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Dokumentenidentifikation DE60211878T2 26.10.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001381491
Titel LEITENDER POLIERKÖRPER ZUM ELEKTROCHEMISCH-MECHANISCHEN POLIEREN
Anmelder Applied Materials, Inc., Santa Clara, Calif., US
Erfinder CHEN, Liang-Yuh, Foster City, CA 94404, US;
WANG, Yuchun, San Jose, CA 95124, US;
WANG, Yan, Sunnyvale, CA 94087, US;
DUBOUST, Alain, Sunnyvale, CA 94086, US;
CARL, A., Daniel, Pleasanton, CA 94566, US;
WADENSWEILER, Ralph, Sunnyvale, CA 94087, US;
BIRANG, Manoocher, Los Gatos, CA 95033, US;
BUTTERFIELD, D., Paul, San Jose, CA 95124, US;
MAVLIEV, Rashid, Campbell, CA 95008, US;
TSAI, D., Stan, Fremont, CA 94555, US
Vertreter v. Füner Ebbinghaus Finck Hano, 81541 München
DE-Aktenzeichen 60211878
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 10.04.2002
EP-Aktenzeichen 027286954
WO-Anmeldetag 10.04.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/US02/11009
WO-Veröffentlichungsnummer 2002085570
WO-Veröffentlichungsdatum 31.10.2002
EP-Offenlegungsdatum 21.01.2004
EP date of grant 31.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.2006
IPC-Hauptklasse B24B 37/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B24D 13/14(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Element zur Herstellung und eine Vorrichtung zum Planarisieren einer Substratoberfläche gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 27.

Die unter einem viertel Mikron liegende Vielniveau-Metallisierung ist eine der Schlüsseltechnologien für die nächste Generation der Ultragroßintegration (ULSI). Die Vielniveau-Zwischenverbindungen, die für diese Technologie wesentlich sind, erfordern eine Planarisierung der miteinander verbundenen Strukturelemente, die in Öffnungen mit hohem Seitenverhältnis ausgebildet sind und zu denen Kontakte, Kontaktlöcher, Leiter und andere Strukturelemente gehören. Eine zuverlässige Ausbildung dieser Zwischenverbindungs-Strukturelemente ist für den Erfolg von ULSI und für die fortgesetzte Anstrengung, die Schaltungsdichte und -qualität auf individuellen Substraten und Chips zu steigern, äußerst wichtig.

Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen und anderen elektronischen Bauelementen werden Mehrfachschichten von leitenden, halbleitenden und dielektrischen Materialien auf der Oberfläche eines Substrats abgeschieden oder von ihr entfernt. Durch eine Anzahl von Abscheidungstechniken können Dünnschichten von leitenden, halbleitenden und dielektrischen Materialien abgeschieden werden. Zu den üblichen Abscheidungstechniken bei der modernen Fertigung gehören die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), die auch als Zerstäubung bekannt ist, die chemische Gasphasenabscheidung (CVD), die plasmaverstärkte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) und das elektrochemische Plattieren (ECP).

Wenn Schichten von Materialien nacheinander abgeschieden und entfernt werden, kann die oberste Oberfläche des Substrats über ihrer Fläche uneben werden und eine Planarisierung erfordern. Das Planarisieren einer Oberfläche oder "Polieren" einer Oberfläche ist ein Verfahren, bei welchem ein Material von der Oberfläche des Substrats entfernt wird, um eine insgesamt ebene planare Oberfläche zu bilden. Eine Planarisierung ist für das Entfernen unerwünschter Oberflächentopographie und Oberflächendefekte, wie raue Oberflächen, agglomerierte Materialien, Kristallgitterschaden, Kratzer und verunreinigte Schichten oder Materialien zweckmäßig. Eine Planarisierung ist auch zweckmäßig bei der Ausbildung von Strukturelementen auf einem Substrat durch Entfernen von überschüssigem abgeschiedenem Material, das zum Füllen der Strukturelemente und zur Bereitstellung einer ebenen Oberfläche für darauf folgende Metallisierungs- und Bearbeitungsniveaus verwendet wird.

Chemisches-mechanisches Planarisieren, oder chemisches-mechanisches Polieren (CMP), ist eine übliche Technik, die zum Ebenmachen von Substraten verwendet wird. CMP verwendet eine chemische Masse, gewöhnlich eine Aufschlämmung oder ein anderes fluides Medium, für ein selektives Entfernen von Material von Substraten. Bei herkömmlichen CMP-Techniken wird in einer CMP-Vorrichtung ein Substratträger oder Polierkopf an einer Trägeranordnung angebracht und in Kontakt mit einem Polierkissen angeordnet. Die Trägeranordnung sorgt für einen einstellbaren Druck auf das Substrat, wodurch das Substrat gegen das Polierkissen gedrückt wird. Das Kissen wird relativ zum Substrat durch eine externe Antriebskraft bewegt. Die CMP-Vorrichtung bewirkt eine polierende oder reibende Bewegung zwischen der Oberfläche des Substrats und dem Polierkissen, während eine Poliermasse verteilt wird, um eine chemische Aktivität und/oder eine mechanische Aktivität und das daraus folgende Entfernen von Material von der Oberfläche des Substrats zu bewirken.

Die US-A-5,911,619 offenbart ein Verfahren zur Planarisierung einer Schicht eines Werkstücks, wie eines Halbleiterwafers. Zu dem Verfahren gehört das Drehen der Schicht an einer elektrolytischen Polieraufschlämmung und das Fließenlassen eines elektrischen Stroms durch nur eine Hauptseite und/oder Nebenseiten der Schicht, um Teile der Schicht zu entfernen. Eine Hauptseite trägt keine mikroelektrischen Bauelemente, die durch den Strom beschädigt werden könnten. Wenigstens ein Teil eines jeden Schritts des Drehens und des Fließenlassens des Stroms erfolgt gleichzeitig. Die Referenzschicht offenbart auch eine Vorrichtung zum Planarisieren einer Schicht, die einen drehbaren Werkstückträger, eine drehbare Platte, die nahe an dem Träger angeordnet ist, ein auf der Platte angeordnetes Polierkissen und Werkstückelektroden aufweist. Die Werkstückelektroden sind an dem Träger beweglich so angebracht, dass sie elektrisch mit den Nebenseiten einer Schicht in Eingriff stehen,

Ein bei der Herstellung von integrierten Schaltungen zunehmend verwendetes Material ist Kupfer aufgrund seiner gewünschten elektrischen Eigenschaften. Kupfer hat jedoch seine eigenen speziellen Verarbeitungsprobleme. Beispielsweise ist Kupfer schwierig in ein Muster zu bringen und zu ätzen, so dass zur Bildung von Kupfersubstrat-Strukturelementen neue Prozesse und Techniken zur Anwendung kommen, wie Damaszen- oder Doppeldamaszenprozesse. Bei Damaszenprozessen wird ein Strukturelement in einem dielektrischen Material ausgebildet und dann mit Kupfer gefüllt. Für die Herstellung von Kupferdamaszenen werden dielektrische Materialien mit niedrigen Dielektrizitätskonstanten verwendet, d.h. kleiner als etwa 3. Auf den Strukturelementen, die in der dielektrischen Schicht vor dem Abscheiden des Kupfermaterials ausgebildet werden, werden konform Sperrschichtmaterialien abgeschieden. Dann wird das Material Kupfer über der Sperrschicht und dem umgebenden Bereich abgeschieden. Eine Kupferfüllung der Strukturelemente führt gewöhnlich zu einem Überschuss oder einer Überladung mit dem Material Kupfer auf der Substratoberfläche, das zur Bildung eines mit Kupfer gefüllten Strukturelements in dem dielektrischen Material und zur Vorbereitung der Substratoberfläche für darauf folgende Bearbeitungen entfernt werden muss.

Eine Aufgabe, die sich beim Polieren von Kupfermaterialien stellt, besteht darin, dass die Zwischenfläche zwischen dem leitenden Material und der Sperrschicht gewöhnlich nicht planar ist und dass restliches Kupfermaterial in den Unregelmäßigkeiten zurückgehalten wird, die von der nicht planaren Zwischenfläche gebildet werden. Außerdem werden häufig das leitende Material und die Sperrschichtmaterialien von der Substratoberfläche mit unterschiedlichen Raten entfernt, was beides dazu führen kann, dass überschüssiges leitendes Material als Reste auf der Substratoberfläche zurückgehalten werden. Zusätzlich kann die Substratoberfläche eine unterschiedliche Oberflächentopographie haben, was von der Dichte oder Größe der darin ausgebildeten Strukturelemente abhängt. Das Kupfermaterial wird mit unterschiedlichen Entfernungsraten längs der unterschiedlichen Oberflächentopographie der Substratoberfläche entfernt, was das Entfernen von Kupfermaterial von der Substratoberfläche effektiv macht, wodurch jedoch eine abschließende Planarität der Substratoberfläche schwierig zu erreichen ist.

Eine Lösung zum Entfernen von dem ganzen gewünschten Kupfermaterial von der Substratoberfläche besteht darin, die Substratoberfläche überzupolieren. Das Überpolieren einiger Materialien kann jedoch zur Bildung von topographischen Defekten, wie konkaven Stellen oder Vertiefungen in den Strukturelementen, worauf als Tellerbildung Bezug genommen wird, oder übermäßigem Entfernen von dielektrischem Material, worauf als Erosion Bezug genommen wird, führen. Die topographischen Defekte aus der Tellerbildung und der Erosion können weiterhin zu einem ungleichmäßigen Entfernen von zusätzlichen Materialien, wie darunter angeordneten Sperrschichtmaterialien, führen und eine Substratoberfläche erzeugen, deren Polierqualität schlechter als erwünscht ist.

Ein anderes Problem beim Polieren von Kupferoberflächen ergibt sich aus der Verwendung von dielektrischen Materialien mit geringer Dielektrizitätskonstante (geringem k) zur Bildung von Kupferdamaszenen in der Substratoberfläche. Dielektrische Materialien mit geringem k, wie mit Kohlenstoff dotierte Siliciumoxide, können sich unter den herkömmlichen Polierdrucken, (d.h. von etwa 6 psi), die als Abwärtskraft bezeichnet werden, verformen oder brechen, was die Substratpolierqualität und die Elementausbildung nachteilig beeinflussen kann. Beispielsweise kann eine relative Drehbewegung zwischen dem Substrat und einem Polierkissen eine Scherkraft längs der Substratoberfläche herbeiführen und das Material mit geringem k formen, wodurch topographische Defekte gebildet werden, die das daraus folgende Polieren nachteilig beeinflussen können.

Eine Lösung für ein Polieren von Kupfer in Materialien mit geringer Dielektrizitätskonstante, wobei darauf reduzierte oder minimale Beschädigungen ausgebildet werden, besteht darin, das Kupfer durch elektrochemische mechanische Poliertechniken (ECMP) zu polieren. ECMP-Techniken entfernen leitendes Material von einer Substratoberfläche durch elektrochemische Auflösung, während gleichzeitig die Oberfläche mit einem mechanischen Abrieb poliert wird, der verglichen mit dem herkömmliche CMP-Prozess reduziert ist. Die elektrochemische Auflösung wird dadurch ausgeführt, dass eine Vorspannung zwischen einer Kathode und der Substratoberfläche angelegt wird, um leitende Materialien von einer Substratoberfläche in einen umgebenden Elektrolyt zu entfernen. Bei einer Ausführungsform eines ECMP-Systems wird die Vorspannung durch einen Ring von leitenden Kontakten in elektrischer Verbindung mit der Substratoberfläche in einer Substratträgervorrichtung, beispielsweise einem Substratträgerkopf, angelegt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass der Kontaktring eine ungleichförmige Verteilung des Stroms über der Substratoberfläche hat, was zu einer ungleichförmigen Auflösung führt. Der mechanische Abrieb wird durch den Kontakt des Substrats mit einem herkömmlichen Polierkissen und durch Vorsehen einer Relativbewegung zwischen dem Substrat und dem Polierkissen ausgeführt. Herkömmliche Polierkissen begrenzen jedoch häufig den Elektrolytstrom zur Oberfläche des Substrats. Zusätzlich kann das Polierkissen aus Isoliermaterialien zusammengesetzt sein, die eine Störwirkung mit dem Anlegen der Vorspannung an die Substratoberfläche herbeiführen und eine nicht gleichförmige oder variable Materiallösung aus der Substratoberfläche ergeben.

Als Folge besteht ein Bedürfnis für ein verbessertes Polierelement zum Entfernen eines leitenden Materials von einer Substratoberfläche.

Die Erfindung stellt ein Polierelement zum Polieren eines Substrats bereit, wobei das Polierelement einen Körper mit einer Polierfläche aufweist, die zum Polieren des Substrats angepasst ist, und in der Polierfläche wenigstens ein leitendes Element eingebettet ist, das eine Kontaktfläche hat, die sich über eine Ebene hinaus erstreckt, die von der Polierfläche gebildet wird.

Beispielsweise kann der Körper ein dielektrisches Material aufweisen, das aus der Gruppe von Polyurethan, Polycarbonat, Polyphenylensulfid, mit Urethan extrahierte Filzfasern, gefüllte Polymere, geschäumte Polymere und Kombinationen davon ausgewählt ist.

Bei einer weiteren Anordnung kann der Körper eine Vielzahl von Öffnungen aufweisen, die durch ihn hindurchgehend ausgebildet sind.

Weiterhin kann zwischen dem leitenden Element und dem Gehäuse ein Vorspannelement angeordnet werden, das zum Drücken des leitenden Elements zu der Polierfläche hin angepasst ist. Das Vorspannelement kann insbesondere eine Feder, ein Schaumpolymer, einen Kunststoffschlauch, ein Elastomer oder Kombinationen davon aufweisen.

Bei einem weiteren Aspekt wird ein Polierelement zum Polieren eines Substrats mit einem Körper, der eine Polierfläche aufweist, die zum Polieren des Substrats angepasst ist, mit wenigstens einem in der Polierfläche eingebetteten leitenden Element und mit einem oder mehreren Taschen, die in der Polierfläche ausgebildet sind, bereitgestellt, wobei das leitende Element in wenigstens einer der Taschen angeordnet ist und eine Kontaktfläche aufweist, die sich über eine Ebene hinaus erstreckt, die von der Polierfläche gebildet wird.

Damit die Art und Weise, in der die vorstehend angegebenen Aspekte der Erfindung erreicht werden, im Einzelnen verstanden werden kann, wird die vorstehend kurz zusammengefasste Erfindung im Einzelnen unter Bezug auf ihre Ausführungsformen beschrieben, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind.

Zu erwähnen ist, dass die beiliegenden Zeichnungen nur typische Ausgestaltungen dieser Erfindung veranschaulichen und deshalb nicht als Beschränkung ihres Umfangs anzusehen sind, da die Erfindung auch zu anderen, gleich effektiven Ausführungsformen Zugang haben kann.

1 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Behandlungsvorrichtung der Erfindung,

2 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer ECMP-Station,

3 bis 6 zeigen Polierelemente, die "die Erfindung nicht einschließen",

7 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines mit Nuten versehenen Polierelements nach der Erfindung, das ein leitendes Element (nicht gezeigt) aufweist,

8 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform auf ein mit Nuten versehenes Polierelement, das ein leitendes Element (nicht gezeigt) aufweist,

10A ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Polierelements mit einem leitenden Element,

10B ist eine perspektivische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform eines Polierelements mit einem leitenden Element,

10C ist eine perspektivische Teilansicht einer weiteren, die Erfindung nicht einschließenden Ausführungsform eines Polierelements mit einem leitenden Element,

10D ist eine Einzelheit des die Erfindung nicht einschließenden Polierelements von 10C,

11A ist eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines leitenden Elements,

11B ist eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines leitenden Elements,

12A ist eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines leitenden Elements,

12B ist eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines leitenden Elements,

13 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung eines Polierelements mit einem leitenden Element,

14A ist eine perspektivische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform eines Polierelements,

14B ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Polierelements,

14C ist eine perspektivische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform eines Polierelements,

14D zeigt eine weitere Ausführungsform eines Polierelements mit leitenden Elementen, die Schleifen aufweisen, die an dem Polierelements befestigt sind, und

15A bis 15D sind schematische Drauf- und Seitenansichten einer die Erfindung nicht einschließenden Ausführungsform eines Eingabeleitungskissens, das auf dem hier beschriebenen Polierelement angebracht ist.

Zur Erleichterung des Verständnisses wurden, wo immer es möglich war, gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung identischer Elemente verwendet, die den Figuren gemeinsam sind.

INS EINZELNE GEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNG

Die Worte und Sätze, wie sie hier verwendet werden, sollen, soweit es nicht anderweitig definiert ist, ihre ursprüngliche und übliche Bedeutung nach dem Stand der Technik für den Fachmann haben. Das chemische-mechanische Polieren sollte breit ausgelegt werden und umfasst, ohne darauf beschränkt zu sein, das Abschleifen einer Substratoberfläche durch chemische Aktivität, mechanische Aktivität oder eine Kombination aus sowohl chemischer als auch mechanischer Aktivität. Das Elektropolieren soll breit ausgelegt werden und umfasst, ohne darauf beschränkt zu sein, das Planarisieren eines Substrats durch Aufbringen einer elektrochemischen Aktivität, beispielsweise durch anodische Auflösung. Das elektrochemische mechanische Polieren (ECMP) sollte breit ausgelegt werden und umfast, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, das Planarisieren eines Substrats durch Aufbringen einer elektrochemischen Aktivität, einer mechanischen Aktivität oder einer Kombination von sowohl elektrochemischer als auch mechanischer Aktivität, um Material von einer Substratoberfläche zu entfernen. Der elektrochemische mechanische Plattierprozess (ECMPP) soll breit ausgelegt werden und umfasst, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, das elektrochemische Abscheiden von Material auf einem Substrat und das gleichzeitige Planarisieren des abgeschiedenen Materials durch Aufbringen einer elektrochemischen Aktivität, einer mechanischen Aktivität oder einer Kombination aus sowohl einer elektrochemischen als auch mechanischen Aktivität.

Anodische Auflösung sollte breit ausgelegt werden und umfasst, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, das Anlegen einer anodischen Vorspannung an einem Substrat direkt oder indirekt, was zum Entfernen von leitendem Material von der Substratoberfläche und in eine umgebende Elektrolytlösung führt. Perforation sollte breit ausgelegt werden und umfasst, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, einen Schlitz, ein Loch, eine Öffnung, einen Kanal oder einen Durchgang, teilweise oder vollständig durch einen Gegenstand, wie ein Polierelement, hindurchgehend ausgebildet.

1 zeigt eine Verarbeitungsvorrichtung 100 mit wenigstens einer Station, die für eine elektrochemische Abscheidung und ein chemisches-mechanisches Polieren geeignet ist, beispielsweise eine elektrochemische mechanische Polier-(ECMP-)Station 102 und wenigstens eine herkömmliche Polier- oder Schwabbelstation 106, die auf einer einzigen Plattform oder einem einzigen Gerät angeordnet ist. Eine Poliervorrichtung, die so angepasst werden kann, dass sie aus der Erfindung Nutzen zieht, ist eine chemische-mechanische Poliervorrichtung MIRRA®, die von Applied Materials, Inc. in Santa Clara, Kalifornien, geliefert wird.

Die beispielsweise Vorrichtung 100 hat insgesamt eine Basis 108, die ein oder mehrere ECMP-Stationen 102 trägt, eine oder mehrere Polierstationen 106, eine Überführungsstation 110 und ein Karussell 112. Die Überführungsstation 110 erleichtert gewöhnlich die Überführung von Substraten 114 zu der Vorrichtung 100 und von ihr aus über einen Laderobot 116. Der Laderobot 116 überführt gewöhnlich Substrate 114 zwischen der Überführungsstation 110 und einer Fabrikschnittstelle 120, die ein Reinigungsmodul 122, eine metrologische Vorrichtung 104 und eine oder mehrere Substratspeicherkassetten 118 aufweisen kann. Ein Beispiel für eine metrologische Vorrichtung 104 ist das integrierte Dickenüberwachungssystem NovaScanTM, das von Nova Measuring Instruments, Inc. in Phoenix, Arizona, geliefert wird.

Alternativ kann der Laderobot 116 (oder die Fabrikschnittstelle 120) Substrate einem oder mehreren anderen Behandlungsgeräten (nicht gezeigt) zuführen, beispielsweise einer Vorrichtung für die chemische Gasphasenabscheidung, einer Vorrichtung für die physikalische Gasphasenabscheidung, einer Ätzvorrichtung und dergleichen.

Bei einer Ausführungsform hat die Überführungsstation 110 wenigstens eine Eingabespeicherstation 124, eine Ausgabespeicherstation 126, einen Überführungsrobot 132 und eine Ladeschaleanordnung 128. Der Laderobot 116 platziert das Substrat 114 auf der Eingabespeicherstation 124. Der Überführungsrobot 132 hat zwei Greiferanordnungen, von denen jede pneumatische Greiffinger hat, die das Substrat 114 durch den Substratrand halten. Der Überführungsrobot 132 hebt das Substrat 114 von der Eingabespeicherstation 124 und dreht den Greifer und das Substrat 114 für eine Positionierung des Substrats 114 über der Ladeschalenanordnung 128 und setzt dann das Substrat 114 auf der Ladeschalenanordnung 128 ab.

Das Karussell 112 hält insgesamt eine Vielzahl von Polierköpfen 130, von denen jeder während der Bearbeitung ein Substrat 114 hält. Das Karussell 112 überführt die Polierköpfe 130 zwischen der Überführungsstation 110, der einen oder mehreren ECMP-Stationen 102 und der einen oder mehreren Polierstationen 106. Ein Karussell 112, das so ausgelegt werden kann, dass es die Erfindung nutzt, ist insgesamt in dem US-Patent 5,804,507, ausgegeben am 8. September 1998 für Tolles et al., beschrieben.

Das Karussell 112 ist insgesamt zentral auf der Basis 108 angeordnet. Das Karussell 118 hat gewöhnlich eine Vielzahl von Armen 138. Jeder Arm 138 trägt gewöhnlich einen der Polierköpfe 130. Einer der in 1 dargestellten Arme 138 ist nicht gezeigt, so dass die Überführungsstation 110 gesehen werden kann. Das Karussell 112 ist schrittweise bewegbar, so dass der Polierkopf 130 zwischen den Stationen 102, 106 und der Überführungsstation 110 in einer Folge bewegt werden kann, die von dem Benutzer bestimmt wird.

Der Polierkopf 130 hält insgesamt das Substrat 114, während das Substrat 114 in der ECMP-Station 102 oder der Polierstation 106 angeordnet ist. Die Anordnung der ECMP-Stationen 106 und der Polierstationen 102 an der Vorrichtung 100 ermöglichen es dem Substrat 114, dass es durch Bewegen des Substrats zwischen den Stationen nacheinander plattiert oder poliert wird, während es in dem gleichen Polierkopf 130 gehalten wird. Ein Polierkopf, der an die Erfindung anpassbar ist, ist ein Substratträger TITAN HEADTM, hergestellt von Applied Materials, Inc. in Santa Clara, Kalifornien.

Beispiele für Ausführungsformen von Polierköpfen 130, die mit der hier beschriebenen Poliervorrichtung 100 verwendet werden können, sind in dem US-Patent 6,024,630, ausgegeben am 25. Februar 2000 für Shendon, et al., beschrieben.

Um die Steuerung der Poliervorrichtung 100 und der daran ausgeführten Prozesse zu erleichtern, ist mit der Poliervorrichtung 100 eine Steuerung 140 verbunden, die eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 142, einen Speicher 144 und Trägerschaltungen 146 aufweist. Die CPU 142 kann eine aus einer beliebigen Form von Rechnerprozessoren sein, die in einer industriellen Anordnung zum Steuern verschiedener Antriebe und Drucke verwendet werden kann. Der Speicher 144 ist mit der CPU 142 verbunden. Der Speicher 144, oder ein rechnerlesbares Medium, können ein oder mehrere lesbare verfügbare Speicher sein, beispielsweise ein Schreib-Lese-Speicher (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein Diskettenlaufwerk, ein Festplattenlaufwerk oder irgendeine andere Form einer digitalen Speicherung, vor Ort oder entfernt. Die Trägerschaltungen 146 sind mit der CPU 142 zur Unterstützung des Prozessors in herkömmlicher Weise verbunden. Zu diesen Schaltungen gehören ein Pufferspeicher, Stromzuführungen, Taktschaltungen, Eingabe/Ausgabe-Schaltung, Subsysteme und dergleichen.

2 zeigt eine Schnittansicht des Polierkopfs 130, der über einer ECMP-Station 102 gehalten ist. Die ECMP-Station 102 hat insgesamt eine Wanne 202, eine Elektrode 204, ein Polierelement 205, eine Scheibe 206 und einen Deckel 208. Bei einer Ausführungsform ist die Wanne 202 mit der Basis 108 der Poliervorrichtung 100 verbunden. Die Wanne 202 bildet insgesamt einen Behälter oder eine Elektrolytzelle, in der ein leitendes Fluid, beispielsweise ein Elektrolyt 220, eingeschlossen werden kann. Der bei der Bearbeitung des Substrats 114 verwendete Elektrolyt 220 kann dazu verwendet werden, Metalle, wie Kupfer, Aluminium, Wolfram, Gold, Silber oder irgendwelche anderen Materialien zu verarbeiten, die elektrochemisch auf dem Substrat 114 abgeschieden oder elektrochemisch von ihm entfernt werden können.

Die Wanne 202 kann ein schalenförmiges Element aus Kunststoff, beispielsweise aus Fluorpolymeren, TEFLON®, PFA, PE, PES oder aus anderen Materialien sein, die mit der Elektroplattier- und Elektropolierchemie kompatibel sind. Die Wanne 202 hat einen Boden 210 mit einer Öffnung 216 und einem Auslass 214. Die Öffnung 216 ist insgesamt in der Mitte des Bodens 210 angeordnet und erlaubt den Durchgang einer Welle 212. Zwischen der Öffnung 216 und der Welle 212 ist eine Dichtung 218 angeordnet, die das Drehen der Welle 212 ermöglicht, während verhindert wird, dass in der Wanne 202 vorhandene Fluide durch die Öffnung 216 hindurchgehen.

Die Wanne 202 weist gewöhnlich die Elektrode 204, die Scheibe 206 und das darin angeordnete Polierelement 205 auf. Das Polierelement 205, beispielsweise ein Polierkissen, ist in der Wanne 202 auf der Scheibe 206 angeordnet und gehalten.

Die Elektrode 204 ist zu dem Substrat 114 und/oder einem Polierelement 205, das eine Substratoberfläche kontaktiert, eine Gegenelektrode. Das Polierelement 205 ist wenigstens teilweise leitend und kann als Elektrode in Kombination mit dem Substrat während der elektrochemischen Prozesse, beispielsweise während eines elektrochemischen mechanischen Plattierprozesses (ECMPP) wirken, zu dem eine elektrochemische Abscheidung und ein chemisches-mechanisches Polieren oder ein elektrochemisches Lösen gehören. Die Elektrode 204 kann eine Anode oder Kathode sein, was von der positiven Vorspannung (Anode) oder einer negativen Vorspannung (Kathode) abhängt, die zwischen der Elektrode 204 und dem Polierelement 205 angelegt wird.

Beispielsweise bewirkt ein aus einem Elektrolyten auf der Substratoberfläche in Abscheidung befindliches Material, dass die Elektrode 204 als Anode und die Substratoberfläche und/oder das Polierelement 205 als Kathode wirken. Wenn von einer Substratoberfläche Material entfernt wird, beispielsweise durch Auflösung aufgrund einer angelegten Vorspannung, wirkt die Elektrode 204 als Kathode, und die Substratoberfläche und/oder das Polierelement 205 können als Anode für den Auflösungsprozess wirken.

Die Elektrode 204 ist insgesamt zwischen der Scheibe 206 und dem Boden 210 der Wanne 202 angeordnet, wo sie in den Elektrolyten 220 eintauchen kann. Die Elektrode 204 kann ein plattenförmiges Element, eine Platte mit mehreren durchgehenden Öffnungen oder eine Vielzahl von Elektrodenteilen sein, die in einer permeablen Membran oder einem Behälter angeordnet sind. Eine permeable Membran (nicht gezeigt) kann zwischen der Scheibe 106 und der Elektrode 204 oder der Elektrode 204 und dem Polierelement 205 angeordnet werden, um Blasen, wie Wasserstoffblasen, von der Waferoberfläche zu filtern und um eine defekte Formation zu verringern und Strom oder Leistung dazwischen zu stabilisieren oder gleichförmiger anzulegen.

Die Elektrode 204 besteht aus dem abzuscheidenden oder zu entfernenden Material, wie Kupfer, Aluminium, Gold, Silber, Wolfram und anderen Materialien, die elektrochemisch auf dem Substrat 114 abgeschieden werden. Für elektrochemische Entfernungsprozesse, wie die Anodenauflösung, kann die Elektrode 204 eine sich nicht selbst verbrauchende Elektrode aus einem anderen als dem abgeschiedenen Material sein, beispielsweise für die Kupferauflösung Platin. Die sich nicht selbst verbrauchende Elektrode wird bei Planarisierungsprozessen verwendet, die sowohl die elektrochensche Abscheidung als auch das elektrochemische Entfernen kombinieren.

Obwohl die Polierelemente hier für elektrochemische-mechanische Polierprozesse (ECMP) beschrieben sind, zieht die Erfindung die Verwendung des leitenden Polierelements bei anderen Herstellungsprozessen in Betracht, die eine elektrochemische Aktivität aufweisen. Beispiele für solche Prozesse, die eine elektrochemische Aktivität aufweisen, sind die elektrochemische Abscheidung, bei der das Polierelement 205 dazu verwendet wird, eine gleichförmige Vorspannung auf eine Substratoberfläche für ein Abscheiden eines leitenden Materials ohne die Verwendung einer herkömmlichen Vorspannungsanlegvorrichtung, wie Randkontakte, aufzubringen, sowie elektrochemische mechanische Plattierungsprozesse (ECMPP), zu denen eine Kombination aus elektrochemischer Abscheidung und chemischem-mechanischem Polieren gehören.

Das Polierelement 205 kann ein Kissen, eine Bahn oder ein Gurt aus Material sein, das mit der Fluidumgebung und den Bearbeitungsspezifikationen kompatibel ist. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist das Polierelement 205 kreisförmig und an einem oberen Ende der Wanne 202 angeordnet, wobei es an seiner unteren Fläche durch die Scheibe 206 gehalten ist. Das Polierelement 205 hat wenigstens eine teilweise leitende Fläche aus leitendem Material, beispielsweise einem oder mehreren leitenden Elementen, für einen Kontakt der Substratoberfläche während der Bearbeitung. Das Polierelement 205 kann ein Teil eines leitenden Poliermaterials oder das ganze leitende Poliermaterial oder ein Verbund aus einem leitenden Poliermaterial eingebettet in oder angeordnet auf dem herkömmlichen Poliermaterial sein. Beispielsweise kann das leitende Material auf einem "Unterlage"-Material angeordnet sein, das zwischen der Scheibe 206 und dem Polierelement 205 für einen Zuschnitt für den Nachgiebigkeits- und/oder Härtemesser des Polierelements 205 während der Bearbeitung angeordnet ist.

Die Wanne 202, die Abdeckung 208 und die Scheibe 206 können auf der Basis 108 bewegbar angeordnet werden. Die Wanne 202, die Abdeckung 208 und die Scheibe 206 können axial zu der Basis 108 bewegt werden, um das Spiel des Polierkopfs 130 zu erleichtern, wenn das Karussell das Substrat 114 zwischen dem ECMP und den Polierstationen 102, 106 weiterschaltet. Die Scheibe 206 ist in der Wanne 202 angeordnet und mit der Welle 212 gekoppelt. Die Welle 212 ist insgesamt mit einem Motor 224 gekoppelt, der unter der Basis 108 angeordnet ist. Der Motor 224 versetzt ansprechend auf ein Signal aus der Steuerung 140 die Scheibe 206 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in Drehung.

Die Scheibe 206 kann ein perforierter Elementträger aus einem Material sein, das mit dem Elektrolyten 220 kompatibel ist und das Polieren nicht nachteilig beeinträchtigt. Die Scheibe 206 kann aus Polymer, beispielsweise Fluorpolymeren, PE, TEFLON®, PFA, PES, HDPE, UHMW oder dergleichen, hergestellt sein. Die Scheibe 206 kann in der Wanne 202 unter Verwendung von Befestigungsmitteln, wie Schrauben, oder anderen Einrichtungen, wie einem Napf- oder Messsitz mit dem darin aufgehängten Mantel, und dergleichen festgelegt werden. Die Scheibe 206 ist vorzugsweise im Abstand von der Elektrode 204 angeordnet, um ein breiteres Prozessfenster zu bilden und somit die Empfindlichkeit der Materialabscheidung und die Materialentfernung von der Substratoberfläche zu den Abmessungen der Elektrode 204 zu verringern.

Die Scheibe 206 ist für den Elektrolyten 220 insgesamt durchlässig. Bei einer Ausführungsform hat die Scheibe 206 eine Vielzahl von in ihr ausgebildeten Durchbrechungen oder Kanälen 222. Zu den Durchbrechungen gehören Aussparungen, Löcher, Öffnungen oder Durchgänge, die teilweise oder vollständig durch einen Gegenstand, wie das Polierelement, hindurchgehend ausgebildet sind. Die Perforationsgröße und -dichte wird so gewählt, dass eine gleichförmige Verteilung des Elektrolyten 220 durch die Scheibe 206 zu dem Substrat 114 vorgesehen wird. Bei einem Aspekt hat die Scheibe Durchbrechungen mit einem Durchmesser zwischen etwa 0,02 Zoll (0,5 mm) und etwa 0,4 Zoll (10 mm). Die Durchbrechungen können eine Perforationsdichte zwischen etwa 30% und etwa 80% des Polierelements aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass eine Perforationsdichte von etwa 50% einen Elektrolytstrom mit minimalen nachteiligen Effekten auf die Polierprozesse ergibt. Insgesamt sind die Durchbrechungen der Scheibe 206 und des Polierelements 205 fluchtend ausgerichtet, um einen ausreichenden Massenstrom an Elektrolyt durch die Scheibe 206 und das Polierelement 205 zu der Substratoberfläche zu erhalten. Das Polierelement 205 kann auf der Scheibe 206 durch eine mechanische Klemme oder einen leitenden Klebstoff angeordnet sein.

Der Elektrolyt 220 wird an einem Überfluten des Behandlungsbereichs 232 durch eine Vielzahl von Löchern 234 gehindert, die in einem Mantel 254 angeordnet sind. Die Löcher 234 bilden insgesamt einen Weg durch die Abdeckung 208 für den Elektrolyten 220, der aus dem Behandlungsbereich 232 austritt und in den unteren Teil der Wanne 202 strömt. Die Löcher 234 sind insgesamt zwischen einer unteren Fläche 236 der Vertiefung 258 und dem mittleren Abschnitt 252 angeordnet. Da gewöhnlich wenigstens ein Teil der Löcher 234 höher ist als die Oberfläche 236 des Substrats 114 in einer Behandlungsposition, füllt der Elektrolyt 220 den Behandlungsbereich 232 und wird somit in Kontakt mit dem Substrat 214 und dem Poliermedium 205 gebracht. Dadurch bleibt das Substrat 214 in Kontakt mit dem Elektrolyten 220 über dem vollständigen Bereich des relativen Abstands zwischen der Abdeckung 208 und der Scheibe 206.

Der in der Wanne 202 gesammelte Elektrolyt 220 strömt insgesamt durch den Auslass 214, der im Boden 210 angeordnet ist, in das Fluidfördersystem. Das Fluidfördersystem 272 hat gewöhnlich den Speicher 233 und eine Pumpe 242. Der in das Fluidfördersystem 272 strömende Elektrolyt 220 wird in dem Speicher 233 gesammelt. Die Pumpe 242 überführt den Elektrolyt 220 aus dem Speicher 233 über eine Zuführleitung 244 zu der Düse 270, wo der Elektrolyt 220 im Kreis durch die ECMP-Station 102 zurückgeführt wird. Zwischen dem Speicher 233 und der Düse 270 ist zum Entfernen von Teilchen und agglomeriertem Material, das in dem Elektrolyten 220 vorhanden sein kann, gewöhnlich ein Filter 240 angeordnet.

Polierelementaufbauten

Nach der Erfindung kann das Polierelement eine Vielzahl von Materialschichten mit wenigstens einem leitenden Material auf der Substratoberfläche oder für eine leitende Oberfläche für den Kontakt eines Substrats aufweisen. Vor der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung werden anhand von 3 bis 6 "die Erfindung nicht einschließende Polierelemente" beschrieben, die aus einer einzigen Schicht eines leitenden Poliermaterials bestehen.

3 ist eine Schnittansicht eines Polierelements 205 und zeigt ein Mehrschicht- oder Verbundpolierelement, das einen leitenden Polierabschnitt 310 zum Polieren einer Substratoberfläche und einen Halteabschnitt 320 aufweist. Der leitende Polierabschnitt 310 kann ein leitendes Polierelement aufweisen oder ein Verbund aus dem leitenden Poliermaterial und dem hier beschriebenen herkömmlichen Poliermaterial sein. Die Dicke des Polierelements 105 kann zwischen etwa 0,1 mm und etwa 5 mm liegen.

Der Halteabschnitt 320 weist insgesamt das gleiche Material wie der leitende Polierabschnitt 310 auf. Der Halteabschnitt 320 kann jedoch von anderen Materialien gebildet werden, beispielsweise solchen, die nur von einem herkömmlichen harten Poliermaterial gebildet werden, d.h. mit einer Shore-D-Härte von etwa 80 oder mehr, das einen Träger für den leitenden Polierabschnitt 310 während des Polierens bildet. Zusätzlich kann der Halteabschnitt 320 ein herkömmliches weiches Material sein, beispielsweise mit Urethan gelaugte komprimierte Filzfasern zum Absorbieren eines Teils des Drucks, der zwischen dem Polierelement 205 und dem Trägerkopf 130 anliegt. Das weiche Material hat eine Shore-D-Härte zwischen etwa 25 und etwa 40.

Insgesamt ist der leitende Polierabschnitt 310 haftend an dem Halteabschnitt 320 durch einen herkömmlichen Klebstoff befestigt. Der Klebstoff kann leitend oder dielektrisch sein, was von den Erfordernissen des Prozesses abhängt. Der Halteabschnitt 320 kann an der Scheibe 206 durch einen Klebstoff oder eine mechanische Klemme befestigt werden.

Der leitende Polierabschnitt 310 und der Halteabschnitt 320 des Polierelements 205 sind insgesamt für den Elektrolyten aufgrund einer Vielzahl von Durchbrechungen oder Kanälen, die in ihnen ausgebildet sind, durchlässig. Die Vielzahl der Durchbrechungen oder Kanäle ermöglicht es, dass der Elektrolyt hindurchströmt und die Oberfläche während der Bearbeitung kontaktiert. Perforationen 350, die in dem Polierelement 205 ausgebildet sind, können Kanäle oder Öffnungen in dem Polierelement sein, die einen Durchmesser zwischen etwa 0,02 Zoll (0,5 mm) und etwa 0,4 Zoll (10 mm) haben. Obwohl es in 3 nicht gezeigt ist, können die Perforationen einen Durchmesser haben, der etwa gleich der Dicke des Polierelements 205 ist, oder ein Seitenverhältnis von etwa 1:1 zwischen der Dicke des Polierelements 205 und dem Durchmesser der darin angeordneten Perforierungen aufweisen.

Das Polierelement 205 kann eine Durchbrechungsdichte zwischen etwa 30% und etwa 80% des Polierelements aufweisen, um einen ausreichenden Massenstrom an Elektrolyten quer über die Polierelementfläche bereitzustellen. Bei einem Beispiel findet man eine Perforationsdichte von etwa 50% für die Bereitstellung eines ausreichenden Elektrolytstroms, um eine gleichförmige anodische Auflösung von der Substratoberfläche aus zu erleichtern. Die Perforationsdichte ist hier breit beschrieben als das Volumen des Polierelements, das die Perforationen einnehmen, d.h. die Häufungszahl und die Durchmesser oder die Größe der Perforationen der Oberfläche oder des Körpers des Polierelements, wenn in dem Polierelement 205 Perforationen ausgebildet sind.

Die Perforationsgröße und -dichte wird so gewählt, dass eine gleichförmige Elektrolytverteilung durch das Polierelement 205 zu einer Substratfläche bereitgestellt wird. Insgesamt sind die Perforationsgröße, die Perforationsdichte und die Organisation der Perforationen sowohl des leitenden Polierabschnitts 310 als auch des Halteabschnitts 320 so gestaltet und zueinander ausgerichtet, dass für einen ausreichenden Massenstrom des Elektrolyten durch den leitenden Polierabschnitt 310 und den Halteabschnitt 320 zur Substratoberfläche gesorgt ist.

Gemäß 4 hat bei einem Aspekt das Polierelement 205 ein leitendes Polierflächenelement 410 zum Polieren einer Substratfläche, eine leitende Elementträgerschicht 420 und eine starre Trägerschicht 430. Insgesamt ist das leitende Polierflächenelement 410 auf der leitenden Elementträgerschicht 420 angeordnet und haftend an der leitenden Elementträgerschicht 420 durch einen leitenden Klebstoff befestigt. Die leitende Elementträgerschicht 420 kann an der starren Trägerschicht 430 durch einen herkömmlichen Klebstoff befestigt werden, wie er bei Poliermaterialien und in Polierprozessen verwendet wird. Die starre Trägerschicht 430 kann einen Halteabschnitt 440 aufweisen, der auf einem Elementträgeraufbau angeordnet ist, beispielsweise der Scheibe 206, oder kann die Scheibe 206 selbst sein. Das Polierelement 205 kann an der Scheibe 206 durch einen Klebstoff oder mechanische Klemmen (nicht gezeigt) befestigt werden. Die Dicke des Polierelements 205 liegt zwischen etwa 0,1 mm und etwa 5 mm.

Das leitende Polierflächenelement 410 kann ein leitendes Poliermaterial oder einen Verbund aus leitendem Poliermaterial aufweisen, das/der, wie hier beschrieben, in leitenden Poliermaterialien angeordnet ist. Das leitende Polierflächenelement 410 kann insgesamt eine Oberflächenrauigkeit von etwa 1 &mgr;m oder weniger aufweisen. Das leitende Polierflächenelement 410 hat insgesamt eine Härte von etwa 50 oder mehr auf der Shore-D-Härteskala für polymere Materialien.

Die leitende Elementträgerschicht 420 kann aus einem leitenden Material bestehen, das mit dem umgebenden Elektrolyt kompatibel ist, der das Polieren nicht nachteilig beeinflusst. Die leitende Elementträgerschicht 420 kann aus Materialien hergestellt sein, zu denen leitende Edelmetalle, wie Platin, oder ein leitendes Polymer gehören, um eine elektrische Leitung über dem Polierelement bereitzustellen. Geeignete Materialien für die leitende Elementträgerschicht 420 sind diejenigen, die bei dem Polierprozess inerte Materialien sind und einem Verbrauch oder einer Beschädigung während des ECMP Widerstand entgegensetzen.

Die Erfindung zieht jedoch die Verwendung von Materialien für die leitende Elementträgerschicht 420 in Betracht, die mit dem umgebenden Elektrolyt reaktiv sind, beispielsweise Kupfer, wenn solche Materialien von dem umgebenden Elektrolyt isoliert sind. Beispielsweise kann die leitende Elementträgerschicht 420 konform mit dem leitenden Poliermaterial bedeckt sein, um jeden schädlichen Einfluss einer Reaktivität zwischen dem Material der leitenden Elementträgerschicht 420 und dem umgebenden Elektrolyt zu minimieren.

Die leitende Elementträgerschicht 420 hat insgesamt eine bessere Leitfähigkeit, d.h. einen geringeren spezifischen Widerstand, als das leitende Polierflächenelement 410. Beispielsweise kann der leitende Elementträger Platin aufweisen, das einen spezifischen Widerstand von 9,81 &mgr;&OHgr;-cm bei 0°C und einen geringeren spezifischen Widerstand als Kohlefasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen hat, die beide spezifische Widerstände von 1,0 &OHgr;-cm oder weniger aufweisen. Die leitende Elementträgerschicht 420 wird dazu verwendet, für eine gleichförmige Vorspannung oder einen gleichförmigen Strom zu sorgen, um den Leitungswiderstand längs der Oberfläche des Elements, beispielsweise längs des Radius des Elements, während des Polierens für eine gleichförmige anodische Auflösung quer über der Substratoberfläche zu minimieren.

Die leitende Elementträgerschicht 420 ist mit einer Stromquelle (nicht gezeigt) verbunden. Die leitende Elementträgerschicht 420 bildet die Stromträgerfähigkeit, d.h. die anodische Vorspannung für eine anodische Auflösung, des leitenden Polierelements 205. Die Stromquelle kann mit der leitenden Elementträgerschicht 420 durch einen oder mehrere leitende Kontakte verbunden sein, die um die leitende Elementträgerschicht 420 herum angeordnet sind. Mit der leitenden Elementträgerschicht 420 können eine oder mehrere Stromquellen durch den einen oder mehrere Kontakte verbunden sein, um das Erzeugen einer variablen Vorspannung oder eines variablen Stroms über dem Abschnitt der Substratoberfläche zu ermöglichen.

Die starre Trägerschicht 430 weist insgesamt ein starres Trägermaterial auf, das zum Halten des Polierelements verwendet wird. Die starre Trägerschicht 430 kann polymere Materialien aufweisen, beispielsweise Fluorpolymere, PE, TEFLON®, PFA, PES, HDPE, UHIVIW oder dergleichen, wie sie für die Scheibe 206 Verwendung finden. Zusätzlich kann die starre Trägerschicht 430 ein herkömmliches hartes Poliermaterial aufweisen, beispielsweise Materialien, wie man sie bei IC-Serien eines Polierelements findet, nämlich Polyurethan oder Polyurethan-Verbundstoffe, zu denen das Polierkissen IC-1000 von Rodel Inc., Phoenix, Arizona, gehört. Wenn ein hartes herkömmliches Material für die starre Trägerschicht 430 verwendet wird, hat das harte herkömmliche Material gewöhnlich eine Härte, die kleiner ist als die des leitenden Polierflächenelements 410.

Alternativ kann eine Schicht aus einem kompressiblen Material, wie ein weiches Poliermaterial, anstelle der starren Trägerschicht 430 oder zwischen der leitenden Elementträgerschicht 420 und der starren Trägerschicht 430 angeordnet werden. Das kompressible Material weist ein herkömmliches weiches Material auf, beispielsweise verdichtete Filzfasern, die mit Urethan gebleicht sind und eine Shore-D-Härte zwischen etwa 25 und etwa 40 haben.

Das leitende Polierflächenelement 410, die leitende Elementträgerschicht 420 und die starre Trägerschicht 430 des Polierelements 205 werden insgesamt für den Elektrolyten mit Hilfe einer Vielzahl von Perforationen oder Kanälen, die darin ausgebildet sind, durchlässig gemacht. Zu den Perforationen 405 gehören Kanäle oder Öffnungen in dem Polierelement, die einen Durchmesser zwischen etwa 0,02 Zoll (0,5 mm) und etwa 0,4 Zoll (10 mm) haben, wobei die Perforationsdichte zwischen etwa 30% und etwa 80% des Polierelements 205 liegen kann. Es kann eine Perforationsdichte von etwa 50% bei dem Polierelement 205 verwendet werden. Obwohl es in 4 nicht gezeigt ist, können die Perforationen 405 einen Durchmesser haben, der etwa gleich der Dicke des Polierelements 205 ist, oder ein Seitenverhältnis von etwa 1:1 zwischen der Dicke des Polierelements 205 und dem Durchmesser der darin angeordneten Perforationen aufweisen.

Insgesamt sind die Perforationsgröße, die Anordnung und Dichte des leitenden Polierflächenelements 410, der leitenden Elementträgerschicht 420 und der starren Trägerschicht 430 so gestaltet und ausgerichtet, dass sie einen ausreichenden Elektrolyt-Massenstrom durch die starre Trägerschicht 430, die leitende Elementträgerschicht 420 und das leitende Polierflächenelement 410 zur Substratoberfläche ermöglichen.

Bei einer Ausführungsform hat der starre Träger 430 eine Oberfläche zum Anbringen einer Scheibe 206. Die Scheibe 206 kann perforiert sein. Der starre Träger 430 kann an der Scheibe 206 durch mechanische Klemmen oder durch eine herkömmliche Haftklebung befestigt sein, um Poliermaterialien an den Trägerstrukturen festzulegen. Insgesamt sind die Perforationen der Scheibe 206 so gestaltet und zu dem starren Träger 430, der leitenden Elementträgerschicht 420 und dem leitenden Polierflächenelement 410 ausgerichtet, dass ein ausreichender Massenstrom des Elektrolyten durch das Polierelement 205 und die Scheibe 206 zur Substratoberfläche bereitgestellt wird.

5A ist eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausgestaltung des auf der Scheibe 206 angeordneten Polierelements 205. Das Polierelement 205 hat bei dieser Ausführungsform ein rundes Polierkissen mit einem leitenden Polierflächenelement 510, das auf einer Elementträgerschicht 520 angeordnet ist, die auf einer Trägerschicht 530 positioniert ist. Das leitende Polierflächenelement 510 weist Kohlenstofffasern und Polyurethan, die Elementträgerschicht 520 einen Platinfilm und der Träger 530 gewöhnlich ein kompressibles Material auf, wie ein hier beschriebenes weiches Material, wozu verdichtete Filzfasern gelaugt mit Urethan gehören. Als Trägerschicht 530 kann ein weniger kompressibles Material, wie ein hier beschriebenes hartes Material, beispielsweise Polyurethan, verwendet werden. In dem leitenden Polierflächenelement 510, der leitenden Elementträgerschicht 520 und dem starren Träger 530 des Polierelements 205 sind Nuten ausgebildet, während in der Scheibe 206 Perforationen ausgebildet sind, um es dem Elektrolyt weiter zu ermöglichen, die Substratoberfläche während des ECMP zu kontaktieren.

5B ist eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des auf der Scheibe 106 angeordneten Polierelements 205. Bei dieser Ausgestaltung ist die leitende Elementträgerschicht 520 von dem umgebenden Elektrolyten 560 durch eine konforme Schicht des leitenden Polierflächenelements 510 isoliert. Das leitende Polierflächenelement 510 ist mit einer Dicke von etwa 1 mm vorgesehen und deckt die gesamte freiliegende leitende Elementträgerschicht 520 ab. Da die leitende Elementträgerschicht 520 dem umgebenden Elektrolyten nicht ausgesetzt ist, kann die leitende Schicht 520 Materialien aufweisen, wie Kupfer, das einen spezifischen Widerstand von 1,6 &mgr;&OHgr;-cm bei 0°C hat, das verbraucht werden kann, wenn es einer ECMP-Behandlung ausgesetzt wird.

Obwohl es in 5A und 5B nicht gezeigt ist, haben die Perforationen 505 einen Durchmesser, der etwa gleich der Dicke des Polierelements 205 ist, oder ein Seitenverhältnis von etwa 1:1 zwischen der Dicke des Polierelements 205 und dem Durchmesser der darin angeordneten Perforationen.

6 ist eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des auf der Scheibe 206 angeordneten Polierelements 205. In dem Polierelement 205 ist ein Metallnetz 610 aus einem leitenden Metall angeordnet, um die Leitfähigkeit des Polierelements 205 bereitzustellen. Bei einer Ausführungsform hat das Polierelement 205, bei welchem ein Metallnetz verwendet wird, insgesamt einen Stapel von Poliermaterialien, zu denen das Metallnetz 610, das in einem ersten herkömmlichen Poliermaterial angeordnet ist, ein flexibles Poliermaterial 620 und ein starrer Träger 630 eines zweiten herkömmlichen Poliermaterials gehören. Das in dem ersten herkömmlichen Poliermaterial angeordnete Metallnetz 610 weist den leitenden Polierteil des Polierelements 205 auf, während das flexible Poliermaterial 620 und der starre Träger 630 den Halteteil des Polierelements 205 haben.

Die Menge, Dicke, das Material und die Form des Metallnetzes und die Dicke des herkömmlichen Poliermaterials sind so ausgelegt, dass eine Vorspannung oder ein Strom an der Substratfläche mit einem minimalen Widerstand zwischen einer externen Stromquelle und der Polierelementoberfläche bereitgestellt wird. Beispielsweise kann das Metallnetz ein verwobener Draht sein, der ein "X-Y"-Gitter (oder ein Quadratmuster) oder ein Dreiecksmuster oder ein "X-Y"-Gitter mit diagonal durchgehenden Drähten bildet, das in dem herkömmlichen Poliermaterial ausgebildet ist.

Das Metallnetz weist leitende Materialien, wie das hier beschriebene Platin auf, das gegenüber dem umgebenden Elektrolyten chemisch inert ist. Zusätzlich kann die konforme Abdeckung des Metallnetzes durch das herkömmliche oder leitende Poliermaterial den Einsatz von Materialien, wie Kupfer, erlauben, was einen spezifischen Widerstand von 1,6 &mgr;&OHgr;-cm bei 0°C hat, das verbraucht werden kann, wenn es der ECMP-Behandlung ausgesetzt wird.

Das leitende Polierelement 610 mit dem Metallnetz kann dadurch hergestellt werden, dass in dem ersten herkömmlichen Poliermaterial ein Muster gebildet wird und dann ein Metallnetz in dem Muster elektroplattiert oder gepresst wird. Das leitende Polierelement 610 kann auch so hergestellt werden, dass es konform mit dem herkömmlichen Poliermaterial bedeckt ist, indem das Metallnetz in einer Spritzgießvorrichtung angeordnet und dann das herkömmliche Poliermaterial um das Netz herum durch einen Spritzgießprozess ausgebildet wird. In dem Polierelement 205 mit dem Metallnetz für einen effektiven Elektrolytstrom über dem Polierelement 205 können auch Nuten 650 und Perforationen 605 ausgebildet sein. Das Metallnetz ist insgesamt in dem leitenden Polierelement 610 mit freiliegenden Kontakten zur Verbindung mit einer Stromquelle ausgebildet.

Das bei einem Metallnetz 610 verwendete herkömmliche Poliermaterial und das herkömmliche Poliermaterial des starren Trägers 630 kann das gleiche oder ein anderes herkömmliches Material sein. Das herkömmliche Poliermaterial, das mit dem Metallnetz 610 verwendet wird, und das herkömmliche Poliermaterial des starren Trägers 630 können die gleiche oder eine unterschiedliche Härte haben. Beispielsweise kann ein erstes herkömmliches Poliermaterial mit dem Metallnetz 610 verwendet werden und eine Shore-D-Härte zwischen etwa 50 und etwa 60 haben, während der starre Träger 630 aus einem zweiten herkömmlichen Poliermaterial mit einer Härte von etwa 80 hergestellt werden kann. Leitende Materialien, wie leitende Polymere und leitender Füllstoff, können auch mit dem Metallnetz 610 Verwendung finden.

Das flexible Poliermaterial 620 kann einen gleichförmigen kompressiblen Kunststoff, Schaumstoff oder Kautschuk aufweisen. Ein Beispiel für ein flexibles Poliermaterial sind komprimierte, mit Urethan ausgelaugte Filzfasern. Ein Polierelementmaterial, das für die Verwendung als flexibles Poliermaterial 620 geeignet ist, sind die Materialien, die in dem Polierelement Politex oder Suba IV von Rodel, Inc., Phoenix, Arizona, verwendet werden (Politex und Suba IV sind Warennamen von Rodel, Inc.). Das flexible Poliermaterial kann eine Shore-D-Härte zwischen etwa 25 und etwa 40 haben.

Gemäß 5A, 5B und 6 können in dem Polierelement 205 Nuten angeordnet werden, um den Elektrolytstrom zur Substratoberfläche für anodische Auflösungs- oder Elektroplattierprozesse zu begünstigen. Während die in 5A, 5B und 6 gezeigten Nuten durch mehrere Schichten gehen, zieht die Erfindung auch Nuten in Betracht, die in der oberen Schicht oder der Polieroberfläche ausgebildet sind, die die Substratoberfläche mit Perforationen in der nutenfreien Schicht kontaktiert, um einen hindurchgehenden Elektrolytstrom zu bilden.

Beispiele für Nuten, die zur Erleichterung des Elektrolytstroms verwendet werden, sind neben anderen gerade Nuten, gekrümmte Nuten, konzentrische Ringnuten und Spiralnuten. Die in dem Element 205 ausgebildeten Nuten können einen Querschnitt haben, der quadratisch, kreisförmig oder halbkreisförmig ist oder irgendeine andere herkömmlicherweise verwendete Form hat. Die Nuten können in Mustern angeordnet werden, beispielsweise in einem X-Y-Muster, das auf der Polierfläche angeordnet ist, oder in einem Dreiecksmuster, das auf der Polierfläche angeordnet ist, oder in Kombinationen davon, um den Elektrolytstrom über der Oberfläche des Substrats zu verbessern. Es kann jede geeignete Form, Größe, Durchmesser und Abstand der Nuten Verwendung finden, um den gewünschten Elektrolytstrom bereitzustellen. Bei einem Aspekt des Polierelements sind die Nuten so gestaltet, dass sie sich mit den Durchbrechungen schneiden, die in dem Polierelement ausgebildet sind.

7 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines mit Nuten versehenen Polierelements, das ein eingebettetes leitendes Element (nicht gezeigt) aufweist. Es ist ein rundes Kissen 740 des Polierelements 205 gezeigt, das eine Vielzahl von Perforationen 746 mit einer Größe und Organisation aufweist, die ausreichen, um den Elektrolytfluss zur Substratoberfläche zu ermöglichen. Die Durchbrechungen 746 können einen Abstand zwischen etwa 0,2 Zoll und etwa 1 Zoll voneinander haben. Die Durchbrechungen können kreisförmige Durchbrechungen mit einem Durchmesser zwischen etwa 0,02 Zoll (0,5 mm) und etwa 0,4 Zoll (10 mm) haben. Die Anzahl und die Form der Durchbrechungen können abhängig von der Vorrichtung, den Bearbeitungsparametern und den verwendeten ECMP-Zusammensetzungen variieren.

Die Nuten 742 werden in der Polierfläche 748 des Polierelements 205 ausgebildet, um den Transport von frischem Elektrolyten von der Lösungsmasse aus der Wanne 202 zu dem Spalt zwischen dem Substrat und dem Polierelement zu transportieren. Die Nuten 742 können in einem Abstand zwischen etwa 30 mils und etwa 300 mils voneinander angeordnet werden. Insgesamt haben die in dem Polierelement ausgebildeten Nuten 742 eine Breite zwischen etwa 5 mils und etwa 30 mils, können jedoch in der Größe variieren, wie es für das Polieren erforderlich ist. Ein Beispiel für ein Nutmuster weist Nuten von etwa 10 mils Breite mit einem Abstand von etwa 60 mils voneinander auf. Der Elektrolyttransport kann dadurch gesteigert werden, dass die Perforationen wenigstens teilweise in den Nuten ausgebildet werden, um den Strom des Elektrolyten zu verbessern.

Die Nuten 742 können verschiedene Muster haben, zu denen Nutmuster mit im Wesentlichen kreisförmigen konzentrischen Nuten an der Polieroberfläche 748, wie es in 7 gezeigt ist, ein X-Y-Muster, wie es in 8 gezeigt ist, und ein Dreiecksmuster gehören, wie es in 9 gezeigt ist. Obwohl diese Muster gezeigt und beschrieben sind, zieht die Erfindung auch die Verwendung von anderen Mustern in Betracht, die den Elektrolytfluss einer Substratoberfläche während der Behandlung erleichtern.

8 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Polierkissens, das ein eingebettetes leitendes Element (nicht gezeigt) aufweist und Nuten 842 hat, die in einem X-Y-Muster auf dem Polierelement 848 eines Polierkissens 840 angeordnet sind. An den Kreuzungen der vertikal und horizontal angeordneten Nuten sowie auch an einer vertikalen Nut, einer horizontalen Nut oder in dem Polierelement 848 außerhalb der Nuten 842 können Perforationen 846 angeordnet werden. Die Perforationen 846 und Nuten 842 sind in dem Innendurchmesser 850 des Polierelements angeordnet, während der Außendurchmesser 850 des Polierkissens 844 frei von Perforationen und Nuten sein kann.

9 ist eine weitere Ausführungsform eines mit einem Muster versehenen Polierelements 948, das ein eingebettetes leitendes Element (nicht gezeigt) aufweist. Bei dieser Ausführungsform können Nuten 942 in einem X-Y-Muster angeordnet sein, wobei diagonal angeordnete Nuten 945 die Nuten 942 des X-Y-Musters schneiden. Die diagonalen Nuten 945 können in einem Winkel zwischen etwa 30° und etwa 60° von irgendeiner der X-Y-Nuten 942 aus, angeordnet sein. An den Kreuzungen der X-Y-Nuten 942, den Kreuzungen der X-Y-Nuten 942 und der diagonalen Nuten 945, längs irgendeiner der Nuten 942 und 945 oder in dem Polierelement 948 außerhalb der Nuten 942 und 945 können Perforationen 946 angeordnet sein. Die Perforationen 946 und die Nuten 942 sind in dem Innendurchmesser 950 des Polierelements angeordnet, während der Außendurchmesser 950 des Polierkissens 944 frei von Perforationen und Nuten sein kann.

Man nimmt an, dass die Nuten eine Elektrolytzuführung zu der Substratoberfläche bilden, die auf der Substratoberfläche gleichförmig verteilt ist, wodurch eine gleichförmigere Materialauflösung in dem Substrat ermöglicht und dadurch die Planarität und die Gleichförmigkeit des Substrats gesteigert wird. Man nimmt ferner an, dass die Verwendung von sich schneidenden Nuten und Perforationen es dem Elektrolyten erlauben, durch einen Satz von Perforationen einzutreten, gleichförmig um die Substratoberfläche herum verteilt und dann durch einen zweiten Satz von Perforationen entfernt zu werden.

Leitende Elemente in Polierelementen

Das leitende Polierelement 205 der Erfindung hat gesonderte, in einem Poliermaterial angeordnete leitende Elemente. Obwohl es nicht gezeigt ist, können die folgenden Beschreibungen des Polierelements Polierelemente einschließen, die Perforations- und Nutmuster haben, wie sie hier in 7 bis 9 gezeigt sind, wobei die Muster so gestaltet sind, dass sie die leitenden Elemente, wie hier im Folgenden beschrieben wird, einschließen.

10A zeigt eine Ausführungsform eines Polierelements 205 mit darin angeordneten leitenden Elementen. Das Polierelement 205 hat insgesamt einen Körper 1006 mit einer Polierfläche 1002, die für eine Berührung des Substrats bei der Bearbeitung angepasst ist. In der Polierfläche 1002 sind ein oder mehrere Öffnungen oder Taschen 1004 ausgebildet, um die leitenden Elemente 1065 wenigstens teilweise aufzunehmen. Die leitenden Elemente 1065 sind insgesamt so angeordnet, dass sie eine Kontaktfläche 1008 mit einem Substrat haben, das sich über die Ebene erstreckt, die von der Polierfläche 1002 gebildet wird. Die Kontaktfläche 1008 ist gewöhnlich so gestaltet, dass sie eine nachgiebige oder druckformbare Oberfläche hat, um den elektrischen Kontakt der leitenden Elemente 1065 beim Berühren des Substrats zu maximieren. Während des Polierens drückt eine Vorspannkraft die Kontaktfläche 1008 in eine Position, die zur Polierfläche 1002 koplanar ist.

Das Gehäuse 1006 ist insgesamt für den Elektrolyt infolge einer Vielzahl von Perforationen 1010 durchlässig, die in ihm, wie hier beschrieben, ausgebildet sind. Das Polierelement 205 kann eine Öffnungsdichte zwischen etwa 30% und etwa 80% des Oberflächenbereichs des Polierelements 205 haben, um für einen ausreichenden Massenstrom an Elektrolyt quer über die Polierfläche 1002 zu sorgen. Bei einer Ausführungsform sieht eine Öffnungsdichte von etwa 50% einen ausreichenden Elektrolytstrom vor, um eine gleichförmige anodische Auflösung aus der Substratoberfläche zu erleichtern.

Das Gehäuse 1006 weist insgesamt ein dielektrisches Material auf, wie die herkömmlichen, hier beschriebenen Materialien. Die in dem Körper 1006 ausgebildeten Taschen 1004 sind insgesamt so gestaltet, dass sie die leitenden Elemente 1065 während der Bearbeitung halten und dementsprechend in Form und Ausrichtung variieren können. Bei der in 10A gezeigten Ausführungsform sind die Taschen 1004 Nuten mit rechteckigem Querschnitt und quer über der Polieroberfläche 1002 angeordnet, wobei sie zwei Punkte am Umfang des Polierelements 205 verbinden. Alternativ können die Taschen 1004 (und die darin angeordneten leitenden Elemente 1065) in unregelmäßigen Intervallen radial ausgerichtet oder senkrecht angeordnet werden und können zusätzlich gerade, gekrümmt, konzentrisch, längs Evolventen verlaufend sein oder eine andere Ausrichtung haben.

Die in dem Körper 1006 angeordneten leitenden Elemente 1065 sind insgesamt vorgesehen, um einen spezifischen Massenwiderstand oder einen Massenoberflächenwiderstand von etwa 10 &OHgr;-cm oder weniger zu erzeugen. Bei einem Aspekt des Polierelements hat dieses einen spezifischen Widerstand von etwa 1 &OHgr;-cm oder weniger. Die leitenden Elemente 1065 haben insgesamt mechanische Eigenschaften, die sich unter angelegten elektrischen Feldern nicht verschlechtern und gegen eine Zersetzung in sauren oder basischen Elektrolyten widerstandsfähig sind. Bei einer Ausführung sind die leitenden Elemente 1065 ausreichend elastisch oder flexibel, um einen elektrischen Kontakt zwischen der gesamten Kontaktoberfläche 1008 an dem Substrat während der Bearbeitung aufrechtzuerhalten. Ausreichend elastische oder flexible Materialien für das leitende Element 1065 können eine analoge Härte von etwa 80 oder weniger auf der Shore-D-Härteskala verglichen mit dem Poliermaterial haben. Es kann ein leitendes Element 1065 mit einer analogen Härte von etwa 50 oder weniger auf der Shore-D-Härteskala für polymere Materialien verwendet werden.

Bei der in 10A gezeigten Ausführungsform sind die leitenden Elemente 1065 in die Polierfläche 1002 in einer parallelen, beabstandeten Beziehung mit regelmäßigen Intervallen eingebettet. Zwischen jedem leitenden Element 1065 ist durch das Polierelement 205 hindurch wenigstens eine Perforation 1010 ausgebildet. Ein Beispiel der leitenden Elemente 1065 weist einen leitenden und elastischen Rohrstrang auf, der aus Silicium hergestellt und mit mit Nickel beschichtetem Kohlenstoff gefüllt ist. Die leitenden Elemente können sich auch nur über einen Teil der Breite oder des Durchmessers der Substratoberfläche anstatt quer über die gesamte Oberfläche des in 10A gezeigten Polierwegs erstrecken.

Bei einer weiteren, in 10B gezeigten Ausführungsform haben die leitenden Elemente 1065 eine Feder 1090, die in einer Nut 195 angeordnet ist. Die Feder 1090 ist aus wenigstens einem teilweise leitenden Material, wie hier beschrieben, hergestellt oder damit beschichtet. Die Feder 1090 kann sich über die Polierfläche 1002 von der Nut 195 aus erstrecken.

Zum Verbinden der leitenden Elemente 1065 mit einer Stromquelle (nicht gezeigt), um die leitenden Elemente 1065 während der Bearbeitung elektrisch vorzuspannen, wird ein Anschluss 1030 verwendet. Der Anschluss 1030 ist im Allgemeinen ein Draht, ein Band oder irgendein anderer Leiter, der mit den Prozessfluiden kompatibel ist und eine Abdeckung oder Beschichtung hat, die den Anschluss 1030 vor den Prozessfluiden schützt. Der Anschluss 1030 kann mit den leitenden Elementen 1065 durch Verlöten, Verstapeln, Hartlöten, Verklemmen, Stauchen, Vernieten, Befestigen, durch leitenden Klebstoff oder durch andere Verfahren oder Vorrichtungen verbunden werden. Beispiele für Materialien, die in dem Anschluss 1030 Verwendung finden können, sind isoliertes Kupfer, Graphit, Titan, Platin, Gold und HASTELOY® neben anderen Materialien.

Die um die Anschlüsse 1030 herum angeordneten Beschichtungen können Polymere, wie Fluorkohlenstoffe, PVC und Polyimide aufweisen. In der in 10A gezeigten Ausführungsform ist ein Anschluss 1030 mit jedem leitenden Element 1065 am Umfang des Polierelements 205 verbunden. Alternativ können die Anschlüsse 1030 durch den Körper 1006 des Polierelements 205 hindurch angeordnet werden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Anschluss 1030 mit einem leitenden Gitter (nicht gezeigt) gekoppelt sein, das in den Taschen oder durch den Körper 1006 angeordnet ist, das die leitenden Elemente 1065 elektrisch koppelt.

10C zeigt eine weitere, die Erfindung nicht einschließende Ausführungsform des Polierelements 205 mit leitenden Elementen 1065, die eine leitende Struktur 1075 aufweisen, die in einen leitenden Füllstoff 1080 eingebettet ist, wie beispielsweise ein leitendes polymeres Material, wie vorstehend beschrieben, wozu leitende Polyurethanmaterialien gehören, die in dem Körper 1006 angeordnet sind, der ein dielektrisches Material, wie Polyurethan, aufweist. Die leitenden Elemente 1075 können in den Körper 1006 parallel und im Abstand mit regelmäßigen Intervallen eingebettet sein. Der leitende Füllstoff 1060 ist insgesamt planar zu der Polierfläche 1002. Zwischen jedem leitenden Element 1075 ist durch das Polierelement 205 hindurch wenigstens eine Perforation 1010 ausgebildet. Ein Beispiel des leitenden Elements 1075 weist einen Kupferdraht oder einen Rohrstrang in einem leitenden Polyurethan-Füllstoff auf, der in einem Polyurethankörper angeordnet ist. Unter dem Körper 1006 kann ein Unterkissen 1085 angeordnet sein und in Kontakt mit dem leitenden Füllstoff 1080 stehen. Das Unterkissen 1085 kann perforiert sein und wird hauptsächlich dazu verwendet, einen Träger für den Körper 1006 und die darin angeordneten leitenden Elemente 1075 zu bilden. Die leitenden Elemente können sich auch nur über einen Teil der Breite oder des Durchmessers der Substratfläche anstatt quer über die gesamte Oberfläche des in 10C gezeigten Polierkissens erstrecken.

11A zeigt eine weitere Ausführungsform eines leitenden Elements 1100, das in der Tasche 1004 des Polierelements 205 angeordnet ist. Das leitende Element 1100 ist insgesamt eine wenigstens teilweise leitende Stange, ein wenigstens teilweise leitender Zylinder oder eine wenigstens teilweise leitende Spule, die einen Kontaktfläche 1102 hat, die sich über eine Ebene erstreckt, die von der Polierfläche 1002 des Körpers 1006 gebildet wird. Die Kontaktfläche 1102 ist insgesamt abgerundet, um einen Schaden an dem Substrat während der Bearbeitung zu verhindern.

Zwischen dem leitenden Element 1100 und dem Körper 1006 ist ein Vorspannelement 1104 angeordnet. Das Vorspannelement 1104 sorgt insgesamt für eine Vorspannung, die das leitende Element 1100 von dem Körper 1006 wegdrückt. Das Vorspannelement 1104 besteht aus einem elastischen Material oder einer elastischen Vorrichtung und kann eine Druckfeder, eine Blattfeder, eine Schraubenfeder, geschäumtes Polymer, wie geschäumtes Polyurethan (beispielsweise PORON®), ein Elastomer, ein Balg oder ein anderes Element oder eine andere Vorrichtung sein, die auf das leitende Element 1100 drückt.

11B zeigt eine weitere Ausführungsform eines leitenden Elements 1150, das in der Tasche 1004 des Polierelements 205 angeordnet ist. Das leitende Element 1150 hat insgesamt eine Vielzahl von Kugeln oder Stiften 1154. Die Stifte 1154 bestehen wenigstens teilweise aus einem wenigstens teilweise leitenden Material, wie es hier beschrieben ist, und/oder sind damit beschichtet. Jeder Stift 1154 hat eine Kontaktfläche 1152, die sich über die Ebene erstreckt, die von der Polierfläche 1004 des Körpers 1006 gebildet wird. Die Kontaktfläche 1152 ist insgesamt abgerundet, um einen Schaden an dem Substrat während der Bearbeitung zu verhindern.

Die Stifte 1154 sind durch eine Büchse 1156 durchgehend angeordnet, die in der Tasche 1004 angeordnet ist. Die Stifte 1154 können sich durch die Büchse 1156 so bewegen, dass die Kontaktfläche 1152 der Stifte 1154 koplanar zu der Polierfläche 1002 beim Polieren wird.

Zwischen dem leitenden Element 1150 und dem Körper 1006 ist ein Vorspannelement 1158 angeordnet. Das Vorspannelement 1158 sorgt insgesamt für eine Vorspannung, die das leitende Element 1150 von dem Körper 1006 wegdrückt. Das Vorspannelement 1158 besteht aus einem elastischen Material oder einer elastischen Vorrichtung und kann eine Druckfeder, eine Blattfeder, eine Schraubenfeder, geschäumtes Polymer, wie geschäumtes Polyurethan (beispielsweise PORON®), ein Elastomer, ein Balg oder ein anderes Element oder eine andere Vorrichtung sein, die das leitende Element 1150 wegdrückt. Gewöhnlich weist wenigstens eines der Vorspannelemente 1158 oder die Büchse 1156 ein leitendes Material oder eine leitende Beschichtung für eine elektrische Verbindung der Stifte 1154 auf.

12A und 12B zeigen alternative Ausführungsformen eines leitenden Elements 1200, das in der Tasche 1004 des Polierelements 205 angeordnet ist. Das leitende Element 1200 hat insgesamt einen Träger 1202 und ein Kontaktelement 1204. Zwischen dem Träger 1202 und dem Körper 1006 des Polierelements 205 ist ein in dem hier beschriebenen Vorspannelement 1104 ähnliches Vorspannelement 1206 zum Drücken des Kontaktelements 1204 in einer Position angeordnet, die wenigstens teilweise über einer Ebene liegt, die von der Polierfläche 1002 des Körpers 1006 gebildet wird.

Der Träger 1202 wird gewöhnlich von einem leitenden Material, wie Graphit, oder einem Metall oder einem anderen Material gebildet, das mit den Prozesschemien, wie sie hier beschrieben werden, kompatibel ist. Alternativ können andere Materialien, wie Halbleiter oder dielektrische Materialien, verwendet werden. Der Träger 1202 ist so gestaltet, dass er mit dem Kontaktelement 1202 während der Bearbeitung in Kontakt bleibt.

Das Kontaktelement 1204 wird gewöhnlich von einem leitenden Material, wie Graphit, oder einem Metall oder wenigstens einem teilweise leitenden Material gebildet, das mit den hier beschriebenen Prozesschemien kompatibel ist. Das Kontaktelement 1204 ist gewöhnlich ein Zylinder, eine Spule, eine Stange oder eine Kugel, obwohl auch andere Formen verwendet werden können. Beispielsweise ist das Kontaktelement 1204 eine Graphitstange, die an einem Graphitträger 1202 in der in 12A gezeigten Ausführungsform sitzt, während das Kontaktelement 1204 aus einer Vielzahl von Graphit- oder Goldkugeln besteht, die auf einem Graphitträger 1202 bei der in 12B gezeigten Ausführungsform sitzen und elektrisch durch ihn angeschlossen sind.

13 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Poliermaterials 1300. Das Poliermaterial 1300 hat einen Körper 1302 mit einem oder mehreren wenigstens teilweise leitenden Elementen 1304, die auf einer Polieroberfläche 1306 angeordnet sind. Die leitenden Elementen 1304 weisen insgesamt eine Vielzahl von Fasern, Litzen und/oder flexiblen Fingern auf, die das Substrat während der Bearbeitung kontaktieren. Die leitenden Elemente 1304 bestehen aus wenigstens teilweise leitenden Materialien, wie hier beschrieben. Bei der in 13 gezeigten Ausführungsform sind die leitenden Elemente 1304 eine Bürste mit einer Vielzahl von leitenden Unterelementen 1313, die mit einer Basis 1309 verbunden sind. Die leitenden Unterelemente 1313 weisen elektrisch leitende Fasern auf, wie Carbonfasern oder andere leitende nachgiebige (d.h. flexible) Fasern aus einem leitenden Material, wie hier beschrieben. Die Basis 1309 weist auch ein elektrisch leitendes Material auf und ist mit einem Anschluss 1030 versehen.

Die leitenden Elemente 1304 sind insgesamt in einer Tasche 1308 angeordnet, die in der Polieroberfläche 1306 ausgebildet ist. Die leitenden Elemente 1304 können zwischen 0 und 90 Grad bezüglich der Polieroberfläche 1306 ausgerichtet sein. Bei Ausführungsformen, bei denen die leitenden Elemente 1304 parallel zu der Polieroberfläche 1306 ausgerichtet sind, können die leitenden Elemente 1304 teilweise auf der Polieroberfläche 1306 angeordnet sein.

Die Taschen 1308 haben einen unteren Halteabschnitt 1310 und einen oberen Spielraumabschnitt 1312. Der Halteabschnitt 1310 ist so gestaltet, dass er die Basis 1309 der leitenden Elemente 1304 aufnimmt und die leitenden Elemente 1304 durch einen Presssitz, durch Verklemmen, durch Klebstoff oder durch andere Verfahren hält. Der Spielraumabschnitt 1312 wird dort angeordnet, wo die Tasche 1308 die Polieroberfläche 2306 schneidet. Der Spielraumabschnitt 1312 ist insgesamt im Querschnitt größer als der Halteabschnitt 1310, damit sich die leitenden Elemente 1304 biegen können, wenn sie ein Substrat während des Polierens berühren, ohne dass sie zwischen dem Substrat und der Polieroberfläche 1306 angeordnet sind.

14A zeigt eine Ausführungsform einer Bürste 1400 mit einem leitenden Element 1402 (zur Klarheit sind nur vier gezeigt). Die Bürste 1400 ist insgesamt zwischen 0° bis 90° bezogen auf eine Polierfläche 1404 ausgerichtet und kann in jeder polaren Ausrichtung bezogen auf eine zur Polierfläche 1404 senkrechten Linie geneigt sein.

Jedes leitende Element 1402 hat insgesamt eine Schleife oder einen Ring 1406 mit einem ersten Ende 1408 und einem zweiten Ende 1410, das in einer Tasche 1412 angeordnet ist, die in der Polierfläche 1404 ausgebildet ist. Jedes leitende Element 1404 kann mit einem benachbarten leitenden Element zur Bildung einer Vielzahl von Schleifen 1406 verbunden werden, die sich über der Polierfläche 1404 erstrecken. Bei der in 14A gezeigten Ausführungsform ist jede Schleife 1406 aus Graphit oder einem leitenden Material, wie Gold, hergestellt und durch eine Bindedrahtbasis 1414 verbunden, die haftend an der Tasche 1412 befestigt ist. Die Kontakthöhe der Schleife 1406 über der Polierfläche liegt zwischen etwa 1 mm und etwa 2 mm, während der Durchmesser des Materials der Schleife zwischen etwa 1 mil (Tausendstel eines Zolls) und etwa 2 mils liegt. Die Bindedrahtbasis 1414 kann ein leitendes Material, beispielsweise Titan, sein. Die Bindedrahtbasis 1414 kann auch in einer Schicht aus leitendem Material, wie Kupfer, beschichtet sein, das sich aus dem Polierkissen beim Polieren löst.

14B zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Bürste 1400 mit einer leitenden Oberfläche 1440 und einer Vielzahl von diskreten leitenden Elementen 1402, die darauf ausgebildet sind. Die leitenden Elemente 1402 sind insgesamt Fasern aus einem leitenden Material, wie Kohlenstoff, und vertikal aus der leitenden Oberfläche 1440 des Polierelements 205 angeordnet und horizontal voneinander verschoben. Die leitenden Elemente 1402 der Bürste 1400 sind insgesamt zwischen 0 bis 90 Grad bezüglich einer leitenden Fläche 1440 ausgerichtet und können in irgendeine polare Ausrichtung bezüglich einer Linie senkrecht zur leitenden Fläche 1440 geneigt werden. Die leitenden Elemente 1402 können quer über der Länge der Polierkissen, wie in 14B gezeigt, ausgebildet werden oder können nur teilweise in dem Polierkissen angeordnet sein. Die Kontakthöhe der leitenden Elemente 1402 über der Polierfläche kann bis zu etwa 5 mm betragen, während der Durchmesser des Materials, welches das leitende Element 1402 bildet, zwischen etwa 1 mil (Tausendstel eines Zolls) und etwa 2 mils liegt. Die Höhe über der Polieroberfläche und der Durchmesser der leitenden Elemente 1402 können entsprechend dem auszuführenden Polierprozess variieren.

Alternativ können die leitenden Elemente 1402 einen Leiterdraht aus Kupfer, Platin, mit Platin beschichtetem Kupfer, Aluminium oder Kombinationen davon aufweisen. Die leitende Fläche 1440 kann ein Metallmaterial, wie Kupferblech, ein Platinblech oder ein mit Platin beschichtetes Kupferblech aufweisen.

Die Fasern der leitenden Elemente 1402 sind ausreichend nachgiebig, um sich unter einem Kontaktdruck zu verformen, während ein elektrischer Kontakt mit einer Substratoberfläche bei reduziertem oder minimalem Verkratzen der Substratoberfläche aufrechterhalten wird. Im Allgemeinen berührt die Substratoberfläche nur die leitenden Elemente 1402 des Polierelements 205. Die leitenden Elemente 1402 sind so angeordnet, dass sie eine gleichförmige Stromdichte über der Oberfläche des Polierelements 205 bereitstellen.

Die leitenden Elemente 1402 sind haftend an der leitenden Oberfläche durch ein nichtleitendes oder dielektrisches Haft- oder Bindemittel befestigt. Das nichtleitende Haftmittel kann eine dielektrische Beschichtung auf der leitenden Oberfläche 1440 sein, um eine elektrochemische Sperre zwischen der leitenden Oberfläche 1440 und dem umgebenden Elektrolyt zu schaffen. Die leitende Oberfläche 1440 kann die Form eines runden Polierkissens, einer geraden Bahn oder eines Gurts als Polierelement 205 haben. In der leitenden Fläche 1440 kann eine Reihe von Perforationen (nicht gezeigt) angeordnet werden, um für den Durchstrom des Elektrolyten zu sorgen.

Obwohl es nicht gezeigt ist, kann die leitende Platte auf einem Trägerkissen aus herkömmlichem Poliermaterial angeordnet werden, um das Polierelement 205 auf einer drehenden oder geraden Polierplatte zu positionieren und zu betätigen.

14C zeigt eine weitere Ausführungsform einer Bürste 1400 mit einer Vielzahl von leitenden Elementen 1402, die in einem radialen Muster von der Mitte des Substrats zum Rand hin angeordnet sind. Die Vielzahl der leitenden Elemente kann voneinander in Abständen von 15°, 30°, 45°, 60° und 90° oder mit anderen gewünschten Kombinationen versetzt sein. Die leitenden Elemente 1402 sind insgesamt beabstandet, um als gleichförmige Aufbringung von Strom oder Leistung für das Polieren des Substrats zu sorgen. Die leitenden Elemente können weiterhin so beabstandet sein, dass sie einander nicht berühren. Keilabschnitte 1404 eines dielektrischen Poliermaterials des Körpers 1006 können so gestaltet sein, dass sie die leitenden Elemente 1402 elektrisch isolieren. Ein Distanz- oder Aussparungsbereich 1460 ist in dem Polierelement ausgebildet, um auch die leitenden Elemente 1402 voneinander zu isolieren. Die leitenden Elemente 1402 können die Form von Schleifen, wie in 14A gezeigt ist, oder von sich vertikal erstreckenden Fasern haben, wie es in 14B gezeigt ist.

14D zeigt eine weitere Ausführungsform zur Bildung der leitenden Elemente 1402 mit Schleifen 1406, die darin ausgebildet sind, und die leitenden Elemente an dem Körper 1006 des Polierelements festlegen. In dem Körper 1006 des Polierelements sind Durchgänge 1450 ausgebildet, welche Nuten 1470 für die leitenden Elemente 1402 schneiden. In den Kanälen 1450 ist eine Einlage 1455 angeordnet. Die Einlage 1455 weist ein leitendes Material, beispielsweise Gold, oder das gleiche Material wie das leitende Element 1406 auf. Dann können Anschlüsse 1030 in den Kanälen 1450 angeordnet und mit der Einlage 1455 in Kontakt gebracht werden. Die Enden 1475 des leitenden Elements 1402 können mit der Einlage 1455 für den Stromdurchgang in Kontakt stehen. Die Enden 1475 des leitenden Elements 1402 und die Anschlüsse 1030 sind dann an der leitenden Einlage 1055 durch dielektrische Einlagen 1460 verbunden. Die Erfindung zieht auch die Verwendung der Kanäle für jede Schleife 1406 des leitenden Elements 1402 in Abständen über der Länge des leitenden Elements 1402 oder nur an den äußeren Enden des leitenden Elements 1402 in Betracht.

Bearbeiten von leitenden Polierelementen

In Betrieb ist das Polierelement 205 auf der Scheibe 206 in einem Elektrolyten in der Wanne 202 angeordnet. In dem Elektrolyten ist ein Substrat 114 auf dem Polierkopf angeordnet und steht in Kontakt mit dem Polierelement 205. Der Elektrolyt strömt durch die Perforationen der Scheibe 206 und des Polierelements 205 und wird auf der Substratoberfläche durch die darin ausgebildeten Nuten verteilt. Dann wird eine Spannung aus der Leistungsquelle an das leitende Polierelement 205 angelegt, und die Elektrode 204 und leitendes Material, wie Kupfer, in dem Elektrolyten wird dann nach einem anodischen Auflösungsverfahren entfernt.

Das Substrat 114 und das Polierelement 205 werden bezüglich einander zum Polieren der Substratoberfläche gedreht. Beim Berühren der Substratoberfläche übt das Polierelement 205gewöhnlich einen Druck von etwa 41,4 kPa (6 psi) oder weniger auf die Substratoberfläche auf. Zwischen dem Substrat 114 und dem Polierelement 205 wird während des Polierens des Substrats ein Druck von etwa 13,8 kPa (2 psi) oder weniger bei einem Substrat verwendet, das ein Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante enthält.

Die Elektrolytlösungen können handelsübliche Elektrolyten sein. Beispielsweise kann beim Entfernen eines Materials, das Kupfer enthält, der Elektrolyt Elektrolyte auf Schwefelsäurebasis oder auf Phosphorsäurebasis, wie Kaliumphosphat (K3PO4) oder Kombinationen davon aufweisen. Der Elektrolyt kann auch Derivate von Elektrolyten auf Schwefelsäurebasis, wie Kupfersulfat, und Derivate von Elektrolyten auf Phosphorsäurebasis enthalten, beispielsweise Kupferphosphat. Es können auch Elektrolyte verwendet werden, die Perchlorsäure-Essigsäure-Lösungen und Derivate davon aufweisen. Zusätzlich zieht die Erfindung auch die Verwendung von Elektrolytzusammensetzungen in Betracht, die herkömmlich bei Elektroplattier- oder Elektropolierprozessen verwendet werden, wozu herkömmlicherweise verwendete Elektroplattier- oder Elektropolierzusatzstoffe gehören, wie u.a. Aufheller. Bei einem Aspekt der Elektrolytlösung kann der Elektrolyt eine Konzentration zwischen etwa 0,2 und etwa 1,2 Molare Lösung aufweisen.

Bei einem Beispiel kann Kupfersulfat (CuSO4) als Elektrolyt verwendet werden. Eine Quelle für Elektrolytlösungen, die für elektrochemische Prozesse verwendet werden, beispielsweise das Kupferplattieren, die anodische Kupferauflösung oder Kombination davon, ist Shipley Leonel, eine Aufteilung von Rohm und Haas, Hauptsitz in Philadelphia, Pennsylvania, mit dem Handelsnamen Ultrafill 2000.

Bei der anodischen Auflösung wird zwischen der Elektrode 204, die als Kathode arbeitet, und der die Erfindung nicht einschließenden leitenden Elementträgerschicht 520 des Polierelements 205, die als Anode arbeitet, eine Vorspannung angelegt. Das in Kontakt mit dem Polierelement stehende Substrat wird über das leitende Polierflächenelement 510 gleichzeitig mit dem Anlegen der Vorspannung an das leitende Elementträgerteil polarisiert. Das Anlegen der Vorspannung ermöglicht ein Entfernen von leitendem Material, wie Kupfer enthaltende Materialien, die auf der Substratoberfläche gebildet sind. Die Vorspannung kann das Anlegen einer Spannung von etwa 15 V oder weniger an die Substratoberfläche aufweisen. Eine Spannung zwischen etwa 0,1 V und etwa 10 V kann dazu verwendet werden, Kupfer enthaltendes Material aus der Substratoberfläche und in den Elektrolyt zu lösen.

Alternativ kann die Vorspannung eine Stromdichte zwischen etwa 0,1 mA/cm2 und etwa 50 mA/cm2 oder zwischen etwa 0,1 A und etwa 20 A für ein Substrat von 20 mm sein. Man geht davon aus, dass das Anlegen der Vorspannung an das Substrat gegenüber dem Polierelement 205 eine gleichförmige Auflösung von leitenden Materialien, wie Metallen, in den Elektrolyt aus der Substratfläche verglichen mit der höheren Randentfernungsrate und der niedrigeren Mittenentfernungsrate bei der herkömmlichen Kontaktstift-Vorspannung ergibt.

Die zur Ausführung des anodischen Auflösungsprozesses angelegte Vorspannung kann in Leistung und Anwendung abhängig von den Erfordernissen des Benutzers zum Entfernen von Material von der Substratoberfläche variiert werden. Beispielsweise kann ein sich mit der Zeit änderndes anodisches Potenzial für das leitende Polierelement 205 vorgesehen werden. Die Vorspannung kann auch durch elektrische Impulsmodulationsmethoden angelegt werden. Zu der elektrischen Impulsmodifizierung gehört das Anlegen einer konstanten Stromdichte oder Spannung über dem Substrat für einen ersten Zeitraum und dann das Anlegen einer konstanten entgegengesetzten Spannung über dem Substrat für einen zweiten Zeitraum und das Wiederholen des ersten und zweiten Schritts. Beispielsweise kann die elektrische Impulsmodifizierungsmethode ein sich änderndes Potenzial von zwischen etwa –0,1 V und etwa –15 V bis zwischen etwa 0,1 V und etwa 15 V verwenden.

Leitendes Material, wie Kupfer enthaltendes Material, kann aus wenigstens einem Teil der Substratfläche mit einer Rate von etwa 15.000 Å/min oder weniger, beispielsweise zwischen etwa 100 Å/min und etwa 15.000 Å/min entfernt werden. Bei einer Ausführung der Erfindung, bei der das zu entfernende Kupfermaterial weniger als 5.000 Å dick ist, kann die Spannung an das leitende Polierelement 205 angelegt werden, so dass sie eine Entfernungsrate zwischen etwa 100 Å/min und etwa 5.000 Å/min einstellt.

Die Leistung kann in das vorstehend beschriebene Polierelement 205 durch Verwendung einer Leistungsübertragungsvorrichtung eingekoppelt werden, beispielsweise einer Stromeinführstange für die Erfindung nicht einschließende leitende Poliermaterialien, die keine leicht verfügbaren Leistungskoppelungspunkte haben, beispielsweise ein Poliermaterial mit Carbonfasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die in Polyurethan angeordnet sind. Eine Leistungsübertragungsvorrichtung ist gewöhnlich so gestaltet, dass sie eine lineare Spannungsverringerung auf Äquipotenziallinien zu dem Poliermaterial einstellt. Das höchste Potenzial liegt am nächsten zur Leistungszuführstange, während sich das niedrigste Potenzial am weitesten von der Leistungszuführstange entfernt befindet. Die Leistungsüberführungsvorrichtung hat gewöhnlich eine größere Leitfähigkeit als das die Erfindung nicht einschließende leitende Material, wie ein Metall, d.h. Platin oder Kupfer. Das Polierelement kann irgendeine mögliche Form haben, beispielsweise ein rundes Polierkissen oder ein gerades Band sein, während die Leistungsüberführungsvorrichtung irgendeine Form haben kann, beispielsweise die einer Leistungseinführstange oder eines leitenden Netzes. Die Leistungsüberführungsvorrichtung hat üblicherweise eine dem Substrat zugewandte Seite, die wenigstens so breit oder lang wie der Durchmesser des Substrats ist.

Die Substratdrehung auf dem Polierkissen gleicht aus oder mittelt das Potenzial, das an die Substratfläche während des Polierens angelegt wird, um für eine gleichförmigere Materialabscheidungsrate oder Entfernungsrate zu sorgen. Das Substrat kann sich parallel zur Leistungseinlassstange bewegen oder "fahren", um für ein verbessertes Polieren zu sorgen, ohne die Gleichförmigkeit der Abscheideraten oder Entfernungsraten nachteilig zu beeinflussen. Für das Polieren wird auch eine senkrechte Bewegung in Betracht gezogen.

Die Leistungsüberführungsvorrichtung kann entweder außerhalb des Elektrolyten oder eingetaucht in den Elektrolyten angeordnet werden, wenn sie richtig zusammengesetzt oder mit einem Material umkapselt ist, das nicht mit dem umgebenden Elektrolyten reagiert, wie es für die leitenden Materialien vorstehend beschrieben wurde. Beispielsweise kann eine Kupfer-Leistungseinführstange verwendet werden, um Leistung außerhalb eines Elektrolyten bereitzustellen, und eine Platin-Leistungseinführstange oder eine Leistungseinführstange aus mit Platin beschichtetem Kupfer kann eingetaucht in eine Elektrolytlösung benutzt werden. Das Leistungskissen ist mit einer Leistungsquelle über ein Stromkabel verbunden.

15A bis 15C zeigen eine die Erfindung nicht einschließende Ausführungsform einer Leistungseinführstange, die an einem hier beschriebenen Polierelement angeordnet ist. 15A ist eine schematische Seitenansicht einer Leistungseinführstange 1510, die an einem Randabschnitt eines leitenden perforierten Poliermaterials 1520 angeordnet ist. Die Leistungseinführstange 1510 ist mit einer Leistungsquelle (nicht gezeigt) durch ein Stromkabel 1530 verbunden.

15B zeigt die Leistungseinführstange 1510, die an einem linearen Band oder einer linearen Bahn 1550 aus leitendem perforierten Poliermaterial 1520 angeordnet ist. In Bezug auf ein Substrat 1570, das im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, sind Äquipotenziallinien 1560 der linearen Spannungsabnahme von der Leistungsstange quer über das leitende perforierten Poliermaterial 1520 gezeigt. 15C zeigt eine Ausführungsform einer Leistungseinführstange 1510, die an einem runden Polierkissen 1580 für ein leitendes perforiertes Poliermaterial 1520 angebracht ist. Beide Figuren zeigen die Leistungseinführstange 1510 breiter als den Durchmesser des zu polierenden Substrats.

15D zeigt eine alternative, die Erfindung nicht einschließende Ausführungsform für die Leistungszuführung zu den leitenden Elementen 1590. Ein Stromband 1530 ist mit einer Stromquelle 1535 und einer Seite des Poliermaterials 1520 verbunden. Das Stromband 1530 und das Poliermaterial 1520 sind so gestaltet, dass Strom von dem Stromband 1530 und den leitenden Elementen 1590 während der Rotation des Polierkissens elektrisch geleitet wird. Beispielsweise hat das leitende Element 1590 einen freiliegenden Kontakt an der Seite des Polierelements 1520 für einen Kontakt mit dem Stromband 1530. Das Stromband 1530 kann ein Leiterband, beispielsweise ein Kupferband, sein. Die leitenden Elemente 1590 und das Stromband 1530 sind elektrisch zwischen etwa 20% und 60%, beispielsweise etwa 40%, der Rotationsperiode des Poliermaterials 1520 verbunden.

Die von X) bis X) folgenden Absätze beschreiben Materialien und Ausführungen, die "die Erfindung nicht einschließen".

Polierkissenmaterialien

X) Das leitende Poliermaterial kann leitende Polymere, Polymermischungen mit leitenden Materialien, leitende Metalle, leitende Füllstoffe und leitende Dotiermaterialien oder Kombinationen davon aufweisen. Alternativ kann das leitende Poliermaterial einen Verbund aus leitendem Poliermaterial bilden, beispielsweise eine Polierschicht, die auf einem herkömmlichen dielektrischen Poliermaterial als Trägerschicht angeordnet ist.

Zu den leitenden Polymeren gehören polymere Materialien, die eigentlich leitend sind, wie Polyacetylen, Polyethylendioxythiophen (PEDT), das im Handel unter dem Handelsnamen BaytronTM erhältlich ist, Polyanilin, Polypyrrol und Kombinationen davon. Ein weiteres Beispiel eines leitendes Polymers ist Silicium, das mit mit Nickel beschichtetem Kohlenstoff gefüllt ist.

Zu den Polymerverbundstoffen mit leitenden Materialien gehören auch Polymer-Edelmetall-Hybridmaterialien. Polymer-Edelmetall-Hybridmaterialien, die als das hier beschriebene leitende Poliermaterial verwendet werden können, sind insgesamt mit dem umgebenden Elektrolyten chemisch inert, wie diejenigen bei den Edelmetallen, die gegen Oxidation resistent ist. Ein Beispiel eines Polymer-Edelmetall-Hybridmaterials ist ein Platin-Polymer-Hybridmaterial. Die Erfindung zieht auch die Verwendung von Polymer-Edelmetall-Hybridmaterialien in Betracht, die mit einem umgebenden Elektrolyt chemisch reaktiv sind, wenn das Polymer-Edelmetall-Hybridmaterial gegenüber dem umgebenden Elektrolyten durch ein anderes Material isoliert ist.

Zu den leitenden Poliermaterialien können leitende Metalle gehören. Leitende Metalle, die als Poliermaterial verwendet werden können, sind solche Metalle, die gegenüber chemischen Reaktionen mit dem umgebenden Elektrolyt relativ inert sind. Platin ist ein Beispiel eines leitenden Metalls, das als Poliermaterial verwendet werden kann. Die leitenden Metalle können einen Teil der gesamten Polieroberfläche des Poliermaterials bilden. Wenn sie einen Teil der Polierfläche bilden, sind die leitenden Metalle gewöhnlich in einem herkömmlichen Poliermaterial angeordnet.

Zu den leitenden Poliermaterialien können weiterhin leitende Füllstoffe oder leitende Dotiermaterialien gehören, die in einem Bindematerial, beispielsweise den hier beschriebenen leitenden Polymeren, oder in einem herkömmlichen Poliermaterial angeordnet sind. Beispiele für leitende Füllstoffe sind Kohlenstoffpulver, Carbonfasern, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanoschaum, Kohlenstoff-Aerogele und Kombinationen davon. Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind leitende Hohlfilamente aus Kohlenstoffmaterial mit einem Durchmesser im Mikron- und Nanometergrößenbereich. Die leitenden Füllstoffe oder die leitenden Dotiermaterialien werden in dem Bindematerial in einer Menge angeordnet, die ausreicht, um ein Polierelement mit einer gewünschten Leitfähigkeit zu bilden. Das Bindematerial ist gewöhnlich ein herkömmliches Poliermaterial.

Das leitende Material kann alternativ ein leitendes oder dielektrisches Material sein, das wenigstens teilweise mit einem wenigstens teilweise leitenden Material wie diejenigen, die hier beschrieben sind, beschichtet oder überzogen ist. Beispielsweise können das leitende Material goldplattierte dielektrische Materialien sein. Zu leitenden Materialien können andere leitende Materialien und/oder Metalle gehören, die gegenüber chemischen Reaktionen mit dem umgebenden Elektrolyt relativ inert sind. Ein anderes Material, das verwendet werden kann, ist Graphit.

Zu den Verbundstoffen aus leitenden und herkömmlichen Poliermaterialien gehören leitende Poliermaterialien, die in einem herkömmlichen Poliermaterial angeordnet sind, oder eine leitende Materialschicht, die in einem herkömmlichen Poliermaterial angeordnet ist. Herkömmliche Poliermaterialien sind gewöhnlich dielektrische Materialien, zu denen polymere Materialien, wie Polyurethan, Polycarbonat, Polyphenylensulfid (PPS) oder Kombinationen davon und andere Materialien gehören, die beim Polieren von Substratoberflächen verwendet werden. Zu dem herkömmlichen Poliermaterial können auch Füllstoffe und/oder sich in einem geschäumten Zustand befindliche Materialien gehören.

Ein beispielsweises herkömmliches Material weist ein dielektrisches Material, wie Polyurethan und mit Füllstoffen gemischtes Polyurethan auf, die man in den IC-Polierelementserien findet, zu denen IC-1010 gehört, das im Handel von Rodel Inc., Phoenix, Arizona, erhältlich ist. Die Erfindung zieht weiterhin die Verwendung anderer herkömmlicher Poliermaterialien in Betracht, beispielsweise eine Schicht aus kompressiblem Material. Das kompressible Material umfasst ein herkömmliches weiches Material, beispielsweise verdichtete Filzfasern, die mit Urethan ausgelaugt sind.

Die mechanischen Eigenschaften der herkömmlichen Poliermaterialien, die hier bei dem leitenden Polierelement verwendet werden, haben beispielsweise eine Härte von etwa 50 oder mehr auf der Shore-D-Härteskala für polymere Materialien, wie es bei der American Society for Testing and Materials (ASTM) mit Hauptsitz in Philadelphia, Pennsylvania, beschrieben ist und gemessen wird.

Insgesamt sind das leitende Poliermaterial oder der Verbund aus leitendem Poliermaterial und herkömmlichem Poliermaterial so vorgesehen, dass ein leitendes Polierelement erzeugt wird, das einen spezifischen Massewiderstand oder einen Masse-Widerstand von etwa 10 &OHgr;-cm oder weniger hat. In einem Aspekt des Polierelements hat es einen spezifischen Widerstand von etwa 1 &OHgr;-cm oder weniger. Ein Beispiel des leitenden Poliermaterials ist eine Platinschicht, die einen spezifischen Widerstand von 9,81 &mgr;&OHgr;-cm bei 0°C angeordnet in einer Schicht aus Polyurethan hat.

Der Verbund des leitenden Poliermaterials und des herkömmlichen Poliermaterials kann zwischen etwa 5 Gew.-% und etwa 60 Gew.-% des leitenden Poliermaterials in dem Polierelement 105 aufweisen. Ein Beispiel eines Verbunds für ein leitendes Poliermaterial und ein herkömmliches Poliermaterial sind Carbonfasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die beide einen spezifischen Widerstand von 1 &OHgr;-cm oder weniger haben, die in einem herkömmlichen Poliermaterials aus Polycarbonat oder Polyurethan in ausreichenden Mengen angeordnet sind, um ein Polierelement zu bilden, das einen spezifischen Massewiderstand von etwa 10 &OHgr;-cm oder weniger hat.

Es folgen Beispiele für das leitende Material in dem vorstehend beschriebenen Polierelement 205. Gemäß 3 und 4 weist ein Beispiel des leitenden Polierteils 310 oder des leitenden Polierflächenelements 410 zwischen etwa 5 Gew.-% und etwa 60 Gew.-% Carbonfasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf, die in einem herkömmlichen Poliermaterials aus Polycarbonat oder Polyurethan angeordnet sind. Die Carbonfasern oder die Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind insgesamt in ausreichenden Mengen vorgesehen, um ein leitendes Polierflächenelement 410 zu erzeugen, das einen spezifischen Massenwiderstand von 10 &OHgr;-cm oder weniger hat. Ein anderes Beispiel für das Polierelement 205 ist eine Schicht aus Platin, das den leitenden Polierteil 310 oder das leitende Polierflächenelement 410 bildet, das auf einer Schicht aus Polyurethan angeordnet ist.

Gemäß 6 weist ein Beispiel der Polierfläche ein Metallnetz aus Platin, Gold oder aus mit Platin beschichtetem Kupfer in einem herkömmlichen Poliermaterial aus Polyurethan auf. Das Metallnetz hat einen spezifischen Massenwiderstand von etwa 10 &OHgr;-cm oder weniger.

Die leitenden Poliermaterialien und die herkömmlichen Poliermaterialien haben gewöhnlich mechanische Eigenschaften, die sich bei aufrechterhaltenen elektrischen Feldern nicht verschlechtern und die einer Zersetzung in sauren oder basischen Elektrolyten Widerstand entgegensetzen. Insgesamt haben leitende Poliermaterialien und die Verbundstoffe aus leitenden Poliermaterialien und herkömmlichen Poliermaterialien mechanische Eigenschaften, die ähnlich denen der für sich genommenen herkömmlichen Poliermaterialien sind. Beispielsweise hat die Kombination von Materialien eine Härte von etwa 50 oder mehr auf der Shore-D-Härteskala für polymere Materialien, wie sie von der American Society for Testing and Materials (ASTM), Hauptsitz in Philadelphia, Pennsylvania, beschrieben und gemessen werden. In einem Aspekt hat die Kombination von Materialien eine Härte von etwa 80 oder mehr auf der Shore-D-Härteskala für polymere Materialien. Zusätzlich hat das Polierelement 205 insgesamt eine Oberflächenrauigkeit von etwa 1 &mgr;m oder weniger.

Alternativ kann das Polierelement 205 ein Metallnetz aufweisen, das in dem herkömmlichen Poliermaterial angeordnet ist. Das Metallnetz kann ein chemisch inertes, leitendes Material, wie Platin, aufweisen, das einen spezifischen Widerstand von 9,81 &mgr;&OHgr;-cm bei 0°C hat. Das Metallnetz kann auch Materialien aufweisen, für die man beobachtet hat, dass sie mit dem umgebenden Elektrolyten reagieren, wie Kupfer, das einen spezifischen Widerstand von 1,6 &mgr;&OHgr;-cm bei 0°C hat, wenn das Metallnetz gegenüber dem Elektrolyten chemisch isoliert ist, beispielsweise durch eine konforme Schicht eines herkömmlichen Materials.

X) Außerdem zieht die Erfindung die Verwendung von Abriebsmaterialien in Betracht, die in dem herkömmlichen Poliermaterial eingebettet sind. Bei einer solchen Ausgestaltung weisen die fixierten Abriebsteilchen insgesamt leitende Abriebsmaterialien auf. Die Erfindung zieht weiterhin andere Polierelementformen in Betracht, beispielsweise Polierbahnen und lineare Polierbänder, zusätzlich zu den Polierkissen.

Obwohl das Vorstehende auf verschiedene Ausgestaltungen der Erfindung gerichtet ist, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung in Betracht kommen, ohne von ihrem grundsätzlichen Umfang abzuweichen, der durch die nachfolgenden Ansprüche bestimm ist.


Anspruch[de]
Polierelement zum Polieren eines Substrats, wobei das Polierelement einen Körper (1006) mit einer Polierfläche (1002) aufweist, die zum Polieren des Substrats angepasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Polierfläche (1002) wenigstens ein leitendes Element (1065) eingebettet ist, das eine Kontaktfläche (1008) hat, die sich über eine Ebene hinaus erstreckt, die von der Polierfläche (1002) gebildet wird. Polierelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper ein dielektrisches Material aufweist, das aus der Gruppe Polyurethan, Polycarbonat, Polyphenylensulfid, mit Urethan extrahierte Filzfasern, gefüllte Polymere, geschäumte Polymere und Kombinationen davon ausgewählt ist. Polierelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die durch ihn hindurchgehend ausgebildet sind. Polierelement nach Anspruch 1, welches weiterhin ein zwischen dem leitenden Element und dem Gehäuse angeordnetes Vorspannelement aufweist, das zum Drücken des leitenden Elements zu der Polierfläche hin angepasst ist. Polierelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement eine Feder, ein Schaumpolymer, ein Kunststoffschlauch, ein Elastomer oder Kombinationen davon aufweist. Polierelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement elastisch ist und eine nachgiebige Kontaktfläche des leitenden Elements in einen elektrischen Kontakt mit dem Substrat drückt, das auf der Polierfläche angeordnet ist. Polierelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Element aus wenigstens einem jeweils leitenden Element der Gruppe Schlauch, Bürste, Feder, Stift, Stange, Rolle, Kugel und Kombinationen davon ausgewählt ist. Polierelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement aus der Gruppe Feder, Schaumpolymer, Kunststoffschlauch, Elastomer und Kombinationen davon ausgewählt wird, während das leitende Element aus wenigstens einem jeweils leitenden Element der Gruppe Schlauch, Bürste, Feder, Stift, Stange, Rolle, Kugel und Kombinationen davon ausgewählt ist, wobei eine nachgiebige Kontaktfläche des leitenden Elements in einen elektrischen Kontakt mit dem Substrat gedrückt wird, das auf der Polierfläche angeordnet ist. Polierelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es

– eine Vielzahl von nachgiebigen leitenden Elementen, die in die Polierfläche eingebettet sind und eine Kontaktfläche haben, die sich über eine Ebene hinaus erstreckt, die von der Polierfläche gebildet wird, und für ein Drücken durch das Substrat zu der Polierfläche hin angepasst ist, und

– ein Vorspannelement aufweist, das zwischen den nachgiebigen leitenden Elementen und dem Körper angeordnet ist.
Polierelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Element nachgiebig ist. Polierelement nach Anspruch 1, bei welchem die Kontaktfläche abgerundet, zylindrisch, kugelig ist oder aus Fasern, Schleifen, Fingern, Strängen oder Kombinationen davon besteht. Polierelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Element weiterhin einen Träger, der in einer Tasche angeordnet ist, die in dem Körper ausgebildet ist, und ein Kontaktelement aufweist, das an dem Träger angeordnet ist und sich über eine Ebene hinaus erstreckt, die von der Polierfläche gebildet wird. Polierelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger und das Kontaktelement leitend sind. Polierelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement eine Vielzahl von Kugeln, Stiften, eine Stange, eine Feder oder Kombinationen davon aufweist. Polierelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der von dem Träger und dem Kontaktelement gebildeten Teile aus Graphit besteht. Polierelement nach Anspruch 1, welches weiterhin ein mit dem leitenden Element gekoppeltes Verbindungsstück aufweist, das für eine elektrische Koppelung des leitenden Elements mit einer Vorspannungsstromquelle angepasst ist. Polierelement nach Anspruch 1, welches weiterhin eine oder mehrere Taschen aufweist, die in der Polierfläche ausgebildet sind, wobei das leitende Element in wenigstens einer der Taschen angeordnet ist. Polierelement nach Anspruch 17, welches weiterhin ein Vorspannelement aufweist, das in der Tasche zwischen dem leitenden Element und dem Körper angeordnet ist. Polierelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement eine Feder, ein Schaumpolymer, ein Kunststoffschlauch, ein Elastomer oder Kombinationen davon ist und eine nachgiebige Kontaktfläche des leitenden Elements in elektrischen Kontakt mit dem Substrat drückt, das auf der Polierfläche angeordnet ist. Polierelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Element aus wenigstens einem jeweils leitenden Element der Gruppe Schlauch, Bürste, Feder, Stift, Stange, Rolle, Kugel oder Kombinationen davon ausgewählt ist. Polierelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche abgerundet, zylindrisch oder kugelig ist oder aus Fasern, Schleifen, Fingern, Strängen oder Kombinationen davon besteht. Polierelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Element weiterhin einen in der Tasche angeordneten Träger und ein an dem Träger angeordnetes Kontaktelement aufweist, wobei wenigstens ein Teil des Kontaktelements sich über eine Ebene hinaus erstreckt, die von der Polierfläche gebildet wird. Polierelement nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger und das Kontaktelement leitend sind. Polierelement nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement eine Vielzahl von Kugeln, Stiften, eine Stange, eine Feder oder Kombinationen davon aufweist. 25: Polierelement nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der aus dem Träger und dem Kontaktelement bestehenden Teile aus Graphit hergestellt ist. Polierelement nach Anspruch 17, welches weiterhin ein mit dem leitenden Element gekoppeltes Verbindungsstück aufweist und für eine elektrische Koppelung des leitenden Elements mit einer Vorspannungsstromquelle durch den Körper hindurch oder um ihn herum angepasst ist. Vorrichtung zur Behandlung eines Substrats, die ein Element nach Anspruch 1 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Polierelement an einer Vorrichtung angeordnet ist, die einen Behälter, eine in dem Behälter angeordnete durchlässige Scheibe, wobei das Polierelement auf der durchlässigen Scheibe angeordnet ist, eine in dem Behälter zwischen der durchlässigen Scheibe und dem Boden des Behälters angeordnete Gegenelektrode und einen Polierkopf aufweist, der zum Halten des Substrats während der Behandlung angepasst ist.






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