(57)【要約】  本発明は、半導体集積回路技術に関し、ワークピース表面に対して加える力を均一に分布させるための電気化学的機械的処理システムを開示する。このシステムは、ワークピース表面を配置または保持するためのワークピースキャリアとワークピース表面作用デバイス（ＷＳＩＤ）とを含む。ＷＳＩＤは、ワークピース表面に対して加える力を均一に分布させるために使用され、プロセスに使用される様々な層を含み、ワークピース表面に対して均一かつ全体的な力を加える。
2005511888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース表面につけたプロセス溶液および電極とワークピース表面との間の電位差による電気化学的機械的プロセスを用いてワークピース表面を処理する間に、加える低い力を均一に分布させるためのシステムであって、前記システムは、
電気化学的機械的プロセスの間にワークピースを所定の場所に保持するためのワークピースキャリアと、
ワークピースの導電性上面に対して加える低い力を均一に分布させるためのワークピース表面作用デバイス（ＷＳＩＤ）とを備え、ＷＳＩＤは、ＷＳＩＤの上面とワークピースの導電性上面との間で接触および相対運動が生じるときに、ＷＳＩＤの上面をワークピースの導電性上面に順応させるように適合された圧縮性材料を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２】
ＷＳＩＤは、
上面として柔軟な上層と、
硬い底層と、
柔軟な上層と硬い底層との間に配置される圧縮性材料を含む圧縮中間層と
を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
ワークピースキャリアは、処理の間にワークピースを回転させるように適合されている請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
ワークピースキャリアは処理の間にワークピースを横方向に動かすように適合され、加える低い力は1平方インチあたり約1ポンド未満である請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
硬い底層、圧縮層、および柔軟な上層は、それぞれプロセス溶液が通過できる複数の開口部を含む請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
硬い底層は、電極を含む請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
圧縮性材料は、発泡体またはゲルを含む請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
圧縮中間層は、２mm未満圧縮するように適合されている請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
ＷＳＩＤは、
少なくとも２つの圧縮層（圧縮層のうち少なくとも1つは圧縮性材料を含む）と、
少なくとも２つの圧縮層の間に配置される少なくとも１つの硬い支持層と、
１つの圧縮層に付着された柔軟な層（ここで、柔軟な層はワークピース表面と接触する）と
を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
硬い支持層は柔軟な上層および圧縮中間層を支持し、加える低い力は１平方インチあたり約１ポンド未満である請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
硬い支持層、少なくとも２つの圧縮層、および柔軟な層は、それぞれプロセス溶液が通過できる開口部を含む請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
プロセス溶液は、電気メッキ溶液、研磨溶液の１つを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
加える力は、１平方インチあたり約１ポンド未満である請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
ワークピースキャリアは、コイル機構を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
ＷＳＩＤの上面は、実質的にエッジ領域を除くワークピース全体を覆う表面積をもつ請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
ＷＳＩＤの上面は、実質的にワークピースの導電性上面の表面積よりも小さい表面積をもち、さらにＷＳＩＤとワークピースとの間で相対運動を確立するための機構を含み、ＷＳＩＤが実質的にワークピースの表面全体にわたって掃引するようにする、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
ワークピースの導電性上面に対して加える力を均一に分布させるためのワークピース表面作用デバイス(ＷＳＩＤ)であって、
ワークピースの導電性上面と柔軟な層との間で接触および相対運動が生じるときに、ワークピースの導電性上面に順応するように適合された柔軟な層と、
加える力を吸収し、柔軟な層が接触しているワークピースの導電性上面全体に対して加える力に均一性を与えるのを補助するように適合された圧縮性材料と、
柔軟な層および圧縮層を支持するように適合された硬い層（ここで、柔軟な層、圧縮層、および硬い層のそれぞれは、ワークピースの導電性上面に対して加える力を均一に分布させる構造を与える）と
を含むワークピース表面作用デバイス。
【請求項１８】
柔軟な層は、その中に配置された研磨材を含む請求項１７に記載のＷＳＩＤ。
【請求項１９】
柔軟な層は、それぞれクロスハッチ配置に配列された複数のチャネルを含む上部層および下部層を含む複合層を備える請求項１８に記載のＷＳＩＤ。
【請求項２０】
圧縮層、柔軟な層、硬い層は、それぞれ溶液が通過するのを可能にする開口部を含む請求項１７に記載のＷＳＩＤ。
【請求項２１】
圧縮層中の複数の開口部は、複数のチャネルを形成する請求項２０に記載のＷＳＩＤ。
【請求項２２】
複数のチャネルの少なくとも一部は、相互に平行である請求項２１に記載のＷＳＩＤ。
【請求項２３】
柔軟な層はさらに他の複数のチャネルを含み、複数のチャネルの少なくとも一部は他の複数のチャネルの少なくとも一部とクロスハッチ配置で交差する請求項２２に記載のＷＳＩＤ。
【請求項２４】
柔軟な層はトップフィルムおよびボトムフィルムを含み、トップフィルムはその中に配置された研磨材を含み、
他の複数のチャネルはトップフィルム中に形成され、および
複数のチャネルはボトムフィルム中にも形成されている、
請求項２３に記載のＷＳＩＤ。
【請求項２５】
ボトムフィルム中の他の複数のチャネルおよび圧縮層中の他の複数のチャネルは、実質的に整列している請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
圧縮性材料は、発泡体またはゲルを含む請求項１８に記載のシステム。
【請求項２７】
硬い層は、電極を含む請求項１７に記載のＷＳＩＤ。
【請求項２８】
柔軟な層は、その中に配置された研磨材粒子を含む請求項１７に記載のＷＳＩＤ。
【請求項２９】
圧縮層は、複数の圧縮層を含む請求項１７に記載のＷＳＩＤ。
【請求項３０】
柔軟な層は、複数の柔軟なフィルムを含む請求項２９に記載のＷＳＩＤ。
【請求項３１】
硬い層は、複数の硬い層を含む請求項３０に記載のＷＳＩＤ。
【請求項３２】
硬い層は、複数の硬い層を含む請求項２９に記載のＷＳＩＤ。
【請求項３３】
圧縮層は、溶液が通過するのを可能にする開孔ネットワークを含む請求項１７に記載のＷＳＩＤ。
【請求項３４】
圧縮層は、１平方インチあたり１〜１０ポンドの検査力を加えたとき、約２５％圧縮するように適合されている請求項１７に記載のＷＳＩＤ。
【請求項３５】
圧縮層は、２mm未満圧縮するように適合されている請求項１７に記載のＷＳＩＤ。
【請求項３６】
トップフィルムおよびボトムフィルムは、相互にクロスハッチ形状に付着されている請求項２４に記載のＷＳＩＤ。
【請求項３７】
ワークピースの導電性上面を処理する間に、ワークピースキャリアおよびワークピース表面作用デバイス（ＷＳＩＤ）を用いて、導電性上面をもつワークピースに対して加える低い力を均一に分布させるための方法であって、
ワークピースをワークピースキャリア上に支持して導電性上面を処理できるようにし、
処理の間に、ワークピースキャリアおよびＷＳＩＤを相互に対して動かし、ワークピースの導電性上面およびＷＳＩＤの上部表面を接触させ、
上記工程を行いながら、ＷＳＩＤを用いてワークピースの導電性上面に低い力を加え、ＷＳＩＤの上面がワークピースの導電性上面に対して順応するようにする
ことを含むことを特徴とする方法。
【請求項３８】
ＷＳＩＤを通してワークピースにプロセス溶液を流すことをさらに含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
プロセス溶液は、電気メッキ溶液、および研磨溶液の１つを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
加える低い力を使用してＷＳＩＤを２mm未満圧縮する請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
加える低い力は、１平方インチあたり約１ポンド未満である請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
導電性上面と電極との間に電位差を印加する請求項３７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、広く半導体集積回路技術に関し、特に、電気処理または電気化学的装置および処理技術例えば電気メッキを含む材料堆積手法および材料除去技術、例えばワークピース表面に適用される研磨技術に関する。
【発明の背景】
【０００２】
従来の半導体デバイス例えば集積回路（ＩＣ）は、一般に半導体基板、通常シリコン基板、および絶縁材料層によって分離された複数の順次形成された導電性材料層を含む。導電性材料層（または相互接続）は、ＩＣの配線構造を形成する。配線構造は、隣接する配線構造から絶縁層または層間誘電体によって分離される。シリコンＩＣ中で一般に使用される誘電体材料は二酸化ケイ素であるが、ＩＣ構造中で標準的な緻密な二酸化ケイ素材料の少なくとも一部をlow-k誘電体材料と置換するという現在の傾向がある。この置換は高性能のＩＣに必要であり、ＲＣ時定数を減少させて回路の速度を増加させるために必要である。キャパシタンスを減少させるために、相互接続構造中の高誘電率材料をlow-k材料と置換する必要がある。
【０００３】
この業界において使用されてきた様々なlow-k材料がある。これらは有機、無機、スピンオンおよびＣＶＤ材料である。いくつかのlow-k材料は、3.0をかなり下回る誘電率をもつ多孔質体である。周知のように、low-k誘電体を実現することは多くの製造上の難問を与える。例えば、それらの低い機械的強度及び／又は基板に対する密着性不良は、半導体産業におけるいくつかの難題を与える。
【０００４】
ＩＣ相互接続は、メタライゼーションプロセスによって、誘電体中間層にエッチングされた凹部またはキャビィティ中に導体例えば銅を充填することによって形成される。銅は、その低い電気抵抗および望ましいエレクトロマイグレーション性のために相互接続用途のために好ましい導体になってきている。現在、電気メッキは銅メタライゼーションにとって好ましい方法である。
【０００５】
典型的なＩＣにおいては、多層の相互接続構造が、基板表面に対して横方向に延びている。順次の層として形成された相互接続は、凹部例えばバイア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。典型的な相互接続製造プロセスにおいては、絶縁層が最初に半導体基板上に形成される。次にパターニングおよびエッチングプロセスを行い、凹部またはキャビィティ例えばトレンチ、バイア、およびパッドなどを絶縁層中に形成する。その後、銅を電気メッキし凹部を充填する。このような電気メッキプロセスにおいて、ワークピースすなわちウェハ（これらの用語は本明細書中で置き換え可能に使用される）をウェハキャリア上に置き、電解質または電解質溶液がウェハ表面および電極の両方を濡らしている間に、電極に対してカソード（−）の電圧をウェハ表面に印加する。
【０００６】
いったんメッキプロセスを終了すると、材料除去工程例えば化学的機械的研磨（ＣＭＰ）プロセスを行い、過剰な銅の層（銅の過剰被覆とも呼ぶ）をウェハの上面（フィールド領域とも呼ぶ）から除去し、それによって銅のみを凹部内に残す。その後、さらなる材料除去工程を行い、フィールド領域上にある他の導電層例えばバリア／グルー層を除去する。このようにして、凹部内に堆積した銅を、物理的および電気的にお互いから分離する。材料除去プロセスは、これに限るものではないが、ＣＭＰ、エレクトロエッチングおよびエッチングのプロセスを含むことに留意すべきである。さらに、銅およびバリア／グルー層の両方をフィールド領域から１工程で除去するプロセスを使用してもよい。
【０００７】
ＣＭＰ中、メッキしたウェハ表面を移動研磨パッドまたは研磨ベルト上に押し付け、ウェハを回転させながら平坦化する。上述したように、このプロセスは、任意の相互接続レベル上の様々な凹部中に堆積された銅を電気的に分離する。これらのプロセスを複数回繰り返した後、多層の相互接続構造が形成され、バイアまたはコンタクト凹部内の銅が様々な相互接続レベルを電気的に接続する。しかしながら、ＣＭＰプロセスは、プロセス中にウェハ表面上に加わる機械的力のために、low-k誘電体についての問題を生じることがある。例えば、ＣＭＰ中、low-k材料は圧迫されて剥離するかもしれないし、low-k材料の低い機械的強度または密着性不良のために他の欠陥が生じるかもしれない。ＣＭＰプロセスが長くなればなるほど、これらの問題はより顕著になる。従って、ＣＭＰの時間およびウェハ上に加わる力を、特にlow-k絶縁体を使用する際に減少させることが望ましい。
【０００８】
ＣＭＰプロセス中に使用される力または圧力を下げるための試みがある。また、ＣＭＰの代わりにエッチングまたはエレクトロエッチング技術を使用し、銅の過剰被覆をメッキ基板のフィールド領域から除去する試みもある。
【０００９】
ＣＭＰの逆効果は、平坦な銅の薄層をワークピース表面上に与えることができる平坦銅堆積手法を使用することによって最小化または克服してもよい。そのような平坦堆積技術の１つは、電気化学的機械的堆積（ＥＣＭＤ）方法である。ＥＣＭＤの１態様においては、ワークピース表面作用デバイス（ＷＳＩＤ）例えばマスク、パッドまたはスイーパを、電着プロセスの少なくとも一部の間に使用し、その際、ワークピース表面とＷＳＩＤの間で物理的接触および相対運動を起こす。様々な平坦堆積方法および装置の説明は、以下の特許および係属中の特許出願に見出すことができる（全ては本発明の譲受人(assignee)によって共通に所有されている）。米国特許6,176,992「電気化学的機械的堆積のための方法および装置」；米国特許出願09/740,701「外部影響力を用いてワークピースの上表面とキャビティ表面に設けられた添加物の間に差異を生じさせるメッキ方法および装置」（2001年12月18日に出願）；および米国特許出願09/961,193「ワークピースの所定部分への堆積を制御するためのメッキ方法および装置」（2001年9月20日に出願）。これらの特許／特許出願に開示された方法を使用し、ワークピース上のキャビィティ部分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。
【００１０】
ＥＣＭＤ方法を使用し、ワークピース表面を電解質で濡らし、電極に対してカソードにする（電極も電解質で濡らす）。この結果、ワークピースの表面上に材料の堆積を生じる。これらの技術はまた、印加した電圧の極性を逆転しワークピース表面を電極と比較してよりアノードにし、エレクトロエッチングまたはエレクトロポリシングを行うために使用することもできる。ワークピース表面に対してアノード電圧を印加することは、ＣＭＰ機構中にとり入れてもよい。最初にＥＣＭＤ技術を使用して平坦な層を堆積し、次に同じ電解質中または特別のエレクトロエッチングもしくはエレクトロポリシング溶液中で、印加した電圧を逆転することによってこの平坦なフィルムをエレクトロエッチングすることによって、非常に薄い平坦な堆積を得ることができる。このようにして、堆積した層の厚さを、平坦な仕方で減らしてもよい。実際に、このエッチングプロセスは、フィールド領域上の金属の全てまたは大部分が除去されるまで起こりうる。平坦エッチングはＷＳＩＤの有無にかかわらず達成できるので、ＷＳＩＤをエレクトロエッチングプロセス中に使用してもしなくてもよいことに留意すべきである。
【００１１】
より詳細には、ＥＣＭＤ中、ワークピースの表面をＷＳＩＤによって掃引する時間の少なくとも一部の間に、ワークピース表面をＷＳＩＤの表面に対して押しつける（またはその逆）。平坦な堆積は上記したような掃引動作によって起こる。また、スイーパ表面によってワークピース表面上に加わる力を減少させることは、特に構造的に弱いlow-k材料をもつワークピースにとって望ましい。しかしながら、力を減少させると、ワークピース表面とスイーパ表面との間の接触の完全性を保持する必要がある。言い換えれば、この物理的接触は、最適の結果のために均一でかつ再現可能である必要がある。従って、平坦な金属堆積またはエレクトロエッチングの間に基板表面に加わる圧力を最小化する一方で、スイーパ領域全体にわたってこの圧力を均一に分布させるために、改良されたＥＣＭＤ方法および装置に対する要求がある。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、ワークピース表面に対して加える力を均一に分布させるための電気化学的機械的処理システムを開示する。本システムは、ワークピース表面を配置または保持するためのワークピースキャリアおよびワークピース表面作用デバイス（ＷＳＩＤ）を含む。ＷＳＩＤは、ワークピース表面に対して加える力を均一に分布させるために使用され、1つの実施例においては、柔軟な上層、硬い底層、および上層と底層の間に配置される圧縮性の中間層を含む。柔軟な上層はワークピース表面と接触する。柔軟な上層は、単層または複合層でありうる。複合層はさらに研磨用の上部層および下部層を含みうる。
【００１３】
他の実施例において、本発明は、第１の圧縮層および第２の圧縮層、第１および第２の圧縮層の間に配置された硬い支持層、並びに第１の圧縮層に接着した柔軟な層をもつＷＳＩＤであって、柔軟な層がワークピース表面と接触するＷＳＩＤを含むシステムを開示する。
【００１４】
さらなる実施例を本発明中に開示し、以下より詳細に本発明の使用方法も含めて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明のこれらのおよび他の目的および利点は、添付の図面と組み合わせて理解される本発明の好ましい実施例の以下の詳細な説明から明らかになりかつより容易に認識されるようになるであろう。
【図１Ａ】従来の電気化学的機械的処理システムを図示する。
【図１Ｂ】従来のスイーパ構造と接触するウェハの一部を図示する。
【図１Ｃ】本発明に基づいたスイーパ構造と接触するウェハの一部を図示する。
【図２Ａ】従来のウェハ表面のより詳細な一部を図示する。
【図２Ｂ】平坦な銅層を堆積させた図２Ａのウェハ表面を図示する。
【図３Ａ】本発明に基づいたワークピース表面作用デバイスを図示する。
【図３Ｂ】本発明に基づいたワークピース表面作用デバイスの透視図を図示する。
【図３Ｃ】本発明に基づいた操作中のワークピース表面作用デバイスを図示する。
【図３Ｄ】本発明に基づいたワークピース表面作用デバイスの複合層構造の例を図示する。
【図３Ｅ】本発明に基づいたウェハキャリアの他の例を図示する。
【図４】本発明に基づいたワークピース表面作用デバイスの他の例を図示する。
【図５Ａ】本発明に基づいたワークピース表面作用デバイスのさらに他の例を図示する。
【図５Ｂ】本発明に基づいたワークピース表面作用デバイスのさらに他の例を図示する。
【図６】本発明に基づいたワークピース表面作用デバイスのさらに他の例を図示する。
【図７Ａ】本発明に基づいたワークピース表面作用デバイスのさらに他の例を図示する。
【図７Ｂ】本発明に基づいたワークピース表面作用デバイスのさらに他の例を図示する。
【図７Ｃ】本発明に基づいたワークピース表面作用デバイスの上層構造の例を図示する。
【図７Ｄ】本発明に基づいた図７Ｃの上層構造のトップフィルムを図示する。
【図７Ｅ】本発明に基づいた図７Ｃの上層構造のボトムフィルムを図示する。
【図８Ａ】従来のワークピース表面作用デバイスを使用して基板上に形成された不均一な層の例を図示する。
【図８Ｂ】従来のワークピース表面作用デバイスを使用して基板上に形成された不均一な層の例を図示する。
【図８Ｃ】従来のワークピース表面作用デバイスを使用して基板上に形成された不均一な層の例を図示する。
【図８Ｄ】本発明のワークピース表面作用デバイスを使用して基板上に形成された均一な層の例を図示する。
【図８Ｅ】本発明のワークピース表面作用デバイスを使用して基板上に形成された均一な層の例を図示する。
【好ましい実施形態の説明】
【００１６】
以下、本発明をより詳細に説明する。これは本発明の好ましい実施形態のさらなる理解のために役に立つだろう。本明細書中の他の場所で述べたように、各種の実施例の様々な改善および置換が、本明細書中の原理および教示に基づいて可能である。
【００１７】
本発明の好ましい実施例を、図１〜８を参照しながら説明する。同様の部品、構造、層などは様々な図を通して同様の参照番号で示される。さらに、限定するというよりも説明する目的で、本明細書中に特殊なパラメータを規定している。
【００１８】
好ましい実施例を、集積回路用途の相互接続を作製する例を使用しながら説明していく。本発明は、電気メッキされた様々な金属、例えばAu, Ag, Ni, Pt, Pd, Fe, Sn, Cr, Pb, Zn, Coおよびそれらの合金をもつ任意のワークピース上のくぼみ（キャビィティとも呼ぶ）を充填するために使用することができることに留意すべきである。キャビィティを上述した材料で充填することができ、異なる用途例えばパッケージング、フラットパネルディスプレイ、および磁気ヘッドで、本発明を使用することができる。
【００１９】
本発明の1つの実施例においては、平坦な導電層を、新規なワークピース表面作用デバイス（ＷＳＩＤ）構造（ウェハ表面に対して均一かつ低圧を加える）を使用する低圧のＥＣＭＤプロセスによってウェハ表面上に形成する。他の構造を、低圧の電気化学的機械的エッチング（ＥＣＭＥ）プロセスを使用して形成してもよい。以下の説明においては、ＥＣＭＤおよびＥＣＭＥプロセスの両方を、両プロセスともに電気化学的プロセスおよび機械的動作を伴うので、電気化学的機械的処理（ＥＣＭＰＲ）と呼ぶ。
【００２０】
図１Ａは、本発明に基づいて使用され得る従来の電気化学的機械的処理システムを図示する。ＥＣＭＰＲシステム１０は、ワークピースすなわちウェハ１６に近接して配置された開口部１５をもつ従来のＷＳＩＤ１２を含む。ＷＳＩＤ１２を支えている支持プレート１３（多孔質であってもよい）は、開口部または貫通孔１４を含む。ＥＣＭＤを示しているこの例において、ウェハ１６はシリコンウェハであり、導電性金属例えば銅または銅合金でメッキされることになっている。ウェハキャリア１８はウェハ１６を保持し、ウェハ１６の前面２０をＷＳＩＤ１２の上面２２と向かいあって配置するようにする。開口部１５は、電解質溶液２４から前面２０への銅の均一な堆積を確実にするように設計する。エレクトロエッチング、またはＥＣＭＥを使用する場合、堆積溶液もしくは電解質溶液またはエッチング溶液もしくは電解質溶液のいずれかを使用し、前面２０からの均一なエレクトロエッチングが起こるだろう。ウェハ１６の前面２０に面しているＷＳＩＤ１２の上面２２をスイーパとして使用し、ＷＳＩＤ１２それ自体は、全体的かつ均一な堆積またはエッチングのために前面２０へ流れる溶液および電場を確立する。
【００２１】
ＥＣＭＰＲシステム１０は電極２６をも含み、これは溶液２４中に浸漬されている。溶液２４は、ＷＳＩＤ１２中の開口部１５を通して電極２６およびウェハ１６の前面２０と流体流通している。電極２６は、Ｃｕの堆積のためにはＣｕ材料が典型的である。また、電極２６は、不活性電極、例えば、Pt被覆Tiからなるものでもよい。代表的な銅の電解質溶液は、硫酸銅溶液であって、この業界で一般に使用される添加物例えばアクセレータ、サプレッサー、レベラー(leveler)、塩化物などを含むものでもよい。
【００２２】
操作中、ＷＳＩＤ１２の上面２２は、少なくともプロセスの一部の間にウェハ１６の前面２０を掃引する。ＥＣＭＰＲの間ずっとＷＳＩＤ１２を接触させる必要はないことに留意すべきである。平坦なフィルム例えば銅の堆積のために、ウェハ１６の前面２０を電極２６（アノードになる）と比較してカソード（負）にする。エレクトロエッチングのためには、ウェハ表面を電極２６よりもアノードにする。
【００２３】
ＷＳＩＤ１２は、上層２８、中間層３０、および底層３２を含んでいてもよい。上層２８は、研磨材料例えば3M社によって供給される固定研磨フィルムまたはＣＭＰ用途に使用される任意の他のいわゆるパッド材料、例えばRodelによって供給されるポリマーIC-1000材料からなっていてもよい。上層２８の厚さは、典型的には０．１〜２．０mmの範囲にあるだろう。次に、中間層３０は、上層２８のための搭載層である。中間層３０は、典型的には硬いプラスチック材料例えば１．０〜３．０mmの範囲の厚さをもつポリカーボネートからなる。最後に、底層３２は、全構造にとっての圧縮層として使用される。底層３２は、一般にはポリマー発泡材料例えばポリウレタンまたはポリプロピレンからなり、最初の厚さの約２５％だけ（典型的には２．０〜５．０mmの範囲になるだろう）発泡体をゆがめるために約１０〜２０psiの圧力を必要とする典型的な圧縮強度をもつ。2001年9月20日出願の米国特許出願09/960,236「マスクプレートデザイン」（これも本発明と同じ譲受人に譲渡されている）は、様々なＷＳＩＤ実施例を開示している。
【００２４】
「背景」の項において先に述べたように、薄い導電層例えば薄い銅の層の平坦な堆積は、low-kの誘電体用途として魅力的であるけれども、low-k材料を含む基板は、高い応力を受けるべきではない。従来のＷＳＩＤ１２は、ウェハ表面がＷＳＩＤ１２に対して押し付けられる圧力を減少させることによって、low-k誘電体をもつウェハを処理するために使用してもよい。すなわち、圧力をlow-k材料に損傷を与えないように減少させてもよい。しかしながら、ＥＣＭＰＲシステム１０において全体の圧力を減少したときに、必ずしもウェハ１６上の局所的な高圧個所の可能性を排除するわけではない。ＷＳＩＤ１２は、底層３２（比較的硬い発泡体である）の存在のために全体として柔軟な構造であるが、中間層３０の存在のために必ずしも局所的に柔軟なわけではない。上層が相対的に厚い（０．５mmよりも厚い）場合には、ＷＳＩＤ構造の全体的な堅さは増す。図１Ａに示したＷＳＩＤ１２は、ＷＳＩＤ１２の表面とウェハ１６の前面２０との間に全体的かつ均一な接触を提供する。しかしながら、局所的には状況は異なるであろう。ＷＳＩＤ１２およびウェハ１６の前面２０の平坦性が完全な平らではない場合、またはこれらの２つの表面が完全に平行ではない場合、ウェハ１６上のある表面部位は、処理の間、特にそのウェハ１６の表面がＷＳＩＤ１２の表面と最初に接触するとき、他の表面部位よりも高圧にさらされるだろう。例えば、平行性が完全でない場合、ウェハ表面をスイーパ表面上に下げたとき、ウェハ表面の一部分がスイーパ表面と最初に接触するだろう。その結果、ウェハ表面のこの部分は、加える力が一定でスイーパが硬いことから、より高圧にさらされる。
【００２５】
図１Ｂは、従来のスイーパ構造と接触するウェハの一部を図示する。図１Ｂにおいて、ウェハ１６の代表的な部分はスイーパ構造１６Ａと接触する。図のように、ウェハ１６は、非平坦な上面２０をもっているであろう。上面２０はフィールド領域を含んでいるかもしれず、フィールド領域は、その中にくぼみまたはキャビィティを含んでいるかもしれない。上面はすでに堆積された導電層を含んでいてもいなくてもよい。この非平坦な表面は、ウェハがウェハキャリアによって保持されているときにウェハに加わるたわみまたは他の応力、スイーパ構造１６Ａとウェハ１６との間の平行性の喪失、またはフィールド領域の非平坦なトポグラフィーを含む多くの要素によって生じ得る。
【００２６】
従来のスイーパ構造１６Ａをウェハ１６を処理するために使用するとき、ウェハ表面２０のいくつかの部分とスイーパ表面との間の接触領域は均一ではなく、従ってその圧力は不均一である。特に、部位１６Ｂにおいては、ギャップがウェハ表面２０とスイーパ表面１６Ｃとの間に存在し、ウェハ表面に加わる圧力はこの部位では存在しない。このことは、ウェハ表面がスイーパ表面と接触する場所に高圧個所を伴って、全ウェハ表面にわたるスイーピング効率の不均一性を生じる。さらに、その結果として欠損が生じるだろう。また、ウェハ表面上への局所的な高圧の適用は、特にウェハ表面が機械的に弱い層例えばlow-k材料をもつときに圧迫および剥離領域を生じるだろう。
【００２７】
図１Ｃは、本発明に基づいたスイーパ構造と接触するウェハの一部を図示する。本発明のスイーパ構造１６ＡＡは、従来のスイーパ構造よりもより柔らかくかつより柔軟である。スイーパ構造１６ＡＡを使用すると、ウェハ表面とより均一かつ全体的に接触させることができる。言い換えれば、スイーピング効率が均一でありかつ力が均一に分布する。すなわち、低い圧力、典型的には約１．０psiまたはそれ以下、および好ましくは０．５psi以下での使用の間、全体的な接触をスイーパ構造１６ＡＡとウェハ１６との間で起こすことができ、ウェハがウェハキャリアによって保持されているときにウェハに加わるたわみまたは他の応力、スイーパとウェハとの間の平行性の喪失、またはフィールド領域の非平坦なトポグラフィーのためにウェハ１６が平坦でないかどうかに無関係である。
【００２８】
図２Ａは、従来のウェハ表面のより詳細な部位を図示する。ウェハ基板３００は、ウェハ１０３（図３Ａ参照）上に形成されるパターン化した層３０２、好ましくは絶縁層を含む。パターン化した層３０２は、絶縁体例えばlow-k誘電体材料を含んでいてもよく、周知のパターニングおよびエッチング技術を使用して金属の相互接続のデザインルールに従って形成することができる。パターン化した層３０２は、キャビィティまたはギャップ、すなわちフィールド領域３１０によってお互いから分離されている第１のキャビィティ３０６および第２のキャビィティ３０８を含みうる。キャビィティは、第１のキャビィティ３０６がバイアであり、第２のキャビィティ３０８が第２のバイア３０９をもつトレンチであるように形成することができる。バイア３０６は底壁３１２ａおよび側壁３１４ａによって規定される。トレンチ３０８は、底壁３１２ｂおよび側壁３１４ｂによって規定され、底壁３１２ｃおよび側壁３１４ｃによって規定される第２のバイア３０９をもつ。
【００２９】
材料、例えば、Ta, TaN, Ti, TiN, またはWNをもつバリアまたはグルー層３１７の１以上の薄層が、キャビィティおよび基板３００の上面を被覆する。銅の薄いフィルム３１８を、後に電気メッキされる銅層のためにバリア層３１７の上面にシード層として被覆する。銅シード層３１８は、後の堆積の核形成および成長が起こり得るベースを提供する。
【００３０】
図２Ｂは、平坦な銅層をウェハ表面上に堆積させた図２Ａのウェハ表面を図示する。平坦な銅層３２０は、キャビィティ３０６、３０８、３０９中およびフィールド領域３１０上に堆積させることができる。堆積プロセスは、以下により詳細に説明する本発明を使用して行われる。
【００３１】
図３Ａは、本発明に基づいたワークピース表面作用デバイス（ＷＳＩＤ）を図示する。ＷＳＩＤ１００は、ウェハキャリア１０５によって保持されたワークピースすなわちウェハ１０３に非常に近接して配置される。ウェハキャリア１０５は、ｚ軸のまわりを回転するようにおよびｘおよびｙ方向に横にウェハ１０３を動かすように適合されている。この実施例において、ウェハキャリア１０５を安定化させ、ウェハキャリアがプロセス中にジンバル(gimbal)を動かさないようにする。操作中、ウェハ１０３の前面１０４は、一般にｚ軸に対して垂直である。さらに、図２Ａは、ウェハ１０３の前面１０４の詳細な図を示す。本発明のＷＳＩＤ１００およびウェハキャリア１０５は、従来のＥＣＭＰＲシステム１０内に実装してもよい。
【００３２】
図３Ｂは、本発明に基づいたワークピース表面作用デバイスの透視図を示す。ＷＳＩＤ１００は、上層１００ａ、中間層１００ｂ、および底層１００ｃを含む。この実施例においては、上層１００ａは、中間層１００ｂに付着される薄い柔軟なフィルムでもよい。上層１００ａは単層または複合層（すなわち１層以上）でもよい。例えば、上層１００ａが一層以上を含む場合、各層は同一のサイズでなくてもよい。しかしながら、このような複合層の全厚は、０．５mm未満、好ましくは０．２mm未満であるべきである。例えば、図３ＤはＷＳＩＤの複合層構造１７０を図示する。複合層構造１７０は上部層１７２および下部層１７４を含む。この例において、上部層１７２は研磨性であることが望ましい。
【００３３】
図３Ｃは、本発明に基づく操作中のワークピース表面作用デバイスを図示する。ここで図３Ａ〜３Ｃを参照すると、中間層１００ｂは圧縮性かつ軟らかく、底層１００ｃの上部に付着している。底層１００ｃは支持層であり、中間層１００ｂおよび上層１００ａを支持するために十分に硬い。底層１００ｃは多孔性プレートとすることができ、電解質溶液および電場が基板表面に向かって自由に流れるのを可能にする開口部１０７を含むことができる。いくつかの実施例においては、底層１００ｃは電極でありうる。操作中、電解質溶液１０８（堆積すべき金属のイオン種および良質フィルム形成のための添加物を含有）は、電極およびウェハ表面１０４と接触する。
【００３４】
上層１００ａは、約０．５mm以下、好ましくは約０．２mm以下の厚さをもつ柔軟な層である。上層１００ａは比較的平らな表面をもっており、例えば０．０５〜０．５ミクロンサイズの研磨材粒子（例えば、Buehlerまたは3M社から入手可能）、または平らな上面をもつ小径ポストもしくはピラミッド型ポスト例えば3M社によって提供される固定研磨パッドに使用されるものを含むラッピングフィルムでもよい。上層１００ａの表面は、ウェハの表面を効果的に掃引するために研磨性であるのが好ましい。上層１００ａの柔軟性は重要である。言い換えれば、上層１００ａは、たとえウェハ表面が図１Ｃに図示したように完全に平らではないとしても、ウェハ表面に完全に順応するように十分に柔軟であるべきである。
【００３５】
上層１００ａはまた、開口部すなわちチャネル１１６を含み、これらはウェハ１０３上への均一な銅の堆積のために任意の形状もしくはサイズをもっていてもよい。開口部１１６は、ＷＳＩＤ１００を通してウェハ１０３と電極（図示せず）との間に流体を流すのを可能にする限りにおいて任意の形状をもちうる。図３Ａおよび３Ｂに図示したＷＳＩＤ１００は長方形であるが、多くの他の幾何学形状例えば小面積スイーパ（2001年9月20日に出願された米国特許出願09/961,193「ワークピースの所定の部分への堆積を制御するためのメッキ方法および装置」（本発明の譲受人によって共通に所有されている）中に開示されている）の形状にしてもよい。
【００３６】
中間層１００ｂは、発泡体またはゲル状材料からなり、加圧下で容易に圧縮するが、いったん力を除けばその最初の形状を保つ。そのような材料の例は、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ゴム、エチルビニルアセテート、ポリビニルクロリド、ポリビニルアルコール、エチレンプロピレンジエンメチル、これらの組合せ、および類似のものでありうる。中間層１００ｂは、多くの相互接続した開孔ネットワークを含んでもよく、これらの開孔ネットワークは電解質がそれらを通して矢印１０８の方向に向かって浸透するのを可能にする。この実施例においては、中間層１００ｂは開孔構造を含む。中間層１００ｂの圧縮強度は、層１００ｂが約１〜１０psiの検査力（この検査力は、本発明のプロセス中に使用される低い力を上回る）の下で約２５％圧縮することができるようにすべきである。
【００３７】
操作中、中間層１００ｂは、２mm、好ましくは１mm未満の量だけ圧縮すべきであり、ウェハホルダーがｘまたはｙ方向のいずれかに動く場合、ウェハのエッジが上層１００ａを損傷しないようにする。それゆえ、中間層１００Ｂの厚さはこれに応じて選択すべきである。例えば、１psiの圧力が望まれる場合において、操作中に１mmの圧縮を得るためには、２５％たわみに対する圧縮強度が１psiである発泡体を選択した場合、中間層１００ｂの厚さを約４mmとすべきである。しかしながら、低圧ＥＣＭＤプロセスにおいてはより低い圧力が一般に望ましいので、発泡体の厚さは典型的にはより大きく(この例においては１０〜２０mmになるだろう)、また典型的に選択される発泡体はより低い圧縮強度をもつ。中間層１００ｂによってウェハ表面上に加えられる力と圧縮量（図３Ｃにおいて“ｄ”として示す）との間の関係は実質的に線形であり、所定の発泡体について、力は圧縮のレベルとともに増加する（但し、非線形であってもよい）。
【００３８】
前述したように、代表的なＥＣＭＰＲシステム１０は、平坦または非平坦メッキおよび平坦または非平坦エレクトロエッチングを行うことができる。この観点で、非平坦プロセスが望まれる場合、ＷＳＩＤ１００の上層１００ａ近傍にウェハ表面１０４を配置し、非平坦な金属堆積が起こるように接触させないことが好ましい。
【００３９】
さらに、平坦プロセスが望ましい場合、上層１００ａとウェハ表面１０４との間に相対運動を確立させるときに、ウェハ表面１０４を上層１００ａと接触させる。矢印１０８で示した溶液が中間層１００ｂの開孔および上層１００ａのチャネル１１６を通して流れるとき、ウェハ１０３を動かし（すなわち、回転させる及び／又は横方向に動かす）、一方でウェハ表面１０４を上層１００ａと接触させる。ウェハ１０３と電極との間に印加される電位の下、およびＷＳＩＤ１００を通して流れる溶液の存在中、ウェハ表面と電極との間に印加される電圧の極性に依存して、金属たとえば銅を、ウェハ表面１０４上にメッキするかまたはウェハ表面からエッチングする。上層１００ａをウェハ１０３と接触させるときに、上層１００ａはウェハ表面１０４に順応し、均一な接触および圧力を提供する。
【００４０】
先に説明したように、low-k誘電体は機械的に安定ではなく、高い圧縮力例えばプロセス中の１psiを上回る力には耐えられないだろう。ＷＳＩＤ１００の圧縮性によって、銅層の平坦な堆積の間、そのようなlow-k層間層上により小さい圧力を均一に加えることができる。図３Ｃに示したように、ウェハ１０３を上層１００ａに接触させるとき、中間層１００ｂを底層１００ｃの方へ圧縮させることによって、ウェハ１０３上に加わる力を制御してもよい。上記に示したように、ウェハ表面上に加えられる力は、“ｄ”の増加につれて増加する。上層１００ａの柔軟性および上層１００ａを支持している中間層１００ｂの圧縮性によって、ＷＳＩＤ１００は全体的かつ局所的に柔軟である。この構造は、ウェハの前面と柔軟な上層１００ａとの間に局所的かつ全体的に均一かつ低圧の接触を可能にする。ＷＳＩＤ１００とウェハ１０３との間の全体的かつ局所的な接触段階が同時に起こるだろう。
【００４１】
再び図３Ｃを参照すると、ウェハキャリア１０５をＷＳＩＤ１００に向けて下げたとき、ＷＳＩＤ１００は、まず下向きに動いていくウェハキャリア１０５で圧縮される。ウェハキャリア１０５は上層１００ａを曲げ、中間層１００ｂを圧縮する。このとき、瞬間的な均一の全体的接触が上層１００ａとの間に確立されるだろう。次に、中間層１００ｂがその最初の形状に戻ろうとしたとき、中間層１００ｂは、上層１００ａを介してウェハ１０３に対して逆向きの圧力を加える。これらの２つの逆向きに作用する力の間に配置されているとき、上層１００ａは、このプロセスの間にウェハ表面１０４に順応するかまたは局所的に接触する。
【００４２】
説明の目的で、上述したプロセスは２つの段階を必要とした。ウェハキャリア１０５をＷＳＩＤ１００の方へ押付けるとき、ウェハ表面１０４と上層１００ａとの間の局所的な接触は、同時に確立されるであろうことが理解される。また、プロセスの低圧の態様に関しては、ウェハ１０３をＷＳＩＤ１００に接触させるときに、ウェハ１０３によって加えられる力が、ＷＳＩＤ１００を量“ｄ”だけ圧縮させる。ウェハキャリア１０５は安定しているので、ウェハキャリアをＷＳＩＤ１００上で動かしたとき、すなわち、回転させおよび横方向に動かしたとき、“ｄ”は変化しない。“ｄ”が小さい場合、ＷＳＩＤ１００によってウェハ表面上に加えられる力も小さい。“ｄ”が増加するにつれて、圧力はしだいに大きくなる。中間層１００ｂの圧縮強度およびウェハが上層１００ａに対して押付けられる距離“ｄ”を選択することによって、０．０１〜１psiの範囲またはそれ以上の任意の量の圧力を、ウェハ表面に対して均一に加えることができる。前述したように、“ｄ”の好ましい値は１mm未満である。なぜなら“ｄ”が非常に大きく図３Ｃ中のウェハが横方向に移動する場合、ウェハのエッジが柔軟な層１００ａの表面に逆らって動き、最終的には損傷を引き起こしてしまうからである。従って、圧縮層１００ｂの圧縮値を選択する際に、ウェハ表面に加わる所望の圧力または力が２mm未満の距離“ｄ”を生じるようにすることが好ましい。
【００４３】
この例において使用されるウェハキャリア１０５は、プロセスの間は安定化され、ジンバル支持しない。ジンバリングヘッド構造、例えば1999年12月27日に出願された米国特許出願09/472,522「メッキまたは研磨のためのワークピースキャリアヘッド」に記載されているものを使用して、ジンバリングヘッド上にウェハを載せ、ウェハを保持するチャックフェース(chuck-face)上に所定の圧力を加えることにより本発明を実施することもできる。次に、ウェハをＷＳＩＤ１００の方へ下げ、ジンバリング動作が実施可能になるまで上層１００ａに対して押しつける。この場合において、ウェハ表面上の力は、ウェハキャリア１０５によってジンバリングチャック上に加えられる圧力によって決定される。ＷＳＩＤ１００の柔軟かつ圧縮性の性質は、ウェハ表面と上層１００ａの表面との間の均一な接触を失うことなく、０．０１〜１psiの範囲の低い圧力を加えることを可能にする。
【００４４】
図３Ｅは、本発明に基づいたウェハキャリアの他の例を図示する。ウェハキャリア６０５は、ウェハキャリア６０５がコイル機構６１０を含むことを除き、ウェハキャリア１０５に類似する。コイル機構６１０は、一定かつ所望の低い圧力がウェハに印加されることを確実にする。例えば、ＷＳＩＤ６００がより硬い場合、コイル機構６１０をもつウェハキャリア６０５は、一定かつ所望の低い圧力をウェハに印加することを可能にする。また、ウェハキャリア６０５を使用すると、ＷＳＩＤ６００は上記したようにウェハ表面に順応する。例として、ＷＳＩＤ６００（すなわち、パッド）を１〜２psiに見積った場合、０．５psi未満に見積ったコイル機構６１０を使用することで、キャリアヘッド６０５に伝わる低圧も０．５psi未満にすることができる。コイル機構６００はキャリアヘッド６０５を主として垂直方向（ｚ方向）に動くのを可能にすべきである。
【００４５】
図４は、本発明に基づいたワークピース表面作用デバイスの他の例を図示する。ＷＳＩＤは異なる型および形に構成してもよい。例えば、ＷＳＩＤ１５０は第１の圧縮層１５２および第２の圧縮層１５４を含む。圧縮層１５２、１５４は開孔構造をもつスポンジ材料からなっていてもよい。この実施例においては、開口部１５５ａをもつ硬い支持層１５５を第１および第２の圧縮層１５２、１５４の間にはさんでいる。開口部１５５ａは、電解質溶液が第２の圧縮層１５４から第１の圧縮層１５２へ流れるのを可能する。支持層１５５はＷＳＩＤ１５０を支持し、およびウェハをＷＳＩＤに対して押付けるときにＷＳＩＤが均一にへこむのを可能にする。先の実施例のように、ＷＳＩＤ１５０は、第１の圧縮層１５２の上部に付着された最上の柔軟な層１５６を含む。柔軟な層１５６は、メッキプロセス中にウェハ表面を掃引する。柔軟な層１５６の開口部１５８は、電解質が第１の圧縮層１５２からウェハの方へ流れるのを可能にする。本明細書においては２以上の圧縮層および１以上の支持層を使用してもよいことに留意すべきである。構造が厚くなれば厚くなるほど、より柔らかくなる。言い換えると、ウェハをＷＳＩＤ１５０に対して固定距離“ｄ”だけ押しつけるとき、所定タイプの圧縮層のより厚い積み重ねは、ウェハ表面上へのより低い力を与える。
【００４６】
図５Ａおよび５Ｂは、本発明に基づいたワークピース表面作用デバイスのさらに他の例を示す。ＷＳＩＤ２０１は、圧縮層２００の上面２０３から底面２０４へ延びるチャネル２０２をもつ圧縮層２００を含む。この実施例においては、電解質がチャネル２０２を通して流れるように、圧縮層２００は閉孔(closed pore)のスポンジ材料からなることが好ましいけれども、開孔(open pore)のスポンジ材料からなっていてもよい。柔軟な層２０６を圧縮層２００の上面２０３に付着させ、一方で支持プレート２０８を底面２０４に付着させる。チャネル２０２は、柔軟な層２０６および支持層２０８を通して連続的である。柔軟な層２０６は柔軟な固定研磨層を含む。柔軟な層２０６の柔軟な性質と圧縮層２００の圧縮性の両方の組み合わせることによって、ウェハがＷＳＩＤ２０１と均一性のある全体的かつ局所的な接触を確立するのを可能にする。
【００４７】
操作中、図５Ｂに示すように、キャリアヘッドはウェハ１０３をＷＳＩＤ２０１に対して下げる。ウェハ１０３によって加えられる圧力は、ＷＳＩＤ２０１を距離“ｄ”だけ低下させる。先の実施例のように、“ｄ”が増加するかまたはＷＳＩＤ２０１が押し下げられ続けるとき、ウェハ表面上の圧力は増加する。チャネル２０２は、ウェハ表面上への均一な堆積またはウェハ表面からの均一なエッチングを保証するように設計される。また、先の実施例のように、柔軟な層２０６は２以上の層からなる複合層であってもよい。
【００４８】
ＷＳＩＤ２０１は異なる型および形に構成してもよい。例えば、図６は本発明に基づいたワークピース表面作用デバイスのさらに他の例を示す。ＷＳＩＤ２２０は、第１の圧縮層２２２および第２の圧縮層２２４を含む。圧縮層２２２、２２４は閉孔構造をもつスポンジ材料からなっていてもよい。この実施例においては、硬い支持層２２６を第１および第２の圧縮層２２２、２２４の間にはさんでいる。柔軟な層２２８、好ましくは柔軟な研磨層を、第１の圧縮層２２２の上面に付着させる。層２２６、２２４、２２２および２２８を通して形成されているチャネル２３０は、電解質溶液がＷＳＩＤ２２０を通して流れるのを可能にする。支持層２２６はＷＳＩＤ２２０を支持しウェハをＷＳＩＤに対して押付けたときにＷＳＩＤ２２０が均一にへこむのを可能にする。圧縮性材料および支持材料からなる多くの層をこのような構造中に使用してもよい。
【００４９】
図７Ａおよび７Ｂは、本発明に基づいたワークピース作用デバイスのさらに他の例を示す。ＷＳＩＤ３００を、ウェハキャリア１０５によって保持されたワークピースすなわちウェハ１０３と非常に近接して配置する（上述したのに類似の特徴をもつ）。ＷＳＩＤ３００は、トップフィルム３０８およびボトムフィルム３１０を含む上層３０６、中間層３１２、並びに底層３１４を含む。この実施例においては、トップフィルム３０８およびボトムフィルム３１０は薄い柔軟な材料層からなる。上部表面３１５をもつトップフィルムを、ボトムフィルム３１０の上表面３１７に付着させ、今度はこれを中間層３１２の上セクションに付着させる。中間層３１２を底層３１４上に配置する。
【００５０】
上層３０６のトップフィルム３０８は、好ましくは柔軟な研磨フィルム（研磨表面をもつ）であり、効率的にウェハ表面を掃引する。それゆえに、トップフィルム３０８はＥＣＭＰＲのためのスイーパとして機能する。トップフィルム３０８は、０．０５〜５mm、好ましくは０．１〜１mmの範囲の厚さをもち、比較的平らな表面をもつ層であり、例えば０．０５〜０．５ミクロンサイズの研磨材粒子（例えば、Buehlerまたは3M社から入手可能）、または平らな上面をもつ小径ポストもしくはピラミッド型ポスト例えば3M社によって提供される固定研磨パッドに使用されるものを含むラッピングフィルムでもよい。ボトムフィルム３１０は、Mylarまたはポリカーボネート材料からなる薄いフィルムでもよい。ボトムフィルム３１０の厚さは、所望の柔軟性に応じて０．０１〜２mmであろう。トップフィルム３０８の柔軟性および付着されたボトムフィルム３１０の柔軟性は、本発明の実施にとって重要である。１つの実施例において、上層１０６は、たとえ表面が完全に平らでなくても、ウェハ表面に対して完全に順応するのに十分に柔軟である。
【００５１】
中間層３１２は、底層３１４から上層３０６へ延びる開口部すなわちチャネル３２１をもつ圧縮層である。チャネルは、プロセス溶液がＷＳＩＤ３００を通して流れ、かつウェハの表面を濡らすのを可能にする。この実施例においては、チャネル３２１は、圧縮層３１２のセクション３１９の間にあるスリットとして形成される。代わりに、圧縮層３１２は、流体が上層３０６と底層３１４との間を流れるのを可能にする開孔構造を持っていてもよい。底フィルム３１４は支持層であり、圧縮層３１２およびアセンブリ全体を支持するのに十分な硬さである。
【００５２】
ボトムフィルム３１０は、複数の開口部すなわちチャネル３２０を含む。この実施例においては、チャネル３２０を、ボトムフィルム３１０のストライプ３２２の間にある平行なスリットとして形成する。ボトムフィルム３１０のチャネルパターンは、好ましくは圧縮層３１４のチャネルパターンと同一である。トップフィルム３０８は、トップフィルム３０８のストリップ３２６の間にあるスリットとして形成されるチャネル３２４を含む。トップフィルム３０８のチャネルすなわちスリット３２４は、ボトムフィルム３１０のそれよりも大きいであろう。トップフィルム３０８のストリップ３２６は、ボトムフィルム３１０のストリップ３２２上にクロスハッチまたはメッシュの配置に付着される。
【００５３】
クロスハッチ配置は、上層３０６がウェハ１０３と接触する際に、より硬くかつ安定な上層３０６を可能にし、ここで説明した低圧技術の有無に関わらず利用できる。言い換えれば、トップフィルム３０８が実質的にボトムフィルム３１０のチャネル３２０と交差するとき、このことはより硬い上層３０６を提供する。そうではなく、トップフィルム３０８がボトムフィルム３１０のチャネル３２０と交差しない場合、上層３０６を形成するフィルムは、上層がウェハ１０３と接触するときに歪むことがある。
【００５４】
クロスハッチ構造の他の利点は、クロスハッチ構造をもつ層がウェハ表面全体にわたって溶液を均一に分布するのを補助することである。溶液は圧縮層３１２を通して流れ、ボトムフィルム３１０中のチャネル３２０を充填し、その後トップフィルム３０８中のチャネル３２４を充填する。これらのチャネル中に即座にかつ継続的に保持されるプロセス溶液は、ウェハのための効率的で均一に分布した溶液の供給を提供する。クロスハッチングおよび垂直に積み重ねたチャネルネットワークは、プロセス溶液がＷＳＩＤ３００の表面上に制約なく流れるのを可能にする。
【００５５】
図７Ｃは、本発明に基づいたワークピース表面作用デバイスの上層構造の例を示す。上層５００は、トップフィルム５０２（図７Ｄにも図示）およびボトムフィルム５０４（図７Ｅにも図示）を含む。図７Ｄおよび７Ｅは、それぞれ図７Ｃの上層構造のトップフィルムおよびボトムフィルムを図示する。特に、トップフィルム５０２は、斜めのストライプ５０６および真っ直ぐなストライプ５０８を含む。真っ直ぐなストライプ５１０は、トップフィルム５０２の２つの隣接していないコーナー５１０Ａおよび５１０Ｂに局在している。コーナー５１０Ａ、５１０Ｂの真っ直ぐなストライプを使用することにより、このデザインは、ウェハキャリア１０５のエッジに接するかもしれない任意のストライプが、ウェハキャリア１０５が横方向に動くときにウェハキャリア１０５のリーディングエッジ(leading edge)に対して側面で(side-wise)ひっかかるのを防ぐ。ボトムフィルム５０４も真っ直ぐなストライプおよび斜めのストライプを含み、両層からなるクロスハッチ配置を維持している。図７Ｅは圧縮層の上面図でもある。
【００５６】
図８Ａ〜８Ｃは、従来のワークピース表面作用デバイスを使用して基板上に形成された不均一な層の例を示す。図８Ａは、絶縁層４０４中に形成された凹部４０２をもつ基板４００を図示する。基板４００は、もり上がった領域４０８およびくぼんだ領域４１０を含む平坦でない表面４０６をもつ。このような非平坦性は、銅堆積プロセス工程前に行われた理想的でないプロセス条件を含む様々な因子によるものであろう。この表面は、非平坦性を生じさせるという欠点をもつ。さらに、小さな欠陥またはわずかな非平坦性が、多層の堆積を含む後のプロセス工程の間に目立つようになり、顕著な非平坦性の問題を生じる。さらに、表面４０６は、少なくとも１層の相互接続構造を既に受け入れた表面を示しているかもしれない。非平坦性はさらに、ウェハキャリアに関連した問題、例えば欠陥のあるチャックフェース、ｏ−リング、真空システムの問題または機械的な問題を生じるかもしれない。例えば、基板が配置されるチャックフェースに欠陥があるか、または基板が欠陥のあるｏ−リング上に配置され、非平坦性を生じさせるかもしれない。
【００５７】
次に、図８Ｂは、ＥＣＭＤ銅堆積中に非平坦な表面４０６と接触する従来のワークピース表面作用デバイス４１２を図示する。図に示すように、もり上がった領域はデバイス４１２と接触するけれども、くぼんだ領域はデバイス４１２と接触することができず、それによってくぼんだ領域４１０とデバイス４１２との間にギャップを残す。図７Ｃに示すように、プロセスを実施するとき、ギャップ４１４は不均一な厚さをもつ銅フィルム４１６の原因となる。
【００５８】
図８Ｄおよび８Ｅは、本発明のワークピース表面作用デバイスを使用して基板上に形成される均一な層の例を図示する。図８Ｄに示すように、本発明のＷＳＩＤ４１８は、プロセス中にくぼんだ領域４１０およびもり上がった領域４０８に順応し、従って表面４０６に完全に接触する。図８Ｅにおいては、このような条件下で、銅が基板表面にわたって堆積されて均一な層４２０を形成している。
【００５９】
本発明のＷＳＩＤを、ワークピース、例えば半導体ウェハの導電性表面を導電性ワークピース表面に一切電圧を印加することなくエッチングする、すなわち化学エッチングするために使用してもよい。そのようなエッチングプロセスの間、ＷＳＩＤによってワークピース表面上に加えられる均一な低圧は、プロセスの結果、例えば材料の均一な除去をも改善する。エッチャント溶液を、エッチングプロセスを行うために使用してもよい。代表的なエッチャント溶液は、酸化剤例えば過酸化水素および酸性エッチャント例えば硫酸を含む銅溶液であろう。エッチングプロセスの間、エッチャントはＷＳＩＤの開口部を通して流れ、エッチングされる導電性表面に接触し、一方で、物理的接触および相対的な動きがワークピース表面とＷＳＩＤの上層との間に確立される。結果として、均一にかつ一切の電位を印加することなくワークピース表面からの材料の除去が達成される。さらに、低圧でワークピースに接触するＷＳＩＤの上面は、ウェハ表面上のあらゆる欠陥を除去し、除去の均一性に有利に寄与する。
【００６０】
様々な好ましい実施例を上記に詳細に説明してきたけれども、当業者は、代表的な実施例の多くの修飾が、本発明の新規な教示および利点から実質的に離れることなく可能であることを容易に理解するであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
2005511888.tif 000021
【図８Ａ】
2005511888.tif 000022
【図８Ｂ】
2005511888.tif 000023
【図８Ｃ】
2005511888.tif 000024
【図８Ｄ】
2005511888.tif 000025
【図８Ｅ】
2005511888.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月7日(2004.7.7)
【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】
ワークピース表面につけたプロセス溶液および電極とワークピース表面との間の電位差による電気化学的機械的プロセスを用いてワークピース表面を処理する間に、加える低い力を均一に分布させるためのシステムであって、前記システムは、
電気化学的機械的プロセスの間にワークピースを所定の場所に保持するためのワークピースキャリアと、
ワークピースの導電性上面に対して加える低い力を均一に分布させるためのワークピース表面作用デバイス（ＷＳＩＤ）とを備え、ＷＳＩＤは、ＷＳＩＤの上面とワークピースの導電性上面との間で接触および相対運動が生じるときに、ＷＳＩＤの上面をワークピースの導電性上面に順応させるように適合された圧縮性材料を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２】
ＷＳＩＤは、
上面として柔軟な上層と、
硬い底層と、
柔軟な上層と硬い底層との間に配置される圧縮性材料を含む圧縮中間層と
を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
ワークピースキャリアは、処理の間にワークピースを回転させるように適合されている請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
ワークピースキャリアは処理の間にワークピースを横方向に動かすように適合され、加える低い力は1平方インチあたり1ポンド未満である請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
硬い底層、圧縮層、および柔軟な上層は、それぞれプロセス溶液が通過できる複数の開口部を含む請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
硬い底層は、電極を含む請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
圧縮性材料は、発泡体またはゲルを含む請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
圧縮中間層は、２mm未満圧縮するように適合されている請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
ＷＳＩＤは、
少なくとも２つの圧縮層（圧縮層のうち少なくとも1つは圧縮性材料を含む）と、
少なくとも２つの圧縮層の間に配置される少なくとも１つの硬い支持層と、
１つの圧縮層に付着された柔軟な層（ここで、柔軟な層はワークピース表面と接触する）と
を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
硬い支持層は柔軟な上層および圧縮中間層を支持し、加える低い力は１平方インチあたり約１ポンド未満である請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
硬い支持層、少なくとも２つの圧縮層、および柔軟な層は、それぞれプロセス溶液が通過できる開口部を含む請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
プロセス溶液は、電気メッキ溶液、研磨溶液の１つを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
加える力は、１平方インチあたり約１ポンド未満である請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
ワークピースキャリアは、一定の力を加えるためのコイル機構を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
ＷＳＩＤの上面は、実質的にエッジ領域を除くワークピース全体を覆う表面積をもつ請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
ＷＳＩＤの上面は、実質的にワークピースの導電性上面の表面積よりも小さい表面積をもち、さらにＷＳＩＤとワークピースとの間で相対運動を確立するための機構を含み、ＷＳＩＤが実質的にワークピースの表面全体にわたって掃引するようにする、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
ワークピースの導電性上面に対して加える力を均一に分布させるためのワークピース表面作用デバイス(ＷＳＩＤ)であって、
ワークピースの導電性上面と柔軟な層との間で接触および相対運動が生じるときに、ワークピースの導電性上面に順応するように適合された柔軟な層と、
加える力を吸収し、柔軟な層が接触しているワークピースの導電性上面全体に対して加える力に均一性を与えるのを補助するように適合された圧縮性材料と、
柔軟な層および圧縮層を支持するように適合された硬い層（ここで、柔軟な層、圧縮層、および硬い層のそれぞれは、ワークピースの導電性上面に対して加える力を均一に分布させる構造を与える）と
を含むワークピース表面作用デバイス。
【請求項１８】
柔軟な層は、その中に配置された研磨材を含む請求項１７に記載のＷＳＩＤ。
【請求項１９】
柔軟な層は、それぞれクロスハッチ配置に配列された複数のチャネルを含む上部層および下部層を含む複合層を備える請求項１８に記載のＷＳＩＤ。
【請求項２０】
圧縮層、柔軟な層、硬い層は、それぞれ溶液が通過するのを可能にする開口部を含む請求項１７に記載のＷＳＩＤ。
【請求項２１】
圧縮層中の複数の開口部は、複数のチャネルを形成する請求項２０に記載のＷＳＩＤ。
【請求項２２】
複数のチャネルの少なくとも一部は、相互に平行である請求項２１に記載のＷＳＩＤ。
【請求項２３】
柔軟な層はさらに他の複数のチャネルを含み、複数のチャネルの少なくとも一部は他の複数のチャネルの少なくとも一部とクロスハッチ配置で交差する請求項２２に記載のＷＳＩＤ。
【請求項２４】
柔軟な層はトップフィルムおよびボトムフィルムを含み、トップフィルムはその中に配置された研磨材を含み、
他の複数のチャネルはトップフィルム中に形成され、および
複数のチャネルはボトムフィルム中にも形成されている、
請求項２３に記載のＷＳＩＤ。
【請求項２５】
ボトムフィルム中の他の複数のチャネルおよび圧縮層中の他の複数のチャネルは、実質的に整列している請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
圧縮性材料は、発泡体またはゲルを含む請求項１８に記載のシステム。
【請求項２７】
硬い層は、電極を含む請求項１７に記載のＷＳＩＤ。
【請求項２８】
柔軟な層は、その中に配置された研磨材粒子を含む請求項１７に記載のＷＳＩＤ。
【請求項２９】
圧縮層は、複数の圧縮層を含む請求項１７に記載のＷＳＩＤ。
【請求項３０】
柔軟な層は、複数の柔軟なフィルムを含む請求項２９に記載のＷＳＩＤ。
【請求項３１】
硬い層は、複数の硬い層を含む請求項３０に記載のＷＳＩＤ。
【請求項３２】
硬い層は、複数の硬い層を含む請求項２９に記載のＷＳＩＤ。
【請求項３３】
圧縮層は、溶液が通過するのを可能にする開孔ネットワークを含む請求項１７に記載のＷＳＩＤ。
【請求項３４】
圧縮層は、１平方インチあたり１〜１０ポンドの検査力を加えたとき、約２５％圧縮するように適合されている請求項１７に記載のＷＳＩＤ。
【請求項３５】
圧縮層は、２mm未満圧縮するように適合されている請求項１７に記載のＷＳＩＤ。
【請求項３６】
トップフィルムおよびボトムフィルムは、相互にクロスハッチ形状に付着されている請求項２４に記載のＷＳＩＤ。
【請求項３７】
ワークピースの導電性上面を処理する間に、ワークピースキャリアおよびワークピース表面作用デバイス（ＷＳＩＤ）を用いて、導電性上面をもつワークピースに対して加える低い力を均一に分布させるための方法であって、
ワークピースをワークピースキャリア上に支持して導電性上面を処理できるようにし、
処理の間に、ワークピースキャリアおよびＷＳＩＤを相互に対して動かし、ワークピースの導電性上面およびＷＳＩＤの上部表面を接触させ、
上記工程を行いながら、ＷＳＩＤを用いてワークピースの導電性上面に低い力を加え、ＷＳＩＤの上面がワークピースの導電性上面に対して順応するようにする
ことを含むことを特徴とする方法。
【請求項３８】
ＷＳＩＤを通してワークピースにプロセス溶液を流すことをさらに含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
プロセス溶液は、電気メッキ溶液、および研磨溶液の１つを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
加える低い力を使用してＷＳＩＤを２mm未満圧縮する請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
加える低い力は、１平方インチあたり１ポンド未満である請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
導電性上面と電極との間に電位差を印加する請求項３７に記載の方法。
【請求項４３】
ＷＳＩＤは圧縮構造を含み、力を加える工程は、圧縮構造を所定の量で圧縮する工程を含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４４】
力を加える工程は、加える低い力をウェハ表面の上に均一に分布させる工程を含む請求項４３に記載の方法。