導電性パッドのコンディショニングスウィーププロファイルを調整することによる除去プロファイルの調節
【課題】研磨プロセスの間に基板から材料の除去率を制御するための方法が記載される。
【解決手段】一実施形態において、基板の研磨前のプロファイルが決定され、研磨パッドのコンディショニングパラメータがそのプロファイルに基づいて調整される。コンディショニングヘッドのスウィープ範囲及び周波数などのパラメータ及び下向きの力及び回転速度のコンディショニングエレメントがパッドの最適な研磨能力を維持するために、パッドの部分に対し、選択的にコンディショニングが行われるように調整される。
【解決手段】一実施形態において、基板の研磨前のプロファイルが決定され、研磨パッドのコンディショニングパラメータがそのプロファイルに基づいて調整される。コンディショニングヘッドのスウィープ範囲及び周波数などのパラメータ及び下向きの力及び回転速度のコンディショニングエレメントがパッドの最適な研磨能力を維持するために、パッドの部分に対し、選択的にコンディショニングが行われるように調整される。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、主に基板から材料を除去することに関する。特に、本発明はエレクトロケミカルメカニカルポリッシングによる研磨又は平坦化に関する。
【関連技術の説明】
【０００２】
集積回路の製造において、ウエハー上に所要の回路を作るために、導電材料の層が、順次、半導体ウエハー上に堆積され、取り除かれる。
【０００３】
エレクトロケミカルメカニカルプロセッシング（ＥＣＭＰ）は、従来のケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）プロセスと比べ、より少ない下向きの力及び機械的摩擦を用いて基板を研磨すると同時に、電気化学的溶解により半導体ウエハーもしくは基板の表面から導電材料を取り除くのに用いられる。電気化学的溶解は典型的にはアノードとして機能する基板表面にバイアスを印加し、基板表面から周りの電解液へと導電材料を取り除くためにカソードにバイアスを印加することにより行われる。このバイアスは、基板を処理する研磨部材の上に設けられた導電性部材、または、基板を処理する研磨部材の上に、若しくは、それを介して設けられた導電性コンタクトにより、基板表面に印加される。例えば、研磨物質はプラテン上に設けられた処理パッドであるかもしれない。研磨プロセスの機械的エレメントは、基板から導電性材料の除去を高める、基板と研磨物質との相対運動をもたらすことにより行われる。一般には、ＥＣＭＰシステムでは、基板と電極との間に印加されるバイアスの極性を反転させることにより、基板上に導電性材料の堆積に対して行われる。
【０００４】
典型的には、基板は、初めに、非平面状に堆積されたバルク（塊）形状の導電材料のための平坦化プロセスにより処理され、それは１つ又はそれ以上のＥＣＭＰプロセスにより除去される。１つ以上のＥＣＭＰプロセスが用いられると、高い除去率によりバルクは除去され、次のＥＣＭＰプロセスへ進む前に、ほぼ平坦な基板の表面を形成するよう設計されている。いくつのかのＥＣＭＰプロセスにおいて、様々な化学反応が開発され、基板に印加される下向きの力をより小さくして導電性材料の高い除去率が達成されている。例えば、基板のへこんだ領域の導電材料を表面処理し、この表面処理が、基板のもり上がった領域における高い除去率を促進して、これにより、バルク除去プロセスの後、より平坦な表面が生成される。
【０００５】
このバルクの除去を行う処理パッドは、基板平坦化のための適宜な機械的特性を有するとともに、研磨の間、基板における欠陥の発生を最小化するようなものではなくてはならない。そのような欠陥は、パッドのもり上がった部分、或いは、基板から除去された、電解溶液に沈殿する導電材料の堆積、パッドの磨り減った部分、研磨スラーリからの削り取られた粒子など、パッドの表面上に堆積する副生成物を研磨することにより生じる基板表面上の引っかき傷によりもたらされるかもしれない。一般に、消耗、及び／又は、パッド表面の研磨副生成物の堆積により、処理パッドの研磨能力は研磨の間に落ち、研磨特性が最適条件ではなくなる。この堆積は、パッドの表面にかけて非均一もしくは局在化したパターンとなり、導電材料の不均一な平坦化をもたらす。このように、パッドの表面は、パッドの研磨能力を回復させるために周期的にリフレッシュ又は調整されなければならない。
【０００６】
研磨パッド上の副生成物の堆積はパッドの表面上に非均一的に生じる一方、パッドのコンディショニングの過程は典型的にはパッドの表面にかけて均一に行われる。この均一なコンディショニングの過程により、パッドは均等に調整され、パッドの研磨能力は改善されることとなる。しかしながら、このような均一なパッドのコンディショニング過程は、研磨能力における局所的な損失を示しているパッドの領域に対応するものではなく、又、研磨能力が殆ど、又は、全く減少していないパッドの領域にも対処していない。このように、最適な調整をもってしても、研磨能力における減少が殆ど、若しくは、全くないパッドの部分においてコンディショニングが行われる一方で、研磨能力におけるより大きい落ち込みがある局所的な部分においては、コンディショニングは最適値以下のままかもしれない。
【０００７】
従って、処理パッドのコンディショニングを行うためのより改善された方法が必要とされる。
【発明の概要】
【０００８】
一般に、本発明の実施形態は対象の基板の厚さプロファイルを決定し、この厚さプロファイルに応じてコンディショニングパラメータを設定し、このコンディショニングパラメータを用いて研磨パッドの処理表面をコンディショニングを行うことを含む。
【０００９】
他の実施形態において、半導体基板を処理する方法が記載され、その方法は対象基板の上の導電材料の厚さプロファイルを示す計測値を決定し、その計測値に応じて研磨パッドの処理表面上の電気特性を変化させることを含む。
【００１０】
他の実施形態において、半導体基板を処理する方法が記載され、その方法は対象基板の上の導電材料の厚さのプロファイルを決定し、この厚さのプロファイルに基づいて１つ以上のコンディショニングパラメータを設定し、第１の研磨プロセスを行うために研磨パッドの研磨表面に対し基板を処理し、コンディショニングパラメータを用いて処理表面をコンディショニングを行うとともに第１の研磨プロセスを行うことを含む。
【詳細な説明】
【００１１】
本発明の実施形態は主に半導体基板の製造において行われる研磨もしくは平坦化プロセスに関する。エレクトロケミカルメカニカルプラナライゼーション（ＥＣＭＰ）は、研磨プロセスの１つであり、機械的、化学的、及び／又は、電気化学的力の組み合わせにより半導体表面から既に堆積された材料を取り除くことを広く含む。この機械的力は、それには限定されないが物理的な接触又は摩擦力を含み、化学的及び／又は電気的力は、それには限定されないが、アノード溶解による材料の除去を含みうる。
【００１２】
図１はエレクトロケミカルメカニカルポリシング及びケミカルメカニカルポリシングに好適な平坦化モジュールを有する処理システム１００の一部分の平面図である。処理システム１００は、少なくとも第１のエレクトロケミカルメカニカルプラナライゼーション（ＥＣＭＰ）ステーション１０２、第２のＥＣＭＰステーション１０３、及び付加的に、少なくとも１つの従来のケミカルメカニカルプラナライゼーション（ＣＭＰ）ステーション１０６を含み、それらは環境制御された筺体１８８の中に設けられる。１つの例示的なプロセスにおいて、所要の機能が形成され、バリア層及びそしてそのバリア層の上に設けられた導電材料により充填された基板は、２つのＥＣＭＰステーション１０２、１０３の２つのステップにおいて取り除かれる導電材料、及び、基板上の平坦化された表面を形成するためにＣＭＰステーション１０６において処理されるバリア層を有する。例えば、第１のＥＣＭＰステーション１０２は、バルクの除去ステップである第１の研磨ステップを行い、第２のＥＣＭＰステーション１０３は、例えば、残渣のための研磨ステップである第２の研磨ステップを行い、ＣＭＰステーション１０６は、例えば、バリアの除去ステップである第３の研磨ステップを行う。本発明は、これらの構成には限定されず、ステーション１０２、１０３、及び１０６の全てが基板上に堆積した様々な層を除去するためのＥＣＭＰプロセスを用いるようになっていてもよいと理解されるべきである。選択的に、処理システム１００はＣＭＰプロセスを行う２つのステーションを含み、他のステーションがＥＣＭＰプロセスを行うようになっていてもよい。また、上述の組み合わせのいかなるものにおいて、ステーション１０２、１０３及び１０６は、電気化学的な、及び／又は、電気化学的、機械的なメッキプロセスにより、基板上に材料を堆積するようになっていてもよい。
【００１３】
本発明の特徴から利益を得るようなＥＣＭＰステーションの一例は２００１年６月１２日に発行された米国特許第６,２４４，９３５号及び２００４年６月３０日に出願された米国特許出願第１０／８８０，７５２号に記載され、その両者はそれらの開示が本開示と一貫性のある範囲において本明細書において組み込まれ参照される。本発明を実行する処理システムの一例は、カル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インクから市販されているＲＥＦＬＥＸＩＯＮ ＬＫ Ｅｃｍｐ（商標名）システムである。また、本技術分野においてよく用いられる他の平坦化モジュールが本発明を行うのに用いられてもよい。
【００１４】
第１のＥＣＭＰステーション１０２、第２のＥＣＭＰステーション１０３、及びＣＭＰステーション１０６は全て、処理表面１２５への液体の供給を行うノズル１１６及びベース１０８に回転可能に取り付けられたコンディショニング装置１８２を有する。また、処理システム１００は回転式コンベヤ１１２及びベース１０８に設けられた搬送ステーション１１０を含む。一般に、回転式コンベヤ１１２は複数のキャリアヘッド１０５を支持し、各キャリアヘッドは処理の間、１つの基板を保持する。回転式コンベヤ１１２は搬送ステーション１１０とステーション１０２、１０３、及び１０６との間で、キャリアヘッド１０５を回し運ぶ。キャリアヘッドがステーション１０２、１０３、及び１０６のそれぞれの上に置かれたときに、キャリアヘッド１０５は処理表面１２５に対して基板を制御可能に押圧するようになっている。
【００１５】
図２は、サブパッド２３５を有し、電極２４５上に設けられた導電性の処理表面２２５を有するパッドアセンブリ２００の等角投影図である。この実施形態において、導電性の処理表面２２５は、図１に示されたＥＣＭＰステーション１０２の処理表面１２５を意味する。導電性処理表面２２５及び電極２４５は、電源２３７の相対する極性にパッドアセンブリ２００をぞれぞれ接続するために、少なくとも１つのコネクタ２２７、２４７を含む。サブパッド２３５は、導電性の処理表面２２５に対する圧縮性を高め、導電性処理表面をアノードとして機能せしめ、電極２４５をＥＣＭＰプロセスにおけるカソードとして機能せしめるために、２つの導電性部分の間の絶縁エレメントとしても機能する。電極２４５は、金、錫、ニッケル、銀、ステンレススティール、若しくは、それらの誘導体及びこれらの組み合わせからなる固体の金属シート、フォイル、又は、メッシュであるかもしれない。典型的には、パッドアセンブリ２００の様々なパーツは、プロセスにおいて互換性のある接着剤により結合され、プラテンアセンブリ２２５の上側表面に移動可能に取り付けられ、プラテンアセンブリは図１のＥＣＭＰステーション１０２、１０３の１つ又は両者の中に設けられる。
【００１６】
導電性の処理表面２２５は、導電性材料から作られており、及び／又は、ポリマー基体に結合された導電性分子を含む。例えば、導電性材料は、その中に導電性粒子を分散させたポリマー基体、及び／又は、導電性のコーティングがなされた繊維など処理表面２２５をなす材料と一体的に分散されているか、または、そのような材料を含んでいる。導電性粒子は金、ニッケル、錫、亜鉛、銅、それらの誘導体及び組み合わせなどの金属の粒子である。導電性ポリマーは、導電性のホイール又はメッシュであるかもしれない導電性のキャリアの上に置かれるかもしれない。また、導電性の処理表面２２５は、サブパッド２３５内の穴２２０に少なくとも部分的に整列した１つ以上の開口２１５を含む。導電性処理表面２２５が基板上の導電性材料に対して押圧されたときに、開口２１５及び穴は、電極と基板表面との間での電解液による導通を許容するために電解液により満たされるようになっている。溝又はチャネル２１０が、電解液の流れ及び保持を高めるために導電性処理表面２２５の上に形成され、処理表面から流されるべき基板から除去される材料のための通路を提供する。パッドアセンブリの例は、２００６年１月３１日に発行された米国特許第６，９９１，５２８号（代理人事件番号００４１００．Ｐ４）及び２００３年１２月２３日に出願された米国特許出願第１０／７４４，９０４号（代理人事件番号００４１００．Ｐ１０）に記載されている。この特許及び特許出願はそれらの開示が本件出願と一貫性のある範囲において、本明細書において参照され組み込まれる。
【００１７】
図３はＥＣＭＰシステムのＥＣＭＰステーション１０２の概略側面図である。研磨ステーション１０２は、主にコンディショニング装置１８２及びモーター（図示せず）により回動されるプラテン２５５を含む。パッドアセンブリ２００は、導電性処理表面２２５がＥＣＭＰステーション１０２の処理表面１２５となるように、プラテン２５５の上側の表面上に取り付けられる。キャリアヘッド１０５は、パッドアセンブリ２００の上に置かれ、処理の間、パッドアセンブリ２００に対して基板を保持するようになっている。キャリアヘッド１０２は、処理の間、基板とパッドアセンブリ２００との間での相対的運動の一部分をもたらす。一実施形態において、キャリアヘッド１０２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インクから市販されているＴＩＴＡＮ ＨＥＡＤ（商標名）もしくはＴＩＴＡＮ ＰＲＯＦＩＬＥＲ（商標名）ウエハーキャリアであるかもしれない。電解液などの処理液体は処理液体源（図示せず）に結合されるノズル１１６によりパッドアセンブリ２００の処理表面に提供される。
【００１８】
コンディショニング装置１８２は、支持アーム１１８を備えた支持アセンブリ３１０により支持されるコンディショニングヘッド３００を含む。支持アセンブリ３１０はベース１０８に結合され、パッドアセンブリ２００に接触するようにコンディショニングヘッド３００を位置決めするようになっており、さらに、その間において相対的運動をもたらすようになっている。また、コンディショニングヘッド３００は、コンディショニングヘッドをパッドアセンブリ２００に向けて制御可能に押圧するために制御可能な圧力もしくは下向きの力をもたらすよう構成されている。この下向きの圧力は約０．７ｐｓｉから２ｐｓｉの範囲である。一般に、コンディショニングヘッド３００は、図４において矢印４１０及び４１２により示されるように、パッドアセンブリ２００の表面にわたってスウィーピング動作により回転し、及び／又は、横方向に移動する。一実施形態において、コンディショニングヘッド３００の横方向の動きは、パッドアセンブリ２００の回転と組み合わされて、パッドアセンブリ２００の全体表面に対してコンディショニングが行われるように、線形的なものであるか、若しくは、パッドアセンブリ２００の中央の部分からパッドアセンブリ２００のほぼ外側の端までの範囲において円弧に沿ったものである。コンディショニングヘッド３００は、（図４の破線により示されるように）使用されていないとき、パッドアセンブリ２００の端を越えてコンディショニングヘッド３００を動かすために更なる動作範囲を有するかもしれない。
【００１９】
コンディショニングヘッド３００は、パッドアセンブリ２００に接触するために、コンディショニングエレメント（図示せず）を収容するようになっている。一般に、コンディショニングエレメントは、パッドアセンブリ２００の上側表面に接触するために、約０．２ｍｍから約１ｍｍによりコンディショニングヘッド３００の筺体を越えて伸び出ている。コンディショニングエレメントは、パッドアセンブリ２００の上側表面に損傷を与えないであろうナイロン、綿の布、ポリマー、もしくは他の軟らかい材料から作られうる。選択的に、コンディショニングエレメントは、テキスチャード加工されたポリマー、または、そこに固着されるか、または、その中に作られたダイヤモンドの粒子を伴った、粗面化加工された表面を有するステンレススティールから作られるかもしれない。このダイヤモンドの粒子は約３０マイクロンから約１００マイクロンの間の大きさの範囲かもしれない。好適なコンディショニングエレメントは３Ｍ（商標名）ダイヤモンドパッドコンディショナー及び台湾台北市のＫｉｎｉｋ Ｃｏからのコンディショニングディスクである。
【００２０】
図４はＥＣＭＰシステムのＥＣＭＰステーション１０２の概略平面図である。コンディショニングヘッドは支持アーム１１８に結合されるよう示されており、パッドアセンブリ２００の上側表面での動作範囲は矢印４１０により示されている。一実施形態において、パッドの半径の距離のコンディショニングが可能となるように、スウィープ範囲はパッドの周辺部分からパッドの中央部分、すなわち、半径全長のスウィープ範囲である。他の実施形態において、このスウィープ範囲は、ある長さだけ半径全長のスウィープ範囲により小さいものである。他の実施形態において、このスウィープ範囲は半径全長のスウィープ範囲より大きいものであるかもしれない。
【００２１】
一般に、入ってくる、又は、研磨前の、基板のプロファイルは、幅広の線幅を有する基板の領域に対し、線幅の小さい領域において、銅を含有する材料を含む、より大きい高さ及び／又はより厚い厚さの導電層を含んでいる。さらに、研磨前のプロファイルは、基板の中央に比べて、基板の端に沿って、より高い、及び／又は、より厚い導電性材料の領域を含むかもしれない。
【００２２】
エレクトロメカニカルケミカルポリシングステップにおいて、基板は導電材料のアノード溶解を妨げるために、基板の導電性部材上にパッシベーション層を形成するためのパッシベーション材を含む電解液にさらされる。より高い及び／又は厚い領域からパッシベージョン層が取り除かれると共に、広い線幅の部分などの、より低い高さの領域においてパッシベーション層が保持されるように、このパッシベーション層は、機械研磨の間、研磨部材に接触する。基板に印加されるバイアスは、パッシベーション層が取り除かれた、導電材料の領域において抑制されることなく行われるアノード溶解をもたらし、そのような領域においては、導電性部材を平坦化するために、より低い高さの領域に比べて、より多く取り除かれる。さらに、ＥＣＭＰプロセスによる導電材料の除去は、広い線幅の領域内でのディシング（ｄｉｓｈｉｎｇ）をもたらすかもしれない。
【００２３】
突部形成ＥＣＭＰプロセスは、広い線幅の領域内のディシングを制限、若しくは、最小化するために用いられるかもしれない。ＥＣＭＰプロセスにおいて、狭い線幅の領域に比べて、広い線幅の領域において、十分な高さ、および/又は、厚さの導電材料が残存するように、広い線幅の領域において材料の除去を低減するために、突部形成の部材、及び／又は、突部形成の電力印加が用いられるかもしれない。広い線幅の領域において導電材料の突部を形成することにより、広い線幅の領域内で、最小限のディシングにより、または、ディシングのなしに、導電性材料を平坦化するのに用いられるために行われる次のプロセスが可能となり、このプロセスは通常、狭い線幅よりも高い除去率により、広い線幅の領域において、材料の除去を行う。
【００２４】
突部形成プロセスの例は、「基板を研磨するための方法及び組成物」と題された２００６年２月１５日に出願された米国特許出願第１１／３５６，３５２号、及び２００３年６月２６日に出願された米国特許出願第１０／６０８，４０４号に詳細に記載されており、それらの出願は、本開示と一貫性のある範囲において本明細書において参照され、組み込まれる。
【００２５】
上述のプロセスが除去率を増加せしめる一方で、残存する基板のプロファイルは、残渣の除去プロセスなどの第２の研磨プロセスの前に、より平らなプロファイルとなるよう改善されうる。本件において用いられるパッドのコンディショニング方式は、より高い平均除去率を可能とし、選択的にパッドの処理表面をコンディショニングするために改善されうる。
【００２６】
図５は、除去率を高め、及び／又は、基板からの導電性材料の除去を制御するために構成された研磨方法５００の一実施形態である。一実施形態において、研磨方法５００により、パッドの最適な研磨品質を回復するために、パッドの処理表面の局所的な領域における選択的なコンディショニングを可能とする。別の実施形態において、研磨方法５００は、処理パッドの処理表面の抵抗プロファイル、処理パッドの処理表面の導電性プロファイル、または、それらの組み合わせなどの電気的特性の選択的な制御および/または向上を可能とする。このように、基板上の導電性材料と処理表面との間の電気的接触が改善される。
【００２７】
ステップ５１０において、導電性材料が堆積された基板が提供される。この導電性材料は、銅を含む材料、タングステンを含む材料、又は、電子デバイスを作成するために、この産業分野において用いられる、いかなる導電性金属であってもよい。ステップ５２０において、入ってくる、又は、研磨前のプロファイルの決定は、例えば、基板の部分毎に材料の厚さを計測することにより行われる。このプロファイルの決定は、基板の表面にかけて導電性材料の厚さのプロファイルを決定することを含む。厚さを示す計測値は、半導体基板の膜の厚さを測るために設計された１つ、又は、複数の装置によりもたらされうる。非接触の装置の一例は、それぞれが基板のスキャンし、マッピングする、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ズインクから市販されているｉＳＣＡＮ（商標名）及びｉＭＡＰ（商標名）を含む。
【００２８】
ステップ５３０において、ステップ５２０でのプロファイル決定に応じて、コンディショニングパラメータが調整される。コンディショニングパラメータは矢印４１０（図４）に示されるように、コンディショニングヘッドのスウィープ範囲、コンディショニングの間にコンディショニングエレメントにかけられる圧力又は下向きの力、コンディショニングエレメントに適用される回転スピードもしくは回転速度、及び、コンディショニングヘッドのスウィープ周波数のうちの少なくとも１つ以上を含む。これらのコンディショニングパラメータの１つ以上は単独に又は少なくとも１つの他のコンディショニングパラメータと組み合わされて調整される。ステップ５４０において、基板は、ステップ５３０のコンディショニングパラメータを用いて導電性パッドをインシチュウでコンディショニングしながら研磨される。このステップにおいて、基板は導電性の研磨パッドに接触するようにさせられ、特に基板の導電性材料が導電性研磨パッドの上側の表面に接触するようにする。導電性の研磨パッドは基板に対して回転し、基盤もまた回転する。図４に参照される一実施形態において、パッドアセンブリ２００及びプラテン２５５（図示せず）に結合される、コンディショニングヘッド３００、キャリアヘッド１０５、及び導電性処理表面２２５は反時計回りに回転する。他の実施形態では、パッド、キャリアヘッド１０５、及びコンディショニングヘッド３００の回転方向は異なるものかもしれない。電解液を含むパッシベーション材が流され、基板上において導電性材料のアノード溶解を促進するために、パッドの部分に電力が印加される。この電力は、上述のように、露出した導電性材料の高められたパッシベーションを容易にするために、パルス状のものであってもよい。
【００２９】
本明細書に開示されたコンディショニングパラメータは、例示的に、インシチュウ（in situ）のプロセスのものと説明されてきたが、実施形態はこの開示に限定されるものではない。一実施形態においては、パッドの処理表面をコンディショニングするために、研磨プロセスの前又は後に、コンディショニングパラメータが調整され、パッドに対してコンディショニングが行われる一方で、研磨中にも、コンディショニングプロセスを行ってもよい。他の実施形態においては、研磨プロセスの前又は後において、次の研磨プロセスのための処理表面を準備するために、インシチュウでパッドに対してコンディショニングが行われる。
【００３０】
ステップ５２０での基板プロファイル決定により、中央部分よりも端の部分において導電性部材が厚いことを示されるならば、この材料の除去により、研磨能力は、基板の端に接触しているパッドの処理表面の部分において劣化しているかもしれない。この除去力における局所的な劣化は、基板上の導電性材料の平坦化を妨げ、基板からの導電性部材の除去作用に対し悪い影響を与える。このように、処理表面の劣化部分を好適にコンディショニングすることは、除去率における局所的な損失を回復し、及び／又は、除去率を増加せしめる。例えば、基板の端が、円形の導電性パッドの処理表面の中央部分ではなく、円形の導電性パッドの処理表面の周辺部分に接触しているならば、コンディショニングパラメータは、円形の導電パッドの処理表面の周辺部分のコンディショニングを高めるよう調整されるかもしれない。この場合、下向きの力のコンディショニングエレメントなどのパラメータは周辺部分において増加され得、及び／又は、スウィープ周波数はそのスウィープに戻る前に、コンディショニングエレメントが周辺部分上での停止時間を有するように、少しの間、そのスウィープからコンディショニングヘッドを停止させることにより最適化される。この例において、増加された圧力、及び／又は、円形パッドの周辺部分上での停止時間により、パッドの処理表面の処理能力が向上し、これにより除去率が改善される。
【００３１】
他の実施形態において、コンディショニングヘッド及びコンディショニングエレメントのスウィープ周波数が調整されるかもしれない。スウィープ周波数は、研磨能力の局所的な損失があると決定された処理表面の部分に、より積極的に、パッドの処理表面の部分をコンディショニングするように調整されるかもしれない。例えば、スウィープ周波数は、円形の導電性パッドの回転スピートに部分的に基づきうる。この例において、パッドの形状及び回転速度は、プロファイルの決定及び基板と導電性パッドとの間の接触領域に基づいて、より高い、若しくは、より低いスウィープ周波数を必要とするかもしれない。一実施形態において、スウィープ周波数は、約５スウィープ／分から約２０スウィープ／分の間、例えば、約８スウィープ／から約１４スウィープ／分の間であり、例えば、１０スウィープ／分である。
【００３２】
別の実施形態において、スウィープの範囲は円形の導電性パッドの処理表面にかけてスウィープの範囲を変えることにより調整されるかもしれない。例えば、円形の導電性パッドの中央は円形の導電性パッドの周辺に対して、より局所的に研磨能力の損失が生じ、これにより中央部分の平坦化を妨げる。この場合、半径全長にわたるスウィープから、スウィープの範囲がパッドの中央あたりから中央から半径の４分の３の所までコンディショニングを行う、４分の３スウィープへと、スウィープの範囲が変えられる。この実施形態においては、パッドの半径の残りの４分の１の部分はコンディショニングされないであろう。４分の３スウィープは、もし円形パッドの周辺が中央部分に対して劣化した平坦化能力を示すようであれば、逆に用いられ得、周辺部分に対しコンディショニングを行い、パッドの中央付近の部分に対してはコンディショニングを行わない。このスウィープ範囲の調整は上述の割合に限定されるものではなく、パッドのコンディショニングの必要性に応じていかなる割合も有りうる。
【００３３】
他の実施形態は、パッドの回転運動にスウィープの範囲の調整を組み合わせたものであるかもしれない。その場合、スウィープの範囲はパッドの回転数に対し、いかなる割合の範囲のものである。スウィープの範囲はパッドの回転速度の所要の整数に対する分数であるかもしれないし、フルスウィープの範囲はパッドの回転速度の他の所要の整数としてもよい。例えば、中央部分に比べ、パッドの周辺部分において、より大きい局所的な研磨能力の損失があると決定されるなら、中央部分は周辺部分に比べ、より少ないコンディショニングにしか必要としない。であれば、ハーフスウィープがパッドの周辺と、パッドの周辺から半径の約半分の所との間において行われうる。この半分のスウィープは、例えば、パッドの約５〜１０回転の間、継続するかもしれない。６回目もしくは１１回目の回転毎にそれぞれ、フルスウィープがセンター部分からパッドの半分の所をコンディショニングするために再開されるかもしれない。このフルスウィープはパッドの回転速度の所要の整数値の間、継続され、ハーフスウィープが再開されるかもしれない。
【００３４】
回転速度のコンディショニングエレメントは、導電性研磨パッドの処理表面の様々な部分に対し、より良好にコンディショニングを行うよう調整されるかもしれない。一実施形態においては、回転速度のコンディショニングエレメントは、コンディショニングを行う間、ある定数の回転速度に設定されるかもしれない。一実施形態において、回転速度のコンディショニングエレメントは約３０ＲＰＭからと約１００ＲＰＭとの間であり、例えば、約４０ＲＰＭと約７０ＲＰＭとの間である。他の実施形態において、コンディショニングパラメータは上述されたように調整され、回転速度のコンディショニングエレメントも変えられうる。例えば、回転速度のコンディショニングエレメントは、コンディショニングヘッドがパッドの周辺部分をコンディショニングしているときに増加され、中央部分をコンディショニングしているときに減少される。この実施形態では、周辺は中央部分に比べ、より多くコンディショニングが行われるかもしれない。中央部分が周辺部分より多くコンディショニングされる必要があれば、回転速度のコンディショニングエレメントは、周辺に比べ、中央をコンディショニングするときにより高速のものとなるだろう。
【００３５】
また、ヘッドの下向きの力のコンディショニングも調整されうる。一実施形態において、パッドに対してコンディショニングエレメントに印加される下向きの力は約０．７ｐｓｉから約２．０ｐｓｉとの間の範囲、例えば、約１．０ｐｓｉから約１．７ｐｓｉの間の固定値である。他の実施形態において、コンディショニングパラメータは上述のように調整され、下向きの力も変えられる。例えば、下向きの力は、コンディショニングヘッドがパッドの処理表面の周辺部分をコンディショニングするときに増加され、中央部分の処理表面をコンディショニングするときに減少される。この実施形態において、周辺は中央部分より、より多くコンディショニングが行われるかもしれない。中央が周辺部分より多くコンディショニングされる必要があるのであれば、下向きの力は、周辺に比べ、中央をコンディショニングするときに、より強いものとなろう。
【００３６】
中央部分に比べ、端の所により厚い厚さの導電性材料を有する基板によりテストが行われ、従来のコンディショニング方式を用いると、平均して約１５５０オングストロームから約１８５０オングストロームの導電性材料を全体的に除去できた。続いて、同様のプロファイルを有する基板が本明細書に記載されたコンディショニング方式を用いて研磨され、平均で約６００オングストローム以上、多く除去ができるという結果を得た。例えば、本明細書に記載された実施形態を用いると、平均の全体的除去率は約２３５０オングストロームから約２９００オングストロームの間の平均除去率であった。
【００３７】
導電性パッドをコンディショニングするコンディショニング方法が本明細書において例示的に説明されてきたが、本コンディショニング方法は非導電性のパッドの処理表面に対しても効果を発揮するので、本発明は導電性パッドに限定されるものではない。さらに、本明細書に開示された方法は円形のパッドに関し説明されてきたが、本発明はこの開示に限定されるものではなく、例えばエンドレスベルト、供給ロールから巻取りロールへとプラテン上を進行するよう構成されたパッドを有する装置など線形の研磨システム、或いは、他の研磨パッドを用いて基板を研磨するためのいかなる装置にも用いられうる。本発明の他の及びさらなる実施形態は本発明の基本範囲から逸脱することなくなされ得、その範囲は特許請求の範囲により決定される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
本発明の上記に述べられた構成が詳細に理解されるように、上に短く要約された本発明のより具体的な説明が実施形態を参照してなされ、それらのいくつかは添付図面に示される。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態のみを図説するものであり、従って、その範囲を制限するものと考えられるべきではなく、本発明は他の等しく効果的な実施形態をも含む。
【図１】処理システムの一実施形態を示す図である。
【図２】パッドアセンブリの一実施形態の展開斜視図である。
【図３】ＥＣＭＰステーションの一実施形態の概略側面図である。
【図４】ＥＣＭＰステーションの他の実施形態の概略平面図である。
【図５】研磨方法の一実施形態を示す図である。
【００３９】
理解を容認するために、可能な限り図において共通する同じ要素を示すために同じ参照番号が用いられる。１つの実施形態において開示された要素は特に引用することなく、他の実施形態において便宜的に用いられると理解されるべきである。
【発明の分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、主に基板から材料を除去することに関する。特に、本発明はエレクトロケミカルメカニカルポリッシングによる研磨又は平坦化に関する。
【関連技術の説明】
【０００２】
集積回路の製造において、ウエハー上に所要の回路を作るために、導電材料の層が、順次、半導体ウエハー上に堆積され、取り除かれる。
【０００３】
エレクトロケミカルメカニカルプロセッシング（ＥＣＭＰ）は、従来のケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）プロセスと比べ、より少ない下向きの力及び機械的摩擦を用いて基板を研磨すると同時に、電気化学的溶解により半導体ウエハーもしくは基板の表面から導電材料を取り除くのに用いられる。電気化学的溶解は典型的にはアノードとして機能する基板表面にバイアスを印加し、基板表面から周りの電解液へと導電材料を取り除くためにカソードにバイアスを印加することにより行われる。このバイアスは、基板を処理する研磨部材の上に設けられた導電性部材、または、基板を処理する研磨部材の上に、若しくは、それを介して設けられた導電性コンタクトにより、基板表面に印加される。例えば、研磨物質はプラテン上に設けられた処理パッドであるかもしれない。研磨プロセスの機械的エレメントは、基板から導電性材料の除去を高める、基板と研磨物質との相対運動をもたらすことにより行われる。一般には、ＥＣＭＰシステムでは、基板と電極との間に印加されるバイアスの極性を反転させることにより、基板上に導電性材料の堆積に対して行われる。
【０００４】
典型的には、基板は、初めに、非平面状に堆積されたバルク（塊）形状の導電材料のための平坦化プロセスにより処理され、それは１つ又はそれ以上のＥＣＭＰプロセスにより除去される。１つ以上のＥＣＭＰプロセスが用いられると、高い除去率によりバルクは除去され、次のＥＣＭＰプロセスへ進む前に、ほぼ平坦な基板の表面を形成するよう設計されている。いくつのかのＥＣＭＰプロセスにおいて、様々な化学反応が開発され、基板に印加される下向きの力をより小さくして導電性材料の高い除去率が達成されている。例えば、基板のへこんだ領域の導電材料を表面処理し、この表面処理が、基板のもり上がった領域における高い除去率を促進して、これにより、バルク除去プロセスの後、より平坦な表面が生成される。
【０００５】
このバルクの除去を行う処理パッドは、基板平坦化のための適宜な機械的特性を有するとともに、研磨の間、基板における欠陥の発生を最小化するようなものではなくてはならない。そのような欠陥は、パッドのもり上がった部分、或いは、基板から除去された、電解溶液に沈殿する導電材料の堆積、パッドの磨り減った部分、研磨スラーリからの削り取られた粒子など、パッドの表面上に堆積する副生成物を研磨することにより生じる基板表面上の引っかき傷によりもたらされるかもしれない。一般に、消耗、及び／又は、パッド表面の研磨副生成物の堆積により、処理パッドの研磨能力は研磨の間に落ち、研磨特性が最適条件ではなくなる。この堆積は、パッドの表面にかけて非均一もしくは局在化したパターンとなり、導電材料の不均一な平坦化をもたらす。このように、パッドの表面は、パッドの研磨能力を回復させるために周期的にリフレッシュ又は調整されなければならない。
【０００６】
研磨パッド上の副生成物の堆積はパッドの表面上に非均一的に生じる一方、パッドのコンディショニングの過程は典型的にはパッドの表面にかけて均一に行われる。この均一なコンディショニングの過程により、パッドは均等に調整され、パッドの研磨能力は改善されることとなる。しかしながら、このような均一なパッドのコンディショニング過程は、研磨能力における局所的な損失を示しているパッドの領域に対応するものではなく、又、研磨能力が殆ど、又は、全く減少していないパッドの領域にも対処していない。このように、最適な調整をもってしても、研磨能力における減少が殆ど、若しくは、全くないパッドの部分においてコンディショニングが行われる一方で、研磨能力におけるより大きい落ち込みがある局所的な部分においては、コンディショニングは最適値以下のままかもしれない。
【０００７】
従って、処理パッドのコンディショニングを行うためのより改善された方法が必要とされる。
【発明の概要】
【０００８】
一般に、本発明の実施形態は対象の基板の厚さプロファイルを決定し、この厚さプロファイルに応じてコンディショニングパラメータを設定し、このコンディショニングパラメータを用いて研磨パッドの処理表面をコンディショニングを行うことを含む。
【０００９】
他の実施形態において、半導体基板を処理する方法が記載され、その方法は対象基板の上の導電材料の厚さプロファイルを示す計測値を決定し、その計測値に応じて研磨パッドの処理表面上の電気特性を変化させることを含む。
【００１０】
他の実施形態において、半導体基板を処理する方法が記載され、その方法は対象基板の上の導電材料の厚さのプロファイルを決定し、この厚さのプロファイルに基づいて１つ以上のコンディショニングパラメータを設定し、第１の研磨プロセスを行うために研磨パッドの研磨表面に対し基板を処理し、コンディショニングパラメータを用いて処理表面をコンディショニングを行うとともに第１の研磨プロセスを行うことを含む。
【詳細な説明】
【００１１】
本発明の実施形態は主に半導体基板の製造において行われる研磨もしくは平坦化プロセスに関する。エレクトロケミカルメカニカルプラナライゼーション（ＥＣＭＰ）は、研磨プロセスの１つであり、機械的、化学的、及び／又は、電気化学的力の組み合わせにより半導体表面から既に堆積された材料を取り除くことを広く含む。この機械的力は、それには限定されないが物理的な接触又は摩擦力を含み、化学的及び／又は電気的力は、それには限定されないが、アノード溶解による材料の除去を含みうる。
【００１２】
図１はエレクトロケミカルメカニカルポリシング及びケミカルメカニカルポリシングに好適な平坦化モジュールを有する処理システム１００の一部分の平面図である。処理システム１００は、少なくとも第１のエレクトロケミカルメカニカルプラナライゼーション（ＥＣＭＰ）ステーション１０２、第２のＥＣＭＰステーション１０３、及び付加的に、少なくとも１つの従来のケミカルメカニカルプラナライゼーション（ＣＭＰ）ステーション１０６を含み、それらは環境制御された筺体１８８の中に設けられる。１つの例示的なプロセスにおいて、所要の機能が形成され、バリア層及びそしてそのバリア層の上に設けられた導電材料により充填された基板は、２つのＥＣＭＰステーション１０２、１０３の２つのステップにおいて取り除かれる導電材料、及び、基板上の平坦化された表面を形成するためにＣＭＰステーション１０６において処理されるバリア層を有する。例えば、第１のＥＣＭＰステーション１０２は、バルクの除去ステップである第１の研磨ステップを行い、第２のＥＣＭＰステーション１０３は、例えば、残渣のための研磨ステップである第２の研磨ステップを行い、ＣＭＰステーション１０６は、例えば、バリアの除去ステップである第３の研磨ステップを行う。本発明は、これらの構成には限定されず、ステーション１０２、１０３、及び１０６の全てが基板上に堆積した様々な層を除去するためのＥＣＭＰプロセスを用いるようになっていてもよいと理解されるべきである。選択的に、処理システム１００はＣＭＰプロセスを行う２つのステーションを含み、他のステーションがＥＣＭＰプロセスを行うようになっていてもよい。また、上述の組み合わせのいかなるものにおいて、ステーション１０２、１０３及び１０６は、電気化学的な、及び／又は、電気化学的、機械的なメッキプロセスにより、基板上に材料を堆積するようになっていてもよい。
【００１３】
本発明の特徴から利益を得るようなＥＣＭＰステーションの一例は２００１年６月１２日に発行された米国特許第６,２４４，９３５号及び２００４年６月３０日に出願された米国特許出願第１０／８８０，７５２号に記載され、その両者はそれらの開示が本開示と一貫性のある範囲において本明細書において組み込まれ参照される。本発明を実行する処理システムの一例は、カル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インクから市販されているＲＥＦＬＥＸＩＯＮ ＬＫ Ｅｃｍｐ（商標名）システムである。また、本技術分野においてよく用いられる他の平坦化モジュールが本発明を行うのに用いられてもよい。
【００１４】
第１のＥＣＭＰステーション１０２、第２のＥＣＭＰステーション１０３、及びＣＭＰステーション１０６は全て、処理表面１２５への液体の供給を行うノズル１１６及びベース１０８に回転可能に取り付けられたコンディショニング装置１８２を有する。また、処理システム１００は回転式コンベヤ１１２及びベース１０８に設けられた搬送ステーション１１０を含む。一般に、回転式コンベヤ１１２は複数のキャリアヘッド１０５を支持し、各キャリアヘッドは処理の間、１つの基板を保持する。回転式コンベヤ１１２は搬送ステーション１１０とステーション１０２、１０３、及び１０６との間で、キャリアヘッド１０５を回し運ぶ。キャリアヘッドがステーション１０２、１０３、及び１０６のそれぞれの上に置かれたときに、キャリアヘッド１０５は処理表面１２５に対して基板を制御可能に押圧するようになっている。
【００１５】
図２は、サブパッド２３５を有し、電極２４５上に設けられた導電性の処理表面２２５を有するパッドアセンブリ２００の等角投影図である。この実施形態において、導電性の処理表面２２５は、図１に示されたＥＣＭＰステーション１０２の処理表面１２５を意味する。導電性処理表面２２５及び電極２４５は、電源２３７の相対する極性にパッドアセンブリ２００をぞれぞれ接続するために、少なくとも１つのコネクタ２２７、２４７を含む。サブパッド２３５は、導電性の処理表面２２５に対する圧縮性を高め、導電性処理表面をアノードとして機能せしめ、電極２４５をＥＣＭＰプロセスにおけるカソードとして機能せしめるために、２つの導電性部分の間の絶縁エレメントとしても機能する。電極２４５は、金、錫、ニッケル、銀、ステンレススティール、若しくは、それらの誘導体及びこれらの組み合わせからなる固体の金属シート、フォイル、又は、メッシュであるかもしれない。典型的には、パッドアセンブリ２００の様々なパーツは、プロセスにおいて互換性のある接着剤により結合され、プラテンアセンブリ２２５の上側表面に移動可能に取り付けられ、プラテンアセンブリは図１のＥＣＭＰステーション１０２、１０３の１つ又は両者の中に設けられる。
【００１６】
導電性の処理表面２２５は、導電性材料から作られており、及び／又は、ポリマー基体に結合された導電性分子を含む。例えば、導電性材料は、その中に導電性粒子を分散させたポリマー基体、及び／又は、導電性のコーティングがなされた繊維など処理表面２２５をなす材料と一体的に分散されているか、または、そのような材料を含んでいる。導電性粒子は金、ニッケル、錫、亜鉛、銅、それらの誘導体及び組み合わせなどの金属の粒子である。導電性ポリマーは、導電性のホイール又はメッシュであるかもしれない導電性のキャリアの上に置かれるかもしれない。また、導電性の処理表面２２５は、サブパッド２３５内の穴２２０に少なくとも部分的に整列した１つ以上の開口２１５を含む。導電性処理表面２２５が基板上の導電性材料に対して押圧されたときに、開口２１５及び穴は、電極と基板表面との間での電解液による導通を許容するために電解液により満たされるようになっている。溝又はチャネル２１０が、電解液の流れ及び保持を高めるために導電性処理表面２２５の上に形成され、処理表面から流されるべき基板から除去される材料のための通路を提供する。パッドアセンブリの例は、２００６年１月３１日に発行された米国特許第６，９９１，５２８号（代理人事件番号００４１００．Ｐ４）及び２００３年１２月２３日に出願された米国特許出願第１０／７４４，９０４号（代理人事件番号００４１００．Ｐ１０）に記載されている。この特許及び特許出願はそれらの開示が本件出願と一貫性のある範囲において、本明細書において参照され組み込まれる。
【００１７】
図３はＥＣＭＰシステムのＥＣＭＰステーション１０２の概略側面図である。研磨ステーション１０２は、主にコンディショニング装置１８２及びモーター（図示せず）により回動されるプラテン２５５を含む。パッドアセンブリ２００は、導電性処理表面２２５がＥＣＭＰステーション１０２の処理表面１２５となるように、プラテン２５５の上側の表面上に取り付けられる。キャリアヘッド１０５は、パッドアセンブリ２００の上に置かれ、処理の間、パッドアセンブリ２００に対して基板を保持するようになっている。キャリアヘッド１０２は、処理の間、基板とパッドアセンブリ２００との間での相対的運動の一部分をもたらす。一実施形態において、キャリアヘッド１０２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インクから市販されているＴＩＴＡＮ ＨＥＡＤ（商標名）もしくはＴＩＴＡＮ ＰＲＯＦＩＬＥＲ（商標名）ウエハーキャリアであるかもしれない。電解液などの処理液体は処理液体源（図示せず）に結合されるノズル１１６によりパッドアセンブリ２００の処理表面に提供される。
【００１８】
コンディショニング装置１８２は、支持アーム１１８を備えた支持アセンブリ３１０により支持されるコンディショニングヘッド３００を含む。支持アセンブリ３１０はベース１０８に結合され、パッドアセンブリ２００に接触するようにコンディショニングヘッド３００を位置決めするようになっており、さらに、その間において相対的運動をもたらすようになっている。また、コンディショニングヘッド３００は、コンディショニングヘッドをパッドアセンブリ２００に向けて制御可能に押圧するために制御可能な圧力もしくは下向きの力をもたらすよう構成されている。この下向きの圧力は約０．７ｐｓｉから２ｐｓｉの範囲である。一般に、コンディショニングヘッド３００は、図４において矢印４１０及び４１２により示されるように、パッドアセンブリ２００の表面にわたってスウィーピング動作により回転し、及び／又は、横方向に移動する。一実施形態において、コンディショニングヘッド３００の横方向の動きは、パッドアセンブリ２００の回転と組み合わされて、パッドアセンブリ２００の全体表面に対してコンディショニングが行われるように、線形的なものであるか、若しくは、パッドアセンブリ２００の中央の部分からパッドアセンブリ２００のほぼ外側の端までの範囲において円弧に沿ったものである。コンディショニングヘッド３００は、（図４の破線により示されるように）使用されていないとき、パッドアセンブリ２００の端を越えてコンディショニングヘッド３００を動かすために更なる動作範囲を有するかもしれない。
【００１９】
コンディショニングヘッド３００は、パッドアセンブリ２００に接触するために、コンディショニングエレメント（図示せず）を収容するようになっている。一般に、コンディショニングエレメントは、パッドアセンブリ２００の上側表面に接触するために、約０．２ｍｍから約１ｍｍによりコンディショニングヘッド３００の筺体を越えて伸び出ている。コンディショニングエレメントは、パッドアセンブリ２００の上側表面に損傷を与えないであろうナイロン、綿の布、ポリマー、もしくは他の軟らかい材料から作られうる。選択的に、コンディショニングエレメントは、テキスチャード加工されたポリマー、または、そこに固着されるか、または、その中に作られたダイヤモンドの粒子を伴った、粗面化加工された表面を有するステンレススティールから作られるかもしれない。このダイヤモンドの粒子は約３０マイクロンから約１００マイクロンの間の大きさの範囲かもしれない。好適なコンディショニングエレメントは３Ｍ（商標名）ダイヤモンドパッドコンディショナー及び台湾台北市のＫｉｎｉｋ Ｃｏからのコンディショニングディスクである。
【００２０】
図４はＥＣＭＰシステムのＥＣＭＰステーション１０２の概略平面図である。コンディショニングヘッドは支持アーム１１８に結合されるよう示されており、パッドアセンブリ２００の上側表面での動作範囲は矢印４１０により示されている。一実施形態において、パッドの半径の距離のコンディショニングが可能となるように、スウィープ範囲はパッドの周辺部分からパッドの中央部分、すなわち、半径全長のスウィープ範囲である。他の実施形態において、このスウィープ範囲は、ある長さだけ半径全長のスウィープ範囲により小さいものである。他の実施形態において、このスウィープ範囲は半径全長のスウィープ範囲より大きいものであるかもしれない。
【００２１】
一般に、入ってくる、又は、研磨前の、基板のプロファイルは、幅広の線幅を有する基板の領域に対し、線幅の小さい領域において、銅を含有する材料を含む、より大きい高さ及び／又はより厚い厚さの導電層を含んでいる。さらに、研磨前のプロファイルは、基板の中央に比べて、基板の端に沿って、より高い、及び／又は、より厚い導電性材料の領域を含むかもしれない。
【００２２】
エレクトロメカニカルケミカルポリシングステップにおいて、基板は導電材料のアノード溶解を妨げるために、基板の導電性部材上にパッシベーション層を形成するためのパッシベーション材を含む電解液にさらされる。より高い及び／又は厚い領域からパッシベージョン層が取り除かれると共に、広い線幅の部分などの、より低い高さの領域においてパッシベーション層が保持されるように、このパッシベーション層は、機械研磨の間、研磨部材に接触する。基板に印加されるバイアスは、パッシベーション層が取り除かれた、導電材料の領域において抑制されることなく行われるアノード溶解をもたらし、そのような領域においては、導電性部材を平坦化するために、より低い高さの領域に比べて、より多く取り除かれる。さらに、ＥＣＭＰプロセスによる導電材料の除去は、広い線幅の領域内でのディシング（ｄｉｓｈｉｎｇ）をもたらすかもしれない。
【００２３】
突部形成ＥＣＭＰプロセスは、広い線幅の領域内のディシングを制限、若しくは、最小化するために用いられるかもしれない。ＥＣＭＰプロセスにおいて、狭い線幅の領域に比べて、広い線幅の領域において、十分な高さ、および/又は、厚さの導電材料が残存するように、広い線幅の領域において材料の除去を低減するために、突部形成の部材、及び／又は、突部形成の電力印加が用いられるかもしれない。広い線幅の領域において導電材料の突部を形成することにより、広い線幅の領域内で、最小限のディシングにより、または、ディシングのなしに、導電性材料を平坦化するのに用いられるために行われる次のプロセスが可能となり、このプロセスは通常、狭い線幅よりも高い除去率により、広い線幅の領域において、材料の除去を行う。
【００２４】
突部形成プロセスの例は、「基板を研磨するための方法及び組成物」と題された２００６年２月１５日に出願された米国特許出願第１１／３５６，３５２号、及び２００３年６月２６日に出願された米国特許出願第１０／６０８，４０４号に詳細に記載されており、それらの出願は、本開示と一貫性のある範囲において本明細書において参照され、組み込まれる。
【００２５】
上述のプロセスが除去率を増加せしめる一方で、残存する基板のプロファイルは、残渣の除去プロセスなどの第２の研磨プロセスの前に、より平らなプロファイルとなるよう改善されうる。本件において用いられるパッドのコンディショニング方式は、より高い平均除去率を可能とし、選択的にパッドの処理表面をコンディショニングするために改善されうる。
【００２６】
図５は、除去率を高め、及び／又は、基板からの導電性材料の除去を制御するために構成された研磨方法５００の一実施形態である。一実施形態において、研磨方法５００により、パッドの最適な研磨品質を回復するために、パッドの処理表面の局所的な領域における選択的なコンディショニングを可能とする。別の実施形態において、研磨方法５００は、処理パッドの処理表面の抵抗プロファイル、処理パッドの処理表面の導電性プロファイル、または、それらの組み合わせなどの電気的特性の選択的な制御および/または向上を可能とする。このように、基板上の導電性材料と処理表面との間の電気的接触が改善される。
【００２７】
ステップ５１０において、導電性材料が堆積された基板が提供される。この導電性材料は、銅を含む材料、タングステンを含む材料、又は、電子デバイスを作成するために、この産業分野において用いられる、いかなる導電性金属であってもよい。ステップ５２０において、入ってくる、又は、研磨前のプロファイルの決定は、例えば、基板の部分毎に材料の厚さを計測することにより行われる。このプロファイルの決定は、基板の表面にかけて導電性材料の厚さのプロファイルを決定することを含む。厚さを示す計測値は、半導体基板の膜の厚さを測るために設計された１つ、又は、複数の装置によりもたらされうる。非接触の装置の一例は、それぞれが基板のスキャンし、マッピングする、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ズインクから市販されているｉＳＣＡＮ（商標名）及びｉＭＡＰ（商標名）を含む。
【００２８】
ステップ５３０において、ステップ５２０でのプロファイル決定に応じて、コンディショニングパラメータが調整される。コンディショニングパラメータは矢印４１０（図４）に示されるように、コンディショニングヘッドのスウィープ範囲、コンディショニングの間にコンディショニングエレメントにかけられる圧力又は下向きの力、コンディショニングエレメントに適用される回転スピードもしくは回転速度、及び、コンディショニングヘッドのスウィープ周波数のうちの少なくとも１つ以上を含む。これらのコンディショニングパラメータの１つ以上は単独に又は少なくとも１つの他のコンディショニングパラメータと組み合わされて調整される。ステップ５４０において、基板は、ステップ５３０のコンディショニングパラメータを用いて導電性パッドをインシチュウでコンディショニングしながら研磨される。このステップにおいて、基板は導電性の研磨パッドに接触するようにさせられ、特に基板の導電性材料が導電性研磨パッドの上側の表面に接触するようにする。導電性の研磨パッドは基板に対して回転し、基盤もまた回転する。図４に参照される一実施形態において、パッドアセンブリ２００及びプラテン２５５（図示せず）に結合される、コンディショニングヘッド３００、キャリアヘッド１０５、及び導電性処理表面２２５は反時計回りに回転する。他の実施形態では、パッド、キャリアヘッド１０５、及びコンディショニングヘッド３００の回転方向は異なるものかもしれない。電解液を含むパッシベーション材が流され、基板上において導電性材料のアノード溶解を促進するために、パッドの部分に電力が印加される。この電力は、上述のように、露出した導電性材料の高められたパッシベーションを容易にするために、パルス状のものであってもよい。
【００２９】
本明細書に開示されたコンディショニングパラメータは、例示的に、インシチュウ（in situ）のプロセスのものと説明されてきたが、実施形態はこの開示に限定されるものではない。一実施形態においては、パッドの処理表面をコンディショニングするために、研磨プロセスの前又は後に、コンディショニングパラメータが調整され、パッドに対してコンディショニングが行われる一方で、研磨中にも、コンディショニングプロセスを行ってもよい。他の実施形態においては、研磨プロセスの前又は後において、次の研磨プロセスのための処理表面を準備するために、インシチュウでパッドに対してコンディショニングが行われる。
【００３０】
ステップ５２０での基板プロファイル決定により、中央部分よりも端の部分において導電性部材が厚いことを示されるならば、この材料の除去により、研磨能力は、基板の端に接触しているパッドの処理表面の部分において劣化しているかもしれない。この除去力における局所的な劣化は、基板上の導電性材料の平坦化を妨げ、基板からの導電性部材の除去作用に対し悪い影響を与える。このように、処理表面の劣化部分を好適にコンディショニングすることは、除去率における局所的な損失を回復し、及び／又は、除去率を増加せしめる。例えば、基板の端が、円形の導電性パッドの処理表面の中央部分ではなく、円形の導電性パッドの処理表面の周辺部分に接触しているならば、コンディショニングパラメータは、円形の導電パッドの処理表面の周辺部分のコンディショニングを高めるよう調整されるかもしれない。この場合、下向きの力のコンディショニングエレメントなどのパラメータは周辺部分において増加され得、及び／又は、スウィープ周波数はそのスウィープに戻る前に、コンディショニングエレメントが周辺部分上での停止時間を有するように、少しの間、そのスウィープからコンディショニングヘッドを停止させることにより最適化される。この例において、増加された圧力、及び／又は、円形パッドの周辺部分上での停止時間により、パッドの処理表面の処理能力が向上し、これにより除去率が改善される。
【００３１】
他の実施形態において、コンディショニングヘッド及びコンディショニングエレメントのスウィープ周波数が調整されるかもしれない。スウィープ周波数は、研磨能力の局所的な損失があると決定された処理表面の部分に、より積極的に、パッドの処理表面の部分をコンディショニングするように調整されるかもしれない。例えば、スウィープ周波数は、円形の導電性パッドの回転スピートに部分的に基づきうる。この例において、パッドの形状及び回転速度は、プロファイルの決定及び基板と導電性パッドとの間の接触領域に基づいて、より高い、若しくは、より低いスウィープ周波数を必要とするかもしれない。一実施形態において、スウィープ周波数は、約５スウィープ／分から約２０スウィープ／分の間、例えば、約８スウィープ／から約１４スウィープ／分の間であり、例えば、１０スウィープ／分である。
【００３２】
別の実施形態において、スウィープの範囲は円形の導電性パッドの処理表面にかけてスウィープの範囲を変えることにより調整されるかもしれない。例えば、円形の導電性パッドの中央は円形の導電性パッドの周辺に対して、より局所的に研磨能力の損失が生じ、これにより中央部分の平坦化を妨げる。この場合、半径全長にわたるスウィープから、スウィープの範囲がパッドの中央あたりから中央から半径の４分の３の所までコンディショニングを行う、４分の３スウィープへと、スウィープの範囲が変えられる。この実施形態においては、パッドの半径の残りの４分の１の部分はコンディショニングされないであろう。４分の３スウィープは、もし円形パッドの周辺が中央部分に対して劣化した平坦化能力を示すようであれば、逆に用いられ得、周辺部分に対しコンディショニングを行い、パッドの中央付近の部分に対してはコンディショニングを行わない。このスウィープ範囲の調整は上述の割合に限定されるものではなく、パッドのコンディショニングの必要性に応じていかなる割合も有りうる。
【００３３】
他の実施形態は、パッドの回転運動にスウィープの範囲の調整を組み合わせたものであるかもしれない。その場合、スウィープの範囲はパッドの回転数に対し、いかなる割合の範囲のものである。スウィープの範囲はパッドの回転速度の所要の整数に対する分数であるかもしれないし、フルスウィープの範囲はパッドの回転速度の他の所要の整数としてもよい。例えば、中央部分に比べ、パッドの周辺部分において、より大きい局所的な研磨能力の損失があると決定されるなら、中央部分は周辺部分に比べ、より少ないコンディショニングにしか必要としない。であれば、ハーフスウィープがパッドの周辺と、パッドの周辺から半径の約半分の所との間において行われうる。この半分のスウィープは、例えば、パッドの約５〜１０回転の間、継続するかもしれない。６回目もしくは１１回目の回転毎にそれぞれ、フルスウィープがセンター部分からパッドの半分の所をコンディショニングするために再開されるかもしれない。このフルスウィープはパッドの回転速度の所要の整数値の間、継続され、ハーフスウィープが再開されるかもしれない。
【００３４】
回転速度のコンディショニングエレメントは、導電性研磨パッドの処理表面の様々な部分に対し、より良好にコンディショニングを行うよう調整されるかもしれない。一実施形態においては、回転速度のコンディショニングエレメントは、コンディショニングを行う間、ある定数の回転速度に設定されるかもしれない。一実施形態において、回転速度のコンディショニングエレメントは約３０ＲＰＭからと約１００ＲＰＭとの間であり、例えば、約４０ＲＰＭと約７０ＲＰＭとの間である。他の実施形態において、コンディショニングパラメータは上述されたように調整され、回転速度のコンディショニングエレメントも変えられうる。例えば、回転速度のコンディショニングエレメントは、コンディショニングヘッドがパッドの周辺部分をコンディショニングしているときに増加され、中央部分をコンディショニングしているときに減少される。この実施形態では、周辺は中央部分に比べ、より多くコンディショニングが行われるかもしれない。中央部分が周辺部分より多くコンディショニングされる必要があれば、回転速度のコンディショニングエレメントは、周辺に比べ、中央をコンディショニングするときにより高速のものとなるだろう。
【００３５】
また、ヘッドの下向きの力のコンディショニングも調整されうる。一実施形態において、パッドに対してコンディショニングエレメントに印加される下向きの力は約０．７ｐｓｉから約２．０ｐｓｉとの間の範囲、例えば、約１．０ｐｓｉから約１．７ｐｓｉの間の固定値である。他の実施形態において、コンディショニングパラメータは上述のように調整され、下向きの力も変えられる。例えば、下向きの力は、コンディショニングヘッドがパッドの処理表面の周辺部分をコンディショニングするときに増加され、中央部分の処理表面をコンディショニングするときに減少される。この実施形態において、周辺は中央部分より、より多くコンディショニングが行われるかもしれない。中央が周辺部分より多くコンディショニングされる必要があるのであれば、下向きの力は、周辺に比べ、中央をコンディショニングするときに、より強いものとなろう。
【００３６】
中央部分に比べ、端の所により厚い厚さの導電性材料を有する基板によりテストが行われ、従来のコンディショニング方式を用いると、平均して約１５５０オングストロームから約１８５０オングストロームの導電性材料を全体的に除去できた。続いて、同様のプロファイルを有する基板が本明細書に記載されたコンディショニング方式を用いて研磨され、平均で約６００オングストローム以上、多く除去ができるという結果を得た。例えば、本明細書に記載された実施形態を用いると、平均の全体的除去率は約２３５０オングストロームから約２９００オングストロームの間の平均除去率であった。
【００３７】
導電性パッドをコンディショニングするコンディショニング方法が本明細書において例示的に説明されてきたが、本コンディショニング方法は非導電性のパッドの処理表面に対しても効果を発揮するので、本発明は導電性パッドに限定されるものではない。さらに、本明細書に開示された方法は円形のパッドに関し説明されてきたが、本発明はこの開示に限定されるものではなく、例えばエンドレスベルト、供給ロールから巻取りロールへとプラテン上を進行するよう構成されたパッドを有する装置など線形の研磨システム、或いは、他の研磨パッドを用いて基板を研磨するためのいかなる装置にも用いられうる。本発明の他の及びさらなる実施形態は本発明の基本範囲から逸脱することなくなされ得、その範囲は特許請求の範囲により決定される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
本発明の上記に述べられた構成が詳細に理解されるように、上に短く要約された本発明のより具体的な説明が実施形態を参照してなされ、それらのいくつかは添付図面に示される。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態のみを図説するものであり、従って、その範囲を制限するものと考えられるべきではなく、本発明は他の等しく効果的な実施形態をも含む。
【図１】処理システムの一実施形態を示す図である。
【図２】パッドアセンブリの一実施形態の展開斜視図である。
【図３】ＥＣＭＰステーションの一実施形態の概略側面図である。
【図４】ＥＣＭＰステーションの他の実施形態の概略平面図である。
【図５】研磨方法の一実施形態を示す図である。
【００３９】
理解を容認するために、可能な限り図において共通する同じ要素を示すために同じ参照番号が用いられる。１つの実施形態において開示された要素は特に引用することなく、他の実施形態において便宜的に用いられると理解されるべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
到来する基板の厚さのプロファイルを決定し、
この前記厚さのプロファイルに基づきコンディショニングパラメータを設定し、
前記コンディショニングパラメータに基づき研磨パッドの処理表面に対してコンディショニングを行うことを含む半導体基板を処理するための方法。
【請求項２】
前記決定することは前記基板の表面にわたり導電性材料の厚さのプロファイルを決定することを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記設定することはコンディショニングヘッドのスウィープ範囲、コンディショニングヘッドのスウィープ周波数、コンディショニングエレメントに与えられる圧力、コンディショニングエレメントの回転速度、及びそれらの組み合わせの内の少なくとも１つを設定することを含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記設定することはコンディショニングヘッドのスウィープ範囲を半径全長のスウィープ範囲に設定することを含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記設定することはコンディショニングヘッドのスウィープ範囲を半径全長にわたるスウィープ範囲の分数の範囲に設定することを含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記設定することは約５スウィープ／分から約２０スウィープ／分の間にコンディショニングヘッドのスウィープ周波数を設定することを含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記設定することは約０．７ｐｓｉから約２．０ｐｓｉの間に前記コンディショニングエレメントに印加される圧力を設定することを含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記設定することは約３０ＲＰＭから約１００ＲＰＭの間に前記コンディショニングエレメントの回転速度を設定することを請求項１記載の方法。
【請求項９】
コンディショニングの間に前記基板を研磨することを含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記処理表面のコンディショニングは研磨プロセスの前に行われる請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記研磨パッドの処理表面は導電性である請求項１記載の方法。
【請求項１２】
到来する基板の上の導電性材料の厚さのプロファイルを示す計測値を決定し、
前記計測値に基づいて研磨パッドの導電性の処理表面上の電気特性を変化させることを含む半導体基板を処理する方法。
【請求項１３】
前記変化させることは、前記計測値に基づいて１つ以上のコンディショニングパラメータを設定し、
前記研磨パッドの前記処理表面に対して前記基板を処理し、
前記コンディショニングパラメータを用いて前記処理表面に対してコンディショニングを行うことを含む請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記設定することは、コンディショニングヘッドのスウィープ範囲を調整すること、コンディショニングヘッドのスウィープ周波数を調整すること、コンディショニングエレメントに印加される圧力を調整すること、コンディショニングエレメントの回転速度を調整すること、及びそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記コンディショニングヘッドのスウィープ周波数は約５スウィープ／分から約２０スウィープ／分の間である請求項１４記載の方法。
【請求項１】
到来する基板の厚さのプロファイルを決定し、
この前記厚さのプロファイルに基づきコンディショニングパラメータを設定し、
前記コンディショニングパラメータに基づき研磨パッドの処理表面に対してコンディショニングを行うことを含む半導体基板を処理するための方法。
【請求項２】
前記決定することは前記基板の表面にわたり導電性材料の厚さのプロファイルを決定することを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記設定することはコンディショニングヘッドのスウィープ範囲、コンディショニングヘッドのスウィープ周波数、コンディショニングエレメントに与えられる圧力、コンディショニングエレメントの回転速度、及びそれらの組み合わせの内の少なくとも１つを設定することを含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記設定することはコンディショニングヘッドのスウィープ範囲を半径全長のスウィープ範囲に設定することを含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記設定することはコンディショニングヘッドのスウィープ範囲を半径全長にわたるスウィープ範囲の分数の範囲に設定することを含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記設定することは約５スウィープ／分から約２０スウィープ／分の間にコンディショニングヘッドのスウィープ周波数を設定することを含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記設定することは約０．７ｐｓｉから約２．０ｐｓｉの間に前記コンディショニングエレメントに印加される圧力を設定することを含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記設定することは約３０ＲＰＭから約１００ＲＰＭの間に前記コンディショニングエレメントの回転速度を設定することを請求項１記載の方法。
【請求項９】
コンディショニングの間に前記基板を研磨することを含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記処理表面のコンディショニングは研磨プロセスの前に行われる請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記研磨パッドの処理表面は導電性である請求項１記載の方法。
【請求項１２】
到来する基板の上の導電性材料の厚さのプロファイルを示す計測値を決定し、
前記計測値に基づいて研磨パッドの導電性の処理表面上の電気特性を変化させることを含む半導体基板を処理する方法。
【請求項１３】
前記変化させることは、前記計測値に基づいて１つ以上のコンディショニングパラメータを設定し、
前記研磨パッドの前記処理表面に対して前記基板を処理し、
前記コンディショニングパラメータを用いて前記処理表面に対してコンディショニングを行うことを含む請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記設定することは、コンディショニングヘッドのスウィープ範囲を調整すること、コンディショニングヘッドのスウィープ周波数を調整すること、コンディショニングエレメントに印加される圧力を調整すること、コンディショニングエレメントの回転速度を調整すること、及びそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記コンディショニングヘッドのスウィープ周波数は約５スウィープ／分から約２０スウィープ／分の間である請求項１４記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２６０８９９（Ｐ２００７−２６０８９９Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−８３５４２（Ｐ２００７−８３５４２）
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８３５４２（Ｐ２００７−８３５４２）
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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