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KR100905561B1 - 금속 및 배리어 층의 전기화학적 기계적 프로세싱 공정 - Google Patents

금속 및 배리어 층의 전기화학적 기계적 프로세싱 공정 Download PDF

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KR100905561B1
KR100905561B1 KR1020077006589A KR20077006589A KR100905561B1 KR 100905561 B1 KR100905561 B1 KR 100905561B1 KR 1020077006589 A KR1020077006589 A KR 1020077006589A KR 20077006589 A KR20077006589 A KR 20077006589A KR 100905561 B1 KR100905561 B1 KR 100905561B1
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Abstract

금속 및 배리어 물질을 전기화학적으로 프로세싱하는 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 기판을 전기화학적으로 프로세싱하는 방법이 기판상의 배리어 물질의 노출 층과 전극 사이에서 전해질을 통해 전기-전도성 경로를 형성하는 단계, 상기 기판을 프로세싱 패드 조립체에 대해 약 2 psi 미만의 힘으로 가압하는 단계, 서로 접촉하는 상기 기판과 상기 패드 조립체 사이에 운동을 제공하는 단계, 및 배리어 프로세싱 스테이션에서의 제 1전기화학적 프로세싱 단계 중에 상기 노출 층의 일부를 전기화학적으로 제거하는 단계를 포함한다.

Description

금속 및 배리어 층의 전기화학적 기계적 프로세싱 공정{FULL SEQUENCE METAL AND BARRIER LAYER ELECTROCHEMICAL MECHANICAL PROCESSING}
본 발명의 실시예들은 개략적으로 전기화학적 프로세싱 방법에 관한 것이다.
전기화학적 기계적 평탄화(ECMP)는 종래의 평탄화 프로세스에 비해 기계적 마모가 적은 상태로 기판을 동시에 폴리싱하는 동안 전기화학적 용해에 의해 기판 표면으로부터 전도성 물질을 제거하는데 이용되는 기술이다. 일반적으로, ECMP 시스템은 바이어스의 극성을 역전시킴으로써 기판상에 전도성 물질을 증착하기 위해서도 적용될 수 있다. 전기화학적 용해는 음극과 기판 표면 사이에 바이어스를 인가하여 기판 표면으로부터 주변의 전해질로 전도성 물질을 제거함으로써 실시된다. 통상적으로, 프로세싱 기판이 상부에 놓인 전도성 폴리싱 물질에 의해 기판 표면에 바이어스가 인가된다. 폴리싱 프로세스의 기계적 성분(component)은 기판과 전도성 폴리싱 물질 사이에 상대적인 운동을 제공함으로써 실시되고, 그러한 상대적인 운동은 기판으로부터 전도성 물질을 제거하는 것을 촉진한다.
많은 종래 시스템에서, 전도성 필름의 ECMP에 이어서 배리어 제거(barrier removal)를 위한 종래의 화학적 기계적 프로세싱이 실시된다. 이러한 이분법적인 프로세싱(예를 들어, 단일 시스템에서의 ECMP 및 CMP)은 다양한 설비 및 프로세스 소모품을 필요로 하고, 결과적으로 높은 비용을 초래한다. 또한, 대부분의 ECMP 프로세스가 프로세싱되는 기판과 프로세싱 표면 사이의 작은 접촉 압력을 이용하기 때문에, 프로세싱 중에 기판 유지를 위해 이용되는 헤드가 통상적으로 큰 접촉 압력을 가지는 종래 CMP 프로세스에서 이용될 때 확실한(robust) 프로세싱 성능을 제공하지 못하며, 이는 트렌치 또는 기타 피쳐(feature)내의 전도성 물질의 높은 마모를 초래한다. 낮은 압력의 종래의 CMP 배리어 층 프로세싱의 제거 속도가 일반적으로 약 100Å/분 미만이기 때문에, 낮은 압력을 이용하는 배리어 물질의 종래의 CMP 프로세싱은 대량 생산에 적합하지 못하다. 따라서, 전기화학적 프로세스를 통해 루테늄, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 티타늄, 티타늄 질화물 등과 같은 배리어 물질을 제거하는데 이용될 수 있는 시스템이 바람직할 것이다.
따라서, 금속 및 배리어 물질의 전기화학적 프로세싱을 위한 개선된 장치 및 방법이 요구되고 있다.
개략적으로, 본 발명의 실시예들은 전기화학적 평탄화 시스템에서 기판상에 배치된 배리어 및 금속을 프로세싱하는 방법을 제공한다. 금속 및 배리어 물질을 전기화학적으로 프로세싱하는 방법 및 장치가 제공된다. 일 실시예에서, 전기화학적으로 기판을 프로세싱하는 방법은 기판상의 배리어 물질의 노출 층과 전극 사이의 전해질을 통해 전기-전도성 경로를 설정하는 단계, 기판을 프로세싱 패드 조립체에 대해 약 2 psi 미만의 힘으로 가압하는 단계, 서로 접촉하는 기판과 패드 조립체 사이에 운동을 제공하는 단계, 그리고 배리어 프로세싱 스테이션에서의 제 1전기화학적 프로세싱 단계 중에 상기 노출 층의 일부를 전기화학적으로 제거하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 기판을 전기화학적으로 프로세싱하는 방법이 시스템의 제 1프로세싱 스테이션에서 하부에 배리어 층을 가지는 전도성 층을 제거하는 단계, 및 기판의 프로세싱 패드에 대한 낮은 접촉 압력을 이용하여 시스템의 제 2프로세싱 스테이션에서 배리어 층을 전기화학적으로 제거하는 단계를 포함한다. 상기 시스템은 제 1 및 제 2프로세싱 스테이션 사이에 위치되고 다단계 제거 프로세스를 이용하여 전도성 층의 잔류물을 제거하기 위한 프로세싱 스테이션을 포함할 수도 있다.
다른 실시예에서, 상기 방법은 전극과 기판상의 배리어 물질의 노출 층 사이의 전해질을 통해 전기-전도성 경로를 설정하는 단계, 배리어 프로세싱 스테이션에서의 제 1전기화학적 프로세싱 중에 노출 층의 일부를 전기화학적으로 제거하는 단계, 배리어 물질의 노출 층의 돌파(breakthrough)시에 또는 그 직전에 제 1전기화학적 프로세싱 단계의 종료점(endpoint)을 탐지하는 단계, 배리어 프로세싱 스테이션에서의 제 2전기화학적 프로세싱 단계 중에 배리어 물질의 노출 층을 전기화학적으로 프로세싱하는 단계, 및 제 2전기화학적 프로세싱 단계의 종료점을 탐지하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 기판을 전기화학적으로 프로세싱하는 방법이 시스템의 제 1프로세싱 스테이션에서 하부에 배리어 층이 배치된 전도성 층을 제거하는 단계, 및 시스템의 제 2 프로세싱 스테이션에서 배리어 층을 전기화학적으로 제거하는 단계를 포함한다. 상기 시스템은 제 1 및 제 2프로세싱 스테이션 사이에 위치되고 다단계 제거 프로세스를 이용하여 전도성 층의 잔류물을 제거하기 위한 프로세싱 스테이션을 포함할 수도 있다.
본 발명의 전술한 실시예들을 달성할 수 있고 보다 상세하게 이해할 수 있도록, 첨부 도면에 도시된 실시예들을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 첨부 도면들은 단지 본 발명의 통상적인 실시예를 도시한 것이고, 그에 따라 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니고 다른 균등한 유효한 실시예도 가능할 것임을 이해하여야 할 것이다.
도 1은 전기화학적 기계적 평탄화 시스템의 평면도이다.
도 2는 도 1의 시스템의 제 1전기화학적 기계적 평탄화(ECMP) 스테이션의 일 실시예의 단면도이다.
도 3a는 두 개의 콘택 조립체를 통한 벌크 ECMP 스테이션의 부분 단면도이다.
도 3b 및 도 3c는 콘택 조립체의 다른 실시예의 단면도이다.
도 3d 및 도 3e는 플러그의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 콘택 조립체의 일 실시예의 측면도 및 전개도이다.
도 5는 콘택 요소의 일 실시예를 도시한 사시도이다.
도 6은 다른 ECMP 스테이션의 다른 실시예의 사시도이다.
도 7은 전도성 물질 및 배리어 물질을 전기적프로세싱하기 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 8은 예시적인 전기적프로세싱 방법의 일 실시예에서 전류 및 전압 트레이스를 시간에 대해 도시한 그래프이다.
도 9는 전도성 물질을 전기적프로세싱하기 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 10은 예시적인 전기적프로세스에 대한 전압 및 전류 플롯(plot)을 도시한 그래프이다.
도 11은 전도성 물질을 전기적프로세싱하기 위한 방법의 다른 실시예의 흐름도이다.
도 12는 예시적인 전기적프로세스에 대한 전류 및 전압 플롯을 도시한 그래프이다.
이해를 돕기 위해, 도면들을 통해서 공통되는 동일한 구성요소들에 대해서는 가능한 한 동일한 참조부호로 표시하였다. 추가적인 설명이 없더라도, 일 실시예의 구성요소들이 다른 실시예들에서 유리하게 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
전도성 물질 및 배리어 물질을 기판으로부터 제거하는 방법 및 시스템의 실시예가 제공된다. 이하에서 설명되는 실시예들은 기판으로부터 물질을 제거하는 것 예를 들어, 평탄화에 주로 초점을 맞추고 있지만, 본 명세서에 개시된 내용은 시스템의 전극과 기판 사이에 인가되는 전기 바이어스의 극성을 반대로 함으로써 기판을 전기도금할 때에도 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 기판을 전기화학적으로 프로세싱하기 위한 장치를 가지는 평탄화 시스템(100)의 일 실시예의 평면도이다. 개략적으로, 그러한 예시적인 시스템(100)은 팩토리 인터페이스(factory interface; 102), 로딩 로봇(104), 및 평탄화 모듈(106)을 포함한다. 로딩 로봇(104)은 팩토리 인터페이스(102) 및 평탄화 모듈(106)에 인접 배치되어 그들 사이의 기판(122)이송을 돕는다.
제어부(108)가 제공되어 시스템(100)의 모듈들의 제어 및 통합(integration)을 촉진한다. 제어부(108)는 중앙 프로세싱 유닛(CPU)(110), 메모리(112), 및 지원 회로(114)를 포함한다. 제어부(108)는 시스템(100)의 여러 성분들에 연결되어 예를 들어 평탄화, 세정 및 이송 프로세스의 제어를 돕는다.
일반적으로, 팩토리 인터페이스(102)는 세정 모듈(116) 및 하나 이상의 웨이퍼 카세트(118)를 포함한다. 인터페이스 로봇(120)을 이용하여 웨이퍼 카세트(118), 세정 모듈(116) 및 입력 모듈(124) 사이에서 기판(122)을 이송한다. 입력 모듈(124)은, 예를 들어 진공 그리퍼(gripper) 또는 기계적 클램프와 같은 그리퍼에 의해, 평탄화 모듈(106)과 팩토리 인터페이스(102) 사이에서 기판을 이송하는 것을 돕도록 위치된다.
평탄화 모듈(106)은 환경이 제어된 밀폐부(188)내에 배치된 적어도 제 1전기화학적 기계적 평탄화(ECMP) 스테이션(128)을 포함한다. 본 발명에 유리하게 이용될 수 있는 평탄화 모듈(106)의 예를 들면, 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하 는 Applied Materials, Inc.가 제공하는 MIRRA®, MIRRA MESATM, REFLEXION®, REFLEXION® LK, 및 REFLEXION LK EcmpTM 화학적 기계적 평탄화 시스템이 있다. 프로세싱 패드, 평탄화 웨브(web), 또는 그 조합을 이용하는 기타의 평탄화 모듈, 및 회전방향, 선형방향 또는 기타 평면형 운동방향으로 기판을 평탄화 표면에 대해 상대적으로 이동시키는 기타의 평탄화 모듈을 본 발명에 유리하게 적용할 수도 있을 것이다.
도 1에 도시된 실시예에서, 평탄화 모듈(106)이 제 1 ECMP 스테이션(128), 제 2 ECMP 스테이션(130), 및 제 3 ECMP 스테이션(132)을 포함한다. 기판(122)상에 배치된 전도성 물질의 벌크 제거는 제 1 ECMP 스테이션(128)에서의 전기화학적 용해 프로세스를 통해 실시될 것이다. 제 1 ECMP 스테이션(128)에서의 벌크 물질 제거 후에, 잔류하는 전도성 물질은 제 2 ECMP 스테이션(130)에서 다단계 전기화학적 기계적 프로세스를 통해 기판으로부터 제거되며, 이때 다단계 프로세스의 일부는 잔류 전도성 물질을 제거하도록 구성된다. 하나 이상의 ECMP 스테이션을 이용하여 다른 스테이션에서 벌크 제거 프로세스를 실시한 후에 다단계 제거 프로세스를 실시할 수도 있을 것이다. 그 대신에, 각각의 제 1 및 제 2 ECMP 스테이션(128, 130)을 이용하여 벌크 및 다단계 전도성 물질 제거를 단일 스테이션에서 실시할 수도 있을 것이다. 모든 ECMP 스테이션(예를 들어, 도 1에 도시된 모듈(106)의 3개의 스테이션)이 두 단계 제거 프로세스로 전도성 층을 프로세싱하도록 구성될 수도 있을 것이다.
예시적인 평탄화 모듈(106)은 또한 기계 베이스(140)의 상부 또는 제 1측부(138)상에 배치된 이송 스테이션(136) 및 커로우셀(carousel; 134)을 포함한다. 일 실시예에서, 이송 스테이션(136)은 입력 버퍼 스테이션(142), 출력 버퍼 스테이션(144), 이송 로봇(146), 및 로드 컵(load cup) 조립체(148)를 포함한다. 입력 버퍼 스테이션(142)은 로딩 로봇(104)에 의해 팩토리 인터페이스(102)로부터 기판들을 수용한다. 로딩 로봇(104)은 또한 폴리싱된 기판을 출력 버퍼 스테이션(144)으로부터 팩토리 인터페이스(102)로 돌려보내는데 이용된다. 이송 로봇(146)을 이용하여 버퍼 스테이션(142, 144)들 및 로드 컵 조립체(148) 사이에서 기판을 이송시킨다.
일 실시예에서, 이송 로봇(146)은 두 개의 그리퍼 조립체를 포함하며, 각각의 그리퍼 조립체는 기판의 엣지를 이용하여 기판을 유지하는 공압식 그리퍼 핑거(gripper finger)를 구비한다. 이송 로봇(146)은 처리될 기판을 입력 버퍼 스테이션(142)으로부터 로드 컵 조립체(148)로 이송하는 동시에 프로세싱된 기판을 로드 컵 조립체(148)로부터 출력 버퍼 스테이션(144)으로 이송할 수 있다. 바람직하게 이용될 수 있는 이송 스테이션의 예가 Tobin에게 허여된 2000년 12월 5일자 미국 특허 6,156,124 호에 기재되어 있다.
커로우셀(134)은 베이스(140)상의 중심에 배치된다. 통상적으로, 커로우셀(134)은 다수의 아암(150)을 포함하며, 각각의 아암은 평탄화 헤드 조립체(152)를 지지한다. 도 1에 도시된 아암(150)들 중 2개를 점선으로 도시하여, 제 1 ECMP 스테이션(128)의 평탄화 표면 및 이송 스테이션(136)이 보여질 수 있게 하였다. 평탄화 헤드 조립체(152)들이 평탄화 스테이션(128, 130, 132) 및 이송 스테이션(136) 사이에서 이동될 수 있도록, 커로우셀(134)이 색인 가능하다(indexable). 유리하게 이용될 수 있는 하나의 커로우셀이 1998년 9월 8일자로 Perlov 등에게 허여된 미국 특허 제 5,804,507 호에 개시되어 있다.
컨디셔닝 장치(182)가 각 평탄화 스테이션(128, 130, 132)에 인접하여 베이스(140)상에 배치된다. 컨디셔닝 장치(182)는 스테이션(128, 130, 132)에 배치된 평탄화 물질을 주기적으로 컨디셔닝하여 균일한 평탄화 결과를 유지한다.
도 2는 제 1 ECMP 스테이션(128)의 일 실시예상에 위치된 평탄화 헤드 조립체(152)들 중 하나를 도시한 단면도이다. 제 2 및 제 3 ECMP 스테이션(130, 132)도 유사하게 구성될 수 있다. 일반적으로, 평탄화 헤드 조립체(152)는 평탄화 헤드(204)에 결합된 구동 시스템(202)을 포함한다. 상기 구동 시스템(202)은 일반적으로 평탄화 헤드(204)에 대한 적어도 회전 운동을 제공한다. 평탄화 헤드(204)내에서 유지되는 기판(122)이 프로세싱 중에 제 1 ECMP 스테이션(128)의 평탄화 표면(126)에 대항하여 배치되도록, 평탄화 헤드(204)가 제 1 ECMP 스테이션(128)을 향해 추가적으로 작동될 수 있다. 구동 시스템(202)은 제어부(108)에 결합되며, 상기 제어부는 구동 시스템(202)으로 신호를 제공하여 평탄화 헤드(204)의 회전 속도 및 방향을 제어한다.
일 실시예에서, 평탄화 헤드는 Applied Materials, Inc.가 제조한 TITAN HEADTM 또는 TITAN PROFILERTM 웨이퍼 캐리어일 수 있다. 일반적으로, 평탄화 헤 드(204)는 하우징(214) 및 유지 링(retaining ring; 224)을 포함하며, 상기 유지 링은 기판(122)이 유지되는 중심 리세스(recess)를 형성한다. 유지 링(224)은 평탄화 헤드(204)내에 위치된 기판(122)을 둘러싸서 프로세싱 중에 평탄화 헤드(204) 아래쪽으로부터 기판이 미끄러져 빠져나가는 것을 방지한다. 유지 링(224)은 PPS, PEEK 등과 같은 플라스틱 물질, 또는 스테인리스 스틸, Cu, Au, Pd, 등과 같은 전도성 물질, 또는 그 조합 등으로 제조될 수 있다. 또한, ECMP 중에 전기장을 제어하기 위해 전도성 유지 링(224)을 전기적으로 바이어스할 수도 있을 것이다. 전도성 또는 바이어스된 유지 링(224)은 기판의 엣지(edge)에 인접하여 폴리싱 속도를 느리게 하는 경향이 있다. 다른 평탄화 헤드를 이용할 수도 있을 것이다.
일반적으로, 제 1 ECMP 스테이션(128)은 베이스(140)상에 회전가능하게 배치된 플래튼(platen) 조립체(230)를 포함한다. 플래튼 조립체(230)가 베이스(140)에 대해 상대적으로 회전될 수 있도록, 플래튼 조립체(230)는 베어링(238)에 의해서 베이스(140) 위쪽에 지지된다. 베어링(238)에 의해서 둘러싸인 베이스(140)의 영역이 개방되고 플래튼 조립체(230)와 연통(communicating)되는 전기적, 기계적, 공압적, 제어 신호 및 커넥션(connections)을 위한 도관을 제공한다.
회전 커플러(276)로 통칭되는 종래의 베어링, 회전 유니온 및 슬립 링들이 제공되어, 베이스(140)와 회전 플래튼 조립체(230) 사이에 전기적, 기계적, 공압적, 제어 신호 및 커넥션을 결합할 수 있다. 통상적으로, 플래튼 조립체(230)는 회전 운동을 플래튼 조립체(230)로 제공하는 모터(232)에 연결된다. 모터(232)는 플래튼 조립체(230)의 회전 속도 및 방향을 제어하는 신호를 제공하는 제어부(108) 에 연결된다.
플래튼 조립체(230)의 상부 표면(260)이 프로세싱 패드 조립체(222)를 지지한다. 프로세싱 패드 조립체(222)는 자기적 인력, 진공, 클램프, 접착력 등에 의해 플래튼 조립체(230)에 대해 유지된다.
플래튼 조립체(230)내에 플리넘(206)이 형성되어 전해질이 평탄화 표면(126)에 대해 균일하게 분포될 수 있게 돕는다. 이하에서 보다 구체적으로 설명하는 바와 같은 다수의 통로가 플래튼 조립체(230)내에 형성되어, 전해질 공급원(248)으로부터 플리넘(206)으로 제공되는 전해질이 프로세싱 중에 플래튼 조립체(230)를 통해 균일하게 유동할 수 있게 허용하고 또 기판(122)과 균일하게 접촉할 수 있게 허용한다. 여러 프로세싱 단계 중에 또는 서로 상이한 ECMP 스테이션(128, 130, 132)에서, 여러 가지 전해질 조성물이 제공될 수도 있을 것이다.
프로세싱 패드 조립체(222)는 전극(292) 및 적어도 평탄화 부분(290)을 포함한다. 통상적으로, 전극(292)은 스테인리스 스틸, 구리, 알루미늄, 금, 은 및 텅스텐 등의 전도성 물질로 구성된다. 전극(292)은 중실(solid)형, 전해질 불침투성, 전해질 침투성 또는 천공형일 수 있다. 하나 이상의 콘택 조립체(250)가 프로세싱 패드 조립체(222) 위쪽에서 연장하고 프로세싱 패드 조립체(222)상에서 프로세싱되는 기판을 전원(242)에 전기적으로 연결하도록 구성된다. 또한, 기판과 전극(292) 사이에 전기적 포텐셜이 형성되도록 전극(292)이 전원(242)에 연결된다.
전기화학적 프로세스의 계량 지수(metric indicative)를 탐지하기 위한 계측기(244)가 제공된다. 계측기(244)는 전원(242) 및 하나 이상의 전극(292) 또는 콘 택 조립체(250) 사이에 위치되거나 결합될 수 있다. 또한, 계측기(244)는 전원(242)에 일체로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 계측기(244)는 전하, 전류 및/또는 전압과 같은 프로세싱의 계량 지수를 제어부(108)에 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 계측을 이용하여, 제어부(108)가 프로세싱 파라미터를 인-시츄(in-situ) 조정하거나 또는 종료점이나 기타 프로세스 스테이지 탐지를 용이하게 할 수 있다.
윈도우(246)가 패드 조립체(222) 및/또는 플래튼 조립체(230)를 통해서 제공되고, 패드 조립체(222) 아래쪽에 위치된 센서(254)가 폴리싱 작업의 계측 지수를 감지하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서(254)가 와상 전류 센서 또는 간섭계(interferometer) 등의 센서일 수 있다. 센서(254)에 의해 제어부(108)로 제공되는 계측값은 인-시츄 프로세싱 프로파일 조정, 종료점 탐지 또는 전기화학적 프로세스에서의 다른 포인트 탐지에 이용될 수 있는 정보를 제공한다. 일 실시예에서, 센서(254)는 프로세싱중에 폴리싱되는 기판(122)의 일측부로 전달되는 시준 광 비임을 생성할 수 있는 간섭계이다. 반사된 신호들 사이의 간섭은 프로세싱되는 물질의 전도성 층의 두께를 나타낸다. 유리하게 이용될 수 있는 하나의 센서가 Birang 등에게 1999년 4월 13일자로 허여되고 본 명세서에 전체가 참조되는 미국 특허 제 5,893,796 호에 개시되어 있다.
일반적으로, 기판(122)으로부터 전도성 물질을 제거하기에 적합한 프로세싱 패드 조립체(222)의 실시예는 실질적으로 유전체인 평탄화 표면(126)을 포함할 것이다. 기판(122)으로부터 전도성 물질을 제거하기에 적합한 프로세싱 패드 조립 체(222)의 다른 실시예들은 실질적으로 전도성인 평탄화 표면(126)을 일반적으로 포함할 수 있다. 기판을 전원(242)에 연결하여 프로세싱 중에 기판이 전극(292)에 대해 바이어스될 수 있도록 하나 이상의 콘택 조립체(250)가 제공된다. 평탄화 층(290)을 통해 형성된 개구(210)는 전해질이 기판(122)과 전극(292) 사이에 전도성 경로를 형성할 수 있게 한다.
일 실시예에서, 프로세싱 패드 조립체(222)의 평탄화 부분(29)은 폴리우레탄과 같은 유전체이다. 본 발명에 유리하게 적용될 수 있는 프로세싱 패드 조립체의 예가 Y. Hu 등에 의해 2003년 6월 6일자로 출원된 미국 특허출원 제 10/455,941 호("전기화학적 기계적 평탄화를 위한 전도성 평탄화 제품") 및 Y. Hu 등에 의해 2003년 6월 6일자로 출원된 미국 특허출원 제 10/455,895 호("전기화학적 기계적 평탄화를 위한 전도성 평탄화 제품")에 개시되어 있다.
도 3a는 두 개의 콘택 조립체(250)를 통한 제 1 ECMP 스테이션(128)의 부분 단면도이며, 도 4a-4c는 도 3a에 도시된 콘택 조립체(250)의 측면도, 전개도 및 단면도이다. 플래튼 조립체(230)는 그 플래튼 조립체로부터 돌출한 하나 이상의 콘택 조립체(250)를 포함하며 프로세싱 중에 기판(122)의 표면에 바이어스를 적용하는 전원(242)에 연결된다. 콘택 조립체(250)는 플래튼 조립체(230), 프로세싱 패드 조립체(222), 또는 다른 별도의 요소에 결합될 수 있다. 비록 도 3a에 두 개의 콘택 조립체(250)가 도시되어 있지만, 어떠한 개체수의 콘택 조립체도 이용될 수 있고 플래튼 조립체(230)의 중심선에 대해 어떠한 수의 구성으로도 배치될 수 있다.
일반적으로, 콘택 조립체(250)는 플래튼 조립체(230)를 통해 전원(242)에 전기적으로 결합되고 프로세싱 패드 조립체(222)내에 형성된 각각의 개구(368)를 통해 적어도 부분적으로 연장되도록 이동될 수 있다. 플래튼 조립체(230)에 걸쳐 미리정해진 구성을 가지도록 콘택 조립체(250)의 위치를 선택할 수 있다. 미리 정해진 프로세스에서, 개별적인 콘택 조립체(250)가 다른 개구(368)내에 재위치될 수 있고, 콘택 조립체를 수용하지 않는 개구에는 스톱퍼(392)가 끼워지거나(plugged) 노즐(394)(도 3d-3e에 도시된 바와 같음)이 채워지며, 상기 노즐은 플리넘(206)으로부터 기판으로 전해질이 유동하는 것을 허용한다. 본 발명에 유리하게 적용될 수 있는 하나의 콘택 조립체가 Butterfield 등이 2003년 5월 23일자로 출원한 미국 특허출원 제 10/445,239 호에 개시되어 있다.
도 3a와 관련하여 이하에서 설명하는 콘택 조립체(250)가 롤링 볼 콘택(rolling ball contact)을 도시하고 있지만, 그 대신에 콘택 조립체(250)가 프로세싱 중에 기판(122)을 전기적으로 바이어스시키기에 적합한 전도성 상부 층 또는 표면을 가지는 조립체 또는 구조물을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 도 3b에 도시된 바와 같이, 콘택 조립체(250)가 패드 구조물(350) 전도성 물질 또는 전도성 복합체로 제조되고 상부 층(352)을 가지는 패드 구조물(350)을 포함할 수 있고, 상기 전도성 복합체의 예를 들면 전도체 코팅 직물 또는 전도성 입자(356)가 내부에 분산된 폴리머 매트릭스(354) 등이 있다. 패드 구조물(350)은 패드 조립체의 상부 표면으로 전해질을 전달하기 위해 관통 형성된 하나 이상의 개구(210)를 포함할 수 있다. 적합한 콘택 조립체의 다른 예가 Mao 등이 2004년 9월 14일자로 출원한 미 국 특허출원 제 10/940,603 호에 개시되어 있다.
일 실시예에서, 각각의 콘택 조립체(250)가 중공 하우징(302), 어댑터(304), 볼(306), 콘택 요소(314) 및 클램프 부싱(clamp bushing; 316)을 포함한다. 볼(306)은 전도성 외측 표면을 구비하고 하우징(302)내에 이동가능하게 배치된다. 볼(306)은 그 볼(306)의 적어도 일부가 평탄화 표면(126)의 위쪽으로 연장하는 제 1위치 및 볼(306)이 평탄화 표면(126)과 실질적으로 같은 높이를 가지는 적어도 제 2위치에 위치될 수 있다. 볼(306)이 평탄화 표면(126)의 아래쪽에서만 이동될 수도 있을 것이다. 일반적으로, 볼(306)은 기판(122)을 전원(242)에 전기적으로 연결하기에 적합하다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 기판을 바이어스시키기 위한 다수의 볼(306)이 하나의 하우징(358)내에 배치될 수도 있을 것이다.
일반적으로, 전원(242)은 프로세싱 중에 볼(306)에 대한 양(positive)의 전기적 바이어스를 제공한다. 선택적으로, 기판의 평탄화 작업들 사이에서, 전원(242)이 볼(306)에 음의 바이어스를 제공하여 프로세스 화학물질이 볼(306)을 공격하는 것을 최소화할 수도 있다.
프로세싱 중에 전해질이 공급원(248)으로부터 기판(122)으로 유동할 수 있게 하는 도관을 제공하도록 하우징(302)이 구성된다. 하우징(302)은 프로세스 화학물질과 양립할 수 있는(compatible) 유전체 물질로 제조된다. 하우징(302)내에 형성된 시트(326)는 볼(306)이 하우징(302)의 제 1단부(308)로부터 빠져나가는 것을 방지한다. 선택적으로, 시트(326)는 하나 이상의 홈(348)을 포함할 수 있고, 상기 홈은 볼(306)과 시트(326) 사이에서 유체가 하우징(302)을 빠져나갈 수 있게 허용 한다. 볼(306)을 통해 유체가 유동하는 것을 유지함으로써 프로세스 화학물질이 볼(306)을 공격하는 경향을 감소시킬 수 있을 것이다.
콘택 요소(314)가 클램프 부싱(316)과 어댑터(304) 사이에 결합된다. 일반적으로, 콘택 요소(314)는 하우징(302)내의 볼 위치 범위 전체에 걸쳐 또는 실질적으로 전체에 걸쳐 어댑터(304)와 볼(306)을 전기적으로 연결하도록 구성된다. 일 실시예에서, 콘택 요소(314)는 스프링 형태로 구성된다.
도 3, 도 4a-4c 및 도 5에 도시된 실시예에서, 콘택 요소(314)는 다수의 변형부(flexure; 344)가 극성 어레이(polar array)로 연장하는 환형 베이스(342)를 포함한다. 일반적으로, 변형부(344)는 프로세스 화학물질과 함께 사용하기에 적합한 탄성의 전도성 물질로 제조된다. 일 실시예에서, 변형부(344)는 금이 도금된 베릴륨 구리로 제조된다.
도 3a 및 도 4a-4b 를 다시 참조하면, 클램프 부싱(316)은 나사형 포스트(422)가 연장되는 나팔꼴 헤드(424)를 포함한다. 클램프 부싱(316)은 유전체 또는 전도체 물질 또는 그 조합으로부터 제조될 수 있으며, 일 실시예에서, 하우징(302)과 동일한 물질로 제조된다. 나팔꼴 헤드(424)는 변형부(344)를 콘택 조립체(250)의 중심선에 대한 예각으로 유지되어, 콘택 요소(314)의 변형부(344)가 볼(306)의 표면 둘레로 펼쳐지게 위치되게 함으로써 콘택 조립체(250)의 조립 중에 그리고 볼(306)의 운동 범위에 걸쳐 변형부(344)에 대한 벤딩, 바인딩(binding) 및/또는 손상을 방지한다.
볼(306)은 중실형 또는 중공형일 수 있고, 통상적으로 전도성 물질로 제조된 다. 예를 들어, 볼(306)은 금속; 전도성 폴리머; 또는 금속, 전도성 탄소, 또는 그라파이트 등의 전도성 물질이 충진된 폴리머 물질로 제조된다. 그 대신에, 볼(306)은 전도성 물질로 코팅된 중실형 또는 중공형 코어로 형성될 수 있다. 코어는 비-전도성일 수 있고 전도성 커버링(covering)으로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다.
일반적으로, 볼(306)은 스프링력, 부력 또는 유동력(flow forces) 중 하나에 의해 평탄화 표면(126)을 향해 작동된다. 도 3에 도시된 실시예에서, 프로세싱 중에 전해질 공급원(248)으로부터 어댑터(304) 및 클램프 부싱(316) 및 플래튼 조립체(230)를 통한 유동은 볼(306)이 기판과 접촉하게 가압한다.
도 6은 제 2 ECMP 스테이션(130)의 일 실시예의 단면도이다. 제 1 및 제 3 ECMP 스테이션(128, 132)이 서로 유사하게 구성될 수 있다. 일반적으로, 제 2 ECMP 스테이션(130)은 전체가 전도성인 프로세싱 패드 조립체(604)를 지지하는 플래튼(602)을 포함한다. 플래튼(602)은 전술한 플래튼 조립체(230)와 유사하게 구성되어 프로세싱 패드 조립체(604)를 통해 전해질을 전달할 수 있으며, 또는 플래튼(602)은 인접하여 배치된 유체 전달 아암(606)을 구비하여 전해질을 프로세싱 패드 조립체(604)의 평탄화 표면으로 공급할 수 있다. 플래튼 조립체(602)는 종료점 탐지를 돕기 위한 하나 이상의 계측기(244) 또는 센서(254)(도 2 참조)를 포함한다.
일 실시예에서, 프로세싱 패드 조립체(604)는 전도성 패드(610)와 전극(614) 사이에 샌드위치된 중간 패드(612)를 포함한다. 전도성 패드(610)는 상부의 프로 세싱 표면에 걸쳐 실질적으로 전도성을 가지며, 일반적으로 전도성 물질 또는 전도성 복합체(즉, 전도성 요소가 평탄화 표면을 포함하는 물질을 포함하거나 그 물질과 일체로 분포된다)로 제조되며, 상기 전도성 복합체의 예를 들면 전도체 코팅 직물 또는 전도성 입자가 내부에 분산된 폴리머 매트릭스 등이 있다. 전도성 패드(610), 중간 패드(612), 및 전극(614)이 단일의 교체가능한 조립체로 제조될 수 있다. 일반적으로, 전도성 패드(610)의 상부 표면(620)과 전극(614) 사이를 전해질이 통과할 수 있도록, 프로세싱 패드 조립체(604)는 침투가능하거나(permeable) 천공형일 수 있다. 도 6에 도시된 실시예에서, 프로세싱 패드 조립체(604)가 개구(622)에 의해 천공되어 전해질이 통과할 수 있게 허용한다. 일 실시예에서, 전도성 패드(610)는 전도성 섬유상에 배치된 폴리머 매트릭스상에 배치된 전도성 물질, 예를 들어 직조된 구리 코팅 폴리머상에 배치된 폴리머 매트릭스내의 주석 입자로 구성될 수 있다. 전도성 패드(610)는 또한 도 3c에 도시된 실시예의 콘택 조립체(250)에 이용될 수도 있다.
전도성 호일(616)이 전도성 패드(610)와 하부패드(subpad; 612) 사이에 추가적으로 배치될 수 있다. 호일(616)은 전원(242)에 연결되고 전원(242)에 의해 공급되는 전압을 전도성 패드(610)에 걸쳐 균일하게 분포시킨다. 전도성 호일(616)을 포함하지 않는 실시예에서, 전도성 패드(610)는 예를 들어 그 패드(610)와 일체인 단자를 통해 전원(242)에 직접 연결될 수도 있다. 또한, 패드 조립체(604)가 중간 패드(618)를 포함할 수 있으며, 상기 중간 패드(618)는 호일(616)과 함께 상부의 전도성 패드(610)에 기계적 강도를 제공한다. 적절한 패드 조립체의 예가 전 술한 미국 특허출원 제 10/455,941 호 및 제 10/455,895 호에 개시되어 있다.
금속 및 배리어 층을 전기적프로세싱하는 방법
도 7은 노출된 전도성 층 및 하부 배리어 층을 구비하는 기판을 전기적프로세싱(electroprocessing)하기 위한 방법(700)의 실시예를 도시하며, 상기 방법은 전술한 시스템(100)상에서 실시될 수 있을 것이다. 전도성 층은 텅스텐, 구리, 노출된 텅스텐 및 구리 모두를 구비하는 층 등일 것이다. 배리어 층은 루테늄, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 티타늄, 티타늄 질화물 등일 것이다. 통상적으로 산화물인 유전체 층이 일반적으로 배리어 층 하부에 위치된다. 상기 방법(700)은 또한 다른 전기적프로세싱 시스템에서도 실시될 수 있다. 일반적으로, 상기 방법(700)은 제어부(108)의 메모리(112)내에 소프트웨어 루틴(routine)으로서 저장된다. 소프트웨어 루틴은 또한 CPU(110)에 의해 제어되는 하드웨어로부터 원격지에 위치하는 제 2 CPU(도시 안 됨)에 의해 저장되고 및/또는 실행될 수 있다.
본 발명의 프로세스가 소프트웨어 루틴으로 실시되는 것으로 설명되지만, 본 명세서에 기재된 방법의 일부 단계들은 소프트웨어 제어부에 의해서 뿐만 아니라 하드웨어내에서 실행될 수도 있을 것이다. 그 경우, 본 발명은 컴퓨터 시스템에서 실행되는 소프트웨어 형태로, 어플리케이션 특정(application specific) 집적회로와 같은 하드웨어나 다른 타입의 하드웨어 실시 형태로, 또는 소프트웨어 및 하드웨어의 조합 형태로 실시될 수 있다.
도 8은 이하에서 설명하는 바와 같은 예시적인 제거 또는 평탄화 방법의 일 실시예에 걸친 전류 트레이스(trace; 802) 및 전압 트레이스(804)를 나타낸 그래 프(800)를 도시한다. 크기를 Y-축(806)에 기재하였고 시간을 X-축(808)에 기재하였다.
방법(700)은 기판(122)상에 형성된 전도성 층상에서 벌크 전기화학적 프로세스를 실시함으로써 단계(702)에서 시작된다. 일 실시예에서, 전도성 층은 두께가 약 6000-8000 Å인 텅스텐 층이다. 일반적으로, 벌크 프로세스 단계(702)는 전도성 층의 두께가 약 2000 내지 약 500 Å일 때 종료된다.
다음에, 다단계 전기화학적 세정 단계(704)가 실시되어 잔류 텅스텐을 제거함으로써 하부의 배리어 층을 노출시키며, 상기 배리어 층은 일 실시예에서 티타늄 또는 티타늄 질화물이다. 세정 단계(704)는 제 1 ECMP 스테이션(128)에서, 또는 다른 ECMP 스테이션(130, 132) 중 하나에서 실시될 것이다.
상기 세정 단계(704) 후에, 전기화학적 배리어 제거 단계(706)가 실시된다. 통상적으로, 전기화학적 배리어 제거 단계(706)가 제 3 ECMP 스테이션(132)에서 실시되나, 그 대신에 다른 ECMP 스테이션(128, 130) 중 하나에서 실시될 수도 있다.
일 실시예에서, 평탄화 헤드(204)내에서 유지되는 기판(122)을 제 1 ECMP 스테이션(128)내에 배치된 프로세싱 패드 조립체(222)의 위쪽으로 이동시킴으로써, 벌크 프로세싱 단계(702)가 단계(712)에서 시작된다. 비록, 도 2, 3a, 4a-4c의 패드 조립체가 이용되었지만, 일 실시예에서, 도 3b-3c에 도시된 패드 및 콘택 조립체가 대신 이용될 수도 있을 것이다. 단계(714)에서, 평탄화 헤드(204)가 플래튼 조립체(230)를 향해 하강되어 기판(122)을 패드 조립체(222)의 상부 표면과 접촉시킨다. 평방인치당 약 2 파운드(psi) 미만의 힘으로 기판(122)을 패드 조립체(222) 에 대해 가압한다. 일 실시예에서, 그 힘은 약 0.3 psi이다.
단계(716)에서, 기판(122)과 프로세싱 패드 조립체(222) 사이의 상대적인 운동이 제공된다. 일 실시예에서, 평탄화 헤드(204)가 약 30-60 rpm의 속도로 회전되고, 패드 조립체(222)가 약 7-35 rpm의 속도로 회전된다.
단계(718)에서, 전해질이 프로세싱 패드 조립체(604)로 공급되어 기판(122)과 전극(614) 사이에 전도성 경로를 형성한다. 통상적으로, 전해질은 황산, 인산 및 암모늄 구연산염(ammonium citrate) 중 하나를 포함한다.
단계(720)에서, 전원(242)이 전극(292)과 패드 조립체(222)의 상부 표면 사이에 바이어스 전압을 제공한다. 일 실시예에서, 전압이 약 3.5 볼트 미만의 일정한 크기로 유지된다. 프로세싱되는 물질이 구리인 다른 실시예에서, 전압은 약 3.0 볼트 미만의 일정한 크기로 유지된다. 패드 조립체(222)의 하나 이상의 콘택 요소(250)가 기판(122)과 접촉하고, 전압이 연결되게 허용한다. 전극(292)과 기판(122) 사이의 개구(210)를 채우는 전해질은 전원(242)과 기판(122) 사이에 전도성 경로를 제공하여 전기화학적 기계적 평탄화 프로세스를 구동하며, 그러한 프로세스의 결과로 단계(722)에서의 양극 분해 방법에 의해 기판상에 증착된 텅스텐 물질 또는 기타 전도성 필름이 제거된다. 일반적으로, 단계(722)의 프로세스는 약 4000 Å/분의 텅스텐 제거속도를 가진다. 구리 프로세싱을 위한 전술한 파라미터를 이용하는 단계(722)의 프로세스는 일반적으로 약 6000 Å/분의 구리 제거 속도를 가진다.
단계(724)에서, 벌크 전기적프로세스의 종료점이 결정된다. 계측기(244)에 의해 제공되는 제 1 프로세싱 계측값을 이용하여 종료점을 결정할 수 있을 것이다. 계측기(244)는 기판상의 전도성 물질(예를 들어, 텅스텐 또는 구리 층)의 잔류 두께를 결정하는데 이용되는 전하, 전압 또는 전류 정보를 제공한다. 다른 실시예에서, 센서(254)를 이용하는 간섭계와 같은 광학적 기술을 이용할 수 있다. 잔류 두께는 직접적으로 측정될 수 있고, 또는 미리 정해진 시작 필름 두께로부터 제거된 물질의 양을 차감함으로써 계산될 수 있다. 일 실시예에서, 기판으로부터 제거되는 전하를 기판의 미리 정해진 영역에 대한 목표(target) 전하량(charge amount)에 대비함으로써 종료점이 결정될 수 있다. 이용될 수 있는 종료점 기술의 예가 2004년 9월 24일자로 출원된 미국 특허 제 10/949,160 호, 2002년 1월 22일자로 출원된 미국 특허출원 제 10/056,316 호, 및 2002년 6월 6일자로 출원된 미국 특허출원 제 10/456,851 호에 개시되어 있다. 본 명세서에 기술된 방법들 중에서 유리하게 적용될 수 있는 다른 종료점 기술에 대해서 도 9-12를 참조하여 후술한다.
단계(724)는 텅스텐 층의 돌파에 앞서서 프로세스의 종료점을 탐지하도록 구성된다. 일 실시예에서, 잔류 텅스텐 층은 단계(724)에서 약 500 내지 약 2000 Å의 두께를 가진다.
평탄화 헤드(204)내에서 유지되는 기판(122)을 제 2 ECMP 스테이션(130)내에 배치된 프로세싱 패드 조립체(604) 위쪽으로 이동시킴으로써, 세정 프로세싱 단계(704)가 단계(726)에서 시작된다. 단계(728)에서, 평탄화 헤드(204)가 플래튼 조립체(602)를 향해 하강되어 기판(122)을 패드 조립체(604)의 상부 표면과 접촉시킨다. 비록, 도 6의 패드 조립체가 이용되었지만, 일 실시예에서, 도 2, 3a-3c, 4a-4c 및 5에 도시된 패드 및 콘택 조립체가 대신 이용될 수도 있을 것이다. 평방인치당 약 2 파운드(psi) 미만의 힘으로 기판(122)을 패드 조립체(604)에 대해 가압한다. 다른 실시예에서, 그 힘은 약 0.3 psi 이하이다.
단계(729)에서, 기판(122)과 프로세싱 패드 조립체(222) 사이의 상대적인 운동이 제공된다. 일 실시예에서, 평탄화 헤드(204)가 약 30-60 rpm의 속도로 회전되고, 패드 조립체(222)가 약 7-35 rpm의 속도로 회전된다.
단계(730)에서, 전해질이 프로세싱 패드 조립체(604)로 공급되어 기판(122)과 전극(614) 사이에 전도성 경로를 형성한다. 통상적으로, 단계(730)에서의 전해질 조성은 단계(722)에서의 전해질과 동일한 조성을 가진다.
제 1 세정 프로세스 단계(731)에서, 전원(242)에 의해 제 1바이어스 전압이 패드 조립체(604)의 상부 표면과 전극(614) 사이에 인가된다. 바이어스 전압은, 일 실시예에서, 텅스텐 프로세싱의 경우에 약 1.5 내지 약 2.8 볼트에서 일정한 크기로 유지되고, 다른 실시예에서 구리를 프로세싱하는 경우에 2.8 볼트 미만으로 일정하게 유지된다. 포텐셜 편차는 전극(614)과 기판(122) 사이의 개구(622)를 채운 전해질을 통해 전류가 흐를 수 있게 하여 전기화학적 기계적 평탄화 프로세스를 구동시킬 수 있게 한다. 일반적으로, 단계(731)의 프로세스는 텅스텐의 경우에 약 1500 Å/분, 그리고 구리의 경우에 약 2000 Å/분의 제거 속도를 가진다.
단계(732)에서, 전기적프로세스 단계(731)의 종료점이 결정된다. 계측기(244) 또는 센서(254)에 의해 제공되는 제 1 프로세싱 계측값을 이용하여 종료점을 결정할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 계측기(244)에 의해서 감지된 전류의 제 1불연속부(discontinuity; 810)를 탐지함으로써 종료점이 결정된다. 불연속부(810)는 하부 층이 전도성 층(예를 들어, 텅스텐 층)을 관통하기 시작할 때 나타난다. 하부 층이 텅스텐 층과 다른 저항을 가지기 때문에, 하부 층의 노출 영역에 대한 텅스텐 층의 영역이 변화됨에 따라 프로세싱 셀에 걸친(즉, 기판의 전도성 부분으로부터 전극(292)으로) 저항이 변화되고, 그에 따라 전류를 변화시킨다.
단계(732)에서의 종료점 탐지에 응답하여, 제 2세정 프로세스 단계(734)를 실시하여 잔류 텅스텐 층을 제거한다. 기판은 약 2 psi 미만의 압력으로 패드 조립체에 대해 가압되고, 다른 실시예에서 기판은 약 0.3 psi 이하의 압력으로 패드 조립체에 대해 가압된다. 단게(734)에서, 제 2전압이 전원(242)으로부터 제공된다. 제 2전압은 단계(730)에서 인가되는 전압과 동일하거나 그 보다 작을 수 있다. 일 실시예에서, 제 2전압은 약 1.5 내지 약 2.8 볼트이다. 전압은 일정한 크기로 유지되고 전극(614)과 기판(122) 사이의 개구(622)를 채운 전해질을 통해 흘러 전기화학적 기계적 평탄화 프로세스를 구동한다. 일반적으로, 단계(734)의 프로세스는 구리 및 텅스텐 프로세스 모두에서 약 500 내지 약 1200 Å/분의 제거 속도를 가진다.
단계(736)에서, 제 2세정 단계(734)의 종료점이 결정된다. 계측기(244) 또는 센서(254)에 의해 제공되는 제 2 프로세싱 계측값을 이용하여 종료점을 결정할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 계측기(244)에 의해서 감지된 전류의 제 2불연속부(812)를 탐지함으로써 종료점이 결정된다. 불연속부(812)는 하부 층 사이의 면적 비율이 기판(122)에 형성된 피쳐들(예를 들어 플러그 또는 기타 구조물)에 잔류 하는 텅스텐 층을 통해 완전히 노출되는 때에 나타난다.
선택적으로, 제 3세정 프로세스 단계(738)를 실시하여 전도성 층으로부터 잔류물 조각을 제거할 수 있다. 통상적으로, 제 3세정 프로세스 단계(738)는 시간적으로 제어되는(timed) 프로세스이며, 제 2세정 프로세스 단계(734)와 동일하거나 그 보다 낮은 전압 레벨에서 실시된다. 일 실시예에서, 제 3세정 프로세스 단계(738)(또한, 과다폴리싱(overpolish) 단계라고 하기도 한다)가 약 15 내지 약 30초의 지속 시간을 가진다.
평탄화 헤드(204)내에서 유지되는 기판(122)을 제 3 ECMP 스테이션(132)내에 배치된 프로세싱 패드 조립체(604) 위쪽으로 이동시킴으로써, 세정 프로세싱 단계(706)가 단계(740)에서 시작된다. 단계(741)에서, 평탄화 헤드(204)가 플래튼 조립체(602)를 향해 하강되어 기판(122)을 패드 조립체(604)의 상부 표면과 접촉시킨다. 비록, 도 6의 패드 조립체가 이용되었지만, 일 실시예에서, 도 2, 3a-3c, 4a-4c 및 5에 도시된 패드 및 콘택 조립체가 대신 이용될 수도 있을 것이다. 약 2 psi 미만의 힘으로 기판(122)을 패드 조립체(604)에 대해 가압하며, 다른 실시예에서, 그 힘은 약 0.8 psi 미만이다.
단계(742)에서, 기판(122)과 프로세싱 패드 조립체(222) 사이의 상대적인 운동이 제공된다. 일 실시예에서, 평탄화 헤드(204)가 약 30-60 rpm의 속도로 회전되고, 패드 조립체(222)가 약 7-35 rpm의 속도로 회전된다.
단계(744)에서, 전해질이 프로세싱 패드 조립체(604)로 공급되어 기판(122)과 전극(614) 사이의 전도성 경로를 형성한다. 배리어 제거에 이용되는 전해질 조 성은 텅스텐 제거에 이용되는 전해질과 상이할 것이다. 일 실시예에서, 제 3 ECMP 스테이션(132)에서 제공되는 전해질 조성물은 인산 또는 황산 및 촉매를 포함한다. 전해질이 배리어 층상에 산화물이 형성되는 것을 방지하거나 억제하도록 구성될 수 있다. 촉매는 Ti 또는 기타 배리어 층을 활성화시켜서 착화제(complexing agent)와 선택적으로 반응하도록 선택되며, 그에 따라 구리 또는 텅스텐을 제거하지 않고 또는 최소한으로 제거하면서 배리어 층을 용이하게 제거 및/또는 분해할 수 있다. 전해질 조성물은 아미노산, 유기 아민 및 프탈산 또는 기타 유기 석탄산, 피콜린산 또는 그 유도체와 같은 세정제, 및 pH 조절제를 추가적으로 포함할 수 있다. 전해질은 마모제를 선택적으로 포함할 수 있다. 마모제는 하부 산화물 층의 일부를 제거하는데 있어서 바람직하다.
제 1배리어 프로세스 단계(746)에서, 바이어스 전압이 전원(242)으로부터 패드 조립체(604)와 전극(614) 사이로 제공된다. 전압은 약 1.5 내지 약 3.0 볼트에서 일정한 크기로 유지된다. 전극(614)과 기판(122) 사이의 개구(622)를 채운 전해질을 통해 형성된 전도성 경로가 전기화학적 기계적 평탄화 프로세스를 구동시킨다. 일반적으로, 단계(746)의 프로세스는 약 500 Å/분 내지 약 1000 Å/분의 티타늄 제거 속도를 가진다. 다른 배리어 물질에 대한 제거 속도와 유사하다.
단계(748)에서, 전기적프로세스 단계(746)의 종료점이 결정된다. 계측기(244) 또는 센서(254)에 의해 제공되는 제 1 프로세싱 계측값을 이용하여 종료점을 결정할 수 있을 것이다. 전기화학적 배리어 제거 단계(706)의 전류 및 전압 트레이스(traces)는 도 8의 트레이스(802, 804)와 유사하며, 따라서 명료함으로 위해 생략하였다. 일 실시예에서, 계측기(244)에 의해서 감지된 전류의 제 1불연속부를 탐지함으로써 종료점이 결정된다. 제 1불연속부는 하부 층(통상적으로, 산화물)이 배리어 층을 관통하기 시작할 때 나타난다. 하부 층이 배리어 층과 다른 저항을 가지기 때문에, 프로세싱 셀에 걸친 저항 변화가 배리어 층의 관통을 나타낸다.
단계(748)에서의 종료점 탐지에 응답하여, 제 2세정 프로세스 단계(750)를 실시하여 잔류 텅스텐 층을 제거한다. 단계(750)에서, 제 2전압이 전원(242)으로부터 제공된다. 제 2전압은 제 1배리어 세정 단계(746)의 전압과 동일하거나 그 보다 작을 수 있다. 일 실시예에서, 그 전압은 약 1.5 내지 약 2.5 볼트이다. 전압은 일정한 크기로 유지되고 전극(614)과 기판(122) 사이의 개구(622)를 채운 전해질을 통해 흘러 전기화학적 기계적 평탄화 프로세스를 구동한다. 일반적으로, 단계(750)의 프로세스는 제 1배리어 제거 단계(746) 보다 작은 약 300 내지 약 600 Å/분의 제거 속도를 가진다.
단계(752)에서, 전기적프로세스 단계(750)의 종료점이 결정된다. 계측기(244) 또는 센서(254)에 의해 제공되는 제 2 프로세싱 계측값을 이용하여 종료점을 결정할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 계측기(244)에 의해서 감지된 전류의 제 2불연속부를 탐지함으로써 종료점이 결정된다. 제 2불연속부는 산화물 층 사이의 면적 비율이 기판(122)에 형성된 피쳐들에 잔류하는 배리어 층을 통해 완전히 노출되는 때에 나타난다.
선택적으로, 제 3세정 프로세스 단계(754)를 실시하여 배리어 층으로부터 잔류물 조각을 제거할 수 있다. 통상적으로, 제 3세정 프로세스 단계(754)는 시간적 으로 제어되는 프로세스이며, 제 2세정 프로세스 단계(750)와 동일하거나 그 보다 낮은 전압 레벨에서 실시된다. 일 실시예에서, 제 3세정 프로세스 단계(754)(또한, 과다폴리싱 단계라고 하기도 한다)가 약 15 내지 약 30초의 지속 시간을 가진다.
도 7은 구리, 텅스텐, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 티타늄, 티타늄 질화물 등과 같은 전도성 물질을 전기적프로세싱하기 위한 방법(700)의 일 실시예를 도시하며, 상기 방법은 전술한 시스템(100)상에서 실시될 수 있을 것이다. 상기 방법(700)은 또한 다른 전기적프로세싱 시스템에서도 실시될 수 있다. 일반적으로, 상기 방법(700)은 제어부(108)의 메모리(112)내에 소프트웨어 루틴으로 저장된다. 소프트웨어 루틴은 또한 CPU(110)에 의해 제어되는 하드웨어로부터 원격지에 위치하는 제 2 CPU(도시 안 됨)에 의해 저장되고 및/또는 실행될 수 있다.
방법(700)은 기판(122)상에 형성된 전도성 층, 예를 들어 구리 층상에서 벌크 전기화학적 프로세스를 실시함으로써 단계(702)에서 시작된다. 일 실시예에서, 벌크 프로세스 단계(702)는 제 1 ECMP 스테이션(128)에서 실시된다. 일반적으로, 벌크 프로세스 단계(702)는 전도성 층의 두께가 약 2000 내지 약 1000 Å일 때 종료된다.
다음에, 다단계 전기화학적 세정 단계(704)가 실시되어 잔류 구리 물질을 제거함으로써 하부의 배리어 층을 노출시키며, 상기 배리어 층은 통상적으로 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 티타늄, 티타늄 질화물 등이다. 세정 단계(704)가 제 1 ECMP 스테이션(128)에서, 또는 다른 ECMP 스테이션(130, 132) 중 하나에서 실시될 것이다.
상기 세정 단계(704) 후에, 전기화학적 배리어 제거 단계(706)가 실시된다. 통상적으로, 전기화학적 배리어 제거 단계(706)가 제 3 ECMP 스테이션(132)에서 실시되나, 그 대신에 다른 ECMP 스테이션(128, 130) 중 하나에서 실시될 수도 있다.
일 실시예에서, 평탄화 헤드(204)내에서 유지되는 기판(122)을 제 1 ECMP 스테이션(128)내에 배치된 프로세싱 패드 조립체(222)의 위쪽으로 이동시킴으로써, 벌크 프로세싱 단계(702)가 단계(712)에서 시작된다. 비록, 도 2, 3a, 4a-4c 및 5의 패드 조립체가 이용되었지만, 일 실시예에서, 도 3b-3c 및 6에 도시된 패드 및 콘택 조립체가 대신 이용될 수도 있을 것이다. 단계(714)에서, 평탄화 헤드(204)가 플래튼 조립체(230)를 향해 하강되어 기판(122)을 패드 조립체(222)의 상부 표면과 접촉시킨다. 평방인치당 약 2 파운드(psi) 미만의 힘으로 기판(122)을 패드 조립체(222)에 대해 가압한다.
단계(716)에서, 기판(122)과 프로세싱 패드 조립체(222) 사이의 상대적인 운동이 제공된다. 일 실시예에서, 평탄화 헤드(204)가 약 50 rpm 미만의 속도로 회전되고, 패드 조립체(222)가 약 50 rpm 미만의 속도로 회전된다.
단계(718)에서, 전해질이 프로세싱 패드 조립체(222)로 공급되어 기판(122)과 전극(294) 사이에 전도성 경로를 형성한다. 단계(719)에서, 전류가 전원(242)으로부터 제공되고 패드 조립체(222)의 상부 표면과 전극(294) 사이에서 흐른다. 일 실시예에서, 전류는 약 4 내지 약 5 암페어의 일정한 크기로 유지된다. 단계(176), 단계(178) 및 단계(719)가 실질적으로 동시에 실시된다.
텅스텐이 프로세싱되는 실시예에서, 동일한 제거 속도 달성을 위해서는 전류 가 구리 프로세싱에서 이용되는 전류의 약 3개가 된다. 예를 들어, 단계(719)는 텅스텐 전도성 층의 제거를 위해 약 12 내지 약 15 암페어를 제공한다.
패드 조립체(222)의 상부 표면이 기판(122)과 접촉하고, 전류가 연결되게 허용한다. 전극(292)과 기판(122) 사이의 개구(210)를 채우는 전해질은 전원(242)과 기판(122) 사이에 전도성 경로를 제공하여 전기화학적 기계적 평탄화 프로세스를 구동하며, 그러한 프로세스의 결과로 단계(720)에서의 양극 분해 방법에 의해 기판(122)의 표면상에 부착된 구리와 같은 전도성 물질이 제거된다. 일반적으로, 단계(720)의 프로세스는 약 6000 Å/분의 텅스텐 제거속도를 가진다.
단계(722)에서, 벌크 전기적프로세스의 종료점이 결정된다. 계측기(244)에 의해 제공되는 제 1 프로세싱 계측값을 이용하여 종료점을 결정할 수 있을 것이다. 계측기(244)는 기판상의 전도성 물질(예를 들어, 구리 층)의 잔류 두께를 결정하는데 이용되는 전하, 전압 또는 전류 정보를 제공한다. 다른 실시예에서, 센서(254)를 이용하는 간섭계와 같은 광학적 기술을 이용할 수 있다. 잔류 두께는 직접적으로 측정될 수 있고, 또는 미리 정해진 시작 필름 두께로부터 제거된 물질의 양을 차감함으로써 계산될 수 있다. 일 실시예에서, 기판으로부터 제거되는 전하를 기판의 미리 정해진 영역에 대한 목표 전하량에 대비함으로써 종료점이 결정될 수 있다. 이용될 수 있는 종료점 기술의 예가 2002년 1월 22일자로 출원된 미국 특허출원 제 10/056,316 호, 및 2002년 6월 6일자로 출원된 미국 특허출원 제 10/456,851 호에 개시되어 있다.
단계(722)는 구리 층의 돌파에 앞서서 프로세스의 종료점을 탐지하도록 구성 된다. 일 실시예에서, 잔류 구리 층은 단계(722)에서 약 1000 내지 약 2000 Å의 두께를 가진다.
이하에서는, 도 8에 도시된 전류 트레이스(802) 및 전압 트레이스(804)를 나타낸 그래프(800)를 참조하여, 세정 프로세싱 단계(704)의 일 실시예를 설명한다. 크기를 Y-축(806)에 기재하였고 시간을 X-축(808)에 기재하였다.
평탄화 헤드(204)내에서 유지되는 기판(122)을 제 2 ECMP 스테이션(130)내에 배치된 프로세싱 패드 조립체(604)의 위쪽으로 이동시킴으로써, 세정 프로세싱 단계(704)가 단계(724)에서 시작된다. 단계(726)에서, 평탄화 헤드(204)가 플래튼 조립체(602)를 향해 하강되어 기판을 패드 조립체(604)의 상부 표면과 접촉시킨다. 비록, 도 6에 도시된 패드 조립체가 일 실시예에서 이용되었지만, 도 2, 3a-3c, 4a-4c 및 5에 도시된 패드 및 콘택 조립체가 대신 이용될 수도 있을 것이다. 일 실시예에서, 평방인치당 약 2 파운드(psi) 미만의 힘으로 기판(122)을 패드 조립체(604)에 대해 가압한다. 단계(728)에서, 전해질이 프로세싱 패드 조립체(604)로 공급되어 기판(122)과 전극(614) 사이에 전도성 경로를 형성한다.
제 1세정 프로세스 단계(730)에서, 제 1전류가 전원(242)으로부터 제공되고 패드 조립체(604)의 상부 표면과 전극(614) 사이에서 흐른다. 일 실시예에서, 전류(전류 트레이스(802)에 의해 도시된 바와 같음)는 약 4 내지 약 5 암페어의 일정한 크기로 유지되며 전극(614)과 기판(122) 사이의 개구(622)를 채우는 전해질을 통해 흘러 전기화학적 기계적 평탄화 프로세스를 구동한다. 일반적으로, 단계(730)의 프로세스는 단계(722)와 대략적으로 유사한 제거 속도를 가진다.
단계(732)에서, 전기적프로세스 단계(730)의 종료점이 결정된다. 계측기(244) 또는 센서(254)에 의해 제공되는 제 1 프로세싱 계측값을 이용하여 종료점을 결정할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 계측기(244)에 의해서 감지된 전압의 제 1불연속부(810)를 탐지함으로써 종료점이 결정된다. 제 1불연속부(810)는 하부 층이 전도성 층(예를 들어, 구리 층)을 관통하기 시작할 때 나타난다. 하부 층이 구리 층과 다른 저항을 가지기 때문에, 하부 층의 노출 영역에 대한 구리 층의 영역이 변화됨에 따라 프로세싱 셀에 걸친(즉, 기판의 전도성 부분으로부터 전극(292)으로) 저항이 변화된다.
종료점 탐지를 위해 전류(또는 전압)을 이용하는 것은 텅스텐 제거 프로세스에서 특히 유용한데, 이는 텅스텐과 하부 티타늄 질화물 물질 사이의 근접한 반사도(reflexivity)가 종래의 광학적 탐지를 어렵게 하기 때문이다.
단계(732)에서의 종료점 탐지에 응답하여, 제 2세정 프로세스 단계(734)를 실시하여 잔류 구리 층을 제거한다. 단계(734)에서, 제 2전류가 전원(242)으로부터 제공된다. 전류는 단계(730)의 전류 보다 작은 일정한 크기에서 유지되며 전극(614)과 기판(122) 사이의 개구(622)를 채우는 전해질을 통해 흘러 전기화학적 기계적 평탄화 프로세스를 구동한다. 예를 들어, 전류는 약 1.5 내지 약 4.5 암페어로 제공될 것이다. 일반적으로 단계(734)의 프로세스는 약 500 내지 약 1500 Å/분의 제거 속도를 가진다. 텅스텐 프로세스에서, 500-2000 Å/분의 제거 속도를 얻기 위해 전류는 약 4.5 내지 약 13.5 암페어가 될 것이다.
단계(736)에서, 전기적프로세스 단계(734)의 종료점이 결정된다. 계측 기(244) 또는 센서(254)에 의해 제공되는 제 2프로세싱 계측값을 이용하여 종료점을 결정할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 계측기(244)에 의해서 감지된 전압의 제 2불연속부(812)를 탐지함으로써 종료점이 결정된다. 제 2불연속부(812)는 하부 층이 완전히 노출되고 구리 층이 기판(122)내에 형성된 피쳐내에 실질적으로 남아 있을 때(즉, 구리 라인 및 비아) 나타난다.
선택적으로, 제 3세정 프로세스 단계(738)를 실시하여 전도성 층으로부터 잔류물 조각을 제거할 수 있다. 통상적으로, 제 3세정 프로세스 단계(738)는 시간적으로 제어되는 프로세스이며, 제 2세정 프로세스 단계(732)와 동일하거나 그 보다 낮은 전류 레벨에서 실시된다. 일 실시예에서, 제 3세정 프로세스 단계(738)(또한, 과다폴리싱 단계라고 하기도 한다)가 약 15 내지 약 30초의 지속 시간을 가진다. 단계(738) 중에, 이전 프로세싱 단계에서의 전류 레벨 보다 낮은 레벨까지, 예를 들어 약 0.5-3 암페어까지 전류가 낮아질 수 있다.
평탄화 헤드(204)내에서 유지되는 기판(122)을 제 3 ECMP 스테이션(132)내에 배치된 프로세싱 패드 조립체(604) 위쪽으로 이동시킴으로써, 전기화학적 배리어 제거 단계(706)가 단계(740)에서 시작된다. 단계(742)에서, 평탄화 헤드(204)가 플래튼 조립체(602)를 향해 하강되어 기판(122)을 패드 조립체(604)의 상부 표면과 접촉시킨다. 비록, 도 6의 패드 조립체가 이용되었지만, 일 실시예에서, 도 2, 3a-3c, 4a-4c 및 5에 도시된 패드 및 콘택 조립체가 대신 이용될 수도 있을 것이다. 일 실시예에서, 평방인치당 약 2 파운드(psi) 미만의 힘으로 기판(122)을 패드 조립체(604)에 대해 가압한다. 단계(744)에서, 전해질이 프로세싱 패드 조립 체(604)로 공급되어 기판(122)과 전극(614) 사이에 전도성 경로를 형성한다. 배리어 제거에 이용되는 전해질은 구리 제거에 이용되는 전해질과 상이할 것이다.
일 실시예에서, 제 3 ECMP 스테이션(132)에서 제공되는 전해질 조성물은 인산 또는 황산 및 촉매를 포함한다. 전해질이 배리어 층상에 산화물이 형성되는 것을 방지하거나 억제하도록 구성될 수 있다. 촉매는 Ti 또는 기타 배리어 층을 활성화시켜서 착화제와 선택적으로 반응하도록 선택되며, 그에 따라 구리 또는 텅스텐을 제거하지 않고 또는 최소한으로 제거하면서 배리어 층을 용이하게 제거 및/또는 분해할 수 있다. 전해질 조성물은 아미노산, 유기 아민 및 프탈산 또는 기타 유기 석탄산, 피콜린산 또는 그 유도체와 같은 세정제, 및 pH 조절제를 추가적으로 포함할 수 있다. 전해질은 마모제를 선택적으로 포함할 수 있다. 마모제는 하부 산화물 층의 일부를 제거하는데 있어서 바람직하다.
제 1배리어 프로세스 단계(746)에서, 제 1전류가 전원(242)으로부터 제공되고 패드 조립체(604)의 상부 표면과 전극(614) 사이에서 흐른다. 일 실시예에서, 전류가 약 1.5 내지 약 6 암페어의 일정한 크기로 유지되며 전극(614)과 기판(122) 사이의 개구(622)를 채우는 전해질을 통해 흘러 전기화학적 기계적 평탄화 프로세스를 구동한다. 일반적으로, 단계(746)의 프로세스는 약 500-2000 Å/분의 제거 속도를 가진다.
단계(748)에서, 전기적프로세스 단계(746)의 종료점이 결정된다. 계측기(244) 또는 센서(254)에 의해 제공되는 제 1 프로세싱 계측값을 이용하여 종료점을 결정할 수 있을 것이다. 전기화학적 배리어 제거 단계(706)의 전류 및 전압 트 레이스는 도 8의 트레이스들과 유사하며, 따라서 명료함으로 위해 생략하였다. 일 실시예에서, 계측기(244)에 의해서 감지된 전압의 제 1불연속부를 탐지함으로써 단계(748)의 종료점이 결정된다. 제 1불연속부는 하부 층(통상적으로, 산화물)이 배리어 층을 관통하기 시작할 때 나타난다. 하부 층이 배리어 층과 다른 저항을 가지기 때문에, 프로세싱 셀에 걸친 저항 변화가 배리어 층의 관통을 나타낸다.
단계(748)에서의 종료점 탐지에 응답하여, 제 2세정 프로세스 단계(750)를 실시하여 잔류 구리 층을 제거한다. 단계(748)에서, 제 2전압이 전원(242)으로부터 제공된다. 그 전류는 단계(746)의 전류 보다 작은 일정한 크기로 유지되고 전극(614)과 기판(122) 사이의 개구(620)를 채운 전해질을 통해 흘러 전기화학적 기계적 평탄화 프로세스를 구동한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 약 3.5 내지 약 2.5 암페어의 전류가 제공될 수 있다. 단계(748)의 프로세스는 약 1000 Å/분의 제거 속도를 가진다.
단계(752)에서, 전기적프로세스 단계(750)의 종료점이 결정된다. 계측기(244) 또는 센서(254)에 의해 제공되는 제 2 프로세싱 계측값을 이용하여 종료점을 결정할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 계측기(244)에 의해서 감지된 전압의 제 2불연속부를 탐지함으로써 종료점이 결정된다. 제 2불연속부는 산화물 층이 완전히 노출되는 때에 나타난다.
선택적으로, 제 3세정 프로세스 단계(754)를 실시하여 배리어 층으로부터 잔류물 조각을 제거할 수 있다. 통상적으로, 제 3세정 프로세스 단계(754)는 시간적으로 제어되는 프로세스이며, 제 2세정 프로세스 단계(746)와 동일하거나 그 보다 낮은 전류 레벨에서 실시된다. 일 실시예에서, 제 3세정 프로세스 단계(754)(또한, 과다폴리싱 단계라고 하기도 한다)가 약 15 내지 약 30초의 지속 시간을 가진다.
도 9는 전기화학적 프로세싱을 위한 방법(900)의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다. 상기 방법(900)은, 도 10에 도시된 전류 및 전압 트레이스(1002, 1004)의 그래프에 표시된 바와 같이 전원(242)에 의해 제공되는 일정 전압에 의해 전기화학적 프로세스가 구동된다는 점을 제외하고, 전술한 방법(800)과 실질적으로 유사하다. 크기를 Y-축(1006)에 기재하였고 시간을 X-축(1008)에 기재하였다.
일 실시예에서, 기판(122)상에 형성된 예를 들어 구리 층과 같은 전도성 층상에서 벌크 전기화학적 프로세스를 실시함으로써 방법(900)이 단계(902)에서 시작된다. 일반적으로, 벌크 프로세싱 단계(902)는 전도성 층의 두께가 약 2000 내지 약 1000 Å가 될 때 종료된다.
다음에, 다단계 전기화학적 세정 단계(904)가 실시되어 잔류 구리 물질을 제거함으로써 하부의 배리어 층을 노출시킨다. 세정 단계(904)는 제 1 ECMP 스테이션(128)에서, 또는 다른 ECMP 스테이션(130, 132) 중 하나에서 실시될 것이다. 세정 단계(904) 후에, 전기화학적 배리어 제거 단계(906)가 실시된다. 통상적으로, 전기화학적 배리어 제거 단계(906)가 제 3 ECMP 스테이션(132)에서 실시되나, 그 대신에 다른 ECMP 스테이션(128, 130) 중 하나에서 실시될 수도 있을 것이다.
일 실시예에서, 벌크 프로세싱 단계(902)는 전술한 벌크 프로세싱 단계(702)와 실질적으로 유사하다. 벌크 프로세싱 단계(702)는 전원(242)으로부터 제공되는 실질적으로 일정한 전압을 이용하여 전기화학적 프로세스를 구동한다. 일 실시예에서, 전압은 약 1 내지 약 4 볼트의 실질적으로 일정한 크기로 유지된다. 벌크 전기적프로세스의 종료점은 전술한 바와 같이, 예를 들어 전도성 층으로부터 제거된 전하의 합을 이용하는 방법 및 기타 종료점 검출을 위한 방법에 의해 결정된다. 트레이스(1002)의 좌측 부분에 도시된 제 1프로세싱 단계 동안에, 전도성 층이 얇아짐에 따라 전류가 감소한다는 것을 주지하여야 한다. 이는 특히 텅스텐 제거시에 측정가능하며, 그에 따라 트레이스의 기울기를 이용하여 전도성 층의 제거 속도 또는 남은 두께를 결정할 수 있을 것이다. 두께 대 전류 변화 정보는 경험적으로 획득하거나 계산될 수 있고, 또 종료점 탐지, 제거 프로파일 제어 및 기타 프로세스 제어시에 사용중인 제어부(108)가 접근할 수 있는 데이터베이스에 저장될 수 있다.
이제, 세정 프로세싱 단계(904)가 실시된다. 세정 프로세싱 단계(904)는, 전기화학적 프로세스가 일정 전압에서 구동된다는 점을 제외하고, 전술한 단계(904)와 유사하다. 일 실시예에서, 전압은 벌크 및 세정 프로세싱 단계(902, 904) 모두에 걸쳐 일정하다. 다른 실시예에서, 세정 프로세싱 단계(904)를 구동하는 전압이 이전 프로세싱 단계의 전압 보다 작을 수 있다.
계측기(244)에 의해 모니터링하여 전류 트레이스(1002)에서의 제 1불연속부(1010)를 탐지함으로써, 프로세싱 단계(904)의 제 1종료점을 결정할 수 있다. 그 대신에, 다른 방법을 이용하여 제 1종료점을 결정할 수도 있을 것이다. 제 1불연속부(1010)의 탐지는 구리 층의 돌파를 의미한다.
전류 트레이스(1002)에서의 제 2불연속부(1012)를 탐지함으로써 프로세싱 단계(904)의 제 2종료점이 결정된다. 제 2종료점은 다른 방법에 의해 결정될 수도 있다. 제 2불연속부는 구리 층의 세정을 나타낸다. 선택적으로, 제 2불연속부(1012)에 의해 결정된 바에 따른 제 2종료점의 탐지 후에 세정 프로세싱 단계(904)중에 시간으로 제어되는 과다 폴리싱 단계를 실시할 수도 있다.
전기화학적 배리어 제거 단계(906)는, 전기화학적 프로세스가 실질적으로 일정한 전압에서 구동된다는 점을 제외하고, 전술한 배리어 제거 단계(706)와 실질적으로 유사하다. 일반적으로, 단계(902, 904)에서 이용되는 전압과 같거나 그 이하인 실질적으로 일정한 크기로 전압이 유지된다. 일 실시예에서, 적어도 배리어의 벌크 부분 제거에서 약 3 볼트 보다 작은 크기에서 전압이 실질적으로 일정하게 유지된다. 배리어 제거 프로세스의 잔류물 제거 부분동안 전압을 선택적으로 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 기판을 전기화학적으로 평탄화하는 개선된 방법 및 장치를 제공한다. 상기 장치는 단일 설비(single tool)를 이용하여 벌크 및 잔류 금속과 배리어 물질을 기판으로부터 효과적으로 제거할 수 있게 한다. 유리하게, 전체 금속 및 배리어 제거 과정에서 전기화학적 프로세스를 이용함으로써, 프로세싱 중에 전도체의 마모 및 디싱(dishing)을 적게할 수 있고 산화물의 손실을 최소화할 수 있다. 전극 및 기판에 인가되는 바이어스의 극성을 역전시킴으로써, 본 명세서에 개시된 방법 및 장치를 이용하여 기판상에 물질을 증착할 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명의 기본적인 범위내에서 본 발명의 다른 실시예들을 이해할 수 있을 것이며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의해서 결정된다.

Claims (38)

  1. 기판을 전기적프로세싱하는 방법으로서:
    상기 기판상의 배리어 물질의 노출 층과 전극 사이에서 전해질을 통해 전기-전도성 경로를 형성하는 단계;
    상기 기판을 프로세싱 패드 조립체에 대해 2 psi 미만의 힘으로 가압하는 단계;
    서로 접촉하는 상기 기판과 상기 패드 조립체 사이에 운동을 제공하는 단계; 및
    배리어 프로세싱 스테이션에서의 제 1전기화학적 프로세싱 단계 중에 상기 노출 층의 일부를 전기화학적으로 제거하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1전기화학적 프로세싱 단계가:
    배리어 물질의 노출된 층의 돌파시에 또는 그 직전에 제 1전기화학적 프로세싱 단계의 종료점을 탐지하는 단계;
    상기 배리어 프로세싱 스테이션에서의 제 2전기화학적 프로세싱 단계 중에 배리어 물질의 노출된 층을 전기화학적으로 프로세싱하는 단계; 및
    상기 제 2전기화학적 프로세싱 단계의 종료점을 탐지하는 단계를 더 포함하는 기판의 전기적프로세싱 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전도성 경로를 형성하는 단계가:
    상기 전극의 아래쪽으로부터 상기 프로세싱 패드 조립체를 통해서 상기 기판과 접촉하도록 전해질을 유동시키는 단계를 더 포함하는 기판의 전기적프로세싱 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 2전기화학적 프로세싱 단계가:
    제 1종료점을 탐지하는 단계;
    상기 제 1전기화학적 프로세싱에서 보다 느린 속도로 상기 기판을 전기적프로세싱하는 단계; 및
    상기 기판으로부터 세정되는 잔류 배리어 물질을 나타내는 제 2종료점을 탐지하는 단계를 더 포함하는 기판의 전기적프로세싱 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1종료점 탐지 단계가:
    상기 기판과 상기 전극 사이에서 흐르는 전류의 제 1불연속부를 탐지하는 단계를 더 포함하는 기판의 전기적프로세싱 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제 2종료점 탐지 단계가:
    상기 기판과 상기 전극 사이에서 흐르는 전류의 제 2불연속부를 탐지하는 단계를 더 포함하는 기판의 전기적프로세싱 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 전해질은 황산, 인산, 아미노산, 유기 아민, 프탈산, 유기 석탄산, 피콜린산 또는 그 유도체 중 하나 이상과 촉매를 더 포함하는 기판의 전기적프로세싱 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 프로세싱 시스템내에서, 상기 배리어 층 위쪽에 배치된 전도성 층을 전기화학적으로 제거하는 단계를 더 포함하는 기판의 전기적프로세싱 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 배리어 물질이 루테늄, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물 중 하나 이상인 기판의 전기적프로세싱 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 기판의 전기적프로세싱 방법으로서:
    상기 기판상의 배리어 물질의 노출 층과 전극 사이에서 전해질을 통해 전기-전도성 경로를 형성하는 단계;
    배리어 프로세싱 스테이션에서의 제 1전기화학적 프로세싱 단계 중에 상기 노출된 층의 일부를 전기화학적으로 제거하는 단계;
    배리어 물질의 노출된 층의 돌파시에 또는 그 직전에 제 1전기화학적 프로세싱 단계의 종료점을 탐지하는 단계;
    배리어 프로세싱 스테이션에서의 제 2전기화학적 프로세싱 단계에서 상기 배리어 물질의 노출된 층을 전기화학적으로 프로세싱하는 단계; 및
    상기 제 2전기화학적 프로세싱 단계의 종료점을 탐지하는 단계를 포함하는 기판의 전기적프로세싱 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 기판상의 배리어 물질을 프로세싱 패드 조립체와 접촉시키는 단계; 및
    폴리싱 운동중에 상기 기판을 상기 패드 조립체에 대해 상대적으로 이동시키는 단계를 포함하는 기판의 전기적프로세싱 방법.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 제 2전기화학적 프로세싱 단계가:
    제 1종료점 탐지 단계;
    상기 제 1전기화학적 프로세싱에서 보다 느린 속도로 상기 기판을 프로세싱하는 단계; 및
    상기 기판으로부터 세정되는 잔류 배리어 물질을 나타내는 제 2종료점을 탐지하는 단계를 더 포함하는 기판의 전기적프로세싱 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 제 1종료점 탐지 단계가:
    상기 기판과 상기 전극 사이의 포텐셜 차이의 제 1불연속부를 탐지하는 단계를 더 포함하고;
    상기 제 2종료점 탐지 단계가:
    상기 기판과 상기 전극 사이의 포텐셜 차이의 제 2불연속부를 탐지하는 단계를 더 포함하는 기판의 전기적프로세싱 방법.
  22. 제 20항에 있어서, 상기 제 1종료점 탐지 단계가:
    상기 기판과 상기 전극 사이에서 흐르는 전류의 제 1불연속부를 탐지하는 단계를 더 포함하는 기판의 전기적프로세싱 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 제 2종료점 탐지 단계가:
    상기 기판과 상기 전극 사이에서 흐르는 전류의 제 2불연속부를 탐지하는 단계를 더 포함하는 기판의 전기적프로세싱 방법.
  24. 삭제
  25. 제 18항에 있어서, 상기 기판과 상기 전극 사이의 전류 변화로부터 배리어 층의 나머지 두께를 결정하는 기판의 전기적프로세싱 방법.
  26. 삭제
  27. 삭제
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