專利名稱：全序列金屬和阻擋層電化學(xué)機械處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種用于電化學(xué)處理的方法。
背景技術(shù)：
電化學(xué)機械研磨(ECMP)的技術(shù)用以借由電化學(xué)溶解而由一基板表面去除 傳導(dǎo)材料，而同時以較傳統(tǒng)研磨程序為弱的機械研磨對該表面進行研磨。ECMP 系統(tǒng)通常適用于借由反轉(zhuǎn)偏壓極性，而在基板上沉積傳導(dǎo)材料。借由在陽極與 基板表面之間施加偏壓，即可執(zhí)行電化學(xué)溶解，而將基板表面的傳導(dǎo)材料溶入 周圍的電解液。典型地，會借由進行處理的基板上的傳導(dǎo)性研磨材料，將偏壓 施加至基板表面。而基板與傳導(dǎo)性研磨材料間的相對運動，則有助于將傳導(dǎo)材 料由基板去除，而執(zhí)行研磨程序。
在許多傳統(tǒng)系統(tǒng)中，于傳導(dǎo)膜層執(zhí)行ECMP之后，會執(zhí)行用以去除阻擋層 的傳統(tǒng)化學(xué)機械處理。兩部分的處理程序(例，在單一系統(tǒng)上的ECMP及CMP) 須要不同的設(shè)備及處理消耗品，會導(dǎo)致成本增加。再者，因大部分的ECMP在 待處理的基板與已處理的表面間使用較低接觸壓力，因此當處理期間用以固持 基板的頭端被用在傳統(tǒng)CMP時(其典型需要較高的接觸壓力)，該等頭端將無法 提供高處理效能，而導(dǎo)致位于溝槽或其它特征中的傳導(dǎo)材料被高度侵蝕。因傳 統(tǒng)低壓CMP阻擋層處理的去除率通常低于100A/min，故使用低壓的傳統(tǒng)CMP 阻擋材料處理過程，并不適用于較大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)。因此，對一系統(tǒng)而言， 若可經(jīng)由電化學(xué)處理而去除阻擋材料(如，釕，鉭，硝酸鉭，鈦，硝酸鈦等)， 會很有助益。
因此，存在對用于金屬及阻擋材料的電化學(xué)處理的改良方法及裝置的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于電處理基板的方法，包含以小于約2磅/平方英寸 的力推壓基板使其抵靠著處理墊組件并且在互相接觸的所述基板和墊組件之 間提供相對運動；經(jīng)由電解液在所述處理墊的第一電極和在所述基板上暴露的 阻擋材料層之間建立到所述處理墊的第二電極的導(dǎo)電路徑；以及在第一電化學(xué) 處理步驟期間，在阻擋層處理工作站中，以電化學(xué)方式去除所述暴露層的一部 分。
其中所述第一電化學(xué)處理步驟進一歩包含在所述暴露的阻擋材料層被貫 穿時，或之前，檢測所述第一電化學(xué)處理步驟的終點；在第二電化學(xué)處理步驟 中，在所述阻擋層處理工作站中，電化學(xué)處理所述暴露的阻擋^"料層；以及檢 測所述第二電化學(xué)處理步驟的終點。
所述建立導(dǎo)電路徑的步驟進一步包含使電解液由所述第二電極下方流經(jīng) 所述處理墊組件而與所述基板接觸。
所述第二電化學(xué)處理步驟進一步包含檢測第一終點；以較慢速率電處理 所述基板；以及檢測代表殘留阻擋材料己從所述基板清除的第二終點。
檢測所述第一終點的所述步驟進一步包含檢測流經(jīng)所述基板與所述電極 之間的電流的第一中斷。
檢測所述第二終點的所述步驟進一步包含檢測流經(jīng)所述基板與所述電極 之間的電流的第二中斷。
所述電解液進一步包含催化劑和以下至少其中之一硫酸、磷酸、胺基酸、 有機胺、鄰苯二甲酸、有機石碳酸或砒碇甲酸或其衍生物。
所述電處理基板的方法進一步包含在所述處理系統(tǒng)內(nèi)，以電化學(xué)方式去 除設(shè)置在所述阻擋層上方的導(dǎo)電層。
所述阻擋材料為以下至少其中之一釕、鈦、鈦氮化物、鉭及鉭氮化物。
本發(fā)明提供一種電化學(xué)處理基板的方法，該基板具有暴露的導(dǎo)電層及位于 該導(dǎo)電層下的阻擋層，該方法包含在具有第一和第二電極的處理墊組件上設(shè) 置所述基板；在所述第一和第二電極之間建立導(dǎo)電路徑，所述導(dǎo)電路徑通過電 解液和所述基板上導(dǎo)電材料的暴露層限定，所述第一電極接觸所述導(dǎo)電材料而 所述第二層與所述導(dǎo)電材料隔開；在互相接觸的所述處理墊組f^和所述基板之
間提供拋光相對運動；在第一電化學(xué)處理步驟期間以電化學(xué)方式去除所述暴露 層的一部分；恰在所述暴露的導(dǎo)電材料層被貫穿時，或之前，檢測所述第一電 化學(xué)處理步驟的終點；在第二電化學(xué)處理步驟中電化學(xué)處理所述導(dǎo)電材料的暴 露層；檢測所述第二電化學(xué)處理歩驟的終點；通過電解液和所述阻擋層在所述 第一和第二電極之間建立導(dǎo)電路徑；在第一電化學(xué)阻擋層處理步驟期間以電化 學(xué)方式去除所述阻擋層的一部分；恰在所述阻擋材料層被貫穿時，或之前，檢 測所述第一電化學(xué)阻擋層處理步驟的終點；在第二電化學(xué)阻擋層處理步驟中電 化學(xué)處理所述阻擋材料；以及檢測所述第二電化學(xué)處理步驟的終點。
所述檢測所述阻擋層和導(dǎo)電材料處理步驟的終點的至少兩個的歩驟進一 歩包含檢測在所述基板和所述第二電極之間的電勢差的中斷。
所述檢測阻擋層和導(dǎo)電材料處理歩驟的終點的至少兩個的步驟進一步包 含檢測在所述基板和所述第二電極之間所測量的電流的中斷。
該電化學(xué)處理基板的方法進一步包含由電流中的變化確定所述導(dǎo)電材料 的殘留厚度。


因此，上文所達成且詳述的本發(fā)明實施例，可更特別參照后附圖標的繪 示實施例，做更細部的理解。然而，應(yīng)理解，附加圖標僅繪示本發(fā)明的典型實 施例，而本發(fā)明亦包含其它等效實施例，故不應(yīng)受限于其范圍。
圖1是電化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的平面圖2是圖1系統(tǒng)的第一電化學(xué)機械研磨(ECMP)工作站實施例的剖面圖； 圖3A是通過二個相接觸組件的大量ECMP工作站的側(cè)剖面圖； 圖3B-C是相接觸組件的另一實施例的剖面圖； 圖3D-E是栓塞的剖面圖4是相接觸組件的實施例的側(cè)面解構(gòu)剖面圖； 圖5是相接觸組件的實施例；
圖6是另一ECMP工作站的另一實施例的透視圖7是用于對傳導(dǎo)材料及阻擋材料進行電處理的方法的實施例流程圖8的圖繪示示范性電處理方法的實施例的電流及電壓對時間的曲線
圖9是用于對傳導(dǎo)材料進行電處理的方法的實施例流程圖； 圖IO是關(guān)于示范性電處理的電壓及電流曲線圖11是用于對傳導(dǎo)材料進行電處理的方法的另一實施例流程圖；及 圖12是用于示范性電處理的電流及電壓曲線圖。
具體實施例方式
本文揭示多個用于由基板去除傳導(dǎo)材料及阻擋材料的系統(tǒng)及方法的實施 例。雖然下文的實施例主要是針對將材料由(例如，研磨的)基板去除，然而應(yīng) 理解，可用以借由倒轉(zhuǎn)施加于系統(tǒng)的一基板及一電極間的電偏壓的極性，而電 鍍該基板。
設(shè)備
圖1是研磨系統(tǒng)100的實施例的平面圖，該系統(tǒng)具有用于對基板進行電 化學(xué)處理的裝置。示范系統(tǒng)100—般包括一制造接口 102， 一裝載機器人104， 及一研磨模塊106。該裝載機器人104設(shè)置于靠近制造接口 102與該研磨模塊 106之處，以促進基板122于該二者間的傳送。
為了易于控制系統(tǒng)100的模塊及整合，另架設(shè)一控制器108。該控制器 108包括一中央處理單元(CPU)110， 一存儲器112，及支持電路114。該控制 器108耦合至該系統(tǒng)100的多個組件，以幫助完成(例如)平坦化，清洗，及傳 送程序的控制。
該制造接口 102—般包括一清洗模塊116，及至少一晶片卡匣118。在該 晶片卡匣118，該清洗模塊116及一輸入模塊124之間，會利用一接口自動臂 120來幫助傳送基板122。為了助于基板122在研磨模塊106及制造接口 102 之間借由鉗子(例如，真空鉗或機械夾)傳送，故架設(shè)了該輸入模塊124。
該研磨模塊106包括至少一第一電化學(xué)機械研磨(ECMP)工作站128，其 設(shè)置于環(huán)控密室188?？烧{(diào)整并因而受惠于本發(fā)明的研磨模塊106的范例包括， MIRRA , MIRRAMESATM， REFLEXION , REFLEXION LK，及 REFLEXION LK ECMPTM化學(xué)機械研磨系統(tǒng)，以上皆可由美國加洲圣克拉 拉，Applied Materials, Inc.取得。其它包括使用處理墊，研磨網(wǎng)，或其組合物 的研磨模塊，或相對于研磨表面進行旋轉(zhuǎn)，直線或其它平面運動的研磨模塊，
亦可因本發(fā)明而調(diào)適受惠。
在圖l繪示的實施例中，研磨模塊106包括第一ECMP工作站128， 一 第二 ECMP工作站130及一第三ECMP工作站132。在第一 ECMP工作站128 處經(jīng)由電化學(xué)溶解程序可大量去除基板122上的傳導(dǎo)材料。大量去除第一 ECMP工作128的材料之后，殘留的傳導(dǎo)材料會在第二 ECMP工作站130，經(jīng) 由多步驟的電化學(xué)機械程序而去除，其中該多步驟程序中的部分會配置為去除 殘留的傳導(dǎo)材料。應(yīng)理解，在不同的工作站執(zhí)行大量去除程序之后，可用一個 以上的ECMP工作站來執(zhí)行多步驟的去除程序?；蛘撸谝患暗诙﨓CMP工 作站128， 130各者會用來在單一工作站上執(zhí)行大量及多歩驟傳導(dǎo)材料的去除。 亦應(yīng)理解，所有的ECMP工作站(例如，圖1中繪示的模塊106的三個工作站) 會配置為使用二步驟去除程序來對傳導(dǎo)層處理。
示范性研磨模塊106亦包括一轉(zhuǎn)運工作站136及一轉(zhuǎn)盤134，這皆置于 機械基臺140的上側(cè)或第一側(cè)138上。在一實施例中，運轉(zhuǎn)工作站136包括一 輸入緩沖工作站142， 一輸出緩沖工作站144， 一運轉(zhuǎn)自動臂146，及一裝載 杯狀組件148。該輸入緩沖工作站142會使用該裝載機器人104，接收來自制 造接口 102的基板。該裝載機器人104亦可用來將來自于該輸出緩沖工作站 144的已研磨基板，轉(zhuǎn)回至該制造接口102。該運轉(zhuǎn)自動臂146可用以移動基 板于該緩沖工作站142， 144，與該裝載杯狀組件148之間。
在一實施例中，該運轉(zhuǎn)自動臂146包括二握爪組件，各者具有氣動握爪， 可沿著該基板的邊緣抓住該基板。該運轉(zhuǎn)自動臂146將一已處理基板由該裝載 杯狀組件148傳送至該輸出緩沖工作站144之時，可同時將待處理的基板，由 該輸入緩沖工作站142傳送至該裝載杯狀組件148。美國專利案第6,156,124 號(頒證日2000/12/05予Tobin)描述了可用以獲利的運轉(zhuǎn)工作站范例。
轉(zhuǎn)盤134設(shè)置于基臺140中央。轉(zhuǎn)盤134典型地包括多個旋臂150，各 者支撐一研磨頭組件152。圖1以虛線繪示二旋臂150，以利于觀察運轉(zhuǎn)工作 站136及第一 ECMP工作站128的研磨表面126。轉(zhuǎn)盤134標以號碼，因此研 磨頭組件152可在研磨工作站128， 130， 132與運轉(zhuǎn)工作站136之間移動。美 國專利案第5,804,507號(頒證日1998/09/08予Perlov等人)描述了可用而改善 的轉(zhuǎn)盤。
于基臺之上設(shè)置一調(diào)節(jié)裝置182，而與研磨工作站128， 130， 132等各
者相鄰。該調(diào)節(jié)裝置182會周期性調(diào)節(jié)設(shè)置于工作站128， 130， 132的研磨材 料，以維持均勻的研磨結(jié)果。
圖2繪示置于第一 ECMP工作站128的實施例上的研磨頭組件152剖面 圖。可相同配置第二及第三ECMP工作站130， 132。該研磨頭組件152通常 包括一驅(qū)動系統(tǒng)202，其耦合至一研磨頭204。該驅(qū)動系統(tǒng)202通常至少可供 給研磨頭204旋轉(zhuǎn)運動。研磨頭204須另外經(jīng)由第一 ECMP工作站128而致 動，因而留在研磨頭204的基板122，會在處理期間，置于第一ECMP工作站 128的研磨表面128上。該驅(qū)動系統(tǒng)202會與提供信號給驅(qū)動系統(tǒng)202的控制 器108耦合，以用以控制研磨頭204的旋轉(zhuǎn)速率及方向。
在一實施例中，研磨頭可以是Applied Materials, Inc.所制造的TITAN HEAD 或TITAN PROFILER 晶片載具。通常，研磨頭204包括一外罩 214與固定環(huán)224，該環(huán)可限定出用來容納基板122的一中央凹槽。該固定環(huán) 224將置于研磨頭204內(nèi)的基板122框住，以免基板在處理過程由研磨頭204 底下滑出。該固定環(huán)224可由塑料，如PPS， PEEK等，或?qū)щ姴牧?，如不銹 鋼，銅，金，鈀等，或以上二種的組合物等材料制成。更應(yīng)理解，導(dǎo)電材質(zhì)的 固定環(huán)224可在ECMP期間施加電偏壓，以控制電場。導(dǎo)電材質(zhì)或施以偏壓 的固定環(huán)在靠近基板邊緣處，皆有減緩研磨速率的傾向。應(yīng)知悉，亦可利用其 它類型的研磨頭。
第一 ECMP工作站128通常包括一平臺組件230，在基臺140上設(shè)置為 可旋轉(zhuǎn)。該平臺組件230借由一軸承238支撐在基臺140上，因此該平臺組件 230可相對于該基臺140而旋轉(zhuǎn)。該基臺140中，被軸承238包圍的一區(qū)是開 放的，且可提供用于電信號，機械信號，氣動信號，控制信號及連接的導(dǎo)線管， 來與該平臺組件230通信。
為了在該基臺140與該旋轉(zhuǎn)平臺組件230之間耦合電信號，機械信號， 液體信號，氣動信號，控制信號與連接，因此設(shè)置了傳統(tǒng)的軸承，即旋轉(zhuǎn)接頭 及滑環(huán)，兩者合稱為旋轉(zhuǎn)耦合器276。該平臺組件230典型地會耦合到一馬達 232，這可使平臺組件230產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。該馬達232會耦合到控制器108， 其提供用以控制平臺組件230的轉(zhuǎn)速及方向的信號。
該平臺組件230的上表面260上方可支撐一處理墊組件222。該處理墊 組件可借由磁力，真空吸力，鉗力，黏著劑等，固定于該平臺組件230上。
在該平臺組件230中限定出一液槽206，以促進電解液在研磨表面126 的均勻分布。在該平臺組件230中會形成多個通路C詳情見下文)，以允許電解 液由電解液供應(yīng)源248通過該平臺組件230，均勻地流到該液槽206，而在處 理期間與基板122接觸。應(yīng)理解，在不同的處理階段期間，或不同的ECMP 工作站128， 130， 132,電解液成分就會不同。
該處理墊組件22包括一電極292，及至少一研磨部分290。該電極292 典型地包括一導(dǎo)電材料，如不銹鋼，銅，鋁，金，銀，更尤其是鎢。該電極 292可以是對電解液可導(dǎo)磁或不導(dǎo)磁的固體，或者多孔性的固體。至少一接觸 組件250會在處理墊組件222上方延伸，且可調(diào)適為在處理墊組件222上，將 基板電耦合至電源242。該電極292亦可耦合至電源242，是故可在基板與電 極292之間產(chǎn)生一電位。
為了檢測電化學(xué)處理的度量指式而設(shè)置了一儀表244。該儀表244可在 電源242與至少一電極292或接觸組件250之間耦合或設(shè)置。在一實施例中， 該儀表244會配置成提供具有處理的度量指示的控制器108，如，電荷，電流 及/或電壓。控制器108可利用該度量而依狀況調(diào)整處理參數(shù)，或用以達到終 點或做其它的程序階段檢測。
經(jīng)由處理墊組件222及/或平臺組件230會設(shè)置一窗口 246，且其配置成 允許一置于該處理墊組件222上方的傳感器254感測研磨效能的度量指示。例 如，傳感器254可以尤其是渦電流傳感器或干涉計。借由傳感器254供給控制 器108的度量，可提供用以依情況處理量變調(diào)整，終點檢測，或其它電化學(xué)處 理階段檢測的信息。在一實施例中，傳感器254即為能產(chǎn)生準直光束的干涉計， 在處理期間，會瞄準正在研磨的基板122且照射于其一側(cè)上。反射信號間的干 擾即可指示處理中的導(dǎo)電層物質(zhì)的厚度?？捎靡垣@利的一種傳感器描述于美國 專利案第5,893,796號，頒證日1999/04/13予Birang等人，在此以引用的方式 并入本文中。
適用于將傳導(dǎo)物質(zhì)由基板122去除的處理墊組件222的實施例，通常包 括一研磨表面126，其本質(zhì)上為電介質(zhì)。適用于將傳導(dǎo)物質(zhì)由基板122去除的 處理墊組件222的其它實施例通常包括一研磨表面126，其本質(zhì)上是有導(dǎo)電性 的。為了耦合該基板至電源，而設(shè)置了至少一接觸組件250，因此在處理期間， 該基板可相對于該電極292而產(chǎn)生偏壓。貫穿研磨層2卯的孔洞210可允許電 解液產(chǎn)生一傳導(dǎo)路徑，介于該基板122與電極292之間。
在一實施例中，處理墊組件222的研磨部分290是介電質(zhì)，如聚氨酯。 可調(diào)適為由本發(fā)明而獲益的處理墊組件的范例描述于美國專利申請案第 10/455,941號，申請日2003/06/06，申請人Y. Hu等人(發(fā)明名稱"CONDUCTIVE PLAN馬ZING ARTICLE FOR ELECTROCHEMICAL MECHANICAL PLANARIZING")，及美國專利申請案第10/455,895號，申請日2003/06/06， 申請人:Y. Hu.等人(發(fā)明名稱"CONDUCTIVE PLANARIZING ARTICLE FOR ELECTROCHEMICAL MECHANICAL PLANARIZING")。
圖3A是貫穿二接觸組件250的第一 ECMP工作站128的部面剖面圖， 及圖4A是圖3A所示的接觸組件250中的一者的側(cè)面解構(gòu)剖面圖。該平臺組 件230包括由其突出的至少一接觸組件250，該接觸組件250尚耦合至電源 242，其調(diào)適為在處理期間，對基板122表面施加偏壓。該接觸組件250會耦 合至平臺組件230，部分的處理墊組件222，或一分離組件。雖然圖3A顯示 了二個接觸組件250，然實質(zhì)上可使用任何數(shù)量的接觸組件，且相對于平臺組 件230的中央線，可作任意數(shù)量的結(jié)構(gòu)規(guī)劃。
該等接觸組件250通常會經(jīng)由該平臺組件230而電耦合至電源242，且 可動地至少部分穿過個別孔洞368而延伸，該等孔洞368形成于處理墊組件 222的中。該等接觸組件250的位置可選擇為在平臺組件230上，具有預(yù)設(shè)的 結(jié)構(gòu)規(guī)劃。為了完成預(yù)定程序，個別接觸組件250會再次定位于個別孔洞368 中，而不含有接觸組件的孔洞，則會如圖3D-E所示般，以阻塞物392堵住， 或以管嘴394填入，這可使電解液由液槽206流到該基板。美國專利申請案第 10/445,239號(申請日2003/05/23，申請人Butterfield等人)描述一種調(diào)適為因 本發(fā)明而獲益的接觸組件。
雖然下文關(guān)于圖3A而敘述的接觸組件250實施例，繪示了滾珠接觸物， 然而該接觸組件250亦可包括具有傳導(dǎo)上層，或具有適于使該基板122在處理 過程產(chǎn)生電偏壓，的結(jié)構(gòu)或組件，以做為替代。例如，如圖3B所繪示般地， 接觸組件250包括一墊狀結(jié)構(gòu)350，其具有以導(dǎo)電材料或?qū)щ娀旌衔?即，整體 散布導(dǎo)電元素或包括含上表面的材料)所制成的上層352，如，內(nèi)部散布有導(dǎo)電 粒子356的聚合物基質(zhì)354，尤其是導(dǎo)電涂布構(gòu)造。該墊狀結(jié)構(gòu)包括貫穿該結(jié) 構(gòu)而形成的至少一孔洞210，以使電解液流至該墊狀組件的上表面。美國專利
申請案第10/940,603號(申請日2004/09/14，申請人Mao等人)描述適用的接觸 組件的其它范例。
在一實施例中，該等接觸組件250的各者包括一空殼302， 一接合器304， 一珠狀物306， 一接觸組件314及一鉗合軸襯316。該珠狀物306的外表面具 有傳導(dǎo)性，且可動地置收于外殼302中。該珠狀物306可放置于一第一位置， 使珠狀物306至少部分突出該研磨表面126，及可放置于一第二位置，則珠狀 物306實質(zhì)上與該研磨表面126齊平。亦應(yīng)理解，可在該研磨表面126下完全 地移動該珠狀物306。該珠狀物306通常適用于將該基板122電耦合至電源 242。應(yīng)理解到，如圖3C所繪示般，用以使基板產(chǎn)生偏壓的多個珠狀物306， 可放置在單一外殼中。
電源242通?？稍谔幚磉^程中，提供珠狀物306正向電偏壓。在研磨基 板之間，電源可隨意地對該珠狀物306施加負偏壓，以將過程化學(xué)物質(zhì)對該珠 狀物306的傷害減到最小。
該空殼302可配置成導(dǎo)管，提供用于在處理期間，使電解液供應(yīng)源248 流入該基板122。該外殼302的制造可利用與過程化學(xué)物質(zhì)共存的介電質(zhì)。在 外殼302中所形成的支架326，可避免該珠狀物306由外殼302的第一端308 掉出。該支架326可隨機地包括形成于其內(nèi)側(cè)的至少一溝槽348，而允許液體 由該珠狀物306與該支架326之間流出該外殼302。維持液體流經(jīng)該珠狀物 306，即可使過程化學(xué)物質(zhì)對珠狀物306產(chǎn)生傷害的可能性減到最小。
該接觸組件314會在該鉗合軸襯316與該接合器304之間耦合。該接觸 組件314的配置通常為，使該接合器304與珠狀物306實質(zhì)地或完全地通過外 殼302內(nèi)的珠狀物位置范圍而連接。在一實施例中，該接觸組件314配置為彈 簧型式。
在圖3、圖4A-C及圖5中所繪示的實施例中，接觸組件314包括一由其 自身以極數(shù)組，伸出多個彎曲物344的環(huán)狀基臺342。該彎曲物344通常可由 適用于過程化學(xué)物質(zhì)的彈性導(dǎo)電材料所制成。在一實施例中，該彎曲物344 以鍍金鈹銅制成。
回到圖3A及圖4A-B，該鉗合軸襯316包括一喇叭頭424，該喇叭頭424 具有由其伸出的螺紋桿422。該鉗合軸襯316可由介電質(zhì)或?qū)щ姴牧?，或其組 合物制成，且在一實施例中，會由與外殼302相同的材料制成。該喇叭頭424
會以一與接觸組件250中央線所夾的銳角保持該等彎曲物344，因此該等接觸 組件314的彎曲物344會置放為遍布該珠狀物306的表面，則在接觸組件250 的裝設(shè)期間，經(jīng)由珠狀物306的運動邊緣時期，可避免對彎曲物344產(chǎn)生彎曲， 黏合及/或傷害。
該珠狀物306可以是實心或中空的，且典型地會由導(dǎo)電材料制成。例如， 該珠狀物306的材料可以是金屬，導(dǎo)電聚合物，或以導(dǎo)電材料(如，金屬，石 墨，尤其是導(dǎo)電材料)填充的聚合材料?；蛘?，該珠狀物306可由涂以導(dǎo)電材 料的實心或中空核所形成。該核可以不具傳導(dǎo)性，及且至少部分涂有導(dǎo)電物。
借由彈簧，浮力或流力中至少一者，該珠狀物306通?？申P(guān)于研磨表面 126而致動。在圖3中繪示的實施例中，經(jīng)由接合器304與鉗合軸襯316，及 來自電解液供應(yīng)源248的平臺組件230所形成的通道流動，可令該珠狀物306 與該基板在處理期間產(chǎn)生接觸。
圖6是第二 ECMP工作站130的實施例的剖面圖。第一及第三ECMP工 作站128， 132的配置是相似的。第二ECMP工作站130通常包括一平臺602， 支持完全導(dǎo)電的處理墊組件604。該平臺602的結(jié)構(gòu)相似于上述的平臺組件 230，可使電解液流過處理墊組件604，或，該平臺602在相鄰處會設(shè)置一液 體傳輸臂606，配置成供應(yīng)電解液到該處理墊組件604的研磨表面。該平臺組 件602包括至少一儀表244或傳感器254(如圖2所示般)，以促進其終端檢測。
在一實施例中，該處理墊組件604包括夾在一導(dǎo)電墊610與一電極614 中間的中介墊612。該導(dǎo)電墊610的頂端處理表面實質(zhì)上是具傳導(dǎo)性的，且通 常以導(dǎo)電材料或?qū)щ娀衔?即，導(dǎo)電組件整個分散于其中或包括含有研磨表 面的材料)制成，尤其是如，含導(dǎo)電粒子散布于其中的聚合物母體，或涂有導(dǎo) 電物質(zhì)的組織。該導(dǎo)電墊610，中介墊612，及電極614可制成單一可替換的 組件。該處理墊組件604通?？晌蚝屑毧祝栽试S電解液在電極614 與導(dǎo)電墊610頂端面620之間流動。在圖6繪示的實施例中，含細孔的處理墊 組件610具有孔洞622，以使電解液流通。在一實施例中，導(dǎo)電墊610包括一 導(dǎo)電材料，設(shè)置于一導(dǎo)電纖維上的聚合物母體上，例如，位于交織涂銅的聚合 物上的聚合物母體中的錫粒。該導(dǎo)電墊610亦可用于圖3C的實施例中的接觸 組件250。
會在該導(dǎo)電墊610與中介墊612之間額外設(shè)置一導(dǎo)電箔616。該箔616
耦合至電源242，且可提供由電源242供應(yīng)均勻分派的電壓到導(dǎo)電墊610。在 不包括導(dǎo)電箔616的實施例中，導(dǎo)電墊610會(例如)經(jīng)由與該墊610成一體的 終端，直接耦合到電源242。此外，該墊組件604包括一中介墊618，與該箔 616—起提供機械力到覆蓋的導(dǎo)電墊610。在適才引用的美國專利申請案第 10/455,941號及第10/455,895號中，描述了適用的墊組件的范例。
用以對金屬與阻擋層進行電處理的方法
圖7繪示用以對具有一暴露出來的導(dǎo)電層及其下阻擋層的物質(zhì)進行電處 理的方法700的實施例，而這可應(yīng)用于上述的系統(tǒng)100。該導(dǎo)電層可以是與或 銅，或具有鎢與銅兩者暴露的層，等。該阻擋層可以是釕，鉭，氮化鉭，鈦， 氮化鈦等。 一典型地是氧化物的介電層通常會位于該阻擋層下方。該方法700 亦可應(yīng)用在其它的電處理系統(tǒng)。該方法通常典型地會以軟件例程的方式，儲存 在控制器108的存儲器112內(nèi)。該軟件例程亦可由一第二 CPU(未示)儲存及/ 或執(zhí)行，該第二 CPU與借由該CPU110控制的硬件距離遙遠。
雖然本發(fā)明的程序已以軟件例程實施的方式描述的，然而某些本文所揭 露的方法歩驟除了在軟件控制器內(nèi)執(zhí)行外，亦可在硬件內(nèi)執(zhí)行。因此，本發(fā)明 在計算機系統(tǒng)上執(zhí)行時，即在軟件內(nèi)實施，在硬件內(nèi)實施時則作為應(yīng)用程序特 定的集成電路，或其它類型的硬件實施，或軟件與硬件的組合。
圖8繪示的圖表800，表示下文的示范性去除或研磨方法的實施例的電 流802及電壓804曲線。Y軸806標繪安培，而X軸808則標繪時間。
該方法700借由在基板122上形成的導(dǎo)電層上，執(zhí)行一種大量電化學(xué)處 理，由步驟702開始。在一實施例中，導(dǎo)電層是厚約6000-8000A的鉤層。大 量處理步驟702位于第一 ECMP工作站128。通常當導(dǎo)電層厚度約2000-500A 時，即會終止大量處理步驟702。
接著，會執(zhí)行一種多步驟的電化學(xué)清洗步驟704，以去除殘留的鉤，而 暴露位于下方的阻擋層，而這在一實施例中，則是鈦或氮化鈦。在第一ECMP 工作站128上，或在其它工作站130， 132中的一者上，可執(zhí)行清洗步驟704。
在清洗步驟704之后，即執(zhí)行一種電化學(xué)阻擋去除步驟706。典型地， 電化學(xué)阻擋去除步驟706會在第三ECMP工作站132上執(zhí)行，但亦可在其它 ECMP工作站128， 130中的一者上執(zhí)行。
在一實施例中，大量處理步驟702借由移動留在研磨頭204的基板122， 越過置于第一 ECMP工作站128的處理墊組件222，而由歩驟712開始。雖然 在一實施例中會利用圖2、圖3A、圖4A-C及圖5的墊組件，應(yīng)理解，亦可利 用圖3B-C中描述中墊及接觸組件。在步驟714中，研磨頭204會朝向平臺組 件222方向降低，以令基板122與墊組件222的頂表面接觸。該基板122會以 約小于每平方英寸2磅的力，對著該墊組件222推進。在一實施例中，這個力 約是每平方英寸0.3磅。
在步驟716，在該基板122與處理墊組件222之間進行相對運動。在一 實施例中，研磨頭204以每分鐘30-60轉(zhuǎn)的角速度旋轉(zhuǎn)，而該墊組件222則以 每分鐘約7-35轉(zhuǎn)的角速度旋轉(zhuǎn)。
步驟718中，供應(yīng)電解液到處理墊組件604，以建立通過該基板122與 該電極614之間的導(dǎo)電路徑。該電解液典型地包括硫酸，磷酸，及檸檬酸銨的 中至少一者。
步驟720中，電源242會在該墊組件222頂表面與該電極292之間提供 偏壓。在一實施例中，該電壓須維持在小于約3.5伏特的穩(wěn)定強度。在處理銅 材料的另一實施例中，電壓須維持在小于約3.0伏特的穩(wěn)定強度。該墊組件222 的至少一接觸組件250會與該基板122接觸，且允許電壓與的耦合。填充處于 電極292與基板122間的孔洞210的電解液，可在電源242與基板122之間提 供一導(dǎo)電路徑，以驅(qū)動一電化學(xué)機械研磨程序，而在歩驟722借由陽離子溶化 方法，除去鎢材料或其它基板上的導(dǎo)電薄膜。步驟722的程序的除鎢速率大約 是4000 A/min。使用上述銅處理參數(shù)的步驟722的程序的除銅速率大約是6000 A/min。
步驟724判定大量電處理的終點。終點的判定可使用儀表244所提供的 第一處理度量。該儀表244可提供電荷，電壓，或電流信息，用以判定基板上 的導(dǎo)電材料(例，鎢或銅層)的殘留厚度。在另一實施例中會利用光學(xué)技術(shù)，例 如，利用傳感器254的干涉計。直接測量，或借由從一預(yù)設(shè)的初始薄膜厚度減 去去除的材料量，即可算出殘留的厚度。在一實施例中，可借由比較由該基板 去除的電荷與關(guān)于預(yù)設(shè)面積的基板的目標電荷量，即可判定終點。在美國專利 申請案第10/949,160號(申請日2004/09/24)，第10/056,316號(申請日2002/01/22) 及第10/456,851號(申請日2002/06/06)中，描述了可用以判定終點的技術(shù)的范例。下文會參照圖9-12，描述可由本文描述的方法受益的其它終點技術(shù)。
歩驟724可配置成在鎢層破掉之前，先檢測到程序終點。在一實施例中， 步驟724的殘留鎢層的厚度約為500到2000人之間。
一種清洗處理步驟704由步驟726開始，即移動留在研磨頭204的基板， 通過第二 ECMP工作站130的處理墊組件604。歩驟728中，研磨頭204會朝 著平臺組件602降低，以令該基板122與該墊組件604的頂表面接觸。雖然在 一實施例中利用了圖6的墊組件，應(yīng)理解，亦可利用圖2、圖3A-C、圖4A-C 及圖5中描述的接觸組件。該基板122會以約小于每平方英寸2磅的力，對著 該墊組件604推進。在另一實施例中，這個力約不大于每平方英寸0.3磅。
步驟729中，進行該基板122與處理墊組件222之間的相對運動。在一 實施例中，研磨頭204以每分鐘30-60轉(zhuǎn)的角速度旋轉(zhuǎn)，而該墊組件222則以 每分鐘約7-35轉(zhuǎn)的角速度旋轉(zhuǎn)。
步驟730中，供應(yīng)電解液到處理墊組件604，以建立通過該基板222與 該電極614之間的導(dǎo)電路徑。步驟730的電解液成分典型地與歩驟722者相同。
在步驟731的第一清洗處理中，電源242會在該墊組件604頂表面與該 電極614之間提供第一偏壓。在一實施例中，該偏壓須維持在約1.5至約2.8 伏特的強度范圍，以用于鎢處理，而在另一實施例中，電壓須維持在小于約 2.8伏特，以用于銅處理。這個電壓差，可使電流通過充滿位于電極614與基 板122與間的孔洞622的電解液，以驅(qū)動一電化學(xué)機械研磨程序。步驟731 的程序是約1500 A/min的除鎢速率，及約2000 A/min的除銅速率。
步驟732判定電處理步驟731的終點。終點的判定可使用儀表244或傳 感器254所提供的第一處理度量。在一實施例中，可使用該儀表244感測的電 流而檢測一第一中斷810,來判定終點。該中斷810出現(xiàn)在下層開始貫穿導(dǎo)電 層(例，鎢層)之時。當下層具有較鎢層更高的電阻時，處理單元(g卩，由基板導(dǎo) 電部分到電極292的部分)的電阻，會隨著鉤層的面積相對于下層暴露面積的 改變，而造成電流的變化。
響應(yīng)步驟732的終點檢測，會執(zhí)行步驟734的第二清洗處理，以去除殘 留的鎢層。該基板會以約小于每平方英寸2磅的力，對著該墊組件推進，而在 另一實施例中，該基板會以不大于于每平方英寸約0.3磅的力，對著該墊組件 推進。步驟734中，會由電源242提供一第二電壓。該第二電壓會小于等于步
驟730中所施加的電壓。在一實施例中，該第二電壓約1.5至約2.8伏特。該 電壓會維持在穩(wěn)定強度，且通過填充位于該電極614與該基板122間的孔洞 622中的電解液，以驅(qū)動一種電化學(xué)機械研磨程序。通常，步驟734程序中， 去除銅及鎢兩者的程序皆是約500至約1200 A/min的去除率。
步驟736中會判定第二清洗步驟734的終點。終點的判定可使用儀表244 或傳感器254所提供的第二處理量值，來判定終點。在一實施例中，會借由儀 表244所感測的電流來檢測電壓的第二中斷812，而判定終點。該中斷812出 現(xiàn)于當下層之間的面積比，經(jīng)由該鎢層(其余留在形成于基板122的特制件中， 例，栓塞或其它結(jié)構(gòu))而完全暴露之時。
可隨機執(zhí)行步驟738的第三清洗處理，以由導(dǎo)電層去除任何殘留的碎屑。 該第三清洗處理歩驟738典型地是一計時程序，及在等于或小于步驟734的第 二清洗處理的電壓電平之下執(zhí)行。在一實施例中，步驟738的第三清洗處理(亦 稱為一過度研磨歩驟)的持續(xù)時間約為15至30秒。
一種電化學(xué)阻擋去除步驟706由步驟740開始，借由移動殘留在研磨頭 204中的基板，通過置于第三ECMP工作站1132的處理墊組件604。在歩驟 741中，研磨頭204會朝向該平臺組件602降低，以令該基板122與該墊組件 604的頂表面接觸。雖然在一實施例中利用圖6的墊組件，然而應(yīng)理解，亦可 替代地利用圖2、圖3A-C、圖4A-C及圖5中所描述的墊與接突組件。在該基 板122上暴露的阻擋材料，會以小于約每平方英寸2磅的力，對著該墊組件 604，而在一實施例中，則是每平方英寸小于約0.8磅。
歩驟742中，提供了該基板122與該處理墊組件222之間的相對運動。 在一實施例中，該研磨頭204會以約每分鐘30-60轉(zhuǎn)的角速度旋轉(zhuǎn)，而該墊組 件22則以約每分鐘7-35轉(zhuǎn)的角速度旋轉(zhuǎn)。
在步驟744中，會供應(yīng)電解液到該處理墊組件604，以建立通過該基板 12與該電極614間的導(dǎo)電路徑。用于阻擋去除的電解液成分會與用于去除鎢 的電解液不同。在一實施例中，第一ECMP工作站132所提供的電解液成分， 包括磷酸或硫酸及一催化劑。該電解液亦可調(diào)適為防止或抑制在阻擋層上的氧 化反應(yīng)。為了活化鈦或其它阻擋層會選擇適當?shù)拇呋瘎?，以選擇性地與錯合劑 反應(yīng)，是故可輕易地去除及/或溶解該阻擋層，而損失最少或不損失銅或鎢。 該電解液成分可額外包括酸堿性調(diào)節(jié)劑及螫合劑，如，胺基酸，有機胺，及鄰
苯二甲酸或其它有機石碳酸，砒碇甲酸，或其衍生物。該電解液可隨機地含有 研磨物。研磨物可依需求去除部分的下層氧化層。
在第一阻擋程序歩驟746中，會由電源242提供偏壓至該墊組件604的 頂表面與該電極614之間。該電壓會維持在約1.5至約3.0伏特的范圍的穩(wěn)定 強度。經(jīng)由充滿在位于該電極614與該基板122間的孔洞的電解液，可建立一 導(dǎo)電路徑，以驅(qū)動一電化學(xué)機械研磨程序。步驟746的程序的除鈦速率通常為 約500至約1000 A/min。可比得上關(guān)于其它阻擋材料的去除速率。
步驟748判定電處理步驟746的終點?？墒褂糜蓛x表244或傳感器254 所提供的第一處理量值來判定終點。電化學(xué)阻擋去除步驟706的電流及電壓紀 錄曲線即是圖8的曲線802， 804，且就其本身而論，已為達簡潔而省略。在 --實施例中，可使用該儀表244所感測的電流而檢測一第一中斷，來判定步驟 748的終點。該第一中斷出現(xiàn)在下層(典型地是氧化物)開始穿破該阻擋層之時。 當下層氧化層的電阻與該阻擋層不同時，處理單元間的電阻改變會與阻擋層不 同。
步驟748響應(yīng)終點檢測，會執(zhí)行一第二清洗處理步驟750，以去除殘留 的鎢層。在步驟750，會由電源242提供一第二電壓。該第二電壓會小于等于 第一阻擋清洗歩驟746的電壓。在一實施例中，該電壓值約為1.5至2.5伏特。 該電壓會維持在穩(wěn)定強度，且會令電流通過充填在位于該電極614與該基板 122間的孔洞622的電解液，以驅(qū)動電化學(xué)機械研磨程序。步驟750程序的去 除速率通常小于第一阻擋程除步驟746的300至600 A/min。
在步驟752判定電處理步驟750的終點?？墒褂糜蓛x表244或傳感器254 所提供的第二處理量值來判定終點。在一實施例中，可使用該儀表244所感測 的電流而檢測一第二中斷，來判定終點。該第二中斷出現(xiàn)在氧化層間的面積比 值經(jīng)由阻擋層(余留在形成于基板122中的特制件中。)而完全暴露之時。
可隨機地執(zhí)行一種第三清洗處理步驟754，以由阻擋層去除任何殘留的 碎屑。該第三清洗處理步驟754典型地是一計時程序，且可使用小于等于第二 清洗處理步驟750的電壓電平來執(zhí)行。在一實施例中，該第三潔潔程序步驟 754(亦稱作過度研磨步驟)的持續(xù)時間為約15至約30秒。
圖7繪示用以對導(dǎo)電材料進行電處理的方法700的實施例，該導(dǎo)電材料 例如，銅，鎢，鉭，氮化鉭，鈦，氮化鈦，等，這皆可用于上述的系統(tǒng)100
中。該方法700亦可用在其它的電處理系統(tǒng)。該方法700通常儲存在控制器
108的存儲器112中，典型地做為一軟件例程。 一第二 CPU(未示)亦可儲存及/ 或執(zhí)行該軟件例程，該第二 CPU與被CPU110所控制的硬件距離遙遠。
該方法開始于步驟702，即在形成于該基板122上的導(dǎo)電層(例如，銅) 上執(zhí)行一種大量電化學(xué)處理。在一實施例中，該大量處理步驟702位于該第一 ECMP工作站128。該大量處理步驟702通常終止于導(dǎo)電層厚度為約2000至 1000人之時。
接著，會執(zhí)行一種多步驟電化學(xué)清洗步驟704，以去除殘留的銅材料， 暴露出下層的阻擋層，典型地為鉭，氮化鉭，鈦，氮化鈦，等。該清洗步驟 704可在第一ECMP工作站128上執(zhí)行，或在其它工作站130， 132中的一者 上執(zhí)行。
該清洗歩驟704之后，即執(zhí)行一種電化學(xué)阻擋去除歩驟706。典型地， 會在該第三ECMP工作站132上執(zhí)行該電化學(xué)阻擋去除步驟706，但亦可在其 它ECMP工作站128， 130中的一者上執(zhí)行。
在一實施例中，大量處理步驟702會由步驟712開始，即移動余留在 該研磨頭204的基板122，通過置于該第一 ECMP工作站128的處理墊組件 222。雖然在一實施例中利用了圖2、圖3A、圖4A-C及圖5的墊組件，然應(yīng) 理解，亦可替代地利用圖3B-C及圖6中繪示的墊與接觸組件。在步驟714中， 該研磨頭204會朝向該平臺組件230降低，以令該基板122與該墊組件222 的頂表面接觸。在一實施例中，該基板122會以小于每平方英寸2英磅的力， 壓向該墊組件222。
步驟716中，會在該基板122與該處理墊組件222之間進行相對運動。 在一實施例中，該研磨頭204會以小于約每分鐘50轉(zhuǎn)的角速度旋轉(zhuǎn)，而該墊 組件222則會以至少每分鐘50轉(zhuǎn)的角速度旋轉(zhuǎn)。
步驟718中，會供應(yīng)電解液到該處理墊組件222，以在該基板122與該 電極222之間建立一導(dǎo)電路徑。在步驟719中，會由電源242提供電流，而流 經(jīng)該墊組件222的頂表面與該電極294之間。在一實施例中，該電流會維持在 約4至5安培的范圍的穩(wěn)定強度。實質(zhì)上，會同時執(zhí)行步驟716， 718及719。
在對鎢處理的實施例中，為了獲得相同的去除速率，電流必須是銅處理 所需的三倍。例如，步驟719可提供約12至約15安培的電流，來去除鎢導(dǎo)電
層。
該墊組件222的頂表面會與該基板122接觸，且可允許電流與的耦合。 填充在位于該電極292與該基板122間的孔洞210的電解液，可在該電源242 與該基板122之間提供一導(dǎo)電路徑，以驅(qū)動一電化學(xué)機械研磨程序，而借由步 驟720的陽離子溶解方法，去除該基板122表面上的導(dǎo)電材料(如，銅)。步驟 720程序的去除速率通常為6000 A/min。
在歩驟722判定大量電處理的終點。可使用由儀表244所提供的第一處 理量值，來判定終點。該儀表244可提供電荷，電壓，或電流信息，用以判定 基板上的導(dǎo)電材料(例，銅層)的殘留厚度。在另一實施例中，會利用干涉計技 術(shù)，例如，利用傳感器254的干涉計。直接測量，或借由從一預(yù)設(shè)的初始薄膜 厚度減去去除的材料量，即可算出殘留的厚度。在一實施例中，可借由比較由 該基板去除的電荷與關(guān)于預(yù)設(shè)面積的基板的目標電荷量，即可判定終點。在美 國專利申請案第10/056,316號(申請日2002/01/22)，第10/456,851號(申請日 2002/06/06)中，描述了可用以判定終點的技術(shù)的范例。
步驟722可配置成在鎢層破掉之前，先檢測到程序終點。在一實施例中， 步驟722的殘留銅層的厚度約為1000到2000人之間。
此刻額外參照圖8所繪示的電流及電壓曲線802， 804的圖表800，描述 該清洗處理步驟704的實施例。Y軸806標繪安培，而X軸808標繪時間。
該清洗處理步驟704由步驟724開始，即移動留在研磨頭204的基板122， 通過第二 ECMP工作站130的處理墊組件604。歩驟726中，研磨頭204會朝 著平臺組件602降低，以令該基板122與該墊組件604的頂表面接觸。雖然在 一實施例中利用了圖6的墊組件，應(yīng)理解，亦可利用圖2、圖3A-C、圖4A-C 及圖5中描述的墊與接觸組件。步驟728中，會供應(yīng)電解液到該處理墊組件 604，以建立通過該基板122與該電極614間的傳導(dǎo)路徑。
在第一清洗處理步驟730，由電源242提供一第一電流，且會流經(jīng)該墊 組件604頂表面與該電極614之間。在一實施例中，電流(以曲線802)繪示會 維持在約5至約4安培的穩(wěn)定強度，且會流經(jīng)填充位于該電極614與該基板 122間的孔洞622的電解液，以驅(qū)動一電化學(xué)機械研磨程序。步驟730程序的 去除速率通常與步驟722者相同。
步驟732判定電處理步驟730的終點。終點的判定可使用儀表244或傳
感器254所提供的第一處理度量，來判定終點。在一實施例中，該儀表244 可提供感測到的電壓，來檢測一第一中斷810,而判定終點。該第一中斷810 出現(xiàn)在下層開始貫穿導(dǎo)電層(例，銅層)之時。當下層具有較銅層更高的電阻時， 處理單元(g卩，由基板導(dǎo)電部分到電極292的部分)間的電阻，會隨著銅層的面 積相對于下層暴露面積的改變，而造成電阻的變化。
在鎢去除程序中，因為鎢與下層氮化鈦材料間的反射度相近，得使傳統(tǒng) 光學(xué)檢測不易進行，是故利用電流(或電壓)來判定終點的撿測尤其有用。
響應(yīng)步驟732的終點檢測，可執(zhí)行一第二清洗處理步驟734，以去除殘 留的銅層。在步驟734，電源242會提供一第二電流。該電流會維持在小于歩 驟730的電流的穩(wěn)定強度，且流經(jīng)填充該電極614與該基板122間的孔洞620 的電解液，以驅(qū)動一電化學(xué)機械研磨程序。例如，可提供約1.5至約4.5安培 的范圍的電流。步驟734程序的去除速率通常約為500至約1500 A/min。在轉(zhuǎn) 處理中，該電流范圍約為4.5至約13.5安培，以獲得500-2000 A/min的去除 速率。
在步驟736判定電處理步驟734的終點。終點的判定可使用儀表244或 傳感器254所提供的第二處理度量，來判定終點。在一實施例中，該儀表244 感測到的電壓，可檢測一第二中斷812，而判定終點。該第二中斷812出現(xiàn)在 下層完全暴露，且余留的銅層實質(zhì)上位于形成于基板122中的特制件中(例， 銅線及通道)之時。
可隨機地執(zhí)行一第三清洗處理步驟738，以由該導(dǎo)電層去除任何殘留的 碎屑。該第三清洗處理步驟738典型地是一計時程序，且可在小于等于第二清 洗處理步驟732的電流電平下執(zhí)行。在一實施例中，該第三清洗處理步驟 738(亦稱為過度研磨步驟)的持久時間約為15至30秒。在步驟738期間，電 流可降低至小于用于先前處理步驟的電流電平，例如，低至約0.5至3安培。
電化學(xué)阻擋去除步驟706開始于步驟740，即移動余留在該研磨頭204 的基板122，通過設(shè)置于該第三ECMP工作站132的處理墊組件604。在步驟 742，該研磨頭204會朝向該平臺組件602降低，以令該基板122與該墊組件 604的頂表面接觸。雖然在一實施例中利用了圖6的墊組件，然而應(yīng)理解，亦 可替代地利用第2、 3A-C、 4A-C及5圖中繪示的墊與接觸組件。在一實施例 中，該基板122會以小于每平方英寸2磅的力，壓向該墊組件604。在步驟744，
會供應(yīng)電解液至該處理墊組件604，以在該基板122與該電極614之間建立一 導(dǎo)電路徑。用于阻擋去除的電解液與用于銅程除的電解液不同。
在一實施例中，在第三ECMP工作站132提供的電解液成分包括磷酸或 硫酸，及一催化劑。該電解液亦可調(diào)適為防止或抑制在阻擋層上的氧化物形成。 為了活化鈦或其它阻擋層會選擇適當?shù)拇呋瘎赃x擇性地與錯合劑反應(yīng)，是 故可輕易地去除及/或溶解該阻擋層，而損失最少的或不損失銅或鎢。該電解 液成分可額外包括酸堿性調(diào)節(jié)劑及螫合劑，如，胺基酸，有機胺，及鄰苯二甲 酸或其它有機石碳酸，砒碇甲酸，或其衍生物。該電解液可隨機地含有研磨物。 研磨物可依需求去除部分的下層氧化層。
在第一阻擋層處理歩驟746中，電源242會提供一第一電流，且流經(jīng) 該墊組件604的頂表面與該電極614之間。在一實施例中，該電流會維持在約 1.5至約6安培的范圍的穩(wěn)定強度，且流經(jīng)填充在位于該電極614與該基板122 間的孔洞620的電解液，以驅(qū)動一電化學(xué)機械研磨程序。步驟746程序的去除 速率通常約為500-2000 A/min。
步驟748判定電處理步驟746的終點。終點的判定可使用儀表244或傳 感器254所提供的第一處理度量，來判定終點。該電化學(xué)阻擋去除步驟706 的電流及電壓曲線繪示于圖8的圖表中，且就其本身而論，則因簡潔而略去。 在一實施例中，該儀表244所感測的電壓，可檢測一第一中斷，而判定歩驟 748的終點。該第一中斷出現(xiàn)在下層(典型地為氧化物)開始貫穿阻擋層之時。 當下層氧化層具有較阻擋層更高的電阻時，處理單元間的電阻會與阻擋層不 同。
響應(yīng)步驟748的終點檢測，可執(zhí)行一第二清洗處理歩驟750，以去除殘 留的銅層。在步驟748，電源242會提供一第二電流。該電流會維持在小于步 驟746的電流的穩(wěn)定強度，且流經(jīng)填充該電極614與該基板122間的孔洞620 的電解液，以驅(qū)動一電化學(xué)機械研磨程序。例如，在一實施例中，可提供約 3.5至約2.5安培的范圍的電流。步驟748程序的去除速率通常約為1000 A/min。
在步驟752判定電處理步驟750的終點。終點的判定可使用儀表244或 傳感器254所提供的第二處理度量，來判定終點。在一實施例中，該儀表244 感測到的電壓，可檢測一第二中斷，而判定終點。該第二中斷出現(xiàn)在氧化層完 全暴露之時。
可隨機地執(zhí)行一第三清洗處理步驟754，以由該阻擋層去除任何殘留的
碎屑。該第三清洗處理步驟738典型地是一計時程序，且可在小于等于第二清 洗處理歩驟746的電流電平下執(zhí)行。在一實施例中，該第三清洗處理步驟 754(亦稱為過度研磨歩驟)的持久時間約為15至30秒。
圖9是關(guān)于一種電化學(xué)處理的方法900的另一實施例流程圖。除了借由 圖IO所示的電流與電壓曲線1002， 1004的圖表1000，即電流242所供給的 穩(wěn)定電壓所驅(qū)動，該電化學(xué)處理該方法900實質(zhì)上與上述的方法800是相同的。 Y軸1006標繪安培，而X軸1008則標繪時間。
在一實施例中，該方法開始于步驟卯2，即在形成于該基板122上的導(dǎo) 電層(例， 一銅層)上，執(zhí)行一種大量電化學(xué)處理。該大量處理步驟卯2通常會 終止于導(dǎo)電層厚度為約2000至1000 A之時。
接著，會執(zhí)行一種多步驟電化學(xué)清洗歩驟904，以去除余留的銅材料， 使下層阻擋層暴露出來。在該第一ECMP工作站128上，或者在其它ECMP 工作站130， 132中的--者上，可執(zhí)行該清洗步驟904。在清洗步驟904之后， 即執(zhí)行一種電化學(xué)阻擋去除步驟906。典型地，會在該第三ECMP工作站132 上執(zhí)行該電化學(xué)阻擋去除步驟906，但亦可替代地在其它ECMP工作站128， 130中的一者上執(zhí)行的。
在一實施例中，該大量處理步驟902實質(zhì)上與上述的大量處理步驟702 是相同的。該大量處理步驟702實質(zhì)上利用電源242所提供的穩(wěn)定電壓，來驅(qū) 動該電化學(xué)處理。在一實施例中，該電壓會實質(zhì)上維持在約1至約4伏特的范 圍的穩(wěn)定強度。該大量電處理的終點可如上述般判定，例如，在其它用于終點 檢測的方法的中，尤其是可借由加總由該導(dǎo)電層去除的電荷。應(yīng)注意的是，在 繪示于曲線1002左側(cè)的該第一處理步驟期間，當導(dǎo)電層變薄時，電流會減少。 這在去除鎢時尤其明顯，故因此，該曲線斜率可用以判定該導(dǎo)電層的去除速率 或殘留厚度。厚度對電流改變的信息可憑經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)或計算得到，且可儲存于該 控制器108可存取的數(shù)據(jù)庫中，該控制器108用在終點檢測，去除量變控制， 或其它過程控制。
此刻執(zhí)行清洗處理步驟904。除了電化學(xué)處理會以穩(wěn)定電壓驅(qū)動的外， 該清洗處理步驟904與上述的步驟904是相同的。在一實施例中，該電壓在大 量與清洗處理步驟902， 904間是穩(wěn)定的。在另一實施例中，驅(qū)動該清洗處理
步驟904的電壓會小于先前的處理歩驟。
借由該儀表244所監(jiān)控的電流曲線1002，可檢測一第一中斷1010，而判 斷該處理步驟904的第一終點。亦可使用其它方法判定該第一終點。該第一中 斷1010的檢測表示該銅層被貫穿。
借由檢測電流曲線1002的第二中斷1012，即可判斷該處理步驟904的 第二終點?？墒褂闷渌娲椒ㄅ袛嘣摰诙K點。該第二中斷可判斷該銅層的 清洗。在借由該第二中斷1012判斷第二終點的檢測之后，可隨機地在清洗處 理步驟904期間，執(zhí)行一種計時過度研磨步驟。
除了以實質(zhì)上穩(wěn)定的電壓驅(qū)動該電化學(xué)處理以外，該電化學(xué)阻擋去除步 驟906實質(zhì)上與上述的阻擋去除步驟706是相同的。該電壓通常實質(zhì)上維持在 不大于用于步驟902， 904的電壓的穩(wěn)定強度。在一實施例中，該電壓會維持 在實質(zhì)上小于約3伏特的穩(wěn)定強度，以用于至少大部分的阻擋去除。該電壓可 隨機地因阻擋去除程序的殘留去除部分而降低。
因此，本發(fā)明提供一種用于對一基板進行電化研磨的改良裝置及方法。 該裝置可有助于使用單一工具，即可由一基板有效率地去除大量及殘留的金屬 與阻擋材料。關(guān)于完整順序的金屬與阻擋去除的電化學(xué)處理的利用，在處理期 間，最少氧化損失之下，可對導(dǎo)體提供低度侵蝕及毀損。應(yīng)理解，本文所教示 描述的方法及裝置，可用以借由使施加到該電極及該基板的偏壓極性變?yōu)橄?反，而使材料沉積在一基板上。
上文皆針對本發(fā)明的實施例而描述，然而，在不違反本發(fā)明的基本范圍 之下，亦可設(shè)計其種種實施例，且下文的權(quán)利要求可判定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于電處理基板的方法，包含以小于約2磅/平方英寸的力推壓基板使其抵靠著處理墊組件，并且在所述基板和與之相接觸的墊組件之間提供運動；在經(jīng)由電解液的所述處理墊的第一電極和在所述基板上暴露的阻擋材料層之間建立到所述處理墊的第二電極的導(dǎo)電路徑；以及在阻擋層處理工作站中的第一電化學(xué)處理步驟期間，以電化學(xué)方式去除所述暴露層的一部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一電化學(xué)處理步驟 進一步包含在所述暴露的阻擋材料層被貫穿時，或之前，檢測所述第一電化學(xué)處理步 驟的終點；在所述阻擋層處理工作站中的第二電化學(xué)處理步驟中，電化學(xué)處理所述暴 露的阻擋材料層；以及檢測所述第二電化學(xué)處理步驟的終點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立導(dǎo)電路徑的歩驟 進一步包含使電解液由所述第二電極下方流經(jīng)所述處理墊組件而與所述基板接觸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二電化學(xué)處理步驟 進一步包含檢測第一終點；以較慢速率電處理所述基板；以及檢測表示殘留阻擋材料己從所述基板清除的第二終點。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，檢測所述第一終點的所述 步驟進一步包含檢測流經(jīng)所述基板與所述電極之間的電流的第一中斷。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，檢測所述第二終點的所述步驟進一步包含檢測流經(jīng)所述基板與所述電極之間的電流的第二中斷。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電解液進一步包含催 化劑和以下至少其中之一硫酸、磷酸、胺基酸、有機胺、鄰苯二甲酸、有機 石碳酸或砒碇甲酸或其衍生物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包含 在所述處理系統(tǒng)內(nèi)，以電化學(xué)方式去除設(shè)置在所述阻擋層上方的導(dǎo)電層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻擋材料為以下至少 其中之一釕、鈦、鈦氮化物、鉭及鉭氮化物。
10. —種電化學(xué)處理基板的方法，該基板具有暴露的導(dǎo)電層及位于該導(dǎo)電 層下的阻擋層，該方法包含在具有第一和第二電極的處理墊組件上設(shè)置所述基板；在所述第一和第二電極之間建立導(dǎo)電路徑，所述導(dǎo)電路徑通過電解液和所 述基板上導(dǎo)電材料的暴露層限定，所述第一電極接觸所述導(dǎo)電材料，而所述第 二層與所述導(dǎo)電材料隔開；在所述處理墊組件和與之相接觸的所述基板之間提供拋光運動； 在第一電化學(xué)處理步驟期間以電化學(xué)方式去除所述暴露層的一部分； 恰在所述暴露的導(dǎo)電材料層被貫穿時，或之前，檢測所述第一電化學(xué)處理 歩驟的終點；在第二電化學(xué)處理歩驟中電化學(xué)處理所述導(dǎo)電材料的暴露層； 檢測所述第二電化學(xué)處理步驟的終點；通過電解液和所述阻擋層在所述第一和第二電極之間建立導(dǎo)電路徑； 在第一電化學(xué)阻擋層處理步驟期間以電化學(xué)方式去除所述阻擋層的一部分；恰在所述阻擋材料層被貫穿時，或之前，檢測所述第一電化學(xué)阻擋層處理 步驟的終點；在第二電化學(xué)阻擋層處理步驟中電化學(xué)處理所述阻擋材料；以及 檢測所述第二電化學(xué)處理步驟的終點。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述檢測所述阻擋層和 導(dǎo)電材料處理步驟的至少兩個終點的步驟進一步包含檢測在所述基板和所述第二電極之間的電勢差的中斷。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述檢測阻擋層和導(dǎo)電材料處理步驟的至少兩個終點的歩驟進一步包含檢測在所述基板和所述第二電極之間所測量的電流的中斷。 13.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，進一歩包含: 由電流中的變化確定所述導(dǎo)電材料的殘留厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于對金屬及阻擋材料進行電化學(xué)處理的方法及裝置。在一實施例中，一種用以對基板進行電化學(xué)處理的方法，至少包含以下步驟經(jīng)由一位于該基板上方的暴露阻擋材料層與一電極間的電解液，建立一導(dǎo)電路徑，以小于約2磅/平方英寸的力，推壓該基板使抵靠著一處理墊組件，在該彼此接觸的基板與墊組件之間產(chǎn)生相對運動，及在一第一電化學(xué)處理步驟期間，在一阻擋層處理工作站中，以電化學(xué)方式去除該暴露層的一部分。
文檔編號B23H5/00GK101172310SQ20071016329
公開日2008年5月7日 申請日期2005年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月14日
發(fā)明者劉鳳Q, 弗拉蒂米爾·加爾伯特, 斯坦·D·蔡, 柯圣豪, 毛大新, 王志弘, 園 田, 胡永其, 賈仁合, 陳良毓 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司