JP5088524B2 - マイクロ電子基板の平面化加工中の化学的相互作用を制御する方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
（技術分野）
本発明は、マイクロ電子基板の平面化加工中の化学的相互作用、例えば腐食防止剤の相互作用を制御する方法および装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
機械的および化学・機械的平面化加工方法（chemical-mechanical planarization process:総称的に「ＣＭＰ」と呼ぶ）は、半導体ウェーハ、電界放出ディスプレイ、および他の多くのマイクロ電子基板組立体に平坦面を形成する電子デバイスの製造に使用されている。ＣＭＰ加工法は、一般に、基板組立体から素材を除去して、基板組立体上に、正確な高さの素材層で高平面度の表面を形成する。図１には、基板１２を平面化加工するための既存のウェブフォーマット平面化加工機（web-format planarizing machine）１０が概略的に示されている。平面化加工機１０は、その作業場所にトップパネル１６を備えた支持テーブル１４を有し、該支持テーブル１４には、平面化加工パッド４０の作業部分「Ａ」が設けられている。トップパネル１６は、平坦な固体表面を形成するための全体として剛性のある板であり、該剛性板には、平面化加工中に、平面化加工パッド４０の特定セクションが固定される。
【０００３】
平面化加工機１０はまた、トップパネル１６上で平面化加工パッド４０を案内し、位置決めしかつ保持するための複数のローラを有している。ローラには、供給ローラ２０、第一および第二アイドルローラ２１ａ、２１ｂ、第一および第二ガイドローラ２２ａ、２２ｂおよび巻取りローラ２３がある。供給ローラ２０は平面化加工パッド４０の未使用部分すなわち作業前部分を支持し、かつ巻取りローラ２３は平面化加工パッド４０の使用済み部分すなわち作業後部分を支持する。また、第一アイドルローラ２１ａおよび第一ガイドローラ２２ａは、トップパネル１６上で平面化加工パッド４０を引っ張って、作業中に平面化加工パッドを静止状態に保持する。モータ（図示せず）が供給ローラ２０および巻取りローラの少なくとも一方を駆動して、平面化加工パッド４０をトップパネル１６を横切って連続的に前進させる。従って、平面化加工パッド４０のきれいな作業前セクションが、迅速に使用済みセクションにとって代えられ、基板１２の平面化加工および／または清浄化のための一貫性ある表面を形成する。
【０００４】
ウェブフォーマット平面化加工機１０はまた、平面化加工中に基板１２を制御しかつ保護するキャリヤ組立体３０を有している。一般に、キャリヤ組立体３０は、平面化加工の適当な段階で基板１２のピックアップ、保持および解放を行なうための基板ホルダ３２を有している。基板ホルダ３２に取り付けられた幾つかのノズル３３が、平面化加工パッド４０の平面化加工表面４２上に平面化加工溶液４４を分配する。またキャリヤ組立体３０は、一般に支持構台３４を有し、該支持構台３４は、これに沿って並進できる駆動組立体３５を支持している。駆動組立体３５は、一般に、アクチュエータ３６と、該アクチュエータ３６に連結された駆動シャフト３７と、該駆動シャフト３７から突出したアーム３８とを有している。アーム３８はターミナルシャフト３９を介して基板ホルダ３２を支持しており、これにより、駆動組立体３５は、矢印「Ｒ1」で示すように、軸線Ｂ−Ｂの回りで基板ホルダ３２を旋回させる。ターミナルシャフト３９は、その中心軸線Ｃ−Ｃの回りで、矢印「Ｒ2」で示すように基板ホルダ３２を回転させることもできる。
【０００５】
平面化加工パッド４０および平面化加工溶液４４は、基板１２の表面から素材を機械的におよび／または化学的・機械的に除去する平面化加工媒体を形成する。ウェブフォーマット平面化加工機１０に使用されている平面化加工パッド４０は、一般に、砥粒が懸濁物質（suspension material）に固定結合された固定研摩剤（fixed-abrasive）平面化加工パッドである。固定研摩剤を用いる場合は、平面化加工溶液は砥粒を含まない「きれいな溶液」である。なぜならば、砥粒が、平面化加工パッド４０の平面化加工表面４２の全体に亘って固定的に分散されているからである。他の用途では、平面化加工パッド４０は、砥粒を含まない非砥粒パッドで構成できる。非砥粒平面化加工パッドに使用される平面化加工溶液４４は、一般に、基板から素材を除去するための砥粒および化学剤を備えたＣＭＰスラリである。
【０００６】
平面化加工機１０を用いて基板１２を平面化加工するには、平面化加工溶液４４の存在の下で、平面化加工パッド４０の平面化加工表面４２に対して基板１２を押し付ける。次に、駆動組立体３５が、基板ホルダ３２を軸線Ｂ−Ｂの回りで旋回させ、かつ軸線Ｃ−Ｃの回りで基板ホルダ３２を任意により回転させて、基板１２を平面化加工表面４２を横切って並進させる。これにより、平面化加工媒体中の砥粒および／または化学剤が基板１２の表面から素材を除去する。
【０００７】
回路およびフォトパターンの正確な形成を可能にするには、ＣＭＰ加工法は、基板組立体上に均一な平坦面を一貫性をもって正確に形成しなければならない。トランジスタ、接点、相互接続部および他の構造体の製造中に、多くの基板組立体は、該基板組立体の全体に亘って大きな凹凸のある表面を創出する大きい「段状高さ」を形成する。更に、集積回路の密度が高くなると、基板組立体の加工中に幾つかの中間段に平坦基板表面を設ける必要がある。なぜならば、不均一な基板表面はサブミクロンオーダの構造体を形成する困難性を著しく高めてしまうからである。例えば、一般に、サブミクロンオーダの写真製版機械では被写界深度が非常に制限されるため、不均一な基板表面上にほぼ０．１ミクロンの公差内でフォトパターンを正確に合焦させることは困難である。かくして、ＣＭＰ加工法は、しばしば、凹凸のある基板表面を高度に均一かつ平坦な基板表面に変形するのに使用されている。
【０００８】
幾つかの従来のＣＭＰ加工法では、平面化加工パッド４０は、高い領域と低い領域とをもつ大きな凹凸のある表面を備えた基板１２の金属部分と係合する。平面化加工液４４には、金属を化学的に酸化させおよび／またはエッチングさせて、平面化加工中の金属除去速度を増大させるための溶剤または他の化学剤を添加することができる。平面化加工中、エッチング液は、金属部分の低い領域で、金属部分の高い領域と少なくとも同じ速度で作用するため、エッチング液の有効な加速効果が低減される。従って、低い領域は高い領域から引っ込んでしまい、基板１２の平面度が低下する。
【０００９】
この潜在的な欠点に対処する１つのアプローチは、平面化加工液４４中に腐食抑制剤を添加して、エッチング液の作用を制限しまたは停止させる方法である。これにより、平面化加工パッド４０と基板１２との間の機械的相互作用が、化学的相互作用よりも優位に立つことが可能となる。従って、マイクロ電子基板１２の高い領域は、低い領域よりも平面化加工パッド４０との機械的接触が大きくなるので、一般に、高い領域での除去速度の方が低い領域よりも大きくなる。このため、高い領域と低い領域との高さの差は、より急速に減少する。しかしながら、腐食抑制剤は、全体的除去速度および平面化加工の他の要因に悪影響を与える。
【００１０】
（発明の開示）
本発明は、マイクロ電子基板を平面化加工する方法および装置に関する。本発明の一形態による方法は、マイクロ電子基板を、平面化加工液と、平面化加工表面を備えた平面化加工パッドとを有する平面化加工媒体に係合させる段階を有し、平面化加工液および平面化加工パッドの少なくとも一方は、選択された化学剤を備えている。本発明の方法は、上記選択された化学剤により、平面化加工媒体の研摩要素（例えば、砥粒）からパッシベート剤（例えば、腐食抑制剤）を分離させ、および／または、上記選択された化学剤により、腐食抑制剤が平面化加工媒体の研摩要素へ結合するのを妨げる段階を、更に有している。本発明の方法は更に、平面化加工パッドおよびマイクロ電子基板の少なくとも一方を他方に対して移動させ、マイクロ電子基板から素材を除去する段階を有している。
【００１１】
本発明の他の態様では、上記選択された化学剤は、腐食抑制剤を溶解するか、腐食抑制剤を平面化加工液中に溶解される成分に分解することができる。上記選択された化学剤は、腐食抑制剤と直接相互作用するか、最初に平面化加工液の少なくとも１つの成分と反応して、次に腐食抑制剤と反応する、変換された化学剤（altered chemical agent）を形成することができる。
【００１２】
本発明の更に別の態様では、上記選択された化学剤は、平面化加工液の成分と反応して第二化学剤を形成した後に、マイクロ電子基板から素材を除去する速度および／または素材を除去する態様を調節することができる。例えば、第二化学剤は、平面化加工パッドと化学的に相互作用する腐食抑制剤の量を制限でき、または、第二化学剤は、マイクロ電子基板からの素材を除去する速度を加速させるエッチング液を含むことができる。
【００１３】
また、本発明は、マイクロ電子基板を平面化加工するための平面化加工媒体に関する。本発明の一態様では、平面化加工媒体は、マイクロ電子基板と係合するように構成された平面化加工表面を備えた平面化加工パッドと、該平面化加工パッドに隣接する平面化加工液とを有している。平面化加工パッドおよび平面化加工液の少なくとも一方は、マイクロ電子基板の平面化加工中に、研摩要素からパッシベート剤（例えば、腐食抑制剤）を分離させおよび／またはパッシベート剤が研摩要素に結合することを妨げるべく選択された化学剤を備えている。本発明の一態様では、化学剤は、平面化加工液の成分と反応して、腐食抑制剤と平面化加工パッドとの相互作用を制限する、変換された化学剤を形成するものを選択できる。或いは、変換された化学剤は、マイクロ電子基板から素材を除去する他の態様を調節するよう、選択できる。
【００１４】
（発明を実施するための最良の形態）
本願は、マイクロ電子デバイスの製造に使用される基板および基板組立体の化学的および／または化学的・機械的平面化加工を行なう平面化加工媒体と、該平面化加工媒体を使用する方法を開示する。本発明の或る実施形態の完全な理解が得られるように、これらの実施形態の多くの特定細部を以下に説明しかつ図２〜図４に示す。しかしながら、当業者ならば、本発明が他の実施形態をも有すること、すなわち本発明が以下に述べる幾つかの細部を用いることなく実施できることは理解されよう。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態による、平面化加工媒体１５０を備えたＣＭＰ加工機１１０の一部を示す概略側面図である。平面化加工媒体１５０には、平面化加工パッド１４０と、該平面化加工パッド１４０上に配置される平面化加工液１６０とを含めることができる。平面化加工機１１０は、図１を参照して前述したのとほぼ同様な態様で平面化加工媒体を支持する支持テーブル１１４およびトップパネル１１６を有している。平面化加工機１１０は更に、これも図１を参照して前述したのとほぼ同じ態様でマイクロ電子基板１１２を支持する基板ホルダ１３２を有している。本願明細書で使用する用語「マイクロ電子基板」とは、マイクロ電子デバイスまたはこれらの構造体を備えているか否かを問わず、マイクロ電子基板材料をいうものとする。
【００１６】
一実施形態では、平面化加工液１６０は、基板ホルダ１３２のポート１３３から平面化加工パッド１４０上に分配される。或いは、平面化加工液１６０は、平面化加工パッド１４０の近くに配置される導管（図示せず）等の他の供給源から平面化加工パッド１４０に分配することもできる。いずれの実施形態においても、平面化加工液１６０には、平面化加工中にマイクロ電子基板１１２から素材が除去される速度および態様を制御する１種類以上の化学剤を含めることができる。例えば、平面化加工液１６０には、マイクロ電子基板１１２をエッチング加工するためのエッチング液、および／または平面化加工の選択されたフェーズ中の腐食すなわちエッチングを防止しまたは制限するための腐食抑制剤のようなパッシベート剤を含めることができる。この実施形態の一態様では、マイクロ電子基板１１２には銅層または銅成分を含めることができ、平面化加工液１６０には、ＣＭＰ加工法の選択されたフェーズにおいて銅のエッチングを抑制するベンゾールトリアゾールを含めることができる。或いは、平面化加工液１６０および／または平面化加工パッド１４０には、平面化加工媒体１５０とマイクロ電子基板１１２との化学的相互作用を抑制する他の化学剤を含めることもできる。
【００１７】
平面化加工パッド１４０は、パッド本体１４１と、該パッド本体１４１を支持する裏当て層１４２とで形成できる。パッド本体１４１は、ポリカーボネート、樹脂、アクリル、ポリマー（例えばポリウレタン）または他の適当な材料で形成できる。一実施形態では、平面化加工パッド１４０の平面化加工表面１４４に近い平面化加工パッド本体１４１内には、複数の研磨要素１４３が分散されている。平面化加工中に平面化加工パッド１４０が摩耗すると、平面化加工表面１４４に新しい研摩要素１４３が露出されて、全平面化加工を通して平面化加工パッド１４０の研摩特性を維持しまたは制御する。研摩要素１４３は、アルミナ、セリア、チタニア、またはマイクロ電子基板１１２から機械的および／または化学的・機械的に素材を除去する他の適当な研摩物質で形成できる。
【００１８】
平面化加工中、研摩要素１４３の性能は、平面化加工溶液中の化学剤により損なわれる。例えば、ベンゾールトリアゾールまたは他のエッチング抑制剤は研摩要素１４３の表面に結合して、研摩要素１４３とマイクロ電子基板１１２との間の化学的および／または機械的相互作用を低下させてしまう。従って、一実施形態では、平面化加工媒体１５０は、研摩要素１４３に作用する抑制剤の効果を低下させまたは無効にする化学剤１４６を有している。この実施形態の一態様では、化学剤１４６は平面化加工パッド本体１４１内に埋入されており、平面化加工パッド１４０の摩耗につれて平面化加工液１６０中に解放される。この実施形態の他の態様では、化学剤１４６は、平面化加工液１６０または該加工液１６０の成分と化学反応して、変換された化学剤を形成するように、選択される。この場合、この変換された化学剤は、抑制剤が研摩要素１４３とマイクロ電子基板との化学的および／または機械的相互作用を制限する度合いを緩和または停止させる。例えば、化学剤１４６は、研摩要素１４３から抑制剤を除去しおよび／または抑制剤が研摩要素１４３に付着し、結合し、および／または化学的に相互作用することを防止する溶剤またはエッチング液を形成するように、選択できる。
【００１９】
一実施形態では、化学剤１４６には、リン、塩素、窒素、またはこれらの元素を含む化合物を含めることができる。従って、化学剤は、平面化加工液１６０と化学反応すると、それぞれ、リン酸、塩酸、硝酸または硫酸を含む、変換された化学剤を形成できる。或いは、化学剤１４６には、平面化加工液１６０と反応して研摩要素１４３と抑制剤との相互作用を制限しまたは防止する他の化学剤を形成する他の化合物または元素を含めることができる。
【００２０】
上記実施形態の一態様では、変換された化学剤は抑制剤を溶解することができる。或いは、変換された化学剤は抑制剤と反応して、抑制剤単独よりも平面化加工液１６０中に溶解し易い化合物を形成できる。従って、抑制剤は、平面化加工液１６０中に一層溶解し易くなる。他の実施形態では、変換された化学剤は、抑制剤を、抑制剤単独よりも平面化加工液１６０中に溶解し易い成分に分解できる。更に別の実施形態では、変換された化学剤は、抑制剤と研摩要素１４３との化学的相互作用を少なくとも制限する、抑制剤との他の反応または他の相互作用を起こすことができる。
【００２１】
他の実施形態では、化学剤１４６は、平面化加工液１６０と最初に反応することなく、抑制剤と直接反応できる。例えば、化学剤１４６には、上記酸性化合物等の溶剤、または抑制剤を溶解するか、抑制剤の能力を制限して研摩要素１４３の有効性を損なわせる他の適当な化合物を含めることができる。
【００２２】
化学剤１４６が、抑制剤と直接反応するものであるか、平面化加工液１６０と最初に反応して、抑制剤と反応する変換された化学剤を形成するものであるかの如何を問わず、化学剤１４６は平面化加工パッド本体１４１内に埋入することができる。一実施形態では、化学剤１４６の固体粒子は液体中または軟らかい平面化加工パッド材料中に分散され、次に、平面化加工パッド材料が硬化されて化学剤１４６の周囲で凝固し、化学剤１４６の周囲に離散セル１４５を形成する。例えば、化学剤１４６は、研摩要素１４３が分散されるのとほぼ同じ態様で、平面化加工パッド本体１４１内に分散させることができる。或いは、平面化加工パッド本体１４１内に離散セル１４５を予め成形しておき、後で化学剤１４６を充填することができる。この実施形態では、化学剤１４６は、液相、ゲル相または固相にすることができる。平面化加工パッド本体１４１内に化学剤１４６を分散させる上記いずれの方法においても、平面化加工パッド本体１４１内のセル１４５のサイズ、形状および分布は、化学剤１４６が平面化加工パッド本体１４１の研摩特性への悪影響を低下させるように選択できる。例えば、セル１４５は、研摩要素１４３の分布および／または作用と干渉しないように、小さくしかつ平面化加工パッド本体１４１内で均一に分布させることができる。本発明の一形態では、セル１４５はランダムに分布されかつそのサイズは研摩要素１４３のサイズの約５０〜１００％の範囲内にある。或いは、セル１４５のサイズは、研摩要素１４３と干渉しない限り、前記範囲より大きくまたは小さくすることもできる。セル１４５は、一実施形態ではほぼ楕円形にすることができるし、他の実施形態では他の形状にすることができる。
【００２３】
本発明の他の態様による一実施形態では、平面化加工液１６０のｐＨは、抑制剤と研摩要素１４３との化学的相互作用を低下させると考えられる選択されたレベルまで調節される。例えば、この実施形態の一態様では、研摩要素１４３が第一ゼータ（ζ）電位を有し、マイクロ電子基板１１２は第二ゼータ電位を有する金属または他の成分を有している。本願明細書で使用する用語「ゼータ電位」とは、特定の平面化加工媒体における表面の電位をいうものとする。例えば、平面化加工液１６０が抑制剤を含んでいる場合には、該抑制剤は一般に、負の荷電イオンを有している。従って、平面化加工液１６０のｐＨは、研摩要素１４３のゼータ電位と抑制剤のゼータ電位とが同じ（すなわち、同じ極性）になるように選択され、平面化加工液と研摩要素１４３とが反発し合うようにする。これにより、抑制剤と平面化加工パッド１４０との化学的相互作用が防止される。例えばこの実施形態の一態様では、研摩要素１４３がアルミナを含み、かつマイクロ電子基板が銅を含んでいる場合には、平面化加工液１６０は約６〜１０のｐＨを有する。この実施形態の特別な態様では、平面化加工液１６０は約７のｐＨを有し、他の実施形態では平面化加工液は他のｐＨ値を有する。
【００２４】
図２を参照して上述した平面化加工媒体１５０の一実施形態の１つの特徴は、平面化加工パッド１４０が、平面化加工液１６０中の抑制剤と平面化加工パッド１４０内の研摩要素１４３との化学的相互作用を少なくとも制限する化学剤１４６を有していることである。化学剤１４６は抑制剤とマイクロ電子基板との相互作用をもっと小さく制限するようにしてもよいが、化学剤１４６の主な効果は、一般に、抑制剤と研摩要素１４３との化学的相互作用を制限することにある。この特徴の長所は、研摩要素１４３の表面が、マイクロ電子基板１１２を平面化することに対し化学的に活性に維持されることである。これは、抑制剤が研摩要素１４３の有効性を制限してしまう幾つかの従来技術とは異なる点である。
【００２５】
平面化加工媒体１５０の一実施形態の他の長所は、平面化加工パッド１４０が充分に摩耗して化学剤１４６を解放できるようになるまでは、化学剤１４６が平面化加工パッド１４０内に埋入された状態に維持されることである。従って、平面化加工液１６０中に解放される化学剤１４６の量は、平面化加工パッド１４０内の化学剤１４６の濃度および分布と、平面化加工中に平面化加工パッド１４０が摩耗する速度とを制御することにより調節できる。
【００２６】
他の実施形態では、（平面化加工中に平面化加工パッド１４０の摩耗につれて解放される）化学剤１４６は、平面化加工液１６０と相互作用して、平面化加工の他の要因を制御する化合物を形成する。例えば、化学剤１４６は平面化加工液１６０と反応して、マイクロ電子基板１１２から素材を除去する溶剤またはエッチング液を形成する。この実施形態の一態様では、化学剤１４６には、平面化加工液１６０に露出されたときに硝酸を形成する窒素または窒素化合物（例えば硝酸カリウム）を含めることができる。硝酸は、金属が露出されたときに、マイクロ電子基板１１２から銅または他の金属を直接エッチングして、マイクロ電子基板の平面化加工速度を増大させることができる。他の実施形態では、化学剤１４６は平面化加工液１６０と反応して、他の化合物を形成できる。例えば、化学剤１４６は、平面化加工パッド１４０および／またはマイクロ電子基板１１２の濡れ面領域を増大させて、平面化加工の速度および均一性を高める界面活性剤を形成できる。更に別の実施形態では、化学剤１４６は、マイクロ電子基板１１２からの素材の除去速度および／または態様を制御する他の化学元素または化合物を形成できる。
【００２７】
図３は、本発明の他の実施形態による平面化加工パッド２４０および平面化加工液２６０を有する平面化加工媒体２５０を支持する、図２に関連して上述した平面化加工機１１０の一部を示す概略側面図である。平面化加工パッド２４０には、複数の研摩要素２４３を備えた平面化加工パッド本体２４１を支持する裏当て層２４２を設けることができる。平面化加工パッド２４０には、埋入された化学剤が設けられておらず、その代わりに、化学剤２４６が平面化加工液２６０内に直接含められている。
【００２８】
この実施形態の一態様では、化学剤２４６が、最初に平面化加工液２６０との化学反応を起こすことなく、抑制剤と砥粒２４３との化学的相互作用を直接制限する。或いは、化学剤２４６が最初に平面化加工液２６０と反応して、図２に関連して上述したのとほぼ同じ態様で抑制剤と砥粒との相互作用を制限する、変換された化学剤を形成するように構成できる。
【００２９】
図３を参照して上述した平面化加工媒体２５０の実施形態の１つの特徴は、化学剤２４６が平面化加工液２６０中に直接含まれていることである。従って、平面化加工パッド２４０およびマイクロ電子基板１１２と接触する化学剤２４６の量は、平面化加工液２６０中に混合される化学剤２４６の量を制御することにより調節できる。この特徴により得られる長所は、研摩パッド１４０と相互作用する化学剤の量を、平面化加工パッド１４０の特性とは独立して制御できることである。
【００３０】
図４は、ほぼ円形のプラテンすなわちテーブル３２０と、キャリヤ組立体３３０と、テーブル３２０上に配置された平面化加工パッド３４０と、該平面化加工パッド３４０上の平面化加工液３６０とを備えた回転平面化加工機３１０を示す部分概略断面図である。平面化加工パッド３４０および平面化加工液３６０を備えた構成は、図２および図３を参照して上述した平面化加工パッドおよび平面化加工液を備えた構成とほぼ同じである。別の構成として、平面化加工液３６０を、研摩要素の懸濁液を含むスラリで形成し、平面化加工パッド３４０には研摩要素が全く含まれない構成にすることができる。平面化加工機３１０には、プラテン３２０の上面３２２に取り付けられた、平面化加工パッド３４０を支持するためのアンダーパッド３２５を設けることもできる。平面化加工中、駆動組立体３２６がプラテン３２０を回転（矢印「Ｆ」方向）および／または往復運動（矢印「Ｇ」方向）させて、平面化加工パッド３４０を移動させる。
【００３１】
キャリヤ組立体３３０は、平面化加工中に、マイクロ電子基板１１２を制御しかつ保護する。キャリヤ組立体３３０は、一般に、吸引によりマイクロ電子基板１１２を保持するパッド３３４を備えた基板ホルダ３３２を有している。キャリヤ組立体３３０の駆動組立体３３６は、一般に、基板ホルダ３３２を回転および／または並進（それぞれ、「Ｈ」および「Ｉ」方向）させる。別の構成として、基板ホルダ３３２には、平面化加工パッド３４０上を摺動する重錘型自由浮動ディスク（図示せず）を設けることができる。
【００３２】
平面化加工機３１０によりマイクロ電子基板１１２を平面化加工するため、キャリヤ組立体３３０は、平面化加工パッド３４０の平面化加工表面３４２に対してマイクロ電子基板１１２を押し付ける。次に、プラテン３２０および／または基板ホルダ３３２を相対移動させ、マイクロ電子基板１１２を平面化加工表面３４２を横切って並進させる。これにより、平面化加工パッド３４０および／または平面化加工液３６０中の化学剤が、マイクロ電子基板１１２の表面から素材を除去する。
【００３３】
以上、本発明の特定実施形態を例示のために説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく種々の変更を行なうことができることは理解されよう。従って、本発明は特許請求の範囲の記載を除き制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による平面化加工装置を示す概略部分側面図である。
【図２】本発明の一実施形態による、埋入された研摩要素および埋入された反応性化学剤を備えた平面化加工パッドを示す概略部分側面図である。
【図３】反応性化学剤を含む平面化加工液を支持する平面化加工パッドの一部を示す概略側面図である。
【図４】本発明の他の実施形態による、ＣＭＰ加工機上に平面化加工液を支持する研摩パッドを示す概略部分側面図である。
（技術分野）
本発明は、マイクロ電子基板の平面化加工中の化学的相互作用、例えば腐食防止剤の相互作用を制御する方法および装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
機械的および化学・機械的平面化加工方法（chemical-mechanical planarization process:総称的に「ＣＭＰ」と呼ぶ）は、半導体ウェーハ、電界放出ディスプレイ、および他の多くのマイクロ電子基板組立体に平坦面を形成する電子デバイスの製造に使用されている。ＣＭＰ加工法は、一般に、基板組立体から素材を除去して、基板組立体上に、正確な高さの素材層で高平面度の表面を形成する。図１には、基板１２を平面化加工するための既存のウェブフォーマット平面化加工機（web-format planarizing machine）１０が概略的に示されている。平面化加工機１０は、その作業場所にトップパネル１６を備えた支持テーブル１４を有し、該支持テーブル１４には、平面化加工パッド４０の作業部分「Ａ」が設けられている。トップパネル１６は、平坦な固体表面を形成するための全体として剛性のある板であり、該剛性板には、平面化加工中に、平面化加工パッド４０の特定セクションが固定される。
【０００３】
平面化加工機１０はまた、トップパネル１６上で平面化加工パッド４０を案内し、位置決めしかつ保持するための複数のローラを有している。ローラには、供給ローラ２０、第一および第二アイドルローラ２１ａ、２１ｂ、第一および第二ガイドローラ２２ａ、２２ｂおよび巻取りローラ２３がある。供給ローラ２０は平面化加工パッド４０の未使用部分すなわち作業前部分を支持し、かつ巻取りローラ２３は平面化加工パッド４０の使用済み部分すなわち作業後部分を支持する。また、第一アイドルローラ２１ａおよび第一ガイドローラ２２ａは、トップパネル１６上で平面化加工パッド４０を引っ張って、作業中に平面化加工パッドを静止状態に保持する。モータ（図示せず）が供給ローラ２０および巻取りローラの少なくとも一方を駆動して、平面化加工パッド４０をトップパネル１６を横切って連続的に前進させる。従って、平面化加工パッド４０のきれいな作業前セクションが、迅速に使用済みセクションにとって代えられ、基板１２の平面化加工および／または清浄化のための一貫性ある表面を形成する。
【０００４】
ウェブフォーマット平面化加工機１０はまた、平面化加工中に基板１２を制御しかつ保護するキャリヤ組立体３０を有している。一般に、キャリヤ組立体３０は、平面化加工の適当な段階で基板１２のピックアップ、保持および解放を行なうための基板ホルダ３２を有している。基板ホルダ３２に取り付けられた幾つかのノズル３３が、平面化加工パッド４０の平面化加工表面４２上に平面化加工溶液４４を分配する。またキャリヤ組立体３０は、一般に支持構台３４を有し、該支持構台３４は、これに沿って並進できる駆動組立体３５を支持している。駆動組立体３５は、一般に、アクチュエータ３６と、該アクチュエータ３６に連結された駆動シャフト３７と、該駆動シャフト３７から突出したアーム３８とを有している。アーム３８はターミナルシャフト３９を介して基板ホルダ３２を支持しており、これにより、駆動組立体３５は、矢印「Ｒ1」で示すように、軸線Ｂ−Ｂの回りで基板ホルダ３２を旋回させる。ターミナルシャフト３９は、その中心軸線Ｃ−Ｃの回りで、矢印「Ｒ2」で示すように基板ホルダ３２を回転させることもできる。
【０００５】
平面化加工パッド４０および平面化加工溶液４４は、基板１２の表面から素材を機械的におよび／または化学的・機械的に除去する平面化加工媒体を形成する。ウェブフォーマット平面化加工機１０に使用されている平面化加工パッド４０は、一般に、砥粒が懸濁物質（suspension material）に固定結合された固定研摩剤（fixed-abrasive）平面化加工パッドである。固定研摩剤を用いる場合は、平面化加工溶液は砥粒を含まない「きれいな溶液」である。なぜならば、砥粒が、平面化加工パッド４０の平面化加工表面４２の全体に亘って固定的に分散されているからである。他の用途では、平面化加工パッド４０は、砥粒を含まない非砥粒パッドで構成できる。非砥粒平面化加工パッドに使用される平面化加工溶液４４は、一般に、基板から素材を除去するための砥粒および化学剤を備えたＣＭＰスラリである。
【０００６】
平面化加工機１０を用いて基板１２を平面化加工するには、平面化加工溶液４４の存在の下で、平面化加工パッド４０の平面化加工表面４２に対して基板１２を押し付ける。次に、駆動組立体３５が、基板ホルダ３２を軸線Ｂ−Ｂの回りで旋回させ、かつ軸線Ｃ−Ｃの回りで基板ホルダ３２を任意により回転させて、基板１２を平面化加工表面４２を横切って並進させる。これにより、平面化加工媒体中の砥粒および／または化学剤が基板１２の表面から素材を除去する。
【０００７】
回路およびフォトパターンの正確な形成を可能にするには、ＣＭＰ加工法は、基板組立体上に均一な平坦面を一貫性をもって正確に形成しなければならない。トランジスタ、接点、相互接続部および他の構造体の製造中に、多くの基板組立体は、該基板組立体の全体に亘って大きな凹凸のある表面を創出する大きい「段状高さ」を形成する。更に、集積回路の密度が高くなると、基板組立体の加工中に幾つかの中間段に平坦基板表面を設ける必要がある。なぜならば、不均一な基板表面はサブミクロンオーダの構造体を形成する困難性を著しく高めてしまうからである。例えば、一般に、サブミクロンオーダの写真製版機械では被写界深度が非常に制限されるため、不均一な基板表面上にほぼ０．１ミクロンの公差内でフォトパターンを正確に合焦させることは困難である。かくして、ＣＭＰ加工法は、しばしば、凹凸のある基板表面を高度に均一かつ平坦な基板表面に変形するのに使用されている。
【０００８】
幾つかの従来のＣＭＰ加工法では、平面化加工パッド４０は、高い領域と低い領域とをもつ大きな凹凸のある表面を備えた基板１２の金属部分と係合する。平面化加工液４４には、金属を化学的に酸化させおよび／またはエッチングさせて、平面化加工中の金属除去速度を増大させるための溶剤または他の化学剤を添加することができる。平面化加工中、エッチング液は、金属部分の低い領域で、金属部分の高い領域と少なくとも同じ速度で作用するため、エッチング液の有効な加速効果が低減される。従って、低い領域は高い領域から引っ込んでしまい、基板１２の平面度が低下する。
【０００９】
この潜在的な欠点に対処する１つのアプローチは、平面化加工液４４中に腐食抑制剤を添加して、エッチング液の作用を制限しまたは停止させる方法である。これにより、平面化加工パッド４０と基板１２との間の機械的相互作用が、化学的相互作用よりも優位に立つことが可能となる。従って、マイクロ電子基板１２の高い領域は、低い領域よりも平面化加工パッド４０との機械的接触が大きくなるので、一般に、高い領域での除去速度の方が低い領域よりも大きくなる。このため、高い領域と低い領域との高さの差は、より急速に減少する。しかしながら、腐食抑制剤は、全体的除去速度および平面化加工の他の要因に悪影響を与える。
【００１０】
（発明の開示）
本発明は、マイクロ電子基板を平面化加工する方法および装置に関する。本発明の一形態による方法は、マイクロ電子基板を、平面化加工液と、平面化加工表面を備えた平面化加工パッドとを有する平面化加工媒体に係合させる段階を有し、平面化加工液および平面化加工パッドの少なくとも一方は、選択された化学剤を備えている。本発明の方法は、上記選択された化学剤により、平面化加工媒体の研摩要素（例えば、砥粒）からパッシベート剤（例えば、腐食抑制剤）を分離させ、および／または、上記選択された化学剤により、腐食抑制剤が平面化加工媒体の研摩要素へ結合するのを妨げる段階を、更に有している。本発明の方法は更に、平面化加工パッドおよびマイクロ電子基板の少なくとも一方を他方に対して移動させ、マイクロ電子基板から素材を除去する段階を有している。
【００１１】
本発明の他の態様では、上記選択された化学剤は、腐食抑制剤を溶解するか、腐食抑制剤を平面化加工液中に溶解される成分に分解することができる。上記選択された化学剤は、腐食抑制剤と直接相互作用するか、最初に平面化加工液の少なくとも１つの成分と反応して、次に腐食抑制剤と反応する、変換された化学剤（altered chemical agent）を形成することができる。
【００１２】
本発明の更に別の態様では、上記選択された化学剤は、平面化加工液の成分と反応して第二化学剤を形成した後に、マイクロ電子基板から素材を除去する速度および／または素材を除去する態様を調節することができる。例えば、第二化学剤は、平面化加工パッドと化学的に相互作用する腐食抑制剤の量を制限でき、または、第二化学剤は、マイクロ電子基板からの素材を除去する速度を加速させるエッチング液を含むことができる。
【００１３】
また、本発明は、マイクロ電子基板を平面化加工するための平面化加工媒体に関する。本発明の一態様では、平面化加工媒体は、マイクロ電子基板と係合するように構成された平面化加工表面を備えた平面化加工パッドと、該平面化加工パッドに隣接する平面化加工液とを有している。平面化加工パッドおよび平面化加工液の少なくとも一方は、マイクロ電子基板の平面化加工中に、研摩要素からパッシベート剤（例えば、腐食抑制剤）を分離させおよび／またはパッシベート剤が研摩要素に結合することを妨げるべく選択された化学剤を備えている。本発明の一態様では、化学剤は、平面化加工液の成分と反応して、腐食抑制剤と平面化加工パッドとの相互作用を制限する、変換された化学剤を形成するものを選択できる。或いは、変換された化学剤は、マイクロ電子基板から素材を除去する他の態様を調節するよう、選択できる。
【００１４】
（発明を実施するための最良の形態）
本願は、マイクロ電子デバイスの製造に使用される基板および基板組立体の化学的および／または化学的・機械的平面化加工を行なう平面化加工媒体と、該平面化加工媒体を使用する方法を開示する。本発明の或る実施形態の完全な理解が得られるように、これらの実施形態の多くの特定細部を以下に説明しかつ図２〜図４に示す。しかしながら、当業者ならば、本発明が他の実施形態をも有すること、すなわち本発明が以下に述べる幾つかの細部を用いることなく実施できることは理解されよう。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態による、平面化加工媒体１５０を備えたＣＭＰ加工機１１０の一部を示す概略側面図である。平面化加工媒体１５０には、平面化加工パッド１４０と、該平面化加工パッド１４０上に配置される平面化加工液１６０とを含めることができる。平面化加工機１１０は、図１を参照して前述したのとほぼ同様な態様で平面化加工媒体を支持する支持テーブル１１４およびトップパネル１１６を有している。平面化加工機１１０は更に、これも図１を参照して前述したのとほぼ同じ態様でマイクロ電子基板１１２を支持する基板ホルダ１３２を有している。本願明細書で使用する用語「マイクロ電子基板」とは、マイクロ電子デバイスまたはこれらの構造体を備えているか否かを問わず、マイクロ電子基板材料をいうものとする。
【００１６】
一実施形態では、平面化加工液１６０は、基板ホルダ１３２のポート１３３から平面化加工パッド１４０上に分配される。或いは、平面化加工液１６０は、平面化加工パッド１４０の近くに配置される導管（図示せず）等の他の供給源から平面化加工パッド１４０に分配することもできる。いずれの実施形態においても、平面化加工液１６０には、平面化加工中にマイクロ電子基板１１２から素材が除去される速度および態様を制御する１種類以上の化学剤を含めることができる。例えば、平面化加工液１６０には、マイクロ電子基板１１２をエッチング加工するためのエッチング液、および／または平面化加工の選択されたフェーズ中の腐食すなわちエッチングを防止しまたは制限するための腐食抑制剤のようなパッシベート剤を含めることができる。この実施形態の一態様では、マイクロ電子基板１１２には銅層または銅成分を含めることができ、平面化加工液１６０には、ＣＭＰ加工法の選択されたフェーズにおいて銅のエッチングを抑制するベンゾールトリアゾールを含めることができる。或いは、平面化加工液１６０および／または平面化加工パッド１４０には、平面化加工媒体１５０とマイクロ電子基板１１２との化学的相互作用を抑制する他の化学剤を含めることもできる。
【００１７】
平面化加工パッド１４０は、パッド本体１４１と、該パッド本体１４１を支持する裏当て層１４２とで形成できる。パッド本体１４１は、ポリカーボネート、樹脂、アクリル、ポリマー（例えばポリウレタン）または他の適当な材料で形成できる。一実施形態では、平面化加工パッド１４０の平面化加工表面１４４に近い平面化加工パッド本体１４１内には、複数の研磨要素１４３が分散されている。平面化加工中に平面化加工パッド１４０が摩耗すると、平面化加工表面１４４に新しい研摩要素１４３が露出されて、全平面化加工を通して平面化加工パッド１４０の研摩特性を維持しまたは制御する。研摩要素１４３は、アルミナ、セリア、チタニア、またはマイクロ電子基板１１２から機械的および／または化学的・機械的に素材を除去する他の適当な研摩物質で形成できる。
【００１８】
平面化加工中、研摩要素１４３の性能は、平面化加工溶液中の化学剤により損なわれる。例えば、ベンゾールトリアゾールまたは他のエッチング抑制剤は研摩要素１４３の表面に結合して、研摩要素１４３とマイクロ電子基板１１２との間の化学的および／または機械的相互作用を低下させてしまう。従って、一実施形態では、平面化加工媒体１５０は、研摩要素１４３に作用する抑制剤の効果を低下させまたは無効にする化学剤１４６を有している。この実施形態の一態様では、化学剤１４６は平面化加工パッド本体１４１内に埋入されており、平面化加工パッド１４０の摩耗につれて平面化加工液１６０中に解放される。この実施形態の他の態様では、化学剤１４６は、平面化加工液１６０または該加工液１６０の成分と化学反応して、変換された化学剤を形成するように、選択される。この場合、この変換された化学剤は、抑制剤が研摩要素１４３とマイクロ電子基板との化学的および／または機械的相互作用を制限する度合いを緩和または停止させる。例えば、化学剤１４６は、研摩要素１４３から抑制剤を除去しおよび／または抑制剤が研摩要素１４３に付着し、結合し、および／または化学的に相互作用することを防止する溶剤またはエッチング液を形成するように、選択できる。
【００１９】
一実施形態では、化学剤１４６には、リン、塩素、窒素、またはこれらの元素を含む化合物を含めることができる。従って、化学剤は、平面化加工液１６０と化学反応すると、それぞれ、リン酸、塩酸、硝酸または硫酸を含む、変換された化学剤を形成できる。或いは、化学剤１４６には、平面化加工液１６０と反応して研摩要素１４３と抑制剤との相互作用を制限しまたは防止する他の化学剤を形成する他の化合物または元素を含めることができる。
【００２０】
上記実施形態の一態様では、変換された化学剤は抑制剤を溶解することができる。或いは、変換された化学剤は抑制剤と反応して、抑制剤単独よりも平面化加工液１６０中に溶解し易い化合物を形成できる。従って、抑制剤は、平面化加工液１６０中に一層溶解し易くなる。他の実施形態では、変換された化学剤は、抑制剤を、抑制剤単独よりも平面化加工液１６０中に溶解し易い成分に分解できる。更に別の実施形態では、変換された化学剤は、抑制剤と研摩要素１４３との化学的相互作用を少なくとも制限する、抑制剤との他の反応または他の相互作用を起こすことができる。
【００２１】
他の実施形態では、化学剤１４６は、平面化加工液１６０と最初に反応することなく、抑制剤と直接反応できる。例えば、化学剤１４６には、上記酸性化合物等の溶剤、または抑制剤を溶解するか、抑制剤の能力を制限して研摩要素１４３の有効性を損なわせる他の適当な化合物を含めることができる。
【００２２】
化学剤１４６が、抑制剤と直接反応するものであるか、平面化加工液１６０と最初に反応して、抑制剤と反応する変換された化学剤を形成するものであるかの如何を問わず、化学剤１４６は平面化加工パッド本体１４１内に埋入することができる。一実施形態では、化学剤１４６の固体粒子は液体中または軟らかい平面化加工パッド材料中に分散され、次に、平面化加工パッド材料が硬化されて化学剤１４６の周囲で凝固し、化学剤１４６の周囲に離散セル１４５を形成する。例えば、化学剤１４６は、研摩要素１４３が分散されるのとほぼ同じ態様で、平面化加工パッド本体１４１内に分散させることができる。或いは、平面化加工パッド本体１４１内に離散セル１４５を予め成形しておき、後で化学剤１４６を充填することができる。この実施形態では、化学剤１４６は、液相、ゲル相または固相にすることができる。平面化加工パッド本体１４１内に化学剤１４６を分散させる上記いずれの方法においても、平面化加工パッド本体１４１内のセル１４５のサイズ、形状および分布は、化学剤１４６が平面化加工パッド本体１４１の研摩特性への悪影響を低下させるように選択できる。例えば、セル１４５は、研摩要素１４３の分布および／または作用と干渉しないように、小さくしかつ平面化加工パッド本体１４１内で均一に分布させることができる。本発明の一形態では、セル１４５はランダムに分布されかつそのサイズは研摩要素１４３のサイズの約５０〜１００％の範囲内にある。或いは、セル１４５のサイズは、研摩要素１４３と干渉しない限り、前記範囲より大きくまたは小さくすることもできる。セル１４５は、一実施形態ではほぼ楕円形にすることができるし、他の実施形態では他の形状にすることができる。
【００２３】
本発明の他の態様による一実施形態では、平面化加工液１６０のｐＨは、抑制剤と研摩要素１４３との化学的相互作用を低下させると考えられる選択されたレベルまで調節される。例えば、この実施形態の一態様では、研摩要素１４３が第一ゼータ（ζ）電位を有し、マイクロ電子基板１１２は第二ゼータ電位を有する金属または他の成分を有している。本願明細書で使用する用語「ゼータ電位」とは、特定の平面化加工媒体における表面の電位をいうものとする。例えば、平面化加工液１６０が抑制剤を含んでいる場合には、該抑制剤は一般に、負の荷電イオンを有している。従って、平面化加工液１６０のｐＨは、研摩要素１４３のゼータ電位と抑制剤のゼータ電位とが同じ（すなわち、同じ極性）になるように選択され、平面化加工液と研摩要素１４３とが反発し合うようにする。これにより、抑制剤と平面化加工パッド１４０との化学的相互作用が防止される。例えばこの実施形態の一態様では、研摩要素１４３がアルミナを含み、かつマイクロ電子基板が銅を含んでいる場合には、平面化加工液１６０は約６〜１０のｐＨを有する。この実施形態の特別な態様では、平面化加工液１６０は約７のｐＨを有し、他の実施形態では平面化加工液は他のｐＨ値を有する。
【００２４】
図２を参照して上述した平面化加工媒体１５０の一実施形態の１つの特徴は、平面化加工パッド１４０が、平面化加工液１６０中の抑制剤と平面化加工パッド１４０内の研摩要素１４３との化学的相互作用を少なくとも制限する化学剤１４６を有していることである。化学剤１４６は抑制剤とマイクロ電子基板との相互作用をもっと小さく制限するようにしてもよいが、化学剤１４６の主な効果は、一般に、抑制剤と研摩要素１４３との化学的相互作用を制限することにある。この特徴の長所は、研摩要素１４３の表面が、マイクロ電子基板１１２を平面化することに対し化学的に活性に維持されることである。これは、抑制剤が研摩要素１４３の有効性を制限してしまう幾つかの従来技術とは異なる点である。
【００２５】
平面化加工媒体１５０の一実施形態の他の長所は、平面化加工パッド１４０が充分に摩耗して化学剤１４６を解放できるようになるまでは、化学剤１４６が平面化加工パッド１４０内に埋入された状態に維持されることである。従って、平面化加工液１６０中に解放される化学剤１４６の量は、平面化加工パッド１４０内の化学剤１４６の濃度および分布と、平面化加工中に平面化加工パッド１４０が摩耗する速度とを制御することにより調節できる。
【００２６】
他の実施形態では、（平面化加工中に平面化加工パッド１４０の摩耗につれて解放される）化学剤１４６は、平面化加工液１６０と相互作用して、平面化加工の他の要因を制御する化合物を形成する。例えば、化学剤１４６は平面化加工液１６０と反応して、マイクロ電子基板１１２から素材を除去する溶剤またはエッチング液を形成する。この実施形態の一態様では、化学剤１４６には、平面化加工液１６０に露出されたときに硝酸を形成する窒素または窒素化合物（例えば硝酸カリウム）を含めることができる。硝酸は、金属が露出されたときに、マイクロ電子基板１１２から銅または他の金属を直接エッチングして、マイクロ電子基板の平面化加工速度を増大させることができる。他の実施形態では、化学剤１４６は平面化加工液１６０と反応して、他の化合物を形成できる。例えば、化学剤１４６は、平面化加工パッド１４０および／またはマイクロ電子基板１１２の濡れ面領域を増大させて、平面化加工の速度および均一性を高める界面活性剤を形成できる。更に別の実施形態では、化学剤１４６は、マイクロ電子基板１１２からの素材の除去速度および／または態様を制御する他の化学元素または化合物を形成できる。
【００２７】
図３は、本発明の他の実施形態による平面化加工パッド２４０および平面化加工液２６０を有する平面化加工媒体２５０を支持する、図２に関連して上述した平面化加工機１１０の一部を示す概略側面図である。平面化加工パッド２４０には、複数の研摩要素２４３を備えた平面化加工パッド本体２４１を支持する裏当て層２４２を設けることができる。平面化加工パッド２４０には、埋入された化学剤が設けられておらず、その代わりに、化学剤２４６が平面化加工液２６０内に直接含められている。
【００２８】
この実施形態の一態様では、化学剤２４６が、最初に平面化加工液２６０との化学反応を起こすことなく、抑制剤と砥粒２４３との化学的相互作用を直接制限する。或いは、化学剤２４６が最初に平面化加工液２６０と反応して、図２に関連して上述したのとほぼ同じ態様で抑制剤と砥粒との相互作用を制限する、変換された化学剤を形成するように構成できる。
【００２９】
図３を参照して上述した平面化加工媒体２５０の実施形態の１つの特徴は、化学剤２４６が平面化加工液２６０中に直接含まれていることである。従って、平面化加工パッド２４０およびマイクロ電子基板１１２と接触する化学剤２４６の量は、平面化加工液２６０中に混合される化学剤２４６の量を制御することにより調節できる。この特徴により得られる長所は、研摩パッド１４０と相互作用する化学剤の量を、平面化加工パッド１４０の特性とは独立して制御できることである。
【００３０】
図４は、ほぼ円形のプラテンすなわちテーブル３２０と、キャリヤ組立体３３０と、テーブル３２０上に配置された平面化加工パッド３４０と、該平面化加工パッド３４０上の平面化加工液３６０とを備えた回転平面化加工機３１０を示す部分概略断面図である。平面化加工パッド３４０および平面化加工液３６０を備えた構成は、図２および図３を参照して上述した平面化加工パッドおよび平面化加工液を備えた構成とほぼ同じである。別の構成として、平面化加工液３６０を、研摩要素の懸濁液を含むスラリで形成し、平面化加工パッド３４０には研摩要素が全く含まれない構成にすることができる。平面化加工機３１０には、プラテン３２０の上面３２２に取り付けられた、平面化加工パッド３４０を支持するためのアンダーパッド３２５を設けることもできる。平面化加工中、駆動組立体３２６がプラテン３２０を回転（矢印「Ｆ」方向）および／または往復運動（矢印「Ｇ」方向）させて、平面化加工パッド３４０を移動させる。
【００３１】
キャリヤ組立体３３０は、平面化加工中に、マイクロ電子基板１１２を制御しかつ保護する。キャリヤ組立体３３０は、一般に、吸引によりマイクロ電子基板１１２を保持するパッド３３４を備えた基板ホルダ３３２を有している。キャリヤ組立体３３０の駆動組立体３３６は、一般に、基板ホルダ３３２を回転および／または並進（それぞれ、「Ｈ」および「Ｉ」方向）させる。別の構成として、基板ホルダ３３２には、平面化加工パッド３４０上を摺動する重錘型自由浮動ディスク（図示せず）を設けることができる。
【００３２】
平面化加工機３１０によりマイクロ電子基板１１２を平面化加工するため、キャリヤ組立体３３０は、平面化加工パッド３４０の平面化加工表面３４２に対してマイクロ電子基板１１２を押し付ける。次に、プラテン３２０および／または基板ホルダ３３２を相対移動させ、マイクロ電子基板１１２を平面化加工表面３４２を横切って並進させる。これにより、平面化加工パッド３４０および／または平面化加工液３６０中の化学剤が、マイクロ電子基板１１２の表面から素材を除去する。
【００３３】
以上、本発明の特定実施形態を例示のために説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく種々の変更を行なうことができることは理解されよう。従って、本発明は特許請求の範囲の記載を除き制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による平面化加工装置を示す概略部分側面図である。
【図２】本発明の一実施形態による、埋入された研摩要素および埋入された反応性化学剤を備えた平面化加工パッドを示す概略部分側面図である。
【図３】反応性化学剤を含む平面化加工液を支持する平面化加工パッドの一部を示す概略側面図である。
【図４】本発明の他の実施形態による、ＣＭＰ加工機上に平面化加工液を支持する研摩パッドを示す概略部分側面図である。
Claims (61)
- マイクロ電子基板を平面化加工する方法であって、
前記マイクロ電子基板を、平面化加工液と、平面化加工表面を備えた平面化加工パッドとを含む平面化加工媒体に係合させる段階であって、前記平面化加工パッドは第一ゼータ電位をもつ研摩要素を有し、前記マイクロ電子基板は第二ゼータ電位をもつ成分を有し、前記平面化加工液および前記平面化加工パッドの少なくとも一方は、選択された化学剤を備える、段階と、
前記マイクロ電子基板の腐食又はエッチングを防止又は制限するパッシベート剤および前記研摩要素の両者が同じ極性をもつ電荷を有するようなｐＨをもつように、前記平面化加工液を選択する段階と、
前記選択された化学剤により、前記平面化加工媒体中の前記研摩要素から前記パッシベート剤を分離し、または、前記選択された化学剤により、前記平面化加工媒体中の前記研摩要素へ前記パッシベート剤が結合するのを妨げ、または、前記パッシベート剤の前記分離および前記妨げの両方をする段階と、
前記平面化加工パッドおよび前記マイクロ電子基板の少なくとも一方を他方に対して移動させて、前記マイクロ電子基板から素材を除去する段階と、
を有することを特徴とする方法。 - 前記パッシベート剤は、前記マイクロ電子基板の腐食を抑制する腐食抑制剤であることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記パッシベート剤を分離し、または妨げ、または分離および妨げの両方をする段階は、前記パッシベート剤と前記選択された化学剤とを化学的に反応させる段階と、前記平面化加工液中に前記パッシベート剤を溶解させる段階とを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記パッシベート剤を分離し、または妨げ、または分離および妨げの両方をする段階は、前記パッシベート剤と前記選択された化学剤とを化学的に反応させる段階と、前記パッシベート剤を成分に分解する段階と、該成分を前記平面化加工液中に溶解させる段階とを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記平面化加工パッドは該平面化加工パッド内に固定的に分散された複数の研摩要素を備え、前記パッシベート剤を分離し、または妨げ、または分離および妨げの両方をする段階は、前記研摩要素から前記パッシベート剤を分離する段階、および／または、前記パッシベート剤が前記研摩要素に付着することを制限する段階を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記選択された化学剤を、前記平面化加工液の少なくとも１つの成分と反応させて、変換された化学剤を形成する段階と、
該変換された化学剤を前記パッシベート剤と反応させて、前記パッシベート剤が前記研摩要素に付着するのを制限する段階と、
を更に有することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 前記選択された化学剤はリン酸を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記パッシベート剤はベンゾールトリアゾールを含み、前記パッシベート剤を分離し、または妨げ、または分離および妨げの両方をする段階は、前記ベンゾールトリアゾールを、前記選択された化学剤と化学的に反応させる段階と、前記平面化加工液中に前記ベンゾールトリアゾールを溶解させる段階とを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
- エッチング液を含むように、前記選択された化学剤を選択する段階を更に有することを特徴とする請求項１記載の方法。
- ６〜１０の範囲のｐＨをもつように前記平面化加工液を選択する段階を更に有することを特徴とする請求項１記載の方法。
- ７のｐＨをもつように前記平面化加工液を選択する段階を更に有することを特徴とする請求項１記載の方法。
- マイクロ電子基板を平面化加工する方法であって、
前記マイクロ電子基板を、平面化加工パッドの平面化加工表面と係合させ、かつ、前記平面化加工パッドおよび前記マイクロ電子基板の少なくとも一方を他方に対して移動させて、前記マイクロ電子基板から素材を除去する段階と、
前記マイクロ電子基板および前記平面化加工パッドの一方が他方に対して移動するときに前記平面化加工パッドから素材を除去して、前記平面化加工パッドから化学剤を解放させる段階と、
前記化学剤を前記平面化加工液の成分と反応させて、変換された化学剤を形成する段階と、
前記変換された化学剤により、前記平面化加工パッドの研摩要素から、前記マイクロ電子基板の腐食を制限する腐食抑制剤を分離し、または、前記変換された化学剤により、前記平面化加工パッドの前記研摩要素への前記腐食抑制剤の結合を妨げ、または、前記腐食抑制剤の前記分離および前記妨げの両方をする段階であって、前記腐食抑制剤を分離し、または妨げ、または前記分離および前記妨げの両方をすることは、前記腐食抑制剤を前記変換された化学剤と反応させることを含む、段階と、
を有することを特徴とする方法。 - 前記平面化加工パッドから素材を除去する段階は、前記平面化加工パッドの前記平面化加工表面から前記素材を研摩する段階を有することを特徴とする請求項１２記載の方法。
- 前記腐食抑制剤を分離し、または妨げ、または分離および妨げの両方をする段階は、前記腐食抑制剤を前記化学剤と化学的に反応させかつ前記平面化加工液中に前記腐食抑制剤を溶解させる段階を有することを特徴とする請求項１２記載の方法。
- 前記腐食抑制剤を分離し、または妨げ、または分離および妨げの両方をする段階は、前記腐食抑制剤を前記化学剤と化学的に反応させ、前記腐食抑制剤を成分に分解し、かつ該成分を前記平面化加工液中に溶解させる段階を有することを特徴とする請求項１２記載の方法。
- 前記化学剤は、リン、塩素、窒素、硫黄、又はそれらの化合物のうちの１つ以上を含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
- 前記腐食抑制剤はベンゾールトリアゾールを含み、前記腐食抑制剤を分離し、または妨げ、または分離および妨げの両方をする段階は、前記ベンゾールトリアゾールを前記化学剤と化学的に反応させる段階と、前記平面化加工液中に前記ベンゾールトリアゾールを溶解させる段階とを有することを特徴とする請求項１２記載の方法。
- 前記平面化加工パッドは該平面化加工パッド内に固定的に分散された複数の研摩要素を備え、前記腐食抑制剤を分離し、または妨げ、または分離および妨げの両方をする段階は、前記研摩要素から前記腐食抑制剤を分離し、および／または、前記腐食抑制剤が前記研摩要素に付着することを制限する段階を有することを特徴とする請求項１２記載の方法。
- マイクロ電子基板を平面化加工する方法であって、
前記マイクロ電子基板を平面化加工パッドの平面化加工表面と係合させ、かつ、前記平面化加工パッドおよび前記マイクロ電子基板の少なくとも一方を他方に対して移動させて、前記マイクロ電子基板から素材を除去する段階と、
前記マイクロ電子基板および前記平面化加工パッドの一方が他方に対して移動するときに前記平面化加工パッドから素材を除去することにより、前記平面化加工表面の近くで前記平面化加工パッド内に埋入された第一化学剤を解放させる段階と、
前記平面化加工パッドの外部での化学反応により、前記第一化学剤を第二化学剤に化学的に変換する段階と、
前記平面化加工パッドを前記第二化学剤に露出することにより、前記マイクロ電子基板の腐食を制限する腐食抑制剤の、前記平面化加工パッドと化学的に相互作用する量を制限する段階と、
を有することを特徴とする方法。 - 前記腐食抑制剤の量を制限する段階は、前記第二化学剤により、前記平面化加工パッドから前記腐食抑制剤を除去する段階を有することを特徴とする請求項１９記載の方法。
- 前記腐食抑制剤の量を制限する段階は、前記平面化加工パッドへの前記腐食抑制剤の結合を妨げる段階を有することを特徴とする請求項１９記載の方法。
- リン、塩素、硫黄および窒素の少なくとも１つを含むように前記第一化学剤を選択する段階を更に有することを特徴とする請求項１９記載の方法。
- リン酸、塩酸、硫酸および硝酸の少なくとも１つを含む前記第二化学剤を生成するよう前記第一化学剤を選択する段階を更に有することを特徴とする請求項１９記載の方法。
- 前記第一化学剤を化学的に変換する段階は、前記第一化学剤を前記平面化加工液の成分と結合する段階を有することを特徴とする請求項１９記載の方法。
- 前記平面化加工液は水を含み、前記第一化学剤を化学的に変換する段階は、前記第一化学剤を水と結合して前記第二化学剤を形成する段階を有することを特徴とする請求項１９記載の方法。
- 前記平面化加工パッドから素材を除去する段階は、前記平面化加工パッドの前記平面化加工表面から前記素材を摩耗させる段階を有することを特徴とする請求項１９記載の方法。
- 前記腐食抑制剤を制限する段階は、前記腐食抑制剤を前記第二化学剤と化学的に反応させる段階および前記平面化加工液中に前記腐食抑制剤を溶解させる段階を有することを特徴とする請求項１９記載の方法。
- 前記平面化加工パッドは該平面化加工パッド内に固定的に分散された研摩要素を備え、前記腐食抑制剤を制限する段階は、前記研摩要素から前記腐食抑制剤を分離し、または前記研摩要素への前記腐食抑制剤の結合を制限し、または前記腐食抑制剤の前記分離および前記制限の両方をする段階を有することを特徴とする請求項１９記載の方法。
- マイクロ電子基板を平面化加工する方法であって、
前記マイクロ電子基板を、平面化加工液と、平面化加工パッドの平面化加工表面とに係合させる段階であって、前記平面化加工パッドには、第一化学剤と、前記マイクロ電子基板の腐食を制限するパッシベート剤とが埋入されている、段階と、
前記マイクロ電子基板および前記平面化加工パッドの少なくとも一方を他方に対して移動させて、前記マイクロ電子基板から素材を除去する段階と、
前記平面化加工パッドから素材を除去しかつ前記第一化学剤を前記平面化加工液に露出させることにより、前記第一化学剤を前記平面化加工液中に解放する段階と、
前記第一化学剤を前記平面化加工液と化学的に反応させて第二化学剤を形成する段階であって、該第二化学剤は前記第一化学剤とは化学的に異なる、段階と、
前記第二化学剤を用いて、前記平面化加工液中の前記パッシベート剤と、前記平面化加工パッドの研摩要素との間の化学反応を制限することにより、前記マイクロ電子基板から素材を除去する速度、または態様、または前記速度および前記態様の両方を制御する段階と、
を有することを特徴とする方法。 - 前記パッシベート剤は、前記マイクロ電子基板の腐食を制限する腐食抑制剤を含み、前記素材を除去する速度、または態様、または速度および態様の両方を制御する段階は、前記腐食抑制剤を前記第二化学剤と化学的に結合させることにより、前記平面化加工パッドと化学的に相互作用する前記腐食抑制剤の量を制限する段階を有することを特徴とする請求項２９記載の方法。
- 前記第二化学剤はエッチング液を含み、前記素材を除去する速度、または態様、または速度および態様の両方を制御する段階は、前記マイクロ電子基板を前記エッチング液に露出することにより、前記マイクロ電子基板から素材を除去する速度を加速する段階を有することを特徴とする請求項２９記載の方法。
- リン、塩素、硫黄および窒素の少なくとも１つを含むように前記第一化学剤を選択する段階を更に有することを特徴とする請求項２９記載の方法。
- リン酸、塩酸、硫酸および硝酸の少なくとも１つを含む前記第二化学剤を生成するように前記第一化学剤を選択する段階を更に有することを特徴とする請求項２９記載の方法。
- 前記第一化学剤を化学的に反応させる段階は、前記第一化学剤を前記平面化加工液の成分と結合する段階を有することを特徴とする請求項２９記載の方法。
- 前記平面化加工液は水を含み、前記第一化学剤を化学的に反応させる段階は、前記第一化学剤を前記水と結合して前記第二化学剤を形成する段階を有することを特徴とする請求項２９記載の方法。
- 前記平面化加工パッドから素材を除去する段階は、前記平面化加工パッドの前記平面化加工表面から前記素材を摩耗させる段階を有することを特徴とする請求項２９記載の方法。
- マイクロ電子基板を平面化加工するための平面化加工媒体であって、
前記マイクロ電子基板と係合するように構成された平面化加工表面を備えた平面化加工パッドであって、前記平面化加工パッドは第一ゼータ電位をもつ研摩要素を含み、前記マイクロ電子基板は第二ゼータ電位をもつ成分を含む、平面化加工パッドと、
該平面化加工パッドに隣接する平面化加工液であって、前記平面化加工パッドおよび前記平面化加工液の少なくとも一方は化学剤を有し、該化学剤は、前記マイクロ電子基板の平面化加工中に、前記マイクロ電子基板の腐食を制限するパッシベート剤を前記研摩要素から分離し、または前記パッシベート剤が前記研摩要素に結合することを妨げ、または前記パッシベート剤の前記分離および前記妨げの両方をするように選択されており、前記平面化加工液は、前記パッシベート剤および前記研摩要素の両者が同じ極性の電荷をもつようなｐＨを有する、平面化加工液と、
を備えていることを特徴とする平面化加工媒体。 - 前記パッシベート剤は、前記マイクロ電子基板の腐食を抑制する腐食抑制剤を含むことを特徴とする請求項３７記載の平面化加工媒体。
- 前記化学剤は、前記パッシベート剤を前記平面化加工液中に溶解させるように選択されることを特徴とする請求項３７記載の平面化加工媒体。
- 前記化学剤は、前記パッシベート剤を、前記平面化加工液中に溶解可能な成分に分解するように選択されることを特徴とする請求項３７記載の平面化加工媒体。
- 前記化学剤はリン酸を含むことを特徴とする請求項３７記載の平面化加工媒体。
- 前記化学剤はエッチング液を含むことを特徴とする請求項３７記載の平面化加工媒体。
- 前記研摩要素は前記平面化加工パッド内に固定的に分散された研摩要素を含み、前記化学剤は、前記研摩要素から前記パッシベート剤を分離し、または前記研摩要素への前記パッシベート剤の結合を制限し、または前記パッシベート剤の前記分離および前記制限の両方をするように、選択されることを特徴とする請求項３７記載の平面化加工媒体。
- 前記化学剤は、前記平面化加工液の成分と反応して、前記パッシベート剤を前記研摩要素から分離し、または前記パッシベート剤が前記研摩要素と結合するのを制限し、または前記パッシベート剤の前記分離および前記制限の両方をする、変換された化学剤を形成するように、選択されることを特徴とする請求項３７記載の平面化加工媒体。
- 前記平面化加工液が６〜１０の範囲のｐＨを有することを特徴とする請求項３７記載の平面化加工媒体。
- 前記平面化加工液が７のｐＨを有することを特徴とする請求項３７記載の平面化加工媒体。
- マイクロ電子基板を平面化加工するための平面化加工媒体であって、
前記マイクロ電子基板と係合するように構成された平面化加工表面を備えた平面化加工パッド本体であって、該平面化加工パッド本体は、前記マイクロ電子基板の平面化加工中に摩耗する平面化加工パッド素材を有する、平面化加工パッド本体と、
前記平面化加工表面の近くで前記平面化加工パッド本体内に埋入された第一化学剤であって、該第一化学剤は、平面化加工液と化学反応を起こして、前記平面化加工パッド本体の前記摩耗により前記第一化学剤が前記平面化加工液に露出されると前記第一化学剤とは異なる第二化学剤を形成するように、選択され、前記第二化学剤は、前記平面化加工パッド本体の化学的特性に影響を与えることにより前記マイクロ電子基板から素材を除去する態様を制御するように、選択される、第一化学剤と、
を備えることを特徴とする平面化加工媒体。 - 前記平面化加工パッドと化学的に相互作用する、前記マイクロ電子基板の腐食を制限する腐食抑制剤の量を、前記腐食抑制剤を前記第二化学剤と化学的に結合させることにより減少させるように、前記第二化学剤が選択されることを特徴とする請求項４７記載の平面化加工媒体。
- 前記第二化学剤は、前記マイクロ電子基板から素材を除去する速度を加速するエッチング液を含むように、選択されることを特徴とする請求項４７記載の平面化加工媒体。
- 前記第一化学剤は、リン、塩素、硫黄および窒素の少なくとも１つを含むように、選択されることを特徴とする請求項４７記載の平面化加工媒体。
- 前記第一化学剤は、リン酸、塩酸、硫酸および硝酸の少なくとも１つを含む第二化学剤を生成するように、選択されることを特徴とする請求項４７記載の平面化加工媒体。
- マイクロ電子基板を平面化加工するための平面化加工媒体であって、
前記マイクロ電子基板と係合するように構成された平面化加工表面を備えた平面化加工パッドであって、該平面化加工パッドは、前記マイクロ電子基板の平面化加工中に摩耗する平面化加工パッド素材を有する、平面化加工パッドと、
前記平面化加工表面の近くで前記平面化加工パッド内に埋入された第一化学剤であって、該第一化学剤は、前記平面化加工パッドの摩耗により露出されると解放され、前記第一化学剤は、解放されると化学反応を起こして、前記マイクロ電子基板の平面化加工中に、前記平面化加工パッドの研摩要素から、前記マイクロ電子基板の腐食を制限する腐食抑制剤を分離し、または前記腐食抑制剤が前記平面化加工パッドの前記研摩要素に結合することを防止し、または前記腐食抑制剤の前記分離および前記防止の両方をするように構成された第二化学剤を形成するように、選択される、第一化学剤と、
を備えることを特徴とする平面化加工媒体。 - 前記第一化学剤は、リン、塩素、窒素、硫黄、又はそれらの化合物のうちの１つ以上を含むことを特徴とする請求項５２記載の平面化加工媒体。
- 前記第二化学剤はリン酸を含むことを特徴とする請求項５２記載の平面化加工媒体。
- マイクロ電子基板を平面化加工するための平面化加工媒体であって、
前記マイクロ電子基板と係合するように構成された平面化加工表面を備えた平面化加工パッド本体であって、該平面化加工パッド本体は、前記マイクロ電子基板の平面化加工中に摩耗する平面化加工パッド素材を有する、平面化加工パッド本体と、
前記平面化加工表面の近くで前記平面化加工パッド本体内に埋入された第一化学剤であって、該第一化学剤は、平面化加工液と化学反応を起こして、前記平面化加工パッド本体の摩耗により前記第一化学剤が前記平面化加工液に露出されると第二化学剤を形成するように、選択され、前記第二化学剤は、前記マイクロ電子基板の平面化加工中に、前記マイクロ電子基板の腐食を制限するパッシベート剤が前記平面化加工パッド本体と化学的に相互作用することを少なくとも制限するように、選択される、第一化学剤と、
を備えることを特徴とする平面化加工媒体。 - 前記パッシベート剤はベンゾールトリアゾールを含み、前記第二化学剤は、前記平面化加工パッド本体の前記平面化加工表面への前記ベンゾールトリアゾールの結合を制限するように、選択されることを特徴とする請求項５５記載の平面化加工媒体。
- 前記平面化加工パッド本体内に固定的に分散された研摩要素を更に有し、前記第二化学剤は、前記マイクロ電子基板の平面化加工中に、前記パッシベート剤が前記研摩要素と化学的に相互作用することを少なくとも制限するように、選択されることを特徴とする請求項５５記載の平面化加工媒体。
- 前記研摩要素はアルミナ粒子を含むことを特徴とする請求項５７記載の平面化加工媒体。
- 前記マイクロ電子基板は銅を含み、前記パッシベート剤は、銅の腐食を抑制するように、選択され、前記第二化学剤は前記平面化加工パッド本体から前記パッシベート剤を除去するように、選択されることを特徴とする請求項５５記載の平面化加工媒体。
- 前記第一化学剤は、塩素、リン、硫黄および窒素から選択されることを特徴とする請求項５５記載の平面化加工媒体。
- 前記第一化学剤は、塩酸、リン酸、硫酸および硝酸の少なくとも１つを含む第二化学剤を形成するように、選択されることを特徴とする請求項５５記載の平面化加工媒体。
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