JP2014179632A - 高スループット低形状銅ｃｍｐ処理 - Google Patents

高スループット低形状銅ｃｍｐ処理 Download PDF

Info

Publication number
JP2014179632A
JP2014179632A JP2014089712A JP2014089712A JP2014179632A JP 2014179632 A JP2014179632 A JP 2014179632A JP 2014089712 A JP2014089712 A JP 2014089712A JP 2014089712 A JP2014089712 A JP 2014089712A JP 2014179632 A JP2014179632 A JP 2014179632A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polishing
substrate
conductive material
slurry
rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014089712A
Other languages
English (en)
Inventor
David H Mai
エイチ． マイ デイヴィッド
Stephen Jew
ジュー ステーブン
Shih-Haur Walters Shen
ウォルターズ セン シー−ハウル
Zhihong Wang
ワン ツィホン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Applied Materials Inc
Original Assignee
Applied Materials Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Publication of JP2014179632A publication Critical patent/JP2014179632A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor

Abstract

【課題】下層バリヤ物質の上に配設された導電性物質の化学機械研磨（ＣＭＰ）で平坦化効率を維持しつつ基板スループットを増大する。
【解決手段】第１のプラテン上に配設された研磨パッドに接触させ、前記研磨パッドはそれらの上に配設された研磨スラリーを有し、上記導電性物質のバルク部分を除去するように、第１の除去レートで上記研磨パッド及び上記研磨スラリーで上記基板を研磨し、終点を決定し、上記研磨スラリーの金属イオン濃度を減少させるように、レートクエンチ処理を行い、上記導電性物質をブレークスルーして上記下層バリヤ物質の部分を露出させるように、第２の除去レートで上記研磨パッド及び上記研磨スラリーで上記基板を研磨し、上記第２の除去レートは上記第１の除去レートより低く、上記バリヤ物質から導電性物質を除去するように、第２のプラテンで上記基板を研磨する。上記レートクエンチ処理の間、研磨ダウンフォースを減少させる。
【選択図】図３

Description

発明の分野
[0001]ここに説明する実施形態は、一般的に、化学機械研磨のための方法に係る。
関連技術の説明
[0002]化学機械平坦化又は化学機械研磨（ＣＭＰ）は、基板を平坦化するのに使用される普通の技法である。ＣＭＰは、基板を平坦化するため２つのモードを使用する。一方のモードは、基板から物質を除去するため化学組成物、典型的には、スラリー又は他の流体媒体を使用する化学反応であり、他方のモードは、機械的力である。従来のＣＭＰ技法においては、基板キャリヤ又は研磨ヘッドがキャリヤアセンブリに取り付けられ、ＣＭＰ装置の研磨パッドと接触配置される。そのキャリヤアセンブリは基板を研磨パッドに対して押し付けるため基板へ制御可能な圧力を与える。そのパッドは、外部駆動力により基板に対して移動させられる。こうして、そのＣＭＰ装置は、化学的作用及び機械的作用の両方を行うように、研磨組成物を分配しながら、基板表面と研磨パッドとの間の研磨又は擦り移動を行わせる。
[0003]ＣＭＰを使用して基板スループットを増大させることが、非常に望まれている。しかしながら、基板表面に加えられる圧力を増大することにより基板スループットを増大しようとすると、平坦化効率が減少してしまい、それに対応して、窪み金属及び腐食欠陥が増大してしまう。平坦化効率は、堆積物質のステップ高さの減少として定義されている。ＣＭＰ処理においては、平坦化効率は、基板表面と研磨パッドとの間に加えられる圧力とプラテン速度との両者の関数である。その圧力が高くなればなるほど、研磨割合がより高くなり、平坦化効率がより低下する。一方、研磨レートをより低くすると、平坦化効率はより良くなるのであるが、スループットが減少してしまう。
[0004]従って、改善された平坦化効率を維持しつつ基板スループットを増大することができるような、金属及びバリヤ物質を化学機械処理するための改良された方法及び装置が必要とされている。
[0005]ここに説明する実施形態は、一般的には、化学機械研磨システムにおいて基板上に配設された導電性物質を処理するための方法を提供する。一実施形態では、基板上に配設された導電性物質を化学機械研磨（ＣＭＰ）するための方法が提供される。下層バリヤ物質の上に配設された導電性物質を含む基板が、第１の研磨パッドを含む第１のプラテン上に配置される。この基板は、そのバルク導電性物質の第１の部分を除去するように第１のプラテンで研磨される。研磨スラリーの金属イオン濃度を減少させるため、レートクエンチ処理が行われる。この基板は、導電性物質をブレークスルーして下層バリヤ物質の部分を露出させるようにそのバルク物質の第２の部分を除去するため、その第１のプラテンで研磨される。
[0006]別の実施形態では、基板上の導電性物質を化学機械研磨するための方法が提供される。下層バリヤ物質の上に配設された導電性物質を含む基板が、研磨スラリーにおいて第１の研磨パッドを含む第１のプラテン上に配置される。この基板は、そのバルク導電性物質の第１の部分を除去するため、その第１のプラテンで研磨される。バルク導電性物質の第１の部分を除去するための第１のプラテンでの基板の研磨の終点が決定される。研磨スラリーの金属イオン濃度を減少させるため、レートクエンチ処理が行われる。この基板は、その導電性物質をブレークスルーして下層バリヤ物質の部分を露出させるようにそのバルク導電性物質の第２の部分を除去するため、その第１のプラテンで研磨される。
[0007]更に別の実施形態では、基板上に配設された導電性物質を化学機械研磨するための方法が提供される。下層バリヤ物質の上に配設された銅物質を含む基板が、防食剤を含む研磨組成物において研磨パッドを含む第１のプラテン上に配置される。この基板は、その研磨パッドと接触させられる。この基板は、バルク銅物質を除去するため、その研磨パッドで研磨される。そのバルク銅物質除去の第１の終点が検出される。その研磨パッドがすすぎ洗い溶液ですすぎ洗いされる。この基板は、その銅物質をブレークスルーして下層バリヤ物質の部分を露出させるように、その研磨パッドで研磨される。この基板は、残留銅物質を除去するため、第２のプラテンで研磨される。
[0008]本発明の前述したような特徴を詳細に理解できるように、概要について簡単に前述したような本発明について、幾つかを添付図面に例示している実施形態に関して、以下より特定して説明する。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示しているのであって、従って、本発明の範囲をそれに限定しようとしているものではなく、本発明は、均等の効果を発揮する他の実施形態を含みうるものであることに、注意されたい。
化学機械平坦化システムの平面図である。 図１の処理ステーションの部分断面図である。 導電性物質を化学機械研磨するための方法の一実施形態のフロー図である。 プラテン１の場合の銅層の厚さ（Å）対研磨時間（秒）を示すプロット図 である。 プラテン２の場合の銅層の厚さ（Å）対研磨時間（秒）を示すプロット図 である。 標準スループット銅処理の研磨時間と高スループット銅処理の研磨時間とを 比較したプロット図である。 標準スループット銅処理の形状性能と高スループット銅処理の形状性能とを 比較したプロット図である。
[0016]理解を容易とするため、図において共通な同一の要素を示すのに、可能な限り、同一の参照符号を使用している。１つの実施形態の要素及び／又は処理ステップは、特に繰り返し述べなくとも、他の実施形態に効果的に使用することができるものと考えられる。
[0017]ここに説明する実施形態は、一般的には、化学機械研磨システムにおいて基板上に配設された導電性物質を処理するための方法を提供する。銅の化学機械平坦化（ＣＭＰ）中に銅の除去のために専用される２つのプラテンを有する研磨プラットフォームにおいては、伝統的には、第１のプラテンは、下層バリヤ物質を露出させてしまうような銅ブレークスルーを生じないようにして約２０００Åの銅厚さまでバルク銅除去を行うのに使用され、第２のプラテンは、銅除去及び銅フィールド残留物除去のために使用されている。第２のプラテンは、ディッシング及び腐食で表される均一及び低形状を生成して、良好な線抵抗（Ｒｓ）均一性とするために、「ソフトランディング」を必要としている。フィールド銅残留物除去を行うために必要な銅除去割合及びオーバポリッシュ時間をより低くすると、銅ＣＭＰのための第２のプラテンは、形状を決定する上で最も重要なものとなるばかりでなく、通常、スループットのボトルネックとなる。ここに説明する実施形態は、第２のプラテンへの銅を少なくして、第２のプラテンでの研磨時間をより短くしてはるかにより高いスループットを与え、同時に、従来の方法に比較して同等又はより優れた形状結果を与えるような刷新的な処理を提供する。ここに説明する実施形態は、高スループット及び低形状が望まれる単一プラテン銅除去処理にも共用できるものである。
[0018]ここに説明する実施形態は、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社から入手できるＭＩＲＲＡ（商標名）、ＭＩＲＲＡ ＭＥＳＡ（商標名）、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録名）、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（商標名）、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ ＬＫ（商標名）、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ ＬＫ ＥＣＭＰ（商標名）化学機械平坦化システムのような化学機械平坦化システムを使用して実施することができるような平坦化処理及び組成物に関して、以下に、説明される。処理パッド、平坦化ウエブ、又はそれらの組合せを使用するようなもの、及び平坦化表面に対して基板を、回転、直線又は他の平面運動で移動させるようなもの、を含む他の平坦化モジュールもまた、ここに説明する実施形態に効果的に適応しうるものである。更に又、ここに説明する方法又は組成物を使用して化学機械研磨を行うことができるようにする任意のシステムもまた、効果的に使用することができる。次の装置の説明は、例示的なものであり、ここに説明する実施形態の範囲を限定するものではないと考えられ又は解釈されたい。
装置
[0019]図１は、基板を化学機械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と平坦化モジュール１０６との間での基板１２２の移送を行うために配設されている。
[0020]システム１００のモジュール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。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、平坦化、洗浄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。
[0021]ファクトリーインターフェース１０２は、一般的には、計測モジュール１９０と、洗浄モジュール１１６と、１つ以上の基板カセット１１８とを含む。基板カセット１１８、洗浄モジュール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との間で基板１２２の移送を行うように配置されている。
[0022]計測モジュール１９０は、基板の厚さプロフィールを示すメトリックを与えるのに適した非破壊測定装置であってよい。このような計測モジュール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社から入手できるＩＳＣＡＮ（商標名）及びＩＭＡＰ（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、コントローラ１０８へメトリックを与え、そのコントローラ１０８において、その基板から測定された特定の厚さプロフィールに対してターゲット除去プロフィールが決定される。
[0023]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に示した実施形態では、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及び第３のＣＭＰステーション１３２を含む。基板１２２上に配設された導電性物質のバルク除去は、第１のＣＭＰステーション１２８での化学機械研磨処理により行うことができる。一実施形態では、導電性物質のバルク除去は、多段処理であってよい。第１のＣＭＰステーション１２８でのバルク物質除去の後、残りの導電性物質又は残留導電性物質は、第２のＣＭＰステーション１３０で単一段又は多段化学機械研磨処理で基板から除去される。この多段処理の部分は、残留導電性物質を除去するように構成されている。第３のＣＭＰステーション１３２は、バリヤ層を研磨するのに使用することができる。一実施形態では、バルク物質除去及び残留物質除去の両者を、単一ステーションにおいて行うことができる。別の仕方として、異なるステーションで行われるバルク除去処理の後に、多段除去処理を行うのに、２以上のＣＭＰステーションを使用することができる。
[0024]典型的な平坦化モジュール１０６は、マシンベース１４０の上方又は第１の側部に配設された移送ステーション１３６及びカルーセル（carousel：円形コンベヤー）１３４をも含む。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を用いて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、研磨された基板を出力バッファステーション１４４からファクトリーインターフェース１０２へと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とロードカップアセンブリ１４８との間で基板を移送するのに使用される。
[0025]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、これらグリッパーアセンブリの各々は、基板の縁部で基板を保持する空気圧式グリッパーフィンガーを有している。移送ロボット１４６は、処理すべき基板を入力バッファステーション１４２からロードカップアセンブリ１４８へ移送すると同時に、処理された基板をロードカップアセンブリ１４８から出力バッファステーション１４４へと移送することができる。
[0026]カルーセル１３４は、ベース１４０の上の中心に配設されている。この円形コンアベヤー１３４は、典型的には、各々キャリヤヘッドアセンブリ１５２を支持する複数のアーム１５０を含む。図１に示すアーム１５０のうちの２つは、移送ステーション１３６及び第１のＣＭＰステーション１２８の平坦化表面１２９が見えるように、点線で示されている。カルーセル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及び１３２と移送ステーション１３６と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。平坦化ステーション１２８、１３０及び１３２の各々に隣接してベース１４０上に調整装置１８２が配設されている。この調整装置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及び１３２に配設された平坦化材を定期的に調整するものである。
[0027]図２は、流体分配アームアセンブリ１２６を含む第１のＣＭＰステーション１２８の一実施形態の部分断面図である。図１を参照するに、第１のＣＭＰ処理ステーション１２８は、キャリヤヘッドアセンブリ１５２及びプラテン２０４を含む。キャリヤヘッドアセンブリ１５２は、一般的には、プラテン２０４上に配設された研磨パッド２０８に対して基板１２２を保持させる。キャリヤヘッドアセンブリ１５２又はプラテン２０４のうちの少なくとも一方は、基板１２２と研磨パッド２０８との間に相対的運動を与えるため、回転又は他の仕方で移動させられる。図２に示した実施形態では、キャリヤヘッドアセンブリ１５２は、基板１２２へ少なくとも回転運動を与えるアクチュエータ又はモーター２１６に結合される。モーター２１６は、キャリヤヘッドアセンブリ１５２を振動させて、基板１２２が研磨パッド２０８の表面を横切って横方向に前後に移動させられるようにすることもできる。
[0028]研磨パッド２０８は、パッドとしてプラテン２０４上に配設される発泡ポリマーのような従来の物質を含むことができる。一実施形態では、その従来の研磨材２０８は、発泡ポリウレタンである。一実施形態では、このパッドは、デラウエア州ニューアークのローデル社から入手できるＩＣ１０１０ポリウレタンパッドである。このＩＣ１０１０ポリウレタンパッドは、典型的には、約２．０５ｍｍの厚さ及び約２．０１％の圧縮率を有している。使用できる他のパッドとしては、下に付加的な圧縮可能な底部層を有した又は有していないようなＩＣ１０００パッド、下に付加的な圧縮可能な底部層を有しているようなＩＣ１０１０パッド、及び他の製造者から入手できる研磨パッドがある。基板の化学機械研磨に寄与するように、ここに説明する組成物がそのパッド上に付与される。
[0029]一実施形態では、キャリヤヘッドアセンブリ１５２は、基板受入ポケット２１２を取り囲む保持リング２１０を含む。基板受入ポケット２１２にブラダー２１４が配設されており、このブラダー２１４は、ウエハをキャリヤヘッドアセンブリ１５２にチャッキングするため排気され、且つ基板１２２を研磨パッド２０８に対して押し付けるときにその基板１２２の下向き力を制御するように加圧されるようになっている。一実施形態では、キャリヤヘッドは、マルチゾーンキャリヤヘッドであってよい。１つの適当なキャリヤヘッドアセンブリ１５２は、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社から入手できるＴＩＴＡＮ ＨＥＡＤ（商標名）キャリヤヘッドである。ここに説明する実施形態に効果的に使用できるように適応されたキャリヤヘッドの他の実施例としては、２００１年１２月１２日に発行された米国特許第６，１５９，０７９号明細書及び２００４年７月２９日に発行された米国特許第６，７６４，３８９号明細書に記載されたようなものがあり、これら明細書の記載は、ここにそのまま援用される。
[0030]図２において、プラテン２０４は、このプラテン２０４を回転できるようにするベアリング２５８によってベース２５６上に支持されている。モーター２６０がプラテン２０４に結合されていて、このモーター２６０は、パッド２０８がキャリヤヘッドアセンブリ１５２に対して移動させられるように、プラテン２０４を回転させる。
[0031]図１に示す実施形態では、研磨パッド２０８は、上方層２１８及び下層２２０を含む。任意的に、下層２２０と上方層２１８との間に１つ以上の介在層２５４を配設することができる。例えば、これら介在層２５４は、サブパッド及び挿入パッドのうちの少なくとも１つを含むことができる。一実施形態では、サブパッドは、発泡ウレタンのようなウレタンをベースとした物質であってよい。一実施形態では、挿入パッドは、マイラーのシートであってよい。
[0032]流体分配アームアセンブリ１２６は、処理流体供給源２２８から上方層２１８の上部又は作用表面へと処理流体を分配するのに使用される。図２に示す実施形態では、この流体分配アームアセンブリ１２６は、支柱２３２から延長するアーム２３０を含む。支柱２３２の中心線の周りのアーム２３０の回転を制御するのに、モーター２３４が設けられている。パッド２０８の作用表面に対してアーム２３０の末端部２３８の高さを制御するのに、調整機構２３６を設けることができる。この調整機構２３６は、アーム２３０又は支柱２３２のうちの少なくとも１つに結合され、プラテン２０４に対するアーム２３０の末端部２３８の高さを制御するためのアクチュエータであってよい。ここに説明する実施形態に効果的に適応される適当な流体分配アームの幾つかの実施例は、２００５年１２月８日に出願され、ＵＳ２００７／０１３１５６２として公開されている、「METHOD AND APPARATUS FOR PLANARIZING A SUBSTRATE WITH LOW FLUIDCONSUMPTION」と題する米国特許出願第１１／２９８，６４３号明細書、２００１年８月２日に出願され、ＵＳ２００３／００２７５０５として公開されている、「MULTIPORT POLISHING FLUID DELIVERY SYSTEM」と題する米国特許出願第０９／９２１，５８８号明細書、２００３年５月２日に出願され、米国特許第６，９３９，２１０号として発行されている、「SLURRY DELIVERY ARM」と題する米国特許出願第１０／４２８，９１４号明細書、２００２年４月２２日に出願され、米国特許第７，０８６，９３３号として発行されている、「FLEXIBLE POLISHING FLUID DELIVERY SYSTEM」と題する米国特許出願第１０／１３１，６３８号明細書に記載されており、これら明細書の記載は、本願と矛盾しない範囲で、そのままここに援用される。
[0033]流体分配アームアセンブリ１２６は、パッド２０８の表面へすすぎ洗い流体のスプレー及び／又はストリームを均一に分配するように配置された複数のすすぎ洗い液アウトレットポート２７０を含むことができる。これらポート２７０は、流体分配アームアセンブリ１２６を通してすすぎ洗い流体供給源２７２へ経路接続されたチューブ２７４によって結合されている。一実施形態では、流体分配アームは、１２個と１５個との間のポートを有することができる。すすぎ洗い流体供給源２７２は、研磨処理中及び／又は基板１２２が外された後、パッド２０８を洗浄するため、脱イオン水のようなすすぎ洗い流体をそのパッド２０８へと与える。パッド２０８は、又、ダイヤモンドディスク又はブラシ（図示していない）のような調整素子を使用してパッドを調整した後に、ポート２７０からの流体を使用して洗浄することもできる。
[0034]ノズルアセンブリ２４８は、アーム２３０の末端部に配設されている。このノズルアセンブリ２４８は、流体分配アームアセンブリ２２６を通して経路接続されたチューブ２４２により流体供給源２２８に結合されている。このノズルアセンブリ２４８は、アームに対して選択的に調整されるノズル２４０を含んでおり、これらノズル２４０から出された流体がパッド２０８の特定の区域へと選択的に向けられるようにしている。
[0035]一実施形態では、ノズル２４０は、処理流体のスプレーを生成するように構成されている。別の実施形態では、ノズル２４０は、処理流体のストリームを与えるように適応されている。別の実施形態では、ノズル２４０は、約２０ｃｍ／秒から約１２０ｃｍ／秒までの間の割合で処理流体のストリーム及び／又はスプレー２４６を研磨表面へ与えるように構成されている。
方法
[0036]図３は、前述したようなシステム１００で実施することができるような、露出される導電性物質及び下層バリヤ層を有する基板を化学機械研磨するための方法３００の一実施形態を示している。この方法３００は、他の化学機械研磨システムでも実施することができる。この方法３００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のが一般的である。このソフトウエアルーチンは、ＣＰＵ１１０によって制御されるハードウエアから離れたところに配置される第２のＣＰＵ（図示せず）によって記憶され及び／又は実行されるものでもよい。
[0037]ここに説明する実施形態はソフトウエアルーチンとして実施されるものとしているのであるが、ここに説明する方法ステップのうちの幾つかのものは、ハードウエアにおいて並びにソフトウエアコントローラにより行うことができる。従って、ここに説明する実施形態は、コンピュータシステムで実行されるようなソフトウエアにおいて、特定用途向け集積回路又は他のタイプのハードウエア実施としてのハードウエアにおいて、又はソフトウエアとハードウエアとの組み合わせで実施することができる。
[0038]この方法３００は、ステップ３０２に始まり、このステップ３０２において、下層バリヤ物質の上に配設された導電性物質を含む基板を第１の研磨パッドを含む第１のプラテン上に配置する。その導電性層は、タングステン、銅、それらの組合せ等を含むことがある。そのバリヤ層は、ルテニウム、タンタル、窒化物、チタン、窒化チタン、窒化タングステン、タングステン、それらの組合せ等を含むことがある。一般的には、絶縁体層、典型的には、酸化物がそのバリヤ層の下にある。
[0039]一実施形態では、キャリヤヘッドアセンブリ１５２に保持された基板１２２は、第１のＣＭＰステーション１２８に配設された研磨パッド２０８の上へ移動される。そのキャリヤヘッドアセンブリ１５２は、その基板１２２を研磨パッドアセンブリ２０８の上部表面と接触させるように、その研磨パッド２０８に向かって下降させられる。
[0040]ステップ３０４で、バルク導電性物質に対して化学機械研磨処理が行われる。ステップ３０６で、その基板は、その導電性物質のバルク部分を除去するため、第１の除去レートで第１のプラテン上で研磨される。一実施形態では、その導電性層は、約６０００Åから８０００Åまでの間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３０６は、第１のＣＭＰステーション１２８で行うことができる。基板１２２は、約２．５ポンド／平方インチ（ｐsｉ）よりも低い力で研磨パッド２０８に対して押し付けられる。一実施形態では、その力は、約１ｐsｉと約２ｐsｉとの間、例えば、約１．８ｐsｉである。
[0041]次に、基板１２２と研磨パッド２０８との間に相対運動が与えられる。一実施形態では、キャリヤヘッドアセンブリ１５２は、毎分約５０回転から１００回転までの間、例えば、毎分約３０回転から６０回転までの間で回転され、一方、研磨パッド２０８は、毎分約５０回転から１００回転までの間、例えば、毎分約７回転から３５回転までの間で回転される。この処理は、一般的には、約９０００Å／分の銅除去レートを有する。
[0042]研磨スラリーが研磨パッド２０８へ供給される。ある特定の実施形態では、この研磨スラリーは、過酸化水素のような酸化剤、防食剤のような不動態化剤、ペーハー緩衝剤、金属錯化剤、研削剤及びそれらの組合せを含むことができる。適当な防食剤としては、アゾール基を有する有機化合物のような窒素原子（Ｎ）を有する化合物がある。適当な化合物の実施例としては、ベンゾトリアゾール、メルカプトベンゾトリアゾール、５-メチル-１-ベンゾトリアゾール（ＴＴＡ）、それらの誘導体及びそれらの組合せがある。他の適当な防食剤としては、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール及びそれらの組合せのような膜形成剤がある。ヒドロキシ、アミノ、イミノ、カルボキシ、メルカプト、ニトロ及びアルキル置換基を有するベンゾトリアゾール、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾールの誘導体もまた、防食剤として使用することができる。研磨スラリーは、典型的には、（ＢＴＡ）のような防食剤を含むことができる。
[0043]ある特定の実施形態では、研磨スラリーは、コロイドシリカ、アルミナ及び／又は酸化セリウムのような研削剤をも含む。ある特定の実施形態では、この研磨スラリーは、付加的に、界面活性剤を含むことができる。バルク化学機械処理のための適当な研磨組成物及び方法の実施例については、２００７年８月１５日に出願され、ＵＳ２００８／０１８２４１３として公開されている、「IMPROVED SELECTIVE CHEMISTRY FOR FIXED ABRASIVE CMP」と題する米国特許出願第１１／８３９，０４８号明細書、及びＵＳ２００６／０１６９５９７として公開されている、「METHOD AND COMPOSITION FOR POLISHING A SUBSTRATE」と題する米国特許出願第１１／３５６，３５２号明細書に記載されており、これら両明細書の記載は、本願と矛盾しない範囲で、ここに援用される。ある特定の実施形態では、基板１２２は、研磨スラリーを加えた後に研磨パッド２０８と接触させられる。ある特定の実施形態では、基板１２２は、研磨スラリーを加える前に研磨パッド２０８と接触させられる。
[0044]ステップ３０８で、バルク部分除去処理の終点が決定される。一実施形態では、バルク部分除去処理の終点は、銅層のブレークスルーの前に来る。このような終点は、共に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社から入手できるｉＳｃａｎ（商標名）厚さモニター及びＦｕｌｌＳｃａｎ（商標名）光学的終点システムのような検出システムを使用して検出することができる。
[0045]この処理の終点は、実時間プロフィールコントロール（ＲＴＰＣ）を使用して決定することもできる。例えば、ＣＭＰ処理においては、基板上の異なる領域での導電性物質の厚さを監視して、非均一なことを検出したときに、そのＣＭＰシステムが、実時間で研磨パラメータを調整するようにさせることができる。ＲＴＰＣは、キャリヤ研磨ヘッドにおけるゾーン圧力を調整することにより、残りの銅プロフィールを制御するのに使用することができる。適当なＲＴＰＣ技法及び装置の実施例については、Hanawa氏等に付与された「METHOD AND APPARATUS FOR MONITORING A METAL LAYER DURING CHEMICALMECHANICAL POLISHING」と題する米国特許第７，２２９，３４０号明細書、及び２００３年７月３１日に出願され、米国特許第７，１１２，９６０号として発行されている、「EDDY CURRENT SYSTEM FOR IN-SITU PROFILE MEASUREMENT」と題する米国特許出願第１０／６３３，２７６号明細書に記載されており、これら明細書の記載は、そのままここに援用される。
[0046]一実施形態では、終点は、スペクトルをベースとした終点検出技法を使用して決定することができる。スペクトルをベースとした終点技法は、研磨シーケンスにおいて異なる時間中に基板上の異なるゾーンからのスペクトルを得て、そのスペクトルとライブラリのインデックスとのマッチングを行い、それらインデックスを使用して、それらインデックスから異なるゾーンの各々に対する研磨レートを決定することを含む。別の実施形態では、終点は、メーターによって与えられる処理の第１のメトリックを使用して決定することができる。このメーターは、基板上の導電性物質（例えば、銅層）の残りの厚さを決定するのに使用される電荷、電圧又は電流情報を与えることができる。別の実施形態では、センサ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。その残りの厚さは、直接的に測定することもできるし、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算出することもできる。一実施形態では、その終点は、基板の所定の区域についてその基板から除去された電荷をターゲット電荷量と比較することにより、決定される。使用することのできる終点技法の実施例については、Benvegnu氏等に対して２００７年６月５日に発行された「SPECTRUM BASED ENDPOINTING FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING」と題する米国特許第７，２２６，３３９号明細書、２００７年５月１５日に出願され、ＵＳ２００７／０２２４９１５として公開されている、「SUBSTRATE THICKNESS MEASURING DURING POLISHING」と題する米国特許出願第１１／７４８，８２５号明細書、及びHanawa氏等に対して付与された「METHOD AND APPARATUS FOR MONITORING A METAL LAYER DURING CHEMICALMECHANICAL POLISHING」と題する米国特許第６，９２４，６４１号明細書に記載されており、これら明細書の記載は、そのままここに援用される。
[0047]一実施形態では、その残りの銅層は、約１４００Åから約２０００Åまでの間の厚さを有する。一実施形態では、その最初の終点は、その導電性層が約２０００Åの厚さを有するときに来る。
[0048]ステップ３１０で、金属イオンのような研磨副生物の濃度を減少させるためのレートクエンチ処理が行われる。バルク導電性物質の第１の部分を除去した後では、縁部が厚く中心に向かって僅かに薄くなっているようなプロフィールとなるのが望ましい。しかしながら、バルク導電性物質の第１の部分を除去した後では、研磨パッド２０８上の銅イオンのような研磨副生物の濃度は、一般的には、非常に高くなっている。研磨スラリーにおいて金属イオンの濃度がこのように高いと、不動態化剤が消費されてしまい、従って、銅ライン及び形状を不動態化し保護するのに使用できる不動態化剤の量が減少してしまう。その結果として、金属イオンのこのような高濃度は、銅の残部の厚さが約１４００Åのときに起きる銅ブレークスルーの前に、減少されねばならない。
[0049]このレートクエンチ処理は、研磨スラリーにおける研磨副生物の濃度を希釈するためその研磨スラリーにすすぎ洗い剤を加えること、その研磨スラリーの流量を増大させること、その研磨パッドをすすぎ洗いすること及びそれらの組合せを含むことができる。
[0050]一実施形態では、このようなレートクエンチ処理は、研磨スラリーにおける金属イオンの濃度を希釈するためすすぎ洗い液を加えることにより行われる。一実施形態では、すすぎ洗い剤は、第１のＣＭＰステーション１２８に隣接して配設された流体分配アームアセンブリ１２６又は分散スラリー計量分配アーム（ＤＳＤＡ）を使用して、研磨スラリーへ分配される。一実施形態では、すすぎ洗い剤は、蒸留水（ＤＩＷ）を含む。一実施形態では、このすすぎ洗い剤の流量は、約３００ミリリットル／分と約１０００ミリリットル／分との間、例えば、約５００ミリリットル／分である。
[0051]一実施形態では、このレートクエンチ処理は、研磨スラリーの流量を増大することを含む。一実施形態では、この研磨スラリーの流量は、約３００ミリリットル／分と約５００ミリリットル／分との間である。
[0052]一実施形態では、このレートクエンチ処理は、研磨パッド２０８上の銅イオン濃度を減少させるためその研磨パッド２０８をすすぎ洗い剤ですすぎ洗いすることを含む。
[0053]第１のＣＭＰステーション１２８に隣接して配設された流体分配アームアセンブリ１２６又は分散スラリー計量分配アーム（ＤＳＤＡ）は、レートクエンチステップを行うのに使用することができる。このレートクエンチステップは、基板がバルク導電性物質の第１の部分を除去するため第１のプラテン上で研磨された後及びソフトランディングステップ３１２の前又はソフトランディングステップ３１２中に、行うことができる。そのスラリーに存在している銅害防止剤添加物は、その導電性層又は銅を不動態化するが、この銅害防止剤は、銅イオンによっても消費される。銅イオンの濃度が高い場合には、銅害防止剤濃度は低く、ウエハのカバーレージが不十分となり、銅ブレークスルー時の銅不動態化が不十分となり且つ形状が高くなってしまう。流体分配アームアセンブリ１２６は、銅ブレークスルーまでソフトランディングステップ３０８中にウエハの良好な銅害防止剤カバーレージを促進させ、且つ銅イオン濃度をより効果的に希釈する。
[0054]レートクエンチ処理中に、研磨ダウンフォースは、約０．５ｐsｉまで減少させることができる。研磨スラリーからの銅害防止剤が基板により効率的に接触し且つ基板表面から研磨副生物を除去する作用するように、加える研磨ダウンフォースを減少させる。
[0055]ステップ３１２で、「ソフトランディング」研磨ステップが行われ、このステップでは、その基板は、導電性物質をブレークスルーして下層バリヤ物質の部分を露出させるようにするため、第１の除去レートより低い第２の除去レートで第１のプラテン上で研磨される。このソフトランディングステップ３１２は、低い銅除去レートを必要としている。一実施形態では、ソフトランディングステップ中には、基板は、約１５００Å／分から２５００Å／分までの間、例えば、約１８００Å／分の除去レートで研磨される。一実施形態では、基板１２２は、約１．０ｐsｉと１．６ｐsｉとの間、例えば、約１．３ｐsｉのダウンフォースでもって研磨パッド２０８に対して押し付けられる。一実施形態では、研磨スラリーの流量は、約２００ミリリットル／分と約５００ミリリットル／分との間、例えば、約２５０ミリリットル／分と約３５０ミリリットル／分との間である。
[0056]流体分配アームアセンブリ１２６によって与えられる均一スラリー分布により、銅イオン濃度が確実に低くされ、処理ウインドウがより大きくされる。ソフトランディングステップ３１２中には、基板の中央がより大きなオーバポリッシュウインドウを有するので、基板中央で最初にブレークスルーされるのが望ましい。基板及びパッドから除去れるべき銅イオンのような研磨副生物の濃度は、基板の中央より基板の縁部の方がより高いと考えられる。従って、基板の中央での銅害防止剤の滞留時間がより長くなり、これにより、不動態化がより良好なものとされる。第１のＣＭＰステーション１２８でのバルク導電性物質除去処理のための最終終点は、最初の銅ブレークスルー時である。銅が既にブレークスルーされてしまっている場合には、第２のＣＭＰステーション１３０での残りの導電性層を除去するための研磨時間は、減少され、従って、より高いウエハスループットが得られる。銅最終除去及びフィールド銅残留物除去中に第２のＣＭＰステーション１３０に入る銅物質は少なく、より低い形状が得られる。第２のプラテンで除去すべき銅が少ない場合には、その銅イオン濃度はより低くなる。銅イオンがより少ない場合には、銅害防止剤が消費される割合がより低くなり、従って、銅害防止剤の濃度がより高くなる。銅害防止剤の濃度がより高い場合には、基板の銅害防止剤による不動態化がより大きくなり、それにより、形状がより低くされる。第２のＣＭＰステーション１３０で生成される銅イオンが少ない場合には、予測されるより高いダウンフォースを使用しても、形状に悪影響を及ぼすことがなく、フィールド銅残留物を完全に除去する能力が改善される。
[0057]ステップ３１４で、ブレークスルー処理の終点が決定される。この第２の終点は、ＦｕｌｌＳｃａｎ（商標名）及びここに説明する他の終点技法を使用して決定することができる。
[0058]ステップ３１６で、残留導電性物質に対する化学機械研磨処理が行われる。この残留導電性物質除去処理は、第２のプラテン上で基板を研磨し、この研磨処理の終点を決定することを含むことができる。ステップ３１８で、基板は、残留導電性物質を除去するため第２のプラテン上で研磨される。一実施形態では、基板は、約１５００Å／分から２５００Å／分までの間の除去レート、例えば、約２４００Å／分の除去レートで研磨される。ステップ３１８は、単一段又は多段化学機械除去処理であってよい。この除去ステップ３１８は、第２のＣＭＰステーション１３０又は他のＣＭＰステーション１２８、１３２のうちの１つにおいて行うことができる。
[0059]この除去処理ステップ３１８は、第２のＣＭＰステーション１３０に配設された研磨パッドの上へキャリヤヘッドアセンブリ１５２に保持された基板１２２を移動させることにより、開始される。キャリヤヘッドアセンブリ１５２は、研磨パッドの上部表面に基板１２２を接触させるように、その研磨パッドに向かって下降させられる。基板１２２は、約２ｐsｉより小さな力で研磨パッドに対して押し付けられる。別の実施形態では、この力は、約０．３ｐsｉ以下である。
[0060]次に、基板１２２と研磨パッドとの間に相対運動が与えられる。研磨スラリーが研磨パッドへ供給される。一実施形態では、キャリヤヘッドアセンブリ１５２は、約３０回転／分（ｒｐｍ）から８０ｒｐｍ、例えば、約５０ｒｐｍで回転させられ、一方、研磨パッドは、約７ｒｐｍから９０ｒｐｍ、例えば、約５３ｒｐｍで回転させられる。ステップ３１８の処理は、一般的には、タングステンに対して約１５００Å／分の除去レートを有しており、銅に対して約２０００Å／分の除去レートを有している。
[0061]ステップ３２０で、残留導電性物質除去の終点が決定される。この終点は、ＦｕｌｌＳｃａｎ（商標名）及びここに説明する他の終点技法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、電気化学機械研磨処理（Ｅｃｍｐ）の場合、その終点は、メーターを使用して感知される電流の最初の不連続を検出することにより決定される。この不連続は、下層がその導電性層（例えば、銅層）をブレークスルーし始めるときに起きる。その下層は銅層とは異なる抵抗率を有しているので、その処理セルに亘る（即ち、基板の導電性部分から電極までの）抵抗は、下層の露出面積に対する導電性層の面積が変化するので変化し、それにより、電流が変化させられる。
[0062]任意的に、この終点検出に応答して、残留銅層を除去するため、第２の除去処理ステップを行うことができる。基板は、約２ｐsｉより小さな圧力でパッドに対して押し付けられ、別の実施形態では、基板は、約０．３ｐsｉ以下の圧力でパッドアセンブリに対して押し付けられる。このステップの処理は、一般的には、銅処理及びタングステン処理の両者に対して、約５００Å／分から約２０００Å／分までの除去レート、例えば、約５００Å／分から約１２００Å／分までの間の除去レートを有している。
[0063]任意的に、ステップ３２２で、導電性層から残留研磨屑を除去するため、第３の除去処理ステップ又は「オーバポリッシュ」を行うことができる。この第３の除去ステップは、典型的には、時限処理であり、減じた圧力で行われる。一実施形態では、この第３の除去処理ステップ（オーバポリッシュステップとも称される）は、約１０秒から約３０秒までの持続時間を有する。
[0064]この残留導電性物質除去ステップ３１６に続いて、バリヤ研磨を行うことができる。一実施形態では、このバリヤ研磨は、第３のＣＭＰステーション１３２で行うことができるが、別の仕方として、他のＣＭＰステーション１２８、１３０のうちの１つにおいて行うこともできる。
[0065]別の実施形態では、この処理は、１プラテン銅除去処理として適応するようにすることができる。この処理は、間に銅イオンクエンチステップを有する２ステップ処理として適用することもできる。良好な銅残留プロフィールを得るためのＲＴＰＣをＤＳＤＡと共に使用して、ウエハに亘る銅害防止剤カバーレージを確実に良好なものとし、ウエハに亘る良好な銅不動態化を与えるように銅イオンをより効果的に希釈することにより銅除去レートを減少させて、良好な形状とすることができる。銅ブレークスルー及び除去中に、銅イオン及び銅害防止剤濃度のバランスを制御することが重要である。
[0066]図４Ａは、プラテン１の場合のｙ軸で示す銅層の厚さ（Å）対ｘ軸で示す研磨時間（秒）を示すプロット４００であり、図４Ｂは、プラテン２の場合のｙ軸で示す銅層の厚さ（Å）対ｘ軸で示す研磨時間（秒）を示すプロット４０２である。線４０４は、約８０００Åの初期銅層厚さを有する基板に対して行われる標準銅ＣＭＰ処理の場合の銅除去レートを表しており、線４０６は、ここに説明する実施形態を使用して８０００Åの初期銅層厚さを有する基板に対して行われる高スループットＣＭＰ処理の場合の銅除去レートを表している。
[0067]基板は、第１の終点４０８に達するまで、約９０００Å／分の高い除去レートで第１のプラテンにおいて研磨された。その第１の終点４０８は、ＲＴＰＣを使用して検出された。第１の終点４０８で、高スループット銅ＣＭＰ処理中に、研磨パッドの銅イオンの濃度を減少させるため、約５秒継続されるレートクエンチ処理が行われた。このレートクエンチ処理中に、導電性物質は、約１２００Å／分の減少した除去レートで除去された。このレートクエンチ処理の後、高スループット銅ＣＭＰ処理を使用して研磨された基板は、「ソフトランディングステップ」に掛けられた。このソフトランディングステップ中に、基板は、第２の終点４１０でバリヤ層が露出させられる最初の銅ブレークスルーまで、約２４００Å／分の低い除去レートで研磨された。その第２の終点は、ＦｕｌｌＳｃａｎ（商標名）光学的終点検出システムを使用して検出された。この第２の終点４１０で、高スループット銅ＣＭＰ処理を使用して研磨された基板は、第２のプラテンへ移送され、そこで、残留銅が除去される最終終点４１２に達するまで、約２４００Å／分の除去レートでその残留銅が研磨された。その最終終点は、ＦｕｌｌＳｃａｎ（商標名）光学的終点検出システムを使用して検出された。２０秒オーバポリッシュ処理が行われた。このような高スループット銅ＣＭＰ処理は、約８０００Åの初期銅厚さの場合に、４１から４３ウエハ／時間（ＷＰＨ）のスループットを達成した。
[0068]標準銅ＣＭＰ処理を使用して研磨された基板は、銅が約２０００Åとなる第１の終点４０８に達するまで、約９００Å／分の高いレートで第１のプラテン上で研磨された。この第１の終点４０８は、ＲＴＰＣを使用して検出された。この第１の終点４０８で、標準銅ＣＭＰ処理を使用して研磨された基板は、残留銅層を除去するため第２のプラテンへと移送された。その残留銅層は、最初の銅ブレークスルー終点４１４に達するまで、約２０００Å／分のレートで除去された。その最初の銅ブレークスルー終点で、残留銅物質は、最終終点４１６に達するまで、約２０００Å／分の除去レートで除去された。その最終終点は、ＦｕｌｌＳｃａｎ（商標名）光学的終点検出システムを使用して検出された。２０秒オーバポリッシュ処理が行われた。この標準銅ＣＭＰ処理は、３０から３３ＷＰＨのスループットを達成した。
[0069]図５は、標準スループット銅処理の研磨時間と高スループット銅処理の研磨時間とを比較したプロット５００である。ｙ軸は、銅厚さ（Å）を表しており、ｘ軸は、第１のプラテン及び第２のプラテンでの合計研磨時間を表している。図５に示されるように、標準処理の場合には、第１のプラテンでの基板研磨時間は、約４０秒であり、第２のプラテンでの標準処理時間は、約８０秒である。第２のプラテンでの研磨時間がより長くなるので、第２のプラテンでボトルネックが生じてしまう。図５に示されるように、高スループット銅処理の場合には、第１のプラテンでの基板研磨時間は、約６０秒であり、第２のプラテンでの基板研磨時間は、約５５秒である。第１のプラテンでの研磨時間と第２のプラテンでの研磨時間とがよりバランスが取れているので、第２のプラテンでボトルネックが生ずることがなく、４０から４２ＷＰＨというより高いウエハスループットを得ることができる。
[0070]図６は、標準スループット銅処理の形状性能と高スループット銅処理の形状性能とを比較したプロット６００である。ｙ軸は、ディッシング（Å）を表しており、ｘ軸は、基板上の半径方向位置（ｍｍ）を表している。これらの結果は、標準処理の場合の形状性能と高スループット処理の場合の形状性能とが５０Å内で同等であることを実証している。
[0071]ここに説明する実施形態は、改善された平坦化効率を維持しつつ基板スループットを増大させるような金属及びバリヤ物質の化学機械処理のための改良された方法及び装置を効果的に提供する。プラテン１において、バルク銅は、１．８ｐsｉの圧力で９０００Å／分より高い高レートでブレークスルーせずに約２０００Åの厚さを残すところまで除去される。バルク銅除去後に望まれる、中央が薄く縁部が厚くなるようなプロフィールを達成するようにキャリヤ研磨ヘッドのゾーン圧力を調整することにより、銅残留プロフィールを制御するのに、実時間処理制御（ＲＴＰＣ）を使用することができる。このようなバルク銅除去ステップの後、そのパッド上の銅イオンの濃度は、非常に高く、銅残留部の厚さが約１４００Åのところで起きる銅ブレークスルーを行う第２のステップへ進むためには、希釈されなければならない。銅イオンの濃度を減少させるため、レートクエンチステップが使用される。このレートクエンチステップは、ＤＩＷを流し込むこと及び／又はスラリー流量を増大させることにより達成される。
[0072]主としてこのようなレートクエンチステップ及びブレークスルーへのソフトランディングステップのため、プラテン１には、分散スラリー計量分配アーム（ＤＳＤＡ）が使用される。スラリーにおける銅害防止剤添加物は、銅を不動態化するが、この銅害防止剤は、銅イオンにより消費される。銅イオンの濃度が高い場合には、銅害防止剤の濃度が低く、ウエハのカバーレージが十分でなくなり、銅ブレークスルー時に高形状となってしまう。ＤＳＤＡは、銅ブレークスルーまでの第２のステップ中ウエハの銅害防止剤カバーレージを良好なものとするように作用し、又、銅イオン濃度をより効果的に希釈するように作用する。この第２のステップは、銅イオン濃度を確実に低くするように低い銅除去レートとすることを必要としており、ＤＳＤＡによる均一なスラリー分散により、大きな処理ウインドウが与えられる。ウエハの中央がより大きなオーバポリッシュウインドウを有するように、ウエハ中央が最初にブレークスルーされるのが望ましい。ウエハの中央における銅害防止剤の滞留時間がより長くなり、より良好な不動態化が得られる。基板及びパッドから除去されるべき銅イオンのような研磨副生物の濃度は、基板の中央におけるより基板の縁部での方がより高くなると信ぜられる。プラテン１での最終終点は、最初のブレークスルー時である。
[0073]銅が既にブレークスルーされているので、第２のプラテン上での研磨時間は、より短く、より高いスループットが得られる。銅最終除去及びフィールド銅残留物除去中にプラテン２へ入る銅が少ないので、より低い形状が得られる。除去される銅が少ないので、銅イオン濃度はより低くなる。銅イオンが少ないので、銅害防止剤がそれだけ消費されず、より高い銅害防止剤濃度とすることができる。銅害防止剤濃度が高ければ高いほど、ウエハの銅害防止剤による不動態化が高くなるので、より低い形状とすることができる。プラテン２で生成される銅イオンが少ないので、予測されるより高いダウンフォースを使用しても、形状に悪影響を及ぼすことがなく、フィールド銅残留物を完全に除去する能力を改善することができる。
[0074]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せずに、本発明の他の更なる実施形態が考えられるものであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって決定されるものである。
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…洗浄モジュール、１１８…基板カセット、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…流体分配アームアセンブリ、１２８…第１の化学機械平坦化（ＣＭＰ）ステーション、１２９…平坦化面、１３０…第２のＣＭＰステーション、１３２…第３のＣＭＰステーション、１３４…カルーセル、１３６…移送ステーション、１４０…マシンベース、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…調整装置、１８８…包囲体、１９０…計測モジュール、２０４…プラテン、２０８…研磨パッド（研磨材）、２１０・・保持リング、２１２…基板受入ポケット、２１４…ブラダー、２１６…モーター、２１８…上方層、２２０…下層、２２６…流体分配アームアセンブリ、２２８…処理流体供給源、２３０…アーム、２３２…支柱、２３４…モーター、２３６…調整機構、２３８…末端部、２４０…ノズル、２４２…チューブ、２４６…スプレー、２４８…ノズルアセンブリ、２５４…介在層、２５６…ベース、２５８…ベアリング、２６０…モーター、２７０…すすぎ洗い液アウトレットポート、２７２…すすぎ洗い流体供給源、２７４…チューブ

Claims (13)

  1. 基板上に配設された導電性物質を化学機械研磨（ＣＭＰ）するための方法において、
    下層バリヤ物質の上に配設された導電性物質を含む基板を、第１のプラテン上に配設された研磨パッドに接触させるステップと、前記研磨パッドはそれらの上に配設された研磨スラリーを有し、
    上記導電性物質のバルク部分を除去するように、第１の除去レートで上記研磨パッド及び上記研磨スラリーで上記基板を研磨するステップと、
    上記導電性物質のバルク部分を除去するように、上記研磨パッド及び上記研磨スラリーで上記基板を研磨するステップの終点を決定するステップと、
    上記研磨スラリーの金属イオン濃度を減少させるように、レートクエンチ処理を行うステップと、
    上記導電性物質をブレークスルーして上記下層バリヤ物質の部分を露出させるように、第２の除去レートで上記研磨パッド及び上記研磨スラリーで上記基板を研磨するステップと、上記第２の除去レートは上記第１の除去レートより低く、
    上記バリヤ物質から導電性物質を除去するように、第２のプラテンで上記基板を研磨するステップと、
    を備え、
    上記レートクエンチ処理の間、研磨ダウンフォースを減少させる、方法。
  2. 上記導電性物質をブレークスルーして上記下層バリヤ物質の部分を露出させるように、上記第２の除去レートで上記研磨パッド及び上記研磨スラリーで上記基板を研磨するステップの終点を決定するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
  3. 上記レートクエンチ処理は、上記研磨スラリーの流量を増大させる段階を含む、請求項１に記載の方法。
  4. 上記研磨スラリーの流量を増大させる段階は、上記スラリー流量を約３００ミリリットル／分から約５００ミリリットル／分まで増大させることを含む、請求項３に記載の方法。
  5. 上記レートクエンチ処理は、上記研磨スラリーにおける防食剤の濃度を増大させる段階を含む、請求項１に記載の方法。
  6. 上記レートクエンチ処理は、上記研磨パッドを脱イオン水ですすぎ洗いする段階を含む、請求項１に記載の方法。
  7. 上記研磨スラリーの金属イオン濃度を減少させるように、レートクエンチ処理を行うステップ及び上記導電性物質をブレークスルーして上記下層バリヤ物質の部分を露出させるように、上記研磨パッド及び上記研磨スラリーで上記基板を研磨するステップは、同時に行われる、請求項１に記載の方法。
  8. 基板上に配設された導電性物質を化学機械研磨（ＣＭＰ）するための方法において、
    下層バリヤ物質の上に配設された導電性物質を含む基板を、第１のプラテン上に配設された研磨パッドに接触させるステップと、前記研磨パッドはそれらの上に配設された研磨スラリーを有し、
    上記導電性物質のバルク部分を除去するように、上記研磨パッド及び上記研磨スラリーで上記基板を研磨するステップと、
    上記研磨スラリーの金属イオン濃度を減少させるように、レートクエンチ（rate quench）処理を行うステップと、
    上記導電性物質をブレークスルーして上記下層バリヤ物質の部分を露出させるように、上記研磨パッド及び上記研磨スラリーで上記基板を研磨するステップと、
    上記バリヤ物質から導電性物質を除去するように、第２のプラテンで上記基板を研磨するステップと、
    を備え、
    上記レートクエンチ処理の間、研磨ダウンフォースを減少させ、上記レートクエンチ処理は、上記研磨スラリーの流量を増大させる段階を含む、方法。
  9. 上記研磨スラリーの流量を増大させる段階は、上記スラリー流量を約３００ミリリットル／分から約５００ミリリットル／分まで増大させることを含む、請求項８に記載の方法。
  10. 上記研磨スラリーの金属イオン濃度を減少させるように、レートクエンチ処理を行うステップ及び上記導電性物質をブレークスルーして上記下層バリヤ物質の部分を露出させるように、上記研磨パッド及び上記研磨スラリーで上記基板を研磨するステップは、同時に行われる、請求項８に記載の方法。
  11. 基板上に配設された導電性物質を化学機械研磨（ＣＭＰ）するための方法において、
    下層バリヤ物質の上に配設された導電性物質を含む基板を、第１のプラテン上に配設された研磨パッドに接触させるステップと、前記研磨パッドはそれらの上に配設された研磨スラリーを有し、
    上記導電性物質のバルク部分を除去するように、上記研磨パッド及び上記研磨スラリーで上記基板を研磨するステップと、
    上記研磨スラリーの金属イオン濃度を減少させるように、レートクエンチ（rate quench）処理を行うステップと、
    上記導電性物質をブレークスルーして上記下層バリヤ物質の部分を露出させるように、上記研磨パッド及び上記研磨スラリーで上記基板を研磨するステップと、
    上記バリヤ物質から導電性物質を除去するように、第２のプラテンで上記基板を研磨するステップと、
    を備え、
    上記レートクエンチ処理の間、研磨ダウンフォースを減少させ、上記レートクエンチ処理は、上記研磨スラリーにおける防食剤の濃度を増大させる段階を含む、方法。
  12. 基板上に配設された導電性物質を化学機械研磨（ＣＭＰ）するための方法において、
    下層バリヤ物質の上に配設された導電性物質を含む基板を、第１のプラテン上に配設された研磨パッドに接触させるステップと、前記研磨パッドはそれらの上に配設された研磨スラリーを有し、
    上記導電性物質のバルク部分を除去するように、上記研磨パッド及び上記研磨スラリーで上記基板を研磨するステップと、
    上記研磨スラリーの金属イオン濃度を減少させるように、レートクエンチ（rate quench）処理を行うステップと、
    上記導電性物質をブレークスルーして上記下層バリヤ物質の部分を露出させるように、上記研磨パッド及び上記研磨スラリーで上記基板を研磨するステップと、
    上記バリヤ物質から導電性物質を除去するように、第２のプラテンで上記基板を研磨するステップと、
    を備え、
    上記レートクエンチ処理の間、研磨ダウンフォースを減少させ、上記レートクエンチ処理は、上記研磨パッドを脱イオン水ですすぎ洗いする段階を含む、方法。
  13. 上記研磨ダウンフォースを０．５ｐｓｉまで減少させる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
JP2014089712A 2007-08-29 2014-04-24 高スループット低形状銅ｃｍｐ処理 Pending JP2014179632A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US96884507P 2007-08-29 2007-08-29
US60/968,845 2007-08-29

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008220111A Division JP2009088486A (ja) 2007-08-29 2008-08-28 高スループット低形状銅ｃｍｐ処理

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014179632A true JP2014179632A (ja) 2014-09-25

Family

ID=40405755

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008220111A Pending JP2009088486A (ja) 2007-08-29 2008-08-28 高スループット低形状銅ｃｍｐ処理
JP2014089712A Pending JP2014179632A (ja) 2007-08-29 2014-04-24 高スループット低形状銅ｃｍｐ処理

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008220111A Pending JP2009088486A (ja) 2007-08-29 2008-08-28 高スループット低形状銅ｃｍｐ処理

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20090057264A1 (ja)
JP (2) JP2009088486A (ja)
TW (1) TWI446425B (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8547538B2 (en) * 2011-04-21 2013-10-01 Applied Materials, Inc. Construction of reference spectra with variations in environmental effects
US9005999B2 (en) * 2012-06-30 2015-04-14 Applied Materials, Inc. Temperature control of chemical mechanical polishing
KR102578815B1 (ko) * 2016-08-08 2023-09-15 에스케이하이닉스 주식회사 박막 가공 방법
US11094554B2 (en) * 2017-03-31 2021-08-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Polishing process for forming semiconductor device structure
US11590627B2 (en) * 2019-07-18 2023-02-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Mega-sonic vibration assisted chemical mechanical planarization

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001068441A (ja) * 1999-05-25 2001-03-16 Applied Materials Inc 選択的ダマシンケミカルメカニカルポリシング
US6261158B1 (en) * 1998-12-16 2001-07-17 Speedfam-Ipec Multi-step chemical mechanical polishing
JP2006237445A (ja) * 2005-02-28 2006-09-07 Seiko Epson Corp 半導体装置の製造方法及び研磨装置

Family Cites Families (56)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4475981A (en) * 1983-10-28 1984-10-09 Ampex Corporation Metal polishing composition and process
JPH0690445B2 (ja) * 1987-06-19 1994-11-14 富士写真フイルム株式会社 ハロゲン化銀写真感光材料
US5981454A (en) * 1993-06-21 1999-11-09 Ekc Technology, Inc. Post clean treatment composition comprising an organic acid and hydroxylamine
US6099394A (en) * 1998-02-10 2000-08-08 Rodel Holdings, Inc. Polishing system having a multi-phase polishing substrate and methods relating thereto
US5340370A (en) * 1993-11-03 1994-08-23 Intel Corporation Slurries for chemical mechanical polishing
US5893796A (en) * 1995-03-28 1999-04-13 Applied Materials, Inc. Forming a transparent window in a polishing pad for a chemical mechanical polishing apparatus
US5676587A (en) * 1995-12-06 1997-10-14 International Business Machines Corporation Selective polish process for titanium, titanium nitride, tantalum and tantalum nitride
US5693563A (en) * 1996-07-15 1997-12-02 Chartered Semiconductor Manufacturing Pte Ltd. Etch stop for copper damascene process
KR100302671B1 (ko) * 1996-07-25 2001-09-22 피. 제리 코더 화학기계적연마용조성물및화학기계적연마방법
US5783489A (en) * 1996-09-24 1998-07-21 Cabot Corporation Multi-oxidizer slurry for chemical mechanical polishing
US5954997A (en) * 1996-12-09 1999-09-21 Cabot Corporation Chemical mechanical polishing slurry useful for copper substrates
US5735963A (en) * 1996-12-17 1998-04-07 Lucent Technologies Inc. Method of polishing
US20020064769A1 (en) * 2000-10-05 2002-05-30 Watson Michnick Stephen William Dynamic visualization of expressed gene networks in living cells
US5842910A (en) * 1997-03-10 1998-12-01 International Business Machines Corporation Off-center grooved polish pad for CMP
US6068879A (en) * 1997-08-26 2000-05-30 Lsi Logic Corporation Use of corrosion inhibiting compounds to inhibit corrosion of metal plugs in chemical-mechanical polishing
US6001730A (en) * 1997-10-20 1999-12-14 Motorola, Inc. Chemical mechanical polishing (CMP) slurry for polishing copper interconnects which use tantalum-based barrier layers
JP3371775B2 (ja) * 1997-10-31 2003-01-27 株式会社日立製作所 研磨方法
US5985748A (en) * 1997-12-01 1999-11-16 Motorola, Inc. Method of making a semiconductor device using chemical-mechanical polishing having a combination-step process
TW430656B (en) * 1997-12-03 2001-04-21 Dainippon Ink & Chemicals Quinolinone derivative, method for preparing the same, and anti-allergic agent
US5897426A (en) * 1998-04-24 1999-04-27 Applied Materials, Inc. Chemical mechanical polishing with multiple polishing pads
US6475069B1 (en) * 1999-10-22 2002-11-05 Rodel Holdings, Inc. Control of removal rates in CMP
US6113465A (en) * 1998-06-16 2000-09-05 Speedfam-Ipec Corporation Method and apparatus for improving die planarity and global uniformity of semiconductor wafers in a chemical mechanical polishing context
US6217416B1 (en) * 1998-06-26 2001-04-17 Cabot Microelectronics Corporation Chemical mechanical polishing slurry useful for copper/tantalum substrates
TW512170B (en) * 1998-07-24 2002-12-01 Ibm Aqueous slurry composition and method for polishing a surface using the same
US6183686B1 (en) * 1998-08-04 2001-02-06 Tosoh Smd, Inc. Sputter target assembly having a metal-matrix-composite backing plate and methods of making same
US6143656A (en) * 1998-10-22 2000-11-07 Advanced Micro Devices, Inc. Slurry for chemical mechanical polishing of copper
US6165052A (en) * 1998-11-16 2000-12-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method and apparatus for chemical/mechanical planarization (CMP) of a semiconductor substrate having shallow trench isolation
US6184141B1 (en) * 1998-11-24 2001-02-06 Advanced Micro Devices, Inc. Method for multiple phase polishing of a conductive layer in a semidonductor wafer
US6218290B1 (en) * 1998-11-25 2001-04-17 Advanced Micro Devices, Inc. Copper dendrite prevention by chemical removal of dielectric
US6074949A (en) * 1998-11-25 2000-06-13 Advanced Micro Devices, Inc. Method of preventing copper dendrite formation and growth
US6083840A (en) * 1998-11-25 2000-07-04 Arch Specialty Chemicals, Inc. Slurry compositions and method for the chemical-mechanical polishing of copper and copper alloys
US6136714A (en) * 1998-12-17 2000-10-24 Siemens Aktiengesellschaft Methods for enhancing the metal removal rate during the chemical-mechanical polishing process of a semiconductor
US6238592B1 (en) * 1999-03-10 2001-05-29 3M Innovative Properties Company Working liquids and methods for modifying structured wafers suited for semiconductor fabrication
US6235633B1 (en) * 1999-04-12 2001-05-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method for making tungsten metal plugs in a polymer low-K intermetal dielectric layer using an improved two-step chemical/mechanical polishing process
US6274478B1 (en) * 1999-07-13 2001-08-14 Motorola, Inc. Method for forming a copper interconnect using a multi-platen chemical mechanical polishing (CMP) process
US6432823B1 (en) * 1999-11-04 2002-08-13 International Business Machines Corporation Off-concentric polishing system design
US6258721B1 (en) * 1999-12-27 2001-07-10 General Electric Company Diamond slurry for chemical-mechanical planarization of semiconductor wafers
US6409781B1 (en) * 2000-05-01 2002-06-25 Advanced Technology Materials, Inc. Polishing slurries for copper and associated materials
US6858540B2 (en) * 2000-05-11 2005-02-22 Applied Materials, Inc. Selective removal of tantalum-containing barrier layer during metal CMP
US7012025B2 (en) * 2001-01-05 2006-03-14 Applied Materials Inc. Tantalum removal during chemical mechanical polishing
US7008554B2 (en) * 2001-07-13 2006-03-07 Applied Materials, Inc. Dual reduced agents for barrier removal in chemical mechanical polishing
US7104869B2 (en) * 2001-07-13 2006-09-12 Applied Materials, Inc. Barrier removal at low polish pressure
US6811470B2 (en) * 2001-07-16 2004-11-02 Applied Materials Inc. Methods and compositions for chemical mechanical polishing shallow trench isolation substrates
US6821881B2 (en) * 2001-07-25 2004-11-23 Applied Materials, Inc. Method for chemical mechanical polishing of semiconductor substrates
US7086933B2 (en) * 2002-04-22 2006-08-08 Applied Materials, Inc. Flexible polishing fluid delivery system
US20030062833A1 (en) * 2001-10-03 2003-04-03 Wen-Yen Tai Mini-type decorative bulb capable of emitting light through entire circumferential face
KR100455061B1 (ko) * 2001-12-24 2004-11-06 한국전자통신연구원 워터마킹을 이용한 디지털 컨텐츠 제공 장치 및 그 방법
US6764387B1 (en) * 2003-03-07 2004-07-20 Applied Materials Inc. Control of a multi-chamber carrier head
US6939210B2 (en) * 2003-05-02 2005-09-06 Applied Materials, Inc. Slurry delivery arm
US7112960B2 (en) * 2003-07-31 2006-09-26 Applied Materials, Inc. Eddy current system for in-situ profile measurement
US7084064B2 (en) * 2004-09-14 2006-08-01 Applied Materials, Inc. Full sequence metal and barrier layer electrochemical mechanical processing
US20060226123A1 (en) * 2005-04-07 2006-10-12 Applied Materials, Inc. Profile control using selective heating
JP4799122B2 (ja) * 2005-10-20 2011-10-26 株式会社東芝 Ｃｕ膜の研磨方法および半導体装置の製造方法
US20070108066A1 (en) * 2005-10-28 2007-05-17 Applied Materials, Inc. Voltage mode current control
US20070181442A1 (en) * 2006-02-03 2007-08-09 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for foam removal in an electrochemical mechanical substrate polishing process
US20070219103A1 (en) * 2006-03-17 2007-09-20 Applied Materials, Inc. Novel rinse solution to remove cross-contamination

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6261158B1 (en) * 1998-12-16 2001-07-17 Speedfam-Ipec Multi-step chemical mechanical polishing
JP2001068441A (ja) * 1999-05-25 2001-03-16 Applied Materials Inc 選択的ダマシンケミカルメカニカルポリシング
JP2006237445A (ja) * 2005-02-28 2006-09-07 Seiko Epson Corp 半導体装置の製造方法及び研磨装置

Also Published As

Publication number Publication date
TW200919571A (en) 2009-05-01
US20090057264A1 (en) 2009-03-05
TWI446425B (zh) 2014-07-21
JP2009088486A (ja) 2009-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9005999B2 (en) Temperature control of chemical mechanical polishing
KR100939595B1 (ko) 기판을 폴리싱하기 위한 방법 및 조성물
KR100849572B1 (ko) 전기·화학·기계적 연마를 이용한 기판의 평탄화
US7160432B2 (en) Method and composition for polishing a substrate
US20100130101A1 (en) Two-line mixing of chemical and abrasive particles with endpoint control for chemical mechanical polishing
JP4633064B2 (ja) 基板を研磨するための方法及び組成物
WO2003006205A2 (en) Barrier removal at low polish pressure
US20050092620A1 (en) Methods and apparatus for polishing a substrate
US7012025B2 (en) Tantalum removal during chemical mechanical polishing
JP2014179632A (ja) 高スループット低形状銅ｃｍｐ処理
US20070290166A1 (en) Method and composition for polishing a substrate
JP2009527129A (ja) 基板上の導電性材料を電気化学的に研磨する方法
US20070254485A1 (en) Abrasive composition for electrochemical mechanical polishing
US20060249395A1 (en) Process and composition for electrochemical mechanical polishing
US7504018B2 (en) Electrochemical method for Ecmp polishing pad conditioning
TWI540624B (zh) 化學機械研磨的溫度控制
US20060196778A1 (en) Tungsten electroprocessing
JP2018200938A (ja) 基板研磨装置および基板研磨方法
US20100096360A1 (en) Compositions and methods for barrier layer polishing
US8210900B2 (en) Dishing and defect control of chemical mechanical polishing using real-time adjustable additive delivery
US7879255B2 (en) Method and composition for electrochemically polishing a conductive material on a substrate
WO2014018027A1 (en) Temperature control of chemical mechanical polishing
US20070151866A1 (en) Substrate polishing with surface pretreatment
WO2007047454A2 (en) Process and composition for electrochemical mechanical polishing
US20070235345A1 (en) Polishing method that suppresses hillock formation

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150619

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150630

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20160119