JP2012510161A - 化学機械研磨のための終点制御を伴う化学薬品および研磨剤粒子の二系統混合 - Google Patents

Abstract

本明細書に記載する実施形態は、基板表面を研磨するための方法を提供する。本方法は、一般に、処理中に複数の貯蔵ユニット内に処理用成分を貯蔵するステップと、スラリを作り出すために処理用成分を混ぜ合わせながら、研磨用パッドに処理用成分を流すステップとを含む。基板はスラリを使用して研磨され、基板上に配置された材料層の厚さが決定される。次いで、基板上に配置された材料層の除去速度に影響を及ぼすように、１つまたは複数の処理用成分の流量が調節される。

Description

本明細書において説明する実施形態は、一般に、化学機械研磨のための方法に関する。

化学機械平坦化、すなわち化学機械研磨（ＣＭＰ）は、基板を平坦化するために使用される広く知られた技術である。ＣＭＰは、基板を平坦化するために２つのモードを使用する。１つのモードは、基板から物質を除去するための化学的な調合物、典型的には、スラリまたは他の流体媒質を使用する化学反応であり、他方は、機械的な力である。従来のＣＭＰ技術では、基板キャリアまたは研磨用ヘッドを、キャリアアセンブリ上にマウントして、ＣＭＰ装置内の研磨用パッドと接触させて設置する。キャリアアセンブリは、研磨用パッドに対して基板を押し付ける基板への制御可能な圧力を与える。外部駆動力によって基板に対して相対的にパッドを動かす。したがって、ＣＭＰ装置は、基板表面と研磨用パッドとの間の研磨運動または摩擦運動に作用する一方で、研磨用調合物を投与して、化学的作用および機械的作用の両方を含む。

ＣＭＰを使用する基板スループットの向上が強く求められている。しかしながら、基板表面に加える圧力を増加させることによって基板スループットを向上させる試みは、平坦化効率の低下およびそれに応じた金属の窪みおよび溶食作用欠陥の増加を招くことがある。平坦化効率を、堆積させた材料のステップハイトの低減量として定義する。ＣＭＰプロセスでは、平坦化効率は、基板表面と研磨用パッドとの間に加えられる圧力およびプラテンスピードの両方の関数である。圧力が高いほど、研磨速度が速くなり、平坦化効率が悪くなる。それに対して、遅い研磨速度は、優れた平坦化効率につながるが、やはりスループットの低下を招く。

したがって、向上した平坦化効率を維持しながら基板スループットを向上させる、材料の化学機械処理のための方法および装置の改善に対する必要性がある。

本明細書に記載される実施形態は、基板表面を研磨するための方法を提供する。本方法は、一般に、処理中に複数の貯蔵ユニット内に複数の処理用成分を貯蔵するステップと、スラリを作り出すために処理用成分を混ぜ合わせながら、研磨用パッドに処理用成分を流すステップとを含む。基板はスラリを使用して研磨され、基板上に配置された材料層の厚さが決定される。基板上に配置された材料層の除去の速度に影響を及ぼすように、１つまたは複数の処理用成分の流量が、次に調節される。

一実施形態では、半導体基板表面を処理するための方法は、処理中に第１の貯蔵ユニット内に第１の処理用成分を貯蔵するステップと、処理中に第２の貯蔵ユニット内に第２の処理用成分を貯蔵するステップとを含む。第１の処理用成分および第２の処理用成分は、混ぜ合わされながら、研磨用パッドへと流される。基板は、基板上に配置された材料層の少なくとも一部を除去するために、研磨用パッドを用いて研磨される。基板上に配置された材料層の厚さまたは均一性が測定され、材料層の研磨速度に影響を及ぼすように、材料層の測定した厚さまたは均一性に応じて、第１の処理用成分または第２の処理用成分の流量が調節される。

別の一実施形態では、半導体基板表面を処理するための方法は、研磨用パッドへと研磨用スラリを流すステップを含む。研磨用スラリは、第１の貯蔵ユニット内に貯蔵された第１の処理用成分と、第２の貯蔵ユニット内に貯蔵された研磨用研磨剤とを含む。研磨用スラリは、基板を研磨し、基板上に配置された材料層の少なくとも一部を除去するために使用される。基板上に配置された材料層の厚さまたは均一性が測定され、研磨速度に影響を及ぼすように、材料層の測定した厚さまたは均一性に応じて、第１の処理用成分の流量または研磨用研磨剤の流量が調節される。

別の一実施形態では、半導体基板表面を処理するための方法は、処理中に２つ以上の処理用成分を別々に貯蔵するステップと、研磨用スラリを作成するために、処理中に２つ以上の処理用成分を混ぜ合わせるステップとを含む。研磨用スラリは、研磨用パッドへと流れ、基板は、基板上に配置された材料層の少なくとも一部を除去するために、研磨用パッドを用いて研磨される。基板上に配置された材料層の厚さまたは均一性が測定され、材料層の研磨速度に影響を及ぼすように材料層の測定した厚さまたは均一性に応じて、２つ以上の処理用成分のうちの少なくとも１つの流量が調節される。

したがって、本発明の上に記述したフィーチャを詳細に理解することが可能な方式で、上に簡潔に要約されている本発明のより明細な説明を、その一部が添付した図面に例示されている実施形態を参照することによって知ることができる。しかしながら、添付した図面が本発明の典型的な実施形態だけを例示し、それゆえ、本発明に関して他の同様に有効な実施形態を許容することができる本発明の範囲を限定するようには見なされないことに、留意すべきである。

図１は、化学機械平坦化システムの概略図である。 図２は、図１の処理用ステーションの概略的断面図である。 図３Ａ〜Ｃは、二系統相互接続部の概略図である。 図４ＡおよびＢは、基板上に配置された材料層の厚さと材料層が研磨される時間の長さとを比較したプロットである。 基板を化学機械研磨する方法についての一実施形態の流れ図である。 研磨用スラリの研磨除去速度を研磨用スラリ中の過酸化水素水の量と比較したプロットである。 研磨用スラリの研磨除去速度を研磨用スラリ中の溶食作用防止剤の量と比較したプロットである。 銅層の研磨除去速度を研磨用パッドに加えるダウンフォースと比較したプロットである。

理解を容易にするために、可能である場合には、複数の図に共通な同一の要素を示すために、同一の参照番号を使用している。一実施形態の要素および／またはプロセスステップを、追加の記述がなくとも他の実施形態において利益をもたらすように組み込むことができることが、予想される。

本明細書において説明する実施形態は、基板表面を研磨するための方法を提供する。銅ＣＭＰおよびバリアＣＭＰは、研磨速度を高めコロイドの安定性を与えるように個々に最適化される異なるスラリを多くの場合に必要とする。一旦、スラリ組成が固定されると、異なる処理ステップにおいてプロセス自由度を最適に調整することが難しいことがある。例えば、バルク材料除去研磨、材料クリアリング研磨、バリア研磨、および誘電体研磨は、別個のスラリ組成をすべてが必要とすることがある。終点検出と組み合わせたプロセス成分の二系統混合は、プロセス自由度を与え、安価なバルク原材料を使用することによって高い研磨速度のためのコストを最小にする。

本明細書において説明する方法は、一般に、処理中に複数の貯蔵ユニット内に処理用成分を貯蔵するステップと、スラリを作り出すために処理用成分を混ぜ合わせながら、研磨用パッドへ処理用成分を流すステップとを含む。スラリを使用して基板を研磨し、基板上に配置された材料層の厚さを決定する。基板上に配置された材料層の除去の速度に影響を及ぼすように、１つまたは複数の処理用成分の流量を次に調節する。

本明細書において説明する実施形態は、スルーシリコンビア（ＴＳＶ）応用例に特に好都合である。本明細書において説明する方法の実施形態は、やはり、標準的な基板についてのＣＭＰ応用例に対しても適している。ＴＳＶ応用例は、３Ｄパッケージおよび３Ｄ集積回路などのシリコン基板を完全に貫通して通る電気的接続部を含む。ＴＳＶ応用例は、普通には、相互に上に配置された複数の集積回路を含む。例えば、３Ｄ集積回路は、相互に垂直に積み重ねた複数のシリコン基板を含むことができる。複数の基板の積み重ねは、多くの場合に、研磨することまたは除去することが必要な場合がある金属材料または誘電体材料の比較的厚い層を結果としてもたらす。一実施形態では、基板上に配置された材料の層は、約２マイクロメートルから約１０マイクロメートルまでの範囲内、例えば、約８マイクロメートルである。別の一実施形態では、約１マイクロメートルから約３マイクロメートルまでの範囲内の厚さを有する誘電体層を、約２マイクロメートルから約８マイクロメートルまでの範囲内の厚さを有する金属層上に配置する。

研磨用パッドへの複数の処理用成分の流量を制御する能力は、研磨プロセスの始めにおいて基板上に配置された材料の高い除去速度を可能にする。研磨速度を増加させるために処理用成分の流量に影響を及ぼす能力は、発生することがある損傷のために、加えることができる最大ダウンフォース圧力がある低誘電率材料にとって特に好都合である。さらに、金属膜および誘電体膜などの複数の膜を異なるステージにおいて研磨するときに、処理用成分の流量に影響を及ぼす能力は、調節および／または選択性を与える効果がある。

例えば、材料の厚さが約４，０００オングストロームから約８マイクロメートルまでの範囲内であるときには、比較的高い研磨速度が望まれている。基板上に配置された材料の厚さが減少するにつれて、ディッシングを防止するために、除去速度を調節することができる。一実施形態では、研磨用研磨剤を含む処理用成分の流量を減少させることによって、除去速度を低下させる。

さらに、複数の膜または複数の層が基板上に配置されているときには、研磨用パッドへの複数の処理用成分の流量を制御する能力は、好都合である。例えば、誘電体層が基板のバルク金属層上に配置されているＴＳＶ応用例に関して、異なる研磨速度で、または処理用成分の異なる組み合わせを使用することによって複数の層を研磨することが、望ましいことがある。

本明細書において説明する実施形態を、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＭＩＲＲＡ（登録商標）化学機械平坦化システム、ＭＩＲＲＡ ＭＥＳＡ（登録商標）化学機械平坦化システム、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）化学機械平坦化システム、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ ＬＫ（商標）化学機械平坦化システム、およびＲＥＦＬＥＸＩＯＮ ＬＫ ＥＣＭＰ（商標）化学機械平坦化システムなどの化学機械研磨プロセス装置を使用して実行することができる平坦化プロセスおよび構成を参照して以下に説明する。本明細書において説明する実施形態を、やはり、オーバーヘッド円形トラック研磨システム上で実施することができる。処理用パッド、平坦化用ウェブ、またはこれらの組み合わせを使用する平坦化モジュールを含む他の平坦化モジュール、および回転運動、直線運動、または他の平面運動で平坦化用表面に対して相対的に基板を動かす平坦化モジュールを、やはり、本明細書において説明する実施形態から利益を得るように適合させることができる。それに加えて、本明細書において説明する方法または調合物を使用して化学機械研磨を可能にする任意のシステムを、好都合なことに使用することができる。下記の装置説明は、例示的であり、本明細書において説明する実施形態の範囲を限定するように理解または解釈すべきではない。

図１は、化学機械平坦化システムの概略図である。化学機械平坦化システム１００は、一般に工場インターフェース１０２、ローディングロボット１０４、および平坦化モジュール１０６を備える。工場インターフェース１０２と平坦化モジュール１０６との間での基板１２２の搬送を容易にするために、ローディングロボット１０４を配置する。

システム１００の複数のモジュールの制御および統合を容易にするために、コントローラ１０８を設ける。コントローラ１０８は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１１０、メモリ１１２、および支援回路１１４を備える。平坦化プロセス、クリーニングプロセス、および搬送プロセスの制御を容易にするために、システム１００の様々な構成要素にコントローラ１０８を連結する。

工場インターフェース１０２は、一般に、計測モジュール１９０、クリーニングモジュール１１６、および１つまたは複数の基板カセット１１８を含む。基板カセット１１８、クリーニングモジュール１１６、および搬入モジュール１２４の間で基板１２２を搬送するために、インターフェースロボット１２０を採用する。グリッパ、例えば、真空グリッパまたは機械的クランプによって、平坦化モジュール１０６と工場インターフェース１０２との間での基板１２２の搬送を容易にするように、搬入モジュール１２４を設置する。

計測モジュール１９０を、基板の厚さプロファイルの計測指標を与えることに適した非破壊測定用デバイスとすることができる。計測モジュール１９０は、渦電流センサ、干渉計、容量センサ、および他の適したデバイスを含むことができる。適した計測モジュールの例は、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＩＳＣＡＮ（商標）基板計測モジュールおよびＩＭＡＰ（商標）基板計測モジュールを含む。計測モジュール１９０は、コントローラ１０８に計測基準を提供し、そこでは基板から測定される特定の厚さプロファイルについての目標除去プロファイルを決定する。

平坦化モジュール１０６は、環境面で制御された筐体１８８中に配置された少なくとも第１の化学機械平坦化（ＣＭＰ）ステーション１２８を含む。図１に図示された実施形態では、平坦化モジュール１０６は、第１のＣＭＰステーション１２８、第２のＣＭＰステーション１３０、および第３のＣＭＰステーション１３２を含む。基板１２２上に配置された材料のバルク除去を、第１のＣＭＰステーション１２８における化学機械研磨プロセスを介して実行することができる。一実施形態では、材料のバルク除去を、マルチステッププロセスとすることができる。第１のＣＭＰステーション１２８におけるバルク材料除去の後で、残っている材料または残留材料を、シングルステップまたはマルチステップ化学機械研磨プロセスで第２のＣＭＰステーション１３０において基板からきれいにすることができ、マルチステッププロセスの一部を、基板上に配置された残留材料を除去するように構成することができる。バリア層を研磨するために、第３のＣＭＰステーション１３２を使用することができる。一実施形態では、バルク材料除去および残留材料除去の両方を、１つのステーションで実行することができる。かかる実施形態では、２つのプラテンだけが必要である場合がある。あるいは、異なるステーションにおいて実行したバルク除去プロセスの後で、マルチステップ除去プロセスを実行するために、１つよりも多くのＣＭＰステーションを利用することができる。

図１の実施形態では、平坦化モジュール１０６は、また、機械基部１４０の上面または第１の面上に配置された搬送ステーション１３６およびカルーセル１３４を含む。一実施形態では、搬送ステーション１３６は、搬入バッファステーション１４２、搬出バッファステーション１４４、搬送ロボット１４６、およびロードカップアセンブリ１４８を含む。搬入バッファステーション１４２は、ローディングロボット１０４を用いて工場インターフェース１０２から基板を受け取る。搬出バッファステーション１４４から工場インターフェース１０２へと研磨した基板を戻すために、ローディングロボット１０４を、やはり利用する。バッファステーション１４２、１４４とロードカップアセンブリ１４８との間で基板を移動させるために、搬送ロボット１４６を利用する。

搬送ロボット１４６は、基板の端部で基板をつかむ空気圧グリッパフィンガを各々が有する２つのグリッパアセンブリを含む。搬送ロボット１４６は、処理した基板をロードカップアセンブリ１４８から搬出バッファステーション１４４へと搬送している間に、処理しようとする基板を搬入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へと同時に搬送することができる。

カルーセル１３４は、基部１４０の上方で中央に配置される。カルーセル１３４は、典型的には、キャリアヘッドアセンブリ１５２を各々が支持する複数のアーム１５０を含む。搬送ステーション１３６および第１のＣＭＰステーション１２８の平坦化用表面１２９を見ることができるように、図１に図示したアーム１５０のうちの２つを、破線で示している。キャリアヘッドアセンブリ１５２をＣＭＰステーション１２８、１３０および１３２と搬送ステーション１３６との間で動かすことができるように、カルーセル１３４は、インデックス可能である。コンディショニングデバイス１８２を、ＣＭＰステーション１２８、１３０および１３２の各々に隣接する基部１４０上に配置する。一様な平坦化結果を維持するために、コンディショニングデバイス１８２は、ＣＭＰステーション１２８、１３０および１３２中に配置された平坦化用材料を定期的にコンディショニングする。

透明窓１７０が、研磨用パッド２０８（図２参照）中に含まれ、キャリアヘッドの移動位置に拘わらず、プラテンの回転の一部の間に透明窓が基板１２２の下を通るように設置される。透明窓１７０を計測デバイス用に使用することができ、例えば、渦電流センサを透明窓１７０の下方に設けることができる。ある種の実施形態では、窓１７０および関係する検知方法を、終点検出プロセス向けにまたはプロファイル検出プロセス向けに使用することができる。

研磨プロセス中に、基板のリアルタイムプロファイル制御（ＲＴＰＣ）モデルを進展させることができる。導電性材料の厚さを、基板上の異なる領域において測定することができる。例えば、処理が基板の全域で一様に進行していることを確実にするために、基板上の異なる領域において金属層の厚さを監視することができる。基板の複数の領域についての厚さ情報（包括的に、基板の「プロファイル」と呼ぶことができる）を次に使用することができ、リアルタイムで処理パラメータを調節して、所望の基板間の均一性を得ることができる。例えば、化学機械研磨プロセスでは、基板上の異なる領域における材料層の厚さを監視することができ、検出した厚さまたは不均一性が、ＣＭＰシステムにリアルタイムで研磨パラメータを調節させることができる。かかるプロファイル制御を、リアルタイムプロファイル制御（ＲＴＰＣ）と呼ぶことができる。ＲＴＰＣ中に取得した測定値を、プロセスの終点検出のために使用することができる。

一実施形態では、調節した研磨パラメータは、１つまたは複数の処理用成分の流量を含む。研磨中に１つまたは複数の処理用成分の流量を調節することによって、残っている材料のプロファイルを制御するために、ＲＴＰＣを使用することができる。一実施形態では、ＲＴＰＣプロセス中に決定されるような材料層厚さの測定値に応じて、１つまたは複数の処理用成分の流量を調節する。適切なＲＴＰＣ技術および装置の例が、Ｈａｎａｗａ他のＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ Ａ ＭＥＴＡＬ ＬＡＹＥＲ ＤＵＲＩＮＧ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＰＯＬＩＳＨＩＮＧという名称の米国特許第７，２２９，３４０号、および２００３年７月３１日に出願したＥＤＤＹ ＣＵＲＲＥＮＴ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＩＮ−ＳＩＴＵ ＰＲＯＦＩＬＥ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴという名称の米国特許出願第１０/６３３，２７６号であって米国特許第７，１１２，９６０号として現在発行されている米国特許中に記載されている。

一実施形態では、スペクトルに基づく終点検出技術を使用して、終点を決定することができる。スペクトルに基づく終点技術は、研磨シーケンス中の異なる時間の間に基板上の異なるゾーンからスペクトルを得るステップ、ライブラリ中のインデックスとスペクトルをマッチングさせるステップ、およびインデックスから異なるゾーンの各々に対する研磨速度を決定するためにインデックスを使用するステップを含む。別の一実施形態では、計量器によって与えられる処理の第１の計量値を使用して、終点を決定することができる。計量器は、基板上の導電性材料（例えば、銅層）の残っている厚さを決定するために利用する電荷情報、電圧情報、または電流情報を与えることができる。別の一実施形態では、センサを利用する干渉計などの光学的技術を利用することができる。残っている厚さを、直接測定することができる、または事前に決定した開始時の膜厚から除去した材料の量を引き算することによって計算することができる。一実施形態では、基板の所定の面積に対する目標電荷量に対して基板から除去した電荷を比較することによって、終点を決定する。利用することができる終点技術の例が、Ｂｅｎｖｅｇｎｕ他の２００７年６月５日に発行されたＳＰＥＣＴＲＵＭ ＢＡＳＥＤ ＥＮＤＰＯＩＮＴＩＮＧ ＦＯＲ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＰＯＬＩＳＨＩＮＧという名称の米国特許第７，２２６，３３９号、２００７年５月１５日に出願したＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＤＵＲＩＮＧ ＰＯＬＩＳＨＩＮＧという名称の米国特許出願第１１/７４８，８２５号であって米国特許出願公開第２００７／０２２４９１５号として現在公開されている米国特許出願公開、およびＨａｎａｗａ他のＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ Ａ ＭＥＴＡＬ ＬＡＹＥＲ ＤＵＲＩＮＧ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＰＯＬＩＳＨＩＮＧという名称の米国特許第６，９２４，６４１号中に記載されている。

図２は、流体配送アームアセンブリ１２６を含む第１のＣＭＰステーション１２８の一実施形態の概略的断面図である。図２を参照すると、第１のＣＭＰステーション１２８は、キャリアヘッドアセンブリ１５２およびプラテン２０４を含む。キャリアヘッドアセンブリ１５２は、一般に、プラテン２０４上に配置された研磨用パッド２０８に抗して基板１２２を保持する。基板１２２と研磨用パッド２０８との間に相対的な動きを与えるために、キャリアヘッドアセンブリ１５２またはプラテン２０４のうちの少なくとも１つを回転させるまたはそうでなければ動かす。図２に図示した実施形態では、基板１２２に少なくとも回転運動を与えるアクチュエータまたはモータ２１６に、キャリアヘッドアセンブリ１５２を連結する。モータ２１６は、やはり、キャリアヘッドアセンブリ１５２を揺動させることができ、その結果、基板１２２を研磨用パッド２０８の表面の全域にわたり横方向に行ったり来たりして動かす。

研磨用パッド２０８は、パッドとしてプラテン２０４上に配置した発泡ポリマなどの従来材料を備えることができる。一実施形態では、従来の研磨用材料は、発泡ポリウレタンである。一実施形態では、パッドは、Ｎｅｗａｒｋ、 Ｄｅｌ．のＲｏｄｅｌ Ｉｎｃ．から入手可能な、ＩＣ１０１０ポリウレタンパッドである。ＩＣ１０１０ポリウレタンパッドは、典型的には、約２．０５ｍｍの厚さおよび約２．０１％の圧縮率を有する。使用することができる他のパッドは、ＩＣ１０００パッドの下に追加の圧縮性底部層を用いるおよび用いないＩＣ１０００パッド、ＩＣ１０１０パッドの下に追加の圧縮性底部層を用いるＩＣ１０１０パッド、および他の製造業者から入手可能な研磨用パッドを含む。本明細書において説明する調合物を、基板の化学機械研磨に寄与するようにパッドの表面上に置く。

一実施形態では、キャリアヘッドアセンブリ１５２は、基板受けポケット２１２の周囲を囲む保持リング２１０を含む。空気袋２１４を、基板受けポケット２１２内に配置し、キャリアヘッドアセンブリ１５２に基板をチャックで固定するために真空引きし、研磨用パッド２０８に抗して押し付けたときに基板１２２のダウンフォースを制御するために加圧することができる。一実施形態では、キャリアヘッドを、マルチゾーンキャリアヘッドとすることができる。１つの適したキャリアヘッドアセンブリ１５２は、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａに所在するＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＴＩＴＡＮ ＨＥＡＤ（商標）キャリアヘッドである。本明細書において説明する実施形態からの利益に適合することができるキャリアヘッドの他の例が、２００１年１２月１２日に発行された米国特許第６，１５９，０７９号、および２００４年７月２９日に発行された米国特許第６，７６４，３８９号中に記載されている。

図２の実施形態では、プラテン２０４の回転を容易にするベアリング２５８によって、プラテン２０４は基部２５６上で支持される。モータ２６０をプラテン２０４に連結し、研磨用パッド２０８をキャリアヘッドアセンブリ１５２に対して相対的に動かすようにプラテン２０４を回転させる。

１つまたは複数の処理用成分を第１の処理用成分供給部２２８ａおよび第２の処理用成分供給部２２８ｂから研磨用パッド２０８の上面または作業面へと配送するために、流体配送アームアセンブリ１２６を利用する。処理用成分供給部２２８ａおよび２２８ｂは、別々の処理用成分を含有する個々の貯蔵ユニットを含む。研磨用スラリを作り出すために、処理用成分供給部２２８ａおよび２２８ｂからの処理用成分を混ぜ合わせることができる。一実施形態では、第１の処理用成分供給部２２８ａは、ＣＭＰプロセス中に第１の処理用成分を貯蔵する第１の貯蔵ユニットを含み、第２の処理用成分供給部２２８ｂは、ＣＭＰプロセス中に第２の処理用成分を貯蔵する第２の貯蔵ユニットを含む。

図２に図示した実施形態では、流体配送アームアセンブリ１２６は、支柱２３２から延びるアーム２３０を含む。支柱２３２の中心線の周りでのアーム２３０の回転を制御するために、モータ２３４を設ける。研磨用パッド２０８の作業面に対して相対的なアーム２３０の遠位端部２３８の高さを制御するために、調節機構２３６を設けることができる。調節機構２３６を、プラテン２０４に対して相対的なアーム２３０の遠位端部２３８の高さを制御するためのアーム２３０または支柱２３２のうちの少なくとも１つに連結されたアクチュエータとすることができる。本明細書において説明する実施形態からの利益に適応することができる適切な流体配送アームのいくつかの例が、２００５年１２月８日に出願したＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＰＬＡＮＡＲＩＺＩＮＧ Ａ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＷＩＴＨ ＬＯＷ ＦＬＵＩＤ ＣＯＮＳＵＭＰＴＩＯＮという名称の米国特許出願第１１／２９８，６４３号であって米国特許出願公開第２００７／０１３１５６２号として現在公開されている米国特許出願公開、２００１年８月２日に出願したＭＵＬＴＩＰＯＲＴ ＰＯＬＩＳＨＩＮＧ ＦＬＵＩＤ ＤＥＬＩＶＥＲＹ ＳＹＳＴＥＭという名称の米国特許出願第０９／９２１，５８８号であって米国特許出願公開第２００３／００２７５０５号として現在公開されている米国特許出願公開、２００３年５月２日に出願したＳＬＵＲＲＹ ＤＥＬＩＶＥＲＹ ＡＲＭという名称の米国特許出願第１０／４２８，９１４号であって米国特許第６，９３９，２１０号として現在発行されている米国特許、および２００２年４月２２日に出願したＦＬＥＸＩＢＬＥ ＰＯＬＩＳＨＩＮＧ ＦＬＵＩＤ ＤＥＬＩＶＥＲＹ ＳＹＳＴＥＭという名称の米国特許出願第１０／１３１，６３８号であって米国特許第７，０８６，９３３号として現在発行されている米国特許中に記載されている。

処理用成分供給部２２８ａおよび２２８ｂの分離は、比較的短い保存可能期間である処理用成分を処理の前に別々に貯蔵することを可能にする。研磨用スラリのある種の成分を一緒にした貯蔵は、研磨用スラリのコロイド特性、化学的安定性、またはｐＨ範囲などの特性に悪影響を及ぼすことがある。例えば、処理の直前までこれらの成分を分離することが、保存可能期間を数日から数か月へと延長する。

ノズルアセンブリ２４８を、アーム２３０の遠位端部のところに配置する。ノズルアセンブリ２４８を、流体配送アームアセンブリ１２６を通って通路を決められた管２４２によって処理用成分供給部２２８ａおよび２２８ｂに連結する。ノズルアセンブリ２４８は、アームに対して選択的に調節することができるノズル２４０を含み、その結果、ノズル２４０を出る流体を、研磨用パッド２０８の特定の区域に選択的に向けることができる。

管２４２は、ノズルアセンブリ２４８に処理用成分供給部２２８ａおよび２２８ｂを連結する。処理用成分供給部２２８ａおよび２２８ｂは、管２４２への相互接続部２６５を介して個々の処理用成分を供給する。弁２６３ａおよび２６３ｂを、それぞれ、処理用成分供給部２２８ａおよび２２８ｂ間に配置して、管２４２への処理用成分の精密な制御を可能にする。弁２６３ａおよび２６３ｂをコントローラ１０８に接続して、弁２６３ａおよび２６３ｂを通る処理用成分流量のリアルタイムの自動化した制御を可能にする。

一実施形態では、ノズル２４０を、処理用成分の水煙を発生するように構成する。別の一実施形態では、ノズル２４０を、処理用成分のストリームを供給するように適応させる。別の一実施形態では、ノズル２４０を、研磨面へ約２０ｍｌ／秒から約１２０ｍｌ／秒の間の量で処理用成分のストリームおよび／または水煙を供給するように構成する。一実施形態では、処理用成分を、約２００ｍｌ／分から約５００ｍｌ／分までの範囲内の量で研磨面へ配送する。

図３Ａ〜図３Ｃは、二系統相互接続部３６５ａ〜３６５ｃの概略図である。図３Ａおよび図３Ｂは、異なる二系統相互接続部３６５ａおよび３６５ｂの実施形態を示し、第１の処理用成分供給部２２８ａ由来の第１の処理用成分と、第２の処理用成分供給部２２８ｂ由来の第２の処理用成分とを混ぜ合わせながら、研磨用パッド２０８へと流入させるために利用することができる。第１の処理用成分および第２の処理用成分の流量を、それぞれ弁３６３ａおよび３６３ｂ（図３Ｂまたは図３Ｃには図示せず）によって個々に制御する。リアルタイム流量制御を提供するために、弁３６３ａおよび３６３ｂをコントローラ１０８（図３Ｂまたは図３Ｃには図示せず）に連結する。

図３Ｃは、二系統相互接続部３６５ｃの概略図である。二系統相互接続部３６５ｃは、第１の処理用成分供給部２２８ａおよび第２の処理用成分供給部２２８ｂに連結された注入口３６７ａおよび３６７ｂを有する。第１の処理用成分および第２の処理用成分が二系統相互接続部３６５ｃ内でらせん状の流れまたは渦巻き状の流れを作り出すように、注入口３６７ａおよび３６７ｂは、中心を外れている。第１の処理用成分と第２の処理用成分とを研磨用パッドへ配送するために混ぜ合わせるときに、らせん状の流れまたは渦巻き状の流れは、一様な調合物を作り出すように混合することを促す。

さらに加えて、二系統相互接続部３６５ａ〜３６５ｃは、２つより多くの入力系統を含むことができる。例えば、各成分が異なる貯蔵ユニットから流れる３つ、４つ、または５つ以上の処理用成分を、相互接続部内で混ぜ合わせることができる。さらに加えてまたは代替で、相互接続部は、同様に研磨用パッドリンス用流体の入力を与えることができる。

ＣＭＰシステム１００での使用のために適した処理用成分は、一般に、酸、酸化剤、溶食作用防止剤、ｐＨバッファ、研磨用研磨剤、およびこれらの組み合わせのうちの１つまたは複数を含む。例えば、酸、酸化剤、溶食作用防止剤、およびｐＨバッファを含む第１の処理用成分を、第１の処理用成分貯蔵ユニット内に貯蔵することができ、研磨用研磨剤を含む第２の処理用成分を、第２の処理用成分貯蔵ユニット内に貯蔵することができる。研磨用パッド２０８に配送される研磨用スラリを作り出すために、処理用成分を処理中に混ぜ合わせる。

研磨用スラリに適した酸は、有機酸または無機酸を含む。例えば、希釈有機酸は、酢酸、クエン酸、シュウ酸、リンゴ酸、酒石酸、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせを含み、または希釈無機酸は、ＨＮＯ_３、ＨＣｌ、Ｈ_２ＳＯ_４、ホウ酸、ホウフッ化水素酸、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせを含む。さらに加えて、１つまたは複数の有機酸および１つまたは複数の無機酸の組み合わせを、使用することができる。

研磨用スラリに適した酸化剤は、過酸化水素水、モノ過硫酸化合物（例えば、過硫酸アンモニウム）、過酢酸、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせを含む。研磨用スラリに適した溶食作用防止剤は、芳香族有機化合物、例えば、ベンゾトリアゾールおよびその誘導体（例えば、５−クロロベンゾトリアゾール、５−メチルベンゾトリアゾール、５−ニトロベンゾトリアゾール）、トリアゾールおよびその誘導体（例えば、１，２，４−トリアゾール−３−チオール、１，２，３−トリアゾール［４，５−ｂ］ピリジン）、５−アミノテトラゾール、トリアジン、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせを含む。

研磨用スラリに適したｐＨバッファは、弱酸およびその共役塩基の混合物、または弱塩基およびその共役酸の混合物を含む。例えば、ｐＨバッファは、酢酸塩、クエン酸塩、リン酸塩、アンモニウム、およびそれらのそれぞれの共役塩基を含むことができる。

研磨用スラリに適した研磨用研磨剤化合物は、アルミナ、セリア、酸化銅、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化マンガン、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化スズ、チタニア、炭化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、ジルコニア、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせを含む。過度なスクラッチまたは表面欠陥を生じさせずに高い除去速度を得るための研磨用研磨剤粒子に関して、研磨用研磨剤粒子が約１０ナノメートルから約１マイクロメートルまでの範囲内の平均直径を有することが好ましい。一実施形態では、平均直径は、約５０ナノメートルから約５００ナノメートルまでの範囲内である。一実施形態では、研磨用研磨剤粒子の最大直径は、約１０マイクロメートルよりも小さい。

上に説明した処理用成分を、濃縮した溶液または希釈した溶液として貯蔵することができる。一実施形態では、研磨用スラリとして研磨用パッド２０８へ処理用成分を与える前に、酸がリットル当たり約２グラムからリットル当たり約４０グラムまでの範囲内であり、酸化剤がリットル当たり約４グラムからリットル当たり約８０グラムまでの範囲内であり、溶食作用防止剤がリットル当たり約０．３グラムからリットル当たり約５グラムまでの範囲内であり、ｐＨバッファがリットル当たり０グラムからリットル当たり約１００グラムまでの範囲内であり、研磨用研磨剤がリットル当たり約０．１グラムからリットル当たり約５０グラムまでの範囲内である組成を有する研磨用スラリを作り出すために、処理用成分を混ぜ合わせる。一実施形態では、研磨用スラリのｐＨは、約２から約５までの範囲内、または約８から約１１までの範囲内である。

図４Ａ〜図４Ｂは、基板上に配置された材料層の厚さと材料層が研磨される時間の長さとを比較したプロットである。プロットは、１つまたは複数の処理用成分の流量をどのように調節すると、基板上に配置した材料層の除去速度に影響を及ぼすことができるかを例示する。図４Ａの基板の研磨を、研磨用スラリを作り出すために処理中に混ぜ合わせる２つの処理用成分を使用して行った。第１の処理用成分が、酸、ｐＨバッファ、酸化剤、および溶食作用防止剤を含んでいた。第２の処理用成分が、研磨用研磨剤を含んでいた。図４Ｂの基板の研磨を、研磨用スラリを作り出すために処理中に混ぜ合わせる３つの処理用成分を使用して行った。第１の処理用流体が、酸、酸化剤、およびｐＨバッファを含んでいた。第２の処理用流体が、溶食作用防止剤を含んでいた。第３の処理用流体が、研磨用研磨剤を含んでいた。

処理用成分の流量を、基板上に配置された材料層の厚さまたは均一性の測定値に応じて調節する。一実施形態では、材料層の厚さまたは均一性を、上に説明したものなどの終点検出によって決定する。両方ともＳａｎｔａ Ｃｌａｒａ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能であるｉＳｃａｎ（商標）厚さモニタおよびＦｕｌｌＳｃａｎ（商標）光学終点システムなどの検出システムを使用して、終点を検出することができる。

図４Ａに戻って参照すると、材料層の厚さに対する時間のプロットを表示している。点Ａは、基板上に配置された材料層の初期厚さを表す。点Ａと点Ｂとの間では、材料層の除去が、毎分約３．７マイクロメートルの速度で行われる。上に説明した変わる濃度の研磨用スラリを使用すると、毎分約６マイクロメートル以下の大きさの除去速度を得ることができる。例えば、除去速度を、毎分約４マイクロメートル以下、または毎分約１．５マイクロメートル以下とすることができる。点Ａと点Ｂの間の除去速度は、直線であり、処理用流体の流量の変化が生じない（例えば、処理用流体の流量は、最初の１２０秒の間では一定のままであった）。

点Ｂのところでは、基板上に配置された材料層の厚さを、終点検出を使用して６０００オングストロームであると決定した。研磨用研磨剤処理用成分の流量を減少させることによって、除去速度が毎分約２０００オングストロームに低下した。さらに加えて、厚さ測定を点Ａと点Ｂの間で行うことができるが、層の所定の厚さに達するまで、処理用成分の流量を変化させる必要がないことに、留意すべきである。さらに加えてまたは代替で、研磨用研磨剤処理用成分の流量を増加させることによって、または溶食作用防止剤を含む処理用成分の流量を減少させることによって、層厚さ測定値に応じて、点Ａと点Ｂの間の除去速度を増加させることができる。

点Ｃのところでは、基板上に配置された材料層の厚さを、終点検出を使用して２０００オングストロームであると決定した。研磨用研磨剤処理用成分の流量を減少させることによって、除去速度を毎分約１５００オングストロームに低下させた。点Ｄのところでは、終点検出を使用して再び厚さを決定し、最終点Ｅへと研磨用研磨剤処理用成分の流量をさらに削減することによって、除去速度を低下させた。別の一実施形態では、点Ｂ、点Ｃ、および点Ｄが、処理用成分の流量の変化をもたらさない場合があり、直線的な除去速度が、点Ｂと点Ｅとの間で観測される。一実施形態では、研磨プロセスの始めから、基板上に配置された材料層の厚さが約４０００オングストロームから約２０００オングストローム未満の範囲内になるまで、処理用成分の流量は一定のままである。基板上に配置された材料層の厚さの測定値に応じて、１つまたは複数の処理用成分の流量を調節し、研磨プロセスを完了する。

図４Ｂは、基板上に配置された材料層の研磨を表す。図４Ｂでは材料層の除去速度は、基板上に配置された材料層がゼロオングストロームの厚さに近づくにつれて徐々に低下する除去速度を有する。除去速度は、バルク層除去ステップの始めにおいては比較的高い。一実施形態では、除去速度は、毎分約１．５マイクロメートルから毎分約４マイクロメートルまでの範囲内である。ＲＴＰＣプロセス中に検出されるように、バルク層が約２，０００オングストロームから約６，０００オングストロームまでの範囲内の厚さに近づくにつれて、コントローラは、１つまたは複数の処理用成分の流量を変化させる。ＲＴＰＣは、研磨中に基板上に配置された層の厚さを継続的に監視することを可能にし、測定値に応じて、１つまたは複数の処理用成分の流量を調節する。

図４Ｂの実施形態では、基板上に配置された層の厚さが約６，０００オングストロームであったときに、処理用成分の変化が起き始めた。図４Ｂの段階的な除去速度を、研磨用研磨剤処理用成分の流量を徐々に減少させることによって、および／または溶食作用防止剤処理用成分の流量を徐々に増加させることによって得ることができる。一実施形態では、ＲＴＰＣプロセスと協働して、これを達成することができる。一実施形態では、混ぜ合わせた処理用成分の合計流量を一定に保つために、別の１つの処理用成分の流量の変化を補償するように、第３の処理用成分の流量を増加させるまたは減少させる。別の一実施形態では、総流量は、処理全体を通して一定のままではない。

１つまたは複数の処理用成分の流量の変化は、基板上に配置された材料層の除去速度について精密に制御することを可能にする。例えば、研磨用研磨剤を含む処理用成分の研磨用パッドへの比較的高い流量を増加させることによってまたは維持することによって、高い除去速度をプロセスの始めにおいて得ることができる。基板上に配置された材料層の厚さが減少するにつれて、除去速度を低減させるために、研磨用研磨剤を含む処理用成分の流量を減少させることができる、または、溶食作用防止剤を含む処理用成分の流量を増加させることができ、基板上でより一様な表面を生成し、ディッシングを防止することに役立つ。さらに加えて、終点検出に応じて研磨用パッドへの処理用成分の流量によって、除去速度を精密に制御するので、バルク層除去ステップおよびクリアステップを、過度なディッシング生じさせずに１つのプラテン上で実行することができる。一実施形態では、基板上に配置された２マイクロメートルよりも厚い厚さを有する材料の層を、バリア層が現れるまで１つのプラテン上で研磨する。別の一実施形態では、基板上に配置された８，０００オングストロームよりも厚い厚さを有する銅の層を、バリア層が現れるまで１つのプラテン上で研磨する。

図５は、露出した材料層および基板上に配置された下地バリア層を有する基板を化学機械研磨するための方法５００の一実施形態を図示する。方法５００を、上に説明したシステム１００上で実行することができる。方法５００を、やはり他の化学機械研磨システム上で行うことができる。方法５００は、典型的には、ソフトウェアルーチンとして、コントローラ１０８のメモリ１１２中に一般に記憶される。ＣＰＵ１１０によって制御されるハードウェアから遠く離れて位置する第２のＣＰＵ（図示せず）によって、ソフトウェアルーチンを、やはり記憶するおよび／または実施することができる。

本明細書において説明する実施形態を、ソフトウェアルーチンとして実装しているように論じているが、本明細書中に開示した方法ステップのあるものを、ハードウェアにおいておよびソフトウェアコントローラによって実行することができる。したがって、本明細書において説明する実施形態を、コンピュータシステム上で実施されるソフトウェア中に、または特定用途向け集積回路としてハードウェア中にもしくは他のタイプのハードウェア実装手段中に、またはソフトウェアおよびハードウェアの組み合わせで実装することができる。

方法５００は、ステップ５０２において、第１の研磨用パッドを含む第１のプラテン上に、下地バリア材料を覆うように配置された材料を含む基板を設置することによって始まる。材料層は、タングステン、銅、およびこれらの組み合わせなどを含むことができる。あるいは、材料層は、誘電体材料、例えば、酸化ケイ素または窒化ケイ素を含むことができる。さらに加えてまたは代替で、誘電体層を、バルク銅層を覆うように配置することができる。材料層は、導電性であっても非導電性であってもよい。バリア層は、ルテニウム、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、窒化タングステン、タングステン、およびこれらの組み合わせなどを含むことができる。一般にバリア層の下に、誘電体層、典型的には、酸化物がある。

ステップ５０２においては、キャリアヘッドアセンブリ１５２中に保持された基板１２２を、第１のＣＭＰステーション１２８中に配置された研磨用パッド２０８の上方に動かす。キャリアヘッドアセンブリ１５２を、研磨用パッド２０８に向けて下降させ、基板１２２を、研磨用パッド２０８の上面と接触させて置く。

ステップ５０４においては、化学機械研磨プロセスをバルク材料上に実行する。ステップ５０６においては、材料のバルク部分を除去するために、基板を、第１の除去速度で第１のプラテン上で研磨する。一実施形態では、材料層は、約２マイクロメートルから約１０マイクロメートルの範囲内の初期厚さを有する銅層である。別の一実施形態では、材料層は、約４マイクロメートルから約７マイクロメートルの範囲内の初期厚さを有する銅層である。別の一実施形態では、材料層は、約６，０００オングストロームから約８，０００オングストロームまでの範囲内の初期厚さを有する銅層である。一実施形態では、研磨ステップ５０６を、第１のＣＭＰステーション１２８において実行することができる。基板１２２を、平方インチ当たり約４ポンド（ｐｓｉ）よりも小さな力で研磨用パッド２０８に対して押し付けることができる。一実施形態では、力は、約２．５ｐｓｉよりも小さい。別の一実施形態では、力は、約１ｐｓｉと約２ｐｓｉの間、例えば、約１．８ｐｓｉ（１．３ｇ／ｍｍ^２）である。

ステップ５０６においては、基板１２２と研磨用パッド２０８との間に相対的な動きを与える。一実施形態では、キャリアヘッドアセンブリ１５２を、毎分約５０〜１００回転の間で、例えば、毎分約３０〜６０回転の間で回転させ、一方で、研磨用パッド２０８を、毎分約５０〜１００回転の間で、例えば、毎分約７〜３５回転の間で回転させる。一実施形態では、プロセスは、約９０００Å／ｍｉｎの材料層除去速度を有する。別の一実施形態では、プロセスは、毎分約６マイクロメートルよりも小さな、例えば、毎分約２マイクロメートルから毎分約４マイクロメートルまでの範囲内の材料層除去速度を有する。

研磨用スラリを研磨用パッド２０８に供給する。適した研磨用スラリは、酸、ｐＨバッファ、酸化剤、溶食作用防止剤、および研磨用研磨剤を含むがこれらに限定されない処理用成分の任意の組み合わせを含む。バルク化学機械プロセスに適した研磨用調合物および方法の例が、本明細書中にならびに２００７年８月１５日に出願したＩＭＰＲＯＶＥＤ ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ ＦＯＲ ＦＩＸＥＤ ＡＢＲＡＳＩＶＥ ＣＭＰという名称の米国特許出願第１１／８３９，０４８号であって米国特許出願公開第２００８／０１８２４１３号として現在公開されている米国特許出願公開、およびＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮ ＦＯＲ ＰＯＬＩＳＨＩＮＧ Ａ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥという名称の米国特許出願第１１／３５６，３５２号であって米国特許出願公開第２００６／０１６９５９７号として現在公開されている米国特許出願公開中に記載されている。ある種の実施形態では、研磨用スラリの追加の後で、基板１２２が研磨用パッド２０８と接触する。ある種の実施形態では、研磨用スラリの追加の前に、基板１２２が研磨用パッド２０８と接触する。

ステップ５０８においては、基板上に配置された材料層の厚さを、終点検出を使用して測定する。一実施形態では、バルク部分除去プロセスの終点は、材料層を突き破る前に現れる。ステップ５１０においては、ＣＰＵは、基板上に配置された材料層の測定した厚さを事前設定した値と比較する。層の厚さが事前設定した値よりも厚い場合には、方法５００は、ステップ５０６に戻り、基板を研磨し続ける。しかしながら、基板上に配置された材料層の測定した厚さが事前設定した値に等しいまたはほぼ等しい場合には、方法５００はステップ５１２に続く。

ステップ５１２においては、基板上に配置された材料層の除去速度を低下させるために、１つまたは複数の処理用成分の流量を調節する。一実施形態では、研磨用研磨剤を含む処理用成分の流れを減少させることによって、除去速度を低下させる。別の一実施形態では、溶食作用防止剤を含む処理用成分の流量を増加させることによって、除去速度を低下させる。別の一実施形態では、研磨用研磨剤を含む処理用成分の流量を維持し、研磨用スラリ中の研磨用研磨剤の濃度が減少するようにもう１つの処理用成分の流量を増加させることによって、除去速度を低下させる。

図５の実施形態では、処理用成分の流量の調節は、バルク層除去と残留材料除去との間の変わり目で行われる。別の一実施形態では、ステップ５０４の期間のバルク材料の研磨プロセス中に、またはステップ５１４の期間の残留材料の研磨プロセス中に、処理用成分の流量を１回または複数回調節することができる。

ステップ５１４においては、化学機械研磨プロセスを、残留材料について実行する。残留材料除去プロセスは、第２のプラテン上で基板を研磨するステップおよびその研磨プロセスの終点を決定するステップを含む。ステップ５１６においては、すべての残留導電性材料を除去するために、基板を第２のプラテン上で研磨する。あるいは、ステップ５０４およびステップ５１４を、１つのプラテン上で行うことができる。一実施形態では、基板を、約１５００〜２５００Å／ｍｉｎの間の、例えば、約２４００Å／ｍｉｎの除去速度で研磨することができる。ステップ５１６を、単一ステップまたはマルチステップ化学機械クリアランスプロセスとすることができる。クリアランスステップ５１６を、第２のＣＭＰステーション１３０または他のＣＭＰステーション１２８、１３２のうちの１つの上で実行することができる。

クリアランス処理ステップ５１６は、第２のＣＭＰステーション１３０中に配置された研磨用パッドの上方にキャリアヘッドアセンブリ１５２中に保持された基板１２２を動かすことによって始まる。キャリアヘッドアセンブリ１５２を、研磨用パッドに向けて下降させ、基板１２２を研磨用パッドの上面と接触させて置く。基板１２２を、約２ｐｓｉよりも小さな力で研磨用パッドに対して押し付ける。別の一実施形態では、力は、約０．３ｐｓｉ以下である。

その次に、基板１２２と研磨用パッド２０８との間に相対的な動きを与える。研磨用スラリを、研磨用パッド２０８の表面に供給する。一実施形態では、キャリアヘッドアセンブリ１５２を、毎分約３０回転から毎分約８０回転までの範囲内、例えば、毎分約５０回転で回転させ、一方で、研磨用パッドを、毎分約７回転から毎分約９０回転までの範囲内、例えば、毎分約５３回転で回転させる。ステップ５１６のプロセスは、一般にタングステンに対して約１５００Å／ｍｉｎの除去速度、銅に対して約２０００Å／ｍｉｎの除去速度を有する。

ステップ５１８においては、残留材料除去の終点を決定する。終点をＦｕｌｌＳｃａｎ（商標）または上に論じた他の技術のいずれかを使用して決定することができる。一実施形態では、電気化学機械研磨プロセス（Ｅｃｍｐ）に関して、計量器を使用することにより検知した電流の第１の不連続性を検出することによって、終点を決定する。不連続性は、下地層が導電性層（例えば、銅層）を突き破り始めるときに現れる。下地層が銅層とは異なる抵抗率を有するので、下地層の露出した面積に対する導電性層の面積が変化するにつれて、処理用セル両端の（すなわち、基板の導電性部分から電極への）抵抗が変化し、それによって、電流の変化を生じさせる。一実施形態では、基板１２２上に配置された層の厚さの連続的な測定を行うために、基板１２２上に配置された層の厚さを、ＲＴＰＣと協働して監視する。一実施形態では、１つまたは複数の処理用流体の流量を、ステップ５１８に応じて調節する。別の一実施形態では、１つまたは複数の処理用流体の流量は、ステップ５１８に応じて一定のままである。

任意選択で、終点検出に応じて、残留材料層を除去するために、第２のクリアランスプロセスステップを実行することができる。基板１２２を、約２ｐｓｉよりも小さな圧力でパッドアセンブリに対して押圧し、別の一実施形態では、基板１２２を、約０．３ｐｓｉ以下の圧力でパッドアセンブリに対して押圧する。このステップのプロセスは、一般に、銅プロセスおよびタングステンプロセスの両方に対して、約５００Å／ｍｉｎから約２０００Å／ｍｉｎの除去速度、例えば、約５００Å／ｍｉｎから約１２００Å／ｍｉｎの間の除去速度を有する。

任意選択で、ステップ５２０においては、材料層からすべての残っているデブリを除去するために、第３のクリアランスプロセスステップまたは「オーバーポリッシュ」を実行することができる。第３のクリアランスプロセスステップは、典型的には時間を決めたプロセスであり、低くした圧力で実行される。一実施形態では、第３のクリアランスプロセスステップ（やはり、オーバーポリッシュステップとも呼ばれる）は、約１０秒から約３０秒の期間を有する。

残留材料除去ステップ５１４に続いて、バリア研磨を実行することができる。一実施形態では、バリア研磨を、第３のＣＭＰステーション１３２上で実行することができるが、代替では、他のＣＭＰステーション１２８、１３０のうちの１つで実行することができる。

研磨用スラリを作り出すために混ぜ合わせられる処理用成分の流量を調節することの効果を例示するために、次の例を提供する。図６は、研磨用スラリの研磨除去速度を研磨用スラリ中の過酸化水素水の量と比較したプロットである。毎分４．２マイクロメートルの高い除去速度を、図６に示した処理用成分組み合わせで観測した。

図６では、質量で６％研磨用研磨剤で研磨用スラリを維持するために、コロイド状シリカの研磨用研磨剤を含む処理用成分の第１の流量を一定に保つ。スラリ中に存在する過酸化水素水の量を、ＥＬＥＣＴＲＡＣＬＥＡＮ（商標）（ＥＣ）化学薬品の３つの濃度に対して３％から９％まで変える。ＥＬＥＣＴＲＡＣＬＥＡＮ（商標）化学薬品は、約３のｐＨであるアンモニアクエン酸塩を含む。一般に、ＥＣの割合または過酸化水素水の割合が増加するにつれて、基板上に配置された材料の除去速度が増加する。一般に、ＥＣの割合による変化は、過酸化水素水の量による変化で起きるものよりも除去速度に大きな影響を有する。

図７は、研磨用スラリの研磨除去速度を研磨用スラリ中の溶食作用防止剤の量と比較したプロットである。２つの別々の研磨プロセスについて、研磨用スラリ中の溶食作用防止剤の量を、ゼロパーセントから０．４０パーセントまで変えた。第１の研磨プロセスでは、研磨用パッドに加えるダウンフォース（ＤＦ）は、約１（ｐｓｉ）であった。第２の研磨プロセスでは、与えたダウンフォースは、約３ｐｓｉであった。一般的な傾向として、研磨用パッドに加えるダウンフォースが低下するにつれて、または研磨用スラリ中に存在する溶食作用防止剤の量が増加するにつれて、基板上に配置された材料の除去速度が低下する。

図８は、銅層の研磨除去速度を研磨用パッドに加えるダウンフォースと比較したプロットである。図８の実施形態では、研磨用スラリの組成は、一定のままであった。図８の実施形態の研磨用スラリは、リットル当たり約２グラムからリットル当たり約４０グラムまでの範囲内の濃度を有する酸、リットル当たり約４グラムからリットル当たり約８０グラムまでの範囲内の濃度を有する酸化剤、リットル当たり約０．３グラムからリットル当たり約５グラムまでの範囲内の濃度を有する溶食作用防止剤、リットル当たり約１００グラムより少ない濃度を有するｐＨバッファ、およびリットル当たり約０．１グラムからリットル当たり約５０グラムまでの範囲内の濃度を有する研磨用研磨剤を含む。一般に、加えるダウンフォースが増加するにつれて、基板上に配置された材料の除去速度が増加する。

上記は本発明の実施形態に向けられているが、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態を、本発明の基本的な範囲から乖離せずに考案することができ、本発明の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決められる。

Claims (15)

1. 半導体基板表面を処理するための方法であって、
   第１の貯蔵ユニット由来の第１の研磨用成分と第２の貯蔵ユニット由来の研磨用研磨剤を混ぜ合わせながら、研磨用パッドに前記研磨用研磨剤および前記第１の研磨用成分を流すステップであって、前記研磨用研磨剤がコロイド状シリカ、アルミナ、およびセリアから成る群から選択されるステップと、
   基板上に配置された材料層の少なくとも一部を除去するために、前記研磨用パッドを用いて前記基板を研磨するステップと、
   前記基板上に配置された前記材料層の厚さまたは均一性を測定するステップと、
   前記材料層の除去速度に影響を及ぼすように、前記材料層の前記測定された厚さまたは均一性に応じて前記研磨用研磨剤または前記第１の研磨用成分の流量を調節するステップと
   を含む方法。
2. 前記基板がスルーシリコンビアを備え、前記第１の研磨用成分が、酸、バッファ、および酸化剤を含む、請求項１に記載の方法。
3. 第３の貯蔵ユニット由来の第２の研磨用成分を前記研磨用研磨剤および前記第１の研磨用成分と混ぜ合わせながら、前記研磨用パッドに前記研磨用研磨剤、前記第１の研磨用成分、および前記第２の研磨用成分を流すステップであって、前記第２の研磨用成分が溶食作用防止剤を含むステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記基板上の前記材料層の前記厚さが約２，０００オングストロームから約４，０００オングストロームまでの範囲内であるときに、前記第１の研磨用成分または前記研磨用研磨剤の前記流量を調節する、請求項１に記載の方法。
5. 前記材料層が銅を含み、前記基板から除去される前記材料層の前記厚さが約４マイクロメートルから約７マイクロメートルまでの範囲内である、請求項４に記載の方法。
6. 基板を研磨する前記ステップが、前記材料層の前記測定された厚さに応じて研磨速度を徐々に低下させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
7. 半導体基板表面を処理するための方法であって、
   研磨用パッドに研磨用スラリを流すステップであって、前記研磨用スラリが、
   第１の貯蔵ユニット由来の研磨用研磨剤と、
   第２の貯蔵ユニット由来の研磨用成分であって、酸、酸化剤、溶食作用防止剤、およびｐＨバッファを含む研磨用成分と
   を含むステップと、
   基板上に配置された材料層の少なくとも一部を除去するために、前記研磨用パッドを用いて第１の速度で前記基板を研磨するステップと、
   前記基板上に配置された前記材料層の厚さまたは均一性を測定するステップと、
   前記研磨速度に影響を及ぼすように、前記材料層の前記測定された厚さまたは均一性に応じて前記研磨用研磨剤の流量を調節するステップと
   を含む方法。
8. 前記材料層の前記厚さまたは均一性を測定する前記ステップを、スペクトルに基づく終点検出、光学的終点検出、あるいは電荷、電圧または電流測定終点検出によって実行する、請求項７に記載の方法。
9. 前記基板を研磨するステップの前記速度が、前記基板上に配置された前記材料層の前記減少する厚さの減少に応じて低下し、前記基板から除去される前記材料層が約６マイクロメートルから約８マイクロメートルまでの範囲内の厚さを有する、請求項８に記載の方法。
10. バルク材料除去ステップおよび残留材料クリアステップを同じプラテン上で実行し、前記材料層が導電性材料を含む、請求項７に記載の方法。
11. 半導体基板表面を処理するための方法であって、
    第１の貯蔵ユニット由来の研磨用研磨剤と第２の貯蔵ユニット由来の研磨用成分とを混ぜ合わせながら、研磨用パッドに前記研磨用研磨剤および前記研磨用成分を流すステップであって、前記研磨用研磨剤が、コロイド状シリカ、アルミナ、およびセリアから成る群から選択され、前記研磨用成分が、酸、酸化剤、溶食作用防止剤、およびｐＨバッファを含むステップと、
    基板上に配置された材料層の少なくとも一部を除去するために、前記研磨用パッドを用いてスルーシリコンビアを備えた前記基板を研磨するステップと、
    前記基板上に配置された前記材料層の厚さまたは均一性を測定するステップと、
    前記材料層の前記測定された厚さの減少に応じて、前記研磨用研磨剤の前記流量を低下させるステップであって、前記基板上の前記材料層の前記厚さが約２，０００オングストロームから約４，０００オングストロームまでの範囲内であるときに、前記研磨用成分または前記研磨用研磨剤の前記流量を調節するステップと
    を含む方法。
12. 前記材料層が銅を含み、前記基板から除去される前記材料層の前記厚さが約４マイクロメートルから約７マイクロメートルまでの範囲内である、請求項１１に記載の方法。
13. 前記研磨用成分が溶食作用防止剤を含み、さらに、前記基板上に配置された前記材料層の前記厚さが減少するにつれて、前記溶食作用防止剤の前記流量を増加させる、請求項１２に記載の方法。
14. 前記材料層の前記厚さまたは均一性を測定する前記ステップを、スペクトルに基づく終点検出、光学的終点検出、あるいは電荷、電圧または電流測定終点検出によって実行する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記研磨用研磨剤と前記研磨用成分とを混ぜ合わせる前記ステップが、前記研磨用研磨剤と前記研磨用成分との混合を促進するために、配管の一断面内にらせん状の流路または渦巻き状の流路を作り出すことによって実現され、前記研磨用成分が、酸、酸化剤、溶食作用防止剤、およびｐＨバッファを含む、請求項１１に記載の方法。

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