专利名称：用于局部抛光控制的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明的实施例一般涉及用于在电化学机械抛光系统中的局部抛光控制的方法和装置。
背景技术：
电化学机械抛光一般通过电化学/化学或组合的电化学/化学和机械工艺从半导体衬底去除材料。在电化学机械抛光系统的一个例子中，衬底或晶片被保持在衬底支架上，其一个构件特征面向上。具有导电的抛光垫和内部反电极的抛光头被放置成接触衬底的特征面。抛光头和衬底以预定的抛光动作彼此相对移动。电解抛光液被置于衬底上，并且在衬底和反电极之间提供导电路径。衬底通过导电垫相对于反电极电偏置，以驱使在衬底表面的分解反应，从而抛光衬底。
铜是一种可使用电化学机械抛光而被抛光的材料。典型地，使用两步工艺来抛光铜。在第一步中，除去大部分铜，一般留下一些铜剩余物凸出在衬底的表面之上。铜剩余物然后在第二步或过抛光步骤中被除去。
但是，除去铜剩余物可能导致铜部件低于周围材料平面(典型的是氧化物或其他阻挡层)的碟形凹陷(dishing)。凹陷量(amount ofdishing)典型地与在过抛光步骤中利用的抛光化学反应和处理参数相关，以及和要抛光的铜部件宽度相关。由于铜层在整个衬底的厚度不均匀，因此，难以在不引起在某些部件形成碟形凹陷的情况下除去所有的铜剩余物，同时不去除其他部件上的所有铜剩余物。因此，如果铜的某些区域可被选择地抛光而不抛光其他区域，从而完全除去铜剩余物并且最小化凹陷是有利的。
因此，需要一种用于电化学机械抛光系统中的局部抛光控制的方法和装置。
发明内容
本发明一般地提供了一种用于处理单元中的局部抛光控制的方法和装置。在本发明的一个方面，提供一种用于电化学处理衬底的装置，通过控制整个处理区域的电偏置分布图，其选择地处理衬底的不连续导电部分，因此控制两个或多个导电的衬底部分之间的处理速率。
在本发明的另一个方面，提供一种用于电化学处理衬底的方法，其包括以下步骤使置于衬底上的导电部件与导电抛光垫组件接触，在导电部件和第一反电极之间流动电解液，以及选择地处理导电部件的不连续部分。
通过参考附图中示例说明的实施例，可更详细描述以上简要概括的本发明。但是，要注意的是，附图只是示例说明这个发明的典型实施例，因此不被认为是限制其范围，因为本发明可允许其他等同有效的实施例。
图1是电化学处理单元的一个实施例的剖视图；图2是图1的电化学处理单元的分解的部分剖视图；图3A-C描述电极组件的各种实施例；图4A-C是导电垫和反电极组件的简化的部分剖视图，用于说明可选择的电偏置分布；图5A-C是具有不同的导电元件布局的导电垫组件的各种实施例的顶视图；图6是电化学处理单元的另一个实施例的剖视图；图7是图6的处理单元的简化的部分电路图；图8是的电化学处理单元的另一个实施例的剖视图；和图9是图8的处理单元的简化的部分电路图。
为了便于理解，只要可能就使用相同的附图编号，以指明所有图共有的相同元件。
具体实施例方式
在此使用的词和短语应该具有由本领域技术人员给予的本技术领域的通常含义，除非在此被进一步限定。化学机械抛光应该是广义解释的并且包括，但不限于通过化学活动、机械活动或者化学和机械活动的组合来研磨衬底表面。电解抛光应该是广义解释的并且包括，但不限于通过电化学活动的应用来平坦化衬底。电化学机械抛光(ECMP)应该是广义解释的并且包括，但不限于通过电化学/化学活动的应用，或者电化学/化学和机械活动的组合来平坦化衬底，以从衬底表面除去材料。电化学机械电镀工艺(ECMPP)应该是广义解释的并且包括，但不限于在衬底上电化学沉积材料，和同时通过电化学活动的应用或者电化学和机械活动的组合来平坦化被沉积的材料。
阳极溶解液应该是广义解释的并且包括，但不限于将阳极偏置直接或间接应用到衬底，以从衬底表面除去导电材料并进入周围的电解液。孔应该是广义解释的并且包括，但不限于穿孔、孔、开口、凹槽、沟道或者部分或完全穿过物体形成的通道。此外，术语基本，如同用于修改术语平坦的，是用于描述宏观或全局级别上的表面，但不是表面粗糙度。
图1描述了处理单元100的一个实施例的剖视图，其中可进行至少一个包括阳极溶解的工艺和抛光工艺。虽然本发明的第一个实施例是为电化学机械抛光(ECMP)工艺描述的，该工艺利用可配置的电偏置分布(electrical bias profile)用于衬底整个表面的选择抛光，但是本发明预计可在涉及电化学活动或行为的其他制造工艺中使用可配置的电偏置分布的应用。使用电化学活动的这种工艺例子包括电化学沉积，其包括应用偏置分布到衬底表面，用于选择地沉积导电材料而不使用传统的偏置应用装置，比如边缘接触，以及包括电化学沉积和化学机械抛光的组合的电化学机械电镀工艺(ECMPP)。
处理单元100一般包括抛光头102和容纳导电垫组件122和反电极组件150的槽104。衬底108典型地具有一个或多个导电表面140，其被保持在抛光头102中并且在处理过程中被降低放入槽104中，特征面向下(例如背面向上)。导电表面140可包括以下之一或者其组合放置在一个部件中的导电材料，导电材料层或者留在衬底上的来自导电层的导电材料剩余物。放置在槽104中的衬底108和导电垫组件122彼此相对移动，以提供抛光运动。抛光运动一般包括至少一个由轨道运动、旋转运动、线性运动或曲线运动或者其组合等限定的运动。抛光运动可通过移动抛光头102或槽104，或者两个都移动来实现。抛光头102可以是固定的，或者被驱动以在槽104和被抛光头102固定的衬底108之间提供至少部分相对运动。或者，导电垫组件122可被移动，例如象传送带一样，而抛光头102是固定的或者运动的。在图1描述的实施例中，抛光头102被耦合到驱动系统110。驱动系统110以至少轨道运动、旋转运动、扫描运动或其组合之一的运动形式来移动抛光头102。
在一个实施例中，抛光头102包括围绕软囊(bladder)116的外壳114。当与衬底接触时软囊116可排气，以在衬底之间产生真空，因此将衬底固定到抛光头102。软囊116又可充气，以按压衬底接触保持在槽104中的导电垫组件122。保持环138被耦合到外壳114，并且围绕衬底108，以防止衬底在处理时从抛光头102滑出。可受益于本发明的一种抛光头是可从位于加利福尼亚州的Santa Clara的应用材料公司获得的TITAN HEAD运送头。可受益于本发明的另一种抛光头的例子在2001年12月12日授权的美国专利6159079号中有描述，该专利在此以参考文献的形式全部并入。
槽104一般是由适合电镀和/电解抛光化学反应的非导电材料制造的。槽104包括底部144和侧壁146，其限定容纳导电垫组件122和电极组件150的容器。槽104的侧壁146被设计用于盛装电解液，电解液与电极组件150和由抛光头102贴对着导电垫组件122固定的衬底进行导电接触。侧壁146包括穿过其中形成的端口118，以允许从槽104移去电解液。端口118被连接到阀门120，以在槽104中选择地排出或保留电解液。
槽104被轴承134转动地支撑在底座106之上。驱动系统136被耦合到槽104，并且在处理过程中旋转槽104。收集槽128被放置在底座106上，并且围绕槽104，以收集处理液，比如电解液，在处理过程中或者处理之后，处理液流出穿过槽104的端口118。
电解液输送系统132一般临近槽104放置，并且适于向槽104提供电解液。当衬底108和导电垫组件122接触时，置于槽104中的电解液通过衬底的表面在反电极组件150和导电垫组件122之间建立导电路径。电解液输送系统132包括耦合到电解液源142的喷嘴或出口130。出口130将电解液或其他处理液从电解液源142流入到槽104中。在处理过程中，电解液一般提供一条电路径，用于偏置衬底108和驱动电化学工艺，以从衬底108除去材料。
用于含铜材料去除的电解液一般包括抑制剂，清洁剂(cleatingagent)和PH调整试剂。可用于从衬底108电化学除去金属的一种电解液在2001年12月21日提交的美国专利申请序列号为10/032,075中有描述，其在此以参考形式全部并入。
多输出电源124通过电引线112(被显示为112Ai-B，i是大于1的正整数)被连接到反电极组件150和导电垫组件122。电源124在反电极组件150和导电垫组件122之间施加电偏置。由连接到每条引线112Ai的电源124的每个输出施加的偏置的量级是可独立控制的，并且典型地在0到5伏特DC的范围。若有电解液，导电垫组件122和衬底108接触时，由电源124提供的电势就驱动电化学工艺，如以下进一步描述的。
引线112被引导通过置于槽104之下的滑动环126。当槽104旋转时，滑动环126利于电源124、电极组件150和导电垫组件122之间的连续电连接。引线122是电线，带子或者其他导体，其与处理液相容并且具有涂层，保护引线112不受处理液的侵蚀。可在引线112中利用的材料例子包括绝缘的石墨、钛、铂、金和HASTELOY及其他材料。围绕引线112的涂层可包括聚合物比如碳氟化合物、PVC、聚酰胺等等。
导电垫组件122被连接到引线112B，引线112B被引导(用引线112Ai，其连接到反电极组件150)通过槽104的底部144到电源124。引线112B可通过许多方法被耦合到导电垫组件122，这些方法有助于导电垫组件122和电源124之间的良好电连接，例如，通过焊接、多层接触点焊(stack)、钎焊、夹紧(clamping)、压紧(crimping)、铆接、紧固、导电性粘结剂或通过其他有助于导电垫组件122和引线112B之间的良好电连接的方法或设备。可选地，可使用置于槽104中的单个断开266(如图2中所示)连接引线112Ai-B到电源124，以进一步便于替换导电垫组件122或反电极组件150。
导电垫组件122包括具有多个导电元件172的顶垫170和可选的子垫170。子垫170被置于顶垫170和反电极组件150之间。
控制器180被耦合到处理单元110，以便于控制电源124在导电垫组件122和反电极组件150之间施加的电压。控制器180典型地包括中央处理单元(CPU)182、支持电路186和存储器184。CPU182可以是可在工业设置中用于控制各种子处理器、衬底处理和电池功能的任何形式的计算机处理器之一。存储器184被耦合到CPU182。存储器184或者计算机可读介质可以是一个或多个可容易获得的存储器，比如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘或者任何其他形式的数字存储器，本地或远程的。支持电路186被耦合到CPU182，用于以传统方式支持处理器。这些电路包括缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统等等。
图2描述了导电垫组件122和反电极组件150的一个实施例的分解剖视图，其可拆装地置于图1的槽104中。图2描述的导电垫组件122包括连接到子垫170的顶垫170。子垫170被置于在反电极组件150之上或者被连接到反电极组件150。
顶垫170一般是由与工艺化学反应相容的聚合材料制造的，例子包括聚亚安酯(polyurethane)、聚碳酸酯(polycarbonate)、含氟聚合物(fluoropolymer)、PTFE、PTFA、聚苯硫醚(PPS，polyphenylene sulfide)或者其组合，和在抛光衬底表面中使用的其他抛光材料。顶垫170也可包含填料和/或被泡沫化(be foamed)。示例性的传统材料包括那些由聚亚安酯和/或混合填料的聚亚安酯制造的材料，这些材料可从总部在亚利桑那州的Phoenix的Rodel，Inc.公司获得。其他传统的抛光材料，比如一层可压缩的材料，可被用于顶垫170。可压缩的材料包括但是不限于，软材料比如压缩的毡制纤维，其淋滤有氨基甲酸乙酯或泡沫。顶垫170一般在大约10密耳到100密耳厚。
顶垫170具有第一面208和第二面210。第一面208适合在处理过程中接触衬底108(如图1所示)。第一面208可包括凹槽、凸凹纹或其他织构(texture)，以提高抛光性能。顶垫170可以是实体的、电解液不能渗透的、电解液能渗透的或者穿孔的。在图2所示实施例中，顶垫170被穿有多个孔212，孔212用于允许电解液从其中流过。第一面208额外包括一个或多个狭槽264或其他部件，在其中保存导电元件172。
导电元件172可包括导电的聚合物、具有导电材料的聚合物复合物、导电金属或者聚合物、导电填料、石墨材料或者导电的掺杂材料、或者其组合。导电元件172一般具有大电阻率或大的表面电阻率，其大约为10Ω-cm或更小。
在图2所示的实施例中，导电元件172A是多个导电的纤维、立柱和/或柔软的指状物，比如碳纤维或其他导电的可塑性(例如柔软的)材料，其在处理时便于与衬底电接触。在一个替代的实施例中，导电元件172B可以是滚筒、球、棒、杆、网或其他利于置于顶垫170上的衬底和电源124之间的导电接触的形状。在又一个替代的实施例中，导电元件172C可以是滚筒、球、棒、杆、网或其他固定在导电性载体(conductive carrier)224中的形状，其利于置于顶垫170上的衬底和电源124之间的导电接触。
可利用的导电元件的其他类型结构包括管、弹簧、导线、带子、刷子、杆、网、圆筒、球和插脚。2001年12月19日提交的美国60/342,281号临时专利申请、2001年10月1日提交的美国60/326,263号临时专利申请、2001年4月24日提交的美国60/286,107号临时专利申请、2002年5月7日提交的美国10/140010号专利申请、2001年12月27日提交的美国10/033,732号专利申请描述了可用于受益于本发明的导电垫的例子，这些专利文件在此以参考形式全部并入。可替换地，导电元件172可混合在顶垫170中，以形成一个整体。
子垫170被连接到顶垫170的第二面210。子垫170典型地由比顶垫170的材料更软或者更可塑的材料制成。可选择在顶垫170和子垫170之间的硬度或硬度计的差异，以产生所希望的抛光/电镀性能。子垫170也可以是可压缩的。合适的衬背材料包括，但不限于泡沫聚合物、人造橡胶、毡、浸渍毡和与抛光化学反应相容的塑料。
子垫170具有第一面214和第二面216。第一面214被连接到顶垫170的第二面210。子垫170的典型厚度在大约5到100密耳的范围，并且在一个实施例中是大约5密耳厚。子垫170可以是实体的、电解液不能渗透的、电解液能渗透的或者穿孔的。在图2所示的实施例中，子垫170被配置以允许电解液从其中穿过，并且可以是可渗透的，有孔或者其组合。在图2所示实施例中，子垫170被穿有多个孔218，子垫170的孔218用于允许电解液从其中流过。子垫170的孔218典型地，但是不是必要与顶垫170的孔212对齐。
反电极组件150可以是实体的、电解液不能渗透的、电解液能渗透的或者穿孔的。反电极组件150具有第一面220和第二面222。反电极组件150的第一面220被连接到子垫170的第二面216。在图2所示实施例中，反电极组件150被配置以允许电解液从其中通过。反电极组件150可以是可渗透的，有孔或者其组合。
反电极组件150的第二面222可用可去除的粘结剂粘贴到槽104的底部144，以防止反电极组件150在抛光过程中移动，同时允许替换反电极组件150。反电极组件150可替换地可以是通过夹住、紧固或固定到槽104。
反电极组件150可以是单个组件或元件，或者是具有导电垫组件122的预制造组件的一部分。可受益于本发明的电极和导电垫组件的一个例子在2002年5月16日提交的10/151538号美国专利申请中有描述，该专利文件在此以参考形式全部并入。
在一个实施例中，反电极组件150是由多个电极260i制造的，电极260i被一个或多个绝缘体262隔开。至少一个电极260i或绝缘体262被构造以允许电解液通过反电极组件150。一个或多个绝缘体262被置于电极260i之间，以使电极260i相互电绝缘。绝缘体262可由任何适合与工艺化学反应一起使用的电介质材料制造。绝缘体262可以是薄板条(web)、蛋箱(egg-crate)的形式，或者其他适合在电极260i之间提供横向电绝缘的结构。
在图2所示的实施例中，电极260i被置于或者嵌入绝缘体262中。电极260i典型地由要沉积的或者去除的材料组成，比如铜、铝、金、银、钨和其他能电化学沉积在衬底108上的材料。对于电化学去除工艺，比如阳极溶解，电极260i可包括除了沉积的材料之外的电极。电极260i的厚度范围可从箔材到大于100密耳厚。
图3A-C描述了电极260i和绝缘体262的各种实施例。在图3A所示的实施例中，电极260i是圆柱体，其中具有通道302，允许电解液通过反电极组件150。在图3B所示的实施例中，电极260i被置于绝缘体262中，绝缘体262中具有多个孔304形成在其中，允许电解液通过反电极组件150。在图3C所示的实施例中，至少一个电极260i或绝缘体262至少是穿孔的或者是能渗透电解液的，因此允许电解液在处理过程中通过反电极组件150。
返回图2，每个电极260i(i是大于1的正整数，在图2中显示为5)通过引线112Ai独立地连接到电源124，因此允许每个电极260i被独立地偏置，以及，如果适当的话，在不同于其他电极260i之一的电平被独立地偏置。例如，电极2601可被偏置到大于电极2602的电压电平。电极260i的独立偏置允许以不同的速率在整个衬底的直径范围选择地抛光衬底。
图4A是反电极组件150的简化的部分剖视图，说明了选择性的电偏置分布。衬底108具有第一导电表面402和第二导电表面404，其与导电垫组件122接触。导电表面402、404可以是单个导电部件、分开的结构或来自导电层的残留在衬底上的导电材料剩余物的一部分。在图4A所示的实施例中，第一导电表面402和第二导电表面404相对于衬底108的参考表面406位于不同的高度，第一导电表面402比第二导电表面404从参考表面406伸出更多。可预计第一导电表面402和/或第二导电表面404可从参考表面406凹进。
为了抛光第一导电表面402和第二导电表面404到共同的平面(典型地由参考表面406限定)，第一电压被施加到电极2601，而第二电压被施加到电极2602。可预计第一导电表面402可表示来自导电材料层的剩余物，作为局部抛光的结果，第一导电表面402被清除，以暴露出下面的参考表面406。如果第一电压小于第二电压，导致电极2602和导电垫组件122之间的更大电流密度，这使得第一导电表面402以比第二导电表面404更快的速率被抛光。相反，更大的电压可施加到电极2601，这导致第二导电表面404的抛光比第一导电表面402快。
多个传感器408i有助于控制抛光速率，传感器408i检测要抛光表面402和404的程度的不同。在图4A所示的实施例中，传感器408i(示例显示为4081和4082)是置于电极260i和电源124之间的电流传感器。由于元件402、404和电极组件150之间的距离影响穿过间隙的电流通量，在每个位置(例如在元件402、404)的电流流量是每个部件402、404相对于电极组件150和衬底108的参考平面406的高度指示。可替换地，传感器408i可以是电压传感器或其他能够检测表面402、404到参考平面406的高度的传感器。
每个传感器408i被耦合到控制器180，以提供关于衬底108的导电表面的形貌的反馈。由于衬底108在处理过程中相对于导电垫组件122移动，传感器480i更新在整个衬底108的宽度范围的每个导电表面的相对位置。控制器180响应传感器408i提供的信息，使得电源124独立地提供预定的电压给每个电极260i，电压量级对应于希望的抛光速率，设置的衬底108的位置在那一瞬间及时和与传感器408i关联的特定导电元件172接触。因此，导电垫组件122的偏置分布可被连续地调整，以在相对于衬底的参考表面406的更高高度的、具有导电表面形貌的衬底位置由阳极溶解更快地抛光，有利地以更慢的速率在更低的高度抛光导电表面形貌，以改进抛光性能和最小化碟形凹陷(dishing)。
也可以预计，例如在第一导电表面402从参考表面406凹进的实施例中，电源124可偏置具有极性的第一导电表面402，导致来自电解液和/或电极的导电材料沉积在其上。沉积可在第一导电表面402发生，同时也可沉积材料在第二导电表面404之上，或者从第二导电表面404去除材料。
在图4B描述的另一个工作模式中，传感器408i可被用于检测表面452、454相对于由表面406限定的参考平面的暴露面积的差。例如，第一导电表面452是填充部件的暴露表面，其具有的电流通量大于第二导电表面454，第二导电表面454是来自被除去的导电层450(阴影显示的)的剩余物。随着第二导电表面454的表面面积减少，电流通量最终减少到近似为0，表示从表面406除去了第二导电表面454(例如剩余物)。
在图4C描述的另一个工作模式中，传感器470可被用于检测表面472、474相对于由表面406限定的参考平面的暴露面积的差。传感器470被配置以检测表面406、472、474之间的反射量。传感器470一般产生一束通过形成在抛光表面中的窗口478的光。这束光从衬底反射出去，并且回到传感器470，其中被反射的束的亮度指示衬底的组成。例如，第一导电表面472是填充部件的暴露表面，其典型地是在整个衬底的宽度范围形成的重复数量的部件之一，具有大于第二导电表面474的反射率，第二导电表面474是来自被除去的导电层476(显示在剖视图中)的剩余物。因此，从衬底反射的光量的差指示具有部件和剩余物的区域。随着第二导电表面474的表面面积减少，电流通量最终减少到近似0，表示从表面406除去了第二导电表面474。
图5A-C是具有不同的导电元件布局的反电极组件的各种实施例的顶视图。可预计的是电极可被配置在反电极组件上的任何数量的方位中，以有助于控制偏置分布，使得当衬底相对于导电垫和反电极组件移动时，衬底的不连续部分可被选择地抛光。
图5A是反电极组件500A的一个实施例的顶视图。反电极组件500A包括多个电极504i，电极504i可用于电驱动处理衬底的不连续的导电部分。电极504i在反电极组件500A的顶表面502被排列成网格图案，并且可用预定的电压电平选择地被施加电压，以控制衬底上的局部抛光速率。
图5B是反电极组件500B的一个实施例的顶视图。反电极组件500B包括多个电极514i，电极514i在反电极组件500B的顶表面512上排列成放射状图案。电极514i的放射状图案可包括电极514i的同心环，每个环可从单个或多个电极514i配置，电极514i可用预定的电压电平选择地被施加电压，以控制衬底上的局部抛光速率。
图5C是反电极组件500C的一个实施例的顶视图。反电极组件500C包括多个电极524i，电极524i在反电极组件500C的顶表面522上排列成极线阵列(polar array)。电极524i可用预定的电压电平选择地被施加电压，以控制衬底上的局部抛光速率。可以预计电极524i的其他排列。
图6是处理单元600的另一个实施例，其中可实行至少一个包括阳极溶解和抛光工艺的工艺。处理单元600一般包括抛光头602、导电垫组件606和容纳导电垫组件606的槽604、参比电极组件614和反电极组件608。抛光头602和槽604一般类似于上述的抛光头102、导电垫组件122和槽104。电解液输送系统132在处理过程中给槽604提供电解液。
导电垫组件606和反电极组件608通过电线612A-B连接到第一电源610。第一电源610在反电极组件608和导电垫组件606之间施加电偏置。穿过导电垫和反电极组件606、608施加的偏置范围典型地在0到大约5伏特DC之间。如果有电解液，当导电垫组件606和衬底108接触时，由第一电源610提供的电势驱动电化学工艺，如以下进一步描述的。
参比电极组件614置于导电垫组件606和反电极组件608之间。参比电极被配置以允许电解液在导电垫组件606和反电极组件608之间移动，使得电解液在置于导电垫组件606上的衬底630和反电极组件608之间建立导电路径。
参比电极组件614由多个可独立偏置的参比电极616i组成，参比电极616i被一个或多个绝缘构件618彼此横向绝缘。参比电极616i可以是可消耗的或不可消耗的，并且可由类似上面讨论的适合用于反电极的那些材料制造。绝缘构件618典型地由和工艺化学反应相容的材料形成，并且具有足够的介电强度以将处于处理电压的参比电极616i横向隔离。
至少一个参比电极616i或绝缘构件618是多孔的、穿孔的、可渗透的或者被配置以允许电解液从其中通过。或者，参比电极616i和绝缘构件618可被排列，以限定允许电解液通过参比电极组件614的通道。
多输出电源620分别被引线622i连接到每个参比电极616i。电源620使每个参比电极616i被独立地偏置，以通过增加(或减少)在临近各自的参比电极616i的衬底表面的电流通量来控制临近每个参比电极616i的局部抛光速率。
图7是处理单元600的简化的部分电路图。显示的衬底630具有第一导电部件702和第二导电部件704。导电部件702、704通过导电垫组件606(没有在图7中示出)电连接到第一电源610，并且相对于反电极组件608偏置。
第一导电路径7101被限定为通过置于第一导电部件702和反电极组件608之间的电解液。第一导电路径7101是由两条电路支路7061和7081组成的。流过第一导电路径7101的第一支路7061的电流量部分被由第一电源610施加的电势控制。通过第一导电路径7101的第一支路7061的电流被调节，以响应由第二电源620施加到第一参比电极6161的电压，第一参比电极6161被置于第一导电部件702和反电极组件608之间(为了清楚，图7的示意图中显示的参比电极被偏移)。随着参比电极6161被偏置成具有相同极性的电压并且达到(或超过)第一导电部件702相对于反电极组件806的电势，在第一导电部件702和反电极组件608之间流动通过第一支路7061的电流量减小，因此减慢从第一导电部件702除去材料的速率。相反，由于与第一导电部件702相对于反电极组件806的电势相比，参比电极6161的偏置变得更加不同，在第一导电部件702和反电极组件608之间流动通过第一支路7061的电流量增加，因此提高了从第一导电部件702除去材料的速率。
第二导电路径7102被类似地配置，以具有第一电路支路7062和第二电路支路7082。流过第二导电路径7102的第一支路7062的电流量部分被由第一电源610施加的电势控制。通过第二导电路径7102的第二支路7062的电流被调节，以响应由第二电源620施加到第二参比电极6162的电压。由于第二电源620独立控制施加到每个参比电极616i的电压，通过每条导电路径710i的第一支路706i的电流可被进一步调整，以独立地控制从设置在整个衬底630的每个导电部件去除材料的相对速率。
图8是用于处理衬底814的处理单元800的另一个实施例，其类似以上讨论的处理单元600那样被配置，除了处理单元800包括反电极组件802和多个连接到电源806的参比电极804i以外。在一个实施例中，电源806是稳压器，比如可从Princeton Applied Research公司获得的那些稳压器，其允许每个参比电极804i相对于反电极组件802独立地被偏置。因此，电源806可施加一个电势到电极804i，其控制沿着形成在衬底的导电部件和反电极组件802之间的每条导电路径的局部电流，因此允许控制跨越衬底直径的抛光速率。可选地，传感器(没有示出)可如以上描述的那样被使用，以有助于衬底处理的闭环控制。
图9是用于处理衬底914的处理单元900的另一个实施例，其类似以上讨论的处理单元600那样被配置，除了处理单元900包括反电极组件902之外。反电极组件902具有多个连接到第一多输出电源906的、独立地可偏置的反电极904i。独立地可偏置的反电极904i有助于衬底处理的闭环控制。
图10是处理单元900的简化的部分电路图。显示的衬底914具有第一导电部件1002和第二导电部件1004。导电部件1002、1004通过导电垫组件606(在图9中示出)电连接到第一电源906，并且相对于反电极组件608被偏置。
第一导电路径10101被限定为通过置于第一导电部件1002和反电极组件902的第一反电极9041之间的电解液。第一导电路径10101是由两条电路支路10061和10081组成的。流过第一导电路径10101的第一支路10061的电流量部分地被由第一电源906施加的电势控制。由于每个反电极904i是被独立控制的，在衬底914的导电部件之间的电流贡献可跨越衬底的宽度范围被控制。通过第一导电路径10101的第一支路10061的电流被进一步调节，以响应由第二多输出电源620施加到第一参比电极6161的电压，如上面所讨论的。
第二导电路径10102被类似地配置，以具有第一电路支路10062和第二电路支路10082。流过第二导电路径10102的第一支路10062的电流量部分地被由第一电源906施加的电势进一步控制。通过第二导电路径10102的第二支路10062的电流被调节，以响应由第二电源620施加到第二参比电极6162的电压。由于第二电源620独立控制施加到每个参比电极616i的电压，通过每条导电路径1010i的第一支路1006i的电流可被进一步调整，以独立地控制从设置在整个衬底914的每个导电部件去除材料的相对速率。
处理的闭环控制可由多个传感器1012i促进，其中一个传感器分别在每个反电极904i和第一电源906之间连接。传感器1012i被连接到控制器180，并且被配置以提供与各自传感器1010i串联的各个导电部件之间的相对高度的公制数据(metric)指示。因此，响应由每个传感器1012i提供的公制数据时，控制器180可变化施加到每个参比电极616i和/或每个反电极904i的电势，以控制整个衬底914宽度上的材料去除率。
因此，本发明提供了一种用于在处理单元中局部抛光和沉积控制的方法和装置。在一个实施例中，所述装置提供选择地抛光衬底的不连续导电部分，其有利地最小化了通常与传统工艺关联的碟形凹陷。可预计通过反转偏置电势同时利用合适的化学反应，处理单元可被用于金属沉积。
虽然前面是涉及本发明的优选实施例，但是可在不偏离本发明的基本范围的情况下导出其他和更多实施例。本发明的范围是由所附的权利要求确定的。
权利要求
1.一种电化学处理衬底的装置，包括具有底部和开口顶部的外壳；置于所述外壳中靠近所述底部的第一反电极；至少一个第二反电极，其置于所述外壳中，临近所述第一电极并且是可独立于所述第一电极电偏置的；和导电的抛光垫，其置于所述外壳的开口顶部和多个反电极之间，导电的抛光垫具有适合处理衬底第一面，和面向所述多个反电极的第二面。
2.如权利要求1所述的装置，包括置于所述第一反电极和所述第二反电极之间的绝缘体。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一反电极属于第一组反电极和所述第二反电极属于第二组反电极，其中所述第一组反电极是可独立于所述第二组反电极电偏置的。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述第一组反电极被放射状地置于所述第二组反电极之内。
5.如权利要求4所述的装置，其中，所述多个反电极还包括第三组反电极，其放射状地被置于所述第二组反电极之外。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一反电极和所述第二反电极是以极性阵列排列的多个反电极的部分。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述极性阵列的反电极还包括至少第三反电极，其放射状地对齐所述第一反电极并且独立于所述第一反电极电偏置。
8.如权利要求1所述的装置，还包括局部抛光速率指示器，其适合检测在整个所述衬底的抛光速率的差的公制数据指示。
9.如权利要求8所述的装置，其中，所述局部抛光速率指示器还包括多个传感器，每个传感器连接到各自的一个反电极。
10.如权利要求9所述的装置，其中至少一个所述传感器用于检测在所述第一反电极和所述衬底之间通过的电流。
11.如权利要求1所述的装置，还包括适合给槽提供电解液的电解液输送系统，所述电解液用于通过所述导电垫在所述衬底和所述多个反电极之间提供独立受控的电路径。
12.如权利要求11所述的装置，还包括局部抛光速率指示器，其适合检测在整个所述衬底的抛光速率的差的公制数据指示。
13.如权利要求12所述的装置，其中，所述局部抛光速率指示器还包括多个传感器，每个传感器连接到各自的一个反电极。
14.如权利要求13所述的装置，其中，至少一个传感器适合检测在连接到传感器的反电极和所述衬底之间电流。
15.如权利要求13所述的装置，还包括多输出电源，每个反电极单独连接到所述输出之一。
16.如权利要求1所述的装置还包括外壳；置于所述外壳中的至少第一反电极；靠近所述第一反电极放置的导电抛光垫，并且导电抛光垫具有适合处理衬底的第一面，和面向所述第一反电极的第二面；和多个置于所述反电极和所述导电垫之间的可独立偏置的参比电极。
17.如权利要求16所述的装置，还包括在所述抛光垫和所述反电极之间连接的第一电源；和连接到所述参比电极的第二电源。
18.如权利要求17所述的装置，其中，所述第二电源具有多个输出，用于独立偏置每个所述参比电极。
19.如权利要求18所述的装置，还包括多个传感器，每个传感器适合检测所述反电极和衬底之间的电流或电压电势中的至少一个。
20.一种电化学处理衬底的方法，包括使置于衬底上的导电部件接触导电的抛光垫组件；在所述导电部件和第一反电极之间流动电解液；在所述第一反电极和所述导电的抛光垫组件之间施加第一偏置电压电势；和在第二反电极和所述导电的抛光垫组件之间施加第二偏置电压电势，其中所述第一偏置电压电势不同于所述第二偏置电压电势。
21.一种电化学处理衬底的方法，包括在衬底和反电极组件之间建立多个导电路径；感测在所述导电路径之间的电流中的相对差；和响应所感测的差，调整穿过每条导电路径的电势。
22.如权利要求21所述的方法，其中，调整步骤还包括改变在所述电极组件宽度的电压电势分布。
全文摘要
本发明一般地提供了一种用于处理单元中的局部抛光和沉积控制的方法和装置。在一个实施例中，提供一种用于电化学处理衬底的装置，通过控制跨越处理区域的电偏置分布，其选择地抛光衬底的不连续导电部分，因此控制两个或多个导电的衬底部分之间的处理速率。
文档编号B24B37/04GK1771355SQ200480005812
公开日2006年5月10日 申请日期2004年3月3日 优先权日2003年3月4日
发明者S·蔡, F·Q·刘, Y·王, R·马夫立夫, L-Y·陈, A·迪布斯特 申请人:应用材料有限公司