JP2008198673A - 複合電解研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】銅膜等の導電膜の表面に該導電膜を傷つけることなく、均一に給電して導電膜表面での電位分布のばらつきを小さくし、しかも、ロータリー方式を採用しても、導電膜に信頼性高く給電して複合電解研磨を行うことができるようにする。
【解決手段】電源２５２の一方の極に接続された第１の電極２５４を有し、導電性を有する研磨パッド１０１を保持する研磨テーブル１００と、導電膜を有する研磨対象物Ｗの外周部をリテーナリング３で囲繞して研磨対象物を保持し、該研磨対象物Ｗを研磨パッドの研磨面に向けて押圧する研磨ヘッド１と、リテーナリングの研磨パッドとの対向面に取付けられて電源の他方の極に接続され、研磨パッドに接触し該研磨パッドを通して研磨対象物の導電膜に給電する第２の電極２６４と、研磨パッドの研磨面に電解液を供給する電解液供給部と、研磨パッドと研磨ヘッドで保持した研磨対象物とを相対移動させる移動機構を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、複合電解研磨装置に関し、特に半導体ウェーハ等の基板表面に形成された導電性材料（金属）を電気化学的作用と機械的作用を組合せて研磨するのに使用される複合電解研磨装置に関する。

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、タングステン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、銅ないしその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などのウェットプロセス、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。余分な配線金属膜及びバリア膜の除去は、一般に、化学機械的研磨（ＣＭＰ）、電解研磨、複合電解研磨などのいわゆる平坦化法で行われる。

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。

上記基板上の銅膜（絶縁膜）を複合電解研磨で除去する際には、研磨ヘッドで保持した基板表面の銅膜と研磨テーブルに設けた対極電極との間に、銅膜を陽極とした電圧を印加しながら、電解液の存在下で、基板表面の銅膜に研磨テーブルで保持した研磨パッドを擦り付けて該銅膜を研磨するようにしている。この研磨に際して、電解液を通じて銅膜と対極電極との電気的接続が行われる。このため、基板表面の銅膜に電源の一方の極を、研磨テーブルに設けた対電極に電源の他方の極をそれぞれ接続する必要があるばかりでなく、研磨パッドの内部に多数の貫通孔を設けて、銅膜と対電極との間に電解液を通じた電気的接続を確保する必要がある。研磨パッドの材質としては、絶縁性を有するポリウレタンが一般に使用されている。

ここで、研磨ヘッドで保持した基板と研磨テーブルで保持した研磨パッドとを相対移動させる方式としては、研磨ヘッドと研磨テーブルの回転軸を互いにずらした位置に配置して両者を共に回転（自転）させる、いわゆるロータリー方式と、研磨テーブルをスクロール運動させながら研磨ヘッドを回転（自転）させる、いわゆるオービタル方式が一般に知られている。

基板表面の銅膜等の研磨対象物の導電膜へ給電する方法としては、研磨パッドの側方に研磨対象物（基板）の一部をオーバーハングさせた状態で、研磨パッドの側方にはみ出した位置で導電膜に給電接点を直接接触させる方法（特許文献１参照）、研磨パッド内に球状や線状の給電接点を配置する方法（特許文献２参照）、導電性材料からなる研磨性パッド（導電性パッド）を用いる方法（特許文献３、４参照）等が知られている。研磨パッドとして導電性パッドを用いる場合、研磨テーブル側を陰極とし、間に絶縁材を挟んで配置した導電性パッドを陽極とするのが一般的である。

また、基板等の研磨対象物の外周部を囲繞して研磨対象物を保持するリテーナリングを有する研磨ヘッドを備え、このリテーナリングを通して研磨対象物の導電膜に給電するようにしたものがある（特許文献５、６参照）。
特開２００３−３１１５３７号公報 特開２００５−５６６１号公報 米国特許出願公開２００２−１１９２８６号明細書 特表２００４−５３１８８５号公報 特開２００４−２０９５８８号公報 特開２００３−３４７２４３号公報

しかしながら、絶縁性材料からなる研磨パッドを使用し、銅膜等の導電膜に金属からなる給電接点を直接接触させて給電すると、導電膜表面の給電接点と接触した部分が傷つき易くなって、この部分が半導体デバイスとして使えなくなる。しかも、導電膜と給電接点との接触面積が比較的小さくなって接触が不安定になり易く、給電接点から信頼性高く導電膜に給電することが一般に困難となる。

オービタル方式を採用した複合電解研磨装置では、研磨パッドとして導電性パッドを用いている例もある。この場合、研磨テーブルが自転しないので、研磨パッドへの給電は、いわゆる固定連結方式によって行うことができる。しかし、ロータリー方式を採用した複合電解研磨装置では、研磨パッドは研磨テーブルと一体となって回転するため、固定連結方式で研磨パッドに給電することは一般に困難である。また、固定連結方式で研磨パッドへの給電が可能な場合でも、パッド上の微小面積から研磨パッドに給電するため、比較的電気抵抗の大きな研磨パッド内での電圧降下によって、研磨パッドを通して導電膜に給電された電位の導電膜表面における面内分布にばらつきが生じ、ひいては研磨速度の面内分布にばらつき生じてしまう。

リテーナリングを通して導電膜に給電するようにした特許文献５に記載の発明では、リテーナリングから電解液を経由して銅膜等の導電膜に給電するようにしている。このため、リテーナリングから電解液に電気を伝える際、及び電解液から導電膜に電気を伝える際に、電子電流からイオン電流に変換する「電気化学反応」が必要となる。この反応の起こり易さは、電解液と金属界面の各イオン成分の濃度に大きく影響を受けるため、反応が不安定になりやすく、安定した給電が困難となる。また、電解液中はイオンが電荷の輸送を担うので、電子が電荷の輸送を担うよりも電気抵抗が大きくなり、給電点（リテーナリング）からの距離の違いによって、導電膜表面に流れる電流は大きく異なる。すなわち、リテーナリングに最も近い導電膜周縁部に電流が集中し、導電膜周縁部の研磨速度が速くなる傾向があった。また、この方式では多くの電流が給電リングとカソードの間に流れ、研磨の電流効率が悪かった。

特許文献６に記載の発明では、リテーナリングから基板（研磨対象物）側面に形成されたシード層を介して、基板表面の銅膜等の導電膜に給電するようにしている。この方法では、給電点の実質上の接触面積は比較的小さく、かつ、給電点が基板外周に限られるために、基板全面に亘って均一に給電することが一般に困難で、基板の特に中心部と周縁部で研磨速度に差が出てしまうと考えられる。

導電性を有するパッドを用いる場合は、給電方法以外にも課題がある。例えば、半導体デバイスの銅配線研磨に用いられる複合電解研磨において、基板表面の銅膜（導電膜）への給電を、例えばカーボンを主体とした導電性を有する研磨パッド（導電性パッド）を通して行うと、研磨パッド自体に、少なくとも銅より高い電位が印加される。このため、研磨パッド表面での電解反応による酸素の発生が懸念される。そして、研磨パッド表面で酸素が発生すると、これが銅表面でのピット発生の原因になったり、銅の研磨速度を低下させる原因になったりする。

本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、銅膜等の導電膜の表面に該導電膜を傷つけることなく、均一に給電して導電膜表面での電位分布のばらつきを小さくし、しかも、ロータリー方式を採用しても、導電膜に信頼性高く給電して複合電解研磨を行うことができるようにした複合電解研磨装置を提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、導電性を有する研磨パッド表面での電解反応を極力抑制して、銅膜等の導電膜を、該導電膜表面でのピットの発生を抑制しつつ、安定した研磨速度で研磨できるようにした複合電解研磨装置を提供することを第２の目的とする。

請求項１に記載の発明は、電源の一方の極に接続された第１の電極を有し、導電性を有する研磨パッドを保持する研磨テーブルと、導電膜を有する研磨対象物の外周部をリテーナリングで囲繞して研磨対象物を保持し、該研磨対象物を前記研磨パッドの研磨面に向けて押圧する研磨ヘッドと、前記リテーナリングの前記研磨パッドとの対向面に取付けられて電源の他方の極に接続され、前記研磨パッドに接触し該研磨パッドを通して研磨対象物の導電膜に給電する第２の電極と、前記研磨パッドの研磨面に電解液を供給する電解液供給部と、前記研磨パッドと前記研磨ヘッドで保持した研磨対象物とを相対移動させる移動機構を有することを特徴とする複合電解研磨装置である。

これにより、銅膜等の導電膜には、第２の電極に接触するリテーナリングから、導電性を有する研磨パッド（導電性パッド）を通して、直接給電される。つまり、第２の電極に接触するリテーナリングから導電性パッド、更には導電膜という経路で、電子伝導により電荷が導電膜に輸送される。このため、均一かつ信頼性高く導電膜全面に電荷を伝え、導電膜に対する加工速度の面内均一性を高いレベルで保つことができる。

請求項２に記載の発明は、電源の一方の極に接続された第１の電極を有し、導電性を有する研磨パッドを保持する研磨テーブルと、導電膜を有する研磨対象物を保持し、該研磨対象物を前記研磨パッドの研磨面に向けて押圧する研磨ヘッドと、電源の他方の極に接続され、前記研磨パッドの表面に前記研磨ヘッドと互いに干渉しない位置で面接触し該研磨パッドを通して研磨対象物の導電膜に給電する第２の電極を有する給電部と、前記研磨パッドの研磨面に電解液を供給する電解液供給部と、前記研磨パッドと前記研磨ヘッドで保持した研磨対象物とを相対移動させる移動機構を有することを特徴とする複合電解研磨装置である。

これにより、給電部の第２の電極と研磨パッドとをより広い面積で面接触させ、導電性を有する研磨パッドを通して、銅膜等の導電膜に直接給電して、導電膜表面での電位分布のばらつきを小さくできる。しかも、研磨パッド表面に給電による悪影響を与えることを防止しつつ、導電膜への給電の信頼性を高め、給電に伴って研磨性能が低下しないようにすることができる。

請求項３に記載の発明は、前記研磨パッドに擦接して該研磨パッドをドレッシングするドレッサーを備え、前記給電部は、該ドレッサーに備えられていることを特徴とする請求項２記載の複合電解研磨装置である。

このように、研磨パッドをドレッシングするドレッサーに給電部を設けることで、研磨パッドのドレッサーによりドレッシングと、給電部及び研磨パッドを通しての導電膜への給電をin-situで行うことができる。例えば、リング状ドレッサーの場合、外周部のリング状ドレッサーと絶縁材を介して絶縁した状態で、ドレッサーの中心部に給電部を設けることができる。この場合、絶縁材をばね状とすることで、給電部の研磨パッドに対する押付け圧のコントロールが可能となる。

請求項４に記載の発明は、電源の一方の極に接続された第１の電極を有し、導電性を有する研磨パッドを保持する研磨テーブルと、導電膜を有する研磨対象物を保持し、該研磨対象物を前記研磨パッドの研磨面に向けて押圧する研磨ヘッドと、電源の他方の極に接続され、前記研磨パッドの表面に接触し該研磨パッドを通して研磨対象物の導電膜に給電する第２の電極を有する給電部と、前記研磨パッドの研磨面に電解液を供給する電解液供給部と、前記研磨パッドと前記研磨ヘッドで保持した研磨対象物とを相対移動させる移動機構を有することを特徴とする複合電解研磨装置において、前記第２の電極は、前記導電性パッドとの接触部位において、前記導電性パッドに対して相対速度０．１ｍ／ｓ以下で相対運動することを特徴とする複合電解研磨装置である。

例えば、給電接点にコロを使用し、コロと回転する研磨パッドとの接点における相対速度がゼロとなるように両者の回転速度（回転の線速）を調整するか、或いはコロの回転摩擦がゼロに近い状態にして、研磨パッドとコロ表面との摩擦によってコロが連れ回りするようにすることで、研磨パッドと給電接点（コロ）との間に生じる摩擦力を小さくして、研磨パッドが傷ついたり、研磨パッドが研磨テーブルから剥がれたりすることを防止することができる。研磨パッドが傷つくことをなくすことで、研磨パッドによる研磨特性を損なうことなく給電が可能となる。

請求項５に記載の発明は、電源の一方の極に接続された第１の電極を有し、導電性を有する研磨パッドを保持する研磨テーブルと、導電膜を有する研磨対象物を保持し、該研磨対象物を前記研磨パッドの研磨面に向けて押圧する研磨ヘッドと、電源の他方の極に接続され、前記研磨パッドに接触し該研磨パッドを通して研磨対象物の導電膜に給電する第２の電極と、前記研磨パッドの研磨面に電解液を供給する電解液供給部と、前記研磨パッドと前記研磨ヘッドで保持した研磨対象物とを相対移動させる移動機構を有し、前記研磨パッドの研磨中に一度も前記導電膜に接触しない表面、及び研磨パッドの内部に設けられた貫通孔の内側面の少なくとも一部には絶縁処理が施されていることを特徴とする複合電解研磨装置である。

このように、導電性を有する、例えばカーボンを主成分とする研磨パッドの研磨中に一度も導電膜に接触しない表面、及び研磨パッドの内部に設けられた貫通孔の内側面の少なくとも一部に絶縁処理を施すことで、研磨パッド（導電性パッド）表面での電解反応を極力抑制して、研磨パッド表面で発生する酸素が導電膜表面でのピット発生の原因になったり、研磨速度を低下させる原因になったりすることを抑制することができる。導電性を有する研磨パッドの一部を絶縁処理する方法としては、インク、塗料、接着剤などで表面をコーティングする絶縁コーティングや、薬品処理、グラフト重合処理、光、電子線、イオンビーム、プラズマ処理、めっき処理などで表面改質する表面改質処理が挙げられる。

本発明によれば、基板表面に形成した銅膜等の研磨対象物の導電膜表面を傷つけることなく、たとえロータリー方式を採用しても、全面に亘ってより均一な電位で導電膜表面に信頼性高く給電することができる。しかも、導電性を有する研磨パッドを使用し、研磨パッドの研磨に不要な部分を絶縁処理することによって、研磨パッド表面での電解反応（酸素発生）を極力抑制し、研磨の際に導電膜に欠陥が発生することを抑制することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下の例では、研磨対象物としての基板のバリア膜表面に形成した、配線を形成する銅膜（及びシード膜）を除去して、バリア膜を露出させるようにした例を示す。

図２は、本発明に係る複合電解研磨装置を備えた基板処理装置の配置構成を示す平面図である。この基板処理装置は、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（研磨対象物）Ｗを用意し、この基板の表面に、図１（ｂ）にＡ−Ａ線で示す位置まで研磨処理を施して、絶縁膜３０２上の導電膜としての銅膜３０７（及びシード膜３０６）を除去し、これによって、バリア膜３０５を露出させるのに使用される。そして、更に絶縁膜３０２上のバリア膜３０５を除去することで、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が形成される。

この基板処理装置は、配線金属膜（導電膜）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２０４を収容するロード・アンロードステージを備えている。ロード・アンロードステージ内の各基板カセット２０４に到達可能となるように、走行機構２００の上に２つのハンドを有した搬送ロボット２０２が配置されている。走行機構２００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。

搬送ロボット２０２の走行機構２００を対称軸に、基板カセット２０４とは反対側に２台の乾燥ユニット２１２が配置されている。各乾燥ユニット２１２は、搬送ロボット２０２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２１２の間で、搬送ロボット２０２が到達可能な位置に、４つの基板載置台を備えた基板ステーション２０６が配置されている。

各乾燥ユニット２１２と基板ステーション２０６に到達可能な位置に搬送ロボット２０８が配置されている。乾燥ユニット２１２と隣接するように、搬送ロボット２０８のハンドが到達可能な位置に洗浄ユニット２１４が配置されている。搬送ロボット２０８のハンドの到達可能な位置にロータリトランスポータ２１０が配置され、このロータリトランスポータ２１０と基板受渡し可能な位置に、本発明の実施の形態における複合電解研磨装置２５０が２台配置されている。この例では、複合電解研磨装置２５０を２台備え、この内の一方を銅膜３０７（及びシード膜３０６）の第１の研磨に、他方を第２の研磨にそれぞれ個別に使用するようにしている。

基板処理装置は、研磨前、あるいは研磨後に洗浄及び乾燥処理を経た基板表面における膜の膜厚等の表面状態を測定する測定部としてのＩＴＭ（In-line Thickness Monitor）２２４を備えている。つまり、図２に示すように、走行機構２００の延長線上には、搬送ロボット２０２が研磨後の基板を基板カセット２０４内に収納する前、もしくは搬送ロボット２０２が研磨前の基板を基板カセット２０４から取出した後（In-line）に、光学的手段による基板表面へ入射し反射した光学信号により、半導体ウェーハ等の基板表面における銅膜やバリア層等の研磨状態を測定するＩＴＭ（測定部）２２４が配置されている。

各複合電解研磨装置２５０は、研磨テーブル１００、研磨ヘッド１、研磨テーブル１００の研磨パッド１０１（図３等参照）に電解液を供給する電解液供給ノズル１０２、研磨テーブル１００の研磨パッド１０１のドレッシングを行うためのドレッサー２１８及びドレッサー２１８を洗浄するための水槽２２２を有している。

図３は、複合電解研磨装置２５０の要部を示す。図３に示すように、研磨ヘッド１は、自在継手部１０を介してヘッド駆動軸１１に接続されており、ヘッド駆動軸１１は、揺動アーム１１０に固定されたヘッド用エアシリンダ１１１に連結されている。ヘッド用エアシリンダ１１１によってヘッド駆動軸１１は上下動し、研磨ヘッド１の全体を昇降させるとともに、ヘッド本体２の下端に固定されたリテーナリング３を研磨テーブル１００に押圧する。ヘッド用エアシリンダ１１１は、レギュレータＲＥ１を介して圧縮空気源１２０に接続されており、レギュレータＲＥ１によって、ヘッド用エアシリンダ１１１に供給される加圧空気の空気圧等の流体圧力を調整することができる。これにより、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を調整することができる。

ヘッド駆動軸１１は、キー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。回転筒１１２は、その外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。揺動アーム１１０には、回転駆動部としてのヘッド用モータ１１４が固定されており、タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してヘッド用モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。従って、ヘッド用モータ１１４を回転駆動することによって、タイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５及びタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２及びヘッド駆動軸１１が一体に回転し、研磨ヘッド１が回転する。揺動アーム１１０は、フレーム（図示せず）に固定支持されたシャフト１１７によって支持されている。

次に、研磨ヘッド１について、図４及び図５を用いてより詳細に説明する。図４は、研磨ヘッド１を示す縦断面図、図５は、図４に示す研磨ヘッド１の底面図である。図４に示すように、研磨ヘッド１は、内部に収容空間を有する円筒容器状のヘッド本体２と、ヘッド本体２の下端に固定されたリテーナリング３を備えている。ヘッド本体２は、例えば金属やセラミックス等の強度及び剛性が高い材料から形成されている。リテーナリング３は、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの剛性の高い樹脂又はセラミックス等の絶縁材料から形成されている。そして、このリテーナリング３の下面には、そのほぼ全面に亘って、例えば白金からなる、リング状の第２の電極２６４が取付けられている。

ヘッド本体２は、円筒容器状のハウジング部２ａと、ハウジング部２ａの円筒部の内側に嵌合される環状の加圧シート支持部２ｂと、ハウジング部２ａの上面の外周縁部に嵌合された環状のシール部２ｃとを備えている。ヘッド本体２のハウジング部２ａの下面に固定されているリテーナリング３の下部は内方に突出している。なお、リテーナリング３をヘッド本体２と一体的に形成してもよい。

ヘッド本体２のハウジング部２ａの中央部上方には、上述したヘッド駆動軸１１が配設されており、ヘッド本体２とヘッド駆動軸１１とは自在継手部１０により連結されている。この自在継手部１０は、ヘッド本体２及びヘッド駆動軸１１とを互いに傾動可能とする球面軸受け機構と、ヘッド駆動軸１１の回転をヘッド本体２に伝達する回転伝達機構とを備えており、ヘッド本体２のヘッド駆動軸１１に対する傾動を許容しつつ、ヘッド駆動軸１１の押圧力及び回転力をヘッド本体２に伝達する。

球面軸受け機構は、ヘッド駆動軸１１の下面の中央に形成された球面状凹部１１ａと、ハウジング部２ａの上面の中央に形成された球面状凹部２ｄと、両凹部１１ａ，２ｄ間に介装された、セラミックスのような高硬度材料からなるベアリングボール１２とから構成されている。回転伝達機構は、ヘッド駆動軸１１に固定された駆動ピン（図示せず）とハウジング部２ａに固定された被駆動ピン（図示せず）とから構成される。ヘッド本体２が傾いても被駆動ピンと駆動ピンは相対的に上下方向に移動可能であるため、これらは互いの接触点をずらして係合して、回転伝達機構がヘッド駆動軸１１の回転トルクをヘッド本体２に確実に伝達する。

ヘッド本体２及びヘッド本体２に一体に固定されたリテーナリング３の内部に画成された空間内には、研磨ヘッド１によって保持される半導体ウェーハ等の基板Ｗに当接する弾性パッド４と、環状のホルダーリング５と、弾性パッド４を支持する概略円盤状のチャッキングプレート６とが収容されている。弾性パッド４は、その外周部がホルダーリング５と該ホルダーリング５の下端に固定されたチャッキングプレート６との間に挟み込まれており、チャッキングプレート６の下面を覆っている。これにより、弾性パッド４とチャッキングプレート６との間には空間が形成されている。

ホルダーリング５とヘッド本体２との間には弾性膜からなる加圧シート７が張設されている。加圧シート７は、一端をヘッド本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込み、他端をホルダーリング５の上端部５ａとストッパ部５ｂとの間に挟み込んで固定されている。ヘッド本体２、チャッキングプレート６、ホルダーリング５、及び加圧シート７によって、ヘッド本体２の内部に圧力室２１が形成されている。図４に示すように、圧力室２１には、チューブやコネクタ等からなる流体路３１が連通されており、圧力室２１は、流体路３１内に設置されたレギュレータＲＥ２を介して圧縮空気源１２０に接続されている。なお、加圧シート７は、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。

なお、加圧シート７がゴムなどの弾性体からなり、加圧シート７をリテーナリング３とヘッド本体２との間に挟み込んで固定した場合には、弾性体としての加圧シート７の弾性変形によってリテーナリング３の下面において好ましい平面が得られなくなってしまう。従って、これを防止するため、この例では、別部材として加圧シート支持部２ｂを設けて、加圧シート７をヘッド本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込んで固定している。

弾性パッド４とチャッキングプレート６との間に形成される空間の内部には、弾性パッド４に当接する当接部材としてのセンターバッグ８（中心部当接部材）及びリングチューブ９（外側当接部材）が設けられている。この例においては、図４及び図５に示すように、センターバッグ８は、チャッキングプレート６の下面の中心部に配置され、リングチューブ９は、このセンターバッグ８の周囲を取り囲むようにセンターバッグ８の外側に配置されている。なお、弾性パッド４、センターバッグ８及びリングチューブ９は、加圧シート７と同様に、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。

チャッキングプレート６と弾性パッド４との間に形成される空間は、上記センターバッグ８及びリングチューブ９によって複数の空間に区画されており、これにより、センターバッグ８とリングチューブ９の間には圧力室２２が、リングチューブ９の外側には圧力室２３がそれぞれ形成されている。

センターバッグ８は、弾性パッド４の上面に当接する弾性膜８１と、弾性膜８１を着脱可能に保持するセンターバッグホルダー８２（保持部）とから構成されている。センターバッグホルダー８２にはねじ穴８２ａが形成されており、このねじ穴８２ａにねじ５５を螺合させることにより、センターバッグ８がチャッキングプレート６の下面の中心部に着脱可能に取付けられている。センターバッグ８の内部には、弾性膜８１とセンターバッグホルダー８２とによって中心部圧力室２４が形成されている。

同様に、リングチューブ９は、弾性パッド４の上面に当接する弾性膜９１と、弾性膜９１を着脱可能に保持するリングチューブホルダー９２（保持部）とから構成されている。リングチューブホルダー９２にはねじ穴９２ａが形成されており、このねじ穴９２ａにねじ５６を螺合させることにより、リングチューブ９がチャッキングプレート６の下面に着脱可能に取付けられている。リングチューブ９の内部には、弾性膜９１とリングチューブホルダー９２とによって中間部圧力室２５が形成されている。

圧力室２２，２３、中心部圧力室２４及び中間部圧力室２５には、チューブやコネクタ等からなる流体路３３，３４，３５，３６がそれぞれ連通されており、各圧力室２２〜２５は、それぞれの流体路３３〜３６内に設置されたレギュレータＲＥ３，ＲＥ４，ＲＥ５，ＲＥ６を介して、供給源としての圧縮空気源１２０に接続されている。なお、上記流体路３１，３３〜３６は、ヘッド駆動軸１１の上端部に設けられたロータリジョイント（図示せず）を介して、各レギュレータＲＥ２〜ＲＥ６に接続されている。

上述したチャッキングプレート６の上方の圧力室２１及び上記圧力室２２〜２５には、各圧力室に連通される流体路３１，３３〜３６を介して加圧空気等の加圧流体又は大気圧や真空が供給されるようになっている。図３に示すように、圧力室２１〜２５の流体路３１，３３〜３６上に配置されたレギュレータＲＥ２〜ＲＥ６によって、それぞれの圧力室に供給される加圧流体の圧力を調整することができる。これにより各圧力室２１〜２５の内部の圧力を各々独立に制御するか、または大気圧や真空にすることができる。

このように、レギュレータＲＥ２〜ＲＥ６によって各圧力室２１〜２５の内部の圧力を独立に可変とすることにより、弾性パッド４を介して基板Ｗを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を基板Ｗの部分（区画領域）毎に調整することができる。なお、場合によっては、これらの圧力室２１〜２５を真空源１２１に接続してもよい。

図３に示すように、複合電解研磨装置２５０の研磨テーブル１００には、基板表面の銅膜等の膜厚を測定する、例えば渦電流センサからなるＩＴＭ２２６のセンサコイル２２８が埋め込まれている。そして、このＩＴＭ２２６からの信号は、制御部３１０に入力され、この制御部３１０からの出力でレギュレータＲＥ３〜ＲＥ６が制御される。

この研磨テーブル１００の上面には、図６に示すように、電源２５２の一方の極に接続された円板状の第１の電極（カソード）２５４と、この第１の電極２５４の表面を覆う絶縁性定盤２５６が順次積層され、この絶縁性定盤２５６の表面は、その全域に亘って研磨パッド１０１で覆われており、この研磨パッド１０１の上面が研磨面となっている。絶縁性定盤２５６の内部には、上下に貫通して内部に電解液が流入する多数の貫通孔２５６ａが設けられている。

この研磨パッド１０１は、導電性を有するように、例えばカーボンを主成分とする導電性材料から構成されており、この研磨パッド（導電性パッド）１０１の内部には、上下に連通する多数の貫通孔１０１ａが設けられている。これにより、下記のように、リテーナリング３の下面に設けられて給電接点２６２に接触する第２の電極２６４から研磨パッド（導電性パッド）１０１を通して、研磨ヘッド１で保持した基板Ｗの銅膜３０７等の導電膜に給電するようになっている。そして、第１の電極２５４と銅膜３０７等の導電膜は、電解液供給ノズル１０２から研磨パッド１０１の研磨面に供給され、導電性定盤２５６に設けられた貫通孔２５６ａ及び研磨パッド１０１に設けられた貫通孔１０１ａ内に流入する電解液を通して電気的に接続される。

この例では、絶縁性定盤２５６と研磨パッド１０１との間に、研磨パッド１０１上の電位分布のばらつきを少なくし、ひいては基板Ｗの銅膜３０７等の導電膜表面における電位分布のばらつきを小さくするため、例えば白金からなる導電性シート２５８が介装されている。この絶縁シート２５８の絶縁性定盤２５６に設けた貫通孔２５６ａに対向する位置には、電解液を流通させる通孔２５８ａが設けられている。

研磨テーブル１００の側方に位置して、支持台２６０が配置されている。研磨ヘッド１は、リテーナリング３の一部を研磨テーブル１００の側方にはみ出させた状態で基板Ｗを保持するようになっており、支持台２５０上の研磨ヘッド１のリテーナリング３に対向する位置には、電源２５２の他方の電極に接続される給電接点２６２が取付けられている。この給電接点２６２の上面と、研磨パッド１０１の上面（研磨面）は、ほぼ面一になっている。そして、リテーナリング３の下面には、リング状で、例えば白金からなる第２の電極２６４がその全面に亘って設けられている。なお、リテーナリング３の下面の一部にリング状の第２の電極を設けるようにしてもよい。

これにより、基板Ｗを保持した研磨ヘッド１を下降させた時、リテーナリング３の下面に設けた第２の電極２６４の一部が給電接点２６２の上面に、他の大部分が研磨パッド１０１の上面に接触し、同時に基板Ｗの銅膜３０７等の導電膜も研磨パッド１０１の上面に接触する。これによって、研磨ヘッド１で保持した基板Ｗの銅膜３０７等の導電膜には、給電接点２６２及び該給電接点２６２に接触するリテーナリング３に設けた第２の電極２６４から、図７に示すように、導電性を有する研磨パッド（導電性パッド）１０１を通して、直接給電される。つまり、給電接点２６２からリテーナリング３に設けた第２の電極２６４、該第２の接点２６４から導電性パッド１０１、更には銅膜３０７等の導電膜という経路で、電子伝導により電荷が導電膜に輸送される。このため、導電膜全面に均一に電荷を伝え、導電膜に対する加工速度の面内均一性を高いレベルで保つことができる。しかも、研磨パッド１０１と給電接点２６２とが直接接触していないので、研磨パッド１０１が給電電極２６２によって、傷つけられることはない。

なお、図６では、基板Ｗが研磨パッド１０１からはみ出した状態を描いているが、もちろん基板Ｗ全面を研磨パッド１０１に接触させることも可能である。また、この例では、給電接点２６２を設け、この給電接点２６２をリテーナリング３に設けた第２の電極２６４に接触させて給電するようにしているが、研磨ヘッド１の内部に配線を通し、例えばロータリジョイント等を介して、電源２５２の他方の極をリテーナリング３に設けた第２の電極２６４に直接接続するようにしてもよい。このように、電源２５２の他方の極をリテーナリング３に設けた第２の電極２６４に直接接続するようにした場合には、リテーナリング３の一部を研磨テーブル１００の側方にはみ出させた状態で基板Ｗを保持する必要はない。

また、この例では、研磨パッド１０１と絶縁性定盤２５６との間に、例えば白金からなる導電性シート２５８を介在させることで、研磨パッド１０１上の電位分布のばらつきがより少なくするようにしている。つまり、第２の電極２６４に接触して第２の電極２６４に輸送された電荷は、研磨パッド１０１に一旦供給された後、導電性シート２５８を通過して研磨パッド１０１の全面により均一に供給される。

導電性シート２５８には、研磨パッド１０１の貫通孔１０１ａに対向する位置に通孔２５８ａが設けられている。導電性シート２５８に設けられる通孔２５８ａの大きさは、研磨パッド１０１の貫通孔１０１ａより大きく、導電性シートと電解液との接触面積が小さいことが好ましい。これは、導電性シート２５８に設けられる通孔２５８ａの大きさが小さいと、該通孔２５８ａの表面で電解反応が起こりやすくなり、研磨の電流効率（流れた全電流に対する研磨に用いられた電流の割合）が低下するからである。

導電性シート２５８の材料は、白金に限らないが、導電性シート２５８の電気抵抗は低ければ低いほどよい。また、例えば銅膜を研磨する場合には、銅よりも標準電極電位の高い（貴な材料、あるいはイオン化傾向が銅より小さい）材料であること好ましい。その理由は、研磨パッド１０１の下に敷く導電性シート２５８の材料の標準電極電位が銅より低い場合（イオン化傾向が銅より大きい場合）、銅が反応する前に導電性シートが酸化され、酸化皮膜を形成して導電性を失ったり、溶解したりするためである。

導電性シート２５８の形態としてはシート状が最も好ましいが、細線を無数に配置した形状でもよく、また網状であってもよい。導電性シート２５８の配置は、単に研磨パッド１０１と絶縁性定盤２５６との間に導電性シート２５８を挟んでもよいが、導電性シート２５８上で陽極反応が起こるのを防ぐため、導電性シート２５８が電解液に接しないように、導電性シート２５８の電解液との接液部を絶縁性材料で被覆することが好ましい。導電性シート２５８が電解液との接液部を持たない構造の場合、導電性シート２５８上で陽分極によって陽極溶解を起こすことがないので、例えば銅膜等の導電膜（被加工物）より電極電位の低い（卑な）材料で導電性シートを形成することができる。研磨パッド１０１と導電性シート２５８とは、例えば導電性接着剤などで接着される。

また、リテーナリング３の下面に設けられる第２の電極２６４は、陽分極したときに溶解しない導電性材料で、少なくとも銅膜等の導電膜（被加工物）より貴な標準電極電位を有する材料で構成されていることが好ましい。このため、第２の電極２６４は、白金であることが好ましい。第２の電極２６４を白金で形成した場合、白金は、銅より硬いため、白金製の第２の電極２６４で導電膜としての銅膜３０７を研磨する時に、第２の電極２６４が傷つくにくく、また仮に第２の電極２６４が傷ついたとしても、研磨性能には大きな影響を与えないようにすることができる。

電解液供給ノズル１０２は、図３に示すように、研磨パッド１０１の半径方向に沿って延びており、その長さ方向に沿った所定の間隔で複数の電解液供給口１４０が設けられている。

次に、上記のように構成された複合電解研磨装置２５０の研磨時における動作について説明する。研磨時には、外周部をリテーナリング３で囲繞して、基板Ｗを研磨ヘッド１の下面で保持し、ヘッド駆動軸１１に連結されたヘッド用エアシリンダ１１１を作動させて研磨ヘッド１を下降させる。これにより、研磨ヘッド１のリテーナリング３の下面に設けた第２の電極２６４の一部を給電接点２６２に、他の大部分を研磨パッド１０１に接触させる。この状態で、圧力室２２，２３、中心部圧力室２４及び中間部圧力室２５にそれぞれ所定の圧力の加圧流体を供給し、研磨ヘッド１で保持した基板Ｗを研磨テーブル１００の研磨パッド１０１の研磨面に押圧する。

そして、電源２５２を介して、第１の電極２５４と研磨ヘッド１で保持した基板Ｗの表面に設けられた銅膜３０７等の導電膜との間に電圧を印加しながら、電解液供給ノズル１０２から電解液Ｑを流し、同時に研磨ヘッド１及び研磨テーブル１００を共に回転（自転）させることにより、研磨パッド１０１の貫通孔１０１ａ及び絶縁性定盤２５６の貫通孔２５６ａ内に電解液Ｑが保持され、基板Ｗの導電膜の下面と第１の電極２５４の上面との間に電解液Ｑが存在した状態で導電膜の研磨が行われる。

つまり、研磨ヘッド１に保持した基板Ｗの銅膜３０７等の導電膜には、給電接点２６２に接触するリテーナリング３の下面に設けられた第２の電極２６４から、導電性を有する研磨パッド（導電性パッド）１０１を通して、直接給電される。そして、研磨パッド１０１の貫通孔１０１ａ及び絶縁性定盤２５６の貫通孔２５６ａ内に電解液Ｑが保持され、基板Ｗの表面と第１の電極２５４と間に電流が流れて電解研磨が行われる。導電性シート２５８には、電解液Ｑの流通を阻害しないように、通孔２５８ａが設けられている。なお、全面に渡って貫通孔があれば、研磨パッド１０１全体は、格子状または円環状の溝が形成されたものであってもよい。また、例えば、連続気孔を有する研磨パッドのように、研磨パッド１０１自体に通液性があれば、必ずしも研磨パッド１０１に貫通孔が開いていなくてもよい。

ここで、基板Ｗの圧力室２２，２３の下方に位置する部分は、それぞれ圧力室２２，２３に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。また、基板Ｗの中心部圧力室２４の下方に位置する部分は、センターバッグ８の弾性膜８１及び弾性パッド４を介して、中心部圧力室２４に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。基板Ｗの中間部圧力室２５の下方に位置する部分は、リングチューブ９の弾性膜９１及び弾性パッド４を介して、中間部圧力室２５に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。

従って、基板Ｗに加わる研磨圧力は、各圧力室２２〜２５に供給される加圧流体の圧力をそれぞれ制御することにより、基板Ｗの半径方向に沿った各部分毎に調整することができる。すなわち、制御部３１０が、レギュレータＲＥ３〜ＲＥ６によって、各圧力室２２〜２５に供給する加圧流体の圧力をそれぞれ独立に調整し、基板Ｗを研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１に押圧する押圧力を基板Ｗの部分毎に調整している。このように、基板Ｗの部分（押圧領域）毎に研磨圧力が所望の値に調整された状態で、回転している研磨テーブル１００の上面の研磨パッド１０１に基板Ｗが押圧される。同様に、レギュレータＲＥ１によって、ヘッド用エアシリンダ１１１に供給される加圧流体の圧力を調整し、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を変更することができる。

このように、研磨中に、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力と、基板Ｗを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を適宜調整することにより、基板Ｗの中心部（図６のＣ１）、中心部から中間部（Ｃ２）、外方部（Ｃ３）、そして周縁部（Ｃ４）、更には基板Ｗの外側にあるリテーナリング３の外周部までの各部分における研磨圧力の分布を所望の値とすることができる。

なお、基板Ｗの圧力室２２，２３の下方に位置する部分には、弾性パッド４を介して流体から押圧力が加えられる部分と、開口部４１の箇所のように、加圧流体の圧力そのものが基板Ｗに加わる部分とがあるが、これらの部分に加えられる押圧力は、同一圧力でもよく、それぞれ任意の圧力でも押圧ができる。また、研磨時には、弾性パッド４は、開口部４１の周囲において基板Ｗの裏面に密着するため、圧力室２２，２３の内部の加圧流体が外部に漏れることはほとんどない。

このように、基板Ｗを同心の４つの円及び円環部分（Ｃ１〜Ｃ４）に区画し、それぞれの部分（押圧領域）を独立した押圧力で押圧することができる。研磨レートは、基板Ｗの研磨面に対する押圧力に依存するが、上述したように各部分の押圧力を制御することができるので、基板Ｗの４つの部分（Ｃ１〜Ｃ４）の研磨レートを独立に制御することが可能となる。従って、基板Ｗの表面の研磨すべき薄膜の膜厚に半径方向の分布があっても、基板全面に亘って研磨の不足や過研磨をなくすことができる。

即ち、基板Ｗの表面の研磨すべき膜が、基板Ｗの半径方向の位置によって膜厚が異なっている場合であっても、上記各圧力室２２〜２５のうち、基板Ｗの表面の膜厚の厚い部分の上方に位置する圧力室の圧力を他の圧力室の圧力よりも高くすることにより、あるいは、基板Ｗの表面の膜厚の薄い部分の上方に位置する圧力室の圧力を他の圧力室の圧力よりも低くすることにより、膜厚の厚い部分の研磨面への押圧力を膜厚の薄い部分の研磨面への押圧力より大きくすることが可能となり、その部分の研磨レートを選択的に高めることができる。これにより、成膜時の膜厚分布に依存せずに基板Ｗの全面に亘って過不足のない研磨が可能となる。

ここで、基板Ｗの周縁部に起こる縁だれは、リテーナリング３の押圧力を制御することにより防止できる。また、基板Ｗの周縁部において研磨すべき膜の膜厚に大きな変化がある場合には、リテーナリング３の押圧力を意図的に大きく、あるいは、小さくすることで、基板Ｗの周縁部の研磨レートを制御することができる。なお、上記各圧力室２２〜２５に加圧流体を供給すると、チャッキングプレート６は上方向の力を受けるので、この例では、圧力室２１には流体路３１を介して圧力流体を供給し、各圧力室２２〜２５からの力によりチャッキングプレート６が上方に持ち上げられるのを防止している。

上述のようにして、ヘッド用エアシリンダ１１１によるリテーナリング３の研磨パッド１０１への押圧力と、各圧力室２２〜２５に供給する加圧空気による基板Ｗの部分毎の研磨パッド１０１への押圧力とを適宜調整して基板Ｗの研磨が行われる。

以上説明したように、圧力室２２，２３、センターバッグ８の内部の圧力室２４、及びリングチューブ９の内部の圧力室２５の圧力を独立に制御することにより、基板に対する押圧力を制御することができる。更に、この例によれば、センターバッグ８及びリングチューブ９の位置や大きさなどを変更することによって、押圧力の制御を行う範囲を簡単に変更することができる。

すなわち、基板の表面に形成される膜の膜厚分布は、成膜の方法や成膜装置の種類により変化するが、この例によれば、基板に押圧力を加える圧力室の位置や大きさをセンターバッグ８及びセンターバッグホルダー８２、またはリングチューブ９及びリングチューブホルダー９２を交換するだけで変更することができる。従って、研磨すべき膜の膜厚分布に合わせて押圧力を制御すべき位置や範囲を研磨ヘッド１の極一部を交換するだけで容易かつ低コストで変更することが可能となる。換言すれば、研磨すべき基板の表面の研磨すべき膜の膜厚分布に変化があった場合にも、容易かつ低コストで対応することができる。なお、センターバッグ８またはリングチューブ９の形状及び位置を変更すると、結果的にセンターバッグ８とリングチューブ９に挟まれる圧力室２２及びリングチューブ９を取り囲む圧力室２３の大きさを変えることにもなる。

次に、図２に示す基板処理装置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２０４をロード・アンロードステージに装着する。そして、１枚の基板を基板カセット２０４から搬送ロボット２０２で取出して基板ステーション２０６へ載置する。搬送ロボット２０８は、基板ステーション２０６から基板を受け取り、必要に応じて、基板を反転させた後、ロータリトランスポータ２１０に渡す。次に、ロータリトランスポータ２１０を水平に回転させ、このロータリトランスポータ２１０で支持した基板を、一方の複合電解研磨装置２５０の研磨ヘッド１で保持する。

そして、研磨ヘッド１で保持した基板を研磨テーブル１００の上方の研磨位置に移動させる。そして、研磨ヘッド１及び研磨テーブル１００を共に回転させながら、基板を下降させ、リテーナリング３の下面に設けた第２の電極２６４の一部を給電電極２６２に、他の大部分を研磨パッド１０１の研磨面に接触させるとともに、基板表面の銅膜３０７等の導電膜を研磨パッド１０１の研磨面に、約７０ｈＰａ（１ｐｓｉ）以下の所定の研磨圧力で押圧する。そして、研磨パッド１０１に向けて電解液Ｑを供給しながら、第１の電極２５４と基板の表面の銅膜３０７等の導電膜との間に電源２５２を介して電圧を印加して導電膜を研磨（第１の研磨）する。なお、基板を研磨パッド１０１で研磨している間は真空吸着等による基板の保持を解除してもよい。

この複合電解研磨装置２５０による第１の研磨によって、例えば、残留する導電膜、すなわち銅膜３０７（及びシード膜３０６）の平均膜厚が３００ｎｍ以下で、残留する銅膜３０７（及びシード膜３０６）の基板面内での膜厚分布が１５０ｎｍ以下となるように、渦電流センサ等のＩＴＭ２２６で銅膜３０７（及びシード膜３０６）の膜厚の基板面内分布を検知し、制御部３１０を介して、図５に示す各部分（押圧領域）Ｃ１〜Ｃ４における研磨圧力を調整しながら、該銅膜３０７（及びシード膜３０６）を研磨する。このように、配線等に与えるダメージが一般に少ない複合電解研磨を研磨処理に採用し、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複合電解研磨で行うことで、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、一方の複合電解研磨装置２５０による第１の研磨を終了した基板を、必要に応じて、その被研磨面及び裏面を純水等で洗浄（リンス）し乾燥させた後、ロータリトランスポータ２１０を経由させて、他方の複合電解研磨装置２５０に搬送し、この研磨ヘッド１で保持する。第１の研磨を行った複合電解研磨装置２５０にあっては、この研磨パッド１０１の研磨面のドレッサー２１８によるコンディショニングを行って、次の研磨に備える。

そして、研磨ヘッド１で保持した基板を研磨テーブル１００の上方の研磨位置に移動させ、しかる後、前述と同様に、研磨ヘッド１及び研磨テーブル１００を回転（自転）させながら、基板を下降させて研磨パッド１０１の研磨面に押圧し、同時に研磨パッド１０１に電解液Ｑを供給しながら、第１の電極２５４と基板の表面の銅膜３０７等の導電膜との間に電源２５２を介して電圧を印加して、第１の研磨で研磨されずに残った導電膜、つまりバリア膜３０５上の銅膜３０７（及びシード膜３０６）を研磨する。これによって、バリア膜３０５を露出させる。

次に、複合電解研磨装置２５０による研磨を終了した基板を、ロータリトランスポータ２１０及び搬送ロボット２０８を経由させ、必要に応じて反転させた後、洗浄ユニット２１４に搬送する。研磨を行った複合電解研磨装置２５０にあっては、この研磨パッド１０１の研磨面のドレッサー２１８によるコンディショニングを行って、次の研磨に備える。

そして、洗浄ユニット２１４で、基板の表面の洗浄リンス処理を行い、洗浄リンス後の基板を搬送ロボット２０８で基板ステーション２０６に搬送して載置する。搬送ロボット２０２（または２０６）は、洗浄された基板を基板ステーション２０６から取出し、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２１２に搬送し、この乾燥ユニット２１２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２０２により元の基板カセット２０４に戻す。

図８及び図９は、本発明の他の実施の形態の複合電解研磨装置の要部を示す。この例の図３乃至図７に示す例と異なる点は以下の通りである。すなわち、この例の複合電解研磨装置にあっては、図３乃至図７に示す例における給電接点２６２の代りに、研磨ヘッド１とほぼ同様な構成の給電部２７０が備えられ、またリテーナリング３の下面の代わりに、給電部２７０の下面に円形の第２の電極２７２が設けられている。

つまり、この図８及び図９に示す複合電解研磨装置において、研磨ヘッド１のリテーナリング３の下面に第２の電極は設けられておらず、また研磨テーブル１００の側方に給電接点は備えられていない。そして、研磨ヘッド１と互いに干渉しない位置に、給電ヘッド１とほぼ同様な大きさの給電部２７０が、上下動及び回転自在な給電部駆動軸２７４の下端に連結されて配置されている。この給電部２７０の下面は平坦面に形成されて、この平坦面に、例えば白金からなる第２の電極２７２が設けられている。この第２の電極２７２は、電源２５２の他方の極から延びる導線２７５に、ロータリジョイント２７６を介して、直接接続されている。その他の構成は、図３乃至図７に示す例とほぼ同様である。

この例によれば、研磨ヘッド１で保持した基板Ｗを下降させて研磨テーブル１００の研磨パッド１０１の研磨面に押圧し、同時に、給電部２７０を下降させて、給電部２７０の下面に設けた第２の電極２７２を研磨パッド１０１の研磨面に面接触させる。そして、電源２５２を介して、第１の電極２５４と研磨ヘッド１で保持した基板Ｗの表面に設けられた銅膜３０７等の導電膜との間に電圧を印加しながら、電解液供給ノズル１０２（図３参照）から電解液Ｑを流し、同時に研磨ヘッド１、研磨テーブル１００及び給電部２７０を回転（自転）させることにより、研磨パッド１０１の貫通孔１０１ａ及び絶縁性定盤２５６の貫通孔２５６ａ内に電解液Ｑが保持され、基板Ｗの導電膜の下面と第１の電極２５４の上面との間に電解液Ｑが存在した状態で導電膜の研磨が行われる。

つまり、研磨ヘッド１に保持した基板Ｗの銅膜３０７等の導電膜には、給電部２７０の下面に設けられ電源２５２の他方に極に直接接続された第２の電極２７２から、該第２の電極２７２に直接面接触する、導電性を有する研磨パッド（導電性パッド）１０１を通して、直接給電される。このように、研磨ヘッド１と互いに干渉しない位置に給電部２７０を配置し、この給電部２７０の下面に設けた第２の電極２７２を研磨パッド１０１の研磨面に面接触させ、この研磨パッド１０１を通して、研磨パッド１で保持した基板Ｗの銅膜３０７等の導電膜に給電することで、第２の電極２７２と研磨パッド１０１との間で十分な接触面積を確保して、銅膜３０７等の導電膜上での電位分布のばらつきを小さくできる。また、給電の信頼性が高く、しかも、研磨パッド１０１の表面に悪影響を与えることがないため、給電に伴って、研磨性能が低下することを防止することができる。

一般に電解液の供給ノズルの位置は、研磨ヘッド１の位置においてパッドにあいた多数の穴内を完全に電解液で満たすために、研磨ヘッドのすぐ上流側に配置するのが望ましい。また、給電部２７０位置でのパッド穴内には電解液が満たされず、給電電極２７２と第一の電極２５４の間になるべく電流が流れて欲しくないので、給電部２７０の位置は電解液供給ノズルから最下流の位置、もしくは、なるべく研磨テーブル１００の回転中心付近に位置するのが望ましい。

更に、この例では、研磨中に一度も基板の銅膜３０７等の導電膜に接触しない研磨パッド１０１の表面（研磨面）、つまり、図８及び図９における、研磨パッド１０１の表面の同心円状の中央側領域Ｅ、及び研磨パッド１０１に設けた貫通孔１０１ａの内側面には絶縁処理が施され、ここに図９に示すように、絶縁膜２７８が形成されている。

このように、導電性を有する、例えばカーボンを主成分とする研磨パッド１０１の研磨中に一度も導電膜に接触しない表面、及び研磨パッド１０１の内部に設けられた貫通孔１０１ａの内側面に絶縁処理を施すことで、研磨パッド（導電性パッド）１０１の表面での電解反応を極力抑制して、研磨パッド１０１の表面で発生する酸素が導電膜表面でのピット発生の原因になったり、研磨速度を低下させる原因になったりすることを防止することができる。

導電性を有する研磨パッド１０１の一部を絶縁処理する方法としては、インク、塗料、接着剤などで表面をコーティングする絶縁コーティングや、薬品処理、グラフト重合処理、光、電子線、イオンビーム、プラズマ処理、めっき処理などで表面改質する表面改質処理が挙げられる。

図１０は、本発明の更に他の実施の形態の複合電解研磨装置の要部を示す。この例の図８及び図９に示す例と異なる点は、図８及び図９に示す例における給電部をドレッサーの内部に設けた点にある。すなわち、この例にあっては、ドレッサー２８０として、円柱状の本体２８２の周縁部下面に、円周方向に沿った所定間隔で、多数の円形のドレッシング部２８４を有するものを使用し、このドレッサー２８０のドレッシング部２８４で囲まれた支持部２８２の下面中心部に給電部２８６が配置されている。ドレッシング部２８４の下面には、例えばダイヤモンドの粒が電着（めっき）によって埋め込まれている。

給電部２８６の下面には、例えば白金からなる、円形の第２の電極２８８が設けられ、第２の電極２８８に、電源の他方の極から延びる導線２９０がロータリジョイント２９２を介して直接接続されている。給電部２８８は、その下面が、ドレッシング部２８４の下面のなす面より僅かに下方に位置して、本体２８２と接続された支持部２９６に伸縮自在に支持されており、本体２８２と第２の電極２８８との間に、絶縁材からなる圧縮ばね２９４が介装されている。これにより、ドレッサー２８０のドレッシング部２８４を研磨パッド１０１の研磨面に接触させ、ドレッサー２８０及び研磨パッド１０１を共に回転（自転）させて研磨パッド１０１のドレッシングを行う時、給電部２８６の第２の電極２８８が研磨パッド１０１の研磨面に接触して、図９に示す、研磨ヘッド１で保持した基板の銅膜３０７等の導電膜に研磨パッド１０１を通じて給電できるようになっている。

この例によれば、ドレッサー２８０に給電部２８６を設けることで、研磨パッド１０１のドレッサー２８０によりドレッシングと、給電部２８６及び研磨パッド１０１を通しての銅膜３０７等の導電膜への給電をin-situで行うことができる。また、絶縁材からなる圧縮ばね２９４を介して、給電部２８６の下面に設けた第２の電極２８８の研磨パッド１０１に対する押付け圧のコントロールが可能となる。押付け圧のコントロールは、例えば次のようにして行う。圧縮ばね２９６はドレッサー本体２８２とは別の支持部材２９６とねじ等により固定されており、本体２８２と支持部材２９６は鉛直上下方向の位置関係調整が可能なようになっている。これにより研磨パッド１０１と給電部２８６の押付け圧のコントロールが可能となる。また、給電部２８６とドレッシング部２８４の間は絶縁されている必要があり、上記の例では圧縮ばね２９４が絶縁材で構成されていたが、これに限らず、たとえば支持部２９６やドレッサー本体２８２のいずれかが絶縁材料で構成されていれば圧縮ばねは導電性を用いることも可能である。あるいは、給電部２８６と圧縮ばねの間に、絶縁材を挟んでもよい。

図１１は、本発明の更に他の実施の形態の複合電解研磨装置の要部を示す。この例の複合電解研磨装置は、研磨テーブル４００と、研磨テーブル４００の上方に上下動及び回転自在に配置された研磨ヘッド４０２及びドレッサー４０４を有している。研磨テーブル４００の上面には、例えば白金からなり、電源４０６の一方の極に接続された円形の第１の電極４０８と、この第１の電極４０８の表面を覆う絶縁性定盤４１０が順次積層され、この絶縁性定盤４１０の表面は、その全域に亘って研磨パッド４１２で覆われており、この研磨パッド４１２の上面が研磨面になっている。研磨テーブル４００、第１の電極４０８及び絶縁性定盤４１０は、一体になって回転（自転）する。

絶縁性定盤４１０の内部には、前述の例と同様に、上下に貫通する多数の貫通孔が設けられ、研磨パッド４１２の内部にも、上下に貫通する多数の貫通孔４１２ａが設けられている。研磨パッド４１２は、前述の例と同様に、導電性を有するように、例えばカーボンを主体とした導電性材料から構成されている。なお、図示しないが、研磨テーブル４００の上方には、研磨パッド４１２の上面（研磨面）に向けて電解液を供給する電解液供給ノズルが配置されている。

研磨パッド４１２の上面に接触しながら該表面を覆うように、給電部４１４が固定状態で配置されている。この給電部４１４は、電源４０６の他方の極に接続された、例えば白金からなる第２の電極４１６を有しており、この第２の電極４１６の電極４０６から延びる配線との接続部を除いた表面は、絶縁体４１８で被覆されている。この給電部４１４の研磨ヘッド４０２及びドレッサー４０４と上下に対向する位置には、研磨ヘッド４０２及びドレッサー４０４の大きさに見合った開口４１４ａ，４１４ｂが設けられている。

この例によれば、研磨ヘッド４０２で保持した基板Ｗを下降させ、給電部４１４の開口４１４ａを通過させて、研磨テーブル４００の研磨パッド４１２の研磨面に押圧する。また、必要に応じて、ドレッサー４０４を下降させ、給電部４１４の開口４１４ｂを通過させて、研磨テーブル４００の研磨パッド４１２の研磨面に押圧する。そして、電源４０６を介して、第１の電極４０８と研磨ヘッド４０２の下面に保持した基板Ｗの表面に設けられた銅膜３０７等の導電膜との間に電圧を印加しながら、電解液供給ノズルから電解液を流し、同時に研磨ヘッド４０２及び研磨テーブル４００共に回転（自転）させることにより、研磨パッド４１２の貫通孔４１２ａ及び絶縁性定盤４１０の貫通孔内に電解液が保持され、基板Ｗの導電膜の下面と第１の電極４０８の上面との間に電解液が存在した状態で導電膜の研磨が行われる。

つまり、研磨ヘッド４０２に保持した基板Ｗの銅膜３０７等の導電膜には、給電部４１４の電源４０６の他方に極に直接接続された第２の電極４１６から、該第２の電極４１６に直接面接触する、導電性を有する研磨パッド（導電性パッド）４１２を通して、直接給電される。これにより、第２の電極４１６と研磨パッド４１２との間で十分な接触面積を確保して、銅膜３０７等の導電膜上での電位分布のばらつきを小さくできる。また、給電の信頼性が高く、しかも、研磨パッド１０１の表面に悪影響を与えることがないため、給電に伴って、研磨性能が低下することを防止することができる。更に、電解液の飛散を抑制し、電解液の使用量を少なくして、コストダウンを図ることができる。

図１２は、本発明の更に他の実施の形態の複合電解研磨装置の概要を示す。この例の複合電解研磨装置は、研磨テーブル５００と、研磨テーブル５００の上方に上下動及び回転自在に配置された研磨ヘッド５０２を有している。研磨テーブル５００の上面には、例えば白金からなり、電源５０６の一方の極に接続された円形の第１の電極５０８と、この第１の電極５０８の表面を覆う絶縁性定盤５１０が順次積層され、この絶縁性定盤５１０の表面は、その全域に亘って導電性の研磨パッド５１２で覆われており、この研磨パッド５１２の上面が研磨面になっている。

絶縁性定盤５１０の内部には、前述の例と同様に、上下に貫通する多数の貫通孔５１０ａが設けられ、研磨パッド５１２の内部にも、上下に貫通する多数の貫通孔５１２ａが設けられている。更に、絶縁性定盤５１０と研磨パッド５１２との間には、該研磨パッド５１２の貫通孔に対応する位置に通孔５１４ａを設けた、例えば白金箔からなる第２の電極（導電性シート）５１４が配置されている。なお、図示しないが、研磨テーブル５００の上方には、研磨パッド５１２の上面（研磨面）に向けて電解液を供給する電解液供給ノズル及びドレッサーが配置されている。

研磨テーブル５００の上方に、研磨パッド５１２の研磨面に接触して該第２の電極５１４に給電する給電接点５１６が配置されている。この給電接点５１６は、電源５０６の他方の極に接続され、回転自在な円筒状のコロから構成されている。そして、給電接点（コロ）５１６と回転する研磨パッド５１２との接点における相対速度が０．１ｍ／ｓ以下、好ましくは、ゼロとなるように両者の回転速度（回転の線速）が調整されている。なお、給電接点（コロ）５１６を回転摩擦がゼロに近い状態で回転自在に支承して、研磨パッド５１２と給電接点（コロ）５１６の表面との摩擦によって給電接点（コロ）５１６が連れ回りするようにしてもよい。

これにより、研磨パッド５１２と給電接点（コロ）５１６との間に生じる摩擦力を小さくして、研磨パッド５１２が傷ついたり、研磨パッド５１２や第２の電極５１４が研磨テーブル５００から剥がれたりすることを防止することができる。研磨パッド５１２が傷つくことをなくすことで、研磨パッド５１２による研磨特性を損なうことなく、導電膜への給電が可能となる。

なお、この例では、コロからなる給電接点５１６を１つ設けているが、コロからなる給電接点を複数有するようにしてもよい。これにより、給電接点と研磨パッドとの接触面積を増大させて、給電の信頼性を向上させることができる。また、コロの代りに、ブラシからなる給電接点を使用してもよい。

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。 本発明に係る複合電解研磨装置を備えた基板処理装置の配置構成を示す平面図である。 図２に示す基板処理装置に備えられている本発明の実施の形態の複合電解研磨装置の要部を示す縦断正面図である。 複合電解研磨装置の研磨ヘッドの縦断面図である。 複合電解研磨装置の研磨ヘッドの底面図である。 複合電解研磨装置の要部を概略的に示す縦断正面図である。 図６の一部を拡大して示す拡大図である。 本発明の他の実施の形態の複合電解研磨装置の要部を概略的に示す平面図である。 図８のＡ−Ａ断面図である。 本発明の更に他の実施の形態の複合電解研磨装置の要部を示す概略的に示す図である。 本発明の更に他の実施の形態の複合電解研磨装置の要部を概略的に示す斜視図である。 本発明の更に他の実施の形態の複合電解研磨装置の要部を概略的に示す縦断正面図である。

符号の説明

１，４０２，５０２ 研磨ヘッド
２ ヘッド本体
３ リテーナリング
４ 弾性パッド
５ ホルダーリング
６ チャッキングプレート
７ 加圧シート
８ センターバッグ
９ リングチューブ
２１〜２５ 圧力室
１００，４００，５００ 研磨テーブル
１０１，４１２，５１２ 研磨パッド
１０１ａ，４１２ａ，５１２ａ 貫通孔
１０２ 電解液供給ノズル
１２０ 圧縮空気源
１２１ 真空源
２０４ 基板カセット
２０６ 基板ステーション
２１０ ロータリトランスポータ
２１２ 乾燥ユニット
２１４ 洗浄ユニット
２１８ ドレッサー
２２２ 水槽
２２４，２２６ ＩＴＭ
２５０ 複合電解研磨装置
２５２，４０６，５０６ 電源
２５４，４０８，５０８ 第１の電極
２５６，４１０，５１０ 絶縁性定盤
２５８ 導電性シート
２６２，５１６ 給電接点
２６４，４１６，５１４ 第２の電極
２７０，２８６ 給電部
２７８ 絶縁膜
２８０ ドレッサー
３０５ バリア膜
３０６ シード膜（導電膜）
３０７ 銅膜（導電膜）
３０８ 配線

Claims (5)

1. 電源の一方の極に接続された第１の電極を有し、導電性を有する研磨パッドを保持する研磨テーブルと、
   導電膜を有する研磨対象物の外周部をリテーナリングで囲繞して研磨対象物を保持し、該研磨対象物を前記研磨パッドの研磨面に向けて押圧する研磨ヘッドと、
   前記リテーナリングの前記研磨パッドとの対向面に取付けられて電源の他方の極に接続され、前記研磨パッドに接触し該研磨パッドを通して研磨対象物の導電膜に給電する第２の電極と、
   前記研磨パッドの研磨面に電解液を供給する電解液供給部と、
   前記研磨パッドと前記研磨ヘッドで保持した研磨対象物とを相対移動させる移動機構を有することを特徴とする複合電解研磨装置。
2. 電源の一方の極に接続された第１の電極を有し、導電性を有する研磨パッドを保持する研磨テーブルと、
   導電膜を有する研磨対象物を保持し、該研磨対象物を前記研磨パッドの研磨面に向けて押圧する研磨ヘッドと、
   電源の他方の極に接続され、前記研磨パッドの表面に前記研磨ヘッドと互いに干渉しない位置で面接触し該研磨パッドを通して研磨対象物の導電膜に給電する第２の電極を有する給電部と、
   前記研磨パッドの研磨面に電解液を供給する電解液供給部と、
   前記研磨パッドと前記研磨ヘッドで保持した研磨対象物とを相対移動させる移動機構を有することを特徴とする複合電解研磨装置。
3. 前記研磨パッドに擦接して該研磨パッドをドレッシングするドレッサーを備え、前記給電部は、該ドレッサーに備えられていることを特徴とする請求項２記載の複合電解研磨装置。
4. 電源の一方の極に接続された第１の電極を有し、導電性を有する研磨パッドを保持する研磨テーブルと、
   導電膜を有する研磨対象物を保持し、該研磨対象物を前記研磨パッドの研磨面に向けて押圧する研磨ヘッドと、
   電源の他方の極に接続され、前記研磨パッドの表面に接触し該研磨パッドを通して研磨対象物の導電膜に給電する第２の電極を有する給電部と、
   前記研磨パッドの研磨面に電解液を供給する電解液供給部と、
   前記研磨パッドと前記研磨ヘッドで保持した研磨対象物とを相対移動させる移動機構を有することを特徴とする複合電解研磨装置において、
   前記第２の電極は、前記導電性パッドとの接触部位において、前記導電性パッドに対して相対速度０．１ｍ／ｓ以下で相対運動することを特徴とする複合電解研磨装置。
5. 電源の一方の極に接続された第１の電極を有し、導電性を有する研磨パッドを保持する研磨テーブルと、
   導電膜を有する研磨対象物を保持し、該研磨対象物を前記研磨パッドの研磨面に向けて押圧する研磨ヘッドと、
   電源の他方の極に接続され、前記研磨パッドに接触し該研磨パッドを通して研磨対象物の導電膜に給電する第２の電極と、
   前記研磨パッドの研磨面に電解液を供給する電解液供給部と、
   前記研磨パッドと前記研磨ヘッドで保持した研磨対象物とを相対移動させる移動機構を有し、
   前記研磨パッドの研磨中に一度も前記導電膜に接触しない表面、及び研磨パッドの内部に設けられた貫通孔の内側面の少なくとも一部には絶縁処理が施されていることを特徴とする複合電解研磨装置。

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