JP2015126179A - 研磨終点検出方法、及び研磨終点検出装置 - Google Patents

研磨終点検出方法、及び研磨終点検出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】研磨終点の検出精度を向上させる。
【解決手段】研磨終点検出方法は、ナノカーボン材料と光透過材料の混成膜を含む研磨対象物を研磨しながら研磨対象物に光を照射する（ステップＳ１０２）。続いて、研磨終点検出方法は、研磨対象物から反射した光を受光する（ステップＳ１０３）。続いて、研磨終点検出方法は、受光した反射光に信号処理を行う（ステップＳ１０４）。続いて、研磨終点検出方法は、信号処理の結果に基づいて研磨対象物の研磨終点を判定し（ステップＳ１０５）、研磨終点を検出する（ステップＳ１０６）。
【選択図】図８

Description

本発明は、研磨終点検出方法、及び研磨終点検出装置に関するものである。
従来、半導体回路等における配線材料として、銅又はタングステンなどが用いられていた。これらの配線材料は、半導体回路等の小型化に伴って電気抵抗が増大し、その結果、電流容量の低下に起因して信頼性低下の問題が生じ得る。そこで、次世代配線材料として、細線幅においても低抵抗・高信頼性が期待できるナノカーボン材料が注目されている。
ナノカーボン材料には、例えば、グラフェンシートを積層したＭＬＧ（Ｍｕｌｔｉ−Ｌａｙｅｒ Ｇｒａｐｈｅｎｅ）、及び、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ）が含まれる。ＭＬＧは、例えば、半導体回路における横方向の配線として用いられる。カーボンナノチューブは、例えば、半導体回路における縦方向の配線（Ｖｉａ）として用いられる。
ところで、ナノカーボン材料の配線を含む半導体ウェハ等の基板は、例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置などの研磨装置によって表面の研磨が行われる。研磨装置による基板の研磨を行う場合、研磨の終点判定を行う必要がある。
この点、従来技術では、研磨の終点判定は、作業員による目視によって行われていた。すなわち、作業員は、研磨を開始して所定時間が経過したら研磨を止めて、基板の表面（例えば、基板表面の色など）を目視で確認する。作業員は、目視の結果研磨が不十分であると判定したら、再度研磨を開始して所定時間が経過したら研磨を止めて基板の表面を目視で確認する。従来技術では、このように研磨と目視判定の繰り返しを行うことによって、最適な研磨終点を判定していた。
特開平１０−２０２５２３号公報
従来技術は、研磨終点の検出精度を向上させることは考慮されていない。
すなわち、従来技術は、作業員の目視によって研磨の終点を判定しているので、研磨終点にバラつきが生じる。これに加えて、作業員による目視判定は、研磨と目視判定を繰り返し行う必要があるので、工数が多くなる場合がある。また、従来、研磨状態を確認するため断面ＳＥＭ等による破壊観察によって基板の膜厚を観察する場合もあるが、この方法は基板の破壊を伴うものであるので、実際に製品を製造する工程では用いることはできない。
そこで、本願発明の一形態は、研磨終点の検出精度を向上させることを課題とする。
本願発明の研磨終点検出方法の一形態は、上記課題に鑑みなされたもので、ナノカーボン材料と光透過材料の混成膜を含む研磨対象物を研磨しながら前記研磨対象物に光を照射
し、前記研磨対象物から反射した光に基づいて前記研磨対象物の研磨終点を検出する、ことを特徴とする。
本願発明の研磨終点検出方法の一形態において、前記研磨対象物の研磨終点を検出するステップは、前記研磨対象物から反射した光の位相差に基づいて前記研磨対象物の膜厚を測定する分光干渉法を用いて、前記研磨対象物の研磨終点を検出する、ことができる。
本願発明の研磨終点検出方法の一形態において、前記研磨対象物の研磨終点を検出するステップは、前記研磨対象物の複数の反射面から反射した光を合成した合成波の強度の変化と、前記研磨対象物の研磨レートと、に基づいて、前記研磨対象物の研磨終点を検出する、ことができる。
本願発明の研磨終点検出方法の一形態において、前記研磨終点を検出するステップは、前記研磨対象物から反射した光の光学スペクトルの変化に基づいて、前記研磨対象物の研磨終点を検出する、ことができる。
本願発明の研磨終点検出方法の一形態において、前記研磨終点を検出するステップは、あらかじめ設定された光学スペクトル波形と、前記研磨対象物から反射した光の光学スペクトル波形とを比較し、比較結果に基づいて前記研磨対象物の研磨終点を検出する、ことができる。
本願発明の研磨終点検出方法の一形態において、前記ナノカーボン材料は、グラフェンシート又はカーボンナノチューブを含む、ことができる。
本願発明の研磨終点検出装置の一形態は、ナノカーボン材料と光透過材料の混成膜を含む研磨対象物に光を照射する照射部と、前記研磨対象物から反射した光を受光する受光部と、前記受光部によって受光された光に基づいて前記研磨対象物の研磨終点を検出する検出部と、を備えることを特徴とする。
本願発明の研磨終点検出装置の一形態において、前記検出部は、前記研磨対象物から反射した光の位相差に基づいて前記研磨対象物の膜厚を測定する分光干渉法を用いて、前記研磨対象物の研磨終点を検出する、ことができる。
本願発明の研磨終点検出装置の一形態において、前記検出部は、前記研磨対象物の複数の反射面から反射した光を合成した合成波の強度の変化と、前記研磨対象物の研磨レートと、に基づいて、前記研磨対象物の研磨終点を検出する、ことができる。
本願発明の研磨終点検出装置の一形態において、前記検出部は、前記研磨対象物から反射した光の光学スペクトルの変化に基づいて、前記研磨対象物の研磨終点を検出する、ことができる。
本願発明の研磨終点検出装置の一形態において、前記検出部は、あらかじめ設定された光学スペクトル波形と、前記研磨対象物から反射した光の光学スペクトル波形とを比較し、比較結果に基づいて前記研磨対象物の研磨終点を検出する、ことができる。
本願発明の研磨終点検出装置の一形態において、前記ナノカーボン材料は、グラフェンシート又はカーボンナノチューブを含む、ことができる。
かかる本願発明の一形態によれば、研磨終点の検出精度を向上させることができる。
図１は、研磨装置及び研磨終点検出装置の全体構成を模式的に示す図である。 図２は、分光干渉法の測定原理を説明するための図である。 図３は、分光干渉法の測定原理を説明するための図である。 図４は、信号処理部の処理の概要を示す図である。 図５は、ＭＬＧ及びカーボンナノチューブを用いた配線の概略を示す図である。 図６は、カーボンナノチューブを用いた回路の一例を模式的に示す図である。 図７は、カーボンナノチューブを用いた回路の一例を簡略にモデル化した図である。 図８は、研磨終点の検出処理のフローを示す図である。 図９は、図７のモデル化した基板を、２４０秒の研磨処理を１回として繰り返し研磨した際の、７回目の研磨における反射光の光学スペクトルの変化を示す図である。 図１０は、スペクトラルインデックス波形を用いた研磨終点の検出の一例を示す図である。
以下、本願発明の一実施形態に係る研磨終点検出方法、及び研磨終点検出装置を図面に基づいて説明する。
図１は、研磨装置及び研磨終点検出装置の全体構成を模式的に示す図である。まず、研磨装置について説明する。
図１に示すように、研磨装置１００は、半導体ウェハなどの基板１０２を研磨するための研磨パッド１０８を上面に取付け可能な研磨テーブル１１０と、研磨テーブル１１０を回転駆動する第１の電動モータ１１２と、基板１０２を保持可能なトップリング１１６と、トップリング１１６を回転駆動する第２の電動モータ１１８と、を備える。
また、研磨装置１００は、研磨パッド１０８の上面に研磨材を含む研磨砥液を供給するスラリーライン１２０を備える。また、研磨装置１００は、研磨装置１００に関する各種制御信号を出力する研磨装置制御部１４０を備える。
研磨装置１００は、基板１０２を研磨するときは、研磨砥粒を含む研磨スラリーをスラリーライン１２０から研磨パッド１０８の上面に供給し、第１の電動モータ１１２によって研磨テーブル１１０を回転駆動する。そして、研磨装置１００は、トップリング１１６を、研磨テーブル１１０の回転軸とは偏心した回転軸回りで回転させた状態で、トップリング１１６に保持された基板１０２を研磨パッド１０８に押圧する。これにより、基板１０２は研磨スラリーを保持した研磨パッド１０８によって研磨され、平坦化される。
次に、研磨終点検出装置について説明する。図１に示すように、研磨終点検出装置２００は、光学式センサ２１０と、ロータリージョイント・コネクタ１６０，１７０を介して光学式センサ２１０と接続された終点検出装置本体２２０と、を備える。
本実施形態は、基板１０２の膜厚を測定するとともに基板１０２の研磨終点を検出するために分光干渉法を用いている。分光干渉法の測定原理について簡単に説明する。
図２，３は、分光干渉法の測定原理を説明するための図である。ここでは一例として、シリコン基板３１０上に研磨対象となる研磨膜３２０が積層されているとする。まず、図２（Ａ）に示すように、光学式センサ２１０から入射光（ｎ０）が照射されると、研磨膜３２０の表面にて反射した反射光Ｒ１と、研磨膜３２０を透過してシリコン基板３１０との界面から反射した反射光Ｒ２が合成される。ここで、反射光Ｒ１と反射光Ｒ２とは同位相である。
また、図２（Ｂ）に示すように、研磨膜３２０の膜厚が変化した状態においても、研磨膜３２０の表面にて反射した反射光Ｒ１と、研磨膜３２０を透過してシリコン基板３１０との界面から反射した反射光Ｒ２が合成される。ここで、反射光Ｒ１と反射光Ｒ２とは逆位相である。図２に示すように、研磨によって研磨膜３２０の膜厚が変化すると、反射光Ｒ１と反射光Ｒ２に位相ずれが生じる。
図３は、反射光Ｒ１と反射光Ｒ２との合成波の信号強度の推移を示すグラフであり、横軸が研磨膜３２０の膜厚を示しており、縦軸が反射光Ｒ１と反射光Ｒ２との合成波の信号強度を示している。研磨により研磨膜３２０の膜厚が変化すると、膜厚の変化に応じて反射光Ｒ１と反射光Ｒ２に位相ずれが生じるので、その結果、図３に示すように、周期的に合成波の反射強度に強弱が生じる。図３において（１）は、図２（Ａ）のように反射光Ｒ１と反射光Ｒ２とが同位相である部分を示しており、（２）は、図２（Ｂ）のように反射光Ｒ１と反射光Ｒ２とが逆位相である部分を示している。
研磨終点検出装置２００は、合成波の信号強度の推移に基づいて、研磨膜３２０の膜厚を測定するとともに研磨膜３２０の研磨終点を検出する。例えば、研磨膜３２０の研磨レートと合成波の信号強度の推移の周期との関係が既知になっていれば、研磨膜３２０の研磨量を測定するとともに研磨膜３２０の研磨終点を検出することができる。
図１に戻って、研磨終点検出装置２００を具体的に説明する。光学式センサ２１０は、基板１０２に光を照射する照射部、及び基板１０２から反射した光を受光する受光部、を含む。ここで、研磨テーブル１１０及び研磨パッド１０８には、光学式センサ２１０を研磨テーブル１１０の裏面側から挿入できる穴が形成されている。光学式センサ２１０は、研磨テーブル１１０及び研磨パッド１０８に形成された穴に挿入され、基板１０２に対する光の照射及び基板１０２から反射した光の受光を行う。
終点検出装置本体２２０は、分光器２３０、信号処理部２４０、及び研磨終点検出部２５０を備える。分光器２３０は、光学式センサ２１０によって受光された反射光を受け取り、反射光を波長（例えば、４００ｎｍ〜８００ｎｍ）ごとに分光する。
信号処理部２４０は、研磨時間に沿った所定間隔（例えば、研磨テーブル１１０の１回転）ごとに、反射光の強度を示すスペクトラルインデックス（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｉｎｄｅｘ）を算出する。また、信号処理部２４０は、算出したスペクトラルインデックスを時系列に沿ってプロットしたスペクトラルインデックス波形を算出する。
ここで、信号処理部２４０の処理について説明する。図４は、信号処理部２４０の処理の概要を示す図である。図４（Ａ）に示すように、信号処理部２４０は、研磨時間に沿った所定間隔（例えば、研磨テーブル１１０の１回転）ごとに、各波長の反射光の信号強度を求める。続いて、図４（Ｂ）に示すように、信号処理部２４０は、所定間隔ごとの各波長の反射光の信号強度に基づいて、所定間隔ごとに、スペクトラルインデックスを算出する。続いて、図４（Ｃ）に示すように、信号処理部２４０は、所定間隔ごとのスペクトラルインデックスを時系列にプロットすることによって、スペクトラルインデックス波形を算出する。
図１の説明に戻って、研磨終点検出部２５０は、光学式センサ２１０（受光部）によって受光された光に基づいて基板１０２の研磨終点を検出する。具体的には、研磨終点検出部２５０は、基板１０２から反射した光の位相差に基づいて基板１０２の膜厚を測定する分光干渉法を用いて、基板１０２の研磨終点を検出する。例えば、研磨終点検出部２５０は、図３を用いて説明したように、研磨対象物の複数の反射面から反射した光を合成した合成波の強度の変化と、研磨対象物の研磨レートと、に基づいて、研磨対象物の研磨終点を検出することができる。
また、研磨終点検出部２５０は、基板１０２から反射した光の光学スペクトルの変化に基づいて、基板１０２の研磨終点を検出することができる。例えば、研磨終点検出部２５０は、あらかじめ設定された光学スペクトル波形と、研磨対象物から反射した光の光学スペクトル波形とを比較し、比較結果に基づいて研磨対象物の研磨終点を検出することができる。この点については後述する。
研磨終点検出部２５０は、研磨装置１００に関する各種制御を行う研磨装置制御部１４０と接続されている。研磨終点検出部２５０は、基板１０２の研磨終点を検出したら、その旨を示す信号を研磨装置制御部１４０へ出力する。研磨装置制御部１４０は、研磨終点検出部２５０から研磨終点を示す信号を受信したら、研磨装置１００による研磨を終了させる。
次に、本実施形態において研摩対象となる基板１０２について説明する。本実施形態において、基板１０２は、ナノカーボン材料と光透過材料の混成膜を含んで構成される。
ここで、ナノカーボン材料は、グラフェンシート又はカーボンナノチューブを含む。グラフェンシートは、炭素原子とその結合からできた蜂の巣のような六角形格子構造のシート状の物質であり、例えば、グラフェンシートを積層したＭＬＧ（Ｍｕｌｔｉ−Ｌａｙｅｒ Ｇｒａｐｈｅｎｅ）は、半導体回路における横方向配線に用いられる。
また、カーボンナノチューブは、グラフェンシートが単層又は多層の同軸管状になった物質であり、例えば、半導体回路における縦方向の配線（Ｖｉａ）として用いられる。
図５は、ＭＬＧ及びカーボンナノチューブを用いた配線の概略を示す図である。図５に示すように、半導体回路における配線は、ＭＬＧを含んで形成される横方向配線４１０と、カーボンナノチューブを含んで形成される縦方向配線（Ｖｉａ）４２０と、を含んで構成される。
次に、具体的な回路構造について説明する。図６は、カーボンナノチューブを用いた回路の一例を模式的に示す図である。図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、カーボンナノチューブを含む回路の一例を模式的に示した図である。
図６に示すように、回路は、銅やタングステン（Ｃｕ、Ｗ）などの金属膜５１０の上に窒化膜５２０が積層され、窒化膜５２０の上に酸化膜５３０が形成される。酸化膜５３０の一部には縦方向配線のための穴（Ｖｉａ）が形成される。酸化膜５３０の上、及び酸化膜５３０の穴が形成された部分には、下地膜５４０（例えばＴｉやＴｉＮ）が形成される。下地膜５４０の上にはカーボンナノチューブを成長させるための触媒層５５０（例えばＮｉやＣｏなど）が形成される。触媒層５５０上には、カーボンナノチューブ５６０が縦方向に成長して形成される。さらに、触媒層５５０の上には、カーボンナノチューブ５６０に光透過材料５９０（ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）など）が含浸した状態である混成層５７０が形成される。さらに、混成層５７０の上には光透過材料５９０の単独
の層であるＳＯＧ層５８０が形成される。混成層５７０及びＳＯＧ層５８０に用いているＳＯＧ膜は、光透過材料５９０の一例である。本実施形態では混成層５７０及びＳＯＧ層５８０にＳＯＧ膜を用いる例を示したが、これに限らず、光を透過することができ、かつ、カーボンナノチューブ５６０に含浸可能な物質であれば用いることができる。また、以下では、カーボンナノチューブと光透過材料とを含む基板の研磨終点の検出について説明するが、これに限らず、他のナノカーボン材料（例えばＭＬＧなど）と光透過材料とを含む基板の研磨終点の検出についても適用することができる。
ここで、図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように順に研磨を行い、図６（Ｃ）の状態を研磨終点とすることを考える。図７は、カーボンナノチューブを用いた回路の一例を簡略にモデル化した図である。
図７に示すように、モデル化した回路は、シリコン基板６１０の上にＴＥＯＳ（絶縁膜）層６２０が積層され、ＴＥＯＳ層６２０上にＴｉＮ及びＴｉで形成された下地層６３０が積層される。また、下地層６３０の上には、Ｎｉで形成された触媒層６６０が積層される。触媒層６６０の上にはカーボンナノチューブとＳＯＧが混成された混成層６４０が積層され、混成層６４０の上にはＳＯＧ層６５０が積層される。なお、触媒層６６０は非常に薄い層（例えば、２〜３ｎｍ）であり、カーボンナノチューブを成長させる時点で微粒子となるため、本実施形態における研磨終点検出にはほとんど影響しない。
次に、このモデル化した回路における研磨終点の検出処理について説明する。図８は、研磨終点の検出処理のフローを示す図である。まず、研磨装置制御部１４０は、基板１０２の研磨を開始する（ステップＳ１０１）。続いて、光学式センサ２１０は、照射部から光を照射する（ステップＳ１０２）。続いて、光学式センサ２１０は、受光部によって基板１０２からの反射光を受光する（ステップＳ１０３）。
続いて、信号処理部２４０は、反射光を信号処理する（ステップＳ１０４）。具体的には、信号処理部２４０は、図４（Ａ）に示したように、研磨時間に沿った所定間隔（例えば、研磨テーブル１１０の１回転）ごとに、各波長の反射光の信号強度を求める。また、信号処理部２４０は、図４（Ｂ），（Ｃ）に示したように、所定間隔ごとの各波長の反射光の信号強度に基づいて、所定間隔ごとに、スペクトラルインデックスを算出し、所定間隔ごとのスペクトラルインデックスを時系列にプロットすることによって、スペクトラルインデックス波形を算出する。
続いて、研磨終点検出部２５０は、ステップＳ１０４の信号処理結果に基づいて、研磨終点を判定する（ステップＳ１０５）。例えば、研磨終点検出部２５０は、反射光の光学スペクトルの変化に基づいて、基板１０２の研磨終点を判定することができる。
この点について説明する。図９は、図７のモデル化した基板を、２４０秒の研磨処理を１回として繰り返し研磨した際の、７回目の研磨における反射光の光学スペクトルの変化を示す図である。図９において横軸は光の波長を示し、縦軸は反射光の信号強度を示している。なお、本実施形態では、各研磨回数の終了後に基板の中央部のＴＥＯＳ層６２０の膜厚を膜厚測定器にて確認した。その結果、基板の中央部のＴＥＯＳ層６２０は、６回目の研磨を終了した時点ではほとんど削れておらず、７回目の研磨を終了した時点で大きく削れていた。このことから、７回目の研磨において、基板の中央部のＣＮＴ−ＳＯＧの混成層６４０、触媒層６６０、下地層６３０、及びＴＥＯＳ層６２０が削られたと考えられる。
図９（Ａ）の波形は、７回目の研磨における１０回転目から１９０回転目までの光学スペクトルを１０回転ごとに示したものである。図９（Ａ）の波形においては、光学スペク
トルの波形が比較的小さい周期で上下に振幅している。
一方、図９（Ｂ）の波形は、７回目の研磨における２００回転目から２５０回転目までの光学スペクトルを１０回転ごとに示したものである。図９（Ｂ）の波形においては、光学スペクトルの波形の小さい周期での上下振幅が小さくなり、大きな周期で上下振幅している。
さらに、図９（Ｃ）の波形は、７回目の研磨における２６０回転目から７１０回転目までの光学スペクトルを１０回転ごとに示したものである。図９（Ｃ）の波形においては、光学スペクトルの波形の小さい周期での上下振幅がほとんどなくなり、大きな周期で上下振幅している。
このような光学スペクトルの波形の変化から、概略ではあるが、ＣＮＴ−ＳＯＧの混成層６４０を研磨している際には図９（Ａ）のような波形が現れ、触媒層６６０又は下地層６３０を研磨している際には図９（Ｂ）のような波形が現れ、ＴＥＯＳ層６２０を研磨している際には図９（Ｃ）のような波形が現れると考えられる。
そこで、研磨終点検出部２５０は、図９（Ｃ）に示すような光学スペクトル波形が検出されたら、ＴＥＯＳ層６２０の研磨が開始されたと判定し、その時点からあらかじめ設定された所定時間が経過した時点で研磨終点と判定（研磨終点を検出）することができる。例えば、研磨終点検出部２５０は、図９（Ｃ）に示すような光学スペクトル波形をあらかじめ設定しておき、信号処理部２４０によって求められた光学スペクトル波形と比較を行う。研磨終点検出部２５０は、あらかじめ設定された光学スペクトル波形と、信号処理部２４０によって求められた光学スペクトル波形との一致度が、あらかじめ設定された閾値以上になったら、ＴＥＯＳ層６２０の研磨が開始されたと判定することができる。
一方、研磨終点検出部２５０は、スペクトラルインデックス波形に基づいて、研磨終点を検出することもできる。図１０は、スペクトラルインデックス波形を用いた研磨終点の検出の一例を示す図である。
図１０において横軸は研磨時間を示し、縦軸は反射強度を示す。研磨終点検出部２５０は、例えば、ＴＥＯＳ層６２０を研磨している際のスペクトラルインデックス波形の周波数をあらかじめ設定しておき、設定した周波数のスペクトラルインデックス波形が現れて波形の極小値７１０を検出したら、研磨終点と判定することができる。また、研磨終点検出部２５０は、極小値７１０に限らず、極大値７２０を検出したら研磨終点と判定することもできる。また、研磨終点検出部２５０は、極小値７１０又は極大値７２０を複数回数検出したら研磨終点と判定することもできる。さらに、研磨終点検出部２５０は、極小値７１０又は極大値７２０を検出した後、所定時間が経過した時点（例えば、極大値７２０の後、所定時間αが経過した時点）で研磨終点と判定することもできる。
研磨終点検出部２５０は、研磨終点を検出するまでステップＳ１０５の処理を繰り返し（ステップＳ１０６，Ｎｏ）、研磨終点を検出したら（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）、研磨終点が検出された旨を研磨装置制御部１４０へ送信する（ステップＳ１０７）。
研磨装置制御部１４０は、研磨終点が検出された旨を研磨終点検出部２５０から受信したら、基板の研磨を終了する（ステップＳ１０８）。
以上、本実施形態によれば、研磨終点の検出精度を向上させることができる。すなわち、ナノカーボン材料の配線を含む半導体ウェハ等の基板の研磨の終点検出は、従来、作業員による目視によって行われており、研磨終点の検出にバラつきが生じていた。
これに対して本実施形態では、ナノカーボン材料と光透過材料の混成膜を含む研磨対象物を研磨しながら研磨対象物に光を照射し、研磨対象物から反射した光に基づいて研磨対象物の研磨終点を検出するので、作業員の目視に頼らなくてもよくなり、その結果、研磨終点の検出精度を向上させることができる。また、研磨と目視判定を繰り返し行う必要がなくなるため工数も削減することができる。
特に、ナノカーボン材料は黒色であるのが一般的であり、光をほとんど反射せず吸収するので、ナノカーボン材料単体では分光干渉法を用いた膜厚測定が難しい場合がある。これに対して本実施形態では、ナノカーボン材料と光透過材料の混成膜を含む研磨対象物に対して分光干渉法を用いているので、光透過材料の表面で光の一部を反射させることができ、その結果、分光干渉法を用いた膜厚測定を行うことが可能となる。
ところで、研磨終点の検出方法には、例えば、研磨テーブル１１０の回転トルクを用いるものがある。すなわち、研磨テーブル１１０の回転トルクは、研磨テーブル１１０を回転駆動する第１の電動モータ１１２に流れる電流に相関する。例えば、研磨レートが大きく異なる第１の層と第２の層とが積層された研磨対象を研磨する場合を考える。この場合、第１の層から第２の層へ研磨対象が変わると、第１の電動モータ１１２に流れる電流も大きく変化するので、この電流の変化を検出することによって第２の層が研磨開始されたことを検出することができる。
この点、本実施形態で用いた研磨対象の基板では、ＳＯＧ層６５０の研磨レート：１８０〜２００ｎｍ／ｍｉｎ、ＣＮＴ−ＳＯＧの混成層６４０の研磨レート：１５０〜１８０ｎｍ／ｍｉｎ、下地層６３０の研磨レート：９０〜１１０ｎｍ／ｍｉｎ、ＴＥＯＳ層６２０の研磨レート：９０〜１１０ｎｍ／ｍｉｎとなっていた。
このように、本実施形態で用いた研磨対象の基板では、各層の研磨レートがそれほど大きく異ならないので、第１の電動モータ１１２に流れる電流の変化も顕著には表れない。したがって、本実施形態で用いた研磨対象の基板では、研磨テーブル１１０の回転トルクを用いた研磨終点の検出方法は適用し難い。
なお、ＣＮＴ−ＳＯＧの混成層６４０の研磨レートは、カーボンナノチューブの密度によって変化する場合がある。カーボンナノチューブの密度が高いと研磨レートが低下する。その場合、下地層との研磨レート差が大きくなるため、下地層の研磨における電動モータトルクが変化する可能性があるが、以下の事由によりトルク変化が発生しがたいと考えられる。
一般的にナノカーボン材料は摩擦係数が低いため、潤滑剤として使用されている。そのため、研磨中に発生したカーボンの残渣が研磨パッド表面に残留して滑りやすい状態になる。そのため、トルク値が全体的に小さくなり下地層が研磨表面に露出した場合でも変化が見えにくくなる可能性がある。
これに対して、本実施形態では、分光干渉法を用いた研磨終点の検出方法を採用しているので、図９に示すように、研磨対象となる層の切り替えに伴って光学スペクトルの波形が顕著に変化する。その結果、本実施形態によれば、研磨終点を精度よく検出することができる。
１００ 研磨装置
１０２ 基板
１４０ 研磨装置制御部
２００ 研磨終点検出装置
２１０ 光学式センサ
２２０ 終点検出装置本体
２３０ 分光器
２４０ 信号処理部
２５０ 研磨終点検出部
５１０ 金属膜
５２０ 窒化膜
５３０ 酸化膜
５４０ 下地膜
５５０ 触媒層
５６０ カーボンナノチューブ
５７０ 混成層
５８０ ＳＯＧ層
５９０ 光透過材料
６１０ シリコン基板
６２０ ＴＥＯＳ層
６３０ 下地層
６４０ 混成層
６５０ ＳＯＧ層

Claims (12)

  1. ナノカーボン材料と光透過材料の混成膜を含む研磨対象物を研磨しながら前記研磨対象物に光を照射し、
    前記研磨対象物から反射した光に基づいて前記研磨対象物の研磨終点を検出する、
    ことを特徴とする研磨終点検出方法。
  2. 請求項１の研磨終点検出方法において、
    前記研磨対象物の研磨終点を検出するステップは、前記研磨対象物から反射した光の位相差に基づいて前記研磨対象物の膜厚を測定する分光干渉法を用いて、前記研磨対象物の研磨終点を検出する、
    ことを特徴とする研磨終点検出方法。
  3. 請求項１又は２の研磨終点検出方法において、
    前記研磨対象物の研磨終点を検出するステップは、前記研磨対象物の複数の反射面から反射した光を合成した合成波の強度の変化と、前記研磨対象物の研磨レートと、に基づいて、前記研磨対象物の研磨終点を検出する、
    ことを特徴とする研磨終点検出方法。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項の研磨終点検出方法において、
    前記研磨終点を検出するステップは、前記研磨対象物から反射した光の光学スペクトルの変化に基づいて、前記研磨対象物の研磨終点を検出する、
    ことを特徴とする研磨終点検出方法。
  5. 請求項４の研磨終点検出方法において、
    前記研磨終点を検出するステップは、あらかじめ設定された光学スペクトル波形と、前記研磨対象物から反射した光の光学スペクトル波形とを比較し、比較結果に基づいて前記研磨対象物の研磨終点を検出する、
    ことを特徴とする研磨終点検出方法。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項の研磨終点検出方法において、
    前記ナノカーボン材料は、グラフェンシート又はカーボンナノチューブを含む、
    ことを特徴とする研磨終点検出方法。
  7. ナノカーボン材料と光透過材料の混成膜を含む研磨対象物に光を照射する照射部と、
    前記研磨対象物から反射した光を受光する受光部と、
    前記受光部によって受光された光に基づいて前記研磨対象物の研磨終点を検出する検出部と、
    を備えることを特徴とする研磨終点検出装置。
  8. 請求項７の研磨終点検出装置において、
    前記検出部は、前記研磨対象物から反射した光の位相差に基づいて前記研磨対象物の膜厚を測定する分光干渉法を用いて、前記研磨対象物の研磨終点を検出する、
    ことを特徴とする研磨終点検出装置。
  9. 請求項７又は８の研磨終点検出方法において、
    前記検出部は、前記研磨対象物の複数の反射面から反射した光を合成した合成波の強度の変化と、前記研磨対象物の研磨レートと、に基づいて、前記研磨対象物の研磨終点を検出する、
    ことを特徴とする研磨終点検出装置。
  10. 請求項７〜９のいずれか１項の研磨終点検出装置において、
    前記検出部は、前記研磨対象物から反射した光の光学スペクトルの変化に基づいて、前記研磨対象物の研磨終点を検出する、
    ことを特徴とする研磨終点検出装置。
  11. 請求項１０の研磨終点検出方法において、
    前記検出部は、あらかじめ設定された光学スペクトル波形と、前記研磨対象物から反射した光の光学スペクトル波形とを比較し、比較結果に基づいて前記研磨対象物の研磨終点を検出する、
    ことを特徴とする研磨終点検出装置。
  12. 請求項７〜１１のいずれか１項の研磨終点検出装置において、
    前記ナノカーボン材料は、グラフェンシート又はカーボンナノチューブを含む、
    ことを特徴とする研磨終点検出装置。
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