(57)【要約】電気化学機械的処理で使用する保持リングを記載する。保持リングは導電部と非導電部とを備えた一般的に環状体を有する。非導電部は、研磨中、基板と接触する。研磨中、導電部を電気的にバイアスすることで、従来の電気化学機械的処理システムで起こりがちであったエッジ効果を低減する。
2007537052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面と下面を有する導電部と、
内径面の少なくとも一部を形成する基板接触部とを含み、基板接触部は絶縁材料で形成され、研磨処理中に研磨面と接触するように構成されている電気化学機械的処理用の保持リング。
【請求項２】
下面を有する上部環状部をさらに含み、導電部の上面が上部環状部の下面と接触する請求項１に記載の保持リング。
【請求項３】
さらに導体を含み、導体が上部環状部を貫通して延び、導電部と電気的に接触している請求項２に記載の保持リング。
【請求項４】
上部環状部の導電性が導電部より低い請求項２に記載の保持リング。
【請求項５】
基板接触部の上面が導電部の下面と接触し、
基板接触部がそこを貫通して延びる１つ以上の開口部を有し、開口部は導電部の下面の少なくとも一部を環境に露出している請求項１に記載の保持リング。
【請求項６】
基板接触部の開口部が、導電部の下面又は基板接触部の上面のいずれかの凹部を通して互いに流体的に連通している請求項５に記載の保持リング。
【請求項７】
基板接触部の寸法が、基板接触部が研磨パッドと接触する際、電気化学機械的処理システムの導電部と研磨パッドアセンブリの導体素子とが接触しないようなものである請求項１に記載の保持リング。
【請求項８】
導電部が実質的に環状である請求項１に記載の保持リング。
【請求項９】
導電部が、銅、金、プラチナ、パラジウム、チタン、銀、ロジウム、イリジウムの少なくとも１つを含む請求項１に記載の保持リング。
【請求項１０】
ベース部と、
ベース部に取り付けられた保持リングとを含み、
保持リングが上面と下面を有する導電部と、内径面の少なくとも一部を形成する基板接触部と含み、基板接触部は絶縁材料で形成され、研磨処理中に研磨面と接触するように構成されている電気化学機械的処理用のキャリアヘッド。
【請求項１１】
保持リングが下面を有する上部環状部をさらに有し、導電部の上面が上部環状部と接触し、上部環状部の導電性が導電部よりも低い請求項１０に記載のキャリアヘッド。
【請求項１２】
研磨パッドアセンブリと、
研磨パッドアセンブリと接触するように構成されたキャリアヘッドを備え
キャリアヘッドはベース部と、ベース部に取り付けられた保持リングとを含み、保持リングは上面と下面とを有する導電部と、内径面の少なくとも一部を形成する基板接触部とを含み、基板接触部は絶縁材料で形成され、研磨中に研磨面と接触するように構成されており、
保持リングの導電部に電気的に結合された第１電圧源とを含む電気化学機械処
理用のシステム。
【請求項１３】
研磨パッドアセンブリ内にアノード又は対電極をさらに含む請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
アノード又は対電極の少なくとも１つが第２電圧源に電気的に結合されている請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
保持リングがさらに上部を含み、保持リングの上部は導電部と接触し、かつ導電部を第１電圧源に電気的に接続するように構成されている請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
基板接触部の寸法が、基板接触部が研磨パッドアセンブリと接触する際、導電部と研磨パッドアセンブリの導体素子とが接触しないようなものである請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
導電部が外部ローラーに電気的に結合されている請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
電圧源が、約０Ｖ〜約１Ｖの電圧を導電部に印加するように構成されている請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
導電部が支軸と電気的に接触している、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２０】
導電部が銅、金、プラチナ、パラジウム、銀、ロジウム、又はイリジウムを含む請求項１２に記載のシステム。
【請求項２１】
第１電圧で研磨パッドアセンブリを電気的にバイアスし、
第２電圧で導電性保持リングを電気的にバイアスし、第１電圧は第２電圧とは異なり、
基板と研磨パッドアセンブリとの間に相対運動を起こし、基板は導電性保持リングによって保持される電気化学機械的処理用システムの操作方法。
【請求項２２】
環境に露出している下面を有する導電部と、
内径面を形成する基板接触部とを有し、基板接触部は導電部よりも剛性の低い材料で形成され、
基板接触部の下面が研磨面と接触する際、導電部の下面が研磨面の導体素子と接触するように構成されている電気化学機械的処理用の保持リング。
【請求項２３】
基板接触部が、内径面と基板との接触による基板の損傷を実質的に防止するに十分な圧縮性を有する材料で成形されている請求項２２に記載の保持リング。
【請求項２４】
研磨中、導電部と研磨面との間に間隙が形成されるように、導電部の下面は基板接触部の下面と同面ではない請求項２２に記載の保持リング。
【請求項２５】
導電部の下面と接触するスペーサーをさらに含む請求項２４に記載の保持リング。
【請求項２６】
スペーサーが導電性材料を含む請求項２５に記載の保持リング。
【請求項２７】
スペーサーが非導電性材料を含む請求項２５に記載の保持リング。
【請求項２８】
スペーサーが研磨処理に対して実質的に不活性な材料を含む請求項２５に記載の保持リング。
【請求項２９】
導電部が、内径面、外径面、上面、下面を備えた環状導電性リングを形成する環状形状を有する請求項２２に記載の保持リング。
【請求項３０】
環状導電性リングの内径面と外径面が基板接触部と接触する請求項２９に記載の保持リング。
【請求項３１】
導電部が環状導電性リングを形成する環状形状を有し、
環状導電性リングが第１金属と第２金属とを含み、第１金属は基板の処理で使用する電解溶液と第２金属よりもよく反応する請求項２２に記載の保持リング。
【請求項３２】
環状導電性リングが第１金属を約２５％含む請求項３１に記載の保持リング。
【請求項３３】
第１金属と第２金属とが同心の環状リングを形成し、
第１金属が環状体の内径面と第２金属との間に位置される請求項３１に記載の保持リング。
【請求項３４】
第１金属が銅を含み、
第２金属がステンレススチールを含む請求項３３に記載の保持リング。
【請求項３５】
導電部が、銅、金、プラチナ、パラジウムから成る群の少なくとも１つの金属から形成される請求項２２に記載の保持リング。
【請求項３６】
導電部が第１金属のコアを有し、コアが第２金属でメッキされている請求項２２に記載の保持リング。
【請求項３７】
金属の導電部を形成し、
その金属よりも剛性の低い材料で環状体を形成し、環状体が研磨面と接触する下面と、研磨中に基板と接触する内径面と、導電部と接触する部分とを有しており、
環状体の内径面が露出するように導電部を環状体に取り付けることを含む電気化学機械的処理用の保持リングの製造方法。
【請求項３８】
環状体の形成が環状体にキャビティを形成することを含み、
環状体への導電部の取り付けが、導電部をキャビティ内に取り付けることを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
環状体への導電部の取り付けが、環状導電性リングを環状体に取り付けることを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
環状体への導電部の取り付けが、導電部の下面が環状体の下面から凹状に入り込むように導電部を取り付けることを含み、これによって、保持リングが研磨面と接触する際、導電部と研磨面との間に間隙が形成される請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
環状体への導電部の取り付けが、電気化学機械的処理中、電気化学機械的処理装置の導体素子が導電部に電気的に結合され、導電部をバイアスするに十分な薄さの間隙を形成することを含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
環状体への導電部の取り付けが、導電部の下面が環状体によって少なくとも部分的に包封されるように導電部を取り付けることを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４３】
環状体への導電部の取り付けが、導電部の下面が環状体の下面と実質的に同面であるように導電部を取り付けることを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４４】
基板を保持リングの凹部内に保持し、保持リングが保持リングの下面に近接する導電部を含み、
基板の表面を研磨面に接触させ、
基板と研磨面との間に相対運動を起こし、
保持リングと基板とを研磨面で電気的にバイアスすることを含む基板を電気化学機械的に研磨する方法。
【請求項４５】
導体素子を有する研磨パッドアセンブリと、
研磨パッドアセンブリと接触するように構成されたキャリアヘッドを含み、
キャリアヘッドはベース部と、ベース部に取り付けられた保持リングとを含み、保持リングは上面と下面とを有する導電部を含み、下面は研磨パッドアセンブリの導体素子と接触するように構成されており、保持リングは内径面の少なくとも一部を形成する基板接触部を含み、基板接触部は絶縁材料で形成され、研磨中に研磨面と接触するように構成され、
研磨パッドアセンブリの導電部に電気的に結合された電圧源とを含む電気化学機械的処理用のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
本発明は電気化学機械的処理中に基板を保持するための方法及び装置に関する。
【０００２】
集積回路は、通常、導電層、半導体又は絶縁層をシリコンウェハ上に順次堆積することで形成される。ある製造工程では、充填剤層を非平面上に堆積し、非平面が露出するまで充填剤層を平坦化する。例えば、銅等の導電性充填剤層をパターニングした絶縁層上に堆積し、絶縁層内のトレンチやホールを充填することができる。その後、絶縁層の隆起したパターンが露出するまで充填剤層を研磨する。平坦化後、絶縁層の隆起パターン間に残留する導電層の一部が、基板上の薄膜回路間の導電性パスとなるバイア、プラグ、ラインを構成する。加えて、フォトリソグラフィーのために、平坦化による基板表面の平坦化が必要とする。
【０００３】
化学機械的研磨（ＣＭＰ）は平坦化法として認めらているものの１つである。この平坦化法は、典型的には、基板をキャリア又は研磨ヘッド上に搭載する必要がある。基板の露出面を、回転する研磨ディスクパッド又はベルトパッドに押し当てて設置する。研磨パッドは「標準的な」パッド又は固定研削パッドのいずれであってもよい。標準的なパッドは丈夫な粗面を有しており、一方、固定研削パッドは封入媒体中に砥粒を有している。キャリアヘッドにより、荷重を制御して基板を研磨パッドに押し当てる。少なくとも１つの化学的に反応性のある薬剤を含む研磨液を研磨パッドに供給する。例えば標準的なパッドを使用するならば、研磨液は砥粒を任意で含んでいてもよい。
【０００４】
特に銅の研磨に有用であるＣＭＰの応用例が、電気化学機械的処理（ＥＣＭＰ）である。ＥＣＭＰ処理は従来のＣＭＰ処理に類似しているが、非常に弱いダウンフォースやせん断力で銅膜を研磨するために開発されたものであり、低ｋ／Ｃｕ技術に適している。ＥＣＭＰ技法において、導電性材料は、同時に基板を研磨しながら、典型的には従来のＣＭＰ処理と比較して低い機械研削で基板表面から電気化学的溶解によって除去される。電気化学的溶解は、カソードと基板表面との間にバイアスを印加して導電性材料を基板表面から周囲の電解液中へと除去することで行われる。
【０００５】
理想としては、ＥＣＭＰ処理で基板層を所望の平坦度及び厚さまで研磨する。これを越えて研磨することは導電層又は膜の過剰研磨（層又は膜の過剰な除去）へとつながり、回路抵抗の増大を引き起こす可能性がある。基板を十分に研磨しない、つまり導電層の研磨不足（層の少なすぎる除去）は電気ショートに至る可能性がある。基板層の初期厚さ、研磨溶液の組成、研磨パッドの状態、研磨パッドと基板との相対速度、基板への荷重にばらつきがあると、材料の除去速度にもばらつきがでる可能性がある。こういったばらつきは基板間、又は基板の一部は過剰研磨されるが別の個所では研磨不足である場合のように一枚の基板の半径方向にわたって起こり得る。ＣＭＰ装置を選択することで、基板の研磨量を制御可能である。
【概要】
【０００６】
一態様おいて、本発明は電気化学機械的処理システム用の保持リングに関する。
【０００７】
保持リングは、下面を有する導電部を含み、下面は環境に露出しており、内径面を備えた基板接触部を含み、基板接触部は内径面と基板との接触による損傷を実質的に防止するに十分な圧縮性を有する材料で形成され、基板接触部の導電部の下面が研磨面と接触する。
【０００８】
一実施態様において、保持リングは独立してバイアス可能である。保持リングには、研磨する基板とは別に、ある電圧でバイアスを印加することができ、基板縁部の研磨の制御性が向上する。
【０００９】
他の態様において、本発明は導電部と基板接触部とを有する保持リングに関する。導電部は上面と下面とを有する。基板接触部は保持リングの内径面の少なくとも一部を形成しており、絶縁材料で形成され、研磨処理中に研磨面に接触するように構成されている。
【００１０】
一態様において、本発明は電気化学機械的処理用のキャリアヘッドに関する。キャリアヘッドは、保持リングに取り付けられたベース部を含む。保持リングは、上面と下面を有する導電部と絶縁部を含む。絶縁部は、絶縁部を貫通して延び、導電部の下面を露出させている１つ以上の開口部を有する。絶縁部の上面は導電部の下面と接触している。
【００１１】
さらに他の態様において、本発明は電気化学機械的処理用のシステムに関する。本システムは研磨パッドアセンブリとキャリアヘッドとを含む。キャリアヘッドは、研磨パッドアセンブリと接触するよう構成されている。キャリアヘッドは保持リングに取り付けられたベース部を含む。保持リングは上面と下面とを有する導電部と絶縁部とを含む。絶縁部は、絶縁部を貫通して延び、導電部の下面を露出させている１つ以上の開口部を有し、絶縁部の上面は導電部の下面と接触している。第１電圧源は、保持リングの導電部に電気的に結合されている。
【００１２】
他の態様において、電気化学機械的処理用の保持リングの製造方法が記載されている。本方法は金属製の導電部の形成を含む。環状体はその金属より剛性の低い非導電性材料から成り、研磨面と接触する下面と、研磨中に基板と接触する内径面と、導電部と接触する部分とを有する。導電部は、環状体の内径面が露出するように環状体に取り付けられている。
【００１３】
一態様において、本発明は電気化学機械的処理用のシステムの操作方法に関する。本方法は、第１電圧で研磨パッドアセンブリを電気的にバイアスすることを含む。導電性保持リングは第２電圧で電気的にバイアスされ、第１電圧は第２電圧とは異なる。相対運動を基板と研磨パッドアセンブリとの間に起こし、基板は導電性保持リングによって保持される。
【００１４】
他の態様において、本発明は電気化学機械的処理用の導電性保持リングの製造方法に関する。本方法は、実質的に環状の導電部を供給することを含む。絶縁部は導電部の下面に固締されている。絶縁部は、絶縁部を貫通して延び、導電部の下面を露出させている１つ以上の開口部を有し、絶縁部の上面は導電部の下面と接触している。
【００１５】
本発明の実施態様は以下の特徴を全く含まない、又は１つ以上含む。導電部又は導電体は環状であってもよい。導電部へのバイアスは、研磨パッドアセンブリ内の素子によって印加することができる。導電部へのバイアスは、キャリアヘッドを通して電気的に接触している電圧源によって印加することができる。導電部は、ＥＣＭＰ処理によって基板から除去される金属と同一の金属で形成することができる。導電部は保持リング内で駆動することができる。保持リングの底部と導電部との間の間隙は、バネ又はスペーサー等を用いて所望の高さに維持することができる。導電部は１種類以上の金属から形成してもよい。導電部は、第２金属でメッキされた第１金属のコアであることが考えられる。導電部は、保持リングの内径が非剛性材料から構成されるように、十分に非剛性である材料を取り巻くことができる。スペーサーは、導電部の下面と接触し得る。スペーサーは導電性、非導電性、及び/又は実質的に研磨処理に対して不活性な材料であってもよい。スペーサーはステンレススチール製であってもよい。スペーサーは、研磨面に関連する導体素子が保持リングの導電部と接触するに十分な薄さであってもよい。バネは、スペーサーの下面を非導電部の下面と実質的に同面に維持するに十分な下方向の力を導電部に加えることができる。バネの代わりに、導電部上部の凹部に圧力制御装置を流体的に接続し、保持リング内での導電部の位置を制御することができる。スペーサーの代わりに、導電部と研磨面との間に基板接触部が位置してもよい。基板接触部は、導電部の底部の一部を環境に露出させる。基板接触部の寸法は、導電部と研磨パッドアセンブリの導体素子とが接触しないようなものであることが考えられる。
【００１６】
研磨パッドアセンブリの導電層等のアノードは、研磨パッド支持体によって支持することができる。アノードは、第２電圧源に電気的に結合することができる。研磨パッドアセンブリは対電極を含み得る。対電極は第２電圧源に電気的に結合される。システムは第１電圧源を制御可能な制御装置を含み得る。システムは、保持リングからの電流を測定するように構成された電流モニタを含み得る。導電部は外部ローラーに電気的に結合、又は支軸と電気的に接触させることができる。電圧源は、約０Ｖ〜約１Ｖの電圧を導電部に印加するように構成することができる。
【００１７】
保持リングは、導電部と接触する下面を備えた上部環状部を有し得る。アクティブバイアス型保持リングは上部環状部を貫通して延びる導体を有し、導電部と電気的に接触している。上部環状部は導電部より導電性が低くてもよい。導電部の下面は凹部を有し得る。凹部は絶縁部の開口部と流体的に連通し得る。絶縁部の寸法は、絶縁部が研磨パッドと接触する際、たとえ保持リングに圧力を加えても、電気化学機械的処理システムの導電部と研磨パッドアセンブリの導体素子とが接触しないようなものにすることができる。絶縁部の寸法は、絶縁部の厚みが接触を回避するに十分なもの、又は開口部が接触を回避するに十分な狭さであることが考えられる。絶縁部の開口部は穴状又は溝状であることが考えられる。導電部を環状に、銅、金、プラチナ、パラジウム、チタン、銀、ロジウム、イリジウム、又はこれらの材料の１種類以上の合金から形成し得る。
【００１８】
本発明の潜在的な利点の１つは、電気導電性の保持リングが電気的にバイアス可能なことである。ＥＣＭＰ研磨中に保持リングに電気的にバイアスを印加することで、基板全体、特には基板の縁部での研磨の均一性や研磨速度（つまり「ウェハ内均一性」）を向上することができる。研磨均一性が向上することで、処理安定性よび収率が向上する。
【００１９】
導電性リングで取り囲んだ非剛性材料製の内径面を備えた保持リングを形成することにより、基板が保持リングの内径面と接触する際に基板が損傷する恐れを低減することができる。パッシブバイアス型導電性リングの幅は、リングの導電部が研磨面の導電部と接触するに十分なものとなるよう選択することができる。導電性リングは、ＥＣＭＰ処理と反応する第１金属及び処理とほとんど又は全く反応しない第２金属等の複数の導体素子から形成することができる。２種類以上の金属から導電性リングを形成することにより、導電性リングと電流型終点検知器とが相互作用することを制限しながら、リング幅を、導電部と接触するに十分なものに選択することが可能となる。
【００２０】
アクティブバイアス型保持リングは、基板とは異なる電圧にバイアス印加することができる。これにより、基板縁部の研磨速度を調整することが可能となる。基板縁部の研磨速度を調整することで、基板表面全体にわたる研磨均一性を向上することができる。
【００２１】
研磨しているものと同じ材料を保持リングに使用することにより、基板の研磨速度の均一性を向上することができる。また、同じ材料を使用することにより、基板との化学的適合性が確保され、基板に損傷が生じる可能性が低下する。その一方で、ＥＣＭＰ処理と反応を起こさない材料等の別の素材を使用することにより、保持リングの導電部の寿命は長くなる。
【００２２】
導電性リングと研磨面との間に１つ以上のスペーサーを形成することにより、導電性リングが研磨面と直接接触することを防止することができ、導電性リングの摩擦による磨耗が低下し、導電性リングの寿命が向上する。スペーサーは、研磨パッドアセンブリ中の導電性バイアス素子が導電性リングに接触できる寸法に構成することができる。スペーサーは、保持リングの下面と導電性リングの下面との間の間隙を制御することができる。スペーサーは、研磨処理によって磨耗せず、かつ保持リングの寿命を通して間隙が一定に保たれるように不活性材料で形成することが考えられる。また、導電性リングにバネを取り付けて、スペーサーが研磨面に確実に接触するようにできる。あるいは、導電性リングを駆動、つまり研磨面に近づける又は研磨面から遠ざけて、研磨処理をさらに制御することができる。
【００２３】
本発明の１つ以上の態様の詳細を、添付の図面及び以下の記載で説明する。本発明のその他の特徴、目的、利点は、詳細な説明及び図面、及び特許請求の範囲から明らかとなる。
【詳細な説明】
【００２４】
図１に示されるように、基板１０はＥＣＭＰ装置の研磨ステーション２０で研磨することができる。ＥＣＭＰ装置は複数の研磨ステーションを有してもよいが、簡略化のために１つだけを示している。同様の従来型のＣＭＰ研磨装置は米国特許第５７３８５７４号に記載されており、この発明の全開示は引用により本願に組み込まれる。ＥＣＭＰ装置と従来のＣＭＰ研磨装置との根本的な二つの違いは、第一にＥＣＭＰ研磨処理では電解液をプラテン上で使用すること、第二に基板に電気的バイアスを印加することである。加えて、基板上にかかる応力を低減し、且つ電解液のはねを防止するために、研磨中、ＥＣＭＰ処理は低回転速度で行う場合がある。
【００２５】
研磨ステーション２０は、その上に研磨パッドアセンブリ３０が設置されるところの回転式プラテン２４を含む。各研磨ステーション２０は、研磨パッドが基板を効果的に研磨するように研磨パッドの状態を維持するための、パッド調整装置（図示せず）も含み得る。プラテン２４の縁部は、研磨中、研磨電解液２８を研磨パッドアセンブリ３０上に閉じ込めるためのバリア壁又は堰２６を有する。ＥＣＭＰ研磨に適した電解液の一例が、米国特許第６８１１６８０号に記載されており、引用により本願に組み込まれる。銅メッキ及び/又は銅アノード溶解等の電気化学的処理用の電解溶液は、ペンシルバニア州フィラデルフィアのシプリー・リオネル社（Ｓｈｉｐｌｅｙ  Ｌｅｏｎｅｌ）から商標名ウルトラフィル（Ｕｌｔｒａｆｉｌｌ）２０００の名で、また、コネチカット州ダンベリーのプラックスエア社（Ｐｌａｘａｉｒ）から商標名ＥＰ３．１の名で入手可能である。任意で、研磨電解液２８は砥粒を含んでいてもよい。研磨電解液は研磨パッド表面のポート、又は研磨液供給アーム（図示せず）を通して供給することができる。
【００２６】
研磨パッドアセンブリ３０は研磨面３４を備えた非導電性研磨層３２、研磨層３２より柔らかい非導電性バッキング層３６、プラテン２４の表面に界接する対電極層３８を含み得る。研磨層３２及びバッキング層３６は、従来の２層式研磨パッドであることが考えられる。研磨層３２は、場合によってはミクロスフィア等の充填剤を用いて、及び／又は溝付表面を設けて発砲又は注型ポリウレタンから構成することができ、バッキング層３６はウレタン浸出した圧縮フェルト繊維から構成することができる。対電極層３８、バッキング層３６、及び研磨層３２は単一ユニットとして組み立てることができ、例えば対電極層３８をバッキング層３６に接着剤を用いて取り付け、得られる研磨パッドアセンブリ３０を続いてプラテンに取り付けることができる。
【００２７】
上述のように、ＥＣＭＰ装置は電気的バイアスを基板１０に印加する。この電気的バイアスの印加には様々な技法を用いることができる。図２Ａに示されるように、一実施態様において、バイアスは、非導電性誘電性研磨層の穴部を通って延び基板１０と接触する電極によって研磨中に印加される。１つ以上の穴部４４をパッド層３２、３６、及び対電極層３８の双方を通して形成することができる。電極は、穴部４４内に取り付けられ、研磨面３４から若干上方に向かって突き出ている回転式導体球（ローラー）４０であってもよい。各導体球４０はハウジング４６によって拘束し得る。加えて、研磨層３２及びバッキング層３６を貫通する穿孔４２を形成し、対電極層３８を露出させてもよい。電気接点４８ａ及び４８ｂ（例えば、非導電性プラテンに埋設した導電性電気接点）を用いて、電圧源４８を導電性ローラー４０と対電極層３８のそれぞれに接続し、ローラー４０と対電極層３８との間で異なる電圧を印加することができる。こういったシステムは、米国特許第６８８４１５３号に記載されており、引用により本願に組み込みこまれる。
【００２８】
図２Ｂに示されるように、別の実施態様において、バイアスは、非導電性誘電性研磨層に埋設された電極によって印加される。研磨パッドアセンブリ３０’は、研磨面３４を備えた非導電性研磨層３２、研磨層３２より柔らかくてもよい非導電性バッキング層３６、及びプラテン２４に界接する対電極層３８を含む。金属ワイヤ等の導体素子４９は非導電性誘電性研磨層３２に埋設されている。研磨中に基板と接触させるために、導体素子４９の少なくとも一部は、研磨面３４の上方に突き出ている。電圧源４８により、導体素子４９と対電極層３８との間には異なる電圧が印加される。こういった研磨パッド及び関連する研磨システムは、上述の米国特許第６８８４１５３号に記載されている。
【００２９】
図２Ｃに示されるように、別の実施態様においては、研磨層それ自体が導電性であり、バイアスを印加する。例えば、図２Ｃを参照すると、研磨パッドアセンブリ３０”は研磨面３４を備えた導電性研磨層３２’、非導電性バッキング層３６、プラテン２４の表面に界接する対電極層３８を含む。導電性研磨層３２’は、繊維や粒子等（導電性のコーティングを施した誘電性繊維及び粒子を含む）の導電性充填剤を研磨パッド全体に分散させることで形成することができる。導電性充填剤は炭素系材料、導電性重合体、又は導電性金属であり、例えば金、プラチナ、すず、鉛が挙げられる。電圧源４８により、導電性研磨層３２’と対電極層３８との間には異なる電圧が印加される。このような研磨パッド及び関連する研磨システムは、上述の米国特許第６８８４１５３号に記載されている。
【００３０】
図１を再度参照するが、基板１０はキャリアヘッド２２によって研磨ステーション２０へと移動される。その軸を中心として独立して回転可能なように、キャリアヘッド２２はキャリア駆動軸２５によってキャリアヘッド回転モータ３１に接続されている。加えて、キャリアヘッド２２は、回転式マルチヘッドカルーセル３７の支持プレートに形成された放射状スロット内を独立して横方向に揺動することができる。適切なキャリアヘッド２２については、米国特許第６４２２９２７号、６４５０８６８号、米国特許第６８５７９４５号に記載されており、引用によりその開示全体は本願に組み込まれる。
【００３１】
駆動中、プラテン２４はその中心軸で回転し、キャリアヘッド２２はその中心軸で回転しながら研磨パッドの研磨面３４上を横方向に平行移動し、基板１０と研磨パッド３０との間に相対運動を生み出す。研磨中、基板１０上にはキャリアヘッド２２によって加減して圧力が加えられる。また、キャリアヘッド２２は、キャリアヘッドに取り付けられた保持リング１００を用いて基板１０を保持する。保持リング１００は導電部６０を有する。保持リングは実質的に環状体を有する。
【００３２】
図３Ａ〜３Ｄに示されるように、保持リング１００は導電体又は導電部を含む。導電部は、導電性材料から成る１つ以上の導電体を含み得る。導電性材料は銅、金、プラチナ、パラジウム、ロジウム、イリジウムを含む貴金属等が考えられるが、これに限定されるものではない。異なる金属は、ＥＣＭＰ処理に曝された場合、３種類のうちの１つの反応を示す。電解溶解は金属を電解溶液中に溶解し、酸素発生は酸素ガス気泡を形成し、酸化は金属上での非導電性膜の形成を引き起こす。電流がある導電体から隣接する導電体に送電されるように１つ以上の導電体を互いに連結してもよく、又は電気的に互いに絶縁してもよい。導電部は導電性リング１３４の形状であることが考えられる。導電性リング１３４は中実で比較的分厚い、又は第２材料上にメッキされた薄層であることが考えられる。
【００３３】
導電性リング１３４は、導電部と比較して非剛性な部分を少なくとも一部包囲している。つまり、非剛性部６１は導電性リング１３４の材料よりも剛性の低い材料を含むが、非剛性部６１は依然として剛性特性を有する。保持リング１００は、研磨中に基板１０と接触する内径面１０７を有する。内径面１０７の少なくとも下部は、非剛性部６１を含む。非剛性部６１は研磨処理に対して不活性な材料から構成することができ、基板１０の縁部が保持リング１００の内径面１０７と接触する際の基板１０の欠損又は亀裂を防止するに十分な圧縮性を有する。しかしながら、保持リングの素材は、キャリアヘッドが保持リング１００上に下方向の圧力を加える際、基板収容凹部１４０内に押し出されるほどに弾性があるものであってはならない。また、保持リング１００は磨耗しても構わないが、耐久性があり、摩耗率の低いものでなくてはならない。非剛性部６１のショア硬度は８０〜９５Ｄ等の７５〜１００Ｄであることが考えられる。例えば、保持リングはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ））、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、又は複合材料等のプラスチック製であることが考えられる。
【００３４】
非剛性部６１は、保持リング１００の少なくとも内径面１０７が非剛性部６１を含むように導電性リング１３４に接合されている。また、非剛性部６１は、上面、下面、及び保持リング１００の外径１４２を形成する表面を含むその他の表面に沿って位置することができる。保持リング１００は、研磨中、研磨面３４と接触する下面１１８を有する。導電性リング１３４は、図３Ａ及び３Ｄに示されるように、保持リング１００の下面１１８と同面、又は図３Ｂ及び３Ｃに示されるように保持リングの下面１１８から凹状に入り込んでいてもよい。導電性リング１３４の下面は、図３Ａ、３Ｂ、３Ｄに示されるように完全に、又は図３Ｃに示されるように部分的に露出させてもよい。少なくとも部分的に露出された導電性リング１３４は、ＥＣＭＰ処理に使用する電解液と少なくとも反応し得る。
【００３５】
導電部を備えた保持リングには、以下で説明しかつ「アクティブバイアス型」保持リングと称するように、基板とは独立して、つまり外部電圧源によってバイアスを印加することができる。あるいは、導電部を備えた保持リングには、基板をバイアスする際と同一のやり方、つまり例えば図２Ａ−２Ｃの導体素子といった研磨パッドの構成部品によってバイアスを印加することができ、この保持リングは「パッシブバイアス型」保持リングと称される。
【００３６】
図４を参照すると、一部の実施態様において、パッシブバイアス型保持リングは、保持リング１００の非剛性部６１によって部分的に包封されており、電圧源４８と電気的に接触している導電部１３４を有する。一実施態様において、電圧源４８は、研磨パッドアセンブリの導体素子と電気的に接触している電圧源と同一である。
【００３７】
図５Ａを参照すると、一実施態様において、保持リング１００はキャリアヘッド２２と接触する上面１２１を有している。保持リング１００の基板収容凹部１４０は、基板１０を納めるに十分な大きさである。３００ｍｍ基板の場合、基板収容凹部１４０は少なくとも直径３００ｍｍである。図の実施態様において、導電部１３４は外径１４２方向には延びない。
【００３８】
図５Ｂを参照すると、一部の実施態様において、保持リング１００は上部リング部１５３と下部リング部１５５から成る。上部リング部１５３は下部リング部１５５より硬い材料で形成することができる。一実施態様において、上部リング部１５３はステンレススチール等の金属から成る。下部リング部１５５にはキャビティ１５９が形成されている。一部の実施態様において、キャビティ１５９は上部リング部１５３内へと延びている。導電性リング１３４は、導電性リング１３４をキャビティ内へと圧入等によってキャビティ１５９内に取り付けられる。また、導電性リング１３４はエポキシ樹脂等の接着剤で固定することもできる。導電性リングの底部は下面１１８から凹状に入り込んでいるため、保持リング１００が研磨面３４と接触する際、導電性リング１３４と研磨面３４との間には間隙が生じる。典型的には、下部リング部１５５の非剛性部６１の材料はリングの使用に伴って磨耗する。導電性リング１３４がＥＣＭＰ処理中に溶解する金属から成る場合、導電性リング１３４も同様に磨耗する。導電性リング１３４と研磨パッドとの間の間隙１３０は、保持リング１００の下面１１８が磨耗するにつれて変化する。その内部に導電性リング１３４が取り付けられているキャビティ１５９の深さが十分ならば、導電性リング１３４をキャビティ１５９内で押し上げることで、間隙を所望の深さに維持することができる。
【００３９】
図６Ａ、６Ｂ、６Ｃに示されるように、一実施態様において、スペーサー１７１が導電性リング１３４と研磨面３４との間に設置されている。スペーサー１７１は保持リング１００の下面１１８と導電性リング１３４の下面との間の間隙１３０を制御することができる。これにより、保持リング１００の寿命の間、間隙を一定に保つことが可能となる。パッシブバイアス型保持リングの場合、スペーサー１７１は、図９を参照しながら以下でさらに説明するように、研磨パッドアセンブリ３０の導体素子が導電性リング１３４に接触可能な寸法に構成されている。スペーサー１７１はＥＣＭＰ処理に対して不活性な材料から成る。スペーサー１７１は非導電性材料又は導電性材料のいずれかから成る。一実施態様において、スペーサー１７１はステンレススチールから成る。スペーサー１７１は、導電性リング１３４又は保持リング１００に取り付ける個々のスペーサーユニットして形成することができる。スペーサーは、キャビティに圧入して取り付けることができる。また、スペーサーは研磨パッドアセンブリ３０の導電部と導電性リング１３４との間を電気的に接触せしめる、開口部を有したリング等の一部材として形成してもよい。
【００４０】
図７Ａを参照すると、一実施態様において、保持リングはスペーサー１７１と研磨面との接触を維持するための機構を含む。この機構はバネ１６２、又は導電性リング１３４に下方向の力を加えるためのその他の適切な機械装置であることが考えられる。
【００４１】
図７Ｂを参照すると、一実施態様において、導電性リング１３４は位置制御可能である。保持リング１００の上面１２１に形成した穴１６６に圧力制御装置（図示せず）を連結することができる。圧力制御装置はキャリアヘッド内、又はキャリアヘッドに連結された構造内に設置することができる。圧力制御装置は、以下のように、導電性リング１３４を駆動することができる。キャビティ１５９内の圧力を上げ、導電性リングを研磨面３４方向に押し出すことができる。導電性リング１３４は、場合によっては導電面３４に接触可能である。例えば真空状態を形成することでキャビティ内の圧力を下げ、導電性リング１３４を研磨面から引き離すことができる。導電性リング１３４は、キャビティ１５９内で上下に移動可能なように保持リング１００内に取り付けられている。保持リングのこの実施態様においては、スペーサーを任意で使用してもよい。
【００４２】
導電部は１つ以上の導電性材料を含み得る。導電性リング１３４は、電解溶液に溶解又は気泡を発生する金属等の、ＥＣＭＰ処理に反応する第１材料の単層と、電解溶液に溶解しない又は酸素を発生しない金属等の、ＥＣＭＰ処理に対する反応性の低い第２材料の１つ以上の層を含み得る。第２金属は研磨パッドアセンブリ３０の導体素子と電気的に接触し、第１金属に電圧を導電する。例えば、図８に示されるように、ステンレススチール等の第１金属から成る２つの環状層１８０が、銅、金、プラチナ等の第２金属から成る環状層１８２を取り巻いていてもよい。第１金属の全リング幅に占める割合を約２５％等の、第２金属に比べ少なくしてもよい。追加の第１金属層を導電性リング１３４に形成してもよい。
【００４３】
保持リングの底部に形成したフィーチャは、導電性リング１３４の底面にも形成可能である。一実施態様において、下部リング部１５５の下面１１８には溝部１９０が形成されており、溝部１９０は導電性リング１３４にも同様に形成されている。溝部１９０により、保持リング１００の外部から研磨電解液２８を保持リングの凹部１４０に輸送することが可能となる。
【００４４】
図９に示されるように、パッシブバイアス型保持リングの導電性リング１３４は、研磨パッドアセンブリ３０の導電部が導電性リング１３４に接触するように、保持リング１００内に位置されている。スペーサー１７１の高さは（図６に示されるように）、研磨パッドアセンブリ３０の導体素子が導電性リング１３４と接触するに十分な低さでなくてはならない。図示した実施態様において、導体球４０は研磨層３２上に突出している。スペーサー１７１は球４０の露出部分の厚みよりも薄いか同一である。導電性リング１３４の幅１３８は導体球４０と電気的に確実に接触するに十分なものである。典型的には、２つ以上の球４０が、研磨中における所定のタイミングで導電性リング１３４と同時に接触する。
【００４５】
図１０を参照すると、パッシブバイアス型保持リングの導電性リングも、導電性リングにバイアスを印加するための突出した電極を有しない研磨パッドアセンブリと共に使用し得る。研磨パッドアセンブリ３０が導電性研磨層３２又は導体素子を埋設した非導電性研磨層を含む場合、導電性スペーサー１７１を導電性リング１３４と研磨面３４との間に設置し、導電性研磨層３２に導電性リング１３４へのバイアス印加をさせることができる。導電性スペーサー１７１はステンレススチール又はその他の適切な低導電性金属から構成できる。
【００４６】
図１１を参照すると、位置制御可能な導電性リング１３４は研磨面と接触させて位置することができる。導電性リング１３４を研磨面に押し付けて移動するには、圧力制御装置（図示せず）で、その内部に導電性リング１３４が取り付けられたキャビティ１５９内の圧力を上げる。導電性リング１３４を研磨面から離して移動するには、圧力制御装置でキャビティ１５９内の圧力を下げ、真空状態を形成する。
【００４７】
図１２及び１３に示されるように、アクティブバイアス型保持リングは導電部１５６を含む。導電部１５６は、ネジ、ボルト、その他の適切な固締具等を用いて上部リング部１５３に固締、もしくは接着剤又はエポキシ樹脂を用いて接合することができる。上部リング部１５３は、その内部を流体が貫通して流れるように内径面１０７から外径面１４２へと延びる１つ以上の開口部又は流路１５１を１つ以上含み得る。
【００４８】
導電部１５６は、絶縁部１６０と部分的に接触する下面を有する。絶縁部１６０は導電部１５６に圧入又は接着剤やエポキシ樹脂等で接着することができる。絶縁部１６０の下面１１８は研磨処理中、研磨パッドと接触する。絶縁部１６０は導電部１６０と電極等の研磨パッドアセンブリ３０の導電部とが電気的に接触するのを防ぐ。絶縁部１６０はプラスチック等の非導電性材料から形成することができ、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、又は複合材料が挙げられる。材料は研磨処理に不活性であってもよい。絶縁部１６０は、導電部１５６を形成する材料よりも剛性の低い材料を含み得るが、絶縁部１６０は依然として比較的剛性であってもよい。絶縁部１６０の厚みは、研磨する基板１０より厚くてもよい。基板よりも厚みが大きいことにより、導電部１６０と基板１０との接触の可能性が低下する。絶縁部１６０の厚みが基板１０の厚みより小さいなら、絶縁材料製のリング１６０は保持リング１００の内縁に形成して、導電部１５６からウェハを隔離することができる。
【００４９】
絶縁部１６０は、研磨中に電解溶液を導電部１５６に接触せしめる開口部１７３を１つ以上有する。開口部１７３は円形、楕円形、四角形、又はその他の形状の穿孔であることが考えられる。絶縁部１６０は開口部１７３を１つ又は複数有し得る。開口部は軸方向又は円形等の溝部を含み得る。開口部１７３は、研磨パッドアセンブリ３０の一部が導電部１５６と直接接触することを防止するに十分な小ささである。導電部１５６の底面の約５％〜約９５％を電解溶液に曝露し得る。
【００５０】
導電部１５６はその底面に凹部１７２を有し得る。凹部は、絶縁部１６０内の開口部１７１と流体的に連通している。凹部１７２により、研磨中、流体流れにより開口部１７３から気泡を洗い流すことが可能となる。一部又は全ての凹部を２つ以上の開口部１７３と流体的に連通させ、気泡の洗い流しを促進することができる。あるいは、絶縁部１６０は、開口部１７３を互いに流体的に連通せしめる凹部を有してもよい。
【００５１】
図１４を参照すると、導電部１５６は電源、例えば電圧源５０に電気的に接続されている。外部ローラー又は支軸によって、電圧源と導電部１５６との間を電気的に接触させることができる。一実施態様において、リングへの電気的接続は、ローラー又はブラシ等のリングの導電部１５６の外側と接触している外部導電性部材（以下の図１６に示されるように）によって確立することができる。別の実施態様においては、ロールリング、スリップリング、又は水銀フィードスルーが電流を回転するヘッドに導電する。あるいは、導体１８１は、ロールリングと導電部１５６との間を電気的に接続するために保持リング１００に取り付けられたワイヤを含み得る。一実施態様において、導体１８１は導電部１５６に接触しており、電圧源５０と導電部１５６とを電気的に接続している。導体１８１は保持リング１００の上部リング部１５３内を貫通、キャリアヘッドの回転軸内を貫通、又は上部１５３の外側に沿って延ばすことができる。導体１８１は導電性材料から成り、導電部１５６を形成するものと同じ材料を含み得る。
【００５２】
図１５を参照すると、保持リング１００の導電部１５６は第１電圧源５０の第１端子に電気的に結合されている。研磨パッドアセンブリ３０の導電部は、電圧源５０の第２端子に電気的に結合されている。第２電圧源４８の第１端子は第１電圧源５０と研磨パッドアセンブリ３０の導電部に電気的に結合されている。第２電圧源４８の第２端子は研磨パッドアセンブリ３０の対電極３８に電気的に結合されている。この結果、電圧源５０はアノード、つまり基板１０及び／又は基板１０と接触する研磨パッドアセンブリ３０の導電部、に相対して保持リング１００にバイアスを印加することができる。保持リング、基板、対電極層のバイアス印加には、対電極と保持リングの導電部との間の第１電圧及び対電極と研磨パッドアセンブリの導電部との間の第２電圧、又は保持リングの導電部と研磨パッドアセンブリの導電部との間の第１電圧及び保持リングと対抗電極との間の第２電圧等のその他の適切な構成も利用することができる。電圧源５０は保持リング１００を所望の電位、例えば約０Ｖ〜約１Ｖの約−５Ｖ〜約５Ｖにバイアス印加することができる。絶縁部１６０は導電部１５６が研磨パッドアセンブリ３０の導体素子に接触するのを防止するため、保持リング１００は電圧源５０によって独立してバイアス印加される。よって、研磨パッドアセンブリ３０を保持リング１００（Ｖ２）と同じ又は異なる電位でバイアス印加（Ｖ１）することができる。
【００５３】
以下でさらに説明するように、保持リング１００からの電流を測定するために、センサ又は電流メータ５１を保持リング１００に電気的に接続することができる。電圧源５０、電源４８、電流メータ５１は、コンピュータ５２に接続することができる。コンピュータ５２は、保持リング１００と基板１０に印加する電圧を制御することができる。加えて、以下に記載するように、コンピュータ５２をシステムの電流をモニタするように構成することができる。
【００５４】
導電部１５６にバイアスを印加した際、導電部１５６ではアノード反応が起こり、カソード電流Ｉ３が生じる。リング上へ印加する電圧を上げると、リングからの電流も増大する。導電部１５６にセンサを電気的に接触させて、保持リング１００からの電流Ｉ２を測定することができる。カソード電流Ｉ３は、保持リング１００を流れる電流Ｉ２を測定することによって補償することができる。カソード電流Ｉ３からリングからの電流Ｉ２を引いたものが、基板からの溶解電流Ｉ１である。溶解電流Ｉ１により、基板からの材料除去の状況がわかり、モニタすることで材料の除去速度を測定することができる。システム内に数個のカソードを有してもよい。上述の電流測定構成を用いることにより、基板上での除去状況を制御することができる。その他のパラメータをモニタ又は制御するための構成は他にもある。
【００５５】
保持リング１００に電圧を印加しない場合、保持リング１００の性能は標準的な保持リングと同等である。０Ｖより高い電圧を保持リングに印加する場合、保持リング１００にバイアスを印加することで、研磨中の基板１０の縁部からの金属除去速度を低下することができる。保持リング１００に印加する電圧を上げると、除去速度は低下する。保持リング１００に負の電圧を印加する場合、除去速度は基板１０の縁部で上昇する。
【００５６】
一実施態様においては、導電部を有しない標準的な保持リング１００を用いて基板を研磨する。上述した導電性保持リング１００と同様の方法で絶縁された導電性部材を研磨面に設置することができる。導電性部材は研磨する基板に近接して設置することができる。一実施態様において、導電性部材は非導電性保持リングを取り巻く。この実施態様において、導電性部材は非導電性保持リングとともに回転する必要はない。キャリアヘッドがあるプラテンから次のプラテンに移動する場合、導電性部材はキャリアヘッドに従って次のプラテンに移動せずに第１プラテン上に残ってもよい。
【００５７】
上述した特徴の１つ又はその組み合わせを用いて、基板をＥＣＭＰ処理で研磨することができる。キャリアヘッドは、基板を研磨ステーションへと移送し、そこで処理基板表面は研磨パッドアセンブリの研磨面と接触させられる。研磨面には適切な電解溶液が供給される。
【００５８】
アクティブバイアス型保持リングを使用する場合、対電極層と基板との間には第１電圧が印加される。基板と保持リングの導電部との間には第２電圧が印加される。基板と導電性リングには対電極に相対して独立してバイアス印加することができ、また、互いにバイアス印加することができる。キャリアヘッドは、保持リングにかける圧力の程度を制御できる。キャリアヘッドで加えた圧力をもってしても、研磨パッド装置の導電部は保持リングの導電部とは接触しない。電解溶液のみが導電部と接触する。
【００５９】
パッシブバイアス型保持リングを使用するならば、対電極層に電気的に結合された電圧源に動力を供給する。電圧源は、上述したように、基板に直接又は保持リングの導電性リングに直接又は間接的に接触可能な電極、電線又は導電性パッド等の導体素子に電気的に結合されている。導体素子が基板及び導電性リングと電気的に接触している時、基板と導電性リングにバイアスが印加される。
【００６０】
保持リングを用いて、研磨パッドと基板との間に相対運動を起こす。この相対運動は、キャリアヘッドによる基板の移動、キャリアヘッドの回転、プラテンの回転を含む１つ以上の動作によって起こすことができる。基板を処理するにつれ、基板から電解溶液中へと銅が除去されていく。
【００６１】
保持リングの導電部に電気的にバイアスを印加することにより、基板１０の縁部と基板１０の中心部との間の銅の均一性を改善することができる。特定の理論に基づくものではないが、保持リング内に導電部を含めることにより、基板の縁領域にわたる実質的に均一な電圧の印加とそれによる基板縁部にわたる電解溶解の均一性の向上を確保できる可能性がある。特に、導電性リングがない場合、ＥＣＭＰは縁部での過剰研磨を引き起こす場合がある。このエッジ効果は基板縁部によって引き起こされる電圧の不均一性によって生じると仮説されている。しかしながら、導電性リングを追加することで基板縁部での電解液の電位を効果的に制御することができ、導電性領域の縁部を拡大し、電圧の不均一性の原因を基板縁部から遠ざける。つまり、不均一な電圧を印加される領域縁部は基板の縁部ではなくなり、基板縁部の外となる。局所的には、基板縁部において、電位はより均一になり得る。
【００６２】
アクティブバイアス型リングの場合、絶縁部１６０は導電部１５６を研磨パッドアセンブリ３０に接触しないように維持することができる。導電部１５６と研磨パッドアセンブリ３０とが直接接触しないようにすることで、保持リング１００と基板１０に独立してバイアス印加をすることが可能になる。保持リング１００を独立してバイアス印加することができるため、基板縁部での材料除去速度を調整することができる。
【００６３】
スペーサーは、導電部の少なくとも一部が研磨パッドアセンブリ３０と接触するのを防止することができる。導電部が銅から成る場合、銅と研磨パッドアセンブリ３０とが接触すると化学反応が起こり、導電部が磨耗する可能性がある。化学反応を防止することで、研磨中に導電性リングの銅材料の損失が低下する。一般的に、保持リングの導電部及び非導電部は、異なる速度で磨耗する異なる材料から形成されている。スペーサー１７１を保持リング１００内に含めることで、特に保持リング１００の底面が研磨中に磨耗するならば、保持リング１００の下面１１８及び導電性リングが設置される領域全体の平面度を維持することができる。
【００６４】
導電部に２種類の金属を使用することにより、処理中に電解溶液とより強力に反応する細い第１金属層を形成することが可能となる。引用によりその全開示が本願に組み込まれる米国特許公報ＵＳ２００４−０１８２７２１Ａ１に記載される電流型終点検知システムをＥＣＭＰ装置を組み合わせて使用し、導電性リングを銅から形成する場合、終点検知は銅によって阻害されることがある。特に、導電部から銅が溶解することにより、基板から銅を溶解させるために発生させた電流信号を相殺するノイズが発生する可能性がある。金属リングによって発生させる電流量の制御、つまり導電部の面積を低減することにより干渉を低下させることができる。一実施態様において、高導電性金属を含むリングの部分は可能な限り小さいが、それでも基板縁部からエッジ効果を遠ざけるに十分な大きさである。パッシブバイアス型リングの場合、導電部を低導電性金属と高導電性金属で形成することにより、研磨パッドアセンブリ３０の導体素子と導電部との接触を確保するに十分な幅の導電性リングを形成することができる。第２材料により、印加された電圧が第１金属に導電される。パッシブバイアス型とアクティブバイアス型リングのどちらにおいても、基板縁部からエッジ効果を遠ざけるという所望の効果は、低導電性金属で高導電性金属に電圧を伝達させることで達成することができる。同時に、導電性リングの高導電性金属の面積を低下させることにより、終点検知の阻害を低減する。加えて、第２金属は第１金属よりも安価なものにすることができ、その結果リングの製造コストが下がる。
【００６５】
銅等の基板から除去する材料と同一の材料から導電部を形成することで、基板縁部全体にわたるＥＣＭＰ研磨処理効果の均一性を向上、エッジ効果を保持リングに移動することができる。典型的には、銅は基板の化学組成と反応しない。ニッケル等の一部のその他金属は基板内に拡散し、その基板から成るデバイスを使用不能にしてしまうことがある。金、プラチナ、パラジウム、又は銀等のその他の材料を使用ことにより、導電部の寿命を延ばすことができる。銅が研磨面と接触すると、その銅は基板から除去される銅と同じような反応を起こす。その他の非銅金属は銅のような反応を起こさない、つまり電解溶解の代わりに酸素発生が起こり、非銅金属は導電部から、あったとしても、銅と同じように速くは除去されない。金等の金属の場合、酸素が発生し得る。
【００６６】
研磨処理に対して不活性かつ基板の欠損又は亀裂を引き起こしにくい材料から下部リング部１５５を形成することにより、基板１０に接触するに適切な縁部が形成され、基板１０を損傷する可能性が低下する。そういった不活性材料から成る保持リング内に導電部を取り付けることにより、上述したように、導電性材料の利点と不活性材料の利点の両方とが得られる。
【００６７】
導電部が保持リング内で駆動可能なように導電部を形成することにより、導電部を移動及び間隙を洗浄することが可能になる。保持リング内に集る残骸を洗い流すことができる。ＥＣＭＰシステムが基板研磨用のプラテンを複数有する場合、基板縁部の研磨速度は導電部を研磨面に押し付けて又は離して動かすことにより制御することができる。駆動可能なように導電部を形成することにより、処理制御がより容易になる。
【００６８】
研磨パッドアセンブリ３０の導体素子を用いての導電部のバイアス印加とは対照的に、リングの導電部にキャリアヘッドを通して独立してバイアス印加することにより、より小さな導電部を形成することが可能になる。電解液と接触させるためには導電性のより低い材料が必要となる。図８に示されるような多層導電部は不必要である。
【００６９】
本発明の数々の態様を記載してきたが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく様々な改変を加え得ることが理解できる。例えば、保持リングは研磨パッド以外の研磨装置、例えば研磨ベルトと共に使用することができる。導電性リングを取り付ける凹部の寸法は、保持リングと導電性リングとの間にキャビティを残すことなくリングにフィットするよう構成することができる。導電性リングは２つ以上の独立した導電体で置き換えることができる。パッシブバイアス型保持リングでの使用を記載した素子はアクティブバイアス型保持リングと一緒に使用することができ、その逆も可能である。したがって、その他の態様も特許請求の範囲の範囲内である。
【００７０】
本願で引用の参考文献は、引用により本願に全て組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
図面の同様の参照符号は同様の構成要素を表す。
【図１】ＥＣＭＰ研磨ステーションの概略側面部分断面図である。
【図２Ａ】導電性ローラーを有するＥＣＭＰ研磨ステーションの概略断面図である。
【図２Ｂ】研磨パッドの研磨面中／上に導体素子を有するＥＣＭＰ研磨ステーションの概略断面図である。
【図２Ｃ】導電性研磨面を有するＥＣＭＰ研磨ステーションの概略断面図である。
【図３Ａ】〜
【図３Ｄ】導電部を備えた保持リングの異なる実施態様の部分断面図である。
【図４】導電部を備えた保持リングを有するＥＣＭＰ研磨ステーションの概略側面部分断面図である。
【図５Ａ】導電部を備えた保持リングの斜視図である。
【図５Ｂ】ＥＣＭＰシステムで使用する保持リングの一実施態様の断面図である。
【図６Ａ】ＥＣＭＰシステムで使用する保持リングの一実施態様の断面図である。
【図６Ｂ】〜
【図６Ｃ】導電部と１つ以上のスペーサーを備えた保持リングの斜視図である。
【図７Ａ】バネ搭載導電性リングを備えた保持リングの断面図である。
【図７Ｂ】位置制御可能な導電性リングを備えた保持リングの断面図である。
【図８】溝を備えた保持リングの一部の底面図である。
【図９】ＥＣＭＰシステムの電極と接触している、導電部を備えた保持リングの断面斜視図である。
【図１０】研磨装置の導電性研磨層と接触している、スペーサーを備えた保持リングの断面図である。
【図１１】研磨装置の導電性研磨層と接触している、位置制御可能な導電部を備えた保持リングの断面図である。
【図１２】導電部と絶縁部とを備えた保持リングの断面部分斜視図である。
【図１３】保持リングの導電部と絶縁部の底面図と、保持リングの断面図である。
【図１４】ＥＣＭＰシステムで使用する保持リングの一実施態様の斜視図である。
【図１５】〜
【図１６】独立してバイアス可能な保持リングを備えたＥＣＭＰ研磨ステーションの概略側面部分断面図である。
【図１】
2007537052.tif 000003
【図２Ａ】
2007537052.tif 000004
【図２Ｂ】
2007537052.tif 000005
【図２Ｃ】
2007537052.tif 000006
【図３Ａ】
2007537052.tif 000007
【図３Ｂ】
2007537052.tif 000008
【図３Ｃ】
2007537052.tif 000009
【図３Ｄ】
2007537052.tif 000010
【図４】
2007537052.tif 000011
【図５Ａ】
2007537052.tif 000012
【図５Ｂ】
2007537052.tif 000013
【図６Ａ】
2007537052.tif 000014
【図６Ｂ】
2007537052.tif 000015
【図６Ｃ】
2007537052.tif 000016
【図７Ａ】
2007537052.tif 000017
【図７Ｂ】
2007537052.tif 000018
【図８】
2007537052.tif 000019
【図９】
2007537052.tif 000020
【図１０】
2007537052.tif 000021
【図１１】
2007537052.tif 000022
【図１２】
2007537052.tif 000023
【図１３】
2007537052.tif 000024
【図１４】
2007537052.tif 000025
【図１５】
2007537052.tif 000026
【図１６】
2007537052.tif 000027
【国際調査報告】
2007537052.tif 000028
2007537052.tif 000029