JP2009522810A - Electrochemical processing by dynamic processing control - Google Patents

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Abstract

本発明の実施形態は、一般的には、基板から物質を電気化学的に除去するための方法を提供する。一実施形態では、基板を電気化学的に処理するための方法は、基板に対する処理ターゲットを決定し、上記基板を電気化学的に処理し、処理の間に予測処理指標と実際処理指標との間の偏差を決定し、上記偏差に応答して処理中に少なくとも1つの処理変数を変えることを含む。
【選択図】 図7
Embodiments of the present invention generally provide a method for electrochemically removing material from a substrate. In one embodiment, a method for electrochemically processing a substrate determines a processing target for the substrate, electrochemically processes the substrate, and between a predicted processing index and an actual processing index during processing. And determining at least one process variable during processing in response to the deviation.
[Selection] Figure 7

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、基板を処理する方法に関し、より詳細には、基板から物質を電気化学的支援で除去する方法に関する。
Field of Invention
[0001] Embodiments of the present invention generally relate to a method of processing a substrate, and more particularly to a method of removing material from a substrate with electrochemical assistance.

関連技術の説明
[0002]高密度多層相互接続製造スキームでは、平坦化技術が使用される。化学機械研磨(CMP)は、ダマシン及びデュアルダマシン構造のような相互接続製造スキームにおいて物質の層を平坦化するのに普通に使用される1つの技術である。最近では、基板から導電性物質及びその他の物質を除去するため、電気化学機械処理が開発されている。電気化学機械研磨(ECMP)は、充填特徴部のディッシングが最少となるように低い剪断力を使用して物質を平坦化することができるために、非常に有望であることが実証されている。ECMPのためのツール及び方法の実施例は、米国特許出願第10/980,888号明細書及び米国特許出願第10/941,060号明細書に開示されている。
Explanation of related technology
[0002] In high density multilayer interconnect fabrication schemes, planarization techniques are used. Chemical mechanical polishing (CMP) is one technique commonly used to planarize layers of materials in interconnect fabrication schemes such as damascene and dual damascene structures. Recently, electrochemical mechanical processing has been developed to remove conductive and other materials from a substrate. Electrochemical mechanical polishing (ECMP) has proven to be very promising because the material can be planarized using low shear forces to minimize dishing of filling features. Examples of tools and methods for ECMP are disclosed in US patent application Ser. No. 10 / 980,888 and US patent application Ser. No. 10 / 941,060.

[0003]ECMPの1つの効果は、その平坦化処理中に基板の次に来るトポグラフィーの変動を考慮してその処理を調整できることである。例えば、研磨中に導電性表面から除去される電荷の間の関係を使用して、局部研磨割合を基板表面に亘って変化させることにより、膜厚さがより厚い領域においてはより多くの物質を除去するようにして、膜厚さがより薄い領域から過大に物質が除去されないようにすることができる。このような処理については、米国特許出願第10/456,851号明細書に記載されている。   [0003] One effect of ECMP is that the process can be adjusted to account for topographic variations following the substrate during the planarization process. For example, using the relationship between the charges removed from the conductive surface during polishing, the local polishing rate can be varied across the substrate surface to allow more material in thicker regions. It is possible to prevent the material from being excessively removed from the region where the film thickness is thinner. Such processing is described in US patent application Ser. No. 10 / 456,851.

[0004]前述したような処理によれば、良好な処理結果が得られることが実証されているのであるが、微小寸法を更に減少できるようにするための厳密な処理制御が絶えず要求されており、それにより、この分野において切望されているようなあらゆる改良をなすことができるようになるであろう。従って、改良された平坦化処理が必要とされている。   [0004] Although it has been demonstrated that good processing results can be obtained by the processing as described above, strict processing control is constantly required to further reduce the minute dimensions. It will be possible to make all the improvements that are longing for in this field. Therefore, there is a need for an improved planarization process.

発明の概要Summary of the Invention

[0005]本発明の実施形態は、一般的に、基板から物質を電気化学的に除去する方法を提供する。一実施形態では、基板を電気化学的に処理する方法は、基板に対する処理ターゲットを決定し、上記基板を電気化学的に処理し、処理の間に予測処理指標と実際処理指標との間の偏差を決定し、上記偏差に応答して処理中に少なくとも1つの処理変数を変えることを含む。   [0005] Embodiments of the present invention generally provide a method for electrochemically removing material from a substrate. In one embodiment, a method of electrochemically processing a substrate determines a processing target for the substrate, electrochemically processes the substrate, and a deviation between a predicted processing index and an actual processing index during processing. And changing at least one processing variable during processing in response to the deviation.

[0006]別の実施形態では、基板を電気化学的に処理する方法は、ターゲットプロファイル及び上記ターゲットプロファイルを達成するための予測処理指標を決定し、基板の導電性表面を、複数のゾーンを有する電極を備える処理パッドアセンブリに接触させ、上記基板の上記導電性表面と上記電極の少なくとも1つのゾーンとの間に電解質を介して導電路を確立し、上記基板の上記導電性表面と上記電極の各ゾーンとの間に加えられる電気的バイアスを独立して制御し、少なくとも1つのゾーンにおいて上記ターゲットプロファイルを達成するのに必要とされる予測処理時間の変化を決定し、上記決定された変化を補償するように上記電気化学的処理を調整することを含む。   [0006] In another embodiment, a method of electrochemically processing a substrate determines a target profile and a predicted processing index for achieving the target profile, and the conductive surface of the substrate has a plurality of zones. Contacting a processing pad assembly comprising an electrode to establish a conductive path through an electrolyte between the conductive surface of the substrate and at least one zone of the electrode; and the conductive surface of the substrate and the electrode Independently controlling the electrical bias applied between each zone, determining the change in the predicted processing time required to achieve the target profile in at least one zone, and determining the determined change Adjusting the electrochemical treatment to compensate.

[0007]本発明の前述したような実施形態を達成する方法について詳細に理解できるように、以上に要約した本発明を、添付図面に例示した実施形態を参照して以下により詳細に説明する。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を例示しているだけのものであり、従って、本発明の範囲を限定しようとしているものではなく、本発明は、他の同様に効果を発揮し得る実施形態も包含できることに注意されたい。   [0007] So that the manner in which the above-described embodiments of the invention may be achieved will be more fully understood, the invention summarized above will be described in more detail below with reference to embodiments illustrated in the accompanying drawings. However, the attached drawings are only illustrative of exemplary embodiments of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention, and the present invention is otherwise effective. It should be noted that possible embodiments can be included.

[0019]理解を容易とするため、これら図においては、可能な限り、それら図に共通な同一の要素を示すために、同一の参照符号を使用している。1つの実施形態の各要素は、更に述べなくとも、他の実施形態においても効果的に使用できるものであると考えられる。   [0019] For ease of understanding, the same reference numerals have been used, where possible, to designate the same elements that are common to the figures. Each element of one embodiment is believed to be useful in other embodiments without further discussion.

詳細な説明Detailed description

[0020]基板から導電性及びバリヤー物質を除去するためのシステム及び方法の実施形態が提供される。以下に説明する実施形態は、主として、基板から物質を除去すること、例えば、基板を平坦化することに向けられているが、ここに説明する教示は、基板とシステムの電極との間に加えられる電気的バイアスの極性を反転することにより、基板を電気めっきするのにも使用することができるものと考えられる。   [0020] Embodiments of systems and methods for removing conductive and barrier materials from a substrate are provided. Although the embodiments described below are primarily directed to removing material from the substrate, eg, planarizing the substrate, the teachings described herein apply between the substrate and the electrodes of the system. It is believed that it can also be used to electroplate a substrate by reversing the polarity of the electrical bias applied.

装置
[0021]図1は、基板を電気化学的に処理するための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。この典型的なシステム100は、一般的には、ファクトリーインターフェース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、ファクトリーインターフェース102及び平坦化モジュール106に近接して配設されており、それらの間での基板122の移送を行い易いようにしている。
apparatus
[0021] 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 disposed in proximity to the factory interface 102 and the planarization module 106 to facilitate transfer of the substrate 122 between them.

[0022]システム100の制御及び統合を行うため、コントローラ108が設けられている。このコントローラ108は、中央処理装置(CPU)110と、メモリ112と、支援回路114とを備える。このコントローラ108は、例えば、平坦化、クリーニング及び移送処理の制御を行うため、システム100の種々な構成部分に結合されている。   [0022] To control and integrate the system 100, a controller 108 is provided. The controller 108 includes a central processing unit (CPU) 110, a memory 112, and a support circuit 114. The controller 108 is coupled to various components of the system 100 to control, for example, planarization, cleaning and transfer processes.

[0023]ファクトリーインターフェース102は、一般的に、計測モジュール190と、クリーニングモジュール116と、1つ以上のウエハカセット118とを含む。ウエハカセット118、クリーニングモジュール116及び入力モジュール124の間で基板122を移送するため、インターフェースロボット120が使用される。入力モジュール124は、グリッパー、例えば、真空グリッパー又は機械的クランプにより平坦化モジュール106とファクトリーインターフェース102との間での基板122の移送を行うように配置されている。   [0023] The factory interface 102 generally includes a metrology module 190, a cleaning module 116, and one or more wafer cassettes 118. An interface robot 120 is used to transfer the substrate 122 between the wafer cassette 118, the cleaning module 116 and the input module 124. The input module 124 is arranged to transfer the substrate 122 between the planarization module 106 and the factory interface 102 by a gripper, such as a vacuum gripper or mechanical clamp.

[0024]計測モジュール190は、基板の厚さプロファイルを示す測定基準を与えるのに適当な非破壊測定装置である。この計測モジュール190は、渦電流型センサ、干渉計、容量型センサ及びその他の適当な装置を含むことができる。適当な計測モジュールの実施例としては、アプライドマテリアルズ社から入手できるアイスキャン(商標名)及びアイマップ(商標名)基板計測モジュールがある。この計測モジュール190は、測定基準をコントローラ108へ与え、そのコントローラ108において、基板から測定された特定の厚さプロファイルに対して、ターゲット除去プロファイルが決定される。   [0024] Metrology module 190 is a non-destructive measurement device suitable for providing a metric indicative of a substrate thickness profile. The measurement module 190 can include eddy current sensors, interferometers, capacitive sensors, and other suitable devices. Examples of suitable measurement modules include the Eyescan (trade name) and Eyemap (trade name) substrate measurement modules available from Applied Materials. The metrology module 190 provides a metric to the controller 108 where a target removal profile is determined for a particular thickness profile measured from the substrate.

[0025]平坦化モジュール106は、環境制御された包囲体188に配設された第1の電気化学機械平坦化(ECMP)ステーション128を少なくとも含む。本発明の効果を得ることができるように適応される平坦化モジュールの実施例としては、いずれもカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手することのできるMIRRA(登録商標)、MIRRA MESA(商標名)、REFLEXION(登録商標)、REFLEXION(登録商標) LK及びFLEXION LK Ecmp(商標名)化学機械平坦化システムがある。処理パッド、平坦化ウエブ又はそれらの組合せを使用しているもの及び回転、直線又は他の平面運動において平坦化表面に対して基板を移動させるものを含む他の平坦化モジュールも、本発明の効果を得るように適応される。   [0025] The planarization module 106 includes at least a first electrochemical mechanical planarization (ECMP) station 128 disposed in an environmentally controlled enclosure 188. Examples of planarization modules adapted to obtain the effects of the present invention include MIRRA®, MIRRA MESA ™, both available from Applied Materials, Santa Clara, California. No.), REFLEXION®, REFLEXION® LK and FLEXION LK Ecmp ™ chemical mechanical planarization systems. Other planarization modules, including those using processing pads, planarization webs, or combinations thereof, and those that move the substrate relative to the planarization surface in rotation, linear or other planar motion, are also effective for the present invention. Adapted to get.

[0026]図1に示す実施形態では、平坦化モジュール106は、第1のECMPステーション128、第2のECMPステーション130及びCMPステーション132を含む。第1のECMPステーション128における電気化学溶解処理により、基板122上の導電性物質のバルク除去を行うことができる。第1のECMPステーション128でのバルク除去の後、第2のECMPステーション130において、マルチステップ電気化学機械処理により、残りの導電性物質が基板から除去される。このマルチステップ処理の部分は、残留導電性物質を除去するように構成されている。異なるステーションにおいて行われるバルク除去処理の後マルチステップ除去処理を行うのに、2つ以上のECMPステーションを使用することもできることが意図されている。別の仕方として、単一ステーションにおいてバルク及びマルチステップ導電性物質除去の両方を行うため、第1及び第2のECMPステーション128、130の各々を使用することができる。それらステーション128、130、132は、導電性層を電気化学的に処理するように構成することもできることが意図されている。   In the embodiment shown in FIG. 1, the planarization module 106 includes a first ECMP station 128, a second ECMP station 130 and a CMP station 132. By the electrochemical dissolution process in the first ECMP station 128, the conductive material on the substrate 122 can be removed in bulk. After bulk removal at the first ECMP station 128, at the second ECMP station 130, the remaining conductive material is removed from the substrate by multi-step electrochemical mechanical processing. This multi-step process portion is configured to remove residual conductive material. It is contemplated that more than one ECMP station can be used to perform a multi-step removal process after a bulk removal process performed at different stations. Alternatively, each of the first and second ECMP stations 128, 130 can be used to perform both bulk and multi-step conductive material removal in a single station. It is contemplated that the stations 128, 130, 132 can also be configured to electrochemically process the conductive layer.

[0027]この典型的な平坦化モジュール106は、又、機械ベース140の上部又は第1の側面138に配設された移送ステーション136及び円形コンベヤー134を含む。一実施形態では、移送ステーション136は、入力バッファステーション142、出力バッファステーション144、移送ロボット146及びロードカップアセンブリ148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によりファクトリーインターフェース102から基板を受け取る。ローディングロボット104は、出力バッファステーション144から研磨された基板をファクトリーインターフェース102へ戻すのにも使用される。移送ロボット146は、バッファステーション142、144及びロードカップアセンブリ148の間で基板を移動させるのに使用される。   [0027] This 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. Input buffer station 142 receives substrates from factory interface 102 by 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. Transfer robot 146 is used to move the substrate between buffer stations 142, 144 and load cup assembly 148.

[0028]一実施形態では、移送ロボット146は、2つのグリッパーアセンブリを含み、その各グリッパーアセンブリは、基板の縁部においてその基板を保持する空気圧グリッパーフィンガーを有している。この移送ロボット146は、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へ移送している間に、同時に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へと移送することができる。効果的に使用することのできる移送ステーションの実施例は、2000年12月5日にTobin氏に対して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。   [0028] In one embodiment, the transfer robot 146 includes two gripper assemblies, each gripper assembly having a pneumatic gripper finger that holds the substrate at the edge of the substrate. The transfer robot 146 can simultaneously transfer substrates to be processed from the input buffer station 142 to the load cup assembly 148 while transferring processed substrates from the load cup assembly 148 to the output buffer station 144. . An example of a transfer station that can be used effectively is described in US Pat. No. 6,156,124 issued to Tobin on Dec. 5, 2000.

[0029]円形コンベヤー134は、ベース140の中央に配設されている。この円形コンベヤー134は、典型的には、キャリヤヘッドアセンブリ152を各々が支持する複数のアーム150を含む。図1に示したアーム150のうちの2つは、移送ステーション136及び第1のECMPステーション128の平坦化表面126を見ることができるように、点線で示されている。この円形コンベヤー134は、キャリヤヘッドアセンブリ152が平坦化ステーション128、130、132及び移送ステーション136の間で移動されるように、インデックス送りできるものである。効果的に使用できる1つの円形コンベヤーは、1998年9月8日にPerlov氏等に対して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。   [0029] The carousel 134 is disposed in the center of the base 140. The carousel 134 typically includes a plurality of arms 150 that each support a carrier head assembly 152. Two of the arms 150 shown in FIG. 1 are shown in dotted lines so that the planarization surface 126 of the transfer station 136 and the first ECMP station 128 can be seen. The carousel 134 is indexable so that the carrier head assembly 152 is moved between the flattening stations 128, 130, 132 and the transfer station 136. One carousel that can be used effectively is described in US Pat. No. 5,804,507 issued to Perlov et al.

[0030]平坦化ステーション128、130、132の各々に隣接して、ベース140上にコンディショニング装置182が配設されている。このコンディショニング装置182は、均一な平坦化結果を維持するため、ステーション128、130、132に配設された平坦化材料を定期的に状態調節する。   [0030] A conditioning device 182 is disposed on the base 140 adjacent to each of the planarization stations 128, 130, 132. The conditioning device 182 periodically conditiones the planarizing material disposed at the stations 128, 130, 132 to maintain a uniform planarization result.

[0031]図2は、第1のECMPステーション128の一実施形態の上に配置されるキャリヤヘッドアセンブリ152の1つの断面図を示している。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。この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204に結合される駆動システム202を備える。この駆動システム202は、一般的には、キャリヤヘッド204に対して少なくとも回転運動を与える。キャリヤヘッド204は、更に又、このキャリヤヘッド204に保持された基板122が処理中に第1のECMPステーション128の平坦化表面126に対して置かれるように、第1のECMPステーションの方へと作動されるようになっている。駆動システム202は、キャリヤヘッド204の回転速度及び方向を制御するための信号をこの駆動システム202へ与えるコントローラ108に結合されている。   [0031] FIG. 2 shows a cross-sectional view of one of the carrier 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 carrier head assembly 152 generally includes a drive system 202 that is coupled to the carrier head 204. This drive system 202 generally provides at least rotational movement to the carrier head 204. The carrier head 204 is further towards the first ECMP station so that the substrate 122 held by the carrier head 204 is placed against the planarizing surface 126 of the first ECMP station 128 during processing. It is to be activated. The drive system 202 is coupled to a controller 108 that provides signals to the drive system 202 to control the rotational speed and direction of the carrier head 204.

[0032]一実施形態では、キャリヤヘッドアセンブリは、アプライドマテリアルズ社によって製造されているチタンヘッド(商標名)又はチタンプロファイラー(商標名)ウエハキャリヤであってよい。一般的に、キャリヤヘッド204は、ハウジング214及び基板122が保持される中央凹所を画成する保持リング224を備える。保持リング224は、処理の間基板がキャリヤヘッド204の下から滑り出ないようにするため、キャリヤヘッド204内に配設された基板を取り囲んでいる。保持リング224は、PPS、PEEK等のようなプラスチック材料、又はステンレス鋼、Cu、Au、Pd等のような導電性材料、又はそれらの組合せたもので形成することができる。又、導電性保持リング224は、ECMP中に電界を制御するように電気的にバイアスされることも意図されている。導電性又はバイアスされた保持リングによれば、基板の縁部近くのでの研磨割合が遅くされる傾向となる。その他のキャリヤヘッドも使用することができることが意図されている。   [0032] In one embodiment, the carrier head assembly may be a Titanium Head ™ or Titanium Profiler ™ wafer carrier manufactured by Applied Materials. In general, the carrier head 204 includes a retaining ring 224 that defines a central recess in which the housing 214 and the substrate 122 are retained. A retaining ring 224 surrounds the substrate disposed within the carrier head 204 to prevent the substrate from sliding under the carrier head 204 during processing. The retaining ring 224 can be formed of a plastic material such as PPS, PEEK, or the like, or a conductive material such as stainless steel, Cu, Au, Pd, or the like, or a combination thereof. The conductive retaining ring 224 is also intended to be electrically biased to control the electric field during ECMP. Conductive or biased retaining rings tend to slow the polishing rate near the edge of the substrate. It is contemplated that other carrier heads can be used.

[0033]第1のECMPステーション128は、一般的には、ベース140上に回転するように配設され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、このプラテンアセンブリ230がベース140に対して回転されるように、ベアリング238によってベース140上に支持されている。ベアリング238によって取り囲まれたベース140の領域は、開放されており、プラテンアセンブリ230と通信する電気的、機械的、空気圧、制御信号及び接続のための導管を与えている。   [0033] The first ECMP station 128 generally includes a platen assembly 230 that is arranged to rotate on the base 140. The platen assembly 230 is supported on the base 140 by bearings 238 such that the platen assembly 230 is rotated relative to the base 140. The area of the base 140 surrounded by the bearings 238 is open and provides electrical, mechanical, pneumatic, control signals and conduits for connections that communicate with the platen assembly 230.

[0034]ベース140と回転プラテンアセンブリ230との間に電気的、機械的、流体、空気圧、制御信号及び接続が結合されるように、回転カップラー276として総称される通常のベアリング、回転ユニオン及びスリップリングが設けられる。プラテンアセンブリ230は、典型的には、このプラテンアセンブリ230に回転運動を与えるモータ232に結合される。このモータ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与えるコントローラ108に結合される。   [0034] Conventional bearings, rotating unions and slips, collectively referred to as rotating coupler 276, so that electrical, mechanical, fluid, pneumatic, control signals and connections are coupled between base 140 and rotating platen assembly 230. A ring is provided. 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.

[0035]プラテンアセンブリ230の上部表面260は、その上に処理パッドアセンブリ222を支持する。この処理パッドアセンブリ222は、磁気吸引、真空、クランプ、接着剤等によりプラテンアセンブリ230に対して保持される。   [0035] The top surface 260 of the platen assembly 230 supports the processing pad assembly 222 thereon. The processing pad assembly 222 is held against the platen assembly 230 by magnetic attraction, vacuum, clamp, adhesive, or the like.

[0036]平坦化表面126へ電解質を均一に分配するため、プラテンアセンブリ230にはプレナム206が画成されている。プラテンアセンブリ230には複数の通路が形成されていて、処理中に、電解質源248からプレナム206へ与えられた電解質がプラテンアセンブリ230を通して均一に流れて基板122と接触させられるようにしている。処理の異なる段階中に又は異なるステーション128、130、132において異なる電解質組成物を与えることができることが意図されている。又、流体分配アームによりパッドアセンブリ上に支持されたノズルを介してパッドアセンブリ222の表面へ電解質を与えるようにすることもできることが意図されている。   [0036] A plenum 206 is defined in the platen assembly 230 to uniformly distribute electrolyte to the planarizing surface 126. A plurality of passages are formed in the platen assembly 230 to 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. It is contemplated that different electrolyte compositions can be provided during different stages of processing or at different stations 128, 130, 132. It is also contemplated that the electrolyte can be applied to the surface of the pad assembly 222 via a nozzle supported on the pad assembly by a fluid distribution arm.

[0037]処理パッドアセンブリ222は、電極292及び少なくとも1つの平坦化部分290を含む。電極292は、典型的には、とりわけ、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、金、銀及びタングステンのような導電性材料で形成される。この電極292は、中実、電解質不透過性、電解質透過性又は孔あけされたものであってよい。この電極292は、電源242に結合される1つ以上のゾーンを備えるものであってよい。電極292が複数のゾーンを含むような実施形態では、各ゾーンは、他のゾーンに加えられるバイアスとは独立して、電源242によってバイアスされることができる。   [0037] The processing pad assembly 222 includes an electrode 292 and at least one planarization portion 290. Electrode 292 is typically formed from conductive materials such as stainless steel, copper, aluminum, gold, silver and tungsten, among others. The electrode 292 may be solid, electrolyte impermeable, electrolyte permeable or perforated. The electrode 292 may comprise one or more zones coupled to the power source 242. In embodiments where the electrode 292 includes multiple zones, each zone can be biased by the power supply 242 independent of the bias applied to the other zones.

[0038]図9は、複数のゾーンを有する電極292の一実施形態の平面図であり、ここでは、5つの同心ゾーン902、904、906、908、910が個々に電源242に結合されているように示されている。電極292のゾーンは、パッドアセンブリ222においてその他の幾何学構成、数及び配列とすることができることが意図されている。   [0038] FIG. 9 is a plan view of one embodiment of an electrode 292 having multiple zones, where five concentric zones 902, 904, 906, 908, 910 are individually coupled to a power source 242. FIG. As shown. It is contemplated that the zones of electrode 292 can be other geometric configurations, numbers and arrangements in pad assembly 222.

[0039]図2に戻って、少なくとも1つのコンタクトアセンブリ250が、処理パッドアセンブリ222の上方に延在しており、電源242に結合されている。処理中に、このコンタクトアセンブリ250は、処理パッドアセンブリ222上の処理すべき基板を電源242に電気的に結合させて、基板と電極292との間にある電位が確立されるようにする。   Returning to FIG. 2, at least one contact assembly 250 extends above the processing pad assembly 222 and is coupled to a power source 242. During processing, the contact assembly 250 electrically couples the substrate to be processed on the processing pad assembly 222 to the power source 242 so that a potential is established between the substrate and the electrode 292.

[0040]その電気化学的処理を示す測定基準(metric)を検出するため、センサ又はメーター244が設けられる。このメーター244は、電源242と電極292の少なくとも1つ又はコンタクトアセンブリ250との間に結合され又は配置される。このメーター244は、電源242と一体的なものとすることもできる。一実施形態では、このメーター244は、電極292の各ゾーン(図9に示されるような)上に生ずる電荷、電流及び/又は電圧のような処理を示す測定基準をコントローラ108に与えるように構成されている。このような測定基準は、処理パラメータをその場で調整し又はエンドポイント(終点)又は他の処理段階検出を行うため、コントローラ108によって使用される。一実施形態では、コントローラ108は、メーター244によって与えられる測定基準を使用して、処理の場で物質除去の割合及び/又は割合プロファイルを制御する(即ち、得られた処理性能を示す測定基準でもって基板に対する処理パラメータを調整する)。   [0040] A sensor or meter 244 is provided to detect a metric indicative of the electrochemical treatment. The meter 244 is coupled or disposed between the power source 242 and at least one of the electrodes 292 or the contact assembly 250. The meter 244 can be integrated with the power source 242. In one embodiment, the meter 244 is configured to provide the controller 108 with metrics indicative of processes such as charge, current, and / or voltage that occur on each zone of the electrode 292 (as shown in FIG. 9). Has been. Such metrics are used by the controller 108 to adjust process parameters in-situ or to perform endpoint or other process stage detection. In one embodiment, the controller 108 uses the metrics provided by the meter 244 to control the material removal rate and / or rate profile in the process field (ie, with a metric indicating the resulting processing performance). Therefore, the processing parameters for the substrate are adjusted).

[0041]パッドアセンブリ222及び/又はプラテンアセンブリ230を通してウインドー246が設けられており、このウインドー246は、パッドアセンブリ222の下に配置されたセンサ254が研磨性能を示す測定基準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、とりわけ、渦電流型センサ又は干渉計であるとよい。センサ254によりコントローラ108へ与えられる測定基準は、その電気化学的処理におけるその場での処理プロファイル調整、エンドポイント検出又は別のポイントの検出のために使用される情報を与える。一実施形態では、センサ254又は干渉計は、処理中に研磨されている基板122の側面に向けられそこに当たる視準された光ビームを発生することができる。反射信号の間の干渉は、処理されている物質の導電性層の厚さを示している。効果的に使用できる1つのセンサは、1999年4月13日にBirang氏等に対して発行された米国特許第5,893,796号明細書に記載されている。   [0041] A window 246 is provided through the pad assembly 222 and / or the platen assembly 230, and the window 246 is configured to allow a sensor 254 disposed under the pad assembly 222 to sense a metric indicative of polishing performance. Has been. For example, sensor 254 may be an eddy current sensor or interferometer, among other sensors. The metric provided to the controller 108 by the sensor 254 provides information used for in-situ processing profile adjustment, endpoint detection or detection of another point in the electrochemical process. In one embodiment, the sensor 254 or interferometer can generate a collimated light beam that is directed to and strikes the side of the substrate 122 being polished during processing. The interference between the reflected signals is indicative of the thickness of the conductive layer of the material being processed. One sensor that can be used effectively is described in US Pat. No. 5,893,796 issued April 13, 1999 to Birang et al.

[0042]基板122から導電性物質を除去するのに適した処理パッドアセンブリ222の実施形態は、一般的には、実質的に絶縁体である平坦化表面126を含む。基板122から導電性物質を除去するのに適した処理パッドアセンブリ222の他の実施形態は、一般的には、実質的に導電性である平坦化表面126を含む。基板が処理中に電極292に対してバイアスされるようにその基板を電源242に結合するため、少なくとも1つのコンタクトアセンブリ250が設けられる。平坦化層290を通して形成された孔210は、電解質により基板122と電極292との間の導電路が確立されるようにしている。   [0042] An embodiment of a processing pad assembly 222 suitable for removing conductive material from the substrate 122 generally includes a planarizing surface 126 that is substantially insulating. Other embodiments of the processing pad assembly 222 suitable for removing conductive material from the substrate 122 generally include a planarized surface 126 that is substantially conductive. At least one contact assembly 250 is provided to couple the substrate to a power source 242 such that the substrate is biased with respect to the electrode 292 during processing. The hole 210 formed through the planarization layer 290 allows a conductive path between the substrate 122 and the electrode 292 to be established by the electrolyte.

[0043]一実施形態では、処理パッドアセンブリ222の平坦化部分290は、ポリウレタンのような絶縁体である。本発明の効果を得るように適応される処理パッドアセンブリの実施例は、2003年6月6日にY.Hu氏等により出願された米国特許出願第10/455,941号明細書(「CONDUCTIVE PLANARIZING ARTICLE FOR ELECTROCHEMICAL MECHANICAL PLANARIZING」と題する)及び2003年6月6日にY.Hu氏等により出願された米国特許出願第10/455,895号明細書(「CONDUCTIVE PLANARIZING ARTICLE FOR ELECTROCHEMICAL MECHANICAL PLANARIZING」と題する)に記載されている。   [0043] In one embodiment, the planarization portion 290 of the processing pad assembly 222 is an insulator such as polyurethane. An example of a processing pad assembly adapted to obtain the benefits of the present invention is described in US patent application Ser. No. 10 / 455,941 filed by Y. Hu et al. On June 6, 2003 (“CONDUCTIVE”). PLANARIZING ARTICLE FOR ELECTROCHEMICAL MECHANICAL PLANARIZING) and US Patent Application No. 10 / 455,895 filed by Y. Hu et al. Title).

[0044]図3Aは、2つのコンタクトアセンブリ250を通しての第1のECMPステーション128の部分断面図であり、図4A及び図4Bは、図3Aに示すコンタクトアセンブリ250のうちの1つの側面図及び分解部品配列斜視図である。プラテンアセンブリ230は、そこから突出し電源242に結合される少なくとも1つのコンタクトアセンブリ250を含む。その電源242は、処理中に基板の表面をバイアスするように適応されている。コンタクトアセンブリ250は、プラテンアセンブリ230、処理パッドアセンブリ222の部分、又は別個の要素に結合される。図3Aには、2つのコンタクトアセンブリ250が示されているが、任意の数のコンタクトアセンブリを使用することができ、又、プラテンアセンブリ230の中心線に対して任意数の構成において分散配列することができる。   [0044] FIG. 3A is a partial cross-sectional view of the first ECMP station 128 through two contact assemblies 250, and FIGS. 4A and 4B are a side view and exploded view of one of the contact assemblies 250 shown in FIG. 3A. FIG. Platen assembly 230 includes at least one contact assembly 250 protruding therefrom and coupled to power source 242. The power supply 242 is adapted to bias the surface of the substrate during processing. Contact assembly 250 is coupled to platen assembly 230, a portion of processing pad assembly 222, or a separate element. Although two contact assemblies 250 are shown in FIG. 3A, any number of contact assemblies can be used and distributed in any number of configurations with respect to the centerline of the platen assembly 230. Can do.

[0045]コンタクトアセンブリ250は、一般的には、プラテンアセンブリ230を通して電源242に電気的に結合され、処理パッドアセンブリ222に形成された個々の孔368を通して少なくとも部分的に延長するように移動可能とされている。コンタクトアセンブリ250の位置は、プラテンアセンブリ230に亘る所定の構成となるように選択される。所定の処理毎に、個々のコンタクトアセンブリ250を異なる孔368に再配置することができ、一方、コンタクトアセンブリを含まない孔には、ストッパー392(図3Dに示されるような)を差し込んだり、又は、プレナム206から基板へと電解質が流れるようにするノズル394(図3Eに示されるような)を詰めたりすることができる。本発明の効果を得るように適応される1つのコンタクトアセンブリは、2003年5月23日にButterfield氏等により出願された米国特許出願第10/445,239号明細書に記載されている。   [0045] The contact assembly 250 is generally electrically coupled to the power source 242 through the platen assembly 230 and is movable to extend at least partially through individual holes 368 formed in the processing pad assembly 222. Has been. The position of the contact assembly 250 is selected to be a predetermined configuration across the platen assembly 230. For each given treatment, individual contact assemblies 250 can be repositioned into different holes 368, while holes that do not include contact assemblies can be inserted with stoppers 392 (as shown in FIG. 3D), or Or a nozzle 394 (as shown in FIG. 3E) that allows electrolyte to flow from the plenum 206 to the substrate. One contact assembly adapted to obtain the benefits of the present invention is described in US patent application Ser. No. 10 / 445,239 filed May 23, 2003 by Butterfield et al.

[0046]図3Aに関して以下に説明するコンタクトアセンブリ250の実施形態では、ローリングボールコンタクトとされているのであるが、このコンタクトアセンブリ250は、別の仕方として、処理中に基板122を電気的にバイアスするのに適した導電性上部層又は表面を有する構造体又はアセンブリとすることができる。例えば、図3Bに示されるように、このコンタクトアセンブリ250は、導電性材料、又は、とりわけ、導電性粒子356を分散させたポリマーマトリックス354又は導電性被覆織物のような導電性複合材料(即ち、導電性素子が一体的に分散させられているか、又は上部表面を含む材料が導電性素子である)で形成された上部層352を有するパッド構造体350を含むことができる。このパッド構造体350は、パッドアセンブリの上部表面へ電解質を分配するため、貫通形成された1つ以上の孔210を含むことができる。適当なコンタクトアセンブリの他の実施例は、1994年11月3日にHu氏等により出願された米国特許出願第10/980,888号明細書に記載されている。   [0046] Although the contact assembly 250 embodiment described below with respect to FIG. 3A is a rolling ball contact, the contact assembly 250 alternatively biases the substrate 122 electrically during processing. It may be a structure or assembly having a conductive top layer or surface suitable for doing so. For example, as shown in FIG. 3B, the contact assembly 250 can be made of a conductive material or, in particular, a conductive composite material such as a polymer matrix 354 or conductive coated fabric with conductive particles 356 dispersed therein (ie, A pad structure 350 can be included having an upper layer 352 formed of conductive elements dispersed together or the material comprising the upper surface being a conductive element. The pad structure 350 can include one or more holes 210 formed therethrough to distribute 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 / 980,888, filed Nov. 3, 1994 by Hu et al.

[0047]一実施形態では、コンタクトアセンブリ250の各々は、中空ハウジング302、アダプター304、ボール306、コンタクト素子314及びクランプブッシング316を含む。ボール306は、導電性外側表面を有しており、ハウジング302に移動可能なように配設される。このボール306は、このボール306の少なくとも部分が平坦化表面126の上方に延び出している第1の位置と、このボール306が平坦化表面126と実質的に同一面となるような少なくとも第2の位置と、を取ることができる。又、ボール306は、平坦化表面126より完全に下方に移動するようにすることもできると考えられる。ボール306は、一般的には、基板122を電源242に電気的に結合するのに適している。図3Cに示されるように、基板をバイアスするための複数のボール306を単一ハウジング358に配設することも意図されている。   [0047] 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 in housing 302. The ball 306 has at least a second position such that at least a portion of the ball 306 extends above the planarization surface 126 and the ball 306 is substantially flush with the planarization surface 126. And can take the position. It is also contemplated that the ball 306 can move completely below the planarized surface 126. Ball 306 is generally suitable for electrically coupling substrate 122 to power source 242. As shown in FIG. 3C, it is also contemplated that a plurality of balls 306 for biasing the substrate may be disposed in a single housing 358.

[0048]電源242は、一般的には、処理中にボール306に対して正の電気的バイアスを与える。基板の平坦化の間においては、電源242は、任意的に、ボール306へ負のバイアスを加えて、処理化学剤によるボール306の侵蝕を最少とするようにすることもできる。   [0048] The power supply 242 typically provides a positive electrical bias to the ball 306 during processing. During substrate planarization, the power supply 242 may optionally apply a negative bias to the ball 306 to minimize erosion of the ball 306 by processing chemicals.

[0049]ハウジング302は、処理中に電解質源248から基板122へ電解質が流れるようにするための導管を与えるように構成されている。このハウジング302は、処理化学剤に適合した絶縁材料で形成される。ハウジング302に形成されたシート326により、ボール306がこのハウジング302の第1の端部308から出ないようにされている。このシート326は、任意的に、1つ以上の溝348を形成しておき、流体がボール306とシート326との間でこのハウジング302から流れ出ていくことができるようにすることができる。ボール306を通過する流体の流れを維持することにより、処理化学剤がボール306を侵蝕する傾向を最少とすることができる。   [0049] The housing 302 is configured to provide a conduit for allowing electrolyte to flow from the electrolyte source 248 to the substrate 122 during processing. The housing 302 is formed of an insulating material that is compatible with the processing chemical. A seat 326 formed on the housing 302 prevents the ball 306 from exiting the first end 308 of the housing 302. The seat 326 can optionally form one or more grooves 348 to allow fluid to flow out of the housing 302 between the ball 306 and the seat 326. By maintaining fluid flow through the ball 306, the tendency of the processing chemical to erode the ball 306 can be minimized.

[0050]コンタクト素子314は、クランプブッシング316とアダプター304都の間に結合される。このコンタクト素子314は、一般的には、ハウジング302内のボール位置の範囲に亘って実質的又は完全にアダプター304及びボール306を電気的に接続するように構成されている。一実施形態では、コンタクト素子314は、スプリング形状として構成される。   [0050] Contact element 314 is coupled between clamp bushing 316 and adapter 304. The contact element 314 is generally configured to electrically connect the adapter 304 and the ball 306 substantially or completely over a range of ball positions within the housing 302. In one embodiment, the contact element 314 is configured as a spring shape.

[0051]図3及び図4A、図4Bに示され且つ図5に詳細に示される実施形態では、コンタクト素子314は、複数の可撓性片344がそこからポーラーアレイにおいて延長している環状ベース342を含む。これら可撓性片344は、一般的には、処理化学剤と共に使用するのに適した弾性のある導電性材料で形成される。一実施形態では、可撓性片344は、金めっきされたベリリウム銅で形成されている。   [0051] In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4A, 4B and shown in detail in FIG. 5, the contact element 314 has an annular base from which a plurality of flexible strips 344 extend in a polar array. 342. These flexible strips 344 are generally formed of a resilient conductive material suitable for use with processing chemicals. In one embodiment, the flexible strip 344 is formed of gold-plated beryllium copper.

[0052]図3A及び図4A、図4Bに戻って、クランプブッシング316は、ねじ付きポスト426がそこから延長したフレア型ヘッド424を含む。クランプブッシング316は、絶縁性又は導電性材料、又はそれらの組合せから形成されてよく、一実施形態では、ハウジング302と同じ材料で形成される。フレア型ヘッド424は、可撓性片344がコンタクトアセンブリ250の中心線に対して鋭角をなすように維持し、コンタクト素子314のそれら可撓性片344がボール306の表面の周りに広がるように配置され、コンタクトアセンブリ250の組み立て中及びボール306の移動の範囲に亘って、それら可撓性片344が折り曲げられたり、拘束させられてしまったり、及び/又は損傷させられてしまったりしないようにする。   [0052] Returning to FIGS. 3A and 4A, 4B, the clamp bushing 316 includes a flared head 424 from which a threaded post 426 extends. The clamp bushing 316 may be formed from an insulative or conductive material, or a combination thereof, and in one embodiment is formed from the same material as the housing 302. The flared head 424 maintains the flexible pieces 344 at an acute angle with respect to the centerline of the contact assembly 250 so that the flexible pieces 344 of the contact element 314 extend around the surface of the ball 306. Placed so that the flexible pieces 344 are not bent, restrained and / or damaged during assembly of the contact assembly 250 and over the range of movement of the ball 306. To do.

[0053]ボール306は、中実又は中空であってよく、典型的には、導電性材料で形成される。例えば、ボール306は、金属、導電性ポリマー、又は導電性材料の中でも、金属、導電性カーボン又はグラファイトのような導電性材料を充填した高分子材料で形成される。別の仕方として、ボール306は、導電性材料で被覆される中実又は中空コアで形成される。このコアは、非導電性であり、導電性カバーで少なくとも部分的に被覆されているものでもよい。   [0053] The ball 306 may be solid or hollow and is typically formed of a conductive material. For example, the ball 306 is formed of a polymer material filled with a conductive material such as metal, conductive carbon, or graphite, among metals, conductive polymers, or conductive materials. Alternatively, the ball 306 is formed of a solid or hollow core that is coated with a conductive material. The core may be non-conductive and at least partially covered with a conductive cover.

[0054]ボール306は、一般的には、スプリング、浮遊又は流れ力のうちの少なくとも1つにより、平坦化表面126の方へと作動される。図3に示した実施形態では、アダプター304及びクランプブッシング316を通して形成された通路及びプラテンアセンブリ230を通しての電解質源248からの流れにより、ボール306は、処理中に基板と接触させられるように移動させられる。   [0054] The ball 306 is generally actuated toward the planarization surface 126 by at least one of a spring, a floating, or a flow force. In the embodiment shown in FIG. 3, the passage formed through adapter 304 and clamp bushing 316 and the flow from electrolyte source 248 through platen assembly 230 causes ball 306 to move into contact with the substrate during processing. It is done.

[0055]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。任意的に、第1及び第3のステーション128、132は、同様の構成であってよい。第2のECMPステーション130は、一般的には、十分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。このプラテン602は、処理パッドアセンブリ604を通して電解質を分配するため、前述したようなプラテンアセンブリ230と同様の構成とされてよく、又は、このプラテン602は、処理パッドアセンブリ604の平坦化表面へ電解質を供給するように構成された流体分配アーム606を隣接して配設したものでもよい。この第2のECMPステーション130は、又、エンドポイント検出及び/又は処理制御を行うため、処理を示す少なくとも1つの測定基準を得るためのメーター244又はセンサ254(図2に示される)のうちの少なくとも1つを含む。   [0055] FIG. 6 is a cross-sectional view of one embodiment of a second ECMP station 130. As shown in FIG. Optionally, the first and third stations 128, 132 may be similarly configured. The second ECMP station 130 generally includes a platen 602 that supports a fully conductive processing pad assembly 604. The platen 602 may be configured similarly to the platen assembly 230 as described above to distribute electrolyte through the processing pad assembly 604, or the platen 602 may apply electrolyte to the planarized surface of the processing pad assembly 604. A fluid distribution arm 606 configured to supply may be adjacently disposed. This second ECMP station 130 also includes a meter 244 or sensor 254 (shown in FIG. 2) for obtaining at least one metric indicative of the process for endpoint detection and / or process control. Including at least one.

[0056]一実施形態では、処理パッドアセンブリ604は、導電性パッド610と電極614との間に挟まれた介在パッド612を含む。電極614は、一般的には、電極292に関して説明したように構成される。導電性パッド610は、その上部処理表面に亘って実質的に導電性であり、一般的には、導電性材料、又はなかでも導電性粒子を分散させたポリマーマトリックス又は導電性被覆織物のような導電性複合材料(即ち、導電性素子が一体的に分散させられているか、又は平坦化表面を含む材料が導電性素子である)で形成される。導電性パッド610、介在パッド612及び電極614は、単一の交換可能なアセンブリとして形成することができる。処理パッドアセンブリ604は、一般的には、電極614と導電性パッド610の上部表面620との間に電解質が通ることができるように透過性であるか又は孔あけされている。図6に示した実施形態では、処理パッドアセンブリ604は、電解質がそこを通して流れるように孔622が開けられている。一実施形態では、導電性パッド610は、導電性ファイバーに配設したポリマーマトリックスに配設した導電性材料、例えば、織り銅被覆ポリマーに配設したポリマーマトリックスにおける粒子から構成されている。導電性パッド610は、又、図3Cの実施形態におけるコンタクトアセンブリ250のために使用することもできる。   [0056] In one embodiment, the processing pad assembly 604 includes an interposer pad 612 sandwiched between a conductive pad 610 and an electrode 614. Electrode 614 is generally configured as described with respect to electrode 292. The conductive pad 610 is substantially conductive across its upper treated surface, and is generally a conductive material, such as a polymer matrix or conductive coated fabric with conductive particles dispersed therein. It is formed of a conductive composite material (ie, the conductive elements are dispersed integrally or the material that includes the planarized surface is the conductive element). The conductive pad 610, the intervening pad 612, and the electrode 614 can be formed as a single replaceable assembly. The processing pad assembly 604 is typically permeable or perforated to allow electrolyte to pass between the electrode 614 and the top surface 620 of the conductive pad 610. In the embodiment shown in FIG. 6, the processing pad assembly 604 is perforated with holes 622 to allow electrolyte to flow therethrough. In one embodiment, conductive pad 610 is composed of particles in a conductive material disposed in a polymer matrix disposed in a conductive fiber, such as a polymer matrix disposed in a woven copper-coated polymer. The conductive pad 610 can also be used for the contact assembly 250 in the embodiment of FIG. 3C.

[0057]導電性フォイル616を、導電性パッド610とサブパッド612との間に付加的に配設することもできる。このフォイル616は、電源242に結合され、電源242によって加えられる電圧を導電性パッド610に亘って均一分布とする。このような導電性フォイル616を含まない実施形態では、導電性パッド610は、直接的に、例えば、このパッド610と一体の端子を介して、電源242に結合することができる。又、パッドアセンブリ604は、介在パッド618を含むことができ、この介在パッド618は、フォイル616と共に、上層の導電性パッド610に対して機械的強度を与える。適当なパッドアセンブリの実施例は、前述の米国特許出願第10/455,941号及び第10/455,895号明細書に記載されている。   [0057] 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 to evenly distribute the voltage applied by the power source 242 across the conductive pad 610. In embodiments that do not include such a conductive foil 616, the conductive pad 610 can be coupled directly to the power source 242, for example, via a terminal integral with the pad 610. The pad assembly 604 can also include an interposer pad 618 that provides mechanical strength to the upper conductive pad 610 along with the foil 616. Examples of suitable pad assemblies are described in the aforementioned US patent application Ser. Nos. 10 / 455,941 and 10 / 455,895.

金属及びバリヤー層を電気処理するための方法
[0058]図7は、前述したシステム100又は他の適当な処理システムにおいて実施されるような、露出導電性層を有する基板を電気処理するための方法700の一実施形態のフロー図を示している。この方法700は、一般的には、コントローラ108のメモリ112に、典型的には、ソフトウエアルーチンとして記憶される。このソフトウエアルーチンは、又、CPU110により制御されるハードウエアとは離れた所に置かれた第2のCPU(図示していない)に記憶され及び/又は実行されてもよい。本発明の処理は、ソフトウエアルーチンとして実施されるように説明されるが、ここに説明する方法ステップのうち一部は、ハードウエアにおいて行われてもよいし、又、ソフトウエアコントローラによって行われてもよい。従って、本発明は、コンピュータシステムにおいて実行されるようなソフトウエアにおいて実施されてもよいし、特定用途集積回路又は他のタイプのハードウエア実施としてハードウエアにおいて実施されてもよいし、又はソフトウエアとハードウエアとの組合せにおいて実施されてよい。
Method for electroprocessing metal and barrier layers
[0058] FIG. 7 shows a flow diagram of one embodiment of a method 700 for electroprocessing a substrate having an exposed conductive layer, as implemented in the system 100 described above or other suitable processing system. Yes. The method 700 is generally stored in the memory 112 of the controller 108, typically as a software routine. This software routine may also be stored and / or executed on a second CPU (not shown) located remotely from the hardware controlled by CPU 110. Although the process of the present invention is described as being implemented as a software routine, some of the method steps described herein may be performed in hardware or performed by a software controller. May be. Thus, the present invention may be implemented in software, such as executed in a computer system, implemented in hardware as an application specific integrated circuit or other type of hardware implementation, or software And may be implemented in combination with hardware.

[0059]この方法700は、ステップ702で開始され、そこで、処理すべき基板上の導電性膜の膜厚さプロファイルを決定する。この厚さプロファイルは、ファクトリーインターフェース102に配設された計測モジュール190によって決定されてもよいし、又は、別のソースから与えられてもよい。この厚さプロファイルは、膜厚さマップ及び/又は形状を生成できるようにする固有基板に関連した測定値から導き出されるが、堆積処理の後に得られる又は堆積処理においてエンドポイント指標として得られる平均又はスポット厚さと混同されてはならない。従って、バッチ内の基板は、それぞれ、個々の厚さプロファイルを有する。   [0059] The method 700 begins at step 702, where a thickness profile of a conductive film on a substrate to be processed is determined. This thickness profile may be determined by the metrology module 190 disposed in the factory interface 102 or may be provided from another source. This thickness profile is derived from measurements related to the unique substrate that allow the generation of a thickness map and / or shape, but is obtained after the deposition process or as an endpoint index obtained in the deposition process. Do not be confused with spot thickness. Thus, each substrate in the batch has an individual thickness profile.

[0060]ステップ704において、各基板についてのターゲットプロファイルがステップ702で得られた情報に基づいて生成される。このターゲットプロファイルは、一般的には、平坦な表面が得られるように基板に亘る種々な場所で除去されるべき物質の量である。例えば、ターゲットプロファイルは、基板上に画成された所定の領域が厚い膜層(次に来るプロファイル情報によって決定されるような膜の他の領域に対して)を有しており、従って、平坦な表面を得るために基板の他の領域よりもより多くの物質が除去されねばならいことを示すものである。ターゲットプロファイルを達成するための処理により、より薄い膜領域は、オーバポリッシュ又はディッシング、例えば、トレンチのような特徴部内からの望ましくない物質除去を防止するような割合で処理される。   [0060] In step 704, a target profile for each substrate is generated based on the information obtained in step 702. This target profile is generally the amount of material to be removed at various locations across the substrate so that a flat surface is obtained. For example, the target profile has a predetermined layer defined on the substrate with a thick film layer (relative to other areas of the film as determined by the following profile information) and is therefore flat. This indicates that more material must be removed than other areas of the substrate to obtain a smooth surface. By processing to achieve the target profile, thinner film regions are processed at a rate that prevents over-polishing or dishing, eg, undesired material removal from within features such as trenches.

[0061]ステップ706において、次に来るプロファイルからターゲットプロファイルを達成するため、電圧、電流、時間等のような出発処理パラメータが設定される。これは、一般的には、基板から所定量の電荷(膜厚さを示す)を除去するに必要とされる持続時間及び電圧(及び/又は電流)を設定するものである。電気化学的処理により異なるゾーンにおいて基板から計算された量の電荷をそれぞれ除去するためパラメータを設定するための一実施形態は、前述の米国特許出願第10/456,851号明細書に記載されている。これら処理パラメータは、その他の方法により設定することができることが意図されている。   [0061] In step 706, starting process parameters such as voltage, current, time, etc. are set to achieve the target profile from the incoming profile. This generally sets the duration and voltage (and / or current) required to remove a predetermined amount of charge (indicating film thickness) from the substrate. One embodiment for setting parameters to remove each calculated amount of charge from a substrate in different zones by electrochemical processing is described in the aforementioned US patent application Ser. No. 10 / 456,851. Yes. It is contemplated that these processing parameters can be set by other methods.

[0062]ステップ708において、基板は、そこから導電性物質膜(例えば、層)の少なくとも一部分を除去するため電気化学的に処理される。その導電性膜は、タングステン、銅、露出されたタングステン及び銅の両方を有する層又は他の導電性物質でありうる。   [0062] In step 708, the substrate is electrochemically treated to remove at least a portion of the conductive material film (eg, layer) therefrom. The conductive film can be tungsten, copper, a layer having both exposed tungsten and copper, or other conductive material.

[0063]一実施形態では、電気化学的処理ステップ708は、キャリヤヘッド204に保持された基板122を、第1のECMPステーション128に配設された処理パッドアセンブリ222上に移動させることを含む。図2、図3A、図4A、図4B及び図5に示したパッドアセンブリが一実施形態では使用されるのであるが、別の仕方として、図3B、図3Cに示したようなパッド及びコンタクトアセンブリを使用することができることが意図されている。又、電気化学的処理ステップ708は、以下に説明するものと同様にして、第2のECMPステーション130において行うことができることが意図されている。   [0063] In one embodiment, the electrochemical processing step 708 includes moving the substrate 122 held by the carrier head 204 onto a processing pad assembly 222 disposed at the first ECMP station 128. Although the pad assembly shown in FIGS. 2, 3A, 4A, 4B, and 5 is used in one embodiment, alternatively, the pad and contact assembly as shown in FIGS. 3B and 3C. It is intended that can be used. It is also contemplated that the electrochemical processing step 708 can be performed at the second ECMP station 130 in a manner similar to that described below.

[0064]キャリヤヘッド204は、基板122をパッドアセンブリ222の上部表面に接触させるようにプラテンアセンブリ222の方へ下降される。基板122は、約2ポンド/平方インチ(psi)より小さい力でもってパッドアセンブリ222に対して押し付けられる。一実施形態では、この力は、約0.3ポンド/平方インチである。   [0064] The carrier head 204 is lowered toward the platen assembly 222 to bring the substrate 122 into contact with the upper surface of the pad assembly 222. The substrate 122 is pressed against the pad assembly 222 with a force less than about 2 pounds per square inch (psi). In one embodiment, this force is about 0.3 pounds per square inch.

[0065]基板122と処理パッドアセンブリ222との間に相対運動が与えられる。一実施形態では、キャリヤヘッド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。   [0065] Relative motion is provided between the substrate 122 and the processing pad assembly 222. In one embodiment, the carrier 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.

[0066]基板122と電極292との間に導電路を確立するため、電解質が処理パッドアセンブリ222へと供給される。この電解質は、典型的には、硝酸、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。   [0066] An electrolyte is supplied to the processing pad assembly 222 to establish a conductive path between the substrate 122 and the electrode 292. The electrolyte typically includes at least one of nitric acid, phosphoric acid, and ammonium citrate.

[0067]電源242は、パッドアセンブリ222の上部表面に接触している基板と電極292との間にバイアス電圧を与える。一実施形態では、この与えられる電圧は、約6.0ボルトよりも低い。銅が処理すべき物質であるような実施形態では、この印加される電圧は、約3.0ボルトより低い。タングステンが処理すべき物質であるような実施形態では、この印加される電圧は、約3.5ボルトより低い。   [0067] The power supply 242 provides a bias voltage between the electrode 292 and the substrate in contact with the top surface of the pad assembly 222. In one embodiment, the applied voltage is less than about 6.0 volts. In embodiments where copper is the material to be treated, this applied voltage is less than about 3.0 volts. In embodiments where tungsten is the material to be processed, this applied voltage is less than about 3.5 volts.

[0068]パッドアセンブリ222のコンタクト素子250のうちの1つ以上が、基板122と接触し、電圧がそこに結合されるようにしている。電極292と基板122との間の孔210を充填する電解質により、電源242と基板122との間に導電路が与えられ、電気化学機械平坦化処理が行われ、ステップ708での陽極溶解法により基板上の導電性物質の除去が行われることになる。ステップ708の処理は、一般的には、約6000Å/分の銅除去割合を有し、一方、約4000Å/分のタングステン除去割合が得られる。   [0068] One or more of the contact elements 250 of the pad assembly 222 are in contact with the substrate 122 such that a voltage is coupled thereto. The electrolyte filling the hole 210 between the electrode 292 and the substrate 122 provides a conductive path between the power source 242 and the substrate 122, performs an electrochemical mechanical planarization process, and performs anodic dissolution in step 708. The conductive material on the substrate is removed. The process of step 708 generally has a copper removal rate of about 6000 K / min, while a tungsten removal rate of about 4000 K / min is obtained.

[0069]電極292の各ゾーンに対するバイアスは、初期的にステップ706において設定されたパラメータに基づいて、個々に制御される。このバイアスは、基板と電極292との間に印加される電圧を調整することにより制御される。これにより、処理すべき基板の特定形状及び/又は膜厚さに対してその処理を調整することが可能となる。除去されるべき膜の抵抗は、一般的には、その膜が薄くなるにつれて上昇するので、そのゾーンを通る電流(及び、従って、そのゾーンに亘る処理すべき基板の領域における物質除去の割合)は減少される。   [0069] The bias for each zone of electrode 292 is individually controlled based on the parameters initially set in step 706. This bias is controlled by adjusting the voltage applied between the substrate and the electrode 292. Thereby, it becomes possible to adjust the process with respect to the specific shape and / or film thickness of the substrate to be processed. Since the resistance of the film to be removed generally increases as the film becomes thinner, the current through the zone (and therefore the rate of material removal in the region of the substrate to be processed across the zone) Is reduced.

[0070]ステップ710において、例えば、各ゾーンを通して流れる電流の変化により示されるような、各ゾーンにおける処理割合の変化を修正するため、少なくとも1つの処理パラメータが調整される。ステップ710で行われるこのような調整は、割合変化を生ぜしめるような抵抗増大又は他のファクタを補償して、電流がターゲットプロファイルを得るのに望ましい量から減少してしまうのを防止することにより、各ゾーンにおける処理割合がターゲットレベルに又はターゲットレベルの近くに維持されるようにする。   [0070] In step 710, at least one processing parameter is adjusted to correct a change in processing rate in each zone, for example, as indicated by a change in current flowing through each zone. Such adjustments made in step 710 compensate for resistance increases or other factors that cause rate changes to prevent the current from being reduced from the desired amount to obtain the target profile. The processing rate in each zone is maintained at or near the target level.

[0071]一実施形態では、この調整ステップ710は、3つのサブステップ712、714、716を有する。サブステップ712において、電荷、電流及び/又は電圧のような処理を示す少なくとも1つの測定基準が、メーター244(又はメーター244)によりコントローラ108へ与えられる。一実施形態では、メーター244は、各ゾーンにおいて基板から除去される電荷の量を与える。   [0071] In one embodiment, this adjustment step 710 includes three sub-steps 712, 714, 716. In sub-step 712, at least one metric indicative of processing such as charge, current and / or voltage is provided to the controller 108 by the meter 244 (or meter 244). In one embodiment, meter 244 provides the amount of charge that is removed from the substrate in each zone.

[0072]サブステップ714において、各ゾーンにおける処理を示す測定基準は、エラーを決定するため、ステップ706で設定された処理パラメータ(又は直前の反復段階において設定された値)と比較される。基板714は、ステップ712で測定され及び/又は感知された実際処理指標を、望ましい指標、例えば、ステップ706で設定された(又はステップ710の直前の反復段階において設定された)パラメータでの処理時に予測される指標の値と比較する。例えば、ステップ706は、電極292の第1のゾーンでの望ましい電荷がターゲットプロファイルを達成するには(X)であり、一方、ステップ712で処理中に感知される測定基準が(Y)であることを決定することができる。従って、この実施例では、望ましい測定基準と測定された測定基準との間のエラーは、(X−Y)である。1つ以上の測定基準を比較することができると考えられる。   [0072] In sub-step 714, a metric indicating the processing in each zone is compared to the processing parameters set in step 706 (or values set in the previous iteration) to determine the error. Substrate 714 may process the actual processing index measured and / or sensed in step 712 with the desired index, eg, the parameter set in step 706 (or set in the iteration phase immediately prior to step 710). Compare with the expected index value. For example, step 706 is (X) for the desired charge in the first zone of electrode 292 to achieve the target profile, while the metric sensed during processing in step 712 is (Y). Can be determined. Thus, in this example, the error between the desired metric and the measured metric is (XY). It is believed that one or more metrics can be compared.

[0073]サブステップ716において、ステップ708での処理を行う処理パラメータが、予測パラメータと測定パラメータとの間の偏差を考慮して調整され、こうして、ターゲットプロファイルを達成するように、その処理軌道が維持される。前述の実施例では、少なくとも1つの処理パラメータが調整される。   [0073] In sub-step 716, the processing parameters for performing the processing in step 708 are adjusted to take into account the deviation between the predicted and measured parameters, and thus the processing trajectory is adjusted to achieve the target profile. Maintained. In the embodiment described above, at least one processing parameter is adjusted.

[0074]一実施形態では、基板と電極292の各ゾーンとの間に印加される電圧が、処理中の変化を補償し且つ望ましいターゲットプロファイルを生ずるようにその処理軌道を維持するように調整される。この実施例では、調整電圧(例えば、ステップ712において修正される電圧)は、次の式において表現できる。   [0074] In one embodiment, the voltage applied between the substrate and each zone of the electrode 292 is adjusted to compensate for changes during processing and to maintain its processing trajectory to produce the desired target profile. The In this example, the regulated voltage (eg, the voltage modified in step 712) can be expressed in the following equation:

ここで、
Vi(t+Δt)は、電極292のゾーンiに対する調整電圧である。
here,
Vi (t + Δt) is an adjustment voltage for the zone i of the electrode 292.

Vi(t)は、直前のサンプル時での電圧(即ち、先ずステップ706で、続いて、サブステップ712で反復される)である。   Vi (t) is the voltage at the previous sample (ie, repeated first in step 706 and then in sub-step 712).

iは、電極292のゾーンである。   i is the zone of the electrode 292.

Ieは、ゾーンiに対する電流のエラーである。 Ie i is the current error for zone i.

Ceは、ゾーンiに対する電荷のエラーである。 Ce i is the charge error for zone i.

P、I、Dは、ツールの処理セルに対して選択された比例、積分及び微分定数である。これらは、経験的に又は計算により決定される。   P, I and D are the proportional, integral and derivative constants selected for the processing cell of the tool. These are determined empirically or by calculation.

[0075]P、I、D定数の決定中に考慮されるファクタとしては、初期電圧、飽和電圧、処理すべき次に来る膜の厚さ及び望ましい除去割合がある。各調整反復段階において許容される最大電圧変化として定義される大きな飽和電圧は、処理不安定性の一因となることが観察されている。一実施形態では、この飽和電圧は、約0.5ボルトより小さく、例えば、約0.2ボルトより小さく設定され、これにより、反復処理調整中における処理不安定性を防止することができる。定数Dは、低い電流処理の場合には零に設定され、高い電流処理の場合にはより高い値に設定される。以下に更に説明するような図8Bに示した結果を達成するのに使用される処理の場合には、この定数Dは、ほぼ零に設定され、一方、定数Pは、ほぼ0.2に設定された。   [0075] Factors considered during the determination of the P, I, and D constants include initial voltage, saturation voltage, thickness of the next film to be processed and the desired removal rate. It has been observed that a large saturation voltage, defined as the maximum voltage change allowed at each tuning iteration, contributes to process instability. In one embodiment, this saturation voltage is set to be less than about 0.5 volts, for example, less than about 0.2 volts, thereby preventing process instability during repetitive process adjustments. The constant D is set to zero for low current processing and set to a higher value for high current processing. In the case of the process used to achieve the result shown in FIG. 8B as described further below, this constant D is set to approximately zero, while the constant P is set to approximately 0.2. It was done.

[0076]ステップ708及び710は、ステップ720においてエンドポイントに達するまで、矢印718によって例示されるように、繰り返される。エンドポイントは、メーター244によって与えられる処理の測定基準を使用して決定される。別の実施形態では、センサ254を使用する干渉計のような光学的技法を使用することができる。別の仕方として、残留厚さは、直接的に測定されてもよいし、又は、所定の出発膜厚さから除去された物質の量を減算することにより、例えば、基板から除去された電荷をターゲットプロファイルに相関したターゲット電荷と比較することにより、計算されてもよい。使用できるエンドポイント技法の実施例は、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。   [0076] Steps 708 and 710 are repeated as illustrated by arrow 718 until an endpoint is reached in step 720. The endpoint is determined using the process metric provided by meter 244. In another embodiment, optical techniques such as an interferometer using sensor 254 may be used. Alternatively, the residual thickness may be measured directly, or by subtracting the amount of material removed from a given starting film thickness, for example, removing the charge removed from the substrate. It may be calculated by comparing with the target charge correlated to the target profile. Examples of endpoint techniques that can be used are US patent application Ser. No. 10 / 949,160, filed Sep. 24, 2004, US patent application Ser. No. 10/056, filed Jan. 22, 2002. 316, and US patent application Ser. No. 10 / 456,851, filed Jun. 6, 2002.

[0077]ステップ720においてエンドポイントに達した後、任意的に、ステップ722においてオーバポリッシュが行われる。このオーバポリッシュステップ722は、典型的には、基板の表面から残留物質を除くため、約15秒から約30秒の持続時間を有する。   [0077] After reaching the endpoint in step 720, optionally, an overpolish is performed in step 722. This overpolish step 722 typically has a duration of about 15 seconds to about 30 seconds to remove residual material from the surface of the substrate.

[0078]別の実施形態では、調整処理710は、各ゾーンにおけるターゲット基準に達する予測時間を比較することができる。最も速いゾーンにおける予測時間と最も遅いゾーンにおける予測時間との間の差が所定の期間より大きい場合には、その処理が所定の期間内に完了する(例えば、各ゾーンにおけるターゲットが達成される)ように、1つ以上のゾーンにおける処理を調整する。全てのゾーンにおける処理の完了時を近づけることにより、より早くターゲットに達したゾーン上の基板から誤って物質が除去されるようなことを実質的に防止することができる。その上、処理が定期的に修正されるので、いずれのゾーンにおける処理の完了時間の変化を、全てのゾーンに亘って考慮することができ、従って、処理時間を最短とすることができる。   [0078] In another embodiment, the adjustment process 710 can compare the predicted time to reach the target criteria in each zone. If the difference between the predicted time in the fastest zone and the predicted time in the slowest zone is greater than the predetermined period, the process is completed within the predetermined period (eg, the target in each zone is achieved) As such, coordinate processing in one or more zones. By approaching the completion of processing in all the zones, it is possible to substantially prevent substances from being erroneously removed from the substrate on the zone that has reached the target earlier. In addition, since the process is periodically modified, changes in process completion time in any zone can be considered across all zones, thus minimizing the process time.

[0079]図8A及び図8Bは、従来の電気処理(図8A)及び本発明の電気処理(図8B)をそれぞれ例示するグラフ800、820を示している。図8Aの従来の処理は、X軸802に時間がプロットされている。Y軸804に、電流及び電荷がプロットされている。プロット806、808、810は、それぞれ第1の処理ゾーン、第2の処理ゾーン及び第3の処理ゾーンにおける電荷の測定値を時間に亘って例示している。プロット812、814、816は、それぞれ第1のゾーン、第2のゾーン及び第3のゾーンにおける電流の測定値を時間に亘って例示している。各電荷トレース806、808、810の垂直部分は、ターゲットに達した時を示している。矢印818によって示されるように、第1のゾーンのエンドポイント到達時(トレース806で表される)は、第3のゾーンのエンドポイント到達時(トレース810で表される)から大きくずれている。これらエンドポイントの不整合により、完了ゾーンおいて望ましくない研磨が行われてしまうことになる。   [0079] FIGS. 8A and 8B show graphs 800, 820 illustrating the conventional electrical process (FIG. 8A) and the electrical process of the present invention (FIG. 8B), respectively. In the conventional process of FIG. 8A, time is plotted on the X-axis 802. On the Y axis 804, current and charge are plotted. Plots 806, 808, and 810 illustrate charge measurements over time in the first processing zone, the second processing zone, and the third processing zone, respectively. Plots 812, 814, and 816 illustrate current measurements in the first zone, the second zone, and the third zone, respectively, over time. The vertical portion of each charge trace 806, 808, 810 indicates when the target has been reached. As indicated by arrow 818, the arrival of the first zone endpoint (represented by trace 806) deviates significantly from the arrival of the third zone endpoint (represented by trace 810). These end point mismatches result in undesirable polishing in the completion zone.

[0080]本発明の処理は、X軸802に時間、Y軸804に電流及び電荷をとった図8Bに例示されている。プロット826、828、830は、それぞれ第1の処理ゾーン、第2の処理ゾーン及び第3の処理ゾーンにおける電荷の測定値を時間に亘って例示している。プロット832、834、836は、それぞれ第1のゾーン、第2のゾーン及び第3のゾーンにおける電流の測定値を時間に亘って例示している。各電荷トレース826、828、830の垂直部分は、ターゲット到達時を示している。第1のゾーンのエンドポイント到達時(トレース826で表される)は、測定及び予測処理指標の間の比較に応答してその処理を調整することにより、第3のゾーンのエンドポイント到達時(トレース838で表される)に対して調整されるので、最も速い処理ゾーンと最も遅い処理ゾーンとの間のエンドポイントのずれは、矢印838で示されるように、最小とされる。これらエンドポイントの間のずれは、各ゾーンにおける予測処理時間の変化を補償するようにその処理を調整することにより、更に最小とすることができる。   [0080] The process of the present invention is illustrated in Figure 8B with time on the X-axis 802 and current and charge on the Y-axis 804. Plots 826, 828, and 830 illustrate charge measurements over time for the first processing zone, the second processing zone, and the third processing zone, respectively. Plots 832, 834, and 836 illustrate current measurements in the first zone, the second zone, and the third zone, respectively, over time. The vertical portion of each charge trace 826, 828, 830 indicates when the target is reached. When the endpoint of the first zone (represented by trace 826) is reached, the endpoint of the third zone is reached (by adjusting its processing in response to the comparison between the measured and predicted process metrics ( The endpoint deviation between the fastest and slowest processing zones is minimized, as shown by arrow 838. Deviations between these endpoints can be further minimized by adjusting the process to compensate for changes in the predicted processing time in each zone.

[0081]従って、本発明は、基板を電気化学的に平坦化するための改良された装置及び方法を提供する。本装置は、単一ツールを使用して、基板からの効率的なバルク及び残留金属及びバリヤー物質除去を効果的に行うことができる。金属及びバリヤー除去の全シーケンスに対して電気化学的処理を使用することにより、処理中の酸化物損を最少としつつ、導体の侵蝕及びディッシングを効果的に低いものとすることができる。ここに教示したような方法及び装置は、電極及び基板に加えられるバイアスの極性を反転することにより、基板上に物質を堆積するのに使用することができるものと考えられる。   [0081] Accordingly, the present invention provides an improved apparatus and method for electrochemical planarization of a substrate. The apparatus can efficiently perform bulk and residual metal and barrier material removal from the substrate using a single tool. By using electrochemical processing for the entire metal and barrier removal sequence, conductor erosion and dishing can be effectively reduced while minimizing oxide loss during processing. It is believed that methods and apparatus as taught herein can be used to deposit material on a substrate by reversing the polarity of the bias applied to the electrodes and substrate.

[0082]本発明の種々な実施形態について前述してきたのであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の更なる実施形態を考えることができ、従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載により定められるものである。   [0082] While various embodiments of the invention have been described above, other and further embodiments of the invention can be devised without departing from the basic scope thereof, and thus the invention Is defined by the description of the scope of claims.

電気化学機械平坦化システムの平面図である。1 is a plan view of an electrochemical mechanical planarization system. 図1のシステムの第1の電気化学機械平坦化(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 electrochemical mechanical planarization (ECMP) station of the system of FIG. 2つのコンタクトアセンブリを通してのバルク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 through two contact assemblies. コンタクトアセンブリの別の実施形態の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of another embodiment of a contact assembly. コンタクトアセンブリの別の実施形態の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of another 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. コンタクトアセンブリの一実施形態の側面図である。FIG. 6 is a side view of one embodiment of a contact assembly. コンタクトアセンブリの一実施形態の分解部品配列斜視図である。It is a disassembled parts arrangement perspective view of one embodiment of a contact assembly. コンタクト素子の一実施形態である。1 is an embodiment of a contact element. 別のECMPステーションの別の実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment of another ECMP station. 電気化学的処理のための一実施形態のフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram of one embodiment for electrochemical processing. 従来の電気化学的処理と本発明によって行われる電気化学的処理との間の比較を例示するグラフを示している。2 shows a graph illustrating a comparison between a conventional electrochemical process and an electrochemical process performed according to the present invention. 従来の電気化学的処理と本発明によって行われる電気化学的処理との間の比較を例示するグラフを示している。2 shows a graph illustrating a comparison between a conventional electrochemical process and an electrochemical process performed according to the present invention. 本発明の電気化学的処理に使用するのに適したゾーン型電極の一実施形態の平面図である。1 is a plan view of one embodiment of a zone-type electrode suitable for use in the electrochemical processing of the present invention. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

100…平坦化システム、102…ファクトリーインターフェース、104…ローディングロボット、106…平坦化モジュール、108…コントローラ、110…中央処理装置(CPU)、112…メモリ、114…支援回路、116…クリーニングモジュール、118…ウエハカセット、120…インターフェースロボット、122…基板、124…入力モジュール、126…平坦化表面、128…第1の電気化学機械平坦化(ECMP)ステーション、130…第2のECMPステーション、132…CMPステーション、134…円形コンベヤー、136…移送ステーション、138…機械ベースの上部又は第1の側面、140…機械ベース、142…入力バッファステーション、144…出力バッファステーション、146…移送ロボット、148…ロードカップアセンブリ、150…アーム、152…キャリヤヘッドアセンブリ、182…コンディショニング装置、188…包囲体、190…計測モジュール、202…駆動システム、204…キャリヤヘッド、206…プレナム、210…孔、214…ハウジング、222…処理パッドアセンブリ、224…保持リング、230…プラテンアセンブリ、232…モータ、238…ベアリング、242…電源、244…メーター、246…ウインドー、248…電解質源、250…コンタクトアセンブリ、254…センサ、260…プラテンアセンブリの上部表面、276…回転カップラー、290…平坦化部分、292…電極、302…中空ハウジング、304…アダプター、306…ボール、308…ハウジングの第1の端部、314…コンタクト素子、316…クランプブッシング、326…シート、342…環状ベース、344…可撓性片、348…溝、350…パッド構造体、352…上部層、354…ポリマーマトリックス、356…導電性素子、358…単一ハウジング、368…孔、392…ストッパー、394…ノズル、424…フレア型ヘッド、426…ねじ付きポスト、602…プラテン、604…処理パッドアセンブリ、606…流体分配アーム、610…導電性パッド、612…介在パッド(サブパッド)、614…電極、616…導電性フォイル、618…介在パッド、620…導電性パッドの上部表面、622…孔、902…電極の同心ゾーン、904…電極の同心ゾーン、906…電極の同心ゾーン、908…電極の同心ゾーン、910…電極の同心ゾーン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Flattening system, 102 ... Factory interface, 104 ... Loading robot, 106 ... Flattening module, 108 ... Controller, 110 ... Central processing unit (CPU), 112 ... Memory, 114 ... Support circuit, 116 ... Cleaning module, 118 ... wafer cassette, 120 ... interface robot, 122 ... substrate, 124 ... input module, 126 ... planarized surface, 128 ... first electrochemical mechanical planarization (ECMP) station, 130 ... second ECMP station, 132 ... CMP Station, 134 ... Carousel conveyor, 136 ... Transfer station, 138 ... Upper or first side of machine base, 140 ... Machine base, 142 ... Input buffer station, 144 ... Output buffer station, 146 ... Transfer Bot, 148 ... load cup assembly, 150 ... arm, 152 ... carrier head assembly, 182 ... conditioning device, 188 ... enclosure, 190 ... measurement module, 202 ... drive system, 204 ... carrier head, 206 ... plenum, 210 ... hole , 214 ... Housing, 222 ... Processing pad assembly, 224 ... Retaining ring, 230 ... Platen assembly, 232 ... Motor, 238 ... Bearing, 242 ... Power supply, 244 ... Meter, 246 ... Window, 248 ... Electrolyte source, 250 ... Contact assembly 254 ... sensor, 260 ... upper surface of platen assembly, 276 ... rotating coupler, 290 ... flattened part, 292 ... electrode, 302 ... hollow housing, 304 ... adapter, 306 ... ball, 308 ... of housing 1 end, 314 ... contact element, 316 ... clamp bushing, 326 ... sheet, 342 ... annular base, 344 ... flexible strip, 348 ... groove, 350 ... pad structure, 352 ... top layer, 354 ... polymer matrix 356 ... conductive element, 358 ... single housing, 368 ... hole, 392 ... stopper, 394 ... nozzle, 424 ... flared head, 426 ... threaded post, 602 ... platen, 604 ... treatment pad assembly, 606 ... fluid Distributing arm, 610 ... conductive pad, 612 ... intervening pad (subpad), 614 ... electrode, 616 ... conductive foil, 618 ... intervening pad, 620 ... upper surface of conductive pad, 622 ... hole, 902 ... concentric of electrode Zone, 904 ... Concentric zone of electrode, 906 ... Concentric zone of electrode, 908 ... Concentric zone of electrode 910 ... Concentric zone of electrodes

Claims (25)

基板を処理するための方法において、
基板に対する処理ターゲットを決定するステップと、
上記基板の表面を電気化学的に処理するステップと、
処理の間に予測処理指標と実際処理指標との間の偏差を決定するステップと、
上記偏差に応答して処理中に少なくとも1つの処理変数を変えるステップと、
を備えた方法。
In a method for processing a substrate,
Determining a processing target for the substrate;
Electrochemically treating the surface of the substrate;
Determining a deviation between a predicted process indicator and an actual process indicator during processing;
Changing at least one process variable during processing in response to the deviation;
With a method.
上記処理ターゲットを決定するステップは、処理すべき上記表面についてのプロファイルを決定する段階を更に含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein determining the processing target further comprises determining a profile for the surface to be processed. 上記処理ターゲットを決定するステップは、上記基板上の複数の場所における膜の厚さを決定する段階を更に含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein determining the processing target further comprises determining a film thickness at a plurality of locations on the substrate. 上記厚さは、非破壊測定技法により決定される、請求項3に記載の方法。   The method of claim 3, wherein the thickness is determined by a non-destructive measurement technique. 上記非破壊測定技法は、渦電流型感知法、容量型感知法又は干渉分光法のうちの少なくとも1つである、請求項4に記載の方法。   The method of claim 4, wherein the non-destructive measurement technique is at least one of eddy current sensing, capacitive sensing, or interferometry. 上記少なくとも1つの処理変数を変えるステップは、上記電気化学的処理を行う電流を調整する段階を更に含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein changing the at least one process variable further comprises adjusting a current for performing the electrochemical process. 上記表面を電気化学的に処理するステップは、
研磨材料に対して上記基板の表面を押し付ける段階と、
前記研磨材料と上記基板の表面との間に相対的運動を確立する段階と、
を更に含む、請求項1に記載の方法。
The step of electrochemically treating the surface comprises:
Pressing the surface of the substrate against an abrasive material;
Establishing a relative motion between the abrasive material and the surface of the substrate;
The method of claim 1, further comprising:
上記基板の表面を電気化学的に処理するステップは、
上記基板の表面から離間された電極に対して上記基板の表面をバイアスする段階と、
上記電極及び上記基板の表面と接触させるように電解質を与える段階と、
を更に含む、請求項1に記載の方法。
The step of electrochemically treating the surface of the substrate comprises:
Biasing the surface of the substrate against an electrode spaced from the surface of the substrate;
Providing an electrolyte in contact with the electrode and the surface of the substrate;
The method of claim 1, further comprising:
上記基板の表面を電気化学的に処理するステップは、
電解質の存在中で導電性ポリマー表面に対して上記基板の表面を押し付ける段階と、
上記導電性ポリマー表面を介して上記基板の表面に電気的バイアスを印加する段階と、
上記基板の表面と上記導電性ポリマー表面との間に相対的運動を与える段階と、
を更に含む、請求項1に記載の方法。
The step of electrochemically treating the surface of the substrate comprises:
Pressing the surface of the substrate against the surface of the conductive polymer in the presence of an electrolyte;
Applying an electrical bias to the surface of the substrate through the conductive polymer surface;
Providing relative motion between the surface of the substrate and the surface of the conductive polymer;
The method of claim 1, further comprising:
上記基板の表面を電気化学的に処理するステップは、
プラテンによって支持された絶縁性ポリマー表面に対して上記基板の表面を押し付ける段階と、
上記基板の表面と上記プラテンにより支持された電極との間に電解質を介して導電路を確立する段階と、
上記プラテンから延長する電気的コンタクトを介して上記基板の表面に電気的バイアスを印加する段階と、
上記基板の表面と上記絶縁性ポリマー表面との間に相対的運動を与える段階と、
を更に含む、請求項1に記載の方法。
The step of electrochemically treating the surface of the substrate comprises:
Pressing the surface of the substrate against an insulating polymer surface supported by a platen;
Establishing a conductive path via an electrolyte between the surface of the substrate and the electrode supported by the platen;
Applying an electrical bias to the surface of the substrate via electrical contacts extending from the platen;
Providing relative motion between the surface of the substrate and the surface of the insulating polymer;
The method of claim 1, further comprising:
上記決定するステップは、予測電流を測定電流と比較する段階を更に含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the determining step further comprises comparing a predicted current with a measured current. 上記決定するステップは、上記基板から除去される予測電荷を測定電荷と比較する段階を更に含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the determining step further comprises comparing a predicted charge removed from the substrate with a measured charge. 上記決定するステップは、上記電気化学的処理中に予測厚さを実際厚さと比較する段階を更に含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the determining step further comprises comparing a predicted thickness with an actual thickness during the electrochemical process. 上記少なくとも1つの処理変数を変えるステップは、上記電気化学的処理を行う電圧を調整する段階を更に含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein changing the at least one process variable further comprises adjusting a voltage at which the electrochemical process is performed. 上記少なくとも1つの処理変数を変えるステップは、第1の処理ゾーンにおける処理変数を第2の処理ゾーンに対する処理変数とは独立して調整し、各処理ゾーンにおける電気化学的除去割合が独立して制御されるようにする段階を更に含む、請求項1に記載の方法。   The step of changing the at least one process variable adjusts the process variable in the first process zone independently of the process variable for the second process zone and controls the electrochemical removal rate in each process zone independently. The method of claim 1, further comprising the step of: 上記電気化学的処理を行う電圧Vは、偏差Dに応答して変化され、ここで、Vは、上記電気化学的処理が行われる処理システムの各処理ゾーンに加えられるバイス電圧であり、Dは、上記処理システムの各処理ゾーンにおける予測処理指標と実際処理指標との間の偏差であり、iは、上記処理システムにおける横方向に配列された処理ゾーンの数であるような、請求項1に記載の方法。 The voltage V i for performing the electrochemical process is changed in response to the deviation D i , where V i is a vise voltage applied to each processing zone of the processing system in which the electrochemical process is performed. , D i is the deviation between the predicted processing index and the actual processing index in each processing zone of the processing system, and i is the number of processing zones arranged in the lateral direction in the processing system, The method of claim 1. Viは、次の式で表され、
ここで、
Ieは、ゾーンiについての電流のエラーであり、
Ceは、ゾーンiについての電荷のエラーであり、
P、I及びDは、定数である、
請求項16に記載の方法。
Vi is expressed by the following equation:
here,
Ie i is the current error for zone i,
Ce i is the charge error for zone i,
P, I and D are constants,
The method of claim 16.
処理中に予測処理時間の変化を決定するステップと、
上記決定された変化を補償するように上記電気化学的処理を調整するステップと、
を更に備えた、請求項1に記載の方法。
Determining a change in predicted processing time during processing;
Adjusting the electrochemical treatment to compensate for the determined change;
The method of claim 1, further comprising:
上記決定された変化を補償するように上記電気化学的処理を調整するステップは、最も速い処理ゾーンと最も遅い処理ゾーンとの間のエンドポイント(終点)到達のずれを所定の期間内に維持する段階を更に含む、請求項18に記載の方法。   The step of adjusting the electrochemical process to compensate for the determined change maintains a deviation in endpoint arrival between the fastest and slowest process zones within a predetermined period of time. The method of claim 18 further comprising the step. 上記処理ターゲットを達成するように、上記基板上の処理すべき膜の次に来る厚さプロファイルに基づいて処理パラメータを設定するステップを更に含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising setting processing parameters based on a thickness profile that follows a film to be processed on the substrate to achieve the processing target. 基板を処理するための方法において、
ターゲットプロファイル及び上記ターゲットプロファイルを達成するための予測処理指標を決定するステップと、
複数のゾーンを有する電極を備える処理パッドアセンブリに対して基板の導電性表面を接触させるステップと、
上記基板の上記導電性表面と上記電極の少なくとも1つのゾーンとの間に電解質を介して導電路を確立するステップと、
上記基板の上記導電性表面と上記電極の各ゾーンとの間に加えられる電気的バイアスを独立して制御するステップと、
処理の間に予測処理指標と実際処理指標との間の偏差を決定するステップと、
上記偏差に応答して処理中に少なくとも1つの処理変数を変えるステップと、
を備えた方法。
In a method for processing a substrate,
Determining a target profile and a predictive processing indicator for achieving the target profile;
Contacting the conductive surface of the substrate against a processing pad assembly comprising an electrode having a plurality of zones;
Establishing a conductive path via an electrolyte between the conductive surface of the substrate and at least one zone of the electrode;
Independently controlling the electrical bias applied between the conductive surface of the substrate and each zone of the electrode;
Determining a deviation between a predicted process indicator and an actual process indicator during processing;
Changing at least one process variable during processing in response to the deviation;
With a method.
処理中に予測処理時間の変化を決定するステップと、
上記決定された変化を補償するように上記電気化学的処理を調整するステップと、
を更に備えた、請求項21に記載の方法。
Determining a change in predicted processing time during processing;
Adjusting the electrochemical treatment to compensate for the determined change;
The method of claim 21, further comprising:
上記決定された変化を補償するように上記電気化学的処理を調整するステップは、最も速い処理ゾーンと最も遅い処理ゾーンとの間のエンドポイント(終点)到達のずれを所定の期間内に維持する段階を更に含む、請求項22に記載の方法。   The step of adjusting the electrochemical process to compensate for the determined change maintains a deviation in endpoint arrival between the fastest and slowest process zones within a predetermined period of time. 24. The method of claim 22, further comprising the step. 基板を処理するための方法において、
ターゲットプロファイル及び上記ターゲットプロファイルを達成するための予測処理指標を決定するステップと、
複数のゾーンを有する電極を備える処理パッドアセンブリに対して基板の導電性表面を接触させるステップと、
上記基板の上記導電性表面と上記電極の少なくとも1つのゾーンとの間に電解質を介して導電路を確立するステップと、
上記基板の上記導電性表面と上記電極の各ゾーンとの間に加えられる電気的バイアスを独立して制御するステップと、
少なくとも1つのゾーンにおいて上記ターゲットプロファイルを達成するのに必要とされる予測処理時間の変化を決定するステップと、
上記決定された変化を補償するように上記電気化学的処理を調整するステップと、
を備えた方法。
In a method for processing a substrate,
Determining a target profile and a predictive processing indicator for achieving the target profile;
Contacting the conductive surface of the substrate against a processing pad assembly comprising an electrode having a plurality of zones;
Establishing a conductive path via an electrolyte between the conductive surface of the substrate and at least one zone of the electrode;
Independently controlling the electrical bias applied between the conductive surface of the substrate and each zone of the electrode;
Determining a change in predicted processing time required to achieve the target profile in at least one zone;
Adjusting the electrochemical treatment to compensate for the determined change;
With a method.
上記決定された変化を補償するように上記電気化学的処理を調整するステップは、最も速い処理ゾーンと最も遅い処理ゾーンとの間のエンドポイント(終点)到達のずれを所定の期間内に維持する段階を更に含む、請求項24に記載の方法。
The step of adjusting the electrochemical process to compensate for the determined change maintains a deviation in endpoint arrival between the fastest and slowest process zones within a predetermined period of time. The method of claim 24, further comprising the step.
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