(57)【要約】電着中に使用されるワークピース表面作用デバイスの上に形成された金属粒子を除去するかそのサイズを減少するための、およびその上に金属粒子が形成または成長する速度を制限するためのシステムおよび方法を提示している。代表的な方法によれば、ワークピース表面作用デバイス(４００)をときどき不活性材料で被覆された調整基板に接触させて配置し、電着システムに印加するバイアスを反転させる。別の代表的な方法によれば、ワークピース表面作用デバイス(４００)をブラシ(２５０)のような機械的接触部材を使用して調整し、ワークピース表面作用デバイス(４００)の調整を例えばブラシ(２５０)によるワークピース表面作用デバイス(４００)の物理的ブラッシングによって行う。さらに代表的な方法によれば、電着の間にワークピース表面作用デバイス(４００)を異なる方向に回転させる。
2005520043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース表面作用デバイスを調整することを含む処理方法であって、ワークピース表面作用デバイスは溶液を使用してワークピースに作用する少なくとも1つの電気化学機械処理の少なくとも一部分で使用され、前記方法は、
電気化学機械処理において溶液を使用してワークピースに作用する工程であって、ワークピース表面作用デバイスを電気化学機械処理の間の一定期間にワークピースに近接して配置し、また電気化学機械プロセスはワークピース表面作用デバイス上に粒子の蓄積を生じさせる工程と、
ワークピース表面作用デバイスを別の電気化学機械プロセスを行う前に調整する工程であって、調整によって蓄積した粒子の数を減少させることおよび蓄積した粒子のサイズを縮小させることの１つをもたらす工程を具備する処理方法。
【請求項２】
さらに別の電気化学機械処理を行う工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電気化学機械処理は第１の電気化学機械堆積処理であり、別の電気化学機械処理は第２の電気化学機械堆積処理である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１の電気化学機械堆積処理はワークピースに作用し、第２の電気化学機械堆積処理は前記ワークピースと異なる別のワークピースに作用する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
第１の電気化学機械堆積処理はワークピースに作用し、第２の電気化学機械堆積処理は前記ワークピースに作用する請求項３に記載の方法。
【請求項６】
電気化学機械処理は電気化学機械堆積処理であり、別の電気化学機械処理は電気化学機械エッチング処理である請求項２に記載の方法。
【請求項７】
電気化学機械堆積処理はワークピースに作用し、電気化学機械エッチング処理は前記ワークピースに作用する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
電気化学機械処理は電気化学機械堆積処理であり、調整工程において減少する粒子は、電気化学機械堆積処理中に形成および蓄積され、電気化学機械堆積処理によって堆積された実質的に導電性材料からなる導電性粒子である請求項１に記載の方法。
【請求項９】
電気化学機械処理は電気化学機械エッチング処理であり、調整工程において減少する粒子は、電気化学機械エッチング処理中に形成および蓄積され、電気化学機械エッチング処理によって除去された実質的には導電性材料からなる導電性粒子である請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
調整工程において減少する粒子は非導電性粒子である請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
調整工程は、電極と調整部材との間に電位差を印加することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
電気化学機械処理は前記電位差と反対の別の電位差を使用する電気化学機械堆積処理であり、調整工程において減少する粒子は、電気化学機械堆積処理中に蓄積され、電気化学機械堆積処理によって堆積された実質的に導電性材料からなる導電性粒子である請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
電気化学機械処理は前記電位差と同じ極性をもつ別の電位差を使用する電気化学機械エッチング処理であり、調整工程において減少する粒子は、電気化学機械エッチング処理に中に蓄積され、電気化学機械エッチング処理によって除去された実質的に導電性材料からなる導電性粒子である請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
調整工程は、さらにワークピース表面作用デバイスと調整部材との間に摩擦性の機械的接触を確立することを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
調整工程は、調整部材をワークピース表面作用デバイスに対して回転させる請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
調整工程は、調整部材をワークピース表面作用デバイスに対して横方向に動かす請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
調整工程は、さらにワークピース表面作用デバイスと調整部材との間に摩擦性の機械的接触を確立することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
調整工程は、調整部材をワークピース表面作用デバイスに対して回転させる請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
調整工程は、調整部材をワークピース表面作用デバイスに対して横方向に動かす請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
電気化学機械処理は複数の電気化学機械処理であり、別の電気化学機械処理は別の複数の電気化学機械処理である請求項２に記載の方法。
【請求項２１】
複数の電気化学機械処理は、電気化学機械堆積処理および電気化学機械エッチング処理を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
別の複数の電気化学機械処理は、別の電気化学機械堆積処理および別の電気化学機械エッチング処理を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
複数の電気化学機械処理は、第1の電気化学機械堆積処理および電気化学機械エッチング処理および第２の電気化学機械堆積処理を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
別の複数の電気化学機械処理は、別の第１の電気化学機械堆積処理および別の電気化学機械エッチング処理および別の第２の電気化学機械堆積処理を含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
電気化学機械処理において溶液を使用してワークピースに作用する工程の間、ワークピース表面作用デバイスは前記期間の間ワークピースに接触する請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
電気化学機械処理において溶液を使用してワークピースに作用する工程の間、ワークピース表面作用デバイスは前記期間の間ワークピースに接触しない請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
作用工程の間に溶液はワークピース表面作用デバイスに形成されたチャネルを通して流れ、調整工程の間にチャネル内に形成された粒子を減少させる請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
作用工程の間に溶液はワークピース表面作用デバイスに形成されたチャネルを通して流れ、調整工程の間にチャネル内に形成される電気化学機械処理に関連する導電性粒子を減少させる請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
作用工程の間に溶液はワークピース表面作用デバイスに形成されたチャネルを通して流れ、調整工程の間にチャネル内に形成される電気化学機械堆積に関連する導電性粒子を減少させる請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
作用工程の完了時に、ワークピースをワークピース表面作用デバイスに近接して配置されていたところから除去する工程と、
調整工程をその後に行うように、調整部材をワークピース表面作用デバイスに近接させる工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
除去工程および近接工程の両方ともホルダーを使用し、ホルダーは作用工程中にワークピースを保持し、ホルダーは調整工程中に調整部材を保持する請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
調整工程は、電極と調整部材との間に電位差を印加することを含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
電気化学機械処理は、前記電位差と反対の別の電位差を使用する電気化学機械堆積処理であり、調整工程において減少する粒子は、電気化学機械堆積処理中に堆積され、電気化学機械堆積処理によって堆積された実質的に導電性材料からなる導電性粒子である請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
電気化学機械処理は、前記電位差と同じ極性をもつ別の電位差を使用する電気化学機械エッチング処理であり、調整工程において減少する粒子は、電気化学機械エッチング処理中に蓄積され、電気化学機械エッチング処理によって除去された実質的に導電性材料からなる導電性粒子である請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
調整工程は、さらにワークピース表面作用デバイスと調整部材との間に摩擦性の機械的接触を確立することを含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
摩擦性の機械的接触を確立する工程は、調整部材の一部であるブラシを使用して前記接触を確立させる請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
調整工程は、調整部材をワークピース表面作用デバイスに対して回転させる請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
調整工程は、調整部材をワークピース表面作用デバイスに対して横方向に動かす請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
調整工程は、さらにワークピース表面作用デバイスと調整部材との間に摩擦性の機械的接触を確立することを含む請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
調整工程は、調整部材をワークピース表面作用デバイスに対して回転させる請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
調整工程は、調整部材をワークピース表面作用デバイスに対して横方向に動かす請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
溶液の存在中で起こるワークピースの電気化学機械処理の間に使用されるワークピース表面作用デバイス上の粒子の除去を含む処理装置であって、
ワークピース上で電気化学機械処理を行うのに適合し、
電極と、
ワークピースを保持するのに適合したホルダーと、
電極をワークピースに接触させるのに適合した端子と
を含む電気化学機械処理システムと；
電気化学機械処理システムは溶液を使用してワークピースに作用するのに適合し、ワークピース表面作用デバイスを電気化学機械処理の間の一定期間にワークピースに近接して配置し、また電気化学機械処理はワークピース表面作用デバイス上に粒子の蓄積を生じるワークピース表面作用デバイスと；
ワークピース表面作用デバイスを調整するのに適合し、それによって蓄積した粒子の数を減少させることおよび蓄積した粒子のサイズを縮小させることの１つをもたらす調整システムを含む処理装置。
【請求項４３】
調整システムはホルダーに取り付けられ、ワークピース上のワークピース表面作用デバイスの調整と電気化学機械処理の両方を同時に行うことができるように適合している請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
調整システムはその上に複数のブラシをもつ調整基板を含み、複数のブラシは機械的にワークピース表面作用デバイスに接触するように適合している請求項４２に記載の装置。
【請求項４５】
調整基板は、ホルダーからワークピースを除去したときに、ホルダーに取り付ける請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
調整システムは溶液中で陽極酸化しない調整導体層を含み、調整導体層は蓄積した粒子の数を減少させることおよび蓄積した粒子のサイズを縮小させることの１つを引き起こす電位差に電気的に接続されるように適合している請求項４２に記載の装置。
【請求項４７】
調整導体層は、ホルダーからワークピースを除去したときに、ホルダーに取り付ける請求項４６に記載の装置。
【請求項４８】
調整システムおよび電気化学機械処理システムは垂直に構成されたチャンバーシステムの下部チャンバー内に位置し、垂直に構成されたチャンバーシステムはまた、ワークピースをクリーニングするクリーニングシステムを含む上部チャンバー、および上部チャンバーが使用されるときに下部チャンバーを上部チャンバーから分離するのに適合している可動ガードを含む請求項４２に記載の装置。
【請求項４９】
調整システムは調整基板に取り付けられた複数のブラシおよびブラシ可動アセンブリーを含み、ブラシ可動アセンブリーは複数のブラシをワークピース表面作用デバイス上で動かすよう構成されワークピース表面作用デバイスを調整する請求項４８に記載の装置。
【請求項５０】
調整システムはワークピース表面作用デバイスに作用するのに適合し、同時にクリーニングシステムはワークピースに作用するのに適合している請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
複数のブラシおよび調整基板は、下部チャンバー内に配置された溶液中で陽極酸化しない導電性被膜を持ち、調整基板は蓄積した粒子の数を減少させることおよび蓄積した粒子のサイズを縮小させることの１つを起こす電位差と電気的に接続されるように適合している請求項４９に記載の装置。
【請求項５２】
調整システムはワークピース表面作用デバイスに作用するのに適合し、同時にクリーニングシステムはワークピースに作用するのに適合している請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
導電性被膜は不活性導体からなる請求項５１に記載の装置。
【請求項５４】
調整システムは、下部チャンバー内に配置された溶液中で陽極酸化しない調整導体層を含み、調整導体層は蓄積した粒子の数を減少させることおよび蓄積した粒子のサイズを縮小させることの1つを起こす電位差と電気的に接続されるように適合している請求項４８に記載の装置。
【請求項５５】
調整導体層は不活性導体からなる請求項５４に記載の装置。
【請求項５９】
調整システムはワークピース表面作用デバイスに作用するのに適合し、同時にクリーニングシステムはワークピースに作用するのに適合している請求項４８に記載の装置。
【請求項６０】
電気化学機械処理システムは、垂直に構成されたチャンバーシステムの下部チャンバー内に位置し、垂直に構成されたチャンバーシステムはまた、上部チャンバー、および上部チャンバーが使用されるときに下部チャンバーを上部チャンバーから分離するのに適合した可動ガードを含む請求項４２に記載の装置。
【請求項６１】
さらに上部チャンバーに配置された、ワークピースをクリーニングするクリーニングシステムを含む請求項６１に記載の装置。
【請求項６２】
ホルダーは、さらにホルダーがワークピースをもはや保持しない場合に、調整システムを保持するのに適合している請求項６０に記載の装置。
【請求項６３】
調整システムは、調整基板に取り付けられた複数のブラシを含み、複数のブラシはワークピース表面作用デバイスとの相対移動のために構成されてワークピース表面作用デバイスを調整する請求項６２に記載の装置。
【請求項６４】
複数のブラシおよび調整基板は、下部チャンバー内に配置された溶液中で陽極酸化しない導電性被膜をもち、調整基板は蓄積した粒子の数を減少させることおよび蓄積した粒子のサイズを縮小させることの1つを起こす電位差と電気的に接続されるように適合している請求項６３に記載の装置。
【請求項６５】
導電性被膜は不活性導体からなる請求項６４に記載の装置。
【請求項６６】
調整システムは、下部チャンバー内に配置された溶液中で陽極酸化しない調整導体層を含み、調整導体層は、蓄積した粒子の数を減少させることおよび蓄積した粒子のサイズを縮小させることの1つを起こす電位差に電気的に接続されるように適合している請求項６２に記載の装置。
【請求項６７】
調整導体層は不活性導体からなる請求項６６に記載の装置。
【請求項６８】
ワークピースを処理しワークピース表面作用デバイス中の粒子を除去し、ワークピース表面作用デバイスをワークピースを処理するめっき溶液とともに使用するシステムであって、
ワークピースを受け入れ、ワークピース表面作用デバイスに近接するワークピースを動かすのに適合したホルダーと、
ワークピース表面作用デバイスをワークピースと近接させ、電極とワークピースとの間に印加された第1の電位差を使用し、めっき溶液を介し、導電性材料をワークピース上に堆積させるのに適合した装置と、
電極と調整部材の調整導体層との間に印加される第２の電位差を使用して導電性材料を堆積している間に、ワークピース表面作用デバイス上に蓄積する少なくとも第１の部分の粒子を除去するよう補助するのに適合した調整導体層をもち、第２の電位差は第１の電位差と反対の極性である調整部材を具備するシステム。
【請求項６９】
調整部材は、さらに機械的接触部材を具備し、ワークピース表面作用デバイス上に蓄積する少なくとも第２の部分の粒子を機械的に除去する請求項６８に記載のシステム。
【請求項７０】
ホルダーがもはやワークピースを保持しないときにホルダーはさらに調整部材を保持するのに適合している請求項６８に記載のシステム。
【請求項７１】
ワークピースを処理しワークピース表面作用デバイス上の粒子を除去し、ワークピース表面作用デバイスをめっき溶液とともに使用してワークピースを処理する方法であって、
電極とワークピースとの間に第１の電位差を印加する工程と、
ワークピースに近接したワークピース表面作用デバイスの上面との第１の電位差の存在下で、めっき溶液を介して、ワークピース上に導電性材料を堆積する工程と、
ワークピース表面作用デバイスの上面に対して少なくとも１つの機械的接触部材を有し、導電性材料の堆積中にワークピース表面作用デバイス上に蓄積する粒子の少なくとも一部をワークピース表面作用デバイスから機械的に除去するように調整部材を移動させる工程を具備する方法。
【請求項７２】
少なくとも１つの機械的接触部材は複数の調整ブラシを有し、工程の間に、さらにワークピース表面作用デバイスから粒子を除去するのを補助する複数の導電性ブラシに第２の電位差を印加する工程を含む請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
移動工程は、少なくとも１つの機械的接触部材とワークピース表面作用デバイスとの間に相対回転運動を起こす請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
移動工程は、少なくとも１つの機械的接触部材とワークピース表面作用デバイスとの間の相対横方向運動を起こす請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
移動工程は、複数のブラシを含む少なくとも１つの機械的接触部材とワークピース表面作用デバイスとの間の相対運動を引き起こす請求項７１に記載の方法。
【請求項７６】
ワークピース表面作用デバイスはめっき溶液が通過する複数のチャネルを含み、移動工程中にめっき溶液は複数のチャネルを通過し続け、および、移動工程中に電極と調整部材の少なくとも１つの機械的接触部材との間に第２の電位差を印加し、第２の電位差は導電性粒子をワークピース表面作用デバイスから除去するのを補助する第1の電位差と反対の極性である請求項７１に記載の方法。
【請求項７７】
作用工程の完了時に、ワークピースをワークピース表面作用デバイスに近接して配置されていたところから除去する工程と、
調整工程をその後に行うように、調整部材をワークピース表面作用デバイスに近接させる工程をさらに含む請求項７１に記載の方法。
【請求項７８】
除去工程および近接工程の両方ともホルダーを使用し、ホルダーは堆積工程中にワークピースを保持し、ホルダーは移動工程中に調整部材を保持する請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
ワークピースを処理しワークピース表面作用デバイス上の粒子を除去し、ワークピース表面作用デバイスをめっき溶液とともに使用してワークピースを処理するシステムであって、
電極とワークピースとの間に印加された第１の電位差の存在下で、めっき溶液を介し、ワークピースと近接するワークピース表面作用デバイスにより、導電性材料をワークピース上に堆積するのに適合した装置と、
ワークピースを受け入れ、ワークピース表面作用デバイスに近接するワークピースを動かして装置による導電性材料の堆積を行えるようにし、および装置による堆積の完了時にワークピースをワークピース表面作用デバイスに近接するところから移動させるのに適合したホルダーと、
少なくとも１つの機械的接触部材をもち、ワークピース表面作用デバイスの上面に対して動かすのに適合し、導電性粒子を堆積している間に、ワークピース表面作用デバイス上に蓄積する少なくとも一部の粒子をワークピース表面作用デバイスから機械的に除去するようにした調整部材を具備するシステム。
【請求項８０】
装置は、さらに電極と調整部材の少なくとも１つの機械的接触部材との間に印加される第２の電位差を使用して導電性材料を堆積している間に、ワークピース表面作用デバイス上に蓄積する少なくとも第２の部分の粒子を除去するのに適合し、第２の電位差は第１の電位差と反対の極性であり、少なくとも１つの機械的接触層は不活性導体層で構成され、少なくとも１つの機械的接触層の導体はめっき溶液中で陽極酸化しない請求項７９に記載のシステム。
【請求項８１】
ホルダーがもはやワークピースを保持しないときにホルダーはさらに調整部材を保持するのに適合している請求項７９に記載の装置。
【請求項８２】
ワークピース表面作用デバイス上での粒子の蓄積を減少させることを含み、ワークピース表面作用デバイスをめっき溶液とともに使用して第１および第２のワークピースに作用させる処理方法であって、
第1のワークピースに近接しているワークピース表面作用デバイスにより、めっき溶液を使用して第1のワークピース上に第1の導電性材料を堆積させ、堆積中にワークピース表面作用デバイスと第1のワークピースとの間の第1の回転方向に相対回転運動を起こす工程と、
第１のワークピースを第２のワークピースと置き換える工程と、
第２のワークピースに近接しているワークピース表面作用デバイスにより、第２のワークピース上に第２の導電性材料を堆積させ、堆積中にワークピース表面作用デバイスと第２のワークピースとの間の第１の回転方向と反対の第２の回転方向に相対回転運動を起こし、第１の導電性材料の堆積中にワークピース表面作用デバイス上に蓄積する少なくとも一部の粒子をワークピース表面作用デバイスから除去するようにする工程とを具備する処理方法。
【請求項８３】
相対回転を起こす工程は、ワークピース表面作用デバイスおよび第１または第２のワークピースのうち１つを回転させる請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
相対回転を起こす工程は、ワークピース表面作用デバイスおよび第１または第２のワークピースの両方を回転させる請求項８２に記載の方法。
【請求項８５】
ワークピースを処理しワークピース表面作用デバイス上の粒子を除去し、ワークピース表面作用デバイスをめっき溶液とともに使用してワークピースを処理するシステムであって、
ワークピースと近接するワークピース表面作用デバイスを用いめっき溶液からワークピース上に導電性材料を堆積させるための、下部チャンバー中に配置された堆積装置と、
下部チャンバー中に配置され堆積装置による導電性材料の堆積中にワークピース表面作用デバイス上に蓄積する少なくとも一部の粒子を除去するのに適合した調整部材と、
堆積装置が使用されている間に下部チャンバー中にワークピースを配置させるのに適合したホルダーを具備するシステム。
【請求項８６】
さらに上部チャンバー中に配置されたクリーニングシステムを有し、上部および下部チャンバーは可動ガードを使用して分離できる請求項８５に記載のシステム。
【請求項８７】
調整部材は、ワークピース表面作用デバイスとの相対運動に適合し、導電性粒子はワークピース表面作用デバイスから機械的に除去される請求項８５に記載のシステム。
【請求項８８】
調整部材は、調整部材とワークピース表面作用デバイスとの間に電位差を印加するのに適合し、ワークピース表面作用デバイスから粒子を除去するのを補助する請求項８５に記載のシステム。
【請求項８９】
ホルダーは第１の軸のまわりを回転するのに適合している請求項８５に記載のシステム。
【請求項９０】
ホルダーはさらに下部チャンバー内で端から端まで動くのに適合している請求項８９に記載のシステム。
【請求項９１】
堆積装置は電気化学機械堆積装置を具備する請求項８５に記載のシステム。
【請求項９２】
調整部材はブラシ部材を具備する請求項８５に記載のシステム。
【請求項９３】
さらに、結合したブラシ部材を横方向に動かすブラシアセンブリーを具備し、ブラシアセンブリーは下部チャンバー中に配置される請求項９２に記載のシステム。
【請求項９４】
調整部材はワークピース表面作用デバイスに作用するのに適合し、同時に別のシステムは上部チャンバー中のワークピースに作用する請求項９３に記載のシステム。
【請求項９５】
ブラシアセンブリーはブラシ部材を横方向に動かす駆動装置を具備する請求項９４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学機械処理中に粒子を表面から除去し、および表面での粒子の蓄積を避けるための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置は、一般的には半導体基板、通常はシリコン基板、並びに複数の連続的に形成された、二酸化ケイ素のような誘電体中間層および導電性材料からなる導電路または相互配線を含む。相互配線は、通常は誘電体中間層にエッチングされたトレンチに導電性材料を充填することによって形成される。集積回路においては、多段の相互配線のネットワークが、基板表面に対して横に広がっている。異なる層に形成された相互配線はバイア(via)またはコンタクトを用いて電気的に接続することができる。このような形態(feature)、すなわちバイア開口、トレンチ、パッドまたはコンタクトを導電性材料で充填する工程は、このような形態を含む基板上に導電性材料を堆積させることによって行うことができる。
【０００３】
銅および銅合金は優れたエレクトロマイグレーションおよび低抵抗特性のために、近年、相互配線材料として相当な注目を集めている。銅堆積の好ましい方法は電着である。製造中、銅は、バリア層および次にシード層であらかじめ被覆された基板上に堆積される。バリア層はバイアとトレンチだけでなく誘電体層の表面も被覆して良好な接着を保証し、かつバリア材料として機能し誘電体絶縁層を通しての半導体装置への銅の拡散を妨げる。典型的には、シード層は、続く銅堆積中に銅フィルム成長のための導電性材料のベースを形成する。典型的なバリア材料は、一般的にはタングステン、タンタル、チタン、これらの合金、およびこれらの窒化物を含む。堆積プロセスは種々のプロセスを使用して行うことができる。半導体ウェハ表面上の形態中に銅を堆積させた後、エッチング、電解研磨（電解エッチングともいう）、電気化学機械エッチング（ＥＣＭＥ）または化学機械研磨（ＣＭＰ）の工程が使用されるであろう。これらのプロセスは導電性材料を表面のフィールド領域から取り除き、それによってバイア、トレンチおよび他の形態内にのみ導電性材料を残す。
【０００４】
従来の電着技術において、銅は、コンフォーマルな(conformal)仕方でウェハ表面上に被覆される。図１〜図３に示すように、例えば、ウェハ表面上の二重ダマシン構造を、従来のめっきを用いて銅で被覆する場合、かなりコンフォーマルなフィルムを生じる。
【０００５】
図１〜図３は、従来のプロセスにおける３つの可能な段階を示す。図１に示す第１の段階においては、広いトレンチ１１、バリア層１３で被覆された小さいバイア１２、および銅シード層１４をもつ二重ダマシン構造１０を示す。図２に示す第２段階において銅フィルムを電気めっきするとき、銅１５は直ちに小さいバイア１２を充填するが、大きなトレンチと表面をコンフォーマルな仕方で被覆する。堆積工程を継続すると、大きなトレンチも、図３に示す第３段階において銅で充填されるが、大きい段差‘Ｓ’と厚膜の銅層‘ｔ’をもつ。表面上の厚い銅はＣＭＰ段階のような材料除去工程中に問題を引き起こし、高価かつ時間の浪費となる。薄い表面の銅の被覆(overburden)および小さい‘Ｓ’段差または無段差を生じさせることができる技術は非常に魅力的であり、これは図４に例示されている。
【０００６】
従来の電着技術の種々の欠点を克服する重要性は、平坦な銅層の堆積を対象にした技術開発によって証明されている。例えば「電気化学機械堆積のための方法および装置」と題した米国特許6,176,992（本発明の譲受人によって共通に所有されている）は、一態様において、基板表面上のキャビティへの導電性材料の堆積を達成し、一方で、導電性材料が堆積したときにパッドを使ってフィールド領域を研磨することによってフィールド領域上での堆積を最小化し、こうして平坦な銅の堆積を生じさせるという電気化学機械堆積技術（ＥＣＭＤ）を説明している。別の態様において、この出願は、導電性材料をワークピースの表面から取り除く電気化学機械エッチング（ＥＣＭＥ）または電解エッチングまたは電解研磨技術を説明している。
【０００７】
「外的作用を使用してワークピースの上面およびキャビティ表面上に堆積される付加物の間の差を生み出すめっき方法および装置」と題した米国特許出願09/740,701（これも本発明と同じ譲受人に譲渡されている）は、外的作用を引き起こすことにより、たとえばワークピースとマスクとの間で相対的な運動を起こしてワークピースの上面とキャビティ表面との間である期間の間に存在する付加物に差を生じさせることにより、基板上に導電性材料をめっきする別の方法および装置を説明している。この差が保たれている間、電極(この場合はアノード)と基板との間に電力を印加し、上面よりもキャビティ表面により多くの相対的なめっきを行う。
【０００８】
これらのＥＣＭＤ法は、ワークピース上のキャビティの中および上に、平坦な仕方で金属を堆積することができる。いくつかの方法は、キャビティの中および上に過剰な金属を伴う堆積物を与える可能性さえある。上述したようなプロセスにおいて、パッド、マスク、またはスイーパー（以下、集合的にワークピース表面作用デバイス(ＷＳＩＤ)という）は、電着プロセスの少なくとも一部で使用することができ、この時、ワークピース表面とＷＳＩＤとの間で物理的な接触があるであろう。物理的接触、研磨、または外的作用は、形態に対して上面での成長速度を効果的に減少させることによって金属の成長に影響を与える。ＷＳＩＤが金属表面に近接、典型的には接触することを含むプロセス工程中において、金属の小粒子がＷＳＩＤ材料に付着するであろう。これらの粒子は、それらが基板表面から物理的に除去されたばかりであるか、またはめっき溶液のろ過不良が原因でめっき溶液から生じることによって存在しているであろう。あらゆる場合において、いったん導電性金属粒子がＷＳＩＤ上のある位置に付着すると、それらは電極に対してカソードになるためサイズが大きくなり始めるであろう。さらにそれらは導電性なので、被覆を受けてサイズが大きくなる。
【０００９】
ＥＣＭＥ方法もＷＳＩＤを使用しており、これらの方法を使用している間、ＷＳＩＤはまたワークピースの金属表面に近接し、典型的には接触している。ＥＣＭＥの間にワークピース表面と電極との間に印加される電位を反転させてワークピース表面をアノードにする。それゆえ、材料はワークピース表面から取り除かれる。この金属除去段階でＷＳＩＤを使用しなければ、すなわちワークピース表面に何ら機械的作用がなければ、このプロセスは単に電気化学エッチングまたは電気化学研磨と呼ばれる。一般的に、ＥＣＭＤとＥＣＭＥプロセスの両者を、以下において電気化学機械処理（ＥＣＭＰＲ）と呼ぶことに留意されたい。両者は電気化学工程と機械的作用を含むからである。
【００１０】
導電性粒子に加えて、ＷＳＩＤ材料上に蓄積しうる非導電性粒子もある。非導電性粒子はシステムの他の部分、例えば、ろ過不良が原因でめっき溶液から、またはプロセス中の磨耗および破断が原因でＷＳＩＤ材自体から発生するであろう。
【００１１】
ＷＳＩＤの表面上にまたは近接して、このような粒子が存在することは望ましくない。なぜなら、それらが自由になり、かつＷＳＩＤとワークピース表面との間の界面への進路があると、それらはワークピース表面上の引っかき傷、介在物、または他の欠陥の原因となるか、または特にＷＳＩＤが平坦でない表面プロファイルをもつ場合には実際にＷＳＩＤの表面上に引っかき傷をつける。
【００１２】
それゆえ、このような粒子の除去、またはそれらの成長を制限するプロセス工程は、プロセス収量を増加させ、および粒子がワークピース表面に近接または接触する平坦化金属堆積技術において、特に粒子がワークピース表面に接触するＷＳＩＤ上に設けられる場合に使用されるＷＳＩＤの寿命を増加させるために、非常に重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、電気化学機械処理(ＥＣＭＰＲ)の間に使用されるパッド、マスク、スイーパーまたはＷＳＩＤ上に形成される粒子を除去または粒子サイズを縮小させることである。
【００１４】
本発明の別の目的は、導電性粒子がＥＣＭＰＲの間に使用されるＷＳＩＤ上で形成または成長する速度を制限することである。
【００１５】
本発明のさらに別の目的は、ワークピース上の欠陥を減少させることである。
【００１６】
中でも本発明の上記目的のいくつかは、単独でまたは組合せて、１つの実施例においてＥＣＭＰＲの間に使用されるＷＳＩＤをときどき調整することによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
１つの実施例では、これはＷＳＩＤを調整基板に面して配置し、ＷＳＩＤ上の導電性粒子の除去またはサイズの縮小を引き起こすバイアスを印加することを含む。
【００１８】
別の実施例では、ＷＳＩＤをブラシのような機械的接触部材を使用して調整し、調整をたとえばブラシによるＷＳＩＤの物理的ブラッシングによって行う。
【００１９】
別の実施例では、電着中に使用されるＷＳＩＤを異なる方向に回転させることによって、または連続する基板もしくはワークピースを異なる方向に回転させることによって調整を行う。
【００２０】
以下においてより詳細に説明するように、上記および他の実施例を組合せることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は、好ましい実施例についての以下の詳細な説明を添付図面と併せて読むことによってよりよく理解できる。
【００２２】
ワークピース表面作用デバイス(ＷＳＩＤ)表面上での導電性の、典型的には金属の、または他の粒子の成長を除去する１つの方法は、電気化学機械処理と同時に、または電気化学機械処理を断続的に止めたときに、電気化学機械処理の間に‘粒子除去段階’を使用することである。この工程は粒子を除去するのを補助することができる調整部材を持つ調整システムを使用することを含む。以下に説明するように、この調整部材は、機械的に作動する複数のブラシをもつ調整基板、機械的および電気的に作動する導電性ブラシをもつ導電性調整基板、または電気的に作動する調整導体層の形態をとることができる。もちろん、これらの実施例の変更もあり得る。以下に示すように、電気的に作動する場合には、さらに以下に示すように、被覆するために使用される導体は、めっき溶液中においてバイアス下で陽極酸化またはエッチングされ得ない不活性材料であることが好ましい。
【００２３】
ここで、図面を参照するが、全体を通して同等の符号は同等の部材を示す。図５は、ＥＣＭＤおよびＥＣＭＥプロセスに使用することができる代表的な電気化学機械処理(ＥＣＭＰＲ)システム１００を概略的に示す。我々の例におけるシステム１００は、電極１０２とワークピース１０４とＷＳＩＤ部１０６とを有する。ＥＣＭＤに使用するとき、システムは、堆積すべき金属のイオン種を含み、電極１０２およびワークピース１０４と接触するめっき溶液を含む。代表的な銅めっき溶液は、産業界で一般に使用される硫酸銅溶液でもよい。ワークピース１０４は、導体金属、好ましくは銅でめっきされる、代表的な基板、好ましくはシリコンウェハ部分でもよい。基板１０４は、銅でめっきされる前面１０８およびキャリアヘッド(図示せず)によって保持される底面１１０を有する。前面１０８は図１に示す形態を有しているであろう。
【００２４】
図６は、より詳細に上面１１２および底面１１４を有する代表的なＷＳＩＤ部１０６を図示する。ＷＳＩＤ１０６はまた、上面１１２と底面１１４の間に達する、第１の壁１１８ａおよび第２の壁１１８ｂをもつ側壁１１８によって区切られた代表的なチャネル１１６を有する。チャネルはまた、クローズドエンド１２０とオープンエンド１２２との間を横方向に広がる。この例におけるチャネルはＶ型であるけれども、ウェハと電極の間で流体流通を可能にするあらゆる形状のチャネルを使用することができることが理解できる。
【００２５】
ＥＣＭＤプロセスの間、基板１０４の前面１０８を、平坦な金属堆積のために、ＷＳＩＤ１０６の上面１１２と近接または接触させる。矢印１２４で示しためっき溶液がチャネル１１６に送られるとき、基板１０４は、前面１０８がＷＳＩＤ１０６の上面１１２と接触または上面１１２と近接しながら、回転軸１２６を中心に回転する。浄化の目的のためには、回転軸１２６はチャネル１１６のクローズドエンド１２０が位置する地点にあり、それによって、基板１０４の回転により、基板１０４の前面１０８全体がチャネル１１６と均一に接触することを保証する。溶液が送られてチャネル１１６を満たすとき、基板１０４の前面１０８を濡らす。基板と電極１０２との間に電位を印加した状態で、チャネル１１６を満たす溶液１２４の存在下で、導体または金属たとえば銅は、基板の前面１０８上にめっきされ、基板１０４の前面１０８はまたＷＳＩＤ１０６の上面１１２によって掃除される。ＷＳＩＤ１０６の上面１１２のこの掃除は、金属の平坦な堆積を得ることを補助する。溶液１２４は圧力下で連続的に配送され、その後にチャネル１１６のオープンエンド１２２に向かって矢印１２８の方向にチャネル１１６を通して流れ、ＷＳＩＤ１０６を出る。
【００２６】
上記の説明は、ＷＳＩＤ１０６が静止しているものとして、基板１０４の回転および動きを説明していることに注意すべきである。上述したように、システムは、基板またはＷＳＩＤのいずれかが動くか、またはこれらの両方が動くことを許容し、それによって同一の相対的効果を生じさせることは理解されよう。しかしながら説明を簡単にするために、本発明は基板の動きについて説明してきており、そう説明し続ける。さらに、チャネルの形状は異なっていてもよい。システム１００をＥＣＭＥに用いるとき、ＥＣＭＤに用いられるのと同一のめっき溶液を使用できるが、電解エッチング溶液または電解研磨溶液またはエッチング溶液と置き換えることができる。ＥＣＭＥの場合には、ＷＳＩＤは典型的には上述したようにワークピースと接触するが、基板と電極１０２との間の印加電位は、めっきに用いられるのと逆で、後に説明するように、印加電位を使用する調整基板を使ってＷＳＩＤを調整するときに使用されるのと同一の極性になるであろう。
【００２７】
図７Ａは、基板１０４が上記したＷＳＩＤ１０６上の回転軸１２６を中心に回転するとき、チャネル１１６を通しての平坦化めっきプロセスがどのように進行するかを例示する。カソードＥＣＭＤの場合、溶液１２４中のイオン種が正に帯電することを理解すべきである。それゆえ、堆積の間に堆積が行われている基板表面１０８は、電極１０２(アノードになる)に対してカソード(より負に)になる。電極は不活性電極(例えば、Pt、グラファイト、PtコートされたTi等)でもよいし、基板表面１０８上に堆積されるのと同じ金属(消耗電極)からなっていてもよいことに留意すべきである。カソード電圧を基板表面１０８に印加すると、めっき溶液１２４から基板表面１０８上へ金属が堆積する。しかしながら、上述したように、プロセスが進行するにつれて、粒子１３０がチャネル１１６の側壁１１８上に形成されるであろう。本発明のプロセスにおいては、上記ＥＣＭＤプロセスは、ＷＳＩＤ上の金属粒子の成長が問題となるまで、いくつかの数の基板表面上に金属を被覆することを繰り返してもよい。粒子の成長が起こる速度は、多くの要因、特にどのようにめっきが行われるか、および特にめっき中に使用される印加電圧に依存する。しかしながら、一般的には、１０〜１００ウェハまたは典型的には２０〜５０ウェハを処理した後、望ましくない粒子が問題となり始める。同様に、ＥＣＭＥプロセスにおいて、粒子はまたＷＳＩＤに付着して問題となる。前に述べたように、ＷＳＩＤの表面の上にあるまたは近接したこのような粒子の存在は望ましくない。なぜなら、それらが自由になってＷＳＩＤとワークピース表面との間の界面への進路があると、それらはワークピース表面上の引っかき傷、介在物、または他の欠陥の原因となるか、または特にＷＳＩＤが平坦でない表面プロファイルをもつ場合には実際にＷＳＩＤの表面上に引っかき傷をつける。例えば、このような粒子が０．５ミクロンサイズを超えて成長するときは、本発明の教示を使用して、それらを除去するか少なくともそれらのサイズを小さくすることが望ましい。
【００２８】
ＥＣＭＤ、ＥＣＭＥおよび他のプロセスを連続させて行うことができ、このようなプロセスを何回か行った後に調整工程を行うことができ、その後にこのようなプロセスを何回か行うことができることを理解すべきである。例えば、ＥＣＭＤプロセス、その後にＥＣＭＥプロセス、その後にＥＣＭＤプロセスが典型的である。次に、本発明によるＷＳＩＤの調整を行い、その後に数回のプロセス、例えばもう１セットのＥＣＭＤ、ＥＣＭＥおよびＥＣＭＤプロセスで再開するのが望ましい。代わりに、調整をＥＣＭＤプロセスの後でＥＭＭＥプロセスの前などに行ってもよい。
【００２９】
上述したように、ＷＳＩＤ中のチャネルは異なる形状およびサイズでもよい。図７Ｂは、スリット、好ましくは実質的に平行なスリットとして形成されたチャネル５０２、および上面５０３すなわち掃除表面をもつＷＳＩＤ５００を例示している。チャネル５０２は側壁５０４を有しているであろう。チャネルは、電解液または他の溶液を、電極(図示せず)と回転および横方向への動きができるウェハ５０６の前面(点線で示す)との間に流すようにさせる。この例においてＷＳＩＤの上面５０３は掃除作用を行う。ＥＣＭＤまたはＥＣＭＥ処理が進行するにつれて、粒子５０８は側壁５０４上に付着するであろう。しかしながら、図７Ｃの平面図および図７Ｄの断面図でわかるように、ＷＳＩＤ５００Ａは、ＷＳＩＤ５００Ａの上面５０３Ａと比較してより小さい突出表面５１０を有していてもよい。この実施例において、掃除機能は突出表面５１０によって行われる。以前のケースと同様に、ＥＣＭＰＲが進行するにつれて、粒子５０８は突出表面５１０の側壁５１２上に付着するであろう。以下により十分に説明するように、このような望ましくない粒子は本発明の教示を使用して除去される。
【００３０】
上記実施例においては、チャネルおよび突出表面の側壁を、主要な粒子の成長または存在場所として説明している。しかしながら、このような望ましくない粒子はＷＳＩＤの他の位置、例えばＷＳＩＤの上面にあるかもしれない。図７ＥはＷＳＩＤ部分６００を示す。ＷＳＩＤ６００の上面６０２は、ウェハ表面(図示せず)の機械的掃除を増強できる種々の表面形態６０４を有してもよい。形態６０４は研磨粒子を含んでもよい。図７Ｅに示すように、表面形態上の様々な場所でも、粒子は付着し、いくつかのケースでは成長することがあり、粒子は本発明の教示を使用して除去されるべきである。図７Ｆに示すように、プロセスの間に、ＷＳＩＤの上面６０２の一部６０８は疲労および破損遊離し、粒子６０６を形成し、およびウェハ表面を傷つける。
【００３１】
それゆえ、本発明の教示によるクリーニングプロセスは、そのような疲労部分６０８をそれらが破損して表面から離れた後にクリーニングするだけでなく、いったんそれらが上面と弱く付着するようになると、それらが破損して離れる前にそれらを安全に除去する。
【００３２】
その趣旨で、1つの実施例においては、調整基板１３２を図８に示したように調整導体層１３４で被覆し、基板１０４の代わりに置き換える。調整基板１３２のこの実施例は、ＷＳＩＤ１０６の電気化学的クリーニングを行い、導電性粒子を除去する。以下に説明するように、調整基板の代替実施例は機械的接触部材を持ち、ＷＳＩＤ１０６を機械的に掃き(図１１Ａ参照）、導電性および非導電性粒子の両方を除去してもよい。以下に説明するように、機械的接触部材は、粒子をそれらが蓄積される場所から機械的に除去することができる。図８における調整導体層１３４の表面１３６は、電極１０２と比較して、アノードすなわちより正になり、例えば０．１〜１００mA/cm2および典型的には１〜２０mA/cm2の範囲のアノード電流密度が印加される。このアノード電極はそのような粒子を減少させまたは除去するのに十分な期間、通電されるであろう。この期間は典型的には２〜１０秒の範囲であろう。調整導体は、めっき溶液中において陽極酸化条件下で、陽極酸化もしくはエッチングもしくはその他の特性の変化がない（または少なくとも実質的にない）材料である。またあらゆる粒子を遊離すべきではない。それゆえ硬い被膜からなっていることが好ましい。チタニウム(Ti)、タングステン(Ｗ)およびタンタル(Ｔa)の不活性窒化物、または白金(Pt)もしくはPt含有合金、またはイリジウム(Ir)もしくはIr含有合金は、Ｃu，Ｎi，Ｃoなどを含む普通の金属または金属合金を堆積させる金属堆積プロセスのためのそのような調整導体のよい例である。この調整導体は銅のような非常に低い抵抗をもつ必要がないことに留意すべきである。より低い抵抗も使用することができるけれども、０．１〜１０ohms per squareのシート抵抗で十分である。この点で、調整基板１３２は、調整導体層１３４で被覆された半導体ウェハでもよい。アノード電圧を調整基板１３２上の調整導体層１３４に印加するとき、ＷＳＩＤ１０６上または近接する金属粒子も、電極１０２に対してアノードになる。好ましくは、このプロセスの間、調整導体層の表面はＷＳＩＤの表面と物理的に接触する。上述したように、調整基板１３２上の調整導体層１３４は、アノード電圧によって実質的には影響されないが、しかしながら、金属粒子１３０は陽極酸化されめっき溶液１２４中にエッチングされて。このエッチングプロセスは、粒子１３０を溶液１２４に完全に溶解させるか、またはより小さいサイズにし、それによって典型的にはそれらが位置する場所、例えばそれら自体が付着する側壁１１８から放れ、その結果、流れているめっき溶液１２４によってそれらを洗い流すことができる。
【００３３】
別の実施例において、調整部材を導体または非導体の両方の性質の粒子を機械的に除去するために使用してもよい。図１１Ａに示すように、調整部材２００は、前面２０２および裏面２０４をもつ平板、好ましくはディスク形状である。前面２０２は、機械的接触部材２０６を有し、ＷＳＩＤ１０６を機械的にクリーニングする。機械的接触部材２０６はブラシ、ワイパーなどでよい。この実施例においては、２列のブラシ２０６が、垂直に近い配列で互いに前面２０２の中心で交わるように、前面２０２上に付着されている。図１１Ｂに示すように、別の実施例においては、調整部材２００Ａは前面２０２Ａおよび背面２０４Ａを有する。この実施例においては、前面は、調整部材２００Ａの前面２０２Ａ一面に分布した複数の機械的接触部材２０６Ａを具備する。他のブラシのバリエーションもまた効果的に使用することができる。
【００３４】
ブラシ２０６および調整部材２００は、本明細書において説明しているように、それらが伝導することを必要とする調整が必要であるかどうかに依存して、導電性材料または絶縁体からなっていてもよい。ＷＳＩＤをクリーニングする必要があるとき、調整部材をウェハキャリア、ワークピースホルダー、またはキャリアヘッド上に配置し、調整部材を、回転または他の仕方で動かしながら、ＷＳＩＤ上に下げる。図１２に示すように、作動中、ブラシ２０６と粒子１３０との間の機械的作用によって、導電性であろうと非導電性であろうと、粒子をそれらが位置する場所、例えば側壁１１８から取り除く。めっき溶液は、除去されるであろうあらゆる粒子を洗い流すためにプロセスの間、流し続けるのが好ましい。調整部材２００はＷＳＩＤを機械的にクリーニングするのに使用することができるけれども、上記第１の実施例のように電気化学的なクリーニングに使用することもできる。この場合には、調整部材およびブラシ２０６は、導電性材料からなっていなければならないか、またはめっき溶液中で陽極酸化されない導体で被覆されていなければならない。電気接点２０８はスライド可能にまたは他の仕方で、アノード電位を調整部材に印加することができるように、背面２０４のエッジ部に接続されている。接点接続はちょうどエッジにまたは前面上に形成してもよい。プロセスの間、電位の印加によって導電性ブラシと接触する導電性粒子を選択的に電気化学的に溶解させることができ、一方ブラシの機械的作用により導電性および非導電性粒子の両方を機械的に除去する。
【００３５】
上記実施例において、めっき溶液１２４を使用してワークピースを引き続き処理するとき、ＷＳＩＤの表面は実質的に粒子がなくなるので、粒子はフィルムの完全性を脅かす存在にならない。例えば、調整プロセスを使用しないで銅を堆積すると、ＷＳＩＤを接触させながら２０〜５０ウェハ以上を運転した後に、粒子が１０ミクロン以上のサイズに成長することがあり、これらの粒子の位置はチャネルのエッジに沿って集中する。粒子のサイズおよび成長速度は、基板あたりに使用される電荷およびウェハあたりのプロセスの持続時間に依存して変動する。一般的に、調整プロセスは、いくつかの数のウェハ、例えば１０〜５０のウェハを処理した後に行われるであろうが、調整システムを使用する前に処理するウェハの数は、所望のスループットと許容できる望ましくない粒子の集中との間のバランスを必要とすることが理解されよう。
【００３６】
本発明の別の実施例においては、ＷＳＩＤ１０６のチャネルに沿う、粒子の蓄積および成長の除去、または少なくともそのような粒子の形成及び／又は成長の減少を、プロセス中における基板またはウェハの回転方向を運転ごとに制御することによって達成される。図９に示すように、この実施例においては、第１の基板１３６すなわちウェハを、最初に、第1の基板１３６の処理中に第１の方向１３８に回転する。図１０に示すように、第２の基板１４０すなわちウェハの処理中に、基板１４０を第1の方向１３８とは正反対である第２の方向に回転する。このようにすると、粒子１３０(導電性または非導電性)は、チャネル１１６の第１の側壁１１８ａに沿って蓄積し始めるが、第２の基板１４０の処理サイクルの間に遊離してチャネルに押し出され、それらが成長する機会を与えず、基板上の被膜の質に悪影響を与えない。この方法は特にＥＣＭＤに適用されるが、ＥＣＭＥとともに使用することもできる。
【００３７】
上記に示した実施例を併用してさらに望ましくない粒子の存在を減少させることもできる。
【００３８】
前述したように、ＷＳＩＤは異なるチャネル配置および形状を有していてもよい。図１３，１４および１５に示すように、別の実施例においては、ブラシ部材２５０を含む調整デバイス２４９を、ＷＳＩＤ４００をもつ電気化学機械処理(ＥＣＭＰＲ)システム３００に組み込んでもよい。
【００３９】
図１６〜１８は、本発明によってクリーニングまたは調整できる代表的なＷＳＩＤ４００を示す。但し、図７Ｂまたは７Ｃに示したもののように、あらゆる形状のＷＳＩＤを適したものとして使用することができる。ＷＳＩＤは、後退したチャネル領域４０４を含むチャネルシステム４０２と、突出した掃除または研磨領域４０６とを含む。チャネルシステム４０２は、1以上のチャネルたとえば第１のチャネル４０８および第２のチャネル４１０と、１以上の研磨領域４０６とで構成されるのが好ましい。各々のチャネル４０８、４１０は、クローズドエンド４１２およびオープンエンド４１４を有する。クローズドエンド４１２はＷＳＩＤ４００の中心を形成する。オープンエンド４１４はまた本発明の独自の性質に悪影響を与えることなく、他の方法で形成しもよい。好ましくは、突出した研磨領域４０６は上面４１６および側壁４１８を有する。側壁４１８は後退した領域４０４の表面４０２から上面を上昇させる。突出した研磨領域の上面は、好ましくは同一平面となるように形成される。上面４１６は研磨性であり、プロセス(ＥＣＭＤまたはＥＣＭＥのいずれか)の間にウェハ表面を掃く。上面は図７Ｅに示したようなテクスチャーをつけてもよい。複数の穴４２２がＷＳＩＤ４００の底部表面と後退した領域との間に達している。チャネル領域内のホール４２２は、ホール４２２の内壁および外壁がＷＳＩＤの中心からの所定の半径での弧に一致するような形状に形成され、ＷＳＩＤの中心に近づくにつれて徐々にサイズが小さくなり、スタガーな仕方でＷＳＩＤの中心から対向する両側へ配置されて（ホールは図示したように間隔をあけて一列に並ぶ）、ウェハ全体が電解液の均一な塗布を受けることを保証する。
【００４０】
図１４に戻って参照すると、システム３００は下部チャンバー３０２、上部チャンバー３０４およびウェハを保持するキャリアヘッド３０５を具備する。下部チャンバー３０２は電気化学機械処理(ＥＣＭＰＲ)ユニット３０６を含むチャンバーからなる。ＥＣＭＰＲユニット３０６は電極３０８およびＷＳＩＤ４００を含む。前述したように、プロセスの間に、電解溶液３１２が電極３０８と接触して、ＷＳＩＤ４００上およびＷＳＩＤ４００中を流れる。このようなシステムの１つの態様の説明が、係属中の米国出願No.09/466,014、題名「複数プロセスに用いられる垂直に構成されたチャンバー」（本発明の譲受人によって共通して所有される）に見られる。調整装置はまた、ＥＣＭＰＲユニット３０６に組み込んでもよい。上部チャンバー３０４は、可動ガードまたはフラップ３１４によって下部チャンバー３０２から分離される。この実施例においては、ウェハを上部チャンバー３０４に取り付け、ＥＣＭＰＲのために下部チャンバー３０２へ下げる。いったんＥＣＭＰＲが終了すると、ウェハを保持するキャリアヘッドを上部チャンバー３０４へ上げ、フラップ３１４を閉じる。ウェハを上部チャンバー中ですすいで乾燥している間に、ブラシ部材２５０を使用して下部チャンバー３０２においてＷＳＩＤを調整する。
【００４１】
同じく図１４を参照すると、ブラシ部材２５０をＷＳＩＤの第1末端３２６およびＷＳＩＤの第２末端３２８の間で、矢印ＡおよびＢの方向に動かすことができるブラシアセンブリー３２４によって、ブラシ部材２５０をＷＳＩＤ４００上で動かしてもよい。ブラシアセンブリーは調整装置の一部でもある。ＷＳＩＤ表面上でのブラシ部材の横方向への動きにより、表面を機械的にクリーニングして導電性および非導電性粒子をなくする。第１の位置はブラシ部材２５０のホームポジションであり、ブラシ部材は調整プロセスが終了したときここに保持されている。ブラシ部材２５０はＷＳＩＤを機械的にクリーニングするのに使用できるが、上記の1つの実施例におけるように電気化学クリーニングのために使用することもできる。この場合には、ブラシ部材２５０は導電性材料からなっていなければならないか、またはめっき溶液中で陽極酸化されない導体で被覆されていなければならない。電気接点(図示せず)をブラシ部材２５０に接続して、アノード電位を印加できるようにしてもよい。プロセスの間中、電位の印加により、導電性ブラシと接触する導電性粒子を選択的に電気化学的に溶解させることができ、一方でブラシの機械的作用により導電性および非導電性粒子の両方を機械的に除去する。
【００４２】
図１５に示すように、ブラシ部材２５０は、コネクター３３０によってブラシアセンブリー３２４のベルト３３１に機械的に接続される。駆動モーター３３２が、処理ユニット３０６の側面に沿って同時にベルト３３１を動かす。モーター３３２はベルト３３１、コネクター３３０およびこれに結合されたブラシ部材２５０を矢印ＡおよびＢの方向に動かす。ベルト３２４は、シャフト３３４とホイール３３６を通してモーター３３２に接続される。上述したように、下部チャンバー３０２は可動フラップ３１４によって上部チャンバー３０４から分離される。フラップ３１４の上面は、クリーニングおよびすすぎを行う流体ノズル３１６を有する。この実施例においては、クリーニングおよびすすぎを上部チャンバー３０４において行う。その間、クリーニングおよびすすぎ溶液を、ノズル３１６を通してウェハ表面に送る。使用された溶液は、廃液開口部３２０を通してシステムから出る。プロセスの間、基板キャリアまたはキャリアヘッド３０５は回転している。ＥＣＭＰＲプロセスがいったん終了すると、ＷＳＩＤを下部チャンバー３０２で調整している間、上部チャンバー３０４においてウェハをすすいで乾燥する。ＷＳＩＤ調整の間に、ブラシアセンブリーを作動位置に移動させ、ＷＳＩＤを横切って動かしＷＳＩＤ表面を掃除する。図１５に示すように、プロセスが完了すると、ブラシアセンブリーをホームポジションに戻す。図１５には特定のデザインを開示しているが、多くの異なる構造を用いてＷＳＩＤ上でブラシ部材を動かし、本明細書に開示した調整方法の発明を実施できることを理解すべきである。
【００４３】
図１９および２０は、ブラシ７０４をもつキャリアヘッド７０２を含むさらに別の調整装置７００の側面図、および調整装置７００の底面図を図示する。図示したように、ブラシ７０４はキャリアヘッド７０２の周囲に配置されている。ブラシ７０４は、前述したのと同一の手法で、機械的動作によってＷＳＩＤ７０６を調整するのに備えている。しかし、この実施例においては、ワークピース７０８のＥＣＭＰＲ(ＥＣＭＤであろうとＥＣＭＥであろうと)およびＷＳＩＤ７０６の調整を同一プロセスの間に同時に行うことができる。この特別な状況において、ＷＳＩＤ７０６全体を調整するためには、キャリアヘッドがカバーするＷＳＩＤ部分を効果的にクリーニングできるように、ＷＳＩＤ７０６の横移動が好ましくはキャリアヘッド７０２の半径と等しいかまたはそれ以上であるべきである。
【００４４】
本発明を特定の実施例を参照して説明してきたが、修飾の範囲、種々の変形および置換形態がこれまでの開示で意図されている。いくつかの場合において、本発明のいくつかの特徴は、本発明の精神および適用範囲から逸脱することなく、相当する他の特徴の使用なしに使用されるであろうことが認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】電着技術を使用した半導体基板上への金属めっきの処理段階を示す図。
【図２】電着技術を使用した半導体基板上への金属めっきの処理段階を示す図。
【図３】電着技術を使用した半導体基板上への金属めっきの処理段階を示す図。
【図４】電着技術を使用した半導体基板上への金属めっきの処理段階を示す図。
【図５】代表的な電気化学機械処理システムの種々の構成要素を示す図。
【図６】典型的なＷＳＩＤを示す図。
【図７Ａ】本発明に従って作用することができる代表的なＷＳＩＤ上での粒子の蓄積を示す図。
【図７Ｂ】別の代表的なＷＳＩＤ上での粒子の蓄積を示す図。
【図７Ｃ】さらに別の代表的なＷＳＩＤ上での粒子の蓄積を示す図。
【図７Ｄ】図７Ｃに示されるＷＳＩＤの断面図。
【図７Ｅ】代表的なＷＳＩＤの表面上での粒子の蓄積を示す図。
【図７Ｆ】代表的なＷＳＩＤの疲労した表面上での粒子の蓄積を示す図。
【図８】本発明の実施例による代表的な調整基板の使用方法を示す図。
【図９】本発明の別の代表的な実施例を示す図。
【図１０】本発明の別の代表的な実施例を示す図。
【図１１Ａ】本発明の別の実施例による代表的な調整部材を示す図。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示した調整部材の別の代表的な実施例を示す図。
【図１２】図１１Ａの調整部材の使用方法を示す図。
【図１３】代表的な機械的接触部材およびＷＳＩＤを有するめっきシステムへの機械的接触部材の組み込みを示す図。
【図１４】代表的な機械的接触部材およびＷＳＩＤを有するめっきシステムへの機械的接触部材の組み込みを示す図。
【図１５】代表的な機械的接触部材およびＷＳＩＤを有するめっきシステムへの機械的接触部材の組み込みを示す図。
【図１６】本発明によって清浄化または調整することができる代表的なＷＳＩＤを示す図。
【図１７】本発明によって清浄化または調整することができる代表的なＷＳＩＤを示す図。
【図１８】本発明によって清浄化または調整することができる代表的なＷＳＩＤを示す図。
【図１９】ＷＳＩＤを調整し、一方で電気化学機械処理を行うこともできる調整基板装置を示す図。
【図２０】ＷＳＩＤを調整し、一方で電気化学機械処理を行うこともできる調整基板装置を示す図。
【図１】
2005520043.tif 000003
【図２】
2005520043.tif 000004
【図３】
2005520043.tif 000005
【図４】
2005520043.tif 000006
【図５】
2005520043.tif 000007
【図６】
2005520043.tif 000008
【図７Ａ】
2005520043.tif 000009
【図７Ｂ】
2005520043.tif 000010
【図７Ｃ】
2005520043.tif 000011
【図７Ｄ】
2005520043.tif 000012
【図７Ｅ】
2005520043.tif 000013
【図７Ｆ】
2005520043.tif 000014
【図８】
2005520043.tif 000015
【図９】
2005520043.tif 000016
【図１０】
2005520043.tif 000017
【図１１Ａ】
2005520043.tif 000018
【図１１Ｂ】
2005520043.tif 000019
【図１２】
2005520043.tif 000020
【図１３】
2005520043.tif 000021
【図１４】
2005520043.tif 000022
【図１５】
2005520043.tif 000023
【図１６】
2005520043.tif 000024
【図１７】
2005520043.tif 000025
【図１８】
2005520043.tif 000026
【図１９】
2005520043.tif 000027
【図２０】
2005520043.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月22日(2004.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース表面作用デバイスを調整することを含む処理方法であって、ワークピース表面作用デバイスは溶液を使用してワークピースに作用する少なくとも1つの電気化学機械処理の少なくとも一部分で使用され、前記方法は、
ワークピース表面作用デバイス上に粒子の蓄積を生じさせる電気化学機械処理の間の一定期間に、ワークピース表面作用デバイスでワークピースに作用する工程と、
ワークピース表面作用デバイスを調整する工程であって、調整工程によって蓄積した粒子の数を減少させることおよび蓄積した粒子のサイズを縮小させることの１つをもたらす工程を具備する処理方法。
【請求項２】
調整工程後に、さらに別の電気化学機械処理を行う工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電気化学機械処理は第１の電気化学機械堆積処理であり、別の電気化学機械処理は第２の電気化学機械堆積処理である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１の電気化学機械堆積処理はワークピースに作用し、第２の電気化学機械堆積処理は前記ワークピースと異なる別のワークピースに作用する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
第１の電気化学機械堆積処理はワークピースに作用し、第２の電気化学機械堆積処理は前記ワークピースに作用する請求項３に記載の方法。
【請求項６】
電気化学機械処理は電気化学機械堆積処理であり、別の電気化学機械処理は電気化学機械エッチング処理である請求項２に記載の方法。
【請求項７】
電気化学機械堆積処理はワークピースに作用し、電気化学機械エッチング処理は前記ワークピースに作用する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
電気化学機械処理は電気化学機械堆積処理であり、調整工程において減少する粒子は、電気化学機械堆積処理中に形成および蓄積された導電性粒子である請求項１に記載の方法。
【請求項９】
電気化学機械処理は電気化学機械エッチング処理であり、調整工程において減少する粒子は、電気化学機械エッチング処理中に形成および蓄積された導電性粒子である請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
調整工程において減少する粒子は非導電性粒子である請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
粒子を減少させる調整工程は、電極と調整部材との間に電位差を印加することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
粒子を減少させる調整工程は、さらにワークピース表面作用デバイスと調整部材との間に摩擦性の機械的接触を確立することを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
調整工程は、さらにワークピース表面作用デバイスと調整部材との間に摩擦性の機械的接触を確立することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
作用工程の間に溶液はワークピース表面作用デバイスに形成されたチャネルを通して流れ、調整工程の間にチャネル内に形成された粒子を減少させる請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
溶液を使用するワークピースの電気化学機械処理の間に使用されるワークピース表面作用デバイスから粒子を除去するよう構成された処理装置であって、
電気化学機械処理の間にワークピースに作用するのに適合したワークピース表面作用デバイスをもち、また電気化学的機械処理はワークピース表面作用デバイス上に粒子の蓄積を生じる電気化学機械処理ユニットと；
ワークピース表面作用デバイスから粒子をクリーニングするのに適合し、それによって蓄積した粒子の数を減少させることおよび蓄積した粒子のサイズを縮小させることの1つを生じるコンディショナーを含む処理装置。
【請求項１６】
コンディショナーはホルダーに取り付けられ、ワークピース上のワークピース表面作用デバイスのクリーニングと電気化学機械処理の両方を同時に行うことができるように適合している請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
コンディショナーはそれらの上に複数のブラシをもつ調整基板を含み、複数のブラシは機械的に接触してワークピース表面作用デバイスから粒子を除去するように適合している請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
コンディショナーは複数のブラシを含み、複数のブラシは機械的に接触してワークピース表面作用デバイスから粒子を除去するように適合している請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
ブラシは導電性であり、電圧を受けて電気エッチングによって粒子を除去するように適合している請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
コンディショナーは溶液中で陽極酸化しない調整導体層を含み、調整導体層は蓄積した粒子の数を減少させることおよび蓄積した粒子のサイズを縮小させることの１つを引き起こす電位差に電気的に接続されるように適合している請求項１５に記載の装置。
【請求項２１】
コンディショナーおよび電気化学機械処理システムは垂直に構成されたチャンバーシステムの下部チャンバー内に位置し、垂直に構成されたチャンバーシステムはまた、ワークピースをクリーニングするクリーニングシステムを含む上部チャンバー、および上部チャンバーが使用されるときに下部チャンバーを上部チャンバーから分離するのに適合している可動ガードを含む請求項１５に記載の装置。
【国際調査報告】
2005520043.tif 000029
2005520043.tif 000030
2005520043.tif 000031
2005520043.tif 000032
2005520043.tif 000033