(57)【要約】【課題】基板表面から導電性材料を除去するための研磨組成物及びその方法を提供する。【解決手段】一態様において、硫酸又はその誘導体と、リン酸又はその誘導体と、有機塩を含む第１キレート剤と、ｐＨを約２〜約１０にするためのｐＨ調整剤と、溶媒とを含む、基板表面から少なくとも導電材料を除去するための組成物が提供される。組成物はさらに第２キレート剤を含んでいてもよい。この組成物は一段階又は二段階方式の電気化学的機械的平坦化処理において使用することができる。記載の研磨組成物及び方法は、平坦化に伴う欠陥の発生を減しつつ、基板表面からのタングステン等の材料の有効除去速度を改善する。
2007519828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
約０．２容量％〜約５容量％の硫酸又はその誘導体と、
約０．２容量％〜約５容量％のリン酸又はその誘導体と、
約０．１重量％〜約５重量％のクエン酸塩と、
ｐＨを約３〜約８にするためのｐＨ調整剤と、
溶媒を含む基板表面から少なくともタングステン材料を除去するための組成物。
【請求項２】
クエン酸塩がクエン酸アンモニウムを含み、ｐＨ調整剤が水酸化カリウム及びその組み合わせを含む請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
約０．５容量％〜約２容量％の硫酸と、
約０．５容量％〜約２容量％のリン酸と、
約０．５重量％〜約２重量％のクエン酸アンモニウムと、
ｐＨを約６〜約７にするためのｐＨ調整剤と、
溶媒を含む請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
約０．２容量％〜約５容量％の硫酸又はその誘導体と、
約０．２容量％〜約５容量％のリン酸又はその誘導体と、
約０．１重量％〜約５重量％のクエン酸塩と、
アミン基、アミド基、及びその組み合わせから成る群から選択された１つ以上の官能基を有する、約０．５重量％〜約５重量％のキレート剤と、
ｐＨを約６〜約１０にするためのｐＨ調整剤と、
溶媒を含む基板表面から少なくともタングステン材料を除去するための組成物。
【請求項５】
キレート剤がエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、その誘導体及びその組み合わせから成る群から選択される請求項４に記載の組成物。
【請求項６】
約１容量％〜約５容量％の硫酸と、
約１容量％〜約５容量％のリン酸と、
約１重量％〜約５重量％のクエン酸アンモニウムと、
約０．５重量％〜約５重量％のエチレンジアミンと、
ｐＨを約６〜約１０にするための水酸化カリウムと、
脱イオン水を含む請求項４に記載の組成物。
【請求項７】
約１容量％〜約３容量％の硫酸と、
約１容量％〜約３容量％のリン酸と、
約１重量％〜約３重量％のクエン酸アンモニウムと、
約１重量％〜約３重量％のエチレンジアミンと、
ｐＨを約７から約９にするための水酸化カリウムと、
脱イオン水を含む請求項６記載の組成物。
【請求項８】
さらにエッチング阻害剤を含む請求項４記載の組成物。
【請求項９】
第１電極と第２電極とを備えた処理装置内に、タングステン層をその上に有する基板を第２電極と電気的に接触させて配置させる工程と、
硫酸又はその誘導体と、
リン酸又はその誘導体と、
有機塩を含む第１キレート剤と、
ｐＨを約２〜約１０にするためのｐＨ調整剤と、
溶媒を含む研磨組成物を第１電極と基板との間に供給する工程と、
基板と研磨物品とを接触させる工程と、
基板と研磨物品との間に相対運動を付与する工程と、
第１電極と第２電極との間にバイアスを印加する工程と、
タングステン材料層からタングステン材料を除去する工程を含む基板の処理方法。
【請求項１０】
基板を研磨物品に接触させる工程が、基板と研磨物品との間に約１ｐｓｉ以下の圧力を印加することを含む請求項９記載の方法。
【請求項１１】
研磨組成物を１分あたり約１００ミリリットル〜約４００ミリリットルの流速で供給する請求項９記載の方法。
【請求項１２】
相対運動の付与工程が、研磨物品を約７ｒｐｍ〜約５０ｒｐｍで、基板を約７ｒｐｍ〜約７０ｒｐｍで回転させることを含む請求項９記載の方法。
【請求項１３】
バイアスを印加する工程が、第１電極と第２電極との間に約１．８ボルト〜約４．５ボルトのバイアスを印加することを含む請求項９記載の方法。
【請求項１４】
有機塩がクエン酸アンモニウム、クエン酸カリウム、その誘導体及び組み合わせから成る群から選択され、ｐＨ調整剤が水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、その組み合わせから成る群から選択される請求項９記載の方法。
【請求項１５】
研磨組成物が
約０．２容量％〜約５容量％の硫酸又はその誘導体と、
約０．２容量％〜約５容量％のリン酸又はその誘導体と、
有機塩を含む約０．１重量％〜約５重量％の第１キレート剤と、
ｐＨを約２〜約８にするためのｐＨ調整剤と、
溶媒を含む請求項９記載の方法。
【請求項１６】
硫酸又はその誘導体を構成する硫酸と、
リン酸又はその誘導体を構成するリン酸と、
第１キレート剤を構成するクエン酸アンモニウムと、
ｐＨ調整剤を構成する水酸化カリウムと、
脱イオン水を含む請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
研磨組成物が
約０．５容量％〜約２容量％の硫酸と、
約０．５容量％〜約２容量％のリン酸と、
約０．５重量％〜約２重量％のクエン酸アンモニウムと、
ｐＨを約６〜約７にするための水酸化カリウムと、
脱イオン水を含む請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
アミン基、アミド基、及びその組み合わせから成る群から選択された１つ以上の官能基を有する第２キレート剤をさらに含む請求項９記載の方法。
【請求項１９】
第２キレート剤がエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、その誘導体及び組み合わせから成る群から選択される請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
研磨組成物が
約１容量％〜約５容量％の硫酸又はその誘導体と、
約１容量％〜約５容量％のリン酸又はその誘導体と、
約１重量％〜約５重量％の第１キレート剤と、
約０．５重量％〜約５重量％の第２キレート剤と、
ｐＨを約６〜約１０にするためのｐＨ調整剤と、
溶媒を含む請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
硫酸又はその誘導体を構成する硫酸と、
リン酸又はその誘導体を構成するリン酸と、
第１キレート剤を構成するクエン酸アンモニウムと、
第２キレート剤を構成するエチレンジアミンと、
ｐＨ調整剤を構成する水酸化カリウムと、
脱イオン水を含む請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
研磨組成物が
約１容量％〜約３容量％の硫酸と、
約１容量％〜約３容量％のリン酸と、
約１重量％〜約３重量％のクエン酸アンモニウムと、
約１重量％〜約３重量％のエチレンジアミンと、
ｐＨを約７〜約９にするための水酸化カリウムと、
脱イオン水を含む請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
組成物がさらにエッチング阻害剤を含む請求項９記載の方法。
【請求項２４】
第１電極と第２電極とを備えた処理装置内に、その上にタングステン層を有する基板を第２電極と電気的に接触させて配置させる工程と、
硫酸又はその誘導体と、
リン酸又はその誘導体と、
有機塩を含む第１キレート剤と、
アミン基、アミド基、及びその組み合わせから成る群から選択された１つ以上の官能基を有する第２キレート剤と、
ｐＨを約６〜約１０にするためのｐＨ調整剤と、
溶媒を含む第１研磨組成物を第１電極と第２電極との間に供給する工程と、
基板と研磨物品とを第１圧力で接触させる工程と、
基板と研磨物品との間に第１相対運動を付与する工程と、
第１電極と第２電極との間に第１バイアスを印加する工程を含む処理によって基板を研磨してタングステン層の第１部分を除去する工程と
硫酸及びその誘導体と、
リン酸及びその誘導体と、
有機塩を含む第１キレート剤と、
ｐＨを約２〜約８にするためのｐＨ調整剤と、
溶媒を含む第２研磨組成物を第１電極と基板との間に供給する工程と、
基板と研磨物品とを第２圧力で接触させる工程と、
基板と研磨物品との間に第２相対運動を付与する工程と、
第１電極と第２電極との間に第２バイアスを印加する工程を含む処理によって基板を研磨してタングステン層の第２部分を除去する工程を含む基板の処理方法
【請求項２５】
第１及び第２圧力が約１ｐｓｉ以下である請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
第１及び第２研磨組成物が１分あたり約１００〜約４００ミリリットルの流速で供給される請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
第１及び第２相対運動の付与工程が、研磨物品を約７ｒｐｍ〜約５０ｒｐｍで、基板を約７ｒｐｍ〜約７０ｒｐｍで回転させることを含む請求項２４記載の方法。
【請求項２８】
第１及び第２電極間に印加する第１バイアスが約２．５ボルト〜約４．５ボルトであり、第１及び第２電極間に印加する第２バイアスが約１．８ボルト〜約２．５ボルトである請求項２４記載の方法。
【請求項２９】
有機塩がクエン酸アンモニウム、クエン酸カリウム、その誘導体及び組み合わせから成る群から選択され、ｐＨ調整剤が水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、その組み合わせから成る群から選択される請求項２４記載の方法。
【請求項３０】
第１組成物が
約１容量％〜約５容量％の硫酸と、
約１容量％〜約５容量％のリン酸と、
約１重量％〜約５重量％のクエン酸アンモニウムと、
約０．５重量％〜約５重量％のエチレンジアミンと、
ｐＨを約６〜約１０にするためのｐＨ調整剤と、
脱イオン水を含む請求項２４記載の方法。
【請求項３１】
第１組成物が
約１容量％〜約３容量％の硫酸と、
約１容量％〜約３容量％のリン酸と、
約１重量％〜約３重量％のクエン酸アンモニウムと、
約１重量％〜約３重量％のエチレンジアミンと、
ｐＨを約７〜約９にするための水酸化カリウムと、
脱イオン水を含む請求項２４記載の方法。
【請求項３２】
第２組成物が
約０．２容量％〜約５容量％の硫酸と、
約０．２容量％〜約５容量％のリン酸と、
約０．１重量％〜約５重量％のクエン酸アンモニウムと、
ｐＨを約２〜約８にするためのｐＨ調整剤と、
脱イオン水を含む請求項２４記載の方法。
【請求項３３】
第２組成物が
約０．５容量％〜約２容量％の硫酸と、
約０．５容量％〜約２容量％のリン酸と、
約０．５重量％〜約２重量％のクエン酸アンモニウムと、
ｐＨを約６〜約７にするための水酸化カリウムと、
脱イオン水を含む請求項２４記載の方法。
【請求項３４】
第１組成物がさらにエッチング阻害剤を含む請求項２４記載の方法。
【請求項３５】
第２組成物がさらにエッチング阻害剤を含む請求項２４記載の方法。
【請求項３６】
第１電極と第２電極とを備えた処理装置内にタングステン材料層をその上に有する基板を第２電極と電気的に接触させて配置させる工程と、
硫酸又はその誘導体と、
リン酸又はその誘導体と、
有機塩を含む第１キレート剤と、
ｐＨを約３〜約８にするためのｐＨ調整剤と、
溶媒を含む研磨組成物を第１電極と基板との間に供給する工程と、
基板表面上にポリタングステン層を形成する工程と、
基板を研磨物品に接触圧力で接触させる工程と、
基板と研磨物品との間に相対運動を付与する工程と、
第１電極と第２電極との間にバイアスを印加する工程を含む基板の処理方法。
【請求項３７】
ポリタングステン層が、タングステン材料よりも低速の層除去速度で除去される請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
接触圧力が約０．０１ｐｓｉ〜約１ｐｓｉである請求項３６記載の方法。
【請求項３９】
研磨組成物を１分あたり約１００ミリリットル〜約４００ミリリットルの流速で供給する請求項３６記載の方法。
【請求項４０】
相対運動の付与工程が、研磨物品を約７ｒｐｍ〜約５０ｒｐｍで、基板を約７ｒｐｍ〜約７０ｒｐｍで回転させることを含む請求項３６記載の方法。
【請求項４１】
第１及び第２電極間のバイアスが約１．８〜約２．５ボルトである請求項３６記載の方法。
【請求項４２】
組成物が
約０．２容量％〜約５容量％の硫酸と、
約０．２容量％〜約５容量％のリン酸と、
約０．１重量％〜約５重量％のクエン酸アンモニウムと、
ｐＨを約３〜約８にするためのｐＨ調整剤と、
脱イオン水を含む請求項３６記載の方法。
【請求項４３】
組成物が
約０．５容量％〜約２容量％の硫酸と、
約０．５容量％〜約２容量％のリン酸と、
約０．５重量％〜約２重量％のクエン酸アンモニウムと、
ｐＨを約６〜約７にするための水酸化カリウムと、
脱イオン水を含む請求項３６記載の方法。
【請求項４４】
組成物がさらにエッチング阻害剤を含む請求項３６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
【０００２】
本発明の態様は基板から導電材料を除去するための組成物及び方法に関する。
【関連技術の背景】
【０００３】
半導体デバイスの次世代型超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）と超々大規模集積回路（ＵＬＳＩ）にとって鍵となる技術の１つが、ハーフミクロン以下の構成要素を信頼度高く製造することである。しかしながら、回路技術の制約に押され、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩ技術における相互接続部の小型化は、処理能力に更なる課題をもたらすこととなった。相互接続部を信頼性高く形成することが、ＶＬＳＩとＵＬＳＩの成功と個々の基板とダイの回路密度や品質を向上するための継続的な取り組みに重要である。
【０００４】
多層相互接続部は、構成要素を形成する基板表面上に順次材料を堆積・除去することで形成される。材料層が順次堆積・除去されるにつれ、基板の最上面全体が非平坦となり、さらなる処理を施す前に平坦化が必要となる。平坦化又は「研磨」とは、基板表面から材料を除去してほぼ均一で平坦な表面を形成する処理のことである。平坦化は、過剰に堆積された材料や、表面粗さ、塊状の材料、結晶格子の損傷、擦過傷、及び汚染層や材料といった望ましくない表面形状と表面欠陥を取り除いて、次に行うフォトリトグラフィ及びその他の半導体製造工程に供するための均一な表面を提供するのに有用である。
【０００５】
金属表面、特に図１Ａ及び１Ｂに図示されるようなダマシンのインレイのタングステン表面を、機械作用に加えて化学作用も用いて層を平坦化する化学機械的研磨（ＣＭＰ）でもって高い表面平坦性で平坦化することは非常に困難である。ダマシンのインレイの形成は酸化ケイ素層等の層間誘電体に構成要素画成部をエッチングすることを含んでおり、構成要素画成部及び基板表面上にバリヤ層を備えることもあり、バリア層及び基板表面上に厚いタングステン材料層を堆積する。タングステン材料を化学機械的に研磨して基板表面上の余分なタングステンを除去しても、タングステン表面を十分に平坦化できないことが多い。タングステン材料を完全に除去するための化学機械的研磨技術にはディッシングやエロージョンといったトポグラフ的な欠陥を伴うことが多く、その後の基板処理に影響してくる。
【０００６】
層間誘電体の構成要素画成部に形成された相互接続部の金属インレイの表面の一部分だけを過剰に研磨するとディッシングが起こり、凹部又はくぼみと称される凹状部が１つ以上形成される。図１Ａを参照すると、タングステン（W）又はタングステン合金等の金属を、二酸化ケイ素等の層間誘電体１０に形成されたダマシン開口部に堆積させることで、導電線１１及び１２のダマシンインレイが形成されている。図示していないが、チタン及び/又は窒化チタン等のタングステンに適した材料から成るバリア層を層間誘電体１０及び金属インレイ１２との間に堆積させてもよい。平坦化に引き続いて、金属インレイ１２の一部が量Ｄだけくぼむ場合があり、量Ｄはディッシング量を表す。ディッシングは基板表面上の、幅が広く密度の低い構成要素で起こりやすい。
【０００７】
従来の平坦化技術はエロージョンを引き起こすこともあり、金属構成要素を取り巻く誘電体層等の、除去する必要のない層を過剰に研磨することを特徴とする。図１Ｂを参照すると、金属線２１及び金属線２２の高密度アレイが層間誘電体２０にインレイされている。金属線２２を研磨することで金属線２２間の層間誘電体２０に損失又はエロージョンＥが起こることがある。エロージョンは基板表面に形成されたより狭くより高密度な構成要素の近傍で起こることが報告されている。従来のタングステンＣＭＰ研磨技術を修正すると速度が所望の研磨速度より遅くなり、研磨状態が商業的許容範囲を下回った。
【０００８】
従って、平坦化中のトポグラフ的欠陥の発生を最小限に抑えることのできる、余分なタングステン材料等の導電材料を基板から除去するための組成物及び方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の態様は、電気化学的研磨技術によって導電材料を除去するための組成物及び方法を提供する。一態様において、約０．２容量％〜約５容量％の硫酸又はその誘導体と、約０．２容量％〜約５容量％のリン酸又はその誘導体と、約０．１重量％から約５重量％のクエン酸塩と、ｐHを約３〜約８にするためのｐH調節剤と、溶媒を含む基板表面から少なくともタングステン材料を除去するための組成物を提供する。
【００１０】
本発明の態様は、電気化学的研磨技術によってタングステン材料を除去するための組成物及び方法を提供する。一態様において、約０．２容量％〜約５容量％の硫酸又はその誘導体と、約０．２容量％〜約５容量％のリン酸又はその誘導体と、約０．１重量％から約５重量％のクエン酸塩と、アミン基、アミド基、及びその組み合わせから成る群から選択された１つ以上の官能基を有する約０．５重量％〜約５重量％のキレート剤を含む基板表面から少なくともタングステン材料を除去するための組成物を提供する。
【００１１】
別の態様においては、この組成物を基板を処理するための方法で使用し、この方法は、第１電極と第２電極とを有する処理装置内にタングステン層をその上に有する基板を第２電極と電気的に接触させて配置する工程と、硫酸及びその誘導体、リン酸及びその誘導体、有機塩を含む第１キレート剤、ｐHを約２〜約１０にするためのｐH調節剤及び溶媒を含む研磨組成物を第１電極と基板との間に供給する工程と、基板と研磨物品とを接触させる工程と、基板と研磨物品との間に相対運動を付与する工程と、第１電極と第２電極との間にバイアスを印加する工程と、タングステン材料層からタングステン材料を除去する工程を含む。
【００１２】
別の態様においては、この組成物を基板を処理するための方法で使用し、この方法は、第１電極と第２電極とを有する処理装置内にタングステン層をその上に有する基板を第２電極と電気的に接触させて配置する工程と、硫酸及びその誘導体、リン酸及びその誘導体、有機塩を含む第１キレート剤、アミン基、アミド基、及びその組み合わせから成る群から選択された１つ以上の官能基を有する第２キレート剤、ｐHを約６〜約１０にするためのｐH調節剤及び溶媒を含む第１研磨組成物を第１電極と基板との間に供給する工程と、基板と研磨物品とを第１圧力で接触させる工程と、基板と研磨物品との間に第１相対運動を付与する工程と、第１電極と第２電極との間に第１バイアスを印加する工程を含む処理により基板を研磨してタングステン層の第１部分を除去する工程と、硫酸及びその誘導体、リン酸及びその誘導体、有機塩を含む第１キレート剤、ｐＨを約２〜約８にするためのｐH調節剤、溶媒とを含む第２研磨組成物を第１電極と基板との間に供給する工程と、基板と研磨物品とを第２圧力で接触させる工程と、基板と研磨物品との間に第２相対運動を付与する工程と、第１電極と第２電極との間に第２バイアスを印加する工程を含む処理により基板を研磨してタングステン層の第２部分を除去する工程を含む。
【好ましい態様の詳細な説明】
【００１３】
概して、本発明の態様は基板表面から少なくともタングステン材料を除去するための組成物及び方法を提供する。本発明を、電気化学的機械的研磨（ＥＣＭＰ）技術により基板表面からタングステン材料を除去するための平坦化処理に準じて以下に詳述する。
【００１４】
本明細書で使用する語句は特に定義されない限り、当業者により当該技術分野において通常及び慣習的に用いられる意味を持つものである。化学的研磨は広義に解釈されるべきであり、化学反応を用いた基板表面の平坦化を含むがこれに限定されるものではない。電気的研磨は広義に解釈されるべきであり、電気化学的作用を用いた基板の平坦化を含むがこれに限定されるものではない。電気化学的機械的研磨（ＥＣＭＰ）は広義に解釈されるべきであり、電気化学的作用、機械作用、及び化学作用を用いて基板表面から材料を除去する基板の平坦化を含むがこれに限定されるものではない。
【００１５】
陽極溶解は広義に解釈されるべきであり、陽極バイアスを基板に直接又は間接的に印加して導電材料を基板表面から除去・周囲の研磨組成物に取り込むことを含むが、これに限定されるものではない。研磨組成物は広義に解釈されるべきであり、イオン導電性を付与しそれに伴い液状媒質では導電性を付与する組成物を含むが、これに限定されるものではなく、通常、電解液成分として知られる物質を含み、ている。研磨組成物中の各電解液成分は容量％又は重量％で測ることができる。容量％とは、所望の液体成分の容量を完全溶液の液体部分全部の全容量で割ったものをパーセンテージで表したものである。重量％とは、所望の成分の重量を完全溶液における液状成分全部の全重量で割ったものをパーセンテージで表したものである。
【００１６】
装置
図２は、基板を電気化学的に処理するための装置を有する平坦化システム１００の一態様の平面図である。例示のシステム１００は通常、ファクトリインタフェース１０２、ローディングロボット１０４、及び平坦化モジュール１０６を含む。ファクトリインタフェース１０２と平坦化モジュール１０６間での基板１２２の移送を円滑にするために、ローディングロボット１０４はファクトリインタフェース１０２と平坦化モジュール１０６に近接して設置されている。
【００１７】
システム１００のモジュールの制御と統合を円滑にするために、コントローラ１０８が装備されている。コントローラ１０８は中央演算処理装置（CPU）１１０、メモリ１１２、支援回路１１４を含む。コントローラ１０８はシステム１００の様々な構成部品に結合されており、例えば、平坦化、洗浄、移送工程などの制御を円滑にする。
【００１８】
ファクトリインタフェース１０２は通常、洗浄モジュール１１６及び１つ以上のウエハカセット１１８を備える。インタフェースロボット１２０を使用して、ウエハカセット１１８、洗浄モジュール１１６、及び投入モジュール１２４間で基板１２２を移送する。投入モジュール１２４は、平坦化モジュール１０６とファクトリインタフェース１０２との間での例えば真空グリッパ又は機械クランプ等のグリッパ（図示せず）による基板１２２の移送を円滑にするよう位置決めされている。
【００１９】
平坦化モジュール１０６は少なくとも、環境制御されたエンクロージャ１８８内に配置された第１電気化学的機械的平坦化（ＥＣＭＰ）ステーション１２８を備える。本発明での使用に効果的な平坦化モジュール１０６の例としてはミラ（MIRRA、商標名）、ミラ・メサ（MIRRA MESA、商標名）、REFLEXION（リフレキション、商標名）、リフレキションＬＫ（REFLEXION LK、商標名）、リフレキションＬＫ ＥＣＭＰ（REFLEXION LK ECMP）化学機械的平坦化システムが挙げられ、全てカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から入手できる。処理パッド、平坦化ウェブ又はその組み合わせを使用する平坦化モジュール及び平坦化表面に対して基板を回転運動、直線運動、その他の平面運動させる平坦化モジュールを含むその他の平坦化モジュールも、本発明での使用に効果的である。
【００２０】
図２の態様において、平坦化モジュール１０６は第１ＥＣＭＰステーション１２８、第２ＥＣＭＰステーション１３０、及び第３ＥＣＭＰステーション１３２を備える。基板１２２上に配置された導電材料のバルク除去は、第１ＥＣＭＰステーション１２８で電気化学的溶解処理により行われる。あるいは、第１ステーション１２８はタングステン等の導電材料の除去用の従来の化学機械的研磨プラテン、第２ステーション１３０は本明細書に記載のＥＣＭＰステーションである。第１ＥＣＭＰステーション１２８でバルク材料の除去を行った後、残留する導電材料を、その一環として残留導電材料の除去工程を含む多段階電気化学的機械的処理によって第２ＥＣＭＰステーション１３０で基板から除去する。別のステーションでバルク除去処理を行った後、１つ以上のＥＣＭＰステーションを利用して多段階除去処理を行ってもよい。あるいは、第１及び第２ＥＣＭＰステーション１２８、１３０のそれぞれを利用して、１つのステーション上でバルク及び多段階導電材料除去の双方を行ってもよい。また、全てのＥＣＭＰステーション（例えば、図２で図示のモジュール１０６の３つのステーション）を導電層を二段階除去方式で処理するよう設計してもよい。モジュール１０６の一態様において、第３ステーション１３２は、第１及び第２ステーション１２８、１３２上での導電材料除去に続いて、例えばチタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル等のバリア層材料を除去するのに使用される。あるいは、第３ステーション１３２は、バリア材料を除去するための、従来の化学機械的研磨プラテンである。
【００２１】
例示の平坦化モジュール１０６は、機械ベース１４０の上部又は第１面１３８上に設置された移送ステーション１３６及びカルーセル１３４も備える。一態様において、移送ステーション１３６は、投入バッファステーション１４２、取出バッファステーション１４４、移送ロボット１４６、及びロードカップアセンブリ１４８を備える。投入バッファステーション１４２はローディングロボット１０４によりファクトリインタフェース１０２から基板を受け取る。ローディングロボット１０４は、研磨した基板を取出バッファステーション１４４からファクトリインタフェース１０２に戻す際にも利用する。移送ロボット１４６は、基板をバッファステーション１４２、１４４、及びロードカップアセンブリ１４８間で移動させるのに利用される。
【００２２】
一態様において、移送ロボット１４６は二つのグリッパアセンブリ（図示せず）を有しており、各グリッパアセンブリは基板縁部で基板を把持する空圧式グリッパフィンガを有する。移送ロボット１４６は処理する基板を投入バッファステーション１４２からロードカップアセンブリ１４８に移送すると同時に、処理した基板をロードカップアセンブリ１４８から取出バッファステーション１４４に移送する。有利に使用できる移送ステーションの一例が、２０００年１２月５日発行の米国特許第６，１５６，１２４号にトビン（Tobin）によって記載されており、引用により本願に組み込まれる。
【００２３】
カルーセル１３４はベース１４０の中心に配置されている。カルーセル１３４は通常、複数のアーム１５０を備えており、各アームは平坦化ヘッドアセンブリ１５２を支持している。図２に示すアーム１５０のうち２つは、第１ＥＣＭＰステーション１２８の移送ステーション１３６と平坦化表面１２６が見えるように、想像線で示されている。カルーセル１３４は、平坦化ヘッドアセンブリ１５２が平坦化ステーション１２８、１３０、１３２、及び移送ステーション１３６との間で移動できるようにインデックス送りが可能である。有利に使用できるカルーセルの１つが、１９９８年９月８日発行の米国特許第５，８０４，５０７号でパーロブ（Perlov）らによって記載されており、引用により本願に組み込まれるものとする。
【００２４】
調整装置１８２が各平坦化ステーション１２８、１３０、１３２に隣接してベース１４０上に配置されている。調整装置１８２は、ステーション１２８、１３０、１３２に置かれた平坦化材料を定期的に調整して均一な平坦化を維持している。
【００２５】
図３は、第１ＥＣＭＰステーション１２８の一態様上に位置する平坦化ヘッドアセンブリ１５２の１つの断面図である。第２及び第３ＥＣＭＰステーション１３０、１３２を同様に構成してもよい。一般的に、平坦化ヘッドアセンブリ１５２は、平坦化ヘッド２０４に連結された駆動システム２０２を備えている。通常、駆動システム２０２は平坦化ヘッド２０４に少なくとも回転運動を与える。さらに、平坦化ヘッド２０４内に保持された基板１２２が処理中に第１ＥＣＭＰステーション１２８の平坦化表面１２６に押し当てられるように、平坦化ヘッド２０４を第１ＥＣＭＰステーション１２８方向に向って作動させてもよい。駆動システム２０２には、平坦化ヘッド２０４の回転速度及び方向を制御するための信号を駆動システム２０２に送るコントローラ１０８が連結されている。
【００２６】
一態様において、平坦化ヘッドはアプライドマテリアル社製のチタンヘッド（TITAN HEAD、商標名）又はチタンプロフィラー（TITAN PROFILER、商標名）ウエハキャリアである。一般的に、平坦化ヘッド２０４はハウジング２１４及び中央凹部を規定する保持リング２２４を含み、ており、この中央凹部に基板１２２が保持される。保持リング２２４は、平坦化ヘッド２０４内に配置された基板１２２を取り巻いており、処理中に平坦化ヘッド２０４の下から基板が滑り落ちるのを防ぐ。保持リング２２４は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のプラスチック材、又はステンレススチール、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ等の導電材料、又はその組み合わせから作成することができる。さらに、導電性保持リング２２４に電気的にバイアスを印加してＥＣＭＰ中の電界を制御してもよい。導電性又はバイアスを印加した保持リングは基板の縁部近傍での研磨速度を低下させる傾向がある。他の平坦化ヘッドを利用してもよい。
【００２７】
第１ＥＣＭＰステーション１２８は通常、ベース１４０上に回転可能に設置されたプラテンアセンブリ２３０を含む。プラテンアセンブリ２３０は、アセンブリがベース１４０に対して回転可能なように軸受２３８によってベース１４０上に支持されている。軸受２３８に囲まれたベース１４０の領域は空洞になっており、プラテンアセンブリ２３０との電気的、機械的、空圧、制御信号及び接続をやりとりするための導管となる。
【００２８】
回転カプラ２７６と総称される従来の軸受、回転結合部、スリップリングは、ベース１４０と回転プラテンアセンブリ２３０との間で電気的、機械的、流体、空圧、制御信号及び接続がやり取りできるように備えられている。プラテンアセンブリ２３０は典型的にはモータ２３２に連結されており、モータ２３２によってプラテンアセンブリ２３０に回転運動が付与される。モータ２３２はコントローラ１０８に連結されており、コントローラはプラテンアセンブリ２３０の回転速度及びその方向を制御するための信号を発する。
【００２９】
プラテンアセンブリ２３０の上面２６０は処理パッドアセンブリ２２２をその上に支持している。処理パッドアセンブリは、磁力、真空、クランプ、接着剤等によってプラテンアセンブリ２３０に保持させてもよい。
【００３０】
電解液の平坦化表面１２６への均一な分散を円滑に行うため、プレナム２０６がプラテンアセンブリ２３０内に形成されている。プラテンアセンブリ２３０内には以下に詳述する複数の通路が形成されており、処理中、電解液源２４８からプレナム２０６に供給された電解液はプラテンアセンブリ２３０内を均一に流動して基板１２２と接触する。処理段階によって別々の電解液組成物を供給してもよい。
【００３１】
処理パッドアセンブリ２２２は電極２９２及び少なくとも平坦化部２９０を備えている。電極２９２は典型的には中でもステンレススチール、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン等の導電材料を含んでいる。電極２９２は中実、電解液非透過性、電解質透過性、又は穿孔されている。少なくとも１つのコンタクトアセンブリ２５０が処理パッドアセンブリ２２２上に延びており、処理パッドアセンブリ２２２上で処理中の基板を電源２４２に電気的に連結するよう適合されている。また、基板と電極２９２との間に電位が生じるように電極２９２は電源２４２に接続されている。
【００３２】
電気化学的処理の計量指標を検知するための計測器（図示せず）が備え付けられている。計測器は電源２４２と少なくとも１つの電極２９２又はコンタクトアセンブリ２５０との間に連結又は位置されている。また、計測器は電源２４２と一体化させてもよい。一態様において、計測器はコントローラ１０８に電荷、電流及び/又は電圧といった処理の計量指標を提供するように設計されている。コントローラ１０８はこの計量指標を利用し、インシチュで処理パラメータを調節又は終点やその他の処理段階の検知を円滑にする。
【００３３】
パッドアセンブリ２２２及び/又はプラテンアセンブリ２３０を貫通してウィンドウ２４６が形成されており、パッドアセンブリ２２２の下に位置するセンサ２５４が研磨性能の計量指標を検知できるように設計されている。例えば、センサ７０４は中でも渦電流センサ又は干渉計である。センサ２５４からコントローラ１０８に送られた計量値は、インシチュでの処理プロファイル調節、終点又は電気化学的処理における別の地点の検知に利用可能な情報を提供する。一態様において、センサ２５４は平行光線を発生可能な干渉計であり、平行光線は、処理中、研磨する基板１２２の面に指向され衝突する。反射した信号間の干渉によって、処理中の導電材料層の厚さがわかる。有利に利用できるセンサの１つが、１９９９年４月１３日発行の米国特許第５，８９３，７９６号でビラング（Birang）らによって記載されており、引用により本願に組み込まれるものとする。
【００３４】
基板１２２から導電材料を除去するのに適した処理パッドアセンブリ２２２の態様は、通常、実質的に誘電性である平坦化表面１２６を備えている。基板１２２から導電材料を除去するのに適した処理パッドアセンブリ２２２のその他の態様は、通常、実質的に導電性である平坦化表面１２６を備えている。処理中、電極２９２に対して基板にバイアスが印加されるように、少なくとも１つのコンタクトアセンブリ２５０を用いて基板と電源２４２とを連結している。平坦化層２９０、電極２９２、及び電極の下に配置されるいずれの素子を貫通して形成されている開口部２１０により、基板１１２と電極２９２との間に電解液が導電路を形成している。
【００３５】
一態様において、処理パッドアセンブリ２２２の平坦化部２９０はポリウレタン等の誘電体である。本発明での利用に有益な処理パッドアセンブリの例が、「電気化学的機械的に平坦化するための導電性平坦化物品」と題された２００３年６月６日出願の米国特許出願第１０／４５５，９４１号、「電気化学的機械的に平坦化するための導電性平坦化物品」と題された２００３年６月６日出願の米国特許出願第１０／４５５，８９５号に記載されており、双方ともに引用によって本願に組み込まれるものとする。
【００３６】
図４Ａは第１ＥＣＭＰステーション１２８の、２つのコンタクトアセンブリ２５０での部分断面図であり、図５Ａから図５Ｃは図５Ａで図示のコンタクトアセンブリ２５０の１つの側面図、分解図、断面図である。プラテンアセンブリ２３０は少なくとも１つのコンタクトアセンブリ２５０を備えており、コンタクトアセンブリ２５０はプラテンアセンブリ２３０から突出しており、処理中に基板１２２の表面をバイアスするための電源２４２に連結されている。コンタクトアセンブリ２５０は、処理パッドアセンブリ２２２の一部であるプラテンアセンブリ２３０又は別の素子に連結してもよい。図３Ａでは２つのコンタクトアセンブリ２５０を図示しているが、コンタクトアセンブリは幾つ使用してもよく、プラテンアセンブリ２３０の中心線に対してどのような構成に配置してもよい。
【００３７】
コンタクトアセンブリ２５０は、通常、プラテンアセンブリ２３０を介して電源２４２に連結されており、処理パッドアセンブリ２２２内に形成された個々の開口部３６８内を少なくとも部分的に伸長可能である。コンタクトアセンブリ２５０の位置は、プラテンアセンブリ２３０全体にわたる既定の配置となるよう選択してもよい。所定の処理としては、個々のコンタクトアセンブリ２５０を別々の開口部３６８内に再配置し、コンタクトアセンブリを含まない開口部はストッパ３９２もしくはプレナム２０６から基板への電解液流入を可能ならしめるノズル３９４（図４Ｄ−Ｅに図示）で塞がれている。本発明での利用に有益なコンタクトアセンブリの１つが、２００３年５月２３日出願の米国特許出願第１０／４４５,２３９号でバターフィールド（Butterfield）らによって記載されており、参照することにより本願に組み込まれるものとする。
【００３８】
以下に記載の図３Ａのコンタクトアセンブリ２５０の態様は回転する球状接点を表しているが、別の態様として、コンタクトアセンブリ２５０は処理中に基板１２２を電気的にバイアスするのに適切な導電性上層又は表面を有する構造又はアセンブリを含むものであってもよい。例えば、図３Ｂに図示されるように、コンタクトアセンブリ２５０は導電材料又は導電性複合材料（つまり導電性素子が上面と一体に分散されているもしくは上面を構成する材料を含む）から成る上層３５２を有するパッド構造３５０を備えていてもよく、導電材料又は導電性複合材料の例としては、中でも導電性粒子３５６が分散されたポリマーマトリックス３５４又は導電加工した布が挙げられる。パッド構造３５０には、パッドアセンブリの上面に電解液を送出するための開口部２１０を１つ以上貫通して形成してもよい。適したコンタクトアセンブリのその他の例が、２００３年１１月３日出願の米国特許仮出願第６０／５１６，６８０号にフー（Hu）らによって記載されており、参照することにより本願に組み込まれるものとする。
【００３９】
一態様において、各コンタクトアセンブリ２５０は空洞ハウジング３０２、アダプタ３０４、球３０６、コンタクト素子３１４、及びクランプブッシング３１６を備える。球３０６は導電性の外表面を有しており、ハウジング３０２内に可動可能に配置されている。球３０６は、少なくとも球の一部が平坦化表面１２６上に突出する第１位置、及び実質的に平坦化表面１２６と少なくとも同一平面上となる第２位置に配置されている。また、球３０６は平坦化表面１２６下で全面可動可能とすることが考えられる。概して、球３０６は基板１２２を電源２４２に電気的に結合するのに適している。図３Ｃで図示するように、基板をバイアスするための複数の球３０６を単一のハウジング３５８内に配置することが考えられる。
【００４０】
処理中、電源２４２は通常、球３０６に正の電気的バイアスを印加する。平坦化基板間において、電源２４２により球３０６に負のバイアスを任意で印加することで、処理上の化学作用による球３０６の損傷を最小限にしてもよい。
【００４１】
ハウジング３０２は、処理中の電解液源２４８から基板１２２への電解液の流路となるよう構成されている。ハウジング３０２は処理上の化学作用に影響を与えない誘電性材料から形成されている。ハウジング３０２内に形成されたシート３２６が、ハウジング３０２の第１端部３０８から球３０６から抜け落ちるのを防ぐ。シート３２６に１つ以上の溝３４８を形成し、流体が球体３０６とシート３２６との間を通ってハウジング３０２から流出できるようにすることも任意で可能である。球３０６側からの流体の流出を維持することにより、処理上の化学作用で球３０６が損傷される傾向が最低限に抑えられる。
【００４２】
コンタクト素子３１４は、クランプブッシング３１６とアダプタ３０４との間に連結されている。通常、コンタクト素子３１４は、ハウジング３０２内の球が接触している領域を実質的に又は完全に介してアダプタ３０４と球３０６とが電気的に接続されるよう構成されている。一態様において、コンタクト素子３１４はバネ形状に構成されている。
【００４３】
図４Ａから４Ｅ及び図５Ａから５Ｃに図示され、かつ図６で詳細に図示される態様において、コンタクト素子３１４は環状ベース３４２と、環状ベース３４２から極アレイ状に伸びる複数の屈曲部３４４を含む。通常、屈曲部３４４は処理上の化学作用での使用に適した、弾力性のある導電材料を含む。一態様において、屈曲部３４４は金メッキを施したベリリウム銅を含む。
【００４４】
図４Ａ及び５Ａ、５Ｂに戻ると、クランプブッシング３１６は螺柱４２２を有する張出しヘッド４２４を含み、螺柱はヘッドから伸びている。クランプブッシング３１６は誘電性材料又は導電材料のいずれか、又はその組み合わせを含み、、一態様においてはハウジング３０２と同じ材料を含み、ている。コンタクト素子３１４の屈曲部３４４を球３０６の周囲を取り巻くように配置することでコンタクトアセンブリ２５０の組み立て時及び球３０６の動きによる屈曲部３４４の湾曲、締付け及び/又は損傷が防止されるよう、張出しヘッド４２４は屈曲部３４４をコンタクトアセンブリ２５０の中心線に対して鋭角に維持している。
【００４５】
球３０６は中実もしくは中空であり、典型的には導電材料で形成される。例えば、球３０６は金属、導電性ポリマー、又は導電材料を充填したポリマー材料から形成され、導電材料の中でも金属、導電性カーボン又はグラファイトが挙げられる。あるいは、球３０６を中実又は空洞のコアを導電材料で被覆したものから形成してもよい。非導電性のコアに少なくとも部分的に導電性被覆層をコーティングしたものであってもよい。
【００４６】
通常、少なくともバネ力、浮力、流れ力のいずれかによって球３０６は平坦化表面１２６方向に作動する。図５に図示の態様において、アダプタ３０４、クランプブッシング３１６、及びプラテンアセンブリ２３０を貫通して形成された流路を経由した電解液源２４８からの流れは、処理中、球３０６を基板に押し付ける。
【００４７】
図７は第２ＥＣＭＰステーション１３０の一態様の断面図である。第１及び第３ＥＣＭＰステーション１２８、１３２を同様に構成してもよい。通常、第２ＥＣＭＰステーション１３０は、完全に導電性である処理パッドアセンブリ６０４を支持するプラテン６０２を備えている。プラテン６０２を上記記載のプラテンアセンブリ２３０と同様に、処理パッドアセンブリ６０４を経由して電解液を供給するよう構成してもよい。あるいは、プラテン６０２は、処理パッドアセンブリ６０４の平坦化表面に電解液を供給するよう構成された流体移送アーム（図示せず）を近接して有していてもよい。プラテンアセンブリ６０２は、終点検知を円滑にするための少なくとも１つの計測器又はセンサ２５４（図３に図示）を備えている。
【００４８】
一態様において、処理パッドアセンブリ６０４は、導電性パッド６１０と電極６１４との間に挿入パッド６１２を備える。導電性パッド６１０は、その上部処理表面全体が実質的に導電性であり、通常、導電材料又は導電性複合材料（つまり導電性素子が上面と一体に分散されているもしくは平坦化表面を構成する材料を含む）から形成されており、中でも導電性粒子がその内部に分散されたポリマーマトリックス又は導電加工した布が例として挙げられる。導電性パッド６１０、挿入パッド６１２、及び電極６１４を、単一の交換可能なアセンブリ状に形成してもよい。通常、処理パッドアセンブリ６０４は透過性又は穿孔されており、電極６１４と導電性パッド６１０の上面６２０との間を電解液が通過できるようになっている。図７に図示の態様において、処理パッドアセンブリ６０４には開口部６２２が穿孔されており、電解液はその開口部を通って流動する。一態様において、導電性パッド６１０は導電性ファイバとその上に配置されたポリマーマトリックス、及びその上に配置された導電材料を含み、、例えば、銅で被覆したポリマーを織ったものの上に、スズ粒子を分散させたポリマーマトリックスを配置させたものが挙げられる。導電性パッド６１０は図３の態様におけるコンタクトアセンブリ２５０にも利用できる。
【００４９】
導電性パッド６１０とサブパッド６１２との間にさらに導電性箔６１６を配置させてもよい。箔６１６は電源２４２に連結されており、電源２４２によって印加された電圧を導電性パッド６１０全体に均一に配分する。導電性箔６１６を有しない態様においては、例えばパッド６１０に一体化させた端子を介し、導電性パッド６１０を電源２４２に直接接続してもよい。さらに、パッドアセンブリ６０４は挿入パッド６１８を含んでいてもよく、箔６１６とともに、その上の導電性パッド６１０に機械的強度を付与する。適切なパッドアセンブリの例が上記で引用した米国特許出願第１０／４５５，９４１号及び第１０／４５５，８９５号に記載されている。
【００５０】
研磨組成物及び処理
一態様において、タングステン等の金属を平坦化することが可能な研磨組成物を提供される。通常、研磨組成物は１つ以上の酸ベースの電解液系、有機塩を含む第１キレート剤、ｐＨを約２〜約１０にするためのｐＨ調整剤、溶媒とを含む。研磨組成物はさらに、アミン基、アミド基及びその組み合わせから成る群から選択された１つ以上の官能基を有する第２キレート剤を含んでいてもよい。１つ以上の酸ベースの電解液系は好ましくは２つの酸ベース電解液系を含んでおり、例として硫酸ベース電解液系及びリン酸ベース電解液系が挙げられる。研磨組成物の態様は、バルク及び/又は残留材料を研磨するために使用してもよい。研磨組成物は１つ以上の腐食防止剤又は砥粒等の研磨性強化材を任意で含んでいてもよい。ここで記載の組成物は酸化剤非含有組成物であるが、さらに砥材と併用する研磨性強化材料としての酸化剤の使用を本発明は視野に入れている。ここで記載の研磨組成物は、タングステン等の材料をＥＣＭＰ中に基板表面から効果的に除去する速度を向上し、かつ平坦化に伴う欠陥を低減し、より滑らかな基板表面を形成するものと考えられる。本発明の組成物の態様は、一段階もしくは二段階研磨処理において使用できる。
【００５１】
研磨組成物はタングステンを除去するのに特に有用ではあるが、アルミニウム、プラチナ、銅、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、コバルト、金、銀、ルテニウム、及びその組み合わせ等のその他の導電材料も除去できると考えられる。導電性パッド２０３及び/又は砥材との接触等による機械磨耗、及び/又は印加した電気的バイアスによる陽極溶解を、平坦性やこれらの導電材料の除去速度の向上に利用してもよい。
【００５２】
硫酸ベース電解液系は、例えば、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）等の硫酸基（ＳＯ４２−）を有する化合物、及び/又はその誘導体塩を含み、例えば硫酸水素アンモニウム（ＮＨ４ＨＳＯ４）、硫酸アンモニウム、硫酸カリウム、硫酸タングステン、及びその組み合わせが挙げられ、硫酸が好ましい。誘導体塩は中でもアンモニウム（ＮＨ４＋）、ナトリウム（Ｎａ＋）、テトラメチルアンモニウム（Ｍｅ４Ｎ＋）、カリウム（Ｋ＋）塩、及びその組み合わせを含む。
【００５３】
リン酸ベース電解液系は、例えば、リン酸等のリン酸基（ＰＯ４３−）を有する化合物、及び/又はその誘導体塩等の電解液及び化合物を含み、例えばＭがアンモニウム（ＮＨ４＋）、ナトリウム（Ｎａ＋）、テトラメチルアンモニウム（Ｍｅ４Ｎ＋）、又はカリウム（Ｋ＋）であるリン酸塩（ＭｘＨ（３−ｘ）ＰＯ４）（ｘ＝１、２、３）、リン酸タングステン、リン酸二水素アンモニウム（（ＮＨ４）Ｈ２ＰＯ４）、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）、及びその組み合わせが挙げられ、リン酸が好ましい。あるいは、酢酸及び/又はその誘導体塩を含む酢酸ベース電解液、又はサリチル酸及び/又はその誘導体塩を含むサリチル酸ベース電解液をリン酸ベース電解液系の代わりに使用してもよい。また、ここで記載の酸ベース電解液系は組成物を中和して、基板の処理に望ましいｐＨを維持し得る。また、既知及び未知の通常の電解液を使用してここで記載の組成物を記載の処理に従って生成することも、本発明は視野にいれている。
【００５４】
硫酸ベース電解液系及びリン酸ベース電解液系はそれぞれ、ここで記載の処理を実践するのに適した導電性を付与するために、溶液の全組成に対して約０．１〜約３０重量％（ｗｔ％）又は容量％（ｖｏｌ％）である。組成物における酸性電解液の濃度は約０．５容量％〜約３容量％といった約０．２容量％〜約５容量％の範囲内、例えば約１容量％〜約３容量％である。また、それぞれの酸性電解液の組成は研磨組成物によって異なる。例えば、第１の組成物において、酸性電解液はバルク金属の除去用に硫酸を約１．５容量％〜約３容量％、リン酸を約２容量％〜３容量％を含んでおり、第２の組成物は残留金属の除去用に硫酸を約１容量％〜約２容量％、リン酸を約１．５容量％〜約２容量％含んでいる。本発明は、第１の組成物よりも低い硫酸及び/又はリン酸濃度を有する第２の組成物を含む組成物の態様を視野にいれたものである。
【００５５】
本発明の一態様又は構成要素は、１つ以上のキレート剤を使用して基板表面との錯体を形成し、電気化学的溶解処理を強化することである。ここで記載のいずれの態様においても、キレート剤はタングステン等の導電材料のイオンに結合して金属材料の除去速度及び/又は研磨性能を向上させることができる。キレート剤は研磨組成物を中和して基板の処理に望ましいｐＨレベルを維持するのに使用することもできる。
【００５６】
適したキレート剤の分類としては、無機又は有機酸塩が含まれる。その他の適切な有機酸塩はカルボキシレート基、ジカルボキシレート基、トリカルボシレート基、水酸基とカルボキシレート基との混合物、及びその組みなわせから成る群から選択された１つ以上の官能基を有する化合物の塩である。官能基とライゲートする前、最中、又は後における、タングステン等の除去対象である金属材料の酸化状態はどのようなものであってもよい。処理中、官能基は基板表面に形成された金属材料に結合し、基板表面から金属材料を除去することができる。
【００５７】
適切な無機又は有機酸塩の例には、シュウ酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム、コハク酸アンモニウム、一塩基性クエン酸カリウム、二塩基性クエン酸カリウム、三塩基性クエン酸カリウム、酒石酸カリウム、酒石酸アンモニウム、コハク酸カリウム、シュウ酸カリウム、及びその組み合わせ等の有機酸のアンモニウム又はカリウム塩が含まれる。１つ以上のカルボキシレート基を有するキレート剤の塩の形成に適切な酸の例には、クエン酸、酒石酸、コハク酸、シュウ酸、酢酸、アジピン酸、酪酸、カプリン酸、カプロン酸、カプリル酸、グルタル酸、グリコール酸、ギ酸、フマル酸、乳酸、ラウリン酸、リンゴ酸、マレイン酸、マロン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、フタル酸、プロピオン酸、ピルビン酸、ステアリン酸、吉草酸、及びその組み合わせが含まれる。
【００５８】
研磨組成物は１つ以上の無機又は有機塩を含み、その濃度は組成物に対して約０．１〜約１５容量又は重量％、例えば約０．２〜約５容量又は重量％であり、例えば約１〜３容量又は重量％である。例えば、約０．５重量〜２重量％のクエン酸アンモニウムを研磨組成物に使用してもよい。
【００５９】
あるいは、アミン基、アミド基、水酸基、及びその組み合わせから成る群から選択された１つ以上の官能基を有する第２キレート剤を研磨組成物に使用してもよい。好ましい官能基は、アミン基、アミド基、水酸基及びその組み合わせから成る群から選択され、カルボキシレート基、ジカルボキシレート基、トリカルボキシレート基、及びその組み合わせ等の酸性官能基を有しない。研磨組成物は、アミン基、アミド基、水酸基、及びその組み合わせから成る群から選択された１つ以上の官能基を有する１つ以上のキレート剤を含んでいてもよく、その濃度は約０．１〜約５容量又は重量％であるが、好ましくは約１〜３容量又は重量％、例えば約２容量又は重量％で使用される。例えば、約２〜３容量％のエチレンジアミンをキレート剤として使用してもよい。さらに別の適切なキレート剤には、エチレンジアミン等の１つ以上のアミン及びアミド官能基を有する化合物、その誘導体であるジエチレントリアミン、ヘキサジアミン、アミノ酸、エチレンジアミンテトラ酢酸、メチルホルムアミド等、及びその組み合わせが含まれる。
【００６０】
ｐＨを約２〜約１０にするために、溶液は１つ以上のｐＨ調整剤を含んでいてもよい。ｐＨ調整剤の量は、組成ごとのその他の成分の濃度に応じて異なるが、通常、全溶液は１つ以上のｐＨ調整剤を最大約７０重量％含み得るが、好ましくは約０．２重量％〜約２５重量％である。所定の濃度であっても化合物によってそのｐＨは異なり、例えば、所望のｐＨを得るために、組成物は水酸化カリウム、水酸化ナトリム、水酸化アンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、又はその組み合わせ等の塩基を約０．１重量％〜約１０重量％含む。１つ以上のｐＨ調整剤は有機酸から選択することができ、例えば酢酸、クエン酸、シュウ酸等のカルボン酸、リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸カリウムを含むリン酸塩含有成分及びその組み合わせ、又はこれらの組み合わせが挙げられる。塩酸、硫酸、及びリン酸を含む無機酸も、研磨組成物に使用できる。
【００６１】
典型的には、研磨組成物中のｐＨ調整剤の量は、それぞれの研磨処理によって異なる組成分を有する構成要素に望ましいｐＨ範囲によって異なる。例えば、タングステンのバルク研磨処理においては、ｐＨ調節剤の量はｐＨが約６〜約１０になるよう調整される。バルクタングステン除去組成物の一態様におけるｐＨは約７〜約９の中性又はアルカリ性であり、例えばｐＨが７より高く約９以下の、例えばｐＨが約８〜約９のアルカリ性水溶液である。
【００６２】
残留タングステン研磨処理におけるさらなる実施例においては、ｐＨ調整剤の量はｐＨが約２〜約８になるよう調節されている。残留タングステン除去組成物の一態様におけるｐＨは約６〜約７の中性又は酸性であり、例えば、６より高く７より低く、例えば約６．４〜約６．８の酸性である。
【００６３】
ここで記載の組成物は、約１容量％〜約５容量％の硫酸、約１容量％〜約５容量％のリン酸、約１重量％〜約５重量％のクエン酸アンモニウム、約０．５重量％〜約５重量％のエチレンジアミン、ｐＨを約６〜約１０にするためのｐＨ調整剤、及び脱イオン水を含み、例えば約１容量％〜約３容量％の硫酸、約１容量％〜約３容量％のリン酸、約１重量％〜約３重量％のクエン酸アンモニウム、約１重量％〜約３重量％のエチレンジアミン、ｐＨを約７〜約９にするためのｐＨ調整剤、及び脱イオン水を含む組成物が挙げられる。別の態様の組成物は約０．２容量％〜約５容量％の硫酸、約０．２容量％〜約５容量％のリン酸、約０．１重量％〜約５重量％のクエン酸アンモニウム、ｐＨを約２〜約８、例えば約３〜約８にするためのｐＨ調整剤、及び脱イオン水を含む。さらに別に態様の組成物は、約０．５容量％〜約２容量％の硫酸、約０．５容量％〜約２容量％のリン酸、約０．５重量％〜約２重量％のクエン酸アンモニウム、ｐＨを約６〜約７にするための水酸化カリウム、及び脱イオン水を含む。
【００６４】
ここで記載の全ての態様において、記載の好ましい組成物は、例えば、酸化剤又は酸化性物質を含まない酸化剤非含有組成物である。酸化剤及び酸化性物質の例としては、中でも、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、ヨウ素酸カリウム、過マンガン酸カリウム、硝酸セリウム、硝酸セリウムアンモニウム等のセリウム化合物、臭素酸塩、塩素酸塩、クロム酸塩、ヨウ素酸が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００６５】
あるいは、研磨組成物は酸化化合物を含んでいてもよい。ここで挙げた適切な酸化剤化合物以外の例としては、硝酸鉄、硝酸、硝酸カリウムを含む硝酸化合物が挙げられる。ここで記載の組成物の別の一態様においては、硝酸（ＨＮＯ３）等の硝酸塩基（ＮＯ３１−）を有する電解液や化合物及び/又は硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ３）３）を含むその誘導体塩等の硝酸ベース電解液系を硫酸ベース電解液の代わりに使用する。
【００６６】
ここで記載の全ての態様において、例えば腐食防止剤等のエッチング阻害剤を添加して基板表面とそれを取り巻く電解液との化学的相互作用を最小限にする材料層を形成することで、化学的又は電気的作用による金属表面の酸化又は腐食を低減することができる。阻害剤によって形成された層により、基板表面からからの電気化学電流が抑制又は最小限となり、電気化学的堆積及び/又は溶解が制限される。
【００６７】
タングステンのエッチング阻害剤は固体のタングステンが可溶性のタングステン化合物に転化されるのを阻害すると同時に、組成物がタングステンを摩削により均等に除去可能な軟性酸化膜に転化することを可能にする。タングステン用に有用なエッチング阻害剤には、窒素含有複素環、アルキルアンモニウムイオン、アミノアルキル、アミノ酸等の窒素含有官能基を有する化合物が含まれる。エッチング阻害剤には窒素含有複素環官能基を含む化合物等の腐食防止剤が含まれ、例えば、２，３，５−トリメチルピラジン、２−エチルー３，５−ジメチルピラジン、キノキサリン、アセチルピロール、ピリダジン、ヒスチジン、ピラジン、ベンゾイミダゾール、及びその混合物が挙げられる。
【００６８】
ここで使用の「アルキルアンモニウムイオン」という用語は水溶液中でアルキルアンモニウムイオンを生じさせることのできる官能基を有する窒素含有化合物のことを指す。窒素含有官能基を有する化合物を含む水溶液中で生成されるアルキルアンモニウムイオンの量は、水溶液のｐＨ及び選択した化合物に応じて異なる。阻害効果を発揮する量のアルキルアンモニウムイオン官能基をｐＨ９．０未満の水溶液中で生成する、窒素含有官能基を有する腐食防止剤の例にはイソステアリルエチルイミジドニウム、水酸化セチルトリメチルアンモニウム、Ａｌｋａｔｅｒｇｅ
Ｅ（２−ヘプタデセニル−４−エチル−２  オキサゾリン  ４−メタノール）、Ａｌｉｑｕａｔ ３３６（塩化トリカプリルメチルアンモニウム）、Ｎｕｏｓｐｅｔ １０１（４，４ジメチルオキサゾリジン）、水酸化テトラブチルアンモニウム、ドデシルアミン、水酸化テトラメチルアンモニウム、その誘導体及び混合物が含まれる。
【００６９】
有用なアミノアルキル腐食防止剤には、例えば、アミノプロピルシラノール、アミノプロピルシロキサン、ドデシルアミン、その混合物、及び例えばリシン、チロシン、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、シスチン、及びグリシンを含む合成及び天然アミノ酸が含まれる。
【００７０】
好ましいアルキルアンモニウムイオン官能基含有タングステンエッチング阻害剤はＯＳＩスペシャルティーズ社製のＳＩＬＱＵＥＳＴ  Ａ−１１０６シランである。ＳＩＬＱＵＥＳＴ  Ａ−１１０６は約６０重量％（ｗｔ％）の水、約３０重量％のアミノプロピルシロキサン、及び約１０重量％のアミノプロピルシラノールの混合物である。アミノプロピルシロキサン及びアミノプロピルシラノールはそれぞれ約ｐＨ７未満で阻害量の対応するアルキルアンモニウムイオンを生成する。もっとも好ましいアミノアルキル腐食防止剤はグリシン（アミノ酢酸）である。
【００７１】
適切なタングステンエッチング阻害剤の例には、臭化ドデシルトリメチルアンモニウム等のアルキルアンモニウムイオンのハロゲン誘導体、ポリエチレンイミン等のイミン、酢酸カルシウム等のカルボキシ酸、ジ（メルカプトプロピル）ジメトキシシラン等の有機ケイ素化合物、及びポリメチルアクリレート等のプロアクリレートが含まれる。
【００７２】
本発明の組成物中におけるタングステンエッチング阻害剤の量は約０．００１重量％〜約２．０重量％でなくてはならず、好ましくは約０．００５重量％〜約１．０重量％、最も好ましくは約０．０１重量％〜０．１０重量％である。
【００７３】
タングステンエッチング阻害剤は、ｐＨが約９．０までの組成物で有効である。本発明の組成物のｐＨは約７．０未満であることが好ましく、最も好ましくは約６．５未満である。
【００７４】
その他の阻害剤は約０．００１重量％〜約５．０重量％の１つ以上のアゾール基を有する有機化合物を含んでいてもよい。一般的には約０．２重量％〜約０．４重量％が好ましい。アゾール基を有する有機化合物の例はベンゾトリアゾール、メルカプトベンゾトリアゾール、５−メチルー１−ベンゾトリアゾール、及びその組み合わせを含む。その他の適切な腐食防止剤には環式化合物である被膜剤が含まれ、例えば、イミダゾール、ベンズイミダゾール、トリアゾール、及びその組み合わせが挙げられる。水酸基、アミノ基、イミノ基、カルボキシ基、メルカプト基、ニトロ基、及びアルキルで置換したベンゾトリアゾール、イミダゾール、ベンズイミダゾール、トリアゾールの誘導体も腐食防止剤として使用できる。その他の腐食防止剤には、中でも尿素及びチオ尿素を含が含まれる。
【００７５】
あるいは、組成物に対して約０．００２〜約１．０容量又は重量％の重合禁止剤をアゾール含有阻害剤の代わりに使用もしくは併用してもよく、非限定例としてポリアルキルアリールエーテルホスフェート又はアンモニウムノニルフェノールエトキシレートサルフェートが挙げられる。
【００７６】
上記記載の研磨組成物は酸化剤及び/又は砥粒を含有していないが（酸化剤非含有又は砥材非含有）、本発明の研磨組成物は砥粒を含む１つ以上の表面仕上改善材料及び/又は除去速度改善材料、１つ以上の酸化剤、及びその組み合わせを添加することを視野にいれたものである。１つ以上の界面活性剤を研磨組成物に添加して、金属、金属イオン、もしくは処理中に生成された副生成物の溶解又は可溶性を向上、研磨組成物における砥粒の凝集を低減、化学安定性を改善、及び研磨組成物の成分の分解を低減してもよい。適切な酸化剤及び砥材は２００４年２月２６日出願の米国特許同時係属出願第１０／３７８,０９７号に記載されており、参照することで本明細書の請求の範囲と開示に矛盾しない範囲で組み込まれるものとする。
【００７７】
あるいは、研磨組成物にさらに抑制剤、促進剤、平滑化剤、光沢剤、安定剤、剥離剤を含む電解液添加物を加えることで、基板表面の研磨における研磨組成物の効果を向上させてもよい。例えば、ある添加剤は金属原子のイオン化速度を低減させることで溶解プロセスを阻害する。また、別の添加剤は基板表面に光沢仕上げを施すことができる。研磨組成物中の添加剤の濃度は最大約１５重量又は容量％であり、研磨後に所望する状態により異なる。
【００７８】
研磨組成物への添加剤のさらに別の例が、２００２年５月７日出願の米国特許出願第１０／１４１，４５９号にさらに詳細に記載されており、引用により本明細書の請求の範囲と開示に矛盾しない範囲で組み込まれるものとする。
【００７９】
上記研磨組成物の残部又は差引残分は溶媒、水を含む極性溶媒等であり、好ましくは脱イオン水である。その他の溶媒としては例えばアルコール又はグリコール等の有機溶媒が含まれ、態様によっては水と混合される。溶媒の量によって研磨組成物中の様々な成分の濃度を調整してもよい。例えば、電解液をここで記載の濃度の最高３倍に濃縮し、その後、記載の処理ステーションで使用直前に溶媒で希釈してもよい。
【００８０】
一般的に、従来のＣＭＰ溶液に比べてＥＣＭＰ溶液の導電性ははるかに高い。従来のＣＭＰ溶液の導電性が約３ミリジーメンス（ｍＳ）〜約５ｍＳであるのに対し、ＥＣＭＰ溶液の導電性は約１０ミリジーメンス（ｍＳ）以上である。ＥＣＭＰ溶液の導電性はＥＣＭＰ処理速度に大きく影響する。つまり、溶液の導電性が高ければ、材料除去速度も速くなる。バルク材料の除去において、ＥＣＭＰ溶液の導電性は約１０ｍＳ以上、好ましくは約４０ｍＳ〜約８０ｍＳ，例えば約６０ｍＳ〜約６４ｍＳ等の約５０ｍＳ〜約７０ｍＳである。残留材料の除去において、ＥＣＭＰ溶液の導電性は約１０ｍＳ以上、好ましくは約３０ｍＳ〜約６０ｍＳ、例えば約４９ｍＳ等の約４０ｍＳ〜約５５ｍＳである。
【００８１】
記載の研磨組成物で処理した基板の表面仕上げは向上しており、平坦性の向上はもとより、ディッシング、エロージョン（金属構成要素を取り巻く誘電性材料の除去）、擦傷等の表面の欠陥が少ない。記載の組成物を以下の実施例によりさらに開示する。
【００８２】
電気化学的機械的処理
化学的活性、機械的作用、及び電気的活性の組み合わせを使用した、タングステン材料を除去し基板表面を平坦化するための電気化学的機械的研磨技術は以下のように行う。タングステン材料には中でもタングステン、窒化タングステン、窒化タングステンシリコン、窒化タングステンシリコンが含まれる。以下の処理はタングステンの除去に関するものではあるが、本発明はタングステンとともにその他の材料も除去することを視野にいれており、アルミニウム、プラチナ、銅、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、コバルト、金、銀、ルテニウム、及びその組み合わせが挙げられる。
【００８３】
余分なタングステンの除去は１つ以上の処理工程で行うことができ、例えば、単一のタングステン除去工程、又はバルクタングステン除去工程と残留タングステン除去工程とが挙げられる。ここでいうバルク材料とは、基板表面に形成された構成要素を実質的に充填するに十分な量を上回って基板に堆積された材料全てを指すと広く定義される。残留材料とは、１つ以上のバルク又は残留研磨処理工程後に残留している材料全てを指すと広く定義される。一般的に、第１ＥＣＭＰ処理中のバルク除去により、少なくとも導電層の約５０％、好ましくは少なくとも約７０％、さらに好ましくは少なくとも約８０％、例えば少なくとも約９０％が除去される。第２ＥＣＭＰ処理中の残留物除去により、バリア層上に残留する導電材料の全てではないにしろそのほとんどが除去され、充填されたプラグだけが残る。
【００８４】
バルク除去ＥＣＭＰ処理は第１研磨プラテン上で、残留物除去ＥＣＭＰ処理は第１プラテンと同一又は異なる研磨装置の第２研磨プラテン上で行われる。別の態様においては、残留物除去ＥＣＭＰ処理はバルク除去処理とともに第１プラテン上で行われる。バリア材料は、図２に記載の装置の第３プラテン等の別のプラテン上で除去される。例えば、記載の処理に従った上記装置はタングステン材料を除去するための、例えば、バルク材料を除去するための第１プラテン、残留物除去用の第２プラテン、バリア除去のための第３プラテンの３つのプラテンを備えており、バルク及び残留物処理はＥＣＭＰで行い、バリア除去はＣＭＰ又は別のＥＣＭＰで行う。別の態様においては、バルク材料、残留物、バリア除去に３つのＥＣＭＰプラテンを使用する。
【００８５】
図８Ａから８Ｄは、記載の基板表面平坦化の一態様に従って基板に施した研磨処理の簡略断面図である。図８Ａで図示のように、第１ＥＣＭＰ処理を用いて、基板からバルクタングステン材料を除去し、続いて図８Ｂから８Ｃに図示するように、第２ＥＣＭＰ処理を用いて残留タングステン材料を除去する。バリア除去及びバフ研磨といったその後の処理により、図８Ｄに図示の構造が得られる。第１ＥＣＭＰ処理によりタングステン層が高速で除去され、第２ＥＣＭＰ処理で残留タングステン材料を精密に除去することで、基板の構成要素のディッシングやエロージョンが低減又は最低限に抑えられた、水平な基板表面が形成される。
【００８６】
図８Ａは、バルクタングステン材料を除去するための第１電気化学的機械的研磨技術の一態様の簡略断面図である。基板は第１電極を備えたベースン又はプラテンといった受け皿内に配置されている。基板８００は、細幅構成要素画成部８２０及び太幅構成要素画成部８３０がパターニングされた誘電層８１０を有している。構成要素画成部８２０及び構成要素画成部８３０には例えばチタン及び/又は窒化チタンから成るバリア材料８４０が堆積されており、その上にはタングステン等の導電材料８６０が堆積されている。余分な材料の堆積プロファイルには、細幅構成要素画成部８２０上に形成された丘又は山とも呼ばれる高過剰堆積部８７０と、太幅構成要素画成部８３０上に形成された谷とも呼ばれる最小限過剰堆積部８８０とが含まれる。
【００８７】
記載の研磨組成物８５０を基板表面に塗布する。研磨組成物の基板表面への供給流速は１分間あたり約１００ミリリットル〜約４００ミリリットル、例えば約３００ミリリットル／分である。バルク除去工程用の研磨組成物の一例は、約１容量％〜約５容量％の硫酸、約１容量％〜約５容量％のリン酸、約１重量％〜約５重量％のクエン酸アンモニウム、約０．５重量％〜約５重量％のエチレンジアミン、ｐＨを約６〜約１０にするためのｐＨ調整剤、及び脱イオン水を含む。研磨組成物のさらに別の例は、約２容量％の硫酸、約２容量％のリン酸、約２重量％のクエン酸アンモニウム、約２重量％のエチレンジアミン、ｐＨを約８．４〜約８．９にするための水酸化カリウム、及び脱イオン水を含む。組成物の導電性は約６０〜約６４ミリジーメンス（ｍＳ）である。ｐＨがタングステンがより溶解しやすいアルカリ性であり、かつ硫酸等の強力な腐食液を含む記載のバルク研磨組成物の除去速度は、記載の残留物研磨組成物のそれよりも速い。
【００８８】
第２電極を備えた研磨物品アセンブリに連結された研磨物品を、続いて、物理的に基板と接触させる及び/又は導電性研磨物品を介して電気的に基板と連結させる。基板表面と研磨物品とは１インチ四方あたり約２ポンド未満の圧力で接触させる（ｌｂ/ｉｎ２又はｐｓｉ）（１３．８ｋＰａ）。導電材料８６０の除去は、約１ｐｓｉ（６．９ｋＰａ）以下、例えば約０．１（０．７ｋPa）ｐｓｉ〜約０．８ｐｓｉ（５．５ｋPa）又は約０．１（０．７ｋPa）ｐｓｉ〜約０．５ｐｓｉ（３．４ｋPa）未満等の約０．０１ｐｓｉ（６９Ｐａ）〜約１ｐｓｉ（６．９ｋPa）で行う。別の態様においては、約０．３ｐｓｉ（２．１ｋPa）以下の圧力で処理を行う。
【００８９】
ここで採用する研磨圧力は、低ｋの誘電材料を含む基板にダメージを与えるせん断力及び摩擦力を低減又は最低限にする。せん断力及び摩擦力が低減又は最低限になることで、研磨による構成要素の変形や、欠陥のある構成要素の形成が低減又は最低限に抑制される。さらに、せん断力及び摩擦力が低いと、処理中の剥離の抑制のみならず、誘電材料のエロージョンや導電材料のディッシングといったトポグラフ的欠陥の発生が低減又は最小限に抑えられることが観察されている。また、基板と導電性研磨物品とが接触しているため、電源を研磨物品に連結させることで接触時に電源と基板とを電気的に連結させることができる。
【００９０】
基板表面と導電性パッドアセンブリ２２２との間には相対運動が付与される。プラテン上に配置された導電性パッドアセンブリ２２２は約７ｒｐｍ〜約５０ｒｐｍ、例えば約２８ｒｐｍのプラテン回転速度で回転し、キャリアヘッド内の基板はキャリアヘッド回転速度約７ｒｐｍ〜約７０ｒｐｍ、例えば約３７ｒｐｍで回転する。このプラテン及びキャリアヘッドの各回転速度により、研磨物品と基板とを接触させる際のせん断力及び摩擦力が低減されるものと思われる。キャリアヘッド回転速度及びプラテン回転速度はともに約７ｒｐｍ〜４０ｒｐｍ未満である。本発明の一態様において、タングステン材料の除去処理は約１．５：１〜約１２：１、例えば約１．５：１〜約３：１等の約１：１より大きいキャリアヘッド回転速度：プラテン回転速度比でもって、プラテン回転速度より速いキャリアヘッド回転速度で行われる。
【００９１】
２つの電極間には電源２２４によりバイアスが印加される。バイアスは研磨物品アセンブリ２２２内の導電性パッド及び/又は電極から基板２０８に伝播される。また、処理は約２０℃〜約６０℃で行われる。
【００９２】
一般的に、直径が最大で約３００ｍｍの基板を処理するのに最高約１００ｍA／cm２の電流密度でバイアスを印加し、これは約４０ａｍｐの印加電流に相当する。例えば、直径２００ｍｍの基板の場合の電流密度は約０．０１ｍA／cm２〜約５０ｍA／cm２であり、これは約０．０１Ａ〜約２０Ａの印加電流に相当する。また、本発明はバイアスをボルト、アンペア、及びワットで印加・モニタすることも想定している。例えば、一態様においては、約０ワット〜１００ワット、約０ボルト〜約１０ボルトの電圧、約０．０１アンペア〜約１０アンペアの電流が電源によって印加される。電力印加の一態様において、記載のバルク研磨組成物を基板に塗布する間、約２．５ボルト〜約４．５ボルト、例えば約３ボルトの電圧が印加される。典型的には、基板上に過剰に堆積されたタングステンのバルクを除去するに十分な時間、基板は研磨組成物と電力印加に曝される。
【００９３】
バイアスは、基板表面からの材料除去におけるユーザの要求に応じて電力及びその印加を変更してもよい。例えば、電力印加を上げると陽極溶解が促進されることが観察されている。また、バイアスは電気的パルス変調技法で印加してもよい。電気的パルス変調技法には様々なものがあるが、通常、第１の時間にわたり一定の電流密度又は電圧を印加し、その後、第２の時間にわたって電流密度、電圧を印加しない又は一定の逆電流密度又は電圧を印加するサイクルを含む。この処理を続いて１回以上のサイクル繰り返してもよく、電力レベルと継続時間はそれぞれ異なっていてもよい。電力レベル、電力印加の「オン」サイクル、無電力の「オフ」サイクルの継続時間、及びサイクルの頻度は、除去速度、除去する材料、研磨処理の程度によって変更してもよい。例えば、電力レベルを上げたり電力印加時間を長くすると、陽極溶解が促進されることが観察されている。
【００９４】
電気化学的機械的研磨のための１つのパルス変調プロセスにおいて、パルス変調プロセスは、電力を一時的に印加する「オン」時と、それに続く電力を印加しない「オフ」時のあるオン／オフ電力技法を含み、ている。研磨処理中、オン／オフサイクルは１回以上繰り返してもよい。曝露された導電性材料は「オン」時に基板表面から除去され、研磨組成物の成分及び金属イオン等の「オン」時の副生成物は「オフ」時に基板表面に拡散され、導電材料と錯体を形成する。パルス変調技法プロセス中、金属イオンは移動して非機械処理領域における保護層に結合することで腐食防止剤及び/又はキレート剤と反応するものと思われる。この結果、「オン」時における、保護層で被覆されていない電気化学的に活性な領域のエッチングが可能となり、「オフ」時におけるその他の領域での保護層の再形成と余分な材料の除去が可能となる。よって、パルス変調技法を制御することで、基板表面からの材料除去速度とその量とを制御することができる。
【００９５】
オン／オフ時間はそれぞれ約１秒〜約６０秒、例えば約２秒〜約２５秒であり、本発明は記載よりも長い又は短い時間の「オン」「オフ」のパルス変調技法の使用も想定している。パルス変調技法の一例においては、各サイクルの約１６％〜約６６％の陽極溶解電力が印加される。
【００９６】
記載の材料の電気化学的機械的研磨のための、オン／オフサイクルを伴うパルス変調技法の非制限的な例は：電力を約５秒〜約１０秒印加する「オン」及びその後電力を約２〜約２５秒印加しない「オフ」工程、電力を約１０秒間印加し、約５秒印加しない工程、又は電力を約１０秒間印加して、２秒間印加しない工程、又は電力を５秒もの間印加し、２５秒印加しない工程を含むことで所望の研磨状態を得ている。各選択した処理において、サイクルは必要なだけ繰り返してもよい。パルス変調プロセスの一例が、同一出願人による米国特許第６，３７９，２２３号に記載されており、引用により本明細書の請求の範囲と開示に矛盾しない範囲で組み込まれるものとする。パルス変調プロセスのさらに別の例が２００３年６月３０日出願の「電気化学的に支援された化学的機械研磨における表面仕上げの効果的な改善方法」と題された米国特許同時係属仮出願第１０／６１１，８０５号に記載されており、参照することで本明細書の請求の範囲と開示に矛盾しない範囲で組み込まれるものとする。
【００９７】
記載の処理により、最高約１５０００Å／分の導電材料除去速度が達成可能である。一般的に除去速度は速いことが望ましいが、処理の均一性及びその他の処理変数（例：陽極・陰極での反応速度）を最大化するために、通常、溶解速度は約１００Å／分〜約１５０００Å／分に制御される。除去するバルクタングステン材料が５０００Å厚さ未満の場合の本発明の一態様においては、除去速度が約１００Å／分〜約５０００Å／分、例えば約２０００Å／分〜約５０００Å／分になるよう電圧（又は電流）を印加する。残留材料はバルク除去速度よりも低速度で除去され、記載の処理により約４００Å／分〜約１５００Å／分で除去してもよい。
【００９８】
金属が過剰に除去されて図１Ａに図示のディッシングＤ、図１Ｂに図示のエロージョンＥとして知られる凹部又は窪みといったトポグラフ的な欠陥が発生するのを防止するために、第２ＥＣＭＰ処理は第１ＥＣＭＰ処理よりも低速で行われる。そのため、導電層８６０の大半は、第２ＥＣＭＰ処理における残留導電層８６０の除去よりも早い速度で第１ＥＣＭＰ処理中に除去される。２段階のＥＣＭＰ処理により、欠陥が少ない又は全くない平滑な表面が形成される一方で、全基板処理のスループットが向上する。
【００９９】
図８Ｂは、第１ＥＣＭＰ処理によるバルク除去後の、導電材料８６０の少なくとも約５０％、例えば約９０％を除去した後の第２ＥＣＭＰ研磨工程を図示している。第１ＥＣＭＰ処理後、導電材料８６０にはまだ山である高過剰堆積部８７０及び/又は谷である最小限過剰堆積部８８０とが含まれているが、そのサイズは比例して縮小されている。しかしながら、導電材料８６０は基板表面全体わたりかなり平坦でもある（図示せず）。
【０１００】
残留材料除去用の記載の第２研磨組成物は基板表面に塗布される。研磨組成物は約３００ミリリットル／分等の約１００〜約４００ミリリットル／分の流速で供給される。残留物除去工程のための研磨組成物の一例は約０．２容量％〜約５容量％の硫酸、約０．２容量％〜約５容量％のリン酸、約０．１重量％〜約５重量％のクエン酸アンモニウム、ｐＨを約３〜約８にするためのｐＨ調整剤、及び脱イオン水を含んでおり、例えば、約１容量％の硫酸、約１．５容量％のリン酸、約０．５重量％のクエン酸アンモニウム、ｐＨを約６．４〜約６．８にするための水酸化カリウム、及び脱イオン水を含む研磨組成物が挙げられる。残留物除去組成物の導電性は約４９ミリジーメンス（ｍＳ）である。
【０１０１】
記載の残留物研磨組成物は、曝露されたタングステン材料の表面上にポリタングステン層８９０を形成するものと思われる。ポリタングステン層は、クエン酸アンモニウム、リン酸、曝露されたタングステン材料との間の化学相互作用によって形成される。ポリタングステン層はタングステン材料よりも安定しており、タングステン材料よりも低速で除去される。また、ポリタングステン層は、基板表面上の材料を化学的及び/又は電気的に絶縁し得る。さらに、研磨組成物の酸性ｐＨを上げることにより、基板表面上のポリタングステン材料の形成が強化されるものと思われる。バルク除去組成物がよりアルカリ性であるのに対し、より酸性の残留物研磨組成物が使用される。ポリタングステン層は、バルク研磨処理で記載した処理条件下及び研磨組成物においても形成し得る。
【０１０２】
化学反応及び/又は陽極溶解の程度は、ポリタングステン層の厚さと密度によって決定される。例えば、ポリタングステン層がより厚く高密度だと、薄く低密度の保護層と比較して陽極溶解が低減されることが報告されている。よって、組成物のｐＨ組成物、リン酸、及び/又はキレート剤を制御することで、基板表面からの除去速度とその量とを制御することが可能である。バルク研磨組成物と比較して低い除去速度となることで、処理中の剥離のみならず誘電材料のエロージョンや導電性材料のディッシング等のトポグラフ的な欠陥の発生が低減又は最小限となる。
【０１０３】
上記残留物除去処理における機械的摩削は研磨パッドと基板間の接触圧力を１インチ四方約２ポンド未満（ｌｂ／ｉｎ２又はｐｓｉ）（１３．８ｋＰａ）で行う。導電材料８６０の除去は圧力約１ｐｓｉ（６．９ｋＰａ）以下、例えば約０．１（０．７ｋＰａ）ｐｓｉ〜約０．８ｐｓｉ（５．５ｋＰａ）等の約０．０１ｐｓｉ（６９Ｐａ）〜約１ｐｓｉ（６．９ｋＰａ）で行う。処理の一態様において、圧力は約０．３ｐｓｉ（２．１ｋＰａ）以下である。基板と導電性研磨物品との接触により、電源と研磨物品とを連結させることで電源と基板とを接触時に電気的に接触させることも可能となる。
【０１０４】
基板表面と導電性パッドアセンブリ２２２との間には相対運動が付与される。プラテン上に配置された導電性パッドアセンブリ２２２は約７ｒｐｍ〜約５０ｒｐｍ、例えば約２８ｒｐｍの回転速度で回転し、キャリアヘッド内の基板は約７ｒｐｍ〜約７０ｒｐｍ、例えば約３７ｒｐｍの回転速度で回転する。このプラテン及びキャリアヘッドの各回転速度により、研磨物品と基板とを接触させる際のせん断力及び摩擦力が低減されるものと思われる。
【０１０５】
導電性研磨物品による機械的摩削によって陽極溶解を起こす電流を絶縁又は抑制するポリタングステン層８９０が除去され、その結果、導電性パッドアセンブリ２２２と最小限にしかもしくは全く接触していない領域にポリタングステン層が残るため、最小限過剰堆積部に比べて高過剰堆積部が優先的に除去される。ポリタングステン層８９０で被覆された導電材料８６０の除去速度は、ポリタングステン層８９０で被覆されていない導電材料の除去速度より遅い。そのため、細幅構成要素画成部８２０及び基板フィールド８５０上の余分な材料は、ポリタングステン層８９０でまだ被覆されている太幅構成要素画成部８３０上の余分な材料よりも早い速度で除去される。
【０１０６】
２つの電極間には電源２２４によりバイアスが印加される。バイアスは、研磨物品アセンブリ２２２内の導電性パッド及び/又は電極から基板２０８に伝播される。バイアスはバルク研磨処理時と同様に印加され、その電力レベルは典型的にはバルク研磨処理時の電力レベルと同じ又はそれより低い。例えば、残留物除去処理において、印加する電力の電圧は約１．８ボルト〜約２．５ボルト、例えば２ボルトである。典型的には、基板上の所望の材料の少なくとも一部又は全てを除去するのに十分な時間、基板は研磨組成物及び電力印加に曝露される。また、処理は約２０℃〜約６０℃で行われる。
【０１０７】
図８Ｃを参照すると、記載の第２ＥＣＭＰ研磨組成物を用いて第２残留物除去ＥＣＭＰ処理により基板を研磨することで、導電層８６０の全てではないにしろほとんどが除去され、バリア層８４０及び導電性溝部８６５が露出する。導電性溝部８６５は、残留する導電材料８６０によって形成されている。続いて第３研磨工程により残留する導電材料及びバリア材料を全て研磨して、図８Ｄに図示されるような、導電性溝部８７５を備えた平坦化された基板表面を得る。第３研磨処理は第３ＥＣＭＰ処理又はＣＭＰ処理である。バリア研磨処理の一例が、米国特許公報第２００３―００１３３０６号として公開された、２００２年７月１１日出願の米国特許出願第１０／１９３，８１０号「化学機械的研磨におけるバリア除去用二重還元化剤」に開示されており、参照することで本明細書の請求の範囲と開示に矛盾しない範囲で組み込まれるものとする。さらに別のバリア研磨処理例が、２００４年５月１７日出願の米国特許出願第６０／５７２，１８３号に開示されており、引用により本明細書の請求の範囲と開示に矛盾しない範囲で組み込まれるものとする。
【０１０８】
導電材料及びバリア材料除去処理工程後、基板をバフ研磨して表面の欠陥を最小限にしてもよい。バフ研磨は、ペンシルバニア州フィラデルフィアに本部を置く米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）が記載・測定するところのショアＤ硬さで約４０以下の柔らかい研磨物品で、約２ｐｓｉ以下等のの減弱させた研磨圧力で行われる。
【０１０９】
任意で、各研磨処理後に洗浄液を基板に塗布することで、研磨物品上の金属残留物の堆積及び基板表面に生じた欠陥を最小限にするだけでなく、研磨処理で使用した粒子状物質及び試薬を除去してもよい。適切な洗浄液の一例は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から市販のエレクトラ・クリーン（ELECTRA CLEAN、商標名）である。
【０１１０】
最後に、基板を研磨後の洗浄処理に供することで研磨中又は基板取り扱い中に生じた欠陥を軽減してもよい。こういった処理により、基板表面上に形成された銅構成要素における不本意な酸化やその他欠陥を最低限にすることができる。このような研磨後の洗浄処理の一例として、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から市販されているエレクトラクリーン（ELECTRA CLEAN、商標名）の使用が挙げられる。
【０１１１】
記載の処理によって平坦化された基板にはディッシング及びエロージョンといったトポグラフ的な欠陥や残留物が少なく、平坦性が向上しており、基板の仕上げが向上していることが観察されている。
【０１１２】
以下の非制限的な実施例は、本発明の態様をさらに具体的に説明するためのものである。しかしながら、実施例は記載される本発明の範囲を全て含むことを意図したものではなく、また限定することを意図したものでもない。
【０１１３】
研磨組成物の実施例
バルクタングステン材料及び残留タングステン材料を研磨するための研磨組成物の実施例は以下のとおりである。バルクタングステン研磨組成物は：
実施例１：
約２容量％の硫酸
約２重量％のクエン酸アンモニウム
約２重量％のエチレンジアミン
ｐＨを約８．４〜約８．９にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例２：
約４容量％の硫酸
約２重量％のクエン酸アンモニウム
約２重量％のエチレンジアミン
ｐＨを約８〜約９にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例３：
約１．５容量％の硫酸
約２．５容量％のリン酸
約２重量％のクエン酸アンモニウム
約２重量％のエチレンジアミン
ｐＨを約８〜約９にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例４：
約１容量％の硫酸
約２容量％のリン酸
約２重量％のクエン酸アンモニウム
ｐＨを約８〜約９にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例５：
約２容量％の硫酸
約２容量％のリン酸
約２重量％のクエン酸アンモニウム
約２重量％のエチレンジアミン
ｐＨを約８．４〜約８．９にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例６：
約２容量％の硫酸
約２容量％のサリチル酸
ｐＨを約８〜約９にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例７：
約２容量％の硫酸
約２容量％のリン酸
約２重量％のクエン酸アンモニウム
ｐＨを約８．７にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例８：
約２容量％の硫酸
約２容量％のリン酸
約２重量％のクエン酸アンモニウム
約２重量％のエチレンジアミン
ｐＨを約８．７にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例９：
約２容量％の硫酸
約２重量％のクエン酸アンモニウム
約２重量％のエチレンジアミン
ｐＨを約８〜約９にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例１０：
約２容量％の硫酸
約２容量％のリン酸
ｐＨを約８〜約９にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例１１：
約４容量％のリン酸
約２重量％のクエン酸アンモニウム
約２重量％のエチレンジアミン
ｐＨを約８〜約９にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例１２：
約２容量％のリン酸
約２重量％のクエン酸アンモニウム
約２重量％のエチレンジアミン
ｐＨを約８．４〜約８．９にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例１３：
約２容量％の硝酸
約２容量％のリン酸
約２重量％のクエン酸アンモニウム
約２重量％のエチレンジアミン
ｐＨを約８．４〜約８．９にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例１４：
約２容量％の硝酸
約２容量％のリン酸
約２重量％のクエン酸アンモニウム
約２重量％のエチレンジアミン
ｐＨを約８．５にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例１５：
約４容量％の硝酸
約２重量％のクエン酸アンモニウム
約２重量％のエチレンジアミン
ｐＨを約８〜約９にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例１６：
約１．５容量％の硫酸
約２．５容量％のリン酸
約２重量％のクエン酸アンモニウム
約２重量％のエチレンジアミン
ｐＨを約８．５にするための水酸化カリウム
脱イオン水
を含む。
【０１１４】
残留タングステン研磨組成物は；
実施例１：
約１容量％の硫酸
約１重量％のクエン酸アンモニウム
ｐＨを約６〜約７にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例２：
約１容量％の硫酸
約１．５容量％のリン酸
約０．５重量％のクエン酸アンモニウム
ｐＨを６より高く７より低くするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例３：
約４容量％のリン酸
約０．５重量％のクエン酸アンモニウム
ｐＨを約６〜約７にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例４：
約１容量％の硫酸
約１．５容量％のリン酸
約１重量％のサリチル酸
ｐＨを約６〜約７にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例５：
約２容量％の硫酸
約２容量％のリン酸
約０．５重量％のクエン酸アンモニウム
ｐＨを６より高く７より低くするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例６：
約２容量％の硫酸
約２容量％のリン酸
ｐＨを約６〜約７にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例７：
約１容量％の硫酸
約１．５容量％のリン酸
約０．５重量％のクエン酸アンモニウム
ｐＨを約６．４〜約６．８にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例８：
約１容量％の硝酸
約１．５容量％のリン酸
約０．５重量％のクエン酸アンモニウム
ｐＨを約６．４〜約６．８にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例９：
約２容量％の硝酸
約２容量％のリン酸
約０．５重量％のクエン酸アンモニウム
ｐＨを約６〜７未満にするための水酸化カリウム
脱イオン水
実施例１０：
約１容量％の硫酸
約１．５容量％のリン酸
約０．５重量％のクエン酸アンモニウム
ｐＨを約６．５にするための水酸化カリウム
脱イオン水
を含む。
【０１１５】
研磨処理の実施例
実施例１：
直径３００ｍｍのタングステンめっきをした基板を、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から市販されているリフレキション（REFLEXION、商標名）システムの改変セル内に充填した以下の研磨組成物を使用して、研磨・平坦化した。厚さ約４０００Åのタングステン層をその上に有する基板を、第１プラテンとその上に配置された第１研磨物品とを備えた装置内のキャリアヘッド上に位置させた。第１研磨組成物を約２５０ｍＬ／分でプラテンに供給した。第１研磨組成物は
約２容量％〜約３容量％の硫酸、
約２容量％〜約４容量％のリン酸、
約２重量％〜約２．８重量％のクエン酸アンモニウム、
約２重量％のエチレンジアミン、
ｐＨを約８〜約９にするための水酸化カリウム、
脱イオン水
を含む。
【０１１６】
基板を第１研磨物品と、第１接触圧力約０．３ｐｓｉ、第１プラテン回転速度約２０ｒｐｍ、第１キャリアヘッド回転速度約３９ｒｐｍで接触させ、処理中、約２．９ボルトの第１バイアスを印加した。基板を研磨し、検査した。タングステン層の厚さは約１０００Åに減少していた。
【０１１７】
基板を、第２研磨物品をその上に配置させた第２プラテンに移動させた。第２研磨組成物を約３００ｍＬ／分でプラテンに供給した。第２研磨組成物は
約１容量％〜約２容量％の硫酸、
約１．５容量％〜約２．５容量％のリン酸、
約０．５重量％のクエン酸アンモニウム、
ｐＨを６より高く７より低くするための水酸化カリウム、
脱イオン水
を含む。
【０１１８】
基板を第２研磨物品と、第２接触圧力約０．３ｐｓｉ、第２プラテン回転速度約１４ｒｐｍ、第２キャリアヘッド回転速度約２９ｒｐｍで接触させ、処理中、約２．４ボルトの第２バイアスを印加した。基板を研磨し、検査した。基板表面の余分なタングステン層は除去されて、バリア層とタングステン溝が残っていた。
【０１１９】
実施例２：
直径３００ｍｍのタングステンめっきをした基板を、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から市販されているリフレキション（REFLEXION、商標名）システムの改変セル内に充填した以下の研磨組成物を使用して、研磨・平坦化した。厚さ約４０００Åのタングステン層をその上に有する基板を、第１プラテンとその上に配置された第１研磨物品とを備えた装置内のキャリアヘッド上に位置させた。第１研磨組成物を約２５０ｍＬ／分でプラテンに供給した。第１研磨組成物は
約３容量％の硫酸、
約４容量％のリン酸、
約２．８重量％のクエン酸アンモニウム、
約２重量％のエチレンジアミン、
ｐＨを約８〜約９にするための水酸化カリウム、
脱イオン水
を含む。
【０１２０】
基板を第１研磨物品と、第１接触圧力約０．３ｐｓｉ、第１プラテン回転速度約２０ｒｐｍ、第１キャリアヘッド回転速度約３９ｒｐｍで接触させ、処理中、約２．９ボルトの第１バイアスを印加した。基板を研磨し、検査した。タングステン層の厚さは約１０００Åに減少していた。
【０１２１】
基板を、第２研磨物品をその上に配置させた第２プラテンに移動させた。第２研磨組成物を約３００ｍＬ／分でプラテンに供給した。第２研磨組成物は
約２容量％の硫酸、  
約２．５容量％のリン酸、
約０．５重量％のクエン酸アンモニウム、
ｐＨを６より高く７より低くするための水酸化カリウム、
脱イオン水
を含む。
基板を第２研磨物品と、第２接触圧力約０．３ｐｓｉ、第２プラテン回転速度約１４ｒｐｍ、第２キャリアヘッド回転速度約２９ｒｐｍで接触させ、処理中、約２．４ボルトの第２バイアスを印加した。基板を研磨し、検査した。基板表面の余分なタングステン層は除去されて、バリア層とタングステン溝が残っていた。
【０１２２】
実施例３：
直径３００ｍｍのタングステンめっきをした基板を、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から市販されているリフレキション（REFLEXION、商標名）システムの改変セル内に充填した以下の研磨組成物を使用して、研磨・平坦化した。厚さ約４０００Åのタングステン層を有する基板を、第１プラテンとその上に配置された第１研磨物品とを備えた装置内のキャリアヘッド上に位置させた。組成の第１研磨組成物を約２５０ｍＬ／分でプラテンに供給した。第１研磨組成物は
約２．５容量％の硫酸、
約３容量％のリン酸、
約２．４重量％のクエン酸アンモニウム、
約２重量％のエチレンジアミン、
ｐＨを約８〜約９にするための水酸化カリウム、
脱イオン水
を含む。
【０１２３】
基板を第１研磨物品と、第１接触圧力約０．３ｐｓｉ、第１プラテン回転速度約２０ｒｐｍ、第１キャリアヘッド回転速度約３９ｒｐｍで接触させ、処理中、約２．９ボルトの第１バイアスを印加した。基板を研磨し、検査した。タングステン層の厚さは約１０００Åに減少していた。
【０１２４】
基板を、第２研磨物品をその上に配置した第２プラテンに移動させた。第２研磨組成物を約３００ｍＬ／分でプラテンに供給した。第２研磨組成物は
約１．５容量％の硫酸、
約２容量％のリン酸、
約０．５重量％のクエン酸アンモニウム、
ｐＨを約６．４〜約６．８にするための水酸化カリウム、
脱イオン水
を含む。
基板を第２研磨物品と、第２接触圧力約０．３ｐｓｉ、第２プラテン回転速度約１４ｒｐｍ、第２キャリアヘッド回転速度約２９ｒｐｍで接触させ、処理中、約２．４ボルトの第２バイアスを印加した。基板を研磨し、検査した。基板表面の余分なタングステン層は除去されて、バリア層とタングステン溝が残っていた。
【０１２５】
実施例４：
直径３００ｍｍのタングステンめっきをした基板を、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から市販されているリフレキション（REFLEXION、商標名）システムの改変セル内に充填した以下の研磨組成物を使用して、研磨・平坦化した。厚さ約４０００Åのタングステン層をその上に有する基板を、第１プラテンとその上に配置された第１研磨物品とを備えた装置内のキャリアヘッド上に位置させた。第１研磨組成物を約２５０ｍＬ／分でプラテンに供給した。第１研磨組成物は
約３容量％の硫酸、
約３容量％のリン酸、
約２重量％のクエン酸アンモニウム、
約２重量％のエチレンジアミン、
ｐＨを約８〜約９にするための水酸化カリウム、
脱イオン水
を含む。
【０１２６】
基板を第１研磨物品と、第１接触圧力約０．３ｐｓｉ、第１プラテン回転速度約２０ｒｐｍ、第１キャリアヘッド回転速度約３９ｒｐｍで接触させ、処理中、約２．９ボルトの第１バイアスを印加した。基板を研磨し、検査した。タングステン層の厚さは約１０００Åに減少していた。
【０１２７】
基板を、第２研磨物品をその上に配置した第２プラテンに移動させた。第２研磨組成物を約３００ｍＬ／分でプラテンに供給した。第２研磨組成物は
約２容量％の硫酸、
約２容量％のリン酸、
約０．５重量％のクエン酸アンモニウム、
ｐＨを約６．４〜約６．８するための水酸化カリウム、
脱イオン水
を含む。
基板を第２研磨物品と、第２接触圧力約０．３ｐｓｉ、第２プラテン回転速度約１４ｒｐｍ、第２キャリアヘッド回転速度約２９ｒｐｍで接触させ、処理中、約２．４ボルトの第２バイアスを印加した。基板を研磨し、検査した。基板表面の余分なタングステン層は除去されて、バリア層とタングステン溝が残っていた。
【０１２８】
実施例５：
直径３００ｍｍのタングステンめっきをした基板を、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から市販されているリフレキション（REFLEXION、商標名）システムの改変セル内に充填した以下の研磨組成物を使用して、研磨・平坦化した。厚さ約４０００Åのタングステン層をその上に有する基板を、第１プラテンとその上に配置された第１研磨物品とを備えた装置内のキャリアヘッド上に位置させた。第１研磨組成物を約２５０ｍＬ／分でプラテンに供給した。第１研磨組成物は
約２容量％の硫酸、
約２容量％のリン酸、
約２重量％のクエン酸アンモニウム、
約２重量％のエチレンジアミン、
ｐＨを約８．４〜約８．９にするための水酸化カリウム、
脱イオン水
を含む。
【０１２９】
基板を第１研磨物品と、第１接触圧力約０．３ｐｓｉ、第１プラテン回転速度約２０ｒｐｍ、第１キャリアヘッド回転速度約３９ｒｐｍで接触させ、処理中、約２．９ボルトの第１バイアスを印加した。基板を研磨し、検査した。タングステン層の厚さは約１０００Åに減少していた。
【０１３０】
基板を、第２研磨物品をその上に配置した第２プラテンに移動させた。第２研磨組成物を約３００ｍＬ／分でプラテンに供給した。第２研磨組成物は
約１容量％の硫酸、
約１．５容量％のリン酸、
約０．５重量％のクエン酸アンモニウム、
ｐＨを約６．４〜約６．８にするための水酸化カリウム、
脱イオン水
を含む。
基板を第２研磨物品と、第２接触圧力約０．３ｐｓｉ、第２プラテン回転速度約１４ｒｐｍ、第２キャリアヘッド回転速度約２９ｒｐｍで接触させ、処理中、約２．４ボルトの第２バイアスを印加した。基板を研磨し、検査した。基板表面の余分なタングステン層は除去されて、バリア層とタングステン溝が残っていた。
【０１３１】
上記は本発明の態様について記載したものであるが、本発明の更に別の実施態様がその基本的範囲から逸脱することなく案出され、その範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
本発明の上記態様が得られかつ詳細に理解され得るように、上記で簡単に要約した本発明の態様のより具体的な説明は、添付した図面に図示される実施態様を参照することによって行われる。
【０１３３】
しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な態様のみを図示するものであり、よってその範囲を限定するものではなく、本発明は他の等しく有効な態様も許容しえることに留意しなくてはならない。
【図１Ａ】〜
【図１Ｂ】それぞれディッシング及びエロージョン現象の簡略図である。
【図２】電気化学的機械的平坦化システムの平面図である。
【図３】図２のシステムの第１電気化学的機械的平坦化（ＥＣＭＰ）ステーションの断面図である。
【図４Ａ】第１ＥＣＭＰステーションの２つのコンタクトアセンブリでの部分断面図である。
【図４Ｂ】〜
【図４Ｃ】コンタクトアセンブリの別の態様の断面図である。
【図４Ｄ】〜
【図４Ｅ】プラグの断面図である。
【図５Ａ】〜
【図５Ｂ】コンタクトアセンブリの一態様の側面図、分解図、断面図である。
【図６】コンタクト素子の一態様である。
【図７】ＥＣＭＰステーションの別の態様の垂直断面図である。
【図８Ａ】〜
【図８Ｄ】本発明の一態様による、基板に施した研磨処理の簡略断面図である。
【図１Ａ】
2007519828.tif 000003
【図１Ｂ】
2007519828.tif 000004
【図２】
2007519828.tif 000005
【図３】
2007519828.tif 000006
【図４Ａ】
2007519828.tif 000007
【図４Ｂ】
2007519828.tif 000008
【図４Ｃ】
2007519828.tif 000009
【図４Ｄ】
2007519828.tif 000010
【図４Ｅ】
2007519828.tif 000011
【図５Ａ】
2007519828.tif 000012
【図５Ｂ】
2007519828.tif 000013
【図６】
2007519828.tif 000014
【図７】
2007519828.tif 000015
【図８Ａ】
2007519828.tif 000016
【図８Ｂ】
2007519828.tif 000017
【図８Ｃ】
2007519828.tif 000018
【図８Ｄ】
2007519828.tif 000019
【国際調査報告】
2007519828.tif 000020
2007519828.tif 000021
2007519828.tif 000022