(57)【要約】【課題】電気的に絶縁された状態で導電膜を残留させることなく除去して、導電膜の下層のバリア膜を露出させることができるようにする。【解決手段】電源の一方の極に接続された第１の電極と電源の他方の電極に接続されて研磨対象物の導電膜に給電する第２の電極との間に電圧を印加し、第１の電極と研磨対象物の導電膜との間に電解液を満たし、該導電膜を研磨パッドの研磨面に押付けながら擦り付けて研磨するに際し、導電膜の下層のバリア膜３０５が基板Ｗの中心部から外周部の順に露出するように導電膜（銅膜３０７（及びシード膜３０６））を研磨する。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の一方の極に接続された第１の電極と電源の他方の電極に接続されて研磨対象物の導電膜に給電する第２の電極との間に電圧を印加し、前記第１の電極と研磨対象物の導電膜との間に電解液を満たし、該導電膜を研磨パッドの研磨面に押付けながら擦り付けて研磨するに際し、
前記導電膜の下層のバリア膜が研磨対象物の中心部から外周部の順に露出するように該導電膜を研磨することを特徴とする複合電解研磨方法。
【請求項２】
残留する導電膜の平均膜厚が３００ｎｍ以下で、残留する導電膜の研磨対象物中での膜厚分布が１５０ｎｍ以下となるように前記導電膜の研磨を行うことを特徴とする請求項１記載の複合電解研磨方法。
【請求項３】
残留する導電膜の平均膜厚が３００ｎｍ以下で、残留する導電膜の研磨対象物中の膜厚が該研磨対象物の中央部から外周部に向けて大きくなるように前記導電膜に対する研磨を行うことを特徴とする請求項１または２記載の複合電解研磨方法。
【請求項４】
研磨対象物の中央部から外周部に向けて研磨速度が小さくなる条件で研磨を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の複合電解研磨方法。
【請求項５】
前記バリア膜が該研磨対象物の中心部から外周部の順に露出する際の導電膜に対する電解エッチング速度は、５０ｎｍ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の複合電解研磨方法。
【請求項６】
残留する前記導電膜の平均膜厚が２００ｎｍ以下における研磨速度は、平均膜厚が２００ｎｍ以上における研磨速度の１／２以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の複合電解研磨方法。
【請求項７】
前記導電膜の研磨で２種類以上の電解液を使用することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の複合電解研磨方法。
【請求項８】
前記導電膜は銅または銅合金からなり、前記電解液のｐＨは、銅の電位−ｐＨ図で示される銅に不動態酸化膜を形成するｐＨ域にあることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の複合電解研磨方法。
【請求項９】
残留する前記導電膜の平均膜厚が２００ｎｍ以下における前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電圧は、平均膜厚が２００ｎｍ以上における研磨で前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電圧より小さいことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の複合電解研磨方法。
【請求項１０】
前記バリア膜が露出開始から露出完了までの間における前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電圧は、電極電位で前記導電膜の腐食電位以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の複合電解研磨方法。
【請求項１１】
前記バリア膜が露出開始から露出完了までの間における前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電圧の波形は、矩形波、サイン波、及びランプ波のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の複合電解研磨方法。
【請求項１２】
前記導電膜の残留膜厚の変化を渦電流の変化で検出することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の複合電解研磨方法。
【請求項１３】
前記渦電流の変化で前記導電膜の研磨終点を検出することを特徴とする請求項１２記載の複合電解研磨方法。
【請求項１４】
前記導電膜の研磨終点を該導電膜の電極電位の変化により検出することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の複合電解研磨方法。
【請求項１５】
前記第１の電極と前記研磨対象物の導電膜との間に満たされる電解液の該研磨対象物面内での流量分布及び温度分布の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の複合電解研磨方法。
【請求項１６】
前記電解液の研磨対象物面内での流量分布の制御を、前記導電膜の研磨中における膜厚分布と所望膜厚分布の差を基に、複数の電解液供給路から供給される電解液の流量を独立に制御して行うことを特徴とする請求項１５記載の複合電解研磨方法。
【請求項１７】
前記電解液の研磨対象物面内での温度分布の制御を、前記導電膜の研磨中における膜厚分布と所望膜厚分布の差を基に、複数の電解液供給路から独立に制御して供給される電解液の温度を調整することにより行うことを特徴とする請求項１６記載の複合電解研磨方法。
【請求項１８】
前記研磨パッドと前記研磨対象物との相対運動速度を制御することを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれかに記載の複合電解研磨方法。
【請求項１９】
電源の一方の極に接続された第１の電極を有し、研磨パッドを保持する研磨テーブルと、
導電膜を有する研磨対象物を保持し、該研磨対象物を前記研磨パッドの研磨面に個別に押圧する複数の押圧領域を有するトップリングと、
前記第１の電極の外周または内周の少なくとも一方に該第１の電極と絶縁されて配置され、電源の他方の極に接続されて研磨対象物の導電膜に給電する少なくとも一つ以上の第２の電極と、
前記研磨パッドの前記研磨面に少なくとも１種類以上の電解液を供給する電解液供給部と、
前記研磨対象物と前記研磨面とを相対移動させる移動機構と、
前記導電膜の残留膜厚に対応する信号を検知する検知部と、
前記検知部より得られた信号を元に、前記電源の印加電圧、前記トップリングの押圧力、前記電解液供給部の電解液供給流量及び前記相対移動速度の少なくとも１つを制御する制御部とを有することを特徴とする複合電解研磨装置。
【請求項２０】
前記第１電極は、複数の分割電極からなり、前記電源により独立に制御可能であることを特徴とする請求項１９記載の複合電解研磨装置。
【請求項２１】
前記第２の電極は、導電性を有する樹脂材料からなることを特徴とする請求項１９または２０記載の複合電解研磨装置。
【請求項２２】
前記電解液供給部は、複数の電解液供給路を持ち、該電解液供給路からの供給流量が制御部により独立に制御可能であることを特徴とする請求項１９乃至２１のいずれかに記載の複合電解研磨装置。
【請求項２３】
前記電解液供給部は、前記複数の電解液供給路に沿って流れる電解液の温度を独立に調整する温度調整部を更に有することを特徴とする請求項２２記載の複合電解研磨装置。
【請求項２４】
前記検知部は、渦電流センサであることを特徴とする請求項１９乃至２３のいずれかに記載の複合電解研磨装置。
【請求項２５】
前記検知部は、参照電極であり、前記導電膜の電極電位の変化を検知することを特徴とする請求項１９乃至２３のいずれかに記載の複合電解研磨装置。
【請求項２６】
前記制御部は、前記導電膜の下層のバリア膜が研磨対象物の中心部から外周部の順に露出するように該導電膜の研磨を制御することを特徴とする請求項１９乃至２５のいずれかに記載の複合電解研磨装置。
【請求項２７】
電源の一方の極に接続された第１の電極と電源の他方の電極に接続されて研磨対象物の導電膜に給電する第２の電極との間に電圧を印加し、前記第１の電極と研磨対象物の導電膜との間に電解液を満たし、該導電膜を研磨パッドの研磨面に押付けながら擦り付けて研磨し、前記導電膜の下層のバリア膜を露出させる方法において、
前記バリア膜の露出直前にて、前記導電膜の表面に該導電膜の研磨速度が５０ｎｍ／ｍｉｎになるような不動態化膜を形成する電解液を用いることを特徴とする複合電解研磨方法。
【請求項２８】
前記電解液の供給と共に、前記第１の電極と第２の電極間の電圧を、導電膜の表面に不動態化膜が形成される電極電位に相当する範囲とすることを特徴とする請求項２７記載の複合電解研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合電解研磨方法及び複合電解研磨装置に関し、特に半導体ウェハ等の基板表面の導電性材料を加工したり、基板表面に付着した不純物を除去したりするのに使用される複合電解研磨方法及び複合電解研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の配線形成プロセスとして、絶縁膜内に設けたトレンチやビアホール等の配線用凹部内に配線金属を埋込むようにした、いわゆるダマシンプロセスが使用されつつある。このダマシンプロセスは、基板上のＳｉＯ２、ＳｉＯＦ、ＳｉＯＣまたはいわゆるＬｏｗ−ｋ材等からなる絶縁膜（層間絶縁膜）内に配線用凹部を形成し、次いで配線用凹部を含む絶縁膜全表面に、チタン、タンタル、タングステン、ルテニウム及び／またはそれらの合金等からなるバリア膜を形成し、バリア膜の表面にアルミニウム、銅、銀、金、タングステンまたはそれらの合金からなる配線金属膜を形成して配線用凹部内に配線金属を埋込み、その後、配線用凹部以外に形成された余分な配線金属膜及びバリア膜を除去することにより一般に行われる。現状の高速デバイスでは、配線金属として、銅ないしその合金を採用することが一般的であり、また絶縁膜としては、いわゆるＬｏｗ−ｋ材を採用する方向にある。
【０００３】
ダマシンプロセスにおける配線用凹部の形成はドライエッチング等により、バリア膜の形成はＰＶＤ、ＣＶＤまたはＡＬＤ等のドライプロセスにより行われることが多い。配線金属膜の形成方法としては、電解めっきまたは無電解めっきなどのウェットプロセス、ＰＶＤ、ＣＶＤまたはＡＬＤ等のドライプロセスが挙げられるが、電解めっきで形成することが広く行われている。バリア膜の導電性が低い場合に電解めっきで配線金属膜を形成する際には、バリア膜の成膜に連続して該バリア膜の表面に給電用のシード膜を事前に形成しておくことが広く行われている。余分な配線金属膜及びバリア膜の除去は、一般に、化学機械的研磨（ＣＭＰ）、電解研磨、複合電解研磨などのいわゆる平坦化法で行われる。複合電解研磨については、（１）配線金属の電解酸化、（２）電解酸化された配線金属の電解液成分による錯化、（３）錯化した配線金属のメカニカル除去、のメカニズムにより研磨が進行すると考えられている。
【０００４】
図１は、半導体装置における銅配線形成例を工程順に示す。図１（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材３０１上の導電層３０１ａの上に、例えばＳｉＯ２やＬｏｗ−ｋ材からなる絶縁膜３０２を堆積し、この絶縁膜３０２の内部に、例えばリソグラフィ・エッチング技術によりビアホール３０３とトレンチ３０４を形成し、その上にＴａもしくはＴａＮ等からなるバリア膜３０５、更にその上に電解めっきの給電膜としてのシード膜３０６をスパッタリング等により形成する。
【０００５】
そして、図１（ｂ）に示すように、半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基板Ｗのビアホール３０３及びトレンチ３０４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜３０２上に配線金属膜としての銅膜３０７を堆積させる。その後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等により、絶縁膜３０２上の銅膜３０７、シード膜３０６及びバリア膜３０５を除去して、ビアホール３０３及びトレンチ３０４に充填させた銅膜３０７の表面と絶縁膜３０２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜３０２の内部にシード膜３０６と銅膜３０７からなる配線３０８を形成する。
【０００６】
半導体デバイスの配線形成工程において、層間絶縁膜の低誘電率化に伴うＬｏｗ−ｋ材料の導入と共に、研磨時におけるＬｏｗ−ｋ材料の破壊や剥離といったＬｏｗ−ｋ材料へのダメージ低減が課題となり、その中で研磨工程の低圧化がその一つの解とされている。これまでＣＭＰに代表される半導体ウェハの研磨においては、ウェハ面内における研磨速度の均一性は、主に研磨圧力をウェハ面内で均一になるよう調整したり、研磨時のウェハと研磨パッドの相対速度を均一にしたりすることにより確保されてきた。
【０００７】
図２に一般的なＣＭＰにおける研磨速度の研磨圧力依存性を示す。図２に示すように、低研磨圧力領域において、研磨速度は、研磨圧力の増加に伴って急激に増加する。しかし、ある一定の研磨圧力で、研磨速度は変極点を持ち、研磨圧力が変極点を超えると、研磨速度の増加率が小さくなるのが一般である。これまでの一般的な研磨条件（例えば、２〜３ｐｓｉ）では、図２の変極点よりも若干研磨圧力が大きい状態であり、これにより、高研磨速度かつウェハ面内での研磨圧力の均一性が高い（研磨圧力に対する研磨速度の増加率が小さい）状態での研磨が行われてきた。
【０００８】
しかし、低研磨圧力領域（１．０ｐｓｉ（７０ｈＰａ）以下）では、研磨圧力に対する研磨速度の増加率が大きいため、（１）研磨速度の低下が大きい、（２）研磨圧力の僅かな変化に対する研磨速度の変化が大きい、ことが問題となる。従って、これらの問題を克服することが低圧力領域での研磨の実現に繋がる。これに対する一つの解として、電解作用を組合せた複合電解研磨がある。この複合電解研磨における研磨速度は、一定研磨圧力条件下で、印加電圧に依存して増加する特徴があり、低研磨圧力での高研磨速度が可能とされている。
【０００９】
また、ウェハ面内での研磨速度の均一性を確保するため、研磨時におけるウェハ面内での印加電圧に分布を持たせることが提案されている（特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開２００３−１９３３００号公報
【特許文献２】特開２００３−２７８０００号公報
【特許文献３】米国特許第６８４８９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
複合電解研磨で研磨対象物上の導電膜、例えば基板上の銅からなる配線金属膜を研磨してバリア膜を露出させる場合、導電膜がバリア膜上に電気的に絶縁された状態で残留すると、前述の複合電解研磨におけるメカニズムのうち、（１）配線金属（導電膜）の電解酸化、が不可能となる。このため、電気的に絶縁された状態で残留する導電膜に対する電解研磨が進行しなくなる。この状態で、更に次工程としてバリア膜の研磨を行うと、残留した導電膜によってバリア膜の研磨が不均一となり、結果として、本来除去すべきバリア膜が残留したり、導電膜（配線金属）の過研磨が生じたりすることによるディッシングやエロージョンの増加が生じてしまう。従って、複合電解研磨でバリア膜の表面に形成した導電膜を除去してバリア膜を露出させるにあたっては、研磨中に電気的に絶縁された状態で導電膜をバリア膜上に残留させないようにすることが求められる。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電気的に絶縁された状態で導電膜を残留させることなく除去して、導電膜の下層のバリア膜を露出させることができるようにした複合電解研磨方法及び電解研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、電源の一方の極に接続された第１の電極と電源の他方の電極に接続されて研磨対象物の導電膜に給電する第２の電極との間に電圧を印加し、前記第１の電極と研磨対象物の導電膜との間に電解液を満たし、該導電膜を研磨パッドの研磨面に押付けながら擦り付けて研磨するに際し、前記導電膜の下層のバリア膜が研磨対象物の中心部から外周部の順に露出するように該導電膜を研磨することを特徴とする複合電解研磨方法である。
【００１３】
このように、導電膜の下層のバリア膜が研磨対象物の中心部から外周部の順に露出するように該導電膜を研磨することで、研磨中に導電膜が電気的に絶縁された状態でバリア膜の上に残り、この電気的に絶縁された導電膜が研磨されることなくバリア膜上に残留することを防止することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、残留する導電膜の平均膜厚が３００ｎｍ以下で、残留する導電膜の研磨対象物中での膜厚分布が１５０ｎｍ以下となるように前記導電膜の研磨を行うことを特徴とする請求項１記載の複合電解研磨方法である。
【００１５】
残留する導電膜の平均膜厚が３００ｎｍ以下となるまで導電膜をほぼ平坦に研磨した後、例えば研磨対象物の中央部の方が外周部よりも大きな研磨圧力で残留する導電膜を研磨することにより、研磨対象物の中央部から積極的に導電膜を除去することができる。この研磨対象物の中央部の導電膜が除去された時点での外周部に残留する導電膜の膜厚は、例えば１００ｎｍ以下であり、５０ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以下であることが更に好ましい。これにより、導電膜として配線金属膜を使用した場合に、配線金属膜が電解液に晒される時間を短縮して、トレンチ等に埋込まれた導電膜（配線金属膜）が過剰に研磨されることを防止することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、残留する導電膜の平均膜厚が３００ｎｍ以下で、残留する導電膜の研磨対象物中の膜厚が該研磨対象物の中央部から外周部に向けて大きくなるように前記導電膜に対する研磨を行うことを特徴とする請求項１または２記載の複合電解研磨方法である。
【００１７】
このように、残留する導電膜の研磨対象物中の膜厚が該研磨対象物の中央部から外周部に向けて大きくなるように導電膜を研磨し、しかる後、残存する導電膜を均一な速度で研磨するようにしてもよい。この研磨終了時における残留する導電膜の膜厚差は、例えば１００ｎｍであり、５０ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以下であることが更に好ましい。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、研磨対象物の中央部から外周部に向けて研磨速度が小さくなる条件で研磨を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
このように、研磨対象物の中央部から外周部に向けて研磨速度が小さくなる条件で研磨を行うことで、研磨対象物の中央部から外周部に向かってバリア膜を露出させても良い。この研磨時における研磨速度差は、例えば１００ｎｍ／ｍｉｎであり、５０ｎｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記バリア膜が該研磨対象物の中心部から外周部の順に露出する際の導電膜に対する電解エッチング速度は、５０ｎｍ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
【００２０】
電解エッチング速度は、機械的研磨を伴うことなく、電解液中で導電膜に電位を掛けることで行われるエッチングの速度である。今後求められる配線部の金属膜のディッシングは２０ｎｍ以下であると考えられ、通常のＣＭＰにおいて、バリア膜が露出を開始してから露出を完了までの時間が約２０ｓｅｃ程度であることから、５０ｎｍ／ｍｉｎ以下の研磨速度であれば、２０ｎｍ以下のディッシングを達成できる。このように、導電膜に対する電解エッチング速度が５０ｎｍ／ｍｉｎ以下となる研磨を行うことにより、例えば導電膜として配線金属膜を使用した場合に、トレンチ等に埋込まれた導電膜（配線金属膜）が電解液に晒されて過剰に研磨されることを防止することができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、残留する前記導電膜の平均膜厚が２００ｎｍ以下における研磨速度は、平均膜厚が２００ｎｍ以上における研磨速度の１／２以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の研磨方法である。
これによっても、例えば導電膜として配線金属膜を使用した場合に、トレンチ等に埋込まれた導電膜（配線金属膜）が過剰に研磨されることを防止することができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、前記導電膜の研磨で２種類以上の電解液を使用することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
前記導電膜の研磨において、複数の所定残膜（例えば、前記導電膜の残膜３００ｎｍや、前記バリア膜が露出）になった際に、電解液成分を切りかえることにより、前記バリア膜の露出が開始した際に電解エッチングを抑制したり、前記バリア膜が露出開始後の前記導電膜の除去効率を増加させたりすることが可能となる。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、前記導電膜は銅または銅合金からなり、前記電解液のｐＨは、銅の電位−ｐＨ図で示される銅に不動態酸化膜を形成するｐＨ域にあることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
これにより、導電膜の表面に不導態酸化膜を形成して導電膜の表面を不導態酸化膜で覆うことで、導電膜が過剰に電解エッチングされるのを防止することができる。
【００２４】
前記電解液の組成例としては、２〜８０重量％の１種類以上の有機酸、２〜２０重量％のスルホン酸基を有する１種類以上の強酸、０．０１〜１重量％の腐食抑制剤、０．０１〜１重量％の水溶性高分子化合物、０．０１〜２重量％の砥粒、及び０．０１〜１重量％の界面活性剤を含有しており、ｐＨ＝３〜６、好ましくはｐＨ＝３〜４．５に調整されたものが挙げられる。
【００２５】
有機酸としては、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グリタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、クエン酸、アコニット酸、グリオキシル酸、グリコール酸、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸及び酒石酸が挙げられる。スルホン酸基を有する強酸としては、ベンゼンスルホン酸、メタンスルホン酸、タウリン、システイン酸、アルキル基の総炭素数が１〜６の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及びフルオロスルホン酸が挙げられる。
【００２６】
また、腐食抑制剤としは、ベンゾトリアゾール及びその誘導体が挙げられる。水溶性高分子化合物としては、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、カルボキシルメチルセルロース、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、ポリビニルピロリドンが挙げられる。砥粒としては、１次粒径が１０ｎｍ以上のコロイダルシリカやヒュームドシリカが挙げられる。
【００２７】
電解液は、通常のＣＭＰスラリに電解質を添加したものでもよい。これは、通常のＣＭＰスラリの導電膜への化学作用を利用するものであり、通常のＣＭＰスラリに更に電解質を加えることで、例えば電解液の導電性を増加させたり、ＣＭＰスラリへの化学作用に追加させたりすることができる。ここで、添加する電解質の例としては、コハク酸等の有機酸が挙げられる。例えばコハク酸をＣＭＰスラリに添加する。ｐＨ調整剤として、例えばＫＯＨを用い、これにより、電解液のｐＨを５．５とする。このように調整した電解液を使用して印加電圧を変化させると、電極電位で０．８〜１．２（Ｖｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）の領域にて、図１５のＡに示すような不動態化膜（不動態酸化膜）の形成領域が見られる。
【００２８】
有機酸としては、コハク酸の他に、マレイン酸、クエン酸、グリコール酸、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、グリタル酸、アジピン酸、フマル酸、アコニット酸、グリオキシル酸、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸及び酒石酸が挙げられる。
【００２９】
これらの液を使用しつつ、研磨速度を低下させる（例えば、印加電圧を低下させる）ことで、導電膜表面に不動態化膜を形成させ、これにより導電膜が過剰に電解エッチングされるのを防止することができる。
【００３０】
請求項９に記載の発明は、残留する前記導電膜の平均膜厚が２００ｎｍ以下における前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電圧は、平均膜厚が２００ｎｍ以上における研磨で前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電圧より小さいことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
これによっても、平均膜厚が２００ｎｍ以上における研磨で導電膜の表面に不導態膜を形成して、導電膜が過剰に電解エッチングされるのを防止することができる。
【００３１】
請求項１０に記載の発明は、前記バリア膜が露出開始から露出完了までの間における前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電圧は、電極電位で前記導電膜の腐食電位以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
これによって、導電膜の腐食を抑制して、トレンチ等に埋込まれた導電膜（配線金属膜）が過剰に研磨されることを防止することができる。
【００３２】
請求項１１記載の発明は、前記バリア膜が露出開始から露出完了までの間における前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電圧の波形は、矩形波、サイン波、ランプ波のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
【００３３】
例えば、矩形波やランプ波のように電圧を一旦低下させる波形を用いることで、導電膜の急激な溶解を防止して、表面荒れや導電膜（配線金属膜）の過剰な研磨を抑制することができる。この際、周波数としては、研磨対象物のある特定個所上を通過する研磨パッドの貫通孔の周期と同期しないように設定することが望ましい（同期すると加工／非加工カ所が生じて、導電膜の膜厚分布のばらつきが大きくなってしまう）。
【００３４】
請求項１２に記載の発明は、前記導電膜の残留膜厚の変化を渦電流の変化で検出することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
請求項１３に記載の発明は、前記渦電流の変化で前記導電膜の研磨終点を検出することを特徴とする請求項１２記載の複合電解研磨方法である。
研磨対象物の導電膜の膜厚変化やバリア膜の露出の状態は、渦電流の変化をセンシングすることでモニタ可能である。これにより、導電膜が過剰に研磨されたり、バリア膜が露出を開始した後にトレンチ等に埋込まれた導電膜（配線金属膜）が過剰に研磨されたりすることを防止することができる。
【００３５】
請求項１４に記載の発明は、前記導電膜の研磨終点を該導電膜の電極電位の変化により検出することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
研磨対象物の導電膜とバリア膜では、その電極電位が異なるため、導電膜が除去され、バリア膜が露出すると電極電位が変化する。この変化をもとに、研磨終点を検出することにより、トレンチ等に埋込まれた導電膜（配線金属膜）が過剰に研磨されることを防止することができる。
【００３６】
請求項１５に記載の発明は、前記第１の電極と前記研磨対象物の導電膜との間に満たされる電解液の該研磨対象物面内での流量分布及び温度分布の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
【００３７】
低研磨圧力領域で、高研磨速度及び良好な面内均一性を有する複合電解研磨では、ウェハ等の研磨対象物の導電膜表面に電圧を印加して電気化学反応を生じさせている。この電気化学反応に影響するパラメータとして、電解液の研磨対象物における面内分布と電解液の温度分布がある。特に、複合電解研磨に使用される研磨パッドは、通常のＣＭＰに使用される研磨パッドと異なり、研磨対象物の導電膜と電極（加工電極）間を貫通する貫通穴を有することから、電解液の面内分布の均一性が特に重要となる。つまり、図１０に示すように、複合電解研磨では、電解液流量と研磨速度との関に、電解液流量が増加すると研磨速度が速くなる関係がある。また、図１１に示すように、電解液温度と研磨速度の間にも、電解液温度が高くなると研磨速度が速くなる関係があり、この関係は、研磨圧力が小さいほど顕著になる。したがって、第１の電極と研磨対象物の導電膜との間に満たされる電解液の該研磨対象物面内での流量分布及び温度分布の少なくとも一方を制御することで、被研磨対象物の導電膜の被研磨面内での研磨量の分布を制御することができる。
【００３８】
請求項１６に記載の発明は、前記電解液の研磨対象物面内での流量分布の制御を、前記導電膜の研磨中における膜厚分布と所望膜厚分布の差を基に、複数の電解液供給路から供給される電解液の流量を独立に制御して行うことを特徴とする請求項１５記載の複合電解研磨方法である。
【００３９】
請求項１７に記載の発明は、前記電解液の研磨対象物面内での温度分布の制御を、前記導電膜の研磨中における膜厚分布と所望膜厚分布の差を基に、複数の電解液供給路から独立に制御して供給される電解液の温度を調整することにより行うことを特徴とする請求項１６記載の複合電解研磨方法である。
電解液の温度範囲は、例えば１０〜５０℃である。
【００４０】
請求項１８に記載の発明は、前記研磨パッドと前記研磨対象物との相対運動速度を制御することを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
研磨パッドの回転速度は、例えば２０〜４０ｒｐｍの範囲で、研磨対象物の回転速度は、例えば５０〜１００ｒｐｍの範囲で制御される。研磨対象物を、必要に応じて、研磨パッドと逆方向に回転させてもよく、また研磨対象物を、必要に応じて、研磨パッドの回転方向に揺動させてもよい。
【００４１】
請求項１９に記載の発明は、電源の一方の極に接続された第１の電極を有し、研磨パッドを保持する研磨テーブルと、導電膜を有する研磨対象物を保持し、該研磨対象物を前記研磨パッドの研磨面に個別に押圧する複数の押圧領域を有するトップリングと、前記第１の電極の外周または内周の少なくとも一方に該第１の電極と絶縁されて配置され、電源の他方の極に接続されて研磨対象物の導電膜に給電する少なくとも一つ以上の第２の電極と、前記研磨パッドの前記研磨面に少なくとも１種類以上の電解液を供給する電解液供給部と、前記研磨対象物と前記研磨面とを相対移動させる移動機構と、前記導電膜の残留膜厚に対応する信号を検知する検知部と、前記検知部より得られた信号を元に、前記電源の印加電圧、前記トップリングの押圧力、前記電解液供給部の電解液供給流量及び前記相対移動速度の少なくとも１つを制御する制御部とを有することを特徴とする複合電解研磨装置である。
【００４２】
研磨対象物面内での研磨圧力分布を、例えば均一の状態から複数（３エリア以上）の同心円状に変化させ、研磨対象物の内周部の研磨圧力を残りの外周部よりも高くする（例えば、内周部と最外周部で研磨圧力差が０．０１〜０．５ｐｓｉ）ことで、研磨対象物の内周部での導電膜の研磨速度を外周部より大きくすることができる。
【００４３】
請求項２０に記載の発明は、前記第１電極は複数の分割電極からなり、前記電源により独立に制御可能であることを特徴とする請求項１９記載の複合電解研磨装置である。
研磨対象物面内での電圧分布を、例えば均一の状態から複数（３エリア以上）に変化させ、研磨対象物の内周部の電圧を残りの外周部よりも高くする（例えば、内周部と最外周部で電位差が０．０１〜０．５Ｖ）ことで、研磨対象物の内周部での導電膜の研磨速度を外周部より大きくすることができる。
【００４４】
請求項２１に記載の発明は、前記第２の電極は、導電性を有する樹脂材料からなることを特徴とする請求項１９または２０記載の複合電解研磨装置である。
請求項２２に記載の発明は、前記電解液供給部は、複数の電解液供給路を持ち、該電解液供給路からの供給流量が制御部により独立に制御可能であることを特徴とする請求項１９乃至２１のいずれかに記載の複合電解研磨装置である。
複合電解研磨では、電解液の流量分布が研磨速度に影響するため、電解液の流量分布を調整することにより、研磨対象物面内での研磨レートの分布を制御することができる。
【００４５】
請求項２３に記載の発明は、前記電解液供給部は、前記複数の電解液供給路に沿って流れる電解液の温度を独立に調整する温度調整部を更に有することを特徴とする請求項２２記載の複合電解研磨装置である。
複合電解研磨では、電解液の温度分布が研磨速度に影響するため、電解液の温度分布を調整することにより、研磨対象物面内での研磨レートの分布を制御することができる。
【００４６】
請求項２４に記載の発明は、前記検知部は、渦電流センサであることを特徴とする請求項１９乃至２３のいずれかに記載の複合電解研磨装置である。
研磨対象物の導電膜の膜厚変化やバリア膜露出の状態は、渦電流の変化をセンシングすることでモニタ可能であり、この変化を研磨圧力分布、印加電圧分布や電解液流量分布、研磨対象物と研磨パッドとの相対速度条件にフィードバックすることで、導電膜の残留膜厚の制御や、バリア膜露出開始後のトレンチ等に埋込まれた導電膜（配線金属膜）が過剰に研磨されることを防止することができる。
【００４７】
請求項２５に記載の発明は、前記検知部は、参照電極であり、前記導電膜の電極電位の変化を検知することを特徴とする請求項１９乃至２３のいずれかに記載の複合電解研磨装置である。
前記導電膜や前記バリア膜の電極電位は、参照電極を用いて測定可能であり、この電極電位の変化を基に研磨終点を検出することにより、トレンチ等に埋込まれた導電膜（配線金属膜）が過剰に研磨されることを防止することができる。
【００４８】
請求項２６に記載の発明は、前記制御部は、前記導電膜の下層のバリア膜が研磨対象物の中心部から外周部の順に露出するように該導電膜の研磨を制御することを特徴とする請求項１９乃至２５のいずれかに記載の複合電解研磨装置である。
これにより、電気的に絶縁された状態で導電膜をバリア膜上に残留させることなく、導電膜の下層のバリア膜を露出させることが可能になる。
【００４９】
請求項２７に記載の発明は、電源の一方の極に接続された第１の電極と電源の他方の電極に接続されて研磨対象物の導電膜に給電する第２の電極との間に電圧を印加し、前記第１の電極と研磨対象物の導電膜との間に電解液を満たし、該導電膜を研磨パッドの研磨面に押付けながら擦り付けて研磨し、前記導電膜の下層のバリア膜を露出させる方法において、前記バリア膜の露出直前にて、前記導電膜の表面に該導電膜の研磨速度が５０ｎｍ／ｍｉｎになるような不動態化膜を形成する電解液を用いることを特徴とする複合電解研磨方法である。
【００５０】
請求項２８に記載の発明は、前記電解液の供給と共に、前記第１の電極と第２の電極間の電圧を、導電膜の表面に不動態化膜が形成される電極電位に相当する範囲とすることを特徴とする請求項２７記載の複合電解研磨方法である。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、電気的に絶縁された状態で導電膜を残留させることなく、導電膜の下層のバリア膜を露出させることが可能になり、従って、その後のバリア膜の除去に際して、バリア膜の残留や、導電膜（配線金属膜）の過研磨によるディッシングやエロージョンの発生を極力低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下の例では、研磨対象物としての基板のバリア膜表面に形成した、配線を形成する銅膜（及びシード膜）を除去して、バリア膜を露出させるようにした例を示す。
【００５３】
図３は、本発明に係る複合電解研磨装置を備えた基板処理装置の配置構成を示す平面図である。この基板処理装置は、例えば、図１（ｂ）に示すように、表面に銅めっきを施すことで、ビアホール３０３及びトレンチ３０４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜３０２上に配線金属膜としての銅膜３０７を堆積させた基板（研磨対象物）Ｗを用意し、この基板の表面に、図１（ｂ）にＡ−Ａ線で示す位置まで研磨処理を施して、絶縁膜３０２上の導電膜としての銅膜３０７（及びシード膜３０６）を除去し、これによって、バリア膜３０５を露出させるのに使用される。そして、更に絶縁膜３０２上のバリア膜３０５を除去することで、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜３０２の内部にシード膜３０６と銅膜３０７からなる配線３０８が形成される。
【００５４】
この基板処理装置は、配線金属膜（導電膜）としての銅膜３０７を有する多数の基板Ｗ（図１（ｂ）参照）をストックする基板カセット２０４を収容するロード・アンロードステージを備えている。ロード・アンロードステージ内の各基板カセット２０４に到達可能となるように、走行機構２００の上に２つのハンドを有した搬送ロボット２０２が配置されている。走行機構２００にはリニアモータからなる走行機構が採用されている。リニアモータからなる走行機構を採用することにより、大口径化し重量が増した基板の高速且つ安定した搬送ができる。
【００５５】
搬送ロボット２０２の走行機構２００を対称軸に、基板カセット２０４とは反対側に２台の乾燥ユニット２１２が配置されている。各乾燥ユニット２１２は、搬送ロボット２０２のハンドが到達可能な位置に配置されている。また２台の乾燥ユニット２１２の間で、搬送ロボット２０２が到達可能な位置に、４つの基板載置台を備えた基板ステーション２０６が配置されている。
【００５６】
各乾燥ユニット２１２と基板ステーション２０６に到達可能な位置に搬送ロボット２０８が配置されている。乾燥ユニット２１２と隣接するように、搬送ロボット２０８のハンドが到達可能な位置に洗浄ユニット２１４が配置されている。搬送ロボット２０８のハンドの到達可能な位置にロータリトランスポータ２１０が配置され、このロータリトランスポータ２１０と基板受渡し可能な位置に、本発明の実施の形態における複合電解研磨装置２５０が２台配置されている。この例では、複合電解研磨装置２５０を２台備え、この内の一方を銅膜３０７（及びシード膜３０６）の第１の研磨に、他方を第２の研磨にそれぞれ個別に使用するようにしている。
【００５７】
基板処理装置は、研磨前、あるいは研磨後に洗浄及び乾燥処理を経た基板表面における膜の膜厚等の表面状態を測定する測定部としてのＩＴＭ（In-line  Thickness  Monitor）２２４を備えている。つまり、図３に示すように、走行機構２００の延長線上には、搬送ロボット２０２が研磨後の基板を基板カセット２０４内に収納する前、もしくは搬送ロボット２０２が研磨前の基板を基板カセット２０４から取出した後（In-line）に、光学的手段による基板表面へ入射し反射した光学信号により、半導体ウェハ等の基板表面における銅膜やバリア層等の研磨状態を測定するＩＴＭ（測定部）２２４が配置されている。
【００５８】
各複合電解研磨装置２５０は、研磨テーブル１００、トップリング１、研磨テーブル１００の研磨パッド１０１（図４及び図８等参照）に電解液を供給する電解液供給ノズル１０２、研磨テーブル１００の研磨パッド１０１のドレッシングを行うためのドレッサー２１８及びドレッサー２１８を洗浄するための水槽２２２を有している。
【００５９】
図４は、複合電解研磨装置２５０の要部を示す。図４に示すように、トップリング１は、自在継手部１０を介してトップリング駆動軸１１に接続されており、トップリング駆動軸１１は、トップリングヘッド１１０に固定されたトップリング用エアシリンダ１１１に連結されている。トップリング用エアシリンダ１１１によってトップリング駆動軸１１は上下動し、トップリング１の全体を昇降させるとともに、トップリング本体２の下端に固定されたリテーナリング３を研磨テーブル１００に押圧する。トップリング用エアシリンダ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、トップリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧空気の空気圧等の流体圧力を調整することができる。これにより、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を調整することができる。
【００６０】
トップリング駆動軸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。トップリングヘッド１１０には、回転駆動部としてのトップリング用モータ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を介してトップリング用モータ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、トップリング用モータ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及びトップリング駆動軸１１が一体に回転し、トップリング１が回転する。トップリングヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に固定支持されたトップリングヘッドシャフト１１７によって支持されている。
【００６１】
次に、トップリング１について、図５及び図６を用いてより詳細に説明する。図５は、トップリング１を示す縦断面図、図６は、図５に示すトップリング１の底面図である。図５に示すように、トップリング１は、内部に収容空間を有する円筒容器状のトップリング本体２と、トップリング本体２の下端に固定されたリテーナリング３を備えている。トップリング本体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、例えば剛性の高い樹脂材又はセラミックス等から形成されている。
【００６２】
トップリング本体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。トップリング本体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をトップリング本体２と一体的に形成してもよい。
【００６３】
トップリング本体２のハウジング部２ａの中央部上方には、上述したトップリング駆動軸１１が配設されており、トップリング本体２とトップリング駆動軸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、トップリング本体２及びトップリング駆動軸１１とを互いに傾動可能とする球面軸受け機構と、トップリング駆動軸１１の回転をトップリング本体２に伝達する回転伝達機構とを備えており、トップリング本体２のトップリング駆動軸１１に対する傾動を許容しつつ、トップリング駆動軸１１の押圧力及び回転力をトップリング本体２に伝達する。
【００６４】
球面軸受け機構は、トップリング駆動軸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、トップリング駆動軸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。トップリング本体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、回転伝達機構がトップリング駆動軸１１の回転トルクをトップリング本体２に確実に伝達する。
【００６５】
トップリング本体２及びトップリング本体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、トップリング１によって保持される半導体ウェハ等の基板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。
【００６６】
ホルダーリング５とトップリング本体２との間には弾性膜からなる加圧シート７が張設されている。加圧シート７は、一端をトップリング本体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。トップリング本体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、トップリング本体２の内部に圧力室２１が形成されている。図５に示すように、圧力室２１には、チューブやコネクタ等からなる流体路３１が連通されており、圧力室２１は、流体路３１内に設置されたレギュレータＲＥ２を介して圧縮空気源１２０に接続されている。なお、加圧シート７は、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００６７】
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とトップリング本体２との間に挟み込んで固定した場合には、弾性体としての加圧シート７の弾性変形によってリテーナリング３の下面において好ましい平面が得られなくなってしまう。従って、これを防止するため、この例では、別部材として加圧シート支持部２ｂを設けて、加圧シート７をトップリング本体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。
【００６８】
なお、特願平８−５０９５６号（特開平９−１６８９６４号公報）や特願平１１−２９４５０３号に記載されているように、リテーナリング３をトップリング本体２に対して上下動可能としたり、リテーナリング３をトップリング本体２とは独立に押圧可能な構造としたりすることもでき、このような場合には、必ずしも上述した加圧シート７の固定方法が用いられるとは限らない。
【００６９】
弾性パッド４とチャッキングプレート６との間に形成される空間の内部には、弾性パッド４に当接する当接部材としてのセンターバッグ８（中心部当接部材）及びリングチューブ９（外側当接部材）が設けられている。この例においては、図５及び図６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。
【００７０】
チャッキングプレート６と弾性パッド４との間に形成される空間は、上記センターバッグ８及びリングチューブ９によって複数の空間に区画されており、これによりセンターバッグ８とリングチューブ９の間には圧力室２２が、リングチューブ９の外側には圧力室２３がそれぞれ形成されている。
【００７１】
センターバッグ８は、弾性パッド４の上面に当接する弾性膜８１と、弾性膜８１を着脱可能に保持するセンターバッグホルダー８２（保持部）とから構成されている。センターバッグホルダー８２にはねじ穴８２ａが形成されており、このねじ穴８２ａにねじ５５を螺合させることにより、センターバッグ８がチャッキングプレート６の下面の中心部に着脱可能に取付けられている。センターバッグ８の内部には、弾性膜８１とセンターバッグホルダー８２とによって中心部圧力室２４が形成されている。
【００７２】
同様に、リングチューブ９は、弾性パッド４の上面に当接する弾性膜９１と、弾性膜９１を着脱可能に保持するリングチューブホルダー９２（保持部）とから構成されている。リングチューブホルダー９２にはねじ穴９２ａが形成されており、このねじ穴９２ａにねじ５６を螺合させることにより、リングチューブ９がチャッキングプレート６の下面に着脱可能に取付けられている。リングチューブ９の内部には、弾性膜９１とリングチューブホルダー９２とによって中間部圧力室２５が形成されている。
【００７３】
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、トップリング駆動軸１１の上端部に設けられたロータリージョイント（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。
【００７４】
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４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又は大気圧や真空にすることができるようになっている。
【００７５】
このように、レギュレータＲＥ２〜ＲＥ６によって各圧力室２１〜２５の内部の圧力を独立に可変とすることにより、弾性パッド４を介して基板Ｗを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を基板Ｗの部分（区画領域）毎に調整することができる。なお、場合によっては、これらの圧力室２１〜２５を真空源１２１に接続してもよい。
【００７６】
図４に示すように、複合電解研磨装置２５０の研磨テーブル１００は、例えばＳＵＳ、チタンで構成されるか、または金属の表面を白金等で被覆して構成されている。この研磨テーブル１００には、基板表面の銅膜等の膜厚を測定する、例えば渦電流センサからなるＩＴＭ２２６のセンサコイル２２８が埋め込まれている。そして、このＩＴＭ２２６からの信号は、制御部４００に入力され、この制御部４００からの出力でレギュレータＲＥ３〜ＲＥ６が制御される。
【００７７】
この研磨テーブル１００の上面には、図７及び図８に示すように、電源２５２の一方の極に接続された円板状の第１の電極（カソード）２５４と、電源２５２の他方の極に接続されたリング状の第２の電極（アノード）２５６が、絶縁体２５８を介して互いに電気的に絶縁されて配置されている。第１の電極２５４の上面は、その全域に亘って研磨パッド１０１で覆われており、この研磨パッド１０１の上面が研磨面となっている。また、この研磨面と第２の電極２５６の上面は、ほぼ面一となっている。電源２５２は、前記制御部４００によって制御される。
【００７８】
この例では、第２の電極２５６は、第１の電極２５４の外周に沿ってリング状に連続して延びるように配置されているが、外周部のリング状に連続して延びる第２の電極２５６を複数に分割し、各電極を電源２５２にそれぞれ接続してもよい。これにより、リング状の第２の電極内での電圧差を小さくすることができる。更に、１個のリング状に連続して延びる第２の電極２５６に、複数の導線を介して、電源２５２を接続するようにしても良い。これによっても、リング状の第２の電極内での電位差を小さくすることが可能である。また、パッド状の導電性部材によって第２の電極２５６を構成しても良い。
【００７９】
第２の電極２５６は、トップリング１で保持した基板Ｗを下降させ、基板Ｗの表面（下面）を研磨パッド１０１の研磨面に接触させた時、この上面が基板Ｗの周縁部表面に接触して、基板Ｗの表面に形成した銅膜３０７（図１（ｂ）参照）等の導電膜に給電できるようになっている。トップリング１は、トップリング１で保持した基板を、研磨パッド１０１の研磨面に、例えば７０ｈＰａ（約１ｐｓｉ）以下の研磨圧力で押付けるように構成されている。
【００８０】
研磨パッド１０１は、図７及び図８に示すように、この例では、全面には多数の貫通する貫通孔１０１ａを有するニッタ・ハース社製のＩＣ−１０００から構成されている。これにより、この貫通孔１０１ａ内に流入する電解液を介して、第２の電極２５６に接続された基板Ｗの表面と第１の電極２５４と間に電流が流れて電解研磨が行われる。なお、全面に渡って貫通孔があれば、研磨パッド１０１全体は、格子状または円環状の溝が形成されたものであってもよい。また、例えば、ＰＶＡ樹脂といった連続気孔を有する研磨パッドのように、研磨パッド１０１自体に通液性があれば、必ずしも研磨パッド１０１に貫通孔が開いていなくてもよい。
【００８１】
電解液供給ノズル１０２は、図９に示すように、研磨パッド１０２の半径方向に沿って延びており、その長さ方向に沿った所定の間隔で複数の電解液供給口１４０が設けられている。そして、この各電解液供給口１４０には、電解液タンクから延びる電解液供給ライン（電解液供給路）１４２がそれぞれ接続され、この各電解液供給ライン１４２には、この電解液供給ライン１４２に沿って流れる電解液の流量を個別に調整する流量調整バルブ等を有する流量調整部１４４と、この電解液供給ライン１４２に沿って流れる電解液の温度を個別に調整する熱交換器等を有する温度調整部１４６が介装され、これによって、電解液供給部１４８が構成されている。流量調整部１４４の各流量調整バルブ等、及び温度調整部１４６の各熱交換器等は、例えば、図４に示す、研磨テーブル１００側の研磨パッド１０１下に配置された渦電流センサ等のＩＴＭ２２６から制御部４００に入力された信号に基づいて該制御部４００から出力される出力信号によって制御される。
【００８２】
複合電解研磨では、図１０に示すように、電解液流量と研磨速度との関に、電解液流量が増加すると研磨速度が速くなる関係がある。また、図１１に示すように、電解液温度と研磨速度の間にも、電解液温度が高くなると研磨速度が速くなる関係があり、この関係は、研磨圧力が小さいほど顕著になる。したがって、個々が独立に流量制御及び温度制御可能な複数の電解液供給ライン（電解液供給路）１４２と、複数の電解液供給口１４０を有する電解液供給ノズル１０２を使用して電解液を研磨パッド１０１に供給することが好ましく、これによって、導電膜内での研磨レートの分布を制御することができる。
【００８３】
次に、上記のように構成された複合電解研磨装置２５０の研磨時における動作について説明する。研磨時には、トップリング１の下面に基板Ｗを保持させるとともに、トップリング駆動軸１１に連結されたシリンダ１１１を作動させてトップリング１の下端に固定されたリテーナリング３を所定の押圧力で研磨テーブル１００の研磨パッド１０１の研磨面に押圧する。この状態で、圧力室２２，２３、中心部圧力室２４及び中間部圧力室２５にそれぞれ所定の圧力の加圧流体を供給し、基板Ｗを研磨テーブル１００の研磨パッド１０１の研磨面に押圧する。この時、基板Ｗは、その外周部で第２の電極２５６の上面に接触して、基板Ｗの表面に設けられた銅膜３０７（図１（ｂ）参照）等の導電膜への給電が可能となる。
【００８４】
そして、電源２５２を介して、第１の電極２５４と基板Ｗの表面に設けられた銅膜３０７等の導電膜との間に電圧を印加しながら、電解液供給ノズル１０２から電解液Ｑを流すことにより、研磨パッド１０１に電解液Ｑが保持され、基板Ｗの導電膜の下面と研磨パッド１０１の研磨面との間に電解液Ｑが存在した状態で導電膜の研磨が行われる。
【００８５】
このとき、電解液の研磨対象物面である導電膜内での流量分布及び温度分布は、研磨速度に影響することから、図９に示すように、個々が独立に流量制御及び温度制御可能な複数の電解液供給口１４０を有する電解液供給ノズル１０２を使用して電解液を研磨パッド１０１に供給することが好ましく、これによって、導電膜内での研磨ルートの分布を制御することができる。
【００８６】
ここで、基板Ｗの圧力室２２，２３の下方に位置する部分は、それぞれ圧力室２２，２３に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。また、基板Ｗの中心部圧力室２４の下方に位置する部分は、センターバッグ８の弾性膜８１及び弾性パッド４を介して、中心部圧力室２４に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。基板Ｗの中間部圧力室２５の下方に位置する部分は、リングチューブ９の弾性膜９１及び弾性パッド４を介して、中間部圧力室２５に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。
【００８７】
従って、基板Ｗに加わる研磨圧力は、各圧力室２２〜２５に供給される加圧流体の圧力をそれぞれ制御することにより、基板Ｗの半径方向に沿った各部分毎に調整することができる。すなわち、制御部４００が、レギュレータＲＥ３〜ＲＥ６によって、各圧力室２２〜２５に供給する加圧流体の圧力をそれぞれ独立に調整し、基板Ｗを研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１に押圧する押圧力を基板Ｗの部分毎に調整している。このように、基板Ｗの部分（押圧領域）毎に研磨圧力が所望の値に調整された状態で、回転している研磨テーブル１００の上面の研磨パッド１０１に基板Ｗが押圧される。同様に、レギュレータＲＥ１によって、トップリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧流体の圧力を調整し、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を変更することができる。
【００８８】
このように、研磨中に、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力と、基板Ｗを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を適宜調整することにより、基板Ｗの中心部（図６のＣ１）、中心部から中間部（Ｃ２）、外方部（Ｃ３）、そして周縁部（Ｃ４）、更には基板Ｗの外側にあるリテーナリング３の外周部までの各部分における研磨圧力の分布を所望の値とすることができる。
【００８９】
なお、基板Ｗの圧力室２２，２３の下方に位置する部分には、弾性パッド４を介して流体から押圧力が加えられる部分と、開口部４１の箇所のように、加圧流体の圧力そのものが基板Ｗに加わる部分とがあるが、これらの部分に加えられる押圧力は、同一圧力でもよく、それぞれ任意の圧力でも押圧ができる。また、研磨時には、弾性パッド４は、開口部４１の周囲において基板Ｗの裏面に密着するため、圧力室２２，２３の内部の加圧流体が外部に漏れることはほとんどない。
【００９０】
このように、基板Ｗを同心の４つの円及び円環部分（Ｃ１〜Ｃ４）に区画し、それぞれの部分（押圧領域）を独立した押圧力で押圧することができる。研磨レートは、基板Ｗの研磨面に対する押圧力に依存するが、上述したように各部分の押圧力を制御することができるので、基板Ｗの４つの部分（Ｃ１〜Ｃ４）の研磨レートを独立に制御することが可能となる。従って、基板Ｗの表面の研磨すべき薄膜の膜厚に半径方向の分布があっても、基板全面に亘って研磨の不足や過研磨をなくすことができる。
【００９１】
即ち、基板Ｗの表面の研磨すべき膜が、基板Ｗの半径方向の位置によって膜厚が異なっている場合であっても、上記各圧力室２２〜２５のうち、基板Ｗの表面の膜厚の厚い部分の上方に位置する圧力室の圧力を他の圧力室の圧力よりも高くすることにより、あるいは、基板Ｗの表面の膜厚の薄い部分の上方に位置する圧力室の圧力を他の圧力室の圧力よりも低くすることにより、膜厚の厚い部分の研磨面への押圧力を膜厚の薄い部分の研磨面への押圧力より大きくすることが可能となり、その部分の研磨レートを選択的に高めることができる。これにより、成膜時の膜厚分布に依存せずに基板Ｗの全面に亘って過不足のない研磨が可能となる。
【００９２】
ここで、基板Ｗの周縁部に起こる縁だれは、リテーナリング３の押圧力を制御することにより防止できる。また、基板Ｗの周縁部において研磨すべき膜の膜厚に大きな変化がある場合には、リテーナリング３の押圧力を意図的に大きく、あるいは、小さくすることで、基板Ｗの周縁部の研磨レートを制御することができる。なお、上記各圧力室２２〜２５に加圧流体を供給すると、チャッキングプレート６は上方向の力を受けるので、この例では、圧力室２１には流体路３１を介して圧力流体を供給し、各圧力室２２〜２５からの力によりチャッキングプレート６が上方に持ち上げられるのを防止している。
【００９３】
上述のようにして、トップリング用エアシリンダ１１１によるリテーナリング３の研磨パッド１０１への押圧力と、各圧力室２２〜２５に供給する加圧空気による基板Ｗの部分毎の研磨パッド１０１への押圧力とを適宜調整して基板Ｗの研磨が行われる。
【００９４】
以上説明したように、圧力室２２，２３、センターバッグ８の内部の圧力室２４、及びリングチューブ９の内部の圧力室２５の圧力を独立に制御することにより、基板に対する押圧力を制御することができる。更に、この例によれば、センターバッグ８及びリングチューブ９の位置や大きさなどを変更することによって、押圧力の制御を行う範囲を簡単に変更することができる。
【００９５】
すなわち、基板の表面に形成される膜の膜厚分布は、成膜の方法や成膜装置の種類により変化するが、この例によれば、基板に押圧力を加える圧力室の位置や大きさをセンターバッグ８及びセンターバッグホルダー８２、またはリングチューブ９及びリングチューブホルダー９２を交換するだけで変更することができる。従って、研磨すべき膜の膜厚分布に合わせて押圧力を制御すべき位置や範囲をトップリング１の極一部を交換するだけで容易かつ低コストで変更することが可能となる。換言すれば、研磨すべき基板の表面の研磨すべき膜の膜厚分布に変化があった場合にも、容易かつ低コストで対応することができる。なお、センターバッグ８またはリングチューブ９の形状及び位置を変更すると、結果的にセンターバッグ８とリングチューブ９に挟まれる圧力室２２及びリングチューブ９を取り囲む圧力室２３の大きさを変えることにもなる。
【００９６】
次に、基板処理装置の動作について説明する。
先ず、図１（ｂ）に示す、表面に銅膜３０７を形成した基板Ｗを多数収容した基板カセット２０４をロード・アンロードステージに装着する。そして、１枚の基板を基板カセット２０４から搬送ロボット２０２で取出して基板ステーション２０６へ載置する。搬送ロボット２０８は、基板ステーション２０６から基板を受け取り、必要に応じて、基板を反転させた後、ロータリトランスポータ２１０に渡す。次に、ロータリトランスポータ２１０を水平に回転させ、このロータリトランスポータ２１０で支持した基板を、一方の複合電解研磨装置２５０のトップリング１で保持する。
【００９７】
そして、トップリング１で保持した基板を研磨テーブル１００の上方の研磨位置に移動させる。そして、下降させて、基板を研磨パッド１０１の研磨面に、約７０ｈＰａ（１ｐｓｉ）以下の所定の研磨圧力で押圧し、同時に研磨パッド１０１に電解液Ｑを供給しながら、第１の電極２５４と基板の表面の銅膜３０７等の導電膜との間に電源２５２を介して電圧を印加して導電膜を研磨（第１の研磨）する。なお、基板を研磨パッド１０１で研磨している間は真空吸着等による基板の保持を解除してもよい。
【００９８】
この複合電解研磨装置２５０による第１の研磨によって、残留する導電膜、すなわち銅膜３０７（及びシード膜３０６）の平均膜厚が３００ｎｍ以下で、残留する銅膜３０７（及びシード膜３０６）の基板面内での膜厚分布が１５０ｎｍ以下となるように、渦電流センサ等のＩＴＭ２２６で銅膜３０７（及びシード膜３０６）の膜厚の基板面内分布を検知し、制御部４００を介して、図６に示す各部分（押圧領域）Ｃ１〜Ｃ４における研磨圧力を調整しながら、該銅膜３０７（及びシード膜３０６）を研磨する。このように、配線等に与えるダメージが一般に少ない複合電解研磨を研磨処理に採用し、例えば、全体の研磨量の過半を占める配線用凹部以外に形成された配線金属膜の大部分の研磨除去を複合電解研磨で行うことで、研磨工程による配線構造に対するダメージを大きく低減することができる。
【００９９】
この時、必要に応じて、複数の電解液供給ライン１４２を通して、電解液供給ノズル１０２の各電解液供給口１４０から研磨パッド１０１に供給される電解液Ｑの流量及び温度を制御する。つまり、導電膜（銅膜３０７（及びシード膜３０６））の研磨中における膜厚分布と所望膜厚分布の差を基に、複数の電解液供給口１４０から研磨パッド１０１に供給される電解液の流量及び温度を独立に制御し、これによって、研磨対象物面内での研磨レートの分布を制御する。
【０１００】
更に、研磨パッド１０１と基板Ｗとの相対運動速度を制御するようにしてもよい。研磨パッド１０１の回転速度は、例えば２０〜４０ｒｐｍの範囲で、基板Ｗの回転速度は、例えば５０〜１００ｒｐｍの範囲で制御される。基板Ｗを、必要に応じて、研磨パッド１０１と逆方向に回転させてもよく、また基板Ｗを、必要に応じて、研磨パッド１０１の半径方向に揺動させてもよい。
【０１０１】
そして、一方の複合電解研磨装置２５０による第１の研磨を終了した基板を、必要に応じて、その被研磨面及び裏面を純水等で洗浄（リンス）し乾燥させた後、ロータリトランスポータ２１０を経由させて、他方の複合電解研磨装置２５０に搬送し、このトップリング１で保持する。第１の研磨を行った複合電解研磨装置２５０にあっては、この研磨パッド１０１の研磨面のドレッサー２１８によるコンディショニングを行って、次の研磨に備える。
【０１０２】
そして、トップリング１で保持した基板を研磨テーブル１００の上方の研磨位置に移動させ、しかる後、下降させて、基板を研磨パッド１０１の研磨面に押圧し、同時に研磨パッド１０１に電解液Ｑを供給しながら、第１の電極２５４と基板の表面の銅膜３０７等の導電膜との間に電源２５２を介して電圧を印加して、第１の研磨で研磨されずに残った導電膜、つまりバリア膜３０５上の銅膜３０７（及びシード膜３０６）を研磨する。これによって、バリア膜３０５を露出させる。
【０１０３】
この複合電解研磨装置２５０による研磨を、基板の中央部から外周部に向けて導電膜の研磨速度が小さくなる条件で行う。つまり、渦電流センサ等のＩＴＭ２２６で銅膜３０７（及びシード膜３０６）の膜厚の基板面内分布を検知しながら、図６に示す各部分（押圧領域）Ｃ１〜Ｃ４における研磨圧力を、例えば、基板の基板Ｗの中心部（Ｃ１）、中心部から中間部（Ｃ２）、外方部（Ｃ３）、そして周縁部（Ｃ４）に向けて同心円状に、例えば中心部（Ｃ１）と周縁部（Ｃ４）の研磨圧力差が０．０１（約０．７ｈＰａ）〜０．５（約３５ｈＰａ）となる範囲で、順に低くなるように制御部４００で制御して、基板の内周部での導電膜の研磨速度を大きくなるようにしながら、残存する導電膜、つまり銅膜３０７（及びシード膜３０６）を研磨する。
【０１０４】
この時、前述と同様に、必要に応じて、複数の電解液供給ライン１４２を通して、電解液供給ノズル１０２の各電解液供給口１４０から研磨パッド１０１に供給される電解液Ｑの流量及び温度を制御する。つまり、導電膜（銅膜３０７（及びシード膜３０６））の研磨中における膜厚分布と所望膜厚分布の差を基に、複数の電解液供給口１４０から研磨パッド１０１に供給される電解液の流量及び温度を独立に制御し、これによって、研磨対象物面内での研磨レートの分布を制御する。
【０１０５】
更に、研磨パッド１０１と基板Ｗとの相対運動速度を制御するようにしてもよい。研磨パッド１０１の回転速度は、例えば２０〜４０ｒｐｍの範囲で、基板Ｗの回転速度は、例えば５０〜１００ｒｐｍの範囲で制御される。基板Ｗを、必要に応じて、研磨パッド１０１と逆方向に回転させてもよく、また基板Ｗを、必要に応じて、研磨パッド１０１の半径方向に揺動させてもよい。
【０１０６】
これにより、図１２に示すように、導電膜（銅膜３０７（及びシード膜３０６））の下層のバリア膜３０５が基板Ｗの中心部から外周部に向けって露出するように導電膜を研磨しながら、最終的に、バリア膜３０５上の導電膜を完全に研磨して除去する。このように、第２の研磨で、導電膜（銅膜３０７（及びシード膜３０６））の下層のバリア膜３０５が研基板の中心部から外周部に向けって露出するように該導電膜を研磨することで、研磨中に導電膜が電気的に絶縁された状態でバリア膜３０５の上に残り、この電気的に絶縁された導電膜が研磨されることなくバリア膜３０５上に残留することを防止することができる。
【０１０７】
図１２に示す、基板Ｗの中央部の導電膜が除去されてバリア膜３０５が露出した時点で外周部に残留する導電膜、つまり銅膜３０７（及びシード膜３０６）の膜厚は、例えば１００ｎｍ以下であり、５０ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以下であることが更に好ましい。これにより、電解液に晒される時間を短縮して、導電膜として配線金属膜を使用した場合に、トレンチ等に埋込まれた導電膜（配線金属膜）が過剰に研磨されることを防止することができる。
【０１０８】
研磨に際して、バリア膜が該研磨対象物の中心部から外周部の順に露出する際の導電膜、つまり銅膜３０７（及びシード膜３０６）に対する電解エッチング速度が５０ｎｍ／ｍｉｎ以下となる電解液を使用することが好ましい。電解エッチング速度は、機械的研磨を伴うことなく、電解液中で導電膜に電位を掛けることで行われるエッチングの速度である。このように、導電膜に対する電解エッチング速度が５０ｎｍ／ｍｉｎ以下となるようにして研磨を行うことにより、例えば導電膜として配線金属膜を使用した場合に、トレンチ等に埋込まれた導電膜（配線金属膜）が電解液に晒されて過剰に研磨されることを防止することができる。
【０１０９】
残存する導電膜の平均膜厚が２００ｎｍ以下における該導電膜の研磨速度が、平均膜厚が２００ｎｍ以上での導電膜の研磨速度の１／２以下であってもよく、これによっても、例えば導電膜として配線金属膜を使用した場合に、トレンチ等に埋込まれた導電膜（配線金属膜）が過剰に研磨されることを防止することができる。
【０１１０】
銅を研磨するのに使用する電解液のｐＨは、図１３に示す、銅の電位−ｐＨ図（プールベ図（Pourbaix-Diagram））で示される銅に不動態酸化膜（ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ）を形成するｐＨ域にあることが好ましい。水溶液系電解液で銅の不導体酸化膜（ＣｕＯ、ＣＵ２Ｏ）を形成するｐＨ領域は、水中における化学種（銅）の存在領域を電極電位とｐＨの２次元座標上に図示した、電位−ｐＨ図（プールベ図（Pourbaix-Diagram））で概略規定されているが、このｐＨ領域は、図１３に示す例では、４〜１２．５であるが、電解液に添加される電解質の種類によって異なる。電位−ｐＨ図は、熱力学的データ（平衡論）に基づいて作成される。これにより、図１４に示すように、バリア膜３０５が露出した時点で、トレンチ３０４内に埋込まれて配線３０８（図１（ｃ）参照）を形成する導電膜の表面に不導態酸化膜３１０を形成して該表面を不導態酸化膜３１０で覆って、配線３０８が過剰に電解エッチングされるのを防止することができる。電解液のｐＨは、銅がＣｕ２＋として活性溶解する強酸性よりも、例えばｐＨ＝３〜４．５といった弱酸性側である方が、銅の電解エッチングを防止する上で好ましい。
【０１１１】
電解液の組成の一例としては、腐食抑制剤、砥粒、錯化剤、ｐＨ調整剤及び界面活性剤等が含まれるものが挙げられる。不動態酸化膜を更に保護する目的で、銅と結合しやすいＮ、ＳまたはＰを含む化合物、例えば、Ｎ系として、ベンゾトリアゾールやその誘導体、（ベンズ）イミダゾールやその誘導体、脂肪酸アルカノールアミドなどの陰イオン界面活性剤、ポリエチレンイミンやポリアクリルアミド等のポリマーなど、Ｓ系として、チオサリチル酸、6-ジブチルアミノ-1,3,5-トリアジン-2,4-ジチオールなど、Ｐ系として、リン酸エステルなどの陰イオン界面活性剤などの腐食抑制剤を用いることが好ましい。
【０１１２】
電解液の電解質は、銅と結合する物質が好ましく、例えばシュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、マレイン酸、クエン酸、グリコール酸、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸、アスコルビン酸、ピルビン酸、グリオキシル酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、アコニット酸、酒石酸、リン酸、アミノ酸類（グリシン等）、エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸等が挙げられる。
電解液に含まれる砥粒としては、酸化シリカ（ヒュームド、コロイダル）、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化チタン、酸化マンガン等が挙げられる。
【０１１３】
また、別の電解液の組成例としては、２〜８０重量％の１種類以上の有機酸、２〜２０重量％の１種類以上のスルホン酸基を有する強酸、０．０１〜１重量％の腐食抑制剤、０．０１〜１重量％の水溶性高分子化合物、０．０１〜２重量％の砥粒及び０．０１〜１重量％の界面活性剤を含有しており、ｐＨ＝３〜４．５に調整されたものが挙げられる。
【０１１４】
有機酸としては、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グリタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、クエン酸、アコニット酸、グリオキシル酸、グリコール酸、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸及び酒石酸が挙げられる。スルホン酸基を有する強酸としては、ベンゼンスルホン酸、メタンスルホン酸、タウリン、システイン酸、アルキル基の総炭素数が１〜６の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及びフルオロスルホン酸が挙げられる。
【０１１５】
また、腐食抑制剤としは、ベンゾトリアゾール及びその誘導体が挙げられる。水溶性高分子化合物としては、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、カルボキシルメチルセルロース、ポリアクリル酸またはその塩、ポリメタクリル酸又はその塩、ポリビニルピロリドンが挙げられる。更に、砥粒としては、１次粒径が１０ｎｍ以上のコロイダルシリカやヒュームドシリカが挙げられる。
【０１１６】
残留する前記導電膜の平均膜厚が２００ｎｍ以下における前記第１の電極２５４と前記第２の電極２５６との間、つまり銅膜３０７等の導電膜との間に印加する電圧は、平均膜厚が２００ｎｍ以上における研磨で前記第１の電極２５４と前記第２の電極２５６との間、つまり銅膜３０７等の導電膜との間に印加する電圧より小さく、例えば４〜５Ｖ以下であることが望ましい。
【０１１７】
図１５は、研磨時における電流値と電極電位の関係を示す。図１５に示す電流値が減少して電流が流れにくくなる領域Ａ、つまり電極電位で０．８〜１．２（Ｖｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）は、導電膜の表面に不動態化膜（不動態酸化膜）を形成している領域であり、この時の電極電位よりも電極電位が高い領域では、導電膜表面の不動態化膜が破壊されていると考えられる。したがって、前記導電膜の平均膜厚が２００ｎｍ以上では、不動態化膜を破壊する電圧（領域Ａよりも大きな電圧）を印加して研磨を行うことで研磨速度を上げ、前記導電膜の平均膜厚が２００ｎｍ以下の研磨では、領域Ａに対応する電圧を印加し、導電膜の表面に不導態膜を形成して該表面を覆うことで、導電膜が過剰に電解エッチングされるのを防止することができる。
【０１１８】
バリア膜３０５が露出を開始してから露出を完了までの間における第１の電極２５４と第２の電極２５６との間、つまり銅膜３０７等の導電膜との間に電源２５２を介して印加する電圧は、電極電位で銅膜３０７等の導電膜の腐食電位以下であることが好ましい。これにより、導電膜の腐食を抑制して、トレンチ等に埋込まれた導電膜（配線金属膜）が過剰に研磨されることを防止することができる。
【０１１９】
また、バリア膜３０５が露出を開始してから露出を完了までの間における第１の電極２５４と第２の電極２５６、つまり銅膜３０７等の導電膜との間に電源２５２を介して印加する電圧の波形は、図１６（ａ）に示す矩形波、図１６（ｂ）に示すサイン波、または図１６（ｃ）に示すランプ波のいずれかであることが好ましい。
【０１２０】
例えば、矩形波やランプ波のように電圧を一旦低下させる波形を用いることで、導電膜３０７の急激な溶解を防止して、表面荒れや導電膜（配線金属膜）の過剰な研磨を抑制することができる。この際、周波数としては、導電膜３０７のある特定個所上を通過する研磨パッド１０１の貫通孔１０１ａの周期と同期しないように設定することが望ましい。これは、周波数と導電膜３０７のある特定個所上を通過する研磨パッド１０１の貫通孔１０１ａとが同期すると、加工／非加工個所が生じて、導電膜の膜厚分布のばらつきが大きくなってしまうからである。
なお、研磨終了に際しては、研磨性能を損なわないために、まず電圧の印加を停止し、しかる後に電解液の供給を終了させることが好ましい。
【０１２１】
そして、複合電解研磨装置２５０による研磨を終了した基板を、ロータリトランスポータ２１０及び搬送ロボット２０８を経由させ、必要に応じて反転させた後、洗浄ユニット２１４に搬送する。研磨を行った複合電解研磨装置２５０にあっては、この研磨パッド１０１の研磨面のドレッサー２１８によるコンディショニングを行って、次の研磨に備える。
【０１２２】
そして、洗浄ユニット２１４で、基板の表面の洗浄リンス処理を行い、洗浄リンス後の基板を搬送ロボット２０８で基板ステーション２０６に搬送して載置する。搬送ロボット２０２（または２０６）は、洗浄された基板を基板ステーション２０６から取出し、例えば上面洗浄のペンスポンジとスピンドライ機能を有する乾燥ユニット２１２に搬送し、この乾燥ユニット２１２で基板を洗浄し乾燥させる。そして、洗浄乾燥後の基板を搬送ロボット２０２により元の基板カセット２０４に戻す。
【０１２３】
図１７及び図１８は、研磨テーブルの他の例を示すもので、この例にあっては、研磨テーブル１００（図４参照）の上面に、電源２５２の一方の極に接続されたリング状の第１の電極（カソード）２５４ａと、電源２５２の他方の極に接続されたリング状の第２の電極（アノード）２５６ａが、絶縁体２５８ａを介して互いに電気的に絶縁されて配置されている。第１の電極２５４ａの上面は、その全域に亘って、多数の貫通孔１０１ａを有する研磨パッド１０１で覆われており、この研磨パッド１０１の上面が研磨面となっている。また、この研磨面と第２の電極２５６ａ及び絶縁体２５８ａの上面は、ほぼ面一となっている。
【０１２４】
この例では、第２の電極２５６ａは、第１の電極２５４ａの内周に沿ってリング状に連続して延びるように配置されて、絶縁体２５８ａの内部に埋込まれている。内周部のリング状に連続して延びる第２の電極２５６ａを複数の電極に分割して、各電極を電源２５２にそれぞれ接続してもよく、また、パッド状の導電性部材によって第２の電極２５６ａを構成しても良いことは前述の同様である。
【０１２５】
図１９及び図２０は、研磨テーブルの他の例を示すもので、この例にあっては、研磨テーブル１００（図４参照）の上面に、同心円状に複数（４つ）に分割された分割電極２６０ａ〜２６０ｄにより構成された第１の電極（カソード）２６０と、該第１の電極２６０の周囲を包囲するリング状の第２の電極（アノード）２６２が、絶縁体２６４を介して互いに電気的に絶縁されて配置されている。第１の電極２６０の各分割電極２６０ａ〜２６０ｄは、電源２６６の一方の極に個別に接続され、第２の電極２６２は、電源２６６の他方の極に接続されている。第１の電極２６０の上面は、その全域に亘って、多数の貫通孔１０１ａを有する研磨パッド１０１で覆われており、この研磨パッド１０１の上面が研磨面となっている。また、この研磨面と第２の電極２６２の上面は、ほぼ面一となっている。そして、電源２６６は、前記制御部４００（図３参照）からの信号で、各分割電極２６０ａ〜２６０ｄの電位を制御するようになっている。
【０１２６】
この例によれば、残留する導電膜、すなわち銅膜３０７（及びシード膜３０６）の平均膜厚が３００ｎｍ以下で、残留する銅膜３０７（及びシード膜３０６）の基板面内での膜厚分布が１５０ｎｍ以下となるように、渦電流センサ等のＩＴＭ２２６で銅膜３０７（及びシード膜３０６）の膜厚の基板面内分布を検知し、制御部４００を介して、第１の電極２６０の各分割電極２６０ａ〜２６０ｄの電位を個別に調整しながら、該銅膜３０７（及びシード膜３０６）を研磨する。
【０１２７】
そして、渦電流センサ等のＩＴＭ２２６で銅膜３０７（及びシード膜３０６）の膜厚の基板面内分布を検知しながら、第１の電極２６０の各分割電極２６０ａ〜２６０ｄの電位を、例えば、電位差が０．０１〜０．５Ｖの範囲で、基板の中心部から外方に向かって導電膜の研磨速度が小さくなるように制御部４００で制御しながら、残存する導電膜、つまり銅膜３０７（及びシード膜３０６）を研磨する。
【０１２８】
これにより、図１２に示すように、導電膜（銅膜３０７（及びシード膜３０６））の下層のバリア膜３０５が基板Ｗの中心部から外周部に向かって露出するように導電膜を研磨しながら、最終的に、バリア膜３０５上の導電膜を完全に研磨して除去する。
【０１２９】
なお、バリア膜３０５上の導電膜（銅膜３０７（及びシード膜３０６））が完全に除去したか否かは、渦電流センサによる渦電流の変化をモニタリングし、これにより研磨終点を検出しても良い。図４に示すように、渦電流センサ等のＩＴＭ２２６のセンサコイル２２８は、例えば研磨テーブル１００側の研磨パッド１０１下に配置されている。また、導電膜とバリア膜との電極電位の差を利用して、参照電極を用いて電極電位の変化をモニタリングし、これにより研磨終点を検出しても良い。参照電極は研磨対象物近傍に存在することが好ましく、例えばトップリングのリテーナリング内又はリテーナリング外周、又は研磨テーブル側から研磨パッドの貫通孔を通して研磨対象物に近接させても良い。
【０１３０】
なお、図１９及び図２０に示す研磨テーブルを使用する場合には、図５及び図６に詳細に示す、個別に調整可能な複数の部分（押圧領域）Ｃ１〜Ｃ４を有するトップリング１を必ずしも使用する必要はないが、両者を併用することで、よりきめ細かな制御を行うことができる。更に、個々が独立に流量制御及び温度制御可能な複数の電解液供給口１４０を有する電解液供給ノズル１０２を使用して電解液を研磨パッド１０１に供給することが好ましく、これによって、導電膜内での研磨ルートの分布を制御することができる。
【０１３１】
なお、上記の例では、残留する導電膜の平均膜厚が３００ｎｍ以下で、残留する導電膜の基板面内での膜厚分布が１５０ｎｍ以下となるように導電膜を研磨し、しかる後、基板の中央部から外周部に向けて研磨速度が小さくなる条件で残留する導電膜を研磨するようにしている。この代わりに、第１の研磨で、残留する導電膜の平均膜厚が３００ｎｍ以下で、残留する導電膜の基板面内の膜厚が該基板の中央部から外周部に向けて大きくなるように導電膜を研磨し、しかる後、研磨速度が基板の全面において等しくなる条件で残留する導電膜を研磨するようにしてもよい。
【０１３２】
これによっても、図１２に示すように、導電膜（銅膜３０７（及びシード膜３０６））の下層のバリア膜３０５が基板Ｗの中心部から外周部に向かって露出するように導電膜を研磨しながら、最終的に、バリア膜３０５上の導電膜を完全に研磨して除去することができる。この場合、この第１の研磨終了時に残留する導電膜の膜厚差は、例えば１００ｎｍであり、５０ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以下であることが更に好ましい。
【０１３３】
また、研磨対象物の中央部から外周部に向けて研磨速度が小さくなるよう、例えば研磨対象物の中央部と外周部との研磨速度差が１００ｎｍ／ｍｉｎ、好ましくは５０ｎｍ／ｍｉｎ以下となるような条件で導電膜（銅膜３０７（及びシード膜３０６））を研磨するようにしてもよい。
【０１３４】
なお、上記の例では、２台の複合電解研磨装置を備え、第１の研磨と第２の研磨として別の電解研磨装置で個別に行うようにした例を示しているが、例えば同じ電解液を使用し、研磨圧力及び／または第１の電極と第２の電極（導電膜）との間に印加する電圧を変えることで、第１の研磨と第２の研磨を行うことができる場合には、１台の複合電解研磨装置で第１の研磨と第２の研磨を連続して行うことができる。
上記の例では、研磨の対象となる研磨対象物として、半導体ウェハ等の基板を用いているが、研磨対象物は、半導体ウェハ等の基板に限定されないことは勿論である。
【０１３５】
図２１は、研磨テーブルの更に他の例を示す。図２１に示すように、回転自在な研磨テーブル４１０の内部には、この例では、３つの電解液流路（電解液供給路）４１２が形成され、研磨テーブル４１０の上面には、各電解液流路４１２に個別に連通する電解液溜室４１４が同心状に形成されている。更に、研磨テーブル４１０内の各電解液流路４１２は、研磨テーブル４１０の軸部の下端に連結されたロータリジョイント４１６を介して、電解液タンク４１８から延び、途中で電解液主ライン４２０から３つに分岐した各分岐電解液ライン４２２にそれぞれ連通するようになっている。そして、電解液主ライン４２０には送液ポンプ４２４が設置され、更に、各分岐電解液ライン４２２内を流れる電解液の流量を調整する流量調整バルブ４２６を有する流量調整部４２８と、各分岐電解液ライン４２２内を流れる電解液の温度を調整する熱交換器４３０を有する温度調整部４３２が備えられている。これによって、電解液供給部４３４が構成されている。
【０１３６】
研磨テーブル４１０の上面には、絶縁板４３６を介して、円板状の第１の電極（カソード）４３８が取付けられ、研磨テーブル４１０の側方に配置された支持台４４０上には、棒状の第２の電極４４２が取付けられている。絶縁板４３６及び第１の電極４３８には、互いい連通する多数の連絡孔４３６ａ，４３８ａが設けられている。そして、第１の電極４３８は、研磨テーブル４１０の軸部下端に取付けたスリップリング４４４を介して、電源４４６の一方の極に接続され、第２の電極４４２は、電源４４６の他方の電極に接続される。第１の電極４３８の上面は、その全域に亘って、内部に多数の貫通孔１０１ａを有する研磨パッド１０１で覆われており、この研磨パッド１０１の上面が研磨面となっている。この研磨面と第２の電極４４２の上面は、ほぼ面一となっている。
【０１３７】
研磨テーブル４１０の内部には、上端面を第１の電極４３８の表面に露出させて膜厚検知センサ４４８が埋設され、この膜厚検知センサ４４８からの出力信号は、研磨テーブル４１０の軸部下端に設けたスリップリング４５０を介して制御部４００に入力され、この制御部４００からの出力信号で、流量調整部４２８の各流量調整バルブ４２６及び温度調整部４３２の各熱交換器４３０が制御される。
【０１３８】
この例にあっても、前述の例と同様に、トップリング１で保持した基板Ｗの下面（表面）を、回転している研磨パッド１０１の表面（研磨面）に押付けながら回転させ、電源４４６を介して、第１の電極４３８と基板Ｗの表面に設けられ第２の電極４４２と接触している銅膜３０７等の導電膜との間に電圧を印加しながら、電解液供給部４３４から研磨パッド１０１に電解液を供給することで、導電膜の研磨が行われる。この時、例えば、導電膜（銅膜３０７（及びシード膜３０６））の研磨中における膜厚分布と所望膜厚分布の差を基に、複数の電解液流路（電解液供給路）４１２を通して研磨パッド１０１に供給される電解液の流量及び温度を独立に制御するのであり、これによって、導電膜面内での研磨レートの分布を制御することができる。
【０１３９】
図２２は、本発明の他の実施の形態の複合電解研磨装置の要部を示す。この例は、研磨テーブル５００として、その直径が、トップリング１で保持される基板Ｗの直径より僅かに大きいものを使用している。なお、この研磨テーブル５００は、図２１に示す研磨テーブル４１０と、その全体的な大きさが異なるのみで、ほぼ同様な内部構造を有しているので、図２１に示すものと同一部分に同一符号を付して、その説明を省略する。
【０１４０】
そして、トップリング１の回転中心と研磨テーブル５００の回転中心とを、互いに僅かにずらした位置に配置し、トップリング１及び研磨テーブル５００を共に回転させて、トップリング１で保持した基板Ｗの表面（下面）を研磨テーブル５００の上面を覆った研磨パッド１０１の表面（研磨面）に押付けながら擦り付けて研磨する時、研磨テーブル５００の回転中心が、トップリング１で保持した基板Ｗで常に覆われる（センタオーバ）ようにしている。
この例によれば、複合電解研磨装置の小型コンパクト化を図りながら、基板の全表面を確実に研磨し、しかも電解液の効果的な使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】半導体装置における銅配線形成例を工程順に示す図である。
【図２】一般的なＣＭＰにおける研磨速度と研磨圧力との関係を示すグラフである。
【図３】本発明に係る複合電解研磨装置を備えた基板処理装置の配置構成を示す平面図である。
【図４】図３に示す基板処理装置に備えられている本発明の実施の形態の複合電解研磨装置の要部を示す縦断正面図である。
【図５】複合電解研磨装置のトップリングの縦断面図である。
【図６】複合電解研磨装置のトップリングの底面図である。
【図７】複合電解研磨装置の研磨テーブルの第２の電極及び研磨パッドを、基板と共に示す平面図である。
【図８】図７の縦断正面図である。
【図９】複合電解研磨装置の研磨テーブルの電解液供給ノズルを、基板及びドレッサーと共に示す平面図である。
【図１０】複合電解研磨のおける研磨速度と電解液流量との関係を示すグラフである。
【図１１】複合電解研磨のおける研磨速度と電解液温度との関係を示すグラフである。
【図１２】バリア膜が露出を開始してから露出を完了までの間におけるバリア膜の露出状態の説明に付する図である。
【図１３】銅の電位−ｐＨ図である。
【図１４】導電膜（配線）の表面に不動態化膜（不動態酸化膜）が形成された状態を示す断面図である。
【図１５】複合電解研磨中における電流値と電極電位との関係を示すグラフである。
【図１６】バリア膜が露出を開始してから露出を完了までの間に印加する電圧のそれぞれ異なる波形を示す図である。
【図１７】複合電解研磨装置の他の研磨テーブルの第１の電極、第２の電極及び研磨パッドを基板と共に示す平面図である。
【図１８】図１７の縦断正面図である。
【図１９】複合電解研磨装置の更に他の研磨テーブルの第１の電極、第２の電極及び研磨パッドを基板と共に示す平面図である。
【図２０】図１９の縦断正面図である。
【図２１】複合電解研磨装置の更に他の研磨テーブルの概要を示す正面図である。
【図２２】本発明の他の複合電解研磨装置の概要を示す正面図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１  トップリング
２  トップリング本体
３  リテーナリング
４  弾性パッド
５  ホルダーリング
６  チャッキングプレート
７  加圧シート
８  センターバッグ
９  リングチューブ
２１〜２５  圧力室
１００，４１０，５００  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
１２０  圧縮空気源
１２１  真空源
１４２  電解液供給ライン（電解液供給路）
１４４，４２８  流量調整部
１４６，４３２  温度調整部
１４８，４３４  電解液供給部
２０４  基板カセット
２０６  基板ステーション
２１０  ロータリトランスポータ
２１２  乾燥ユニット
２１４  洗浄ユニット
２１８  ドレッサー
２２２  水槽
２２４，２２６  ＩＴＭ
２５０  複合電解研磨装置
２５２，２５２ａ，２６６，４４６  電源
２５４，２５４ａ，２６０，４３８  第１の電極
２５６，２５６ａ，２６２，４４２  第２の電極
２５８，２５８ａ，２６４  絶縁体
２６０ａ〜２６０ｄ  分割電極
３０５  バリア膜
３０６  シード膜（導電膜）
３０７  銅膜（導電膜）
３０８  配線
３１０  不導態酸化膜
４００  制御部
４１２  電解液流路（電解液供給路）
４４８  膜厚検知センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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