(57)【要約】【課題】研磨終点検出方法及び研磨装置に関し、簡単な構成で研磨終点を精度良く検出する。【解決手段】被研磨基板４の研磨側表面の一部に研磨終点検出用構造物５を設け、前記研磨終点検出用構造物５からの電気信号の変動に基づいて、研磨の終点を判定して研磨プロセスを自動終了させる。【選択図】          図１
2004154911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨基板の研磨側表面の一部に研磨終点検出用構造物を設け、前記研磨終点検出用構造物からの電気信号の変動に基づいて、研磨の終点を判定して研磨プロセスを自動終了させることを特徴とする研磨終点検出方法。
【請求項２】
上記研磨終点検出用構造物を、上記被研磨基板の研磨側表面の複数箇所に設けることを特徴とする請求項１記載の研磨終点検出方法。
【請求項３】
上記研磨終点検出用構造物が一対の研磨終点検出用溝からなり、前記一対の研磨終点検出用溝を完全に埋め込むように導電体膜を設けたのち研磨を行い、前記一対の研磨終点検出用溝に埋め込まれた埋込導電体間の導通・非道通を検出して研磨の終点を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の研磨終点検出方法。
【請求項４】
上記研磨終点検出用構造物が、研磨終点検出用溝と前記研磨終点検出用溝に埋め込まれた振動子からなり、前記振動子からの振動出力の変動により研磨の終点を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の研磨終点検出方法。
【請求項５】
被研磨基板の研磨側表面の一部に設けた研磨終点検出用構造に対する電気的接続部を有する研磨治具、前記研磨治具から研磨状態に関するデータを取得する機構、及び、取得したデータから研磨の終点を判定して研磨プロセスを自動終了させる機構を少なくとも備えたことを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は研磨終点検出方法及び研磨装置に関するものであり、例えば、磁気記録媒体用の転写マスター基板の研磨終点をリアルタイムに測定して研磨を終了するための検出機構に特徴のある研磨終点検出方法及び研磨装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気記録媒体や半導体装置の製造工程において、表面を平坦にする研磨工程が必要な場合がある。
例えば、磁気記録媒体の製造工程においては、位置情報を埋込導電体パターンとして有する転写マスター基板を用いて位置決め情報を転写しているが、この転写マスター基板に位置情報となる埋込導電体パターンを形成する際に、表面研磨工程が必要になる。
また、半導体装置の製造工程においては、層間絶縁膜の平坦化のため、或いは、埋込配線の形成のために研磨工程が必要になる。
【０００３】
そのような研磨工程においては、一般にＣＭＰ（化学機械研磨）装置を用いて研磨しているので、ここで、図８を参照して、従来の研磨装置を説明する。
図８（ａ）及び（ｂ）参照
図８（ａ）は、従来の研磨装置の概念的平面図であり、図８（ｂ）は、概略的側面図であり、回転自在の研磨テーブル４１、被研磨基板４４をバッキングパッド（図示を省略）等を介して固定・保持する研磨治具４３、研磨テーブル４１に対して不動で且つ研磨治具４３を自転させるとともに、研磨治具４３が研磨テーブル４１の回転に伴って公転しないように保持する機能を有する治具自転駆動機構４２からなる。
【０００４】
このような研磨装置を用いた研磨工程において、重要なのは研磨時間であり、通常は研磨時間に対する表面粗さをオフラインで測定して条件出しを行っているが、それに対して研磨を行いつつ粗さ測定を行い、研磨の停止点を自動的に判断する機構も何通りか提案されている。
【０００５】
例えば、研磨材料を挟んだ両端の誘電率を測定するもの（例えば、特許文献１参照）、抵抗値を測定するもの（例えば、特許文献２参照）、研磨テーブルの駆動電流を監視するもの（例えば、特許文献３参照）、或いは、光学的な手段を用いるもの（例えば、特許文献４参照）が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−３８４０４号公報
【特許文献２】
特開平１０−３４５２７号公報
【特許文献３】
特開平１１−１６２８９４号公報
【特許文献４】
特開２００２−２５９６０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の各提案においては、研磨を行う部分に対して大掛かりな計測機構を追加する必要があるものや、抵抗値や誘電率などのように研磨時の状態の変化によって値が大きく変動する可能性がある物理量を用いるために再現性の点で問題がある、といった欠点がある。
【０００８】
したがって、本発明は、簡単な構成で研磨終点を精度良く検出することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成図であり、この図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
上記目的を達成するため、本発明は、研磨終点検出方法において、被研磨基板４の研磨側表面の一部に研磨終点検出用構造物５を設け、研磨終点検出用構造物５からの電気信号の変動に基づいて、研磨の終点を判定して研磨プロセスを自動終了させる。
【００１０】
このように、被研磨基板４側に研磨終点検出用構造物５を設けることにより、研磨装置構成を大型化することなく、より簡潔に且つより正確に研磨終点の判定を行うことができる。
【００１１】
この場合、研磨終点検出用構造物５を、被研磨基板４の研磨側表面の複数箇所に設けることが望ましく、それによって、面内研磨ムラにも対処することができる。
【００１２】
この場合の研磨終点検出用構造物５としては、一対の研磨終点検出用溝を用い、この一対の研磨終点検出用溝を完全に埋め込むように導電体膜を設けたのち研磨を行い、一対の研磨終点検出用溝に埋め込まれた埋込導電体間の導通・非道通を検出することによって、研磨の終点を簡単に検出することができる。
【００１３】
或いは、研磨終点検出用構造物５として、研磨終点検出用溝と研磨終点検出用溝に埋め込まれた振動子とによって構成しても良く、振動子からの振動出力の変動により研磨の終点を検出することができる。
【００１４】
また、被研磨基板４としては、位置情報パターンの形成のために、溝形成工程及び導電膜の埋込工程の伴う磁気記録媒体用転写マスター基板が典型的なものであり、特別な工程を付加することなく一連の磁気記録媒体用転写マスター基板の製造工程を利用して研磨終点検出用構造物５を形成することができる。
【００１５】
或いは、被研磨基板４としては、半導体基板も対象とするものであり、層間絶縁膜の平坦化工程或いは埋込導電層の埋込工程において本手法が好適となる。
【００１６】
また、研磨装置としては、被研磨基板４の研磨側表面の一部に設けた研磨終点検出用構造に対する電気的接続部２を有する研磨治具１、研磨治具１から研磨状態に関するデータを取得する機構、及び、取得したデータから研磨の終点を判定して研磨プロセスを自動終了させる機構を少なくとも備えれば良い。
なお、電気的接続部２からのデータは、信号導出配線３を介して研磨装置に備えられた研磨の終点を判定して研磨プロセスを自動終了させる機構に取り込まれる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図５を参照して、本発明の第１の実施の形態の終点検出方法及び研磨装置を説明する。
図２（ａ）及び（ｂ）参照
図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に用いる研磨装置の概略的平面図であり、図２（ｂ）は概略的側面図であり、従来の研磨装置と同様に、回転自在の研磨テーブル１１、被研磨基板２１をバッキングパッド（図示を省略）等を介して固定・保持する研磨治具１３、研磨テーブル１１に対して不動で、研磨治具１３を自転させるとともに、研磨治具１３が研磨テーブル１１の回転に伴って公転しないように保持する機能を有するの治具自転駆動機構１２からなる。
【００１８】
但し、本発明の第１の実施の形態に用いる研磨装置においては、研磨治具１３に信号導出用配線１４が設けられており、後述するように、電気的接続部を介して被研磨基板２１に設けられた一対の研磨終点検出用溝パターンに接続される。
【００１９】
また、信号導出用配線１４は、研磨装置の本体部に備えられた信号判定部に接続され、一対の研磨終点検出用溝パターンからの検出信号によって研磨終点を判定する。
また、この研磨終点の判定信号に基づいて、研磨を自動的に終了させる工程終了機構も研磨装置本体部に設けている。
【００２０】
図３（ａ）及び（ｂ）参照
図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に用いる研磨治具の概略的平面図であり、図３（ｂ）は概略的断面であり、この研磨治具１３には、被研磨基板２１に設けられた研磨終点検出用溝パターン２２に埋め込まれた埋込導電体に電気的に接触する電気的接続部１５が設けられ、この電気的接続部１５は研磨治具１３の内部に設けられた配線を介して信号導出用配線１４に接続されている。
【００２１】
次に、図４を参照して、本発明の第１の実施の形態の研磨工程を説明する。
図４（ａ）及び（ａ′）参照
図４（ａ）は、被研磨基板２１となる磁気記録媒体用転写マスター基板の研磨前の平面図であり、また、図４（ａ′）は、断面図である。
この被研磨基板２１には、深さが、例えば、１００ｎｍの位置情報用溝２３と同時に一対の研磨終点検出用溝パターン２２を設けたのち、次いで、位置情報パターンとなる埋込用導電膜２４を堆積させて、位置情報用溝２３及び研磨終点検出用溝パターン２２を完全に埋め込む。
例えば、この埋込用導電膜２４としては、ＣｏＦｅ等の強磁性体を用いる。
【００２２】
この一対の研磨終点検出用溝パターン２２を埋め込んだ埋込用導電膜２４の埋込部と研磨治具１３に設けた電気的接続部１５が接触するように、被研磨基板２１を研磨治具１３に固定・保持して研磨を行う。
研磨前には、一対の研磨終点検出用溝パターン２２を埋め込んだ埋込用導電膜２４の埋込部は相互に接続しているので、電気抵抗は非常に低くなる。
【００２３】
図４（ｂ）及び（ｂ′）参照
図４（ｂ）は、被研磨基板２１となる磁気記録媒体用転写マスター基板の研磨後の平面図であり、また、図４（ｂ′）は、断面図である。
この被研磨基板２１に対して、図２に示した研磨装置を用いてＣＭＰ研磨を行うことによって、被研磨基板２１の平坦面が露出するまで埋込用導電膜２４を研磨して、位置情報用溝２３及び研磨終点検出用溝パターン２２を埋込導電体２５で埋め込む。
【００２４】
この時点で、一対の研磨終点検出用溝パターン２２に埋め込まれた埋込導電体２５は電気的に分離されるので、電気抵抗は非常に高くなり、この抵抗変化を検出することによって、研磨終点を検出することができる。
【００２５】
図５参照
図５は、本発明の第１の実施の形態の研磨工程フロー図であり、まず、▲１▼研磨テーブルを回転させたのち、▲２▼研磨治具の回転を開始し、一対の研磨終点検出用溝パターン２２間の電気抵抗を監視しながら研磨を始める。
【００２６】
▲３▼この電気抵抗の監視において、所定の高抵抗値が得られた場合には、▲４▼研磨工程を終了させて全体の工程を終了する。
一方、所定の高抵抗値が得られない場合には、まだ、埋込用導電膜が被研磨基板２１の平坦面上に残存していると判断して、▲５▼研磨を継続して、電気的抵抗の判定を行い、所定の高抵抗値が得られるまで繰り返す。
【００２７】
このように、本発明の第１の実施の形態においては、被研磨基板２１側に一対の研磨終点検出用溝パターン２２を設けるだけの簡単な構成により、リアルタイムで研磨終点に検出が可能になり、研磨不足或いは過剰研磨を確実に防止することができる。
【００２８】
次に、図６を参照して、本発明の第２の実施の形態の被研磨基板に設けた研磨終点検出機構を説明するが、使用する研磨装置自体は、上記の第１の実施の形態に用いる研磨装置と実質的に同じである。
図６参照
図６は、本発明の第２の実施の形態の被研磨基板に設けた研磨終点検出機構の説明図であり、上記の第１の実施の形態における一対の研磨終点検出用溝パターン２２の代わりに一つの溝を設け、この溝内に水晶振動子等の振動子２６を電極取り出し可能な状態で埋め込んだものである。
【００２９】
この場合、研磨が進行して、埋込用導電膜２４が被研磨基板２１の平坦面に存在しなくなると、振動子２６の表面が研磨されることになり、振動子２６から得られる音響信号が変化するので、この信号の変化を読み取ることで終点検出が可能になる。
【００３０】
この第２の実施の形態においては、振動子を用いているので、堆積物が絶縁膜の場合にも適用することができ、例えば、半導体装置における層間絶縁膜の平坦化研磨工程に適用できるものである。
【００３１】
次に、図７を参照して、本発明の第３の実施の形態の被研磨基板に設けた研磨終点検出機構を説明するが、使用する研磨装置自体は、上記の第１の実施の形態に用いる研磨装置と実質的に同じである。
図７参照
図７は、本発明の第３の実施の形態の被研磨基板に設けた研磨終点検出機構の説明図であり、被研磨基板自体の表面平坦化の研磨における研磨終点検出機構である。
ガラス等の被研磨基板３１の端部に一対の深い溝と中間に設けた浅いブリッジ用溝３３からなる研磨終点検出用溝パターン３２を設け、この研磨終点検出用溝パターン３２の近傍にのみ埋込導電体３４を設けておく。
【００３２】
一対の深い溝に埋め込まれた埋込導電体３４間の電気抵抗を測定しながら研磨を行うと、研磨開始時にはブリッジ用溝３３に埋め込まれた導電体を介して接続されているので、低抵抗状態であるが、研磨が進むとブリッジ用溝３３に埋め込まれた導電体が研磨除去され、一対の深い溝に埋め込まれた埋込導電体３４間は非導通状態になり、高抵抗に転ずるので研磨を終了する。
【００３３】
このように、研磨終点検出用溝パターン３２の形状を工夫することにより、導電体の埋込工程だけではなく、基板自体の平坦化工程においても簡単な構成で、研磨終点検出を精度良く行うことができる。
【００３４】
以上、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態において、研磨終点検出機構を被研磨基板の一箇所に設けているが、複数箇所に設けても良いものであり、それによって、基板面内の研磨ムラの発生を防止することができる。
【００３５】
また、上記の各実施の形態においては、被研磨基板自体に設けた研磨終点検出機構における抵抗変化或いは音響信号変化を測定して終点の判定をしているが、被研磨基板に設ける電極を１つにして研磨テーブルとの間の抵抗値を測定して、研磨終点を検出するようにしても良いものである。
【００３６】
また、上記の各実施の形態においては、被研磨基板として磁気記録媒体用転写マスター基板或いはガラス基板として説明しているが、本発明は、各種の研磨工程に適用されることは言うまでもないことである。
例えば、半導体装置の製造工程における埋込Ｃｕ配線層の平坦化工程にも適用されるものであり、平坦化された層間絶縁膜に配線用溝を形成する際に、同時に研磨終点検出用溝を設ければ良く、埋込Ｃｕ配線層間の短絡或いは過剰薄層化を防止することができる。
【００３７】
ここで、再び、図１を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１参照
（付記１）  被研磨基板４の研磨側表面の一部に研磨終点検出用構造物５を設け、前記研磨終点検出用構造物５からの電気信号の変動に基づいて、研磨の終点を判定して研磨プロセスを自動終了させることを特徴とする研磨終点検出方法。
（付記２）  上記研磨終点検出用構造物５を、上記被研磨基板４の研磨側表面の複数箇所に設けることを特徴とする付記１記載の研磨終点検出方法。
（付記３）  上記研磨終点検出用構造物５が一対の研磨終点検出用溝からなり、前記一対の研磨終点検出用溝を完全に埋め込むように導電体膜を設けたのち研磨を行い、前記一対の研磨終点検出用溝に埋め込まれた埋込導電体間の導通・非道通を検出して研磨の終点を検出することを特徴とする付記１または２に記載の研磨終点検出方法。
（付記４）  上記研磨終点検出用構造物５が、研磨終点検出用溝と前記研磨終点検出用溝に埋め込まれた振動子からなり、前記振動子からの振動出力の変動により研磨の終点を検出することを特徴とする付記１または２に記載の研磨終点検出方法。
（付記５）  上記被研磨基板４が、磁気記録媒体用転写マスター基板であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記載の研磨終点検出方法。
（付記６）  上記被研磨基板４が、半導体基板であり、研磨対象が、層間絶縁膜或いは埋込導電層のいずれかであることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記載の研磨終点検出方法。
（付記７）  被研磨基板４の研磨側表面の一部に設けた研磨終点検出用構造に対する電気的接続部２を有する研磨治具１、前記研磨治具１から研磨状態に関するデータを取得する機構、及び、取得したデータから研磨の終点を判定して研磨プロセスを自動終了させる機構を少なくとも備えたことを特徴とする研磨装置。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、被研磨基板側に研磨終点検出機構を設けているので、簡単な構成で、精度良く研磨終点を検出することができ、それによって、研磨工程の高スループット化が可能になり、ひいては、磁気記録媒体や半導体集積回路装置の低コスト化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に用いる研磨装置の概略的構成図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に用いる研磨治具の概略的構成図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の研磨工程の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の研磨工程フロー図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の被研磨基板に設けた研磨終点検出機構の説明図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態の被研磨基板に設けた研磨終点検出機構の説明図である。
【図８】従来の研磨装置の概略的構成図である。
【符号の説明】
１  研磨治具
２  電気的接続部
３  信号導出配線
４  被研磨基板
５  研磨終点検出用構造物
１１  研磨テーブル
１２  治具自転駆動用機構
１３  研磨治具
１４  信号導出用配線
１５  電気的接続部
２１  被研磨基板
２２  研磨終点検出用溝パターン
２３  位置情報用溝
２４  埋込用導電膜
２５  埋込導電体
２６  振動子
３１  被研磨基板
３２  研磨終点検出用溝パターン
３３  ブリッジ用溝
３４  埋込導電体
４１  研磨テーブル
４２  治具自転駆動機構
４３  研磨治具
４４  被研磨基板
【図１】
2004154911.tif 000003
【図２】
2004154911.tif 000004
【図３】
2004154911.tif 000005
【図４】
2004154911.tif 000006
【図５】
2004154911.tif 000007
【図６】
2004154911.tif 000008
【図７】
2004154911.tif 000009
【図８】
2004154911.tif 000010