JP2008221346A - 複合電解研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複合電解研磨に使用される電解液の量を削減することができる複合電解研磨装置を提供する。
【解決手段】本願発明の複合電解研磨装置は、上下方向に貫通する複数の貫通孔１０１ａを有し、上面が研磨面を構成する研磨パッド１０１と、基板Ｗを研磨面に押圧する研磨ヘッド１と、電源２５２の一方の極に電気的に接続され、研磨パッドの下方に配置された第１電極２５４と、電源の他方の極に電気的に接続されて基板上の導電膜に給電する第２電極２６４と、電解液を研磨パッドに供給する電解液供給部１０２と、電解液供給部から供給された電解液を研磨パッドの下方から複数の貫通孔に導く電解液流路２５８Ａ，２５８Ｂ，２５６，２５５と、基板と研磨パッドとを相対移動させる相対移動機構とを備える。
【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（ａ）乃至図１（ｃ）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。

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。

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

上述したロータリー方式の場合、研磨テーブルを回転させながら研磨パッドの上方から電解液を供給する。例えば、直径３００ｍｍのウェーハを研磨する場合、３００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量で電解液を研磨面に供給する。しかしながら、研磨面に供給された電解液の多くは、研磨テーブルの回転による遠心力によって研磨テーブルから飛散し、研磨に関与せずに廃棄処分とされていた。複合電解研磨においては、消耗品である電解液のコストが高く、電解液に要するコストをできるだけ削減することが求められている。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、複合電解研磨に使用される電解液の量を削減することができる複合電解研磨装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、上下方向に貫通する複数の貫通孔を有し、上面が研磨面を構成する研磨パッドと、基板を前記研磨面に押圧する研磨ヘッドと、電源の一方の極に電気的に接続され、前記研磨パッドの下方に配置された第１電極と、電源の他方の極に電気的に接続されて前記基板上の導電膜に給電する第２電極と、電解液を前記研磨パッドに供給する電解液供給部と、前記電解液供給部から供給された電解液を前記研磨パッドの下方から前記複数の貫通孔に導く電解液流路と、前記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とを備えたことを特徴とする複合電解研磨装置である。

本発明の好ましい態様は、前記電解液流路は、前記電解液供給部からの電解液を受ける電解液受け部と、前記複数の貫通孔にそれぞれ連通する複数の連通孔と、前記電解液受け部に連通し、かつ前記複数の連通孔を互いに連通させる複数の連通溝とを有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記電解液受け部は、前記研磨パッドと同心状に形成された環状溝であり、前記環状溝の半径は、前記研磨パッドの中心と研磨位置にある前記研磨ヘッドの外周面との距離よりも大きいことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨パッドの外周面を囲むように配置された堰をさらに備え、前記堰は外周壁および内周壁を有し、前記外周壁の上端は前記研磨面よりも高い位置にあり、前記内周壁の上端は前記研磨面よりも低い位置にあることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨パッドの外周面を囲むように配置された変形自在な液体透過部材と、前記液体透過部材の下部に設けられた液回収部とをさらに備え、前記液体透過部材の上面は前記研磨面よりも高い位置にあることを特徴とする。

本発明の他の態様は、上下方向に貫通する複数の貫通孔を有し、上面が研磨面を構成する研磨パッドと、前記研磨面に埋設された少なくとも１つの液体保持部材と、基板を前記研磨面に押圧する研磨ヘッドと、電源の一方の極に電気的に接続され、前記研磨パッドの下方に配置された第１電極と、電源の他方の極に電気的に接続されて前記基板上の導電膜に給電する第２電極と、電解液を前記研磨パッドに供給する電解液供給部と、前記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とを備えたことを特徴とする複合電解研磨装置である。

本発明の好ましい態様は、前記液体保持部材は複数であり、該複数の液体保持部材は前記複数の貫通孔内に配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記液体保持部材は変形自在な材料から形成され、前記液体保持部材の上端は、前記研磨面よりも高い位置にあることを特徴とする。

本発明の他の態様は、上下方向に貫通する複数の貫通孔を有し、上面が研磨面を構成する研磨パッドと、基板を前記研磨面に押圧する研磨ヘッドと、電源の一方の極に電気的に接続され、前記研磨パッドの下方に配置された第１電極と、電源の他方の極に電気的に接続されて前記基板上の導電膜に給電する第２電極と、電解液を前記研磨パッドに供給する電解液供給部と、前記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とを備え、前記複数の貫通孔の上端開口の直径はその下端開口の直径よりも小さいことを特徴とする複合電解研磨装置である。

本発明の好ましい態様は、前記複数の貫通孔の直径は、前記下端開口から前記上端開口に向かって徐々に小さくなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の貫通孔は、直径の異なる複数の孔を上下方向に直列に配列した貫通孔であることを特徴とする。

本発明によれば、複数の貫通孔を通じて基板の表面に電解液を効率よく供給することができるので、結果として１枚の基板を研磨するのに使用される電解液の量を減らすことができる。したがって、消耗品としての電解液のコストを削減することができる。

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。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（電解液供給部）１０２、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の要部を概略的に示す。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。

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（中心部当接部材）８及びリングチューブ（外側当接部材）９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（保持部）８２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り付けられている。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（保持部）９２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り付けられている。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。

図６は複合電解研磨装置２５０の要部を概略的に示す縦断面図である。図６に示すように、研磨テーブル１００の上面には円板状の支持部材２５４が固定されている。支持部材２５４の上面に研磨パッド１０１が取り付けられており、この研磨パッド１０１の上面が研磨面となっている。支持部材２５４は、円板状のベース２５４ｂと、このベース２５４ｂの上面を覆う蓋２５４ａとから基本的に構成されている。研磨パッド１０１には、上下方向に延びる複数の貫通孔１０１ａが形成されている。研磨テーブル１００は図示しない回転機構に連結されており、これにより研磨テーブル１００は、支持部材２５４および研磨パッド１０１と一体に回転可能となっている。

電解液供給ノズル１０２は、研磨パッド１０１の半径方向に沿って延びており、その先端には供給口１０２ａが設けられている。この供給口１０２ａは研磨パッド１０１の中央部の上方に位置しており、図示しない電解液供給源から電解液供給ノズル１０２を通じて電解液が研磨パッド１０１の中央部に供給される。

支持部材２５４は、電源２５２の一方の極に接続されており、第１電極（カソード）として機能する。電源２５２から延びる配線と支持部材（カソード）２５４との電気接点には、コロ、ブラシなどが用いられる。例えば、図６に示すように、支持部材２５４の側面に電気接点２６２を接触させることができる。電気接点２６２は、比抵抗が小さく軟質な金属、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウムなどで形成することが好ましい。

蓋２５４ａには、研磨パッド１０１の上記貫通孔１０１ａと同一位置に複数の連通孔２５５が形成されている。さらに、蓋２５４ａの下面には、これら連通孔２５５を互いに連通させる複数の連通溝２５６が形成されている。なお、ベース２５４ｂの上面に連通溝を設けてもよい。研磨パッド１０１の中央部には、研磨パッド１０１を上下に貫通する第１の電解液受け口２５８Ａが形成されている。さらに、蓋２５４ａには、第１の電解液受け口２５８Ａと同一位置に第２の電解液受け口２５８Ｂが形成されている。第２の電解液受け口２５８Ｂは上記複数の連通溝２５６に連通している。

このような構成により、電解液供給ノズル１０２の供給口１０２ａから供給された電解液は、第１の電解液受け口２５８Ａ、第２の電解液受け口２５８Ｂ、連通溝２５６、および連通孔２５５をこの順に流れて、貫通孔１０１ａに到達する。そして、貫通孔１０１ａの内部には、研磨面に向かう電解液の上向きの流れが形成され、電解液が研磨面に供給される。本実施形態では、第１の電解液受け口２５８Ａ、第２の電解液受け口２５８Ｂ、連通溝２５６、および連通孔２５５により、電解液を研磨パッド１０１の下方から貫通孔１０１ａに導く電解液流路が構成されている。

図７は図６に示す蓋２５４ａに形成された連通溝２５６および連通孔２５５の一部を示す平面図である。連通溝２５６の幅ｗは１ｍｍ〜３０ｍｍであることが好ましく、連通孔２５５（および貫通孔１０１ａ）の直径ｒは１ｍｍ〜３０ｍｍであることが好ましい。連通溝２５６の幅ｗは、連通孔２５５（および貫通孔１０１ａ）の直径よりも小さいことが好ましく、連通溝２５６の深さは１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。

蓋２５４ａとベース２５４ｂとは図示しないクランプにより互いに固定されている。蓋２５４ａの下面の外周部とベース２５４ｂとの間にはＯリング２５７が配置されている。このＯリング２５７は電解液との反応しにくい材料から構成されている。なお、蓋２５４ａとベース２５４ｂとが回転方向にずれないように、嵌め合い部を設けてもよい。支持部材２５４は研磨テーブル１００に図示しないねじによって着脱可能に取り付けられている。

蓋２５４ａは、研磨パッド１０１を保持するのに十分な剛性および強度を有している。蓋２５４ａの材料としては、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）やフッ素樹脂などの誘電体、または導電性材料（金属、合金、導電性プラスチックなど）などが挙げられる。ベース２５４ｂも蓋２５４ａと同様の材料から構成されることが好ましい。ただし、本実施形態では、支持部材２５４はカソード（第１電極）として機能するため、蓋２５４ａおよびベース２５４ｂの少なくとも一方は導電性材料から構成される。なお、蓋２５４ａおよびベース２５４ｂの両方を誘電体から形成してもよいが、この場合は、支持部材２５４とは別にカソードを設けることが必要である。例えば、蓋２５４ａとベース２５４ｂとの間にカソードを配置し、カソードが上記電解液流路を流れる電解液と接触するようにしてもよい。

研磨パッド１０１は接着剤により蓋２５４ａの上面に取り付けられている。蓋２５４ａの上面の表面粗さは小さいことが好ましい。これは次の理由による。研磨パッド１０１には貫通孔１０１ａが均一に分布しているため、蓋２５４ａと研磨パッド１０１との接触面積は比較的小さい。さらに、電解液が貫通孔１０１ａから接着面に染み込み、接着力が低下することがある。したがって、研磨パッド１０１の剥がれを防止する観点から、蓋２５４ａの上面の表面粗さは小さいことが好ましい。例えば、蓋２５４ａの上面の表面粗さ（Ｒａ）は１μｍ以下であることが好ましい。

図８は図６に示す複合電解研磨装置２５０の要部構成の変形例を示す縦断面図である。図８に示す例では、研磨パッド１０１および蓋２５４ａの中央部に電解液受け部としてのロータリージョイント２５８Ｃが取り付けられている。このロータリージョイント２５８Ｃの上端は電解液供給ノズル１０２に接続され、その下端は連通溝２５６に連通している。したがって、電解液供給ノズル１０２から供給される電解液は、ロータリージョイント２５８Ｃを通って支持部材２５４の連通溝２５６に供給される。この場合でも、電解液は研磨面の上方から支持部材２５４に供給され、研磨パッド１０１の下を流れ、そして研磨パッド１０１の下方から貫通孔１０１ａに供給される。なお、本実施形態では、ロータリージョイント２５８Ｃ、連通溝２５６、および連通孔２５５により電解液流路が構成される。

図９乃至図１３は連通溝２５６の例を示す図である。図９では、連通溝２５６は放射状に延びており、周方向に等間隔に（例えば、１０〜１２０°の間隔で）配列されることが好ましい。図１０では、連通溝２５６は図９に示す放射状溝と、周方向に延びる同心円状溝とから構成されている。同心円状溝の径方向の間隔は１ｍｍ〜２００ｍｍであることが好ましい。図１１では、連通溝２５６は図９に示す放射状溝と、周方向に沿ってジグザグに延びる枝状溝とから構成されている。枝状溝の径方向の間隔は１ｍｍ〜２００ｍｍであることが好ましい。図１２では、連通溝２５６は格子状溝から構成されている。隣接する格子状溝の間隔は１ｍｍ〜２００ｍｍであることが好ましい。図１３では、連通溝２５６は螺旋状に延びており、周方向に等間隔に（例えば、１０〜９０°の間隔で）配列されることが好ましい。連通溝２５６の曲率半径は、研磨パッド１０１の半径の１／２倍〜５倍とすることが好ましい。

研磨パッド１０１の側方に位置して、電源２５２の他方の電極に接続される第２電極（給電電極）２６４が配置されている。この第２電極２６４の上面と、研磨パッド１０１の上面（研磨面）は、ほぼ同一水平面内に位置している。研磨ヘッド１は、基板Ｗの一部を研磨パッド１０１の側方にはみ出させた状態で基板Ｗを研磨面に接触させるようになっており、基板Ｗの下面が第２電極２６４に接触するようになっている。これにより、第２電極２６４は、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。そして、カソードとしての支持部材２５４とアノードとしての基板Ｗ上の導電膜は、支持部材２５４の内部および貫通孔１０１ａを流れる電解液を通して電気的に接続される。

複合電解研磨中は、基板Ｗ上の導電膜（例えば銅膜）を第２電極２６４に接触させた状態で、研磨ヘッド１により基板Ｗを回転させる（詳細な動作については後述する）。このため、第２電極２６４により導電膜の表面が傷つきやすく、また、第２電極２６４も導電膜との接触により摩耗して安定した給電ができなくなるおそれがある。このような観点から、導電膜の金属よりも軟質で、かつ耐摩耗性の高い導電性樹脂を用いて第２電極（給電電極）２６４を構成することが好ましい。

導電性樹脂としては、樹脂自体が導電性を有するもの、樹脂に導電性材料を分散させたものなどが挙げられる。また、導電性樹脂に代えて導電性繊維を用いてもよい。導電性材料の好ましい例としては、グラファイト、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、フラーレン、導電性カーボンブラックなどが挙げられる。第２電極２６４の耐摩耗性を向上させる場合には、耐摩耗性の高いカーボン材料であるカーボンナノチューブを樹脂に分散させることが好ましい。第２電極２６４としては、このような導電性材料を含有させた複合樹脂を射出成形または注型成形等によりシート状または発泡体等に成型したものが好適に用いられる。なお、樹脂中の導電性材料の添加量は１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは１０質量％以上である。これは、１質量％未満の場合には導電性が低く、給電電極として樹脂を使用する場合に十分な電気特性を得ることが難しいからである。

導電性には、電子伝導性とイオン伝導性の２種類ある。上述した導電性材料は電子伝導性材料であるが、第２電極２６４としてイオン伝導性を有する材料を用いることもできる。イオン伝導性を有する材料としては、イオン交換樹脂やイオン交換繊維等を用いることができる。イオン交換樹脂の具体例としては、球状のイオン交換樹脂やイオン交換膜が挙げられる。イオン交換繊維の具体例としては、ポリエチレン製不織布等の繊維に、グラフト重合等によってイオン交換基を導入したものが挙げられる。

このようなイオン交換樹脂やイオン交換繊維（以下、これらをイオン交換材料という）を給電電極に用いる場合は、次の２点に注意する必要がある。
第１に、イオン交換材料は常に湿潤した状態にしておかないと、イオン伝導性を示さないということである。そのため、これらイオン交換材料の少なくとも一部は常に純水等に浸されている必要がある。具体的には、ノズルからイオン交換材料に純水を常に供給するか、またはイオン交換膜をコロに巻きつけ、コロの下部を水槽に貯留された純水に浸しておくといった構成が考えられる。
第２に、カソード（第１電極）とイオン交換材料が電解液を通じて電気的に接続されないようにすることである。電解液を介してカソードとイオン交換材料が電気的に接続されると、電流が基板上の導電膜を流れない状態、すなわち短絡した状態となり、導電膜が研磨されにくくなる。このような短絡を防ぐために、イオン交換材料とカソード（本実施形態では支持部材２５４）との間に仕切り板を設けるか、あるいはエアを電解液に吹き付けてイオン交換材料に電解液が接触しないようにすることが好ましい。

導電性樹脂または導電性繊維は、電源２５２からの配線に直接接続してもよいし、金属ブロック、金属板、金属シート等を介して接続してもよい。例えば、電源２５２からの配線に接続された金属板上に導電性繊維を配置し、この導電性繊維を基板Ｗ上の導電膜に接触させて給電する。このとき使用する金属は、陽分極に対して安定な白金等が好ましい。

銅膜を研磨する場合には、カソード（本実施形態では支持部材２５４）の表面は、複合電解研磨時に水素が発生しやすい材料から形成されること好ましい。その理由は次の通りである。銅を複合電解研磨すると、銅イオンが電解液に溶け出し、これがカソードから電子を受け取ってカソードの表面に銅として析出する（すなわちカソードの表面が銅めっきされる）。このようにカソードの表面が銅めっきされると、加工速度の変化やエリアごとの加工速度のバラツキが生じてしまう。そこで、カソードの表面を水素が発生しやすい金属で構成することによって、カソードの表面上で、銅の析出反応よりも水素の生成反応を優先的に起こさせる。その結果、カソードの表面が銅めっきされることが防止される。

このような観点から、カソードの材料としては、ルテニウム、白金、パラジウム、ステンレススチールなどから選択することが好ましい。また、水素を発生しやすい金属からなる箔をカソードに貼り付けてもよく、または水素を発生しやすい金属でカソードをめっきしてもよい。例えば、白金を用いる場合、カソードを白金めっきに適したチタンとし、カソードの接液部に白金をめっきする。この場合、めっき層の厚さは１μｍ程度あれば十分である。なお、パラジウムもめっきが可能である。

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、基板Ｗの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、基板Ｗの一部を第２電極２６４に、他の大部分を研磨パッド１０１の研磨面に接触させる。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、支持部材２５４と基板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から電解液を供給する。電解液は、第１の電解液受け口２５８Ａ、第２の電解液受け口２５８Ｂ、連通溝２５６、連通孔２５５、および貫通孔１０１ａを通って流れ、研磨面上に供給される。同時に、研磨ヘッド１及び研磨テーブル１００を共に回転させることにより、基板Ｗの導電膜と支持部材（カソード）２５４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。

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（自転）させながら、基板を下降させ、基板上の導電膜の一部を第２電極２６４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、電解液供給ノズル１０２から電解液を供給しながら、支持部材（カソード）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、導電膜を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、同時に電解液供給ノズル１０２から電解液を供給しながら、支持部材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１４は本発明の他の実施形態に係る複合電解研磨装置２５０の要部を概略的に示す図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図６に示す実施形態の構成および動作と同様であるので、その重複する説明を省略する。

図１４に示すように、研磨パッド１０１および研磨テーブル１００の外周面を囲むように堰２７０が配置されている。この堰２７０は複数の支柱２７４に固定されている。堰２７０は外周壁２７０ａ、内周壁２７０ｂ、および底部２７０ｃを有している。内周壁２７０ｂと研磨テーブル１００との間には微小な隙間が形成されており、回転する研磨テーブル１００に堰２７０が接触しないようない位置関係となっている。外周壁２７０ａの上端は研磨面よりも高い位置にあり、内周壁２７０ｂの上端は研磨面よりも低い位置にある。これにより、遠心力によって研磨面から流れ出た電解液が堰２７０に流れ込むようになっている。

堰２７０に保持された電解液は、液回収ライン２７１を通じて排出され、図示しないフィルターを通過した後、再利用に供される。液回収ライン２７１には流量調整弁２７２が設けられており、液回収ライン２７１を通る電解液の流量が調整可能となっている。流量調整弁２７２は、電解液供給ノズル１０２（図６参照）からの電解液供給量に基づいて、研磨面上の電解液の液面位置が一定に保たれるように操作される。これにより、研磨面上に電解液を溜めた状態（すなわち、電解液の液面位置が少なくとも研磨面よりも高い状態）で研磨することができる。

第２電極（給電電極）２６４は絶縁カバー２７３によって覆われており、堰２７０に溜められた電解液に第２電極２６４が接触しないようになっている。また、支持部材（カソード）２５４は、研磨テーブル１００の回転軸内を通る配線を通じて電源２５２に接続されている。なお、研磨パッド１０１として導電性を有する研磨パッド（導電性パッド）を用いて、第２電極２６４を導電性パッドに接触させることで導電性パッドを介して基板Ｗ上の導電膜に給電してもよい。このような構成によれば、基板Ｗをオーバーハングさせないで研磨を行うことができる。なお、本実施形態では、上述した電解液流路を設けずに、電解液を研磨パッド１０１の上方から研磨面上に直接供給してもよい。

図１５は本発明の他の実施形態に係る複合電解研磨装置２５０の要部を概略的に示す図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図６に示す実施形態の構成および動作と同様であるので、その重複する説明を省略する。

図１５に示すように、研磨パッド１０１、支持部材２５４、および研磨テーブル１００を囲むように変形自在なスポンジ部材（液体透過部材）２８０が配置されており、スポンジ部材２８０の下方には液回収部２８１が配置されている。スポンジ部材２８０は液回収部２８１に固定され、液回収部２８１は複数の支柱２７４に固定されている。研磨パッド１０１の外周面とスポンジ部材２８０の内周面とは接触している。スポンジ部材２８０の上端は研磨面よりも高い位置にあり、遠心力によって研磨パッド１０１の外周縁に到達した電解液はスポンジ部材２８０に吸収されるようになっている。スポンジ部材２８０内を流下した電解液は、液回収部２８１に溜められ、液回収ライン２７１を通じて再利用される。なお、この例では流量調整弁は設けられていない。

研磨時には、研磨ヘッド１によりスポンジ部材２８０の上部が変形し、これにより研磨ヘッド１に保持された基板Ｗ上の導電膜が第２電極２６４に接触する。なお、この例においても、導電性パッドを用いて、基板Ｗをオーバーハングさせないで研磨を行うことができる。

図１６は本発明の他の実施形態における複合電解研磨装置２５０を概略的に示す平面図であり、図１７は図１６に示す複合電解研磨装置２５０の概略断面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図６に示す実施形態の構成および動作と同様であるので、その重複する説明を省略する。

図１６に示すように、研磨ヘッド１に保持された基板Ｗは研磨面上に位置しており（すなわち、オーバーハングしない位置にあり）、研磨中の基板Ｗの一部は研磨パッド１０１の中心上に位置している。このような配置とすることにより、上述の実施形態に比べて、より小さな研磨パッド１０１を用いることができ、結果として研磨に使用される電解液の量を削減することができる。

本実施形態では、導電性の研磨パッド１０１が使用されている。第２電極２６４は研磨パッド１０１に接触するように配置されており、第２電極２６４から導電性の研磨パッド１０１を介して基板Ｗ上の導電膜に給電されるようになっている。研磨パッド１０１および蓋２５４ａには、研磨パッド１０１と同心状の環状溝（電解液受け部）２８２が形成されている。この環状溝２８２の半径は、研磨パッド１０１の中心と研磨位置にある研磨ヘッド１の外周面との距離よりも大きく、研磨時に環状溝２８２の一部が研磨ヘッド１の径方向外側に常に位置するようになっている。

電解液供給ノズル１０２は研磨パッド１０１の半径方向に沿って延び、その先端の供給口１０２ａは環状溝２８２の内部に位置している。支持部材２５４の蓋２５４ａには、上述の実施形態と同様に、環状溝２８２に連通する連通溝２５６が形成されている。このような構成によれば、電解液は、電解液供給ノズル１０２を通って環状溝２８２に供給され、さらに環状溝２８２から連通溝２５６、連通孔２５５、および貫通孔１０１ａを通って研磨面上に供給される。環状溝２８２の幅は、電解液供給ノズル１０２の外径よりも大きいことが必要であるが、電解液の飛散を防ぐ観点からはなるべく小さいことが好ましい。なお、環状溝２８２から電解液が排出されないようにするために、蓋２５４ａに簡易的な逆止弁を設けてもよい。この逆止弁の例を図１８乃至図２１に示す。

図１８は環状溝２８２に取り付けられた逆止弁の一部を示す平面図であり、図１９は図１８に示すXIX-XIX線断面図である。図１８および図１９に示すように、環状溝２８２の上部を塞ぐように環状の逆止弁２８３が設けられている。この逆止弁２８３はスポンジなどの弾性材から形成されている。逆止弁２８３には、その周方向に延びる切れ目２８３ａが形成されており、この切れ目２８３ａに電解液供給ノズル１０２が挿入されている。電解液供給ノズル１０２が挿入されることにより切れ目２８３ａの一部が開くが、そのほとんどの部分は閉じているので、電解液が環状溝２８２から飛散することが防止される。図１８および図１９に示すように、電解液供給ノズル１０２と逆止弁２８３との間の隙間を埋める隙間カバー２８４を電解液供給ノズル１０２の外周面に取り付けることが好ましい。

図２０および図２１は逆止弁２８３の他の構成例を示す断面図である。図２０に示す例では、逆止弁２８３は薄いゴムシートから形成されている。この逆止弁２８３は電解液供給ノズル１０２と接触することにより上に反る。図２１に示す例では、逆止弁２８３は中空のゴムチューブから形成されている。この逆止弁２８３は電解液供給ノズル１０２と接触することにより圧縮される。

なお、環状溝２８２は必ずしも研磨パッド１０１と同心円状の溝である必要はなく、楕円状溝や研磨パッド１０１の中心からずれた環状溝でもよい。この場合は、電解液供給ノズル１０２が回転する環状溝に追随することができるように、電解液供給ノズル１０２を研磨パッド１０１の径方向に沿って移動自在とする。例えば、電解液供給ノズル１０２を研磨パッド１０１の径方向に沿って自在に移動可能なスライダーに固定することができる。

図２２および図２３は本発明の他の実施形態における複合電解研磨装置２５０を示す概略断面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図６に示す実施形態の構成および動作と同様であるので、その重複する説明を省略する。

図２２に示すように、研磨パッド１０１の貫通孔１０１ａ内には、液体保持部材としてのスポンジ２８７が配置されている。これらのスポンジ２８７の下端は支持部材２５４のベース２５４ｂと接触し、その上端は研磨面よりも上方に位置している。スポンジ２８７は変形自在な材料から形成されており、研磨時には研磨ヘッド１に保持された基板Ｗによりスポンジ２８７が圧縮されて基板Ｗが研磨面に接触可能となっている。このような構成によれば、研磨中に電解液がスポンジ２８７に保持されるので、遠心力により電解液が研磨面から飛散する量を低減することができる。

一方、研磨面をドレッシングするときは上述したクランプを外して、図２３に示すように、スポンジ２８７の上端が研磨面よりも下方に位置するように蓋２５４ａを持ち上げ、この状態で蓋２５４ａをベース２５４ｂに固定する。そして、純水供給ノズル２８８から純水を研磨面に供給しながら、ドレッサー２１８により研磨面をドレッシングする。ドレッシング中においては、ドレッサー２１８はスポンジ２８７に接触しないので、スポンジ２８７がドレッサー２１８により傷つけられることはない。

液体保持部材としては、スポンジ以外に、繊維状の部材や連続発泡体を用いることができる。連続発泡体の形成方法としては、基材に炭酸カルシウムの微粉末を練り込んだ材料を射出成形後、得られた成形品を塩酸水中に浸漬させて、炭酸カルシウム粉末を分解溶出させる方法が挙げられる。この場合、炭酸カルシウム粉末同士が接触する程度の充填量が必要である。基材としては、ポリウレタン、ポリオレフィン、ゴムなどが使用できる。

図２４は本実施形態の他の例を示す概略断面図である。図２４に示すように、本実施形態では、電解液を研磨パッド１０１の下方から貫通孔１０１ａに導く電解液流路は設けられていなく、電解液は電解液供給ノズル１０２から直接研磨面上に供給される。貫通孔１０１ａにはそれぞれ液体保持部材としてのスポンジ２８７が挿入されており、電解液供給ノズル１０２から供給された電解液がスポンジ２８７により保持されるようになっている。

この例では、研磨面をドレッシングする際に邪魔にならないように、それぞれのスポンジ２８７の上端は研磨面よりも低い位置にあることが好ましい。なお、液体保持部材の配置は、研磨面内で均等に分布する貫通孔１０１ａの内部に限られない。例えば、研磨パッド１０１上に溝を形成し、この溝内に液体保持部材を配置してもよい。上方から見たときの液体保持部材の配置例としては、線状、同心円状、扇状などが挙げられる。

図２５および図２６は本発明の他の実施形態における複合電解研磨装置２５０に用いられる研磨パッド１０１の一部を示す概略断面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図６に示す実施形態の構成および動作と同様であるので、その重複する説明を省略する。

本実施形態では、貫通孔１０１ａの上端開口の直径は、その下端開口の直径よりも小さく形成されている。すなわち、図２５に示す例では、貫通孔１０１ａの直径は、下端開口から上端開口に向かって徐々に小さくなっている。図２６に示す例では、貫通孔１０１ａは、直径の異なる２つの孔が上下方向に直列に配列されて構成されている。このように、上端開口が下端開口よりも小さいので、貫通孔１０１ａに保持された電解液の遠心力による飛散を抑制することができる。なお、本実施形態においても、電解液を研磨パッド１０１の下方から貫通孔１０１ａに導く電解液流路を設けずに、電解液を研磨パッド１０１の上方から供給して貫通孔１０１ａに電解液を保持させてもよい。

図２７は本発明の他の実施形態における複合電解研磨装置２５０を示す概略斜視図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図６に示す実施形態の構成および動作と同様であるので、その重複する説明を省略する。

図２７に示すように、研磨パッド１０１を囲むように環状の気体流路２９０が配置されている。この気体流路の２９０内周部にはスリット（気体噴出口）２９１が形成されており、気体流路２９０を流れる気体がスリット２９１から研磨面の中心に向かって噴出されるようになっている。このような構成によれば、遠心力によって研磨面から流出する電解液を気体によって押し戻すことができる。なお、気体噴出口としてはスリットに限られず、複数の孔（例えば直径１ｍｍ以下）であってもよい。また、本実施形態においても、上述した電解液流路を設けずに、電解液を研磨パッド１０１の上方から研磨面に直接供給してもよい。さらに、研磨パッド１０１として導電性パッドを用いて、第２電極（給電電極）を導電性パッドに接触させることで導電性パッドを介して基板上の導電膜に給電してもよい。

図２８は本発明の他の実施形態における複合電解研磨装置２５０を示す概略側面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図６に示す実施形態の構成および動作と同様であるので、その重複する説明を省略する。

図２８に示すように、研磨パッド１０１の側方には、その軸心周りに回転可能な２つの円筒状のコロ２９３，２９４が配置されている。研磨時にはこれらのコロ２９３，２９４がオーバーハングしている研磨ヘッド１を挟み、下方に位置するコロ２９４が基板Ｗの下面に接触するようになっている。このコロ２９４は電源２５２に電気的に接続されて第２電極（給電電極）として機能する。基板Ｗに接触するコロ２９４の表面は、陽分極に対して不活性な金属や、導電性樹脂、導電性繊維により形成することが好ましい。

コロ２９４と回転する基板Ｗとの相対速度が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、コロ２９４を回転摩擦がゼロに近い状態で回転自在に支承して、コロ２９４と基板Ｗとの摩擦によってコロ２９４が連れ回りするようにしてもよい。これにより、コロ２９４と基板Ｗとの間に生じる摩擦力を小さくして、基板Ｗ上に形成された導電膜が傷ついたり、剥がれたりすることを防止することができる。なお、この例では、研磨ヘッド１を挟み込む１対のコロ２９３，２９４を設けているが、複数対のコロを並列に設けてもよい。これにより、コロと基板Ｗ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。

図２９は本実施形態の他の構成例を示す概略側面図である。この例では、第２電極として１つのコロ２９４が設けられ、オーバーハングしている研磨ヘッド１に保持された基板Ｗの下面に接触するように配置されている。この例においても、基板Ｗの下面に接触する複数のコロを設けてもよい。なお、特に説明しないコロ２９４の動作および構成は図２８に示す例と同一である。

図３０は本実施形態の他の構成例を示す概略側面図である。この例では、中央部が細く、両端部が太い縦断面形状を有するコロ２９５が第２電極として用いられている。このコロ２９５は上下方向に延びる軸心周りに回転可能となっており、その外周面が研磨ヘッド１の外周面に接触するように配置されている。研磨ヘッド１に保持された基板Ｗはコロ２９５の外周面に接触し、これにより、基板Ｗ上に形成された導電膜とコロ２９５とが電気的に接続される。なお、特に説明しないコロ２９５の動作および構成は図２８に示す例と同一である。この例によれば、コロ２９５を基板Ｗの表面に垂直な方向から基板Ｗに対して押圧する必要がないので、基板Ｗ上の導電膜と研磨面との接触が良好に保たれ、結果として均一な研磨が実現される。

図３１は本発明の他の実施形態における複合電解研磨装置の一部を示す概略斜視図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図６に示す実施形態の構成および動作と同様であるので、その重複する説明を省略する。

本実施形態では、研磨パッド１０１を囲むように帯状のリング部材２９６が配置されている。このリング部材２９６の上面と研磨面とは同一水平面内にあり、オーバーハングしている研磨ヘッド１に保持された基板Ｗの一部がリング部材２９６の上面に接触するようになっている。リング部材２９６は電源２５２に電気的に接続されており、第２電極として機能する。リング部材２９６の上面は、陽分極に対して不活性な金属や、導電性樹脂、導電性繊維により形成することができる。

研磨パッド１０１とリング部材２９６との間には隙間が形成されており、リング部材２９６は研磨パッド１０１と独立に回転可能となっている。リング部材２９６と回転する基板Ｗとの相対速度が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、リング部材２９６を回転摩擦がゼロに近い状態で回転自在に支承して、リング部材２９６と基板Ｗとの摩擦によってリング部材が連れ回りするようにしてもよい。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

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複合電解研磨装置の要部を概略的に示す縦断面図である。 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面図である。 図６に示す蓋に形成された連通溝および連通孔の一部を示す平面図である。 図６に示す複合電解研磨装置の要部構成の変形例を示す縦断面図である。 連通溝の例を示す図である。 連通溝の他の例を示す図である。 連通溝の他の例を示す図である。 連通溝の他の例を示す図である。 連通溝の他の例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る複合電解研磨装置の要部を概略的に示す図である。 本発明の他の実施形態に係る複合電解研磨装置の要部を概略的に示す図である。 本発明の他の実施形態における複合電解研磨装置を概略的に示す平面図である。 図１６に示す複合電解研磨装置の概略断面図である。 環状溝に取り付けられた逆止弁の一部を示す平面図である。 図１８に示すXIX-XIX線断面図である。 逆止弁の他の構成を示す断面図である。 逆止弁の他の構成を示す断面図である。 本発明の他の実施形態における複合電解研磨装置を示す概略断面図である。 研磨面をドレッシングしているときの様子を示す概略断面図である。 上記複合電解研磨装置の他の構成を示す概略断面図である。 本発明の他の実施形態における複合電解研磨装置に用いられる研磨パッドの一部を示す概略断面図である。 本発明の他の実施形態における複合電解研磨装置に用いられる研磨パッドの一部を示す概略断面図である。 本発明の他の実施形態における複合電解研磨装置を示す概略斜視図である。 本発明の他の実施形態における複合電解研磨装置を示す概略側面図である。 図２８に示す複合電解研磨装置の他の構成例を示す概略側面図である。 図２８に示す複合電解研磨装置の他の構成例を示す概略側面図である。 本発明の他の実施形態における複合電解研磨装置を示す概略斜視図である。

符号の説明

１ 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 研磨テーブル
１０１ 研磨パッド
１０１ａ 貫通孔
１０２ 電解液供給ノズル１０２
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電源
２５４ 支持部材（第１電極）
２５４ａ 蓋
２５４ｂ ベース
２５５ 連通孔
２５６ 連通溝
２５７ Ｏリング
２５８Ａ 第１の電解液受け口
２５８Ｂ 第２の電解液受け口
２５８Ｃ ロータリージョイント
２６２ 電気接点
２６４ 第２電極
２７０ 堰
２７１ 液回収ライン
２７２ 流量調整弁
２７３ 絶縁カバー
２７４ 支柱
２８０ スポンジ部材（液体透過部材）
２８１ 液回収部
２８２ 環状溝
２８３ 逆止弁
２８４ 隙間カバー
２８７ スポンジ（液体保持部材）
２８８ 純水供給ノズル
２９０ 気体流路
２９１ スリット
２９３，２９４，２９５ コロ
２９６ リング部材
３０５ バリア膜
３０６ シード膜（導電膜）
３０７ 銅膜（導電膜）
３０８ 配線

Claims (11)

1. 上下方向に貫通する複数の貫通孔を有し、上面が研磨面を構成する研磨パッドと、
   基板を前記研磨面に押圧する研磨ヘッドと、
   電源の一方の極に電気的に接続され、前記研磨パッドの下方に配置された第１電極と、
   電源の他方の極に電気的に接続されて前記基板上の導電膜に給電する第２電極と、
   電解液を前記研磨パッドに供給する電解液供給部と、
   前記電解液供給部から供給された電解液を前記研磨パッドの下方から前記複数の貫通孔に導く電解液流路と、
   前記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とを備えたことを特徴とする複合電解研磨装置。
2. 前記電解液流路は、前記電解液供給部からの電解液を受ける電解液受け部と、前記複数の貫通孔にそれぞれ連通する複数の連通孔と、前記電解液受け部に連通し、かつ前記複数の連通孔を互いに連通させる複数の連通溝とを有することを特徴とする請求項１に記載の複合電解研磨装置。
3. 前記電解液受け部は、前記研磨パッドと同心状に形成された環状溝であり、
   前記環状溝の半径は、前記研磨パッドの中心と研磨位置にある前記研磨ヘッドの外周面との距離よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の複合電解研磨装置。
4. 前記研磨パッドの外周面を囲むように配置された堰をさらに備え、
   前記堰は外周壁および内周壁を有し、
   前記外周壁の上端は前記研磨面よりも高い位置にあり、
   前記内周壁の上端は前記研磨面よりも低い位置にあることを特徴とする請求項１に記載の複合電解研磨装置。
5. 前記研磨パッドの外周面を囲むように配置された変形自在な液体透過部材と、
   前記液体透過部材の下部に設けられた液回収部とをさらに備え、
   前記液体透過部材の上面は前記研磨面よりも高い位置にあることを特徴とする請求項１に記載の複合電解研磨装置。
6. 上下方向に貫通する複数の貫通孔を有し、上面が研磨面を構成する研磨パッドと、
   前記研磨面に埋設された少なくとも１つの液体保持部材と、
   基板を前記研磨面に押圧する研磨ヘッドと、
   電源の一方の極に電気的に接続され、前記研磨パッドの下方に配置された第１電極と、
   電源の他方の極に電気的に接続されて前記基板上の導電膜に給電する第２電極と、
   電解液を前記研磨パッドに供給する電解液供給部と、
   前記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とを備えたことを特徴とする複合電解研磨装置。
7. 前記液体保持部材は複数であり、該複数の液体保持部材は前記複数の貫通孔内に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の複合電解研磨装置。
8. 前記液体保持部材は変形自在な材料から形成され、
   前記液体保持部材の上端は、前記研磨面よりも高い位置にあることを特徴とする請求項６に記載の複合電解研磨装置。
9. 上下方向に貫通する複数の貫通孔を有し、上面が研磨面を構成する研磨パッドと、
   基板を前記研磨面に押圧する研磨ヘッドと、
   電源の一方の極に電気的に接続され、前記研磨パッドの下方に配置された第１電極と、
   電源の他方の極に電気的に接続されて前記基板上の導電膜に給電する第２電極と、
   電解液を前記研磨パッドに供給する電解液供給部と、
   前記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とを備え、
   前記複数の貫通孔の上端開口の直径はその下端開口の直径よりも小さいことを特徴とする複合電解研磨装置。
10. 前記複数の貫通孔の直径は、前記下端開口から前記上端開口に向かって徐々に小さくなることを特徴とする請求項９に記載の複合電解研磨装置。
11. 前記複数の貫通孔は、直径の異なる複数の孔を上下方向に直列に配列した貫通孔であることを特徴とする請求項９に記載の複合電解研磨装置。

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