KR20050107594A - 국부 연마 제어를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20050107594A
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펜 큐. 리우
얀 왕
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리앙-유 첸
알랭 두보우스트
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

프로세스 셀 내에서 국부 연마 및 증착 제어를 위한 방법 및 장치가 일반적으로 제공된다. 일 실시예에 있어서, 기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치가 제공되어 프로세싱 면적에 걸쳐서 전기 바이어스 프로파일을 제어함으로써 기판의 분리된 전도성 부분을 선택적으로 연마하여, 상기 기판의 둘 또는 그 이상의 전도성 부분 사이의 프로세싱 속도를 제어한다.

Description

국부 연마 제어를 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR LOCAL POLISHING CONTROL}
본 발명의 실시예는 일반적으로, 전기 화학적 기계 연마 시스템의 국부 연마 제어를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
전기 화학적 기계 연마는 일반적으로, 전기화학적/화학적 또는 조합형 전기화학적/화학적 및 기계적 프로세스를 통해 반도체 기판으로부터 재료를 제거한다. 전기 화학적 기계 연마 시스템의 일 실시예에 있어서, 기판 또는 웨이퍼는 기판 지지부 상에서 피쳐 사이드(feature side)가 직립 방위 형태로 유지된다. 전도성 연마 패드 및 내부 상대 전극을 구비한 연마 헤드는 기판의 피쳐 사이드와 접촉하게 배치된다. 연마 헤드 및 기판은 소정의 연마 운동으로 서로에 대해서 이동된다. 전해질 연마 유체는 기판 상에 배치되며 기판과 상대 전극 사이에 전도성 통로를 제공한다. 기판은 기판을 연마하기 위한 용해 반응이 기판의 표면에서 일어나도록 상대 전극에 대해 전도성 패드를 통해 전기적으로 바이어스된다.
구리는 전기 화학적 기계 연마를 이용하여 연마될 수 있는 하나의 재료이다. 통상적으로, 구리는 두 단계 프로세스를 이용하여 연마된다. 제 1 단계에 있어서, 구리의 대부분이 제거되는데, 이 단계에서는 통상적으로 기판의 표면 위에 돌출한 일부 구리 잔여물이 남아있다. 구리 잔류물은 그 후, 제 2 단계 또는 과-연마(over-polishing) 단계에서 제거된다.
그러나, 구리 잔류물의 제거는 재료를 둘러싸는 평면, 통상적으로 산화물 또는 다른 장벽 층의 접시형 가공(dishing)을 야기할 수 있다. 접시형 가공의 양은 통상적으로, 연마되는 구리 피쳐의 폭을 따라서, 과 연마 단계를 이용하는 연마용 화학약품 및 프로세싱 변수와 관련이 있다. 구리 층은 기판에 걸쳐서 균일한 두께를 갖지 않기 때문에, 구리 잔류물 모두를 제거하지 않는 동시에, 일부 피쳐들을 접시형으로 가공하지 않고 구리 잔류물 모두를 제거하는 것은 어렵다. 따라서, 구리의 일부 면적이 구리 잔류물을 완전히 제거하기 위해 다른 면적을 연마하지 않고 접시형 가공을 최소화하면서 구리의 일부 영역을 선택적으로 연마할 수 있다면 유리할 것이다.
따라서, 전기 화학적 기계 연마 시스템에서 국부 연마 제어를 위한 방법 및 장치가 필요하다.
발명의 개요
프로세스 셀에서 국부 연마 제어를 위한 방법 및 장치가 일반적으로 제공된다. 본 발명의 일 측면에 있어서, 기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치가 제공되는데, 이 장치는 프로세싱 면적에 걸쳐서 전기 바이어스 프로파일을 제어함으로써 기판의 분리된 전도성 부분을 선택적으로 프로세스하여, 기판의 둘 또는 그 이상의 전도성 부분들 사이의 프로세싱 속도를 제어한다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 방법이 제공되는데, 이 방법은 전도성 연마 패드 조립체와 기판 상에 배치되는 전도성 피쳐를 접촉시키는 단계, 전도성 피쳐와 제 1 상대 전극 사이에 전해질을 흐르게 하는 단계, 및 전도성 피쳐의 분리된 부분을 선택적으로 프로세싱하는 단계를 포함한다.
간략하게 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 첨부 도면에 도시되는 실시예에 의해 참조될 수 있다. 그러나, 첨부 도면은 본 발명의 통상적인 실시시예만을 도시하며 따라서, 다른 동일한 효과적인 실시예를 포함할 수 있는 본 발명의 사상을 제한한다고 생각해서는 안 된다.
도 1은 전기 화학적 프로세싱 셀의 일 실시예의 단면도이며;
도 2는 도 1의 전기 화학적 프로세싱 셀의 부분 분해 단면도이며;
도 3a 내지 3c는 전극 조립체의 여러 가지 실시예를 도시하며;
도 4a 내지 4c는 선택적 전기 바이어스 프로파일을 도시하는 상대 전극 조립체 및 전도성 패드의 간략화한 부분 단면도이며;
도 5a 내지 5c는 상이한 전도성 소자 배치를 갖는 전도성 패드 조립체의 여러 가지 실시예의 평면도이며;
도 6은 전기 화학적 프로세싱 셀의 다른 실시예의 단면도이며;
도 7은 도 6의 프로세싱 셀의 간략화한 부분 전기 회로도이며;
도 8은 전기 화학적 프로세싱 셀의 다른 실시예의 단면도이며; 그리고
도 9는 도 8의 프로세싱 셀의 간략화한 부분 전기 회로도이다.
이해를 쉽게 하기 위해서, 도면에 공통인 동일한 구성요소를 나타내기 위해서 가능하면 동일한 참조 번호가 이용되었다.
본 명세서에 이용되는 단어 및 구가 본 명세서에서 정의되지 않았다면 당업자에 의해 일상적이며 통상적인 의미여야 한다. 화학-기계적 연마는 광범위하게 해석되어야 하며 제한되지는 않지만, 화학적 활성, 기계적 활성, 또는 화학적 및 기계적 활성의 조합에 의해 기판 표면을 닳게 하는 단계를 포함한다. 전해 연마는 광범위하게 해석되어야 하며 제한되지는 않지만, 전기 화학적 활성의 적용에 의해 기판을 평탄화하는 단계를 포함한다. 전기 화학적 기계적 연마(ECMP)는 광범위하게 해석되어야 하며 제한되지는 않지만, 기판 표면으로부터 재료를 제거하기 위해서 전기 화학적/화학적 활성, 또는 전기 화학적/화학적 및 기계적 활성 이들의 조합의 적용에 의해 기판을 평탄화하는 단계를 포함한다. 전기 화학적 기계적 도금 프로세스(ECMPP)는 광범위하게 해석되어야 하며, 제한되지는 않지만, 기판 상에 재료를 전기 화학적으로 증착하는 단계 및 전기 화학적 활성, 또는 전기 화학적 및 기계적 활성의 적용에 의해 증착되는 재료를 동시에 평탄화하는 단계를 포함한다.
양극 용해는 광범위하게 해석되어야 하며, 제한되지는 않지만, 기판 표면으로부터 직접 또는 간접적으로, 전도성 재료의 제거를 야기하도록 기판에 양극 바이어스를 적용하고 주변 전해질 용액에 양극 바이어스를 적용하는 단계를 포함한다. 구멍은 광범위하게 해석되어야 하며, 제한되지는 않지만, 물체를 통하여 부분적으로 또는 완전히 형성되는 퍼포레이션(perforation), 홀, 개구, 홈, 채널, 또는 경로를 포함한다. 부가적으로, 용어 "평면"을 수정하기 위해 이용되는 용어는 실질적으로, 표면 거칠기가 아닌 거시적 또는 포괄적인 레벨로 표면을 설명하는 의미로 이해되어야 한다.
도 1은 양극 용해 및 연마 프로세스를 포함하는 하나 이상의 프로세스가 실행될 수 있는 프로세스 셀(100)의 일 실시예의 단면도를 도시한다. 본 발명의 제 1 실시예에 기판의 표면에 걸쳐서 선택적인 연마를 위한 설정가능형(configurable) 전기 바이어스 프로파일을 이용하는 전기 화학적-기계적 연마(ECMP) 프로세스가 기재되어 있지만, 본 발명은 전기 화학적 활성을 포함하는 다른 제조 프로세스에 설정가능형 전기 바이어스 프로파일의 적용을 이용하려고 의도하였다. 전기 화학적 활성을 이용하는 이러한 프로세스의 예는 전기 화학적 증착 및 화학적 기계적 연마의 조합을 포함하는 전기 화학적 기계 도금 프로세스(ECMPP) 및 에지 콘택트(edge contacts)와 같은 통상적인 바이어스 적용 장치의 이용 없이 전도성 재료를 선택적으로 증착하기 위해서 기판 표면에 바이어스 프로파일의 적용을 포함시키는 전기 화학적 증착을 포함한다.
프로세스 셀(100)은 일반적으로, 연마 헤드(102) 및 전도성 패드 조립체(122) 및 상대 전극 조립체(150)를 수용하는 용기(basin)(104)를 포함한다. 통상적으로, 하나 이상의 전도성 표면(140)을 갖는 기판(108)은 연마 헤드(102) 내에서 유지되며 프로세싱 중에 피쳐-다운(feature-down)(예를 들어, 백사이드 업(backside up)) 방향으로 용기(104)를 하강시킨다. 전도성 표면(140)은 임의의 하나 또는 피쳐에 증착되는 전도성 재료의 조합을 포함하며, 전도성 재료의 층 또는 전도성 재료의 잔류물은 전도성 층으로부터 기판 상에 남아있다. 용기(104) 내에 배치되는 기판(108) 및 전도성 패드 조립체(122)는 연마 이동을 제공하도록 서로에 대해서 이동한다. 연마 이동은 일반적으로, 궤도, 회전, 직선 또는 곡선 이동 또는 다른 이동 중에서 이들의 조합에 의해 규정되는 하나 이상의 이동을 포함한다. 연마 이동은 연마 헤드(102) 및 용기(104) 모두 또는 어느 한쪽의 이동에 의해 성취될 수 있다. 연마 헤드(102)는 연마 헤드(102)에 의해 유지되는 기판(108)과 용기(104) 사이의 상대적인 이동 중 일부분 이상을 제공하도록 고정되거나 구동될 수 있다. 이와 달리, 전도성 패드 조립체(122)는 예를 들어, 연마 헤드(102)가 고정 또는 움직이면서 벨트처럼 이동될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에 있어서, 연마 헤드(102)는 구동 시스템(110)에 연결된다. 구동 시스템(110)은 회전, 궤도, 전면 이동 또는 이들의 조합중 하나 이상으로 연마 헤드(102)를 이동시킨다.
일 실시예에 있어서, 연마 헤드(102)는 블래더(bladder)(116)를 둘러싸는 하우징(114)을 포함한다. 블래더(116)는 기판과 연마 헤드 사이에 진공을 야기하도록 기판을 접촉시킬 때 수축될 수 있으며, 따라서 기판을 연마 헤드(102)에 고정시킨다. 블래더는 부가적으로, 용기(104) 내에 유지되는 전도성 패드 조립체(122)와 접촉하여 기판을 누르도록 팽창될 수 있다. 리테이닝 링(retaining ring)(138)은 하우징(114)에 연결되며 프로세싱 중에 기판이 연마 헤드(102)로부터 미끄러지는 것을 방지하도록 주위를 둘러싼다. 본 발명에 이로울 수 있는 하나의 연마 헤드는 캘리포니아 산타 클라라에 소재하고 있는 어플라이드 머티어리얼즈 인코포레이티드(Applied Materials Inc.)로부터 이용가능하게 제조된 상품명 티탄 헤드(TITAN HEAD™) 캐리어 헤드이다. 본 발명에 이로울 수 있는 연마 헤드의 다른 예는 본원에 전체가 참조되는 2001년 12월 12일에 출원된 미국 특허 제 6,159,079 호에 기재되어 있다.
용기(104)는 일반적으로, 전기도금 및/또는 전해연마 화학반응과 양립할 수 있는 비-전도성 재료로 제조된다. 용기(104)는 전도성 패드 조립체(122) 및 전극 조립체(150)를 수용하는 컨테이너를 규정짓는 바닥(144) 및 측벽(146)을 포함한다. 용기(104)의 측벽(146)은 전도성 패드 조립체(122)에 대해 연마 헤드(102)에 의해 유지되는 기판 및 전극 조립체(150)와 전도성 접촉을 하게 하는 전해질을 유지하도록 배열된다. 측벽(146)은 용기(104)로부터 전해질을 제거하게 하는, 용기를 통해서 형성되는 포트(118)를 포함한다. 포트(118)는 용기(104) 내에 전해질을 선택적으로 유지하거나 흘러나가게 하기 위해서 밸브(120)에 연결된다.
용기(104)는 베어링(134)에 의해 베이스(106) 위에서 회전운동 가능하게 지지된다. 구동 시스템(136)은 용기(104)에 연결되며 프로세싱 중에 용기(104)를 회전시킨다. 배수조(catch basin)(128)는 베이스(106) 상에 배치되며 프로세싱 중에 그리고/또는 프로세싱 후에 용기(104)를 통해 배치되는 포트(118)로부터 흐르는 전해질과 같은 프로세싱 유체를 모으기 위해 용기(104) 주위를 둘러싼다.
전해질 전달 시스템(132)은 일반적으로, 용기(104)에 인접하게 배치되며 용기(104)에 전해질을 제공하게 한다. 용기(104) 내에 배치되는 전해질은 기판(108)이 전도성 패드 조립체(122)와 접촉할 때 기판의 표면을 통해서 상대 전극 조립체(150)와 전도성 패드 조립체(122) 사이에 전도성 경로를 생성시킨다. 전해질 전달 시스템(132)은 전해질 소오스(142)에 연결되는 노즐 또는 배출구(130)를 포함한다. 배출구(130)는 전해질 또는 다른 프로세싱 유체를 전해질 소오스(142)에서 용기(104)로 흐르게 한다. 프로세싱 중에, 전해질은 일반적으로, 기판(108)을 바이어스시키기 위한 전기 통로를 제공하며 기판(108)으로부터 재료를 제거하도록 전기-화학 프로세스를 구동시킨다.
구리 함유 재료 제거를 위한 전해질은 일반적으로 반응 억제제, 생성제(creatingg agent) 및 pH 조절제를 포함한다. 기판(108)으로부터 금속의 전기 화학적 제거를 위해 이용될 수 있는 한 전해질은 본원에 전체가 참조되는 2001년 12월 21일에 출원된, 미국 특허 출원 제 10/032,075 호에 기재되어 있다.
다중 출력(multiple-output) 전력 소오스(124)는 (i가 양의 정수 1보다 큰 경우에, 112Ai 내지 112B로 도시된 바와 같이)전기 리드(112)에 의해서 상대 전극 조립체(150) 및 전도성 패드 조립체(122)에 연결된다. 전력 소오스(124)는 상대 전극 조립체(150)와 전도성 패드 조립체(122) 사이에 전기 바이어스를 인가시킨다. 각각의 리드(112Ai)에 연결되는 전력 소오스(124)의 각각의 출력에 의해 인가되는 바이어스는 독립적으로 제어될 수 있는 크기이며, 통상적으로 0 내지 5 볼트 범위의 직류이다. 전도성 패드 조립체(122)가 전해질이 존재하는 기판(108)과 접촉할 때, 전력 소오스(124)에 의해 제공되는 전위는 이후에 한층 더 기재되는 바와 같이 전기 화학적 프로세스를 구동시킨다.
리드(112)는 용기(104) 아래에 배치되는 슬립 링(slip ring)(126)을 통해 경로가 정해진다. 슬립 링(126)은 전력 소오스(124)들 사이의 연속적인 전기 접속을 용이하게 하며, 용기(104)와 같이 전극 조립체(150) 및 전도성 패드 조립체(122)를 회전시킨다. 리드(112)는 프로세스 유체로부터 리드(112)를 보호하는 차폐물 또는 코팅을 갖는 또는 프로세스 유체와 양립할 수 있는 전선, 테이프, 또는 다른 전도체이다. 리드(112)에 이용될 수 있는 재료의 예는 다른 재료들 중 절연 그래파이트, 티타늄, 백금, 금, 및 상표명 하스텔로이(HASTELOY®)를 포함한다. 리드(112) 주변에 배치되는 코팅은 플루오르화 탄소, PVC, 폴리아미드, 등과 같은 폴리머를 포함할 수 있다.
전도성 패드 조립체(122)는 용기(104)의 바닥(144)을 통해 전력 소오스(124)의 경로가 정해지는 (상대 전극 조립체(150)에 연결되는 리드(112Ai를 갖춘)리드(112B)에 연결된다. 리드(112B)는 리드(112B)와 전도성 패드 조립체(122) 사이에 양호한 전기 접속을 용이하게 하는 예를 들어, 납땜, 스태킹(stacking), 땜질, 클램핑(clamping), 크림핑(crimping), 리벳팅(riveting), 잠금, 전도성 접착제 또는 다른 방법 또는 장치에 의해서 전도성 패드 조립체(122)와 전력 소오스(124) 사이에 양호한 전기 접속을 용이하게 하는 임의의 수의 방법에 의해서 전도성 패드 조립체(122)에 연결될 수 있다. 임의로, 리드(112Ai 내지 112B)는 전도성 패드 조립체(122) 또는 상대 전극 조립체(150)의 대체를 더 용이하게 하기 위해서 용기(104) 내에 배치되는 (도 2에 도시된 바와 같은)단일 차단부(disconnects)(266)를 이용하여 전력 소오스에 연결될 수 있다.
전도성 패드 조립체(122)는 복수의 전도성 소자(172)를 구비한 탑 패드(170), 및 임의의 서브-패드(170)를 포함한다. 서브-패드(170)는 탑 패드(170)와 상대 전극 조립체(150) 사이에 배치된다.
제어기(180)는 전력 소오스(124)에 의해서 패드 조립체(122)와 상대 전극 조립체(150) 사이에 인가되는 전압의 제어를 용이하게 하기 위해서 프로세싱 셀(100)에 연결된다. 제어기(180)는 통상적으로, 중앙 처리 장치(CPU)(182), 지원 회로(support circuits)(186) 및 메모리(184)를 포함한다. CPU(182)는 여러 가지의 서브프로세서(subprocessor), 기판 프로세싱 및 셀 기능을 제어하기 위한 산업 분야에 이용될 수 있는 임의의 형태의 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. 메모리(184)는 CPU(182)에 연결된다. 메모리(184), 또는 컴퓨터에서 읽힐 수 있는 형태의 매체 (computer readable medium)는 램(RAM), 롬(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 디지털 저장, 로칼(local) 또는 리모트(remote)와 같은 하나 이상의 쉽게 이용할 수 있는 메모리일 수 있다. 지원 회로(186)는 통상적인 방식으로 프로세서를 지원하기 위한 CPU(182)에 연결된다. 이러한 회로는 캐시, 파워 서플라이, 클럭 회로(clock circuits), 입력/출력 회로, 서브시스템, 등을 포함한다.
도 2는 도 1의 용기(104)에 이동할 수 있게 배치되는 상대 전극 조립체(150) 및 전도성 패드 조립체(122)의 일 실시예의 분해 단면도를 도시한다. 도 2 에 도시된 전도성 패드 조립체(122)는 서브-패드(170)에 연결되는 탑 패드(170)를 포함한다. 서브-패드(170)는 상대 전극 조립체(150)에 연결되거나 상대 전극 조립체 상에 배치된다.
탑 패드(170)는 예를 들어, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 플르오로폴리머, PTFE, PTFA, 폴리페닐렌 설피드(polyphenylene sulfide)(PPS), 또는 이들의 조합을 포함하는 프로세스 화학 약품과 양립할 수 있는 중합제 재료, 및 기판 표면을 연마하는데 이용되는 다른 연마 재료로 통상적으로 제조된다. 탑 패드(170)는 필러(filler)를 함유할 수도 있으며 그리고/또는 발포될 수도 있다. 예시적 통상적인 재료는 폴리우레탄 및/또는 필러와 혼합되는 폴리우레탄으로 제조된 것들을 포함하며 애리조나에 소재하는 포에닉스에 본사를 둔 로델 인코포레이티드(Rodel, Inc.)로부터 상용으로 이용가능하게 제조된다. 압축성 재료의 층과 같은 다른 통상적인 연마 재료는 탑 패드(170)용으로 이용될 수도 있다. 압축성 재료는 제한되지는 않지만, 우레탄 또는 폼(foam)으로 리칭(leaching)되는 압축되는 펠트 섬유와 같은 연성 재료를 포함한다. 탑 패드(170)는 일반적으로, 약 10 내지 약 100 밀 두께를 갖는다.
탑 패드(170)는 제 1 측면(208) 및 제 2 측면(210)을 갖는다. 제 1 측면(208)은 프로세싱 중에 (도 1에 도시된)기판(108)과 접촉하게 된다. 제 1 측면(208)은 연마 성능을 촉진시키기 위해서 그루브, 엠보싱 또는 텍스춰링(texturing)을 포함할 수 있다. 탑 패드(170)는 전해질 투과성, 전해질 불투과성 또는 천공(穿孔)된 고체일 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에 있어서, 탑 패드(170)에는 개구를 통해 전해질을 흐르게 하는 복수의 개구(212)가 천공되어 있다. 제 1 측면(208)은 부가적으로, 하나 이상의 홈(264) 또는 홈에 전도성 소자(172)를 유지시키는 다른 피쳐를 포함할 수 있다.
전도성 소자(172)는 전도성 폴리머, 전도성 재료를 갖는 폴리머 복합재료, 전도성 금속 또는 폴리머, 전도성 필러, 그래파이트 재료, 또는 전도성 도핑 재료, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 전도성 소자(172)는 일반적으로, 약 10 Ω-㎝ 또는 그 미만의 체적 저항률 또는 체적의 표면(bulk surface) 저향률을 갖는다.
도 2 에 도시된 실시예에 있어서, 전도성 소자(172A)는 프로세싱 중에 기판과 전기 접촉을 용이하게 하는 다른 전도성, 유연성(즉, 가요성) 재료 또는 탄소 섬유와 같은 복수의 전기 전도성 섬유, 스탠드(stands) 및/또는 가요성 핑거(fingers)이다. 대안적인 실시예에 있어서, 전도성 소자(172B)는 탑 패드(170) 상에 배치되는 기판과 전력 소오스(124) 사이에 전도성 접촉을 용이하게 하는 롤러, 볼, 로드, 바, 메시 또는 다른 형태일 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예에 있어서, 전도성 소자(172C)는 탑 패드(170) 상에 배치되는 기판과 전력 소오스(124) 사이에 전도성 접촉을 용이하게 하는, 전도성 캐리어(224)에 배치되는 롤러, 볼, 로드, 바, 메시, 또는 다른 형태일 수 있다.
다른 형태/배열의 전도성 소자는 관, 스프링, 전선, 테이프, 브러시, 바, 메시, 실린더, 볼 및 핀이 이용될 수 있다. 본 발명에 이로울 수 있는 전도성 패드의 예는 2001년 12월 19일 출원된 미국 가출원 제 60/342,281 호; 2001년 10월 1일 출원된 미국 가출원 제 60/326,263 호; 2001년 4월 24일 출원된 미국 가출원 제 60/286,107 호; 2002년 5월 7일 출원된 미국 특허 출원 10/140,010 호; 및 2001년 12월 27일 출원된 미국 특허 출원 제 10/033,732 호에 기재되어 있으며, 이들 모두는 본원에 전체가 참조된다. 전도성 소자(172)는 대안적으로, 단일 바디를 형성하도록 탑 패드(170) 내에서 혼합될 수 있다.
서브-패드(170)는 탑 패드(170)의 제 2 측면(210)에 연결된다. 서브-패드(170)는 통상적으로, 탑 패드(170)의 재료보다 연성인, 보다 유연한 재료로 제조된다. 탑 패드(170)와 서브-패드(170) 사이의 경도 또는 경도계에서의 차이는 바람직한 연마/도금 수행을 하도록 선택될 수 있다. 서브-패드(170)는 압축력이 있을 수도 있다. 적합한 배킹 재료의 예는, 제한되지는 않지만, 연마용 화학 약품과 양립할 수 있는 발포 폴리머, 엘라스토머, 펠트, 투과성 펠트 및 플라스틱을 포함한다.
서브-패드(170)는 제 1 측면(214) 및 제 2 측면(216)을 갖는다. 제 1 측면(214)은 탑 패드(170)의 제 2 측면(210)에 연결된다. 서브-패드(170)는 통상적으로, 약 5 내지 약 100 밀의 범위의 두께를 가지며, 일 실시예에 있어서는, 약 5 밀의 두께를 갖는다. 서브-패드(170)는 전해질 투과성, 전해질 불투과성 또는 천공(穿孔)된 고체일 수 있다. 도 2에 도시된 일 실시예에 있어서, 서브-패드(170)는 서브-패드를 통해 전해질을 허용하여 투과될 수 있도록 형성되며, 서브 패드를 통해 형성되는 홀 또는 이들의 조합을 갖는다. 도 2에 도시된 실시예에 있어서, 서브-패드(170)에는 서브-패드를 통해 전해질이 흐르도록 복수의 개구(218)가 천공되어 있다. 서브-패드(170)의 개구(218)는 통상적으로, 반드시는 아니지만, 탑 패드(170)의 개구(212)와 정렬한다.
상대 전극 조립체(150)는 전해질 투과성, 전해질 불투과성 또는 천공(穿孔)된 고체일 수 있다. 상대 전극 조립체(150)는 제 1 측면(220) 및 제 2 측면(222)을 갖는다. 상대 전극 조립체(150)의 제 1 측면(220)은 서브-패드(170)의 제 2 측면(216)에 연결된다. 도 2에 도시된 실시예에 있어서, 상대 전극 조립체(150)는 전해질을 허용하도록 형성된다. 상대 전극 조립체(150)는 투과될 수 있으며, 상대 전극 조립체를 통해 형성되는 홀 및 이들의 조합을 갖는다.
상대 전극 조립체(150)의 제 2 측면(222)은 상대 전극 조립체(150)가 대체될 수 있게 하면서 연마 중에 상대 전극 조립체(150)가 이동하는 것을 방지하도록 제거 가능한 접착제에 의해 용기(104)의 바닥(144)에 부착될 수 있다. 상대 전극 조립체(150)는 대안적으로, 다른 방법에 의해서 용기(104)에 클램핑, 체결 또는 고정될 수 있다.
상대 전극 조립체(150)는 단일 부품 또는 소자일 수 있으며, 전도성 패드 조립체(122)를 갖춘 조립식 조립체의 일부분일 수 있다. 본 발명에 이로울 수 있는 전극 및 전도성 패드 조립체의 일 예가 본원에 전체가 참조되는 2002년 5월 16일에 출원된 미국 특허 출원 제 10/151,538 호에 기재되어 있다.
일 실시예에 있어서, 상대 전극 조립체(150)는 하나 이상의 절연체(262)에 의해 일정한 간격을 둔, 복수의 전극(260i)으로 제조된다. 하나 이상의 전극(260i) 또는 절연체(262)는 상대 전극 조립체(150)를 통해서 전해질을 허용하도록 배열된다. 하나 이상의 절연체(262)는 전극(260i)을 전기적으로 서로 절연시키도록 전극(260i)들 사이에 배치된다. 절연체(262)는 프로세스 화학 약품과 함께 이용하는데 적합할 수 있는 임의의 유전체 재료로 제조될 수 있다. 절연체(262)는 전극(260i)들 사이에 측면의 전기적 절연을 제공하기 위해서 적합한 웹(web), 에그-크레이트(egg-crate) 또는 다른 구조물의 형태일 수 있다.
도 2에 도시된 실시예에 있어서, 전극(260i)은 절연체(262) 내에 배치되거나 삽입된다. 전극(260i)은 통상적으로, 기판(108) 상에 전기 화학적으로 증착될 수 있는 구리, 알루미늄, 금, 은, 텅스텐 및 다른 재료와 같이 증착되거나 또는 제거될 재료로 구성된다. 양극 용해와 같은 전기 화학적 제거 프로세스를 위해서, 전극(260i)은 증착 재료가 아닌 전극 재료를 포함할 수 있다. 전극(260i)은 포일에서부터 100 밀 두께보다 두꺼운 범위로 정해질 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 전극(260i) 및 절연체(262)의 여러 가지의 실시예를 도시한다. 도 3a에 도시된 실시예에 있어서, 전극(260i)은 상대 전극 조립체(150)를 통해 전해질의 통로를 허용하는 상대 전극 조립체를 통해 배치되는 통로(302)를 구비한 실린더이다. 도 3b에 도시된 실시예에 있어서, 전극(260i)은 상대 전극 조립체(150)를 통해 전해질의 통로를 허용하는 상대 전극 조립체를 통해 형성되는 복수의 개구(304)를 갖는 절연체(262) 내에 배치된다. 도 3c에 도시된 실시예에 있어서, 전극(260i)들 중 하나 이상 또는 절연체(262)는 하나 이상의 천공이 있거나 전해질이 투과할 수 있어서 프로세싱 중에 상대 전극 조립체(150)를 통해 전해질을 허용한다.
도 2에 있어서, (다섯 개의 수가 도 2에 도시된, i가 1 보다 큰 양의 정수인 경우)각각의 전극(260i)이 리드(112Ai)에 의해 전력 소오스(124)에 독립적으로 연결되어, 적합할 때, 각각의 전극(260i)을 다른 전극(260i)의 하나 이상의 다른 레벨에서 독립적으로 바이어스되게 한다. 예를 들어, 전극(2601)은 전극(2602)보다 높은 전압 레벨로 바이어스될 수 있다. 전극(260i)의 독립적 바이어스는 기판이 기판의 직경에 걸쳐서 상이한 속도로 연마되게 한다.
도 4a는 선택적인 전기 바이어스 프로파일을 도시하는 상대 전극 조립체(150)의 간략화한 부분 단면도이다. 제 1 전도성 표면(402) 및 제 2 전도성 표면(404)을 갖는 기판(108)은 전도성 패드 조립체(122)와 접촉하여 도시된다. 전도성 표면(402, 404)은 단일 전도성 피쳐의 일부분일 수 있으며, 또는 분리된 구조물 또는 전도성 재료의 잔류물이 전도성 층으로부터 기판 상에 남아있다. 도 4a에 도시된 실시예에 있어서, 제 1 전도성 표면(402) 및 제 2 전도성 표면(404)은 기판(108)의 기준 표면(406)에 대해 상이한 높이에서, 제 2 전도성 표면(404)보다 기준 표면(406)으로부터 더 멀리 연장하는 제 1 전도성 표면(402)을 갖는다. 제 1 전도성 표면(402) 및/또는 제 2 전도성 표면(404)은 기준 표면(406)으로부터 리세스될 수 있다는 점을 생각해야 한다.
(통상적으로, 기준 표면(406)에 의해 정의되는)공동 평면으로 제 1 전도성 표면(402) 및 제 2 전도성 표면(404)을 연마하기 위해서, 제 1 전압은 제 2 전압이 전극(2602)에 인가되는 동안 전극(2601)에 인가된다. 국부 연마의 결과로서, 제 1 전도성 표면(402)은 전도성 재료의 층으로부터 잔류물을 나타낼 수 있어서, 제 1 전도성 표면(402)은 근원적인 기준 표면(406)을 드러내도록 제거된다. 제 1 전압이 제 2 전압보다 작으면, 전극(2602)과 전도성 패드 조립체(122) 사이에 보다 큰 전류 밀도를 야기하여, 제 1 전도성 표면(402)이 제 2 전도성 표면(404)보다 빠른 속도로 연마되게 하다. 반대로, 보다 큰 전압이 전극(260i)에 인가될 수 있으며, 제 2 전도성 표면(404)이 제 1 전도성 표면(402)보다 빨리 연마되게 한다.
연마 속도 제어는 표면(402, 404)을 다르게 연마하도록 바람직함을 탐지하는 복수의 센서(408i)에 의해 용이해진다. 도 4a에 도시된 실시예에 있어서, (센서(4081) 및 센서(4082)와 같이 실례로 도시된)센서(408i)는 전극(260i)과 전력 소오스(124) 사이에 배치되는 전류 센서이다. 소자(402, 404)와 전극 조립체(150) 사이의 거리는 간극에 걸쳐서 전류선속에 영향을 미치기 때문에 각각의 위치(즉, 소자(402, 404))에서 전류 흐름은 전극 조립체(150)와 기판(108)의 기준 표면(406)에 대해 각각의 피쳐(402, 404)의 높이를 나타낸다. 이와 달리, 센서(408i)는 전압 센서 또는 기준 평면(406)에 표면(402, 404)의 높이를 탐지할 수 있는 다른 센서일 수 있다.
각각의 센서(408i)는 기판(108)의 전도성 표면의 표면상태(topography)에 피드백을 제공하도록 제어기(180)에 연결된다. 기판(108)이 프로세싱 중에 전도성 패드 조립체(122)에 대해서 이동하기 때문에, 센서(408i)는 기판(108)의 폭에 걸쳐서 각각의 전도성 표면의 상대적 위치를 새롭게 한다. 제어기(180)는 센서(408i)에 의해 제공되는 정보에 응하여, 바람직한 연마 속도에 상응하는 크기로 각각의 전극(260i)에 소정의 전압을 전력 소오스(124)가 독립적으로 제공할 수 있게 하며, 상기 연마 속도는 제때 즉시 기판(108)이 센서(408i)와 결합되는 특정 전도성 소자(172)와 접촉하게 배치되는 속도이다. 따라서, 전도성 패드 조립체(122)의 바이어스 프로파일은 기판의 기준 평면(406)에 대해 보다 높은 전도성 표면상태를 갖는 기판 위치에서 보다 빠른 양극 용해에 의해 계속적으로 연마될 수 있으며, 낮은 속도로 낮은 높이에서 전도성 표면상태를 연마하여, 연마 성능을 향상시키고 접시형 가공을 최소화한다.
예를 들어, 제 1 전도성 표면(402)이 기준 표면(406)으로부터 리세스되는 경우의 실시예에 있어서, 전력 소오스(124)가 전해질 및/또는 전극으로부터 전도성 재료의 증착을 야기하는 극성을 갖춘 제 1 전도성 표면(402)을 바이어스시킬 수 있다고도 생각된다. 증착은 제 2 전도성 표면(404) 상에 재료를 증착하거나 제 2 전도성 표면(404)으로부터 재료를 제거하면서 제 1 전도성 표면(402)에서 일어날 수 있다.
도 4b에 도시된 다른 형식의 작동에 있어서, 센서(408i)는 표면(406)에 의해 규정되는 기준 평면에 대해 표면(452, 454)의 노출 영역에서의 차이를 탐지하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 충진 피쳐의 노출 표면인 제 1 전도성 표면(452)은 제거되는 (점선으로 도시된)전도성 층(450)으로부터의 잔류물인 제 2 전도성 표면(454)보다 높은 전류선속을 가질 것이다. 제 2 전도성 표면(454)의 표면적이 감소하기 때문에, 전류선속은 결국 대략 0으로 감소하여, 표면(406)으로부터 제 2 전도성 표면(454)(즉, 잔류물)의 제거를 나타낸다.
도 4c에 도시된 다른 형식에 있어서, 센서(470)는 표면(406)에 의해 규정되는 기준 평면에 대해 표면(472, 474)의 노출 영역에서 차이를 탐지하는데 이용될 수 있다. 센서(470)는 표면(406, 472 및 474)들 사이에서 반사율의 양을 탐지하도록 배열된다. 센서(470)는 일반적으로, 연마 표면에 형성되는 윈도우(478)를 통해 통과하는 빔(beam)을 발생시킨다. 빔은 기판에서 반사하여 센서(470)로 돌아오며, 반사 빔의 세기는 기판의 조성을 나타낸다. 예를 들어, 충진 피쳐의 노출 표면인 제 1 전도성 표면(472)은 통상적으로 기판의 폭에 걸쳐서 형성되는 반복되는 수의 피쳐 중 하나이며 제거되는 (점선으로 도시되는)전도성 표면(476)으로부터 잔류물인 제 2 전도성 표면(474) 보다 큰 반사율을 가질 것이다. 따라서, 기판으로부터의 반사 광선의 빔 양은 피쳐 및 잔류물을 갖는 면적을 나타낸다. 제 2 전도성 표면(474)의 표면적이 감소하기 때문에, 전류선속은 결국, 대략 0으로 감소하여, 표면(406)으로부터 제 2 전도성 표면(474)의 제거를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5c는 상이한 전도성 소자 배치를 갖는 상대 전극 조립체의 여러 가지 실시예의 평면도이다. 전극은 바이어스 프로파일의 제어를 용이하게 하는 상대 전극 조립체 상에 임의의 수의 방향으로 배열될 수 있어서, 기판이 전도성 패드 및 상대 전극 조립체에 대해 이동하기 때문에 기판의 분리된 부분이 선택적으로 연마될 수 있다고 생각된다.
도 5a는 상대 전극 조립체(500A)의 일 실시예의 평면도이다. 상대 전극 조립체(500A)는 기판의 분리된 전도성 부분의 프로세싱을 전기적으로 구동하는 복수의 전극(504i)을 포함한다. 전극(504i)은 상대 전극 조립체(500A)의 상부면(502)에 결쳐서 그리드 패턴으로 배열되며 기판 상에 국부 연마 속도를 제어하는 소정의 전압 레벨로 선택적으로 전압이 가해질 수 있다.
도 5b는 상대 전극 조립체(500B)의 일 실시예의 평면도이다. 상대 전극 조립체(500B)는 상대 전극 조립체(500B)의 상부면(512) 상에 방사 패턴으로 배열되는 복수의 전극(514i)을 포함한다. 방사 패턴의 전극(514i)은 전극(514i)의 동심의 링을 포함할 수 있다. 각각의 링은 기판 상에 국부 연마 속도를 제어하는 소정의 전압 레벨로 선택적으로 전압이 가해질 수 있는 단일 또는 복수의 전극(514i)으로 배열될 수 있다.
도 5c는 상대 전극 조립체(500C)의 일 실시예의 평면도이다. 상대 전극 조립체(500C)는 상대 전극 조립체(500C)의 상부면(522) 상에 극형 배열로 배열되는 복수의 전극(514i)을 포함한다. 전극(524i)은 기판 상에 국부 연마 속도를 제어하는 소정의 전압 레벨로 선택적으로 전압이 가해질 수 있다. 다른 배열의 전극(514i)도 의도된다.
도 6은 양극 용해를 포함하는 하나 이상의 프로세스 및 연마 프로세스가 실행될 수 있는 프로세스 셀(600)의 다른 실시예이다. 프로세스 셀(600)은 일반적으로 연마 헤드(602), 전도성 패드 조립체(606) 및 전도성 패드(606)를 수용하는 용기(604), 기준 전극 조립체(614) 및 상대 전극 조립체(608)를 포함한다. 연마 헤드(602) 및 용기(604)는 일반적으로, 전술된 연마 헤드(102), 전도성 패드 조립체(122) 및 용기(104)와 유사하다. 전해질 전달 시스템(132)은 프로세싱 중에 전해질을 용기(604)에 제공한다.
전도성 패드 조립체(606) 및 상대 전극 조립체(608)는 전기 리드(612A 내지612B)에 의해 제 1 전력 소오스(610)에 연결된다. 제 1 전력 소오스(610)는 상대 전극 조립체(608)와 전도성 패드 조립체(606) 사이에 전기 바이어스를 인가한다. 상기 패드 및 상대 전극 조립체(606, 608)에 걸쳐서 인가되는 바이어스는 통상적으로 0에서 약 5 볼트 범위의 직류이다. 전도성 패드 조립체(606)가 전해질이 존재하는 기판(108)과 접촉할 때, 제 1 전력 소오스(610)에 의해 제공되는 전위는 이후에 더 기재되는 바와 같이 전기 화학적 프로세스를 구동시킨다.
기준 전극 조립체(614)는 패드 조립체(606)와 상대 전극 조립체(608) 사이에 배열된다. 기준 전극 조립체(614)는 패드 조립체(606)와 상대 전극 조립체(608) 사이에서 전해질이 이동하도록 배열되어 전해질은 패드 조립체(606) 상에 배치되는 기판(630)과 상대 전극 조립체(608) 사이에 전도성 통로를 성립시킨다.
기준 전극 조립체(614)는 하나 이상의 유전체 부재(618)에 의해 서로 측면으로 절연되는 독립적으로 바이어스시킬 수 있는 복수의 기준 전극(616i)으로 구성된다. 기준 전극(616i)은 소모 또는 비-소모될 수 있으며 전술된 상대 전극으로 적합할 수 있는 동일하며 유사한 재료로 제조될 수 있다. 유전체 부재(618)는 통상적으로, 프로세스 전압에서 기준 전극(616i)을 측면으로 분리하도록 충분한 유전체 강도의 재료 및 프로세스 화학 약품과 양립할 수 있는 재료로 형성된다.
기준 전극(616i)들 중 하나 이상 또는 유전체 부재(618)는 다공성이며, 천공이 있으며, 투과될 수 있거나 그렇지 않으면 전해질의 통로를 허용하도록 배열된다. 이와 달리, 기준 전극(616i) 및 유전체 부재(618)는 기준 전극 조립체(614)를 통해 전해질을 허용하는 통로를 규정하도록 배열될 수 있다.
다중-출력 전력 소오스(620)는 리드(622i)에 의해서 각각에 기준 전극(616i)에 각각 연결된다. 전력 소오스(620)는 각각의 기준 전극(616i)에 인접한 기판의 표면에서 전류선속을 증가(또는 감소)시킴으로써 인접한 각각의 기준 전극(616i)에 있어서 국부 연마 속도를 제어하도록 독립적으로 바이어스시킬 각각의 기준 전극(616i)을 허용한다.
도 7은 프로세스 셀(600)의 간략화한 부분 전기 회로도이다. 기판(630)은 제 1 전도성 피쳐(702) 및 제 2 전도성 피쳐(704)를 구비하여 도시된다. 전도성 피쳐(702, 704)는 (도 7에 도시되지 않은)전도성 패드 조립체(606)에 의해 제 1 전력 소오스(610)에 전기적으로 연결되며 상대 전극 조립체(608)에 대해서 바이어스된다.
제 1 전도성 통로(7101)는 제 1 전도성 피쳐(702)와 상대 전극 조립체(608)사이에 배치되는 전해질을 통해 규정된다. 제 1 전도성 통로(7011)는 두 개의 회로 분기(7061, 7081)로 구성된다. 제 1 전도성 통로(7101)의 제 1 분기(7061)를 통해 흐르는 전류의 양은 제 1 전력 소오스(610)에 의해 인가되는 전위에 의해서 일부분 제어된다. 제 1 전도성 통로(7101)의 제 1 분기(7061)를 통해 흐르는 전류는 제 1 전도성 피쳐(702)와 상대 전극 조립체(608) 사이에 배치되는 제 1 기준 전극(6161)으로 제 2 전력 소오스(620)에 의해 인가되는 전압에 응하여 조절된다(기준 전극은 도 7의 회로도의 명확성을 위해서 오프셋(offset)으로 도시된다). 기준 전극(6161)은 상대 전극 조립체(806)에 대해 제 1 전도성 피쳐(702)의 전위에 가까워지며(또는 초과하며) 동일한 극성의 전압으로 바이어스되며, 제 1 분기(7061)를 통해 제 1 전도성 피쳐(702)와 상대 전극 조립체(608) 사이에 흐르는 전류의 양은 감소하여, 제 1 전도성 피쳐(702)로부터 재료 제거의 속도를 떨어뜨린다. 반대로, 기준 전극(6161)의 바이어스가 상대 전극 조립체(806)에 대해 제 1 전도성 피쳐(702)의 전위와 본질적으로 다르게 비교되기 때문에, 제 1 분기(7061)를 통해 제 1 전도성 피쳐(702)와 상대 전극 조립체(608) 사이에 흐르는 전류의 양은 증가하여, 제 1 전도성 피쳐(702)로부터 재료의 제거 속도를 증가시킨다.
제 2 전도성 통로(7102)는 제 1 회로 분기(7062)와 제 2 회로 분기(7082)를 구비하여 유사하게 배열된다. 제 2 전도성 통로(7102)의 제 1 분기(7062)를 통해 흐르는 전류의 양은 제 1 전력 소오스(610)에 의해 인가되는 전위에 의해 일부분 제어된다. 제 2 전도성 통로(7102)의 제 2 분기(7062)를 통해 흐르는 전류는 제 2 전력 소오스(620)에 의해 제 2 기준 전극(6162)에 인가되는 전압에 응하여 조절된다. 제 2 전력 소오스(620)는 전압을 각각의 기준 전극(616i)에서 독립적으로 제어하기 때문에, 각각의 전도성 통로(710i)의 제 1 분기(706i)를 통해 흐르는 전류는 기판(630)의 폭에 걸쳐서 배치되는 각각의 전도성 피쳐로부터 재료의 제거 상대적 속도를 독립적으로 제어하도록 조정될 수 있다.
도 8은 프로세스 셀(800)이 전력 소오스(806)에 연결되는 복수의 기준 전극(804i) 및 상대 전극 조립체(802)를 포함하는 것 이외에는 전술한 프로세스 셀(600)과 유사하게 구성되는, 기판(814)을 프로세싱하기 위한 프로세스 셀(800)의 다른 실시예이다. 일 실시예에 있어서, 전력 소오스(806)는 각각의 기준 전극(804i)이 상대 전극 조립체(802)에 대해 독립적으로 바이어스되게 하는 프린스톤 어플라이드 리서치(Princeton Applied Research)로부터 이용가능하게 제조된 것과 같은 일정 전위기(potentiostat)이다. 따라서, 전력 소오스(806)는 기판의 전도성 피쳐와 상대 전극 조립체(802) 사이에 형성되는 각각의 전도성 통로를 따라서 국부 전류 흐름을 제어하는 전극(804i)에 전위를 인가할 수 있어서, 기판의 직경을 따라서 연마 속도를 제어하게 한다. 선택적으로, (도시되지 않은)센서는 기판 프로세싱의 폐루프를 용이하게 하도록 전술된 바와 같이 이용될 수 있다.
도 9는 프로세스 셀(900)이 제 1 다중 출력 전력 소오스(906)에 연결되는 복수의 독립적으로 바이어스 되는 상대 전극(904i)을 포함하는 것을 제외하고 전술된 프로세스 셀(600)과 유사하게 배열되는 기판(914)을 프로세싱하기 위한 프로세스 셀(900)의 다른 실시예이다. 독립적으로 바이어스 되는 상대 전극(904i)은 기판 프로세싱의 폐루프 제어를 용이하게 한다.
도 10은 프로세스 셀(900)의 간략화한 부분 전기 회로도이다. 기판(914)은 제 1 전도성 피쳐(1002) 및 제 2 전도성 피쳐(1004)를 구비하여 도시된다. 전도성 피쳐(1002, 1004)는 (도 9에 도시된)전도성 패드 조립체(606)에 의해 제 1 전력 소오스(906)에 전기적으로 연결되며 상대 전극 조립체(608)에 대해 바이어스된다.
제 1 전도성 통로(10101)는 제 1 전도성 피쳐(1002)와 상대 전극 조립체(902)의 제 1 상대 전극(9041) 사이에 배치되는 전해질을 통해 규정된다. 제 1 전도성 통로(10101)는 두 개의 회로 분기(10061, 10081)로 구성된다. 제 1 전도성 통로(10101)의 제 1 분기(10061)를 통하여 흐르는 전류의 양은 제 1 전력 소오스(906)에 의해 인가되는 전위에 의해 일부분 제어된다. 각각의 상대 전극(904i)은 독립적으로 제어되기 때문에, 기판(914)의 전도성 피쳐들 사이에 흐르는 전류에 대한 기여가 기판의 폭에 걸쳐서 제어될 수 있다. 제 1 전도성 통로(10101)의 제 1 분기(10061)를 통해 흐르는 전류는 전술된 바와 같이, 제 1 기준 전극(6061)에 다중 출력 전력 소오스(620)에 의해 인가되는 전압에 응하여 더 조절될 수 있다.
제 2 전도성 통로(10102)는 제 1 회로 분기(10062) 및 제 2 회로 분기(10082)를 구비하여 유사하게 배열된다. 제 2 전도성 통로(10102)의 제 1 분기(10062)를 통해 흐르는 전류의 양은 제 1 전력 소오스(906)에 의해 인가되는 전위에 의해 일부분 더 제어된다. 제 2 전도성 통로(10102)의 제 2 분기(10062)를 통해 흐르는 전류는 제 2 전력 소오스(620)에 의해 제 2 기준 전극(6162)에 인가되는 전압에 응하여 조절된다. 제 2 전력 소오스(620)는 각각의 기준 전극(616i)에서 전압을 독립적으로 제어하기 때문에, 각각의 전도성 통로(1010i)의 제 1 분기(1006i)를 통해 흐르는 전류는 기판(914)의 폭에 걸쳐서 배치되는 각각의 전도성 피쳐로부터 상대적 속도의 재료 제거를 독립적으로 제어하도록 더 조정될 수 있다.
프로세싱의 폐루프 제어는 복수의 센서(1012i), 각각의 상대 전극 (904i)과 제 1 전력 소오스(906) 사이에 각각 연결되는 센서들 중 하나에 의해 용이 해진다. 센서(1012i)는 제어기(180)에 연결되며 각각의 센서(1010i)가 연속 위치되는 각각의 전도성 피쳐들 사이에 상대적인 높이를 나타내는 계수가 제공되도록 배열된다. 따라서, 각각의 센서(1012i)에 의해 제공되는 계수에 응하여, 제어기(180)는 기판(914)의 폭에 걸쳐서 재료 제거 속도를 제어하도록 각각의 기준 전극(616i) 및/또는 각각의 상대 전극(904i)에 인가되는 전위를 변경할 수 있다.
따라서, 본 발명은 프로세스 셀 내의 국부 연마 및 증착 제어를 위한 방법 및 장치를 제공한다. 일 실시예에 있어서, 상기 장치는 기판의 분리된 전도성 부분을 선택적으로 연마하는데 있어서, 통상적인 프로세스와 일반적으로 관련되는 접시형 가공을 최소화한다. 프로세스 셀은 적합한 화학 약품을 이용하는 동안 바이어스 전위를 전환함으로써 금속 증착에 적합할 수 있다고 생각된다.
전술된 내용이 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것인 반면에, 본 발명의 다른 그리고 또 다른 실시예가 본 발명의 기본 범위를 벗어나지 않고 고안될 수 있다. 본 발명의 범위는 다음의 청구 범위에 의해 결정된다.

Claims (22)

  1. 기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치로서,
    바닥 및 오픈 탑(open top)을 구비한 하우징;
    상기 바닥에 근접한 하우징 내에 배치되는 제 1 상대 전극;
    상기 제 1 전극과 독립되게 전기적으로 바이어스되며 상기 제 1전극에 인접한 상기 하우징 내에 배치되는 하나 이상의 제 2 상대 전극; 및
    상기 하우징의 상기 오픈 탑과 상기 복수의 상대 전극 사이에 배치되는 전도성 연마 패드를 포함하며,
    상기 전도성 연마 패드가 기판을 프로세싱하는데 적합한 제 1 측면 및 상기 복수의 상대 전극을 향하는 제 2 측면을 가지는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 상대 전극 및 제 2 상대 전극 사이에 배치되는 절연체를 포함하는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 상대 전극이 제 1 상대 전극 세트에 속하며 상기 제 2 상대 전극이 제 2 상대 전극 세트에 속하며, 상기 제 1 상대 전극 세트가 상기 제 2 상대 전극 세트로부터 독립되게 전기적으로 바이어스되는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 상대 전극 세트가 상기 제 2 상대 전극 세트의 내측 반경 방향으로 배치되는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 상대 전극이 상기 제 2 상대 전극 세트의 외측 반경 방향으로 배치되는 제 3 상대 전극 세트를 더 포함하는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 상대 전극이 극형 배열로 배열되는 복수의 상대 전극의 일부인,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 극형 배열의 상대 전극이, 반경 방향으로 배열되며 상기 제 1 상대 전극으로부터 독립되게 전기적으로 바이어스되는 하나 이상의 제 3 상대 전극을 더 포함하는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판을 가로지르는 연마 속도의 차이를 나타내는 계수를 탐지하는데 적합한 국부 연마 속도 계기를 더 포함하는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 국부 연마 속도 계기가 복수의 센서를 더 포함하며, 각각의 상기 센서가 각각 하나의 상기 상대 전극에 연결되는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 센서들 중 하나 이상이 상기 제 1 상대 전극과 상기 기판 사이를 통과하는 전기 전류를 탐지하는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    전해질 전달 시스템이 전해질을 상기 용기에 제공하기에 적합하며, 상기 전해질이 상기 전도성 패드를 통해 상기 기판과 상기 복수의 상대 전극 사이에 독립적으로 제어되는 복수의 전기 통로를 제공하는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판을 가로지르는 연마 속도의 차이를 나타내는 계수를 탐지하는 국부 연마 속도 계기를 더 포함하는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 국부 연마 속도 계기가 복수의 센서를 더 포함하며,
    각각의 센서가 각각 하나의 상대 전극에 연결되는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 센서들 중 하나 이상이 상기 센서에 연결되는 상기 상대 전극과 상기 기판 사이의 전기 전류를 탐지하는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    다중 출력 전력 소오스를 더 포함하며, 각각의 상대 전극이 상기 출력 소오스 중 하나에 각각 연결되는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    하우징;
    상기 하우징 내에 배치되는 하나 이상의 제 1 상대 전극;
    상기 제 1 상대 전극에 근접하게 배치되며 상기 기판을 프로세스 하기에 적합한 제 1 측면 및 상기 제 1 상대 전극을 향하는 제 2 측면을 구비한 전도성 연마 패드; 및
    상기 상대 전극과 상기 전도성 패드 사이에 배치되는 독립되게 바이어스되는 복수의 기준 전극을 더 포함하는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 연마 패드와 상기 상대 전극 사이에 연결되는 제 1 전력 소오스; 및
    상기 기준 전극에 연결되는 제 2 전력 소오스를 더 포함하는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 전력 소오스가 각각의 상기 기준 전극을 독립적으로 바이어스시키기 위한 복수의 출력을 갖는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    복수의 센서를 더 포함하며,
    각각의 센서가 상기 상대 전극과 상기 기판 사이에 전압 전위 또는 전류 중 하나 이상을 탐지하는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 장치.
  20. 기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 방법으로서,
    전도성 연마 패드 조립체와, 기판 상에 배치되는 전도성 피쳐를 접촉시키는 단계;
    상기 전도성 피쳐와 제 1 상대 전극 사이에 전해질을 흐르게 하는 단계;
    상기 제 1 상대 전극과 상기 전도성 연마 패드 조립체 사이에 제 1 바이어스 전압 전위를 인가하는 단계; 및
    제 2 상대 전극과 상기 전도성 연마 패드 조립체 사이에 제 2 바이어스 전압 전위를 인가하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 바이어스 전압 전위가 상기 제 2 바이어스 전압 전위와 다른,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
  21. 기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 방법으로서,
    기판과 상대 전극 조립체 사이에 복수의 전도성 통로를 형성하는 단계;
    상기 전도성 통로들 사이에 전류 흐름의 상대적 차이를 탐지하는 단계; 및
    탐지되는 차이에 응하여 각각의 전도성 통로의 전기 전위를 조절하는 단계를 포함하는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 전기 전위의 조절 단계가 상기 전극 조립체의 폭에 걸쳐서 전압 전위 프로파일을 변경시키는 단계를 더 포함하는,
    기판을 전기 화학적으로 프로세싱하기 위한 방법.
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