專利名稱：用于局部拋光控制的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及用于在電化學(xué)機(jī)械拋光系統(tǒng)中的局部拋光控制的方法和裝置。
背景技術(shù)：
電化學(xué)機(jī)械拋光一般通過電化學(xué)/化學(xué)或組合的電化學(xué)/化學(xué)和機(jī)械工藝從半導(dǎo)體襯底去除材料。在電化學(xué)機(jī)械拋光系統(tǒng)的一個(gè)例子中，襯底或晶片被保持在襯底支架上，其一個(gè)構(gòu)件特征面向上。具有導(dǎo)電的拋光墊和內(nèi)部反電極的拋光頭被放置成接觸襯底的特征面。拋光頭和襯底以預(yù)定的拋光動(dòng)作彼此相對(duì)移動(dòng)。電解拋光液被置于襯底上，并且在襯底和反電極之間提供導(dǎo)電路徑。襯底通過導(dǎo)電墊相對(duì)于反電極電偏置，以驅(qū)使在襯底表面的分解反應(yīng)，從而拋光襯底。
銅是一種可使用電化學(xué)機(jī)械拋光而被拋光的材料。典型地，使用兩步工藝來拋光銅。在第一步中，除去大部分銅，一般留下一些銅剩余物凸出在襯底的表面之上。銅剩余物然后在第二步或過拋光步驟中被除去。
但是，除去銅剩余物可能導(dǎo)致銅部件低于周圍材料平面(典型的是氧化物或其他阻擋層)的碟形凹陷(dishing)。凹陷量(amount ofdishing)典型地與在過拋光步驟中利用的拋光化學(xué)反應(yīng)和處理參數(shù)相關(guān)，以及和要拋光的銅部件寬度相關(guān)。由于銅層在整個(gè)襯底的厚度不均勻，因此，難以在不引起在某些部件形成碟形凹陷的情況下除去所有的銅剩余物，同時(shí)不去除其他部件上的所有銅剩余物。因此，如果銅的某些區(qū)域可被選擇地拋光而不拋光其他區(qū)域，從而完全除去銅剩余物并且最小化凹陷是有利的。
因此，需要一種用于電化學(xué)機(jī)械拋光系統(tǒng)中的局部拋光控制的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般地提供了一種用于處理單元中的局部拋光控制的方法和裝置。在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于電化學(xué)處理襯底的裝置，通過控制整個(gè)處理區(qū)域的電偏置分布圖，其選擇地處理襯底的不連續(xù)導(dǎo)電部分，因此控制兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電的襯底部分之間的處理速率。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種用于電化學(xué)處理襯底的方法，其包括以下步驟使置于襯底上的導(dǎo)電部件與導(dǎo)電拋光墊組件接觸，在導(dǎo)電部件和第一反電極之間流動(dòng)電解液，以及選擇地處理導(dǎo)電部件的不連續(xù)部分。


通過參考附圖中示例說明的實(shí)施例，可更詳細(xì)描述以上簡要概括的本發(fā)明。但是，要注意的是，附圖只是示例說明這個(gè)發(fā)明的典型實(shí)施例，因此不被認(rèn)為是限制其范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其他等同有效的實(shí)施例。
圖1是電化學(xué)處理單元的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖；圖2是圖1的電化學(xué)處理單元的分解的部分剖視圖；圖3A-C描述電極組件的各種實(shí)施例；圖4A-C是導(dǎo)電墊和反電極組件的簡化的部分剖視圖，用于說明可選擇的電偏置分布；圖5A-C是具有不同的導(dǎo)電元件布局的導(dǎo)電墊組件的各種實(shí)施例的頂視圖；圖6是電化學(xué)處理單元的另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖；圖7是圖6的處理單元的簡化的部分電路圖；圖8是的電化學(xué)處理單元的另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖；和圖9是圖8的處理單元的簡化的部分電路圖。
為了便于理解，只要可能就使用相同的附圖編號(hào)，以指明所有圖共有的相同元件。
具體實(shí)施例方式
在此使用的詞和短語應(yīng)該具有由本領(lǐng)域技術(shù)人員給予的本技術(shù)領(lǐng)域的通常含義，除非在此被進(jìn)一步限定?；瘜W(xué)機(jī)械拋光應(yīng)該是廣義解釋的并且包括，但不限于通過化學(xué)活動(dòng)、機(jī)械活動(dòng)或者化學(xué)和機(jī)械活動(dòng)的組合來研磨襯底表面。電解拋光應(yīng)該是廣義解釋的并且包括，但不限于通過電化學(xué)活動(dòng)的應(yīng)用來平坦化襯底。電化學(xué)機(jī)械拋光(ECMP)應(yīng)該是廣義解釋的并且包括，但不限于通過電化學(xué)/化學(xué)活動(dòng)的應(yīng)用，或者電化學(xué)/化學(xué)和機(jī)械活動(dòng)的組合來平坦化襯底，以從襯底表面除去材料。電化學(xué)機(jī)械電鍍工藝(ECMPP)應(yīng)該是廣義解釋的并且包括，但不限于在襯底上電化學(xué)沉積材料，和同時(shí)通過電化學(xué)活動(dòng)的應(yīng)用或者電化學(xué)和機(jī)械活動(dòng)的組合來平坦化被沉積的材料。
陽極溶解液應(yīng)該是廣義解釋的并且包括，但不限于將陽極偏置直接或間接應(yīng)用到襯底，以從襯底表面除去導(dǎo)電材料并進(jìn)入周圍的電解液。孔應(yīng)該是廣義解釋的并且包括，但不限于穿孔、孔、開口、凹槽、溝道或者部分或完全穿過物體形成的通道。此外，術(shù)語基本，如同用于修改術(shù)語平坦的，是用于描述宏觀或全局級(jí)別上的表面，但不是表面粗糙度。
圖1描述了處理單元100的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖，其中可進(jìn)行至少一個(gè)包括陽極溶解的工藝和拋光工藝。雖然本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例是為電化學(xué)機(jī)械拋光(ECMP)工藝描述的，該工藝?yán)每膳渲玫碾娖梅植?electrical bias profile)用于襯底整個(gè)表面的選擇拋光，但是本發(fā)明預(yù)計(jì)可在涉及電化學(xué)活動(dòng)或行為的其他制造工藝中使用可配置的電偏置分布的應(yīng)用。使用電化學(xué)活動(dòng)的這種工藝?yán)影娀瘜W(xué)沉積，其包括應(yīng)用偏置分布到襯底表面，用于選擇地沉積導(dǎo)電材料而不使用傳統(tǒng)的偏置應(yīng)用裝置，比如邊緣接觸，以及包括電化學(xué)沉積和化學(xué)機(jī)械拋光的組合的電化學(xué)機(jī)械電鍍工藝(ECMPP)。
處理單元100一般包括拋光頭102和容納導(dǎo)電墊組件122和反電極組件150的槽104。襯底108典型地具有一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電表面140，其被保持在拋光頭102中并且在處理過程中被降低放入槽104中，特征面向下(例如背面向上)。導(dǎo)電表面140可包括以下之一或者其組合放置在一個(gè)部件中的導(dǎo)電材料，導(dǎo)電材料層或者留在襯底上的來自導(dǎo)電層的導(dǎo)電材料剩余物。放置在槽104中的襯底108和導(dǎo)電墊組件122彼此相對(duì)移動(dòng)，以提供拋光運(yùn)動(dòng)。拋光運(yùn)動(dòng)一般包括至少一個(gè)由軌道運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、線性運(yùn)動(dòng)或曲線運(yùn)動(dòng)或者其組合等限定的運(yùn)動(dòng)。拋光運(yùn)動(dòng)可通過移動(dòng)拋光頭102或槽104，或者兩個(gè)都移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。拋光頭102可以是固定的，或者被驅(qū)動(dòng)以在槽104和被拋光頭102固定的襯底108之間提供至少部分相對(duì)運(yùn)動(dòng)?；蛘撸瑢?dǎo)電墊組件122可被移動(dòng)，例如象傳送帶一樣，而拋光頭102是固定的或者運(yùn)動(dòng)的。在圖1描述的實(shí)施例中，拋光頭102被耦合到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)110。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)110以至少軌道運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、掃描運(yùn)動(dòng)或其組合之一的運(yùn)動(dòng)形式來移動(dòng)拋光頭102。
在一個(gè)實(shí)施例中，拋光頭102包括圍繞軟囊(bladder)116的外殼114。當(dāng)與襯底接觸時(shí)軟囊116可排氣，以在襯底之間產(chǎn)生真空，因此將襯底固定到拋光頭102。軟囊116又可充氣，以按壓襯底接觸保持在槽104中的導(dǎo)電墊組件122。保持環(huán)138被耦合到外殼114，并且圍繞襯底108，以防止襯底在處理時(shí)從拋光頭102滑出。可受益于本發(fā)明的一種拋光頭是可從位于加利福尼亞州的Santa Clara的應(yīng)用材料公司獲得的TITAN HEAD運(yùn)送頭?？墒芤嬗诒景l(fā)明的另一種拋光頭的例子在2001年12月12日授權(quán)的美國專利6159079號(hào)中有描述，該專利在此以參考文獻(xiàn)的形式全部并入。
槽104一般是由適合電鍍和/電解拋光化學(xué)反應(yīng)的非導(dǎo)電材料制造的。槽104包括底部144和側(cè)壁146，其限定容納導(dǎo)電墊組件122和電極組件150的容器。槽104的側(cè)壁146被設(shè)計(jì)用于盛裝電解液，電解液與電極組件150和由拋光頭102貼對(duì)著導(dǎo)電墊組件122固定的襯底進(jìn)行導(dǎo)電接觸。側(cè)壁146包括穿過其中形成的端口118，以允許從槽104移去電解液。端口118被連接到閥門120，以在槽104中選擇地排出或保留電解液。
槽104被軸承134轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐在底座106之上。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)136被耦合到槽104，并且在處理過程中旋轉(zhuǎn)槽104。收集槽128被放置在底座106上，并且圍繞槽104，以收集處理液，比如電解液，在處理過程中或者處理之后，處理液流出穿過槽104的端口118。
電解液輸送系統(tǒng)132一般臨近槽104放置，并且適于向槽104提供電解液。當(dāng)襯底108和導(dǎo)電墊組件122接觸時(shí)，置于槽104中的電解液通過襯底的表面在反電極組件150和導(dǎo)電墊組件122之間建立導(dǎo)電路徑。電解液輸送系統(tǒng)132包括耦合到電解液源142的噴嘴或出口130。出口130將電解液或其他處理液從電解液源142流入到槽104中。在處理過程中，電解液一般提供一條電路徑，用于偏置襯底108和驅(qū)動(dòng)電化學(xué)工藝，以從襯底108除去材料。
用于含銅材料去除的電解液一般包括抑制劑，清潔劑(cleatingagent)和PH調(diào)整試劑?？捎糜趶囊r底108電化學(xué)除去金屬的一種電解液在2001年12月21日提交的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)為10/032,075中有描述，其在此以參考形式全部并入。
多輸出電源124通過電引線112(被顯示為112Ai-B，i是大于1的正整數(shù))被連接到反電極組件150和導(dǎo)電墊組件122。電源124在反電極組件150和導(dǎo)電墊組件122之間施加電偏置。由連接到每條引線112Ai的電源124的每個(gè)輸出施加的偏置的量級(jí)是可獨(dú)立控制的，并且典型地在0到5伏特DC的范圍。若有電解液，導(dǎo)電墊組件122和襯底108接觸時(shí)，由電源124提供的電勢(shì)就驅(qū)動(dòng)電化學(xué)工藝，如以下進(jìn)一步描述的。
引線112被引導(dǎo)通過置于槽104之下的滑動(dòng)環(huán)126。當(dāng)槽104旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑動(dòng)環(huán)126利于電源124、電極組件150和導(dǎo)電墊組件122之間的連續(xù)電連接。引線122是電線，帶子或者其他導(dǎo)體，其與處理液相容并且具有涂層，保護(hù)引線112不受處理液的侵蝕。可在引線112中利用的材料例子包括絕緣的石墨、鈦、鉑、金和HASTELOY及其他材料。圍繞引線112的涂層可包括聚合物比如碳氟化合物、PVC、聚酰胺等等。
導(dǎo)電墊組件122被連接到引線112B，引線112B被引導(dǎo)(用引線112Ai，其連接到反電極組件150)通過槽104的底部144到電源124。引線112B可通過許多方法被耦合到導(dǎo)電墊組件122，這些方法有助于導(dǎo)電墊組件122和電源124之間的良好電連接，例如，通過焊接、多層接觸點(diǎn)焊(stack)、釬焊、夾緊(clamping)、壓緊(crimping)、鉚接、緊固、導(dǎo)電性粘結(jié)劑或通過其他有助于導(dǎo)電墊組件122和引線112B之間的良好電連接的方法或設(shè)備。可選地，可使用置于槽104中的單個(gè)斷開266(如圖2中所示)連接引線112Ai-B到電源124，以進(jìn)一步便于替換導(dǎo)電墊組件122或反電極組件150。
導(dǎo)電墊組件122包括具有多個(gè)導(dǎo)電元件172的頂墊170和可選的子墊170。子墊170被置于頂墊170和反電極組件150之間。
控制器180被耦合到處理單元110，以便于控制電源124在導(dǎo)電墊組件122和反電極組件150之間施加的電壓?？刂破?80典型地包括中央處理單元(CPU)182、支持電路186和存儲(chǔ)器184。CPU182可以是可在工業(yè)設(shè)置中用于控制各種子處理器、襯底處理和電池功能的任何形式的計(jì)算機(jī)處理器之一。存儲(chǔ)器184被耦合到CPU182。存儲(chǔ)器184或者計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是一個(gè)或多個(gè)可容易獲得的存儲(chǔ)器，比如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、軟盤、硬盤或者任何其他形式的數(shù)字存儲(chǔ)器，本地或遠(yuǎn)程的。支持電路186被耦合到CPU182，用于以傳統(tǒng)方式支持處理器。這些電路包括緩存、電源、時(shí)鐘電路、輸入/輸出電路、子系統(tǒng)等等。
圖2描述了導(dǎo)電墊組件122和反電極組件150的一個(gè)實(shí)施例的分解剖視圖，其可拆裝地置于圖1的槽104中。圖2描述的導(dǎo)電墊組件122包括連接到子墊170的頂墊170。子墊170被置于在反電極組件150之上或者被連接到反電極組件150。
頂墊170一般是由與工藝化學(xué)反應(yīng)相容的聚合材料制造的，例子包括聚亞安酯(polyurethane)、聚碳酸酯(polycarbonate)、含氟聚合物(fluoropolymer)、PTFE、PTFA、聚苯硫醚(PPS，polyphenylene sulfide)或者其組合，和在拋光襯底表面中使用的其他拋光材料。頂墊170也可包含填料和/或被泡沫化(be foamed)。示例性的傳統(tǒng)材料包括那些由聚亞安酯和/或混合填料的聚亞安酯制造的材料，這些材料可從總部在亞利桑那州的Phoenix的Rodel，Inc.公司獲得。其他傳統(tǒng)的拋光材料，比如一層可壓縮的材料，可被用于頂墊170?？蓧嚎s的材料包括但是不限于，軟材料比如壓縮的氈制纖維，其淋濾有氨基甲酸乙酯或泡沫。頂墊170一般在大約10密耳到100密耳厚。
頂墊170具有第一面208和第二面210。第一面208適合在處理過程中接觸襯底108(如圖1所示)。第一面208可包括凹槽、凸凹紋或其他織構(gòu)(texture)，以提高拋光性能。頂墊170可以是實(shí)體的、電解液不能滲透的、電解液能滲透的或者穿孔的。在圖2所示實(shí)施例中，頂墊170被穿有多個(gè)孔212，孔212用于允許電解液從其中流過。第一面208額外包括一個(gè)或多個(gè)狹槽264或其他部件，在其中保存導(dǎo)電元件172。
導(dǎo)電元件172可包括導(dǎo)電的聚合物、具有導(dǎo)電材料的聚合物復(fù)合物、導(dǎo)電金屬或者聚合物、導(dǎo)電填料、石墨材料或者導(dǎo)電的摻雜材料、或者其組合。導(dǎo)電元件172一般具有大電阻率或大的表面電阻率，其大約為10Ω-cm或更小。
在圖2所示的實(shí)施例中，導(dǎo)電元件172A是多個(gè)導(dǎo)電的纖維、立柱和/或柔軟的指狀物，比如碳纖維或其他導(dǎo)電的可塑性(例如柔軟的)材料，其在處理時(shí)便于與襯底電接觸。在一個(gè)替代的實(shí)施例中，導(dǎo)電元件172B可以是滾筒、球、棒、桿、網(wǎng)或其他利于置于頂墊170上的襯底和電源124之間的導(dǎo)電接觸的形狀。在又一個(gè)替代的實(shí)施例中，導(dǎo)電元件172C可以是滾筒、球、棒、桿、網(wǎng)或其他固定在導(dǎo)電性載體(conductive carrier)224中的形狀，其利于置于頂墊170上的襯底和電源124之間的導(dǎo)電接觸。
可利用的導(dǎo)電元件的其他類型結(jié)構(gòu)包括管、彈簧、導(dǎo)線、帶子、刷子、桿、網(wǎng)、圓筒、球和插腳。2001年12月19日提交的美國60/342,281號(hào)臨時(shí)專利申請(qǐng)、2001年10月1日提交的美國60/326,263號(hào)臨時(shí)專利申請(qǐng)、2001年4月24日提交的美國60/286,107號(hào)臨時(shí)專利申請(qǐng)、2002年5月7日提交的美國10/140010號(hào)專利申請(qǐng)、2001年12月27日提交的美國10/033,732號(hào)專利申請(qǐng)描述了可用于受益于本發(fā)明的導(dǎo)電墊的例子，這些專利文件在此以參考形式全部并入?？商鎿Q地，導(dǎo)電元件172可混合在頂墊170中，以形成一個(gè)整體。
子墊170被連接到頂墊170的第二面210。子墊170典型地由比頂墊170的材料更軟或者更可塑的材料制成。可選擇在頂墊170和子墊170之間的硬度或硬度計(jì)的差異，以產(chǎn)生所希望的拋光/電鍍性能。子墊170也可以是可壓縮的。合適的襯背材料包括，但不限于泡沫聚合物、人造橡膠、氈、浸漬氈和與拋光化學(xué)反應(yīng)相容的塑料。
子墊170具有第一面214和第二面216。第一面214被連接到頂墊170的第二面210。子墊170的典型厚度在大約5到100密耳的范圍，并且在一個(gè)實(shí)施例中是大約5密耳厚。子墊170可以是實(shí)體的、電解液不能滲透的、電解液能滲透的或者穿孔的。在圖2所示的實(shí)施例中，子墊170被配置以允許電解液從其中穿過，并且可以是可滲透的，有孔或者其組合。在圖2所示實(shí)施例中，子墊170被穿有多個(gè)孔218，子墊170的孔218用于允許電解液從其中流過。子墊170的孔218典型地，但是不是必要與頂墊170的孔212對(duì)齊。
反電極組件150可以是實(shí)體的、電解液不能滲透的、電解液能滲透的或者穿孔的。反電極組件150具有第一面220和第二面222。反電極組件150的第一面220被連接到子墊170的第二面216。在圖2所示實(shí)施例中，反電極組件150被配置以允許電解液從其中通過。反電極組件150可以是可滲透的，有孔或者其組合。
反電極組件150的第二面222可用可去除的粘結(jié)劑粘貼到槽104的底部144，以防止反電極組件150在拋光過程中移動(dòng)，同時(shí)允許替換反電極組件150。反電極組件150可替換地可以是通過夾住、緊固或固定到槽104。
反電極組件150可以是單個(gè)組件或元件，或者是具有導(dǎo)電墊組件122的預(yù)制造組件的一部分?？墒芤嬗诒景l(fā)明的電極和導(dǎo)電墊組件的一個(gè)例子在2002年5月16日提交的10/151538號(hào)美國專利申請(qǐng)中有描述，該專利文件在此以參考形式全部并入。
在一個(gè)實(shí)施例中，反電極組件150是由多個(gè)電極260i制造的，電極260i被一個(gè)或多個(gè)絕緣體262隔開。至少一個(gè)電極260i或絕緣體262被構(gòu)造以允許電解液通過反電極組件150。一個(gè)或多個(gè)絕緣體262被置于電極260i之間，以使電極260i相互電絕緣。絕緣體262可由任何適合與工藝化學(xué)反應(yīng)一起使用的電介質(zhì)材料制造。絕緣體262可以是薄板條(web)、蛋箱(egg-crate)的形式，或者其他適合在電極260i之間提供橫向電絕緣的結(jié)構(gòu)。
在圖2所示的實(shí)施例中，電極260i被置于或者嵌入絕緣體262中。電極260i典型地由要沉積的或者去除的材料組成，比如銅、鋁、金、銀、鎢和其他能電化學(xué)沉積在襯底108上的材料。對(duì)于電化學(xué)去除工藝，比如陽極溶解，電極260i可包括除了沉積的材料之外的電極。電極260i的厚度范圍可從箔材到大于100密耳厚。
圖3A-C描述了電極260i和絕緣體262的各種實(shí)施例。在圖3A所示的實(shí)施例中，電極260i是圓柱體，其中具有通道302，允許電解液通過反電極組件150。在圖3B所示的實(shí)施例中，電極260i被置于絕緣體262中，絕緣體262中具有多個(gè)孔304形成在其中，允許電解液通過反電極組件150。在圖3C所示的實(shí)施例中，至少一個(gè)電極260i或絕緣體262至少是穿孔的或者是能滲透電解液的，因此允許電解液在處理過程中通過反電極組件150。
返回圖2，每個(gè)電極260i(i是大于1的正整數(shù)，在圖2中顯示為5)通過引線112Ai獨(dú)立地連接到電源124，因此允許每個(gè)電極260i被獨(dú)立地偏置，以及，如果適當(dāng)?shù)脑?，在不同于其他電極260i之一的電平被獨(dú)立地偏置。例如，電極2601可被偏置到大于電極2602的電壓電平。電極260i的獨(dú)立偏置允許以不同的速率在整個(gè)襯底的直徑范圍選擇地拋光襯底。
圖4A是反電極組件150的簡化的部分剖視圖，說明了選擇性的電偏置分布。襯底108具有第一導(dǎo)電表面402和第二導(dǎo)電表面404，其與導(dǎo)電墊組件122接觸。導(dǎo)電表面402、404可以是單個(gè)導(dǎo)電部件、分開的結(jié)構(gòu)或來自導(dǎo)電層的殘留在襯底上的導(dǎo)電材料剩余物的一部分。在圖4A所示的實(shí)施例中，第一導(dǎo)電表面402和第二導(dǎo)電表面404相對(duì)于襯底108的參考表面406位于不同的高度，第一導(dǎo)電表面402比第二導(dǎo)電表面404從參考表面406伸出更多?？深A(yù)計(jì)第一導(dǎo)電表面402和/或第二導(dǎo)電表面404可從參考表面406凹進(jìn)。
為了拋光第一導(dǎo)電表面402和第二導(dǎo)電表面404到共同的平面(典型地由參考表面406限定)，第一電壓被施加到電極2601，而第二電壓被施加到電極2602?？深A(yù)計(jì)第一導(dǎo)電表面402可表示來自導(dǎo)電材料層的剩余物，作為局部拋光的結(jié)果，第一導(dǎo)電表面402被清除，以暴露出下面的參考表面406。如果第一電壓小于第二電壓，導(dǎo)致電極2602和導(dǎo)電墊組件122之間的更大電流密度，這使得第一導(dǎo)電表面402以比第二導(dǎo)電表面404更快的速率被拋光。相反，更大的電壓可施加到電極2601，這導(dǎo)致第二導(dǎo)電表面404的拋光比第一導(dǎo)電表面402快。
多個(gè)傳感器408i有助于控制拋光速率，傳感器408i檢測(cè)要拋光表面402和404的程度的不同。在圖4A所示的實(shí)施例中，傳感器408i(示例顯示為4081和4082)是置于電極260i和電源124之間的電流傳感器。由于元件402、404和電極組件150之間的距離影響穿過間隙的電流通量，在每個(gè)位置(例如在元件402、404)的電流流量是每個(gè)部件402、404相對(duì)于電極組件150和襯底108的參考平面406的高度指示?？商鎿Q地，傳感器408i可以是電壓傳感器或其他能夠檢測(cè)表面402、404到參考平面406的高度的傳感器。
每個(gè)傳感器408i被耦合到控制器180，以提供關(guān)于襯底108的導(dǎo)電表面的形貌的反饋。由于襯底108在處理過程中相對(duì)于導(dǎo)電墊組件122移動(dòng)，傳感器480i更新在整個(gè)襯底108的寬度范圍的每個(gè)導(dǎo)電表面的相對(duì)位置?？刂破?80響應(yīng)傳感器408i提供的信息，使得電源124獨(dú)立地提供預(yù)定的電壓給每個(gè)電極260i，電壓量級(jí)對(duì)應(yīng)于希望的拋光速率，設(shè)置的襯底108的位置在那一瞬間及時(shí)和與傳感器408i關(guān)聯(lián)的特定導(dǎo)電元件172接觸。因此，導(dǎo)電墊組件122的偏置分布可被連續(xù)地調(diào)整，以在相對(duì)于襯底的參考表面406的更高高度的、具有導(dǎo)電表面形貌的襯底位置由陽極溶解更快地拋光，有利地以更慢的速率在更低的高度拋光導(dǎo)電表面形貌，以改進(jìn)拋光性能和最小化碟形凹陷(dishing)。
也可以預(yù)計(jì)，例如在第一導(dǎo)電表面402從參考表面406凹進(jìn)的實(shí)施例中，電源124可偏置具有極性的第一導(dǎo)電表面402，導(dǎo)致來自電解液和/或電極的導(dǎo)電材料沉積在其上。沉積可在第一導(dǎo)電表面402發(fā)生，同時(shí)也可沉積材料在第二導(dǎo)電表面404之上，或者從第二導(dǎo)電表面404去除材料。
在圖4B描述的另一個(gè)工作模式中，傳感器408i可被用于檢測(cè)表面452、454相對(duì)于由表面406限定的參考平面的暴露面積的差。例如，第一導(dǎo)電表面452是填充部件的暴露表面，其具有的電流通量大于第二導(dǎo)電表面454，第二導(dǎo)電表面454是來自被除去的導(dǎo)電層450(陰影顯示的)的剩余物。隨著第二導(dǎo)電表面454的表面面積減少，電流通量最終減少到近似為0，表示從表面406除去了第二導(dǎo)電表面454(例如剩余物)。
在圖4C描述的另一個(gè)工作模式中，傳感器470可被用于檢測(cè)表面472、474相對(duì)于由表面406限定的參考平面的暴露面積的差。傳感器470被配置以檢測(cè)表面406、472、474之間的反射量。傳感器470一般產(chǎn)生一束通過形成在拋光表面中的窗口478的光。這束光從襯底反射出去，并且回到傳感器470，其中被反射的束的亮度指示襯底的組成。例如，第一導(dǎo)電表面472是填充部件的暴露表面，其典型地是在整個(gè)襯底的寬度范圍形成的重復(fù)數(shù)量的部件之一，具有大于第二導(dǎo)電表面474的反射率，第二導(dǎo)電表面474是來自被除去的導(dǎo)電層476(顯示在剖視圖中)的剩余物。因此，從襯底反射的光量的差指示具有部件和剩余物的區(qū)域。隨著第二導(dǎo)電表面474的表面面積減少，電流通量最終減少到近似0，表示從表面406除去了第二導(dǎo)電表面474。
圖5A-C是具有不同的導(dǎo)電元件布局的反電極組件的各種實(shí)施例的頂視圖?？深A(yù)計(jì)的是電極可被配置在反電極組件上的任何數(shù)量的方位中，以有助于控制偏置分布，使得當(dāng)襯底相對(duì)于導(dǎo)電墊和反電極組件移動(dòng)時(shí)，襯底的不連續(xù)部分可被選擇地拋光。
圖5A是反電極組件500A的一個(gè)實(shí)施例的頂視圖。反電極組件500A包括多個(gè)電極504i，電極504i可用于電驅(qū)動(dòng)處理襯底的不連續(xù)的導(dǎo)電部分。電極504i在反電極組件500A的頂表面502被排列成網(wǎng)格圖案，并且可用預(yù)定的電壓電平選擇地被施加電壓，以控制襯底上的局部拋光速率。
圖5B是反電極組件500B的一個(gè)實(shí)施例的頂視圖。反電極組件500B包括多個(gè)電極514i，電極514i在反電極組件500B的頂表面512上排列成放射狀圖案。電極514i的放射狀圖案可包括電極514i的同心環(huán)，每個(gè)環(huán)可從單個(gè)或多個(gè)電極514i配置，電極514i可用預(yù)定的電壓電平選擇地被施加電壓，以控制襯底上的局部拋光速率。
圖5C是反電極組件500C的一個(gè)實(shí)施例的頂視圖。反電極組件500C包括多個(gè)電極524i，電極524i在反電極組件500C的頂表面522上排列成極線陣列(polar array)。電極524i可用預(yù)定的電壓電平選擇地被施加電壓，以控制襯底上的局部拋光速率?？梢灶A(yù)計(jì)電極524i的其他排列。
圖6是處理單元600的另一個(gè)實(shí)施例，其中可實(shí)行至少一個(gè)包括陽極溶解和拋光工藝的工藝。處理單元600一般包括拋光頭602、導(dǎo)電墊組件606和容納導(dǎo)電墊組件606的槽604、參比電極組件614和反電極組件608。拋光頭602和槽604一般類似于上述的拋光頭102、導(dǎo)電墊組件122和槽104。電解液輸送系統(tǒng)132在處理過程中給槽604提供電解液。
導(dǎo)電墊組件606和反電極組件608通過電線612A-B連接到第一電源610。第一電源610在反電極組件608和導(dǎo)電墊組件606之間施加電偏置。穿過導(dǎo)電墊和反電極組件606、608施加的偏置范圍典型地在0到大約5伏特DC之間。如果有電解液，當(dāng)導(dǎo)電墊組件606和襯底108接觸時(shí)，由第一電源610提供的電勢(shì)驅(qū)動(dòng)電化學(xué)工藝，如以下進(jìn)一步描述的。
參比電極組件614置于導(dǎo)電墊組件606和反電極組件608之間。參比電極被配置以允許電解液在導(dǎo)電墊組件606和反電極組件608之間移動(dòng)，使得電解液在置于導(dǎo)電墊組件606上的襯底630和反電極組件608之間建立導(dǎo)電路徑。
參比電極組件614由多個(gè)可獨(dú)立偏置的參比電極616i組成，參比電極616i被一個(gè)或多個(gè)絕緣構(gòu)件618彼此橫向絕緣。參比電極616i可以是可消耗的或不可消耗的，并且可由類似上面討論的適合用于反電極的那些材料制造。絕緣構(gòu)件618典型地由和工藝化學(xué)反應(yīng)相容的材料形成，并且具有足夠的介電強(qiáng)度以將處于處理電壓的參比電極616i橫向隔離。
至少一個(gè)參比電極616i或絕緣構(gòu)件618是多孔的、穿孔的、可滲透的或者被配置以允許電解液從其中通過?；蛘?，參比電極616i和絕緣構(gòu)件618可被排列，以限定允許電解液通過參比電極組件614的通道。
多輸出電源620分別被引線622i連接到每個(gè)參比電極616i。電源620使每個(gè)參比電極616i被獨(dú)立地偏置，以通過增加(或減少)在臨近各自的參比電極616i的襯底表面的電流通量來控制臨近每個(gè)參比電極616i的局部拋光速率。
圖7是處理單元600的簡化的部分電路圖。顯示的襯底630具有第一導(dǎo)電部件702和第二導(dǎo)電部件704。導(dǎo)電部件702、704通過導(dǎo)電墊組件606(沒有在圖7中示出)電連接到第一電源610，并且相對(duì)于反電極組件608偏置。
第一導(dǎo)電路徑7101被限定為通過置于第一導(dǎo)電部件702和反電極組件608之間的電解液。第一導(dǎo)電路徑7101是由兩條電路支路7061和7081組成的。流過第一導(dǎo)電路徑7101的第一支路7061的電流量部分被由第一電源610施加的電勢(shì)控制。通過第一導(dǎo)電路徑7101的第一支路7061的電流被調(diào)節(jié)，以響應(yīng)由第二電源620施加到第一參比電極6161的電壓，第一參比電極6161被置于第一導(dǎo)電部件702和反電極組件608之間(為了清楚，圖7的示意圖中顯示的參比電極被偏移)。隨著參比電極6161被偏置成具有相同極性的電壓并且達(dá)到(或超過)第一導(dǎo)電部件702相對(duì)于反電極組件806的電勢(shì)，在第一導(dǎo)電部件702和反電極組件608之間流動(dòng)通過第一支路7061的電流量減小，因此減慢從第一導(dǎo)電部件702除去材料的速率。相反，由于與第一導(dǎo)電部件702相對(duì)于反電極組件806的電勢(shì)相比，參比電極6161的偏置變得更加不同，在第一導(dǎo)電部件702和反電極組件608之間流動(dòng)通過第一支路7061的電流量增加，因此提高了從第一導(dǎo)電部件702除去材料的速率。
第二導(dǎo)電路徑7102被類似地配置，以具有第一電路支路7062和第二電路支路7082。流過第二導(dǎo)電路徑7102的第一支路7062的電流量部分被由第一電源610施加的電勢(shì)控制。通過第二導(dǎo)電路徑7102的第二支路7062的電流被調(diào)節(jié)，以響應(yīng)由第二電源620施加到第二參比電極6162的電壓。由于第二電源620獨(dú)立控制施加到每個(gè)參比電極616i的電壓，通過每條導(dǎo)電路徑710i的第一支路706i的電流可被進(jìn)一步調(diào)整，以獨(dú)立地控制從設(shè)置在整個(gè)襯底630的每個(gè)導(dǎo)電部件去除材料的相對(duì)速率。
圖8是用于處理襯底814的處理單元800的另一個(gè)實(shí)施例，其類似以上討論的處理單元600那樣被配置，除了處理單元800包括反電極組件802和多個(gè)連接到電源806的參比電極804i以外。在一個(gè)實(shí)施例中，電源806是穩(wěn)壓器，比如可從Princeton Applied Research公司獲得的那些穩(wěn)壓器，其允許每個(gè)參比電極804i相對(duì)于反電極組件802獨(dú)立地被偏置。因此，電源806可施加一個(gè)電勢(shì)到電極804i，其控制沿著形成在襯底的導(dǎo)電部件和反電極組件802之間的每條導(dǎo)電路徑的局部電流，因此允許控制跨越襯底直徑的拋光速率?？蛇x地，傳感器(沒有示出)可如以上描述的那樣被使用，以有助于襯底處理的閉環(huán)控制。
圖9是用于處理襯底914的處理單元900的另一個(gè)實(shí)施例，其類似以上討論的處理單元600那樣被配置，除了處理單元900包括反電極組件902之外。反電極組件902具有多個(gè)連接到第一多輸出電源906的、獨(dú)立地可偏置的反電極904i。獨(dú)立地可偏置的反電極904i有助于襯底處理的閉環(huán)控制。
圖10是處理單元900的簡化的部分電路圖。顯示的襯底914具有第一導(dǎo)電部件1002和第二導(dǎo)電部件1004。導(dǎo)電部件1002、1004通過導(dǎo)電墊組件606(在圖9中示出)電連接到第一電源906，并且相對(duì)于反電極組件608被偏置。
第一導(dǎo)電路徑10101被限定為通過置于第一導(dǎo)電部件1002和反電極組件902的第一反電極9041之間的電解液。第一導(dǎo)電路徑10101是由兩條電路支路10061和10081組成的。流過第一導(dǎo)電路徑10101的第一支路10061的電流量部分地被由第一電源906施加的電勢(shì)控制。由于每個(gè)反電極904i是被獨(dú)立控制的，在襯底914的導(dǎo)電部件之間的電流貢獻(xiàn)可跨越襯底的寬度范圍被控制。通過第一導(dǎo)電路徑10101的第一支路10061的電流被進(jìn)一步調(diào)節(jié)，以響應(yīng)由第二多輸出電源620施加到第一參比電極6161的電壓，如上面所討論的。
第二導(dǎo)電路徑10102被類似地配置，以具有第一電路支路10062和第二電路支路10082。流過第二導(dǎo)電路徑10102的第一支路10062的電流量部分地被由第一電源906施加的電勢(shì)進(jìn)一步控制。通過第二導(dǎo)電路徑10102的第二支路10062的電流被調(diào)節(jié)，以響應(yīng)由第二電源620施加到第二參比電極6162的電壓。由于第二電源620獨(dú)立控制施加到每個(gè)參比電極616i的電壓，通過每條導(dǎo)電路徑1010i的第一支路1006i的電流可被進(jìn)一步調(diào)整，以獨(dú)立地控制從設(shè)置在整個(gè)襯底914的每個(gè)導(dǎo)電部件去除材料的相對(duì)速率。
處理的閉環(huán)控制可由多個(gè)傳感器1012i促進(jìn)，其中一個(gè)傳感器分別在每個(gè)反電極904i和第一電源906之間連接。傳感器1012i被連接到控制器180，并且被配置以提供與各自傳感器1010i串聯(lián)的各個(gè)導(dǎo)電部件之間的相對(duì)高度的公制數(shù)據(jù)(metric)指示。因此，響應(yīng)由每個(gè)傳感器1012i提供的公制數(shù)據(jù)時(shí)，控制器180可變化施加到每個(gè)參比電極616i和/或每個(gè)反電極904i的電勢(shì)，以控制整個(gè)襯底914寬度上的材料去除率。
因此，本發(fā)明提供了一種用于在處理單元中局部拋光和沉積控制的方法和裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置提供選擇地拋光襯底的不連續(xù)導(dǎo)電部分，其有利地最小化了通常與傳統(tǒng)工藝關(guān)聯(lián)的碟形凹陷?？深A(yù)計(jì)通過反轉(zhuǎn)偏置電勢(shì)同時(shí)利用合適的化學(xué)反應(yīng)，處理單元可被用于金屬沉積。
雖然前面是涉及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是可在不偏離本發(fā)明的基本范圍的情況下導(dǎo)出其他和更多實(shí)施例。本發(fā)明的范圍是由所附的權(quán)利要求確定的。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)處理襯底的裝置，包括具有底部和開口頂部的外殼；置于所述外殼中靠近所述底部的第一反電極；至少一個(gè)第二反電極，其置于所述外殼中，臨近所述第一電極并且是可獨(dú)立于所述第一電極電偏置的；和導(dǎo)電的拋光墊，其置于所述外殼的開口頂部和多個(gè)反電極之間，導(dǎo)電的拋光墊具有適合處理襯底第一面，和面向所述多個(gè)反電極的第二面。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，包括置于所述第一反電極和所述第二反電極之間的絕緣體。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第一反電極屬于第一組反電極和所述第二反電極屬于第二組反電極，其中所述第一組反電極是可獨(dú)立于所述第二組反電極電偏置的。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述第一組反電極被放射狀地置于所述第二組反電極之內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述多個(gè)反電極還包括第三組反電極，其放射狀地被置于所述第二組反電極之外。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第一反電極和所述第二反電極是以極性陣列排列的多個(gè)反電極的部分。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述極性陣列的反電極還包括至少第三反電極，其放射狀地對(duì)齊所述第一反電極并且獨(dú)立于所述第一反電極電偏置。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括局部拋光速率指示器，其適合檢測(cè)在整個(gè)所述襯底的拋光速率的差的公制數(shù)據(jù)指示。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述局部拋光速率指示器還包括多個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器連接到各自的一個(gè)反電極。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中至少一個(gè)所述傳感器用于檢測(cè)在所述第一反電極和所述襯底之間通過的電流。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括適合給槽提供電解液的電解液輸送系統(tǒng)，所述電解液用于通過所述導(dǎo)電墊在所述襯底和所述多個(gè)反電極之間提供獨(dú)立受控的電路徑。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，還包括局部拋光速率指示器，其適合檢測(cè)在整個(gè)所述襯底的拋光速率的差的公制數(shù)據(jù)指示。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述局部拋光速率指示器還包括多個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器連接到各自的一個(gè)反電極。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，至少一個(gè)傳感器適合檢測(cè)在連接到傳感器的反電極和所述襯底之間電流。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，還包括多輸出電源，每個(gè)反電極單獨(dú)連接到所述輸出之一。
16.如權(quán)利要求1所述的裝置還包括外殼；置于所述外殼中的至少第一反電極；靠近所述第一反電極放置的導(dǎo)電拋光墊，并且導(dǎo)電拋光墊具有適合處理襯底的第一面，和面向所述第一反電極的第二面；和多個(gè)置于所述反電極和所述導(dǎo)電墊之間的可獨(dú)立偏置的參比電極。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，還包括在所述拋光墊和所述反電極之間連接的第一電源；和連接到所述參比電極的第二電源。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述第二電源具有多個(gè)輸出，用于獨(dú)立偏置每個(gè)所述參比電極。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，還包括多個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器適合檢測(cè)所述反電極和襯底之間的電流或電壓電勢(shì)中的至少一個(gè)。
20.一種電化學(xué)處理襯底的方法，包括使置于襯底上的導(dǎo)電部件接觸導(dǎo)電的拋光墊組件；在所述導(dǎo)電部件和第一反電極之間流動(dòng)電解液；在所述第一反電極和所述導(dǎo)電的拋光墊組件之間施加第一偏置電壓電勢(shì)；和在第二反電極和所述導(dǎo)電的拋光墊組件之間施加第二偏置電壓電勢(shì)，其中所述第一偏置電壓電勢(shì)不同于所述第二偏置電壓電勢(shì)。
21.一種電化學(xué)處理襯底的方法，包括在襯底和反電極組件之間建立多個(gè)導(dǎo)電路徑；感測(cè)在所述導(dǎo)電路徑之間的電流中的相對(duì)差；和響應(yīng)所感測(cè)的差，調(diào)整穿過每條導(dǎo)電路徑的電勢(shì)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，調(diào)整步驟還包括改變?cè)谒鲭姌O組件寬度的電壓電勢(shì)分布。
全文摘要
本發(fā)明一般地提供了一種用于處理單元中的局部拋光和沉積控制的方法和裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種用于電化學(xué)處理襯底的裝置，通過控制跨越處理區(qū)域的電偏置分布，其選擇地拋光襯底的不連續(xù)導(dǎo)電部分，因此控制兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電的襯底部分之間的處理速率。
文檔編號(hào)B24B37/04GK1771355SQ200480005812
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2004年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月4日
發(fā)明者S·蔡, F·Q·劉, Y·王, R·馬夫立夫, L-Y·陳, A·迪布斯特 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料有限公司