JP4500885B2 - デバイスウエハの研磨パッド、研磨体、研磨工具構成体及び研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、デバイスウエハの導電体層を電気化学的機械的に研磨する研磨パッド、研磨体、研磨工具構成体及び研磨方法に関するものである。

半導体装置（半導体デバイス）は、高集積化、微細化に伴って、配線の積層化が行われている。配線の積層化の方法としては、半導体ウエハの表面に配線をパターン形成し、この上を酸化シリコン等の絶縁物で覆い、次の配線をパターン形成し、これを順次繰り返すプロセスが採用されている。
配線をパターン形成するプロセスは、反応性イオンエッチング等によってプラグ用ホールと配線溝とを酸化シリコン等の絶縁物（以下、層間絶縁膜）に形成し、この上に銅めっきによってプラグ用ホールと配線溝とを銅配線材で同時に埋め込んで導電体層を形成する。その後、導電体層表面の余分な銅を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）によって除去し平坦化して配線を形成するいわゆるダマシン方法が採用されている。

近年、デバイスの低消費電力化及び高速化の目的で、層間絶縁膜に低誘電率材料（いわゆるＬｏｗ−ｋ材料）の導入が検討されている。この低誘電率材料は、機械的強度や化学的安定性に乏しく、ＣＭＰにおける回転数や研磨圧力に依存する摩擦力によって、導電体層が層間絶縁膜から剥離することがあるため、研磨圧力を極端に低下させて研磨する超低圧研磨方法が検討されてきた。

ところが、この超低圧ＣＭＰは、研磨レートの低下と研磨レートのウエハ面内均一性の劣化の問題があるため、ＣＭＰに代わって、電解研磨方法や電気化学的機械的研磨方法及び研磨パッドが提案されている。

しかし、提案されている電解研磨方法や電気化学的機械的研磨方法（ｅＣＭＰ）及び研磨パッドでは、デバイスウエハ導電体層に直流電力を供給する目的で、直流電源の正極に接続された導電材料をデバイスウエハ導電体層に接触させて通電する必要がある。この場合、導電体層と導電材料との接触に起因して生じる導電体層表面のスクラッチ等のダメージの問題があった。

例えば、アノード電極と複数の電解液収容部の底部に設置されたカソードとを設け、研磨表面にデバイスウエハの導電体層を押圧して、デバイスウエハの導電体層をアノードとし、電解液収容部のカソード電極をカソードとした複数の電解セルにより研磨する研磨パッドが提案されている（例えば特許文献１）。
しかし、このパッドは、アノード電極である導電性材料が研磨パッドの研磨表面に渡って設置されているため、導電体層表面にスクラッチ等のダメージ与える問題を有している。
また、例えば、アノード電極とカソード電極とをそれぞれ絶縁材料を介して研磨パッド内に、研磨表面又は研磨表面近傍に設置した研磨パッドが提案されている（例えば特許文献２）。
しかし、この研磨パッドでも、デバイスウエハの導電体層に直流電力を供給する目的で、直流電源の正極に接続されたアノード電極（導電材料）をデバイスウエハ導電体層に接触させるため、同様のダメージ等の問題を有している。

前述した導電体層にスクラッチ等のダメージを与える問題を解決するために、電解槽（電解セル）の中で、アノード電極とカソード電極と導電体層とをそれぞれ離して設置して直流電力を供給し、導電体層を電解研磨する方法が提案されている（例えば特許文献３）。
この方法では、ひとつの電解槽内でデバイスウエハとアノード電極及びカソード電極とを対向させて、デバイスウエハの導電体層を電解研磨する実施形態が提示されている。この実施形態を特許文献１の電解セルパッドに応用することも可能ではあるが、この場合、アノード電極と導電体層との電気化学反応（導電体層へ直流電力を供給する反応）と、導電体層とカソード電極との電気化学反応（導電体層を電解研磨する反応）とが電解槽で共存する。このため、前者の反応生成物が後者の電解研磨に影響を及して、安定した研磨が行えない等の課題があった。
特開２００５−１３９４８０号公報 Ｐｕｂ．Ｎｏ．ＵＳ２００４／０２１４５１０号公報 特開２００３−３１１５３８号公報

本発明の課題は、デバイスウエハの配線形成のための導電体層等を、ダメージを与えずに安定して研磨することができる電気化学的機械的研磨のデバイスウエハの研磨パッド、研磨体、研磨工具構成体及び研磨方法を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
第１の発明は、デバイスウエハ（Ｄ）の導電体層（Ｄ１）に対して相対移動するテーブル（５１）に設置され、合成樹脂により形成された研磨表層（６１，２６１）と、絶縁材（６４）により電気的に絶縁されたアノード電極（６２，２６２）及びカソード電極（６４，２６４）とを有し、前記導電体層を電気化学的機械的に研磨する研磨パッドであって、前記研磨表層を貫通して開口し、研磨面側とは反対側の底部又は底部近傍に前記アノード電極が配置され、前記研磨表層の研磨面近傍まで電解液（Ｅ）を収容し、その電解液と前記導電体層とを接触させることにより、前記導電体層と前記アノード電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで通電用電解セル（Ｃ１）を形成するための少なくとも１つの通電用電解液収容部（Ｆ１）と、前記研磨表層と前記絶縁材とを貫通して開口し、研磨面側とは反対側の底部又は底部近傍に前記カソード電極が配置され、前記研磨表層の研磨面近傍まで電解液を収容し、その電解液と前記導電体層とを接触させることにより、前記導電体層と前記カソード電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで研磨用電解セル（Ｃ２）を形成するための少なくとも１つの研磨用電解液収容部（Ｆ２）とを備えること、を特徴とするデバイスウエハの研磨パッドである。

第２の発明は、第１の発明の非接触パッドにおいて、前記少なくとも１つの通電用電解液収容部（Ｆ１）の開口面積の合計が前記少なくとも１つの研磨用電解液収容部（Ｆ２）の開口面積の合計よりも小さく、前記通電用電解液収容部の深さが前記研磨用電解液収容部の深さよりも浅いこと、を特徴とするデバイスウエハの研磨パッドである。

第３の発明は、デバイスウエハ（Ｄ）の導電体層（Ｄ１）に対して相対移動するテーブル（５１）に設置され、合成樹脂により形成された研磨表層（６１，２６１）と、絶縁材により電気的に絶縁されたアノード電極（６２，２６２）及びカソード電極（６４，２６４）とで構成され、前記導電体層を電気化学的機械的に研磨する研磨パッドを用いたデバイスウエハの研磨方法であって、前記研磨表層を貫通して開口し、研磨面側とは反対側の底部又は底部近傍に前記アノード電極が配置された少なくとも１つの通電用電解液収容部（Ｆ１，Ｆ２１）に、前記研磨表層の研磨面近傍まで電解液（Ｅ）を収容し、その電解液と前記導電体層とを接触させることにより、前記導電体層と前記アノード電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで通電用電解セル（Ｃ１，Ｃ２１）を形成し、前記研磨表層と前記絶縁材とを貫通して開口し、研磨面側とは反対側の底部又は底部近傍に前記カソード電極が配置された少なくとも１つの研磨用電解液収容部（Ｆ２，Ｆ２２）に、前記研磨表層の研磨面近傍まで電解液を収容し、その電解液と前記導電体層とを接触させることにより、前記導電体層と前記カソード電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで研磨用電解セル（Ｃ２，Ｃ２２）を形成し、前記アノード電極と前記カソード電極との間に直流電力を供給し、前記研磨パッドに電解液を供給しながら前記研磨パッドと前記導電体層とを相対移動すること、を特徴とするデバイスウエハの研磨方法である。

第４の発明は、底部又は底部近傍にカソード電極（４６４）が設置された電解液収容槽（４７０）に収容された電解液（Ｅ）に浸漬された状態で、デバイスウエハ（Ｄ）の導電体層（Ｄ１）に対して相対移動可能に設置され、合成樹脂により形成された研磨表層（４６１）とアノード電極（４６２）とを有し、前記導電体層を電気化学的機械的に研磨する研磨体であって、前記研磨表層を貫通して開口し、研磨面側とは反対側の底部又は底部近傍に前記アノード電極が配置され、前記研磨表層の研磨面近傍まで前記電解液を収容し、その電解液と前記導電体層とを接触させることにより、前記導電体層と前記アノード電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで通電用電解セル（Ｃ４１）を形成するための少なくとも１つの通電用電解液収容部（Ｆ４１）と、前記研磨表層を貫通して設けられ、前記研磨表層の研磨面近傍まで前記電解液を収容し、前記導電体層と前記電解液収容槽の前記カソード電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで研磨用電解セル（Ｃ４２）を形成する少なくとも１つの研磨用電解液収容部（Ｆ４２）を備えること、を特徴とするデバイスウエハの研磨体である。
第５の発明は、請求項４に記載の研磨体において、（４６１）とアノード電極（４６２）とを支持する合成樹脂により形成された支持体を有すること、を特徴とするデバイスウエハの研磨体である。

第６の発明は、底部又は底部近傍にカソード電極（４６４）が設置された電解液収容槽（４７０）に収容された電解液（Ｅ）に浸漬するように設置され、合成樹脂により形成された研磨表層（４６１）とアノード電極（４６２）とを有し、デバイスウエハ（Ｄ）の導電体層（Ｄ１）を電気化学的機械的に研磨する研磨体（４６０）を用いたデバイスウエハの研磨方法であって、前記研磨表層を貫通して開口し、研磨面側とは反対側の底部又は底部近傍に前記アノード電極が配置された少なくとも１つの通電用電解液収容部（Ｆ４１）に、前記研磨表層の研磨面近傍まで前記電解液を収容し、その電解液と前記導電体層とを接触させることにより、前記導電体層と前記アノード電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで通電用電解セル（Ｃ４１）を形成し、前記研磨表層を貫通して設けられた研磨用電解液収容部（Ｆ４２）に、前記研磨表層の研磨面近傍まで前記電解液を収容し、前記導電体層と前記電解液収容槽の前記カソード電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで研磨用電解セル（Ｃ４２）を形成し、前記アノード電極と前記カソード電極との間に直流電力を供給し、前記研磨パッドと前記導電体層とを相対移動すること、を特徴とするデバイスウエハの研磨方法である。

第７の発明は、デバイスウエハ（Ｄ）の導電体層（Ｄ１）に対して相対移動するテーブル（５１）に設置され、合成樹脂により形成された研磨表層（３６１）とカソード電極（３６４）とを有し、前記導電体層を電気化学的機械的に研磨する研磨パッド（４６０）を用いたデバイスウエハの研磨方法であって、前記研磨パッドから離隔して配置され、底部又は底部近傍に前記アノード電極（３６２）が配置された少なくとも１つの通電用電解液収容部（Ｆ３１）に通電用電解液（Ｅ３１）を収容し、その通電用電解液と前記導電体層とを接触させることにより、前記導電体層と前記アノード電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで通電用電解セル（Ｃ３１）を形成し、前記研磨表層を貫通して開口し、研磨面側とは反対側の底部又は底部近傍に前記カソード電極が配置された少なくとも１つの研磨用電解液収容部（Ｆ３２）に、前記研磨表層の研磨面近傍まで研磨用電解液（Ｅ３２）を収容し、その研磨用電解液と前記導電体層とを接触させることにより、前記導電体層と前記カソード電極とがその研磨用電解液を介して電気化学的に結合されることで研磨用電解セル（Ｃ３２）を形成し、前記アノード電極と前記カソード電極との間に直流電力を供給し、前記研磨パッドに電解液を供給しながら前記研磨パッドと前記導電体層とを相対移動すること、を特徴とするデバイスウエハの研磨方法である。

第８の発明は、導電性を有する被研磨体（Ｄ）に対して相対移動するテーブル（５１）に設置され、合成樹脂により形成された研磨表層（６１，２６１）と、第１電極（６２，２６２）及び前記第１電極との間を絶縁材により電気的に絶縁された第２電極（６４，２６４）とを有し、前記導電体層を電気化学的機械的に研磨する研磨パッドであって、前記研磨表層を貫通して開口し、研磨面側とは反対側の底部又は底部近傍に前記第１電極が配置され、前記研磨表層の研磨面近傍まで電解液（Ｅ）を収容し、その電解液と前記被研磨体導電体層とを接触させることにより、前記被研磨体導電体層と前記第１電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで第１電解セル（Ｃ１）を形成するための少なくとも１つの第１開口穴（Ｆ１）と、前記研磨表層と前記絶縁材とを貫通して開口し、研磨面側とは反対側の底部又は底部近傍に前記第２電極が配置され、前記研磨表層の研磨面近傍まで電解液を収容し、その電解液と前記被研磨体導電体層とを接触させることにより、前記被研磨体導電体層と前記第２電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで第２電解セル（Ｃ２）を形成するための少なくとも１つの第２開口穴（Ｆ２）とを備えること、を特徴とするデバイスウエハ研磨用の研磨パッドである。

第９の発明は、導電性を有する被研磨体（Ｄ）に対して相対移動するテーブル（５１）に設置され、前記被研磨体を電気化学的機械的に研磨する研磨工具構成体であって、被研磨体側に設けられ、複数の貫通孔である研磨表層第１貫通孔と、前記研磨表層第１貫通孔とは異なる複数の貫通孔である研磨表層第２貫通孔とを有し、合成樹脂により形成された研磨表層（６１，２６１）と、前記研磨表層よりもテーブル側に設けられ、前記研磨表層第１貫通孔から形成される有底の第１開口穴（Ｆ１）のテーブル側の底部又は底部近傍に、被研磨体側の表面の一部が露出するように配置され、研磨するときに前記研磨表層の表面から突出しない状態を維持するように設けられた第１電極（６２，２６２）と、前記研磨表層よりもテーブル側に設けられ、前記研磨表層第２貫通孔に連通しこの研磨工具構成体の被研磨体側の表面に開口した有底の第２開口穴（Ｆ２）のテーブル側の底部又は底部近傍に、被研磨体側の表面の一部が露出するように配置された第２電極（６４，２６４）と、前記第１電極と前記第２電極との間を絶縁する絶縁部（６４）とを備えること、を特徴とする研磨工具構成体である。

第１０の発明は、導電性を有する被研磨体（Ｄ）に対して相対移動するテーブル（５１）に設置され、前記被研磨体を電気化学的機械的に研磨する研磨工具構成体であって、被研磨体側に設けられ、複数の貫通孔である研磨表層第１貫通孔と、前記研磨表層第１貫通孔とは異なる複数の貫通孔である研磨表層第２貫通孔とを有し、合成樹脂により形成された研磨表層（７６１）と、前記研磨表層よりもテーブル側に設けられ、前記研磨表層第１貫通孔から形成される有底の第１開口穴（Ｆ７１）のテーブル側の底部又は底部近傍に、被研磨体側の表面の一部が露出するように配置され、研磨するときに前記研磨表層の表面から突出しない状態を維持するように設けられた第１電極（７６２）と、前記研磨表層よりもテーブル側に設けられ、前記研磨表層第２貫通孔から形成される有底の第２開口穴（Ｆ２）のテーブル側の底部又は底部近傍に、被研磨体側の表面の一部が露出するように配置され、研磨するときに前記研磨表層の表面から突出しない状態を維持するように設けられた第２電極（７６４）と、前記第１電極と前記第２電極との間を絶縁する絶縁部（７６３）とを備えること、を特徴とする研磨工具構成体ある。
第１１の発明は、導電性を有する被研磨体（Ｄ）に対して相対移動するテーブルに設置され、合成樹脂により形成された研磨表層（５６１）を載置することで前記被研磨体を電気化学的機械的に研磨する研磨工具構成体であって、被研磨体側に設けられ、被研磨体側の表面が露出するように配置され、前記研磨表層を載置して研磨するときに前記研磨表層の表面から突出しない状態を維持するように設けられた第１電極（５６２）と、前記第１電極よりもテーブル側に設けられた第２電極（５６４）と、前記第１電極と前記第２電極との間を絶縁する絶縁部（５６３）とを備え、前記第１電極は、前記研磨表層が載置されている状態で、前記研磨表層に設けられた複数の貫通孔である研磨表層第１貫通孔から形成される有底の第１開口穴のテーブル側の底部又は底部近傍に、被研磨体側の表面の一部が露出するように配置され、前記第２電極は、前記研磨表層が載置されている状態で、前記研磨表層に設けられた前記研磨表層第１貫通孔とは異なる複数の貫通孔である研磨表層第２貫通孔に連通しこの研磨工具構成体の被研磨体側の表面に開口した有底の第２開口穴のテーブル側の底部又は底部近傍に、被研磨体側の表面の一部が露出するように配置されること、を特徴とする研磨工具構成体である。
第１２の発明は、導電性を有する被研磨体に対して相対移動するテーブルに設置され、合成樹脂により形成された研磨表層を載置することで前記被研磨体を電気化学的機械的に研磨する研磨工具構成体であって、被研磨体側に設けられ、被研磨体側の表面が露出するように配置され、前記研磨表層を載置して研磨するときに前記研磨表層の表面から突出しない状態を維持するように設けられた第１電極及び前記第１電極とは異なる第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間を絶縁する絶縁部とを備え、前記第１電極は、前記研磨表層が載置されている状態で、前記研磨表層に設けられた複数の貫通孔である研磨表層第１貫通孔から形成される有底の第１開口穴のテーブル側の底部又は底部近傍に、被研磨体側の表面の一部が露出するように配置され、前記第２電極は、前記研磨表層が載置されている状態で、前記研磨表層に設けられた複数の貫通孔である研磨表層第２貫通孔から形成される有底の第２開口穴のテーブル側の底部又は底部近傍に、被研磨体側の表面の一部が露出するように配置されること、を特徴とする研磨工具構成体である。

第１３の発明は、導電性を有する被研磨体に対して相対移動する導電性を有するテーブル（５１）に設置され、合成樹脂により形成された研磨表層（６６１）を載置することで前記被研磨体を電気化学的機械的に研磨する研磨工具構成体であって、被研磨体側に設けられ、被研磨体側の表面が露出するように配置され、前記研磨表層を載置して研磨するときに前記研磨表層の表面から突出しない状態を維持するように設けられた第１電極（６６２）と、前記第１電極と設置された前記テーブルとの間を絶縁する絶縁部（６６３）とを備え、前記第１電極は、前記研磨表層が載置されている状態で、前記研磨表層に設けられた複数の貫通孔である研磨表層第１貫通孔から形成される有底の第１開口穴（Ｆ６１）のテーブル側の底部又は底部近傍に、被研磨体側の表面の一部が露出するように配置され、前記テーブルは、前記研磨表層が載置されている状態で、前記研磨表層に設けられた前記研磨表層第１貫通孔とは異なる複数の貫通孔である研磨表層第２貫通孔に連通しこの研磨工具構成体の被研磨体側の表面に開口した有底の第２開口穴（Ｆ６２）のテーブル側の底部又は底部近傍に、被研磨体側の表面の一部が露出するように配置されること、を特徴とする研磨工具構成体である。

第１４の発明は、第１１の発明から第１３の発明の研磨工具構成体において、この研磨工具構成体（６０，２６０，３６０，４６０，６６０，７６０）と前記研磨表層（６１，２６１，３６１，４６１，６６１，７６１）とが一体で形成されていること、を特徴とする研磨工具構成体である。
第１５の発明は、第９の発明から第１３の発明のいずれかの研磨工具構成体において、この研磨工具構成体（６０，２６０，３６０，６６０，７６０）と前記テーブル（５１）とが一体で形成されていること、を特徴とする研磨工具構成体である。

第１６の発明は、第１０の発明から第１５の発明のいずれかの研磨工具構成体（５６０）に載置され、前記第１開口穴を形成する研磨表層第１貫通孔と、前記第２開口穴を形成する研磨表層第２貫通孔を有すること、を特徴とする研磨表層（５６１）である。

第１７の発明は、第１６の発明の研磨表層において、テーブル側に積層され、この研磨表層本体よりも弾性または粘弾性の高い材料により形成されたクッション層を備えることを特徴とする研磨表層である。

第１８の発明は、導電性を有する被研磨体（Ｄ）を電気化学的機械的に研磨する研磨工具構成体（６０，２６０，３６０，４６０，５６０，６６０，７６０）を用いた研磨方法であって、前記研磨工具構成体の表層に配置され合成樹脂により形成された研磨表層（６１，２６１，３６１，４６１，５６１，６６１，７６１）の表面に電解液（Ｅ）を供給することにより、前記研磨工具構成体の被研磨体側の表面に開口した開口穴である第１開口穴（Ｆ１，Ｆ２１，Ｆ３１，Ｆ４１，Ｆ５１，Ｆ６１，Ｆ７１）及び前記研前記第１開口穴とは異なる開口穴である第２開口穴（Ｆ２，Ｆ２２，Ｆ３２，Ｆ４２，Ｆ５２，Ｆ６２，Ｆ７１）に電解液を収容して、その電解液及び前記研磨表層と前記被研磨体とを接触させ、前記第１開口穴に配置され被研磨体側の表面の少なくとも一部が露出した第１電極（６２，２６２，３６２，４６２，５６２，６６２，７６２）を前記被研磨体に接触させない状態で、前記第２開口穴に配置され被研磨体側の表面の少なくとも一部が露出した第２電極（６４，２６４，３６４，４６４，５６４，６６４，７６４）を前記被研磨体に接触させない状態で、かつ前記研磨工具構成体の表層に配置され合成樹脂により形成された研磨表層と被研磨体とを接触させた状態で、前記研磨表層の表面に電解液を供給しながら前記研磨工具構成体と前記被研磨体とを相対移動し、前記第１電極と前記第２電極との間に直流電圧を印加して、前記第１電極と前記被研磨体とを電解液を介して電気化学的に結合しかつ前記被研磨体と前記第２電極とを電解液を介して電気化学的に結合することにより、前記被研磨体を電気化学的機械的に研磨すること、を特徴とするデバイスウエハの研磨方法である。

第１９の発明は、第１８の発明の被研磨体の研磨方法において、前記第２電極は、導電性を有し、前記研磨工具構成体を載置し、前記第２開口穴の底部を形成するテーブルであること、を特徴とする研磨方法である。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本発明は、デバイスウエハ（被研磨体）の導電体層とアノード電極（第１電極）とが電解液を介して電気化学的に結合した通電用電解セルを、研磨用電解セルとは独立して形成し、導電体層とアノード電極との間を電気化学的に接続する。これにより、導電体層とアノード電極との物理的あるいは機械的な接触がないため、アノード電極との擦れに起因する導電体層の傷の発生が防止できる。
また、本発明は、複数の電解液収容部を形成し、絶縁体により形成される研磨表層とデバイスウエハ導電体層を機械的に接触させることにより、電気化学的な研磨と同時に機械的研磨を実施することができる。これにより、デバイスウエハの配線形成のための良好な電気化学的機械的研磨（ｅＣＭＰ）を実施することができる。

さらに、本発明は、通電用電解セルで生じる電気化学反応（導電体層へ直流電力を供給する反応）と研磨用電解セルで生じる電気化学反応（導電体層を電気化学的研磨（電解研磨）する反応）とが、独立して進行する。このため、導電体層を電気化学的研磨する反応が導電体層へ直流電力を供給する反応に影響されず、安定したｅＣＭＰを実施できる。

（２）本発明は、通電用電解液収容部の開口面積の合計が、研磨用電解液収容部の開口面積の合計よりも小さく、通電用電解液収容部の深さが、研磨用電解液収容部の深さより浅いので、ｅＣＭＰに必要な研磨用電解液収容部の開口面積の合計を大きく低減させずに済み、かつ、ｅＣＭＰに必要な直流電源の電圧の極端な増加を抑えることができる。

（３）本発明は、電解液を収容する電解液収容槽にカソード電極と研磨パッドとを浸漬することにより、研磨用電解セルに十分な量の電解液を供給することができるため、研磨を安定して行うことができると同時に、デバイスウエハの配線形成のための導電体層を、ダメージを与えずに安定して研磨することができる。

（４）本発明は、研磨パッドよりも外側に通電用電解液を収容し通電用電解セルを形成するので、通電用電解液と研磨用電解液の種類を容易に使い分けることができ、通電用及び研磨用に適した研磨液を選択することができる。

（５）本発明は、第１電極が第１開口穴内に露出し、また導電性を有するテーブルの被研磨体側の表面が第２開口穴に露出するように設けられている。このため、第１電極と被研磨体とを電解液を介して電気化学的に結合しかつ被研磨体とテーブルとを電解液を介して電気化学的に結合することにより、被研磨体を電気化学的機械的研磨することができる。
また、本発明は、テーブルを電極（第２電極）として利用するので、構成を簡単にでき、さらに部品削減によるコストを削減することができる。

（６）本発明は、研磨表層が載置可能に設けられているので、研磨標層の摩耗等により研磨性能が低下しても、研磨標層のみを交換すればよく、生産コストを低コストに抑えることができる。

実施例１の研磨装置の斜視図である。 実施例１の研磨装置を模式的に示す縦断面図である。 実施例１の研磨装置の一部の拡大図である。 実施例１の通電方法の原理を説明する図である。 実施例１の通電用電解セル、研磨用電解セルの構成を説明する図である。 実施例１のデバイスウエハの研磨工程を説明する縦断面図である。 実施例２の研磨装置を模式的に示す縦断面図である。 実施例３の研磨装置を模式的に示す縦断面図である。 実施例４の研磨装置を模式的に示す縦断面図である。 実施例５の研磨装置を模式的に示す縦断面図である。 実施例６の研磨装置を模式的に示す縦断面図である。 実施例７の研磨装置を模式的に示す平面図、縦断面図である。

符号の説明

５０，２５０，３５０，４５０，５５０，６５０，７５０ 研磨装置
５３ 電源
６０，２６０，３６０，４６０，７６０ 研磨パッド
６１，２６１，３６１，４６１ 研磨部材
６２，２６２，３６２，４６２ アノード電極
６４，２６４，３６４，４６４ カソード電極
６５ 導電性粘着材
４６６ 貫通孔
４７０ 電解液収容槽
Ｃ１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１，Ｃ５１ 通電用電解セル
Ｃ２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２，Ｃ５１ 研磨用電解セル
Ｄ デバイスウエハ
Ｄ１ 導電体層
Ｅ 電解液
Ｆ１，Ｆ２１，Ｆ３１，Ｆ４１，Ｆ６１，Ｆ７１ 通電用電解液収容部
Ｆ２，Ｆ２２，Ｆ３２，Ｆ３２，Ｆ６２，Ｆ７２ 研磨用電解液収容部

発明を実施するための形態

本発明は、デバイスウエハの配線形成のための導電体層等を、ダメージを与えずに研磨することができる電気化学的機械的研磨の研磨パッド、研磨体、研磨工具構成体及び研磨方法を提供するという目的を、導電体層とアノード電極とが電解液を介して電気化学的に結合した通電用電解セルと、導電体層とカソード電極とが電解液を介して電気化学的に結合した研磨用電解セルとを独立して形成することにより実現した。

次に、図面等を参照しながら、本発明の実施例を説明する。
最初に、本実施例の研磨装置５０の概略について説明する。
図１は、本実施例の研磨装置５０の斜視図である。研磨装置５０は、プラテン・ロータリ型の一組のプラテン／ヘッドであり、通常は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）用の研磨パッドが取付けられ、ＣＭＰの研磨に用いられる装置である。
図１に示すように、研磨装置５０は、プラテン５１と、研磨ヘッド５２と、電源５３（電力供給部）と、プラス電極５４と、マイナス電極５６と、ノズル５７と、着脱可能に装着される研磨パッド６０とを備えている。

プラテン５１は、研磨パッド６０を載置して、鉛直方向の軸Ｚ１回り（矢印θ１方向）に回転する円盤状の部材である。プラテン５１は、導電性を有する金属等より形成される。
研磨ヘッド５２は、図中下側の面に、デバイスウエハＤを装着し、鉛直方向の軸Ｚ２回り（矢印θ２方向）に回転する円盤状の部材である。このデバイスウエハＤには、その表面に導電性を有する導電体層Ｄ１（配線材層）が積層されている。研磨ヘッド５２は、配線材層Ｄ１が図中下側になるようにバイスウエハＤを装着する。

電源５３は、電気化学的研磨（ＥＣＰ）を行う電解セル（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ−ｃｅｌｌ）を形成するための電力を供給する装置である。電源５３は、後述する通電用電解セルＣ１及び研磨用電解セルＣ２（図５参照）に電力を供給する。供給する電力は、一般的には直流電力であるが、電力波形は、パルス状であってもよい。また、供給する電力は、直流成分があればプラスとマイナスに変動する交流電力であってもよい。
プラス電極５４は、スリップリング５５を介して電源５３のプラス端子に接続されており、電源５３の電力をアノード電極６２（図２参照）に供給する。
マイナス電極５６は、電源５３のマイナス端子に接続されており、プラテン５１の外周に摺接するように設けられている。マイナス電極５６は、電源５３の電力をプラテンを介してカソード電極６４（図２参照）に供給する。

ノズル５７は、研磨パッド６０よりも上方に配置されている。ノズル５７は、研磨時に研磨パッド６０の研磨面へと電解液Ｅを放出して、研磨パッド６０の通電用電解液収容部Ｆ１、研磨用電解液収容部Ｆ２（図２参照）に電解液Ｅを供給する。
電解液Ｅには、クエン酸等の有機電解液または、リン酸等の無機酸、硫酸銅等の塩を主成分とした電解質水溶液が使用でき、保護膜形成剤や研磨砥粒、酸化剤等を含ませることができる。

上述のような構成によって、研磨装置５０は、電解液Ｅを供給しながら、デバイスウエハＤと研磨パッド６０とを接触させ、プラテン５１及び研磨ヘッド５２からなる相対移動部を回転して、デバイスウエハＤと研磨パッド６０とを相対移動させる。これにより、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１の表層は、電解液Ｅに添加された保護膜形成剤によって電気化学的な保護膜が形成されると同時に、保護膜が研磨部材６１との接触によって機械的に除去され、電気化学的に溶解除去される（溶解除去については、後述する）。すなわち、通常ＣＭＰに用いられる研磨装置５０は、研磨パッド６０を取り付けることにより、導電体層Ｄ１の電気化学的機械的研磨（ｅＣＭＰ）を行ない、デバイスウエハＤの配線形成を行うことができる。

図２は、実施例１の研磨装置５０を模式的に示す縦断面図である。
図３は、実施例１の研磨装置５０の一部（図２の２点鎖線内）の拡大図である。
なお、各図は、研磨パッド６０の各層の構成を分かりやすくするために、厚みを強調して示す。
研磨パッド６０（研磨工具構成体）は、研磨部材６１（研磨表層）と、アノード電極６２（第１電極）と、絶縁材６３（絶縁層）と、カソード電極６４（第２電極）と、導電性粘着材６５とからなる各層が接着剤や圧力感応接着シートで積層、固着して形成されている。また、研磨パッド６０は、通電用電解液収容部Ｆ１（第１開口穴）と、研磨用電解液収容部Ｆ２（第２開口穴）が設けられている。
また、以下の説明において、研磨面側である上側をデバイスウエハＤ側（被研磨体側）、下側をプラテン５１側（テーブル側）として説明する。

研磨部材６１は、最上層に積層された研磨層であり、合成樹脂で形成され、特に機械的研磨能力の高い発泡ウレタン材等で形成される。また、研磨部材６１は、電気絶縁性が高く、アノード電極６２と導電体層Ｄ１との間を電気的に絶縁している。研磨部材６１は、単一材料からなる単層構造である必要はなく、合成樹脂性の支持体や発泡樹脂等によるクッション材との積層構造体であってもよい。
アノード電極６２は、研磨部材６１の下層に積層されたシート状導電部材であり、通電用電解セルＣ１（図５参照）のアノードを形成する。アノード電極６２は、研磨パッド６０の中央部でプラス電極５４に摺接することにより、プラス電極５４に対して電気的に接続されている。アノード電極６２は、研磨用電解液収容部Ｆ２の開口壁面部から露出しないように設置され（図５参照）、カソード電極６４と研磨用電解液収容部Ｆ２内の電解液とアノード電極６２との間で生じる電気化学反応が防止される。
アノード電極６２を形成するシート状導電部材は、金属等の低抵抗材料（金、銅、白金、チタン合金、ステンレス鋼、カーボン等）、又は炭素素材（カーボンを主成分としたアモルファスカーボン、炭素繊維、黒鉛繊維、黒鉛、合成樹脂との複合炭素材等）等から形成される。

なお、アノード電極６２は、表面がフラットであり、その上に研磨部材６１が積層されているので、研磨するときに研磨部材６１の表面から突出しない状態を維持し、導電体層Ｄ１に接触することがない。これにより、研磨パッド６０は、導電体層Ｄ１への物理的接触又は機械的接触が、合成樹脂製の研磨部材６１のみであるので、擦れに起因する導電体層Ｄ１への傷の発生を防止することができる。

絶縁材６３は、アノード電極６２の下層に積層され、アノード電極６２とカソード電極６４との間を電気的に絶縁する絶縁部である。絶縁材６３は、研磨部材６１よりも剛性の高い合成樹脂等から形成され、研磨部材６１を支持する。また、絶縁材６３は、アノード電極６２が研磨用電解液収容部Ｆ２に露出しないように、アノード電極６２と研磨用電解液収容部Ｆ２内の電解液Ｅとの間に丸リブ６３ａが設けられており（図５参照）、アノード電極６２と研磨用電解液収容部Ｆ２内の電解液Ｅとの間を電気的、電気化学的に絶縁する。

カソード電極６４は、アノード電極６２と同様なシート状導電部材であり、研磨用電解セルＣ２（図５参照）のカソードを形成する。カソード電極６４は、絶縁材６３の下層に積層される。カソード電極６４は、カソード電極６４の下面に設置された両面粘着シート６５を介してプラテン５１に電気的に接続され、マイナス電極５５とプラテン５１とが電気的に接続されることで、マイナス電極５６に接続されている。なお、プラテン５１がセラミック等の絶縁体で形成される場合、カソード電極６４は、マイナス電極５６に直接接続してもよい。
両面粘着シート６５は、研磨パッド６０のプラテン５１への着脱を容易に行うための両面粘着シートであり導電性を有する。
なお、両面粘着シート６５は、カソード電極６４とプラテン５１との間で導電性をとりながら接続するためのひとつの手段であり、両面粘着シート６５の代わりに、例えば、導電性接着剤、機械的接続（例えばネジ結合等）を使用してもよい。
また、プラテン５１がセラミック等の絶縁体で形成される場合には、導電性を有さない一般的な両面粘着シートを使用してカソード電極６４をプラテン５１に取り付け、カソード電極６４とマイナス電極５６とをプラテン５１を介さずに直接接続してもよい。

通電用電解液収容部Ｆ１は、研磨部材６１を貫通して設けられた貫通孔（研磨表層第１貫通孔）から構成され、その底部がアノード電極６２の表面で構成される上側が開口した凹部である。
研磨用電解液収容部Ｆ２は、研磨部材６１を貫通して設けられた貫通孔（研磨表層第２貫通孔）と、その貫通孔に連通して絶縁材６３を貫通して設けられた貫通孔とを、カソード電極６４の表面が塞ぐようにして構成される上側が開口した凹部である。なお、通電用電解液収容部Ｆ１、研磨用電解液収容部Ｆ２には、それぞれ異なる種類の電解液を使用して電解セルを形成してもよい。

研磨パッド６０は、以上のような層構成により、上側から見たときに、アノード電極６２の表面が通電用電解液収容部Ｆ１内部に視認可能に露出し、またカソード電極６４の表面が電解用電解液収容部Ｆ２の開口内部に視認可能に露出する。

研磨パッド６０は、通電用電解液収容部Ｆ１の総開口面積（開口面積の合計）が、研磨用電解液収容部Ｆ２の総開口面積よりも小さくなるように構成されている。これにより、ｅＣＭＰに必要な研磨用電解セルＣ２を構成する研磨用電解液収容部Ｆ２の開口面積を大きくすることができる。また、研磨パッド６０は、通電用電解液収容部Ｆ１の深さが、研磨用電解液収容部Ｆ２の深さよりも浅くなるように形成されている。これにより、ｅＣＭＰに必要な直流電源の電圧の極端な増加を抑えることができる。これらの効果の詳細については、後述する。

次に、研磨パッド６０が電解セルを形成して、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１を研磨する原理について説明する。
図４は、実施例１の通電方法の原理を説明する図である。
図４は、アノード電極１６２、電解液Ｅ１１、Ｃｕ（銅）板１０１とからなる第一の電解セルＣ１１と、Ｃｕ板１０２、電解液Ｅ１２、カソード電極１６４とからなる第二の電解セルＣ１２とを示す図である。第一の電解セルＣ１１と第二の電解セルＣ１２とは、Ｃｕ板１０１とＣｕ板１０２とをＣｕ板１０３を介して接続することにより、電気的に接続されている。

電解液Ｅ１１，Ｅ１２に電解質水溶液を使用した場合、直流電源１５３をアノード電極１６２とカソード電極１６４とに接続すると、一定の直流電流が流れ、第一の電解セルＣ１１内では、アノード電極１６２から酸素ガスが発生し、Ｃｕ板１０１から水素ガスが発生する。一方、第二の電解セルＣ１２内では、カソード電極１６４から水素ガスが発生し、Ｃｕ板１０２から銅が溶解（銅イオン溶出）する。
これらは、２つの電解セルの直列接続の例であり、直流電源の電圧は、第一の電解セルＣ１１の電気化学反応に必要な電圧と、第二の電解セルＣ１２の電気化学反応に必要な電圧の和となる。

図５は、実施例１の通電用電解セルＣ１、研磨用電解セルＣ２の構成を説明する図である。
図５に示すように、研磨時には、通電用電解液収容部Ｆ１、研磨用電解液収容部Ｆ２が電解液Ｅによって満たされ、デバイスウエハＤが研磨パッド６０の研磨面に押圧される。この場合、通電用電解液収容部Ｆ１、研磨用電解液収容部Ｆ２は、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１の研磨面近傍まで電解液Ｅを収容し、その上部開口部が、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１によって蓋をされた状態になる。電源５３（図１参照）のプラス電極、マイナス電極に、アノード電極６２、カソード電極６４が接続されると、導電体層Ｄ１の表面、アノード電極６２の表面及びカソード電極６４の表面と、電解液Ｅの界面との間で電子の授受が行われる。また、電解液Ｅ内部では、イオン伝導により電気化学反応が継続する。つまり、図４に示すＣｕ板１０１、Ｃｕ板１０２、Ｃｕ板１０３に相当する一体の銅板が導電体層Ｄ１によって形成される。これにより、アノード電極６２、電解液Ｅ、導電体層Ｄ１からなる通電用電解セルＣ１（図４に示す第一の電解セルに相当）と、導電体層Ｄ１、電解液Ｅ、カソード電極６４からなる研磨用電解セルＣ２（図４に示す第二の電解セルに相当）とが独立して形成される。研磨用電解セルＣ２は、通電用電解セルＣ１によってアノードとされた導電体層Ｄ１と、カソードであるカソード電極６４とからなる電解セルである。

このとき、電解液Ｅに電解質水溶液を使用した場合、通電用電解セルＣ１では、電解液Ｅに接触する導電体層Ｄ１から水素ガスが発生し、アノード電極６２の表面から酸素ガスが発生する。
研磨用電解セルＣ２では、電解液Ｅに接触する導電体層Ｄ１において、溶解反応「Ｃｕ→Ｃｕ^２＋＋２ｅ⁻」により導電体層Ｄ１が溶解、除去される。また、カソード電極６４の表面からは、水素ガスが発生する。
発生した酸素ガス、水素ガスは、プラテン５１の回転により定期的に導電体層Ｄ１による蓋が解除されたときに、各電解セルＣ１，Ｃ２から大気中に放出されるため、各電解セルＣ１，Ｃ２内に滞留することはない。

なお、研磨パッド６０は、導電体層Ｄ１の機械的研磨の効率を向上させたり、研磨液の供給及び排出を円滑にさせるために、その表面に溝が設けられる場合がある。この場合、通電用電解液収容部Ｆ１と研磨用電解液収容部Ｆ２とは、溝で連結されることになる。しかし、溝によって形成された電解液Ｅのチャンネルの液抵抗が、通電用電解セルＣ１内の液抵抗及び研磨用電解セルＣ２内の液抵抗と比較して一桁以上大きければ、通電用電解セルＣ１及び研磨用電解セルＣ２で生じる電気化学的反応は、溝によって形成された電解液Ｅのチャンネルによって殆ど影響を受けない。この意味では、通電用電解セルＣ１と研磨用電解セルＣ２とが独立して形成されるといえる。

図６は、実施例１のデバイスウエハＤの研磨工程を説明する縦断面図である。図６（ａ）は、研磨前の状態、図６（ｂ）〜図６（ｅ）は、研磨中の状態、図６（ｆ）は、研磨後の状態をそれぞれ示す図である。なお、以下の説明において、研磨面（図中下側の面）を下面、その反対側の面を上面（図中上側の面）として説明する。
最初に、デバイスウエハＤの構成について説明する。
図６（ａ）に示すように、研磨前には、デバイスウエハＤは、下層側から、導電体層Ｄ１、バリアメタルＤ２、層間絶縁膜Ｄ３が積層されている（図中、トランジスタ部分は、省略して示す。）。

導電体層Ｄ１は、デバイスウエハＤの配線を構成するための層であり、銅をめっき等の手法を用いて積層して形成する。導電体層Ｄ１は、層間絶縁膜Ｄ３の下面を窪ませて設けられた配線溝Ｄ３ａに積層された部分が、残存するように研磨されることにより（図６（ｆ）参照）、デバイスウエハＤ内を配線する。導電体層Ｄ１は、層間絶縁膜Ｄ３の配線溝Ｄ３ａの範囲に積層された部分に、窪み（凹部Ｄ１ａ）が形成される場合がある。ただし、導電体層Ｄ１に凹部Ｄ１ａが形成されていても、本実施例の研磨パッド６０は、後述するように、均一に導電体層Ｄ１を研磨することができる。

バリアメタルＤ２は、導電体層Ｄ１の金属原子が層間絶縁膜Ｄ３に移動（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）することを防ぐために設けられている。このバリアメタルＤ２は、融点が高く、導電性がある材料、例えば、タンタル、窒化タンタルや窒化ニッケル等の金属及び金属窒化物を使用することができる。
層間絶縁膜Ｄ３は、デバイスウエハＤの各層の間を絶縁するための絶縁層（膜）である。

次に、デバイスウエハＤの研磨工程を説明する。
図６（ａ）に示す状態において、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１と研磨用電解液収容部Ｆ２の電解液Ｅとが当接すると、研磨用電解セルＣ２（図５参照）が形成され、導電体層Ｄ１の下面の表層は、溶解、除去される。導電体層Ｄ１の溶解、除去が進行すると、図６（ｂ）に示すように、電解液Ｅの保護膜形成剤（防食剤や界面活性剤）の作用により、導電体層Ｄ１の下面表面に電気化学的な保護膜Ｇ（銅の錯体層）が形成され、これが不働態皮膜（ｐａｓｓｉｖｅ ｆｉｌｍ）となり、導電体層Ｄ１の溶解が停止する。
研磨パッド６０の研磨部材層６１（図５参照）は、研磨装置５０（図１参照）によって、デバイスウエハＤに対して相対移動しているので、保護膜Ｇは、機械的に除去される。このとき、凹部Ｄ１ａに形成された保護膜Ｇは、研磨パッド６０に接しない（又は、接触による機械的摩擦力が凸部と比較して少ない）ので、導電体層Ｄ１の凸部Ｄ１ｃ，Ｄ１ｄに形成された保護膜Ｇのみが除去される。

そして、図６（ｃ）に示すように、導電体層Ｄ１の凸部Ｄ１ｃ，Ｄ１ｄの銅が露出したならば、この露出した部分のみが、研磨用電解セルＣ２によって、溶解、除去され、再び形成された保護膜Ｇが機械的に除去される。
以上のような工程が瞬時に繰り返され、研磨パッド６０は、導電体層Ｄ１を電気化学的機械的に研磨し、凸部Ｄ１ｃ，Ｄ１ｄの除去速度を、凹部Ｄ１ａよりも速くすることができる。そして、研磨パッド６０は、導電体層Ｄ１の表面を、図６（ｄ）に示すように、平面にすることができる。

図６（ｄ）の状態では、導電体層Ｄ１は、下面が平面であるので、バリアメタルＤ２下面までの部分（図６（ｄ）に示す範囲Ｈ１の部分）は、同一の研磨レートで電気化学的機械的に除去され、図６（ｅ）の状態となる。

図６（ｅ）の状態では、デバイスウエハＤは、導電体層Ｄ１とバリアメタルＤ２とが、下面に露出した状態となる。多層積層配線化をする場合には、層間絶縁膜Ｄ３を露出させ（図６（ｆ）の状態）、この上にさらに層間絶縁膜を堆積する。このため、導電体層Ｄ１と、導電体層Ｄ１と材質の異なるバリアメタルＤ２の下面の表層（図６（ｅ）に示す範囲Ｈ２の部分）を同時に層間絶縁膜Ｄ３の表面まで除去する必要がある。これらの除去は、前述したマルチプラテンマルチヘッド型の研磨装置を用いて、第２ステップとして、従来の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により行われる。さらにデッシング（導電体層Ｄ１が余分に研磨除去された状態）の修正が必要な場合、第３ステップとして、層間絶縁膜Ｄ３を化学的機械的に研磨する。

以上のように、電気化学的機械的研磨は、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１を、図６（ａ）から図６（ｅ）の状態に研磨するものであり、電気的な保護膜の形成と保護膜の機械的除去及び銅の溶解除去（電気化学的除去）をバランスよく行い、研磨レートの高い面内均一性を維持したまま、平坦化することができる。

次に、通電用電解液収容部Ｆ１の総開口面積を研磨用電解液収容部Ｆ２の総開口面積よりも小さくした場合の効果、通電用電解液収容部Ｆ１の深さを、研磨用電解液収容部Ｆ２の深さよりも浅くした場合の効果について説明する。
＜通電用電解液収容部Ｆ１の総開口面積を小さくした場合の作用＞
通電用電解セルＣ１は、研磨用電解セルＣ２内で電気化学反応を発生させるために、導電体層Ｄ１に直流電力を供給するためのものである。従って、通電用電解セルの総開口面積を小さくして研磨用電解セルの設置の自由度を向上させることが、研磨パッドの設計上好ましい。また、通電用電解セルは、導電体層の面内均一性を向上するために、研磨用電解セルが研磨パッド内で均一に配置できるように設置する必要がある。
さらに、研磨用電解セルの総開口面積が小さい場合、電解電流密度が相応して増加するため、研磨用電解セル内での銅の溶解反応の他に酸素ガス発生反応等の別の反応が生じ、電解電流効率の低下等の悪影響が生じる。従って、研磨用電解セル内の電気化学的反応の観点からも、通電用電解セルの総開口面積を小さくして、研磨用電解セルの総開口面積を大きくする必要がある。

ところが、通電用電解セルと研磨用電解セルとは、電気的に直列接続されているため、同じ値の電流が流れる。また、電解セルは、電解液収容部の総開口面積が小さくなると液抵抗が増加する。このため、通電用電解液収容部の総開口面積が小さくなると、液抵抗が増加し、液抵抗によるＩＲドロップが増加するので、印加する直流電圧が過大となり、通電用電解セル内で発生するジュール熱の発熱量が増加し、電気化学的研磨への影響が無視できなくなる。

＜通電用電解液収容部Ｆ１の深さを浅くした場合の作用＞
電解液収容部内の液抵抗は、電解液収容部の深さに比例し、収容部の開口面積に反比例する。従って、通電用電解セルＣ１は、前述した理由により通電用電解液収容部Ｆ１の開口面積を小さくしたことで液抵抗が増加した分、通電用電解液収容Ｆ１を浅く形成することで、液抵抗の増加を抑えることができる。ただし、通電用電解液収容Ｆ１の開口部の深さを浅くし過ぎると、反応ガスの滞留の影響や、研磨表層の圧縮変形等の原因によって、導電体層Ｄ１とアノード電極とが機械的に接触する原因になる。このため、通電用電解液収容Ｆ１の深さは、０．２ｍｍ程度が限度である。
本実施例の研磨パッド６０は、研磨用電解液収容部Ｆ２の深さが、２ｍｍ〜３ｍｍ程度であり、概ね、通電用電解セルＣ１内及び研磨用電解セルＣ２内に生じる液抵抗によるジュール熱を同等にすることがよい。このためには、通電用電解液収容部Ｆ１と研磨用電解液収容部Ｆ２との総開口面積の比を１：１０程度、通電用電解液収容部Ｆ１と研磨用電解液収容部Ｆ２との深さの比を１０：１程度にすることがよい。

このように、本実施例の研磨パッド６０は、通電用電解液収容部Ｆ１の総開口面積を研磨用電解液収容部Ｆ２の総開口面積よりも小さくし、かつ、通電用電解液収容部Ｆ１の深さを研磨用電解液収容部Ｆ２の深さよりも浅くしている。このため、研磨パッド６０は、通電用電解セルＣ１、研磨用電解セルＣ２の液抵抗の差を小さくすることができる。これにより、研磨パッド６０は、通電用電解セルＣ１による直流電圧の増加を防止して、低電力でのｅＣＭＰを実現することができる。
また、研磨パッド６０は、通電用電解セルＣ１の直流電圧の極端な増加を防止することにより、電解液Ｅ中のジュール熱の発生を抑えて、電解液Ｅの局部的な温度上昇を防止することができる。これにより、電解液Ｅを均一な温度にして、研磨レートの面内均一性を向上することができる。

以上説明したように、本実施例の研磨装置５０は、通電用電解セルＣ１により導電体層Ｄ１とアノード電極６３とが電気化学的に接続されるので、導電体層Ｄ１とアノード電極６２との物理的、機械的な接触がない状態で研磨用電解セルＣ２に直流電力を供給できるため、デバイスウエハの導電体層Ｄ１の擦れに起因する傷の発生を防止して、良好な研磨を実施することができる。

次に、本発明を適用した研磨装置の実施例２について説明する。
図７は、実施例２の研磨装置２５０を模式的に示す縦断面図である。
なお、以下の説明及び図面において、前述した実施例１と同様の機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
図７に示すように、研磨装置２５０は、１つの通電用電解セルＣ２１を、研磨パッド２６０の中央部に設置するものである。デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１の外周部は、通電用電解液収容部Ｆ２１の電解液Ｅを介して、導電体層Ｄ１に対峙するように設置されたアノード電極２６２に対して電気的に接続される。これにより、研磨用電解セルＦ２２部では、導電体層Ｄ１をアノードとする研磨用電解セルＣ２２が形成され、電気化学的な研磨が行われる。
この場合、通電用電解液収容部Ｆ２１の電解液Ｅは、デバイスウエハＤ１に蓋をされることがなく常に大気に接するため、通電用電解セルＣ２１内で発生した水素ガス、酸素ガスは、大気へと放出される。これにより、研磨装置２５０は、ガスの影響を受けずに安定した研磨をすることができる。
また、研磨装置２５０は、研磨用電解液収容部Ｆ２２を、通電用電解液終了部Ｆ２１の影響を受けずに設置できるため、研磨用電解セルＦ２２の開口部を研磨パッド２６０内で良好な設置分布で設置できる。

次に、本発明を適用した研磨装置の実施例３について説明する。
図８は、実施例３の研磨装置３５０を模式的に示す縦断面図である。
図８に示すように、研磨装置３５０は、通電用電解セルＣ３１を形成するための通電用電解液収容部Ｆ３１の容器３７０を、研磨パッド３６０よりも径方向外側に離隔した位置に、固定して設置したものである。通電用電解液収容部Ｆ３１の電解液Ｅ３１は、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１の被研磨面の研磨パッド３６０外周側で接触する。これにより、研磨用電解セルＦ３２部では、導電体層Ｄ１をアノードとする研磨用電解セルＣ３２が形成され、電気化学的な研磨が行われる。

この場合、通電用電解液収容部Ｆ３１が研磨パッド３６０の外側に配置されているので、通電用電解セルＣ３１、研磨用電解セルＣ３２に使用する電解液Ｅ３１，Ｅ３２として異なるものを容易に使用することができる。例えば、研磨装置３５０は、通電用電解セルＣ３１に導電性の高い電解質水溶液を使用し、研磨用電解セルＣ３２に有機電解液を使用することができる。従って、通電用電解セルＣ３１の液抵抗を増加させずに、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１の外周部と通電用電解液収容部Ｆ３１の電解液Ｅ３１との接触面積を小さくできるため、ウエハ面内の均一性を改善できる。

次に、本発明を適用した研磨装置の実施例４について説明する。
図９（ａ）は、実施例４の研磨装置４５０を模式的に示す縦断面図である。
図９（ｂ）は、図９（ａ）の一部（図９（ａ）の２点鎖線内）の拡大図である。
研磨装置４５０は、カソード電極４６４と研磨パッド４６０（研磨体）とを浸漬する電解液収容槽４７０を備えている。電解液収容槽４７０内では、デバイスウエハＤの導電体層Ｄ１とカソード電極４６４とにより研磨用電解セルＣ４２が形成される。
アノード電極４６２は、研磨パッド４６０（研磨体）を開孔して形成された複数の電解液収容部Ｆ１の研磨面側（被研磨体側）人は反対側の底部に設置される。
絶縁材４６３は、研磨パッド４６０の全体の剛性を向上するために、剛性の高い材料により形成され、研磨装置４５０の軸Ｚ１回りに回転可能に研磨装置４０の回転軸に装着される。
なお、絶縁材４６３は、研磨パッド４６０に設けられるものでなくてもよい。すなわち、研磨装置４５０に絶縁材４６３と同様な回転テーブルを設け、この回転テーブルに、研磨部材４６１とアノード電極４６２とから構成される研磨パッドを載置してもよい。

電解液収容槽４７０内には、研磨パッド４６０よりも下側に、カソード電極４６４が収容されている。
研磨パッド４６０には、鉛直方向に貫通した貫通孔４６６が設けられている。また、研磨パッド４６０は、研磨時には、電解液収容槽４７０に浸漬されることにより、研磨部材４６１の研磨面近傍まで電解液Ｅが収容される。

以上の構成により、電解液収容部Ｆ１の電解液Ｅと導電体層Ｄ１とが接触し、導電体層Ｄ１とアノード電極４６２とがその電解液Ｅを介して電気化学的に結合され、通電用電解セルＣ４１が形成される。これにより、研磨装置４５０は、導電体層Ｄ１とアノード電極４６２とを機械的に接触させずに、研磨用電解セルＣ４２のアノードを形成する導電体層Ｄ１に直流電力（直流電流）を供給することができる。
また、貫通孔４６６及び電解液収容槽４７０内の電解液Ｅにより、カソード電極４６４をカソードとする研磨用電解セルＣ４２が構成され、導電体層Ｄ１と電解液収容槽４７０内に設けられたカソード電極４６４とが電解液Ｅを介して電気化学的に結合される。このとき、貫通孔４６６は、研磨用電解セルＣ４２の一部を構成する。

以上説明したように、本実施例の研磨装置４５０は、電解液Ｅを収容する電解液収容槽４７０にカソード電極４６４と研磨パッド４６０とを浸漬することにより、研磨用電解セルＣ４２に十分な量の電解液Ｅを供給できるので、安定した研磨をすることができる。また、導電体層Ｄ１とアノード電極４６２とを機械的に接触させる必要がないので、デバイスウエハＤの配線形成のための導電体層Ｄ１を、ダメージを与えずに研磨して、デバイスウエハＤを製造することができる。

次に、本発明を適用した研磨装置の実施例５について説明する。
本実施例の研磨装置５５０は、実施例１の研磨パッド６０の研磨部材６１をアノード電極６２に対して着脱可能に載置したものである。
図１０は、実施例５の研磨装置５５０を模式的に示す縦断面図である。なお、本図において、研磨ヘッド５２は、研磨部材５６１から上側に離れている状態を図示するが、研磨時に図２と同様に、デバイスウエハＤと研磨部材５６１とが当接する高さまで降下する。
図１０に示すように、研磨部材５６１（研磨表層）は、研磨パッド５６０（研磨工具構成体）のアノード電極５６２に対して、例えば粘着テープ等により着脱可能である。
研磨パッド５６０は、研磨部材５６１が装着された場合に、実施例１の研磨パッド６０が研磨装置５０と同様な構成となり、実施例１の研磨パッド６０と同様な効果を得ることができる。

また、研磨パッド５６０は、複数のデバイスウエハＤを研磨後には、研磨部材５６１の摩耗等により研磨性能が低下する。このような場合にも、研磨パッド５６０は、研磨部材５６１のみを交換すればよい。従って、研磨パッド５６０は、研磨パッド５６０全体を交換する必要がなく、生産コストを低コストに抑えることができる。

なお、研磨部材５６１は、弾性または粘弾性を高めるために、研磨部材５６１本体よりも下層側に設けられ、研磨部材５６１本体よりも弾性又は粘弾性高いクッション層（例えば、発泡樹脂やエラストマー等）を備えた研磨部材積層体にしてもよい。この場合、ウエハの反りやうねりに対して、ウエハと研磨部材５６１とを均等に密着させることができ、均一な研磨ができる。

次に、本発明を適用した研磨装置の実施例６について説明する。
本実施例の研磨装置６５０は、実施例６の研磨パッド５６０からカソード電極５６４を取り除いた研磨パッド６６０（研磨工具構成体）が装着されたものである。
図１１（ａ）は、実施例６の研磨装置６５０を模式的に示す縦断面図であり、図１１（ｂ）は、通電用電解セルＣ６１、研磨用電解セルＣ６２の構成を説明する図である。
図１１に示すように、研磨パッド６６０は、絶縁材５６３（絶縁層）が、例えば粘着テープ６６６によりプラテン５１に取付けられている。
研磨パッド６６０が載置されると、研磨パッド６６０を貫通する貫通孔が、プラテン５１の表面で塞がれて、研磨用電解液収容部Ｆ６２を形成する。プラテン５１は、導電性を有するので、カソード電極がなくても、プラテン５１の表面から研磨用電解液収容部Ｆ６２に電力が供給され、研磨用電解セルＣ６２が形成される。すなわち、この場合、プラテン５１は、第２導電体層（第２電極）と同様に機能している。
通電用電解セルＣ６１は、実施例１の通電用電解セルＣ１と同様である。

以上のような構成によっても、本実施例の研磨装置６５０は、研磨用電解液収容部Ｆ６２を形成して、導電体層Ｄ１を電気化学的機械的に研磨することができる。

次に、本発明を適用した研磨装置の実施例７について説明する。
図１２は、実施例７の研磨装置７５０を模式的に示す図であり、図１２（ａ）は平面図（上面図）、図１２（ｂ）は、縦断面図（図１２（ａ）のＢ−Ｂ部矢視断面図）である。
図１２に示すように、本実施例の研磨パッド７６０は、アノード電極７６２（第１電極）とカソード電極７６４（第２電極）とが、同じ階層つまり研磨部材７６１と絶縁材７６３との間の層に設けられている。従って、アノード電極７６２と同様に、カソード電極７６４は、研磨時に研磨表層の表面から突出しない状態を維持し、導電体層Ｄ１に接触することがない。
アノード電極７６２は、平面形状が、円盤状の中心部７３２ａに、扇形状の扇部分７６２ｂ〜７６２ｄが１２０°間隔で接続された形状をしている。アノード電極７６２は、実施例１と同様に、プラス電極５４がプラス電極５４に摺接することにより、プラス電極５４に対して電気的に接続される。
通電用電解液収容部Ｆ７１（第１開口穴）は、上側から見たときに、扇部分７６２ｂ〜７６２ｄに重複するように設けられている（図１２（ａ）参照）。これにより、通電用電解液収容部Ｆ７１には、アノード電極７６２が露出する。

一方、カソード電極７６４は、平面形状が、外周部分の外縁部７６４ａに、扇形状の扇部分７６４ｂ〜７６４ｄが１２０°間隔で接続された形状をしている。カソード電極７６４は、その外周面がマイナス電極５６に摺接することにより、マイナス電極５６に対して電気的に接続される。
電解用電解液収容部Ｆ７２（第２開口穴）は、上側から見たときに、扇部分７６４ｂ〜７６４ｄに重複するように設けられている（図１２（ａ）参照）。これにより、電解用電解液収容部Ｆ７２には、カソード電極７６４が露出する。

以上の構成により、本実施例の研磨装置７５０は、導電体層Ｄ１が通電用電解液収容部Ｆ７１の電解液Ｅに接している部分には、プラスの電圧が印加され通電用電解セルを形成する。一方、導電体層Ｄ１が通電用電解液収容部Ｆ７２の電解液Ｅに接している部分には、マイナスの電圧が印加され電解用電解セルを形成する。これにより、導電体層Ｄ１を電気化学的機械的に研磨することができる。

なお、本発明において、研磨工具構成体とは、デバイスウエハＤを研磨するための部材のことをいい、研磨パッド単体は勿論、その構成部品や、研磨パッドとプラテンとからなる装置等をも含む概念である。

（変形例）

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。また、実施例に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施例に記載したものに限定されない。なお、上述した実施例及び後述する変形例は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。
（１）各実施例において、各電解セルは、各電解液収容部の底部に電極を配置される例を示したが、これに限定されない。例えば、電解液収容部の底部近傍の内側面に電極を設けてもてもよい。この場合、沈殿物等の不純物が電極に付着することがないので、通電効率を向上することができる。

（２）各実施例において、プラテンと研磨パッド（研磨工具構成体）とが着脱できるようにした例を示したが、これに限定されない。プラテン及び研磨パッドの構成を一体で形成した研磨工具構成体としてもよい。

（３）各実施例において、研磨パッドは、第１電極であるアノード電極に直流電源のプラス電極に接続され、第２電極であるカソード電極に直流電源のマイナス電極が接続される例を示したが、これに限定されない。研磨パッドは、第１電極に直流電源のマイナス電極が接続され、第２電極に直流電源のプラス電極が接続されてもよい。この場合、研磨パッドは、実施例とは逆に、第１電極を有する第１開口穴が研磨用電解液収容部として機能し、第２電極を有する通電用電解液収容部して機能して、導電体層を研磨することができる。

Claims (6)

1. デバイスウエハの導電体層に対して相対移動するテーブルに設置され、合成樹脂により形成された研磨表層と、絶縁材により電気的に絶縁されたアノード電極及びカソード電極とを有し、前記導電体層を電気化学的機械的に研磨する研磨パッドであって、
   前記研磨表層を貫通して開口し、研磨面側とは反対側の底部又は底部近傍に前記アノード電極が配置され、前記研磨表層の研磨面近傍まで電解液を収容し、その電解液と前記導電体層とを接触させることにより、前記導電体層と前記アノード電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで通電用電解セルを形成するための少なくとも１つの通電用電解液収容部と、
   前記研磨表層と前記絶縁材とを貫通して開口し、研磨面側とは反対側の底部又は底部近傍に前記カソード電極が配置され、前記研磨表層の研磨面近傍まで電解液を収容し、その電解液と前記導電体層とを接触させることにより、前記導電体層と前記カソード電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで研磨用電解セルを形成するための少なくとも１つの研磨用電解液収容部とを備え、
   前記少なくとも１つの通電用電解液収容部の開口面積の合計が前記少なくとも１つの研磨用電解液収容部の開口面積の合計よりも小さく、
   前記通電用電解液収容部の深さが前記研磨用電解液収容部の深さよりも浅いこと、
   を特徴とするデバイスウエハ研磨用の研磨パッド。
2. 底部又は底部近傍にカソード電極が設置された電解液収容槽に収容された電解液に浸漬された状態で、デバイスウエハの導電体層に対して相対移動可能に設置され、合成樹脂により形成された研磨表層とアノード電極とを有し、デバイスウエハの導電体層を電気化学的機械的に研磨するデバイスウエハ研磨用の研磨体であって、
   前記研磨表層を貫通して開口し、研磨面側とは反対側の底部又は底部近傍に前記アノード電極が配置され、前記研磨表層の研磨面近傍まで前記電解液を収容し、その電解液と前記導電体層とを接触させることにより、前記導電体層と前記アノード電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで通電用電解セルを形成するための少なくとも１つの通電用電解液収容部と、
   前記研磨表層を貫通して設けられ、前記研磨表層の研磨面近傍まで前記電解液を収容し、前記導電体層と前記電解液収容槽の前記カソード電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで研磨用電解セルを形成する少なくとも１つの研磨用電解液収容部を備えること、
   を特徴とするデバイスウエハ研磨用の研磨体。
3. 請求項２に記載の研磨体において、
   前記研磨表層と前記アノード電極とを支持する合成樹脂により形成された支持体を有すること、
   を特徴とするデバイスウエハ研磨用の研磨体。
4. 底部又は底部近傍にカソード電極が設置された電解液収容槽に収容された電解液に浸漬するように設置され、合成樹脂により形成された研磨表層とアノード電極とを有し、デバイスウエハの導電体層を電気化学的機械的に研磨する研磨体を用いたデバイスウエハの研磨方法であって、
   前記研磨表層を貫通して開口し、研磨面側とは反対側の底部又は底部近傍に前記アノード電極が配置された少なくとも１つの通電用電解液収容部に、前記研磨表層の研磨面近傍まで前記電解液を収容し、その電解液と前記導電体層とを接触させることにより、前記導電体層と前記アノード電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで通電用電解セルを形成し、
   前記研磨表層を貫通して設けられた研磨用電解液収容部に、前記研磨表層の研磨面近傍まで前記電解液を収容し、前記導電体層と前記電解液収容槽の前記カソード電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで研磨用電解セルを形成し、
   前記アノード電極と前記カソード電極との間に直流電力を供給し、
   前記研磨体と前記導電体層とを相対移動すること、
   を特徴とするデバイスウエハの研磨方法。
5. デバイスウエハの導電体層に対して相対移動するテーブルに設置され、合成樹脂により形成された研磨表層とカソード電極とを有し、前記導電体層を電気化学的機械的に研磨する研磨パッドを用いたデバイスウエハの研磨方法であって、
   前記研磨パッドから離隔して配置され、底部又は底部近傍にアノード電極が配置された少なくとも１つの通電用電解液収容部に通電用電解液を収容し、その通電用電解液と前記導電体層とを接触させることにより、前記導電体層と前記アノード電極とがその電解液を介して電気化学的に結合されることで通電用電解セルを形成し、
   前記研磨表層を貫通して開口し、研磨面側とは反対側の底部又は底部近傍に前記カソード電極が配置された少なくとも１つの研磨用電解液収容部に、前記研磨表層の研磨面近傍まで研磨用電解液を収容し、その研磨用電解液と前記導電体層とを接触させることにより、前記導電体層と前記カソード電極とがその研磨用電解液を介して電気化学的に結合されることで研磨用電解セルを形成し、
   前記アノード電極と前記カソード電極との間に直流電力を供給し、
   前記研磨パッドに電解液を供給しながら前記研磨パッドと前記導電体層とを相対移動すること、
   を特徴とするデバイスウエハの研磨方法。
6. 導電性を有する被研磨体を電気化学的機械的に研磨する研磨工具構成体を用いた研磨方法であって、
   前記研磨工具構成体の表層に配置され合成樹脂により形成された研磨表層の表面に電解液を供給することにより、前記研磨工具構成体の被研磨体側の表面に開口した開口穴である第１開口穴及び前記第１開口穴とは異なる開口穴である第２開口穴に電解液を収容して、その電解液及び前記研磨表層と前記被研磨体とを接触させ、
   前記第１開口穴に配置され被研磨体側の表面の少なくとも一部が露出した第１電極を前記被研磨体に接触させない状態で、前記第２開口穴に配置され被研磨体側の表面の少なくとも一部が露出した第２電極を前記被研磨体に接触させない状態で、かつ前記研磨工具構成体の表層に配置され合成樹脂により形成された研磨表層と被研磨体とを接触させた状態で、前記研磨表層の表面に電解液を供給しながら前記研磨工具構成体と前記被研磨体とを相対移動し、
   前記第１電極と前記第２電極との間に直流電圧を印加して、前記第１電極と前記被研磨体とを電解液を介して電気化学的に結合しかつ前記被研磨体と前記第２電極とを電解液を介して電気化学的に結合することにより、前記被研磨体を電気化学的機械的に研磨し、
   前記第２電極は、導電性を有し、前記研磨工具構成体を載置し、前記第２開口穴の底部を形成するテーブルであること、
   を特徴とする研磨方法。

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