JP2009522809A - 流量アシスト素子による電気化学機械的処理のための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明において電気化学機械的処理のための流量アシスト素子による装置及び方法が提供される。一実施形態において、装置には、上面が基板に接触するように適合された第一導電層と、第一導電層の下に配置された第二導電層と、導電層の間に配置された絶縁層と、それぞれの第一端が第一導電層を通って形成され、第二端が第二導電層を通って形成されている複数のアパーチャとが含まれ、ここで、少なくとも二つのアパーチャの第二端がチャネルによって横に結合されている。
【選択図】 図２

Description

発明の背景

発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、基板を平坦化するか又は研磨するための処理装置に関する。より詳細には、本発明は、電気化学機械的平坦化によって半導体ウエハを平坦化するか又は研磨するための流量アシスト素子を持つ研磨パッド設計に関する。

関連技術の説明
[0002]集積回路や基板上の他の電子デバイスの製造において、導電材料、半導電材料、誘電材料の多層が半導体ウエハのような基板上に堆積されるか又は基板から除去される。材料層が連続して堆積され除去されるので、基板は平面でなくなり、平坦化が必要とされ、以前に堆積した材料は、基板から除去され、大体、平坦か、平面か又は水平な面を形成する。このプロセスは、粗い表面、集合した材料、結晶格子損傷、引掻き傷のような望まれない表面トポグラフィーや表面欠陥を除去するのに有用である。平坦化プロセスは、また、特徴部を充填するとともに続いての堆積や処理のために表面を平坦に又は水平にするために用いられる過剰の堆積材料を除去することによって基板上に特徴部を形成するのに有用である。

[0003]電気化学機械的平坦化（ＥＣＭＰ）は、基板から物質を除去するために用いられる例示的な一プロセスである。ＥＣＭＰは、典型的には、導体素子を持つ研磨パッドを用い、材料の除去を促進させる電気化学活性を有する物理的磨耗を組み合わせている。研磨パッドは、パッドを電源に結合させるように適合される回転するプラテンアセンブリを持つ装置に取り付けられる。装置は、また、基板を保持するパッドの上のキャリヤアセンブリ上に取り付けられている研磨ヘッドのような基板キャリヤを持つ。研磨ヘッドによって研磨パッドと接触させて基板が置かれ、下向きの圧力を加えるように適合され、研磨パッドに対して基板を制御可能に押し付ける。研磨パッドは、外部駆動力によって基板に相対して移動する。電解液のような研磨液は、典型的には、研磨パッドと基板の間の電気化学活性を高める研磨パッドの表面に供給される。ＥＣＭＰ装置は、摩擦運動から磨耗及び／又は研磨活性に影響してもよく、研磨パッドの導電特性と組み合わせた電解液が基板から材料を選択的に除去する。

[0004]図８は、簡易化した従来のパッド８０６を示す図である。多くの基板を研磨するにつれて、電気化学的研磨反応と関係した汚染物質や副生成物が生じることがある。汚染物質８１０は、研磨パッド８０６のアパーチャ８０８及び／又は導電性電極８０４の上面上に蓄積することがある。汚染物質８１０は、プロセス液から導電性電極８０４を絶縁し、それにより、導電性電極８０４と基板の間の電気化学活性に不利に影響する。アパーチャ８０８がブラインドホールであるので、パッド８０６からアパーチャ８０８内に配置された汚染物質８１０を洗い流すことが難しい。蓄積した汚染物質８１０が研磨パッド８０６の表面までアパーチャ８０８内に配置された場合、汚染物質８１０によって研磨中に基板表面にひどい欠損が生じる。更に、蓄積した汚染物質によって、導電性電極の導電性と研磨パッドの品質が不都合なほどに劣化することがあり、消耗部分の寿命が短くなり、プロセスコストがより高くなる。

[0005]それ故、研磨パッドの改善が求められている。

発明の概要

[0006]電気化学機械的処理のための装置及び方法は、本発明の実施形態で示される。一実施形態において、装置は、上面が基板と接触するように適合された第一導電層と、第一導電層に結合され、その下に配置された導電性とキャリヤ、それらの間の絶縁層とともに導電性キャリヤの下に配置された第二導電層と、第二導電層の下に配置された複数の流量アシスト素子とを含む。

[0007]他の実施形態において、装置は、取り外し可能なパッドアセンブリがその上に配置された回転できるプラテンを含む。液体分配は、パッドアセンブリの上面にプロセス液を供給するように位置決めできる。パッドアセンブリは、基板と接触するように適合された第一導電層と、第二導電層と、導電層を分離する絶縁層と、パッドアセンブリとプラテンの間に画成された横のフローネットワークを画成する複数の流量アシスト素子を含む。

[0008]なお、他の実施形態において、方法は、プラテン上に配置されたパッドアセンブリの表面と基板とを接触させるステップと、プロセス液をパッドアセンブリの表面からアパーチャを通ってプラテンへ向かって電極と接触させて流すステップと、アパーチャを排出させるステップと、電極に相対して基板を偏らせるステップと、を含む。

[0009]本発明の上記特徴、利点、目的を達成し、詳細に理解され得るように、上でまとめた本発明のより具体的な説明は、添付の図面に示される本発明の実施形態によって参照することができる。しかしながら、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示し、それ故、本発明の範囲を制限するとみなすべきでなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を許容することができることは留意すべきである。

[0016]理解を容易にするために、可能な場合には、図面に共通する同一要素を示すために同一の符号が用いられている。一実施形態の要素や特徴部が、詳述せずに他の実施形態に有益に組み込むことができると考えられる。

[0017]しかしながら、添付の図面は、本発明の例示的実施形態のみを示すので、本発明の範囲を制限するとみなされるべきでなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を許容することができることは留意すべきである。

詳細な説明

[0018]本発明の実施形態は、一般的には、パッドアセンブリを通ってプロセス液の動的流れと循環を援助する流量アシスト素子を持つパッドアセンブリを記載する。流量アシスト素子は、流量アシスト素子の間に画成されるチャネルを設けることによってプロセス副生成物の放出と洗浄を容易にし、これにより、パッドアセンブリからの副生成物を一掃し、システム内により安定な電気化学的環境を維持する。

[0019]図１は、一般にファクトリインタフェース１２０、装填ロボット１１６、一つ以上の研磨モジュール１０５を持つ処理システム１００の一実施形態の平面図である。一般的には、装填ロボット１１６は、ファクトリインタフェース１２０と研磨モジュール１０５に近接して配置され、それらの間の基板１１４の搬送を容易にする。研磨モジュール１０５は、一般に、少なくとも第一電気化学機械的平坦化（ＥＣＭＰ）ステーション１０２を含み、所望により、環境的に制御されたエンクロージャ１８８内に配置された少なくとも一つの従来の化学機械平坦化（ＣＭＰ）ステーション１０６を含んでもよい。本発明を実施するように適合することができる処理システム１００の一例は、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手できるＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）ＬＫ Ｅｃｍｐシステムである。他の製造者からのそれを含む他の平坦化モジュールも、本発明を実施するように適合することができる。

[0020]図１に示した平坦化モジュール１０５は、第一ＥＣＭＰステーション１０２と、第二ＥＣＭＰステーション１０３と、一つのＣＭＰステーション１０６と、を含む。本発明がこの構成を限定せず、ステーション１０２、１０３、１０６の全てが基板上に堆積した種々の層を除去するＥＣＭＰプロセスを用いるように適合することができることは理解されるべきである。或いは、平坦化モジュール１０５は、ＣＭＰプロセスを行うように適合される二つのステーションを含むことができ、一方のステーションはＥＣＭＰプロセスを行ってもよい。一つの例示的プロセスにおいて、特徴部の画成部にバリア層を並べるとともにバリア層の上に配置される導電材料を充填した基板は、二つのＥＣＭＰステーション１０２、１０３の二つのステップで除去される導電材料をもつのがよく、バリア層は従来のＣＭＰステーション１０６で処理されて基板上に平坦化された表面を形成する。上述の組み合わせのいずれかのステーション１０２、１０３、１０６もまた、電気化学的及び／又は電気化学機械的めっきプロセスによって基板上に材料を堆積させるように適合させることができることは留意すべきである。

[0021]例示的システム１００は、一般的には、一つ以上のＥＣＭＰステーション１０２、１０３と、一つ以上のＣＭＰステーション１０６と、搬送ステーション１１０と、調整デバイス１８２と、カルーセル１１２とを支持するベース１０８と、を含む。搬送ステーション１１０は、一般的には、装填ロボット１１６によってシステム１００へ、また、システム１００から基板１１４の搬送を容易にする。装填ロボット１１６は、典型的には、搬送ステーション１１０とファクトリインタフェース１２０間で基板１１４を搬送する。

[0022]ファクトリインタフェース１２０は、一般的には、洗浄モジュール１２２と、計測デバイス１０４と、一つ以上の基板貯蔵カセット１１８と、を含む。インタフェースロボット１９８は、基板カセット１１８と、洗浄モジュール１２２と、導入モジュール１９６の間に基板１１４を搬送するために使われる。導入モジュール１９６は、装填ロボット１１６によって研磨モジュール１０６とファクトリインタフェース１２２の間での基板１１４の搬送を容易にするように位置決めされる。例えば、インタフェースロボット１２０によってカセット１１８から取り出される研磨されていない基板１１４は、導入モジュール１９６に搬送されるのがよく、そこで、研磨モジュール１０５へ装填する装填ロボット１１６が基板１１４に接近し、研磨モジュール１０５から戻る研磨した基板１１４は装填ロボット１１６によって導入モジュール内に入ることができる。研磨した基板１１４は、典型的には、導入モジュール１９６から洗浄モジュール１２２を通過した後、ファクトリインタフェースロボット１９８が洗浄した基板１１４をカセット１１８に戻す。有利に用いることができるようなファクトリインタフェース１２２の一例は、２００２年３月２６日発行の米国特許第６,３６１,４２２号に開示されている。

[0023]装填ロボット１１６は、一般的には、ロボット１１６が示す運動範囲がその間の基板１１４の搬送を容易にするようにファクトリインタフェース１２２と研磨モジュール１０５に近接して位置決めされる。装填ロボット１０４の一例は、カリフォルニア州リッチモンドにあるＫｅｎｓｉｎｇｔｏｎＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓが製造した４-リンクロボットである。

[0024]例示的装填ロボット１１６は、遠位端にロータリーアクチュエータ１９２を持つ連接されたアーム１９２を持つ。エッジ接触グリッパ１９０は、ロータリーアクチュエータ１９２に結合している。ロータリーアクチュエータ１９２は、基板１１４の特徴部側面と接触せず、おそらく、さらされた特徴部に引掻き傷又は損傷を引き起こさずに、グリッパ１９０によって固定された基板１１４が垂直か又は水平の向きに向けることを可能にする。更に、エッジ接触グリッパ１９０は、搬送の間、基板１１４を固定して保持するので、基板１１４が取り外れる可能性が減少する。任意で、静電グリッパ、真空グリッパ、機械的クランプのような他のタイプのグリッパに置き換えることができる。

[0025]搬送ステーション１１０は、少なくとも導入バッファステーション１２４と、出力バッファステーション１２６と、搬送ロボット１３２と、ロードカップアセンブリ１２８を備える。装填ロボット１１６は、導入バッファステーション１２４に基板１１４を置く。搬送ロボット１３２は、二つのグリッパアセンブリを持ち、それぞれが基板のエッジによって基板１１４を保持する空気グリッパフィンガーを持つ。搬送ロボット１３２は、基板１１４を導入バッファステーション１２４から持ち上げ、グリッパと基板１１４を回転させ、基板１１４をロードカップアセンブリ１２８の上に位置決めし、その後、基板１１４をロードカップアセンブリ１２８に置く。用いることができる搬送ステーションの一例は、“ＷａｆｅｒＴｒａｎｓｆｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ”と称する、２０００年１２月５日発行の米国特許第６,１５６,１２４号に記載されている。

[0026]カルーセル１１２は、一般的には、複数のキャリヤヘッド１５２を支持し、処理の間、それぞれが一つの基板を保持している。カルーセル１１２は、キャリヤヘッド１５２を搬送ステーション１１０とステーション１０２、１０３、１０６の間を移動させる。用いることができる一つのカルーセルは、一般的には、“ＲａｄｉａｌｌｙＯｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ Ｃａｒｏｕｓｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒＣｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ”と称する、１９９８年９月８日発行の米国特許第５,８０４,５０７号に記載されている。

[0027]研磨システム１００とそこで行われるプロセスの制御を容易にするために、中央処理装置（ＣＰＵ）１４２と、メモリ１４４と、支援回路１４６を備えるコントローラ１４０は、研磨システム１００に接続される。ＣＰＵ１４２は、種々の駆動と圧力を制御する工業設定で用いることができるコンピュータプロセッサのあらゆる形の一つであるのがよい。メモリ１４４はＣＰＵ１４２に接続される。メモリ１４４、又はコンピュータ可読媒体は、一つ以上の容易に利用できるメモリ、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、又はデジタル保存、ローカル又はリモートの他のあらゆる形であるのがよい。支援回路１４６は、従来の方法でプロセッサを支持するＣＰＵ１４２に接続される。これらの回路は、キャッシュメモリ、電源、クロック回路、導入／出力回路、サブシステム等を含む。

[0028]図２Ａは、例示的ＥＣＭＰステーション１０２を示す断面図である。キャリヤヘッドアセンブリ１５２は、一般的には、キャリヤヘッド１８６に結合した駆動システム２０２を備える。駆動システム２０２は、一般的には、キャリヤヘッド１８６に少なくとも回転運動を与える。駆動システム２０２は、少なくとも回転運動、軌道運動、掃引運動又はそれらの組み合わせによりキャリヤヘッド１８６を移動させる。

[0029]一般に、キャリヤヘッド１８６は、ハウジング２９６と基板１１４が保持される中央凹部を画成する保持リング２９４を備える。保持リング２９４は、キャリヤヘッド１８６内に配置された基板１１４を囲み、処理しつつ基板がキャリヤヘッド１８６から滑り出ることを防止する。保持リング２９４は、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等のプラスチック材料、又はステンレス鋼、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ等の導電材料、又はそれらのある組み合わせで製造され得る。導電性保持リング２９４は、処理の間、電界を制御するために電気的にバイアスをかけることができることも企図される。一実施形態において、キャリヤヘッドは、ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｋｓが製造したＴＩＴＡＮ ＨＥＡＤ^ＴＭ又はＴＩＴＡＮ ＰＲＯＦＩＬＥＲ^ＴＭウエハキャリヤであるのがよい。他のキャリヤヘッド１８６も、研磨システム１００に用いるように利用することができることが企図される。

[0030]プラテンアセンブリ２３０は、ベース１０８上に回転配置され、パッドアセンブリ２２２を支持する。プラテンアセンブリ２３０は、プラテンアセンブリ２３０がベース１０８に相対して回転することができる軸受２３８によってベース１０８の上に支持される。軸受２３８によって囲まれたベース１０８領域は、開放され、電気的、機械的、空気制御信号とプラテンアセンブリ２３０と連通する接続部のためのコンジットが設けられる。

[0031]まとめて回転カプラー２６０と呼ばれる従来の軸受、回転ユニオン、スリップリングは、電気的、機械的、流動的、空気制御信号と接続部がベース１０８と回転するプラテンアセンブリ２３０の間に結合することができるように設けられる。プラテンアセンブリ２３０は、典型的には、プラテンアセンブリ２３０に回転運動を与えるモータ２９０に結合される。モータ２９０は、回転速度とプラテンアセンブリ２３０の回転速度と方向を制御する。

[0032]プロセス液分配システム２５５は、一般的には、プラテンアセンブリ２３０に隣接して配置される。プロセス液分配システム２５５は、プロセス液ソース２４８に結合したノズル又は排出口２０４を含む。排出口２０４は、電解液のようなプロセス液をプロセス液ソース２４８からパッドアセンブリ２２２のプロセス面１２５に流す。処理中、プロセス液は、たいてい、基板１１４を偏らせるとともに基板１１４上の材料を除去及び／又は堆積するために電気化学プロセスを駆動させるための電気経路を与える。或いは、プロセス液は、パッドアセンブリの表面上にプロセス液を一様に分配するためにシステムの他の部分、例えば、プラテン２３０の底からパッドアセンブリ２２２の処理面１２５に分配することができることも企図される。

[0033]処理パッドアセンブリ２２２は、プラテンアセンブリ２３０に結合され、めっきプロセス及び／又は電気化学機械的研磨／平坦化プロセスを駆動させるために電気バイアスをかけるように構成される。一実施形態において、処理パッドアセンブリ２２２は、プラテンアセンブリ２３０の上面２６０に解放可能に結合するように適合させることができる。パッドアセンブリ２２２は、圧力及び／又は温度感受性接着剤の使用によって上面２６０に結合することができ、上面２６０からパッドアセンブリを剥がすことによってパッドアセンブリ２２２の取替えを可能にする。他の実施形態において、処理パッドアセンブリ２２２がそれに結合したプラテンアセンブリ２３０の上面２６０は、特に、ねじ、クランプ、磁力、真空、静電引力のようなファスナによってプラテンアセンブリ２３０に解放可能に結合するように適合させることができる。

[0034]図２Ａに示した実施形態において、排出口２０４から供給されたプロセス液は、回転しつつプロセス液の適切な処理レベルを含有するように適合されたプラテンリップ２５８によって固定される浴を形成することができる。或いは、プロセス液は、処理パッドアセンブリ２２２のアパーチャ内のプロセス液の適切なレベルを維持するように連続して又は間隔をおいて排出口２０４から供給することができる。プロセス液がその処理能力に達し、取替えの準備ができた後、プラテンアセンブリ２３０は、より速い回転速度で回転することができ、使用済みのプロセス液は、プラテンリップ２５８の上の遠心力の作用によって放出される。他の実施形態において、プラテンアセンブリ２３０は、より速い回転速度で回転し、使用済みプロセス液は、オペレータ又はコントローラによって開閉することができるプラテンリップ２５８内の貫通部２８８を通って放出される。他の実施形態において、使用済みのプロセス液は、パッドアセンブリ２２２及び/又はプラテンアセンブリ２３０の種々の層を通って形成された通路によって排出することができる。

[0035]図２Ｂは、図２Ａのパッドアセンブリ２２２の一部を抜き出した図である。パッドアセンブリ２２２は、一般的には、絶縁層２１４が第一導電層と第二導電層２１１、２１２を電気的に絶縁するためにそれらの間に配置された、第一導電層２１１と第二導電層２１２を含む。複数のアパーチャ２０９は、パッドアセンブリ２２２の上面上の第一導電層２１１の開放領域によって形成される。それぞれのアパーチャは、プロセル液を受け取るように構成される機能セル２０７を画成する、第一導電層２１１の開放領域を通って形成される第一端と第二導電層２１２を通って形成される第二端を持つ。機能セル２０７のそれぞれは、プロセス液がパッドアセンブリ２２２に供給され、且つ微分電気バイアスが第一導電層２１１と第二導電層２１２に印加される場合に、電気化学セルとして行うように適合される。

[0036]第一導電層２１１と第二導電層２１２は、一般に、高導電性材料、例えば、特に、貴金属、耐食性軟質金属、ステンレス鋼、ポリマー導電材料、アルミニウム、銅から製造される。或いは、第一導電層２１１は、上面２０５内のグルーブにはめ込まれ、パッドアセンブリ２２２の上面から電気バイアスを伝達するように構成された導電性材料から製造される。一実施形態において、第一導電層２０５の上面は、従来の研磨材料、例えば、プロセス化学と適合できるポリマーベースのパッド材料から製造することができ、それらの例としては、ポリウレタン、ポリカーボネート、フルオロポリマー、ＰＴＦＥ、ＰＴＦＡ、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、又はそれらの組み合わせが挙げられる。従来の研磨材料は、プロセス適合性導電材料及び／又は粒子で被覆されるか、ドープされるか、又は浸透させることができる。或いは、導電材料は、導電性ポリマーマトリックス又は導電性遷移に配置された導電材料又は誘電充填材料のような導電性ポリマーであってもよい。一実施形態において、導電材料は、複数の導電性粒子がその中に配置されたポリマーマトリックスである。

[0037]絶縁層２１４は、パッドアセンブリ２２２に圧縮性を与えるように構成される軟質材料から製造することができる。絶縁層は、ポリマー材料、例えば、開放気泡発泡ポリマー、独立気泡発泡ポリマー、ＭＹＬＡＲ（登録商標）材料、加熱によって活性化される接着剤、又はそれらの組み合わせから製造することができる。絶縁層２１４は、約６０ショアＡ〜約１００ショアＡの硬さを持つのがよい。

[0038]アパーチャ２０９の第一端は、溝内の上面２０５の下の第一導電層２１１から出る。電気的機能セル２０７内に画成された少なくとも二つのアパーチャ２０９の第二端は、チャネル２８６を通って互いに横に結合される。チャネル２８６は、第二導電層２１２、複数のポスト２９８、パッドベース２１０によって画成された内部通路として形成される。或いは、パッドベースが存在しない実施形態において、チャネル２８６は、第二導電層２１２とポスト２９８とプラテンアセンブリ２６０の間で画成されてもよい。複数のポスト２９８は、隙間を開けた関係でパッドベース２１０と第二導電層２１２を維持し、それにより、その中に画成されたチャネル２８６が少なくともポスト２９８によって部分的に固定されることを可能にする。チャネル２８６は、第二導電層２１２の外側に向かって伸長する流路を持ち、プロセス液の循環と動的流れを容易にする流量アシスト素子として作用し、それにより、第二導電層２１２上に使用済みのプロセス液の蓄積が防止される。チャネル２８６は、パッドアセンブリ２２２に形成される少なくとも二つのアパーチャ２０９と横に結合する。図２Ａ-図２Ｂに示した実施形態において、ポスト２９８の直径及び／又は幅は、第二導電層２１２の幅及び／又は直径よりかなり小さい直径を持ち、ポスト２９８間でチャネル２８６を画成するための第二導電層２１２の底面とポスト２９８の側面の間に凹部の領域を生じる。チャネル２８６は、機能セル２０７内の使用済みのプロセス液と副生成物が、プラテンリップ２５８内の貫通部２８８を通って洗浄され洗い流されることを援助する。このようにして、使用済みのプロセス液又は電気化学反応と関連がある汚染物質又は副生成物を効率よく洗い流すことができ、それにより、第二導電層２１２の周辺上に蓄積され捕捉されることが防止される。

[0039]複数のチャネル２８６のそれぞれのサイズと分布は、ポスト２９８の構成に従って異なってもよい。例えば、チャネル２８６を画成するポスト２９８の高さは、必要に応じて異なってもよい。数、サイズ、断面形状、分布、開放領域、ポスト２９８のパターン密度は、必要に応じて選択され分配されてもよい。一実施形態において、ポスト２９８の形状は、ほぼ円筒形である。

[0040]ポスト２９８は、プロセス副生成物の蓄積から抵抗する材料から製造することができる。一実施形態において、ポスト１９８は、ポリマー材料、例えば、ポリマー又はプラスチック材料から製造することができる。材料の適切な例としては、ＰＰＳ、ＰＶＣ、塩素化したＰＶＣ等が挙げられるが、これらに限定されない。他の実施形態において、ポスト２９８は、導電材料、例えば、特に、貴金属、ステンレス鋼、磁石、アルミニウム、銅から製造することができる。なお更に他の実施形態において、ポストは、必要に応じてあらゆる材料から製造することができる。

[0041]パッドベース２９８は、パッドアセンブリ２２２に追加の剛性を与える支持層であるのがよい。一実施形態において、パッドベース２１０は、ポリマー材料、例えば、ポリウレタン、充填剤を混合したポリウレタン、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、エチレン-プロピレン-ジエン-メチレン（ＥＰＭＤ）、フルオロポリマー、又はそれらの組み合わせ、また、研磨基板面に用いられる他の研磨材料、例えば、開放気泡発泡ポリマー又は独立気泡発泡ポリマー、エラストマー、フェルト、含浸フェルト、プラスチック、又は処理化学と適合できる同様の材料から製造することができる。一実施形態において、パッドベース２１０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）材料、又はその誘導体、例えば、ＭＹＬＡＲ（登録商標）ポリマーシートである。ＰＥＴ材料は、約１.２５グラム／ｃｍ^２〜約１.４５グラム／ｃｍ^２の密度と７００,０００ｐｓｉ〜約７６０,０００ｐｓｉの弾性率を持つ。パッドベース材料２１０は、約３０ショアＡ〜約９０ショアＡの硬さを持つのがよく、典型的には、絶縁層２１４より硬い。

[0042]図３は、流量アシスト素子がその中に画成されたパッドアセンブリ３００の一実施形態の一部の側面概略図である。パッドアセンブリ３００は、第一端が第一導電層３１１を通って形成され第二端が第二導電層３１２を通って形成された複数のアパーチャ３０９と、第一導電層と第二導電層３１１、３１２の間に配置された絶縁層３１４と、少なくとも二つのアパーチャ３０９と横に結合するように画成されたチャネル３８６を持つ複数のアパーチャ３０９と、を備える。第一導電層と第二導電層３１１、３１２のそれぞれは、第一導電層と第二導電層のそれぞれに異なる電圧を供給するように適合される電源３４２に結合するように適合される。第二導電層３１２は、それぞれの層内に全体的に分配される一つの電気信号を与えることができ、又は互いに絶縁した複数の独立した電気的ゾーンを備えてもよい。独立したゾーンは別々の独立した電圧を受け取り、隣接したゾーンは、それぞれの層の特定の部分に種々の電圧を与えるために互いに絶縁される。

[0043]任意のパッドベースが存在しない図３に示した実施形態において、複数のポスト３９８は、第二導電層３１２とプラテンアセンブリ３３０の間に結合することができ、間隔を開けた関係でプラテンアセンブリ３３０と第二導電層３１２を維持する。複数のポスト３９８は、ポストの側面で凹部３９４の領域を生じ、それにより、プロセス液の流れを容易にするために流量アシスト素子としてチャネル３８６を画成する。その中に画成されたチャネル３８６は、ポスト３９８によって少なくとも部分的に固定される。ポスト３９８は、第二導電層３１２に混合、接着、磁力、クランプ、ファスナ、締め付け又は他の適切な方法で固定される。

[0044]ポスト３９８は、第二導電層３５０の幅より小さい直径３５２及び／又は幅３５０を持つように構成され、それにより、プラテンアセンブリ３３０の上面と第二導電層の底面の間にチャネル３８６を形成するために伸長した凹部の領域３５４が画成される。

[0045]典型的なＥＣＭＰ研磨プロセスにおいて、副生成物、例えば、基板から除去される材料及び／又は基板との接触によってパッドアセンブリ３００から除去される材料は、パッドアセンブリ３００の下の部分に蓄積する傾向がある。これらの副生成物は、ＥＣＭＰプロセスにおいてカソードとして働く導電層３１２上に、又は導電層近く、例えば、チャネル３８６に蓄積することがあるので、電気化学活性が低下し、基板からの材料の除去が減少する。副生成物と使用済みのプロセス液がチャネル３８６内に蓄積されるにつれて、プラテンアセンブリ３３０は、より速い回転速度で周期的に回転することができ、副生成物と使用済みのプロセス液は、必要に応じてプラテンリップ３５８内の貫通部３９０を通って放出することができる。チャネル３８６は、そこから副生成物が放出されることを可能にし、プラテンアセンブリ３３０が回転するので汚染物質が第二導電層３１２上に拘束、蓄積又は捕捉されるのを防止し、従って、複数の機能セル３０７のそれぞれの中でより安定な電気化学活性が維持される。更に、チャネル３８６は、汚染物質やパーティクルが第一導電層３１１の表面上に蓄積されるのを防止し、その上で処理される基板に欠陥が生じることが排除される。或いは、副生成物や使用済みのプロセス液は、パッドベース３１０及び／又はプラテンアセンブリ３３０を通って形成されるドレインとして働く少なくとも一つの貫通部３０２を通って放出されてもよい。一貫した電気化学活性は、より速い除去速度、及び／又は除去速度の一貫性の改善を与え、従って、プロセス時間が短縮され、処理能力が高められる。

[0046]図４-図７は、流量アシスト素子がその中に画成されたパッドアセンブリを示す異なる実施形態である。図４に示した実施形態において、パッドアセンブリ４００は、第一導電層４０８と、第二導電層４０４と、第一導電層と第二導電層４０４、４０８の間に配置された絶縁層４０６とを含む。複数のアパーチャ４１２は、第一導電層と第二導電層４０８、４０４の開放領域によって形成される。流量アシスト素子として役に立つ複数のチャネル４０２は、第二導電層４０４の底面に形成される。チャネル４０２は、第二導電層４０４内に形成された少なくとも二つのアパーチャ４１２と横に結合される。或いは、複数のチャネル５０２は、図５に示したように、プロセス液の動的フローと循環を容易にする流量アシスト素子として役に立つ第二導電層５０４のエッジに形成されてもよい。チャネル５０２は、アパーチャ５１２内の使用済みのプロセス液がそれらを通って洗い流され洗浄することが可能である第一導電層と第二導電層５０８、５０４を通って形成されるアパーチャ５１２に横に結合する。

[0047]図６は、流量アシスト素子がパッドベース６１４内に画成されたパッドアセンブリ６００を示す他の実施形態である。パッドベース６１４は、流量アシスト素子として役に立つパッドベース６１４の上面に組込まれた複数のチャネル６０２を持つ。パッドベース６１４に組込まれたチャネル６０２の一部は、第一導電層と第二導電層６０８、６０４内に形成されたアパーチャにさらされた開口を持つ。更に、第二導電層６０４の下に形成されたチャネルの他の部分は、第二導電層６０４を通って形成されたアパーチャの第二端に横に結合される。図７に示したパッドベースが存在しない実施形態において、チャネル７０２は、必要に応じてプラテンアセンブリ７１４に組込むことができる。本発明におけるチャネルの構造、分布、数、側面及び形状は、必要に応じて異なってもよいことは留意されるべきである。

[0048]それ故、本発明において電気化学機械的研磨のための流量アシスト素子による装置が提供される。流量アシスト素子は、プロセス液の動的流れと循環を容易にし、それにより、システム内の安定な電気化学活性と消耗部品のメンテナンスのより良好な制御を維持する。

[0049]上記は、本発明の説明的実施形態に関し、本発明の他の多くの実施形態を本発明の基本的範囲から逸脱せずに構成することができ、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。

図１は、処理システムの一実施形態の平面図である。 図２（Ａ）は、例示的なＥＣＭＰステーションとパッドアセンブリに配置された流量アシスト素子の断面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示したパッドアセンブリの一部の一実施形態の分解図である。 図３は、パッドアセンブリと流量アシスト素子との一実施形態の一部の概略側面図である。 図４は、流量アシスト素子がその中に画成されたパッドアセンブリの代替的実施形態である。 図５は、流量アシスト素子がその中に画成されたパッドアセンブリの代替的実施形態である。 図６は、流量アシスト素子がその中に画成されたパッドアセンブリの代替的実施形態である。 図７は、流量アシスト素子がその中に画成されたパッドアセンブリの代替的実施形態である。 図８は、従来のパッドアセンブリの部分断面図である。

符号の説明

１００…処理システム、１０２…第一電気化学機械的平坦化ステーション、１０３…第二電気化学機械的平坦化ステーション、１０５…研磨モジュール、１０６…化学機械的平坦化ステーション、１０８…ベース、１１０…搬送ステーション、１１２…カルーセル、１１４…基板、１１６…装填ロボット、１１８…カセット、１２０…ファクトリインタフェース、１２２…洗浄モジュール、１２４…導入バッファステーション、１２８…ロードカップアセンブリ、１３２…搬送ロボット、１４０…コントローラ、１４２…中央処理装置、１４４…メモリ、１５２…キャリヤヘッドアセンブリ、１８６…キャリヤヘッド、１９０…グリッパ、１９２…回転アクチュエータ、１９６…導入モジュール、２０２…駆動システム、２０５…上面、２０７…機能コントローラ、２０９…アパーチャ、２１０…パッドベース、２１１…第一導電層、２１２…第二導電層、２１４…絶縁層、２２２…パッドアセンブリ、２３０…プラテンアセンブリ、２４８…プロセス液ソース、２５５…プロセス液分配システム、２５８…プラテンリップ、２６０…回転カップラ、２８６…チャネル、２８８…貫通部、２９８…ポスト、２９０…モータ、２９４…保持リング、３００…パッドアセンブリ、３０２…貫通部、３０７…機能セル、３０９…アパーチャ、３１１…第一導電層、３１２…第二導電層、３１４…絶縁層、３３０…プラテンアセンブリ、３４２…電源、３５０…幅、３５２…直径、３５４…凹部領域、３８６…チャネル、３９４…凹部、３９８…ポスト、４００…パッドアセンブリ、４０４…第二導電層、４０８…第一導電層、４０６…絶縁層、４１２…アパーチャ、５０２…チャネル、５０４…第二導電層、５０８…第一導電層、５１２…アパーチャ、６００…パッドアセンブリ、６０２…チャネル、６０４…第二導電層、６０８…第一導電層、６１４…パッドベース、７１４…プラテンアセンブリ、８０６…パッド、８０８…アパーチャ、８１０…汚染物質。

Claims (24)

1. 電気化学機械的処理のための装置であって：
   上面が基板と接触するように適合された第一導電層と；
   該第一導電層の下に配置された第二導電層と；
   該導電層の間に配置された絶縁層と；
   複数のアパーチャであって、それぞれが該第一導電層を通って形成される第一端と該第二導電層を通って形成される第二端を持ち、ここで、少なくとも二つのアパーチャの該第二端がチャネルによって横に結合されている、前記アパーチャと；
   を備える、前記装置。
2. チャネルが、該第二導電層内に形成される、請求項1に記載の装置。
3. 該第二導電層に結合したパッドベースであって、該チャネルがそれらの間に形成されている、前記パッドベースと；
   該パッドベースと該第二導電層を間隔を開けた関係で維持する少なくとも一つのポストと；
   を更に備える、請求項１に記載の装置。
4. 該チャネルが、該第二導電層の外側に伸長する流路を持つ、請求項１に記載の装置。
5. 該第一導電層が、該上面の前方に溝が付けられ；該アパーチャの該第一端が該溝内の該上面の下の該第一導電層から出る、請求項１に記載の装置。
6. 該第二導電層に結合したプラテンであって、該チャネルがそれらの間に形成されている、前記プラテンを更に備える、請求項１に記載の装置。
7. 該プラテンと該第二導電層を間隔を開けた関係で維持する少なくとも一つのポストを更に備える、請求項６に記載の装置。
8. 該第一導電層と第二導電層が、貴金属、耐食性軟質金属、ポリマー導電材料、ステンレス鋼、アルミニウム及び銅からなる群より選ばれる導電層から製造される、請求項１に記載の装置。
9. 電気化学機械的処理のための装置であって：
   回転できるプラテンと；
   該プラズマラテン上に配置された取り外しできるパッドアセンブリと；
   該パッドアセンブリの上面にプロセス液を供給するように位置決めできる液体分配システムと；
   を備え、該パッドアセンブリが：
   基板と接触するように適合された第一導電層と；
   第二導電層と；
   該導電層を分離する絶縁層と；
   該第二導電層の下の横のフローネットワークを画成する複数の流量アシスト素子と；
   を更に備える、前記装置。
10. 流量アシスト素子が、該第二導電層内に形成されたチャネルである、請求項９に記載の装置。
11. 該第二導電層に結合したパッドベースであって、該流量アシスト素子がそれらの間に形成されている、前記パッドベースを更に備える、請求項１０に記載の装置。
12. 該パッドベースと該第二導電層を間隔を開けた関係で維持する少なくとも一つのポストを更に備える、請求項１１に記載の装置。
13. 該プラテンと該第二導電層を間隔を開けた関係で維持する該プラテン上に配置された複数のポストを更に備える、請求項９に記載の装置。
14. 電気化学機械的処理のための装置であって：
    上面が基板と接触するように適合された第一導電層と；
    該第一導電層の下に配置された第二導電層と；
    該導電層の間に配置された絶縁層と；
    プラテン上に配置された第一端と該第二導電層の下に配置された第二端を持ち且つ該プラテンと該第二導電層を間隔を開けた関係で維持する複数のポストと；
    を備える、前記装置。
15. 基板を処理するためのパッドアセンブリであって：
    上面が該基板と接触するように適合された第一導電層と；
    該第一導電層に結合され且つ該第一導電層の下に配置された導電性キャリヤと；
    それらの間に絶縁層を持つ該導電性キャリヤの下に配置された第二導電層であって、該第二導電層が該上面に直交する複数の反応面を含む、前記第二導電層と；
    該第二導電層の下に形成される複数の凹部と；
    を備える、前記パッドアセンブリ。
16. それらの間に結合層を持つ該第二導電層の下に配置されたパッドベースを更に備える、請求項１５に記載のパッドアセンブリ。
17. 該パッドアセンブリが、約１０〜約９０パーセントの開放領域を画成する複数の機能セルを持つ、請求項１５に記載のパッドアセンブリ。
18. 基板を処理するためのパッドアセンブリであって：
    それらの間に複数の機能セルを画成するベースに結合した複数の不連続の部材と；
    第二導電層を該ベースに付着させて該ベースの上の凹部を画成する結合層であって、該複数の不連続の部材のそれぞれが、該基板と接触するように適合された第一導電層と該絶縁層によって分離された第二導電層とを第二導電層の下に形成された複数の凹部とともに含む、前記結合層と；
    を備える、前記パッドアセンブリ。
19. 該第二導電層が、該ベースに直交する複数の反応面を含む、請求項１８に記載のパッドアセンブリ。
20. 該第一導電層が、
    導電性キャリヤに結合した導電性複合体であって、該導電性複合体が複数の除去粒子を含み、該複数の除去粒子が研磨粒子、導電性粒子、又はそれらの組み合わせであり、また、該導電性複合体が複数の交差するチャネルを含む、前記導電性複合体；
    を更に備える、請求項１８に記載のパッドアセンブリ。
21. 基板を研磨するためのパッドアセンブリであって：
    該基板と接触するように適合された処理面を備え、該処理面が：
    それらの間に複数の機能セルを画成する複数の不連続の部材であって；該複数の不連続の部材のそれぞれが第一導電層と第二導電層をそれらの間の絶縁層とともに含み、また、該第二導電層が該処理面と直交する複数の反応面を備える、前記不連続の部材；
    を備える、前記パッドアセンブリ。
22. 該複数の不連続の部材のそれぞれが、パッドベースに結合され、副生成物蓄積の凹部が該パッドベースの上に形成される、請求項２１に記載のパッドアセンブリ。
23. 電気化学機械的処理の方法であって：
    プラテン上に配置されたパッドアセンブリの最上面と基板とを接触させるステップと；
    プロセス液を該パッドアセンブリの該最上面から該パッドアセンブリを通って形成されたアパーチャを通ってプラテンに向かって電極と接触させて流すステップと；
    該アパーチャを該パッドアセンブリの底面又は側面の少なくとも一つを通って排出させるステップと；
    該基板を該電極に相対して偏らせるステップと；
    を含む、前記方法。
24. プロセス液を流すステップが、
    該プロセス液を該パッドアセンブリの表面の下と該プラテンの上で画成された横のフローネットワークを通って流す工程；
    を更に含む、請求項２３に記載の方法。

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