(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェハ毎に研磨量を過剰研磨や過少研磨が生じないように精度良く制御することのできる研磨方法を提供する。【解決手段】  被処理基板１に少なくとも水を含む液体を供給しながら被処理基板１の周辺端部２を研磨する際に、研磨すべき膜３とその下地４とにおける液滴５，６の接触角の違いを利用して研磨の終点を検出する。この場合、被処理基板の周辺部２における液滴５，６をＣＣＤカメラ等で撮像し、撮像した画像を画像処理した結果を利用して研磨の終点を決定することが望ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板に少なくとも水を含む液体を供給しながら被処理基板の周辺端部を研磨する際に、研磨すべき膜とその下地とにおける液滴の接触角の違いを利用して研磨の終点を検出することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
上記被処理基板の周辺端部における液滴を撮像し、撮像した画像を画像処理した結果を利用して研磨の終点を決定することを特徴とする請求項１記載の研磨方法。
【請求項３】
上記被処理基板の周辺端部における液滴を撮像する際に、複数台の検出器を用いて前記被処理基板の周辺端部の上部、側面、下部それぞれの状態を検出することを特徴とする請求項１記載の研磨方法。
【請求項４】
上記被処理基板上に親水性の膜と撥水性の膜からなる多層構造膜が積層されており、任意の接触角の膜或いは被処理基板の露出で終点を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の研磨方法。
【請求項５】
上記親水性の膜或いは被処理基板が、酸化シリコン系材料からなり、且つ、撥水性の膜或いは被処理基板が、非酸化系のシリコン系材料からなることを特徴とする請求項４記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨方法に関するものであり、特に、ＣＭＰ（化学機械研磨）法を用いてウェハのベベル加工する際に、オーバーポリッシュを防ぐとともに精度良く研磨量を制御するための研磨終点検出方法に特徴のある研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程においては、半導体ウェハ上に、層間絶縁膜や配線やビアを形成するための導電膜を多層に形成しているが、この堆積工程において、半導体ウェハの端部の所謂ベベル（Ｂｅｖｅｌ）部にも層間絶縁膜や導電膜のダレが形成される。
【０００３】
このダレはその上に形成する膜の密着性を低減して剥離の原因になったり、或いは、ウェハ周辺部においてダレが厚膜になった場合には応力によりクラックが入りやすくなり、クラックにより塵埃が発生したりすることになる。
【０００４】
この様な剥離や塵埃が発生した場合、この剥離物や塵埃が半導体ウェハの配線構造等に付着すると設計通りの性能を発揮することが困難になるため、従来においては、半導体ウェハのベベル部を研磨して半導体ウェハのベベル部に堆積したダレを除去していた（例えば、特許文献１乃至特許文献３参照）。
【０００５】
例えば、配線層をダマシン法を用いてＣｕ配線で形成する場合、このＣｕ配線層の形成工程におけるダレに由来する剥離物や塵埃が問題となるので、各層準のＣｕ配線層の形成工程の度に半導体ウェハのベベル部に堆積したダレを研磨により除去している。
【０００６】
この様な端面研磨においては、研磨パッドを周囲に固定した円筒状の研磨ドラムを回転させて半導体ウェハの端面に押しつけて研磨を行い、半導体ウェハの端部から１ｍｍ程度の範囲のダレを除去している。
【０００７】
因に、一例を挙げると、半導体装置の製造工程において、４回の端面研磨を行い、この場合の研磨量はウェハ毎に制御しておらず、時間固定で、例えば、１回あたり４分間〜６分間の研磨処理を行っている。
【特許文献１】特開平０１−０７１６５６号公報
【特許文献２】特開平０３−２０８５５０号公報
【特許文献３】特開２００３−０９４３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の端面研磨は時間固定による処理をしているが、半導体ウェハのベベル形状はロッド毎に異なっており、また、多層膜の膜厚にはウェハ毎にばらつきがあるため最適な研磨量が異なることになり、最適な研磨量からずれて過剰研磨や過少研磨が発生するという問題がある。
【０００９】
過剰研磨が発生した場合には、半導体ウェハの表面部の研磨量が多くなり、製品領域にかかってしまい、製造歩留りが低下するとともに、研磨量が過剰すぎるとウェハ割れを起こしてしまうときもある。
【００１０】
一方、過少研磨が発生した場合には、ベベル部に膜が残り、次に成膜する膜との密着性を阻害したり、クラック発生の原因となるため、欠陥が発生するという問題がある。
【００１１】
したがって、本発明は、ウェハ毎に研磨量を過剰研磨や過少研磨が生じないように精度良く制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
図１は本発明の原理的構成図であり、ここで図１を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記課題を解決するために、本発明は、研磨方法において、被処理基板１少なくとも水を含む液体を供給しながら被処理基板１の周辺端部２を研磨する際に、研磨すべき膜３とその下地４とにおける液滴５，６の接触角の違いを利用して研磨の終点を検出することを特徴とする。
【００１３】
この様に、少なくとも水を含む液体を供給しながら被処理基板１の周辺端部２を研磨する場合、周辺端部２の露出面の親水性度に応じて液滴５，６の接触角が変わるので、この液滴５，６の接触角の違いを利用することによって、現在露出している部材を検知することができ、それによって、研磨の終点を各被処理基板１毎に精度良く決定することができるので、過剰研磨或いは過少研磨が発生することがない。
【００１４】
例えば、シリコンウェハの表面は撥水性となっているためシリコンが露出した時、ベベル部分には少なくとも水を含む液体、典型的にはスラリーが液滴５，６となって観察されるので、この液滴５，６の有無を判断することにより研磨の終点を検出することができる。
【００１５】
この場合、被処理基板１の周辺端部２における液滴５，６をＣＣＤカメラ等で撮像し、撮像した画像を画像処理した結果を利用して研磨の終点を決定することが望ましく、それによって、研磨の終点を客観的に判定することができる。
特に、画像処理により、液滴５，６の端部の光強度を検出し、端部の光強度を予め定めたしきい値と比較して研磨の終点を決定するが望ましい。
【００１６】
また、被処理基板１の周辺端部２における液滴５，６を撮像する場合、少なくとも一台の検出器を用いれば良いが、複数台の検出器を用いて被処理基板１の周辺端部２の上部、側面、下部それぞれの状態を検出した方がより正確に終点を検出することができる。
【００１７】
この場合の研磨法としては、化学機械研磨法、固定砥粒研磨法、或いは、遊離砥粒研磨法の少なくとも水を含む液体を供給しながら研磨を行う研磨法であれば良いが、化学機械研磨法が好適であり、その場合には、液滴５，６はスラリー液滴となる。
【００１８】
また、被処理基板１上に親水性の膜と撥水性の膜からなる多層構造膜が積層されている場合には、親水性を基準にするか撥水性を基準にするかを使い分けることによって任意の接触角の膜或いは被処理基板１の露出で終点を検出することができる。
【００１９】
この場合の親水性の膜或いは被処理基板１としては、ＳｉＯ2 膜或いはＳｉＯＣ膜等の酸化シリコン系材料が典型的なものであり、また、撥水性の膜或いは被処理基板１としては、ＳｉＮ膜、多結晶シリコン膜、或いは、シリコン基板等の非酸化系のシリコン系材料が典型的なものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明においては、ウェハ毎に研磨量を最適化することが可能となり、過剰研磨或いは過少研磨が発生することがないので、研磨残り部からの発塵を抑えることができるとともに、過剰研磨によるウェハへのダメージを抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、その表面に層間絶縁膜や配線層を形成したシリコンウェハ等の被処理基板の周辺端部、即ち、ベベル部をＣＭＰ法等の研磨部に少なくとも水を含む液体を供給しながら研磨を行う研磨法によって研磨し、層間絶縁膜等の研磨すべき膜とシリコン等の下地におけるスラリー成分を含む水滴の状況をＣＣＤカメラ等で撮像し、その撮像した画像を画像処理して露出面における水滴の接触角の違いを、例えば、水滴の輪郭を光強度として捉え、この光強度を予め設定した基準値と比較して客観的に研磨終点を検出するものである。
【００２２】
この場合、露出面がＳｉＯ2 膜等の親水性の膜である場合には、水滴は広がって接触角が小さくなるので水滴に輪郭部における光強度は低くなり、一方、露出面がシリコン等の撥水性の部材である場合には水滴は接触角が大きくなってサブミリ以下の輪郭になり、輪郭部における光強度が高くなって基準値を上回るので、そこで研磨を終了する。
【００２３】
図２参照  
図２は、露出面に付着した液滴の状態を示す概念図であり、露出したシリコン基板１１上に付着した水滴１３は、シリコンが撥水性であるのでサブミリオーダの直径となり、一方、ＴＥＯＳ膜等の酸化シリコン膜１２上に付着した水滴１４は面状に拡がった状態となる。
【００２４】
図３参照  
図３は、図２に示した水滴状態を暗視野状態で撮影した場合の概念図であり、水滴１３，１４の輪郭部が光って見られ、拡がりが小さいほど輪郭がシャープに且つ明るく撮影される。
【００２５】
図４参照  
図４は、図３に示した撮像画像を画像処理して光強度分布として表示したものであり、取得した結果から閾値１でデータを抽出することで撥水時の水滴１３の輪郭のみを検出することができ、閾値２でデータを抽出すると撥水時、親水時両者のデータとなる。
なお、このような検出を行う検出装置としては、例えば、ＥＩ−８（芝浦メカトロニクス社製商品名）を用いれば良い。
【実施例１】
【００２６】
ここで、図５乃至図９を参照して、本発明の実施例１のウェハ端面研磨方法を説明する。
図５参照  
図５は、本発明の実施例１のウェハ端面研磨方法を示す概念的構成図であり、半導体基板２１を載置固定する基板ホルダ２３、基板ホルダ２３を回転させるスピンドルモータ２４、半導体基板２１のベベル部２２を研磨するための研磨パッド２６を周囲に固定した円筒状の研磨ドラム２５、研磨したベベル部２２における水滴の状態を検出するＣＣＤカメラ２７、ＣＣＤカメラ２７による撮像画像を画像処理するとともに、その結果により研磨ドラム２５による研磨を制御する画像認識コントローラ２８によって構成される。
【００２７】
図６参照  
図６は、ＣＣＤカメラの配置状態を示す概念的構成図であり、ここでは、半導体基板２１のベベル部２２を上部、側面、下部の３方向から撮像するように３台のＣＣＤカメラ２７1 ，２７2 ，２７3 を配置する。
なお、ＣＣＤカメラ２７1 ，２７2 ，２７3 は、研磨後半導体基板２１が９０°回転移動した位置に設置する。
【００２８】
図７参照  
図７は、研磨前の半導体基板の概略的断面図であり、ここでは、シリコン基板３１上に低誘電率のＳｉＣ膜３２、ＳｉＯＣ膜３３、及び、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ−Ｅｔｈｙｌ−Ｏｒｔｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ）膜３４を順次積層した構造とする。
【００２９】
図８参照  
図８は、露出表面がＴＥＯＳ膜である場合に付着した水滴の状況を示す概念図であり、ＴＥＯＳ膜３４等の酸化シリコン系の被膜は親水性であり、水滴３５との接触角が小さいのでＴＥＯＳ膜３４上に付着した水滴３５が面状拡がった状態となる。
【００３０】
次に、研磨ドラム２５を半導体基板２１のベベル部２２に押しつけて２０００ｒｐｍ（回転／分）の回転速度で回転させた状態で、半導体基板２１をスピンドルモータ２４により２ｒｐｍの回転速度で回転させ、研磨パッド２６の当接部近傍にスラリーを供給しながら研磨を行う。
【００３１】
この研磨過程において、研磨後に半導体基板２１が９０°回転した位置に設置したＣＣＤカメラ２７でベベル部に付着した液滴の状態を撮影する。
この場合の液滴は、スラリー液に由来するものであり、したがって、水が主成分となる。
【００３２】
この様に研磨中に撮影した画像を上記の図５のように画像処理して閾値１と比較して、半導体基板２１のベベル部２２に付着した液滴の光強度が閾値１を越えた場合に、シリコン基板３１が露出し、ＴＥＯＳ膜３４乃至ＳｉＣ膜３２がベベル部２２から除去されたと判断して研磨を終了する。
【００３３】
この場合、半導体基板２１のベベル部２２の円周３６０°に渡って液滴の光強度が３台のＣＣＤカメラ２７1 ，２７2 ，２７3 の全てが閾値１を越えた場合を研磨終点とする。
【００３４】
図９参照  
図９は、研磨後の半導体基板の概略的断面図であり、ベベル部２２においてシリコン基板３１が露出し、シリコン基板３１の表面に付着した液滴３６は、シリコンの撥水性によりサブミリオーダの小さな液滴となっている。
【００３５】
このように、本発明の実施例１においては、研磨中にベベル部に付着する水滴（液滴）の状態を観察し、露出面の親水性度に応じて変化する水滴の接触角に違いによる水滴の拡がり状況を取得して研磨終点を決定しているので、過剰研磨や過少研磨が発生することがない。
【実施例２】
【００３６】
次に、図１０乃至図１２を参照して本発明の実施例２の端面研磨方法を説明する。
図１０参照  
図１０は、研磨前の半導体基板の概略的断面図であり、ここでは、シリコン基板４１上に低誘電率のＳｉＣ膜４２、ＴＥＯＳ膜４３、及び、プラズマＳｉＮ膜４４を順次積層した構造とし、プラズマＳｉＮ膜４４を研磨して研磨を終了したい場合を説明する。
【００３７】
図１１参照  
図１１は、露出表面がＳｉＮ膜である場合に付着した水滴の状況を示す概念図であり、プラズマＳｉＮ膜４４等の非酸化系のシリコン系被膜は撥水性であり、水滴４５との接触角が大きいのでプラズマＳｉＮ膜４４上に付着した水滴４５がナノミリオーダの大きさになる。
【００３８】
次に、上記の実施例と同様に研磨ドラム２５を半導体基板２１のベベル部２２に押しつけて２０００ｒｐｍ（回転／分）の回転速度で回転させた状態で、半導体基板２１をスピンドルモータ２４により２ｒｐｍの回転速度で回転させ、研磨パッド２６の当接部近傍にスラリーを供給しながら研磨を行う。
【００３９】
研磨中に撮影した画像を上記の図５のように画像処理して閾値１と比較して、半導体基板２１のベベル部２２に付着した液滴の光強度が閾値１を下回った場合に、プラズマＳｉＮ膜が除去されて下地のＴＥＯＳ膜４３が露出したと判定する。
【００４０】
この場合も、半導体基板２１のベベル部２２の円周３６０°に渡って液滴の光強度が３台のＣＣＤカメラ２７1 ，２７2 ，２７3 の全てが閾値１を下回った場合を研磨終点とする。
【００４１】
図１２参照  
図１２は、研磨後の半導体基板の概略的断面図であり、ベベル部２２において下地となるＴＥＯＳ膜４３が露出し、ＴＥＯＳ膜４３の表面に付着した液滴４６は、ＴＥＯＳの親水性により面状に拡がった状態となる。
【００４２】
このように、本発明の実施例２においては、親水性の被膜と撥水性の被膜とを使い分けることによって、任意の親水性度を有する被膜の研磨を適正な研磨量で終了することができ、過剰研磨や過少研磨が発生することがない。
【００４３】
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は各実施例に記載した条件・構成に限られるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、各実施例に記載した研磨停止の条件として、３台のＣＣＤカメラの全てにおいて液滴の光強度が閾値１を越えた或いは下回った場合としているが、３台の内の少なくとも１台、特に、側面を撮影する１台の結果のみによって判定しても良いものである。
【００４４】
また、設置するＣＣＤカメラは３台に限られるものではなく、１台でも良いし２台でも良いし、或いは、４台以上設置しても良いものであり、さらに、撮影手段はＣＣＤカメラに限られるものではなく、市販されている各種の方式の撮像手段を用いても良いものである。
【００４５】
また、上記の各実施例においては、研磨ドラムの回転数は一定であるという前提で説明しているが、最初に、閾値１を越えたり或いは下回った時点で、研磨ドラムの回転数を下げ、研磨レートを下げて、ベベル部の円周３６０°に渡ってもしくは研磨が終了するまで研磨するようにしても良いものである。
【００４６】
また、上記の実施例の説明においては、説明を簡単にするために、一回の研磨工程を説明しているが、実際の半導体装置の製造工程においては、各種の成膜工程において剥離やクラックが発生する虞がある場合毎に行うものであり、特に、各層準の配線層の形成工程毎に端面研磨を行っても良いものである。
【００４７】
また、上記の各実施例においては、研磨法としてＣＭＰ法を用いているが、ＣＭＰ法に限られるものではなく、研磨工程において研磨箇所に少なくとも水を含む液体を供給する研磨法であれば適用されるものである。
【００４８】
例えば、砥粒を固着した研磨層を固定した研磨ドラムを用いるとともに、被処理基板に冷却水を供給して研磨を行う固定砥粒研磨法や、植毛シート、織布シート、不織布シート、或いは、発泡体シート等のシートを固定した研磨ドラムを用いるとともに、被処理基板に水または水ベースの分散液に砥粒を懸濁した研磨液を供給して研磨を行う遊離砥粒研磨法を用いても良いものである。
【００４９】
また、研磨手段は研磨ドラムに限られるものではなく、上記特許文献３に記載されたような研磨用エンドレスベルトを用いても良いものである。
【００５０】
ここで再び図１を参照して、本発明の詳細な特徴を改めて説明する。
再び、図１参照  
（付記１）  被処理基板１に少なくとも水を含む液体を供給しながら被処理基板１の周辺端部２を研磨する際に、研磨すべき膜３とその下地４とにおける液滴５，６の接触角の違いを利用して研磨の終点を検出することを特徴とする研磨方法。
（付記２）  上記被処理基板１の周辺端部２における液滴５，６を撮像し、撮像した画像を画像処理した結果を利用して研磨の終点を決定することを特徴とする付記１記載の研磨方法。
（付記３）  上記画像処理により、上記液滴５，６の端部２の光強度を検出し、端部２の光強度を予め定めたしきい値と比較して研磨の終点を決定することを特徴とする付記２記載の研磨方法。
（付記４）  上記被処理基板１の周辺端部２における液滴５，６を撮像する際に、複数台の検出器を用いて前記被処理基板１の周辺端部２の上部、側面、下部それぞれの状態を検出することを特徴とする付記１記載の研磨方法。
（付記５）  上記研磨法が化学機械研磨法であり、上記液滴５，６はスラリー液滴であることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１に記載の研磨方法。
（付記６）  上記被処理基板１上に親水性の膜と撥水性の膜からなる多層構造膜が積層されており、任意の接触角の膜或いは被処理基板１の露出で終点を検出することを特徴とする付記１乃至５のいずれか１に記載の研磨方法。
（付記７）  上記親水性の膜或いは被処理基板１が、酸化シリコン系材料からなり、且つ、撥水性の膜或いは被処理基板１が、非酸化系のシリコン系材料からなることを特徴とする付記６記載の研磨方法。
（付記８）  上記酸化シリコン系材料がＳｉＯ2 膜或いはＳｉＯＣ膜のいずれかであり、また、非酸化系のシリコン系材料がＳｉＮ膜、多結晶シリコン膜、或いは、シリコン基板１のいずれかであることを特徴とする付記７記載の研磨方法。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の活用例としては、半導体装置の製造工程におけるウェハ端面研磨工程が典型的なものであるが、半導体装置に限られるものではなく、半導体装置と同様に多層膜の成膜工程が伴う電子デバイスの製造工程、例えば、強誘電体光デバイス、スピンバルブ素子等の製造工程にも適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】露出面に付着した液滴の状態を示す概念図である。
【図３】図２に示した水滴状態を暗視野状態で撮影した場合の概念図である。
【図４】図３に示した撮像画像を画像処理した光強度分布図である。
【図５】本発明の実施例１のウェハ端面研磨方法を示す概念的構成図である。
【図６】ＣＣＤカメラの配置状態を示す概念的構成図である。
【図７】実施例１における研磨前の半導体基板の概略的断面図である。
【図８】露出表面がＴＥＯＳ膜である場合に付着した水滴の状況を示す概念図である。
【図９】実施例１における研磨後の半導体基板の概略的断面図である。
【図１０】実施例２における研磨前の半導体基板の概略的断面図である。
【図１１】露出表面がＳｉＮ膜である場合に付着した水滴の状況を示す概念図である。
【図１２】実施例２における研磨後の半導体基板の概略的断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  被処理基板
２  周辺端部
３  研磨すべき膜
４  下地
５  液滴
６  液滴
１１  シリコン基板
１２  酸化シリコン膜
１３  水滴
１４  水滴
２１  半導体基板
２２  ベベル部
２３  基板ホルダ
２４  スピンドルモータ
２５  研磨ドラム
２６  研磨パッド
２７  ＣＣＤカメラ
２８  画像認識コントローラ
２７1   ＣＣＤカメラ
２７2   ＣＣＤカメラ
２７3   ＣＣＤカメラ
３１  シリコン基板
３２  ＳｉＣ膜
３３  ＳｉＯＣ膜
３４  ＴＥＯＳ膜
３５  水滴
３６  液滴
４１  シリコン基板
４２  ＳｉＣ膜
４３  ＴＥＯＳ膜
４４  プラズマＳｉＮ膜
４５  水滴
４６  液滴
【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】
2006147980.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006147980.tif 000011
【図１０】
2006147980.tif 000012
【図１１】
2006147980.tif 000013
【図１２】
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