JP4446271B2 - ミクロ電子基板から導電物質を電気的、機械的および／または化学的に除去する方法および装置 - Google Patents

ミクロ電子基板から導電物質を電気的、機械的および／または化学的に除去する方法および装置 Download PDF

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Description

本願は２０００年８月３０日に出願された「ミクロ電子基板から導電物質を除去する方法および装置」と称する米国特許出願第０９/６５１７７９号（代理人整理番号１０８２９８５１５ＵＳ）、２００１年６月２１日に出願された「鈍くされた角部付きの孔を持つ導電物質を有するミクロ電子基板および導電物質を除去する関連方法」と称する米国特許出願第０９/８８７７６７号（代理人整理番号１０８２９８５１５ＵＳ２）、および２００１年６月２１日に出願された「ミクロ電子基板から導電物質を電気的および/または化学―機械的に除去する方法および装置」と称する米国特許出願第０９/８８８００２号（代理人整理番号１０８２９８５１５ＵＳ３）（これらのすべてはそれらの全体が参照によりここに組込まれる）の一部継続である。
本発明はミクロ電子基板から導電物質を除去する方法および装置に関する。
ミクロ電子基板および基板組立体は代表的には導電線と接続される記憶セルのような特徴を有する半導体物質を含む。導電線は、まず半導体物質に溝または他の凹部を形成し、次いで溝に(金属のような)導電物質を上塗りすることによって形成することができる。次いで、導電物質を選択的に除去して半導体物資地における１つの特徴から他の特徴まで延びる導電線を残す。
半導体基板に対して金属層を付着したり除去したりするのに電解技術が使用されてきた。例えば、交流電流を中間電解質を介して導電層に出力して層の諸部分を除去する。図１に示す一実施例では、在来の装置６０は電流源２１に結合された第１電極２０aおよび第２電極２０ｂを有している。第１電極２０aは半導体基板１０の金属層１１に直接取付けられており、第２電極２０ｂはこれを電解質３１に接触するまで下方に移動することによって金属層１１の表面に配置された液状電解質３１に少なくとも部分的に浸漬される。バリア２２が第１電極２０aを電解質３１との直接接触から保護する。電流源２１は交流電流を電極２０a、２０ｂおよび電解質３１を経て基板に出力して導電層１１から導電物質を除去する。交流電流信号は「シリコン集積回路へのチタンー白金―金の金属被覆における白金の電気エッチング」と称する公報(ベル研究所)（その全体が参照によりここに組み入れられる）にフランケンタル等により開示されているもののような様々な波形を有することができる。
図２に示す構成の場合の１つの欠点は、第１電極２０aが取付けられる領域において導電層１１から物質を除去することが可能でないと言うてんである。何故なら、バリア２２が電解質３１をこの領域で基板１０に接触するのを防ぐからである。変更例として、第１電極２０aがこの領域において電解質に接触するなら、電解方法は第１電極２０aを悪化してしまう。更に他の欠点は電解方法が基板１０から物質を一様には除去しないと言う点である。例えば、第１電極２０aへの直接電気接続部を有していない残留導電物質の「島部」が導電層１１に生じることがある。残留導電物質は導電線の形成および/または作用に干渉してしまい、第１電極２０aがかかる「島部」に結合されるように再位置決めされないかぎり、この電解方法で除去し難い或いは除去不可能である。
上記欠点のうちの幾つかを処理する１つの解決法は導電物質が除去される一様性を増すために基板１０の周囲に複数の第１電極２０aを取付けことである。しかしながら、導電物質の島部は追加の第１電極２０aにもかかわらずまだ残留することがある。他の解決法はカーボンのような不活性物質から電極を形成し、バリア２２を除去して電解質３１と接触している導電層１１aの領域を増大することである。しかしながら、かかる不活性電極は導電物質の除去時により反応性電極ほど効果的でないことがあり、また不活性電極はまだ基板１０に残留導電物質を残すことがある。
図２は上記欠点のうちの幾つかを処理する更に他の解決法を示しており、この解決法では、２つの基板１０が電解質３１を収容している容器３０に部分的に浸漬されている。第１電極２０aは一方の基板１０に取付けられており、第２電極２０ｂは他方の基板１０に取付けられている。この解決法の利点は電極２０a、２０ｂが電解質に接触しないと言う点である。しかしながら、電解方法が完了した後、導電物質の島部がまだ残留することがあり、電極２０a、２０ｂが基板１０に取付けられている箇所から導電物質を除去することが困難である。
半導体基板から物質を除去する他の方法は化学―機械的平坦化（「ＣＭＰ」）である。在来のＣＭＰ技術は科学的活性環境で基板を磨きパッドと係合させ、次いで磨きパッドおよび/または基板を互いに対して移動させて基板の表面から物質を化学的および/または機械的に除去することを含む。磨きパッドは基板から物質を研磨するために固定研磨粒子を含むことができ、或いは研磨粒子を磨きパッドと基板との間に配置された液状スラリーに懸濁することができる。
在来のＣＭＰ技術の場合の１つの欠点はかかる技術で基板か(白金のような)ら或る物質を除去することが極めて困難であるか或いは不可能であると言う点である。或いは、白金のような化学的エッチング物質は、これを任意の方向(等方的)にではなく単一の方向（異方的）に除去しようとする場合には適切ではない。在来のＣＭＰ技術の場合の他の欠点は或る硬質物質が非常に大きい普通の力を基板に加えることなしには除去し難いと言う点である。このような力は基板を損傷してしまい、またＣＭＰ設備の寿命期間を短くしてしまう。
(ＷＯ/００/５９６８２として公開された)国際出願ＰＣＴ/ＵＳ００/０８３３６（特許文献１）は半導体ウェーハに導電物質を付けるための第１室と、電気的磨きまたは化学的―機械的磨きにより半導体ウェーハから導電物質を除去するための第２室とを有する装置を開示している。第２室は円筒形機械パッドを持つペイントローラ構成を有する陽極を備えており、円筒形機械パッドは陽極およびウェーハが垂直軸線を中心に回転すると、電解質浴とウェーハの面との両方に接触する。電解質浴から隔離された導電性液体を含むことができる陰極がウェーハの縁部に電気的に結合されている。この装置の１つの欠点は残留導電物質の島部をウェーハに残してしまうと言う点である。
国際出願ＰＣＴ/ＵＳ００/０８３３６
本発明はミクロ電子基板から導電物質を除去する方法および装置に向けられている。本発明の一面による方法はミクロ電子基板を磨きパッドの磨き表面と係合させ、ミクロ電子基板が磨きパッドの磨き表面と係合されている間、ミクロ電子基板の導電物質を電位源に電気的に結合することを含む。例えば、この方法は第１および第２電極をミクロ電子基板の表面に近接して且つそこから間隔を隔てて位置決めし、この表面と電極との間に電解流体を配置して電極が互いと、且つ電解流体と流体連通している状態にすることを含むことができる。本発明の更に他の面では、第１および第２電極はミクロ電子基板の表面の方に向いており、一方の電極は陰極を構成し、他方の電極は陽極を構成する。更に、この方法は電流を電位源から導電物質に通すことによって導電物質の少なくとも一部を酸化し、ミクロ電子基板および磨きパッドのうちの少なくとも一方を他方に対して移動させることによってミクロ電子基板から導電物質の一部を除去することを含むことができる。導電物質は白金または他の貴金属のような金属、またはドープされたポリシリコンのような半導体物質を含むことができる。
本発明の更に他の面では、この方法は電解流体の特性を選択することを含むことができる。例えば、流体は約５０ｐｐｍから約５０００ｐｐｍまでの濃度の塩素イオンを含むことができる。流体は(ＮＨ4)2ＳＯ4、Ｈ2ＳＯ4、ＭｇＳＯ4、Ｋ2ＳＯ4およびＨ3ＰＯ4のうちの少なくとも１つを含むことができる。流体のｐＨは導電物質が白金を含む場合、約３未満であるか、或いは約１０より大きく、導電物質がタングステンを含む場合、約３未満であるか、或いは約４より大きく、および/または導電物質が銅を含む場合、約６未満であるか、或いは約８より大きい。
本発明の他の面による方法は第２導電物質に隣接して配置された第１導電物質を有するミクロ電子基板を用意することを含み、第２導電物質は第１導電物質と異なる組成を有している。第１導電物質を磨きパッドの磨き表面と係合させ、第１および第２電極を表面から間隔を隔てて位置決めし、第１電解流体を表面と電極との間に配置して電極両方が第１電解流体と流体連通する状態にすることによって第１導電物質を電位源に電気的に結合する。第１導電物質が磨きパッドと係合されている間、電流を第１導電物質に通すことによって第１導電物質の少なくとも一部を酸化する。この方法は更に、ミクロ電子基板および磨きパッドのうちの少なくとも一方を他方に対して移動させることによってミクロ電子基板から第１導電物質の一部を除去することを含むことができる。次いで、第２導電物質を磨きパッドと係合させ、第２電解流体で第１および第２電極に結合し、電流を第２導電物質に通すことにより酸化する。次いで、磨きパッドに対する基板の相対移動により第２導電物質の少なくとも一部をミクロ電子基板から除去する。この方法の更に他の面では、磨き表面を導電物質のうちの一方の下に位置決めされた酸化物層と係合させることによってミクロ電子基板からの物質の更なる除去を停止することができる。
本発明はまたミクロ電子基板から導電物質を除去する装置に向けられている。本発明の一面では、この装置はミクロ電子基板に係合するように構成された基板支持体と、この基板支持体に近接して位置決めされた物質除去媒体とを有することができる。物質除去媒体は作動中、ミクロ電子基板に係合するように位置決めされた磨き表面を持つ磨きパッドを有することができる。更に、物質除去媒体は磨きパッドに配置された液体と、基板支持体に少なくとも近接して位置決めされ、且つ電位源に結合可能である少なくとも１つの電極とを有することができる。磨きパッドも液体も別個の研磨要素を有していない。物質除去媒体および基板支持体のうちの少なくとも一方は、基板支持体および物質除去媒体がミクロ電子基板に係合すると、他方に対して移動できる。
本開示はミクロ電子装置の作成に使用されるミクロ電子基板および/または基板組立体から導電材を除去する方法および装置を説明する。ここで使用する場合、語「導電材」は限定するのもではないが、銅、白金およびアルミニウムのような金属、およびドープされたポリシリコンのような半導体物質を含む。本発明の或る実施例の多くの特定の詳細はこれらの実施例を十分に理解するために下記説明および図３ないし図１４Ｂに示してある。しかしながら、当業者は本発明が追加の実施例を有し得、或いは本発明が以下に述べる詳細の幾つかなしに実施され得ることをわかるであろう。
図３ないし図９Bおよび関連した論述は全体的に本発明の実施例によるミクロ電子基板から導電材を除去するための装置に関する。図１０Aないし図１１および関連した論述は全体的に、例えば図３ないし図９Bを参照して説明する種類の装置を使用して導電材の角部を丸くするか或いは鈍くするための技術に関する。ここで使用する場合、語「導電材」は限定されないが、銅、白金およびアルミニウムのような金属、ドープされたシリコンおよびポリシリコンのような半導体物質を含む。語「ミクロ電子基板」は全体的に半導体装置のようなミクロ電子特徴を支持するように構成された基板および基板組立体を指している。
ミクロ電子基板１１０は縁面１１２および２つの表面１１３を有している。基板１１０の表面１１３のうちの少なくとも１つが電解質１３１に接触するように、支持部材１４０がミクロ電子基板１１０を容器１３０に対して支持する。導電層１１１は白金、タングステン、タンタル、金、銅、ロジウム、イリジウム、チタンのような金属またはドープされたポリシリコンのような他の導電材を含むことができる。この実施例の他の面では、支持体１４０はこれと基板１１０とを容器に対して移動させる基板駆動ユニット１４１に結合されている。例えば、基板駆動ユニット１４１は支持部材１４０を(矢印Aで示すように)並進させ、および/または支持部材１４０を(矢印Bで示すように)回転させることができる。
装置１６０は支持部材１２４によりミクロ電子基板１１０に対して支持された第１電極１２０aおよび第２電極１２０ｂ（集合的に電極１２０と称する）を有するのがよい。この実施例の一面では、支持アーム１２４は電極１２０をミクロ電子基板１１０に対して移動させる電極駆動ユニット１２３に結合されている。例えば、電極駆動ユニット１２３は電極を導電層１１１と概ね平行な平面において(矢印Cで示すように)および(矢印Dで示すように)横方向にミクロ電子基板１１０の導電層１１１に対して近づけたり遠ざけたりすることができる。変更例として、電極駆動ユニット１２３は電極を他の方法で移動させることができ、或いは基板駆動ユニット１４１が基板１１０と電極１２０との十分な相対運動を行う場合、電極駆動ユニット１２３を削除することができる。
図３を参照して以上で説明したどの実施例でも、電極１２０は電解質１３１および導電層１１１に電流を供給するためにリード線で電流源１２１に結合されている。作動中、電流源１２１は交流電流（単一相または多相）を電極１２０に供給する。電流は電解質１３１を通り、導電層１１１と電気化学的に反応して導電層１１１から物質（例えば、原子または原子郡を除去する。導電層１１１の選定部分から或いは導電層１１１全体から物質を除去するために電極１２０および/基板１１０を互いに移動させることができる。
図３に示す装置１６０の実施例の一面では、電極１２０と導電層１１１との間の距離D1は第１電極１２０aと第２電極１２０ｂとの間の距離D2より短く設定される。更に、電解質１３１は一般に導電層１１１より高い抵抗を有している。従って、交流電流は、第１電極１２０aから直接、電解質１３１を通って第２電極１２０ｂまでではなく、第１電極１２０aから電解質１３１を通って導電層１１１まで、および電解質１３１を通って第２電極まで戻る最も小さい抵抗の経路を辿る。変更例として、導電層１１１を最初に通らない電極１２０間の直接電気的連通を解除するために、第１電極１２０aと第２電極１２０ｂとの間に低誘電性物質(図示せず)を位置決めするのがよい。
図３に示す装置１６０の実施例の１つの特徴は電極１２０が基板１１０の導電層１１１に接触しないと言う点である。この構成の利点は図１および図２を参照して以上で説明した電極１２０と導電層１１１との直接電気接続から生じる残留導電材を除去することができると言う点である。例えば、装置１６０は、電極１２０が導電層１１１に接触しないので、電極と導電層との接触領域に隣接した残留導電材を除去することができる。
図３を参照して以上で説明した装置１６０の実施例の他の特徴は基板１１０および電極１２０が電極１２０を導電層１１１に隣接した任意の箇所に位置決めするために互いに対して移動することができると言う点である。この構成の利点は導電層１１１全体から物質を除去するために電極１２０を次々に導電層のすべての部分に隣接して位置決めすることができると言う点である。変更例として、導電層１１１の選定部分のみを除去したい場合、導電層１１１の残りの部分をそのままにして、これらの選定部分まで電極１２０を移動させることができる。
図４は本発明の他の実施例による基板１１０を支持するために位置決めされた支持部材２４０を有する装置２６０の部分概略的側面立面図である。この実施例の一面では、支持部材２４０は導電層１１１を上方に向けて基板１１０を支持する。図３を参照して以上で説明したように、基板駆動ユニット２４１が支持部材２４０および基板１１０を移動させることができる。第１および第２電極２２０a、２２０ｂが導電層１１１の上方に位置決めされ、電流源２１に結合されている。支持部材２２４が電極２２０を基板１１０に対して支持しており、この支持部材２２４は図３を参照して以上で説明したものと概ね同様な方法で支持導電層１１１の表面の上方で電極２２０を移動させるために電極駆動ユニット２２３に結合されている。
図４に示す実施例の一面では、装置２６０は更に電極２２０に近接して位置決めされた孔を持つ供給導管２３７を有する電解質容器２３０を備えている。従って、導電層１１１全体を必ずしも覆うことなしに導伝送電解質２３１を電極２２０と導電層１１１との間の界面領域２３９に局部的に配置することができる。導電層１１１から除去された電解質２３１および導電材は基板１１０の上方を流れ、電解質容器２３２に集まる。電解質２３１と導電材との混合物は再生器２３３に流れることができ、再生器２３３は電解質２３１から導電材を除去する。再生器２３３の下流に位置決めされたフィルタ２３４が電解質２３１の追加のろ過を行い、ポンプ２３５が再調整済み電解質２３１を戻り管路２３６を経て電解質容器２３０に戻す。
図４に示す実施例の他の面では、装置２６０は導電層１１１に近接して位置決めされたセンサ２５１を有するセンサ組立体２５０と、センサ２５１に連結され、センサ２５１により発生された信号を処理するためのセンサ制御ユニット２５２とを有するのがよい。また、制御ユニット２５２はセンサ２５１を基板１１０に対して移動させることができる。この実施例のなお一層の面では、センサ組立体２５０をフィードバック経路２５３を経て電極駆動ユニット２２３および/または基板駆動ユニット２４１に結合することができる。従って、センサ５１は導電層１１１のどの領域が追加の物質除去を必要とするかを定めることができ、且つ電極２２０をこれらの領域の上方に位置決めするために電極２２０および/または基板１１０を互いに対して移動させることができる。変更例として、(例えば、除去方法が非常に繰り返し可能である場合)、電極２２０および/または基板１１０は予め定められた運動スケジュールに従って互いに対して移動することができる。
センサ２５１およびセンサ制御ユニット２５２は多数の適当な構成のうちのいずれかを有することができる。例えば、一実施例では、センサ２５１は導電材を除去する場合、基板１１０から反射された光の強さの、波長または位相ずれの変化を検出することによって導電層１１１の除去を検出する光センサであることができる。変更例として、センサ２５１は発光し、且つ他の波長を有する光線、例えば、Ｘ線の反射を検出することができる。更に他の実施例では、センサ２５１は２つの選定箇所間の導電層１１１の抵抗またはキャパシタンスの変化を測定することができる。この実施例のなお一層の面では、電極２２０の一方または両方はセンサ２５１の機能（ならびに上記の物質除去機能）を果たし、別のセンサ２５１の必要性を除去することができる。更に他の実施例では、センサ２５１は導電層１１１を除去するとき、電流源２１から引出される電圧および/電流の変化を検出することができる。
図４を参照して以上で説明した実施例のいずれにおいても、電解質２３１が電極２２０と導電相１１１との間の界面領域に集中されているので、センサ２５１を電解質２３１から離して位置決めすることができる。従って、電解質２３１がセンサ２５１の作動をあまり妨げそうでないので、センサ５１が電解方法の進行を定める精度を向上させることができる。例えば、センサ２５１が光センサである場合、センサ２５１が界面領域２３９から離れた位置決めされているので、電解質２３１は基板１１０の表面から反射された光線をあまり歪ませそうでない。
図４を参照して以上で説明した装置２６０の実施例の更に他の特徴は、再調整された電解質でも、新しい電解質でも、界面領域２３９に供給された電解質２３１が連続して補給されると言う点である。この特徴の利点は電極２２０と導電層１１１との電気化学反応を高く一定な程度に維持することができると言う点である。
図５は交流電流を第１電解質３３１aおよび第２電解質３３１ｂを通して基板１１０に差し向ける装置３６０の部分概略的側面立面図である。この実施例の一面では、第１電解質３３１aは２つの第１電解質容器３３０aに配置されており、第２電解質３３１ｂは第２電解質容器３３０ｂに配置されている。第１電解質容器３３０aは第２電解質３３１ｂに部分的に沈められている。更に、装置３６０は第１電極３２０aおよび第２電極３２０ｂとして示される電極３２０を有しており、各電極は電流源３２１に結合され、且つ第１電解質容器３３０aのうちの一方に収容されている。変更例として、電極３２０のうちの一方は接地導体に結合することができる。電極３２０は銀、白金、銅および/または他の物質のような物質を含むことができ、第１電解質３３１aは塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸銅および/または電極３２０を構成する物質と適合性である他の電解質を含むことができる。
この実施例の一面では、第１電解質容器３３０aはテフロンTMや、焼結ガラス、石英またはサファイヤのような焼結物質、またはイオンを第１電解質容器３３０aと第２電解質容器３３０ｂとの間を前後に通せるが、(例えば、塩ブリッジと概ね同様な方法で)第２電解質容器３３０ｂを電極３２０に向けて内方に通せない他の適当な多孔性物質から形成された浸透性隔離膜のような流れ抵抗３２２を有する。変更例として、第１電解質３３１aまたは第２電解質３３１ｂを流れ抵抗３２２を通して戻すことなしに第１電解質３３１aを流れ抵抗３２２を通して外方に差し向けるのに十分な圧力または流量で第１電解質３３１aを第１電解質減３３９から電解質容器３３０aに供給することができる。いずれの実施例でも、第２電解質３３１ｂは抵抗３２２を通る第１電解質３３１aの流れにより電極３２０に電気的に結合されたままである。
この実施例の一面では、装置３６０はまた導電層１１１を電極の方に向けて基板１１０を支持する支持部材３４０を有するのがよい。例えば、支持部材３４０を第２電解質容器３３０ｂに位置決めすることができる。この実施例の更に他の面では、支持部材340および/または電極３２０は１つまたはそれ以上の駆動ユニット(図示せず)により互いに対して移動可能であることができる。
図５を参照して以上で説明した装置３６０の実施例の１つの特徴は第１電解質３３１aを電極３２０と適合可能であるように選択することができると言う点である。この特徴の利点は第１電解質３３１aが在来の電解質ほどは電極３２０を悪化させそうではない。逆に、第２電解質３３１ｂは流れ抵抗２２により電極３２０から化学的に隔離されているので、が電極に及ぼす作用を無視して第２電解質３３１ｂを選択することができる。従って、第２電解質３３１ｂは塩酸または基板１１０の導電層１１１と積極的に反応する他の剤を含むことができる。
図６は本発明の幾つかの実施例による形状および構成を有する複数の電極の下に位置決めされたミクロ電子基板１１０の頂面平面図である。例示の目的で、幾つかの異なる種類の電極が同じミクロ電子基板１１０に近接して位置決めされて示されているが、実際には、同じ種類の電極を単一のミクロ電子基板１１０に対して位置決めすることができる。
一実施例では、電極７２０a、７２０ｂをグループ化して電極対７７０aを構成することができ、各電極７２０a、７２０ｂは電流源１２１(図３)の対向端子に結合されている。電極７２０a、７２０ｂは細長いストリップ状形状を有しており、基板１１０の直径にわたって互いに平行に延びるように配列することができる。電極対７７０aの隣接電極間の間隔は図３を参照して以上で説明したように電流を基板１１０に差し向けるように選択することができる。
別の実施例では、電極７２０ｃ、７２０ｄをグループ化して電極対７７０ｂを構成することができ、各電極７２０ｃ、７２０ｄはミクロ電子基板１１０の中心に向けて内方にテーパである楔または「パイ」形状を有することができる。更に他の実施例では、幅狭いストリップ状電極７２０e、７２０ｆをグループ化して電極対７７０ｃを構成することができ、各電極７２０e、７２０ｆはミクロ電子基板１１０の中心から半径方向外方に延びている。
更に他の実施例では、単一の電極７２０ｇがミクロ電子基板１１０の領域のほぼ半分にわたって延びることができ、また半円形のプラットホーム形状を有することができる。電極７２０ｇはその鏡面像に対応する形状を有する他の電極(図示せず)とグループ化することができ、両電極を電流源１２１に結合して図３ないし図５を参照して以上で説明した方法のうちのいずれの方法でも交流電流をミクロ電子基板に供給することができる。
図７は図６を参照して以上で説明した電極７２０ｃの下に位置決めされた基板１１０の一部の部分概略的横断面側面立面図である。この実施例の一面では、電極７２０ｃは上面７７１と、この上面７７１と反対側にあって基板１１０の導電層１１１に面している下面７７２とを有している。下面７７２は電極７２０ｃに楔状輪郭を与えるようにこの実施例の一面では基板１１０の中心１１３から基板１１０の周辺１１２に向けて下方にテーパであることができる。変更例として、電極７２０ｃは下面７７２が図７に示すように位置決めされ且つ上面７７１が下面７７２と平行である板状形状を有することができる。各実施例の1つの特徴は電極７２０ｃと基板１１０との電気的結合が基板１１０の中心１１３に向ってより基板１１０の周囲１１２に向って強くなることができると言う点である。この特徴は基板１１０の周囲１１２が基板１１０の中心よりも速い速度で電極７２０ｃに対して移動する場合、例えば、基板１１０がその中心１１３のまわりに回転する場合に有利である。従って、電極７２０ｃはこれと基板１１０との間の相対運動を引起すように成形することができる。
他の実施例では、電極７２０ｃは他の形状を有することができる。例えば、下面７７２は平らな輪郭ではなく湾曲輪郭を有することができる。変更例として、図６を参照して以上で説明した電極のいずれも（または図６に示したもの以外の形状を有する他の電極）は傾斜した或いは湾曲した下面を有することができる。更に他の実施例では、電極はこれらと基板１１０との相対運動を引起す他の形状を有することができる。
図８Ａは本発明の他の実施例による複数の電極を支持するための電極支持体４７３の部分概略図である。この実施例の一面では、電極支持体４７３は各々が第１電極４２０aまたは第２電極４２０ｂを収容する複数の電極孔４７４を有することができる。第１電極４２０aは孔４７４を介して第１リード線４２８aに結合されており、第２電極４２０ｂは第２リード線４２８ｂに結合されている。第１リード線４２８a、４２８ｂの両方は電流源４２１に結合されている。従って、第１および第２電極４２０a、４２０ｂの各対４７０は図３ないし図５を参照して以上で説明した基板１１０および電解質により完成される回路の一部を構成する。
この実施例の一面では、第１リード線４２８aは短絡および/またはリード線間の容量性結合の可能性を減じるために第２リード線４２８ｂから片寄ることができる。この実施例のなお一層の面では、電極支持体４７３は図１ないし図７を参照して以上で説明した形状のうちのいずれかに概ね同様な形状を有することができる。例えば、図６をして以上で説明した個々の電極のうちの任意の電極(例えば、３２０a、３２０ｃ、３２０eまたは３２０ｇ)を、同じ全体形状を有し且つ各々が第１電極４２０aまたは第２電極４２０ｂのうちの１つを収容する複数の孔４７４を有する電極支持体４７３を交換することができる。
この実施例の更に他の面では、図８Ａに示す電極対４７０は電極４２０a、４２０ｂとミクロ電子基板１１０（図７）との間の近接に対応する方法で配列することができ、および/または電極対４７０は電極４２０a、４２０ｂとミクロ電子基板１１０との相対運動の速度に対応するように配列することができる。例えば、電極対４７０は基板１１０の周囲１１２に、或いは電極対４７０と基板１１０との相対速度が比較的高いような他の領域(図７参照)により密に集中することができる。従って、電極対４７０のこの高い集中度により、高い相対速度を補償する高い電解電流を供給することができる。しかも、各電極対４７０の第１電極４２０aおよび第２電極４２０ｂはこれらの電極が導電層１１１（図７参照）に近接する（基板１１０の周囲１１２のような）領域において互いに比較的近接することができる。何故なら、導電層１１１への密な近接により第１電極４２０aと第２電極４２０ｂとの直接電気結合の可能性を減じるからである。この実施例の更に他の面では、異なる電極対４７０の供給される振幅、周波数および/または波形の形状は電極対４７０とミクロ電子基板１１０との間隔および電極対４７０とミクロ電子基板１１０との相対速度のようなファクタに応じて変化することができる。
図８Ｂおよび図８Ｃは本発明の更に他の実施例による同心に配列された（第１電極８２０aおよび第２電極８２０ｂとして示される）電極８２０を示している。図８Ｂに示す一実施例では、第１電極８２０aを第２電極８２０ｂのまわりに同心に位置決めすることができ、誘電体８２９を第１電極８２０aと第２電極８２０ｂとの間に配置することができる。第１電極８２０aは図８Ｂに示すように第２電極８２０ｂのまわりに完全な３６０°の弧を構成することができ、或いは変更例として、第１電極８２０aは３６０°より小さい弧を構成することができる。
図８Ｃに示す他の実施例では、隣接電極８２０間に誘電体８２９を配置して第１電極８２０aを２つの第２電極８２０ｂ間に同心に配置することができる。この実施例の一面では、電流を位相ずれなしに第２電極８２０ｂの各々に供給することができる。変更例として、一方の第２電極８２０ｂに供給された電流を他方の第２電極８２０ｂに供給された電流に対して位相ずれさせることができる。この実施例のなお一層の面では、各第２電極８２０ｂに供給された電流は位相以外の特性、例えば、振幅が異なることができる。
図８Ｂおよび図８Ｃについて以上で説明した電極８２０の一特徴は、第１電極８２０aが第２電極８２０ｂを他の電流源から干渉から遮蔽することができると言う点である。例えば、第２電極８２０ｂを遮蔽するように第１電極８２０aを接地導体に結合することができる。この構成の利点は電極８２０を経て基板１１０（図７）に供給された電流をより正確に制御することができると言う点である。
図９は本発明の実施例によるミクロ電子基板１１０を化学的、機械的および/または電気的に処理する装置５６０を概略的に示している。この実施例の一面では、装置５６０は磨きパッド５８２の作動部分「Ｗ」が位置決めされるワークステーションに頂パネル５８１を持つ支持テーブル５８０を有している。頂パネル５８１は一般に、物質除去工程中、磨きパッド５８２の特定部分が固着される平らな中実表面をもたらすように剛性の板である。
また、装置５６０は頂パネル５８１の上方で磨きパッド５８２を案内したり、位置決めしたり、保持したりするために複数のローラを有することができる。これらのローラは供給ローラ５８３、第１および第２アイドルローラ５８４a、５８４ｂ、第１および第２ガイドローラ５８５a、５８５ｂおよび引取ローラ５８６を含むことができる。供給ローラ５８３は磨きパッド５８２の未使用部分または前作動部分を支持し、引取ローラ５８６は磨きパッド５８２の使用済み部分または後作動部分をしじする。更に、第１アイドルローラ５８４aおよび第１ガイドローラ５８５aは作動中、頂パネル５８１の上方で磨きパッド５８２を伸ばして磨きパッド５８２を静止状態に保持することができる。モータ(図示せず)が供給ローラ５８３および引取ローラ５８６のうちの少なくとも一方を駆動して磨きパッド５８２を頂パネル５８１を横切って前進させる。従って、基板１１０を磨いたりおよび/または清浄したりするための一貫した表面を設けるために使用済み部分の代わりに磨きパッド５８２のきれいな前作動部分をすばやく代用し得る。
また、装置５６０は物質除去方法中、基板１１０を制御し且つ保護するキャリア組立体５９０を有することができる。キャリア組立体５９０は物質除去方法の適切な段階で基板１１０を取り上げたり、保持したり、解放したりするために基板ホルダ５９２を有することができる。また、キャリア組立体５９０は駆動組立体５９６を支持する支持ガントリー５９４を有することができ、駆動組立体５９６はガントリー５９４に沿って並進することができる。駆動組立体５９５はアクチュエータ５９６と、アクチュエータ５９６に連結された駆動軸５９７と、駆動軸５９７から突出しているアーム５９８とを有することができる。アーム５９８は、駆動組立体５９５が基板ホルダ５９２を(矢印「Ｒ1」で示すように)軸線Ｅ−Ｅのまわりに軌道を描いて回転させるように末端軸５９９を介して基板ホルダ５９２を移送する。末端軸５９９が基板ホルダ５９２を(矢印「Ｒ2」で示すように)その中央軸線Ｆ−Ｆのまわりに回転させてもよい。
一実施例では、磨きパッド５８２および平坦化溶液５８７が基板１１０の表面から物質を機械的および/または化学機械的に除去する物質除去媒体の少なくとも一部を構成する。装置５６０に使用された磨きパッド５８２は懸濁媒体に固定的に接合された研磨粒子を有する固定研磨式磨きパッドであることができる。従って、平坦化溶液５８７は、研磨粒子が磨きパッド５８２の磨き面５８８を横切って固定的に分布されているので、研磨粒子の無い「きれいな溶液」であることができる。他の応用では、磨きパッド５８２は研磨粒子の無い非研磨パッドでもよく、平坦化溶液５８７は基板１１０から物質を除去すべき研磨粒子および化学薬品を有するスラリーであることができる。更に他の応用では、図９ないし図１１を参照して以下により詳細に説明するように磨きパッド５８２および平坦化溶液５８７の両方を研磨粒子または要素なしに構成することができる。
装置５６０で基板１１０から物質を除去するには、キャリア組立体５９０が平坦化溶液５８７の存在下で基板１１０の面１１３を磨きパッド５８２の磨き面５８８に押付ける。次いで、駆動組立体５９５が基板ホルダ５９２を軸線Ｅ−Ｅのまわりに軌道を描いて回転させ、必要に応じて基板ホルダ５９２を軸線Ｆ−Ｆのまわりに回転させて基板を平坦化表面５８８を横切って並進させる。その結果、化学的および/または化学機械的平坦化（ＣＭＰ）方法において物質除去媒体中の研磨粒子および/または化学薬品が基板１１０の表面から物質を除去する。従って、一実施例では、磨きパッド５８２は基板１１０の導電層１１１から突出している粗い特徴を除去することによって基板１１０を滑らかにすることができる。
この実施例のなお一層の面では、装置５６０は図１０を参照してより詳細に説明するように電解質を導管５３７で磨きパッド５８２の平坦化面５８８に供給する電解質供給容器５３０を有することができる。更に、装置５６０は電流を支持テーブル５８０および/または頂パネル５８１に位置決めされた電極に供給するために支持テーブル５８０および/または頂パネル５８１に結合された電流源５２１を有することができる。従って、装置５６０は図１ないし図８Ｃを参照して以上で説明したものと同様な方法で導電層１１１から物質を電解的に除去することができる。
図９を参照して以上で説明した装置５６０の実施例の一面では、まず電解方法により、次いでＣＭＰ方法により物質を基板１１０の導電層１１１から次々に除去することができる。例えば、電解方法は導電層１１１を粗くする方法で物質を導電層１１１から除去することができる。所定の電解処理時間が経過した後、電解処理操作を停止し、ＣＭＰ方法により追加の物質を除去することができる。変更例として、電解方法およびＣＭＰ方法を同時に行うことができる。これらの処理方法のいずれにおいても、図９を参照して以上で説明した装置５６０の実施例の一特徴は同装置５６０がＣＭＰを介して基板１１０を平坦化し、電解方法を介して基板１１０から物質を除去することができると言う点である。この実施例の利点は基板１１０がＣＭＰおよび電解処理の両方を受けるために基板１１０を１つの装置から他の装置へ移動させることが必要でない。
図９を参照して以上で説明した装置５６０の実施例の他の特徴は、これらの方法は互いに関連して使用する場合、基板１１０から物質を幾つかの在来方法よりすばやく且つ正確に除去するものと思われると言う点である。例えば、上記のように、電解方法はミクロ電子基板１１０を粗くする方法で比較的多量の物質を除去することができ、平坦化方法はミクロ電子基板１１０を滑らかにしおよび/或いは平坦化する方法で細かいスケールで物質を除去することができる。
図１０は図９を参照して以上で説明した装置５６０の一部の部分分解部分概略的等角投影図である。図１０に示す実施例の一面では、頂パネル５８１が複数の電極対５７０を収容し、電極対５７０の各々は第１電極５２０aおよび第２電極５２０ｂを有する。第１電極５２０aは第１リード線５２８aに結合されており、第２電極５２０ｂは第２リード線５２８ｂに結合されている。第１および第２リード線５２８a、５２８ｂは電流源５２１(図９) に結合されている。この実施例の一面では、第１電極５２０aをテフロンTMまたは他の適当な誘電体を含む電極誘電層５２９aによりから分離することができる。従って、電極誘電層５２９aは第１電極５２０aと第２電極５２０ｂとの間の領域の容積および誘電性を一定に制御して電極間の電気結合を制御することができる。
電極５２０a、５２０ｂを磨きパッド５８２によりミクロ電子基板１１０（図９）に電気的に結合することができる。この実施例の一面では、磨きパッド５８２はそのすぐ下の頂パネル５８１の孔５３８を通して供給導管５３７により供給された電解質５３１で飽和される。従って、電極５２０a、５２０ｂは電解質５３１と適合可能であるように選択される。別の実施例では、電解質５３１を(例えば、電解質５３１を平坦化液５８７内に配置することによって)頂パネル５８１を通してではなく上から磨きパッド５８２に供給することができる。従って、磨きパッド５８２はこれと電極５２０a、５２０ｂとの間に位置決めされたパッド誘電層５２９ｂを有することができる。パッド誘電層５２９ｂが適所にある場合、電極５２０a、５２０ｂは電解質５３１との物理的接触から隔離され、従って、電解質５３１と必ずしも適合性ではない物質から選択することができる。いずれの実施例でも、電極５２０a、５２０ｂは互いと、一般容量の電解質を解して導電層１１１とに流体連通することができる。各電極５２０a、５２０ｂは、電流が一方の電極から導電層１１１を経て他方の電極へ流れるように、他方の電極によりも導電層１１１に直接電気的に結合することができる。
図１０を参照して以上で説明した装置の実施例の一面では、電極５２０a、５２０ｂはこれらとミクロ電子基板１１０の表面１１３(図９)との間に磨きパッド５８２を介在させてミクロ電子基板１１０の表面１１３の方に面している。ミクロ電子基板１１０および電極５２０a、５２０ｂが互いに対して移動すると、これらの電極は表面１１３の少なくとも相当な部分に電気的に結合することができる。従って、表面１１３のところで導電層１１１(図９)に電気的に隔離された「島部」を形成する可能性を在来装置と比較して減じることができる。変更例として、装置が(図６の電極２２０ｇを参照して以上で説明したものと概ね同様な方法)各々が表面１１３の約半分に面するように構成されたたった２つとで電極を有する場合も、これらの電極は表面１１３の少なくとも相当な部分に電気的に結合することができる。
図１０を参照して以上で説明した実施例のいずれにおいても、磨きパッド５８２は幾つかの在来の電解構成にまさる幾つかの追加の利点をもたらすことができる。例えば、磨きパッド５８２は電極５２０a、５２０ｂをクロ電子基板１１０（図９）から一様に分離することができ、これにより電解方法が導電層１１１(図９)から物質を除去する一様性を高めることができる。磨きパッド５８２は図９を参照して以上で説明した方法でミクロ電子基板１１０を平坦化するための研磨粒子を有することもできる。更に、磨きパッド５８２は電極物質をミクロ電子基板１１０に接触しないようにするために電極５２０a、５２０ｂから侵食される炭素または他の物質をろ過することができる。更に、磨きパッド５８２は電極５３１をミクロ電子基板１１０に極近接して保持するためにスポンジとして作用することができる。
図１１は本発明の他の実施例によるミクロ電子基板１１０を機械的、化学的および/または電解的に処理するための回転装置６６０の部分概略横断面側面立面図である。この実施例の一面では、装置６６０は概ね円形のプラテンまたはテーブル６８０と、キャリア組立体６９０と、テーブル６８０に位置決めされた磨きパッド６８２と、磨きパッド６８２上の平坦化液６８７とを有している。磨きパッド６８２は固定研磨型磨きパッドであることができる。変更例として、平坦化液６８７は研磨要素の懸濁液を有するスラリーであることができ、磨きパッド６８２は非研磨型パッドであることができる。駆動組立体６９５が平坦化中、プラテン６８０を回転(矢印「Ｇ」)および/または往復移動(矢印「Ｈ」)させて磨きパッド６８２を移動させる。従って、磨きパッド６８２に対するミクロ電子基板１１０の運動は円形、台形、軌道的、処理的または非処理的運動を含むことができる。
キャリア組立体６９０は物質除去方法中、ミクロ電子基板１１０を制御し、保護する。キャリア組立体６９０は代表的には吸引を介してミクロ電子基板１１０を保持するパッド６９４を持つ基板ホルダ６９２を有している。代表的には、キャリア組立体６９０の駆動組立体６９６が基板ホルダ６９２を回転および/または並進させる（それぞれ矢印「Ｉ」、「Ｊ」）。変更例として、基板ホルダ６９２は磨きパッド６８２の上方を摺動する一方に片寄った自由浮動ディスク(図示せず)を有してもよい。一実施例における装置でミクロ電子基板１１０を平坦化するには、キャリア組立体６９０がミクロ電子基板１１０を磨きパッド６８２の磨き表面６８８に押し付ける。次いで、プラテン６８０および/または基板ホルダ６９２が互いに対して移動してミクロ電子基板１１０を磨き表面６８８を横切って並進させる。その結果、平坦化液６８７がミクロ電子基板１１０の表面から物質を除去する。
また、装置６６０はリード線６２８a、６２８ｂで１つまたはそれ以上の電極対６７０（それらのうちの１つを図１１に示してある）に結合された電流源６２１を有することができる。電極５２０a，５２０ｂ(図１０)を頂パネル５８１(図１０)と一体化するのと概ね同じようにして電極対６７０をプラテン６８０と一体化することができる。変更例として、電極対６７０を磨きパッド６８２と一体化することができる。いずれの実施例でも、電極対６７０はミクロ電子基板１１０から導電物質を電解的に除去するために図３ないし図１０を参照して以上で説明したもののいずれとも概ね同様な形状および構成を有する電極を有することができる。図９を参照して以上で説明したように、電解方法をＣＭＰ方法の前、中または後に行うことができる。
本発明の他の実施例では、図３ないし図１１を参照して以上で説明した装置を他の方法に応じて使用することができる。例えば、ミクロ電子基板１１０の導電(半導電を含む)部分を酸化するために直接化学相互作用に加えて或いは代えて電解方法を使用することができる。この実施例の一面では、電解方法は通常酸化し難い、或いはほぼ酸化実施不可能である(白金、ロジウム、イリジウムまたは金)のような金属を酸化することができる。この構成の利点はこのような金属の使用をミクロ電子応用により実施可能にすることができると言う点である。例えば、酸化に耐える白金および他の貴金属は一般に等方性エッチング化学薬品（すなわち、あらゆる方向において無差別にエッチングする化学薬品）および/または磨きパッド６８２によりミクロ電子基板に加えられる非常に高い下方力を用いることなしにミクロ電子基板１１０から除去し難い。電解方法は一般に磨きパッド６８２の磨き表面６８８と直角な方法に白金（または他の導電物質）を異方的に酸化することができる。
導電物質を一旦酸化すると、この物質をミクロ電子基板１１０から除去することができる。例えば、電解的酸化方法は導電物質の表面を粗くし、この表面の下に短い距離のみ進入するものと思われる。それで、酸化された物質を磨きパッドおよび/または平坦化溶液との化学的および/または機械的相互作用により除去することができる。更に、酸化された物質を除去するのに必要とされる下方力は電解方法を有していない技術により必要とされる下方力より小さい。特定の一例では、本発明の実施例を使用してほぼ０．２psiの圧力が１０００オングストロームの白金を１０分で除去するものと決定されたが、代表的には、在来のＣＭＰ技術を使用して白金を任意の割合で異方的に除去することが可能ではない。変更例として、図９ないし図１１を参照して以上で説明した装置は在来のＣＭＰ装置で代表的に必要とされるものより高い割合および低い下方力で白金以外の物質を酸化して除去することができる。
導電物質を酸化してミクロ電子基板１１０から除去することができる割合を高める利点は在来技術と比較してミクロ電子基板１１０の処理量を増大することができると言う点である。導電物質を異方的に酸化してミクロ電子基板１１０から除去する利点はこの技術が隣接構造を横方向にアンダーカットすることなしに導電物質の上層を除去することができると言う点である。従って、本発明の実施例による方法はミクロ電子基板１１０にバイアス、導電線および他の導電構造をより信頼的に構成することができる。処理中にミクロ電子基板１１０に加えられる下方力を減少させる利点はこの技術がミクロ電子基板１１０を損傷する可能性を減じ、且つ下方力を加える装置の寿命見込みを増すことができると言う点である。
本発明の実施例による方法では、ミクロ電子基板１１０に出力する電気信号の特性はミクロ電子基板１１０から物質を除去する速度および/または方法を制御するように選択することができる。例えば、導電物質が酸化する速度、従って、酸化された物質が除去に利用可能である速度を高めるために電流の振幅を高めることができる。変更例として、酸化速度を低減させるために電流の振幅を減少させることができる。他の実施例では、導電物質をミクロ電子基板１１０から除去する速度を制御するために電流を停止することができる。例えば、電流を停止した後も、物質がまだ機械的および/または化学的除去を受けやすい場合、電流の停止により物質を除去する速度を止めないが、遅くすることができる。変更例として、機械的除去および/または異方化学的除去が可能でない場合（例えば、物質が白金を含む場合）、物質の除去は導電物質に加えられた電流の停止時に（または停止後すぐに）中止することができる。これらの実施例のいずれにおいても、電流の振幅を所望の酸化および除去速度に応じて、またミクロ電子基板１１０から除去される物質の種類に応じて約１アンペアないし約１０アンペアまで変化することができる。
更に他の実施例では、電気信号の特性を制御して物質の酸化および除去速度を制御することができる。例えば、物質に印加された電圧を増大したり低減したりしてそれぞれ物質の酸化および除去速度を増大したり低減したりすることができる。一実施例では、電圧を約１００ボルトまで変化させることができる。他の実施例では、電気信号を出力する周波数を変化させて物質の酸化および除去速度を制御することができる。特定の一実施例では、ミクロ電子基板から白金の一部を異方的に除去するためにミクロ電子基板１１０が磨きパッド５８２と係合させながら、約６０Ｈｚの周波数で約１０ボルトｒｍｓの電位をミクロ電子基板の白金層に印加することができる。
上記実施例のいずれにおいても、磨きパッド５８２はＩＣ１０００パッド(アリゾナフエニックスのロードセル社（）から入手可能)のような在来のパッドであることができる。この実施例の一面では、磨きパッド５８２は懸濁媒体に固定的に分布された研磨要素を有することができる。変更例として、磨きパッド５８２とミクロ電子基板１１０との間に配置された平坦化液またはスラリーに研磨要素を懸濁することができる。いずれの実施例でも、研磨要素は酸化クロム、酸化アルミニウムまたは二酸化シリコンを含もことができ、平坦化液はミクロ電子基板を電位源に電気的に結合するために出宴会質を含むことができる。更に他の実施例では、研磨要素を物質除去媒体から全く除くことができ、電解方法および磨きパッド５８２との接触の結果、物質をミクロ電子基板から除去することができる。
更に他の実施例では、ミクロ電子基盤１１０を１つまたはそれ以上の化学反応性溶液にさらすことによって上記電気機械的相互作用を化学相互作用で補うことができる。この実施例の一面では、化学溶液はＣＭＰ処理に代表的に使用されるものと概ね同様であることができる。変更例として、化学溶液、化学環境および化学相互作用は在来のＣＭＰ技術と関連したものと異なることができる。例えば、溶液は(ＮＨ4)2ＳＯ4、Ｈ2ＳＯ4、Ｋ2ＳＯ4、ＭｇＳＯ4および/またはＨ3ＰＯ4を有する電解流体を含むことができる。変更例として、流体は図１３Ａないし図１３Ｃを参照して以下に説明するもののような他の成分を有することができる。また、流体は比較的低い濃度（例えば、銅除去の場合、約５０ｐｐｍないし約５０００ｐｐｍ、白金除去の場合、約１００ｐｐｍないし約５０００ｐｐｍ）の塩化物イオンを含むことができる。白金除去に適した特定の一例では、液体は約１Ｍ（モル/リットル）ないし約５．５Ｍの濃度の(ＮＨ4)2ＳＯ4の混合物、約０．５Ｍまでの濃度のＨ2ＳＯ4、および約５００ｐｐｍの塩化物イオンを含むことができる。これは塩素系物質（例えば、ＫＣｌまたはＨＣｌ）を含み、且つ非常に高い濃度（例えば、約１０００００ｐｐｍ）の塩化物イオンを有する代表的な平坦化液体とは異なる。
上記化学溶液の利点はこれらの溶液が他の方法ではミクロ電子基板１１０から除去し難い白金のような物質をより効果的に除去することができると言う点である。この実施例の一面では、塩化物イオンが金属表面の吸着し、導電物質の露出表面を粗くして導電物質をミクロ電子基板から除去し易くすることができるものと思われる。
上記化学溶液の他の特徴は、これらの化学溶液がほとんどの在来のＣＭＰ操作の場合に代表的である広い範囲のｐＨを有する物質除去環境を定めることができると言う点である。実際、この実施例の一面では、白金を除去するのに化学溶液を使用する場合、環境のｐＨは約１ないし約１４まで、或いは特定の実施例では、約３未満または約１０より大きい値であることができる。タングステンを平坦化するのに代表的に使用される液体のｐＨは約３ないし約４の範囲を有する一方、本発明の他の面による液体は約３未満または約４より大きいｐＨを有することができる。更に、銅を平坦化するのに代表的に使用される液体のｐＨは約７である一方、本発明の他の面による液体のｐＨは約６未満または約８より大きい値を有することができる。上記実施例の利点は使用者がミクロ電子基板から導電物質を除去するのに広い範囲の化学薬品および化学化合物から選択することができると言う点である。何故なら、化合物が導電物質を隣接電極に電気的に結合することができるかぎり、ｐＨに基づいて化合物を選択する必要がないからである。その結果、使用者はさほど化学反応性ではなく、取扱い易く、および/または使用後、代表的なＣＭＰ化学薬品よりも配置し易い化学薬品を選択することができる。
図１２Ａおよび図１２Ｂは本発明の実施例によるミクロ電子基板１２１０から半導体物質１２１１を除去する上記方法および装置を概略的に示している。この実施例の一面では、ミクロ電子基板１２１０は半導体物質１２１１が配置される凹部１２１２を有する基板物質１２１５を含むことができる。基板物質１２１５は燐酸ホウ素シリコンガラス（ＢＰＳＧ）または他の基板材料を含むことができる。一実施例では、半導体物質１２１１はリンまたはホウ素でドープされたポリシリコンを含むことができ、他の実施例では、半導体物質１２１１は凹部１２１２のすぐ上方に凹み表面１２１４aを有することができる。概ね以上で説明したように、半導体材料１２１１を電解で酸化し、半導体物質１２１１を化学的および/または機械的な力で除去することによって半導体材料の一部を除去することができる。
ドープされたポリシリコンを除去する在来の技術は約１０．５から約１１．５までのｐＨを有するスラリーでポリシリコンを平坦化することを含む。在来のスラリーは代表的には水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）およびシリコンジオキシド研磨粒子の懸濁液を含む。本発明の実施例によるポリシリコンおよび他の半導体物質を除去する方法の利点は研磨要素を使用することなしに物質を除去することができ、１０．５未満または１１．５より大きいｐＨを有する電解流体を使用して物質を除去することができると言う点である。従って、使用者は在来使用されているより広く様々なｐＨを有する（上記のもののような）電解流体を選択することができる。例えば、特定の一実施例では、電解流体は希薄な弗化水素酸、または水酸化アンモニウムとＴＭＡＨとの組合せを含むことができる。半導体物質１２１１に印加される電圧はリンドープされたポリシリコンの場合、約２５ボルトｒｍｓから約１００ボルトｒｍｓまで及ぶことができる。ホウ素ドープされたポリシリコンの場合、電解流体は弗化水素酸との混合物を含むことができ、半導体物質に印加される電圧はリンドープされたポリシリコンの場合について述べたものとほぼ同じであることができる。
本発明の実施例による方法の更に他の利点はミクロ電子基板１２１０から半導体物質１２１１を除去するのに選択された電解流体を、基板物質１２１５との化学相互作用をほとんど或いは全く有していないように選択することができると言う点である。従って、半導体物質１２１１を基板物質１２１５のレベルまで除去する応用では、除去方法は基板物質１２１５が露出されるときに自動的に停止する（すなわち、終了する））。従って、この方法は他のより扱いにくいおよび/またはさほど正確でない在来の終了する技術を省くことができる。
図１３Ａないし図１３Ｃは上記技術および装置をミクロ電子基板１３１０から第１導電物質１３１１および第２導電物質１３１７を除去するのに適用する方法を概略的に示している。ミクロ電子基板１３１０は凹部１３１２を持つ誘電部分１３１６（例えば、酸化物層）を有するか或いは誘電部分１３１６に形成された他の特徴を有する基盤物質１３１５を含むことができる。第２導電物質１３１７は凹部１３１２および誘電部分１３１６（例えば、バリア層の形態）に配置されており、第１導電物質１３１１は第２導電物質１３１７に配置されている。一実施例では、第１導電物質１３１１は銅を含むことができ、第２導電物質１３１７はタンタル、窒化タンタル、タングステン、窒化タングステン、チタン、窒化チタン、窒化チタンシリコンおよび/または窒化タンタルシリコンを含むことができる。他の実施例では、第１および第２導電物質１３１１、１３１７は他の成分を含むことができる。
図１３Ｂを参照して説明すると、図９ないし図１１を参照して以上で説明した装置のいずれかを使用して第１導電物質１３１１を第２導電物質１３１７のレベルまで除去することができる。この実施例の一面では、第１導電物質１３１１を除去するのに使用された電解流体は希薄Ｈ3ＰＯ4またはクエン酸アンモニウムのような有機酸を含むことができる。電解液体は塩化物イオンを上記の濃度と概ね同様な濃度で含むことができる。この実施例の一面では、第１導電物質１３１１を除去する速度を制御するように塩化物イオンの濃度を使用することができる。例えば、電解流体の成分および第１導電物質１３１１の組成により決まる塩化物イオンの所定濃度でピークの除去を達成することができる。物質除去速度は所定濃度からの塩化物イオンの濃度の増大または減少に伴って低減することができる。この実施例の更に他の面では、塩化物イオンの濃度の制御と共に或いはこれの代わりに(イソプロピルアルコールまたはアセトンのような)アルコールを添加して物質除去速度を遅くすることができる。
第１導電物質１３１１が銅を含む場合、磨きパッドにより第１導電物質１３１１に加えられる下方力は１psi未満から数psiまで変化することができる。更に、第１導電物質１３１１に少なくとも近接して位置決めされた電極の材料は白金またはグラファイトを含むことができ、電極に印加される電位は電解液体の組成に応じて約ボルトから約１５ボルトまで変化することができる。第１導電物質１３１１が銅を含もうと他の元素を含もうと、化合物を含もうと混合物を含もうといずれにしても、第１導電物質１３１１との化学相互作用はエッチング方法、錯体化方法および/またはキレート化方法を含むことができる。
図１３Ｃを参照して説明すると、上記のものと概ね同様な方法および装置を使用して第２導電物質１３１７を誘電部分１３１６のレベルまで除去することができる。第２導電物質１３１７がタンタルを含むこの実施例の特定の一面では、第２導電物質１３１７に配置された電解流体は希薄塩酸、ＮＨ４Ｃｌおよび/または希薄燐酸または任意の有機または無機酸を含むことができる。この実施例の更に他の面では、電解流体は露出された第１導電物質１３１１の腐食を抑制するために腐食抑制剤を含むことができる。例えば、第１導電物質１３１１が銅を含む場合、腐食抑制剤はＢＴＡを含むことができる。この実施例の更に他の面では、第２導電物質１３１７に近接して位置決めされた電極はグラファイトを含むことができ、電極に印加される電圧は第１導電物質１３１１に印加される電圧とほぼ同じであることができる。変更例として、第２導電物質１３１７に印加される電圧は異なることができる。一実施例では、第２導電物質１３１７に加えられる下方力は第１導電物質１３１１に加えられる下方力と同じであることができ、変更例として、第２導電物質１３１７に加えられる下方力は第１導電物質１３１１に加えられる下方力と異なることができる。
この実施例の更に他の面では、第２導電物質１３１７を除去する方法は磨きパッドが初めは埋設されている誘電部分１３１６に係合すると自動的に停止することができる。従って、本発明の実施例による方法の利点は、特に終了に向けられた工程を必要としないので、第２導電物質１３１７を除去する方法の終了が在来の技術より簡単であることができると言う点である。
上記の本発明の実施例による方法の他の特徴は、第１導電物質１３１１および第２導電物質１３１７を除去している間にミクロ電子基板１３１０に加えられる下方力が在来のＣＭＰ操作（すなわち、第１および第２導電物質を電解で酸化しないＣＭＰ操作）中に加えられる下方力未満であることができる。上記のように、この特徴の利点は下方力を加える装置が長い寿命期間を有することができると言う点である。更に他の利点は、より低い下方力が在来の下方力よりも、下方力を加える前に基板１３１５および/または基板物質１３１５に形成された構造を損傷しそうでないという点である。この特徴は基板物質１３１５が低い誘電定数、例えば、約１．５から約３．０までの誘電定数を有する場合に特に有利である。このような物質として多孔性シリカを挙げることができる。
図１４Ａは図１０を参照して以上で説明した構成要素の幾つかの概略回路図である。回路類似物も図３ないし図１３Ｃを参照して以上で説明した構成にいずれかに当てはまることができる。図１４Ａに概略的に示すように、電流源５２１がリード線５２８a、５２８ｂでそれぞれ第１電極５２０aおよび第２電極５２０ｂに結合されている。電極５２０a、５２０ｂは２組の平行キャパシタおよび抵抗により概略的に表すことができる構成で電解質５３１によりミクロ電子基板１１０に結合されている。第３キャパシタおよび抵抗はミクロ電子基板１１０が接地導体または他の電位に対して「浮動する」ことを概略的に示している。
図１４Ａに示す実施例の一面では、図１４Ｂに示すように電流源５２１により生じる信号を変調する振幅変調器５２２に電流源５２１を結合することができる。従って、電流源５２１は高周波１４０４を発生させることができ、振幅変調器５２２は低周波１4０２を高周波1４０４に重畳することができる。例えば、高周波１４０４は低周波１４０２により定められる正方形波包絡線内に含まれる一連の正または負の電圧スパイクを有することができる。高周波１４０４の各スパイクは電荷を誘電体を通して電解質へ移送すべく比較的急な上昇時傾き、およびより徐々の下降時傾きを有することができる。下降時傾きは高周波１４０４で示すように直線、または高周波１４０４aで示すように曲線を形成することができる。他の実施例では、高周波１４０４および低周波１４０２は、例えば電極４２０に隣接した誘電体および電解質の特定の特性、基板１１０の特性および/または基板１１０から材料を除去する目標速度に依存する他の形状を有することができる。
以上のことから、本発明の特定の実施例を例示の目的で説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱することなしに種々の変更例を行うことができることはわかるであろう。例えば、(図１１に示すもののような)ウェッブフォーマット装置に関連して以上で説明した技術のいくつかまたはすべてを(図１１に示すもののような)回転装置にも同様に適用することができ、逆の同様である。従って、本発明は添付の請求項よる場合以外の点で限定されない。
先行技術による半導体基板から導電物質を除去する装置の部分概略側面立面図である。 先行技術による２つの半導体基板から導電物質を除去する他の装置の部分概略側面立面図である。 支持部材および一対の電極を有し、ミクロ電子基板から本発明の実施例による導電物質を除去するための本発明の実施例による装置の部分概略側面立面図である。 導電物質を除去し、且つ物質が除去される対象のミクロ電子基板の特性を感知するための本発明の他の実施例による装置の部分概略側面立面図である。 ２つの電極を有する本発明の更に他の実施例による装置の部分概略側面立面図である。 本発明の更に他の実施例による複数の電極に隣接した基板の部分概略平面図である。 本発明の更に他の実施例による電極および基板の横断面側面立面図である。 本発明の更に他の実施例による電極対を収容する支持体の一部の部分概略等角投影図である。 本発明の更に他の実施例による電極の等角投影図である。 本発明の更に他の実施例による電極の等角投影図である。 本発明の更に他の実施例によるミクロ電子基板を平坦化し且つ電解で処理するための装置の部分概略側面立面図である。 本発明の更に他の実施例による平坦化パッドおよび複数の電極の部分概略部分分解等角投影図である。 本発明の更に他の実施例によるミクロ電子基板を平坦化し且つ電解で処理するための装置の部分概略側面立面図である。 本発明の実施例によるミクロ電子基板から半導体物質を除去する方法を概略的に示す図である。 本発明の実施例によるミクロ電子基板から半導体物質を除去する方法を概略的に示す図である。 本発明の実施例によるミクロ電子基板から２つの導電物質を除去し、且つ酸化物層における除去を停止するための方法を概略的に示す図である。 本発明の実施例によるミクロ電子基板から２つの導電物質を除去し、且つ酸化物層における除去を停止するための方法を概略的に示す図である。 本発明の実施例によるミクロ電子基板から２つの導電物質を除去し、且つ酸化物層における除去を停止するための方法を概略的に示す図である。 本発明の更に他の実施例によるミクロ電子基板を電解で処理するための回路および波形を概略的に示す図である。 本発明の更に他の実施例によるミクロ電子基板を電解で処理するための回路および波形を概略的に示す図である。

Claims (43)

  1. ミクロ電子基板の表面から物質を除去する方法において、
    ミクロ電子基板を磨きパッドの磨き表面に係合させ、
    第１および第２電極をミクロ電子基板の表面に近接し且つそこから間隔を隔てて位置決めし、表面が磨きパッドの磨き表面に係合されている間、電解流体を表面と電極との間に配置することによってミクロ電子基板の導電物質を電位源に電気的に結合し、電極は互い且つ電解流体と流体連通し、
    電流を電位源から第１および第２電極および導電物質に通すことによって導電物質の少なくとも一部を酸化し、
    ミクロ電子基板および磨きパッドの少なくとも一方を他方に対して移動させることによってミクロ電子基板から導電物質の一部を除去することよりなることを特徴とするミクロ電子基板の表面から物質を除去する方法。
  2. 第１および第２電極の両方をミクロ電子基板の表面の方に向け、電極のうちの一方は陽極を構成し、他方の電極は陰極を構成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 電流を導電物質に通すことは１００ボルトまでの電位で電流を通すことを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 電流を通すことは１アンペアから１０アンペアまでの電流を通すことを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 導電物質を通る電流の特性を制御することによって導電物質の酸化速度を制御することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 導電物質を通る電流の周波数および振幅のうちの少なくとも一方を制御することによって導電物質の酸化速度を制御することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 導電物質を通る電流の流れを停止することによってミクロ電子基板からの導電物質の除去を停止することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 研磨要素を有さないように電解流体を選択し、
    研磨要素を有さないように磨きパッドを選択することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  9. ５０ｐｐｍから５０００ｐｐｍまでの濃度を有する塩化物イオンを含むように電解流体を選択することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  10. 磨き表面に少なくとも近接して磨きパッドに固定的に取付られた複数の研磨要素を有するように磨きパッドを選択することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  11. 複数の懸濁された研磨要素を含むように電解流体を選択することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  12. 金属を含むように導電物質を選択することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  13. ロジウム、イリジウム、金、白金、銅、タンタル、タングステンおよびチタンのうちの少なくとも１つを含むように導電物質を選択することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  14. 導電物質と磨きパッドの磨き表面との間に液体を配置し、この液体は(ＮＨ4)2ＳＯ4、Ｈ2ＳＯ4、Ｋ2ＳＯ4、ＭｇＳＯ4およびＨ3ＰＯ4のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  15. ミクロ電子基板からの物質の除去は物質を磨きパッドの磨き表面に対して概ね横切る向に異方的に除去することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  16. 導電物質はミクロ電子基板のバリア層に隣接して配置された導電物質を含み、方法が
    導電物質の少なくとも一部を除去した後、ミクロ電子基板を磨きパッドの磨き表面と係合させ、
    バリア層を電位源に電気的に結合し、
    電流を電位源からバリア層に通すことによってバリア層の少なくとも一部を酸化し、
    ミクロ電子基板および磨きパッドのうちの少なくとも一方を他方に対して移動させることによってミクロ電子基板からバリア層の少なくとも一部を除去することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  17. 電解流体中の塩化物イオンの濃度を制御することによってミクロ電子基板から物質を除去する速度を制御することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  18. 電解流体中のアルコールの濃度を制御することによってミクロ電子基板から物質を除去する速度を制御することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  19. 半導体物質を含むように導電物質を選択することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  20. ポリシリコンを含むように導電物質を選択することを更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  21. リンまたはホウ素でドープされたポリシリコンを含むように導電物質を選択することを更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  22. ミクロ電子基板の表面から白金を除去する方法において、
    ミクロ電子基板の表面の白金部分を磨きパッドの磨き表面と係合させ、
    ミクロ電子基板が磨きパッドと係合されている間、第１および第２電極を表面に近接し且つそこから間隔を隔てて位置決めし、表面と電極との間に電解流体を配置することによって電流を白金部分に出力し、電極の両方は電解流体と流体連通しており、
    ミクロ電子基板が磨きパッドと係合されている間、電流を第１および第２電極および白金部分に通しながら、ミクロ電子基板および磨きパッドのうちの少なくとも一方を他方に対して異方的に移動させることよりなることを特徴とするミクロ電子基板の表面から白金を除去する方法。
  23. 研磨要素を有さないように電解流体を選択し、
    研磨要素を有さないように磨きパッドを選択することを更に含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
  24. ５０ｐｐｍから５０００ｐｐｍまでの濃度を有する塩化物イオンを含むように電解流体を選択することを更に含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
  25. 白金部分への電流の出力は１００ボルトまでの電位で電流を出力することを含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
  26. 電流の出力は１アンペアから１０アンペアまでの電流を出力することを含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
  27. 白金部分に出力される電流の特性を制御することによって白金部分の酸化速度を制御することを更に含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
  28. 白金部分に出力される電流の周波数および振幅のうちの少なくとも一方を制御することによって白金部分の酸化速度を制御することを更に含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
  29. ミクロ電子基板の表面から物質を除去する方法において、
    ミクロ電子基板を磨きパッドの磨き表面と係合させ、
    ミクロ電子基板の貴金属物質を電位源に電気的に結合し、
    第１および第２電極を表面から間隔を隔てて位置決めし、表面と電極との間に電解流体を配置して電極の両方を互いと且つ電解流体と流体連通する状態にすることによって電位源から第１および第２電極および導電物質を通る電流で導電物質の少なくとも一部を酸化し、
    ミクロ電子基板および磨きパッドのうちの少なくとも一方を他方に対して移動させることによってミクロ電子基板から導電物質の一部を除去することよりなることを特徴とするミクロ電子基板の表面から物質を除去する方法。
  30. 白金を含むようにミクロ電子基板を選択することを更に含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
  31. ミクロ電子基板の表面から物質を除去する方法において、
    ミクロ電子基板を磨きパッドの磨き表面と係合させ、
    ミクロ電子基板および磨きパッドのうちの少なくとも一方を他方に対して移動させることによってミクロ電子基板から導電物質の一部を除去し、
    第１および第２電極を表面から間隔を隔てて位置決めし、表面と電極との間に電解流体を配置して電極の両方は互いと且つ磨きパッドの磨き表面と流体連通する状態とすることによって導電物質を電位源に電気的に結合し、
    ミクロ電子基板が磨きパッドの磨き表面と係合されている間、第１および第２電極および導電物質を通る電流の流れを制御することによってミクロ電子基板から除去される導電物質の量を制御することよりなることを特徴とするミクロ電子基板の表面から物質を除去する方法。
  32. ミクロ電子基板から導電物質を除去する前に電流の流れを導電物質に通すことによってミクロ電子基板から除去された導電物質の部分の少なくとも一部を酸化することを更に含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
  33. 電流の流れの制御は電流の流れを選択的に開始したり停止したりすることを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
  34. 電流の流れの制御は所定量の導電物質がミクロ電子基板から除去されたときには電流の流れを停止することを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
  35. 電流の流れの制御は導電物質を通る電流の周波数および振幅のうちの少なくとも一方を制御することによって導電物質の酸化速度を制御することを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
  36. 研磨要素を有さないように電解流体を選択し、
    研磨要素を有さないように磨きパッドを選択することを更に含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
  37. 第１および第２電極をミクロ電子基板の表面に向けて位置決めすることを更に含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
  38. 金属を含むように導電物質を選択することを更に含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
  39. ポリシリコンを含むように導電物質を選択することを更に含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
  40. ミクロ電子基板の表面から物質を除去する方法において、
    ミクロ電子基板を磨きパッドの磨き表面と係合させ、
    陽極および陰極をミクロ電子基板の表面の方に向けてそこから間隔を隔てて位置決めし、ミクロ電子基板と陽極および陰極との間に電解流体を配置して陽極および陰極が互いと且つ電解流体とに流体連通した状態にし、陽極および陰極のうちの少なくとも一方を電位源に結合することによってミクロ電子基板の導電物質を電位源に電気的に結合し、
    ミクロ電子基板が磨きパッドの磨き表面と係合されている間、電流を電位源から陽極および陰極および導電物質に通すことによって導電物質の少なくとも一部を酸化し、
    ミクロ電子基板および磨きパッドのうちの少なくとも一方を他方に対して移動させることによってミクロ電子基板から導電物質の一部を除去することよりなることを特徴とするミクロ電子基板の表面から物質を除去する方法。
  41. 銅、アルミニウム、白金、ロジウム、イリジウム、金、ポリシリコン、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、タングステン、窒化タングステン、窒化チタンシリコンおよび窒化タンタルシリコンのうちの少なくとも１つを含むように導電物質を選択することを更に含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
  42. 電解流体中の塩化物イオンの濃度を制御することによって導電物質を除去する速度を制御することを更に含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
  43. 塩化物イオンの濃度の制御は５０ｐｐｍから５０００ｐｐｍまでであるように濃度を選択することを含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
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