JP2007287939A

JP2007287939A - 研磨方法、及び研磨装置

Info

Publication number: JP2007287939A
Application number: JP2006113813A
Authority: JP
Inventors: Akira Fukunaga; 明福永; Nobu Shimizu; 展清水; Shintaro Kamioka; 真太郎上岡; Manabu Tsujimura; 学辻村
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2006-04-17
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2007-11-01
Also published as: US20070243797A1

Abstract

【課題】研磨に伴う毒性の高いガスの発生を速やかに検知し危険性に対して、有効な回避策を実施でき、現実の研磨プロセス並びに研磨装置に適用できる化学的研磨終点検知技術を用いて研磨する研磨方法、及び研磨装置を提供すること。
【解決手段】研磨テーブル１１の研磨面１１ａに被研磨基板Ｗを押圧し、該被研磨基板Ｗと研磨面１１ａの相対運動により該被研磨基板Ｗを研磨する研磨方法において、研磨テーブル１１の研磨面１１ａ直上にガスを吸引するガス吸引パイプ５２を設け、該ガス吸引パイプ５２のガス吸引口５２ａより該研磨面１１ａ上の雰囲気ガスをガス検知器５３に吸引し、該雰囲気ガス中の特定成分ガスを監視しながら研磨する。
【選択図】図２

Description

本発明は、研磨中の発生ガス検知する手段を備えた研磨方法、及び研磨装置に関し、特に半導体基板等の研磨に際し、発生する特定成分ガスを検知し、該特定成分ガスが毒性の高いガスである場合に速やかに有効な回避策が実施でき、該特定成分ガスの検知により半導体基板等の表面膜の研磨による平坦化ならびに化学的機械的研磨の終点を検知するのに好適な研磨方法、及び研磨装置に関するものである。

半導体デバイスの分野では、デバイスの高機能化に伴い、パターンの微細化と多層化が同時に進行している。多層化に係る加工技術においては、信頼性の高いデバイスを形成するために、例えば層間絶縁材料や金属配線材料を平坦に加工する必要がある。この各層における平坦性が確保されずに凹凸がある表面状態では、微細化の鍵となるリソグラフィー工程を実施すると、フォーカスずれを生じ、詳細なパターン形成が不可能となる。この課題解決のために、最近では半導体基板の表面に形成された膜を化学的・機械的に研磨して平坦化するケミカルメカニカルポリッシング（以下「ＣＭＰ」という）の技術が多用されるようになってきた。

ＣＭＰによる膜の研磨除去に際しては、適正な厚さの膜を除去したとき（研磨の終点に達したとき）、研磨プロセスを停止させることが極めて重要である。膜を研磨除去しすぎると歩留まりの低下を招き、研磨除去が不足すると再度の研磨処理が必要となりコスト増加につながる。このため、膜の所望の厚さを除去し研磨を停止すべき研磨終点を正確に検知するために様々な手法が開発されてきた。

従来の終点検知方法には、（１）単純な研磨時間の管理により研磨終点を予測する研磨時間管理方法、（２）ターンテーブルやトップリングを回転駆動するモータ電流の変化により研磨終点を検知する方法、（３）静電容量の測定による膜厚を測定する方法、（４）光学的に膜厚を測定する光学式膜厚測定方法、（５）音響変化による膜を検知する音響式膜検知方法などがある。これらの従来の技術は、実時間監視ができない、その場での測定ができない、感度不足など固有の欠陥がある。また、微細化と多層化に伴い、平坦化に対するマージンが次第になくなってきており、より厳密に研磨終点を検知する必要がでてきている。そこで特許文献１乃至４に開示されているように、研磨反応そのものに係る化学物質の増減を検知し、研磨の終点とする方法が提案されている。
特開平６−３１８５８３号公報特開平８−６４５６１号公報特開平９−６３９９７号公報特開平１０−２４２０８９号公報

特許文献１では、研磨によって生じるスラリー廃液を研磨の進行に従って随時分析し、膜に含まれる特定成分が廃スラリーに溶出してくることをもって終点とすることを提案している。スラリー廃液を分析して研磨終点を検知する方法はこの他にも特許文献２、特許文献３など多数あるが、研磨反応によって発生する気体成分を検知する方法は数少ない。その一例として特許文献４に開示されたものがある。該特許文献４に開示されている研磨終点検知方法では、少なくとも研磨テーブル周りを遮蔽し、密閉された空間内で発生したガスを吸引検知することになり、実際の研磨装置への適用は困難である。

本願発明は上述の点に鑑みてなされたもので、現実の研磨プロセス並びに研磨装置に適用できる化学的研磨終点検知技術を用いて被研磨物を研磨する研磨方法、及び研磨装置を提供することを目的とする。

また、近年半導体デバイスに新たな材料が導入されたことにより、様々な研磨反応が採用されており、中には反応に伴う毒性の高いガスが発生する事例も見られている。しかしながら研磨装置自体はそのようなことを想定せずに設計されており、作業者の安全管理について必ずしも充分な配慮がなされていない状況にある。

本願発明のもう一つの目的は、上記のように研磨に伴い発生する毒性の高いガスを速やかに検知し危険性に対して、有効な回避策が実施できる研磨方法、及び研磨装置を提供することにある。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、研磨テーブルの研磨面に被研磨物を押圧し、該被研磨物と研磨面の相対運動により該被研磨物を研磨する研磨方法において、前記研磨テーブルの研磨面直上にガスを吸引するガス吸引口を有するガス吸引管を設け、該ガス吸引口より該研磨面上の雰囲気ガスをガス検知器に吸引し、該雰囲気ガス中の特定成分ガスを監視しながら前記被研磨物を研磨することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の研磨方法において、前記特定ガスの生成又は消失を持って研磨の終点とすることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の研磨方法において、前記ガス吸引管のガス吸引口の開口部を前記研磨テーブルの研磨面から１００ｍｍ未満の高さ位置に設置したことを特徴とする。

また、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の研磨方法においては、前記雰囲気ガスの吸引量が、毎分１０ｃｃ以上、１０Ｌ未満であることが好ましい。

また、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の研磨方法においは、前記ガス検知器の検出下限が、１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下がよい。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の研磨方法において、前記ガス検知器の検知部に対して、非検知中に新鮮な空気を供給することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、制御部の指示制御により、研磨テーブルの研磨面に被研磨物を押圧し、該被研磨物と研磨面の相対運動により該被研磨物を研磨する研磨装置において、前記研磨テーブルの研磨面直上にガスを吸引するガス吸引口を有するガス吸引管を設ける共に、特定成分ガスを検知するガス検知器を設け、前記ガス吸引口で雰囲気ガスを前記ガス検知器に吸引し、該雰囲気ガス中の特定成分ガスを検知できるようにしたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の研磨装置において、前記制御部は、前記ガス検知器が前記特定ガスの検知又は非検知をもって研磨の終点とする機能を備えたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の研磨装置において、前記ガス吸引口の開口部を前記研磨テーブルの研磨面から１００ｍｍ未満の高さ位置に設置したことを特徴とする。

また、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の研磨装置においては、前記雰囲気ガスの吸引量が、毎分１０ｃｃ以上、１０Ｌ未満であることが好ましい。

請求項５乃至７のいずれか１項に記載の研磨装置においては、前記ガス検知器の検知下限が、１ｐｐｍ以下であることが好ましい。より好ましくは０．１ｐｐｍ以下がよい。

請求項８に記載の発明は、請求項４乃至７のいずれか１項に記載の研磨装置において、前記ガス検知器の検知部に対して、非検知中に新鮮な空気を供給する空気供給手段を備えたことを特徴とする。

より高濃度の検知対象成分を含む雰囲気ガスを吸引するため、被研磨物（基板等）に接近し、且つ該被研磨物の中心線上に位置するように設置したり、ミストを吸引しないようにガス吸引口を研磨テーブルの研磨面上の気流の方向と反対方向に設置するなどの対策を講じることが好ましい。また、ガス検知器に常時ガスを供給すると感度低下を生じる場合もあるので、検知を必要としない間はガス検知器のガス検知部が高濃度に検知対象成分を含む雰囲気ガスに曝されないようにガス吸引管のガス吸引口を研磨テーブルの研磨面上から退避できるように、可動としてもよい。

ガス吸引口からガス検知器に吸引する雰囲気ガスの流量を大量にすると、かえって希釈効果により、検知対象である特定のガス状物質の濃度が低下し検知感度が低下する。一方流量が少ないとガス吸引口からガス検知器に到達するまでの時間が掛かり、検知精度が得られない。ガス吸引口から吸引ガスラインを通ってガス検知に達する距離にもよるが、雰囲気ガスの吸引量を毎分１０ｃｃ以上、１Ｌ未満とすることにより、検知感度が低下することなく、且つ高い検知精度が得られる。

吸引ガスラインの内径は１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下であることが望ましい。また、ガス吸引口からガス検知器までの吸引ガスラインの距離は、２ｍ以下、好ましくは５０ｃｍ以下であることが望ましい。

ガス検知器の検出下限が、１ｐｐｍ以下とすることにより、研磨反応によって発生する特定のガス状成分を感度よく検出することが可能となる。

ガス検知器としては電気化学式、検知テープ式、熱伝導度式、化学光学式、赤外線吸収式などの方法によるものがあるが、検知対象であるガス状成分に応じてこれらの中から適切なものを選択すればよい。

雰囲気ガスの吸引量が、毎分１０ｃｃ以上、１０Ｌ未満とすることにより、ガス検知器の検知感度が低下することなく、且つ高い検知精度が得られる。

また、ガス検知器の検知下限を、１ｐｐｍ以下とすることにより、研磨反応によって発生する特定のガス状成分を感度よく検出することが可能となる。

請求項１に記載の発明によれば、研磨テーブルの研磨面直上に設置したガス吸引管のガス吸引口から雰囲気ガスをガス検知器に吸引し、検知対象成分、即ち特定成分ガスを監視しながら研磨するので、特定成分ガスを高感度で検知でき、被研磨物を複数の膜が積層形成された基板とした場合は、現在研磨中の膜種を特定することが可能となる。また、毒性の高いガスの発生を速やかに検出できるから、危険を回避する対策等を速やかに実施できる。

なお、上記雰囲気ガス中の特定成分としては、スラリー中の化学物質、研磨対象膜の構成成分、或いはその両方に起因するものがあるが、そのいずれによることも可能である。

請求項２に記載の発明によれば、被研磨物を複数の膜が積層形成された基板とした場合は、研磨中の膜が研磨除去された場合、該研磨対象膜とスラリーとの化学反応で発生する特定のガス状物質が急激に消失すると共に、直下の新たな膜が研磨対象膜になると該研磨対象膜とスラリーとの化学反応で発生する特定のガス状物質が急激に生成されるから、この特定ガス状物質の消失又は生成を検出することにより、研磨終点を適確に検出することが可能となる。

請求項３に記載の発明に記載の発明によれば、ガス吸引口の開口部を研磨テーブルの研磨面から１００ｍｍ未満の高さ位置に設置したことにより、高濃度の検知対象成分を含む雰囲気ガスを吸引できる。研磨テーブルの研磨面直上に設置するガス吸引管のガス吸引口は、できる限り高濃度の検知対象成分を含む雰囲気ガスを吸引するため、該研磨面に接近させる必要がある。一方で余り近すぎてもパーティクルやミストを吸い込んで、ガス吸引管の閉塞や感度低下を招くなどの恐れがある。

請求項４に記載の発明によれば、ガス検知器の検知部に対して、非検知中に新鮮な空気を供給するので、ガス検知器の検知部が長時間にわたってガス吸引管中の高濃度に検出対象成分を含むガスに暴露されることなく、感度低下を招くことがない。研磨終点の検知を特定の成分ガスの発生により行おうとする場合には、ガス吸引口すらガス検知器まで雰囲気ガスを吸引するため、終点検知後もガス吸引管中に高濃度のガスが滞留することになり、長時間にわたる暴露によるガス検知器の感度低下を招くことがある。なお、発生ガス検知を安全管理用に使用する場合は比較的高濃度のガスに長時間暴露させる可能性があるが、その場合には検知期間中にサンプルガスを適宜新鮮な空気と切り替え、感度劣化が起こらないよう非検知期間を挿入しても良い。

請求項５に記載の発明によれば、研磨テーブルの研磨面直上にガス吸引管のガス吸引口を設け、該ガス吸引管で雰囲気ガスをガス検知器に吸引し、該雰囲気ガス中の特定成分ガスを検知できるようにしたので、請求項１に記載の発明と同様、特定成分ガスを高感度で検知でき、被研磨物を複数の膜が積層形成された基板とした場合は、現在研磨中の膜種を特定することが可能となる。また、毒性の高いガスの発生を速やかに検出できるから、危険を回避する対策等を速やかに実施できる。

請求項６に記載の発明によれば、制御部は、ガス検知器が特定ガスの検知又は非検知をもって研磨の終点とする機能を備えたので、請求項２に記載の発明と同様、特定ガス状物質の消失又は生成を検出することにより、研磨終点を適確に検知することが可能となる。

請求項７に記載の発明によれば、ガス吸引口の開口部を研磨テーブルの研磨面から１００ｍｍ未満の高さ位置に設置したので、請求項３に記載の発明と同様、ガス検知器に高濃度の検知対象成分を含む雰囲気ガスを吸引できると共に、パーティクルやミストを吸い込んで、ガス吸引管の閉塞や感度低下を招くなどの恐れがない。

請求項８に記載の発明によれば、ガス検知器の検知部に対して、非検知中に新鮮な空気を供給する空気供給手段を備えたので、請求項４に記載の発明と同様、ガス検知器の検知部が長時間にわたってガス吸引管中の高濃度に検知対象成分を含むガスに暴露されることなく、感度低下を招くことがない。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１及び図２は本発明に係る研磨装置の構成例を示す図で、図１は研磨装置全体の平面図、図２は右側研磨室の側面図である。本研磨装置は表面に複数の膜が積層形成された半導体基板を研磨する基板研磨装置を示す。基板研磨装置１００は右側研磨室１０１、左側研磨室１０２、洗浄室１０３、搬送室１０４、ロード／アンロード室１０５を備えている。右側研磨室１０１及び左側研磨室１０２には夫々研磨テーブル１１、１１が配置され、該右側研磨室１０１及び左側研磨室１０２の下方の室１０６には研磨テーブル１１、１１を駆動するテーブル駆動モータ２４、２４が配置されている。

右側研磨室１０１には、トップリングアーム１２に回転自在に支承されたトップリング１３、ドレッサーアーム１４に回転自在に支承されたドレッサー１５、バフテーブル１６、リニアトランスポータ１７、プッシャー１８、リフター１９、反転機２０、ドレッサー待機台２１が配置されている。また、左側研磨室１０２にも同様に、トップリングアーム１２に回転自在に支承されたトップリング１３、ドレッサーアーム１４に回転自在に支承されたドレッサー１５、バフテーブル１６、リニアトランスポータ１７、プッシャー１８、リフター１９、反転機２０、ドレッサー待機台２１が配置されている。なお、ドレッサー待機台２１は待機状態にあるドレッサー１５を湿潤状態にしておくため、純水等の液を収容した容器としてもよい。

トップリング１３はトップリングアーム１２の先端部に回転自在に支承され、該トップリングアーム１２内に収容配置されたモータ（図示せず）により矢印Ａ（図３参照）方向に回転するようになっている。トップリングアーム１２は支持棒２２の上端に固定され、昇降・旋回機構２３により、昇降矢印Ｃ（図２参照）に示すように及び旋回できるようになっており、これによりトップリング１３も同じく昇降及び旋回し、旋回によりプッシャー１８、研磨テーブル１１の研磨面１１ａ、バフテーブル１６の間を移動できるようになっている。

なお、図示は省略するが、ドレッサーアーム１４もトップリングアーム１２と同様、支持棒の上端に固定され、昇降・旋回機構により昇降及び旋回できるようになっており、旋回によりドレッサー１５を研磨テーブルの研磨面１１ａの上方から待機位置にあるドレッサー待機台２１の上方及びその反対に移動させ、昇降によりドレッサー１５を研磨面１１ａから離間又は当接させ、ドレッサー待機台２１から離間又は収容できるようになっている。

洗浄室１０３の右側には第１洗浄槽３１、第２洗浄槽３２が配置され、左側には同様に、第１洗浄槽３３、第２洗浄槽３４が配置されている。第１洗浄槽３１と第１洗浄槽３３の間にはロボット等の搬送装置３５、３６が配置され、第２洗浄槽３２と第２洗浄槽３４の間には基板仮置台３７が配置されている。搬送室１０４内にはロボット等の搬送装置４０が配置されている。また、ロード／アンロード室１０５には、基板収納用カセット４１乃至４４が配置されている。

上記構成の研磨装置の動作を説明する。先ず搬送装置４０で被研磨基板を基板収納用カセット４１乃至４４のいずれかから取り出し、基板仮置台３７へ載置する。搬送装置３５（又は３６）で基板仮置台３７から被研磨基板を取り、右側研磨室１０１（又は左側研磨室１０２）の反転機２０に渡す。該反転機２０で反転した被研磨基板をリフター１９が受け取り、リニアトランスポータ１７に渡す。リニアトランスポータ１７は受け取った被研磨基板を水平に移動し、プッシャー１８上に載置する。この状態でトップリング１３をプッシャー１８上方に旋回移動させる。

トップリング１３はプッシャー１８により所定の高さ位置に押し上げられた被処理基板を真空吸着して受け取り、該被処理基板を保持した状態で研磨テーブル１１の研磨面１１ａの研磨位置まで旋回移動した後、下降し被処理基板を矢印Ｂ方向に回転する研磨テーブル１１の研磨面（研磨テーブル１１の上面に貼り付けた研磨パッド面）１１ａに当接し、所定の圧力で押圧し、研磨面１１ａと被研磨基板Ｗの相対的運動により被研磨基板Ｗの面（膜面）を研磨する。研磨後の被研磨基板は、再びプッシャー１８上に移送され、該プッシャー上に載置される。なお、被研磨基板の研磨中は該被研磨基板の真空吸着を解除してもよい。また、研磨後の被研磨基板はバフテーブル１６で仕上げ研磨を行うこともある。この場合は、トップリング１３は仕上げ研磨後の被研磨基板をプッシャー１８上に移送し、載置する。

プッシャー１８上に載置された被研磨基板はリニアトランスポータ１７で反転機２０に移送され、該反転機２０で反転させられた後、搬送装置３５（又は３６）で洗浄室１０３の右側の第１洗浄槽３１（又は左側の第１洗浄槽３３）に搬送され、ここで例えばロールスポンジにより、被研磨基板の両面を洗浄する。洗浄後、搬送装置３５（又は３６）により、第２洗浄槽３２（又は第２洗浄槽３４）に搬送する。ここで被処理基板を洗浄した後、乾燥させる。洗浄乾燥された後の被処理基板は搬送装置４０により基板収納用カセット４１乃至４４のいずれかに戻される。なお、前記被研磨基板の研磨が終了するとドレッサー１５が研磨テーブル１１の研磨面１１ａの上方に旋回移動し、降下し、該研磨面１１ａに当接し、該研磨面１１ａをドレッシングする。なお、研磨装置の上記一連の動作は図示しない制御部の指示制御により行なう。

右側研磨室１０１の研磨テーブル１１の研磨面１１ａには図２及び図３に示すように、スラリーを供給するスラリー供給ノズル５０、純水等の液や液とガスの混合体を供給すると液供給ノズル５１が配置されている。更に研磨テーブル１１の研磨面１１ａの被研磨基板Ｗの中心が移動する軌跡Ｄ上方でトップリング１３の外周近傍で研磨テーブル１１の回転下流側（矢印Ｂ方向側）には、雰囲気ガスを吸引するガス吸引口５２ａを有するガス吸引パイプ５２が配置され、該ガス吸引パイプ５２で吸引された雰囲気ガスはガス検知器５３に導かれるようになっている。なお、図示は省略するが、左側研磨室１０２にも同様に、スラリー供給ノズル５０、液供給ノズル５１、ガス吸引パイプ５２、ガス検知器５３が設けられている。

スラリー供給ノズル５０から研磨テーブル１１の研磨面１１ａにスラリーを供給すると共に、トップリング１３で保持する被研磨基板Ｗを研磨面１１ａに押圧し、被研磨基板Ｗの面に形成された膜を研磨する。その際、膜とスラリーが反応し、特定成分ガスを発生する。この特定成分ガスは、後に詳述するように、膜の種類とスラリーの種類により異なるから、スラリーの成分が分かっていると、雰囲気ガス中に特定成分ガスが含まれていると、この特定ガス成分から研磨中の膜を特定できる。即ち、ガス検知器５３で雰囲気ガス中にこの特定成分ガスが含まれている否かを監視し、特定成分ガスを検知することで、現在研磨中の膜の膜種を特定できる。また、その特定成分ガスの消滅により、この膜が研磨除去されたことが分かる。また、新たに特定ガス成分を検出することにより、現在研磨中の膜が研磨除去され、その真下の異種の膜の研磨に移行したことを検知できる。なお、上記監視・検知はガス検知器５３の出力信号により研磨装置の制御部が行い、この監視・検知により各部を指示制御する。

研磨テーブル１１の研磨面１１ａ直上に設置するガス吸引パイプ５２のガス吸引口５２ａは、できる限り高濃度の検知対象成分を含む雰囲気ガスを吸引させるため、該研磨面に接近させる必要がある。一方で余り近すぎてもパーティクルやミストを吸い込んで、ガス吸引パイプ５２の閉塞やガス検知器５３の感度の低下を招くなどの恐れがある。そこで、図４に示すように、ガス吸引パイプ５２のガス吸引口２５ａと研磨テーブル１１の研磨面１１ａからの距離Ｅを１００ｍｍ未満とする。これにより高濃度の検知対象成分を含む雰囲気ガスＧを吸引できると共に、パーティクルやミストを吸い込んで、ガス吸引パイプ５２の閉塞やガス検知器５３の感度低下を回避できる。

なお、図５に示すように、ガス吸引パイプ５２の下端にナイロン等の合成樹脂からなるブラシ、若しくは柔軟性のある合成樹脂材料で形成されたガス導入部材５４を取り付けてもよい。このように構成することにより、ブラシ又は空気導入部材を研磨面１１ａに限りなく近づけるか接触させることが可能となり、また、研磨面１１ａの直上の雰囲気ガスを確実にガス吸引パイプ５２に導入することができる。

高濃度の検知対象成分を含む雰囲気ガスＧを吸引するため、ガス吸引パイプ５２のガス吸引口５２ａを被研磨物Ｗに接近し、且つ被研磨基板Ｗの中心が移動する軌跡Ｄ上方で、更にミストを吸引しないように研磨テーブル１１の研磨面１１ａ上の気流の方向と反対方向（研磨テーブル１１の回転下流側、即ち矢印Ｂ方向側）に設置するなどの対策を講じることが好ましい。また、ガス検知器５３に常時ガスを供給する後に詳述するように感度低下を生じる場合もあるので、検知を必要としない間はガス吸引パイプ５２のガス吸引口５２ａを研磨テーブル１１の研磨面１１ａ上から退避し、新鮮な空気を吸引できるようにし、研磨終点の直前に研磨面１１ａ上の雰囲気空気Ｇを吸引できる位置（図３のＦ範囲）に移動するとよい。

ガス吸引口５２ａからガス検知器５３に吸引する雰囲気ガスＧの流量を大量にすると、かえって希釈効果により、検知対象である特定成分のガス状物質の濃度が低下し検知感度が低下する。一方流量が少ないとガス吸引口５２ａからガス検知器５３に到達するまでの時間が掛かり、検知精度が得られない。ここでは、吸引パイプ５２でのガス吸引量を毎分１０ｃｃ以上、１Ｌ未満が望ましい。ガス吸引口５２ａからガス吸引パイプ５２を通ってガス検知器５３に達する距離にもよるが、より好ましくは、雰囲気ガスＧの吸引量を毎分１０ｃｃ以上、１００ｃｃ未満とすることにより、検知感度が低下することなく、且つより高い検知精度が得られる。

なお、ガス吸引パイプ５２の内径は１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下であることが望ましい。また、ガス吸引口５２ａからガス検知器５３までのガス吸引パイプ５２の距離は、２ｍ以下、好ましくは５０ｃｍ以下とする。

タングステン膜が形成された被研磨基板Ｗをヨウ素酸系酸性スラリーで酸化しつつシリカ砥粒で研磨する場合には、下記の反応でヨウ素ガスが発生する。
５Ｗ＋６ＫＩＯ₃＋３Ｈ₂Ｏ→ ５ＷＯ₃＋３Ｉ₂＋６ＫＯＨ
膜の研磨速度が毎分１００ｎｍ程度であるので、被研磨基板Ｗの径が３００ｍｍであれば、ヨウ素ガスの発生は、毎分２．２２ｍＬに相当する。この研磨条件において、内径４ｍｍ、長さ１ｍのテフロン（登録商標）チューブをガス吸引パイプ５２として用い、そのガス吸引口５２ａを研磨テーブル１１の研磨面１１ａの上方５ｍｍの位置で、被研磨基板Ｗの中心が移動する軌跡Ｄの位置に配置し、毎分０．８Ｌの流量の雰囲気ガスＧをガス検知器５３に導き（図３、図４参照）、ヨウ素ガスの発生を監視した。ガス検知器５３には、定電位電解式ガス検知器（理研計器（株）製ＳＣ−９０）を用いた。

なお、ガス検知器５３は高濃度のヨウ素ガスに長時間暴露されると、ゼロ点への戻りが遅れる傾向にある。例えば、２ｐｐｍのヨウ素ガスに２分間暴露した後、新鮮な空気を供給しても１０秒後に指示値が半減する程度であるが、１０秒間程度の暴露であれば、新鮮空気を供給の後直ちにゼロ点に指示値が戻った。そこで本実施例では、ガス検知器への雰囲気ガスの供給は研磨速度から予測される研磨終点の１０秒前からとした。

上記のように研磨速度から予測される研磨終点の１０秒前からガス吸引パイプ５２でその吸引口５２ａから雰囲気ガスＧを吸引すると、ガス検知器５３の指示値（ヨウ素ガス検出指示値）は直ちに４．５ｐｐｍに上昇し、研磨速度から予想される研磨終点で急激に低下した。従って、指示値の急激に低下した時点を研磨の終点とすることで、目的を達成することができる。また、本実施例で、適切な検出条件を選択すれば、ガス検知器５３の検出感度が０．１ｐｐｍ程度あれば、毎分０．０５ｍＬのヨウ素ガスの発生を検知できることがわかる。

シリコン窒化膜の停止膜上にシリコン酸化膜の研磨対象膜を積層した基板を、セリアスラリーで研磨すると、シリコン酸化膜の研磨が終了してシリコン窒化膜に接触した途端に、下記の反応によりアンモニアが生成する。
Ｓｉ₃Ｎ₄＋６Ｈ₂Ｏ → ４ＮＨ₃＋３ＳｉＯ₂
そしてスラリーが強酸性のスラリーであれば、
ＮＨ₃＋Ｈ⁺ → ＮＨ₄ ⁺
の反応によりアンモニウムイオンとしてスラリー中に溶存するが、通常の弱酸性スラリーやアルカリ性スラリーではこの反応が働かず、研磨中の温度上昇ともあいまってスラリーからガスとして放出される。従って、このアンモニアガスの発生を検出すれば、シリコン酸化膜の研磨終点を検出できる。

セリアスラリーによるシリコン窒化膜の研磨速度は毎分１０ｎｍ前後であり、窒化膜が基板表面に占める面積の割合を２０％とすると、径３００ｍｍの被研磨基板Ｗにおけるアンモニアガスの発生量は毎分０．３ｍＬに相当する。上記実施例１の結果から、この場合にはガス検知器５３の検出感度が０．６ｐｐｍ程度あれば終点検知が可能であることがわかる。定電位電解式などの電気化学式検出器ではこの濃度レベルのアンモニアを検出することが困難であるが、検知テープ式の検知器であれば数秒で検出可能である。

上記実施例１と同様の内径４ｍｍ、長さ１ｍのテフロン（登録商標）チューブをガス吸引パイプ５２として用い、そのガス吸引口５２ａを研磨テーブル１１の研磨面上５ｍｍの位置で、被研磨基板Ｗの中心が移動する軌跡Ｄの位置に配置し、ガス検知器２６に検知テープ式アンモニアガス検出器（（株）荏原製作所製ＥＡＭ−１００Ｃ）を用い、毎分０．５Ｌの流量で雰囲気ガスをガス検知器５３に吸引したところ、従来の検知方式である研磨トルクの急変が現れる時点でアンモニアガスの発生を検知した。

図６は上記構成の基板研磨装置において、ガス吸引パイプ５２のガス吸引口５２ａの配置位置、即ち雰囲気ガス吸引位置を変えて雰囲気ガス中の特定成分ガス濃度（ここではＩ₂ガス濃度）の検知結果を示す図である。図５において、Ｔ_Aはメイン研磨（スラリーによる研磨）開始点、Ｔ_Bは水研磨開始点、Ｔ_Cは研磨テーブル１１の研磨面のドレッシング開始点、Ｔ_Dは研磨テーブル１１の研磨面のドレッシング終了点のそれぞれのタイミング示す。また、Ｔ_Eは１枚目の被研磨基板Ｗが研磨面１１ａに当接したタイミング、Ｔ_Fは２枚目の被研磨基板Ｗが研磨面１１ａに当接したタイミング、Ｔ_Gは３枚目の被研磨基板Ｗが研磨面１１ａに当接したタイミングをそれぞれ示す。また、期間Ｔ_Hは１枚目の被研磨基板Ｗが第１洗浄槽３１内にある期間、期間Ｔ_Iは２枚目の被研磨基板Ｗが第１洗浄槽３１内にある期間、期間Ｔ_Jは３枚目の被研磨基板Ｗが第１洗浄槽３１内にある期間をそれぞれ示す。

また、図６において、折れ線Ａは右側研磨室１０１の研磨テーブル１１の外周近傍の測定点Ｔ１（図１参照）、折れ線Ｂは右側研磨室１０１の研磨テーブル１１上でトップリング１５の近傍で且つ研磨テーブル１１の回転方向側の測定点Ｔ２（図１参照）、折れ線Ｃは右側研磨室１０１のバフテーブル１６上面の測定点Ｔ３（図１参照）、折れ線Ｄは右側研磨室１０１及び左側研磨室１０２の下方の室１０６の測定点Ｔ４（図２参照）、折れ線Ｅは洗浄室１０３の第１洗浄槽３１内の測定点Ｔ５（図１参照）で、それぞれ検知対象の特定成分ガスを検知した結果を示す。なお、図６の縦軸はＩ２ガス濃度［ｐｐｍ］、横軸は測定時間［ｓｅｃ］を示す。

図６の折れ線Ｂに示すように、右側研磨室１０１の研磨テーブル１１上でトップリング１３の近傍で且つ研磨テーブル１１の回転方向側の測定点Ｔ２での特定成分ガス測定は、メイン研磨開始点Ｔ_A後、５０秒以内に特定成分ガス濃度のピークが検出できる。他の測定点Ｔ１、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５で特定ガス成分を検出するのに比較し、高感度で特定ガス成分を検出することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状・構造・材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。

本発明に係る研磨装置の全体構成例を示す平面図である。本発明に係る研磨装置の右側研磨室の側面図である。本発明に係る研磨装置の右側研磨室の平面図である。本発明に係る研磨装置の研磨テーブル研磨面とガス吸引パイプの吸引口の配置関係を示す図である。本発明に係る研磨装置の研磨テーブル研磨面とガス吸引パイプの下端部の構成を図である。本発明に係る研磨装置の雰囲気ガス吸引位置を変えて特定成分ガス濃度の検知結果を示すである

符号の説明

１１研磨テーブル
１２トップリングアーム
１３トップリング
１４ドレッサーアーム
１５ドレッサー
１６バフテーブル
１７リニアトランスポータ
１８プッシャー
１９リフター
２０反転機
２１ドレッサー待機台
２２支持棒
２３昇降・旋回機構
２４テーブル駆動モータ
３１第１洗浄槽
３２第２洗浄槽
３３第１洗浄槽
３４第２洗浄槽
３５搬送装置
３６搬送装置
３７基板仮置台
４０搬送装置
４１基板収納カセット
４２基板収納カセット
４３基板収納カセット
４４基板収納カセット
５０スラリー供給ノズル
５１液供給ノズル
５２ガス吸引パイプ
５３ガス検知器
５４ガス導入部材
１００基板研磨装置
１０１右側研磨室
１０２左側研磨室
１０３洗浄室
１０４搬送室
１０５ロード／アンロード室
１０６室

Claims

研磨テーブルの研磨面に被研磨物を押圧し、該被研磨物と研磨面の相対運動により該被研磨物を研磨する研磨方法において、
前記研磨テーブルの研磨面直上にガスを吸引するガス吸引口を有するガス吸引管を設け、該ガス吸引口より該研磨面上の雰囲気ガスをガス検知器に吸引し、該雰囲気ガス中の特定成分ガスを監視しながら前記被研磨物を研磨することを特徴とする研磨方法。
請求項１に記載の研磨方法において、
前記特定ガスの生成又は消失を持って研磨の終点とすることを特徴とする研磨方法。
請求項１又は２に記載の研磨方法において、
前記ガス吸引管のガス吸引口の開口部を前記研磨テーブルの研磨面から１００ｍｍ未満の高さ位置に設置したことを特徴とする研磨方法。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の研磨方法において、
前記ガス検知器の検知部に対して、非検知中に新鮮な空気を供給することを特徴とする研磨方法。
制御部の指示制御により、研磨テーブルの研磨面に被研磨物を押圧し、該被研磨物と研磨面の相対運動により該被研磨物を研磨する研磨装置において、
前記研磨テーブルの研磨面直上にガスを吸引するガス吸引口を有するガス吸引管を設ける共に、特定成分ガスを検知するガス検知器を設け、
前記ガス吸引管で雰囲気ガスを前記ガス検知器に吸引し、該雰囲気ガス中の特定成分ガスを検知できるようにしたことを特徴とする研磨装置。
請求項５に記載の研磨装置において、
前記制御部は、前記ガス検知器が前記特定ガスの検知又は非検知をもって研磨の終点とする機能を備えたことを特徴とする研磨装置。
請求項５又は６に記載の研磨装置において、
前記ガス吸引口の開口部を前記研磨テーブルの研磨面から１００ｍｍ未満の高さ位置に設置したことを特徴とする研磨装置。
請求項４乃至７のいずれか１項に記載の研磨装置において、
前記ガス検知器の検知部に対して、非検知中に新鮮な空気を供給する空気供給手段を備えたことを特徴とする研磨装置。