專利名稱：以電化學(xué)機(jī)械研磨法進(jìn)行基材平坦化的制作方法
(1)技術(shù)領(lǐng)域本申請主張2001年3月14日提申的美國暫時申請案第60/275,874號、2001年4月2日提申的美國暫時申請案第60/286,107號，及2001年10月1日提申的美國暫時申請案第60/326,263號的優(yōu)先權(quán)，以上各案藉由參照而被并于本文中。
本發(fā)明有關(guān)一種將一基材上的材料，如一金屬，平坦化的方法及設(shè)備。
(2)背景技術(shù)次四分之一微米多層金屬為下一世代的超大型集成電路(ULSI)的關(guān)鍵技術(shù)之一。次技術(shù)核心的多層內(nèi)連線特征需要高深寬比特征，如介層孔、接線、接點，及其它內(nèi)連線的小心的處理。這些內(nèi)連線的可靠的形成對于超大規(guī)模集成電路(VLSI)及ULSI的成功及對于提高電路密度與每一基材及晶粒的品質(zhì)的持續(xù)的努力而言是非常重要的。
在集成電路及其它電子元件的制造中，多層導(dǎo)電、半導(dǎo)電，及介電材質(zhì)層被沉積于一基材的一表面上或從該表面上被去除掉。這些薄的導(dǎo)電、半導(dǎo)電，及介電材質(zhì)層可使用多種技術(shù)來加以沉積。在現(xiàn)代制程中的一般沉積技術(shù)包括物理氣相沉積(PVD)，亦被稱為濺鍍，化學(xué)氣相沉積(CVD)，等離子體強(qiáng)化的化學(xué)氣相沉積(PECVD)，及電化學(xué)電鍍(ECP)。
當(dāng)多層材質(zhì)被依序沉積及去除時，該基材的最上一層表面會變成不平坦而需要平坦化。將一表面平坦化，或″研磨″一表面是將材質(zhì)從該基材的該表面上去除掉以形成一均勻、平坦的表面的制程。平坦化在去除掉所不想要的表面形貌及表面缺陷，如粗糙表面，結(jié)塊的材料，結(jié)晶格損壞，刮痕，及受污染的層或材料，上是很有用的。平坦化在形成特征結(jié)構(gòu)于一基材上亦很有用，其是藉由將被沉積來填充該特征結(jié)構(gòu)的過多的材料去除掉來實現(xiàn)的，平坦化亦可提供一均勻的表面讓后續(xù)的金屬化及處理使用。
化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)是在平坦化基材時經(jīng)常用到的技術(shù)。CMP利用化學(xué)合成物，典型地為一泥漿或其它流體媒介，用以選擇性地從基材上去除掉材料。在傳統(tǒng)的CMP技術(shù)中，一基材載具或研磨頭被安裝在一載具組件上且被置于與一CMP設(shè)備的研磨墊相接觸的位置上。該載具組件提供一可控制的壓力至該基材上迫使該基材頂?shù)衷撗心|。該研磨墊被一外部的驅(qū)動力所驅(qū)動而相對于該基材移動。該CMP設(shè)備在配送出一研磨合成物，或泥漿的同時實施研磨或按摩運(yùn)動于該基材的表面與該研磨墊之間，以實施化學(xué)作用及/或機(jī)械作用并藉此將材料從該基材的表面上去除掉。
在ULSI中銅被選擇用以形成互連線、互連線集成電路及其它電子元件中的導(dǎo)電路徑。與傳統(tǒng)的材料，如鋁，比較起來，銅具有數(shù)項優(yōu)點，如低電阻及較佳的電子遷移性能。銅可用不同的技術(shù)來沉積，如PVD，CVD及電鍍。電鍍(ECP)被看作是一低成本且是有效率的技術(shù)，因此很有前途。ECP是藉由將一基材置入一電鍍浴中并施加一電流至該基材來實施的。銅離子從溶液中被電解處來并沉積于該基材上。
然而，銅很難被形成圖案及蝕刻。因此，銅的特征結(jié)構(gòu)的形成是使用鑲嵌或雙鑲嵌制程。在鑲嵌制程中，一特征結(jié)構(gòu)被界定于一介電材質(zhì)中且隨后被填入銅。在銅的沉積之前，一阻障層被保形地沉積形成在該介電層的特征結(jié)構(gòu)上。被沉積在該區(qū)域上的銅藉由CMP處理加以去除掉以留下被填入形成在該介電層中的特征結(jié)構(gòu)內(nèi)的銅。有研磨料的及無研磨料的CMP處理都有且其它亦被研發(fā)中以去除掉銅。有研磨料是指添加至研磨泥漿中或從一固定的研磨料研磨頭于研磨期間釋出的顆粒材料，如氧化鋁及礬土，其對于被研磨的基材表面提供機(jī)械性的研磨。
此外，基材表面會有不同的表面形貌，視形成于其上的特征結(jié)構(gòu)的密度及尺寸而定，而這些會讓銅材料從該基材表面上被保形地去除掉變得很困難。例如，將銅材料從基材表面上有較致密的特征結(jié)構(gòu)的區(qū)域上去除掉的速率即會比將銅材料從具有較少的特征結(jié)構(gòu)的區(qū)域上去除掉的速率慢許多。此外，此不平均的去除速率會造成該基材的區(qū)域會有研磨不足的情形，而讓銅材料在研磨處理之后仍殘留在基材上。
將所有想要去除掉的銅材料從該基材表面上去除掉的一個方法為過度研磨該基材表面。然而，過度研磨某些材料會造成形貌上的缺陷，如特征結(jié)構(gòu)的下凹或下陷，其被稱為″碟形化″，或介電材質(zhì)的過度去除，稱為腐蝕。來自于碟形化及腐蝕的這些形貌上的缺陷導(dǎo)致額外材料的不均勻去除，如被沉積于其底下的阻障層材料，及產(chǎn)生一具有少于所想要的研磨品質(zhì)的基材表面。
銅表面研磨的另一項問題是因使用低介電常數(shù)(低k)材料來形成銅鑲嵌于該基材表面上所引起的。低k介電材料，如被沉積于氧化硅上的碳，在傳統(tǒng)的研磨壓力下(即，6psi)會變形或刮傷，而這將會對基材研磨品質(zhì)有不利的影響及電子元件的形成有不利的影響。例如，在基材與一研磨墊之間的相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動會誘發(fā)一沿著該基材表面的一剪力并將該低k材料變形，而形成拓樸上的缺陷，如刮痕，這對于后續(xù)的研磨有不利的影響。
結(jié)果是，對于沉積及平坦化一金屬層，如銅層，于一基材上的設(shè)備及方法存在著需求。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供用較低的基材與研磨設(shè)備之間的接觸壓力來平坦化一基材表面的方法及設(shè)備。在一態(tài)樣中，一種處理一基材的方法被提供，該方法包括將一基材置于一包含一腐蝕抑制劑的電解液中，形成一鈍態(tài)層于一基材表面上，在一電解溶液中研磨該基材，施加一陽極偏壓至該基材表面，及將材料從該基材表面的至少一部分上去除掉。
在另一態(tài)樣中，一種處理一基材的方法被提供，該方法包括將一基材置于一電解液中與一研磨物相鄰，該電解液包含一腐蝕抑制劑，一均化劑，一黏性形成劑，或它們的組合以形成一電流抑制層于一基材表面上，在該電解液中用該研磨物研磨該基材用以去除掉該電流抑制層的至少一部分，施加一偏壓于設(shè)置在該電解液中的一陽極與一陰極之間，及藉由陽極溶解來將材料從該基材的至少一部分上去除掉。
在另一態(tài)樣中，一種處理一基材的設(shè)備被提供，該設(shè)備包含一部分的容器，一研磨物其被設(shè)置在該部分容器內(nèi)，一基材載具其可或動地設(shè)置在該研磨物之上，該基材載具具有一基材安裝表面，一電源其連接至該部分的容器，及一電腦基礎(chǔ)的控制器其被建構(gòu)來讓該設(shè)備把該基材放置在一電解液中用以，在一基材表面上形成一鈍態(tài)層，在該電解液中用該研磨物來研磨該基材，及施加一陽極偏壓至該基材表面上或至該研磨物上用以將材料從該基材表面的至少一部分上去除掉。
再另一態(tài)樣中，一電化學(xué)沉積系統(tǒng)被提供，該系統(tǒng)包括一主機(jī)架其具有一主機(jī)架晶片輸送機(jī)械臂，一裝載站其被設(shè)置成與該主機(jī)架相連接，一或多個電化學(xué)處理槽其被設(shè)置成與該主機(jī)架相連接，一或多個研磨臺其被設(shè)置成與該主機(jī)架相連接，一電解液供應(yīng)其與該一或多個電化學(xué)處理槽流體地相連接，及一或多個研磨流體供應(yīng)其被連接至該一或多個研磨臺。
(4)


本發(fā)明的一更為特定的描述可藉由參照顯示于附圖中的實施例而進(jìn)行，使得本發(fā)明的上述特征，優(yōu)點及目地可被詳細(xì)地了解。
然而，應(yīng)注意的是，附圖中所示者為本發(fā)明的典型的實施例，因此不應(yīng)被認(rèn)為是本發(fā)明范圍的限制，因為本發(fā)明可以有其它等效的實施例。
圖1為裝上了本發(fā)明的處理設(shè)備的實施例的一處理系統(tǒng)的平面圖；圖2為一電鍍系統(tǒng)的一實施例的示意頂視圖；圖3為一電鍍系統(tǒng)的另一實施例的示意頂視圖；圖4為本發(fā)明的一處理設(shè)備的一實施例的剖面圖，其顯示一基材被設(shè)置在一可滲透的圓盤上；圖5為一載具頭組件的一實施例的部分剖面圖；圖6A為多個基材夾的部分立體圖；圖6B為沿著圖6A的線6B-6B所取的基材夾剖面圖；圖7A至7D圖顯示一基材被固定于載具頭組件上的情形；圖8為一載具頭組件的另一實施例的部分視圖；圖9為一載具頭組件的另一實施例的部分視圖；圖10A-10B為一載具頭組件的諸實施例的部分視圖；圖11A-11D為用來沉積及平坦化一基材上的金屬層的設(shè)備的諸實施例的示意剖面圖；圖12為一流程圖，其顯示依據(jù)本發(fā)明的一實施例的處理步驟；及圖13A-13F為依據(jù)本發(fā)明的一平坦化一基材表面的實施例來研磨一基材的示意圖。
(5)具體實施方式
本發(fā)明提供用較低的基材與研磨設(shè)備之間的接觸壓力來平坦化一基材表面的方法及設(shè)備。本發(fā)明將參照一利用電化學(xué)機(jī)械研磨(ECMP)技術(shù)將導(dǎo)電材料，如銅及其它含銅的材料，從一基材表面上去除掉的平坦化處理來加以說明。
使用于本文中的字及詞應(yīng)被給予熟悉本技術(shù)的人員所了解及認(rèn)知的意義，除非它們被另外加以定義。化學(xué)機(jī)械研磨應(yīng)被廣義地認(rèn)知且包括，但并不局限于，用化學(xué)作用、機(jī)械作用，或化學(xué)與機(jī)械作用兩者的組合來研磨基材。電子研磨應(yīng)被廣義地認(rèn)知且包括，但并不局限于，藉由施加電化學(xué)作用的施加，如藉由陽極的溶解，來將才料從一基材上去除掉。陽極溶解在本文中被廣義地描述為一陽極偏壓被施加至基材表面或與基材表面接觸的導(dǎo)電物件上，造成導(dǎo)電物質(zhì)從基材表面移轉(zhuǎn)至周圍的導(dǎo)電流體中。電化學(xué)機(jī)械研磨(ECMP)在本文中被廣義地界定為藉由施加電化學(xué)作用、化學(xué)作用、機(jī)械作用，或電化學(xué)，化學(xué)及機(jī)械作用的組合來將材料從一基材表面上去除掉的基材平坦化方法。可被用來實施本文中所述的處理的舉例性的系統(tǒng)被示于圖1-3中。
圖1顯示一實施本文中所述的處理的處理系統(tǒng)100的一實施例。一種可被采用以受惠于本發(fā)明的研磨工具為由設(shè)在美國加州Santa Clara市的Applied Materials公司所制的Mirra MesaTM化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)。該舉例性的系統(tǒng)100大體上包含一工廠界面108，一裝載機(jī)械臂110，及一處理組件112其具有至少一電化學(xué)處理站102及至少一傳統(tǒng)的研磨站設(shè)置于其上。
通常，該裝載機(jī)械臂110被設(shè)置在靠近該工廠界面108及該處理組件112的位置以便于基材122傳送它們之間。該工廠界面108大體上包括一清潔組件114及一或多個基材匣盒116。一界面機(jī)械臂118被用來將基材123傳送于基材匣盒116、清潔組件114與一輸入組件120之間。該輸入組件120所設(shè)置的位置可方便基材123被裝載機(jī)械臂110傳送于處理組件112與工廠界面108之間。一工廠界面的例子被揭示于2000年4月11日所提申的美國專利申請第09/547,189號中，該美國專利申請被轉(zhuǎn)讓給本申請的申請人且該美國專利申請被引用于本文中。
裝載機(jī)械臂110被設(shè)置在靠近該工廠界面108與處理組件112的位置使得由機(jī)械臂110所提供的移動范圍便于將機(jī)材傳送于它們之間。一裝載機(jī)械臂110的例子為一4連桿機(jī)械臂，其由是在美國加州Richmond市的KensingtonLaboratories公司所制造的。該舉例性的裝載機(jī)械臂110具有一抓持器其可將基材123定位于垂直及水平方向上。
在示于圖1的實施例中，一舉例性的處理組件112除了該研磨站106與電化學(xué)處理站102之外還具有一輸送站122及一轉(zhuǎn)塔134，所有這些構(gòu)件皆設(shè)置在一機(jī)座126上。處理組件112可包含一或多個處理站，處理組件112的每一處理站102，106可被設(shè)計來實施電化學(xué)處理，如電沉積及電研磨，及傳統(tǒng)的化學(xué)、機(jī)械研磨處理，或它們的組合。每一研磨站106包含一不動的研磨研模臺、一可轉(zhuǎn)動的研模臺、一直線研磨臺、一可轉(zhuǎn)動的直線研磨臺、一滾筒研磨臺，或它們的組合。被設(shè)置在研磨站106中的研磨物可以是導(dǎo)電的及/或包含研磨顆粒。
在一實施例中，該輸送站122包含至少一輸入緩沖站128、一輸出緩沖站130、一輸送機(jī)械臂132，及一負(fù)荷杯組件124。輸送機(jī)械臂132具有兩個抓持器組件，每一個都具有氣動的抓持器指件其可抓住該基材123的邊緣。該輸送機(jī)械臂132將基材123從輸入緩沖站128舉起并轉(zhuǎn)動該抓持器與基材123用以將基材123置于該負(fù)荷杯組件134上方的位置，然后將基材123放下置于該負(fù)荷杯組件134上。一可被使用的輸送站的例子被描述于1999年10月10日提申的美國專利申請第09/314,771號中，該美國專利申請被轉(zhuǎn)讓給本申請的申請人Applied Materials公司且被引用于本文中。
轉(zhuǎn)塔134大體上被描述在1998年9月8日授與Tolles等人的美國專利第5,804,507號中，該美國專利也被引用于本文中。大體上，該轉(zhuǎn)塔134被設(shè)置在機(jī)座126的中央。轉(zhuǎn)塔136典型地包括多個臂136。每一臂支撐一載具頭組件，或研磨頭1 38。示于圖1中的一臂136以虛線示出使得輸送站122可被看到。該轉(zhuǎn)塔134可被布置成使得研磨頭138可移動于組件102，106及輸送站122之間。
當(dāng)將基材123壓抵一設(shè)置在該研磨站106上的研磨材料(未示出)時，該研磨頭138大體上裝盛該基材123。一可被使用的研磨頭為由設(shè)在美國加州Santa Clara市的Applied Materials公司所制的Tina HeadTM基材載具。
另外，一電腦系統(tǒng)或電腦基礎(chǔ)的控制器或一電腦程序產(chǎn)品可被連接至該系統(tǒng)100用以指示該系統(tǒng)實施一或多個處理步驟，如機(jī)械地研磨一基材，電化學(xué)地從基材去除掉材料，或?qū)⒁换乃腿朐撓到y(tǒng)100中。或者，如果電化學(xué)沉積或電化學(xué)沉積與電研磨同步被實施的話，該電腦系統(tǒng)或電腦基礎(chǔ)的控制器或該電腦程序產(chǎn)品可被設(shè)計成亦可實施這些步驟。
為了要便于如上所述地控制系統(tǒng)100，該電腦基礎(chǔ)的控制器140可以是一CPU144或可被使用在工業(yè)設(shè)施中來控制不同的室的的任何一種形式的電腦處理器與副處理器。存儲器142被耦合至該CPU144且存儲器或電腦可讀取的媒介可以是一或多種可輕易獲得的存儲器，如隨機(jī)存取存儲器(RAM)，只讀存儲器(ROM)，軟盤驅(qū)動器，硬盤驅(qū)動器，或任何其它形式的數(shù)字貯存，遠(yuǎn)端的或現(xiàn)地的。支援電路146被耦合至CPU144用來以傳統(tǒng)的方式支援該處理器。這些電路包括快取、電源供應(yīng)、時脈電路、輸入/輸出電路及子系統(tǒng)，及類似者。處理程序，如本文中所描述的處理態(tài)樣，通常被貯存在存儲器中，典型地是以軟件副程序的形式。軟件副程序亦可被貯存及/或被一第二CPU(未示出)所執(zhí)行，該第二CPU是位在遠(yuǎn)離被CPU144所控制的硬件的位置處。
圖2顯示一處理系統(tǒng)200的另一實施例的示意頂視圖，該系統(tǒng)具有至少一電化學(xué)處理站218及至少一傳統(tǒng)的研磨站215用來實施本文中所述的處理。一種可被采用以受惠于本發(fā)明的設(shè)備為由設(shè)在美國加州Santa Clara市的Applied Materials公司所制的E1ectraa處理系統(tǒng)的電化學(xué)處理平臺。
系統(tǒng)200包括一裝載站210及一主機(jī)架214。該主機(jī)架214包括一主機(jī)架輸送站216、一旋轉(zhuǎn)沖洗干燥(SRD)站212、一或多個電化學(xué)處理站218，及一或多個研磨站215。該系統(tǒng)200亦可包括一熱退火室，如一快速退火(RTA)室211，一電解液補(bǔ)充系統(tǒng)220，及一或多個基材穿通(pass-through)匣238。
每一電化學(xué)處理站218都包括一或多個電化學(xué)處理槽240。該電解液補(bǔ)充系統(tǒng)220被設(shè)置在靠近該主機(jī)架214的位置且被連接至該處理槽240用以循環(huán)電鍍處理使用過的電解液。每一處理站215包括一或多個研磨臺217。該研磨臺217可包括一不動的研磨研模臺、一可轉(zhuǎn)動的研模臺、一直線研磨臺、一可轉(zhuǎn)動的直線研磨臺、一滾筒研磨臺或本文所述的槽，或它們的組合。被設(shè)置在研磨平臺207中的研磨物可以是導(dǎo)電的及/或包含研磨顆粒。
系統(tǒng)200亦包括一電源供應(yīng)站221用以提供電源至該系統(tǒng)及一控制系統(tǒng)222。該電源供應(yīng)站221包括一或多個電源其可被連接至各別的電化學(xué)槽240及研磨臺217。該控制系統(tǒng)222包括一具有一電腦可讀取的媒介，如堧體，的可編程的微處理器，其被設(shè)計來控制該系統(tǒng)200的所有構(gòu)件及協(xié)調(diào)系統(tǒng)200的不同構(gòu)件的操作。該控制系統(tǒng)亦可控制提供到該系統(tǒng)的構(gòu)件處的電力。控制系統(tǒng)222亦可包括一控制面板其可讓一操作者監(jiān)視并操作該系統(tǒng)200?？刂泼姘鍨橐华?dú)立的組件其經(jīng)由一電線連接至該控制系統(tǒng)222并提供操作者一方便的途徑。
該裝載站210最好是包括一或多個基材匣接收區(qū)224，一或多個裝載站輸送機(jī)械臂228及至少一基材定向器230。包括在一裝載站210內(nèi)的基材匣接收區(qū)224，裝載站輸送機(jī)械臂228及基材定向器230數(shù)目可依據(jù)該系統(tǒng)的所需要的產(chǎn)出率來加以設(shè)計。如圖2中所示，該裝載站210包括兩個基材匣接收區(qū)224，兩個裝載站傳送機(jī)械臂228及一個基材定向器230。一內(nèi)裝有基材234的基材匣232被載入該基材匣接收區(qū)224用以將基材234導(dǎo)入該系統(tǒng)200中。該裝載站機(jī)械臂228將基材234傳送于該基材匣232與該基材定向器230之間。
該基材定向器230將每一片基材234以所想要的方位來加以放置用以確?；目杀贿m當(dāng)?shù)靥幚?。該裝載站機(jī)械臂228亦將基材234傳送于該裝載站210與該SRD站212之間及該裝載站210與該熱退火室211之間。該裝載站210最好是亦包括一基材匣231用來在需要時暫時地存放基材以方便基材通過該系統(tǒng)的有效率的輸送。
圖2亦顯示一主機(jī)架輸送機(jī)械臂242其具有一翻面臂244用來將基材輸送于固定于該主機(jī)架上的不同的站之間。該主機(jī)架輸送機(jī)械臂242包括多個機(jī)械臂242(兩個被示出)，及一翻面機(jī)械臂244被固定在每一機(jī)械臂246的端部作為一端施作器(end effector)，其能夠?qū)⒒妮斔陀诠潭ㄔ谠撝鳈C(jī)架上的不同的站之間同時可將被輸送的基材翻面成所需要表面方位。例如，翻面機(jī)械臂244將基材處理面翻轉(zhuǎn)成面向下用以在處理槽140中進(jìn)行電化學(xué)處理或在研磨臺217中進(jìn)行研磨處理，及將該基材處理面翻轉(zhuǎn)成面向上以進(jìn)行其它的處理，旋轉(zhuǎn)沖洗干燥處理或基材輸送。
翻面機(jī)械臂在本技術(shù)中為習(xí)知的且可被安裝作為端施作器用來搬運(yùn)基材，如由設(shè)在美國加州Milpits市的Roze Automation公司所制的RR701型的機(jī)械臂。翻面機(jī)械臂244亦可被設(shè)計來使用在電化學(xué)處理槽240中用以電鍍一置于該翻面機(jī)械臂上的基材或該電化學(xué)處理槽240可被設(shè)計成在槽240的處理前接收來自于一翻面機(jī)械臂的基材。
或者，一基材載具(如示于圖1中的)可被設(shè)置于該主機(jī)架傳送機(jī)械臂242的定位上用以在一或多個電化學(xué)處理站218與該一或多個研磨站215中處理基材及/或輸送基材于它們之間。
該快速退火(RTA)室211最好是被連接至該裝載站210且基材是被裝載站傳送機(jī)械臂228傳送進(jìn)出該RTA室211。圖2中所示的該電鍍系統(tǒng)包括兩個被設(shè)置在裝載站210的相對側(cè)上的RTA室211，其對應(yīng)于該裝載站210的對稱設(shè)計。一適合的退火室為一快速退火室，如由設(shè)在美國加州Santa Clara市的Applied Materials公司所制的RTP Xeplus Centuraa熱處理器。
電解液補(bǔ)充系統(tǒng)220提供電解液至電鍍處理槽240以供電鍍及/或陽極溶解處理之用。電解液補(bǔ)充系統(tǒng)220通常包含一主電解槽260、多個來源槽262，及多個過濾槽264。一或多個控置器控制著在主槽260內(nèi)的電解液成份及該電解液補(bǔ)充系統(tǒng)220的操作。最好是，控制器是獨(dú)立操作的但與該系統(tǒng)200的控制系統(tǒng)222整合在一起。
該主電解槽260提供一電解液用的貯槽并包括一電解液供應(yīng)管路其被連接至每一電鍍處理槽。來源槽262內(nèi)裝構(gòu)成該電解液所需的化學(xué)物且最好是包括一去離子水來源槽及硫酸銅(CuSO4)來源槽用以構(gòu)成該電解液。其它的來源槽262可包括硫酸(H2SO4)、鹽酸(HCl)，磷酸氫鹽(H2PO4)，及/或不同的添加物包括腐蝕抑制劑及均化劑，如聚乙二醇。使用在該電解槽260與來源槽262中的電解液及添加物的例子在本文中被進(jìn)一步描述。
此外，雖然沒有示出，單一或多個供應(yīng)槽被連接至系統(tǒng)200用以提供一或多種研磨流體、調(diào)節(jié)流體，及/或清潔流體至一或多個研磨站215。
系統(tǒng)200具有一組件設(shè)計其允許為了實施一處理或一系列的處理而依據(jù)所需更換構(gòu)件。例如，電化學(xué)處理站218可更換成研磨站215，反之亦然。
此外，站的各個構(gòu)件，如研磨站215的一或多個研磨臺，可被設(shè)置在其它處理構(gòu)件的位置上，如該熱退火室211及一或多個基材穿通匣238的位置上。該系統(tǒng)200的其它實施例可包括在一或多個研磨站215的位置上的無電子沉積站。例如，如果一或多個研磨臺217被交替地設(shè)置在熱退火室211的位置或一或多個穿通匣238的位置的話，則無電子沉積站可被設(shè)置在圖2中所示的該一或多個研磨站215的位置。
另一可用來實施本文中所述的處理的系統(tǒng)被示于圖3中。圖3顯示系統(tǒng)200的另一實施例的示意頂視圖，其具有至少一電化學(xué)處理站218及至少一傳統(tǒng)的研磨站212用來實施本文中所述的處理。系統(tǒng)200大體上包含一裝載站210、一主機(jī)架214，一或多個電化學(xué)處理槽240其被設(shè)置在處理站218上，及一或多個研磨臺238其被設(shè)置在研磨站212上。
該系統(tǒng)亦可包含一熱退火室211及一電解液補(bǔ)充系統(tǒng)220。該主機(jī)架214包含一主機(jī)架輸送站216及多個處理站218，其中研磨站212連接至該主機(jī)架214及該裝載站210。在圖3所示的實施例中，系統(tǒng)200包括兩個退火室211、兩個基材匣接收區(qū)224、兩個裝載站傳送機(jī)械臂228、一晶片定向器230，兩個研磨臺238，及四個電鍍槽240。
在示于圖3的系統(tǒng)200的另一實施例中，一旋轉(zhuǎn)沖洗干燥(SRD)站或一或多個基材穿通匣可被設(shè)置在一或多個研磨站238的位置上。此替代實施例可具有一或多個被設(shè)置在熱退火室211所在的位置的研磨臺。
圖4為可使用在圖2及3的處理系統(tǒng)中的一用來沉積及平坦化一基材422上的一金屬層的設(shè)備的一實施例的剖面圖。該載具組件430的一安裝組件的變化可被實施用以將此組件使用在圖1的處理系統(tǒng)200中。亦即，該載具被安裝在一轉(zhuǎn)塔上。
該設(shè)備420包括一載具組件430其可被一支柱480可移動地支撐在一部分容器434之上。該支柱480及容器434被設(shè)置在一共同基座482上。該支柱480包括一基座支件484及一升降機(jī)構(gòu)486。該基座支件484從該基座482垂直地延伸出并可繞著其本身軸旋轉(zhuǎn)使得該載具組件430可被移動于該部分容器434上或其它部分上，例如移動至其它容器或與其它處理系統(tǒng)的界面。
該升降機(jī)構(gòu)486被耦合至該載具組件430。該升降機(jī)構(gòu)486大致上控制著該載具組件430相對于該部分容器434的高度。該升降機(jī)構(gòu)486包括一直線作動器488，如一球珠螺桿，一導(dǎo)螺桿，氣缸及類似者，一導(dǎo)件490其沿著一軌道492滑動。該軌道492藉由一樞軸494而被耦合至該基座支件484使得該升降機(jī)構(gòu)486的軌道492(即移動方向)是可控制地被定向于一與水平夾90度至60度的角度范圍內(nèi)。該升降機(jī)構(gòu)486及樞軸494讓載有一基材422的載具組件430可被降低至該部分容器434的不同方位上。例如，為了要在與該容器434內(nèi)的流體接觸時將形成于基材422上的氣泡減至最少，基材422可在進(jìn)入該部分容器434期間被轉(zhuǎn)一角度，然后在進(jìn)入到流體中后再被轉(zhuǎn)成水平。
該部分容器434界定一容器或電解槽，一電解液或其它研磨/沉積流體可被裝在其內(nèi)。該容器434典型地包括一陽極/陰極426，一擴(kuò)散器板444及一可滲透的圓盤428設(shè)在在其內(nèi)。一可滲透的圓盤428，如一研磨墊，被設(shè)置及支撐在該電解槽內(nèi)的擴(kuò)散器板444上。該容器434可以是一由塑膠所制成的碗形件，如含氟聚合物，TEFLON，PFA，PE，PES或其它可與電鍍化學(xué)物相容的物質(zhì)。該部分容器434的下表面被連接至一軸432其延伸于該基座482底下。該作動器被設(shè)計來讓該部分容器434繞著垂直軸X轉(zhuǎn)動。在一實施例中，該軸432界定一中央通道，流體通過該通道經(jīng)由在該軸432上的多個孔被輸送到該部分容器432中。
或者，該部分容器434可被連接至一安裝平臺其被連接至該軸432。軸432被連接至一設(shè)置在該基座482中的作動器(未示出)，如一馬達(dá)，如一步進(jìn)馬達(dá)。
該陽極/陰極426被設(shè)置在該容器434的底部使得其是沉浸在電解液中。該陽極/陰極426可依據(jù)施加于其上的是正偏壓(陽極)或負(fù)偏壓(陰極)而如一陽極或一陰極那樣作用。例如，將來自于電解液的物質(zhì)沉積于該基材表面上，該陽極/陰極426如一陽極那樣作用及該基材如一陰極那樣作用。當(dāng)將一物質(zhì)從該基材上去除掉時，，如由一施加以偏壓來溶解，該陽極/陰極426如一陰極那樣作用，而晶片表面或可滲透的圓盤428則如該溶解處理的一陰極那樣地作用。
該陽極/陰極426可以是一板形件，一具有多個穿孔的板。該陽極/陰極426可由將被沉積的或?qū)⒈蝗コ舻牟馁|(zhì)所構(gòu)成，如銅，鎳，鋁，金，銀，鎢，及可被電化學(xué)地沉積于一基材上的其它物質(zhì)。在至少一實施例中，該陽極/陰極426可包含一不是由該被沉積的物質(zhì)所構(gòu)成的非消耗性的陽極/陰極426部分，如用于銅沉積或電子研磨處理的鈦?；蛘?，對于沉積處理而言，該陽極/陰極426包含一可消耗的陽極/陰極其需要周期性的更換。
在一實施例中，該陽極/陰極426為環(huán)狀其界定了一中新開口該軸432的流體入口被設(shè)置穿過該中心孔。在該陽極/陰極426為盤狀的實施例中，多個孔被形成穿過該陽極/陰極用以讓該電解液流過。該陽極/陰極426亦可以是一環(huán)形陽極/陰極、一板狀陽極/陰極，或室限制電鍍材質(zhì)，包括一可滲透的室或其它容器。
該可滲透的圓盤428可以是一研磨顆?；蚱渌N類的體積間隔件其可與流體環(huán)境及處理條件相容。該可滲透的圓盤428被設(shè)置在該部分容器434的上端且其下端被一擴(kuò)散器板444所支撐。該可滲透的圓盤428最好是可讓電解液中的離子滲透過，且不一定可讓金屬離子，如在銅應(yīng)用中的銅離子，滲透通過。金屬離子可從一流體輸送管40被供應(yīng)，該輸送管的出口42被設(shè)在該可滲透的圓盤428之上。該可滲透的圓盤428可被設(shè)置在與該陽極/陰極426相鄰或相接觸。
該可滲透的圓盤428可包含多個夠大的孔且被安排成可讓電解液流流至該基材表面同時可防止沉積副產(chǎn)物流，如促進(jìn)劑及減緩劑副產(chǎn)物流。該可滲透的圓盤428亦可包含溝槽以方便新鮮的電解液流入該容器434中到達(dá)基材422與該可滲透的圓盤428之間的間隙。然而，該可滲透的圓盤428在某些實施例中亦可讓金屬離子滲透過。
典型地，該可滲透的圓盤428包括研磨顆粒，如一聚合材料，聚氨基甲酸酯，所構(gòu)成的研磨墊?？杀皇褂玫难心|的例子包括，但不局限于，由設(shè)在美國亞歷桑那州的鳳凰城市的Rodel公司所產(chǎn)制的IC 100，IC 1020，Suba系列的墊子，Politex系列的墊子，HMS系列的墊子，或由日本Asaai公司的PVDF墊，或由設(shè)在美國明尼蘇達(dá)州的明尼亞波市的3M公司產(chǎn)制的固定研磨墊。
該可滲透的圓盤可以是包括用于電鍍沉積及電子研磨處理的導(dǎo)電材質(zhì)的研磨顆粒。例如，在一電子研磨處理中，該導(dǎo)電的研磨顆?？砂粚?dǎo)電聚合物，或一聚合物，如聚氨基甲酸酯，其具有導(dǎo)電元素或材質(zhì)(未示出)被埋在其內(nèi)或形成于其內(nèi)，用以提供研磨顆粒之間的導(dǎo)電路徑。導(dǎo)電元素在研磨物中彼此被電氣地連接且在基材與研磨顆粒接觸時會與該基材表面接觸。導(dǎo)電的研磨材質(zhì)及研磨顆粒的其它例子被揭示于2001年4月24日提申的美國臨時申請案第60/286,107號中，該該申請被引用于本文中。
當(dāng)一導(dǎo)電的研磨物被用作為該可滲透的圓盤時，該導(dǎo)電的研磨物會與該電源(未示出)相接觸，且可被用作為一電子基礎(chǔ)的溶解處理中的陽極?；蛘撸撗心ノ锟尚纬梢唤^緣材質(zhì)，或一低導(dǎo)電性材質(zhì)，如用于一電沉積處理的聚氨基甲酸酯。
電源供應(yīng)器(未示出)經(jīng)由該設(shè)備420而被連接至該基材表面。該電源供應(yīng)器可包括一控制電路其切換于一固定電流操作及一固定電壓操作之間。一電源供應(yīng)器的控制電路控制著輸出的極性。在一實施例中，該電源供應(yīng)器包括一切換電路其是可編程化的用以產(chǎn)生多種輸出波形，如一包含了在一第一時間長度期間的固定電流輸出及在一第二時間長度期間一固定電壓輸出的重復(fù)的輸出波形。本發(fā)明可使用了可產(chǎn)生此波形輸出的不同的電源供應(yīng)器設(shè)計，如在一陽極與陰極之間的隨時間改變的電位，或作為一陽極或陰極的裝置，且并不局限于任合特定的電源供應(yīng)器設(shè)計。例如，電源供應(yīng)器可被設(shè)計成提供一隨時間改變的陽極電位至一基材表面。
該擴(kuò)散器板444提供該可滲透的圓盤428在該部分容器434內(nèi)的支撐。擴(kuò)散器板444可使用固定件，像是螺絲438或其它機(jī)構(gòu)如與該容器成壓嵌嚙合的機(jī)構(gòu)，而被固定于該部分容器內(nèi)。該擴(kuò)散器板444可由一塑膠制成，如含氟聚合物，PE，TELFONa，PFA，PES，HDPE，UHMW或類似者。在至少一實施例中，擴(kuò)散器板444包括多個孔或通道446?？?46的大小可讓流體流過并可穿過該可滲透的圓盤428提供均勻的電解液分布至該基材422。該可滲透的圓盤428可使用能與流體環(huán)境及處理要求相容的黏膠而被固定于該擴(kuò)散器板444上。該擴(kuò)散器板444最好是與該陽極/陰極426間隔開來用以提供一較寬的處理窗口，因而降低電鍍膜對陽極/陰極尺寸的敏感度，并分離促進(jìn)劑及抑制劑分解副產(chǎn)物，如從一促進(jìn)劑如雙(3-磺酸丙機(jī))二亞楓，C6H12NaO6S4，降解而來的一硫化物化合物，其可由一德國公司Raschig購得，來自于一被界定在該可滲透的圓盤428與該基材422之間的主電鍍體積438。
雖然沒有示出，但一薄膜可被設(shè)置在該陽極/陰極426與該可滲透的圓盤428之間用以防止由該陽極/陰極膜所產(chǎn)生的顆粒進(jìn)入該容器434中及防止其沉積在基材表面上。例如，該膜是可讓電解液流滲透通過的，但在該陽極/陰極表面上的促進(jìn)劑及抑制劑降解副產(chǎn)物是無法滲透通過該膜。
基材載具或頭組件430是可移動地被設(shè)置在該可滲透的圓盤428上?；妮d具組件430可垂直地移動在該可滲透的圓盤428附近且可橫向地移動至該可滲透的圓盤428，例如，該基材載具組件430可繞著y軸旋轉(zhuǎn)。該部分容器及頭組件的x與y軸分別被偏置用以提供軌道運(yùn)動于該可滲透的圓盤428與該基材載具組件430之間。軌道運(yùn)動在本文中被廣義地解釋為在該可滲透的圓盤428與該基材載具組件430之間的一相對橢圓運(yùn)動。該基材載具組件430載負(fù)一基材422其沉積表面面向下朝向該可滲透的圓盤428?；蛘撸摽蓾B透的圓盤428可包含一表面其可相對于該基材載具組件430作平移或直線運(yùn)動以及旋轉(zhuǎn)圓區(qū)轉(zhuǎn)動，相對運(yùn)動。
該基材載具組件430大體上包括一驅(qū)動系統(tǒng)468，一頭組件478及一座組件476。該驅(qū)動組件468大致上被耦合至該支柱480的導(dǎo)件490。該驅(qū)動系統(tǒng)468包含一梁470其從一動力頭456延伸出用以支撐該座組件476。該動力頭456(其可以是一電動或氣動馬達(dá))沿著一中心軸提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動至該梁470。該驅(qū)動系統(tǒng)486額外地包括一作動器454其被設(shè)置在該梁470內(nèi)及被耦合至該頭組件478。作動器454(其可以是一導(dǎo)螺桿，氣缸或其它線性作動器)可讓該頭組件478相對于該座組件475移動。
座組件476包括多個抓持指件474其以一極矩陣的方式被置在一抓持器板472周圍。抓持器板472被耦合至該梁470使得抓持器板472與驅(qū)動系統(tǒng)468一起移動。在一實施例中，有三個抓持指件474被提供。該抓持指件474包括一基座件466、一伸長件464及一接觸指件462。接觸指件462被設(shè)置成與該伸長件464成一角度。該伸長件464被耦合至該基座件466。該基底件466被旋轉(zhuǎn)地耦合至該抓持器板472。該基座件466包括一孔其與該抓持板472上的一洞對齊。一叉桿銷或其它軸件被設(shè)置穿過該孔及洞用以讓該抓持指件474可相對于抓持器板472轉(zhuǎn)動。
一作動器460被耦合至該伸長件464與該抓持器板472之間。作動器460將抓持指件474移動于一打開與一關(guān)閉位置之間。一彈簧458被設(shè)置在該叉桿銷上用以將該抓持指件474朝向一位置偏動。當(dāng)該接觸指件462被朝內(nèi)移動時，一設(shè)置在每一接觸指件462的端部上的槽道452界定一座450其被設(shè)計來接受來自于該輸送機(jī)械臂(未示出)的基材。在該朝內(nèi)的位置上，該延伸件464被設(shè)置成彼此相間距一距離用以讓基材422及機(jī)械臂能夠從中通過。
另外，雖然沒有示出，但一電腦基礎(chǔ)的控制器可被連接至該作動器420用來指示該系統(tǒng)實施一或多個處理步驟，如研磨一基材或?qū)⒁换乃腿朐撛O(shè)備420中。
圖5顯示該頭組件478的一實施例。該頭組件478包括一外殼502、一桿504、一支撐板506及多個基材夾520(只有一個基材夾520被示出)。該外殼502包括一中空軸528其一端被耦合至該作動器454且在其相反端終止于一凸緣508。凸緣508具有一向下延伸的唇510其界定一中央穴室512。
該支撐板506被設(shè)置在該中央穴室512內(nèi)。該支撐板506具有一第一側(cè)514及一第二側(cè)516?；?22在處理期間是被設(shè)置在靠近該第一側(cè)514。第一側(cè)514可額外地包括一或多個被設(shè)置在其內(nèi)的真空端口518用來將基材422限制在靠近第一側(cè)514處。
桿504被耦合至該支撐板506的第二側(cè)516。桿504被定向成與該支撐板506垂直。桿504可包括被設(shè)置在其內(nèi)的通道用以提供真空或流體至該支撐板506的第二側(cè)514或該頭組件478的其它部分。
基材夾520大體上是由一導(dǎo)電材質(zhì)所構(gòu)成，如銅?；膴A520被耦合至一導(dǎo)電環(huán)522其電氣地耦合各個基材夾520。一螺絲典型地將基材夾520固定于導(dǎo)電環(huán)522上，但其它的固定件或固定方法亦可被使用。導(dǎo)電環(huán)522大體上包括一端子524用以讓該環(huán)522能夠被一電源(未示出)所電氣偏壓，該電源是經(jīng)由一繞經(jīng)該外殼502的導(dǎo)線而耦合至該環(huán)522。
圖6A顯示從該支撐板506的第一側(cè)514延伸出的加材夾520的部分立體圖?；膴A520以極陣列的方式被設(shè)置在該支撐板506的周邊上。在一實施例中，夾520可相對于該支撐板506移動使得該夾520從該支撐板突伸出的一段距離可被控制。通常，基材夾520包含多個第一夾402及多個第二夾404，它們被等間距地設(shè)在該支撐板506的周邊。第一及第二夾402，404通常依序交替地圍繞該支撐板的周邊且間隔開來用以讓抓持指件474能夠從中穿過。第一夾402其形狀大致是矩形的且在它們的寬度方向可以有弧度用以與基材422的直徑相配合。第二夾404其形狀亦大致是矩形的且在它們的寬度方向可以有弧度用以與基材422的直徑相配合。第一及第二夾402，404兩者都具有一與基材相接觸的內(nèi)表面406。
如圖6A及6B中所示的，夾520被朝外彎一角度用以讓基材422在被伸展時能夠從中通過。一被設(shè)置在該夾520的內(nèi)表面上的突出部410與支撐板506的一周圍表面412相接觸。在夾520被伸展時，突出部410造成夾520朝外散開。非必要地，支撐表面506可包括一切面414讓突出部410能夠平順地移動至支撐板506的表面412上。外殼502包括一偏動件其被徑向地設(shè)置用以將夾520朝內(nèi)地迫擠。在一實施例中，該偏動件為一止動銷416。
第二夾404包括一形成在靠近尖端觸的接觸面上的槽道418。槽道418具有一底面620其長度大于基材422的厚度。槽道418的一與第一夾的端部最接近的壁419為一切面或有一角度用以與基材422的斜的或圓角的邊緣相接觸。
圖7A-7D顯示被置入該載具組件430內(nèi)的基材422。在圖7A中，抓持器指件422被轉(zhuǎn)動用以形成可接受來自于該機(jī)械臂的基材的座450。該頭組件478被設(shè)置在一接近該座組件476的一第一位置492。基材夾522從支撐板508的第一側(cè)514被完全地伸展。在機(jī)械臂被移走留下基材422于該抓持器指件474的座450內(nèi)之后，頭組件478即被伸至一第二位置504用以將被保持在座450內(nèi)的基材422載入至介于基材夾522之間的位置(見圖7B)。第一夾402將基材422置于頭組件478的中心。
夾522然后被朝向該支撐板508撤出。第二夾404的對齊的壁419與基材422的斜的邊緣接觸并將基材422拉頂該支撐板508。有角度的壁419與基材422之間的相互作用額外地造成第二夾404朝外彎曲頂?shù)衷撝箘愉N416，將槽道418的底面420移離開基材的周邊。被彎曲的第二夾404及止動銷416一起將第二夾404朝內(nèi)地迫擠用以捕捉住基材422頂?shù)衷撝伟?08，同時提供夾404與基材422之間良好的電接觸(見圖7C及7D)。
回到圖5，導(dǎo)電環(huán)522被固定于一安裝板530上，該安裝板被設(shè)置在一介于該外殼502與該支撐板506之間的一中央穴室512內(nèi)。該安裝板530是可相對于該支撐板506移動的，使得基材夾520延伸通過該支撐板的第一側(cè)514的距離可被控制。該安裝板530被一設(shè)置在其與支撐板506之間的彈簧偏動離開該支撐板506。
為了方便該安裝板530與基材夾520的移動，安裝板530被耦合至一軸套534其被可活動地設(shè)置在桿504周圍。軸套534具有一第一直徑部分536其一端被一密封件，如一O形環(huán)538，密封至該桿504。桿504的較窄的部分542被一O形環(huán)552密封至軸套534，藉此在該桿504與該軸套534之間產(chǎn)生一活塞室544。當(dāng)流體，如空氣，被提供至該室544或從該室544被抽真空時，施加于軸套534與桿504的合力會造成軸套534移動，因此相對應(yīng)地移動基材夾520。
軸套534的外部546設(shè)有螺紋且與設(shè)在該安裝板530上的相對應(yīng)的公螺紋部分548相匹配。安裝板530與套筒540之間的相嚙合的螺紋數(shù)可被加以調(diào)整用以設(shè)定基材夾520從支撐板506突伸出的距離。在安裝板530上的止動螺絲550可被旋緊用以防止安裝板530意外地繞著套筒534轉(zhuǎn)動。
圖8顯示基材載具頭組件800的另一實施例的部分視圖?；妮d具頭組件800與前述的基材載具頭組件430大致相似，除了一接觸板802被設(shè)置在一支撐板804上之外。大體上，該接觸板802被設(shè)置在支撐板804的第一側(cè)806上。接觸板802是由導(dǎo)電材質(zhì)所構(gòu)成且在處理期間被用來對基材422施加偏壓。接觸板802被電氣地耦合至一設(shè)在該支撐板804的第二側(cè)812上的端子810。端子810有助于將接觸板802經(jīng)由一導(dǎo)線808而耦合至電源(未示出)用來對基材422施加偏壓。
接觸板802大體上位在靠近基材422的邊緣處。接觸板802將偏壓直接地耦合至基材，或耦合至基材表面上的一導(dǎo)電晶種層820，其包卷在基材邊緣到達(dá)基材背側(cè)的一部分。
圖9顯示基材載具頭組件900的另一實施例?；妮d具頭組件900大體上包括一外殼902其界定一具有開口906的中央穴室904，該開口設(shè)在該外殼的底部上，及至少一端口908其設(shè)置在該外殼902的垂直段920上。端口908被作成可讓基材422從一機(jī)械臂(未示出)處被水平地接受至該穴室904內(nèi)的大小。
一作動軸910被設(shè)置在該外殼902上且可被一設(shè)在或連接至該基材載具的馬達(dá)(未示出)所驅(qū)動而作動一支撐板922朝向該外殼902的開口906。支撐板922從機(jī)械臂承接一基材并將該基材以一被水平地位移的方式面向下地加以固定。
支撐板922包括一接觸板916其被設(shè)置在支撐板922的第一側(cè)924上。接觸板916是由一導(dǎo)電材質(zhì)所構(gòu)成且在處理期間被用來施加偏壓至基材422。接觸板916被電氣地耦合至一設(shè)在該支撐板922的第二側(cè)928上的端子926。端子926有助于將接觸板916經(jīng)由一導(dǎo)線930而耦合至電源(未示出)用來對基材422施加偏壓。接觸板916大體上位在靠近基材422的邊緣處。接觸板916將偏壓直接地耦合至基材，或耦合至基材表面上的一導(dǎo)電層，其包卷在基材邊緣到達(dá)基材背側(cè)的一部分。
一環(huán)繞該開口906的接觸環(huán)912包括一基材支撐件914其在該作動軸910迫使該基材頂?shù)衷摻佑|環(huán)912時支撐該基材422?；闹渭?14包含一環(huán)狀的環(huán)用來連續(xù)地與基材表面相接觸或包含一連串的接觸點其被圓周地置在該基觸環(huán)912的周圍并延伸出用以與置于其上的基材422相接觸。接觸環(huán)912減少基材表面與設(shè)在處理槽上的平面的研磨物之間的接觸。因此，基材載具頭組件可被使用在沒有研磨物或有限的基材研磨的電化學(xué)沉積及電化學(xué)溶解處理中。雖然沒有被示出，基材支撐件914可經(jīng)由一導(dǎo)線930而被耦合至一被用來施加偏壓至基材422的電源(未示出)及接觸環(huán)912包含一絕緣材料。
圖10A圖顯示研磨頭430的另一實施例的示意剖面圖。研磨頭430可被使用在本發(fā)明的導(dǎo)電的可滲透圓盤，如一導(dǎo)電研磨物，被使用在陽極溶解處理的實施例中。研磨頭430包括一載具板1002、一蓋子1004及一固定環(huán)1006。該載具板1002(其在一實施例中包括一可充氣的囊袋)壓迫基材1014抵住設(shè)在圖1的站106，102上的研磨物。固定環(huán)1006大體上環(huán)繞該載具盤1002并防止基材1014在處理期間側(cè)向移動離出研磨頭1030底下。
載具板1002及固定環(huán)1006大體上可相對于彼此移動于一軸方向上。一介于載具板的底部與固定環(huán)1006之間的距離可被控制用以設(shè)定基材1014延伸超出該固定環(huán)1006的相對距離，或固定環(huán)1006施加于該可滲透的圓盤或研磨物上的壓力大小。
在示于圖10B圖所示的研磨頭的另一實施例的部分示意圖中，固定環(huán)1006藉由一撓曲件1008而被可移動地耦合至研磨頭430上。該撓曲件1008(其可以是一可撓曲的金屬或聚合物)被設(shè)置在該固定環(huán)1006與該載具板1002之間以允許它們之間有軸向的運(yùn)動。一被設(shè)置在蓋子1004內(nèi)的活塞1010被耦合至該固定環(huán)1006。流體被供應(yīng)至該活塞1010(或從該活塞被移走)并將該固定環(huán)1006迫擠于該軸方向上，藉以界定該距離1014。
另一個可被用來實施本文所述的處理且可被使用在圖2及3所示的處理系統(tǒng)200中的設(shè)備被更完整地描述于2001年1月26日提申的美國專利申請案第09/770,559號中，該申請被引用于本文中。
圖11A-11D為一用于沉積及平坦化一在基材1122上的金屬層的設(shè)備1120的各實施例的示意剖面圖。
圖11A圖顯示一被用來研磨該基材1122的表面的設(shè)備1120，其使用一研磨材料的管子1128來研磨。該研磨材料可以由導(dǎo)電材質(zhì)、絕緣材質(zhì)、設(shè)在一絕緣材質(zhì)內(nèi)的導(dǎo)電元素制成，及/或包括本文所述的研磨元素或顆粒。
設(shè)備1120包括一載具頭組件1130，它可被設(shè)置在一部分容器1134之上。該部分容器1134大體上界定一容器或電解槽，電解液或其它研磨/沉積流體可被容納于其內(nèi)。機(jī)殼1134典型地包括被設(shè)置于其內(nèi)的一陽極/陰極1126及一研磨材質(zhì)的滾筒1128。該部分容器1134可被連接至一安裝平臺其被連接至一作動器(未示出)，如一馬達(dá)，像是一步進(jìn)馬達(dá)。該作動器被設(shè)計來將該部分容器繞著垂直的軸x轉(zhuǎn)動。在一實施例中，一軸1140界定一中央通道，流體通過該通道被輸送到該部分容器1134中。或者，流體是經(jīng)由設(shè)在與該容器1134相鄰近的入口1140而被送入該部分容器1134內(nèi)的。
該陽極/陰極1126包含一陽極/陰極環(huán)，其被設(shè)置在容器1134的壁1136上且被設(shè)計成可施加一偏壓至基材1122及/或滾筒1128用以實施沉積及陽極溶解?；蛘?，該陽極/陰極1126可位在該容器1134的下部使得其可被沉浸在電解液中。該陽極/陰極1126可如一陽極或如一陰極那樣地作用，但視施加于其上的是正偏壓(陽極)或是負(fù)偏壓(陰極)而定。例如當(dāng)從一基材表面移除物質(zhì)時，如藉由施加偏壓而產(chǎn)生陽極溶解，該陽極/陰極1126即如一陰極那樣作用而該晶片表面或可滲透圓盤1128即如該溶解處理的陽極那樣作用。一堰1145可被設(shè)置在該容器1134的外表面上用來捕捉電解液，用以將電解液過濾并再循環(huán)通過軸1140或丟棄。
基材載具或頭組件1130是可活動地被置于該滾筒1128之上。基材載具組件1130是可垂直地移動于該滾筒1128之上且可對滾筒作側(cè)向地，例如載具組件430可繞著一垂直的y軸轉(zhuǎn)動。該部分容器及組件的x及y軸分別被偏移用以提供軌道的運(yùn)動于該滾筒1128與該基材載具組件1130之間。
基材載具組件1130通常夾持一基材1122其沉積表面面向下朝向該滾筒1128。該基材載具組件1130可將該基材以一垂直的位置提供給該容器1134。該滾筒1128包含一圓筒形表面的研磨材料其可平行于該基材表面被轉(zhuǎn)動用以研磨該基材表面。滾筒1128可″掃掠″或以相對的平行移動，即，平移或直線的相對運(yùn)動，橫越該基材的表面來研磨該表面。滾筒1128可進(jìn)一步被水平地轉(zhuǎn)動橫越該基材的表面或露出更多的材料來與該基材表面相接觸。
在滾筒1128的一態(tài)樣中，滾筒具有約等于基材直徑加上基材直徑兩側(cè)各約四分之一英寸(1/4″)至一英寸(1″)之間的額外寬度的長度方向的寬度。該管子的直徑可以是任何數(shù)值，但視使用者的需要及該系統(tǒng)的大小而定。例如，一具有3至4英寸的直徑的滾筒可被使用在本文所述的電化學(xué)處理槽中。
在研磨期間，該滾筒可在約500rpm或更低的轉(zhuǎn)速，如10rpm至200rpm之間，下被軸向地或垂直地轉(zhuǎn)動。該滾筒可在一足以確保有效的基材表面研磨的速率下被移動橫越該基材的表面，如每秒二分的一英寸(1/2″)。圖11B為圖11A圖的一示意側(cè)視圖，其顯示該設(shè)備1120上的基材1122與研磨材質(zhì)的滾筒1128在研磨期間相接觸的情形?；谋凰降胤胖?，其研磨表面面向下且被下降至該容器1134中與該研磨材質(zhì)的滾筒1128相接觸以進(jìn)行研磨處理。
圖11C為設(shè)備1120的另一側(cè)視圖。在圖11C所示的另一實施例中，基材1122被置于容器11234內(nèi)的電解液中且面向上。研磨材質(zhì)的滾筒1128然后被置于該基材上并橫越該基材表面并提供機(jī)械性的作用于整個基材表面上用以將物質(zhì)從基材表面上去除掉。
圖11D為設(shè)備1120的另一側(cè)視圖。在圖11D所示的另一實施例中，基材1122被垂直置于容器11234內(nèi)的電解液中且面向下。一或多個研磨材質(zhì)(其可以是導(dǎo)電的材質(zhì))的滾筒1128成串地被設(shè)置用以提供機(jī)械性的作用于整個基材表面上來將物質(zhì)從基材表面上去除掉。
為了方便上述系統(tǒng)及設(shè)備的實施例的控制，電腦基礎(chǔ)的控制器可包括一CPU(未示出)其可以是使用在工業(yè)設(shè)施中來控制不同的室的的任何一種形式的電腦處理器與副處理器。存儲器(未示出)被耦合至該CPU。存儲器，或電腦可讀取的媒介，可以是一或多種可輕易獲得的存儲器，如隨機(jī)存取存儲器(RAM)，只讀存儲器(ROM)，軟盤驅(qū)動器，硬盤驅(qū)動器，或任何其它形式的數(shù)字貯存，遠(yuǎn)端的或現(xiàn)地的，用來貯存信息及將被該CPU所執(zhí)行的指令。
支援電路被耦合至CPU用來以傳統(tǒng)的方式支援該處理器。這些電路包括快取、電源供應(yīng)、時脈電路、輸入/輸出電路及子系統(tǒng)，且可包括與控制器一起使用的輸入裝置，像是鍵盤，軌跡球，鼠標(biāo)，及顯示裝置，像是電腦監(jiān)視器，打印機(jī)，及繪圖機(jī)。該控制器一般被稱為個人電腦，但本發(fā)明并不局限于個人電腦，而是亦可在工作站，微型電腦，大型主機(jī)架，及超級電腦上實施。
一處理，例如下文中所描述的沉積及研磨處理，是被貯存在存儲器中，典型地是貯存為一軟件程序。該軟件程序亦可被一第二CPU(未示出)所貯存及/或執(zhí)行，該第二CPU是位在遠(yuǎn)離被CPU所控制的硬件的位置處。
雖然本發(fā)明的處理是一軟件程序的形式來加以說明，但本文中所揭示的方法步驟的一部分或全部亦可用硬件以及軟件控制器來實施。因此，本發(fā)明可以一電腦系統(tǒng)上執(zhí)行的軟件的方式，可以特用集成電路或其它形式的硬件方式，或軟件與硬件結(jié)合的方式來實施。
平坦化處理本文中所描述的方法的實施例是使用電化學(xué)去除技術(shù)及研磨技術(shù)來平坦化一基材表面。在一態(tài)樣中，一種處理一基材的方法被提供，其包括將一基材置于一電解液中，該電解液包含腐蝕抑制劑、一均化劑、一黏性形成劑，或它們的組合，施加一偏壓至一基材，在該電解液中研磨該基材，及從該基材的表面上去除掉物質(zhì)。雖然該處理在本文中可被成為包含諸步驟，但該步驟并不一定是彼此分開的且不一定在時間上亦是分開的。
圖12為一流程圖，其顯示依據(jù)本發(fā)明的一實施例的處理步驟。該處理在步驟1300開始，將一基材置于一基材載具組件430上，然后在該包含了電極及電解液的部分容器434中研磨該基材。該基材可被電氣地連接至一電源(未示出)并在基材處理期間如一陽極或陰極那樣作用，而電極則如陰極或陽極那樣作用?；蛘撸蓾B透的圓盤428可以是一導(dǎo)電的研磨材質(zhì)其在處理期間，如在研磨處理期間，將電力導(dǎo)至該基材。
該基材被放置在該容器內(nèi)的一電解液中使得至少該基材的表面與電解液接觸，且在一態(tài)樣中，整個基材都被浸入到該電解液中。該電解液可經(jīng)由流體輸送管路440及/或經(jīng)由位在該可滲透的圓盤428底下的流體入口，如圖4所示，而被送至該部分容器434。
在該部分容器434內(nèi)的電解液可包括市面上可購得的電解質(zhì)。例如，對于銅電鍍技術(shù)及ECMP技術(shù)而言，該電解質(zhì)可包括硫酸基的電解質(zhì)或磷酸基的電解質(zhì)，如磷酸鉀(K3PO4)，或其組合。該電解質(zhì)亦可包含硫酸基的電解質(zhì)的衍生物，如銅硫酸鹽，及磷酸基的電解質(zhì)的衍生物，如銅磷酸鹽。具有高氯酸及/或醋酸溶液及其衍生物的電解質(zhì)亦可被使用。此外，本發(fā)明可使用在傳統(tǒng)電鍍處理中所使用的電解質(zhì)成份來實施，包括傳統(tǒng)中使用的電鍍添加物，如增量劑。在電解液的一態(tài)樣中，電解質(zhì)可具有介于約0.2莫爾(M)至約1.2M之間的濃度。該電解液通常具有一在3至10之間的pH值。
在另一態(tài)樣中，該電解液亦包含一堿性化合物，如氫氧化鉀(KOH)，用以調(diào)整溶液的pH值，其量可高達(dá)總?cè)芤后w積的70wt％，及磷酸鹽是，如磷酸二氫銨(NH4H2PO4)，磷酸氫二銨((NH4)2H2PO4)，或其混合物，其量可在總?cè)芤后w積的2wt％至30wt％之間。磷酸二氫銨及磷酸氫二銨可以總?cè)芤后w積的15wt％至25wt％之間的量存在。適當(dāng)?shù)碾娊庖罕贿M(jìn)一步說明在2001年12月21日提申，名稱為″Electrolyte Composition And Treatment For Electrolytic ChemicalMechanical Polishing″的美國專利申請案中。
該電解液亦可包含一鈍態(tài)或抑制劑。鈍態(tài)或抑制劑的例子包括腐蝕抑制劑、一均化劑、一黏性形成劑，或它們的組合。在步驟1310中，在該電解液中的該鈍態(tài)或抑制劑可讓一鈍態(tài)或抑制層被形成在一基材表面上。該鈍態(tài)或抑制層被認(rèn)為可將介于電解質(zhì)與沉積在該基材表面上的物質(zhì)之間的化學(xué)及電子反應(yīng)加以隔絕或加以限制。該鈍態(tài)或抑制層可以是連續(xù)的或是不連續(xù)的。
腐蝕抑制劑可藉由形成一物質(zhì)層來防止金屬表面的氧化或腐蝕藉以將介于沉積在該基材表面上的物質(zhì)與其周圍的電解質(zhì)之間的化學(xué)作用降低或減至最小。由該腐蝕抑制劑所形成的該物質(zhì)層將該基材表面與周圍的電解質(zhì)隔離開來，因而將該基材表面上的電流降低或減至最小并限制電化學(xué)沉積及溶解?？墒褂糜诒疚闹械母g抑制劑的例子可包括任何不同的有機(jī)化合物，，其含有一，如苯并三唑，氫硫基苯并三唑，或5-甲基-1-苯并三唑。一般確認(rèn)吡咯基，如三唑，為有效的抑制劑，因為在氮原子上的未鍵結(jié)電子對可與導(dǎo)電材質(zhì)，如銅，形成螯合鍵而可抵抗進(jìn)一步的化學(xué)作用。對于電解質(zhì)而言，腐蝕抑制劑是較佳的添加劑，因為腐蝕抑制劑可在不形成氧化物下形成鈍態(tài)層。
腐蝕抑制劑存在的量可高達(dá)該溶液的飽和點，即不會從該電解液中沉淀出的程度。介于該電解液的0.005vol％至10vol％的腐蝕抑制劑的濃度可被使用。例如，介于0.05vol％至2vol％的腐蝕抑制劑的濃度可被使用在電解液中。
均化劑在本文中被廣義地界定為可抑制在一基材的表面上的溶解電流的添加物。均化劑的例子包括，但并不局限于，聚乙二醇及聚乙二醇衍生物。其它可使用于本文的處理中的均化劑包括在電鍍業(yè)界中所使用的任何一種，如聚胺，聚酰胺及聚酰亞胺包括聚乙烯亞胺，聚甘胺酸，2-胺基-1-萘磺酸，3-胺基-1-丙烷磺酸，4-胺基甲苯-2-磺酸。
一般確認(rèn)均化劑可藉由附著至導(dǎo)電物質(zhì)上限制介于該電解質(zhì)與導(dǎo)電物質(zhì)之間的電化學(xué)反應(yīng)來抑制溶解電流及/或形成去極性劑來限制電化學(xué)反應(yīng)。本發(fā)明亦可使用其它習(xí)知的或市售的腐蝕抑制劑及電鍍沉積中所使用的均化化合物來抑制在晶片表面上的電流。
均化劑存在的量可高達(dá)該溶液的飽和點，即不會從該電解液中沉殿出的程度。介于該電解液的0.005vol％至10vol％的均化劑的濃度可被使用。例如，介于0.05vol％至2vol％的均化劑的濃度可被使用在電解液中。
形成鈍態(tài)或抑制沉積物于該基材表面上的黏度形成劑可被包括在該電解液中。例如，包括了電解質(zhì)劑的磷酸鹽的化合物或亞磷酸鹽基的化合物，如磷酸，磷酸銅，或磷酸鉀，或摻雜磷的陽極，其會產(chǎn)生可形成黏性沉積物或?qū)佑谠摶谋砻娴闹辽僖徊糠稚系碾x子。該黏性沉積物或?qū)涌梢种齐娏魍ㄟ^該基材表面并限制電化學(xué)活動，如物質(zhì)的陽離子從基材表面溶解出。以上所述的腐蝕抑制劑、均化劑，及黏性形成劑都只是舉例性的，本發(fā)明可使用其它能夠形成鈍態(tài)層的物質(zhì)來實施。
該電解液可進(jìn)一步包含一或多種電解質(zhì)添加劑，如增亮劑、加強(qiáng)劑，及/或表面活化劑其吸附在該基材表面上。該添加物可以總?cè)芤后w積的15wt％的量存在于該電解液中。有用的添加物包括一或多種具有胺基、酰胺基、羧基、二羧基、三羧基，或它們的組合的螯合劑。例如，該螯合劑包括四乙撐五胺、三乙撐四胺、二乙撐三胺、乙撐二胺、胺基酸、草酸胺、氨、檸檬酸胺、檸檬酸及琥珀酸胺。
電解液的例子包括有以總?cè)芤后w積的約0.01至2wt％的量被添加至電解質(zhì)成份220中的一腐蝕抑制劑BTA，及以總?cè)芤后w積的約0.1至15wt％的量被添加至電解液中的一螯合劑，檸檬酸胺。在另一態(tài)樣中，BTA是以總?cè)芤后w積的約0.05至0.5wt％的量被添加，而檸檬酸胺是以總?cè)芤后w積的約7至10wt％的量被添加。在另一態(tài)樣中，BTA以總?cè)芤后w積的約0.01至2wt％的量被添加至電解質(zhì)成份220中，而乙撐二胺(EDA)則是以總?cè)芤后w積的約2至15wt％的量被添加至電解液中。
該電解液亦包括高達(dá)電解質(zhì)的35wtT％或少一些的研磨顆粒。用以加強(qiáng)在處理期間的基材表面的機(jī)械性研磨。例如，濃度為2wt％或少一些的研磨顆?？杀话ㄔ陔娊赓|(zhì)內(nèi)。可被使用在電解質(zhì)中的研磨顆粒包括但并不局限于，氧化硅、氧化鋁、氧化鋅、氧化鈦、氧化鈰，或任何在本技術(shù)中習(xí)知的研磨物，且具有介于約20nm至約300nm之間的平均大小。
在操作時，在步驟1320中該基材在該電解液中被該可滲透的圓盤所研磨用以在將至少一部分的鈍態(tài)層從該基材表面上去除掉。至少一部分的基材表面在該處理的至少一部分期間與該可滲透的圓盤428接觸用以與該基材表面產(chǎn)生機(jī)械性的相互作用。例如，該基材及該可滲透的圓盤被移動作相對運(yùn)動，如相對的軌道運(yùn)動，用以機(jī)械性地將形成在該基材表面上的鈍態(tài)層的至少一部分去除掉，以露出底下的導(dǎo)電材質(zhì)。該研磨步驟亦去除掉在該基材表面上與該可滲透的圓盤428相接觸的含銅材質(zhì)的至少一部分。
介于該可滲透的圓盤428與該基材表面之間的一約6psi或小一些的研磨壓力被使用，以將該鈍態(tài)層及該含銅的材質(zhì)從該基材表面上去除掉。在一態(tài)樣中，一約2psi或小一些的研磨壓力被使用于電化學(xué)機(jī)械研磨(ECMP)技術(shù)中以去除掉該鈍態(tài)層(及含同材質(zhì))進(jìn)而將該基材表面平坦化。對于研磨低k材質(zhì)，如硅的氫氧化物，及低k多孔材質(zhì)而言，一1.5psi或低一些，如0.5psi，的研磨壓力可被使用。在該處理的一實施例中，腐蝕抑制劑、均化劑，或它們的組合可在6psi或低一些的研磨壓力下被使用。均化劑在研磨壓力約為2psi或低一些時可被使用。
或者，物質(zhì)可在無需施加任何壓力于該基材與該可滲透的圓盤之間，即，研磨壓力約為0psi，的情形下從該基材表面上被去除掉，例如藉由一表面上有不連續(xù)的鈍態(tài)層的陽極溶解的方式。
該基材在處理期間可在一載具頭或研磨頭約10rpm或大一些的轉(zhuǎn)速之下被旋轉(zhuǎn)。例如，該研磨頭的轉(zhuǎn)速可介于約10rpm至500rpm之間，而介于約10rpm至100rpm之間的轉(zhuǎn)速是最常被使用的。本發(fā)明可用一能夠提供大于120rpm小于500rpm的轉(zhuǎn)速的研磨設(shè)備來實施。該平臺亦可以介于10rpm至500rpm的轉(zhuǎn)速被旋轉(zhuǎn)。一平臺轉(zhuǎn)速介于10rpm至100rpm之間的平臺可被使用在本文所述的處理中。
在步驟1300，導(dǎo)電材質(zhì)的陽極溶解是藉由施加一偏壓于該基材或陽極，與設(shè)在該電解液中的陰極之間來啟動，用以讓導(dǎo)電材質(zhì)1250，如含銅材質(zhì)，溶解。此偏壓可包括施加一約15伏或小一些的電壓于該基材表面。一介于0.1伏至15伏之間的電壓可被用來從該基材表面溶解出含銅材質(zhì)進(jìn)入到該電解液中。在此一偏壓下，該基材表面作為形成于其上的物質(zhì)的陽極。或者，對于一200公厘的基材而言，該偏壓可以是一介于約0.01至約40mA/cm2的電流密度。或者，該偏壓可被施加至該可滲透的圓盤428，其可以是一導(dǎo)電的聚合物墊用以在處理期間將電流或電力導(dǎo)至該基材表面。
被施加以實施該陽極溶解處理的偏壓可隨著必需從該基材表面上被去除掉的物質(zhì)而在功率及施用上有所改變。例如，一隨著時間改變的陽極電位可被提供至該基材表面。該偏壓亦可利用電子脈沖調(diào)變技術(shù)來施加。電子脈沖調(diào)變技術(shù)包含施加一固定的電流密度或電壓于該基材上持續(xù)一第一時間長度，然后施加一固定的逆向電壓于該基材上持續(xù)一第二時間長度，重復(fù)該第一及第二步驟。該電子脈沖調(diào)變技術(shù)可使用一從介于-0.1伏至約-15伏變化至介于約0.1伏至約15伏的可變電位。或者，對于一200公厘的基材而言，該偏壓可以是一介于約0.01至約40mA/cm2的電流密度。電子脈沖可在一小于3秒鐘的時間內(nèi)變化，如在0.2秒至0.4秒之間，或在5毫秒至100毫秒之間。
該脈沖式電鍍技術(shù)可用在處理期間的電子沉積及陽極溶解兩者上。對于本文中所述的電化學(xué)機(jī)械研磨處理而言，該脈沖式電鍍技術(shù)被用來將導(dǎo)電材質(zhì)的任何電子沉積最小化。電子脈沖式電鍍技術(shù)的例子被更詳細(xì)地描述于2001年7月26日提申，名稱為″Dynamic Pulse Plating For High Aspect RatioFeatures″的美國專利第09/916,365號，2000年5月11日提申，名稱為″Electrochemical Deposition For High Aspect Ratio Structures UsingElectrical Pulse Modulation″的美國專利申請案第09/569,833號，以及于2000年6月22日提申，名稱為″Method For Electrochemical Deposition OfMetal Using Modulation Waveforms″的美國專利申請案第09/602,644中。
在步驟1340，物質(zhì)藉由陽極溶解、機(jī)械性研磨，或它們的組合，而從基材表面上被去除掉。該偏壓被施加至該基材表面用以以介于100埃/分鐘至15000埃/分鐘的速率，如15000埃/分鐘，去除掉含銅物質(zhì)。在本發(fā)明的一實施例中，當(dāng)需要去除掉的含銅物質(zhì)的厚度低于5000埃時，電壓可被施加用以以介于約100埃/分鐘至約5000埃/分鐘的速率進(jìn)行去除。
研磨處理的一個例子包括將其上沉積有含銅物質(zhì)的基材放在一基材載具組件430內(nèi)，然后將該基材置于該部分容器434中。該容器434內(nèi)裝0.85克分子(M)的硫酸銅電解液其包括0.01vol％的苯并三唑作為腐蝕抑制劑。一介于約10rpm至約100rpm之間的研磨速度及介于該基材表面與該可滲透的圓盤428之間的一約1psi的接觸壓力被提供。一介于約1.5伏至約2伏之間的偏壓被施加至該基材表面或?qū)щ姷难心|。該含銅物質(zhì)以一介于約50埃/分鐘至約5000埃/分鐘的速率被去除掉。
在另一實施例中，該鈍態(tài)層可在該電化學(xué)處理槽外被形成。在該鈍態(tài)層的非現(xiàn)地形成中，基材被送至一處理室或浴，及一層鈍態(tài)物質(zhì)被沉積于該基材表面上。該基材然后被置于一電解液中，及一偏壓被施加且該表面依據(jù)本文所述地被研磨。該鈍態(tài)物質(zhì)可以是一介電材質(zhì)，如二氧化硅，或有機(jī)材質(zhì)，如絕緣聚合物，像是使用在半導(dǎo)體制造中的二甲苯塑膠(parylene)聚合物?？稍诩s1psi或小一些的研磨壓力下被研磨的物質(zhì)可被使用于本文所述的處理中。該鈍態(tài)物質(zhì)被沉的厚度介于約5埃至約100埃。
雖然平坦化該基材的確實機(jī)制是未知的，但一般確認(rèn)該平坦化處理是如下所述的。一將該基材的表面加以化學(xué)地及/或電子地隔絕的鈍態(tài)層是藉由將該基材表面曝露于該腐蝕抑制劑、均化劑，黏性形成劑或它們的組合中或藉由將一介電層或有機(jī)物質(zhì)沉積于該基材表面上而形成的。一偏壓被施加用以藉由陽極溶解而將物質(zhì)從基材表面上去除掉或加強(qiáng)將導(dǎo)電物質(zhì)，如含銅物質(zhì)，去除掉。然而，因為鈍態(tài)層隔絕或抑制用于陽極溶解的電流，所以機(jī)械性的研磨被提供于該基材與該可滲透的圓盤之間用以將鈍態(tài)層從介于該基材與該可滲透的圓盤之間的接觸區(qū)上，如從因過度沉積或因底下層的形貌而形成在基材表面上的突峰上，去除掉并露出底下的含銅物質(zhì)。該鈍態(tài)層被保留在最少接觸或沒有接觸的區(qū)域上，如在基材表面的凹部或凹谷處。被露出來的含銅物質(zhì)然后與電解液電氣地接觸且藉由陽極溶解而被去除掉。
鈍態(tài)層在施加偏壓的情形下因與該可滲透的圓盤428接觸而從突峰處被選擇性地去除掉同時保留在凹谷處的鈍態(tài)層，這可讓從該基材表面的無鈍態(tài)層部分上溶解及/或去除掉過多的含銅物質(zhì)的數(shù)量比去除掉在鈍態(tài)層底下的導(dǎo)電物質(zhì)的數(shù)量要多許多。在沒有鈍態(tài)層形成于其上的區(qū)域增加含銅物質(zhì)的溶解及去除可讓形成于基材表面上的突峰加速降低，并藉以加強(qiáng)基材表面的平坦化。
此外，藉由研磨及陽極溶解來去除物質(zhì)可讓基材表面在低于傳統(tǒng)研磨的研磨壓力(即，2psi或更低)下被平坦化。較低的研磨壓力對應(yīng)于較低的剪力及摩擦力，這讓此處理更適合以較小的變形及最小的研磨缺陷來對基材與研磨墊之間的接觸壓力敏感的基材表面，如研磨低k介電材質(zhì)，進(jìn)行平坦化。再者，低剪力及摩擦力可降低在研磨期間形貌上的缺陷，如圓盤化及刮痕，的形成。
雖然上述的實施例都是關(guān)于將一銅物質(zhì)，包括銅合金及經(jīng)過摻雜的銅，從一基材上研磨掉，但本發(fā)明可將本文中所述的研磨基材的處理應(yīng)用于含有導(dǎo)電材金屬，如鋁，鎢，鉭，鈦，氮化鎢，氮化鉭，及氮化鈦，鋁合金，鎢合金，鉭合金，及鈦合金，經(jīng)過摻雜的鋁，經(jīng)過摻雜的鋁，經(jīng)過摻雜的鎢，經(jīng)過摻雜的鉭，及經(jīng)過摻雜的鈦，及它們的組合，及其它可被沉積及/或可藉由電化學(xué)處理而被去除的物質(zhì)，如白金，金，銀，鎳及它們的組合等，的層的表面研磨上。
圖13A-13F為一基材表面1200在上述步驟1300-1340中所述的處理的一實施例期間的示意剖面圖。參照圖13A圖，基材表面1200典型地包括一其上形成有特征結(jié)構(gòu)1205的介電層1220，一被保形地沉積于該特征結(jié)構(gòu)1205的表面上的阻障層1215，一被沉積于該阻障層上的非必要的銅晶種層(未示出)，及一導(dǎo)電物質(zhì)1250。該導(dǎo)電物質(zhì)1250，如銅，被電化學(xué)地沉積在該特征結(jié)構(gòu)1205內(nèi)。
參照圖13B圖，將基材表面1200曝露于腐蝕抑制劑中可讓一鈍態(tài)層1210形成于浸在該電解液1270中的該基材表面1200上。該鈍態(tài)層1210大致上形成于露出來的銅物質(zhì)1250上，形成于包括了突峰1230與凹谷1240在內(nèi)的該基材表面1200上，該突峰及凹谷是在銅物質(zhì)1250沉積時形成的。
參照圖13C及13D圖，基材及可滲透的圓盤428彼此相接觸且彼此相對運(yùn)動，如作相對的軌道運(yùn)動，用以將形成于該基材表面1200的裸露出來的導(dǎo)電物質(zhì)1250上的鈍態(tài)層1210去除掉。介于基材與可滲透的圓盤428之間的接觸讓該鈍態(tài)層1210及該銅物質(zhì)1250的至少一部分的后續(xù)去除可用機(jī)械式地加以去除。一偏壓在基材與可滲透的圓盤428的接觸期間被施加至該基材表面，讓該銅物質(zhì)1250可陽極溶解。被該鈍態(tài)層覆蓋住的銅物質(zhì)1250的去除速率低于鈍態(tài)層被研磨掉的銅的去除速率，這讓被研磨的物質(zhì)以一平面的方式被去除掉，如圖13D圖所示。
參照圖13E圖，介于該基材與可滲透的圓盤之間的研磨及藉由施加偏壓的陽極溶解被持續(xù)直到到達(dá)該阻障層1215為止。該銅物質(zhì)層1250被保留在該被填充特征結(jié)構(gòu)中。該阻障層然后藉由阻障層研磨處理來加以平坦化，如圖13F圖所示。
在沉積與平坦化處理后，該基材然后被送至一研磨設(shè)備以進(jìn)行基材的進(jìn)一步平坦化。在本發(fā)明的一態(tài)樣中，一已經(jīng)如上所述地被沉積及研磨的基材被送至一第一平臺，及一殘留的被沉積物質(zhì)，如銅，從該基材表面上被去除掉。殘留物質(zhì)被廣義地界定為在一或多個研磨步驟被實施于該基材上之后仍留下來的任何大量物質(zhì)。殘留物質(zhì)可包括含銅物質(zhì)，如銅，銅合金，及/或經(jīng)過摻雜的銅以及從該基材表面被去除掉的銅研磨副產(chǎn)物，如銅氧化物。殘留物可部分地或完全地覆蓋一基材的表面，例如，底下阻障層的一部分可在殘留物質(zhì)于一研磨步驟的后仍被保留時被曝露出來，或者，在一研磨處理之后沒有阻障層被曝露出來。
在一例子中，基材被放置在一包含一固定的研磨拋光墊的第一平臺上，且將該基材放置在該固定的研磨拋光墊的研磨站(未示出)上。該研磨處理可在一傳統(tǒng)的或上述的固定研磨拋光墊上使用一無研磨或包含拋光成份的研磨。
該基材然后被放置一包含一研磨墊的第二平臺上以進(jìn)行阻障層的去除，該第二平臺典型地包括將一基材放置在一設(shè)置于一研磨站內(nèi)的一平臺上的無研磨的拋光墊上。然后，一阻障層去除拋光成分被供應(yīng)至該拋光墊且該阻障層物質(zhì)藉由該基材的一研磨處理而從基材表面上被去除掉。該阻障層去除拋光成分可以是在傳統(tǒng)的固定的研磨墊上或可包括高速化學(xué)蝕刻，亦被稱為旋轉(zhuǎn)蝕刻。
該基材然后被放置在一第三研磨站內(nèi)的一第三平臺上以進(jìn)行一磨光(buffing)處理用以將表面缺陷減至最小。磨光可用一軟的研磨墊，如硬度在美國測試及物質(zhì)協(xié)會(ASTM)所所規(guī)范的蕭式D硬度計上約40或更低，在低研磨壓力，如約2psi或更低，下來實施。一適合的磨光處理與成份被揭示于2000年5月11日提申的美國專利申請案第09/569,968號中，該該美國專利申請一并被引用于本文中。
非必要地，一清潔溶液可在每一研磨處理期間或之后被施加至研磨墊用以將顆粒物與使用過的試劑從研磨處理中清除掉并將在研磨墊上的金屬殘留沉積物及形成于基材表面上的缺陷減至最低。一適合清潔溶液的例子為由設(shè)在美國加州Santa Clara市的Applied Materials公司所制的ElectraClean。
最后，該基材可被曝露在一后研磨清潔處理中用以降低在研磨或基材搬運(yùn)期間形成的缺陷。這樣的處理可將所不想要的氧化或其它在銅特征結(jié)構(gòu)中缺陷減小到最小的程度。此一后研磨清潔處理的一個例子為施用由設(shè)在美國加州Santa Clara市的Applied Materials公司所制的Electra CleanTM。
雖然以上所述是關(guān)于本發(fā)明的不同實施例，但本發(fā)明的其它及進(jìn)一步的實施例可在不偏離本發(fā)明的基本范圍下被實現(xiàn)，本發(fā)明的范圍是由以下的權(quán)利要求所限定的范圍來界定的。
權(quán)利要求
1.一種處理一基材的方法，該方法至少包含形成一鈍態(tài)層于一基材表面上；在一電解液中研磨該基材；施加一陽極偏壓至該基材表面；及將物質(zhì)從該基材表面的至少一部分上去除掉。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該鈍態(tài)層為一電流抑制層，其是藉由將一基材表面曝露于一腐蝕抑制劑、一均化劑，或它們的組合之中而形成的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該腐蝕抑制劑包含一有機(jī)化合物，其含有一吡咯基，其是由苯并三唑，氫硫基苯并三唑，或5-甲基-1-苯并三唑，及它們的組合的組群中選取的。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該均化劑是從包含了聚乙二醇及聚乙二醇衍生物及它們的組合的組群中選取的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該鈍態(tài)層是藉由在一含有一黏性形成劑的電解液中處理該基材而形成的。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該黏性形成劑包含一磷酸鹽基的化合物或一亞磷酸鹽基的化合物。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該黏性形成劑包含磷酸、磷酸銅，或磷酸鉀。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該鈍態(tài)層是藉由沉積一介電質(zhì)或有機(jī)物質(zhì)于該基材表面上而形成的。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該鈍態(tài)層包含氧化硅。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該電解質(zhì)是從包含硫酸基的電解質(zhì)、磷酸基的電解質(zhì)、硫酸基的電解質(zhì)的衍生物、磷酸基的電解質(zhì)的衍生物，及它們的組合的組群中選取的。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，該電解質(zhì)還包含研磨顆粒。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，施加該偏壓至該基材表面包含施加一介于約0.1伏至約15伏的電壓。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，研磨物在研磨期間施加一約2psi或更小的壓力于該基材上。
14.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該腐蝕抑制劑、均化劑，或它們的組合包含介于該電解質(zhì)的約0.005vol％至約10vol％的量。
15.一種處理一基材的方法，該方法至少包含將該基材置于一電解液中與設(shè)置在該電解液中的研磨物相鄰；將該基材曝露于一腐蝕抑制劑、均化劑、黏性形成劑，或它們的組合中，用以形成一電流抑制層于該基材表面上；在該電解液中用該研磨物研磨該基材，用以去除掉該電流抑制層的至少一部分；施加一偏壓于設(shè)置在該電解液中的一陽極與一陰極之間；及藉由陽極溶解而將物質(zhì)從該基材表面的至少一部分上去除掉。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，施加該偏壓包含可控制地施加一隨時間變化的陽極電位至該基材表面。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，施加于該陽極與該陰極之間的偏壓是介于約0.1伏至約15伏之間。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，該電解質(zhì)是從包含硫酸基的電解質(zhì)、磷酸基的電解質(zhì)、硫酸基的電解質(zhì)的衍生物、磷酸基的電解質(zhì)的衍生物，及它們的組合的組群中選取的。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，該腐蝕抑制劑包含一有機(jī)化合物，其含有一吡咯基，其是由苯并三唑，氫硫基苯并三唑，或5-甲基-1-苯并三唑，及它們的組合的組群中選取的。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，該均化劑是從包含了聚乙二醇及聚乙二醇衍生物及它們的組合的組群中選取的。
21.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，該黏性形成劑包含一磷酸鹽基的化合物或一亞磷酸鹽基的化合物。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，該黏性形成劑包含磷酸，磷酸銅，或磷酸鉀。
23.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，該腐蝕抑制劑、均化劑，或它們的組合包含介于該電解質(zhì)的約0.005vol％至約10vol％的量。
24.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，該電解質(zhì)還包含研磨顆粒。
25.一種處理基材的設(shè)備，該設(shè)備至少包含一部分容器，其界定一處理區(qū)且具有一流體入口及一流體出口；一陰極，其被設(shè)置在該部分容器內(nèi)；一研磨物，其被設(shè)置于該部分容器內(nèi)；一基材載具，其被可移動地設(shè)置在該研磨物之上，該基材載具具有一基材安裝表面；一電源，其經(jīng)由該部分容器耦合至該基材或耦合至設(shè)置其內(nèi)的該研磨物；及一電腦基礎(chǔ)的控制器，其被建構(gòu)來讓該設(shè)備將一基材定位在一電解液中，用以形成一鈍態(tài)層于一基材表面上，在該電解液中用該研磨物研磨該基材，及施加一陽極電壓至該基材或研磨物用以將物質(zhì)從該基材表面的至少一部分上去除掉。
26.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，該陰極包含一被垂直地設(shè)置在該部分容器內(nèi)的環(huán)。
27如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，該陰極包含一被水平地設(shè)置在該部分容器內(nèi)的環(huán)。
28.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，該研磨物為一研磨墊、一線性的研磨物質(zhì)卷(web)或帶，或一或多個研磨物滾筒。
29.如權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其特征在于，該一或多個研磨物滾筒是以成串的方式被設(shè)置于該電解液中用以研磨被水平地或垂直地放置的基材。
30.如權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其特征在于，該研磨物是導(dǎo)電的。
31.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其特征在于，該導(dǎo)電的研磨物包含埋設(shè)或形成于聚胺基甲酸乙酯內(nèi)的導(dǎo)電元件或物質(zhì)，其中該導(dǎo)電元件彼此被電氣地連接并在一基材與該研磨物接觸時會與一基材表面相接觸。
32.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，還包含多個設(shè)置在該基材接收表面的周邊周圍的電子接點。
33.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，該電腦基礎(chǔ)的控制器被建構(gòu)來施加一隨時間改變的陽極電位至該基材表面。
34.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，該電腦基礎(chǔ)的控制器被建構(gòu)來施加一介于約0.1伏至約15伏之間的電壓至該基材表面或該研磨物。
35.一種電化學(xué)沉積系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少包含一主機(jī)架，其具有一主機(jī)架晶片輸送機(jī)械臂；一裝載站，其被設(shè)置成與該主機(jī)架相連接；一或多個電化學(xué)處理槽，其被設(shè)置成與該主機(jī)架相連接；一或多個研磨平臺，其被設(shè)置成與該主機(jī)架相連接；一電解液供應(yīng)源，其流體連接至該一或多個電化學(xué)處理槽；及一或多個研磨流體供應(yīng)源，其連接至該一或多個研磨平臺。
36.如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包含一系統(tǒng)控制器用來控制一電化學(xué)沉積處理、一電化學(xué)去除處理、一研磨處理，或它們的組合。
37.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包含一旋轉(zhuǎn)-清洗-干燥(SRD)站，其被設(shè)置在該裝載站與該主機(jī)架之間。
38.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包含一熱退火室，其被設(shè)置成與該裝載站相連接。
39.如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，該電化學(xué)處理槽包含一部分容器，其界定一處理區(qū)且具有一流體入口及一流體出口；一陰極，其被設(shè)置在該部分容器內(nèi)；一研磨物，其被設(shè)置于該部分容器內(nèi)；一基材載具，其被可移動地設(shè)置在該研磨物之上，該基材載具具有一基材安裝表面；一電源，其經(jīng)由該部分容器耦合至該基材或耦合至設(shè)置其內(nèi)的該研磨物；及一電腦基礎(chǔ)的控制器，其被建構(gòu)來讓該設(shè)備將一基材定位在一電解液中，用以形成一鈍態(tài)層于一基材表面上，在該電解液中用該研磨物研磨該基材，及施加一陽極電壓至該基材或研磨物用以將物質(zhì)從該基材表面的至少一部分上去除掉。
全文摘要
本發(fā)明提供一種將一基材上的材料層平坦化的方法及設(shè)備。本發(fā)明的方法被提供來處理一基材，該方法包括形成一鈍態(tài)層于一基材表面上，在一電解溶液中研磨該基材，施加一陽極偏壓至該基材表面，及將材料從該基材表面的至少一部分上去除掉。本發(fā)明的設(shè)備其包括一部分容器(enclosure)、研磨物、一陰極、一電源，一基材載具可移動地設(shè)置在該研磨物之上，及一電腦基礎(chǔ)的控制器用來將一基材置于一電解液中用以形成一鈍態(tài)層于一基材表面上，在該電解液中用該研磨物來研磨該基材，及施加一陽極偏壓至該基材表面上或至該研磨物上用以將材料從該基材表面的至少一部分上去除掉。
文檔編號B24B37/04GK1531747SQ02803505
公開日2004年9月22日 申請日期2002年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月14日
發(fā)明者陳良毓, 許偉勇, 阿蘭杜博斯特, 拉特森莫拉得, 丹尼爾A·卡爾, 沙遜索姆赫, 丹梅達(dá)恩, A 卡爾, 博斯特, 姆赫, 恩, 莫拉得 申請人:美商·應(yīng)用材料股份有限公司, 美商 應(yīng)用材料股份有限公司