JP2893012B2 - ワークピースを平坦化する方法および装置 - Google Patents

ワークピースを平坦化する方法および装置

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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワークピースを平
坦化することに関し、特に、半導体チップを製造する際
に用いられるワークピースを平坦化することに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップ（集積回路）を製造するプ
ロセスの際、ワークピース、例えば、シリコンのような
半導体材料の基板の上に配置された多くの超小型電子部
品を相互接続するのに、金属導体が用いられる。典型的
には、半導体材料よりなり、薄くほぼ平坦な通常は円形
のウエハは、相補形金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）デバ
イスのような超小型電子部品に加えて、金属導体，絶縁
体，金属ライナーからなる多数の薄い層を有するように
加工される。
【０００３】図１は、一般的な製造プロセスにおける中
間工程の際の典型的な半導体ウエハＷを示す。ウエハＷ
は、二つの主面１０と複数の従面１２とを有する。図２
に示すように、従面１２は、例えば、ウエハＷの周囲に
ほぼ連続する円形の面Ｓを形成する。ウエハは、例え
ば、絶縁体１６（例えば、ＳｉＯ2 層）を有するＳｉ基
板１４，導体１８（例えば、Ｃｕ層），およびそれらの
上に形成された超小型電子部品２０（例えば、ＣＭＯＳ
デバイス）を有する。部品２０は、例えば、基板１４内
および／または絶縁体１６内に配置される。導体層１８
は、１つの主面１０のほぼ全体を形成し、従面１２の一
部を形成する。導体層１８は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ，Ｔ
ｉ，Ｔａ，Ｆｅ，Ａｇ，Ａｕ，合金，または磁性膜であ
る。
【０００４】半導体チップの配線密度が増大するにつれ
て、多数のレベルの導体層１８が、部品２０の相互接続
を実現するために必要とされる。従って、各々の導体層
１８および各々の絶縁体または誘電体層１６の平坦化
は、チップ製造プロセスにおける重要な工程である。
【０００５】種々の平坦化方法および装置が知られてい
る。化学的機械的平坦化方法（ＣＭＰ）は、ウエハを保
持する工程，回転させる工程，押圧する工程を含み、回
転する導体（例えば、Ｃｕメタリック）層１８が、制御
された化学，圧力，および温度の条件の下で、湿式平坦
化／研磨の面の方に押圧される。電気化学的平坦化また
は加工（ＥＣＭ）は、電気化学的エッチングに基づい
て、電気を帯びた材料を塩の水溶液と混合させることに
よって、材料（例えば、導体層１８の一部）を溶解す
る。
【０００６】図３は、従来のＣＭＰ装置３０を示す。こ
のＣＭＰ装置３０は、回転可能なシャフト３８に固定さ
れた回転可能な研磨プラテン３２と、プラテン３２の上
に取り付けられた研磨パッド３４と、プラテン３２に近
接して配置された回転可能なワークピースキャリア３６
とを有し、適切な力（矢印Ｆ）が、キャリア３６の凹部
（図示せず）内に保持されたワークピースＷに加えられ
る。力Ｆは、例えば、周知の機械的，電気機械的および
／または空気圧の手段によって発生される。ＣＭＰ装置
３０は、さらに、リザーバすなわちコンテナ４０（例え
ば、温度制御された）と、コンテナ４０およびパッド３
４を流体接続する通路４２と、コンテナ４０内に入れら
れた化学的研磨スラリー４４とを有する。スラリー４４
は、通路４２を経由してパッド３４の上に分配すること
ができる。
【０００７】図４は、一般の電気化学的セルを示す。ア
ノードＡの金属原子は、電位源Ｂ（例えば、バッテリー
または他の電源）からの電気によってイオン化され、タ
ンクＴ内の電解液Ｅの中に侵入する。金属アノードＡ
は、ファラデーの法則に従って電流に比例して溶液Ｅに
溶解する。アノードからの金属イオンは、カソードＣを
メッキするか、あるいは、金属および溶液の化学的特性
に依存して、沈殿物として滞るか、または溶液内に滞留
する。
【０００８】米国特許第４，７９３，８９５号明細書；
米国特許第４，９３４，１０２号明細書；米国特許第
５，２２５，０３４号明細書；米国特許第５，５３４，
１０６号明細書；米国特許第５，５４３，０３２号明細
書；米国特許第５，５６７，３００号明細書；および米
国特許第５，５７５，７０６号明細書で説明された、例
えば、ＣＭＰ，ＥＣＭ，および他の既知の平坦化方法お
よび装置を参照されたい。それらの内容は全て引用され
て本願明細書の内容として含まれる。米国特許第５，５
７５，７０６号明細書「ＣＨＥＭＩＣＡＬ／ＭＥＣＨＡ
ＮＩＣＡＬ ＰＬＡＮＡＲＩＺＡＴＩＯＮ（ＣＭＰ）Ａ
ＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＰＯＬＩＳＨＭＥＴＨＯ
Ｄ」は、ウエハキャリアと研磨プラテンとの間に電界効
果を与えることによって、ウエハとパッドとの間のスラ
リー濃度を制御することを開示している。
【０００９】本願発明者は、ワークピースの湾曲によっ
て、あるいは、平坦化の際にワークピースの上に存在す
るＣＭＯＳデバイスまたは他の部品への損傷によって生
じるワークピースのスループットの制限のために、既知
の平坦化方法および装置は、完全に満足すべきもとであ
ると証明できなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主な目的は、
半導体ウエハのようなワークピースを平坦化するスルー
プットを増大することにある。
【００１１】本発明の他の目的は、半導体ウエハを平坦
化する一方、ウエハ上に配置された超小型電子部品への
損傷を減少させることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によると、化学的
機械的平坦化および電気化学的平坦化の方法および装置
の両方の特定の要素は、付加的な要素および構造と組み
合わせて、新規でかつ自明でない電気化学的・機械的平
坦化（ＥＣＭＰ）の方法および装置となる。
【００１３】従って、平坦化される層を有するワークピ
ースを平坦化する方法は、次の工程の各々の少なくとも
一部を同時に行う工程を含む。すなわち、層を回転させ
る工程と、層を電解研磨スラリーに対して押圧する工程
と、スラリーを通りかつワークピースの１つの主面およ
び従面のみを通る電流を流す工程とを含み、層の一部を
電気化学的かつ機械的に除去する。本発明の方法の最初
の段階では、電流は、電気化学的に最も高い除去率が実
現されるように制御される。最後の段階では、電流は、
機械的または化学的機械的に最も高い除去率が実現され
るように制御される。
【００１４】ワークピースを平坦化する装置は、ワーク
ピースキャリア，回転可能なプラテン，プラテン上に配
置された研磨パッド，キャリア上に配置されたワークピ
ース電極を有する。一実施例においては、ワークピース
電極は、電極がワークピースの従面のみにおいて層と接
触するように、配置され寸法設定されている。他の実施
例では、ワークピース電極は、ワークピースの従面およ
び１つの主面のみにおいて層と接触する。１つの主面
は、層を電気化学的に除去する際に流れる電流によって
損傷されるおそれのある超小型電子部品を有していな
い。
【００１５】本願発明者は、本発明がワークピースへの
損傷の可能性を著しく減少させることを信じている。ウ
エハの湾曲は減少し、電流の流れは超小型電子部品を通
るパスを避けるように制御される。本発明のさらにまた
他の目的は、以下の詳細な説明が添付された図面と共に
理解されたときより容易に明らかになることであろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に、図面、特に、図５〜２０に
は、本発明の高レベル論理フロー図（図５）と、平坦化
される層１８（図６，図７）を有するウエハに本方法を
実施するための本発明の装置６０（図８〜２０）の種々
の実施例および特徴とを示している。図５の方法では、
電流を流す工程，回転させる工程，押圧する工程の各々
の少なくとも一部を同時に行う。本方法の最初の段階お
よび中間の段階では、例えば、多量の余分な材料が層１
８（例えば銅）に存在すると、比較的大きな電気化学的
電流ｉ（図１０〜１７，１９に一般の電流の方向を示
す）が、層１８の適切な部分（例えば、従面および主面
の１つ）を通って流れる。電流ｉは、例えば、約１５〜
６０ｍＡ／ｃｍ2 の電流密度を与える大きさである。電
流ｉが流れると同時に、ウエハの回転は、２５〜１００
ｒｐｍの範囲内にあり、プラテンの回転は、２５〜９０
ｒｐｍの範囲内にあり、ウエハへの圧力は、適切な電解
研磨スラリー７４（図８）に対して０．０３５〜０．５
６ｋｇｆ／ｃｍ2 （０．５〜８ｐｓｉ）の範囲内にあ
る。
【００１７】このようにして、層１８の第１の部分１８
Ａ（図６）は、電気化学的にほぼ除去される。最初の段
階および中間の段階のための適切なスラリー７４は、例
えば、硫酸（体積で０．１％〜２％），Ｈ2 Ｏ2 （体積
で０．１％〜１％），ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ−２
００ｐｐｍ〜７％の濃度）、および、Ｅ．Ｉ．Ｄｕｐｏ
ｎｔ Ｃｏ．によって市販されたＡｌａｋａｎｏｌ Ａ
ＣＮのような非イオン性界面活性剤を、水およびシリカ
（またはアルミナ）と混合して有している。これらのス
ラリーはアグレッシブである。層１８の厚さが減少する
につれて、電流ｉは減少しまたはとぎれ、回転層１８へ
のスラリー７４の化学的機械的作用は、残っている部分
を除去するのに優性となる。従って、第２の部分１８Ｂ
（図６）は、化学的機械的にほぼ除去される。本発明の
最後の段階のための適切なソフトなスラリー７４は、例
えば、ＣｕＳＯ4 （体積で１〜３％），Ｈ2 ＳＯ4 （体
積で０．１％），Ａｌｋａｎｏｌ ＡＣＮ，ＢＴＡを、
水およびシリカ（またはアルミナ）と混合して有してい
る。本発明の最初，中間，最後の段階の境界は、例え
ば、層１８の組成に依存して実験的に決定される。適切
な平坦化終点の検出装置は、前述した米国特許第４，７
９３，８９５号明細書に開示されたような装置を用いる
ことができる。
【００１８】図２０は、適切な電位源８０（例えば電
源、例えば図１０，図１９）によって生じるエレクトロ
エッチング電流ｉについての複数の電流対時間の波形を
示す。波形（ａ）は、正の単一極性を持つパルス化ＤＣ
であり、勿論、定常ＤＣ信号を用いることができる。
（ｂ）は、両極性を持つパルス化ＤＣであり、（ｃ）
は、両極性を持つ三角波またはのこぎり波であり、また
は（ｄ）は、大きさが変わる単一または両極性の波形で
ある。勿論、電流対時間の種々の波形に対応する信号
を、電位源８０によってウエハＷに与えて、エレクトロ
エッチング効果，デポーラライゼーション効果，および
純粋な化学的機械的平坦化の効果の相対的大きさを最適
にすることができる。デューティサイクルは、例えば、
１０％〜７５％である。
【００１９】好適には、電位源８０は、図１９の制御さ
れたコンピュータである。図１９の電位源８０は、コン
トローラを有するか、あるいはコントローラに接続され
ている。コントローラは、ＣＰＵ（例えば、マイクロプ
ロセッサ），メモリ，バス，Ｉ／Ｏポートを有し、これ
らはすべて、信号受信回路８１におよび終点検出装置に
適切に接続され、例えば、図２０の波形に従って電流ｉ
を制御する。ソフトウェアの命令およびデータをコード
化して、メモリに格納し、コントローラに電位源８０へ
の適切な電流を発生させて、電流ｉを制御する。
【００２０】図７は、例えば、図５の方法に従った平坦
化が完了した直後を示している。ウエハＷは、シード層
ＳＬ９（例えば銅）と、金属ライナー層ＬＬ（例えば、
Ｔａ，ＴａＮ，α−Ｔａ，クロム，ＴｉＮ）とを有する
ことができる。層ＬＬは、特に、電極６７と直接に接触
する層１８の端部が除去されるので、層１８内に向かう
または層１８に沿う電流ｉの冗長導体としてとして働く
ことができる。
【００２１】本発明を実施するための装置６０の好適な
実施例を図８〜図１１に示す。装置６０は、回転可能な
ワークピースキャリア６６，キャリア６６の凹部Ｒに配
置された複数のワークピース電極６７，回転可能なシャ
フト６８に取り付けられた回転可能なプラテン６２，プ
ラテン６２に取り付けられた（例えば中に配置された）
プラテン電極６３，プラテン６２上に設けられた研磨パ
ッド６４，キャリア６６をパッド６４に押しつける（例
えば、力矢印Ｆ），パッド６４と流体接続するスラリー
供給システムとを有する。スラリー供給システムは、装
置６０の通常動作の際、電解研磨スラリー７４をパッド
６４の上に分配するように配置され寸法設定された管路
７２に接続されたコンテナ７０を有する。このような動
作の少なくとも一部の間、電極６７（および層１８）は
アノードであり、電極６３およびプラテン６２はカソー
ドである。キャリア６６およびプラテン６２は、例え
ば、ステンレス鋼であるが、パッド６４が、イオン電流
がパッドを通ってスラリーおよび層１８に流れることが
できるほど十分多孔性であるならば、パッド６４は、例
えば、一般のソフトな布またはハードなポリウレタンで
ある。例えば、前述の米国特許第５，５３４，１０６号
明細書を参照されたい。前述したように、スラリーは、
例えば、シリカまたはアルミナの研磨粒子を含む適切な
電解液である。
【００２２】好適には、導電性の電極６７は、電極部分
６７Ｅ（例えば、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｓｎ，Ｆ
ｅ，またはそれらの適切な混合物すなわち合金）が、ワ
ークピースまたは層の従面Ｓのみにおいて層１８と接触
するように配置され寸法設定されている。図９〜１１を
参照のこと。スプリング６５は、面Ｓに対して各々の部
分６７Ｅを機械的にバイアスする。電極６７は、導電性
の配線８２を経由して電位源８０に接続され、電極６７
および配線８２は、合成ゴムのような適切な電気的絶縁
材料の手段によってキャリアから電気的に絶縁されてい
る。電流ｉは、コンタクトの領域で電極部分６７Ｅを通
って直接層１８内に流れる。
【００２３】図１２〜図１７は、本発明のさらに他の実
施例および構造を示している。図１２では、パッド６４
が、絶縁体６４ＩＮによってセクション６４Ｓに電気的
に分割されている。絶縁体６４ＩＮは、適切な絶縁物
（例えば、１〜５ｍｍの厚さおよび深さ）、または適切
なエアギャップである。パッド６４は、プラテン６２に
接触するパッドの面上に導電性シート部６４Ｃおよび絶
縁性シート部６４Ｉを有し、シャフト６８は、導電性プ
ラテン６２のアースへの電気的接続部分を必要としない
ように絶縁体６８Ｉを有する。図１３，図１４，図１５
は、パッド６４の中に形成された溝内に配置された取り
外し可能なカソード（例えば、銅のメッシュ）を示す。
電極６３およびプラテン６２は、別個の部品とすること
ができ、あるいは一体的に形成することもできる。図１
６および図１７は、スリップリング（図示せず）および
配線８３によって電源８０の負端子に接続された導電性
メッシュ６４Ｃを示す。
【００２４】図１８は、ウエハＷに正の電位を与えるた
めの容量結合配置を示し、この配置は、導電材料よりも
むしろ誘電体である層１８を除去することが必要とされ
るとき、特に有効である。図２１および図２２は、可動
研磨ヘッドＭＰＨに面している層１８を有するさらに他
の実施例を示す。図２３，２４は、一般のキャリア６６
Ａと共に用いられる他の電極６７の配置を示している。
【００２５】現時点で考えられる本発明の好適な実施例
を示し説明した。当業者であれば、特許請求の範囲によ
って定義された本発明の範囲および趣旨から逸脱するこ
となく、様々の変形および変更を行うことができること
が分かるであろう。例えば、プラテン６２およびキャリ
ア６６は、アノード処理されたアルミニウムのような絶
縁材料より形成することができ、この場合、カソード
は、電源およびスラリーに適切に接続される。また、カ
ソード電極（例えば６４Ｃ）は、スラリーコンテナ７０
の中に配置することができる。さらに、勿論、本発明の
方法および装置は、ほぼ平坦よりもかなりくぼんでいる
平坦化すべき層１８を有するウエハに対して用いること
ができる。
【００２６】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。 （１）ワークピースを平坦化する装置であって、前記ワ
ークピースは平坦化される層が部分的に形成された従面
を有し、前記装置は、ワークピースキャリアと、前記ワ
ークピースキャリアに近接して配置された回転可能なプ
ラテンと、前記回転可能なプラテンの上に配置された研
磨パッドと、前記ワークピースキャリアの上に配置され
たワークピース電極とを備え、前記ワークピース電極
は、前記装置の通常動作の際、前記ワークピースが前記
ワークピースキャリアの上に保持されるとき、前記ワー
クピースの前記従面のみにおいて前記層に接触するよう
に、配置され寸法設定されることを特徴とするワークピ
ースを平坦化する装置。 （２）コンテナと、前記コンテナと前記研磨パッドとの
間に流体接続を与える手段とをさらに備えることを特徴
とする、上記（１）に記載のワークピースを平坦化する
装置。 （３）前記回転可能なプラテン内に配置されたプラテン
電極をさらに備えることを特徴とする、上記（１）に記
載のワークピースを平坦化する装置。 （４）前記回転可能なプラテンが、アースに電気的に接
続されることを特徴とする、上記（１）に記載のワーク
ピースを平坦化する装置。 （５）前記ワークピース電極に接続された導体と、前記
導体および前記ワークピース電極が、前記ワークピース
キャリアから絶縁されるように、前記導体の上と前記ワ
ークピース電極の上とに配置され寸法設定された絶縁体
とをさらに備えることを特徴とする、上記（１）に記載
のワークピースを平坦化する装置。 （６）前記ワークピースキャリアが、非導電性の材料よ
り形成されることを特徴とする、上記（１）に記載のワ
ークピースを平坦化する装置。 （７）前記ワークピース電極に接続された正の電位源
と、前記回転可能なプラテンに接続された負の電位源と
をさらに備えることを特徴とする、上記（１）に記載の
ワークピースを平坦化する装置。 （８）前記研磨パッドが溝を形成し、前記装置が前記溝
内に配置された導電性の材料をさらに備えることを特徴
とする、上記（１）に記載のワークピースを平坦化する
装置。 （９）前記研磨パッド上に分布される研磨スラリーを有
し、前記研磨スラリーが、電解液を含むことを特徴とす
る、上記（１）に記載のワークピースを平坦化する装
置。 （１０）前記ワークピース電極が、実質的に、銅，アル
ミニウム，銀，金，スズ，ニッケル，ロジウムからなる
群から選択された導電材料より形成されることを特徴と
する、上記（１）に記載のワークピースを平坦化する装
置。 （１１）前記ワークピースキャリアが、前記ワークピー
スを収容する凹部を形成する壁を有し、前記壁と前記電
極との間に配置されたスプリングをさらに有し、前記ス
プリングが、前記ワークピースが前記ワークピースキャ
リアの上に保持されるとき、前記スプリングが前記電極
を前記ワークピースの前記層に機械的にバイアスし電気
的に接続するように配置され寸法設定されることを特徴
とする、上記（１）に記載のワークピースを平坦化する
装置。 （１２）前記ワークピースキャリアを、前記研磨パッド
の方に動かす手段をさらに備えることを特徴とする、上
記（１）に記載のワークピースを平坦化する装置。 （１３）導電性の層が部分的に形成された従面を有する
半導体ウエハを平坦化する装置において、回転可能なウ
エハキャリアと、回転可能なプラテンと、前記回転可能
なプラテンの上に配置された研磨パッドと、前記研磨パ
ッドの方に前記ウエハキャリアをバイアスする手段と、
前記研磨パッドの上に分布される電解研磨スラリーと前
記電解研磨スラリーと電気的に接触する第１の電極と、
前記ウエハキャリアの上に配置され寸法設定された第２
の電極とを備え、前記第２の電極は、前記装置の通常動
作の際、前記ウエハが前記ウエハキャリアの上に保持さ
れるとき、前記ウエハの前記従面のみにおいて前記導電
性の層に電気的に接続されることを特徴とする、半導体
ウエハを平坦化する装置。 （１４）前記第１の電極および前記第２の電極に電気的
に接続された電位源をさらに備え、前記第２の電極が、
前記装置の通常動作の少なくとも一部の際、前記スラリ
ーに対して正の電位を有することを特徴とする、上記
（１３）に記載の半導体ウエハを平坦化する装置。 （１５）前記研磨パッドが、前記研磨パッドを区分に分
割する細長い絶縁体を有し、前記区分が相互に電気的に
絶縁され、前記装置は、前記回転可能なプラテンと前記
区分の少なくとも１つとの間に配置された平坦な絶縁体
をさらに備えることを特徴とする、上記（１３）に記載
の半導体ウエハを平坦化する装置。 （１６）第１の端部と第２の端部を有するシャフトと、
前記端部の中間に配置されたシャフト絶縁体とをさらに
備え、前記第１の端部が前記回転可能なプラテンに取り
付けられ、前記シャフト絶縁体が、前記回転可能なプラ
テンを前記第２の端部から電気的に絶縁することを特徴
とする、上記（１３）に記載の半導体ウエハを平坦化す
る装置。 （１７）前記研磨パッドと前記回転可能なプラテンとの
間に配置された導電性のメッシュをさらに備えることを
特徴とする、上記（１３）に記載の半導体ウエハを平坦
化する装置。 （１８）前記電位源に接続されたコントローラをさらに
備え、前記コントローラはメモリに接続されたプロセッ
サを有し、前記メモリは、前記電位源が、前記装置の通
常動作の際、電位を前記第２の電極に変える命令および
データを有することを特徴とする、上記（１３）に記載
の半導体ウエハを平坦化する装置。 （１９）前記回転可能なプラテンが、製鋼より形成され
たことを特徴とする、上記（１３）に記載の半導体ウエ
ハを平坦化する装置。 （２０）前記第２の電極が、実質的に、銅，アルミニウ
ム，銀，金，スズ，ニッケル，ロジウムからなる群から
選択された複数の材料を含むことを特徴とする、上記
（１３）に記載の半導体ウエハを平坦化する装置。 （２１）主面および従面を有するワークピースを平坦化
する方法であって、前記主面の１つおよび前記従面の一
部が平坦化される層より形成され、前記方法は、前記層
を回転させる工程と、前記回転する層を、前記回転する
層の一部を機械的にほぼ除去するように電解研磨スラリ
ーに対し押圧する工程と、前記スラリーを通り、かつ、
前記主面の１つおよび前記従面の一部のみを通る電流を
流す工程とを含み、前記層の他の部分を電気化学的にほ
ぼ除去し、前記回転させる工程，押圧する工程，電流を
流す工程の各々の少なくとも一部を、同時に行うことを
特徴とするワークピースを平坦化する方法。 （２２）前記電流を流す工程は、前記層が前記スラリー
に対して正の電位を有するように、前記層および前記ス
ラリーに電位を供給する工程を含むことを特徴とする、
上記（２１）に記載のワークピースを平坦化する方法。 （２３）前記電流を流す工程は、前記層が前記スラリー
に対して正または負の電位を有するように、前記層およ
び前記スラリーに電位を供給し変更する工程を含むこと
を特徴とする、上記（２１）に記載のワークピースを平
坦化する方法。 （２４）前記スラリーが分布される前記研磨パッドに形
成された溝の他の部分を集める工程をさらに含むことを
特徴とする、上記（２１）に記載のワークピースを平坦
化する方法。 （２５）主面および従面を有するワークピースを平坦化
する方法であって、前記主面の１つおよび前記従面の一
部が、平坦化される層より形成され、前記方法は、前記
層を回転させる工程と、前記回転する層を、前記回転す
る層の一部を除去するように、電解研磨スラリーに対し
押圧する工程と、前記スラリーを通り、かつ、前記主面
の１つおよび前記従面の一部のみに沿って電流を流す工
程とを含み、前記層の他の部分を電気化学的にほぼ除去
し、前記回転させる工程，前記押圧する工程，前記電流
を流す工程の各々の少なくとも一部を同時に行うことを
特徴とするワークピースを平坦化する方法。 （２６）前記電流を流す工程は、前記層が前記スラリー
に対して正の電位を有するように、前記層および前記ス
ラリーに電位を供給する工程を含むことを特徴とする、
上記（２５）に記載のワークピースを平坦化する方法。 （２７）前記電流を流す工程は、前記層が前記スラリー
に対して正または負の電位を有するように、前記層およ
び前記スラリーに電位を供給し変更する工程を含むこと
を特徴とする、上記（２５）に記載のワークピースを平
坦化する方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法および装置によって処理されるワ
ークピース（例えば、半導体ウエハＷ）の側面概略図で
ある。
【図２】図１に示すウエハの上部の平面図である。
【図３】既知のＣＭＰ装置の側面の概略図である。
【図４】既知のＥＣＭ装置の側面の概略図である。
【図５】本発明による方法の１つの好適な実施例を示す
高レベルのフロー図である。
【図６】本発明の方法および装置による処理前の図１お
よび図２のウエハの詳細を示す部分断面の拡大された側
面の概略図である。
【図７】本発明の方法および装置による処理の後の図１
および図２のウエハの詳細を示す部分断面の拡大された
側面の概略図である。
【図８】本発明によるＥＣＭＰ装置６０の好適な実施例
の側面の概略図である。
【図９】図８もワークピースキャリアの拡大された側面
の概略図であり、凹部Ｒ内に保持されたウエハＷを示
し、導体層１８の面Ｓに電気的に接触する複数のワーク
ピース電極を示す。
【図１０】図８の円形の領域の拡大された側面の断面図
であり、導体（例えば、銅）層１８に接触する１つの電
極６７の導電性の部分６７Ｅを機械的にバイアスするス
プリング６５と、導体８２によって電位源８０に電気的
に接続される部分６７Ｅとを示す。
【図１１】電極６７に接続されたソース８０のさらに詳
細な概略図である。
【図１２】本発明の他の要素の間のパッド６４およびプ
ラテン６２の他の実施例を示す概略図である。
【図１３】本発明の他の要素の間のパッド６４およびプ
ラテン６２の他の実施例を示す概略図である。
【図１４】本発明の他の要素の間のパッド６４およびプ
ラテン６２の他の実施例を示す概略図である。
【図１５】本発明の他の要素の間のパッド６４およびプ
ラテン６２の他の実施例を示す概略図である。
【図１６】本発明の他の要素の間のパッド６４およびプ
ラテン６２の他の実施例を示す概略図である。
【図１７】本発明の他の要素の間のパッド６４およびプ
ラテン６２の他の実施例を示す概略図である。
【図１８】ワークピースＷの適切な部分に正の電位を供
給する容量結合配置の概略図である。
【図１９】本発明のさらに他の構造の概略図であり、ソ
ース８０に所望のプロファイルに従って電気化学的電流
ｉを変化させる適切なソフトウェアを有するコントロー
ラに接続されたソース８０の回路８１を示す図である。
【図２０】電極エッチング電流ｉの様々な電流対時間の
プロファイル（波形）を示す４つのグラフである。
【図２１】本発明のさらに他の実施例の概略図であり、
層１８が除去可能な研磨ヘッドＭＰＨに面するように、
キャリアテーブルＣＴ上に保持されたウエハＷを示し、
光源ＬＳ（例えば、レーザ），移動可能なミラーＭＭ，
および、ウエハの位置の関数として光強度を測定する位
置検知検出器ＰＳＤを有する光反射率モニタのような終
点検出装置を示す図である。検出器が層１８の厚さが非
常に薄くなるか、取り除かれたことを指示する検出器信
号を受信すると、検出器信号は電源８０によって与えら
れた電位の大きさを減少するように電源８０に命令する
コントローラによって解析される。
【図２２】本発明のさらに他の実施例の概略図であり、
ヘッドＭＰＨに取り付けられ、ウエハＷ上に残っている
層１８の検出された厚さに対応する信号に応じてアノー
ドおよびカソードを制御するコントローラおよび電源シ
ステム８０Ａにインタフェースされた容量または渦電流
の検出器Ｄを有する。
【図２３】面Ｓがキャリア６６Ａの外面とほぼ同一直線
上にあるように、一般のキャリア６６Ａの上に、例え
ば、一般の真空装置によってウエハが保持されるとき特
に有効な電極６７のさらに他の実施例を示す図である。
電極６７は、電極部分６７Ｅが通常動作の際、面Ｓに電
気的に接触するように、キャリア６６Ａを取り囲み電極
６７に固定された剛性の絶縁スリーブまたはカラー６７
Ｓを有する。電極６７は、例えば、スプリングテンパー
されたＢｅＣｕ，Ｔａ，チタン，またはα−Ｔａより形
成される。装置６７は、図２３の矢印の方向に移動す
る。
【図２４】図２３の一部拡大図である。
【符号の説明】
９ シード層 １０ 主面 １２ 従面 １４ 基板 １６ 絶縁体 １８ 導体 １８Ｂ 第２の部分 ２０ 超小型電子部品 ３０ 装置 ３２ プラテン ３４ 研磨パッド ３６ キャリア ３８ 回転可能なシャフト ４０ コンテナ ４２ 通路 ４４ スラリー ６０ 装置 ６２ プラテン ６３ プラテン電極 ６４ 研磨パッド ６４Ｓ セクション ６４Ｉ 絶縁性シート部 ６４Ｃ 導電性シート部 ６５ スプリング ６６ 回転可能なワークピースキャリア ６７ 複数のワークピース電極 ６８ シャフト ７０ コンテナ ７２ 管路 ７４ スラリー ８０ 電位源 ８１ 信号受信回路 ８２ 導電性の配線 ８３ 配線
フロントページの続き (72)発明者 ジェイムス・マッケル・エドウィン・ハ ーパー アメリカ合衆国 10598 ニューヨーク 州 ヨークタウン ハイツ エリザベス ロード 507 (56)参考文献 特開 平９−134904（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−289183（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/304 B24B 37/04

Claims (27)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ワークピースを平坦化する装置であって、
    前記ワークピースは平坦化される層が部分的に形成され
    た従面を有し、前記装置は、 ワークピースキャリアと、 前記ワークピースキャリアに近接して配置された回転可
    能なプラテンと、 前記回転可能なプラテンの上に配置された研磨パッド
    と、 前記ワークピースキャリアの上に配置されたワークピー
    ス電極とを備え、前記ワークピース電極は、前記装置の
    通常動作の際、前記ワークピースが前記ワークピースキ
    ャリアの上に保持されるとき、前記ワークピースの前記
    従面のみにおいて前記層に接触するように、配置され寸
    法設定されることを特徴とするワークピースを平坦化す
    る装置。
  2. 【請求項２】コンテナと、前記コンテナと前記研磨パッ
    ドとの間に流体接続を与える手段とをさらに備えること
    を特徴とする、請求項１に記載のワークピースを平坦化
    する装置。
  3. 【請求項３】前記回転可能なプラテン内に配置されたプ
    ラテン電極をさらに備えることを特徴とする、請求項１
    に記載のワークピースを平坦化する装置。
  4. 【請求項４】前記回転可能なプラテンが、アースに電気
    的に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のワ
    ークピースを平坦化する装置。
  5. 【請求項５】前記ワークピース電極に接続された導体
    と、前記導体および前記ワークピース電極が、前記ワー
    クピースキャリアから絶縁されるように、前記導体の上
    と前記ワークピース電極の上とに配置され寸法設定され
    た絶縁体とをさらに備えることを特徴とする、請求項１
    に記載のワークピースを平坦化する装置。
  6. 【請求項６】前記ワークピースキャリアが、非導電性の
    材料より形成されることを特徴とする、請求項１に記載
    のワークピースを平坦化する装置。
  7. 【請求項７】前記ワークピース電極に接続された正の電
    位源と、前記回転可能なプラテンに接続された負の電位
    源とをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載
    のワークピースを平坦化する装置。
  8. 【請求項８】前記研磨パッドが溝を形成し、前記装置が
    前記溝内に配置された導電性の材料をさらに備えること
    を特徴とする、請求項１に記載のワークピースを平坦化
    する装置。
  9. 【請求項９】前記研磨パッド上に分布される研磨スラリ
    ーを有し、前記研磨スラリーが、電解液を含むことを特
    徴とする、請求項１に記載のワークピースを平坦化する
    装置。
  10. 【請求項１０】前記ワークピース電極が、実質的に、
    銅，アルミニウム，銀，金，スズ，ニッケル，ロジウム
    からなる群から選択された導電材料より形成されること
    を特徴とする、請求項１に記載のワークピースを平坦化
    する装置。
  11. 【請求項１１】前記ワークピースキャリアが、前記ワー
    クピースを収容する凹部を形成する壁を有し、前記壁と
    前記電極との間に配置されたスプリングをさらに有し、
    前記スプリングが、前記ワークピースが前記ワークピー
    スキャリアの上に保持されるとき、前記スプリングが前
    記電極を前記ワークピースの前記層に機械的にバイアス
    し電気的に接続するように配置され寸法設定されること
    を特徴とする、請求項１に記載のワークピースを平坦化
    する装置。
  12. 【請求項１２】前記ワークピースキャリアを、前記研磨
    パッドの方に動かす手段をさらに備えることを特徴とす
    る、請求項１に記載のワークピースを平坦化する装置。
  13. 【請求項１３】導電性の層が部分的に形成された従面を
    有する半導体ウエハを平坦化する装置において、 回転可能なウエハキャリアと、 回転可能なプラテンと、 前記回転可能なプラテンの上に配置された研磨パッド
    と、 前記研磨パッドの方に前記ウエハキャリアをバイアスす
    る手段と、 前記研磨パッドの上に分布される電解研磨スラリーと 前記電解研磨スラリーと電気的に接触する第１の電極
    と、 前記ウエハキャリアの上に配置され寸法設定された第２
    の電極とを備え、前記第２の電極は、前記装置の通常動
    作の際、前記ウエハが前記ウエハキャリアの上に保持さ
    れるとき、前記ウエハの前記従面のみにおいて前記導電
    性の層に電気的に接続されることを特徴とする、半導体
    ウエハを平坦化する装置。
  14. 【請求項１４】前記第１の電極および前記第２の電極に
    電気的に接続された電位源をさらに備え、前記第２の電
    極が、前記装置の通常動作の少なくとも一部の際、前記
    スラリーに対して正の電位を有することを特徴とする、
    請求項１３に記載の半導体ウエハを平坦化する装置。
  15. 【請求項１５】前記研磨パッドが、前記研磨パッドを区
    分に分割する細長い絶縁体を有し、前記区分が相互に電
    気的に絶縁され、前記装置は、前記回転可能なプラテン
    と前記区分の少なくとも１つとの間に配置された平坦な
    絶縁体をさらに備えることを特徴とする、請求項１３に
    記載の半導体ウエハを平坦化する装置。
  16. 【請求項１６】第１の端部と第２の端部を有するシャフ
    トと、前記端部の中間に配置されたシャフト絶縁体とを
    さらに備え、前記第１の端部が前記回転可能なプラテン
    に取り付けられ、前記シャフト絶縁体が、前記回転可能
    なプラテンを前記第２の端部から電気的に絶縁すること
    を特徴とする、請求項１３に記載の半導体ウエハを平坦
    化する装置。
  17. 【請求項１７】前記研磨パッドと前記回転可能なプラテ
    ンとの間に配置された導電性のメッシュをさらに備える
    ことを特徴とする、請求項１３に記載の半導体ウエハを
    平坦化する装置。
  18. 【請求項１８】前記電位源に接続されたコントローラを
    さらに備え、前記コントローラはメモリに接続されたプ
    ロセッサを有し、前記メモリは、前記電位源が、前記装
    置の通常動作の際、電位を前記第２の電極に変える命令
    およびデータを有することを特徴とする、請求項１３に
    記載の半導体ウエハを平坦化する装置。
  19. 【請求項１９】前記回転可能なプラテンが、製鋼より形
    成されたことを特徴とする、請求項１３に記載の半導体
    ウエハを平坦化する装置。
  20. 【請求項２０】前記第２の電極が、実質的に、銅，アル
    ミニウム，銀，金，スズ，ニッケル，ロジウムからなる
    群から選択された複数の材料を含むことを特徴とする、
    請求項１３に記載の半導体ウエハを平坦化する装置。
  21. 【請求項２１】主面および従面を有するワークピースを
    平坦化する方法であって、前記主面の１つおよび前記従
    面の一部が平坦化される層より形成され、前記方法は、 前記層を回転させる工程と、 前記回転する層を、前記回転する層の一部を機械的にほ
    ぼ除去するように電解研磨スラリーに対し押圧する工程
    と、 前記スラリーを通り、かつ、前記主面の１つおよび前記
    従面の一部のみを通る電流を流す工程とを含み、前記層
    の他の部分を電気化学的にほぼ除去し、前記回転させる
    工程，押圧する工程，電流を流す工程の各々の少なくと
    も一部を、同時に行うことを特徴とするワークピースを
    平坦化する方法。
  22. 【請求項２２】前記電流を流す工程は、前記層が前記ス
    ラリーに対して正の電位を有するように、前記層および
    前記スラリーに電位を供給する工程を含むことを特徴と
    する、請求項２１に記載のワークピースを平坦化する方
    法。
  23. 【請求項２３】前記電流を流す工程は、前記層が前記ス
    ラリーに対して正または負の電位を有するように、前記
    層および前記スラリーに電位を供給し変更する工程を含
    むことを特徴とする、請求項２１に記載のワークピース
    を平坦化する方法。
  24. 【請求項２４】前記スラリーが分布される前記研磨パッ
    ドに形成された溝の他の部分を集める工程をさらに含む
    ことを特徴とする、請求項２１に記載のワークピースを
    平坦化する方法。
  25. 【請求項２５】主面および従面を有するワークピースを
    平坦化する方法であって、前記主面の１つおよび前記従
    面の一部が、平坦化される層より形成され、前記方法
    は、 前記層を回転させる工程と、 前記回転する層を、前記回転する層の一部を除去するよ
    うに、電解研磨スラリーに対し押圧する工程と、 前記スラリーを通り、かつ、前記主面の１つおよび前記
    従面の一部のみに沿って電流を流す工程とを含み、前記
    層の他の部分を電気化学的にほぼ除去し、前記回転させ
    る工程，前記押圧する工程，前記電流を流す工程の各々
    の少なくとも一部を同時に行うことを特徴とするワーク
    ピースを平坦化する方法。
  26. 【請求項２６】前記電流を流す工程は、前記層が前記ス
    ラリーに対して正の電位を有するように、前記層および
    前記スラリーに電位を供給する工程を含むことを特徴と
    する、請求項２５に記載のワークピースを平坦化する方
    法。
  27. 【請求項２７】前記電流を流す工程は、前記層が前記ス
    ラリーに対して正または負の電位を有するように、前記
    層および前記スラリーに電位を供給し変更する工程を含
    むことを特徴とする、請求項２５に記載のワークピース
    を平坦化する方法。
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