JP2000317826A - 基板の研磨終点検出方法および研磨終点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板のＣＭＰ研磨終点を自動的に
検出する。 【解決手段】 研磨剤スラリ−を供給しつつ、キ
ャリアに保持された被膜を有する基板の被膜面と回転す
る研磨パッドとを摺動させて基板の被膜面を平坦化する
化学機械研磨方法において、研磨剤スラリ−廃液に電磁
波を与え、その電磁波により励起された共振周波数（Ｍ
Ｈｚｉ）および／または共振電圧（Ｖｉ）を測定し、そ
の値が予め制御装置に入力された最良の化学機械研磨が
なされた研磨終点時の研磨剤スラリ−廃液の共振周波数
（ＭＨｚｏ）で追跡した際の共振電圧（Ｖｏ）の値に達
したときを基板の化学機械研磨終点とすることを特徴と
する、基板の研磨終点検出方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デバイスシリコン
ウエハの化学機械研磨（ＣＭＰ）液晶ガラス基板の化学
機械研磨、アルミナ・チタンカ−バイト（ＡｌＴｉＣ）
合金、ガラス基板等の基板の表面の表面に、鉄を含有す
るパ−マロイ、例えばＮｉ−Ｆｅ、Ｍｎ−Ｆｅ、Ｃｏ−
Ｆｅ、Ｎｉ−Ｒｈ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆ
ｅ−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
貼りつけた研磨パッドに押圧し、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）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。特に、多層配線
のＬＳＩを製造する際の化学機械研磨に適している。

【０００２】

【従来の技術】例えば、磁気ヘッド基板は、図７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７ａ）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７ｄ）。また、デバイスシリコンウエハにおいて
は、被覆する層が５層から１０層の複数層となることも
ある。

【０００３】これら基板の研磨において、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）。 研磨途中の研磨パッド、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
１０−１７７９７６号等）。 研磨途中の研磨パッド、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５−１３
８５２９号、同６−２１６０９５号、同８−１３９０６
０号、同８−１９７４１７号、同９−３６０７３号、同
９−２６２７４３号、同１０−２５６２０９号等）。

【０００４】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７−３２８
９１６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。

【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が低い。また、加
工される基板の硬度の変化が大きいものには利用できる
かも知れぬが、硬度の変化が小さいものには利用ができ
ない。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。また、多層配線構造のデバイス
ウエハ研磨には加工金属の残留密度や、下地の金属の影
響を受け、再現性に欠ける。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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、例えば図
８に示す銅張基板の研磨においては、研磨開始前は研磨
剤スラリ−のアルミナを主とする金属が、研磨開始当初
からしばらくの間（図８ａ）は研磨剤スラリ−廃液には
アルミナに対する銅の増加が見られ、下地の絶縁層やプ
ラグが露呈してくるとき（図８ｂ）は研磨剤スラリ−廃
液には銅の量が減少に転じ、アルミナの増加とプラグ形
成のアルミニウム、絶縁皮膜形成の酸化チタンの増加が
見られ、研磨終点時（図８ｃ）には研磨剤スラリ−廃液
中に占めるこれら金属の量が一定となることに注目し、
この最良の研磨状態となった研磨剤スラリ−廃液組成に
基づく物理量を電磁波を利用して共振周波数と共振電圧
の相関から導き、これを研磨終点判断の指標に利用する
方法および装置を提供することを見い出した。

【０００７】この方法は、アルミナ・チタンカ−バイト
（ＡｌＴｉＣ）合金、ガラス基板等の基板の表面の表面
に、鉄を含有するパ−マロイ、例えばＮｉ−Ｆｅ、Ｍｎ
−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｒｈ−Ｆｅ、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磁気ヘッド基板の化学機
械研磨においても、研磨された最良の状態を示す基板が
得られる時点の、研磨剤スラリ−廃液中の組成が一定と
なることに注目し、この最良の研磨状態となった研磨剤
スラリ−廃液組成に基づく物理量を電磁波を利用して共
振周波数と共振電圧の相関から導き、これを研磨終点判
断の指標に利用することができる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、研磨剤スラリ
−を供給しつつ、キャリアに保持された被膜を有する基
板の被膜面と回転する研磨パッドとを摺動させて基板の
被膜面を平坦化する化学機械研磨方法において、研磨剤
スラリ−廃液に電磁波を与え、その電磁波により励起さ
れた共振周波数（ＭＨｚｉ）と共振電圧（Ｖｉ）を測定
し、基板研磨中の研磨剤スラリ−廃液の最大共振電圧を
与える共振周波数（ＭＨｚｏ）における共振電圧を追跡
し、その共振電圧の値が予め制御装置に入力された最良
の化学機械研磨がなされた研磨終点時の研磨剤スラリ−
廃液の共振周波数（ＭＨｚｏ）における共振電圧（Ｖ
ｏ）の値に達したときを基板の化学機械研磨終点とする
ことを特徴とする、基板の研磨終点検出方法を提供する
ものである。

【０００９】研磨剤スラリ−廃液組成に特有の値を検出
するので、レ−ザ−光等の光学的手法のようなＣｕパタ
−ンレイアウトや絶縁層下地の影響を受けることがな
い。また、デバイスウエハのように異なる材質の積層構
成のときは、測定値によりその境界面の露呈が分かる。

【００１０】本発明は、また、研磨剤スラリ−の供給機
構、キャリアに保持された被膜を有する基板の被膜面と
回転する研磨パッドとを摺動させて基板の被膜面を平坦
化しているときの研磨剤スラリ−廃液を測定セルに導く
機構、セルの側面に置かれた送信用高周波電極および受
信検出用コイル、前記受信検出用コイルより送られた高
周波の共振周波数（ＭＨｚｉ）と共振電圧（Ｖｉ）の値
を制御装置に送信する回路、その送信されてきた共振周
波数（ＭＨｚｉ）および共振電圧（Ｖｉ）の値と、予め
制御装置に入力された最良の化学機械研磨がなされた研
磨終点時の研磨剤スラリ−廃液の共振周波数（ＭＨｚ
ｏ）および共振電圧（Ｖｏ）の値とを比較する機構、こ
れら共振周波数および共振電圧の値が一致したときに基
板の化学機械研磨終了の信号を発する機構、およびその
信号に基づき基板の化学機械研磨終了を指示する機構、
とを有することを特徴とする基板の化学機械研磨終点検
出装置を提供するものである。検出部が小型であるの
で、ＣＭＰ装置への組み込みが容易である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を更に
詳細に説明する。図１は研磨終点検出器を具備したＣＭ
Ｐ研磨装置の断面図、図２は別のＣＭＰ研磨装置の１例
を示す断面図、図３はそのＣＭＰ研磨装置の上面図、図
４は研磨剤スラリ−を用いて銅張絶縁基材を研磨した場
合に、研磨剤スラリ−に研磨された銅屑の量が増加して
いく際の研磨剤スラリ−廃液に高周波を付加させて得ら
れた共振周波数と共振電圧との相関図で、Ｎｏ．１は研
磨が開始される前のバ−ジンの研磨剤スラリ−のそれ
で、番号が増加（Ｎｏ．２からＮｏ．５）するにつれて
廃液中の銅屑量は増加し、Ｎｏ．５からＮｏ．７におい
ては略一定の共振周波数と共振電圧の相関曲線を示す
（図８におけるａの状態の研磨）。図８ｂの研磨の状態
となると銅屑の占める割合は減少し始め、図４のＮｏ．
８、Ｎｏ．９に示すように共振周波数と共振電圧との相
関曲線はＮｏ．１の相関曲線に近かずいていき、図８ｃ
の研磨が終了した状態では研磨剤スラリ−廃液の組成は
変化がなくなる。

【００１２】図５は図４の相関図においてＮｏ．１とし
て示された研磨が開始される前のバ−ジンの研磨剤スラ
リ−の共振周波数と共振電圧の相関曲線（ａ）と、図４
相関図においてＮｏ．６として示された銅屑が混入して
いる研磨剤スラリ−の共振周波数と共振電圧の相関曲線
（ｂ）である。図５のｂ曲線において、最大の共振周波
数電圧１４．６ボルトを示す共振周波数（ＭＨｚｏ）は
６．１メガヘルツ（ＭＨｚ）である。ちなみに、図５の
ａ曲線よりバ−ジンの研磨剤スラリ−の最大の共振周波
数電圧１１．８ボルトを示す共振周波数は５．４ＭＨｚ
である。

【００１３】図６は研磨剤スラリ−を用いて銅張絶縁基
材を研磨した場合の、共振周波数（ＭＨｚｏ）６．１メ
ガヘルツで追跡した共振電圧の相関曲線ｂと、バ−ジン
の研磨剤スラリ−で示された共振周波数５．４ＭＨｚで
追跡した共振電圧の相関曲線ａの経時変化を示す図であ
る。

【００１４】研磨装置：研磨装置１０としては、例えば
図１に示す回転軸に軸承されたチャックテ−ブル１４に
基板１をバキュ−ム吸着させ、該基板の上面側より研磨
布（研磨パッド）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を供給または基板
上面に研磨剤スラリ−を供給しつつ、プラテンと基板１
を回転させて研磨するＣＭＰ装置、あるいは図２、図３
に示す基板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１５に押圧し、プラテンに研磨剤
スラリ−１３を供給しつつ、プラテンと基板を回転させ
てウエハを研磨する化学的機械研磨（ＣＭＰ）装置等が
挙げられる。

【００１５】検出器：図１に示すＣＭＰ研磨装置におい
て、検出器１６は送信用高周波電極１６ａと、受信検出
用コイル電極１６ｂと、研磨剤スラリ−廃液１６ｃを測
定するためのセル１６ｄと周波数（ＭＨｚ）と電圧
（Ｖ）表示機器１６ｅよりなる。研磨剤スラリ−廃液１
６ｃ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１８によりセル１６ｄを形成する管に連続した流
れとして供給され、送信用高周波電極１６ａより高周波
を発振（照射）し、研磨剤スラリ−廃液１６ｃに照射し
た高周波の共振周波数および共振電圧をコイル電極１６
ｂで読みとり、制御装置（ＣＰＵ）のＲＡＭにその共振
周波数の値（ＭＨｚｉ）と共振電圧の値（Ｖｉ）をアナ
ログ信号として送る。表示機器１６ｅではそれらの数値
（ＭＨｚｉおよびＶｉ）がデジタル表示される。かかる
非接触液質計は、株式会社プレテックよりＦＩＮＥ Ａ
ＮＡＬＹＺＥＲＬＡ−１０００（商品名）として販売さ
れている。

【００１６】電気信号でＣＭＰ研磨装置のＣＰＵのＲＡ
Ｍに送信されたそれらの数値（ＭＨｚｉおよびＶｉ）
は、予めＲＯＭに入力された最良の研磨終了時の研磨剤
スラリ−廃液の共振周波数（ＭＨｚｏ）における共振電
圧の値（Ｖｏ）の値と比較され、ＶｉとＶｏの値が一致
するとＣＰＵから研磨終了の指令が出力され、ＣＭＰ研
磨装置による基板のＣＭＰ研磨が終了される。

【００１７】ＲＯＭに入力される共振周波数の値（ＭＨ
ｚｏ）および共振電圧の値（Ｖｏ）は、予め手動で基板
を研磨し、最良の研磨終了時の研磨剤スラリ−廃液の共
振周波数の値（ＭＨｚｏ）における共振電圧の値（Ｖ
ｏ）の値である。この値は例えば、図５のｂで示す共振
周波数と共振電圧の相関曲線から求めた最大共振電圧
（１４．８Ｖ）を与える共振周波数の値（ＭＨｚｏ）の
６．１ＭＨｚで追跡した共振電圧の経時曲線において、
手動で基板を研磨し、最良の研磨が行なわれた（図８の
ｃ）と目で認められた時の共振電圧の値（Ｖｏ）とす
る。図６では（Ｖｏ）は３．８ボルトを示す。

【００１８】図６に示されるように、研磨初期は共振電
圧は上昇し、追跡の周波数の基準とした最大電圧１４．
８Ｖである時間の間、高原状のプラト−（平坦）な直線
を示し、図８ｂの状態に基板の研磨が進むと電圧は下降
し始める（曲線ｂ）。バ−ジンの研磨剤スラリ−の最大
共振電圧を与える共振周波数５．４ＭＨｚで追跡してい
る共振電圧の上昇曲線ａが出現すると研磨が終点に近い
ことが示される。この曲線が高原状のプラト−（平坦）
な直線を示すと研磨は終了している。基板の研磨状態を
目で確認しての研磨終点時の６．１ＭＨｚ追跡での電圧
（Ｖｏ）は３．８Ｖであった。従って、手動で研磨終点
を判断する場合、この５．４ＭＨｚ追跡の曲線ａがプラ
ト−（平坦）な直線を描き出した開始点における曲線ｂ
の電圧ルを図６から求めてＶｏの値として入力してもよ
い。この図６よりＶｏを求めるには曲線ａの高原状のプ
ラト−（平坦）な直線ｐを延長し、かつ、勾配が転換す
る曲線ａの傾斜部に勾配直線ｈを描き、交点ｏより時間
を示すＸ軸に垂線を下ろし、曲線ｂと交わった点の電圧
を読み取り、Ｖｏとする。

【００１９】被研磨物のウエハ：本発明の被研磨物の基
板１は、多層配線のデバイスシリコンウエハ、アルミナ
・チタンカ−バイト合金、ガラス等の基板表面に、鉄を
含有するパ−マロイ、例えばＮｉ−Ｆｅ、Ｍｎ−Ｆｅ、
Ｃｏ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｒｈ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｆｅ、Ｃ
ｏ−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基板、液晶ガラス基板などであ
る。

【００２０】研磨剤スラリ−：基板のＣＭＰ研磨に用い
る研磨剤スラリ−１３の成分は、被研磨物の被覆層の組
成、構造、研磨量によって変わるが、例えば金属層のと
きは（ａ）平均粒径が０．０５〜１μmの砥粒 0.1〜１
０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、酸化物絶縁層のときはフッ酸
・過酸化水素水、フッ酸・硝酸混合水溶液、フッ酸・酢
酸混合水溶液、フッ酸・塩酸混合水溶液などが使用され
る。前記砥粒しては、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。

【００２１】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。

【００２２】（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（ＥＤＴ
Ａ）、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。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。

【００２３】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。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。

【００２４】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。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。

【００２５】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。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。

【００２６】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。

【００２７】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。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。

【００２８】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。

【００２９】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。 実施例１ 研磨剤スラリ−の調製：キャボット社のアルミナ研磨剤
スラリ−ＥＰ−Ｃ４１１０（商品名）を用いた。このも
ののバ−ジンの最大共振電圧は１１．８Ｖでその共振周
波数は５．４ＭＨｚであった。基板として、プラグ、絶
縁層が施されたシリコンウエハの表面に更に銅張された
基板を用いた。銅が上面を向くように基板をチャック機
構に取り付け、一方、このチャック機構の上面に設けら
れたプラテンの研磨布面の中央より前記研磨剤スラリ−
を滴下しつつ、研磨布をウエハの銅張面に押し当て（圧
力 １００ｇ／ｃｍ²）、プラテンの回転数を４０ｒｐ
ｍ、チャック機構の回転数を４０ｒｐｍとして５分間研
磨を手動で行ない、その際の研磨剤スラリ−廃液の周波
数６．１ＭＨｚおよび５．４ＭＨｚの電圧の経時変化を
プレテック社の非接触液質計で追跡した。目視で研磨終
点と判断した際（３分３１秒経過）の電圧は、非接触液
質計で３．７８Ｖであった。この３．７８Ｖを６．１Ｍ
Ｈｚ周波数におけるＶｏの値として、ＣＰＵのＲＯＭに
入力した。ちなみに、図６の曲線ａから求めたＶｏの値
は３．８Ｖであった。

【００３０】研磨装置を自動に切り替え、銅張ウエハ３
０枚の研磨を行なった。研磨されたウエハのリセスは２
８〜３０ｎｍ、ディッシングは５０〜５２ｎｍ、エロ−
ジョンは５０〜５２ｎｍの範囲であった。

【００３１】実施例２ 研磨剤スラリ−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 ９５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。

【００３２】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 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 ３００） 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。このものの最大共振電
圧１１．４Ｖを与えた周波数は５．５ＭＨｚであった。

【００３３】最良研磨時の最大電圧、共振周波数の測
定：アルミニウム・チタンカ−バイト基板の上に、Ｎｉ
（８１．９重量％）−Ｆｅ（１８．１重量％）のパ−マ
ロイ３０００ｎｍ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
ィスク基板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 ４００
ｇ／ｃｍ²）、プラテンの回転数を４５ｒｐｍ、チャッ
ク機構の回転数を４５ｒｐｍとして研磨を行なった。３
分間で研磨終了を目視した。廃液の最大共振電圧は１
７．５Ｖ、それを与えた周波数は６．４ＭＨｚであり、
周波数６．４ＭＨｚで追跡した共振電圧の目視による研
磨終了時点での電圧（Ｖｏ）は４．２Ｖであった。

【００３４】周波数６．４ＭＨｚで追跡した共振電圧の
目視による研磨終了電圧（Ｖｏ）４．２ＶをＣＰＵのＲ
ＯＭに入力し、研磨を自動に切り替え、新しい磁気ディ
スク基板の研磨を行なった。得られた基板のパ−マロイ
と絶縁層の段差は６８０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。

【００３５】

【発明の効果】本発明の基板のＣＭＰ研磨終点の検出方
法は、研磨中の基板より生じる屑の混入した研磨剤スラ
リ−廃液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、より精度よく研磨終点を検出で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 研磨終点検出器機を付属させたＣＭＰ研磨装
置の１例を示す断面図である。

【図２】 別の研磨終点検出器機を付属させたＣＭＰ研
磨装置の１例を示す断面図である。

【図３】 ＣＭＰ研磨装置の上面図である。

【図４】 研磨剤スラリ−廃液の共振電圧と共振周波数
の相関曲線の時間的経過を示す相関図である。

【図５】 最大電圧と共振周波数の相関図である。

【図６】 研磨剤スラリ−廃液のある共振周波数で追跡
した際の電圧の経時変化を示す図である。

【図７】 磁気ヘッド基板表面のＣＭＰ研磨状態を示す
図である。

【図８】 銅張基板のＣＭＰ研磨状態を示す図である。

【符号の簡単な説明】

１ 基板 ３ パ−マロイ層 ４ 絶縁層 １０ ＣＭＰ研磨装置 １３ 研磨剤スラリ− １５ａ 研磨布 １６ｃ 研磨剤スラリ−廃液 １６ｅ 検出機器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨剤スラリ−を供給しつつ、キャリア
   に保持された被膜を有する基板の被膜面と回転する研磨
   パッドとを摺動させて基板の被膜面を平坦化する化学機
   械研磨方法において、研磨剤スラリ−廃液に電磁波を与
   え、その電磁波により励起された共振周波数（ＭＨｚ
   ｉ）と共振電圧（Ｖｉ）を測定し、 基板研磨中の研磨剤スラリ−廃液の最大共振電圧を与え
   る共振周波数（ＭＨｚｏ）における共振電圧を追跡し、
   その共振電圧の値が予め制御装置に入力された最良の化
   学機械研磨がなされた研磨終点時の研磨剤スラリ−廃液
   の共振周波数（ＭＨｚｏ）における共振電圧（Ｖｏ）の
   値に達したときを基板の化学機械研磨終点とすることを
   特徴とする、基板の研磨終点検出方法。
2. 【請求項２】 研磨剤スラリ−の供給機構、キャリアに
   保持された被膜を有する基板の被膜面と回転する研磨パ
   ッドとを摺動させて基板の被膜面を平坦化しているとき
   の研磨剤スラリ−廃液を測定セルに導く機構、セルの側
   面に置かれた送信用高周波電極および受信検出用コイ
   ル、前記受信検出用コイルより送られた高周波の共振周
   波数（ＭＨｚｉ）と共振電圧（Ｖｉ）の値を制御装置に
   送信する回路、その送信されてきた共振周波数（ＭＨｚ
   ｉ）および共振電圧（Ｖｉ）の値と、予め制御装置に入
   力された最良の化学機械研磨がなされた研磨終点時の研
   磨剤スラリ−廃液の共振周波数（ＭＨｚｏ）および共振
   電圧（Ｖｏ）の値とを比較する機構、これら共振周波数
   および共振電圧の値が一致したときに基板の化学機械研
   磨終了の信号を発する機構、およびその信号に基づき基
   板の化学機械研磨終了を指示する機構、とを有すること
   を特徴とする基板の化学機械研磨終点検出装置。