(57)【要約】【目的】  研磨における加工終点を十分に検出することができる方法及びかかる方法を適用することが可能な研磨装置を提供することを目的とする。【構成】  基板２００を研磨する研磨パッド２３０、ターンテーブル２２０や、トップリング２１０等から構成される研磨部と、前記基板２００の表面側と裏面側とのうち、いずれか一方に配置され、前記研磨部が前記基板を研磨する間、複数の陽電子１１２を放出する陽電子線源１１０と、前記基板２００を挟んで前記陽電子線源１１０と対向して配置され、放出された前記複数の陽電子１１２の寿命を測定する、シンチレータ１２２，１２４、ＣＦＤ１４２，１４４、ＴＡＣ１５０や、ＭＣＡ１６０等から構成される測定部と、を備えたことを特徴とする。【選択図】        図１
2006281384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を研磨する研磨部と、
前記基板の表面側と裏面側とのうち、いずれか一方に配置され、前記研磨部が前記基板を研磨する間、複数の陽電子を放出する陽電子線源と、
前記基板を挟んで前記陽電子線源と対向して配置され、放出された前記複数の陽電子の寿命を測定する測定部と、
を備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記測定部は、前記基板の複数の位置に向けて放出された前記複数の陽電子の寿命をそれぞれ測定することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】
前記陽電子線源は、前記基板面に沿って複数配置され、
前記測定部は、前記複数の陽電子線源のうち、寿命を測定する１つの陽電子線源以外の他の陽電子線源から放出された前記複数の陽電子の寿命の測定を遮蔽する遮蔽部を有することを特徴とする請求項２記載の研磨装置。
【請求項４】
基板を研磨する間、前記基板に複数の陽電子を放出する陽電子放出工程と、
放出された前記複数の陽電子の寿命を測定する測定工程と、
を備え、
前記基板を研磨する間測定される所定の寿命を有する陽電子の数の変曲点を前記基板の研磨終点位置として検出することを特徴とする基板の研磨終点位置検出方法。
【請求項５】
材料の異なる複数の層が形成された基板に、入射エネルギーの異なる複数の陽電子を放出する陽電子放出工程と、
放出された前記複数の陽電子の寿命を測定する測定工程と、
を備え、
所定の寿命を有する陽電子群の入射エネルギーの最小値と最大値とをそれぞれ前記基板内への陽電子の進入長さに変換し、変換された陽電子の進入長さの差分値を所定の層の膜厚とすることを特徴とする基板の膜厚測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨装置、基板の研磨終点位置検出方法、及び基板の膜厚測定方法に係り、例えば、半導体基板を化学機械研磨（ＣＭＰ）するＣＭＰ装置、及びＣＭＰ装置における基板の研磨終点位置検出方法、或いは基板の膜厚測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路（ＬＳＩ）の高集積化、及び高性能化に伴って新たな微細加工技術が開発されている。化学機械研磨（ケミカル・メカニカル・ポリッシング：ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）法もその一つであり、ＬＳＩ製造工程、特に多層配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、或いは埋め込み工程において頻繁に利用されている技術である。
【０００３】
ここで、ＣＭＰ法を用いて半導体基板表面を研磨する場合、研磨加工の終点を示す位置を検出する必要がある。そして、加工しながら研磨加工の終点を示す位置を検出する場合、加工終点時における固体同士の界面の位置を非破壊、非接触で評価することが望まれる。加工しながら終点を検出する方法としては、ＣＭＰ装置の加工トルク変化を検出する手法が一般に用いられている。これは、半導体基板を回転させながら加工する際、半導体基板面と研磨布（研磨パッド）との摩擦力により生じる加工トルク変化を検出するものである。
【０００４】
しかしながら、かかる手法では、加工トルクの違いが小さい材料間の界面を検出することができない。例えば、シリコン基板上にシリコンをエピタキシャル成長させた場合、ＣＭＰ法を用いて、シリコン基板上のエピタキシャルシリコン（ホモエピタキシャルシリコン）をシリコン基板との界面まで加工しても、加工トルクが一定であり界面検出が出来ない。また、異種界面、例えば、ポリシリコン／酸化膜界面であってもトルク変化が小さく検出が困難な場合が生じる。
【０００５】
また、ＣＭＰ法における研磨加工の終点を示す位置を検出する別の手法として、固体中を透過する光を使って、界面で生じる反射率の変化を光の干渉効果を利用して検出するという手法が試みられている。しかし、このような手法では固体中を光が透過する必要があるので適用できる材質に制約がある。また、シリコン基板上にシリコンをエピタキシャル成長させた構造では界面での反射率変化は生じず界面を検出することが出来ない。このような構造を加工する場合には、同一サンプルを破壊して界面の位置を特定することが必要となる。
【０００６】
上述したように、ＣＭＰ装置の加工トルク変化を検出する手法や、固体中を透過する光を使って、界面で生じる反射率の変化を光の干渉効果を利用して検出する手法といった従来の手法では、十分な界面検出ができない状況にあった。そのため、ＣＭＰ法における加工終点検出ができない場合があった。さらに、ＣＭＰ装置の加工トルク変化を検出する手法や、固体中を透過する光を使って、界面で生じる反射率の変化を光の干渉効果を利用して検出する手法といった従来の手法では、検出できる材料を用いたとしても界面まで研磨しないとその界面検出ができないため、ＣＭＰ加工の事前に、非破壊、非接触で基板上に形成されたかかる材料の膜の膜厚を測定することができなかった。そのため、ＣＭＰ加工の事前に、或いは、加工中に非破壊、非接触で膜の膜厚を把握することができなかった。
【０００７】
その他、一般に材料の表面状態や欠陥の評価を行なう手法として、陽電子を用いた技術がある。陽電子を用いた技術として、例えば、基板表面をプラズマにより処理しつつ、基板裏面に陽電子を照射し、陽電子と電子とによる対消滅で生じるγ線を測定することにより基板の表面状態をその場解析するという技術（例えば、特許文献１参照）が提案されている。その他にも、陽電子を用いた技術が文献に開示されている（例えば、特許文献２、非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平３−１７９７５９号公報
【特許文献２】米国特許番号５２００６１９号公報
【非特許文献１】白井泰治著「陽電子による構造欠陥解析技術」，まてりあ第３７巻第１号（１９９８）ｐｐ６１−６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述した問題点を克服し、研磨における加工終点を十分に検出することができる方法及びかかる方法を適用することが可能な研磨装置を提供することを目的とし、さらには、非破壊、非接触で基板上に形成された膜の膜厚を測定できる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様の研磨装置は、
基板を研磨する研磨部と、
前記基板の表面側と裏面側とのうち、いずれか一方に配置され、前記研磨部が前記基板を研磨する間、複数の陽電子を放出する陽電子線源と、
前記基板を挟んで前記陽電子線源と対向して配置され、放出された前記複数の陽電子の寿命を測定する測定部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
そして、本発明の一態様の基板の研磨終点位置検出方法は、
基板を研磨する間、前記基板に複数の陽電子を放出する陽電子放出工程と、
放出された前記複数の陽電子の寿命を測定する測定工程と、
を備え、
前記基板を研磨する間測定される所定の寿命を有する陽電子の数の変曲点を前記基板の研磨終点位置として検出することを特徴とする。
【００１１】
また、基板の研磨終点位置を検出する他に、基板の膜厚を測定する方法として、本発明の一態様の基板の膜厚測定方法は、
材料の異なる複数の層が形成された基板に、入射エネルギーの異なる複数の陽電子を放出する陽電子放出工程と、
放出された前記複数の陽電子の寿命を測定する測定工程と、
を備え、
所定の寿命を有する陽電子群の入射エネルギーの最小値と最大値とをそれぞれ前記基板内への陽電子の進入長さに変換し、変換された陽電子の進入長さの差分値を所定の層の膜厚とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の陽電子の寿命を測定することにより、所定の寿命の陽電子の個数や陽電子の寿命変化を検出することができる。かかる所定の寿命の陽電子の個数や陽電子の寿命変化から非破壊、非接触で界面検出を行なうことができる。界面検出を行なうことができるので、研磨における加工終点を十分に検出することができる。さらに、界面検出を行なうことができるので、界面位置に存在した陽電子の入射エネルギーから所定の層の膜厚を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下、図面を用いて、実施の形態１について説明する。
図１は、実施の形態１におけるＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。
図１において、研磨装置の一例であるロータリ型のＣＭＰ装置１００は、研磨部と陽電子線源１１０と測定部とを備えている。研磨部は、研磨時に回転するターンテーブル２２０と、ターンテーブル２２０上に配置された研磨パッド（研磨布）２３０と、被研磨試料となるウェハ等の基板２００の表面を研磨パッド２３０側に向けた状態で保持する保持部となるトップリング２１０と、スラリー液等の研磨液２５０を研磨パッド２３０上に供給する供給ノズル２４０とを有している。測定部は、シンチレータ１２２、光電子増倍管１３２、コンスタント・フラクションディスクリミネータ（ＣＦＤ）１４２、高圧電源１７２、シンチレータ１２４、光電子増倍管１３４、コンスタント・フラクションディスクリミネータ（ＣＦＤ）１４４、高圧電源１７４、ファースト・コインシデンス１８０、時間差波高変換器（ＴＡＣ）１５０、マルチ・チャネルアナライザ（ＭＣＡ）１６０を有している。
【００１４】
陽電子線源１１０は、トップリング２１０に配置され、基板２００の裏面に接触或いは近傍に配置される。そして、シンチレータ１２２とシンチレータ１２４は、基板２００を挟んで前記陽電子線源１１０と対向して配置される。ここでは、ターンテーブル２２０の下に配置される。シンチレータ１２２には、光電子増倍管１３２が接続される。同様に、シンチレータ１２４には、光電子増倍管１３４が接続される。ＣＭＰ本体内には、かかる研磨部と陽電子線源１１０とシンチレータ１２２、光電子増倍管１３２、シンチレータ１２４、光電子増倍管１３４が配置され、その他の測定部の構成（信号処理系統）は、別の信号処理系の中に配置されればよい。シンチレータ１２２、光電子増倍管１３２、シンチレータ１２４、光電子増倍管１３４以外の測定部の構成を別の信号処理系の中に配置することができるので、ＣＭＰ装置本体をコンパクトな構成とすることができる。また、従来のＣＭＰ装置を改造して用いることもできる。そして、改造する場合でも、既存の装置を大幅に改造する必要は無い。以上のように、陽電子線源１１０をＣＭＰ装置１００のトップリング２１０側に設け、ターンテーブル２２０裏側に陽電子寿命測定装置となるシンチレータ１２２、光電子増倍管１３２、シンチレータ１２４、光電子増倍管１３４を設けた。そして、後述するように、シンチレータ１２２、シンチレータ１２４により、ターンテーブル２２０を透過するγ線を検出する。陽電子線源１１０は、後述するように、例えば、直径１９ｍｍの円柱密封容器で構成できるため、ＣＭＰ装置のトップリング２１０に容易に取り付け可能である。また、ターンテーブル２２０下にはγ線の検出用のシンチレータ／光増幅器を設けるだけにして、信号処理系統をＣＭＰ装置外に設置することで、既存の装置を大幅に改造する必要も無く、使用することができる。
【００１５】
ＣＭＰ装置１００において、ターンテーブル２２０上に配置された、研磨パッド２３０上に、研磨面を下に向けて基板２００をトップリング２１０が保持する。そして、スラリーを研磨液２５０として、供給ノズル２４０から供給する。トップリング２１０を回転することで基板２００を回転させ、ターンテーブル２２０も回転させる。ターンテーブル２２０の回転方向先に位置する基板２００の手前に研磨液２５０を供給することで、研磨液２５０が基板２００面内に供給される。そして、研磨パッド２３０と研磨液２５０とによって、基板２００の表面を化学機械研磨することができる。
【００１６】
図２は、陽電子線源から陽電子が放出される様子を示す図である。
陽電子１１２とは、電子と同じ質量を持ち、電子とまったく同じ絶対値のプラスの電荷を持った電子の反粒子（ｅ＋）である。陽電子線源１１０からは、この陽電子１１２が全方向に均等に放出される。陽電子１１２は、β＋壊変型放射性同位体の崩壊過程で発生する。よって、陽電子線源１１０としては、かかる放射性同位体を用いる。例えば、２２Ｎａ、５８Ｃｏ、６８Ｇｅ、サイクロトロン等を用いることができる。中でも、２２Ｎａは、半減期が２．６年と長く、入手しやすく取り扱いが容易で、化学的にはＮａＣｌ固体状態で安定しているので望ましい。例えば、２２Ｎａは、カプトン膜やＮｉ膜で密封された状態で陽電子線源１１０として用いることができる。例えば、直径１９ｍｍ程度の大きさで構成することができる。
【００１７】
図３は、陽電子の寿命を測定する手法を説明するための図である。
陽電子放出工程として、陽電子線源１１０から放出された陽電子１１２は、基板２００内に入射され、基板２００内の電子と衝突し、対消滅する。ここで、陽電子線源１１０、特に、２２Ｎａは、β＋崩壊の際、すなわち、陽電子１１２を発生する際に、１．２８ＭｅＶのγ線を放出する。そして、基板２００内の電子と衝突し、対消滅する際に、５１１ｋｅＶのγ線を放出する。よって、測定工程として、１．２８ＭｅＶのγ線をシンチレータ１２２で検出し、その検出時間をスタート信号とし、５１１ｋｅＶのγ線をシンチレータ１２４で検出し、その検出時間をストップ信号として測定すれば、発生してから消滅するまでの時間をかかる陽電子１１２の寿命として測定することができる。
【００１８】
シンチレータ１２２は、陽電子１１２が放出される際に、発生した１．２８ＭｅＶのγ線を検出する。そして、１．２８ＭｅＶのγ線が入射するとシンチレータ１２２では発光が起こり、光電子増倍管１３２で増幅して電気信号に変換する。電気信号は、ＣＦＤ１４２に送信される。ＣＦＤ１４２では、γ線のエネルギーが１．２８ＭｅＶであることを確認する。そして、確認した場合に受信したタイミング信号をスタート信号としてＴＡＣ１５０に送信する。高圧電源１７２は、光電子増倍管１３２に電源を供給する。同様に、シンチレータ１２４は、陽電子１１２が対消滅する際に、発生した５１１ｋｅＶのγ線を検出する。そして、５１１ｋｅＶのγ線が入射するとシンチレータ１２４では発光が起こり、光電子増倍管１３４で増幅して電気信号に変換する。電気信号は、ＣＦＤ１４４に送信される。ＣＦＤ１４４では、γ線のエネルギーが５１１ｋｅＶであることを確認する。そして、確認した場合に受信したタイミング信号をストップ信号としてＴＡＣ１５０に送信する。高圧電源１７４は、光電子増倍管１３４に電源を供給する。ここで、ファースト・コインシデンス１８０は、光電子増倍管１３２と光電子増倍管１３４から電気信号を入力し、スタート信号とストップ信号との同時性を確認する。そして、ＴＡＣ１５０は、スタート信号が入力された時刻とストップ信号が入力された時刻との差分値（時間差）を電圧に変換して、ＭＣＡ１６０に送信する。ここで、ＴＡＣ１５０は、ファースト・コインシデンス１８０により、スタート信号とストップ信号との同時性が確認された場合にのみ差分値（時間差）を電圧に変換するようにするとよい。同時性を確認することで他の放射線の影響を排除することができる。ＭＣＡ１６０では、入力された電圧を数値に変換し、各数値ごとに入力された数を集積していく。言い換えれば、所定の寿命の陽電子数をカウントしていく。そして、例えば、縦軸を計測数（カウント数）、横軸を時間とするヒストグラムを作成する。ヒストグラムを作成することで、陽電子寿命スペクトルを得ることができる。計測数としては、例えば、１０６〜７個／Ｓ計測すれば十分である。
【００１９】
図４は、シンチレータの配置を示す図である。
シンチレータ１２２とシンチレータ１２４は、陽電子１１２の寿命を測定するので、配置位置を、基板２００を挟んで前記陽電子線源１１０から実質的に同距離となるように配置することが望ましい。前記陽電子線源１１０から同距離となるように配置することにより、γ線検出のタイム誤差を減らすことができ、より正確な陽電子１１２の寿命を測定することができる。ここで、陽電子１１２が対消滅してγ線を放出する際、運動量保存則から１８０°の方向に２本のγ線が放出される。そこで、シンチレータ１２２とシンチレータ１２４との向きをずらして配置することにより、誤検出を抑制することができる。シンチレータ１２２とシンチレータ１２４との向きを、鋭角になるように配置するとよい。例えば、図４に示すような９０°になるように配置すると好適である。
【００２０】
シンチレータは、例えば、プラスチックシンチレータやＢａＦ２等を用いると好適である。特に、ＢａＦ２を用いることにより、γ線の光電ピークを明瞭に観測することができるためなおよい。また、光電子増倍管の受光窓は、石英を用いるのが望ましい。石英を用いることにより、減衰時間の短い紫外領域の成分にも対応することができる。
【００２１】
図５は、上部から見たＣＭＰ装置の動作を説明するための図である。
図５に示すように、研磨パッド２３０がターンテーブル２２０と共に回転し、基板２００もトップリング２１０と共に回転する。ここでは、陽電子線源１１０は、基板２００の回転中心位置に配置され、基板中央部の状態を検出することができる。
【００２２】
図６は、陽電子のエネルギー分布を示す図である。
例えば、２２Ｎａを陽電子線源１１０として用いた場合、放出される陽電子は、白色陽電子となり、０〜５４０ｋｅＶのエネルギー分布（平均エネルギー２４０ｋｅＶ）を持つ。
【００２３】
以下、かかるＣＭＰ装置１００を用いて、多層構造でかつ層中の陽電子寿命が異なる材料の界面を非破壊、非接触で評価する手法を説明する。
図７は、ｌｏｗ−ｋ膜をＣＭＰ法により研磨する場合の加工終点検出を行う手法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（Ｓｉ）基板２０２上にアルミ（Ａｌ）配線２０５が形成され、その上に多孔質の低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）膜２０８が厚く形成された基板２００を用いる。ここで、Ａｌ配線２０５には、側面と上部に拡散防止のためのバリアメタル（ＢＭ）膜２０６が形成されている。また、配線が形成されていないＳｉ基板２０２上には、ＳｉＯ２膜２０４が形成されている。ここでは、かかるｌｏｗ−ｋ膜２０８をＣＭＰによりＢＭ膜２０６表面まで研磨する場合の加工終点検出を行なう。
【００２４】
図７（ａ）に示すように、基板２００の裏面側の陽電子線源１１０から０〜５４０ｋｅＶのエネルギー分布をもった陽電子１１２が放出されると、それぞれの陽電子１１２のもつエネルギーに応じた深さまで基板２００内部に打ち込まれる。また、陽電子１１２は、各エネルギーによって、深さ方向に略均一に分散される。よって、Ｓｉ基板２０２に留まる陽電子１１２もあれば、ｌｏｗ−ｋ膜２０８内に進入する陽電子１１２も存在する。図７（ａ）では、同時に複数の陽電子１１２が放出され、基板２００内部に存在するようにも見えるが、各陽電子１１２は、１つずつ順に放出され、次の陽電子１１２が放出される前に所定の寿命で消滅することになる。ここで、ｌｏｗ−ｋ材料は多孔質であり陽電子１１２は、ｌｏｗ−ｋ材料中の空孔にトラップされて寿命が延びる。例えば、ポーラスシリコン酸化膜の場合は、１４２ｎｓｅｃとなる。
【００２５】
図８は、ｌｏｗ−ｋ材料の内部の様子を説明するための図である。
図８に示すように、ポーラスシリコン酸化膜に代表されるｌｏｗ−ｋ材料は、ナノメータスケールの空孔（ポア）を有しておりこのような材料に陽電子（数ｋｅＶ）を照射すると、クーロン結合で結ばれた陽電子−電子束縛状態（ポシトロニウム）が生じるため、寿命が１４２ｎｓｅｃとなる。ポシトロニウムの寿命が１４２ｎｓｅｃに対してシリコン結晶中の陽電子寿命は２２０ｐｓｅｃであるため、多孔質のｌｏｗ−ｋ材料では、寿命を延ばすことができる。
【００２６】
かかる状態で、ｌｏｗ−ｋ膜２０８をＣＭＰ加工すると、当初は、ｌｏｗ−ｋ膜２０８の体積が大きいため、ｌｏｗ−ｋ膜２０８中に打ち込まれた陽電子１１２の数も相対的に多いはずである。そのため、寿命が１４２ｎｓｅｃとなる陽電子１１２の数も多く検出される。しかし、ＣＭＰ加工が進むにつれ、ｌｏｗ−ｋ膜２０８の体積が減少していくため、それに相関して寿命が１４２ｎｓｅｃとなる陽電子１１２の数も減少していく。ここで、図７（ｂ）に示すように、ＣＭＰ加工面がＢＭ膜２０６上面まで進むと、ｌｏｗ−ｋ膜２０８が存在するのは、配線が形成されていないパターン領域のみとなり、それまでとは、体積減少量が大きく変化する。よって、それに相関して寿命が１４２ｎｓｅｃとなる陽電子１１２の数の減少傾向も変曲点を迎えることになる。
【００２７】
図９は、１４２ｎｓｅｃの寿命をもつ陽電子のカウント数とＣＭＰ加工時間との関係を示す図である。
図９に示すように、加工面がＢＭ膜２０６表面に達するとｌｏｗ−ｋ材料に起因する１４２ｎｓｅｃのスペクトル強度（陽電子のカウント数）の推移が不連続に変化する。上述したように、ＣＭＰによる連続的なｌｏｗ−ｋ材量の体積減少により寿命スペクトル強度も連続的に変化するのに対してポリッシュ面がＢＭ膜２０６表面に達すると寿命スペクトルは配線が無い領域に埋め込まれた体積のｌｏｗ−ｋ材料に起因するようになるためスペクトル強度変化が不連続（変曲点）となる（スペクトル強度変化率の減少）ためである。
【００２８】
以上のように、ｌｏｗ−ｋ材料をＣＭＰ加工する場合に、寿命スペクトルの変化（信号強度、寿命）を測定することによりポリッシュの進行状況、終点を判定することができる。
【００２９】
図１０は、ポリシリコン膜をＣＭＰ法により研磨する場合の加工終点検出を行う手法を説明するための図である。
ここでは、一例として、Ｓｉ基板２０２上に形成されたトレンチとその上部にポリシリコン３１０の膜が厚く形成された基板２００を用いる。ここでは、かかるポリシリコン３１０の膜をＣＭＰによりＳｉ基板２０２表面まで研磨する場合の加工終点検出を行なう。
【００３０】
図１０（ａ）に示すように、基板２００の裏面側の陽電子線源１１０から０〜５４０ｋｅＶのエネルギー分布をもった陽電子１１２が放出されると、それぞれの陽電子１１２のもつエネルギーに応じた深さまで基板２００内部に打ち込まれる。図１０（ａ）では、同時に複数の陽電子１１２が放出され、基板２００内部に存在するようにも見えるが、上述したように、各陽電子１１２は、１つずつ順に放出され、次の陽電子１１２が放出される前に所定の寿命で消滅することになる。ここで、ポリシリコンは単結晶粒の境界（グレインバウンダリ）で電子密度が低下するため、ここで陽電子１１２がトラップされ、寿命が延びる。例えば、ポリシリコンの場合は、５００ｐｓｅｃとなる。
【００３１】
かかる状態で、ポリシリコン３１０の膜をＣＭＰ加工すると、当初は、ポリシリコン３１０の膜の体積が大きいため、ポリシリコン３１０の膜中に打ち込まれた陽電子１１２の数も相対的に多いはずである。そのため、寿命が５００ｐｓｅｃとなる陽電子１１２の数も多く検出される。しかし、ＣＭＰ加工が進むにつれ、ポリシリコン３１０の膜の体積が減少していくため、それに相関して寿命が５００ｐｓｅｃとなる陽電子１１２の数も減少していく。ここで、図１０（ｂ）に示すように、ＣＭＰ加工面がＳｉ基板２０２上面まで進むと、ポリシリコン３１０の膜が存在するのは、トレンチ領域のみとなり、それまでとは、体積減少量が大きく変化する。よって、それに相関して寿命が５００ｐｓｅｃとなる陽電子１１２の数の減少傾向も変曲点を迎えることになる。
【００３２】
図１１は、５００ｐｓｅｃの寿命をもつ陽電子のカウント数とＣＭＰ加工時間との関係を示す図である。
図１１に示すように、加工面がＳｉ基板２０２表面に達するとポリシリコンのグレインに起因する５００ｐｓｅｃのスペクトル強度が不連続に変化する。上述したように、ＣＭＰによる連続的なポリシリコン材料の体積減少により寿命スペクトル強度（カウント数）も連続的に変化するのに対してポリッシュ面がＳｉ基板２０２表面に達すると寿命スペクトルはトレンチに埋め込まれた体積のポリシリコン材料に起因するようになるためスペクトル強度変化が不連続となる（スペクトル強度変化率の減少）ためである。
【００３３】
以上のように、シリコン単結晶基板上にポリシリコンを成膜してＣＭＰによりトレンチ内に埋め込む工程では上記ｌｏｗ−ｋ材料の場合と同様にポリッシュ終点で長寿命のスペクトル強度が不連続に変化するのでＣＭＰの進行状況、終点判定を行なうことが出来る。
【００３４】
図１２は、ヘテロエピタキシャルシリコン膜をＣＭＰ法により研磨する場合の加工終点検出を行う手法を説明するための図である。
ここでは、一例として、Ｓｉ基板２０２上にヘテロエピタキシャルシリコン（Ｓｉ）３２０が厚く形成された基板２００を用いる。ここでは、かかるヘテロエピタキシャルＳｉ３２０をＣＭＰによりＳｉ基板２０２表面まで研磨する場合の加工終点検出を行なう。
【００３５】
図１２（ａ）に示すように、基板２００の裏面側の陽電子線源１１０から０〜５４０ｋｅＶのエネルギー分布をもった陽電子１１２が放出されると、それぞれの陽電子１１２のもつエネルギーに応じた深さまで基板２００内部に打ち込まれる。図１２（ａ）では、同時に複数の陽電子１１２が放出され、基板２００内部に存在するようにも見えるが、上述したように、各陽電子１１２は、１つずつ順に放出され、次の陽電子１１２が放出される前に所定の寿命で消滅することになる。ここで、ヘテロエピタキシャルＳｉ界面にはミスフィット転位、積層欠陥などの格子欠陥が局所的に存在する。このような格子欠陥では電子密度が低下しているため、シリコン結晶中に較べて陽電子寿命が長くなる。例えば、約２４０ｐｓｅｃとなる。
【００３６】
かかる状態で、ヘテロエピタキシャルＳｉ３２０をＣＭＰ加工し、図１２（ｂ）に示すように、ＣＭＰ加工面がＳｉ基板２０２上面まで進むと、格子欠陥の消滅に伴い寿命が約２４０ｐｓｅｃとなる陽電子の数が急激に減少する変曲点を迎えることになる。
【００３７】
図１３は、２４０ｐｓｅｃの寿命をもつ陽電子のカウント数とＣＭＰ加工時間との関係を示す図である。
図１３に示すように、加工面がＳｉ基板２０２表面、すなわち、界面に達すると格子欠陥の消滅に伴い陽電子寿命が不連続に変化する。すなわち、スペクトル強度変化が不連続となる（スペクトル強度の減少）ためである。
【００３８】
以上のように、シリコン単結晶基板上に成膜したヘテロエピタキシャルＳｉをＣＭＰにより除去する工程では、ポリッシュ終点となる界面での格子欠陥の消滅に伴いスペクトル強度が不連続に変化するのでＣＭＰの進行状況、終点判定を行なうことが出来る。ここで、ヘテロエピタキシャルＳｉ界面において、さらに、空孔との相互作用がある場合にはさらに長寿命となる。
【００３９】
図１４は、ｎ型ホモエピタキシャルシリコン膜上に形成されたｐ型ホモエピタキシャルシリコン膜をＣＭＰ法により研磨する場合の加工終点検出を行う手法を説明するための図である。
ここでは、一例として、Ｓｉ基板２０２上に成膜されたｎ型ホモエピタキシャルシリコン膜（ｎ−ホモエピタキシャルＳｉ）３３２のトレンチ及びその上部にｐ型ホモエピタキシャルシリコン膜（ｐ−ホモエピタキシャルＳｉ）３３４が厚く形成された基板２００を用いる。ここでは、かかるｐ−ホモエピタキシャルＳｉ３３４をＣＭＰによりｎ−ホモエピタキシャルＳｉ３３２表面まで研磨する場合の加工終点検出を行なう。ｐ−ホモエピタキシャルＳｉ３３４とｎ−ホモエピタキシャルＳｉ３３２は、いわゆるスーパージャンクション構造を形成する。
【００４０】
図１４（ａ）に示すように、基板２００の裏面側の陽電子線源１１０から０〜５４０ｋｅＶのエネルギー分布をもった陽電子１１２が放出されると、それぞれの陽電子１１２のもつエネルギーに応じた深さまで基板２００内部に打ち込まれる。図１４（ａ）では、同時に複数の陽電子１１２が放出され、基板２００内部に存在するようにも見えるが、上述したように、各陽電子１１２は、１つずつ順に放出され、次の陽電子１１２が放出される前に所定の寿命で消滅することになる。ここで、ヘテロエピタキシャルＳｉ界面と同様、ｐ−ホモエピタキシャルＳｉ３３４とｎ−ホモエピタキシャルＳｉ３３２との界面（例えばシリコン基板上にシリコンをエピタキシャル成長させた界面）にも不純物濃度の違いによりミスフィット転位、積層欠陥などの格子欠陥が局所的に存在する。このような格子欠陥では電子密度が低下しているため、シリコン結晶中に較べて陽電子寿命が長くなる。
【００４１】
かかる状態で、ｐ−ホモエピタキシャルＳｉ３３４をＣＭＰ加工し、図１４（ｂ）に示すように、ＣＭＰ加工面がｎ−ホモエピタキシャルＳｉ３３２上面まで進むと、格子欠陥の消滅に伴い、寿命が長い陽電子の数が急激に減少する変曲点を迎えることになる。よって、界面に達すると格子欠陥の消滅に伴い陽電子寿命が不連続に変化する。すなわち、スペクトル強度変化が不連続となる（スペクトル強度の減少）ためである。
【００４２】
以上のように、シリコン単結晶基板上に成膜したヘテロエピタキシャルＳｉをＣＭＰにより除去する場合と同様、ポリッシュ終点となる界面での格子欠陥の消滅に伴いスペクトル強度が不連続に変化するのでＣＭＰの進行状況、終点判定を行なうことが出来る。
【００４３】
ここで、ホモエピタキシャル層界面の検出感度を上げる手法を以下に説明する。
図１５は、Ｓｉ基板上に形成されたホモエピタキシャルシリコン膜をＣＭＰ法により研磨する場合の加工終点検出を行う手法を説明するための図である。
図１５（ａ）に示すように、ここでは、一例として、Ｓｉ基板２０２上にホモエピタキシャルシリコン膜３３０が厚く形成された基板２００を用いる。ここでは、Ｓｉ基板２０２上の一部に酸化膜（ＳｉＯ２膜）２０４を形成する工程を追加する。ＳｉＯ２膜２０４はダイシングライン上など素子を作りこむ領域外に形成することが望ましい。素子を作りこむ領域外に形成することで、Ｓｉ基板２０２上から完全に除去しなくて済ますことができる。Ｓｉ基板２０２上にエピタキシャルシリコンを成長させる工程において、ＳｉＯ２膜２０４上では、エピタキシャル成長することが出来ずポリシリコン３１０が形成される。上述したように、ポリシリコンのグレインバウンダリは陽電子１１２のトラップサイトとなる。ここでは、かかるホモエピタキシャルシリコン膜３３０をＣＭＰによりＳｉ基板２０２表面まで研磨する場合の加工終点検出を行なう。
【００４４】
かかる状態で、ホモエピタキシャルシリコン膜３３０をＣＭＰ加工し、図１５（ｂ）に示すように、ＣＭＰ加工面がＳｉＯ２膜２０４上面まで進むと、ポリシリコン３１０が研磨により消失してしまいポリシリコン起因の陽電子寿命スペクトルの長寿命成分が消失する変曲点を迎えることになる。ＳｉＯ２膜２０４上面以下に残るはずのホモエピタキシャルシリコン膜３３０は、加工終点検出後にオーバーポリッシュによりＳｉＯ２膜２０４の膜厚分研磨してもよいし、ＣＭＰのディッシングにより研磨されてもよい。
【００４５】
図１６は、２４０ｐｓｅｃの寿命をもつ陽電子のカウント数とＣＭＰ加工時間との関係と、５００ｐｓｅｃの寿命をもつ陽電子のカウント数とＣＭＰ加工時間との関係とを示す図である。
図１６に示すように、エピタキシャル成長膜がポリッシュされた時点で酸化膜上のポリシリコン３１０も消失し、これに対応してポリシリコン起因の陽電子寿命スペクトルの長寿命成分が消失する。これはエピ−基板界面に存在する格子欠陥起因の信号のみを検出する図１３の検出方法に対して界面判定の信号強度変化が強調され、より界面判定を正確にすることができる。
【００４６】
以上のように、陽電子放出工程として、基板を研磨する間、前記基板に複数の陽電子を放出し、測定工程として、放出された前記複数の陽電子の寿命を測定することで、所定の寿命を有する陽電子の数を計測することができる。その結果、前記測定工程において測定される所定の寿命を有する陽電子の数の変曲点を前記基板の研磨終点位置として検出することにより、非破壊、非接触で界面検出を行なうことができる。界面検出を行なうことができるので、ＣＭＰ法における加工終点を十分に検出することができる。
【００４７】
実施の形態２．
図１７は、実施の形態２におけるＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。
図１７において、研磨装置の一例であるロータリ型のＣＭＰ装置１００では、複数の陽電子線源１１０（ここでは、陽電子線源１１０ａ、陽電子線源１１０ｂ、陽電子線源１１０ｃ）が、基板２００の裏面に沿って、基板に対して半径位置が異なるようにトップリング２１０に配置され、基板２００の裏面に接触或いは近傍に配置される。そして、測定部の一部であるシンチレータ１２２とシンチレータ１２４が、基板２００を挟んで前記複数の陽電子線源１１０のいずれかと対向して配置される。ここでは、ターンテーブル２２０の下に配置される。そして、シンチレータ１２２とシンチレータ１２４は、他の陽電子線源１１０から放出された陽電子から出るγ線を検出することができるように、可動機構２６０によって基板２００面と平行に移動可能に配置される。また、１つの陽電子線源１１０から放出された陽電子から出るγ線を検出するため、遮蔽部の一例となるγ線シールド１９０を陽電子線源１１０とシンチレータ群との間に配置している。その他の構成は、図１と同様で構わないため説明を省略する。
【００４８】
図１８は、上部から見たＣＭＰ装置の動作を説明するための図である。
図１８に示すように、研磨パッド２３０がターンテーブル２２０と共に回転し、基板２００もトップリング２１０と共に回転する。トップリング２１０が回転することにより、３つの陽電子線源もトップリング２１０回転軸を軸に回転する。ここでは、陽電子線源１１０ａは、基板２００の回転中心位置に配置され、基板中央部の状態を検出することができる。そして、陽電子線源１１０ｂは、基板２００の回転中心位置から半径方向にずれて配置され、基板中央部の外側に位置する領域の状態を検出することができる。陽電子線源１１０ｃは、基板２００の外周部に配置され、基板外周部の所定の領域の状態を検出することができる。
【００４９】
ここで、ＣＭＰの加工速度は、ウェハ面内で必ずしも均一ではない。そのため、加工終了時間がウェハ面内で変化することがある。一方、基板２００は回転してＣＭＰ加工されるため、半径が同じ周方向領域での加工量は略同一と想定することができる。よって、半径方向に異なった位置に複数の陽電子線源を配置することにより、異なった位置（場所）での加工終点を測定し、かかる位置の違いによる変化を評価することができる。例えば、基板２００の中心部の方が、他の領域より加工速度が小さい場合、加工圧力分布を変更するなどの調整を行なうことができる。
【００５０】
ここで、シンチレータは、必要に応じていずれかの陽電子線源からの陽電子を測定するように制御すればよい。ＣＭＰの加工時間やトップリング２１０の回転速度に対し、陽電子の発生から消滅までの寿命は著しく短いため、常にモニタする必要はなく、所定の間隔で、或いは所定の回転回数ごとに測定すればよい。言い換えれば、時分割で各陽電子線源からの陽電子を測定すればよい。また、シンチレータを、トップリング２１０と共に回転させても構わないが、常にモニタする必要はないため、回転させる必要もない。
【００５１】
γ線シールド１９０は、γ線を透過させないで遮蔽する材料、例えば、鉛、タングステン等を用いることが望ましい。また、γ線シールド１９０は、検出している陽電子線源以外から放出される陽電子が発生するγ線がシンチレータに届かないように配置する。ウェハの特定位置からのγ線のみを測定することによりウェハ面内の加工終点分布を検出することができる。例えば、γ線シールド１９０を筒状に形成し、内径を陽電子線源と同等の大きさにすると好適である。
【００５２】
実施の形態３．
図１９は、実施の形態３におけるＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。
図１９において、研磨装置の一例であるロータリ型のＣＭＰ装置１００では、トップリング２１０に配置された陽電子線源１１０が、図示していない可動機構によって、基板２００の裏面に沿って、基板に対して半径位置に移動可能に配置され、基板２００の裏面に接触或いは近傍に配置される。そして、測定部の一部であるシンチレータ１２２とシンチレータ１２４が、基板２００を挟んで陽電子線源１１０と対向して配置される。ここでは、ターンテーブル２２０の下に配置される。そして、シンチレータ１２２とシンチレータ１２４は、陽電子線源１１０から放出された陽電子から出るγ線を検出することができるように、可動機構２６０によって、陽電子線源１１０の移動に同期して、基板２００面と平行に移動可能に配置される。言い換えれば、ウェハ面を走査して面内の寿命分布を測定することができる。その他の構成は、図１と同様で構わないため説明を省略する。
【００５３】
図２０は、上部から見たＣＭＰ装置の動作を説明するための図である。
図２０に示すように、研磨パッド２３０がターンテーブル２２０と共に回転し、基板２００もトップリング２１０と共に回転する。トップリング２１０が回転することにより、陽電子線源１１０もトップリング２１０回転軸を軸に回転する。基板２００は回転してＣＭＰ加工されるため、半径が同じ周方向領域での加工量は略同一と想定することができるので、陽電子線源１１０を基板２００の半径方向に移動させることにより、基板全面の状態を検出することができる。
【００５４】
実施の形態２では、半径方向の一定の場所での測定であったが、本実施の形態３によれば、半径方向に連続してウェハ面内の加工終点分布を検出することができる。
【００５５】
実施の形態４．
上述した各実施の形態では、トップリング２１０側に陽電子線源１１０を配置していたが、これに限るものではなく、基板の表面側、すなわち、ターンテーブル２２０側に配置しても構わない。
図２１は、実施の形態４におけるＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。
図２１において、研磨装置の一例であるロータリ型のＣＭＰ装置１００では、陽電子線源１１０が、ターンテーブル２２０に配置されている。そして、研磨パッド２３０を介して基板２００に陽電子を放出する。そして、測定部の一部であるシンチレータ１２２、光電子増倍管１３２、シンチレータ１２４、光電子増倍管１３４が、基板２００を挟んで陽電子線源１１０と対向して配置される。ここでは、トップリング２１０の上部に配置される。そして、シンチレータ１２２とシンチレータ１２４は、陽電子線源１１０から放出された陽電子から出るγ線を検出する。その他の構成は、図１と同様で構わないため説明を省略する。
【００５６】
図２２は、上部から見たＣＭＰ装置の動作を説明するための図である。
図２２に示すように、ターンテーブル２２０が回転し、基板２００もトップリング２１０と共に回転する。ターンテーブル２２０が回転することにより、陽電子線源１１０もターンテーブル２２０回転軸を軸に回転する。上述したように、ＣＭＰの加工時間やターンテーブル２２０の回転速度に対し、陽電子の発生から消滅までの寿命は著しく短いため、常にモニタする必要はなく、所定の間隔で、或いは所定の回転回数ごとに測定すればよい。また、シンチレータを、陽電子線源１１０と共に回転させても構わないが、常にモニタする必要はないため、回転させる必要もない。
【００５７】
ここで、陽電子線源１１０から放出される陽電子は、０〜５４０ｋｅＶのエネルギー分布をもっているため、研磨パッド２３０を透過して基板２００内まで陽電子１１２を打ち込むことができる。陽電子の進入深さは、進入する材料の密度ρ（ｋｇ／ｍ３）と厚さｔ（ｍ）との積とに相関関係をもつ。例えば、エネルギーが１００ｋｅＶの陽電子は、ρ×ｔ＝１以上でも透過することができる。すなわち、上述した各実施の形態において、例えば、シリコン基板の厚さｔが６００μｍの基板２００を用いるとすると、ρ×ｔ＝１．４５となり、０〜５４０ｋｅＶのエネルギー分布をもっている陽電子であればシリコン基板を十分透過してシリコン基板上の膜にも進入することができる。一方、研磨パッド２３０は、例えば、密度ρが７８０ｋｇ／ｍ３で厚さｔが２．８×１０−３ｍとすると、ρ×ｔ＝２．２となり、０〜５４０ｋｅＶのエネルギー分布をもっている陽電子であれば十分透過することができる。よって、研磨パッド２３０を介して基板２００に陽電子１１２を放出するようにしても基板２００内の所定の寿命を検出することができる。
【００５８】
実施の形態５．
実施の形態５では、陽電子線源１１０をターンテーブル２２０側に配置した場合であって、研磨パッド２３０を透過できないようなエネルギーの陽電子を放出する陽電子線源を用いた場合でも基板内での寿命測定が可能な構成について説明する。
図２３は、実施の形態５におけるＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。
図２３において、研磨装置の一例であるロータリ型のＣＭＰ装置１００では、陽電子線源１１０が、ターンテーブル２２０の外側に離れて配置されている。そして、研磨パッド２３０上を離れて、オーバーハングした位置に基板２００が移動した際に、測定部の一部であるシンチレータ１２２、光電子増倍管１３２、シンチレータ１２４、光電子増倍管１３４が、基板２００を挟んで陽電子線源１１０と対向する位置となるように配置される。そして、シンチレータ１２２とシンチレータ１２４は、陽電子線源１１０から放出された陽電子から出るγ線を検出する。その他の構成は、図１と同様で構わないため説明を省略する。
【００５９】
図２４は、上部から見たＣＭＰ装置の動作を説明するための図である。
図２４に示すように、ターンテーブル２２０が回転し、基板２００もトップリング２１０と共に回転する。ＣＭＰ加工面の状態を検出する場合には、基板２００をターンテーブル２２０の外側にはみ出させることにより、陽電子線源１１０と測定部とに基板２００を挟むことにより、その位置での状態を検出することができる。上述したように、ＣＭＰの加工時間に対し、陽電子の発生から消滅までの寿命は著しく短いため、常にモニタする必要はなく、所定の間隔で、或いは所定の回転回数ごとに測定すればよい。
【００６０】
以上のように、測定対象となる基板と陽電子線源との間に他の材料を置かないようにすることにより、エネルギー分布の小さな陽電子線源を用いることができる。
【００６１】
実施の形態６．
実施の形態６では、陽電子線源１１０をターンテーブル２２０側に配置した別の構成について説明する。
図２５は、実施の形態６におけるＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。
図２５において、研磨装置の一例であるロータリ型のＣＭＰ装置１００では、陽電子線源１１０が、ターンテーブル２２０の下側に離れて配置されている。ターンテーブル２２０には、一部に切り欠き部を形成している。そして、研磨パッド２３０を介して基板２００に陽電子を放出する。そして、測定部の一部であるシンチレータ１２２、光電子増倍管１３２、シンチレータ１２４、光電子増倍管１３４が、基板２００を挟んで陽電子線源１１０と対向して配置される。ここでは、トップリング２１０の上部に配置される。そして、シンチレータ１２２とシンチレータ１２４は、陽電子線源１１０から放出され、ターンテーブル２２０の切り欠き部を通過した陽電子から出るγ線を検出する。その他の構成は、図１と同様で構わないため説明を省略する。
【００６２】
図２６は、上部から見たＣＭＰ装置の動作を説明するための図である。
図２６に示すように、ターンテーブル２２０が回転し、基板２００もトップリング２１０と共に回転する。ターンテーブル２２０が回転することにより、ターンテーブル２２０の外周部の一部に形成された切り欠き部が陽電子線源１１０上に移動し、このとき切り欠き部を通ってきた陽電子１１２から出るγ線を検出する。０〜５４０ｋｅＶのエネルギー分布の陽電子では、所定の厚みがあるステンレスのターンテーブル２２０を透過させることは難しい。そこで、ターンテーブル２２０に切り欠き部を形成することにより、陽電子を基板２００に打ち込むことができる。上述したように、ＣＭＰの加工時間やターンテーブル２２０の回転速度に対し、陽電子の発生から消滅までの寿命は著しく短いため、常にモニタする必要はなく、所定の間隔で、或いは所定の回転回数ごとに測定すればよい。
【００６３】
以上のように、陽電子線源１１０は、前記基板２００の表面側と裏面側とのうち、いずれか一方に配置されていればよい。
【００６４】
実施の形態７． 
上記各実施の形態では、陽電子線源１１０として、所定のエネルギー分布を有する白色陽電子を用いて、かかる白色陽電子を基板２００中に打ち込んだが、本実施の形態７では、単色陽電子を用いた場合について説明する。
図２７は、単色陽電子を生成する装置の構成を示す概念図である。
図２７に示すように、所定のエネルギー分布（例えば、２２Ｎａのような０〜５４０ｋｅＶのエネルギー分布）を有する白色陽電子線源１１０から放出される白色陽電子１１２を減速材（モデレータ）４１０に進入させる。例えば、減速材４１０として、タングステン（Ｗ）が好適である。所定のエネルギー分布で減速材４１０に進入した白色陽電子である陽電子１１２は、減速材４１０の結晶格子を振動させることによりエネルギーを失っていく。そして、一定の熱エネルギー値まで下がってしまう。また、Ｗの表面ポテンシャル（仕事関数）は、陽電子に対して負になっているので、自発的に表面から一定の方向に向かって飛び出す。よって、方向性を制御することができる。減速材４１０を通過して外部に出力される全ての陽電子は、例えば、熱エネルギーに相当する５〜６ｅＶ程度の一定のエネルギーをもった単色陽電子１１４となる。ここで、５〜６ｅＶ程度のエネルギーでは、基板２００に向けて放出されても基板表面で止まってしまうことになる。そこで、減速材４１０に正の電圧を印加することにより、減速材４１０を通過して外部に出力される単色陽電子１１４（ｅ＋）にエネルギーを与えることができる。かかる正の電圧の値を制御することにより、所望のエネルギーをもった単色陽電子１１４を生成することができる。ここでは、減速材４１０に接続されない負極側は地絡されている。例えば、２２Ｎａに対して図２７に示す構成にて単色陽電子１１４を生成すると、１００〜５００ｅＶまでエネルギーをもった単色陽電子１１４を生成することができる。
【００６５】
さらに、高エネルギーの任意の単色陽電子１１４を生成するには、単色陽電子１１４を加速、収束させればよい。
図２８は、高エネルギーの単色陽電子を生成する装置の構成を示す概念図である。
真空ポンプ４４０により真空引きされたチャンバ４００内で、白色陽電子線源である陽電子線源１１０から放出される白色陽電子である陽電子１１２を減速材４１０に進入させる。例えば、５〜６ｅＶ程度の一定の熱エネルギー値までエネルギーを失って通過した単色陽電子１１４をグリッド４２０により負の電場を形成することで加速させ、電磁レンズ４３０により磁場を形成し、収束させることで、高エネルギーの任意の単色陽電子１１４を生成することができる。
【００６６】
図２９は、Ｓｉ基板上に形成された所定の膜の膜厚を測定する基板の膜厚測定方法を説明するための図である。
図２９では、例えば、Ｓｉ基板２０２上に膜厚Ｒ２のｌｏｗ−ｋ膜２０８が形成され、ｌｏｗ−ｋ膜２０８上に膜厚Ｒ１のポリシリコン３１０が形成されている。図２７或いは図２８の装置を用いて、入射エネルギーを変えながら基板に単色陽電子１１４を打ち込んでいく。単色陽電子１１４は、自身のもつエネルギーに応じた深さで消滅することになる。よって、任意のエネルギーで陽電子を加速することにより陽電子の打ち込み距離を任意に設定することができる。図２９では、エネルギーＥ１の単色陽電子１１４は、ポリシリコン３１０の膜表面に位置する。エネルギーＥ２の単色陽電子１１４は、ポリシリコン３１０とｌｏｗ−ｋ膜２０８との界面に位置する。エネルギーＥ３の単色陽電子１１４は、ｌｏｗ−ｋ膜２０８中に位置する。エネルギーＥ４の単色陽電子１１４は、ｌｏｗ−ｋ膜２０８とＳｉ基板２０２との界面に位置する。エネルギーＥ５の単色陽電子１１４は、Ｓｉ基板２０２中に位置する。そして、それぞれの位置で電子と衝突し、対消滅した際に５１１ｋｅＶのγ線を放出する。
【００６７】
図３０は、陽電子寿命とエネルギーとの関係を示した図である。
図３０に示すように、エネルギーＥ１の単色陽電子１１４は、ポリシリコン３１０に起因する期間で消滅する。一方、エネルギーＥ２からＥ４の単色陽電子１１４は、ｌｏｗ−ｋ材に起因する期間で消滅する。上述したように、グレインバウンダリで陽電子がトラップされるポリシリコンにおける陽電子の寿命が５００ｐｓｅｃであるのに対し、ｌｏｗ−ｋ材では、ｌｏｗ−ｋ材中のポアにおいてポシトロニウムが生じるため、寿命が１４２ｎｓｅｃとなりその差が大きく図３０では、縦軸を対数で表している。そして、例えば、エネルギーＥ４の単色陽電子１１４が打ち込まれる距離とエネルギーＥ２の単色陽電子１１４が打ち込まれる距離との差分値が、ｌｏｗ−ｋ膜２０８の膜厚として測定することができる。
【００６８】
エネルギーと陽電子の打ち込み距離との関係は、実験或いは解析により求めればよい。そして、かかるエネルギーと陽電子の打ち込み距離との関係をテーブルとして用意することにより、エネルギーを陽電子の打ち込み距離に変換することができる。かかる変換を図示していないコンピュータ等の制御装置に演算させてもよい。そして、制御装置に図示していないバスにて接続されるモニタ等の出力装置によりユーザに示せるように構成してもよい。
【００６９】
本実施の形態７では、一例として、Ｓｉ基板２０２上に膜厚Ｒ２のｌｏｗ−ｋ膜２０８が形成され、ｌｏｗ−ｋ膜２０８上に膜厚Ｒ１のポリシリコン３１０が形成されている基板を用いて説明したが、これに限るものではなく、材料の異なる複数の層が形成されたものであればよい。材料が異なることで、陽電子の寿命が異なればよい。特に、材料が異なることで、陽電子の寿命が大きく異なる膜が形成されている場合、判定が容易となりさらに好適である。
【００７０】
以上のように、陽電子放出工程として、材料の異なる複数の層が形成された基板２００に、入射エネルギーの異なる複数の単色陽電子１１４を放出し、測定工程として、放出された複数の単色陽電子１１４の寿命を測定する。そして、前記測定工程において測定される所定の寿命を有する単色陽電子１１４の入射エネルギーの最小値と最大値とをそれぞれ陽電子の進入長さに変換し、変換された陽電子の進入長さの差分値を所定の層の膜厚とすることで、基板２００の膜厚を測定することができる。
【００７１】
よって、上述した各実施の形態において説明した装置の陽電子線源として、例えば、図２７に示した構成を用いて、低速陽電子線源として放射性同位元素から放出される陽電子をタングステン等の減速材４１０を使って、減速し、正の高電圧を減速材４１０に印加して任意のエネルギーで陽電子を加速することにより単色化した陽電子の打ち込み距離を任意に設定できる。そして、陽電子エネルギーを変えて陽電子寿命を測定することにより、バルク中の陽電子寿命の異なる材料を積層した試料の界面検出ができ、その結果、試料表面から内部の界面までの距離を推定することができる。具体的には１ｅＶ程度まで減速した陽電子を任意のエネルギーで加速、収束することにより材料中の任意の深さに陽電子を注入し寿命を測定する。そして、単色の陽電子エネルギーを連続的に変化させて深さ方向の寿命の変化を測定することにより界面の位置が推定できる。多層膜材料の境界面の位置が陽電子寿命の不連続な変化として検出できる。
【００７２】
図３１は、単色陽電子線源をターンテーブル側に配置したＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。
図３１に示すＣＭＰ装置では、ターンテーブル２２０の下側に、例えば、単色陽電子線源として図２８に示した構成を用いた。以上説明した各実施の形態では、所定の厚みをもつ例えばステンレス材で出来たターンテーブル２２０と研磨パッド２３０を透過して、基板２００まで、例えば、２２Ｎａから放出される陽電子を進入させるには、エネルギーが不足する場合がある。そこで、単色陽電子を用いる場合には、真空ポンプにより真空引きされたチャンバ４００内で、白色陽電子線源である陽電子線源１１０から放出される白色陽電子である陽電子１１２を減速材４１０に進入させ、通過した単色陽電子１１４をグリッド４２０により負の電場を形成することで加速させ、電磁レンズ４３０により磁場を形成し、収束させることで、ターンテーブル２２０と研磨パッド２３０を透過して、基板２００まで進入可能な高エネルギーの任意の単色陽電子１１４を生成することができる。よって、単色陽電子線源をターンテーブル２２０側に配置することができる。そして、各単色陽電子１１４から発生するγ線をシンチレータ１２２、シンチレータ１２４等で検出することにより各単色陽電子１１４の寿命を測定することができる。各単色陽電子１１４の寿命を測定することができるので、基板２００上に成膜された膜の厚さを測定することができる。
【００７３】
以上の説明において、図２７や図２８に示した単色陽電子線源としての装置は、基板２００の表面側にあっても裏面側にあっても構わないことは言うまでも無い。言い換えれば、図２７や図２８に示した単色陽電子線源としての装置が、ターンテーブル２２０側に、シンチレータ１２２、シンチレータ１２４等がトップリング２１０側にあってもよいし、図２７や図２８に示した単色陽電子線源としての装置が、トップリング２１０側に、シンチレータ１２２、シンチレータ１２４等がターンテーブル２２０側にあってもよい。
【００７４】
上記実施の形態においては、多孔質のｌｏｗ−ｋ膜の材料としては、多孔質無機絶縁体膜材料、多孔質有機絶縁体膜材料を用いることができる。例えば、各種のシルセスキオキサン化合物、ポリイミド、炭化フッ素（ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ）、パリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）、ベンゾシクロブテンをはじめとする各種の材料を挙げることができる。
【００７５】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【００７６】
例えば、各実施の形態において、白色陽電子線源は、基板２００の表面側にあっても裏面側にあっても構わないことは言うまでも無い。言い換えれば、陽電子線源１１０が、ターンテーブル２２０側に、シンチレータ１２２、シンチレータ１２４等がトップリング２１０側にあってもよいし、陽電子線源１１０が、トップリング２１０側に、シンチレータ１２２、シンチレータ１２４等がターンテーブル２２０側にあってもよい。また、加工終点検出位置となる変曲点を、ＭＣＡから出力させ、図示していないコンピュータ等の制御装置にＣＭＰ加工を制御させてもよい。そして、制御装置に図示していないバスにて接続されるモニタ等の出力装置によりユーザに示せるように構成してもよい。
【００７７】
さらに、成膜される膜の膜厚や、材料、形状、数などについても、半導体集積回路や各種の半導体素子において必要とされるものを適宜選択して用いることができる。
【００７８】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての研磨装置、基板の研磨終点位置検出方法、及び基板の膜厚測定方法は、本発明の範囲に包含される。特に、基板の膜厚測定方法に用いる装置は、ＣＭＰ装置に限らず、他の装置に応用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施の形態１におけるＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。
【図２】陽電子線源から陽電子が放出される様子を示す図である。
【図３】陽電子の寿命を測定する手法を説明するための図である。
【図４】シンチレータの配置を示す図である。
【図５】上部から見たＣＭＰ装置の動作を説明するための図である。
【図６】陽電子のエネルギー分布を示す図である。
【図７】ｌｏｗ−ｋ膜をＣＭＰ法により研磨する場合の加工終点検出を行う手法を説明するための図である。
【図８】ｌｏｗ−ｋ材料の内部の様子を説明するための図である。
【図９】１４２ｎｓｅｃの寿命をもつ陽電子のカウント数とＣＭＰ加工時間との関係を示す図である。
【図１０】ポリシリコン膜をＣＭＰ法により研磨する場合の加工終点検出を行う手法を説明するための図である。
【図１１】５００ｐｓｅｃの寿命をもつ陽電子のカウント数とＣＭＰ加工時間との関係を示す図である。
【図１２】ヘテロエピタキシャルシリコン膜をＣＭＰ法により研磨する場合の加工終点検出を行う手法を説明するための図である。
【図１３】２４０ｐｓｅｃの寿命をもつ陽電子のカウント数とＣＭＰ加工時間との関係を示す図である。
【図１４】ｎ型ホモエピタキシャルシリコン膜上に形成されたｐ型ホモエピタキシャルシリコン膜をＣＭＰ法により研磨する場合の加工終点検出を行う手法を説明するための図である。
【図１５】Ｓｉ基板上に形成されたホモエピタキシャルシリコン膜をＣＭＰ法により研磨する場合の加工終点検出を行う手法を説明するための図である。
【図１６】２４０ｐｓｅｃの寿命をもつ陽電子のカウント数とＣＭＰ加工時間との関係と、５００ｐｓｅｃの寿命をもつ陽電子のカウント数とＣＭＰ加工時間との関係とを示す図である。
【図１７】実施の形態２におけるＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。
【図１８】上部から見たＣＭＰ装置の動作を説明するための図である。
【図１９】実施の形態３におけるＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。
【図２０】上部から見たＣＭＰ装置の動作を説明するための図である。
【図２１】実施の形態４におけるＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。
【図２２】上部から見たＣＭＰ装置の動作を説明するための図である。
【図２３】実施の形態５におけるＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。
【図２４】上部から見たＣＭＰ装置の動作を説明するための図である。
【図２５】実施の形態６におけるＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。
【図２６】上部から見たＣＭＰ装置の動作を説明するための図である。
【図２７】単色陽電子を生成する装置の構成を示す概念図である。
【図２８】高エネルギーの単色陽電子を生成する装置の構成を示す概念図である。
【図２９】Ｓｉ基板上に形成された所定の膜の膜厚を測定する基板の膜厚測定方法を説明するための図である。
【図３０】陽電子寿命とエネルギーとの関係を示した図である。
【図３１】単色陽電子線源をターンテーブル側に配置したＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
【００８０】
１００  ＣＭＰ装置
１１０  陽電子線源
１１２  陽電子
１１４  単色陽電子
１２２，１２４  シンチレータ
１３２，１３４  光電子増倍管
１４２，１４４  ＣＦＤ
１５０  ＴＡＣ
１６０  ＭＣＡ
２００  基板
２０２  Ｓｉ基板
２０８  ｌｏｗ−ｋ膜
２１０  トップリング
２２０  ターンテーブル
２３０  研磨パッド
２６０  可動機構
３１０  ポリシリコン
３２０  ヘテロエピタキシャルＳｉ
３３０  ホモエピタキシャルシリコン膜
３３２  ｎ−ホモエピタキシャルＳｉ
３３４  ｐ−ホモエピタキシャルＳｉ
４１０  減速材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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