(57)【要約】  金属材料及びバリア材料を電気化学的に処理する方法及び装置が提供される。一実施形態において、基板を電気化学的に処理する方法は、該基板上のバリア材料の露出層と電極との間の電解液を通る導電性経路を確立するステップと、約２ｐｓｉ未満の力で、該基板を処理パッドアセンブリに押し付けるステップと、該基板と、該基板に接触しているパッドアセンブリとの間に動きを提供するステップと、バリア処理ステーション内で、第１の電気化学処理工程中に、該露出層の一部を電気化学的に除去するステップとを含む。【選択図】  図８
2008513596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を電解処理する方法であって、
前記基板上のバリア材料の露出層と電極との間に、電解液を介して導電性経路を確立するステップと、
約２ｐｓｉ未満の力で、前記基板を処理パッドアセンブリに押し付けるステップと、
前記基板と、前記基板に接触しているパッドアセンブリとの間に動きを提供するステップと、
バリア処理ステーション内での第１の電気化学処理工程の間に、前記露出層の一部を電気化学的に除去するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記第１の電気化学処理工程が更に、
バリア材料からなる前記露出層のブレイクスルー時に、または、ブレイクスルー直前に、前記第１の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
前記バリア処理ステーション内での第２の電気化学処理工程において、前記バリア材料の露出層を電気化学的に処理するステップと、
前記第２の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
を備える方法。
【請求項３】
前記導電性経路を確立するステップが、
電解液を、前記電極の下から、前記処理パッドアセンブリを介して前記基板に接触させて流すステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の電気化学処理工程が、
第１の終点を検知するステップと、
前記基板をより遅い速度で電解処理するステップと、
前記基板から取り除かれる残りのバリア材料を表す第２の終点を検知するステップと、
を更に備える、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の終点を検知するステップが、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第１の不連続を検知するステップを更に備える、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の終点を検知するステップが、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第２の不連続を検知するステップを、更に備える、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記電解液が更に、触媒と、硫酸、リン酸、アミノ酸、有機アミン、フタル酸、有機石炭酸、またはピコリン酸またはそれらの誘導体のうちの少なくとも１つとを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記処理システム内で、前記バリア層の上に配置された導電層を電気化学的に除去するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記バリア材料が、ルテニウム、チタン、窒化チタン、タンタル及び窒化タンタルのうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
露出した導電層と、下にあるバリア層とを有する基板を電気化学的に処理する方法であって、
前記基板上の導電性材料からなる前記露出した層と電極との間の電解液を通る導電性経路を確立するステップであって、前記導電性材料が銅またはタングステンであるステップと、
第１の処理ステーション内で、第１の電気化学処理工程中に、前記露出層の部分を電気化学的に除去するステップと、
前記基板をバリア除去ステーションへ移送するステップと、
前記基板を、約２ｐｓｉ未満の力で、前記バリア除去ステーション内に配置された処理パッドアセンブリに押し付けるステップと、
前記バリア層と電極との間の電解液を通る導電性経路を確立するステップと、
前記バリア層を電気化学的に処理するステップと、
を備える方法。
【請求項１１】
前記導電性材料の露出層のブレイクスルー時に、またはブレイクスルー直前に、前記第１の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
第２の電気化学処理工程において、前記導電性材料の露出層を電気化学的に処理するステップと、
前記第２の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
を更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記バリア処理ステップが更に、
前記バリア材料の露出層のブレイクスルー時に、またはブレイクスルー直前に、第１の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
前記バリア処理ステーション内での第２の電気化学処理工程において、前記バリア材料の露出層を電気化学的に処理するステップと、
前記第２の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
を備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の電気化学処理工程が更に、
前記第２の終点の検知後に、前記基板を過剰研磨するステップを更に備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第１の不連続を検知するステップを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第２の不連続を検知するステップを備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記バリア除去ステーション内の電解液が更に、触媒と、硫酸またはリン酸の少なくとも一方とを備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の処理ステーション内の電解液が、前記第１の処理ステーション内の電解液と異なる成分を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
基板を電解処理する方法であって、
前記基板上のバリア材料の露出した層と電極との間の電解液を通る導電性経路を確立するステップと、
バリア処理ステーション内で、第１の電気化学処理工程中に、前記露出層の部分を電気化学的に除去するステップと、
前記バリア材料の露出層のブレイクスルー時に、または、ブレイクスルー直前に、前記第１の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
前記バリア処理ステーション内で、第２の電気化学処理工程において、前記バリア材料の露出層を電気化学的に処理するステップと、
前記第２の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
を備える方法。
【請求項１９】
前記基板上のバリア材料を処理パッドアセンブリに接触させるステップと、
前記基板を前記パッドアセンブリに対して、ポリシングモーションで動かすステップと、
を備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の電気化学処理工程が更に、
第１の終点を検知するステップと、
前記基板を、より遅い速度で処理するステップと、
前記基板から取り除かれる残りのバリア材料を表す第２の終点を検知するステップと、
を備える請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との電位差の第１の不連続を検知するステップであって、前記第２の終点を検知するステップが更に、前記基板と前記電極との電位差の第２の不連続を検知するステップを備えるステップを備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第１の不連続を検知するステップを備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第２の不連続を検知するステップを、
備える、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記処理システム内で、前記バリア層の上に配置された導電層を電気化学的に除去するステップを更に備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記基板と前記電極との間の電流の変化から、前記バリア層の残っている厚さを判断するステップを更に備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
露出した導電層と、下にあるバリア層とを有する基板を電気化学的に処理する方法であって、
前記基板上の前記導電性材料の露出層と電極との間の電解液を通る導電性経路を確立するステップと、
第１の処理ステーション内で、第１の電気化学処理工程中に、前記露出層の部分を電気化学的に除去するステップと、
前記導電性材料の露出層のブレイクスルー時に、または、ブレイクスルー直前に、前記第１の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
第２の電気化学処理工程において、前記導電性材料の露出層を電気化学的に処理するステップと、
前記第２の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
前記基板をバリア除去ステーションへ移送するステップと、
前記バリア層を電気化学的に処理するするステップと、
を備える方法。
【請求項２７】
前記第１の電気化学処理工程が、前記第１の処理ステーション内で実行され、
前記基板を第２の処理ステーションへ移送し、そこで、前記第２の電気化学処理工程が実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２の電気化学処理工程が更に、
第１の終点を検知するステップと、
前記基板をより遅い速度で処理するステップと、
前記基板から取り除かれる残りの導電性材料を表す第２の終点を検知するステップと、
を備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との電位差の第１の不連続を検知するステップと、
前記基板と前記電極との電位差の第２の不連続を検知するステップと、
を備える、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第１の不連続を検知するステップと、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第２の不連続を検知するステップと、
を備える、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記バリア電気化学処理工程が更に、
第１の終点を検知するステップと、
前記基板をより遅い速度で処理するステップと、
前記基板から取り除かれるバリア材料を表す第２の終点を検知するステップと、
を備える、請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との電位差の第１の不連続を検知するステップと、
前記基板と前記電極との電位差の第２の不連続を検知するステップと、
を備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１の終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第１の不連続を検知するステップと、
前記基板と前記電極との間を流れる電流の第２の不連続を検知するステップと、
を備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
電流の変化から、前記導電性材料の厚さを判断するステップを更に備える、請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
露出した導電層と、下にあるバリア層とを有する基板を電気化学的に処理する方法であって、
処理システムの第１の処理ステーション内で、前記基板を処理パッドアセンブリ上に配置するステップと、
前記基板上の導電性材料の露出層と電極との間の電解液を通る導電性経路を確立するステップと、
前記処理パッドアセンブリと、前記処理パッドアセンブリに接触している前記基板との間に、ポリシングモーションを提供するステップと、
前記第１の処理ステーション内で、第１の電気化学処理工程において、前記露出層の部分を電気化学的に除去するステップと、
前記導電性材料の露出層のブレイクスルー時に、または、ブレイクスルー直前に、前記第１の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
第２の電気化学処理工程において、前記導電性材料の露出層を電気化学的に処理するステップと、
前記第２の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
前記基板をバリア除去ステーションへ移送するステップと、
前記バリア除去ステーション内に、前記バリア層と電極との間の電解液を通る導電性経路を確立するステップと、
バリア処理ステーション内で、第１の電解バリア処理ステップ中に、前記バリア層の部分を電気化学的に除去するステップと、
バリア材料のブレイクスルー時に、または、ブレイクスルー直前に、前記第１の電解バリア処理ステップの終点を検知するステップと、
前記バリア処理ステーション内で、第２の電気化学バリア処理ステップにおいて、前記バリア材料を電気化学的に処理するステップと、
前記第２の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、
を備える方法。
【請求項３６】
前記バリア処理ステップ及び導電性材料処理ステップの少なくとも２つの終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との電位差の不連続を検知するステップを備える、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記バリア処理ステップ及び銅処理ステップの少なくとも２つの終点を検知するステップが更に、
前記基板と前記電極との間で測定した電流の不連続を検知するステップを備える、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
電流の変化から、前記導電性材料の残りの厚さを判断するステップを更に備える、請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的に、電気化学処理の方法に関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]電解機械研磨（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｌａｎａｒｉｚｉｎｇ；ＥＣＭＰ）は、電気化学的溶解によって、基板表面から導電性材料を除去するのと同時に、従来の平坦化プロセスと比較して少ない機械的摩耗で該基板を研磨することに使用する技術である。ＥＣＭＰシステムは、一般的に、バイアスの極性を逆にすることによる、該基板への導電性材料の堆積に適している。電気化学的溶解は、陰極と基板表面との間にバイアスを印加して、該基板表面から導電性材料を周りの電解液中へ除去することによって実行される。典型的には、該バイアスは、該基板がその上で処理される導電性研磨材料により、該基板表面に印加される。研磨プロセスの機械的成分は、該基板と該導電性研磨材料との間に相対運動を提供することによって実行され、この相対運動は、該基板からの該導電性材料の除去を強化する。
【０００３】
[0003]多くの従来のシステムにおいては、導電性膜のＥＣＭＰは、バリアの除去のための従来の化学的機械的処理の後に行われる。この処理の二分（例えば、単一のシステム上でのＥＣＭＰとＣＭＰ）は、互いに異なる有用性とプロセス消耗品とを必要とし、その結果、所有者に高コストをもたらす。また、たいていのＥＣＭＰプロセスは、処理される基板と処理面との間の低接触圧を利用するため、処理中に、該基板を保持するのに利用されるヘッドは、典型的に、高接触圧を有する従来のＣＭＰプロセスに利用された場合に、強い処理性能を提供せず、その結果、トレンチまたは他の特徴部内に配置された導電性材料の深い侵食をもたらす。従来の低圧ＣＭＰバリア層処理の除去速度は、一般的に、約１００Å／分未満であるため、低圧を使用する従来のバリア材料のＣＭＰ処理は、大量生産には適さない。従って、電気化学処理を介して、ルテニウム、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン等のバリア材料を除去できるようになっているシステムが有利になるであろう。
【０００４】
[0004]従って、金属及びバリア材料の電気化学処理用の改良された方法及び装置に対する要求がある。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]本発明の実施形態は、一般的に、電解機械研磨システムにおいて、基板上に配置されたバリア及び金属を処理する方法を提供する。金属及びバリア材料を電気化学的に処理する方法及び装置が提供される。一つの実施形態において、基板を電気化学的に処理する方法は、該基板上のバリア材料の露出層と、電極との間に、電解液を介して導電性経路を確立するステップと、約２ｐｓｉ未満の力で、該基板を処理パッドアセンブリに押し付けるステップと、該基板と、該基板に接触しているパッドアセンブリとの間に動きを提供するステップと、バリア処理ステーション内での第１の電気化学処理工程の間に、該露出層の一部を電気化学的に除去するステップとを含む。
【０００６】
[0006]別の実施形態において、基板を電気化学的に処理する方法は、システムの第１の処理ステーションにおいて、バリア層が下に配置された導電層を除去するステップと、処理パッドに対して低い基板接触圧力を使用して、該システムの第２の処理ステーションにおいて、該バリア層を電気化学的に除去するステップとを含む。該システムは、マルチステップ除去プロセスを使用して、該導電層の残りの除去のための、該第１の処理ステーションと第２の処理ステーションとの間に配置された処理ステーションを含んでもよい。
【０００７】
[0007]別の実施形態において、該方法は、上記基板上のバリア材料の露出層と、電極との間に、電解液を介して導電性経路を確立するステップと、バリア処理ステーション内での第１の電気化学処理工程の間に、該露出層の一部を電気化学的に除去するステップと、バリア材料の該露出層のブレイクスルー時に、または、ブレイクスルー直前に、該第１の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、該バリア処理ステーション内での第２の電気化学処理工程において、該バリア材料の該露出層を電気化学的に処理するステップと、該第２の電気化学処理工程の終点を検知するステップと、を含む。
【０００８】
[0008]別の実施形態において、基板を電気化学的に処理する方法は、システムの第１の処理ステーションにおいて、バリア層が下に配置された導電層を除去するステップと、該システムの第２の処理ステーションにおいて、該バリア層を電気化学的に除去するステップとを含む。該システムは、マルチステップ除去プロセスを使用した、該導電層の残りの除去のための、該第１の処理ステーションと、第２の処理ステーションとの間に配置された処理ステーションを含んでもよい。
【０００９】
[0009]本発明の上述した実施形態が実現される方法を詳細に理解できるようにするために、簡潔に前述した、本発明のより具体的な説明を、添付図面に図示されている本発明の実施形態を参照して行うことができる。しかし、該添付図面は、本発明の単に典型的な実施形態を図示するものであり、そのため、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではなく、他の同様に有効な実施形態を認めることができることに留意すべきである。
【００１０】
[0024]理解を容易にするために、可能であれば、図に対して共通である同一の要素を指し示すのに、同一の参照符号を使用している。一実施形態の要素は、さらなる詳述を要することなく、他の実施形態に有利に組み込んでもよいことが意図されている。
【詳細な説明】
【００１１】
[0025]導電性材料及びバリア材料の基板からの除去のためのシステム及び方法に対する実施形態を提供する。以下に開示した実施形態は、主に、基板から材料を除去すること、例えば、平坦化することに焦点を当てているが、本明細書に開示した教示は、該基板と、該システムの電極との間に印加される電気的バイアスの極性を逆にすることにより、基板を電気めっきするのに使用することができることが意図されている。
【００１２】
装置
[0026]図１は、基板を電気化学的に処理する装置を有する平坦化システム１００の一実施形態の平面図である。例示的なシステム１００は、一般的に、ファクトリインタフェース１０２と、ローディングロボット１０４と、平坦化モジュール１０６とを備える。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との間での基板１２２の移送を容易にするために、該ファクトリインタフェース及び平坦化モジュールの近くに配置されている。
【００１３】
[0027]コントローラ１０８は、システム１００のモジュールの制御及びインテグレーションを容易にするために設けられている。コントローラ１０８は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１１０と、記憶装置１１２と、サポート回路１１４とを備える。コントローラ１０８は、例えば、平坦化プロセス、クリーニングプロセス及び移送プロセスの制御を容易にするために、システム１００の様々なコンポーネントに結合されている。
【００１４】
[0028]ファクトリインタフェース１０２は、一般的に、クリーニングモジュール１１６と、１つ以上のウェーハカセット１１８とを含む。インタフェースロボット１２０は、ウェーハカセット１１８と、クリーニングモジュール１１６と、入力モジュール１２４との間で基板１２２を移送するのに採用されている。入力モジュール１２は、グリッパ、例えば、真空グリッパまたはメカニカルグリッパにより、平坦化モジュール１０６とファクトリインタフェース１０２との間での基板１２２の移送を容易にするように位置決めされている。
【００１５】
[0029]平坦化モジュール１０６は、少なくとも、環境的に制御されたエンクロージャ１８８内に配置された第１のＥＣＭＰステーション１２８を含む。本発明からの利益に適応することができる平坦化モジュール１０６の実施例は、全てカリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社から入手可能な、ＭＩＲＲＡ（登録商標）、ＭＩＲＲＡ  ＭＥＳＡ（商標）、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ  ＬＫ（登録商標）及びＲＥＦＬＥＸＩＯＮ  ＬＫ  Ｅｃｍｐ（商標）ＣＭＰシステムを含む。処理パッド、平坦化ウェブ、またはそれらの組合せを使用するもの、および回転運動、直線運動または他の平面運動で、平坦化面に対して基板を動かすものを含む他の平坦化モジュールもまた、本発明からの利益に適応することができる。
【００１６】
[0030]図１に描かれた実施形態において、平坦化モジュール１０６は、第１のＥＣＭＰステーション１２８と、第２のＥＣＭＰステーション１３０と、第３のＥＣＭＰステーション１３２とを含む。基板１２２の上に配置された導電性材料の大量除去は、第１のＥＣＭＰステーション１２８での電気化学的溶解プロセスを介して実行することができる。第１のＥＣＭＰステーション１２８での大量の材料除去の後、残った導電性材料が、マルチステップ電解機械プロセスを介して、第２のＥＣＭＰステーション１３０において、該基板から除去され、該マルチステッププロセスの一部は、残りの導電性材料を除去するように構成されている。異なるステーションで実行された大量除去プロセスの後に、該マルチステップ除去プロセスを実行するために、１つ以上のＥＣＭＰステーションを利用してもよいことが意図されている。代替として、第１のＥＣＭＰステーション１２８及び第２のＥＣＭＰステーション１３０の各々は、単一のステーション上での大量の導電性材料の除去及びマルチステップの導電性材料の除去の両方を実行するのに利用してもよい。また、全てのＥＣＭＰステーション（例えば、図１に描かれたモジュール１０６の３つのステーション)を、2段階の除去プロセスで該導電層を処理するように構成してもよいことが意図されている。
【００１７】
[0031]例示的な平坦化モジュール１０６は、移送ステーション１３６と、マシンベース１４０の上部または第１の側１３８に配置されているカルーセル１３４も含む。一つの実施形態において、移送ステーション１３６は、入力バッファステーション１４２と、出力バッファステーション１４４と、移送ロボット１４６と、ロードカップアセンブリ１４８とを含む。入力バッファステーション１４２は、ローディングロボット１０４によって、ファクトリインタフェース１０２から基板を受け取る。また、ローディングロボット１０４は、研磨した基板を出力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へ戻すのにも利用される。移送ロボット１４６は、バッファステーション１４２、１４４とロードカップアセンブリ１４８との間で基板を移動させるのに利用される。
【００１８】
[0032]一つの実施形態において、移送ロボット１４６は、２つのグリッパアセンブリを含み、各々は、該基板の縁部で該基板を保持する空気圧式グリッパフィンガを有する。移送ロボット１４６は、処理すべき基板を入力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へ移送すると同時に、処理された基板をロードカップアセンブリ１４８から出力バッファステーション１４４へ移送してもよい。有利に使用することができる移送ステーションの実施例は、Ｔｏｂｉｎに対して２０００年１２月５日に発行された米国特許第６，１５６，１２４号明細書に記載されている。
【００１９】
[0033]カルーセル１３４は、ベース１４０上の中央に配置されている。カルーセル１３４は、典型的には、複数のアーム１５０を含み、それぞれが平坦化ヘッドアセンブリ１５２を支持している。図１に描かれた２つのアーム１５０は、移送ステーション１３６及び第１のＥＣＭＰステーション１２８の平坦化面１２６が見えるように、透かして示されている。カルーセル１３４は、平坦化ヘッドアセンブリ１５２を、平坦化ステーション１２８、１３０、１３２及び移送ステーション１３６の間で移動させることができるように索引付け可能である。有利に利用することができる１つのカルーセルは、Ｐｅｒｉｏｖらに対して１９９８年９月８日に発行された米国特許第５，８０４，５０７号明細書に記載されている。
【００２０】
[0034]コンディショニングデバイス１８２は、平坦化ステーション１２８、１３０、１３２の各々の近くのベース１４０上に配置されている。コンディショニングデバイス１８２は、均一な平坦化結果を維持するために、ステーション１２８、１３０、１３２内に配置された平坦化材料の状態を定期的に整える。
【００２１】
[0035]図２は、第１のＥＣＭＰステーション１２８の一実施形態の上に位置決めされた平坦化ヘッドアセンブリ１５２のうちの１つの断面図を描いたものである。第２及び第３のＥＣＭＰステーション１３０、１３２は、同様に構成することができる。平坦化ヘッドアセンブリ１５２は、一般的に、平坦化ヘッド２０４に結合された駆動装置２０２を備える。駆動装置２０２は、一般的に、少なくとも、平坦化ヘッド２０４に対して回転運動を提供する。平坦化ヘッド２０４は、更に、平坦化ヘッド２０４で保持された基板１２２を、処理中に、第１のＥＣＭＰステーション１２８の平坦化面１２６に対向させて配置できるように、第１のＥＣＭＰステーション１２８に向かって作動させることができる。駆動装置２０２は、平坦化ヘッド２０４の回転速度及び方向を制御するために、信号を駆動装置２０２に提供するコントローラ１０８に結合されている。
【００２２】
[0036]一実施形態において、上記平坦化ヘッドは、アプライドマテリアルズ社により製造されているＴＩＴＡＮ  ＨＥＡＤ（商標）またはＴＩＴＡＮ  ＰＲＯＦＩＬＥＲ(商標)ウェーハキャリヤとすることができる。一般的に、平坦化ヘッド２０４は、ハウジング２１４と、基板１２２がその中に保持される中心凹部を画成する保持リング２２４とを備える。保持リング２２４は、該基板が、処理の間に、平坦化ヘッド２０４の下から滑り落ちるのを防ぐために、平坦化ヘッド２０４内に配置された基板１２２を束縛する。保持リング２２４は、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等のプラスチック材料、または、ステンレス鋼、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ等の導電性材料、あるいは、それらの組合せで形成することができる。更に、ＥＣＭＰ中の電界を制御するために、導電性保持リング２２４に、電気的バイアスをかけてもよいことが意図されている。導電性またはバイアスがかけられた保持リングは、該基板の縁部近くで、研磨速度を遅くする傾向がある。他の平坦化ヘッドを利用してもよいことが意図されている。
【００２３】
[0037]第１のＥＣＭＰステーション１２８は、一般的に、ベース１４０上に回転可能に配置されているプラテンアセンブリ２３０を含む。プラテンアセンブリ２３０は、プラテンアセンブリ２３０をベース１４０に対して回転させることができるように、ベアリング２３８によってベース１４０の上で支持されている。ベアリング２３８によって束縛されるベース１４０の領域は、開けており、また、プラテンアセンブリ２３０と通信する、電気的、機械的、空気圧、制御の信号及び接続部のための導管を提供する。
【００２４】
[0038]まとめて回転カプラ２７６と呼ぶ従来のベアリング、ロータリーユニオン及びスリップリングは、電気的、機械的、流体、空気圧、制御の信号及び接続部を、ベース１４０と回転プラテンアセンブリ２３０との間に結合することができるように提供されている。プラテンアセンブリ２３０は、典型的には、回転運動をプラテンアセンブリ２３０に提供するモータ２３２に結合されている。モータ２３２は、プラテンアセンブリ２３０の回転速度及び方向を制御するための信号を提供するコントローラ１０８に結合されている。
【００２５】
[0039]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を支持する。該処理パッドアセンブリは、磁力、引力、真空、クランプ、接着等によって、プラテンアセンブリ２３０に対して保持することができる。
【００２６】
[0040]プレナム２０６は、電解液の平坦化面１２６への均一な配分を容易にするために、プラテンアセンブリ２３０内に画成されている。以下により詳細に説明する複数の流路が、電解液ソース２４８からプレナム２０６へ提供される電解液が、処理中に、プラテンアセンブリ２３０を通って均一に流れて、基板１２２に接触できるように、プラテンアセンブリ２３０に形成されている。異なる電解液成分を、異なる処理の段階の間に、または、異なるＥＣＭＰステーション１２８、１３０、１３２に提供することができることが意図されている。
【００２７】
[0041]処理パッドアセンブリ２２２は、電極２９２と、少なくとも平坦化部分２９０とを含む。電極２９２は、典型的には、特に、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、金、銀及びタングステン等の導電性材料で構成されている。電極２９２は硬くする、電解液に対して不透過性とする、電解液に対して透過性とする、または、穿孔することができる。少なくとも１つの接触アセンブリ２５０は、処理パッドアセンブリ２２２の上に拡がっており、処理パッドアセンブリ２２２上で処理される基板を電源２４２に電気的に結合するように適合されている。また、電極２９２も、該基板と電極２９２との間に電位を確立することができるように、電源２４２に結合されている。
【００２８】
[0042]メータ２４４は、電気化学プロセスを示す尺度を検知するために提供されている。メータ２４４は、電源２４２と、電極２９２または接触アセンブリ２５０の少なくとも一方との間に結合または位置決めすることができる。また、メータ２４４は、電源２４２に一体化することもできる。一実施形態において、メータ２４４は、コントローラ１０８に、電荷、電流および／または電圧等の処理を示す尺度を提供するように構成されている。この尺度は、コントローラ１０８が、現場で処理パラメータを調節するのに、または、終点または他のプロセス段階の検出を容易にするのに利用することができる。
【００２９】
[0043]ウィンドウ２４６は、パッドアセンブリ２２２および／またはプラテンアセンブリ２３０を貫通して提供されており、パッドアセンブリ２２２の下に位置決めされたセンサ２５４が、研磨性能を示す尺度を感知できるように構成されている。例えば、センサ２５４は、センサの中でも特に、渦電流センサまたは干渉計とすることができる。センサ２５４によりコントローラ１０８へ提供された該尺度は、プロファイル調整イン・シトゥ、終点検知または電気化学プロセスの別の時点の検知を処理するために利用することができる情報をもたらす。一実施形態において、センサ２５４は、処理中に、研磨される基板１２２の面に向けられ、かつ該面に当てられる平行光線を生成可能な干渉計である。反射信号間の干渉は、処理されている材料の導電層の厚さを示す。有利に利用することができる１つのセンサは、Ｂｉｒａｎｇらに対して１９９９年４月１３日に発行された米国特許第５，８９３，７９６号明細書に記載されており、該明細書の全体を参照として本明細書に組み入れる。
【００３０】
[0044]導電性材料の基板１２２からの除去に適した処理パッドアセンブリ２２２の実施形態は、一般的に、実質的に誘電性である平坦化面１２６を含んでもよい。導電性材料の基板１２２からの除去に適した処理パッドアセンブリ２２２の他の実施形態は、一般的に、実質的に導電性である平坦化面１２６を含んでもよい。処理中に、電極２９２に対して該基板にバイアスをかけることができるように、該基板を電源２４２に結合するために、少なくとも１つの接触アセンブリ２５０が提供されている。平坦化層２９０を貫通して形成されたアパーチャ２１０は、電解液が基板１２２と電極２９２との間に導電性経路を確立できるようにする。
【００３１】
[0045]一実施形態において、処理パッドアセンブリ２２２の平坦化部分２９０は、ポリウレタン等の誘電体である。本発明からの利益に適応することができる処理パッドアセンブリの実施例は、２００３年６月６日に出願された（“ＣＯＮＤＵＣＴＩＶＥ  ＰＬＡＮＡＲＩＺＩＮＧ  ＡＲＴＩＣＬＥ  ＦＯＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ  ＰＬＡＮＡＲＩＺＩＮＧ”というタイトルの）Ｙ．Ｈｕらによる米国特許出願第１０／４５５，９４１号明細書、および２００３年６月６日に出願された（“ＣＯＮＤＵＣＴＩＶＥ  ＰＬＡＮＡＲＩＺＩＮＧ  ＡＲＴＩＣＬＥ  ＦＯＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ  ＰＬＡＮＡＲＩＺＩＮＧ”というタイトルの）Ｙ．Ｈｕらによる米国特許出願第１０／４５５，８９５号明細書に記載されている。
【００３２】
[0046]図３Ａは、２つの接触アセンブリ２５０を介した第１のＥＣＭＰステーション１２８の部分断面図であり、図４Ａ〜図４Ｃは、図３Ａに示す接触アセンブリ２５０のうちの１つの側面図、分解図及び断面図である。プラテンアセンブリ２３０は、そこから突出し、かつ処理中に、基板１２２の表面にバイアスをかけるように適合された電源２４２に結合された少なくとも１つの接触アセンブリ２５０を含む。接触アセンブリ２５０は、プラテンアセンブリ２３０、処理パッドアセンブリ２２２の一部、または、独立した要素に結合することができる。図３Ａには、２つの接触アセンブリ２５０が示されているが、いかなる数の接触アセンブリを利用してもよく、また、プラテンアセンブリ２３０の中心線に対して、いかなる数の構成で配分してもよい。
【００３３】
[0047]接触アセンブリ２５０は、一般的に、プラテンアセンブリ２３０を介して電源２４２に電気的に結合されており、また、処理パッドアセンブリ２２２内に形成されたそれぞれのアパーチャ３６８を介して少なくとも部分的に拡がるように移動可能である。接触アセンブリ２５０の位置は、プラテンアセンブリ２３０にわたって所定の構成を有するように選定することができる。所定のプロセスに対して、個々の接触アセンブリ２５０を、異なるアパーチャ３６８に再位置決めすることができると共に接触アセンブリが入っていないアパーチャは、プレナム２０６から上記基板への電解液の流れを可能にする（図３Ｄ、図３Ｅに示すような）ストッパ３９２でふさぐか、または、ノズル３９４を詰めることができる。本発明からの利益に適応することができる１つの接触アセンブリは、２００３年５月２３日に出願された、Ｂｕｔｔｅｒｆｉｅｌｄらによる米国特許出願第１０／４５５，２３９号明細書に記載されている。
【００３４】
[0048]図３Ａについて以下に記載した接触アセンブリ２５０の実施形態は、回転ボール接触を描いているが、接触アセンブリ２５０は、代替として、処理中に、基板１２２に電気的バイアスをかけるのに適した導電性の上部層または面を有する構造部またはアセンブリを備えてもよい。例えば、図３Ｂに描かれているように、接触アセンブリ２５０は、特に、導電性粒子３５６をその中に分散させたポリマーマトリクス３５４、または、導電性被覆ファブリック等の導電性材料または導電性合成物から形成された上部層３５２を有するパッド構造部３５０を含んでもよい（すなわち、該導電性要素は、該上部層を備える該材料と一体的に分散されており、または、該材料を備える）。パッド構造部３５０は、該パッドアセンブリの上面への電解液の配給のために、該パッド構造部を貫通して形成された１つ以上のアパーチャ２１０を含んでもよい。適当な接触アセンブリの他の実施例は、２００４年９月１４日に出願された、Ｍａｏらによる米国特許出願第１０／９４０，６０３号明細書に記載されている。
【００３５】
[0049]一実施形態において、接触アセンブリ２５０の各々は、中空ハウジング３０２と、アダプタ３０４と、ボール３０６と、接触要素３１４と、クランプブッシング３１６とを含む。ボール３０６は、導電性の外面を有し、ハウジング３０２内に、移動可能に配置される。ボール３０６は、平坦化面１２６の上に拡がるボール３０６の少なくとも一部を有する第１の位置と、ボール３０６が平坦化面１２６と実質的に同一平面である少なくとも第２の位置とに配置することができる。また、ボール３０６が、平坦化面１２６の完全に下で動いてもよいことも意図されている。ボール３０６は、一般的に、基板１２２を電源２４２に電気的に結合するのに適している。該基板にバイアスをかけるための複数のボール３０６を、図３Ｃに描かれているように、単一のハウジング３５８内に配置してもよいことが意図されている。
【００３６】
[0050]電源２４２は、一般的に、処理中に、正の電気的バイアスをボール３０６に提供する。基板を平坦化する間に、電源２４２は、場合によって、プロセスの化学反応によるボール３０６への化学的破壊作用を最小限にするために、負のバイアスをボール３０６に印加してもよい。
【００３７】
[0051]ハウジング３０２は、処理中のソース２４８から基板１２２への電解液の流れのための導管を提供するように構成されている。ハウジング３０２は、プロセスの化学反応に適合する誘電体から製造される。ハウジング３０２内に形成されたシート３２６は、ボール３０６がハウジング３０２の第１の端部３０８から出るのを防ぐ。シート３２６は、場合によって、流体の流れが、ボール３０６とシート３２６との間で、ハウジング３０２から出ることができるようにする、該シート内に形成された１つ以上の溝３４８を含んでもよい。ボール３０６を通る流体の流れを維持することは、ボール３０６に作用するプロセスの化学反応の傾向を最小限にすることができる。
【００３８】
[0052]接触要素３１４は、クランプブッシング３１６とアダプタ３０４との間に結合されている。接触要素３１４は、一般的に、ハウジング３０２内のボールの位置の範囲によって、アダプタ３０４とボール３０６とを実質的にまたは完全に電気的に接続するように構成されている。一実施形態において、接触要素３１４は、ばね構造として構成してもよい。
【００３９】
[0053]図３及び図４Ａ〜図４Ｃに描かれ、かつ図５に詳細に示されている実施形態において、接触要素３１４は、極配列で環状ベース３４２から伸びている複数の湾曲部３４４を有する該環状ベースを含む。湾曲部（flexure）３４４は、一般的に、プロセスの化学反応に適した弾性かつ導電性の材料から製造される。一実施形態において、湾曲部３４４は、金めっきしたベリリウム銅から製造される。
【００４０】
[0054]図３Ａ及び図４Ａ、図４Ｂに戻ると、クランプブッシング３１６は、張出しヘッド４２４から伸びているねじポスト４２２を有する該張出しヘッド４２４を含む。クランプブッシング３１６は、誘電体または導電性材料、あるいはそれらの組合せから製造することができ、また、一実施形態においては、ハウジング３０２と同じ材料から製造される。張出しヘッド４２４は、接触アセンブリ２５０の組立て中の、およびボール３０６の動きの範囲内でのたわみ、拘束および／または湾曲部３４４に対する損傷を防ぐために、接触要素３１４の湾曲部３４４が、ボール３０６の表面の周囲で広がるように位置決めされるように、接触アセンブリ２５０の中心線に対して鋭角で湾曲部３４４を維持する。
【００４１】
[0055]ボール３０６は、中実または中空であってもよく、典型的には、導電性材料から製造される。例えば、ボール３０６は、金属、導電性ポリマー、または導電性材料の中でも特に、金属、導電性カーボンまたはグラファイト等の導電性材料が充填された高分子材料から製造することができる。代替として、ボール３０６は、導電性材料で被覆されている中実または中空のコアから形成してもよい。該コアは、非導電性であってもよく、また、導電性被膜で少なくとも部分的に被覆してもよい。
【００４２】
[0056]ボール３０６は、一般的に、ばね力、浮力または流れ力のうちの少なくとも１つにより、平坦化面１２６の方へ作動される。図３に描かれた実施形態において、電解液ソース２４８からアダプタ３０４及びクランプブッシング３１６及びプラテンアセンブリ２３０によって形成された流路を通る流れは、処理中に、ボール３０６を上記基板に接触させる。
【００４３】
[0057]図６は、第２のＥＣＭＰステーション１３０の一実施形態の断面図である。第１のＥＣＭＰステーション１２８及び第２のＥＣＭＰステーション１３０は、同じように構成することができる。第２のＥＣＭＰステーション１３０は、一般的に、全体的に導電性の処理パッドアセンブリ６０４を支持するプラテン６０２を含む。プラテン６０２は、処理パッドアセンブリ６０４を介して電解液を配給するように、上述したプラテンアセンブリ６０４と同様に構成することができ、または、プラテン６０２は、処理パッドアセンブリ６０４の平坦化面に電解液を供給するように構成された、該プラテンの近くに配置された流体配給アーム６０６を有してもよい。プラテンアセンブリ６０２は、終点検知を容易にするために、（図２に示す）メータ２４４またはセンサ２５４の少なくとも一方を含む。
【００４４】
[0058]一実施形態において、処理パッドアセンブリ６０４は、導電性パッド６１０と電極６１４との間に挟まれた挿入パッド６１２を含む。導電性パッド６１０は、その上面の処理面全域で実質的に導電性であり、一般的に、導電性材料、または、特に、導電性粒子を中に分散させたポリマーマトリクスまたは導電性被覆ファブリック等の導電性複合材料から形成される（すなわち、該導電性要素は、上記平坦化面を備える材料と一体化されて分散されており、または、該材料を備える）。導電性パッド６１０、挿入パッド６１２及び電極６１４は、単一の交換可能なアセンブリにして製造することができる。処理パッドアセンブリ６０４は、一般的に、電解液が、電極６１４と導電性パッド６１０の上面６２０との間を通ることができるように、透過性であり、または、穿孔されている。図６に描かれた実施形態において、処理パッドアセンブリ６０４には、電解液がその間を流れることができるように、アパーチャ６２２が穿孔されている。一実施形態において、導電性パッド６１０は、導電性ファイバ上に配置されたポリマーマトリクス上に配置された導電性材料、例えば、編成銅被覆ポリマー上に配置されたポリマーマトリクス内のすず粒子で構成されている。また、導電性パッド６１０は、図３Ｃの実施形態における接触アセンブリ２５０にも利用することができる。
【００４５】
[0059]導電性箔６１６を、導電性パッド６１０とサブパッド６１２との間に追加的に配置してもよい。箔６１６は、電源２４２に結合されており、導電性パッド６１０の全域での電源２４２によって印加される電圧の均一な配分を提供できる。導電性箔６１６を含まない実施形態においては、導電性パッド６１０は、例えば、パッド６１０に一体化された端子を介して電源２４２に直接結合することができる。加えて、パッドアセンブリ６０４は、箔６１６と共に、上を覆っている導電性パッド６１０に物理的強度を提供する挿入パッド６１８を含んでもよい。適当なパッドアセンブリの実施例は、既に参照文献として記載した米国特許出願第１０／４５５，９４１号明細書及び同第１０／４５５，８９５号明細書に記載されている。
【００４６】
金属及びバリア層を電解処理する方法
[0060]図７は、上述したシステム１００に対して実施することができる露出した導電層及び下にあるバリア層を有する基板を電解処理する方法７００の一つの実施形態を描いたものである。該導電層は、タングステン、銅、露出したタングステン及び銅を有する層等とすることができる。該バリア層は、ルテニウム、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化物チタン等とすることができる。絶縁層、典型的には、酸化物が、一般的に、該バリア層の下にある。方法７００は、他の電解処理システムに対しても実施することができる。方法７００は、一般的に、コントローラ１０８の記憶装置１１２に、典型的には、ソフトウェアルーチンとして格納されている。該ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ１１０により制御されるハードウェアから遠く離れて配設されている第２のＣＰＵ（図示せず）に格納してもよく、および／または該第２のＣＰＵによって実行してもよい。
【００４７】
[0061]本発明の上記プロセスは、ソフトウェアルーチンとして実施されるものとして議論したが、本明細書に開示されている該方法のステップのうちの幾つかは、ハードウェアならびにソフトウェアコントローラによって実行してもよい。従って、本発明は、コンピュータシステム上で実行されるソフトウェアに、特定用途向け集積回路または他の種類のハードウェア実装としてハードウェアに、または、ソフトウェアとハードウェアの組合せに実装することができる。
【００４８】
[0062]図８は、以下で論議する例示的な除去または平坦化方法の一実施形態に関する電流８０２と電圧８０４のトレースを図示するグラフ８００を描いたものである。振幅は、Ｙ軸８０６上にプロットされており、時間は、Ｘ軸８０８上にプロットされている。
【００４９】
[0063]方法７００は、ステップ７０２において、基板１２２上に形成された導電層に対してバルク電気化学プロセスを実行することにより始まる。一実施形態において、該導電層は、厚さが約６０００〜８０００Åのタングステンからなる層である。バルクプロセスのステップ７０２は、第１のＥＣＭＰステーション１２８で行われる。バルクプロセスのステップ７０２は、一般的に、該導電層の厚さが約２０００〜約５００Åになったときに終了する。
【００５０】
[0064]次に、残っているタングステン材料を除去して、下にあるバリア層を露出させるために、マルチステップ電気化学クリアランスステップ７０４が実行され、該バリア層は、一実施形態において、チタンまたは窒化チタンである。クリアランスステップ７０４は、第１のＥＣＭＰステーション１２８上で、または、他のＥＣＭＰステーション１３０、１３２のうちの１つで実行してもよい。
【００５１】
[0065]クリアランスステップ７０４に続いて、電気化学バリア除去ステップ７０６が実行される。典型的には、電気化学バリア除去ステップ７０６は、第３のＥＣＭＰステーション１３２上で実行されるが、代替的に、他のＥＣＭＰステーション１２８、１３０のうちの１つで実行してもよい。
【００５２】
[0066]一実施形態において、バルク処理ステップ７０２は、ステップ７１２において、平坦化ヘッド２０４内に保持された基板１２２を、第１のＥＣＭＰステーション１２８内に配置された処理パッドアセンブリ２２２の上に移動させることによって始まる。図２、図３Ａ、図４Ａ〜図４Ｃおよび図５のパッドアセンブリが一実施形態において利用されるが、図３Ｂ、図３Ｃに記載されているようなパッド及び接触アセンブリを代替的に利用してもよいことが意図されている。ステップ７１４において、平坦化ヘッド２０４は、プラテンアセンブリ２２２に向かって下げられ、基板１２２が、パッドアセンブリ２２２の上面に接触して置かれる。基板１２２は、約２ポンド・平方インチ（ｐｓｉ）未満の力で、パッドアセンブリ２２２に押し付けられる。一実施形態において、該力は、約０．３ｐｓｉである。
【００５３】
[0067]ステップ７１６において、基板１２２と処理パッドアセンブリ２２２との間の相対運動が提供される。一実施形態において、平坦化ヘッド２０４は、毎分約３０〜６０回転で回転され、一方、パッドアセンブリ２２２は、毎分約７〜３５回転で回転される。
【００５４】
[0068]ステップ７１８において、電解液が、処理パッドアセンブリ６０４に供給されて、基板１２２と電極６１４との間に、該アセンブリを通る導電性経路が確立される。該電解液は、典型的には、硫酸、リン酸及びクエン酸アンモニウムのうちの少なくとも１つを含む。
【００５５】
[0069]ステップ７２０において、電源２４２は、パッドアセンブリ２２２の上面と電極２９２との間にバイアス電圧を提供する。一実施形態において、該電圧は、約３．５ボルト未満の一定の大きさに保たれる。銅が処理される材料である別の実施形態においては、該電圧は、約３．０ボルト未満の一定の大きさに保たれる。パッドアセンブリ２２２の１つ以上の接触要素２５０は、基板１２２と接触しており、該電圧を該基板に結合できるようになっている。電極２９２と基板１２２との間のアパーチャ２１０を満たす電解液は、ステップ７２２における陽極溶解法により、タングステン材料、または、該基板上に配置された他の導電性膜の除去をもたらす電解機械研磨プロセスを促進するための、電源２４２と基板１２２との間の導電性経路を提供する。ステップ７２２のプロセスは、一般的に、約４０００Å／分のタングステン除去速度を有する。銅処理のための上述したパラメータを使用するステップ７２２のプロセスは、一般的に、約６０００Å／分の銅除去速度を有する。
【００５６】
[0070]ステップ７２４において、バルク電解処理の終点が判断される。該終点は、メータ２４４によって生成される処理の第１の尺度を使用して判断することができる。メータ２４４は、上記基板上の導電性材料（例えば、タングステンまたは銅の層）の残りの厚さを判断するのに利用される電荷、電圧または電流情報を提供することができる。別の実施形態においては、センサ２５４を利用する干渉計等の光学技術を利用してもよい。該残りの厚さは、所定の元の膜厚から除去された材料の量を引くことによって、直接、測定または計算することができる。一実施形態において、該終点は、該基板から除去された電荷と、該基板の所定の面積に対するターゲット電荷量とを比較することによって判断される。利用することができる終点技術の実施例は、２００４年９月２４日に出願された米国特許出願第１０／９４９，１６０号明細書、２００２年１月２２日に出願された米国特許出願第１０／０５６，３１６号明細書及び２００２年６月６日に出願された米国特許出願第１０／４５６，８５１号明細書に記載されている。本明細書に記載された上記方法から利益を受ける可能性がある他の終点技術は、後に、図９〜図１２を参照して説明する。
【００５７】
[0071]ステップ７２４は、タングステン層のブレイクスルーの前に、上記プロセスの終点を検知するように構成されている。一実施形態において、ステップ７２４における、残りのタングステン層は、約５００〜約２０００Åの厚さを有する。
【００５８】
[0072]クリアランス処理ステップ７０４は、ステップ７２６において、平坦化ヘッド２０４内に保持された基板１２２を、第２のＥＣＭＰステーション１３０内に配置された処理パッドアセンブリ６０４の上に移動させることによって始まる。ステップ７２８において、平坦化ヘッド２０４が、プラテンアセンブリ６０２の方へ下げられて、基板１２２が、パッドアセンブリ６０４の上面に接触して置かれる。一実施形態において、図６のパッドアセンブリが利用されているが、図２、図３Ａ〜図３Ｃ、図４Ａ〜図４Ｃ及び図５に記載されているようなパッドアセンブリ及び接触アセンブリを代替的に利用してもよいことが意図されている。基板１２２は、約２ｐｓｉ未満の力でパッドアセンブリ６０４に押し付けられる。別の実施形態においては、該力は、約０．３ｐｓｉ以下である。
【００５９】
[0073]ステップ７２９において、基板１２２と処理パッドアセンブリ２２２との間の相対運動が提供される。一実施形態において、平坦化ヘッド２０４は、毎分約３０〜６０回転で回転され、一方、パッドアセンブリ２２２は、毎分約７〜３５回転で回転される。
【００６０】
[0074]ステップ７３０において、電解液が処理パッドアセンブリ６０４に供給されて、基板１２２と電極６１４との間に、該処理パッドアセンブリを通る導電性経路が確立される。ステップ７３０における電解液成分は、一般的に、ステップ７２２における成分と同じである。
【００６１】
[0075]第１のクリアランスプロセスのステップ７３１において、第１のバイアス電圧が、電源２４２によって、パッドアセンブリ６０４の上面と電極６１４との間に提供される。該バイアス電圧は、一実施形態において、タングステン処理の場合、約１．５〜約２．８ボルトの範囲の一定の大きさに保たれ、別の実施形態においては、銅の処理の場合に、２．８ボルト未満である。この電位差は、電極６１４と基板１２２との間のアパーチャ６２２を満たしている電解液を流れる電流に、電解機械研磨プロセスを促進させる。ステップ７３１のプロセスは、一般的に、タングステンの場合に、約１５００Å／分の除去速度を有し、また、銅の場合に、約２０００Å／分の除去速度を有する。
【００６２】
[0076]ステップ７３２において、電気化学処理工程７３１の終点が判断される。該終点は、メータ２４４によって、または、センサ２５４によって生成される、処理の第１の尺度を使用して判断することができる。一実施形態において、該終点は、メータ２４４によって検出された電流の第１の不連続８１０を検知することにより判断される。不連続８１０は、下にある層が、導電層（例えば、タングステン層）をブレイクスルーし始めるときに現れる。該下にある層は、該タングステン層とは異なる固有抵抗を有するため、該処理セル全域（すなわち、上記基板の導電性部分から電極２９２まで）での抵抗は、該下にある層の露出面積に対するタングステン層の面積が変化するのにつれて変化し、それにより、電流の変化が生じる。
【００６３】
[0077]ステップ７３２における終点検知に応じて、第２のクリアランスプロセスステップ７３４が実行されて、残りのタングステン層が除去される。上記基板は、約２ｐｓｉ未満の圧力で上記パッドアセンブリに押し付けられ、また、別の実施形態においては、該基板は、約０．３ｐｓｉ以下の圧力で該パッドアセンブリに押し付けられる。ステップ７３４において、第２の電圧が電源２４２から提供される。該第２の電圧は、ステップ７３０において印加された電圧と同じか、または、それ未満であってもよい。一実施形態において、該第２の電圧は、約１．５〜約２．８ボルトである。該電圧は、一定の大きさに保たれ、電極６１４と基板１２２との間のアパーチャ６２２を満たす電解液を通って、電解機械研磨プロセスを促進する。ステップ７３４のプロセスは、一般的に、銅及びタングステンプロセスの両方の場合に、約５００〜約１２００Å／分の除去速度を有する。
【００６４】
[0078]ステップ７３６において、第２のクリアランスステップ７３４の終点が判断される。該終点は、メータ２４４によって、または、センサ２５４によって提供される、処理の第２の尺度を使用して判断することができる。一実施形態において、該終点は、メータ２４４によって検出された電流の第２の不連続８１２を検知することにより判断される。不連続８１２は、上記下にある層が、基板１２２に形成された特徴部（例えば、プラグまたは他の構造）内に残る上記タングステン層を貫通して完全に露出される間の面積の割合で現れる。
【００６５】
[0079]場合によって、第３のクリアランスプロセスステップ７３８を実行して、上記導電層から任意の残っているデブリを除去してもよい。第３のクリアランスプロセスステップ７３８は、典型的には、時限プロセスであり、第２のクリアランスプロセスステップ７３４と比較して、同じかまたは低くした電圧レベルで実行される。一実施形態において、（過剰研磨ともいう）第３のクリアランスプロセスステップ７３８は、約１５秒〜約３０秒の持続期間を有する。
【００６６】
[0080]電気化学バリア除去ステップ７０６は、ステップ７４０において、平坦化ヘッド２０４内に保持された基板１２２を、第３のＥＣＭＰステーション１３２内に配置された処理パッドアセンブリ６０４の上に移動させることによって始まる。ステップ７４１において、平坦化ヘッド２０４が、プラテンアセンブリ６０２の方へ下げられて、基板１２２が、パッドアセンブリ６０４の上面に接触して置かれる。一実施形態においては、図６のパッドアセンブリが利用されるが、図２、図３Ａ〜図３Ｃ、図４Ａ〜図４Ｃ及び図５に記載されたようなパッドアセンブリ及び接触アセンブリを代替的に利用してもよいことが意図されている。基板１２２上で露出されたバリア材料は、約２ｐｓｉ未満、一実施形態においては、約０．８ｐｓｉ未満の力で、パッドアセンブリ６０４に押し付けられる。
【００６７】
[0081]ステップ７４２において、基板１２２と、処理パッドアセンブリ２２２との間の相対運動が提供される。一実施形態において、平坦化ヘッド２０４は、毎分約３０〜６０回転で回転され、一方、パッドアセンブリ２２２は、毎分約７〜３５回転で回転される。
【００６８】
[0082]ステップ７４４において、電解液が処理パッドアセンブリ６０４に供給されて、基板１２２と、電極６１４との間に、該電解液を通る導電性経路が確立される。バリア除去に利用される電解液成分は、タングステンの除去の場合と異ならせてもよい。一実施形態において、第３のＥＣＭＰステーション１３２に供給される電解液成分は、リン酸または硫酸と、触媒とを含む。該電解液は、該バリア層上での酸化物の生成を阻止または抑制するように適応させることができる。該触媒は、該バリア層を、銅またはタングステンの最小限の除去によって、または、銅またはタングステンを除去することなく、容易に除去および／または溶解させることができるように、Ｔｉまたは他のバリア層を活性化させて、錯化剤と選択的に反応するように選択される。該電解液成分は、アミノ酸、有機アミン及びフタル酸、または、他の有機石炭酸、ピコリン酸またはその誘導体等のｐＨ調整剤及びキレート剤を追加的に含んでもよい。該電解液は、場合によって、研磨剤を含有してもよい。研磨剤は、下にある酸化物層を除去するのに望ましい可能性がある。
【００６９】
[0083]第１のバリアプロセスステップ７４６において、バイアス電圧が、電源２４２から、パッドアセンブリ６０４の上面と電極６１４との間に提供される。該電圧は、約１．５〜約３．０ボルトの範囲の一定の大きさに保たれる。導電性経路は、電極６１４と基板１２２との間のアパーチャ６２２を満たす電解液を通って確立され、電解機械研磨プロセスを促進する。ステップ７４６のプロセスは、一般的に、約５００〜約１０００Å／分のチタン除去速度を有する。他のバリア材料の場合の除去速度も同程度である。
【００７０】
[0084]ステップ７４８において、電解処理工程７４６の終点が判断される。該終点は、メータ２４４によって、または、センサ２５４によって提供される処理の第１の尺度を使用して判断することができる。電気化学バリア除去ステップ７０６の電流及び電圧のトレースは、図８のトレース８０２、８０４に対する形態と同様であり、従って、簡潔にするために省略してある。一実施形態において、ステップ７４８の終点は、メータ２４４によって検出された電流の第１の不連続を検知することによって判断される。該第１の不連続は、下にある層（典型的には、酸化物）が、該バリア層をブレイクスルーし始めるときに現れる。該下にある酸化物層は、該バリア層とは異なる固有抵抗を有するため、該処理セル全域での抵抗の変化は、該バリア層のブレイクスルーを示す。
【００７１】
[0085]ステップ７４８における終点検知に応じて、第２のクリアランスプロセスステップ７５０が実行されて、残りのタングステン層が除去される。ステップ７５０において、第２の電圧が電源２４２から供給される。該第２の電圧は、第１のバリアクリアランスステップ７４６の電圧以下とすることができる。一実施形態において、該電圧は、約１．５〜約２．５ボルトである。該電圧は、一定の大きさに保たれ、電極６１４と基板１２２との間のアパーチャ６２２を満たす電解液に電流を流して、電解機械研磨プロセスを促進する。ステップ７５０のプロセスは、一般的に、約３００〜約６００Å／分の、第１のバリア除去ステップ７４６よりも小さい除去速度を有する。
【００７２】
[0086]ステップ７５２において、電気化学処理工程７５０の終点が判断される。該終点は、メータ２４４によって、またはセンサ２５４によって生成される処理の第２の尺度を使用して判断することができる。一実施形態において、該終点は、メータ２４４によって検出された電流の第２の不連続を検知することにより判断される。該第２の不連続は、上記酸化物層が、基板１２２に形成された特徴部内に残るバリア層を貫通して完全に露出される間の面積の割合で現れる。
【００７３】
[0087]場合によって、第３のクリアランスプロセスステップ７５４を実行して、上記バリア層から、残っているデブリを除去してもよい。第３のクリアランスプロセスステップ７５４は、典型的には、時限プロセスであり、第２のクリアランスプロセスステップ７５０と比較して、同じかまたは低くした電圧レベルで実行される。一実施形態において、（過剰研磨ともいう）第３のクリアランスプロセスステップ７５４は、約１５秒〜約３０秒の持続期間を有する。
【００７４】
[0088]図７は、上述したシステム１００に対して実施することができる、銅、タングステン、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン等の導電性材料を電解処理する方法７００の一実施形態を描いたものである。方法７００は、他の電解処理システムに対しても実施することができる。方法７００は、一般的に、典型的には、ソフトウェアルーチンとして、コントローラ１０８の記憶装置１１２に格納されている。該ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ１１０により制御されるハードウェアから遠く離れている第２のＣＰＵ（図示せず）に格納しおよび／または該第２のＣＰＵによって実行してもよい。
【００７５】
[0089]方法７００は、ステップ７０２において、上記導電層、例えば、基板１２２上に形成された銅に対して、バルク電解プロセスを実行することによって始まる。一実施形態において、バルクプロセスステップ７０２は、第１のＥＣＭＰステーション１２８で行われる。バルクプロセスステップ７０２は、一般的に、該導電層が、約２０００〜約１０００Åの厚さになったときに終了する。
【００７６】
[0090]次に、マルチステップ電気化学クリアランスステップ７０４が実行され、残りの銅材料が除去されて、下にあるバリア層、典型的には、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン等が露出される。クリアランスステップ７０４は、第１のＥＣＭＰステーション１２８上で、または、他のＥＣＭＰステーション１３０、１３２の一方で実行してもよい。
【００７７】
[0091]クリアランスステップ７０４に続いて、電気化学バリア除去ステップ７０６が実行される。典型的には、電気化学バリア除去ステップ７０６は、第３のＥＣＭＰステーション１３２上で実行されるが、代替的に、他のＥＣＭＰステーション１２８、１３０の一方で実行してもよい。
【００７８】
[0092]一実施形態において、バルク処理ステップ７０２は、ステップ７１２において、平坦化ヘッド２０４内に保持された基板１２２を、第１のＥＣＭＰステーション１２８内に配置された処理パッドアセンブリ２２２の上に移動させることによって始まる。一実施形態において、図２、図３Ａ、図４Ａ〜図４Ｃ及び図５のパッドアセンブリが利用されているが、図３Ｂ、図３Ｃ及び図６に記載されているようなパッドアセンブリ及び接触アセンブリを代替的に利用してもよいことが意図されている。ステップ７１４において、平坦化ヘッド２０４が、プラテンアセンブリ２３０の方へ下げられて、基板１２２が、パッドアセンブリ２２２の上面に接触して置かれる。一実施形態において、基板１２２は、約２ｐｓｉ未満の力でパッドアセンブリ２２２に押し付けられる。
【００７９】
[0093]ステップ７１６において、基板１２２と処理パッドアセンブリ２２２との間の相対運動が提供される。一実施形態において、平坦化ヘッド２０４は、毎分約５０回転未満で回転され、一方、パッドアセンブリ２２２は、少なくとも、毎分約５０回転で回転される。
【００８０】
[0094]ステップ７１８において、電解液が処理パッドアセンブリ２２２に供給され、基板１２２と電極２２２との間に、該電解液を通る導電性経路が確立される。ステップ７１９において、電流が、電源２４２から提供され、パッドアセンブリ２２２の上面と電極２９４との間に流れる。一実施形態において、該電流は、約４〜約５アンペアの範囲の一定の大きさに保たれる。ステップ７１６、ステップ７１８及びステップ７１９は、実質的に同時に実行される。
【００８１】
[0095]タングステンが処理される実施形態においては、該電流は、同じ除去速度を得るために、銅の処理で利用される電流の約３倍である。例えば、ステップ７１９は、タングステン導電層を除去するために、約１２〜約１５アンペアを提供することができる。
【００８２】
[0096]パッドアセンブリ２２２の上面は、基板１２２と接触しており、該電流を該基板に結合できるようになっている。電極２９２と基板１２２との間のアパーチャ２１０を満たす電解液は、電源２４２と基板１２２との間に導電性経路を提供して、ステップ７２０における陽極溶解法により、基板１２２の表面に配置された、銅等の導電性材料の除去をもたらす電解機械研磨プロセスを促進する。ステップ７２０のプロセスは、一般的に、約６０００Å／分の除去速度を有する。
【００８３】
[0097]ステップ７２２において、バルク電解プロセスの終点が判断される。該終点は、メータ２４４によって生成される処理の第１の尺度を使用して判断することができる。メータ２４４は、上記基板上の導電性材料（例えば、銅層）の残りの厚さを判断するのに利用される電荷、電圧または電流の情報を提供することができる。別の実施形態においては、センサ２５４を利用する干渉計技術を利用してもよい。該残りの厚さは、所定の元の膜厚から除去された材料の量を引くことにより、直接、測定または計算することができる。一実施形態において、該終点は、該基板から除去された電荷と、該基板の所定の面積に対するターゲット電荷量とを比較することによって判断される。利用することができる終点技術の実施例は、２００２年１月２２日に出願された米国特許出願第１０／０５６，３１６号明細書及び２００２年６月６日に出願された同第１０／４５６，８５１号明細書に記載されている。
【００８４】
[0098]ステップ７２２は、上記銅層のブレイクスルーの前に、該プロセスの終点を検知するように構成されている。一実施形態において、ステップ７２２における残りの銅層は、約１０００〜約２０００Åの厚さを有する。
【００８５】
[0099]次いで、クリアランス処理ステップ７０４の一実施形態について、図８に描かれた電流及び電圧のトレース８０２、８０４のグラフ８００を追加的に参照して議論する。振幅は、ｙ軸８０６上にプロットされており、時間は、ｘ軸８０８上にプロットされている。
【００８６】
[00100]クリアランス処理ステップ７０４は、ステップ７２４において、平坦化ヘッド２０４内に保持された基板１２２を、第２のＥＣＭＰステーション１３０内に配置された処理パッドアセンブリ６０４の上に移動させることによって始まる。ステップ７２６において、平坦化ヘッド２０４は、プラテンアセンブリ６０２の方へ下げられて、基板１２２が、パッドアセンブリ６０４の上面に接触して置かれる。一実施形態において、図６のパッドアセンブリが利用されているが、図２、図３Ａ〜図３Ｃ、図４Ａ〜図４Ｃ及び図５に記載されているようなパッドアセンブリ及び接触アセンブリを代替的に利用してもよいことが意図されている。一実施形態において、基板１２２は、約２ｐｓｉ未満の力でパッドアセンブリ６０４に押し付けられる。ステップ７２８において、電解液が処理パッドアセンブリ６０４に供給されて、基板１２２と電極６１４との間に、該電解液を通る導電性経路が確立される。
【００８７】
[00101]第１のクリアランスプロセスステップ７３０において、第１の電流が電源２４２から提供され、パッドアセンブリ６０４の上面と電極６１４との間に流れる。一実施形態において、（電流トレース８０２によって図示されている）該電流は、約５〜約４アンペアの範囲の一定の大きさで保たれ、電極６１４と基板１２２との間のアパーチャ６２２を満たす電解液を通って、電解機械研磨プロセスを促進する。ステップ７３０のプロセスは、一般的に、ほぼステップ７２２と同様の除去速度を有する。
【００８８】
[00102]ステップ７３２において、電解プロセスステップ７３０の終点が判断される。該終点は、メータ２４４によって、または、センサ２５４によって生成される、処理の第１の尺度を使用して判断することができる。一実施形態において、該終点は、メータ２４４によって検出された電圧の第１の不連続８１０を検知することによって判断される。第１の不連続８１０は、下にある層が、導電層（例えば、銅層）をブレイクスルーし始めるときに現れる。該下にある層は、該銅層とは異なる固有抵抗を有するため、該処理セル全域（すなわち、上記基板の導電性部分から電極２９２まで）での抵抗は、該下にある層の露出した領域に対する銅層の領域が変化するのにつれて変化する。
【００８９】
[00103]終点検知に電流（または、電圧）を利用することは、タングステン材料と、下にある窒化チタン材料との間の近い屈折性が、従来の光学的検知を困難にするため、タングステン除去プロセスにおいて特に有用である。
【００９０】
[00104]ステップ７３２における終点検知に応じて、第２のクリアランスプロセスステップ７３４が実行されて、残りの銅層が除去される。ステップ７３４において、第２の電流が電源２４２から提供される。該電流は、ステップ７３０の電流よりも小さい一定の大きさで保たれ、電極６１４と基板１２２との間のアパーチャ６２０を満たす電解液を通って、電解機械研磨プロセスを促進する。例えば、電流は、約１．５〜約４．５アンペアの範囲で提供することができる。ステップ７３４のプロセスは、一般的に、約５００〜約１５００Å／分の除去速度を有する。タングステンプロセスにおいて、該電流は、５００〜２０００Å／分の除去速度を得るために、約４．５〜約１３．５アンペアとすることができる。
【００９１】
[00105]ステップ７３６において、電解プロセスステップ７３４の終点が判断される。該終点は、メータ２４４によって、またはセンサ２５４によって生成される、処理の第２の尺度を使用して判断することができる。一実施形態において、該終点は、メータ２４４によって検出された電圧の第２の不連続８１２を検知することによって判断される。不連続８１２は、下にあるバリア層が完全に露出され、基板１２２に形成された特徴部（例えば、銅ライン及びビア）内に実質的に残る銅層が除去されたときに現れる。
【００９２】
[00106]場合によって、第３のクリアランスプロセスステップ７３８を実行して、上記導電層から任意の残っているデブリを除去してもよい。第３のクリアランスプロセスステップ７３８は、典型的には、時限プロセスであり、第２のクリアランスプロセスステップ７３２と比較して同じかまたは低くした電流レベルで実行される。一実施形態において、（過剰研磨ともいう）第３のクリアランスプロセスステップ７３８は、約１５〜約３０秒の持続期間を有する。ステップ７３８の間に、電流を、それまでの処理工程の場合の電流レベル未満に、例えば、０．５〜３アンペアまで下げてもよい。
【００９３】
[00107]電気化学バリア除去ステップ７０６は、ステップ７４０において、平坦化ヘッド２０４内に保持された基板１２２を、第３のＥＣＭＰステーション１３２内に配置された処理パッドアセンブリ６０４の上に移動させることによって始まる。ステップ７４２において、平坦化ヘッド２０４が、プラテンアセンブリ６０２の方へ下げられて、基板１２２が、パッドアセンブリ６０４の上面に接触して置かれる。一実施形態においては、図６のパッドアセンブリが利用されているが、図２、図３Ａ〜図３Ｃ、図４Ａ〜図４Ｃ及び図５に記載されているようなパッドアセンブリ及び接触アセンブリを代替的に利用してもよいことが意図されている。一実施形態において、基板１２２は、約２ｐｓｉ未満の力でパッドアセンブリ６０４に押し付けられる。ステップ７４４において、電解液が処理パッドアセンブリ６０４に供給されて、基板１２２と電極６１４との間に、該電解液を通る導電性経路が確立される。バリア除去に利用される電解液は、銅の除去に利用される電解液とは異なっていてもよい。
【００９４】
[00108]一実施形態において、第３のＥＣＭＰステーション１３２に供給される電解液成分は、リン酸または硫酸と、触媒とを含む。該電解液は、該バリア層上での酸化物の生成を防ぐかまたは抑制するように適合させることができる。該触媒は、該バリア層を銅またはタングステンの最小限の除去で、または、銅またはタングステンの除去を要することなく、容易に除去および／または溶解させることができるように、Ｔｉまたは他のバリア層を活性化させて、錯化剤と選択的に反応するように選択される。該電解液成分は、追加的に、アミノ酸、有機アミン及びフタル酸、または、他の有機石炭酸、ピコリン酸またはその誘導体等のｐＨ調整剤及びキレート剤を含んでもよい。該電解液は、場合によって、研磨剤を含有してもよい。研磨剤は、下にある酸化物層を除去するのに望ましい可能性がある。
【００９５】
[00109]第１のバリアプロセスステップ７４６において、第１の電流が電源２４２から提供され、パッドアセンブリ６０４の上面と電極６１４との間に流れる。一実施形態において、該電流は、約１．５〜約６アンペアの範囲の一定の大きさで保たれ、電極６１４と基板１２２との間のアパーチャ６２０を満たす電解液を通って、電解機械研磨プロセスを促進する。ステップ７４６のプロセスは、約５００〜２０００Å／分の除去速度を有する。
【００９６】
[00110]ステップ７４８において、電解プロセス７４６の終点が判断される。該終点は、メータ２４４によって、またはセンサ２５４によって提供される、処理の第１の尺度を使用して判断することができる。電解バリア除去ステップ７０６の電流及び電圧のトレースは、図８に描かれているトレースと同様であり、従って、簡潔にするために省略してある。一実施形態において、ステップ７４８の終点は、メータ２４４によって検出された電圧の第１の不連続を検知することにより判断される。該第１の不連続は、下にある層（典型的には、酸化物）が該バリア層をブレイクスルーし始めるときに現れる。該下にある酸化物層は、該バリア層とは異なる固有抵抗を有するため、該処理セル全域での抵抗の変化は、該バリア層のブレイクスルーを示す。
【００９７】
[00111]ステップ７４８における終点検知に応じて、第２のクリアランスプロセスステップ７５０が実行されて、残りの銅層が除去される。ステップ７４８において、第２の電流が電源２４２から提供される。該電流は、ステップ７４６の電流よりも小さい一定の大きさで保たれ、電極６１４と基板１２２との間のアパーチャ６２０を満たす電解液を通って、電解機械研磨プロセスを促進する。例えば、一実施形態において、電流は、約３．５〜約２．５アンペアの範囲で提供することができる。ステップ７４８のプロセスは、一般的に、約１０００Å／分の除去速度を有する。
【００９８】
[00112]ステップ７５２において、電解プロセスステップ７５０の終点が判断される。該終点は、メータ２４４によって、またはセンサ２５４によって提供される、処理の第２の尺度を使用して判断することができる。一実施形態において、該終点は、メータ２４４によって検出された電圧の第２の不連続を検知することにより判断される。該第２の不連続は、上記酸化物層が完全に露出されたときに現れる。
【００９９】
[00113]場合によって、第３のクリアランスプロセスステップ７５４を実行して、上記バリア層から、残っているデブリを除去してもよい。第３のクリアランスプロセスステップ７５４は、典型的には、時限プロセスであり、第２のクリアランスプロセスステップ７４６と比較して同じかまたは低くした電流レベルで実行される。一実施形態において、（過剰研磨ともいう）第３のクリアランスプロセスステップ７５４は、約１５〜約３０秒の持続期間を有する。
【０１００】
[00114]図９は、電気化学的に処理するための方法９００の別の実施形態のフロー図である。方法９００は、該電気化学プロセスが、図１０に示す電流及び電圧のトレース１００２、１００４のグラフ１０００に描かれているように、電源２４２によって提供される一定の電圧によって促進されることを除いて、上述した方法８００と実質的に同じである。振幅は、ｙ軸１００６にプロットされており、時間は、ｘ軸１００８にプロットされている。
【０１０１】
[00115]一実施形態において、方法９００は、ステップ９０２において、基板１１２上に形成された上記導電層、例えば、銅層に対してバルク電解プロセスを実行することによって始まる。バルクプロセスステップ９０２は、一般的に、該導電層が、約２０００〜約１００００Åの厚さになったときに終了する。
【０１０２】
[00116]次に、マルチステップ電解クリアランスステップ９０４が実行されて、残っている銅材料が除去され、下にあるバリア層が露出される。クリアランスステップ９０４は、第１のＥＣＭＰステーション１２８上で、または、他のＥＣＭＰステーション１３０、１３２の一方で実行することができる。クリアランスステップ９０４に続いて、電解バリア除去ステップ９０６が実行される。典型的には、電解バリア除去ステップ９０６は、第３のＥＣＭＰステーション１３２上で実行されるが、代替的に、他のＥＣＭＰステーション１２８、１３０の一方で実行してもよい。
【０１０３】
[00117]一実施形態において、バルク処理ステップ９０２は、上述したバルク処理ステップ７０２と実質的に同じである。バルク処理ステップ７０２は、電源２４２から供給される実質的に一定の電圧を利用して、該電気化学プロセスを促進する。一実施形態において、該電圧は、約１〜約４ボルトの範囲の一定の大きさで保たれる。該バルク電解プロセスの終点は、上述したように、例えば、終点検知のための他の方法の中でも特に、上記導電層から除去された電荷の合計によって判断される。トレース１００２の左の部分に図示された第１の処理ステップの間、該電流は、該導電層が薄くなるにつれて減少することに留意すべきである。このことは、特に、タングステンを除去したときに重要であり、そのため、該トレースの勾配は、除去速度、または、該導電層の残っている厚さを判断するのに利用することができる。厚さ対電流の変化情報は、終点検知、除去プロ出願制御または他のプロセス制御に利用されるコントローラ１０８がアクセス可能なデータベースに経験的に求め、または計算しかつ格納することができる。
【０１０４】
[00118]次いで、クリアランス処理ステップ９０４が実行される。クリアランス処理ステップ９０４は、上記電解プロセスが一定の電圧で促進されることを除いて、上述したステップ９０４と同じである。一実施形態において、該電圧は、バルク処理ステップ９０２及びクリアランス処理ステップ９０４の両方に関して一定である。別の実施形態においては、クリアランス処理ステップ９０４を促進する該電圧は、先行する処理ステップよりも小さくてもよい。
【０１０５】
[00119]処理ステップ９０４の第１の終点は、メータ２４４によって監視される電流トレース１００２の第１の不連続１０１０を検知することによって確認される。該第１の終点は、代替的に、他の方法によって判断してもよい。第１の不連続１０１０の検知は、上記銅層のブレイクスルーを表す。
【０１０６】
[00120]処理ステップ９０４の第２の終点は、電流トレース１００２の第２の不連続１０１２を検知することにより確認される。第２の終点は、代替の方法によって確認してもよい。第２の不連続は、上記銅層のクリアランスを識別する。場合によって、時限過剰研磨工程を、第２の不連続１０１２によって識別される第２の終点の検知後のクリアランス処理ステップ９０４の間に実行してもよい。
【０１０７】
[00121]電気化学バリア除去ステップ９０６は、該電気化学プロセスが、実質的に一定の電圧で促進されることを除いて、上述したバリア除去ステップ７０６と実質的に同じである。該電圧は、一般的に、ステップ９０２、９０４に利用される電圧以下の実質的に一定の大きさに保たれる。一実施形態において、該電圧は、バリア除去の少なくともバルク部分の場合の約３ボルトよりも小さい実質的に一定の大きさに保たれる。該電圧は、該バリア除去プロセスの残留物の除去部分に対して、場合によって低減してもよい。
【０１０８】
[00122]従って、本発明は、基板を電解研磨するための改良された装置及び方法を提供できる。該装置は、単一のツールを使用して、効率的なバルク及び残留金属及びバリア材料の基板からの除去を有利に容易にする。フルシーケンス式の金属及びバリアの除去に対して電気化学プロセスを利用することは、伝導体の低いエロージョン及びディッシングを提供できると共に、処理中の酸化物ロスを最小限にすることができる。本明細書中の教示によって説明した方法及び装置を、上記電極及び基板に印加されるバイアスの極性を逆にすることによって、材料物質を該基板上に堆積させるのに使用してもよいことが意図されている。
【０１０９】
[00123]上述したことは、本発明の実施形態を対象にしているが、本発明の他の及び追加的な実施形態を、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案してもよく、また、本発明の範囲は、添付クレームによって判断される。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】電解機械研磨システムの平面図である。
【図２】図１のシステムの第１の電解機械研磨（ＥＣＭＰ）ステーションの一実施形態の断面図である。
【図３Ａ】２つの接触アセンブリを介した、バルクＥＣＭＰステーションの部分断面図である。
【図３Ｂ】接触アセンブリの代替実施形態の断面図である。
【図３Ｃ】接触アセンブリの代替実施形態の断面図である。
【図３Ｄ】プラグの断面図である。
【図３Ｅ】プラグの断面図である。
【図４】接触アセンブリの一実施形態の側面図、分解図及び断面図である。
【図５】接触体の一実施形態である。
【図６】別のＥＣＭＰステーションの別の実施形態の斜視図である。
【図７Ａ】導電性材料及びバリア材料を電解処理する方法の一実施形態のフロー図である。
【図７Ｂ】導電性材料及びバリア材料を電解処理する方法の一実施形態のフロー図である。
【図７Ｃ】導電性材料及びバリア材料を電解処理する方法の一実施形態のフロー図である。
【図８】例示的な電解処理方法の一実施形態の場合の、電流及び電圧の軌跡対時間を図示するグラフを描いている。
【図９Ａ】導電性材料を電解処理する方法の一実施形態のフロー図である。
【図９Ｂ】導電性材料を電解処理する方法の一実施形態のフロー図である。
【図１０】例示的な電解プロセスの場合の電圧対電流のプロットのグラフである。
【図１１】導電性材料を電解処理する方法の別の実施形態のフロー図である。
【図１２】例示的な電解プロセスの場合の電流及び電圧のプロットのグラフである。
【符号の説明】
【０１１１】
１００…システム、１０８…コントローラ、１１０…ＣＰＵ、１１２…記憶装置、１２８…第１のＥＣＭＰステーション、１３０…第２のＥＣＭＰステーション、１３２…第３のＥＣＭＰステーション、２０４…平坦化ヘッド、２２２…処理パッドアセンブリ、２４４…メータ、２５４…センサ、８１０…第１の不連続、８１２…第２の不連続。
【図１】
2008513596.tif 000003
【図２】
2008513596.tif 000004
【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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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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８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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