JPWO2008149937A1 - Polishing pad and polishing method for device wafer - Google Patents

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太輔 阿部
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Abstract

デバイスウエハの導電体層のウエハ面内均一性を改善し、長期間安定した電気化学的機械的研磨ができるデバイスウエハ用の研磨パッドを提供する。内径側から外径側までの全ての電解液収容部Fを、電解液収容部Fの開口部の径方向の長さをw(mm)、電解液収容部Fの最大設置半径をR(mm)とした場合に、45/SQRT(R)<w<73/SQRT(R)の関係式を満足するように、研磨パッド60に配置する。Provided is a polishing pad for a device wafer, which improves the uniformity of the conductive layer of the device wafer in the wafer surface and enables stable electrochemical mechanical polishing for a long period of time. All the electrolyte solution storage portions F from the inner diameter side to the outer diameter side are set to w (mm) in the radial direction of the opening of the electrolyte solution storage portion F, and the maximum installation radius of the electrolyte solution storage portion F is set to R (mm). ) Is disposed on the polishing pad 60 so as to satisfy the relational expression of 45 / SQRT (R) <w <73 / SQRT (R).

Description

本発明は、半導体ウエハ上に形成された導電体層を電気化学的機械的に研磨するデバイスウエハ用の研磨パッド及び研磨方法に関するものである。   The present invention relates to a polishing pad for a device wafer and a polishing method for electrochemically polishing a conductor layer formed on a semiconductor wafer.

近年、半導体装置(半導体デバイス)は、低消費電力化および高速化の目的で、層間絶縁膜に低誘電率材料(いわゆるLow−k材料)の導入が検討されている。この低誘電率材料は、機械的強度や化学的安定性に乏しく、化学的機械的研磨(CMP)における回転数や研磨圧力に依存する摩擦力によって、銅配線材が層間絶縁膜から剥離してしまうという問題があり、研磨圧力を極端に低下させて研磨する超低圧研磨方法(超低圧CMP)が採用されてきた。   In recent years, in semiconductor devices (semiconductor devices), introduction of a low dielectric constant material (so-called low-k material) into an interlayer insulating film has been studied for the purpose of reducing power consumption and speeding up. This low dielectric constant material has poor mechanical strength and chemical stability, and the copper wiring material is peeled from the interlayer insulating film by the frictional force depending on the rotational speed and polishing pressure in chemical mechanical polishing (CMP). Therefore, an ultra-low pressure polishing method (ultra-low pressure CMP) in which polishing is performed with an extremely low polishing pressure has been employed.

しかし、超低圧CMPは、研磨レートの低下とウエハ面内均一性の劣化の問題があるため、CMPに代わって、以下のような装置を用いた電気化学的機械的研磨方法及び研磨パッドが提案されている。   However, because ultra-low pressure CMP has the problem of lowering the polishing rate and degradation of uniformity in the wafer surface, an electrochemical mechanical polishing method and a polishing pad using the following apparatus are proposed in place of CMP. Has been.

第1は、研磨部材が載置された回転定盤を、電解液で満たされた容器(ベジン)内に設置し、容器底部に設置したカソードと回転定盤とを対峙させて、アノード電極及び研磨部材をデバイスウエハのCu膜に押圧させ、Cu膜を電気化学的機械的に研磨する装置である(例えば、特許文献1)。
しかし、この研磨装置は、電気化学的機械的研磨専用の装置であるため、Cu膜の電気化学的機械的研磨の後に、バリアメタルCMPを行うためのCMP装置が別途必要となり、研磨装置全体が高価になるという問題があった。
第2は、従来のCMP装置のプラテンに搭載し、Cu膜を電気化学的機械的に研磨するための研磨パッドで、研磨表面又はその近傍にアノードとカソードとを有する研磨パッドである(例えば、特許文献2)。
しかし、このパッドは、電解液を研磨パッド表面を覆うようにして供給するため、プラテンの回転数を上げることにより、遠心力の作用で電解液が飛散してしまい、ウエハ面内均一性が劣化する等、安定した研磨ができないという問題があった。
特表2004−531885号公報 USP6,893,328
First, a rotating platen on which a polishing member is placed is placed in a container (begin) filled with an electrolytic solution, and a cathode and a rotating platen placed on the bottom of the container are opposed to each other, and an anode electrode and This is an apparatus for pressing a polishing member against a Cu film of a device wafer and polishing the Cu film electrochemically (for example, Patent Document 1).
However, since this polishing apparatus is dedicated to electrochemical mechanical polishing, a separate CMP apparatus for performing barrier metal CMP is required after electrochemical mechanical polishing of the Cu film. There was a problem of becoming expensive.
The second is a polishing pad that is mounted on a platen of a conventional CMP apparatus and is used for electrochemically polishing a Cu film, and is a polishing pad having an anode and a cathode at or near the polishing surface (for example, Patent Document 2).
However, since this pad supplies the electrolyte solution so as to cover the surface of the polishing pad, by increasing the number of rotations of the platen, the electrolyte solution is scattered by the action of centrifugal force, and the uniformity within the wafer surface deteriorates. There was a problem that stable polishing could not be performed.
JP-T-2004-531885 USP 6,893,328

本発明の課題は、デバイスウエハの導電体層のウエハ面内均一性を改善し、長期間安定した電気化学的機械的研磨ができるデバイスウエハ用の研磨パッドを提供する。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a polishing pad for a device wafer that improves the in-wafer uniformity of the conductor layer of the device wafer and can perform stable electrochemical mechanical polishing for a long period of time.

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。   The present invention solves the above problems by the following means. In order to facilitate understanding, description will be made with reference numerals corresponding to the embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to this.

第1の発明は、電解液(E)を収容する複数の電解液収容部(F)及び前記電解液収容部の底部に形成されたカソード電極(66)を有し、デバイスウエハ(D)の導電体層(D1)を前記電解液収容部の前記電解液の液面に接触させ、前記カソード電極と前記導電体層に対して電気的又は電気化学的に接続されるアノード電極(63)とに電圧を印加することにより複数の電解セル(C)を形成し、前記導電体層を電気化学的機械的に研磨する研磨パッドにおいて、合成樹脂により形成され、前記導電体層に接触した状態で前記導電体層に対して相対的に回転移動される研磨表層(62)を備え、内径側から外径側までの全ての前記電解液収容部は、前記電解液収容部の開口部の径方向の長さをw(mm)、前記電解液収容部の最大設置半径をR(mm)とした場合に、径方向の長さをwが、45/SQRT(R)<w<73/SQRT(R)の関係式を満足すること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。   The first invention has a plurality of electrolytic solution storage portions (F) for storing an electrolytic solution (E) and a cathode electrode (66) formed at the bottom of the electrolytic solution storage portion, and includes a device wafer (D). An anode electrode (63) in which a conductor layer (D1) is brought into contact with a surface of the electrolyte solution in the electrolyte solution storage portion and electrically or electrochemically connected to the cathode electrode and the conductor layer; A plurality of electrolytic cells (C) are formed by applying a voltage to a polishing pad for electrochemically polishing the conductor layer. The polishing pad is formed of a synthetic resin and is in contact with the conductor layer. A polishing surface layer (62) that is rotationally moved relative to the conductor layer is provided, and all the electrolytic solution storage portions from the inner diameter side to the outer diameter side are in the radial direction of the openings of the electrolytic solution storage portions. The length of w (mm), the maximum installation half of the electrolyte container For a device wafer, wherein w is a radial length, and w satisfies a relational expression of 45 / SQRT (R) <w <73 / SQRT (R). It is a polishing pad.

第2の発明は、第1の発明の研磨パッドにおいて、前記複数の電解液収容部(F)は、研磨面を法線方向から見たときに、開口部が研磨面における1本以上の極座標の式r(θ)=a・θで定義される仮想の一様螺旋に沿って形成され、螺旋線の線間距離が5mm〜22.5mmであること、を特徴とする研磨パッドである。
第3の発明は、第1及び第2の発明のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、前記研磨表層(62)の表面に、その幅が前記電解液収容部(F)と同等かそれ以下であり、その深さが前記電解液収容部よりも浅く、前記複数の電解液収容部間を連結するように設けられた溝部を備えること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
第4の発明は、第1及び第2の発明のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、前記研磨表層は、ポリウレタン、又は発泡ポリウレタンから形成されること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
第5の発明は、第1及び第2の発明のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、前記カソード電極(66)が、金、白金、チタン合金、ステンレス鋼、又はカーボンから形成されること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
According to a second invention, in the polishing pad of the first invention, the plurality of electrolytic solution storage portions (F) have one or more polar coordinates in which the opening portion is on the polishing surface when the polishing surface is viewed from the normal direction. The polishing pad is formed along a virtual uniform helix defined by the following formula r (θ) = a · θ, and the distance between the spiral lines is 5 mm to 22.5 mm.
3rd invention is the polishing pad of the device wafer of 1st and 2nd invention, The width | variety is the surface of the said polishing surface layer (62), or the width | variety is equal to or less than the said electrolyte solution accommodating part (F), A polishing pad for a device wafer, characterized in that the depth thereof is shallower than that of the electrolyte solution storage portion, and a groove portion is provided so as to connect the plurality of electrolyte solution storage portions.
A fourth invention is a polishing pad for device wafers according to the first and second inventions, wherein the polishing surface layer is made of polyurethane or polyurethane foam.
A fifth invention is characterized in that in the device wafer polishing pad of the first and second inventions, the cathode electrode (66) is formed of gold, platinum, titanium alloy, stainless steel, or carbon. This is a polishing pad for a device wafer.

第6の発明は、デバイスウエハ(D)の導電体層(D1)に対して相対移動するテーブ(51)ルに設置され、合成樹脂により形成された研磨表層(62)と、電解液(E)を収容する複数の電解液収容部(F)及び前記電解液収容部の底部に形成されたカソード電極(66)とを有し、前記カソード電極と前記導電体層に対して電気的又は電気化学的に接続されるアノード電極(63)とに電圧を印加することにより複数の電解セル(C)を形成し、前記導電体層を電気化学的機械的に研磨する研磨パッド(60)を用いて前記導電体層を電気化学的機械的に研磨する研磨方法であって、前記研磨表層の研磨面に前記電解液を供給して、前記複数の電解液収容部に前記電解液を満たし、前記研磨表層及び前記アノード電極が前記導電体層に電気的又は電気化学的に接続した状態で、前記カソード電極及び前記アノード電極に電力を供給することにより電解セルを形成し、前記研磨パッドと前記導電体層とを相対移動すること、内径側から外径側までの全ての前記電解液収容部は、前記電解液収容部の開口部の径方向の長さをw(mm)、前記電解液収容部の最大設置半径をR(mm)とした場合に、径方向の長さをwが、45/SQRT(R)<w<73/SQRT(R)の関係式を満足すること、を特徴とするデバイスウエハの研磨方法である。
第7の発明は、第6の発明の研磨方法において、前記デバイスウエハ(D)の前記導電体層(D1)の研磨後又は研磨前に、前記研磨パッド(60)を100(回転/min)以上の回転速度で回転し、前記電解液収容部(F)に収容された前記電解液又はリンス水を排出する工程を有すること、を特徴とするデバイスウエハの研磨方法である。
The sixth invention is a polishing surface layer (62) formed of a synthetic resin and installed on a table (51) that moves relative to a conductor layer (D1) of a device wafer (D), and an electrolytic solution (E ) And a cathode electrode (66) formed at the bottom of the electrolyte container, and is electrically or electrically connected to the cathode electrode and the conductor layer. A plurality of electrolytic cells (C) are formed by applying a voltage to the chemically connected anode electrode (63), and a polishing pad (60) for electrochemically polishing the conductor layer is used. A polishing method for electrochemically polishing the conductor layer, supplying the electrolytic solution to a polishing surface of the polishing surface layer, filling the electrolytic solution in the plurality of electrolytic solution storage portions, A polishing surface layer and the anode electrode are formed on the conductor layer. An electrolytic cell is formed by supplying electric power to the cathode electrode and the anode electrode in a state of being electrically or electrochemically connected, and the polishing pad and the conductor layer are relatively moved. In all the electrolyte accommodating parts up to the outer diameter side, the radial length of the opening part of the electrolyte accommodating part is w (mm), and the maximum installation radius of the electrolyte accommodating part is R (mm). In this case, the device wafer polishing method is characterized in that the radial length w satisfies a relational expression of 45 / SQRT (R) <w <73 / SQRT (R).
According to a seventh aspect of the present invention, in the polishing method of the sixth aspect, the polishing pad (60) is moved to 100 (rotation / min) after the polishing of the conductor layer (D1) of the device wafer (D) or before the polishing. A device wafer polishing method characterized by comprising a step of rotating at the above rotation speed and discharging the electrolytic solution or rinsing water stored in the electrolytic solution storage part (F).

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)本発明は、電解液収容部の開口部の形状が、研磨面を法線方向から見たときに、45/SQRT(R)<w<73/SQRT(R)の関係式を満足する。これにより、研磨時に、プラテン(研磨パッド)の回転数を60(回転/min)〜90(回転/min)にすることにより、電解液を研磨液収容部に保持して安定した電気化学的機械的研磨を行うことができる(w<73/SQRT(R)の条件)。一方、研磨後又は研磨前(ウエハ交換時)に、プラテン(研磨パッド)の回転数を100(回転/min)以上にすることにより、各電解液収容部の電解液を遠心力により飛散させることができる(45/SQRT(R)<wの条件)。このため、電解液収容部に残留している電解液やリンス液(高圧水流洗浄用の洗浄水)を排出し、1枚の研磨パッドで複数のデバイスウエハを安定して連続研磨することができる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) In the present invention, the shape of the opening of the electrolytic solution container satisfies the relational expression of 45 / SQRT (R) <w <73 / SQRT (R) when the polished surface is viewed from the normal direction. To do. Thus, during polishing, the rotation speed of the platen (polishing pad) is set to 60 (rotation / min) to 90 (rotation / min), so that the electrolytic solution is held in the polishing liquid container and is stable. Polishing can be performed (condition of w <73 / SQRT (R)). On the other hand, after polishing or before polishing (when exchanging wafers), the platen (polishing pad) rotation speed is set to 100 (rotation / min) or more to disperse the electrolyte solution in each electrolyte container by centrifugal force. (45 / SQRT (R) <w condition). For this reason, it is possible to discharge the electrolytic solution and the rinsing liquid (cleaning water for high-pressure water flow cleaning) remaining in the electrolytic solution storage unit, and stably polish a plurality of device wafers with a single polishing pad. .

(2)本発明は、電解液収容部の開口部が一様螺旋に沿って形成され、一様螺旋の螺旋線の線間距離が5mm〜22.5mmである。これにより各電解液収容部の開口部の径方向の長さを増加させずに、電解液収容部の電解液とデバイスウエハの導電体層の被研磨面とを、被研磨面全面にわたって均一に当接することができ、ウエハ面内均一性を改善することができる。また、複数の一様螺旋に沿って電解液収容部を形成することより、電解液収容部の開口面積の合計をより大きくし、研磨効率を向上することができる。 (2) In the present invention, the opening of the electrolytic solution housing part is formed along a uniform spiral, and the distance between the spiral lines of the uniform spiral is 5 mm to 22.5 mm. As a result, the electrolyte solution in the electrolyte container and the polished surface of the conductor layer of the device wafer are uniformly distributed over the entire surface to be polished without increasing the radial length of the opening of each electrolyte container. It is possible to abut, and the uniformity within the wafer surface can be improved. Moreover, by forming the electrolytic solution storage part along a plurality of uniform spirals, the total opening area of the electrolytic solution storage part can be further increased, and the polishing efficiency can be improved.

本発明を適用した研磨パッドの実施例を取り付けた研磨装置の斜視図である。1 is a perspective view of a polishing apparatus to which an embodiment of a polishing pad to which the present invention is applied is attached. 本実施例の研磨装置50及び研磨パッド60の断面図(図1のII−II部矢視断面図)である。It is sectional drawing (II-II part arrow sectional drawing of FIG. 1) of the polishing apparatus 50 and the polishing pad 60 of a present Example. 本実施例の研磨装置50及び研磨パッド60を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which the polishing apparatus 50 and the polishing pad 60 of the present Example were expanded. 電解液収容部の1つを研磨部材層62の研磨面の法線方向から見た場合の拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of one of the electrolytic solution housing portions when viewed from the normal direction of the polishing surface of the polishing member layer 62. 実験に利用した研磨パッド260を示す図である。It is a figure which shows the polishing pad 260 utilized for experiment. プラテンを各回転数で回転させた後に、電解液が保持されている各電解液収容部の径と最大設置半径の関係をまとめた表である。It is the table | surface which put together the relationship between the diameter of each electrolyte solution accommodating part in which electrolyte solution was hold | maintained, and the largest installation radius, after rotating a platen with each rotation speed. 設置半径と電解液が保持されている電解液収容部の径との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an installation radius and the diameter of the electrolyte solution accommodating part in which electrolyte solution is hold | maintained. 図7のグラフをD=A/SQRT(r)に近似した場合の比例定数(A)を示す表である。It is a table | surface which shows the proportionality constant (A) at the time of approximating the graph of FIG. 7 to D = A / SQRT (r). 本実施例の研磨パッド60の電解液等の排出工程の有無による面内均一性の比較実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the comparative experiment result of the in-plane uniformity by the presence or absence of discharge process of the electrolyte solution etc. of the polishing pad 60 of a present Example. 本実施例の研磨パッド60を研磨面の法線方向から見たときの図である。It is a figure when the polishing pad 60 of a present Example is seen from the normal line direction of a polishing surface.

符号の説明Explanation of symbols

50 研磨装置
51 プラテン
52 研磨ヘッド
53 電源
56 ノズル
60 研磨パッド
62 研磨部材層
63 アノード電極
66 カソード電極
C 電解セル
D デバイスウエハ
D1 導電体層
E 電解液
F 電解液収容部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 Polishing apparatus 51 Platen 52 Polishing head 53 Power supply 56 Nozzle 60 Polishing pad 62 Polishing member layer 63 Anode electrode 66 Cathode electrode C Electrolysis cell D Device wafer D1 Conductor layer E Electrolyte solution F Electrolyte container

発明を実施するための形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

本発明は、デバイスウエハの導電体層のウエハ面内均一性を改善し、長期間安定した電気化学的機械的研磨ができるデバイスウエハ用の研磨パッドを提供するという目的を、内径側から外径側までの全ての電解液収容部を、電解液収容部の開口部の径方向の長さをw(mm)、電解液収容部の最大設置半径をR(mm)とした場合に、45/SQRT(R)<w<73/SQRT(R)の関係式を満足するように配置することによって実現した。   The object of the present invention is to provide a polishing pad for a device wafer that improves the uniformity of the conductive layer of the device wafer within the wafer surface and can perform stable electrochemical mechanical polishing for a long period of time. When the length in the radial direction of the opening of the electrolyte container is w (mm) and the maximum installation radius of the electrolyte container is R (mm), This was realized by arranging so as to satisfy the relational expression of SQRT (R) <w <73 / SQRT (R).

次に、図面等を参照しながら、本発明による研磨パッドの実施例を説明する。
最初に、本実施例の研磨パッド60が取り付けられた研磨装置50の概略について説明する。
図1は、本実施例の研磨パッド60が取り付けられた研磨装置50を示す斜視図である。
研磨装置50は、プラテン・ロータリー型の化学的機械的研磨(CMP)を行なう研磨装置である。研磨装置50は、プラテン51(定盤)と、研磨ヘッド52と、電源53と、装置側マイナス電極54と、装置側プラス電極55と、ノズル56とを備えている。
Next, embodiments of the polishing pad according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an outline of the polishing apparatus 50 to which the polishing pad 60 of this embodiment is attached will be described.
FIG. 1 is a perspective view showing a polishing apparatus 50 to which a polishing pad 60 of this embodiment is attached.
The polishing apparatus 50 is a polishing apparatus that performs platen rotary type chemical mechanical polishing (CMP). The polishing apparatus 50 includes a platen 51 (a surface plate), a polishing head 52, a power source 53, an apparatus-side minus electrode 54, an apparatus-side plus electrode 55, and a nozzle 56.

プラテン51は、研磨パッド60を載置して、鉛直方向の軸Z1回り(矢印θ1方向)に回転する円盤状の部材である。
研磨ヘッド52は、その下面に、デバイスウエハDを装着し、鉛直方向の軸Z2回り(矢印θ2方向)に回転する円盤状の部材である。研磨ヘッド52には、導電体層D1が下側になるように、デバイスウエハDが装着される。
The platen 51 is a disk-shaped member that mounts the polishing pad 60 and rotates around the vertical axis Z1 (in the direction of the arrow θ1).
The polishing head 52 is a disk-shaped member that has the device wafer D mounted on its lower surface and rotates around the vertical axis Z2 (in the direction of the arrow θ2). The device wafer D is mounted on the polishing head 52 so that the conductor layer D1 is on the lower side.

電源53は、電解セル(electrolytic−cell)を形成するための電力を供給する装置である。電源53は、後述するように、デバイスウエハDの導電体層D1にアノードを形成し、研磨パッド60のカソード電極66(後述する)にカソードを形成する。供給する電力は、一般的には直流電力であるが、電力波形は、パルス状であってもよい。また、供給する電力は、直流成分があればプラスとマイナスに変動する交流電力であってもよい。
装置側マイナス電極54は、配線を介して電源53のマイナス端子に電気的に接続されており、また、プラテン51に摺接することにより、プラテンを介して研磨パッド60のカソード電極66(後述する)に電気的に導通される。
The power supply 53 is a device that supplies electric power for forming an electrolytic cell. As will be described later, the power source 53 forms an anode on the conductor layer D1 of the device wafer D and forms a cathode on a cathode electrode 66 (described later) of the polishing pad 60. The power to be supplied is generally DC power, but the power waveform may be pulsed. Further, the supplied power may be AC power that varies between plus and minus if there is a DC component.
The device-side negative electrode 54 is electrically connected to the negative terminal of the power source 53 via a wiring, and is in sliding contact with the platen 51 to thereby provide a cathode electrode 66 (described later) of the polishing pad 60 via the platen. Is electrically conducted.

装置側プラス電極55は、配線を介して電源53のプラス端子に電気的に接続されており、また、研磨パッド60のアノード電極63に接触することにより、アノード電極63に対して電気的に導通される。装置側プラス電極55は、アノード電極63に対して接触する接触面が、アノード電極63と同一の材料であることが望ましく、また、回転しているアノード電極63に対して安定して電気的に接触するために、耐磨耗性を有することが望ましい。
ノズル56は、研磨パッド60の上方に配置され、電解液Eを供給する部材である。電解液Eには、保護膜形成剤や研磨砥粒、酸化剤等を含ませることができる。
The apparatus-side positive electrode 55 is electrically connected to the positive terminal of the power supply 53 via a wiring, and is electrically connected to the anode electrode 63 by contacting the anode electrode 63 of the polishing pad 60. Is done. The device-side positive electrode 55 is preferably made of the same material as that of the anode electrode 63 in contact with the anode electrode 63, and stably and electrically with respect to the rotating anode electrode 63. It is desirable to have wear resistance for contact.
The nozzle 56 is a member that is disposed above the polishing pad 60 and supplies the electrolytic solution E. The electrolytic solution E can contain a protective film forming agent, abrasive grains, an oxidizing agent, and the like.

上述のような構成によって、研磨装置50は、電解液Eを供給しながら、デバイスウエハDと研磨パッド60とを接触させ、これらを相対移動させることにより、デバイスウエハDの導電体層D1の表層に電気化学的な保護膜を形成すると同時に、保護膜を機械的に除去し、導電体層D1を電気化学的に溶解除去する。すなわち、研磨装置50は、CMP用の研磨装置でありながら、研磨パッド60を取り付けることにより、導電体層D1の電気化学的機械的研磨(ECMP)を行なうことができる。   With the configuration as described above, the polishing apparatus 50 contacts the device wafer D and the polishing pad 60 while supplying the electrolytic solution E, and moves them relative to each other to move the surface layer of the conductor layer D1 of the device wafer D. At the same time as forming an electrochemical protective film, the protective film is mechanically removed, and the conductor layer D1 is dissolved and removed electrochemically. That is, the polishing apparatus 50 can perform electrochemical mechanical polishing (ECMP) of the conductor layer D1 by attaching the polishing pad 60, although it is a polishing apparatus for CMP.

次に、研磨パッド60の構成等について説明する。
図2は、本実施例の研磨装置50及び研磨パッド60の断面図(図1のII−II部矢視断面図)である。
図3は、本実施例の研磨装置50及び研磨パッド60を拡大した断面図である。
なお、各図は、研磨パッド60の各層の構成を分かりやすくするために、厚みを強調して示す。
図2、図3に示すように、研磨パッド60は、電解液Eを収容するための複数の電解液収容部Fが設けられた円盤状のパッドである。研磨パッド60は、研磨部材層62(研磨表層)と、アノード電極63(電力伝達部)と、カソード電極66とを備えている。
Next, the configuration and the like of the polishing pad 60 will be described.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the polishing apparatus 50 and the polishing pad 60 of this embodiment (a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1).
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the polishing apparatus 50 and the polishing pad 60 of this embodiment.
In each drawing, the thickness is emphasized for easy understanding of the configuration of each layer of the polishing pad 60.
As shown in FIGS. 2 and 3, the polishing pad 60 is a disk-shaped pad provided with a plurality of electrolyte solution storage portions F for storing the electrolyte solution E. The polishing pad 60 includes a polishing member layer 62 (polishing surface layer), an anode electrode 63 (power transmission unit), and a cathode electrode 66.

研磨部材層62は、デバイスウエハDの導電体層D1に押圧された状態で相対移動することにより、導電体層D1の表面に形成された保護膜を機械的に研磨、除去するための部材である。研磨部材層62は、研磨装置50のプラテン51と研磨ヘッド52(図1参照)とが回転運動することにより、デバイスウエハDに対して相対移動することができる。研磨部材層62は、円盤状の部材であり、電解液収容部Fを形成するための貫通孔が設けられている。   The polishing member layer 62 is a member for mechanically polishing and removing the protective film formed on the surface of the conductor layer D1 by relatively moving while being pressed against the conductor layer D1 of the device wafer D. is there. The polishing member layer 62 can move relative to the device wafer D when the platen 51 and the polishing head 52 (see FIG. 1) of the polishing apparatus 50 rotate. The polishing member layer 62 is a disk-shaped member, and is provided with a through-hole for forming the electrolyte solution storage portion F.

研磨部材層62は、非金属であり絶縁性のあるウレタン系の材料(溝付発泡構造のポリウレタン材、クッション層を有する発泡構造のポリウレタン材等)、又は、シリカ(酸化シリコン)砥粒が固定された固定砥粒研磨部材等から形成される。研磨部材層62の材料は、前述した非金属材料に熱硬化性樹脂又はエラストマ材を含浸させたものを使用することもできる。この場合、熱硬化性樹脂又はエラストマ材は、研磨砥粒を分散させて使用するのが、導電体層D1の表面粗さを減少させ、鏡面に研磨できることから好ましい。研磨部材層62は、単一材料からなる単層構造である必要はなく、合成樹脂性の支持体やアノード電極63を弾性的に支持するために発泡樹脂などによるクッション材との積層構造体であってもよい。   The polishing member layer 62 is made of a non-metallic and insulating urethane-based material (a polyurethane material with a grooved foam structure, a polyurethane material with a foam structure having a cushion layer, or the like) or silica (silicon oxide) abrasive grains. The fixed abrasive polishing member is formed. As the material of the polishing member layer 62, a material obtained by impregnating the above-described non-metallic material with a thermosetting resin or an elastomer material may be used. In this case, it is preferable to use a thermosetting resin or an elastomer material in which abrasive grains are dispersed because the surface roughness of the conductor layer D1 can be reduced and polished to a mirror surface. The polishing member layer 62 does not have to be a single layer structure made of a single material, but is a laminated structure of a synthetic resin support or a cushion material made of foamed resin or the like for elastically supporting the anode electrode 63. There may be.

また、研磨部材層62は、前述した非金属材と研磨砥粒を含有するシートとを、研磨面に垂直に交互に配列するようにしてもよい。この砥粒は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化亜鉛、炭化ケイ素、炭化ホウ素及び合成ダイヤモンド粉体の単独若しくは2種類以上を使用することができる。
さらに、研磨部材層62の表面には、図2に示すように、その幅が電解液収容部Fの幅と同等かそれ以下の幅で、その深さが電解液収容部Fよりも浅い0.1mm〜2mm程度のxyを設けてもよい。これにより、研磨部材層62は、導電体層D1との接触圧が大きくなるので、導電体層D1との摩擦力が増大するため機械的研磨の効率を向上することができ、また、電解液収容部F間をxy溝で連結することにより、電解液Eの供給、排出を円滑に行なうことができる。なお、この溝は、xy溝に限らず、例えば、同心円状の溝でもよい。
なお、研磨部材層62は、絶縁性を有する絶縁材より形成されるので、アノード電極63とカソード電極66との間を電気的に絶縁する絶縁層としても機能する。
Further, the polishing member layer 62 may be formed by alternately arranging the above-described nonmetallic material and a sheet containing polishing abrasive grains perpendicular to the polishing surface. As the abrasive grains, silicon oxide, aluminum oxide, iron oxide, zinc oxide, silicon carbide, boron carbide, and synthetic diamond powder can be used alone or in combination.
Further, on the surface of the polishing member layer 62, as shown in FIG. 2, the width is equal to or smaller than the width of the electrolyte solution storage portion F, and the depth thereof is shallower than that of the electrolyte solution storage portion F. Xy of about 1 mm to 2 mm may be provided. Thereby, since the contact pressure with the conductor layer D1 increases in the polishing member layer 62, the frictional force with the conductor layer D1 increases, so that the efficiency of mechanical polishing can be improved. By connecting the accommodating portions F with xy grooves, the electrolyte solution E can be supplied and discharged smoothly. In addition, this groove | channel is not restricted to an xy groove | channel, For example, a concentric groove | channel may be sufficient.
Since the polishing member layer 62 is formed of an insulating material having an insulating property, it also functions as an insulating layer that electrically insulates between the anode electrode 63 and the cathode electrode 66.

アノード電極63は、研磨装置50の装置側プラス電極55(図1参照)とデバイスウエハDの導電体層D1とを導通させるための円盤状の部材である。アノード電極63は、導電体層D1に電力を伝達し、導電体層D1にアノードを形成する。アノード電極63は、研磨部材層62の中央部の表面に配置されている。図3に示すように、アノード電極63は、その表面63aが、研磨部材層62の表面と同等あるいは、研磨部材層62の表面から突出するように設けられ、導電体層D1底面の外周部及び装置側プラス電極55に接触することにより、装置側プラス電極55と導電体層D1とを導通させ、電源53の電力を導電体層D1に供給可能にする。アノード電極63は、導電体層D1底面の外周部のみに当接するので、導電体層D1底面の内側の範囲(すなわち、導電体層D1底面のうち、アノード電極63に接触していない範囲)の損傷(ダメージ)を低減することができ、また、導電体層D1の底面に対して面接触するので、点接触よりも接触面の電流密度を適切にすることができる。   The anode electrode 63 is a disk-shaped member for electrically connecting the apparatus-side plus electrode 55 (see FIG. 1) of the polishing apparatus 50 and the conductor layer D1 of the device wafer D. The anode electrode 63 transmits electric power to the conductor layer D1, and forms an anode in the conductor layer D1. The anode electrode 63 is disposed on the surface of the central portion of the polishing member layer 62. As shown in FIG. 3, the anode electrode 63 is provided so that the surface 63a thereof is equal to the surface of the polishing member layer 62 or protrudes from the surface of the polishing member layer 62, and the outer peripheral portion of the bottom surface of the conductor layer D1 and By contacting the device-side plus electrode 55, the device-side plus electrode 55 and the conductor layer D1 are brought into conduction, and the power of the power source 53 can be supplied to the conductor layer D1. Since the anode electrode 63 is in contact with only the outer peripheral portion of the bottom surface of the conductor layer D1, it is within the range inside the bottom surface of the conductor layer D1 (that is, the range of the bottom surface of the conductor layer D1 that is not in contact with the anode electrode 63). Damage (damage) can be reduced, and surface contact with the bottom surface of the conductor layer D1 makes it possible to make the current density on the contact surface more appropriate than point contact.

アノード電極63は、金属等の低抵抗材料(金、銅、白金、チタン合金、ステンレス鋼、カーボン等)、又は炭素素材(カーボンを主成分としたアモルファスカーボン、炭素繊維、黒鉛繊維、黒鉛、合成樹脂との複合炭素材、合成樹脂との複合炭素材、合成樹脂との複合黒鉛の内いずれか1つ、又はそれらの組み合わせ等)等から形成される。   The anode electrode 63 is a low-resistance material such as metal (gold, copper, platinum, titanium alloy, stainless steel, carbon, etc.) or a carbon material (amorphous carbon mainly composed of carbon, carbon fiber, graphite fiber, graphite, synthetic material) A composite carbon material with a resin, a composite carbon material with a synthetic resin, composite graphite with a synthetic resin, or a combination thereof).

図2に示すように、カソード電極66は、円盤状に形成され、研磨部材層62の下層に積層され、プラテン51上に載置されている。カソード電極66は、電解液収容部Fの底部を形成する。カソード電極66は、電性粘着テープ67によりプラテン51に貼付されており、プラテン51を介して、直流電源53(図1参照)に電気的に接続される。これにより、研磨パッド60は、CMP用の研磨装置であっても、電解セルCを形成し、導電体層D1の電気化学的機械的研磨を行うことができる。また、研磨パッド60は、アノードに対向してカソードを形成するため、電解セルCを安定して形成することができる。   As shown in FIG. 2, the cathode electrode 66 is formed in a disk shape, is laminated below the polishing member layer 62, and is placed on the platen 51. The cathode electrode 66 forms the bottom of the electrolytic solution housing part F. The cathode electrode 66 is affixed to the platen 51 with an electric adhesive tape 67 and is electrically connected to the DC power source 53 (see FIG. 1) via the platen 51. Thereby, even if the polishing pad 60 is a polishing apparatus for CMP, the electrolytic cell C can be formed and the electromechanical polishing of the conductor layer D1 can be performed. In addition, since the polishing pad 60 forms the cathode facing the anode, the electrolytic cell C can be formed stably.

カソード電極66は、導電性を有し、電解液Eに対して不溶性の材料であれば金属、非金属を問わず使用することができる。このような材料としては、金、白金、チタン合金等も使用できるが、経済的見地から、カーボン、黒鉛、ステンレス、銅等が好ましい。   The cathode electrode 66 can be used regardless of metal or non-metal as long as it is conductive and insoluble in the electrolyte solution E. As such a material, gold, platinum, titanium alloy and the like can be used, but carbon, graphite, stainless steel, copper and the like are preferable from an economic viewpoint.

次に、研磨パッド60が電解セルCを形成して、デバイスウエハDの導電体層D1を研磨する原理について説明する。
図3に示すように、研磨時において、電解液収容部Fは、その内部が電解液Eによって満たされ、また、その開口部がデバイスウエハDの導電体層D1によって蓋をされた状態になるので、電解液Eの液面と導電体層D1とが接触する。導電体層D1は、電源53(図1参照)のプラス端子に対して、電気的に接続されているため、電圧が印加されるとアノードとなる。一方、カソード電極66は、電源53のマイナス端子に対して、電気的に接続されているため、電圧が印加されるとカソードとなる。これにより、アノード及びカソードと、電解液収容部Fに満たされた電解液Eとによって、電解セルCが形成される。
導電体層D1がアノードとなることにより、導電体層D1を形成する銅は、「Cu→Cu2++2e」による電気化学反応によって溶解、除去される。導電体層D1の溶解、除去が進行すると、導電体層D1に保護膜、すなわち、不働態皮膜が形成されるが、この不働態皮膜は、研磨部材層62により瞬時に機械的に除去される。
導電体層D1は、以上説明した表層の溶解、除去と、不働態皮膜の形成と、不働態皮膜の機械的除去とが、瞬時に繰り返し行なわれることにより、電気化学的機械的に研磨される。
Next, the principle of polishing the conductive layer D1 of the device wafer D by the polishing pad 60 forming the electrolytic cell C will be described.
As shown in FIG. 3, at the time of polishing, the electrolyte container F is filled with the electrolyte E, and the opening is covered with the conductor layer D <b> 1 of the device wafer D. Therefore, the liquid level of the electrolytic solution E and the conductor layer D1 are in contact with each other. Since the conductor layer D1 is electrically connected to the plus terminal of the power supply 53 (see FIG. 1), it becomes an anode when a voltage is applied. On the other hand, since the cathode electrode 66 is electrically connected to the negative terminal of the power supply 53, it becomes a cathode when a voltage is applied. Thereby, the electrolytic cell C is formed by the anode and the cathode, and the electrolytic solution E filled in the electrolytic solution storage part F.
By forming the conductor layer D1 as an anode, the copper forming the conductor layer D1 is dissolved and removed by an electrochemical reaction by “Cu → Cu 2+ + 2e ”. When dissolution and removal of the conductor layer D1 proceed, a protective film, that is, a passive film is formed on the conductor layer D1, and this passive film is instantaneously mechanically removed by the polishing member layer 62. .
The conductor layer D1 is electrochemically and mechanically polished by instantaneously repeating the dissolution and removal of the surface layer, the formation of the passive film, and the mechanical removal of the passive film as described above. .

次に、電解液収容部の形状と遠心力による液圧との関係について詳細に説明する。
図4は、電解液収容部の1つを研磨部材層62の研磨面の法線方向から見た場合の拡大図である。
電解液収容部の電解液が電解液収容部内に保持されるためには、遠心力による液圧とつり合う保持力が必要であり、この保持力には電解液の流動抵抗や表面張力等がある。本発明の発明者は、各種の実験結果に基づいて電解液収容部を以下の関係式(1),(2)を満足するように配置することにより、研磨中に電解液が電解液収容部内に保持され、電解液収容部内の電解液とデバイスウエハの導電体層とが安定して接触できることを確認した。
45/SQRT(R)<w<73/SQRT(R)・・・・・ (1)
w(mm)=r1−r2 ・・・・・ (2)
ここで、
w(mm):電解液収容部の開口部の径方向の長さ
r1(mm):電解液収容部の開口部のプラテン(又はパッド)の中心から最も遠い距離
r2(mm):電解液収容部の開口部のプラテン(又はパッド)の中心から最も近い距離
R(mm):最も外周側に設置された電解液収容部の設置半径
但し、設置半径r=(r1+r2)/2
Next, the relationship between the shape of the electrolyte container and the hydraulic pressure due to centrifugal force will be described in detail.
FIG. 4 is an enlarged view of one of the electrolyte solution storage portions when viewed from the normal direction of the polishing surface of the polishing member layer 62.
In order for the electrolytic solution in the electrolytic solution storage unit to be held in the electrolytic solution storage unit, a holding force that balances the hydraulic pressure by centrifugal force is required, and this holding force includes the flow resistance and surface tension of the electrolytic solution, etc. . The inventor of the present invention arranges the electrolytic solution storage part so as to satisfy the following relational expressions (1) and (2) based on various experimental results, so that the electrolytic solution is contained in the electrolytic solution storage part during polishing. It was confirmed that the electrolyte solution in the electrolyte container and the conductor layer of the device wafer can stably contact each other.
45 / SQRT (R) <w <73 / SQRT (R) (1)
w (mm) = r1-r2 (2)
here,
w (mm): length in the radial direction of the opening of the electrolyte container r1 (mm): distance farthest from the center of the platen (or pad) of the opening of the electrolyte container r2 (mm): electrolyte The closest distance from the center of the platen (or pad) of the opening of the part R (mm): Installation radius of the electrolyte container installed on the outermost side
However, installation radius r = (r1 + r2) / 2

なお、図4及び上記式から分かるように、電解液収容部の径方向の長さ(w)は、開口部の一般的な幅(w0)ではなく、電解液収容部の開口部のプラテン(又はパッド)の中心から最も遠い距離(r1)と最も近い距離(r2)との差(r1−r2)である。
また、図4に示すように、電解液収容部Fの長手方向の長辺は、螺旋線状であるが、これに限らず、例えば図中破線で示すように直線にして長穴状の電解液収容部としてもよい。
以下、実験結果等に基づいて、上記関係式(1),(2)について説明する。
As can be seen from FIG. 4 and the above formula, the length (w) in the radial direction of the electrolyte container is not the general width (w0) of the opening, but the platen ( Or the difference (r1−r2) between the distance (r1) farthest from the center of the pad) and the nearest distance (r2).
Further, as shown in FIG. 4, the long side in the longitudinal direction of the electrolytic solution container F is a spiral line shape, but is not limited to this, for example, as shown by a broken line in the figure, a straight line and a long hole-shaped electrolysis It is good also as a liquid storage part.
Hereinafter, the relational expressions (1) and (2) will be described based on experimental results and the like.

最初に、表面張力による保持圧が遠心力による液圧よりも大きくなることにより、電解液収容部内の液が保持されることについて、実験結果等に基づいて説明する。
(実験用パッドの説明)
図5は、実験に利用した研磨パッド260を示す図である。
研磨パッド260は、発泡ポリウレタンにより形成され、2層構造、厚さ2.7mmのパッドであり、中心線で8等分し、8本の等分線上に同じ直径の円形の貫通孔を、設置半径20mmから240mmまでの範囲に10mmの間隔で設置した。貫通孔の直径は、等分線毎に、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、6mmとした。
その後、電解液が貼付面から漏出しないように、研磨パッドの裏面に厚さ100μmのステンレス製のシートを貼付して貫通孔を塞ぐことにより電解液収容部を形成した。
なお、図5は、各電解液収容部を分かりやすく図示するために実際よりも拡大して示す。
First, the fact that the liquid in the electrolyte container is held when the holding pressure due to surface tension becomes larger than the liquid pressure due to centrifugal force will be described based on experimental results and the like.
(Explanation of experimental pad)
FIG. 5 is a diagram showing a polishing pad 260 used in the experiment.
The polishing pad 260 is made of foamed polyurethane and is a two-layer structure, 2.7 mm thick pad. The center line is divided into eight equal parts, and circular through holes with the same diameter are installed on the eight equal lines. It installed in the range from radius 20mm to 240mm at intervals of 10mm. The diameter of the through hole was set to 2 mm, 2.5 mm, 3 mm, 3.5 mm, 4 mm, 4.5 mm, 5 mm, and 6 mm for each equal line.
Thereafter, a stainless steel sheet having a thickness of 100 μm was pasted on the back surface of the polishing pad so as to prevent the electrolyte from leaking from the pasting surface, thereby closing the through hole to form an electrolyte containing part.
Note that FIG. 5 is an enlarged view of each electrolytic solution storage portion in order to make it easy to understand.

(実験方法)
実験用の研磨パッド260をプラテン・ロータリー型研磨装置のプラテンに設置し、電解液を供給して、各電解液収容部が全て電解液で満たされていることを確認し、それぞれ80,100,120,130(回転/min)の回転数で20〜30秒間回転させ、プラテンが静止した後に電解液の充填されている様子を目視により観察した。
(experimental method)
An experimental polishing pad 260 is placed on the platen of the platen / rotary type polishing apparatus, an electrolytic solution is supplied, and it is confirmed that all the electrolytic solution storage parts are filled with the electrolytic solution. The plate was rotated at 120 and 130 (rotations / min) for 20 to 30 seconds, and the state in which the electrolyte solution was filled after the platen stopped was visually observed.

(実験結果)
図6は、プラテンを各回転数で回転させた後に、電解液が保持されている各電解液収容部の径の内最大のものと最大設置半径との関係をまとめた表である。
図7は、設置半径と電解液が保持されている電解液収容部の径との関係をグラフである。
図8は、図7のグラフをD=A/SQRT(r)に近似した場合の比例定数(A)を示す表である。
図8より、設置半径(r)と電解液が保持されている貫通孔の径(D)との関係式として、累乗数を−0.5に近似すれば以下の式(A)が得られる。
D=A/SQRT(r) ・・・・・ (A)
ここで、D:電解液を保持できる電解液収容部の直径(mm)
A:比例定数
r:電解液収容部の設置半径(mm)
である。また、回転数と比例定数の近似関係式として、以下の式(B)が得られる。
A=4405/N ・・・・・ (B)
ここで、N:プラテン回転数(回転/min)
(Experimental result)
FIG. 6 is a table summarizing the relationship between the maximum installation radius and the maximum installation radius among the diameters of the electrolyte solution storage portions in which the electrolyte solution is held after the platen is rotated at each rotation speed.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the installation radius and the diameter of the electrolyte container that holds the electrolyte.
FIG. 8 is a table showing the proportionality constant (A) when the graph of FIG. 7 is approximated to D = A / SQRT (r).
From FIG. 8, as a relational expression between the installation radius (r) and the diameter (D) of the through hole in which the electrolyte is held, the following expression (A) can be obtained by approximating the power to −0.5. .
D = A / SQRT (r) (A)
Here, D: Diameter (mm) of the electrolytic solution container capable of holding the electrolytic solution
A: Proportional constant
r: Installation radius of electrolyte container (mm)
It is. Further, the following equation (B) is obtained as an approximate relational expression between the rotation speed and the proportionality constant.
A = 4405 / N (B)
Here, N: platen rotation speed (rotation / min)

(実験式(A)、(B)の検討)
一方、図4に示すように、本実施例の電解液収容部Fは、研磨パッド60を研磨面の法線方向からみたときに螺旋線に沿って配置されており、開口部の長辺が螺旋線状であり、開口部の径方向に平行な幅がw0であり、最大長さが長手方向の長さLである。
一般的に、設置半径(r)に設置された電解液収容部内の電解液に生じる液圧の勾配は、プラテン(又はパッド)の回転による遠心力に等しいので、以下の式(C)が得られる。
dP/dr=ρ・ω・r ・・・・・ (C)
ここで、dP/dr:径方向の液圧の勾配
ρ:電解液の単位体積当りの質量
ω:プラテン(又はパッド)の回転角速度
式(C)をr1からr2まで積分することにより、電解液収容部内の電解液が収容部からあふれ出るように作用する圧力(P)は、以下の式(D)で表わせる。
P=(1/2)ρ・ω・(r1−r2
=ρ・ω・(r1−r2)・(r1+r2)/2
=ρ・ω・w・r ・・・・・ (D)
ここで、w=r1−r2
r=(r1+r2)/2
wは、開口部のプラテン(又はパッド)の中心から最も遠い距離(r1)と最も近い距離(r2)との差であり、電解液収容部の開口部の径方向の長さ(w)に等しい。また、(r1+r2)/2は、設置半径(r)である。
式(A)と式(D)とから、式(D)の圧力Pにつり合う圧力として、電解液の表面張力による保持圧力が類推できる。
一般に、細孔での液の表面張力による保持圧力は、孔の形状が円形の場合、以下の式(E)により表すことができる。
PN=K/d ・・・・・ (E)
ここで、PN:液の表面張力による保持圧力
K:液の表面張力と液の壁面に対する濡れ性で決まる定数
d:細孔の直径
式(D)と(式)Eとから、式(F)を導くことができる。
ρ・ω・w・r=K/d ・・・・・ (F)
螺旋形等の電解液収容部の場合、式(F)の細孔の直径dを幅w0に置き換えればよい。また、図4に示す電解液収容部の場合、幅(w0)と径方向の長さ(w)との差が小さいので、幅(w0)を径方向の長さ(w)に近似することができる。従って、以下の式(G)を導くことができる。
ρ・ω・w・r=K/w
=K/(ρ・ω・r)
w=K1/SQRT(r) ・・・・・ (G)
ここで、K1=SQRT(K/ρ)/ω ・・・・・ (H)
前述した円形の電解液収容部内の電解液の保持するための関係式(A)と、螺旋形等の電解液収容部内の電解液を保持するための関係式(G)とを比較すると、両者は、同様に取り扱うことができる。
すなわち、図6から図8に示す実験から求められた式(A)及び式(B)によって定められる円形の電解液収容部の条件を、そのまま螺旋形の電解液収容部の設置条件として用いてもよいと考えられる。従って、実験によって得られた近似式(A)、(B)は、プラテンの回転によって各電解液収容部内の電解液に作用する遠心圧力と電解液収容部の細孔によって作用する表面張力とが等しいとの仮定で説明できる。
(Examination of empirical formulas (A) and (B))
On the other hand, as shown in FIG. 4, the electrolyte container F of this embodiment is disposed along a spiral line when the polishing pad 60 is viewed from the normal direction of the polishing surface, and the long side of the opening is The width of the opening is parallel to the radial direction of the opening is w0, and the maximum length is the length L in the longitudinal direction.
In general, the gradient of the hydraulic pressure generated in the electrolytic solution in the electrolytic solution storage unit installed at the installation radius (r) is equal to the centrifugal force caused by the rotation of the platen (or pad), and therefore the following formula (C) is obtained. It is done.
dP / dr = ρ · ω 2 · r (C)
Where dP / dr: radial hydraulic pressure gradient
ρ: Mass per unit volume of electrolyte
ω: Rotational angular velocity of the platen (or pad) By integrating the equation (C) from r1 to r2, the pressure (P) acting so that the electrolyte in the electrolyte container overflows from the container is expressed by the following equation: It can be represented by (D).
P = (1/2) ρ · ω 2 (r1 2 −r2 2 )
= Ρ · ω 2 · (r1−r2) · (r1 + r2) / 2
= Ρ ・ ω 2・ w ・ r (D)
Where w = r1-r2
r = (r1 + r2) / 2
w is the difference between the distance (r1) farthest from the center of the platen (or pad) of the opening and the closest distance (r2), and is the length (w) in the radial direction of the opening of the electrolyte container. equal. Further, (r1 + r2) / 2 is an installation radius (r).
From the formula (A) and the formula (D), the holding pressure due to the surface tension of the electrolytic solution can be inferred as a pressure balanced with the pressure P of the formula (D).
In general, the holding pressure due to the surface tension of the liquid in the pores can be expressed by the following formula (E) when the pore shape is circular.
PN = K / d (E)
Where PN: holding pressure due to surface tension of the liquid
K: Constant determined by surface tension of liquid and wettability of liquid on wall surface
d: Diameter of pores From formulas (D) and (formula) E, formula (F) can be derived.
ρ · ω 2 · w · r = K / d (F)
In the case of a spiral-shaped electrolytic solution container, the diameter d of the pores in the formula (F) may be replaced with the width w0. Further, in the case of the electrolytic solution container shown in FIG. 4, the difference between the width (w0) and the length (w) in the radial direction is small, so the width (w0) is approximated to the length (w) in the radial direction. Can do. Therefore, the following formula (G) can be derived.
ρ · ω 2 · w · r = K / w
w 2 = K / (ρ · ω 2 · r)
w = K1 / SQRT (r) (G)
Here, K1 = SQRT (K / ρ) / ω (H)
Comparing the relational expression (A) for holding the electrolytic solution in the circular electrolyte containing part and the relational expression (G) for holding the electrolytic solution in the electrolytic containing part such as a spiral shape, Can be handled similarly.
That is, the conditions of the circular electrolyte container that are determined by the equations (A) and (B) obtained from the experiments shown in FIGS. 6 to 8 are used as the installation conditions of the spiral electrolyte container. Is also considered good. Therefore, the approximate expressions (A) and (B) obtained by the experiment show that the centrifugal pressure acting on the electrolytic solution in each electrolytic solution housing portion by the rotation of the platen and the surface tension acting on the pores of the electrolytic solution housing portion are as follows. It can be explained on the assumption that they are equal.

(45/SQRT(R)<w<73/SQRT(R)とする理由)
次に、径方向の長さ(w)を、w<73/SQRT(R)とする理由について説明する。
ウエハ面内均一性を維持してデバイスウエハの導電体層を電気化学的機械的に研磨するためには、アノードとなるデバイスウエハの導電体層と電解液とカソード電極とで電解セルを安定して形成する必要がある。電解セルを安定して形成するためには、本実施例のプラテン・ロータリー型の研磨装置及び研磨パッドを用いた電気化学的機械的研磨方法では、研磨パッドの各電解液収容部に満たされている電解液とデバイスウエハの導電体層とを安定して接触させることが重要である。
(Reason for 45 / SQRT (R) <w <73 / SQRT (R))
Next, the reason why the radial length (w) is w <73 / SQRT (R) will be described.
In order to maintain the wafer in-plane uniformity and electrochemically polish the conductive layer of the device wafer, the electrolytic cell is stabilized by the conductive layer of the device wafer as the anode, the electrolyte, and the cathode electrode. Need to be formed. In order to stably form the electrolytic cell, in the electrochemical mechanical polishing method using the platen rotary type polishing apparatus and the polishing pad of this embodiment, each electrolytic solution storage portion of the polishing pad is filled. It is important to stably bring the electrolytic solution in contact with the conductor layer of the device wafer.

遠心力による液圧は、最も外周側に配置された電解液収容部が最も大きい。最も外周側に配置された電解液収容部の電解液が保持されるためには、上記式(G)より以下の式(H)を満たすことが条件であり、内径側から外径側までの全ての電解液収容部の径方向の長さ(w)が式(H)を満たせば、パッドに設置された全ての電解液収容部の電解液が保持される。
w<K1/SQRT(R) ・・・・・ (I)
ここで、R(mm):最も外周側に設置された電解液収容部の設置半径つまり電解液収容部の最大設置半径である。
The hydraulic pressure due to the centrifugal force is the largest in the electrolytic solution container disposed on the outermost peripheral side. In order to retain the electrolyte solution in the electrolyte container that is arranged on the outermost peripheral side, it is a condition that the following formula (H) is satisfied from the above formula (G), and from the inner diameter side to the outer diameter side: If the length (w) in the radial direction of all the electrolytic solution storage parts satisfies the formula (H), the electrolytic solution in all the electrolytic solution storage parts installed in the pad is held.
w <K1 / SQRT (R) (I)
Here, R (mm): the installation radius of the electrolyte storage part installed on the outermost periphery side, that is, the maximum installation radius of the electrolyte storage part.

本実施例の研磨パッド60を使用する場合、プラテン回転数が60〜90(回転/min)で使用するのが好適である。プラテン回転数が60(回転/min)で使用する場合、式(A)、(B)にN=60を代入すると次式が得られる。
w=A/SQRT(R)=73/SQRT(R)
さらに、プラテン回転数が60(回転/min)以上で使用する場合は、A<73とする必要がある。
When using the polishing pad 60 of this embodiment, it is preferable to use the platen at a rotation speed of 60 to 90 (rotation / min). When the platen rotation speed is 60 (rotation / min), the following expression is obtained by substituting N = 60 into the expressions (A) and (B).
w = A / SQRT (R) = 73 / SQRT (R)
Furthermore, when the platen is used at a rotational speed of 60 (rotations / min) or more, A <73 is required.

次に、径方向の長さ(w)を、45/SQRT(R)<wとする理由について説明する。
デバイスウエハの研磨工程においては、デバイスウエハを交換することにより、1つの研磨パッドで複数のデバイスウエハを研磨する。各デバイスウエハの各導電体層をバラツキなく研磨してウエハ間均一性を向上するためには、各デバイスウエハの研磨条件を同一にすること、特に電解液の性状を同一にすることが重要である。そのためには、一枚のデバイスウエハの研磨が終了した後、次のデバイスウエハを配置する時(以下、ウエハ交換時)に、電解液収容部に残留している電解液を排出し、また研磨面の表面に残留する研磨屑等をパッドコンディショニングや高圧水流洗浄等で除去する必要がある。
このため、研磨時には、プラテン回転数を60〜90(回転/min)として、研磨パッドに設置された複数の電解液収容部に満たされている電解液を安定に保持させ、一方、ウエハ交換時には、プラテン回転数を100(回転/min)以上の高速回転にして、電解液収容部に残留している電解液や高圧水流洗浄用の洗浄水(リンス水)を排出することが望ましい。
Next, the reason why the length (w) in the radial direction is 45 / SQRT (R) <w will be described.
In the device wafer polishing step, a plurality of device wafers are polished with one polishing pad by exchanging the device wafers. In order to improve the uniformity between wafers by polishing each conductor layer of each device wafer without variation, it is important that the polishing conditions for each device wafer are the same, especially the properties of the electrolyte. is there. For this purpose, after the polishing of one device wafer is completed, when the next device wafer is placed (hereinafter referred to as “wafer replacement”), the electrolyte remaining in the electrolyte container is discharged and polished. It is necessary to remove polishing debris remaining on the surface by pad conditioning or high-pressure water washing.
For this reason, at the time of polishing, the platen rotation speed is set to 60 to 90 (rotation / min) to stably hold the electrolytic solution filled in the plurality of electrolytic solution storage portions installed on the polishing pad, while at the time of wafer exchange The platen rotation speed is preferably set to a high speed rotation of 100 (rotation / min) or more, and the electrolytic solution remaining in the electrolytic solution storage part and the cleaning water (rinsing water) for high-pressure water flow cleaning are preferably discharged.

図9は、研磨パッド60の電解液等の排出工程の有無による面内均一性の比較実験結果を示すグラフである。
図9に示す実験では、1つの研磨パッド60を用いて、デバイスウエハ25枚を同じ条件で研磨を行った。電解液等を排出する場合には、100(回転/min)でプラテンを高速回転し、電解液等を排出しない場合には、ウエハ交換時のプラテンの回転を研磨と同じ80(回転/min)とした。
この実験結果から、電解液等の排出工程を有する場合には、複数のデバイスウエハを研磨しても、各デバイスウエハの面内均一性が同等になることが確認できる。
一方、電解液等の排出工程がない場合、電解液収容部内の電解液の残留の影響により、各デバイスウエハの面内均一性が研磨数増加にともない悪化していることが確認できる。この場合、研磨速度も同様に低下する。
FIG. 9 is a graph showing the results of a comparative experiment of in-plane uniformity with and without the discharging process of the electrolytic solution or the like of the polishing pad 60.
In the experiment shown in FIG. 9, using one polishing pad 60, 25 device wafers were polished under the same conditions. When discharging the electrolytic solution or the like, the platen is rotated at a high speed of 100 (rotation / min), and when the electrolytic solution or the like is not discharged, the rotation of the platen at the time of wafer replacement is 80 (rotation / min) as in the polishing. It was.
From this experimental result, it is possible to confirm that in-plane uniformity of each device wafer is equal even when a plurality of device wafers are polished when a discharge step of the electrolytic solution or the like is included.
On the other hand, when there is no step of discharging the electrolytic solution or the like, it can be confirmed that the in-plane uniformity of each device wafer is deteriorated as the number of polishing is increased due to the influence of the residual electrolytic solution in the electrolytic solution container. In this case, the polishing rate is similarly reduced.

電解液等を排出する際のプラテン回転数を、100(回転/min)としても、デバイスウエハの面内均一性の悪化がないことが確認できたため、式(A)、(B)にN=100を代入すると、次式が得られる。
w=A/SQRT(R)=44/SQRT(R)
従って、電解液等を排出する際のプラテン回転数を100(回転/min)以上にするためには、w=45/SQRT(R)(つまり45<A)の条件を満足する必要がある。
径方向の長さ(w)を45/SQRT(R)以下とすると、研磨時には、各電解液収容部の電解液は保持されるが、一方、ウエハ交換時には、プラテンの高速回転に対して、外周側つまり設置半径の大きい電解液収容部の電解液が排出されるだけで、内周側つまり設置半径の小さい電解液収容部内には電解液や洗浄水が残留するためにウエハ間の研磨均一性が悪化する。
Even if the platen rotation number when discharging the electrolytic solution or the like is set to 100 (rotation / min), it was confirmed that the in-plane uniformity of the device wafer was not deteriorated. Therefore, N = in the equations (A) and (B) Substituting 100 gives the following equation:
w = A / SQRT (R) = 44 / SQRT (R)
Therefore, in order to increase the platen rotation number when discharging the electrolytic solution or the like to 100 (rotation / min) or more, it is necessary to satisfy the condition of w = 45 / SQRT (R) (that is, 45 <A).
When the length (w) in the radial direction is 45 / SQRT (R) or less, the electrolytic solution in each electrolytic solution storage unit is retained during polishing, whereas, when the wafer is replaced, Polishing between wafers is uniform because electrolyte and cleaning water remain in the inner periphery, that is, in the electrolyte container with a small installation radius. Sex worsens.

以上から、研磨時における電解液収容部の電解液の保持と、ウエハ交換時における電解液収容部の電解液及び洗浄水の排出との両方を満足するには、以下の式(J)(すなわち前述した式(1))を満足すればよいと考えられる。
45/SQRT(R)<w<73/SQRT(R) ・・・・・ (J)
From the above, in order to satisfy both the holding of the electrolytic solution in the electrolytic solution storage unit at the time of polishing and the discharge of the electrolytic solution and cleaning water in the electrolytic solution storage unit at the time of wafer replacement, the following formula (J) (that is, It is considered that the above-described formula (1)) should be satisfied.
45 / SQRT (R) <w <73 / SQRT (R) (J)

(電解液収容部の螺旋配置による研磨速度のウエハ面内均一性の向上)
次に、電解液収容部を螺旋線に沿って配置することにより、研磨速度のウエハ面内均一性を向上できる理由について説明する。
図10は、本実施例の研磨パッド60を研磨面の法線方向から見たときの図である。
本実施例の電気化学的機械的研磨は、プラテンの回転(矢印θ1参照)及びデバイスウエハ自身の回転(矢印θ2参照)により、複数の電解液収容部に収容された電解液とデバイスウエハの導電体層D1とが接触、非接触を繰り返す。従って、デバイスウエハの導電体層D1は、中央部ではほぼ同じ設置半径の電解液収容部に収容された電解液に接触し、中央部から外周部に至る程、研磨パッドのより内側及びより外側の電解液収容部に収容された電解液に接触する。
ウエハ面内均一性を向上するためには、研磨時に、導電体層の被研磨面が通過する電解液収容部の開口部の面積を内外周において均一にすることにより、導電体層と電解液収容部の電解液との接触時間とを内外周において均一にする必要がある。
本実施例の研磨パッド60は、電解液収容部を螺旋に沿って配置することにより、内外周における導電体層と電解液収容部の電解液との接触を均一にし、面内均一性を向上している。
以下、研磨パッド60の面内均一性の優位性を、比較例の同心円パッドBの面内均一性と比較することにより示す。
(Improvement of wafer surface uniformity of polishing speed by spiral arrangement of electrolyte container)
Next, the reason why the uniformity of the polishing rate within the wafer surface can be improved by arranging the electrolytic solution containing portion along the spiral line will be described.
FIG. 10 is a view of the polishing pad 60 of this embodiment when viewed from the normal direction of the polishing surface.
In the electrochemical mechanical polishing of this embodiment, the conductivity of the electrolyte solution and the device wafer contained in a plurality of electrolyte solution storage portions is determined by the rotation of the platen (see arrow θ1) and the rotation of the device wafer itself (see arrow θ2). The body layer D1 repeats contact and non-contact. Therefore, the conductor layer D1 of the device wafer is in contact with the electrolytic solution accommodated in the electrolytic solution accommodating portion having substantially the same installation radius in the central portion, and is further inward and outward of the polishing pad from the central portion to the outer peripheral portion. It contacts the electrolyte solution accommodated in the electrolyte solution storage portion.
In order to improve the uniformity within the wafer surface, the area of the opening of the electrolytic solution containing portion through which the polished surface of the conductive layer passes during polishing is made uniform on the inner and outer circumferences, whereby the conductive layer and the electrolytic solution It is necessary to make the contact time of the housing portion with the electrolytic solution uniform on the inner and outer circumferences.
In the polishing pad 60 of this embodiment, by arranging the electrolytic solution storage part along the spiral, the contact between the conductor layer on the inner and outer periphery and the electrolytic solution in the electrolytic solution storage part is made uniform, and the in-plane uniformity is improved. is doing.
Hereinafter, the superiority of the in-plane uniformity of the polishing pad 60 will be shown by comparing with the in-plane uniformity of the concentric pad B of the comparative example.

(実験用パッドの説明)
(1)研磨パッド60
図10に示すように、研磨パッド60は、4本の一様螺旋線(均等螺旋線)に沿って電解液収容部が配置されている。電解液収容部の配置は、以下の通りである。
パッド直径:740mm
最大設置半径(R)=350mm
電解液収容部の形状:
幅 w0=3.0mm
長さ L=25mm
使用螺旋 r=(48/2π)・(θ−2π・m/n)
ここで、螺旋本数(n):n=4、m=0,1,2,3
設置間隔 d=3mm
(2)同心円パッドB
同心円パッドBは、パッド中心を中心とする複数の同心円に沿って、電解液収容部が配置されている。電解液収容部の配置は、以下の通りである。
パッド直径:740mm、最大設置半径:350mm
電解液収容部の形状
幅 w0=3.0mm
長さ L=25mm
同心円形状 同心円の径方向ピッチ 12mm
設置間隔 d=3mm
(Explanation of experimental pad)
(1) Polishing pad 60
As shown in FIG. 10, the polishing pad 60 has an electrolyte solution containing portion arranged along four uniform spiral lines (uniform spiral lines). The arrangement of the electrolytic solution container is as follows.
Pad diameter: 740mm
Maximum installation radius (R) = 350mm
Electrolyte container shape:
Width w0 = 3.0mm
Length L = 25mm
Spiral used r = (48 / 2π) · (θ-2π · m / n)
Here, the number of spirals (n): n = 4, m = 0, 1, 2, 3
Installation interval d = 3mm
(2) Concentric pad B
The concentric pad B has an electrolyte solution containing portion disposed along a plurality of concentric circles centered on the pad center. The arrangement of the electrolytic solution container is as follows.
Pad diameter: 740mm, maximum installation radius: 350mm
Electrolyte storage part shape Width w0 = 3.0mm
Length L = 25mm
Concentric circular shape Concentric radial pitch 12mm
Installation interval d = 3mm

(実験方法)
研磨条件
ウエハ :外径;φ300mm、Cu膜厚;1μm(面内均一性:2.1%)
プラテン回転数 :80 (回転/min)
ヘッド回転数 :81 (回転/min)
ヘッド圧力 :0.2 psi(14gf/cm=140Pa)
ヘッドオシレーション:無し
電解液流量 :450 mL/min
電流 :20 A
研磨時間 :1 min
(experimental method)
Polishing conditions Wafer: outer diameter; φ300 mm, Cu film thickness: 1 μm (in-plane uniformity: 2.1%)
Platen rotation speed: 80 (rotation / min)
Head rotation speed: 81 (rotation / min)
Head pressure: 0.2 psi (14 gf / cm 2 = 140 Pa)
Head oscillation: None Electrolyte flow rate: 450 mL / min
Current: 20 A
Polishing time: 1 min

(研磨結果)
研磨パッド60による面内均一性:2.9〜3.3%
同心円パッドBによる面内均一性:8.6〜9.5%
ただし、ウエハ面内均一性の測定条件として、エッジエックスクルーション(測定範囲外とする導電体層の外形からの長さ)を7mmとし、測定ポイント数を径方向121ポイントとして、研磨速度の面内均一性を算出した。
以上の実験から、電解液収容部を螺旋線に沿って配列した研磨パッド60は、良好なウエハ面内均一性を示した。これは、電解液収容部を螺旋線に沿って配置することにより、導電体層と電解液収容部の電解液との接触を、内外周間で均一にできたためであると考えられる。
(Polishing result)
In-plane uniformity with the polishing pad 60: 2.9-3.3%
In-plane uniformity with concentric pad B: 8.6-9.5%
However, as a condition for measuring the in-plane uniformity of the wafer, the edge exclusion (length from the outer shape of the conductor layer outside the measurement range) is 7 mm, the number of measurement points is 121 points in the radial direction, and the polishing rate surface. The internal uniformity was calculated.
From the above experiment, the polishing pad 60 in which the electrolyte solution storage portions are arranged along the spiral line showed good uniformity within the wafer surface. This is considered to be because the contact between the conductor layer and the electrolytic solution in the electrolytic solution storage unit was made uniform between the inner and outer periphery by arranging the electrolytic solution storage unit along the spiral line.

(螺旋の種類の説明)
図6に示すように、本実施例の電解液収容部Fは、一様螺旋線に沿って配置されている。
なお、一般的に螺旋の種類には、一様螺旋と対数螺旋とがあり、それぞれ以下の極座標の式で表せる。
一様螺旋 r(θ)=a・θ ・・・・・ (K)
対数螺旋 r(θ)=a・exp(b・θ) ・・・・・ (L)
ここで、a,bは螺旋の形状を決める定数である。
式(L)で表される対数螺旋に沿って電解液収容部を配置する場合には、θの値が大きくなる程、r4が指数関数に従って大きくなり、設置半径が大きい程、径方向に対する傾斜が大きくなる。このため、電解液収容部の径方向の長さ(w)を一定に保つためには、電解液収容部の開口部を小さく設定する必要がある。この場合、電解液収容部の開口部への電解液の供給が困難となり、研磨時に電解液収容部内に保持するためには不適である。
一方、式(K)に示す一様螺旋線に沿って電解液収容部を設置する場合には、設置半径にかかわらず一定の径方向の傾斜を示すので、電解液収容部の径方向の長さ(w)を一定に保つことができる。
(Description of spiral type)
As shown in FIG. 6, the electrolyte container F of the present embodiment is arranged along a uniform spiral line.
In general, the types of spiral include a uniform spiral and a logarithmic spiral, which can be expressed by the following polar coordinate formulas.
Uniform spiral r (θ) = a · θ (K)
Logarithmic spiral r (θ) = a · exp (b · θ) (L)
Here, a and b are constants that determine the shape of the spiral.
In the case where the electrolytic solution container is arranged along the logarithmic spiral represented by the formula (L), the larger the value of θ, the larger r4 becomes in accordance with the exponential function, and the larger the installation radius, the larger the inclination with respect to the radial direction. Becomes larger. For this reason, in order to keep the radial length (w) of the electrolytic solution storage part constant, it is necessary to set the opening of the electrolytic solution storage part small. In this case, it becomes difficult to supply the electrolytic solution to the opening of the electrolytic solution storage unit, and it is unsuitable for holding in the electrolytic solution storage unit during polishing.
On the other hand, in the case where the electrolytic solution storage unit is installed along the uniform spiral line represented by the equation (K), the radial length of the electrolytic solution storage unit is shown because it exhibits a constant radial inclination regardless of the installation radius. (W) can be kept constant.

導電体層の研磨効率を向上するためには、電解液収容部の総開口面積(電解液収容部の面積の合計値)をより大きくすることが重要である。これは、研磨時に、導電体層と電解液収容部の電解液とをより多く接触させる必要があるからである。電解液収容部の総開口面積とパッドの面積との比は、10%〜50%で、好ましくは20%〜30%である。
図4に示すように、研磨パッド60は、電解液収容部が螺旋線に沿うように、つまり電解液収容部の幅(w0)方向の中央が一様螺旋線に一致するように、設置半径(r=(r1+r2)/2)に設置されている。
式(K)の螺旋定数(a)は、以下の式で与えられる。
a=p/2π
ここで、p:同一の一様螺旋線における径方向のピッチ
In order to improve the polishing efficiency of the conductor layer, it is important to increase the total opening area of the electrolyte solution storage part (total value of the area of the electrolyte solution storage part). This is because it is necessary to make more contact between the conductor layer and the electrolytic solution in the electrolytic solution storage portion during polishing. The ratio of the total opening area of the electrolytic solution housing part to the pad area is 10% to 50%, preferably 20% to 30%.
As shown in FIG. 4, the polishing pad 60 has an installation radius so that the electrolytic solution storage portion is along the spiral line, that is, the center in the width (w0) direction of the electrolytic solution storage portion is aligned with the uniform spiral line. (R = (r1 + r2) / 2).
The helical constant (a) of the formula (K) is given by the following formula.
a = p / 2π
Where p: radial pitch in the same uniform spiral

また、電解液収容部の幅(w0)で一様に螺旋線に沿って溝状に連続的に設置されていると仮定した場合、1つの電解液収容部の開口部の面積(s)及び研磨パッドの研磨面の全面積(S)は、以下の式で与えられる。
s=L1・w0
S=π・R
ここで、L1:径方向内側の始点から径方向外側の最終端(半径Rに達する螺旋の端部)までの螺旋線の全長であり、L1=πR/pである。
電解液収容部の開口部の面積の合計値とパッドの面積との比(k)は、
k=s/S=n・w0/p ・・・・・ (M)
ここで、n:螺旋線の本数
p/n=w0/k ・・・・・ (N)
ここで、p/n:螺旋線が複数(n≧2)設けられている場合には、隣り合う螺旋線の径方向の線間距離(ピッチ)
で与えられる。
なお、実際の研磨パッド60は、電解液収容部の径方向の長さ(w)となる条件(つまり式(J)を満足する条件)により、図4に示す電解液開口部の長さ(L)で区切られ、それぞれ独立して設置される。このため、式(M)による面積比(k)は、実際の研磨パッド60の面積比よりも大きな値になる(つまり、実際の研磨パッド60の面積比は、式(M)による面積比(k)よりも小さな値になる)。
Also, assuming that the electrolyte solution storage portion is continuously installed in a groove shape along the spiral line with the width (w0) of the electrolyte solution storage portion, the area (s) of the opening portion of one electrolyte solution storage portion and The total area (S) of the polishing surface of the polishing pad is given by the following equation.
s = L1 · w0
S = π · R 2
Here, L1: the total length of the spiral line from the starting point on the radially inner side to the final end on the radially outer side (the end of the spiral reaching the radius R), and L1 = πR 2 / p.
The ratio (k) between the total area of the openings of the electrolyte container and the area of the pad is:
k = s / S = n · w0 / p (M)
Here, n: number of spiral lines p / n = w0 / k (N)
Here, p / n: when there are a plurality of spiral lines (n ≧ 2), the distance (pitch) between adjacent spiral lines in the radial direction
Given in.
Note that the actual polishing pad 60 has a length of the electrolyte opening portion shown in FIG. 4 (a condition that satisfies the formula (J)) according to a condition (ie, a condition that satisfies the formula (J)) of the electrolyte accommodating portion in the radial direction (w). L) and are installed independently. Therefore, the area ratio (k) according to the formula (M) is larger than the area ratio of the actual polishing pad 60 (that is, the area ratio of the actual polishing pad 60 is equal to the area ratio ( k).

直径300mmのデバイスウエハの導電体層を研磨する場合、最外周に配置された電解液収容部の設置半径(R)をR=350mmとしたときには、径方向の長さ(w)は、2.5mm<w<3.8mmの範囲となる。
また、直径200mmのデバイスウエハの導電体層を研磨する場合、最外周に配置された電解液収容部の設置半径(R)をR=250mmとした場合、径方向の長さ(w)は、3mm<w<4.5mmの範囲となる。
When polishing the conductor layer of a device wafer having a diameter of 300 mm, when the installation radius (R) of the electrolyte solution storage portion disposed on the outermost periphery is R = 350 mm, the radial length (w) is 2. The range is 5 mm <w <3.8 mm.
In addition, when polishing the conductor layer of a device wafer having a diameter of 200 mm, when the installation radius (R) of the electrolyte solution storage portion arranged on the outermost periphery is R = 250 mm, the radial length (w) is: The range is 3 mm <w <4.5 mm.

(螺旋線の径方向の線間距離(p/n)を5mm〜22.5mmにする理由)
以上の条件から、径方向の長さ(w)が、2.5mm<w<4.5mmである場合の一様螺旋線の螺旋線の線間距離の範囲を検討する。
電解液収容部の幅(w0)は、径方向の長さ(w)より小さいため、幅(w0)を4.5mmとした場合、式(N)より、電解液収容部の面積の合計値と研磨パッドの面積との比(k)を0.2(20%)以上にするためには、螺旋線の線間距離(p/n)が22.5mm以下である必要がある。
反対に、幅(w0)を2.5mmとした場合、電解液収容部の総開口面積と研磨パッドの面積との比(k)を0.5(50%)以下にするためには、螺旋線の線間距離(p/n)が5mm以上である必要がある。
以上より、研磨パッドは、螺旋線の径方向の線間距離(p/n)を5mm〜22.5mmにする必要がある。
(Reason why the distance (p / n) in the radial direction of the spiral wire is 5 mm to 22.5 mm)
From the above conditions, the range of the distance between the spiral lines of the uniform spiral line when the radial length (w) is 2.5 mm <w <4.5 mm is examined.
Since the width (w0) of the electrolytic solution storage part is smaller than the length (w) in the radial direction, when the width (w0) is 4.5 mm, the total value of the area of the electrolytic solution storage part is obtained from the formula (N). In order to make the ratio (k) of the area of the polishing pad to 0.2 (20%) or more, the distance (p / n) between the spiral lines needs to be 22.5 mm or less.
On the other hand, when the width (w0) is 2.5 mm, in order to make the ratio (k) of the total opening area of the electrolytic solution container and the area of the polishing pad to 0.5 (50%) or less, the spiral The distance between lines (p / n) needs to be 5 mm or more.
From the above, the polishing pad needs to have a distance (p / n) in the radial direction of the spiral wire of 5 mm to 22.5 mm.

なお、螺旋の径方向の線間距離は、螺旋定数(a)及び螺旋本数(n)に応じて異なる。
例えば、
a=5/2π、螺旋線1本の場合:径方向の線間距離5mm
a=48/2π、螺旋線4本の場合:径方向の線間距離12(=48/4)mm
a=120/2π、螺旋線10本の場合:径方向の線間距離12(=120/10)mm
となる。
螺旋定数(a)を大きくすると、パッド全面に対する電解液収容部の総開口面積が低下するため、研磨効率が低下する。このような場合は、螺旋本数(n)を増やし、総開口面積を増やすことにより、研磨効率の低下を防止することができる。
In addition, the distance between the lines in the radial direction of the spiral varies depending on the spiral constant (a) and the number of spirals (n).
For example,
In the case of a = 5 / 2π and one spiral wire: the distance between the radial lines is 5 mm
In the case of a = 48 / 2π and four spiral wires: the distance between the radial lines 12 (= 48/4) mm
In the case of a = 120 / 2π and 10 spiral wires: the distance between the radial lines 12 (= 120/10) mm
It becomes.
When the helical constant (a) is increased, the total opening area of the electrolyte accommodating portion with respect to the entire pad surface is reduced, and thus the polishing efficiency is reduced. In such a case, a decrease in polishing efficiency can be prevented by increasing the number of spirals (n) and increasing the total opening area.

Claims (7)

電解液を収容する複数の電解液収容部及び前記電解液収容部の底部に形成されたカソード電極を有し、デバイスウエハの導電体層を前記電解液収容部の前記電解液の液面に接触させ、前記カソード電極と前記導電体層に対して電気的又は電気化学的に接続されるアノード電極とに電圧を印加することにより複数の電解セルを形成し、前記導電体層を電気化学的機械的に研磨する研磨パッドにおいて、
合成樹脂により形成され、前記導電体層に接触した状態で前記導電体層に対して相対的に回転移動される研磨表層を備え、
内径側から外径側までの全ての前記電解液収容部は、前記電解液収容部の開口部の径方向の長さをw(mm)、前記電解液収容部の最大設置半径をR(mm)とした場合に、径方向の長さをwが、45/SQRT(R)<w<73/SQRT(R)の関係式を満足すること、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
A plurality of electrolytic solution storage portions for storing an electrolytic solution and a cathode electrode formed on a bottom portion of the electrolytic solution storage portion, and a conductor layer of a device wafer is in contact with a surface of the electrolytic solution in the electrolytic solution storage portion A plurality of electrolytic cells are formed by applying a voltage to the cathode electrode and an anode electrode electrically or electrochemically connected to the conductor layer, and the conductor layer is formed into an electrochemical machine. In the polishing pad that polishes automatically,
A polishing surface layer formed of a synthetic resin and rotated relative to the conductor layer in contact with the conductor layer;
All the electrolytic solution storage portions from the inner diameter side to the outer diameter side have a radial length of the opening portion of the electrolytic solution storage portion w (mm), and a maximum installation radius of the electrolytic solution storage portion R (mm) ), The radial length w satisfies the relational expression of 45 / SQRT (R) <w <73 / SQRT (R),
A polishing pad for device wafers.
請求項1に記載の研磨パッドにおいて、
前記複数の電解液収容部は、研磨面を法線方向から見たときに、開口部が研磨面における1本以上の極座標の式r(θ)=a・θで定義される一様螺旋に沿って形成され、螺旋線の径方向の線間距離が5mm〜22.5mmであること、
を特徴とする研磨パッド。
The polishing pad according to claim 1, wherein
When the polishing surface is viewed from the normal direction, the plurality of electrolyte solution storage portions have a uniform spiral defined by one or more polar coordinate expressions r (θ) = a · θ on the polishing surface. The distance between the radial lines of the spiral wire is 5 mm to 22.5 mm,
A polishing pad characterized by.
請求項1及び2に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記研磨表層の表面に、その幅が前記電解液収容部と同等かそれ以下であり、その深さが前記電解液収容部よりも浅く、前記複数の電解液収容部間を連結するように設けられた溝部を備えること、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
In the polishing pad of the device wafer according to claim 1 and 2,
Provided on the surface of the polishing surface layer so that the width thereof is equal to or less than that of the electrolyte container, the depth is shallower than the electrolyte container, and the plurality of electrolyte containers are connected. Providing a grooved portion,
A polishing pad for device wafers.
請求項1及び2に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記研磨表層は、ポリウレタン、又は発泡ポリウレタンから形成されること、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
In the polishing pad of the device wafer according to claim 1 and 2,
The polishing surface layer is formed of polyurethane or foamed polyurethane;
A polishing pad for device wafers.
請求項1及び2に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記カソード電極が、金、白金、チタン合金、ステンレス鋼、又はカーボンから形成されること、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
In the polishing pad of the device wafer according to claim 1 and 2,
The cathode electrode is made of gold, platinum, titanium alloy, stainless steel, or carbon;
A polishing pad for device wafers.
デバイスウエハの導電体層に対して相対移動するテーブルに設置され、合成樹脂により形成された研磨表層と、電解液を収容する複数の電解液収容部及び前記電解液収容部の底部に形成されたカソード電極とを有し、前記カソード電極と前記導電体層に対して電気的又は電気化学的に接続されるアノード電極とに電圧を印加することにより複数の電解セルを形成し、前記導電体層を電気化学的機械的に研磨する研磨パッドを用いて前記導電体層を電気化学的機械的に研磨する研磨方法であって、
前記研磨表層の研磨面に前記電解液を供給して、前記複数の電解液収容部に前記電解液を満たし、
前記研磨表層及び前記アノード電極が前記導電体層に電気的又は電気化学的に接続した状態で、前記カソード電極及び前記アノード電極に電力を供給することにより電解セルを形成し、
前記研磨パッドと前記導電体層とを相対移動すること、
内径側から外径側までの全ての前記電解液収容部は、前記電解液収容部の開口部の径方向の長さをw(mm)、前記電解液収容部の最大設置半径をR(mm)とした場合に、径方向の長さをwが、45/SQRT(R)<w<73/SQRT(R)の関係式を満足すること、
を特徴とするデバイスウエハの研磨方法。
Installed on a table that moves relative to the conductor layer of the device wafer, formed on the polishing surface layer formed of synthetic resin, a plurality of electrolyte solution storage portions for storing the electrolyte solution, and the bottom portion of the electrolyte solution storage portion A plurality of electrolysis cells formed by applying a voltage to the cathode electrode and an anode electrode electrically or electrochemically connected to the conductor layer, and the conductor layer A polishing method for electrochemically polishing the conductor layer using a polishing pad for electrochemically polishing
Supplying the electrolytic solution to the polishing surface of the polishing surface layer, filling the electrolytic solution in the plurality of electrolytic solution containing portions,
In the state where the polishing surface layer and the anode electrode are electrically or electrochemically connected to the conductor layer, an electrolytic cell is formed by supplying power to the cathode electrode and the anode electrode,
Relatively moving the polishing pad and the conductor layer;
All the electrolytic solution storage portions from the inner diameter side to the outer diameter side have a radial length of the opening portion of the electrolytic solution storage portion w (mm), and a maximum installation radius of the electrolytic solution storage portion R (mm) ), The radial length w satisfies the relational expression of 45 / SQRT (R) <w <73 / SQRT (R),
A method for polishing a device wafer.
請求項6に記載の研磨方法において、
前記デバイスウエハの前記導電体層の研磨後又は研磨前に、前記研磨パッドを100(回転/min)以上の回転速度で回転し、前記電解液収容部に収容された前記電解液又はリンス水を排出する工程を有すること、
を特徴とするデバイスウエハの研磨方法。
The polishing method according to claim 6, wherein
After polishing or before polishing of the conductor layer of the device wafer, the polishing pad is rotated at a rotation speed of 100 (rotation / min) or more, and the electrolytic solution or rinsing water stored in the electrolytic solution storage unit is removed. Having a discharging step,
A method for polishing a device wafer.
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