JP2007189196A - 研磨パッド及び研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨パッドの表面（研磨面）や貫通穴内に残留した研磨生成物や“古い研磨液”を、効率的に除去できるようにする。
【解決手段】研磨パッド６６の内部に設けた肉厚方向に貫通する複数の貫通穴６６ｂを連絡溝６６ｃで互いに連絡させ、研磨パッドのコンディショニングを行うときに研磨パッド６６に加えられる液体で、研磨パッド６６の表面（研磨面）６６ａや貫通穴６６ｂ内に残留した研磨生成物や“古い研磨液”を、連絡溝６６ｃを通して外部に押し流して効率的に除去しながら、研磨パッド６６のコンディショニングを行うことができるようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、研磨パッド及び研磨装置に関し、特に半導体ウェハ等の基板に形成した絶縁膜（層間絶縁膜）内に設けた微細な配線用凹部の内部に埋込んだ銅等の配線材料（金属）を研磨して配線を形成するのに使用される研磨パッド及び該研磨パッドを用いた研磨装置に関する。

半導体装置の配線形成プロセスとして、絶縁膜内に設けたトレンチやビアホール等の配線用凹部内に配線金属を埋込むようにした、いわゆるダマシンプロセスが使用されつつある。このダマシンプロセスは、基板上のＳｉＯ_２、ＳｉＯＦ、ＳｉＯＣまたはいわゆるＬｏｗ−ｋ材等からなる絶縁膜（層間絶縁膜）内に配線用凹部を形成し、次いで配線用凹部を含む絶縁膜全表面に、チタン、タンタル、タングステン、ルテニウム及び／またはそれらの合金等からなるバリア膜を形成し、バリア膜の表面に、アルミニウム、銅、銀、金またはそれらの合金からなる配線金属膜を形成して配線用凹部内に配線金属を埋込み、その後、配線用凹部以外に形成された余分な配線金属膜及びバリア膜を除去することにより一般に行われる。現状の高速デバイスでは、配線金属として、銅または銅合金を採用することが一般的であり、また絶縁膜としては、いわゆるＬｏｗ−ｋ材を採用する方向にある。

ダマシンプロセスにおける配線用凹部の形成はドライエッチング等により、バリア膜の形成はＰＶＤ、ＣＶＤまたはＡＬＤ等のドライプロセスにより行われることが多い。配線金属膜の形成方法としては、電解めっきまたは無電解めっき等のウェットプロセスや、ＰＶＤ、ＣＶＤまたはＡＬＤ等のドライプロセスが挙げられるが、電解めっきで形成することが広く行われている。バリア膜の導電性が低い場合に電解めっきで配線金属膜を形成する際には、バリア膜の成膜に連続して該バリア膜の表面に給電用のシード膜を事前に形成しておくことが広く行われている。配線金属膜を形成した後の基板表面には、配線金属膜が配線パターンに起因した凹凸を有した状態で存在しており、このため、一般に、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）、電解研磨、電気化学的機械的研磨等のいわゆる平坦化法で、先ず配線金属膜表面の凹凸を平坦化した後に配線用凹部以外の余分な配線金属膜及びバリア膜を除去するようにしている。

図１は、半導体装置における銅配線形成例を工程順に示す。図１（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材３０１上の導電層３０１ａの上に、例えばＳｉＯ_２やＬｏｗ−ｋ材からなる絶縁膜３０２を堆積し、この絶縁膜３０２の内部に、例えばリソグラフィ・エッチング技術によりビアホール３０３とトレンチ３０４を形成し、その上にＴａもしくはＴａＮ等からなるバリア膜３０５、更にその上に電解めっきの給電膜としてのシード膜３０６をスパッタリング等により形成する。

そして、図１（ｂ）に示すように、半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基板Ｗのビアホール３０３及びトレンチ３０４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜３０２上に配線金属膜としての銅膜３０７を堆積させる。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等により、絶縁膜３０２上の銅膜３０７、シード膜３０６及びバリア膜３０５を除去して、ビアホール３０３及びトレンチ３０４に充填させた銅膜３０７の表面と絶縁膜３０２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜３０２の内部にシード膜３０６と銅膜３０７からなる配線３０８を形成する。

銅膜等の配線金属膜を研磨して微細配線を形成する研磨工程においては、多くの研磨生成物が生成される。同時に、研磨液中の成分も消費されて、成分濃度が減少する。これらの研磨生成物や成分濃度が減少した“古い研磨液”が研磨パッドの表面（研磨面）に残留した状態で研磨を行うと、例えば研磨速度の低下が生じる等の研磨装置の研磨特性及びその安定性の低下に繋がる。特に電気化学的機械的研磨を行う研磨装置では、加工電極上に配置された研磨パッドとして、内部に多数の貫通穴を形成したものが使用され、この貫通穴に研磨液（電解液）を満たすことで、加工電極と基板の表面との間の電気的導通がなされているが、この貫通穴は、研磨液（電解液）の流入及び排出効率が一般に小さく、このため、研磨生成物や“古い研磨液”が貫通穴の内部に残留し易い。そして、貫通穴の内部に研磨生成物が残留して加工電極の表面に蓄積すると、基板と加工電極との間の電気的導通が研磨生成物によって阻害されて、研磨装置の研磨特性及びその安定性の低下が引き起こされる。従って、研磨パッドの表面に残留する研磨生成物や“古い研磨液”を、如何にして効率的に除去するかが、研磨装置の研磨特性を維持する上での課題となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、表面（研磨面）や貫通穴内に残留した研磨生成物や“古い研磨液”を、効率的に除去できるようにした研磨パッド及び該研磨パッドを用いた研磨装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、内部に設けた肉厚方向に貫通する複数の貫通穴を連絡溝で互いに連絡させたことを特徴とする研磨パッドである。
これにより、研磨パッドのコンディショニングを行うときに研磨パッドに加えられる液体で、研磨パッドの表面（研磨面）や貫通穴内に残留した研磨生成物や“古い研磨液”を、連絡溝を通して外部に押し流して効率的に除去しながら、研磨パッドのコンディショニングを行うことができる。

請求項２に記載の発明は、前記貫通穴は、直径が２〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の研磨パッドである。
請求項３に記載の発明は、前記貫通穴の開口率は、研磨パッドの研磨面の表面積の１０〜５０％であることを特徴とする請求項１または２記載の研磨パッドである。貫通穴の開口率は、研磨パッドの研磨面の表面積の２０〜４０％であることが好ましい。
これにより、基板の表面に接触して該表面を実際に研磨する研磨面の充分な面積を確保して、研磨効率が低下してしまうことを防止することができる。

請求項４に記載の発明は、前記連絡溝の深さは、研磨パッドの厚さの４０〜６０％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨パッドである。連絡溝の深さは、研磨パッドの厚さの４０〜５０％であることが好ましい。
これにより、研磨パッドの強度が連絡溝の存在によって、極端に低下してしまうことを防止することができる。
請求項５に記載の発明は、前記連絡溝は、研磨パッドの研磨面と逆の面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の研磨パッドである。
これにより、基板の表面に接触して該表面を実際に研磨する研磨面の面積が、連絡溝の存在によって減少してしまうことを防止することができる。

請求項６に記載の発明は、前記連絡溝の幅は、前記貫通穴の直径の１０〜５０％であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の研磨パッドである。
これにより、連絡溝としての充分な流路面積を確保して、研磨パッドのコンディショニングを行うときに加えられる液体で、研磨パッドの表面（研磨面）や貫通穴内に残留した研磨生成物や“古い研磨液”を、より効率的に外部に押し流すことができる。

請求項７に記載の発明は、前記連絡溝は、同心円状、格子状、円弧状、放射状及びスパイラル状のいずれか１つ、または２つ以上の組合せた方向に延びていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の研磨パッドである。
請求項８に記載の発明は、前記連絡溝の間に流通溝が更に設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の研磨パッドである。
これにより、流体の流通性を更に向上させることができる。

請求項９に記載の発明は、研磨パッドの硬度（Ａｓｋｅｒ−Ｃ）は、６０〜９５であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の研磨パッドである。
請求項１０に記載の発明は、前記研磨パッドの研磨面と逆の面に、該研磨パッドよりも硬度の小さい支持層を更に有することを特徴とする請求項９記載の研磨パッドである。
請求項１１に記載の発明は、前記支持層に連絡溝が形成されていることを特徴とする請求項１０記載の研磨パッドである。

請求項１２に記載の発明は、研磨面の少なくとも一部が導線性を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨パッドである。
このように、研磨パッドの研磨面の少なくとも一部に導電性を持たせることで、研磨の際に、研磨パッドの研磨面を通して該研磨面に接触する基板表面の導電膜に給電することができる。

請求項１３に記載の発明は、電源の一方の極に接続された第１電極と該第１電極の表面を覆う請求項１乃至１２のいずれかに記載の研磨パッドを有する研磨テーブルと、基板を保持し該基板を前記研磨パッドの研磨面に押圧するトップリングと、電源の他方の極に接続されて前記基板に通電する第２電極と、前記研磨パッドの前記研磨面に液体を供給する液体供給部と、前記研磨パッドの前記研磨面をコンディショニングするコンディショニング部材と、前記トップリングで保持された基板と前記研磨パッドとを相対移動させる相対移動機構を有することを特徴とする研磨装置である。

請求項１４に記載の発明は、前記液体供給部は、複数の液体供給口を有することを特徴とする請求項１３記載の研磨装置である。
請求項１５に記載の発明は、前記液体供給部は、直線運動、往復運動、揺動運動及び回転運動のいずれか１つ、または２つ以上を組合せた運動を行うことを特徴とする請求項１３または１４記載の研磨装置である。

本発明によれば、研磨パッドのコンディショニングを行うときに加えられる液体で、研磨パッドの表面（研磨面）や貫通穴内に残留した研磨生成物や“古い研磨液”を、連絡溝を通して外部に押し流して効率的に除去し、これによって、研磨パッドを有する研磨装置の研磨特性やその安定性を維持することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図２は、本発明の実施の形態の研磨装置を備えた研磨システムの配置構成を示す平面図である。この研磨システムは、例えば、図１（ｂ）に示すように、表面に銅めっきを施すことで、ビアホール３０３及びトレンチ３０４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜３０２上に配線金属膜としての銅膜３０７を堆積させた基板Ｗを用意し、この基板の表面に研磨処理を施して絶縁膜３０２上の銅膜３０７、シード膜３０６及びバリア膜３０５を除去することで、これにより、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜３０２の内部にシード膜３０６と銅膜３０７からなる配線３０８を形成するのに使用される。

この研磨システムは、配線金属膜としての銅膜３０７を有する多数の基板Ｗ（図１（ｂ）参照）をストックする基板カセット１を載置するロードアンロードステージ２を４つ備えている。ロードアンロードステージ２上の各基板カセット１に到達可能となるように、走行機構３の上に２つのハンドを有した搬送ロボット４が配置されている。走行機構３にはリニアモータからなる走行機構が採用されている。リニアモータからなる走行機構を採用することにより、大口径化し重量が増した基板の高速且つ安定した搬送ができる。

この例では、基板カセット１を載置するロードアンロードステージ２として、ＳＭＩＦ(Standard Manufacturing Interface)ポッドまたはＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を用い、ロードアンロードステージが外付けされている。ＳＭＩＦ及びＦＯＵＰは、中に基板カセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。ＳＭＩＦもしくはＦＯＵＰを、研磨システムのロードアンロードステージ２に設置した場合、ハウジング４６に設けられたシャッタ５２及びＳＭＩＦもしくはＦＯＵＰ側のシャッタが開くことにより、研磨システムと基板カセット１が一体化する。ＳＭＩＦもしくはＦＯＵＰは、研磨工程が終わるとシャッタを閉じ、研磨システムと分離し、別の処理工程へ自動もしくは手動で搬送されるため、その内部雰囲気を清浄に保っておく必要がある。

そのため、基板が基板カセット１に戻る直前に通る領域Ａの上部には、ケミカルフィルタを通して清浄な空気のダウンフローが形成されている。また、搬送ロボット４の移動にリニアモータを用いているため、発塵が抑えられ、領域Ａの雰囲気をより正常に保つことができる。
なお、基板カセット１内の基板を清浄に保つために、ＳＭＩＦやＦＯＵＰの様な密閉容器にケミカルフィルタやファンを内蔵し、自らクリーン度を維持するクリーンボックスを用いるようにしてもよい。

搬送ロボット４の走行機構３を対称軸に、基板カセット１とは反対側に２台の乾燥ユニット５，６が配置されている。各乾燥ユニット５，６は、搬送ロボット４のハンドが到達可能な位置に配置されている。また２台の乾燥ユニット５，６の間で、搬送ロボット４が到達可能な位置に、４つの基板載置台７，８，９，１０を備えた基板ステーション５０が配置されている。

乾燥ユニット５，６と基板ステーション５０が配置されている領域Ｂと、基板カセット１と搬送ロボット４が配置されている領域Ａのクリーン度を分けるために隔壁１４が配置され、互いの領域の間で基板を搬送するための隔壁１４の開口部にシャッタ１１が設けられている。乾燥ユニット５と３つの基板載置台７，９，１０に到達可能な位置に搬送ロボット２０が配置されており、乾燥ユニット６と３つの基板載置台８，９，１０に到達可能な位置に搬送ロボット２１が配置されている。

乾燥ユニット５と隣接するように搬送ロボット２０のハンドが到達可能な位置に洗浄ユニット２２が配置されている。また、乾燥ユニット６と隣接するように搬送ロボット２１のハンドが到達可能な位置に洗浄ユニット２３が配置されている。
乾燥ユニット５，６、洗浄ユニット２２，２３、基板ステーション５０の基板載置台７，８，９，１０及び搬送ロボット２０，２１は全て領域Ｂの中に配置されていて、領域Ａ内の気圧よりも低い気圧に調整されている。

この研磨システムは、各機器を囲むようにハウジング（図示せず）を有しており、前記ハウジング内は隔壁１４、隔壁２４Ａ，２４Ｂにより複数の部屋（領域Ａ、領域Ｂを含む）に区画されている。
隔壁２４Ａ，２４Ｂによって、領域Ｂと区分された２つの研磨室が形成される２つの領域Ｃ，Ｄに区分されている。そして、一方の領域Ｃには、本発明の実施の形態の電気化学的機械的研磨装置５４からなる第１研磨装置が配置され、他方の領域Ｄには、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）装置５６からなる第２研磨装置が配置されている。

即ち、領域Ｃ内に配置された電気化学的機械的研磨装置（第１研磨装置）５４は、研磨テーブル３４，３６、トップリング３２、研磨テーブル３４の研磨パッド６６（図３及び図４参照）に研磨液（電解液）を供給する液体供給部としての研磨液供給ノズル４０、研磨テーブル３４の研磨パッド６６のドレッシングを行うためのドレッサー（コンディショニング部材）３８、及び研磨テーブル３６の研磨パッドのドレッシングを行うためのドレッサー４８を有している。一方、領域Ｄ内に配置されたＣＭＰ装置（第２研磨装置）５６は、研磨テーブル３５，３７、トップリング３３、研磨テーブル３５の研磨パッドに研磨液を供給するための研磨液供給ノズル４１、研磨テーブル３５の研磨パッドのドレッシングを行うためのドレッサー３９、及び研磨テーブル３７の研磨パッドのドレッシングを行うためのドレッサー４９を有している。

なお、この例では、電気化学的機械的研磨装置５４及びＣＭＰ装置５６として、共に２つの研磨テーブルを備えたものを使用することで、更に多段に亘る研磨を行えるようにしているが、一方の研磨テーブル３６，３７を省略するようにしてもよい。

電気化学的機械的研磨装置５４は、機械的なドレッサー３８の他に、流体圧によるドレッサーとしてのアトマイザ（コンディショニング部材）４４を備え、ＣＭＰ装置５６は、機械的なドレッサー３９の他に、流体圧によるドレッサーとしてのアトマイザ４５を備えている。アトマイザとは、例えば液体（例えば純水）と気体（例えば窒素）の混合流体を霧状にして、複数のノズルから研磨面に噴射するものである。アトマイザの主な目的は、研磨面上に堆積、目詰まりした研磨カス、研磨粒子等を洗い流すことである。アトマイザの流体圧による研磨面の浄化（アトマイジング）と、機械的接触であるドレッサー３８，３９による研磨面の目立て（ドレッシング）作業により、より望ましいコンディショニング、即ち研磨面の再生を達成することができる。

図３及び図４は、本発明の実施の形態の研磨装置である電気化学的機械的研磨装置５４の要部を示す。電気化学的機械的研磨装置５４の研磨テーブル３４は、例えば白金等のイオン化傾向が低い材質、特に銅等の被研磨対象物よりもイオン化傾向が低い材質で構成されている。この研磨テーブル３４の上面には、電源６０の一方の極に接続された円板状の第１電極（カソード）６２と、電源６０の他方の極に接続された棒状の第２電極（アノード）６４が互いに電気的に絶縁されて配置されている。第１電極６２上面は、その全域に亘って研磨パッド６６で一体に覆われており、この研磨パッド６６の上面が研磨面６６ａとなっている。

第２電極６４は、トップリング３２で保持した基板Ｗを下降させ、基板Ｗの表面（下面）を研磨パッド６６の研磨面６６ａに接触させた時、この上端面が基板Ｗの表面に接触して、基板Ｗの表面に形成した銅膜３０７（図１（ｂ）参照）等の導電体に給電できるようになっている。トップリング３２は、このトップリング３２で保持した基板を、研磨パッド６６の研磨面６６ａに、例えば１ｐｓｉ（約７０ｈＰａ）以下の押付圧力で押付けるように構成されている。

研磨パッド６６は、この例では、図５及び図６に詳細に示すように、例えば直径ｄが２〜５ｍｍで、上下に貫通し第１電極（加工電極）６２に面して開口する多数の貫通穴６６ｂを有するニッタ・ハース社製のＩＣ１０００から構成されている。これにより、この貫通穴６６ｂ内に流入する研磨液を介して、第２電極（給電電極）６４に接続された基板Ｗの表面と第１電極（加工電極）６２と間に電流が流れて電気化学的研磨が行われる。

貫通穴６６ｂは、研磨パッド６６に碁盤の目のように配置され、この貫通穴６６ｂの開口率は、研磨パッド６６の研磨面６６ａの表面積の１０〜５０％、好ましくは２０〜４０％である。これにより、基板の表面（被研磨面）に接触して該表面を実際に研磨する研磨面６６ａの充分な面積を確保して、研磨効率が低下してしまうことを防止することができる。

研磨パッド６６の研磨面６６ａと逆の面には、貫通穴６６ｂを互いに連絡させながら格子状に延びる連絡溝６６ｃが設けられている。貫通穴６６ｂを連絡溝６６ｃで互いに連絡させることにより、研磨パッド６６のコンディショニングを行うときに加えられる液体で、研磨パッド６６の研磨面（表面）６６ａや貫通穴６６ｂ内に残留した研磨生成物や“古い研磨液”を、連絡溝６６ｃを通して外部に押し流して効率的に除去しながら、研磨パッド６６のコンディショニングを行うことができる。また、研磨パッド６６の研磨面６６ａと逆の面に連絡溝６６ｃを設けることで、基板の表面に接触して該表面を実際に研磨する研磨面の面積が、連絡溝の存在によって減少してしまうことを防止することができる。

連絡溝６６ｃの深さｈは、研磨パッド６６の厚さｔの４０〜６０％、好ましくは４０〜５０％である。これにより、研磨パッド６６の強度が連絡溝６６ｃの存在によって、極端に低下してしまうことを防止することができる。また、連絡溝６６ｃの幅Ｓは、貫通穴６６ｂの直径ｄの１０〜５０％である。これにより、連絡溝６６ｃとしての充分な流路面積を確保して、研磨パッド６６のコンディショニングを行うときに加えられる液体で、研磨パッド６６の研磨面（表面）６６ａや貫通穴６６ｂ内に残留した研磨生成物や“古い研磨液”を、より効率的に外部に押し流すことができる。

図７に示すように、貫通穴６６ｂを正三角形の各頂点に位置するように配置して、この各貫通穴６６ｂを、平行四辺形状に延びる連絡溝６６ｃで互いに連絡させてもよい。また、図８に示すように、貫通穴６６ｂを同心円に沿った位置に配置し、この各貫通穴６６ｂを同心円状に延びる連絡溝６６ｃで互いに連絡させてもよい。この場合、同心円状に延びる連絡溝６６ｃの間に、流通溝６６ｄを形成することで、液体の流通性を更に向上させることができる。

トップリング３２は、回転自在で、研磨テーブル３４上の所定の研磨位置と、プッシャー３０（図２参照）の上方位置との間を移動自在なトップリング駆動軸６８の下端に連結されている。ドレッサー３８は、下面にダイヤモンド粒を埋込んだ部材（ダイヤモンドペレット等）、セラミック材等の硬質材、またはブラシからなる複数の円形の突起３８ａを周縁部下面にリング状に取付けて構成され、回転自在で、研磨テーブル３４上の所定のドレッシング位置と該ドレッシング位置の側方の退避位置との間を移動自在なドレッサー駆動軸７０の下端に連結されている。

研磨液供給ノズル（液体供給部）４０は、長さ方向に沿って多数の研磨液供給口４０ａを有し、研磨テーブル３４の上方を半径方向に沿って延びるように配置されている。アトマイザ４４もほぼ同様に、長さ方向に沿って多数の供給口を有し、研磨テーブル３４の上方を半径方向に沿って延びるように配置されている。この研磨液供給ノズル４０は、直線運動、往復運動、揺動運動及び回転運動のいずれか１つ、または２つ以上を組合せた運動を行うように構成されている。
なお、図示しないが、研磨テーブル３４の上方には、研磨パッド６６に純水を供給する純水供給ノズル及びドレッシング液を供給するドレッシング液供給ノズルが必要に応じて配置される。

この電気化学的機械的研磨装置５４にあっては、基板Ｗを保持したトップリング３２を研磨テーブル３４上の所定の研磨位置まで移動させ、しかる後、トップリング３２を回転させながら下降させて、基板Ｗの表面（下面）を回転している研磨パッド６６の研磨面６６ａに、例えば１ｐｓｉ（約７０ｈＰａ）以下の所定の研磨圧力で押圧する。同時に、研磨液供給ノズル４０から研磨パッド６６の研磨面６６ａに研磨液を供給しつつ、第１電極６２と第２電極６４との間に、電源６０から所定の電圧を印加し、これによって、基板の表面に形成された銅膜３０７（図１（ｂ）参照）等の導電膜を研磨する。この時、必要に応じて、研磨液供給ノズル４０に、直線運動、往復運動、揺動運動及び回転運動のいずれか１つ、または２つ以上を組合せた運動を行わせる。

電気化学的機械的磨終了後、研磨パッド６６への研磨液の供給を停止するとともに、第１電極６２と第２電極６４を電源６０から切離す。そして、基板を研磨パッド６６の研磨面６６ａに低圧で押圧しながら回転させ、同時に研磨パッド６６に純水を供給する、いわゆる水ポリッシングを行って、基板の表面を洗浄する。そして、トップリング３２を上昇させて、洗浄後の基板を次工程に搬送する。

基板の洗浄後、研磨パッド６６の研磨面６６ａのドレッサー３８によるコンディショニング（ドレッシング）を行う。つまり、先ず、ドレッサー３８を待避位置から研磨パッド６６の上方位置に移動させ、しかる後、ドレッサー３８の下面（ドレッシング面）を研磨パッド６６の研磨面（表面）６６ａに０．５ｐｓｉ（約３５ｈＰａ）以下、好ましくは０．３ｐｓｉ（約２０ｈＰａ）以下の所定の押付圧力で押付けながら、両者を相対的に移動させ、同時に研磨パッド６６の研磨面６６ａにドレッシング液を供給する。

研磨パッド６６を用いて、基板表面の銅膜３０７等を電気化学的機械的に研磨すると、多くの研磨生成物が生成される。そして、ほぼ全面に上下に貫通する多数の貫通穴６６ｂを有する研磨パッド６６を使用し、この貫通穴６６ｂ内に研磨液（電解液）を満たして、第１電極（加工電極）６２と基板表面の銅膜３０７等との間の電気的導通を行うようにすると、この貫通穴６６ｂは、研磨液（電解液）の流入及び排出効率が一般に小さく、そのため、貫通穴６６ｂの内部に研磨生成物や成分濃度が減少した“古い研磨液”が残留し易くなる。そして、貫通穴６６ｂの内部に研磨生成物が残留して第１電極６２の表面に研磨生成物が蓄積すると、第１電極６２と基板表面の銅膜３０７等との間の電気的導通が研磨生成物によって阻害されて、研磨装置の研磨特性及びその安定性の低下に繋がる。

この例によれば、研磨パッド６６のドレッサー３８によるドレッシング（コンディショニング）を行うときに研磨パッド６６に加えられる液体で、研磨パッド６６の研磨面（表面）６６ａや貫通穴６６ｂ内に残留した研磨生成物や“古い研磨液”を、連絡溝６６ｃを通して外部に押し流して効率的に除去しながら、研磨パッド６６のコンディショニングを行うことができ、これによって、研磨パッド６６の研磨面（表面）６６ａや貫通穴６６ｂ内に残留する研磨生成物や“古い研磨液”は、容易かつ確実に除去される。

また、必要に応じて、アトマイザ４４から、加圧された純水もしくは研磨液の除去を促進させる薬液を研磨パッド６６に供給して、研磨パッド６６の表面に付着した研磨生成物等の異物や“古い研磨液”を除去（アトマイジング）する。この時、研磨パッド６６の貫通穴６６ｂや連絡溝６６ｃに露出した第１電極６２の表面に付着した反応生成物等の異物も除去される。このドレッサー３８によるドレッシング（コンディショニング）と、アトマイザ４４によるアトマイジング（コンディショニング）は、同時もしくはアトマイジングを若干遅れて行うようにすることが好ましい。
そして、必要に応じて、研磨テーブル３４をコンディショニング時よりも高い５０〜１００ｒｐｍの回転速度で数秒間回転させて水切りを行う。

図２に示すように、隔壁２４Ａによって領域Ｂとは仕切られた領域Ｃの中にあって、搬送ロボット２０のハンドが到達可能な位置に基板を反転させる反転機２８が配置されている。隔壁２４Ｂによって領域Ｂとは仕切られた領域Ｄの中にあって、搬送ロボット２１のハンドが到達可能な位置に基板を反転させる反転機２８’が配置されている。また、領域Ｂと領域Ｃ，Ｄを仕切る隔壁２４Ａ，２４Ｂには、基板搬送用の開口部が設けられ、それぞれの反転機２８と反転機２８’専用のシャッタ２５，２６が開口部に設けられている。

反転機２８及び反転機２８’は、基板をチャックするチャック機構と、基板の表面と裏面を反転させる反転機構と、基板をチャック機構によりチャックしているかどうかを確認する基板有無検知センサを備えている。また、反転機２８には搬送ロボット２０によって基板が搬送され、反転機２８’には搬送ロボット２１によって基板が搬送される。

一方の研磨室を構成する領域Ｃ内には、反転機２８と電気化学的機械的研磨装置５４のトップリング３２との間で基板を移送するための搬送機構を構成するリニアトランスポータ２７Ａが配置されている。他方の研磨室を構成する領域Ｄ内には、反転機２８’とＣＭＰ装置５６のトップリング３３との間で基板を移送するための搬送機構を構成するリニアトランスポータ２７Ｂが配置されている。リニアトランスポータ２７Ａは、リフター２９とプッシャー３０との間を直線往復移動する２個のステージを備えている。リニアトランスポータ２７Ｂも同様には、リフター２９’とプッシャー３０’との間を直線往復移動する２個のステージを備えている。

次に、研磨システムの動作について説明する。
先ず、図１（ｂ）に示す、表面に銅膜３０７を形成した基板Ｗを多数収容した基板カセット１をロードアンロードステージ２に装着する。そして、１枚の基板を基板カセット１から搬送ロボット４で取り出して基板ステーション５０へ載置する。搬送ロボット２０は、基板ステーション５０から基板を受け取り、領域Ｃ内の反転機２８に搬送して、ここで基板を反転させる。リフター２９は、反転後の基板を反転機２８から受け取り、リニアトランスポータ２７Ａに渡す。リニアトランスポータ２７Ａは水平に移動して、基板をプッシャー３０上に載置する。この状態で、電気化学的機械的研磨装置５４のトップリング３２をプッシャー３０の上方に移動させる。

トップリング３２は、プッシャー３０から基板を受け取り、基板をガイドリング（図示せず）内に真空吸着により保持した状態で、プッシャー３０の上方から研磨テーブル３４の上方の研磨位置に移動させる。そして、下降して基板を研磨パッド６６の研磨面６６ａに、１ｐｓｉ（約７０ｈＰａ）以下の所定の研磨圧力で押圧し、同時に研磨パッド６６に研磨液を供給しながら、基板Ｗの表面の銅膜３０７（図１（ｂ）参照）等の導電膜を研磨する。なお、基板を研磨パッド６６で研磨している間は真空吸着を解除してもよい。

この電気化学的機械的研磨装置５４による研磨によって、例えば図１（ｂ）にＡ−Ａ線で示すように、バリア膜３０５の表面が露出するまで、銅膜３０７（及びシード膜３０６）の研磨を行う。このように、配線等に与えるダメージが一般に少ない電気化学的機械的研磨を研磨処理の少なくとも一部に採用し、例えば、全体の研磨量の過半を占める配線用凹部以外に形成された配線金属膜の大部分の研磨除去を電気化学的機械的で行うことで、研磨工程による配線構造に対するダメージを大きく低減することができる。

そして、電気化学的機械的研磨装置５４による研磨を終了した後に、前述のように、研磨パッド６６の研磨面６６ａのドレッサー３８及びアトマイザ４４によるコンディショニングを行って、次の研磨に備える。

一方、電気化学的機械的研磨装置５４による研磨を終了した基板にあっては、再びプッシャー３０上に移動させてその上に載置する。プッシャー３０でトップリング３２から離脱された基板は、プッシャー３０に設けられた洗浄水ノズルでその被研磨面及び裏面が洗浄される。そして、基板をリニアトランスポータ２７Ａ及びリフター２９を経由させた後、反転機２８で反転させる。そして、反転後の基板を、搬送ロボット２０によって洗浄ユニット２２に搬送し、この洗浄ユニット２２で、基板の表面の洗浄リンス処理を行う。そして、洗浄リンス後の基板を搬送ロボット２０で基板ステーション５０に搬送して載置する。

搬送ロボット２１は、基板ステーション５０に置かれた基板を受け取り、領域Ｄ内の反転機２８’に搬送して、ここで基板を反転させる。リフター２９’は、反転後の基板を反転機２８’から受け取り、リニアトランスポータ２７Ｂに渡す。リニアトランスポータ２７Ｂは水平に移動して、基板をプッシャー３０’上に載置する。この状態で、ＣＭＰ装置５６のトップリング３３をプッシャー３０’の上方に移動させる。

トップリング３３は、プッシャー３０’から基板を受け取り、基板をガイドリング（図示せず）内に真空吸着により保持した状態で、プッシャー３０’の上方から研磨テーブル３５の上方の研磨位置に移動させる。そして、下降して、基板を研磨テーブル３５の上面に取付けた研磨パッドの研磨面に、例えば１ｐｓｉ（約７０ｈＰａ）以下の所定の研磨圧力で押圧しながら、研磨パッドに研磨液供給ノズル４１から研磨液を供給し、同時にトップリング３３及び研磨テーブル３５を回転させることで、基板の表面を更に研磨する。基板を研磨パッドで研磨している間は真空吸着を解除してもよい。

このＣＭＰ装置５６による研磨によって、例えば電気化学的機械的研磨装置５４による研磨によってバリア膜３０５の表面が露出した基板の表面に残った銅膜３０７（及びシード膜３０６）を研磨して不要な銅膜３０７（及びシード膜３０６）を完全に除去し、更にバリア膜３０５を研磨する。これによって、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜３０２の内部に配線３０８を形成する。

このように、配線金属膜の過半を電気化学的機械的研磨で研磨除去し、次いで段差解消性の高いＣＭＰ法を適用して残余の配線金属膜を研磨除去することで、研磨後における基板表面の平坦性を高め、またバリア膜が露出した時点で電気化学的機械的研磨からＣＭＰに切り替えることで、残余の配線金属膜及びこの下のバリア膜を確実に研磨除去することができる。
そして、ＣＭＰ装置５６による研磨が終了した後、前述の電気化学的機械的研磨装置５４の場合とほぼ同様に、ＣＭＰ装置５６の研磨パッドの研磨面のドレッサー３９及びアトマイザ４５によるコンディショニングを行って、次の研磨に備える。

一方、ＣＭＰ装置５６による研磨を修了した基板にあっては、再びプッシャー３０’上に移動させてその上に載置し、リニアトランスポータ２７Ｂ及びリフター２９’を経由させた後、反転機２８’で反転させる。そして、反転後の基板を、搬送ロボット２１によって洗浄ユニット２３に搬送し、この洗浄ユニット２３で、前述のように、基板の表面の洗浄リンス処理を行う。そして、洗浄リンス後の基板を搬送ロボット２１で基板ステーション５０に搬送して載置する。

搬送ロボット２０（または２１）は、洗浄された基板を基板ステーション５０から取り出し、例えば上面洗浄のペンスポンジとスピンドライ機能を有する乾燥ユニット５（または６）に搬送し、この乾燥ユニット５（または６）で基板を洗浄し乾燥させる。そして、洗浄乾燥後の基板を搬送ロボット４により元の基板カセット１に戻す。

この例では、研磨の対象となる基板として半導体ウェハを用いているが、研磨の対象となる基板は、半導体ウェハに限定されるものでないことは勿論である。電気化学的機械的研磨装置５４の研磨パッド６６として、研磨布の他に、比較的硬質の研磨面が崩壊しても自己再生可能であり、砥粒が含浸された固定砥粒パッド、あるいは砥粒を含まない研磨パッド等を用いることもできる。

なお、上記の例では、基板Ｗの表面に形成したバリア膜と銅膜（及びシード膜）を２段で研磨するようにした例を示しているが、例えば銅膜（及びシード膜）を電解液として超純水を使用した超純水電解研磨で研磨し、その後ＣＭＰ研磨したり、銅膜（及びシード膜）の最終研磨とバリア膜の研磨を異なる２段のＣＭＰで研磨したりして、３段以上の多段で基板の表面を研磨するようにしてもよいことは勿論である。

本発明で用いられるドレッサーには、ダイヤモンドドレッサーまたはブラシドレッサーなど各種のものが適用可能である。また、ドレッサーの形状も、リング状、円盤状、ペレット型等の各種が適用できる。これらのいずれを使用するかは、ドレッサーの材料、研磨対象基板、研磨パッドの材質など各種プロセス条件によって異なり、任意に選択される。

図９は、他の研磨パッド８０を示す。この研磨パッド８０は、硬度（Ａｓｋｅｒ−Ｃ）が６０〜９５で、表面（上面）を研磨面８２ａとした、前述の研磨パッド６６と同じ構成のパッド本体８２と、このパッド本体８２よりも硬度の小さい支持層８４の２層構造からなる。このパッド本体８２の内部には、上下に貫通する多数の貫通穴８２ｂが設けられ、この貫通穴８２ｂは、パッド本体８２の裏面に設けた連絡溝８２ｃで互いに連通され、このパッド本体８２の裏面側に支持層８４が積層されている。支持層８４は、この例では、導電性を有する材料で構成されている。

この例の研磨パッド８０によれば、多数の貫通穴８２ｂを有するパッド本体８２（研磨パッド６６）を支持層８４で支持して、第１電極（加工電極）６２の表面に取付けることができる。
なお、この例では、パッド本体８２の裏面に連絡溝を設けているが、支持層８４の表面に連絡溝を設けるようにしてもよい。

図１０は、更に他の研磨パッド９０を有する他の研磨装置５４ａの要部を示す。図１０に示す研磨装置５４ａの図３及び図４に示す研磨装置５４と異なる点は、以下の通りである。すなわち、図１０に示す研磨装置５４ａは、図５及び図６に示す研磨パッド６６の研磨面６６ａの少なくとも一部、この例では、研磨面６６ａの外周部で、研磨の際に基板Ｗと接触するリング状に連続した位置に、導電性を有する導通部９２を備えた研磨パッド９０を使用している。更に、研磨テーブル３４の上方に位置して研磨パッド９０の導通部９２に接触する第２電極（アノード）９４を配置している。これにより、第２電極９４から、研磨パッド９０の導通部９２を通して、基板Ｗの表面（下面）の形成した銅膜３０７（図１（ｂ）参照）等の導電体に給電し、研磨パッド９０の貫通穴６６ｂ内に流入した研磨液を介して、基板Ｗの表面と第１電極（加工電極）６２と間に電流が流れて電気化学的研磨が行われる。

基板への給電方式として、銅、プラチナまたはカーボン等の単金属、ＳＵＳ等の合金、またはＩｒＯ_２等の導電性酸化物からなる給電電極を基板に直接接触させて給電する、いわゆる接点方式が一般に採用されている。この場合、給電電極に直接接触する基板表面に傷が生じることを防止するため、給電電極の基板表面との接触点を球形等の曲率を持つ面としたり、接触圧力を低減したりすることが行われている。一方、基板表面への安定した給電を確保するため、基板表面への接触点を複数にしたり、接触面積を増加したりすることも行われているが、これらの施策は、基板表面に傷が発生するのを防止することに対して逆効果になる。

この例によれば、基板Ｗと導通部９２との接触面積を増やして、基板Ｗの表面の銅膜３０７等からなる導電体への安定かつ欠陥のない給電を確保することができる。しかも、研磨パッド９０の柔軟性を利用するとともに、基板表面に給電電極が直接接触することをなくして、基板Ｗの表面に欠陥が生じてしまうことをより確実に防止することができる。更に、研磨パッド９０の各貫通穴６６ｂを連絡溝６６ｃで繋ぐことで、貫通穴６６ｂに均一に液体（研磨液）を供給して、基板Ｗの表面の銅膜３０７等の導電体をより均一に研磨することができる。

導通部９２の素材としては、カーボン単体、またはカーボンを含有するシート、繊維または織物が挙げられる。導通部９２の素材としてカーボンを含有するシート等を使用する場合は、研磨パッドの研磨面の一定の面積に対して、連続した導通が確保できるようにカーボンを含有させる必要がある。

また、この例では、研磨パッド９０の研磨面６６ａの外周部に連続した導通部９２を設けているが、研磨パッド９０の研磨面６６ａの少なくとも一部が導通性を有するようにすればよい。例えば、研磨パッドを導電層のみの単層構造または導電層と絶縁層の複数層構造としても良い。研磨パッドを複数層構造とすることで、研磨パッドの基板表面への良好な接触状態を容易に確保して、研磨の便を図ることができる。また、研磨パッドの研磨面の全面が導電性を有するようにしても、研磨パッドの研磨面の全面が導線性と絶縁性の両方を有するようにしてもよい。例えば、通常のポリウレタン製研磨パッドの表面に、導電体をモザイク状に配置したハイブリッド構造とすることで、研磨パッドの研磨面の全面に導線性と絶縁性の両方を持たせることができる。

図１０に示す研磨装置５４ａにあっても、図３及び図４に示す研磨装置５４と同様に、研磨時に研磨パッド９０の研磨面６６ａに液体（研磨液）を供給する。この時、基板Ｗの表面の銅膜３０７等の導電体に、第２電極９４及び研磨パッド９０の導通部９２を通して、均一に通電する必要があり、このためには、研磨パッド９０の貫通穴６６ｂ内が液体で満たされる必要がある。連絡溝６６ｃを設けることで、研磨パッド９０の貫通穴６６ｂ内が液体で満たされることを促進することができる。

半導体装置における銅配線形成例を工程順に示す図である。 本発明の実施の形態の研磨装置（電気化学的機械的研磨装置）を備えた研磨システムの配置構成を示す平面図である。 図２に示す研磨装置の要部を示す平面図である。 図２に示す研磨装置の要部を示す断面図である。 図２に示す研磨装置の研磨パッドの裏面図である。 図２に示す研磨装置の研磨パッドの断面図である。 研磨パッドの他の例を示す裏面図である。 研磨パッドの更に他の例を示す裏面側から見た斜視図である。 研磨パッドの更に他の例を示す断面図である。 更に他の研磨パッドを有する他の研磨装置の要部を示す断面図である。

符号の説明

１ 基板カセット
２ ロードアンロードステージ
２２，２３ 洗浄ユニット
２７Ａ，２７Ｂ リニアトランスポータ
３２，３３ トップリング
３４，３５ 研磨テーブル
３８，３９ ドレッサー（コンディショニング部材）
４０，４１ 研磨液供給ノズル
４４，４５ アトマイザ（コンディショニング部材）
５０ 基板ステーション
５４，５４ａ 研磨装置
５６ ＣＭＰ装置
６２ 第１電極
６４，９４ 第２電極
６６，８０，９０ 研磨パッド
６６ａ，８２ａ 研磨面
６６ｂ，８２ｂ 貫通穴
６６ｃ，８２ｃ 連絡溝
６６ｄ 流通溝
８２ パッド本体
８４ 支持層
９２ 導通部
３０２ 絶縁膜
３０３ ビアホール
３０４ トレンチ
３０５ バリア膜
３０６ シード膜
３０７ 銅膜
３０８ 配線

Claims (15)

1. 内部に設けた肉厚方向に貫通する複数の貫通穴を連絡溝で互いに連絡させたことを特徴とする研磨パッド。
2. 前記貫通穴は、直径が２〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の研磨パッド。
3. 前記貫通穴の開口率は、研磨パッドの研磨面の表面積の１０〜５０％であることを特徴とする請求項１または２記載の研磨パッド。
4. 前記連絡溝の深さは、研磨パッドの厚さの４０〜６０％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨パッド。
5. 前記連絡溝は、研磨パッドの研磨面と逆の面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の研磨パッド。
6. 前記連絡溝の幅は、前記貫通穴の直径の１０〜５０％であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の研磨パッド。
7. 前記連絡溝は、同心円状、格子状、円弧状、放射状及びスパイラル状のいずれか１つ、または２つ以上の組合せた方向に延びていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の研磨パッド。
8. 前記連絡溝の間に流通溝が更に設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の研磨パッド。
9. 研磨パッドの硬度（Ａｓｋｅｒ−Ｃ）は、６０〜９５であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の研磨パッド。
10. 前記研磨パッドの研磨面と逆の面に、該研磨パッドよりも硬度の小さい支持層を更に有することを特徴とする請求項９記載の研磨パッド。
11. 前記支持層に連絡溝が形成されていることを特徴とする請求項１０記載の研磨パッド。
12. 研磨面の少なくとも一部が導線性を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨パッド。
13. 電源の一方の極に接続された第１電極と該第１電極の表面を覆う請求項１乃至１２のいずれかに記載の研磨パッドを有する研磨テーブルと、
    基板を保持し該基板を前記研磨パッドの研磨面に押圧するトップリングと、
    電源の他方の極に接続されて前記基板に通電する第２電極と、
    前記研磨パッドの前記研磨面に液体を供給する液体供給部と、
    前記研磨パッドの前記研磨面をコンディショニングするコンディショニング部材と、
    前記トップリングで保持された基板と前記研磨パッドとを相対移動させる相対移動機構を有することを特徴とする研磨装置。
14. 前記液体供給部は、複数の液体供給口を有することを特徴とする請求項１３記載の研磨装置。
15. 前記液体供給部は、直線運動、往復運動、揺動運動及び回転運動のいずれか１つ、または２つ以上を組合せた運動を行うことを特徴とする請求項１３または１４記載の研磨装置。

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