JP2000135673A - Polishing end point detecting method and polishing end point detecting device of wafer - Google Patents

Polishing end point detecting method and polishing end point detecting device of wafer

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JP2000135673A
JP2000135673A JP32441598A JP32441598A JP2000135673A JP 2000135673 A JP2000135673 A JP 2000135673A JP 32441598 A JP32441598 A JP 32441598A JP 32441598 A JP32441598 A JP 32441598A JP 2000135673 A JP2000135673 A JP 2000135673A
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JP
Japan
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polishing
end point
abrasive slurry
waste liquid
wafer
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JP32441598A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Yamada
山田  勉
Norio Hayashi
則夫 林
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Mitsubishi Chemical Corp
Okamoto Machine Tool Works Ltd
Dia Instruments Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Okamoto Machine Tool Works Ltd
Dia Instruments Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To more actually detect a polishing end point in fidelity to a polishing state of a wafer by deciding time when physical quantity based on the iron ion concentration in abrasive slurry reaches physical quantity of an iron ion in an abrasive slurry waste liquid as a polishing end point. SOLUTION: A hydrogen peroxide aqueous solution 23 is supplied to a pipe 19d by a pump 18d to be mixed with an abrasive slurry waste liquid, a reagent and a buffer by a mixing part 21c to be formed as a specimen liquid. When this passes through into a cell 26 of a detecting apparatus, a visible beam is applied to calculate the iron ion concentration in the waste liquid from an analytical curve. A calculated value is transmitted to a RAM connected to a CPU of a CMP polishing device by an electric signal to be compared with a value of the iron ion concentration in the best polising time abrasive slurry waste liquid previously inputted to a ROM. When values of both coincide with each other, a polishing finish command is outputted from the CPU to finish CMP polishing of a semiconductor wafer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン、アルミ
ナ・チタンカ−バイト(AlTiC)合金、ガラス等の
基板の表面に、鉄を含有するパ−マロイ、例えばNi−
Fe、Mn−Fe、Co−Fe、Ni−Rh−Fe、C
o−Zr−Fe、Co−Fe−B系パ−マロイ磁性層を
形成し、必要によりCu、Ag、Au等の配線を施し、
更に酸化アルミニウム等の絶縁層を設けたウエハをチャ
ックに取り付け、研磨布を貼りつけたプラテンに押圧
し、プラテンに研磨剤スラリ−を供給しつつ、プラテン
とウエハを回転させて絶縁層を研磨してパ−マロイ層が
露出するまで化学的機械研磨(CMP)する際の研磨の
終点を検出する方法、あるいは、チャックテ−ブルにウ
エハをバキュ−ム吸着させ、該ウエハの上面側より研磨
布を貼りつけたプラテンを押圧し、プラテンに研磨剤ス
ラリ−を供給またはウエハ上面に研磨剤スラリ−を供給
しつつ、プラテンとウエハを回転させて絶縁層を研磨し
てパ−マロイ層が露出するまで化学的機械研磨(CM
P)する際の研磨の終点を検出する方法およびそれに用
いる研磨終点検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a permalloy containing iron, for example, Ni-based metal, on a surface of a substrate such as silicon, alumina-titanium carbide (AlTiC) alloy, glass or the like.
Fe, Mn-Fe, Co-Fe, Ni-Rh-Fe, C
An o-Zr-Fe, Co-Fe-B-based permalloy magnetic layer is formed, and wiring of Cu, Ag, Au, or the like is provided as necessary.
Further, the wafer provided with an insulating layer of aluminum oxide or the like is attached to a chuck, pressed against a platen on which a polishing cloth is stuck, and the platen and the wafer are rotated while the abrasive slurry is supplied to the platen to polish the insulating layer. A method for detecting the end point of the chemical mechanical polishing (CMP) until the permalloy layer is exposed, or a method in which a wafer is vacuum-adsorbed to a chuck table and a polishing cloth is applied from the upper surface side of the wafer. Pressing the attached platen, supplying abrasive slurry to the platen or supplying abrasive slurry to the upper surface of the wafer, rotating the platen and wafer to polish the insulating layer until the permalloy layer is exposed Chemical mechanical polishing (CM
The present invention relates to a method for detecting a polishing end point when performing P) and a polishing end point detecting device used for the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、磁気ヘッド基盤は、図2に示す
ように基板2の上にパ−マロイ層3を形成し、さらにア
ルミニウム絶縁層を形成したウエハ1(図2a)を、化
学的機械研磨によりパ−マロイ層が露出するまで研磨す
る(図2d)。この際、パ−マロイ層が2層から10層
の複数層となることもある。
2. Description of the Related Art For example, as shown in FIG. 2, a magnetic head base is formed by forming a permalloy layer 3 on a substrate 2 and further forming an aluminum insulating layer on a wafer 1 (FIG. 2a) by chemical mechanical processing. Polishing is performed until the permalloy layer is exposed by polishing (FIG. 2D). At this time, the permalloy layer may be a plurality of layers of 2 to 10 layers.

【0003】これらウエハの研磨において、人手を懸け
ない自動研磨の登場が市場より要望され、研磨終点を自
動検出するCMP自動研磨装置が種々提案されている。
かかる研磨の終点検出方法としては、 研磨途中のウエハの肉厚を肉厚計で測定し、研磨量か
ら終点を決定する方法(特開昭62−257742号、
特開平9−193003号、特開平10−106984
号、特開平10−98016号公報等)。 研磨途中のプラテン、チャック機構のモ−タ−の負荷
電流、電圧、抵抗変化から終点を決定する方法(特開昭
61−188702号、特開平6−252112号、特
開平8−99625号、特開平9−70753号、特開
平10−44035号、同10−128658号、同1
0−177976号等)。
[0003] In the polishing of these wafers, the appearance of automatic polishing without human intervention has been demanded from the market, and various CMP automatic polishing apparatuses for automatically detecting the polishing end point have been proposed.
As a method of detecting the end point of polishing, a method of measuring the thickness of a wafer being polished with a thickness gauge and determining the end point from the polishing amount (Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-257742,
JP-A-9-193003, JP-A-10-106984
No. JP-A-10-98016). Methods for determining the end point from changes in the load current, voltage, and resistance of the platen during polishing and the motor of the chuck mechanism (JP-A-61-188702, JP-A-6-252112, JP-A-8-99625, JP-A-9-70753, JP-A-10-44035, JP-A-10-128658 and JP-A-10-128658
0-177977 etc.).

【0004】研磨途中のプラテン、チャック機構のモ
−タ−のトルク変化から研磨終点を決定する方法(特開
平5−138529号、同6−216095号、同8−
139060号、同8−197417号、同9−360
73号、同9−262743号、同10−256209
号等)。 研磨途中のウエハにレ−ザ−光を当て、その反射率か
ら研磨終点を決定する方法(特開昭57−138575
号、同61−214970号、特開平4−255218
号、同5−309559号、同7−328916号、同
9−7985号,同10−160420号等)。 その他、研磨剤スラリ−中に指標となるリン(P)、
トレ−サ−粒子を加え、研磨布上でのこれら指標の量を
測定して研磨終了点を決定する方法(特開平2−241
017号、同8−69987号)、微分干渉顕微鏡を用
いてウエハ表面を観察して研磨終点を決定する方法(特
開平5−234971号、同5−226203号)等々
が提案されている。
A method of determining the polishing end point from a change in the motor torque of the platen and chuck mechanism during polishing (JP-A-5-138529, JP-A-6-216095, JP-A-8-16095)
No. 139060, No. 8-197417, No. 9-360
No. 73, No. 9-262743, No. 10-256209
No.). A method of irradiating laser light on a wafer being polished and determining a polishing end point from its reflectance (Japanese Patent Laid-Open No. 57-138575)
No. 61-214970, JP-A-4-255218
Nos. 5-309559, 7-328916, 9-7985, 10-160420, etc.). In addition, phosphorus (P) which is an index in the abrasive slurry,
A method of determining the polishing end point by adding tracer particles and measuring the amounts of these indices on a polishing cloth (Japanese Patent Laid-Open No. 2-241)
No. 017, No. 8-69987), a method of observing the wafer surface using a differential interference microscope and determining the polishing end point (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-234971, 5-226203) and the like have been proposed.

【0005】上記のウエハの肉厚測定は、ウエハの一
部分の肉厚を測定して行っており、ウエハ全体の肉厚分
布を測定するには時間を長く要するので、精度が出な
い。上記の電流、電圧、抵抗、あるいはのトルクか
ら決定する方法では直にウエハ研磨表面を観察するもの
ではないので、と同様平坦化の精度の信頼性が低い。
上記のレ−ザ−光を利用する方法は、ウエハに直接レ
−ザ−光を照射し、その反射光の光量で終点を決定する
ため、チャックに取り付けられているウエハにレ−ザ−
光を照射する必要があり、自動研磨装置のプラテンにレ
−ザ−光が通過できる空間を設ける必要があり、研磨装
置が複雑となる。の指標の添加は、ウエハの研磨に与
える影響、CMP研磨後の後加工に与える影響が不明で
あり、採用し難い。
The measurement of the thickness of the wafer is performed by measuring the thickness of a part of the wafer, and it takes a long time to measure the thickness distribution of the entire wafer. Since the method of determining from the current, voltage, resistance or torque does not directly observe the polished surface of the wafer, the reliability of the flattening accuracy is low similarly to the above.
In the above-mentioned method using laser light, the laser light is directly irradiated on the wafer, and the end point is determined by the amount of the reflected light.
It is necessary to irradiate light, and it is necessary to provide a space through which laser light can pass on the platen of the automatic polishing apparatus, which complicates the polishing apparatus. It is not clear how the addition of the index indicates the effect on the polishing of the wafer and the effect on the post-processing after the CMP polishing, and it is difficult to adopt it.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、パ−マ
ロイ層に含まれる鉄に注目し、研磨屑として絶縁材料と
ともに研磨剤スラリ−廃液中に混入した鉄が3価のイオ
ンとなっていることを見い出し、研磨された最良の状態
を示すウエハが得られる時点の、研磨剤スラリ−中の鉄
イオン濃度に基づく物理量(Io)、例えば比色、光透
過量、イオン電流、磁性電流、磁界抵抗、イオン電導度
等と、研磨中の研磨剤スラリ−廃液中の鉄イオンの物理
量(Ie)とを比較し、Ieの値がIoに到達した時点
を研磨終点と定めることにより、従来法よりは、より実
際的にウエハの研磨状態に忠実な研磨終点検出が決定で
きることを見い出した。
The present inventors have paid attention to the iron contained in the permalloy layer, and iron mixed into the abrasive slurry waste liquid together with the insulating material as polishing dust becomes trivalent ions. And a physical quantity (Io) based on the iron ion concentration in the abrasive slurry at the time when a wafer showing the best polished state is obtained, such as colorimetry, light transmission, ionic current, and magnetic current , Magnetic field resistance, ion conductivity, etc., and the physical quantity (Ie) of iron ions in the abrasive slurry waste liquid during polishing, and the point in time at which the value of Ie reaches Io is determined as the polishing end point. It has been found that the polishing end point detection that is more faithful to the polishing state of the wafer can be determined more practically than the method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の1 は、基板の上
に鉄を含有するパ−マロイ層が形成され、更に絶縁層を
形成したウエハの前記絶縁層を化学機械研磨して平坦な
パ−マロイ層を露出させるCMP研磨において、研磨剤
スラリ−廃液中の3価の鉄イオンの物理量を測定し、そ
の物理量(Ie)が予め入力された最良のCMP研磨が
なされた研磨終点の研磨剤スラリ−廃液中の3価の鉄イ
オンの物理量(Io)の値に達したときをウエハのCM
P研磨終点とすることを特徴とする、研磨終点検出方法
を提供するものである。
According to a first aspect of the present invention, a permalloy layer containing iron is formed on a substrate, and the insulating layer of the wafer on which the insulating layer is formed is chemically and mechanically polished. In CMP polishing for exposing the permalloy layer, the physical quantity of trivalent iron ions in the abrasive slurry waste liquid is measured, and the physical quantity (Ie) is input in advance, and the polishing is performed at the polishing end point where the best CMP polishing is performed. When the value of the physical quantity (Io) of trivalent iron ions in the agent slurry waste liquid reaches the value of the CM of the wafer,
An object of the present invention is to provide a method for detecting a polishing end point, wherein the polishing end point is a P polishing end point.

【0008】本発明の請求項2は、研磨剤スラリ−中の
鉄イオンの物理量が、研磨剤スラリ−に鉄イオンの存在
下に発色する試薬および過酸化水素水を加え、発色した
研磨剤スラリ−の反射率または吸光度から研磨剤スラリ
−廃液中の鉄イオン含有量を算出することで行われる、
請求項1に記載の研磨終点検知方法を提供するものであ
る。本発明の請求項3は、鉄イオンの存在下に発色する
試薬が、N,N−ジアルキル−p−フェニレンジアミン
(但し、アルキル基の炭素数は1〜2である。)であ
る、請求項2に記載の研磨終点検出方法を提供するもの
である。
A second aspect of the present invention is to provide a polishing slurry in which the physical quantity of iron ions in the polishing slurry is such that a coloring agent and a hydrogen peroxide solution are added to the polishing slurry in the presence of iron ions, and the coloring slurry is formed. Abrasive slurry from reflectance or absorbance of-is performed by calculating the iron ion content in the waste liquid,
A polishing end point detecting method according to claim 1 is provided. Claim 3 of the present invention is that the reagent which develops color in the presence of iron ions is N, N-dialkyl-p-phenylenediamine (provided that the alkyl group has 1 to 2 carbon atoms). 2. A method for detecting a polishing end point according to item 2.

【0009】本発明の請求項4は、研磨剤スラリ−廃液
には、前記試薬および過酸化水素水の他に更に緩衝剤水
溶液が加えられることを特徴とする、請求項2または3
に記載の研磨終点検出方法を提供するものである。本発
明の請求項5は、鉄イオンの物理量が、研磨剤スラリ−
廃液のpH 5〜7で測定した波長500〜570ナノ
メ−タ−(nm)の吸光度のピ−クをもって検量するこ
とを特徴とする、請求項4に記載の研磨終点検出方法を
提供するものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the abrasive slurry waste liquid, an aqueous buffer solution is further added in addition to the reagent and the hydrogen peroxide solution.
And a method for detecting a polishing end point described in (1). According to a fifth aspect of the present invention, the physical quantity of the iron ion is determined by the abrasive slurry.
The method for detecting the end point of polishing according to claim 4, wherein the calibration is performed by using a peak of absorbance at a wavelength of 500 to 570 nanometers (nm) measured at a pH of the waste liquid of 5 to 7. is there.

【0010】本発明の請求項6は、CMP研磨に使用す
る研磨剤スラリ−が、(a)平均粒径が0.05〜1μ
m の砥粒 0.1 〜10重量%、(b)水溶性無機アルミ
ニウム塩、ニッケル塩より選ばれた無機塩 0.1〜3
重量%および(c)水溶性キレ−ト剤 0.1〜3重量
%を含有する水性研磨剤スラリ−であることを特徴とす
る、請求項1に記載の研磨終点検出方法を提供するもの
である。本発明の請求項7は、研磨剤スラリ−中の水溶
性無機塩(b)が、アルミニウムまたはニッケルの硝酸
塩、塩酸塩、硫酸塩、燐酸塩、チオ硫酸塩より選ばれた
ものである、請求項6に記載の研磨終点検出方法を提供
するものである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an abrasive slurry used for CMP polishing, wherein (a) the average particle diameter is 0.05 to 1 μm.
(b) inorganic salts selected from water-soluble inorganic aluminum salts and nickel salts 0.1 to 3% by weight
2. The method according to claim 1, wherein the slurry is an aqueous abrasive slurry containing 0.1 to 3% by weight of a water-soluble chelating agent (c). is there. Claim 7 of the present invention is that the water-soluble inorganic salt (b) in the abrasive slurry is selected from nitrates, hydrochlorides, sulfates, phosphates and thiosulfates of aluminum or nickel. Item 6 provides a polishing end point detection method according to Item 6.

【0011】本発明の請求項8は、研磨剤スラリ−中の
(a)砥粒が、酸化アルミニウム、酸化セリウム、単結
晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、酸化ケイ素、炭
化珪素、酸化クロミウム、ベ−マイトおよびガラス粉よ
り選ばれた粒子であることを特徴とする、請求項6に記
載の研磨終点検出方法を提供するものである。本発明の
請求項9は、基板の上に鉄を含有するパ−マロイ層が形
成され、更に絶縁層を形成したウエハの前記絶縁層を化
学機械研磨して平坦なパ−マロイ層を露出させるCMP
研磨に設置する研磨終点検出装置であって、
According to an eighth aspect of the present invention, the abrasive grains (a) in the abrasive slurry are aluminum oxide, cerium oxide, single crystal diamond, polycrystalline diamond, silicon oxide, silicon carbide, chromium oxide, boehmite. And a method of detecting a polishing end point according to claim 6, wherein the method is a particle selected from glass powder. According to a ninth aspect of the present invention, a permalloy layer containing iron is formed on a substrate, and the insulating layer of the wafer on which the insulating layer is formed is chemically and mechanically polished to expose a flat permalloy layer. CMP
A polishing end point detection device installed in polishing,

【0012】研磨装置から排出される研磨剤スラリ−廃
液を連続的に分析し、研磨剤スラリ−廃液中の3価の鉄
イオンの物理量を測定する機構と、該物理量の測定値
(Ie)と予め入力された最良のCMP研磨がなされた
研磨終点の研磨剤スラリ−廃液中の3価の鉄イオンの物
理量(Io)とを対比する機構と、前記測定値(Ie)
が予め入力された最良のCMP研磨がなされた研磨終点
の研磨剤スラリ−廃液中の3価の鉄イオンの物理量(I
o)の値に達したときに信号を発する機構と、その信号
に基づきウエハのCMP研磨終了を指示する機構を有す
ることを特徴とする、研磨終点検出装置を提供するもの
である。
A mechanism for continuously analyzing the slurry slurry waste liquid discharged from the polishing apparatus and measuring the physical quantity of trivalent iron ions in the slurry slurry waste liquid, and a measured value (Ie) of the physical quantity; A mechanism for comparing the previously input best CMP amount with the physical quantity (Io) of trivalent iron ions in the polishing slurry slurry waste liquid at the polishing end point, and the measured value (Ie)
Is the physical quantity (I) of trivalent iron ions in the polishing slurry waste liquid at the polishing end point where the best CMP polishing has been performed in advance.
An object of the present invention is to provide a polishing end point detecting device having a mechanism for issuing a signal when the value reaches o) and a mechanism for instructing the end of CMP polishing of a wafer based on the signal.

【0013】[0013]

【作用】研磨剤スラリ−廃液中には、研磨の進行の程度
に応じて研磨剤スラリ−成分の他に、研磨屑のパ−マロ
イ、絶縁層の屑が加わり、廃液組成比が刻々と変化す
る。従って、研磨最良時の研磨剤廃液中の特定の物質の
含有量(Io)を予め実験で求めておき、研磨中の研磨
剤スラリ−廃液中の該物質の含有量(Ie)を追跡(モ
ニタ−)し、この特定物質の含有量(Ie)が前記含有
量(Io)に一致したときを研磨終点としたので、ウエ
ハの研磨表面のパ−マロイ面積、絶縁材料面積比が常に
一定の状態で研磨終了とされることになる。特に、鉄イ
オンは極めて少量でも発色性試薬を着色させるので比色
分析は優れた検知方法である。
[Function] In addition to the abrasive slurry component, permalloy of polishing dust and debris of the insulating layer are added to the abrasive slurry waste liquid in accordance with the degree of polishing progress, and the waste liquid composition ratio changes every moment. I do. Therefore, the content (Io) of the specific substance in the polishing slurry waste liquid at the time of the best polishing is determined in advance by experiments, and the content (Ie) of the substance in the polishing slurry waste liquid during polishing is tracked (monitored). -), And when the content (Ie) of the specific substance coincides with the content (Io), the polishing end point was determined, so that the Permalloy area and the insulating material area ratio of the polished surface of the wafer were always constant. Then, polishing is completed. In particular, colorimetric analysis is an excellent detection method because even a very small amount of iron ions color the chromogenic reagent.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。 被研磨物のウエハ:本発明の被研磨物のウエハは、シリ
コン、アルミナ・チタンカ−バイト合金、ガラス等の基
板の表面の表面に、鉄を含有するパ−マロイ、例えばN
i−Fe、Mn−Fe、Co−Fe、Ni−Rh−F
e、Co−Zr−Fe、Co−Fe−B系パ−マロイ磁
性層を形成し、必要によりCu、Ag、Au等の配線を
施し、更に酸化アルミニウム等の絶縁層を設けたウエハ
である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail. Wafer to be polished: The wafer to be polished according to the present invention is made of a permalloy containing iron on a surface of a substrate made of silicon, alumina / titanium carbide alloy, glass or the like.
i-Fe, Mn-Fe, Co-Fe, Ni-Rh-F
e, a wafer on which a Co-Zr-Fe, Co-Fe-B-based permalloy magnetic layer is formed, wiring of Cu, Ag, Au or the like is provided as necessary, and an insulating layer of aluminum oxide or the like is further provided.

【0015】研磨装置:研磨装置10としては、例えば
図3に示すチャックテ−ブル14にウエハ1をバキュ−
ム吸着させ、該ウエハの上面側より研磨布15aを貼り
つけたプラテン15を押圧し、プラテンに研磨剤スラリ
−13を供給またはウエハ上面に研磨剤スラリ−を供給
しつつ、プラテンとウエハを回転させて研磨するCMP
装置、あるいは図4、図5、図6に示すウエハ1をチャ
ック11に取り付け、研磨布12aを貼りつけたプラテ
ン12に押圧し、プラテンに研磨剤スラリ−13を供給
しつつ、プラテンと半導体ウエハを回転させてウエハを
研磨する化学的機械研磨(CMP)装置、あるいはプラ
テンに代えて、研磨テ−プを用いたCMP装置等が挙げ
られる。
Polishing apparatus: As the polishing apparatus 10, for example, the wafer 1 is vacuumed on a chuck table 14 shown in FIG.
The platen 15 on which the polishing cloth 15a is adhered is pressed from the upper surface side of the wafer, and the platen and the wafer are rotated while the slurry 13 is supplied to the platen or the slurry is supplied to the upper surface of the wafer. CMP for polishing
The apparatus 1 or the wafer 1 shown in FIGS. 4, 5 and 6 is mounted on a chuck 11 and pressed against a platen 12 to which a polishing cloth 12a is attached, and while supplying an abrasive slurry 13 to the platen, the platen and the semiconductor wafer A mechanical mechanical polishing (CMP) apparatus for polishing a wafer by rotating a wafer, or a CMP apparatus using a polishing tape instead of a platen.

【0016】研磨剤スラリ−:CMP研磨に用いる研磨
剤スラリ−の成分は、被研磨物の組成、構造、研磨量に
よって変わるが、例えば(a)平均粒径が0.05〜1
μm の砥粒 0.1 〜10重量%、(b)水溶性無機アル
ミニウム塩、ニッケル塩より選ばれた無機塩0.1〜3
重量%および(c)水溶性キレ−ト剤 0.1〜3重量
%を含有する水性研磨剤スラリ−が使用できる。砥粒し
ては、酸化アルミニウム、酸化セリウム、単結晶ダイヤ
モンド、多結晶ダイヤモンド、酸化ケイ素、炭化珪素、
酸化クロミウムおよびガラス粉が挙げられ、これら砥粒
は平均粒径が0.1〜1.0μm 、好ましくは0.3〜
0.5μm の粒子である。
Abrasive slurry: The components of the abrasive slurry used for CMP polishing vary depending on the composition, structure, and polishing amount of the object to be polished. For example, (a) the average particle size is 0.05 to 1
0.1 to 10% by weight of abrasive grains having a particle diameter of 0.1 μm, and (b) an inorganic salt selected from water-soluble inorganic aluminum salts and nickel salts.
Aqueous abrasive slurries containing 0.1% to 3% by weight and (c) a water-soluble chelating agent can be used. As abrasive grains, aluminum oxide, cerium oxide, single crystal diamond, polycrystalline diamond, silicon oxide, silicon carbide,
Chromium oxide and glass powder, and these abrasive grains have an average particle diameter of 0.1 to 1.0 μm, preferably 0.3 to 1.0 μm.
0.5 μm particles.

【0017】研磨剤スラリ−中に占める(a)成分の砥
粒の含有量は、砥粒の種類、用途により異なるが、0.
05〜10重量%、好ましくは0.1〜3重量%であ
る。0.05重量%未満では実用的な研磨速度が得られ
ない。10重量%を超えても効果のより向上は望めず、
多く用いるのは経済的に不利である。(b)成分の水溶
性アルミニウム無機塩またはニッケル無機塩は、研磨速
度の向上に作用する。かかる(b)成分としては、アル
ミニウムまたはニッケルの硝酸塩、塩酸塩、硫酸塩、燐
酸塩、チオ硫酸塩が挙げられる。具体的には、硝酸アル
ミニウム塩、硝酸ニッケル塩、硫酸アルミニウム塩等で
ある。(b)成分の水溶性無機塩は、研磨剤スラリ−
中、0.1〜3重量%の量用いられる。(c)成分の水
溶性キレ−ト剤は、研磨速度の向上、得られるウエハの
平坦性向上の目的でスラリ−中に添加される。かかる水
溶性キレ−ト剤としては、エチレンジアミンテトラアセ
チックアシッド(EDTA)、エチレンジアミンテトラ
酢酸の2ナトリウム塩(EDTA−2)、アミノスルホ
ン酸−N,N−2酢酸アルカリ金属塩、2,2−ジメチ
ルプロパンビスオキサミドのアルカリ金属塩、ジエチレ
ントリアミンペンタ酢酸およびそのナトリウム塩等が挙
げられる。(c)成分のキレ−ト剤は、研磨剤スラリ−
中、0.1〜3重量%の量用いられる。
The content of the abrasive grains of the component (a) in the abrasive slurry varies depending on the type and use of the abrasive grains.
It is from 0.05 to 10% by weight, preferably from 0.1 to 3% by weight. If it is less than 0.05% by weight, a practical polishing rate cannot be obtained. Even if it exceeds 10% by weight, further improvement of the effect cannot be expected,
Many uses are economically disadvantageous. The water-soluble aluminum or nickel inorganic salt of the component (b) acts to improve the polishing rate. Examples of the component (b) include aluminum or nickel nitrate, hydrochloride, sulfate, phosphate, and thiosulfate. Specifically, aluminum nitrate, nickel nitrate, aluminum sulfate and the like. The water-soluble inorganic salt of the component (b) is an abrasive slurry.
Medium, it is used in an amount of 0.1 to 3% by weight. The water-soluble chelating agent (c) is added to the slurry for the purpose of improving the polishing rate and improving the flatness of the obtained wafer. Examples of such water-soluble chelating agents include ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA-2), aminosulfonic acid-N, N-2 acetate alkali metal salt, 2,2- Examples thereof include an alkali metal salt of dimethylpropanebisoxamide, diethylenetriaminepentaacetic acid, and a sodium salt thereof. The chelating agent of the component (c) is an abrasive slurry.
Medium, it is used in an amount of 0.1 to 3% by weight.

【0018】研磨剤スラリ−には、水性媒体、研磨油、
防錆剤、分散助剤、防腐剤、消泡剤、pH調整剤等が配
合される。分散媒としては、水単独、または水を主成分
(分散媒中、70〜99重量%)とし、アルコ−ル、グ
リコ−ル等の水溶性有機溶媒を副成分(1〜30重量
%)として配合したものが使用できる。水は、0.1μ
mカ−トリッジフィルタで濾過して得たできる限ぎり巨
大粒子を含まない水が好ましい。アルコ−ルとしては、
メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルア
ルコールが、グリコ−ル類としては、エチレングリコー
ル、テトラメチレングリコール、ジエチレングリコ−
ル、プロピレングリコ−ル、ポリエチレングリコ−ル、
等が挙げられる。
The abrasive slurry includes an aqueous medium, an abrasive oil,
A rust inhibitor, a dispersing aid, a preservative, an antifoaming agent, a pH adjuster and the like are compounded. As a dispersion medium, water alone or water as a main component (70 to 99% by weight in the dispersion medium), and a water-soluble organic solvent such as alcohol or glycol as a subcomponent (1 to 30% by weight). Compounded ones can be used. Water is 0.1μ
Water as large as possible and free of macroparticles obtained by filtration through a m-cartridge filter is preferred. As alcohol,
Methyl alcohol, ethyl alcohol and isopropyl alcohol include glycols such as ethylene glycol, tetramethylene glycol and diethylene glycol.
Propylene glycol, polyethylene glycol,
And the like.

【0019】研磨剤スラリ−中に占める水性分散媒の含
有量は、70〜99重量%、好ましくは90〜99重量
%である。70重量%未満ではスラリ−の粘度が高くな
り研磨剤スラリ−の基板上への供給性およびスラリ−の
貯蔵安定性が悪い。研磨向上剤、砥粒の分散剤の機能を
有する研磨油としては、各種界面活性剤、エチレングリ
コ−ル、プロピレングリコ−ル、ポリエチレングリコ−
ル、ポリオキシエチレンアルキルエ−テル、ポリオキシ
エチレンアルキルフェニルエ−テル、プルオニック系非
イオン性界面活性剤(エチレンオキシドとプロピレンオ
キシドの付加反応物)等が挙げられる。
The content of the aqueous dispersion medium in the abrasive slurry is 70 to 99% by weight, preferably 90 to 99% by weight. If it is less than 70% by weight, the viscosity of the slurry becomes high, and the supply of the abrasive slurry onto the substrate and the storage stability of the slurry are poor. Examples of the polishing oil having the function of a polishing improver and a dispersant for abrasive grains include various surfactants, ethylene glycol, propylene glycol, and polyethylene glycol.
And polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene alkyl phenyl ethers, pronic nonionic surfactants (addition products of ethylene oxide and propylene oxide) and the like.

【0020】界面活性剤としては、アニオン性界面活性
剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両
性界面活性剤、またはアニオン性界面活性剤とノニオン
性界面活性剤との併用、アニオン性界面活性剤と両性界
面活性剤との併用カチオン性界面活性剤とノニオン性界
面活性剤との併用、カチオン性界面活性剤と両性界面活
性剤との併用が挙げられる。界面活性剤の種類は、砥粒
の分散性、研磨速度に大きく寄与する。アニオン性界面
活性剤としては、パルミチン酸ナトリウム塩、ステアリ
ン酸ナトリウム塩、オレイン酸カルシウム、ステアリン
酸アルミニウム、パルミチン酸ナトリウム・カリウム塩
等の金属石鹸;アルキルポリオキシエチレンエ−テルカ
ルボン酸塩、アルキルフェニルポリオキシエチレンエ−
テルカルボン酸塩、硫酸化脂肪酸アルキルエステル、硫
酸モノアシルグリセリン塩、第二アルカンスルホン酸
塩、N−アシル−N−メチルタウリン酸、ドデシルベン
ゼンスルホン酸ソ−ダ、アルキルエ−テルリン酸、リン
酸アルキルポリオキシエチレン塩、燐酸アルキルフェニ
ルポリオキシエチレン塩、ナフタレンスルホン酸ソ−
ダ、ペルフルオロアルキルリン酸エステル、スルホン酸
変性シリコンオイル等が挙げられる。
Examples of the surfactant include an anionic surfactant, a cationic surfactant, a nonionic surfactant, an amphoteric surfactant, a combination of an anionic surfactant and a nonionic surfactant, and an anionic surfactant. Use of a surfactant and an amphoteric surfactant Combination of a cationic surfactant and a nonionic surfactant, and use of a combination of a cationic surfactant and an amphoteric surfactant. The type of the surfactant greatly contributes to the dispersibility of the abrasive grains and the polishing rate. Examples of anionic surfactants include metal soaps such as sodium palmitate, sodium stearate, calcium oleate, aluminum stearate, and sodium / potassium palmitate; alkyl polyoxyethylene ether carboxylate, alkyl phenyl poly Oxyethylene-
Tercarboxylate, sulfated fatty acid alkyl ester, monoacylglycerol sulfate, secondary alkane sulfonate, N-acyl-N-methyltauric acid, sodium dodecylbenzenesulfonate, alkyl ethereal phosphate, alkylpolyphosphate Oxyethylene salt, alkylphenyl phosphate polyoxyethylene salt, sodium naphthalene sulfonate
And perfluoroalkyl phosphates, sulfonic acid-modified silicone oils and the like.

【0021】これらの中でも、金属石鹸、HLBが5 以
上の、スルホン型アニオン界面活性剤、燐酸エステル型
アニオン性界面活性剤、フッ素系または塩素系アニオン
性界面活性剤およびこれらの2種以上の併用が好まし
い。アニオン性界面活性剤は、スラリ−中、0.05〜
2重量%用いられる。0.05重量%未満では、粒子の
分散性が悪く、粒子が沈降しやすい。2重量%を超えて
も分散性、研磨速度の効果のより向上は望めないし、排
水処理の面では少ない方が好ましい。
Among these, metal soaps, sulfone-type anionic surfactants having a HLB of 5 or more, phosphate ester-type anionic surfactants, fluorine-based or chlorine-based anionic surfactants, and combinations of two or more thereof Is preferred. The anionic surfactant is used in the slurry in an amount of from 0.05 to
2% by weight is used. If it is less than 0.05% by weight, the dispersibility of the particles is poor, and the particles tend to settle. Even if it exceeds 2% by weight, it is not expected to further improve the effects of the dispersibility and the polishing rate, and it is preferable that the effect is small in terms of wastewater treatment.

【0022】ノニオン性界面活性剤としては、ポリオキ
シエチレンアルキルエ−テル、ポリオキシエチレンアル
キルフェニルエ−テル、プルオニック系非イオン性界面
活性剤(エチレンオキシドとプロピレンオキシドの付加
反応物)、脂肪酸ポリオキシエチレンエステル、脂肪酸
ポリオキシエチレンソルビタンエステル、ポリオキシエ
チレンひまし油、脂肪酸蔗糖エステル、ポリオキシエチ
レン・オキシプロピレンアルキルエ−テル等が挙げられ
る。具体的には、ジラウリン酸ポリエチレングリコ−ル
エステル、トリデシルポリオキシエチレンエ−テル、ノ
ニルフェニルポリオキシエチレンエ−テル、モノステア
リン酸ポリエチレングリコ−ル、等が挙げられる。好ま
しくは、HLBが10以上の化合物が好ましい。ノニオ
ン性界面活性剤は、0.1〜10重量%用いられる。
Examples of the nonionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, pronic nonionic surfactant (addition reaction product of ethylene oxide and propylene oxide), fatty acid polyoxy Examples include ethylene esters, fatty acid polyoxyethylene sorbitan esters, polyoxyethylene castor oil, fatty acid sucrose esters, polyoxyethylene / oxypropylene alkyl ethers, and the like. Specific examples include polyethylene glycol dilaurate, tridecyl polyoxyethylene ether, nonylphenyl polyoxyethylene ether, and polyethylene glycol monostearate. Preferably, compounds having an HLB of 10 or more are preferred. The nonionic surfactant is used in an amount of 0.1 to 10% by weight.

【0023】両性界面活性剤としては、N−アルキルス
ルホベタイン変性シリコンオイル、N−アルキルニトリ
ロトリ酢酸、N−アルキルジメチルベタイン、α−トリ
メチルアンモニオ脂肪酸、N−アルキルβ−アミノプロ
ピオン酸、N−アルキルβ−イミノジプロピオン酸塩、
N−アルキルオキシメチル- N,N- ジエチルベタイ
ン、2−アルキルイミダゾリン誘導体、N−アルキルス
ルホベタイン等が挙げられる。アニオン性界面活性剤
と、ノニオン性界面活性剤または両性界面活性剤を併用
するときは、アニオン性界面活性剤1重量部に対し、ノ
ニオン性界面活性剤または両性界面活性剤0.1〜5重
量部の割合で用いる。併用により、スラリ−の貯蔵安定
性が向上する。
Examples of the amphoteric surfactant include N-alkylsulfobetaine-modified silicone oil, N-alkylnitrilotriacetic acid, N-alkyldimethylbetaine, α-trimethylammonio fatty acid, N-alkylβ-aminopropionic acid, and N-alkyl. β-iminodipropionate,
N-alkyloxymethyl-N, N-diethylbetaine, 2-alkylimidazoline derivatives, N-alkylsulfobetaine and the like. When the anionic surfactant and the nonionic surfactant or the amphoteric surfactant are used in combination, 0.1 to 5 parts by weight of the nonionic surfactant or the amphoteric surfactant is added to 1 part by weight of the anionic surfactant. Parts. The combined use improves the storage stability of the slurry.

【0024】研磨剤スラリ−中に占めるノニオン性界面
活性剤または両性界面活性剤の含有量は、0.1〜10
重量%、好ましくは0.1〜5重量%である。0.1重
量%未満では研磨剤スラリ−の貯蔵安定性の向上に効果
がない。10重量%を超えても分散性のより向上は望め
ない。分散助剤としては、ヘキサメタリン酸ソ−ダ、オ
レイン酸、第一リン酸カルシウム等が挙げられる。pH
調整剤としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、
モルホリン、アンモニア水等が挙げられる。防錆剤とし
てはアルカノ−ルアミン・アルカノ−ルアミンホウ酸縮
合物、モノエタノ−ルアミン、ジエタノ−ルアミン、ト
リエタノ−ルアミン、硼酸アルカノ−ルアミン塩、ベン
ズイソチアゾリン類等の含窒素有機化合物が挙げられ
る。消泡剤としては、流動パラフィン、ジメチルシリコ
ンオイル、ステアリン酸モノ、ジ- グリセリド混合物、
ソルビタンモノパルミチエ−ト、等が挙げられる。
The content of the nonionic surfactant or amphoteric surfactant in the abrasive slurry is 0.1 to 10%.
%, Preferably 0.1 to 5% by weight. If the amount is less than 0.1% by weight, the storage stability of the abrasive slurry is not improved. If it exceeds 10% by weight, no further improvement in dispersibility can be expected. Examples of the dispersing aid include sodium hexametaphosphate, oleic acid, and monobasic calcium phosphate. pH
Potassium hydroxide, sodium hydroxide,
Examples include morpholine and aqueous ammonia. Examples of the rust preventive include nitrogen-containing organic compounds such as alkanolamine / alkanolamine boric acid condensate, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, alkanolamine borate, and benzisothiazolines. As antifoaming agents, liquid paraffin, dimethyl silicone oil, monostearic acid, di-glyceride mixture,
And sorbitan monopalmitiate.

【0025】鉄イオンの物理量の測定:研磨剤スラリ−
廃液中の鉄イオンの物理量の測定は、比色分析、レ−ザ
−光や可視光線、紫外線の反射率、X線蛍光分析、電導
度滴定等どれでもよいが、測定機器が安価で、かつ、検
体液が少量で済み、連続的に流れる検体液を測定できる
比色分析法が好ましい。比色法は、排出されてくる鉄イ
オンを含有する研磨剤スラリ−廃液に、鉄イオンの存在
下に発色する試薬を、必要により酸化剤、緩衝剤を加え
て発色させ、発色した液に光線を照射し、鉄イオンに起
因して試薬が発色した化合物の特定の波長の吸収ピ−ク
の高さを測定し、該吸収ピ−クの高さの値から検量線を
用いて鉄イオン含有量を算出する。すなわち、鉄イオン
は触媒の作用をし、その濃度高いと発色の反応が速く進
行し、発色液の分光濃度が濃くなるので、予め鉄イオン
濃度と発色液の吸光度の検量線を作成し、その相関を数
値化してCPUに入力しておく。
Measurement of iron ion physical quantity: abrasive slurry
The measurement of the physical quantity of iron ions in the waste liquid may be any of colorimetry, laser light, visible light, ultraviolet light reflectance, X-ray fluorescence analysis, conductivity titration, etc., but the measuring equipment is inexpensive and It is preferable to use a colorimetric analysis method that requires only a small amount of the sample solution and can measure a continuously flowing sample solution. In the colorimetric method, a reagent that develops a color in the presence of iron ions is added to the discharged slurry slurry containing iron ions, and if necessary, an oxidizing agent and a buffer are added to form a color. And the height of the absorption peak at a specific wavelength of the compound in which the reagent has developed color due to the iron ion is measured. From the value of the height of the absorption peak, the iron ion content is determined using a calibration curve. Calculate the amount. In other words, iron ions act as a catalyst, and the higher the concentration, the faster the color-forming reaction proceeds, and the higher the spectral density of the color-forming solution.Therefore, a calibration curve of the iron ion concentration and the absorbance of the color-forming solution is created in advance. The correlation is digitized and input to the CPU.

【0026】鉄イオンの存在下で発色する試薬として
は、N,N−ジメチル−p−フェニレンジアミン、N,
N−ジエチル−p−フェニレンジアミン、o−フェナン
トロリン、チオシアンカリ、チオシアンナトリウム等が
挙げられる。中でも鉄イオンに対し感度の良好なN,N
−ジメチル−p−フェニレンジアミン、N,N−ジエチ
ル−p−フェニレンジアミンが好ましい。このN,N−
ジメチル−p−フェニレンジアミンの発色は、pH5.
0以上、好ましくは5.5〜7がよく、緩衝剤が廃液に
加えられる。緩衝剤としては、酢酸と酢酸ナトリウムの
混合水溶液、燐酸と燐酸アンモニウムの混合水溶液、硫
酸と硫酸アンモニウムの混合水溶液等が挙げられる。
N,N−ジメチル−p−フェニレンジアミン水溶液はそ
れ自身空気により酸化されやすいので、予め硫酸、塩酸
等の酸を加えてpHを酸性域にしておくか、緩衝剤を加
えてpHを酸性域にしておくのが好ましい。N,N−ジ
メチル−p−フェニレンジアミンの発色は酸化によるの
で、発色を短時間で行うために酸化剤を加える。酸化剤
としては、過酸化水素水が安価で取り扱いが容易であ
る。N,N−ジメチル−p−フェニレンジアミンの発色
は、次式で示される。
Reagents that develop color in the presence of iron ions include N, N-dimethyl-p-phenylenediamine, N, N
N-diethyl-p-phenylenediamine, o-phenanthroline, thiocyan potassium, sodium thiocyanate and the like can be mentioned. Among them, N, N with good sensitivity to iron ions
-Dimethyl-p-phenylenediamine, N, N-diethyl-p-phenylenediamine are preferred. This N, N-
The color development of dimethyl-p-phenylenediamine is pH 5.
It is preferably 0 or more, preferably 5.5 to 7, and a buffer is added to the waste liquid. Examples of the buffer include a mixed aqueous solution of acetic acid and sodium acetate, a mixed aqueous solution of phosphoric acid and ammonium phosphate, and a mixed aqueous solution of sulfuric acid and ammonium sulfate.
Since the aqueous solution of N, N-dimethyl-p-phenylenediamine itself is easily oxidized by air, the pH is adjusted to an acidic range by adding an acid such as sulfuric acid or hydrochloric acid in advance, or the pH is adjusted to an acidic range by adding a buffer. It is preferable to keep it. Since the color development of N, N-dimethyl-p-phenylenediamine is due to oxidation, an oxidizing agent is added to perform the color development in a short time. As the oxidizing agent, aqueous hydrogen peroxide is inexpensive and easy to handle. The color development of N, N-dimethyl-p-phenylenediamine is represented by the following formula.

【0027】[0027]

【化1】 Embedded image

【0028】該試薬の酸化により2つの誘導体が生じる
ので、可視光線の吸収波長は、514nm近傍の吸収ピ
−クと550nm近傍の吸収ピ−クが現れる(図1参
照)。研磨時間の経過につれて触媒作用する鉄が増加
し、反応が進行し、廃液の紫色が濃くなり、図1のaか
らdに示すように吸収ピ−クの高さは増大する。比色分
析の検体は白濁色から淡いピンク色、淡い赤紫色、濃い
紫色へと酸化反応の進行により色が濃くなっていく。
Since two derivatives are generated by oxidation of the reagent, absorption peaks of visible light include an absorption peak near 514 nm and an absorption peak near 550 nm (see FIG. 1). As the polishing time elapses, the amount of iron acting as a catalyst increases, the reaction proceeds, the purple color of the waste liquid becomes deeper, and the height of the absorption peak increases as shown in FIGS. The colorimetric sample becomes darker as the oxidation reaction progresses from cloudy to pale pink, pale reddish purple, and deep purple.

【0029】図7は異なった濃度の鉄イオンの存在下、
前記試薬がpH7.2で時間の経過とともに変化する5
14nm波長での吸光度の相関を示す。よって、廃液と
これら試薬、緩衝剤、過酸化水素の混合液(検体)を比
色分析するに、検体の調製時間および比色分析に要する
時間を合わせた時間tにおけるピ−クの高さを鉄イオン
の濃度と吸収高さの相関を示す検量線に当て嵌め、鉄イ
オン濃度を読み取るようにCPUの演算回路にプログラ
ムする。また、最適研磨状態の廃液中の鉄イオン濃度I
oの値をROMに入力する。
FIG. 7 shows that in the presence of different concentrations of iron ions,
The reagent changes with time at pH 7.2 5
The correlation of the absorbance at a wavelength of 14 nm is shown. Therefore, when performing colorimetric analysis of the waste liquid and the mixture (specimen) of these reagents, buffer, and hydrogen peroxide, the peak height at time t, which is the sum of the preparation time of the specimen and the time required for the colorimetric analysis, is set. The arithmetic circuit of the CPU is programmed to read the iron ion concentration by fitting to a calibration curve showing the correlation between the iron ion concentration and the absorption height. In addition, the iron ion concentration I in the waste liquid in the optimal polishing state I
Enter the value of o into the ROM.

【0030】なお、最適研磨終点時の吸光度(Ie)の
入力は、用いる研磨剤スラリ−中に鉄イオンが入ってい
ない(0.0000ppm)ときは直接Ieの値を入力
してよい。用いる新しい研磨剤スラリ−中に鉄イオンが
入っているときは直接Ieの値を入力してもよいが、好
ましくは新しい研磨剤スラリ−の吸光度Ie1と、最適
研磨終点時の吸光度Ie2を測定し、Ie=Ie2―I
e1としてCPUに入力する。図4に該検出器機を取り
付けた状態の研磨装置を示す。
The input of the absorbance (Ie) at the end point of the optimum polishing may be directly inputted when the abrasive slurry used contains no iron ions (0.0000 ppm). When iron ions are contained in the new abrasive slurry to be used, the value of Ie may be directly input. However, preferably, the absorbance Ie1 of the new abrasive slurry and the absorbance Ie2 at the end point of the optimal polishing are measured. , Ie = Ie2-I
Input to the CPU as e1. FIG. 4 shows a polishing apparatus with the detector device mounted.

【0031】研磨剤スラリ−廃液16は、プラテンまた
はチャックテ−ブルの回転の遠心力によりこれら外周の
一端に設けた樋17に集められ、ポンプ18aにより管
19aに供給され、管19bにポンプ18bにより供給
された緩衝剤水溶液20と混合部21aで混合されて先
ず廃液のpHを5以上、好ましくは5.5〜7.0に調
整し、ついで、試薬の水溶液22をポンプ18cで管1
9cに供給し、混合部21bで前記緩衝剤を含有する廃
液と混合し、更に、過酸化水素水溶液23をポンプ18
dで管19dに供給し、混合部21cで混合することに
より検体液24とされ、これを加熱器25,25で摂氏
40〜80度に加熱し、ついで検出器機のセル26内を
通過する際、可視光線が照射され、その500〜570
nmの波長の吸収ピ−クから廃液中の鉄イオン濃度(I
e)を検量線から算出し、算出した値を電気信号でCM
P研磨装置のCPUに接続されたRAMに送信し、予め
ROMに入力された最良の研磨時の研磨剤スラリ−廃液
中の鉄イオン濃度(Io)の値と比較され、両者の値が
一致するとCPUから研磨終了の指令が出力され、半導
体ウエハのCMP研磨が終了される。
The abrasive slurry waste liquid 16 is collected by a centrifugal force of rotation of a platen or a chuck table in a gutter 17 provided at one end of the outer periphery thereof, supplied to a pipe 19a by a pump 18a, and supplied to a pipe 19b by a pump 18b. The supplied aqueous solution of the buffer 20 is mixed in the mixing section 21a to adjust the pH of the waste liquid to 5 or more, preferably 5.5 to 7.0, and then the aqueous solution 22 of the reagent is supplied to the pipe 1 by the pump 18c.
9c, and mixed with the waste liquid containing the buffer in the mixing section 21b.
The sample liquid 24 is supplied to the tube 19d at d, and mixed by the mixing unit 21c to form a sample liquid 24, which is heated to 40 to 80 degrees Celsius by the heaters 25 and 25, and then passes through the cell 26 of the detector. Is irradiated with visible light,
The concentration of iron ion in the waste liquid (I
e) is calculated from the calibration curve, and the calculated value is expressed as a CM in an electric signal.
The result is transmitted to the RAM connected to the CPU of the P polishing apparatus, and is compared with the value of the iron ion concentration (Io) in the abrasive slurry waste liquid at the time of the best polishing previously input to the ROM. A polishing end command is output from the CPU, and the CMP polishing of the semiconductor wafer is ended.

【0032】このN,N−ジメチル−p−フェニレンジ
アミンの酸化による発色を利用した比色分析は、鉄と同
じく触媒作用する3価のCoイオン、Biイオン、M
o、Mnイオンのイオンの濃度検出にも利用でき、同じ
吸収波長ピ−クで検量することができるので、パ−マロ
イ、デバイスにこれら金属を含有する半導体ウエハのC
MP研磨終点を検出できるが発色速度は鉄イオンより若
干劣る。比色分析は、ウエハの研磨最初から行ってもよ
いし、研磨終了間際の30〜5秒前に分析開始を行って
もよい。ただし、前述した鉄イオンが含有される研磨剤
スラリ−が使用され、Ie=Ie2―Ie1の絶対値を
入力するときは比色分析をウエハの研磨最初から行った
方が好ましい。
The colorimetric analysis utilizing the color development by oxidation of N, N-dimethyl-p-phenylenediamine is based on trivalent Co ion, Bi ion, M
It can also be used to detect the concentration of o and Mn ions, and can be calibrated at the same absorption wavelength peak.
Although the MP polishing end point can be detected, the coloring speed is slightly inferior to that of iron ions. The colorimetric analysis may be performed from the beginning of the polishing of the wafer, or may be started 30 to 5 seconds before the end of the polishing. However, when the above-mentioned abrasive slurry containing iron ions is used, and when the absolute value of Ie = Ie2-Ie1 is input, it is preferable to perform the colorimetric analysis from the beginning of the wafer polishing.

【0033】なお、パ−マロイの例としてNi−Fe系
があり、Niイオンをジメチルオキシム法で比色分析す
ることが考えられるが、感度がN,N−ジメチル−p−
フェニレンジアミンの酸化による発色を利用した比色分
析法の1/1000以下であり、また、研磨剤スラリ−
中にキレ−ト剤が含有されているときは測定にバラツキ
が生じるので、実用的でない。この比色分析を図6に示
すようにプラテン上に試薬を滴下しつつ着色部に可視光
線を可視光線放射管27より照射し、その反射光量を物
理量(Ie)としてスペクトロメ−タ−28に検出する
ことも可能である。可視光線に代えて蛍光X線をX線放
射管27からプラテン12上に照射し、反射してきた蛍
光X線の鉄に基づくスペクトルから研磨終点を決定する
ことも可能である。
As an example of permalloy, there is a Ni-Fe system, and it is conceivable to perform colorimetric analysis of Ni ions by the dimethyl oxime method, but the sensitivity is N, N-dimethyl-p-.
It is less than 1/1000 of the colorimetric analysis method utilizing color development by oxidation of phenylenediamine.
When a chelating agent is contained therein, the measurement will vary, which is not practical. In this colorimetric analysis, as shown in FIG. 6, a colored part is irradiated with visible light from a visible light emitting tube 27 while a reagent is dropped on a platen, and the amount of reflected light is detected as a physical quantity (Ie) by a spectrometer 28. It is also possible. It is also possible to irradiate the platen 12 with fluorescent X-rays instead of visible light from the X-ray emission tube 27, and determine the polishing end point from the iron-based spectrum of the reflected fluorescent X-rays.

【0034】[0034]

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。 研磨剤の調製:硝酸アルミニウム 0.5重量部および
ジエチレントリアミンペンタ酢酸Na塩 0.5重量部
を、0.1μmカ−トリッジフィルタを通過した水 9
5重量部に溶解した。上記濾液 93.5重量部に、平
均粒径 0.5μmの酸化アルミニウム粒子2.5重量
部、ラウリルアルコ−ルポリオキシエチレンエ−テル
1.0重量部およびポリエチレングリコ−ル(分子量
200) 2.0重量部をホモジナイザ−で混合し、
研磨剤スラリ−を調製した。5日経過後、濾過により水
に溶解しない結晶を水溶液から取り除いた。濾液 9
3.5重量部に、平均粒径 0.5μmの酸化アルミニ
ウム粒子 2.5重量部、ラウリルアルコ−ルポリオキ
シエチレンエ−テル 1.0重量部およびポリエチレ
ングリコ−ル(分子量 300) 2.0重量部をホモ
ジナイザ−で混合し、研磨剤スラリ−(Feイオン濃度
は0.0000ppm)を調製した。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. Preparation of abrasive: 0.5 parts by weight of aluminum nitrate and 0.5 parts by weight of diethylenetriaminepentaacetic acid Na salt were added to water which passed through a 0.1 μm cartridge filter.
Dissolved in 5 parts by weight. 93.5 parts by weight of the above filtrate, 2.5 parts by weight of aluminum oxide particles having an average particle size of 0.5 μm, lauryl alcohol polyoxyethylene ether
1.0 part by weight and 2.0 parts by weight of polyethylene glycol (molecular weight: 200) were mixed with a homogenizer,
An abrasive slurry was prepared. After 5 days, the crystals which did not dissolve in water were removed from the aqueous solution by filtration. Filtrate 9
3.5 parts by weight, 2.5 parts by weight of aluminum oxide particles having an average particle size of 0.5 μm, 1.0 part by weight of lauryl alcohol polyoxyethylene ether and 2.0 parts of polyethylene glycol (molecular weight: 300) 2.0 The parts by weight were mixed with a homogenizer to prepare an abrasive slurry (Fe ion concentration: 0.0000 ppm).

【0035】最良研磨時の鉄イオン濃度の測定:アルミ
ニウム・チタンカ−バイド基板の上に、Ni(81.9
重量%)−Fe(18.1重量%)のパ−マロイ300
0nm層を、さらにその上にスパッタリング法によりア
ルミニウムオキサイド絶縁層を設けた磁気ディスクウエ
ハをチャック機構に基板面が吸着されるように取り付
け、一方、このチャック機構の下面に設けられたプラテ
ンの研磨布面には前記研磨剤スラリ−を滴下しつつ、半
導体ウエハの絶縁層面を押し当て(圧力 400g/c
m2)、プラテンの回転数を45rpm、チャック機構
の回転数を45rpmとして3分間研磨した際のパ−マ
ロイと絶縁層の段差が68オングストロ−ムと小さく、
かつ、パ−マロイ層と絶縁層のそれぞれの表面粗さ(R
a)も約6オングストロ−ムと小さく最良であった。
Measurement of iron ion concentration at the time of best polishing: Ni (81.9) was placed on an aluminum / titanium carbide substrate.
Wt%)-Fe (18.1 wt%) Permalloy 300
A magnetic disk wafer on which a 0 nm layer is further provided with an aluminum oxide insulating layer by a sputtering method is mounted on a chuck mechanism so that the substrate surface is adsorbed, while a platen polishing cloth provided on the lower surface of the chuck mechanism The surface of the insulating layer of the semiconductor wafer is pressed against the surface while the abrasive slurry is dropped (pressure 400 g / c).
m2), the step between the permalloy and the insulating layer when polished for 3 minutes at a platen rotation speed of 45 rpm and a chuck mechanism rotation speed of 45 rpm is as small as 68 Å,
In addition, the respective surface roughness (R) of the permalloy layer and the insulating layer
a) was also as small as about 6 angstroms and was the best.

【0036】この際の、研磨剤スラリ−廃液 1cc、
緩衝剤水溶液(酢酸0.2モルと酢酸ナトリウム0.2
モルを純粋に溶解して1リットルとした水溶液) 1c
c/分、1重量%N,N−ジメチル−p−フェニレンジ
アミン水溶液 1cc/分および1重量%過酸化水素水
1cc/分を用いての比色分析(吸収波長514n
m)による研磨剤スラリ−廃液中の3価の鉄イオン濃度
は0.60ppmであった。また、別法で分析した前記
研磨剤スラリ−廃液中のNi金属の濃度は5.1ppm
であった。
At this time, 1 cc of abrasive slurry waste liquid,
Buffer aqueous solution (acetic acid 0.2 mol and sodium acetate 0.2
Aqueous solution made by dissolving pure moles to 1 liter) 1c
c / min, colorimetric analysis using 1 wt% N, N-dimethyl-p-phenylenediamine aqueous solution 1 cc / min and 1 wt% hydrogen peroxide aqueous solution 1 cc / min (absorption wavelength 514 n
The trivalent iron ion concentration in the abrasive slurry waste liquid according to m) was 0.60 ppm. Also, the concentration of Ni metal in the abrasive slurry waste liquid analyzed by another method was 5.1 ppm.
Met.

【0037】研磨終点検知:図4に示す研磨装置1のプ
ラテン15の外側に設けられた樋17に研磨中の研磨剤
スラリ−をポンプにより1cc/分の割合で管18aに
供給し、また、緩衝剤水溶液、N,N−ジメチル−p−
フェニレンジアミン水溶液および過酸化水素水溶液の供
給も1cc/分として管に供給し、研磨剤スラリ−廃液
中の3価の鉄イオン濃度(Ie)の比色分析を行った。
ROMに記録した最良研磨時の3価の鉄イオン濃度(I
o)は、0.60ppmに相当する514nm波長での
吸光度を入力した。
Detection of polishing end point: Abrasive slurry being polished is supplied to a pipe 18a at a rate of 1 cc / min by a pump into a gutter 17 provided outside a platen 15 of the polishing apparatus 1 shown in FIG. Buffer aqueous solution, N, N-dimethyl-p-
An aqueous phenylenediamine solution and an aqueous hydrogen peroxide solution were also supplied to the tube at 1 cc / min, and colorimetric analysis of the trivalent iron ion concentration (Ie) in the abrasive slurry waste liquid was performed.
Trivalent iron ion concentration (I
In o), the absorbance at a wavelength of 514 nm corresponding to 0.60 ppm was input.

【0038】Ieの価がIoと一致した時を研磨終点と
した。研磨後のウエハのパ−マロイ合金の表面粗さを表
面粗さ計(小松製作所製ET30HK:商品名)によ
り、測定長 0.25mm、スタイラス 0.5 μmR、
荷重 3mg、20μm/秒のスピ−ドで測定したとこ
ろ、いずれも約6オングストロ−ム(Ra)であった。
また、レ−ザ−光による表面欠陥解析装置でパ−マロイ
合金の表面を測定し、幅1〜3μm、長さ20μm以下
のスクラッチの数を測定したところ、マイクロスクラッ
チはいずれも検出されなかった。
The time when the value of Ie coincided with Io was defined as the polishing end point. The surface roughness of the permalloy alloy of the polished wafer was measured with a surface roughness meter (trade name: ET30HK, manufactured by Komatsu Ltd.), measuring length 0.25 mm, stylus 0.5 μmR,
When measured with a load of 3 mg and a speed of 20 μm / sec, all were about 6 angstroms (Ra).
The surface of the permalloy alloy was measured by a surface defect analyzer using laser light, and the number of scratches having a width of 1 to 3 μm and a length of 20 μm or less was measured. As a result, no micro scratch was detected. .

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明のウエハのCMP研磨終点の検出
方法は、研磨後のウエハのパ−マロイ層の組成に基づく
分析を行っているに等しいので従来法の検出方法より、
より精密に研磨終点を検出できる。
The method of detecting the end point of CMP of a wafer according to the present invention is equivalent to performing an analysis based on the composition of the permalloy layer of the polished wafer.
The polishing end point can be detected more precisely.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】比色分析法で得られた光線波長と、吸光度の相
関図である。
FIG. 1 is a correlation diagram between light wavelength obtained by colorimetry and absorbance.

【図2】ウエハの研磨の経時変化を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a change over time in polishing of a wafer.

【図3】CMP研磨装置の1例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing an example of a CMP polishing apparatus.

【図4】CMP研磨装置に研磨終点検出器機を付属させ
た1例を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing an example in which a polishing end point detector is attached to a CMP polishing apparatus.

【図5】CMP研磨装置の上面図である。FIG. 5 is a top view of the CMP polishing apparatus.

【図6】別の検出機構を付属したCMP研磨装置の上面
図である。
FIG. 6 is a top view of a CMP polishing apparatus provided with another detection mechanism.

【図7】異なった鉄イオン濃度下における時間と514
nm波長の吸光度の相関を示す図である。
FIG. 7 shows time and 514 under different iron ion concentrations.
It is a figure which shows the correlation of the light absorbency of nm wavelength.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ウエハ 3 パ−マロイ層 4 絶縁層 10 CMP研磨装置 13 研磨剤スラリ− 16 研磨剤スラリ−廃液 24 検体液 26 検出器機のセル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wafer 3 Permalloy layer 4 Insulating layer 10 CMP polishing apparatus 13 Abrasive slurry 16 Abrasive slurry waste liquid 24 Sample liquid 26 Cell of detector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 則夫 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 三菱化学株式会社横浜総合研究所内 Fターム(参考) 3C058 AA07 AC02 BA09 BB01 BB09 CB01 CB04 CB10 DA02 DA12 DA17  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Norio Hayashi 1000 Kamoshitacho, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Mitsubishi Chemical Corporation Yokohama Research Laboratory F-term (reference) 3C058 AA07 AC02 BA09 BB01 BB09 CB01 CB04 CB10 DA02 DA12 DA17

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板の上に鉄を含有するパ−マロイ層が
形成され、更に絶縁層を形成したウエハの前記絶縁層を
化学機械研磨して平坦なパ−マロイ層を露出させるCM
P研磨において、研磨剤スラリ−廃液中の3価の鉄イオ
ンの物理量を測定し、その物理量(Ie)が予め入力さ
れた最良のCMP研磨がなされた研磨終点の研磨剤スラ
リ−廃液中の3価の鉄イオンの物理量(Io)の値に達
したときをウエハのCMP研磨終点とすることを特徴と
する、研磨終点検出方法。
1. A CM in which a permalloy layer containing iron is formed on a substrate, and the insulating layer of the wafer on which the insulating layer is formed is chemically and mechanically polished to expose a flat permalloy layer.
In P polishing, the physical quantity of trivalent iron ions in the abrasive slurry waste liquid was measured, and the physical quantity (Ie) was previously input. A polishing end point detecting method, wherein a point at which a value of a physical quantity (Io) of iron ions having a valence reaches a CMP polishing end point of a wafer is set.
【請求項2】 研磨剤スラリ−中の鉄イオンの物理量
が、研磨剤スラリ−に鉄イオンの存在下で発色する試薬
および過酸化水素水を加え、発色した研磨剤スラリ−の
反射率または吸光度から研磨剤スラリ−廃液中の鉄イオ
ン含有量を算出することで行われる、請求項1に記載の
研磨終点検出方法。
2. The physical quantity of iron ions in the abrasive slurry is determined by adding a reagent and a hydrogen peroxide solution to the abrasive slurry in the presence of iron ions to obtain a reflectance or absorbance of the colored abrasive slurry. The polishing end point detecting method according to claim 1, wherein the method is performed by calculating the iron ion content in the abrasive slurry waste liquid from the following formula.
【請求項3】 試薬が、N,N−ジアルキル−p−フェ
ニレンジアミン(但し、アルキル基の炭素数は1〜2で
ある。)である、請求項2に記載の研磨終点検出方法。
3. The polishing endpoint detection method according to claim 2, wherein the reagent is N, N-dialkyl-p-phenylenediamine (provided that the alkyl group has 1 to 2 carbon atoms).
【請求項4】 研磨剤スラリ−廃液には、鉄イオンの存
在下で発色する試薬、過酸化水素水の他に更に緩衝剤水
溶液が加えられることを特徴とする、請求項2または3
に記載の研磨終点検出方法。
4. The abrasive slurry waste liquid further comprises an aqueous buffer solution in addition to a reagent and a hydrogen peroxide solution that develop color in the presence of iron ions.
3. The polishing end point detection method described in 1. above.
【請求項5】 鉄イオンの物理量が、研磨剤スラリ−廃
液のpH 5〜7で測定した波長500〜570ナノメ
−タ−(nm)の吸光度のピ−クをもって検量すること
を特徴とする、請求項4に記載の研磨終点検出方法。
5. The method according to claim 1, wherein a physical quantity of the iron ion is measured by a peak of an absorbance at a wavelength of 500 to 570 nanometers (nm) measured at a pH of the slurry slurry waste liquid of 5 to 7. The polishing end point detecting method according to claim 4.
【請求項6】 CMP研磨に使用する研磨剤スラリ−
が、(a)平均粒径が0.05〜1μm の砥粒 0.1 〜
10重量%、(b)水溶性無機アルミニウム塩、ニッケ
ル塩より選ばれた無機塩 0.1〜3重量%および
(c)水溶性キレ−ト剤 0.1〜3重量%を含有する
水性研磨剤スラリ−であることを特徴とする、請求項1
に記載の研磨終点検出方法。
6. An abrasive slurry used for CMP polishing.
However, (a) abrasive grains having an average particle size of 0.05 to 1 μm 0.1 to 0.1 μm
Aqueous polishing containing 10% by weight, (b) 0.1 to 3% by weight of an inorganic salt selected from a water-soluble inorganic aluminum salt and a nickel salt, and (c) 0.1 to 3% by weight of a water-soluble chelating agent. 2. An agent slurry.
3. The polishing end point detection method described in 1. above.
【請求項7】 研磨剤スラリ−中の水溶性無機塩(b)
が、アルミニウムまたはニッケルの硝酸塩、塩酸塩、硫
酸塩、燐酸塩、チオ硫酸塩より選ばれたものである、請
求項6に記載の研磨終点検出方法。
7. A water-soluble inorganic salt (b) in an abrasive slurry.
The polishing endpoint detection method according to claim 6, wherein is selected from nitrates, hydrochlorides, sulfates, phosphates, and thiosulfates of aluminum or nickel.
【請求項8】 研磨剤スラリ−中の(a)砥粒が、酸化
アルミニウム、酸化セリウム、単結晶ダイヤモンド、多
結晶ダイヤモンド、酸化ケイ素、炭化珪素、酸化クロミ
ウム、ベ−マイトおよびガラス粉より選ばれた粒子であ
ることを特徴とする、請求項6に記載の研磨終点検出方
法。
8. The abrasive grains (a) in the abrasive slurry are selected from aluminum oxide, cerium oxide, single crystal diamond, polycrystalline diamond, silicon oxide, silicon carbide, chromium oxide, boehmite and glass powder. The polishing end point detecting method according to claim 6, characterized in that the polishing end points are particles.
【請求項9】 基板の上に鉄を含有するパ−マロイ層が
形成され、更に絶縁層を形成したウエハの前記絶縁層を
化学機械研磨して平坦なパ−マロイ層を露出させるCM
P研磨に設置する研磨終点検出装置であって、 研磨装置から排出される研磨剤スラリ−廃液を連続的に
分析し、研磨剤スラリ−廃液中の3価の鉄イオンの物理
量を測定する機構と、 該物理量の測定値(Ie)と予め入力された最良のCM
P研磨がなされた研磨終点の研磨剤スラリ−廃液中の3
価の鉄イオンの物理量(Io)とを対比する機構と、 前記測定値(Ie)が予め入力された最良のCMP研磨
がなされた研磨終点の研磨剤スラリ−廃液中の3価の鉄
イオンの物理量(Io)の値に達したときに信号を発す
る機構と、 その信号に基づきウエハのCMP研磨終了を指示する機
構を有することを特徴とする、研磨終点検出装置。
9. A CM in which a permalloy layer containing iron is formed on a substrate, and the insulating layer of the wafer on which the insulating layer is formed is chemically and mechanically polished to expose a flat permalloy layer.
A polishing end point detecting device installed in P polishing, a mechanism for continuously analyzing an abrasive slurry waste liquid discharged from the polishing device, and measuring a physical quantity of trivalent iron ions in the abrasive slurry waste liquid; The measured value (Ie) of the physical quantity and the best CM previously input
Abrasive slurry at polishing end point after P polishing-3 in waste liquid
A mechanism for comparing the physical quantity (Io) of the trivalent iron ions with the measured value (Ie); An apparatus for detecting a polishing end point, comprising: a mechanism for issuing a signal when the value of a physical quantity (Io) is reached; and a mechanism for instructing termination of CMP polishing of a wafer based on the signal.
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