電流は、同じ除去速度を得るために、銅の処理で利用される電流の約3倍である。例えば、ステップ719は、タングステン導電層を除去するために、約12〜約15アンペアを提供することができる。   [0095] In embodiments where tungsten is processed, the current is about three times that used in copper processing to achieve the same removal rate. For example, step 719 can provide about 12 to about 15 amps to remove the tungsten conductive layer.

[0096]パッドアセンブリ222の上面は、基板122と接触しており、該電流を該基板に結合できるようになっている。電極292と基板122との間のアパーチャ210を満たす電解液は、電源242と基板122との間に導電性経路を提供して、ステップ720における陽極溶解法により、基板122の表面に配置された、銅等の導電性材料の除去をもたらす電解機械研磨プロセスを促進する。ステップ720のプロセスは、一般的に、約6000Å/分の除去速度を有する。   [0096] The top surface of the pad assembly 222 is in contact with the substrate 122 so that the current can be coupled to the substrate. The electrolyte filling the aperture 210 between the electrode 292 and the substrate 122 provided a conductive path between the power source 242 and the substrate 122 and was placed on the surface of the substrate 122 by anodic dissolution in step 720. Facilitates an electromechanical polishing process that results in the removal of conductive materials such as copper. The process of step 720 generally has a removal rate of about 6000 K / min.

[0097]ステップ722において、バルク電解プロセスの終点が判断される。該終点は、メータ244によって生成される処理の第1の尺度を使用して判断することができる。メータ244は、上記基板上の導電性材料(例えば、銅層)の残りの厚さを判断するのに利用される電荷、電圧または電流の情報を提供することができる。別の実施形態においては、センサ254を利用する干渉計技術を利用してもよい。該残りの厚さは、所定の元の膜厚から除去された材料の量を引くことにより、直接、測定または計算することができる。一実施形態において、該終点は、該基板から除去された電荷と、該基板の所定の面積に対するターゲット電荷量とを比較することによって判断される。利用することができる終点技術の実施例は、2002年1月22日に出願された米国特許出願第10/056,316号明細書及び2002年6月6日に出願された同第10/456,851号明細書に記載されている。   [0097] At step 722, the endpoint of the bulk electrolysis process is determined. The endpoint can be determined using a first measure of processing generated by meter 244. Meter 244 can provide charge, voltage, or current information that is utilized to determine the remaining thickness of conductive material (eg, a copper layer) on the substrate. In another embodiment, interferometric technology that utilizes sensor 254 may be utilized. The remaining thickness can be measured or calculated directly by subtracting the amount of material removed from a given original film thickness. In one embodiment, the endpoint is determined by comparing the charge removed from the substrate with a target charge amount for a predetermined area of the substrate. Examples of endpoint technologies that can be used are US patent application Ser. No. 10 / 056,316 filed Jan. 22, 2002 and No. 10/456 filed Jun. 6, 2002. , 851 specification.

[0098]ステップ722は、上記銅層のブレイクスルーの前に、該プロセスの終点を検知するように構成されている。一実施形態において、ステップ722における残りの銅層は、約1000〜約2000Åの厚さを有する。   [0098] Step 722 is configured to detect the end point of the process prior to the breakthrough of the copper layer. In one embodiment, the remaining copper layer in step 722 has a thickness of about 1000 to about 2000 mm.

[0099]次いで、クリアランス処理ステップ704の一実施形態について、図8に描かれた電流及び電圧のトレース802、804のグラフ800を追加的に参照して議論する。振幅は、y軸806上にプロットされており、時間は、x軸808上にプロットされている。   [0099] One embodiment of the clearance processing step 704 will now be discussed with additional reference to the graph 800 of the current and voltage traces 802, 804 depicted in FIG. Amplitude is plotted on the y-axis 806 and time is plotted on the x-axis 808.

[00100]クリアランス処理ステップ704は、ステップ724において、平坦化ヘッド204内に保持された基板122を、第2のECMPステーション130内に配置された処理パッドアセンブリ604の上に移動させることによって始まる。ステップ726において、平坦化ヘッド204は、プラテンアセンブリ602の方へ下げられて、基板122が、パッドアセンブリ604の上面に接触して置かれる。一実施形態において、図6のパッドアセンブリが利用されているが、図2、図3A〜図3C、図4A〜図4C及び図5に記載されているようなパッドアセンブリ及び接触アセンブリを代替的に利用してもよいことが意図されている。一実施形態において、基板122は、約2psi未満の力でパッドアセンブリ604に押し付けられる。ステップ728において、電解液が処理パッドアセンブリ604に供給されて、基板122と電極614との間に、該電解液を通る導電性経路が確立される。   [00100] The clearance processing step 704 begins at step 724 by moving the substrate 122 held in the planarization head 204 over a processing pad assembly 604 disposed in the second ECMP station 130. In step 726, the planarization head 204 is lowered toward the platen assembly 602 and the substrate 122 is placed in contact with the top surface of the pad assembly 604. In one embodiment, the pad assembly of FIG. 6 is utilized, but the pad assembly and contact assembly as described in FIGS. 2, 3A-3C, 4A-4C, and 5 can be substituted. It is intended that it may be used. In one embodiment, the substrate 122 is pressed against the pad assembly 604 with a force of less than about 2 psi. In step 728, electrolyte is supplied to the processing pad assembly 604 to establish a conductive path through the electrolyte between the substrate 122 and the electrode 614.

[00101]第1のクリアランスプロセスステップ730において、第1の電流が電源242から提供され、パッドアセンブリ604の上面と電極614との間に流れる。一実施形態において、(電流トレース802によって図示されている)該電流は、約5〜約4アンペアの範囲の一定の大きさで保たれ、電極614と基板122との間のアパーチャ622を満たす電解液を通って、電解機械研磨プロセスを促進する。ステップ730のプロセスは、一般的に、ほぼステップ722と同様の除去速度を有する。   [00101] In a first clearance process step 730, a first current is provided from the power source 242 and flows between the top surface of the pad assembly 604 and the electrode 614. In one embodiment, the current (illustrated by current trace 802) is maintained at a constant magnitude in the range of about 5 to about 4 amps and fills the aperture 622 between the electrode 614 and the substrate 122. Accelerates the electromechanical polishing process through the liquid. The process of step 730 generally has a removal rate similar to that of step 722.

[00102]ステップ732において、電解プロセスステップ730の終点が判断される。該終点は、メータ244によって、または、センサ254によって生成される、処理の第1の尺度を使用して判断することができる。一実施形態において、該終点は、メータ244によって検出された電圧の第1の不連続810を検知することによって判断される。第1の不連続810は、下にある層が、導電層(例えば、銅層)をブレイクスルーし始めるときに現れる。該下にある層は、該銅層とは異なる固有抵抗を有するため、該処理セル全域(すなわち、上記基板の導電性部分から電極292まで)での抵抗は、該下にある層の露出した領域に対する銅層の領域が変化するのにつれて変化する。   [00102] In step 732, the end point of the electrolysis process step 730 is determined. The endpoint can be determined using a first measure of processing generated by meter 244 or by sensor 254. In one embodiment, the endpoint is determined by sensing a first discontinuity 810 of the voltage detected by meter 244. The first discontinuity 810 appears when the underlying layer begins to break through a conductive layer (eg, a copper layer). Since the underlying layer has a specific resistance different from that of the copper layer, the resistance across the processing cell (ie, from the conductive portion of the substrate to the electrode 292) is exposed to the underlying layer. It changes as the area of the copper layer relative to the area changes.

[00103]終点検知に電流(または、電圧)を利用することは、タングステン材料と、下にある窒化チタン材料との間の近い屈折性が、従来の光学的検知を困難にするため、タングステン除去プロセスにおいて特に有用である。   [00103] Utilizing a current (or voltage) for endpoint detection removes tungsten because the close refractive properties between the tungsten material and the underlying titanium nitride material make conventional optical sensing difficult. Particularly useful in the process.

[00104]ステップ732における終点検知に応じて、第2のクリアランスプロセスステップ734が実行されて、残りの銅層が除去される。ステップ734において、第2の電流が電源242から提供される。該電流は、ステップ730の電流よりも小さい一定の大きさで保たれ、電極614と基板122との間のアパーチャ620を満たす電解液を通って、電解機械研磨プロセスを促進する。例えば、電流は、約1.5〜約4.5アンペアの範囲で提供することができる。ステップ734のプロセスは、一般的に、約500〜約1500Å/分の除去速度を有する。タングステンプロセスにおいて、該電流は、500〜2000Å/分の除去速度を得るために、約4.5〜約13.5アンペアとすることができる。   [00104] In response to endpoint detection in step 732, a second clearance process step 734 is performed to remove the remaining copper layer. In step 734, a second current is provided from power source 242. The current is kept at a constant magnitude less than the current in step 730 and facilitates the electromechanical polishing process through the electrolyte filling the aperture 620 between the electrode 614 and the substrate 122. For example, the current can be provided in the range of about 1.5 to about 4.5 amps. The process of step 734 generally has a removal rate of about 500 to about 1500 liters / minute. In a tungsten process, the current can be about 4.5 to about 13.5 amps to obtain a removal rate of 500 to 2000 liters / minute.

[00105]ステップ736において、電解プロセスステップ734の終点が判断される。該終点は、メータ244によって、またはセンサ254によって生成される、処理の第2の尺度を使用して判断することができる。一実施形態において、該終点は、メータ244によって検出された電圧の第2の不連続812を検知することによって判断される。不連続812は、下にあるバリア層が完全に露出され、基板122に形成された特徴部(例えば、銅ライン及びビア)内に実質的に残る銅層が除去されたときに現れる。   [00105] In step 736, the end point of the electrolysis process step 734 is determined. The endpoint can be determined using a second measure of processing generated by meter 244 or by sensor 254. In one embodiment, the endpoint is determined by sensing a second discontinuity 812 in the voltage detected by meter 244. The discontinuity 812 appears when the underlying barrier layer is fully exposed and the copper layer substantially remaining in features (eg, copper lines and vias) formed in the substrate 122 is removed.

[00106]場合によって、第3のクリアランスプロセスステップ738を実行して、上記導電層から任意の残っているデブリを除去してもよい。第3のクリアランスプロセスステップ738は、典型的には、時限プロセスであり、第2のクリアランスプロセスステップ732と比較して同じかまたは低くした電流レベルで実行される。一実施形態において、(過剰研磨ともいう)第3のクリアランスプロセスステップ738は、約15〜約30秒の持続期間を有する。ステップ738の間に、電流を、それまでの処理工程の場合の電流レベル未満に、例えば、0.5〜3アンペアまで下げてもよい。   [00106] Optionally, a third clearance process step 738 may be performed to remove any remaining debris from the conductive layer. The third clearance process step 738 is typically a timed process and is performed at the same or lower current level as compared to the second clearance process step 732. In one embodiment, the third clearance process step 738 (also referred to as overpolishing) has a duration of about 15 to about 30 seconds. During step 738, the current may be reduced below the current level for previous processing steps, for example, 0.5-3 amps.

[00107]電気化学バリア除去ステップ706は、ステップ740において、平坦化ヘッド204内に保持された基板122を、第3のECMPステーション132内に配置された処理パッドアセンブリ604の上に移動させることによって始まる。ステップ742において、平坦化ヘッド204が、プラテンアセンブリ602の方へ下げられて、基板122が、パッドアセンブリ604の上面に接触して置かれる。一実施形態においては、図6のパッドアセンブリが利用されているが、図2、図3A〜図3C、図4A〜図4C及び図5に記載されているようなパッドアセンブリ及び接触アセンブリを代替的に利用してもよいことが意図されている。一実施形態において、基板122は、約2psi未満の力でパッドアセンブリ604に押し付けられる。ステップ744において、電解液が処理パッドアセンブリ604に供給されて、基板122と電極614との間に、該電解液を通る導電性経路が確立される。バリア除去に利用される電解液は、銅の除去に利用される電解液とは異なっていてもよい。   [00107] The electrochemical barrier removal step 706 includes, in step 740, moving the substrate 122 held in the planarization head 204 over a processing pad assembly 604 disposed in the third ECMP station 132. Begins. In step 742, the planarizing head 204 is lowered toward the platen assembly 602 and the substrate 122 is placed in contact with the top surface of the pad assembly 604. In one embodiment, the pad assembly of FIG. 6 is utilized, but the pad assembly and contact assembly as described in FIGS. 2, 3A-3C, 4A-4C, and 5 can be substituted. It is intended that it may be used. In one embodiment, the substrate 122 is pressed against the pad assembly 604 with a force of less than about 2 psi. In step 744, electrolyte is supplied to the processing pad assembly 604 to establish a conductive path through the electrolyte between the substrate 122 and the electrode 614. The electrolytic solution used for removing the barrier may be different from the electrolytic solution used for removing copper.

[00108]一実施形態において、第3のECMPステーション132に供給される電解液成分は、リン酸または硫酸と、触媒とを含む。該電解液は、該バリア層上での酸化物の生成を防ぐかまたは抑制するように適合させることができる。該触媒は、該バリア層を銅またはタングステンの最小限の除去で、または、銅またはタングステンの除去を要することなく、容易に除去および/または溶解させることができるように、Tiまたは他のバリア層を活性化させて、錯化剤と選択的に反応するように選択される。該電解液成分は、追加的に、アミノ酸、有機アミン及びフタル酸、または、他の有機石炭酸、ピコリン酸またはその誘導体等のpH調整剤及びキレート剤を含んでもよい。該電解液は、場合によって、研磨剤を含有してもよい。研磨剤は、下にある酸化物層を除去するのに望ましい可能性がある。   [00108] In one embodiment, the electrolyte component supplied to the third ECMP station 132 includes phosphoric acid or sulfuric acid and a catalyst. The electrolyte can be adapted to prevent or inhibit the formation of oxides on the barrier layer. The catalyst may be Ti or other barrier layer so that the barrier layer can be easily removed and / or dissolved with minimal or no copper or tungsten removal. Is selected to react selectively with the complexing agent. The electrolyte component may additionally contain pH adjusters and chelating agents such as amino acids, organic amines and phthalic acids, or other organic carboxylic acids, picolinic acids or derivatives thereof. In some cases, the electrolytic solution may contain an abrasive. Abrasives may be desirable to remove the underlying oxide layer.

[00109]第1のバリアプロセスステップ746において、第1の電流が電源242から提供され、パッドアセンブリ604の上面と電極614との間に流れる。一実施形態において、該電流は、約1.5〜約6アンペアの範囲の一定の大きさで保たれ、電極614と基板122との間のアパーチャ620を満たす電解液を通って、電解機械研磨プロセスを促進する。ステップ746のプロセスは、約500〜2000Å/分の除去速度を有する。   [00109] In a first barrier process step 746, a first current is provided from the power source 242 and flows between the top surface of the pad assembly 604 and the electrode 614. In one embodiment, the current is maintained at a constant magnitude in the range of about 1.5 to about 6 amperes, and through an electrolyte that fills the aperture 620 between the electrode 614 and the substrate 122, and electromechanical polishing. Promote the process. The process of step 746 has a removal rate of about 500-2000 kg / min.

[00110]ステップ748において、電解プロセス746の終点が判断される。該終点は、メータ244によって、またはセンサ254によって提供される、処理の第1の尺度を使用して判断することができる。電解バリア除去ステップ706の電流及び電圧のトレースは、図8に描かれているトレースと同様であり、従って、簡潔にするために省略してある。一実施形態において、ステップ748の終点は、メータ244によって検出された電圧の第1の不連続を検知することにより判断される。該第1の不連続は、下にある層(典型的には、酸化物)が該バリア層をブレイクスルーし始めるときに現れる。該下にある酸化物層は、該バリア層とは異なる固有抵抗を有するため、該処理セル全域での抵抗の変化は、該バリア層のブレイクスルーを示す。   [00110] In step 748, the end point of the electrolysis process 746 is determined. The endpoint can be determined using a first measure of processing provided by meter 244 or by sensor 254. The current and voltage traces of the electrolytic barrier removal step 706 are similar to the traces depicted in FIG. 8, and are therefore omitted for the sake of brevity. In one embodiment, the endpoint of step 748 is determined by sensing a first discontinuity in the voltage detected by meter 244. The first discontinuity appears when the underlying layer (typically an oxide) begins to break through the barrier layer. Since the underlying oxide layer has a different resistivity than the barrier layer, a change in resistance across the processing cell indicates a breakthrough of the barrier layer.

[00111]ステップ748における終点検知に応じて、第2のクリアランスプロセスステップ750が実行されて、残りの銅層が除去される。ステップ748において、第2の電流が電源242から提供される。該電流は、ステップ746の電流よりも小さい一定の大きさで保たれ、電極614と基板122との間のアパーチャ620を満たす電解液を通って、電解機械研磨プロセスを促進する。例えば、一実施形態において、電流は、約3.5〜約2.5アンペアの範囲で提供することができる。ステップ748のプロセスは、一般的に、約1000Å/分の除去速度を有する。   [00111] In response to endpoint detection in step 748, a second clearance process step 750 is performed to remove the remaining copper layer. In step 748, a second current is provided from the power source 242. The current is kept at a constant magnitude less than the current in step 746 and facilitates the electromechanical polishing process through the electrolyte filling the aperture 620 between the electrode 614 and the substrate 122. For example, in one embodiment, the current can be provided in the range of about 3.5 to about 2.5 amps. The process of step 748 generally has a removal rate of about 1000 liters / minute.

[00112]ステップ752において、電解プロセスステップ750の終点が判断される。該終点は、メータ244によって、またはセンサ254によって提供される、処理の第2の尺度を使用して判断することができる。一実施形態において、該終点は、メータ244によって検出された電圧の第2の不連続を検知することにより判断される。該第2の不連続は、上記酸化物層が完全に露出されたときに現れる。   [00112] In step 752, the end point of the electrolysis process step 750 is determined. The endpoint can be determined using a second measure of processing provided by meter 244 or by sensor 254. In one embodiment, the endpoint is determined by sensing a second discontinuity in the voltage detected by meter 244. The second discontinuity appears when the oxide layer is fully exposed.

[00113]場合によって、第3のクリアランスプロセスステップ754を実行して、上記バリア層から、残っているデブリを除去してもよい。第3のクリアランスプロセスステップ754は、典型的には、時限プロセスであり、第2のクリアランスプロセスステップ746と比較して同じかまたは低くした電流レベルで実行される。一実施形態において、(過剰研磨ともいう)第3のクリアランスプロセスステップ754は、約15〜約30秒の持続期間を有する。   [00113] Optionally, a third clearance process step 754 may be performed to remove remaining debris from the barrier layer. The third clearance process step 754 is typically a timed process and is performed at the same or lower current level as compared to the second clearance process step 746. In one embodiment, the third clearance process step 754 (also referred to as overpolishing) has a duration of about 15 to about 30 seconds.

[00114]図9は、電気化学的に処理するための方法900の別の実施形態のフロー図である。方法900は、該電気化学プロセスが、図10に示す電流及び電圧のトレース1002、1004のグラフ1000に描かれているように、電源242によって提供される一定の電圧によって促進されることを除いて、上述した方法800と実質的に同じである。振幅は、y軸1006にプロットされており、時間は、x軸1008にプロットされている。   [00114] FIG. 9 is a flow diagram of another embodiment of a method 900 for electrochemical processing. Method 900 includes that the electrochemical process is facilitated by a constant voltage provided by power supply 242 as depicted in graph 1000 of current and voltage traces 1002, 1004 shown in FIG. Is substantially the same as the method 800 described above. Amplitude is plotted on the y-axis 1006 and time is plotted on the x-axis 1008.

[00115]一実施形態において、方法900は、ステップ902において、基板112上に形成された上記導電層、例えば、銅層に対してバルク電解プロセスを実行することによって始まる。バルクプロセスステップ902は、一般的に、該導電層が、約2000〜約10000Åの厚さになったときに終了する。   [00115] In one embodiment, the method 900 begins at step 902 by performing a bulk electrolysis process on the conductive layer, eg, a copper layer, formed on the substrate 112. Bulk process step 902 generally ends when the conductive layer is about 2000 to about 10000 mm thick.

[00116]次に、マルチステップ電解クリアランスステップ904が実行されて、残っている銅材料が除去され、下にあるバリア層が露出される。クリアランスステップ904は、第1のECMPステーション128上で、または、他のECMPステーション130、132の一方で実行することができる。クリアランスステップ904に続いて、電解バリア除去ステップ906が実行される。典型的には、電解バリア除去ステップ906は、第3のECMPステーション132上で実行されるが、代替的に、他のECMPステーション128、130の一方で実行してもよい。   [00116] Next, a multi-step electrolytic clearance step 904 is performed to remove the remaining copper material and expose the underlying barrier layer. The clearance step 904 can be performed on the first ECMP station 128 or one of the other ECMP stations 130, 132. Following the clearance step 904, an electrolytic barrier removal step 906 is performed. Typically, the electrolytic barrier removal step 906 is performed on the third ECMP station 132, but may alternatively be performed on one of the other ECMP stations 128, 130.

[00117]一実施形態において、バルク処理ステップ902は、上述したバルク処理ステップ702と実質的に同じである。バルク処理ステップ702は、電源242から供給される実質的に一定の電圧を利用して、該電気化学プロセスを促進する。一実施形態において、該電圧は、約1〜約4ボルトの範囲の一定の大きさで保たれる。該バルク電解プロセスの終点は、上述したように、例えば、終点検知のための他の方法の中でも特に、上記導電層から除去された電荷の合計によって判断される。トレース1002の左の部分に図示された第1の処理ステップの間、該電流は、該導電層が薄くなるにつれて減少することに留意すべきである。このことは、特に、タングステンを除去したときに重要であり、そのため、該トレースの勾配は、除去速度、または、該導電層の残っている厚さを判断するのに利用することができる。厚さ対電流の変化情報は、終点検知、除去プロ出願制御または他のプロセス制御に利用されるコントローラ108がアクセス可能なデータベースに経験的に求め、または計算しかつ格納することができる。   [00117] In one embodiment, the bulk processing step 902 is substantially the same as the bulk processing step 702 described above. Bulk processing step 702 utilizes a substantially constant voltage supplied from power source 242 to facilitate the electrochemical process. In one embodiment, the voltage is kept at a constant magnitude in the range of about 1 to about 4 volts. The end point of the bulk electrolysis process is determined by the total charge removed from the conductive layer, as described above, for example, among other methods for endpoint detection. It should be noted that during the first processing step illustrated in the left portion of trace 1002, the current decreases as the conductive layer becomes thinner. This is particularly important when tungsten is removed, so the slope of the trace can be used to determine the removal rate or the remaining thickness of the conductive layer. Thickness vs. current change information can be empirically determined or calculated and stored in a database accessible to the controller 108 used for endpoint detection, removal pro application control or other process control.

[00118]次いで、クリアランス処理ステップ904が実行される。クリアランス処理ステップ904は、上記電解プロセスが一定の電圧で促進されることを除いて、上述したステップ904と同じである。一実施形態において、該電圧は、バルク処理ステップ902及びクリアランス処理ステップ904の両方に関して一定である。別の実施形態においては、クリアランス処理ステップ904を促進する該電圧は、先行する処理ステップよりも小さくてもよい。   [00118] Next, a clearance processing step 904 is performed. The clearance processing step 904 is the same as step 904 described above except that the electrolysis process is accelerated at a constant voltage. In one embodiment, the voltage is constant for both bulk processing step 902 and clearance processing step 904. In another embodiment, the voltage that facilitates clearance processing step 904 may be less than the previous processing step.

[00119]処理ステップ904の第1の終点は、メータ244によって監視される電流トレース1002の第1の不連続1010を検知することによって確認される。該第1の終点は、代替的に、他の方法によって判断してもよい。第1の不連続1010の検知は、上記銅層のブレイクスルーを表す。   [00119] The first endpoint of process step 904 is ascertained by detecting a first discontinuity 1010 in current trace 1002 monitored by meter 244. The first endpoint may alternatively be determined by other methods. Detection of the first discontinuity 1010 represents a breakthrough of the copper layer.

[00120]処理ステップ904の第2の終点は、電流トレース1002の第2の不連続1012を検知することにより確認される。第2の終点は、代替の方法によって確認してもよい。第2の不連続は、上記銅層のクリアランスを識別する。場合によって、時限過剰研磨工程を、第2の不連続1012によって識別される第2の終点の検知後のクリアランス処理ステップ904の間に実行してもよい。   [00120] The second endpoint of process step 904 is ascertained by detecting a second discontinuity 1012 in current trace 1002. The second endpoint may be confirmed by alternative methods. The second discontinuity identifies the clearance of the copper layer. Optionally, a timed over-polishing process may be performed during the clearance processing step 904 after detection of the second end point identified by the second discontinuity 1012.

[00121]電気化学バリア除去ステップ906は、該電気化学プロセスが、実質的に一定の電圧で促進されることを除いて、上述したバリア除去ステップ706と実質的に同じである。該電圧は、一般的に、ステップ902、904に利用される電圧以下の実質的に一定の大きさに保たれる。一実施形態において、該電圧は、バリア除去の少なくともバルク部分の場合の約3ボルトよりも小さい実質的に一定の大きさに保たれる。該電圧は、該バリア除去プロセスの残留物の除去部分に対して、場合によって低減してもよい。   [00121] The electrochemical barrier removal step 906 is substantially the same as the barrier removal step 706 described above, except that the electrochemical process is facilitated at a substantially constant voltage. The voltage is generally kept at a substantially constant magnitude that is less than or equal to the voltage utilized in steps 902 and 904. In one embodiment, the voltage is maintained at a substantially constant magnitude that is less than about 3 volts for at least the bulk portion of the barrier removal. The voltage may optionally be reduced relative to the removal portion of the residue of the barrier removal process.

[00122]従って、本発明は、基板を電解研磨するための改良された装置及び方法を提供できる。該装置は、単一のツールを使用して、効率的なバルク及び残留金属及びバリア材料の基板からの除去を有利に容易にする。フルシーケンス式の金属及びバリアの除去に対して電気化学プロセスを利用することは、伝導体の低いエロージョン及びディッシングを提供できると共に、処理中の酸化物ロスを最小限にすることができる。本明細書中の教示によって説明した方法及び装置を、上記電極及び基板に印加されるバイアスの極性を逆にすることによって、材料物質を該基板上に堆積させるのに使用してもよいことが意図されている。   [00122] Accordingly, the present invention can provide an improved apparatus and method for electropolishing a substrate. The apparatus advantageously facilitates efficient bulk and residual metal and barrier material removal from the substrate using a single tool. Utilizing an electrochemical process for full-sequence metal and barrier removal can provide low erosion and dishing of the conductor and minimize oxide loss during processing. The methods and apparatus described by the teachings herein may be used to deposit material material on a substrate by reversing the polarity of the bias applied to the electrode and substrate. Is intended.

[00123]上述したことは、本発明の実施形態を対象にしているが、本発明の他の及び追加的な実施形態を、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案してもよく、また、本発明の範囲は、添付クレームによって判断される。   [00123] While the above is directed to embodiments of the invention, other and additional embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope of the invention. In addition, the scope of the present invention is determined by the appended claims.

電解機械研磨システムの平面図である。It is a top view of an electromechanical polishing system. 図1のシステムの第1の電解機械研磨(ECMP)ステーションの一実施形態の断面図である。2 is a cross-sectional view of one embodiment of a first electromechanical polishing (ECMP) station of the system of FIG. 2つの接触アセンブリを介した、バルクECMPステーションの部分断面図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a bulk ECMP station via two contact assemblies. 接触アセンブリの代替実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an alternative embodiment of a contact assembly. 接触アセンブリの代替実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an alternative embodiment of a contact assembly. プラグの断面図である。It is sectional drawing of a plug. プラグの断面図である。It is sectional drawing of a plug. 接触アセンブリの一実施形態の側面図、分解図及び断面図である。2 is a side view, exploded view and cross-sectional view of one embodiment of a contact assembly. FIG. 接触体の一実施形態である。It is one Embodiment of a contact body. 別のECMPステーションの別の実施形態の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of another embodiment of another ECMP station. 導電性材料及びバリア材料を電解処理する方法の一実施形態のフロー図である。1 is a flow diagram of one embodiment of a method for electrolytically treating a conductive material and a barrier material. 導電性材料及びバリア材料を電解処理する方法の一実施形態のフロー図である。1 is a flow diagram of one embodiment of a method for electrolytically treating a conductive material and a barrier material. 導電性材料及びバリア材料を電解処理する方法の一実施形態のフロー図である。1 is a flow diagram of one embodiment of a method for electrolytically treating a conductive material and a barrier material. 例示的な電解処理方法の一実施形態の場合の、電流及び電圧の軌跡対時間を図示するグラフを描いている。FIG. 6 depicts a graph illustrating current and voltage trajectories versus time for one embodiment of an exemplary electrolytic treatment method. 導電性材料を電解処理する方法の一実施形態のフロー図である。1 is a flow diagram of one embodiment of a method for electrolytically treating a conductive material. 導電性材料を電解処理する方法の一実施形態のフロー図である。1 is a flow diagram of one embodiment of a method for electrolytically treating a conductive material. 例示的な電解プロセスの場合の電圧対電流のプロットのグラフである。FIG. 4 is a graph of voltage versus current plots for an exemplary electrolytic process. 導電性材料を電解処理する方法の別の実施形態のフロー図である。FIG. 6 is a flow diagram of another embodiment of a method for electrolytically treating a conductive material. 例示的な電解プロセスの場合の電流及び電圧のプロットのグラフである。FIG. 6 is a graph of current and voltage plots for an exemplary electrolytic process.

符号の説明Explanation of symbols

100…システム、108…コントローラ、110…CPU、112…記憶装置、128…第1のECMPステーション、130…第2のECMPステーション、132…第3のECMPステーション、204…平坦化ヘッド、222…処理パッドアセンブリ、244…メータ、254…センサ、810…第1の不連続、812…第2の不連続。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... System, 108 ... Controller, 110 ... CPU, 112 ... Memory | storage device, 128 ... 1st ECMP station, 130 ... 2nd ECMP station, 132 ... 3rd ECMP station, 204 ... Planarization head, 222 ... Processing Pad assembly, 244 ... meter, 254 ... sensor, 810 ... first discontinuity, 812 ... second discontinuity.

Claims (38)

基板を電解処理する方法であって、
前記基板上のバリア材料の露出層と電極との間に、電解液を介して導電性経路を確立するステップと、
約2psi未満の力で、前記基板を処理パッドアセンブリに押し付けるステップと、
前記基板と、前記基板に接触しているパッドアセンブリとの間に動きを提供するステップと、
バリア処理ステーション内での第1の電気化学処理工程の間に、前記露出層の一部を電気化学的に除去するステップと、
を備える方法。
A method for electrolytically treating a substrate,
Establishing a conductive path between the exposed layer of barrier material on the substrate and the electrode via an electrolyte;
Pressing the substrate against the processing pad assembly with a force of less than about 2 psi;
Providing movement between the substrate and a pad assembly in contact with the substrate;
Electrochemically removing a portion of the exposed layer during a first electrochemical processing step in a barrier processing station;
A method comprising:
前記第1の電気化学処理工程が更に、
バリア材料からなる前記露出層のブレイクスルー時に、または、ブレイクスルー直前に、前記第1の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
前記バリア処理ステーション内での第2の電気化学処理工程において、前記バリア材料の露出層を電気化学的に処理するステップと、
前記第2の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
を備える方法。
The first electrochemical treatment step further comprises:
Detecting an end point of the first electrochemical treatment process at or immediately before the breakthrough of the exposed layer made of a barrier material;
Electrochemically treating the exposed layer of the barrier material in a second electrochemical treatment step in the barrier treatment station;
Detecting an end point of the second electrochemical treatment step;
A method comprising:
前記導電性経路を確立するステップが、
電解液を、前記電極の下から、前記処理パッドアセンブリを介して前記基板に接触させて流すステップを更に備える、請求項1に記載の方法。
Establishing the conductive path comprises:
The method of claim 1, further comprising flowing an electrolyte from below the electrode in contact with the substrate through the processing pad assembly.
前記第2の電気化学処理工程が、
第1の終点を検知するステップと、
前記基板をより遅い速度で電解処理するステップと、
前記基板から取り除かれる残りのバリア材料を表す第2の終点を検知するステップと、
を更に備える、請求項2に記載の方法。
The second electrochemical treatment step comprises:
Detecting a first end point;
Electrolytically treating the substrate at a slower rate;
Detecting a second endpoint representative of the remaining barrier material removed from the substrate;
The method of claim 2, further comprising:
前記第1の終点を検知するステップが、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第1の不連続を検知するステップを更に備える、請求項4に記載の方法。
Detecting the first end point comprises:
The method of claim 4, further comprising detecting a first discontinuity in current flowing between the substrate and the electrode.
前記第2の終点を検知するステップが、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第2の不連続を検知するステップを、更に備える、請求項5に記載の方法。
Detecting the second end point comprises:
The method of claim 5, further comprising detecting a second discontinuity in current flowing between the substrate and the electrode.
前記電解液が更に、触媒と、硫酸、リン酸、アミノ酸、有機アミン、フタル酸、有機石炭酸、またはピコリン酸またはそれらの誘導体のうちの少なくとも1つとを備える、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the electrolyte further comprises a catalyst and at least one of sulfuric acid, phosphoric acid, amino acid, organic amine, phthalic acid, organic coalic acid, or picolinic acid or derivatives thereof. 前記処理システム内で、前記バリア層の上に配置された導電層を電気化学的に除去するステップを更に備える、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising electrochemically removing a conductive layer disposed over the barrier layer in the processing system. 前記バリア材料が、ルテニウム、チタン、窒化チタン、タンタル及び窒化タンタルのうちの少なくとも1つである、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the barrier material is at least one of ruthenium, titanium, titanium nitride, tantalum, and tantalum nitride. 露出した導電層と、下にあるバリア層とを有する基板を電気化学的に処理する方法であって、
前記基板上の導電性材料からなる前記露出した層と電極との間の電解液を通る導電性経路を確立するステップであって、前記導電性材料が銅またはタングステンであるステップと、
第1の処理ステーション内で、第1の電気化学処理工程中に、前記露出層の部分を電気化学的に除去するステップと、
前記基板をバリア除去ステーションへ移送するステップと、
前記基板を、約2psi未満の力で、前記バリア除去ステーション内に配置された処理パッドアセンブリに押し付けるステップと、
前記バリア層と電極との間の電解液を通る導電性経路を確立するステップと、
前記バリア層を電気化学的に処理するステップと、
を備える方法。
A method of electrochemically treating a substrate having an exposed conductive layer and an underlying barrier layer,
Establishing a conductive path through the electrolyte between the exposed layer of conductive material on the substrate and an electrode, wherein the conductive material is copper or tungsten;
Electrochemically removing a portion of the exposed layer in a first processing station during a first electrochemical processing step;
Transferring the substrate to a barrier removal station;
Pressing the substrate against a processing pad assembly disposed in the barrier removal station with a force of less than about 2 psi;
Establishing a conductive path through the electrolyte between the barrier layer and the electrode;
Electrochemically treating the barrier layer;
A method comprising:
前記導電性材料の露出層のブレイクスルー時に、またはブレイクスルー直前に、前記第1の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
第2の電気化学処理工程において、前記導電性材料の露出層を電気化学的に処理するステップと、
前記第2の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
を更に備える、請求項10に記載の方法。
Detecting an end point of the first electrochemical treatment process at or immediately before the breakthrough of the exposed layer of the conductive material;
Electrochemically treating the exposed layer of the conductive material in a second electrochemical treatment step;
Detecting an end point of the second electrochemical treatment step;
The method of claim 10, further comprising:
前記バリア処理ステップが更に、
前記バリア材料の露出層のブレイクスルー時に、またはブレイクスルー直前に、第1の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
前記バリア処理ステーション内での第2の電気化学処理工程において、前記バリア材料の露出層を電気化学的に処理するステップと、
前記第2の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
を備える、請求項10に記載の方法。
The barrier processing step further includes
Detecting an end point of the first electrochemical treatment step at or immediately before the breakthrough of the exposed layer of the barrier material;
Electrochemically treating the exposed layer of the barrier material in a second electrochemical treatment step in the barrier treatment station;
Detecting an end point of the second electrochemical treatment step;
The method of claim 10, comprising:
前記第2の電気化学処理工程が更に、
前記第2の終点の検知後に、前記基板を過剰研磨するステップを更に備える、請求項12に記載の方法。
The second electrochemical treatment step further comprises:
The method of claim 12, further comprising overpolishing the substrate after detecting the second endpoint.
前記第1の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第1の不連続を検知するステップを備える、請求項12に記載の方法。
Detecting the first end point further comprises:
The method of claim 12, comprising detecting a first discontinuity in current flowing between the substrate and the electrode.
前記第2の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第2の不連続を検知するステップを備える、請求項14に記載の方法。
Detecting the second end point further comprises:
The method of claim 14, comprising detecting a second discontinuity in current flowing between the substrate and the electrode.
前記バリア除去ステーション内の電解液が更に、触媒と、硫酸またはリン酸の少なくとも一方とを備える、請求項10に記載の方法。   The method of claim 10, wherein the electrolyte in the barrier removal station further comprises a catalyst and at least one of sulfuric acid or phosphoric acid. 前記第1の処理ステーション内の電解液が、前記第1の処理ステーション内の電解液と異なる成分を有する、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the electrolyte in the first processing station has a different component than the electrolyte in the first processing station. 基板を電解処理する方法であって、
前記基板上のバリア材料の露出した層と電極との間の電解液を通る導電性経路を確立するステップと、
バリア処理ステーション内で、第1の電気化学処理工程中に、前記露出層の部分を電気化学的に除去するステップと、
前記バリア材料の露出層のブレイクスルー時に、または、ブレイクスルー直前に、前記第1の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
前記バリア処理ステーション内で、第2の電気化学処理工程において、前記バリア材料の露出層を電気化学的に処理するステップと、
前記第2の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
を備える方法。
A method for electrolytically treating a substrate,
Establishing a conductive path through the electrolyte between the exposed layer of barrier material on the substrate and the electrode;
Electrochemically removing a portion of the exposed layer in a barrier processing station during a first electrochemical processing step;
Detecting an end point of the first electrochemical treatment step at or immediately before the breakthrough of the exposed layer of the barrier material;
Electrochemically processing the exposed layer of the barrier material in a second electrochemical processing step in the barrier processing station;
Detecting an end point of the second electrochemical treatment step;
A method comprising:
前記基板上のバリア材料を処理パッドアセンブリに接触させるステップと、
前記基板を前記パッドアセンブリに対して、ポリシングモーションで動かすステップと、
を備える、請求項18に記載の方法。
Contacting a barrier material on the substrate to a processing pad assembly;
Moving the substrate relative to the pad assembly in a polishing motion;
The method of claim 18 comprising:
前記第2の電気化学処理工程が更に、
第1の終点を検知するステップと、
前記基板を、より遅い速度で処理するステップと、
前記基板から取り除かれる残りのバリア材料を表す第2の終点を検知するステップと、
を備える請求項18に記載の方法。
The second electrochemical treatment step further comprises:
Detecting a first end point;
Processing the substrate at a slower rate;
Detecting a second endpoint representative of the remaining barrier material removed from the substrate;
The method of claim 18 comprising:
前記第1の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との電位差の第1の不連続を検知するステップであって、前記第2の終点を検知するステップが更に、前記基板と前記電極との電位差の第2の不連続を検知するステップを備えるステップを備える、請求項20に記載の方法。
Detecting the first end point further comprises:
Detecting a first discontinuity in the potential difference between the substrate and the electrode, wherein the step of detecting the second end point further detects a second discontinuity in the potential difference between the substrate and the electrode. 21. The method of claim 20, comprising the step of:
前記第1の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第1の不連続を検知するステップを備える、請求項20に記載の方法。
Detecting the first end point further comprises:
21. The method of claim 20, comprising detecting a first discontinuity in current flowing between the substrate and the electrode.
前記第2の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第2の不連続を検知するステップを、
備える、請求項22に記載の方法。
Detecting the second end point further comprises:
Detecting a second discontinuity in current flowing between the substrate and the electrode;
23. The method of claim 22, comprising.
前記処理システム内で、前記バリア層の上に配置された導電層を電気化学的に除去するステップを更に備える、請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, further comprising electrochemically removing a conductive layer disposed on the barrier layer in the processing system. 前記基板と前記電極との間の電流の変化から、前記バリア層の残っている厚さを判断するステップを更に備える、請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, further comprising determining a remaining thickness of the barrier layer from a change in current between the substrate and the electrode. 露出した導電層と、下にあるバリア層とを有する基板を電気化学的に処理する方法であって、
前記基板上の前記導電性材料の露出層と電極との間の電解液を通る導電性経路を確立するステップと、
第1の処理ステーション内で、第1の電気化学処理工程中に、前記露出層の部分を電気化学的に除去するステップと、
前記導電性材料の露出層のブレイクスルー時に、または、ブレイクスルー直前に、前記第1の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
第2の電気化学処理工程において、前記導電性材料の露出層を電気化学的に処理するステップと、
前記第2の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
前記基板をバリア除去ステーションへ移送するステップと、
前記バリア層を電気化学的に処理するするステップと、
を備える方法。
A method of electrochemically treating a substrate having an exposed conductive layer and an underlying barrier layer,
Establishing a conductive path through the electrolyte between the exposed layer of conductive material on the substrate and an electrode;
Electrochemically removing a portion of the exposed layer in a first processing station during a first electrochemical processing step;
Detecting an end point of the first electrochemical treatment process at or immediately before the breakthrough of the exposed layer of the conductive material;
Electrochemically treating the exposed layer of the conductive material in a second electrochemical treatment step;
Detecting an end point of the second electrochemical treatment step;
Transferring the substrate to a barrier removal station;
Electrochemically treating the barrier layer;
A method comprising:
前記第1の電気化学処理工程が、前記第1の処理ステーション内で実行され、
前記基板を第2の処理ステーションへ移送し、そこで、前記第2の電気化学処理工程が実行される、請求項26に記載の方法。
The first electrochemical treatment step is performed in the first treatment station;
27. The method of claim 26, wherein the substrate is transferred to a second processing station where the second electrochemical processing step is performed.
前記第2の電気化学処理工程が更に、
第1の終点を検知するステップと、
前記基板をより遅い速度で処理するステップと、
前記基板から取り除かれる残りの導電性材料を表す第2の終点を検知するステップと、
を備える、請求項27に記載の方法。
The second electrochemical treatment step further comprises:
Detecting a first end point;
Processing the substrate at a slower rate;
Detecting a second endpoint representing the remaining conductive material removed from the substrate;
28. The method of claim 27, comprising:
前記第1の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との電位差の第1の不連続を検知するステップと、
前記基板と前記電極との電位差の第2の不連続を検知するステップと、
を備える、請求項28に記載の方法。
Detecting the first end point further comprises:
Detecting a first discontinuity in potential difference between the substrate and the electrode;
Detecting a second discontinuity in potential difference between the substrate and the electrode;
30. The method of claim 28, comprising:
前記第1の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第1の不連続を検知するステップと、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第2の不連続を検知するステップと、
を備える、請求項28に記載の方法。
Detecting the first end point further comprises:
Detecting a first discontinuity in current flowing between the substrate and the electrode;
Detecting a second discontinuity in current flowing between the substrate and the electrode;
30. The method of claim 28, comprising:
前記バリア電気化学処理工程が更に、
第1の終点を検知するステップと、
前記基板をより遅い速度で処理するステップと、
前記基板から取り除かれるバリア材料を表す第2の終点を検知するステップと、
を備える、請求項26に記載の方法。
The barrier electrochemical treatment step further includes
Detecting a first end point;
Processing the substrate at a slower rate;
Detecting a second endpoint representative of the barrier material removed from the substrate;
27. The method of claim 26, comprising:
前記第1の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との電位差の第1の不連続を検知するステップと、
前記基板と前記電極との電位差の第2の不連続を検知するステップと、
を備える、請求項31に記載の方法。
Detecting the first end point further comprises:
Detecting a first discontinuity in potential difference between the substrate and the electrode;
Detecting a second discontinuity in potential difference between the substrate and the electrode;
32. The method of claim 31, comprising:
前記第1の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第1の不連続を検知するステップと、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第2の不連続を検知するステップと、
を備える、請求項31に記載の方法。
Detecting the first end point further comprises:
Detecting a first discontinuity in current flowing between the substrate and the electrode;
Detecting a second discontinuity in current flowing between the substrate and the electrode;
32. The method of claim 31, comprising:
電流の変化から、前記導電性材料の厚さを判断するステップを更に備える、請求項26に記載の方法。   27. The method of claim 26, further comprising determining a thickness of the conductive material from a change in current. 露出した導電層と、下にあるバリア層とを有する基板を電気化学的に処理する方法であって、
処理システムの第1の処理ステーション内で、前記基板を処理パッドアセンブリ上に配置するステップと、
前記基板上の導電性材料の露出層と電極との間の電解液を通る導電性経路を確立するステップと、
前記処理パッドアセンブリと、前記処理パッドアセンブリに接触している前記基板との間に、ポリシングモーションを提供するステップと、
前記第1の処理ステーション内で、第1の電気化学処理工程において、前記露出層の部分を電気化学的に除去するステップと、
前記導電性材料の露出層のブレイクスルー時に、または、ブレイクスルー直前に、前記第1の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
第2の電気化学処理工程において、前記導電性材料の露出層を電気化学的に処理するステップと、
前記第2の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
前記基板をバリア除去ステーションへ移送するステップと、
前記バリア除去ステーション内に、前記バリア層と電極との間の電解液を通る導電性経路を確立するステップと、
バリア処理ステーション内で、第1の電解バリア処理ステップ中に、前記バリア層の部分を電気化学的に除去するステップと、
バリア材料のブレイクスルー時に、または、ブレイクスルー直前に、前記第1の電解バリア処理ステップの終点を検知するステップと、
前記バリア処理ステーション内で、第2の電気化学バリア処理ステップにおいて、前記バリア材料を電気化学的に処理するステップと、
前記第2の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
を備える方法。
A method of electrochemically treating a substrate having an exposed conductive layer and an underlying barrier layer,
Placing the substrate on a processing pad assembly in a first processing station of a processing system;
Establishing a conductive path through the electrolyte between the exposed layer of conductive material on the substrate and the electrode;
Providing a polishing motion between the processing pad assembly and the substrate in contact with the processing pad assembly;
Electrochemically removing a portion of the exposed layer in a first electrochemical processing step in the first processing station;
Detecting an end point of the first electrochemical treatment process at or immediately before the breakthrough of the exposed layer of the conductive material;
Electrochemically treating the exposed layer of the conductive material in a second electrochemical treatment step;
Detecting an end point of the second electrochemical treatment step;
Transferring the substrate to a barrier removal station;
Establishing a conductive path through the electrolyte between the barrier layer and the electrode in the barrier removal station;
Electrochemically removing portions of the barrier layer during a first electrolytic barrier treatment step in a barrier treatment station;
Detecting an end point of the first electrolytic barrier treatment step at the time of or just before the breakthrough of the barrier material;
Electrochemically processing the barrier material in a second electrochemical barrier processing step within the barrier processing station;
Detecting an end point of the second electrochemical treatment step;
A method comprising:
前記バリア処理ステップ及び導電性材料処理ステップの少なくとも2つの終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との電位差の不連続を検知するステップを備える、請求項35に記載の方法。
Detecting at least two end points of the barrier processing step and the conductive material processing step;
36. The method of claim 35, comprising detecting a discontinuity in potential difference between the substrate and the electrode.
前記バリア処理ステップ及び銅処理ステップの少なくとも2つの終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との間で測定した電流の不連続を検知するステップを備える、請求項35に記載の方法。
Detecting at least two end points of the barrier treatment step and the copper treatment step;
36. The method of claim 35, comprising detecting a current discontinuity measured between the substrate and the electrode.
電流の変化から、前記導電性材料の残りの厚さを判断するステップを更に備える、請求項35に記載の方法。   36. The method of claim 35, further comprising determining a remaining thickness of the conductive material from a change in current.
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