(57)【要約】【課題】基板の表面を平坦化するための方法及び装置を提供する。【解決手段】基板の表面を研磨する方法及び装置が提供される。１つの特徴において、基板を研磨する装置は、電源によりバイアスされる導電性パッド、バッキング及び導電層を有するパッドアセンブリを備えている。別の実施形態では、基板を研磨する装置は、深皿内に配置されたパッドアセンブリを備えている。深皿は、電源の両極に接続された２つの電極を有する。各電極は、パッドアセンブリに形成された各アパーチャーに部分的に延びる。上記装置は、電気化学的研磨ステーションの一部分でよく、任意であるが、該ステーションは、化学的機械的研磨ステーションを含むシステムの一部分でよい。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を研磨する装置であって、
基板を研磨するための第１面を有し、電源の第１極に結合される導電性パッドと、
上記導電性パッドの第２面に結合されるバッキング層と、
上記バッキング層に結合され上記電源の第２極に接続される導電層と、
を備えた、前記装置。
【請求項２】
上記導電性パッド及び上記バッキング層は、穿孔されているか浸透性である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記バッキング層は、上記導電性パッドより柔軟である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
上記バッキング層は、発泡ポリマー、エラストマー、フェルト材料、含浸フェルト又はプラスチックから構成される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
上記導電性パッド、上記バッキング層及び上記導電層は、接着剤で接合される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
上記導電性パッドは、少なくとも、電解液浸透性又は穿孔されており、上記バッキング層は、そうでない、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
上記導電性パッドは、上記導電性パッドの上記第１面に露出された１つ以上の導電性素子を有する誘電体本体を更に備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
上記導電性素子は、上記電源の上記第１極に接続される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
上記導電性素子は、ローラー、ボール、ロッド、バー、メッシュ、ファイバー、スタンド及び柔軟なフィンガーより成るグループから選択された１つ以上の素子である、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
基板を処理する装置であって、
深皿と、
上記深皿の底部に接続された第１電極と、
上記深皿の底部に接続された第２電極とを備え、これら第１及び第２電極は、互いに電気的にバイアスされ、
更に、第１側部及び第２側部を有し、その第２側部が上記深皿の底部に配置される誘電体パッドと、
上記誘電体パッドを通して形成された第１アパーチャーであって、上記第１電極がそこに部分的に延びるような前記第１アパーチャーと、
上記誘電体パッドを通して形成された第２アパーチャーであって、上記第２電極がそこに部分的に延びるような前記第２アパーチャーと、
を備えた、前記装置。
【請求項１１】
基板を処理する装置であって、
深皿と、
第１側部及び上記深皿の底部に配置された第２側部を有する誘電体パッドと、
上記誘電体パッドに形成された第１電気化学的セルと、
上記誘電体パッドに形成され上記第１電気化学的セルとは逆の極性を有する第２電気化学的セルと、
を備えた、前記装置。
【請求項１２】
上記深皿の底部に接続され上記第１セルへと突出するカソードと、
上記深皿の底部に接続され上記第２セルへと突出するアノードとを更に備えた、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
上記カソードは、上記誘電体パッドの第１面より下にへこまされる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
基板を処理する装置であって、
ａ）基板支持面を有する誘電体層、該誘電体層に接続され基板に接触するための複数の導電性素子、上記誘電体層に接続され上記誘電体層より柔軟なバッキング、及び該バッキングに接続された電極を含む研磨パッドアセンブリと、
ｂ）上記パッドアセンブリの上記誘電体層が深皿の開口端部を向くようにして上記パッドアセンブリが交換可能に配置された深皿と、
ｃ）上記深皿の上記開放端の上に配置され、上記深皿に配置された上記パッドアセンブリに接触させるように基板を配置保持する研磨用ヘッドと、
ｄ）上記導電性素子及び上記電極に接続され、それらの間に電気的バイアスを印加するための電源と、
を備えた、前記装置。
【請求項１５】
上記バッキング及び上記電極は、少なくとも、電解液浸透性又は穿孔されている、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
上記深皿の上に支持され、上記深皿を向いた開放端を有するハウジングと、
上記ハウジングに形成された通気口と、
を更に備えた、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
基板を処理する装置であって、
研磨プロセス中に電解液を収容するための側壁及び底部を有する深皿と、
上記深皿に配置された誘電体パッドと、
上記誘電体パッドの研磨面に形成された少なくとも第１及び第２アパーチャーと、
上記第１アパーチャーに配置され、上記誘電体パッドの上記研磨面からへこまされた第１電極と、
上記第２アパーチャーに配置され、上記誘電体パッドの上記研磨面からへこまされた第２電極と、
を備えた、前記装置。
【請求項１８】
基板を電気化学的に処理する方法であって、
第１アパーチャー及び第２アパーチャーが表面に形成された誘電体パッドの表面に基板を接触して配置するステップと、
上記基板及び上記誘電体パッドを互いに相対的に移動するステップと、
アノードと上記基板との間に上記第１アパーチャーを通る第１導電性経路を形成するステップと、
カソードと上記基板との間に上記第２アパーチャーを通る第２導電性経路を形成するステップと、
を備えた前記方法。
【請求項１９】
上記アパーチャーの少なくとも一部分を間欠的に露出することにより上記アパーチャーに入れられた電解液からガスを抜くステップを更に備えた、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
上記基板が上記パッドに接触している間に上記パッドをコンディショニングするステップを更に備えた請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
上記誘電体パッドに接触した上記基板を、上記第１アパーチャーを越えて移動するステップと、
上記アノードから電圧を取り去るステップと、
を更に備えた、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面を平坦化するための方法及び装置に係る。
【関連技術の背景】
【０００２】
集積回路及び他の電子デバイスの製造においては、導体材料、半導体材料及び絶縁体材料の多数の層が基板の表面に付着され又はそこから除去される。導体材料、半導体材料及び絶縁体材料の薄い層を、多数の付着技術により付着することができる。近代的処理における通常の付着技術は、物理的蒸着（ＰＶＤ）、化学的蒸着（ＣＶＤ）及び電気化学的メッキ（ＥＣＰ）を含む。
【０００３】
材料層が順次に付着及び除去されるにつれて、基板の最上面は、その表面全体にわたって平坦でなくなり、平坦化を必要とする状態になる。表面を平坦化する又は表面を「研磨」するとは、基板の表面から材料を除去してほぼ均一な平坦な表面を形成するプロセスを言う。平坦化は、望ましからぬ表面凹凸状態や表面欠陥、例えば、材料の集塊、結晶格子ダメージ、スクラッチ及び汚染層又は材料を除去する上で有用である。又、平坦化は、特徴部を充填するのに使用された過剰な付着材料を除去することにより基板上に特徴部を形成すると共に、その後の金属化及び処理レベルに対して平らな表面を形成する上でも有用である。
【０００４】
化学的機械的平坦化又は化学的機械的研磨（ＣＭＰ）は、基板を平坦化するのに使用される通常の技術である。ＣＭＰは、通常スラリー又は他の流体媒体である化学的組成物を使用して、基板から材料を選択的に除去する。従来のＣＭＰ技術では、基板キャリア即ち研磨用ヘッドがキャリアアセンブリに取り付けられ、ＣＭＰ装置内で研磨パッドと接触状態で配置される。キャリアアセンブリは、制御可能な圧力を基板に与えて、基板を研磨パッドに押し付ける。研磨パッドは、外部駆動力により基板に対して移動される。ＣＭＰ装置は、基板の表面と研磨パッドとの間に研磨即ちこすり移動を与えながら、研磨組成物を分散して化学的作用及び／又は機械的作用を及ぼし、その結果、基板の表面から材料を除去する。
【０００５】
集積回路製造で次第に使用されるようになった１つの材料は、その電気的特性が望ましいものであることから、銅である。しかしながら、銅は、それ自身特殊な製造上の問題をかかえている。例えば、銅は、パターン化しエッチングすることが困難であり、ダマシン又はデュアルダマシンプロセスのような新規なプロセス及び技術を使用して銅基板の特徴部が形成される。ダマシンプロセスでは、特徴部が誘電体材料に画成され、その後、銅が充填される。誘電率が低く即ち約３未満である誘電体材料が銅ダマシンの製造に使用される。銅材料を付着する前に誘電体層に形成された特徴部の表面に適合するようにバリア層材料が付着される。次いで、銅材料がバリア層及びその周囲フィールドの上に付着される。しかしながら、特徴部に銅を充填すると、通常、基板表面に過剰な銅材料即ち過剰積荷が生じ、これを除去して、誘電体材料に銅充填特徴部を形成し、基板表面をその後の処理のために準備しなければならない。
【０００６】
銅材料を研磨する際に生じる１つの問題は、導電性材料及びバリア材料がしばしば基板表面から異なる割合で除去され、その結果、過剰な導電性材料が基板表面に残留物として保持されることである。更に、基板表面は、そこに形成される特徴部の密度又はサイズに基づいて異なる表面トポグラフィーを有する。銅材料は、基板表面の異なる表面トポグラフィーに沿って異なる除去率で除去され、これは、基板表面からの銅材料の効率的な除去及び基板表面の最終的な平坦さの達成を困難にする。
【０００７】
少数の又は最小限の欠陥しか形成されない低誘電率材料において銅を研磨する１つの解決策は、電気化学的機械的研磨（ＥＣＭＰ）技術により銅を研磨することである。このＥＣＭＰ技術は、電気化学的分解と同時に基板を研磨することにより、従来のＣＭＰプロセスに比して機械的摩滅を減少した状態で、基板表面から導電性材料を除去する。電気化学的分解は、通常、カソードと基板表面との間に電気的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へと除去することにより行われる。電気化学的分解中に、基板は、通常、基板表面からの材料の除去を促進するために研磨パッドに対して動くように配置される。ＥＣＭＰシステムの一例においては、研磨パッドから突出した導電性コンタクトにより電気的バイアスが印加される。この導電性コンタクトは、研磨中に基板表面に接触して、基板を電気的にバイアスする。
【０００８】
あるＥＣＭＰシステムは、導電性リングを使用して、処理中に基板をバイアスする。しかしながら、この導電性リングは、その周囲が基板に連続的に及び／又は均一に接触しないことがあり、その結果、基板の直径を横切る電界が非均一となり、処理の均一性を悪化させる。更に、電界強度は、通常、導電性リングに近いほど強く、不都合なことに基板の縁に近いほど処理が速く進む。
【０００９】
ＥＣＭＰ処理に使用される導電性コンタクトリングに関連した非均一性を実質的に減少する１つのＥＣＭＰシステムは、導電性素子が埋め込まれた研磨パッドを使用している。この導電性素子、例えば、複数のブラシは、研磨パッドから突出して、その研磨パッドで処理される基板に接触する。
【００１０】
多数の研磨サイクルの後、良好な研磨性能を確保するために電気的素子の交換が必要になる。更に、電気的素子にダメージを及ぼすことなく研磨パッドをコンディショニングすることは困難である。それ故、研磨パッドの全寿命が実現されないことが多い。従って、電気的素子及び研磨パッドの交換の必要性は、消耗品（即ち、処理中に消費される成分及び流体）のコストに悪影響を及ぼす。
【００１１】
それ故、改良された研磨装置が必要とされる。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の特徴は、一般に、電気化学的付着技術、電気化学的分解技術、研磨技術、及び／又はそれらの組合せを使用して、基板上の層を研磨するための方法及び装置を提供することである。１つの特徴において、基板を研磨する装置は、電源によりバイアスされる導電性パッド、バッキング及び導電層を有するパッドアセンブリを備えている。このパッドアセンブリは、電気化学的システムにおける交換を容易にするために一体的本体として構成される。
【００１３】
別の実施形態では、基板を研磨する装置は、第１電極及び第２電極が底部に接続された深皿を備えている。この深皿には誘電体パッドが配置され、それを貫通する第１アパーチャー及び第２アパーチャーが形成される。第１電極は、第１アパーチャーを通して部分的に延び、一方、第２電極は、第２アパーチャーを通して部分的に延びる。
【００１４】
本発明の別の特徴において、基板を電気化学的に処理するための方法が提供される。１つの実施形態では、基板を電気化学的に処理する方法は、第１アパーチャー及び第２アパーチャーが表面に形成された誘電体パッドの表面に基板を接触して配置するステップと、上記基板及び誘電体パッドを互いに対して移動するステップと、アノードと上記基板との間に上記第１アパーチャーを通る第１導電性経路を形成するステップと、カソードと上記基板との間に上記第２アパーチャーを通る第２導電性経路を形成するステップとを備えている。
【００１５】
本発明は、以上に簡単に概要を述べたが、添付図面に示されたその実施形態を参照して以下に詳細に説明する。しかしながら、添付図面は、典型的な実施形態を示すに過ぎず、それ故、本発明の範囲を何ら限定するものではない。本発明は他の等しく有効な実施形態を受け入れることができる。
【００１６】
理解を容易にするため、種々の図面に対して共通の同じ要素を示すのに可能な限り同じ参照番号を使用している。
【好適実施形態の詳細な説明】
【００１７】
ここで使用する語句は、特に定義しない限り、当業者による業界における通常の慣習的な意味が与えられるものとする。化学的機械的研磨とは、広く解釈されるべきもので、化学的作用、機械的作用、又は化学的及び機械的の両作用の組合せにより基板表面を研磨することを含むが、これに限定されない。電気的研磨とは、広く解釈されるべきもので、電気化学的作用を適用することにより基板を平坦化することを含むが、これに限定されない。又、電気化学的機械的研磨（ＥＣＭＰ）とは、広く解釈されるべきもので、電気化学的作用、又は電気化学的及び機械的の両作用の組合せを適用して基板表面から材料を除去することにより基板を平坦化することを含むが、これに限定されない。更に、電気化学的機械的メッキプロセス（ＥＣＭＰＰ）とは、広く解釈されるべきもので、基板に材料を電気化学的に付着すると同時に、その付着された材料を、電気化学的作用、又は電気化学的及び機械的の両作用の組合せを適用することにより平坦化することを含むが、これに限定されない。
【００１８】
アノード分解とは、広く解釈されるべきもので、アノードバイアスを基板に直接的又は間接的に印加して、基板表面から周囲の電解溶液へと導電性材料を除去することを含むが、これに限定されない。アパーチャーとは、広く解釈されるべきもので、物体を部分的又は完全に貫通して形成されたミシン目、穴、開口、グルーブ、チャンネル又は通路を含むが、これに限定されない。更に、「平坦（ｐｌａｎａｒ）」という語を修正するために実質的に使用される語は、表面を巨視的又は全体的なレベルで説明するためのもので、表面の粗面度を説明するものではない。
【００１９】
図１は、アノード分解、メッキ及び研磨プロセスを含む少なくとも１つのプロセスを実施する処理セル１００の一実施形態を示す断面図である。この処理セル１００は、一般に、深皿１０４と、研磨用ヘッド１０２とを備えている。基板１０８は、研磨用ヘッド１０２に保持され、処理中に表面を下にした（例えば裏面を上にした）向きで深皿１０４へと下げられる。研磨用ヘッド１０２が基板１０８をパッドアセンブリ１２２と接触配置している間に、電解液が深皿１０４へ流し込まれ基板の表面と接触される。基板１０８と、深皿１０４に配置されたパッドアセンブリ１２２は、互いに相対的に移動されて、研磨運動（又はメッキの均一性を向上させる運動）を発生する。この研磨運動は、一般に、他の運動の中でも、軌道運動、回転運動、直線運動又は曲線運動、或いはその組合せにより定義された少なくとも１つの運動より成る。研磨運動は、研磨用ヘッド１０２及び深皿１０４のいずれか一方又は両方を移動することにより得られる。研磨用ヘッド１０２は、固定であってもよいし、或いはこの研磨用ヘッド１０２に保持された基板１０８と深皿１０４との間の相対的移動の少なくとも一部分を与えるように駆動されてもよい。図１に示す実施形態では、研磨用ヘッド１０２は、駆動システム１１０に接続される。この駆動システム１１０は、少なくとも回転運動、軌道運動、スイープ運動又はその組合せで研磨用ヘッド１０２を移動する。
【００２０】
研磨用ヘッド１０２は、一般に、処理中に基板１０８を保持する。１つの実施形態では、研磨用ヘッド１０２は、ブラダ１１６を包囲するハウジング１１４を備えている。ブラダ１１６は、基板に接触したときに萎んで、それらの間に真空を形成し、従って、基板を研磨用ヘッド１０２に固定させる。ブラダ１１６は、更に、これを膨らませると、深皿１０４に保持されたパッドアセンブリ１２２に基板を接触するように押し付ける。保持リング１３８は、ハウジング１１４に接続され、基板１０８を取り巻いて、処理中に基板が研磨用ヘッド１０２から滑り落ちるのを防止する。本発明から利益が得られる１つの研磨用ヘッドは、カリフォルニア州、サンタクララに所在するアプライド・マテリアルズ・インクから入手できるＴＩＴＡＮ　ＨＥＡＤ（登録商標）キャリアである。本発明から利益が得られる研磨用ヘッドの別の例が、参考としてその全体をここに援用する２００１年１２月１２日に発行された米国特許第６，１５９，０７９号に開示されている。
【００２１】
深皿１０４は、一般に、電気メッキ及び電気的研磨の化学的作用に適合するフルオロポリマー、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）、ＰＦＡ、ＰＥ、ＰＥＳ又は他の材料のようなプラスチックから製造される。深皿１０４は、パッドアセンブリ１２２を収容するコンテナを画成する底部１４４及び側壁１４６を備えている。
【００２２】
側壁１４６は、深皿１０４から電解液を除去できるように、それを貫通して形成されたポート１１８を含む。ポート１１８は、深皿１０４の電解液を選択的に保持又は排出するためにバルブ１２０に接続される。
【００２３】
深皿１０４は、ベアリング１３４によりベース１０６上に回転可能に支持される。駆動システム１３６が深皿１０４に接続されて、処理中に深皿１０４を回転する。ベース１０６上には捕獲深皿１２８が配置され、これは、深皿１０４を包囲して、処理中及び／又は処理後に深皿１０４を貫通して形成されたポート１１８から流出する電解液のような処理流体を収集する。
【００２４】
電解液供給システム１３２は、一般的に、深皿１０４に隣接して配置される。この電解液供給システム１３２は、電解液ソース１４２に接続されたノズル即ち出口１３０を含む。この出口１３０は、電解液又は他の処理流体を電解液ソース１４２から深皿１０４へ流し込む。処理中に、電解液は、一般に、基板１０８をバイアスし電気化学的プロセスを遂行して基板１０８に材料を付着及び／又は除去するための電気的経路を形成する。
【００２５】
基板１０８の処理に使用できるある電解液は、銅、アルミニウム、タングステン、金、銀又は他の材料のような金属を基板１０８から電気化学的に除去したり及び／又はそこに付着したりするのを容易にする。電解溶液は、商業的に入手できる電解液を含む。例えば、銅を含む材料の除去では、電解液は、硫酸系電解液、又は硫酸系電解液及び燐酸カリウム（Ｋ３ＰＯ４）、或いはその組合せを含む。又、電解液は、硫酸系電解液の派生物、例えば、硫酸銅、及び燐酸系電解液の派生物、例えば、燐酸銅を含んでもよい。又、過塩素酸−酢酸溶液及びその派生物も使用できる。更に、本発明は、電気メッキ又は電気的研磨プロセスに従来使用される電解液組成物であって、従来使用される電気メッキ又は電気的研磨添加物、例えば、とりわけ光沢剤を含むような電解液組成物の使用も意図している。電解溶液の１つの特徴において、電解液は、約０．２ないし約１．２モル溶液の濃度を有する成分（例えば、硫酸銅）で形成することができる。
【００２６】
一例として、硫酸銅（ＣｕＳＯ４）を電解液として使用することができる。銅メッキ、銅アノード分解、又はその組合せのような電気化学的プロセスに使用される電解溶液の１つの供給者は、ペンシルバニア州、フィラデルフィアに本部があるローム・アンド・ハスの一部門であるシップレイ・レオネルであり、ＵＬＴＲＡＦＩＬＬ２０００という商標で販売されている。電解液の別の例は、「電気化学的に制御される銅ＣＭＰのための平坦化能力に優れ、除去率が高く滑らかに表面仕上げする電解液（ＥＬＥＣＴＲＯＬＹＴＥ　ＷＩＴＨ　ＧＯＯＤ　ＰＬＡＮＡＲＩＺＡＴＩＯＮ　ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＹ，　ＨＩＧＨ　ＲＥＭＯＶＡＬ　ＲＡＴＥ　ＡＮＤ　ＳＭＯＯＴＨ　ＳＵＲＦＡＣＥ　ＦＩＮＩＳＨ　ＦＯＲ　ＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬＬＹ　ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ　ＣＯＰＰＥＲ　ＣＭＰ）」と題するＬ．サン氏等の米国特許出願に開示されている。
【００２７】
コンディショニング装置１５０は、パッドアセンブリ１２２を周期的にコンディショニングし又は再生するために深皿１０４の付近に設けられる。通常、このコンディショニング装置１５０は、支柱１５４に接続されたアーム１５２を備え、これは、コンディショニング要素１５８を位置設定しパッドアセンブリ１２２にわたってスイープするように構成される。コンディショニング要素１５８は、このコンディショニング要素１５８がパッドアセンブリ１２２に接触するように下げられる間にアーム１５２と深皿１０４の側壁１４６との間に間隙を許すためにシャフト１５６によりアーム１５２に接続される。コンディショニング要素１５８は、通常、ダイヤモンド又はシリコンカーバイド円板であり、これは、パッドアセンブリ１２２の表面を、処理の均一性を向上させる所定の表面条件／状態へと加工し易くするパターンにすることができる。本発明から利益を得られるコンディショニング要素１５８は、参考としてその全体をここに援用する２０００年９月２８日に出願されたリー氏等の米国特許出願第０９／６７６，２８０号に開示されている。
【００２８】
電力源１２４が電気リード１１２（１１２Ａ−Ｂとして示す）によりパッドアセンブリ１２２に接続される。この電力源１２４は、以下に詳細に述べる電気化学的プロセスを遂行するためにパッドアセンブリ１２２に電気的バイアスを印加する。リード１１２は、深皿１０４の下に配置されたスリップリング１２６を経て引き回される。スリップリング１２６は、深皿１０４が回転するときに電力源１２４とパッドアセンブリ１２２との間の継続的な電気的接続を容易にする。リード１１２は、通常、プロセス流体に適合するワイヤ、テープ又は他の導体であるか、或いはリード１１２をプロセス流体から保護するカバー又はコーティングを有する。例えば、リード１１２に使用できる材料は、とりわけ、絶縁された銅、グラファイト、チタン、白金、金、及びＨＡＳＴＥＬＯＹ（登録商標）である。リード１１２の周りに配置されるコーティングは、フルオロカーボン、ＰＶＣ、ポリアミド等のポリマーを含む。
【００２９】
図２は、深皿１０４に取り外し可能に配置されるパッドアセンブリ１２２の一実施形態を示す分解断面図である。パッドアセンブリ１２２の一例を電気化学的機械的研磨（ＥＣＭＰ）プロセスについて説明するが、本発明は、電気化学的作用を含む他の製造プロセスに導電性研磨媒体（パッド）を使用することも意図する。電気化学的作用を使用するこのようなプロセスは、例えば、エッジコンタクトのような従来のバイアス印加装置を使用せずにパッドアセンブリ１２２を使用して均一なバイアスを基板表面に印加し導電性材料を付着する電気化学的付着と、この電気化学的付着及び化学的機械的研磨の組合せを含む電気化学的機械的メッキプロセス（ＥＣＭＰＰ）とを含む。パッドアセンブリ１２２は、電気化学的セルのアノード及びカソードの両方を構成する要素を含むので、使用済みのパッドアセンブリ１２２を深皿１０４から取り外し新たな電気部品をもつ新たなパッドアセンブリ１２２を深皿１０４へ挿入するだけでアノード及びカソードの両方を同時に交換することができる。
【００３０】
図２に示すパッドアセンブリ１２２は、バッキング２０４に接続された導電性パッド２０２を含む。バッキング２０４は、電極２０６に接続される。通常、導電性パッド２０２、バッキング２０４及び電極２０６は、一緒に固定されて、一体的本体を形成し、これは、パッドアセンブリ１２２を深皿１０４から取り外して交換するのを容易にする。通常、導電性パッド２０２、バッキング２０４及び電極２０６は、互いに接着又は接合される。図２に示す実施形態では、導電性パッド２０２、バッキング２０４及び電極２０６は、接着剤を使用して互いに永久的に接合される。或いは又、導電性パッド２０２、バッキング２０４及び電極２０６は、とりわけ、縫合、バインディング、熱固定、リベット止め、ネジ止め及びクランピングのような他の方法又はその組合せにより接続されてもよい。
【００３１】
導電性パッド２０２は、誘電体パッド本体２６０と、１つ以上の導電性素子２６２とを含む。導電性素子２６２は、リード１２２Ａにより電力源１２４に接続され、処理中に誘電体パッド本体２６０に配置される基板の表面に接触するように構成される。リード１１２Ａは、導電性素子２６２と電力源１２４との間に良好な電気的接続を容易に形成する多数の方法で導電性素子２６２に接続することができ、例えば、半田付け、積層、ろう付け、クランピング、圧着、リベット止め、緊定、導電性接着剤によるか、或いはリード１１２Ａと導電性素子２６２との間に良好な電気的接続を容易に形成する他の方法や装置により接続することができる。
【００３２】
誘電体パッド本体２６０は、通常、プロセスの化学作用に適合するポリマー材料から製造され、その一例は、ポリウレタン、ポリカーボネート、フルオロポリマー、ＰＴＦＥ、ＰＴＦＡ、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、又はその組合せ、及び基板表面を研磨するのに使用される他の研磨材料を含む。又、誘電体パッド本体２６０は、充填剤を含んでもよく、及び／又は発泡状態にされてもよい。従来の材料は、例えば、ポリウレタン、及び／又は充填剤と混合されたポリウレタンから作られたものを含み、これらは、フリューデンベルグからＦＸ９パッドと共に商業的に入手できる。他の従来の研磨材料、例えば、圧縮性材料の層も、誘電体パッド本体２６０として使用できる。圧縮性材料は、ウレタン又は泡でろ過された圧縮フェルトファイバーのような柔軟な材料を含むが、これに限定されない。誘電体パッド本体２６０は、一般に、その厚みが約１０ないし約１００ミルである。
【００３３】
誘電体パッド本体２６０は、第１側部２０８及び第２側部２１０を有する。第１側部２０８は、処理中に基板１０８に接触される（図２に仮想線で示す）。第１側部２０８は、研磨性能を促進するためにグルーブ、エンボス、又は他の織目を含む。誘電体パッド本体２６０は、電解液を浸透しないか、電解液を浸透するか、又は穿孔された固体である。第１側部２０８は、更に、導電性素子２６２を保持する１つ以上のスロット２６４又は他の特徴部を含む。図２に示した実施形態では、誘電体パッド本体２６０には、電解液の通流を許すための複数のアパーチャー２１２と、導電性素子２６２が配置された複数のスロット２６４が設けられる。
【００３４】
導電性素子２６２は、導電性ポリマーや、導電性材料、導電性金属又はポリマーとのポリマー複合体や、導電性充填剤や、グラファイト材料や、導電性ドーピング材料や、又はその組合せを含む。導電性素子２６２は、一般に、バルク抵抗率又はバルク表面抵抗率が約１０Ω−ｃｍ以下である。図２に示す実施形態では、導電性素子２６２は、処理中に基板に接触する炭素ファイバー又は他の導電性の従順な（即ち柔軟な）材料のような複数の導電性ファイバー、スタンド及び／又は柔軟なフィンガーである。或いは又、導電性素子２６２は、導電性パッド２０２に配置される基板と電力源１２４との間の導電性接触を容易にするローラー、ボール、ロッド、バー、メッシュ又は他の形状のものでよい。本発明から利益を得ることのできる導電性パッドが、例えば、２００１年１２月１９日に出願された米国プロビジョナル特許出願第６０／３４２，２８１号；「フェースアップ基板研磨のための方法及び装置（ＭＥＴＨＯＤ　ＡＮＤ　ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ　ＦＯＲ　ＦＡＣＥ−ＵＰ　ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ　ＰＯＬＩＳＨＩＮＧ）」と題するダボスト氏等の米国特許出願；及び２００１年１２月２７日に出願された米国特許出願第１０／０３３，７３２号に開示されており、これらは、全て、その全体を参考としてここに援用する。
【００３５】
バッキング２０４は、誘電体パッド本体２６０の第２側部２１０に接続される。バッキング２０４は、通常、誘電体パッド本体２６０の材料より柔軟な材料、即ちコンプライアンスのある材料から製造される。誘電体パッド本体２６０と、バッキング２０４との間の硬度即ちデュロメーターの差は、所望の研磨／メッキ性能を発生するように選択することができる。バッキング２０４は、圧縮性であってもよい。適当なバッキング材料は、例えば、研磨の化学作用に適合する発泡ポリマー、エラストマー、フェルト、含浸フェルト及びプラスチックを含むが、これに限定されない。
【００３６】
バッキング２０４は、第１側部２１４及び第２側部２１６を有する。第１側部２１４は、誘電体パッド本体２６０の第２側部２１０に接続される。バッキング２０４は、通常、その厚みが約５ないし約１００ミルの範囲であり、一実施形態では、厚みが約５ミルである。バッキング２０４は、電解液を浸透しないか、電解液を浸透するか又は穿孔された固体である。図２に示す一実施形態では、バッキング２０４は、電解液の貫通を許すように構成され、それを浸透してもよいし、貫通穴が形成されてもよいし或いはその組合せでもよい。図２に示す実施形態では、バッキング２０４には、電解液の通流を許すために複数のアパーチャー２１８が設けられる。バッキング２０４のアパーチャー２１８は、通常、誘電体パッド本体２６０のアパーチャー２１２と必ずしも整列しなくてよい。
【００３７】
電極２０６は、通常、基板１０８に電気化学的に付着できる銅、アルミニウム、金、銀、タングステン及び他の材料のような付着又は除去されるべき材料で構成される。アノード分解のような電気化学的な除去プロセスの場合には、電極２０６は、銅の分解に対して白金のような、付着金属以外の材料の非消耗性電極を含む。非消耗性電極は、電気化学的付着及び除去の両方を組み合わせた平坦化プロセスに使用される。
【００３８】
或いは又、電極２０６は、消耗性であってもよい。パッドアセンブリ１２２は、１つのユニットとして容易に交換できるので、パッドアセンブリ１２２の交換による電極２０６の周期的な交換が、処理スループットに実質的に影響せずに迅速に且つ効率的に実行される。更に、電極２０６は、導電性パッド２０２と同様の使用寿命を有するように構成され、従って、パッドアセンブリ１２２の交換は、電極２０６及び導電性パッド２０２の両方を同時に補充する。更に、電極２０６は、誘電体パッド本体２６０の第１側部２０８から引っ込められている（即ち、離間関係にある）ので、誘電体パッド本体２６０の第１側部２０８は、電極２０２にダメージを及ぼすことなく、又は基板にダメージやスクラッチを生じる状態を招くことなく、容易にコンディショニングすることができる。パッドアセンブリ１２２のコンディショニングは、基板の処理中に任意に行うことができる。
【００３９】
電極２０６は、第１側部２２０及び第２側部２２２を有する。電極２０６の第１側部２２０は、バッキング２０４の第２側部２１６に接続される。電極２０６は、電解液を浸透しないか、電解液を浸透するか又は穿孔された固体である。図２に示す実施形態では、電極２０６は、電解液の貫通を許すように構成される。電極２０６は、それを浸透してもよいし、貫通穴が形成されてもよいし或いはその組合せでもよい。電極２０６は、その厚み範囲が、ホイルから１００ミル以上の厚みまである。
【００４０】
電極２０６の第２側部２２２は、深皿１０４の底部１４４に配置される。この第２側部２２２は、リード１１２Ｂに接続され、このリードは、通常、リード１１２Ａ（これは誘電体パッド本体２６０に接続される）と共に、深皿１０４を経て電力源１２４に接続される（図１に示すように）。リード１１２Ｂは、電極２０６と電力源１２４との間に容易に良好な電気的接続を行う多数の方法で第２側部２２２に接続され、例えば、半田付け、積層、ろう付け、クランピング、圧着、リベット止め、緊定、導電性接着剤によるか、或いはリード１１２Ａ−Ｂと電極２０６との間に良好な電気的接続を容易に形成する他の方法や装置により接続することができる。或いは又、リード１１２Ａ−Ｂは、深皿１０４の側壁１４６を経て電力源１２４へ引き回し、これらリード１１２Ａ−Ｂ及び深皿１０４に対する液体シールの必要性を排除することができる。任意であるが、これらリード１１２Ａ−Ｂは、深皿１０４内に通常配置される単一の遮断器２６６を使用して電力源１２４へ接続して、パッドアセンブリ１２２を更に容易に取り外すこともできる。
【００４１】
電極２０６の第２側部２２２は、パッドアセンブリ１２２を交換できるようにしながら研磨中にパッドアセンブリ１２２が動くのを防止するために、除去可能な接着剤で深皿１０４の底部１４４に接着される。或いは又、パッドアセンブリ１２２は、他の方法により深皿１０４にクランプ、緊定又は固定されてもよい。
【００４２】
パッドアセンブリ１２２は、介在する部材を通常伴わずに、深皿１０４の底部１４４に直接配置されるので、深皿１０４の側壁１４６は、従来の設計よりも相当に短く、従って、浅い処理セルとすることができる。好都合にも、深皿１０４のこの浅い設計は、処理中に使用される電解液の量を最小にする。今や少量の電解液しか必要としないので、電解液は、一回使用した後にコスト効率よく廃棄することができ、更に、現状のシステムに現在使用されている高価な電解液再循環及び監視システムの必要性が排除される。
【００４３】
図３Ａ−図３Ｂは、２つの、別のパッドアセンブリの実施形態を示す。図３Ａを参照すれば、パッドアセンブリ３００は、導電性パッド３０２と、これに接続されたバッキング３０４及び電極３０６とを備え、パッドアセンブリ３００を深皿１０４から容易に取り外し交換できる一体的な交換可能な本体が形成される。典型的に、導電性パッド３０２、バッキング３０４及び電極３０６は、パッドアセンブリ１２２について上述したように、互いに接着又は接合される。導電性パッド３０２は、導電性パッド２０２と同様に、誘電体パッド３３２及び１つ以上の導電性部材３３２を含む。電極３０６は、パッドアセンブリ１２２の電極２０６と同様に構成される。バッキング３０４は、これがアパーチャーを含まないことを除くと、バッキング２０４とほぼ同様である。
【００４４】
図３Ｂを参照すれば、パッドアセンブリ３１０は、導電性パッド３０２と、これに接続されたバッキング３１２及び電極３１４とを備え、パッドアセンブリ３１０を深皿１０４から容易に取り外し交換できる一体的な交換可能な本体が形成される。典型的に、導電性パッド３０２、バッキング３１２及び電極３１４は、パッドアセンブリ１２２について上述したように、互いに接着又は接合される。導電性パッド３０２及びバッキング３１４は、パッドアセンブリ１２２の導電性パッド２０２及びバッキング３１４と同様に構成される。電極３１２は、電極２０６とほぼ同様であるが、電極３１２は、電解液を通過させることができるようにこれを貫通して形成された複数のアパーチャー３１６を含む。１つの実施形態では、アパーチャー２１２、３１６及び３１８が整列し、電解液が最小の抵抗でパッドアセンブリ３１０を経て流れるように促進する。
【００４５】
主として図１を参照して処理セル１００の動作モードの一例を説明する。動作中に、基板１０８は、研磨用ヘッド１０２に保持され、深皿１０４内に配置されたパッドアセンブリ１２２上に移動される。研磨用ヘッド１０２は、深皿１０４に向かって下げられ、パッドアセンブリ１２２を基板１０８に接触配置するか又は少なくともその至近に配置する。電解液が出口１０３を経て深皿アセンブリ１０２へ供給され、パッドアセンブリ１２２の上部層（即ち導電性パッド２０２及びバッキング２０４）のアパーチャー２１２、２１８を通してパッドアセンブリ１２２へと流れ込む。
【００４６】
バイアス電圧が、電力源１２４から回転ユニオン１４０を経てパッドアセンブリ１２２の導電性パッド２０２の導電性素子２６２と電極２０６との間に印加される。導電性素子２６２は、基板に接触され、そこにバイアスが印加される。電極２０６と基板１０８との間でアパーチャー２１２、２１８を満たす電解液は、電力源１２４と基板１０８との間に、電気化学的研磨プロセスを遂行する導電路を形成し、基板１０８の表面に配置された銅のような導電性材料をアノード分解方法により除去する。
【００４７】
基板１０８及びパッドアセンブリ１２２は、互いに相対的に移動されて、基板表面を均一に研磨する。通常、約６ｐｓｉ以下の接触力を使用して、基板１０８をパッドアセンブリ１２２に対して保持する。誘電率の低い材料を含む基板を研磨するときには、約２ｐｓｉ以下の接触力が使用される。
【００４８】
アノード分解では、カソードとして働くパッドアセンブリ１２２の電極２０６と、アノードとして働く導電性パッド２０２及び基板１０８とにバイアスが印加される。バイアスを印加すると、基板表面から付着材料を除去することができる。バイアスは、約１５ボルト以下の電圧を基板表面に印加することを含む。約０．１ボルトと約１０ボルトとの間の電圧を使用して、銅含有材料を基板表面から電解液へ分解することができる。或いは又、バイアスは、約０．１ｍＡ／ｃｍ２と約５０ｍＡ／ｃｍ２との間の電流密度でもよいし、又は２００ｍｍの基板の場合には約０．１Ａないし約２０Ａでもよい。導電性パッド２０２を経て基板をバイアスすると、基板の周囲を経て基板をバイアスする従来の研磨装置に比較して、金属のような導電性材料が基板表面から電解液へ均一に分解すると考えられる。
【００４９】
アノード分解プロセスを実行するために印加されるバイアスは、基板表面から材料を除去するユーザの要求に基づいて、電力及び印加を変更できる。例えば、時間と共に変化するアノード電位を導電性パッド２０２に与えることができる。又、電気パルス変調技術によりバイアスが印加されてもよい。１つの実施形態では、電気的パルス変更技術は、一定の電流密度又は電圧を第１の時間周期にわたって基板に印加し、次いで、一定の逆電圧を第２の時間周期にわたり基板に印加し、その第１及び第２ステップを繰り返すことを含む。例えば、電気的パルス変更技術は、約−０．１ボルトないし約−１５ボルトから、約０．１ボルトないし約１５ボルトまで変化する電位を使用する。
【００５０】
導電性材料は、基板表面の少なくとも一部分から、約１５０００Å／分以下の割合、例えば、約１００Å／分ないし約１５０００Å／分の割合で除去することができる。除去されるべき銅材料の厚みが１２０００Å未満であるような１つの実施形態では、約１００Å／分ないし約８０００Å／分の除去割合を与えるようにパッドアセンブリ１２２に電圧が印加される。
【００５１】
図４Ａ、図４Ｂは、別の実施形態による処理セル４００を示す。この処理セル４００は、上述した処理セル１００とほぼ同様であるが、少なくとも第１電極４０２及び第２電極４０４が、深皿４０６に配置されたパッドアセンブリ４０８とは独立して、深皿４０６に接続されている。
【００５２】
深皿４０６は、一般に、側壁４１０及び底部４１２を含む。各電極４０２、４０４は、深皿４０６の底部４１２に離間関係で接続される。各電極４０２、４０４は、個別のリード４１４、４１６により、深皿４０６の下に配置されたスリップリング４４０を経て電源４１８の異なる極に接続される。
【００５３】
図４Ａに示す実施形態では、第１電極４０２が非消耗性アノードとして構成され、通常、白金、金、グラファイト等の貴金属で製造される。第２電極４０４は、カソードとして構成され、通常、高導電率材料、例えば、とりわけ、貴金属、アルミニウム及び銅で製造される。
【００５４】
パッドアセンブリ４０８は、一般に、処理中に基板に接触される研磨面４２０と、反対の第２面４２２とを有する誘電体本体４３０を備えている。研磨面４２０と第２面４２２との間にはパッドアセンブリ４０８を貫通して少なくとも第１アパーチャー４２４及び第２アパーチャー４２６が形成される。これらの第１及び第２アパーチャー４２４、４２６は、パッドアセンブリ４０８が深皿４０６の底部４１２に配置されるときに、第１及び第２電極４０２、４０４を各々受け入れるように構成される。本体４３０の厚みは、電極４０２、４０４が、研磨中に研磨面４２０の下に保持されるように選択され、従って、電極４０２、４０４がパッドアセンブリ４０８において処理される基板１０８に接触することが実質的に防止される。ある実施形態では、深皿４０６の底部４１２の上に突出する電極４０２、４０４は、本体４３０の研磨面４２０から約５０ミル未満でへこまされ、別の実施形態では、約１０ないし約３０ミルだけへこまされる。パッドアセンブリ４０８は、パッドアセンブリ４０８の研磨属性を大巾に制御するために、第２面４２２に接続されたバッキング４３２（図４Ａに仮想線で示す）を任意に含む。
【００５５】
アパーチャー４２４、４２６（及び電極４０２、４０４）は、その各アパーチャー４２４、４２６の少なくとも一部分が処理中に周期的に大気中へ露出されるように一般的に離間され又は構成される。換言すれば、基板１０８は、処理中にアパーチャー４２４、４２６を実質的に覆うが、アパーチャー４２４、４２６の一部分を周期的に露出させて、電極４０２、４０４と基板１０８との間に存在するガスを解放し、研磨の均一性を向上させることができる。或いは又、本発明は、高い電解液流量を使用して、電極４０２、４０４と基板１０８との間に存在するガスを排出することも意図する。電極４０２、４０４は、基板１０８で直接覆われないときには通電されない。
【００５６】
図４Ｃに示す本体４３０の一実施形態の上面図に示されたように、アパーチャー４２４、４２６は、対向する外縁４５２、４５４間に、研磨されている基板の直径より大きな距離を有する一方、アパーチャー４２４、４２６の内縁４５６、４５８とその対向するアパーチャーの外縁４５２、４５４との間に、基板の直径より小さい距離を有するように構成される。
【００５７】
更に、電極４０２、４０４は、本体４３０の研磨面４２０よりへこんでいるので、パッドアセンブリ４０８は、電極４０２、４０４にダメージを及ぼすことなくコンディショニングすることができる。従って、パッドアセンブリ４０８の寿命は、好都合にも、セル４００の電気的特性を低下せずに延長される。修理中には本体４３０（及びもし使用されれば、バッキング４３２）が交換されるだけであるから、好都合にも、消耗品のコスト及び交換速度は最小限である。
【００５８】
動作中、電極４０２、４０４と基板１０８との間の各アパーチャー４２４、４２６の領域には電解液が充填され、電源４１８から各電極４０２、４０４へバイアスが印加されたときには、２つの別々の電気化学的セル４６０、４６２が形成される。第２電極４０４の上のセル４０２では、ＯＨ−イオンが第２電極４０４に向って移動して、Ｏ２気泡を生成する。Ｈ＋イオンは、金属表面（基板の）へと移動して、Ｈ２を形成する。Ｈ２の発生を遂行するのに必要な電子は、第１電極４０２の上のセル４６０において同時に発生するプロセスにより供給される。セル４６０では、基板１０８の表面に存在するＣｕ又は他の金属膜が電解液へと電子を失い、Ｈ＋のような金属イオンが第１電極４０２へ移動する。この二重セルプロセスは、電流ループを完成し、固体導体が接触することなく基板１０８上の金属膜を研磨する。
【００５９】
図５は、電気化学的機械的研磨（ＥＣＭＰ）又は電気化学的機械的メッキプロセス（ＥＣＭＰＰ）ステーションのような電気化学的付着及び／又は化学的機械的研磨に適した処理セル５０２を有する研磨システム５００の一実施形態を示す。処理セル５０２は、一般に、深皿アセンブリ５０６が配置されたベース５４２と、ヘッドアセンブリフレーム５５２により深皿アセンブリ５０６の上に支持されたヘッドアセンブリ５１０とを備えている。深皿アセンブリ５０６は、上述した深皿１０４とほぼ同様であり、ベース５４２に接続されるか又は１つ以上のベアリング５０８（１つしか示されていない）においてベース５４２上で回転される。或いは又、深皿アセンブリ５０６は、パッドアセンブリ４０８を使用する深皿４０６と同様に構成されてもよい。
【００６０】
ヘッドアセンブリ５１０は、基板１０８を保持する研磨用ヘッド５１２を備え、これは、基板１０８を、処理中に深皿アセンブリ５０６に保持されたパッドアセンブリ１２２に接触配置するように移動できる。研磨用ヘッド５１２は、上述した研磨用ヘッド１０２とほぼ同様である。
【００６１】
ヘッドアセンブリ５１０は、一般に、ヘッドアセンブリフレーム５５２に取り付けられ、このフレームは、取り付けポスト５５４及び片持梁アーム５５６を備えている。取り付けポスト５５４は、研磨システム５００のベース５４２に取り付けられ、片持梁アーム５５６は、取り付けポスト５５４の上部から横方向に延びる。取り付けポスト５５４は、ヘッドアセンブリ５１０を横方向に移動できるようにこの取り付けポストに沿った垂直軸に対して回転移動することができる。ヘッドアセンブリ５１０は、片持梁アーム５５６の遠方端に配置された取り付けプレート５６０に取り付けられる。片持梁アーム５５６の下端は、取り付けポスト５５４に取り付けられた空気圧シリンダーのような片持梁アームアクチュエータ５２０に接続される。この片持梁アームアクチュエータ５２０は、片持梁アーム５５６と取り付けポスト５５４との間の接合部に対して片持梁アーム５５６を枢着運動させる。片持梁アームアクチュエータ５２０が引っ込められると、片持梁アーム５５６は、ヘッドアセンブリ５１０を深皿アセンブリ５０６から離れるように移動し、研磨システム５００の深皿アセンブリ５０６から基板を取り外し又は装荷するに必要な間隔を与える。片持梁アームアクチュエータ５２０が延ばされると、片持梁アーム５５６は、ヘッドアセンブリ５１０及び基板１０８を深皿アセンブリ５０６に向けて移動し、深皿アセンブリ５０６に保持されたパッドアセンブリ１２２に接触させる。
【００６２】
ヘッドアセンブリ５１０は、一般に、研磨用ヘッド５１２及び研磨用ヘッドアクチュエータ５５８を備えている。この研磨用ヘッドアクチュエータ５５８は、取り付けプレート５６０に接続され、その取り付けプレート５６０を経て下方に延びるヘッドシャフト５６２を備えている。このヘッドシャフト５６２の下端は、研磨用ヘッド５１２に接続され、研磨用ヘッド５１２を垂直方向に移動できるようにしている。
【００６３】
研磨用ヘッドアクチュエータ５５８は、更に、研磨用ヘッド５１２に回転運動を与えるように構成される。アノード分解プロセス中の基板と研磨用ヘッド５１２との間の相対的な運動は、通常、研磨結果を向上させる。研磨用ヘッド５１２は、この研磨用ヘッド５１２を下げて、深皿アセンブリ５０６に配置されたパッドアセンブリ１２２に基板を接触させるとき、及びこの研磨用ヘッド５１２が持ち上がった位置又は部分的に持ち上がった位置にあるときにも、回転させることができる。持ち上がった位置又は部分的に持ち上がった位置において、研磨用ヘッド５１２は、該ヘッド５１２から電解液を除去するようにスピンさせることができる。
【００６４】
図６は、ベース６０６に配置された電気化学的機械的研磨（ＥＣＭＰ）ステーション及び化学的機械的研磨ステーション６０４のような電気化学的付着及び／又は化学的機械的研磨に適した少なくとも１つの処理セル６０２を有する研磨システム６００の一実施形態を示す。処理セル６０２と研磨ステーション６０４との間に基板を転送するために基板移送機構６０８がベース６０６に接続される。処理セル６０２は、上述した処理セル１００とほぼ同様である。
【００６５】
移送機構６０８は、一般に、上述した研磨用ヘッド１０２と同様の少なくとも１つの研磨用ヘッド６２０を備えている。図６に示す実施形態では、移送機構６０８は、複数の研磨用ヘッド６２０（３つが示されている）を回転可能に支持するカルーセル６２２のような転送装置を備えている。各研磨用ヘッド６２０は、アーム６２６によってカルーセルに接続される。転送ステーション６２８を示すために、１つのアーム６２６及び研磨用ヘッド６２０が取り外されている。本発明から利益を得られる１つの転送ステーションが、参考としてその全体をここに援用するトビン氏の２０００年１２月５日発行の米国特許第６，１５６，１２４号に開示されている。
【００６６】
各研磨用ヘッド６２０は、基板を処理するために処理セル６０２及び研磨ステーション６０４の１つの上に選択的に配置される。基板は、単一の研磨用ヘッド６２０に保持された状態に保たれながら、処理セル６０２及び／又は研磨ステーション６０４のいずれかにおいて順次に処理される。研磨用ヘッド６２０の各々に駆動システム６２４が接続され、基板と、その下に配置された処理セル６０２又は研磨ステーション６０４との間の研磨運動の少なくとも一部分を容易に行えるようにする。本発明から利益が得られる１つの移送機構が、参考としてその全体をここに援用するトール氏等の１９９８年４月１４日発行の米国特許第５，７３８，５７４号に開示されている。
【００６７】
研磨ステーション６０４は、一般に、研磨材料６１２を支持する回転可能なプラテン６１０を備えている。研磨材料６１２は、通常、プロセスの化学作用に適合するポリマー材料から製造され、例えば、ポリウレタン、ポリカーボネート、フルオロポリマー、ＰＴＦＥ、ＰＴＦＡ、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、又はその組合せ、及び基板表面を研磨するのに使用される他の研磨材料を含む。又、研磨材料６１２は、充填剤を含んでもよく及び／又は発泡状態にされてもよい。従来の材料は、例えば、ポリウレタン、及び／又は充填剤と混合されたポリウレタンから作られたものを含み、これらは、フリューデンベルグからＦＸ９パッドと共に商業的に入手できる。他の従来の研磨材料、例えば、圧縮性材料の層も研磨材料６１２として使用できる。圧縮性材料は、ウレタン又は泡でろ過された圧縮フェルトファイバーのような柔軟な材料を含むが、これに限定されない。或いは又、研磨材料６１２は、ポリマーバインダーに懸濁された複数の研磨素子を含む材料の研磨ウェブを、プラテン６１０の各側に配置されたローラー間に張ったものでもよい。通常、研磨スラリー、脱イオン水或いは他の液体又は研磨化合物のような研磨媒体が、研磨材料６１２と、研磨用ヘッド６２０に支持された基板との間に供給され、基板からの材料の除去を容易にする。本発明から利益が得られる研磨ステーションを有する１つの研磨システムが、参考としてその全体をここに援用するビラング氏等の２００１年６月１２日発行の米国特許第６，２４４，９３５号に開示されている。
【００６８】
図７は、上述したパッドアセンブリ３１０と同様のパッドアセンブリ７０２を使用する処理セル７００の別の実施形態を示す。この処理セル７００は、一般に、処理中に基板１０８を保持する深皿７０４を備えている。この深皿７０４は、一般に、キャリア７０６及び保持リング７０８を備えている。キャリア７０６は、深皿７０４内に基板を支持するものである。保持リング７０８は、キャリア７０６に接続され、基板１０８を取り巻き、処理中の基板の動きを実質的に制限する。
【００６９】
研磨用ヘッド７１０は、深皿７０４の上に移動可能に配置される。パッドアセンブリ７０２は、研磨用ヘッド７１０のハウジング７２０に固定される。パッドアセンブリ７０２は、該パッドアセンブリ７０２の導電性パッド３０２が深皿７０４及び電極３１４を向くように配向される。電解液は、ハウジング７２０に形成された入口７２４を経て研磨用ヘッド７１０に入る。電解液は、入口７２４からパッドアセンブリ７０２を経て深皿７０４に配置された基板１０８へと流れ込む。或いは又、深皿７０４には、研磨用ヘッド７１０内のパッドアセンブリ７０２の電極３１４を濡らすレベルまで電解液をどっと流してもよい。
【００７０】
研磨用ヘッド７１０のハウジング７２０には、通常、通気口７２２が形成される。電極３１４に生成された（又はその他、基板表面に存在する）ガスは、パッドアセンブリ７０２のアパーチャーを通り、通気口７２２を経てハウジング７２０から放出される。ガスの除去は、ガスの気泡による電解液の変位により基板表面が電気的絶縁状態になるのを防止することによってプロセスの均一性を改善する。本発明から利益が得られる１つの処理セルが、参考としてその全体をここに援用する２００１年１２月１９日出願の米国プロビジョナル特許出願第６０／３４２，２８１号に開示されている。
【００７１】
それ故、本発明は、使用する電解液の量を最小限としパッドのコンディショニングを容易にすることにより、処理中に使用される消耗品の量を実質的に減少する。更に、パッドアセンブリが一体的本体であるので、パッドアセンブリの交換が最小停止時間で容易に行われる。従って、基板の電気化学的処理が改善される。
【００７２】
以上、本発明の種々の実施形態を詳細に説明したが、本発明の基本的な範囲を逸脱せずに本発明の他の更に別の実施形態を案出することができ、従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲のみによって規定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の処理セルの一実施形態を示す断面図である。
【図２】パッドアセンブリの一実施形態を示す分解断面図である。
【図３Ａ】導電性パッドの実施形態を示す図である。
【図３Ｂ】導電性パッドの実施形態を示す図である。
【図４Ａ】処理セルの別の実施形態を示す部分断面図である。
【図４Ｂ】処理セルの別の実施形態を示す部分断面図である。
【図４Ｃ】図４Ａの処理セルに示されたパッドアセンブリの一実施形態を示す上面図である。
【図５】処理セルの別の実施形態を示す断面図である。
【図６】研磨システムの一実施形態を示す平面図である。
【図７】処理セルの別の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１００…処理セル、１０２…研磨用ヘッド、１０４…深皿、１０８…基板、１１０…駆動システム、１１４…ハウジング、１１６…ブラダ、１１８…ポート、１２０…バルブ、１２２…パッドアセンブリ、１２４…電源、１２６…スリップリング、１２８…捕獲用深皿、１３２…電解液供給システム、１３４…ベアリング、１３６…駆動システム、１４２…電解液ソース、１４４…底部、１４６…側壁、１５０…コンディショニング装置、１５２…アーム、１５４…支柱、１５６…シャフト、１５８…コンディショニング素子、２０２…導電性パッド、２０４…バッキング、２０６…電極、２１２、２１８…アパーチャー、２６０…誘電体パッドアセンブリ、２６２…導電性素子、２６４…スロット、３００、３１０…パッドアセンブリ、４００…処理セル、４０２…第１電極、４０４…第２電極、４０６…深皿、４０８…パッドアセンブリ、４１０…側壁、４１２…底部、４１８…電源、４２０…研磨面、４２４…第１アパーチャー、４２６…第２アパーチャー、４３０…本体、４３２…バッキング、４４０…スリップリング、４６０、４６２…電気化学セル。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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