(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｌｏｗ−ｋ膜等の絶縁膜に対するダメージが少なく、ディッシング、エロージョンが低減できる基板を電解研磨する方法を提供する。【解決手段】バリア膜３と配線金属層４とを被加工面に有する基板１Ａ，１Ｂを陰極とし、当該被加工面と陽極との間に電圧を印加して、当該被加工面と当該被加工面に対向して接触する研磨パッドとを相対運動させることによってバリア膜３を除去する、基板を電解研磨する方法を採用する。【選択図】図４
2009108405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液の存在下で、バリア膜と配線金属層とを被加工面に有する基板を電解研磨する方法であって、
当該被加工面を陰極とし、当該被加工面と陽極との間に電圧を印加して、当該被加工面と当該被加工面に対向して接触する研磨パッドとを相対運動させることによってバリア膜を除去するバリア膜電解研磨工程を含む、基板を電解研磨する方法。
【請求項２】
前記バリア膜電解研磨工程は、陰極とした前記被加工面と前記陽極との間に印加する電圧を０．０１〜５００Ｖとすることにより行われる、請求項１に記載の、基板を電解研磨する方法。
【請求項３】
前記バリア膜電解研磨工程において、バリア膜が除去されると共に配線金属が還元される、請求項１又は２のいずれかに記載の、基板を電解研磨する方法。
【請求項４】
前記バリア膜電解研磨工程の前工程及び後工程の少なくとも一方の工程において、前記基板の被加工面を陽極とし、当該基板と陰極との間に電圧を印加して、露出している配線金属層を除去する配線金属層電解研磨工程をさらに含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の、基板を電解研磨する方法。
【請求項５】
層間絶縁膜とバリア膜と配線金属層とを有する基板の研磨方法であって、
当該基板を化学的機械研磨（ＣＭＰ）もしくはエッチング処理するか、又は当該配線金属層が露出した基板を陽極とする電解研磨のうち少なくともいずれか１つを含む工程により配線金属層を除去してバリア膜を露出させる配線金属層研磨工程と、
電解液の存在下で、バリア膜が露出した基板を陰極とし、陽極との間に電圧を印加して、基板上の被加工面と当該被加工面に対向して接触する研磨パッドとを相対運動させることによってバリア膜を除去するバリア膜電解研磨工程と、
を含む、基板を電解研磨する方法。
【請求項６】
層間絶縁膜とバリア膜と配線金属層とを有する基板の研磨方法であって、
当該基板を化学的機械研磨（ＣＭＰ）若しくはエッチング処理するか、又は当該配線金属層が露出した基板を陽極とする電解研磨のうち少なくともいずれか１つを含む工程により配線金属層を除去してバリア層を露出させる配線金属層研磨工程と、
電解液の存在下で、バリア膜が露出した基板を陰極とし、陽極との間に電圧を印加して、基板上の被加工面と当該被加工面に対向して接触する研磨パッドとを相対運動させることによってバリア膜を除去するバリア膜電解研磨工程と、
当該基板を化学的機械研磨（ＣＭＰ）若しくはエッチング処理するか、又は当該基板を陽極とする電解研磨のうち少なくともいずれか１つを含む工程により、被研磨面に突部として残っている配線金属層を除去して、基板表面を平坦化させる工程と、
を含む、基板を電解研磨する方法。
【請求項７】
前記バリア膜電解研磨工程において、前記基板と陽極との間に印加する電圧は０．０１〜５００Ｖである、請求項５又は６のいずれかに記載の、基板を電解研磨する方法。
【請求項８】
前記バリア膜電解研磨工程において、バリア膜が除去されると共に配線金属が還元される、請求項５乃至７のいずれか一項に記載の、基板を電解研磨する方法。
【請求項９】
前記配線金属層研磨工程は、前記基板と陰極との間に１〜５０Ｖの電圧を印加して行う電解研磨工程であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一項に記載の、基板を電解研磨する方法。
【請求項１０】
前記バリア膜は、タングステン、チタン、タンタル、マンガン、バナジウム、クロム、もしくはこれらの合金、窒化物、炭化物、窒素炭化物、窒素ケイ化物及びこれらの組合せから選択された物質からなり、
前記配線金属層は、金、銀、銅、ルテニウム、ロジウム、白金、イリジウムもしくはこれらの合金から選択された物質からなる、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の、基板を電解研磨する方法。
【請求項１１】
前記バリア膜電解研磨工程に用いる電解液は、
フッ化水素酸、フッ化カリウム、フッ化リチウム、フッ化アンモニウム、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、亜硫酸、硫酸、二硫酸、アルキルスルホン酸類、ベンゼンスルホン酸類、硝酸、オルトリン酸、二リン酸、三リン酸、ポリリン酸、次リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、アミノトリメチレンホスホン酸、ヘキサフルオロケイ酸、ヘキサフルオロケイ酸フッ化アンモニウム、ヘキサフルオロケイ酸カリウム、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム、ヘキサフルオロリン酸カリウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム、テトラフルオロホウ酸、テトラフルオロホウ酸テトラ‐ｎ‐ブチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸銅（ＩＩ）、フタル酸、四ホウ酸及びこれらの塩、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、アンモニア、トリメチルアンモニウムハイドロオキサイド、２−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイドの少なくとも一つ又はそれらの組合せから選択される電解質を含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の、基板を電解研磨する方法。
【請求項１２】
前記バリア膜電解研磨工程に用いる電解液は、
エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ジヒドロキシエチルエチレンジアミン二酢酸（ＤＨＥＤＤＡ）、１，３−プロパンジアミン四酢酸（１，３−ＰＤＴＡ）、ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）、トリエチレンテトラミン六酢酸（ＴＴＨＡ）、ニトリロ三酢酸（ＮＴＡ）、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸（ＨＩＭＤＡ）、Ｌ−アスパラギン酸−Ｎ，Ｎ−二酢酸（ＡＳＤＡ）、アミノトリメチレンホスホン酸（ＮＴＭＰ）、ヒドロキシエチルエチレンジアミントリ酢酸（ＨＥＤＴＡ）、ヒドロキシエチリデン二リン酸（ＨＥＤＰ）、ニトリロトリス（メチレン）トリホスホン酸（ＮＴＭＰ）、フォスフォノブタントリカルボン酸（ＰＢＴＣ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（ホスホノメチル）エチレンジアミン（ＥＤＴＭＰ）の少なくとも一つ又はそれらの組合せから選択される錯化剤をさらに含む、請求項１１に記載の、基板を電解研磨する方法。
【請求項１３】
電解液中に、被加工面側にバリア膜と配線金属層とを有する基板を浸漬させて、電解加工する、電解研磨装置であって、
当該装置は、
研磨パッドを上面に積載するための研磨テーブルと、
前記研磨パッド上に電解液を供給しうる電解液供給ノズルと、
基板を保持するための基板ホルダと、
前記基板ホルダを駆動させる駆動機構と、
電源に接続された加工電極と給電電極とを備え、
前記基板の被加工面を陰極とし、前記加工電極を陽極として、該陰極と該陽極との間に電圧を印加すると共に、
前記駆動機構により前記基板ホルダを駆動させて前記基板と前記研磨パッドとを相対運動させることで、前記基板のバリア層を除去することを特徴とする、電解研磨装置。
【請求項１４】
前記基板の前記被加工面の導電性物質の膜厚を検知して出力信号を発信するセンサと、
前記センサからの前記出力信号を入力信号として制御計算処理を行い、該計算処理に基づいて制御信号を発信するための制御部と、をさらに備えることを特徴とする、請求項１３に記載の電解研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を電解研磨する方法及び電解研磨装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の配線金属材料として、従来、アルミニウムやアルミニウム合金が一般に使われてきたが、昨今では、電気抵抗が低くエレクロトマイグレーション耐性の高い銅が用いられるようになってきている。銅配線は、基板の絶縁層内に設けたビアホール（接続孔）やトレンチ（溝）にめっきによって銅を埋込み、しかる後、過剰の銅や銅拡散防止用のバリア膜をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学的機械研磨）により除去して平坦化するダマシン法により一般に形成される。この種のＣＭＰ装置は、研磨パッド（研磨布）を貼った研磨テーブルと、被研磨物としての半導体ウェーハ等の基板を保持する研磨ヘッドとを有し、研磨ヘッドで保持した基板を研磨テーブルに貼設した研磨パッドに向けて所定の圧力で押圧しつつ、基板及び研磨テーブルを同時に回転させ、両者の摺動面に研磨剤（スラリ）を供給することで、基板の表面を研磨パッドで平坦且つ鏡面状に研磨するようにしている。
【０００３】
図１（ａ）〜（ｄ）は、銅配線基板の従来の製造方法の一例を工程順に示す。図１（ａ）に示すように、絶縁膜（層間絶縁膜）１０及びハードマスク１２の内部に、バリア膜１６で包囲された銅からなる下層配線１４を形成した後、この上に、Ｓｉ−Ｎバリア膜１８、第１絶縁膜２０及び第２絶縁膜２２、及びハードマスク２４を順次積層しながら、これらの内部に、例えばリソグラフィー・エッチング技術により、ビアホール２６とトレンチ２８を形成する。そして、その上にバリア膜３０、更にその上に電解めっきの給電層として銅シード膜３２を形成する。
【０００４】
銅拡散防止のためのバリア膜３０としては、Ｗ，Ｔａ／ＴａＸＮＹ，ＴｉＸＮＹ，ＷＸＮＹ，ＷＸＳｉＹ（Ｘ、Ｙはそれぞれ合金により任意の数値を示す）、ＴａＸＳｉＹＮＺ，ＴｉＸＳｉＹＮＺ（Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれ合金により任意の数値を示す）、ＲｕまたはＲｕ／ＷＣＮなどの金属材料が一般に用いられる。
【０００５】
そして、図１（ｂ）に示すように、基板Ｗのビアホール２６及びトレンチ２８内にめっき等で配線材料としての銅３４を充填するとともに、ハードマスク２４上に銅３４を堆積させる。その後、図１（ｃ）に示すように、研磨剤スラリを用いた化学的機械研磨（ＣＭＰ）により、基板Ｗの最表面の銅３４及びシード膜３２を除去し、更に、絶縁膜２２上のバリア膜３０を除去して研磨工程を終了する。これにより、図１（ｄ）に示すように、絶縁膜２０，２２の内部に銅３４からなる上層配線３６が形成される。
【０００６】
銅のＣＭＰにおいては、スラリ中の酸化剤及び防食剤等により、銅表面に銅の不溶性酸化皮膜が生成し、それを研磨パッドで除去することによって研磨が進行すると考えられている。このため、基板上の一部のバリア膜が露出してからすべてのバリア膜が露出するまでのＣＭＰ工程の間に、一部の銅の過剰な研磨が進行し、いわゆるディッシングと呼ばれる皿状のくぼみがビアやトレンチに形成される。これに続くバリア膜のＣＭＰでは、バリア膜の化学反応性が低く、主に砥粒による機械作用で研磨を行うため、銅との選択比（他材料との研磨速度の比）を大きくすることが困難であった。そのため、銅のＣＭＰ工程で発生したディッシングが、バリア膜研磨工程後にそのままの形状で残留してしまう、更に悪い場合には、ディッシングが拡大してしまうという問題があった。また、下地の絶縁膜との選択比を大きくすることも困難で、バリア膜が完全に研磨された後も絶縁膜の研磨が進行してしまい、いわゆるエロージョンと呼ばれる現象を生じさせる結果となっていた。
【０００７】
さらに、従来のＣＭＰでは以下に述べるような研磨面圧の問題も指摘されるようになっている。半導体産業の分野では、近年の半導体デバイスの高集積化に伴い、絶縁膜（層間絶縁膜）として、従来のＣＶＤ−ＳｉＯ２膜よりも誘電率の更に低いＬｏｗ−ｋ材と呼ばれる有機または無機材料を使用する傾向にある。材料の誘電率を下げるための方法の一つに膜密度を下げる方法があるが、膜密度の低下により、これらのＬｏｗ−ｋ材は、機械的強度が従来のＳｉＯ２膜に比べて低い。このため、前述の絶縁膜（層間絶縁膜）２０，２２として、Ｌｏｗ−ｋ材（低誘電率絶縁層）を使用し、化学的機械研磨（ＣＭＰ）により、基板Ｗの最表面の銅３４及びシード膜３２、更にはバリア膜３０を除去しようとすると、絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ材）２２とハードマスク２４等とが剥離し易くなるばかりでなく、この時に加えられる押圧力によって、絶縁膜（層間絶縁膜）２０、２２が容易に破壊される。絶縁膜（層間絶縁膜）２０，２２の破壊を防止するため、押圧力を低い値に抑えると、研磨速度が低下して生産性に問題が生じる。このため、ＣＭＰプロセスの適用は一般に困難である。したがって、配線金属研磨、及びバリア膜研磨について、ＣＭＰプロセスに代わる低ダメージの研磨方法が求められている。
【０００８】
この問題を解決する１つの手段として、電解研磨の一形態である、ＣＭＰと電解研磨の原理を組み合わせた手法である複合電解研磨（電気化学的機械研磨）により、金属表面を平坦化加工する方法がある。この方法は、例えば、研磨パッド（研磨布）を貼った研磨テーブルを陰極、研磨ヘッドに保持された半導体ウェーハ等の基板（被研磨物）表面の金属（銅）を陽極となし、両者の間に電圧を印加しつつ、研磨ヘッドで保持した基板を研磨パッドに対して一定の圧力で押圧しながら両者を回転させ、両者の摺動面に電解液を供給することで、基板表面の金属を電気化学的機械研磨する方法である。
【０００９】
この方法の加工原理は、電解作用によって、基板（被研磨物）の金属表面の酸化及び溶解を促進し、かつ研磨パッドによって基板上の酸化膜の除去を促進することによって、金属表面を平坦化することに基づく。しかし、複合電解研磨で銅を研磨した場合でもディッシングの抑制は不可避であった。
【００１０】
さらに、複合電解研磨をバリア膜に適用することは困難であった。なぜなら、通常、バリア膜に使用されるタンタル系金属やチタン系金属は表面に強固な不動態皮膜を形成しており、アノード分極しても貴金属のように振舞って溶解が困難であるからである。特にタンタルは水溶液中においては酸化被膜（Ｔａ２Ｏ５）を全てのｐＨ領域にわたり形成しており、この酸化被膜が金属タンタルに対して密着性良く緻密である限り、タンタル（Ｔａ）は貴金属のように振舞うことができ、フッ化水素酸や濃厚アルカリ溶液以外の塩酸、硫酸、リン酸、硝酸また王水に対してもほとんど完全に耐食的であり、アノード溶解が困難である。
【００１１】
特許文献１には、アルカリ溶液又はフッ素系溶液のいずれか１つとインヒビタを含むバリア層の電解加工液を用いて電解研磨する方法が開示されている。しかし、この方法では基板全体を陽極とするため、バリア膜よりも溶解しやすい配線金属（例えば銅）が優先的に溶解し、ディッシングが避けられないという問題があった。
【００１２】
また、仮にアノード分極によって溶解除去が可能なバリア金属があったとしても、同時に銅などの溶解したくない配線金属も溶解してしまうことも、バリア膜の複合電解研磨が困難な理由の１つであった。
【特許文献１】特開２００４−２７６２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前述したように、ＣＭＰまたは複合電解研磨によるバリア膜の研磨工程においては、銅との選択比を大きくすることが困難で、銅の研磨工程で発生したディッシングを解消することは困難であった。また、ＣＭＰによるバリア研磨工程では、下地の絶縁膜を過剰に研磨するエロージョンを抑制することも困難であった。さらに、高い面圧で研磨するため、Ｌｏｗ−ｋ膜に与えるダメージも問題であった。したがって、これらの問題が発生しない、新たな研磨方法が求められている。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、特に半導体製造プロセスにおける基板表面に形成されたバリア膜等の導電性物質の研磨において、ディッシングやエロージョンを生じさせることなく、かつ、絶縁膜層にもダメージを与えることなく不要な導電性物質を除去して絶縁膜を露出させることができるようにした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】
【００１５】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、バリア膜と配線金属層とを有する被加工面を陰極とし、陽極との間に電圧を印加して還元反応を起こさせ、かつ被加工面に対向して接触する研磨パッドと被加工面を相対運動させることによって、上記目的を達成しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１６】
すなわち、本発明は、電解液（本明細書では「電解研磨液」とも言う）の存在下で、バリア膜と配線金属層とを被加工面に有する基板を電解研磨する方法であって、当該被加工面を陰極とし、当該被加工面と陽極との間に電圧を印加して、当該被加工面と当該被加工面に対向して接触する研磨パッドとを相対運動させることによってバリア膜を除去するバリア膜電解研磨工程を含む、基板を電解研磨する方法（基板の電解研磨方法）を提供するものである。本発明の方法によれば、バリア膜電解研磨工程においてディッシングやエロージョンを生じさせることなく、また層間絶縁膜にもダメージを与えることなく、実質的にバリア膜だけを除去することができる。
【００１７】
なお、本明細書において、「陽極」とは電解液から電極に向かって電子が流れる電極、「陰極」とは、電極から電解液に向かって電子が流れる電極をいう。
本発明の基板を電解研磨する方法が適用できる基板としては、半導体装置や液晶ディスプレイなどの多層配線構造を有する配線基板を好ましく挙げることができる。通常、半導体装置などに使用される配線基板には、単結晶ケイ素、多結晶ケイ素、シリカ、ガラスなどの基材層の上に、層間絶縁膜、バリア膜及び配線金属層が形成されている。
【００１８】
また、「電解研磨」とは、被研磨物としての導電性物質と対向電極との間に電圧を印加すると共に両者間を電解研磨液で導通させ、電気化学作用によって、導電性物質を加工する研磨方法であり、研磨のために被研磨物に研磨パッド等の研磨部材を接触させ、相対運動させる方法と、研磨部材を使用しない方法とがある。「複合電解研磨」は上記の方法のうち、被研磨物としての導電性物質と対向電極との間に電圧を印加すると共に両者間を電解研磨液で導通させ、電気化学作用及び研磨部材との接触・相対運動等の機械的作用によって、被研磨物を加工する研磨方法である。本発明においては上記の通り「複合電解研磨」は「電解研磨」に含まれる。なお当業界において、複合電解研磨は電気化学的機械研磨または電解複合研磨と呼ばれることもある。
【００１９】
また、「化学的機械研磨（ＣＭＰ）」は、超ＬＳＩデバイスのプラナリゼーション（多層配線の層間膜の平坦化）を目的として開発された、被加工物と研磨液の固液反応を利用した湿式のメカノケミカル加工法である。
【００２０】
本発明で「エッチング処理」とは、ウェットエッチングのことを指し、溶液中の薬品の腐食・溶解作用により、この溶液に接触した金属や樹脂などの固体物質を溶液中へ溶解することである。
【００２１】
本発明は、電解液の存在下で、バリア膜と配線金属層とを被加工面に有する基板を電解研磨する方法であって、当該被加工面を陰極とし、当該被加工面と陽極との間に電圧を印加して、被加工面と当該被加工面に対向して接触する研磨パッドとを相対運動させることによってバリア膜を除去するバリア膜電解研磨工程を含む、基板を電解研磨する方法である。この方法によれば、バリア膜の電解研磨を開始する前にバリア膜表面に不動態被膜が形成されていても、バリア膜を陰極として電圧を印加することにより前記不動態被膜は還元され、適当な電解液が介在すれば前記不動態被膜は研磨パッドと接触し相対運動することにより除去される。上記不動態被膜が除去された後に、前記電解液の介在下でバリア膜が研磨パッドとの接触と相対運動により研磨されて溶解、除去され易い状態になり、研磨パッドによる研磨によって除去される。一方、配線金属層がバリア膜と同時に被加工面に露出していても、当該配線金属層は還元作用によって研磨除去され難いので、研磨パッドの接触によってもほとんど研磨除去されることはない。したがって、実質的にバリア膜のみを除去することが可能であり、例えばバリア膜の厚さと同じ深さのディッシングが配線金属層の表面に形成された基板を研磨した場合は，研磨後の基板表面は平坦な表面となる。
【００２２】
前記バリア膜の電解研磨工程は、陰極とした前記被加工面と前記陽極との間に印加する電圧を０．０１〜５００Ｖとすることにより行われることが好ましい。
前記バリア膜の電解研磨工程において、バリア膜が除去されると共に配線金属が還元される。配線金属層は前工程の研磨によって表面に酸化皮膜、防食皮膜等の皮膜を形成していると共に、スクラッチ等の欠陥を有しているが、配線金属を還元することによって、上記配線金属層の表面に形成された酸化被膜や防食被膜等を除去すると共に、スクラッチ等の配線金属層表面の欠陥を修復できる。これにより次工程における問題を低減できる。次工程における問題とは、たとえば配線金属層の研磨において、表面皮膜のために研磨速度が安定しないという問題や、基板の洗浄において、表面皮膜の洗浄が困難であるといった問題である。
【００２３】
本発明において、前記バリア膜電解研磨工程の前工程及び後工程の少なくとも一方の工程において、前記基板の被加工面を陽極とし、当該基板と陰極との間に電圧を印加して、露出している配線金属層を除去する配線金属層電解研磨工程をさらに含むことが好ましい。
【００２４】
また、本発明によれば、層間絶縁膜とバリア膜と配線金属層とを有する基板の研磨方法であって、当該基板を化学的機械研磨（ＣＭＰ）もしくはエッチング処理するか、又は当該配線金属層が露出した基板を陽極とする電解研磨のうち少なくともいずれか１つを含む工程により配線金属層を除去してバリア膜を露出させる配線金属層研磨工程と、電解液の存在下で、バリア膜が露出した基板を陰極とし、陽極との間に電圧を印加して、基板上の被加工面と当該被加工面に対向して接触する研磨パッドとを相対運動させることによってバリア膜を除去するバリア膜電解研磨工程と、を含む、基板を電解研磨する方法が提供される。上記方法の中での前工程、もしくは後工程において、配線金属の研磨量を制御することによって、最終的な配線金属層のディッシングを最小限に抑制することができる。
【００２５】
さらに、本発明によれば、層間絶縁膜とバリア膜と配線金属層とを有する基板の研磨方法であって、当該基板を化学的機械研磨（ＣＭＰ）若しくはエッチング処理するか、又は当該配線金属層が露出した基板を陽極とする電解研磨のうち少なくともいずれか１つを含む工程により配線金属層を除去してバリア層を露出させる配線金属層研磨工程と、電解液の存在下で、バリア膜が露出した基板を陰極とし、陽極との間に電圧を印加して、基板上の被加工面と当該被加工面に対向して接触する研磨パッドとを相対運動させることによってバリア膜を除去するバリア膜電解研磨工程と、当該基板を化学的機械研磨（ＣＭＰ）若しくはエッチング処理するか、又は当該基板を陽極とする電解研磨のうち少なくともいずれか１つを含む工程により、被研磨面に突部として残っている配線金属層を除去して、基板表面を平坦化させる工程と、を含む、基板を電解研磨する方法が提供される。このようにすることで、バリア膜研磨工程終了時に、配線金属層が被加工面に突部として残っている場合に、バリア膜研磨工程の後に研磨除去、あるいはエッチング除去して平坦化することが可能である。
【００２６】
本発明の基板を電解研磨する方法においては、バリア膜電解研磨工程において前記基板と陽極との間に印加する電圧は０．０１〜５００Ｖであることが好ましい。また、前記バリア膜の電解研磨工程において、バリア膜が除去されると共に配線金属が還元される。また、配線金属層研磨工程は、基板と陰極の間に１〜５０Ｖの電圧を印加して行う電解研磨工程であることが好ましい。
【００２７】
本発明においては、バリア膜電解研磨工程の前工程または後工程として配線金属層の電解研磨を行うことによって、機械的強度の低い層間絶縁膜（例えばＬｏｗ−ｋ膜）に与えるダメージを最小限にすることができる。
【００２８】
本発明において、バリア膜は、タングステン、チタン、タンタル、マンガン、バナジウム、クロム、もしくはこれらの合金、窒化物、炭化物、窒素炭化物、窒素ケイ化物及びこれらの組合せから選択された物質からなり、配線金属層は、金、銀、銅、ルテニウム、ロジウム、白金、イリジウムもしくはこれらの合金から選択された物質からなる、ことが好ましい。
【００２９】
また、バリア膜電解研磨工程に用いる電解液は、フッ化水素酸、フッ化カリウム、フッ化リチウム、フッ化アンモニウム、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、亜硫酸、硫酸、二硫酸、アルキルスルホン酸類、ベンゼンスルホン酸類、硝酸、オルトリン酸、二リン酸、三リン酸、ポリリン酸、次リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、アミノトリメチレンホスホン酸、ヘキサフルオロケイ酸、ヘキサフルオロケイ酸フッ化アンモニウム、ヘキサフルオロケイ酸カリウム、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム、ヘキサフルオロリン酸カリウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム、テトラフルオロホウ酸、テトラフルオロホウ酸テトラ‐ｎ‐ブチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸銅（II）、フタル酸、四ホウ酸及びこれらの塩、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、アンモニア、トリメチルアンモニウムハイドロオキサイド、２−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイドの少なくとも一つ又はそれらの組合せから選択される電解質を含むことが好ましい。
【００３０】
さらに、バリア膜電解研磨工程に用いる電解液は、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ジヒドロキシエチルエチレンジアミン二酢酸（ＤＨＥＤＤＡ）、１，３−プロパンジアミン四酢酸（１，３−ＰＤＴＡ）、ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）、トリエチレンテトラミン六酢酸（ＴＴＨＡ）、ニトリロ三酢酸（ＮＴＡ）、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸（ＨＩＭＤＡ）、Ｌ−アスパラギン酸−Ｎ，Ｎ−二酢酸（ＡＳＤＡ）、アミノトリメチレンホスホン酸（ＮＴＭＰ）、ヒドロキシエチルエチレンジアミントリ酢酸（ＨＥＤＴＡ）、ヒドロキシエチリデン二リン酸（ＨＥＤＰ）、ニトリロトリス（メチレン）トリホスホン酸（ＮＴＭＰ）、フォスフォノブタントリカルボン酸（ＰＢＴＣ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（ホスホノメチル）エチレンジアミン（ＥＤＴＭＰ）の少なくとも一つ又はそれらの組合せから選択される錯化剤を含むことが好ましい。
【００３１】
本発明の電解研磨装置は、電解液中に、被加工面側にバリア膜と配線金属層とを有する基板を浸漬させて、電解加工する、電解研磨装置であって、当該装置は、研磨パッドを上面に積載するための研磨テーブルと、前記研磨パッド上に電解液を供給しうる電解液供給ノズルと、基板を保持するための基板ホルダと、前記基板ホルダを駆動させる駆動機構と、電源に接続された加工電極と給電電極とを備え、前記基板の被加工面を陰極とし、前記加工電極を陽極として、該陰極と該陽極との間に電圧を印加すると共に、前記駆動機構により前記基板ホルダを駆動させて前記基板と前記研磨パッドとを相対運動させることで、前記基板のバリア層を除去することを特徴とする。本発明の電解研磨装置によれば、上述した基板を電解研磨する方法を好適に行うことができる。
【００３２】
また、本発明の電解研磨装置は、前記基板の前記被加工面の導電性物質の膜厚を検知して出力信号を発信するセンサと、前記センサからの前記出力信号を入力信号として制御計算処理を行い、該計算処理に基づいて制御信号を発信するための制御部と、をさらに備えることが好ましい。これにより、フィードバック制御が可能となる。
【００３３】
層間絶縁膜の形成材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＯＦ、ＳｉＯＣ又はいわゆるＬｏｗ−ｋ材を特に制限なく用いることができる。
表１に、本発明の基板を電解研磨する方法（基板の電解研磨方法）を適用できるバリア膜の形成材料及び配線金属層の形成材料の酸化還元電位（Ｅ０）を標準水素電極基準で示す。
【００３４】
【表１】
2009108405.tif 000003
【００３５】
研磨対象物である基板の導電性物質（即ち配線金属層）の膜厚の変化やバリア膜の露出の状態は、例えば渦電流の変化をセンシングすることでモニタ可能であり、これをフィードバックして、例えば配線金属層と対向電極との間に印加する電圧を制御することで、バリア膜が露出を開始した後に、トレンチ等に埋込まれた配線金属層が過剰に研磨されることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。以下の例では、研磨対象物としての基板のバリア膜表面に成膜した、配線材料の銅（及びシード膜）の不要部分を除去して、バリア膜を露出させる工程、および、露出したバリア膜を研磨対象物として研磨除去する工程について説明する。
【００３７】
［第１の実施形態］
図２は、電解研磨装置の一例を示す断面図で、図３は、図２の加工チャンバ（電解研磨チャンバ）５４内を示す平面図である。この電解研磨装置は、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、配線用凹部としてのビアホール２６及びトレンチ２８内に配線金属として銅３４を充填させるとともに、ハードマスク２４上に銅３４を堆積させた基板（研磨対象物）Ｗを用意し、この基板の表面に、研磨処理を施して、ハードマスク２４上の導電性物質としての銅３４（及びシード膜３２）を除去し、これによって、図１（ｃ）に示すように、バリア膜３０を露出させるのに使用される。そして、更にハードマスク２４上のバリア膜３０を除去することで、図１（ｄ）に示すように、絶縁膜２０，２２の内部に銅３４からなる上層配線３６を形成させるのにも使用される。
【００３８】
図２及び図３に示すように、電解研磨装置には、回転自在な研磨テーブル（ターンテーブル）５０と、被加工面（銅３４の形成面）を下向きにして、基板Ｗを着脱自在に保持する上下動及び回転自在な基板ホルダ（研磨ヘッド）５２と、研磨テーブル５０及び基板ホルダ５２の周囲を囲繞して、研磨時及び研磨後に研磨テーブル５０の上面に向けて供給される電解液や純水等の液体の外部への飛散を防止する有底円筒状の加工チャンバ５４が備えられている。加工チャンバ５４の側部には、内部に溜まった液体を外部に排出する排出口５４ａが設けられている。基板ホルダ（研磨ヘッド）５２は、研磨テーブル５０上の所定の研磨位置と、該研磨位置の側方の基板受渡し位置との間を移動自在に構成されている。
【００３９】
研磨テーブル５０の上面には、研磨テーブル５０のほぼ全域を覆う大きさの円板状の加工電極５６が配置され、加工電極５６の上面は、その全域に亘って研磨パッド（研磨布）５８で覆われており、研磨パッド５８の上面が研磨面となっている。研磨パッド５８の内部には、上下に貫通する多数の貫通孔５８ａが設けられている。これにより、研磨テーブル５０の上面に供給された電解液等の液体は、研磨パッド５８の内部に保持される。そして、研磨の際、研磨パッド５８の貫通孔５８ａ内に保持された電解液を通して、加工電極５６と基板Ｗの表面に設けた銅３４等の導電性物質とが電気的に接続される。
【００４０】
研磨パッド５８は、ＣＭＰ用の研磨パッドを用いることができ、この例では、全面に多数の貫通孔５８ａを有するニッタ・ハース社製のＩＣ−１０００から構成されている。なお、全面に渡って貫通孔があれば、研磨パッド５８全体は、格子状または円環状の溝が形成されたものであってもよい。また、研磨パッド５８自体に通液性があれば、必ずしも研磨パッド５８に貫通孔が開いていなくてもよい。
【００４１】
研磨パッドの種類に関しては、独立発泡ポリウレタンパッドや連続発泡のスウェードパッドが挙げられる。また、砥粒を含まない電解液を使用する場合、砥粒（酸化セリウム（ＣｅＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸化珪素（ＳｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４）、酸化マンガン（ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、ダイヤモンド（Ｃ）、又はこれらの複合材料をフェノール樹脂、アミノプラスト樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アクリル化イソシアヌレート樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、イソシアヌレート樹脂、アクリル化ウレタン樹脂、アクリル化エポキシ樹脂等の結合剤によりバインドした固定砥粒パッドを使用しても良い。
【００４２】
ここで、研磨パッドの溝形状については、１つ以上の同心円溝、偏心溝、多角形溝（格子溝を含む）、らせん溝、放射溝、平行溝、弧状溝やこれらの組合せを形成しても良い。これらの溝形状は電解液の保持・排出に影響する。例えば、同心円溝や偏心溝については、流路が閉じているため電解液を研磨パッド上に保持する効果を有する。これに対して、多角形溝や放射溝は研磨対象への電解液の流入及び研磨パッド外への電解液の排出を促進する効果を有する。なお、基板面内への電解液の流入・流出及び保持の効率を高めるために、研磨パッド面内において溝幅や溝ピッチ、溝深さを適宜調整して、研磨パッド内の溝密度分布を調整してもよい。例えば溝幅・溝深さは０．４ｍｍ以上、溝ピッチは溝幅の２倍以上が良く、電解液の流れを考慮すれば、溝幅・溝深さは０．６ｍｍ以上が好ましい。また、溝間の電解液の流れを活発にすることを目的として、溝間に補助溝（例えば同心円溝間に複数の細溝を形成させる、太い格子溝間に細溝を形成させる）を設けても良い。また、溝の断面形状については、四角溝や丸溝の他にＶ溝や研磨パッドが装着された研磨テーブルの回転方向を考慮して、電解液の溝からの排出を促進させる際は、回転方向下流に傾斜する順溝を形成してもよい。また、逆に電解液の溝からの排出を抑制する際は、逆に回転方向上流側に傾斜した逆溝を形成しても良い。さらにスラリの保持を目的として、研磨パッド表面に貫通孔を１つ以上形成しても良い。
【００４３】
また、研磨パッドと基板との接触面形状は、電解反応により生成した保護皮膜のメカニカル除去に影響する。接触面でのメカニカル作用を増加させるためには、接触面形状が鋭利なものが良く、円錐形、多角錐形、ピラミッド形、プリズム形が挙げられる。ここで、被研磨物によっては接触面形状が鋭利過ぎるとスクラッチ等の原因となるため、これを回避する策として、円錐台や角錐台のような上面を平坦化した形状が挙げられる。
【００４４】
また、接触面でのメカニカル作用をさらに低減させる形状としては、円柱、楕円柱、半球が挙げられる。これらの形状の配置としては、格子や千鳥、三角配置のような規則性のあるものや規則性を消すためにランダム形状にしてもよい。また、これらの形状は研磨パッドの研磨面内において複数以上存在してもよく、また、その密度分布を調整しても良い。
【００４５】
研磨テーブル５０の上方に位置して、研磨中に研磨テーブル５０の上面に向けて電解液を供給する電解液供給ノズル６０が配置されている。この電解液供給ノズル６０は、電解液を一時的に貯蔵する電解液貯蔵タンク６２から延び、チューブポンプ、ダイヤフラムポンプまたはベローズポンプ等の図示しない電解液供給手段を内部に設けた電解液供給ライン６４に接続されている。更に、研磨テーブル５０の上方に位置して、研磨後に研磨テーブル５０の上面に向けてリンス及び洗浄用の純水を供給する純水供給ノズル６６が配置されている。
【００４６】
なお、この例では、沈殿や分解の起こりやすい添加剤成分を電解液貯蔵タンク６２と別の貯蔵容器６８内に保管しておき、電解液貯蔵タンク６２内に貯蔵されている電解液に貯蔵容器６８内に保管された添加成分を添加しながら、所定の条件で調製された電解液を電解液供給ノズル６０から研磨テーブル５０の上面に向けて供給するようにしている。貯蔵容器６８を設けることなく、所定の条件で調製されて電解液貯蔵タンク６２に貯蔵されている電解液を、電解液供給ノズル６０から直接研磨テーブル５０の上面に向けて供給するようにしてもよい。
【００４７】
加工チャンバ５４内の研磨テーブル５０の外側に位置して、上面が研磨パッド５８の表面とほぼ面一となるように、円柱状の給電電極７０が配置されている。これにより、基板ホルダ５２を下降させて、基板ホルダ５２で保持した基板Ｗを研磨パッド５８に向けて所定の押圧力で押圧した時に、給電電極７０の上面が、基板Ｗの外周部で銅３４等の導電性物質の表面（下面）に接触し、これによって、研磨対象物としての導電性物質に給電するようになっている。給電電極７０は、印加する電圧及び電圧波形を制御可能な電源７２の一方の極に接続され、前記加工電極５６は、電源７２の他方の極に接続される。即ち、基板Ｗの銅３４等の配線金属を電解研磨する場合には給電電極７０を電源７２の陽極に接続し、加工電極５６を陰極に接続する。基板Ｗのバリア膜３０を電解研磨する場合には給電電極７０を電源７２の陰極に接続し、加工電極５６を陽極に接続する。
【００４８】
研磨テーブル５０、給電電極７０、加工電極５６、給電接点２６２、第２の接点２６４、導電性シート２５８等、電解液に接する導電性材料の接液面は、陽極とならない場合にはステンレス鋼や黄銅などを用いることも可能であるが、陽極となる場合には陽極酸化に対する耐性を持っているのが好ましい。たとえば、テーブルや電極の表面被覆を施して、いわゆるＤＳＥ電極と呼ばれる不溶性電極とするのが好ましい。これらは例えば、白金被覆チタン電極、イリジウム被覆チタン電極、導電性ダイヤモンド被覆電極、鉛又は鉛合金電極、高珪素鋳鉄電極、フェライト電極等を好適に用いることができる。またカーボンを含む材料も好適に用いることができる。
【００４９】
研磨テーブル５０には、基板Ｗの被加工面の銅３４等の導電性物質の膜厚（残膜厚）を検知する、例えば渦電流センサからなる膜厚検知センサ７４がその上面を加工電極５６の表面に露出させて埋設されている。この膜厚検知センサ７４からの出力信号は、図示しないスリップリングを介して制御部７６に入力される。そして、この制御部７６では、入力信号をもとに演算処理を行い、その結果、出力信号を生成する。この制御部７６からの出力信号で、電源７２、研磨テーブル５０を回転させるテーブル駆動部７８及び基板ホルダ５２を回転及び上下動させるホルダ駆動部８０等が制御される。
【００５０】
また、この膜厚検知センサ７４は、膜厚をセンシングし研磨終点を検知して、研磨を終了する信号を出力する。研磨終了において、印加電圧を止めるタイミングは、電圧の印加を停止し、しかる後に、電解液の供給を終了させる順序が、研磨性能を損なわないために好ましい。渦電流センサのほかに、導電膜の残留膜厚を検出する方法としては、光学式モニタや蛍光Ｘ線膜厚測定、電圧・電流の変化を利用してもよい。
【００５１】
光学式モニタは、光干渉により反射光強度が変わることを利用するもので、テーブル内に埋設された光源よりパッド穴を通して測定光を照射する方法や、基板を研磨テーブル外にオーバーハングさせた状態で測定する方法等が利用できる。
【００５２】
蛍光Ｘ線膜厚測定は、１次Ｘ線を測定対象に照射した際に発生する蛍光Ｘ線の強度が膜厚に対して変化することを利用するもので、研磨中においてテーブル内に埋設されたＸ線元１次Ｘ線を導電膜に照射することで測定する。
【００５３】
電圧・電流の変化は、測定対象の導電膜の膜厚に応じて電気抵抗が変化することを利用するものである。電圧一定で電流の変化を測定し、電気抵抗から膜厚を算出する方法、逆に電流一定で電圧の変化を測定する方法のいずれでも良い。研磨中における電圧・電流のモニタリングすることによって、簡便に利用可能である。
【００５４】
また、例えばバリア膜上の導電膜や絶縁膜上のバリア膜を含む導電膜の研磨において、導電膜が完全に研磨された状態（クリアされた状態）を検出する方法としては、上述した膜厚検出方法以外に、研磨パッド表面温度や基板表面温度の変化を検出する方法、基板と研磨パッド間の摩擦力の変化を検出する方法、表面画像の変化を検出する方法、スラリや電解液中の成分（副生成物の酸化物濃度、導電膜イオン濃度）の変化を検出する方法等が挙げられる。
【００５５】
研磨パッド表面温度や基板表面温度の変化を検出する方法としては、放射温度計によるパッド表面温度の計測や、テーブル内に埋設された放射温度計により研磨パッドに設けた穴を介して、基板表面の温度を測定する方法が利用できる。
【００５６】
基板と研磨パッド間の摩擦力の変化を検出する方法としては、研磨パッドが装着されたテーブルや基板ホルダの駆動電流の変化や、基板ホルダについて、特定周波数の振動振幅の経時変化を測定する方法が利用できる。
【００５７】
基板表面画像の変化を検出する方法としては、テーブル内に埋設された色度センサにより、研磨パッドに設けた穴を介して基板表面の色調の変化、ＣＣＤによる基板表面の２次元画像の変化を測定する方法が利用できる。
【００５８】
スラリや電解液中の成分（副生成物の酸化物濃度、導電膜イオン濃度）の変化を検出する方法としては、研磨テーブルから排出される研磨液中の導電膜イオン濃度の変化を計測する方法が利用できる。
【００５９】
図２および図３に示した複合電解研磨装置は単独で用いられることもあるが、ＣＭＰ装置、又は他の複合電解研磨装置と組み合わせて、複数の研磨テーブルを有する研磨装置としてもよい。この場合はＣＭＰや複合電解研磨を組み合わせた一連の研磨工程を１台の研磨装置中で行うことが可能になる。複数の研磨テーブルを有する場合、研磨テーブルは好ましくは２〜４台、特に好ましくは２台、または４台で構成されている。
【００６０】
次に、図２及び図３に示す電解研磨装置を使用した電解研磨について説明する。
＜配線金属層除去工程＞
先ず、被加工面を下向きにして基板Ｗを基板ホルダ５２に保持させる。次に、基板Ｗを保持した状態の基板ホルダ５２を研磨テーブル５０の上方の所定位置に位置させる。次に、研磨テーブル５０を回転させながら、研磨テーブル５０の上面に向けて電解液供給ノズル６０から電解液を供給し、同時に、基板ホルダ５２を基板Ｗと共に回転させながら下降させて、基板Ｗの被加工面を所定の押圧力で研磨パッド５８に向けて押圧する。そして、給電電極７０が基板Ｗの被加工面の銅３４に接触した時に、給電電極７０を電源７２の陽極に、加工電極５６を電源７２の陰極にそれぞれ接続して、加工電極５６と基板Ｗの被加工面の銅３４との間に所定の電圧を印加する。これによって、陽極となる銅３４の表面で電解反応を起こさせて銅３４を研磨する。なお、この時、研磨パッド５８に設けた貫通孔５８ａを通して、加工電極５６と基板Ｗの銅３４の表面との間は電解液で満たされる。
【００６１】
つまり、陽極となる基板Ｗの銅３４の表面は、陽極酸化されると同時に、銅３４の表面には、電解液中の腐食抑制剤と水溶性高分子化合物により保護膜が形成される。このとき、研磨パッド５８に向けて押圧された基板Ｗの銅３４は、基板Ｗの回転運動と研磨テーブル５０の回転運動により、研磨パッド５８と相対運動して機械的研磨がなされるが、基板Ｗの銅３４の表面に存在する凹部に形成された保護膜は除去されず、銅３４の表面に存在する凸部に形成された保護膜のみに電解研磨が進行することになる。このように、基板Ｗの銅３４の表面に存在する凹凸に形成された保護膜のうち、凸部の保護膜のみを選択的に除去することで、銅３４は、その表面を平坦化されながら研磨される。
【００６２】
配線金属研磨用電解液の組成の例としては、（１）２〜８０重量％の有機酸、（２）２〜２０重量％のスルホン酸基を有する強酸、（３）０．０１〜１重量％の腐食抑制剤、（４）０．０１〜１重量％の水溶性高分子化合物、（５）０．０１〜２重量％の砥粒、及び（６）約０．０１〜１重量％の界面活性剤を備えている水溶液が挙げられる。電解液の溶媒は、脱イオン水、好ましくは超純水である。さらに具体的な例として、例えば表２に挙げる電解液を用いることができる。
【００６３】
この電解液を用いた電解研磨は、基板等の被研磨物表面に形成された銅等の導電性物質表面に存在する凹凸の凹部を腐食抑制剤により保護しつつ、導電性物質の凸部を優先的に加工して平坦化加工するものであり、研磨パッドで導電性物質の表面を擦りつつ電解研磨する複合電解研磨に特に有効である。すなわち、先ず、導電性物質の表面に、過剰なエッチングを抑制するため腐食抑制剤による保護膜を形成した後、硬度と平坦性のある研磨パッドで導電性物質の表面を擦ることにより、導電性物質の凹部表面に形成された保護膜を残しながら、導電性物質の凸部表面に形成された保護膜を選択的に除去する。そして、続いて電解研磨することにより、導電性物質の凸部を優先的に加工して、導電性物質表面の凹凸を解消することができる。
【００６４】
例えば、表２のＮｏ．１の電解液を使用した際の好ましい印加電圧は、１Ｖ〜５０Ｖ、更に好ましくは２Ｖ〜１０Ｖである。印加電圧が低い場合には所望の研磨速度が得られず、高すぎる場合はエッチピットが発生したり、平坦化の能力が低下したりする。最も好ましい印加電圧は４Ｖである。この場合、６００ｎｍ／ｍｉｎ〜１０００ｎｍ／ｍｉｎの研磨速度が得られる。
【００６５】
【表２】
2009108405.tif 000004
【００６６】
＜バリア膜研磨工程＞
配線金属の電解研磨が終了後、加工電極５６及び給電電極７０を電源７２から切離し、電解液の供給を停止した後、基板ホルダ５２を上昇させる。その後バリア膜研磨用の電解液をパッド上に供給し、給電電極７０と加工電極５６の極性を切り替えて（すなわち給電電極７０は電源７２の陰極に、加工電極５６は電源７２の陽極に接続し）、基板ホルダ５２を下降させて研磨パッドと接触、相対運動させ、電圧を印加してバリア膜の研磨を行う。ここでの研磨は、電極の極性を反転させて電解液を変えた点を除いて、上述の配線金属層除去工程と同様に行う。
【００６７】
そして、バリア膜の電解研磨終了後、加工電極５６及び給電電極７０を電源７２から切離し、電解液の供給を停止した後、基板ホルダ５２を上昇させ、しかる後、研磨後の基板Ｗを基板ホルダ５２で次工程に搬送する。
【００６８】
なお、配線金属層（銅）の電解研磨に用いる電解液とバリア膜の電解研磨に用いる電解液の交換は、電解研磨の対象を配線金属からバリア膜へと変えるときに、配線金属膜用の電解液の供給を停止し、その後、研磨パッド上に純水を供給して電圧を印加せず、研磨パッドと基板Ｗとを所定の研磨圧力で相対運動させ、研磨パッドや基板上に残留する電解液を除去した後、上述のように基板ホルダ５２を上昇させ、バリア膜研磨用の電解液を研磨パッド上に供給することが望ましい。加工電極５６および給電電極７０の極性の切り替えは、極性の切り替えが可能な電源を使用したり、極性切り替えスイッチを用いたりすることができる。
【００６９】
また、電解液は、必ずしも配線金属層（銅）の研磨とバリア膜の研磨で変える必要はなく、同一の研磨液を用いても良い。その際は、基板Ｗと研磨パッドの接触及び相対運動を継続した状態で給電電極７０と加工電極５６の極性を切り替えて一連の工程を行うことも可能である。
【００７０】
さらに、上記の例では、１台の電源を用いて、極性を切り替える例を示したが、複数の電源と複数の加工電極、または給電電極を用いて、これらを切り替える方法も可能である。
また、上記の例では、１台の研磨テーブルで配線金属（銅）の研磨とバリア膜の研磨を行う例を示したが、配線金属の研磨終了後、別の研磨テーブルを用いてバリア膜の研磨を行うことも可能である。この場合は複数の研磨テーブルを有する研磨装置を使用することができる。
【００７１】
バリア膜電解研磨工程において使用される電解質溶液（電解液）は、電解質及び／又は錯化剤を主成分とし、これらを溶媒に溶解してなるものであるのが好ましい。なお、錯化剤には電解質としての機能を兼備するものもあり、錯化剤のみから構成される電解質溶液もある。また、必要に応じて、高分子、砥粒等を添加して用いることもできる。
【００７２】
電解質としては、フッ化カリウム、フッ化カリウム、フッ化リチウム、フッ化アンモニウム、フッ化水素酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、亜硫酸、硫酸、二硫酸、アルキルスルホン酸類、ベンゼンスルホン酸類、硝酸、オルトリン酸、二リン酸、三リン酸、ポリリン酸、次リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、アミノトリメチレンホスホン酸、ヘキサフルオロケイ酸、ヘキサフルオロケイ酸フッ化アンモニウム、ヘキサフルオロケイ酸カリウム、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム、ヘキサフルオロリン酸カリウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム、テトラフルオロホウ酸、テトラフルオロホウ酸テトラ‐ｎ‐ブチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸銅（ＩＩ）、フタル酸、四ホウ酸及びこれらの塩、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、アンモニア、トリメチルアンモニウムハイドロオキサイド、２−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイドの少なくとも一つ又はそれらの組合せから選択される電解質を好ましく用いることができる。
【００７３】
錯化剤としては、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ジヒドロキシエチルエチレンジアミン二酢酸（ＤＨＥＤＤＡ）、１，３−プロパンジアミン四酢酸（１，３−ＰＤＴＡ）、ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）、トリエチレンテトラミン六酢酸（ＴＴＨＡ）、ニトリロ三酢酸（ＮＴＡ）、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸（ＨＩＭＤＡ）、Ｌ−アスパラギン酸−Ｎ，Ｎ−二酢酸（ＡＳＤＡ）、アミノトリメチレンホスホン酸（ＮＴＭＰ）、ヒドロキシエチルエチレンジアミントリ酢酸（ＨＥＤＴＡ）、ヒドロキシエチリデン二リン酸（ＨＥＤＰ）、ニトリロトリス（メチレン）トリホスホン酸（ＮＴＭＰ）、フォスフォノブタントリカルボン酸（ＰＢＴＣ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（ホスホノメチル）エチレンジアミン（ＥＤＴＭＰ）の少なくとも一つ又はそれらの組合せから選択される錯化剤を好ましく用いることができる。また、有機酸も錯化剤として用いることができ、カルボキシル基を１個有するカルボン酸、具体的には、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、ｎ−酪酸、イソ酪酸、ｎ−吉草酸、イソ吉草酸、ソルビン酸、グリオキシル酸、ピルビン酸、レブリン酸、安息香酸、ｍ−トルイル酸、アセチルサリチル酸が挙げられる。また、カルボキシル基を２個以上有するカルボン酸、具体的には、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸、α−ケトグルタル酸、アコニット酸、フタル酸、ピロメリト酸が挙げられる。また、カルボキシル基とともにヒドロキシ基を１個以上有するカルボン酸、具体的にはクエン酸、グリコール酸、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸、酒石酸、オキサル酢酸、サリチル酸、ｍ−ヒドロキシ安息香酸、ゲンチシン酸、プロトカテク酸、没食子酸、グルクロン酸、シアル酸、アスコルビン酸などが挙げられる。これらカルボン酸の塩も用いることができる。具体的には前記各有機酸のカリウム塩、アンモニウム塩、アルキルアミン塩またはヒドロキシルアミン塩を挙げることができる。これらは、１種を単独で又は２種以上の混合物として用いることができる。さらに、アミノ酸、具体的にはグリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、スレオニン、システイン、メチオニン、アスパラギン、グルタミン、プロリン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン酸、グルタミン酸、リシン、アルギニン、ヒスチジンなども錯化剤として用いることもできる。これらは、１種を単独で又は２種以上の混合物として用いることができる。
【００７４】
溶媒としては、無極性溶媒としてベンゼン、トルエン、ジエチルエーテル、クロロホルム、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、極性溶媒として水、メタノール、エタノール等のアルコール類、アセトン、アセトニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、酢酸等を挙げることができる。特に好ましくは水である。
【００７５】
本発明において用いることができる電解質溶液中の電解質の濃度は、０．１モル／リットル（ｍｏｌ／Ｌ）〜５．０モル／リットル（ｍｏｌ／Ｌ）、特に１．０モル／リットル（ｍｏｌ／Ｌ）〜４．５モル／リットル（ｍｏｌ／Ｌ）であることが好ましい。電解質濃度が薄すぎると、電解質溶液に電流が流れにくくなるため電解反応が行われず不都合である。一方、電解質濃度が濃すぎると、電解質が溶液中で飽和してしまい沈殿が発生して汚染の原因や沈殿物が基板に傷を付けるために好ましくない。
【００７６】
電解質と錯化剤との配合割合は、電解質１００質量部に対して錯化剤０．００１〜１００質量部、特に０．０５〜８０質量部であることが好ましい。錯化剤は金属を溶液中に安定的に溶解させる作用を奏する。
【００７７】
必要に応じて用いられる高分子としては、ポリアクリル酸またはその塩、ポリメタクリル酸またはその塩、ポリエチレングリコール、ポリイソプロピルアクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリメトキシエチレン、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、及びポリビニルピロリドンなどから選ばれる１種類以上を挙げることができる。
【００７８】
必要に応じて用いられる砥粒としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マンガン、酸化チタン、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、フッ化カルシウムなどを好適に挙げることができる。
【００７９】
本発明のバリア膜電解研磨工程において特に好ましく用いられる電解液は、０．５ｍｏｌ／Ｌオルトリン酸と０．１ｍｏｌ／Ｌフッ化カリウムの水溶液又は０．５ｍｏｌ／Ｌオルトリン酸と０．１ｍｏｌ／ＬＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）の水溶液である。
この電解液を用いてバリア膜であるタンタルを研磨する場合、印加電圧は０．０１Ｖ以上５００Ｖ以下が好ましく、０．１Ｖ以上５０Ｖ以下が更に好ましい。特に好ましいのは、１Ｖ以上１０Ｖ以下である。電圧が１Ｖ以下と低い場合は研磨速度が遅くなり、１０Ｖ以上に高い場合は電流効率（流れる全電流のうち、バリア膜の研磨に関わる反応に利用される電流の割合）が低下し、発熱が激しくなるからである。最も好ましくは５Ｖである。
【００８０】
また、配線金属層の電解研磨工程、およびバリア膜の電解研磨工程において基板に電圧を印加する方法としては、直流電流を流す方法のほか、パルス波、たとえば正弦波、方形波、三角波、鋸歯状波などを利用する方法を採用できる。なお前記パルス波、正弦波、方形波、三角波、鋸歯状波などは時間に対して電圧の値が変化するものであるが、その正負の極性が変わってはならない。
【００８１】
本発明の基板を電解研磨する方法は、上述のバリア層電解研磨工程の前工程又は後工程として、配線金属層を除去する工程を含む。配線金属層の除去工程としては、上述の電解研磨のほかに、化学的機械研磨（ＣＭＰ）又はエッチング処理などを行うことができる。
【００８２】
配線金属層除去工程を、バリア膜電解研磨工程の前工程として行う場合には、図４に示すＡ加工法（配線金属の除去→バリア膜の除去→最終の基板）又は図５に示すＢ加工法（配線金属の除去→バリア膜の除去→配線金属の除去→最終の基板）を行うことができる。後工程として行う場合は、Ｂ加工法を行うことができる。
【００８３】
以下に本発明の基板を電解研磨する方法を図４及び図５を用いて説明する。
基板１Ａは、層間絶縁膜２に配線用溝が設けられ、この配線用溝に沿ってバリア膜３が積層され、バリア膜３の上に配線金属層４が形成されている（図４（ａ）及び図５（ａ））。
【００８４】
図４に示すＡ加工法においては、まず、基板１Ａを陽極とする電解研磨、化学的機械研磨又はエッチング処理により配線金属層４をバリア膜３の膜厚分だけ過剰に除去して、バリア膜３を露出させる配線金属層除去工程を行う（図４（ｂ））。次いで、基板１Ｂを陰極として電圧を印加して、バリア膜３だけを溶解除去させ、配線金属を還元させるバリア膜電解研磨工程を行う。その結果、基板の表面のバリア膜が除去されると共に配線金属表面にダメージ層（配線金属の最表面に形成される酸化膜）が存在するとしても修復され、表面が平坦化された基板１を得る（図４（ｃ））。
【００８５】
図５に示すＢ加工法においては、まず、基板１Ａを陽極とする電解研磨、化学的機械研磨又はエッチング処理により配線金属層４をバリア膜３と同じ高さまで除去する（図５（ｂ））。次いで、配線金属層４とバリア膜３とが露出している基板１Ｃを陰極として電圧を印加して、バリア膜３だけを溶解除去させ、配線金属を還元させるバリア膜電解研磨工程を行い、配線金属層４が層間絶縁膜２の表面よりも突出した凸部として残る基板１Ｄを得る（図５（ｃ））。さらに、基板１Ｄを陽極とする電解研磨、化学的機械研磨又はエッチング処理により配線金属層４をバリア膜３と同じ高さまで除去する（図５（ｄ））。こうして、ディッシングが抑制される。
【００８６】
［第２の実施形態］
第１の実施形態では研磨パッドとして絶縁性のパッドを用いた例を示したが、被研磨対象の導電膜表面への給電を確保することを目的として、研磨表面の少なくとも一部に導電面を有する導電性パッドを使用しても良い。導電性の研磨パッドを用いる場合の好ましい一例を、図６および図７を用いて説明する。
【００８７】
図６は、このプロセスに用いる電解研磨装置の例を示す縦断正面図である。図６に示す電解研磨装置において、図２及び図３に示す電解研磨装置と同一または相当する部材には、同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００８８】
研磨テーブル５０の上面には、図６に示すように、電源７２の一方の極に接続された円板状の加工電極５６と、この加工電極５６の表面を覆う絶縁性定盤２５６が順次積層され、この絶縁性定盤２５６の表面は、その全域に亘って研磨パッド１０１で覆われており、この研磨パッド１０１の上面が研磨面となっている。絶縁性定盤２５６の内部には、上下に貫通して内部に電解液が流入する多数の貫通孔２５６ａが設けられている。
【００８９】
この研磨パッド１０１は、導電性を有するように、例えばカーボンを主成分とする導電性材料から構成されており、この導電性パッド１０１の内部には、上下に連通する多数の貫通孔１０１ａが設けられている。これにより、下記のように、リテーナリング２５４（基板ホルダ５２の外周部を構成し、基板Ｗが基板ホルダ５２から飛び出す現象、いわゆるスリップアウトを防ぐための突起部）の下面に設けられて給電接点２６２に接触する第２の電極２６４から研磨パッド（導電性パッド）１０１を通して、基板ホルダ５２で保持した基板Ｗの銅膜２６６等の導電膜に給電するようになっている。そして、加工電極５６と銅膜２６６等の導電膜は、電解液供給ノズル６０から研磨パッド１０１の研磨面に供給され、絶縁性定盤２５６に設けられた貫通孔２５６ａ及び研磨パッド１０１に設けられた貫通孔１０１ａ内に流入する電解液を通して電気的に接続される。
【００９０】
この例では、絶縁性定盤２５６と研磨パッド１０１との間に、研磨パッド１０１上の電位分布のばらつきを少なくし、ひいては基板Ｗの銅膜２６６等の導電膜表面における電位分布のばらつきを小さくするため、例えば白金からなる導電性シート２５８が介装されている。この絶縁シート２５８の絶縁性定盤２５６に設けた貫通孔２５６ａに対抗する位置には、電解液を流通させる通孔２５８ａが設けられている。
【００９１】
研磨テーブル５０の側方に位置して、支持台２６０が配置されている。基板ホルダ５２は、リテーナリング２５４の一部を研磨テーブル５０の側方にはみ出させた状態で基板Ｗを保持するようになっており、支持台２６０上の基板ホルダ５２のリテーナリング２５４に対向する位置には、電源７２の他方の電極に接続される給電接点２６２が取付けられている。この給電接点２６２の上面と、研磨パッド１０１の上面（研磨面）は、ほぼ面位置になっている。そして、リテーナリング２５４の下面には、リング状で、例えば白金からなる第２の電極２６４がその全面に亘って設けられている。なお、リテーナリング２５４の下面の一部にリング状の第２の電極を設けるようにしてもよい。
【００９２】
これにより、基板Ｗを保持した基板ホルダ５２を下降させた時、リテーナリング２５４の下面に設けた第２の電極２６４の一部が給電接点２６２の上面に、他の大部分が研磨パッド１０１の上面に接触し、同時に基板Ｗの銅膜２６６等の導電膜も研磨パッド１０１の上面に接触する。これによって、基板ホルダ５２で保持した基板Ｗの銅膜２６６等の導電膜には、給電接点２６２及び該給電接点２６２に接触するリテーナリング２５４に設けた第２の電極２６４から、図７に示すように、導電性を有する研磨パッド（導電性パッド）１０１を通して、直接給電される。つまり、給電接点２６２からリテーナリング２５４に設けた第２の電極２６４、該第２の接点２６４から導電性パッド１０１、更には銅膜２６６等の導電膜という経路で、電子伝導により電荷が導電膜に輸送される。このため、導電膜全面に均一に電荷を伝え、アイランド状に残留した配線材料や、導電性の低いバリア膜に確実に給電することができる。
【００９３】
なお、この例では、給電接点２６２を設け、この給電接点２６２をリテーナリング２５４に設けた第２の電極２６４に接触させて給電するようにしているが、基板ホルダ５２の内部に配線を通し、例えばロータリジョイント等を介して、電源７２の他方の極をリテーナリング２５４に設けた第２の電極２６４に直接接続するようにしてもよい。このように、電源７２の他方の極をリテーナリング２５４に設けた第２の電極２６４に直接接続するようにした場合には、リテーナリング２５４の一部を研磨テーブル５０の側方にはみ出させた状態で基板Ｗを保持する必要はない。
【００９４】
また、この例では、研磨パッド１０１と絶縁性定盤２５６との間に、例えば白金からなる導電性シート２５８を介在させることで、研磨パッド１０１上の電位分布のばらつきがより少なくするようにしている。つまり、第２の電極２６４に接触して第２の電極２６４に輸送された電荷は、研磨パッド１０１に一旦供給された後、導電性シート２５８を通過して研磨パッド１０１の全面により均一に供給される。
【００９５】
導電性シート２５８には、研磨パッド１０１の貫通孔１０１ａに対向する位置に通孔２５８ａが設けられている。導電性シート２５８に設けられる通孔２５８ａの大きさは、研磨パッド１０１の貫通孔１０１ａより小さく、電解液との接触面積が小さいことが好ましい。これは、導電性シート２５８に設けられる通孔２５８ａの大きさが大きいと、該通孔２５８ａの表面で電解反応が起こりやすくなり、研磨の電流効率（流れた全電流に対する研磨に用いられた電流の割合）が低下するからである。
【００９６】
導電性シート２５８の材料は、白金に限らないが、導電性シート２５８の電気抵抗は低ければ低いほどよい。また、例えば銅膜を研磨する場合には、銅よりも標準電極電位の高い（貴な材料、あるいはイオン化傾向が銅より小さい）材料であること好ましい。その理由は、研磨パッド１０１の下に敷く導電性シート２５８の材料の標準電極電位が銅より低い場合（イオン化傾向が銅より大きい場合）、この材料が電気化学反応の主体となり、銅が反応しにくくなるためである。
【００９７】
導電性シート２５８の形態としてはシート状が最も好ましいが、細線を無数に配置した形状でもよく、また網状であってもよい。導電性シート２５８の配置は、単に研磨パッド１０１と絶縁性定盤２５６との間に導電性シート２５８を挟んでもよいが、導電性シート２５８上で陽極反応が起こるのを防ぐため、導電性シート２５８が電解液に接しないように、導電性シート２５８の電解液との接液部を絶縁性材料で被覆することが好ましい。導電性シート２５８が電解液との接液部を持たない構造の場合、導電性シート２５８上で陽分極によって陽極溶解を起こすことがないので、例えば銅膜等の導電膜（被加工物）より電極電位の低い（卑な）材料で導電性シートを形成することができる。研磨パッド１０１と導電性シート２５８とは、例えば導電性接着剤などで接着される。
【００９８】
以上、リテーナリング下面に配置した第２の電極２６４を介して導電性パッド１０１に給電する例を示したが、給電接点２６２が直接導電性パッドもしくは被加工基板Ｗ上の導電膜またはバリア膜に給電することも可能である。
【００９９】
［第３の実施形態］
図８、図９は本発明のバリア膜電解研磨工程を行うことが可能な、更に別の電解研磨装置の一例である。以下にこの電解研磨装置３１０の構成について説明する。なお、ここでは、複合電解研磨のことを電解研磨と同義語で使用している。
【０１００】
電解研磨装置３１０は、上方に開口して内部に電解液３１２を保持する有底円筒状の研磨槽３１４と、研磨槽３１４の上方に配置され、表面（被加工面）を下向きにして基板Ｗを着脱自在に保持する基板保持部３１６とを有している。
【０１０１】
研磨槽３１４は、この例では、モータ等の駆動に伴ってスクロール運動（並進回転運動）を行うように構成され、底部には、例えばＳＵＳ、Ｐｔ／Ｔｉ、Ｉｒ／Ｔｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂなど電解液３１２に対して安定でかつ電解により不動態化しない金属からなり、電解液３１２中に浸漬されてアノードとなる平板状の陽極板３１８が水平に配置されている。この陽極板３１８の内部には、上下に連通する複数の通孔３１８ａがその全面に亘って均一に設けられ、各通孔３１８ａの内周面は、円筒状の絶縁体３２０で覆われている。そして、各円筒状の絶縁体３２０の内部には、その上面が陽極板３１８の上面から上方に突出しないように、円柱状のカソード３２２が埋設されている。このカソード３２２は、陽極板３１８の裏面において、配線部３２４を介して互いに接続され、更に、この配線部３２４は、前記円筒状の絶縁体３２０と一体に成形した平板状の絶縁体３２６で陽極板３１８から絶縁した状態で覆われている。この配線部３２４は、外部に配置した直流及びパルス電流電源としての整流器３２８の陰極端子へ配線３３０ａを介して結線され、前記陽極板３１８は、配線３３０ｂを介して整流器３２８の陽極端子に結線されるように構成されている。パルス電流の周期は例えば数秒から数マイクロ秒までのものが使用される。
【０１０２】
陽極板３１８の上面には、連続発泡体、不織布、粒子結合体等で構成されて通液性を有する、例えばポリウレタン、ビニロン、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリプロピレン等からなる非導電性パッド３３２が貼り付けられている。更にこの非導電性パッド３３２の上面に、連続発泡体、不織布、粒子結合体等で構成されて通液性を有する、例えばカーボンや金属粉を含有する、例えば前記と同様なポリウレタン等からなる導電性パッド３３４が貼り付けられている。この非導電性パッド３３２と導電性パッド３３４により、研磨パッド３３６が構成されている。
【０１０３】
更に、非導電性パッド３３２の各カソード３２２と対向する位置には、上下に連通する通孔３３２ａが設けられ、この各通孔３３２ａ内に、両端において、カソード３２２と導電性パッド３３４に接触して両者を電気的に接続する導電体３３８がそれぞれ配置されている。この導電体３３８は、この例では、弾性を有する弾性体で構成され、この導電体３３８自身が有する弾性を介して、導電体３３８の両端がカソード３２２及び導電性パッド３３４と確実に接触するようになっている。
【０１０４】
基板保持部３１６は、回転速度が制御可能な回転機構と研磨圧力が調整可能な上下動機構を備えた支持ロッド３４０の下端に連結され、この下面に、例えば真空吸着方式で基板Ｗを吸着保持するようになっている。更に、研磨槽３１４の上方に位置して、この内部に電解液３１２を供給する電解液供給部３４２が配置され、更に各機器及び運転全般を調節し管理する制御ユニット３４４および安全装置（図示せず）などが備えられている。
【０１０５】
例えば、図９に示すように、陽極板（アノード）３１８の表面に、厚さｂの非導電性パッド３３２と厚さｃの導電性パッド３３４からなる研磨パッド３３６を積層し、この導電性パッド３３４の表面に基板Ｗの被加工面である表面（下面）Ａを接触させると、陽極板３１８と基板Ｗの表面Ａとの間の距離は、非導電性パッド３３２の厚さｂと導電性パッド３３４の厚さｃの合計ａ（＝ｂ＋ｃ）となる。非導電性パッド３３２及び導電性パッド３３４を共に連続発泡体で構成し、陽極板３１８と基板Ｗの表面との間に電解液を供給すると、電解液は、この寸法ａ内に充満する。
【０１０６】
この例においては、研磨パッド３３６内に保持されている電解液によって陽極板３１８と基板Ｗが通電し、電解研磨が進行する。
なお、本発明の基板を電解研磨する方法は、上述の実施形態に制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【０１０７】
本発明の基板を電解研磨する方法によれば、配線金属を除去しすぎることなくバリア膜のみを溶解させて除去することができる。したがって、配線金属とバリア膜形成材料との加工選択比を自由に調整できる。たとえば、配線金属として銅を、バリア膜としてチタンを選択した場合、基板を陰極とすることにより、電圧や電解液のｐＨ等の条件によっては銅を溶解させずにバリア膜のみを溶解させることができ、この場合、銅とバリア膜の除去選択比は「銅：バリア膜」という形式で表現すると、０：１である。また、銅を加工させたい場合には、逆に基板を陽極とする、すなわち印加する電位を負から正へ変換することで、銅とバリア膜の除去選択比を１：０にすることができる。いずれの場合でも、使用する電解液の種類（ｐＨや化学種）や印加する電位により、配線金属：バリア膜の加工選択比は０：１から１：０まで必要に応じて幅広く調製することができる。特に配線金属：バリア膜が０：１の場合にはディッシングの少ない多層配線の形成が可能になる。
【０１０８】
また、バリア膜研磨工程に電気化学的な作用を利用することにより、従来から砥粒、研磨パッド等の機械的な作用を小さくすることが可能なため、Ｌｏｗ−ｋ膜等、機械的強度の低い膜に対してのダメージを低減できる。
【０１０９】
さらに、バリア膜電解研磨工程においては、バリア膜は加工されるが配線金属は酸化されずに還元される。配線金属は前工程の加工時（例えばＣＭＰや電気化学的機械研磨（ＥＣＭＰ））に露出表面にダメージ層が形成されており、このダメージ層は還元により修復することができる。このように配線金属が還元されるため、その後の洗浄工程の負担が大幅に軽くなる。
【実施例】
【０１１０】
以下、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
＜評価方法＞
ウェーハの直径４０ｍｍに相当する部分のみ加工できる、電解研磨装置を用いて加工実験を行った。この装置はウェーハに成膜された金属膜の電極電位を制御できるようになっており、電圧を印加しつつ、露出した金属膜を研磨冶具に貼り付けた研磨パッドで研磨することで加工が進行する。回転速度２５０ｒｐｍで０．５ｐｓｉ（約３５ｇ／ｃｍ２）の加工圧力で、金属膜の電極電位を一定にして加工を行った。
【０１１１】
電極電位の測定には電気化学測定システムＨＺ−３０００（北斗電工株式会社）を用い、参照電極には銀／塩化銀電極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）を用いた。
研磨速度は研磨前後における膜厚を膜厚測定装置（ＶＲ１２０Ａ；日立国際電気アルファ）で測定して算出した。
【０１１２】
＜研磨パッド＞
表面に格子状の溝が設けられた発泡ポリウレタンパッド（Ｘ−ＹＧｒｏｏｖｅ溝付きＩＣ１０００単層パッド、ニッタ・ハース株式会社）
＜基板＞
・チタン（Ｔｉ）基板：Ｓｉ基板上に層間絶縁膜としてＳｉＯ２（厚さ２００ｎｍ）が成膜されており、更にその上にバリア膜としてＴｉ（厚さ３００ｎｍ）膜が成膜されている。
・タンタル（Ｔａ）基板：Ｓｉ基板上に層間絶縁膜としてＳｉＯ２（厚さ２００ｎｍ）が成膜されており、更にその上にバリア膜としてＴａ（厚さ３００ｎｍ）膜が成膜されている。
・窒化タンタル（ＴａＮ）基板：Ｓｉ基板上に層間絶縁膜としてＳｉＯ２（厚さ２００ｎｍ）が成膜されており、更にその上にバリア膜としてＴａＮ（厚さ３００ｎｍ）膜が成膜されている。
・銅（Ｃｕ）基板：Ｓｉ基板上に層間絶縁膜としてＳｉＯ２（厚さ２００ｎｍ）が成膜されており、更にその上にバリア膜としてＴａ（厚さ３０ｎｍ）、その上に配線金属層としてＣｕ（厚さ１０００ｎｍ）が成膜されている。
【０１１３】
＜電解液＞
・試験例１から試験例５まで
０．５ｍｏｌ／Ｌオルトリン酸＋０．１ｍｏｌ／Ｌ  フッ化カリウムを純水に溶解し、ｐＨは水酸化カリウムにより調整した（但し、試験例２から試験例５までは、ｐＨ３）。
・試験例６から試験例８まで
０．５ｍｏｌ／Ｌオルトリン酸＋０．１ｍｏｌ／Ｌ  エチレンジアミン四酢酸を純水に溶解し、ｐＨは水酸化カリウムにより調整した。
＜対極＞
電解液に浸漬させたＳＵＳ３１６Ｌの金属箔を陽極とした。
【０１１４】
［試験例１］
基板を陰極として−２．０Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌ（−２．１９６Ｖ  ｖｓ  ＳＨＥ）となるように電圧を印加した。電解液による電位降下を無視した場合、陽極−陰極間の電圧はおよそ３．７６Ｖとなる。ｐＨの変動による影響を確認した結果を表３に示す。
【０１１５】
【表３】
2009108405.tif 000005
【０１１６】
表３に示すように、窒化タンタル基板はｐＨが高いほど加工速度が高く、銅基板と同じ傾向を示した。一方、チタン基板は、ｐＨが低いほど（すなわち、酸性であるほど）加工速度が高い傾向を示した。また、タンタル基板では、この電解液においてはほとんど加工されていなかった。
【０１１７】
［試験例２］
電極電位を−４Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌ（−４．１９６Ｖ  ｖｓ  ＳＨＥ；極間電圧では６．０４Ｖ）に保持し、基板を陰極として電解研磨した。チタン基板は１１１ｎｍ／ｍｉｎの研磨速度でチタンが除去され、銅基板は０ｎｍ／ｍｉｎで加工されていなかった。
［試験例３］
電極電位を−２Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌ（−２．１９６Ｖ  ｖｓ  ＳＨＥ；極間電圧では３．７６Ｖ）に保持し、基板を陰極として電解研磨した。チタン基板は２７６ｎｍ／ｍｉｎの研磨速度でチタンが除去され、銅基板は４ｎｍ／ｍｉｎで加工されたが、チタン基板に比べて極端に加工速度が低かった。
［試験例４］
電極電位を−１Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌ（−１．１９６Ｖ  ｖｓ  ＳＨＥ；極間電圧では１．５Ｖ）に保持し、基板を陰極として電解研磨した。チタン基板は７４ｎｍ／ｍｉｎの研磨速度でチタンが除去され、銅基板は約１００ｎｍ／ｍｉｎで加工されていた。
［試験例５］
電極電位を１Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌ（０．８０４Ｖ  ｖｓ  ＳＨＥ；極間電圧では３Ｖ）に保持し、基板を陽極として電解研磨した。チタン基板は１５２ｎｍ／ｍｉｎの研磨速度でチタンが除去され、銅基板も約４００ｎｍ／ｍｉｎの研磨速度で銅が除去された。
【０１１８】
以上の結果をまとめて表４に示す。表４に示すように、基板を陰極とした電極電位のなかでも−２Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌ以下の場合はＴｉの研磨速度が非常に高く、基板を陽極とした１Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌではＣｕの研磨速度の方が非常に高くなる。
【０１１９】
【表４】
2009108405.tif 000006
【０１２０】
［試験例６］
電解液のｐＨを６として、電極電位を−２Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌ（−２．１９６Ｖ  ｖｓ  ＳＨＥ；極間電圧では３．７６Ｖ）に保持し、基板を陰極として電解研磨した。タンタル基板は２ｎｍ／ｍｉｎの研磨速度でタンタルが除去された。
［試験例７］
電解液のｐＨを８として、電極電位を−２Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌ（−２．１９６Ｖ  ｖｓ  ＳＨＥ；極間電圧では３．７６Ｖ）に保持し、基板を陰極として電解研磨した。タンタル基板は１ｎｍ／ｍｉｎの研磨速度でタンタルが除去された。
［試験例８］
電解液のｐＨを１２として、電極電位を−２Ｖ  ｖｓ  Ａｇ／ＡｇＣｌ（−２．１９６Ｖ  ｖｓ  ＳＨＥ；極間電圧では３．７６Ｖ）に保持し、基板を陰極として電解研磨した。タンタル基板は２２ｎｍ／ｍｉｎの研磨速度でタンタルが除去された。
【０１２１】
試験例６から試験例８では、ｐＨのタンタルの研磨速度への影響を確認した。タンタルは、アルカリ溶液に対して溶解しやすいことが一般的に知られており、ｐＨ１２における加工速度が高いことも、これを示している。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】図１は、従来の配線形成工程の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の基板を電解研磨する方法に用いられる電解研磨装置の構成の概要を示す断面図である。
【図３】図３は、図２の電解研磨装置の加工チャンバ（電解研磨チャンバ）内を示す平面図である。
【図４】図４は、本発明の基板を電解研磨する方法の一実施態様を模式的に示す工程概略図である。
【図５】図５は、本発明の基板を電解研磨する方法の別の一実施態様を模式的に示す工程概略図である。
【図６】図６は、本発明の基板を電解研磨する方法に用いられる電解研磨装置の別の一例を示す断面図である。
【図７】図７は、図６の研磨装置の基板ホルダ部の拡大図である。
【図８】図８は、本発明の基板を電解研磨する方法に用いられる電解研磨装置の更に別の一例を示す断面図である。
【図９】図９は図８の装置の拡大図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，Ｗ  基板
２，１０  層間絶縁膜
３，１６，３０  バリア膜
４  配線金属層
１２，２４  ハードマスク
１４  下層配線
１８  Ｓｉ−Ｎバリア膜
２０  第１絶縁膜
２２  第２絶縁膜
２６  ビアホール
２８  トレンチ
３２  銅シード膜
３４  配線金属（銅）
３６  上層配線
５０  研磨テーブル
５２  基板ホルダ（研磨ヘッド）
５４  加工チャンバ
５６  加工電極
５８  研磨パッド
５８ａ  貫通孔
６０  電解液供給ノズル
６２  電解液貯蔵タンク
６４  電解液供給ライン
６６  純水供給ノズル
６８  貯蔵容器
７０  給電電極
７２  電源
７４  膜厚検知センサ
７６  制御部
７８  駆動部
１０１  （導電性）研磨パッド
１０１ａ  貫通孔
２５４  リテーナリング
２５６  絶縁性定盤
２５６ａ  貫通孔
２５８  導電性シート
２５８ａ  通孔
２６０  支持台
２６２  給電接点
２６４  第２の電極
２６６  銅膜
３１０  電解研磨装置
３１２  電解液
３１４  研磨槽
３１６  基板保持部
３１８  陽極板
３１８ａ  通孔
３２０  絶縁体
３２２  カソード
３２４  配線部
３２６  絶縁体
３２８  整流器
３３０ａ，３３０ｂ  配線
３３２  非導電性パッド
３３２ａ  通孔
３３４  導電性パッド
３３６  研磨パッド
３３８  導電体
３４０  支持ロッド
３４２  電解液供給部
３４４  制御ユニット
【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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