(57)【要約】【課題】導電性を有する研磨パッドを容易に製造する方法を提供すること。及び金属配線膜を有するデバイスウエーハの電解研磨を付加した化学的機械研磨において、研磨終了後のディッシングやリセスを低減させること。【解決手段】研磨パッド基材の樹脂材料内に導電性のペースト材料を一様に分散させ、これをモールドして一体成形し、導電性を有する研磨パッド１２を製造するようにした。また、研磨装置１０にこの導電性を有する研磨パッド１２を使用し、ウエーハＷと研磨パッド１２との間に電圧を印加し、ウエーハＷと研磨パッド１２との間で狭い電極間ギャップを形成させ、ウエーハ表面の極めて小さな段差の凸部に対しても、選択的に電解作用を行わせるようにした。【選択図】　　　図１
2004111940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　スラリを供給しながらウエーハを研磨パッドに押付けて、該ウエーハの表面を平坦化する研磨装置の研磨パッドであって、導電性を有することを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
　請求項１記載の研磨パッドであって、導電性を有する繊維を用いて構成されていることを特徴とする研磨パッド。
【請求項３】
　請求項１又は２記載の研磨パッドであって、導電性を有する繊維を含有する布帛と結合基材から構成されることを特徴とする研磨パッド。
【請求項４】
　スラリを供給しながらウエーハを研磨パッドに押付けて、該ウエーハの表面を平坦化する研磨装置において、請求項１〜３いずれかに記載の研磨パッドと、前記ウエーハと前記研磨パッドとの間に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、前記ウエーハの表面に電解作用を行わせながら前記ウエーハを研磨することを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
　前記導電性を有する研磨パッドを、導電性の両面テープを用いて研磨定盤に貼付したことを特徴とする請求項４に記載の研磨装置。
【請求項６】
　スラリを供給しながら、ウエーハを研磨パッドに押付けて、該ウエーハの表面を平坦化する研磨方法において、請求項１〜３いずれかに記載の導電性を有する研磨パッドを使用し、前記ウエーハと前記研磨パッドとの間に電圧を印加して、電解作用を行わせながら前記ウエーハを研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項７】
　前記印加する電圧を制御することにより研磨レートを制御することを特徴とする、請求項６に記載の研磨方法。
【請求項８】
　表面に導電性材料膜を有するウエーハの該表面を研磨するにあたり、前記導電性材料膜の表面の凹凸が除去されるまで、凸部を選択的に研磨する第１のステップと、前記凹凸が除去された後、前記導電性材料膜の研磨終了まで研磨する第２のステップと、によって前記ウエーハを研磨することを特徴とする、請求項６又は７に記載の研磨方法。
【請求項９】
　前記第１のステップにおいて印加する電圧を前記第２のステップにおける印加電圧よりも大きくすることによって、前記凹凸を除去するように凸部を選択的に研磨することを特徴とする、請求項８に記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は研磨パッドとこれを用いた研磨装置及び研磨方法に関し、 特に導電性を有する研磨パッドと電解作用を付加した化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）によるウエーハ研磨装置及び研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　近年、半導体技術の発展により、デザインルールの微細化、多層配線化が進み、またコスト低減を進める上においてウエーハの大口径化も進行してきている。このようなデザインルールの微細化により、リソグラフィー工程におけるステッパーの焦点深度が益々浅くなり、ウエーハ表面の微細な凹凸によって規定の配線幅が正確に得られなくなってきた。
【０００３】
　このため、各配線層毎に表面の平坦化処理が行われるようになってきた。この平坦化処理には化学的機械研磨（ＣＭＰ）装置が用いられている。これは微細砥粒と薬剤の混入したスラリをかけながら、平坦化するウエーハの表面を回転する研磨布に押付けて、化学的作用と機械的作用との複合作用でウエーハを研磨するもので、特にＣｕ配線やＡｌ配線等の金属膜の平坦化に近年検討されるようになってきた。
【０００４】
　従来、このＣｕ配線やＡｌ配線等の配線材料を平坦化するＣＭＰの場合、金属配線部が絶縁部に対して過剰に研磨されるディッシングやリセスといった現象が生じ、問題となっていた。このディッシングやリセスの発生は、デバイス作成時に配線断面積が著しく小さくなるため、その部分の抵抗が増大し不良の原因になっていた。このディッシングやリセスの原因として、研磨パッドの変形などが考えられている。
【０００５】
　コンタクトホールや配線の溝にＣｕを埋め込むＣｕダマシンプロセスにおいては、ＣＭＰを行う前のＣｕの膜厚分布状態は図５に示すようになっている。予め酸化膜上に形成された溝の形状に対してＣｕ膜は一様に形成されるため、Ｃｕ膜の表面は完全な平坦面ではなく、下地の溝形状に対応して初期段差の凹凸が存在する。従来の研磨方法では、研磨パッドの微小な変形のために、この初期段差を完全に平坦にすることができず、図５に示すように、結果としてディッシングやリセスとして残ってしまうと考えられる。
【０００６】
　また、Ｃｕ等の導電性材料膜を除去するＣＭＰにおいて、研磨の除去効率の向上、及び表面粗さの低減などをねらいとして、研磨試料であるＣｕ膜付ウエーハと研磨定盤との間に電圧を印加することによって電解作用を行わせる、電解ＣＭＰ装置も提案されている。
【０００７】
　ここで電解作用について説明する。ウエーハと研磨パッドとの間で電圧を印加することにより双方間で電位差を生じる。この電位差が試料であるウエーハと電解質であるスラリとの間で電子の授受を誘発し、陽極であるウエーハ表面のＣｕは、Ｃｕ→Ｃｕ2+＋２ｅ- となり、イオン化してスラリ中に溶け出す。ここでは、これを電解作用と定義する。一般には電解溶出とも呼ばれる。
【０００８】
　この場合研磨パッドは樹脂等の絶縁材料であるために、電解研磨のための電極間ギャップは研磨定盤と試料間で形成され、通常１ｍｍ〜３ｍｍの厚さを有する研磨パッドの厚み相当の電極間ギャップが必ず存在する。通常、Ｃｕ膜の平坦化を行うウエーハの初期段差は、０．１μｍオーダであるために、数ｍｍオーダの電極間ギャップの中では初期段差の凹凸を解消するような電界差を発生することが困難であり、凸部を選択的に研磨することができなかった。
【０００９】
　また、従来の絶縁材料からなる研磨パッドに対して、導電性材料を含有する研磨パッドとして、導電性微粒子を含有したシンタクチックフォームからなる研磨層を有する研磨パッドが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−２１６１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
　しかし、前記の特許文献１に記載の研磨パッドは、研磨時の目詰まりを防止し、研磨レートを安定させることを目的としているため、導電性材料の添加量は少なく、導電性が低いために、前述の電解研磨に使用しても、凸部を選択的に研磨することができなかった。
【００１１】
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、金属配線膜を有するデバイスウエーハの電解作用を付加した化学的機械研磨（以下、電解作用を付加した化学的機械研磨を電解ＣＭＰという）において、電解研磨のための電極間ギャップを極度に狭くして試料表面の凸部に凹部と比して極度に大きな電界差を持たせる。このように凹部に比して凸部の電界集中度に差を持たせることによって、凸部に選択的な研磨を進行させて試料表面の段差を解消し、研磨終了後のディッシングやリセスを低減させることを目的とする。また、そのための導電性を有する研磨パッド及びこれを用いた研磨装置、研磨方法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】
　前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、スラリを供給しながらウエーハを研磨パッドに押付けて、該ウエーハの表面を平坦化する研磨装置の研磨パッドであって、研磨パッド基材に導電性を有する材料を用い、これを成形することにより、導電性を持たせたことを特徴としている。
【００１３】
　また、請求項２に記載の発明は、スラリを供給しながらウエーハを研磨パッドに押付けて、該ウエーハの表面を平坦化する研磨装置の研磨パッドであって、導電性を有する繊維を用いて構成されていることにより、導電性を持たせたことを特徴としている。
【００１４】
　更に、請求項３に記載の発明は、スラリを供給しながらウエーハを研磨パッドに押付けて、該ウエーハの表面を平坦化する研磨装置の研磨パッドであって、導電性を有する繊維を含有する布帛と結合基材から構成することにより導電性を持たせたことを特徴としている。
【００１５】
　請求項１、２又は３の発明によれば、均一な導電率を有する研磨パッドを得ることができる。そしてこれらの研磨パッドは特に電解ＣＭＰにおいて好適に用いることができるものである。
【００１６】
　請求項４に記載の発明は、スラリを供給しながらウエーハを研磨パッドに押付けて、該ウエーハの表面を平坦化する研磨装置において、導電性を有する研磨パッドと、前記ウエーハと前記研磨パッドとの間に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、前記ウエーハの表面に電解作用を行わせながら前記ウエーハを研磨することを特徴としている。
【００１７】
　請求項４の発明によれば、ウエーハと導電性を有する研磨パッドとの間で狭い電極間ギャップを形成しているので、ウエーハ表面の極めて小さな段差の凸部に対して、選択的に電界が集中し、段差を解消させることができる。
【００１８】
　請求項５に記載の発明は、請求項４の発明において、前記導電性を有する研磨パッドを、導電性の両面テープを用いて研磨定盤に貼付したことを特徴としている。
【００１９】
　請求項５の発明によれば、研磨パッドと研磨定盤との導通を保ったまま研磨パッドの交換を容易に行うことができる。
【００２０】
　請求項６に記載の発明は、スラリを供給しながら、ウエーハを研磨パッドに押付けて、該ウエーハの表面を平坦化する研磨方法において、請求項１〜３いずれかに記載の導電性を有する研磨パッドを使用し、 前記ウエーハと前記研磨パッドとの間に電圧を印加して、電解作用を行わせながら前記ウエーハを研磨することを特徴としている。
【００２１】
　請求項６の発明によれば、ウエーハと導電性を有する研磨パッドとの間で狭い電極間ギャップを形成させ、ウエーハ表面の極めて小さな段差の凸部に対して、選択的に電解作用を行わせているので、ウエーハ表面の段差を解消させることができる。
【００２２】
　請求項７に記載の発明は、請求項６の発明において、前記印加する電圧を制御することにより研磨レートを制御することを特徴としている。
【００２３】
　請求項７の発明によれば、ウエーハと導電性を有する研磨パッドとの間の印加電圧を制御して研磨レートを制御しているので、研磨レートの制御が容易である。
【００２４】
　請求項８に記載の発明は、請求項６又は７の発明において、表面に導電性材料膜を有するウエーハの該表面を研磨するにあたり、前記導電性材料膜の表面の凹凸が除去されるまで、凸部を選択的に研磨する第１のステップと、前記凹凸が除去された後、前記導電性材料膜の研磨終了まで研磨する第２のステップと、によって前記ウエーハを研磨することを特徴としている。
【００２５】
　請求項８の発明によれば、第１のステップによって導電性材料膜の表面の凸部を選択的に研磨して凹凸を除去し、次いで第２のステップで研磨終了まで研磨しているので、研磨後のウエーハ表面のディッシングやリセスが低減する。
【００２６】
　請求項９に記載の発明は、請求項８の発明において、前記第１のステップにおいて印加する電圧を前記第２のステップにおける印加電圧よりも大きくすることによって、前記凹凸を除去するように凸部を選択的に研磨することを特徴としている。
【００２７】
　請求項９の発明によれば、高電圧で凸部を選択的に電解研磨し、次に低電圧で表面粗さや欠陥を低減するので、効率よくウエーハの凹凸を除去するとともに、表面のスクラッチがなくなり平滑な表面を得ることができる。
【発明の効果】
【００２８】
　以上説明したように本発明の研磨パッドは、均一な導電率を有しており、物性値の制御も容易であるため、本発明の研磨パッド及びこれを用いた研磨装置、研磨方法によれば、金属配線膜を有するデバイスウエーハの電解ＣＭＰにおいて、研磨パッドに導電性をもたせ、ウエーハと研磨パッドとの間で狭い電極間ギャップを形成しているので、ウエーハ表面の極めて小さな段差の凸部に対しても選択的に電解作用を行わせて段差を解消させることができ、研磨終了後のディッシングやリセスを大幅に低減させることができる。また、高電圧で凸部を選択的に電解研磨し、次に低電圧で表面粗さや欠陥を低減するので、効率よくウエーハの凹凸を除去するとともに、表面のスクラッチがなくなり平滑な表面を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
　本発明の研磨方法は、段差凸部においては研磨パッドと被研磨材料であるＣｕ等をほぼ接触状態とし、電極間ギャップがほとんど無いに等しい状態にすることで、凸部だけに極度に大きな電界を発生させ、選択的に研磨を進行させて段差解消性を向上させることから、本発明における研磨パッドは、導電性を有する必要がある。
【００３０】
まず、導電性を有する研磨パッド及びその製造方法について説明する。導電性を有する研磨パッドとしては、導電性を有する材料を含有していれば特に限定されるものではなく、具体的には、樹脂自体が導電性を有する材料を用いてなるもの、樹脂等の材料に導電性材料を分散させてなるもの、導電性繊維を用いて構成されるもの等が挙げられる。
【００３１】
　樹脂自体が導電性を有するものとしては、ポリピロールやポリアセチレン等の導電性を有する樹脂が挙げられる。
【００３２】
　また、樹脂中に導電性材料を分散させる場合には、樹脂等として、ポリウレタンやナイロン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリイミド、エポキシ、天然ゴム、合成ゴムなどの樹脂あるいはエラストマーを用いることができ、導電性材料としては、カーボンブラック、金属粉末、金属酸化物粉末、カーボンナノチューブなどが挙げられ、中でも、金属汚染の少なく、安価なカーボンブラックが好ましい。そして研磨パッドとしては、このような導電性材料が分散された樹脂を射出成形あるいは注型成形等によりシートや発泡体等に成型したものが挙げられる。
【００３３】
　なお、導電性材料の樹脂中の添加量としては、１質量％以上が好ましく、より好ましくは１０質量％以上である。１質量％未満の場合には、導電性が低く、研磨パッドとして使用する場合に十分な研磨特性を得ることが困難となりやすい。
【００３４】
　そして、導電性を有する繊維を用いて構成される研磨パッドの場合、導電性繊維としては、上記のような導電性材料を分散させた繊維形成性の樹脂を溶融あるいは湿式紡糸して得たもの等が挙げられる。そして、研磨パッドとしては、導電性繊維を用いて構成されているものであるが、導電性繊維を少なくとも一部に用いて構成された布帛とすることが好ましく、また、導電性繊維を樹脂中に分散させた成形体状のものも好ましい。
【００３５】
　まず、導電性繊維について説明する。本発明で用いる導電性繊維としては、繊維全体が導電性材料を分散させた繊維形成性の樹脂からなるものであってもよいし、例えば芯鞘構造や海島構造のような構造を有し、芯部または鞘部、海部または島部のいずれかが導電性を有する樹脂からなるものでもよい。また形状としては、中空構造をしているものや異形断面形状のものであってもよい。導電性繊維の繊度や断面形状は特に限定するものではなく、得ようとする研磨パッドの使用目的等に応じて適宜変更すればよい。
【００３６】
　特に中空形状の場合は、パッド中の空隙率等を制御することが容易であり、得られる研磨パッドの硬度等の物性値を制御することも容易であるため好ましい。さらには、導電性繊維を通じて電気が流れるのみならず、スラリを供給した際にスラリが各単糸の中空孔に満たされることにより、スラリを通じて電気が流れることから、より電流を均一に流すことができるので好ましい。さらに当該中空孔が、研磨により生じた屑を排除、保持できるため、効果的な研磨ができるため好ましい。
【００３７】
　ここで、中空形状の導電性繊維の中空率（繊維の断面積に対する中空部の面積の割合をいう）は、用いる導電性繊維の単糸繊度にもよるが、５〜６０％が好ましく、さらに好ましくは１０〜４０％、好適には１５〜３０％である。中空率が６０％を超える場合は、パッド作成工程において中空形状がつぶれる可能性があり、また５％未満の場合は、導電性スラリの充満や研磨屑の排除、保持が不十分となることから好ましくない。
【００３８】
　次に、本発明の研磨パッドとして好適な導電性繊維を用いて構成される布帛としては、織編物、不織布、パイル等の布帛が好ましい。なお、このような布帛においては、少なくとも一部に導電性繊維を用いるものであり、導電性能を低下させない範囲で他の繊維を含有していてもよい。
【００３９】
　さらに、本発明の研磨パッドは、導電性繊維を用いて構成された布帛と結合基材から構成されることが好ましい。具体的には、上記のような導電性繊維を用いて得られた布帛に、結合基材として樹脂や接着剤を用い、布帛に含浸させたもの、表面コーティングしたもの、層間接着したもの等が挙げられる。結合基材として用いられる樹脂や接着材としては、ポリウレタン、エポキシ、アクリル、フェノール、ポリエステル、ポリアミド、メラミン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、シリコーン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素化合物等の樹脂や接着剤を用いることができる。または、結合基材としてバインダー繊維を用いることもでき、導電性を有する繊維と結合基材のバインダー繊維とともに不織布としたものや不織布間を層間接着した研磨パッドとしてもよい。
【００４０】
　なお、結合基材中に前記したような上記の導電性材料を分散させて、導電性繊維と結合基材中の導電性材料との併用により研磨パッドの電気抵抗値を制御してもよい。
【００４１】
　また、本発明の研磨パッドとしては、導電性繊維を数ミリから数センチの長さの短繊維とし、これをフロッキー加工したパイル布帛としたものも挙げられる。さらには、このパイル布帛に結合基材としてポリウレタンやエポキシ等の樹脂や接着剤を用い、パイル布帛に含浸させたもの、表面コーティングしたもの、層間接着したものも好ましい。フロッキー加工においては一般的な静電加工が好ましく、高電圧のかかった電界の一方に植毛する繊維を供給、荷電させ、電界の他方に設置した、接着剤を塗布した基布方向へ加速、接着剤中へ投錨することにより基布に植毛される。接着剤としては、上記の結合基材として用いるものと同様のものが好ましく、基布としては、上記のような不織布や織物を用いることが好ましい。
【００４２】
　さらに、本発明の研磨パッドとして、このようなフロッキー加工したパイル布帛に結合基材の樹脂を含浸させた後、基布と不要な含浸樹脂を研磨やスライス加工により取り除き、樹脂中に短繊維状の導電性繊維が直立して存在しているものとすることが好ましい。これにより、研磨パッドの表裏両面を貫通する複数の直立した導電性繊維が存在することとなり、導電性繊維を通じて通電性が向上する。
【００４３】
　このような場合、パッド表面に占める導電性繊維の面積割合（パッド表面に現れている直立した導電性繊維の端部の面積がパッドの表面積に占める割合）は、用いる導電性繊維の電気抵抗値にもよるが、通電量を高くする観点から、１％以上が好ましく、さらに好ましくは３％以上、より好ましくは７％以上、好適には１０％以上である。なお、このように基布と不要な含浸樹脂を研磨やスライス加工により取り除く場合、用いる基布は導電性繊維を含むものとしなくてもよい。
【００４４】
　そして、研磨パッド全体の電気抵抗値を後述の範囲にするためには、用いる導電性繊維自身の電気抵抗値は、１０-10 〜１０10Ωｃｍの範囲が好ましく、より好ましくは１０-8〜１０8 Ωｃｍ、さらに好ましくは１０-4〜１０7 Ωｃｍ、好適には１０-4〜１０2 Ωｃｍである。
【００４５】
　本発明の研磨パッドとして、上記のような導電性繊維を用いて構成されるものとすることによって、導電性を有する樹脂を使用して成型等により作成する場合に比べて、パッド中の空隙率等を制御することが容易であり、得られる研磨パッドの硬度等の物性値を制御することも容易であるため好ましい。
【００４６】
　さらには、樹脂中に導電性材料を分散させてなる導電性研磨パッドに比べて、電気抵抗値がより低いものが得られることから、より好ましい。
【００４７】
　これは、導電性材料を分散させた樹脂を成型させた研磨パッドの場合、パッド中の導電性材料が無秩序に分散されていることから、導電性材料同士の連結が低く、このため、パッド中の導電性材料の添加量に対して電気抵抗値が比較的高いものしか得られない。一方、導電性繊維を用いて構成されている研磨パッドは、導電性材料が繊維形成工程において配向、配列するため、導電性繊維において導電性材料同士の連結が非常に良好なものとなる。このため、導電性繊維を用いて構成される研磨パッドは、同じ導電性材料の添加量の樹脂を成型したパッドに比べて、適切な紡糸延伸条件で得られると、電気抵抗値が２桁以上良好になる場合がある。
【００４８】
以上詳述した導電性を有する本発明の研磨パッドにおいては、研磨パッドの通電量がある程度高い方が研磨効率が高いため、研磨パッドの電気抵抗値は、１０-10 〜１０10Ωｃｍの範囲が好ましく、より好ましくは１０-8〜１０8 Ωｃｍ、さらに好ましくは１０-4〜１０7 Ωｃｍ、好適には１０-4〜１０2 Ωｃｍである。
【００４９】
　また、研磨パッドの厚さとしては、厚すぎると研磨パッド内での電気的損失による発熱や変形などが生じるため、好ましくは１０ｍｍ以下、さらに好ましくは５ｍｍ以下である。研磨パッドの表面には、スラリ及び化学液の効率的な研磨面への供給・保持等を考慮して、格子状や同心円状などの溝や、ダイヤモンドの砥粒などで適度にサブミクロンレベルの凹凸を付与しても構わない。
【実施例１】
【００５０】
　カーボンブラック３５質量％をナイロン６樹脂（相対粘度１．８（９６％硫酸を溶媒として、濃度１ｇ／ｄｌ、温度２５℃で測定））中に均一分散したナイロン６マスターチップをエクストルーダー型溶融押出機に供給し、紡糸温度２５５℃で溶融し、孔径０．３５ｍｍの紡糸孔を４８個有する紡糸口金より吐出させて、捲取速度６００ｍ／分で未延伸糸を巻取った。
【００５１】
　次いで得られた未延伸糸を図６に示す熱延伸・弛緩熱処理機２０に供給し、延伸、熱処理を行った。まず、未延伸糸２１を案内ローラ２２を通して、引張ローラ２５に引き取る。そして、案内ローラ２２の下方に設けられた箱型ヒータ２４によって延伸時の熱処理を行う。延伸は案内ローラ２２と引張ローラ２５間で施される。熱処理装置２６はサドル型ヒータ２８及び加熱ローラ２９を有する装置であり、延伸糸に弛緩熱処理を施すものである。そして、熱処理装置２６を通過したマルチフィラメント糸は、トラベラー２７で巻き取られる。
【００５２】
　このとき、１５０℃の箱型ヒータ２４での熱処理時間０．１２秒、延伸張力０．３９ｇ／ｄｔｅｘ及び１７０℃の熱処理装置２６での弛緩熱処理時間３．８秒、張力０．０２ｇ／ｄｔｅｘ、最大延伸倍率の６０％で延伸し２２０ｄｔｅｘ／４８ｆのナイロン導電糸を得た。
【００５３】
　得られたナイロン導電糸２２０ｄｔｅｘ／４８ｆを繊維長５ｍｍにカットしたものと、バインダー繊維として芯部がナイロン６、鞘部がナイロン６／ナイロン１２共重合体（融点１４０℃）からなる芯鞘複合繊維（芯鞘比；芯：鞘＝２：１）で、単糸繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長３８ｍｍの繊維を用いて、導電糸／バインダー（質量比）＝７０／３０で混合し、分散剤とともに水中に分散させ、懸濁液を湿式製紙法で製紙し、目付２５０ｇ／ｍ２、厚み８００μｍの導電性不織布を得た。さらに得られた導電性不織布を１７０℃の加熱ローラ及び非加熱ローラ間で、プレス圧力０．７ｋｇ／ｃｍ、ローラ速度０．５ｍ／ｍｉｎにて加熱圧着し、導電性パッドを得た。導電性パッドの体積抵抗値は１０3.0 Ωｃｍであった。
【実施例２】
【００５４】
カーボンブラック３５質量％をナイロン６樹脂（相対粘度１．８（９６％硫酸を溶媒として、濃度１ｇ／ｄｌ、温度２５℃で測定））中に均一分散したナイロン６マスターチップをエクストルーダー型溶融押出機に供給し、紡糸温度２５５℃で溶融し、孔径０．２０ｍｍの紡糸孔を９６個有する紡糸口金より吐出させて、捲取速度６００ｍ／分で未延伸糸を巻取った。
【００５５】
次いで得られた未延伸糸を前記実施例１で説明した図６に示す熱延伸・弛緩熱処理機２０に供給し、１５０℃の箱型ヒータ２４での熱処理時間０．１２秒、延伸張力０．３９g ／ｄｔｅｘ及び１７０℃の熱処理装置２６での弛緩熱処理時間３．８秒、張力０．０２g ／ｄｔｅｘ、最大延伸倍率の６０％で延伸し２２０ｄｔｅｘ／９６ｆのナイロン導電糸を得た。
【００５６】
　得られたナイロン導電糸２２０ｄｔｅｘ／９６ｆをパイル密度を１０００本／２．５４ｃｍ、パイル長７ｍｍ、生地幅３５０ｍｍのパイルテープとして製織したものを、メチルエチルケトン５００質量部にタケネートＬー２６９５（ポリウレタンプレポリマー、三井タケダケミカル社製）１００質量部とイハラキュアミン（ＭＯＣＡ、イハラケミカル社製）１８質量部を溶解した溶液中にディッピングし、１２０℃で２４時間乾燥を行い、ポリウレタン樹脂／導電性繊維複合材を得た。これをダイヤモンドナイフでスライスして厚み１ｍｍの研磨パッドを製作した。得られた導電性パッドの体積抵抗値は１０7.0 Ωｃｍであった。
【実施例３】
【００５７】
　カーボンブラック３５質量％をエラストランＳ９０Ａ（熱可塑性ポリウレタンエラストマー、ＢＡＳＦポリウレタンエラストマーズ社製）１００質量部に均一分散させたものを射出成形して、厚み１ｍｍの研磨パッドを製作した。得られた導電性パッドの体積抵抗値は１０4.0 Ωｃｍであった。
【実施例４】
【００５８】
　カーボンブラック４８質量部をエラストランＳ９０Ａ（熱可塑性ポリウレタンエラストマー、ＢＡＳＦポリウレタンエラストマーズ社製）１００質量部に均一分散させたものを射出成形して、厚み１ｍｍの研磨パッドを製作した。得られた導電性パッドの体積抵抗値は１０2.0 Ωｃｍであった。
【実施例５】
【００５９】
　カーボンブラック４０質量％をナイロン６樹脂（相対粘度１．８（９６％硫酸を溶媒として、濃度１ｇ／ｄｌ、温度２５℃で測定））中に均一分散したナイロン６マスターチップをエクストルーダー型溶融押出機に供給し、紡糸温度２５５℃で溶融し、孔径０．３５ｍｍの紡糸孔を４８個有する紡糸口金より吐出させて、捲取速度４００ｍ／分で未延伸糸を巻取った。
【００６０】
次いで得られた未延伸糸を前述した図６に示す熱延伸・弛緩熱処理機２０に供給し、１５０℃の箱型ヒータ２４での熱処理時間０．１２秒、延伸張力０．３９ｇ／ｄｔｅｘ及び１７０℃の熱処理装置２６での弛緩熱処理時間３．８秒、張力０．０２g ／ｄｔｅｘ、最大延伸倍率の６０％で延伸し１０００ｄｔｅｘ／４８ｆのナイロン導電糸を得た。
【００６１】
　得られたナイロン導電糸１０００ｄｔｅｘ／４８ｆを繊維長２ｍｍにカットしたものを静電フロッキー加工し、パイル布帛とした。このとき基布としてポリエステル製平織布を用いた。このパイル布帛に減圧下でポリウレタン樹脂（ハイキャスト3400、Ｈ＆Ｋ社製）を含浸・硬化させた後、１２０℃で１時間熱処理をして、厚み４ｍｍのポリウレタン含浸布帛を得た。次にこのポリウレタン含浸布帛の両面を研磨（アミテック社製サンダー研磨機) し、基布とポリウレタン樹脂の不要部分を取り除き、厚みを１ｍｍとして、表裏両面に導電性繊維が現れるようにし、導電糸を通じてパッド両面間での通電性を確保した。得られた導電性パッドの導電性繊維の占有面積は７％であり、体積抵抗値は１０-2.0Ωｃｍであった。
【実施例６】
【００６２】
　カーボンブラック４０質量％をナイロン６樹脂（相対粘度１．８（９６％硫酸を溶媒として、濃度１ｇ／ｄｌ、温度２５℃で測定））中に均一分散したナイロン６マスターチップをエクストルーダー型溶融押出機に供給し、紡糸温度２５５℃で溶融し、孔径０．３５ｍｍの紡糸孔を４８個有する紡糸口金より吐出させて、捲取速度４００ｍ／分で未延伸糸を巻取り、繊維断面及び中空部の断面形状ともに円形である中空形状のナイロン導電糸（中空率２０％) を得た。
【００６３】
次いで得られた未延伸糸を前述した図６に示す熱延伸・弛緩熱処理機２０に供給し、１５０℃の箱型ヒータ２４での熱処理時間０．１２秒、延伸張力０．３９ｇ／ｄｔｅｘ及び１７０℃の熱処理装置２６での弛緩熱処理時間３．８秒、張力０．０２g ／ｄｔｅｘ、最大延伸倍率の６０％で延伸し１０００ｄｔｅｘ／４８ｆのナイロン導電糸を得た。
【００６４】
得られたナイロン導電糸１０００ｄｔｅｘ／４８ｆを繊維長２ｍｍにカットしたものを静電フロッキー加工し、パイル布帛とした。このとき基布としてポリエステル製平織布を用いた。このパイル布帛に減圧下でポリウレタン樹脂（ハイキャスト3400、Ｈ＆Ｋ社製）を含浸・硬化させた後、１２０℃で１時間熱処理をして、厚み４ｍｍのポリウレタン含浸布帛を得た。次にこのポリウレタン含浸布帛の両面を研磨（アミテック社製サンダー研磨機) し、基布とポリウレタン樹脂の不要部分を取り除き、厚みを１ｍｍとして、表裏両面に導電性繊維が現れるようにし、導電糸を通じてパッド両面間での通電性を確保した。得られた導電性パッドの導電性繊維の占有面積は７％であり、体積抵抗値は１０-1.5Ωｃｍであった。
【比較例１】
【００６５】
　カーボンブラックを含有しないナイロン６樹脂を用いた以外は実施例１と同様に行い、マルチフィラメント糸を得、研磨パッドを製作した。得られた研磨パッドの体積抵抗値は１０11Ωｃｍであった。
【比較例２】
【００６６】
　カーボンブラックを含有しない熱可塑性ポリウレタンエラストマーを用いた以外は実施例３と同様に行い、研磨パッドを製作した。得られた研磨パッドの体積抵抗値は１０11Ωｃｍであった。
【００６７】
　尚、体積抵抗値の測定は、２０℃、４５％ＲＨの環境下で、１００Ｖの電圧をパッドの表裏両面のほぼ全面にわたってかけて、電気抵抗値を測定したものである。また、ナイロン樹脂の相対粘度は、９６％硫酸を溶媒として、濃度１ｇ／ｄｌ、温度２５℃で測定した。
【００６８】
　次に、添付図面に従って本発明に係る研磨装置及び研磨方法の好ましい実施の形態について詳説する。尚各図において、同一の部材については同一の番号又は記号を付している。
【００６９】
　図１は、本発明に係る研磨装置の正面図である。研磨装置１０は、図１に示すように、研磨定盤１１、研磨パッド１２、研磨ヘッド１３、電圧印加手段１４、スラリー供給管１６等を有している。研磨定盤１１は、図示しない駆動手段によって自転するようになっており、上面には両面に粘着剤を有した導電性の両面テープ１５を介して研磨パッド１２が貼着されている。
【００７０】
　研磨パッド１２は、前記［実施例１] 〜［実施例６] 、［比較例１] 〜［比較例２] で得られた導電性パッドと導電性の悪いパッドを使用した。研磨ヘッド１３は、研磨加工するウエーハＷを保持して自転しながらウエーハＷの表面を研磨パッド１２に押圧するためのもので、図示しない駆動手段によって回転される。また、研磨パッド１２に設けられた図示しないエアーバッグによって研磨圧力が付与される。ウエーハＷは導電性を有する両面テープ１５によって研磨ヘッド１３に保持される。ウエーハＷの表面に形成された金属配線膜は、ウエーハＷの側面まで伸びており、側面で両面テープ１５と導通するようになっている。
【００７１】
　電圧印加手段１４は、両面テープ１５を介してウエーハＷの金属配線膜にプラスの電位を印加し、研磨定盤１１から両面テープ１５を介して研磨パッド１２をマイナス電位に印加する。
【００７２】
　また、スラリー供給管１６は、研磨パッド１２の上面に電解液を含んだ研磨用のスラリ１７を供給する。このスラリはウエーハＷの金属配線膜と研磨パッド１２との間に介在し、金属配線膜と研磨パッド１２との電極間ギャップが極度に狭い状態にあっても両者が電気的導通状態になるのを阻止している。
【００７３】
　尚、本実施の形態においては、導電性の両面テープを介してウエーハＷ及び研磨パッド１２の夫々に電圧を印加しているが、これに限らず、他の既知の導通手段を用いてもよい。
【００７４】
　次に、このように構成された研磨装置１０の作用について説明する。先ず、ウエーハＷの研磨加工される金属配線膜が形成された表面側を下にして、その裏面を導電性の両面テープ１５を介して研磨ヘッド１３に保持させる。電圧印加手段１４は、研磨定盤１１及び導電性の両面テープ１５を介して導電性を有する研磨パッド１２にマイナスの電位を印加するとともに、研磨ヘッド１３の導電性の両面テープ１５を介してウエーハＷに形成された金属配線膜にプラス電位を印加する。
【００７５】
　この状態で研磨定盤１１が回転されるとともに、スラリー供給管１６から研磨定盤１１の上面に貼付された導電性の研磨パッド１２の上面に電解液を含むスラリ１７が供給される。
【００７６】
　一方、研磨ヘッド１３に保持されたウエーハＷは、回転されるとともに研磨ヘッド１３に設けられたエアーバッグよって研磨パッド１２に押圧される。押圧されたウエーハの表面に形成された金属配線膜と研磨パッド１２の上面とは、スラリが間に介在するのみの極めて狭い間隔となっている。この狭い電極間ギャップの中で電解作用が働き、金属配線膜が電解溶出して研磨が進行される。
【００７７】
　図２は、Ｃｕダマシン構造のウエーハＷの表面の構造と、その表面が研磨されてゆく状況を模式的に表わしたものである。図２では感覚的に馴染みやすいように、加工される表面側を上にして表わしている。ウエーハＷは、図２に示すように、Ｓｉ基板上の酸化膜に形成された溝にバリア膜としてのＴａ膜が一様の厚さで形成され、その上に配線膜のＣｕが一様の厚さで形成されている。そのためＣｕ膜表面は平坦ではなく、下地の溝形状に対応して０．０５〜０．１μｍ程の初期段差が存在している。
【００７８】
　この初期段差の凸部では、研磨パッド１２表面との電極間ギャップが非常に小さく、高電界が発生する。一方初期段差の凹部では電極間ギャップが凸部と比べて大きいので、電界は小さくなる。そのため、この部分での研磨レートは小さく、凹部以外の部分が選択的に研磨される。
【００７９】
　凹部以外の部分が選択的に研磨されて、初期段差が解消されるまでの研磨を第１のステップとし、初期段差が解消された後研磨終了までを第２のステップとするとき、第１のステップにおいて印加する電圧を第２のステップにおける印加電圧よりも大きくして、効率的に凸部を選択的に研磨するとともに、低印加電圧で第２ステップの研磨を行い、表面スクラッチのない良好な表面粗さを得るように、電圧印加手段１４が制御される。
【００８０】
　このように、導電性の研磨パッド１２を用いて行ったウエーハＷの電解作用を付加した化学的機械研磨の加工例を図３、及び図４の表に示す。図３の表は研磨条件を示しており、図４の表は研磨結果を示している。
【００８１】
　図３の表に示すように、Ｃｕ／Ｔａ／Ｏｘｉｄｅウエーハ（Ｃｕ膜厚さ０．２μｍ）を、研磨圧力３ｐｓｉ、研磨パッド回転速度６０ｒｐｍ、研磨ヘッド回転速度６０ｒｐｍ、スラリー流量１５０ｍｌ／ｍｉｎで、第１のステップ印加電圧１５Ｖ研磨時間４０ｓｅｃ、第２のステップ印加電圧５Ｖ研磨時間２０ｓｅｃの研磨を行った。
【００８２】
　研磨結果は図４の表に示すように、実施例１においては、研磨面の表面粗さは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ　Ｆｏｒｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による測定で最小二乗表面粗さ（Ｒｍｓ）０．１ｎｍ〜０．２ｎｍ、ＷＹＫＯ社ＴＯＰ０３Ｄによる測定で最小二乗表面粗さ（Ｒｍｓ）０．２ｎｍ〜０．３ｎｍであった。また、ディッシングは２００Å以下で、研磨レートは５０００Å／ｍｉｎであった。
【００８３】
　また、実施例２では、表面粗さはＡＦＭで（Ｒｍｓ）０．４ｎｍ〜０．５ｎｍ、ＷＹＫＯで（Ｒｍｓ）０．５５ｎｍ〜０．６ｎｍ、ディッシングは５００Å以下、研磨レートは４５００Å／ｍｉｎであった。
【００８４】
　実施例３では、表面粗さはＡＦＭで（Ｒｍｓ）０．３５ｎｍ〜０．４ｎｍ、ＷＹＫＯで（Ｒｍｓ）０．４ｎｍ、ディッシング３００Å以下、研磨レート４８００Å／ｍｉｎとなり、実施例４では、表面粗さはＡＦＭで（Ｒｍｓ）０．１ｎｍ〜０．２ｎｍ、ＷＹＫＯで（Ｒｍｓ）０．２ｎｍ〜０．２５ｎｍ、ディッシング２００Å以下、研磨レート４６００Å／ｍｉｎであった。
【００８５】
　実施例５では、表面粗さはＡＦＭで（Ｒｍｓ）０．０５ｎｍ〜０．１ｎｍ、ＷＹＫＯで（Ｒｍｓ）０．２ｎｍ〜０．３ｎｍ、ディッシング１５０Å以下、研磨レート５０００Å／ｍｉｎとなり、実施例６においては、表面粗さはＡＦＭで（Ｒｍｓ）０．１ｎｍ〜０．２ｎｍ、ＷＹＫＯで（Ｒｍｓ）０．２ｎｍ〜０．３ｎｍ、ディッシングは１００Å以下、研磨レートは５０００Å／ｍｉｎであった。
【００８６】
　ＡＦＭによる測定は、１μｍ四方の領域を５００×５００ポイントの測定点で評価したものである。また、ＷＹＫＯ社ＴＯＰ０３Ｄによる測定は、４０倍のレンズで拡大し、２５０μｍ四方の領域を２５０×２５０ポイント（各ポイントは夫々１μｍ四方の領域を平均化したもの）の微分干渉によって求めたものである。
【００８７】
　図４の表に示すように、本発明の研磨パッドを用いたものは、比較例１及び２に示した導電性の悪い研磨パッドを用いた従来の電解作用を付加した化学的機械研磨による研磨結果と比較すると、実施例１の場合は、ＡＦＭにて測定した表面粗さで約１５〜４０％であり、ＷＹＫＯ社ＴＯＰ０３Ｄによる測定でも約２２〜３８％であった。また、ディッシングも約１７〜２０％に減少していた。研磨レートは約８３〜１００％であった。
【００８８】
　また、実施例２の場合でも、ＡＦＭにて測定した表面粗さで約６２〜１００％であり、ＷＹＫＯ社ＴＯＰ０３Ｄによる測定で約６１〜７５％であった。また、ディッシングも４４〜５０％に減少していた。研磨レートは７５〜９０％であった。
【００８９】
　実施例３の場合は、表面粗さがＡＦＭにて約５４〜８０％、ＷＹＫＯ社ＴＯＰ０３Ｄにて約４４〜５０％であり、ディッシングも２６〜３０％に減少し、研磨レートは８０から９６％であり、実施例４の場合は、表面粗さがＡＦＭで約１５〜４０％、ＷＹＫＯ社ＴＯＰ０３Ｄで約２２〜３１％であり、ディッシングも１７〜４０％に減少し、研磨レートは７７〜９２％であった。
【００９０】
　実施例５の場合は、ＡＦＭにて測定した表面粗さで約７．５〜２０％であり、ＷＹＫＯ社ＴＯＰ０３Ｄによる測定でも約２２〜３８％であった。また、ディッシングも約１３〜１５％に減少していた。研磨レートは約８３〜１００％であった。また、実施例６の場合でも、ＡＦＭにて測定した表面粗さで約１５〜４０％であり、ＷＹＫＯ社ＴＯＰ０３Ｄによる測定でも約２２〜３８％であった。また、ディッシングも約１０〜１１．５％に減少していた。研磨レートは約８３〜１００％であった。
【００９１】
　このように、本発明の導電性を有する研磨パッド１２を用いた電解作用を付加した研磨では、従来技術のものに比べ、研磨レートは低下するものの、表面粗さ及びディッシングにおいて顕著な効果を示している。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施の形態に係る電解ＣＭＰ装置の正面図
【図２】本発明の研磨方法によるウエーハの研磨状況を模式的に表わす断面図
【図３】本発明の研磨方法による加工例の研磨条件を示す表
【図４】本発明の研磨方法による加工例の研磨結果を示す表
【図５】従来の研磨方法によるウエーハの研磨状況を模式的に表わす断面図
【図６】熱延伸・弛緩熱処理機を表わすブロック図
【符号の説明】
【００９３】
　Ｗ…ウエーハ、１０…研磨装置、１１…研磨定盤、１２…研磨パッド、１３…研磨ヘッド、１４…電圧印加手段、１５…両面テープ、１６…スラリー供給管、１７…スラリ
【図１】
2004111940.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004111940.tif 000006
【図５】
2004111940.tif 000007
【図６】
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