JP2009295914A - Polishing pad, electrolytic compound polishing device, and electrolytic compound polishing method - Google Patents

Polishing pad, electrolytic compound polishing device, and electrolytic compound polishing method Download PDF

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Akira Fukuda
明 福田
Chikaaki O
新明 王
Tsukuru Suzuki
作 鈴木
Akira Kodera
章 小寺
Yasushi Taima
康 當間
Hirokuni Hiyama
浩國 檜山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing pad with which variation of processing speed becomes smaller than permitted variation ratio if rotation speed of the polishing pad is set within a range of 25-150 rpm which is the normally used rotation speed, to provide an electrolytic compound polishing device, and to provide an electrolytic compound polishing method. <P>SOLUTION: The polishing pad 101 has a through-hole to be installed on the opposite electrode of the electrolytic compound polishing device used for electrolytic compound polishing of a metal film on the substrate surface, and is characterized in that a hole diameter D of the through-hole 101a is within a range of 0.1-5 mm, a thickness h is within a range of 0.5-5 mm, and square of the hole diameter/thickness (D<SP>2</SP>/h) is within a range of 0.002-50 mm. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電解複合研磨に供する研磨パッド、並びに電解複合研磨装置及び電解複合研磨方法に関し、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(金属膜)を電気化学的作用と機械的作用を組合せて研磨する電解複合研磨に好適な研磨パッド、並びに電解複合研磨装置及び電解複合研磨方法に関するものである。   The present invention relates to a polishing pad to be used for electrolytic composite polishing, an electrolytic composite polishing apparatus, and an electrolytic composite polishing method, and more particularly, an electroconductive material (metal film) formed on a substrate surface such as a semiconductor wafer with an electrochemical action and mechanical properties. The present invention relates to a polishing pad suitable for electrolytic composite polishing in which actions are combined, and to an electrolytic composite polishing apparatus and an electrolytic composite polishing method.

半導体装置の配線形成プロセスとして、配線材料となる金属膜をパターン加工するのでなく、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。   As a wiring formation process of a semiconductor device, there is a so-called damascene process in which a wiring metal is embedded in a wiring recess such as a trench or a via hole provided in an insulating film, instead of patterning a metal film as a wiring material. It is being used.

このダマシンプロセスを図47を参照して説明すると、図47(a)に示すように、基板W上のいわゆるLow−k材等からなる絶縁膜(層間絶縁膜)62内に配線用凹部(以下「凹部」という)63を形成し、次いで凹部63を含む層間絶縁膜62の全表面に窒化チタン等からなるバリアメタル膜(以下「バリア膜」という)64を形成し、バリア膜64の表面に銅やタングステン等からなる金属導電膜(以下「導電膜」という)66を形成して凹部63内に金属導電材料を埋込む。その後、凹部63の外側に形成された余分な導電膜66及びバリア膜64を除去し、これにより、図47(e)に示すように、基板W上の凹凸を平坦化するとともに、凹部63内に前記導電膜66からなる配線を形成する。   This damascene process will be described with reference to FIG. 47. As shown in FIG. 47A, a wiring recess (hereinafter referred to as “recessed wiring”) is formed in an insulating film (interlayer insulating film) 62 made of a so-called Low-k material on the substrate W. 63), and then a barrier metal film (hereinafter referred to as "barrier film") 64 made of titanium nitride or the like is formed on the entire surface of the interlayer insulating film 62 including the recess 63. A metal conductive film (hereinafter referred to as “conductive film”) 66 made of copper, tungsten, or the like is formed, and a metal conductive material is embedded in the recess 63. Thereafter, the excess conductive film 66 and barrier film 64 formed outside the concave portion 63 are removed, thereby flattening the irregularities on the substrate W as shown in FIG. Then, a wiring made of the conductive film 66 is formed.

ここに、余分な金属膜(導電膜66及びバリア膜64)の除去は、一般に、化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)、電解研磨、電解複合研磨等の平坦化法で行われる。   Here, the removal of the excess metal film (the conductive film 66 and the barrier film 64) is generally performed by a planarization method such as chemical mechanical polishing (CMP), electrolytic polishing, and electrolytic composite polishing.

そのうち電解複合研磨は、図47(b)に示すように、基板Wの表面の導電膜66と対向電極(図示せず)との間に電解液50を供給し、導電膜66と対向電極との間に電圧を印加しつつ、基板Wの表面を研磨パッド101に押圧しながら基板Wと研磨パッド101を相対移動させて、導電膜66の表面を研磨するものである。なお、「電解複合研磨」を「電解研磨」の派生技術として「電解研磨」に含めて用語を用いる場合があるが、本明細書では「電解複合研磨」の用語に統一して用いることにする。   Among them, in the electrolytic composite polishing, as shown in FIG. 47B, an electrolytic solution 50 is supplied between the conductive film 66 on the surface of the substrate W and a counter electrode (not shown), and the conductive film 66 and the counter electrode The surface of the conductive film 66 is polished by relatively moving the substrate W and the polishing pad 101 while applying a voltage between them while pressing the surface of the substrate W against the polishing pad 101. In some cases, the term “electrolytic polishing” is used as a derivative technique of “electrolytic polishing” in the term “electrolytic polishing”. However, in this specification, the term “electrolytic polishing” is used in a unified manner. .

この電解複合研磨にあっては、導電膜66と対向電極間に電圧を印加することにより、導電膜66が電気化学的に溶解し電解研磨が進む。一方、電解液50中に保護膜形成成分がある場合、導電膜66の表面に金属錯体からなる保護膜70が形成されるため、研磨が抑制される。なお、図47(a)に示すように、層間絶縁膜62の表面に形成された凹部63に倣って、導電膜66の表面には凹部67が形成されているとすると、図47(b)に示すように、導電膜66の上段部(凹部67の外側)Hに形成された保護膜は研磨パッド101との当接により除去され、当該部分の導電膜66が電解液50中に溶解する。これに対して、下段部(凹部67の内側)Lの導電膜66は保護膜70により遮蔽されて電解液50中に溶解しないか、溶解しても導電膜66の上段部Hに比べて溶解量が小さい。このような工程を繰り返すことにより、導電膜66の表面が平坦化される。   In this electrolytic composite polishing, by applying a voltage between the conductive film 66 and the counter electrode, the conductive film 66 is dissolved electrochemically and the electrolytic polishing proceeds. On the other hand, when there is a protective film forming component in the electrolytic solution 50, the protective film 70 made of a metal complex is formed on the surface of the conductive film 66, so that polishing is suppressed. As shown in FIG. 47A, assuming that a concave portion 67 is formed on the surface of the conductive film 66 following the concave portion 63 formed on the surface of the interlayer insulating film 62, FIG. 2, the protective film formed on the upper stage H (outside the recess 67) H of the conductive film 66 is removed by contact with the polishing pad 101, and the conductive film 66 in the part is dissolved in the electrolytic solution 50. . On the other hand, the conductive film 66 in the lower step portion (inside the recess 67) L is shielded by the protective film 70 and is not dissolved in the electrolytic solution 50, or even if dissolved, it is dissolved as compared with the upper step portion H of the conductive film 66. The amount is small. By repeating such steps, the surface of the conductive film 66 is planarized.

ここで、研磨パッド101には、導電膜66と対向電極との間でイオン等の電荷担体を移動可能とするために貫通孔が設けられている。貫通孔の中には電解液50が存在しており、電荷担体はこの電解液50中を移動する。電解複合研磨における研磨パッドの貫通孔の孔径、及び研磨パッドの導電膜66と接触する領域に占める貫通孔の開口部面積の割合(開口率)に関して、特許文献1及び2に開示がなされている。すなわち、研磨パッドに相当する研磨パッド相当物(特許文献1及び2では研磨物または研磨用品)の貫通孔(特許文献1及び2では穿孔)の孔径は、約0.5mm〜約10mmを含む。また、開口率(特許文献1及び2では穿孔密度)は、約20%〜約80%であり、およそ50%が良いことが開示されている。また、上記研磨パッド相当物の厚さについては、特許文献1及び2に、約0.1mm〜約5mmでも良いと記載されている。なお特許文献1及び2における研磨パッド相当物(研磨物または研磨用品)は、導電性研磨部とサブパッド部とを有する複合部品であるとされ、上記厚さはこれらの合計の厚さとして示されたものである。   Here, the polishing pad 101 is provided with a through hole so that charge carriers such as ions can move between the conductive film 66 and the counter electrode. The electrolytic solution 50 exists in the through hole, and the charge carrier moves through the electrolytic solution 50. Patent Documents 1 and 2 disclose the diameter of the through hole of the polishing pad in the electrolytic composite polishing and the ratio (opening ratio) of the opening area of the through hole in the region in contact with the conductive film 66 of the polishing pad. . That is, the hole diameter of the through hole (perforated in Patent Documents 1 and 2) of a polishing pad equivalent (a polished article or a polishing article in Patent Documents 1 and 2) corresponding to the polishing pad includes about 0.5 mm to about 10 mm. Further, it is disclosed that the aperture ratio (perforation density in Patent Documents 1 and 2) is about 20% to about 80%, and about 50% is good. Moreover, it is described in patent documents 1 and 2 that the thickness of the polishing pad equivalent may be about 0.1 mm to about 5 mm. Note that the polishing pad equivalent (polishing product or polishing article) in Patent Documents 1 and 2 is considered to be a composite part having a conductive polishing portion and a subpad portion, and the above thickness is shown as the total thickness of these components. It is a thing.

また、基板Wと研磨パッド101との相対移動には、基板Wと研磨パッド101が異なる回転軸を中心にそれぞれ回転運動する方式が採用されることがある。この回転運動に関して、特許文献1及び2には、研磨パッドの回転速度(特許文献1及び2ではプラテン速度)については約5rpm以上(例えば約10rpm〜約50rpmの間)、また、約150rpm以上(例えば約150rpm〜約750rpmの間)と記載されている。
特開2004−134732号公報 特開2005−005661号公報
Further, for the relative movement between the substrate W and the polishing pad 101, there may be employed a method in which the substrate W and the polishing pad 101 each rotate about different rotation axes. Regarding this rotational motion, Patent Documents 1 and 2 describe that the rotational speed of the polishing pad (the platen speed in Patent Documents 1 and 2) is about 5 rpm or more (for example, between about 10 rpm and about 50 rpm), and about 150 rpm or more ( For example, between about 150 rpm and about 750 rpm).
JP 2004-134732 A JP-A-2005-005661

ところで、貫通孔を有する研磨パッドを回転軸を中心に回転運動させながら電解複合研磨を行う場合、研磨パッドの回転速度が大きくなると、単位時間当たりの導電膜厚さの減少量(加工速度)が小さくなることがある。研磨パッドの回転速度を変えた場合に加工速度の変化が小さければ問題ないが、加工速度の変化が大きければ運転条件の範囲(プロセス・ウィンドウ)を狭めることとなり好ましくない。しかし、上述の特許文献1及び2に記載の発明では、研磨パッドの回転速度と加工速度との関係に言及することなく、研磨パッドの孔径の範囲、厚さの範囲、並びに回転速度の範囲が決められている。また電解複合研磨加工においては、研磨パッドの回転速度の範囲が従来のCMP装置で用いられる回転速度と異なるため、既存のCMP装置を電解複合研磨装置に改造する場合に、研磨パッドの駆動系の変更が必要となる可能性がある。   By the way, when electrolytic composite polishing is performed while rotating a polishing pad having a through-hole around the rotation axis, if the polishing pad rotates at a higher speed, the amount of decrease in the conductive film thickness per unit time (processing speed) is reduced. May be smaller. If the change in the processing speed is small when the rotation speed of the polishing pad is changed, there is no problem, but if the change in the processing speed is large, the operating condition range (process window) is narrowed. However, in the inventions described in Patent Documents 1 and 2 described above, the range of the hole diameter, the range of thickness, and the range of the rotation speed of the polishing pad are not referred to the relationship between the rotation speed of the polishing pad and the processing speed. It has been decided. Also, in the electrolytic composite polishing process, the range of the rotational speed of the polishing pad is different from the rotational speed used in the conventional CMP apparatus. Therefore, when the existing CMP apparatus is modified to an electrolytic composite polishing apparatus, the polishing pad drive system Changes may be required.

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、電解複合研磨加工時の研磨パッドの回転速度と、加工速度との関係を予め考慮して、電解複合研磨装置に用いられる好適な形状とされた研磨パッドを提供することを目的とする。また、電解複合研磨時において、研磨パッドを、従来のCMPで通常使用される回転速度である25rpm〜150rpmの範囲で回転するように設定しても、加工速度の変化が許容される変化割合よりも小さくなるように構成された研磨パッド、並びに電解複合研磨装置及び電解複合研磨方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in consideration of the relationship between the rotational speed of the polishing pad at the time of electrolytic composite polishing and the processing speed, a suitable shape used for an electrolytic composite polishing apparatus, An object of the present invention is to provide a polished polishing pad. In addition, even when the polishing pad is set to rotate within the range of 25 rpm to 150 rpm, which is a rotation speed normally used in conventional CMP, at the time of electrolytic composite polishing, the change rate of the processing speed is allowed to change. An object of the present invention is to provide a polishing pad, an electrolytic composite polishing apparatus, and an electrolytic composite polishing method that are configured to be smaller.

上述の目的を達成するために鋭意研究した結果、発明者らは、以下に説明するように、研磨パッドの回転速度が大きくなると導電膜の加工速度が小さくなる現象が、貫通孔の中に充填される電解液の充填率に相関することをつきとめた。   As a result of diligent research to achieve the above-mentioned object, the inventors have filled the through-hole with a phenomenon that the processing speed of the conductive film decreases as the rotational speed of the polishing pad increases as described below. It was found to correlate with the filling rate of the electrolyte.

本発明は、研磨パッドがその両面(即ち基板に接する面とその反対側の面)を連通する貫通孔を有する場合であっても、電解複合研磨を実行する際に、研磨パッドが、例えば支持部材上に載置された態様において、上記貫通孔はその一方の開口部が前記支持部材等により閉塞されて、実質的には片方の開口部だけが開口した閉塞孔として機能する技術を開示する。   In the present invention, even when the polishing pad has a through hole that communicates both surfaces thereof (that is, the surface in contact with the substrate and the opposite surface), when performing the electrolytic composite polishing, the polishing pad is supported, for example, In the aspect mounted on the member, a technique is disclosed in which one of the through holes is closed by the support member or the like, and substantially only one of the openings functions as a closed hole. .

本発明の研磨パッドは、基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される電解複合研磨装置の対向電極上に設置される貫通孔を有する研磨パッドであって、前記貫通孔の孔径が0.1mm〜5mm、厚さが0.5mm〜5mm、かつ孔径の2乗/厚さが0.002mm〜50mmの範囲としたことを特徴とする。   The polishing pad of the present invention is a polishing pad having a through-hole installed on a counter electrode of an electrolytic composite polishing apparatus used for electrolytic composite polishing of a metal film on a substrate surface, and the through-hole has a hole diameter of 0. 0. It is characterized by being in a range of 1 mm to 5 mm, a thickness of 0.5 mm to 5 mm, and a square of the hole diameter / thickness of 0.002 mm to 50 mm.

このように構成すれば、基板を電解複合研磨する際における研磨パッドの回転速度と研磨加工速度との関係が評価された上で、研磨パッドの形状が規定されるので、電解複合研磨加工を好適な条件で行うことができる。   If comprised in this way, the shape of a polishing pad is prescribed | regulated, after evaluating the relationship between the rotational speed of a polishing pad and the polishing process speed at the time of carrying out electrolytic composite polishing of a board | substrate, Therefore, an electrolytic composite polishing process is suitable Can be performed under various conditions.

本発明の好ましい一態様は、研磨パッドが多層構造を有することを特徴とする。
このように構成すれば、例えば下層(即ち対向電極側の層)を比較的軟らかい材質、上層(即ち基板側の層)を硬い材質で形成することにより、基板全体の加工速度の均一化と局所的な段差解消が可能となるので、電解複合研磨をより好適に行うことができる。
One preferable aspect of the present invention is characterized in that the polishing pad has a multilayer structure.
With this configuration, for example, the lower layer (that is, the layer on the counter electrode side) is formed of a relatively soft material, and the upper layer (that is, the layer on the substrate side) is formed of a hard material. Therefore, electrolytic composite polishing can be performed more suitably.

本発明の好ましい一態様は、前記研磨パッドの前記対向電極側の面に更に貫通孔を有するベース層を有し、該ベース層の貫通孔の少なくとも一部が研磨パッドの前記金属膜と接触する面に連通していることを特徴とする。
このように、更にベース層を備えて研磨パッドを構成すれば、前記ベース層の貫通孔の孔径は0.1mm〜5mmの範囲に拘束されることはなく、また貫通孔の形状は円形に限られないから、前記ベース層として、例えばメッシュ構造を有するシートを使用しても良く、研磨パッド素材の選択の自由度を上げることができる。
In a preferred aspect of the present invention, the polishing pad further includes a base layer having a through hole on the surface on the counter electrode side, and at least a part of the through hole of the base layer is in contact with the metal film of the polishing pad. It is characterized by communicating with the surface.
Thus, if a polishing pad is further provided with a base layer, the hole diameter of the through hole in the base layer is not restricted to the range of 0.1 mm to 5 mm, and the shape of the through hole is limited to a circle. Therefore, for example, a sheet having a mesh structure may be used as the base layer, and the degree of freedom in selecting a polishing pad material can be increased.

本発明の好ましい一態様は、前記研磨パッドの前記基板表面の金属膜と接触する層が導電性を有することを特徴とする。
このように構成すれば、例えば前記研磨パッドの下層(ベース層)が絶縁性を有する材質で形成されていれば、電源から基板表面の金属膜への電圧の印加を、該導電層を経由して行うことができる。即ち、研磨パッドの最表面層から上記金属膜のほぼ全面に給電できるので、接点効果が低減でき、加工速度の基板内均一性が良好となる。
In a preferred aspect of the present invention, the layer in contact with the metal film on the surface of the substrate of the polishing pad has conductivity.
According to this structure, for example, if the lower layer (base layer) of the polishing pad is formed of an insulating material, voltage application from the power source to the metal film on the substrate surface is performed via the conductive layer. Can be done. That is, since power can be supplied from the outermost surface layer of the polishing pad to almost the entire surface of the metal film, the contact effect can be reduced and the uniformity of the processing speed in the substrate can be improved.

本発明の他の研磨パッドは、基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される電解複合研磨装置の対向電極上に設置される貫通孔を有する研磨パッドであって、前記貫通孔の孔径が0.1mm〜5mm、厚さが0.1mm〜0.5mmの範囲であることを特徴とする。
このように構成すれば、基板を電解複合研磨する際における研磨パッドの回転速度と加工速度との関係が評価された上で、研磨パッドの形状が規定されるので、電解複合研磨加工を好適な条件で行うことができる。
Another polishing pad of the present invention is a polishing pad having a through hole installed on a counter electrode of an electrolytic composite polishing apparatus used for electrolytic composite polishing of a metal film on a substrate surface, and the through hole has a hole diameter. It is characterized by being in a range of 0.1 mm to 5 mm and a thickness of 0.1 mm to 0.5 mm.
If comprised in this way, the shape of a polishing pad is prescribed | regulated, after evaluating the relationship between the rotational speed of a polishing pad at the time of electrolytic composite polishing of a board | substrate, and a processing speed, Therefore, electrolytic composite polishing processing is suitable. Can be done under conditions.

本発明の好ましい一態様は、研磨パッドの貫通孔の開口率が20%〜70%の範囲であることを特徴とする。
このように構成すれば、好適な加工速度を維持しつつ、段差解消性の良い加工が可能となる研磨パッドを提供できる。
One preferable aspect of the present invention is characterized in that the opening ratio of the through holes of the polishing pad is in the range of 20% to 70%.
With this configuration, it is possible to provide a polishing pad capable of processing with good step resolution while maintaining a suitable processing speed.

本発明の研磨用品は、基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される電解複合研磨装置の対向電極上に載置される研磨用品であって、上記した研磨パッドの内のいずれかの研磨パッドと、該研磨パッドの前記対向電極側の面に設けられた導電性を有する閉塞部材と、を備えたことを特徴とする。   The polishing article of the present invention is a polishing article placed on a counter electrode of an electrolytic composite polishing apparatus used for electrolytic composite polishing of a metal film on a substrate surface, and polishing any of the above polishing pads A pad and a conductive closing member provided on the surface of the polishing pad on the counter electrode side are provided.

このように構成すれば、上述の研磨パッドのいずれかと前記閉塞部材とを、例えば接着剤等により相互に固定できるから、上記研磨パッドの特徴を備えつつ、研磨パッドの貫通孔を確実に閉塞孔の態様とすることができる。ここで該閉塞部材は導電性を有するから電解複合研磨加工を好適に実行できる。   If comprised in this way, since either of the above-mentioned polishing pads and the above-mentioned closure member can be mutually fixed with an adhesive etc., for example, it has the feature of the above-mentioned polishing pad, and the through-hole of the polishing pad is reliably closed It can be set as this aspect. Here, since the closing member has conductivity, the electrolytic composite polishing process can be suitably executed.

本発明の電解複合研磨装置は、基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される電解複合研磨装置であって、対向電極と、前記対向電極上に設置され該対向電極と前記基板表面の金属膜との間を連通する貫通孔を有する研磨パッドとを備え、前記貫通孔の孔径が0.1mm〜5mm、前記貫通孔の深さが0.5mm〜5mm、かつ孔径の2乗/深さが0.002mm〜50mmの範囲であることを特徴とする。   The electrolytic composite polishing apparatus of the present invention is an electrolytic composite polishing apparatus used for electrolytic composite polishing of a metal film on a substrate surface, and is provided with a counter electrode and the metal on the counter electrode and the substrate surface installed on the counter electrode. A polishing pad having a through hole communicating with the membrane, the hole diameter of the through hole being 0.1 mm to 5 mm, the depth of the through hole being 0.5 mm to 5 mm, and the square of the hole diameter / depth Is in the range of 0.002 mm to 50 mm.

このように構成すれば、基板を研磨する際における研磨パッドの回転速度と研磨加工速度との関係が評価された研磨パッドを使用できるので、電解複合研磨加工を好適な条件で行うことができる電解複合研磨装置を提供できる。   If comprised in this way, since the polishing pad in which the relationship between the rotation speed of the polishing pad and the polishing processing speed at the time of polishing the substrate was evaluated can be used, it is possible to perform electrolytic composite polishing processing under suitable conditions. A composite polishing apparatus can be provided.

本発明の好ましい一態様は、研磨パッドが多層構造を有することを特徴とする。
このように構成すれば、例えば、該研磨パッドの下層(即ち対向電極側の層)を比較的軟らかい材質、上層(即ち基板側の層)を硬い材質で形成した研磨パッドを使用することができるから、基板全体の加工速度の均一化と局所的な段差解消が可能な電解複合研磨装置を提供できる。
One preferable aspect of the present invention is characterized in that the polishing pad has a multilayer structure.
If comprised in this way, the polishing pad which formed the lower layer (namely, the layer by the side of a counter electrode) of this polishing pad with a comparatively soft material and the upper layer (namely, the layer by the side of a board | substrate) can be used, for example. Thus, it is possible to provide an electrolytic composite polishing apparatus capable of uniforming the processing speed of the entire substrate and eliminating local steps.

本発明の好ましい一態様は、研磨パッドが対向電極側の面に更に貫通孔を有するベース層を有し、ベース層の貫通孔の少なくとも一部が該研磨パッドの前記金属膜と接触する面に連通しているようにされていることを特徴とする。
このように構成すれば、例えば前記研磨パッドのベース層の孔径は0.1mm〜5mmの範囲に拘束されることは無いから、研磨パッド素材の選択の自由度が上がるので、研磨パッドの種類を増やすことができるから、当該電解研磨に一層適した電解複合研磨装置を提供できる。
In a preferred aspect of the present invention, the polishing pad further includes a base layer having a through hole on the surface on the counter electrode side, and at least a part of the through hole of the base layer is on the surface in contact with the metal film of the polishing pad. It is made to communicate.
If constituted in this way, for example, since the hole diameter of the base layer of the polishing pad is not restricted to the range of 0.1 mm to 5 mm, the degree of freedom in selecting the polishing pad material is increased. Since it can increase, the electrolytic composite grinding | polishing apparatus more suitable for the said electropolishing can be provided.

本発明の好ましい一態様は、研磨パッドの基板表面の金属膜と接触する層が導電性を有することを特徴とする。
このように構成すれば、例えば電源から基板表面の金属膜への電圧の印加を、該導電層を経由して行うことができるので、加工速度の基板内均一性を維持した良好な加工が可能な電解複合研磨装置を提供できる。
One preferred embodiment of the present invention is characterized in that the layer in contact with the metal film on the substrate surface of the polishing pad has conductivity.
With this configuration, for example, voltage can be applied from the power source to the metal film on the surface of the substrate via the conductive layer, so that favorable processing while maintaining uniformity of processing speed within the substrate is possible. Can be provided.

本発明の他の電解複合研磨装置は、基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される電解複合研磨装置であって、対向電極と、前記対向電極上に設置され該対向電極と前記基板表面の金属膜との間を連通する貫通孔を有する研磨パッドとを備え、前記貫通孔の孔径が0.1mm〜5mm、かつ前記貫通孔の深さが0.1mm〜0.5mmの範囲であることを特徴とする。   Another electrolytic composite polishing apparatus of the present invention is an electrolytic composite polishing apparatus used for electrolytic composite polishing of a metal film on a substrate surface, the counter electrode and the counter electrode installed on the counter electrode and the substrate surface. A polishing pad having a through hole communicating with the metal film, wherein the through hole has a diameter of 0.1 mm to 5 mm and a depth of the through hole of 0.1 mm to 0.5 mm. It is characterized by that.

このように構成すれば、基板を研磨する際における研磨パッドの回転速度と研磨加工速度との関係が評価された研磨パッドを使用できるので、電解複合研磨加工を好適な条件で行うことができる電解複合研磨装置を提供できる。   If comprised in this way, since the polishing pad in which the relationship between the rotation speed of the polishing pad and the polishing processing speed at the time of polishing the substrate was evaluated can be used, it is possible to perform electrolytic composite polishing processing under suitable conditions. A composite polishing apparatus can be provided.

本発明の好ましい一態様は、研磨パッドの前記貫通孔の開口率が20%〜70%の範囲であることを特徴とする。
このように構成すれば、例えば、好適な加工速度を維持しつつ、段差解消性の良い加工が可能な電解複合研磨装置を提供できる。
One preferable aspect of the present invention is characterized in that an opening ratio of the through hole of the polishing pad is in a range of 20% to 70%.
If comprised in this way, the electrolytic compound grinding | polishing apparatus which can process with sufficient level | step difference elimination property, for example can be provided, maintaining a suitable processing speed.

本発明の更に他の電解複合研磨装置は、基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される電解複合研磨装置であって、対向電極と、前記対向電極上に閉塞部材が該対向電極と接するように設置された研磨用品とを備え、該研磨用品は上記で開示した研磨パッドのいずれかと導電性を有する前記閉塞部材とを備えた研磨用品であることを特徴とする。
このように構成すれば、研磨パッドの貫通孔の対向電極側の開口部が前記閉塞部材で確実に閉塞されるので、好適な研磨が可能な電解複合研磨装置を提供できる。
Still another electrolytic composite polishing apparatus of the present invention is an electrolytic composite polishing apparatus used for electrolytic composite polishing of a metal film on a substrate surface, wherein a counter electrode and a blocking member on the counter electrode are in contact with the counter electrode. The polishing article is a polishing article including any of the polishing pads disclosed above and the conductive closing member.
If comprised in this way, since the opening part by the side of the counter electrode of the through-hole of a polishing pad is reliably obstruct | occluded by the said obstruction | occlusion member, the electrolytic complex polishing apparatus which can perform suitable grinding | polishing can be provided.

本発明の電解複合研磨方法は、基板表面の金属膜と対向電極との間に電解液を存在させ、前記金属膜と対向電極間に電圧を印加しつつ、前記基板表面を前記対向電極上に設置した研磨パッドに押圧しながら前記基板と前記研磨パッドとを相対移動させて、前記金属膜の表面を研磨する電解複合研磨方法において、前記研磨パッドとして、前記対向電極と前記基板表面の金属膜との間を連通する孔径が0.1mm〜5mmの範囲の貫通孔を有する研磨パッドを使用し、前記研磨パッドの回転速度が40rpm〜150rpmの範囲で、かつ、前記貫通孔の孔径の2乗×前記回転運動の角速度の2乗/前記貫通孔の深さが0.01mm/s〜10,000mm/sの範囲となるように前記研磨パッドを回転させることを特徴とする。 In the electrolytic composite polishing method of the present invention, an electrolytic solution is present between the metal film on the substrate surface and the counter electrode, and a voltage is applied between the metal film and the counter electrode while the substrate surface is placed on the counter electrode. In the electrolytic composite polishing method of polishing the surface of the metal film by moving the substrate and the polishing pad relative to each other while pressing against the installed polishing pad, the counter electrode and the metal film on the substrate surface are used as the polishing pad. A polishing pad having a through hole with a hole diameter in a range of 0.1 mm to 5 mm, a rotation speed of the polishing pad in a range of 40 rpm to 150 rpm, and a square of the hole diameter of the through hole × depth of square / the through hole of the angular velocity of the rotational movement, characterized in that rotating the polishing pad to be in the range of 0.01mm / s 2 ~10,000mm / s 2 .

上記方法によれば、基板を研磨する際における研磨パッドの回転速度と研磨加工速度との関係が評価された研磨パッドを使用するので、電解複合研磨加工を好適な条件で行うことができる電解複合研磨方法を提供できる。   According to the above method, since the polishing pad in which the relationship between the rotation speed of the polishing pad and the polishing processing speed when polishing the substrate is used is used, the electrolytic composite capable of performing the electrolytic composite polishing process under suitable conditions. A polishing method can be provided.

本発明の好ましい一態様は、研磨パッドの回転速度v(rpm)と研磨パッドの貫通孔の開口率γ(%)との関係が、v≧17×exp(0.03×γ)であることを特徴とする。
これにより、電解複合研磨加工時の研磨パッドの回転速度変化の範囲に応じた適切な開口率を有する研磨パッドを使用することができるので、好適な電解複合研磨加工の実施が可能となる。また電解複合研磨加工の運転条件に応じて、異なる研磨パッドを使用するなどの運転も可能となる。
In a preferred aspect of the present invention, the relationship between the rotational speed v p (rpm) of the polishing pad and the opening ratio γ (%) of the through hole of the polishing pad is v p ≧ 17 × exp (0.03 × γ). It is characterized by being.
As a result, a polishing pad having an appropriate aperture ratio corresponding to the range of change in the rotation speed of the polishing pad during the electrolytic composite polishing process can be used, so that a suitable electrolytic composite polishing process can be performed. Also, an operation such as using a different polishing pad is possible depending on the operating conditions of the electrolytic composite polishing process.

本発明の他の電解複合研磨方法は、基板表面の金属膜と対向電極との間に電解液を存在させ、前記金属膜と対向電極間に電圧を印加しつつ、前記基板表面を前記対向電極上に設置した研磨用品に押圧しながら前記基板と前記研磨用品とを相対移動させて、前記金属膜の表面を研磨する電解複合研磨方法において、前記研磨用品として、貫通孔を有する研磨パッドと該研磨パッドの前記対向電極側の面に設けられた導電性を有する閉塞部材とを備えた研磨用品を使用し、前記研磨用品の回転速度が40rpm〜150rpmの範囲で、かつ、前記研磨パッドの貫通孔の孔径の2乗×前記回転運動の角速度の2乗/前記貫通孔の深さが0.01mm/s〜10,000mm/sの範囲となるように前記研磨用品を回転させることを特徴とする。 In another electrolytic composite polishing method of the present invention, an electrolytic solution is present between a metal film on a substrate surface and a counter electrode, and a voltage is applied between the metal film and the counter electrode while the substrate surface is placed on the counter electrode. In the electrolytic composite polishing method for polishing the surface of the metal film by relatively moving the substrate and the polishing article while pressing against a polishing article placed on the polishing article, a polishing pad having a through-hole as the polishing article and the polishing pad A polishing article comprising a conductive blocking member provided on the surface of the polishing pad facing the counter electrode is used, the polishing article has a rotational speed in the range of 40 rpm to 150 rpm, and the polishing pad penetrates. that square / depth of the through hole of the angular velocity squared × the rotational motion of the pores of the rotating the abrasive article to be in the range of 0.01mm / s 2 ~10,000mm / s 2 Features .

上記方法によれば前記研磨用品を用いることで、基板を研磨する際における研磨パッドの回転速度と研磨加工速度との関係が評価された研磨パッドを備えた研磨用品を使用するので、電解複合研磨加工を好適な条件で行うことが可能な電解複合研磨方法を提供できる。   According to the above method, since the polishing article is used, the polishing article having the polishing pad evaluated for the relationship between the rotation speed of the polishing pad and the polishing processing speed when polishing the substrate is used. An electrolytic composite polishing method capable of performing processing under suitable conditions can be provided.

本発明によれば、導電膜の加工速度は、研磨パッドの貫通孔の中の電解液の充填率に強く関係していることが解明され、研磨パッドの回転速度の変化に起因する加工速度の変化割合が実用に耐える程度に小さく抑えられた研磨パッドを、貫通孔の直径や深さを(深さについては支持部材の研磨パッドを載置する面が平坦の場合は研磨パッドの厚さに等しく)選択することで提供できる。また研磨パッドの回転速度を、例えばCMP装置で通常使用される範囲内で設定すれば、加工速度の変化が許容される変化割合よりも小さくなる研磨パッド、電解複合研磨装置および電解複合研磨方法を提供することができる。   According to the present invention, it has been clarified that the processing speed of the conductive film is strongly related to the filling rate of the electrolytic solution in the through hole of the polishing pad, and the processing speed due to the change in the rotation speed of the polishing pad is reduced. A polishing pad whose rate of change is kept small enough to withstand practical use, and the diameter and depth of the through hole (the depth is the thickness of the polishing pad if the surface on which the polishing pad of the support member is placed is flat) Can be provided by selecting Further, if the rotational speed of the polishing pad is set within a range normally used in a CMP apparatus, for example, a polishing pad, an electrolytic composite polishing apparatus, and an electrolytic composite polishing method in which a change in processing speed is smaller than an allowable change rate. Can be provided.

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、発明者らが解明した、研磨パッドの回転速度が大きくなると導電膜の加工速度が小さくなる現象が、貫通孔の中に充填される電解液の充填率に相関する事実について、以下に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the fact that the phenomenon that the processing speed of the conductive film decreases as the rotation speed of the polishing pad increases, which the inventors have clarified, correlates with the filling rate of the electrolytic solution filled in the through holes will be described below. To do.

図1乃至図5は、導電膜である銅の電解複合研磨において、それぞれ、研磨パッドの回転速度を30rpm〜105rpm、電解液供給量を100mL/min〜2,000mL/min、貫通孔の孔径(以下、孔の直径ともいう)を2mm〜20mm、基板を研磨パッドに押付ける圧力を0.2psi(約1.4kPa)〜1psi(約6.9kPa)、貫通孔の開口率を15%〜45%の範囲で変化させた場合の充填率(実験値)と加工速度の測定結果を示す。   FIGS. 1 to 5 show the electrolytic polishing of copper as a conductive film, in which the rotational speed of the polishing pad is 30 rpm to 105 rpm, the electrolyte supply amount is 100 mL / min to 2,000 mL / min, and the hole diameter ( Hereinafter, the diameter of the hole is also 2 mm to 20 mm, the pressure for pressing the substrate against the polishing pad is 0.2 psi (about 1.4 kPa) to 1 psi (about 6.9 kPa), and the opening ratio of the through hole is 15% to 45%. The measurement results of filling rate (experimental value) and processing speed when changed in the range of% are shown.

なお、充填率の実験値は、研磨パッドの回転が停止した直後に貫通孔内に残った電解液を回収し、回収した電解液の重量から算出した体積を貫通孔の体積で除して算出した。電解液は、基板中心付近が通過する場所の貫通孔から回収した。また、加工速度の実験値は、直流四探針法で測定したシート抵抗から換算した電解複合研磨前後の銅の膜厚を加工時間で除して算出した。   The experimental value of the filling rate was calculated by collecting the electrolyte remaining in the through-hole immediately after the polishing pad stopped rotating and dividing the volume calculated from the weight of the collected electrolyte by the volume of the through-hole. did. The electrolytic solution was recovered from the through hole where the vicinity of the center of the substrate passes. Moreover, the experimental value of the processing speed was calculated by dividing the copper film thickness before and after electrolytic composite polishing converted from the sheet resistance measured by the direct current four-probe method by the processing time.

図1は、研磨パッドの回転速度を30rpm〜105rpmとした場合における、充填率と加工速度の関係を示す。図1から、研磨パッドの回転速度が大きくなると充填率が小さくなり、同様に加工速度も小さくなることが分かる。図2は、電解液供給量を100mL/min〜2,000mL/minとした場合における、充填率と加工速度の関係を示す。図2から、電解液供給量が大きくなると充填率が大きくなり、同様に加工速度も大きくなることが分かる。   FIG. 1 shows the relationship between the filling rate and the processing speed when the rotational speed of the polishing pad is 30 rpm to 105 rpm. As can be seen from FIG. 1, the filling rate decreases as the rotational speed of the polishing pad increases, and the processing speed also decreases. FIG. 2 shows the relationship between the filling rate and the processing speed when the electrolytic solution supply rate is 100 mL / min to 2,000 mL / min. From FIG. 2, it can be seen that as the electrolyte supply amount increases, the filling rate increases and the processing speed also increases.

図3は、貫通孔の孔径(直径)を2mm〜20mmとした場合における、充填率と加工速度の関係を示す。図3から、貫通孔の孔径(直径)が大きくなると充填率が小さくなり、同様に加工速度も小さくなることが分かる。図4は、基板を研磨パッドに押付ける圧力を0.2psi(約1.4kPa)〜1psi(約6.9kPa)とした場合における、充填率と加工速度の関係を示す。図4から、基板を研磨パッドに押付ける圧力をこの範囲で変えても充填率は殆ど変化せず、同様に加工速度も殆ど変化しないことが分かる。   FIG. 3 shows the relationship between the filling rate and the processing speed when the hole diameter (diameter) of the through hole is 2 mm to 20 mm. From FIG. 3, it can be seen that as the hole diameter (diameter) of the through-hole increases, the filling rate decreases, and the processing speed also decreases. FIG. 4 shows the relationship between the filling rate and the processing speed when the pressure for pressing the substrate against the polishing pad is 0.2 psi (about 1.4 kPa) to 1 psi (about 6.9 kPa). From FIG. 4, it can be seen that even if the pressure for pressing the substrate against the polishing pad is changed within this range, the filling rate hardly changes, and similarly the processing speed hardly changes.

一方、図5は、貫通孔の開口率(研磨パッドの導電膜と接する面領域における、貫通孔の開口部面積が占める割合)を15%〜45%とした場合における、充填率と加工速度の関係を示す。図5から、貫通孔の開口率が大きくなると充填率が若干小さくなるが、加工速度は若干大きくなっていることが分かる。この傾向は、他のパラメータとは異なる傾向である。ここで、上述の図1〜図4に示される研磨パッド回転速度、電解液供給量、貫通孔径及び押付け圧力を変化させた結果からは、加工速度が充填率の影響を受けると考えられるが、図5によれば、開口率に関する結果からは、加工速度は充填率の影響よりも保護膜の影響を大きく受けると考えられる。したがって、貫通孔の開口率に関しては、充填率と加工速度の相関関係から除外して考える。   On the other hand, FIG. 5 shows the filling rate and processing speed when the opening ratio of the through holes (the ratio of the opening area of the through holes in the surface region in contact with the conductive film of the polishing pad) is 15% to 45%. Show the relationship. FIG. 5 shows that as the opening ratio of the through-hole increases, the filling rate decreases slightly, but the processing speed increases slightly. This tendency is different from other parameters. Here, from the result of changing the polishing pad rotation speed, the electrolyte supply amount, the through hole diameter and the pressing pressure shown in FIGS. 1 to 4 above, it is considered that the processing speed is affected by the filling rate, According to FIG. 5, it can be considered from the results regarding the aperture ratio that the processing speed is more greatly affected by the protective film than the influence of the filling rate. Therefore, the opening ratio of the through hole is excluded from the correlation between the filling rate and the processing speed.

図6は、貫通孔の開口率を約30%に固定し、研磨パッドの回転速度を30rpm〜105rpm、電解液供給量を100mL/min〜2,000mL/min、貫通孔の孔径を2mm〜20mm、基板を研磨パッドに押付ける圧力を0.2psi(約1.4kPa)〜1psi(約6.9kPa)の範囲で変化させた場合の実験結果を示すものであって、加工速度の充填率依存性を調べた結果である。なお、図6中、菱形マークは、研磨パッドの基板Wに当接する側の表面に対向電極まで貫通しない浅い格子状の溝がある場合、四角マークは、溝が無い場合の結果である。図6から、充填率と加工速度に強い相関関係があり、更には浅い溝の有無に殆ど影響されないことが分かる。   FIG. 6 shows that the aperture ratio of the through hole is fixed to about 30%, the rotation speed of the polishing pad is 30 rpm to 105 rpm, the electrolyte supply amount is 100 mL / min to 2,000 mL / min, and the hole diameter of the through hole is 2 mm to 20 mm. , Shows the experimental results when the pressure for pressing the substrate against the polishing pad is changed in the range of 0.2 psi (about 1.4 kPa) to 1 psi (about 6.9 kPa), and the processing speed depends on the filling rate It is the result of examining sex. In FIG. 6, the diamond mark is a result when there is a shallow lattice-like groove that does not penetrate to the counter electrode on the surface of the polishing pad that is in contact with the substrate W, and the square mark is a result when there is no groove. From FIG. 6, it can be seen that there is a strong correlation between the filling rate and the processing speed, and that it is hardly influenced by the presence or absence of shallow grooves.

したがって、研磨パッドの回転速度、電解液供給量、貫通孔の孔径といったプロセス条件から充填率を求めることができれば、加工速度の概略を予測し、更には、研磨パッドの回転速度を変えても加工速度の変化が小さいような条件を見つけることができると考えられる。そこで、充填率を簡単な計算により推定することを試みた。以下に、充填率の計算方法を説明する。   Therefore, if the filling rate can be determined from the process conditions such as the polishing pad rotation speed, the amount of electrolyte supplied, and the hole diameter of the through hole, the rough processing speed can be predicted, and further, the processing can be performed even if the polishing pad rotation speed is changed. It is thought that the condition that the change in speed is small can be found. Therefore, an attempt was made to estimate the filling rate by a simple calculation. Below, the calculation method of a filling rate is demonstrated.

図7は、電解複合研磨装置の要部の概略図である。図7に示すように、回転軸を有する研磨テーブル100の上に導電性の材料からなる支持部材254が固定されている。この支持部材254の上面に研磨パッド101が取付けられており、研磨パッド101の上面が研磨面となっている。研磨テーブル100は、モータなどの回転機構(図示せず)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及び研磨パッド101と一体に回転可能となっている。   FIG. 7 is a schematic view of a main part of the electrolytic composite polishing apparatus. As shown in FIG. 7, a support member 254 made of a conductive material is fixed on a polishing table 100 having a rotating shaft. The polishing pad 101 is attached to the upper surface of the support member 254, and the upper surface of the polishing pad 101 is a polishing surface. The polishing table 100 is connected to a rotation mechanism (not shown) such as a motor, so that the polishing table 100 can rotate integrally with the support member 254 and the polishing pad 101.

基板W表面の導電膜は、電源252の陽極に接続されている。また、支持部材254は電源252の陰極に接続されており、基板Wの対向電極として機能する。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、研磨パッド101の貫通孔101aに充填された電解液50を通して電気的に接続される。これにより、導電膜が電気化学的に溶解し電解研磨が進む。   The conductive film on the surface of the substrate W is connected to the anode of the power source 252. The support member 254 is connected to the cathode of the power source 252 and functions as a counter electrode of the substrate W. The support member 254 as the cathode and the conductive film on the substrate W as the anode are electrically connected through the electrolytic solution 50 filled in the through hole 101 a of the polishing pad 101. As a result, the conductive film is dissolved electrochemically and the electrolytic polishing proceeds.

図8(a)〜(c)は、図7に示す研磨パッド101が、図7に示す矢印Bの方向に回転する場合の、電解液供給前領域B、電解液供給領域BII、及び研磨領域BIIIにおける貫通孔101a内の電解液50の充填具合を示すイメージ図である。図8(a)〜(c)においては、いずれの領域B〜BIIIにおいても、研磨パッド101の回転中心は図の右側にあり、研磨パッド101の回転による遠心力が図の左方向に働いている。 FIGS. 8A to 8C show the electrolytic solution supply region B I , the electrolytic solution supply region B II when the polishing pad 101 shown in FIG. 7 rotates in the direction of the arrow B shown in FIG. it is a schematic diagram showing the filling degree of the electrolytic solution 50 in the through hole 101a in the polishing region B III. 8A to 8C, in any region B I to B III , the center of rotation of the polishing pad 101 is on the right side of the figure, and the centrifugal force due to the rotation of the polishing pad 101 is in the left direction of the figure. is working.

領域Bでは、図8(a)に示すように、遠心力によって貫通孔101a内の電解液50aの液面が傾き、電解液50aが貫通孔101aの外に流出する。一方、回転中心側の貫通孔から排出されて流れてきた電解液の流入もある。領域BIIでは、図8(b)に示すように、領域Bで貫通孔101a内に充填された電解液50aに、電解液供給ノズル102から供給される電解液50bが加わる。領域BIIIでは、図8(c)に示すように、貫通孔101aの開口部が基板Wによって塞がれ、電解液50cが貫通孔101aに閉じ込められる。その際、貫通孔内に空間101bが生じる。 In the region BI , as shown in FIG. 8A, the liquid surface of the electrolytic solution 50a in the through hole 101a is inclined by the centrifugal force, and the electrolytic solution 50a flows out of the through hole 101a. On the other hand, there is also an inflow of the electrolyte that has been discharged from the through hole on the rotation center side. In region B II, as shown in FIG. 8 (b), the electrolyte solution 50a which is filled in the through hole 101a in the region B I, the electrolyte 50b is added supplied from the electrolytic solution supply nozzle 102. In the region BIII , as shown in FIG. 8C, the opening of the through hole 101a is closed by the substrate W, and the electrolytic solution 50c is confined in the through hole 101a. At that time, a space 101b is generated in the through hole.

ここで、領域BIIIにおける貫通孔101a内の電解液の充填率を、電解液50cの体積/貫通孔101aの体積、として定義すると、領域Bで貫通孔101a内にある電解液50aの体積と領域BIIで供給される電解液50bの体積とから、領域BIIIにおける貫通孔101内の電解液の充填率は、典型的には次の式1のように定義できる。 Here, the electrolyte solution filling ratio of the through-hole 101a in the region B III, the volume of the volume / through-hole 101a of the electrolyte solution 50c, when defined as the volume of the electrolyte 50a in the through hole 101a in the region B I from the volume of the electrolyte 50b is supplied in the region B II, electrolyte filling ratio of the through hole 101 in the region B III can typically be defined as the following equation 1.

充填率=電解液50cの体積/貫通孔101aの体積
≒(領域Bで貫通孔101a内にある電解液50aの体積+領域BIIで貫通孔101a内に供給される電解液50bの体積)÷貫通孔101aの体積 (式1)
Filling ratio = volume of electrolytic solution 50c / volume of through hole 101a
≒ volume (area B I in a volume of the through-hole of the electrolyte solution 50a in the 101a volume + region B II with the through hole 101a electrolyte is fed into 50b) ÷ through hole 101a (Equation 1)

なお、上記充填率の定義からも明らかなように、本発明における研磨パッド101の貫通孔101aとは、研磨パッド101単体においては該研磨パッド101の両面(即ち、例えば支持部材254に接する面および基板Wに接する面)を連通するように貫通している場合であっても、例えば支持部材254上に載置されて、支持部材254と共に閉塞孔を形成するような貫通孔を意味する。さらに研磨パッドが導電性を有する閉塞部材を備えて閉塞孔(即ち、前述のように研磨パッド101の両面を連通することなく基板Wに接する面のみに開口し、支持部材254に接する面の側は前記閉塞部材により閉じている孔)を形成している場合であっても、電解研磨工程における上記閉塞孔の作用効果が貫通孔101aと同等であるから、そのような閉塞孔を備える研磨パッドについても本発明に含まれる。   As is clear from the definition of the filling rate, the through hole 101a of the polishing pad 101 in the present invention refers to both surfaces of the polishing pad 101 (that is, the surface in contact with the support member 254 and the like) in the polishing pad 101 alone. Even if it penetrates so as to communicate with the substrate (the surface in contact with the substrate W), it means a through hole that is placed on the support member 254 and forms a closed hole together with the support member 254, for example. Further, the polishing pad is provided with a conductive blocking member, and the blocking pad (that is, the surface that opens to only the surface that contacts the substrate W without communicating both surfaces of the polishing pad 101 as described above, and the surface that contacts the support member 254) Even if a closed hole is formed by the closing member, the effect of the closing hole in the electrolytic polishing step is equivalent to that of the through-hole 101a. Therefore, a polishing pad having such a closing hole is used. Is also included in the present invention.

以下に、充填率を単純な計算により導く方法を示す。本明細書においては、ここで導いた充填率を“仮想充填率”と呼ぶこととする。   The method for deriving the filling rate by simple calculation will be described below. In the present specification, the filling rate derived here is referred to as a “virtual filling rate”.

領域Bで貫通孔101a内にある電解液50aの体積は、遠心力で液表面が水平面に対して傾いたときの電解液の体積と流入する電解液の体積との和から流出する電解液の体積を減じて求められ、これは次の式2で近似できる。 In the volume of the electrolyte 50a in the through hole 101a is the region B I, electrolyte flowing out of the sum of the volume of the electrolyte which flows the volume of the electrolyte solution when the liquid surface in the centrifugal force is inclined relative to the horizontal plane This can be approximated by the following equation 2.

領域Bで貫通孔101a内にある電解液50aの体積≒貫通孔101aの体積−係数C×遠心力で液表面が水平面に対して傾いたときの空間部101cの体積 (式2) The volume of the volume ≒ through hole 101a of the electrolytic solution 50a in the through hole 101a in the region B I - the volume of the space portion 101c when the liquid surface by the coefficient C × centrifugal force is inclined relative to the horizontal plane (Equation 2)

ここで、遠心力で電解液の表面が水平面に対して傾いたときの空間部101cの体積とは、貫通孔101aに電解液50が充填され、電解液50の供給がない状態で研磨パッド101を回転させた場合に、図9に示すように、最終的に(定常状態で)貫通孔101a内に残る空間部101cの体積を指す。   Here, the volume of the space portion 101c when the surface of the electrolytic solution is inclined with respect to the horizontal plane by centrifugal force is the polishing pad 101 in a state where the electrolytic solution 50 is filled in the through-hole 101a and the electrolytic solution 50 is not supplied. 9, the volume of the space portion 101c remaining in the through-hole 101a finally (in a steady state) as shown in FIG.

遠心力で傾いたときの空間部101cの体積は、遠心力と重力の釣合いによる液面の傾きから求めることができ、研磨パッド101の回転による角速度をω、研磨パッドの回転中心から貫通孔101a中心までの距離をR、貫通孔101aの孔径(直径)をD、貫通孔101aの深さをh、重力加速度をgとすると、例えばR×ω/g≦h/Dの範囲においては、次の式3で近似できる。 The volume of the space portion 101c when tilted by the centrifugal force can be obtained from the tilt of the liquid surface due to the balance between the centrifugal force and gravity. The angular velocity due to the rotation of the polishing pad 101 is ω, and the through hole 101a from the center of rotation of the polishing pad. When the distance to the center is R 0 , the hole diameter (diameter) of the through hole 101a is D, the depth of the through hole 101a is h, and the gravitational acceleration is g, for example, in the range of R 0 × ω 2 / g ≦ h / D Can be approximated by Equation 3 below.

Figure 2009295914
Figure 2009295914

ここで、Vは貫通孔101aの体積(πDh/4)である。
領域BIIで貫通孔101a内に供給される電解液50bの体積は、次の式4で近似できる。
Here, V h is the volume (πD 2 h / 4) of the through hole 101a.
The volume of the electrolyte 50b is supplied into the through hole 101a in the region B II can be approximated by the following equation 4.

Figure 2009295914
Figure 2009295914

ここで、Qは電解液供給流量、LIIは領域BIIの研磨パッド周方向の長さ、Rは研磨パッドの回転中心から基板の回転中心までの距離、Dは基板Wの直径である。
以上の式1〜4から、R×ω/g≦h/Dの範囲における仮想充填率は、次の式5のようになる。
Where Q is the electrolyte supply flow rate, L II is the length in the circumferential direction of the polishing pad in region B II , R C is the distance from the center of rotation of the polishing pad to the center of rotation of the substrate, and D W is the diameter of the substrate W is there.
From the above formulas 1 to 4, the virtual filling rate in the range of R 0 × ω 2 / g ≦ h / D is expressed by the following formula 5.

Figure 2009295914
Figure 2009295914

ここで、式2の係数Cは、鋭意検討の結果、貫通孔の孔径Dに比例する無次元数とすることで、実験結果と良い相関が得られることに想到した。なお、仮想充填率の計算結果が1を超える場合、仮想充填率は1とする。また、R×ω/g>h/Dの範囲における遠心力で傾いたときの空間部101cの体積についても、次の式6に示すように簡単な数値積分により求めることができるので、仮想充填率を算出することができる。

Figure 2009295914
ここで、上記φは式7で表される。
Figure 2009295914
Here, as a result of intensive studies, it has been conceived that a good correlation with the experimental results can be obtained by setting the coefficient C of Equation 2 to a dimensionless number proportional to the hole diameter D of the through hole. When the calculation result of the virtual filling rate exceeds 1, the virtual filling rate is 1. Further, the volume of the space portion 101c when tilted by the centrifugal force in the range of R 0 × ω 2 / g> h / D can also be obtained by simple numerical integration as shown in the following equation 6. A virtual filling rate can be calculated.
Figure 2009295914
Here, φ is expressed by Equation 7.
Figure 2009295914

図10は、銅の電解複合研磨において、貫通孔の開口率を約30%に固定し、研磨パッドの回転速度を30rpm〜105rpm、電解液供給量を100mL/min〜2,000mL/min、貫通孔の孔径を2mm〜20mm、基板を研磨パッドに押付ける圧力を0.2psi(約1.4kPa)〜1psi(約6.9kPa)の範囲で変化させた場合の充填率の測定結果(図10中、“充填率(実験値)”と表記)と仮想充填率(図10中、“仮想充填率(計算値)”と表記)の関係を示した図である。図10から、充填率の測定結果と仮想充填率とは良い相関があることが分かる。   FIG. 10 shows that in the electrolytic electrolytic polishing of copper, the opening ratio of the through hole is fixed to about 30%, the rotation speed of the polishing pad is 30 rpm to 105 rpm, the electrolytic solution supply amount is 100 mL / min to 2,000 mL / min, and the penetration Measurement results of the filling rate when the hole diameter is 2 mm to 20 mm and the pressure for pressing the substrate against the polishing pad is changed in the range of 0.2 psi (about 1.4 kPa) to 1 psi (about 6.9 kPa) (FIG. 10). 11 is a diagram showing the relationship between “filling rate (experimental value)” and virtual filling rate (shown as “virtual filling rate (calculated value)” in FIG. 10). FIG. 10 shows that there is a good correlation between the measurement result of the filling rate and the virtual filling rate.

図11は、仮想充填率と加工速度の測定結果の関係を示した図である。図11から、仮想充填率と加工速度(実測値)とは良い相関があることが分かる。即ち、式5に基づいて算出した仮想充填率の値が大きい場合の加工条件で実際の加工を行ったときには、大きい加工速度を得ることができ、仮想充填率の値が小さい場合の加工条件で実際の加工を行ったときには、加工速度が小さくなるということが出来る。なお、図10及び図11中の菱形マークは、研磨パッドの基板Wに接する側の表面に対向電極まで貫通しない浅い格子状の溝がある場合で、四角マークは、溝が無い場合の結果である。   FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the virtual filling rate and the processing speed measurement result. From FIG. 11, it can be seen that there is a good correlation between the virtual filling rate and the machining speed (actually measured value). That is, when the actual machining is performed under the machining condition when the value of the virtual filling rate calculated based on Equation 5 is large, a large machining speed can be obtained, and the machining condition when the value of the virtual filling rate is small. When actual machining is performed, the machining speed can be reduced. 10 and 11, the rhombus marks are the results when there are shallow lattice-like grooves that do not penetrate to the counter electrode on the surface of the polishing pad in contact with the substrate W, and the square marks are the results when there are no grooves. is there.

以下、上述の仮想充填率を使って、従来のCMPで通常使用される研磨パッドの回転速度である25rpm〜150rpmの範囲を中心にして検討した結果を説明する。   Hereinafter, the results of investigation centered on the range of 25 rpm to 150 rpm, which is the rotational speed of a polishing pad normally used in conventional CMP, will be described using the above-described virtual filling rate.

図12(a)及び図13(a)は、基板表面に形成された導電膜としての銅の電解複合研磨において、研磨パッドの回転速度と貫通孔の孔径を変えて銅の加工速度を測定した結果である。図12(a)は電解液供給量が100mL/minの場合、図13(a)は電解液供給量が2,000mL/minの場合である。図12(a)及び図13(a)から、研磨パッドの回転速度が大きくなると加工速度が小さくなり、その減少率は、貫通孔の孔径が大きいほど大きいことが分かる。図12(a)に示すように、電解液供給量が100mL/minの場合、研磨パッドの回転速度を25rpm〜105rpmに変えると、孔径5mmの場合は、加工速度の減少がおよそ20%程度にとどまるが、孔径20mmの場合は、加工速度が80%近く減少している。   12 (a) and 13 (a) show the copper processing speed measured by changing the rotation speed of the polishing pad and the diameter of the through hole in the electrolytic composite polishing of copper as the conductive film formed on the substrate surface. It is a result. FIG. 12A shows the case where the electrolytic solution supply amount is 100 mL / min, and FIG. 13A shows the case where the electrolytic solution supply amount is 2,000 mL / min. From FIG. 12A and FIG. 13A, it can be seen that as the rotational speed of the polishing pad increases, the processing speed decreases, and the decrease rate increases as the hole diameter of the through hole increases. As shown in FIG. 12 (a), when the electrolyte supply rate is 100 mL / min, when the rotation speed of the polishing pad is changed from 25 rpm to 105 rpm, the decrease in the processing speed is about 20% when the hole diameter is 5 mm. However, when the hole diameter is 20 mm, the processing speed is reduced by nearly 80%.

また、図12(b)及び図13(b)は、研磨パッドの回転速度と貫通孔の孔径を変えて電解液の仮想充填率を式5により計算した結果である。図12(b)は電解液供給量が100mL/minの場合、図13(b)は電解液供給量が2,000mL/minの場合である。仮想充填率の計算結果と加工速度の測定結果との比較、つまり図12(b)及び図13(b)と図12(a)及び図13(a)との比較から、図12(b)及び図13(b)に示す、仮想充填率の計算結果の傾向が加工速度の実測結果と良く一致していることが判る。   FIG. 12B and FIG. 13B show the results of calculating the virtual filling rate of the electrolytic solution by Equation 5 while changing the rotation speed of the polishing pad and the diameter of the through hole. FIG. 12B shows the case where the electrolyte supply amount is 100 mL / min, and FIG. 13B shows the case where the electrolyte supply amount is 2,000 mL / min. From the comparison between the calculation result of the virtual filling rate and the measurement result of the processing speed, that is, the comparison between FIG. 12B and FIG. 13B and FIG. 12A and FIG. And it turns out that the tendency of the calculation result of virtual filling rate shown in FIG.13 (b) is in good agreement with the measurement result of processing speed.

換言すれば、低回転速度側の25rpmを基準とした場合、高回転速度側である105rpmに向かって実測値において加工速度が低下する割合と、計算値において仮想充填率が低下する割合とがほぼ同等と見ることができる。例えば、貫通孔の孔径5mmの場合にあっては、図12(a)によれば、研磨パッドの回転速度25rpmと105rpmとで加工速度はそれぞれおよそ920nm/minと750nm/minであり、この間で750/920≒0.82、即ち約18%低下している。図12(b)によれば、同じく仮想充填率は、約0.98から約0.66に低下しており、この間で0.66/0.98≒0.67、即ち約33%低下している。   In other words, when 25 rpm on the low rotation speed side is used as a reference, the ratio at which the machining speed decreases in the actual measurement value toward 105 rpm on the high rotation speed side, and the ratio at which the virtual filling rate decreases in the calculated value are almost equal. It can be seen as equivalent. For example, in the case of a hole diameter of 5 mm, according to FIG. 12 (a), the processing speeds are about 920 nm / min and 750 nm / min at the rotational speeds of the polishing pad of 25 rpm and 105 rpm, respectively. 750 / 920≈0.82, i.e. about 18% lower. According to FIG. 12 (b), the virtual filling rate is similarly reduced from about 0.98 to about 0.66, and during this time, 0.66 / 0.98≈0.67, that is, about 33%. ing.

一方、電解液供給量が比較的多い場合を示す図13について、図12の場合と同じく、貫通孔の孔径5mmの場合を見ると、図13(a)によれば、研磨パッドの回転速度25rpmと105rpmとで、加工速度はそれぞれ約1070nm/minと840nm/minであり、この間で、840/1070≒0.79即ち、約21%低下している。図13(b)によれば、同じく仮想充填率は約1.00から約0.73に低下しており、この間で、0.73/1.00=0.73、即ち27%低下している。   On the other hand, regarding FIG. 13 showing the case where the amount of electrolyte supply is relatively large, as in FIG. 12, when the diameter of the through hole is 5 mm, according to FIG. 13A, the rotational speed of the polishing pad is 25 rpm. And 105 rpm, the processing speeds are about 1070 nm / min and 840 nm / min, respectively, and 840 / 1070≈0.79, that is, about 21% lower. According to FIG. 13 (b), the virtual filling rate is also reduced from about 1.00 to about 0.73, and during this time, 0.73 / 1.00 = 0.73, that is, 27% lower. Yes.

図12と図13では、条件として電解液供給量が相違するが、これら2つのケースの平均値に基づけば、回転速度25rpmの場合を基準として、回転速度105rpmの場合では加工速度の実測値は大略2割低下し、仮想充填率の計算値は大略3割低下する。このように、仮想充填率の低下は加工速度の低下の1.5倍程度である。したがって、低下の割合の値そのものは差があるが、両者の相関関係は強いといえる。   In FIG. 12 and FIG. 13, the electrolyte supply amount is different as a condition. However, based on the average value of these two cases, the measured value of the processing speed at the rotational speed of 105 rpm is based on the rotational speed of 25 rpm. The calculated value of the virtual filling rate decreases by approximately 30%. Thus, the decrease in the virtual filling rate is about 1.5 times the decrease in the processing speed. Therefore, although there is a difference in the value of the rate of decrease, it can be said that the correlation between the two is strong.

研磨パッドの回転速度を変えた場合に加工速度の変化として許容できるのは、例えば低回転速度側を基準とすると、高回転速度側の減少率が25%程度、好ましくは15%程度である。この条件を満たす電解液の仮想充填率は、加工速度の測定結果との上記対応関係に基づき、25%と15%の1.5倍はそれぞれ37.5%と22.5%であり、およそ4割と2割であると考えて良いから、高回転速度側の仮想充填率が約0.6以上、好ましくは約0.8以上と推測できる。したがって、電解液の仮想充填率を種々の条件で計算し、高回転速度側の仮想充填率が約0.6以上、もしくは約0.8以上となる条件を探索すればよいことになる。   If the rotational speed of the polishing pad is changed, the allowable change in the processing speed is, for example, about 25%, preferably about 15%, on the low rotational speed side. The virtual filling rate of the electrolyte satisfying this condition is 37.5% and 22.5%, respectively, which are 1.5 times of 25% and 15% based on the above correspondence with the measurement result of the processing speed. Since it can be considered that it is 40% and 20%, it can be estimated that the virtual filling rate on the high rotational speed side is about 0.6 or more, preferably about 0.8 or more. Therefore, it is only necessary to calculate the virtual filling rate of the electrolytic solution under various conditions, and search for a condition where the virtual filling rate on the high rotational speed side is about 0.6 or more, or about 0.8 or more.

更に、前述の図6に示す充填率の測定結果と加工速度の関係から、充填率が約0.4未満の場合に比べて、充填率が約0.4以上の場合の方が、充填率の変化に対する加工速度の変化が小さくなっている。したがって、充填率(実験値)が約0.4以上となるような条件で電解複合加工すれば、研磨パッド回転速度を変えても加工速度の変化を小さくすることができるといえる。ここで、充填率(実験値)約0.4以上となる仮想充填率は、前述の図10を参照すると、約0.8以上である。   Furthermore, from the relationship between the measurement result of the filling rate shown in FIG. 6 and the processing speed, the filling rate is higher when the filling rate is about 0.4 or more than when the filling rate is less than about 0.4. The change in the machining speed with respect to the change in is small. Therefore, if electrolytic composite machining is performed under conditions such that the filling rate (experimental value) is about 0.4 or more, it can be said that the change in the machining speed can be reduced even if the polishing pad rotation speed is changed. Here, the virtual filling rate at which the filling rate (experimental value) is about 0.4 or more is about 0.8 or more with reference to FIG. 10 described above.

以下に、電解液の仮想充填率の計算結果から研磨パッドの回転速度を変えても加工速度の変化が小さい条件を探索した結果を示す。   The results of searching for conditions under which the change in the processing speed is small even when the rotation speed of the polishing pad is changed from the calculation result of the virtual filling rate of the electrolytic solution are shown below.

図14は、電解液流量Q=100mL/min、貫通孔深さh=2.6mm、研磨パッドの回転中心から貫通孔中心までの距離R=150mm、研磨パッドの回転中心から基板の回転中心までの距離R=150mm、基板直径D=100mmとした場合の研磨パッド回転速度と仮想充填率との関係を、貫通孔の孔径を変えて計算した結果である。研磨パッド回転速度150rpmにおいて、仮想充填率が約0.6以上となるのは貫通孔の孔径が約5mm以下である。また、研磨パッド回転速度150rpmにおいて、仮想充填率が約0.8以上となるのは貫通孔の孔径が約3mm以下である。 FIG. 14 shows electrolyte flow rate Q = 100 mL / min, through hole depth h = 2.6 mm, distance R 0 = 150 mm from the center of rotation of the polishing pad to the center of the through hole, and the center of rotation of the substrate from the center of rotation of the polishing pad. This is a result of calculating the relationship between the polishing pad rotation speed and the virtual filling rate when the distance R C = 150 mm and the substrate diameter D W = 100 mm, while changing the hole diameter of the through hole. When the polishing pad rotational speed is 150 rpm, the virtual filling rate is about 0.6 or more when the diameter of the through hole is about 5 mm or less. Further, when the polishing pad rotation speed is 150 rpm, the virtual filling rate is about 0.8 or more when the diameter of the through hole is about 3 mm or less.

図15は、電解液流量Q=900mL/min、貫通孔深さh=2.6mm、研磨パッドの回転中心から貫通孔中心までの距離R=240mm、研磨パッドの回転中心から基板の回転中心までの距離R=240mm、基板直径D=300mmとした場合の研磨パッド回転速度と仮想充填率との関係を、貫通孔の孔径を変えて計算した結果である。また、図16は、電解液流量Q=2,000mL/min、貫通孔深さh=2.6mm、研磨パッドの回転中心から貫通孔中心までの距離R=315mm、研磨パッドの回転中心から基板の回転中心までの距離R=315mm、基板直径D=450mmとした場合の研磨パッド回転速度と仮想充填率との関係を、貫通孔の孔径を変えて計算した結果である。 FIG. 15 shows an electrolyte flow rate Q = 900 mL / min, a through hole depth h = 2.6 mm, a distance R 0 = 240 mm from the center of rotation of the polishing pad to the center of the through hole, and a center of rotation of the substrate from the center of rotation of the polishing pad. This is a result of calculating the relationship between the polishing pad rotation speed and the virtual filling rate when the distance R C = 240 mm and the substrate diameter D W = 300 mm, while changing the hole diameter of the through hole. FIG. 16 shows the electrolyte flow rate Q = 2,000 mL / min, the through hole depth h = 2.6 mm, the distance R 0 = 315 mm from the center of rotation of the polishing pad to the center of the through hole, and the center of rotation of the polishing pad. This is a result of calculating the relationship between the polishing pad rotation speed and the virtual filling rate when the distance R C = 315 mm to the rotation center of the substrate and the substrate diameter D W = 450 mm and changing the hole diameter of the through hole.

図15及び図16のいずれの場合においても、図14に示す場合と同様に、研磨パッド回転速度150rpmにおいて、仮想充填率が約0.6以上となるのは、貫通孔の孔径が約5mm以下である。また、研磨パッド回転速度150rpmにおいて、仮想充填率が約0.8以上となるのは、貫通孔の孔径が約3mm以下である。   15 and FIG. 16, as in the case shown in FIG. 14, the virtual filling rate becomes about 0.6 or more at the polishing pad rotation speed of 150 rpm because the hole diameter of the through hole is about 5 mm or less. It is. Further, when the polishing pad rotation speed is 150 rpm, the virtual filling rate becomes about 0.8 or more when the diameter of the through hole is about 3 mm or less.

以上から、貫通孔の孔径を5mm以下にすることが好ましく、また孔径を3mm以下にすることが更に好ましい。ここで、孔径が小さすぎると、電解液が貫通孔内に入り難くなり充填率が小さくなるばかりでなく、多数の貫通孔の加工に多大な費用と時間が掛かるといった不都合がある。したがって、貫通孔の孔径は、0.1mm以上が好ましく、更に好ましくは0.3mm以上である。   From the above, the hole diameter of the through hole is preferably 5 mm or less, and more preferably 3 mm or less. Here, when the hole diameter is too small, not only does the electrolyte hardly enter the through hole and the filling rate becomes small, but there is also a problem that it takes a lot of cost and time to process a large number of through holes. Therefore, the hole diameter of the through hole is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.3 mm or more.

したがって、基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される、貫通孔を有する研磨パッドにあっては、前記貫通孔の孔径(直径)が0.1mm〜5mmの範囲であることが好ましく、0.3mm〜3mmであることが更に好ましい。   Therefore, in a polishing pad having a through hole used for electrolytic composite polishing of a metal film on the substrate surface, the diameter (diameter) of the through hole is preferably in the range of 0.1 mm to 5 mm. More preferably, it is 3 mm to 3 mm.

また、基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される、対向電極と、該対向電極の表面に設置された研磨パッドとを有する電解複合研磨装置にあっては、該研磨パッド表面から前記対向電極に連通する貫通孔を該研磨パッドに有し、該貫通孔の孔径(直径)が0.1mm〜5mmである研磨パッドを使用することが好ましい。   Further, in an electrolytic composite polishing apparatus having a counter electrode and a polishing pad placed on the surface of the counter electrode, which is used for electrolytic composite polishing of a metal film on the substrate surface, It is preferable to use a polishing pad having a through-hole communicating with an electrode in the polishing pad and having a through-hole diameter (diameter) of 0.1 mm to 5 mm.

図17は、電解液流量Q=100mL/min、研磨パッド回転速度=75rpm、研磨パッドの回転中心から貫通孔中心までの距離R=150mm、研磨パッドの回転中心から基板の回転中心までの距離R=150mm、基板直径D=100mmとした場合の研磨パッド厚さと仮想充填率との関係を、貫通孔の孔径を変えて計算した結果である。図17から、仮想充填率が約0.6以上となるのは貫通孔の孔径が約5mm以下である。また、仮想充填率が約0.8以上となるのは貫通孔の孔径が約3mm以下である。 FIG. 17 shows the electrolyte flow rate Q = 100 mL / min, polishing pad rotation speed = 75 rpm, distance R 0 = 150 mm from the rotation center of the polishing pad to the center of the through hole, and distance from the rotation center of the polishing pad to the rotation center of the substrate. It is the result of having calculated the relationship between the polishing pad thickness and the virtual filling rate when R C = 150 mm and the substrate diameter D W = 100 mm, changing the hole diameter of the through hole. From FIG. 17, the virtual filling rate is about 0.6 or more when the diameter of the through hole is about 5 mm or less. The virtual filling rate is about 0.8 or more when the diameter of the through hole is about 3 mm or less.

なお、ここでは、図18(a)に示すように、カソードとなる支持部材254の表面が平坦で、研磨パッド101の厚さと、孔径Dの貫通孔101aの深さhが等しい場合を想定している。すなわち、図18(a)〜(d)に示すように、貫通孔101aの深さhは、カソードの構造によって変わるので、必ずしも研磨パッドの厚さと一致しない。図18(a)においては、カソードとなる支持部材254の表面が平坦で、研磨パッド101の厚さと貫通孔101aの深さhが等しい。図18(b)においては、カソードとなる支持部材254の研磨パッド101と共に貫通孔101aを形成する部分が突出しており、研磨パッド101の厚さが貫通孔101aの深さhよりも大きい。   Here, as shown in FIG. 18A, it is assumed that the surface of the support member 254 serving as the cathode is flat, and the thickness of the polishing pad 101 is equal to the depth h of the through hole 101a having the hole diameter D. ing. That is, as shown in FIGS. 18A to 18D, the depth h of the through hole 101a varies depending on the structure of the cathode, and therefore does not necessarily match the thickness of the polishing pad. In FIG. 18A, the surface of the support member 254 serving as the cathode is flat, and the thickness of the polishing pad 101 is equal to the depth h of the through hole 101a. In FIG. 18B, the portion of the support member 254 serving as the cathode that forms the through-hole 101a together with the polishing pad 101 protrudes, and the thickness of the polishing pad 101 is larger than the depth h of the through-hole 101a.

図18(c)においては、研磨パッド101の貫通孔101aの中にカソード254aが支持部材254とは別の部材として設置されており、研磨パッド101の厚さが貫通孔101aの深さhよりも大きい。図18(d)においては、カソードとなる支持部材254の研磨パッド101と共に貫通孔101aを形成する部分が窪んでおり、研磨パッド101の厚さが貫通孔101aの深さhよりも小さいので、研磨パッド101の表面とカソードとなる部分との実質的距離は研磨パッド101の厚さよりも大きい。   In FIG. 18C, the cathode 254a is installed in the through hole 101a of the polishing pad 101 as a member different from the support member 254, and the thickness of the polishing pad 101 is larger than the depth h of the through hole 101a. Is also big. In FIG. 18 (d), the portion of the support member 254 serving as the cathode that forms the through hole 101a together with the polishing pad 101 is recessed, and the thickness of the polishing pad 101 is smaller than the depth h of the through hole 101a. The substantial distance between the surface of the polishing pad 101 and the portion serving as the cathode is larger than the thickness of the polishing pad 101.

また、図19に示すように、カソードとなる支持部材254の表面が平坦で、研磨パッド101の厚さと貫通孔101a深さが等しい場合で、かつ、研磨パッド101が最表面層301とベース層302の2層構造を有する多層パッドである場合は、貫通孔101aの孔径が研磨パッド101の各層301,302ごとに同じか異なるかによって、貫通孔101aの深さhの取扱いが異なる。つまり、図19(a)に示すように、貫通孔101aが研磨パッド101の全体にわたって同じ孔径Dの場合、貫通孔101の深さhは研磨パッド101の全体の厚さとなる。図19(b),(c)に示すように、研磨パッド101が2層パッドで、貫通孔101aの最表面層301における孔径Dとベース層302における孔径Dが異なる場合(D≠D)、貫通孔101aの深さhは、ベース層302の厚さによらず、研磨パッド101の最表面層301の厚さと同じになる。 Further, as shown in FIG. 19, when the surface of the support member 254 serving as the cathode is flat, the thickness of the polishing pad 101 is equal to the depth of the through hole 101a, and the polishing pad 101 has the outermost surface layer 301 and the base layer. In the case of a multilayer pad having a two-layer structure 302, the handling of the depth h of the through hole 101a differs depending on whether the hole diameter of the through hole 101a is the same or different for each layer 301, 302 of the polishing pad 101. That is, as shown in FIG. 19A, when the through hole 101 a has the same hole diameter D 1 over the entire polishing pad 101, the depth h of the through hole 101 is the entire thickness of the polishing pad 101. FIG. 19 (b), the as shown in (c), the polishing pad 101 is a two-layer pad, if the hole diameter D 2 of the hole diameter D 1 and the base layer 302 in the outermost layer 301 of the through-hole 101a is different from (D 1 ≠ D 2 ), the depth h of the through hole 101 a is the same as the thickness of the outermost surface layer 301 of the polishing pad 101, regardless of the thickness of the base layer 302.

図19(d),(e)に示すように、最表面層301a、中間層301b及びベース層302の3層以上の研磨パッド101で、貫通孔101aの最表面層301aにおける孔径Dが他の層301b,302における孔径Dと異なる場合(D≠D)、貫通孔101aの深さhは最表面層301aの貫通孔の孔径Dと同じ径の層までの厚さになる。このように貫通孔101aの深さhを定義することで、貫通孔の構造が異なっても仮想充填率を同じにすればカソードと導電膜との間の電気抵抗を概略同等にすることができる。 As shown in FIG. 19 (d), (e) , the outermost layer 301a, an intermediate layer 301b and the polishing pad 101 of three or more layers of the base layer 302, hole diameter D 1 in the outermost surface layer 301a of the through holes 101a are other When the hole diameter is different from the hole diameter D 3 in the layers 301b and 302 (D 1 ≠ D 3 ), the depth h of the through hole 101a is the thickness up to the layer having the same diameter as the hole diameter D 1 of the through hole of the outermost surface layer 301a. . By defining the depth h of the through hole 101a in this manner, even if the structure of the through hole is different, the electrical resistance between the cathode and the conductive film can be made substantially equal by making the virtual filling rate the same. .

その場合、仮想充填率の計算に用いる貫通孔101aの孔径Dは最表面層301または301aの孔径Dとなる。なお、研磨パッドを多層構造とすると、例えば下層を比較的軟らかい材質、上層を硬い材質で形成することにより、基板全体の加工速度の均一性と局所的な段差解消性を両立することができる。 In that case, the pore size D of the through holes 101a used to calculate the virtual fill rate is hole diameter D 1 of the outermost layer 301 or 301a. When the polishing pad has a multilayer structure, for example, the lower layer is formed of a relatively soft material and the upper layer is formed of a hard material, so that both the uniformity of the processing speed of the entire substrate and the local level difference can be solved.

また上記において、最表面層301または301aとベース層302を備えた研磨パッド101について説明した通り、研磨パッド101が電解複合研磨装置の支持部材254、即ち対向電極上に載置される際にベース層302が対向電極254に接するように載置されるので、研磨パッドの基板表面の金属膜と接触する面と反対側の面のことを研磨パッドの対向電極側の面と言うこともできる。   In the above description, as described for the polishing pad 101 having the outermost surface layer 301 or 301a and the base layer 302, the base when the polishing pad 101 is placed on the support member 254 of the electrolytic composite polishing apparatus, that is, the counter electrode. Since the layer 302 is placed so as to be in contact with the counter electrode 254, the surface of the polishing pad opposite to the surface in contact with the metal film can also be referred to as the surface of the polishing pad on the counter electrode side.

また、図20(a)〜(e)に示すように、図19(a)〜(e)にて示した研磨パッド101と、導電性を有する閉塞部材303とを備えて研磨用品を構成し、該研磨用品を前記閉塞部材303がカソードとなる支持部材254側に面するように載置しても同様の効果を得ることができる。即ち、この場合、閉塞部材303は研磨パッド101の貫通孔101aの支持部材254側の開口部を閉塞する。   As shown in FIGS. 20A to 20E, the polishing pad 101 shown in FIGS. 19A to 19E and a conductive closing member 303 are provided to constitute a polishing article. Even if the polishing article is placed so that the closing member 303 faces the support member 254 serving as the cathode, the same effect can be obtained. That is, in this case, the closing member 303 closes the opening on the support member 254 side of the through hole 101 a of the polishing pad 101.

ところで、上記図18から図20に関する説明を含めて、「研磨パッド101の貫通孔101a」というように記載したが、該貫通孔101aとは研磨パッド101の基板表面の金属膜を研磨する側の面と支持部材254側の面とを貫通する孔という意味であって、電解複合研磨実行時においては研磨パッド101が支持部材254上に載置されるため、該貫通孔は支持部材254により閉塞された孔という態様を呈するから、閉塞孔として機能することは言うまでもない。また図20のように研磨用品を構成した場合は、貫通孔101aは閉塞部材303の存在により閉塞孔として機能する。   By the way, including the explanation regarding FIG. 18 to FIG. 20, it is described as “the through hole 101 a of the polishing pad 101”. The through hole 101 a is the side of the polishing pad 101 on the side where the metal film on the substrate surface is polished. This means a hole that penetrates the surface and the surface on the support member 254 side, and the polishing pad 101 is placed on the support member 254 when the electrolytic composite polishing is performed. Needless to say, it functions as a closed hole. When the polishing article is configured as shown in FIG. 20, the through hole 101 a functions as a blocking hole due to the presence of the blocking member 303.

また、多層構造を有する研磨パッドにおいて、基板表面の金属膜と接触する最表面層が導電性を有し、下層が絶縁性を有する研磨パッドであれば、電源252(図7参照)の陽極を基板Wの導電膜に代えて研磨パッドの最表面層に接続することにより研磨パッドの最表面層から金属膜のほぼ全面に給電できるので、接点効果が低減でき、給電電極を別に設けるよりも加工速度の基板面内均一性が良好となる。   Further, in a polishing pad having a multilayer structure, if the outermost surface layer in contact with the metal film on the substrate surface is conductive and the lower layer is insulating, the anode of the power source 252 (see FIG. 7) is used. By connecting to the outermost surface layer of the polishing pad instead of the conductive film of the substrate W, power can be supplied to almost the entire surface of the metal film from the outermost surface layer of the polishing pad, so that the contact effect can be reduced and processing is performed rather than providing a power supply electrode separately. The in-plane uniformity of speed is good.

図21は、電解液流量Q=900mL/min、研磨パッド回転速度=75rpm、研磨パッドの回転中心から貫通孔中心までの距離R=240mm、研磨パッドの回転中心から基板の回転中心までの距離R=240mm、基板直径D=300mmとした場合の研磨パッドの厚さと仮想充填率との関係を、貫通孔の孔径を変えて計算した結果である。また、図22は、電解液流量Q=2,000mL/min、研磨パッド回転速度=75rpm、研磨パッドの回転中心から貫通孔中心までの距離R=315mm、研磨パッドの回転中心から基板の回転中心までの距離R=315mm、基板直径D=450mmとした場合の研磨パッドの厚さと仮想充填率との関係を、貫通孔の孔径を変えて計算した結果である。なお、これらの場合においても、研磨パッドの厚さと貫通孔の深さが等しい場合を想定している。 FIG. 21 shows electrolyte flow rate Q = 900 mL / min, polishing pad rotation speed = 75 rpm, distance R 0 = 240 mm from the rotation center of the polishing pad to the center of the through hole, and distance from the rotation center of the polishing pad to the rotation center of the substrate. R C = 240 mm, the relationship between the thickness and virtual filling ratio of the polishing pad in the case where the substrate diameter D W = 300 mm, the result of calculation by changing the diameter of the through-hole. FIG. 22 shows an electrolyte flow rate Q = 2,000 mL / min, polishing pad rotation speed = 75 rpm, distance R 0 = 315 mm from the rotation center of the polishing pad to the center of the through hole, and rotation of the substrate from the rotation center of the polishing pad. It is the result of having calculated the relationship between the thickness of the polishing pad and the virtual filling rate when the distance to the center R C = 315 mm and the substrate diameter D W = 450 mm and changing the hole diameter of the through hole. In these cases, it is assumed that the thickness of the polishing pad is equal to the depth of the through hole.

図21及び図22のいずれの場合においても、図17の場合と同様に、仮想充填率が約0.6以上となるのは、貫通孔の孔径が約5mm以下である。また、仮想充填率が約0.8以上となるのは、貫通孔の孔径が約3mm以下である。   In both cases of FIG. 21 and FIG. 22, the virtual filling rate is about 0.6 or more, as in the case of FIG. The reason why the virtual filling rate is about 0.8 or more is that the diameter of the through hole is about 3 mm or less.

また、図17、図21及び図22から、貫通孔の深さ(カソードとなる支持部材の表面が平坦な場合は研磨パッド厚さ)が0.5mm以下であれば、研磨パッドの厚みを薄くすることなどにより、貫通孔深さを小さくして充填率を大きくするのに有利であることが分かる。しかし、貫通孔深さが小さすぎると、研磨パッドの磨耗などによる貫通孔深さの維持が困難となり、研磨パッドの交換頻度が多くなってしまう。これは、コスト高に繋がるばかりか、装置を止める必要があるため、スループットの低下につながってしまう。したがって、貫通孔深さは0.1mm以上であることが好ましい。   In addition, from FIGS. 17, 21 and 22, if the depth of the through hole (the thickness of the polishing pad when the surface of the support member serving as the cathode is flat) is 0.5 mm or less, the thickness of the polishing pad is reduced. By doing this, it can be seen that it is advantageous to increase the filling rate by reducing the depth of the through hole. However, if the depth of the through hole is too small, it is difficult to maintain the depth of the through hole due to wear of the polishing pad, and the frequency of replacement of the polishing pad increases. This not only leads to high costs, but also leads to a decrease in throughput because it is necessary to stop the apparatus. Therefore, the through hole depth is preferably 0.1 mm or more.

したがって、基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される、貫通孔を有する研磨パッドにあっては、前記貫通孔の孔径が0.1mm〜5mmの範囲であり、貫通孔の深さが0.1mm〜0.5mmの範囲であることが好ましい。   Therefore, in the polishing pad having through holes used for electrolytic composite polishing of the metal film on the substrate surface, the diameter of the through holes is in the range of 0.1 mm to 5 mm, and the depth of the through holes is 0. It is preferably in the range of 1 mm to 0.5 mm.

また、基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される、対向電極(支持部材)と、該対向電極上に載置される研磨パッドとを有する電解複合研磨装置にあっては、該研磨パッドの基板を加工する側の表面から前記対向電極に連通する貫通孔を該研磨パッドに有し、該貫通孔の孔径が0.1mm〜5mmの範囲、かつ前記貫通孔の深さが0.1mm〜0.5mmの範囲である研磨パッドを使用することが好ましい。   Further, in an electrolytic composite polishing apparatus having a counter electrode (support member) and a polishing pad placed on the counter electrode, which is used for electrolytic composite polishing of a metal film on a substrate surface, the polishing pad The polishing pad has a through hole communicating with the counter electrode from the surface on the substrate processing side, the diameter of the through hole is in the range of 0.1 mm to 5 mm, and the depth of the through hole is 0.1 mm. It is preferred to use a polishing pad that is in the range of ~ 0.5 mm.

また、図17、図21及び図22から、研磨パッド厚さ、もしくは貫通孔深さが0.5mm以上であっても、研磨パッド厚さ、もしくは貫通孔深さが大きいほど、充填率を大きくするのに有利であることが分かる。これは、式5の右辺第2項において、D/h(=貫通孔径/貫通孔深さ)が小さくなると仮想充填率が大きくなることに対応する。   Moreover, even if the polishing pad thickness or the through hole depth is 0.5 mm or more from FIGS. 17, 21, and 22, the larger the polishing pad thickness or the through hole depth, the larger the filling rate. It turns out that it is advantageous to do. This corresponds to the fact that in the second term on the right side of Equation 5, the virtual filling factor increases as D / h (= through hole diameter / through hole depth) decreases.

図23は、電解液供給量Q=100mL/minとした場合に、研磨パッドの回転中心から貫通孔中心までの距離Rを150mm〜315mm、研磨パッドの回転中心から基板の回転中心までの距離Rを150mm〜315mm、基板直径Dを100mm〜450mm、研磨パッド回転速度を25rpm〜500rpm、貫通孔の孔径Dを1mm〜20mm、研磨パッド厚さを0.5mm〜5mmの範囲で変化させ、貫通孔の孔径/研磨パッド厚さと仮想充填率との関係を計算した結果である。なお、ここではカソードとなる支持部材の表面が平坦で、研磨パッドの厚さと貫通孔深さが等しい場合を想定している。 FIG. 23 shows that the distance R 0 from the center of rotation of the polishing pad to the center of the through hole is 150 mm to 315 mm and the distance from the center of rotation of the polishing pad to the center of rotation of the substrate when the electrolyte supply amount Q is 100 mL / min. The RC is 150 mm to 315 mm, the substrate diameter D W is 100 mm to 450 mm, the polishing pad rotation speed is 25 rpm to 500 rpm, the through hole diameter D is 1 mm to 20 mm, and the polishing pad thickness is changed in the range of 0.5 mm to 5 mm. It is the result of calculating the relationship between the hole diameter of the through hole / the polishing pad thickness and the virtual filling rate. Here, it is assumed that the surface of the support member serving as the cathode is flat and the thickness of the polishing pad is equal to the depth of the through hole.

図23より、孔径/研磨パッド厚さが大きい場合、特に孔径が大きい場合に、仮想充填率が小さくなる傾向が見られる。また、孔径/研磨パッド厚さが小さく、かつ孔径が小さいと仮想充填率が大きくなる。更に、孔径が5mm以下で、かつ孔径/厚さが10以下であれば、仮想充填率が約0.6以上である。また、孔径が3mm以下で、かつ孔径/厚さが6以下であれば、仮想充填率が約0.8以上である。   From FIG. 23, when the hole diameter / polishing pad thickness is large, especially when the hole diameter is large, the virtual filling rate tends to decrease. Further, when the hole diameter / polishing pad thickness is small and the hole diameter is small, the virtual filling rate increases. Furthermore, if the hole diameter is 5 mm or less and the hole diameter / thickness is 10 or less, the virtual filling rate is about 0.6 or more. If the hole diameter is 3 mm or less and the hole diameter / thickness is 6 or less, the virtual filling rate is about 0.8 or more.

なお、前述したように、貫通孔の孔径の下限は、好ましくは0.1mm、更に好ましくは0.3mmである。ここで、研磨パッド厚さの上限を5mmとした場合、孔径/厚さの下限は、好ましくは0.02、更に好ましくは0.06となる。   As described above, the lower limit of the diameter of the through hole is preferably 0.1 mm, more preferably 0.3 mm. Here, when the upper limit of the polishing pad thickness is 5 mm, the lower limit of the hole diameter / thickness is preferably 0.02, more preferably 0.06.

したがって、基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される、貫通孔を有する研磨パッドであっては、前記貫通孔の孔径が0.1mm〜5mmの範囲であり、厚さが0.5mm〜5mmで、孔径/厚さが0.02〜10の範囲であることが好ましい。前記貫通孔の孔径が0.3mm〜3mmの範囲であり、厚さが0.5mm〜5mmで、孔径/厚さが0.06〜6の範囲であることが更に好ましい。   Therefore, in the polishing pad having a through hole used for electrolytic composite polishing of the metal film on the substrate surface, the diameter of the through hole is in the range of 0.1 mm to 5 mm, and the thickness is 0.5 mm to The hole diameter / thickness is preferably in the range of 0.02 to 10 at 5 mm. More preferably, the through hole has a hole diameter in the range of 0.3 mm to 3 mm, a thickness of 0.5 mm to 5 mm, and a hole diameter / thickness of 0.06 to 6.

また、基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される、対向電極(支持部材)と、該対向電極上に載置される研磨パッドとを有する研磨装置にあっては、該研磨パッドの基板を加工する側の表面から前記対向電極に連通する貫通孔を該研磨パッドに有し、該貫通孔の孔径が0.1mm〜5mmであり、厚さが0.5mm〜5mmで、孔径/深さが0.02〜10の範囲である研磨パッドを使用することが好ましい。該貫通孔の孔径が0.3mm〜3mmであり、厚さが0.5mm〜5mmで、孔径/深さが0.06〜6の範囲である研磨パッドを使用することが更に好ましい。   In addition, in a polishing apparatus having a counter electrode (support member) and a polishing pad placed on the counter electrode, which is used for electrolytic composite polishing of a metal film on the substrate surface, the substrate of the polishing pad The polishing pad has a through hole that communicates with the counter electrode from the surface on the side to be processed, the through hole has a hole diameter of 0.1 mm to 5 mm, a thickness of 0.5 mm to 5 mm, and a hole diameter / depth. It is preferable to use a polishing pad having a thickness in the range of 0.02 to 10. It is more preferable to use a polishing pad having a through-hole diameter of 0.3 mm to 3 mm, a thickness of 0.5 mm to 5 mm, and a hole diameter / depth of 0.06 to 6.

ここで、式5を見てみると、右辺第2項の係数Cは、前述のように貫通孔の孔径Dに比例する無次元数であることから、D/h(=貫通孔径の2乗/貫通孔深さ)が小さくなると仮想充填率が大きくなることがわかる。図24は、電解液供給量Q=100mL/minとした場合に、研磨パッドの回転中心から貫通孔中心までの距離Rを150mm〜315mm、研磨パッドの回転中心から基板の回転中心までの距離Rを150mm〜315mm、基板直径Dを100mm〜450mm、研磨パッド回転速度を25rpm〜500rpm、貫通孔の孔径Dを1mm〜20mm、研磨パッド厚さを0.5mm〜5mmの範囲で変化させ、貫通孔の孔径の2乗/研磨パッド厚さと仮想充填率との関係を計算した結果である。なお、ここではカソードとなる支持部材の表面が平坦で、研磨パッド厚さと貫通孔深さが等しい場合を想定している。 Here, looking at Equation 5, since the coefficient C of the second term on the right side is a dimensionless number proportional to the hole diameter D of the through hole as described above, D 2 / h (= 2 of the through hole diameter). It can be seen that the virtual filling rate increases as the (multiplier / through hole depth) decreases. FIG. 24 shows the distance R 0 from the center of rotation of the polishing pad to the center of the through-hole when the electrolyte supply amount Q = 100 mL / min, and the distance from the center of rotation of the polishing pad to the center of rotation of the substrate. The RC is 150 mm to 315 mm, the substrate diameter D W is 100 mm to 450 mm, the polishing pad rotation speed is 25 rpm to 500 rpm, the through hole diameter D is 1 mm to 20 mm, and the polishing pad thickness is changed in the range of 0.5 mm to 5 mm. This is a result of calculating the relationship between the square of the diameter of the through hole / the polishing pad thickness and the virtual filling rate. Here, it is assumed that the surface of the support member serving as the cathode is flat and the polishing pad thickness is equal to the through hole depth.

図24より、孔径の2乗/研磨パッド厚さが大きい場合、特に孔径が大きい場合に仮想充填率が小さくなる傾向が見られる。また、孔径の2乗/研磨パッド厚さが小さく、かつ孔径が小さいと仮想充填率が大きくなる。更に、孔径が5mm以下で、かつ孔径の2乗/研磨パッド厚さが50mm以下であれば、仮想充填率が約0.6以上である。また、孔径が3mm以下で、かつ孔径の2乗/厚さが20mm以下であれば、仮想充填率が約0.8以上である。   From FIG. 24, when the square of the hole diameter / thickness of the polishing pad is large, especially when the hole diameter is large, the virtual filling rate tends to decrease. Further, when the square of the hole diameter / the polishing pad thickness is small and the hole diameter is small, the virtual filling rate increases. Furthermore, if the hole diameter is 5 mm or less and the square of the hole diameter / the polishing pad thickness is 50 mm or less, the virtual filling rate is about 0.6 or more. If the hole diameter is 3 mm or less and the square of the hole diameter / thickness is 20 mm or less, the virtual filling rate is about 0.8 or more.

なお、前述したように、貫通孔の孔径の下限は、好ましくは0.1mm、更に好ましくは0.3mmである。ここで、研磨パッド厚さの上限を5mmとした場合、孔径の2乗/厚さの下限は、孔径の2乗/研磨パッド厚さの式に、孔径=0.1mm及び研磨パッド厚さ=5mmを代入して、0.002を得るから、好ましくは0.002mmとなり、同じく前記の式に孔径の値のみ0.3mmに変えて代入して0.018を得るから、更に好ましくは0.018mmとなる。   As described above, the lower limit of the diameter of the through hole is preferably 0.1 mm, more preferably 0.3 mm. Here, when the upper limit of the polishing pad thickness is 5 mm, the lower limit of the square of the pore diameter / thickness is the formula of the square of the pore diameter / the polishing pad thickness: the pore diameter = 0.1 mm and the polishing pad thickness = Substituting 5 mm to obtain 0.002, preferably 0.002 mm. Similarly, only the value of the hole diameter is changed to 0.3 mm and substituted to obtain 0.018. 018 mm.

したがって、基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される電解複合研磨装置の対向電極上に載置される貫通孔を有する研磨パッドであっては、貫通孔の孔径が0.1mm〜5mmの範囲、かつ厚さが0.5mm〜5mmの範囲、かつ孔径の2乗/厚さが0.002mm〜50mmの範囲であることが好ましい。前記貫通孔の孔径が0.3mm〜3mmの範囲、かつ厚さが0.5mm〜5mmの範囲、かつ孔径の2乗/厚さが0.018mm〜18mmの範囲であることが更に好ましい。   Therefore, in the polishing pad having a through hole placed on the counter electrode of the electrolytic composite polishing apparatus used for the electrolytic composite polishing of the metal film on the substrate surface, the through hole has a hole diameter of 0.1 mm to 5 mm. Preferably, the thickness is in the range of 0.5 mm to 5 mm, and the square of the hole diameter / thickness is in the range of 0.002 mm to 50 mm. More preferably, the through hole has a hole diameter of 0.3 mm to 3 mm, a thickness of 0.5 mm to 5 mm, and a square of the hole diameter / thickness of 0.018 mm to 18 mm.

また、基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される、対向電極(支持部材)と、該対向電極上に載置される研磨パッドとを有する研磨装置にあっては、前記研磨パッドの基板を加工する側の表面から前記対向電極に連通する貫通孔を該研磨パッドに有し、該貫通孔の孔径が0.1mm〜5mmの範囲、かつ厚さが0.5mm〜5mmの範囲、かつ孔径の2乗/深さが0.002mm〜50mmの範囲である研磨パッドを使用することが好ましい。前記貫通孔の孔径が0.3mm〜3mmの範囲、かつ厚さが0.5mm〜5mmの範囲、かつ孔径の2乗/深さが0.018mm〜18mmの範囲である研磨パッドを使用することが更に好ましい。   Further, in a polishing apparatus having a counter electrode (support member) and a polishing pad placed on the counter electrode, which is used for electrolytic composite polishing of a metal film on the substrate surface, the substrate of the polishing pad The polishing pad has a through hole communicating with the counter electrode from the surface on the side where the metal is processed, the hole diameter of the through hole is in the range of 0.1 mm to 5 mm, and the thickness is in the range of 0.5 mm to 5 mm, and It is preferable to use a polishing pad having a square of pore diameter / depth of 0.002 mm to 50 mm. Use a polishing pad in which the hole diameter of the through hole is in the range of 0.3 mm to 3 mm, the thickness is in the range of 0.5 mm to 5 mm, and the square / depth of the hole diameter is in the range of 0.018 mm to 18 mm. Is more preferable.

また、式5を見てみると、右辺第2項は係数Cが前述のように貫通孔の孔径Dに比例する無次元数であることから、Dω/h(=貫通孔径の2乗×研磨パッドの角速度の2乗/貫通孔深さ)が小さくなると仮想充填率が大きくなることがわかる。図25は、電解液供給量Q=100mL/minとした場合に、研磨パッドの回転中心から貫通孔中心までの距離Rを150mm〜315mm、研磨パッドの回転中心から基板の回転中心までの距離Rを150mm〜315mm、基板直径Dを100mm〜450mm、研磨パッド回転速度を25rpm〜150rpm、貫通孔の孔径Dを1mm〜20mm、研磨パッド厚さを0.5mm〜5mmの範囲で変化させ、貫通孔の孔径の2乗×研磨パッドの角速度の2乗/研磨パッド厚さと仮想充填率との関係を計算した結果である。なお、ここではカソード電極となる支持部材の表面が平坦で、研磨パッド厚さと貫通孔深さが等しい場合を想定している。 Further, looking at Equation 5, since the second term on the right side is a dimensionless number in which the coefficient C is proportional to the hole diameter D of the through hole as described above, D 2 ω 2 / h (= 2 of the through hole diameter). It can be seen that the virtual filling rate increases as (multiplier × square of polishing pad angular velocity / through hole depth) decreases. FIG. 25 shows the distance R 0 from the center of rotation of the polishing pad to the center of the through-hole when the electrolyte supply amount Q is 100 mL / min, and the distance from the center of rotation of the polishing pad to the center of rotation of the substrate. RC is 150 mm to 315 mm, substrate diameter D W is 100 mm to 450 mm, polishing pad rotation speed is 25 rpm to 150 rpm, through hole hole diameter D is 1 mm to 20 mm, and polishing pad thickness is changed in the range of 0.5 mm to 5 mm. This is a result of calculating the relationship between the square of the diameter of the through hole × the square of the angular velocity of the polishing pad / the thickness of the polishing pad and the virtual filling rate. Here, it is assumed that the surface of the support member serving as the cathode electrode is flat and the polishing pad thickness is equal to the through-hole depth.

図25より、孔径の2乗×研磨パッドの角速度の2乗/研磨パッド厚さが大きいと、仮想充填率が小さくなる傾向が見られる。特に孔径が大きいと仮想充填率の低下傾向は顕著である。また、孔径の2乗×研磨パッドの角速度の2乗/研磨パッド厚さが小さく、かつ孔径が小さいと仮想充填率が大きくなる。孔径の2乗×研磨パッドの角速度の2乗/厚さが約500mm/s以下であれば、孔径によらず仮想充填率が約0.6以上である。更に、孔径の2乗×研磨パッドの角速度の2乗/研磨パッド厚さが約250mm/s以下であれば、孔径によらず仮想充填率が約0.8以上である。また、孔径が5mm以下で、かつ孔径の2乗×研磨パッドの角速度の2乗/厚さが約10,000mm/s以下であれば、仮想充填率が約0.6以上である。また、孔径が3mm以下で、かつ孔径の2乗×研磨パッドの角速度の2乗/研磨パッド厚さが約3,000mm/s以下であれば、仮想充填率が約0.8以上である。 FIG. 25 shows that the virtual filling rate tends to decrease when the square of the hole diameter × the square of the angular velocity of the polishing pad / the polishing pad thickness is large. In particular, when the pore size is large, the tendency to decrease the virtual filling rate is remarkable. Further, when the square of the hole diameter × the square of the angular velocity of the polishing pad / the polishing pad thickness is small and the hole diameter is small, the virtual filling rate increases. If the square of the hole diameter × the square of the angular velocity of the polishing pad / thickness is about 500 mm / s 2 or less, the virtual filling rate is about 0.6 or more regardless of the hole diameter. Furthermore, if the square of the hole diameter × the square of the angular velocity of the polishing pad / the polishing pad thickness is about 250 mm / s 2 or less, the virtual filling rate is about 0.8 or more regardless of the hole diameter. Further, if the hole diameter is 5 mm or less and the square of the hole diameter × the square of the angular velocity of the polishing pad / thickness is about 10,000 mm / s 2 or less, the virtual filling rate is about 0.6 or more. Further, if the hole diameter is 3 mm or less and the square of the hole diameter × the square of the angular velocity of the polishing pad / the polishing pad thickness is about 3,000 mm / s 2 or less, the virtual filling rate is about 0.8 or more. .

なお、前述したように、貫通孔の孔径の下限は、好ましくは0.1mm、更に好ましくは0.3mmである。ここで、研磨パッド厚さの上限を5mmとした場合、孔径の2乗×研磨パッドの角速度の2乗/厚さの下限は、孔径の2乗×研磨パッドの角速度の2乗/研磨パッド厚さの式に、孔径=0.1mm、角速度=25rpm(25×2×π/60(rad/s))及び研磨パッド厚さ=5mmを代入して、約0.01を得るから、好ましくは0.01mm/sと言うことができ、同じく前記の式に孔径の値のみ0.3mmに変えて代入して約0.1を得るから、更に好ましくは0.1mm/sと言える。 As described above, the lower limit of the diameter of the through hole is preferably 0.1 mm, more preferably 0.3 mm. Here, when the upper limit of the polishing pad thickness is 5 mm, the square of the hole diameter × the square of the angular velocity of the polishing pad / the lower limit of the thickness is the square of the hole diameter × the square of the angular velocity of the polishing pad / the polishing pad thickness. Substituting the hole diameter = 0.1 mm, the angular velocity = 25 rpm (25 × 2 × π / 60 (rad / s)) and the polishing pad thickness = 5 mm into the above equation, about 0.01 is obtained. It can be said to be 0.01 mm / s 2, and similarly, since only 0.1 is obtained by substituting only the value of the hole diameter into 0.3 mm to obtain about 0.1, it can be said that 0.1 mm / s 2 is more preferable.

したがって、基板表面の金属膜と対向電極との間に電解液を存在させ、前記金属膜と対向電極間に電圧を印加しつつ、前記基板と対向電極との間に配置された貫通孔を有する研磨パッドに前記基板表面を押圧しながら前記基板と前記研磨パッドとを相対移動させて、前記金属膜の表面を研磨する電解複合研磨方法において、前記貫通孔直径が0.1mm〜5mmであり、厚さが0.5mm〜5mmである研磨パッドを使用し、該研磨パッドを回転軸を中心に25rpm〜150rpmで回転運動させ、かつ前記研磨パッドの貫通孔の孔径の2乗×前記研磨パッドの回転運動の角速度の2乗/前記研磨パッドの厚さが0.01mm/s〜10,000mm/sの範囲で回転させることが好ましい。 Accordingly, an electrolyte is present between the metal film on the substrate surface and the counter electrode, and a voltage is applied between the metal film and the counter electrode, and a through hole is disposed between the substrate and the counter electrode. In the electrolytic composite polishing method of polishing the surface of the metal film by relatively moving the substrate and the polishing pad while pressing the substrate surface against a polishing pad, the through-hole diameter is 0.1 mm to 5 mm, A polishing pad having a thickness of 0.5 mm to 5 mm is used, the polishing pad is rotated about 25 to 150 rpm around the rotation axis, and the square of the diameter of the through hole of the polishing pad × the polishing pad square / the thickness of the polishing pad of the rotational movement angular velocity is preferably rotated in a range of 0.01mm / s 2 ~10,000mm / s 2 .

また、前記貫通孔直径が0.3mm〜3mm以下であり、厚さが0.5mm〜5mmである研磨パッドを使用し、該研磨パッドを回転軸を中心に25rpm〜150rpmで回転運動させ、かつ前記研磨パッドの貫通孔の孔径の2乗×前記研磨パッドの回転運動の角速度の2乗/前記研磨パッドの厚さが0.1mm/s〜3,000mm/sの範囲で回転させることが更に好ましい。 Further, a polishing pad having a through-hole diameter of 0.3 mm to 3 mm or less and a thickness of 0.5 mm to 5 mm is used, and the polishing pad is rotated about 25 to 150 rpm around the rotation axis, and rotating the square × range squared / the thickness of the polishing pad of rotational movement of the angular velocity of 0.1mm / s 2 ~3,000mm / s 2 of the polishing pad of the diameter of the through hole of the polishing pad Is more preferable.

また、基板表面の金属膜と対向電極との間に電解液を存在させ、前記金属膜と対向電極間に電圧を印加しつつ、前記基板と対向電極との間に配置された貫通孔を有する研磨パッドに前記基板表面を押圧しながら前記基板と前記研磨パッドとを相対移動させて、前記金属膜の表面を研磨する電解複合研磨方法において、前記貫通孔直径が0.1mm以上であり、厚さが0.5mm〜5mmである研磨パッドを使用し、該研磨パッドを回転軸を中心に25rpm〜150rpmで回転運動させ、かつ前記研磨パッドの貫通孔の孔径の2乗×前記研磨パッドの回転運動の角速度の2乗/前記研磨パッドの厚さが0.01mm/s〜500mm/sの範囲で回転させることが好ましい。 In addition, an electrolyte is present between the metal film on the substrate surface and the counter electrode, and a voltage is applied between the metal film and the counter electrode, and a through hole is disposed between the substrate and the counter electrode. In the electrolytic composite polishing method for polishing the surface of the metal film by moving the substrate and the polishing pad relative to each other while pressing the substrate surface against the polishing pad, the through-hole diameter is 0.1 mm or more, A polishing pad having a thickness of 0.5 mm to 5 mm is used, the polishing pad is rotated about 25 to 150 rpm around the rotation axis, and the square of the diameter of the through hole of the polishing pad × rotation of the polishing pad square / the thickness of the polishing pad of movement of angular velocity is preferably rotated in a range of 0.01 mm / s 2 500 mm / s 2.

また、前記貫通孔直径が0.3mm以上であり、厚さが0.5mm〜5mmである研磨パッドを使用し、該研磨パッドを回転軸を中心に25rpm〜150rpmで回転運動させ、かつ前記研磨パッドの貫通孔の孔径の2乗×前記研磨パッドの回転運動の角速度の2乗/前記研磨パッドの厚さが0.1mm/s〜250mm/sの範囲で回転させることが更に好ましい。 Further, a polishing pad having a through-hole diameter of 0.3 mm or more and a thickness of 0.5 mm to 5 mm is used, and the polishing pad is rotationally moved about 25 to 150 rpm around a rotation axis, and the polishing is performed. square / the thickness of the polishing pad of the angular velocity squared × the rotational movement of the polishing pad diameter of the through hole of the pad is more preferably rotated in a range of 0.1mm / s 2 ~250mm / s 2 .

また、基板表面の金属膜と対向電極との間に電解液を存在させ、前記金属膜と対向電極間に電圧を印加しつつ、前記基板表面を前記対向電極上に載置した研磨パッドに押圧しながら前記基板と前記研磨パッドとを相対移動させて、前記金属膜の表面を研磨する電解複合研磨方法において、前記研磨パッドはその厚さが0.5mm〜5mmの範囲にあり、前記対向電極に連通する孔径が0.1mm〜5mmの範囲の貫通孔を有し、前記研磨パッドの回転速度が25rpm〜150rpmの範囲、かつ、前記貫通孔の孔径の2乗×前記回転運動の角速度の2乗/前記貫通孔の深さが0.01mm/s〜10,000mm/sの範囲となるように前記研磨パッドを回転させることが好ましい。 Further, an electrolytic solution is present between the metal film on the substrate surface and the counter electrode, and the substrate surface is pressed against the polishing pad placed on the counter electrode while applying a voltage between the metal film and the counter electrode. In the electrolytic composite polishing method of polishing the surface of the metal film by relatively moving the substrate and the polishing pad while the polishing pad has a thickness in the range of 0.5 mm to 5 mm, the counter electrode A through hole having a diameter of 0.1 mm to 5 mm in communication with the polishing pad, a rotational speed of the polishing pad in a range of 25 rpm to 150 rpm, and a square of the diameter of the through hole x 2 of the angular velocity of the rotational motion. the depth of multiplication / the through hole is preferably rotated the polishing pad to be in the range of 0.01mm / s 2 ~10,000mm / s 2 .

これまでは研磨パッドの回転速度と加工速度の関係について、加工速度が式5から算出される仮想充填率と強い相関関係があるという知見に基づいて仮想充填率が好適な範囲となるように、即ち前記好適な範囲内とすることで研磨パッドの回転速度の変化量による加工速度の変化量が許容できる範囲内に収まるように、貫通孔の孔径や深さに着目して好適な条件を探索したが、貫通孔の開口率も好適な条件が存在すると考えられる。そこで発明者らは、貫通孔の孔径や開口率などから加工速度をシミュレーションする手法を考案し、半導体ウェーハ(基板)表面の銅膜(導電膜)の加工について貫通孔の孔径や開口率と加工速度の関係を調べ、段差解消性に優れた研磨パッドの開口率や研磨パッドの回転速度の条件を導いた。   So far, regarding the relationship between the rotational speed of the polishing pad and the processing speed, based on the knowledge that the processing speed has a strong correlation with the virtual filling ratio calculated from Equation 5, so that the virtual filling ratio is in a suitable range, In other words, by setting the value within the preferred range, a suitable condition is searched by paying attention to the diameter and depth of the through-hole so that the change amount of the processing speed due to the change amount of the rotation speed of the polishing pad is within an allowable range. However, it is considered that there are suitable conditions for the aperture ratio of the through holes. Therefore, the inventors have devised a method for simulating the processing speed from the hole diameter and opening ratio of the through hole, and the hole diameter and opening ratio of the through hole and the processing for processing the copper film (conductive film) on the surface of the semiconductor wafer (substrate). The relationship between the speeds was investigated, and the conditions of the polishing pad opening ratio and polishing pad rotation speed, which were excellent in level difference elimination, were derived.

ここでは、まずシミュレーションを実施するにあたって想定した電解複合研磨の加工メカニズムについて説明する。次に、想定した加工メカニズムに基づいて加工速度をシミュレーションする方法について説明する。   Here, the processing mechanism of the electrolytic composite polishing assumed in carrying out the simulation will be described first. Next, a method for simulating the machining speed based on the assumed machining mechanism will be described.

電解複合研磨の加工メカニズムには、溶解型と削膜型の2つのメカニズムが考えられる。溶解型は、酸化剤を用いてpHと電位の状態を銅の活性態域にして銅を溶解(Cu→Cu2++2e)することを基本とする。削膜型は、銅の表面を難溶性錯体に変化させ、この難溶性錯体を機械的に除去することを基本とする。通常は、この2つが同時に起きているが、どちらかが優勢になっていると考えられる。なお、段差解消は(即ち、基板表面に形成された導電膜表面の凹部と凸部との間の段差の解消は)、先述のように、両者とも凹部を保護膜で保護しつつ、主として凹部の外側(即ち上段部、凸部)を電解複合研磨することで実現する。ここでは溶解型の加工メカニズムを想定して加工速度をシミュレーションすることとした。 As the processing mechanism of the electrolytic composite polishing, two mechanisms of a dissolution type and a film-cutting type are conceivable. The dissolution type is based on dissolving copper (Cu → Cu 2+ + 2e) using an oxidizing agent so that the pH and potential are in the active state of copper. The film-cutting type is based on changing the surface of copper into a hardly soluble complex and mechanically removing the hardly soluble complex. Usually, the two occur at the same time, but one is considered dominant. Note that the level difference is eliminated (that is, the level difference between the concave portion and the convex portion on the surface of the conductive film formed on the surface of the substrate). This is realized by electrolytic composite polishing of the outer side (that is, the upper step and the convex). Here, the processing speed was simulated assuming a melting type processing mechanism.

想定した加工メカニズムのイメージを図26に示す。まず、図26(a)に示すように、導電膜(銅膜)66の表面が電解液50に接触することにより、電解液50中のBTA(ベンゾトリアゾール)などが導電膜66の表面に作用して保護膜70を形成する。次に、図26(b)に示すように、この保護膜70が研磨パッド101の非開口部(貫通孔101aの無い部分)で機械的に除去される。そして、図26(c)に示すように、主に研磨パッド101の貫通孔101a内での電解により導電膜66が溶解する。保護膜70は、研磨パッド101の非開口部により完全に除去されるとは限らず残留する場合もあるが、導電膜66は保護膜70が残留していても溶解する。なお、研磨パッド101の非開口部でも若干の電解が起こっていると考えられる。   An image of an assumed machining mechanism is shown in FIG. First, as shown in FIG. 26A, when the surface of the conductive film (copper film) 66 comes into contact with the electrolytic solution 50, BTA (benzotriazole) or the like in the electrolytic solution 50 acts on the surface of the conductive film 66. Thus, the protective film 70 is formed. Next, as shown in FIG. 26B, the protective film 70 is mechanically removed at the non-opening portion (the portion without the through hole 101 a) of the polishing pad 101. Then, as shown in FIG. 26C, the conductive film 66 is dissolved mainly by electrolysis in the through hole 101 a of the polishing pad 101. The protective film 70 is not necessarily completely removed by the non-opening portion of the polishing pad 101 and may remain, but the conductive film 66 is dissolved even if the protective film 70 remains. Note that it is considered that some electrolysis occurs even in the non-opening portion of the polishing pad 101.

加工速度をシミュレーションするにあたって、半導体ウェーハ等の基板表面上のある点における加工量を時々刻々算出し、加工終了時の加工量を加工時間で除して加工速度とする方法を採用した。前述の加工メカニズムに基づいて加工量を算出するために、まず、導電膜66の表面の保護膜70の厚さや被覆率などを表す量として“保護膜量”という言葉を定義する。保護膜量が小さいと導電膜66が溶解しやすく、保護膜量が大きいと導電膜66が溶解しにくいことは容易に想像できる。したがって、導電膜66の単位時間当たりの溶解量(溶解レート)は、この保護膜量に依存すると考えられる。   In simulating the processing speed, a processing amount at a certain point on the substrate surface such as a semiconductor wafer was calculated every moment, and the processing amount at the end of processing was divided by the processing time to obtain the processing speed. In order to calculate the processing amount based on the processing mechanism described above, first, the term “protective film amount” is defined as an amount representing the thickness, coverage, etc. of the protective film 70 on the surface of the conductive film 66. It can be easily imagined that when the amount of the protective film is small, the conductive film 66 is easily dissolved, and when the amount of the protective film is large, the conductive film 66 is difficult to dissolve. Therefore, it is considered that the amount of dissolution (dissolution rate) per unit time of the conductive film 66 depends on the amount of the protective film.

ここで、ある時刻・ある場所の保護膜量と、その保護膜量における溶解レートを知ることができれば、その時刻・場所における微小時間当たりの加工量(≒溶解量)を計算することができる。よって、シミュレーションにおいては、保護膜量を計算しながら溶解量を計算する必要がある。   Here, if the amount of the protective film at a certain time / place and the dissolution rate at the protective film amount can be known, the processing amount per minute time (≈dissolution amount) at the time / place can be calculated. Therefore, in the simulation, it is necessary to calculate the dissolution amount while calculating the protective film amount.

保護膜70は、導電膜66の表面が電解液50に接することによって形成され、研磨パッド101と接触することによって除去される。したがって、保護膜量は、接液による保護膜70の形成量から、研磨パッド101との接触による保護膜70の除去量を差し引くことで計算できる。よって、保護膜70の形成量と除去量を何らかの方法で推定できれば、保護膜量を計算することができる。   The protective film 70 is formed when the surface of the conductive film 66 is in contact with the electrolytic solution 50, and is removed by contacting the polishing pad 101. Therefore, the protective film amount can be calculated by subtracting the removal amount of the protective film 70 due to contact with the polishing pad 101 from the formation amount of the protective film 70 due to liquid contact. Therefore, if the formation amount and removal amount of the protective film 70 can be estimated by some method, the protective film amount can be calculated.

ここで、導電膜(銅)表面を研磨パッドで擦らずにそのまま電解液に接液させた場合、保護膜量は接液時間とともに大きくなり、次第にある量(飽和保護膜量)に漸近すると考えられる。このことから、単位時間当たりの保護膜の形成量(保護膜形成レート)は、保護膜量の関数になっていると考えられ、次の式8の関数を仮定した。   Here, when the surface of the conductive film (copper) is directly contacted with the electrolyte without rubbing with the polishing pad, the amount of the protective film increases with the liquid contact time, and gradually approaches a certain amount (saturated protective film amount). It is done. From this, it is considered that the formation amount of the protective film per unit time (protective film formation rate) is a function of the protective film amount, and the function of the following Expression 8 was assumed.

Figure 2009295914
Figure 2009295914

ここで、αは保護膜形成レート(単位は[1/s])、αは最大形成レート(保護膜量0の時の形成レート)([1/s])、ζ*は飽和保護膜量([−])、ζは保護膜量([−])である。
よって、微小時間(Δt)当たりの保護膜形成量は、
保護膜形成量=αΔt (式9)
となる。
Here, α is a protective film formation rate (unit: [1 / s]), α 0 is a maximum formation rate (formation rate when the amount of protective film is 0) ([1 / s]), and ζ * is a saturated protective film The amount ([−]) and ζ are the protective film amount ([−]).
Therefore, the amount of protective film formation per minute time (Δt) is
Protective film formation amount = αΔt (Formula 9)
It becomes.

図27に、保護膜形成レートの例として、最大形成レートを100[1/s]、飽和保護膜量を10とした場合の保護膜形成レートと保護膜量の関係を示し、図28に、研磨パッドで擦らない場合の保護膜形成レートと保護膜量の時間変化を示す。   As an example of the protective film formation rate, FIG. 27 shows the relationship between the protective film formation rate and the protective film amount when the maximum formation rate is 100 [1 / s] and the saturation protective film amount is 10, and FIG. The time change of the protective film formation rate and the amount of protective film when not rubbing with a polishing pad is shown.

一方、導電膜66の表面の保護膜70は、相対運動しながら研磨パッド101と接触することによって除去される。これは、従来のCMPの除去メカニズムと同様であると考えられる。したがって、保護膜70の除去量がプレストンの式に従い、研磨圧力と相対速度、研磨時間に比例すると仮定すると、保護膜除去量は下記の式10で表される。   On the other hand, the protective film 70 on the surface of the conductive film 66 is removed by coming into contact with the polishing pad 101 while relatively moving. This is considered to be the same as the conventional CMP removal mechanism. Therefore, assuming that the removal amount of the protective film 70 is proportional to the polishing pressure, the relative speed, and the polishing time according to the Preston equation, the protective film removal amount is expressed by the following equation 10.

保護膜除去量=kpvΔt=βvΔt (式10)
ここで、kは保護膜除去量に対するプレストン係数([1/(psi・m)])、pは研磨圧力([psi])、vは相対速度([m/s])、Δtは微小時間Δtのうちの研磨パッドとの接触時間([s])、βは圧力を組込んだ保護膜除去係数([1/m])である。
Protective film removal amount = kpvΔt p = βvΔt p (Formula 10)
Here, k Preston coefficient for protective film removal amount ([1 / (psi · m )]), p is polishing pressure ([psi]), v is the relative velocity ([m / s]), Δt p is small Of the time Δt, the contact time with the polishing pad ([s]), β is the protective film removal coefficient ([1 / m]) incorporating the pressure.

以上のように仮定した保護膜形成量と保護膜除去量から、保護膜量は次の式11で与えられる。
保護膜量=ζ=保護膜形成量−保護膜除去量=αΔt−βvΔt (式11)
From the protective film formation amount and the protective film removal amount assumed as described above, the protective film amount is given by the following equation (11).
Protective film weight = zeta = protective film forming amount - protective film removing amount = αΔt-βvΔt p (Formula 11)

なお、導電膜66の表面が研磨パッド101に接している時でも(即ち、研磨パッド101であって貫通孔101aが無い部分に接しているときでも)、研磨パッド101と導電膜66の間には電解液50が存在しうるので、保護膜70は、形成され続けていると考えられる。導電膜66の表面が研磨パッド101に接している場合、保護膜形成量<保護膜除去量、つまりαΔt<βvΔtの関係となり、結果として保護膜が除去されることになる。 Even when the surface of the conductive film 66 is in contact with the polishing pad 101 (that is, when the surface of the conductive film 66 is in contact with a portion of the polishing pad 101 that does not have the through-hole 101a), the conductive film 66 is interposed between the polishing pad 101 and the conductive film 66. Since the electrolytic solution 50 may exist, it is considered that the protective film 70 is continuously formed. If the surface of the conductive film 66 is in contact with a polishing pad 101, the protective film forming amount <protective film removal amount, i.e. Arufaderutati <become relationship Betabuiderutati p, protective film as a result is to be removed.

上述の方法により計算した保護膜量を元に、微小時間当たりの導電膜66の溶解量を計算する。その際に、保護膜量と導電膜66の溶解レートの関係が必要となる。導電膜66の溶解レートは、保護膜量が小さいときは大きく、保護膜量が大きいときは小さくなる。したがって、保護膜量と銅の溶解レートの関係を次の式12で仮定する。   Based on the protective film amount calculated by the above method, the dissolution amount of the conductive film 66 per minute time is calculated. At that time, the relationship between the amount of the protective film and the dissolution rate of the conductive film 66 is required. The dissolution rate of the conductive film 66 is large when the amount of the protective film is small, and is small when the amount of the protective film is large. Therefore, the relationship between the amount of the protective film and the copper dissolution rate is assumed by the following equation (12).

Figure 2009295914
Figure 2009295914

ここで、Rは銅の溶解レート([nm/s])、RE0は最大溶解レート(保護膜量0の時の溶解レート)([nm/s])、ζ**は限界保護膜量(溶解レートの傾きを決める量)([−])、REmは最小溶解レート([nm/s])である。また、MAX(a,b)はaとbの大きい方の値をとる関数である。 Here, R E is the copper dissolution rate ([nm / s]), R E0 is the maximum dissolution rate (dissolution rate when the amount of the protective film is 0) ([nm / s]), and ζ ** is the limit protective film Amount (amount that determines the slope of the dissolution rate) ([−]), R Em is the minimum dissolution rate ([nm / s]). MAX (a, b) is a function that takes the larger value of a and b.

図29に、一例として、最大溶解レートを100[nm/s]、限界保護膜量を10、最小溶解レートを30[nm/s]とした場合の保護膜量と導電膜(銅)の溶解レートの関係を示す。   In FIG. 29, as an example, the amount of the protective film and the dissolution of the conductive film (copper) when the maximum dissolution rate is 100 [nm / s], the limit protective film amount is 10, and the minimum dissolution rate is 30 [nm / s]. Shows the relationship between rates.

ここで、導電膜の溶解レートは、導電膜表面の電流密度に比例すると考えられる。保護膜量が均一であっても電流密度は場所により異なると考えられるため、溶解レートは、図30(a)に示すように、研磨パッド101の1つの貫通孔101a内であっても、厳密には均一では無いと考えられる。また、非開口部においても同様に、貫通孔101aから遠ざかるにしたがって、溶解レートが小さくなると考えられる。しかし、簡単化のために、図30(b)に示すように、保護膜量が均一であれば、貫通孔101a内の溶解レート分布は均一であると仮定した。   Here, the dissolution rate of the conductive film is considered to be proportional to the current density on the surface of the conductive film. Even if the amount of the protective film is uniform, the current density is considered to vary depending on the location. Therefore, as shown in FIG. 30 (a), the dissolution rate is strictly even within one through hole 101a of the polishing pad 101. Is not considered uniform. Similarly, in the non-opening portion, it is considered that the dissolution rate decreases as the distance from the through hole 101a increases. However, for simplification, as shown in FIG. 30B, it is assumed that the dissolution rate distribution in the through hole 101a is uniform if the protective film amount is uniform.

また、非開口部の溶解レートについても、保護膜量が均一であれば、研磨パッド101の貫通孔101aからの距離によらず均一であると仮定した。勿論、同じ貫通孔101aであっても、保護膜量が均一でなければ、溶解レートは、式12に従って均一ではなくなる。また、基板面内においても、アノード給電電極からの距離に依存する電流密度分布になっていると考えられる。しかし、本シミュレーションでは、導電膜の膜厚が十分厚いと仮定してこれを無視した。   Further, it was assumed that the dissolution rate of the non-opening portion was uniform regardless of the distance from the through hole 101a of the polishing pad 101 if the protective film amount was uniform. Of course, even with the same through-hole 101a, the dissolution rate is not uniform according to Equation 12 unless the protective film amount is uniform. Also, it is considered that the current density distribution depends on the distance from the anode feeding electrode even in the substrate plane. However, in this simulation, this was ignored on the assumption that the film thickness of the conductive film was sufficiently thick.

ここで、保護膜量が同じであれば、開口部の溶解レートと非開口部の溶解レートの比が等しくなると仮定すると、導電膜の溶解量は次の式13で与えられる。
導電膜(銅)の溶解量=RΔt+δRΔt (式13)
ここで、Δtは微小時間Δtのうちの研磨パッド101の貫通孔101aの開口部との接触時間([s])、δは溶解レート比(非開口部の溶解レート/開口部の溶解レート)([−])である。
Here, assuming that the ratio of the dissolution rate of the opening and the dissolution rate of the non-opening is equal if the protective film amount is the same, the dissolution amount of the conductive film is given by the following equation (13).
Dissolution amount of conductive film (copper) = R E Δt h + δR E Δt p (Formula 13)
Here, Δt h is the contact time ([s]) of the minute time Δt with the opening of the through-hole 101a of the polishing pad 101, and δ is the dissolution rate ratio (dissolution rate of the non-opening portion / dissolution rate of the opening portion). ) ([-]).

以上の計算を用いると、最終的に微小時間当たりの導電膜(銅)の加工量は、
導電膜の加工量=導電膜の溶解量=RΔt+δRΔt (式14)
となる。これを加工している間積算し、加工時間で割ると、下記の式15で示す導電膜(銅)の加工速度が得られる。
Using the above calculation, the processing amount of the conductive film (copper) per minute is finally
Processing amount of conductive film = Dissolution amount of conductive film = R E Δt h + δR E Δt p (Formula 14)
It becomes. When this is integrated during processing and divided by the processing time, the processing speed of the conductive film (copper) represented by the following formula 15 is obtained.

Figure 2009295914
Figure 2009295914

次に、シミュレーションプログラムの概要を述べる。加工速度のシミュレーションプログラムは、会話型数値解析ソフトウェアMATLABで作成した。図31に加工速度(加工レート)計算のメインプログラムのフローチャートを示す。メインプログラムでは、各種条件の設定や計算結果の保存、孔位置行列生成ルーチンや加工量計算ルーチンの呼び出しを行う。孔位置行列生成ルーチンは、研磨パッドに開口した貫通孔の中心座標を計算するルーチンである。   Next, an outline of the simulation program will be described. The machining speed simulation program was created with MATLAB interactive numerical analysis software MATLAB. FIG. 31 shows a flowchart of the main program for calculating the machining speed (machining rate). In the main program, various conditions are set, calculation results are saved, and a hole position matrix generation routine and machining amount calculation routine are called. The hole position matrix generation routine is a routine for calculating the center coordinates of the through hole opened in the polishing pad.

図32に、加工量計算ルーチンのフローチャートを示す。加工量計算ルーチンでは、初めに各種変数や行列を初期化した後に、時間0から時間の積算を開始する。
まず、基板上の全ての加工速度計算位置について、研磨パッド上の貫通孔(開口部)と接触しているか(即ち、前記加工速度計算位置が前記開口部となる場所に存在しているかどうか)判定する(干渉判定)。ここで接触していると判断された加工速度計算位置は、微小時間Δtの間ずっと開口部と接触していると仮定する。一方、研磨パッドの開口部と接触しない加工速度計算位置は、微小時間Δtの間ずっと開口部と接触しないと仮定する。
FIG. 32 shows a flowchart of a machining amount calculation routine. In the machining amount calculation routine, first, after initializing various variables and matrices, integration of time is started from time 0.
First, all processing speed calculation positions on the substrate are in contact with through holes (openings) on the polishing pad (that is, whether or not the processing speed calculation positions are present at the positions where the openings are formed). Determine (interference determination). Here, it is assumed that the machining speed calculation position determined to be in contact is in contact with the opening for the minute time Δt. On the other hand, it is assumed that the processing speed calculation position that does not contact the opening of the polishing pad does not contact the opening throughout the minute time Δt.

次に、全ての加工速度計算位置における相対速度vを計算する。相対速度vは、保護膜の除去量を計算する際に使用する。
次に、全ての加工速度計算位置において、開口部接触時間、非開口部接触時間、非開口部引掻き距離を計算する。ここで、先の開口部との干渉判定で接触するとなった場合は、開口部接触時間=Δt、非開口部接触時間=0、非開口部引掻き距離=0となる。また、先の開口部との干渉判定で接触しないとなった場合は、開口部接触時間=0、非開口部接触時間=Δt、非開口部引掻き距離=vΔtとなる。
Next, the relative speed v at all machining speed calculation positions is calculated. The relative speed v is used when calculating the removal amount of the protective film.
Next, the opening contact time, non-opening contact time, and non-opening scratching distance are calculated at all processing speed calculation positions. Here, when contact is made in the interference determination with the previous opening, the opening contact time = Δt, the non-opening contact time = 0, and the non-opening scratching distance = 0. When contact with the previous opening is not detected, the opening contact time = 0, the non-opening contact time = Δt, and the non-opening scratching distance = vΔt.

次に、1ステップ前の時刻での保護膜量を使って、保護膜形成レートαの計算(式8)と導電膜の溶解レートRの計算(式12)を実施する。その際、それぞれが負の値にならないようにする。
次に、保護膜量の計算を実施する。まず、式11を計算する。次にこの値を前の時刻の値に加えて、この時刻の保護膜量とする。その際、保護膜量が負の値にならないようにする。
Then, using the protective film of one preceding time points, performing the calculation of the protective film forming rate α calculated dissolution rate R E of (Equation 8) and conductive film (12). At that time, make sure that each does not become negative.
Next, the amount of protective film is calculated. First, Equation 11 is calculated. Next, this value is added to the value at the previous time to obtain the protective film amount at this time. At that time, the amount of the protective film should not be a negative value.

次に、電解による銅の溶解量の計算を実施する。まず、式13を計算する。次にこの値を前の時刻の値に加えて、この時刻までの積算の溶解量とする。
次に、次の時刻の計算に備えて、研磨パッドと基板をそれぞれ回転させる。より詳細には、孔の位置と加工速度計算位置をそれぞれの回転速度に応じた角度だけ回転させる。
Next, the amount of copper dissolved by electrolysis is calculated. First, Equation 13 is calculated. Next, this value is added to the value at the previous time to obtain the integrated dissolution amount up to this time.
Next, the polishing pad and the substrate are each rotated in preparation for the next time calculation. More specifically, the hole position and the machining speed calculation position are rotated by an angle corresponding to each rotation speed.

次に、時間を加算して時刻を更新する。また、履歴データを保存するために、履歴データを計算する。
以上を、設定した加工時間になるまで繰り返す。そして、最後に積算された銅の溶解量を導電膜の加工量とする。加工速度の算出は、加工速度計算メインプログラムで実施する。
Next, the time is updated by adding the time. Also, history data is calculated in order to save the history data.
The above is repeated until the set machining time is reached. Then, the amount of copper dissolution accumulated last is taken as the processing amount of the conductive film. The machining speed is calculated by the machining speed calculation main program.

上述のシミュレーションを実施するためには、式8〜式15に使用されている7つのシミュレーションパラメータを何らかの方法で決定する必要がある。シミュレーションパラメータをまとめて表1に示す。   In order to perform the above-described simulation, it is necessary to determine the seven simulation parameters used in Expressions 8 to 15 by some method. The simulation parameters are summarized in Table 1.

Figure 2009295914
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これらのパラメータのうち、溶解レート比と最小溶解レートについては実験により求め、溶解レート比を1/15、最小溶解レートを29nm/sとした。
また、溶解レート比と最小溶解レート以外のシミュレーションパラメータは、加工速度の孔径依存性と開口率依存性の実験結果から間接的に決定した。以下に、実験結果、その実験結果を用いてシミュレーションパラメータを最適化する方法、及び最適化結果について述べる。
Among these parameters, the dissolution rate ratio and the minimum dissolution rate were determined by experiment, and the dissolution rate ratio was 1/15 and the minimum dissolution rate was 29 nm / s.
The simulation parameters other than the dissolution rate ratio and the minimum dissolution rate were indirectly determined from the experimental results of the dependence of the processing speed on the hole diameter and the opening ratio. The following describes the experimental results, a method for optimizing simulation parameters using the experimental results, and the optimization results.

図33に、貫通孔深さ2.6mm、開口率31.4%、研磨パッド回転速度50rpm、電解液流量2000mL/min、研磨パッドの回転中心から基板の回転中心までの距離R=150mmにおける加工速度の孔径依存性の実験結果を示す。この場合、加工速度は孔径にほぼ比例して減少する。実験結果を直線近似した結果、図33中の太線のようになった。近似式は次の式16の通りである。
加工速度(nm/min)=−2.1×10×孔径(mm)+1.4×10 (式16)
FIG. 33 shows a through hole depth of 2.6 mm, an aperture ratio of 31.4%, a polishing pad rotation speed of 50 rpm, an electrolyte flow rate of 2000 mL / min, and a distance R C = 150 mm from the rotation center of the polishing pad to the rotation center of the substrate. The experimental result of the hole diameter dependence of processing speed is shown. In this case, the processing speed decreases almost in proportion to the hole diameter. As a result of linear approximation of the experimental result, a thick line in FIG. 33 was obtained. The approximate expression is as the following Expression 16.
Processing speed (nm / min) = − 2.1 × 10 1 × pore diameter (mm) + 1.4 × 10 3 (Formula 16)

図34に、貫通孔の孔径5mm、深さ2.6mm、研磨パッド回転速度50rpm、電解液流量2000mL/min、研磨パッドの回転中心から基板の回転中心までの距離R=150mmにおける加工速度の開口率依存性の実験結果を示す。この場合、加工速度は開口率の増加にしたがって大きくなるが、開口率45%でほぼ頭打ちになる。実験結果を多項式近似した結果、図34中の太線のようになった。近似式は次の式17の通りである。
加工速度(nm/min)=−5.0×10−1×{開口率(%)}
+3.9×10×開口率(%)+5.4×10 (式17)
FIG. 34 shows the processing speed at a hole diameter of 5 mm, a depth of 2.6 mm, a polishing pad rotation speed of 50 rpm, an electrolyte flow rate of 2000 mL / min, and a distance R C = 150 mm from the rotation center of the polishing pad to the rotation center of the substrate. The experimental result of aperture ratio dependence is shown. In this case, the processing speed increases as the aperture ratio increases, but almost reaches a peak at an aperture ratio of 45%. As a result of approximating the experimental result by polynomial approximation, a thick line in FIG. 34 is obtained. The approximate expression is as the following Expression 17.
Processing speed (nm / min) = − 5.0 × 10 −1 × {aperture ratio (%)} 2
+ 3.9 × 10 1 × Aperture ratio (%) + 5.4 × 10 2 (Formula 17)

次に、上述の実験結果を用いてシミュレーションパラメータを決定する方法について述べる。シミュレーションパラメータは、図35に定義する目的関数、すなわち計算値と実験式との距離の2乗和が最小となるようなパラメータを探索して決定した。このように、目的関数の最小あるいは最大を見つける過程を最適化と呼ぶ。
目的関数=l1 2+l2 2+l3 2+l4 2+l5 2+l6 2+l7 2 (式18)
Next, a method for determining simulation parameters using the above experimental results will be described. The simulation parameters were determined by searching for an objective function defined in FIG. 35, that is, a parameter that minimizes the sum of squares of the distance between the calculated value and the empirical formula. The process of finding the minimum or maximum of the objective function is called optimization.
Objective function = l 1 2 + l 2 2 + l 3 2 + l 4 2 + l 5 2 + l 6 2 + l 7 2 (Equation 18)

シミュレーションパラメータの最適化には、MATLABのOptimization Toolboxを使用した。Optimization Toolboxには数多くの最適化に関するアルゴリズムが用意されているが、制約付き最小化を実行するfmincon関数を使用した。fmincon関数は、制約条件の下で目的関数を最小化するパラメータを自動で探索する関数であり、逐次二次計画法(Sequential Quadratic Programming:SQP法)を使用する。   MATLAB's Optimization Toolbox was used to optimize the simulation parameters. The Optimization Toolbox provides a number of optimization algorithms, but we used the fmincon function to perform constrained minimization. The fmincon function is a function that automatically searches for a parameter that minimizes the objective function under a constraint condition, and uses sequential quadratic programming (SQP method).

本シミュレーションの場合、決定しなければならないパラメータの数は、全パラメータ7つから実験で決定した溶解レート比と最小溶解レートを除いた5つである。しかし、各パラメータが独立でないためにその内の1つを固定し、最適化するパラメータの数は4つである。ここでは飽和保護膜量ζ*を固定した。 In the case of this simulation, the number of parameters to be determined is five excluding the dissolution rate ratio and the minimum dissolution rate determined in the experiment from all seven parameters. However, since each parameter is not independent, one of them is fixed and the number of parameters to be optimized is four. Here, the saturation protective film amount ζ * is fixed.

目的関数の計算には、上述の実験式(式16、式17)を用いた。計算値は、加工速度の孔径依存性及び開口率依存性を測定した実験と同じ条件(孔径及び開口率を除く)で計算した。また、孔径依存については孔径3mm、5mm、10mm、20mm、開口率依存については、開口率20%、31.4%、40%の場合の加工速度を計算した。   For the calculation of the objective function, the above empirical formulas (Formula 16 and Formula 17) were used. The calculated value was calculated under the same conditions (excluding the hole diameter and the opening ratio) as the experiment in which the hole diameter dependence and the opening ratio dependence of the processing speed were measured. For the hole diameter dependency, the processing speed was calculated when the hole diameters were 3 mm, 5 mm, 10 mm, and 20 mm, and for the opening ratio dependency, the opening ratios were 20%, 31.4%, and 40%.

シミュレーションパラメータの最適化結果を図36及び表2に示す。図36(a)が孔径依存性、図36(b)が開口率依存性である。グラフにおいて、三角マークが実験値、四角マークが計算値の基板面内平均、菱形マークが基板中心部での計算値である。このように、孔径依存性、開口率依存性ともに、実験結果と計算結果が良く一致した。   The simulation parameter optimization results are shown in FIG. FIG. 36A shows the hole diameter dependency, and FIG. 36B shows the aperture ratio dependency. In the graph, the triangular mark is the experimental value, the square mark is the average value in the substrate surface of the calculated value, and the diamond mark is the calculated value at the center of the substrate. Thus, the experimental results and the calculation results agreed well with respect to both the hole diameter dependency and the aperture ratio dependency.

Figure 2009295914
Figure 2009295914

図37に、加工速度の開口率依存性をシミュレーションした結果を示す。図37は、研磨パッド回転速度105rpm、電解液流量100mL/min、貫通孔深さ2.6mm、研磨パッドの回転中心から基板の回転中心までの距離R=150mmにおいて、孔径が1mm〜20mmまでの結果である。このように、加工速度が最大となる開口率があることが分かった。これは次のように説明できる。開口率が小さい範囲(図37では60%程度より小さい範囲)では、開口率が大きくなるにしたがって、開口部(貫通孔部)の総面積が大きくなり、電解による銅の溶解量が大きくなって、加工速度が大きくなる。しかし、開口率が大きい範囲(図37では60%程度より大きい範囲)では、開口率が大きくなるにしたがって、研磨パッドによる保護膜の除去量が小さくなり、保護膜量が大きくなるために、開口部の総面積が大きくなるにも関わらず加工速度が小さくなる。更に開口率が大きくなると(図37では開口率80%程度以上)、研磨パッドによる保護膜の除去能力が更に小さくなって、平均的な保護膜量が、導電膜の溶解レートが保護膜量に殆ど依存しない領域(例えば図29においては保護膜量が7より大きい領域)に近づくか又は入る。したがって、この領域では、開口率が大きくなると開口部の総面積が大きくなり、加工速度が大きくなる。また、図37からは、加工速度の最大となる開口率が、孔径に余り依存しないことが分かる。 FIG. 37 shows a result of simulating the dependency of the processing speed on the aperture ratio. FIG. 37 shows a polishing pad rotation speed of 105 rpm, an electrolyte flow rate of 100 mL / min, a through hole depth of 2.6 mm, and a hole diameter of 1 mm to 20 mm at a distance R C = 150 mm from the polishing pad rotation center to the substrate rotation center. Is the result of Thus, it has been found that there is an aperture ratio that maximizes the processing speed. This can be explained as follows. In a range where the aperture ratio is small (a range smaller than about 60% in FIG. 37), as the aperture ratio increases, the total area of the apertures (through holes) increases and the amount of copper dissolved by electrolysis increases. , Processing speed increases. However, in a range where the aperture ratio is large (a range larger than about 60% in FIG. 37), the removal amount of the protective film by the polishing pad decreases as the aperture ratio increases, and the amount of protective film increases. Although the total area of the part increases, the machining speed decreases. When the aperture ratio is further increased (in FIG. 37, the aperture ratio is about 80% or more), the ability to remove the protective film by the polishing pad is further reduced, and the average protective film amount is reduced by the conductive film dissolution rate. It approaches or enters a region that is hardly dependent (for example, a region in which the amount of the protective film is larger than 7 in FIG. 29). Therefore, in this region, when the aperture ratio is increased, the total area of the opening is increased, and the processing speed is increased. Also, from FIG. 37, it can be seen that the aperture ratio at which the processing speed is maximum does not depend much on the hole diameter.

図38は、電解液流量100mL/min、孔径5mm、貫通孔深さ2.6mm、研磨パッドの回転中心から基板の回転中心までの距離R=150mmにおいて、研磨パッド回転速度(図中はTT(ターンテーブル)回転速度として表記)が30rpm〜150rpmまでのシミュレーション結果である。図38から、研磨パッド回転速度が大きくなるほど加工速度のピークが顕著に現れ、かつピークの位置が高開口率側になることが分かる。 FIG. 38 shows a polishing pad rotation speed (TT in the figure) at an electrolyte flow rate of 100 mL / min, a hole diameter of 5 mm, a through hole depth of 2.6 mm, and a distance R C = 150 mm from the rotation center of the polishing pad to the rotation center of the substrate. (Turntable) is a simulation result from 30 rpm to 150 rpm. From FIG. 38, it can be seen that as the polishing pad rotation speed increases, the peak of the processing speed appears more prominently and the peak position is on the high aperture ratio side.

ここで、加工速度の開口率依存性と段差解消性の関係について、図38の研磨パッド回転速度75rpmの場合を例に考察する。図39に研磨パッド回転速度75rpmの場合の加工速度と平均保護膜量の開口率依存性のシミュレーション結果を示す。図39から、開口率が大きくなると平均保護膜量が大きくなることがわかる。これは次のように説明できる。平均保護膜量は、式8に示す保護膜形成レートαと、式10のβvに相当する保護膜除去レートとがそれぞれ作用する微小時間を含めてバランスする保護膜量である。開口率が大きくなると、開口部面積の増加によって研磨パッドの非開口部面積が小さくなり、研磨パッドによる保護膜除去レートが小さくなる。保護膜形成レートは、図27に示したように、保護膜量の増加にしたがって小さくなるが保護膜除去レートの減少の効果の方が大きく、保護膜形成レートと保護膜除去レートがバランスする点が、保護膜量の大きいほうへシフトする。したがって、平均保護膜量が大きくなる。   Here, the relationship between the dependence of the processing speed on the aperture ratio and the level difference elimination will be considered by taking the case of the polishing pad rotation speed of 75 rpm in FIG. 38 as an example. FIG. 39 shows a simulation result of the opening rate dependence of the processing speed and the average protective film amount when the polishing pad rotational speed is 75 rpm. FIG. 39 shows that the average protective film amount increases as the aperture ratio increases. This can be explained as follows. The average protective film amount is a protective film amount that balances including the minute time during which the protective film formation rate α shown in Expression 8 and the protective film removal rate corresponding to βv in Expression 10 act. As the aperture ratio increases, the non-opening area of the polishing pad decreases as the opening area increases, and the protective film removal rate by the polishing pad decreases. As shown in FIG. 27, the protective film formation rate decreases as the amount of the protective film increases, but the effect of decreasing the protective film removal rate is greater, and the protective film formation rate and the protective film removal rate are balanced. However, it shifts to the larger protective film amount. Therefore, the average protective film amount increases.

図39において、開口率が約50%より小さい領域では、開口率が大きくなるにしたがって、加工速度も大きくなる。この領域を領域Aと呼ぶことにする。領域Aは、導電膜表面に形成される保護膜が研磨パッドによって十分に除去される領域であると考えられる。したがって、導電膜表面に凹凸がある場合、凸部の保護膜を研磨パッドによって選択的に除去して、凸部の導電膜を優先的に溶解することができる。よって、加工の進行と共に凹凸の段差が次第に小さくなり、段差を解消できる。   In FIG. 39, in a region where the aperture ratio is less than about 50%, the processing speed increases as the aperture ratio increases. This area will be referred to as area A. Region A is considered to be a region where the protective film formed on the surface of the conductive film is sufficiently removed by the polishing pad. Therefore, when the conductive film surface has irregularities, the convex protective film can be selectively removed by the polishing pad to preferentially dissolve the convex conductive film. Therefore, the uneven step is gradually reduced with the progress of processing, and the step can be eliminated.

次に、開口率が約50%を超えると、加工速度は開口率の増加にしたがって小さくなる。この領域(開口率約50%〜80%)を領域Bと呼ぶことにする。領域Bは、保護膜の形成能力が保護膜の除去能力と同程度である領域と考えられる。図39から、領域Aに比べて領域Bの保護膜量の増加率が明らかに大きくなっていることが分かる。この領域Bでは、導電膜表面に凹凸がある場合、凸部の保護膜を研磨パッドによって選択的に除去する能力が領域Aに比べて劣る。したがって、領域Aに比べて段差を解消する能力が小さいと考えられる。   Next, when the aperture ratio exceeds about 50%, the processing speed decreases as the aperture ratio increases. This region (opening ratio: about 50% to 80%) will be referred to as region B. Region B is considered to be a region in which the protective film formation capability is comparable to the protective film removal capability. From FIG. 39, it can be seen that the increase rate of the protective film amount in the region B is clearly larger than that in the region A. In this region B, when the conductive film surface has irregularities, the ability to selectively remove the protective film on the convex portion with the polishing pad is inferior to that of the region A. Therefore, it is considered that the ability to eliminate the step is small compared to the region A.

例えば、開口率が約65%と約30%とにおいて、加工速度自体はほぼ同じ値を示しているが、開口率が約30%の場合では、凸部を優先的に加工しているのに対し、約65%の場合では凹部についても加工される結果、領域Bは、領域Aよりも段差は解消しにくいと考えられる。   For example, when the aperture ratio is about 65% and about 30%, the processing speed itself shows almost the same value, but when the aperture ratio is about 30%, the convex portion is processed preferentially. On the other hand, in the case of about 65%, as a result of processing the concave portion, it is considered that the step in the region B is more difficult to eliminate than the region A.

次に、開口率が約80%を超えると、加工速度が開口率の増加にしたがって大きくなる。この領域を領域Cと呼ぶことにする。領域Cは、保護膜の形成能力が保護膜の除去能力よりも大きな領域であると考えられる。この領域Cでは、平均保護膜量が、導電膜の溶解レートが保護膜量に殆ど依存しない領域に近づくか又は入るため、導電膜表面の凹部と凸部の溶解レートの差が小さくなり、段差を解消する能力が極めて小さいと考えられる。   Next, when the aperture ratio exceeds about 80%, the processing speed increases as the aperture ratio increases. This area will be referred to as area C. Region C is considered to be a region in which the protective film forming ability is larger than the protective film removing ability. In this region C, the average protective film amount approaches or enters a region where the dissolution rate of the conductive film hardly depends on the protective film amount. It is considered that the ability to solve the problem is extremely small.

以上より、段差解消性を得るには、領域Aまたは領域Bで加工を実施する必要がある。また、領域Aで加工を実施することが望ましい。ここで、図38に戻ってみると、各領域A〜Cの範囲が、研磨パッド回転速度によって変化することが分かる。研磨パッド回転速度が大きいほど、領域Aの範囲が大きくなり、領域Bとの境界が顕著になる。なお、研磨パッド回転速度30rpmでは、全ての開口率の範囲で段差解消能力の極めて小さい領域Cとなっている。したがって、研磨パッド回転速度は40rpm以上であることが望ましい。   As described above, it is necessary to perform processing in the region A or the region B in order to obtain the step resolution. Further, it is desirable to perform processing in the region A. Here, referring back to FIG. 38, it can be seen that the range of each of the regions A to C varies depending on the rotation speed of the polishing pad. As the polishing pad rotation speed increases, the range of the region A increases and the boundary with the region B becomes more prominent. Note that, at the polishing pad rotation speed of 30 rpm, the step C has a very small step-resolving capability in the entire aperture ratio range. Therefore, the polishing pad rotation speed is desirably 40 rpm or more.

なお、式10に示すように、保護膜の除去には、実質的には導電膜と研磨パッドとの相対速度が影響する。しかし、研磨パッドの回転速度に比べて基板の回転速度が極端に大きい場合を除いて、相対速度は、研磨パッドの回転速度に略比例するので、本明細書においては通常の研磨装置で設定するパラメータである研磨パッド回転速度としている。図38及び図39は、研磨パッドと基板の回転中心間距離が150mmの場合のシミュレーション結果であり、基板中心での相対速度に換算すると研磨パッド回転速度40rpmは約630mm/sとなる。したがって、研磨パッド回転速度が40rpm以上であり、更に、通常の条件では150rpm以下となることを考えると、運転範囲は40rpm〜150rpmとなることが望ましい。また、その際、併せて基板中心における研磨パッドと基板との相対速度が630mm/s以上となるようにすることが望ましい。   As shown in Equation 10, the relative speed between the conductive film and the polishing pad substantially affects the removal of the protective film. However, the relative speed is substantially proportional to the rotation speed of the polishing pad except when the rotation speed of the substrate is extremely high compared to the rotation speed of the polishing pad. Therefore, in this specification, the relative speed is set by a normal polishing apparatus. The polishing pad rotation speed is a parameter. 38 and 39 show simulation results when the distance between the rotation center of the polishing pad and the substrate is 150 mm. When converted to the relative speed at the center of the substrate, the polishing pad rotation speed 40 rpm is about 630 mm / s. Therefore, considering that the rotation speed of the polishing pad is 40 rpm or more and further 150 rpm or less under normal conditions, the operating range is desirably 40 rpm to 150 rpm. At that time, it is desirable that the relative speed between the polishing pad and the substrate at the center of the substrate is 630 mm / s or more.

図40に、領域Aと領域Bの境界となる貫通孔の開口率γ(%)と研磨パッド回転速度v[rpm]との関係を示す。図中曲線は、次の式19に示す近似式である。
=17×exp(0.03×γ) (式19)
FIG. 40 shows the relationship between the aperture ratio γ (%) of the through hole that becomes the boundary between the region A and the region B and the polishing pad rotation speed v p [rpm]. The curve in the figure is an approximate expression shown in the following Expression 19.
v p = 17 × exp (0.03 × γ) (Equation 19)

この曲線の上にあれば、即ちある開口率を選んだときに研磨パッドの回転速度がこの曲線で示される値以上であれば、領域Aということになる。研磨パッド回転速度40rpm〜150rpmの範囲においては、開口率が70%以下であれば研磨パッド回転速度を適切に選択することにより段差解消性の良い領域Aで加工することができる。しかし、余りに開口率が小さすぎると、図37及び図38に示したように、加工速度が小さくなる。したがって、開口率は20%以上であることが好ましい。   If it is on this curve, that is, if the rotation speed of the polishing pad is equal to or greater than the value indicated by this curve when a certain aperture ratio is selected, the region A is designated. In the range of the polishing pad rotation speed of 40 rpm to 150 rpm, if the aperture ratio is 70% or less, processing can be performed in the region A with good step resolution by appropriately selecting the polishing pad rotation speed. However, if the aperture ratio is too small, the processing speed becomes small as shown in FIGS. Therefore, the aperture ratio is preferably 20% or more.

なお前記研磨パッドの回転速度に関しては上述のように40rpm〜150rpmの範囲が好ましいから、例えば51rpm〜149rpmの範囲で回転させても良いし、55rpm〜145rpmの範囲で回転させても段差解消性の良い加工ができることは言うまでもない。また、式19の研磨パッド回転速度を基板中心における研磨パッドと基板との相対速度v[mm/s]で書き改めると、研磨パッドの回転中心と基板の回転中心との距離が150mmなので下記の式20となる。
v=267×exp(0.03×γ) (式20)
As described above, the rotational speed of the polishing pad is preferably in the range of 40 rpm to 150 rpm. For example, the polishing pad may be rotated in the range of 51 rpm to 149 rpm, or even in the range of 55 rpm to 145 rpm. Needless to say, good processing is possible. Further, when the rotational speed of the polishing pad of Formula 19 is rewritten by the relative speed v [mm / s] between the polishing pad and the substrate at the center of the substrate, the distance between the rotational center of the polishing pad and the rotational center of the substrate is 150 mm. Equation 20 is obtained.
v = 267 × exp (0.03 × γ) (Equation 20)

このようにして、研磨時の運転条件を考慮して研磨パッドの形状を規定することができる(例えば、図46参照)。
また、上記研磨パッドに用いられる材質に関しては、独立発泡ポリウレタンパッドや連続発泡のスウェードパッド、不織布パッド、及びそれらの中から選択したパッドを積層したパッドのいずれかを好適に使用することができる。
In this manner, the shape of the polishing pad can be defined in consideration of operating conditions during polishing (see, for example, FIG. 46).
Moreover, regarding the material used for the polishing pad, any of an independent foamed polyurethane pad, a continuous foamed suede pad, a nonwoven fabric pad, and a pad formed by laminating pads selected from these can be suitably used.

次に、上述の方法により、形状が規定された研磨パッドを用いて研磨加工を行うための研磨加工装置ないし方法の具体例を示す。   Next, a specific example of a polishing apparatus or method for performing polishing using a polishing pad having a shape defined by the above-described method will be described.

(第1実施形態)
(基板処理装置)
図41は、本発明に係る電解複合研磨装置を備えた基板処理装置の配置構成例を示す平面図である。
(First embodiment)
(Substrate processing equipment)
FIG. 41 is a plan view showing an arrangement configuration example of the substrate processing apparatus including the electrolytic composite polishing apparatus according to the present invention.

図41に示すように、基板処理装置300は、例えば、被研磨基板である多数の基板W(図2等参照)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。走行機構200の延長線上には、研磨前または研磨後に基板上の膜厚測定を行うITM(In-line Thickness Monitor)224が配置されている。   As shown in FIG. 41, the substrate processing apparatus 300 includes, for example, a load / unload stage that houses a substrate cassette 204 that stocks a large number of substrates W (see FIG. 2 and the like) that are substrates to be polished. A transport robot 202 having two hands is arranged on the traveling mechanism 200 so as to reach each substrate cassette 204 in the load / unload stage. The traveling mechanism 200 employs a traveling mechanism composed of a linear motor. By adopting a traveling mechanism composed of a linear motor, it is possible to stably and stably carry a substrate having a large diameter and an increased weight. On the extended line of the traveling mechanism 200, an ITM (In-line Thickness Monitor) 224 for measuring the film thickness on the substrate before or after polishing is disposed.

搬送ロボット202の走行機構200を挟んで、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。   Two drying units 212 are arranged on the opposite side of the substrate cassette 204 with the traveling mechanism 200 of the transfer robot 202 interposed therebetween. Each drying unit 212 is disposed at a position where the hand of the transfer robot 202 can reach. In addition, a substrate station 206 including four substrate platforms is disposed between the two drying units 212 at a position where the transfer robot 202 can reach.

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、本発明の実施形態における電解複合研磨装置250が2台配置されている。   A transfer robot 208 is disposed at a position that can reach each drying unit 212 and the substrate station 206. A cleaning unit 214 is disposed at a position where the hand of the transfer robot 208 can reach so as to be adjacent to the drying unit 212. The rotary transporter 210 is disposed at a position where the hand of the transfer robot 208 can be reached, and two electrolytic composite polishing apparatuses 250 according to the embodiment of the present invention are disposed at a position where the rotary transporter 210 and the substrate can be delivered. .

各電解複合研磨装置250は、ヘッド1、研磨テーブル100、研磨パッド101(図42等参照)、研磨パッド101に電解液を供給する電解液供給ノズル(電解液供給部)102、研磨パッド洗浄等のための純水を供給する純水供給ノズル103、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を有する、いわゆるロータリー方式の電解複合研磨装置250である。   Each electrolytic composite polishing apparatus 250 includes a head 1, a polishing table 100, a polishing pad 101 (see FIG. 42 and the like), an electrolyte supply nozzle (electrolyte supply unit) 102 that supplies an electrolytic solution to the polishing pad 101, a polishing pad cleaning, and the like. This is a so-called rotary-type electrolytic composite polishing apparatus 250 having a pure water supply nozzle 103 for supplying pure water, a dresser 218 for dressing the polishing pad 101, and a water tank 222 for cleaning the dresser 218. .

(電解複合研磨装置、ヘッド駆動部)
図42は、電解複合研磨装置250の概略構成例図である。
図42に示すように、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、ヘッド1の全体を昇降させるとともに、ヘッド本体2の下端に保持された半導体ウェーハ等の基板W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、基板W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。
(Electrolytic composite polishing equipment, head drive unit)
FIG. 42 is a schematic configuration example diagram of the electrolytic composite polishing apparatus 250.
As shown in FIG. 42, the head 1 is connected to a head drive shaft 11 via a universal joint portion 10, and the head drive shaft 11 is connected to a head air cylinder 111 fixed to a swing arm 110. ing. The head drive shaft 11 is moved up and down by the head air cylinder 111 to raise and lower the entire head 1 and press the substrate W such as a semiconductor wafer held at the lower end of the head body 2 against the polishing table 100. The head air cylinder 111 is connected to the compressed air source 120 via a regulator RE1, and the regulator RE1 can adjust the fluid pressure such as the air pressure of the pressurized air supplied to the head air cylinder 111. . Thereby, the pressing force with which the substrate W presses the polishing pad 101 can be adjusted.

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。   The head drive shaft 11 is connected to the rotary cylinder 112 via a key (not shown). The rotating cylinder 112 includes a timing pulley 113 on the outer periphery thereof. A head motor 114 as a rotation drive unit is fixed to the swing arm 110, and the timing pulley 113 is connected to a timing pulley 116 provided on the head motor 114 via a timing belt 115. Accordingly, when the head motor 114 is driven to rotate, the rotary cylinder 112 and the head drive shaft 11 rotate together via the timing pulley 116, the timing belt 115, and the timing pulley 113, and the polishing head 1 rotates. The swing arm 110 is supported by a shaft 117 that is fixedly supported by a frame (not shown).

(ヘッド)
図43はヘッド1の構成例を示す断面図であり、図44は図43に示すヘッド1の底面図である。図43に示すように、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材料から形成されている。
(head)
43 is a cross-sectional view showing a configuration example of the head 1, and FIG. 44 is a bottom view of the head 1 shown in FIG. As shown in FIG. 43, the head 1 includes a cylindrical container-shaped head main body 2 having an accommodating space therein, and a retainer ring 3 fixed to the lower end of the head main body 2. The head body 2 is formed of a material having high strength and rigidity, such as metal and ceramics. The retainer ring 3 is made of a material such as a highly rigid resin such as PPS (polyphenylene sulfide) or ceramics.

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。   The head body 2 is fitted to a cylindrical container-like housing part 2a, an annular pressure sheet support part 2b fitted inside the cylindrical part of the housing part 2a, and an outer peripheral edge part on the upper surface of the housing part 2a. And an annular seal portion 2c. The lower part of the retainer ring 3 fixed to the lower surface of the housing part 2a of the head body 2 protrudes inward. The retainer ring 3 may be formed integrally with the head body 2.

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。   The above-described head drive shaft 11 is disposed above the central portion of the housing portion 2 a of the head body 2, and the head body 2 and the head drive shaft 11 are connected by a universal joint portion 10. The universal joint portion 10 includes a spherical bearing mechanism that allows the head body 2 and the head drive shaft 11 to tilt relative to each other, and a rotation transmission mechanism that transmits the rotation of the head drive shaft 11 to the head body 2. 2, the pressing force and the rotational force of the head drive shaft 11 are transmitted to the head body 2 while allowing the tilting of the second drive shaft 11 to the head drive shaft 11.

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。   The spherical bearing mechanism is interposed between a spherical recess 11a formed at the center of the lower surface of the head drive shaft 11, a spherical recess 2d formed at the center of the upper surface of the housing portion 2a, and both recesses 11a, 2d. The bearing ball 12 is made of a high hardness material such as ceramics. The rotation transmission mechanism includes a drive pin (not shown) fixed to the head drive shaft 11 and a driven pin (not shown) fixed to the housing portion 2a. Even if the head body 2 is tilted, the driven pin and the driving pin are relatively movable in the vertical direction, so that they are engaged with each other by shifting their contact points, and the rotation transmission mechanism rotates the torque of the head driving shaft 11. Is reliably transmitted to the head body 2.

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。   In the space defined in the head body 2 and the retainer ring 3 fixed to the head body 2 integrally, an elastic pad 4 that contacts the substrate W such as a semiconductor wafer held by the polishing head 1 and an annular shape The holder ring 5 and the substantially disc-shaped chucking plate 6 that supports the elastic pad 4 are accommodated. The elastic pad 4 is sandwiched between a holder ring 5 and a chucking plate 6 fixed to the lower end of the holder ring 5, and covers the lower surface of the chucking plate 6. Thereby, a space is formed between the elastic pad 4 and the chucking plate 6.

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、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。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44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が延設されており、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。   A pressure sheet 7 made of an elastic film is stretched between the holder ring 5 and the head body 2. The pressure sheet 7 is formed of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, and silicon rubber. The pressure sheet 7 is fixed with one end sandwiched between the housing portion 2a of the head body 2 and the pressure sheet support portion 2b and the other end sandwiched between the upper end portion 5a of the holder ring 5 and the stopper portion 5b. ing. A pressure chamber 21 is formed inside the head main body 2 by the head main body 2, the chucking plate 6, the holder ring 5, and the pressure sheet 7. As shown in FIG. 44, a fluid passage 31 made of a tube, a connector, or the like is extended in the pressure chamber 21, and the pressure chamber 21 is supplied with a compressed air source via a regulator RE2 installed in the fluid passage 31. 120.

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。したがって、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。   When the pressure sheet 7 is made of an elastic body such as rubber, and the pressure sheet 7 is sandwiched and fixed between the retainer ring 3 and the head main body 2, the elastic deformation of the pressure sheet 7 as an elastic body. Therefore, a preferable plane cannot be obtained on the lower surface of the retainer ring 3. Therefore, in order to prevent this, in this example, the pressure sheet support portion 2b is provided as a separate member, and the pressure sheet 7 is sandwiched between the housing portion 2a of the head body 2 and the pressure sheet support portion 2b. It is fixed.

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43及び図44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。   Inside a space formed between the elastic pad 4 and the chucking plate 6, a center bag (center contact member) 8 as a contact member that contacts the elastic pad 4 and a ring tube (outer contact member) ) 9 is provided. In this example, as shown in FIGS. 43 and 44, the center bag 8 is disposed at the center of the lower surface of the chucking plate 6, and the ring tube 9 surrounds the periphery of the center bag 8. 8 is arranged outside. The elastic pad 4, the center bag 8, and the ring tube 9 are formed of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, silicon rubber, etc., like the pressure sheet 7. ing.

図43に示すように、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(エアバッグ)8及びリングチューブ(エアバッグ)9によって複数の空間に区画されており、センターバッグ8とリングチューブ9の間には圧力室(流体室)22が、リングチューブ9の外側には圧力室(流体室)23がそれぞれ形成されている。   As shown in FIG. 43, the space formed between the chucking plate 6 and the elastic pad 4 is partitioned into a plurality of spaces by the center bag (airbag) 8 and the ring tube (airbag) 9. A pressure chamber (fluid chamber) 22 is formed between the center bag 8 and the ring tube 9, and a pressure chamber (fluid chamber) 23 is formed outside the ring tube 9.

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(流体室)24が形成されている。   The center bag 8 includes an elastic film 81 that contacts the upper surface of the elastic pad 4 and a center bag holder (holding part) 82 that detachably holds the elastic film 81. A screw hole 82a is formed in the center bag holder 82, and the center bag 8 is detachably attached to the center portion of the lower surface of the chucking plate 6 by screwing a screw 55 into the screw hole 82a. . A center pressure chamber (fluid chamber) 24 is formed in the center bag 8 by an elastic membrane 81 and a center bag holder 82.

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(流体室)25が形成されている。   Similarly, the ring tube 9 includes an elastic film 91 that contacts the upper surface of the elastic pad 4 and a ring tube holder (holding portion) 92 that detachably holds the elastic film 91. A screw hole 92 a is formed in the ring tube holder 92, and the ring tube 9 is detachably attached to the lower surface of the chucking plate 6 by screwing a screw 56 into the screw hole 92 a. An intermediate pressure chamber (fluid chamber) 25 is formed inside the ring tube 9 by an elastic membrane 91 and a ring tube holder 92.

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。   The pressure chambers 22, 23, the central pressure chamber 24, and the intermediate pressure chamber 25 are in fluid communication with fluid passages 33, 34, 35, 36 made of tubes and connectors, respectively. It is connected to a compressed air source 120 as a supply source via regulators RE3, RE4, RE5, and RE6 installed in the respective fluid passages 33 to 36. The fluid paths 31 and 33 to 36 are connected to the regulators RE2 to RE6 via a rotary joint (not shown) provided at the upper end of the head drive shaft 11.

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42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。   In the pressure chamber 21 and the pressure chambers 22 to 25 above the chucking plate 6 described above, a pressurized fluid such as pressurized air or an atmospheric pressure is provided via fluid paths 31 and 33 to 36 communicated with the pressure chambers. And vacuum is supplied. As shown in FIG. 42, the pressures of the pressurized fluid supplied to the respective pressure chambers can be adjusted by the regulators RE2 to RE6 arranged on the fluid paths 31, 33 to 36 of the pressure chambers 21 to 25. . Thereby, the pressure inside each pressure chamber 21-25 can be controlled independently, respectively, or it can be made atmospheric pressure or a vacuum.

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。   Thus, by making the internal pressures of the pressure chambers 21 to 25 variable independently by the regulators RE2 to RE6, the pressing force for pressing the substrate W against the polishing pad 101 via the elastic pad 4 is applied to the portion of the substrate W. It can be adjusted for each (partition area).

また図43に示すように、チャッキングプレート6から圧力室22,23に複数の凸部42が立設されている。凸部42の先端は、開口部41を通って弾性パッド4の表面に露出している。凸部42の先端面から流体路43が延設され、図42に示す真空源121に接続されている。これにより、図43に示す凸部42の先端面で、基板Wを真空吸着しうるようになっている。   Further, as shown in FIG. 43, a plurality of convex portions 42 are erected from the chucking plate 6 to the pressure chambers 22 and 23. The tip of the convex portion 42 is exposed to the surface of the elastic pad 4 through the opening 41. A fluid passage 43 extends from the tip surface of the convex portion 42 and is connected to a vacuum source 121 shown in FIG. Thereby, the substrate W can be vacuum-sucked at the tip surface of the convex portion 42 shown in FIG.

(研磨テーブル、研磨パッド)
図45は電解複合研磨装置の研磨テーブル100を概略的に示す縦断面図である。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は、導電性材料(金属、合金、導電性プラスチックなど)で構成されている。この支持部材254の上面に研磨パッド101が取付けられており、研磨パッド101の上面が研磨面となっている。研磨テーブル100は回転機構(図示せず)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及び研磨パッド101と一体に回転可能となっている。この研磨パッド101には上下に貫通して支持部材254に達する多数の貫通孔101aが設けられている。
(Polishing table, polishing pad)
FIG. 45 is a longitudinal sectional view schematically showing a polishing table 100 of an electrolytic composite polishing apparatus. A disc-shaped support member 254 is fixed to the upper surface of the polishing table 100. The support member 254 is made of a conductive material (metal, alloy, conductive plastic, or the like). The polishing pad 101 is attached to the upper surface of the support member 254, and the upper surface of the polishing pad 101 is a polishing surface. The polishing table 100 is connected to a rotation mechanism (not shown), so that the polishing table 100 can rotate integrally with the support member 254 and the polishing pad 101. The polishing pad 101 is provided with a large number of through holes 101 a that penetrate vertically and reach the support member 254.

支持部材254は、電源252の陰極に接続されており、第1電極(カソード)、つまり基板Wの対向電極として機能する。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45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。   The support member 254 is connected to the cathode of the power source 252 and functions as the first electrode (cathode), that is, the counter electrode of the substrate W. Rollers, brushes, or the like are used as electrical contacts between the wiring extending from the power source 252 and the support member (cathode) 254. For example, as shown in FIG. 45, an electrical contact 262 can be brought into contact with the side surface of the support member 254. The electrical contact 262 is preferably formed of a soft metal having a small specific resistance, such as gold, silver, copper, platinum, or palladium.

研磨パッド101の側方に位置して、電源252の陽極に接続された第2電極(給電電極)264が配置されている。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から基板Wの導電膜に電圧が印加される。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、研磨パッド101の貫通孔101aに充填された電解液を通して電気的に接続される。なお、リテーナリング3の一部を導電性の物質として基板Wと電気接点をとれるようにすれば、第2電極264からリテーナリングを介して基板Wの導電膜に電圧を印加することも可能である。導電性物質は電解液に対する耐薬品性、電解研磨の際の電解反応による変質、パッドと接触する場合には耐磨耗性等を考慮して選択しなければならない。   A second electrode (power supply electrode) 264 connected to the anode of the power supply 252 is disposed on the side of the polishing pad 101. The head 1 is configured so that the substrate W comes into contact with the polishing surface with a part of the substrate W protruding to the side of the polishing pad 101, and the lower surface of the substrate W comes into contact with the second electrode 264. It has become. Thereby, a voltage is applied from the second electrode 264 to the conductive film of the substrate W. Then, the support member 254 as a cathode and the conductive film on the substrate W as an anode are electrically connected through an electrolytic solution filled in the through hole 101a of the polishing pad 101. If a part of the retainer ring 3 is made of a conductive substance so that an electrical contact can be made with the substrate W, a voltage can be applied from the second electrode 264 to the conductive film of the substrate W via the retainer ring. is there. The conductive material must be selected in consideration of chemical resistance to the electrolytic solution, alteration due to an electrolytic reaction during electropolishing, and wear resistance when contacting the pad.

研磨パッド101の貫通孔101aの孔径Dは2mmで、厚みhは2.6mmであり、これによって、孔径の2乗/厚さが1.54mmに設定されている。更に、図46に示すように、ピッチPが3.4mmの三角格子の頂点に貫通孔101aが設けられ、これによって、貫通孔101aの開口率は31.4%に設定されている。   The hole diameter D of the through hole 101a of the polishing pad 101 is 2 mm, and the thickness h is 2.6 mm. Thus, the square of the hole diameter / thickness is set to 1.54 mm. Further, as shown in FIG. 46, a through hole 101a is provided at the apex of a triangular lattice having a pitch P of 3.4 mm, and thereby the aperture ratio of the through hole 101a is set to 31.4%.

なお、例えば図18(b)〜(d)に示されるように支持部材254の研磨パッド101を載置する面において、研磨パッド101の貫通孔101aの位置に凹凸が形成されていたり、貫通孔101a内に支持部材254に接するようにカソード254aを配設する場合にあっては、研磨パッド101の厚さと貫通孔101aの深さhとは値が異なる。これらの場合には貫通孔101aの深さhの値を0.5mm〜5mmの範囲に設定すれば良い。即ち、貫通孔101aの孔径Dを0.1mm〜5mm、例えば2mm、研磨パッド101の貫通孔101aの深さhを0.5mm〜5mm、例えば2.6mm、孔径の2乗/厚さを0.002mm〜50mm、例えば1.54mmに設定し、更に、貫通孔101aの開口率を20%〜70%、例えば31.4%に設定されたものを使用しても良い。   For example, as shown in FIGS. 18B to 18D, unevenness is formed at the position of the through hole 101 a of the polishing pad 101 on the surface on which the polishing pad 101 of the support member 254 is placed, or the through hole When the cathode 254a is disposed in contact with the support member 254 in 101a, the thickness of the polishing pad 101 and the depth h of the through hole 101a are different from each other. In these cases, the value of the depth h of the through hole 101a may be set in the range of 0.5 mm to 5 mm. That is, the hole diameter D of the through hole 101a is 0.1 mm to 5 mm, for example 2 mm, the depth h of the through hole 101a of the polishing pad 101 is 0.5 mm to 5 mm, for example 2.6 mm, and the square of the hole diameter / thickness is 0. It may be set to 0.002 mm to 50 mm, for example, 1.54 mm, and the through hole 101a has an aperture ratio set to 20% to 70%, for example, 31.4%.

なお上記で「貫通孔101aの深さh」と述べたが、該貫通孔は一方の開口部が例えば支持部材254またはカソード254aによって閉塞されるので実質的な意味は「閉塞孔の深さh」と言うことになる。また図18(a)に示されるように支持部材254の研磨パッド101を載置する面が平坦面であるときには、「貫通孔101aの深さh」、即ち実質的な意味において「閉塞孔の深さh」は研磨パッド101の厚さと同じ値になることは言うまでもない。従って図18(a)に示される態様においては、貫通孔101aの孔径D、貫通孔101aの深さh、孔径の2乗/厚さおよび開口率の値は、上記図18(b)〜(d)での値と同様にすることができる。   In the above description, “the depth h of the through hole 101a” is described. However, since one of the through holes is closed by, for example, the support member 254 or the cathode 254a, the substantial meaning is “the depth h of the closed hole”. " 18A, when the surface on which the polishing pad 101 of the support member 254 is placed is a flat surface, “the depth h of the through-hole 101a”, that is, in a substantial sense, Needless to say, the depth h ”is the same as the thickness of the polishing pad 101. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 18A, the hole diameter D of the through hole 101a, the depth h of the through hole 101a, the square of the hole diameter / thickness, and the aperture ratio are the values shown in FIGS. It can be similar to the value in d).

また、図19(a)〜(e)、及び図20(a)〜(e)に示される研磨パッド101(または研磨パッド101と閉塞部材303)を使用して、貫通孔101aの最表面層301または301aにおける孔径Dを0.1mm〜5mm、例えば2mm、研磨パッド101の貫通孔101aの深さhを0.5mm〜5mm、例えば2.6mm、孔径の2乗/厚さを0.002mm〜50mm、例えば1.54mmに設定し、更に、貫通孔101aの開口率を20%〜70%、例えば31.4%に設定したものを使用しても良い。 Moreover, the outermost surface layer of the through-hole 101a using the polishing pad 101 (or the polishing pad 101 and the closing member 303) shown in FIGS. 19A to 19E and 20A to 20E. 0.1mm~5mm pore diameter D 1 in 301 or 301a, for example 2 mm, 0.5 mm to 5 mm the depth h of the through hole 101a of the polishing pad 101, for example 2.6 mm, a square / thickness a pore size 0. You may use what set to 002 mm-50 mm, for example, 1.54 mm, and also set the aperture ratio of the through-hole 101a to 20%-70%, for example, 31.4%.

なおここで貫通孔101aの深さhの値の取扱いは、貫通孔101aの孔径が研磨パッド101の各層301(または301a、301b),302ごとに同じか異なるかによって、異なってくるが、そのことに関しては図19および図20の説明において述べた通りである。また図19(a)〜(e)の態様においては研磨パッド101の貫通孔101aは支持部材254によって一方の開口部が閉塞されるが、図20(a)〜(e)の態様においては貫通孔101aは閉塞部材303によって一方の開口部が閉塞され、それぞれ実質的には閉塞孔を形成する。   Here, the treatment of the value of the depth h of the through hole 101a differs depending on whether the hole diameter of the through hole 101a is the same or different for each layer 301 (or 301a, 301b), 302 of the polishing pad 101. This is as described in the description of FIGS. 19 and 20. 19A to 19E, one opening of the through hole 101a of the polishing pad 101 is closed by the support member 254, but in the embodiment of FIGS. One opening of the hole 101a is closed by the closing member 303, and each hole substantially forms a blocking hole.

(電解複合研磨方法)
次に、本実施形態に係る電解複合研磨方法の研磨工程について説明する。
図47は、電解複合研磨の工程図である。最初に、本実施形態の研磨対象である基板Wの膜構成について説明する。
(Electrolytic composite polishing method)
Next, the polishing process of the electrolytic composite polishing method according to this embodiment will be described.
FIG. 47 is a process diagram of electrolytic composite polishing. First, the film configuration of the substrate W to be polished in this embodiment will be described.

図47(a)に示すように、シリコン等からなる基板Wの表面に、SiO、SiOF、SiOCやLow−k材(低誘電率絶縁膜)等の絶縁材料からなる層間絶縁膜62が形成されている。層間絶縁膜62の表面には、配線形成用の凹部63が形成されている。この凹部63を含む層間絶縁膜62の表面には、チタン、タンタル、タングステン、ルテニウム及びそれらの合金等の中から選択された材料からなるバリア膜64が、厚さ10nm程度に形成されている。バリア膜64は、次述する導電膜66の金属材料が基板Wに拡散するのを防止するため、また導電膜66と層間絶縁膜62との密着性を向上させるために設けられている。 As shown in FIG. 47A, an interlayer insulating film 62 made of an insulating material such as SiO 2 , SiOF, SiOC, or a low-k material (low dielectric constant insulating film) is formed on the surface of a substrate W made of silicon or the like. Has been. A recess 63 for forming a wiring is formed on the surface of the interlayer insulating film 62. A barrier film 64 made of a material selected from titanium, tantalum, tungsten, ruthenium, and alloys thereof is formed on the surface of the interlayer insulating film 62 including the recess 63 to a thickness of about 10 nm. The barrier film 64 is provided in order to prevent the metal material of the conductive film 66 described below from diffusing into the substrate W and to improve the adhesion between the conductive film 66 and the interlayer insulating film 62.

バリア膜64の表面には、アルミニウム、銅、銀、金、ニッケル、タングステン、ルテニウムまたはそれらの合金等の中から選択された導電性金属材料からなる導電膜66が、厚さ500〜1000nm程度に形成されている。この導電膜66を電解めっき法で形成する場合には、電解めっきの電極となるシード膜(図示せず)をバリア膜64の表面に形成しておく。なお層間絶縁膜62の凹部63に倣って、導電膜66の表面には、高さ300nm程度及び幅100μm程度の凹部67が形成されている。なおここに示した、配線形成用凹部の寸法は一例として示したものである。   On the surface of the barrier film 64, a conductive film 66 made of a conductive metal material selected from aluminum, copper, silver, gold, nickel, tungsten, ruthenium, or an alloy thereof has a thickness of about 500 to 1000 nm. Is formed. In the case where the conductive film 66 is formed by electrolytic plating, a seed film (not shown) serving as an electrode for electrolytic plating is formed on the surface of the barrier film 64. A recess 67 having a height of about 300 nm and a width of about 100 μm is formed on the surface of the conductive film 66 following the recess 63 of the interlayer insulating film 62. In addition, the dimension of the recessed part for wiring formation shown here is shown as an example.

層間絶縁膜62の凹部63に充填された導電膜66が金属配線として利用されるため、凹部63の外側に形成された導電膜66及びバリア膜64は不要である。なお層間絶縁膜62を介して複数の配線を積層するため、導電膜66及びバリア膜64が除去された状態で、凹部63の導電膜66の表面と層間絶縁膜62の表面とが同一平面上に配置されて基板Wの表面が平坦化されている必要がある。   Since the conductive film 66 filled in the recess 63 of the interlayer insulating film 62 is used as a metal wiring, the conductive film 66 and the barrier film 64 formed outside the recess 63 are unnecessary. Since a plurality of wirings are stacked via the interlayer insulating film 62, the surface of the conductive film 66 in the recess 63 and the surface of the interlayer insulating film 62 are on the same plane with the conductive film 66 and the barrier film 64 removed. The surface of the substrate W needs to be flattened.

そこで、余分な金属膜(導電膜66及びバリア膜64)を電解複合研磨により除去し、平坦化する。電解複合研磨では、基板Wの表面の金属膜と対向電極との間に研磨パッド101と電解液50を存在させて電圧を印加し、基板Wの表面を研磨パッド101に押圧しながら基板Wと研磨パッド101とを相対(回転)移動させて、金属膜の表面を研磨するようにしている。
なお、本実施形態では、導電膜66として銅を用いる場合について説明するが、研磨の対象となる導電性物質としては、上述した物質、及びそれらの組合せが挙げられる。
Therefore, the excess metal film (conductive film 66 and barrier film 64) is removed by electrolytic composite polishing and planarized. In the electrolytic composite polishing, the polishing pad 101 and the electrolytic solution 50 are present between the metal film on the surface of the substrate W and the counter electrode, a voltage is applied, and the substrate W is pressed against the polishing pad 101 while pressing the surface of the substrate W against the polishing pad 101. The surface of the metal film is polished by moving the polishing pad 101 relative (rotating).
In this embodiment, the case where copper is used as the conductive film 66 will be described. However, examples of the conductive material to be polished include the above-described materials and combinations thereof.

本実施形態の電解複合研磨方法では、導電膜66の研磨を研磨の進行による膜の厚さに合わせてバルク研磨及びクリア研磨の2段階の研磨で行っている。次いでバリア研磨の工程となる。   In the electrolytic composite polishing method of the present embodiment, the conductive film 66 is polished by two stages of bulk polishing and clear polishing according to the thickness of the film as the polishing progresses. Next, a barrier polishing step is performed.

具体的には、まず図47(b),(c)に示すように、バルク研磨として、電解液50を研磨パッド101上に供給しながら導電膜66を所定厚さまで研磨する。なお図47と図7とを比べた場合、対向電極、研磨パッド101及び基板Wの天地方向の配置関係が互いに逆になっている。即ち、図7に示す電解複合研磨装置の態様においては、対向電極が支持部材254として下方に配置され、その上に研磨パッド101が載置されており、基板Wは研磨パッドの上方から研磨パッドに押圧される。また図47では対向電極は図示を省略されているが、同図において研磨パッド101の上側即ち研磨パッド101を挟んで導電膜66(基板W)の反対側にある。   Specifically, first, as shown in FIGS. 47B and 47C, the conductive film 66 is polished to a predetermined thickness while supplying the electrolytic solution 50 onto the polishing pad 101 as bulk polishing. 47 and FIG. 7, the arrangement relationship of the counter electrode, the polishing pad 101, and the substrate W in the vertical direction is opposite to each other. That is, in the embodiment of the electrolytic composite polishing apparatus shown in FIG. 7, the counter electrode is disposed below as the support member 254, the polishing pad 101 is placed thereon, and the substrate W is mounted on the polishing pad from above the polishing pad. Pressed. 47, the counter electrode is not shown, but in FIG. 47, it is on the upper side of the polishing pad 101, that is, on the opposite side of the conductive film 66 (substrate W) with the polishing pad 101 interposed therebetween.

電解複合研磨は、導電膜66へ印加される電圧により生じる電解反応を利用して研磨するものであるが、導電膜66の電解反応と同時に、電解液50に含まれる保護膜形成成分と導電膜66とが反応して、導電膜66の表面に金属錯体からなる保護膜70が形成される。導電膜66の上段部H(凹部67の外側)に形成された保護膜70は、研磨パッド101との当接により除去される。これにより、上段部Hの導電膜66が電解液50に溶解して除去される。これに対して、下段部L(凹部67の内側)の導電膜66は、保護膜70に遮蔽されて電解液50に溶解しない。以上により、導電膜66の段差が解消されて平坦化されるようになっている。   The electrolytic composite polishing is performed by utilizing an electrolytic reaction generated by a voltage applied to the conductive film 66. Simultaneously with the electrolytic reaction of the conductive film 66, the protective film forming component and the conductive film contained in the electrolytic solution 50 are used. 66 reacts to form a protective film 70 made of a metal complex on the surface of the conductive film 66. The protective film 70 formed on the upper portion H of the conductive film 66 (outside the recess 67) is removed by contact with the polishing pad 101. As a result, the conductive film 66 of the upper stage portion H is dissolved in the electrolytic solution 50 and removed. On the other hand, the conductive film 66 at the lower stage L (inside the recess 67) is shielded by the protective film 70 and does not dissolve in the electrolytic solution 50. As described above, the step of the conductive film 66 is eliminated and flattened.

電解液50は、金属膜と反応する保護膜形成成分として、ベンゾトリアゾール(BTA)のような腐食抑制剤を含んでいる。しかしながら、BTAのみでは保護膜70が強すぎる部分とほとんど保護膜70ができない部分ができてしまい、保護膜70の均一性や安定性を確保し難い。これを防止するため、電解液50中に保護膜形成の補助剤として、ポリアクリル酸アンモニウム等の水溶性高分子を含んでいる。具体的な電解液として、例えば1mol/L(モル・パー・リットル)マロン酸+1.4mol/Lメタンスルホン酸+0.3wt%ベンゾトリアゾール+0.6wt%ポリアクリル酸アンモニウム(平均分子量:10000)+0.7wt%メタノール+0.05wt%(界面活性剤:MX2045L 花王製)に0.05wt%のシリカ砥粒を加え、pH調整剤でpH4.5に調整したもの等が好適に用いられる。   The electrolytic solution 50 includes a corrosion inhibitor such as benzotriazole (BTA) as a protective film forming component that reacts with the metal film. However, with BTA alone, a portion where the protective film 70 is too strong and a portion where the protective film 70 cannot be formed are formed, and it is difficult to ensure the uniformity and stability of the protective film 70. In order to prevent this, the electrolytic solution 50 contains a water-soluble polymer such as ammonium polyacrylate as an auxiliary agent for forming a protective film. As a specific electrolytic solution, for example, 1 mol / L (mol-per-liter) malonic acid + 1.4 mol / L methanesulfonic acid + 0.3 wt% benzotriazole + 0.6 wt% ammonium polyacrylate (average molecular weight: 10,000) +0. A material prepared by adding 0.05 wt% silica abrasive to 7 wt% methanol + 0.05 wt% (surfactant: MX2045L manufactured by Kao) and adjusting the pH to 4.5 with a pH adjuster is suitably used.

ところで、電解複合研磨を行う際に、段差解消性や面荒れなどをコントロールするために、研磨パッド101の回転速度を制御する場合がある。しかし、上述したように、研磨パッド101の貫通孔101aの孔径や深さを適切な範囲にしておかなければ、研磨パッド101の回転速度が大きくなると加工速度が小さくなるという問題がある。したがって、本実施形態では、上記に開示した研磨パッド101で研磨を行う。   By the way, when electrolytic composite polishing is performed, the rotational speed of the polishing pad 101 may be controlled in order to control step resolution and surface roughness. However, as described above, unless the hole diameter and depth of the through hole 101a of the polishing pad 101 are set within an appropriate range, there is a problem that the processing speed decreases as the rotation speed of the polishing pad 101 increases. Therefore, in this embodiment, polishing is performed with the polishing pad 101 disclosed above.

図48には、図19(a)に示す、孔径D=2mm、開口率31.4%(三角格子のピッチ3.4mm)の貫通孔101aを形成した、全体の厚さhが2.6mmの二層パッドで電解複合研磨を実施した結果、及び孔径D=5mm、開口率31.4%(三角格子のピッチ8.5mm)の貫通孔101aを形成した、全体の厚さhが2.6mmの二層パッドで電解複合研磨を実施した結果を示す。孔径D=20mm、開口率31.4%(三角格子のピッチ34mm)、全体の厚さhが2.6mmの二層パッドで電解複合研磨を実施した結果も参考として示す。 In FIG. 48, the entire thickness h in which the through-hole 101a shown in FIG. 19 (a) having the hole diameter D 1 = 2 mm and the aperture ratio 31.4% (triangular lattice pitch 3.4 mm) is 2. As a result of carrying out the electrolytic composite polishing with a 6 mm two-layer pad, and a through hole 101a having a hole diameter D 1 = 5 mm and an aperture ratio of 31.4% (triangular lattice pitch 8.5 mm), the overall thickness h is The result of carrying out electrolytic composite polishing with a 2.6 mm double-layer pad is shown. The results of electrolytic composite polishing with a two-layer pad having a hole diameter D 1 = 20 mm, an aperture ratio of 31.4% (triangular lattice pitch 34 mm), and an overall thickness h of 2.6 mm are also shown for reference.

図48(a)は、電解液流量100mL/min、研磨パッドの回転中心から基板の回転中心までの距離R=150mmの場合の、加工速度の研磨パッド回転速度依存性である。図48(a)から、孔径2mm及び孔径5mmの場合の方が孔径20mmの場合に比べて、回転速度依存性が小さく、更に孔径2mmの場合の方が孔径5mmの場合に比べて、回転速度依存性が小さいことが判る。 FIG. 48A shows the polishing pad rotational speed dependence of the processing speed when the electrolyte flow rate is 100 mL / min and the distance R C = 150 mm from the center of rotation of the polishing pad to the center of rotation of the substrate. From FIG. 48 (a), when the hole diameter is 2 mm and the hole diameter is 5 mm, the rotation speed dependency is smaller than when the hole diameter is 20 mm, and when the hole diameter is 2 mm, the rotation speed is higher than that when the hole diameter is 5 mm. It can be seen that the dependency is small.

図48(b)は、電解液流量2,000mL/minの場合の、加工速度の研磨パッド回転速度依存性である。この例においても、孔径2mm及び孔径5mmの場合の方が孔径20mmの場合に比べて、回転速度依存性が小さく、更に孔径2mmの場合の方が孔径5mmの場合に比べて、回転速度依存性が小さいことが判る。   FIG. 48B shows the dependency of the processing speed on the polishing pad rotation speed when the electrolytic solution flow rate is 2,000 mL / min. Also in this example, when the hole diameter is 2 mm and the hole diameter is 5 mm, the rotation speed dependency is smaller than that when the hole diameter is 20 mm, and when the hole diameter is 2 mm, the rotation speed dependency is larger than that when the hole diameter is 5 mm. Is small.

また、先に図25において、仮想充填率と貫通孔の孔径の2乗×回転運動の角速度の2乗/貫通孔の深さとの関係について述べ、このとき研磨パッドの回転速度を25rpm〜150rpmの間で変化させて計算した結果、前記貫通孔の孔径の2乗×回転運動の角速度の2乗/貫通孔の深さの値が0.01mm/s〜10,000mm/sの範囲内で研磨パッドの回転速度を変化させるならば、研磨パッド回転速度変化に対する基板表面金属膜の加工速度の変化を許容値以内に抑えることができるので好ましい旨を示した。このとき研磨パッド101の貫通孔直径は0.1mm〜5mmの範囲の値が好ましいとした。上記図48(a)及び図48(b)に示す結果は、このことを実験により実証したものである。 In addition, in FIG. 25, the relationship between the virtual filling rate and the square of the diameter of the through hole × the square of the angular velocity of the rotational motion / the depth of the through hole is described. At this time, the rotational speed of the polishing pad is set to 25 rpm to 150 rpm. results of calculation varied between, within the depth of the value of the square / through-hole of the angular velocity of the square × rotational movement of the diameter of the through holes of 0.01mm / s 2 ~10,000mm / s 2 Thus, if the rotational speed of the polishing pad is changed, the change in the processing speed of the metal film on the substrate surface with respect to the change in the rotational speed of the polishing pad can be suppressed within an allowable value. At this time, the through-hole diameter of the polishing pad 101 is preferably in the range of 0.1 mm to 5 mm. The results shown in FIG. 48 (a) and FIG. 48 (b) demonstrate this through experiments.

また図40の説明において、研磨パッドの回転速度を40rpm〜150rpmの間に選べば、段差解消性の良い加工が可能であることを示した。従って、これらのことから、電解研磨に際して、前記貫通孔の直径が0.1mm〜5mmの範囲にある研磨パッドを使用し、回転速度が40rpm〜150rpmの範囲で、かつ、前記貫通孔の孔径の2乗×前記回転運動の角速度の2乗/前記貫通孔の深さが0.01mm/s〜10,000mm/sの範囲となるように研磨パッド101を回転させるのが好ましいと言えるが、本実施形態では、上記条件で電解研磨加工をすれば研磨パッド回転速度を大きくした場合の加工速度の減少を抑制することができることを実証している。 In the description of FIG. 40, it has been shown that if the polishing pad rotation speed is selected between 40 rpm and 150 rpm, processing with good level difference elimination is possible. Therefore, for these reasons, during electrolytic polishing, a polishing pad having a diameter of the through hole in the range of 0.1 mm to 5 mm is used, the rotation speed is in the range of 40 rpm to 150 rpm, and the hole diameter of the through hole is Although square / depth of the through hole of the angular velocity squared × the rotational motion is said to preferably rotate the polishing pad 101 to be in the range of 0.01mm / s 2 ~10,000mm / s 2 In the present embodiment, it is demonstrated that if the electropolishing process is performed under the above conditions, a decrease in the processing speed when the polishing pad rotation speed is increased can be suppressed.

(研磨パッド)
また、研磨パッドとして以下のものを採用することも可能である。
研磨パッドの種類に関しては、独立発泡ポリウレタンパッドや連続発泡のスウェードパッド、不織布パッド、及びそれらの中から選択したパッドを積層したパッドが挙げられる。また、砥粒を含まない電解液を使用する場合、砥粒を結合剤によリバインドした固定砥粒パッドを使用しても良い。その砥粒として、酸化セリウム(CeO)、アルミナ(A1)、炭化珪素(SiC)、酸化珪素(SiO)、ジルコニア(Zr0)、酸化鉄(FeO、Fe2、Fe)、酸化マンガン(Mn0、Mn)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化バリウム(BaO)、酸化亜鉛(ZnO)、炭酸バリウム(BaCO)、炭酸カルシウム(CaCO)、ダイヤモンド(C)、又はこれらの複合材料を採用することが可能である。また結合剤として、フェノール樹脂、アミノプラスト樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アクリル化イソシアヌレート樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、イソシアヌレート樹脂、アクリル化ウレタン樹脂、アクリル化エポキシ樹脂等を採用することが可能である。また、被研磨対象の導電膜表面へ印加される電圧を確保することを目的として、研磨表面の少なくとも一部に導電面を有する導電性パッドを使用しても良い。
(Polishing pad)
In addition, the following can be employed as the polishing pad.
With respect to the type of the polishing pad, an independent foamed polyurethane pad, a continuous foamed suede pad, a nonwoven fabric pad, and a pad formed by laminating pads selected from these can be mentioned. Moreover, when using the electrolyte solution which does not contain an abrasive grain, you may use the fixed abrasive pad which rebounded the abrasive grain with the binder. As the abrasive grains, cerium oxide (CeO 2 ), alumina (A 1 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), silicon oxide (SiO 2 ), zirconia (Zr 0 2 ), iron oxide (FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 ), manganese oxide (MnO 2 , Mn 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO), barium oxide (BaO), zinc oxide (ZnO), barium carbonate (BaCO 3 ), calcium carbonate It is possible to employ (CaCO 3 ), diamond (C), or a composite material thereof. As binders, phenol resin, aminoplast resin, urethane resin, epoxy resin, acrylic resin, acrylated isocyanurate resin, urea-formaldehyde resin, isocyanurate resin, acrylated urethane resin, acrylated epoxy resin, etc. shall be adopted. Is possible. Further, for the purpose of securing a voltage applied to the surface of the conductive film to be polished, a conductive pad having a conductive surface on at least a part of the polishing surface may be used.

ここで、研磨パッドの表面に、貫通孔とは別に対向電極まで到達しない(研磨パッドを貫通しない)溝を形成しても良い。溝形状については、1つ以上の(1)同心円溝、(2)偏心溝、(3)多角形溝(格子溝を含む)、(4)らせん溝、(5)放射溝、(6)平行溝、(7)弧状溝やこれらの組合せを形成しても良い。これらの溝形状は電解液の保持・排出に影響する。例えば、同心円溝や偏心溝については、流路が閉じているため電解液が研磨パッド上に保持される効果を有する。これに対して、多角形溝や放射溝は研磨対象である基板の被加工面と研磨パッドとの間隙への電解液の流入及び研磨パッド外への電解液の排出を促進する効果を有する。   Here, a groove that does not reach the counter electrode (not through the polishing pad) may be formed on the surface of the polishing pad, in addition to the through hole. As for the groove shape, one or more (1) concentric circular grooves, (2) eccentric grooves, (3) polygonal grooves (including lattice grooves), (4) spiral grooves, (5) radiation grooves, (6) parallel A groove, (7) an arc-shaped groove, or a combination thereof may be formed. These groove shapes affect the retention and discharge of the electrolyte. For example, concentric circular grooves and eccentric grooves have an effect that the electrolytic solution is held on the polishing pad because the flow path is closed. On the other hand, the polygonal grooves and the radiating grooves have an effect of accelerating the inflow of the electrolytic solution into the gap between the processed surface of the substrate to be polished and the polishing pad and the discharge of the electrolytic solution out of the polishing pad.

なお、基板の被加工面と研磨パッドとの間隙への電解液の流入、流出及び保持の効率を高めるために、研磨パッド面内において溝幅や溝ピッチ、溝深さを適宜調整して、研磨パッド内の溝密度分布を調整してもよい。例えば溝幅・溝深さは0.4mm以上、溝ピッチは溝幅の2倍以上が良く、電解液の流れを考慮すれば、溝幅・溝深さは0.6mm以上が更に好ましい。また、溝間の電解液の流れを活発にすることを目的として、溝間に補助溝(例えば、同心円溝間に形成された複数の細溝や、太い格子溝間に形成された細溝等)を設けても良い。また溝の断面形状については、四角溝や丸溝の他にV溝を採用してもよい。また溝からの電解液の排出を促進させる際は、研磨パッドが装着された研磨テーブルの回転方向を考慮して、回転方向下流に傾斜した順溝を形成してもよい。逆に溝からの電解液の排出を抑制する際は、回転方向上流側に傾斜した逆溝を形成しても良い。   In order to increase the efficiency of inflow, outflow, and retention of the electrolyte into the gap between the work surface of the substrate and the polishing pad, the groove width, groove pitch, and groove depth are appropriately adjusted in the polishing pad surface, The groove density distribution in the polishing pad may be adjusted. For example, the groove width / depth should be 0.4 mm or more, and the groove pitch should be at least twice the groove width. Considering the flow of the electrolyte, the groove width / depth is more preferably 0.6 mm or more. Also, for the purpose of activating the flow of the electrolyte between the grooves, auxiliary grooves (for example, a plurality of fine grooves formed between concentric circular grooves, a thin groove formed between thick lattice grooves, etc.) ) May be provided. As for the cross-sectional shape of the groove, a V groove may be employed in addition to the square groove and the round groove. When promoting the discharge of the electrolytic solution from the groove, a forward groove inclined downstream in the rotation direction may be formed in consideration of the rotation direction of the polishing table on which the polishing pad is mounted. Conversely, when suppressing discharge of the electrolytic solution from the groove, a reverse groove inclined toward the upstream side in the rotation direction may be formed.

また、研磨パッドの基板との接触面形状は、電解反応により生成した保護皮膜のメカニカル除去に影響する。接触面でのメカニカル作用を増加させるためには、接触面形状が鋭利なものが良く、円錐形、多角錐形、四角錐形が挙げられる。ここで、被研磨物によっては接触面形状が鋭利過ぎるとスクラッチ等の原因となるため、これを回避する策として、円錐台や角錐台のような上面を平坦化した形状が挙げられる。また、接触面でのメカニカル作用をさらに低減させる形状としては、円柱、楕円柱、半球が挙げられる。これらの形状の配置としては、格子や千鳥、三角配置のような規則性の有るものや規則性を消すためにランダムに配置してもよい。また、これらの形状は研磨パッドの研磨面内において複数種類存在してもよく、またその密度分布を調整しても良い。   Further, the shape of the contact surface of the polishing pad with the substrate affects the mechanical removal of the protective film produced by the electrolytic reaction. In order to increase the mechanical action on the contact surface, a sharp contact surface shape is preferable, and examples thereof include a cone shape, a polygonal pyramid shape, and a quadrangular pyramid shape. Here, depending on the object to be polished, if the contact surface shape is too sharp, it may cause scratches and the like. As a measure for avoiding this, a shape with a flat top surface such as a truncated cone or a truncated pyramid may be mentioned. In addition, examples of the shape that further reduces the mechanical action on the contact surface include a cylinder, an elliptic cylinder, and a hemisphere. As the arrangement of these shapes, a regular arrangement such as a lattice, a staggered pattern, or a triangular arrangement, or a random arrangement may be used to eliminate the regularity. Further, a plurality of these shapes may exist in the polishing surface of the polishing pad, and the density distribution may be adjusted.

(電解液)
また、電解液中に含有させる物質として以下のものを採用することも可能である。即ち電解液は、(1)有機酸またはその塩の1種類以上、(2)スルホン酸基を有する強酸の1種類以上、(3)腐食抑制剤(窒素含有複素環化合物)、(4)水溶性高分子化合物、(5)pH調整剤、(6)砥粒、及び(7)界面活性剤を含んでいるものが好ましい。
(Electrolyte)
In addition, the following substances can be employed as substances to be contained in the electrolytic solution. That is, the electrolytic solution is (1) one or more organic acids or salts thereof, (2) one or more strong acids having a sulfonic acid group, (3) a corrosion inhibitor (nitrogen-containing heterocyclic compound), and (4) water-soluble. It is preferable to contain a functional polymer compound, (5) a pH adjuster, (6) abrasive grains, and (7) a surfactant.

電解液に含まれる各成分について以下に説明する。
電解液に含まれる有機酸は、研磨の対象となる銅等の金属と可溶性錯体を形成する必要がある。つまり、配位結合して水溶液中に溶解するもので、少なくとも有機酸単独で水に溶解する必要がある。有機酸は、その分子内にカルボキシル基(−COOH)を1個以上有するもの、またカルボキシル基と共にヒドロキシ基(−OH)を1個以上有するものであることが好ましい。また、これら有機酸は、電解液のpHを安定化させるpH緩衝作用も有している。
Each component contained in the electrolytic solution will be described below.
The organic acid contained in the electrolytic solution needs to form a soluble complex with a metal such as copper to be polished. That is, it is coordinated and dissolved in an aqueous solution, and at least an organic acid needs to be dissolved in water. The organic acid preferably has one or more carboxyl groups (—COOH) in the molecule and one or more hydroxy groups (—OH) together with the carboxyl groups. These organic acids also have a pH buffering action that stabilizes the pH of the electrolytic solution.

電解液に好ましく使用することのできる有機酸である、カルボキシル基を1個有するカルボン酸としては、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、n−酪酸、イソ酪酸、n−吉草酸、イソ吉草酸、ソルビン酸、グリオキシル酸、ピルビン酸、レブリン酸、安息香酸、m−トルイル酸、またはアセチルサリチル酸などが挙げられる。また、電解液に好ましく使用することのできる有機酸である、カルボキシル基を2個以上有するカルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸、α-ケトグルタル酸、アコニット酸、フタル酸、またはピロメリト酸などが挙げられる。   Examples of the carboxylic acid having one carboxyl group that can be preferably used in the electrolyte include formic acid, acetic acid, propionic acid, n-butyric acid, isobutyric acid, n-valeric acid, isovaleric acid, and sorbic acid. , Glyoxylic acid, pyruvic acid, levulinic acid, benzoic acid, m-toluic acid, or acetylsalicylic acid. In addition, carboxylic acids having two or more carboxyl groups, which are organic acids that can be preferably used in the electrolyte, include oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, maleic acid. Examples thereof include acid, fumaric acid, citraconic acid, mesaconic acid, itaconic acid, α-ketoglutaric acid, aconitic acid, phthalic acid, and pyromellitic acid.

また、電解液に好ましく使用することのできる有機酸である、カルボキシル基と共にヒドロキシ基を1個以上有するカルボン酸としては、クエン酸、グリコール酸、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸、酒石酸、オキサル酢酸、サリチル酸、m−ヒドロキシ安息香酸、ゲンチシン酸、プロトカテク酸、没食子酸、グルクロン酸、シアル酸、またはアスコルビン酸などが挙げられる。   In addition, examples of carboxylic acids having at least one hydroxy group together with a carboxyl group, which are organic acids that can be preferably used in an electrolytic solution, include citric acid, glycolic acid, lactic acid, gluconic acid, malic acid, tartaric acid, oxalacetic acid, Examples include salicylic acid, m-hydroxybenzoic acid, gentisic acid, protocatechuic acid, gallic acid, glucuronic acid, sialic acid, or ascorbic acid.

これらカルボン酸の塩としては、カリウム塩、アンモニウム塩、アルキルアミン塩またはヒドロキシルアミン塩などが挙げられる。これらの1種を電解液に加えても2種以上の混合物を加えてもよい。   Examples of these carboxylic acid salts include potassium salts, ammonium salts, alkylamine salts, and hydroxylamine salts. One of these may be added to the electrolytic solution, or a mixture of two or more may be added.

以上に挙げた有機酸の群のうち、特に好ましく使用することのできるものは、マロン酸、コハク酸、クエン酸、グリコール酸、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸、または酒石酸である。   Among the organic acid groups listed above, those that can be particularly preferably used are malonic acid, succinic acid, citric acid, glycolic acid, lactic acid, gluconic acid, malic acid, or tartaric acid.

有機酸の濃度は、加工時の温度での飽和濃度以下である必要がある。何故ならば飽和濃度を超えると有機酸が電解液中に析出してしまい安定な加工が行えないからである。例えば、マレイン酸の飽和濃度は、78重量%(25℃)である。一方、逆に有機酸の濃度が0.1%より低いと、溶解する金属と配位結合する有機酸の加工部表面への供給量が不足し、加工が速やかに進まず、加工面の表面粗さが大きくなる等の問題が生じる。また濃度が低いと十分なpH緩衝作用を持たなくなる。以上の理由から、有機酸の濃度は、0.1〜80重量%であることが好ましく、1〜50重量%であることが更に好ましい。   The concentration of the organic acid needs to be equal to or lower than the saturation concentration at the processing temperature. This is because when the saturation concentration is exceeded, the organic acid is precipitated in the electrolytic solution and stable processing cannot be performed. For example, the saturated concentration of maleic acid is 78% by weight (25 ° C.). On the other hand, if the concentration of the organic acid is lower than 0.1%, the supply amount of the organic acid coordinated with the dissolved metal to the surface of the processed part is insufficient, and the processing does not proceed quickly, and the surface of the processed surface Problems such as increased roughness arise. On the other hand, if the concentration is low, the pH buffering action is not sufficient. For the above reasons, the concentration of the organic acid is preferably 0.1 to 80% by weight, and more preferably 1 to 50% by weight.

電解液に含まれるスルホン酸基を有する強酸は、エッチング作用を促進するとともに、電解液の導電率を上げて加工のための電流を流しやすくするためのものである。ここで、強酸とは、酸の強弱を示す第1解離定数の逆数の対数であるpKaが3以下のものをいう。   The strong acid having a sulfonic acid group contained in the electrolytic solution is for accelerating the etching action and increasing the conductivity of the electrolytic solution so that a current for processing can easily flow. Here, the strong acid means a pKa having a logarithm of the reciprocal of the first dissociation constant indicating the strength of the acid is 3 or less.

一般に、強酸を用いると、銅の溶解が始まる電位が低い。すなわち、低い印加電圧で銅の加工が可能となる。しかし、硫酸、硝酸または過塩素酸を用いると、銅のエッチング等により加工面の表面粗さが大きく、またリン酸は、表面光沢が得られる濃度域では粘度が高いために銅の加工に必要な電圧が比較的高いなどの問題がある。これに対して、例えばメタンスルホン酸を用いた場合は、銅加工に必要な電圧が低く、かつ加工表面も比較的平滑で、良好な加工特性が得られることが確かめられている。   In general, when a strong acid is used, the potential at which copper dissolution begins is low. That is, copper can be processed with a low applied voltage. However, when sulfuric acid, nitric acid or perchloric acid is used, the surface roughness of the processed surface is large due to etching of copper, etc., and phosphoric acid is high in the concentration range where surface gloss can be obtained, so it is necessary for processing copper There are problems such as relatively high voltage. On the other hand, for example, when methanesulfonic acid is used, it has been confirmed that the voltage required for copper processing is low, the processing surface is relatively smooth, and good processing characteristics can be obtained.

好ましく使用することができるスルホン酸基を有する強酸としては、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、タウリン、システイン酸、アルキル基の総炭素数が1〜6であるアルキルベンゼンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、またはフルオロスルホン酸などが挙げられ、これら1種類以上を使用することができる。スルホン酸基を有する強酸の濃度は、0.1〜20重量%であることが好ましく、5〜20重量%であることが更に好ましい。スルホン酸基を有する強酸の濃度が低すぎると電解液の導電率が低くなり、電流が流れにくくなる。このため、スルホン酸基を有する強酸の濃度は、5重量%以上であることが好ましい。また、スルホン酸基を有する強酸の濃度が20重量%を越えると、電解液中の有機酸やその他の成分の飽和溶解度が減じて沈殿を生じるおそれがある。   The strong acid having a sulfonic acid group that can be preferably used includes methanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, taurine, cysteic acid, alkylbenzenesulfonic acid having 1 to 6 carbon atoms in total, trifluoromethanesulfonic acid, or Examples thereof include fluorosulfonic acid, and one or more of these can be used. The concentration of the strong acid having a sulfonic acid group is preferably 0.1 to 20% by weight, and more preferably 5 to 20% by weight. If the concentration of the strong acid having a sulfonic acid group is too low, the electrical conductivity of the electrolytic solution is lowered, and the current does not flow easily. For this reason, it is preferable that the density | concentration of the strong acid which has a sulfonic acid group is 5 weight% or more. On the other hand, when the concentration of the strong acid having a sulfonic acid group exceeds 20% by weight, the saturated solubility of the organic acid and other components in the electrolytic solution may be reduced, thereby causing precipitation.

電解液に含まれる腐食抑制剤は、窒素含有複素環化合物であることが好ましく、加工の対象となる銅等の金属と化合物を形成し、金属表面に保護膜を形成することで、金属の腐食を抑制する化合物として知られているものでよい。このような腐食抑制剤は、過剰な加工を抑制しディッシング等を防止するため平坦化を促進する効果がある。   The corrosion inhibitor contained in the electrolytic solution is preferably a nitrogen-containing heterocyclic compound, and forms a compound with a metal such as copper to be processed, and forms a protective film on the metal surface, thereby corroding the metal. It may be a compound known as a compound that suppresses the above. Such a corrosion inhibitor has an effect of promoting flattening in order to suppress excessive processing and prevent dishing and the like.

好ましく使用することのできる腐食抑制剤として、従来から一般に知られている銅の腐食抑制剤であるベンゾトリアゾール及びその誘導体が挙げられる。上記のような平坦化を促進する効果を有するものとして、他に、インドール、2−エチルイミダゾール、ベンズイミダゾール、2−メルカプトベンズイミダゾール、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、3−アミノ−5メチル−4H−1,2,4−トリアゾール、5−アミノ−1H−テトラゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾチアゾールナトリウム、2−メチルベンゾチアゾール、(2−ベンゾチアゾリルチオ)酢酸、3−(2−ベンゾチアゾリルチオ)プロピオン酸、2−メルカプト−2−チアゾリン、2−メルカプトベンズオキサゾール、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール、5−メチル−1,3,4−チアジアゾール−2−チオール、5−アミノ−1,3,4−チアジアゾール−2−チオール、ピリジン、フェナジン、アクリジン、1−ヒドロキシピリジン−2−チオン、2−アミノピリジン、2−アミノピリミジン、トリチオシアヌル酸、2−ジブチルアミノ−4,6−ジメルカプト−s−トリアジン、2−アニリノ−4,6−ジメルカプト−s−トリアジン、6−アミノプリン、6−チオグアニン及びこれらの組合せからなる群より選ばれる1種類以上を挙げることができる。   Examples of corrosion inhibitors that can be preferably used include benzotriazole and its derivatives, which are conventionally known corrosion inhibitors for copper. In addition to the above-described effects of promoting flattening, indole, 2-ethylimidazole, benzimidazole, 2-mercaptobenzimidazole, 3-amino-1,2,4-triazole, 3-amino- 5-methyl-4H-1,2,4-triazole, 5-amino-1H-tetrazole, 2-mercaptobenzothiazole, 2-mercaptobenzothiazole sodium, 2-methylbenzothiazole, (2-benzothiazolylthio) acetic acid, 3- (2-benzothiazolylthio) propionic acid, 2-mercapto-2-thiazoline, 2-mercaptobenzoxazole, 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole, 5-methyl-1,3,4 -Thiadiazole-2-thiol, 5-amino-1,3,4-thiadiazole-2 Thiol, pyridine, phenazine, acridine, 1-hydroxypyridine-2-thione, 2-aminopyridine, 2-aminopyrimidine, trithiocyanuric acid, 2-dibutylamino-4,6-dimercapto-s-triazine, 2-anilino-4 , 6-dimercapto-s-triazine, 6-aminopurine, 6-thioguanine, and combinations thereof.

腐食抑制剤は、その濃度が低いと、保護膜形成が不十分となるため、銅等の金属に過剰なエッチングが生じて平坦な加工面が得られない。一方、飽和溶解度以下であっても、腐食抑制剤の濃度が高すぎると、銅等の金属表面に保護性が過剰に形成されて加工速度が低下し、しかも均一に加工ができないため、加工表面の表面粗さやピットの原因にもなる。以上のことから、腐食抑制剤の濃度は、0.001〜5重量%であることが好ましく、0.02〜2重量%であることが更に好ましい。   When the concentration of the corrosion inhibitor is low, the formation of a protective film becomes insufficient, so that excessive etching occurs in a metal such as copper and a flat processed surface cannot be obtained. On the other hand, even if it is below the saturation solubility, if the concentration of the corrosion inhibitor is too high, the protective surface is excessively formed on the metal surface such as copper, the processing speed is reduced, and the processing surface cannot be uniformly processed. It also causes surface roughness and pits. From the above, the concentration of the corrosion inhibitor is preferably 0.001 to 5% by weight, and more preferably 0.02 to 2% by weight.

電解液に含まれる水溶性高分子化合物は、腐食抑制剤と共に保護膜を形成し、過剰なエッチングを抑制して、銅等の金属表面を平坦化するのに効果がある。また、水溶性高分子化合物を含む電解液にあっては、銅等の金属表面(加工面)表層近傍での電解液粘度が高くなるため、金属表面に存在する微細な凹凸の凹部に粘性皮膜が形成され、微細な凹凸も研摩磨されて光沢面が得られる。   The water-soluble polymer compound contained in the electrolytic solution is effective in forming a protective film together with the corrosion inhibitor, suppressing excessive etching, and flattening the surface of a metal such as copper. In addition, in an electrolytic solution containing a water-soluble polymer compound, the viscosity of the electrolytic solution near the surface of a metal surface (processed surface) such as copper is increased, so that a viscous film is formed on minute concave and convex portions present on the metal surface. A fine surface is polished and polished to obtain a glossy surface.

好ましく使用することのできる水溶性高分子化合物のうち、上記のような効果を有するものとして、ポリアクリル酸またはその塩、ポリメタクリル酸またはその塩、ポリエチレングリコール、ポリイソプロピルアクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリメトキシエチレン、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、及びポリビニルピロリドンなどから選ばれる1種類以上を挙げることができる。   Among the water-soluble polymer compounds that can be preferably used, polyacrylic acid or a salt thereof, polymethacrylic acid or a salt thereof, polyethylene glycol, polyisopropylacrylamide, polydimethylacrylamide, One or more types selected from methacrylamide, polymethoxyethylene, polyvinyl alcohol, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone, and the like can be given.

これらの水溶性高分子化合物として、質量平均分子量が1000〜500000のものを用いることができる。質量平均分子量が500000を越える場合には、電解液中に溶解せず腐食抑制剤や砥粒と凝集を起こす原因となってしまい、質量平均分子量が1000未満では銅等の金属表面に十分な保護膜が形成できず平坦化性能が悪化する。水溶性高分子化合物の質量平均分子量は、1000〜100000であることが好ましく、2000〜25000であることが更に好ましい。   As these water-soluble polymer compounds, those having a mass average molecular weight of 1,000 to 500,000 can be used. When the mass average molecular weight exceeds 500,000, it does not dissolve in the electrolyte solution and causes aggregation with the corrosion inhibitor and abrasive grains. When the mass average molecular weight is less than 1000, sufficient protection is provided for metal surfaces such as copper. A film cannot be formed and the planarization performance deteriorates. The mass average molecular weight of the water-soluble polymer compound is preferably 1000 to 100,000, and more preferably 2000 to 25000.

水溶性高分子化合物の濃度は、電解加工(電解研磨)の加工速度を低下させず、かつ過剰な加工作用を抑制するため、0.005〜5重量%であることが好ましく、0.01〜2重量%であることが更に好ましい。   The concentration of the water-soluble polymer compound is preferably 0.005 to 5% by weight so as not to decrease the processing speed of electrolytic processing (electropolishing) and to suppress excessive processing action. More preferably, it is 2% by weight.

安定した電解液のpHを調整するため、電解液にpH調整剤を添加しても良い。好ましいpH調整剤としては、主にアルカリが用いられ、アンモニア、アルキルアミン、ヒドロキシアミン、ポリアミン、アルカリ金属化合物(例えば水酸化カリウム)、及びアルカリ土類金属化合物から選ばれる1種類以上が選択できる。アルカリの濃度は、一般には0.1〜20重量%で、被加工物の用途、材料、含有する有機酸または有機酸塩及び強酸の濃度と調整するpHにより適宜決めればよい。   In order to adjust the pH of the stable electrolyte, a pH adjuster may be added to the electrolyte. As a preferable pH adjuster, alkali is mainly used, and one or more kinds selected from ammonia, alkylamine, hydroxyamine, polyamine, alkali metal compound (for example, potassium hydroxide), and alkaline earth metal compound can be selected. The alkali concentration is generally 0.1 to 20% by weight, and may be appropriately determined depending on the use of the workpiece, the material, the concentration of the organic acid or organic acid salt and strong acid contained, and the pH to be adjusted.

好ましい電解液のpHは2〜10である。電解液のpHが低い場合は、電解研磨装置の材料選定に耐腐食性を考慮しなければならず、また加工速度は高くなる一方、加工面の粗さが増え、銅等の金属の過剰エッチングが進み平坦な加工面が得にくくなる。電解液のpHが高い場合は、腐食抑制剤及び/または水溶性高分子化合物と銅との間における保護膜形成が不十分となり、平坦化作用が不十分となることがある。従って、半導体基板の銅配線プロセスのように、加工速度が高く、表面粗さに優れた光沢面で平坦化が求められる場合、電解液のpHは3〜6であることが特に好ましい。   The pH of a preferable electrolytic solution is 2-10. When the pH of the electrolytic solution is low, corrosion resistance must be taken into consideration when selecting the material for the electropolishing apparatus, and the processing speed increases, while the roughness of the processed surface increases, resulting in excessive etching of metals such as copper. As a result, it becomes difficult to obtain a flat processed surface. When the pH of the electrolytic solution is high, formation of a protective film between the corrosion inhibitor and / or the water-soluble polymer compound and copper may be insufficient, and the planarization action may be insufficient. Therefore, the pH of the electrolytic solution is particularly preferably 3 to 6 when flattening is required with a glossy surface having a high processing speed and excellent surface roughness as in a copper wiring process of a semiconductor substrate.

溶解型のメカニズムを利用した電解複合研磨にあっても、電解液には砥粒が含まれることが好ましい。削膜型の電解複合研磨においては、砥粒には銅等の金属を機械的に研磨除去する作用があるが、溶解形の電解複合研磨においては、腐食抑制剤及び水溶性高分子化合物により形成された金属保護膜を機械的に研磨除去する作用がある。この砥粒の作用により、余分な保護膜が除去されて、電解加工電解研磨における加工速度が十分速くなる。   Even in the electrolytic composite polishing using the dissolution type mechanism, the electrolytic solution preferably contains abrasive grains. In the cutting type electrolytic composite polishing, the abrasive grains have the effect of mechanically removing metals such as copper, but in the dissolved electrolytic composite polishing, it is formed by a corrosion inhibitor and a water-soluble polymer compound. The effect is to mechanically polish and remove the metal protective film formed. Due to the action of the abrasive grains, an extra protective film is removed, and the processing speed in the electrolytic processing electrolytic polishing is sufficiently increased.

電解液として好ましく用いることのできる砥粒としては、アルミナ、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化チタン、及び酸化マンガンから選ばれる1種類以上を挙げることができる。これらの中でも、アルミナ、コロイダルシリカ、またはヒュームドシリカが好ましく用いられる。   As an abrasive grain that can be preferably used as an electrolytic solution, one or more kinds selected from alumina, colloidal silica, fumed silica, zirconium oxide, cerium oxide, titanium oxide, and manganese oxide can be exemplified. Among these, alumina, colloidal silica, or fumed silica is preferably used.

電解複合研磨として有効に機能させる場合における電解液中の砥粒の濃度は、10重量%以下であることが好ましく、砥粒の効果を出すためには、砥粒の濃度は、0.01重量%以上であることが必要である。一方、電解液中に分散させて使用する砥粒が無くとも研磨パッドのような固定砥粒を使用し、研磨パッドを銅等の金属表面に接触させることで保護膜除去の効果は有効であるので、そのような場合には電解液中に砥粒はなくてもよく、もちろん固定砥粒砥との併用も可能である。砥粒を使用する場合、砥粒の濃度が10重量%を越えると砥粒粒子の凝集が増加し、電解液の粘性が極端に高くなる場合もあり、加工面への砥粒堆積による電解加工電解研磨の阻害やスクラッチ発生の原因となる。このため、最適な砥粒の濃度は、0.05〜2重量%である。   In the case of effectively functioning as electrolytic composite polishing, the concentration of abrasive grains in the electrolytic solution is preferably 10% by weight or less, and in order to exert the effect of abrasive grains, the concentration of abrasive grains is 0.01% by weight. % Or more is necessary. On the other hand, the effect of removing the protective film is effective by using fixed abrasive grains such as a polishing pad even if there are no abrasive grains used dispersed in the electrolyte, and contacting the polishing pad with a metal surface such as copper. Therefore, in such a case, there is no need for abrasive grains in the electrolytic solution, and of course, combined use with fixed abrasive grains is also possible. When using abrasive grains, if the concentration of the abrasive grains exceeds 10% by weight, the aggregation of the abrasive grains increases, and the viscosity of the electrolytic solution may become extremely high. This may hinder electrolytic polishing and cause scratches. For this reason, the optimal abrasive grain concentration is 0.05 to 2% by weight.

電解液は界面活性剤を含有していてもよい。界面活性剤は、砥粒の分散性を向上させるものであればよく、カチオン性、アニオン性、両性、及び非イオン性のいずれも使用することができる。例えば、アニオン性界面活性剤としては、アルキルエーテルカルボン酸塩、アルキル硫酸塩、アルキルスルホン酸塩、アミドスルホン酸塩、アルキルアリルスルホン酸塩、ナフタリンスルホン酸塩、またはそのホルマリン縮合物が用いられる。また、カチオン性界面活性剤としては、例えば脂肪族アミン塩や脂肪族アンモニウム塩等が用いられる。これらは、砥粒の濃度や電解液のpHにより、適宜選択し用いられる。界面活性剤は、好ましくはアニオン性界面活性剤で、特に好ましくは、アルキルスルホン酸塩、ナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合物である。   The electrolytic solution may contain a surfactant. The surfactant is not particularly limited as long as it improves the dispersibility of the abrasive grains, and any of cationic, anionic, amphoteric and nonionic can be used. For example, as the anionic surfactant, alkyl ether carboxylate, alkyl sulfate, alkyl sulfonate, amide sulfonate, alkyl allyl sulfonate, naphthalene sulfonate, or a formalin condensate thereof is used. As the cationic surfactant, for example, an aliphatic amine salt or an aliphatic ammonium salt is used. These are appropriately selected and used depending on the concentration of the abrasive grains and the pH of the electrolytic solution. The surfactant is preferably an anionic surfactant, particularly preferably an alkyl sulfonate or a naphthalene sulfonic acid formalin condensate.

電解液の導電率は、5〜200mS/cmであることが望ましい。電解液の導電率が低いと、加工速度を上げるために印加電圧または電流を高くしなければばらないが、その場合には、酸素発生による研磨に対する電流効率の低下、加工表面のピット発生、保護膜の破壊による平坦化作用への悪影響等がある。したがって、より低い電圧で電解加工(電解研磨)を行うことが望まれ、そのためには、電解液の導電率が5〜200mS/cmであることが好ましい。   The conductivity of the electrolytic solution is preferably 5 to 200 mS / cm. If the electrolyte conductivity is low, the applied voltage or current must be increased in order to increase the processing speed. In this case, however, the current efficiency decreases due to the generation of oxygen, the generation of pits on the processed surface, and protection. There is an adverse effect on the flattening action due to the destruction of the film. Therefore, it is desired to perform electrolytic processing (electrolytic polishing) at a lower voltage, and for that purpose, the conductivity of the electrolytic solution is preferably 5 to 200 mS / cm.

電解液の組成の例としては、(1)2〜80重量%の有機酸、(2)2〜20重量%のスルホン酸基を有する強酸、(3)0.01〜1重量%の腐食抑制剤、(4)0.01〜1重量%の水溶性高分子化合物、(5)0.01〜2重量%の砥粒、及び(6)約0.01〜1重量%の界面活性剤を備えている水溶液が挙げられる。電解液の溶媒は、脱イオン水、好ましくは超純水である。   Examples of the composition of the electrolyte include (1) 2 to 80% by weight organic acid, (2) 2 to 20% by weight sulfonic acid group strong acid, and (3) 0.01 to 1% by weight corrosion inhibition. An agent, (4) 0.01 to 1% by weight of a water-soluble polymer compound, (5) 0.01 to 2% by weight of abrasive grains, and (6) about 0.01 to 1% by weight of a surfactant. An aqueous solution is provided. The electrolyte solvent is deionized water, preferably ultrapure water.

これまで本発明の一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。   Although one embodiment of the present invention has been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.

研磨パッドの回転速度を変えた場合における、充填率(実験値)と加工速度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a filling rate (experimental value) and processing speed when changing the rotational speed of a polishing pad. 電解液供給量を変えた場合における、充填率(実験値)と加工速度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a filling rate (experimental value) and a processing speed when changing electrolyte supply amount. 貫通孔の孔径を変えた場合における、充填率(実験値)と加工速度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a filling rate (experimental value) and processing speed at the time of changing the hole diameter of a through-hole. 基板を研磨パッドに押付ける圧力を変えた場合における、充填率(実験値)と加工速度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a filling rate (experimental value) and processing speed at the time of changing the pressure which presses a board | substrate to a polishing pad. 貫通孔の開口率を変えた場合における、充填率(実験値)と加工速度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a filling rate (experimental value) and processing speed in the case of changing the opening rate of a through-hole. 貫通孔の開口率を固定し、研磨パッドの回転速度、電解液供給量、貫通孔の孔径及び基板を研磨パッドに押付ける圧力を変えた場合における加工速度の充填率依存性を調べた結果を示すグラフである。The result of investigating the filling rate dependency of the processing speed when the opening rate of the through hole is fixed and the rotation speed of the polishing pad, the amount of electrolyte supplied, the hole diameter of the through hole, and the pressure for pressing the substrate against the polishing pad are changed. It is a graph to show. 電解複合研磨装置の要部の概略図である。It is the schematic of the principal part of an electrolytic composite polishing apparatus. 図7に示す領域B、領域BII、及び領域BIIIにおける貫通孔内の電解液の充填具合を示すイメージ図である。It is an image figure which shows the filling condition of the electrolyte solution in the through-hole in area | region BI , area | region BII , and area | region BIII shown in FIG. 貫通孔に電解液が充填され電解液の供給がない状態で研磨パッドを回転させた場合における電解液の充填具合を示すイメージ図である。It is an image figure which shows the filling condition of the electrolyte solution when a polishing pad is rotated in the state where the electrolyte solution is filled in the through hole and the electrolyte solution is not supplied. 銅の電解複合研磨において、貫通孔の開口率を固定し、研磨パッドの回転速度、電解液供給量、貫通孔の孔径、及び基板を研磨パッドに押付ける圧力を変えた場合における充填率の測定結果(実験値)と仮想充填率(計算値)の関係を示すグラフである。In copper electrolytic composite polishing, measurement of the filling rate when the aperture ratio of the through hole is fixed and the rotation speed of the polishing pad, the amount of electrolyte supplied, the hole diameter of the through hole, and the pressure for pressing the substrate against the polishing pad are changed. It is a graph which shows the relationship between a result (experimental value) and virtual filling rate (calculated value). 仮想充填率と加工速度の測定結果の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the measurement result of a virtual filling rate and a processing speed. (a)は電解液供給量が100mL/minの場合における研磨パッドの回転速度と加工速度との関係を孔径ごとに示すグラフで、(b)は電解液供給量が100mL/minの場合における研磨パッドの回転速度と仮想充填率との関係を孔径ごとに示すグラフでる。(A) is a graph showing the relationship between the rotational speed of the polishing pad and the processing speed for each hole diameter when the electrolytic solution supply rate is 100 mL / min, and (b) is the polishing when the electrolytic solution supply rate is 100 mL / min. It is a graph which shows the relationship between the rotational speed of a pad, and a virtual filling rate for every hole diameter. (a)は電解液供給量が2,000mL/minの場合における研磨パッドの回転速度と加工速度との関係を孔径ごとに示すグラフで、(b)は電解液供給量が2,000mL/minの場合における研磨パッドの回転速度と仮想充填率との関係を孔径ごとに示すグラフである。(A) is a graph showing the relationship between the rotational speed of the polishing pad and the processing speed for each hole diameter when the electrolyte supply rate is 2,000 mL / min, and (b) is the electrolyte supply rate of 2,000 mL / min. 5 is a graph showing the relationship between the rotational speed of the polishing pad and the virtual filling rate for each hole diameter. 電解液流量を100mL/minとした場合における研磨パッド回転速度と仮想充填率との関係を貫通孔の孔径を変えて計算した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated the relationship between the polishing pad rotational speed and a virtual filling rate when changing the hole diameter of a through-hole when an electrolyte solution flow rate is 100 mL / min. 電解液流量を900mL/minとした場合における研磨パッド回転速度と仮想充填率との関係を貫通孔の孔径を変えて計算した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated the relationship between the polishing pad rotational speed and a virtual filling rate when changing the hole diameter of a through-hole at the time of electrolyte solution flow rate being 900 mL / min. 電解液流量を2,000mL/minとした場合における研磨パッド回転速度と仮想充填率との関係を貫通孔の孔径を変えて計算した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated the relationship between the polishing pad rotational speed and a virtual filling rate when changing the hole diameter of a through-hole at the time of electrolyte solution flow rate being 2,000 mL / min. 電解液流量を100mL/minとした場合における研磨パッド厚さと仮想充填率との関係を貫通孔の孔径を変えて計算した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated the relationship between the polishing pad thickness and a virtual filling rate when changing the hole diameter of a through-hole when an electrolyte solution flow rate is 100 mL / min. 単層パッドにおける研磨パッドの厚さと、貫通孔のそれぞれ異なる深さhの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the thickness of the polishing pad in a single layer pad, and each different depth h of a through-hole. 多層パッドにおけるそれぞれ異なる貫通孔の孔径と貫通孔の深さhの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hole diameter of each different through-hole in a multilayer pad, and the depth h of a through-hole. 図19に示す多層パッドに閉塞部材を取付けて研磨用品を構成した場合におけるそれぞれ異なる貫通孔の孔径と貫通孔の深さhの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hole diameter of each different through-hole, and the depth h of a through-hole at the time of attaching a closure member to the multilayer pad shown in FIG. 19, and comprising polishing goods. 電解液流量を900mL/minとした場合における研磨パッドの厚さと仮想充填率との関係を貫通孔の孔径を変えて計算した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated the relationship between the thickness of a polishing pad, and a virtual filling rate when changing the hole diameter of a through-hole at the time of electrolyte solution flow rate being 900 mL / min. 電解液流量を2,000mL/minとして場合における研磨パッドの厚さと仮想充填率との関係を貫通孔の孔径を変えて計算した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated the relationship between the thickness of a polishing pad, and a virtual filling rate in case the electrolyte solution flow rate is 2,000 mL / min and changing the hole diameter of the through hole. 研磨パッド厚さを変化させた場合における貫通孔の孔径/研磨パッド厚さと仮想充填率との関係を計算した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated the relationship between the hole diameter of a through-hole / polishing pad thickness, and a virtual filling rate when changing polishing pad thickness. 研磨パッド厚さを変化させた場合における貫通孔の孔径の2乗/研磨パッド厚さと仮想充填率との関係を計算した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated the relationship between the square of the diameter of a through-hole / polishing pad thickness, and a virtual filling rate when changing the polishing pad thickness. 研磨パッド厚さを変化させた場合における貫通孔の孔径の2乗×研磨パッドの角速度の2乗/研磨パッド厚さと仮想充填率との関係を計算した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated the relationship between the square of the hole diameter of the through-hole x the square of the angular velocity of the polishing pad / the polishing pad thickness and the virtual filling rate when the polishing pad thickness is changed. 想定した電解加工メカニズムのイメージを示す図である。It is a figure which shows the image of the assumed electrolytic processing mechanism. 保護膜形成レートと保護膜量の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a protective film formation rate and the amount of protective films. 研磨パッドで擦らない場合における保護膜形成レートと保護膜量の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of the protective film formation rate and the amount of protective films when not rubbing with a polishing pad. 最大溶解レートを100[nm/s]、限界保護膜量を10、最小溶解レートを0とした場合の保護膜量と導電膜(銅)の溶解レートの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the protective film amount and the dissolution rate of a conductive film (copper) when the maximum dissolution rate is 100 [nm / s], the limit protective film amount is 10, and the minimum dissolution rate is 0. 導電膜の溶解レートのシミュレーションの説明に付する図である。It is a figure attached | subjected to description of the simulation of the dissolution rate of an electrically conductive film. 加工速度(加工レート)計算のメインプログラムを示すフローチャートある。It is a flowchart which shows the main program of processing speed (processing rate) calculation. 加工量計算ルーチンを示すフローチャートであるIt is a flowchart which shows a processing amount calculation routine. 加工速度の孔径依存性の実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result of the hole diameter dependence of processing speed. 加工速度の開口率依存性の実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result of the opening rate dependence of processing speed. 加工速度の孔径依存性、加工速度の開口率依存性及び目的関数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hole diameter dependence of processing speed, the opening rate dependence of processing speed, and an objective function. シミュレーションパラメータの最適化結果を示すグラフである。It is a graph which shows the optimization result of a simulation parameter. 貫通孔の孔径を変えて加工速度の開口率依存性をシミュレーションした結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having simulated the opening rate dependence of the processing speed by changing the hole diameter of a through-hole. 研磨パッド回転速度(図中はTT(ターンテーブル)回転速度として表記)を変えて加工速度の開口率依存性をシミュレーションした結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having simulated the opening rate dependence of the processing speed by changing polishing pad rotation speed (it expresses as a TT (turntable) rotation speed in the figure). 研磨パッド回転速度を一定にした場合における加工速度と平均保護膜量の開口率依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the opening rate dependence of the processing speed and average protective film amount when a polishing pad rotational speed is made constant. 図39に示す領域Aと領域Bの境界となる貫通孔の開口率(%)と研磨パッド回転速度[rpm]との関係を示すグラフである。FIG. 40 is a graph showing a relationship between an opening ratio (%) of a through hole serving as a boundary between a region A and a region B shown in FIG. 39 and a polishing pad rotation speed [rpm]. 本発明に係る電解複合研磨装置を備えた基板処理装置の配置構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of arrangement | positioning structure of the substrate processing apparatus provided with the electrolytic composite polishing apparatus which concerns on this invention. 電解複合研磨装置の概略構成例図である。It is an example of schematic structure of an electrolytic composite polishing apparatus. ヘッドの構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of a head. ヘッドの底面図である。It is a bottom view of a head. 電解複合研磨装置の研磨テーブルを概略的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows roughly the grinding | polishing table of an electrolytic composite grinding | polishing apparatus. 研磨パッドの形状の1例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the shape of a polishing pad. 電解複合研磨の工程図である。It is process drawing of electrolytic composite polishing. (a)は電解液流量が100mL/minの場合における、本発明と参考例の加工速度の研磨パッド回転速度依存性を調べた結果を示すグラフであり、(b)は電解液流量が2,000mL/minの場合における、本発明と参考例の加工速度の研磨パッド回転速度依存性を調べた結果を示すグラフである。(A) is a graph which shows the result of having investigated the polishing pad rotational speed dependence of the processing speed of this invention and a reference example in case an electrolyte flow rate is 100 mL / min, (b) It is a graph which shows the result of having investigated the polishing pad rotational speed dependence of the processing speed of this invention and a reference example in the case of 000 mL / min.

符号の説明Explanation of symbols

1 ヘッド
50 電解液
62 絶縁膜(層間絶縁膜)
64 バリア膜(バリアメタル膜)
66 導電膜(金属導電膜)
70 保護膜
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
250 電解複合研磨装置
252 電源
254 支持部材(対向電極)
301,301a 最表面層
302 ベース層
303 閉塞部材
1 Head 50 Electrolyte 62 Insulating film (interlayer insulating film)
64 Barrier film (barrier metal film)
66 Conductive film (metal conductive film)
70 Protective film 100 Polishing table 101 Polishing pad 101a Through hole 102 Electrolyte supply nozzle 250 Electrolytic composite polishing apparatus 252 Power supply 254 Support member (counter electrode)
301, 301a Outermost surface layer 302 Base layer 303 Closure member

Claims (18)

基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される電解複合研磨装置の対向電極上に設置される貫通孔を有する研磨パッドであって、
前記貫通孔の孔径が0.1mm〜5mm、厚さが0.5mm〜5mm、かつ孔径の2乗/厚さが0.002mm〜50mmの範囲であることを特徴とする研磨パッド。
A polishing pad having a through-hole installed on a counter electrode of an electrolytic composite polishing apparatus used for electrolytic composite polishing of a metal film on a substrate surface,
A polishing pad, wherein the through-hole has a hole diameter of 0.1 mm to 5 mm, a thickness of 0.5 mm to 5 mm, and a square of the hole diameter / thickness of 0.002 mm to 50 mm.
前記研磨パッドが多層構造を有することを特徴とする請求項1に記載の研磨パッド。   The polishing pad according to claim 1, wherein the polishing pad has a multilayer structure. 前記研磨パッドの前記対向電極側の面に更に貫通孔を有するベース層を有し、該ベース層の貫通孔の少なくとも一部が研磨パッドの前記金属膜と接触する面に連通していることを特徴とする請求項1または2に記載の研磨パッド。   A base layer having a through hole on the surface of the polishing pad facing the counter electrode; and at least a part of the through hole of the base layer communicates with a surface of the polishing pad that contacts the metal film. The polishing pad according to claim 1, wherein the polishing pad is characterized in that 前記研磨パッドの前記基板表面の金属膜と接触する層が導電性を有することを特徴とする請求項2または3に記載の研磨パッド。   4. The polishing pad according to claim 2, wherein a layer of the polishing pad that contacts the metal film on the surface of the substrate has conductivity. 基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される電解複合研磨装置の対向電極上に設置される貫通孔を有する研磨パッドであって、
前記貫通孔の孔径が0.1mm〜5mm、厚さが0.1mm〜0.5mmの範囲であることを特徴とする研磨パッド。
A polishing pad having a through-hole installed on a counter electrode of an electrolytic composite polishing apparatus used for electrolytic composite polishing of a metal film on a substrate surface,
A polishing pad, wherein the through hole has a diameter of 0.1 mm to 5 mm and a thickness of 0.1 mm to 0.5 mm.
前記研磨パッドの前記貫通孔の開口率が20%〜70%の範囲であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の研磨パッド。   The polishing pad according to any one of claims 1 to 5, wherein an aperture ratio of the through hole of the polishing pad is in a range of 20% to 70%. 基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される電解複合研磨装置の対向電極上に載置される研磨用品であって、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の研磨パッドと、
該研磨パッドの前記対向電極側の面に設けられた導電性を有する閉塞部材と、
を備えたことを特徴とする研磨用品。
A polishing article placed on a counter electrode of an electrolytic composite polishing apparatus used for electrolytic composite polishing of a metal film on a substrate surface,
The polishing pad according to any one of claims 1 to 6,
A conductive closing member provided on the surface of the polishing pad facing the counter electrode;
A polishing article characterized by comprising:
基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される電解複合研磨装置であって、
対向電極と、
前記対向電極上に設置され該対向電極と前記基板表面の金属膜との間を連通する貫通孔を有する研磨パッドとを備え、
前記貫通孔の孔径が0.1mm〜5mm、前記貫通孔の深さが0.5mm〜5mm、かつ孔径の2乗/深さが0.002mm〜50mmの範囲であることを特徴とする電解複合研磨装置。
An electrolytic composite polishing apparatus used for electrolytic composite polishing of a metal film on a substrate surface,
A counter electrode;
A polishing pad installed on the counter electrode and having a through hole communicating between the counter electrode and the metal film on the substrate surface;
Electrolytic composite characterized in that the diameter of the through hole is 0.1 mm to 5 mm, the depth of the through hole is 0.5 mm to 5 mm, and the square of the hole diameter / depth is 0.002 mm to 50 mm. Polishing equipment.
前記研磨パッドは多層構造を有することを特徴とする請求項8に記載の電解複合研磨装置。   9. The electrolytic composite polishing apparatus according to claim 8, wherein the polishing pad has a multilayer structure. 前記研磨パッドは前記対向電極側の面に更に貫通孔を有するベース層を有し、該ベース層の貫通孔の少なくとも一部が該研磨パッドの前記金属膜と接触する面に連通していることを特徴とする請求項8または9に記載の電解複合研磨装置。   The polishing pad further includes a base layer having a through hole on the surface on the counter electrode side, and at least a part of the through hole of the base layer communicates with a surface that contacts the metal film of the polishing pad. 10. The electrolytic composite polishing apparatus according to claim 8 or 9, wherein: 前記研磨パッドの前記基板表面の金属膜と接触する層が導電性を有することを特徴とする請求項9または10に記載の電解複合研磨装置。   11. The electrolytic composite polishing apparatus according to claim 9, wherein a layer in contact with the metal film on the surface of the substrate of the polishing pad has conductivity. 基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される電解複合研磨装置であって、
対向電極と、
前記対向電極上に設置され該対向電極と前記基板表面の金属膜との間を連通する貫通孔を有する研磨パッドとを備え、
前記貫通孔の孔径が0.1mm〜5mm、かつ前記貫通孔の深さが0.1mm〜0.5mmの範囲であることを特徴とする電解複合研磨装置。
An electrolytic composite polishing apparatus used for electrolytic composite polishing of a metal film on a substrate surface,
A counter electrode;
A polishing pad installed on the counter electrode and having a through hole communicating between the counter electrode and the metal film on the substrate surface;
An electrolytic composite polishing apparatus, wherein a diameter of the through hole is in a range of 0.1 mm to 5 mm and a depth of the through hole is in a range of 0.1 mm to 0.5 mm.
前記研磨パッドの前記貫通孔の開口率が20%〜70%の範囲であることを特徴とする請求項8乃至12のいずれか一項に記載の電解複合研磨装置。   The electrolytic composite polishing apparatus according to any one of claims 8 to 12, wherein an opening ratio of the through hole of the polishing pad is in a range of 20% to 70%. 基板表面の金属膜の電解複合研磨に使用される電解複合研磨装置であって、
対向電極と、
前記対向電極上に閉塞部材が該対向電極と接するように設置された請求項6に記載の研磨用品と、
を備えたことを特徴とする電解複合研磨装置。
An electrolytic composite polishing apparatus used for electrolytic composite polishing of a metal film on a substrate surface,
A counter electrode;
The polishing article according to claim 6, wherein a closing member is disposed on the counter electrode so as to be in contact with the counter electrode;
An electrolytic composite polishing apparatus comprising:
基板表面の金属膜と対向電極との間に電解液を存在させ、前記金属膜と対向電極間に電圧を印加しつつ、前記基板表面を前記対向電極上に設置した研磨パッドに押圧しながら前記基板と前記研磨パッドとを相対移動させて、前記金属膜の表面を研磨する電解複合研磨方法において、
前記研磨パッドとして、前記対向電極と前記基板表面の金属膜との間を連通する孔径が0.1mm〜5mmの範囲の貫通孔を有する研磨パッドを使用し、
前記研磨パッドの回転速度が40rpm〜150rpmの範囲で、かつ、
前記貫通孔の孔径の2乗×前記回転運動の角速度の2乗/前記貫通孔の深さが0.01mm/s〜10,000mm/sの範囲となるように前記研磨パッドを回転させることを特徴とする電解複合研磨方法。
The electrolyte solution is present between the metal film on the substrate surface and the counter electrode, and while applying a voltage between the metal film and the counter electrode, the substrate surface is pressed against the polishing pad placed on the counter electrode. In the electrolytic composite polishing method for polishing the surface of the metal film by relatively moving the substrate and the polishing pad,
As the polishing pad, a polishing pad having a through hole with a hole diameter in the range of 0.1 mm to 5 mm communicating between the counter electrode and the metal film on the substrate surface is used.
The rotational speed of the polishing pad is in the range of 40 rpm to 150 rpm, and
Rotating the polishing pad as square / depth of the through hole of the angular velocity squared × the rotational movement of the diameter of the through hole is in the range of 0.01mm / s 2 ~10,000mm / s 2 An electrolytic composite polishing method characterized by the above.
前記研磨パッドの回転速度v(rpm)と前記研磨パッドの貫通孔の開口率γ(%)との関係が、
≧17×exp(0.03×γ)
であることを特徴とする請求項15に記載の電解複合研磨方法。
The relationship between the rotational speed v p (rpm) of the polishing pad and the opening ratio γ (%) of the through hole of the polishing pad is as follows:
v p ≧ 17 × exp (0.03 × γ)
The electrolytic composite polishing method according to claim 15, wherein:
前記研磨パッドは、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の研磨パッドであることを特徴とする請求項15または16に記載の電解複合研磨方法。   The electrolytic polishing method according to claim 15 or 16, wherein the polishing pad is the polishing pad according to any one of claims 1 to 6. 基板表面の金属膜と対向電極との間に電解液を存在させ、前記金属膜と対向電極間に電圧を印加しつつ、前記基板表面を前記対向電極上に設置した研磨用品に押圧しながら前記基板と前記研磨用品とを相対移動させて、前記金属膜の表面を研磨する電解複合研磨方法において、
前記研磨用品として、貫通孔を有する研磨パッドと該研磨パッドの前記対向電極側の面に設けられた導電性を有する閉塞部材とを備えた請求項6に記載の研磨用品を使用し、
前記研磨用品の回転速度が40rpm〜150rpmの範囲で、かつ、
前記研磨パッドの貫通孔の孔径の2乗×前記回転運動の角速度の2乗/前記貫通孔の深さが0.01mm/s〜10,000mm/sの範囲となるように前記研磨用品を回転させることを特徴とする電解複合研磨方法。
The electrolyte solution is present between the metal film on the substrate surface and the counter electrode, and while applying a voltage between the metal film and the counter electrode, the substrate surface is pressed against a polishing article installed on the counter electrode. In the electrolytic composite polishing method for polishing the surface of the metal film by relatively moving the substrate and the polishing article,
The polishing article according to claim 6, comprising a polishing pad having a through-hole and a conductive blocking member provided on the surface of the polishing pad on the counter electrode side, as the polishing article.
The rotational speed of the polishing article is in the range of 40 rpm to 150 rpm, and
The polishing pad the abrasive article as square / depth of the through hole of the angular velocity squared × the rotational motion of the diameter of the through hole is in the range of 0.01mm / s 2 ~10,000mm / s 2 of An electrolytic composite polishing method characterized by rotating the substrate.
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