專利名稱：用于電化學機械處理的墊組件的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明的實施例一般地涉及用于電化學機械處理的處理墊組件。
背景技術(shù)：
電化學機械處理(ECMP)是一種這樣的技術(shù)，其用于通過電化學溶解從襯底表面移除導電材料，而且使用與傳統(tǒng)化學機械拋光(CMP)處理相比減小的機械磨蝕來同時地拋光襯底。通過修正偏壓的極性，ECMP系統(tǒng)可以一般地適用于將導電材料沉積在襯底上。通過在陰極與襯底表面之間施加偏壓來進行電化學溶解，以將導電材料從襯底表面移除到周圍電解液中。該偏壓可以通過布置在拋光材料上或布置為穿過拋光材料的導電觸頭而施加到襯底表面，其中襯底在所述拋光材料上被處理。拋光處理的機械部分通過在襯底與拋光材料之間提供相對運動來進行，其可以增強從襯底移除導電材料。
銅是可以使用電化學機械拋光被移除的一種材料。通常，利用兩步處理來拋光銅。在第一步驟中，移除大部分銅，通常在襯底表面上剩下一些銅殘余。接著在第二步驟中移除銅殘余，通常稱作過拋光(over-polishing)步驟。
但是，銅殘余的移除可能導致在通常為電解質(zhì)或阻擋層的周圍材料的平面之下凹陷的銅特征。凹陷量通常與過拋光步驟中使用的拋光化學劑和處理參數(shù)、以及受到拋光的銅特征的寬度有關(guān)。由于銅層沿襯底不具有均勻厚度，其難以在不引起下述情況的狀態(tài)下移除全部銅殘余，所述情況為在一些特征部上引起凹陷而在另一些特征不能移除全部銅殘余。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，提供了一種用于處理襯底的處理墊組件。該處理墊組件包括上層和電極，上層具有處理表面，電極具有耦合到所述上層的頂側(cè)和與所述頂側(cè)相對的底側(cè)。第一組孔形成為通過所述上層以將所述電極暴露到所述處理表面。至少一個孔徑形成為通過所述上層和所述電極。
在另一個實施例中，處理墊組件包括上層和電極，上層具有處理表面，電極具有耦合到所述上層的頂側(cè)和與所述頂側(cè)相對的底側(cè)。所述電極具有第一導電區(qū)域和至少第二導電區(qū)域。第一組孔形成為通過所述上層以將所述電極暴露到所述處理表面。至少一個孔徑形成為通過所述上層和所述申極。


為了獲得并可以詳細理解本發(fā)明的上述特征、優(yōu)點和目的，對于以上簡單總結(jié)的本發(fā)明的更具體描述可以通過參考附圖中圖示的其實施例來進行。
但是，應該注意的是，附圖僅圖示了本發(fā)明的典型實施例，并因此不應被認為是對其范圍的限制，因為本發(fā)明可以允許其他等同效果的實施例。
圖1是具有處理墊組件的電化學機械處理系統(tǒng)的處理臺的局部剖視的側(cè)視圖；圖2是圖1的處理臺的壓板和處理墊組件的一個實施例的局部剖視分解圖；圖3是圖1的處理臺的處理墊組件的電極的一個實施例的俯視圖；圖4是圖1的處理臺的處理墊組件的電極的另一個實施例的俯視圖；圖5是圖1的處理臺的處理墊組件的電極的另一個實施例的俯視圖；以及圖6是圖1的處理臺的處理墊組件的電極的另一個實施例的俯視圖；且為了幫助理解，在可能處使用了相同標號以表示對附圖共同的相同元件。
具體實施例方式
這里提供了一種適于增強從襯底均勻移除材料的處理墊組件。該處理墊組件至少包括電極和處理墊。處理墊可以是非導電的或?qū)щ姷摹?br> 圖1描述了具有本發(fā)明的處理墊組件106的一個實施例的處理臺100的剖視圖。處理臺100包括承載頭組件118，承載頭組件118適于將襯底120保持為抵靠壓板組件142。在其之間提供相對運動以拋光襯底120。該相對運動可以是旋轉(zhuǎn)、橫向、或其組合，并可以通過承載頭組件118和壓板組件142中的任一個或兩者來提供。
在一個實施例中，承載頭組件118適于將襯底120保持為抵靠布置在ECMP臺132中的壓板組件142。承載頭組件118由耦合到基座130并在ECMP臺132上方延伸的臂164支撐。ECMP臺可以耦合到基座130或布置在基座130附近。
承載頭組件118通常包括耦合到承載頭122的驅(qū)動系統(tǒng)102。驅(qū)動系統(tǒng)102通常至少向承載頭122提供旋轉(zhuǎn)運動。承載頭122可以被另外朝向ECMP臺132致動，使得在處理期間，保持在承載頭122中的襯底120可以布置為抵靠ECMP臺132的處理表面104。
在一個實施例中，承載頭122可以是由加州圣塔克萊拉的應用材料公司制造的TITAN HEADTM或TITAN PROFILERTM晶片承載器。通常，承載頭122包括外殼124和保持環(huán)126，保持環(huán)126界定了其中襯底120保持在其中的中心凹部。在處理期間，保持環(huán)126圍繞布置在承載頭122內(nèi)的襯底120以防止襯底120從承載頭122下方滑脫。已構(gòu)思的是，可以使用其他的承載頭。
ECMP臺132通常包括可旋轉(zhuǎn)地布置在基座158上的壓板組件142。軸承154布置在壓板組件142與基座158之間，以益于壓板組件142相對于基座158的旋轉(zhuǎn)。壓板組件142通常耦合到向壓板組件142提供旋轉(zhuǎn)運動的電機160。
壓板組件142具有上板114和下板148。上板114可以由諸如金屬或剛性塑料之類的剛性材料制成，并且在一個實施例中，上板114由電解質(zhì)材料制成或涂覆有電解質(zhì)材料，該電解質(zhì)材料例如是氯化聚氯乙烯(CPVC)。上板114可以具有包括平坦上表面的圓形、矩形或其他幾何形狀。上板114的頂表面116在其上支撐處理墊組件106。處理墊組件106可以通過磁引力、靜電引力、真空、粘接劑等被保持到壓板組件142的上板114。
下板148通常由諸如鋁之類的剛性材料制成，并可以通過諸如多個緊固件(未示出)之類的傳統(tǒng)方式耦合到上板114。通常，多個定位銷146(圖1中示出了一個)布置在上板114與下板148之間以確保其間的對準。上板114和下板148可以可選地由單個整體構(gòu)件制成。
增壓室138界定在壓板組件142中并可以部分地形成在上板114或下板148的至少一個中。在圖1所示的實施例中，增壓室138被界定為部分地形成在上板114的下表面中的凹部144。至少一個孔108形成在上板114中，以允許在處理期間從電解液源170提供到增壓室138的電解液流動通過壓板組件142并與襯底120進行接觸。增壓室138由耦合到上板114以封閉凹部144的封蓋150部分地為界?？蛇x地，電解液可以從管道(未示出)分配到處理墊組件106的頂表面上。
至少一個接觸組件134與處理墊組件106一起布置在壓板組件142上。該至少一個接觸組件134至少延伸到或延伸超出處理墊組件106的上表面，并適于將襯底120電耦合到電源166。處理墊組件106耦合到電源166的不同端子，使得可以在襯底120與處理墊組件106之間建立電勢。
換言之，在處理期間，當襯底120保持為抵靠處理墊組件106時，接觸組件134通過將襯底120耦合到電源166的一個端子而使襯底120偏壓。處理墊組件106耦合到電源166的另一個端子。從電解液源170引入并布置在處理墊組件106上的電解液實現(xiàn)了在襯底120與處理墊組件106之間的電路，其幫助將材料從襯底120的表面移除。
圖2描述了圖1的處理墊組件106和壓板組件142的局部剖視分解圖。處理墊組件106至少包括非導電上層212和導電下層或電極210。在圖2所示的實施例中，可選的副墊211布置在電極210與上層212之間。該可選的副墊211可以用于此處討論的處理墊組件的任何實施例中。處理墊組件106的電極210、副墊211和上層212可以通過使用粘接劑、接合(bonding)、壓模制等組合為整體組件。在一個實施例中，使用粘接劑將電極210、副墊211和上層212附裝在一起。粘接劑可以具有對電極210、副墊211和上層212較強的物理和/化學接合，并可以抵抗電解液化學劑。合適的粘接劑的示例包括但不限于聚氨脂粘接劑、硅酮粘接劑、環(huán)氧粘接劑等。
通過被選為形成處理墊組件106的材料的表面形態(tài)(即，對固體的織物、絲網(wǎng)和穿孔)或者通過粘接促進劑，可以提高在電極210、副墊211和上層212之間的粘接劑接合。粘接促進劑可以是導電的。粘接促進劑的示例包括但不限于硅烷耦合劑、鈦酸鹽耦合劑等?？蛇x地，待粘接的表面中的一個或多個可以被化學處理或等離子處理以提高粘接力。所構(gòu)思的是，可以使用表面形態(tài)、耦合劑、或者化學或等離子處理的任何組合來獲得在處理墊組件106的層之間所期望的粘接力。
上層212可以由與處理化學劑反應兼容的聚合材料制成，其示例包括聚氨酯、聚碳酸酯、含氟聚合物、PTFE、PTFA、聚亞苯基硫醚(PPS)、或其組合，以及適于在電化學處理環(huán)境下使用的其他材料。在一個實施例中，處理墊組件106的上層212的處理表面214是電解質(zhì)，例如，聚氨酯或其他聚合物。
在另一個實施例中，處理墊組件106的上層212可以包括導電的或由導電合成物(即，導電元素以與構(gòu)成處理表面的材料一體的方式被分散，或者導電元素包括構(gòu)成處理表面的材料)制成的處理表面214，導電合成物例如是具有分散在其中的導電微粒的聚合物母料、或者導電材料涂覆的織物等。
在2003年6月6日由Y.Hu等人遞交的美國專利申請序列號No.10/455,941(題為“CONDUCTIVE POLISHING ARTICLE FORELECTROCHEMICAL MECHANICAL POLISHING”，代理卷號4500P4)和2003年6月6日由Y.Hu等人遞交的美國專利申請序列號No.10/455,895(題為“CONDUCTIVE POLISHING ARTICLE FORELECTROCHEMICAL MECHANICAL POLISHING”，代理卷號4500P5)中描述了適于從本發(fā)明受益的處理墊組件的示例，其兩者通過引用而將全文結(jié)合于此。
在一個實施例中，至少一個可滲透通道218布置為至少通過上層212并至少延伸到電極210，即，可滲透通道218布置在任何其間的層中，例如副墊211。通道218允許電解液在襯底120與電極210之間建立導電通路。通道218可以是上層212的可滲透部分、形成在上層212中的孔、或其兩者的組合。當存在副墊211時，其也可以由可滲透材料形成或包括與形成在上層212中的孔對準的孔。在圖2所示的實施例中，可滲透通道218是形成在上層212和可選的副墊211中并通過兩者的多個孔216，從而在處理期間允許電解液流動通過并與電極210進行接觸。
可選地，可滲透通道218的延伸部222可以形成在電極210中并至少部分地通過電極210(以虛線示出)，這是為了增大電極210與電解液接觸的表面積。延伸部222可以延伸完全通過電極210。在處理期間，電解液與電極210的更大面積的接觸提高了從襯底120的表面移除材料的速率。
副墊211通常由比上層212的材料更軟或更柔性的材料制成。可以選定上層212與副墊211之間在硬度或計示硬度(durometer)上的差別來產(chǎn)生所期望的拋光(或沉積)性能。通常，副墊211可以具有從以約8肖氏O到約20肖氏D的范圍上的計示硬度。副墊211也可以是能壓縮的。合適的副墊211材料的示例包括但不限于與處理化學劑兼容的泡沫聚合物、彈性體、毛氈、浸漬毛氈和塑料。
電極210布置在壓板組件142的上板114的頂表面116上并可以通過磁引力、靜電引力、真空、粘接劑等被保持在該處。在一個實施例中，使用粘接劑將電極210粘接到上板114。所構(gòu)思的是，諸如離形膜(releasefilm)、襯墊或其他粘接層可以布置在電極210與上板114之間，以幫助處理臺100中處理墊組件106的操控、插入和移除。
電極210至少具有一個端子202，以幫助耦合到電源166，其例如通過用不銹鋼螺釘(未示出)將端子202緊固到電源166的引線204。電極210可以充當單個電極，或可以包括互相隔絕的多個獨立的電極區(qū)域。電極210通常包括抗腐蝕導電材料，例如金屬、導電合金、金屬涂覆的織物、導電聚合物、導電墊等。導電金屬包括Sn、Ni、Cu、Au等。導電金屬還包括在諸如Cu、Zn、Al等的活潑金屬上涂覆諸如Sn、Ni或Au之類的抗腐蝕金屬。導電合金包括無機合金和諸如青銅、黃銅、不銹鋼、或鈀錫合金等的金屬合金。金屬涂覆的織物可以是具有任何抗腐蝕金屬涂層的紡織品或非紡織品。導電墊包括布置在聚合物母料中的導電填料。電極210還應該由與電解液化學劑兼容的材料制成，以當使用多區(qū)域電極時最小化區(qū)域之間的串擾。例如，在電解液化學劑中穩(wěn)定的金屬能夠最小化區(qū)域串擾。
當金屬被用作電極210的材料時，其可以是固體片。可選地，為了提高對上層212或可選的副墊211的粘接力，電極210可以由金屬絲網(wǎng)(如圖5所示的電極510示出)或者被穿孔(如圖6所示的電極610示出)。電極210也可以預備有如上所討論的粘接促進劑，以提高對上層212或可選的副墊211的粘接力。被穿孔或由金屬絲網(wǎng)形成的電極210還具有更大的表面積，其在處理期間進一步提高了襯底移除速率。
當電極210由金屬絲網(wǎng)、穿孔金屬片、或?qū)щ娍椢镏瞥蓵r，電極210的一側(cè)可以層疊、涂覆或模制有穿透電極210中的開口的聚合物層以進一步提高對上層212或可選的副墊211的粘接力。當電極210由導電墊制成時，導電墊的聚合物母料可以對施加到上層212或可選的副墊211的粘接劑具有高親合力或相互作用。
在處理墊組件106的電極210、可選的副墊211、和上層212中形成至少一個孔徑220。該至少一個孔徑220中的每個具有容納接觸組件134的尺寸和位置，其中接觸組件134布置為從其通過。在一個實施例中，該至少一個孔徑220是形成在處理墊組件106中心的單個孔徑以容納單個接觸組件134。
接觸組件134耦合到電源166。雖然在圖2中，僅一個接觸組件134示出為耦合到壓板組件142上層114，但是任何數(shù)量的接觸組件134可以被使用并能以任何數(shù)量的構(gòu)造分布在壓板組件142的上層114上。
圖3和4示出了具有多個區(qū)域的電極的可選實施例的仰視圖，該電極以有利地適用于此處描述的本發(fā)明的各種實施例。在圖3中，電極310包括至少一個電介質(zhì)隔板和至少兩個導電元件。導電元件布置為在電極310的表面之上產(chǎn)生多個可獨立偏壓的區(qū)域。在圖3所示的實施例中，電極310具有三個導電元件350、352、354，其通過電介質(zhì)隔板390而互相電隔離以產(chǎn)生電極區(qū)域，即外電極區(qū)域324、中間電極區(qū)域326和內(nèi)電極區(qū)域328。分別由虛線邊界380示出的每個電極區(qū)域324、326、328可以被獨立地偏壓以允許襯底拋光輪廓被調(diào)整。在2002年9月16日遞交的美國專利申請序列號No.10/244,697中描述了具有電極區(qū)域偏壓控制的拋光方法的一個示例，其全文通過引用被結(jié)合于此。
雖然電極區(qū)域324、326、328和導電元件350、352、354示出為同心環(huán)，但是電極區(qū)域可以可選地構(gòu)造為適應具體的拋光應用。例如，電極區(qū)324、326、328和/或?qū)щ娫?50、352、354可以是直線的、彎曲的、同心的、漸開線的曲線，或者其他形狀和方位也可以用于導電元件。電極區(qū)324、326、328和/或?qū)щ娫?50、352、354可以在區(qū)域與區(qū)域之間具有基本相同的尺寸和形狀，或者該尺寸和形狀可以取決于所涉及的具體區(qū)域而不同。
圖4描述了具有多個可獨立偏壓的電極區(qū)域的電極410的另一個實施例。在一個實施例中，電極410至少具有n個區(qū)域電極(示出的是三個電極4101、4102和4103)，其中n是2或更大的整數(shù)。電極4101、4102和4103每個包括各自的端子4021、4022和4023用于耦合到電源。電極4101、4102和4103通常被電介質(zhì)隔板406或空氣間隙分離，且每個電極形成獨立的電極區(qū)域。電極4101、4102和4103可以包括一個或多個孔徑420，以幫助與一個或多個導電元件(例如圖1和2中所示的接觸組件134)接口。
雖然前述針對的是本發(fā)明的解釋性實施例，但是可以構(gòu)思出本發(fā)明的其他和進一步的實施例而不偏離其基本范圍，且其范圍由所附權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種處理墊組件，包括上層，其具有處理表面；電極，其具有耦合到所述上層的頂側(cè)和與所述頂側(cè)相對的底側(cè)；第一組孔，其形成為通過所述上層以將所述電極暴露到所述處理表面；和至少一個孔徑，其形成為通過所述上層和所述電極。
2.如權(quán)利要求1所述的處理墊組件，其中所述電極由抗腐蝕導電金屬制成。
3.如權(quán)利要求2所述的處理墊組件，其中所述抗腐蝕導電金屬是Sn、Ni、Ti或Au。
4.如權(quán)利要求1所述的處理墊組件，其中所述電極由涂覆有抗腐蝕導電金屬的導電金屬制成。
5.如權(quán)利要求4所述的處理墊組件，其中所述抗腐蝕導電金屬是Sn、Ni、Ti或Au。
6.如權(quán)利要求1所述的處理墊組件，其中所述電極由抗腐蝕導電合金制成。
7.如權(quán)利要求6所述的處理墊組件，其中所述抗腐蝕導電合金是青銅、黃銅、不銹鋼或鈀錫合金。
8.如權(quán)利要求1所述的處理墊組件，其中所述電極由金屬涂覆的織物制成。
9.如權(quán)利要求1所述的處理墊組件，其中所述電極由具有導電填料的聚合物母料制成。
10.如權(quán)利要求2所述的處理墊組件，其中所述電極是固體片。
11.如權(quán)利要求2所述的處理墊組件，其中所述電極是金屬絲網(wǎng)。
12.如權(quán)利要求2所述的處理墊組件，其中所述電極是穿孔片。
13.如權(quán)利要求2所述的處理墊組件，其中所述電極在面對所述上層的那側(cè)上預備有粘接促進劑。
14.如權(quán)利要求13所述的處理墊組件，其中所述粘接促進劑是導電的。
15.如權(quán)利要求1所述的處理墊組件，其中所述電極是可滲透的。
16.如權(quán)利要求15所述的處理墊組件，其中將聚合物層施加到所述電極的所述底側(cè)。
17.如權(quán)利要求16所述的處理墊組件，其中所述聚合物層穿透所述電極并至少部分地暴露在所述電極的所述頂側(cè)上。
18.如權(quán)利要求16所述的處理墊組件，其中所述聚合物層與用于將所述電極的所述頂側(cè)耦合到所述上層的粘接劑具有很強的相互作用。
19.如權(quán)利要求1所述的處理墊組件，其中所述電極通過粘接劑耦合到所述上層。
20.如權(quán)利要求19所述的處理墊組件，其中所述粘接劑可以化學抵抗電解液。
21.如權(quán)利要求1所述的處理墊組件，其中所述上層是導電的。
22.如權(quán)利要求1所述的處理墊組件，其中所述上層是非導電的。
23.如權(quán)利要求22所述的處理墊組件，其中所述上層由聚氨酯制成。
24.如權(quán)利要求1所述的處理墊組件，其中所述電極還包括多個獨立可偏壓的電區(qū)域。
25.如權(quán)利要求24所述的處理墊組件，其中所述電區(qū)域還包括同心環(huán)。
26.如權(quán)利要求1所述的處理墊組件，還包括布置在所述電極與所述上層之間的副墊。
27.如權(quán)利要求1所述的處理墊組件，其中所述電極還包括第一導電區(qū)域；和至少第二導電區(qū)域。
28.如權(quán)利要求27所述的處理墊組件，其中所述電極還包括第一導電元件，其包括所述第一導電區(qū)域；第二導電元件，其包圍所述第一導電元件并包括第二導電區(qū)域；和第三導電元件，其包圍所述第二導電元件并包括第三導電區(qū)域。
29.一種處理墊組件，包括上層，其具有處理表面；抗腐蝕導電金屬下層，其具有耦合到所述上層的頂側(cè)和與所述頂側(cè)相對的底側(cè)，所述下層具有多個橫向分離的、獨立可電偏壓的區(qū)域；第一組孔，其形成為通過所述上層以將所述電極暴露到所述處理表面；和至少一個孔徑，其形成為通過所述上層和所述電極。
30.一種用于處理襯底的設備，包括壓板組件，其具有頂表面；抗腐蝕導電金屬下層，其具有耦合到上層的頂側(cè)和與所述頂側(cè)相對的底側(cè)，所述下層具有多個橫向分離的、獨立可電偏壓的區(qū)域；電介質(zhì)處理表面，其耦合到與所述壓板組件相對的所述下層并具有沿所述處理表面界定的不同電流透過性的至少兩個區(qū)域，其中所述至少兩個區(qū)域由所述處理表面的性質(zhì)界定，其包括至少一個導電元件，其定位為與布置在所述處理表面上的襯底的一側(cè)接觸；電源，其適于將偏壓施加在所述導電元件與所述下層的所述區(qū)域之間；和承載頭，其布置在所述處理墊組件上方，并且適于將襯底保持為抵靠所述處理墊組件并提供所述襯底與所述處理墊組件之間的相對運動的至少一部分。
全文摘要
提供了用于處理襯底的處理墊組件的實施例。處理墊組件包括上層和電極，上層具有處理表面，電極具有耦合到上層的頂側(cè)和與頂側(cè)相對的底側(cè)。第一組孔形成為通過上層，以將電極暴露到處理表面。至少一個孔徑形成為通過上層和電極。
文檔編號B24B37/04GK1874874SQ200480032158
公開日2006年12月6日 申請日期2004年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月3日
發(fā)明者胡永崎, 斯坦·D·蔡, 王艷, 豐·Q·劉, 常守蓀, 陳梁韻 申請人:應用材料公司