(57)【要約】【課題】ＣＭＰと電解研磨を組み合わせて行う場合であっても、確実に良好な研磨を行うことを可能にする電解研磨パッドの管理方法を提供する。【解決手段】被研磨物１に押圧摺動されて用いられるとともに、電解液５中にて電解研磨のための電解電流を通電可能に構成された電解研磨パッド３についての管理方法であって、被研磨物１と電解研磨パッド３との間の摩擦係数μ、または電解研磨パッド３が電解電流を通電する際の電気抵抗Ｒをモニタリングし、そのモニタリングによって得られる摩擦係数μまたは電気抵抗Ｒの変化を基に、電解研磨パッド３の研磨レートの低下を検知する。そして、研磨レートの低下を検知した場合には、その電解研磨パッド３の表面に対して施す機械的研磨処理、化学的研磨処理または電気的研磨処理によって、研磨レートを回復させる。【選択図】        図１
2004230505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨物に押圧摺動されて用いられるとともに、電解液中にて電解研磨のための電解電流を通電可能に構成された電解研磨パッドについての管理方法であって、
前記被研磨物と前記電解研磨パッドとの間の摩擦係数をモニタリングし、当該モニタリングによって得られる摩擦係数の変化を基に前記電解研磨パッドの研磨レートの低下を検知する
ことを特徴とする電解研磨パッドの管理方法。
【請求項２】
前記電解研磨パッドの研磨レートの低下を、当該電解研磨パッドの表面に対して施す機械的研磨処理によって回復させる
ことを特徴とする請求項１記載の電解研磨パッドの管理方法。
【請求項３】
前記電解研磨パッドの研磨レートの低下を、当該電解研磨パッドの表面に対して施す化学的研磨処理によって回復させる
ことを特徴とする請求項１記載の電解研磨パッドの管理方法。
【請求項４】
前記電解研磨パッドの研磨レートの低下を、当該電解研磨パッドの表面に対して施す電気的研磨処理によって回復させる
ことを特徴とする請求項１記載の電解研磨パッドの管理方法。
【請求項５】
被研磨物に押圧摺動されて用いられるとともに、電解液中にて電解研磨のための電解電流を通電可能に構成された電解研磨パッドについての管理方法であって、
前記電解研磨パッドが電解電流を通電する際の電気抵抗をモニタリングし、当該モニタリングによって得られる電気抵抗の変化を基に前記電解研磨パッドの研磨レートの低下を検知する
ことを特徴とする電解研磨パッドの管理方法。
【請求項６】
前記電解研磨パッドの研磨レートの低下を、当該電解研磨パッドの表面に対して施す機械的研磨処理によって回復させる
ことを特徴とする請求項５記載の電解研磨パッドの管理方法。
【請求項７】
前記電解研磨パッドの研磨レートの低下を、当該電解研磨パッドの表面に対して施す化学的研磨処理によって回復させる
ことを特徴とする請求項５記載の電解研磨パッドの管理方法。
【請求項８】
前記電解研磨パッドの研磨レートの低下を、当該電解研磨パッドの表面に対して施す電気的研磨処理によって回復させる
ことを特徴とする請求項５記載の電解研磨パッドの管理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被研磨面を研磨して平坦化するために用いられる電解研磨パッドの管理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程の一つである配線層形成工程においては、配線となるトレンチ（溝）に埋め込むようにメッキされた銅等の表面の段差を緩和解消する目的で、平坦化技術の一つであるＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；化学的機械的研磨）と、他の平坦化技術である電解研磨とを、それぞれ組み合わせて行う研磨装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。かかる研磨装置では、被研磨物であるウエハの表面に対して、ＣＭＰの場合と同様に研磨工具（パッド）を押圧摺動させるとともに、電解研磨の場合と同様に電解液中にてウエハ表面と対向する電極との間に研磨工具が介在する状態で電解電流を通電し、これらによって半導体装置配線に用いられる銅または銅合金等といった余分な金属膜を除去するようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３２２０３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した研磨装置では、研磨工具、すなわちＣＭＰと電解研磨を組み合わせて行うためのパッド（以下「電解研磨パッド」という）として、導電性を有しており、比較的軟質性の材料で形成したものを用いる必要がある。従来、このような材料としては、導電性材料を含有する樹脂材料が挙げられている。
【０００５】
しかしながら、電解研磨パッドは、被研磨物であるウエハの表面に押圧摺動されて用いられるため、樹脂材料によって構成されていると、その使用に伴って当然に摩耗が生じる。このような電解研磨パッドの摩耗は、ウエハに対する研磨レートの低下や電解電流の導電性の変動等を招くおそれがある。したがって、使用し続けた電解研磨パッドでは、必ずしも良好な研磨が行えるとは限らず、被研磨面における段差を十分に緩和解消できないことも考えられる。このことは、半導体装置の高集積化・小型化の阻害要因となり得るとともに、歩留まり低下を招く要因ともなり得る。
【０００６】
そこで、本発明は、ＣＭＰと電解研磨を組み合わせて行う場合であっても、確実に良好な研磨を行うことを可能にする電解研磨パッドの管理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的達成するために案出された電解研磨パッドの管理方法である。すなわち、被研磨物に押圧摺動されて用いられるとともに、電解液中にて電解研磨のための電解電流を通電可能に構成された電解研磨パッドについての管理方法であって、前記被研磨物と前記電解研磨パッドとの間の摩擦係数をモニタリングし、当該モニタリングによって得られる摩擦係数の変化を基に前記電解研磨パッドの研磨レートの低下を検知することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、被研磨物に押圧摺動されて用いられるとともに、電解液中にて電解研磨のための電解電流を通電可能に構成された電解研磨パッドについての管理方法であって、前記電解研磨パッドが電解電流を通電する際の電気抵抗をモニタリングし、当該モニタリングによって得られる電気抵抗の変化を基に前記電解研磨パッドの研磨レートの低下を検知することを特徴とする。
【０００９】
上記手順の電解研磨パッドの管理方法によれば、被研磨物と電解研磨パッドとの間の摩擦係数、または電解研磨パッドが電解電流を通電する際の電気抵抗をモニタリングし、モニタリング結果を基に電解研磨パッドの研磨レートの低下を検知する。これにより、例えば、被研磨物と電解研磨パッドとの間の摩擦係数が所定範囲に属していれば良好な研磨レートを維持し得るが、所定範囲から外れた場合には研磨レートが初期値に比べて一定量以上低下してしまい良好な研磨を行えない可能性がある、といったことを検知することができる。または、例えば、電解研磨パッドの電気抵抗が所定範囲に属していれば良好な研磨レートを維持し得るが、所定範囲から外れた場合には研磨レートが初期値に比べて一定量以上低下してしまい良好な研磨を行えない可能性がある、といったことを検知することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明に係る電解研磨パッドの管理方法について説明する。
【００１１】
はじめに、本発明に係る電解研磨パッドの管理方法の説明に先立ち、その電解研磨パッドが用いられる研磨装置について簡単に説明する。図１は、研磨装置の概略構成例を示す模式図である。
【００１２】
図例のように、研磨装置は、被研磨物であるウエハ１を保持するウエハチャック２と、電解研磨パッド３で覆われる回転定盤４と、これらを電解研磨液５中に浸すための電界槽６とを備えている。さらには、ウエハチャック２を回転させるための主軸回転駆動モータ７と、その動作（特に回転速度）を制御する主軸回転制御装置８と、ウエハチャック２および主軸回転駆動モータ７の図中上下方向（Ｚ軸方向）の移動をガイドするＺ軸ガイド９と、ウエハチャック２に保持されたウエハ１を回転定盤４に向けて押圧するためのＺ軸加圧シリンダ１０と、その動作（特に押圧力）を制御するＺ軸加圧シリンダ制御装置１１と、電解研磨パッド３に覆われた回転定盤４を回転させるためのパッド回転駆動モータ１２およびベルト機構１３と、その動作（特に回転速度）を制御するパッド軸回転制御装置１４とを備えている。また、図示はしていないが、その他にも、電界槽６内に電解研磨液５を供給する電解研磨液供給装置や、ウエハ１と回転定盤４との間に電解研磨パッド３が介在する状態で電解電流を通電するための電極および電界電源等を備えている。
【００１３】
このような構成の研磨装置において、図示しないウエハ搬送機構により搬送されてきたウエハ１は、ウエハチャック２に例えば真空吸着によって保持され、電界槽６内の電解研磨液５中に没した状態で回転駆動され、その表面（被研磨面）が電解研磨パッド３に押圧される。一方、ウエハ１と対向する位置・向きにて回転定盤４を覆うように配され、パッド回転駆動モータ１２およびベルト機構１３により回転駆動される。
【００１４】
また、ウエハ１には、例えば図示しないウエハチャック２側からウエハ１のエッジへの陽極接地によって給電が行われる。ただし、給電は、例えば電解研磨パッド３の内外周またはそのいずれかに設置された陽極通電リングでウエハ１のエッジを摺動接地することによる陽極通電によって行うようにしても構わない。その一方で、電界槽６内の電解研磨液５中におけるウエハ１と対向する位置には図示しない陰極（対向電極）が配されており、電界電源から−電位が印加される。なお、電界槽６内の電解研磨液５は、電解研磨液供給装置によって液面を一定に保持しながら随時循環するようになっている。
【００１５】
そして、研磨装置では、以下のようにしてウエハ１に対する研磨動作を行う。すなわち、ウエハ１の表面（被研磨面）に対して、電解研磨パッド３を押圧摺動させるとともに、電解研磨液５中にてウエハ１の表面とこれの対向電極との間に電解研磨パッド３が介在する状態で電解電流を通電する。これにより、ウエハ１の表面を陽極とし、かつ、対向電極を陰極として、電解研磨パッド３および電解研磨液５を介して電解電流が通電することになるので、陽極であるウエハ１の表面が陽極電解作用を受け、酸化または金属イオンとして電解研磨液５中に溶出し、そのウエハ１の表面から銅または銅合金等といった余分な金属膜が除去されるようになる。また、これと同時に、電解研磨パッド３に押圧されたウエハ１の表面は、そのウエハ１の自転および電解研磨パッド３の回転駆動により相対的に摺動し、これによって機械的研磨も行われるようになる。なお、このような研磨装置の詳細およびその動作制御については、従来と略同様である。
【００１６】
ところで、研磨装置では、上述したような研磨動作を行うのにあたって、Ｚ軸加圧シリンダ制御装置１１がＺ軸加圧シリンダ１０による定圧垂直荷重Ｆｎを検知するとともに、パッド軸回転制御装置１４がパッド回転駆動モータ１２による電解研磨パッド３の回転駆動トルクＦｔを検知するようになっている。これにより、研磨装置では、後述するように、ウエハ１と電解研磨パッド３との間の摩擦係数をモニタリングし得るようになる。
【００１７】
また、研磨装置では、研磨動作を行うのにあたって、電解研磨パッド３を介してウエハ１（陽極）と対向電極（陰極）との間で通電を行うが、その際に定電圧Ｅ［Ｖ］を印加するとともに、その電流密度Ｉ［Ａ／ｃｍ２］を検知するようになっている。あるいは、定電流密度Ｉで電解研磨を行い、電圧Ｅを検知するようにしても構わない。なお、電流密度Ｉまたは電圧Ｅの検知は、公知技術を利用して行えばよい。これにより、研磨装置では、後述するように、電解研磨パッド３が電解電流を通電する際の電気抵抗Ｒ＝Ｅ／Ｉをモニタリングし得るようになる。
【００１８】
続いて、以上のような研磨装置にて用いられる電解研磨パッド３、すなわち本発明による管理対象である電解研磨パッドについて説明する。電解研磨パッド３は、上述した研磨装置にて用いられるものであることから、ウエハ１の表面が押圧摺動される研磨面と、ウエハ１の対向電極側に位置する電極面とを具備している。そして、電解研磨液５中にて、ウエハ１が研磨面に押圧摺動された状態でのウエハ１−対向電極間の通電により、そのウエハ１の表面に対する研磨を行うものである。
【００１９】
ところで、ここで説明する電解研磨パッド３は、弾塑性を有したポリビニルアセタール系材料からなる。ここで、ポリビニルアセタールとは、ポリビニルアルコールの水酸基の一部または大部分をアルデヒドによりアセタール化した樹脂の総称である。したがって、ポリビニルアセタール系材料には、例えばアルデヒドとしてホルムアルデヒドを用いてアセタール化（ホルマール化）したポリビニルホルマールも含まれる。
【００２０】
ポリビニルアセタール系材料としては、例えば、以下に示す一般式によって示される部分を繰り返し単位として有するポリビニルアセタール系スポンジが挙げられる。
【００２１】
【化１】
2004230505.tif 000003
【００２２】
この一般式中において、「Ｒ１」は、炭素数１以上のアルキル基を示している。また、「Ｒ２」および「Ｒ３」は、水素原子または炭素数１以上のアルキル基を示している。
【００２３】
このうちの最終項の部分は、ホルマール化に影響を及ぼす部分であり、そのホルマール化の度合によって、ポリビニルアセタール系材料の弾塑性が特定される。したがって、電解研磨パッド３を構成する場合には、その弾塑性が後述する所望値に属するように、ポリビニルアセタール系材料のホルマール化の度合が調整されているものとする。
【００２４】
また、このようなポリビニルアセタール系材料からなる電解研磨パッド３は、研磨面と電極面、つまり表裏面を通じる連続気孔を有している。ここでいう連続気孔は、表裏面を通じるように連続する気孔の他に、独立的に存在する気泡が連続することで結果的に表裏面を通じるようにしたものも含む。このような連続気孔の形成は、ポリビニルアセタール系材料は例えば海綿体のような多孔質連続気孔組織であるため、その連続気孔をそのまま利用して行ってもよいし、何らかの加工（機械的加工または化学的加工）を施すことで行ってもよい。
【００２５】
この連続気孔の平均気孔径やその比率等によっても、電解研磨パッド３の弾塑性が異なってくる。したがって、電解研磨パッド３を構成する場合には、弾塑性が後述する所望値に属するように、連続気孔の平均気孔径やその容積比率等が設定されているものとする。この所望の弾塑性を実現するために、電解研磨パッド３を構成するポリビニルアセタール系材料には、連続気孔に加えて、独立的に存在し、かつ、他の気泡と連続しない独立気泡が混在していても構わない。
【００２６】
このように構成された電解研磨パッド３では、弾塑性を有したポリビニルアセタール系材料からなることから、例えば除去対象である、半導体装置配線に用いられる銅または銅合金等といった余分な金属膜よりも遙かに軟弱な機械的強度を実現可能となる。したがって、ウエハ１の表面（被研磨面）に対して押圧摺動させて用いられる場合であっても、その被研磨面にスクラッチ等を発生させてしなうことがない。
【００２７】
また、上述した構成の電解研磨パッド３では、表裏面を通じる連続気孔を有していることから、電界槽６内の電解研磨液５中にて用いる場合には、その連続気孔内に電解研磨液５が含侵する。したがって、電解研磨パッド３を構成するポリビニルアセタール系材料自体が非導電性材料であっても、連続気孔内に含侵した電解研磨液５を経由して電解電流を通電することが可能となり、その結果、電解研磨パッド３の表裏面間の導通が確保されることになる。
【００２８】
次に、以上のような構成の電解研磨パッド３において、好適な▲１▼連続気孔の平均気孔径、容積比率（気孔率）、▲２▼弾塑性、▲３▼摩擦係数、および▲４▼導電性について説明する。
【００２９】
先ず、▲１▼連続気孔の平均気孔径、容積比率（気孔率）について説明する。本実施形態で説明する電解研磨パッド３では、ポリビニルアセタール系材料における連続気孔の平均気孔径が５０〜１５０μｍであり、かつ、その比率が容量比において８０％以上であるものとする。
【００３０】
平均気孔径が５０〜１５０μｍであるのは、５０μｍ未満であると電解研磨液５の吸水性の点で難がある（含侵に多くの時間を費やしてしまう）からであり、１５０μｍを超えると表面の平坦性を確保するのが困難となり、また耐薬品性の点で分解や変質等が生じてしまうおそれがあるからである。また、容積比率が８０％以上であるのは、８０％未満であると吸水性の点で難があるのに加えて、電解研磨液５の含侵による導電性確保が十分に図れないおそれがあるからであり、さらには後述する弾塑性の実現が容易でなくなるからである。
【００３１】
このように、連続気孔の平均気孔径が５０〜１５０μｍであり、かつ、その比率が容量比において８０％以上であるポリビニルアセタール系材料を用いて電解研磨パッド３を構成すれば、研磨面と電極面との間に電解研磨液５が十分に含侵することになるため、結果として研磨面と電極面との間の導通を確実に確保することができる。
【００３２】
続いて、▲２▼弾塑性について説明する。本実施形態で説明する電解研磨パッド３では、研磨面と電極面との間の１ｍｍ厚さにおける荷重あたりの変形量が３０〜１００μｍ／ｋｇであるものとする。
【００３３】
１ｍｍ厚さにおける荷重あたりの変形量が３０〜１００μｍ／ｋｇであるのは、３０μｍ／ｋｇ未満であると被研磨面にスクラッチ等を発生させないだけの弾塑性が確保し得るとはいえないからであり、１００μｍ／ｋｇを超えるとウエハ１の表面（被研磨面）に対して押圧摺動させた際の研磨に耐える十分な剛性を確保するのが困難となるからである。
【００３４】
このように、１ｍｍ厚さにおける荷重あたりの変形量が３０〜１００μｍ／ｋｇであるポリビニルアセタール系材料を用いて電解研磨パッド３を構成すれば、例えば除去対象である銅または銅合金等といった余分な金属膜よりも遙かに軟弱で表面にスクラッチ等が発生しない程度の反発弾塑性となる。したがって、研磨面と電極面との間での導通を確保しつつ、ウエハ１の表面（被研磨面）に押圧摺動された状態で用いるのに良好な機械的強度が実現可能となる。
【００３５】
続いて、▲３▼摩擦係数について説明する。本実施形態で説明する電解研磨パッド３では、電解研磨液５中にてウエハ１の表面（被研磨面）が押圧摺動された状態での研磨面における摩擦係数が０．０１〜０．０２５であるものとする。
【００３６】
研磨面における摩擦係数が０．０１〜０．０２５であるのは、０．０１未満であると十分な研磨レートを確保することができず、研磨レート確保のためにはウエハ１の表面（被研磨面）に高圧で押し付けることが必要になってしまい、電解研磨パッド３の過変形防止や被研磨面におけるスクラッチ等の回避といった観点からは好ましくないからである。また、０．０２５を超えると研磨レートが高くなり過ぎてしまい、被研磨面におけるスクラッチ等の回避といった観点の他に、電解研磨パッド３の寿命の点でも好ましくないからである。
【００３７】
このように、研磨面における摩擦係数が０．０１〜０．０２５であるポリビニルアセタール系材料を用いて電解研磨パッド３を構成すれば、押圧摺動による研磨に必要十分な摩擦係数が確保されることになる。すなわち、摩擦係数の高過ぎにより良好な表面形成が困難になったり、あるいは摩擦係数の低過ぎにより研磨自体が困難になったりすることがない。なお、電解研磨パッド３の研磨面における摩擦係数は、その電解研磨パッド３を構成するポリビニルアセタール系材料における▲１▼連続気孔の平均気孔径、容積比率または▲２▼弾塑性を可変させることによって調整可能である。
【００３８】
次いで、▲４▼導電性について説明する。本実施形態で説明する電解研磨パッド３では、ウエハ１の表面（陽極）と対向電極（陰極）との間にて極間５ｍｍで１Ｖ印加した場合の電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２以上であるものとする。
【００３９】
極間５ｍｍで１Ｖ印加した場合の電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２以上であるのは、１０ｍＡ／ｃｍ２未満であると電解研磨に必要となる十分な電解密度が確保できるとはいえず、電流密度不足によって電解研磨時にその電解研磨速度を十分に高めることが困難になるからである。
【００４０】
このように、極間５ｍｍで１Ｖ印加した場合の電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２以上であるポリビニルアセタール系材料を用いて電解研磨パッド３を構成すれば、電解研磨に必要となる十分な電解密度が確保されることになる。すなわち、電流密度不足によって電解研磨時にその電解研磨速度を十分に高めることが困難になるといったことがない。しかも、電流密度不足を補うための過剰な電界電圧の上昇も不要であるため、電圧依存のある電気化学的酸化状態の変化によって良好な表面形成が困難になるといったこともない。なお、電解研磨パッド３における電流密度、すなわち導電性は、その電解研磨パッド３を構成するポリビニルアセタール系材料における▲１▼連続気孔の平均気孔径、容積比率、すなわち電解研磨液５の含侵量を可変させることによって調整可能である。
【００４１】
次に、以上のように構成された電解研磨パッド３についての管理方法を説明する。はじめに、電解研磨パッド３の管理の必要性について説明する。
【００４２】
電解研磨パッド３は、ウエハ１の表面に押圧摺動されて用いられるため、その使用に伴って当然に摩耗が生じる。例えば、電解研磨パッド３の研磨面における摩擦係数は、上述したように初期値では０．０１〜０．０２５の範囲内にあるが、研磨動作の進行に伴って連続気孔の表面部分の摩滅等が生じるといったように、主に機械的要因に起因する研磨レートの低下が起こった場合、０．０１未満に低下してしまう可能性がある。その場合には、垂直荷重が加わっているにも拘わらず、回転駆動トルクは低下し、実効研磨荷重が加わっていないことになってしまう。
【００４３】
また、連続気孔が摩滅等することによって、電解研磨液５が十分に含侵せず、その結果電解研磨パッド３の表裏面間の導通が阻害されてしまうことも考えられる。例えば、電解研磨液５を含侵した状態の電解研磨パッド３における導電性は、上述したように初期値では極間５ｍｍで１Ｖ印加した場合の電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２以上であり、これを電気抵抗に換算すると１００Ω以下の範囲内にあるが、研磨動作の進行に伴って連続気孔の表面部分の摩滅による電解研磨液５の不通等が生じるといったように、主に電気的要因に起因する研磨レートの低下が起こった場合、電気抵抗が１００Ωを超えてしまう可能性がある。その場合には、電圧は加わっているにも拘わらず、電流密度は低下し、実効研磨電流が加わっていないことになってしまう。
【００４４】
つまり、このような電解研磨パッド３の摩耗は、ウエハ１に対する研磨レートの低下や電解電流の導電性の変動等を招くおそれがある。したがって、常に良好な研磨を行えるようにするためには、電解研磨パッド３による研磨レート等がある一定範囲に保たれるように、その電解研磨パッド３の状態を管理する必要がある。ただし、電解研磨パッド３の状態を管理するために、例えばその都度研磨装置の稼働を停止させていたのでは、スループット等の点で非常に問題がある。
【００４５】
そこで、本実施形態においては、以下に述べるようにして電解研磨パッド３の状態を管理する。すなわち、本実施形態においては、電解研磨パッド３の表面気孔の摩滅による吸水性の低下に起因する研磨レートの低下を、摩擦係数または電気抵抗の変化で検知する。詳しくは、ウエハ１と電解研磨パッド３との間の摩擦係数をモニタリングし、そのモニタリングによって得られる摩擦係数の変化を基に、電解研磨パッド３による研磨レートの低下を検知する。また、電解研磨パッド３が電解電流を通電する際の電気抵抗をモニタリングし、そのモニタリングによって得られる電気抵抗の変化を基に、電解研磨パッド３による研磨レートの低下を検知する。
【００４６】
ここで、摩擦係数の変化は、定圧の垂直荷重Ｆｎで電解研磨を行いつつ、電解研磨パッド３の回転駆動トルクＦｔをモニタリングすることによって検知できる。例えば、摩擦係数μ＝Ｆｔ／Ｆｎは、良好な電解研磨が行われている間はμ＝０．０１〜０．０２５の範囲内にあるが、定圧の垂直荷重Ｆｎによる状況下で回転駆動トルクＦｔをモニタリングすることで、摩擦係数μが０．０１〜０．０２５の範囲から外れてしまっても、そのことを検知することができる。また、これとは逆に、定回転トルクＦｔで電解研磨を行い、垂直荷重Ｆｎをモニタリングすることによっても、摩擦係数の変化は検知可能である。
【００４７】
一方、電気抵抗の変化は、一定の極間距離、すなわち電解研磨パッド３の厚さで、かつ、定電圧Ｅ［Ｖ］で電解研磨を行いつつ、電解研磨電流密度Ｉ［Ａ／ｃｍ２］をモニタリングすることによって検知できる。例えば、電気抵抗Ｒ＝Ｅ／Ｉは、良好な電解研磨が行われている間はＲ＝１００Ω以下の範囲内にあるが、定電圧Ｅによる状況下で電解研磨電流密度Ｉをモニタリングすることで、電気抵抗Ｒが１００Ωを超えてしまっても、そのことを検知することができる。また、これとは逆に、定電流密度Ｉで電解研磨を行い、電圧Ｅをモニタリングすることによっても、電気抵抗の変化は検知可能である。
【００４８】
なお、摩擦係数の変化と電気抵抗の変化とは、これらの両方を検知することも考えられるが、いずれか一方のみを検知するようにしても構わない。すなわち、これらの少なくとも一方を検知すれば、電解研磨パッド３による研磨レートの低下を検知することは可能である。
【００４９】
また、ここでは、摩擦係数がμ＝０．０１〜０．０２５の範囲内から外れると、または電気抵抗がＲ＝１００Ω以下の範囲内から外れると、電解研磨パッド３による研磨レートが低下したと判断する場合を例に挙げて説明したが、このような予め設定された所定範囲との比較ではなく、初期値からの変化量（何％変化したか）をモニタリングし、その変化量が予め設定された閾値を超えたら、研磨レートが低下したと判断するようにしても構わない。
【００５０】
そして、摩擦係数または電気抵抗の変化のモニタリングにより、電解研磨パッド３による研磨レートの低下を検知した場合には、続いて、その研磨レートの低下を回復させる処理を行う。具体的には、電解研磨パッド３に対して摩滅した連続気孔を回復させるためのドレッシング処理を行って、摩擦係数または電気抵抗が上述した所定範囲内に属するようにし、その電解研磨パッド３が元来もつ良好な電解研磨特性を維持回復させる。
【００５１】
図２は、研磨レートの回復処理の一具体例の手順を示すフローチャートである。図例のように、電解研磨パッド３の研磨レート低下を検知した場合には（ステップ１０１、以下ステップを「Ｓ」と略す）、その電解研磨パッド３に対するドレッシング処理を行う（Ｓ１０２）。ドレッシング処理は、電解研磨パッド３を研磨装置に装着したまま行っても、あるいは研磨装置から取り外して行っても構わない。
【００５２】
ドレッシング処理としては、例えば電解研磨パッド３の表面に対して施す機械的研磨処理が挙げられる。この場合、電解研磨パッド３の研磨面を、ダイヤモンドドレッサ等を用いて機械的に研磨することで、その電解研磨パッド３における摩滅した連続気孔を回復させるようにする。この機械的研磨処理によるドレッシング処理は、電解研磨パッド３を研磨装置から取り外して行うことが望ましい。
【００５３】
また、ドレッシング処理としては、例えば電解研磨パッド３の表面に対して施す化学的研磨処理が挙げられる。この場合、電解研磨パッド３を薬液（ｐＨ１２程度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液やアンモニア溶液等）に漬けて、その電解研磨パッド３の研磨面を化学的に浸食させることで、その電解研磨パッド３における摩滅した連続気孔を回復させるようにする。この化学的研磨処理によるドレッシング処理も、電解研磨パッド３を研磨装置から取り外して行うことが望ましい。
【００５４】
さらに、ドレッシング処理としては、例えば電解研磨パッド３の表面に対して施す電気的研磨処理が挙げられる。この場合、電解研磨を行うときとは逆電界を印加し、電解研磨パッド３の連続気孔を塞ぐ物質をイオン化して、その連続気孔内から離脱させることで、その電解研磨パッド３における摩滅した連続気孔を回復させるようにする。この電気的研磨処理によるドレッシング処理は、電解研磨パッド３を研磨装置に装着したまま行うことが可能である。
【００５５】
なお、電解研磨パッド３の連続気孔を回復させるためには、上述した機械的研磨処理、化学的研磨処理または電気的研磨処理のいずれを一つを行えばよいが、どのドレッシング処理を行うかは予め定められているものとする。
【００５６】
そして、電解研磨パッド３に対するドレッシング処理を行った後は、その電解研磨パッド３を純水洗浄し（Ｓ１０３）、さらにその電解研磨パッド３に対してダミー研磨を行う（Ｓ１０４）。ダミー研磨は、電解研磨パッド３に残存するバリ等を除去し、その研磨面を均すために行うもので、純水洗浄後の電解研磨パッド３を研磨装置に装着した状態で、ダミーとなるウエハへの押圧摺動をウエハ２〜５枚分繰り返すことによって行う。
【００５７】
ダミー研磨の後は、再び電解研磨パッド３における摩擦係数を検知し、その値がμ＝０．０１〜０．０２５の範囲内にあるか否かを判断する（Ｓ１０５）。そして、μ＝０．０１未満であれば、電解研磨パッド３の連続気孔が回復していないと考えられることから、再度ドレッシング処理を行う（Ｓ１０２）。また、μ＝０．０２５を超える場合には、研磨面の均しが十分でないと考えられることから、再度ダミー研磨を行う（Ｓ１０４）。μ＝０．０１〜０．０２５の範囲内にある場合には、研磨レートの回復処理を終了する（Ｓ１０６）。
【００５８】
なお、ダミー研磨の後は、摩擦係数を検知するのではなく、電気抵抗を検知することによって、研磨レートの回復処理を終了するか否かを判断しても良いことは勿論である。
【００５９】
【実施例】
ここで、以上のような電解研磨パッドの管理方法について、好適な実施例を挙げて具体的に説明する。
【００６０】
管理対象となる電解研磨パッド３としては、以下の表に示すポリビニルホルマール（ＰＶＦＭ）によって構成されたものが挙げられる。
【００６１】
【表１】
2004230505.tif 000004
【００６２】
このＰＶＦＭでは、連続気孔の平均気孔径が８０μｍであり、かつ、その比率が容量比において９０％であることから、電解研磨パッド３を構成した際に研磨面と電極面との間の導通を確実に確保することができる。なお、電解研磨液５の含侵量、すなわち気孔率は８０％以上であればよいが、導通を確実に確保する上では上述したように９０％以上が好ましく、さらに好ましい含浸量としては９４％程度である。
【００６３】
また、このＰＶＦＭでは、ヤング率がドライ（ＤＲＹ）状態で４０Ｍｐａ、ウエット（ＷＥＴ）状態で３０Ｍｐａであり、１０％圧縮応力がドライ（ＤＲＹ）状態で１．０Ｍｐａ、ウエット（ＷＥＴ）状態で０．５Ｍｐａであることから、その弾塑性を１ｍｍ厚さにおける荷重あたりの変形量に換算すると３０〜１００μｍ／ｋｇに属することになり、ウエハ１の表面（被研磨面）に押圧摺動された状態で用いるのに良好な機械的強度が実現可能となる。なお、荷重−変形量の菅家位置は、３０〜１００μｍ／ｋｇに属していればよいが、良好な機械的強度を確保する上で最も好適な関係値としては例えば６５μｍ／ｋｇ程度が挙げられる。
【００６４】
続いて、このようなＰＶＦＭによって構成された電解研磨パッド３を用い、上述した研磨装置（図１参照）においてウエハ１に対する研磨を行った際の、当該電解研磨パッド３における摩擦係数について説明する。ここでは、被研磨物であるウエハ１として、下地酸化膜上に、バリヤメタルとして３００ÅのＴａＮ膜、その上にＰＶＤによる銅膜を１０００Å、さらにめっき銅膜を１００００Å堆積したシリコンウエハを例に挙げる。また、電解研磨液５およびＣＭＰスラリーは、研磨砥粒：アルミナ１．５ｗｔ％、有機酸：キナルジン酸０．９ｗｔ％、第一電解質：ＨＮＯ３６ｗｔ％、第二電解質：Ｈ３ＰＯ４５ｗｔ％、防食剤：ＢＴＡ−ＣＯＯＨ７５ｐｐｍであるものとする。その他の機械的研磨条件は、パッド相対速度：１．３５ｍ／ｓ、極間距離：６ｍｍの条件で、２分間電解研磨および化学的機械研磨を行った場合を例に挙げる。なお、荷重の測定は、垂直荷重は錘によるデッドウェイト、水平荷重はパッド回転駆動モータの駆動電流からの換算値で求めている。
【００６５】
図３は、以上のような条件における電解研磨パッド３の摩擦係数の実測値（図中Ａ参照）を示す説明図である。図中では、比較のため、同一の条件下における汎用ＣＭＰパッド（従来品）の摩擦係数の実測値（図中Ｂ参照）も示している。図例に示す垂直荷重と水平荷重との関係からも明らかなように、上述したＰＶＦＭによって構成された電解研磨パッド３では、研磨面における摩擦係数が０．０２２程度となり、汎用ＣＭＰパッドに比べて押圧摺動による研磨を行う上で好適な摩擦係数が実現されることになる。
【００６６】
次いで、上述したＰＶＦＭによって構成された電解研磨パッド３を用い、上述した研磨装置（図１参照）においてウエハ１に対する電解研磨を行った際の、当該電解研磨パッド３における研磨レートについて説明する。ここでも、被研磨物であるウエハ１として、下地酸化膜上に、バリヤメタルとして３００ÅのＴａＮ膜、その上にＰＶＤによる銅膜を１０００Å、さらにめっき銅膜を１００００Å堆積したシリコンウエハを例に挙げる。また、電解研磨液５およびＣＭＰスラリーは、研磨砥粒：アルミナ１．５ｗｔ％、有機酸：キナルジン酸０．９ｗｔ％、第一電解質：ＨＮＯ３６ｗｔ％、第二電解質：Ｈ３ＰＯ４５ｗｔ％、防食剤：ＢＴＡ−ＣＯＯＨ７５ｐｐｍであるものとする。その他の電解研磨条件は、印加電圧：０〜１．２Ｖ（ＤＣ）、極間距離：６ｍｍ、パッド研磨圧力：９０ｇ／ｃｍ２、パッド相対速度：１．３５ｍ／ｓの条件で、２分間電解研磨および化学的機械研磨を行った場合を例に挙げる。なお、研磨レートの測定は、処理の前後で、１０ｍｍ間隔で全面を公知の四短針シート抵抗測定器によりシート抵抗測定し、抵抗率１．７０３μΩｃｍとして膜厚に換算することで行った。
【００６７】
図４は、以上のような条件における電解研磨パッド３の研磨レートの実測値を示す説明図である。図中では、電解研磨パッド３の摩擦係数が０．０２５の場合（図中Ｃ参照）と０．００５の場合（図中Ｄ参照）における研磨レートを示している。図例に示す研磨レートからも明らかなように、摩擦係数が０．００５の場合とは異なり、摩擦係数が０．０２５であれば良好な研磨レートが得られることがわかる。このことからも、電解研磨パッド３では、研磨面における摩擦係数が０．０１〜０．０２５であれば、十分な研磨レートを確保することができるといえる。
【００６８】
したがって、電解研磨パッド３については、例えば垂直荷重Ｆｎまたは回転駆動トルクＦｔをモニタリングして、摩擦係数μ＝Ｆｔ／Ｆｎが０．０１〜０．０２５の範囲内にあるか否かを検知することによって、十分な研磨レートを確保して、常に良好な研磨を行えるようにすることができる。このことは、摩擦係数μではなく、電気抵抗Ｒ＝Ｅ／Ｉをモニタリングする場合についても全く同様である。つまり、電解研磨パッド３については、摩擦係数μまたは電気抵抗Ｒの変化をモニタリングして研磨レートの低下を検知し、研磨レートが低下した場合にはその回復のためのドレッシング処理を行うことによって、常に良好な研磨レートを維持することが可能となる。
【００６９】
ドレッシング処理は、例えばダイヤモンドドレッサによる機械的研磨を行う場合であれば、以下に述べるようにして行えばよい。すなわち、処理対象の電解研磨パッド３に対して、１５０番程度のダイヤモンドを電着したロータリー型のドレッサで、押圧１００ｇ／ｃｍ２程度、ドレッサ回転数３０〜１００ｒｐｍ程度、電解研磨パッド３の回転数３０〜１００ｒｐｍ程度で、３０秒〜６０秒程度押圧摺動する。そして、電解研磨パッド３に対して、純水シャワーを行いながら２００〜５００ｒｐｍ程度で３０〜６０秒程度振り切り洗浄する。その後は、既に説明したように、表面を均すためのダミー研磨を経て、再びウエハ１に対する研磨処理に使用する。
【００７０】
このようなドレッシング処理を経れば、電解研磨パッド３における摩滅した連続気孔を回復させて、その摩擦係数をμ＝０．０１〜０．０２５の範囲内に保つことができ、電解研磨パッド３が元来もつ良好な電解研磨特性を維持回復させることが可能となる。したがって、ウエハ１の表面に対して常に良好な研磨が行えるようになり、その結果、半導体装置の高集積化・小型化の促進や歩留まり向上等にも寄与し得るようになる。
【００７１】
なお、上述した実施例では本発明をその好適な具体例により説明したが、本発明がこの実施例に限定されないことは勿論である。特に、管理対象となる電解研磨パッドは、上述したようなポリビニルアセタール系材料からなるものに限定されるわけではなく、例えば汎用ＣＭＰパッドのような他の電解研磨パッドであっても、全く同様に適用することが可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る電解研磨パッドの管理方法によれば、例えば半導体装置配線に用いられる銅または銅合金等の平坦化研磨工程において、ＣＭＰと電解研磨を組み合わせて行う場合であっても、電解研磨パッドによる研磨レートを所望レートに維持し得るようになり、被研磨物の全面に均一な電流密度と良好な拭き取り能力を発揮することができる。したがって、この電解研磨パッドの管理方法を用いて管理を行えば、確実に良好な研磨を高速で行うことが可能となり、半導体装置の高集積化・小型化の促進に有効であるとともに、歩留まり向上も期待できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電解研磨パッドの管理方法が用いられる研磨装置の概略構成例を示す模式図である。
【図２】研磨レートの回復処理の一具体例の手順を示すフローチャートである。
【図３】電解研磨パッドの摩擦係数の実測値の一例を示す説明図である。
【図４】電解研磨パッドの研磨レートの実測値の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…ウエハ、２…ウエハチャック、３…電解研磨パッド、４…回転定盤、５…電解研磨液、６…電界槽、７…主軸回転駆動モータ、８…主軸回転制御装置、９…Ｚ軸ガイド、１０…Ｚ軸加圧シリンダ、１１…Ｚ軸加圧シリンダ制御装置、１２…パッド回転駆動モータ、１３…ベルト機構、１４…パッド軸回転制御装置
【図１】
2004230505.tif 000005
【図２】
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【図３】
2004230505.tif 000007
【図４】
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