(57)【要約】【課題】デバイスウエハの導電体層を、平坦性とウエハ面内均一性とを改善して、電解セルを用いて電気化学的機械的に研磨できるデバイスウエハ用の研磨パッドを提供する。【解決手段】研磨パッド６０を研磨装置５０に取り付け、研磨部材層６２を、導電体層Ｄ１に押圧させながら相対移動させることにより、導電体層Ｄ１に形成された電気化学的な保護膜（不働態皮膜）を機械的に除去可能とし、また、導電体層Ｄ１、導電性シート層６６、電解液Ｅにより電解セルを形成し、導電体層Ｄ１を電気化学的に、溶解、除去可能とした。【選択図】図３
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【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を有し、デバイスウエハの導電体層をアノードとし、前記アノードの対極のカソードとの間に前記電解液を接触させて電解セルを形成し、電圧を印加することにより、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、
前記導電体層を押圧し、前記導電体層に対して相対移動することにより、前記導電体層を電気化学的機械的に研磨する機械的研磨層と、
前記機械的研磨層の前記電解セル以外の部分に配置され、前記導電体層に当接して電気的に導通可能な接触導電体と、
前記機械的研磨層よりも下側に設けられ、前記接触導電体に電力を伝達する電力伝達部と、
前記電力伝達部と前記カソードとの間を絶縁する絶縁層と、
を備えるデバイスウエハ用の研磨パッド。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記接触導電体の表面は、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３】
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、
前記接触導電体の表面の前記変位は、前記接触導電体自身の弾性変形によること、
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２に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記接触導電体は、弾性部材により支持され、
前記接触導電体の前記変位は、前記弾性部材の弾性変形によること、
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４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、前記弾性部材を兼用すること、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
【請求項６】
請求項４に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記接触導電体は、前記電力伝達部の上面に配置され、
前記電力伝達部は、前記接触導電体の表面の前記変位に追従して、屈曲可能であり、
前記弾性部材は、前記電力伝達部を下面側から支持することにより、前記接触導電体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７】
請求項１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、
弾性材料から形成された第１の層と、
前記第１の層よりも下層に設けられ、前記第１の層よりも剛性のある第２の層と、
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、
前記第１の層は、エラストマ材から形成され、
前記第２の層は、合成樹脂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に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記接触導電体は、前記導電体層に対して面接触すること、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
【請求項１０】
請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記接触導電体は、金、白金、銅、チタン合金、又はステンレス鋼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に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記接触導電体は、表面が鏡面であること、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
【請求項１２】
請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記接触導電体は、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１３】
請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記電力伝達部と前記電解液との間を絶縁する絶縁部を備えること、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
【請求項１４】
請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記電解セルの直径は、１０〜１００ｍｍ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１５】
請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記電解収容部の開口部の総面積は、パッド総面積の２０〜８０％の割合であること、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
【請求項１６】
請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記電解液収容部間を連結するように設けられ、前記電解液が前記電解液収容部間を移動するための連結路を有すること、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
【請求項１７】
請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
前記接触導電体は、前記導電体層よりも硬度が低いこと、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
【請求項１８】
請求項１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、金、銅、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。
【請求項１９】
請求項１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、又は合成樹脂との複合炭素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２０】
請求項１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、表面に溝を有すること、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
【請求項２１】
請求項１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２２】
請求項１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２３】
請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、
研磨装置の定盤に載置され、前記定盤に対して電気的に接続され、前記カソードを形成する導電性シート層を備えること、
を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッド。
【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】
半導体装置（半導体デバイス）は、高集積化、微細化に伴って、配線の積層化が行われている。すなわち、半導体ウエハの表面に配線材をパターン形成し、この上を酸化シリコン等の絶縁物で覆い、次の配線材をパターン形成し、これを順次繰り返すプロセスが採用されている。
配線をパターン形成するプロセスは、反応性イオンエッチング等によってプラグ用ホールと配線溝とを酸化シリコン等の絶縁物（以下、層間絶縁膜）に形成し、この上に銅めっきによって銅配線材を埋め込んで導電体層を形成し、導電体層表面の余分な銅を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）によって除去し平坦化して配線を形成するいわゆるダマシン方法が採用されている。
【０００３】
近年、デバイスの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、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することがあるため、研磨圧力を極端に低下させて研磨する超低圧研磨方法が検討されてきた。
【０００４】
この超低圧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３つの方法（電気化学的研磨方法及び電気化学的機械的研磨方法）が提案されている。
【０００５】
（１）デバイスウエハにアノード電極を接触させ、カソードに曲率を持たせて電解液中で対峙させて、導電体層を溶解、除去する電気化学的研磨方法である（例えば、特許文献１）。
しかし、この方法は、ウエハ表面を機械的に研磨していないので平坦化性能が十分でなく、配線形成するために、電気化学的研磨の後にＣｕ−ＣＭＰを実施する必要があった。
（２）電解液で満たされた容器（ベジン）に研磨部材を有する回転定盤を設置し、回転定盤と、容器底部に設置したカソードを対峙させて、デバイスウエハにアノード電極を接触させながら研磨部材に押し付けて（押圧して）電気化学的機械的研磨を行う方法である（例えば、特許文献２）。
しかし、一般に、Ｃｕ−ＣＭＰ装置は、Ｃｕ−ＣＭＰ（粗研磨と仕上げ研磨の２ステップになることもある）と、バリアメタルＣＭＰとを行うために、マルチプラテン／マルチヘッド型が主流である。そのため、この方法は、第１ステップにおいて、電解研磨装置を用いて余分な導電体層の除去加工（粗研磨）を行い、第２ステップと第３ステップにおいて、従来のＣｕ−ＣＭＰ装置を用いて研磨するため、装置が高価になるという問題があった。
（３）プラテンに搭載し、アノードとカソードとを有する研磨パッドを用いる電気化学的機械的研磨方法である（例えば、特許文献３）。
しかし、この方法では、電解液が研磨パッドの表面を覆うように供給されるため、プラテンの回転数を上げると遠心力の作用で電解液が飛散してしまい、ウエハ面内均一性が劣化するなど、安定した研磨ができない欠点があった。
【０００６】
以上の３つの方法における問題を解決するために、本件発明者の一人によって、特許文献４には、デバイスウエハの銅配線材をアノードとし、プラテンをカソードとして複数の電解液収容部に電解液を充填して電解セルを形成させ、プラテン・ロータリー型研磨装置等を用いて電気化学的に研磨する方法が開示されている。
この電気化学的研磨方法は、プラテン・ロータリー型研磨装置等を使用し、マルチプラテン／マルチヘッドの一つのプラテン／ヘッドにユーザーが研磨パッドを貼るだけで自由に電気化学的研磨用とすることができるので、電気化学的機械的研磨とバリアメタルＣＭＰを組み合わせたマルチステップ研磨を従来のＣＭＰ装置を使って行うことができる。そのため、装置のコストダウンを達成することができる。また、電解セルをデバイスウエハに対して相対移動可能に形成して、デバイスウエハの表面の余分な銅配線材を電気化学的に溶解、除去することによって、超低圧ＣＭＰの課題である研磨レートの改善を達成することができる。
【０００７】
この方法を用いて、さらなる平坦性、ウエハ面内均一性の改善をする場合、銅配線材に対する研磨パッドの研磨圧力を大きくすること、相対速度を速くすることが考えられる。
しかし、研磨圧力を大きくすると、銅配線材がデバイスウエハから剥離する等の問題が生じるという問題がある。
また、相対速度を速くするためには、プラテン・ロータリー型の研磨装置の場合、プラテンの回転速度を速くする必要がある。ところが、プラテン上の周速度の違い（電解セルパッドの中心が遅く、外周部が速い）によって各電解セルの電解液に生じる遠心力が異なるので、各電解セル間で電解液の液面に差が生じる。このため、ウエハ面内均一性が劣化する可能性があった。
さらに、配線溝に形成された導電体層を、ウエハ表面の導電体層と同程度のレートで溶解、除去してしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２００３−１９３３００号公報
【特許文献２】特表２００４−５３１８８５号公報
【特許文献３】Ｐｕｂ．Ｎｏ．ＵＳ２００４／０２１４５１０Ａ１号公報
【特許文献４】特開２００５−１３９４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、デバイスウエハの導電体層を、平坦性とウエハ面内均一性とを改善して、電解セルを用いて電気化学的機械的に研磨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】
【０００９】
前記課題を解決するために、請求項１の発明は、電解液（Ｅ）を収容する複数の電解液収容部（Ｆ）を有し、デバイスウエハ（Ｄ）の導電体層（Ｄ１）をアノードとし、前記アノードの対極のカソードとの間に前記電解液（Ｅ）を接触させて電解セル（Ｃ）を形成し、電圧を印加することにより、導電体層（Ｄ１）を電気化学的に研磨する研磨パッドにおいて、導電体層（Ｄ１）を押圧し、導電体層（Ｄ１）に対して相対移動することにより、導電体層（Ｄ１）を電気化学的機械的に研磨する機械的研磨層（６２，３６２）と、前記機械的研磨層（６２，３６２）の前記電解セル（Ｃ）以外の部分に配置され、導電体層（Ｄ１）に当接して電気的に導通可能な接触導電体（６１，２６１）と、前記機械的研磨層（６２，３６２）よりも下側に設けられ、前記接触導電体（６１，２６１）に電力を伝達する電力伝達部（６３，１６３）と、前記電力伝達部（６３，１６３）と前記カソードとの間を絶縁する絶縁層（６４，６５，１６４，１６５）と、を備えるデバイスウエハ用の研磨パッドである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、前記接触導電体（６１，２６１）の表面（６１ａ，２６１ａ）は、前記機械的研磨層（６２，３６２）の表面（６１ａ，２６１ａ）に対して突出するように設けられ、導電体層（Ｄ１）を当接することにより押下げられ、導電体層（Ｄ１）と前記機械的研磨層（６２，３６２）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である。
請求項３の発明は、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、前記接触導電体（２６１，３６１）の表面の前記変位は、前記接触導電体（２６１，３６１）自身の弾性変形によること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
請求項４の発明は、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、前記接触導電体（６１，２６１）は、弾性部材（６４，１６８）により支持され、前記接触導電体（６１，２６１）の前記変位は、前記弾性部材（６４，１６８）の弾性変形によること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
請求項５の発明は、請求項４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（６４）は、前記弾性部材を兼用すること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
請求項６の発明は、請求項４に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、前記接触導電体（６１）は、前記電力伝達部（１６３）の上面に配置され、前記電力伝達部（１６３）は、前記接触導電体（６１）の表面の前記変位に追従して、屈曲可能であり、前記弾性部材（１６８）は、前記電力伝達部（６３，１６３）を下面側から支持することにより、前記接触導電体（６１）の表面（６１ａ）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である。
請求項７の発明は、請求項１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、弾性材料から形成された第１の層（６４）と、前記第１の層（６４）よりも下層に設けられ、前記第１の層（６４）よりも剛性のある第２の層（６５）と、を備えることを特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
請求項８の発明は、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、前記第１の層（６４）は、エラストマ材から形成され、前記第２の層（６５）は、合成樹脂から形成されること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
請求項９の発明は、請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、前記接触導電体（６１，２６１）は、導電体層（Ｄ１）に対して面接触すること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
請求項１０の発明は、請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、前記接触導電体（６１，２６１）は、金、白金、銅、チタン合金、又はステンレス鋼から形成されること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
請求項１１の発明は、請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、前記接触導電体（６１，２６１）は、表面が鏡面であること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
請求項１２の発明は、請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、前記接触導電体（６１，２６１）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である。
請求項１３の発明は、請求項１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（１６３）と前記電解液（Ｅ）との間を絶縁する絶縁部（１６４ｄ）を備えること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
請求項１４の発明は、請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、前記電解セル（Ｃ）の直径は、１０〜１００ｍｍ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である。
請求項１５の発明は、請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、前記電解液収容部（Ｆ）の開口部の総面積は、パッド総面積の２０〜８０％の割合であること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
請求項１６の発明は、請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、前記電解液収容部（Ｆ）間を連結するように設けられ、前記電解液（Ｅ）が前記電解液収容部（Ｆ）間を移動するための連結路（１６５Ｃ）を有すること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
請求項１７の発明は、請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、前記接触導電体（６１，２６１）は、導電体層（Ｄ１）よりも硬度が低いこと、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
請求項１８の発明は、請求項１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（６３，１６３）は、金、銅、白金、チタン合金、ステンレス鋼又はカーボンから形成されること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
請求項１９の発明は、請求項１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（６３，１６３）は、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、又は合成樹脂との複合炭素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である。
請求項２０の発明は、請求項１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（６２，３６２）は、表面に溝を有すること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
請求項２１の発明は、請求項１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（６２，３６２）は、ポリウレタン又は発泡ポリウレタンから形成されること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
請求項２２の発明は、請求項１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（６２，３６２）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である。
請求項２３の発明は、請求項１に記載のデバイスウエハの研磨パッドにおいて、研磨装置（５０）の定盤（５１）に載置され、前記定盤（５１）に対して電気的に接続され、前記カソードを形成する導電性シート層（６６）を備えること、を特徴とするデバイスウエハ用の研磨パッドである。
【発明の効果】
【００１１】
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、機械的研磨層が、導電体層を押圧し、導電体層に対して相対移動することにより導電体層を電気化学的機械的に研磨する。また、接触導電体は、機械的研磨層の電解セル以外の部分に配置され、導電体層に当接して電気的に導通可能である。
これにより、デバイスウエハの導電体層の余分な部分を、機械的研磨と電気化学的研磨とによって、すなわち、電気化学的機械的研磨（ＥＣＭＰ）によって除去することができる。
このため、ＢＴＡ（ベンゾトリアゾール）などの防食剤や、グリシン及び界面活性剤などの添加剤（以下、保護膜形成剤）を含んだ電解液を用いることにより、導電体層表面（凹凸面）は、電気化学的な保護膜（不働態皮膜）が形成されるので、研磨パッドは、凹部以外の不働態皮膜のみを機械的研磨によって除去することができる。すなわち、研磨パッドは、導電体層表面の凹部に不働態皮膜を形成したまま、凸部の不働態皮膜を機械的に除去するため、導電体層表面の凸部のみを電気化学的に溶解、除去して余分な導電体層を除去することができるので、平坦性が改善でき、配線溝に導電体層を効率よく残存させ、デバイスウエハの配線形成をすることができる。
さらに、電力伝達部が、機械的研磨層よりも下側に設けられ、接触導電体に電力を伝達するため、電力伝達部が導電体層に接することを防止できるので、接触導電体に、効率よく電力を供給することができる。
【００１２】
（２）本発明は、接触導電体の表面が、機械的研磨層の表面に対して突出するように設けられ、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、接触導電体と導電体層とを電気的に安定して導通させることができる。
【００１３】
（３）本発明は、接触導電体の表面が、接触導電体自身の弾性変形によって変位するので、導電体層と接触導電体との導通を維持したまま、導電体層を機械的研磨層とを当接させることができる。
【００１４】
（４）本発明は、接触導電体が、弾性部材により支持され、接触導電体の表面が、弾性部材の弾性変形によって変位するので、（３）と同様な効果を得ることができる。また、弾性部材を変更し、弾性係数を変更することにより、導電体層と接触導電体の導通の度合いを容易に調整することができる。
【００１５】
（５）本発明は、絶縁層が、弾性部材を兼用する。すなわち、絶縁層が接触導電体の表面を変位可能にする構造を兼用することにより、研磨パッドの構成をシンプルにすることができる。
【００１６】
（６）本発明は、接触導電体が電力伝達部の上面に配置され、電力伝達部が接触導電体の表面の変位に追従して屈曲可能である。弾性部材は、電力伝達部をその下面側から支持することにより、電力伝達部を介して、接触導電体をその表面が変位可能に支持する。
これにより、（４）と同様な効果を得ることができる。
【００１７】
（７）本発明は、電解液を収容する複数の電解液収容部を有し、また、電解液を移動させるために電解液収容部間に連結路が設けられるので、電解セルを形成するために導電体層が電解液収容部の開口部を塞いだときにも、電解液を流動させることができる。すなわち、電解セルが連結路によって接続されている構造になっていることから、効率よく電解液を移動させることができる。
【００１８】
（８）本発明は、絶縁層が、弾性材料から形成された第１の層と、第１の層よりも下層に設けられ、第１の層よりも剛性のある第２の層を備えている。これにより、接触導電体を上下方向に移動可能に支持するとともに、研磨パッド全体の剛性を向上することができる。
【００１９】
（９）本発明は、接触導電体として、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することによって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。もしくは、接触導電体として、金、銅、白金、チタン合金、又はステンレス鋼を用いることによって電極での接触抵抗を低減することが可能となる。
【００２０】
（１０）本発明は、接触導電体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、また、導電体層の損傷（ダメージ）を防止することができる。
【００２１】
（１１）本発明は、接触導電体の表面が鏡面であるので、導電体層の損傷（ダメージ）を防止することができる。
【００２２】
（１２）本発明は、電力伝達部と電解液との間を絶縁する絶縁部を備えるので、供給した電力を、効率よく導電体層に伝達することができる。また、電力伝達部と電解液とが接することによる電解液の電気分解を防止することができるので、供給した電力を、効率よく導電体層の電気化学研磨に利用することができる。
【００２３】
（１３）本発明は、接触導電体が導電体層よりも硬度が低いので、導電体層の損傷（ダメージ）を防止することができる。
【００２４】
（１４）本発明は、機械的研磨層が表面に溝を有するので、平坦化性能を改善して機械的研磨の効率を向上することができる。また、この溝を用いて、電解液を効率よく供給、排出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は、デバイスウエハの導電体層を、平坦性とウエハ面内均一性とを改善して、電解セルを用いて電気化学的機械的に研磨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、研磨パッドの導電体層、導電性シート層と電解液とから電解セルを形成し、導電体層を電気化学的に、溶解、除去して研磨可能とし、また、研磨部材層と導電体層とを当接させながら相対移動させることにより、電気化学的な保護膜Ｇ（不働体皮膜）を機械的に除去可能とすることにより実現した。
【実施例１】
【００２６】
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、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。
【００２７】
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、デバイスウエハＤを導電体層Ｄ１が下側になるように装着される。
【００２８】
電源５３は、電気化学的研磨（ＥＣＰ）を行なう電解セル（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、また、研磨パッド６０の導電性シート層６６（後述する）にカソードを形成する。供給する電力は、一般的には直流電力であるが、電力波形は、パルス状であっても、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、導電性部材層６３に電力を伝達するための部材である。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（後述する）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いが、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は、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、酸化剤などを含ませることができる。
【００２９】
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、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。
【００３０】
次に、研磨パッド６０の構成等について説明する。
図２は、研磨パッド６０を示す斜視図である。図３は、研磨パッド６０の一部を拡大して示す図であり、図３（ａ）は、平面図（図２に示す矢印Ａ方向から示す図）、図３（ｂ）は、縦断面図（図３（ａ）に示すＢ−Ｂ部矢視断面図）である。なお、各図は、研磨パッド６０の各層の構成を分かりやすくするために、厚みを強調して示す。
図２、図３に示すように、研磨パッド６０は、電解液Ｅを収容するための複数の電解液収容部Ｆが設けられた円盤状のパッドである。研磨パッド６０は、４つの接触導電体６１が設けられ、また、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、導電性粘着テープ６７とが、上側からこの順に積層されている。
【００３１】
接触導電体６１は、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１に当接することにより電気的に導通し、導電体層Ｄ１にアノードを形成するための部材である（図３（ｂ）参照）。接触導電体６１は、導電体層Ｄ１に当接したときに、導電体層Ｄ１を損傷しないように、導電体層Ｄ１を形成する銅よりも硬度が低い材料から形成される。本実施例では、４つの接触導電体６１を、平面図において、研磨部材層６２の研磨パッド面の中心から略等距離の位置で、略等角度（本実施例では、９０度）になる位置に配置した例を示す。また、接触導電体６１は、電解セルを形成する貫通孔６２ａ以外の部分に配置されている。接触導電体６１は、その表面が研磨部材層６２の表面よりも所定量（例えば、０．５ｍｍ以下）突出するように設けられ、また、その下面が後述する導電性部材層６３に接している。接触導電体６１は、後述するように弾性材料から形成された第１絶縁層６４により、鉛直方向（導電体層Ｄ１に当接する方向）に移動可能に支持される。これにより、接触導電体６１の表面６１ａは、導電体層Ｄ１に当接したときに、この方向に変位することができる。
【００３２】
接触導電体６１の材料としては、金属（金、白金、チタン合金、銅、ステンレス鋼等）や、炭素素材（カーボンを主成分とした炭素繊維、黒鉛繊維、黒鉛、アモルファスカーボン、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等）等が挙げられる。
接触導電体６１と導電体層Ｄ１との接触は、点接触、線接触、面接触のいずれの方法でもよい。しかし、点接触や線接触による導通は、接触点数を多くしても、合計の接触面積が小さいため、接触部分の電流密度が過大となる。これによって、発熱や電圧降下等の問題があるばかりか、接触面積が小さいことによる圧力の集中によって、導電体層Ｄ１にダメージを与える等の問題がある。このため、接触導電体６１は、面接触（直径が５〜２０ｍｍ程度）による接触方法が適切である。また、接触導電体６１は、前記金属やカーボン等の硬度が導電体層Ｄ１より高い材料の場合、導電体層Ｄ１にダメージを与えないために、接触導電体の表面を鏡面とする必要がある。導電体層Ｄ１よりも硬度が低い材料の場合、天然黒鉛、合成樹脂やエラストマ材との複合炭素材が、ダメージを与えない材料として適しており、中でも天然黒鉛が、導電性が比較的大きく、導電体層Ｄ１へのダメージを与えない材料として最も適している。
【００３３】
研磨部材層６２（機械的研磨層）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（後述する）を機械的に除去するための部材である。研磨部材層６２は、研磨装置５０のプラテン５１と研磨ヘッド５２（図１参照）とが回転運動することにより、デバイスウエハＤに対して相対移動することができる。研磨部材層６２は、円盤状の部材であり、図３に示すように、接触導電体６１を設けるための貫通孔６２ａと、電解液収容部Ｆを形成するための貫通孔６２ｂとが設けられている。
【００３４】
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（発泡構造のポリウレタン材、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）、又は研磨部材がシリカ（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二種類以上を使用することができる。
さらに、研磨部材層６２は、表面を窪ませて設けた同心円溝やｘｙ溝（図示せず）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、これらの溝を用いて電解液Ｅの供給、排出をすることができる。
【００３５】
導電性部材層６３（電力伝達部）は、研磨装置５０の装置側電極５５（図１参照）と接触導電体６１とを導通させ電力を伝達するための部材であり、円盤状に形成され、研磨部材層６２の下層に積層されている。導電性部材層６３は、図３に示すように、平面における外形が研磨部材層６２よりも大きく形成されており、上面の露出部分６３ａが装置側電極５５に接触することにより、電源５３の電力を接触導電体６１に伝達する。また、導電性部材層６３は、その上面が、接触導電体６１に対して電気的に接続され、接触導電体６１を下面から支持するよう配置される。導電性部材層６３は、電解液収容部Ｆを形成するための貫通孔６３ｂが設けられている。
【００３６】
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等）等から形成される。
【００３７】
第１絶縁層６４、第２絶縁層６５からなる絶縁層は、接触導電体６１、導電性部材層６３と、後述する導電性シート層６６との間を電気的に絶縁するための部材であり、円盤状に形成され、導電性部材層６３の下層に積層されている。第１絶縁層６４、第２絶縁層６５の全体の厚さは、０．５〜５ｍｍ程度である。第１絶縁層６４、第２絶縁層６５は、電解液収容部Ｆを形成するための貫通孔６４ｂ，６５ｂが設けられている。
第１絶縁層６４は、接触導電体６１を鉛直方向に移動可能に支持するために、エラストマ材等の弾性材料から形成される。すなわち、第１絶縁層６４は、接触導電体６１の表面６１ａを変位可能にするための弾性部材を兼用することにより、研磨パッド６０の構成をシンプルにすることができる。
第２絶縁層６５は、電気絶縁性を有し、第１絶縁層６４よりも剛性のある合成樹脂等（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。
【００３８】
接触導電体６１は、デバイスウエハＤによって直接加圧されるため、接触導電体６１の押圧の値は、研磨圧力とほぼ等しい。超低圧研磨では、研磨圧力が６．９×１０-4〜６．９×１０-3Ｎ／ｍ2（７〜７０ｇｆ／ｃｍ2、０．１〜１ｐｓｉ）の範囲で使用されるため、接触導電体６１の直下部の絶縁層が圧縮されて接触導電体６１が鉛直方向に移動し、導電体層Ｄ１が研磨部材層６２に押圧される必要がある。例えば、研磨圧が６．９×１０-2Ｎ／ｍ2（７ｇｆ／ｃｍ2、０．１ｐｓｉ）で接触導電体６１が研磨部材層６２表面より０．３ｍｍ突き出している場合、絶縁層６４は、縦弾性係数が６．９×１０-3Ｎ／ｍ2（７０ｇｆ／ｃｍ2）以下であるものを選択する必要がある。また、接触導電体６１と導電体層Ｄ１とを安定して接触させて、電気的に導通させるために、絶縁層６４の縦弾性係数を４．９×１０-3〜６．９×１０-3Ｎ／ｍ2（５０〜７０ｇｆ／ｃｍ2）程度に設定するのが好適である。
【００３９】
導電性シート層６６は、電解セルのカソードを形成するためのシート部材であり、円盤状に形成され、第２絶縁層６５の下層に積層されている。導電性シート層６６は、図３（ｂ）に示すように、第２絶縁層６５の貫通孔６５ｂを下側から塞ぐことにより、電解液Ｅを収容するための電解液収容部Ｆの底部を形成する。導電性シート層６６は、後述する導電性粘着テープ６７とプラテン５１とを介して、直流電源５３（図１参照）に対して電気的に接続されている。以上の構成により、導電性シート層６６は、電解液収容部Ｆに電解液が収容されたときに、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。
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、チタン合金なども使用できるが、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。
導電性粘着テープ６７は、研磨パッド６０をプラテン５１に貼付するための粘着テープであり、研磨パッド６０とプラテン５１とを導通させるために、導電性を有している。ただし、プラテンがアルミナセラミックなどの非導電材料で形成される場合は、省略することができる。
【００４０】
図４は、研磨時において、研磨パッド６０とデバイスウエハＤとが、電解セルＣを形成する状態を拡大して示す縦断面図である。
図４の状態において、接触導電体６１の表面６１ａは、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１に当接することにより押し下げられ、導電体層Ｄ１と研磨部材層６２とが当接するまで変位する。これは、第１絶縁層６４が圧縮され、弾性変形するためである。
また、導電性部材層６３は、研磨部材層６２よりも下側に設けられているので、導電体層Ｄ１に接することがないので、接触導電体６１に、効率よく電力を供給できる。
【００４１】
研磨時において、研磨パッド６０の電解液収容部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。導電体層Ｄ１は、電源５３（図１参照）のプラス電極に対して、装置側電極５５、導電性部材層６３、接触導電体６１（図３参照）を介して、電気的に接続されているためアノードとなる。一方、導電性シート層６６は、電源５３のマイナス電極に対して、プラテン５１、導電性粘着テープ６７、を介して、電気的に接続されているためカソードとなる。
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、除法される。
【００４２】
なお、電解液収容部Ｆの径は、デバイスウエハＤの径よりも小さく形成する必要があり、その横断面が円形の場合には、直径１０〜１００ｍｍの大きさとするのが好ましい。さらに、１５〜３０ｍｍであることが研磨のウエハ面内の均一性を改善する上でも望ましい。直径をこの大きさにする理由は、直径が１０ｍｍ以下であると、直径に対して電解液収容部の深さが大きくなるため、電解液Ｅを安定して導電体層Ｄ１に接触させることが困難になるので、これを防止するためである。
また、研磨パッド６０の総面積（研磨部材層６２の上面の面積（電解液収容部Ｆの開口を含む））に対する電解液収容部１４の開口の総面積の割合は、２０〜８０％であるのが好ましい。さらに、４０〜６０％が研磨のウエハ面内均一性を改善する上でも望ましい。この理由は、この割合が少なすぎると電気化学的研磨能率が低下し、多すぎると導電性部材層６３の電気抵抗が大きくなりすぎ、かつ機械的研磨能率が低下して平坦性が劣化するからである。また、電解液収容部Ｆは、研磨パッド６０に複数の開口が形成されていればよく、その横断面は、円形に限定されず、多角形でもよい。さらに、電解液収容部Ｆは、円形又は多角形のような孔でなくとも、リング状又は直線状の開口に形成してもよい。
【００４３】
図５は、研磨パッド６０によるデバイスウエハＤの研磨工程を示す縦断面図である。図５（ａ）は、研磨前の状態、図５（ｂ）〜図５（ｅ）は、研磨中の状態、図５（ｆ）は、研磨後の状態をそれぞれ示す図である。なお、以下の説明において、研磨面（図中下側の面）を下面、その反対側の面を上面（図中上側の面）として説明する。
最初に、デバイスウエハＤの構成について説明する。
図５（ａ）に示すように、研磨前には、デバイスウエハＤは、下層側から、導電体層Ｄ１、バリアメタルＤ２、層間絶縁膜Ｄ３が積層されている。（図中、トランジスタ部分は、省略して示す。）
【００４４】
導電体層Ｄ１は、デバイスウエハＤの配線を構成するための層であり、銅をめっき等の手法を用いて積層させて形成される。導電体層Ｄ１は、層間絶縁膜Ｄ３の下面を窪ませて設けられた配線溝Ｄ３ａに積層された部分が、残存するように研磨されることにより（図５（ｆ）参照）、デバイスウエハＤ内を配線する。導電体層Ｄ１は、層間絶縁膜Ｄ３の配線溝Ｄ３ａの範囲に積層された部分に、窪み（凹部Ｄ１ａ）が形成される場合がある。ただし、導電体層Ｄ１に凹部Ｄ１ａが形成されていても、本実施例の研磨パッド６０は、後述するように、均一に導電体層Ｄ１を研磨することができる。
【００４５】
バリアメタルＤ２は、導電体層Ｄ１の金属原子が層間絶縁膜Ｄ３に移動（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）することを防ぐために設けられている。このバリアメタルＤ２は、融点が高く、導電性がある材料、例えば、窒化タンタルや窒化チタンなどの金属窒化物を使用することができる。
層間絶縁膜Ｄ３は、デバイスウエハＤの各層の間を絶縁するための絶縁層（膜）である。
【００４６】
次に、デバイスウエハＤの研磨工程を説明する。
図５（ａ）に示す状態において、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１と研磨パッド６０の導電性シート層６６とが当接し、電解セルＣ（図４参照）によって、導電体層Ｄ１の下面の表層は、溶解、除去される。導電体層Ｄ１の溶解、除去が進行すると、図５（ｂ）に示すように、電解液Ｅの保護膜形成剤（防食剤や界面活性剤）の作用により、導電体層Ｄ１の下面表面に電気化学的な保護膜Ｇ（銅の錯体層）が形成され、これが不働態皮膜（ｐａｓｓｉｖｅ  ｆｉｌｍ）となり、導電体層Ｄ１の溶解が停止する。
研磨パッド６０の研磨部材層６２（図４参照）は、研磨装置５０（図１参照）によって、デバイスウエハＤに対して相対移動しているので、保護膜Ｇは、機械的に除去される。このとき、凹部Ｄ１ａに形成された保護膜Ｇは、研磨パッド６０に接しないので、導電体層Ｄ１の凸部Ｄ１ｃ，Ｄ１ｄに形成された保護膜Ｇのみが除去される。
【００４７】
そして、図５（ｃ）に示すように、導電体層Ｄ１の凸部Ｄ１ｃ，Ｄ１ｄの銅が露出したならば、この露出した部分のみが、電解セルＣによって、溶解、除去され、再び形成された保護膜Ｇが機械的に除去される。
以上のような工程が瞬時に繰り返され、研磨パッド６０は、導電体層Ｄ１を電気化学的機械的に研磨し、凸部Ｄ１ｃ，Ｄ１ｄの除去速度を、凹部Ｄ１ａよりも速くすることができる。そして、研磨パッド６０は、導電体層Ｄ１の表面を、図５（ｄ）に示すように、平面にすることができる。
【００４８】
図５（ｄ）の状態では、導電体層Ｄ１は、下面が平面であるので、バリアメタルＤ２下面までの部分（図５（ｄ）に示す範囲Ｈ１の部分）は、同一の研磨レートで電気化学的機械的に除去され、図５（ｅ）の状態となる。
【００４９】
図５（ｅ）の状態では、デバイスウエハＤは、導電体層Ｄ１とバリアメタルＤ２とが、下面に露出した状態となる。多層積層配線化をする場合には、層間絶縁膜Ｄ３を露出させ（図５（ｆ）の状態）、この上にさらに層間絶縁膜を堆積する。このため、導電体層Ｄ１と、導電体層Ｄ１と材質の異なるバリアメタルＤ２の下面の表層（図５（ｅ）に示す範囲Ｈ２の部分）を同時に層間絶縁膜Ｄ３の表面まで除去する必要がある。これらの除去は、前述したマルチプラテンマルチヘッド型の研磨装置を用いて、第２ステップとして、従来の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により行われる。さらにデッシング（導電体層Ｄ１が余分に研磨除去された状態）の修正が必要な場合、第３ステップとして、層間絶縁膜Ｄ３を化学的機械的に研磨する。
【００５０】
以上のように、電気化学的機械的研磨は、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１を、図５（ａ）から図５（ｅ）の状態に研磨するものであり、電気的な保護膜の形成と保護膜の機械的除去及び銅の溶解除去（電気化学的除去）をバランスよく行い、高い研磨レートと面内均一性を維持したまま、平坦化することができる。
【００５１】
以上説明したように、本実施例の研磨パッド６０は、プラテン・ロータリー型の研磨装置５０に取り付けられる。そして、研磨部材層６２（機械的研磨層）は、導電体層Ｄ１を押圧した状態で相対移動させ、また、接触導電体６１は、研磨部材層６２の電解セルＣ以外の部分に配置され、研磨部材層６２の表面よりも突出するように設けられ、導電体層Ｄ１に当接して電気的に導通する。これにより、導電体層Ｄ１を電気化学的作用により不働態化すると同時に、導電体層Ｄ１の凸部Ｄ１ｃ，Ｄ１ｄを選択的に機械的に除去し、さらに電気化学的に除去することができる。すなわち、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１の余分な部分を、機械的除去と電気化学的除去とをバランスよく行い、高い平坦性を実現することができる。
【実施例２】
【００５２】
次に、本発明を適用した研磨パッドの実施例２について説明する。
実施例２の研磨パッドは、実施例１の接触導電体６１の保持方法を変更し、また、電解液収容部間に連結路を設けたものである。なお、前述した実施例１と同様な機能を果たす部分には、重複する説明を適宣省略し、主に変更箇所について説明する。
図６〜図８は、実施例２の研磨パッド１６０を示す図である。図６（ｂ）は、縦断面図、図６（ａ）は、横断面図（図６（ｂ）に示すＩ−Ｉ部矢視断面図）であり、図７は、研磨時の状態を示す縦断面図、図８は、接触導電体の支持構造を示す斜視図である。
図６に示すように、研磨パッド１６０は、導電性部材層１６３と、第１絶縁層１６４と、第２絶縁層１６５と、弾性部材１６８とを備えている。
【００５３】
導電性部材層１６３は、図６（ａ）に示すように、円環部１６３ａと、腕部１６３ｂと、電極支持部１６３ｃとを有している。
円環部１６３ａは、導電性部材層１６３の外郭の部分である。腕部１６３ｂは、円環部１６３ａと電極支持部１６３ｃとを接続する腕状の部分であり、円環部１６３ａ側を支点として屈曲し、電極支持部１６３ｃを上下方向に移動することができる。電極支持部１６３ｃは、平面形状が、接触導電体６１と略同形の部材であり、その上側に接触導電体６１を配置し、接触導電体６１に電力を伝達する。
【００５４】
第１絶縁層１６４、第２絶縁層１６５からなる絶縁層は、導電性部材層１６３と、導電性シート層６６との間を電気的に絶縁するための部材であり、剛性の高い樹脂等（例えば、ポリカーボネート等）から形成される。第１絶縁層１６４、第２絶縁層１６５は、電極支持部１６３ｃと弾性部材１６８（後述する）とを収容するために、研磨部材層６２の貫通孔６２ａに連通した貫通孔１６４ａ，１６５ａが設けられている。
【００５５】
第１絶縁層１６４は、電解液収容部Ｆに収容された電解液Ｅと、導電性部材層１６３との間を絶縁できるように、導電性部材層１６３を収容する溝１６４ｃが設けられている。すなわち、第１絶縁層１６４の部分１６４ｄ（絶縁部）は、導電性部材層１６３が電解液収容部Ｆに露出することを防止している。そして、第１絶縁層１６４は、図７に示すように、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１を電解、溶解するときに、電解液Ｅと導電性部材層１６３とが隔離され、電解液Ｅの水の電気分解に消費される電流の流れを防止することができる（図７に示す矢印Ｊ参照）。これにより、研磨パッド１６０は、供給された電力を、導電体層Ｄ１の電解、溶解に、効率よく用いることができる。
【００５６】
第２絶縁層１６５は、図６に示すように、開口１６５ｃが設けられており、電解セルＣ（図４参照）を形成する電解液収容部Ｆ間を連結する連結路（貫通孔）を形成する。このため、電解液Ｅは、電解液収容部Ｆ間を移動することができる。すなわち、電解液収容部Ｆの上部開口部から入った電解液Ｅは、この連結路を介して電解液収容部Ｆの滞留を防止することにより、電解液の劣化を防止することができる。また、研磨パッド１６０は、電解液収容部Ｆに排出口（図示せず）を設けることにより、上部開口部以外から電解液Ｅを排出することができるので、電解液Ｅをより新しい状態に保つことができる。
なお、第１絶縁層１６４、第２絶縁層１６５は、構成を簡略にするために一体で形成してもよいが、電解液収容部Ｆ間の連結路を形成する場合、別部材とした方が、加工性が良好である。
【００５７】
弾性部材１６８は、接触導電体６１を上下に移動可能に支持するための部材である。弾性部材１６８は、例えば、フッ素系ゴム材、エラストマ樹脂から形成された円柱状の部材、又はステンレス鋼等から形成されたコイルバネ、板バネ等である。弾性部材１６８にゴム系の材料を用いるときは、例えば、ゴム硬度をＪＩＳ  Ａ硬度１０以下とし、円柱内部を空洞にすることにより、変形量を大きくすることができる。弾性部材１６８は、図８に示すように、導電性部材層１６３の電極支持部１６３ｃを介して、接触導電体６１を支持している。弾性部材１６８は、第１絶縁層１６４、第２絶縁層１６５の貫通孔１６４ａ、１６５ａに収容される。弾性部材１６８は、接触導電体６１とデバイスウエハＤとを安定して接触させて、電気的に導通させるために、バネ定数を、９．８×１０2〜６．９×１０3Ｎ／ｍ（１〜７ｋｇｆ／ｃｍ）程度に設定するのが好適である。また、バネ定数の調整は、弾性部材１６８を交換することにより、容易に行なうことができるので、導電体層Ｄ１と接触導電体６１との接触圧を調整して、電気的な導通の度合いを容易に調整することができる。
【００５８】
弾性部材１６８が、接触導電体６１を支持する動作を説明する。
接触導電体６１は、研磨時において、図７に示すように、デバイスウエハＤによって、鉛直方向下側（矢印Ｚ３方向）に押圧される。このとき、図８に示すように、電極支持部１６３ｃは、腕部１６３ｂによって上下方向（矢印θ３方向）に移動可能であるので、接触導電体６１に接した状態で、鉛直方向下側に移動する。そして、弾性部材１６８は、接触導電体６１、電極支持部１６３ｃの移動に応じて、鉛直方向（矢印Ｚ４方向）に圧縮することにより、接触導電体６１を支持することができる。これにより、接触導電体６１の表面６１ａは、鉛直方向に変位することができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施例の研磨パッド１６０は、第１絶縁層１６４が、導電性部材層１６３（電力伝達部）と電解液Ｅとの間を絶縁する部分１６４ｄ（絶縁部）を備えるので、供給された電力を、効率よく導電体層に伝達することができる。また、導電性部材層１６３と電解液Ｅとが接することによる電気分解を防止することができるので、供給した電力を、効率よく導電体層の電気化学研磨に利用することができる。
【００６０】
また、第２絶縁層１６５は、電解液Ｅを循環するための連結路（貫通孔）を形成する。これにより、電解セルＣを形成するために、導電体層Ｄ１が電解液収容部Ｆ（凹部）の上部開口部を塞いだときにも、電解液Ｅを移動することができる。特に、オービタル型の研磨装置は、電解液収容部Ｆ（凹部）の上部開口部が常に塞がれた状態になるので、研磨パッド１６０を用いる効果が大きい。なお、オービタル型の研磨装置では、電解研磨パッドの下から電解液を供給することが望ましい。
【００６１】
さらに、接触導電体６１は、弾性部材１６８により支持され、表面６１ａが弾性部材１６８の弾性変形によって変位することができる。これにより、研磨パッド１６０は、導電体層Ｄ１と接触導電体６１との導通を維持したまま、導電体層Ｄ１と研磨部材層６２（機械的研磨層）とを当接させることができる。また、弾性部材１６８のバネ定数を調整することにより、導電体層Ｄ１と接触導電体６１との接触圧を容易に調整することができるので、導電体層Ｄ１と接触導電体６１との電気的な導通の度合いを容易に調整することができる。
【実施例３】
【００６２】
次に、本発明を適用した研磨パッドの実施例３について説明する。
図９（ａ）に示すように、実施例３の研磨パッド２６０は、実施例１の接触導電体６１を、剛性が低い接触導電体２６１に、また、実施例１の第１絶縁層６４と第２絶縁層６５とを、一体で形成した絶縁層２６４に変更したものである。
図９（ｂ）に示すように、接触導電体２６１の表面は、研磨パッド２６０に当接したときに、接触導電体２６１自身の弾性変形によって鉛直方向下側（矢印Ｚ５方向）に変位する。
【００６３】
以上のような構成によっても、実施例１と同様に、研磨パッド２６０は、導電体層Ｄ１と接触導電体２６１との導通を維持した状態で、導電体層Ｄ１と研磨部材層６２（機械的研磨層）とを当接させることができ、電気化学的機械的研磨が可能である。また、研磨パッド２６０を、よりシンプルな構成にすることができる。
なお、前述した効果は、接触導電体２６１を、剛性の高い材料から形成し、かつ、導電性部材層６３を、弾性変形可能な材料から形成することによっても、同様に得ることができる。すなわち、研磨パッド２６０は、接触導電体２６１がデバイスウエハＤによって押圧されたときに、導電性部材層６３が弾性変形して接触導電体２６１を支持するように構成してもよい。
【実施例４】
【００６４】
次に、本発明を適用した研磨パッドの実施例４について説明する。
図１０に示すように、実施例４の研磨パッド３６０は、接触導電体３６１と、研磨部材層３６２と、ハーネス３６８とを有している。
接触導電体３６１は、研磨部材層３６２の表面を窪ませて設けられた凹部３６２ｃに収容されている。研磨部材層３６２は、絶縁性を有する材料から形成され、導電性シート層６６の上に直接積層されている。ハーネス３６８は、研磨装置５０の直流電源５３と接触導電体３６１とを、電気的に接続する配線である。
【００６５】
研磨時において、接触導電体３６１の表面３６１ａは、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１に押圧されたときに、接触導電体３６１自身の弾性変形、又は研磨部材層３６２の弾性変形により、上下方向に変位する。
以上のような構成によっても、研磨パッド３６０は、導電体層Ｄ１と接触導電体３６１とが接した状態で、導電体層Ｄ１と研磨部材層６２とを当接させることができ、導電体層Ｄ１の電気化学的機械的研磨が可能である。また、研磨パッド３６０を、さらにシンプルな構成にすることができる。
【００６６】
（変形例）
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）実施例２において、電解液Ｅと、導電性部材層１６３との間を絶縁するために、第１絶縁層１６４に溝を設けた例を示したが、これに限定されない。電解液Ｅと、導電性部材層１６３との間を絶縁できればよいので、例えば、電解液収容部Ｆの内壁に沿って、円環状に形成した絶縁部材を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明を適用した研磨パッドの実施例１を取り付ける研磨装置の斜視図である。
【図２】実施例１の研磨パッドを示す斜視図である。
【図３】実施例１の研磨パッドの一部を拡大して示す平面図、縦断面図である。
【図４】実施例１の研磨パッドの研磨時における状態を示す縦断面図である。
【図５】実施例１の研磨パッドの研磨工程を示す縦断面図である。
【図６】本発明を適用した研磨パッドの実施例２を示す縦断面図、横断面図である。
【図７】実施例２の研磨パッドの研磨時における状態を示す縦断面図である。
【図８】実施例２の接触導電体の支持構造を示す斜視図である。
【図９】本発明を適用した研磨パッドの実施例３を示す縦断面図である。
【図１０】本発明を適用した研磨パッドの実施例４を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
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
６０，１６０，２６０，３６０    研磨パッド
６１，２６１    接触導電体
６２，３６２    研磨部材層
６３，１６３    導電性部材層
６４，１６４    第１絶縁層
６５，１６５    第２絶縁層
６６    導電性シート層
６７    導電性粘着テープ
１６３ｃ    電極支持部
１６８    弾性部材
２６４    絶縁層
Ｃ    電解セル
Ｄ    デバイスウエハ
Ｄ１    導電体層
Ｄ２    バリアメタル
Ｄ３    層間絶縁膜
Ｅ    電解液
Ｆ    電解液収容部
【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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