專利名稱：電處理輪廓控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例大致上是有關(guān)于用于電處理基材的輪廓控制。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)的化學(xué)機械研磨(Chemical Mechanical Polishing, CMP )制程 相互比較，電化學(xué)才幾械研磨(Electrochemical Mechanical Polishing, Ecmp)為通過電化學(xué)溶解而同時以較少的磨耗來研磨基材，以自基材表面 移除導(dǎo)電材料的技術(shù)。電化學(xué)溶解是通過在一陰極與一基材表面之間施加 一偏壓以自基材表面移除導(dǎo)電材料進入周圍電解質(zhì)中來執(zhí)行。該偏壓可以 經(jīng)由位于基材上的一導(dǎo)電接觸件或一研磨材料而被施加至基材表面，其中 該基材被處理于該研磨材料上。研磨制程的一機械部件是通過提供基材與 研磨材料之間的相對移動而被執(zhí)行，其是加強了導(dǎo)電材料自基材的移除。
在一些電處理設(shè)備中的輪廓控制一般地已經(jīng)是通過在橫越被處理基材 寬度建立數(shù)個制程單元或區(qū)域而被實施。經(jīng)由控制個別單元之間的電性偏 壓或電流流動，可以控制基材上的導(dǎo)電材料的移除或沉積速率。
然而，基材邊緣之處理速率的控制具有相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。因為與位于基 材與電極之間的電解質(zhì)(其定義出一制程單元)比較，鄰近于基材的電解 質(zhì)的電位具有更大(更負值)的電位，因此在基材邊緣的電壓梯度是高的。 高電壓梯度在基材邊緣造成了更大的電流密度與更快的處理?？焖龠吘壧?理一般而言不是所希望發(fā)生的，這是因為會造成用于組件制造的可使用基 材面積的減少。因此，改善一電處理的輪廓控制而使得接近基材邊緣區(qū)域
具有相當(dāng)于基材中心的材料移除與沉積速率是所希望的。 因此，用于電處理的一改善的方法與設(shè)備是有其需要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用以電處理一基材的方法與設(shè)備。在一實施例中，用
以電處理一基材的方法包括有以下步驟將第一電極施加偏壓，以建立介
于該第 一 電極與該基材之間的第 一 電處理區(qū)域；以及將第二電極施加偏壓 以一極性，其中該第二電極是徑向地被設(shè)置在基材之外，該極性是相反于 施加至該第 一 電極的該偏壓。該第二電極的相反偏壓造成了 一過渡電壓梯 度以向外移動，藉此改善了在基材邊緣處的電處理控制。
在另一實施例中，用以電處理一基材的方法包括有以下步驟將一基 材接觸于一研磨表面且在其之間提供相對移動；經(jīng)由電解質(zhì)在數(shù)個電極與 該基材之間建立一導(dǎo)電路徑；將該基材相對于該數(shù)個電極施加偏壓；以及 同時地將該數(shù)個電極的至少兩個施加偏壓以正極性。
在又一實施例中，用以電處理一基材的設(shè)備包括有一處理層、 一研磨 頭與數(shù)個電極。處理層包括有一表面，其中該表面是適用以處理其上的一 基材。研磨頭用以將一基材固持抵靠該研磨表面。至少一驅(qū)動機構(gòu)是適用 以在該處理層與該研磨頭之間提供相對移動。該驅(qū)動機構(gòu)在該處理層與該 研磨頭之間提供一移動范圍，其中該移動范圍至少部分地定義了在該處理 表面上的一處理區(qū)域。該數(shù)個電極位于該處理層下方，其中至少第一電極 被設(shè)置在該處理層之外，至少第二電極與第三電極被設(shè)置在該第一電極之 內(nèi)，并且至少第四電極被設(shè)置在該第二電極之內(nèi)且具有比該第二與第三電 極更大的一寬度。


本發(fā)明的特征、優(yōu)點與目的可由前述說明與所伴隨的圖式而更加了解。 然而必須注意的是，所伴隨圖式僅繪示出本發(fā)明典型實施例，且因此
不應(yīng)被視為本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明可以包含其它同等有效的實施例。 圖1為一電化學(xué)機械研磨站的一實施例的部分截面圖； 圖1A-1B為一導(dǎo)電固持環(huán)的替代性實施例的截面圖； 圖2A-2B為圖1的研磨站實施例于不同操作模式的部分截面圖； 圖3A-3D繪示出 一研磨墊組件的電極的不同實施例； 圖4為一研磨墊組件的電極的實施例的仰視圖，其中該研磨墊組件具
有插入于其中的一基材；
圖5是為一圖，其繪示出圖4的每一電極區(qū)段對于自橫越基材半徑在
不同位置處所移除的導(dǎo)電材料的貢獻百分比；
圖6為用以在一 Ecmp制程中控制研磨輪廓的方法的實施例的流程圖7為一圖，其繪示出使用圖6的方法來維持自基材邊緣向外的一過 渡電壓梯度的效應(yīng)；
圖8為一基材的部分平面圖，其繪示出圖6的方法如何在處理期間減 緩邊緣排除在外的成長；以及
圖9繪示出 一研磨墊組件的另 一實施例。
為了有助于了解，如果可以的話，本文對于圖式中普遍的相同構(gòu)件是 使用了相同的組件代表符號。
主要組件符號說明100Ecmp站
102驅(qū)動系統(tǒng)
104研磨表面
106研磨墊組件
108孔洞
110第一部分
112第二部分
114凹陷部
116底部表面
118研磨頭組件
120基材
122研磨頭
124殼體
126固持環(huán)
130基座
134接觸構(gòu)件
138容室
148 下平板
150 上平板
152 頂部表面
154 軸承
156 出口
158 支撐件
160 馬達
164 機械手臂
170 電解質(zhì)源
202 非導(dǎo)電表面
204 導(dǎo)電表面
208 通道 210A-210F 區(qū)段
211 次墊
212 上層 218 通道 220 開孔 250 包含區(qū)域 252 過渡區(qū)域 254 自由區(qū)域 280 輸出終端 302A-302D 墊組件 304 軸
402 虛線
404 研磨區(qū)域 410A-410B 寬度
500 圖
502 貢獻百分比
5044圣向^f立置
510A-510F 曲線600方法
602設(shè)置步驟
604電解質(zhì)提供步驟
606施力口偏壓步驟
608過渡維持向外步驟
610終點步驟
612過研磨步驟
700圖
702x軸
704y軸
706曲線
710曲線
714曲線
800基材
802外周圍
804線
806線
808線
810線
812空白區(qū)域
900墊組件
902導(dǎo)電表面
904次墊
906電極
具體實施例方式
圖1繪示一 Ecmp站100的截面圖，其是適用以加強自一基材的材料
的均勻移除與/或沉積。Ecmp站100包括有一研磨頭組件118，其是適用 以抓持一基材120而抵靠一平臺組件142。在其之間是提供有相對移動以 研磨基材120。該相對移動可以為旋轉(zhuǎn)的、側(cè)向的、或其組合，并且可以 通過研磨頭組件118與平臺組件142的其一或兩個而被提供。
在一實施例中，研磨頭組件118被一機械手臂164所支撐住，其中該 機械手臂164是通過一支撐件158而耦接至一基座130且延伸于Ecmp站 100上方。Ecmp站100可以耦接至基座130或位于鄰近于基座130之處。
研磨頭組件118大致上包括一驅(qū)動系統(tǒng)102，該驅(qū)動系統(tǒng)102耦接至 一研磨頭122。驅(qū)動系統(tǒng)102通常地提供至少一旋轉(zhuǎn)移動至研磨頭122。 此外，研磨頭122可以朝著平臺組件142而被啟始，使得固持在研磨頭122 中的基材120在處理期間可以被設(shè)置在抵靠住Ecmp站100的一研磨表面 104。固持在研磨頭122中的基材120可以推壓抵頂研磨表面104于小于 約2磅/每平方英寸(psi)的壓力，并且在另一實施例中為小于約1psi。
在一實施例中，研磨頭122可以為由美國加州圣大克勞拉市的Applied Materials, lnc.所制造的TITAN HEAD丁m或TITAN PROFILER 晶圓承載 件。 一般而言，研磨頭122至少包含一殼體124與一固持環(huán)126,該固持 環(huán)126是定義出基材120所被固持于其內(nèi)的一中心凹陷部。固持環(huán)126包 圍住位于研磨頭122內(nèi)的基材120以避免基材在處理期間自研磨頭122下 方滑出。亦可以考慮使用其它研磨頭。
固持環(huán)126可以由一導(dǎo)電或介電材料所制成。固持環(huán)126可以被接地、 電性地被偏壓或相對于接地而飄浮。在一實施例中，固持環(huán)126是耦接至 一電源166。例如，如圖1A所繪示者，固持環(huán)126可以具有第一部分110 與第二部分112。第一部分110位于固持環(huán)126的底部上，使得第一部分 110面對平臺組件142。第一部分110是由一導(dǎo)電材料所制成且耦接至電 源166。第二部分112可以為一介電材料、導(dǎo)電材料，或是與第一部分被 制造而為單一部件的構(gòu)件。在圖1B所繪示的另一實施例中，固持環(huán)126 的第二部分112包括形成在底部表面116中的一凹陷部114。第一部分110 位于凹陷部114中而使得第一部分的底部表面自底部表面116凹陷，而使 包含有第一部分110的導(dǎo)電材料在處理期間不接觸于研磨表面104。
平臺組件142是通過一軸承154被支撐在基座130上以促進平臺組件 142相對于基座130的旋轉(zhuǎn)。平臺組件142典型地是耦接至一馬達，該馬 達是提供旋轉(zhuǎn)移動至平臺組件142。
平臺組件142具有一上平板150與一下平板148。上平板150可以由 一堅硬材料(例如金屬或堅硬塑料)所制成，并且在一實施例中是由一介 電材料所制成或被涂覆以介電材料，該介電材料是例如氯化聚氯乙烯 (CPVC)。上平板150可以具有一圓形、矩形或其它具有一平坦上表面 的幾何形式。上平板150的一頂部表面136是支撐住一研磨墊組件106, 其中該研磨墊組件106包括有其上的研磨表面104。研磨墊組件106可以 通過磁性吸力、靜電吸力、真空、翻著劑或被夾鉗而被保持至平臺組件142 的上平板。
下平板148—般是由一堅硬材料(例如鋁)所制成，并且可以通過任 何傳統(tǒng)方式(例如數(shù)個固定件(未顯示))耦接至上平板150。上平板150 與下平板148可以選擇性地由單一的、統(tǒng)一的構(gòu)件所制成。
一容室138被定義于平臺組件142中，并且可以部分地形成在上平板 150與下平板148的至少一個中。至少一孔洞108是形成在上平板150中 以允許在處理期間電解質(zhì)流動通過平臺組件142且進入接觸于基材120, 其中該電解質(zhì)是自一電解質(zhì)源170被提供至容室138?；蛘?，電解質(zhì)可以 自一出口 156 (顯示于容室中)被分配至研磨墊組件106的研磨表面104 上。
一適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)被描述于美國專利申請案號US10/845,754，其在公元 2004年5月14日提出申請。在一實施例中，電解質(zhì)包括磷酸、至少一螯 和劑、 一腐蝕抑制劑、 一鹽類、 一氧化劑、研磨粒子、至少一 pH調(diào)整劑 以提供介于約4至約7的pH值、與一溶劑。溶劑可以為一極性溶劑，例 如去離子水或有機溶劑。螯合劑被選擇以與基材表面錯合以增進電化學(xué)溶 解制程。螯合劑一般地是鍵接至一導(dǎo)電材料(例如銅離子等等)。腐蝕抑 制劑被選擇以通過形成一保護層而降低氧化或金屬表面的腐蝕，其中該保 護層是將基材表面與周圍電解質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)最小化。所能被使用的鹽 類的范例包括有擰檬酸氨與檸檬酸銅。或者，可以使用其它適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)。至少一接觸構(gòu)件134是與研磨墊組件106—同被設(shè)置在平臺組件142 上，并且用以將基材120電性耦接至電源166?；蛘?，固持環(huán)126與接觸 構(gòu)件134可以通過分開的電源而被提供電源。基材也可以經(jīng)由研磨頭122 或其它裝置而被施加偏壓。
接觸構(gòu)件134可以耦接至平臺組件142、部分研磨墊組件106或一分 開的構(gòu)件，并且一般被配置成在處理期間維持與基材的接觸。研磨墊組件 106的 一 電極144是耦接至電源166的一不同的終端，使得一電位可以被 建立于基材120與研磨墊組件106的電極144之間。換言之，在處理期間， 當(dāng)基材120被抓持住而抵靠研磨墊組件106時，接觸構(gòu)件134是通過將基 材120電性耦接至電源166的一終端而施加偏壓予基材120。研磨墊組件 106的電極144是耦接至電源166的另一終端。由電解質(zhì)源170所導(dǎo)入且 位于研磨墊組件106上的電解質(zhì)在基材120與研磨墊組件106之間完成了 一電路(在基材與電極144之間完成電路)，其是有助于材料自基材表面 120的移除?；蛘撸瑝|組件106可以被建構(gòu)為不包含一電極且僅使用接觸 構(gòu)件134以施加偏壓予基材(在此情況下，是使用位于平臺組件142上或 為平臺組件142的部分的一電極114)。
第2A-2B圖是繪示圖1的研磨墊組件106、至少一接觸構(gòu)件134與平 臺組件142于不同操作模式的部分截面圖。基材120與固持環(huán)126是隔開 于墊組件106,以描述位于墊組件106上且介于基材120與研磨表面104 之間的電解質(zhì)的電壓梯度，如以下所述。在處理期間，基材120接觸于研 磨表面104。可由本發(fā)明獲益的研磨墊組件的范例是描述于美國專利申請 案號US10/455/895 (公元2003年6月6日申請)、美國專利申請案號 US10/455，895 (公元2003年6月6曰申請)、美國專利申請案號 US10/642，128 (公元2003年8月15日申請)、美國專利申請案號 US10/727,724 (公元2003年12月3日申請)、美國專利申請案號 US10/980,888 (公元2004年11月3日申請)。
研磨墊組件106包括有至少一上層212，該上層212是耦接至電極 144。在第2圖所繪示的實施例中， 一選擇性的次墊211被設(shè)置在電極144 與上層212之間。電極144、次墊211、研磨墊組件106的上層212可以
通過使用黏著劑、黏接、壓縮模鑄等等而被結(jié)合成單一組件。如前所述，
接觸構(gòu)件134可以為墊組件106的一整體部分，獲釋可移除地耦接至墊組 件106。
上層212定義了一部分研磨表面104，并且包括至少一可滲透通道 218。上層212的研磨表面104包括有一非導(dǎo)電的主要研磨表面202。在 第2圖所繪示的實施例中，研磨表面104包括由接觸構(gòu)件134的上表面所 定義的一研磨表面204。
非導(dǎo)電表面202包含一介電材料。非導(dǎo)電表面202可以由與制程化學(xué) 兼容的聚合材料或使用于研磨基材表面的其它研磨材料所制成，聚合材料 的范例可以包括有聚胺基曱酸酯(polyurethane )、聚碳酸酯 (polycarbonate)、氟化聚合物、聚四氟化乙烯(PTFE) 、 PTFA、聚硫 化二曱苯(polyphenylene sulfide, PPS)、或上述組合。在一實施例中， 研磨墊組件106的非導(dǎo)電表面202為介電質(zhì)，例如聚胺基曱酸酯或其它聚 合物。此外，非導(dǎo)電表面202包括內(nèi)嵌的研磨粒，并且可以被紋路化(例 如通過被浮雕化或通過其它能提供所希望表面形貌的技術(shù))。
通道218延伸通過非導(dǎo)電表面202 (至少抵達電極144 )且使電解質(zhì) 在基材120與電極144之間建立一導(dǎo)電路徑，亦即可滲透通道218位于任 何介于其間的層次(例如次墊211)。通道218可以為非導(dǎo)電表面、形成 在非導(dǎo)電表面202中的孔洞、或前兩個組合的一可滲透部分。
當(dāng)次墊211存在時，次墊211亦可以由一可滲透材料所形成，或包括 與形成在非導(dǎo)電表面202中的孔洞對齊的孔洞。次墊211典型地是由比非 導(dǎo)電表面202的材料更軟或更有彈性的材料所制成。例如，次墊可以為密 閉胞室發(fā)泡體(例如聚胺基曱酸酯)或具有孔隙的多晶硅，使得在處于壓 力下胞室崩塌且次墊壓縮。在一實施例中，次墊211至少包含發(fā)泡的胺基 甲酸酯?；蛘?，次墊211可以由具有其它結(jié)構(gòu)的其它材料所形成，其中該 些結(jié)構(gòu)可以例如為篩孔、胞室、或只要次墊211的壓縮性滿足下迷需求的 固體架構(gòu)。適當(dāng)?shù)拇螇|211材料的范例包括有但不受限于發(fā)泡聚合物、彈 性體、氈制品、飽和氈制品、以及與研磨化學(xué)兼容的塑料。
次墊211的材料在壓力下自基材側(cè)向地移開是可以允許的。次墊211
可以具有在Shore A scale介于2-90范圍中的一堅硬度。在一實施例中， 次墊211具有在Shore A scale介于自約20 (例如12或更小，或是5或 更小)的范圍中。此外，次墊211具有例如30mils或更大的厚度。在一實 施例中，次墊211具有90mils或更大的厚度。例如，次墊可以具有約 95-500mils的厚度，例如95-200mils或95-150mils或95-125mils。
一般而言，次墊211具有壓縮性且上層212具有堅硬性時，次墊211 的厚度被選擇以確保上層將在非常低壓力(例如0.5psi或更小)偏斜至少 等于任何在上層厚度中非均勻性的一量(例如約2mil)。壓縮性可以被量 測為于一給定壓力下一百分比厚度變化。例如，在約0.5psi的壓力下，次 墊211可以歷經(jīng)約3%壓縮性。在另一實例中，一 100mil厚度的次墊應(yīng)該 在0.5psi具有至少2%壓縮性，而一 200mil厚度的次墊應(yīng)該在0.5psi具有 至少1%壓縮性。 一用于次墊的適當(dāng)材料是為美國康乃迪克州洛爵士城的 Rogers Corporation所制造的PORON 4701-30 ( PORON為Rogers Corporation的商標)?？梢杂杀景l(fā)明獲益的次墊的一實例是描述于先前參 照的美國專利申請案號US10/642,128。
接觸構(gòu)件134 —般被建構(gòu)成電性接觸于基材120而在處理期間當(dāng)基材 120移動橫越接觸構(gòu)件時不損壞基材120。在一實施例中，接觸構(gòu)件134 具有一圓形形狀，其直徑介于2-16英寸之間。接觸構(gòu)件134可以被穿孔以 允許電解質(zhì)流動。或者，接觸構(gòu)件134可以被建構(gòu)作為一或多個滾動的接 觸構(gòu)件，例如上述被并入?yún)⒄盏拿绹鴮＠暾埌浮?br> 在另一實施例中，接觸構(gòu)件134可以為一導(dǎo)電滾筒，例如被涂覆以鎳、 錫或金的至少者的一聚合物球。在另一實施例中，接觸構(gòu)件134包括有位 在一聚合物母體中的導(dǎo)電粒子。錫粒子與聚合物母體的混合物可以位于一 介電織物上方，其中該織物被涂覆以金屬(例如銅)、錫或金等等。選擇 性地，導(dǎo)電表面204可以為平坦的、被浮雕化的或被紋路化的，在圖2A-2B 所繪示的實施例中，接觸構(gòu)件134被置放成同心圓于研磨墊組件106的中 心線。
至少 一開孔220形成在研磨墊組件106的至少上層212與選擇性的次 墊211中，并且可以延伸穿過電極144 (未顯示)以容納一各自的接觸構(gòu) 件134。在一實施例中，在電極144、次墊211與上層212的中心內(nèi)形成 一開孔220以容納一單一的接觸構(gòu)件134。在替代性實施例中，數(shù)個開孔 220可以形成穿過墊組件106以容納數(shù)個接觸構(gòu)件134。
例如，圖3A-3D是繪示出類似于前述組件106且在不同架構(gòu)中具有一 或多個導(dǎo)電構(gòu)件134的研磨墊組件302A-302D。在圖3A的實施例中，至 少一導(dǎo)電構(gòu)件134 (所顯示者為兩個)被設(shè)置成同心圓于一墊組件302A 的一旋轉(zhuǎn)軸。在圖3B的實施例中， 一墊組件302B包括有數(shù)個導(dǎo)電構(gòu)件 134，該些導(dǎo)電構(gòu)件134被設(shè)置成一極性排列。在圖3C的實施例中， 一墊 組件302C包括有一接觸構(gòu)件134,該接觸構(gòu)件134具有徑向部分306。 在圖3D的實施例中， 一墊組件302D包括有一柵格，該柵格是由一或多個 接觸構(gòu)件134所組成。橫越研磨墊組件106、 302A-302D是可以使用任何 數(shù)目的接觸構(gòu)件而成為任何幾何配置。
請再參閱圖2A-2B,至少一可滲透通道208被設(shè)置穿過墊組件106以 經(jīng)由平臺組件142的孔洞108而流體連接于電解質(zhì)源170?？蓾B透通道208 可以為接觸構(gòu)件134的一可滲透部分、形成在接觸構(gòu)件134中的孔洞、或 此兩個組合。或者，通道208可以被形成穿過非導(dǎo)電表面202。在圖2A-2B 所繪示的實施例中，可滲透通道208是形成穿過接觸構(gòu)件134的中心以在 處理期間使電解質(zhì)流動通過其中且至研磨表面104上。或者，用于電解質(zhì) 輸送的數(shù)個孔洞可以被形成在墊組件106的其它部分中，例如穿過非導(dǎo)電 表面202。
電極144位于平臺組件142的頂部表面136上，并且可以通過/F茲性吸 力、靜電吸力、真空、黏著劑等等而被抓持于此處。在一實施例中，黏著 劑被用以將電極144固定至上板144。其它層次(例如釋放薄膜、襯里與 其它黏著層)可以被設(shè)置在電極144與上板114之間以促進處理、插入、 移除與取代在Ecmp站100中的研磨墊組件106。
電極典型地至少包含一抗腐蝕導(dǎo)電材料，例如金屬、導(dǎo)電合金、被涂 覆金屬的織物、導(dǎo)電聚合物、導(dǎo)電墊等等。導(dǎo)電金屬包括有錫、鎳、銅、 金等等。導(dǎo)電金屬亦包括有一抗腐蝕金屬，例如錫、鎳、或涂覆在一活性 金屬(例如銅、鋅、鋁等等)上方的金。導(dǎo)電合金包括有非有機合金與金
屬合金，例如青銅、黃銅、不銹鋼、或鈀錫合金。
電極144是耦接至電源166且可以作為單一電極，或可以至少包含多 個相互隔開的獨立電極區(qū)域。在一實施例中，電極144至少包含數(shù)個獨立 可施加偏壓的電極區(qū)段。在圖2A-2B所繪示的實施例中，雖然可以使用任 何數(shù)目或幾何架構(gòu)的電極區(qū)段，是顯示有六個電極同心圓區(qū)段210A-210F。 當(dāng)電極區(qū)段210A-210F個別地耦接至電源166,電源166包括有數(shù)個輸出 終端280以獨立地控制至每一電極區(qū)段210A-210F、接觸構(gòu)件134與選擇 性的固持環(huán)126的偏壓。通過控制施加在介于每一電極區(qū)段210A-210F與 基材(其被接觸構(gòu)件134所施加偏壓)之間的電性偏壓，數(shù)個獨立可控制 的處理區(qū)域被建立穿過橫越基材120的直徑的電解質(zhì)，藉此促進自基材被 移除的導(dǎo)電材料的輪廓控制。
電源166可以選擇性地施加一正或負偏壓至電極區(qū)段210A-210F。在 一實施例中，電源能夠可控制地施加電源于介于約-10至約+10VDC至電 極區(qū)段210A-210F。
圖4是繪示墊組件106的電極144的仰視圖，其中該墊組件106具有 疊印于其上的基材120。在操作時，基材120被置放在墊組件106的相對 側(cè)而非電極144。在一實施例中，電極144之內(nèi)電極區(qū)段210A-210B個別 地具有比外電極區(qū)段210C-210F更大的寬度402A-402B。內(nèi)電極區(qū)段 210A-210B位于墊組件106之處理區(qū)域404的下方而超過處理區(qū)域404 的一半，其中該處理區(qū)域404被定義為當(dāng)基材120在其徑向最外邊研磨位 置時與基材120的外緣相切的虛線402的內(nèi)部。電極區(qū)段210C-210E (其 中在處理期間基材120的邊緣是花最多時間于電極區(qū)段210C-210E上方) 一般具有較短的寬度410C-410E,并且在一實施例中，電極區(qū)段210D具 有小于鄰近電極210C、 210E的更短寬度。在圖4所繪示的實施例中，外 電極區(qū)段的至少一個被設(shè)置在界定處理區(qū)域404的線402的外面，如同圖 4實施例中的電極區(qū)段210F所顯示。
圖5是為一圖，其繪示出當(dāng)每一電極區(qū)段210C-210F在處理期間被施 加同樣偏壓時，對于每一電極區(qū)段210C-210F隨著徑向基材位置的研磨速 率貢獻百分比的曲線510A-510F。研磨速率貢獻百分比被繪制在y軸502
上，而基材上的徑向位置被繪制在X軸504上。如圖5所示，與外電極區(qū)
段210C-210F比較時，內(nèi)電極區(qū)段210A-210B對于基材120之內(nèi)區(qū)域的 材料移除具有更大的貢獻。內(nèi)電極區(qū)段210A-210B對于局部研磨速率的貢 獻在接近基材周圍時減少了 ，而外電極區(qū)段210C-210E在基材周圍處對于 材料移除是增加了 。因為最外邊電極區(qū)段21 OF被設(shè)置在制成區(qū)域404外 面，至電極區(qū)段210F的電源對于研磨速率的貢獻極小。因此，由圖500 可顯示出，研磨速率輪廓可以通過使用占大多數(shù)地設(shè)置在基材邊緣內(nèi)而不 對基材邊緣處研磨速率有大效應(yīng)的電極區(qū)段而被微調(diào)。故，通過具有許多 鄰近于基材邊緣的電極區(qū)段，且通過建構(gòu)具有窄寬度之外電極區(qū)段，邊緣 輪廓控制可以自基材中心的輪廓控制而被退耦，以產(chǎn)生改善的基材處理控 制與均勻性。
再者，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)到的是，通過將所選擇的位于處理區(qū)域404外面的電 極區(qū)段(例如電極區(qū)段210F)的極性逆轉(zhuǎn)與/或通過施加一正偏壓至固持 環(huán)126，介于基材與研磨表面104之間在基材周圍外面的一電壓梯度可以 被移動且/或維持住?？刂齐妷禾荻鹊奈恢每墒沟迷诨闹車幍难心ニ俾?更穩(wěn)定地被控制。
圖6為用以在一Ecmp制程中控制研磨輪廓的方法600的實施例的流 程圖。方法600開始于步驟602，其是通過在一 Ecmp站100中設(shè)置一基 材120于一研磨表面104上。在步驟604，電解質(zhì)被提供于介于基材與位 于研磨表面144下方的電極144之間以在其間建立一導(dǎo)電路徑。如前所述， 電極144可以包括一或多個獨立可施加偏壓的電極區(qū)段。
在步驟606， 一電性偏壓被建立在基材與電極144之間。在一實施例 中，電性偏壓可以在電極區(qū)段之間被獨立地控制，使得一局部研磨速率被 建立在基材的不同部分與電極之間，藉此促進移除輪廓控制。在一 Ecmp 站施加偏壓予一電極以促進研磨控制的范例(其是可獲益自本發(fā)明)是描 述于美國專利申請案號US10/244，688 (公元2002年9月16日申請)、 美國專利申請案號US10/456，851 (公元2003年6月6曰申請)、美國專 利申請案號US10/949，160 (公元2004年9月24日申請)、美國專利申 請案號US10/940,603 (公元2004年9月14日申請)中。
電源166是適用以將電極區(qū)段210A-210F施加正與負偏壓。電源166 可以控制地提供介于-5至+7VDC至電極144、接觸構(gòu)件134與/或環(huán)126。
在圖2A繪示的操作模式的簡化說明中，當(dāng)施加在電極144與基材之 間的偏壓為約3.5VDC時，在介于基材與研磨表面之間的一包含區(qū)域250 中的電解質(zhì)電壓大致上是維持于約-1.5VDC。由于在研磨表面104上一自 由區(qū)域254 (其中該自由區(qū)域254被定義在研磨頭122之外)中的電解質(zhì) 位于約-2.5VDC的電位， 一過渡梯度是存在于鄰近基材邊緣處，被顯示為 過渡梯度252。換言之，過渡區(qū)域252具有一大電壓梯度，其中電解質(zhì)中 電壓在一短時間內(nèi)自-1.5VDC迅速增加至-2.5VDC。由于過渡區(qū)域252中 的過渡梯度具有比包含區(qū)域250中電壓高得多的電壓，相較于橫越在基材 120中心上方的包含區(qū)域250的速率而言，在鄰近過渡區(qū)域252的基材邊 緣的局部研磨速率具有一更快得多的移除速率。其它人相信的是，如同被 通過電極與基材之間電位差所建立的電位輪廓所影響一樣，此效應(yīng)可以被 電場線的分布與/或形狀所引起。
為了較佳控制在過渡區(qū)域252的研磨速率，過渡梯度被維持在基材 120邊緣之外(步驟608 )。過渡梯度可以經(jīng)由至少兩方法來維持基材120 邊緣之外的過渡梯度。在一實施例中，鄰近于與/或在研磨區(qū)域之外的一或 多個電極區(qū)段被施加偏壓以一極性，其中該極性是相反于在研磨區(qū)域內(nèi)的 電極區(qū)段的極性。例如，最外邊電極區(qū)段210F可以被正施加偏壓以小于 約OVDC的一電壓，并且在一實施例中^皮施加偏壓以約0至約+5VDC,并 且在又另一實施例中被施加偏壓以小于約+2VDC。外電極區(qū)段210F (相 對于內(nèi)電極區(qū)段)的逆極性造成具有電壓梯度的過渡區(qū)域252向外偏移， 如圖2B所示。由于較高電壓是"被限制"至基材之外的一區(qū)域，設(shè)置在研磨 區(qū)域下方的電極區(qū)段可更有效地控制研磨輪廓，藉此減少且/或?qū)嵸|(zhì)上消除 傳統(tǒng)研磨例行程序中的快速邊緣研磨。在一實施例中，施加至電極區(qū)段的 電壓是參考自基材(亦即基材提供一 OVDC參考值)。
在另一實施例中，步驟608可以通過施加一正偏壓至固持環(huán)126的一 導(dǎo)電部分來實施。例如， 一大于0的電壓(例如約1VDC)可以被施加至 固持環(huán)126以將過渡區(qū)域252移動于研磨區(qū)域404之外，如圖2B所示。
在另 一實施例中，施加至環(huán)126的電壓是介于約0至約3VDC之間。在又 另一實施例中， 一逆極性可以被施加至外電極(相對于基材下方的電才及區(qū) 段)而固持環(huán)-故施加正偏壓。
當(dāng)決定一終點時，方法600被終止于步驟610。終點可以由其它適當(dāng) 終點偵測技術(shù)之外的研磨時間、渦流偵測、干涉計、光學(xué)技術(shù)、電壓、電 荷或電流偵測而被決定。適當(dāng)終點技術(shù)的范例(其可獲益自本發(fā)明)是描 迷于先前參照的美國專利申請案US10/244，688 、 US10/456，851 、 US10/949，160與US10/940，603中。亦可以使用一選擇性的過度研磨步驟 612以移除殘余的導(dǎo)電材料。
圖7-8是繪示使用方法600處理基材的一些優(yōu)點。圖7為一圖700, 其繪制出橫越如前述所處理基材半徑的厚度輪廓的曲線706、 710、 714。 厚度被繪制在y軸702上，而橫越基材的半徑被繪制在x軸704上。曲線 706描繪出逆偏壓并沒有被施加至外電極的一電研磨制程。如圖7所示， 曲線706接近外半徑區(qū)域而減少的厚度顯示出快速邊緣研磨。相對地，曲 線710與714在處理期間具有較大的厚度均勻性。曲線710代表了一基材 在電化學(xué)研磨制程之后的厚度輪廓，其中在研磨區(qū)域之外的 一 電招j皮施加 偏壓以約-2V,而在研磨區(qū)域內(nèi)的電極被施加正偏壓。曲線714描繪出一 研磨制程的厚度輪廓，其中在研磨區(qū)域之外的電極被施加偏壓以 一更大的 電壓(與曲線710所表示的制程比較時)。如圖7所示，相較于曲線710 而言，曲線714的制程具有 一更慢的邊緣研磨，藉此說明負偏壓在邊緣快 速研磨上的效應(yīng)。類似的結(jié)果可以通過施加一正偏壓至固持環(huán)226來達到。 而且， 一副偏壓可以^皮施加至外電極而施加一正偏壓至固持環(huán)以進一步調(diào) 整研磨制程以控制邊緣快速研磨均勻性。
邊緣空白處的控制亦可以通過將外電極施加負偏壓與/或?qū)⒐坛汁h(huán)126 施加偏壓而有利地被控制。如圖8所示， 一基材800典型地包4舌有一空白 區(qū)域812，其是分開了在基材800的周圍802的導(dǎo)電覆蓋區(qū)域814。線810 是描繪了在處理前導(dǎo)電材料覆蓋區(qū)域814的程度。在處理期間，當(dāng)導(dǎo)電材 料被移除時，導(dǎo)電材料區(qū)域814的直徑是由外直徑802往后退。例如，在 具有邊緣快速研磨趨勢的傳統(tǒng)制程中，導(dǎo)電材料區(qū)域814的邊緣會往后退
23
一不樂見的自周圍802距離，如線804所示。通過施加一負偏壓至外電極 與/或施加一正偏壓至固持環(huán)126，導(dǎo)電材料區(qū)域814的邊緣可以被維持成 更靠近于其于810在預(yù)處理位置的原始位置，如線806、 808所示。線806 代表了使用了約2V的負偏壓的導(dǎo)電材料覆蓋區(qū)域814的邊緣的位置。線 808代表了使用了約4V的負偏壓的導(dǎo)電材料覆蓋區(qū)域814的邊緣的位置。 如圖8所示，將研磨區(qū)域外的偏壓逆向且/或施加一正偏壓至固持環(huán)在處理 期間有利地減少了于蝕刻空白處的不樂見的成長。
圖9描繪了 一研磨墊組件900的替代性實施例，其中該研磨墊組件900 是可以被使用于Ecmp站100中以實施方法600。研磨墊組件900大致上 包括有一導(dǎo)電研磨表面902、 一次墊904與一電極906。次墊904與電極 906是類似于前述次墊211與區(qū)段化的電極144。
耦接至一電源166的導(dǎo)電研磨表面902被使用以取代接觸構(gòu)件134以 在處理期間將基材120相對于電極906施加偏壓。導(dǎo)電研磨表面902可以 由 一導(dǎo)電材料所制成，例如先前參照的美國專利申請案的不同墊實施例中 的導(dǎo)電材料。
在一實施例中，導(dǎo)電研磨表面902至少包含一聚合材料，其中該聚合 材料具有設(shè)置于其內(nèi)的導(dǎo)電材料。例如，導(dǎo)電研磨表面902可以具有鎳、 銅、金、碳與/或設(shè)置在一聚合物#占結(jié)劑中的錫粒子。研磨表面902可以包 括一導(dǎo)電織物，例如涂覆銅的尼龍材料。導(dǎo)電織物可以被覆蓋以一層導(dǎo)電 聚合物，例如前述材料。
導(dǎo)電研磨表面902可以被浮雕化或紋路化。導(dǎo)電研磨表面902可以包 括一或多個非導(dǎo)電材料的島，例如聚氨基曱酸酯細長條。導(dǎo)電研磨表面902 亦可以包括研磨料。
導(dǎo)電研磨表面902包括數(shù)個通道218以允許電解質(zhì)建立一導(dǎo)電路徑于 介于導(dǎo)電研磨表面902的上表面與電極906之間，其中該電解質(zhì)位于導(dǎo)電 研磨表面902上。電解質(zhì)可以經(jīng)由一通道或使用被支撐在導(dǎo)電研磨表面 902上方的一出口而被提供穿過墊組件900,如圖1所示。
因此，本發(fā)明是提供一種方法與設(shè)備，其可有利地促進輪廓控制而減 少邊緣快速研磨效應(yīng)。再者，本發(fā)明對于基材研磨結(jié)果提供了邊緣排除的
更佳控制以獲致更大組件產(chǎn)率與更大基材。
本文所描述的不同實施例的構(gòu)件并非為彼此排除的，反之，該些構(gòu)件 可以被結(jié)合以形成本發(fā)明其它實施例。雖然前述是著重于本發(fā)明實施例， 在不脫離本發(fā)明基本范圍下，是可以建構(gòu)出本發(fā)明的其它與進一步實施例，
并且本發(fā)明的范圍是由權(quán)利要求所決定。
權(quán)利要求
1.一種電處理一基材的方法，至少包含將第一電極施加偏壓，以建立介于該第一電極與該基材之間的第一電處理區(qū)域；以及將第二電極施加偏壓以一極性，其中該第二電極是徑向地被設(shè)置在基材之外，該極性是相反于施加至該第一電極的該偏壓。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中將第一電極施加偏壓的步驟更包含 施力卩一負電壓至該第一電極。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中將第一電極施加偏壓的步驟更包含 施加大于0至約7V。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中將第二電極施加偏壓的步驟更包含 施加小于約2V至該第二電極。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中將第二電極施加偏壓的步驟更包含 施加大于0至約5V至該第二電極。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，更包含以一力量將該基材抵靠一研磨墊，其中該力量小于約2磅/平方英寸。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，更包含施加一 負偏壓至位于該第二電極里面的數(shù)個電極的至少 一個，其中該 負偏壓是介于約0至約7VDC之間。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，更包含個別地控制施加至該數(shù)個電極的每一 個上的偏壓。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，更包含相對于一處理墊移動一基材而在該基材與該處理墊之間維持接觸，其 中該基材被一導(dǎo)電固持環(huán)所固持住。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，更包含 施加一正偏壓至該固持環(huán)。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中施加一偏壓至該固持環(huán)的步驟更 包含施加大于零至約3V。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中施加一偏壓至該固持環(huán)的步驟更 包含施加約1V至該固持環(huán)。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，更包含 使電解質(zhì)流動通過該研磨墊且接觸于該基材。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，更包含將該基材接觸于至少一導(dǎo)電構(gòu)件，其中該導(dǎo)電構(gòu)件是耦接至一電源。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中該至少一導(dǎo)電構(gòu)件更包含 數(shù)個可以獨立施加偏壓的導(dǎo)電構(gòu)件。
16. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中將第二電極施加偏壓的步驟更包含施加電源至一研磨頭的一固持環(huán)的一導(dǎo)電部分。
17. —種電處理一基材的方法，至少包含 將一基材接觸于 一研磨表面且在其之間提供相對移動； 經(jīng)由電解質(zhì)在數(shù)個電極與該基材之間建立一導(dǎo)電路徑，該數(shù)個電極具有大于二的數(shù)目；將該基材相對于該數(shù)個電極施加偏壓；以及同時地將該凄t個電纟及的至少兩個施加偏壓以相反極性。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中建立一導(dǎo)電路徑的步驟更包含 使電解質(zhì)流動通過該研磨表面至該基材。
19. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中建立一導(dǎo)電路徑的步驟更包含 使電解質(zhì)流動通過形成穿過該研磨表面的數(shù)個孔洞至該研磨表面上且接觸于該些電極。
20. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中將該基材施加偏壓的步驟更包含將該基材接觸于該研磨表面的一導(dǎo)電部分。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中被定義在該研磨表面上的一研磨 區(qū)域是導(dǎo)電的。
22. 如權(quán)利要求20所述的方法，更包含在該研磨表面的一非導(dǎo)電部分之間提供相對移動，其中該基材是同時 地接觸于該研磨表面的非導(dǎo)電與導(dǎo)電部分。
23. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中該兩被相反地施加偏壓的電極更 包含第一電極，是徑向地被設(shè)置在第二電極之外。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中該第一電極被設(shè)置在一研磨區(qū)域 之外，其中該研磨區(qū)域被定義在該研磨表面上。
25. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中將該數(shù)個電極施加偏壓的步驟更 包含將該第 一 電極施加偏壓以 一正電壓。
26. 如權(quán)利要求17所述的方法，更包含施加一正偏壓至 一研磨頭的 一部分，其中該研磨頭被設(shè)置在該基材之外。
27. —種電處理一基材的方法，至少包含移動被固持抵靠住一研磨表面的一基材，以定義該研磨表面的一研磨 區(qū)域；將第一電極相對于該基材施加偏壓；以及在將該第 一 電極施加偏壓時，同時地將第二電極施加偏壓以 一極性， 其中該第二電極至少部分地被設(shè)置在該研磨區(qū)域之外，該極性是相反于該 第一電極的該偏壓。
28. 如權(quán)利要求27所述的方法，其中將第二電極施加偏壓更包含 施加一正電壓至一研磨頭的一部分，其中該研磨頭被設(shè)置在該基材之外。
29. 如權(quán)利要求27所述的方法，其中將第二電極施加偏壓更包含 施加小于約2V的一正偏壓至該第二電極。
30. 如權(quán)利要求27所述的方法，其中將第二電極施加偏壓更包含 施加介于約零至約4V的一正偏壓至該第二電極。
31. 如權(quán)利要求27所述的方法，更包含以一力量將該基材抵靠一研磨墊，其中該力量小于約2磅/平方英寸。
32. 如權(quán)利要求27所述的方法，更包含施加一偏壓至位于該第二電才及之內(nèi)的數(shù)個電極的至少兩個，其中該偏 壓是介于約0至約7VDC之間。
33. 如權(quán)利要求32所述的方法，更包含個別地控制施加至該數(shù)個電極的每一 個上的偏壓。
34. —種用以電化學(xué)處理一基材的設(shè)備，至少包含 一處理層，具有一表面，其中該表面是適用以處理其上的一基材； 一研磨頭，用以將一基材固持抵靠該處理表面； 至少一驅(qū)動機構(gòu)，在該處理層與該研磨頭之間提供相對移動，該驅(qū)動機構(gòu)在該處理層與該研磨頭之間提供一移動范圍，其中該移動范圍至少部 分地定義了在該處理表面上的一處理區(qū)域；以及位于該處理層下方的數(shù)個電極，其中至少第一電極被設(shè)置在該處理層 之外，至少第二電極與第三電極被設(shè)置在該第一電極之內(nèi)，并且至少第四 電極被設(shè)置在該第二電極之內(nèi)且具有比該第二與第三電極更大的一寬度。
35. 如權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其中位于該處理層下方的數(shù)個電極更 包含第五電極，被設(shè)置在該第二電極之內(nèi)且具有比該第二與第三電極更大 的一寬度。
36. 如權(quán)利要求35所述的設(shè)備，更包含一電源，具有數(shù)個可獨立控制的輸出，該些輸出的每一個是耦接至各 自電極。
37. 如權(quán)利要求35所述的設(shè)備，更包含 一固持環(huán)，被電性施加偏壓。
38. 如權(quán)利要求34所述的設(shè)備，更包含一次墊，位于該處理層與該些電極之間，該次墊具有介于約2至約90 Shore A的一硬度。
39. 如權(quán)利要求34所述的設(shè)備，更包含一次墊，位于該處理層與該些電極之間，該次墊在約0.5psi的一壓力 下具有至少1%的壓縮性。
40. —種用以電化學(xué)處理一基材的設(shè)備，至少包含 一處理層，具有一表面，其中該表面是適用以處理其上的一基材； 一研磨頭，用以將一基材固持抵靠該研磨表面；一固持環(huán)，具有一終端，其中該終端是適用以耦接至一電源；以及 數(shù)個可獨立施加偏壓的電極，位于該處理層下方。
41. 如權(quán)利要求40所述的設(shè)備，更包含一次墊，位于該處理層與該些電極之間，該次墊具有介于約2至約90 Shore A的一硬度。
42. —種電處理一基材的方法，至少包含在第一電處理步驟中自一基材電化學(xué)地移除材料，以獲得第一輪廓；以及在第二電處理步驟中自該基材電化學(xué)地移除材料，以獲得第二輪廓， 其中該第二輪廓相對于該第 一輪廓是更平坦的。
43. 如權(quán)利要求42所述的方法，其中該第二電化學(xué)處理步驟更包含 將固持抵靠住一研磨表面的該基材移動，以定義該研磨表面的一研磨區(qū)域；將第一電極相對于該基材施加偏壓；以及在將該第一電極施加偏壓時，同時地將第二電極施加偏壓以一極性， 其中該第二電極至少部分地被設(shè)置在該研磨區(qū)域之外，該極性是相反于該 第一電極的該偏壓。
44. 如權(quán)利要求42所述的方法，其中該第一與第二電化學(xué)處理步驟被 執(zhí)行于不同研磨站中而將該基材接觸于一研磨表面。
45. 如權(quán)利要求42所述的方法，其中該第二電化學(xué)處理步驟彌補了在 該第一電化學(xué)處理步驟里中心至邊緣研磨速率的差異。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用以電處理一基材的方法與設(shè)備。在一實施例中，用以電處理一基材的方法包括有以下步驟將第一電極施加偏壓，以建立介于該第一電極與該基材之間的第一電處理區(qū)域；以及將第二電極施加偏壓以一極性，其中該第二電極是徑向地被設(shè)置在基材之外，該極性是相反于施加至該第一電極的該偏壓。
文檔編號B24B37/04GK101107090SQ200680002929
公開日2008年1月16日 申請日期2006年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月26日
發(fā)明者A·P·馬內(nèi)斯, A·迪布施特, D·J·K·奧爾加多, L-Y·陳, V·佳爾布特, Y·王 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司