(57)【要約】【課題】配線金属層６６の凹部６７を解消することが可能な研磨方法を提供する。【解決手段】基板Ｗ表面の配線金属層６６に電解液５０を接触させて配線金属層６６に給電しつつ、基板Ｗ表面を研磨パッド１０１に押圧しながら基板Ｗと研磨パッド１０１とを相対移動させて、配線金属層６６の表面を研磨する電解複合研磨工程を有する研磨方法であって、電解複合研磨工程前、電解複合研磨工程中または電解複合研磨工程に続いて、配線金属層６６に電解液５０を接触させて配線金属層６６に給電しつつ、基板Ｗと研磨パッド１０１とを非接触状態に保持して、配線金属層６６の表面に保護膜７０を形成する保護膜形成工程を有することを特徴とする。【選択図】図１３
2009088448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面の金属膜に電解液を接触させ、給電電極と加工電極の間に電圧を印加することにより前記金属膜に給電しつつ、前記基板表面を研磨部材に押圧しながら前記基板と前記研磨部材とを相対移動させて、前記基板の表面を研磨する電解複合研磨工程を有する研磨方法であって、
前記電解複合研磨工程前、前記電解複合研磨工程中、又は前記電解複合研磨工程に続いて、前記金属膜に電解液を接触させて前記金属膜に給電しつつ、前記基板と前記研磨部材とを非接触状態に保持して、前記金属膜の表面に保護膜を形成する保護膜形成工程を挿入し、前記保護膜形成工程の後、前記基板の表面を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
基板表面の金属膜に電解液を接触させ、給電電極と加工電極の間に電圧を印加することにより前記金属膜に給電しつつ、前記基板表面を研磨部材に第１面圧で押圧しながら前記基板と前記研磨部材とを相対移動させて、前記基板の表面を研磨する電解複合研磨工程を有する研磨方法であって、
前記電解複合研磨工程前、前記電解複合研磨工程中、又は前記電解複合研磨工程に続いて、前記金属膜に電解液を接触させて前記金属膜に給電しつつ、前記基板と前記研磨部材とを前記第１面圧よりも小さい第２面圧での接触状態に保持し、前記金属膜の表面に保護膜を形成する保護膜形成工程を挿入し、前記保護膜形成工程の後、前記第２面圧よりも大きな第３面圧で押圧しながら前記基板の表面を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項３】
前記保護膜形成後の研磨は、電解複合研磨であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の研磨方法。
【請求項４】
前記金属膜は、下層のバリア膜および上層の配線金属層を備え、
前記保護膜形成工程は、前記配線金属層の電解複合研磨工程前に行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の研磨方法。
【請求項５】
前記金属膜は、下層のバリア膜および上層の配線金属層を備え、
前記保護膜形成工程は、前記配線金属層が所定厚さに研磨された後に行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の研磨方法。
【請求項６】
前記金属膜は、下層のバリア膜および上層の配線金属層を備え、
前記保護膜形成工程は、前記バリア膜の研磨工程前に行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の研磨方法。
【請求項７】
前記保護膜形成工程では、前記金属膜への給電により流れる電流の値が電圧印加開始時の値を基準として電流最大低下量の９０％以上低下するまで、保持することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の研磨方法。
【請求項８】
前記保護膜形成工程において前記保護膜を形成するために、前記金属膜と前記加工電極との間に電圧を印加することで電流を流す時間が０．５秒以上１０秒以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の研磨方法。
【請求項９】
前記保護膜形成工程は、複数回行うことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の研磨方法。
【請求項１０】
中心軸を中心として回転し、厚さ方向に貫通する貫通穴を有する研磨部材と、
前記研磨部材を下方から支持すると共に、導電性を有し加工電極に接続される支持部材と、
前記研磨部材の上方に配置され、被研磨表面に金属膜を有する基板を前記被研磨面が下方となるように保持しつつ前記研磨部材に押圧する基板ヘッドと、
前記研磨部材および前記基板ヘッドを相対移動させる相対移動機構と、
前記基板表面の金属膜と前記支持部材との間で通電可能となるように電解液を供給する電解液供給機構と、
前記基板表面の金属膜と前記支持部材に電圧を印加する電源と、
を備えた電解複合研磨装置であって、
前記基板ヘッドは、前記基板の上方に該基板を受圧面の一部として有する圧力室を備え、
前記圧力室は流体路を備えて流体を該圧力室内部に導入する事により、該圧力室内部圧力を前記基板を含む受圧面に印加可能に構成されるとともに、前記圧力室は上方および下方に向けて前記基板の被加工面と垂直な方向に、前記基板を前記圧力室に対して相対移動可能に構成され、
前記流体を前記圧力室内部に導入し該圧力室内部圧力を大気圧よりも高くすることにより前記基板を下方に向けて前記圧力室に対して相対的に移動させ前記基板の被加工面を前記研磨部材に押圧し、且つ、該圧力室内部圧力を大気圧よりも低くすることにより前記基板を上方に向けて前記圧力室に対して相対的に移動させ前記基板の被加工面を前記研磨部材から引き離し非接触とするように構成されたことを特徴とする電解複合研磨装置。
【請求項１１】
中心軸を中心として回転し、厚さ方向に貫通する貫通穴を有する研磨部材と、
前記研磨部材を下方から支持すると共に、導電性を有し加工電極に接続される支持部材と、
前記研磨部材の上方に配置され、被研磨表面に金属膜を有する基板を前記被研磨面が下方となるように保持しつつ前記研磨部材に押圧する基板ヘッドと、
前記研磨部材および前記基板ヘッドを相対移動させる相対移動機構と、
前記基板表面の金属膜と前記支持部材との間で通電可能となるように電解液を供給する電解液供給機構と、
前記基板表面の金属膜と前記支持部材に電圧を印加する電源と、
を備えた電解複合研磨装置であって、
前記研磨部材の中心軸の周囲に立設されたリング状の内堰と、前記研磨部材の外周縁に沿って立設されたリング状の外堰とを備え、
前記基板ヘッドが前記研磨部材の半径方向について、前記内堰および前記外堰の間に配置されるとともに、前記電解液供給機構は前記内堰および前記外堰の間に前記電解液を供給するように形成され、
前記電解液は前記研磨部材の貫通穴を通じて前記基板表面の金属膜と前記支持部材とに接触し、
前記内堰の高さは、前記外堰の高さより低く形成され、
前記研磨部材の半径方向における前記内堰の内側に、前記電解液の排出口が形成されていることを特徴とする電解複合研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨方法および電解複合研磨装置に関し、特に半導体ウェーハ等の基板表面に形成された導電性材料（金属）を電気化学的作用と機械的作用を組合せて研磨するのに使用される研磨方法および電解複合研磨装置に関するものである。
【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、図８に示すように、基板上のいわゆるＬｏｗ−ｋ材等からなる絶縁膜（層間絶縁膜）６２内に配線用凹部（以下「凹部」という。）６３を形成し、次いで凹部６３を含む層間絶縁膜６２の全表面にタンタルと窒化タンタル（Ｔａ／ＴａＮ）の積層や、窒化チタン等からなるバリアメタル膜（以下「バリア膜」という。）６４を形成し、バリア膜６４の表面に銅やタングステン等からなる配線金属層６６を形成して凹部６３内に配線金属材料を埋込み、その後、凹部６３の外側に形成された余分な配線金属層６６およびバリア膜６４を除去することにより一般に行われる。
【０００３】
余分な金属膜（配線金属層６６およびバリア膜６４）の除去は、一般に化学機械的研磨（ＣＭＰ）、電解研磨、電解複合研磨などの平坦化法で行われる。そのうち電解複合研磨は、図８に示すように、基板Ｗ表面の配線金属層６６に電解液５０を接触させて配線金属層６６に給電しつつ、基板Ｗ表面を研磨パッド１０１に押圧しながら基板Ｗと研磨パッド１０１とを相対移動させて、配線金属層６６の表面を研磨するものである（例えば、特許文献１参照）。なお、「電解複合研磨」および「電解研磨」の用語を同じ意味で用いる場合があるが、本明細書では「電解複合研磨」の用語に統一して用いることにする。また、本明細書では「研磨工程」には、ＣＭＰ及び電解複合研磨の両方を含むものとする。
【０００４】
配線金属層６６に給電することにより、電解液５０中の保護膜を形成する成分と配線金属層６６を構成する金属とが反応して、配線金属層６６の表面に金属錯体からなる保護膜７０が形成される。なお層間絶縁膜６２の表面に形成された凹部６３に倣って、配線金属層６６の表面には凹部６７が形成されている。配線金属層６６の上段部（凹部６７の外側）Ｈに形成された保護膜は研磨パッド１０１との当接により研磨されて除去され、当該部分の配線金属層６６が電解液５０中に溶解する。これに対して、配線金属層６６の下段部（凹部６７の内側）Ｌの配線金属層６６は保護膜７０により電解液５０から遮蔽されているので電解液５０中に溶解しない。これにより、前記上段部Ｈが研磨されて配線金属層６６の表面が平坦化されるようになっている。
【特許文献１】特開２００３−３１１５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、発泡ポリウレタン等からなる研磨パッド１０１の表面粗さや表面変形に起因して、研磨パッド１０１は配線金属層６６の上段部Ｈだけでなく下段部Ｌにも当接する。そのため耐研磨強度が弱い保護膜７０においては、配線金属層６６の下段部Ｌからも除去されてしまうことになる。
【０００６】
図９は、保護膜の生成速度と除去速度との関係を示すグラフであり、横軸に研磨パッドと基板との接触面圧をとり、縦軸に加工速度（生成速度および除去速度）をとっている。グラフ中、ＰＨは研磨パッドと金属膜上段部（配線金属層６６の上段部）との接触面圧であり、ＰＬは研磨パッドと金属膜下段部（配線金属層６６の下段部）との接触面圧である（図８参照）。図９に示すように、保護膜の生成速度は接触面圧によらず一定になるが、除去速度は接触面圧の低下に伴って下降する性質を有する。ここで、保護膜の生成速度の大きさおよび除去速度の大きさが逆転する接触面圧を、耐研磨強度が強い保護膜についてＰｃｒ１とし、弱い保護膜についてＰｃｒ２とする。耐研磨強度が強い保護膜が形成される場合には、ＰＬ＜Ｐｃｒ１＜ＰＨとなるように研磨パッドを基板に押圧すればよい。これにより、金属膜上段部の保護膜は除去速度の大きさが生成速度の大きさを上回るので除去され、下段部の保護膜は除去速度の大きさが生成速度の大きさを下回るので残存する。その結果、上段部の金属膜のみが電解液中に溶解し、金属膜の段差が解消されて平坦化されることになる。
これに対して、耐研磨強度が弱い保護膜が形成される場合には、Ｐｃｒ２＜ＰＬ＜ＰＨとなる可能性がある。この場合には、金属膜上段部の保護膜および下段部の保護膜ともに、除去速度の大きさが生成速度の大きさを上回るので除去される。その結果、上段部に加え下段部の金属膜も電解液中に溶解することになり、金属膜の段差の解消が困難になるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するため、金属膜の段差を解消することが可能な研磨方法および電解複合研磨装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、基板表面の金属膜に電解液を接触させ、給電電極と加工電極の間に電圧を印加することにより前記金属膜に給電しつつ、前記基板表面を研磨部材に押圧しながら前記基板と前記研磨部材とを相対移動させて、前記基板の表面を研磨する電解複合研磨工程を有する研磨方法であって、前記電解複合研磨工程前、前記電解複合研磨工程中、又は前記電解複合研磨工程に続いて、前記金属膜に電解液を接触させて前記金属膜に給電しつつ、前記基板と前記研磨部材とを非接触状態に保持して、前記金属膜の表面に保護膜を形成する保護膜形成工程を挿入し、前記保護膜形成工程の後、前記基板の表面を研磨することを特徴とする。
この方法によれば、例えば給電電極から基板表面の金属膜および電解液を経由して加工電極に至る経路が通電可能となるので、給電電極と加工電極との間に電圧を印加することにより前記保護膜の形成が可能となる。即ち、保護膜形成工程において基板と研磨部材とを非接触状態に保持するので、保護膜が研磨部材により除去されることなく生成され、相当な厚さで耐研磨強度が強い保護膜を形成することができる。そのため、金属膜の表面に段差がある場合でも、研磨工程において下段部の保護膜を残しつつ、上段部の保護膜のみを除去することができる。その結果、上段部の金属膜のみを電解液中に溶解させることが可能になり、金属膜の段差を解消することができる。なお本明細書においては例えば、「基板の被研磨表面の金属膜を陽極とし対向するように配置された陰極との間に電圧を印加する」ことを、「基板の被研磨表面の金属膜に給電する」というように表現する事もある。
【０００９】
基板表面の金属膜に電解液を接触させ、給電電極と加工電極の間に電圧を印加することにより前記金属膜に給電しつつ、前記基板表面を研磨部材に第１面圧で押圧しながら前記基板と前記研磨部材とを相対移動させて、前記基板の表面を研磨する電解複合研磨工程を有する研磨方法であって、前記電解複合研磨工程前、前記電解複合研磨工程中、又は前記電解複合研磨工程に続いて、前記金属膜に電解液を接触させて前記金属膜に給電しつつ、前記基板と前記研磨部材とを前記第１面圧よりも小さい第２面圧での接触状態に保持し、前記金属膜の表面に保護膜を形成する保護膜形成工程を挿入し、前記保護膜形成工程の後、前記第２面圧よりも大きな第３面圧で押圧しながら前記基板の表面を研磨することを特徴とする。
この方法によれば、保護膜形成工程において基板と研磨部材とを研磨工程の第１面圧よりも小さい第２面圧で接触させるので、保護膜の生成速度が除去速度を上回り、相当な厚さで耐研磨強度が強い保護膜を形成することができる。そのため金属膜の表面に段差がある場合でも、前記保護膜形成工程において保護膜を形成でき、その後の研磨工程において下段部の保護膜を残しつつ、上段部の保護膜のみを除去することができる。その結果、上段部の金属膜のみを電解液中に溶解させることが可能になり、金属膜の段差を解消することができる。
【００１０】
前記保護膜形成後の研磨は、電解複合研磨であることを特徴とする
この構成によれば、研磨速度を向上させることが可能になり、またディッシングやエロージョンを抑制することが可能になる。
【００１１】
前記金属膜は、下層のバリア膜および上層の配線金属層を備え、前記保護膜形成工程は、前記配線金属層の電解複合研磨工程前に行うことを特徴とする。
この方法によれば、配線金属層の電解複合研磨工程において金属膜の段差を解消することができる。
【００１２】
前記金属膜は、下層のバリア膜および上層の配線金属層を備え、前記保護膜形成工程は、前記配線金属層が所定厚さに研磨された後に行うことを特徴とする。
この方法によれば、残りの配線金属層の電解複合研磨工程において金属膜の段差を解消することができる。
【００１３】
前記金属膜は、下層のバリア膜および上層の配線金属層を備え、前記保護膜形成工程は、前記バリア膜の研磨工程前に行うことを特徴とする。
この方法によれば、バリア膜の研磨工程において金属膜の段差を解消することができる。即ち、バリア膜の研磨を行う前に配線金属層の表面に保護膜を形成し、その後に基板の表面を研磨する事により、バリア膜と配線金属層との段差を解消できる。
【００１４】
前記保護膜形成工程では、前記金属膜への給電により流れる電流の値が電圧印加開始時の値を基準として電流最大低下量の９０％以上低下するまで、保持することを特徴とする。
金属膜への給電により金属膜と電解液とが反応して保護膜が形成されるが、電気絶縁体である保護膜の成長に伴って金属膜への給電により流れる電流が低下する。そこで、金属膜への給電により流れる電流が保護膜形成のための給電開始時点から電流の最大低下量の９０％以上低下する時点までに相当する時間または当該時間以上の時間だけ基板と研磨部材とを非接触に保持して保護膜を成長させることにより、十分な厚さで耐研磨強度が強い保護膜を形成することができる。
上記技術は次のように換言できる。すなわち、前記保護膜形成工程においては、金属膜と陰極との間に電圧を印加することにより流れる電流の値は、保護膜形成のための電圧印加開始以降保護膜が形成される事により時間の経過とともに減少し、やがて一定の値となる。前記金属膜と陰極との間に前記電圧を印加しつつ前記基板と前記研磨部材とを非接触状態に保持する時間を、前記電圧印加開始時点から、電圧印加開始時の電流値(ア)と所定時間経過後に一定の値となったときの電流値(イ)との差の値(電流最大低下量)の９０％だけ電流値が電圧印加開始時の値よりも減少した時点、即ち〔(ア)−((ア)−(イ))ｘ０．９０〕の値となる時点まで又はそれ以降の時点までの時間とする事により、十分な厚さで対研磨強度が大きい保護膜を形成できる。
【００１５】
また、金属膜への給電により流れる電流が保護膜形成のための給電開始時点から電流の最大低下量の９０％以上低下する時点までに相当する時間または当該時間以上の時間だけ基板と研磨部材とを前記第２面圧で接触させた状態に保持して保護膜を成長させることにより、十分な厚さで耐研磨強度が強い保護膜を形成することができる。基板と研磨部材とを研磨工程の第１面圧よりも小さい第２面圧で接触させるので、保護膜の生成速度が除去速度を上回り、相当な厚さで耐研磨強度が強い保護膜を形成することができる。
【００１６】
前記保護膜形成工程において前記保護膜を形成するために、前記金属膜と前記加工電極との間に電圧を印加することで電流を流す時間が０．５秒以上１０秒以下であることを特徴とする。
金属膜への給電により金属膜と電解液とが反応して保護膜が形成されるが、電気絶縁体である保護膜の成長に伴って金属膜への給電により流れる電流が前記給電の時間の経過とともに低下する。そこで、保護膜形成のための給電時間を、形成されつつある保護膜の耐研磨強度の上昇の程度を示す指標と見なす事が出来る。前記電流の値と保護膜形成のための給電時間との関係を調べるための実験の結果に鑑みて、保護膜形成工程において保護膜を形成するために給電する時間は０．５秒以上１０秒以下の間で適切な値に設定する事により、十分な厚さで耐研磨強度が強い保護膜を形成することができる。
【００１７】
なお前記保護膜形成工程における電流の値と給電時間との関係を調べるための実験は、基板と研磨部材とが非接触の状態で行った。一方、基板表面の配線金属層上に保護膜を形成し配線金属層を研磨して除去する実験においては、前記基板と研磨部材とを第２面圧(例えば  ０．１psi)で接触させた状態で保護膜を形成した場合であっても、研磨工程の第１面圧よりも小さい第２面圧で接触させるので、保護膜の生成速度が除去速度を上回り、前記基板と研磨部材とを非接触の状態で保護膜を形成した場合と同様に、耐研磨強度が強い保護膜が形成され、その結果配線金属層が段差を残すことなく除去できる事が確認できた。従って、耐研磨強度が強い保護膜を形成するために必要とする時間は基板と研磨部材とが第２面圧で接触している場合であっても、それ等が非接触である場合と同等であると見做して良い。
【００１８】
前記保護膜形成工程は、複数回行うことを特徴とする。
この方法によれば、金属膜の下段部の保護膜の除去速度が生成速度を上回る場合でも、下段部の保護膜が除去される前に新たな保護膜を形成することが可能になる。これにより、上段部の保護膜が除去されている間に上段部の金属膜のみを電解液中に溶解させることが可能になり、金属膜の段差を解消することができる。
【００１９】
中心軸を中心として回転し、厚さ方向に貫通する貫通穴を有する研磨部材と、前記研磨部材を下方から支持すると共に、導電性を有し加工電極に接続される支持部材と、前記研磨部材の上方に配置され、被研磨表面に金属膜を有する基板を前記被研磨面が下方となるように保持しつつ前記研磨部材に押圧する基板ヘッドと、前記研磨部材および前記基板ヘッドを相対移動させる相対移動機構と、前記基板表面の金属膜と前記支持部材との間で通電可能となるように電解液を供給する電解液供給機構と、前記基板表面の金属膜と前記支持部材に電圧を印加する電源と、を備えた電解複合研磨装置であって、前記基板ヘッドは、前記基板の上方に該基板を受圧面の一部として有する圧力室を備え、前記圧力室は流体路を備えて流体を該圧力室内部に導入する事により、該圧力室内部圧力を前記基板を含む受圧面に印加可能に構成されるとともに、前記圧力室は上方および下方に向けて前記基板の被加工面と垂直な方向に、前記基板が前記圧力室に対して相対移動可能に構成され、前記流体を前記圧力室内部に導入し該圧力室内部圧力を大気圧よりも高くすることにより前記基板を下方に向けて前記圧力室に対して相対的に移動させ前記基板の被加工面を前記研磨部材に押圧し、且つ、該圧力室内部圧力を大気圧よりも低くすることにより前記基板を上方に向けて前記圧力室に対して相対的に移動させ前記基板の被加工面を前記研磨部材から引き離し非接触とするように構成されたことを特徴とする。
この装置によれば、基板ヘッドを研磨部材から離反させることなく、基板を研磨部材に対して非接触状態に保持することができる。これにより、金属膜の表面に耐研磨強度が強い保護膜を形成することが可能になり、金属膜の段差を解消することができる。
【００２０】
中心軸を中心として回転し、厚さ方向に貫通する貫通穴を有する研磨部材と、前記研磨部材を下方から支持すると共に、導電性を有し加工電極に接続される支持部材と、前記研磨部材の上方に配置され、被研磨表面に金属膜を有する基板を前記被研磨面が下方となるように保持しつつ前記研磨部材に押圧する基板ヘッドと、前記研磨部材および前記基板ヘッドを相対移動させる相対移動機構と、前記基板表面の金属膜と前記支持部材との間で通電可能となるように電解液を供給する電解液供給機構と、前記基板表面の金属膜と前記支持部材に電圧を印加する電源と、を備えた電解複合研磨装置であって、前記研磨部材の中心軸の周囲に立設されたリング状の内堰と、前記研磨部材の外周縁に沿って立設されたリング状の外堰とを備え、前記基板ヘッドが前記研磨部材の半径方向について、前記内堰および前記外堰の間に配置されるとともに、前記電解液供給機構は前記内堰および前記外堰の間に前記電解液を供給するように形成され、前記電解液は前記研磨部材の貫通穴を通じて前記基板表面の金属膜と前記支持部材とに接触し、前記内堰の高さは、前記外堰の高さより低く形成され、前記研磨部材の半径方向における前記内堰の内側に、前記電解液の排出口が形成されていることを特徴とする。
この装置によれば、供給された電解液が内堰および外堰の間に貯留されるので、基板ヘッドを研磨部材から離反させた場合でも、基板表面の金属膜に電解液を接触させることができる。また、内堰の高さが外堰の高さより低く形成されているので、過剰に供給された電解液は内堰から溢れ出すことになり、内堰および外堰の間に多くの電解液を貯留することができる。さらに、内堰の内側に電解液の排出口が形成されているので、電解液回収機構を小型化することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、保護膜形成工程において耐研磨強度が強い保護膜を形成することができる。そのため金属膜の表面に段差がある場合でも、研磨工程において下段部の保護膜を残しつつ、上段部の保護膜のみを除去することができる。その結果、金属膜の段差を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（基板処理装置）
図１は、本発明に係る電解複合研磨装置を備えた基板処理装置の配置構成を示す平面図である。この基板処理装置３００は、多数の基板Ｗをストックする基板カセット２０４を収容するロード・アンロードステージを備えている。ロード・アンロードステージ内の各基板カセット２０４に到達可能となるように、走行機構２００の上に２つのハンドを有した搬送ロボット２０２が配置されている。走行機構２００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。走行機構２００の延長線上には、研磨前または研磨後に基板上の膜厚測定を行うＩＴＭ（In-line Thickness Monitor）２２４が配置されている。
【００２３】
搬送ロボット２０２の走行機構２００を挟んで、基板カセット２０４とは反対側に２台の乾燥ユニット２１２が配置されている。各乾燥ユニット２１２は、搬送ロボット２０２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２１２の間で、搬送ロボット２０２が到達可能な位置に、４つの基板載置台を備えた基板ステーション２０６が配置されている。 
【００２４】
各乾燥ユニット２１２と基板ステーション２０６に到達可能な位置に搬送ロボット２０８が配置されている。乾燥ユニット２１２と隣接するように、搬送ロボット２０８のハンドが到達可能な位置に洗浄ユニット２１４が配置されている。搬送ロボット２０８のハンドの到達可能な位置にロータリトランスポータ２１０が配置され、このロータリトランスポータ２１０と基板受渡し可能な位置に、本実施形態における電解複合研磨装置２５０が２台配置されている。
【００２５】
各電解複合研磨装置２５０は、基板ヘッド１、研磨テーブル１００、研磨パッド１０１（図２等参照）、研磨パッド１０１に電解液を供給する電解液供給ノズル（電解液供給部）１０２、研磨パッド１０１のドレッシングを行うためのドレッサー２１８、及びドレッサー２１８を洗浄するための水槽２２２を有している。 
【００２６】
（電解複合研磨装置）
図２は、電解複合研磨装置２５０の概略構成図である。図２に示すように、基板ヘッド１は、自在継手部１０を介してヘッド駆動軸１１に接続されており、ヘッド駆動軸１１は、揺動アーム１１０に固定されたヘッド用エアシリンダ１１１に連結されている。ヘッド用エアシリンダ１１１によってヘッド駆動軸１１は上下動し、基板ヘッド１の全体を昇降させるとともに、ヘッド本体２の下端に固定されたリテーナリング３を研磨テーブル１００に押圧する。ヘッド用エアシリンダ１１１は、レギュレータＲＥ１を介して圧縮空気源１２０に接続されており、レギュレータＲＥ１によって、ヘッド用エアシリンダ１１１に供給される加圧空気の空気圧等の流体圧力を調整することができる。これにより、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を調整することができる。 
【００２７】
ヘッド駆動軸１１は、キー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。回転筒１１２は、その外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。揺動アーム１１０には、回転駆動部としてのヘッド用モータ１１４が固定されており、タイミングプーリ１１３ は、タイミングベルト１１５を介してヘッド用モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。従って、ヘッド用モータ１１４を回転駆動することによって、タイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５及びタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２及びヘッド駆動軸１１が一体に回転し、基板ヘッド１が回転する。揺動アーム１１０は、フレーム（図示せず）に固定支持されたシャフト１１７によって支持されている。
【００２８】
（基板ヘッド）
図３は基板ヘッド１を示す断面図であり、図４は図３に示す基板ヘッド１の底面図である。図３に示すように、基板ヘッド１は、内部に収容空間を有する円筒容器状のヘッド本体２と、ヘッド本体２の下端に固定されたリテーナリング３を備えている。ヘッド本体２は、例えば金属やセラミックス等の強度及び剛性が高い材料から形成されている。リテーナリング３は、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの剛性の高い樹脂又はセラミックス等の絶縁材料から形成されている。 
【００２９】
ヘッド本体２は、円筒容器状のハウジング部２ａと、ハウジング部２ａの円筒部の内側に嵌合される環状の加圧シート支持部２ｂと、ハウジング部２ａの上面の外周縁部に嵌合された環状のシール部２ｃとを備えている。ヘッド本体２のハウジング部２ａの下面に固定されているリテーナリング３の下部は内方に突出している。なお、リテーナリング３をヘッド本体２と一体的に形成してもよい。 
【００３０】
ヘッド本体２のハウジング部２ａの中央部上方には、上述したヘッド駆動軸１１が配設されており、ヘッド本体２とヘッド駆動軸１１とは自在継手部１０により連結されている。この自在継手部１０は、ヘッド本体２及びヘッド駆動軸１１を互いに傾動可能とする球面軸受け機構と、ヘッド駆動軸１１の回転をヘッド本体２に伝達する回転伝達機構とを備えており、ヘッド本体２のヘッド駆動軸１１に対する傾動を許容しつつ、ヘッド駆動軸１１の押圧力及び回転力をヘッド本体２に伝達する。 
【００３１】
球面軸受け機構は、ヘッド駆動軸１１の下面の中央に形成された球面状凹部１１ａと、ハウジング部２ａの上面の中央に形成された球面状凹部２ｄと、両凹部１１ａ，２ｄ間に介装された、セラミックスのような高硬度材料からなるベアリングボール１２とから構成されている。回転伝達機構は、ヘッド駆動軸１１に固定された駆動ピン（図示せず）とハウジング部２ａに固定された被駆動ピン（図示せず）とから構成される。ヘッド本体２が傾いても被駆動ピンと駆動ピンは相対的に上下方向に移動可能であるため、これらは互いの接触点をずらして係合して、回転伝達機構がヘッド駆動軸１１の回転トルクをヘッド本体２に確実に伝達する。 
【００３２】
ヘッド本体２及びヘッド本体２に一体に固定されたリテーナリング３の内部に画成された空間内には、基板ヘッド１によって保持される半導体ウェーハ等の基板Ｗに当接する弾性パッド４と、環状のホルダーリング５と、弾性パッド４を支持する概略円盤状のチャッキングプレート６とが収容されている。弾性パッド４は、その外周部がホルダーリング５と該ホルダーリング５の下端に固定されたチャッキングプレート６との間に挟み込まれており、チャッキングプレート６の下面を覆っている。これにより、弾性パッド４とチャッキングプレート６との間には空間が形成されている。 
【００３３】
ホルダーリング５とヘッド本体２との間には弾性膜からなる加圧シート７が張設されている。加圧シート７は、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。加圧シート７は、一端をヘッド本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込み、他端をホルダーリング５の上端部５ａとストッパ部５ｂとの間に挟み込んで固定されている。ヘッド本体２、チャッキングプレート６、ホルダーリング５、及び加圧シート７によって、ヘッド本体２の内部に圧力室２１が形成されている。図２に示すように、圧力室２１からは、チューブやコネクタ等からなる流体路３１が延設されており、圧力室２１は、流体路３１内に設置されたレギュレータＲＥ２を介して圧縮空気源１２０に接続されている。
【００３４】
なお、図３に示す加圧シート７がゴムなどの弾性体からなり、加圧シート７をリテーナリング３とヘッド本体２との間に挟み込んで固定した場合には、弾性体としての加圧シート７の弾性変形によってリテーナリング３の下面において好ましい平面が得られなくなってしまう。従って、これを防止するため、この例では、別部材として加圧シート支持部２ｂを設けて、加圧シート７をヘッド本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込んで固定している。 
【００３５】
弾性パッド４とチャッキングプレート６との間に形成される空間の内部には、弾性パッド４に当接する当接部材としてのセンターバッグ（中心部当接部材）８及びリングチューブ（外側当接部材）９が設けられている。この例においては、図３及び図４に示すように、センターバッグ８は、チャッキングプレート６の下面の中心部に配置され、リングチューブ９は、このセンターバッグ８の周囲を取り囲むようにセンターバッグ８の外側に配置されている。なお弾性パッド４、センターバッグ８及びリングチューブ９は、加圧シート７と同様に、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。 
【００３６】
図３に示すように、チャッキングプレート６と弾性パッド４との間に形成される空間は、上記センターバッグ８及びリングチューブ９によって複数の空間に区画されており、センターバッグ８とリングチューブ９の間には圧力室２２が、リングチューブ９の外側には圧力室２３がそれぞれ形成されている。 
【００３７】
センターバッグ８は、弾性パッド４の上面に当接する弾性膜８１と、弾性膜８１を着脱可能に保持するセンターバッグホルダー（保持部）８２とから構成されている。センターバッグホルダー８２にはねじ穴８２ａが形成されており、このねじ穴８２ａにねじ５５を螺合させることにより、センターバッグ８がチャッキングプレート６の下面の中心部に着脱可能に取り付けられている。センターバッグ８の内部には、弾性膜８１とセンターバッグホルダー８２とによって中心部圧力室２４が形成されている。 
【００３８】
同様に、リングチューブ９は、弾性パッド４の上面に当接する弾性膜９１と、弾性膜９１を着脱可能に保持するリングチューブホルダー（保持部）９２とから構成されている。リングチューブホルダー９２にはねじ穴９２ａが形成されており、このねじ穴９２ａにねじ５６を螺合させることにより、リングチューブ９がチャッキングプレート６の下面に着脱可能に取り付けられている。リングチューブ９の内部には、弾性膜９１とリングチューブホルダー９２とによって中間部圧力室２５が形成されている。 
【００３９】
圧力室２２，２３、中心部圧力室２４及び中間部圧力室２５には、チューブやコネクタ等からなる流体路３３，３４，３５，３６がそれぞれ連通されており、各圧力室２２〜２５は、それぞれの流体路３３〜３６内に設置されたレギュレータＲＥ３，ＲＥ４，ＲＥ５，ＲＥ６を介して、供給源としての圧縮空気源１２０に接続されている。なお、上記流体路３１，３３〜３６は、ヘッド駆動軸１１の上端部に設けられたロータリジョイント（図示せず）を介して、各レギュレータＲＥ２〜ＲＥ６に接続されている。 
【００４０】
上述したチャッキングプレート６の上方の圧力室２１及び上記圧力室２２〜２５には、各圧力室に連通される流体路３１，３３〜３６を介して加圧空気等の加圧流体等が供給されるようになっている。
【００４１】
このように、レギュレータＲＥ２〜ＲＥ６によって各圧力室２１〜２５の内部の圧力を独立に可変とすることにより、弾性パッドを介して基板Ｗを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を、基板Ｗの部分（区画領域）毎に調整することができる。
また図３に示すように、チャッキングプレート６から圧力室２２，２３に複数の凸部４２が立設されている。凸部４２の先端は、開口部４１を通って弾性パッド４の表面に露出している。凸部４２の先端面から流体路４３が延設され、図２に示す真空源１２１に接続されている。これにより、図３に示す凸部４２の先端面で、基板Ｗを真空吸着しうるようになっている。
【００４２】
図２に示すように、電解複合研磨装置２５０の研磨テーブル１００には、基板表面の配線金属層等の膜厚を測定する、例えば渦電流センサからなるＩＴＭ２２６のセンサコイル２２８が埋め込まれている。そして、このＩＴＭ２２６からの信号は、制御部３１０に入力され、この制御部３１０からの出力でレギュレータＲＥ３〜ＲＥ６が制御される。 
【００４３】
（研磨テーブル、研磨パッド）
図５（ａ）は電解複合研磨装置の要部を概略的に示す縦断面図である。研磨テーブル１００の上面には円板状の支持部材２５４が固定されている。支持部材２５４は、導電性材料（金属、合金、導電性プラスチックなど）で構成されている。この支持部材２５４の上面に研磨パッド１０１が取り付けられており、研磨パッド１０１の上面が研磨面となっている。研磨テーブル１００は図示しない回転機構に連結されており、これにより研磨テーブル１００は、支持部材２５４および研磨パッド１０１と一体に回転可能となっている。
【００４４】
電解液供給ノズル１０２は、研磨パッド１０１の半径方向に沿って延びている。電解液供給ノズル１０２の先端には、電解液の供給口１０２ａが設けられている。この供給口１０２ａは研磨パッド１０１の中央部の上方に位置しており、図示しない電解液供給源から電解液供給ノズル１０２を通じて電解液が研磨パッド１０１の中央部に供給される。研磨パッド１０１が回転すると、電解液は外側に向かって濡れ広がり、基板ヘッド１と研磨パッド１０１との間および研磨パッド１０１の複数の貫通孔１０１ａに充填される。なお、電解研磨液供給ノズル１０２は研磨パッド１０１の中央部上方に位置しているが、中央部に限ることなく必要に応じて研磨パッドの半径方向の任意の位置に配置できる事はいうまでも無い。
【００４５】
支持部材２５４は、電源２５２の負極に接続されており、第１電極（カソード）として機能する。電源２５２から延びる配線と支持部材（カソード）２５４との電気接点には、コロ、ブラシなどが用いられる。例えば、図５（ａ）に示すように、支持部材２５４の側面に電気接点（加工電極）２６２を接触させることができる。電気接点２６２は、比抵抗が小さく軟質な金属、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウムなどで形成することが好ましい。 
【００４６】
研磨パッド１０１の側方に位置して、電源２５２の正極に接続された第２電極（給電電極）２６４が配置されている。基板ヘッド１は、基板Ｗの一部を研磨パッド１０１の側方にはみ出させた状態で基板Ｗを研磨面に接触させるようになっており、基板Ｗの下面が第２電極２６４に接触するようになっている。これにより、第２電極２６４から基板Ｗの配線金属層に給電される。なお、第２電極２６４からリテーナリングを介して基板Ｗの配線金属層に給電することも可能である。そして、カソードとしての支持部材２５４と、アノードとしての基板Ｗ上の配線金属層は、研磨パッド１０１の貫通孔１０１ａに充填された電解液を通して電気的に接続される。なお、本実施例では、基板を陽極とし、加工電極を陰極としたが、基板を陰極とし、加工電極を陽極とした場合も、本発明の範囲内である。
【００４７】
図５（ｂ）は、他の電解複合研磨装置の要部を概略的に示す縦断面図である。この電解複合研磨装置２５０の支持部材２５４は、円板状のベース２５４ｂと、このベース２５４ｂの上面を覆う蓋２５４ａとから基本的に構成されている。上述したように、支持部材２５４はカソード（第１電極）として機能するため、蓋２５４ａおよびベース２５４ｂの少なくとも一方は導電性材料から構成される。
【００４８】
支持部材２５４の蓋２５４ａには、研磨パッド１０１の上記貫通孔１０１ａと同一位置に複数の連通孔２５５が形成されている。さらに、蓋２５４ａの下面には、これら連通孔２５５を互いに連通させる複数の連通溝２５６が形成されている。なお、ベース２５４ｂの上面に連通溝を設けてもよい。研磨パッド１０１の中央部には、研磨パッド１０１を上下に貫通する第１の電解液受け口２５８Ａが形成されている。さらに、蓋２５４ａには、第１の電解液受け口２５８Ａと同一位置に第２の電解液受け口２５８Ｂが形成されている。第２の電解液受け口２５８Ｂは上記複数の連通溝２５６に連通している。 
【００４９】
このような構成により、電解液供給ノズル１０２の供給口１０２ａから供給された電解液は、第１の電解液受け口２５８Ａ、第２の電解液受け口２５８Ｂ、連通溝２５６、および連通孔２５５をこの順に流れて、貫通孔１０１ａに到達する。そして、貫通孔１０１ａの内部には、研磨面に向かう電解液の上向きの流れが形成され、電解液が研磨面に供給されるようになっている。
【００５０】
（非接触保持機構）
後述するように本実施形態では、配線金属層の表面に保護膜を形成するため、基板と研磨パッドとを非接触状態に保持する非接触保持機構を備えている。
図６は本実施形態に係る電解複合研磨装置の非接触保持機構の説明図であり、図６（ａ）は接触状態であり、図６（ｂ）は非接触状態である。図６（ａ）に示すように、基板ヘッド１のヘッド本体２と基板Ｗとの間には、上述した圧力室２１が形成されている。流体路３１から圧力室２１に空気を供給して、圧力室２１の内部圧力を上昇させることにより、基板Ｗを研磨パッド１０１に接触させ押圧することができる。また図６（ｂ）に示すように、流体路３１から圧力室２１の空気を吸引して、圧力室２１の内部圧力を下降させることにより、基板Ｗを研磨パッドから離反させ非接触状態に保持することができる。上記で説明した基板Ｗの研磨パッド１０１への接触や押圧および研磨パッド１０１からの離反は、基板Ｗが被研磨面と反対側の表面において圧力室２１の内部圧力を受けて基板Ｗの被研磨面に垂直な方向に基板Ｗが基板ヘッド１に対して相対的に移動することにより行なわれる。即ち、基板ヘッド１自体は上下方向にその位置を変えることなく、基板Ｗが上下に移動する。なお必要に応じてゴム等の弾性や柔軟性を備えた材料から成る機密性能に優れた袋状のバッグ（いわゆるエアバッグ）を圧力室２１内に配置し、このエアバッグ内に空気を出し入れして基板Ｗを含む受圧面に上記エアバッグの表面が接するように構成しても本実施形態として可能であることはいうまでも無い。また通常の場合においては、圧力室２１内の空気等の流体の圧力は基板Ｗを研磨パッド１０１に接触させ押圧するときには大気圧よりも高く、研磨パッド１０１から離反させるときには大気圧よりも低くする。このように本実施形態では、基板ヘッド１を昇降させることなく、基板Ｗを研磨パッド１０１に対して接触・押圧／非接触状態にさせることができる。
【００５１】
図６（ｂ）に示すように、研磨パッド１０１から基板Ｗを離反させた場合でも、基板Ｗと研磨パッド１０１との間に電解液が充填されている必要がある。電解液は図５（ａ）の説明において述べたように、例えば研磨パッド１０１の中央部に供給され、研磨パッド１０１の回転によって外側に濡れ広がり、基板ヘッド１と研磨パッド１０１との間および研磨パッド１０１に設けられている複数の貫通穴１０１ａに充填されることで供給される。なお、リテーナリング３における研磨パッド１０１との接触面には、基板ヘッド１の内外を連通する溝部３ａが形成されている。この溝部３ａの断面積を小さくすることにより、基板Ｗと研磨パッド１０１との間から基板ヘッド１の外側への電解液の流出を抑制することが望ましい。なおリテーナリング３の研磨パッド１０１に対する押圧力を大きくしてもよい。
【００５２】
図７は他の電解複合研磨装置の非接触保持機構の説明図であり、図７（ａ）は接触状態であり、図７（ｂ）は非接触状態である。この電解複合研磨装置では、図７（ａ）に示すように、基板ヘッド１自体を下降させることにより、基板Ｗを研磨パッド１０１に接触・押圧させる。また図７（ｂ）に示すように、基板ヘッド１自体を上昇させることにより、基板Ｗを研磨パッド１０１から離反させ非接触状態に保持する。
【００５３】
図７（ａ）に示すように、研磨パッド１０１の中心軸の周囲には、リング状の内堰１３１が形成されている。また研磨パッド１０１の外周縁に沿って、リング状の外堰１３２が形成されている。内堰１３１および外堰１３２は、研磨パッド１０１の中心軸に対して同心円状に配置されている。なお、内堰１３１および外堰１３２の間に基板ヘッド１が配置されている。また、電解液供給ノズルは内堰１３１および外堰１３２の間に電解液５０を供給し、供給された電解液５０は内堰１３１および外堰１３２の間に貯留される。そのため、図７（ｂ）に示すように基板ヘッド１を上昇させた場合でも、基板Ｗと研磨パッド１０１との間に電解液５０を配置することができる。
【００５４】
内堰１３１の高さは、外堰１３２の高さより低く形成されている。またリング状の内堰１３１の内側に、電解液５０の排出口１３４が形成されている。これにより、過剰に供給された電解液５０は、内堰１３１から溢れ出し、排出口１３４から回収される。電解液５０が内堰１３１から溢れ出るようにしたので、外堰１３２から溢れ出る場合と比べて、内堰１３１および外堰１３２の間に多くの電解液５０を貯留することができる。また研磨パッド１０１の中央部の排出口１３４から電解液を回収するので、研磨パッド１０１の外周部から回収する場合と比べて、電解液回収機構（不図示）を小型化することができる。
【００５５】
（電解複合研磨方法）
次に、本実施形態に係る電解複合研磨方法について説明する。
図８は、電解複合研磨の説明図である。最初に、本実施形態の研磨対象である基板Ｗの膜構成について説明する。シリコン等からなる基板Ｗの表面に、いわゆるＬｏｗ−ｋ材やＳｉＯ２、ＳｉＯＦ、ＳｉＯＣ等の絶縁材料からなる層間絶縁膜６２が形成されている。層間絶縁膜６２の表面には、配線形成用の凹部６３が形成されている。この凹部６３を含む層間絶縁膜６２の表面には、チタン、タンタル、タングステン、ルテニウムおよび／またはそれらの合金や窒化物等からなるバリア膜６４が、厚さ１０ｎｍ程度に形成されている。バリア膜６４は、次述する配線金属層６６の金属材料が基板Ｗに拡散するのを防止するため、また配線金属層６６と層間絶縁膜６２との密着性を向上させるために設けられている。バリア膜６４の表面には、アルミニウム、銅、銀、金、タングステンまたはそれらの合金等の導電性金属材料からなる配線金属層６６が、厚さ５００〜６００ｎｍ程度に形成されている。この配線金属層６６を電解めっき法で形成する場合には、電解めっきの電極となるシード膜（不図示）をバリア膜６４の表面に形成しておく。なお層間絶縁膜６２の凹部６３に倣って、配線金属層６６の表面には、幅が１０〜１００μｍ程度の幅広い配線では、高さ３００ｎｍ程度および幅１０〜１００μｍ程度の凹部６７が形成されている。
【００５６】
層間絶縁膜６２の凹部６３に充填された配線金属層６６のみが金属配線として利用されるため、凹部６３の外側に形成された配線金属層６６およびバリア膜６４は不要である。そこで、余分な金属膜（配線金属層６６およびバリア膜６４）を電解複合研磨により除去する。電解複合研磨では、基板Ｗ表面の金属膜に電解液５０を接触させて金属膜に給電しつつ、基板Ｗ表面を研磨パッド１０１に押圧しながら基板Ｗと研磨パッド１０１とを相対（回転）移動させて、金属膜の表面を研磨するようにしている。
【００５７】
層間絶縁膜を介して複数の配線を積層するため、凹部６３の外側に形成された配線金属層６６およびバリア膜６４が除去された状態で、凹部６３の配線金属層６６の表面と層間絶縁膜６２の表面とが同一平面上に配置されて基板Ｗの表面が平坦化されている必要がある。電解複合研磨では、金属膜への給電により、金属膜と電解液５０に含まれる保護膜を形成する材料成分とが反応して、金属膜の表面に金属錯体からなる保護膜７０が形成される。金属膜の上段部Ｈ（凹部６７の外側）に形成された保護膜は、研磨パッド１０１との当接により研磨されて除去される。これにより、上段部Ｈの金属膜が電解液５０に溶解して除去される。これに対して、下段部Ｌ（凹部６７の内側）の金属膜は、保護膜７０により電解液５０から遮蔽されて電解液５０に溶解しない。以上により、金属膜の段差が解消されて平坦化されるようになっている。
【００５８】
しかしながら、図８に示すように、発泡ポリウレタン等からなる研磨パッド１０１の表面粗さや表面変形に起因して、研磨パッド１０１は金属膜の上段部Ｈだけでなく下段部Ｌにも当接する。そのため、耐研磨強度が弱い保護膜７０の場合には、研磨パッド１０１との当接により下段部Ｌからも除去されることになる。その結果、上段部Ｈに加え下段部Ｌの金属膜も電解液５０に溶解することになり、金属膜の段差の解消が困難になるという問題がある。
【００５９】
図９は、保護膜の生成速度と除去速度との関係を示すグラフであり、横軸に研磨パッドと基板との接触面圧をとり、縦軸に加工速度（生成速度および除去速度）をとっている。グラフ中、ＰＨは研磨パッドと金属膜上段部（配線金属層６６の上段部）との接触面圧であり、ＰＬは研磨パッドと金属膜下段部（配線金属層６６の下段部）との接触面圧である（図８参照）。図９に示すように、保護膜の生成速度は接触面圧によらず一定になるが、除去速度は接触面圧の低下に伴って下降する性質を有する。ここで、保護膜の生成速度の大きさおよび除去速度の大きさが逆転する接触面圧を、耐研磨強度が強い保護膜についてＰｃｒ１とし、弱い保護膜についてＰｃｒ２とする。耐研磨強度が強い保護膜が形成される場合には、ＰＬ＜Ｐｃｒ１＜ＰＨとなるように研磨パッドを基板に押圧すればよい。これにより、金属膜上段部の保護膜は除去速度の大きさが生成速度の大きさを上回るので除去され、下段部の保護膜は除去速度が生成速度を下回るので残存する。その結果、上段部の金属膜のみが電解液中に溶解し、金属膜の段差が解消されて平坦化されることになる。なお、段差の減少とともにＰＬが増加してＰＨに接近する。
これに対して、耐研磨強度が弱い保護膜が形成される場合には、Ｐｃｒ２＜ＰＬ＜ＰＨとなる可能性がある。この場合には、金属膜上段部の保護膜および下段部の保護膜ともに、除去速度が生成速度を上回るので除去される。その結果、上段部に加え下段部の金属膜も電解液中に溶解することになり、金属膜の段差の解消が困難になるのである。
なおＰｃｒ２＜ＰＬ＜ＰＨとなる場合には、上段部（接触面圧ＰＨ）における保護膜の除去速度が、下段部（接触面圧ＰＬ）における保護膜の除去速度より速くなる。
【００６０】
図１０は、上記弱い保護膜が形成された場合において保護膜の厚さ変化を加工時間(研磨時間)に対して示すグラフである。上段部（接触面圧ＰＨ）における保護膜の厚さは加工時間とともに急激に減少し、下段部（接触面圧ＰＬ）における保護膜の厚さは緩やかに減少する。上段部の保護膜が全て除去されてから、下段部の保護膜が全て除去されるまでの時間Δｔは、上段部の金属膜のみが電解液に溶解するため段差解消が行われる。すなわち、弱い保護膜においては段差解消の有効時間はΔｔとして示した時間となる。有効時間を利用できるのは、一定厚みの保護膜を配線金属層６６の研磨の前に形成しておくことが前提条件となる。
【００６１】
これに対して、ＰＬ＜Ｐｃｒ１＜ＰＨとなる場合には、下段部（接触面圧ＰＬ）における保護膜の厚さは段差が十分に解消されるまで減少しない。そのため、段差解消の有効時間は極めて長い時間となるので、その時間内に、確実に段差解消を行うことができる。以上の考察から、ＰＬ＜Ｐｃｒ１＜ＰＨとなる状態を実現するため、耐研磨強度が強い保護膜を形成するのが効果的である。耐研磨強度の強い保護膜を形成するには、保護膜の組成を調整するほか、厚さの厚い保護膜を形成すればよい。
【００６２】
図１１は、保護膜厚さの時間変化を示すグラフである。上記のように金属膜への給電により金属膜と電解液とが反応して保護膜が形成される。図１１に示すように反応時間の経過とともに保護膜の厚さは増加するが、電気絶縁体である保護膜の厚さの増加に伴って電解液と金属膜との反応が抑制されるため、保護膜は限界厚さに漸近する。その限界厚さに近い保護膜を形成することにより、耐研磨強度の強い保護膜を得ることができる。
【００６３】
そこで本実施形態では、研磨工程前または研磨工程中に、金属膜に電解液を接触させて金属膜に給電しつつ、基板と研磨パッドとを非接触状態に保持する保護膜形成工程を実施する。これにより、保護膜が研磨パッドにより除去されることなく成長するため、相当な厚さで耐研磨強度が強い保護膜を形成することができる。
【００６４】
（保護膜形成工程の長さ）
ここで、保護膜形成工程の実施時間（長さ）について説明する。本願の発明者は、保護膜の形成時間に伴う電気的挙動の変化について実験を行った。
図１２（ａ）は実験装置の概念図である。基板Ｗおよび研磨パッド１０１を電解液中に浸漬して対向配置し、直流電源７２に接続する。なお、基板Ｗの被加工表面の近傍に、カソード側に接続された参照電極（Ag/AgCl）７４を配置する。この実験装置では、基板Ｗ（アノード）とカソード間の電圧を調整可能であり、その電圧値を印加電圧と定義する。
またアノードとカソードとの間の電流を測定可能であり、その電流値と基板Ｗの被加工表面の面積との比を電流密度と定義する。
【００６５】
図１２（ｂ）は実験結果を示すグラフであり、横軸に時間をとり、縦軸に電流密度をとっている。研磨パッド１０１を回転させ接触面圧０．５ｐｓｉで基板に押圧した場合には、保護膜が瞬時に除去されるため電流密度は大きい値を示す。その後、研磨パッド１０１を基板Ｗから離反させ非接触状態（０ｐｓｉ）に保持すると、金属膜の表面に電気絶縁体の保護膜が成長するため電流密度が低下する。十分な時間（電圧印加開始時から１０秒）が経過すると、保護膜の成長が停止して電流密度は一定値となる。このような電流密度の時間変化から、保護膜の厚さを予測することができる。
基板Ｗに印加する電圧を変化させた場合に、研磨パッド１０１を基板Ｗから離反させた時点から電流密度が所定割合だけ変化するまでの時間を表１に示す。なお、電解液や金属膜の種類を変えても電流密度の時間変化特性は大きく変化しないことが、実験により確認されている。
【００６６】
【表１】
2009088448.tif 000003
【００６７】
電流密度が給電直後から電流の最大低下量（ΔＩ）の９０％低下すれば、耐研磨強度の強い所定厚さの保護膜が形成されていると考えられる。そこで、基板表面の金属膜に電解液を接触させて金属膜に給電することにより流れる電流が、給電直後から９０％以上低下するまで、基板と研磨パッドとを非接触状態に保持することが望ましい。具体的には、印加電圧が１〜５Ｖの場合に電流密度を９０％低下させるため、１．０〜９．５秒間だけ非接触状態に保持すればよい。なお、保護膜の除去速度および処理後被加工面のモフォロジを総合的に考慮すると、基板Ｗに対する印加電圧は２〜３Ｖが実用的である。そこで、印加電圧が２〜３Ｖの場合に電流密度を９０％低下させるため、２．５〜６．０秒間だけ非接触状態に保持すればよい。
なお、電流密度が５％低下した場合でも、保護膜がある程度形成されているので、原理的に段差解消効果はある。そこで、０．５秒以上１０秒以下の間、非接触状態に保持することにより、段差解消効果を得ることができる。なお保持時間が短い場合には、保護膜形成工程を複数回行うことが望ましい。
【００６８】
図１２（ｃ）は、電流最大低下量等を詳細に説明するためのグラフである。上記技術は次のように換言できる。すなわち、前記保護膜形成工程においては、金属膜と陰極との間に電圧を印加することにより流れる電流の値は、保護膜形成のための電圧印加開始以降保護膜が形成される事により時間の経過とともに減少し、やがて一定の値となる。前記金属膜と陰極との間に前記電圧を印加しつつ前記基板と前記研磨パッドとを非接触状態に保持する時間を、前記電圧印加開始時点から、電圧印加開始時の電流値(ア)と所定時間経過後に一定の値となったときの電流値(イ)との差の値(電流最大低下量)の９０％だけ電流値が電圧印加開始時の値よりも減少した時点、即ち〔(ア)−((ア)−(イ))ｘ０．９０〕の値となる時点まで又はそれ以降の時点までの時間とする事により、十分な厚さで対研磨強度が大きい保護膜を形成できる。なお図１２（ｃ）において縦軸は「電流密度」の値を示すが、上記で述べた通り電流密度は電流値を基板Ｗの被加工表面の面積で除した量である。従って図１２（ｃ）において縦軸を「電流密度」ではなく「電流」と置き換えても、本発明の説明としては差し支えない。
【００６９】
（保護膜形成工程のタイミング）
次に、保護膜形成工程の実施時期（タイミング）について説明する。
図１３は、従来技術に係る電解複合研磨方法および本実施形態に係る電解複合研磨方法の工程比較図である。図１３（ａ）に示すように、研磨前の基板Ｗの表面には、層間絶縁膜６２、バリア膜６４および配線金属層６６が順に積層形成されている。なお層間絶縁膜６２に形成された凹部６３に倣って、配線金属層６６の表面には凹部６７が形成されている。従来技術に係る電解複合研磨方法では、まず図１３（ｂ）に示すように、配線金属層６６を所定厚さまで研磨する（バルク研磨）。次に図１３（ｃ）に示すように、凹部６３の外側の配線金属層６６を全て研磨し（クリア研磨）、バリア膜６４を露出させる。次に図１４（ｄ）に示すように、凹部６３の外側のバリア膜６４を全て研磨する（バリア研磨）。
【００７０】
上述したように、耐研磨強度が弱い保護膜が配線金属層６６上に形成される場合には、図１３（ａ）に示す配線金属層６６の上段部（凹部６７の外側）の保護膜（図示せず）に加えて下段部（凹部６７の内側）の保護膜（図示せず）も、研磨パッドとの接触により除去される。その結果、上段部に加えて下段部の配線金属層も電解液中に溶解し、研磨後においても配線金属層６６の段差が残存することになる。そのため、図１３（ａ）に示す研磨前の配線金属層６６の表面に形成されていた凹部６７が、図１３（ｂ）に示すバルク研磨後の配線金属層６６の表面に残存している。また図１３（ｃ）に示すクリア研磨後の配線金属層６６の表面にも、さらに図１４（ｄ）に示すバリア研磨後の配線金属層６６の表面にも、凹部６７が残存している。なお研磨後に残存する凹部６７が、いわゆるディッシングである。
この凹部６７を解消するための保護膜形成工程の実施時期として、以下の３つのパターンが考えられる。
【００７１】
（第１パターン）
第１パターンは、バルク研磨工程前に保護膜形成工程を実施するパターンである。図１３（ａ）に示す研磨前の状態から、図１３（ｅ）に示すように、凹部６７を含む配線金属層６６の表面に保護膜７０を形成する（保護膜形成工程）。具体的には、配線金属層６６のバルク研磨を行う場合と同様に、電解複合研磨装置に基板Ｗをセットし、基板Ｗと研磨パッド１０１との間に電解液５０を供給して基板Ｗを陽極として電圧を印加する。そして、基板Ｗと研磨パッド１０１とを非接触状態に保持することにより、配線金属層６６の表面に耐研磨強度が強い保護膜７０を形成する。
【００７２】
次に図１３（ｆ）に示すように、基板Ｗを研磨パッド１０１に所定の接触面圧で押圧しつつ、研磨パッド１０１および基板Ｗを相対移動させることにより、配線金属層６６を所定厚さまで研磨する（バルク電解複合研磨工程）。このとき、配線金属層６６の上段部（凹部６７の外側）の保護膜７０が除去されても、下段部（凹部６７の内側）の保護膜７０は残存する。その結果、上段部の配線金属層６６のみが電解液中に溶解し、配線金属層６６の段差が解消される。なお保護膜形成およびバルク研磨は、同じ電解複合研磨装置で連続して行うことが可能である。
【００７３】
配線金属層６６の段差が解消された後は、配線金属層６６の表面全体について保護膜７０の除去速度が同じになるので、配線金属層６６の表面全体を均等に研磨することができる。よって、配線金属層６６の段差が解消された後に、再び保護膜７０を形成する必要はない。そこで、図１３（ｆ）に示すバルク研磨の終了後、図１３（ｈ）に示すように、凹部６３の外側の配線金属層６６を全て研磨する（クリア電解複合研磨工程）。次に図１４（ｊ）に示すように、凹部６３の外側のバリア膜６４を全て電解複合、又はＣＭＰにより研磨する（バリア研磨工程）。これにより、凹部６３の内側における配線金属層６６の表面と、凹部６３の外側における層間絶縁膜６２の表面とが同一面上に配置され、基板Ｗの表面が平坦化される。
【００７４】
（第２パターン）
第２パターンは、クリア研磨工程前に保護膜形成工程を実施するパターンである。図１３（ｂ）に示すように、従来技術に係る電解複合研磨方法と同様にバルク研磨を行った状態から、図１３（ｇ）に示すように、凹部６７を含む配線金属層６６の表面に保護膜７０を形成する（保護膜形成工程）。具体的には、配線金属層６６のクリア研磨を行う場合と同様に、電解複合研磨装置に基板Ｗをセットし、基板Ｗと研磨パッド１０１との間に電解液５０を供給して基板Ｗを陽極として電圧を印加する。そして、基板Ｗと研磨パッド１０１とを非接触状態に保持することにより、配線金属層の表面に耐研磨強度が強い保護膜７０を形成する。
【００７５】
次に図１３（ｈ）に示すように、基板Ｗを研磨パッド１０１に所定の接触面圧で押圧しつつ、研磨パッド１０１および基板Ｗを相対移動させることにより、凹部６３の外側の配線金属層６６を研磨する（クリア電解複合研磨工程）。これにより、第１パターンと同様に配線金属層６６の段差が解消される。なお保護膜形成およびクリア研磨は、同じ電解複合研磨装置で連続して行うことが可能である。
その後は、図１４（ｊ）に示すように、凹部６３の外側のバリア膜６４を全て電解複合、又はＣＭＰにより研磨する（バリア研磨工程）。これにより、基板Ｗの表面が平坦化される。
【００７６】
（第３パターン）
第３パターンは、バリア研磨前に保護膜形成工程を実施するパターンである。図１３（ｃ）に示すように、従来技術に係る電解複合研磨方法と同様にバルク研磨およびクリア研磨を行った状態から、図１４（ｉ）に示すように、配線金属層６６の表面に保護膜７０を形成する（保護膜形成工程）。具体的には、バリア研磨を行う場合と同様に、電解複合研磨装置に基板Ｗをセットし、基板Ｗと研磨パッド１０１との間に研磨液を供給する。そして、基板Ｗと研磨パッド１０１とを非接触状態に保持することにより、配線金属層６６の表面に耐研磨強度が強い保護膜７０を形成する。
【００７７】
次に図１４（ｊ）に示すように、基板Ｗを研磨パッド１０１に所定の接触面圧で押圧しつつ、研磨パッド１０１および基板Ｗを相対移動させることにより、凹部６３の外側のバリア膜６４を電解複合、又はＣＭＰにより全て研磨する（バリア研磨工程）。これにより、第１パターンと同様に配線金属層６６の段差が解消される。なお保護膜形成およびバリア研磨は、同じ電解複合研磨装置で連続して行うことが可能である。
【００７８】
（第１変形例）
上述した第１実施形態では、基板Ｗと研磨パッド１０１とを非接触状態に保持して保護膜を形成し、基板Ｗと研磨パッド１０１とを接触させて研磨を行った。これに対して第１変形例では、基板Ｗと研磨パッド１０１との接触面圧を小さくして保護膜を形成し、基板Ｗと研磨パッド１０１との接触面圧を大きくして研磨を行う。
図９に示すように、基板の凹部に対する研磨パッドの接触面圧ＰＬを小さくすれば、ＰＬ＜Ｐｃｒ＜ＰＨの関係を実現することが可能になる。これにより、上段部（凹部の外側）の保護膜は除去速度が生成速度を上回るので除去され、下段部（凹部の内側）の保護膜は除去速度が生成速度を下回るので成長する。その結果、下段部に耐研磨強度が強い保護膜を形成することができる。これにより、研磨工程において下段部の保護膜を残しつつ、上段部の保護膜のみを除去することができる。その結果、上段部の金属膜のみを電解液中に溶解させることが可能になり、金属膜の段差を解消することができる。
第１変形例の保護膜形成工程の実施時期としても、上述した第１実施形態の３つのパターンを採用することが可能である。
【００７９】
（第２変形例）
上述した第１実施形態では、各研磨工程で使用する保護膜の形成を、各研磨工程の前に集中して行った。これに対して第２変形例では、各研磨工程で使用する保護膜の形成工程を、各研磨工程前および各研磨工程中に複数回実施する。
図１０に示すように耐研磨強度の弱い膜が形成された場合でも、上段部（凹部の外側）の保護膜が完全に除去されてから、下段部（凹部の内側）の保護膜が完全に除去されるまでの時間Δｔは、段差解消のための有効時間となる。そこで、各研磨工程中に複数回の保護膜形成工程を実施することにより、このΔｔの時間内に新たな保護膜を形成すれば、段差解消を連続して行うことが可能になる。これにより、金属膜の段差を解消して平坦化することができる。
【００８０】
第２変形例の保護膜形成工程の実施時期は、第１実施形態の３つのパターンに準じて、バルク研磨、クリア研磨またはバリア研磨の研磨工程前および研磨工程中に、複数回実施することが可能である。
また保護膜の形成方法として、第１実施形態のように基板と研磨パッドとを非接触状態に保持する方法だけでなく、その第１変形例のように基板と研磨パッドとの接触面圧を低下させる方法を採用することも可能である。
【実施例１】
【００８１】
図１５は、実施例１および実施例２の工程図である。
実施例１では、第１実施形態の第１パターンを採用して、保護膜形成およびバルク研磨を行った。研磨前の基板Ｗの表面には、層間絶縁膜６２、バリア膜６４および銅からなる配線金属層６６が順に積層形成されている。なお層間絶縁膜６２に形成された凹部６３に倣って、配線金属層６６の表面には凹部６７が形成されている。この基板Ｗを、第１実施形態の電解複合研磨装置にセットした。
【００８２】
保護膜形成工程では、基板Ｗと研磨パッド１０１とを接触面圧０ｐｓｉの非接触状態に保持した。研磨パッド１０１を回転数１００ｒｐｍで回転させ、基板Ｗを回転数６０ｒｐｍで回転させた。なお、銅からなる配線金属層６６の表面に保護膜７０を形成する電解液５０として、マロン酸１Ｍ、メタンスルホン酸１．４Ｍ、ＢＴＡ溶液０．３ｗｔ％、メタノール０．７ｗｔ％、ポリアクリル酸０．４９ｗｔ％、界面活性剤０．０５ｗｔ％、水酸化カリウム（ｐＨ４．５）、シリカ砥粒０．０５ｗｔ％の混合液を採用した。その電解液５０の流量を４００ｍＬ／ｍｉｎとし、印加電圧を４Ｖとした。保護膜形成時間は５秒間である。その結果、配線金属層６６の表面に保護膜７０が形成された。
【００８３】
次のバルク研磨工程では、基板Ｗを研磨パッド１０１に接触面圧０．５ｐｓｉで押圧した。研磨パッド１０１を回転数１００ｒｐｍで回転させ、基板Ｗを回転数６０ｒｐｍで回転させた。電解液の組成および流量、並びに印加電圧は、保護膜形成工程と同じである。バルク研磨時間を６０秒とし、配線金属層６６を厚さ（バリヤ膜上の配線金属層６６の膜厚）５０ｎｍ程度まで研磨した。これにより、配線金属層６６の表面の凹部６７が解消された。
【００８４】
次にクリア研磨工程を行って、凹部６３の外側における配線金属層６６を全て除去した。研磨条件はバルク研磨工程と同じであるが、クリア研磨時間は１０秒間である。これにより、凹部６３の内側における配線金属層６６の表面が、凹部６３の外側におけるバリア膜６４の表面と同一平面上に配置され、基板Ｗの表面が平坦化された。なおバルク研磨工程において凹部６７が解消されているので、クリア研磨工程では配線金属層６６の表面に保護膜を形成する必要がない。そこで、クリア研磨工程における印加電圧はバルク研磨工程より低くてもよい（例えば２Ｖ程度）。また、クリア研磨工程で使用する電解液中には、保護膜形成材料であるＢＴＡ溶液およびポリアクリル酸を含有させる必要がない。
【実施例２】
【００８５】
実施例１では銅からなる配線金属層６６を研磨したが、実施例２ではタングステンからなる配線金属層６６を研磨する。
タングステンからなる配線金属層６６の表面に保護膜７０を形成する電解液５０として、グリコール酸１Ｍ、ポリエチレンイミン０．５ｗｔ％、およびアンモニア水（ｐＨ７）の混合液を採用した。他の条件は実施例１と同じである。
【００８６】
図１５に示すように、保護膜形成およびバルク研磨を行った結果、配線金属層６６の表面の凹部６７が解消された。さらにクリア研磨を行った結果、凹部６３の内側における配線金属層６６の表面が、凹部６３の外側におけるバリア膜６４の表面と同一平面上に配置され、基板Ｗの表面が平坦化された。
なお保護膜形成工程では、電解液５０にシリカ砥粒を含有させる必要がない。またバルク研磨工程において凹部６７が解消されているので、クリア研磨工程で使用する電解液中には、保護膜形成材料であるポリエチレンイミンを含有させる必要がない。
【００８７】
（比較例２ｂ）
図１６は比較例２ｂの工程図である。
比較例２ｂでは、従来技術に係る電解複合研磨方法を用いて、タングステンからなる配線金属層６６を研磨した。具体的には、保護膜形成工程を実施することなく、実施例２と同条件でバルク研磨工程およびクリア研磨工程を実施した。その結果、バルク研磨工程後には配線金属層６６の表面に凹部６７が残り、クリア研磨工程後にも配線金属層６６の表面に凹部６７が残った。
【００８８】
図２３（ａ）は実施例および比較例におけるディッシングおよび段差解消率の一覧表であり、図２３（ｂ）は段差解消率の説明図である。図２３（ｂ）に示すように、研磨前の段差の高さ（凹部の深さ）をａ、研磨後の段差の高さ（凹部の深さ）をｂとすれば、段差解消率Ｒ（％）は次式で表される。
Ｒ＝（１−ｂ／ａ）×１００
段差が完全に解消された場合（ｂ＝０）の段差解消率Ｒは１００％であり、研磨後に残る段差の高さが高いほど段差解消率Ｒは小さくなる。
【００８９】
実施例１および実施例２では、クリア研磨後に配線金属層の凹部が解消されたので、図２３（ａ）に示すように、ディッシングは１０ｎｍ以下であり、段差解消率Ｒは９５％以上である。これに対して比較例２ｂでは、クリア研磨後に配線金属層の凹部が残ったので、ディッシングは２０ｎｍ以上であり、段差解消率Ｒは５０％以下である。
以上の結果、実施例１および実施例２のように第１実施形態の第１パターンを採用することにより、銅またはタングステンからなる配線金属層の段差を解消して基板Ｗを平坦化しうることが確認された。
【実施例３】
【００９０】
図１７は、実施例３の工程図である。
実施例３では、第１実施形態の第２パターンを採用して、保護膜形成およびクリア研磨を行った。研磨前の基板Ｗの表面には、層間絶縁膜６２、バリア膜６４および銅からなる配線金属層６６が順に積層形成されている。なお配線金属層６６の表面には凹部６７に加えて凸部６９が形成されている。
【００９１】
まず、従来技術と同様にバルク研磨工程を行った。具体的には、基板Ｗを研磨パッド１０１に接触面圧０．５ｐｓｉで押圧し、研磨パッド１０１を回転数１００ｒｐｍで回転させ、基板Ｗを回転数６０ｒｐｍで回転させた。また実施例１と同じ電解液５０を採用し、電解液５０の流量を２５０ｍＬ／ｍｉｎとし、印加電圧を４Ｖとした。バルク研磨時間は６０秒間である。その結果、配線金属層６６の表面の凹部６７は解消されたが、凸部６９は解消されずに残った。
【００９２】
次に保護膜形成工程を行った。ここでは、基板Ｗと研磨パッド１０１とを接触面圧０ｐｓｉの非接触状態に保持した。電解液５０の組成および印加電圧はバルク研磨工程と同じであるが、電解液５０の流量は４００ｍＬ／ｍｉｎとした。保護膜形成時間は５秒間である。これにより、配線金属層６６の表面に保護膜７０が形成された。
次にクリア研磨工程を行った。研磨条件はバルク研磨工程と同じであるが、クリア研磨時間は１０秒間である。これにより、配線金属層６６の凸部６９が解消されて、配線金属層６６の表面がバリア膜６４の表面と同一平面上に配置され、基板Ｗの表面が平坦化された。
【００９３】
（比較例３ｂ）
図１８は比較例３ｂの工程図である。
比較例３ｂでは、従来技術に係る電解複合研磨方法を用いて、銅からなる配線金属層６６を研磨した。具体的には、保護膜形成工程を実施することなく、実施例３と同条件でバルク研磨工程およびクリア研磨工程を実施した。その結果、バルク研磨工程後には配線金属層６６の表面に凸部６９が残り、クリア研磨工程後には配線金属層６６の表面に凹部６７が残った。
【００９４】
図２３（ａ）に示すように、実施例３では、クリア研磨後に配線金属層の凹部および凸部が解消されたので、ディッシングは１０ｎｍ以下であり、段差解消率Ｒは９５％以上である。これに対して、比較例２ｂでは、クリア研磨後に配線金属層の凹部が残ったので、ディッシングは２０ｎｍ以上であり、段差解消率Ｒは７０％以下である。
以上の結果、実施例３のように第１実施形態の第２パターンを採用した場合でも、配線金属層の段差を解消して基板Ｗを平坦化しうることが確認された。
【実施例４】
【００９５】
図１９は、実施例４の工程図である。
実施例４では、第１実施形態の第２変形例を採用して、クリア研磨中に複数回の保護膜形成を行った。研磨前の基板Ｗの表面には、層間絶縁膜６２、バリア膜６４および銅からなる配線金属層６６が順に積層形成されている。なお配線金属層６６の表面には凹部６７に加えて凸部６９が形成されている。
【００９６】
まず、従来技術と同様にバルク研磨工程を行った。具体的には、基板Ｗを研磨パッド１０１に接触面圧０．５ｐｓｉで押圧し、研磨パッド１０１を回転数１００ｒｐｍで回転させ、基板Ｗを回転数６０ｒｐｍで回転させた。また実施例１と同じ電解液５０を採用し、電解液５０の流量を２５０ｍＬ／ｍｉｎとし、印加電圧を４Ｖとした。バルク研磨時間は６０秒間である。その結果、配線金属層６６の表面の凹部６７は解消されたが、凸部６９は解消されずに残った。
【００９７】
次に第１保護膜形成工程を行った。ここでは、基板Ｗと研磨パッド１０１とを接触面圧０ｐｓｉの非接触状態に保持した。電解液５０の組成および印加電圧はバルク研磨工程と同じであるが、電解液５０の流量は４００ｍＬ／ｍｉｎとした。保護膜形成時間は５秒間である。これにより、配線金属層６６の表面に保護膜７０が形成された。
次に第１クリア研磨工程を行った。研磨条件はバルク研磨工程と同じであるが、クリア研磨時間は１０秒間である。これにより、配線金属層６６の表面全体にわたって保護膜７０は除去されたが、凸部６９の高さが低くなった。
【００９８】
次に第２保護膜形成工程を行った。その具体的な条件は、第１保護膜形成工程と同じである。これにより、配線金属層６６の表面に保護膜７０が形成された。
次に第２クリア研磨工程を行った。その具体的な条件は、第１クリア研磨工程と同じである。これにより、配線金属層６６の凸部６９が解消されて、配線金属層６６の表面がバリア膜６４の表面と同一平面上に配置され、基板Ｗの表面が平坦化された。
【００９９】
実施例４では、第２クリア研磨後に配線金属層の凹部および凸部が解消されたので、図２３（ａ）に示すように、ディッシングは１０ｎｍ以下であり、段差解消率Ｒは９５％以上である。この結果、実施例４のように第１実施形態の第２変形例を採用した場合でも、配線金属層の段差を解消して基板Ｗを平坦化しうることが確認された。
【実施例５】
【０１００】
図２０は、実施例５の工程図である。
実施例５では、第１実施形態の第１変形例を採用して、保護膜形成およびクリア研磨を行った。研磨前の基板Ｗの表面には、層間絶縁膜６２、バリア膜６４および銅からなる配線金属層６６が順に積層形成されている。なお配線金属層６６の表面には凹部６７に加えて凸部６９が形成されている。
【０１０１】
まず、従来技術と同様にバルク研磨工程を行った。具体的には、基板Ｗを研磨パッド１０１に接触面圧０．５ｐｓｉで押圧し、研磨パッド１０１を回転数１００ｒｐｍで回転させ、基板Ｗを回転数６０ｒｐｍで回転させた。また実施例１と同じ電解液５０を採用し、電解液５０の流量を２５０ｍＬ／ｍｉｎとし、印加電圧を４Ｖとした。バルク研磨時間は６０秒間である。その結果、配線金属層６６の表面の凹部６７は解消されたが、凸部６９は解消されずに残った。
【０１０２】
次に保護膜形成工程を行った。ここでは、基板Ｗを研磨パッド１０１に接触面圧０．１ｐｓｉで押圧した。電解液５０の組成および印加電圧はバルク研磨工程と同じであるが、電解液５０の流量は４００ｍＬ／ｍｉｎとした。保護膜形成時間は５秒間である。これにより、配線金属層６６の表面に保護膜７０が形成された。
次にクリア研磨工程を行った。研磨条件はバルク研磨工程と同じであるが、クリア研磨時間は１０秒間である。これにより、配線金属層６６の凸部６９が解消されて、配線金属層６６の表面がバリア膜６４の表面と同一平面上に配置され、基板Ｗの表面が平坦化された。
【０１０３】
実施例５では、第２クリア研磨後に配線金属層の凹部および凸部が解消されたので、図２３（ａ）に示すように、ディッシングは１０ｎｍ以下であり、段差解消率Ｒは９５％以上である。この結果、実施例５のように第１実施形態の第１変形例を採用した場合でも、配線金属層の段差を解消して基板Ｗを平坦化しうることが確認された。
【実施例６】
【０１０４】
図２１は、実施例６の工程図である。
実施例６では、第１実施形態の第３パターンを採用して、保護膜形成およびバリア研磨を行った。研磨前の基板Ｗの表面には、層間絶縁膜６２およびバリア膜６４が順に積層形成されている。なお層間絶縁膜６２の凹部６３には配線金属層６６が充填され、配線金属層６６の表面には凹部６７が形成されている。
【０１０５】
まず保護膜形成工程を行った。ここでは、基板Ｗと研磨パッド１０１とを接触面圧０ｐｓｉの非接触状態に保持した。研磨パッド１０１を回転数１００ｒｐｍで回転させ、基板Ｗを回転数６０ｒｐｍで回転させた。研磨液５０として、日立化成工業株式会社製のＨＳ−Ｔ８１５と、過水０．６ｗｔ％との混合液を採用し、研磨液５０の流量を４００ｍＬ／ｍｉｎとした。保護膜形成時間は１０秒間である。その結果、配線金属層６６の表面に保護膜７０が形成された。
次にバリア研磨を行った。基板Ｗを研磨パッド１０１に接触面圧０．５ｐｓｉで押圧し、研磨パッド１０１を回転数１００ｒｐｍで回転させ、基板Ｗを回転数６０ｒｐｍで回転させた。研磨液の組成は保護膜形成工程と同じであるが、研磨液の流量を２５０ｍＬ／ｍｉｎとした。バリア研磨時間は６０秒間である。これにより、配線金属層バリヤ膜６４が除去されるとともに、配線金属層６６の表面が層間絶縁膜６２の表面と同一平面上に配置され、基板Ｗの表面が平坦化された。
【０１０６】
（比較例６ｂ）
図２２は比較例６ｂの工程図である。
比較例６ｂでは、従来技術に係る電解複合研磨方法を用いてバルク研磨を行った。具体的には、保護膜形成工程を実施することなく、実施例６と同条件でバリア研磨を行った。その結果、バリア研磨後の配線金属層６６の表面には凹部６７が残った。
【０１０７】
実施例６では、バリア研磨後に配線金属層の凹部および凸部が解消されたので、図２３（ａ）に示すように、ディッシングは１０ｎｍ以下である。これに対して、比較例６ｂでは、バリア研磨後に配線金属層の凹部が残ったので、ディッシングは２０ｎｍ以上である。
以上の結果、実施例６のように第１実施形態の第３パターンを採用した場合でも、配線金属層の段差を解消して基板Ｗを平坦化しうることが確認された。
【０１０８】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態等に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態等で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【０１０９】
（配線金属層およびバリア膜の研磨時の終点検知方法）
配線金属層のバルク研磨、配線金属層のクリア研磨、バリア膜の研磨いずれにおいても、研磨中に被研磨膜厚を測定し、所定な残留膜厚に達した時点で研磨処理を終了するという終点検知手段が必要である。研磨処理中膜厚を計測する方法として、以下を挙げることができる。
（１）渦電流センサ：膜厚と合成インピーダンスの変化を利用して検出する方法。研磨中においてテーブル内に埋設された渦電流センサから高周波を配線金属層に印加することで測定する。
（２）光学式モニタ：光干渉により反射光強度が変わることを利用する。残留膜厚がある膜厚以下になると、反射光が膜厚に対して変化することを利用する。使用する光の波長により、変化開始点が異なるため、波長は被研磨材料に対して適宜選択する。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、ウェハ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。
（３）蛍光X線膜厚測定：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。研磨中においてテーブル内に埋設されたX線元１次X線を配線金属層に照射することで測定する。
（４）電圧・電流の変化：測定対象の配線金属層の膜厚に応じて電気抵抗が変化することを利用する。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により可能。
（５）研磨パッド表面温度や基板表面温度の変化：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。
（６）基板〜研磨パッド間の摩擦力の変化：研磨パッドが装着されたテーブルや基板保持部の駆動電流の変化や、基板保持部について、特定周波数の振動振幅の経時変化を測定する。
（７）基板表面画像の変化：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
（８）スラリ中の成分(副生成物の酸化物濃度、配線金属層イオン濃度)の変化：研磨テーブルから排出される研磨液中の配線金属層イオン濃度の変化を計測する。
【０１１０】
（電解液）
例えば、電解液として以下のものを採用することも可能である。
電解液は、（１）有機酸またはその塩の１種類以上、（２）スルホン酸基を有する強酸の１種類以上、（３）腐食抑制剤（窒素含有複素環化合物）、（４）水溶性高分子化合物、（５）ｐＨ調整剤、（６）砥粒、及び（７）界面活性剤を含んでいるものが好ましい。
【０１１１】
電解液に含まれる有機酸は、研磨の対象となる金属と可溶性錯体等を形成する必要がある。つまり、配位結合して水溶液中に溶解するもので、少なくとも有機酸単独で水に溶解する必要がある。有機酸は、その分子内にカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）を１個以上有するもの、またカルボキシル基と共にヒドロキシ基（−ＯＨ）を１個以上有するものであることが好ましい。また、これら有機酸は、電解液のｐＨを安定化させるｐＨ緩衝作用も有している。
【０１１２】
電解液に好ましく使用することのできる有機酸である、カルボキシル基を１個有するカルボン酸としては、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、またはアセチルサリチル酸などが挙げられる。また、電解液に好ましく使用することのできる有機酸である、カルボキシル基を２個以上有するカルボン酸としては、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、またはピロメリト酸などが挙げられる。
【０１１３】
また、電解液に好ましく使用することのできる有機酸である、カルボキシル基と共にヒドロキシ基を１個以上有するカルボン酸としては、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、またはアスコルビン酸などが挙げられる。
【０１１４】
これらカルボン酸の塩としては、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などが挙げられる。これらの１種を電解液に加えても２種以上の混合物を加えてもよい。
以上に挙げた有機酸の群のうち、特に好ましく使用することのできるものは、マロン酸、コハク酸、クエン酸、グリコール酸、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸、または酒石酸である。これらの有機酸を添加した電解液を用いて研磨実験を行うと、比較的速い加工速度で、かつ平滑な加工表面が得られることが確かめられている。
【０１１５】
有機酸の濃度は、加工時の温度での飽和溶解度以下である必要がある。何故ならば飽和溶解度を超えると有機酸が電解液中に析出してしまい安定な加工が行えないからである。例えば、マレイン酸の溶解度は、７８重量％（２５℃）である。一方、逆に有機酸の濃度が０．１％より低いと、溶解する金属と配位結合する有機酸の加工部表面への供給量が不足し、加工が速やかに進まず、加工面が荒れるなどの問題が生じる。また濃度が低いと十分なｐＨ緩衝作用を持たなくなる。以上の理由から、有機酸の濃度は、０．１〜８０重量％であることが好ましく、１〜５０重量％であることが更に好ましい。
【０１１６】
電解液に含まれるスルホン酸基を有する強酸は、エッチング作用を促進するとともに、電解液の導電率を上げて加工のための電流を流しやすくするためのものである。ここで、強酸とは、酸の強弱を示す第１解離定数の逆数の対数であるｐＫａが３以下のものをいう。
一般に、強酸を用いると、金属の溶解が始まる電位が低い。すなわち、低い印加電圧で金属の加工が可能となる。しかし、硫酸、硝酸または過塩素酸を用いると、金属のエッチング等により加工面の荒れが激しく、またリン酸は、表面光沢が得られる濃度域では粘度が高いために金属の加工に必要な電圧が比較的高いなどの問題がある。これに対して、例えばメタンスルホン酸を用いた場合は、金属加工に必要な電圧が低く、かつ加工表面も比較的平滑で、良好な加工特性が得られることが確かめられている。
【０１１７】
好ましく使用することができるスルホン酸基を有する強酸としては、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、タウリン、システイン酸、アルキル基の総炭素数が１〜６であるアルキルベンゼンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、またはフルオロスルホン酸などが挙げられ、これら１種類以上を使用することができる。スルホン酸基を有する強酸の濃度は、０．１〜２０重量％であることが好ましく、５〜２０重量％であることが更に好ましい。スルホン酸基を有する強酸の濃度が低すぎると電解液の導電率が低くなり、電流が流れにくくなる。このため、スルホン酸基を有する強酸の濃度は、５重量％以上であることが好ましい。また、スルホン酸基を有する強酸の濃度が２０重量％を越えると、電解液中の有機酸やその他の成分の飽和溶解度が減じて沈殿を生じるおそれがある。
【０１１８】
電解液に含まれる腐食抑制剤は、窒素含有複素環化合物であることが好ましく、加工の対象となる金属と化合物を形成し、金属表面に保護膜を形成することで、金属の腐食を抑制する化合物として知られているものでよい。このような腐食抑制剤は、過剰な加工を抑制しディッシング等を防止するため平坦化を促進する効果がある。
【０１１９】
好ましく使用することのできる腐食抑制剤として、従来から一般に知られている金属の腐食抑制剤であるベンゾトリアゾール及びその誘導体が挙げられる。上記のような平坦化を促進する効果を有するものとして、他に、インドール、２−エチルイミダゾール、ベンズイミダゾール、２−メルカプトベンズイミダゾール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−５メチル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール、５−アミノ−１Ｈ−テトラゾール、２−メルカプトベンゾチアゾール、２−メルカプトベンゾチアゾールナトリウム、２−メチルベンゾチアゾール、（２−ベンゾチアゾリルチオ）酢酸、３−（２−ベンゾチアゾリルチオ）プロピオン酸、２−メルカプト−２−チアゾリン、２−メルカプトベンズオキサゾール、２，５−ジメルカプト−１，３，４−チアジアゾール、５−メチル−１，３，４−チアジアゾール−２−チオール、５−アミノ−１，３，４−チアジアゾール−２−チオール、ピリジン、フェナジン、アクリジン、１−ヒドロキシピリジン−２−チオン、２−アミノピリジン、２−アミノピリミジン、トリチオシアヌル酸、２−ジブチルアミノ−４，６−ジメルカプト−ｓ−トリアジン、２−アニリノ−４，６−ジメルカプト−ｓ−トリアジン、６−アミノプリン、６−チオグアニン及びこれらの組合せからなる群より選ばれる１種類以上を挙げることができる。
【０１２０】
腐食抑制剤は、その濃度が低いと、保護膜形成が不十分となるため、金属に過剰なエッチングが生じて平坦な加工面が得られない。一方、飽和溶解度以下であっても、腐食抑制剤の濃度が高すぎると、金属表面に保護性が過剰に形成されて加工速度が低下し、しかも均一に加工ができないため、加工表面の荒れやピットの原因にもなる。以上のことから、腐食抑制剤の濃度は、０．００１〜５重量％であることが好ましく、０．０２〜２重量％であることが更に好ましい。
【０１２１】
電解液に含まれる水溶性高分子化合物は、腐食抑制剤と共に保護膜を形成し、過剰なエッチングを抑制して、金属表面を平坦化するのに効果がある。また、水溶性高分子化合物を含む電解液にあっては、金属表面（加工面）表層近傍での電解液粘度が高くなるため、金属表面に存在する微細な凹凸の凹部に粘性皮膜が形成され、微細な凹凸も研摩磨されて光沢面が得られる。
【０１２２】
好ましく使用することのできる水溶性高分子化合物のうち、上記のような効果を有するものとして、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。
【０１２３】
これらの水溶性高分子化合物として、質量平均分子量が１０００〜５０００００のものを用いることができる。質量平均分子量が５０００００を越える場合には、電解液中に溶解せず腐食抑制剤や砥粒と凝集を起こす原因となってしまい、質量平均分子量が１０００未満では金属表面に十分な保護膜が形成できず平坦化性能が悪化する。水溶性高分子化合物の質量平均分子量は、１０００〜１０００００であることが好ましく、２０００〜２５０００であることが更に好ましい。
【０１２４】
水溶性高分子化合物の濃度は、電解加工電解研磨の加工速度を低下させず、かつ過剰な加工作用を抑制するため、０．００５〜５重量％であることが好ましく、０．０１〜２重量％であることが更に好ましい。
【０１２５】
安定した電解液のｐＨを調整するため、電解液にｐＨ調整剤を添加しても良い。好ましいｐＨ調整剤としては、主にアルカリが用いられ、アンモニア、アルキルアミン、ヒドロキシアミン、ポリアミン、アルカリ金属化合物（例えば水酸化カリウム）、及びアルカリ土類金属化合物から選ばれる１種類以上が選択できる。アルカリの濃度は、一般には０．１〜２０重量％で、被加工物の用途、材料、含有する有機酸または有機酸塩及び強酸の濃度と調整するｐＨにより適宜決めればよい。
【０１２６】
好ましい電解液のｐＨは２〜１０である。電解液のｐＨが低い場合は、電解研磨装置の材料選定に耐腐食性を考慮しなければならず、また加工速度は高くなる一方、加工面の粗さが増え、金属の過剰エッチングが進み平坦な加工面が得にくくなる。電解液のｐＨが高い場合は、腐食抑制剤及び／または水溶性高分子化合物と金属との間における保護膜形成が不十分となり、平坦化作用が不十分となることがある。従って、半導体基板の金属配線プロセスのように、加工速度が高く、表面荒れのない光沢面で平坦化が求められる場合、電解液のｐＨは３〜６であることが特に好ましい。
【０１２７】
電解液には砥粒が含まれることが好ましい。砥粒には金属を機械的に研磨除去する作用があるが、本発明においては、腐食抑制剤及び水溶性高分子化合物により形成された金属保護膜を適宜機械的に研磨除去する作用もある。この砥粒の作用により、余分な保護膜が除去されて、電解加工電解研磨における加工速度が十分速くなる。
【０１２８】
電解液として好ましく用いることのできる砥粒としては、アルミナ、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化チタン、及び酸化マンガンから選ばれる１種類以上を挙げることができる。これらの中でも、アルミナ、コロイダルシリカ、またはヒュームドシリカが好ましく用いられる。
【０１２９】
電解複合研磨電気化学的機械研磨として有効に機能させる場合における電解液中の砥粒の濃度は、１０重量％以下であることが好ましく、砥粒の効果を出すためには、砥粒の濃度は、０．０１重量％以上であることが必要である。一方、電解液中に分散させて使用する砥粒が無くとも研磨パッドのような固定砥粒を使用し、研磨パッドを金属表面に接触させることで保護膜除去の効果は有効であるので、そのような場合には電解液中に砥粒はなくてもよく、もちろん固定砥粒砥との併用も可能である。砥粒を使用する場合、砥粒の濃度が１０重量％を越えると砥粒粒子の凝集が増加し、電解液の粘性が極端に高くなる場合もあり、加工面への砥粒堆積による電解加工電解研磨の阻害やスクラッチ発生の原因となる。このため、最適な砥粒の濃度は、０．０５〜２重量％である。
【０１３０】
電解液は界面活性剤を含有していてもよい。界面活性剤は、砥粒の分散性を向上させるものであればよく、カチオン性、アニオン性、両性、及び非イオン性のいずれも使用することができる。例えば、アニオン性界面活性剤としては、アルキルエーテルカルボン酸塩、アルキル硫酸塩、アルキルスルホン酸塩、アミドスルホン酸塩、アルキルアリルスルホン酸塩、ナフタリンスルホン酸塩、またはそのホルマリン縮合物が用いられる。また、カチオン性界面活性剤としては、例えば脂肪族アミン塩や脂肪族アンモニウム塩等が用いられる。これらは、砥粒の濃度や電解液のｐＨにより、適宜選択し用いられる。界面活性剤は、好ましくはアニオン性界面活性剤で、特に好ましくは、アルキルスルホン酸塩、ナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合物である。
【０１３１】
電解液の導電率は、５〜２００ｍＳ／ｃｍであることが望ましい。電解液の導電率が低いと、加工速度を上げるために印加電圧または電流を高くしなければばらないが、その場合には、酸素発生による研磨に対する電流効率の低下、加工表面のピット発生、保護膜の破壊による平坦化作用への悪影響等がある。したがって、より低い電圧で電解加工電解研磨を行うことが望まれ、そのためには、電解液の導電率が５〜２００ｍＳ／ｃｍであることが好ましい。
【０１３２】
電解液の組成の例としては、（１）２〜２０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。
例えば、本実施形態の電解液には、１ｍｏｌ／Ｌマロン酸＋１．４ｍｏｌ／Ｌメタンスルホン酸＋０．３％ベンゾトリアゾール＋０．６％ポリアクリル酸アンモニウム（平均分子量：１００００）＋０．７％メタノール＋０．０５％（界面活性剤  ＭＸ２０４５Ｌ  花王製）に０．０５％のシリカ砥粒を加え、ｐＨ調整剤でｐＨ４．５に調整したものが好適に用いられる。
【０１３３】
（研磨部材）
また、研磨部材として以下のものを採用することも可能である。
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、砥粒を結合剤によリバインドした固定砥粒パッドを使用しても良い。その砥粒として、酸化セリウム（Ce02）、アルミナ（A1203）、炭化珪素（SiC）、酸化珪素（Si02）、ジルコニア（Zr02）、酸化鉄（FeO、Fe304）、酸化マンガン（Mn02、Mn203）、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（BaC03）、炭酸カルシウム（CaC03）、ダイヤモンド（C）、又はこれらの複合材料を採用することが可能である。また結合剤として、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を採用することが可能である。また、被研磨対象の配線金属層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。
【０１３４】
ここで、研磨パッドの溝形状については、１つ以上の（１）同心円溝、（２）偏心溝、（３）多角形溝（格子溝を含む）、（４）らせん溝、（５）放射溝、（６）平行溝、（７）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が研磨パッド上に保持される効果を有する。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、Ｗｆ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、同心円溝間に形成された複数の細溝や、太い格子溝間に形成された細溝等）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溝を採用してもよい。また溝からの電解液の排出を促進させる際は、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、回転方向下流に傾斜した順溝を形成してもよい。逆に溝からの電解液の排出を抑制する際は、回転方向上流側に傾斜した逆溝を形成しても良い。さらに電解液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。
【０１３５】
また、研磨パッドとウエハとの接触面形状は、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。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有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。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】基板処理装置の配置構成を示す平面図である。
【図２】電解複合研磨装置の概略構成図である。
【図３】基板ヘッドの断面図である。
【図４】基板ヘッドの底面図である。
【図５】電解複合研磨装置の要部を概略的に示す縦断面図である。
【図６】本実施形態に係る電解複合研磨装置の非接触保持機構の説明図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る電解複合研磨装置の非接触保持機構の説明図である。
【図８】電解複合研磨の説明図である。
【図９】保護膜の生成速度と除去速度との関係を示すグラフである。
【図１０】保護膜の厚さ変化を示すグラフである。
【図１１】保護膜厚さの時間変化を示すグラフである。
【図１２】（ａ）は実験装置の概念図、（ｂ）は実験結果を示すグラフ、（ｃ）は電流最大低下量等を詳細に説明するためのグラフである。
【図１３】従来技術に係る電解複合研磨方法および本実施形態に係る電解複合研磨方法の工程比較図である。
【図１４】従来技術に係る電解複合研磨方法および本実施形態に係る電解複合研磨方法の工程比較図である。
【図１５】実施例１および実施例２の工程図である。
【図１６】比較例２ｂの工程図である。
【図１７】実施例３の工程図である。
【図１８】比較例３ｂの工程図である。
【図１９】実施例４の工程図である。
【図２０】実施例５の工程図である。
【図２１】実施例６の工程図である。
【図２２】比較例６ｂの工程図である。
【図２３】（ａ）は実施例および比較例におけるディッシングおよび段差解消率の一覧表であり、（ｂ）は段差解消率の説明図である。
【符号の説明】
【０１３７】
Ｗ…基板
１…基板ヘッド
３…リテーナリング
３ａ…溝部
２１…圧力室
３１…流体路
５０…電解液
６３…凹部
６４…バリア膜（金属膜）
６６…配線金属層（金属膜）
６７…凹部
６９…凸部
７０…保護膜
１００…研磨テーブル
１０１…研磨パッド（研磨部材）
１０２…電解液供給ノズル（電解液供給機構）
１１４…ヘッド用モータ（相対移動機構）
１３１…内堰
１３２…外堰
１３４…排出口
２５２…電源
２５４…支持部材
２６２…電気接点（加工電極）
２６４…第２電極（給電電極）
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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