JP2001077117A - 半導体装置の製造方法、研磨装置および研磨方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法、研磨装置および研磨方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】多層配線構造を有する半導体装置の配線を構成
するための金属膜の研磨による平坦化工程において、デ
ィッシング、エロージョンの発生を抑制可能な、研磨方
法、研磨装置および半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】金属膜の表面に当該金属の電解反応を妨げ
る作用を発揮する不動態膜を形成する工程（ＰＲ４）
と、配線用溝の埋め込みによって生じた金属膜の表面に
存在する凸部上の不動膜を機械研磨によって選択的に除
去し、金属膜の凸部を表面に露出させる工程（ＰＲ５）
と、露出した金属膜の凸部を電解研磨によって除去し、
配線用溝の埋め込みによって生じた金属膜の表面の凹凸
を平坦化する工程（ＰＲ６）と、表面が平坦化された金
属膜の絶縁膜上に存在する金属膜を電解研磨と機械研磨
とを複合させた電解複合研磨よって除去し、前記配線を
形成する工程（ＰＲ７）を有する。
するための金属膜の研磨による平坦化工程において、デ
ィッシング、エロージョンの発生を抑制可能な、研磨方
法、研磨装置および半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】金属膜の表面に当該金属の電解反応を妨げ
る作用を発揮する不動態膜を形成する工程（ＰＲ４）
と、配線用溝の埋め込みによって生じた金属膜の表面に
存在する凸部上の不動膜を機械研磨によって選択的に除
去し、金属膜の凸部を表面に露出させる工程（ＰＲ５）
と、露出した金属膜の凸部を電解研磨によって除去し、
配線用溝の埋め込みによって生じた金属膜の表面の凹凸
を平坦化する工程（ＰＲ６）と、表面が平坦化された金
属膜の絶縁膜上に存在する金属膜を電解研磨と機械研磨
とを複合させた電解複合研磨よって除去し、前記配線を
形成する工程（ＰＲ７）を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、半導体
装置の多層配線構造に伴う凹凸面を平坦化する研磨装置
および研磨方法と多層配線構造をもつ半導体装置の製造
方法に関する。
装置の多層配線構造に伴う凹凸面を平坦化する研磨装置
および研磨方法と多層配線構造をもつ半導体装置の製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の高集積化、小型化に伴い、
配線の微細化、配線ピッチの縮小化、配線の多層化が進
んでおり、半導体装置の製造プロセスにおける多層配線
技術の重要性が増大している。一方、従来、多層配線構
造の半導体装置の配線材料としてアルミニウム（Ａｌ）
が多用されてきたが、最近の０．２５μｍルール以下の
デザインルールにおいて、信号の伝搬遅延を抑制するた
めに、配線材料をアルミニウム（Ａｌ）から銅（Ｃｕ）
に代えた配線プロセスの開発が盛んに行われている。Ｃ
ｕを配線に使用すると、低抵抗と高エレクトロマイグレ
ーション耐性を両立できるというメリットがある。この
Ｃｕを配線に使用したプロセスでは、たとえば、あらか
じめ層間絶縁膜に形成した溝状の配線パターンに金属を
埋め込み、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing: 化
学機械研磨) 法によって余分な金属膜を除去して配線を
形成する、ダマシン(damascene) 法とよばれる配線プロ
セスが有力となっている。このダマシン法は、配線のエ
ッチングが不要となり、さらに上の層間絶縁膜も自ずと
平坦なものとなるので、工程を簡略化できるという特徴
を有する。さらに、層間絶縁膜に配線だけでなく、コン
タクトホールも溝として開け、配線とコンタクトホール
を同時に金属で埋め込むデュアルダマシン(dual damasc
ene)法では、さらに大幅な配線工程の削減が可能とな
る。
配線の微細化、配線ピッチの縮小化、配線の多層化が進
んでおり、半導体装置の製造プロセスにおける多層配線
技術の重要性が増大している。一方、従来、多層配線構
造の半導体装置の配線材料としてアルミニウム（Ａｌ）
が多用されてきたが、最近の０．２５μｍルール以下の
デザインルールにおいて、信号の伝搬遅延を抑制するた
めに、配線材料をアルミニウム（Ａｌ）から銅（Ｃｕ）
に代えた配線プロセスの開発が盛んに行われている。Ｃ
ｕを配線に使用すると、低抵抗と高エレクトロマイグレ
ーション耐性を両立できるというメリットがある。この
Ｃｕを配線に使用したプロセスでは、たとえば、あらか
じめ層間絶縁膜に形成した溝状の配線パターンに金属を
埋め込み、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing: 化
学機械研磨) 法によって余分な金属膜を除去して配線を
形成する、ダマシン(damascene) 法とよばれる配線プロ
セスが有力となっている。このダマシン法は、配線のエ
ッチングが不要となり、さらに上の層間絶縁膜も自ずと
平坦なものとなるので、工程を簡略化できるという特徴
を有する。さらに、層間絶縁膜に配線だけでなく、コン
タクトホールも溝として開け、配線とコンタクトホール
を同時に金属で埋め込むデュアルダマシン(dual damasc
ene)法では、さらに大幅な配線工程の削減が可能とな
る。
【０００３】ここで、上記のデュアルダマシン法による
配線形成プロセスの一例について図３２〜図３７を参照
して説明する。なお、配線材料としてＣｕを用いた場合
について説明する。まず、図３２に示すように、たとえ
ば、図示しない不純物拡散領域が適宜形成されているシ
リコン等の半導体からなる基板３０１上に、たとえば、
シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜３０２を、たとえ
ば、減圧ＣＶＤ(Chemical Vapour Deposition)法により
形成する。次いで、図３３に示すように、基板３０１の
不純物拡散領域に通じるコンタクトホール３０３および
基板３０１の不純物拡散領域と電気的に接続される所定
パターンの配線が形成される溝３０４を公知のフォトリ
ソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて形成す
る。次いで、図３４に示すように、バリヤ膜３０５を層
間絶縁膜３０２の表面およびコンタクトホール３０３、
溝３０４内に形成する。このバリヤ膜３０５は、たとえ
ば、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、ＴｉＮ等の材料を公知のスパ
ッタ法により形成する。バリヤ膜３０５は、配線を構成
する材料が層間絶縁膜３０２中に拡散するのを防止する
ために設けられる。特に、配線材料がＣｕで層間絶縁膜
３０２がシリコン酸化膜のような場合には、Ｃｕはシリ
コン酸化膜への拡散係数が大きく、酸化されやすいた
め、これを防止する。
配線形成プロセスの一例について図３２〜図３７を参照
して説明する。なお、配線材料としてＣｕを用いた場合
について説明する。まず、図３２に示すように、たとえ
ば、図示しない不純物拡散領域が適宜形成されているシ
リコン等の半導体からなる基板３０１上に、たとえば、
シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜３０２を、たとえ
ば、減圧ＣＶＤ(Chemical Vapour Deposition)法により
形成する。次いで、図３３に示すように、基板３０１の
不純物拡散領域に通じるコンタクトホール３０３および
基板３０１の不純物拡散領域と電気的に接続される所定
パターンの配線が形成される溝３０４を公知のフォトリ
ソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて形成す
る。次いで、図３４に示すように、バリヤ膜３０５を層
間絶縁膜３０２の表面およびコンタクトホール３０３、
溝３０４内に形成する。このバリヤ膜３０５は、たとえ
ば、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、ＴｉＮ等の材料を公知のスパ
ッタ法により形成する。バリヤ膜３０５は、配線を構成
する材料が層間絶縁膜３０２中に拡散するのを防止する
ために設けられる。特に、配線材料がＣｕで層間絶縁膜
３０２がシリコン酸化膜のような場合には、Ｃｕはシリ
コン酸化膜への拡散係数が大きく、酸化されやすいた
め、これを防止する。
【０００４】次いで、図３５に示すように、バリヤ膜３
０５上に、シードＣｕ膜３０６を公知のスパッタ法によ
り所定の膜厚で形成し、次いで、図３６に示すように、
コンタクトホール３０３および溝３０４をＣｕで埋め込
むように、Ｃｕ膜３０７を形成する。Ｃｕ膜３０７は、
たとえば、メッキ法、ＣＶＤ法、スパッタ法等によって
形成する。次いで、図３７に示すように、層間絶縁膜３
０２上の余分なＣｕ膜３０７およびバリヤ膜３０５をＣ
ＭＰ法によって除去し、平坦化する。これによって、配
線３０８およびコンタクト３０９とが形成される。上記
したプロセスを配線３０８上で繰り返し行うことによ
り、多層配線を形成することができる。
０５上に、シードＣｕ膜３０６を公知のスパッタ法によ
り所定の膜厚で形成し、次いで、図３６に示すように、
コンタクトホール３０３および溝３０４をＣｕで埋め込
むように、Ｃｕ膜３０７を形成する。Ｃｕ膜３０７は、
たとえば、メッキ法、ＣＶＤ法、スパッタ法等によって
形成する。次いで、図３７に示すように、層間絶縁膜３
０２上の余分なＣｕ膜３０７およびバリヤ膜３０５をＣ
ＭＰ法によって除去し、平坦化する。これによって、配
線３０８およびコンタクト３０９とが形成される。上記
したプロセスを配線３０８上で繰り返し行うことによ
り、多層配線を形成することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したデ
ュアルダマシン法を用いた多層配線形成プロセスでは、
余分なＣｕ膜３０７およびバリヤ膜３０５をＣＭＰ法に
よって除去する工程において、層間絶縁膜３０２とＣｕ
膜３０７およびバリヤ膜３０５との除去性能が異なるこ
とから、配線３０８にディッシング、エロージョン（シ
ンニング）、リセス等が発生しやすいという不利益が存
在した。ディッシングは、図３８に示すように、たとえ
ば、０．１８μｍルールのデザインルールにおいて、た
とえば、１００μｍ程度のような幅の広い配線３０８が
存在した場合に、当該配線の中央部が過剰に除去されへ
こんでしまう現象であり、このディッシングが発生する
と配線３０８の断面積が不足するため、配線抵抗値不良
等の原因となる。このディッシングは、配線材料に比較
的軟質の銅やアルミニウムを用いた場合に発生しやす
い。エロージョンは、図３９に示すように、たとえば、
３０００μｍの範囲に１．０μｍの幅の配線が５０パー
セントの密度で形成されているようなパターン密度の高
い部分が過剰に除去されてしまう現象であり、エロージ
ョンが発生すると配線の断面積が不足するため、配線抵
抗値不良等の原因となる。リセスは、図４０に示すよう
に、層間絶縁膜３０２と配線３０８との境界で配線３０
８が低くなり段差ができてしまう現象であり、この場合
にも配線の断面積が不足するため、配線抵抗値不良等の
原因となる。さらに、余分なＣｕ膜３０７およびバリヤ
膜３０５をＣＭＰ法によって除去する工程では、Ｃｕ膜
３０７およびバリヤ膜３０５を効率的に除去する必要が
あり、単位時間当たりの除去量である研磨レートは、た
とえば、５００ｎｍ／ｍｉｎ以上となるように要求され
ている。この研磨レートを稼ぐためにはウェーハに対す
る加工圧力を大きくする必要があり、加工圧力を大きく
すると、図４１に示すように、配線表面にスクラッチＳ
ＣやケミカルダメージＣＤが発生しやすくなり、特に、
軟質のＣｕやアルミニウムでは発生しやすい。このた
め、配線のオープン、ショート、配線抵抗値不良等の不
具合の原因となり、また、加工圧力を大きくすると、上
記のディッシング、エロージョン、リセスの発生量も大
きくなるという不利益が存在した。
ュアルダマシン法を用いた多層配線形成プロセスでは、
余分なＣｕ膜３０７およびバリヤ膜３０５をＣＭＰ法に
よって除去する工程において、層間絶縁膜３０２とＣｕ
膜３０７およびバリヤ膜３０５との除去性能が異なるこ
とから、配線３０８にディッシング、エロージョン（シ
ンニング）、リセス等が発生しやすいという不利益が存
在した。ディッシングは、図３８に示すように、たとえ
ば、０．１８μｍルールのデザインルールにおいて、た
とえば、１００μｍ程度のような幅の広い配線３０８が
存在した場合に、当該配線の中央部が過剰に除去されへ
こんでしまう現象であり、このディッシングが発生する
と配線３０８の断面積が不足するため、配線抵抗値不良
等の原因となる。このディッシングは、配線材料に比較
的軟質の銅やアルミニウムを用いた場合に発生しやす
い。エロージョンは、図３９に示すように、たとえば、
３０００μｍの範囲に１．０μｍの幅の配線が５０パー
セントの密度で形成されているようなパターン密度の高
い部分が過剰に除去されてしまう現象であり、エロージ
ョンが発生すると配線の断面積が不足するため、配線抵
抗値不良等の原因となる。リセスは、図４０に示すよう
に、層間絶縁膜３０２と配線３０８との境界で配線３０
８が低くなり段差ができてしまう現象であり、この場合
にも配線の断面積が不足するため、配線抵抗値不良等の
原因となる。さらに、余分なＣｕ膜３０７およびバリヤ
膜３０５をＣＭＰ法によって除去する工程では、Ｃｕ膜
３０７およびバリヤ膜３０５を効率的に除去する必要が
あり、単位時間当たりの除去量である研磨レートは、た
とえば、５００ｎｍ／ｍｉｎ以上となるように要求され
ている。この研磨レートを稼ぐためにはウェーハに対す
る加工圧力を大きくする必要があり、加工圧力を大きく
すると、図４１に示すように、配線表面にスクラッチＳ
ＣやケミカルダメージＣＤが発生しやすくなり、特に、
軟質のＣｕやアルミニウムでは発生しやすい。このた
め、配線のオープン、ショート、配線抵抗値不良等の不
具合の原因となり、また、加工圧力を大きくすると、上
記のディッシング、エロージョン、リセスの発生量も大
きくなるという不利益が存在した。
【０００６】本発明は、上記した問題に鑑みてなされた
ものであって、たとえば、多層配線構造を有する半導体
装置の配線等の金属膜を研磨によって平坦化する際に、
初期凹凸を容易に平坦化でき、かつ余分な金属膜の除去
効率に優れ、ディッシング、エロージョン等の金属膜の
過剰な除去の発生を抑制可能な研磨装置および研磨方
法、半導体装置の製造方法を提供する。
ものであって、たとえば、多層配線構造を有する半導体
装置の配線等の金属膜を研磨によって平坦化する際に、
初期凹凸を容易に平坦化でき、かつ余分な金属膜の除去
効率に優れ、ディッシング、エロージョン等の金属膜の
過剰な除去の発生を抑制可能な研磨装置および研磨方
法、半導体装置の製造方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の研磨装置は、研
磨面を有し、導電性を有する研磨工具と、前記研磨工具
を所定の回転軸を中心に回転させ、かつ、保持する研磨
工具回転保持手段と、被研磨対象物を保持し所定の回転
軸を中心に回転させる回転保持手段と、前記研磨工具を
前記被研磨対象物に対向する方向の目標位置に移動位置
決めする移動位置決め手段と、前記被研磨対象物の被研
磨面と前記研磨工具の研磨面とを所定の平面に沿って相
対移動させる相対移動手段と、前記被研磨対象物の被研
磨面上に電解液を供給する電解液供給手段と、前記被研
磨対象物の被研磨面を陽極とし前記研磨工具を陰極とし
て、前記被研磨面から前記電解液を通じて前記研磨工具
に流れる電解電流を供給する電解電流供給手段とを有す
る。
磨面を有し、導電性を有する研磨工具と、前記研磨工具
を所定の回転軸を中心に回転させ、かつ、保持する研磨
工具回転保持手段と、被研磨対象物を保持し所定の回転
軸を中心に回転させる回転保持手段と、前記研磨工具を
前記被研磨対象物に対向する方向の目標位置に移動位置
決めする移動位置決め手段と、前記被研磨対象物の被研
磨面と前記研磨工具の研磨面とを所定の平面に沿って相
対移動させる相対移動手段と、前記被研磨対象物の被研
磨面上に電解液を供給する電解液供給手段と、前記被研
磨対象物の被研磨面を陽極とし前記研磨工具を陰極とし
て、前記被研磨面から前記電解液を通じて前記研磨工具
に流れる電解電流を供給する電解電流供給手段とを有す
る。
【０００８】また、本発明の研磨装置は、被研磨対象物
の被研磨面の全面に回転しながら接触する研磨面を有す
る研磨工具を備え、前記被研磨対象物を前記研磨面に回
転させながら接触させて平坦化研磨する研磨装置であっ
て、前記研磨面上に電解液を供給する電解液供給手段を
有し、前記研磨面に前記被研磨対象物の被研磨面に通電
可能な陽極電極および陰極電極を備え、前記電解液によ
る電解研磨と前記研磨面による機械研磨とを複合した電
解複合研磨によって前記被研磨対象物の被研磨面を平坦
化研磨する。
の被研磨面の全面に回転しながら接触する研磨面を有す
る研磨工具を備え、前記被研磨対象物を前記研磨面に回
転させながら接触させて平坦化研磨する研磨装置であっ
て、前記研磨面上に電解液を供給する電解液供給手段を
有し、前記研磨面に前記被研磨対象物の被研磨面に通電
可能な陽極電極および陰極電極を備え、前記電解液によ
る電解研磨と前記研磨面による機械研磨とを複合した電
解複合研磨によって前記被研磨対象物の被研磨面を平坦
化研磨する。
【０００９】本発明の研磨方法は、導電性の研磨工具の
研磨面と金属膜が少なくとも表面または内層に形成され
た被研磨対象物の表面とを電解液を介在させて押し付
け、前記研磨工具を陰極とし前記被研磨対象物の表面を
陽極として、前記被研磨対象物の表面から前記研磨工具
に前記電解液を通じて流れる電解電流を供給し、前記研
磨工具と前記被研磨対象物とを共に回転させながら所定
の平面に沿って相対移動させ、前記電解液よる電解研磨
および前記研磨面による機械研磨を複合した電解複合研
磨によって前記被研磨対象物に形成された金属膜を平坦
化する。
研磨面と金属膜が少なくとも表面または内層に形成され
た被研磨対象物の表面とを電解液を介在させて押し付
け、前記研磨工具を陰極とし前記被研磨対象物の表面を
陽極として、前記被研磨対象物の表面から前記研磨工具
に前記電解液を通じて流れる電解電流を供給し、前記研
磨工具と前記被研磨対象物とを共に回転させながら所定
の平面に沿って相対移動させ、前記電解液よる電解研磨
および前記研磨面による機械研磨を複合した電解複合研
磨によって前記被研磨対象物に形成された金属膜を平坦
化する。
【００１０】また、本発明の研磨方法は、被研磨対象物
に形成された金属膜の表面に当該金属膜の電解反応を妨
げる作用を発揮する不動態膜を形成する工程と、導電性
の研磨工具の研磨面と前記金属膜との間に電解液を介在
させて当該研磨面と金属膜とを押し付け、かつ、前記研
磨工具と前記金属膜と間に所定の電圧を印加する工程
と、前記研磨工具の研磨面と前記被研磨対象物の金属膜
とを所定の平面に沿って相対移動させ、前記金属膜のう
ち前記研磨工具の研磨面に対して突出した凸部上の不動
態膜を前記研磨工具の機械研磨によって選択的に除去す
る工程と、前記不動態膜が除去されて表面に露出した金
属膜の凸部を前記電解液による電解研磨作用によって除
去して前記金属膜を平坦化する工程とを有する。
に形成された金属膜の表面に当該金属膜の電解反応を妨
げる作用を発揮する不動態膜を形成する工程と、導電性
の研磨工具の研磨面と前記金属膜との間に電解液を介在
させて当該研磨面と金属膜とを押し付け、かつ、前記研
磨工具と前記金属膜と間に所定の電圧を印加する工程
と、前記研磨工具の研磨面と前記被研磨対象物の金属膜
とを所定の平面に沿って相対移動させ、前記金属膜のう
ち前記研磨工具の研磨面に対して突出した凸部上の不動
態膜を前記研磨工具の機械研磨によって選択的に除去す
る工程と、前記不動態膜が除去されて表面に露出した金
属膜の凸部を前記電解液による電解研磨作用によって除
去して前記金属膜を平坦化する工程とを有する。
【００１１】本発明の半導体装置の製造方法は、基板上
に形成された絶縁膜に配線を形成するための配線用溝を
形成する工程と、前記配線用溝を埋め込むように、前記
絶縁膜上に金属膜を堆積させる工程と、前記絶縁膜上に
堆積した金属膜の表面に当該金属膜の電解反応を妨げる
作用を発揮する不動態膜を形成する工程と、前記金属膜
に形成された不動態膜のうち、前記配線用溝の埋め込み
によって生じた前記金属膜の表面に存在する凸部上の不
動膜を機械研磨によって選択的に除去し、当該金属の凸
部を表面に露出させる工程と、前記露出した金属膜の凸
部を電解研磨によって除去し、前記配線用溝の埋め込み
によって生じた前記金属膜の表面の凹凸を平坦化する工
程とを有する。
に形成された絶縁膜に配線を形成するための配線用溝を
形成する工程と、前記配線用溝を埋め込むように、前記
絶縁膜上に金属膜を堆積させる工程と、前記絶縁膜上に
堆積した金属膜の表面に当該金属膜の電解反応を妨げる
作用を発揮する不動態膜を形成する工程と、前記金属膜
に形成された不動態膜のうち、前記配線用溝の埋め込み
によって生じた前記金属膜の表面に存在する凸部上の不
動膜を機械研磨によって選択的に除去し、当該金属の凸
部を表面に露出させる工程と、前記露出した金属膜の凸
部を電解研磨によって除去し、前記配線用溝の埋め込み
によって生じた前記金属膜の表面の凹凸を平坦化する工
程とを有する。
【００１２】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
前記表面が平坦化された金属膜の前記絶縁膜上に存在す
る余分な金属膜を電解研磨と機械研磨とを複合させた電
解複合研磨よって除去し、前記配線を形成する工程をさ
らに有する。
前記表面が平坦化された金属膜の前記絶縁膜上に存在す
る余分な金属膜を電解研磨と機械研磨とを複合させた電
解複合研磨よって除去し、前記配線を形成する工程をさ
らに有する。
【００１３】本発明の半導体装置の製造方法では、表面
に凹凸がある金属膜に不動態膜を形成し、不動態膜を機
械的に除去することで、金属膜の凸部が表面に露出す
る。この金属膜の凸部は残った不動態膜をマスクとして
電解液による電解作用によって選択的に溶出する。この
結果、金属膜の初期凹凸が平坦化される。また、初期凹
凸が平坦化された金属膜は、電解複合研磨によって高能
率に除去され、たとえば、配線を形成する際に絶縁膜上
に存在する余分な金属膜は高能率に除去される。余分な
金属膜が除去されて絶縁膜が露出すると、自動的にその
部分の電解作用が停止し、絶縁膜に形成された配線用溝
に埋め込まれた金属膜が過剰に除去されない。
に凹凸がある金属膜に不動態膜を形成し、不動態膜を機
械的に除去することで、金属膜の凸部が表面に露出す
る。この金属膜の凸部は残った不動態膜をマスクとして
電解液による電解作用によって選択的に溶出する。この
結果、金属膜の初期凹凸が平坦化される。また、初期凹
凸が平坦化された金属膜は、電解複合研磨によって高能
率に除去され、たとえば、配線を形成する際に絶縁膜上
に存在する余分な金属膜は高能率に除去される。余分な
金属膜が除去されて絶縁膜が露出すると、自動的にその
部分の電解作用が停止し、絶縁膜に形成された配線用溝
に埋め込まれた金属膜が過剰に除去されない。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。研磨装置の構成 図１は、本発明の一実施形態に係る研磨装置の構成を示
す図である。図２は図１に示す研磨装置の加工ヘッド部
の要部拡大図である。図１に示す研磨装置１は、加工ヘ
ッド部２と、電解電源６１と、研磨装置１全体を制御す
る機能を有するコントローラ５５と、スラリー供給装置
７１と、電解液供給装置８１とを備えている。なお、図
示しないが、研磨装置１は、クリーンルーム内に設置さ
れ、当該クリーンルーム内には被研磨対象物としてのウ
ェーハを収容したウェーハカセットを搬出入する搬出入
ポートが設けられている。さらに、この搬出入ポートを
通じてクリーンルーム内に搬入されたウェーハカセット
と研磨装置１との間でウェーハの受け渡しを行うウェー
ハ搬送ロボットが搬出入ポートと研磨装置１との間に設
置される。
て図面を参照して説明する。研磨装置の構成 図１は、本発明の一実施形態に係る研磨装置の構成を示
す図である。図２は図１に示す研磨装置の加工ヘッド部
の要部拡大図である。図１に示す研磨装置１は、加工ヘ
ッド部２と、電解電源６１と、研磨装置１全体を制御す
る機能を有するコントローラ５５と、スラリー供給装置
７１と、電解液供給装置８１とを備えている。なお、図
示しないが、研磨装置１は、クリーンルーム内に設置さ
れ、当該クリーンルーム内には被研磨対象物としてのウ
ェーハを収容したウェーハカセットを搬出入する搬出入
ポートが設けられている。さらに、この搬出入ポートを
通じてクリーンルーム内に搬入されたウェーハカセット
と研磨装置１との間でウェーハの受け渡しを行うウェー
ハ搬送ロボットが搬出入ポートと研磨装置１との間に設
置される。
【００１５】加工ヘッド部２は、研磨工具３を保持し回
転させ、研磨工具３を保持する研磨工具保持部１１と、
研磨工具保持部１１をＺ軸方向の目標位置に位置決めす
るＺ軸位置決め機構部３１と、被研磨対象物としてのウ
ェハＷを保持し回転させＸ軸方向に移動するＸ軸移動機
構部４１とを備える。なお、研磨工具保持部１１が本発
明の研磨工具回転保持手段の一具体例に対応しており、
Ｘ軸移動機構部４１が本発明の回転保持手段および相対
移動手段の一具体例に対応しており、Ｚ軸位置決め機構
部３１は本発明の移動位置決め手段の一具体例に対応し
ている。
転させ、研磨工具３を保持する研磨工具保持部１１と、
研磨工具保持部１１をＺ軸方向の目標位置に位置決めす
るＺ軸位置決め機構部３１と、被研磨対象物としてのウ
ェハＷを保持し回転させＸ軸方向に移動するＸ軸移動機
構部４１とを備える。なお、研磨工具保持部１１が本発
明の研磨工具回転保持手段の一具体例に対応しており、
Ｘ軸移動機構部４１が本発明の回転保持手段および相対
移動手段の一具体例に対応しており、Ｚ軸位置決め機構
部３１は本発明の移動位置決め手段の一具体例に対応し
ている。
【００１６】Ｚ軸位置決め機構部３１は、図示しないコ
ラムに固定されたＺ軸サーボモータ１８と、保持装置１
２および主軸モータ１３に連結され、Ｚ軸サーボモータ
１８に接続されたボールネジ軸１８ａに螺合するネジ部
が形成されたＺ軸スライダ１６と、Ｚ軸スライダ１６を
Ｚ軸方向に移動自在に保持する図示しないコラムに設置
されたガイドレール１７とを有する。
ラムに固定されたＺ軸サーボモータ１８と、保持装置１
２および主軸モータ１３に連結され、Ｚ軸サーボモータ
１８に接続されたボールネジ軸１８ａに螺合するネジ部
が形成されたＺ軸スライダ１６と、Ｚ軸スライダ１６を
Ｚ軸方向に移動自在に保持する図示しないコラムに設置
されたガイドレール１７とを有する。
【００１７】Ｚ軸サーボモータ１８は、Ｚ軸サーボモー
タ１８に接続されたＺ軸ドライバ５２から駆動電流が供
給されて回転駆動される。ボールネジ軸１８ａは、Ｚ軸
方向方向に沿って設けられ、一端がＺ軸サーボモータ１
８に接続され、他端は、上記の図示しないコラムに設け
られた保持部材によって回転自在に保持されている。こ
れにより、Ｚ軸位置決め機構部３１は、Ｚ軸サーボモー
タ１８の駆動によって、研磨工具保持部１１に保持され
た研磨工具３をＺ軸方向の任意の位置に移動位置決めす
る。Ｚ軸位置決め機構部３１の位置決め精度は、たとえ
ば、分解能０．１μｍ程度としている。
タ１８に接続されたＺ軸ドライバ５２から駆動電流が供
給されて回転駆動される。ボールネジ軸１８ａは、Ｚ軸
方向方向に沿って設けられ、一端がＺ軸サーボモータ１
８に接続され、他端は、上記の図示しないコラムに設け
られた保持部材によって回転自在に保持されている。こ
れにより、Ｚ軸位置決め機構部３１は、Ｚ軸サーボモー
タ１８の駆動によって、研磨工具保持部１１に保持され
た研磨工具３をＺ軸方向の任意の位置に移動位置決めす
る。Ｚ軸位置決め機構部３１の位置決め精度は、たとえ
ば、分解能０．１μｍ程度としている。
【００１８】Ｘ軸移動機構４１は、ウェハＷをチャキン
グするウェハテーブル４２と、ウェハテーブル４２を回
転自在に保持する保持装置４５と、ウェハテーブル４２
を回転させる駆動力を供給する駆動モータ４４と、駆動
モータ４４と保持装置４５の回転軸とを連結するベルト
４６と、保持装置４５に設けられた加工パン４７と、駆
動モータ４４および保持装置４５が設置されたＸ軸スラ
イダ４８と、図示しない架台に基台されたＸ軸サーボモ
ータ４９と、Ｘ軸サーボモータ４９に接続されたボール
ネジ軸４９ａと、Ｘ軸スライダ４８に連結されボールネ
ジ軸４９ａに螺合するネジ部が形成された可動部材４９
ｂとを有する。
グするウェハテーブル４２と、ウェハテーブル４２を回
転自在に保持する保持装置４５と、ウェハテーブル４２
を回転させる駆動力を供給する駆動モータ４４と、駆動
モータ４４と保持装置４５の回転軸とを連結するベルト
４６と、保持装置４５に設けられた加工パン４７と、駆
動モータ４４および保持装置４５が設置されたＸ軸スラ
イダ４８と、図示しない架台に基台されたＸ軸サーボモ
ータ４９と、Ｘ軸サーボモータ４９に接続されたボール
ネジ軸４９ａと、Ｘ軸スライダ４８に連結されボールネ
ジ軸４９ａに螺合するネジ部が形成された可動部材４９
ｂとを有する。
【００１９】ウェハテーブル４２は、たとえば、真空吸
着手段によってウェハＷを吸着する。加工パン４７は、
使用済の電解液や、スラリー等の液体を回収するために
設けられている。駆動モータ４４は、テーブルドライバ
５３から駆動電流が供給されることによって駆動され、
この駆動電流を制御することでウェハテーブル４２を所
定の回転数で回転させることができる。Ｘ軸サーボモー
タ４９は、Ｘ軸サーボモータ４９に接続されたＸ軸ドラ
イバ５４から供給される駆動電流によって回転駆動し、
Ｘ軸スライダ４８がボールネジ軸４９ａおよび可動部材
４９ｂを介してＸ軸方向に駆動する。このとき、Ｘ軸サ
ーボモータ４９に供給する駆動電流を制御することによ
って、ウェーハテーブル４２のＸ軸方向の速度制御が可
能となる。
着手段によってウェハＷを吸着する。加工パン４７は、
使用済の電解液や、スラリー等の液体を回収するために
設けられている。駆動モータ４４は、テーブルドライバ
５３から駆動電流が供給されることによって駆動され、
この駆動電流を制御することでウェハテーブル４２を所
定の回転数で回転させることができる。Ｘ軸サーボモー
タ４９は、Ｘ軸サーボモータ４９に接続されたＸ軸ドラ
イバ５４から供給される駆動電流によって回転駆動し、
Ｘ軸スライダ４８がボールネジ軸４９ａおよび可動部材
４９ｂを介してＸ軸方向に駆動する。このとき、Ｘ軸サ
ーボモータ４９に供給する駆動電流を制御することによ
って、ウェーハテーブル４２のＸ軸方向の速度制御が可
能となる。
【００２０】図２は、研磨工具保持部１１の内部構造の
一例を示す図である。研磨工具保持部１１は、研磨工具
３と、研磨工具３を保持するフランジ部材４と、フラン
ジ部材４を回転自在に保持する保持装置１２と、保持装
置１２に保持された主軸１２ａと接続され当該主軸１２
ａを回転させる主軸モータ１３と、主軸モータ１３上に
設けられたシリンダ装置１４とを備える。
一例を示す図である。研磨工具保持部１１は、研磨工具
３と、研磨工具３を保持するフランジ部材４と、フラン
ジ部材４を回転自在に保持する保持装置１２と、保持装
置１２に保持された主軸１２ａと接続され当該主軸１２
ａを回転させる主軸モータ１３と、主軸モータ１３上に
設けられたシリンダ装置１４とを備える。
【００２１】主軸モータ１３は、たとえば、ダイレクト
ドライブモータからなり、このダイレクトドライブモー
タの図示しないロータは、保持装置１２に保持された主
軸１２ａに連結されている。また、主軸モータ１３は中
心部にシリンダ装置１４のピストンロッド１４ｂが挿入
される貫通孔を有している。主軸モータ１３は、主軸ド
ライバ５１から供給される駆動電流によって駆動され
る。
ドライブモータからなり、このダイレクトドライブモー
タの図示しないロータは、保持装置１２に保持された主
軸１２ａに連結されている。また、主軸モータ１３は中
心部にシリンダ装置１４のピストンロッド１４ｂが挿入
される貫通孔を有している。主軸モータ１３は、主軸ド
ライバ５１から供給される駆動電流によって駆動され
る。
【００２２】保持装置１２は、たとえば、エアベアリン
グを備えており、このエアベアリングで主軸１２ａを回
転自在に保持している。保持装置１２の主軸１２ａも中
心部にシリンダ装置１４のピストンロッド１４ｂが挿入
される貫通孔を有している。
グを備えており、このエアベアリングで主軸１２ａを回
転自在に保持している。保持装置１２の主軸１２ａも中
心部にシリンダ装置１４のピストンロッド１４ｂが挿入
される貫通孔を有している。
【００２３】フランジ部材４は、金属材料から形成され
ており、保持装置１２の主軸１２ａに連結され、底部に
開口部４ａを備え、下端面４ｂに研磨工具３が固着され
ている。フランジ部材４の上端面４ｃ側は保持装置１２
に保持された主軸１２ａに連結されており、主軸１２ａ
の回転によってフランジ部材４も回転する。フランジ部
材４の上端面４ｃは、主軸モータ１３および保持装置１
２の側面に設けられた導電性の通電部材２８に固定され
た通電ブラシ２７と接触しており、通電ブラシ２７とフ
ランジ部材４とは電気的に接続されている。
ており、保持装置１２の主軸１２ａに連結され、底部に
開口部４ａを備え、下端面４ｂに研磨工具３が固着され
ている。フランジ部材４の上端面４ｃ側は保持装置１２
に保持された主軸１２ａに連結されており、主軸１２ａ
の回転によってフランジ部材４も回転する。フランジ部
材４の上端面４ｃは、主軸モータ１３および保持装置１
２の側面に設けられた導電性の通電部材２８に固定され
た通電ブラシ２７と接触しており、通電ブラシ２７とフ
ランジ部材４とは電気的に接続されている。
【００２４】シリンダ装置１４は、主軸モータ１３のケ
ース上に固定されており、ピストン１４ａを内蔵してお
り、ピストン１４ａは、たとえば、シリンダ装置１４内
に供給される空気圧によって矢印Ａ１およびＡ２のいず
れかの向きに駆動される。このピストン１４ａには、ピ
ストンロッド１４ｂが連結されており、ピストンロッド
１４ｂは、主軸モータ１３および保持装置１２の中心を
通って、フランジ部材４の開口部４ａから突き出てい
る。ピストンロッド１４ｂの先端には、押圧部材２１が
連結されており、この押圧部材２１はピストンロッド１
４ｂに対して所定の範囲で姿勢変更が可能な連結機構に
よって連結されている。押圧部材２１は、対向する位置
に配置された絶縁板２２の開口２２ａの周縁部に当接可
能となっており、ピストンロッド１４ｂの矢印Ａ２方向
への駆動によって絶縁板２２を押圧する。
ース上に固定されており、ピストン１４ａを内蔵してお
り、ピストン１４ａは、たとえば、シリンダ装置１４内
に供給される空気圧によって矢印Ａ１およびＡ２のいず
れかの向きに駆動される。このピストン１４ａには、ピ
ストンロッド１４ｂが連結されており、ピストンロッド
１４ｂは、主軸モータ１３および保持装置１２の中心を
通って、フランジ部材４の開口部４ａから突き出てい
る。ピストンロッド１４ｂの先端には、押圧部材２１が
連結されており、この押圧部材２１はピストンロッド１
４ｂに対して所定の範囲で姿勢変更が可能な連結機構に
よって連結されている。押圧部材２１は、対向する位置
に配置された絶縁板２２の開口２２ａの周縁部に当接可
能となっており、ピストンロッド１４ｂの矢印Ａ２方向
への駆動によって絶縁板２２を押圧する。
【００２５】シリンダ装置１４のピストンロッド１４ｂ
の中心部には、貫通孔が形成されており、貫通孔内に通
電軸２０が挿入され、ピストンロッド１４ｂに対して固
定されている。通電軸２０は、導電性材料から形成され
ており、上端側はシリンダ装置１４のピストン１４ａを
貫通してシリンダ装置１４上に設けられたロータリジョ
イント１５まで伸びており、下端側は、ピストンロッド
１４ｂおよび押圧部材２１を貫通して電極板２３まで伸
びており、電極板２３に接続されている。
の中心部には、貫通孔が形成されており、貫通孔内に通
電軸２０が挿入され、ピストンロッド１４ｂに対して固
定されている。通電軸２０は、導電性材料から形成され
ており、上端側はシリンダ装置１４のピストン１４ａを
貫通してシリンダ装置１４上に設けられたロータリジョ
イント１５まで伸びており、下端側は、ピストンロッド
１４ｂおよび押圧部材２１を貫通して電極板２３まで伸
びており、電極板２３に接続されている。
【００２６】通電軸２０は、中心部に貫通孔が形成され
ており、この貫通孔が化学研磨剤（スラリー）および電
解液をウェーハＷ上に供給する供給ノズルとなってい
る。また、通電軸２０は、ロータリジョイント１５と、
電極板２３とを電気的に接続する役割を果たしている。
ており、この貫通孔が化学研磨剤（スラリー）および電
解液をウェーハＷ上に供給する供給ノズルとなってい
る。また、通電軸２０は、ロータリジョイント１５と、
電極板２３とを電気的に接続する役割を果たしている。
【００２７】通電軸２０の上端部に接続されたロータリ
ジョイント１５は、電解電極６１のプラス極と電気的に
接続されており、このロータリジョイント１５は通電軸
２０が回転しても通電軸２０への通電を維持する。すな
わち、通電軸２０は回転してもロータリジョイント１５
によって電解電極６１からプラスの電位が印加される。
ジョイント１５は、電解電極６１のプラス極と電気的に
接続されており、このロータリジョイント１５は通電軸
２０が回転しても通電軸２０への通電を維持する。すな
わち、通電軸２０は回転してもロータリジョイント１５
によって電解電極６１からプラスの電位が印加される。
【００２８】通電軸２０の下端部に接続された電極板２
３は、金属材料からなり、特に、ウェーハＷに形成され
る金属膜より貴なる金属で形成されている。電極板２３
は、上面側が絶縁板２２に保持されており、電極板２３
の外周部は絶縁板２２に嵌合しており、下面側にはスク
ラブ部材２４が貼着されている。
３は、金属材料からなり、特に、ウェーハＷに形成され
る金属膜より貴なる金属で形成されている。電極板２３
は、上面側が絶縁板２２に保持されており、電極板２３
の外周部は絶縁板２２に嵌合しており、下面側にはスク
ラブ部材２４が貼着されている。
【００２９】ここで、図３（ａ）は電極板２３の構造の
一例を示す下面図であり、図３（ｂ）は電極板２３と、
通電軸２０、スクラブ部材２４および絶縁部材４との位
置関係を示す断面図である。図３（ａ）に示すように、
電極板２３の中央部には円形の開口部２３ａが設けられ
ており、この開口部２３ａを中心に電極板２３の半径方
向に放射状に伸びる複数の溝部２３ｂが形成されてい
る。また、図３（ｂ）に示すように、電極板２３の開口
部２３ａには、通電軸２０の下端部が嵌合固着されてい
る。このような構成とすることで、通電軸２０の中心部
に形成された供給ノズル２０ａを通じて供給されるスラ
リーおよび電解液が溝部２３ｂを通じてスクラブ部材２
４の全面に拡散するようになっている。すなわち、電極
板２３と、通電軸２０、スクラブ部材２４および絶縁部
材４が回転しながら、スラリーおよび電解液が通電軸２
０の中心部に形成された供給ノズル２０ａを通じてスク
ラブ部材２４の上側面に供給されると、スクラブ部材２
４の上側面全体にスラリーおよび電解液が広がる。な
お、スクラブ部材２４および通電軸２０の供給ノズル２
０ａが本発明の研磨剤供給手段および電解液供給手段の
一具体例に対応している。また、電極板２３、通電軸２
０およびロータリジョイント１５が本発明の通電手段の
一具体例に対応している。
一例を示す下面図であり、図３（ｂ）は電極板２３と、
通電軸２０、スクラブ部材２４および絶縁部材４との位
置関係を示す断面図である。図３（ａ）に示すように、
電極板２３の中央部には円形の開口部２３ａが設けられ
ており、この開口部２３ａを中心に電極板２３の半径方
向に放射状に伸びる複数の溝部２３ｂが形成されてい
る。また、図３（ｂ）に示すように、電極板２３の開口
部２３ａには、通電軸２０の下端部が嵌合固着されてい
る。このような構成とすることで、通電軸２０の中心部
に形成された供給ノズル２０ａを通じて供給されるスラ
リーおよび電解液が溝部２３ｂを通じてスクラブ部材２
４の全面に拡散するようになっている。すなわち、電極
板２３と、通電軸２０、スクラブ部材２４および絶縁部
材４が回転しながら、スラリーおよび電解液が通電軸２
０の中心部に形成された供給ノズル２０ａを通じてスク
ラブ部材２４の上側面に供給されると、スクラブ部材２
４の上側面全体にスラリーおよび電解液が広がる。な
お、スクラブ部材２４および通電軸２０の供給ノズル２
０ａが本発明の研磨剤供給手段および電解液供給手段の
一具体例に対応している。また、電極板２３、通電軸２
０およびロータリジョイント１５が本発明の通電手段の
一具体例に対応している。
【００３０】電極板２３の下面に貼着されたスクラブ部
材２４は、電解液およびスラリーを吸収し、これらを上
側面から下側面に通過させることができる材料から形成
されている。また、このスクラブ部材２４は、ウェーハ
Ｗに対向する面がウェーハＷに接触してウェーハＷをス
クラブする面となっており、ウェーハＷ表面にスクラッ
チ等を発生させないように、たとえば、柔らかいブラシ
状の材料、スポンジ状の材料、多孔質状の材料等から形
成される。たとえば、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、エ
ポキシ樹脂、ポリビニルアセタール（ＰＶＡ）などの樹
脂からなる多孔質体が挙げられる。
材２４は、電解液およびスラリーを吸収し、これらを上
側面から下側面に通過させることができる材料から形成
されている。また、このスクラブ部材２４は、ウェーハ
Ｗに対向する面がウェーハＷに接触してウェーハＷをス
クラブする面となっており、ウェーハＷ表面にスクラッ
チ等を発生させないように、たとえば、柔らかいブラシ
状の材料、スポンジ状の材料、多孔質状の材料等から形
成される。たとえば、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、エ
ポキシ樹脂、ポリビニルアセタール（ＰＶＡ）などの樹
脂からなる多孔質体が挙げられる。
【００３１】絶縁板２２は、たとえば、セラミクス等の
絶縁材料から形成されており、この絶縁板２２は複数の
棒状の連結部材２６によって保持装置１２の主軸１２ａ
に連結されている。連結部材２６は、絶縁板２２の中心
軸から所定の半径位置に等間隔に配置されており、保持
装置１２の主軸１２ａに対して移動自在に保持されてい
る。このため、絶縁板２２は主軸１２ａの軸方向に移動
可能である。また、絶縁板２２と主軸１２ａとの間に
は、各連結部材２６に対応して、たとえば、コイルスプ
リングからなる弾性部材２５で接続されている。
絶縁材料から形成されており、この絶縁板２２は複数の
棒状の連結部材２６によって保持装置１２の主軸１２ａ
に連結されている。連結部材２６は、絶縁板２２の中心
軸から所定の半径位置に等間隔に配置されており、保持
装置１２の主軸１２ａに対して移動自在に保持されてい
る。このため、絶縁板２２は主軸１２ａの軸方向に移動
可能である。また、絶縁板２２と主軸１２ａとの間に
は、各連結部材２６に対応して、たとえば、コイルスプ
リングからなる弾性部材２５で接続されている。
【００３２】絶縁板２２を保持装置１２の主軸１２ａに
対して移動自在にし、絶縁板２２と主軸１２ａとを弾性
部材２５で連結する構成とすることにより、シリンダ装
置１４に高圧エアを供給してピストンロッド１４ｂを矢
印Ａ２の向きに下降させると、押圧部材２１が弾性部材
２５の復元力に逆らって絶縁板２２を下方に押し下げ、
これとともにスクラブ部材２４も下降する。この状態か
らシリンダ装置１４への高圧エアの供給を停止すると、
弾性部材２５の復元力によって、絶縁板２２は上昇し、
これとともにスクラブ部材２４も上昇する。
対して移動自在にし、絶縁板２２と主軸１２ａとを弾性
部材２５で連結する構成とすることにより、シリンダ装
置１４に高圧エアを供給してピストンロッド１４ｂを矢
印Ａ２の向きに下降させると、押圧部材２１が弾性部材
２５の復元力に逆らって絶縁板２２を下方に押し下げ、
これとともにスクラブ部材２４も下降する。この状態か
らシリンダ装置１４への高圧エアの供給を停止すると、
弾性部材２５の復元力によって、絶縁板２２は上昇し、
これとともにスクラブ部材２４も上昇する。
【００３３】研磨工具３は、フランジ部材４の環状の下
端面４ｂに固着されている。この研磨工具３は、ホイー
ル状に形成されており、下端面に環状の研磨面３ａを備
えている。研磨工具３は、導電性を有しており、好まし
くは、比較的軟質性の材料で形成する。たとえば、バイ
ンダマトリクス（結合剤）自体が導電性を持つカーボン
や、あるいは、焼結銅、メタルコンパウンド等の導電性
材料を含有するウレタン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ
樹脂、ポリビニルアセタール（ＰＶＡ）などの樹脂から
なる多孔質体から形成することができる。研磨工具３
は、導電性を有するフランジ部材４に直接接続され、フ
ランジ部材４に接触する通電ブラシ２７から通電され
る。すなわち、主軸モータ１３および保持装置１２の側
面に設けられた導電性の通電部材２８は、電解電源６１
のマイナス極と電気的に接続され、通電部材２８に設け
られた通電ブラシ２７はフランジ部材４の上端面４ｃに
接触しており、これにより、研磨工具３は電解電源６１
と通電部材２８、通電ブラシ２７およびフランジ部材４
を介して電気的に接続されている。
端面４ｂに固着されている。この研磨工具３は、ホイー
ル状に形成されており、下端面に環状の研磨面３ａを備
えている。研磨工具３は、導電性を有しており、好まし
くは、比較的軟質性の材料で形成する。たとえば、バイ
ンダマトリクス（結合剤）自体が導電性を持つカーボン
や、あるいは、焼結銅、メタルコンパウンド等の導電性
材料を含有するウレタン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ
樹脂、ポリビニルアセタール（ＰＶＡ）などの樹脂から
なる多孔質体から形成することができる。研磨工具３
は、導電性を有するフランジ部材４に直接接続され、フ
ランジ部材４に接触する通電ブラシ２７から通電され
る。すなわち、主軸モータ１３および保持装置１２の側
面に設けられた導電性の通電部材２８は、電解電源６１
のマイナス極と電気的に接続され、通電部材２８に設け
られた通電ブラシ２７はフランジ部材４の上端面４ｃに
接触しており、これにより、研磨工具３は電解電源６１
と通電部材２８、通電ブラシ２７およびフランジ部材４
を介して電気的に接続されている。
【００３４】研磨工具３は、たとえば、図４に示すよう
に、研磨面３ａは中心軸に対して微小な角度で傾斜して
いる。また、保持部材１２の主軸１２ａもウェーハＷの
主面に対して研磨面３ａの傾斜と同様に傾斜している。
たとえば、保持部材１２のＺ軸スライダ１６への取り付
け姿勢を調整することで主軸１２ａの微小な傾斜をつく
り出すことができる。このように、研磨工具３の中心軸
がウェーハＷの主面に対して微小角度で傾斜しているこ
とにより、研磨工具３の研磨面３ａを所定の加工圧力Ｆ
でウェーハＷに押し付けた際に、研磨面３ａのウェーハ
Ｗに対する実効的な作用領域Ｓが図４に示すように、研
磨工具３の半径方向に伸びる直線状の領域となる。この
ため、ウェーハＷを研磨工具３に対してＸ軸方向に移動
させて研磨下降を行う際に、図５（ａ）の状態から図５
（ｂ）に移動する間、実効的な作用領域Ｓの面積は略一
定となる。本実施形態に係る研磨装置１では、研磨工具
３の研磨面３ａの一部を部分的にウェーハＷの表面に作
用させ、実効的作用領域ＳをウェーハＷの表面に均一に
走査させてウェーハＷの全面を均一に研磨する。
に、研磨面３ａは中心軸に対して微小な角度で傾斜して
いる。また、保持部材１２の主軸１２ａもウェーハＷの
主面に対して研磨面３ａの傾斜と同様に傾斜している。
たとえば、保持部材１２のＺ軸スライダ１６への取り付
け姿勢を調整することで主軸１２ａの微小な傾斜をつく
り出すことができる。このように、研磨工具３の中心軸
がウェーハＷの主面に対して微小角度で傾斜しているこ
とにより、研磨工具３の研磨面３ａを所定の加工圧力Ｆ
でウェーハＷに押し付けた際に、研磨面３ａのウェーハ
Ｗに対する実効的な作用領域Ｓが図４に示すように、研
磨工具３の半径方向に伸びる直線状の領域となる。この
ため、ウェーハＷを研磨工具３に対してＸ軸方向に移動
させて研磨下降を行う際に、図５（ａ）の状態から図５
（ｂ）に移動する間、実効的な作用領域Ｓの面積は略一
定となる。本実施形態に係る研磨装置１では、研磨工具
３の研磨面３ａの一部を部分的にウェーハＷの表面に作
用させ、実効的作用領域ＳをウェーハＷの表面に均一に
走査させてウェーハＷの全面を均一に研磨する。
【００３５】電解電源６１は、上記したロータリジョイ
ント１５と通電ブラシ１２との間に所定の電圧を印加す
る装置である。ロータリジョイント１５と通電ブラシ１
２との間に電圧を印加することによって、研磨工具３と
スクラブ部材２４との間には電位差が発生する。電解電
源６１には、常に一定の電圧を出力する定電圧電源では
なく、好ましくは、電圧を一定周期でパルス状に出力す
る、たとえば、スイッチング・レギュレータ回路を内蔵
した直流電源を使用する。具体的には、パルス状の電圧
を一定周期で出力し、パルス幅を適宜変更可能な電源を
使用する。一例としては、出力電圧がＤＣ１５０Ｖ、最
大出力電流が２〜３Ａ、パルス幅が１，２，５，１０，
２０，５０μｓのいずれかに変更可能なものを使用し
た。上記のような幅が短いパルス状の電圧出力とするの
は、１パルス当たりの電解溶出量を非常に小さくするた
めである。すなわち、ウェーハＷの表面に形成された金
属膜の凹凸や接触した場合などにみられる極間距離の急
変による放電、気泡やパーティクルなどが介在した場合
におこる電気抵抗の急変によるスパーク放電など、金属
膜の突発的なクレータ状の巨大溶出を防止、あるいは、
できる限り抑制する小さなものの連続にするために有効
である。また、出力電流に比して出力電圧が比較的高い
ため、極間距離の設定にある程度のマージンを設定する
事ができる。すなわち、極間距離が多少変わっても出力
電圧が高いため電流値変化は小さい。
ント１５と通電ブラシ１２との間に所定の電圧を印加す
る装置である。ロータリジョイント１５と通電ブラシ１
２との間に電圧を印加することによって、研磨工具３と
スクラブ部材２４との間には電位差が発生する。電解電
源６１には、常に一定の電圧を出力する定電圧電源では
なく、好ましくは、電圧を一定周期でパルス状に出力す
る、たとえば、スイッチング・レギュレータ回路を内蔵
した直流電源を使用する。具体的には、パルス状の電圧
を一定周期で出力し、パルス幅を適宜変更可能な電源を
使用する。一例としては、出力電圧がＤＣ１５０Ｖ、最
大出力電流が２〜３Ａ、パルス幅が１，２，５，１０，
２０，５０μｓのいずれかに変更可能なものを使用し
た。上記のような幅が短いパルス状の電圧出力とするの
は、１パルス当たりの電解溶出量を非常に小さくするた
めである。すなわち、ウェーハＷの表面に形成された金
属膜の凹凸や接触した場合などにみられる極間距離の急
変による放電、気泡やパーティクルなどが介在した場合
におこる電気抵抗の急変によるスパーク放電など、金属
膜の突発的なクレータ状の巨大溶出を防止、あるいは、
できる限り抑制する小さなものの連続にするために有効
である。また、出力電流に比して出力電圧が比較的高い
ため、極間距離の設定にある程度のマージンを設定する
事ができる。すなわち、極間距離が多少変わっても出力
電圧が高いため電流値変化は小さい。
【００３６】電解電源６１には、本発明の電流検出手段
としての電流計６２を備えており、この電流計６２は、
電解電源６１に流れる電解電流をモニタするために設け
られており、モニタした電流値信号６２ｓをコントーラ
５５に出力する。また、電解電源６１は、本発明の抵抗
値検出手段としての抵抗計６３を備えており、この抵抗
計６３は電解電源６１に流れる電流に基づいて、ウェー
ハＷの表面を経由した研磨工具３と電極板２３との間の
電気抵抗をモニタリングするために設けられており、モ
ニタリングした電気抵抗値信号６３ｓをコントーラ５５
に出力する。
としての電流計６２を備えており、この電流計６２は、
電解電源６１に流れる電解電流をモニタするために設け
られており、モニタした電流値信号６２ｓをコントーラ
５５に出力する。また、電解電源６１は、本発明の抵抗
値検出手段としての抵抗計６３を備えており、この抵抗
計６３は電解電源６１に流れる電流に基づいて、ウェー
ハＷの表面を経由した研磨工具３と電極板２３との間の
電気抵抗をモニタリングするために設けられており、モ
ニタリングした電気抵抗値信号６３ｓをコントーラ５５
に出力する。
【００３７】スラリー供給装置７１は、スラリーを上記
の通電軸２０の供給ノズル２０ａに供給する。スラリー
としては、金属膜の研磨用として、たとえば、過酸化水
素、硝酸鉄、ヨウ素酸カリウム等をベースとした酸化力
のある水溶液に酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化セ
リウム、シリカ、酸化ゲルマニウム等を研磨砥粒として
含有させたものを使用する。また、研磨砥粒は、分散性
を良くしてコロイド状態を保持するために予め正に帯電
させておく。
の通電軸２０の供給ノズル２０ａに供給する。スラリー
としては、金属膜の研磨用として、たとえば、過酸化水
素、硝酸鉄、ヨウ素酸カリウム等をベースとした酸化力
のある水溶液に酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化セ
リウム、シリカ、酸化ゲルマニウム等を研磨砥粒として
含有させたものを使用する。また、研磨砥粒は、分散性
を良くしてコロイド状態を保持するために予め正に帯電
させておく。
【００３８】電解液供給装置８１は、電解液ＥＬを加工
ヘッド部１１に供給する。電解液ＥＬは、溶媒とイオン
的に分離した溶質とからなる溶液である。この電解液と
して、たとえば、硝酸塩あるいは塩化物系に還元剤を調
整した水溶液を使用することができる。
ヘッド部１１に供給する。電解液ＥＬは、溶媒とイオン
的に分離した溶質とからなる溶液である。この電解液と
して、たとえば、硝酸塩あるいは塩化物系に還元剤を調
整した水溶液を使用することができる。
【００３９】コントローラ５５は、研磨装置１の全体を
制御する機能を有し、具体的には、主軸ドライバ５１に
対して制御信号５１ｓを出力して研磨工具３の回転数を
制御し、Ｚ軸ドライバ５２に対して制御信号５２ｓを出
力して研磨工具３のＺ軸方向の位置決め制御を行い、テ
ーブルドライバ５３に対して制御信号５３ｓを出力して
ウェーハＷの回転数を制御し、Ｘ軸ドライバ５４に対し
て制御信号５４ｓを出力して、ウェーハＷのＸ軸方向の
速度制御を行う。また、コントローラ５５は、電解液供
給装置８１およびスラリー供給装置７１の動作を制御
し、加工ヘッド部２への電解液ＥＬおよびスラリーＳＬ
の供給動作を制御する。
制御する機能を有し、具体的には、主軸ドライバ５１に
対して制御信号５１ｓを出力して研磨工具３の回転数を
制御し、Ｚ軸ドライバ５２に対して制御信号５２ｓを出
力して研磨工具３のＺ軸方向の位置決め制御を行い、テ
ーブルドライバ５３に対して制御信号５３ｓを出力して
ウェーハＷの回転数を制御し、Ｘ軸ドライバ５４に対し
て制御信号５４ｓを出力して、ウェーハＷのＸ軸方向の
速度制御を行う。また、コントローラ５５は、電解液供
給装置８１およびスラリー供給装置７１の動作を制御
し、加工ヘッド部２への電解液ＥＬおよびスラリーＳＬ
の供給動作を制御する。
【００４０】また、コントローラ５５は、電解電源６１
の出力電圧、出力パルスの周波数、出力パルスの幅等を
制御可能となっている。また、コントローラ５５には、
電解電源６１の電流計６２および抵抗計６３からの電流
値信号６２ｓおよび電気抵抗値信号６３ｓが入力され
る。コントローラ５５は、これら電流値信号６２ｓおよ
び電気抵抗値信号６３ｓに基づいて、研磨装置１の動作
を制御可能となっている。具体的には、電流値信号６２
ｓから得られた電解電流が一定となるように、電流値信
号６２ｓをフィードバック信号としてＺ軸サーボモータ
１８の制御したり、電流値信号６２ｓまたは電気抵抗値
信号６３ｓで特定される電流値、電気抵抗値の値に基づ
いて、研磨加工を停止させるように研磨装置１の動作を
制御する。
の出力電圧、出力パルスの周波数、出力パルスの幅等を
制御可能となっている。また、コントローラ５５には、
電解電源６１の電流計６２および抵抗計６３からの電流
値信号６２ｓおよび電気抵抗値信号６３ｓが入力され
る。コントローラ５５は、これら電流値信号６２ｓおよ
び電気抵抗値信号６３ｓに基づいて、研磨装置１の動作
を制御可能となっている。具体的には、電流値信号６２
ｓから得られた電解電流が一定となるように、電流値信
号６２ｓをフィードバック信号としてＺ軸サーボモータ
１８の制御したり、電流値信号６２ｓまたは電気抵抗値
信号６３ｓで特定される電流値、電気抵抗値の値に基づ
いて、研磨加工を停止させるように研磨装置１の動作を
制御する。
【００４１】コントローラ５５に接続されたコントロー
ルパネル５６は、オペレータが各種のデータを入力した
り、たとえば、モニタリングした電流値信号６２ｓおよ
び電気抵抗値信号６３ｓを表示したりする。
ルパネル５６は、オペレータが各種のデータを入力した
り、たとえば、モニタリングした電流値信号６２ｓおよ
び電気抵抗値信号６３ｓを表示したりする。
【００４２】次に、上記した研磨装置１による研磨動作
をウェーハＷ表面に形成された金属膜を研磨する場合を
例に説明する。なお、ウェーハＷの表面には、たとえ
ば、銅からなる金属膜が形成されている場合について説
明する。まず、ウェーハテーブル４５にウェーハＷをチ
ャッキングし、ウェーハテーブル４５を駆動して所定の
回転数でウェーハＷを回転させる。また、ウェーハテー
ブル４５をＸ軸方向に移動して、フランジ部４に取り付
けられた研磨工具３をウェーハＷの上方の所定位置に位
置させ、研磨工具３を所定の回転数で回転させる。研磨
工具３を回転させると、フランジ部４に連結された絶縁
板２２、電極板２３およびスクラブ部材２４も回転駆動
される。また、スクラブ部材２４を押圧している押圧部
材２１、ピストンロッド１４ｂ、ピストン１４ａ、通電
軸２０も同時に回転する。
をウェーハＷ表面に形成された金属膜を研磨する場合を
例に説明する。なお、ウェーハＷの表面には、たとえ
ば、銅からなる金属膜が形成されている場合について説
明する。まず、ウェーハテーブル４５にウェーハＷをチ
ャッキングし、ウェーハテーブル４５を駆動して所定の
回転数でウェーハＷを回転させる。また、ウェーハテー
ブル４５をＸ軸方向に移動して、フランジ部４に取り付
けられた研磨工具３をウェーハＷの上方の所定位置に位
置させ、研磨工具３を所定の回転数で回転させる。研磨
工具３を回転させると、フランジ部４に連結された絶縁
板２２、電極板２３およびスクラブ部材２４も回転駆動
される。また、スクラブ部材２４を押圧している押圧部
材２１、ピストンロッド１４ｂ、ピストン１４ａ、通電
軸２０も同時に回転する。
【００４３】この状態から、スラリー供給装置７１およ
び電解液供給装置８１からそれぞれスラリーＳＬおよび
電解液ＥＬを通電軸２０内の供給ノズル２０ａに供給す
ると、スクラブ部材２４の全面からスラリーＳＬおよび
電解液ＥＬが供給される。研磨工具３をＺ軸方向に下降
させて研磨工具３の研磨面３ａをウェーハＷの表面に接
触させ、所定の加工圧力で押圧させる。また、電解電源
６１を起動させて、通電ブラシ２７を通じて研磨工具３
にマイナスの電位を印加し、ロータリジョイント１５を
通じてスクラブ部材２４にプラスの電位を印加する。
び電解液供給装置８１からそれぞれスラリーＳＬおよび
電解液ＥＬを通電軸２０内の供給ノズル２０ａに供給す
ると、スクラブ部材２４の全面からスラリーＳＬおよび
電解液ＥＬが供給される。研磨工具３をＺ軸方向に下降
させて研磨工具３の研磨面３ａをウェーハＷの表面に接
触させ、所定の加工圧力で押圧させる。また、電解電源
６１を起動させて、通電ブラシ２７を通じて研磨工具３
にマイナスの電位を印加し、ロータリジョイント１５を
通じてスクラブ部材２４にプラスの電位を印加する。
【００４４】さらに、シリンダ装置１４に高圧エアを供
給して、図１の矢印Ａ２の方向にピストンロッド１４ｂ
を下降させ、スクラブ部材２４の下面をウェーハＷに接
触あるいは接近する位置まで移動させる。この状態から
ウェーハテーブル４５をＸ軸方向に所定の速度パターン
で移動させ、ウェーハＷの全面を一様に研磨加工する。
給して、図１の矢印Ａ２の方向にピストンロッド１４ｂ
を下降させ、スクラブ部材２４の下面をウェーハＷに接
触あるいは接近する位置まで移動させる。この状態から
ウェーハテーブル４５をＸ軸方向に所定の速度パターン
で移動させ、ウェーハＷの全面を一様に研磨加工する。
【００４５】ここで、図６は、研磨装置１において研磨
工具３をＺ軸方向に下降させ、ウェーハＷの表面に接触
させた状態を示す概略図であり、図７は図６の円Ｃ内の
拡大図であり、図８は図７の円Ｄ内の拡大図である。図
７に示すように、スクラブ部材２４はウェーハＷに形成
された金属膜ＭＴに、ウェーハＷ上に供給された電解液
ＥＬを介して、または、直接接触することにより陽極と
して通電し、研磨工具３もウェーハＷに形成された金属
膜ＭＴに、ウェーハＷ上に供給された電解液ＥＬを介し
て、または、直接接触することにより陰極として通電す
る。なお、図７に示すように、金属膜ＭＴとスクラブ部
材２４との間には、ギャップδｂが存在している。さら
に、図８に示すように、金属膜ＭＴと研磨工具３の研磨
面３ａとの間にはギャップδｗが存在している。図７に
示すように、絶縁板４は、研磨工具３とスクラブ部材２
４（電極板２３）との間に介在しているが、絶縁板４の
抵抗Ｒ０は非常に大きく、したがって、スクラブ部材２
４から絶縁板４を介して研磨工具３に流れる電流ｉ0 は
ほぼ零であり、スクラブ部材２４から絶縁板４を介して
研磨工具３には電流が流れない。
工具３をＺ軸方向に下降させ、ウェーハＷの表面に接触
させた状態を示す概略図であり、図７は図６の円Ｃ内の
拡大図であり、図８は図７の円Ｄ内の拡大図である。図
７に示すように、スクラブ部材２４はウェーハＷに形成
された金属膜ＭＴに、ウェーハＷ上に供給された電解液
ＥＬを介して、または、直接接触することにより陽極と
して通電し、研磨工具３もウェーハＷに形成された金属
膜ＭＴに、ウェーハＷ上に供給された電解液ＥＬを介し
て、または、直接接触することにより陰極として通電す
る。なお、図７に示すように、金属膜ＭＴとスクラブ部
材２４との間には、ギャップδｂが存在している。さら
に、図８に示すように、金属膜ＭＴと研磨工具３の研磨
面３ａとの間にはギャップδｗが存在している。図７に
示すように、絶縁板４は、研磨工具３とスクラブ部材２
４（電極板２３）との間に介在しているが、絶縁板４の
抵抗Ｒ０は非常に大きく、したがって、スクラブ部材２
４から絶縁板４を介して研磨工具３に流れる電流ｉ0 は
ほぼ零であり、スクラブ部材２４から絶縁板４を介して
研磨工具３には電流が流れない。
【００４６】このため、スクラブ部材２４から研磨工具
３に流れる電流は、直接電解液ＥＬ中の抵抗Ｒ１を経由
して研磨工具３に流れる電流ｉ1 と、電解液ＥＬ中から
ウェーハＷの表面に形成された銅からなる金属膜ＭＴを
経由して再度電解液ＥＬ中を通って研磨工具３に流れる
電流中に流れる電流ｉ２に分岐する。金属膜ＭＴの表面
に電流ｉ２が流れると、金属膜ＭＴを構成する銅は、電
解液ＥＬの電解作用によってイオン化し、電解液ＥＬ中
に溶出する。
３に流れる電流は、直接電解液ＥＬ中の抵抗Ｒ１を経由
して研磨工具３に流れる電流ｉ1 と、電解液ＥＬ中から
ウェーハＷの表面に形成された銅からなる金属膜ＭＴを
経由して再度電解液ＥＬ中を通って研磨工具３に流れる
電流中に流れる電流ｉ２に分岐する。金属膜ＭＴの表面
に電流ｉ２が流れると、金属膜ＭＴを構成する銅は、電
解液ＥＬの電解作用によってイオン化し、電解液ＥＬ中
に溶出する。
【００４７】ここで、電解液ＥＬ中の抵抗Ｒ１は、陽極
としてのスクラブ部材２４と陰極としての研磨工具３と
の距離ｄに比例して極端に大きくなる。このため、極間
距離ｄを、ギャップδｂおよびギャップδｗよりも十分
に大きくしておくことで、直接電解液ＥＬ中の抵抗Ｒ１
を経由して研磨工具３に流れる電流ｉ1 は非常に小さく
なり、電流ｉ２が大きくなって、電解電流のほとんどは
金属膜ＭＴの表面経由することになる。このため、金属
膜ＭＴを構成する銅の電解溶出を効率的に行うことがで
きる。また、電流ｉ２の大きさは、ギャップδｂおよび
ギャップδｗの大きさによって変化するため、上述した
ように、コントローラ５５によって研磨工具３のＺ軸方
向の位置制御を行ってギャップδｂおよびギャップδｗ
の大きさを調整することにより、電流ｉ２を一定にする
ことができる。ギャップδｗの大きさの調整は、電流値
信号６２ｓから得られた電解電流、すなわち、電流ｉ２
が一定となるように、電流値信号６２ｓをフィードバッ
ク信号としてＺ軸サーボモータ１８の制御を行うことで
可能である。また、研磨装置１のＺ軸方向の位置決め精
度は分解能０．１μｍと十分に高く、加えて、主軸１２
ａをウェーハＷの主面に対して微小角度で傾斜させてい
ることで実行的な接触面積Ｓは常に一定に維持されるこ
とから、電解電流の値を一定に制御すれば、電流密度は
常に一定とでき、金属膜の電解溶出量も常に一定にする
ことができる。
としてのスクラブ部材２４と陰極としての研磨工具３と
の距離ｄに比例して極端に大きくなる。このため、極間
距離ｄを、ギャップδｂおよびギャップδｗよりも十分
に大きくしておくことで、直接電解液ＥＬ中の抵抗Ｒ１
を経由して研磨工具３に流れる電流ｉ1 は非常に小さく
なり、電流ｉ２が大きくなって、電解電流のほとんどは
金属膜ＭＴの表面経由することになる。このため、金属
膜ＭＴを構成する銅の電解溶出を効率的に行うことがで
きる。また、電流ｉ２の大きさは、ギャップδｂおよび
ギャップδｗの大きさによって変化するため、上述した
ように、コントローラ５５によって研磨工具３のＺ軸方
向の位置制御を行ってギャップδｂおよびギャップδｗ
の大きさを調整することにより、電流ｉ２を一定にする
ことができる。ギャップδｗの大きさの調整は、電流値
信号６２ｓから得られた電解電流、すなわち、電流ｉ２
が一定となるように、電流値信号６２ｓをフィードバッ
ク信号としてＺ軸サーボモータ１８の制御を行うことで
可能である。また、研磨装置１のＺ軸方向の位置決め精
度は分解能０．１μｍと十分に高く、加えて、主軸１２
ａをウェーハＷの主面に対して微小角度で傾斜させてい
ることで実行的な接触面積Ｓは常に一定に維持されるこ
とから、電解電流の値を一定に制御すれば、電流密度は
常に一定とでき、金属膜の電解溶出量も常に一定にする
ことができる。
【００４８】以上のように、上記構成の研磨装置１は、
上述したウェーハＷに形成された金属膜ＭＴを構成する
金属を電解液ＥＬによる電解作用よって溶出除去する電
解研磨機能を備えている。さらに、上記構成の研磨装置
１は、この電解研磨機能に加えて、研磨工具３およびス
ラリーＳＬによる通常のＣＭＰ装置の化学機械研磨機能
も備えており、ウェーハＷをこれら電解研磨機能および
化学機械研磨の複合作用によって研磨すること（以下、
電解複合研磨という）もできる。また、上記構成の研磨
装置１は、スラリーＳＬを用いずに研磨工具３の研磨面
３ａの機械的な研磨と電解研磨機能との複合作用によっ
て研磨加工を行うこともできる。上記構成の研磨装置１
は、電解研磨および化学機械研磨の複合作用によって金
属膜を研磨できるため、化学機械研磨のみ、あるいは、
機械研磨のみを用いた研磨装置に比べてはるかに高能率
に金属膜の除去を行うことができる。金属膜に対する高
い研磨レートが得られるため、研磨工具３のウェーハＷ
に対する加工圧力Ｆを化学機械研磨のみ、あるいは機械
研磨のみを用いた研磨装置に比べて低く抑えることが可
能となり、ディッシング、エロージョンの発生を抑制す
ることができる。
上述したウェーハＷに形成された金属膜ＭＴを構成する
金属を電解液ＥＬによる電解作用よって溶出除去する電
解研磨機能を備えている。さらに、上記構成の研磨装置
１は、この電解研磨機能に加えて、研磨工具３およびス
ラリーＳＬによる通常のＣＭＰ装置の化学機械研磨機能
も備えており、ウェーハＷをこれら電解研磨機能および
化学機械研磨の複合作用によって研磨すること（以下、
電解複合研磨という）もできる。また、上記構成の研磨
装置１は、スラリーＳＬを用いずに研磨工具３の研磨面
３ａの機械的な研磨と電解研磨機能との複合作用によっ
て研磨加工を行うこともできる。上記構成の研磨装置１
は、電解研磨および化学機械研磨の複合作用によって金
属膜を研磨できるため、化学機械研磨のみ、あるいは、
機械研磨のみを用いた研磨装置に比べてはるかに高能率
に金属膜の除去を行うことができる。金属膜に対する高
い研磨レートが得られるため、研磨工具３のウェーハＷ
に対する加工圧力Ｆを化学機械研磨のみ、あるいは機械
研磨のみを用いた研磨装置に比べて低く抑えることが可
能となり、ディッシング、エロージョンの発生を抑制す
ることができる。
【００４９】以下、本実施形態に係る研磨装置１の電解
複合研磨機能を用いた研磨方法について、多層配線構造
の半導体装置のデュアルダマシン法による配線形成プロ
セスに適用した場合を例に説明する。
複合研磨機能を用いた研磨方法について、多層配線構造
の半導体装置のデュアルダマシン法による配線形成プロ
セスに適用した場合を例に説明する。
【００５０】図９は、本発明の半導体装置の製造方法の
一実施形態に係る製造プロセスを示す工程図であり、図
９に示す工程図に基づいて本実施形態に係る製造プロセ
スを説明する。まず、図１０に示すように、たとえば、
図示しない不純物拡散領域が適宜形成されている、たと
えば、シリコン等の半導体からなるウェーハＷ上に、た
とえば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）からなる層間絶縁
膜１０２を、たとえば、反応源としてＴＥＯＳ(tetraet
hylorthosilicate) を用いて減圧ＣＶＤ(Chemical Vapo
ur Deposition)法により形成する。次いで、図１１に示
すように、ウェーハの不純物拡散領域に通じるコンタク
トホール１０３およびウェーハＷの不純物拡散領域と電
気的に接続される所定パターンの配線が形成される配線
用溝１０４を、たとえば、公知のフォトリソグラフィ技
術およびエッチング技術を用いて形成する。なお、配線
用溝１０４の深さは、たとえば、８００ｎｍ程度であ
る。
一実施形態に係る製造プロセスを示す工程図であり、図
９に示す工程図に基づいて本実施形態に係る製造プロセ
スを説明する。まず、図１０に示すように、たとえば、
図示しない不純物拡散領域が適宜形成されている、たと
えば、シリコン等の半導体からなるウェーハＷ上に、た
とえば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）からなる層間絶縁
膜１０２を、たとえば、反応源としてＴＥＯＳ(tetraet
hylorthosilicate) を用いて減圧ＣＶＤ(Chemical Vapo
ur Deposition)法により形成する。次いで、図１１に示
すように、ウェーハの不純物拡散領域に通じるコンタク
トホール１０３およびウェーハＷの不純物拡散領域と電
気的に接続される所定パターンの配線が形成される配線
用溝１０４を、たとえば、公知のフォトリソグラフィ技
術およびエッチング技術を用いて形成する。なお、配線
用溝１０４の深さは、たとえば、８００ｎｍ程度であ
る。
【００５１】次いで、図１２に示すように、バリヤ膜１
０５を層間絶縁膜１０２の表面およびコンタクトホール
１０３、配線用溝１０４内に形成する。このバリヤ膜３
０５は、たとえば、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、ＴｉＮ等の材
料をスパッタリング装置、真空蒸着装置等を用いたＰＶ
Ｄ(Physical Vapor Deposition) 法により、たとえば、
１５ｎｍ程度の膜厚で形成する。バリヤ膜３０５は、配
線を構成する材料が層間絶縁膜１０２中に拡散するのを
防止するため、および、層間絶縁膜１０２との密着性を
上げるために設けられる。特に、配線材料が銅で層間絶
縁膜１０２がシリコン酸化膜のような場合には、銅はシ
リコン酸化膜への拡散係数が大きく、酸化されやすいた
め、これを防止する。以上までのプロセスが図９に示す
プロセスＰＲ１である。
０５を層間絶縁膜１０２の表面およびコンタクトホール
１０３、配線用溝１０４内に形成する。このバリヤ膜３
０５は、たとえば、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、ＴｉＮ等の材
料をスパッタリング装置、真空蒸着装置等を用いたＰＶ
Ｄ(Physical Vapor Deposition) 法により、たとえば、
１５ｎｍ程度の膜厚で形成する。バリヤ膜３０５は、配
線を構成する材料が層間絶縁膜１０２中に拡散するのを
防止するため、および、層間絶縁膜１０２との密着性を
上げるために設けられる。特に、配線材料が銅で層間絶
縁膜１０２がシリコン酸化膜のような場合には、銅はシ
リコン酸化膜への拡散係数が大きく、酸化されやすいた
め、これを防止する。以上までのプロセスが図９に示す
プロセスＰＲ１である。
【００５２】次いで、図１３に示すように、バリヤ膜１
０５上に、配線形成材料と同じ材料、たとえば、銅から
なるシード膜１０６を公知のスパッタ法により、たとえ
ば、１５０ｎｍ程度の膜厚で形成する（プロセスＰＲ
２）。シード膜１０６は、銅を配線用溝およびコンタク
トホール内に埋め込んだ際に、銅グレインの成長を促す
ために形成する。次いで、図１４に示すように、コンタ
クトホール１０３および配線用溝１０４を埋め込むよう
に、バリヤ膜１０５上に銅からなる金属膜１０７を、た
とえば、２０００ｎｍ程度の膜厚で形成する。金属膜１
０７は、好ましくは、電解メッキ法または無電解メッキ
法によって形成するが、ＣＶＤ法、スパッタ法等によっ
て形成してもよい。なお、シード膜１０６は金属膜１０
７と一体化する（プロセスＰＲ３）。
０５上に、配線形成材料と同じ材料、たとえば、銅から
なるシード膜１０６を公知のスパッタ法により、たとえ
ば、１５０ｎｍ程度の膜厚で形成する（プロセスＰＲ
２）。シード膜１０６は、銅を配線用溝およびコンタク
トホール内に埋め込んだ際に、銅グレインの成長を促す
ために形成する。次いで、図１４に示すように、コンタ
クトホール１０３および配線用溝１０４を埋め込むよう
に、バリヤ膜１０５上に銅からなる金属膜１０７を、た
とえば、２０００ｎｍ程度の膜厚で形成する。金属膜１
０７は、好ましくは、電解メッキ法または無電解メッキ
法によって形成するが、ＣＶＤ法、スパッタ法等によっ
て形成してもよい。なお、シード膜１０６は金属膜１０
７と一体化する（プロセスＰＲ３）。
【００５３】ここで、図１５は金属膜１０７をバリヤ膜
１０５上に形成した製造プロセス途中の半導体装置の断
面の拡大図である。図１５に示すように、金属膜１０７
の表面には、コンタクトホール１０３および配線用溝１
０４への埋め込みのために、たとえば、６００ｎｍ程度
の高さの凹凸が発生している。以上のプロセスは、従来
と同様のプロセスで行われるが、本発明の研磨方法で
は、層間絶縁膜１０２上に存在する余分な金属膜１０７
およびバリヤ膜１０５の除去を化学機械研磨ではなく、
上記の研磨装置１の電解複合研磨によって行う。また、
本発明の研磨方法では、上記の電解複合研磨によるプロ
セスに先立って、図１６に示すように、金属膜１０７の
表面に不動態膜１０８を形成する（プロセスＰＲ４）。
この不動態膜１０８は、金属膜１０７を構成する金属
（銅）の電解反応を妨げる作用を発揮する材料からなる
膜である。
１０５上に形成した製造プロセス途中の半導体装置の断
面の拡大図である。図１５に示すように、金属膜１０７
の表面には、コンタクトホール１０３および配線用溝１
０４への埋め込みのために、たとえば、６００ｎｍ程度
の高さの凹凸が発生している。以上のプロセスは、従来
と同様のプロセスで行われるが、本発明の研磨方法で
は、層間絶縁膜１０２上に存在する余分な金属膜１０７
およびバリヤ膜１０５の除去を化学機械研磨ではなく、
上記の研磨装置１の電解複合研磨によって行う。また、
本発明の研磨方法では、上記の電解複合研磨によるプロ
セスに先立って、図１６に示すように、金属膜１０７の
表面に不動態膜１０８を形成する（プロセスＰＲ４）。
この不動態膜１０８は、金属膜１０７を構成する金属
（銅）の電解反応を妨げる作用を発揮する材料からなる
膜である。
【００５４】不動態膜１０８の形成方法は、たとえば、
金属膜１０７の表面に酸化剤を塗布して酸化膜を形成す
る。金属膜１０７を構成する金属が銅の場合には、酸化
銅（ＣｕＯ）が不動態膜１０８となる。また、他の方法
として、金属膜１０７の表面に、たとえば、はっ水膜、
油膜、酸化防止膜、界面活性剤からなる膜、キレート剤
からなる膜、および、シランカップリング剤からなる膜
のいずれかを形成して不動態膜１０８とすることも可能
である。不動態膜１０８の種類は特に限定されないが、
電気抵抗が金属膜１０７に対して高く、機械的強度が比
較的低く脆い性質のものを使用する。
金属膜１０７の表面に酸化剤を塗布して酸化膜を形成す
る。金属膜１０７を構成する金属が銅の場合には、酸化
銅（ＣｕＯ）が不動態膜１０８となる。また、他の方法
として、金属膜１０７の表面に、たとえば、はっ水膜、
油膜、酸化防止膜、界面活性剤からなる膜、キレート剤
からなる膜、および、シランカップリング剤からなる膜
のいずれかを形成して不動態膜１０８とすることも可能
である。不動態膜１０８の種類は特に限定されないが、
電気抵抗が金属膜１０７に対して高く、機械的強度が比
較的低く脆い性質のものを使用する。
【００５５】次に、本発明の研磨方法では、金属膜１０
７の凸部に形成された不動態膜１０８のみを選択的に除
去する（プロセスＰＲ５）。不動態膜１０８の選択的な
除去は、上記の研磨装置１によって行う。なお、使用す
るスラリーＳＬには、銅に対する研磨レートの高いスラ
リーを用いる。たとえば、過酸化水素、硝酸鉄、ヨウ素
酸カリウム等をベースとした水溶液にアルミナ、シリ
カ、マンガン系の研磨砥粒を含むものを使用する。ま
ず、ウェーハＷを研磨装置１のウェーハテーブル４２に
チャッキングし、電解液ＥＬおよびスラリーＳＬをウェ
ーハＷ上に供給しながら回転する研磨工具３およびスク
ラブ部材２４をＺ軸方向に下降させてウェーハＷに接触
または接近させ、ウェーハＷをＸ軸方向に所定の速度パ
ターンで移動させて研磨加工を行う。また、研磨工具３
にマイナス極、電極板２３をプラス極として、研磨工具
３と電極板２３との間に直流パルス電圧を印加する。な
お、スラリーＳＬのベースとなる水溶液に電解液ＳＬの
機能を持たせることにより、スラリーＳＬのみをウェー
ハＷ上に供給してもよい。
７の凸部に形成された不動態膜１０８のみを選択的に除
去する（プロセスＰＲ５）。不動態膜１０８の選択的な
除去は、上記の研磨装置１によって行う。なお、使用す
るスラリーＳＬには、銅に対する研磨レートの高いスラ
リーを用いる。たとえば、過酸化水素、硝酸鉄、ヨウ素
酸カリウム等をベースとした水溶液にアルミナ、シリ
カ、マンガン系の研磨砥粒を含むものを使用する。ま
ず、ウェーハＷを研磨装置１のウェーハテーブル４２に
チャッキングし、電解液ＥＬおよびスラリーＳＬをウェ
ーハＷ上に供給しながら回転する研磨工具３およびスク
ラブ部材２４をＺ軸方向に下降させてウェーハＷに接触
または接近させ、ウェーハＷをＸ軸方向に所定の速度パ
ターンで移動させて研磨加工を行う。また、研磨工具３
にマイナス極、電極板２３をプラス極として、研磨工具
３と電極板２３との間に直流パルス電圧を印加する。な
お、スラリーＳＬのベースとなる水溶液に電解液ＳＬの
機能を持たせることにより、スラリーＳＬのみをウェー
ハＷ上に供給してもよい。
【００５６】ここで、図１７は上記の状態にあるスクラ
ブ部材２４付近における研磨プロセスを示す概念図であ
り、図１８は研磨工具３付近における研磨プロセスを示
す概念図である。図１７に示すように、スクラブ部材２
４付近では、回転する電極板２３の溝部２３ｂからスラ
リーＳＬおよび電解液ＥＬが供給されて、スラリーＳＬ
および電解液ＥＬはスクラブ部材２４を通過してスクラ
ブ部材２４の全面からウェーハＷ上に供給される。金属
膜１０７上に形成された不動態膜１０８は、電解液ＥＬ
による電解作用を受けないため電解液ＥＬ中への金属膜
１０７を構成する銅の溶出は抑制された状態にある。こ
のため、金属膜１０７には電流がほとんど流れず、上記
の電流計６２のモニタした電流値は、低く安定したまま
である。図２５は、本実施形態の電解複合研磨プロセス
において電流計６２でモニターした電流値の一例を示す
グラフである。図２５に示す電流値の開始位置付近が上
記の状態である。
ブ部材２４付近における研磨プロセスを示す概念図であ
り、図１８は研磨工具３付近における研磨プロセスを示
す概念図である。図１７に示すように、スクラブ部材２
４付近では、回転する電極板２３の溝部２３ｂからスラ
リーＳＬおよび電解液ＥＬが供給されて、スラリーＳＬ
および電解液ＥＬはスクラブ部材２４を通過してスクラ
ブ部材２４の全面からウェーハＷ上に供給される。金属
膜１０７上に形成された不動態膜１０８は、電解液ＥＬ
による電解作用を受けないため電解液ＥＬ中への金属膜
１０７を構成する銅の溶出は抑制された状態にある。こ
のため、金属膜１０７には電流がほとんど流れず、上記
の電流計６２のモニタした電流値は、低く安定したまま
である。図２５は、本実施形態の電解複合研磨プロセス
において電流計６２でモニターした電流値の一例を示す
グラフである。図２５に示す電流値の開始位置付近が上
記の状態である。
【００５７】スクラブ部材２４の回転にしたがって、機
械的除去作用あるいはスラリーＳＬに含まれる、たとえ
ば、酸化アルミニウムからなる研磨砥粒ＰＴの機械的除
去作用によって不動態膜１０８の高い部分、すなわち、
金属膜１０７の凸部上の不動態膜１０８から機械的に除
去されていく。一方、図１８に示すように、研磨工具３
付近では、研磨工具３の機械的除去作用、あるいは、研
磨砥粒ＰＴの機械的除去作用によって金属膜１０８に存
在する不動態膜１０８が高い部分から除去される。
械的除去作用あるいはスラリーＳＬに含まれる、たとえ
ば、酸化アルミニウムからなる研磨砥粒ＰＴの機械的除
去作用によって不動態膜１０８の高い部分、すなわち、
金属膜１０７の凸部上の不動態膜１０８から機械的に除
去されていく。一方、図１８に示すように、研磨工具３
付近では、研磨工具３の機械的除去作用、あるいは、研
磨砥粒ＰＴの機械的除去作用によって金属膜１０８に存
在する不動態膜１０８が高い部分から除去される。
【００５８】このようにして、たとえば、図１９に示す
ように、金属膜１０７の凸部上に形成された不動態膜１
０８が選択的に除去されると、不動態膜１０８が選択的
に除去された部分から金属膜１０７が表面に露出する。
ように、金属膜１０７の凸部上に形成された不動態膜１
０８が選択的に除去されると、不動態膜１０８が選択的
に除去された部分から金属膜１０７が表面に露出する。
【００５９】金属膜１０７が表面に露出すると、凸部で
ある金属膜１０７の露出部分が選択的に溶出する（プロ
セスＰＲ５）。このときの電解液ＥＬの作用は、図１８
に示すように、不動態膜１０８が除去された部分である
金属膜１０７の凸部は、金属膜１０７を構成する銅が電
解作用によって銅イオンＣｕ＋として電解液ＥＬ中に溶
出する。これによって、金属膜１０７中にはマイナス電
子ｅ- が流れ、このマイナス電子ｅ- は、図１７に示し
たように、金属膜１０７の表面から電解液ＥＬを通って
電極板２３に流れ、上記した電流ｉ2 となる。
ある金属膜１０７の露出部分が選択的に溶出する（プロ
セスＰＲ５）。このときの電解液ＥＬの作用は、図１８
に示すように、不動態膜１０８が除去された部分である
金属膜１０７の凸部は、金属膜１０７を構成する銅が電
解作用によって銅イオンＣｕ＋として電解液ＥＬ中に溶
出する。これによって、金属膜１０７中にはマイナス電
子ｅ- が流れ、このマイナス電子ｅ- は、図１７に示し
たように、金属膜１０７の表面から電解液ＥＬを通って
電極板２３に流れ、上記した電流ｉ2 となる。
【００６０】上述したように、金属膜１０７を構成する
銅は、不働態膜１０８に比べて電気抵抗が低く電流密度
が増すため、集中的な電解作用を受け選択的に溶出がお
こり、材料除去が加速される。また、電解液ＥＬを介し
て通電するため、陽極としての金属膜１０７と陰極とし
ての研磨工具３の電位差が一定の場合、極間距離が短
い、すなわち、電気抵抗値が低いほうが極間に流れる電
流値は大きくなる。このため、陰極としての研磨工具３
に対して、陰極としての金属膜１０７の凹凸による電極
間距離の差（金属膜１０７の凸部のなかでも高い部分の
ほうが極間距離が短く電気抵抗が低い）があれば、電流
密度の違いから高い順に溶出速度が大きくなる効率的な
平坦化が進行する。このとき、図２５において、Ｐ１で
示すように、上記の電流計６２のモニタした電流値は上
昇しはじめる。このような作用によって、金属膜１０７
の凸部は、機械的平坦化に比べて、はるかに高能率に平
坦化が行われる。
銅は、不働態膜１０８に比べて電気抵抗が低く電流密度
が増すため、集中的な電解作用を受け選択的に溶出がお
こり、材料除去が加速される。また、電解液ＥＬを介し
て通電するため、陽極としての金属膜１０７と陰極とし
ての研磨工具３の電位差が一定の場合、極間距離が短
い、すなわち、電気抵抗値が低いほうが極間に流れる電
流値は大きくなる。このため、陰極としての研磨工具３
に対して、陰極としての金属膜１０７の凹凸による電極
間距離の差（金属膜１０７の凸部のなかでも高い部分の
ほうが極間距離が短く電気抵抗が低い）があれば、電流
密度の違いから高い順に溶出速度が大きくなる効率的な
平坦化が進行する。このとき、図２５において、Ｐ１で
示すように、上記の電流計６２のモニタした電流値は上
昇しはじめる。このような作用によって、金属膜１０７
の凸部は、機械的平坦化に比べて、はるかに高能率に平
坦化が行われる。
【００６１】上記の作用によって、金属膜１０７の凸部
がほぼ完全に平坦化されるまで選択的な電解複合研磨が
完了した金属膜１０７の表面は、たとえば、図２０に示
すように、金属膜１０７の凹部であった部分に残存する
不働態膜１０８と金属膜１０７の凸部が除去された銅の
新生面の複合面になる。
がほぼ完全に平坦化されるまで選択的な電解複合研磨が
完了した金属膜１０７の表面は、たとえば、図２０に示
すように、金属膜１０７の凹部であった部分に残存する
不働態膜１０８と金属膜１０７の凸部が除去された銅の
新生面の複合面になる。
【００６２】続いて、図２１に示すように、この金属膜
１０７の表面に研磨工具３およびスラリーＳＬ中の研磨
砥粒ＰＴにより行われる機械的除去と電解液ＥＬによる
電解作用が複合した電解複合研磨が進行する（プロセス
ＰＲ７）。このとき、残存する不働態膜１０８の機械的
強度は上述したように銅の新生面に比べて低いため、不
働態膜１０８が電解複合研磨されるとき、主に機械的作
用により除去され、その下にある銅表面が露出し、その
面積に比例して電解作用が増大する。不働態膜１０８が
完全除去された時点で金属膜１０７を構成する銅の表面
積は最大となる。これと同時に、電流計６２でモニター
した電流は、図２５においてＰ１の位置から上昇した電
流値は、不働態膜１０８の除去に伴って上昇した後、銅
の表面積が最大となるＰ２で示す時点で最大値となる。
ここまでのプロセスによって、金属膜１０７の表面の初
期凹凸の平坦化は完了する。
１０７の表面に研磨工具３およびスラリーＳＬ中の研磨
砥粒ＰＴにより行われる機械的除去と電解液ＥＬによる
電解作用が複合した電解複合研磨が進行する（プロセス
ＰＲ７）。このとき、残存する不働態膜１０８の機械的
強度は上述したように銅の新生面に比べて低いため、不
働態膜１０８が電解複合研磨されるとき、主に機械的作
用により除去され、その下にある銅表面が露出し、その
面積に比例して電解作用が増大する。不働態膜１０８が
完全除去された時点で金属膜１０７を構成する銅の表面
積は最大となる。これと同時に、電流計６２でモニター
した電流は、図２５においてＰ１の位置から上昇した電
流値は、不働態膜１０８の除去に伴って上昇した後、銅
の表面積が最大となるＰ２で示す時点で最大値となる。
ここまでのプロセスによって、金属膜１０７の表面の初
期凹凸の平坦化は完了する。
【００６３】このように、本実施形態の電解複合研磨
は、電気化学的に研磨レートをアシストされた研磨であ
るため、通常の化学機械研磨に比べて低い加工圧力で研
磨を行うことができる。このことは、単純な機械的研磨
として比較してもスクラッチの低減、段差緩和性能、デ
ィッシングやエロージョンの低減などの面で非常に有利
である。さらに、低い加工圧力で研磨を行うことができ
るため、機械強度が低く通常の化学機械研磨では破壊さ
れてしまい易い、有機系の低誘電率膜や多孔質低誘電率
絶縁膜を層間絶縁膜１０２に用いてた場合に非常に有利
である。
は、電気化学的に研磨レートをアシストされた研磨であ
るため、通常の化学機械研磨に比べて低い加工圧力で研
磨を行うことができる。このことは、単純な機械的研磨
として比較してもスクラッチの低減、段差緩和性能、デ
ィッシングやエロージョンの低減などの面で非常に有利
である。さらに、低い加工圧力で研磨を行うことができ
るため、機械強度が低く通常の化学機械研磨では破壊さ
れてしまい易い、有機系の低誘電率膜や多孔質低誘電率
絶縁膜を層間絶縁膜１０２に用いてた場合に非常に有利
である。
【００６４】上記の金属膜１０７の電解複合研磨が進行
して、余分な金属膜１０７が除去されると、図２２に示
すように、バリア膜１０５が露出する（プロセスＰ
８）。このとき、電流計６２のモニターする電流は、図
２５のＰ２で示す金属膜１０７上の不働態膜１０８がす
べて除去された時点より最大値をとり、図２５のＰ３で
示すバリア膜１０５が露出する時点まで略一定の値をと
る。バリア膜１０５が露出すると、たとえば、Ｔａ、Ｔ
ｉ、ＴａＮ、ＴｉＮ等の材料を使用した場合には、その
電気抵抗が銅に比べ大きいため、たとえば、図２５のバ
リア膜１０５の露出が開始するＰ３で示す時点から電流
計６２でモニターした電流値が低下しはじめる。この状
態では、金属膜１０７の不均一分の銅膜が残留する状態
であり、この状態で研磨加工を一旦停止する。この研磨
加工の停止は、図２５のＰ４で示すように電流値が所定
の値まで下がったことをコントローラ５５が判断し、研
磨装置１の研磨動作を停止させる。
して、余分な金属膜１０７が除去されると、図２２に示
すように、バリア膜１０５が露出する（プロセスＰ
８）。このとき、電流計６２のモニターする電流は、図
２５のＰ２で示す金属膜１０７上の不働態膜１０８がす
べて除去された時点より最大値をとり、図２５のＰ３で
示すバリア膜１０５が露出する時点まで略一定の値をと
る。バリア膜１０５が露出すると、たとえば、Ｔａ、Ｔ
ｉ、ＴａＮ、ＴｉＮ等の材料を使用した場合には、その
電気抵抗が銅に比べ大きいため、たとえば、図２５のバ
リア膜１０５の露出が開始するＰ３で示す時点から電流
計６２でモニターした電流値が低下しはじめる。この状
態では、金属膜１０７の不均一分の銅膜が残留する状態
であり、この状態で研磨加工を一旦停止する。この研磨
加工の停止は、図２５のＰ４で示すように電流値が所定
の値まで下がったことをコントローラ５５が判断し、研
磨装置１の研磨動作を停止させる。
【００６５】次いで、バリア膜１０５を除去する（プロ
セスＰＲ９）。このバリア膜１０５を除去するプロセス
では、上記の銅から構成される金属膜１０７に対して研
磨レートの高いスラリーＳＬではなく、Ｔａ、ＴａＮ、
Ｔｉ、ＴｉＮ等の材料から形成されたバリア膜１０５に
対して研磨レートが高く、金属膜１０７に対して研磨レ
ートの低いスラリーＳＬを使用する。すなわち、バリア
膜１０５と金属膜１０７の研磨レートの選択比ができる
だけ大きなスラリーＳＬを使用する。
セスＰＲ９）。このバリア膜１０５を除去するプロセス
では、上記の銅から構成される金属膜１０７に対して研
磨レートの高いスラリーＳＬではなく、Ｔａ、ＴａＮ、
Ｔｉ、ＴｉＮ等の材料から形成されたバリア膜１０５に
対して研磨レートが高く、金属膜１０７に対して研磨レ
ートの低いスラリーＳＬを使用する。すなわち、バリア
膜１０５と金属膜１０７の研磨レートの選択比ができる
だけ大きなスラリーＳＬを使用する。
【００６６】さらに、オーバーポリッシュによるディッ
シング、エロージョンの発生を抑制する観点等から、電
解電源６１の出力電圧を上記のプロセスよりも小さくし
てバリア膜１０５の研磨除去を行う。また、研磨工具３
の加工圧力も上記のプロセスよりも小さくするのが好ま
しい。また、電解電源６１の出力電圧を小さくするこ
と、および、バリア膜１０５を除去すると層間絶縁膜１
０２が表面に露出することから、電解電流の値は小さく
なるので、上記の電流計６２による電解電流のモニタに
代えて、上記の抵抗計６３によってスクラブ部材２４と
研磨工具３との間に電気抵抗をモニターする。
シング、エロージョンの発生を抑制する観点等から、電
解電源６１の出力電圧を上記のプロセスよりも小さくし
てバリア膜１０５の研磨除去を行う。また、研磨工具３
の加工圧力も上記のプロセスよりも小さくするのが好ま
しい。また、電解電源６１の出力電圧を小さくするこ
と、および、バリア膜１０５を除去すると層間絶縁膜１
０２が表面に露出することから、電解電流の値は小さく
なるので、上記の電流計６２による電解電流のモニタに
代えて、上記の抵抗計６３によってスクラブ部材２４と
研磨工具３との間に電気抵抗をモニターする。
【００６７】バリア膜１０５を除去すると、図２３に示
すように、層間絶縁膜１０２が表面に露出する（プロセ
スＰ１０）。層間絶縁膜１０２が露出すると、図２３に
示すように、この露出部分には、陽極として表面に通電
するための金属膜１０７やバリア膜１０５がないため、
スクラブ部材２４による通電が遮断され、層間絶縁膜１
０２の露出部分での電解作用が停止する。このとき、抵
抗計６３によってモニターした電気抵抗値は増加しはじ
める。
すように、層間絶縁膜１０２が表面に露出する（プロセ
スＰ１０）。層間絶縁膜１０２が露出すると、図２３に
示すように、この露出部分には、陽極として表面に通電
するための金属膜１０７やバリア膜１０５がないため、
スクラブ部材２４による通電が遮断され、層間絶縁膜１
０２の露出部分での電解作用が停止する。このとき、抵
抗計６３によってモニターした電気抵抗値は増加しはじ
める。
【００６８】ここで、金属膜１０７の残存する部分とバ
リア膜１０５の露出部分との間で、上記した金属膜１０
７の凸部の段差緩和の場合と同様に、すなわち、不働態
膜１０８の代りにバリア膜１０５を電気抵抗の高い部分
として、金属膜１０７の残存部分への電流密度の集中が
おこり選択的に金属膜１０７の残存部分は溶出除去され
る。電解作用の停止した部分には、研磨工具３とスラリ
ーＳＬによる機械的な材料除去作用のみが主体的に働
く。
リア膜１０５の露出部分との間で、上記した金属膜１０
７の凸部の段差緩和の場合と同様に、すなわち、不働態
膜１０８の代りにバリア膜１０５を電気抵抗の高い部分
として、金属膜１０７の残存部分への電流密度の集中が
おこり選択的に金属膜１０７の残存部分は溶出除去され
る。電解作用の停止した部分には、研磨工具３とスラリ
ーＳＬによる機械的な材料除去作用のみが主体的に働
く。
【００６９】ところで、通常の化学機械研磨では、バリ
ア膜１０５および金属膜１０７の層間絶縁膜１０２に対
する研磨レート選択比をできるだけ大きくし、そのレー
ト差をマージンとして層間絶縁膜１０２の上面の寸法精
度を確保しようとしている。このため、金属膜１０７の
ディッシングは避けられない構成となっている。また、
選択比を低く設定すればディッシングはある程度少なく
することができるが、寸法精度は、ウェーハ面内除去量
分布の均一性に依存するため、バリア膜１０５および金
属膜１０７の除去が十分ではない場合も発生する。この
ため、バリア膜１０５および金属膜１０７が層間絶縁膜
１０２の上面に残存した状態であるアンダーポリッシュ
を防ぐためには、除去量の面内不均一分のオーバーポリ
ッシュが必要となり、このオーバーポリッシュによるエ
ロージョンの悪化は本質的に避けられない。一方、本実
施形態では、ウェーハＷの面内均一性をある程度確保し
ておけば、層間絶縁膜１０２上に残るバリア膜１０５、
あるいは、金属膜１０７の残存部分には電解作用が働く
ことで高能率除去され、層間絶縁膜１０２の露出部分か
ら溶出が停止する。このため、層間絶縁膜１０２の寸法
精度は自動的に確保され、ディッシング、エロージョン
の発生が抑制される。
ア膜１０５および金属膜１０７の層間絶縁膜１０２に対
する研磨レート選択比をできるだけ大きくし、そのレー
ト差をマージンとして層間絶縁膜１０２の上面の寸法精
度を確保しようとしている。このため、金属膜１０７の
ディッシングは避けられない構成となっている。また、
選択比を低く設定すればディッシングはある程度少なく
することができるが、寸法精度は、ウェーハ面内除去量
分布の均一性に依存するため、バリア膜１０５および金
属膜１０７の除去が十分ではない場合も発生する。この
ため、バリア膜１０５および金属膜１０７が層間絶縁膜
１０２の上面に残存した状態であるアンダーポリッシュ
を防ぐためには、除去量の面内不均一分のオーバーポリ
ッシュが必要となり、このオーバーポリッシュによるエ
ロージョンの悪化は本質的に避けられない。一方、本実
施形態では、ウェーハＷの面内均一性をある程度確保し
ておけば、層間絶縁膜１０２上に残るバリア膜１０５、
あるいは、金属膜１０７の残存部分には電解作用が働く
ことで高能率除去され、層間絶縁膜１０２の露出部分か
ら溶出が停止する。このため、層間絶縁膜１０２の寸法
精度は自動的に確保され、ディッシング、エロージョン
の発生が抑制される。
【００７０】上記のようにして、たとえば、Ｔａ、Ｔａ
Ｎ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の材料から形成されたバリア膜１０
５を完全に除去することができるとともに、オーバーポ
リッシュによるディッシング、エロージョンの発生を抑
制することができる。また、上述したバリア膜１０５の
除去プロセスでは、絶対電流値は低く、機械的負荷も軽
く設定することで除去速度は遅くなるが、残存する膜厚
が不均一な部分の残留分の銅膜からなる金属膜１０７が
少なければ、バリア膜１０５は金属膜１０７に比べて薄
いためバリア膜１０５の除去量自体は小さく、このプロ
セスにおいてバラツキ・不均一があったとしてもディッ
シング、エロージョンの絶対値は無視できる程度に少な
くでき、処理時間も短くすることができる。さらに、本
実施形態に係る研磨方法は、機械的研磨に加えて電気化
学的作用が付加された複合加工であるため、平坦化した
表面はダメージが少なく機械的にも平滑な面を得ること
ができる。
Ｎ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の材料から形成されたバリア膜１０
５を完全に除去することができるとともに、オーバーポ
リッシュによるディッシング、エロージョンの発生を抑
制することができる。また、上述したバリア膜１０５の
除去プロセスでは、絶対電流値は低く、機械的負荷も軽
く設定することで除去速度は遅くなるが、残存する膜厚
が不均一な部分の残留分の銅膜からなる金属膜１０７が
少なければ、バリア膜１０５は金属膜１０７に比べて薄
いためバリア膜１０５の除去量自体は小さく、このプロ
セスにおいてバラツキ・不均一があったとしてもディッ
シング、エロージョンの絶対値は無視できる程度に少な
くでき、処理時間も短くすることができる。さらに、本
実施形態に係る研磨方法は、機械的研磨に加えて電気化
学的作用が付加された複合加工であるため、平坦化した
表面はダメージが少なく機械的にも平滑な面を得ること
ができる。
【００７１】次いで、抵抗計６３でモニターした電気抵
抗値に基づいて、電気抵抗値が最大値すなわち配線形成
が完了した時点でバリア膜１０５を除去するプロセスを
終了する（プロセスＰＲ１１）。コントローラ５５は電
気抵抗値の値を判断して、研磨装置１の加工動作を停止
させる。なお、研磨加工を終了する前に、電解作用を付
加したままの状態で、研磨工具３をウェーハＷの表面に
接触させず、例えば、１００μｍ程度上を通過させるこ
とで、機械的研磨は行わず、電解作用のみによるダメー
ジフリーの表面を形成することができる。これにより、
図２３に示すように、層間絶縁膜１０２中には配線１０
９およびコンタクト１１０が最終的に形成される。
抗値に基づいて、電気抵抗値が最大値すなわち配線形成
が完了した時点でバリア膜１０５を除去するプロセスを
終了する（プロセスＰＲ１１）。コントローラ５５は電
気抵抗値の値を判断して、研磨装置１の加工動作を停止
させる。なお、研磨加工を終了する前に、電解作用を付
加したままの状態で、研磨工具３をウェーハＷの表面に
接触させず、例えば、１００μｍ程度上を通過させるこ
とで、機械的研磨は行わず、電解作用のみによるダメー
ジフリーの表面を形成することができる。これにより、
図２３に示すように、層間絶縁膜１０２中には配線１０
９およびコンタクト１１０が最終的に形成される。
【００７２】次いで、配線１０９およびコンタクト１１
０が形成された半導体装置に対してフラッシングを行う
（プロセスＰＲ１２）。このフラッシングプロセスは、
配線１０９およびコンタクト１１０が形成された後、直
ぐに洗浄薬液、酸化防止剤をウェーハＷの表面に供給し
ながら、ウェーハＷには通電せず、図２４に示すよう
に、研磨工具３にプラスのパルス電圧を印加し、純水洗
浄、薬液洗浄を行い、ウェーハＷの表面に存在するスラ
リーＳＬやパーティクルを除去する。本実施形態では、
フラッシングを行う以前にも、スラリーＳＬに含まれ
る、たとえば、アルミナからなる研磨砥粒ＰＴは分散性
をよくするために正に帯電させているため、銅からなる
金属膜１０７表面に機械的に衝突して除去加工に寄与し
たのち摩滅せずに残留した場合にも、陽極としての金属
膜１０７を構成する銅の表面に埋没することはなく、図
２３に示したように、陰極としての研磨工具３の表面に
再付着して次の加工に寄与する。さらに、正に帯電した
パーティクルも陰極としての研磨工具３の表面に引き寄
せられるため、銅の表面に埋没することはない。一方、
ウェーハＷの表面に残存して負に帯電しているパーティ
クルも上記のフラッシングによって、ウェーハＷの表面
から除去することができる。また、研磨砥粒ＰＴが負に
帯電したスラリーＳＬを使用した場合にも同様に除去で
きる。配線形成材料が銅である場合、酸化されやすく、
銅表面を変質させずに、金属イオンやパーィクルを除去
する必要があるが、本実施形態では、予め研磨砥粒ＰＴ
を正に帯電させておき、かつ、フラッシングによってこ
の問題が解消される。なお、研磨砥粒として、酸化アル
ミニウム（アルミナ）を例として挙げたが、酸化セリウ
ム、シリカ、酸化ゲルマニウムなどを使用した場合にも
同様である。
０が形成された半導体装置に対してフラッシングを行う
（プロセスＰＲ１２）。このフラッシングプロセスは、
配線１０９およびコンタクト１１０が形成された後、直
ぐに洗浄薬液、酸化防止剤をウェーハＷの表面に供給し
ながら、ウェーハＷには通電せず、図２４に示すよう
に、研磨工具３にプラスのパルス電圧を印加し、純水洗
浄、薬液洗浄を行い、ウェーハＷの表面に存在するスラ
リーＳＬやパーティクルを除去する。本実施形態では、
フラッシングを行う以前にも、スラリーＳＬに含まれ
る、たとえば、アルミナからなる研磨砥粒ＰＴは分散性
をよくするために正に帯電させているため、銅からなる
金属膜１０７表面に機械的に衝突して除去加工に寄与し
たのち摩滅せずに残留した場合にも、陽極としての金属
膜１０７を構成する銅の表面に埋没することはなく、図
２３に示したように、陰極としての研磨工具３の表面に
再付着して次の加工に寄与する。さらに、正に帯電した
パーティクルも陰極としての研磨工具３の表面に引き寄
せられるため、銅の表面に埋没することはない。一方、
ウェーハＷの表面に残存して負に帯電しているパーティ
クルも上記のフラッシングによって、ウェーハＷの表面
から除去することができる。また、研磨砥粒ＰＴが負に
帯電したスラリーＳＬを使用した場合にも同様に除去で
きる。配線形成材料が銅である場合、酸化されやすく、
銅表面を変質させずに、金属イオンやパーィクルを除去
する必要があるが、本実施形態では、予め研磨砥粒ＰＴ
を正に帯電させておき、かつ、フラッシングによってこ
の問題が解消される。なお、研磨砥粒として、酸化アル
ミニウム（アルミナ）を例として挙げたが、酸化セリウ
ム、シリカ、酸化ゲルマニウムなどを使用した場合にも
同様である。
【００７３】以上のように、本実施形態に係る半導体装
置の製造方法によれば、絶縁膜１０２内に形成した配線
用溝配線およびコンタクトホールを埋め込む金属膜１０
７に不動態膜１０８を形成し、金属膜１０７の凸部に形
成された不動態膜１０８を選択的に除去し、残った不動
態膜１０８をマスクとして表面に露出した金属膜１０７
を電解研磨によって選択的に除去し、かつ電流密度に集
中によって集中的に除去することで、通常のＣＭＰに比
べてはるかに高能率に初期凹凸を平坦化することができ
る。また、初期凹凸が平坦化された金属膜１０７は、電
解研磨と化学機械研磨の複合した電解複合研磨によって
除去されるため、通常のＣＭＰに比べてはるかに高能率
に余分な金属膜１０７を除去できる。このため、研磨工
具３の加工圧力を低く設定しても十分な研磨レートが得
られ、金属膜１０７へのダメージを軽減できるととも
に、ディッシングやエロージョンの発生を抑制すること
ができる。
置の製造方法によれば、絶縁膜１０２内に形成した配線
用溝配線およびコンタクトホールを埋め込む金属膜１０
７に不動態膜１０８を形成し、金属膜１０７の凸部に形
成された不動態膜１０８を選択的に除去し、残った不動
態膜１０８をマスクとして表面に露出した金属膜１０７
を電解研磨によって選択的に除去し、かつ電流密度に集
中によって集中的に除去することで、通常のＣＭＰに比
べてはるかに高能率に初期凹凸を平坦化することができ
る。また、初期凹凸が平坦化された金属膜１０７は、電
解研磨と化学機械研磨の複合した電解複合研磨によって
除去されるため、通常のＣＭＰに比べてはるかに高能率
に余分な金属膜１０７を除去できる。このため、研磨工
具３の加工圧力を低く設定しても十分な研磨レートが得
られ、金属膜１０７へのダメージを軽減できるととも
に、ディッシングやエロージョンの発生を抑制すること
ができる。
【００７４】また、本実施形態に係る半導体装置の製造
方法によれば、余分な金属膜１０７を除去してバリヤ膜
１０５が露出した時点で、研磨を停止し、スラリーＳＬ
をバリヤ膜１０５に対して研磨レートの高いものに変更
し、電解電源６１の出力電圧等の研磨条件を変更して余
分なバリヤ膜１０５を除去を行うため、余分なバリヤ膜
１０５を確実に除去でき、オーバポリッシュが必要な場
合にも、ディッシングやエロージョンの発生量を小さく
抑えることができる。
方法によれば、余分な金属膜１０７を除去してバリヤ膜
１０５が露出した時点で、研磨を停止し、スラリーＳＬ
をバリヤ膜１０５に対して研磨レートの高いものに変更
し、電解電源６１の出力電圧等の研磨条件を変更して余
分なバリヤ膜１０５を除去を行うため、余分なバリヤ膜
１０５を確実に除去でき、オーバポリッシュが必要な場
合にも、ディッシングやエロージョンの発生量を小さく
抑えることができる。
【００７５】また、本実施形態に係る半導体装置の製造
方法によれば、金属膜の研磨を電解複合研磨によって高
能率に行うため、研磨工具３の加工圧力を低圧力にする
ことができるため、たとえば、低消費電力化および高速
化等の観点から誘電率を低減するために層間絶縁膜１０
２として機械的強度が比較的低い有機系低誘電率膜や多
孔質低誘電率絶縁膜を使用した場合にも、これらの絶縁
膜へのダメージを低減することができる。
方法によれば、金属膜の研磨を電解複合研磨によって高
能率に行うため、研磨工具３の加工圧力を低圧力にする
ことができるため、たとえば、低消費電力化および高速
化等の観点から誘電率を低減するために層間絶縁膜１０
２として機械的強度が比較的低い有機系低誘電率膜や多
孔質低誘電率絶縁膜を使用した場合にも、これらの絶縁
膜へのダメージを低減することができる。
【００７６】上述した実施形態では、金属膜の研磨加工
量の絶対値は、電解電流の積算量と研磨工具３のウェー
ハＷを通過する時間で制御できる。上述した実施形態で
は、銅による配線形成プロセスの場合を説明したが、本
発明はこれに限定されることなく、タングステン、アル
ミニウム、銀等の種々の金属配線形成プロセスに適用可
能である。
量の絶対値は、電解電流の積算量と研磨工具３のウェー
ハＷを通過する時間で制御できる。上述した実施形態で
は、銅による配線形成プロセスの場合を説明したが、本
発明はこれに限定されることなく、タングステン、アル
ミニウム、銀等の種々の金属配線形成プロセスに適用可
能である。
【００７７】また、上述した実施形態では、スラリーＳ
Ｌを用いた化学機械研磨と電解液ＥＬを用いた電解研磨
とを複合した電解複合研磨の場合について説明したが、
本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、ス
ラリーＳＬを用いずに、電解液ＥＬの電解研磨と研磨工
具３の研磨面３ａによる機械研磨によって電解複合研磨
を行うことも可能である。
Ｌを用いた化学機械研磨と電解液ＥＬを用いた電解研磨
とを複合した電解複合研磨の場合について説明したが、
本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、ス
ラリーＳＬを用いずに、電解液ＥＬの電解研磨と研磨工
具３の研磨面３ａによる機械研磨によって電解複合研磨
を行うことも可能である。
【００７８】また、上述した実施形態では、研磨工具３
と電極板２３との間を流れる電流値をモニターし、この
値に基づいてバリヤ膜１０５が露出するまでの研磨プロ
セスを管理したが、全ての研磨プロセスをモニターした
電流値で管理することも可能である。同様に、上述した
実施形態では、研磨工具３と電極板２３との間の電気抵
抗値をモニターし、この値に基づいて、バリヤ膜１０５
の除去プロセスのみの管理を行う構成としたが、全ての
研磨プロセスをモニターした電気抵抗値で管理すること
も可能である。
と電極板２３との間を流れる電流値をモニターし、この
値に基づいてバリヤ膜１０５が露出するまでの研磨プロ
セスを管理したが、全ての研磨プロセスをモニターした
電流値で管理することも可能である。同様に、上述した
実施形態では、研磨工具３と電極板２３との間の電気抵
抗値をモニターし、この値に基づいて、バリヤ膜１０５
の除去プロセスのみの管理を行う構成としたが、全ての
研磨プロセスをモニターした電気抵抗値で管理すること
も可能である。
【００７９】変形例１ 図２６は、本発明に係る研磨装置の一変形例を示す概略
図である。上述した実施形態に係る研磨装置１では、ウ
ェーハＷ表面への通電を、導電性の研磨工具と、スクラ
ブ部材２４を備えた通電板２３とによって行った。図２
６に示すように、ホイール状の研磨工具４０１は、研磨
装置１の場合と同様に導電性を持たせるとともに、ウェ
ーハＷをチャッキングし回転させるウェーハテーブル４
０２にも導電性を持たせる構成としてもよい。研磨工具
４０１への給電は、上述した実施形態と同様の構成で行
う。この場合には、ウェーハテーブル４０２への通電
は、ウェーハテーブル４０２の下部にロータリージョイ
ント４０３を設け、ロータリージョイント４０３によっ
て回転するウェーハテーブル４０２への通電を常に維持
する構成とすることで、電解電流の供給を行うことがで
きる。
図である。上述した実施形態に係る研磨装置１では、ウ
ェーハＷ表面への通電を、導電性の研磨工具と、スクラ
ブ部材２４を備えた通電板２３とによって行った。図２
６に示すように、ホイール状の研磨工具４０１は、研磨
装置１の場合と同様に導電性を持たせるとともに、ウェ
ーハＷをチャッキングし回転させるウェーハテーブル４
０２にも導電性を持たせる構成としてもよい。研磨工具
４０１への給電は、上述した実施形態と同様の構成で行
う。この場合には、ウェーハテーブル４０２への通電
は、ウェーハテーブル４０２の下部にロータリージョイ
ント４０３を設け、ロータリージョイント４０３によっ
て回転するウェーハテーブル４０２への通電を常に維持
する構成とすることで、電解電流の供給を行うことがで
きる。
【００８０】変形例２ 図２７は、本発明に係る研磨装置の他の変形例を示す概
略図である。ウェーハＷをチャッキングし、回転させる
ウェーハテーブル５０２は、ウェーハＷをウェーハＷの
周囲に設けたリテーナリング５０４によって保持してい
る。研磨工具５０１には、導電性を持たせるとともに、
リテーナリング５０４にも導電性を持たせ、研磨工具５
０１には上述した実施形態と同様の構成で給電する。ま
た、リテーナリング５０４は、ウェーハＷに形成された
上記のバリア層部分まで覆い通電する。さらに、リテー
ナリング５０４には、ウェーハテーブル５０２の下部に
設けられたロータリジョイント５０３を通じて給電す
る。なお、研磨工具５０１がウェーハＷに接触しても、
エッジの部分でリテーナリング５０４の厚さ以上の隙間
が維持できるように研磨工具３の傾斜量を大きくしてお
くことで、研磨工具５０１とリテーナリング５０４との
干渉を防ぐことができる。
略図である。ウェーハＷをチャッキングし、回転させる
ウェーハテーブル５０２は、ウェーハＷをウェーハＷの
周囲に設けたリテーナリング５０４によって保持してい
る。研磨工具５０１には、導電性を持たせるとともに、
リテーナリング５０４にも導電性を持たせ、研磨工具５
０１には上述した実施形態と同様の構成で給電する。ま
た、リテーナリング５０４は、ウェーハＷに形成された
上記のバリア層部分まで覆い通電する。さらに、リテー
ナリング５０４には、ウェーハテーブル５０２の下部に
設けられたロータリジョイント５０３を通じて給電す
る。なお、研磨工具５０１がウェーハＷに接触しても、
エッジの部分でリテーナリング５０４の厚さ以上の隙間
が維持できるように研磨工具３の傾斜量を大きくしてお
くことで、研磨工具５０１とリテーナリング５０４との
干渉を防ぐことができる。
【００８１】変形例３ 図２８は、本発明に係る研磨装置の他の実施形態を示す
概略構成図である。図２８に示す研磨装置は、従来型の
ＣＭＰ装置に本発明の電解研磨機能を付加したものであ
って、定盤２０１上に研磨パッド（研磨布）２０２が貼
着された研磨工具の研磨面にウェーハチャック２０７に
よってチャッキングされたウェーハＷの全面を回転させ
ながら接触させてウェーハＷの表面を平坦化する研磨装
置である。研磨パッド２０２には、陽極電極２０４と陰
極電極２０３とが放射状に交互に配置されている。ま
た、陽極電極２０４と陰極電極２０３とは絶縁体２０６
によって電気的に絶縁されており、陽極電極２０４と陰
極電極２０３は、定盤２０１側から通電される。これら
陽極電極２０４と陰極電極２０３と絶縁体２０６とによ
って研磨パッド２０２は構成されている。また、ウェー
ハチャック２０７は、絶縁材料から形成されている。さ
らに、この研磨装置には、研磨パッド２０２の表面に電
解液ＥＬおよびスラリーＳＬを供給する供給部２０８が
設けられており、電解研磨および化学機械研磨を複合さ
せた電解複合研磨が可能になっている。
概略構成図である。図２８に示す研磨装置は、従来型の
ＣＭＰ装置に本発明の電解研磨機能を付加したものであ
って、定盤２０１上に研磨パッド（研磨布）２０２が貼
着された研磨工具の研磨面にウェーハチャック２０７に
よってチャッキングされたウェーハＷの全面を回転させ
ながら接触させてウェーハＷの表面を平坦化する研磨装
置である。研磨パッド２０２には、陽極電極２０４と陰
極電極２０３とが放射状に交互に配置されている。ま
た、陽極電極２０４と陰極電極２０３とは絶縁体２０６
によって電気的に絶縁されており、陽極電極２０４と陰
極電極２０３は、定盤２０１側から通電される。これら
陽極電極２０４と陰極電極２０３と絶縁体２０６とによ
って研磨パッド２０２は構成されている。また、ウェー
ハチャック２０７は、絶縁材料から形成されている。さ
らに、この研磨装置には、研磨パッド２０２の表面に電
解液ＥＬおよびスラリーＳＬを供給する供給部２０８が
設けられており、電解研磨および化学機械研磨を複合さ
せた電解複合研磨が可能になっている。
【００８２】ここで、図２９は、上記構成の研磨装置に
よる電解複合研磨動作を説明するための図である。な
お、ウェーハＷ表面には、たとえば、銅膜２１０が形成
されているものとする。図２９に示すように、電解複合
研磨中には、ウェーハＷ表面に形成された銅膜２１０と
研磨パッド２０２の研磨面との間には、電解液ＥＬおよ
びスラリーＳＬが介在した状態で、陽極電極２０４と陰
極電極２０３との間に直流電圧が印加され、電流ｉが陽
極電極２０４から電解液ＥＬを通って銅膜２１０内を伝
って再び電解液ＥＬを通って陰極電極２０３に流れる。
このとき、図２９に示す円Ｇ内の付近では、電解作用に
よって銅膜２１０が溶出するとともに、銅膜２１０は研
磨パッド２０２とスラリーＳＬによる機械的除去作用に
よってさらに除去される。
よる電解複合研磨動作を説明するための図である。な
お、ウェーハＷ表面には、たとえば、銅膜２１０が形成
されているものとする。図２９に示すように、電解複合
研磨中には、ウェーハＷ表面に形成された銅膜２１０と
研磨パッド２０２の研磨面との間には、電解液ＥＬおよ
びスラリーＳＬが介在した状態で、陽極電極２０４と陰
極電極２０３との間に直流電圧が印加され、電流ｉが陽
極電極２０４から電解液ＥＬを通って銅膜２１０内を伝
って再び電解液ＥＬを通って陰極電極２０３に流れる。
このとき、図２９に示す円Ｇ内の付近では、電解作用に
よって銅膜２１０が溶出するとともに、銅膜２１０は研
磨パッド２０２とスラリーＳＬによる機械的除去作用に
よってさらに除去される。
【００８３】このような構成とすることにより、上述し
た実施形態に係る研磨装置１と同様の効果が奏される。
なお、研磨パッドに設ける陽極電極、陰極電極の配置は
図２８の構成に限定されるわけではなく、たとえば、図
３０に示すように、線状の複数の陽極電極２２２を縦横
に等間隔に配列し、陽極電極２２２によって囲まれる各
矩形領域に陰極電極２２３を配置し、陽極電極２２２と
陰極電極２２３とを絶縁体２２４で電気的に絶縁した研
磨パッド２２１としてもよい。さらに、たとえば、図３
１に示すように、半径がそれぞれ異なる環状の陽極電極
２４２を同心上に配置し、各陽極電極２４２間に形成さ
れる環状領域に陰極電極２４３をそれぞれ配置し、陽極
電極２４２と陰極電極２４３とを絶縁体２４４で電気的
に絶縁した研磨パッド２４１としてもよい。
た実施形態に係る研磨装置１と同様の効果が奏される。
なお、研磨パッドに設ける陽極電極、陰極電極の配置は
図２８の構成に限定されるわけではなく、たとえば、図
３０に示すように、線状の複数の陽極電極２２２を縦横
に等間隔に配列し、陽極電極２２２によって囲まれる各
矩形領域に陰極電極２２３を配置し、陽極電極２２２と
陰極電極２２３とを絶縁体２２４で電気的に絶縁した研
磨パッド２２１としてもよい。さらに、たとえば、図３
１に示すように、半径がそれぞれ異なる環状の陽極電極
２４２を同心上に配置し、各陽極電極２４２間に形成さ
れる環状領域に陰極電極２４３をそれぞれ配置し、陽極
電極２４２と陰極電極２４３とを絶縁体２４４で電気的
に絶縁した研磨パッド２４１としてもよい。
【００８４】
【発明の効果】本発明によれば、機械研磨と電解研磨と
の複合作用によって金属膜を研磨するので、機械研磨に
よる金属膜の平坦化の場合に比べて、非常に高能率に金
属膜の凸部の選択的除去および平坦化が可能となる。ま
た、本発明によれば、研磨工具を陰極として通電するた
め、予め正に帯電したパーティクルや研磨剤中の研磨砥
粒が研磨工具に引き寄せられ、ウェーハ表面へ残留する
のを防止することができ、歩留りの向上を図ることがで
きる。また、本発明によれば、高能率に金属膜の除去が
可能となるので、比較的低い研磨圧力でも十分な研磨レ
ートが得られ、研磨した金属膜にスクラッチ、ディッシ
ング、エロージョン等が発生するのを抑制することがで
きる。さらに、本発明によれば、比較的低い研磨圧力で
も十分な研磨レートが得られため、半導体装置の低消費
電力化および高速化等の観点から誘電率を低減するため
に層間絶縁膜として機械的強度が比較的低い有機系低誘
電率膜や多孔質低誘電率絶縁膜を使用した場合にも、容
易に適用可能である。また、本発明によれば、層間絶縁
膜上に残るバリヤ膜、あるいは、金属の部分は電解作用
が働くことで効率的に除去され、絶縁膜の露出部分から
溶出が停止するため、研磨の停止精度を自動的に確保す
ることができ、ディッシング、エロージョンを抑制する
ことができる。また、本発明によれば、電解電流をモニ
タリングすることで、研磨プロセスの管理を行うことが
でき、研磨プロセスの進行状態を正確に把握することが
可能となる。また、本発明によれば、研磨工具と電極部
材との間の電気抵抗値をモニタリングすることで、電流
が流れにくい、または電流が流れない膜と金属膜とを同
時に研磨するような場合でも、研磨プロセスを正確に管
理することができる。
の複合作用によって金属膜を研磨するので、機械研磨に
よる金属膜の平坦化の場合に比べて、非常に高能率に金
属膜の凸部の選択的除去および平坦化が可能となる。ま
た、本発明によれば、研磨工具を陰極として通電するた
め、予め正に帯電したパーティクルや研磨剤中の研磨砥
粒が研磨工具に引き寄せられ、ウェーハ表面へ残留する
のを防止することができ、歩留りの向上を図ることがで
きる。また、本発明によれば、高能率に金属膜の除去が
可能となるので、比較的低い研磨圧力でも十分な研磨レ
ートが得られ、研磨した金属膜にスクラッチ、ディッシ
ング、エロージョン等が発生するのを抑制することがで
きる。さらに、本発明によれば、比較的低い研磨圧力で
も十分な研磨レートが得られため、半導体装置の低消費
電力化および高速化等の観点から誘電率を低減するため
に層間絶縁膜として機械的強度が比較的低い有機系低誘
電率膜や多孔質低誘電率絶縁膜を使用した場合にも、容
易に適用可能である。また、本発明によれば、層間絶縁
膜上に残るバリヤ膜、あるいは、金属の部分は電解作用
が働くことで効率的に除去され、絶縁膜の露出部分から
溶出が停止するため、研磨の停止精度を自動的に確保す
ることができ、ディッシング、エロージョンを抑制する
ことができる。また、本発明によれば、電解電流をモニ
タリングすることで、研磨プロセスの管理を行うことが
でき、研磨プロセスの進行状態を正確に把握することが
可能となる。また、本発明によれば、研磨工具と電極部
材との間の電気抵抗値をモニタリングすることで、電流
が流れにくい、または電流が流れない膜と金属膜とを同
時に研磨するような場合でも、研磨プロセスを正確に管
理することができる。
【図１】本発明の研磨装置の一実施形態の構成を示す図
である。
である。
【図２】図１の研磨装置のヘッド部の詳細を示す拡大図
である。
である。
【図３】（ａ）は電極板２３の構造の一例を示す下面図
であり、（ｂ）は電極板２３と、通電軸２０、スクラブ
部材２４および絶縁部材４との位置関係を示す断面図で
ある。
であり、（ｂ）は電極板２３と、通電軸２０、スクラブ
部材２４および絶縁部材４との位置関係を示す断面図で
ある。
【図４】研磨工具とウェーハとの関係を示す図である。
【図５】研磨工具に対してウェーハをＸ軸方向に移動さ
せた様子を示す図である。
せた様子を示す図である。
【図６】ヘッド加工部でウェーハを研磨加工する状態を
示す概略図である。
示す概略図である。
【図７】研磨工具と電極板との関係を示す図である。
【図８】本発明の研磨装置の電解研磨機能を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図９】本発明の半導体装置の製造方法の一実施形態に
係る製造プロセスを示す工程図である。
係る製造プロセスを示す工程図である。
【図１０】本発明の半導体装置の製造方法の製造プロセ
スを示す断面図である。
スを示す断面図である。
【図１１】図１０に続く製造プロセスを示す断面図であ
る。
る。
【図１２】図１１に続く製造プロセスを示す断面図であ
る。
る。
【図１３】図１２に続く製造プロセスを示す断面図であ
る。
る。
【図１４】図１３に続く製造プロセスを示す断面図であ
る。
る。
【図１５】図１４に示す半導体装置の断面構造の拡大図
である。
である。
【図１６】図１４に続く製造プロセスを示す断面図であ
る。
る。
【図１７】スクラブ部材２４付近における研磨プロセス
を示す概念図である。
を示す概念図である。
【図１８】研磨工具３付近における研磨プロセスを示す
概念図である。
概念図である。
【図１９】図１６に続く製造プロセスを示す断面図であ
る。
る。
【図２０】金属膜の凸部が選択的に除去され平坦化され
た状態を示す断面図である。
た状態を示す断面図である。
【図２１】図１９に続く製造プロセスを示す断面図であ
る。
る。
【図２２】図２１に続く製造プロセスを示す断面図であ
る。
る。
【図２３】図２２に続く製造プロセスを示す断面図であ
る。
る。
【図２４】研磨加工が終了した半導体装置に対してフラ
ッシングをした状態を示す断面図である。
ッシングをした状態を示す断面図である。
【図２５】電解複合研磨プロセスにおいてモニターした
電流値の一例を示すグラフである。
電流値の一例を示すグラフである。
【図２６】本発明の研磨装置の変形例を示す図である。
【図２７】本発明の研磨装置のさらに他の変形例を示す
図である。
図である。
【図２８】本発明に係る研磨装置の他の実施形態を示す
概略構成図である。
概略構成図である。
【図２９】図２８に示した研磨装置による電解複合研磨
動作を説明するための図である。
動作を説明するための図である。
【図３０】研磨パッドの電極構成の他の例を示す図であ
る。
る。
【図３１】研磨パッドの電極構成のさらに他の例を示す
図である。
図である。
【図３２】デュアルダマシン法による配線形成プロセス
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図３３】図３２に続く配線形成プロセスを示す断面図
である。
である。
【図３４】図３３に続く配線形成プロセスを示す断面図
である。
である。
【図３５】図３４に続く配線形成プロセスを示す断面図
である。
である。
【図３６】図３５に続く配線形成プロセスを示す断面図
である。
である。
【図３７】図３６に続く配線形成プロセスを示す断面図
である。
である。
【図３８】ＣＭＰ法による金属膜に研磨加工において発
生するディッシングを説明するための断面図である。
生するディッシングを説明するための断面図である。
【図３９】ＣＭＰ法による金属膜に研磨加工において発
生するエロージョンを説明するための断面図である。
生するエロージョンを説明するための断面図である。
【図４０】ＣＭＰ法による金属膜に研磨加工において発
生するリセスを説明するための断面図である。
生するリセスを説明するための断面図である。
【図４１】ＣＭＰ法による金属膜に研磨加工において発
生する
生する
１…研磨装置、１１…加工ヘッド部、６１…電解電源、
５５…コントローラ５５、７１…スラリー供給装置、８
１…電解液供給装置。
５５…コントローラ５５、７１…スラリー供給装置、８
１…電解液供給装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 29/786 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１９Ａ (72)発明者 佐藤 修三 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 5F033 HH11 HH18 HH21 HH32 HH33 JJ11 JJ18 JJ21 JJ32 JJ33 KK01 MM02 PP06 PP14 PP15 PP19 PP27 PP28 PP33 QQ09 QQ37 QQ46 QQ48 QQ49 RR04 SS04 SS13 XX01 5F040 DC01 EJ03 EJ08 FC10 5F043 DD14 DD16 EE08 EE14 EE35 EE40 FF07 GG10 5F110 AA18 NN02 NN23 NN35 QQ19 QQ30
Claims (48)
- 【請求項１】基板上に形成された絶縁膜に配線を形成す
るための配線用溝を形成する工程と、 前記配線用溝を埋め込むように、前記絶縁膜上に金属膜
を堆積させる工程と、 前記絶縁膜上に堆積した金属膜の表面に当該金属膜の電
解反応を妨げる作用を発揮する不動態膜を形成する工程
と、 前記金属膜に形成された不動態膜のうち、前記配線用溝
の埋め込みによって生じた前記金属膜の表面に存在する
凸部上の不動膜を機械研磨によって選択的に除去し、当
該金属の凸部を表面に露出させる工程と、 前記露出した金属膜の凸部を電解研磨によって除去し、
前記配線用溝の埋め込みによって生じた前記金属膜の表
面の凹凸を平坦化する工程とを有する半導体装置の製造
方法。 - 【請求項２】前記表面が平坦化された金属膜の前記絶縁
膜上に存在する余分な金属膜を電解研磨と機械研磨とを
複合させた電解複合研磨よって除去し、前記配線を形成
する工程をさらに有する請求項１に記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項３】前記電解複合研磨は、電解研磨と化学機械
研磨とを複合させる請求項２に記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項４】前記配線用溝を形成した後に、前記絶縁膜
上および前記溝内を覆うように前記金属膜の前記絶縁膜
への拡散を防ぐための導電性材料からなるバリヤ膜を形
成し、 前記露出した金属膜の凸部を平坦化した後に、
前記絶縁膜上に存在する余分な金属膜を前記電解複合研
磨によって前記バリヤ膜が表面に露出するまで除去する
工程と、 前記絶縁膜上に存在する余分なバリヤ膜を前記絶縁膜が
表面に露出するまで前記電解複合研磨によって除去する
工程とを有する請求項２に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項５】導電性を有する研磨工具の研磨面と前記不
動態膜との間に電解液を介在させ、前記金属膜およびバ
リヤ膜を陽極とし前記研磨工具を陰極として、前記金属
膜およびバリヤ膜と前記研磨工具との間に電圧を印加
し、 前記研磨工具を前記不動態膜の表面に相対的に移動させ
て、前記金属膜の凸部に形成された不動態膜を選択的に
除去し、 前記選択的に除去された不動態膜から露出した前記金属
膜の凸部を前記電解液の電解作用によって溶出させる請
求項４に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】前記研磨工具との間で電圧が印加された電
極部材を前記金属膜およびバリヤ膜に接触または接近さ
せて前記金属膜および前記バリヤ膜に通電し、 前記電極部材から前記前記金属膜および前記バリヤ膜を
経由して前記研磨工具に流れる電流をモニタリングし、
当該電流値の大きさに基づいて前記金属膜およびバリヤ
膜の研磨の進行を管理する請求項５に記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項７】前記研磨工具との間で電圧が印加された電
極部材を前記金属膜およびバリヤ膜に接触または接近さ
せて前記金属膜および前記バリヤ膜に通電し、 前記電極部材と前記研磨工具との間に発生する電気抵抗
の大きさをモニタリングし、当該電気抵抗値に基づいて
前記金属膜およびバリヤ膜の研磨の進行を管理する請求
項５に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項８】前記研磨工具の研磨面と前記不動態膜との
間に研磨砥粒を含む化学研磨剤を介在させて前記不動態
膜を選択的に除去する請求項５に記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項９】前記金属膜と前記バリヤ膜とを構成する各
材料に対してそれぞれ研磨レートの高い異なる化学研磨
剤を用いて前記余分な金属膜とバリヤ膜とをそれぞれ除
去する請求項５に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１０】前記余分なバリヤ膜を除去する工程で
は、前記バリヤ膜と前記研磨工具との間に印加する電圧
を、前記余分な金属膜を除去する工程での前記金属膜と
前記研磨工具との間に印加する電圧よりも低くする請求
項５に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１１】前記配線用溝を形成する工程は、前記配
線用溝の形成とともに、前記絶縁膜の下層に形成された
不純物拡散層または配線と当該絶縁膜上に形成される配
線とを接続するためのコンタクトホールを形成する工程
を有し、 前記配線用溝に金属を埋め込む工程は、前記配線用溝と
ともに前記コンタクトホールに金属を埋め込む請求項２
に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】前記配線の形成材料には、銅を使用し、 前記配線用溝およびコンタクトホールには電気メッキ法
を用いて銅を埋め込む請求項１１に記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項１３】前記バリヤ膜の形成材料には、Ｔａ、Ｔ
ｉ、ＴａＮおよびＴｉＮのいずれかを用いる請求項４に
記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１４】前記不動態膜は、前記金属膜の表面を酸
化させた酸化膜からなる請求項１に記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項１５】前記金属膜の表面に酸化剤を供給して前
記酸化膜を形成する請求項１４に記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項１６】前記不動態膜は、前記金属膜を構成する
金属の電解反応を妨げる作用を発揮する材料からなる膜
を前記金属膜の表面上に形成する請求項１に記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項１７】前記不動態膜は、前記金属膜の表面に、
はっ水膜、油膜、酸化防止膜、界面活性剤からなる膜、
キレート剤からなる膜、および、シランカップリング剤
からなる膜のいずれかを形成する請求項１６に記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項１８】前記不動態膜は、前記金属膜よりも、電
気的抵抗が高く、かつ、機械的強度が低い請求項１に記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１９】研磨面を有し、導電性を有する研磨工具
と、 前記研磨工具を所定の回転軸を中心に回転させ、かつ、
保持する研磨工具回転保持手段と、 被研磨対象物を保持し所定の回転軸を中心に回転させる
回転保持手段と、 前記研磨工具を前記被研磨対象物に対向する方向の目標
位置に移動位置決めする移動位置決め手段と、 前記被研磨対象物の被研磨面と前記研磨工具の研磨面と
を所定の平面に沿って相対移動させる相対移動手段と、 前記被研磨対象物の被研磨面上に電解液を供給する電解
液供給手段と、 前記被研磨対象物の被研磨面を陽極とし前記研磨工具を
陰極として、前記被研磨面から前記電解液を通じて前記
研磨工具に流れる電解電流を供給する電解電流供給手段
とを有する研磨装置。 - 【請求項２０】前記被研磨対象物の被研磨面に研磨砥粒
を含む化学研磨剤を供給する研磨剤供給手段をさらに有
する請求項１９に記載の研磨装置。 - 【請求項２１】前記電解電流供給手段は、前記被研磨対
象物の被研磨面に接触可能または接近可能に配置され、
前記被研磨対象物の被研磨面を陽極として当該被研磨面
に通電する通電手段と、 前記通電手段と前記研磨工具との間に所定電位を印加す
る直流電源とを備える請求項１に記載の研磨装置。 - 【請求項２２】前記直流電源は、所定周期のパルス状の
電圧を出力する請求項２１に記載の研磨装置。 - 【請求項２３】前記研磨工具は、ホイール状の導電性部
材からなり、当該部材の環状の一端面が研磨面を構成し
ており、 前記通電手段は、前記研磨工具の内側に当該研磨工具と
離隔して設けられ、前記回転保持手段によって保持さ
れ、前記研磨工具とともに回転する導電性の電極板を備
える請求項２１に記載の研磨装置。 - 【請求項２４】前記電極板は、前記被研磨対象物の被研
磨面に対向する側に当該被研磨面をスクラブする面を有
するスクラブ部材を備える請求項２３に記載の研磨装
置。 - 【請求項２５】前記スクラブ部材は、前記電解液および
研磨砥粒を含む化学研磨剤を吸収し、かつ通過させるこ
とができる材料から形成されており、前記電極板側から
供給される電解液および／または化学研磨剤を被研磨対
象物の被研磨面に供給する請求項２４に記載の研磨装
置。 - 【請求項２６】前記研磨工具は、前記回転保持手段に連
結された導電性部材によって保持されており、前記回転
する導電性部材に接触する通電ブラシを通じて通電され
る請求項２１に記載の研磨装置。 - 【請求項２７】前記電極部材は、前記被研磨対象物の被
研磨面に形成された被電解金属に対して貴なる金属から
なる請求項２３に記載の研磨装置。 - 【請求項２８】前記被研磨対象物の被研磨面から前記研
磨工具に流れる電解電流の値を検出する電流検出手段を
さらに備える請求項１９に記載の研磨装置。 - 【請求項２９】前記被研磨対象物の被研磨面を経由した
前記電極部材と前記研磨工具との間の電気抵抗を検出す
る抵抗値検出手段を備える請求項２３に記載の研磨装
置。 - 【請求項３０】前記電流検出手段の検出信号に基づい
て、前記電解電流の値が一定となるように前記研磨工具
と前記被研磨対象物との対向方向の位置を制御する制御
手段をさらに有する請求項２９に記載の研磨装置。 - 【請求項３１】被研磨対象物の被研磨面の全面に回転し
ながら接触する研磨面を有する研磨工具を備え、前記被
研磨対象物を前記研磨面に回転させながら接触させて平
坦化研磨する研磨装置であって、 前記研磨面上に電解液を供給する電解液供給手段を有
し、 前記研磨面に前記被研磨対象物の被研磨面に通電可能な
陽極電極および陰極電極を備え、前記電解液による電解
研磨と前記研磨面による機械研磨とを複合した電解複合
研磨によって前記被研磨対象物の被研磨面を平坦化研磨
する研磨装置。 - 【請求項３２】前記研磨面に研磨砥粒を含む化学研磨剤
を供給する研磨剤供給手段をさらに有し、 前記電解液による電解研磨と前記研磨面および前記研磨
剤による化学機械研磨とを複合した電解複合研磨によっ
て前記被研磨対象物の被研磨面を平坦化研磨する請求項
３１に記載の研磨装置。 - 【請求項３３】導電性の研磨工具の研磨面と金属膜が少
なくとも表面または内層に形成された被研磨対象物の表
面とを電解液を介在させて押し付け、 前記研磨工具を陰極とし前記被研磨対象物の表面を陽極
として、前記被研磨対象物の表面から前記研磨工具に前
記電解液を通じて流れる電解電流を供給し、 前記研磨工具と前記被研磨対象物とを共に回転させなが
ら所定の平面に沿って相対移動させ、 前記電解液よる電解研磨および前記研磨面による機械研
磨を複合した電解複合研磨によって前記被研磨対象物に
形成された金属膜を平坦化する研磨方法。 - 【請求項３４】前記研磨面と前記被研磨対象物の表面と
の間に前記電解液とともに研磨砥粒を含む化学研磨剤を
介在させ、前記電解液による電解研磨と前記研磨面およ
び前記研磨剤による化学機械研磨とを複合した電解複合
研磨によって前記被研磨対象物に形成された金属膜を平
坦化する請求項３３に記載の研磨方法。 - 【請求項３５】前記被研磨対象物には、異なる材料から
なる複数の膜が積層されており、 前記各膜の材料の電気的特性の違いによって変化する前
記電解液を通じて前記被研磨対象物の表面から前記研磨
工具に流れる電解電流をモニタリングし、当該電解電流
の大きさに基づいて研磨の進行を管理する請求項３３に
記載の研磨方法。 - 【請求項３６】前記研磨工具と前記被研磨対象物の表面
との間に、所定の周期のパルス状の電圧を印加して前記
電解電流を供給する請求項３３に記載の研磨方法。 - 【請求項３７】電極部材を前記電解液が供給された前記
被研磨対象物の表面に接近または当接させ、前記被研磨
対象物の表面へ通電する請求項３３に記載の研磨方法。 - 【請求項３８】前記電極部材を前記研磨工具とともに回
転させ、かつ、前記被研磨対象物に対して相対移動させ
ながら前記被研磨対象物に形成された金属膜に通電する
請求項３７に記載の研磨方法。 - 【請求項３９】前記被研磨対象物の表面を経由した前記
電極部材と前記研磨工具との間の電気抵抗の大きさに基
づいて、前記被研磨対象物の研磨の進行を管理する請求
項３７に記載の研磨方法。 - 【請求項４０】前記研磨剤に含まれる研磨砥粒を正に帯
電させる請求項３４に記載の研磨方法。 - 【請求項４１】被研磨対象物に形成された金属膜の表面
に当該金属膜の電解反応を妨げる作用を発揮する不動態
膜を形成する工程と、 導電性の研磨工具の研磨面と前記金属膜との間に電解液
を介在させて当該研磨面と金属膜とを押し付け、かつ、
前記研磨工具と前記金属膜と間に所定の電圧を印加する
工程と、 前記研磨工具の研磨面と前記被研磨対象物の金属膜とを
所定の平面に沿って相対移動させ、前記金属膜のうち前
記研磨工具の研磨面に対して突出した凸部上の不動態膜
を前記研磨工具の機械研磨によって選択的に除去する工
程と、 前記不動態膜が除去されて表面に露出した金属膜の凸部
を前記電解液による電解研磨作用によって除去して前記
金属膜を平坦化する工程とを有する研磨方法。 - 【請求項４２】前記研磨面と前記金属膜との間に前記電
解液とともに研磨砥粒を含む化学研磨剤を介在させ、前
記研磨面および前記研磨砥粒による化学機械研磨によっ
て前記不動態膜を選択的に除去する請求項４１に記載の
研磨方法。 - 【請求項４３】前記不動態膜は、前記金属膜の表面を酸
化させた酸化膜からなる請求項４１に記載の研磨方法。 - 【請求項４４】前記不動態膜は、前記金属膜を構成する
金属の電解反応を妨げる作用を発揮する材料からなる膜
を前記金属膜の表面上に形成する請求項４１に記載の研
磨方法。 - 【請求項４５】前記不動態膜は、前記金属膜よりも、電
気的抵抗が高く、かつ、機械的強度が低い請求項４１に
記載の研磨方法。 - 【請求項４６】電極部材を前記金属膜の表面に接近また
は当接させ、前記金属膜へ通電する請求項４１に記載の
研磨方法。 - 【請求項４７】前記電極部材と前記研磨工具との間の電
気抵抗の大きさに基づいて研磨の進行を管理する請求項
４６に記載の研磨方法。 - 【請求項４８】前記研磨剤に含まれる研磨砥粒を正に帯
電させる請求項４２に記載の研磨方法。
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