JP2001326204A

JP2001326204A - 半導体装置の製造方法および研磨方法

Info

Publication number: JP2001326204A
Application number: JP2001056038A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Sato; 修三佐藤; Yuji Segawa; 雄司瀬川; Hiroshi Yubi; 啓由尾; Suguru Otorii; 英大鳥居; Yoshiya Yasuda; 善哉安田; Shigeo Ishihara; 成郎石原; Takeshi Nogami; 毅野上; Hisanori Komai; 尚紀駒井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2001-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】金属膜を研磨によって平坦化する際に、初期凹
凸を容易に平坦化でき、かつ余分な金属膜の除去効率に
優れ、金属膜下層の層間絶縁膜などへのダメージを抑制
可能な半導体装置の製造方法および研磨方法を提供す
る。【解決手段】陰極部材１２０と銅膜１０５との間にキレ
ート剤を含む電解液ＥＬを介在させ、陰極部材１２０を
陰極とし銅膜１０５を陽極として電圧を印加して、銅膜
１０５の表面を酸化し、かつ当該酸化された銅のキレー
ト膜１０６を形成するキレート膜工程と、銅膜１０５の
凹凸に応じたキレート膜１０６の凸部分を選択的に除去
し、当該凸部分の銅膜１０５を表面に露出させる銅膜露
出工程と、銅膜の凸部分が平坦化されるまで、上記銅膜
のキレート膜形成工程と上記キレート膜除去工程とを繰
り返し行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法および研磨方法に関し、特に金属膜形成に伴う凹凸
面を平坦化する工程を有する半導体装置の製造方法およ
び研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化、小型化に伴い、
配線の微細化、配線ピッチの縮小化および配線の多層化
が進んでおり、半導体装置の製造プロセスにおける多層
配線技術の重要性が増大している。一方、従来、多層配
線構造の半導体装置の配線材料としてアルミニウムが多
用されてきたが、近年の０．２５μｍルール以下のデザ
インルールにおいて、信号の伝搬遅延を抑制するため
に、配線材料をアルミニウムから銅に代えた配線プロセ
スの開発が盛んに行われている。銅を配線に使用する
と、低抵抗と高エレクトロマイグレーション耐性を両立
できるというメリットがある。

【０００３】この銅を配線に使用するプロセスでは、例
えばあらかじめ層間絶縁膜に形成した溝状の配線パター
ンに金属を埋め込み、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Po
lishing : 化学機械研磨) 法によって余分な金属膜を除
去して配線を形成する、ダマシン（damascen）法と呼ば
れる配線プロセスが有力となっている。このダマシン法
は、配線のエッチングが不要であり、さらに上層の層間
絶縁膜も自ずと平坦なものになるので、工程を簡略化で
きるという利点がある。さらに、層間絶縁膜に配線用溝
だけでなく、コンタクトホールも溝として開け、配線用
溝とコンタクトホールを同時に金属で埋め込むデュアル
ダマシン（dualdamascene）法では、さらに大幅な配線
工程の削減が可能となる。

【０００４】ここで、上記のデュアルダマシン法による
銅配線形成プロセスの一例について下記の図を参照し
て、説明する。まず、図２５（ａ）に示すように、例え
ば、不図示の不純物拡散領域が適宜形成されているシリ
コン等の半導体基板３０１上に、例えば酸化シリコンか
らなる層間絶縁膜３０２を、例えば減圧ＣＶＤ（Chemic
al Vapor Deposition ）法により形成する。

【０００５】次に、図２５（ｂ）に示すように、半導体
基板３０１の不純物拡散領域に通じるコンタクトホール
ＣＨ、および半導体基板３０１の不純物拡散領域と電気
的に接続される所定のパターンの配線が形成される溝Ｍ
を公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技
術を用いて形成する。

【０００６】次に、図２５（ｃ）に示すように、バリヤ
膜３０５を層間絶縁膜３０２の表面、コンタクトホール
ＣＨおよび溝Ｍ内に形成する。このバリヤ膜３０５は、
例えば、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、ＴｉＮ等の材料を公知の
スパッタ法により、形成する。バリヤ膜３０５は、配線
を構成する材料が銅で層間絶縁膜３０２が酸化シリコン
で構成されている場合には、銅は酸化シリコンへの拡散
係数が大きく、酸化されやすいため、これを防止するた
めに設けられる。

【０００７】次に、図２６（ｄ）に示すように、バリヤ
膜３０５上に、銅を公知のスパッタ法により、所定の膜
厚で堆積させ、シード膜３０６を形成する。次に、図２
６（ｅ）に示すように、コンタクトホールＣＨおよび溝
Ｍを銅で埋め込むように、銅膜３０７を形成する。銅膜
３０７は、例えば、メッキ法、ＣＶＤ法、スパッタ法等
により形成する。

【０００８】次に、図２６（ｆ）に示すように、層間絶
縁膜３０２上の余分な銅膜３０７およびバリヤ膜３０５
をＣＭＰ法によって除去し、平坦化する。以上の工程に
より、銅配線３０８およびコンタクト３０９とが形成さ
れる。上記したプロセスを配線３０８上で繰り返し行う
ことにより、多層配線を形成することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
デュアルダマシン法を用いた銅配線形成プロセスでは、
余分な銅膜３０７をＣＭＰ法によって除去する工程にお
いて、従来のＣＭＰ法を用いた平坦化技術では、研磨工
具と銅膜との間に所定の圧力をかけ、研磨するため、半
導体基板へのダメージが大きく、特に層間絶縁膜に機械
的強度の低い低誘電率の有機系絶縁膜などを採用してい
く場合には、このダメージは、無視できないものとな
り、層間絶縁膜へのクラック（亀裂）の発生、半導体基
板からの層間絶縁膜の剥離などの問題がある。

【００１０】また、層間絶縁膜３０２と、銅膜３０７お
よびバリヤ膜３０５との除去性能が異なることから、配
線３０８にディッシング、エロージョン（シンニン
グ）、リセス等が発生しやすいという問題が存在した。
ディッシングは、図２７に示すように、例えば、０．１
８μｍルールのデザインルールにおいて、例えば、１０
０μｍ程度のような幅の広い配線３０８が存在した場合
に、当該配線の中央部が過剰に除去され、へこんでしま
う現象であり、このディッシングが発生すると配線３０
８の断面積が不足するため、配線抵抗値不良等の原因と
なる。このディッシングは、配線材料に比較的軟質の銅
やアルミニウムを用いた場合に発生しやすい。エロージ
ョンは、図２８に示すように、例えば、３０００μｍの
範囲に１．０μｍの幅の配線が５０パーセントの密度で
形成されているようなパターン密度の高い部分が過剰に
除去されてしまう現象であり、エロージョンが発生する
と、配線の断面積が不足するため、配線抵抗値不良等の
原因となる。リセスは、図２９に示すように、層間絶縁
膜３０２と配線３０８との境界で配線３０８が低くなり
段差ができてしまう現象であり、この場合にも配線の断
面積が不足するため、配線抵抗値の不良等の原因とな
る。

【００１１】一方、余分な銅膜３０７をＣＭＰ法によっ
て、平坦化および除去する工程では、銅膜を効率的に除
去する必要があるため、単位時間当たりの除去量である
研磨レートは、例えば、５００ｎｍ／ｍｉｎ以上となる
ように要求されている。この研磨レートを稼ぐために
は、ウェーハに対する加工圧力を大きくする必要があ
り、加工圧力を大きくすると、図３０に示すように、配
線表面にスクラッチＳＣやケミカルダメージＣＤが発生
しやすくなり、特に、軟質の銅では発生しやすい。この
ため、配線のオープン、ショート、配線抵抗値不良等の
不具合の原因となり、また、加工圧力を大きくすると、
上記のスクラッチ、層間絶縁膜の剥離、ディッシング、
エロージョンおよびリセスの発生量も大きくなるという
不利益が存在した。

【００１２】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、従って、本発明は、金属膜を研磨によって平
坦化する際に、初期凹凸を容易に平坦化でき、かつ余分
な金属膜の除去効率に優れ、金属膜下層の層間絶縁膜な
どへのダメージを抑制可能な半導体装置の製造方法およ
び研磨方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に形成され
た絶縁膜上に配線用溝を形成する工程と、前記配線用溝
を埋め込むように、前記絶縁膜上の全面に前記配線用溝
の段差に応じた凹凸形状を表面に有する銅膜を堆積させ
る工程と、陰極部材と前記銅膜との間にキレート剤を含
む電解液を介在させ、前記陰極部材を陰極とし前記銅膜
を陽極として電圧を印加して、前記銅膜の表面を酸化
し、かつ当該酸化された銅のキレート膜を形成するキレ
ート膜形成工程と、前記銅膜の凹凸に応じた前記キレー
ト膜の凸部分を選択的に除去し、当該凸部分の銅膜を表
面に露出させるキレート膜除去工程と、前記銅膜の凸部
が平坦化されるまで、前記キレート膜形成工程と前記キ
レート膜除去工程とを繰り返し行う。

【００１４】上記の本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、配線用溝を銅膜により埋め込む際に形成された凹
凸のある銅膜表面が、陽極酸化され、当該陽極酸化され
た銅が電解液中のキレート剤により、キレート化され、
容易に除去可能な機械的強度の非常に低いキレート膜が
形成される。このキレート膜の凸部分を除去すると、さ
らに露出した銅が、陽極酸化後にキレート化されるた
め、当該キレート膜の凸部の除去を繰り返すことにより
銅膜の平坦性が達成される。キレート膜の抵抗は銅に比
して高いため、除去されずに残る溝部のキレート膜に覆
われた銅は通電による陽極酸化を受けにくいことから、
キレート化の進行は非常に遅く、陽極酸化によるキレー
ト膜の生成は、専らキレート膜の除去により露出した銅
膜の凸部で行われることになる。さらに、電解液を介し
て通電するため、陽極の銅膜と陰極の陰極部材の電位差
が一定の場合には、電極間距離の短いほうがその電流密
度は大きくなることから、キレート膜が除去され露出し
た銅膜の中でも、より凸部の銅膜の方が、陰極である陰
極部材との電極間距離が短いことから、電流密度が大き
くなり、その結果、陽極酸化速度が大きくなるためキレ
ート化が促進される。従って、凸部の銅膜のキレート化
が促進されることから、効率的な平坦化かつ銅膜下層の
層間絶縁膜などへのダメージを抑制することができる。

【００１５】本発明の半導体装置の製造方法は、好適に
は、前記銅膜の凸部を平坦化した後に、前記配線用溝の
外部に堆積された銅膜を除去するまで前記銅膜の表面に
形成されたキレート膜を除去する工程をさらに有する。
これにより、銅膜下層の層間絶縁膜などへのダメージを
抑えつつ、銅配線を形成することができる。

【００１６】本発明の半導体装置の製造方法は、好適に
は、前記陰極部材を陰極として電圧を印加する工程にお
いて、前記キレート膜の凸部分の除去に用いる導電性を
有する研磨工具を陰極として電圧を印加する。これによ
り、陰極を研磨工具に用いることで銅膜の陽極酸化によ
るキレート化および、当該キレート膜の除去を効率的に
行うことができる。

【００１７】本発明の半導体装置の製造方法は、好適に
は、前記銅膜を陽極として電圧を印加する工程におい
て、前記銅膜に接触または接近する陽極部材を陽極と
し、前記電解液を通じて前記銅膜を陽極とする。陽極部
材により電解液を通じて局所的に銅膜に電流を流すこと
により、安定した電流供給を行うことができる。この場
合には、陽極部材から電解液を介して銅膜に通電され、
さらに銅膜から電解液を通じて陰極部材へと通電される
ことから、陰極部材近傍の銅膜が陽極酸化され、キレー
ト化される。

【００１８】本発明の半導体装置の製造方法は、好適に
は、前記陰極部材を陰極として電圧を印加する工程にお
いて、前記銅膜に平行に配置された導電性を有する電極
板を陰極として電圧を印加する。電極板を平行に配置す
ることで、上述したように、露出した銅膜の中でもより
凸部分の方が、電極間距離が短くなり、電流密度の増大
による陽極酸化速度の増大により、キレート化が促進さ
れることから、効率的な平坦化を達成することができ
る。

【００１９】本発明の半導体装置の製造方法は、好適に
は、前記キレート膜除去工程において、払拭、または機
械研磨により除去する。キレート膜は非常に機械的強度
が低いため、強い押圧による機械研磨は不要で、払拭も
しくは低い押圧による機械研磨で容易に除去することが
できる。

【００２０】本発明の半導体装置の製造方法は、好適に
は、前記キレート膜除去工程において、振動を前記基板
に与えることにより除去する。また、好適には、前記キ
レート膜除去工程において、前記電解液を流動させるこ
とにより前記キレート膜を除去する。キレート膜は非常
に機械的強度が低いため、機械研磨のみでなく、振動お
よび電解液の流動作用によっても容易に除去することが
できる。

【００２１】本発明の半導体装置の製造方法は、好適に
は、前記キレート膜形成工程および前記キレート膜除去
工程において、前記陰極部材と前記銅膜に流れる電流を
モニタし、当該電流値の大きさに基づいて前記銅膜の研
磨の進行を管理して行う。例えば、生成するキレート膜
の電気抵抗が銅膜に比して大きいキレート剤を使用する
ことにより、陰極部材と銅膜の間に流れる電流は、銅膜
の凸部が平坦化される前は、凸部のキレート膜が除去さ
れると、銅が露出するため電流値は増加し、露出した銅
に再びキレート膜が形成されると電流値は低下するとい
う状態が繰り返され、銅膜が平坦化するときは、当該銅
膜上のキレート膜の全面除去により、銅膜全面が露出す
ることから、電流値は１度最大値をとり、その後、除去
毎に、電流値が最大値を示す。バリヤ膜が露出するとき
には、通常バリヤ膜の抵抗が銅に比べて大きいために、
キレート膜除去後の電流値が最大値から低下し始めるこ
とから、低下し始めた時点で電圧の印加を停止すること
で、その後の陽極酸化によるキレート膜の形成を停止す
ることができ、研磨の進行を管理することができる。

【００２２】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の研磨方法は、被研磨面に銅膜を有する被研磨対象物
の研磨方法であって、陰極部材と前記被研磨面との間に
キレート剤を含む電解液を介在させ、前記陰極部材を陰
極とし前記被研磨対象物の被研磨面を陽極として電圧を
印加して、前記銅膜の表面を酸化し、かつ当該酸化され
た銅のキレート膜を形成するキレート膜形成工程と、前
記銅膜の表面形状に応じたキレート膜の凸部分を選択的
に除去し、当該凸部分の銅膜を表面に露出させるキレー
ト膜除去工程と、前記銅膜の凸部分が平坦化されるまで
前記キレート膜形成工程と前記キレート膜除去工程とを
繰り返し行う。

【００２３】上記の本発明の研磨方法によれば、陰極部
材と前記被研磨面との間にキレート剤を有する電解液を
介在させ、前記陰極部材を陰極とし前記被研磨対象物の
被研磨面を陽極として、電圧を印加することにより、例
えば凹凸のある銅膜表面が、陽極酸化され、当該陽極酸
化された銅が電解液中のキレート剤により、キレート化
され、容易に除去可能な機械的強度の非常に低いキレー
ト膜が形成される。このキレート膜の凸部分を選択的に
除去すると、さらに露出した銅が、陽極酸化後にキレー
ト化されるため、当該キレート膜の凸部の選択的除去を
繰り返すことにより銅膜の平坦性が達成される。キレー
ト膜の抵抗は銅に比して高いため、除去されずに残る溝
部のキレート膜に覆われた銅は通電による陽極酸化を受
けにくいことから、キレート化の進行は非常に遅く、陽
極酸化によるキレート膜の生成は、専らキレート膜の除
去により露出した銅膜の凸部で行われることになる。さ
らに、電解液を介して通電するため、陽極の銅膜と陰極
の陰極部材の電位差が一定の場合には、電極間距離の短
いほうがその電流密度は大きくなることから、キレート
膜が除去され露出した銅膜の中でも、より凸部の銅膜の
方が、陰極である陰極部材との電極間距離が短いことか
ら、電流密度が大きくなり、その結果、陽極酸化速度が
大きくなるためキレート化が促進される。従って、凸部
の銅膜のキレート化が促進されることから、効率的な平
坦化かつ被研磨対象物へのダメージを抑制することがで
きる。

【００２４】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の半導体装置の製造方法は、基板上に形成された絶縁
膜に少なくとも溝または孔を形成する工程と、前記溝ま
たは孔を埋め込むように、前記絶縁膜上に金属膜を堆積
させる工程と、陰極部材と前記金属膜との間に電解液を
介在させる工程と、前記陰極部材を陰極とし前記金属膜
を陽極として所定の電圧を印加する工程と、前記金属膜
表面を除去する工程とを有し、前記金属膜表面の凹凸が
緩和するまで前記金属膜の除去を行う。

【００２５】前記陰極部材を陰極とし前記金属膜を陽極
として所定の電圧を印加する工程において、前記陰極部
材と前記金属膜を流れる電流が前記金属膜除去の終点付
近で小さくなるように設定された周期性パルスを印加す
る。また、前記陰極部材を陰極とし前記金属膜を陽極と
して所定の電圧を印加する工程において、前記陰極部材
と前記金属膜を流れる電流がステップ状に変化するよう
に設定された周期性パルスを印加する。また、前記陰極
部材を陰極とし前記金属膜を陽極として所定の電圧を印
加する工程において、前記陰極部材と前記金属膜を流れ
る電流が金属膜除去の初期において徐々に増加するよう
に設定された周期性パルスを印加する。

【００２６】また、前記絶縁膜に溝または孔を形成する
工程の後、前記絶縁膜上に金属膜を堆積させる工程の前
に、前記溝または孔を埋め込むように前記絶縁膜上に、
前記金属膜の前記絶縁膜への拡散を防止するためのバリ
ア膜を堆積させる工程をさらに有し、前記絶縁膜上に金
属膜を堆積させる工程において、前記バリア膜上に前記
金属膜を堆積させる。

【００２７】また、前記金属膜表面を除去する工程にお
いて、前記溝または孔の外部に堆積された前記金属膜を
除去するまで前記金属膜の除去を繰り返し行う。

【００２８】上記の半導体装置の製造方法によれば、溝
または孔を埋め込んだ金属膜の表面を加工する際に、陰
極部材と金属膜との間に電解液を介在させ、陰極部材を
陰極とし金属膜を陽極として所定の電圧を印加すること
により、金属膜が陽極酸化され、金属イオンの状態とな
り、容易に除去可能な機械的強度の非常に低い状態とな
る。この陽極酸化された金属膜を除去すると、さらに露
出した金属膜が陽極酸化され、陽極酸化後の金属膜の除
去を繰り返すことにより金属膜の段差が緩和される。そ
して、電解液を介して通電するため、陽極の金属膜と陰
極の陰極部材の電位差が一定の場合には、電極間距離の
短いほうがその電流密度は大きくなることから、より凸
部の金属膜の方が陰極である陰極部材との電極間距離が
短いことから、電流密度が大きくなり、その結果、凸部
の金属膜の陽極酸化が促進されることから、効率的に金
属膜表面の段差を緩和でき、金属膜下層の絶縁膜などへ
のダメージを抑制することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。

【００３０】第１実施形態（半導体装置の製造方法および研磨方法）本発明の実施
形態について、一例として半導体装置の製造工程におけ
るデュアルダマシン法による金属配線形成プロセスに適
用する場合について説明する。

【００３１】まず、図１（ａ）に示すように、例えば不
図示の不純物拡散領域が適宜形成されている、例えばシ
リコン等の半導体基板１０１上に、例えばシリコン酸化
膜からなる層間絶縁膜１０２を、例えば反応源としてＴ
ＥＯＳ（tetraethylorthosilicate ）等を用いて減圧Ｃ
ＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法により形成する。
なお、層間絶縁膜１０２としては、ＣＶＤ法により形成
されるＴＥＯＳ（tetraethylorthosilicate ）膜やシリ
コン窒化膜の他、いわゆるＬｏｗ−ｋ（低誘電率膜）材
料等を用いることができる。ここで、低誘電率絶縁膜と
しては、ＳｉＦ、ＳｉＯＣＨ、ポリアリールエーテル、
ポーラスシリカ、ポリイミド等がある。

【００３２】次に、図１（ｂ）に示すように、半導体基
板１０１の不純物拡散領域に通じるコンタクトホールＣ
Ｈおよび配線用溝Ｍを、例えば公知のフォトリソグラフ
ィー技術およびエッチング技術を用いて形成する。な
お、配線用溝Ｍの深さは、例えば、８００ｎｍ程度であ
る。

【００３３】次に、図１（ｃ）に示すように、バリヤ膜
１０３を層間絶縁膜１０２の表面、コンタクトホールＣ
Ｈおよび配線用溝Ｍ内に形成する。このバリヤ膜１０３
は、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、およ
びそれらの金属とリンあるいは窒素からなるＴａＮ、Ｔ
ｉＮ、ＷＮ、ＣｏＷ、ＣｏＷＰ、ＴｉＳｉＮ、ＮｉＷＰ
等の合金、およびそれらの積層膜で構成される。これら
の材料からなるバリア膜は、既知のスパッタリング装
置、真空蒸着装置等をもちいたＰＶＤ（Physical Vapor
Deposition ）法あるいはＣＶＤ法により、例えば２５
ｎｍ程度の膜厚で形成する。バリヤ膜１０３は、配線を
構成する材料が層間絶縁膜１０２中に拡散するのを防止
するため、および、層間絶縁膜１０２との密着性を上げ
るために設けられる。例えば、配線材料が銅で層間絶縁
膜１０２が酸化シリコンのような場合には、銅は酸化シ
リコンへの拡散係数が大きく酸化されやすいため、これ
を防止する必要がある。

【００３４】次に、図２（ｄ）に示すように、バリヤ膜
１０３上に、配線形成材料と同じ材料からなるシード膜
１０４を公知のスパッタ法により、例えば１５０ｎｍ程
度の膜厚で形成する。シード膜１０４は、後に電解メッ
キを行うために形成するものであり、例えば金属膜を配
線用溝ＭおよびコンタクトホールＣＨ内に埋め込んだ際
に、金属膜の成長を促すために形成する。

【００３５】次に、図２（ｅ）に示すように、コンタク
トホールＣＨおよび配線用溝Ｍを埋め込むように、バリ
ヤ膜１０３上にＡｌ、Ｗ、ＷＮ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等あ
るいはそれらの合金膜からなる配線用層１０５を、例え
ば１６００ｎｍ程度の膜厚で形成する。配線用層１０５
は、好ましくは、電解メッキ法または無電解メッキ法に
よって形成するが、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、スパッタ法な
どによって形成してもよい。なお、シード膜１０４は配
線用層１０５と一体化する。配線用層１０５の表面に
は、コンタクトホールＣＨおよび配線用溝Ｍの埋め込み
によって生じた、例えば、８００ｎｍ程度の高さの凹凸
が形成されている。なお、以下では、例えば配線用層と
して銅を積層させた場合について説明する。

【００３６】以上のプロセスは、従来と同様のプロセス
で行われるが、本発明の研磨方法では、層間絶縁膜１０
２上に存在する余分な配線用層１０５の除去を化学機械
研磨でなく、電解作用を用いた電解複合研磨によって行
う。具体的には、電解作用により銅膜を陽極酸化し、表
面にキレート膜を形成する。なお、本願発明における研
磨とは、削り取る機能、磨く機能、擦る機能、拭き取る
機能と広く定義する。

【００３７】キレート膜の形成方法は、図３（ｆ）に示
すように、陰極部材１２０を銅膜１０５に平行に配置
し、電解質、および添加剤として例えば銅をキレート化
するキレート剤を含む電解液ＥＬを陰極部材１２０と銅
膜１０５との間に介在させる。なお、図４以降は、陰極
部材１２０および電解液ＥＬの図中への記載を省略して
ある。また、電解液ＥＬには、上記の他、添加剤とし
て、光沢剤、Ｃｕイオン等を含めることができる。そし
て、この電解液を温度コントロールして、金属膜表面の
酸化、キレート形成割合、払拭割合等を最適化する。こ
こで、キレート剤としては、例えば、化学構造式（１）
のキナルジン酸、化学構造式（２）のグリシン、化学構
造式（３）のクエン酸、化学構造式（４）のシュウ酸、
化学構造式（５）のプロピオン酸などを用いる。次に、
陰極部材１２０を陰極として、銅膜１０５およびバリヤ
膜１０３を陽極として、電圧を印加する。

【００３８】

【化１】

【００３９】

【化２】ＮＨ₂ ＣＨ₂ ＣＯＯＨ（２）

【００４０】

【化３】

【００４１】

【化４】（ＣＯＯＨ）₂ （４）

【００４２】

【化５】Ｃ₂ Ｈ₅ ＣＯＯＨ（５）

【００４３】陽極である銅膜１０５は、陽極酸化される
ことにより、ＣｕＯを形成する。ここで、銅膜１０５表
面の凸部と陰極部材１２０との距離ｄ１は、銅膜１０５
表面の凹部と陰極部材１２０との距離ｄ２に比して、短
いことから、陰極部材１２０と銅膜１０５の電位差が一
定の場合には、凸部における電流密度の方が凹部に比し
て大きくなるため、陽極酸化が促進される。

【００４４】図３（ｇ）に示すように、陽極酸化された
銅膜（ＣｕＯ）１０５の表面は、電解溶液中のキレート
剤により、キレート化される。キレート剤にキナルジン
酸を用いた場合には、化学構造式（６）のキレート化合
物からなる膜となり、グリシンを用いた場合には、化学
構造式（７）のキレート化合物からなる膜となる。これ
らのキレート膜１０６は、電気抵抗が銅に比して高く、
機械的強度は非常に小さい。従って、銅膜１０５の表面
にキレート膜１０６が形成された後は、銅膜１０５から
電解液ＥＬを通じて陰極部材１２０へ流れる電流値は低
下する。陽極酸化されない前は、銅のキレート化は抑制
された状態にある。

【００４５】

【化６】

【００４６】

【化７】

【００４７】次に、図４（ｈ）に示すように、銅膜１０
５の表面に形成されたキレート膜１０６の凸部を、ワイ
ピング、機械研磨などによって選択的に除去する。な
お、機械研磨によって、キレート膜１０６の凸部を除去
する場合に、あらかじめ、電解液ＥＬに不図示のスラリ
ーを含ませていても良い。また、当該キレート膜の機械
的強度は非常に小さいため、基板１０１に振動を与えた
り、電解液ＥＬに噴流を与えたりすることによってもキ
レート膜１０６を容易に除去することができる。このと
き、電気抵抗の低い銅膜１０５の凸部が電解液中に露出
するため、銅膜１０５から電解液ＥＬを通じて陰極部材
１２０へ流れる電流値は増加する。

【００４８】次に、図４（ｉ）に示すように、電解液中
に露出した銅膜１０５の凸部は、電気抵抗が低いこと、
および陰極部材１２０との距離が短いことから集中的に
陽極酸化され、陽極酸化された銅は、キレート化され
る。このとき、銅膜１０５から電解液ＥＬを通じて陰極
部材１２０へ流れる電流値は再び低下する。その後、キ
レート膜１０６の凸部を上述したワイピング、機械研磨
などにより、選択的に除去し、露出した銅膜１０５が集
中的に陽極酸化、キレート化され、当該キレート膜１０
６の凸部を選択的に除去する工程を繰り返す。このと
き、銅膜１０５から電解液ＥＬを通じて陰極部材１２０
へ流れる電流値は、キレート膜１０６の除去と同時に増
加し、キレート膜１０６の形成と同時に低下するという
状態を繰り返す。

【００４９】次に、図５（ｊ）に示すように、上記の工
程の後、銅膜１０５が平坦化する。平坦化された当該銅
膜１０５をワイピング、機械研磨等によって全面に除去
することにより、銅膜１０５から電解液ＥＬを通じて陰
極部材１２０へ流れる電流値は、１度最大値をとる。

【００５０】次に、図５（ｋ）に示すように、平坦化さ
れた銅膜１０５の全面について、陽極酸化による生成キ
レート膜の除去工程を、バリヤ膜１０３上の余分な銅膜
１０５がなくなるまで続ける。

【００５１】次に、図５（ｌ）に示すように、当該銅膜
１０５の全面を例えば上述したワイピング、機械研磨な
どにより除去し、バリヤ膜１０３の表面を露出させる。
このとき、銅膜１０５より電気抵抗の高いバリヤ膜１０
３が露出するため、キレート膜１０６除去後の電流値の
値が低下し始める。当該電流値が低下し始めた時点（終
点付近）で、印加電圧を小さくし、その後、電圧を印加
するのを停止し、陽極酸化によるキレート化の進行を止
める。ここまでのプロセスによって、銅膜１０５の初期
凹凸の平坦化は達成される。その後、配線用溝の外部に
堆積されたバリヤ膜１０３を除去することにより、銅配
線が形成される。

【００５２】本実施形態に係る研磨方法によれば、電気
化学的に研磨レートをアシストされた研磨であるため、
通常の化学機械研磨に比して、低い加工圧力で研磨を行
うことができる。このことは、単純な機械研磨と比較し
てもスクラッチの低減、段差緩和性能、ディッシングや
エロージョンの低減などの面で非常に有利である。ま
た、低い加工圧力で研磨を行うことができるため、機械
強度が弱く通常の化学機械研磨では破壊されてしまい易
い、有機系の低誘電率膜や多孔質低誘電率絶縁膜を層間
絶縁膜１０２に用いる場合に非常に有用である。

【００５３】通常の化学機械研磨で、アルミナ粒子など
を含むスラリーを使用した場合には、ＣＭＰ加工に寄与
したのち磨滅せずに残留したり、銅表面に埋没すること
が起こる（パーティクル）が、本発明の研磨方法では、
砥粒を含まないキレート剤を電解液とする機械的研磨も
しくはワイピングなどでも、表面に形成されたキレート
膜は機械的強度が非常に小さいため、十分に除去可能で
ある。また、電解電流をモニタリングすることで、研磨
プロセスの管理を行うことができ、研磨プロセスの進行
状態を正確に把握することが可能となる。

【００５４】本発明に係る研磨方法は、上記の実施の形
態に限定されない。銅以外にも、上述したように、例え
ば、Ａｌ、Ｗ、ＷＮ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等あるいはそれ
らの合金膜からなる配線層に適用することができ、上述
した材料等からなるバリア膜の研磨にも適用することが
できる。また、配線等以外に使用される種々の金属膜の
研磨に適用することができる。また、キレート剤の種類
や、陰極部材の種類など、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々の変更が可能である。また、本発明に係る半導
体装置の製造方法は上記の実施の形態に限定されない。
例えば、金属膜の研磨方法以外に係る方法は何ら限定は
なく、本実施形態においては、デュアルダマシン法を例
に説明したが、シングルダマシン法にも適用でき、その
他、コンタクトホールもしくは配線用溝の形成方法や銅
膜の形成方法、バリヤ膜の形成方法などは、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【００５５】（研磨装置）図６は、本発明の実施形態に
係る研磨装置の構成を示す図である。図６に示す研磨装
置は、加工ヘッド部と、電解電源６１と、研磨装置全体
を制御する機能を有するコントローラー５５と、スラリ
ー供給装置７１と、電解液供給装置８１とを備えてい
る。なお、図示しないが研磨装置は、クリーンルーム内
に設置され、当該クリーンルーム内には、被研磨対象物
のウェーハを収納したウェーハカセットを搬出入する搬
出入ポートが設けられている。さらに、この搬出入ポー
トを通じてクリーンルーム内に搬入されたウェーハカセ
ットと研磨装置との間でウェーハの受け渡しを行うウェ
ーハ搬送ロボットが搬出入ポートと研磨装置の間に設置
される。また、当該研磨装置により研磨された後のウェ
ーハを洗浄するための洗浄機構が１ユニットとして構成
されていてもよい。

【００５６】加工ヘッド部は、研磨工具１１を保持し、
回転させる研磨工具保持部（研磨工具回転保持手段）１
０と、研磨工具保持部１０をＺ軸方向の目標位置に位置
決めするＺ軸位置決め機構部（移動位置決め手段）３０
と、被研磨対象物のウェーハＷを保持し回転させＸ軸方
向に移動するＸ軸移動機構部（回転保持手段および相対
移動手段）４０とから構成されている。

【００５７】Ｚ軸位置決め機構部３０は、不図示のコラ
ムに固定されたＺ軸サーボモータ３１と、Ｚ軸サーボモ
ータ３１に接続されたボールネジ軸３１ａと、保持装置
１３および主軸モータ１４に連結され、ボールネジ軸３
１ａに螺合するネジ部を有するＺ軸スライダ３２と、Ｚ
軸スライダ３２をＺ軸方向に移動自在に保持する不図示
のコラムに設置されたガイドレール３３とを有する。

【００５８】Ｚ軸サーボモータ３１は、Ｚ軸サーボモー
タ３１に接続されたＺ軸ドライバ５１から駆動電流が供
給されて回転駆動される。ボールネジ軸３１ａは、Ｚ軸
方向に沿って設けられ、一端がＺ軸サーボモータ３１に
接続され、他端は、上記の不図示のコラムに設けられた
保持部材によって、回転自在に保持され、その間に、Ｚ
軸スライダ３２のネジ部と螺合されている。上記の構成
により、Ｚ軸サーボモータ３１の駆動により、ボールネ
ジ軸３１ａが回転され、Ｚ軸スライダ３２を介して、研
磨工具保持部１０に保持された研磨工具１１がＺ軸方向
の任意の位置に移動位置決めされる。Ｚ軸位置決め機構
部３０の位置決め精度は、例えば分解能０．１μｍ程度
としている。

【００５９】Ｘ軸移動機構部４０は、ウェーハＷをチャ
ッキングするウェーハテーブル４２とウェーハテーブル
４２を回転駆動させる駆動力を供給する駆動モータ４４
と、駆動モータ４４と保持装置４５の回転軸とを連結す
るベルト４６と、保持装置４５に設けられた加工パン４
７と、駆動モータ４４および保持装置４５が設置された
Ｘ軸スライダ４８と、不図示の架台に設置されたＸ軸サ
ーボモータ４９と、Ｘ軸サーボモータ４９に接続された
ボールネジ軸４９ａと、Ｘ軸スライダ４８に連結されボ
ールネジ軸４９ａに螺合するネジ部が形成された可動部
材４９ｂとから構成されている。

【００６０】ウェーハテーブル４２は、例えば、真空吸
着手段によってウェーハＷを吸着する。加工パン４７
は、使用済の電解液や、スラリー等の液体を回収するた
めに設けられている。駆動モータ４４は、テーブルドラ
イバ５３に接続されており、当該テーブルドライバ５３
から駆動電流が供給されることによって駆動され、この
駆動電流を制御することでウェーハテーブル４２を所定
の回転数で回転させることができる。Ｘ軸サーボモータ
４９は、Ｘ軸ドライバ５４に接続されており、当該Ｘ軸
ドライバ５４から供給される駆動電流によって回転駆動
し、Ｘ軸スライダ４８がボールネジ軸４９ａおよび可動
部材４９ｂを介してＸ軸方向に駆動する。このとき、Ｘ
軸サーボモータ４９に供給する駆動電流を制御すること
によって、ウェーハテーブル４２のＸ軸方向の速度制御
が可能となる。

【００６１】スラリー供給装置７１は、スラリーを不図
示の供給ノズルを介して、ウェーハＷ上に供給する。ス
ラリーとしては、例えば、過酸化水素、硝酸鉄、ヨウ素
酸カリウム等をベースとした酸化力のある水溶液に酸化
アルミニウム（アルミナ）、酸化セリウム、シリカ、酸
化ゲルマニウム等を研磨砥粒として含有させたものを使
用する。なお、スラリーは必要に応じて供給すればよ
い。

【００６２】電解液供給装置８１は、電解質と添加剤を
含む電解液ＥＬを不図示の供給ノズルを介して、ウェー
ハＷ上に供給する。電解質は、有機溶媒あるいは水溶液
をベースとしたものを用いることができる。電解質は、
酸として、例えば、硫酸銅、硫酸アンモニウム、リン酸
等があり、アルカリの例としては、エチルジアミン、Ｎ
ａＯＨ、ＫＯＨ等がある。また、電解質として、メタノ
ール、エタノール、グリセリン、エチレングリコール等
の有機溶媒希釈混合液を用いることもできる。添加剤と
しては、Ｃｕイオン、光沢剤またはキレート剤を含む。
光沢剤としては、例えば、イオウ系、水酸化銅やリン酸
銅等の銅イオン系、塩酸等の塩素イオン系、ベンゾトリ
アゾール（ＢＴＡ）、ポリエチレングリコール等を用い
ることができる。キレート剤としては、例えば、上述し
たキナルジン酸、グリシン、クエン酸、シュウ酸、プロ
ピオン酸などの他、キノリン、アントラニル酸等を用い
る。

【００６３】図７は、本実施形態に係る研磨装置の研磨
工具保持部１０の内部構造を示す図である。研磨工具保
持部１０は、研磨工具１１と、研磨工具１１を保持する
フランジ部材１２と、フランジ部材１２を主軸１３ａを
介して回転自在に保持する保持装置１３と、保持装置１
３に保持された主軸１３ａを回転させる主軸モータ１４
と、主軸モータ１４上に設けられたシリンダ装置１５か
ら構成されている。

【００６４】主軸モータ１４は、例えば、ダイレクトド
ライブモータからなり、このダイレクトドライブモータ
の不図示のロータは、主軸１３ａに連結されている。ま
た、主軸モータ１４は、中心部にシリンダ装置１５のピ
ストンロッド１５ｂが挿入される貫通孔を有している。
主軸モータ１４は、主軸ドライバ５２から供給される駆
動電流によって駆動される。

【００６５】保持装置１３は、例えば、エアベアリング
を備えており、このエアベアリングで主軸１３ａを回転
自在に保持している。保持装置１３の主軸１３ａも中心
部にピストンロッド１５ｂが挿入される貫通孔を有して
いる。

【００６６】フランジ部材１２は、金属材料から形成さ
れており、主軸１３ａに連結され、開口部１２ａを備
え、下端面１２ｂに研磨工具１１が固着されている。フ
ランジ部材１２の上端面１２ｃ側は、主軸１３ａに連結
されているため、主軸１３ａの回転によってフランジ部
材１２も回転する。フランジ部材１２の上端面１２ｃ
は、主軸モータ１４および保持装置１３の側面に設けら
れた導電性の通電部材２８（陰極通電部材）に固定され
た通電ブラシ２７と接触しており、通電ブラシ２７とフ
ランジ部材１２とは電気的に接続されている。

【００６７】シリンダ装置１５は、主軸モータ１４のケ
ース上に固定されており、ピストン１５ａを内蔵してお
り、ピストン１５ａは、例えば、シリンダ装置１５内に
供給される空気圧によって矢印Ａ１およびＡ２のいずれ
かの向きに駆動される。このピストン１５ａには、ピス
トンロッド１５ｂが連結されており、ピストンロッド１
５ｂは、主軸モータ１４および保持装置１３の中心を通
って、フランジ部材１２の開口部１２ａから突き出てい
る。ピストンロッド１５ｂの先端には、押圧部材２１が
連結されており、この押圧部材２１はピストンロッド１
５ｂに対して所定の範囲で姿勢変更が可能な連結機構に
よって連結されている。押圧部材２１は、対向する位置
に配置された絶縁板２２の開口２２ａの周縁部に接触可
能となっており、ピストンロッド１５ｂの矢印Ａ２方向
への駆動によって絶縁板２２を押圧する。

【００６８】シリンダ装置１５のピストンロッド１５ｂ
の中心部には、貫通孔が形成されており、貫通孔内に通
電軸２０が挿入され、ピストンロッド１５ｂに対して固
定されている。通電軸２０は、導電性材料から形成され
ており、上端側はシリンダ装置１５のピストン１５ａを
貫通してシリンダ装置１５上に設けられたロータリジョ
イント１６まで伸びており、下端側は、ピストンロッド
１５ｂおよび押圧部材２１を貫通して電極板２３まで伸
びており、電極板２３に接続されている。

【００６９】通電軸２０は、中心部に貫通孔が形成され
ており、この貫通孔が化学研磨剤（スラリー）およびキ
レート剤を含む電解液をウェーハＷ上に供給する供給ノ
ズルとなっている。また、通電軸２０は、ロータリジョ
イント１６と、電極板２３とを電気的に接続する役割を
果たしている。

【００７０】ロータリジョイント１６は、電解電源６１
のプラス極と電気的に接続されており、通電軸２０が回
転しても通電軸２０への通電を維持する。

【００７１】通電軸２０の下端部に接続された電極板
（陽極部材）２３は、金属材料からなり、特に、ウェー
ハＷに形成される例えば銅等の金属膜と同等または金属
膜より貴なる金属で形成されている。電極板２３は、上
面側が絶縁板２２に保持されており、電極板２３の外周
部は絶縁板２２に嵌合しており、下面側にはスクラブ部
材２４が貼着されている。

【００７２】絶縁板２２は、例えば、セラミクス等の絶
縁材料から形成されており、この絶縁板２２は複数の棒
状の連結部材２６によって主軸１３ａに連結されてい
る。連結部材２６は、絶縁板２２の中心軸から所定の半
径位置に等間隔に配置されており、主軸１３ａに対して
移動自在に保持されている。このため、絶縁板２２は主
軸１３ａの軸方向に移動可能である。また、絶縁板２２
と主軸１３ａとの間には、各連結部材２６に対応して、
例えば、コイルスプリングからなる弾性部材２５で接続
されている。

【００７３】絶縁板２２を保持装置１３の主軸１３ａに
対して移動自在にし、絶縁板２２と主軸１３ａとを弾性
部材２５で連結する構成とすることにより、シリンダ装
置１５に高圧エアを供給してピストンロッド１５ｂを矢
印Ａ２の向きに下降させると、押圧部材２１が弾性部材
２５の復元力に逆らって絶縁板２２を下方に押し下げ、
これとともにスクラブ部材２４も下降する。この状態か
らシリンダ装置１５への高圧エアの供給を停止すると、
弾性部材２５の復元力によって、絶縁板２２は上昇し、
これとともにスクラブ部材２４も上昇する。

【００７４】研磨工具１１は、フランジ部材１２の環状
の下端面１２ｂに固着されている。この研磨工具１１
は、ホイール状に形成されており、下端面に環状の研磨
面１１ａを備えている。研磨工具１１は、導電性を有し
ており、好ましくは、比較的軟質性の材料で形成する。
例えば、バインダマトリクス（結合剤）自体が導電性を
持つカーボンや、あるいは、焼結銅、メタルコンパウン
ド等の導電性材料を含有するウレタン樹脂、メラミン樹
脂、エポキシ樹脂、ポリビニルアセタール（ＰＶＡ）な
どの樹脂からなる多孔質体から形成することができる。
研磨工具１１は、導電性を有するフランジ部材１２に直
接接続され、フランジ部材１２に接触する通電ブラシ２
７から通電される。すなわち、主軸モータ１４および保
持装置１３の側面に設けられた導電性の通電部材２８
は、電解電源６１のマイナス極と電気的に接続され、通
電部材２８に設けられた通電ブラシ２７はフランジ部材
１２の上端面１２ｃに接触しており、これにより、研磨
工具１１は電解電源６１と通電部材２８、通電ブラシ２
７およびフランジ部材１２を介して電気的に接続されて
いる。

【００７５】電解電源（電流供給手段）６１は、上記し
たロータリジョイント１６と通電部材（陰極通電部材）
２８との間に所定の電圧を印加する装置である。ロータ
リジョイント１６と通電部材２８との間に電圧を印加す
ることによって、研磨工具１１とスクラブ部材２４との
間には電位差が発生する。電解電源６１には、常に一定
の電圧を出力する定電圧電源ではなく、好ましくは、電
圧を一定周期でパルス状に出力する、例えば、スイッチ
ング・レギュレータ回路を内蔵した電源を使用する。具
体的には、パルス状の電圧を一定周期で出力し、パルス
幅を適宜変更可能な電源を使用する。一例としては、出
力電圧がＤＣ２〜５Ｖ、最大出力電流が２〜３Ａ、パル
ス幅が１，２，５，１０，２０，５０ｍｓｅｃのいずれ
かに変更可能なものを使用する。上記のような幅が短い
パルス状の電圧出力とするのは、１パルス当たりの陽極
酸化量を非常に小さくするためである。すなわち、ウェ
ーハＷの表面に形成された例えば銅等の金属膜の凹凸に
接触した場合などにみられる極間距離の急変による放
電、気泡やパーティクルなどが介在した場合におこる電
気抵抗の急変によるスパーク放電など、金属膜の突発的
かつ巨大な陽極酸化を防止し、できる限り小さなものの
連続にするために有効である。また、出力電流に比して
出力電圧が比較的高いため、極間距離の設定にある程度
のマージンを設定する事ができる。すなわち、極間距離
が多少変わっても出力電圧が高いため電流値変化は小さ
い。なお、印加するパルスとしては、上記に限られるも
のでなく、周期性パルスとして矩形パルス、サイン波
形、鋸歯状波形、ＰＡＭ波形を印加してもよい。

【００７６】電解電源６１には、本発明の電流検出手段
としての電流計６２を備えており、この電流計６２は、
電解電源６１に流れる電解電流をモニタするために設け
られており、モニタした電流値信号６２ｓをコントーラ
５５に出力する。また、電解電源６１は、電流検出手段
に変わって抵抗値検出手段としての抵抗計を備えていて
もよく、その役割は電流検出手段と同様である。

【００７７】コントローラ５５は、研磨装置の全体を制
御する機能を有し、具体的には、主軸ドライバ５２に対
して制御信号５２ｓを出力して研磨工具１１の回転数を
制御し、Ｚ軸ドライバ５１に対して制御信号５１ｓを出
力して研磨工具１１のＺ軸方向の位置決め制御を行い、
テーブルドライバ５３に対して制御信号５３ｓを出力し
てウェーハＷの回転数を制御し、Ｘ軸ドライバ５４に対
して制御信号５４ｓを出力して、ウェーハＷのＸ軸方向
の速度制御を行う。また、コントローラ５５は、電解液
供給装置８１およびスラリー供給装置７１の動作を制御
し、電解液ＥＬおよびスラリーＳＬの供給動作を制御す
る。

【００７８】また、コントローラ５５は、電解電源６１
の出力電圧、出力パルスの周波数、出力パルスの幅等を
制御可能となっている。また、コントローラ５５には、
電解電源６１の電流計６２からの電流値信号６２ｓが入
力される。コントローラ５５は、これら電流値信号６２
ｓに基づいて、研磨装置の動作を制御可能となってい
る。具体的には、電流値信号６２ｓから得られる電解電
流が一定となるように、電流値信号６２ｓをフィードバ
ック信号としてＺ軸サーボモータ３１を制御したり、電
流値信号６２ｓで特定される電流値に基づいて、研磨加
工を停止させるように研磨装置の動作を制御する。陰極
部材と前記金属膜を流れる電流がステップ状に変化する
ように設定された周期性パルスを印加することが可能で
あり、例えば金属膜除去の初期においては、陰極部材と
金属膜を流れる電流が徐々に増加するように設定された
周期性パルスを印加する。これにより、電圧印加開始時
などにおいて瞬間的に高電圧が印加されてしまい、除去
される金属膜の表面状態が劣化するのを防止することが
できる。また、金属膜除去の終点付近では、電流値信号
６２ｓが小さくなることから、所定のしきい値と比較し
て、当該しきい値よりも電流値信号６２ｓが小さくなっ
た場合には、終点付近であるとして出力パルスを小さく
するように制御し、その後、パルスの出力を止めるよう
に電解電源６１へ制御信号を出力する。

【００７９】コントローラ５５に接続されたコントロー
ルパネル５６は、オペレータが各種のデータを入力した
り、例えば、モニタリングした電流値信号６２ｓを表示
したりする。

【００８０】ここで、図８（ａ）は電極板２３の構造の
一例を示す下面図であり、図８（ｂ）は電極板２３と、
通電軸２０、スクラブ部材（洗浄部材）２４および絶縁
板２２との位置関係を示す断面図である。図８（ａ）に
示すように、電極板２３の中央部には円形の開口部（供
給ノズル）２３ａが設けられており、この開口部２３ａ
を中心に電極板２３の半径方向に放射状に伸びる複数の
溝部２３ｂが形成されている。また、図８（ｂ）に示す
ように、電極板２３の開口部２３ａには、通電軸２０の
下端部が嵌合固着されている。

【００８１】このような構成とすることで、通電軸２０
の中心部に形成された供給ノズル２０ａを通じて供給さ
れるスラリーおよび電解液が、溝部２３ｂを通じてスク
ラブ部材２４の全面に拡散するようになっている。すな
わち、電極板２３、通電軸２０、スクラブ部材２４およ
び絶縁板２２が回転しながら、スラリーおよび電解液が
供給ノズル２０ａを通じてスクラブ部材２４の上側面に
供給されると、スクラブ部材２４の上側面全体にスラリ
ーおよび電解液が広がる。なお、スクラブ部材２４およ
び通電軸２０の供給ノズル２０ａが本発明の研磨剤供給
手段および電解液供給手段の一具体例に対応している。

【００８２】電極板２３の下面に貼着されたスクラブ部
材２４は、電解液およびスラリーを吸収し、これらを上
側面から下側面に通過させることができる材料から形成
されている。また、このスクラブ部材２４は、ウェーハ
Ｗに接触してウェーハＷをスクラブする面を有してお
り、ウェーハＷ表面にスクラッチ等を発生させないよう
に、例えば、柔らかいブラシ状の材料、スポンジ状の材
料、多孔質状の材料等から形成される。例えば、ウレタ
ン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルアセ
タール（ＰＶＡ）などの樹脂からなる多孔質体が挙げら
れる。

【００８３】図９に、研磨する際の研磨工具１１とウェ
ーハの位置関係を示す。研磨工具１１の中心軸は、例え
ばウェーハＷに対して微小な角度で傾斜している。ま
た、保持装置１３の主軸１３ａもウェーハＷの主面に対
して研磨面１１ａの傾斜と同様に傾斜している。例え
ば、保持装置１３のＺ軸スライダ３２への取り付け姿勢
を調整することで主軸１３ａの微小な傾斜をつくり出す
ことができる。

【００８４】このように、研磨工具１１の中心軸がウェ
ーハＷの主面に対して微小角度で傾斜していることによ
り、研磨工具１１の研磨面１１ａを所定の加工圧力Ｆで
ウェーハＷに押し付けた際に、実行的な接触面積は一定
に維持される。本実施形態に係る研磨装置では、研磨工
具１１の一部を部分的に研磨面１１ａとして、ウェーハ
Ｗの表面に作用させ、実効的接触領域をウェーハＷの表
面に均一に走査させてウェーハＷの全面を均一に研磨す
る。これにより、電解電流の値を一定に制御すれば、電
流密度は常に一定とでき、金属膜の陽極酸化によるキレ
ート化の量も常に一定にすることができる。

【００８５】次に、上記した研磨装置による研磨動作
（研磨方法）をウェーハＷ表面に形成された金属膜とし
て例えば銅膜を研磨する場合を例に説明する。図１０
は、研磨装置において研磨工具１１をＺ軸方向に下降さ
せ、ウェーハＷの表面に接触させた状態を示す概略図で
ある。まず、ウェーハテーブル４２にウェーハＷをチャ
ッキングし、ウェーハテーブル４２を駆動して所定の回
転数でウェーハＷを回転させる。また、ウェーハテーブ
ル４２をＸ軸方向に移動して、フランジ部材１２に取り
付けられた研磨工具１１をウェーハＷの上方の所定の場
所に配置させ、研磨工具１１を所定の回転数で回転させ
る。研磨工具１１を回転させると、フランジ部材１２に
連結された絶縁板２２、電極板２３およびスクラブ部材
２４も回転駆動される。また、スクラブ部材２４を押圧
している押圧部材２１、ピストンロッド１５ｂ、ピスト
ン１５ａ、通電軸２０も同時に回転する。

【００８６】この状態から、スラリー供給装置７１およ
び電解液供給装置８１からそれぞれスラリーＳＬおよび
電解液ＥＬを通電軸２０内の供給ノズル２０ａに供給す
ると、スクラブ部材２４の全面からスラリーＳＬおよび
電解液ＥＬが供給される。研磨工具１１をＺ軸方向に下
降させて研磨工具１１の研磨面１１ａをウェーハＷの表
面に接触させ、所定の加工圧力で押圧させる。また、電
解電源６１を起動させて、通電ブラシ２７を通じて研磨
工具１１にマイナスの電位を印加し、ロータリジョイン
ト１６を通じて電極板２３およびスクラブ部材２４にプ
ラスの電位を印加する。

【００８７】さらに、シリンダ装置１５に高圧エアを供
給して、図７の矢印Ａ２の方向にピストンロッド１５ｂ
を下降させ、スクラブ部材２４の下面をウェーハＷに接
触あるいは接近する位置まで移動させる。この状態から
ウェーハテーブル４２をＸ軸方向に所定の速度パターン
で移動させ、ウェーハＷの全面を一様に研磨加工する。

【００８８】図１１は図１０の円Ｃ内の拡大図であり、
図１２は図１１の円Ｄ内の拡大図である。図１１に示す
ように、スクラブ部材２４はウェーハＷに形成された銅
膜ＭＴを、電解液ＥＬを介して、または、直接接触する
ことにより陽極として通電し、研磨工具１１もウェーハ
Ｗに形成された銅膜ＭＴを、電解液ＥＬを介して、また
は、直接接触することにより陰極として通電する。な
お、図１１に示すように、銅膜ＭＴとスクラブ部材２４
との間には、ギャップδ_b が存在している。さらに、図
１２に示すように、銅膜ＭＴと研磨工具１１の研磨面１
１ａとの間にはギャップδ_w が存在している。図１１に
示すように、絶縁板２２は、研磨工具１１とスクラブ部
材２４（電極板２３）との間に介在しているが、絶縁板
２２の抵抗Ｒ０は非常に大きく、したがって、スクラブ
部材２４から絶縁板２２を介して研磨工具１１に流れる
電流ｉ ₀ はほぼ零であり、スクラブ部材２４から絶縁板
２２を介して研磨工具１１には電流が流れない。

【００８９】このため、スクラブ部材２４から研磨工具
１１に流れる電流は、直接電解液ＥＬ中の抵抗Ｒ１を経
由して研磨工具１１に流れる電流ｉ₁ と、電解液ＥＬ中
からウェーハＷの表面に形成された銅膜ＭＴを経由して
再度電解液ＥＬ中を通って研磨工具１１に流れる電流中
に流れる電流ｉ₂ に分岐する。銅膜ＭＴの表面に電流ｉ
₂ が流れると、銅膜ＭＴを構成する銅は、電解液ＥＬの
電解作用によって陽極酸化され、電解液中のキレート剤
により、キレート化される。

【００９０】ここで、電解液ＥＬ中の抵抗Ｒ１は、陽極
としてのスクラブ部材２４と陰極としての研磨工具１１
との距離ｄに比例して極端に大きくなる。このため、極
間距離ｄを、ギャップδ_b およびギャップδ_w よりも十
分に大きくしておくことで、直接電解液ＥＬ中の抵抗Ｒ
１を経由して研磨工具１１に流れる電流ｉ₁ は非常に小
さくなり、電流ｉ₂ が大きくなって、電解電流のほとん
どは銅膜ＭＴの表面経由することになる。このため、銅
膜ＭＴを構成する銅の陽極酸化によるキレート化を効率
的に行うことができる。また、電流ｉ₂ の大きさは、ギ
ャップδ_b およびギャップδ_w の大きさによって変化す
るため、上述したように、コントローラ５５によって研
磨工具１１のＺ軸方向の位置制御を行ってギャップδ_b
およびギャップδ_w の大きさを調整することにより、電
流ｉ₂ を一定にすることができる。ギャップδ_w の大き
さの調整は、電流値信号６２ｓから得られた電解電流、
すなわち、電流ｉ₂ が一定となるように、電流値信号６
２ｓをフィードバック信号としてＺ軸サーボモータ３１
の制御を行うことで可能である。また、研磨装置のＺ軸
方向の位置決め精度は分解能０．１μｍと十分に高く、
加えて、主軸１３ａをウェーハＷの主面に対して微小角
度で傾斜させていることで実行的な接触面積は常に一定
に維持されることから、電解電流の値を一定に制御すれ
ば、電流密度は常に一定とでき、銅膜の陽極酸化による
キレート化の量も常に一定にすることができる。

【００９１】以上のように、上記構成の研磨装置は、上
述したウェーハＷに形成された銅膜ＭＴの表面に、陽極
酸化によるキレート膜を生成し、除去する電解研磨機能
を備えている。さらに、上記構成の研磨装置は、この電
解研磨機能に加えて、研磨工具１１およびスラリーＳＬ
による通常のＣＭＰ装置の化学機械研磨機能も備えてお
り、ウェーハＷをこれら電解研磨機能および化学機械研
磨の複合作用によって研磨すること（以下、電解複合研
磨という）もできる。また、上記構成の研磨装置は、ス
ラリーＳＬを用いずに研磨工具１１の研磨面１１ａの機
械的な研磨と電解研磨機能との複合作用によって研磨加
工を行うこともできる。

【００９２】本実施形態に係る研磨装置によれば、電解
研磨および化学機械研磨の複合作用によって銅等の金属
膜を研磨できるため、化学機械研磨のみ、あるいは、機
械研磨のみを用いた研磨装置に比べてはるかに高能率に
金属膜の除去を行うことができる。金属膜に対する高い
研磨レートが得られるため、研磨工具１１のウェーハＷ
に対する加工圧力Ｆを化学機械研磨のみ、あるいは機械
研磨のみを用いた研磨装置に比べて低く抑えることが可
能となり、ディッシング、エロージョンの発生を抑制す
ることができる。

【００９３】また、通常の化学機械研磨に用いるスラリ
ーにおいて、アルミナ粒子などを含むスラリーを使用し
た場合に、研磨後に、スラリーが磨滅せずに金属膜表面
に残留したり、埋没することも起こるが、本実施形態に
係る研磨装置では、研磨砥粒を含まないキレート剤を含
む電解液を使用する機械研磨のみであっても、表面に残
存するキレート膜は機械的強度が非常に低いため、十分
に除去可能であることから、パーティクルやスラリーの
ウェーハ表面への残留を防止することができる。

【００９４】さらに、研磨装置のＺ軸方向の位置決め精
度は分解能０．１μｍと十分に高く、加えて、主軸１３
ａをウェーハＷの主面に対して微小角度で傾斜させてい
ることで実行的な接触面積は常に一定に維持されること
から、電解電流の値を一定に制御すれば、電流密度は常
に一定とでき、金属膜の陽極酸化によるキレート化の量
も常に一定にすることができる。上述した実施形態で
は、金属膜の研磨加工量の絶対値は、電解電流の積算量
と研磨工具１１のウェーハＷを通過する時間で制御でき
る。

【００９５】変形例１図１３は、本発明に係る研磨装置の一変形例を示す概略
図である。上述した実施形態に係る研磨装置では、ウェ
ーハＷ表面への通電を、導電性の研磨工具１１と、スク
ラブ部材２４を備えた電極板２３とによって行った。図
１３に示すように、ホイール状の研磨工具３１１に、上
述した研磨装置の場合と同様に導電性を持たせるととも
に、ウェーハＷをチャッキングし回転させるウェーハテ
ーブル３４２にも導電性を持たせる構成としてもよい。
研磨工具３１１への給電は、上述した実施形態と同様の
構成で行う。この場合には、ウェーハテーブル３４２へ
の通電は、ウェーハテーブル３４２の下部にロータリー
ジョイント３１６を設け、ロータリージョイント３１６
によって回転するウェーハテーブル３４２への通電を常
に維持する構成とすることで、電解電流の供給を行うこ
とができる。

【００９６】変形例２図１４は、本発明に係る研磨装置の他の変形例を示す概
略図である。ウェーハＷをチャッキングし、回転させる
ウェーハテーブル４４２は、ウェーハＷをウェーハＷの
周囲に設けたリテーナリング４１０によって保持してい
る。研磨工具４１１には、導電性を持たせるとともに、
リテーナリング４１０にも導電性を持たせ、研磨工具４
１１には上述した実施形態と同様の構成で給電する。ま
た、リテーナリング４１０は、ウェーハＷに形成された
上記のバリア層部分まで覆い通電する。さらに、リテー
ナリング４１０には、ウェーハテーブル４４２の下部に
設けられたロータリジョイント４１６を通じて給電す
る。なお、研磨工具４１１がウェーハＷに接触しても、
エッジの部分でリテーナリング４１０の厚さ以上の隙間
が維持できるように研磨工具４１１の傾斜量を大きくし
ておくことで、研磨工具４１１とリテーナリング４１０
との干渉を防ぐことができる。

【００９７】変形例３図１５は、本発明に係る研磨装置の他の実施形態を示す
概略構成図である。図１５に示す研磨装置は、従来型の
ＣＭＰ装置に本発明の電解研磨機能を付加したものであ
って、定盤２０１上に研磨パッド（研磨布）２０２が貼
着された研磨工具の研磨面にウェーハチャック２０７に
よってチャッキングされたウェーハＷの全面を回転させ
ながら接触させてウェーハＷの表面を平坦化する研磨装
置である。

【００９８】研磨パッド２０２には、陽極電極２０４と
陰極電極２０３とが放射状に交互に配置されている。ま
た、陽極電極２０４と陰極電極２０３とは絶縁体２０６
によって電気的に絶縁されており、陽極電極２０４と陰
極電極２０３は、定盤２０１側から通電される。これら
陽極電極２０４と陰極電極２０３と絶縁体２０６とによ
って研磨パッド２０２は構成されている。また、ウェー
ハチャック２０７は、絶縁材料から形成されている。さ
らに、この研磨装置には、研磨パッド２０２の表面に電
解液ＥＬおよびスラリーＳＬを供給する供給部２０８が
設けられており、電解研磨および化学機械研磨を複合さ
せた電解複合研磨が可能になっている。

【００９９】ここで、図１６は、上記構成の研磨装置に
よる電解複合研磨動作（研磨方法）を説明するための図
である。なお、ウェーハＷ表面には、銅等の金属膜２１
０が形成されているものとする。図１６に示すように、
電解複合研磨中には、ウェーハＷ表面に形成された金属
膜２１０と研磨パッド２０２の研磨面との間には、電解
液ＥＬおよびスラリーＳＬが介在した状態で、陽極電極
２０４と陰極電極２０３との間に電圧が印加され、電流
ｉが陽極電極２０４から電解液ＥＬを通って金属２１０
内を伝って再び電解液ＥＬを通って陰極電極２０３に流
れる。このとき、図１６に示す円Ｇ内の付近で、金属膜
２１０の表面は、陽極酸化によりキレート膜を生成し、
当該キレート膜は研磨パッド２０２とスラリーＳＬによ
る機械的除去作用によって除去されることにより、金属
膜の平坦化が達成される。

【０１００】このような構成とすることにより、上述し
た実施形態に係る研磨装置と同様の効果が奏される。な
お、研磨パッドに設ける陽極電極、陰極電極の配置は図
１５の構成に限定されるわけではなく、例えば、図１７
に示すように、線状の複数の陽極電極２２２を縦横に等
間隔に配列し、陽極電極２２２によって囲まれる各矩形
領域に陰極電極２２３を配置し、陽極電極２２２と陰極
電極２２３とを絶縁体２２４で電気的に絶縁した研磨パ
ッド２２１としてもよい。さらに、例えば、図１８に示
すように、半径がそれぞれ異なる環状の陽極電極２４２
を同心上に配置し、各陽極電極２４２間に形成される環
状領域に陰極電極２４３をそれぞれ配置し、陽極電極２
４２と陰極電極２４３とを絶縁体２４４で電気的に絶縁
した研磨パッド２４１としてもよい。

【０１０１】第２実施形態図１９は本発明の第２実施形態に係る研磨装置の概略構
成図である。本実施形態に係る研磨装置は、電解液ＥＬ
を所定量満たした水槽５０１と、当該水槽の電解液ＥＬ
中に配置されたウェーハ保持手段５３０および電極板５
１０と、水槽の電解液ＥＬを管５２２により吸い上げて
管５２１により噴流として送り出すジェットポンプ５２
０（流動手段）と、電極板５１０を陰極としてウェーハ
を陽極として電圧を印加する電源５６１（電解電流供給
手段）と、電流計５６２と、コントローラ５５５および
コントロールパネル５５６から構成されている。

【０１０２】保持手段５３０は、ウェーハを固定する導
電性の第１保持部材５３１と導電性の第２保持部材５３
２と、不図示のカラムなどに固定され、第１保持部材お
よび第２保持部材を所定の位置に固定するＺ軸位置決め
機構５３３とから構成されている。ウェーハの下側に位
置する第２保持部材は、円形の開口部５３２ａを有して
いる。

【０１０３】電極板５１０は、電解液ＥＬ中にウェーハ
に平行に配置されており、例えば無酸素銅などにより、
構成されている。

【０１０４】電解液ＥＬは、第１実施形態と同様のもの
を使用することができ、例えば銅等の金属をキレート化
するキレート剤を含んでおり、その他の添加剤などを含
んでいても良い。例えば、電解質として、ウェーハと電
極板５１０の間に印加される電圧を低下させるための、
硫酸銅を用いる。

【０１０５】電解電源（電解電流供給手段）５６１に
は、常に一定の電圧を出力する定電圧電源ではなく、好
ましくは、電圧を一定周期でパルス状に出力する電源を
使用する。例えば、電解電源５６１により印加される電
圧は、２０〜５０ｍｓｅｃ毎に高電圧と低電圧を繰り返
す矩形形状のパルス電圧（例えば２〜５Ｖ、電流２．２
Ａ）である。

【０１０６】上記のパルス電圧としては、ウェーハと電
極板５１０との距離ｄなどにより、最も効率的に金属を
除去することができる電圧およびパルス幅を選択するこ
とができる。電極板５１０とウェーハとの距離ｄが小さ
すぎると、電極板５１０とウェーハとの間に介在する電
解液の流動作用が十分に機能しないため、距離ｄは、所
定の値以上を取ることが好ましく、上記の電圧と合わせ
て設定することが好ましい。

【０１０７】電解電源５６１には、本発明の電流検出手
段としての電流計５６２を備えており、この電流計５６
２は、電解電源５６１に流れる電解電流をモニタするた
めに設けられており、モニタした電流値信号５６２ｓを
コントーラ５５５に出力する。また、コントローラ５５
５には、電解電源５６１の電流計５６２からの電流値信
号５６２ｓが入力される。コントローラ５５５は、これ
ら電流値信号５６２ｓに基づいて、研磨装置の動作を制
御可能となっている。具体的には、電流値信号５６２ｓ
で特定される電流値に基づいて、研磨加工を停止させる
ように研磨装置の動作を制御する。

【０１０８】コントローラ５５５に接続されたコントロ
ールパネル５５６は、オペレータが各種のデータを入力
したり、例えば、モニタリングした電流値信号５６２ｓ
を表示したりする。

【０１０９】上記の研磨装置の構成によっても、第１実
施形態に係る研磨装置と同様に、例えばウェーハＷの表
面に凹凸のある金属膜が形成されている場合に、ウェー
ハＷを陽極として印加することで、ウェーハＷの金属膜
表面が陽極酸化され、当該陽極酸化された金属膜が電解
液ＥＬ中のキレート剤によりキレート化され、当該キレ
ートは機械的強度が非常に弱いことから、ジェットポン
プ５２０の管５２１からの電解液の流動作用によって、
当該キレート膜の凸部が除去されることにより、金属膜
の平坦化除去が達成される。また、電解電流をモニタリ
ングすることで、研磨プロセスの管理を行うことがで
き、研磨プロセスの進行状態を正確に把握することが可
能となる。

【０１１０】本実施形態に係る研磨装置によれば、機械
的強度の非常に低いキレート膜の除去によって、金属膜
の除去を達成できることから、従来の化学機械研磨の
み、あるいは、機械研磨のみを用いた研磨装置に比べて
はるかに高能率に金属膜の除去を行うことができる。従
来の機械研磨のような強い押圧を必要としないため、配
線金属膜下層の層間絶縁膜などに与えるダメージを低く
抑えることが可能となり、ディッシング、エロージョン
などの発生を抑制することができる。配線金属膜下層の
絶縁膜に高い圧力を印加しないので、該絶縁膜材料とし
て機械的強度がＴＥＯＳなどを原料にした酸化シリコン
よりも低い低誘電率材料にも適用可能である。また、研
磨装置としては、装置構成が簡便であるので、小型化を
容易に実現でき、メンテナンスも容易で稼働率を向上さ
せることができる。

【０１１１】さらに、通常の化学機械研磨に用いるスラ
リーにおいて、アルミナ粒子などを含むスラリーを使用
した場合に、研磨後にスラリーが磨滅せずに金属表面に
残留したり、埋没することも起こるが、本実施形態に係
る研磨装置では、そのような問題はない。

【０１１２】本発明は、上記の実施形態に限定されな
い。例えば、ジェットポンプの構成、電極板の種類、水
槽中でのウェーハを保持する装置の構成など、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【０１１３】第３実施形態図２０は本発明の第３実施形態に係る研磨装置の概略構
成図である。本実施形態に係る研磨装置では、パルスジ
ェネレータ６４０、アンプ６４１、加振器６４３からな
る加振手段と、電解液ＥＬを所定量満たした水槽６０１
と、当該水槽の電解液ＥＬ中に配置されたウェーハ保持
手段６３０および電極板６１０と、電極板６１０を陰極
としてウェーハを陽極として、電圧を印加する電源６６
１（電解電流供給手段）と、電流計６６２と、コントロ
ーラ６５５およびコントロールパネル６５６から構成さ
れている。

【０１１４】保持手段６３０は、電極板６１０をウェー
ハＷに対して平行に保持する第１保持部材６３１、ウェ
ーハを介在させて圧着して固定する第２保持部材６３２
と第３保持部材６３４、一端が第２保持部材６３２に取
り付けられており他端が加振器６４３に取り付けられて
いる第４保持部材６３３から構成されている。

【０１１５】第２保持部材６３２は、導電性材料から構
成されており、ウェーハＷを陽極として、通電する役割
も果たす。また、第２保持部材６３２は、ウェーハの表
面を電極板６１０に対して開口するための開口部分６３
２ａを有している。

【０１１６】電解液ＥＬは、第１実施形態と同様のもの
を使用することができ、例えば銅等の金属をキレート化
するキレート剤を含んでおり、その他の添加剤などを含
んでいても良い。例えば、電解質として、ウェーハと電
極板５１０の間に印加される電圧を低下させるための、
硫酸銅を用いる。

【０１１７】電極板６１０は、電解液ＥＬ中にウェーハ
に平行に配置されており、例えば無酸素銅などにより、
構成されている。

【０１１８】電解電源（電解電流供給手段）６６１に
は、常に一定の電圧を出力する定電圧電源ではなく、好
ましくは、電圧を一定周期でパルス状に出力する電源を
使用する。例えば、電解電源６６１により印加される電
圧は、２０〜５０ｍｓｅｃ毎に高電圧と低電圧を繰り返
す矩形形状のパルス電圧（例えば２〜５Ｖ、電流２．２
Ａ）である。

【０１１９】上記のパルス電圧としては、ウェーハと電
極板６１０との距離ｄなどにより、最も効率的に金属膜
を除去することができる電圧およびパルス幅を選択する
ことができる。電極板６１０とウェーハとの距離ｄが小
さすぎると、電極板６１０とウェーハとの間に介在する
電解液の循環作用が十分に機能しないため、距離ｄは、
所定の値以上を取ることが好ましく、上記の電圧と合わ
せて設定することが好ましい。

【０１２０】電解電源６６１には、本発明の電流検出手
段としての電流計６６２を備えており、この電流計６６
２は、電解電源６６１に流れる電解電流をモニタするた
めに設けられており、モニタした電流値信号６６２ｓを
コントーラ６５５に出力する。また、コントローラ６５
５には、電解電源６６１の電流計６６２からの電流値信
号６６２ｓが入力される。コントローラ６５５は、これ
ら電流値信号６６２ｓに基づいて、研磨装置の動作を制
御可能となっている。具体的には、電流値信号６６２ｓ
で特定される電流値に基づいて、研磨加工を停止させる
ように研磨装置の動作を制御する。

【０１２１】コントローラ６５５に接続されたコントロ
ールパネル６５６は、オペレータが各種のデータを入力
したり、例えば、モニタリングした電流値信号６６２ｓ
を表示したりする。

【０１２２】上記の研磨装置の構成によっても、第１実
施形態に係る研磨装置と同様に、例えばウェーハＷの表
面に凹凸のある金属膜が形成されている場合に、ウェー
ハＷを陽極として印加することで、ウェーハＷの金属膜
表面が陽極酸化され、当該陽極酸化された金属膜が電解
液ＥＬ中のキレート剤によりキレート化され、当該キレ
ートは機械的強度が非常に弱いことから、加振器６４３
からのウェーハ振動手段によって、当該キレート膜の凸
部が除去されることにより、金属膜の平坦化除去が達成
される。また、電解電流をモニタリングすることで、研
磨プロセスの管理を行うことができ、研磨プロセスの進
行状態を正確に把握することが可能となる。

【０１２３】本実施形態に係る研磨装置によれば、機械
的強度の非常に低いキレート膜の除去によって、金属膜
の除去を達成できることから、従来の化学機械研磨の
み、あるいは、機械研磨のみを用いた研磨装置に比べて
はるかに高能率に金属膜の除去を行うことができる。従
来の機械研磨のような強い押圧を必要としないため、配
線金属膜下層の層間絶縁膜などに与えるダメージを低く
抑えることが可能となり、ディッシング、エロージョン
などの発生を抑制することができる。配線金属膜下層の
絶縁膜に高い圧力を印加しないので、該絶縁膜材料とし
て機械的強度がＴＥＯＳなどを原料にした酸化シリコン
よりも低い低誘電率材料にも適用可能である。また、研
磨装置としては、装置構成が簡便であるので、小型化を
容易に実現でき、メンテナンスも容易で稼働率を向上さ
せることができる。

【０１２４】さらに、通常の化学機械研磨に用いるスラ
リーにおいて、アルミナ粒子などを含むスラリーを使用
した場合に、研磨後にスラリーが磨滅せずに金属表面に
残留したり、埋没することも起こるが、本実施形態に係
る研磨装置では、そのような問題はない。

【０１２５】本発明は、上記の実施形態に限定されな
い。例えば、加振器およびアンプの構成、電極板の種
類、水槽中でのウェーハを保持する装置の構成など、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であ
る。

【０１２６】第４実施形態図２１に本実施形態に係る研磨装置の要部構成図を示
す。基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、本実
施形態では、研磨工具を使用せず、ワイピング部材２４
ａによりウェーハ上の金属膜を除去する。従って、説明
の簡略化のため、第１実施形態と異なる構成のみについ
て説明する。

【０１２７】ワイピング部材２４ａは、例えば、電気又
はイオンが通らない絶縁体で構成されその内部に気孔部
を有し、当該気孔部に含有する電解液ＥＬを介してウェ
ーハに通電することができる材料により構成されてい
る。上記の材料は、電解液ＥＬに侵されない材料である
必要がある。また、ワイピング部材２４ａは、ウェーハ
Ｗ表面とワイピング部材２４ａが押圧されてウェーハＷ
表面の金属膜が除去されるため、ワイピング部材は、所
定の強度が必要である。例えば、ウェーハ表面Ｗの金属
膜の凸部のみをワイピングするための圧力を約２０〜１
００ｇ／ｃｍ² とした場合にも耐えうる弾性強度を有す
るとともに、スクラッチや傷等を発生しない柔らかさを
有する硬度が必要である。

【０１２８】上記の条件を満たす材料として、弾塑性体
材料を使用することができ、例えばポリビニルアセター
ル（ＰＶＡ）、発砲ウレタン、テフロン（登録商標）発
砲体、テフロン繊維不織布等を使用する。また、導電性
を有していてもよく、比較的軟質性の材料、例えば、バ
インダマトリクス（結合剤）自体が導電性を持つカーボ
ンや、あるいは、焼結銅、メタルコンパウンド等の導電
性材料を含有するウレタン樹脂、メラミン樹脂、エポキ
シ樹脂、ポリビニルアセタール（ＰＶＡ）などの樹脂か
らなる多孔質体を使用することもできる。

【０１２９】なお、電極板２３は、ウェーハＷ表面に形
成された金属膜よりも貴なる金属により構成され、ウェ
ーハＷの表面に対して平行に配置されており、例えば、
ウェーハＷ表面の金属膜の電解作用による被研磨表面か
ら発生したガスを抜くための通気孔を設けることが好ま
しい。この通気孔は、ガスによる電極板２３とウェーハ
Ｗとの間の電解作用の不均一等の不利益を防止するため
に設けられる。また、第１実施形態と同様、電極板２３
はワイピング部材２４ａとともに回転駆動可能となって
おり、これにより電極板２３が回転することにより電解
作用による被研磨表面から発生したガスをウェーハＷと
電極板２３の間から抜くことが可能である。また、電極
板２３は、図１７および図１８で説明したように電極が
領域ごとに分割された構成であってもよく、これにより
被研磨表面への電解作用を部分的に選択して行うことも
できる。

【０１３０】電解電源６１は、第１実施形態と同様、上
記したロータリジョイント１６およびウェーハに接触す
る通電ブラシ７１０との間に上記した所定のパルスを印
加する。ここで、本実施形態では、電圧印加方向が逆に
なっており、従って、通電ブラシ７１０が陽極、電極板
２３が陰極となるように電圧を印加する。このように、
通電ブラシ７１０によりウェーハＷ表面の金属膜に接触
して電圧を印加する構成の他、ウェーハＷ表面の金属膜
に接近可能な電極を有して電圧を印加する構成としても
よい。具体的には、第１実施形態と同様にパルス状の電
圧を一定周期で出力し、パルス幅を適宜変更可能な電源
であれば特に限定はない。例えば、０Ｖを中心にプラス
とマイナスを所定の周期で繰り返すＰＲ（Periodic Rev
erse) パルス電圧を印加する。このＰＲパルス電圧とし
て、例えば、出力電圧が０．８〜１．２Ｖ程度の正電圧
と−０．８〜−１．２Ｖ程度の逆電圧を繰り返し、電流
密度が正流が１０ｍＡ／ｃｍ² で逆流が１０ｍＡ／ｃｍ
² 程度、パルス幅が正流パルスが２０〜５０ｍｓｅｃで
逆流パルスが５〜１０ｍｓｅｃ程度のものを使用する。
なお、印加するパルスとしては、上記に限られるもので
ないことは第１実施形態と同様である。

【０１３１】通電ブラシ７１０は、ウェーハＷ表面に形
成された金属膜よりも貴なる金属により構成されてお
り、ウェーハ表面に接触して電解電源６１からの電圧を
ウェーハＷに導く。従って、電解電源６１から供給され
る電流は、ウェーハ表面の通電ブラシ７１０からウェー
ハＷの金属膜表面、および電解液を介して電極板２２へ
流れることになる。

【０１３２】上記の研磨装置の動作について、説明す
る。まず、ウェーハテーブル４２にウェーハＷをチャッ
キングし、ウェーハテーブル４２を駆動して所定の回転
数でウェーハＷを回転させる。また、ウェーハテーブル
４２をＸ軸方向に移動して、ワイピング部材２４ａをウ
ェーハＷの上方の所定の場所に配置させ、ワイピング部
材２４ａを所定の回転数で回転させる。例えば、ワイピ
ング部材を、１００ｒｐｍで回転させる。

【０１３３】この状態から、電解液供給装置８１から電
解液ＥＬを通電軸２０内の供給ノズル２０ａに供給する
と、ワイピング部材２４ａの全面から電解液ＥＬが供給
される。また、電解電源６１を起動させて、通電ブラシ
２７を通じてウェーハ表面の金属膜にプラスの電位を印
加し、ロータリジョイント１６を通じて電極板２３にマ
イナスの電位を印加する。

【０１３４】これにより、通電ブラシ２７を通じてウェ
ーハ表面の金属膜にプラスの電位が直接印加され、電解
液を介して電極板２２へと電流が流れることになる。従
って、ワイピング部材２４ａ下部の金属膜を電解液を介
して、陽極として通電することができ、金属膜は電解液
の電解作用によって陽極酸化され、電解液中のキレート
剤により、キレート化される。

【０１３５】上記の状態で、シリンダ装置１５に高圧エ
アを供給して、図７の矢印Ａ２の方向にピストンロッド
１５ｂを下降させ、ワイピング部材２４ａの下面をウェ
ーハＷの表面に接触させ、所定の加工圧力で押圧させ
る。この状態からウェーハテーブル４２をＸ軸方向に所
定の速度パターンで移動させ、ウェーハＷの全面を一様
に払拭する。

【０１３６】以上のように、上記構成の研磨装置は、上
述したウェーハＷに形成された金属膜の表面に、陽極酸
化によるキレート膜を生成し、除去することができる。

【０１３７】本実施形態に係る研磨装置によれば、第１
実施形態に係る研磨装置と同様の効果を奏することがで
きる。さらに、本実施形態に係る研磨装置では、研磨工
具を用いず、ワイピング部材２４ａによるワイピングの
みでウェーハ表面の金属膜の段差を緩和できることか
ら、ウェーハに対する押圧を第１実施形態に係る研磨装
置よりもさらに小さくすることができる。

【０１３８】なお、本実施形態では、ワイピング方法と
して、ワイピング部材を回転させる例を示したが、ウェ
ーハＷに対して相対的に移動できればよく、例えば、水
平運動手段を設け、ワイピング部材をウェーハＷ表面に
対して水平方向に移動させることも可能である。この水
平運動によるワイピングの場合、電解液が飛散すること
を防止するため、水平移動速度は、約１５ｍ／ｍｉｎ以
下とすることが好ましい。また、陽極酸化を促進するた
め、電解液の温度を８０℃以下程度に調節することが好
ましい。また、被研磨対象物表面に電解液を供給し、表
面張力で電解液を保持することもできる。さらに、被研
磨対象物の例としては、特に限定はないことは上述した
通りである。

【０１３９】本発明に係る研磨装置は、上述の実施形態
に限定されない。例えば、上述したように研磨対象の例
としては、銅膜以外にも、アルミニウム、タングステ
ン、金、銀等の他、それらの合金、当該合金の窒化物や
酸化物等の金属膜に広く適用することができる。また、
これらの金属膜は、配線用、コンタクト用等の用途に限
定されない。また、本実施形態では、第１および第４実
施形態においてワイピング部材２４ａや研磨工具１１を
ウェーハＷ上で回転させることにより払拭および研磨す
ることとしているが、ウェーハＷに対しワイピング部材
２４ａや研磨工具１１を相対移動可能であればよく、例
えば、ウェーハＷ表面にワイピング部材２４ａや研磨工
具１１を押圧し、ウェーハＷ表面上を水平移動させる構
成をとってもよい。さらに、ウェーハへの通電方法等、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であ
る。

【０１４０】

【実施例】以下に、本発明の研磨装置を用いた実施例に
ついて、図面を参照して説明する。

【０１４１】第１実施例図２２は、本発明の第３実施形態に係る研磨装置を用い
て、陽極酸化によるキレート化により、ウェーハＷ表面
の銅膜を除去した場合の銅膜の単位時間当たりの除去量
と、本発明の第３実施形態に係る研磨装置において、ウ
ェーハＷに電圧を印加せずに、電解液ＥＬ中にウェーハ
Ｗ表面の銅膜の酸化剤として、過酸化水素（Ｈ₂ Ｏ₂ ）
を所定の濃度加えて、酸化によるキレート化によりウェ
ーハＷ表面の銅膜を除去した場合の銅膜の単位時間当た
りの除去量を比較したものである。

【０１４２】図２２において、電圧を印加せずに酸化剤
を加えて銅を酸化し、キレート化した後に除去したもの
が（Ａ）であり、電解液としてキナルジン酸溶液を用
い、Ｈ ₂ Ｏ₂ 濃度が０％、４．５％、８％、１０．７％
における単位時間当たりの銅膜の除去量（除去速度）を
測定した。なお、電解液の液量は、１５０ｍｌとした。
また、本発明の第３実施形態に係る研磨装置を用いて銅
膜を除去したものが（Ｂ）であり、電解液ＥＬにキナル
ジン酸溶液１５０ｍｌを用い、過酸化水素は含めず、電
極板６１０およびウェーハＷに電解液ＥＬを介して、
２．２Ａの電流が流れるよう電圧を印加したときの単位
時間当たりの銅膜の除去量（除去速度）を測定した。

【０１４３】酸化剤として過酸化水素を用いた場合に、
Ｃｕは、酸化されて、銅水和イオン（［Ｃｕ（ＯＨ）
₄ ］^2-）が形成される。当該銅水和イオンが電解液ＥＬ
中のキレート剤によりキレート化され、例えば、キレー
ト剤がキナルジン酸の場合には、化学構造式（６）のキ
レートが生成され、キレート剤がグリシンの場合には、
化学構造式（７）のキレートが生成される。

【０１４４】その他の実験条件としては、ウェーハは８
インチのものを使用し、バリヤメタルとしては、厚さが
２５ｎｍのＴａを用い、層間絶縁膜には、１２００ｎｍ
の厚さのＴＥＯＳ（tetraethylorthosilicate ）膜を用
い、銅膜の厚さは１６００ｎｍのものを使用した。

【０１４５】図２２では、酸化剤である過酸化水素の量
を増やせば増やすほど、銅膜の酸化によるキレート膜の
生成量が大きくなっていることから銅膜の単位時間当た
りの除去量が増加していることがわかるが、本発明の第
３本実施形態に係る研磨装置による研磨方法を用いた場
合には、過酸化水素を加えずに、通電による銅の陽極酸
化によるキレート生成のみで、酸化剤によるよりも飛躍
的に除去レートが向上していることがわかる。

【０１４６】第２実施例図２３は、表面に銅膜を有するウェーハＷに本発明の第
３実施形態に係る研磨装置を用いて、銅膜を陽極とし
て、２．２Ａの電流を３０秒間流すごとにキレート膜を
除去し、キレート膜除去後のＣｕの膜厚を測定したもの
である。測定部分は、８インチのウェーハを直径方向に
１ポイントから２１ポイントまでに分割したときの２１
ポイントの部分について測定した。１ポイントと２１ポ
イントはウェーハのエッジからそれぞれ６ｍｍの部分と
した。なお、電解液には、キナルジン酸を使用し、Ｃｕ
膜の厚さは２０００ｎｍで、バリヤメタルは膜厚２５ｎ
ｍのＴａを用い、バリヤメタル下の層間絶縁膜には膜厚
１２００ｎｍのＴＥＯＳ膜を有するウェーハＷを使用し
た。

【０１４７】図２３において、横軸の０、１、２、３、
４、５は、それぞれ２．２Ａの電流を３０秒間通電した
回数を表している。従って、それぞれ２．２Ａの電流
を、０は通電しておらず、１は３０秒間、２はトータル
で６０秒間、３はトータルで９０秒間、４はトータルで
１２０秒間、５はトータルで１５０秒間通電したことを
示している。縦軸には、通電後に銅を除去した後の、ウ
ェーハ表面に残った銅の膜厚（ｎｍ）を示している。な
お、同様の条件で、当該測定を複数回行った。

【０１４８】当該測定結果から、電流を所定時間通電す
るごとに、通電時間に比例して、除去後のＣｕ膜の膜厚
が減少していることがわかる。なお、平均除去量は、２
０２．６８ｎｍ／ｍｉｎであった。

【０１４９】第３実施例図２４は、直径方向に１ポイントから２１ポイントまで
分割したウェーハの各ポイントにおける図２３と同様の
結果を示したものである。通電量および通電時間は、第
２実施例と同様であり、２．２Ａの電流を３０秒間通電
するのを複数回繰り返した場合のそれぞれの時点におけ
る除去後のＣｕ膜の膜厚を測定したものである。用いた
ウェーハおよび電解液の種類などの他の条件は、第２実
施例と同様である。

【０１５０】図２４において、横軸の１ポイントから２
１ポイントまでは、上述したウェーハにおける位置を示
しており、縦軸には除去後の銅の膜厚（ｎｍ）を示して
いる。２．２Ａの電流をそれぞれ、Ａは０秒間（通電
前）、Ｂは３０秒間、Ｃはトータルで６０秒間、Ｄはト
ータルで９０秒間、Ｅはトータルで１２０秒間、Ｆはト
ータルで１５０秒間通電したときのそれぞれの位置にお
ける除去後の銅の膜厚を示している。

【０１５１】本実施例によれば、各ポイントにおける銅
膜の膜厚は、ほぼ電流と時間の積に比例して、減少して
いる。なお、１ポイントと２１ポイントの銅膜の膜厚が
小さいのは、前段階であるＣｕ膜生成の際のメッキの特
性からくるものであり、本発明の研磨方法には無関係で
ある。

【０１５２】

【発明の効果】本発明によれば、機械研磨と電解研磨と
の複合作用によって金属膜を研磨するので、機械研磨に
よる金属膜の平坦化の場合に比べて、非常に高能率に金
属膜の凸部の選択的除去および平坦化が可能となる。ま
た、本発明によれば、低い研磨圧力でも十分な研磨レー
トが得られるため、研磨した金属膜にスクラッチ、ディ
ッシング、エロージョン等が発生するのを抑制すること
ができる。また、金属膜下層の絶縁膜へのダメージを抑
制できることから、半導体装置の低消費電力化および高
速化等の観点から誘電率を低減するために層間絶縁膜と
して機械的強度が比較的低い有機系低誘電率膜や多孔質
低誘電率絶縁膜を使用した場合にも、容易に適用可能で
ある。さらに、本発明によれば、電解電流をモニタリン
グすることで、研磨プロセスの管理を行うことができ、
研磨プロセスの進行状態を正確に把握することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の半導体装置の製造方法の製造
工程を示す断面図であり、（ａ）は半導体基板への絶縁
膜形成工程まで、（ｂ）はコンタクトホールおよび配線
用溝の形成工程まで、（ｃ）はバリヤ膜の形成工程まで
を示す。

【図２】図２は、図１の続きの工程を示し、（ｄ）はシ
ード膜としての銅膜の形成工程まで、（ｅ）は銅膜の形
成工程までを示す。

【図３】図３は、図２の続きの工程を示し、（ｆ）は銅
膜の陽極酸化の工程まで、（ｇ）はキレート膜の形成工
程までを示す。

【図４】図４は、図３の続きの工程を示し、（ｈ）は凸
部のキレート膜の除去工程まで、（ｉ）はキレート膜の
再形成工程までを示す。

【図５】図５は、図４の続きの工程を示し、（ｊ）は銅
膜の平坦化工程まで、（ｋ）は余分な銅膜の除去工程ま
で、（ｌ）はバリヤ膜の露出工程までを示す。

【図６】図６は、本実施形態に係る研磨装置の構成を表
す図である。

【図７】図７は、本実施形態に係る研磨装置の研磨工具
保持部の内部構造を表す拡大図である。

【図８】図８（ａ）は、本実施形態に係る研磨装置に用
いる電極板の底面図であり、（ｂ）は電極板付近の拡大
図である。

【図９】図９は、研磨工具とウェーハとの位置関係を示
す図である。

【図１０】図１０は、本発明に係る研磨装置の電解研磨
を説明するための断面図である

【図１１】図１１は、図１０の円Ｃにおける拡大断面図
である。

【図１２】図１２は、図１１の円Ｄにおける拡大断面図
である。

【図１３】図１３は、本発明の係る研磨装置の第１変形
例を示す図である。

【図１４】図１４は、本発明に係る研磨装置の第２変形
例を示す図である。

【図１５】図１５は、本発明に係る研磨装置の従来型Ｃ
ＭＰ装置に応用した第３変形例を示す図である。

【図１６】図１６は、図１５に示した研磨装置による電
解複合研磨動作を説明するための図である。

【図１７】図１７は、研磨パッドの電極構成の他の例を
示す図である。

【図１８】図１８は、研磨パッドの電極構成のさらに他
の例を示す図である。

【図１９】図１９は、本発明の第２実施形態に係る研磨
装置の概略構成図である。

【図２０】図２０は、本発明の第３実施形態に係る研磨
装置の概略構成図である。

【図２１】図２１は、本発明の第４実施形態に係る研磨
装置の要部構成図である。

【図２２】図２２は、本発明の第１実施例を説明するた
めの図である。

【図２３】図２３は、本発明の第２実施例を説明するた
めの図である。

【図２４】図２４は、本発明の第３実施例を説明するた
めの図である。

【図２５】図２５は、従来例に係るデュアルダマシン法
による銅配線の形成方法の製造工程を示す断面図であ
り、（ａ）は層間絶縁膜の形成工程まで、（ｂ）は配線
用溝およびコンタクトホールの形成工程まで、（ｃ）は
バリヤ膜の形成工程までを示す。

【図２６】図２６は、図２５の続きの工程を示し、
（ｄ）はシード膜の形成工程まで、（ｅ）は配線用層の
形成工程まで、（ｆ）は配線形成工程までを示す。

【図２７】図２７は、ＣＭＰ法による銅膜研磨工程にお
いて発生するディッシングを説明するための断面図であ
る。

【図２８】図２８は、ＣＭＰ法による銅膜研磨工程にお
いて発生するエロージョンを説明するための断面図であ
る。

【図２９】図２９は、ＣＭＰ法による銅膜研磨工程にお
いて発生するリセスを説明するための断面図である。

【図３０】図３０は、ＣＭＰ法による銅膜研磨工程にお
いて発生するスクラッチおよびケミカルダメージを説明
するための断面図である。

【符号の説明】

１０…研磨工具保持部、１１，３１１，４１１…研磨工
具、１２…フランジ部材、１３…保持装置、１３ａ…主
軸、１４…主軸モータ、１５…シリンダ装置、１５ａ…
ピストン、１５ｂ…ピストンロッド、１６，３１６，４
１６…ロータリジョイント、２０…通電軸、２０ａ…供
給ノズル、２１…押圧部材、２２…絶縁板、２３…電極
板、２４…スクラブ部材、２４ａ…ワイピング部材、２
５…弾性部材、２６…連結部材、２７…通電ブラシ、２
８…通電部材、３０…Ｚ軸位置決め機構部、３１…Ｚ軸
サーボモータ、３１ａ…ボールネジ軸、３２…Ｚ軸スラ
イダ、３３…ガイドレール、４０…Ｘ軸移動機構部、４
２，３４２，４４２…ウェーハテーブル、４４…駆動モ
ータ、４５…保持装置、４６…ベルト、４７…加工パ
ン、４８…Ｘ軸スライダ、４９…Ｘ軸サーボモータ、５
１…Ｚ軸ドライバ、５２…主軸ドライバ、５３…テーブ
ルドライバ、５４…Ｘ軸ドライバ、５５，５５５，６５
５…コントローラ、５６，５５６，６５６…コントロー
ルパネル、６１，５６１，６６１…電解電源、６２，５
６２，６６２…電流計、６３…抵抗計、７１…スラリー
供給装置、８１…電解液供給装置、１０１…半導体基
板、１０２…層間絶縁膜、１０３…バリヤ膜、１０４…
シード膜、１０５…銅膜、１０６…キレート膜、１２０
…陰極部材、２０１…定盤、２０２，２２１，２４１…
研磨パッド、２０３，２２３，２４３…陰極電極、２０
４…陽極電極、２０６，２２４，２４４…絶縁体、２０
７…ウェーハチャック、２０８…電解液・スラリー供給
部、２１０…銅膜、４１０…リテーナリング、５０１，
６０１…水槽、５１０，６１０…電極板、５２０…ジェ
ットポンプ、５２１，５２２…管、５３１，６３１…第
１保持部材、５３２，６３２…第２保持部材、５３３…
Ｚ軸位置決め機構、６３４…第３保持部材、６４０…パ
ルスジェネレータ、６４１…アンプ、６４３…加振器、
６４４…第４保持部材、７１０…通電ブラシ、ＳＣ…ス
クラッチ、ＣＤ…ケミカルダメージ、ＥＬ…電解液、Ｓ
Ｌ…スラリー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者由尾啓東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者大鳥居英東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者安田善哉東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者石原成郎東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者野上毅東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者駒井尚紀東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 3C059 AA02 AB01 HA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された絶縁膜上に配線用溝を
形成する工程と、前記配線用溝を埋め込むように、前記絶縁膜上の全面に
前記配線用溝の段差に応じた凹凸形状を表面に有する銅
膜を堆積させる工程と、陰極部材と前記銅膜との間にキレート剤を含む電解液を
介在させ、前記陰極部材を陰極とし前記銅膜を陽極とし
て電圧を印加して、前記銅膜の表面を酸化し、かつ当該
酸化された銅のキレート膜を形成するキレート膜形成工
程と、前記銅膜の凹凸に応じた前記キレート膜の凸部分を選択
的に除去し、当該凸部分の銅膜を表面に露出させるキレ
ート膜除去工程と、前記銅膜の凸部が平坦化されるまで、前記キレート膜形
成工程と前記キレート膜除去工程とを繰り返し行う半導
体装置の製造方法。
【請求項２】前記銅膜の凸部を平坦化した後に、前記配
線用溝の外部に堆積された銅膜を除去するまで前記銅膜
の表面に形成されたキレート膜を除去する工程をさらに
有する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記配線用溝を形成する工程の後、前記銅
膜を堆積させる工程の前に、前記絶縁膜上および前記溝
内を被覆して前記銅膜の前記絶縁膜への拡散を防ぐため
の導電性材料からなるバリヤ膜を形成するバリヤ膜形成
工程をさらに有する、請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記陰極部材を陰極として電圧を印加する
工程において、前記キレート膜の凸部分の除去に用いる
導電性を有する研磨工具を陰極として電圧を印加する請
求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記銅膜を陽極として電圧を印加する工程
において、前記銅膜に接触または接近する陽極部材を陽
極とし、前記電解液を通じて前記銅膜を陽極とする請求
項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記陰極部材を陰極として電圧を印加する
工程において、前記銅膜に平行に配置された導電性を有
する電極板を陰極として電圧を印加する請求項１記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記陰極部材を陰極として電圧を印加する
工程において、前記銅膜に平行に配置された導電性を有
する電極板を陰極として電圧を印加する請求項３記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記キレート膜除去工程において、払拭、
または機械研磨により除去する請求項１記載の半導体装
置の製造方法。
【請求項９】前記キレート膜除去工程において、研磨砥
粒を含む化学研磨剤を用いて前記キレート膜を化学機械
研磨により除去する請求項１記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項１０】前記キレート膜除去工程において、払
拭、または機械研磨により除去する請求項３記載の半導
体装置の製造方法。
【請求項１１】前記キレート膜除去工程において、研磨
工具を前記キレート膜の表面に相対的に移動させて、キ
レート膜を除去する請求項１０記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項１２】前記キレート膜除去工程において、振動
を前記基板に与えることにより除去する請求項１記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項１３】前記キレート膜除去工程において、前記
電解液を流動させることにより前記キレート膜を除去す
る請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】前記キレート膜形成工程および前記キレ
ート膜除去工程において、前記陰極部材と前記銅膜に流
れる電流をモニタし、当該電流値の大きさに基づいて前
記銅膜の研磨の進行を管理して行う請求項１記載の半導
体装置の製造方法。
【請求項１５】前記キレート膜形成工程および前記キレ
ート膜除去工程において、前記陰極部材と前記銅膜に流
れる電流をモニタし、当該電流値の大きさに基づいて前
記銅膜の研磨の進行を管理して行う請求項３記載の半導
体装置の製造方法。
【請求項１６】前記バリヤ膜形成工程において、前記バ
リヤ膜の形成材料として、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｏ、Ｔａ
Ｎ、ＴｉＮ、ＷＮ、ＣｏＷまたはＣｏＷＰのいずれかを
用いて前記バリヤ膜を形成する請求項３記載の半導体装
置の製造方法。
【請求項１７】前記キレート膜として、前記銅膜よりも
電気的抵抗が高く、かつ、機械的強度が低いキレート膜
となるキレート剤を用いる請求項１記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項１８】前記キレート膜として、前記銅膜よりも
電気的抵抗が高く、かつ、機械的強度が低いキレート膜
となるキレート剤を用いる請求項３記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項１９】前記キレート剤として、キナルジン酸、
グリシン、クエン酸、シュウ酸、またはプロピオン酸の
いずれかを用いる請求項１記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項２０】前記キレート剤として、キナルジン酸、
グリシン、クエン酸、シュウ酸、またはプロピオン酸の
いずれかを用いる請求項３記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項２１】前記配線用溝を形成する工程において、
前記配線用溝の形成とともに、前記絶縁膜の下層に形成
された不純物拡散層または配線と、前記配線溝に形成さ
れる配線とを接続するためのコンタクトホールを形成
し、前記銅膜を堆積させる工程において、前記配線用溝とと
もに前記コンタクトホールに銅を埋め込む請求項１記載
の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】前記配線用溝を形成する工程において、
前記配線用溝の形成とともに、前記絶縁膜の下層に形成
された不純物拡散層または配線と、前記配線溝に形成さ
れる配線とを接続するためのコンタクトホールを形成
し、前記銅膜を堆積させる工程において、前記配線用溝とと
もに前記コンタクトホールに銅を埋め込む請求項３記載
の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】被研磨面に銅膜を有する被研磨対象物の
研磨方法であって、陰極部材と前記被研磨面との間にキレート剤を含む電解
液を介在させ、前記陰極部材を陰極とし前記被研磨対象
物の被研磨面を陽極として電圧を印加して、前記銅膜の
表面を酸化し、かつ当該酸化された銅のキレート膜を形
成するキレート膜形成工程と、前記銅膜の表面形状に応じたキレート膜の凸部分を選択
的に除去し、当該凸部分の銅膜を表面に露出させるキレ
ート膜除去工程と、前記銅膜の凸部分が平坦化されるまで前記キレート膜形
成工程と前記キレート膜除去工程とを繰り返し行う研磨
方法。
【請求項２４】前記被研磨対象物には、異なる材料から
なる複数の膜が積層されており、前記キレート膜形成工程およびキレート膜除去工程にお
いて、前記電解液を通じて前記被研磨対象物の表面から
前記陰極部材に流れる電流をモニタし、当該電流の大き
さに基づいて研磨の進行を管理する請求項２３記載の研
磨方法。
【請求項２５】基板上に形成された絶縁膜に少なくとも
溝または孔を形成する工程と、前記溝または孔を埋め込むように、前記絶縁膜上に金属
膜を堆積させる工程と、陰極部材と前記金属膜との間に電解液を介在させる工程
と、前記陰極部材を陰極とし前記金属膜を陽極として所定の
電圧を印加する工程と、前記金属膜表面を除去する工程とを有し、前記金属膜表面の凹凸が緩和するまで前記金属膜の除去
を行う半導体装置の製造方法。
【請求項２６】前記絶縁膜は、シリコン酸化膜を含む請
求項２５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２７】前記絶縁膜は、シリコン窒化膜を含む請
求項２５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２８】前記絶縁膜は、シリコン酸化膜よりも誘
電率が低い絶縁膜を含む請求項２５記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項２９】前記シリコン酸化膜よりも誘電率が低い
絶縁膜は、ＳｉＦ、ＳｉＯＣＨ、ポリアリールエーテ
ル、ポーラスシリカ、ポリイミドのいずれかを含む請求
項２８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３０】前記絶縁膜に少なくとも溝または孔を形
成する工程においては、溝と孔のうちのいずれかを形成
し、前記絶縁膜上に金属膜を堆積させる工程においては、前
記溝と孔のうちのいずれかを埋め込むように形成する請
求項２５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３１】前記絶縁膜に少なくとも溝または孔を形
成する工程においては、溝と当該溝の底面に連通する孔
を形成し、前記絶縁膜上に金属膜を堆積させる工程においては、前
記溝と当該溝の底面に連通する孔をともに埋め込むよう
に形成する請求項２５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３２】前記絶縁膜上に金属膜を堆積させる工程
において、化学気相成長法あるいは物理気相成長法によ
り少なくともＡｌ、Ｗ、ＷＮ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇのいず
れかあるいはその合金を堆積させる請求項２５記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項３３】前記絶縁膜上に金属膜を堆積させる工程
において、電気メッキにより少なくともＣｕ、Ａｕ、Ａ
ｇのいずれかあるいはその合金を堆積させる請求項２５
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３４】前記絶縁膜上に金属膜を堆積させる工程
において、無電解メッキにより少なくともＣｏ、Ｎｉ、
ＣｏＷＰ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇのいずれかあるいはその合
金を堆積させる請求項２５記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項３５】前記陰極部材と前記金属膜との間に電解
液を介在させる工程において、電解質と添加剤を含む電
解液を介在させる請求項２５記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項３６】前記電解液は、Ｃｕイオンを含む請求項
３５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３７】前記電解液は、前記添加剤として少なく
とも光沢剤またはキレート剤を含む請求項３５記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項３８】前記陰極部材を陰極とし前記金属膜を陽
極として所定の電圧を印加する工程において、前記陰極
部材と前記金属膜の間に周期性パルスを印加する請求項
２５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３９】前記周期性パルスとして矩形パルス、サ
イン波形、鋸歯状波形、ＰＡＭ波形を印加する請求項３
８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４０】前記陰極部材を陰極とし前記金属膜を陽
極として所定の電圧を印加する工程において、前記陰極
部材と前記金属膜を流れる電流が前記金属膜除去の終点
付近で小さくなるように設定された周期性パルスを印加
する請求項３８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４１】前記陰極部材を陰極とし前記金属膜を陽
極として所定の電圧を印加する工程において、前記陰極
部材と前記金属膜を流れる電流がステップ状に変化する
ように設定された周期性パルスを印加する請求項３８記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項４２】前記陰極部材を陰極とし前記金属膜を陽
極として所定の電圧を印加する工程において、前記陰極
部材と前記金属膜を流れる電流が金属膜除去の初期にお
いて徐々に増加するように設定された周期性パルスを印
加する請求項３８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４３】前記金属膜表面を除去する工程におい
て、前記金属膜表面をワイピングすることにより前記金
属膜を除去する請求項２５記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項４４】前記金属膜表面をワイピングする工程に
おいて、通気孔を設けたワイピング部材により前記金属
膜表面をワイピングする請求項４３記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項４５】前記金属膜表面をワイピングする工程に
おいて、弾塑性体材料を有するワイピング部材により前
記金属膜表面をワイピングする請求項４３記載の半導体
装置の製造方法。
【請求項４６】前記陰極部材と前記金属膜との間に電解
液を介在させる工程の後、前記電解液を所定の温度に調
整する工程を有する請求項２５記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項４７】前記電解液を所定の温度に調整する工程
において、前記電解液の温度を８０℃以下に調整する請
求項４６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４８】前記絶縁膜に溝または孔を形成する工程
の後、前記絶縁膜上に金属膜を堆積させる工程の前に、
前記溝または孔を埋め込むように前記絶縁膜上に、前記
金属膜の前記絶縁膜への拡散を防止するためのバリア膜
を堆積させる工程をさらに有し、前記絶縁膜上に金属膜
を堆積させる工程において、前記バリア膜上に前記金属
膜を堆積させる請求項２５記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項４９】前記絶縁膜上にバリア膜を堆積させる工
程において、少なくともＴｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、
Ｗ、ＷＮ、Ｃｏ、ＣｏＷＰ、ＴｉＳｉＮ、ＮｉＷＰのい
ずれかまたはその積層膜を堆積させる請求項４８記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項５０】前記金属膜表面を除去する工程におい
て、前記溝または孔の外部に堆積された前記金属膜を除
去するまで前記金属膜の除去を繰り返し行う請求項２５
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５１】前記陰極部材を陰極とし前記金属膜を陽
極として所定の電圧を印加する工程および前記金属膜表
面を除去する工程において、前記陰極部材と前記金属膜
間に前記所定の電圧を印加した状態で前記金属膜表面を
除去する請求項２５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５２】前記陰極部材を陰極とし前記金属膜を陽
極として所定の電圧を印加する工程および前記金属膜表
面を除去する工程において、前記陰極部材と前記金属膜
間に前記所定の電圧を印加してから所定の時間経過後
に、前記金属膜表面を除去する請求項２５記載の半導体
装置の製造方法。