JP2001079759A - 研磨処理の終了点判定装置及び監視方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、研磨処理の終了点の判定装置及び
方法の提供を目的とする。 【解決手段】 本発明によれば、研磨処理中に素材の下
流側を通るスラリー中の材料の濃度変化は、スラリーの
導電率の変化、又は、素材から生じた粒子から得られる
スラリー中のイオンの導電率の変化を監視することによ
って間接的に監視される。素材の下流側に配置された電
気的監視素子は導電率の変化を検出し、所望の研磨処理
の終了点に到達したことが示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学機械研磨処理
のような研磨処理の終了点を検出する方法及び装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、研磨処理の終了点を検出する
ことは非常に要望されており、多数の終了点検出処理が
提案されている。

【０００３】たとえば、従来の一つの終了点検出方法
は、研磨処理の終了点を判定するため研磨用モーターを
駆動するのに必要とされるパワーの増加を検出する。研
磨処理の終了点を精確に判定するためには、研磨される
材料の表面硬さが終了点で著しく変化する必要がある。
たとえば、この方法は、研磨パッドが同じ硬さの隣接し
た２層（たとえば、金属層）の間にある点に達したとき
に研磨処理の終了点を判定すべき場合に適当ではないと
考えられる。この方法は、ベアリング摩擦の時間的な変
化、又は、使用される特定のスラリー組成物を考慮して
いない。これらの両方の要因は、研磨用モーターを駆動
するため必要とされるパワーに影響を与え、終了点検出
の精度に影響を及ぼし得る。

【０００４】別の従来の方法は、研磨パッドが２層の異
なる材料の層の境界に達したときに生じる音波の差を測
定することによって研磨処理の終了点を判定する。この
方法の場合、終了点検出を行うため、異なる材料の層に
よって発生させる音波に顕著な差が必要になる。したが
って、この方法は、研磨中に類似した音波を発生する２
層の間で研磨を終了させる場合に適当ではないと考えら
れる。

【０００５】さらに別の従来の方法は、研磨される半導
体原料内に作製された電気接点を使用して研磨終了点を
判定する。この従来の方法の場合、電気信号は電気接点
の露出時に発生され、研磨処理の終了点が示される。こ
の方法の場合、電気接点は、特に、終了点検出の目的の
ため、処理されている半導体原料に付加される。これ
は、付加的な処理工程を導入することによって、半導体
の調製をより複雑化させ、半導体材料の製造歩留まりを
低下させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
の問題点が解決された研磨処理の終了点検出方法及び研
磨装置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の実施例は、化学
機械研磨処理のような研磨処理の終了点を精確かつ高い
信頼性で判定することができる。本発明の実施例によれ
ば、スラリー中の一つ以上の材料の濃度の変化が素材
（ワークピース）の下流側で監視される。好ましくは、
濃度変化は、たとえば、素材の下流側でスラリーの導電
率又はスラリー中のイオンの変化を、時間的に測定する
ことによって、直接的に監視される。

【０００８】本発明の実施例は、終了点の表面が２層の
材料層（たとえば、２層の金属層、若しくは、2層の誘
電層）の境界にあるとき、研磨処理の終了点を精確に判
定することを可能にさせる。たとえば、本発明の実施例
は、同じ程度の硬さ若しくは音響特性を有する2層の間
にある研磨終了点を検出するため使用される。また、本
発明の実施例によれば、素材の下流側を通過するスラリ
ー（たとえば、流出物）は、研磨処理の終了点を判定す
るため使用される。本発明の実施例は、研磨処理に関す
る有効な情報を得るため、従来では殆ど役に立たないと
考えられていた流出物を使用する点が有利である。

【０００９】本発明の一実施例は、研磨処理の終了点を
検出する装置である。この装置は、素材を担持する素材
キャリヤーと、素材キャリヤー上の素材を研磨するため
適合したプラテンとを有する。電気的監視素子が素材の
下流側に設けられる。電気的監視素子は、スラリー中の
材料の濃度変化を監視することができる。材料は、素材
から出る粒子（たとえば、薄片）或いはイオンのような
ものである。

【００１０】本発明の他の実施例は、研磨処理を監視す
る方法である。この方法は、研磨スラリーによって素材
の表面を研磨し、素材の下流側に伝わる研磨スラリー中
の材料濃度を電気的監視素子によって監視し、スラリー
中の材料濃度の変化を電気的監視素子によって検出し、
材料濃度の変化に応じて研磨を停止する。

【００１１】本発明の更に別の実施例は、研磨処理を監
視する方法である。この方法は、研磨スラリーによって
素材の表面を研磨し、素材から出る粒子を含むスラリー
を生成し、イオンを生成するためスラリー中の粒子をイ
オン化し、スラリー中のイオン濃度の変化を検出する。

【００１２】本発明の上記実施例並びにその他の実施例
は、以下の発明の詳細な説明、添付図面、及び、請求項
に記載された事項から当業者には明らかになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施例は、研磨処理の終
了点を判定する方法及び装置に関する。研磨処理の一例
として、導電率の異なる複数の層を有する電気デバイス
原料が研磨スラリーで研磨される場合を考える。研磨さ
れるべき適当な電気デバイス原料は、半導体ウェーハ
と、セラミック基板と、ポリマー回路基板等を含む。研
磨処理中に、材料が素材の表面から取り除かれるので、
素材の厚さは薄くなる。素材から除かれた材料は、通
常、導電性及び／又は非導電性粒子（たとえば、薄片）
の形をなす。たとえば、取り除かれた材料には、素材上
の層から出る金属粒子、ポリマー粒子、及び、セラミッ
ク粒子が含まれる。研磨中に、素材の下流側を通るスラ
リーはこれらの粒子を含有する。

【００１４】望ましい終了点は、典型的に、異なる導電
性特性を有する２層の間の境界にある。研磨処理中に素
材から取り除かれる粒子の大半の導電率は望ましい終了
点で変化する。その理由は、終了点において、研磨が始
まる下側の層は前に研磨された壮途は異なる電気特性を
有するからである。粒子の大半の導電率の変化は、研磨
スラリーの大半の導電率を同様に変化させる。したがっ
て、素材の下流側を通過するスラリーは、研磨終了点に
到達した後、導電率が著しく増加若しくは減少する。

【００１５】電気的監視素子は、素材の下流側のスラリ
ー中で、に取り除かれた素材の材料（たとえば、絶縁性
粒子若しくは導電性粒子）、あるいは、その材料から得
られる物質（たとえば、素材材料から形成されたイオ
ン）の濃度の変化を監視、検出するため使用される。濃
度変化の監視、検出は、スラリー若しくはスラリー中の
イオンの導電率の変化を監視、検出することによって間
接的に行なわれる。導電率の変化はスラリー中の材料の
濃度変化と関連している。一部の実施例では、電気的監
視素子は、離間した２個以上の電極を有するデバイスで
も構わない。このタイプの監視素子は、通過するスラリ
ー流の導電率の変化を監視、検出することができる。た
とえば、導電層の上に重なる絶縁層を研磨することが可
能である。研磨は、絶縁層を剥離し、絶縁層から絶縁性
粒子を生成する。研磨中に、これらの絶縁性粒子はスラ
リーに加えら得る。研磨パッドが下側にある導電層に到
達した後、導電層が侵食されると共に導電性粒子が形成
され、スラリーに加えられる。導電性粒子はスラリー中
に伝わり、スラリーの大半の導電率を増加させる。この
導電率は、スラリーが電気的監視素子の側（たとえば、
監視素子の電極間）を通過するときに電気的監視素子に
よって検出され得る。スラリーの導電率の上昇は、スラ
リー中の導電性粒子の濃度の増加によって生ずる。一部
の実施例の場合に、監視素子は電極を有する浮動ヘッド
を具備する。本発明の実施例において使用するのに適し
たこの監視素子及びその他の監視素子については、以下
に詳細に説明する。

【００１６】他の実施例において、研磨中に素材から除
かれた材料をイオン化するため、イオン化材料をスラリ
ーに添加してもよい。イオン化材料は、研磨中に素材か
ら先に生成された粒子をイオン化し、溶解することがで
きる。たとえば、素材から取り除かれた材料には、Pb、
Sn、Zn、Au、Ag、Ca、Ni、Al、Cu、W及びCrの中の少な
くとも一つを有する金属若しくは金属合金粒子が含まれ
る。

【００１７】一部の実施例では、イオン、特に、金属イ
オン（たとえば、Al²⁺、Cu²⁺、Cr⁺及びW⁺）は、元素状
態の材料よりもスラリー中で検出し易くなる。たとえ
ば、イオンが形成され、スラリー中に存在する場合、ボ
ルタンメトリー分析（たとえば、サイクリックボルタン
メトリー）を実行するために適合した監視素子のような
イオン専用の電気的監視素子、若しくは、１個以上のイ
オン選択性電極が、スラリー中のイオンの導電率の変化
を検出するため使用され得る。導電率の変化は、スラリ
ー中のイオン濃度の変化によって生ずる。たとえば、典
型的なボルタンメトリー分析法の場合に、２電極間の電
位は時間的にスイープされる。電圧が変化するとき、着
目中の核種（たとえば、金属イオン）は、着目中の特定
のイオンに対するイオン化電位に関連した電圧で電子を
受容し、電流の流れを生じさせる。この導電率の変化
は、電流（ｉ）と電圧（Ｅ）の関係をプロットしたボル
タンメトリーグラフに現れる。ボルタンメトリー分析が
サイクリックボルタンメトリー分析であるならば、スイ
ープが繰り返され、着目している材料のイオン化及び減
少電位がスイープされる。このように作成されたボルタ
ンメトリーグラフは、着目している核種の酸化及び減少
に関係した電流ピークをもつ。

【００１８】イオン化材料は、素材の上流側若しくは下
流側でスラリーに加えられる。たとえば、イオン化材料
は、研磨用プラテンの下流で加えられる。プラテンの下
流側を通過するスラリーは、スラリー流出物若しくは流
出物である。適当なイオン化材料には、塩酸、フッ化水
素酸、硝酸、及び、燐酸のような強酸が含まれる。これ
らの酸は、スラリーに添加される前に適当な濃度にされ
る。たとえば、酸は、約１×１０^-4乃至約１×１０^-2モ
ル（Ｍ）の濃度を有する。

【００１９】以下、図１乃至１３を参照して、本発明の
他の局面について説明する。

【００２０】図１には、本発明による終了点検出方法の
第１実施例を実行するため適当な研磨装置の概略図が示
されている。図１に示されるように、研磨装置１００
は、シャフト１０４によってモーター１０６に連結され
たプラテン１０２を有する。一部の実施例において、研
磨パッド（図示しない）は、プラテン１０２の上面に接
着剤を用いて一時的に取り付けられる。研磨パッドは、
一般的に薄く、柔軟性があり、エラストマー材料のよう
な材料から製造することができる。プラテン１０２のよ
うなプラテン及び研磨パッドは、既に知られている技術
であるため、これ以上詳細な説明は行わない。

【００２１】図１に示されるように、素材キャリヤー１
１０はプラテン１０２の上に配置され、シャフト１１２
を介してモーター１１４に連結される。素材キャリヤー
１１０は、プラテン１０２と対向し、研磨中に電気デバ
イス原料のような素材（図示しない）をプラテン１０２
に押し付ける。細かい研磨剤（たとえば、シリカ若しく
はアルミニウム粒子）及び液体媒質（たとえば、水）を
含有する研磨スラリーは、プラテン１０２と素材の間に
存在する。モーター１０６及び１１４は、それぞれ、プ
ラテン１０２及び素材キャリヤー１１０を回転する。プ
ラテン１０２及び素材キャリヤー１１０は、好ましく
は、矢印１０３及び１１１で示される逆方向に回転す
る。たとえば、プラテン１０２が時計回りに回転すると
き、素材キャリヤー１１０によって保持された素材は、
反時計回りに回転する。素材キャリヤー１１０とプラテ
ン１０２の回転方向は、入れ替えてもよい。研磨中に、
素材は、プラテン１０２がディスペンサー１３０から供
給されたスラリーで素材を研磨するとき、すり減らさ
れ、磨かれる。研磨中に、素材の下流側を通るスラリー
は、研磨中に素材から除かれた素材の粒子がスラリーに
加えられるので変性する。

【００２２】変性したスラリーの一部は、プラテン１０
２の周縁部から容器１４０に流入する。容器１４０はプ
ラテンの下側、かつ、プラテンの周囲に配置される。た
とえば、プラテン１０２の周縁部から外れて、プラテン
１０２の下流側を伝わるスラリーは、流出物である。図
１に示された容器１４０はすべてのスラリー流出物を集
めるが、より少ない流出物を集める容器でも構わない。
たとえば、容器は、プラテンの下流側を通るスラリー中
の統計的に有意な部分を集めることができる。統計的に
有意な部分とは、たとえば、プラテン１０２の下流側を
伝わるスラリー中の約５乃至約５０体積パーセントであ
る。流出物は容器１４０を通過して、導管１４２に入
る。導管１４２は、容器１４０と分離型でも一体型でも
よい。図１に示された導管１４２は、略円筒状の形状を
有し、好ましくは、耐腐食性かつ耐酸化性の材料から製
造される。たとえば、導管１４２及び容器１４０は、ポ
リプロピレン、あるいは、ステンレス鋼のような耐腐食
性材料から製造される。

【００２３】図１において、二つの電極１２８を有する
監視素子が、導管を通過する流出物若しくは流出物成分
の導電率変化を監視するため使用される。二つの電極１
２８は導管１４２内に配置され、好ましくは、耐腐食性
（たとえば、耐酸性及び耐塩基性）並びに耐酸化性のあ
る金属若しくはその他の導電性材料により構成される。
たとえば、二つの電極はプラチナ製でもよい。一部の実
施例では、監視素子は、共通基板上に配置された電極１
２８を具備する。他の実施例では、監視素子は、導管１
４２に配置された一方の電極を有し、導管１４２の内側
部は、もう一方の又はアースとしてしようされ得る金属
（若しくはその他の導電性材料）を具備する。流出物が
導管１４２を通過するとき、電極１２８は、流出物成分
若しくは流出物自体の導電率の変化を検出する。電極１
２８によって発生された導電率信号はワイヤ１２４を介
してコントローラ１２０に伝達される。

【００２４】図１に示されるように、ディスペンサー１
６０は、イオン化材料を供給するため使用される。ディ
スペンサー１６０は、たとえば、図２乃至６に示される
ような本発明の他のすべての実施例でも使用することが
できる。好ましくは、イオン化材料はプラテン１０２の
下流側で添加されるので、イオン化材料は素材と接触し
ない。

【００２５】材料が素材表面から取り除かれる時点と、
スラリーの導電率の変化が検出される時点との間の時間
的遅延は、最小限に抑えることが望ましい。たとえば、
電極１２８は、好ましくは、導電率変化を生じさせた材
料が素材から取り除かれた後、約１０秒以内でスラリー
（たとえば、流出物）若しくはスラリー成分の導電率を
測定する。より好ましくは、電極１２８は、導電率変化
を生じさせた材料が素材から取り除かれた後、研磨スラ
リー若しくは研磨スラリー成分の導電率変化を測定す
る。除去と監視の間の時間を短縮するため、容器１４０
は、図１に示される如く底面が導管に向かって傾斜する
ように底面が成型されるので、スラリー流出物の導管１
４２までの移動時間が短縮される。移動時間が短縮され
ることによって、時間的遅延が最小限に抑えられる。

【００２６】研磨装置１００は、１個以上の弁１４５が
電極１２８の下流側で導管１４２に配置される。弁１４
５は、大量のスラリーが電極１２８の上下に保たれるよ
うに導管１４２内の流出物の流れを制御する。これによ
り、電極１２８の導電率測定は一定に保たれる。弁１４
５を通るスラリー流出物のフローは、操作者により手動
で制御しても、コントローラ１２０によって制御しても
よい。コントローラ１２０は、導管１４２に配置された
流量センサ若しくは圧力センサに応答して弁１４５を調
節する。

【００２７】コントローラ１２０は、電極１２８から受
信された信号を監視する。コントローラ１２０は、ワイ
ヤ１２６及び１２２を介してモーター１０６及び１１４
に連結される。一実施例において、コントローラ１２０
は、電極１２８によって伝達された信号の変化に応じ
て、モーター１０６に回転中のプラテン１０２を停止さ
せ、及び／又は、モーター１１４に回転中の素材キャリ
ヤー１１０を停止させる。別の実施例では、コントロー
ラ１２０は、アラーム（たとえば、ブザー、ライト等）
を作動させ、変化の発生を操作者に通知する。これによ
り、操作者は研磨処理を停止する。

【００２８】好ましい一実施例において、コントローラ
１２０はコンピュータを具備する。たとえば、コントロ
ーラ１２０は、電極１２８から受信した電気信号に基づ
いて研磨処理の終了点を判定する適切なソフトウェアを
搭載した汎用コンピュータを具備する。他の実施例で
は、コントローラ１２０は、電極１２８から受信した電
気信号に基づいて研磨処理の終了点を判定するため特別
に構築されたアプリケーション専用コンピュータを具備
する。

【００２９】図１において、容器１４０の底面は導管１
４２の方向に傾斜している。このような特徴を備えず、
平坦な底を有する研磨システムは、導管１４２の方向に
傾斜した挿入部材を用いて変更される。図６には、容器
の底が平坦であり、挿入部材６４２が出力導管６４１に
向かって傾斜するように容器６４０に対して配置されて
いる研磨装置の概略図が示されている。挿入部材６４２
は、中空でも中実でもよく、スラリーによって侵食され
ない材料から作られる。たとえば、挿入部材６４２は、
ポリプロピレンやステンレス鋼のような耐腐食性材料に
より作られる。また、図６に示された実施例には、図１
の弁１４５の代わりに、一定量のスラリー流出物を電極
１２８の上下に保持するため、Ｕ字形導管トラップ６６
０が設けられ、これにより、電極１２８の導電率測定が
安定的に行なわれる。導管トラップ６６０は、Ｕ字形部
分６６２と、水平出口部分６６４とを有する。水平出口
部分６６４の底は、Ｕ字形部分６６２の最低水位６６６
を定める。電極１２８は、この最低水位６６６よりも下
に配置されるので、スラリー流出物は確実に電極を覆
う。導管トラップ６６０は他の実施例（たとえば、図１
乃至３に記載された研磨装置）に使用され得る。

【００３０】図２には、本発明による終了点検出方法の
第２実施例を実現する研磨装置２００の実施例の概略図
が示されている。研磨装置２００の多数の構成要素は研
磨装置１００にも含まれているので、図１の構成要素を
指定するため使用された番号と同じ参照番号が使用され
る。かくして、研磨装置２００は、プラテン１０２と、
シャフト１０４と、モーター１０６と、素材キャリヤー
１１０と、シャフト１１２と、モーター１１４と、コン
トローラ１２０と、ワイヤ１２２及び１２６と、スラリ
ーディスペンサー１３０と、導管１３２と、容器１４０
と、導管１４２とを含む。研磨装置２００内のこれらの
構成要素は、容器１４０及び導管１４２を除いて、図１
に示された研磨装置１００内の対応した部分と機能的、
構造的に同一でもよい。したがって、研磨装置２００内
のこれらの構成要素に関してこれ以上の説明は行わな
い。

【００３１】既に説明した通り、流出物は容器１４０及
び導管１４２を通過する。しかし、電極は、導管１４２
内の流出物若しくはイオン中の導電率を判定するために
導管１４２内に存在しなくてもよい。たとえば、図２に
示されるように、プラテン１０２の近くで電気監視素子
の下流側にスコップ２５０が設けられる。スコップ２５
０は、好ましくは、素材キャリヤー１１０の下流側に配
置され、素材を研磨するため使用されたスラリーを収集
する。スコップ２５０は、後壁側にアパーチャ２５２を
有し、多数の周知の機械的取り付け機構を用いて正しい
位置に固定される。一実施例において、図２に示される
ように固定部材２５１が使用される。他の実施例では、
図３に示されるようなトーンアーム３５１、又は、図４
に示されるような簡単な旋回アーム４５１が使用され
る。研磨装置２００は、アパーチャ２５２でスコップ２
５０に連結された導管２５４を更に有する。スコップ２
５０によって収集された研磨スラリーはアパーチャ２５
２を介して導管２５４に移される。監視素子の電極２２
８は、スラリー若しくはスラリー中のイオンが導管２５
４内を通過するとき、スラリー若しくはスラリー中のイ
オンの導電率を判定する。電極２２８は、ワイヤ２２４
を介してコントローラ１２０に接続され、電極２２８か
らの電気信号は、コントローラ１２０に供給される。

【００３２】研磨装置２００は、スコップ２５０が素材
１１０の下流側で非常に接近させて配置されているの
で、研磨処理の終了点を精確に判定することができる。
スラリーが素材１１０を研磨するため使用された後、非
常に短時間内にスコップ２５０はスラリーを収集し、監
視素子はスラリーを分析する。研磨装置２００におい
て、研磨スラリー若しくは研磨スラリー内のイオンの導
電率変化は、好ましくは、導電率変化を生じさせた材料
がスコップ２５０によって収集されてから約１０秒以
内、又は、導電率変化を生じさせた材料が素材から取り
除かれてから約１０秒以内に電極２２８によって検出さ
れる。

【００３３】図３には、本発明による終了点検出方法の
第３実施例を実現する研磨装置３００の実施例の概略図
が示されている。研磨装置３００の多数の構成要素は研
磨装置１００にも含まれているので、図１の構成要素を
指定するため使用された番号と同じ参照番号が使用され
る。図３に示されるように、研磨装置３００は、プラテ
ン１０２と、シャフト１０４と、モーター１０６と、素
材キャリヤー１１０と、シャフト１１２と、モーター１
１４と、コントローラ１２０と、ワイヤ１２２及び１２
６と、スラリーディスペンサー１３０と、導管１３２
と、容器１４０と、導管１４２とを含む。研磨装置３０
０内のこれらの構成要素は、容器１４０及び導管１４２
を除いて、図１に示された研磨装置１００内の対応した
部分と機能的、構造的に同一でもよい。したがって、研
磨装置３００内のこれらの構成要素に関してこれ以上の
説明は行わない。

【００３４】図３に示されるように、ブレード３５０
は、プラテン１０２の上部を滑走し、スラリーを集め
る。ブレード３５０は、プラテンから研磨スラリーの一
部分を掬い取り、ブレードの長軸方向に移し、研磨スラ
リーの一部分はそこで、プラテン１０２の周縁部に隣接
した導管３５２によって集められる。ブレード３５０
は、好ましくは、素材キャリヤー１１０の下流側に設け
られ、素材を研摩するため使用された後の研磨スラリー
を収集する。傾斜したブレード３５０の上面は、平坦、
若しくは、図３に示されるように湾曲している。ブレー
ド３５０は、プラテン１０２上を滑走する能力を高める
ため滑走部３５９を具備してもよい。滑走部３５９は、
好ましくは、前方に傾斜が設けられ、後方にエッジが設
けられる。ブレード３５０の長軸は、プラテン１０２の
回転中心に向いているので、ブレードの長軸は実質的に
プラテン１０２の半径と平行である。ブレード３５０に
沿って内側の端から外側の端まで研磨スラリーを容易に
運ぶことができるようにするため、ブレード３５０は、
プラテン１０２の半径Ｒに関して僅かに（図３では反時
計回りに）回転しているので、ブレード３５０の内側の
端（すなわち、プラテン１０２の中心に最も近い点）
は、ブレード３５０の外側のエッジよりも前にある。こ
の場合、プラテン１０２の中心からプラテンのエッジま
で延ばされた半径方向の線は、半径方向の線が回転する
とき、最初にブレード３５０の内側エッジと接触する。
ブレード３５０は、任意の数の周知の取り付けメカニズ
ム、たとえば、図３に示されるようなトーンアーム３５
１を用いて正しい位置に保持される。図４に示されるよ
うな簡単な旋回アーム４５１、又は、図２に示されるよ
うな固定部材２５１を使用してもよい。

【００３５】導管３５２は、スコップ３５０の近くに設
けられた上方セクション３５４と、中間セクション３５
６と、下方セクション３５８とを有する。本発明の一実
施例において、中間セクション３５６は球状であり、下
方セクション３５８は円筒状である。電極３２８は下方
セクション３５８に設けられる。流出物が導管３５２内
で電極３２８の側を通過するとき、電極は流出物若しく
は流出物中のイオンの導電率変化を検出する。流出物若
しくは流出物中のイオンの導電率変化を表わす電気信号
は、電極３２８からワイヤ３２４を介してコントローラ
１２０に送られる。装置３００内のコントローラ１２０
は電極３２８から受信された電気信号に基づいて研磨処
理の終了点を判定する。この判定は、装置１００内のコ
ントローラ１２０が電極１２８から受信された電気信号
に基づいて研磨処理の終了点を判定する場合と同様であ
る。

【００３６】本実施例において、イオン化材料は、研磨
の前にスラリーと混合され、あるいは、プラテン上に供
給され、あるいは、導管３５２内に供給される。図３に
は、イオン化材料ディスペンサー１６０がプラテン１０
２の下流側でイオン化材料を供給するため配置され、イ
オン化材料が導管３５２に供給される実施態様が示され
ている。

【００３７】容器１４０は研磨処理の流出物を収集し、
導管１４２は流出物を運ぶ。しかし、電極は導管１４２
内に設けられていない。かくして、研磨装置３００内の
導管１４２は、本実施例の場合に、流出物若しくはイオ
ンの導電率を判定するため使用されない。実際には、導
管３５２と、導管３５２内に配置された電極３２８と
が、流出物若しくは流出物中のイオンの導電率変化を検
出するため使用される。

【００３８】研磨装置３００は、ブレード３５０が素材
１１０の下流側で非常に接近させて配置されているの
で、研磨処理の終了点を精確に判定することができる。
スラリーが素材１１０を研磨するため使用された後、非
常に短時間内にブレード３５０はスラリーを収集し、監
視素子はスラリーを分析する。研磨装置３００におい
て、研磨スラリー若しくは研磨スラリー内のイオンの導
電率変化は、好ましくは、導電率変化を生じさせた材料
がブレード３５０によって収集されてから約１０秒以
内、又は、導電率変化を生じさせた材料が素材から取り
除かれてから約１０秒以内に電極３２８によって検出さ
れる。

【００３９】図３には、本発明による終了点検出方法の
第４実施例を実現する研磨装置４００の実施例の概略図
が示されている。研磨装置４００の多数の構成要素は研
磨装置１００にも含まれているので、図１の構成要素を
指定するため使用された番号と同じ参照番号が使用され
る。図４に示されるように、研磨装置４００は、プラテ
ン１０２と、シャフト１０４と、モーター１０６と、素
材キャリヤー１１０と、シャフト１１２と、モーター１
１４と、スラリーディスペンサー１３０と、導管１３２
と、容器１４０と、導管１４２とを含む。研磨装置４０
０内のこれらの構成要素は、容器１４０及び導管１４２
を除いて、図１に示された研磨装置１００内の対応した
部分と機能的、構造的に同一でもよい。したがって、研
磨装置４００内のこれらの構成要素に関してこれ以上の
説明は行わない。

【００４０】他の実施例として、流出物は容器１４０及
び導管１４２の中を通る。本実施例の場合、しかし、電
極は導管１４２内に存在しないので、導管１４２は流出
物若しくは流出物中のイオンの導電率変化を判定するた
め使用されない。

【００４１】研磨装置４００では、研磨装置２００と同
様に、スラリー流出物は研磨処理の終了点を判定するた
め使用されない。実際には、プラテン１０２上で素材の
下流側のスラリーが研磨処理の終了点を判定するため使
用される。浮動ヘッド４５０を有する監視素子は、プラ
テン１０２の表面上で移動し、スラリー若しくはスラリ
ー中のイオンの濃度変化を判定するため使用される。ヘ
ッド４５０は、図４に示される簡単な旋回アーム４５１
のような周知の任意の取り付けメカニズムを用いて正し
い位置に保たれる。図３に示されたトーンアーム３５
１、若しくは、図２に示された固定部材２５１を使用し
てもよい。ヘッド４５０は、好ましくは、素材１１０の
下流側に配置され、研摩スラリーは、素材キャリヤー１
１０によって保持された素材を研磨するため使用された
後にヘッド４５０の横を通過する。ヘッド４５０は基板
４５４を含み、基板４５４は、４辺を有し、下側の面は
プラテン１０２と対抗して配置される。。ヘッド４５０
は、研摩スラリーの特性を測定するセンサを有し、セン
サによって測定された特性を表わす電気信号を送出す
る。好ましい一実施例において、センサは、研摩スラリ
ーの導電性を測定する１対の電極である。図４に示され
るように、ヘッド４５０は、基板４５４の下側の面に配
置された電極４５８を含む。また、ヘッド４５０は、基
板４５４の下側の面に配置されたひれ状部若しくは滑走
部４５６を有する。

【００４２】図５には、プラテン１０２の上に配置され
たヘッド４５０の断面図が示されている。ひれ状部４５
６は、基板４５４の下側面４５５とプラテン１０２の間
に隙間を設ける。好ましい一実施例において、ひれ状部
４５６は、所定の距離Ｄで基板４５４の下側面４５５と
プラテン１０２の上側面の間に間隔をとる。さらに、各
ひれ状部４５６は、対応した基板４５４の面上で離間す
る。好ましい一実施例において、図５に示されるよう
に、各ひれ状部は基板４５４の対応した面に配置され
る。ひれ状部４５６の間の距離と、距離Ｄは、基板４５
４の下側面４５５とプラテン１０２の上面との間に体積
Ｖを画成する。体積Ｖは、動作中に実質的に一定であ
り、その結果として、電極４５８は、体積Ｖの中を流れ
る研磨スラリーの導電率を検出することができる。ヘッ
ド４５０は、電極４５８を通じて、ワイヤ４５２を用い
てコントローラ４２０に接続される。ヘッド４５０、よ
り詳細には、ヘッド４５０内の電極４５８は、スラリー
若しくはスラリー中のイオンの導電率を表わす電気信号
をコントローラ４２０に出力する。イオン化材料は、使
用前にスラリーと混合され、あるいは、プラテン１０２
上に供給される。図４の実施例では、イオン化材料は使
用前にスラリーと混合される。

【００４３】体積Ｖ内で電極４５８によって測定される
研摩スラリーの量は、一般的に、図１乃至４を参照して
既に説明した実施例の場合よりも非常に少ない。体積が
小さくなると共に、ヘッド４５０からの出力中に短時間
の変動が生じる。これらの変動を平滑化するため、コン
トローラ４２０は、一定期間に亘ってヘッド４５０から
出力された電気信号を平均化する信号平均化器４２４を
具備する。この場合、コントローラ４２０は平均化され
た信号から素材の研磨終了点を判定する。

【００４４】研磨装置４００は、ヘッド４５０が素材キ
ャリヤー１１０の近くで素材キャリヤー１１０の下流側
に配置されているので、研磨処理の終了点の精確な判定
を行うことが可能である。これにより、ヘッダ４５０
は、研摩スラリーが素材を研磨するため使用された後の
非常に短時間内で、スラリー若しくはスラリー中のイオ
ンの導電率の変化を検出することができる。研磨装置４
００において、スラリー若しくはイオンの導電率の変化
は、導電率の変化を生じさせた材料が素材から除去され
た後の約５秒以内に電極２２８によって検出される。

【００４５】

【実施例】図７には研磨前の素材の一例の断面図が示さ
れ、図８には上部領域７０３が研磨され除かれた後の素
材の断面図が示されている。素材７００は、金属層７０
２と、誘電層７０６と、基板層７０８とを有する。金属
層７０２は、研磨されるべき金属層７０２の一部分であ
る上部領域７０３と、誘電層７０６に埋め込まれた下部
領域７０４とを有する。基板層７０８は、金属層７０２
及び誘電層７０６の下側に配置される。

【００４６】研磨パッドによって研磨される導電層と絶
縁層の比率は研磨処理中に変化する。たとえば、研磨処
理の開始時に、研磨面は上部領域７０３の上面７０５で
あり、研磨処理の終了時に、研磨面は誘電層７０６及び
下部領域７０４の上面７０７（図８）である。

【００４７】研磨処理の一例において、金属層７０２は
連続的若しくは実質的に連続的であり、研磨面は、完全
に、若しくは、実質的に完全に金属である。金属層７０
２の上部領域７０３を研磨することにより、金属層７０
２の厚さが減少し、金属粒子が生成される。金属粒子は
スラリーに加えられ、スラリー中の金属濃度を定常状態
レベルまで急激に増加させる。研磨処理の開始時にスラ
リー中の金属粒子の濃度が急激に増加することに対応し
て、金属粒子が次にイオン化されるならば、スラリー中
の金属イオン濃度が急激に増加する。したがって、金属
層７０２の上部領域７０３が研磨されているとき、スラ
リーの導電率又はスラリー中の金属イオン濃度は素材の
下流側で高くなる。

【００４８】研磨パッド（図示しない）が誘電層７０６
の上面７０７に到達したとき、研磨中の金属の量は、金
属層７０２の下部領域７０４及び誘電層７０６が研磨さ
れるのに連れて著しく減少する。すなわち、面７０７の
下側で研磨、侵食される金属量は、面７０７の上側で研
磨、侵食される金属量よりも減少する。したがって、素
材の下流側を通る金属粒子若しくは金属イオンの濃度
は、終了点に到達した後に著しく減少し、スラリー若し
くはスラリー中のイオンの導電率を時間的に変化させ
る。スラリー若しくはスラリー中のイオンの導電率の変
化は、適当な電気的監視素子を用いて検出され得る。研
磨処理の終了点は、（１）時間に関して研摩スラリーの
導電率の変化を検出し、及び／又は、（２）時間に関し
てスラリー中のイオンの導電率の変化を検出することに
より判定される。

【００４９】図９には、研磨前の素材の別の例の断面図
が示されている。素材１０００は、上部領域１００３及
び下部領域１００４を有する金属層１００２を含む。素
材１０００は、上部領域１００３の下側にあり、下部領
域１００４の側面にある中間金属層１００６を更に含
む。また、素材１０００は、中間金属層１００６の下に
配置された誘電層１００８を更に有する。素材１０００
は、誘電層１００８の下側、並びに、金属層１００２の
下部領域１００４の下側に配置された基板層１０１０を
更に有する。金属層１００２及び中間金属層１００６は
異なる組成物を有する。図１０には、図９に示された素
材の上部領域１００３が研磨によって除去された後の断
面図が示されている。

【００５０】イオン化材料が研磨処理中にスラリーに追
加された場合、金属層１００２の材料は、中間金属層１
００６の組成物よりも多量に、若しくは、少量だけイオ
ン化される。たとえば、一部の強酸はある種の金属を他
の金属よりも多量にイオン化することができる。本発明
の一実施例において、燐酸Ｈ₃ＰＯ₄は、銅Ｃｕ層１００
０２及びタングステンＷ層１００６と共にイオン化に使
用される。ある条件下で、燐酸は容易に銅をイオン化す
るが、タングステンを容易にはイオン化しない。したが
って、本発明の実施例において、イオン化材料は、素材
中の所定の材料（たとえば、最初に研磨される材料）を
イオン化するように選択され得る。

【００５１】研磨スラリー及び／又はスラリー中のイオ
ンの導電率は、上部領域１００３と下部領域１００４の
間の移行の際に変化する。導電率の変化は、ある材料を
他の材料よりもイオン化させる傾向があるイオン化材料
の使用によって促進される。たとえば、金属層１００２
の材料が容易にイオン化され、中間金属層１００６の材
料が容易にイオン化されないとき、中間金属層１００６
からは非常に僅かなイオンしか発生されない。スラリー
中のイオンは、主として金属層１００６内の金属から発
生されるので、イオン専用電気的監視素子は、（たとえ
ば、金属層１００２から発生されたイオンの導電率の変
化を監視することによって）スラリー中の他の金属イオ
ンとの干渉による影響を殆ど受けること無く、イオン濃
度の変化を非常に簡単に検出することができる。

【００５２】導電率の変化が研磨処理の終了点の検出に
使用される点が有利である。素材１０００の研磨処理に
おいて、終了点を検出する方法は、（１）金属層１００
２から取り除かれた材料を、中間金属層１００６中の組
成物よりも多量に（若しくは少量だけ）イオン化するイ
オン化材料をスラリーに添加し、（２）研磨スラリーを
用いて素材１０００を研磨し、（３）研磨中にスラリー
若しくはスラリー中のイオンの導電率変化を監視する。
研磨処理の終了点は、研摩スラリー若しくはスラリー中
のイオンの導電率変化を時間的に検出することによって
判定される。

【００５３】図１１には、研磨前の素材の別の例の断面
図が示されている。素材１３００は、金属層１３０２と
誘電層１３０４を含む。図１３からわかるように、誘電
層１３０４は金属層１３０２の上に形成される。素材１
３００は、金属層１３０２と誘電層１３０４の下側に配
置された基板層１３０６を更に有する。誘電層１３０４
の上面が水平になるように領域１３０３を摩食すること
が望ましい。たとえば、層１３０４は、スラリー若しく
はイオンの導電率が変化するまで研磨され得る。導電率
変化は、金属が研磨されるとき、金属薄片がスラリーに
加えられることにより生ずる。導電率の変化は、研磨終
了点を知らせる。

【００５４】上記の方法は、簡単な方法ではあるが、必
要以上に金属層１３０２を露出させる。一部のアプリケ
ーションでは、たとえば、図１３に最終的な構造として
示されているように、金属層１３０２を露出させること
無く、誘電層１３０４を水平にすることが非常に望まれ
る。

【００５５】次に、金属層１３０２を露出させること無
く、誘電層１３０４を水平にすることができる本発明に
よる一つの方法について説明する。金属層は、素材１３
００の表面、すなわち、誘電層１３０４の上面１３０５
に倣って形成（たとえば、堆積）される。図１２には、
金属層１３０８が誘電層１３０４の上に沿って形成され
た素材１３００の断面図が示されている。金属層１３０
８の形成後、素材１３００は研磨され、金属層１３０８
全体が取り除かれる。研磨処理中に、研磨スラリー及び
／又はスラリー中のイオンの導電率変化が監視される。
導電率の変化が検出された後（たとえば、研摩スラリー
の導電率若しくはイオンによって誘起された導電率が急
激に減少した後）、研磨は停止される。図１１乃至１３
を参照して説明した実施例は、例示を目的とするもので
あり、本発明を制限するためのものではない。たとえ
ば、層１３０８、１３０２及び１３０４は、それぞれ、
適当な導電性特性を有する適当な材料を含有してもよ
い。

【００５６】図１３には、金属層１３０８が研磨によっ
て完全に取り除かれた素材１３００の断面図が示されて
いる。水平下部領域１３１１を含む金属層１３０８が完
全に研磨で取り除かれたとき、素材面が水平にされるこ
とに注意する必要がある。また、金属層１３０２の上に
はある厚さＤが残されるので、金属層１３０２は露出さ
れないことに注意する必要がある。

【００５７】上記の通り、本発明は、特に実施例に関し
て説明されているが、種々の代替、変形及び適用が本発
明の範囲を逸脱すること無く本発明の開示内容に基づい
て行われることが認められよう。さらに、上記の一つ以
上の実施例の特徴的な事項は、本発明の半紙を逸脱する
こと無く、明細書に記載された他の一つ以上の実施例と
組み合わされ得る。

【００５８】以上の説明に関して更に以下のような態様
が考えられる。

【００５９】（１） 研磨処理の終了点を判定する装置
であって、素材を担持する素材キャリヤーと、上記素材
キャリヤー上の上記素材を研磨するよう適合したプラテ
ンと、上記素材の下流側に配置され、スラリー中の上記
素材から生じた材料の濃度を監視する電気的監視素子と
を有する装置。

【００６０】（２） 上記電気的監視素子に動作的に接
続されたコントローラを更に有する項１記載の装置。

【００６１】（３） 上記電気的監視素子はサイクリッ
クボルタンメトリーを行うよう適合している項１又は２
記載の装置。

【００６２】（４） 上記スラリーを受容する容器を更
に有する項１乃至３のうちいずれか一項記載の装置。

【００６３】（５） 導管を更に有し、上記電気的監視
素子は上記導管に配置された電極を含む、項１乃至４の
うちいずれか一項記載の装置。

【００６４】（６） 上記電気的監視素子は上記スラリ
ー中の上記材料の導電率の変化を監視し得る項１乃至５
のうちいずれか一項記載の装置。

【００６５】（７） イオン化材料ディスペンサーを更
に有する項１乃至６のうちいずれか一項記載の装置。

【００６６】（８） 上記イオン化材料ディスペンサー
は上記素材の下流側にイオン化材料を供給するよう配置
されている項７記載の装置。

【００６７】（９） 上記材料は金属イオンである項８
記載の装置。

【００６８】（１０） 上記電気的監視素子はイオン選
択性電極を有する項９記載の装置。

【００６９】（１１） 上記電気的監視素子の下流側に
スコップを更に有する項１乃至１０のうちいずれか一項
記載の装置。

【００７０】（１２）上記電気的監視素子は電極を備え
た浮動ヘッドを有し、上記浮動ヘッドは上記プラテン上
に動作的に配置され、上記素材の下流側を通る上記スラ
リーを受容する項１乃至４のうちいずれか一項記載の装
置。

【００７１】（１３） 上記プラテンに連結され、上記
プラテンを回転させるモーターと、上記モーター及び上
記電気的監視素子に動作的に接続されたコントローラー
とを更に有する項１記載の装置。

【００７２】（１４）上記素材キャリヤーに動作的に接
続された第１のモーターと、上記プラテンに動作的に接
続された第２のモーターと、上記第１のモーター、上記
第２のモーター、及び、上記電気的監視素子に動作的に
接続され、上記電気的監視素子が上記材料の濃度変化を
検出したときに、上記第１のモーター及び上記第２のモ
ーターを自動的に停止するよう適合したコントローラと
を更に有する項１記載の装置。

【００７３】（１５） 研磨処理を監視する方法であっ
て、素材の表面を研摩スラリーを用いて研磨し、上記素
材の下流側を通る上記研磨スラリー中の上記素材から生
じた材料の濃度を電気的監視素子を用いて監視し、上記
素材の下流側を通る上記研摩スラリー中の上記材料の濃
度変化を上記電気的監視素子を用いて検出し、上記材料
の濃度変化に応じて研磨処理を終了させる方法。

【００７４】（１６） 上記素材の表面を研磨している
間に、上記材料の濃度が監視され、上記材料の濃度変化
が検出される項１５記載の方法。

【００７５】（１７） 上記材料は金属イオンである項
１５又は１６記載の方法。

【００７６】（１８） 上記材料は研磨中に上記素材か
ら生じた粒子をイオン化することにより形成される項１
５乃至１７のうちいずれか一項記載の方法。

【００７７】（１９） 上記濃度変化が検出されるのに
応じて上記研磨処理が自動的に終了させられる項１５乃
至１８のうちいずれか一項記載の方法。

【００７８】（２０） 上記スラリー中の上記濃度変化
は、上記スラリー若しくは上記スラリー中のイオンの導
電率の変化を監視することにより行なわれる項１５乃至
１９のうちいずれか一項記載の方法。

【００７９】（２１） 上記材料は粒子を含む項１５乃
至２０のうちいずれか一項記載の方法。

【００８０】（２２） 上記材料は金属粒子を含む項１
５乃至２０のうちいずれか一項記載の方法。

【００８１】（２３） 上記素材から上記材料の全ての
層を取り除くことにより上記素材の表面が研磨され、上
記材料の濃度変化は上記材料の全ての層が上記素材から
取り除かれた後に生ずる、項１５乃至２３のうちいずれ
か一項記載の方法。

【００８２】（２４） 研磨処理を監視する方法であっ
て、素材の表面を研摩スラリーを用いて研磨するステッ
プと、上記素材から生じた粒子を含有するスラリーを形
成するステップと、イオンを形成するため上記スラリー
中の上記粒子をイオン化するステップと、上記スラリー
中のイオン濃度の変化を検出するステップとを有する方
法。

【００８３】（２５） 上記スラリー中のイオン濃度が
変化した後に研磨処理を終了させるステップを更に有す
る項２４記載の方法。

【００８４】（２６） 上記スラリー中のイオン濃度の
変化は、上記スラリー中のイオンの導電率の変化を検出
することにより検出される項２４又は２５記載の方法。

【００８５】（２７） 上記素材は、上記表面にある第
１の金属材料と、下側の中間層にある第２の金属材料と
を含有し、上記粒子は、上記第１の金属材料を上記第２
の金属材料よりも容易にイオン化するイオン化材料を用
いてイオン化される、項２４乃至２６のうちいずれか一
項記載の方法。

【００８６】

【発明の効果】上記の通り、本発明によれば、化学機械
研磨処理のような研磨処理の終了点は、スラリー中の一
つ以上の材料の濃度の変化を素材（ワークピース）の下
流側で監視することによって精確かつ高い信頼性で判定
することができる。したがって、研磨される材料の表面
の硬さが終了点で著しく変化しない場合でも研磨処理の
終了点を精確に検出することができる。また、本発明の
終了点検出方法は、研磨中に類似した音波を発生する２
層の間で研磨を終了させる場合にも精確に終了点を検出
できる。さらに、本発明の終了点検出方法は、付加的な
処理工程を導入する必要が無いので、半導体の調製を複
雑化させ、半導体材料の製造歩留まりを低下させる等の
半導体製造上の欠点が無い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による終了点検出方法及び
装置を用いる研磨装置の概要図である。

【図２】本発明の第２実施例による終了点検出方法及び
装置を用いる研磨装置の概要図である。

【図３】本発明の第３実施例による終了点検出方法及び
装置を用いる研磨装置の概要図である。

【図４】本発明の第４実施例による終了点検出方法及び
装置を用いる研磨装置の概要図である。

【図５】図４のヘッド及びプラテンの線５’−５’によ
る断面図である。

【図６】本発明の一実施例による容器が改良された研磨
装置のブロックと断面を組み合わせて表わす図である。

【図７】研磨前の素材の一例の断面図である。

【図８】図７に示された素材の研磨後の断面図である。

【図９】研磨前の素材の他の例の断面図である。

【図１０】図９に示された素材の研磨後の断面図であ
る。

【図１１】研磨前の素材の更に別の例の断面図である。

【図１２】表面に金属層が堆積させられた後の図１１に
示された素材の断面図である。

【図１３】堆積した金属層が研磨によって除去された後
の図１２に示された素材の断面図である。

【符号の説明】

１００，２００，３００，４００ 研磨装置 １０２ プラテン １０４，１１２ シャフト １０６，１１４ モーター １１０ 素材キャリヤー １２０，４２０ コントローラ １２２，１２４，１２６，２２４，３２４ ワイヤ １２８，２２８，３２８ 電極 １３０ ディスペンサー １４０，６４０ 容器 １４２，２５４，３５２，６４１ 導管 １４５ 弁 １６０ イオン化材料ディスペンサー ２５０ スコップ ２５１ 固定部材 ２５２ アパーチャ ３５０ ブレード ３５１ トーンアーム ３５４ 導管上方セクション ３５６ 導管中間セクション ３５８ 導管下方セクション ３５９，４５６ 滑走部 ４２４ 信号平均化器 ４５０ 浮動ヘッド ４５１ 旋回アーム ４５４ 基板 ４５５ 下側面 ４５６ ひれ状部 ６４２ 挿入部材 ６６０ 導管トラップ ６６２ 導管Ｕ字形部分 ６６４ 導管水平出口部分 ６６６ 最低水位 ７００，１０００，１３００ 素材 ７０２，１００２，１３０２，１３０８ 金属層 ７０３，１００３ 上部領域 ７０４，１００４，１３１１ 下部領域 ７０５，７０７，１３０５ 上面 ７０６，１００８，１３０４ 誘電層 ７０８，１０１０，１３０６ 基板層 １００６ 中間金属層 １３０３ 領域

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素材を担持する素材キャリヤーと、 上記素材キャリヤー上の上記素材を研磨するよう適合し
   たプラテンと、 上記素材の下流側に配置され、スラリー中の上記素材か
   ら生じた材料の濃度を監視する電気的監視素子とを有す
   る研磨処理の終了点判定装置。
2. 【請求項２】 素材の表面を研摩スラリーを用いて研磨
   し、 上記素材の下流側を通る上記研磨スラリー中の上記素材
   から生じた材料の濃度を電気的監視素子を用いて監視
   し、 上記素材の下流側を通る上記研摩スラリー中の上記材料
   の濃度変化を上記電気的監視素子を用いて検出し、 上記材料の濃度変化に応じて研磨処理を終了させること
   を特徴とする研磨処理の監視方法。
3. 【請求項３】 素材の表面を研摩スラリーを用いて研磨
   するステップと、 上記素材から生じた粒子を含有するスラリーを形成する
   ステップと、 イオンを形成するため上記スラリー中の上記粒子をイオ
   ン化するステップと、 上記スラリー中のイオン濃度の変化を検出するステップ
   とを有する研磨処理の監視方法。