JP3449600B2 - 化学反応による終点の検出 - Google Patents
化学反応による終点の検出Info
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Description
し、より詳細には別の膜の上のある膜の除去の終点の検
出に関する。
リティカルなステップは下の基板上への膜の選択的形成
および除去である。膜は種々の物質で作られ、導電性
(金属または磁性鉄導電材料など)または非導電性(絶
縁体など)とすることができる。導電性の膜は通常配線
または配線の接続に用いられる。非導電性または誘電性
の膜は、たとえばメタライゼーション層間のレベル間誘
電体または隣接回路素子間の分離層として、種々の分野
で用いられている。
着、(2)リソグラフィおよびエッチングを用いる膜の
領域のパターン化、(3)エッチングされた領域を充填
する膜の付着、および(4)エッチングまたは化学機械
研磨(CMP)による構造の平坦化を含む。膜は周知の
様々な方法で、たとえばスパッタリングまたは蒸着によ
る物理的蒸着(PVD)、化学気相付着(CVD)、お
よびプラズマ強化化学気相付着(PECVD)によって
基板上に形成される。膜はいくつかの周知の方法のいず
れか、たとえば化学機械研磨(CMP)、反応性イオン
・エッチング(RIE)などの乾式エッチング、湿式エ
ッチング、電気化学的エッチング、気相エッチング、お
よびスプレイ・エッチングによって除去される。
れたときに(終点に達したときに)プロセスを停止させ
ることが極めて重要である。CMPでは、スラリの存在
下で制御された量の圧力をかけてウエハを研磨パッドに
対して回転させることにより(または研磨パッドをウエ
ハに対して回転させることにより、あるいはその両方
で)半導体ウエハから膜が選択的に除去される。膜が研
磨されすぎると(除去されすぎると)歩留まりの低下を
招き、研磨が足りないと(除去が少なすぎると)高コス
トの再処理(CMPプロセスのやり直し)が必要にな
る。所望の除去の終点に達し、研磨を停止すべき時点を
検出するために種々の方法が用いられてきた。
点の検出法には、(1)単純タイミング測定、(2)モ
ータ電流による摩擦の測定、(3)静電容量測定、
(4)光学式測定、(5)音響測定、および(6)電気
伝導率測定が含まれる。
化カリウムと被研磨層との間の化学反応を記述するユー
(Yu)らの米国特許第5399234号である。研磨の
終点は、スラリを通して音波を送り、下の研磨停止層に
達したときに研磨される層からの反応生成物(二酸化ケ
イ素の研磨の場合はシラノールであると考えられる)の
濃度が減少するときの音速の変化を検出することによっ
て監視される。
時間監視ができない、研磨の完了を調べるために(その
場ではなく)プロセス装置からウエハを取り外す必要が
ある、感度不足など固有の欠陥がある。
第5559428号に記載されている導電膜のin situ
終点検出方式によって解決されてきたが、非電導膜の適
切な終点検出法は未だ記述されていない。
のに適したin situ実時間終点検出方式が依然として必
要とされている。このような方式は、高い検出感度と好
ましくは1〜2秒未満の極めて速い応答時間を有すべき
である。
目的は、別の膜の上の任意のタイプの膜の除去の終点を
検出する方法および装置を提供することである。
(すなわち実時間)終点検出法を提供することである。
応答時間の終点検出を提供することである。
に従って、本発明は、(a)停止膜およびターゲット膜
のどちらか一方との化学反応生成物を生成するプロセス
でターゲット膜を除去し、(b)ターゲット膜を除去し
ながら化学反応生成物のレベルを監視することによる、
停止膜の上のターゲット膜の除去の終点を検出する方法
を示す。ターゲット膜と停止膜のどちらか一方が窒化物
を含み、(a)窒化物にそれを施すとアンモニアを発生
するプロセスでターゲット膜を除去し、(b)そのター
ゲット膜を除去しながらアンモニアのレベルを監視する
ことによる、停止膜上のターゲット膜の除去の終点を検
出する方法も示す。
過膜の第1の面を接触させ、その膜の第2の面を気体流
と接触させて、気体として存在する対象物質を液体中か
ら抽出し、その物質を気体として膜を透過させて気体流
に乗せ、その気体流を監視してその物質を検出すること
によって、液体中の非常に低濃度の物質を検出する方法
も示す。
ゲット膜のどちらか一方との気体状化学反応生成物を選
択的に生成するプロセスでターゲット膜を除去し、
(b)前記ターゲット膜を除去しながら化学反応生成物
のレベルを閾値光イオン化質量分析法によって監視する
ことにより、停止膜の上のターゲット膜の除去の終点を
検出するための方法を示す。
ーゲット膜のどちらか一方との化学反応生成物を選択的
に生成するプロセスでターゲット膜を除去し、(b)前
記化学反応生成物を別の生成物に変換し、(c)前記タ
ーゲット膜が除去されるときの前記別の生成物のレベル
を監視することにより、停止膜の上のターゲット膜の除
去の終点を検出する方法を示す。ターゲット膜および停
止幕のどちらか一方が窒化物を含み、(a)窒化物をプ
ロセスにかけるとアンモニアを発生するプロセスでター
ゲット膜を除去し、(b)前記アンモニアを別の生成物
に変換し、(c)ターゲット膜が除去されるときのアン
モニアから変換された別の生成物のレベルを監視するこ
とにより、停止膜の上のターゲット膜の除去の終点を検
出する方法もまた示す。
ーゲット膜のどちらか一方との化学反応生成物を選択的
に生成するプロセスでターゲット膜を除去し、(b)前
記化学反応生成物を別の生成物に変換し、(c)前記別
の生成物から励起種を生成し、(d)前記ターゲット膜
が除去されるときの前記励起種からの発光のレベルを監
視することにより、停止膜の上のターゲット膜の除去の
終点を検出する方法を示す。
ーゲット膜のどちらか一方との気体状化学反応生成物を
選択的に生成するプロセスでターゲット膜を除去し、
(b)存在する気体状化学反応生成物を別の気体と混合
して固体粒子を形成し、(c)前記ターゲット膜が除去
されるときの前記固体粒子の量を監視することにより、
停止膜の上のターゲット膜の除去の終点を検出する方法
を示す。存在する物質を気体として液体中から抽出し、
前記気体を別の物質と混合して固体粒子を形成し、固体
粒子の量を監視して前記物質を検出することにより、液
体中の非常に低濃度の物質を検出する方法も示す。
反応生成物を生成するプロセスによりターゲット膜を除
去し、(b)前記化学反応生成物と反応して特徴のある
結果を生じる試薬をスラリに添加し、(c)前記ターゲ
ット膜が除去されるときのスラリの特徴のある結果を監
視することにより、スラリを用いる化学機械研磨による
停止膜の上のターゲット膜の除去の終点を検出する方法
を示す。
液と接触させ、疎水性膜の第2の面を水流と接触させ、
気体状生成物を気体として前記膜を通過させ前記水流に
乗せることにより、溶液中の気体生成物の量を減少させ
る方法も示す。
例として化学機械研磨の状況で説明するが、本発明の適
用性を半導体技術に限定することを意味するものではな
い。本発明は、(a)停止膜およびターゲット膜のどち
らか一方との化学反応物を選択的に生成する方法でター
ゲット膜を除去し、(b)ターゲット膜を除去する際の
化学反応生成物のレベルを監視することを含む、停止膜
の上のターゲット膜の除去の終点を検出することが望ま
しいあらゆるプロセスに広く適用できる。本発明はま
た、対象物質を含む液体に疎水性透過膜の第1の面を接
触させ、その膜の第2の面を気体流と接触させて、気体
として存在する対象物質を液体中から抽出し、その物質
を気体としてこの膜を透過させてその気体流に乗せ、そ
の気体流を監視してこの物質を検出することを含む、液
体中の非常に低濃度の物質を検出することが望ましいあ
らゆるプロセスに広く適用できる。
(Si3N4)の停止層102の上に酸化物(SiO2)
のターゲット層104を有する基板100を水酸化カリ
ウム(KOH)を含むスラリで化学機械研磨する際に、
界面106に達したときに化学反応が起こってアンモニ
ア(NH3)が発生することを発見した。より具体的に
は、使用するスラリは微細シリカ、水、およびKOHの
混合物で、pHは約10.5である。酸化物を研磨する
と下記の反応が起こる:
O3+4NH3 生成したアンモニアはスラリ中に溶解し、pHが比較的
高いためNH4 +ではなく主としてNH3の形で存在す
る。したがって、スラリ中のアンモニアのレベルの変化
は、下の窒化膜に達したことを示し、スラリ中のアンモ
ニアのレベルを監視することにより、酸化膜除去の終点
を決定することができる。終点に達したら、研磨を停止
する。
レベルを監視することによって、窒化物を含む膜の上の
窒化物を含まないあらゆる膜の除去の終点を検出するこ
とができる。逆に、窒化物を含まない膜の上の窒化物を
含む膜の除去の終点も同様にして検出することができ、
この場合には最初にアンモニアが存在し、アンモニア量
の顕著な減少が終点を示す。
除去の終点を、スラリ中の成分がどちらか一方の膜(上
の膜か下の膜か)と選択的に反応して生成する化学反応
生成物を監視することによって検出することができる。
以下に論じるが、本発明の範囲をこの特定の実施形態に
限定することを意図するものではない。
造に適した環境内で実施するには、in situ(すなわち
ウエハを研磨している最中の)スラリの回収およびサン
プリングが必要である。回収およびサンプリングは(ア
ンモニアに対して)高い感度で速い応答を与え、スラリ
中または周囲空気中の他の物質からの干渉の影響を最小
限に抑えることが好ましい。
する前にすでにアンモニアを含んでいる。そのアンモニ
ア濃度は約5.0×10-6モル(M)の低濃度から約
5.0×10-5モルの高濃度の間で変動する。窒化物の
ブランケット(均一)層を研磨する際にスラリ中に生成
するアンモニアは室温で約1.0×10-4Mであり、窒
化物層がウエハ面積の15%を占める(残りは酸化物)
典型的な低パターン因子で製造するウエハでは、酸化物
/(酸化物+窒化物)界面での研磨で生成するアンモニ
アは約1.5×10-5Mである。この場合、所望の濃度
変化を研磨前のアンモニア濃度の研磨中の変動と区別す
ることができない。したがって、所望の感度を得るため
には、このタイプのウエハを研磨する前にアンモニア濃
度を低下させなければならない。
ばアンモニア・スクラバを用いて実施することができ
る。上記のケースでは、スクラバによって濃度が約2.
5×10-6Mに低下した。スクラバの主要構成部品は図
2に示すLiqui-Celメンブラン・コンタクタ(接触装
置)200(ヘキスト・セラニーズ製のExtra-Flow4x
28モデル)である。この接触装置は、疎水性のセルガ
ード(TM)ミクロポーラス・ポリプロピレン繊維20
2を含み、これは、水溶液はその繊維膜を通らないが、
気体の交換は可能である。
0に入り、繊維の外側(管外側とも呼よばれる)で接触
装置200を通過し、繊維の内側(管内側とも呼ばれ
る)にアンモニアを透過させ、206から出て、再循環
して204に戻る。スラリ中のアンモニアの除去を容易
にするために、別の貯槽からのpH約3のHCl水溶液
を、管内側で循環させ、208から入り210から出て
再循環して208に戻る。スラリからこのHCl流に移
行するアンモニア・ガスはやや高濃度のプロトンによっ
て直ちにNH4 +に変わり、したがってスクラバの管内側
にNH3が蓄積するのを効果的に防止する。したがって
その場合、再循環するHCl水溶液流および貯槽をスラ
リからの大量のアンモニアのシンク(sink)とすること
ができる。
用いて、pH3.5に調整されたHCl水溶液貯槽を用
いて、上記接触装置に、pH10.7の1.0×10-4
Mアンモニア溶液10リットルを通過させると、アンモ
ニア・レベルは30分で所望の2.5×10-6Mに低下
した。この時間は、接触装置を大型化し、または複数の
接触装置を直列に使用し、またはスラリを加熱してアン
モニアの揮発性を高め、あるいはこの3者を組み合わせ
ることによって短縮することができる。所望のスラリ中
の目標アンモニア・レベルは、アンモニア用イオン選択
性電極(ISE)など市販の検出器で測定することがで
きる。
後、スラリをウエハの研磨に使用する。スラリを研磨加
工中にサンプリングのために研磨パッドから回収する。
ング方法研磨パッドからスラリを回収した後、種々のサ
ンプリング方法を用いることができる。代表的な方法を
以下に述べる。
択性電極を用いる方法であり、この方法では所与のpH
の内部電極液を疎水性半透膜を隔てて被検溶液と接触さ
せる。この膜はスラリからのアンモニア・ガスを通過さ
せ、内部電極液のpHを変化させる。このpHを電気化
学的に監視する。この方法は最低5×10-7Mまでのア
ンモニアを検出できるが、高濃度では30秒未満で検出
できるものの低濃度では1〜3分かかり、多くの目的に
は適するが、望ましいCMP終点のin situ検出には適
しない。
と接触して蛍光物質を与える錯化剤の使用によるもので
ある。用いる試薬はo−フタルジアルデヒド(OPA)
および還元剤として作用する亜硫酸塩を含む(Z.ゲン
ファ(Genfa)他,「Fluorometric Measurement of Aqu
eous Ammonium Ion in a Flow Injection System」, An
al. Chem., Vol.61, page 408, 1989参照)。反応生成
物は蛍光性が高く、発光分光分析を用いて最低2×10
-8モルまでの濃度で検出することができる。しかし、こ
の方法は終了までに最大10分を要し、CMP用in sit
u終点検出にはやはり不適当である。
応による化学発光の増幅器付き光電子増倍管による測定
も行われている(X.フー(Hu)他,「Determination
of Ammonium ion in Rainwater and Fogwater by Flow
Injection Analysis with Chemiluminescence Detectio
n」, Anal. Chem., Vol.65, page 3489,1993参照)。し
かし、この方法は窒化物のCMP研磨中に、この応用例
で発生するアンモニアを監視するのに必要な感度を示さ
ない。この方法の応答時間は真のin situ同時プロセス
制御には遅すぎる。
て質量分析などの方法を可能にするために、研磨装置
(図示せず)からのスラリを図3に示すアンモニア抽出
装置300に通過させる。抽出装置300は、解体した
リクイセル・コンタクタ(ヘキスト・セラニーズの2.
5×8モデル)から得られるポリプロピレン製ミクロポ
ーラス中空繊維302で作られる。繊維302は繊維の
外側から内側に気体を通すが液体を通さない。
302の外側に送り込み、306から排出する。(アン
モニア・フィルタおよびNOx除去フィルタを有する乾
燥手段からの)乾燥した清浄な空気または気体を308
から繊維の内側に送り込み、アンモニアを含む気体流3
12として310から排出する。アンモニアがスラリか
ら繊維を通って空気流に移行するのを容易にするため
に、乾燥空気を約30トルの減圧で送入する。減圧は総
流速を増加させ、アンモニア濃度変化測定の応答時間を
短縮するのにも役に立つ。
300からのアンモニア含有気体流312を分析し監視
する。標準的な質量分析などの気相化学分析は、終点の
検出に望ましい高感度および速い応答時間を有する。し
かし、スラリのサンプリングには、1原子質量単位(A
MU)だけ大きくしかも大量に存在する水蒸気による著
しい干渉がある。電子衝撃イオン化中に質量18の水は
水素を失ってNH3 +と質量が等しい質量17のOHイオ
ンを生ずる可能性がある。したがって、スラリからのア
ンモニアのシグナルが非常に効果的に隠蔽(masking)
され、終点の検出が不可能になる。以下の方法がこの隠
蔽の問題を解決する。
MS) 気相サンプルのパルス注入を用いるフーリエ変換マイク
ロ波分光分析法は非常に高い検出感度と化学的選択性を
有し、ppb以下のレベルで夾雑物を正確に測定するこ
とができ、質量分析に伴う隠蔽の問題を解決する(ハー
モニー(Harmony)他,「A Compact Hot-Nozzle Fourie
r Transform Microwave Spectrometer」, Rev. Sci. In
strum., Vol.66, page 5196 (1995)、およびスエンラム
(Suenram)他,「Effect of Tunneling Motions on th
e Quadrupole Hyperfine Structure of Hydrazine」,
J. Mol. Spectrosc., Vol.137, page 127 (1989)参
照)。
モニア含有気体流312を図4に示すフーリエ変換マイ
クロ波分光器400に送る。バイパス弁402を用いて
流れを調節してパルス弁404に送り込む。バイパス弁
402によって充分な液量が抽出装置300を通過し、
その結果流入するアンモニア含有空気流のサンプリング
・ガスを分光器400に過剰に負荷することなく速い測
定応答が得られる。
ンプル・ガスを繰返し率約20Hz、弁開放時間1ミリ
秒で分光器の真空チャンバに注入する。パルス気体はチ
ャンバに入り超音速で拡散し、そのため約10°Kに冷
却される。高強度マイクロ波放射線(アンモニアでは2
3.786GHz)も(パルス気体とタイミングを合わ
せて)20Hzでマイクロ波源406からチャンバ内の
送信器/受信器408に注入される。アンモニア分子は
放射線を吸収し、自由誘導減衰過程で再放射する。この
減衰を次にデジタル化し、検出器410で変換して周波
数領域信号を得る。この信号の強度を監視してスラリ中
に存在するアンモニアの量を測定する。
オン化に続いて四重極質量分析器による検出が行われ
る。図3に示す抽出装置300から出るアンモニア含有
気体流312はバイパス弁502を通って光イオン化質
量分析器500(たとえば、Syagen Technology Model
TPMS−100S)に導かれる。圧力約1トルのサン
プル領域504を10.0eVおよび10.6eVのク
リプトン共鳴ランプ506の一次真空紫外線で照射す
る。10.6eVの線はアンモニアのイオン化ポテンシ
ャル(IP)10.18eVより僅かに高く、水のイオ
ン化ポテンシャル12.6eVより充分に低い。照射に
よって生じるイオンを小オリフィスを通して高真空室5
08に導き、改造型四重極質量分析器510で検出す
る。質量分析は、クリプトン・ランプで容易にイオン化
する低イオン化ポテンシャルの炭化水素種による干渉か
ら区別するために用いられる。10ppb以上の検出感
度が期待される。
光イオン化を用いる別の利点は、アンモニアの質量と同
じ質量17のフラグメント・イオン(OH)を生じる水
のフラグメント化の防止である。さらに、その光子エネ
ルギーは、N2、O2、CO2、CO、および最も重要な
H2Oを含めて存在する可能性のある他の気相分子のイ
オン化ポテンシャルより低い。
換マイクロ波分光の方法および装置はCMPの終点監視
の使用に限定されないことに留意されたい。上の膜をド
ライ・エッチング(たとえば反応性イオン・エッチン
グ)などのエッチングによって除去する場合、下の膜
(エッチング停止)として、エッチャントと接触して標
識となる化学反応生成物を発生するものを選択すること
ができる。標識となる化学反応生成物のレベルを監視す
るためにエッチング工程の反応生成物をこれらのどれか
の方法でサンプリングすることができる。
変換マイクロ波分光分析法は、液体から気体の形で存在
する化学物質を抽出し上記のステップを用いて気体の形
のアンモニアを検出することにより、液体中の非常に低
濃度(たとえば1.0×10 -5M以下)のアンモニアな
どの物質を検出するのに用いることもできる。
出装置300からのアンモニア含有気体流312中のア
ンモニアをOHと異なる質量を有する別の生成物に変換
し、この別の生成物を検出することによってアンモニア
を間接的に検出することにより避けることもできる。そ
の一例は、図6に示すような接触変換装置を用いてアン
モニアを酸化窒素(NO)に変換することである。
置600、たとえば充分な量の気体を変換するのに充分
に大きな表面積を有し、800℃に加熱された一連のス
テンレス・スチール管に入る。オスワルド法として知ら
れるこの変換は、下記の反応式によって記述される。
(g)+6H2O(g) 速い応答時間を達成し、バックグランドNOを最小にす
るためにキャリアガスは乾燥し清浄でなければならな
い。空気はNOの質量と同じ質量30の窒素同位体(7
N15)2を約15ppm含むので、変換装置に入る流れ
のキャリア・ガスは空気でなく酸素(O2)を含むのが
好ましいことに留意されたい。
量分析システム604に入る。バイパス弁606が気体
流の流量調節に用いられ、抽出装置300および接触変
換装置600を通るのに充分な総流量を与え、流入する
NO含有気体流からのサンプリング気体により分析器6
04に過剰負荷をかけることなく速い測定応答が得られ
る。質量分析システム604はStanford Research Syst
emsの残留ガス分析器モデルRGA200など電子衝撃
イオン化源を有する四重極質量分析器610を納める真
空室608からなる。この分光計は8桁のダイナミック
・レンジを有し、最低約10ppbまでのレベルのNO
を検出する。この分光計は質量/電荷が30のイオンだ
けを検出するようにゲート制御されており、コンピュー
タにより実時間監視用信号が得られる。
敏に検出することができる共鳴強化多光子イオン化(R
EMPI)質量分析法である(D.C.ジェーコブズ
(Jacobs)他,「Reduction of 1 + 1 Resonance Enhan
ced MPI Spectrato Population Distributions: Applic
ation to the NO A2Σ+-X2II System」,J. Chem. Phy
s. Vol. 85 p.5469 (1986) 参照)。図7において、変
換装置600から出るNO含有気体流602が上述した
のと同様のバイパス弁702を通って飛行時間型(TO
F)質量分析器700に入る。パルス分子ビーム弁50
4が気体流602をパルス気体流706に変換する。気
体流602の圧力は約30トルであり、ビームを作るに
は充分であるが、分析器のチャンバに入るときに超音速
低温膨張を起こすには不十分である。
のNOを選択的にイオン化するパルス・レーザ・ビーム
708とタイミングを合わせてある。レーザ・ビーム7
08はたとえばチタン・サファイア(Ti:S)チュー
ナブル・レーザにエネルギーを与えるのに用いられる2
0Hzで動作する周波数2倍化Q−スイッチNd:YA
Gレーザを有するレーザ・システムの出力などでよい。
このTi:Sレーザは904nmに同調され、その出力
はBBO非線形結晶を用いて2回周波数2倍化される。
第2倍音は452nm、第4倍音は所望の波長である2
26nm、すなわちNOの基底状態から1光子励起の波
長である。上記のイオン化方式は1.0×10-11トル
までの総検出感度を有し、極めて高効率であることを示
している(M.アッシャー(Asscher)他,「Vibration
al and Rotational Energy Distribution of NO Scatte
red from the Pt(III) Crystal Surface: Detection by
Two-Photon Ionization」, Phys. Rev. Lett. Vol. 49
p.76 (1982) 参照)。
によりパルス・イオン化気体流706を加速する。イオ
ンはドリフト管712の全長を通過して検出器714に
達する。イオンの通過時間はその質量に比例し、到着信
号の時間ゲート制御によりNOからの信号のみが測定さ
れる。得られた信号はBoxcarアベレージャ(StanfordSy
stemsモデルSR250)716を用いて平均化され、
処理のためにコンピュータ(図示せず)に送られる。静
止気体の測定によれば、この方法は数秒の応答時間で1
0ppbの感度を有すると予想される。
有気体流312中のアンモニアをNOに変換し、化学発
光によってこのNOを測定することにより、ppb以下
のレベルの検出が可能になり、他の化合物による干渉が
回避される。
された分子が励起状態から許容された低エネルギー状態
に移行する際に光を発するときに起こる。化学発光を用
いて、この場合は次式に従って(酸化窒素を検出するこ
とにより間接的に)アンモニアの存在を検出することが
でき、
って検出される。
す。変換装置600から出たNO含有気体流602は流
量絞り弁806を通って化学発光検出器804に入り、
反応室中でオゾンと混合される。このオゾンは図示した
流量絞り弁808付きの通常のオゾン発生装置で生成さ
れる。前記反応室中で上に示すようにNOとO3とが反
応して活性NO2 *分子を発生し、これが1200nmを
中心とする広いバンドの光を発する。望ましくない波長
の光子を除くために用いられるカラー・フィルタを通し
て高感度のPMT810(たとえばスイス、チューリッ
ヒのECO Physics製)でこの発光を検出する。PMT8
10を光子計数モードで操作し、シグナル・コンディシ
ョナ812で制御および処理する。次いで、このNO2 *
化学発光信号を監視し、研磨機(図示せず)への出力接
続を用いて研磨プロセスを制御するコンピュータ814
にこの信号を送る。
(SiO2)を有する半導体ウエハの研磨を監視するた
めに用いられるこのシステムからの出力を示す。したが
って、除去される膜は酸化物層であり、停止膜は窒化物
層である。41秒以前では軌跡900は酸化物のみの研
磨に対応し、41秒以後では軌跡は窒化物が研磨されア
ンモニアが発生していることを示す。窒化物研磨が停止
される時点は非常に明確で、1ppb未満のレベルが1
秒以下の応答時間で検出されている。
点の監視での使用に限定されるものではない。上の膜が
エッチング、たとえば(反応性イオン・エッチングなど
の)ドライ・エッチングによって下の膜から除去される
場合、下の層(エッチング停止)としてはエッチャント
と接触して標識となる化学反応生成物を発生するものを
選択する。この標識化学反応生成物を監視するために、
エッチング工程の反応生成物をこの方法でサンプリング
することができる。
酸蒸気と混合し、次式に従った塩化アンモニウムの固体
粒子の生成を監視することによりアンモニアを検出する
ことができる。
H4Cl(H2O)n(s) この監視方式の装置を図10に示す。図3からのアンモ
ニア含有気体流312を既知濃度の気体状HClを含み
湿度がよく制御された空気流1002と混合する。混合
により、アンモニアと塩酸蒸気は直ちに反応して、固体
状の塩化アンモニウム粒子1004を形成する。ヘリウ
ム・ネオン・レーザなどからのレーザ・ビーム1006
を用いて粒子1004による巨視的散乱を監視すること
により、生成した塩化アンモニウム1004の量を測定
する。
04に当たるレーザ・ビーム1006によって生じる散
乱した光子を光電子増倍管1102で検出する。集光効
率増強のために鏡集光システム1104を用いることが
好ましい。この方法の感度は、図10の機械的チョップ
1008(たとえばStanford Research SystemモデルS
R450)および相に敏感な検出のためにこのチョッパ
と同期したロックイン増幅器(図示せず、たとえばStan
ford Research SystemモデルSR810)を用いること
により増大される。散乱光量はウエハを研磨していると
きのスラリ中のアンモニア量に比例する。
反応であるので速く、塩基様の挙動をする気体分子は非
常に少ないのでアンモニアに対して選択的である。反応
は1秒未満で起こり、上記の終点検出方式に非常に適し
ている。
点監視への使用に限定されるものではない。上の膜がエ
ッチング、たとえば(反応性イオン・エッチングなど
の)ドライ・エッチングで下の膜から除去される場合、
下の膜(エッチング停止)としてはエッチャントと接触
して標識となる化学反応生成物を生成するものを選ぶこ
とができる。このエッチング工程の反応生成物は標識と
なる化学反応生成物のレベルを監視するために前記方法
でサンプリングすることができる。
物を液体から抽出し、この気体を他の物質と混合して固
体粒子を形成し、固体粒子の量を光散乱などによって監
視することにより、液体中の非常に低濃度(たとえば
1.0×10-5M以下)のアンモニアなどの物質を検出
するのに用いることができる。
の適当な選択肢はネスラ試薬(テトラヨード水銀(I
I)酸カリウム)を用いることであり、これはアンモニ
アと反応して特徴的な褐色に変色する。この変色を観察
するための装置を図12に示す。ウエハが研磨された後
の研磨パッド108(図1に示す)の1点から、入り口
弁1201を通してスラリ1200を連続的に貯槽12
02にポンプ送入する。ネスラー試薬1204を貯槽1
202にパルス状に給送する。貯槽1202にある開口
部1206はスラリ/試薬混合物を廃棄物貯槽(図示せ
ず)に廃棄するために用いられる。弁1201と開口部
1206を、貯槽1202中のスラリの動的平衡が得ら
れ、維持されるように調節する。より具体的には、スラ
リは常に貯槽に流入し、常に排出されるが、アンモニア
検出の目的に充分な新しいスラリが貯層内に滞留する。
または壁の部分1208を有する。(市販の)カラー・
センサ1210が貯槽1202の透明部分1208の外
側に配置され、ネスラ試薬がスラリ中のアンモニアと反
応するときの変色を検知する。この方法は最低5×10
-6モル(約100ppb)の濃度のアンモニアを検出す
ることができ、変色は1秒未満で起こる。
露出し、望みに応じて研磨を停止する(当業界で「過研
磨」と呼ばれるある時間だけ研磨を継続してもよい)。
工程を制御するために、カラー・センサから信号を受信
し、研磨機にこの信号を返送して研磨を停止させるよう
にコンピュータをセットアップすることもできる。
よっては、終点検出用の他の試薬も使用できることに留
意されたい。一般にスラリに添加した試薬は変色、光子
(すなわち発光)、沈殿など特徴のある結果を生じる反
応を起こす。
装置は変色の場合に述べた。光子を検出するには、通常
の光電子増倍管や赤外センサなど適当なセンサを用いる
ことができる。沈殿を検出するには、光散乱装置を用い
ることができる。
の膜の除去の終点を検出することができる方法および関
連する装置を記述した。本発明は、膜が除去される間
に、高い検出感度でしかも極めて速い応答時間でのin s
itu終点検出を提供する。
の事項を開示する。
終点を検出する方法であって、停止膜およびターゲット
膜のどちらか一方との化学反応生成物を選択的に生じる
プロセスでターゲット膜を除去するステップと、ターゲ
ット膜を除去しながら前記化学反応生成物のレベルを監
視するステップとを含む方法。 (2)前記膜がドライ・エッチングによって除去され
る、上記(1)に記載の方法。 (3)前記化学反応生成物のレベルがフーリエ変換マイ
クロ波分光分析法によって監視される、上記(2)に記
載の方法。 (4)化学反応生成物のレベルが閾値光イオン化質量分
析によって監視される、上記(2)に記載の方法。 (5)前記膜が化学機械研磨によって除去される、上記
(1)に記載の方法。 (6)前記化学機械研磨に用いるスラリ中に前記化学反
応生成物が含まれる、上記(5)に記載の方法。 (7)スラリをサンプリングすることにより化学反応生
成物のレベルが監視される、上記(6)に記載の方法。 (8)イオン選択性電極により化学反応生成物のレベル
が監視される、上記(7)に記載の方法。 (9)前記化学反応生成物を気体としてスラリから抽出
するステップをさらに含む、上記(6)に記載の方法。 (10)前記抽出ステップが、疎水性膜の第1の面をス
ラリと接触させるステップと、疎水性膜の第2の面を気
体流と接触させるステップと、前記化学反応生成物を気
体として前記疎水性膜を通過させ、前記気体流に移行す
るステップとを含む、上記(9)に記載の方法。 (11)気体状化学反応生成物のレベルがフーリエ変換
マイクロ波分光分析法によって監視される、上記(9)
に記載の方法。 (12)気体状化学反応生成物のレベルが閾値光イオン
化質量分析法によって監視される、上記(9)に記載の
方法。 (13)終点に達したときに除去プロセスを停止するス
テップをさらに含む、上記(1)に記載の方法。 (14)ターゲット膜または停止膜のどちらか一方が窒
化物を含む、停止膜の上のターゲット膜の除去の終点を
検出する方法であって、窒化物にそれを施すとアンモニ
アを発生するプロセスによってターゲット膜を除去する
ステップと、ターゲット膜が除去される際のアンモニア
のレベルを監視するステップとを含む方法。 (15)前記膜が化学機械研磨によって除去される、上
記(14)に記載の方法。 (16)前記化学機械研磨に用いるスラリ中にアンモニ
アが含まれる、上記(15)に記載の方法。 (17)前記スラリをサンプリングすることによりアン
モニアのレベルが監視される、上記(16)に記載の方
法。 (18)アンモニアを気体として前記スラリから抽出す
るステップをさらに含む、上記(16)に記載の方法。 (19)前記抽出ステップが、疎水性膜の第1の面をス
ラリと接触させるステップと、前記疎水性膜の第2の面
を気体流と接触させるステップと、アンモニアを気体と
して前記疎水性膜を通過させ、気体流に乗せるステップ
とを含む、上記(18)に記載の方法。 (20)終点に達したときに前記除去プロセスを停止す
るステップをさらに含む、上記(14)に記載の方法。 (21)前記窒化物が前記停止膜中にある、上記(1
4)に記載の方法。 (22)前記ターゲット膜が除去されるにつれて化学反
応生成物のレベルが増加する、上記(21)に記載の方
法。 (23)前記窒化物が前記ターゲット膜中にある、上記
(14)に記載の方法。 (24)前記ターゲット膜が除去されるにつれて化学反
応生成物のレベルが減少する、上記(23)に記載の方
法。 (25)液体中の非常に低濃度の物質を検出する方法で
あって、疎水性透過膜の第1の面を前記物質を含む液と
接触させるステップと、前記疎水性透過膜の第2の面を
気体流と接触させるステップと、前記物質を気体として
前記疎水性透過膜を通過させ、気体流に移行させるステ
ップとを含む、存在する物質を液から気体として抽出す
るステップと、前記気体流を監視して前記物質を検出す
るステップとを含む方法。 (26)前記濃度が1.0×10-5モル以下である、上
記(25)に記載の方法。 (27)前記監視ステップがフーリエ変換マイクロ波分
光分析を含む、上記(25)に記載の方法。 (28)前記監視ステップが閾値光イオン化質量分析を
含む、上記(25)に記載の方法。 (29)停止膜およびターゲット膜のどちらか一方との
化学反応生成物を選択的に発生するプロセスによって停
止膜の上のターゲット膜を除去する際の終点を検出する
装置であって、ターゲット膜を除去しながら化学反応生
成物のレベルを監視するモニタを含む装置。 (30)前記プロセスが研磨スラリを用いる化学機械研
磨であり、前記化学反応生成物が前記研磨スラリ中に含
まれ、前記モニタがさらにスラリ中の気体状の化学反応
生成物をサンプリングするサンプラを含む、上記(2
9)に記載の装置。 (31)前記サンプラがイオン選択性電極を含む、上記
(30)に記載の装置。 (32)前記プロセスが研磨スラリを用いる化学機械研
磨であり、前記反応生成物が前記研磨スラリ中に含ま
れ、前記スラリから前記化学反応生成物を気体として抽
出する抽出装置をさらに含む、上記(29)に記載の装
置。 (33)前記抽出装置が、疎水性膜の第1の面を前記ス
ラリと接触させる手段と、前記疎水性膜の第2の面を気
体流と接触させる手段と、前記化学反応生成物を気体と
して前記膜を通過させ、前記気体流に乗せる手段とを含
む、上記(32)に記載の装置。 (34)前記モニタがフーリエ変換マイクロ波分光器を
含む、上記(32)に記載の装置。 (35)前記モニタが閾値光イオン化質量分析器を含
む、上記(32)に記載の装置。 (36)ターゲット膜と停止膜のどちらか一方が窒化物
を含む、前記停止膜の上の前記ターゲット膜の除去の終
点を、窒化物と接触してアンモニアを発生するプロセス
によって検出する装置であって、前記ターゲット膜が除
去される際のアンモニアのレベルを監視するモニタを含
む装置。 (37)前記プロセスが研磨スラリを用いる化学機械研
磨であり、前記アンモニアが研磨スラリ中に含まれ、前
記モニタがさらに前記スラリから液状のアンモニアをサ
ンプリングするサンプラを含む、上記(36)に記載の
装置。 (38)前記サンプラがイオン選択性電極を含む、上記
(37)に記載の装置。 (39)前記プロセスが研磨スラリを用いる化学機械研
磨であり、前記アンモニアが研磨スラリ中に含まれ、さ
らに前記スラリから気体として前記化学反応生成物を抽
出するための抽出装置を含む、上記(36)に記載の装
置。 (40)前記抽出装置が、疎水性膜の第1の面を前記ス
ラリと接触させる手段と、前記疎水性膜の第2の面を気
体流と接触させる手段と、前記化学反応生成物を気体と
して前記疎水性膜を通過させ前記気体流に移行させる手
段とを含む、上記(39)に記載の装置。 (41)前記抽出装置がミクロポーラス・ファイバを含
む接触装置を含む、上記(40)に記載の装置。 (42)前記モニタがフーリエ変換マイクロ波分光分析
器を含む、上記(39)に記載の装置。 (43)前記モニタが閾値光イオン化質量分析器を含
む、上記(39)に記載の装置。 (44)液体中の非常に低濃度の物質を検出する装置で
あって、疎水性透過膜の第1の面を前記物質を含む液と
接触させる手段、前記疎水性透過膜の第2の面を気体流
と接触させる手段、および前記物質を気体として前記膜
を通過させ、前記気体流に移行させる手段を含む、存在
する前記物質を気体として前記液から抽出する抽出装置
と、前記気体流を監視して前記物質を検出するためのモ
ニタとを含む装置。 (45)濃度が1.0×10-5モル以下である、上記
(44)に記載の装置。 (46)前記抽出装置がミクロポーラス・ファイバを含
む接触装置を含む、上記(44)に記載の装置。 (47)前記モニタがフーリエ変換マイクロ波分光分析
器を含む、上記(44)に記載の装置。 (48)前記モニタが閾値光イオン化質量分析器を含
む、上記(44)に記載の装置。
らか一方との気体状化学反応生成物を選択的に生成する
プロセスでターゲット膜を除去するステップと、前記タ
ーゲット膜が除去されるときの化学反応生成物のレベル
を閾値光イオン化質量分析器によって監視するステップ
とを含む、停止膜の上のターゲット膜の除去の終点を検
出する方法。 (50)前記膜がドライ・エッチングによって除去され
る、上記(49)に記載の方法。 (51)前記膜が化学機械研磨によって除去される、上
記(49)に記載の方法。 (52)前記化学反応生成物が前記化学機械研磨に用い
られたスラリ中に含まれ、さらにスラリから気体として
前記化学反応生成物を抽出するステップを含む、上記
(51)に記載の方法。 (53)前記抽出ステップが疎水性膜の第1の面を前記
スラリと接触させるステップと、前記疎水性膜の第2の
面を気体流と接触させるステップと、前記化学反応生成
物を前記疎水性膜を気体として通過させ前記気体流に移
行させるステップとを含む、上記(52)に記載の方
法。 (54)前記気体状化学反応生成物がアンモニアであ
る、上記(49)に記載の方法。 (55)終点に達したとき前記除去工程を停止するステ
ップを含む、上記(49)に記載の方法。 (56)前記プロセスが前記停止膜との気体状化学反応
生成物を選択的に生成する、上記(49)に記載の方
法。 (57)前記ターゲット膜が除去されるにつれて気体状
化学反応生成物の量が増加する、上記(56)に記載の
方法。 (58)前記プロセスがターゲット膜との気体状化学反
応生成物を選択的に生成する、上記(49)に記載の方
法。 (59)前記ターゲット膜が除去されるにつれて気体状
化学反応生成物の量が減少する、上記(58)に記載の
方法。 (60)前記ターゲット膜が除去されるときの化学反応
生成物のレベルを監視するための閾値光イオン化質量分
析器を含む、ターゲット膜および停止膜のどちらか一方
との化学反応生成物を選択的に生成するプロセスによっ
て前記停止膜の上の前記ターゲット膜の除去の終点を検
出する装置。 (61)前記プロセスが研磨スラリを用いる化学機械研
磨であり、前記反応生成物が前記研磨スラリ中に含ま
れ、スラリから気体として前記化学反応生成物を抽出す
る抽出装置をさらに含む、上記(60)に記載の装置。 (62)前記抽出装置が疎水性膜の第1の面を前記スラ
リと接触させる手段と、前記疎水性膜の第2の面を気体
流と接触させる手段と、前記化学反応生成物を気体とし
て膜を通過させ前記気体流に乗せる手段とを含む、上記
(61)に記載の装置。 (63)前記抽出装置がミクロポーラス・ファイバを含
む接触装置を含む、上記(62)に記載の装置。
のどちらか一方との化学反応生成物を選択的に生成する
プロセスでターゲット膜を除去するステップと、(b)
存在する前記化学反応生成物を別の生成物に変換するス
テップと、(c)前記ターゲット膜が除去されるときの
前記別の生成物のレベルを監視するステップとを含む、
停止膜の上のターゲット膜の除去の終点を検出する方
法。 (65)前記膜がドライ・エッチングによって除去され
る、上記(64)に記載の方法。 (66)別の生成物のレベルが質量分析法を用いて監視
される、上記(65)に記載の方法。 (67)別の生成物のレベルが共鳴強化多光子イオン化
分光分析法を用いて監視される上記(2)に記載の方
法。 (68)前記膜が化学機械研磨によって除去される、上
記(64)に記載の方法。 (69)前記化学反応生成物が化学機械研磨に用いられ
たスラリに含まれる、上記(68)に記載の方法。 (70)前記化学反応生成物を気体として前記スラリか
ら抽出するステップをさらに含む、上記(69)に記載
の方法。 (71)前記抽出ステップが疎水性膜の第1の面を前記
スラリと接触させるステップと、前記疎水性膜の第2の
面を前記気体流と接触させるステップと、前記化学反応
生成物を前記膜を通過させ、前記気体流に乗せるステッ
プとを含む、上記(70)に記載の方法。 (72)前記変換ステップに接触変換を用いる、上記
(64)に記載の方法。 (73)質量分析を用いて別の生成物を監視する、上記
(72)に記載の方法。 (74)共鳴強化多光子イオン化分光分析法を用いて別
の生成物を監視する、上記(72)に記載の方法。 (75)終点に達したときに除去工程を停止するステッ
プをさらに含む、上記(64)に記載の方法。
らか一方が窒化物を含み、(a)窒化物に施すとアンモ
ニアを発生するプロセスでターゲット膜を除去するステ
ップと、(b)前記アンモニアを別の生成物に変換する
ステップと、(c)前記ターゲット膜が除去されるとき
のアンモニアのレベルを監視するステップとを含む、停
止膜の上のターゲット膜の除去の終点を検出する方法。 (77)前記別の生成物が窒素酸化物である、上記(7
6)に記載の方法。 (78)前記変換ステップで接触変換装置を用いる、上
記(77)に記載の方法。 (79)前記膜が化学機械研磨によって除去される、上
記(76)に記載の方法。 (80)前記アンモニアが化学機械研磨に用いられるス
ラリ中に含まれる、上記(79)に記載の方法。 (81)前記スラリからアンモニアを気体として抽出す
るステップをさらに含む、上記(80)に記載の方法。 (82)前記抽出ステップが疎水性膜の第1の面を前記
スラリと接触させるステップと、前記疎水性膜の第2の
面を気体流と接触させるステップと、前記アンモニアを
気体として前記膜を通過させ前記気体流に乗せるステッ
プとを含む、上記(81)に記載の方法。 (83)終点に達したときに除去工程を停止するステッ
プをさらに含む、上記(76)に記載の方法。 (84)前記窒化物が前記停止膜中にある、上記(7
6)に記載の方法。 (85)ターゲット膜が除去されるにつれて化学反応生
成物のレベルが増加する、上記(84)に記載の方法。 (86)前記窒化物が前記ターゲット膜中にある、上記
(76)に記載の方法。 (87)ターゲット膜が除去されるにつれて化学反応生
成物のレベルが減少する、上記(86)に記載の方法。 (88)停止膜およびターゲット膜のどちらか一方との
化学反応生成物を選択的に発生するプロセスによって停
止膜の上のターゲット膜の除去の終点を検出するための
装置であって、前記化学反応生成物を別の生成物に変換
するための変換装置と、前記ターゲット膜が除去される
のに伴って前記別の生成物のレベルを監視するためのモ
ニタとを含む装置。 (89)前記プロセスが研磨スラリを用いる化学機械研
磨であり、前記化学反応生成物が研磨スラリに含まれ、
前記化学反応生成物を気体として前記スラリから抽出す
る抽出装置をさらに含む、上記(88)に記載の装置。 (90)前記抽出装置が疎水性膜の第1の面を前記スラ
リと接触させる手段と、前記疎水性膜の第2の面を気体
流と接触させる手段と、前記化学反応生成物を気体とし
て前記疎水性膜を通過させ前記気体流に移行させる手段
とを含む、上記(89)に記載の装置。 (91)前記抽出装置がミクロポーラス・ファイバを含
む接触装置を含む、上記(90)に記載の装置。 (92)前記モニタが質量分析器を含む、上記(88)
に記載の装置。 (93)前記モニタが共鳴強化多光子イオン化分光器を
含む、上記(88)に記載の装置。 (94)前記変換装置が接触変換装置である、上記(8
8)に記載の装置。
のどちらか一方との化学反応生成物を選択的に生成する
プロセスでターゲット膜を除去するステップと、(b)
存在する前記化学反応生成物を別の気体と混合して固体
粒子を形成するステップと、(c)前記ターゲット膜が
除去されるときの前記固体粒子の量を監視するステップ
とを含む、停止膜の上のターゲット膜の除去の終点を検
出する方法。 (96)前記膜がドライ・エッチングによって除去され
る、上記(95)に記載の方法。 (97)前記化学反応生成物のレベルが光散乱によって
監視される、上記(96)に記載の方法。 (98)前記膜が化学機械研磨によって除去される、上
記(95)に記載の方法。 (99)前記化学反応生成物が前記化学機械研磨に用い
られたスラリ中に含まれ、前記化学反応生成物を気体と
してスラリから抽出するステップをさらに含む、上記
(98)に記載の方法。 (100)前記抽出ステップが疎水性膜の第1の面を前
記スラリと接触させるステップと、前記疎水性膜の第2
の面を前記気体流と接触させるステップと、前記化学反
応生成物を前記疎水性膜を通過させ、前記気体流に移行
させるステップとを含む、上記(99)に記載の方法。 (101)前記監視ステップが前記固体粒子をレーザ・
ビームに接触させ、光散乱を起こさせるステップと、前
記光散乱を測定するステップとを含む、上記(95)に
記載の方法。 (102)前記レーザ・ビームをヘリウム・ネオン・レ
ーザで発生させる、上記(101)に記載の方法。 (103)前記散乱光を機械的にチョップするステップ
をさらに含む、上記(102)に記載の方法。 (104)前記散乱光をロック・イン増幅するステップ
をさらに含む、上記(103)に記載の方法。 (105)前記気体状化学反応生成物がアンモニアであ
る、上記(95)に記載の方法。 (106)前記別の気体が塩化水素ガスである、上記
(105)に記載の方法。 (107)終点に達したとき除去工程を停止するステッ
プをさらに含む、上記(95)に記載の方法。 (108)前記プロセスが停止膜との気体状化学反応生
成物を選択的に生成する、上記(95)に記載の方法。 (109)ターゲット膜が除去されるにつれて固体粒子
の量が増加する、上記(108)に記載の方法。 (110)前記プロセスがターゲット膜との気体状化学
反応生成物を選択的に生成する、上記(95)に記載の
方法。 (111)ターゲット膜が除去されるにつれて固体粒子
の量が減少する、上記(110)に記載の方法。 (112)存在する物質を液から気体として抽出するス
テップと、前記気体を別の物質と混合して固体粒子を形
成するステップと、前記固体粒子の量を監視してこの物
質を検出するステップとを含む、液体中の非常に低濃度
の物質を検出する方法。 (113)前記濃度が1.0×10-5モル以下である、
上記(112)に記載の方法。 (114)前記抽出ステップが疎水性膜の第1の面を前
記物質を含む液と接触させるステップと、前記疎水性膜
の第2の面を気体流と接触させるステップと、前記物質
を前記疎水性膜を通過させ、前記気体流に移行させるス
テップとを含む、上記(112)に記載の方法。 (115)前記監視ステップが前記粒子にレーザ・ビー
ムを当てて光散乱を起こすステップと、前記光散乱を測
定するステップとを含む、上記(112)に記載の方
法。 (116)前記レーザ・ビームをヘリウム・ネオン・レ
ーザで発生させる、上記(115)に記載の方法。 (117)前記散乱光を機械的にチョップするステップ
をさらに含む、上記(115)に記載の方法。 (118)前記散乱光をロック・イン増幅するステップ
をさらに含む、上記(117)に記載の方法。 (119)停止膜およびターゲット膜のどちらか一方と
の化学反応生成物を選択的に生成するプロセスによって
停止膜の上のターゲット膜を除去する際の終点を検出す
る装置であって、存在する前記化学反応生成物を別の気
体と混合して固体粒子を形成する手段と、前記ターゲッ
ト膜が除去されるときの前記固体粒子の量を監視するた
めのモニタとを含む装置。 (120)前記プロセスが研磨スラリを用いる化学機械
研磨であり、前記アンモニアが研磨スラリ中に含まれ、
前記化学反応生成物を気体として前記スラリから抽出す
るための接触装置をさらに含む、上記(119)に記載
の方法。 (121)前記抽出装置が疎水性膜の第1の面を前記ス
ラリと接触させる手段と、前記疎水性膜の第2の面を気
体流と接触させる手段と、前記化学反応生成物を気体と
して前記疎水性膜を通過させ前記気体流に乗せる手段と
を含む、上記(120)に記載の装置。 (122)前記抽出装置がミクロポーラス・ファイバを
含む接触装置を含む、上記(121)に記載の装置。 (123)前記モニタが前記固体粒子から散乱光を生じ
るためのレーザと、前記散乱光を測定する検出器とを含
む、上記(119)に記載の装置。 (124)前記散乱光をチョップする機械的チョッパを
さらに含む、上記(123)に記載の装置。 (125)前記機械的チョッパと同期するロック・イン
増幅器をさらに含む、上記(124)に記載の装置。 (126)液体中の非常に低濃度の物質を検出する装置
であって、存在する前記物質を気体として前記液から抽
出する抽出装置と、前記気体を別の物質と混合して固体
粒子を形成する手段と、前記固定粒子の量を監視するた
めのモニタとを含む装置。 (127)前記濃度が1.0×10-5モル以下である、
上記(126)に記載の装置。 (128)前記抽出装置が疎水性膜の第1の面を前記物
質を含む液と接触させる手段と、前記疎水性膜の第2の
面を気体流と接触させる手段と、前記物質を気体として
膜を通過させ前記気体流に乗せる手段とを含む、上記
(126)に記載の装置。 (129)前記モニタが前記固体粒子から散乱光を生じ
るためのレーザと、前記散乱光を測定する検出器とを含
む、上記(126)に記載の装置。 (130)前記散乱光をチョップするための機械的チョ
ッパをさらに含む、上記(129)に記載の装置。 (131)前記機械的チョッパと同期するロック・イン
増幅器をさらに含む、上記(130)に記載の装置。
膜のどちらか一方との化学反応生成物を選択的に生成す
るプロセスでターゲット膜を除去するステップと、
(b)存在する前記気体状化学反応生成物を別の生成物
に変換するステップと、(c)前記別の生成物から励起
された気体分子を生成するステップと、(d)前記ター
ゲット膜が除去されるとき前記励起された気体分子が発
する光のレベルを監視するステップとを含む、停止膜の
上のターゲット膜の除去の終点を検出する方法。 (133)前記膜がドライ・エッチングによって除去さ
れる、上記(132)に記載の方法。 (134)前記膜が化学機械研磨によって除去される、
上記(132)に記載の方法。 (135)前記化学反応生成物が前記化学機械研磨に用
いられたスラリ中に含まれる、上記(134)に記載の
方法。 (136)前記化学反応生成物を気体として前記スラリ
から抽出するための抽出装置をさらに含む、上記(13
5)に記載の方法。 (137)前記抽出ステップが疎水性膜の第1の面を前
記スラリと接触させるステップと、前記疎水性膜の第2
の面を前記気体流と接触させるステップと、前記化学反
応生成物を前記膜を通過させ、前記気体流に乗せるステ
ップとを含む、上記(136)に記載の方法。 (138)前記変換ステップに接触変換を用いる、上記
(137)に記載の方法。 (139)発せられた光を光電子増倍管によって監視す
る、上記(132)に記載の方法。 (140)終点に達したときに除去工程を停止するステ
ップをさらに含む、上記(132)に記載の方法。 (141)前記プロセスが停止膜との化学反応生成物を
選択的に生成する、上記(132)に記載の方法。 (142)前記ターゲット膜が除去されるにつれて化学
反応生成物のレベルが増加する、上記(141)に記載
の方法。 (143)前記方法が対象膜との化学反応生成物を選択
的に生成する、上記(132)に記載の方法。 (144)前記ターゲット膜が除去されるにつれて化学
反応生成物のレベルが減少する、上記(143)に記載
の方法。 (145)ターゲット膜および停止膜のどちらか一方が
窒化物を含み、(a)窒化物に施すとアンモニアを発生
するプロセスでターゲット膜を除去するステップと、
(b)前記アンモニアを別の生成物に変換するステップ
と、(c)前記ターゲット膜が除去されるときアンモニ
アのレベルを監視するステップとを含む、停止膜の上の
ターゲット膜の除去の終点を検出する方法。 (146)前記別の生成物が窒素酸化物である、上記
(145)に記載の方法。 (147)前記膜が化学機械研磨によって除去される、
上記(145)に記載の方法。 (148)前記アンモニアが前記研磨スラリ中に含まれ
る、上記(145)に記載の方法。 (149)前記アンモニアを気体として前記スラリから
抽出するステップをさらに含む、上記(148)に記載
の方法。 (150)前記抽出ステップが疎水性膜の第1の面を前
記スラリと接触させるステップと、前記疎水性膜の第2
の面を前記気体流と接触させるステップと、前記アンモ
ニアを前記膜を通過させ、前記気体流に乗せるステップ
とを含む、上記(149)に記載の方法。 (151)前記変換ステップが接触変換を含む、請求項
145記載の方法。 (152)(a)化学反応生成物を別の生成物に変換す
るための変換装置と、(b)前記別の生成物から励起さ
れた分子を生成する手段と、(c)ターゲット膜が除去
されるとき励起された分子から発する光のレベルを監視
するモニタとを含む、停止膜およびターゲット膜のどち
らか一方との化学反応生成物を選択的に生成するプロセ
スによって停止膜の上のターゲット膜の除去の終点を検
出する装置。 (153)変換装置が接触変換装置を含む、上記(15
2)に記載の装置。 (154)前記モニタが光電子増倍管を含む、上記(1
52)に記載の装置。 (155)前記方法が研磨スラリを用いる化学機械研磨
であり、前記化学反応生成物が研磨スラリ中に含まれ、
前記化学反応生成物を気体として前記スラリから抽出す
るための抽出装置をさらに含む、上記(152)に記載
の装置。 (156)前記抽出装置が疎水性膜の第1の面を前記ス
ラリと接触させる手段と、前記疎水性膜の第2の面を気
体流と接触させる手段と、前記化学反応生成物を前記面
を気体として通過させ、前記気体流に乗せる手段とを含
む、上記(155)に記載の装置。 (157)終点に達したとき除去工程を停止する手段を
さらに含む、上記(152)に記載の装置。
物を生成する研磨プロセスでターゲット膜を除去するス
テップと、(b)前記化学反応生成物と反応して特徴の
ある結果を生じる試薬を前記スラリに添加するステップ
と、(c)前記ターゲット膜が除去されるとき前記スラ
リに生じる前記特徴のある結果を監視するステップとを
含む、スラリを用いる化学機械研磨による停止膜の上の
ターゲット膜の除去の終点を検出する方法。 (159)前記特徴のある結果が変色である、上記(1
58)に記載の方法。 (160)前記特徴のある結果が発光である、上記(1
58)に記載の方法。 (161)前記発光が光電子増倍管によって監視され
る、上記(160)に記載の方法。 (162)前記特徴のある結果が沈殿の生成である、上
記(158)に記載の方法。 (163)前記沈殿の生成が光散乱によって監視され
る、上記(162)に記載の方法。 (164)前記終点に達したとき研磨を停止するステッ
プをさらに含む、上記(158)に記載の方法。 (165)前記化学反応生成物がアンモニアである、上
記(158)に記載の方法。 (166)前記試薬がネスラー試薬であり、前記特徴の
ある結果が変色である、上記(165)に記載の方法。 (167)前記化学反応生成物と反応して特徴のある結
果を生じる試薬を前記スラリに添加する手段と、前記タ
ーゲット膜が除去されるとき前記スラリの特徴のある結
果を監視するためのモニタとを含む、研磨プロセスで用
いられるスラリ中に化学反応生成物を生じる化学機械研
磨プロセスによる停止膜上のターゲット膜の除去の終点
を検出する装置。 (168)前記添加手段が前記研磨プロセスからの制御
された量のスラリを蓄えるための貯槽と、前記貯槽に前
記試薬を添加するための輸送システムとを含む、上記
(167)に記載の装置。 (169)前記輸送システムがパルス輸送システムであ
る、上記(168)に記載の装置。 (170)前記貯槽を空にし、前記貯槽を前記研磨プロ
セスからの新しいスラリで充たす手段をさらに含む、上
記(168)に記載の装置。 (171)前記モニタがカラー・センサである、上記
(168)に記載の装置。 (172)前記モニタが光電子増倍管である、上記(1
68)に記載の装置。 (173)前記モニタが光散乱装置である、上記(16
8)に記載の装置。
液と接触させるステップと、(b)前記疎水性膜の第2
の面を水流と接触させるステップと、(c)気体生成物
を気体として膜を通過させ前記水流に乗せるステップと
を含む、溶液中の気体生成物の量を減少させる方法。 (175)前記溶液をステップ(a)によって再循環す
るステップをさらに含む、上記(174)に記載の方
法。 (176)前記水流をステップ(b)によって再循環す
るステップをさらに含む、上記(174)に記載の方
法。 (177)前記溶液が研磨スラリである、上記(17
4)に記載の方法。 (178)前記気体状生成物がアンモニアである、上記
(174)に記載の方法。 (179)前記水流がHClを含む、上記(177)に
記載の方法。 (180)疎水性膜の第1の面を溶液と接触させる手段
と、前記疎水性膜の第2の面を水流と接触させる手段
と、気体生成物を気体として前記膜を通過させ前記水流
に乗せる手段とを含む、溶液中の気体状生成物の量を減
少させる装置。 (181)ミクロポーラス・ファイバを含む接触装置
と、前記溶液を接触装置を通して前記ファイバの第1側
に輸送するポンプと、前記水流を前記接触装置を通して
ファイバの第2側に輸送するポンプとをさらに含む、上
記(180)に記載の装置。 (182)前記溶液を第1の接触手段を通して再循環す
る手段をさらに含む、上記(180)に記載の装置。
の断面図である。
度を低減するためのアンモニア・スクラバの断面図であ
る。
出するための抽出装置の断面図である。
法を用いる化学検出装置を示す図である。
る化学検出装置を示す図である。
し質量分析を用いて検出する装置を示す図である。
析法を用いてNOを検出する装置を示す図である。
し、化学発光を用いて検出する装置を示す図である。
ウエハの研磨を監視するコンピュータからの出力の軌跡
を示す図である。
モニウム固体粒子に変換し、光散乱を用いて検出する装
置を示す図である。
ある。
薬を用いてアンモニアを検出する装置を示す図である。
Claims (34)
- 【請求項1】スラリを用いた化学機械研磨による停止膜
の上のターゲット膜の除去の終点を検出する方法であっ
て、 停止膜およびターゲット膜のどちらか一方との化学反応
生成物を選択的に生じるプロセスでターゲット膜を除去
するステップであって、前記化学反応生成物はスラリ中
に含まれるステップと、 前記化学反応生成物を気体としてスラリから抽出するス
テップと、 ターゲット膜を除去しながら抽出された前記化学反応生
成物のレベルを監視するステップとを含む方法。 - 【請求項2】前記抽出ステップが、 疎水性膜の第1の面をスラリと接触させるステップと、 疎水性膜の第2の面を気体流と接触させるステップと、 前記化学反応生成物を気体として前記疎水性膜を通過さ
せ、前記気体流に移行させるステップとを含む、請求項
1に記載の方法。 - 【請求項3】前記監視ステップは、 前記化学反応生成物を別の化学反応生成物に変換するス
テップと、 前記別の化学反応生成物のレベルを監視するステップと
を含む、請求項1または2に記載の方法。 - 【請求項4】前記変換ステップに接触変換を用いる、請
求項3に記載の方法。 - 【請求項5】前記監視ステップは、フーリエ変換マイク
ロ波分光分析法によって監視することを含む、請求項1
ないし3のいずれか1つに記載の方法。 - 【請求項6】前記監視ステップは、閾値光イオン化質量
分析法によって監視することを含む、請求項1ないし3
のいずれか1つに記載の方法。 - 【請求項7】前記監視するステップは、質量分析法を用
いて監視することを含む、請求項1ないし3のいずれか
1つに記載の方法。 - 【請求項8】前記監視するステップは、共鳴強化多光子
イオン化分光分析法を用いて監視することを含む、請求
項1ないし3のいずれか1つに記載の方法。 - 【請求項9】前記監視ステップは、 前記化学反応生成物から励起された気体分子を生成する
ステップと、 前記励起された気体分子が発する光のレベルを監視する
ステップとを含む、請求項1ないし3のいずれか1つに
記載の方法。 - 【請求項10】前記監視ステップは、 前記化学反応生成物を別の気体と混合して固体粒子を形
成するステップと、 前記固体粒子の量を監視するステップとを含む、請求項
1ないし3のいずれか1つに記載の方法。 - 【請求項11】前記固体粒子をレーザ・ビームに接触さ
せ、光散乱を起こさせるステップと、 前記光散乱を測定するステップとをさらに含む、請求項
10に記載の方法。 - 【請求項12】前記化学反応生成物は前記停止膜より生
成し、前記ターゲット膜が除去されると前記化学反応生
成物のレベルが増加する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項13】前記化学反応生成物は前記ターゲット膜
より生成し、前記ターゲット膜が除去されると化学反応
生成物のレベルが減少する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項14】終点に達したときに除去プロセスを停止
するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 【請求項15】ターゲット膜または停止膜のどちらか一
方が窒化物を含み、前記化学反応生成物がアンモニアで
ある、請求項1ないし14のいずれか1つに記載の方
法。 - 【請求項16】スラリ中の1.0×10 −5 モル以下の
濃度の物質を検出する方法であって、疎水性性透過膜の
第1の面を前記物質を含む前記スラリと接触させるステ
ップと、 前記膜の第2の面を気体流と接触させるステップと、 前記物質を気体として膜を通過させ、気体流に乗せるス
テップとを含む、存在する物質を前記スラリから気体と
して抽出するステップと、 前記気体流を監視して前記物質を検出するステップとを
含む方法。 - 【請求項17】前記監視ステップは、フーリエ変換マイ
クロ波分光分析、閾値光イオン化質量分析、質量分析、
共鳴強化多光子イオン化分光分析、化学発光分析、およ
び光散乱からなる群から選択された方法で監視すること
を含む、請求項16に記載の方法。 - 【請求項18】研磨スラリを用いる化学機械研磨による
停止膜の上のターゲット膜を除去する際の終点を検出す
る装置であって、停止膜およびターゲット膜のどちらか
一方との化学反応生成物を前記スラリ中に選択的に形成
するプロセスによってターゲット膜を除去しながら、前記スラリ中に含まれる 前記化学反応生成物を気体とし
て抽出する抽出装置と、 抽出された前記化学反応生成物のレベルを監視するモニ
タとを含む装置。 - 【請求項19】前記抽出装置が、 疎水性膜の第1の面を前記スラリと接触させる手段と、 前記疎水性膜の第2の面を気体流と接触させる手段と、 前記化学反応生成物を気体として前記膜を通過させ、前
記気体流に乗せる手段とを含む、請求項18に記載の装
置。 - 【請求項20】前記抽出装置がミクロポーラス・ファイ
バを含む接触装置を含む、請求項19に記載の装置。 - 【請求項21】前記化学反応生成物を別の化学反応生成
物に変換するための変換装置をさらに含む、請求項18
に記載の装置。 - 【請求項22】前記変換装置が接触変換装置である、請
求項21に記載の装置。 - 【請求項23】前記モニタがフーリエ変換マイクロ波分
光器を含む、請求項18ないし21のいずれか1つに記
載の装置。 - 【請求項24】前記モニタが閾値光イオン化質量分析器
を含む、請求項18ないし21のいずれか1つに記載の
装置。 - 【請求項25】前記モニタが質量分析器を含む、請求項
18ないし21のいずれか1つに記載の装置。 - 【請求項26】前記モニタが共鳴強化多光子イオン化分
光器を含む、請求項18ないし21のいずれか1つに記
載の装置。 - 【請求項27】前記化学反応生成物を別の気体と混合し
て固体粒子を形成する手段と、 前記固体粒子の量を監視するためのモニタとを含む、請
求項18ないし21のいずれか1つに記載の装置。 - 【請求項28】前記モニタが 前記固体粒子から散乱光を生じるためのレーザと、 前記散乱光を測定する検出器とを含む、請求項27に記
載の装置。 - 【請求項29】前記散乱光をチョップする機械的チョッ
パおよび前記機械的チョッパと同期するロック・イン増
幅器をさらに含む、請求項28に記載の装置。 - 【請求項30】前記化学反応生成物から励起された分子
を生成する手段と、 前記励起された分子から発する光のレベルを監視するモ
ニタとをさらに含む、請求項18ないし21のいずれか
1つに記載の装置。 - 【請求項31】前記モニタが光電子増倍管を含む、請求
項30に記載の装置。 - 【請求項32】スラリ中の1.0×10 −5 モル以下の
濃度の物質を検出する装置であって、 疎水性透過膜の第1の面を前記物質を含む前記スラリと
接触させる手段、前記膜の第2の面を気体流と接触させ
る手段、および前記物質を気体として前記膜を通過さ
せ、前記気体流に乗せる手段を含む、存在する前記物質
を気体として前記スラリから抽出する抽出装置と、 前記気体流を監視して前記物質を検出するためのモニタ
とを含む装置。 - 【請求項33】前記抽出装置がミクロポーラス・ファイ
バを含む接触装置を含む、請求項32に記載の装置。 - 【請求項34】前記モニタがフーリエ変換マイクロ波分
光分析器、閾値光イオン化質量分析器、質量分析器、共
鳴強化多光子イオン化分光分析器、化学発光分析器、お
よび光散乱分析器からなる群から選択される分析装置を
含む、請求項32に記載の装置。
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