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JP2009094343A - Electrochemical polishing method and polishing method - Google Patents

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JP2009094343A
JP2009094343A JP2007264468A JP2007264468A JP2009094343A JP 2009094343 A JP2009094343 A JP 2009094343A JP 2007264468 A JP2007264468 A JP 2007264468A JP 2007264468 A JP2007264468 A JP 2007264468A JP 2009094343 A JP2009094343 A JP 2009094343A
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JP
Japan
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voltage
polishing
conductive film
substrate
polishing pad
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JP2007264468A
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Japanese (ja)
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Yasushi Taima
康 當間
Akira Kodera
章 小寺
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical polishing method capable of increasing a polishing speed while preventing excessive polishing, such as dishing or erosion. <P>SOLUTION: When a voltage applied to a conductive film formed on the surface of a substrate is increased under a contact surface pressure of 0 between the surface of the substrate and a polishing pad, a voltage at a first change point C that a current density changes from increase to decrease is referred to as a minimum voltage. In addition, when the voltage is increased under a contact surface pressure having a finite value, a voltage at a second change point B that the current density changes from decrease after the increase to constant is referred to as a maximum voltage. In this case, the surface of the conductive film is polished while maintaining the voltage to be not lower than the minimum voltage and not higher than the maximum voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電解複合研磨方法および研磨方法に関するものである。   The present invention relates to an electrolytic composite polishing method and a polishing method.

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6(a)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、コンタクトプラグや配線形成用の凹部(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の表面にタングステン等からなる金属導電膜(以下「導電膜」という。)66を形成して凹部63内に金属導電材料を埋込む。なお層間絶縁膜62の凹部63に倣って、導電膜66の表面には凹部67が形成される。その後、凹部63の外側に形成された余分な導電膜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。   As a wiring formation process of a semiconductor device, a so-called damascene process in which a wiring metal is buried in a wiring recess such as a trench or a via hole provided in an insulating film is being used. In this damascene process, as shown in FIG. 6A, a contact plug or a recess for forming a wiring (hereinafter referred to as “recess”) is formed in an insulating film (interlayer insulating film) 62 made of a so-called low-k material on a substrate. 63), and then a barrier metal film (hereinafter referred to as "barrier film") 64 made of titanium nitride or the like is formed on the entire surface of the interlayer insulating film 62 including the recess 63, and tungsten is formed on the surface of the barrier film 64. A metal conductive film (hereinafter referred to as “conductive film”) 66 is formed, and a metal conductive material is embedded in the recess 63. A recess 67 is formed on the surface of the conductive film 66 following the recess 63 of the interlayer insulating film 62. Thereafter, this is generally performed by removing the excess conductive film 66 and barrier film 64 formed outside the recess 63.

タングステンからなる導電膜66の除去は、化学機械研磨(CMP)で行われる。CMPは、図11に示すように、基板W表面の導電膜にスラリー52を供給しつつ、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、導電膜の表面を研磨するものである(例えば、非特許文献1参照)。スラリー52には砥粒および酸化剤が含まれ、この酸化剤により図6(a)に示す導電膜66の表面にタングステン酸化膜が形成される。導電膜の上段部H(凹部67の外側)に形成されたタングステン酸化膜は研磨パッドとの接触により除去されるので、上段部Hの導電膜66は研磨される。これに対して、導電膜の下段部L(凹部67の内側)に形成されたタングステン酸化膜は研磨パッドと接触しないので除去されず、下段部の導電膜66は研磨されない。これにより、導電膜66の表面の段差(凹部67)が解消されるようになっている。
土肥俊郎編著、「詳説 半導体CMP技術」、工業調査会、2000年12月、p277−p284
The removal of the conductive film 66 made of tungsten is performed by chemical mechanical polishing (CMP). As shown in FIG. 11, in the CMP, the slurry 52 is supplied to the conductive film on the surface of the substrate W, and the substrate W and the polishing pad 101 are moved relative to each other while pressing the surface of the substrate W against the polishing pad 101. Is polished (see, for example, Non-Patent Document 1). The slurry 52 contains abrasive grains and an oxidizing agent, and a tungsten oxide film is formed on the surface of the conductive film 66 shown in FIG. Since the tungsten oxide film formed on the upper stage H of the conductive film (outside the recess 67) is removed by contact with the polishing pad, the conductive film 66 on the upper stage H is polished. On the other hand, the tungsten oxide film formed in the lower part L of the conductive film (inside the recess 67) is not removed because it does not contact the polishing pad, and the lower conductive film 66 is not polished. Thereby, the level | step difference (recessed part 67) of the surface of the electrically conductive film 66 is eliminated.
Edited by Toshiro Tohi, “Detailed Semiconductor CMP Technology”, Industrial Research Council, December 2000, p277-p284

上述したCMPによるタングステン研磨方法では、pH<4の酸性スラリーを使用して相当な厚さのタングステン酸化膜を形成し、このタングステン酸化膜を機械的に研磨するメカニズムを採用しているので、研磨速度が低くなるという問題がある。研磨速度を向上させるためには、高濃度の砥粒を含むスラリーに加えて、高研磨圧力が必要になる。しかしながらこの場合には、導電膜の表面にスクラッチなどのダメージやディッシング(導電膜の過剰研磨)が発生しやすいという問題がある。また、研磨すべきでない層間絶縁膜も研磨してしまうため、エロージョン(絶縁膜の過剰研磨)が発生しやすいという問題がある。   The tungsten polishing method by CMP described above employs a mechanism in which an acidic slurry having a pH <4 is used to form a tungsten oxide film having a considerable thickness, and this tungsten oxide film is mechanically polished. There is a problem that the speed becomes low. In order to improve the polishing rate, a high polishing pressure is required in addition to the slurry containing a high concentration of abrasive grains. However, in this case, there is a problem that damage such as scratches or dishing (excessive polishing of the conductive film) easily occurs on the surface of the conductive film. Further, since the interlayer insulating film that should not be polished is also polished, there is a problem that erosion (excess polishing of the insulating film) is likely to occur.

そこで本発明は、ディッシングやエロージョンなどの過剰研磨を防止しつつ、導電膜の表面の段差を迅速に解消することが可能な電解複合研磨方法および研磨方法の提供を課題とする。なお、「電解複合研磨」を「電解研磨」の派生技術として「電解研磨」に含めて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。   Therefore, an object of the present invention is to provide an electrolytic composite polishing method and a polishing method capable of quickly eliminating a step on the surface of a conductive film while preventing excessive polishing such as dishing and erosion. Although “electrolytic polishing” may be used as a derivative technique of “electrolytic polishing” in “electrolytic polishing”, the term “electrolytic composite polishing” is used in this specification.

pH4〜10の電解液を導電膜に接触させて印加電圧を増加させると、所定電圧において電流密度が急激に変化する。導電膜への印加電圧を0から増加させると、電圧に比例して電流密度は増加するが、第1変化点(例えば図7のA点)の第1変化電圧を超えて電圧を増加させると、電流密度は増加から減少に転じる。さらに第2変化点(例えば図7のB点)の第2変化電圧を超えて電圧を増加させると、電流密度の減少度合いが低下し、電流密度が減少しなくなって略一定値に転じる。第1変化電圧以下の電圧を印加した場合には、電解液に対して溶解性の保護膜が導電膜の表面に形成されているが、第2変化電圧以上の電圧を印加した場合には、電解液に対して不溶性の保護膜が導電膜の表面に形成されるものと考えられる。   When the applied voltage is increased by bringing a pH 4-10 electrolytic solution into contact with the conductive film, the current density rapidly changes at a predetermined voltage. When the voltage applied to the conductive film is increased from 0, the current density increases in proportion to the voltage, but when the voltage is increased beyond the first change voltage at the first change point (for example, point A in FIG. 7). The current density turns from increasing to decreasing. When the voltage is further increased beyond the second change voltage at the second change point (for example, point B in FIG. 7), the degree of decrease in the current density is reduced, the current density is not reduced, and the value changes to a substantially constant value. When a voltage lower than the first change voltage is applied, a protective film that is soluble in the electrolyte is formed on the surface of the conductive film, but when a voltage higher than the second change voltage is applied, It is considered that a protective film that is insoluble in the electrolytic solution is formed on the surface of the conductive film.

本願の発明者は、上述した第1および第2変化電圧が、基板と研磨パッドとの接触面圧により変化することを見出した。接触面圧が高いほど、第1および第2変化電圧が大きくなり、電流密度も大きくなるのである。接触面圧を0とした場合の第1変化電圧(例えば図7のC点電圧)以下の電圧を印加すると、電解液に対して溶解性の保護膜が導電膜の表面全体に形成される。また、接触面圧を有限値とした場合の第2変化電圧(例えば図7のB点電圧)以上の電圧を印加すると、電解液に対して不溶性の保護膜が導電膜の表面全体に形成される。これらは、導電膜の表面における段差の有無にかかわらず同様である。   The inventor of the present application has found that the first and second change voltages described above change depending on the contact surface pressure between the substrate and the polishing pad. The higher the contact surface pressure, the higher the first and second change voltages and the higher the current density. When a voltage equal to or lower than the first change voltage (for example, the point C voltage in FIG. 7) when the contact surface pressure is 0 is applied, a protective film that is soluble in the electrolytic solution is formed on the entire surface of the conductive film. Further, when a voltage higher than the second change voltage (for example, the voltage at point B in FIG. 7) when the contact surface pressure is a finite value is applied, a protective film that is insoluble with respect to the electrolytic solution is formed on the entire surface of the conductive film. The These are the same regardless of the presence or absence of a step on the surface of the conductive film.

そこで本発明は、前記接触面圧を0とした状態で前記電圧を増加させた場合に、電流密度が増加から減少に転じる電圧(例えば図7のC点電圧)を最小電圧とし、前記接触面圧を有限値とした状態で前記電圧を増加させた場合に、電流密度が増加後の減少から減少しなくなるように転じる電圧(例えば図7のB点電圧)を最大電圧とし、前記最小電圧以上かつ前記最大電圧以下に前記電圧を維持しつつ、前記導電膜の表面を研磨する構成とした。
この構成によれば、導電膜の表面に段差がある場合において、導電膜と研磨パッドとの接触面圧が有限値となる上段部(例えば図8(b)の上段部H)には溶解性の保護膜が形成され、その保護膜が研磨により完全に除去される。また、導電膜と研磨パッドとの接触面圧が0となる下段部(例えば図8(b)の下段部L)には不溶性の保護膜が形成され、その保護膜が研磨されずに残留する。これにより、上段部では導電膜の電解液中への溶解が促進され、下段部では導電膜の溶解が抑制される。したがって、導電膜の表面の段差を迅速に解消することができる。
また、保護膜に覆われた下段部の研磨速度が極端に遅くなるので、導電膜にディッシングが入りにくくなる。また、印加電圧を調整することにより上段部の研磨速度を制御できるため、研磨パッドと導電膜との接触面圧を低く設定することが可能になり、エロージョンを抑制することができる。
Accordingly, the present invention sets the voltage at which the current density changes from increasing to decreasing when the voltage is increased in a state where the contact surface pressure is 0 (for example, the voltage at point C in FIG. 7) as the minimum voltage, When the voltage is increased in a state where the pressure is finite, the voltage at which the current density changes so as not to decrease from the decrease after the increase (for example, the voltage at point B in FIG. 7) is set to the maximum voltage, and is equal to or higher than the minimum voltage. And the surface of the said electrically conductive film was grind | polished, maintaining the said voltage below the said maximum voltage.
According to this configuration, when there is a step on the surface of the conductive film, the upper step portion (for example, the upper step portion H in FIG. 8B) has a solubility in the contact surface pressure between the conductive film and the polishing pad. The protective film is formed, and the protective film is completely removed by polishing. In addition, an insoluble protective film is formed on the lower part where the contact surface pressure between the conductive film and the polishing pad is 0 (for example, the lower part L in FIG. 8B), and the protective film remains without being polished. . As a result, dissolution of the conductive film into the electrolytic solution is promoted at the upper stage, and dissolution of the conductive film is suppressed at the lower stage. Therefore, the step on the surface of the conductive film can be quickly eliminated.
In addition, since the polishing rate of the lower stage portion covered with the protective film is extremely slow, dishing is difficult to enter the conductive film. Further, since the polishing rate of the upper stage can be controlled by adjusting the applied voltage, the contact surface pressure between the polishing pad and the conductive film can be set low, and erosion can be suppressed.

また本発明は、前記接触面圧を0とした状態で、前記電圧を増加させた場合に、電流密度が増加から減少に転じる電圧(例えば図7のC点電圧)を最小電圧とし、前記接触面圧を有限値とした状態で、前記電圧を増加させた場合に、電流密度が増加後の減少から減少しなくなるように転じる電圧(例えば図7のB点電圧)を最大電圧とし、前記最小電圧以上かつ前記最大電圧以下に前記電圧を維持しつつ、前記導電膜の表面を研磨する構成とした。
この構成によれば、導電膜の表面に段差がある場合において、導電膜と研磨パッドとの接触面圧が有限値となる上段部(例えば図8(b)の上段部H)の電流密度と、接触面圧が0となる下段部(例えば図8(b)の下段部L)の電流密度との差を大きくすることができる。この電流密度の差は、導電膜の上段部と下段部との研磨速度の差に対応する。したがって、導電膜の表面の段差を迅速に解消することができる。
In the present invention, when the voltage is increased in a state where the contact surface pressure is 0, the voltage at which the current density turns from increasing to decreasing (for example, the voltage at point C in FIG. 7) is set to the minimum voltage, and the contact When the voltage is increased in a state where the surface pressure is finite, the voltage at which the current density turns so as not to decrease from the decrease after the increase (for example, the voltage at point B in FIG. 7) is set as the maximum voltage, and the minimum It was set as the structure which grind | polishes the surface of the said electrically conductive film, maintaining the said voltage below the said maximum voltage more than a voltage.
According to this configuration, when there is a step on the surface of the conductive film, the current density of the upper part (for example, the upper part H of FIG. 8B) at which the contact surface pressure between the conductive film and the polishing pad has a finite value is obtained. The difference from the current density of the lower part where the contact surface pressure is 0 (for example, the lower part L of FIG. 8B) can be increased. This difference in current density corresponds to the difference in polishing rate between the upper and lower portions of the conductive film. Therefore, the step on the surface of the conductive film can be quickly eliminated.

前記電解液のpHを調整することにより、前記導電膜の研磨速度を制御することを特徴とする。
電解液のpHが大きいほど導電膜の溶解が促進されるため、電解液のpHを調整することにより導電膜の研磨速度を制御することができる。
The polishing rate of the conductive film is controlled by adjusting the pH of the electrolytic solution.
Since dissolution of the conductive film is promoted as the pH of the electrolytic solution increases, the polishing rate of the conductive film can be controlled by adjusting the pH of the electrolytic solution.

前記電解液は、前記導電膜と反応して電気絶縁性物質を生成する添加剤を含み、前記添加剤の濃度を調整することにより、前記導電膜の研磨速度を制御することを特徴とする。
前記添加剤の濃度が高いほど強固な保護膜が形成されて研磨により除去しにくくなるため、前記添加剤の濃度を調整することにより導電膜の研磨速度を制御することができる。
The electrolytic solution includes an additive that reacts with the conductive film to generate an electrically insulating material, and controls a polishing rate of the conductive film by adjusting a concentration of the additive.
As the concentration of the additive increases, a stronger protective film is formed and is difficult to remove by polishing. Therefore, the polishing rate of the conductive film can be controlled by adjusting the concentration of the additive.

前記研磨パッドの回転数を調整することにより、前記導電膜の研磨速度を制御することを特徴とする。
研磨パッドの回転数が大きいほど保護膜の除去が進行して導電膜の溶解が促進されるため、研磨パッドの回転数を調整することにより導電膜の研磨速度を制御することができる。
The polishing rate of the conductive film is controlled by adjusting the number of rotations of the polishing pad.
As the number of revolutions of the polishing pad increases, the removal of the protective film proceeds and the dissolution of the conductive film is promoted, so that the polishing rate of the conductive film can be controlled by adjusting the number of revolutions of the polishing pad.

基板表面を研磨パッドに所定の接触面圧で押圧しながら前記基板と前記研磨パッドとを相対移動させて、前記基板表面の導電膜を研磨する研磨工程を有する研磨方法であって、前記基板と前記研磨パッドとを相対移動させつつ前記接触面圧を有限値とした状態で、前記導電膜に電解液を接触させながら電圧を印加し、該電圧を増加させた場合に、電流密度が増加後の減少から減少しなくなるように転じる電圧を閾値電圧とし、前記研磨工程の前に、前記基板と前記研磨パッドとを非接触とした状態で、前記導電膜に電解液を接触させながら前記閾値電圧以上の電圧を印加して、前記導電膜の表面に保護膜を形成する保護膜形成工程を有することを特徴とする。
この構成によれば、保護膜形成工程において閾値電圧以上の電圧を印加することにより、電解液に対して不溶性の保護膜が形成される。次の研磨工程では、導電膜の上段部に形成された保護膜は研磨によって除去されるが、導電膜の下段部に形成された保護膜は研磨されずに残留する。これにより、導電膜の表面の段差を迅速に解消することができる。
A polishing method comprising a polishing step of polishing the conductive film on the substrate surface by relatively moving the substrate and the polishing pad while pressing the substrate surface against the polishing pad with a predetermined contact surface pressure, In the state where the contact surface pressure is a finite value while moving relative to the polishing pad, when a voltage is applied while the electrolyte is in contact with the conductive film, and the voltage is increased, the current density increases. The threshold voltage is a voltage that changes so as not to decrease from the decrease of the threshold voltage, and the threshold voltage is maintained while the electrolytic solution is in contact with the conductive film in a state where the substrate and the polishing pad are not in contact before the polishing step. It has a protective film forming step of applying the above voltage to form a protective film on the surface of the conductive film.
According to this configuration, a protective film that is insoluble with respect to the electrolytic solution is formed by applying a voltage equal to or higher than the threshold voltage in the protective film forming step. In the next polishing step, the protective film formed on the upper part of the conductive film is removed by polishing, but the protective film formed on the lower part of the conductive film remains without being polished. Thereby, the level | step difference of the surface of an electrically conductive film can be eliminated rapidly.

前記研磨工程は、化学機械研磨工程または電解複合研磨工程であることを特徴とする。
研磨工程の前に保護膜を形成するので、化学機械研磨および電解複合研磨のいずれの研磨方法を採用した場合でも、導電膜の表面の段差を迅速に解消することができる。
The polishing process is a chemical mechanical polishing process or an electrolytic composite polishing process.
Since the protective film is formed before the polishing step, the step on the surface of the conductive film can be quickly eliminated regardless of which of chemical mechanical polishing and electrolytic composite polishing is employed.

本発明によれば、導電膜の表面に段差がある場合において、導電膜と研磨パッドとの接触面圧が有限値となる上段部には溶解性の保護膜が形成され、その保護膜が研磨により完全に除去される。また、導電膜と研磨パッドとの接触面圧が0となる下段部には不溶性の保護膜が形成され、その保護膜が研磨されずに残留する。これにより、上段部では導電膜の電解液中への溶解が促進され、下段部では導電膜の溶解が抑制される。したがって、導電膜の表面の段差を迅速に解消することができる。   According to the present invention, when there is a step on the surface of the conductive film, a soluble protective film is formed on the upper portion where the contact surface pressure between the conductive film and the polishing pad has a finite value, and the protective film is polished. Is completely removed. In addition, an insoluble protective film is formed on the lower portion where the contact surface pressure between the conductive film and the polishing pad is 0, and the protective film remains without being polished. As a result, dissolution of the conductive film into the electrolytic solution is promoted at the upper stage, and dissolution of the conductive film is suppressed at the lower stage. Therefore, the step on the surface of the conductive film can be quickly eliminated.

(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。
(Substrate processing equipment)
FIG. 1 is a plan view showing an arrangement configuration of a substrate processing apparatus provided with an electrolytic composite polishing apparatus according to the present invention. The substrate processing apparatus 300 includes a load / unload stage that accommodates a substrate cassette 204 that stocks a large number of substrates W. A transport robot 202 having two hands is arranged on the traveling mechanism 200 so as to reach each substrate cassette 204 in the load / unload stage. The traveling mechanism 200 employs a traveling mechanism composed of a linear motor. By adopting a traveling mechanism composed of a linear motor, it is possible to stably and stably carry a substrate having a large diameter and an increased weight. An ITM (In-line Thickness Monitor) 224 that measures the film thickness on the substrate before or after polishing is disposed on the extended line of the traveling mechanism 200.

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。   Two drying units 212 are arranged on the opposite side of the substrate cassette 204 with the traveling mechanism 200 of the transfer robot 202 interposed therebetween. Each drying unit 212 is disposed at a position where the hand of the transfer robot 202 can reach. In addition, a substrate station 206 including four substrate platforms is disposed between the two drying units 212 at a position where the transfer robot 202 can reach.

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。   A transfer robot 208 is disposed at a position that can reach each drying unit 212 and the substrate station 206. A cleaning unit 214 is disposed at a position where the hand of the transfer robot 208 can reach so as to be adjacent to the drying unit 212. The rotary transporter 210 is arranged at a position where the hand of the transfer robot 208 can reach, and two electrolytic composite polishing apparatuses 250 according to the present embodiment are arranged at a position where the rotary transporter 210 and the substrate can be delivered.

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。   Each electrolytic composite polishing apparatus 250 includes a substrate head 1, a polishing table 100, a polishing pad 101 (see FIG. 2 and the like), an electrolytic solution supply nozzle (electrolytic solution supply unit) 102 that supplies an electrolytic solution to the polishing pad 101, and a polishing pad 101. A dresser 218 for performing dressing and a water tank 222 for cleaning the dresser 218.

(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。
(Electrolytic complex polishing equipment)
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the electrolytic composite polishing apparatus 250. As shown in FIG. 2, the substrate head 1 is connected to a head drive shaft 11 via a universal joint portion 10, and the head drive shaft 11 is connected to a head air cylinder 111 fixed to a swing arm 110. Has been. The head drive shaft 11 is moved up and down by the head air cylinder 111 to raise and lower the entire substrate head 1 and press the retainer ring 3 fixed to the lower end of the head body 2 against the polishing table 100. The head air cylinder 111 is connected to the compressed air source 120 via a regulator RE1, and the regulator RE1 can adjust the fluid pressure such as the air pressure of the pressurized air supplied to the head air cylinder 111. . Thereby, the pressing force with which the retainer ring 3 presses the polishing pad 101 can be adjusted.

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。   The head drive shaft 11 is connected to the rotary cylinder 112 via a key (not shown). The rotating cylinder 112 includes a timing pulley 113 on the outer periphery thereof. A head motor 114 as a rotation drive unit is fixed to the swing arm 110, and the timing pulley 113 is connected to a timing pulley 116 provided in the head motor 114 via a timing belt 115. Accordingly, when the head motor 114 is driven to rotate, the rotary cylinder 112 and the head drive shaft 11 rotate together via the timing pulley 116, the timing belt 115, and the timing pulley 113, and the substrate head 1 rotates. The swing arm 110 is supported by a shaft 117 that is fixedly supported by a frame (not shown).

(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。
(Substrate head)
3 is a sectional view showing the substrate head 1, and FIG. 4 is a bottom view of the substrate head 1 shown in FIG. As shown in FIG. 3, the substrate head 1 includes a cylindrical container-shaped head main body 2 having an accommodating space therein, and a retainer ring 3 fixed to the lower end of the head main body 2. The head body 2 is formed of a material having high strength and rigidity, such as metal and ceramics. The retainer ring 3 is made of a highly rigid resin such as PPS (polyphenylene sulfide) or an insulating material such as ceramics.

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。   The head body 2 is fitted to a cylindrical container-like housing part 2a, an annular pressure sheet support part 2b fitted inside the cylindrical part of the housing part 2a, and an outer peripheral edge part on the upper surface of the housing part 2a. And an annular seal portion 2c. The lower part of the retainer ring 3 fixed to the lower surface of the housing part 2a of the head body 2 protrudes inward. The retainer ring 3 may be formed integrally with the head body 2.

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。   The above-described head drive shaft 11 is disposed above the central portion of the housing portion 2 a of the head body 2, and the head body 2 and the head drive shaft 11 are connected by a universal joint portion 10. The universal joint portion 10 includes a spherical bearing mechanism that allows the head body 2 and the head drive shaft 11 to tilt relative to each other, and a rotation transmission mechanism that transmits the rotation of the head drive shaft 11 to the head body 2. 2, the pressing force and the rotational force of the head drive shaft 11 are transmitted to the head body 2 while allowing the tilting of the second drive shaft 11 to the head drive shaft 11.

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。   The spherical bearing mechanism is interposed between a spherical recess 11a formed at the center of the lower surface of the head drive shaft 11, a spherical recess 2d formed at the center of the upper surface of the housing portion 2a, and both recesses 11a, 2d. The bearing ball 12 is made of a high hardness material such as ceramics. The rotation transmission mechanism includes a drive pin (not shown) fixed to the head drive shaft 11 and a driven pin (not shown) fixed to the housing portion 2a. Even if the head body 2 is tilted, the driven pin and the driving pin are relatively movable in the vertical direction, so that they are engaged with each other by shifting their contact points, and the rotation transmission mechanism rotates the torque of the head driving shaft 11. Is reliably transmitted to the head body 2.

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。   In a space defined inside the head body 2 and the retainer ring 3 fixed to the head body 2 integrally, an elastic pad 4 that contacts a substrate W such as a semiconductor wafer held by the substrate head 1 and an annular shape The holder ring 5 and the substantially disc-shaped chucking plate 6 that supports the elastic pad 4 are accommodated. The elastic pad 4 is sandwiched between a holder ring 5 and a chucking plate 6 fixed to the lower end of the holder ring 5, and covers the lower surface of the chucking plate 6. Thereby, a space is formed between the elastic pad 4 and the chucking plate 6.

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。   A pressure sheet 7 made of an elastic film is stretched between the holder ring 5 and the head body 2. The pressure sheet 7 is formed of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, and silicon rubber. The pressure sheet 7 is fixed with one end sandwiched between the housing portion 2a of the head body 2 and the pressure sheet support portion 2b and the other end sandwiched between the upper end portion 5a of the holder ring 5 and the stopper portion 5b. ing. A pressure chamber 21 is formed inside the head main body 2 by the head main body 2, the chucking plate 6, the holder ring 5, and the pressure sheet 7. As shown in FIG. 2, a fluid path 31 made of a tube, a connector, or the like extends from the pressure chamber 21, and the pressure chamber 21 is supplied with a compressed air source via a regulator RE <b> 2 installed in the fluid path 31. 120.

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。   When the pressure sheet 7 shown in FIG. 3 is made of an elastic body such as rubber, and the pressure sheet 7 is sandwiched and fixed between the retainer ring 3 and the head body 2, the pressure sheet as an elastic body is used. Due to the elastic deformation of 7, a preferable plane cannot be obtained on the lower surface of the retainer ring 3. Therefore, in order to prevent this, in this example, the pressure sheet support portion 2b is provided as a separate member, and the pressure sheet 7 is sandwiched between the housing portion 2a of the head body 2 and the pressure sheet support portion 2b. It is fixed.

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。   Inside a space formed between the elastic pad 4 and the chucking plate 6, a center bag (center contact member) 8 as a contact member that contacts the elastic pad 4 and a ring tube (outer contact member) ) 9 is provided. In this example, as shown in FIGS. 3 and 4, the center bag 8 is disposed at the center of the lower surface of the chucking plate 6, and the ring tube 9 surrounds the periphery of the center bag 8. 8 is arranged outside. The elastic pad 4, the center bag 8 and the ring tube 9 are formed of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, silicon rubber, etc., like the pressure sheet 7. Yes.

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。   As shown in FIG. 3, the space formed between the chucking plate 6 and the elastic pad 4 is partitioned into a plurality of spaces by the center bag 8 and the ring tube 9, and the center bag 8 and the ring tube 9. A pressure chamber 22 is formed between them, and a pressure chamber 23 is formed outside the ring tube 9.

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。   The center bag 8 includes an elastic film 81 that contacts the upper surface of the elastic pad 4 and a center bag holder (holding part) 82 that detachably holds the elastic film 81. A screw hole 82a is formed in the center bag holder 82, and the center bag 8 is detachably attached to the center portion of the lower surface of the chucking plate 6 by screwing a screw 55 into the screw hole 82a. . A center pressure chamber 24 is formed in the center bag 8 by an elastic membrane 81 and a center bag holder 82.

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。   Similarly, the ring tube 9 includes an elastic film 91 that contacts the upper surface of the elastic pad 4 and a ring tube holder (holding portion) 92 that detachably holds the elastic film 91. A screw hole 92a is formed in the ring tube holder 92, and the ring tube 9 is detachably attached to the lower surface of the chucking plate 6 by screwing a screw 56 into the screw hole 92a. An intermediate pressure chamber 25 is formed in the ring tube 9 by an elastic membrane 91 and a ring tube holder 92.

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。   The pressure chambers 22, 23, the central pressure chamber 24, and the intermediate pressure chamber 25 are in fluid communication with fluid passages 33, 34, 35, 36 made of tubes and connectors, respectively. It is connected to a compressed air source 120 as a supply source via regulators RE3, RE4, RE5, and RE6 installed in the respective fluid passages 33 to 36. The fluid paths 31 and 33 to 36 are connected to the regulators RE2 to RE6 via a rotary joint (not shown) provided at the upper end of the head drive shaft 11.

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。図2に示すように、圧力室21〜25の流体路31,33〜36上に配置されたレギュレータRE2〜RE6によって、それぞれの圧力室に供給される加圧流体の圧力を調整することができる。これにより各圧力室21〜25の内部の圧力を各々独立に制御するか、または大気圧や真空にすることができる。   Pressurized fluid such as pressurized air is supplied to the pressure chamber 21 and the pressure chambers 22 to 25 above the chucking plate 6 through fluid passages 31 and 33 to 36 communicating with the pressure chambers. It has come to be. As shown in FIG. 2, the pressures of the pressurized fluid supplied to the pressure chambers can be adjusted by regulators RE <b> 2 to RE <b> 6 arranged on the fluid paths 31 and 33 to 36 of the pressure chambers 21 to 25. . Thereby, the pressure inside each pressure chamber 21-25 can be controlled independently, respectively, or it can be made atmospheric pressure or a vacuum.

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。また凸部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。
Thus, by making the pressures inside the pressure chambers 21 to 25 independently variable by the regulators RE2 to RE6, the pressing force for pressing the substrate W against the polishing pad 101 via the elastic pad is changed to a portion of the substrate W. It can be adjusted for each (partition area).
Further, as shown in FIG. 3, a plurality of convex portions 42 are erected from the chucking plate 6 to the pressure chambers 22 and 23. The tip of the convex portion 42 is exposed to the surface of the elastic pad 4 through the opening 41. Further, a fluid passage 43 extends from the front end surface of the convex portion 42 and is connected to a vacuum source 121 shown in FIG. As a result, the substrate W can be vacuum-sucked at the tip surface of the convex portion 42 shown in FIG.

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、基板表面の導電膜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。   As shown in FIG. 2, in the polishing table 100 of the electrolytic composite polishing apparatus 250, a sensor coil 228 of an ITM 226 made of, for example, an eddy current sensor for measuring the film thickness of a conductive film or the like on the substrate surface is embedded. The signal from the ITM 226 is input to the control unit 310, and the regulators RE3 to RE6 are controlled by the output from the control unit 310.

(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。
(Polishing table, polishing pad)
FIG. 5A is a longitudinal sectional view schematically showing a main part of the electrolytic composite polishing apparatus. A disc-shaped support member 254 is fixed to the upper surface of the polishing table 100. The support member 254 is made of a conductive material (metal, alloy, conductive plastic, or the like). The polishing pad 101 is attached to the upper surface of the support member 254, and the upper surface of the polishing pad 101 is a polishing surface. The polishing table 100 is connected to a rotation mechanism (not shown), so that the polishing table 100 can rotate integrally with the support member 254 and the polishing pad 101.

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。   The electrolyte supply nozzle 102 extends along the radial direction of the polishing pad 101. An electrolyte solution supply port 102 a is provided at the tip of the electrolyte solution supply nozzle 102. The supply port 102 a is located above the central portion of the polishing pad 101, and an electrolytic solution is supplied to the central portion of the polishing pad 101 from an electrolytic solution supply source (not shown) through the electrolytic solution supply nozzle 102. When the polishing pad 101 rotates, the electrolytic solution wets and spreads outward, and is filled between the substrate head 1 and the polishing pad 101 and into the plurality of through holes 101 a of the polishing pad 101.

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。   The support member 254 is connected to the negative electrode of the power source 252 and functions as a first electrode (cathode). Rollers, brushes, or the like are used as electrical contacts between the wiring extending from the power source 252 and the support member (cathode) 254. For example, as shown in FIG. 5A, the electrical contact 262 can be brought into contact with the side surface of the support member 254. The electrical contact 262 is preferably formed of a soft metal having a small specific resistance, such as gold, silver, copper, platinum, or palladium.

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の導電膜に給電される。なお、第2電極264からリテーナリングを介して基板Wの導電膜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上の導電膜は、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。   A second electrode (power supply electrode) 264 connected to the positive electrode of the power supply 252 is disposed on the side of the polishing pad 101. The substrate head 1 is configured to bring the substrate W into contact with the polishing surface in a state where a part of the substrate W protrudes to the side of the polishing pad 101, so that the lower surface of the substrate W comes into contact with the second electrode 264. It has become. Thereby, power is supplied from the second electrode 264 to the conductive film of the substrate W. It is also possible to supply power from the second electrode 264 to the conductive film of the substrate W through the retainer ring. Then, the support member 254 as a cathode and the conductive film on the substrate W as an anode are electrically connected through an electrolytic solution filled in the through hole 101a of the polishing pad 101.

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。   FIG. 5B is a longitudinal sectional view schematically showing a main part of another electrolytic composite polishing apparatus. The support member 254 of the electrolytic composite polishing apparatus 250 basically includes a disk-shaped base 254b and a lid 254a that covers the upper surface of the base 254b. As described above, since the support member 254 functions as a cathode (first electrode), at least one of the lid 254a and the base 254b is made of a conductive material.

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。   A plurality of communication holes 255 are formed in the same position as the through hole 101 a of the polishing pad 101 in the lid 254 a of the support member 254. Furthermore, a plurality of communication grooves 256 that allow these communication holes 255 to communicate with each other are formed on the lower surface of the lid 254a. Note that a communication groove may be provided on the upper surface of the base 254b. At the center of the polishing pad 101, a first electrolyte receiving port 258A penetrating the polishing pad 101 vertically is formed. Further, the lid 254a has a second electrolyte receiving port 258B at the same position as the first electrolyte receiving port 258A. The second electrolyte receiving port 258B communicates with the plurality of communication grooves 256.

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。   With such a configuration, the electrolytic solution supplied from the supply port 102a of the electrolytic solution supply nozzle 102 passes through the first electrolytic solution receiving port 258A, the second electrolytic solution receiving port 258B, the communication groove 256, and the communication hole 255 in this order. It flows and reaches the through hole 101a. Then, an upward flow of the electrolyte toward the polishing surface is formed inside the through hole 101a, and the electrolyte is supplied to the polishing surface.

(第1実施形態、電解複合研磨方法)
次に、第1実施形態に係る電解複合研磨方法について説明する。
図6(a)は研磨前の基板の説明図である。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、コンタクトプラグや配線形成用の凹部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、次述する導電膜66の金属材料が基板Wに拡散するのを防止するため、また導電膜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、タングステンからなる導電膜66が、厚さ500〜600nm程度に形成されている。この導電膜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、導電膜66の表面には、高さ300nm程度および幅100μm程度の凹部67が形成されている。
(First embodiment, electrolytic composite polishing method)
Next, the electrolytic composite polishing method according to the first embodiment will be described.
FIG. 6A is an explanatory diagram of the substrate before polishing. First, the film configuration of the substrate W to be polished in this embodiment will be described. On the surface of the substrate W made of silicon or the like, an interlayer insulating film 62 made of an insulating material such as a so-called Low-k material, SiO 2, SiOF, or SiOC is formed. On the surface of the interlayer insulating film 62, a contact plug and a recess 63 for forming a wiring are formed. A barrier film 64 made of titanium, tantalum, tungsten, ruthenium and / or an alloy thereof is formed to a thickness of about 10 nm on the surface of the interlayer insulating film 62 including the recess 63. The barrier film 64 is provided in order to prevent the metal material of the conductive film 66 described below from diffusing into the substrate W and to improve the adhesion between the conductive film 66 and the interlayer insulating film 62. On the surface of the barrier film 64, a conductive film 66 made of tungsten is formed to a thickness of about 500 to 600 nm. In the case where the conductive film 66 is formed by electrolytic plating, a seed film (not shown) serving as an electrode for electrolytic plating is formed on the surface of the barrier film 64. A recess 67 having a height of about 300 nm and a width of about 100 μm is formed on the surface of the conductive film 66 following the recess 63 of the interlayer insulating film 62.

層間絶縁膜62の凹部63に充填された導電膜66のみがコンタクトプラグや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導電膜66は不要である。そこで、余分な導電膜66を電解複合研磨により除去する。
図6(b)は電解複合研磨の説明図である。電解複合研磨では、基板W表面の導電膜に電解液50を接触させて導電膜66に電圧を印加しつつ、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、導電膜66の表面を研磨するようにしている。
Since only the conductive film 66 filled in the recess 63 of the interlayer insulating film 62 is used as a contact plug or a metal wiring, the conductive film 66 formed outside the recess 63 is unnecessary. Therefore, the excess conductive film 66 is removed by electrolytic composite polishing.
FIG. 6B is an explanatory diagram of electrolytic composite polishing. In electrolytic composite polishing, the electrolytic solution 50 is brought into contact with the conductive film on the surface of the substrate W to apply a voltage to the conductive film 66, and the substrate W and the polishing pad 101 are moved relative to each other while pressing the surface of the substrate W against the polishing pad 101 ( The surface of the conductive film 66 is polished.

層間絶縁膜を介して複数の配線を積層するため、余分な導電膜66が除去された状態で、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、導電膜66への電圧印加により、導電膜66の表面に電気絶縁性物質からなる保護膜70が形成される。導電膜66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との当接により除去される。これにより、上段部Hの導電膜66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)の導電膜は、保護膜70に遮蔽されて電解液50に溶解しない。以上により、導電膜の段差が解消される。これにより、図6(c)に示すように、導電膜66の表面と、露出したバリア膜64の表面とが同一平面上に配置され、基板Wが平坦化されるようになっている。   Since a plurality of wirings are stacked via the interlayer insulating film, the surface of the substrate W needs to be flattened with the excess conductive film 66 removed. In the electrolytic composite polishing, a protective film 70 made of an electrically insulating material is formed on the surface of the conductive film 66 by applying a voltage to the conductive film 66. The protective film formed on the upper stage H of the conductive film 66 (outside the recess 67) is removed by contact with the polishing pad 101. As a result, the conductive film 66 of the upper stage portion H is dissolved in the electrolytic solution 50 and removed. On the other hand, the conductive film in the lower stage L (inside the recess 67) is shielded by the protective film 70 and does not dissolve in the electrolytic solution 50. Thus, the step of the conductive film is eliminated. As a result, as shown in FIG. 6C, the surface of the conductive film 66 and the exposed surface of the barrier film 64 are arranged on the same plane, and the substrate W is flattened.

ところで、CMPによるタングステン研磨方法では、pH<4の酸性スラリーを使用して相当な厚さのタングステン酸化膜を形成し、このタングステン酸化膜を機械的に研磨するメカニズムを採用しているので、研磨速度が低くなるという問題がある。そこで本実施形態に係る電解複合研磨方法では、pH4〜10の電解液を採用して、従来のタングステン酸化膜とは異なる保護膜を形成する。   By the way, the tungsten polishing method by CMP employs a mechanism in which an acidic slurry having a pH <4 is used to form a tungsten oxide film having a considerable thickness, and this tungsten oxide film is mechanically polished. There is a problem that the speed becomes low. Therefore, in the electrolytic composite polishing method according to the present embodiment, an electrolytic solution having a pH of 4 to 10 is employed to form a protective film different from the conventional tungsten oxide film.

なお本実施形態では、適当な導電率(1mS/cm程度)を備えていれば、基本的にどんな電解液でも使用可能である。電解液に含まれる主電解質としては、適当な導電率を与え、導電膜の表面を荒らさないものであればよい。またタングステンと錯体またはキレートを形成し、タングステンの溶解を促進するものが好ましく、例えば有機酸が含まれていることが好ましい。有機酸としては、グリコール酸、ピロリン酸、リン酸、クエン酸、リンゴ酸、マレイン酸、マロン酸、乳酸、酒石酸、コハク酸、及びこれらの塩の群から選択されるいずれか1種類または複数種類を用いるのが好ましい。pH範囲としては、タングステンが溶解性の化合物である錯体やキレートを生成しやすいpH4〜10が好ましい。
電解液にはpH調整成分が含まれていてもよい。pH調整成分としては、アルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩などが用いられるが、金属汚染を防ぐためにはアンモニウム塩が好ましい。
電解液には、電気絶縁性物質を生成する添加剤が含まれていてもよい。電気絶縁性物質を生成する添加剤としては、1級アミン重合体が利用できる。例えば、アリルアミン重合体(1級アミノ基のみを側鎖に持つポリマー、分子量1000〜60000)、アリルアミン塩酸塩重合体(分子量1000〜60000)、アリルアミン塩酸塩・ジアリルアミン塩酸塩共重合体(分子量20000〜100000)、アリルアミンアミド硫酸塩重合体(分子量12000)、アリルアミノ酢酸塩・ジアリルアミン酢酸塩共重合体(分子量100000)、アリルアミン・ジメチルアリルアミン共重合体(分子量1000)、部分メトキシカルボニル化アリルアミン重合体(分子量15000)、部分メチルカルボニル化アリルアミン酢酸塩重合体(分子量15000)などである。また1級アミン重合体としてポリエチレンイミン(分子量1000〜70000)でもよい。ポリエチレンイミンは分子中に1級、2級、3級アミンを同時に含む分岐構造を有するポリマーであり、1級アミンが分子内にあることから効果がある。
電気絶縁性物質を生成する添加剤の好ましい濃度は、ポリエチレンイミンの場合には0.01〜5重量%、より好ましくは0.1〜1重量%であり、0.01重量%より濃度が低いと電流抑制効果(電気絶縁性)が低く、一方、5重量%より濃度を高めた場合には、添加量の増加に対する電流抑制効果の増強が低下する傾向があるのでそれ以上高濃度にする必要はない。これを添加することによって、後述するように段差解消性の高い電圧範囲を低くシフトすることができる。
砥粒は、CMPの場合には濃度10%以上必要であったが、本実施形態では濃度1%以下でも十分効果がある。なお、砥粒の分散性を高めるため界面活性剤を添加しても良いが、もともと砥粒の濃度が低いので添加しなくても大きな問題はない。
このような電解液の例として、本実施形態ではクエン酸アンモニウム(pH8)を採用する。
In the present embodiment, basically any electrolyte can be used as long as it has an appropriate conductivity (about 1 mS / cm). As the main electrolyte contained in the electrolytic solution, any material may be used as long as it provides appropriate conductivity and does not roughen the surface of the conductive film. Further, those that form a complex or chelate with tungsten and promote the dissolution of tungsten are preferable, and for example, an organic acid is preferably contained. As the organic acid, one or more kinds selected from the group of glycolic acid, pyrophosphoric acid, phosphoric acid, citric acid, malic acid, maleic acid, malonic acid, lactic acid, tartaric acid, succinic acid, and salts thereof Is preferably used. The pH range is preferably pH 4 to 10, which is likely to produce a complex or chelate in which tungsten is a soluble compound.
The electrolytic solution may contain a pH adjusting component. As the pH adjusting component, an alkali metal salt, an alkaline earth metal salt or the like is used, but an ammonium salt is preferable in order to prevent metal contamination.
The electrolyte solution may contain an additive that generates an electrically insulating substance. A primary amine polymer can be used as an additive for generating an electrically insulating substance. For example, an allylamine polymer (polymer having only a primary amino group in the side chain, molecular weight 1000 to 60000), allylamine hydrochloride polymer (molecular weight 1000 to 60000), allylamine hydrochloride / diallylamine hydrochloride copolymer (molecular weight 20000 to 20000) 100000), allylamine amide sulfate polymer (molecular weight 12000), allylaminoacetate / diallylamine acetate copolymer (molecular weight 100000), allylamine / dimethylallylamine copolymer (molecular weight 1000), partially methoxycarbonylated allylamine polymer (molecular weight) 15000), partially methylcarbonylated allylamine acetate polymer (molecular weight 15000) and the like. The primary amine polymer may be polyethyleneimine (molecular weight 1000 to 70000). Polyethyleneimine is a polymer having a branched structure containing primary, secondary, and tertiary amines in the molecule, and is effective because the primary amine is in the molecule.
The preferred concentration of the additive that produces the electrical insulating material is 0.01 to 5% by weight in the case of polyethyleneimine, more preferably 0.1 to 1% by weight, and the concentration is lower than 0.01% by weight. And the current suppression effect (electrical insulating property) is low. On the other hand, when the concentration is higher than 5% by weight, the enhancement of the current suppression effect with respect to the increase in the added amount tends to decrease. There is no. By adding this, the voltage range with high step resolution can be shifted to a lower level as will be described later.
The abrasive grains required a concentration of 10% or more in the case of CMP, but in this embodiment, a concentration of 1% or less is sufficiently effective. A surfactant may be added in order to improve the dispersibility of the abrasive grains. However, since the concentration of the abrasive grains is originally low, there is no major problem even if it is not added.
As an example of such an electrolytic solution, ammonium citrate (pH 8) is employed in the present embodiment.

本願の発明者は、タングステンの研磨速度に関して、以下に説明する方法で実験、評価を行った。
基板の直径40mmに相当する部分のみ加工できる、電解研磨装置を用いて加工実験を行った。この装置は基板に成膜された金属膜の電極電位を制御できるようになっており、電圧を印加しつつ、露出した金属膜を回転する研磨テーブルに貼り付けた研磨パッドで研磨することで加工が進行する。
電極電位の測定には電気化学測定システムHZ−3000(北斗電工株式会社製)を用い、参照電極には銀/塩化銀電極(Ag/AgCl)を用いた。研磨パッドは表面に格子状の溝が設けられた発泡ポリウレタンパッド(X−YGroove溝付きIC1000単層パッド、ニッタ・ハース株式会社製)を用いた。
この装置を用いてアノード分極測定(基板の電極電位を徐々に増加させること)を行い、印加電圧と基板に流れる電流の関係を測定した。
図7は導電膜の電位と電流密度の関係を示すグラフである。図7では、基板上の被研磨面積当たりに流れる電流を電流密度とし、これを縦軸にとっている。電流密度が大きいほど、電解液に対する導電膜の溶解量が多くなり、研磨速度が速くなる関係にある。また、図7では横軸には電極電位をとっているが、実際の研磨装置においては電極電位で制御することは煩雑であるため、被研磨基板と陰極との間の印加電圧で制御するのが一般的であるため、以下の説明では、基板の電極電位制御について、印加電圧という表現を用いることとする。なお、印加電圧は「アノードである基板の電極電位とカソードである支持部材(研磨テーブル)の電極電位と、電解液の電位降下などを含んだアノードとカソードの電位差」を示すものである。
The inventor of the present application experimented and evaluated the tungsten polishing rate by the method described below.
A processing experiment was performed using an electropolishing apparatus capable of processing only a portion corresponding to a diameter of 40 mm of the substrate. This device can control the electrode potential of the metal film formed on the substrate, and it is processed by polishing the exposed metal film with a polishing pad attached to a rotating polishing table while applying a voltage. Progresses.
Electrochemical measurement system HZ-3000 (made by Hokuto Denko Co., Ltd.) was used for measuring the electrode potential, and a silver / silver chloride electrode (Ag / AgCl) was used for the reference electrode. The polishing pad used was a foamed polyurethane pad (X-Y Groove grooved IC1000 single layer pad, manufactured by Nitta Haas Co., Ltd.) having a lattice-like groove on the surface.
An anodic polarization measurement (gradually increasing the electrode potential of the substrate) was performed using this apparatus, and the relationship between the applied voltage and the current flowing through the substrate was measured.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the potential of the conductive film and the current density. In FIG. 7, the current flowing per area to be polished on the substrate is defined as the current density, which is plotted on the vertical axis. As the current density is larger, the amount of the conductive film dissolved in the electrolytic solution is increased, and the polishing rate is increased. In FIG. 7, the horizontal axis represents the electrode potential. However, in an actual polishing apparatus, it is complicated to control with the electrode potential, so control is performed with the applied voltage between the substrate to be polished and the cathode. Therefore, in the following description, the expression of applied voltage is used for the electrode potential control of the substrate. The applied voltage indicates “the potential difference between the electrode potential of the substrate serving as the anode, the electrode potential of the support member (polishing table) serving as the cathode, and the potential difference between the anode and the cathode including the potential drop of the electrolytic solution”.

pH4〜10の電解液を導電膜に接触させて印加電圧を増加させると、所定電圧において電流密度が急激に変化する。導電膜への印加電圧を0から増加させると、電圧に比例して電流密度は増加するが、第1変化点(例えばA点)の第1変化電圧を超えて電圧を増加させると、電流密度は増加から減少に転じる。さらに第2変化点(例えばB点)の第2変化電圧を超えて電圧を増加させると、電流密度の減少度合いが低下し、電流密度が減少しなくなって略一定値に転じる。第1変化電圧以下の電圧を印加した場合には、電解液に対して溶解性の保護膜が導電膜の表面に形成されているが、第2変化電圧以上の電圧を印加した場合には、電解液に対して不溶性の保護膜が導電膜の表面に形成されるものと考えられる。   When the applied voltage is increased by bringing a pH 4-10 electrolytic solution into contact with the conductive film, the current density rapidly changes at a predetermined voltage. When the voltage applied to the conductive film is increased from 0, the current density increases in proportion to the voltage. However, when the voltage is increased beyond the first change voltage at the first change point (for example, point A), the current density is increased. Turns from increasing to decreasing. Further, when the voltage is increased beyond the second change voltage at the second change point (for example, the B point), the degree of decrease in the current density is reduced, the current density is not reduced, and the value changes to a substantially constant value. When a voltage lower than the first change voltage is applied, a protective film that is soluble in the electrolyte is formed on the surface of the conductive film, but when a voltage higher than the second change voltage is applied, It is considered that a protective film that is insoluble in the electrolytic solution is formed on the surface of the conductive film.

本願の発明者は、上述した第1変化電圧および第2変化電圧が、基板Wと研磨パッドとの接触面圧により変化することを見出した。図7において、太い実線は接触面圧が0.5psi(接触面圧が有限値、導電膜表面の段差の上段部での研磨に相当)の場合であり、太い破線は接触面圧が0psi(接触面圧が0、導電膜表面の段差の下段部に相当)の場合である。接触面圧を有限値としたときの第1変化点をA点、接触面圧を有限値としたときの第2変化点をB点、接触面圧を0としたときの第1変化点をC点、接触面圧を0としたときの第2変化点をD点とする。接触面圧が高いほど、第1および第2変化電圧が大きくなり、電流密度も大きくなる。接触面圧を0としたときの第1変化電圧(C点電圧)および第2変化電圧(D点電圧)は、接触面圧を有限値としたときの第1変化電圧(A点電圧)および第2変化電圧(B点電圧)より、それぞれ0.5V程度低くなっている。   The inventor of the present application has found that the first change voltage and the second change voltage described above change depending on the contact surface pressure between the substrate W and the polishing pad. In FIG. 7, the thick solid line is the case where the contact surface pressure is 0.5 psi (the contact surface pressure is a finite value, which corresponds to polishing at the upper step of the step on the conductive film surface), and the thick broken line is the contact surface pressure of 0 psi ( This is a case where the contact surface pressure is 0 and corresponds to the lower step of the step on the conductive film surface. When the contact surface pressure is a finite value, the first change point is point A, when the contact surface pressure is a finite value, the second change point is B point, and when the contact surface pressure is 0, the first change point is The second change point when the C point and the contact surface pressure are 0 is defined as the D point. The higher the contact surface pressure, the higher the first and second change voltages and the higher the current density. The first change voltage (point C voltage) and the second change voltage (point D voltage) when the contact surface pressure is 0 are the first change voltage (point A voltage) when the contact surface pressure is a finite value, and Each is about 0.5 V lower than the second change voltage (point B voltage).

ここで、印加電圧が0〜C点電圧の範囲をα領域、C点電圧〜B点電圧の範囲をβ領域、B点電圧以上の範囲をγ領域とする。なおC点電圧〜A点電圧の範囲をδ領域とする。
図8は、導電膜に対して上記各領域の電圧を印加した場合における保護膜形成状態の説明図であり、図8(a)はα領域の場合であり、図8(b)はβ領域の場合であり、図8(c)はγ領域の場合である。
Here, the range where the applied voltage is 0 to C point voltage is α region, the range of C point voltage to B point voltage is β region, and the range above B point voltage is γ region. The range from the point C voltage to the point A voltage is the δ region.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a protective film formation state when the voltage of each region is applied to the conductive film, FIG. 8A shows the case of the α region, and FIG. 8B shows the β region. FIG. 8C shows the case of the γ region.

α領域の電圧を印加した場合には、図8(a)に示すように、電解液50に対して溶解性の保護膜71が形成される。導電膜の表面に段差がある場合において、研磨パッド101と導電膜66との接触面圧が有限値となる上段部Hでは、この保護膜71が研磨により完全に除去される。
γ領域の電圧を印加した場合には、図8(c)に示すように、電解液50に対して不溶性の保護膜72が形成される。導電膜の表面に段差がある場合において、研磨パッド101と導電膜66との接触面圧が0となる下段部Lでは、この保護膜72が研磨されずに残留する。
When a voltage in the α region is applied, a protective film 71 that is soluble in the electrolytic solution 50 is formed as shown in FIG. In the case where there is a step on the surface of the conductive film, the protective film 71 is completely removed by polishing at the upper stage H where the contact surface pressure between the polishing pad 101 and the conductive film 66 has a finite value.
When a voltage in the γ region is applied, a protective film 72 that is insoluble in the electrolytic solution 50 is formed as shown in FIG. In the case where there is a step on the surface of the conductive film, the protective film 72 remains without being polished in the lower step portion L where the contact surface pressure between the polishing pad 101 and the conductive film 66 is zero.

これに対して、β領域の電圧を印加した場合には、図8(b)に示すように両者の中間的な状態となる。すなわち、研磨パッド101と導電膜66との接触面圧が有限値となる上段部Hには溶解性の保護膜が形成され、その保護膜が研磨により除去される。また、研磨パッド101と導電膜66との接触面圧が0となる下段部Lには不溶性の保護膜72が形成され、その保護膜72が研磨されずに残留する。
本実施形態では、印加電圧をβ領域に維持して電解複合研磨を行う。これにより、導電膜66の電解液中への溶解が上段部Hでは促進され、下段部Lでは抑制される。したがって、導電膜66の表面の段差を迅速に解消することができる。
On the other hand, when a voltage in the β region is applied, as shown in FIG. That is, a soluble protective film is formed on the upper portion H where the contact surface pressure between the polishing pad 101 and the conductive film 66 has a finite value, and the protective film is removed by polishing. In addition, an insoluble protective film 72 is formed on the lower step L where the contact surface pressure between the polishing pad 101 and the conductive film 66 becomes zero, and the protective film 72 remains without being polished.
In this embodiment, electrolytic composite polishing is performed while maintaining the applied voltage in the β region. Thereby, dissolution of the conductive film 66 in the electrolytic solution is promoted in the upper stage portion H and suppressed in the lower stage portion L. Therefore, the step on the surface of the conductive film 66 can be quickly eliminated.

またβ領域の電圧を印加した場合には、保護膜72に覆われた下段部Lの研磨速度が極端に遅くなるので、導電膜66にディッシングが入りにくくなる。また、印加電圧を調整することにより上段部Hの研磨速度を制御できるため、研磨パッド101と導電膜66との接触面圧を低く設定することが可能になり、エロージョンを抑制することができる。例えば、従来のCMPの場合に4psi程度であった接触面圧を、本実施形態では2psi程度に設定することが可能である。   Further, when a voltage in the β region is applied, the polishing rate of the lower step portion L covered with the protective film 72 becomes extremely slow, so that the conductive film 66 is less likely to be dished. Further, since the polishing rate of the upper stage portion H can be controlled by adjusting the applied voltage, the contact surface pressure between the polishing pad 101 and the conductive film 66 can be set low, and erosion can be suppressed. For example, the contact surface pressure, which was about 4 psi in the conventional CMP, can be set to about 2 psi in this embodiment.

上述したように、電流密度が大きいほど、研磨速度が速くなる関係にある。
図7に示すように、印加電圧が0〜C点電圧のα領域では、接触面圧を有限値(0.5psi)としたときおよび接触面圧を0(0psi)としたときともに電圧の増加に伴って電流密度が増加する。これに対して、C点電圧〜A点電圧のδ領域では、接触面圧を有限値としたときの電流密度は増加を続けるが、接触面圧を0としたときの電流密度は減少に転じる。そのため、δ領域における接触面圧を有限値としたときと接触面圧を0としたときとの電流密度の差ΔIδは、α領域における電流密度の差ΔIαより常に大きくなる。接触面圧を有限値としたときと接触面圧を0としたときとの電流密度の差は、実際には導電膜表面の段差の上段部と下段部との研磨速度の差に対応する。したがって、印加電圧をδ領域に維持して研磨を行うことにより、導電膜表面の段差の上段部と下段部との研磨速度の差が大きくなるため、導電膜表面の段差を迅速に解消することができる。
As described above, the larger the current density, the higher the polishing rate.
As shown in FIG. 7, in the α region where the applied voltage is 0 to the point C voltage, the voltage increases both when the contact surface pressure is a finite value (0.5 psi) and when the contact surface pressure is 0 (0 psi). Along with this, the current density increases. On the other hand, in the δ region between the point C voltage and the point A voltage, the current density when the contact surface pressure is set to a finite value continues to increase, but the current density when the contact surface pressure is set to 0 starts to decrease. . Therefore, the current density difference ΔIδ between when the contact surface pressure in the δ region is finite and when the contact surface pressure is 0 is always larger than the current density difference ΔIα in the α region. The difference in current density between when the contact surface pressure is a finite value and when the contact surface pressure is 0 actually corresponds to the difference in polishing rate between the upper and lower steps of the step on the conductive film surface. Therefore, by polishing while maintaining the applied voltage in the δ region, the difference in polishing speed between the upper and lower steps of the step on the conductive film surface increases, so the step on the conductive film surface can be quickly eliminated. Can do.

図7において、太線は電解液に電気絶縁性物質を生成する添加剤を含まない場合であり、細線は電気絶縁性物質を生成する添加剤としてポリエチレンイミン(PEI)を1重量%添加した場合を表す。なお、実線は研磨パッドと基板との接触面圧が0.5psiの場合であり、破線は接触面圧が0psiの場合である。
電気絶縁性物質を生成する添加剤を含まない(あるいは濃度が低い)場合には、電流密度が高くなることがわかる。その理由は、電気絶縁性物質を生成する添加剤の濃度が高いほど強固な保護膜が形成され、研磨により除去しにくくなるからであると考えられる。したがって、研磨速度を高くしたい場合には、電気絶縁性物質を生成する添加剤の濃度が低い電解液を使用すればよい。逆に、薄い導電膜の研磨や正確な研磨停止を行うため研磨速度を低くしたい場合には、電気絶縁性物質を生成する添加剤の濃度が高い電解液を使用すればよい。なお図7から、電気絶縁性物質を生成する添加剤を含まない(あるいは濃度が低い)場合には、第1および第2変化電圧が高くなることがわかる。そのため、電気絶縁性物質を生成する添加剤の濃度に応じて印加電圧を調整することが望ましい。
In FIG. 7, the thick line indicates a case where an additive that generates an electrical insulating substance is not included in the electrolytic solution, and the thin line indicates a case where 1% by weight of polyethyleneimine (PEI) is added as an additive that generates an electrical insulating substance. To express. The solid line indicates the case where the contact surface pressure between the polishing pad and the substrate is 0.5 psi, and the broken line indicates the case where the contact surface pressure is 0 psi.
It can be seen that the current density is increased when the additive that generates the electrically insulating substance is not included (or the concentration is low). The reason for this is considered to be that a stronger protective film is formed as the concentration of the additive that generates the electrically insulating substance is higher, and is difficult to remove by polishing. Therefore, when it is desired to increase the polishing rate, an electrolytic solution having a low concentration of an additive that generates an electrically insulating substance may be used. Conversely, when it is desired to reduce the polishing rate in order to polish a thin conductive film or accurately stop polishing, an electrolytic solution having a high concentration of an additive that generates an electrically insulating substance may be used. Note that FIG. 7 shows that the first and second change voltages increase when the additive that generates the electrical insulating substance is not included (or the concentration is low). Therefore, it is desirable to adjust the applied voltage according to the concentration of the additive that generates the electrically insulating substance.

図9は、電解液のpHを変化させた場合における印加電圧と電流密度との関係を示すグラフである。図9の実験では、pH4,pH6,pH8,pH9の電解液(電気絶縁性物質を生成する添加剤なし)を採用している。
電解液のpHが大きいほど、電流密度が高くなることがわかる。その理由は、電解液のpHが大きいほど導電膜の溶解が促進されるからであると考えられる。したがって研磨速度を高くしたい場合には、pHが大きい電解液を使用すればよい。逆に研磨速度を低くしたい場合には、pHが小さい電解液を使用すればよい。なお図9から、電解液のpHが大きいほど、第1および第2変化電圧が高くなることがわかる。そのため、電解液のpHに応じて印加電圧を調整することが望ましい。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between applied voltage and current density when the pH of the electrolytic solution is changed. In the experiment of FIG. 9, an electrolyte solution having pH 4, pH 6, pH 8, and pH 9 (without an additive that generates an electrical insulating material) is employed.
It can be seen that the current density increases as the pH of the electrolyte increases. The reason is considered to be that dissolution of the conductive film is promoted as the pH of the electrolytic solution increases. Therefore, when it is desired to increase the polishing rate, an electrolytic solution having a high pH may be used. Conversely, when it is desired to reduce the polishing rate, an electrolytic solution having a low pH may be used. Note that FIG. 9 indicates that the first and second change voltages increase as the pH of the electrolyte increases. Therefore, it is desirable to adjust the applied voltage according to the pH of the electrolytic solution.

図10は、研磨パッドの回転数を変化させた場合における印加電圧と電流密度との関係を示すグラフである。図10の実験では電気絶縁性物質を生成する添加剤を含まない電解液を採用している。図10において、太線は回転数が250rpmの場合であり、細線は回転数が50rpmの場合である。なお、実線は研磨パッドと基板との接触面圧が0.5psiの場合であり、破線は接触面圧が0psiの場合である。
研磨パッドの回転数が大きいほど、電流密度が高くなることがわかる。その理由は、研磨パッドの回転数が大きいほど、保護膜の除去が進行して、導電膜の溶解が促進されるからであると考えられる。したがって研磨速度を高くしたい場合には、研磨パッドの回転数を大きくすればよい。逆に研磨速度を低くしたい場合には、研磨パッドの回転数を小さくすればよい。研磨パッドの回転数は、研磨途中に変化させることも可能である。なお図10から、研磨パッドの回転数が大きいほど、第1および第2変化電圧が高くなることがわかる。そのため、研磨パッドの回転数に応じて印加電圧を調整することが望ましい。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between applied voltage and current density when the number of revolutions of the polishing pad is changed. In the experiment of FIG. 10, an electrolytic solution that does not contain an additive that generates an electrically insulating substance is used. In FIG. 10, a thick line is a case where the rotation speed is 250 rpm, and a thin line is a case where the rotation speed is 50 rpm. The solid line indicates the case where the contact surface pressure between the polishing pad and the substrate is 0.5 psi, and the broken line indicates the case where the contact surface pressure is 0 psi.
It can be seen that the current density increases as the number of revolutions of the polishing pad increases. The reason is considered to be that the removal of the protective film proceeds and the dissolution of the conductive film is promoted as the number of rotations of the polishing pad increases. Accordingly, when it is desired to increase the polishing rate, the number of rotations of the polishing pad may be increased. Conversely, if it is desired to reduce the polishing rate, the number of revolutions of the polishing pad may be reduced. The number of rotations of the polishing pad can be changed during polishing. It can be seen from FIG. 10 that the first and second change voltages increase as the number of revolutions of the polishing pad increases. Therefore, it is desirable to adjust the applied voltage according to the number of rotations of the polishing pad.

(第2実施形態、電解複合研磨方法)
次に、第2実施形態に係る電解複合研磨方法について説明する。
第1実施形態では、導電膜への印加電圧を所定範囲に維持して研磨工程を行った。これに対して第2実施形態では、研磨工程の前に、導電膜に所定電圧を印加して保護膜を形成する保護膜形成工程を行う点で異なっている。なお、第1実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
(Second embodiment, electrolytic composite polishing method)
Next, an electrolytic composite polishing method according to the second embodiment will be described.
In the first embodiment, the polishing process was performed while maintaining the voltage applied to the conductive film within a predetermined range. On the other hand, the second embodiment is different in that a protective film forming step of forming a protective film by applying a predetermined voltage to the conductive film is performed before the polishing step. Note that detailed description of portions having the same configuration as in the first embodiment is omitted.

まず、基板表面の導電膜に電解液を接触させて導電膜に電圧を印加することにより、導電膜の表面に保護膜を形成する保護膜形成工程を行う。ここでは、接触面圧が0のときの第2変化点(例えば、図7のD点)の第2変化電圧以上の電圧を印加する。これにより、図8(c)に示すように、電解液50に対して不溶性の保護膜72が形成されると考えられる。この保護膜72は、導電膜66の表面全体に不可逆的に形成され、印加電圧を第2変化電圧以下に低下させても変化しない。   First, a protective film forming step of forming a protective film on the surface of the conductive film is performed by bringing the electrolytic solution into contact with the conductive film on the surface of the substrate and applying a voltage to the conductive film. Here, a voltage equal to or higher than the second change voltage at the second change point (for example, point D in FIG. 7) when the contact surface pressure is 0 is applied. Thereby, as shown in FIG. 8C, it is considered that a protective film 72 insoluble in the electrolytic solution 50 is formed. The protective film 72 is irreversibly formed on the entire surface of the conductive film 66, and does not change even when the applied voltage is lowered to the second change voltage or lower.

この保護膜形成工程の後に、通常の電解複合研磨工程を行う。すると、導電膜66の上段部Hに形成された保護膜72は研磨によって除去されるが、導電膜66の下段部Lに形成された保護膜72は研磨されずに残留する。これにより、導電膜66の電解液中への溶解が上段部Hでは促進され、下段部Lでは抑制される。したがって、導電膜66の表面の段差を迅速に解消することができる。   After this protective film forming step, a normal electrolytic composite polishing step is performed. Then, the protective film 72 formed on the upper stage portion H of the conductive film 66 is removed by polishing, but the protective film 72 formed on the lower stage portion L of the conductive film 66 remains without being polished. Thereby, dissolution of the conductive film 66 in the electrolytic solution is promoted in the upper stage portion H and suppressed in the lower stage portion L. Therefore, the step on the surface of the conductive film 66 can be quickly eliminated.

(変形例)
上述した保護膜形成工程の後に、化学機械研磨(CMP)工程を行ってもよい。
図11は、CMP装置の概略図である。CMPは、基板W表面の導電膜にスラリー52を供給しつつ、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、導電膜の表面を研磨するものである。保護膜形成工程の後にCMP工程を行った場合でも、図8(c)に示すように導電膜66の上段部Hに形成された保護膜72は研磨によって除去されるが、導電膜66の下段部Lに形成された保護膜72は研磨されずに残留する。これにより、導電膜66の電解液中への溶解が上段部Hでは促進され、下段部Lでは抑制される。したがって、導電膜66の表面の段差を迅速に解消することができる。
(Modification)
You may perform a chemical mechanical polishing (CMP) process after the protective film formation process mentioned above.
FIG. 11 is a schematic view of a CMP apparatus. In the CMP, the surface of the conductive film is polished by supplying the slurry 52 to the conductive film on the surface of the substrate W and moving the substrate W and the polishing pad 101 relative to each other while pressing the surface of the substrate W against the polishing pad 101. is there. Even when the CMP process is performed after the protective film forming process, the protective film 72 formed on the upper stage H of the conductive film 66 is removed by polishing as shown in FIG. The protective film 72 formed in the portion L remains without being polished. Thereby, dissolution of the conductive film 66 in the electrolytic solution is promoted in the upper stage portion H and suppressed in the lower stage portion L. Therefore, the step on the surface of the conductive film 66 can be quickly eliminated.

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。   The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment and its modifications, and includes various modifications made to the above-described embodiment and the like without departing from the spirit of the present invention. . That is, the specific materials and configurations described in the embodiments and the like are merely examples, and can be changed as appropriate.

(研磨パッド)
また、研磨パッド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、Fe2O3、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、被研磨対象の導電膜表面への給電を確保することを目的として、研磨表面の少なくとも一部に導電面を有する導電性パッドを使用しても良い。
(Polishing pad)
In addition, the following can be employed as the polishing pad.
As for the type of the polishing pad, an independent foamed polyurethane pad or a continuous foamed suede pad can be used. Moreover, when using the electrolyte solution which does not contain an abrasive grain, you may use the fixed abrasive pad which rebounded the abrasive grain with the binder. The abrasive grains include cerium oxide (Ce0 2 ), alumina (A1 2 0 3 ), silicon carbide (SiC), silicon oxide (Si0 2 ), zirconia (Zr0 2 ), iron oxide (FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 0 4 ), manganese oxide (Mn0 2 , Mn 2 0 3 ), magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO), barium oxide (BaO), zinc oxide (ZnO), barium carbonate (BaC0 3 ), calcium carbonate (CaC0 3 ), diamond (C), or a composite material thereof can be used. As binders, phenol resin, aminoplast resin, urethane resin, epoxy resin, acrylic resin, acrylated isocyanurate resin, urea-formaldehyde resin, isocyanurate resin, acrylated urethane resin, acrylated epoxy resin, etc. shall be adopted. Is possible. In addition, a conductive pad having a conductive surface on at least a part of the polishing surface may be used for the purpose of securing power supply to the surface of the conductive film to be polished.

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、基板の被加工表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。   Here, regarding the groove shape of the polishing pad, one or more of (1) concentric circular grooves, (2) eccentric grooves, (3) polygonal grooves (including lattice grooves), (4) spiral grooves, (5) radiation Grooves, (6) parallel grooves, (7) arc-shaped grooves, and combinations thereof may be formed. These groove shapes affect the retention and discharge of the electrolyte. For example, concentric circular grooves and eccentric grooves have an effect that the electrolytic solution is held on the polishing pad because the flow path is closed. On the other hand, the polygonal grooves and the radiation grooves have an effect of accelerating the inflow of the electrolyte into the object to be polished and the discharge of the electrolyte out of the polishing pad. In order to increase the efficiency of inflow, outflow, and holding of the electrolyte into the surface of the substrate to be processed, the groove width, groove pitch, and groove depth are appropriately adjusted in the polishing pad surface to obtain grooves in the polishing pad. The density distribution may be adjusted. For example, the groove width / depth should be 0.4 mm or more, and the groove pitch should be at least twice the groove width. Considering the flow of the electrolyte, the groove width / depth is preferably 0.6 mm or more. Also, for the purpose of activating the flow of the electrolyte between the grooves, auxiliary grooves (for example, a plurality of fine grooves formed between concentric circular grooves, a thin groove formed between thick lattice grooves, etc.) ) May be provided. As for the cross-sectional shape of the groove, a V groove may be employed in addition to the square groove and the round groove. When promoting the discharge of the electrolytic solution from the groove, a forward groove inclined downstream in the rotation direction may be formed in consideration of the rotation direction of the polishing table on which the polishing pad is mounted. Conversely, when suppressing discharge of the electrolytic solution from the groove, a reverse groove inclined toward the upstream side in the rotation direction may be formed. Further, one or more through holes may be formed on the surface of the polishing pad for the purpose of holding the electrolytic solution.

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。   Further, the shape of the contact surface between the polishing pad and the wafer affects the mechanical removal of the protective film produced by the electrolytic reaction. In order to increase the mechanical action on the contact surface, a sharp contact surface shape is preferable, and examples thereof include a cone shape, a polygonal pyramid shape, a pyramid shape, and a prism shape. Here, depending on the object to be polished, if the contact surface shape is too sharp, it may cause scratches and the like. As a measure for avoiding this, a shape with a flat top surface such as a truncated cone or a truncated pyramid may be mentioned. In addition, examples of the shape that further reduces the mechanical action on the contact surface include a cylinder, an elliptic cylinder, and a hemisphere. The arrangement of these shapes may be a regular shape such as a lattice, a staggered pattern, or a triangular arrangement, or a random shape in order to eliminate the regularity. A plurality of these shapes may exist in the polishing surface of the polishing pad, and the density distribution may be adjusted.

(膜厚検知センサ)
図2の実施形態では導電膜の残留膜厚を検出する方法として渦電流センサを用いる例を示したが、このほかに、光学式モニタや蛍光X線膜厚測定、電圧・電流の変化等を利用してもよい。
光学式モニタは、光干渉により反射光強度が変わることを利用するもので、テーブル内に埋設された光源よりパッド穴を通して測定光を照射する方法や、基板を研磨テーブル外にオーバーハングさせた状態で測定する方法等が利用できる。
蛍光X線膜厚測定は、1次X線を測定対象に照射した際に発生する蛍光X線の強度が膜厚に対して変化することを利用するもので、研磨中においてテーブル内に埋設されたX線元から1次X線を導電膜に照射することで測定する。
電圧・電流の変化は、測定対象の導電膜の膜厚に応じて電気抵抗が変化することを利用するものである。電圧一定で電流の変化を測定するか、あるいは電流一定で電圧の変化を測定することによって、電気抵抗から膜厚を算出する方法である。この方法によると研磨中における電圧・電流のモニタリングによって膜圧の検知が行えるので、簡便に利用可能である。
(Thickness detection sensor)
In the embodiment of FIG. 2, an example of using an eddy current sensor as a method of detecting the residual film thickness of the conductive film has been shown. However, in addition to this, an optical monitor, fluorescent X-ray film thickness measurement, voltage / current change, etc. May be used.
The optical monitor uses the fact that the reflected light intensity changes due to light interference, such as a method of irradiating measurement light through a pad hole from a light source embedded in the table, or a state where the substrate is overhanged outside the polishing table. The measurement method etc. can be used.
Fluorescent X-ray film thickness measurement utilizes the fact that the intensity of fluorescent X-rays generated when primary X-rays are irradiated onto a measurement object changes with respect to the film thickness and is embedded in a table during polishing. Measurement is performed by irradiating the conductive film with primary X-rays from the X-ray source.
The change in voltage / current utilizes the fact that the electrical resistance changes according to the film thickness of the conductive film to be measured. In this method, the film thickness is calculated from the electrical resistance by measuring the change in current at a constant voltage or by measuring the change in voltage at a constant current. According to this method, since the film pressure can be detected by monitoring the voltage and current during polishing, it can be used easily.

また、例えばバリア膜上の導電膜や絶縁膜上のバリア膜を含む導電膜の研磨において、導電膜の研磨が完了した状態(研磨終点)を検出する方法としては、上述した膜厚検出方法以外に、研磨パッド表面温度や基板表面温度の変化を見る方法、基板と研磨パッド間の摩擦力の変化を見る方法、表面画像の変化を見る方法、スラリや電解液中の成分(副生成物の酸化物濃度、導電膜由来のイオン濃度)の変化を見る方法等が挙げられる。
研磨パッド表面温度や基板表面温度の変化を見る方法では、放射温度計によるパッド表面温度の計測や、テーブル内に埋設された放射温度計により研磨パッドに設けた穴を介して、基板表面の温度を測定する方法が利用できる。
基板を研磨パッド間の摩擦力の変化を見る方法では、研磨パッドが装着されたテーブルや基板ホルダの駆動電流の変化や、基板ホルダについて、特定周波数の振動振幅の経時変化を測定する方法が利用できる。
基板表面画像の変化を見る方法では、テーブル内に埋設された色度センサにより、研磨パッドに設けた穴を介して基板表面の色調の変化、CCDによる基板表面の2次元画像の変化を測定する方法が利用できる。
スラリや電解液中の成分(副生成物の酸化物濃度、導電膜由来のイオン濃度)の変化を見る方法では、研磨テーブルから排出される研磨液中の導電膜由来のイオン濃度の変化を計測する方法が利用できる。
For example, in the polishing of a conductive film including a conductive film on a barrier film or a barrier film on an insulating film, a method for detecting a state where the polishing of the conductive film is completed (polishing end point) is other than the above-described film thickness detection method. In addition, a method for observing changes in the polishing pad surface temperature and the substrate surface temperature, a method for observing changes in the friction force between the substrate and the polishing pad, a method for observing changes in the surface image, and components in the slurry and electrolyte Examples thereof include a method of looking at changes in oxide concentration and ion concentration derived from a conductive film.
In the method of observing changes in the polishing pad surface temperature and the substrate surface temperature, the temperature of the substrate surface is measured through measurement of the pad surface temperature with a radiation thermometer or through a hole provided in the polishing pad with a radiation thermometer embedded in the table. A method of measuring can be used.
In the method of observing the change in the frictional force between the polishing pad and the substrate, the method used is to measure the change in the drive current of the table or substrate holder on which the polishing pad is mounted, or the change over time in the vibration amplitude at a specific frequency for the substrate holder. it can.
In the method of observing the change in the substrate surface image, the change in the color of the substrate surface and the change in the two-dimensional image of the substrate surface by the CCD are measured by a chromaticity sensor embedded in the table through a hole provided in the polishing pad. A method is available.
In the method of observing changes in the slurry and the components in the electrolyte (by-product oxide concentration, conductive film ion concentration), the change in the conductive film-derived ion concentration in the polishing liquid discharged from the polishing table is measured. A method to do is available.

基板処理装置の配置構成を示す平面図である。It is a top view which shows the arrangement configuration of a substrate processing apparatus. 電解複合研磨装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of an electrolytic composite polishing apparatus. 基板ヘッドの断面図である。It is sectional drawing of a substrate head. 基板ヘッドの底面図である。It is a bottom view of a substrate head. 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。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the principal part of an electrolytic composite polishing apparatus schematically. 電解複合研磨の説明図である。It is explanatory drawing of electrolytic composite grinding | polishing. 導電膜の電位と電流密度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the electric potential of an electrically conductive film, and current density. 各領域の電圧を印加した場合における保護膜形成状態の説明図である。It is explanatory drawing of the protective film formation state when the voltage of each area | region is applied. 電解液のpHを変化させた場合における印加電圧と電流密度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the applied voltage at the time of changing pH of electrolyte solution, and a current density. 研磨パッドの回転数を変化させた場合における印加電圧と電流密度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the applied voltage at the time of changing the rotation speed of a polishing pad, and a current density. 化学機械研磨装置の要部を概略的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the principal part of a chemical mechanical polishing apparatus roughly.

符号の説明Explanation of symbols

A,C…第1変化点
B,D…第2変化点
H…上段部
L…下段部
W…基板
1…基板ヘッド
50…電解液
52…スラリー
63…凹部
64…バリア膜
66…導電膜
67…凹部
70,71,72…保護膜
100…研磨テーブル
101…研磨パッド
102…電解液供給ノズル
252…電源
254…支持部材
A, C: First change point B, D: Second change point H: Upper step portion L ... Lower step portion W ... Substrate 1 ... Substrate head 50 ... Electrolyte solution 52 ... Slurry 63 ... Recess 64 ... Barrier film 66 ... Conductive film 67 ... Recess 70, 71, 72 ... Protective film 100 ... Polishing table 101 ... Polishing pad 102 ... Electrolyte supply nozzle 252 ... Power supply 254 ... Support member

Claims (9)

基板表面に形成された導電膜に電解液を接触させて前記導電膜に電圧を印加しつつ、前記基板表面を研磨パッドに所定の接触面圧で押圧しながら前記基板と前記研磨パッドとを相対移動させることにより、前記導電膜の表面を研磨する電解複合研磨方法であって、
前記電解液は、pH4〜10であり、
前記接触面圧を0とした状態で、前記電圧を増加させた場合に、電流密度が増加から減少に転じる電圧を最小電圧とし、
前記接触面圧を有限値とした状態で、前記電圧を増加させた場合に、電流密度が増加後の減少から減少しなくなるように転じる電圧を最大電圧とし、
前記最小電圧以上かつ前記最大電圧以下に前記電圧を維持しつつ、前記導電膜の表面を研磨することを特徴とする電解複合研磨方法。
While contacting the electrolytic solution with the conductive film formed on the substrate surface and applying a voltage to the conductive film, the substrate and the polishing pad are relatively moved while pressing the substrate surface against the polishing pad with a predetermined contact surface pressure. An electrolytic composite polishing method for polishing the surface of the conductive film by moving the conductive film,
The electrolyte has a pH of 4 to 10,
When the voltage is increased with the contact surface pressure being 0, the voltage at which the current density turns from increasing to decreasing is set as the minimum voltage,
In the state where the contact surface pressure is a finite value, when the voltage is increased, the voltage that turns so that the current density does not decrease from the decrease after the increase is set as the maximum voltage,
An electrolytic composite polishing method comprising polishing the surface of the conductive film while maintaining the voltage at the minimum voltage or more and the maximum voltage or less.
基板表面に形成された導電膜に電解液を接触させて前記導電膜に電圧を印加しつつ、前記基板表面を研磨パッドに所定の接触面圧で押圧しながら前記基板と前記研磨パッドとを相対移動させることにより、前記導電膜の表面を研磨する電解複合研磨方法であって、
前記電解液は、pH4〜10であり、
前記接触面圧を0とした状態で、前記電圧を増加させた場合に、電流密度が増加から減少に転じる電圧を最小電圧とし、
前記接触面圧を有限値とした状態で、前記電圧を増加させた場合に、電流密度が増加から減少に転じる電圧を最大電圧とし、
前記最小電圧以上かつ前記最大電圧以下に前記電圧を維持しつつ、前記導電膜の表面を研磨することを特徴とする電解複合研磨方法。
While contacting the electrolytic solution with the conductive film formed on the substrate surface and applying a voltage to the conductive film, the substrate and the polishing pad are relatively moved while pressing the substrate surface against the polishing pad with a predetermined contact surface pressure. An electrolytic composite polishing method for polishing the surface of the conductive film by moving the conductive film,
The electrolyte has a pH of 4 to 10,
When the voltage is increased with the contact surface pressure being 0, the voltage at which the current density turns from increasing to decreasing is set as the minimum voltage,
In the state where the contact surface pressure is a finite value, when the voltage is increased, the voltage at which the current density turns from increasing to decreasing is set as the maximum voltage,
An electrolytic composite polishing method comprising polishing the surface of the conductive film while maintaining the voltage at the minimum voltage or more and the maximum voltage or less.
前記電解液のpHを調整することにより、前記導電膜の研磨速度を制御することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電解複合研磨方法。   The electrolytic composite polishing method according to claim 1, wherein a polishing rate of the conductive film is controlled by adjusting a pH of the electrolytic solution. 前記電解液は、前記導電膜と反応して電気絶縁性物質を生成する添加剤を含み、
前記添加剤の濃度を調整することにより、前記導電膜の研磨速度を制御することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電解複合研磨方法。
The electrolytic solution includes an additive that reacts with the conductive film to generate an electrically insulating material,
The electrolytic composite polishing method according to claim 1, wherein a polishing rate of the conductive film is controlled by adjusting a concentration of the additive.
前記研磨パッドの回転数を調整することにより、前記導電膜の研磨速度を制御することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電解複合研磨方法。   The electrolytic composite polishing method according to claim 1, wherein the polishing rate of the conductive film is controlled by adjusting the number of rotations of the polishing pad. 前記導電膜は、タングステン膜であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の電解複合研磨方法。   The electrolytic composite polishing method according to claim 1, wherein the conductive film is a tungsten film. 基板表面を研磨パッドに所定の接触面圧で押圧しながら前記基板と前記研磨パッドとを相対移動させて、前記基板表面に形成された導電膜を研磨する研磨工程を有する研磨方法であって、
前記基板と前記研磨パッドとを相対移動させつつ前記接触面圧を有限値とした状態で、前記導電膜に電解液を接触させながら電圧を印加し、該電圧を増加させた場合に、電流密度が増加後の減少から減少しなくなるように転じる電圧を閾値電圧とし、
前記研磨工程の前に、前記基板と前記研磨パッドとを非接触とした状態で、前記導電膜に電解液を接触させながら前記閾値電圧以上の電圧を印加して、前記導電膜の表面に保護膜を形成する保護膜形成工程を有することを特徴とする研磨方法。
A polishing method comprising a polishing step of polishing the conductive film formed on the substrate surface by relatively moving the substrate and the polishing pad while pressing the substrate surface against the polishing pad with a predetermined contact surface pressure,
In the state where the contact surface pressure is a finite value while relatively moving the substrate and the polishing pad, a voltage is applied while the electrolyte is in contact with the conductive film, and the voltage is increased. The threshold voltage is the voltage that turns so as not to decrease from the decrease after the increase.
Before the polishing step, in a state where the substrate and the polishing pad are not in contact with each other, the surface of the conductive film is protected by applying a voltage higher than the threshold voltage while bringing the electrolytic solution into contact with the conductive film. A polishing method comprising a protective film forming step of forming a film.
前記研磨工程は、化学機械研磨工程または電解複合研磨工程であることを特徴とする請求項7に記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 7, wherein the polishing step is a chemical mechanical polishing step or an electrolytic composite polishing step. 前記導電膜は、タングステン膜であることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の研磨方法。   9. The polishing method according to claim 7, wherein the conductive film is a tungsten film.
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