(57)【要約】【課題】研磨パッドの表面や貫通穴内に残留した研磨生成物等の異物を、容易且つ確実に除去できるようにする。【解決手段】研磨パッド６６の研磨面６６ａに摺接して該研磨面６６ａをドレッシングするドレッサー３８の該研磨面６６ａとの対向面に、第１ブラシ毛８２と該第１ブラシ毛８２より剛性の小さな第２ブラシ毛８４を植設した。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドの研磨面に摺接して該研磨面をドレッシングするドレッサーの該研磨面との対向面に、第１ブラシ毛と該第１ブラシ毛より剛性の小さな第２ブラシ毛を植設したことを特徴とするドレッサー。
【請求項２】
前記第２ブラシ毛の長さは、前記第１ブラシ毛の長さより長いことを特徴とする請求項１記載のドレッサー。
【請求項３】
研磨パッドの研磨面に摺接して該研磨面をドレッシングするドレッサーの該研磨面との対向面に、同一剛性で、長さの異なる第１ブラシ毛と第２ブラシ毛を植設したことを特徴とするドレッサー。
【請求項４】
前記第１ブラシ毛と前記第２ブラシ毛は、一方が他方に対して、同心円状、格子状、放射状、スポット状のいずれか、またはそれらの組合せで配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のドレッサー。
【請求項５】
研磨パッドの研磨面に摺接して該研磨面をドレッシングするドレッサーの該研磨面との対向面に、＃１００以上のダイヤモンド砥粒が配置されたダイヤモンドドレス部とブラシ毛が配置されたブラシドレス部を有することを特徴とするドレッサー。
【請求項６】
前記ダイヤモンドドレス部は、前記ブラシドレス部の外周に配置されていることを特徴とする請求項５記載のドレッサー。
【請求項７】
電源の一方の極に接続された第１電極に電気的に接続され、上面に研磨パッドを有する研磨テーブルと、
基板を保持し該基板を前記研磨パッドの研磨面に押圧するトップリングと、
電源の他方の極に接続されて前記基板に通電する第２電極と、
前記研磨パッドの前記研磨面に液体を供給する液体供給部と、
前記研磨パッドの前記研磨面をドレッシングする請求項１または５に記載の少なくとも一方のドレッサーと、
前記トップリングで保持された基板と前記研磨パッドとを相対移動させる相対移動機構を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項８】
新規な研磨パッドを有する研磨装置の立上げ時に、＃１００以上のダイヤモンド砥粒が配置されたダイヤモンドドレス部とブラシ毛が配置されたブラシドレス部を有するドレッサーを前記研磨パッドの研磨面に摺接させて該研磨面のドレッシングを行い、
研磨中または研磨のインターバル時に、第１ブラシ毛と該第１ブラシ毛より剛性の小さな第２ブラシ毛を有するドレッサーを前記研磨パッドの研磨面に摺接させて該研磨面のドレッシングを行うことを特徴とするドレッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドレッサー、研磨装置及びドレッシング方法に関し、特に半導体ウェハ等の基板に形成した絶縁膜（層間絶縁膜）内に設けた微細な配線用凹部の内部に埋込んだ銅等の配線材料（金属）を研磨して配線を形成するのに使用される研磨装置の研磨パッドをドレッシングするドレッサー、該ドレッサを備えた研磨装置及び研磨パッドのドレッシング方法に関する。
【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、銅または銅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等のウェットプロセスや、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。配線金属膜を形成した後の基板表面には、配線金属膜が配線パターンに起因した凹凸を有した状態で存在しており、このため、一般に、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）、電解研磨、電気化学的機械的研磨等のいわゆる平坦化法で、先ず配線金属膜表面の凹凸を平坦化した後に配線用凹部以外の余分な配線金属膜及びバリア膜を除去するようにしている。
【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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
銅膜等の配線金属膜を研磨して微細配線を形成する研磨工程においては、多くの研磨生成物が生成される。そして、研磨生成物等の異物が半導体ウェハ等の基板の表面（被研磨面）や研磨パッドの表面（研磨面）に残留した状態で研磨を行うと、研磨生成物等の異物の残留部において、例えば研磨速度が低下する等の研磨装置の研磨特性及びその安定性の低下に繋がる。特に電気化学的機械的研磨を行う研磨装置では、加工電極上に配置される研磨パッドとして、内部に多数の貫通穴を形成したものが使用され、この貫通穴内に研磨液（電解液）を満たすことで、加工電極と基板の表面との間の電気的導通がなされているが、この貫通穴は、研磨液（電解液）の流入及び排出効率が一般に小さく、このため、貫通穴の内部に研磨生成物が残留し易い。そして、貫通穴の内部に研磨生成物が残留して加工電極の表面に蓄積すると、基板と加工電極との間の電気的導通が研磨生成物によって阻害されて、研磨装置の研磨特性及びその安定性の低下が引き起こされる。従って、如何にして、研磨パッドの表面に研磨生成物等の異物を残留させることなく研磨を行うかが課題となる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、研磨パッドの表面や貫通穴内に残留した研磨生成物等の異物を、容易且つ確実に除去できるようにしたドレッサー、該ドレッサーを備えた研磨装置及び研磨パッドのドレッシング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】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、研磨パッドの研磨面に摺接して該研磨面をドレッシングするドレッサーの該研磨面との対向面に、第１ブラシ毛と該第１ブラシ毛より剛性の小さな第２ブラシ毛を植設したことを特徴とするドレッサーである。
この発明によれば、主に剛性の小さいな第２ブラシ毛の先端を、例えば研磨パッドの内部に形成した多数の貫通穴の内部に容易に入り込ませて、貫通穴の内部に残留する加工生成物を第２ブラシ毛で掻き出しながら、主に第１ブラシ毛を研磨パッドの研磨面に擦りつけて研磨パッドの研磨面をドレッサーでドレッシングすることができ、これによって、研磨パッドの表面（研磨面）や貫通穴内に残留する研磨生成物等の異物は、容易且つ確実に除去される。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記第２ブラシ毛の長さは、前記第１ブラシ毛の長さより長いことを特徴とする請求項１記載のドレッサーである。
これにより、例えば研磨パッドの内部に形成した多数の貫通穴の内部に第２ブラシ毛の先端をより容易に入り込ませて、貫通穴の内部に残留する加工生成物をより確実に掻き出しながら、研磨パッドの研磨面のドレッサーでドレッシングすることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、研磨パッドの研磨面に摺接して該研磨面をドレッシングするドレッサーの該研磨面との対向面に、同一剛性で、長さの異なる第１ブラシ毛と第２ブラシ毛を植設したことを特徴とするドレッサーである。
請求項４に記載の発明は、前記第１ブラシ毛と前記第２ブラシ毛は、一方が他方に対して、同心円状、格子状、放射状、スポット状のいずれか、またはそれらの組合せで配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のドレッサーである。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、研磨パッドの研磨面に摺接して該研磨面をドレッシングするドレッサーの該研磨面との対向面に、＃１００以上のダイヤモンド砥粒が配置されたダイヤモンドドレス部とブラシ毛が配置されたブラシドレス部を有することを特徴とするドレッサーである。
【００１２】
この発明によれば、ブラシドレス部に配置されたブラシ毛の先端を、例えば研磨パッドの内部に形成した多数の貫通穴の内部に容易に入り込ませて、貫通穴の内部に残留する加工生成物をブラシ毛で掻き出しながら、ダイヤモンドドレス部の表面を研磨パッドの研磨面に擦りつけて、研磨パッドの研磨面をドレッサーでドレッシングすることができ、これによって、研磨パッドの表面（研磨面）や貫通穴内に残留する研磨生成物等の異物は、容易且つ確実に除去される。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、前記ダイヤモンドドレス部は、前記ブラシドレス部の外周に配置されていることを特徴とする請求項５記載のドレッサーである。
ダイヤモンドドレス部の内部に、ブラスドレス部を、同心円状、格子状、放射状、スポット状のいずれか、またはそれらの組合せで配置するようにしてもよい。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、電源の一方の極に接続された第１電極に電気的に接続され、上面に研磨パッドを有する研磨テーブルと、基板を保持し該基板を前記研磨パッドの研磨面に押圧するトップリングと、電源の他方の極に接続されて前記基板に通電する第２電極と、前記研磨パッドの前記研磨面に液体を供給する液体供給部と、前記研磨パッドの前記研磨面をドレッシングする請求項１または５に記載の少なくとも一方のドレッサーと、前記トップリングで保持された基板と前記研磨パッドとを相対移動させる相対移動機構を有することを特徴とする研磨装置である。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、新規な研磨パッドを有する研磨装置の立上げ時に、＃１００以上のダイヤモンド砥粒が配置されたダイヤモンドドレス部とブラシ毛が配置されたブラシドレス部を有するドレッサーを前記研磨パッドの研磨面に摺接させて該研磨面のドレッシングを行い、研磨中または研磨のインターバル時に、第１ブラシ毛と該第１ブラシ毛より剛性の小さな第２ブラシ毛を有するドレッサーを前記研磨パッドの研磨面に摺接させて該研磨面のドレッシングを行うことを特徴とするドレッシング方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ドレッシングによって、研磨パッドの表面や貫通穴内に残留する研磨生成物等の異物を、容易且つ確実に除去して、研磨装置の研磨特性やその安定性を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図２は、本発明の実施の形態の研磨装置を備えた研磨システムの配置構成を示す平面図である。この研磨システムは、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Ｗを用意し、この基板の表面に研磨処理を施して絶縁膜３０２上の銅膜３０７、シード膜３０６及びバリア膜３０５を除去することで、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を形成するのに使用される。
【００１８】
この研磨システムは、配線金属膜としての銅膜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１を載置するロードアンロードステージ２を４つ備えている。ロードアンロードステージ２上の各基板カセット１に到達可能となるように、走行機構３の上に２つのハンドを有した搬送ロボット４が配置されている。走行機構３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。
【００１９】
この例では、基板カセット１を載置するロードアンロードステージ２として、ＳＭＩＦ(Standard  Manufacturing  Interface)ポッドまたはＦＯＵＰ（Front  Opening  Unified  Pod）を用い、ロードアンロードステージが外付けされている。ＳＭＩＦ及びＦＯＵＰは、中に基板カセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。ＳＭＩＦもしくはＦＯＵＰを、研磨システムのロードアンロードステージ２に設置した場合、ハウジング４６に設けられたシャッタ５２及びＳＭＩＦもしくはＦＯＵＰ側のシャッタが開くことにより、研磨システムと基板カセット１が一体化する。ＳＭＩＦもしくはＦＯＵＰは、研磨工程が終わるとシャッタを閉じ、研磨システムと分離し、別の処理工程へ自動もしくは手動で搬送されるため、その内部雰囲気を清浄に保っておく必要がある。
【００２０】
そのため、基板が基板カセット１に戻る直前に通る領域Ａの上部には、ケミカルフィルタを通して清浄な空気のダウンフローが形成されている。また、搬送ロボット４の移動にリニアモータを用いているため、発塵が抑えられ、領域Ａの雰囲気をより正常に保つことができる。
なお、基板カセット１内の基板を清浄に保つために、ＳＭＩＦやＦＯＵＰの様な密閉容器にケミカルフィルタやファンを内蔵し、自らクリーン度を維持するクリーンボックスを用いるようにしてもよい。
【００２１】
搬送ロボット４の走行機構３を対称軸に、基板カセット１とは反対側に２台の乾燥ユニット５，６が配置されている。各乾燥ユニット５，６は、搬送ロボット４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５，６の間で、搬送ロボット４が到達可能な位置に、４つの基板載置台７，８，９，１０を備えた基板ステーション５０が配置されている。
【００２２】
乾燥ユニット５，６と基板ステーション５０が配置されている領域Ｂと、基板カセット１と搬送ロボット４が配置されている領域Ａのクリーン度を分けるために隔壁１４が配置され、互いの領域の間で基板を搬送するための隔壁１４の開口部にシャッタ１１が設けられている。乾燥ユニット５と３つの基板載置台７，９，１０に到達可能な位置に搬送ロボット２０が配置されており、乾燥ユニット６と３つの基板載置台８，９，１０に到達可能な位置に搬送ロボット２１が配置されている。
【００２３】
乾燥ユニット５と隣接するように搬送ロボット２０のハンドが到達可能な位置に洗浄ユニット２２が配置されている。また、乾燥ユニット６と隣接するように搬送ロボット２１のハンドが到達可能な位置に洗浄ユニット２３が配置されている。
乾燥ユニット５，６、洗浄ユニット２２，２３、基板ステーション５０の基板載置台７，８，９，１０及び搬送ロボット２０，２１は全て領域Ｂの中に配置されていて、領域Ａ内の気圧よりも低い気圧に調整されている。
【００２４】
この研磨システムは、各機器を囲むようにハウジング（図示せず）を有しており、前記ハウジング内は、隔壁１４、隔壁２４Ａ，２４Ｂにより複数の部屋（領域Ａ、領域Ｂを含む）に区画されている。
隔壁２４Ａ，２４Ｂによって、領域Ｂと区分された２つの研磨室が形成される２つの領域Ｃ，Ｄに区分されている。そして、一方の領域Ｃには、本発明の実施の形態の電気化学的機械的研磨装置５４からなる第１研磨装置が配置され、他方の領域Ｄには、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）装置５６からなる第２研磨装置が配置されている。
【００２５】
即ち、領域Ｃ内に配置された電気化学的機械的研磨装置（第１研磨装置）５４は、研磨テーブル３４，３６、トップリング３２、研磨テーブル３４の研磨パッド６６（図３乃至図５参照）に研磨液（電解液）を供給する研磨液供給ノズル４０、研磨テーブル３４の研磨パッド６６のドレッシングを行うためのドレッサー３８、及び研磨テーブル３６の研磨パッドのドレッシングを行うためのドレッサー４８を有している。一方、領域Ｄ内に配置されたＣＭＰ装置（第２研磨装置）５６は、研磨テーブル３５，３７、トップリング３３、研磨テーブル３５の研磨パッドに研磨液を供給するための研磨液供給ノズル４１、研磨テーブル３５の研磨パッドのドレッシングを行うためのドレッサー３９、及び研磨テーブル３７の研磨パッドのドレッシングを行うためのドレッサー４９を有している。
【００２６】
なお、この例では、電気化学的機械的研磨装置５４及びＣＭＰ装置５６として、共に２つの研磨テーブルを備えたものを使用することで、更に多段に亘る研磨を行えるようにしているが、一方の研磨テーブル３６，３７を省略するようにしてもよい。
【００２７】
電気化学的機械的研磨装置５４は、機械的なドレッサー３８の他に、流体圧によるドレッサーとしてのアトマイザ４４を備え、ＣＭＰ装置５６は、機械的なドレッサー３９の他に、流体圧によるドレッサーとしてのアトマイザ４５を備えている。アトマイザとは、例えば液体（例えば純水）と気体（例えば窒素）の混合流体を霧状にして、複数のノズルから研磨面に噴射するものである。アトマイザの主な目的は、研磨面上に堆積、目詰まりした研磨カス、研磨粒子等を洗い流すことである。アトマイザの流体圧による研磨面の浄化（アトマイジング）と、機械的接触であるドレッサー３８，３９による研磨面の目立て（ドレッシング）作業により、より望ましいコンディショニング、即ち研磨面の再生を達成することができる。
【００２８】
図３乃至図６は、本発明の実施の形態の研磨装置である電気化学的機械的研磨装置５４の要部を示す。電気化学的機械的研磨装置５４の研磨テーブル３４は、例えば白金等のイオン化傾向が低い材質、特に銅等の被研磨対象物よりもイオン化傾向が低い材質で構成されている。この研磨テーブル３４の上面には、電源６０の一方の極に接続された円板状の第１電極（カソード）６２と、電源６０の他方の極に接続された棒状の第２電極（アノード）６４が互いに電気的に絶縁されて配置されている。第１電極６２の上面は、その全域に亘って研磨パッド６６で一体に覆われており、この研磨パッド６６の上面が研磨面６６ａとなっている。トップリング３２は、回転自在で、研磨テーブル３４上の所定の研磨位置と、プッシャー３０（図２参照）の上方位置との間を移動自在なトップリング駆動軸６８の下端に連結されている。
【００２９】
第２電極６４は、トップリング３２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６６の研磨面６６ａに接触させた時、この上端面が基板Ｗの表面に接触して、基板Ｗの表面に形成した銅膜３０７（図１（ｂ）参照）等の導電体に給電できるようになっている。トップリング３２は、このトップリング３２で保持した基板を、研磨パッド６６の研磨面６６ａに、例えば１ｐｓｉ（約７０ｈＰａ）以下の押付圧力で押付けるように構成されている。
【００３０】
研磨パッド６６は、この例では、図５に示すように、例えば直径が５ｍｍ以下で、上下に貫通する多数の貫通穴６６ｂをほぼ全面に有するニッタ・ハース社製のＩＣ−１０００から構成されている。これにより、この貫通穴６６ｂ内に流入する研磨液を介して、第２電極（給電電極）６４に接続された基板Ｗの表面と第１電極（加工電極）６２と間に電流が流れて電気化学的研磨が行われる。
【００３１】
ドレッサー３８として、図５及び図６に示すように、円板状の支持板８０の表面（下面）に、（第２ブラシ毛８４より）剛性が高く長さの短い第１ブラシ毛８２と、（第１ブラシ毛８２より）剛性が低く長さが長い第２ブラシ毛８４の２種類からなるブラシ毛８６を植設したものを使用している。つまり、支持板８０の表面（下面）を同心円状の複数（図では４つ）の領域Ｅ１〜Ｅ４に区分して、１つの領域置きに、つまり、領域Ｅ１，Ｅ３に第２ブラシ毛８４を、領域Ｅ２，Ｅ４に第１ブラシ毛８２をそれぞれ植設している。このブラシ毛８６は、例えばナイロン、ＰＶＡまたはポリエステルから構成されている。
この第２ブラシ毛８４の長さは、第１ブラシ毛８２の長さに、研磨パッド６６の厚さと５ｍｍを加えた長さ以内であることが好ましい。また、第１ブラシ毛８２及び第２ブラシ毛８４として、同一剛性のものを使用してもよい。
【００３２】
支持板８０は、回転自在で、研磨テーブル３４上の所定のドレッシング位置と該ドレッシング位置の側方の退避位置との間を移動自在なドレッサー駆動軸７０の下端に連結されている。
なお、図７に示すように、支持板８０の下面に円形または任意の形状の領域Ｅ５を散点状に設け、この領域Ｅ５に（第１ブラシ毛８２より）剛性が低く長さが長い第２ブラシ毛８４を、その他の領域に（第２ブラシ毛８４より）剛性が高く長さの短い第１ブラシ毛８２をそれぞれ植設して、第２ブラシ毛８４が第１ブラシ毛８２中にスポット状に存在するようにしてもよい。
【００３３】
このように、第１ブラシ毛８２中に第２ブラシ毛８４をスポット状に設けた場合、このスポット状の第２ブラシ毛８４の直径は、研磨パッド６６に設けた貫通穴６６ｂの直径より小さいことが好ましい。
また、第１ブラシ毛８２中に第２ブラシ毛８４を、または第２ブラシ毛８４中に第１ブラシ毛８２を、格子状または放射状、または任意の組合せで配置するようにしてもよい。
【００３４】
研磨液供給ノズル４０は、長さ方向に沿って多数の研磨液供給口４０ａを有し、研磨テーブル３４の上方を半径方向に沿って延びるように配置されている。アトマイザ４４もほぼ同様に、長さ方向に沿って多数の供給口を有し、研磨テーブル３４の上方を半径方向に沿って延びるように配置されている。
なお、図示しないが、研磨テーブル３４の上方には、研磨パッド６６に純水を供給する純水供給ノズル及びドレッシング液を供給するドレッシング液供給ノズルが必要に応じて配置される。
【００３５】
この電気化学的機械的研磨装置５４にあっては、基板Ｗを保持したトップリング３２を研磨テーブル３４上の所定の研磨位置まで移動させ、しかる後、トップリング３２を回転させながら下降させて、基板Ｗの表面（下面）を回転している研磨パッド６６の研磨面６６ａに、例えば１ｐｓｉ（約７０ｈＰａ）以下の所定の研磨圧力で押圧する。同時に、研磨液供給ノズル４０から研磨パッド６６の研磨面６６ａに研磨液を供給しつつ、第１電極６２と第２電極６４との間に、電源６０から所定の電圧を印加し、これによって、基板の表面に形成された銅膜３０７（図１（ｂ）参照）等の導電膜を研磨する。
【００３６】
電気化学的機械的磨終了後、研磨パッド６６への研磨液の供給を停止するとともに、第１電極６２と第２電極６４を電源６０から切離す。そして、基板を研磨パッド６６の研磨面６６ａに低圧で押圧しながら回転させ、同時に研磨パッド６６に純水を供給する、いわゆる水ポリッシングを行って、基板の表面を洗浄する。そして、トップリング３２を上昇させて、洗浄後の基板を次工程に搬送する。
【００３７】
基板の洗浄後、または研磨パッド６６を新規なものに交換した後の装置立上げ時に、研磨パッド６６の研磨面６６ａのドレッサー３８によるドレッシング（目立て）を行う。つまり、先ず、ドレッサー３８を待避位置から研磨パッド６６の上方位置に移動させ、しかる後、ドレッサー３８の下面に設けたブラシ毛８６を研磨パッド６６の研磨面（表面）６６ａに所定の押付け圧力で押付けながら、両者を相対的に移動させ、同時に研磨パッド６６の研磨面６６ａにドレッシング液を供給する。
【００３８】
研磨パッド６６を用いて、基板表面の銅膜３０７等を電気化学的機械的に研磨すると、多くの研磨生成物が生成される。そして、ほぼ全面に上下に貫通する多数の貫通穴６６ｂを有する研磨パッド６６を使用し、この貫通穴６６ｂ内に研磨液（電解液）を満たして、第１電極（加工電極）６２と基板表面の銅膜３０７等との間の電気的導通を行うようにすると、この貫通穴６６ｂは、研磨液（電解液）の流入及び排出効率が一般に小さく、そのため、貫通穴６６ｂの内部に研磨生成物が残留し易くなる。そして、貫通穴６６ｂの内部に研磨生成物が残留して第１電極６２の表面に研磨生成物が蓄積すると、第１電極６２と基板表面の銅膜３０７等との間の電気的導通が研磨生成物によって阻害されて、研磨装置の研磨特性及びその安定性の低下に繋がる。
【００３９】
この例によれば、主に剛性の小さな第２ブラシ毛８４の先端を、研磨パッド６６の内部に形成した多数の貫通穴６６ｂの内部に容易に入り込ませて、貫通穴６６ｂの内部に残留する加工生成物等の異物を第２ブラシ毛８４で掻き出しながら、主に第１ブラシ毛８４を研磨パッド６６の研磨面６６ａに擦りつけて、研磨パッド６６の研磨面６６ａをドレッサー３８でドレッシングすることができ、これによって、研磨パッド６６の表面（研磨面）６６ａや貫通穴６６ｂ内に残留する研磨生成物等の異物は、容易且つ確実に除去される。
【００４０】
また、必要に応じて、アトマイザ４４から、加圧された純水もしくは研磨液の除去を促進させる薬液を研磨パッド６６に供給して、研磨パッド６６の表面に付着した研磨生成物等の異物や残留研磨液を除去（アトマイジング）する。この時、貫通穴６６ｂに露出した第１電極６２の表面に付着した反応生成物等の異物も除去される。このドレッサー３８によるドレッシングと、アトマイザ４４によるアトマイジングは、同時もしくはアトマイジングを若干遅れて行うようにすることが好ましい。
そして、必要に応じて、研磨テーブル３４をコンディショニング時よりも高い５０〜１００ｒｐｍの回転速度で数秒間回転させて水切りを行う。
【００４１】
図２に示すように、隔壁２４Ａによって領域Ｂとは仕切られた領域Ｃの中にあって、搬送ロボット２０のハンドが到達可能な位置に基板を反転させる反転機２８が配置されている。隔壁２４Ｂによって領域Ｂとは仕切られた領域Ｄの中にあって、搬送ロボット２１のハンドが到達可能な位置に基板を反転させる反転機２８’が配置されている。また、領域Ｂと領域Ｃ，Ｄを仕切る隔壁２４Ａ，２４Ｂには、基板搬送用の開口部が設けられ、それぞれの反転機２８と反転機２８’専用のシャッタ２５，２６が開口部に設けられている。
【００４２】
反転機２８及び反転機２８’は、基板をチャックするチャック機構と、基板の表面と裏面を反転させる反転機構と、基板をチャック機構によりチャックしているかどうかを確認する基板有無検知センサを備えている。また、反転機２８には搬送ロボット２０によって基板が搬送され、反転機２８’には搬送ロボット２１によって基板が搬送される。
【００４３】
一方の研磨室を構成する領域Ｃ内には、反転機２８と電気化学的機械的研磨装置５４のトップリング３２との間で基板を移送するための搬送機構を構成するリニアトランスポータ２７Ａが配置されている。他方の研磨室を構成する領域Ｄ内には、反転機２８’とＣＭＰ装置５６のトップリング３３との間で基板を移送するための搬送機構を構成するリニアトランスポータ２７Ｂが配置されている。リニアトランスポータ２７Ａは、リフター２９とプッシャー３０との間を直線往復移動する２個のステージを備えている。リニアトランスポータ２７Ｂも同様には、リフター２９’とプッシャー３０’との間を直線往復移動する２個のステージを備えている。
【００４４】
次に、研磨システムの動作について説明する。
先ず、電気化学的機械的研磨装置５４の研磨テーブル３４の表面に取付けた研磨パッド６６を交換した時には、前述のようにして、研磨パッド６６の研磨面６６ａのドレッサー３８によりドレッシングを行う。なお、ＣＭＰ装置５６の研磨テーブル３５の表面に取付けた研磨パッドを交換したりした時にも、ほぼ同様にして、研磨パッドの研磨面のドレッサー３９によるドレッシングを行う。
【００４５】
そして、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１をロードアンロードステージ２に装着する。そして、１枚の基板を基板カセット１から搬送ロボット４で取り出して基板ステーション５０へ載置する。搬送ロボット２０は、基板ステーション５０から基板を受け取り、領域Ｃ内の反転機２８に搬送して、ここで基板を反転させる。リフター２９は、反転後の基板を反転機２８から受け取り、リニアトランスポータ２７Ａに渡す。リニアトランスポータ２７Ａは水平に移動して、基板をプッシャー３０上に載置する。この状態で、電気化学的機械的研磨装置５４のトップリング３２をプッシャー３０の上方に移動させる。
【００４６】
トップリング３２は、プッシャー３０から基板を受け取り、基板をガイドリング（図示せず）内に真空吸着により保持した状態で、プッシャー３０の上方から研磨テーブル３４の上方の研磨位置に移動させる。そして、下降して基板を研磨パッド６６の研磨面６６ａに、１ｐｓｉ（約７０ｈＰａ）以下の所定の研磨圧力で押圧し、同時に研磨パッド６６に研磨液を供給しながら、基板Ｗの表面の銅膜３０７（図１（ｂ）参照）等の導電膜を研磨する。なお、基板を研磨パッド６６で研磨している間は真空吸着を解除してもよい。
【００４７】
この電気化学的機械的研磨装置５４による研磨によって、例えば図１（ｂ）にＡ−Ａ線で示すように、バリア膜３０５の表面が露出するまで、銅膜３０７（及びシード膜３０６）の研磨を行う。このように、配線等に与えるダメージが一般に少ない電気化学的機械的研磨を研磨処理の少なくとも一部に採用し、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電気化学的機械的に行うことで、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。
【００４８】
そして、電気化学的機械的研磨装置５４による研磨を終了した後に、前述のように、研磨パッド６６の研磨面６６ａのドレッサー３８によるドレッシング及びアトマイザ４４によるアトマイジングを行って、次の研磨に備える。
【００４９】
一方、電気化学的機械的研磨装置５４による研磨を終了した基板にあっては、再びプッシャー３０上に移動させてその上に載置する。プッシャー３０でトップリング３２から離脱された基板は、プッシャー３０に設けられた洗浄水ノズルでその被研磨面及び裏面が洗浄される。そして、基板をリニアトランスポータ２７Ａ及びリフター２９を経由させた後、反転機２８で反転させる。そして、反転後の基板を、搬送ロボット２０によって洗浄ユニット２２に搬送し、この洗浄ユニット２２で、基板の表面の洗浄リンス処理を行う。そして、洗浄リンス後の基板を搬送ロボット２０で基板ステーション５０に搬送して載置する。
【００５０】
搬送ロボット２１は、基板ステーション５０に置かれた基板を受け取り、領域Ｄ内の反転機２８’に搬送して、ここで基板を反転させる。リフター２９’は、反転後の基板を反転機２８’から受け取り、リニアトランスポータ２７Ｂに渡す。リニアトランスポータ２７Ｂは水平に移動して、基板をプッシャー３０’上に載置する。この状態で、ＣＭＰ装置５６のトップリング３３をプッシャー３０’の上方に移動させる。
【００５１】
トップリング３３は、プッシャー３０’から基板を受け取り、基板をガイドリング（図示せず）内に真空吸着により保持した状態で、プッシャー３０’の上方から研磨テーブル３５の上方の研磨位置に移動させる。そして、下降して、基板を研磨テーブル３５の上面に取付けた研磨パッドの研磨面に、例えば１ｐｓｉ（約７０ｈＰａ）以下の所定の研磨圧力で押圧しながら、研磨パッドに研磨液供給ノズル４１から研磨液を供給し、同時にトップリング３３及び研磨テーブル３５を回転させることで、基板の表面を更に研磨する。基板を研磨パッドで研磨している間は真空吸着を解除してもよい。
【００５２】
このＣＭＰ装置５６による研磨によって、例えば電気化学的機械的研磨装置５４による研磨によってバリア膜３０５の表面が露出した基板の表面に残った銅膜３０７（及びシード膜３０６）を研磨して不要な銅膜３０７（及びシード膜３０６）を完全に除去し、更にバリア膜３０５を研磨する。これによって、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜３０２の内部に配線３０８を形成する。
【００５３】
このように、配線金属膜の過半を電気化学的機械的研磨で研磨除去し、次いで段差解消性の高いＣＭＰ法を適用して残余の配線金属膜を研磨除去することで、研磨後における基板表面の平坦性を高め、またバリア膜が露出した時点で電気化学的機械的研磨からＣＭＰに切り替えることで、残余の配線金属膜及びこの下のバリア膜を確実に研磨除去することができる。
そして、ＣＭＰ装置５６による研磨が終了した後、前述の電気化学的機械的研磨装置５４の場合とほぼ同様に、ＣＭＰ装置５６の研磨パッドの研磨面のドレッサー３９によるドレッシング及びアトマイザ４５によるアトマイジングを行って、次の研磨に備える。
【００５４】
一方、ＣＭＰ装置５６による研磨を修了した基板にあっては、再びプッシャー３０’上に移動させてその上に載置し、リニアトランスポータ２７Ｂ及びリフター２９’を経由させた後、反転機２８’で反転させる。そして、反転後の基板を、搬送ロボット２１によって洗浄ユニット２３に搬送し、この洗浄ユニット２３で、前述のように、基板の表面の洗浄リンス処理を行う。そして、洗浄リンス後の基板を搬送ロボット２１で基板ステーション５０に搬送して載置する。
【００５５】
搬送ロボット２０（または２１）は、洗浄された基板を基板ステーション５０から取り出し、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５（または６）に搬送し、この乾燥ユニット５（または６）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４により元の基板カセット１に戻す。
【００５６】
この例では、研磨の対象となる基板として半導体ウェハを用いているが、研磨の対象となる基板は、半導体ウェハに限定されるものでないことは勿論である。電気化学的機械的研磨装置５４の研磨パッド６６として、研磨布の他に、比較的硬質の研磨面が崩壊しても自己再生可能であり、砥粒が含浸された固定砥粒パッド、あるいは砥粒を含まない研磨パッド等を用いることもできる。
【００５７】
なお、上記の例では、基板Ｗの表面に形成したバリア膜と銅膜（及びシード膜）を２段で研磨するようにした例を示しているが、例えば銅膜（及びシード膜）を電解液として超純水を使用した超純水電解研磨で研磨し、その後ＣＭＰ研磨したり、銅膜（及びシード膜）の最終研磨とバリア膜の研磨を異なる２段のＣＭＰで研磨したりして、３段以上の多段で基板の表面を研磨するようにしてもよいことは勿論である。
【００５８】
図８は、本発明の他の実施の形態の研磨装置（電気化学的機械的研磨装置）５４ａの要部を示す。この例の研磨装置５４ａは、第１電極（加工電極）６２の上面に取付けた、内部に多数の貫通穴６６ｂを有する研磨パッド６６の上方にドレッサー１００が待避自在に配置されている。ドレッサー１００の円板状の支持板１０２の表面（下面）には、＃１００以上のダイヤモンド砥粒１０４が配置されたダイヤモンドドレス部１０６と、ブラシ毛１０８が配置されたブラシドレス部１１０が設けられている。ダイヤモンドドレス部１０６は、ブラシドレス部１１０の外周にリング状に配置されている。ブラシドレス部１１０のブラシ毛１０８は、例えば前述の図５及び図６に示す、第２ブラシ毛８４と同程度の、ドレッサーに一般に用いられるブラシ毛よりも低い剛性を有している。そして、このブラシ毛１０８の下部が、ダイヤモンドドレス部１０６のダイヤモンド砥粒１０４の表面（下面）がなす平面よりも下方に突出するようになっている。
【００５９】
なお、ダイヤモンドドレス部１０６の内部に、ブラスドレス部１１０を、同心円状、格子状、放射状、スポット状のいずれか、またはそれらの組合せで配置するようにしてもよい。
【００６０】
この例にあっては、待避位置にあったドレッサー１００を研磨パッド６６の上方位置に移動させ、しかる後、ドレッサー１００の下面に設けたダイヤモンドドレス部１０６及びブラシドレス部１１０を研磨パッド６６の研磨面（表面）６６ａに、好ましくは０．５ｐｓｉ（約３５ｈＰａ）以下、更に好ましくは０．３ｐｓｉ（約２０ｈＰａ）以下の所定の押付け圧力で押付けながら、両者を相対的に移動させ、同時に研磨パッド６６の研磨面６６ａにドレッシング液を供給して、研磨パッド６６の研磨面６６ａをドレッシングする。
【００６１】
これにより、剛性の小さいなブラシ毛１０８の先端を、研磨パッド６６の内部に形成した多数の貫通穴６６ｂの内部に容易に入り込ませて、貫通穴６６ｂの内部に残留する加工生成物等の異物をブラシ毛１０８で掻き出しながら、ダイヤモンドドレス部１０６のダイヤモンド砥粒１０４を研磨パッド６６の研磨面６６ａに擦りつけて、研磨パッド６６の研磨面６６ａをドレッサー１００でドレッシングすることができる。このドレッシングによって、研磨パッド６６の表面（研磨面）６６ａや貫通穴６６ｂ内に残留する研磨生成物等の異物は、容易且つ確実に除去される。
【００６２】
なお、＃１００以上のダイヤモンド砥粒を電着したドレッサーを、ニッタ・ハース社製のＩＣ−１０００からなる研磨パッドに、０．５ｐｓｉ（約３５ｈＰａ）以下の押付け圧力で押付けながら該研磨パッドをドレッシングし、このドレッシング後の研磨パッドを用いて基板表面を研磨することで、表面の良好な平坦化特性が得られることが確かめられている。このダイヤモンド砥粒は、＃２００以上であることが更に好ましい。
【００６３】
図９は、本発明の更に他の実施の形態を研磨装置（電気化学的機械的研磨装置）５４ｂを示す。この例の研磨装置５４ｂは、図３乃至及び図６に示す研磨装置５４に、図８に示す研磨装置５４ａに備えられているドレッサー１００を追加し、ドレッサー３８，１００の一方を使用して、択一的に研磨パッド６６のドレッシングを行うことができるようにしている。
【００６４】
この例の研磨装置５４ｂにあっては、研磨パッド６６の交換した後等、新規な研磨パッド６６を有する研磨装置５４ｂの立上げ時に、＃１００以上のダイヤモンド砥粒１０４が配置されたダイヤモンドドレス部１０６とブラシ毛１０８が配置されたブラシドレス部１１０を有するドレッサー１００を用い、好ましくは０．５ｐｓｉ（約３５ｈＰａ）以下、より好ましくは０．３ｐｓｉ（約２０ｈＰａ）以下の押付け圧力でドレッサー１００を研磨パッド６６に押付けながら研磨パッド６６の研磨面６６ａのドレッシング（初期ドレッシング）を行う。これにより、研磨パッド６６の過度な初期ドレッシングを抑制することができる。
【００６５】
そして、研磨中または研磨のインターバル時に、第１ブラシ毛８２と該第１ブラシ毛８２より剛性の小さな第２ブラシ毛８４を有するドレッサー３８を研磨パッド６６の研磨面６６ａに摺接させて該研磨面６６ａのドレッシングを行う。これにより、研磨中に研磨パッド６６の貫通穴６６ｂの内部に入り込んだ研磨生成物等の異物を貫通穴６６ｂから確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【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】本発明の実施の形態の研磨装置（電気化学的機械的研磨装置）を備えた研磨システムの配置構成を示す平面図である。
【図３】図２に示す研磨装置の要部を示す平面図である。
【図４】図２に示す研磨装置の要部を示す断面図である。
【図５】図２に示す研磨装置の一部を拡大して示す拡大図である。
【図６】図２に示す研磨装置のドレッサーの裏面図である。
【図７】他のドレッサーを示す裏面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態の研磨装置の図５相当図である。
【図９】本発明の更に他の実施の形態の研磨装置の図３相当図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  基板カセット
２  ロードアンロードステージ
２２，２３  洗浄ユニット
２７Ａ，２７Ｂ  リニアトランスポータ
３２，３３  トップリング
３４，３５  研磨テーブル
３８，３９，１００  ドレッサー
４０，４１  研磨液供給ノズル
４４，４５  アトマイザ
５０  基板ステーション
５４，５４ａ，５４ｂ  研磨装置（電気化学的機械的研磨装置）
５６  ＣＭＰ装置
６２，６４  電極
６６  研磨パッド
６６ａ  研磨面
６６ｂ  貫通穴
８２  第１ブラシ毛
８４  第２ブラシ毛
８６，１０８  ブラシ毛
１０４  ダイヤモンド砥粒
１０６  ダイヤモンドドレス部
１１０  ブラシドレス部
３０２  絶縁膜
３０３  ビアホール
３０４  トレンチ
３０５  バリア膜
３０６  シード膜
３０７  銅膜
３０８  配線
【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】
2007167962.tif 000008
【図７】
2007167962.tif 000009
【図８】
2007167962.tif 000010
【図９】
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