具有可前移的清扫器的电化学机械加工的制作方法

专利名称：具有可前移的清扫器的电化学机械加工的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及半导体集成电路技术，更具体来说，涉及用于电处理或电化学加工工件的设备。
背景技术：
传统的半导体器件如集成电路(IC)一般包括一个半导体基片，通常是硅基片，以及多个由绝缘材料层分隔的导电材料层。导电材料层或互连(interconnects)构成集成电路的布线网络。在布线网络中的每个导体层借助绝缘层也称中间介质层与相邻导体层绝缘。在硅集成电路中常用的一种介质材料是二氧化硅，不过现在也有一种倾向，用低k介质材料如有机的、无机的、纺制的(spin-on)和化学汽相淀积的介质材料来替代IC结构中的至少一些标准密度二氧化硅材料。传统上，IC互联是通过金属化工艺将导体如铜填入介质中间层上蚀刻的特征或凹部内而形成的。由于铜的电阻低，具有良好的电迁移(electromigration)性质，因而铜日益成为互连应用的优选导体。铜金属化过程的优选方法是电镀法。在集成电路中，多层互联网络相对于基片表面横向延伸。在顺序的各层中形成的互联可以采用通路(vias)或触点的特征来电连接起来。在典型的互连制造工艺中，首先在半导体基片上形成一绝缘层，然后进行制图案和蚀刻加工以便在绝缘层中形成特征或凹部如沟、道及垫(pads)等。然后，镀铜，使铜填充所有特征。在这样的电镀过程中，将晶片放在晶片载体上，在电解液弄湿晶片表面及电极时，在晶片表面上相对于电极施加阴极(-)电压。
一旦电镀结束时，就进行材料去除步骤，例如，化学机械抛光(CMP)加工步骤，以便从工件顶面(也称为场域)去除过量的铜层(也称铜过载)，只留下在特征内的铜。然后进行一个附加的材料去除步骤，以便去除在场域上的其它导电层如阻挡/胶层。这种方式的制造形成了在特征内的物理的彼此电绝缘的铜沉积。也可使用其它的蚀刻技术，存在着能够在一个步骤中从场域除去铜及阻挡/胶层的传统方法。一种具体类型的CMP设备公开在题为“带有可加载壳体的相反线性抛光器”的美国第6,103,628号中，该设备可以有效地工作。
通过采用能够在工件表面形成平面导电材料薄层的平面沉积方法及平面去除方法可以减少或克服传统的材料去除技术的负面作用。这些平面沉积和去除方法也已应用在IC封装中采用的穿过保护层方法(thru-resist processes)中。在这些应用中，电镀在保护层中敞开的孔中在每个孔或开口的底部上暴露的种晶薄膜(seed film)上进行。
一种技术被统称为电化学机械方法(ECMPR)，该术语用来包括电化学机械沉积(ECMD)方法以及ECME，也称为电化学机械抛光。应当注意的是，ECMD和ECME方法一般被称为电化学机械方法，这是由于它涉及电化学方法和机械作用。
在ECMPR方法的一个方面中，在工作表面和工作表面影响装置(WSID)之间存在物理接触或紧密接近或相对运动时，在电处理过程的至少一部分中采用了WSID，例如掩模、垫片或清扫器(sweeper)。各种平面沉积和平面蚀刻方法及设备的描述可在下述专利和未审定的申请中找到，所有这些专利和未审定的申请都是由本发明的受让人共同拥有的。题为“电化学机械沉积的方法和设备”的美国专利第6,176,992号，题为“利用外部影响在工件顶面和空腔表面上布置添加剂之间形成差别的电镀方法和设备”，在2001年12月18日提交的美国申请第09/740,701号；以及题为“用于控制在工件预定部分上的沉积的电镀方法和设备”、在9月20日提交的美国专利申请第09/961,193号。这些方法可按照平面方式在工作空腔部之内和之上沉积金属。如果需要，与其尺寸无关，它们也具有在特征上借助过量金属产生新的结构的能力。
在ECMD方法中，工件的表面被电解液润湿，并相对于阳极而形成阴极，阳极也被电解液润湿。这样一般就在工件的特征内形成导电材料沉积，在工件顶面形成一个薄层。在ECMD过程中，在工件表面和WSID之间相对运动导致工件表面的清扫(sweeping)时，晶片表面被推靠在WSID的表面上或与该表面密切接近，或者反之，象在上述专利申请中描述的那样，由于这种清扫作用而实现了平面沉积。
在ECME方法中，工件表面被电解液或蚀刻溶液润湿，但是所施加电压的极性逆反，因而使工件表面相对于电极而形成阳极。如果未施加电压差，蚀刻是化学蚀刻，可以在工件和WSID之间有物理接触或紧密靠近时进行。化学蚀刻可以采用工艺溶液或蚀刻溶液进行。
首先使用ECMD技术沉积一平面层，然后在相同的电解液中逆反所施加的电压在平面薄膜上利用ECME技术，这样可以得到很薄的平面沉积。或者，ECME步骤也可以在单独的机器和不同的电解液中进行。实际上，ECME技术可以继续，直至在场域上的全部金属被除去。应当注意的是，由于基本上平面的蚀刻可以采用也可以不采用WSID实现，因而在电蚀刻或蚀刻过程中可以使用也可以不使用WSID。
图1A是用于加工晶片的典型的传统ECMPR系统100的示意图。在图1A中，其上具有开口104的WSID 102紧密靠近待加工的工件或晶片106设置。WSID 102被支承板108支承，该支承板上具有穿孔100或开口。晶片106是镀有导电材料，最好是铜或铜合金的硅晶片。晶片106被晶片支架111固定，以便使晶片的前表面112靠在WSID 102的顶面113上。开口104被设计成可保证来自电解液的铜均匀沉积在前表面112上，如箭头114所示，或者可保证从前表面112的均匀电蚀刻。穿孔110可以或者也可以不与开口104的图案严格匹配。一般来说，开口104被设计以便均匀沉积，而穿孔110则使电场和电解液基本不受阻碍地通至WSID102。因此，每单位面积的支承板108的穿孔面积等于或大于每单位面积的WSID 102的开口面积。WSID 102面对晶片前表面112的顶面113用作清扫器，而WSID 102本身形成向着前表面112的适当的电解液流和电场流，以便全面均匀地沉积或蚀刻。这种ECMPR系统100也包括一个浸在电解液114中的电极116。电解液114与电极116和晶片106通过WSID 102上的开口104流体连通。
电极116一般是用于铜沉积的铜件。它也可以是例如用镀Ti的Pt制成的惰性电极。一种典型的铜电解液可以是带有工业中常用的添加剂如加速剂、抑制剂、均匀剂、氯化物等的硫酸铜溶液。在平面沉积技术如ECMD中，由于整平(levelling)由工艺自动实现，因而均匀剂并不是很必要的。但是，为了使其它工艺效果如间隙填充等最佳化，可以添加均匀剂。当在电极116和晶片前表面112之间形成电势时，WSID 102的顶面113清扫晶片的前表面112。为了平面薄膜如铜的沉积，使晶片102的前表面与电极116比较更为阴极(负)，而使电极116成为阳极。为了在同一个ECMPR系统中进行电蚀刻，要使晶片表面比电极更为阳极。为了进行化学蚀刻，化学蚀刻或蚀刻，在晶片和电极间之间不施加势差。
如图1B所示，WSID 102的结构可以具有一个顶层120、一个中间层122和一个底层124。顶层120最好由研磨材料制成，研磨材料例如可以是3M公司供应的固定研磨薄膜类的、或者是CMP应用中使用的所谓垫材料(pad material)，如Rodel供应的聚合物IC-1000材料。顶层120的厚度一般可以在0.05-2mm的范围内。中间层122是顶层120的安装层，在中间层122和底层124中形成孔。中间层122一般由硬塑料如聚碳酸酯制成，厚度范围为1-3mm。底层124用作整个结构的压缩层。底层由聚合物泡沫材料如聚氨酯或聚丙烯制成。被转让给本发明的受让人的美国专利第6,413,403号和第6,413,388号公开了WSID的各种实例。另外，题为“掩模板设计”、2001年9月20日提交的美国专利申请第09/960,236号公开了WSID的各种实施例。另外，题为“低力电化学机械沉积方法和设备”、2002年5月23日提交的美国专利申请10/155,828号公开了一种WSID结构，该结构具有在高度可压缩层上的挠性的和磨损顶层。这两个申请都转让给本发明的受让人。WSID被放置在一个多孔支承板上，该支承板可以是也可以不是WSID的一个整体部分。在这种具体的结构中，电解液通过可压缩层的开口或开口孔及挠性层中的开口流动。
但是，为此目的，虽然这些技术有助于在工件和晶片上得到平面金属沉积或新的金属结构，但是仍需要进一步发展高生产能力的方法和设备，以便更均匀沉积，有更高的产量。

发明内容
本发明提供利用工艺溶液进行工件表面电化学机械加工的设备。本发明的设备包括一个接触工艺溶液的电极；一个带状工件表面影响装置，它在供应结构和接纳结构之间延伸并安装在其上。工件表面影响装置的一个加工部分靠近工件表面设置。工艺溶液能够流过该加工部分并流向工件表面。在电极和工件表面之间在加工过程中可维持一个电位差。一个机构在溶液穿过工件表面影响装置流动时移动工件表面影响装置。
另外，本发明提供一种电化学机械加工工件表面的方法。该方法包括提供具有通道图案(channel pattern)的工件表面影响装置的步骤。工件表面影响装置在一个供应卷轴和一个接纳卷轴之间延伸并安装。工件靠近工件表面影响装置的第一加工部分设置。工艺溶液穿过工件表面影响装置的第一加工部分的通道流向工件表面。在电化学机械加工过程中，当工件表面影响装置的第一加工部分和工件表面之间形成相对运动时，工件表面被电化学机械加工。在加工过程中，在电极和工件之间保持电位差。
本发明的一个目的是提供一种带状WSID设计，它有助于更均匀地提供金属层。
本发明的另一个目的是提供一种带状WSID设计，它具有在带状WSID的多个加工部分中成组的开口或通道。
本发明在电化学机械加工设备中使用带状WSID，单独地或组合地实现本发明的上述和其它目的。


图1A是传统的ECMPR系统的示意图；
图1B是工件表面影响装置的示意图；图2A是基片表面形成有特征的表面区域的示意图；图2B是图2A所示基片的示意图，其中铜已沉积在基片表面上；图3是采用带状工件表面影响装置的ECMPR系统的示意图；图4A是工件表面影响装置的加工部分的示意图；图4B是另一工件表面影响装置的加工部分的表面的示意图；图5是工件表面影响装置的示意图，该工件表面影响装置带有加工部分，这些加工部分具有相同的通道图案，其中这些加工部分不间隔开来；图6是工件表面影响装置的示意图，该工件表面影响装置带有加工部分，这些加工部分具有相同的通道图案，其中这些加工部分被分隔开来；图7是工件表面影响装置的示意图，该工件表面影响装置带有加工部分，这些加工部分具有不同的通道图案；图8是在图3所示ECMPR系统中电接触位置的示意图；图9是本发明的带状工件表面影响装置的调节装置的示意图；图10A-12是带状工件表面影响装置系统的示意图；图13A-13C是替代的带状支承装置的示意图；图14A-14B是复式工件表面影响装置系统的示意图。
具体实施例方式
现在利用制造集成电路中应用的互连的实例来描述优选实施例。但是，应当注意的是，对于许多不同的应用如封装、平板显示、磁头等来说，本发明可应用于带有各种电镀材料如Au、Ag、Ni、Pt、Pd、Fe、Sn、Cr、Pb、Zn、Co及其彼此或与其它物质的合金的工件。在下面提供的各实施例中，被电镀的实际材料是铜，但显然也可使用其它物质。
另外，优选实施例是针对沉积平面层来描述的。如在上述关于ECMPR的专利和申请中所描述的那样，也可能需要电蚀刻，化学蚀刻和其加工的其它新颖结构也能够利用本发明取得。例如，在一个实施例中，利用本发明的带状WSID结构，通过ECMD加工，在晶片表面上形成一个平面导电层。使用如前述申请中公开的低力电化学机械蚀刻(ECME)也可以形成其它结构。
图2A-2B表示使用本发明加工的典型基片200的表面区域的细部结构。基片200包括在工件204上形成的图案层200，最好是一个绝缘层。该绝缘层可以由绝缘材料如二氧化硅构成，使用依据金属互连设计规则的公知的制图案(patterning)和蚀刻技术形成。在这个实施例中，绝缘层202可以由空穴或间隙，即，由场域210彼此分开的第一空穴206和第二空穴208构成。在这个实施例中，空穴的形成可以使第一空穴206是一个通路(via)，而第二空穴208可以是一个构槽，在其底部包括一个第二通路。顶面210也称为场域。阻挡层或胶层217的一个或多个薄层具有如Ta、TaN、Ti、TiN或WN的材料，这种薄层覆盖空穴及顶面。一个铜的薄膜218作为种晶层(seed layer)覆盖在阻挡层的顶部，以便其后电镀铜层。铜种层提供了一个基础层，在基础层上可以促进其后的沉积层的成核和生长。现在参阅图2B，使用本发明，一个平面铜层220可以沉积在空穴206，208，209内及场域210上。下面描述采用本发明进行的沉积加工及其它加工。
图3表示ECMPR系统300的一个实施例，它包括一个本发明的带状WSID组件301和一个承载头302。带状WSID组件301包括一个WSID带303，该WSID带有一个上表面或加工表面和一个后表面，以及一组辊308、WSID带可由挠性材料制成，最好具有研磨加工表面以进行清扫动作。带状WSID可以具有多个开口314或通道，使工艺溶液如电镀电解液或电蚀刻溶液可在电极317和工件320或晶片的前表面318之间流动，如箭头316所示。为了清晰起见，在图中未画出容纳工艺溶液的容器或空腔。晶片的前表面318可以包括图2A-2B所示的典型的基片。下文将讲到，带303的加工表面也可以包括抬升的表面以便进行清扫动作(见图4B)。带状WSID 303在辊308上借助移动机构(未画出)以单向或双向直线方式移动。在电蚀刻或电沉积加工过程中，带状WSID可以紧密接近晶片的前表面移动。在电蚀刻或电镀过程中，带状WSID可在晶片的前表面上移动以清扫前表面、移动机构也适当张紧带状WSID 303，以便保证在ECMPR过程中与工件表面的接触。带状WSID 303的后表面306被放置在一个板309的顶面307上。板309可以由一层或多层构成。在这个实施例中，板309由上层322和下层324构成。上层322可用可压缩材料制成。下层324是支承层，由刚性材料制成，以便使它能够支承可压缩层。在可压缩层中的开口310A和在刚性层中的开口310B使工艺溶液可以穿过板303流动。另外，可压缩层322可具有开口310，或也可以用多孔材料制成，使工艺溶液可通过其开口孔流动。带状WSID在板的顶面被张紧，从而使板309的顶面307可以与带状WSID的覆盖顶面307的底面部分充分接触。如果需要，当工艺溶液316穿过板和带状WSID 303流动时，象带状WSID在上层上移动那样，带状WSID的底面在板的上表面上滑动。
带状WSID可用聚合物膜如在CMP加工中常用的、可从3M公司得到的固定研磨膜制成。带状WSID的挠性材料是薄的，具有0.2-2mm范围的厚度。带状WSID也可以具有复合结构，具有多个薄层。带状WSID可以具有相对较平的表面如含有0.05-0.5微米的研磨颗粒的研磨膜(例如可从Buchler或3M公司得到)，或者具有平顶的小直径柱或锥形柱，如在3M公司供应的固定研磨垫中所采用的那些。带状WSID的表面最好是具有研磨性能的，以便有效地清扫工件表面。
板的上层是用泡沫或凝胶材料制成的，在施加的力的作用下易被压缩，但是，一旦除去力就恢复其原来的形状。板的上层可以具有1-5mm范围内的厚度。这种材料的实例可以是聚氨酯、聚丙烯、橡胶、EVA及它们的混合物等。板的下层是多孔板，或者它具有许多开口，使电解液和电场可自由流向基片表面。下层100c本身可以是电极。
在加工过程中，晶片320被承载头保持与带状WSID紧密接近，因而使穿过板309和带状WSID的工艺溶液润湿晶片的前表面。如图4A中的分解图所示，晶片320在带状WSID 303的加工表面的预定区域321或加工区域上被加工。当带在板的上表面307上被张紧时，可压缩层向上推动带。另外，如果晶片320与加工表面接触，可压缩层推靠晶片的上表面。通过前移带状WSID，使加工区域321被更新，在储存卷轴312上滚动用过的加工区域，从供应卷轴拉动新的加工区域，从而使得用过的加工区域被新的加工区域替代。在加工了大约20-100个晶片之后，或者在WSID的同一区域的大量使用开始以负面方式影响加工效果之前，可以实施带的前移。由于这个特征，带状WSID 303可以缩短制造停顿时间，提高系统的产量。或者，也可以为了每个被加工的晶片，使WSID分度或逐渐前移一个小量，例如在1-5mm的范围内。在加工过程中，晶片承载器304可在带状WSID 303之上或上方侧向移动晶片，并绕晶片承载器的转动轴线z转动。如上所述，本发明的带状WSID也可在晶片被承载头移动时侧向移动。在另一个实施例中，带可以为环形或由辊转动的连续带，辊替代了储存和供应卷轴。带绕辊设置并被张紧。在这个实施例中的辊被一个驱动系统转动，辊的转动使带相对于正被加工的晶片表面直线移动。
也如图4A所示，带状WSID的宽度最好小于被加工晶片的直径。下文将要讲到，带的这个特征可以在晶片的前表面和电源(未画出)之间形成电接触。对于化学蚀刻加工来说，WSID的宽度可以等于或大于晶片的直径，这是由于无需形成电接触的缘故，带状WSID可以是单层的，或是由多层组成的复合层。如果带包括一层以上，那么，这些层可以是也可以不是相当尺寸的。但是，复合层的总厚度一般为0.5-2mm。如图4B的立体图所示，WSID 500可以具有抬升表面502，该表面小于WSID 500的顶面504。在这个实施例中，清扫作用是由抬升表面502进行的。抬升表面502最好含有研磨层。
图3的典型的ECMPR系统300能够进行平面或非平面的电镀，以及平面或非平面的电蚀刻。在这方面，如果选择非平面加工方法，则使晶片的前表面接近带状WSID 303的加工表面，但并不与其接触，因而可以进行非平面的金属沉积。另外，如果选择平面加工方法，则在带状WSID和晶片前表面间形成相对运动时，晶片前表面接触加工表面。当通过带中的开口供应工艺溶液时，或者带被侧向移动，或者晶片被转动及侧向移动，或者带式WSID和晶片都被移动，同时前表面接触加工表面。在晶片和电极之间施加的电势的作用下，并且在工艺溶液穿过带状WSID 303向上流动时，金属如铜根据在晶片表面和电极之间施加的极性被电镀在晶片前表面上或从晶片前表面被蚀刻掉。
图5至7表示各种带状的WSID加工区域设计。按照本发明的原理，带状WSID可以具有各种成组的开口或通道图案，它们一般为沿带状WSID的连续图案或沿带状WSID重复的一个以上的图案。如图5所示，在一个实施例中，一个带状WSID 330可以具有通道332，所述通道被形成为沿带状WSID 330延伸的连续图案。在这个具体设计中，通道332被形成为平行的槽缝，不过通道也可以被形成为各种几何形状的孔或其它开口，或者各种径向的结构。在这个实施例中，取决于加工要求和晶片尺寸，多个加工区域334可以按照端部对端部的方式延伸。带状WSID 330可以在板上侧向移动以进行机械清扫动作。在相同加工区域上进行一定数量的晶片加工之后，带状WSID被前移以取得新的加工区域。或者，带也可在加工过程中在特定方向上进行增量式移动。这样使一个增量的新的带状WSID部分被按照连续的方式移入加工区域。
如图6中另一实施例所示，带状WSID 336可以具有通道338，这些通道在加工区域338中被分组，彼此分开。在每次使用之后，加工区域被前移，以便用新的加工区域取代。使用这种带，侧向移动主要是在加工过程中由晶片支架提供的。
虽然带状WSID可以具有沿带状WSID延伸的单一通道图案，如图5和6所示的那些，但是带状WSID也可以包括多个开口或通道图案。如图7所示，带状WSID 340可以具有多个加工区域342A-342D，这些加工区域包括具有不同尺寸和形状的通道344，以及在加工区域上具有用于清扫作用的抬升表面。例如，加工区域342A包括通道344，所述通道被形成为圆孔，而加工区域342B则包括被形成为槽缝的通道344。加工区域342C包括具有径向图案的通道344，而加工区域342D则包括被形成为矩形孔的通道344。在每个加工区域342A-342D中的通道344也可在尺寸和形状上有所不同，它们在该特定的加工区域中的分布情形也有所不同。每个加工区域通过前移或后退带状WSID而使这个特定的加工区域重复用于ECMD或ECME或化学蚀刻加工的目的。通过使通道具有特定的形状和分布，可以控制铜层的形状。通过采用特定的加工区域，可以使铜层的厚度剖面均匀，也可将厚度剖面改为需要的剖面。例如，在一种典型的操作程序中，可首先在加工区域342A上对晶片进行ECMD加工，以便沉积平面的铜层。其后，可在加工区域342B上对同一晶片进行ECME加工或化学机械蚀刻，以便再使平面铜层被蚀刻。在这个实施例中，加工区域342A可以具有适于进行均匀沉积的ECMD加工的通道图案，加工区域342B可以具有一种图案，该图案适于进行ECME或CME或化学蚀刻加工，产生均匀的材料蚀刻或去除。
在ECMPR过程中，在晶片前表面和电极317之间形成电势。如图8的系统300的侧视图所示，晶片320的前表面通过在晶片前表面318的周边区域352上接触并滑动的触头350连接于电源(未画出)。这种触头的实例在题为“用于在基片上电沉积带有最小除外边缘的均匀膜的方法和设备”、2001年1月17日提交的美国专利申请第09/760,757号及题为“用于为电处理加工提供电触头的方法和系统”、2001年10月26日提交的美国临时申请第60/348,758号中描述，上述两文件由本发明的受让人共同拥有。
在涉及与晶片前表面紧密接近及一般是与其接触的WSID的加工步骤中，在前表面上的金属小颗粒或各种来源的非导体颗粒可能附着在WSID材料上。存在这些颗粒的原因可以是，它们刚刚从基片被物理剥除，或由于电镀溶液的过滤不良而来自电镀溶液。使用本发明的调节装置可以清除这些颗粒。如图9所示，承载头302可以包括一个带有刷子362的调理装置360。如图所示，刷子362围绕承载头302的周边设置。刷子362将颗粒扫除而使WSID 303得到调理。在这个实施例中，在工件320上的ECMPR加工，无论是否ECMD或ECME，在同一加工中都可能同时出现WSID 303的调理。在这个特定的情形中，为了调理整个WSID 303，承载头302或WSID 303的侧向运动量最好应等于或大于承载头302的半径，从而使承载头罩可有效地被清洁。或者，调理刷子并不是安装在承载头上，而是使用适当的装置设置在由承载头侧向运动扫描的区域的端部以外，这样带就可被移动以保证加工区域的整个长度被调理刷子刷到。
图10A-12表示带状WSID的各种实施例。图10A表示在ECMPR系统402中的带状WSID 400。如图10B中详细表示的那样，带状WSID 400由双层构成，具有一个顶层404和一个安装在顶层上的底层406。顶层404可以是研磨层或是一个含有磨料的层。底层406是一个薄的可压缩层。通道408被形成得穿过带400，以便使工艺溶液407可在电极408和晶片412的前表面410之间流过。现在参阅图10A，在使用中，带402的可压缩层被放置在系统402的一个板414上。在这个实施例中的该板最好用刚性材料制成。该板包括通道416，以便使工艺溶液可穿过板流动。在加工过程中，由系统的刚性的板支承的带的可压缩层将带推向晶片。在这个实施例中，除了前述实施例之外，可压缩层是带状WSID的一个整体部分。在这个实例和前述实例中，可压缩层和板414之间的界面最好是低摩擦界面。对于上一实施例所述的带来说，顶层一般为0.2-2mm厚，底层一般为1-5mm厚，这两层胶合在一起，通道的尺寸可使流体从中流过。
图11A表示在ECMPR系统422中的带状WSID 420。如图11B所详示，带状WSID 420由一个单层构成，该层可以是研磨层或含有磨料的层。通道424被形成得穿过带420，以便使工艺溶液426可在电极428和晶片432的前表面430之间流过。现在参阅图11A，在使用中，带302被放置在一个辊系统434上，该辊系统具有多个设置在框架438上的辊436。该框架浸在工艺溶液中，使工艺溶液可以通过辊系统。辊沿带的宽度并排设置，在加工过程中晶片接触带时，辊能够上、下移动。在加工过程中，辊系统将带推靠在晶片上，起到前述实施例中可压缩层的作用。辊表面最好含有可压缩材料，以便在晶片表面和带表面形成接触。
图12表示ECMPR系统442中的带状WSID 440。带状WSID 440由一个单层构成，该层可以是研磨层或含有磨料的层。通道444被形成得穿过带440，以便使工艺溶液能够在电极428和晶片432的前表面之间流过。工艺溶液被容纳在一个容器(未画出)内。在加工过程中，带被支承在容器侧壁顶端450上。此外，工艺溶液的流动压力将带推靠在晶片上，同时提供附加支承。溶液压力的作用就象前述实施例中的可压缩层。
图13A-13C表示各种用于支承参阅图12所描述的实施例中的带440的附加机构。如图13A所示，带状WSID 440也可以由多个中空球452支承，所述中空球设置在带440下面，在工艺溶液上浮动，同时受到工艺容器的壁顶部450的限制。这些球可注入气体如空气或更轻的气体。除了溶液的压力以外，球452增加了对带的附加的可压缩支承。
在图13B中，使用可浮动层454可实现相同效果，所述可浮动层设置在带440下面，具有通道456，以便使工艺溶液446可穿过它流动。可浮动层454可以由海绵状材料如聚氨酯制成。可浮动层内也可具有气囊(未画出)。另外，如图13C所示，可浮动层454和球452为了相同目的而设置在带440下面。
图14A和14B表示变式WSID系统600，它包括一个第一带状WSID 602和一个与第一带状WSID相邻设置的第二带状WSID 604。如果需要，系统600可以具有两个以上的带状WSID，系统600在加工过程中可在带602和604上加工晶片606。带602，604可以具有图5和6中所示的重复的通道图案。所述带也可具有为不同厚度分布而设计的不同的通道图案。例如，加工的第一步骤可以在第一带602上按照产生边缘厚的沉积剖面的方式，使用ECMD完成。然后，可使用带604进行ECME步骤，以便减小总沉积厚度。带604的图案可使更多材料从边缘部分被蚀刻，以便产生均匀的厚度剖面。如果需要，加工也可在第一带上继续，反之亦然。
虽然上面已描述各种优选实施例，但是，本专业技术人员显然懂得，也可对实施例进行许多改变而并不在本质上背离本发明的新颖技术及优点。
权利要求
1.一种利用溶液对工件表面进行电化学机械加工的设备，它包括一个接触溶液的电极；一个在供应结构和接纳结构之间延伸并安装在其上的工件表面影响装置，所述工件表面影响装置的一部分设置得接近工件表面，其中溶液通过工件表面影响装置的所述部分中的开口流向工件表面，在电极和工件表面之间维持一个势差；以及一个用于在溶液穿过工件表面影响装置的所述部分时直线移动工件表面影响装置的所述部分的机构。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述工件表面影响装置被形成为一个带。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于所述开口是通道。
4.如权利要求2所述的设备，其特征在于所述工件表面影响装置包括一个具有顶面和底面的挠性层，其中顶面面对工件表面。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于挠性层的顶面包括磨料颗粒。
6.如权利要求4所述的设备，其特征在于还包括一个支承所述工件表面影响装置的支承结构。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于所述工件表面影响装置包括一个设置在挠性层的底面下面的可压缩层。
8.如权利要求4所述的设备，其特征在于工件表面影响装置的所述部分被设置成在电化学机械加工中的至少一些的过程中接触工件的基本平面的导电前表面。
9.如权利要求6所述的设备，其特征在于所述支承结构是一个支承层。
10.如权利要求8所述的设备，其特征在于还包括一个支承工件表面影响装置的支承装置。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于所述支承装置是在工件表面影响装置下面施加的溶液压力。
12.如权利要求7所述的设备，其特征在于所述可压缩层安装在所述挠性层的底部，从而使所述可缩层能够在支承结构上移动。
13.如权利要求7所述的设备，其特征在于所述可压缩层安装在支承结构的顶面上，从而使所述挠性层可在可压缩层上移动。
14.如权利要求1所述的设备，其特征在于工件表面影响装置的所述部分借助移动机构以双向直线方式移动。
15.如权利要求1所述的设备，其特征在于工件表面影响装置的所述部分借助移动机构以单向直线方式移动。
16.如权利要求1所述的设备，其特征在于当加工多个工件时，工件表面影响装置的所述部分借助移动机构在加工间隔之间被前移，从而使工件表面影响装置的另一部分接近工件表面。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于所述部分和所述另一部分具有相同的通道图案。
18.如权利要求16所述的设备，其特征在于所述部分和所述另一部分具有不同的通道图案。
19.如权利要求17所述的设备，其特征在于在第一加工间隔中在所述部分上加工第一批多个工件，然后在第二加工间隔中在所述另一部分上加工第二批多个工件。
20.如权利要求18所述的设备，其特征在于在第一加工间隔中在所述部分上加工第一批多个工件，然后，在第二加工间隔中，在所述另一部分上加工第二批多个工件。
21.如权利要求2所述的设备，其特征在于工件表面影响装置的所述部分在加工过程中被移动机构连续前移，以便使工件表面影响装置的一个未用过的部分接近工件表面，其中所述未用过的部分小于所述部分。
22.如权利要求2所述的设备，其特征在于所述供应结构是一个用于储存工件表面影响装置的未用过部分的供应卷轴，所述接纳结构是用于储存工件表面影响装置的用过部分的接纳卷轴。
23.如权利要求1所述的设备，其特征在于所施加的势差用于电镀。
24.如权利要求1所述的设备，其特征在于所施加的势差用于电抛光。
25.一种利用第一溶液和第二溶液对工件表面进行电化学机械加工的设备，它包括一个接触溶液的电极；在一个第一供应结构和一个第一接纳结构之间延伸且安装在其上的一个第一工件表面影响装置；在一个第二供应结构和一个第二接纳结构之间延伸且安装在其上的一个第二工件表面影响装置；一个用于移动第一工件表面影响装置的第一部分的第一机构；一个用于移动第二工件表面影响装置的第一部分的第二机构；用于使第一溶液和第二溶液分别穿过第一和第二工件表面影响装置的第一部分流动的装置，其中当第一和第二溶液分别穿过所述工件表面影响装置的第一部分流向工件表面时，工件表面在第一和第二工件表面影响装置上被电化学机械加工，其中在电极和工件表面之间能够维持势差。
26.如权利要求25所述的设备，其特征在于，所述用于流动的装置使彼此不同的第一和第二溶液流动。
27.如权利要求25所述的设备，其特征在于所述用于流动的装置使彼此相同的第一和第二溶液流动。
28.一种用于电化学机械加工工件表面的方法，该方法包括以下步骤提供在一供应结构和一接纳结构之间延伸并装在其上的一个工件表面影响装置；将工件表面放置得紧密接近工件表面影响装置的具有通道图案的第一加工部分；使溶液穿过工件表面影响装置的第一加工部分流向工件表面；当在一接触溶液的电极和工件之间施加势差时，电化学机械加工工件表面；以及在电化学机械加工过程中，在工件表面上直线移动工件表面影响装置的第一加工部分。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于一个移动机构以双向直线方式移动工件表面影响装置。
30.如权利要求28所述的设备，其特征在于一个移动机构以单向直线方式移动工件表面影响装置。
31.如权利要求28所述的方法，其特征在于还包括在加工间隔之间前移工件表面影响装置的第一加工部分，使工件表面影响装置的一个第二加工部分接近工件表面。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于所述第一和第二加工部分具有相同的通道图案。
33.如权利要求31所述的方法，其特征在于所述第一和第二加工部分具有不同的通道图案。
34.如权利要求31所述的方法，其特征在于还包括在第一加工间隔中在第一加工部分上加工第一批多个工件，然后，在第二加工间隔中在第二加工部分上加工第二批多个工件。
35.如权利要求34所述的工艺，其特征在于在第一加工部分上进行的加工是电化学机械沉积。
36.如权利要求35所述的工艺，其特征在于在第二加工部分上进行的加工是电化学机械抛光。
37.如权利要求34所述的工艺，其特征在于在第一和第二加工部分上进行的加工是电化学机械沉积。
38.如权利要求34所述的工艺，其特征在于在第一和第二加工部分上进行的加工是电化学机械抛光。
39.如权利要求33所述的方法，其特征在于还包括在第一加工间隔中在第一加工部分上加工第一批多个工件，然后，在第二加工间隔中在第二加工部分上加工第二批多个工件。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于在第一加工部分上进行的加工是电化学机械沉积。
41.如权利要求39所述的方法，其特征在于在第二加工部分上进行的加工是电化学机械抛光。
42.如权利要求29所述的方法，其特征在于还包括在加工过程中借助移动机构前移工件表面影响装置，以便使工件表面影响装置的一个未用过的部分接近工件表面。
43.如权利要求28所述的方法，其特征在于所述电化学机械加工是电化学机械沉积。
44.如权利要求28所述的方法，其特征在于所述电化学机械加工是电化学机械抛光。
45.一种借助包括权利要求28的步骤的方法所制造的集成电路。
46.一种在利用溶液的电化学机械加工系统中使用的带状工件表面影响装置，在工件的顶面上工作，所述带状工件表面影响装置包括一个适于移动的带，所述带具有一顶面和一底面，其中所述带包括多个加工部分；以及其中每个加工部分包括多个开口，所述开口被形成得穿过所述带，因而在所述部分发生移动时且在所述带的部分和工件顶面存在物理接触时，工艺溶液可通过开口流向工件顶面。
47.如权利要求46所述的带状工件表面影响装置，其特征在于所述开口是通道。
48.如权利要求47所述的带状工件表面影响装置，其特征在于所述通道以预定的图案分布。
49.如权利要求46所述的带状工件表面影响装置，其特征在于每个加工部分具有相同的通道图案。
50.如权利要求46所述的带状工件表面影响装置，其特征在于每个加工部分具有不同的通道图案。
51.如权利要求49所述的带状工件表面影响装置，其特征在于加工部分被形成得在它们之间没有任何空间。
52.如权利要求49所述的带状工件表面影响装置，其特征在于加工部分被形成得彼此分隔开来。
53.如权利要求50所述的带状工件表面影响装置，其特征在于加工部分被形成得在它们之间没有任何空间。
54.如权利要求50所述的带状工件表面影响装置，其特征在于加工部分彼此分隔开来。
55.一种利用溶液电化学机械加工多个工件的表面的方法，该方法包括以下步骤提供一个工件表面影响装置，该工件表面影响装置在一供应结构和一接纳结构之间延伸并安装在其上；当在一接触溶液的电极和第一批多个工件的每一个之间施加势差且使用工件表面影响装置的第一加工部分时电化学机械加工第一批多个工件的表面；移动工件表面影响装置，从而使工件表面影响装置的一个第二加工部分可被使用；以及当在接触溶液的电极和第二批多个工件的每一个之间施加势差且使用工件表面影响装置的第二加工部分时，电化学机械加工第二批多个工件的表面。
56.如权利要求55所述的方法，其特征在于所述第一和第二加工部分具有相同的通道图案。
57.如权利要求56所述的工艺，其特征在于在所述第一加工部分上进行的加工是电化学机械沉积。
58.如权利要求57所述的工艺，其特征在于在所述第二加工部分上进行的加工是电化学机械抛光。
59.如权利要求55所述的方法，其特征在于所述第一和第二加工部分具有不同的通道图案。
60.如权利要求59所述的工艺，其特征在于在所述第一加工部分上进行的加工是电化学机械沉积。
61.如权利要求60所述的工艺，其特征在于在所述第二加工部分上进行的加工是电化学机械抛光。
62.如权利要求55所述的工艺，其特征在于在所述第一和第二加工部分上进行的加工是电化学机械沉积。
63.如权利要求55所述的工艺，其特征在于在所述第一和第二加工部分上进行的加工是电化学机械抛光。
64.一种借助包括权利要求55的步骤的方法制造的集成电路。
全文摘要
本发明提供一种利用工艺溶液电化学机械加工工件表面的设备，该设备包括一接触工艺溶液的电极、一个在供应卷轴和接纳卷轴之间延伸的带状工件表面影响装置。在加工过程中，工件表面被放置得接近工件表面影响装置，在势差施加在电极和工件表面之间时，工艺溶液穿过加工部分流向表面。
文档编号B24B37/04GK1646263SQ02826490
公开日2005年7月27日 申请日期2002年11月4日 优先权日2001年11月2日
发明者布伦特·M·巴索尔, 哈利特·N·亚库普奥卢, 齐普里安·E·乌佐, 胡马云·塔利 申请人:Asm纳托尔公司