(57)【要約】  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、長時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。  研磨パッド６０に、外周側に配置されたもの程、その開口幅が小さく、深くなるように電解液収容部Ｆを設け、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１を電解液収容部Ｆの電解液Ｅの液面に接触させ、電圧を印加することにより電解セルＣを形成し、この電解セルＣ及び研磨部材層６２を用いて導電体層Ｄ１を電気化学的機械的に研磨した。
2007119845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を収容する複数の電解液収容部と、前記電解液収容部の底部に形成されたカソード電極と、デバイスウエハの導電体層に接触するアノード電極とを有し、前記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、
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移動する機械的研磨層と、
前記機械的研磨層が前記導電体層に接触した状態で、前記導電体層に当接して前記導電体層に電力を伝達し、前記導電体層に前記電解セルの前記アノードを形成する電力伝達部と、
前記電力伝達部と前記カソード電極との間を電気的に絶縁する絶縁層とを備え、
前記複数の電解液収容部は、前記機械的研磨層の研磨面を法線方向からみた場合に、開口部の径方向の長さが、前記電解液収容部の設置半径が大きくなる程小さくなるように形成されていること、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
【請求項２】
電解液を収容する複数の電解液収容部と、前記電解液収容部の底部に形成されたカソード電極と、デバイスウエハの導電体層に接触するアノード電極とを有し、前記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、
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移動する機械的研磨層と、
前記機械的研磨層が前記導電体層に接触した状態で、前記導電体層に当接して前記導電体層に電力を伝達し、前記導電体層に前記電解セルの前記アノードを形成する電力伝達部と、
前記電力伝達部と前記カソード電極との間を電気的に絶縁する絶縁層とを備え、
前記電解液収容部は、前記開口部の径方向の長さｗ、前記設置半径をｒとした場合に、Ａ１／ＳＱＲＴ（ｒ）＜ｗ＜Ａ２／ＳＱＲＴ（ｒ）、Ａ１＝６０、Ａ２＝８０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。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記機械的研磨層の表面に、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。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記複数の電解液収容部の開口部の総面積は、前記機械的研磨層の表面の総面積の１０〜３０％であること、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記電力伝達部の表面は、前記機械的研磨層の表面に対して突出するように設けられ、前記導電体層を当接することにより押下げられ、前記導電体層と前記機械的研磨層とが当接するまで変位可能であること、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
【請求項６】
請求項５に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記電力伝達部は、前記機械的研磨層よりも外周側に配置されていること、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
【請求項７】
請求項１又は請求項２に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記絶縁層は、前記電力伝達部を弾性的に支持することにより、前記電力伝達部の表面を変位可能にすること、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
【請求項８】
請求項７に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記絶縁層は、合成樹脂、発泡合成樹脂、又はエラストマ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。
【請求項９】
請求項１又は請求項２に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記機械的研磨層は、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。
【請求項１０】
請求項１又は請求項２に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記機械的研磨層は、酸化シリコン砥粒が固定された固定砥粒研磨部材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。
【請求項１１】
請求項１又は請求項２に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記電力伝達部は、カーボンを主成分とした炭素繊維、黒鉛繊維、黒鉛、合成樹脂との複合炭素素材、エラストマ材との複合炭素素材、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。
【請求項１２】
請求項１又は請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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、遠心力による液圧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。【０００６】
第３は、その表面に設けた溝の底部にカソードを設置した研磨パッドで、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研磨パッドである（例えば、特許文献３）。
しかし、この研磨パッドは、溝が同心円形状の場合、遠心力による液圧の作用による電解液の飛散を防止することはできるとしても、研磨中に電解液の入れ替えが不十分となるため、カソード表面に堆積した導電性の堆積物が蓄積されてしまう。また、デバイスウエハのＣｕ膜（アノード）と溝底部のカソードとの距離が短いため、カソード表面に堆積した導電性の堆積物によって、アノード、カソード間が電気的に短絡し、長時間の使用に支障をきたすという問題がある。
一方、溝が螺旋形状、ＸＹ格子形状、放射形状の場合は、遠心力による液圧の作用で電解液が溝から飛散してしまい、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。
【特許文献１】特表２００４−５３１８８５号公報
【特許文献２】ＵＳＰ６，８９３，３２８
【特許文献３】ＵＳＰ６，８４８，９７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、また、カソード表面に導電性の堆積物が蓄積することを防止して、長時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ことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
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）と、前記電解液収容部（Ｆ）の底部に形成されたカソード電極（６７）と、デバイスウエハ（Ｄ）の導電体層（Ｄ１）に接触するアノード電極（６３）とを有し、前記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（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、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移動する機械的研磨層（６２）と、前記機械的研磨層が前記導電体層に接触した状態で、前記導電体層に当接して前記導電体層に電力を伝達し、前記導電体層を前記電解セルの前記アノードを形成する電力伝達部（６３）と、前記電力伝達部と前記カソード電極との間を電気的に絶縁する絶縁層（６３，６４）とを備え、前記複数の電解液収容部は、前記機械的研磨層の研磨面を法線方向からみた場合に、開口部の径方向の長さが、前記電解液収容部の設置半径（ｒ）が大きくなる程小さくなるように形成されていること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。【０００９】
第２の発明は、電解液（Ｅ）を収容する複数の電解液収容部（Ｆ）と、前記電解液収容部（Ｆ）の底部に形成されたカソード電極（６７）と、デバイスウエハ（Ｄ）の導電体層（Ｄ１）に接触するアノード電極（６３）とを有し、前記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（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、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移動する機械的研磨層（６２）と、前記機械的研磨層が前記導電体層に接触した状態で、前記導電体層に当接して前記導電体層に電力を伝達し、前記導電体層を前記電解セルの前記アノードを形成する電力伝達部（６３）と、前記電力伝達部と前記カソード電極との間を電気的に絶縁する絶縁層（６３，６４）とを備え、前記電解液収容部（Ｆ）は、前記開口部の径方向の長さｗ、前記設置半径をｒとした場合に、Ａ１／ＳＱＲＴ（ｒ）＜ｗ＜Ａ２／ＳＱＲＴ（ｒ）、Ａ１＝６０、Ａ２＝８０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。
第３の発明は、第１又は第２の発明のデバイスウエハ（Ｄ）の研磨パッドにおいて、前記機械的研磨層（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（Ｆ）よりも浅く、前記複数の電解液収容部（Ｆ）間を連結するように設けられた溝部（６２ａ）を備えること、を特徴とするデバイスウエハ（Ｄ）用の研磨パッドである。
第４の発明は、第１又は第２の発明のデバイスウエハ（Ｄ）の研磨パッドにおいて、前記複数の電解液収容部（Ｆ）の開口部の総面積は、前記機械的研磨層（６２）の表面の総面積の１０〜３０％であること、を特徴とするデバイスウエハ（Ｄ）用の研磨パッドである。
第５の発明は、第１又は第２の発明のデバイスウエハ（Ｄ）の研磨パッドにおいて、前記電力伝達部（６３）の表面（６３ａ）は、前記機械的研磨層（６２）の表面に対して突出するように設けられ、前記導電体層（Ｄ１）を当接することにより押下げられ、前記導電体層（Ｄ１）と前記機械的研磨層（６２）とが当接するまで変位可能であること、を特徴とするデバイスウエハ（Ｄ）用の研磨パッドである。
第６の発明は、第５の発明のデバイスウエハ（Ｄ）の研磨パッドにおいて、前記電力伝達部（６３）は、前記機械的研磨層（６２）よりも外周側に配置されていること、を特徴とするデバイスウエハ（Ｄ）用の研磨パッドである。
第７の発明は、第１又は第２の発明のデバイスウエハ（Ｄ）の研磨パッドにおいて、前記機械的研磨層（６２）と前記カソードとの間を電気的に絶縁し、前記電力伝達部（６３）を弾性的に支持することにより、前記電力伝達部（６３）の表面（６３ａ）を変位可能にする絶縁層（６４）を備えること、を特徴とするデバイスウエハ（Ｄ）用の研磨パッドである。
第８の発明は、第７の発明のデバイスウエハ（Ｄ）の研磨パッドにおいて、前記絶縁層（６４，６５）は、合成樹脂、発泡合成樹脂、又はエラストマから形成されること、を特徴とするデバイスウエハ（Ｄ）用の研磨パッドである。
第９の発明は、第１又は第２の発明のデバイスウエハ（Ｄ）の研磨パッドにおいて、前記機械的研磨層（６２）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（Ｄ）用の研磨パッドである。
第１０の発明は、第１又は第２の発明のデバイスウエハ（Ｄ）の研磨パッドにおいて、前記機械的研磨層（６２）は、酸化シリコン砥粒が固定された固定砥粒研磨部材から形成されること、を特徴とするデバイスウエハ（Ｄ）用の研磨パッドである。
第１１の発明は、第１又は第２の発明のデバイスウエハ（Ｄ）の研磨パッドにおいて、前記電力伝達部（６３）は、カーボンを主成分とした炭素繊維、黒鉛繊維、黒鉛、合成樹脂との複合炭素素材、エラストマ材との複合炭素素材、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から形成されること、を特徴とするデバイスウエハ（Ｄ）用の研磨パッドである。
第１２の発明は、第１又は第２の発明のデバイスウエハ（Ｄ）の研磨パッドにおいて、前記カソード電極（６７）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（Ｄ）用の研磨パッドである。
【発明の効果】
【００１０】
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、電解液収容部の設置半径が大きいもの程、電解液収容部の開口部の径方向の長さが順次小さくなるように形成されている。このため、デバイスウエハの導電体層に覆われた部分では、デバイスウエハの導電体層と電解液収容部の電解液とカソードとによって形成される電解セルに、電解液が十分に満たされた状態となる。一方、デバイスウエハの導電体層に覆われた部分から外れた部分では、電解液収容部の電解液が遠心力による液圧で飛散、漏出して新しい電解液と交換される。これにより、カソード表面に導電性の堆積物が蓄積されることを防止して、長時間安定した電気化学的機械的研磨ができる。【００１１】
また、本発明は、複数の電解液収容部の開口部の径方向の長さが、外周側のもの程小さくなるよう形成されるので、導電体層が電気化学的に研磨される面積を、デバイスウエハ面内で均一とすることができ、研磨速度の面内均一性を改善し、導電体層の面内均一性を改善することができる。【００１２】
さらに、本発明は、カソードが電解液収容部の底部に形成されるので、電解液収容部内の電解液を十分に確保でき、また、このカソードとアノードであるデバイスウエハの導電体層とが、電解液収容部の電解液を介してほぼ平行に対向配置するため、デバイスウエハの導電体層と電解液とカソードとによって形成される電解セルを安定して、確実に形成できる。【００１３】
（２）本発明は、電解液収容部が、Ａ１／ＳＱＲＴ（ｒ）＜ｗ＜Ａ２／ＳＱＲＴ（ｒ）、Ａ１＝６０、Ａ２＝８０の関係式を満足する。これにより、前述した（１）の効果に加えて、デバイスウエハの導電体層により覆われた部分の電解液収容部内の電解液を、デバイスウエハの導電体層に安定して接触させることができる。【００１４】
（３）本発明は、機械的研磨層の表面に溝部を備えているので、複数の電解液収容部間の電解液の移動を可能にし、電解液収容部の電解液の供給、排出を円滑に行うことができる。【００１５】
（４）本発明は、複数の電解液収容部の開口部の総面積が、機械的研磨層の表面の総面積の１０〜３０％であるので、安定した研磨をすることができる。すなわち、開口部の割合が小さいと、電解セル当りの電流密度が増加するので、液抵抗によるジュール熱の増加や電解電圧の増加等によって、酸素、水素が発生し電解効率の低下が生じ、一方、その割合が大きすぎると、機械的研磨層の割合が低下して、機械的研磨が減少するため、研磨レートや平坦性の低下を生じる。しかし、本発明は、この割合を、適度に設定することにより、このような電解効率の低下等を防止することができる。【００１６】
（５）本発明は、電力伝達部の表面が、導電体層を当接することにより押下げられ、導電体層と機械的研磨層とが当接するまで変位可能であるので、電力伝達部と導電体層とを導
通させた状態で、機械的研磨層を導電体層に押圧させることができる。【００１７】
（６）本発明は、電力伝達部が、機械的研磨層よりも外周側に配置され、導電体層の外周部のみに当接するので、電力伝達部との接触による導電体層の損傷（ダメージ）を低減することができる。また、電力伝達部が、導電体層に対して面接触するので、接触面の電流密度を適切にすることができる。【００１８】
（７）本発明は、電力伝達部とカソード電極とを電気的に絶縁する絶縁層が、電力伝達部を弾性的に支持するので、電力伝達部の表面を変位可能にするための構造をシンプルにすることができ、また、絶縁層の弾性係数を変更することにより、導電体層と電力伝達部との接触圧を容易に調整することができる。【００１９】
（８）本発明は、電力伝達部が、カーボンを主成分とした炭素繊維、黒鉛繊維、黒鉛、合成樹脂との複合炭素素材、エラストマ材との複合炭素素材、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から形成されるので、研磨面の損傷を防ぐことが可能となる。炭素繊維、黒鉛繊維、黒鉛は、電気抵抗が低いことが特長である。また、黒鉛はこれらの中でも最も研磨面の損傷を抑制する効果がある。合成樹脂との複合炭素素材、エラストマ材との複合炭素素材、合成樹脂との複合黒鉛は、前者と比較して電気抵抗が高いものの、研磨面の損傷を同様に防ぐ効果がある。【００２０】
（９）本発明は、カソード電極が、電気化学的に安定している金、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ため、安定した研磨を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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。
【図２】本実施例の研磨パッドを示す斜視図である。
【図３】本実施例の研磨パッドの断面図及び電解セルの構成を示す断面図である。
【図４】比較例の研磨パッドの断面図である。
【図５】定電流電解時において、プラテン回転数を変化させた場合の電圧変化の測定結果を示すグラフである
【図６】定電流電解時において、プラテン回転数を変化させた場合の研磨レートの測定結果を示すグラフである。
【図７】本実施例の研磨パッドの面積比を変化させた場合の研磨レートの測定結果を示すグラフである。
【図８】本実施例の実験に利用した研磨パッド２６０を示す図である。
【図９】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。
【図１０】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１１】プラテンの各回転数おける累乗数と比例定数とを示す表である。
【図１２】開口部が略矩形である電解液収容部の形状を説明する図である。
【符号の説明】
【００２２】
５０    研磨装置
５１    プラテン
５２    研磨ヘッド
５３    電源
５５    装置側電極
５６    ノズル
６０，１００    研磨パッド
６２    研磨部材層
６３    導電性部材層
６４    第１絶縁層
６５    第２絶縁層
６６    導電性シート層
６７    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
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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、カソード表面に導電性の堆積物が蓄積することを防止して、長時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、複数の電解液収容部の開口部の径方向の幅を順次小さくなるように形成し、デバイスウエハの導電体層により覆われた部分から外れた電解液収容部内の電解液を、遠心力による液圧で飛散、漏出して新しい電解液と交換し、一方、デバイスウエハの導電体層により覆われた部分の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を安定して接触させ、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ことによって実現した。
【実施例】
【００２４】
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、装置側電極５５と、ノズル５６とを備えている。【００２５】
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。【００２６】
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６７（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の導電性部材層６３（図２参照）に接触することにより、導電性部材層６３に対して電気的に導通される。装置側電極５５は、導電性部材層６３に対して接触する接触面が、導電性部材層６３と同一の材料であることが望ましく、また、回転している導電性部材層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。【００２７】
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。【００２８】
次に、研磨パッド６０の構成等について説明する。
図２は、本実施例の研磨パッド６０を示す斜視図である。図３は、本実施例の研磨パッド６０の断面図であり（図２のIII−III部矢視断面図）、図３（ａ）は、研磨パッド６０全体の断面図、図３（ｂ）は、電解セルＣの構成を示す断面図である。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、厚み等を強調して示す。また、図中、上側が上層側、下側が下層側である。
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（機械的研磨層）と、導電性部材層６３（電力伝達部）と、第１絶縁層６４と、第２絶縁層６５と、導電性シート層６６と、カソード電極６７とを備えている。【００２９】
研磨部材層６２は、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１に押圧し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、除去する機械的研磨層である。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、図３（ａ）に示すように、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。【００３０】
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。
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溝６２ａ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６２ａ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。【００３１】
導電性部材層６３は、研磨装置５０の装置側電極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、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である。導電性部材層６３は、研磨部材層６２の外周側に配置され、研磨部材層６２を外周から囲うような円環状に形成されている。図３（ａ）に示すように、導電性部材層６３は、その表面６３ａが、研磨部材層６２の表面と同等あるいは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電極５５に接触することにより、装置側電極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。導電性部材層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、導電性部材層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底面に対して面接触するので、接触面の電流密度を適切にすることができる。【００３２】
導電性部材層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。【００３３】
第１絶縁層６４、第２絶縁層６５からなる絶縁層は、導電性部材層６３と導電性シート層６６及びカソード電極６７の間を電気的に絶縁するための部材である。第１絶縁層６４は、導電性部材層６３と同様な円環状の部材であり、導電性部材層６３の下層に設けられている。第２絶縁層６５は、円盤状に形成され、第１絶縁層６４の下層に積層されている。第１絶縁層６４と第２絶縁層６５とを合わせた厚さは、０．５〜５ｍｍ程度である。第２絶縁層６５は、電解液収容部Ｆを形成するために、研磨部材層６２の貫通孔に連通した貫通孔が設けられている。
第１絶縁層６４は、導電性部材層６３を弾性的に支持するために発泡合成樹脂、エラストマ材等の弾性材料から形成され、導電性部材層６３を鉛直方向に移動可能に支持する。これにより、導電性部材層６３は、その表面６３ａが、研磨部材層６２の表面よりも突出していても、導電体層Ｄ１と当接したときに押下げられ、導電体層Ｄ１と研磨部材層６２とが当接するまで変位することができる。このように、第１絶縁層６４を弾性材料から形成することにより、研磨パッド６０は、導電性部材層６３の表面６３ａを変位可能にするための支持構造をシンプルにすることができ、また、弾性材料の弾性係数を変更することにより、導電体層Ｄ１と導電性部材層６３との接触圧を調整することができる。
第２絶縁層６５は、電気絶縁性を有し、第１絶縁層６４よりも剛性が高い合成樹脂等（例えば、ポリカーボネート等）から形成される。
なお、第１絶縁層６４、第２絶縁層６５は、弾性材料から一体で形成してもよいが、前述の構成とした方が、研磨パッド６０全体の剛性を向上できるので、好適である。【００３４】
導電性シート層６６は、円盤状に形成され、第２絶縁層６５の下層に積層され、プラテン５１上に載置される部分である。導電性シート層６６は、導電性粘着テープ（図示せず）等によりプラテン５１に貼付されており、プラテン５１等を介して、電解液収容部Ｆの底部のカソード電極６７と直流電源５３（図１参照）とを電気的に接続する。これにより、ＣＭＰ用の研磨装置であっても、電解セルＣを形成し、電気化学的機械的研磨を行うことができる。
導電性シート層６６は、導電性を有し、電解液Ｅに対して不溶性のある材料であれば金属、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。【００３５】
カソード電極６７は、図３（ａ）に示すように、カソード電極６７１〜６７６から構成され、第２絶縁層６５の貫通孔を下側から塞ぐことにより、電解液収容部Ｆ１〜Ｆ６の底部を形成する。カソード電極６７は、その底部が導電性シート層６６に接しているため、導電性シート層６６に電気的に接続され、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１の対極にカソードを形成する。このように、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。
カソード電極６７は、例えば、導電性シート層６６と同様な材料から形成される。なお、カソード電極６７は、部品点数を削減するために、導電性シート層６６と一体で形成してもよい。【００３６】
次に、電解セルパッド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（ｂ）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６７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、これらに挟まれ電解液Ｅが満たされた電解液収容部Ｆ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、このような表層の溶解、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。【００３７】
次に、電解液収容部Ｆの形状について説明する。
電解液収容部Ｆは、図２に示すように、それぞれ、開口部の大きさが異なり、範囲Ａ１〜Ａ６に応じて、所定のパターンで配列される。範囲Ａ１，Ａ２は、研磨パッド６０の径方向に延在し、互いに直交する帯状（中心軸を軸Ｘ，Ｙとする。）の範囲である。範囲Ａ３〜Ａ６は、範囲Ａ１と範囲Ａ２とによって分割された、扇状の範囲である。
範囲Ａ１，Ａ２の電解液収容部Ｆの開口部は、その中心が径方向の軸Ｘ，Ｙ上になるように配置された矩形状であり、また、研磨パッド６０の外周側に配置されたもの程（つまり、径方向外側に至る程）、径方向の長さが順次小さくなるように形成され、開口面積が小さくなる。（但し、範囲Ａ１と範囲Ａ２とが交差する範囲においては、範囲Ａ１の配列が優先される。）。また、これらの開口部は、その長手方向が、軸Ｘ，Ｙに直交するように、つまり、径方向に直交するように形成される。【００３８】
図中左上、右下の範囲Ａ３，Ａ５内の電解液収容部Ｆの開口部も同様に、研磨パッド６０の外周側に配置されたもの程（つまり、径方向外側に至る程）、径方向の長さ順次が小さくなるように形成され、開口面積が小さくなる。【００３９】
また、電解液収容部Ｆは、例えば、深さ１．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度であり、図３（ａ）に示すように、研磨パッドの外周部付近に配置されたもの程、その深さが深くなるように形成されている（なお、図３（ａ）において、簡略化して５つの電解液収容部Ｆ２〜Ｆ６が、回転軸Ｚ１に対称に、それぞれ設けられた図を示すが、実際にはもっと多くの電解液収容部Ｆが設けられている。）。【００４０】
以上のように、研磨パッド６０は、電解液収容部Ｆを外周側に配置されたもの程、その径方向の長さが順次小さくなるように形成し、また、その深さを深く形成することにより、電解液収容部Ｆ内の電解液Ｅが遠心力による液圧よって飛散することを防止することができる（電解液収容部Ｆの形状と、遠心力による液圧による飛散防止との詳細な理由については、後述する。）。【００４１】
また、研磨パッド６０は、複数の電解液収容部Ｆの開口部の径方向の長さが、外周側のもの程小さくなるよう形成される。これにより、研磨パッド６０は、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１が電気化学的に研磨される面積を、デバイスウエハ面内で均一とすることができ、研磨速度の面内均一性を改善し、導電体層の面内均一性を改善することができる。【００４２】
すなわち、本実施例においては、研磨パッド６０（プラテン５１）とデバイスウエハＤとがそれぞれ回転している。従って、導電体層Ｄ１の外周部は、径方向の長さが大きい電解セルＣ（研磨パッド６０の中央部で当接）及び小さい電解セルＣ（研磨パッド６０の外周部で当接）によって電気化学的に研磨される。このため、導電体層Ｄ１の外周部が電気化学的に研磨される面積は、中央部及び外周部の電解液収容部Ｆの開口面積の平均値となる。
一方、導電体層Ｄ１の中央部は、特定の電解セルＣ（研磨パッド６０の中央部及び外周部の中間の範囲で当接）によって電気化学的に研磨される。このため、導電体層Ｄ１の中央部が電気化学的に研磨される面積は、研磨パッド６０の中央部及び外周部の中間の範囲の電解液収容部Ｆの開口面積である。
このように、導電体層Ｄ１は、その外周部から中央部までの場所によって、電気化学的に研磨される電解セルＣが相違する。しかし、導電体層Ｄ１が電気化学的に研磨される面積は、中央部では、研磨パッド６０の中央部及び外周部の電解液収容部Ｆの開口面積の平均値となり、一方、外周部では、研磨パッド６０の中央部及び外周部の中間の範囲の電解液収容部Ｆの開口面積である。このため、導電体層Ｄ１が電気化学的に研磨される面積は、導電体層Ｄ１の中央部及び外周部で平均化され、デバイスウエハ面内で均一とすることができる。【００４３】
さらに、研磨パッド６０は、電解液収容部Ｆの深さを、電解液Ｅを蓄えるのに十分な深さである１．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度にすることにより、確実に電解セルＣを形成することができる。さらに、電解液収容部Ｆの底部（カソード電極６７）に導電性堆積物（例えば、Ｃｕ２＋＋２ｅ−→Ｃｕの反応による導電性の析出物等）が堆積しても、導電体層Ｄ１との間隙を保持することができる。これにより、研磨パッド６０は、アノード、カソード間の電気的短絡を防止することができ、長時間安定した電気化学的機械的研磨をすることができる。【００４４】
次に、研磨パッド６０のアノード−カソード間の電圧変化、研磨レートの測定結果について説明する。
なお、比較例として図４に断面を示す研磨パッド１００を用いた。研磨パッド１００は、研磨パッド１とほぼ同一の構成であるが、全ての電解液収容部Ｆの開口部が円形（直径ｄ＝１８ｍｍ）であり、深さが等しくなるように形成されている。
図５は、定電流電解時（２０Ａ）において、プラテン回転数を２０〜８０ｒｐｍの間で変化させた場合の研磨パッド６０、研磨パッド１００のアノード−カソード間の電圧変化の測定結果を示すグラフである。
図５に示すように、研磨パッド１００は、プラテン回転数が大きくなるに従って電圧が増加している（８０ｒｐｍでは、２０ｒｐｍの３倍以上の電圧である。）。これは、電解液収容部Ｆ１００の電解液Ｅの量が、遠心力による液圧の作用により、研磨パッド１００の外径に至る程、少なくなり、抵抗値が大きくなったためであると考えられる。【００４５】
一方、研磨パッド１００に比べると、研磨パッド６０は、回転数が変化しても電圧がほぼ一定である（８０ｒｐｍでは、２０ｒｐｍの１．５倍程度の電圧である。）。これは、研磨パッド６０の径方向外側から内側の全域で、電解液収容部Ｆに安定した量の電解液Ｅが確保され、電解液収容部Ｆの電解液Ｅの液面が、導電体層Ｄ１に安定して接触しているためであると考えられる。【００４６】
図６は、定電流電解時（２０Ａ）において、プラテン回転数を変化させた場合の研磨パッド６０、研磨パッド１００の研磨レートの測定結果を示すグラフである。このグラフは、研磨パッド１００が２０ｒｐｍ時における研磨レートを１００％としたときの研磨パッド６０、研磨パッド１００の研磨レートの割合を示す。
図６に示すように、研磨パッド１００は、プラテン回転数が増加するに従い、研磨レートが低下している。一方、研磨パッド６０は、プラテン回転数が２０〜６０ｒｐｍの間では、プラテン回転数が増加するに従い、研磨レートが増加し、６０〜８０ｒｐｍの範囲では、ほとんど変化していない。これは、プラテン回転数が増加しても、電解液収容部Ｆの電解液Ｅの液面が導電体層Ｄ１に安定して接触し、導電体層Ｄ１の電気化学的機械的研磨が促進したためであると考えられる。【００４７】
以上の２通りの測定結果から、電解液収容部Ｆを外周側に配置されたもの程、開口面積が小さくなるように、また、深くなるように形成することよって、研磨パッド６０は、導電体層Ｄ１を安定して研磨できることが確認できた。【００４８】
次に、研磨部材層６２上面の表面積と、電解液収容部Ｆの開口部の総面積との関係について説明する。（なお、研磨部材層６２上面の表面積とは、電解液収容部Ｆの開口部の総面積を含んだ面積をいう。）。
図７は、本実施例の研磨パッド６０の研磨部材層６２上面の表面積に対する電解液収容部Ｆの開口部の総面積の割合（面積比）を、７〜３０％の間で変化させた場合の研磨レートの測定結果を示すグラフである。このグラフは、面積比が３０％の時の研磨レートを１００％としたときの研磨レートの割合の変化を示す。
図７に示すように、面積比が７〜１３％では、研磨レートの変化が大きい。これは、面積比が小さいために、電解セル当りの電流密度が増加し、液抵抗によるジュール熱の増加や電解電圧の増加等によって、酸素、水素が発生し電解効率の低下が生じ、電解効率の低下したためであると考えられる。
面積比が１３〜２０％では、研磨レートの変化が徐々に小さくなり、２５〜３０％では、ほとんど変化しない。
この測定結果から、研磨レートの効率を向上するためには、面積比を少なくとも１０％以上にすることが好適であると判断される（面積比が１０％の場合の研磨レートは、約８５％である）。また、その上限は、３０％であると判断される。
ただし、面積比が３０％以上では、研磨レートの変化がほとんどないため、５０％程度までは、効率のよい研磨が可能であると予想できる。しかし、面積比を５０％以上にした場合には、研磨部材層６２は、その研磨面が減少し、機械的研磨の効率が低下するため、研磨レートや平坦性の低下を生じるため好ましくないと考えられる。【００４９】
以上の測定結果から、本実施例の研磨パッド６０は、面積比を１０〜３０％にすることにより、効率のよい研磨レートが得られることが確認できた。【００５０】
以上説明したように、研磨パッド６０は、回転速度を速くしても、複数の電解液収容部Ｆの電解液Ｅの液面の高さを、研磨パッド６０の内側と外周側とで均一にすることができるので、電解液ＥとデバイスウエハＤの導電体層Ｄ１とを、安定して接触させることができる。このようにして、研磨パッド６０は、中央部に滴下された電解液Ｅを、内側から外周側に至る電解液収容部Ｆに安定供給することができ、電解液収容部Ｆに安定した電力を供給することができるので、研磨速度の面内均一性を改善し、導電体層Ｄ１の面内均一性を改善することができる。【００５１】
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。
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るが、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、電解液収容部の開口部の径方向の長さが、
Ａ１／ＳＱＲＴ（ｒ）＜ｗ＜Ａ２／ＳＱＲＴ（ｒ）
Ａ１＝６０、Ａ２＝８０
ここで、
ｒ（＝（ｒ１＋ｒ２）／２）：電解液収容部の設置半径（ｒ１とｒ２との中間の距離）
ｒ１：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：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
Ａ１，Ａ２：比例定数
を満足するように、設置半径の大きさに応じて、順次小さくなるように形成した。これにより、本発明の発明者は、デバイスウエハの導電体層により覆われた部分から外れた電解液収容部内の電解液を遠心力による液圧で飛散、漏出して新しい電解液と交換でき、同時にデバイスウエハの導電体層により覆われた部分の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見出したものである。【００５２】
＜実験用パッドの説明＞
図８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８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。【００５３】
＜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８０，１００，１２０，１３０ｒｐｍ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。【００５４】
＜実験結果＞
図９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と最大設置半径の関係をまとめた表である。
図１０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１１は、図９に示すプラテンの各回転数おける累乗数と比例定数とをまとめて示す表である。
図１１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）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：貫通孔の設置半径（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（ｒｐｍ）【００５５】
＜矩形の電解液収容部の設置条件＞
図１２は、開口部が略矩形である電解液収容部の形状を説明する図である。
図１２（ａ）に示すように、電解液収容部は、研磨パッドを研磨面の法線方向からみたときに、開口部が略矩形で、径方向に平行な幅がｗ０、開口部のうち最も長い長さが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・ω２・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・ω２・（ｒ１２−ｒ２２）
＝ρ・ω２・（ｒ１−ｒ２）・（ｒ１＋ｒ２）／２
＝ρ・ω２・ｗ・ｒ  ・・・・・  （Ｄ）
ここで、ｗ：電解液収容部の開口部の径方向の長さ、つまり開口部のプラテン（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、（ｒ１＋ｒ２）／２は、設置半径である。
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・ω２・ｗ・ｒ＝Ｋ／ｄ  ・・・・・  （Ｆ）
矩形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１２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・ω２・ｗ・ｒ＝Ｋ／ｗ
ｗ２＝Ｋ／（ρ・ω２・ｒ）
ｗ＝Ｋ１／ＳＱＲＴ（ｒ）  ・・・・・  （Ｇ）
ここで、Ｋ１＝ＳＱＲＴ（Ｋ／ρ）／ω
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、矩形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と考えられる。
すなわち、図９から図１１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、そのまま矩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。【００５６】
なお、図１２（ｂ）に示すように、同一形状の開口部でも電解液収容部の長手方向が接線方向に対して傾けて設置されている場合には、開口部の長さ（Ｌ）が大きくなると、開口部の径方向の長さ（ｗ）は大きくなる。この場合には、幅（ｗ０）を径方向の長さ（ｗ）に近似することはできないが、式（Ｄ）と式（Ｅ）とから、以下の式（Ｈ）を導くことができる。
ρ・ω２・ｗ・ｒ＝Ｋ／ｗ０
ｗ・ｗ０＝Ｋ／（ρ・ω２・ｒ）  ・・・・・  （Ｈ）
つまり、図１２（ｂ）に示す電解液収容部の場合、式（Ｈ）を満足するように配置すればよい。【００５７】
＜比例定数を５０〜７０とする理由＞
プラテン（パッド）の回転数（ｎ）は、５０〜８０ｒｐｍが一般的である。
比例定数が大きい場合、デバイスウエハの導電体層により覆われ開口部が塞がれた電解液収容部は、電解液Ｅが遠心力による液圧により飛散されて液レベルが低下する。この場合、デバイスウエハの導電体層と電解液とが安定して接触できなくなり、研磨性能に悪影響を及ぼす。
一方、比例定数が小さい場合、電解液の保持性が向上するが、デバイスウエハの導電体層により覆われていない部分の電解液収容部から電解液が排出されない。この場合、電解液収容部の電解液は、ノズル（図１に示すノズル５６参照）から滴下される電解液との入れ替えがされない。このため、デバイスウエハの導電体層から溶解した導電体イオン（例えば、銅イオン）が増加し、カソード表面に導電性の堆積物の蓄積が増加するので、長時間の研磨が困難となる。
式（Ｂ）より、ｎ＝５０ｒｐｍの場合、Ａ２＝８８、ｎ＝８０ｒｐｍの場合、Ａ１＝５５となり、プラテン（パッド）の回転数の選定条件を加味した比例定数Ａは、５５〜８８の範囲であればよい。また、より好条件の研磨性能を求めるならば、比例定数Ａは、６０〜８０の範囲が好適である。【００５８】
以上、実験結果等を用いて説明したように、Ａ１／ＳＱＲＴ（ｒ）＜ｗ＜Ａ２／ＳＱＲＴ（ｒ）、Ａ１＝６０、Ａ２＝８０を満足するように設置された電解液収容部は、プラテン（パッド）の回転数が５０〜８０ｒｐｍの場合に、電解液が遠心力による液圧と表面張力等とつり合い保持されることが確認できた。つまり、プラテンを回転数５０〜８０ｒｐｍの範囲又はこの範囲よりも早い回転数で回転することにより、デバイスウエハの導電体層に覆われた部分から外れた部分では、電解液収容部の電解液が遠心力による液圧で飛散、漏出して新しい電解液と交換される。これにより、カソード表面に導電性の堆積物が蓄積されることを防止して、長時間安定した電気化学的機械的研磨ができる。
なお、デバイスウエハの導電体層に覆われた部分では、デバイスウエハの導電体層と電解液収容部の電解液とカソードとによって形成される電解セルに、電解液が十分に満たされた状態となり、安定した研磨をすることができる。
【図１】
2007119845.tif 000003
【図２】
2007119845.tif 000004
【図３】
2007119845.tif 000005
【図４】
2007119845.tif 000006
【図５】
2007119845.tif 000007
【図６】
2007119845.tif 000008
【図７】
2007119845.tif 000009
【図８】
2007119845.tif 000010
【図９】
2007119845.tif 000011
【図１０】
2007119845.tif 000012
【図１１】
2007119845.tif 000013
【図１２】
2007119845.tif 000014
【国際調査報告】
2007119845.tif 000015
2007119845.tif 000016
2007119845.tif 000017
2007119845.tif 000018