(57)【要約】　　　（修正有）【課題】研磨の終点を安定に且つ確実に判定することができ、かつ研磨後に得られる半導体基板の歩留まりを向上させることが可能なＣＭＰ研磨装置、及び基板の研磨方法を提供する。【解決手段】研磨する膜を形成した半導体基板の表面の凹凸を平坦化するＣＭＰ研磨装置において、半導体基板を研磨定盤１の研磨布３に押しあて加圧し研磨することにより発生した熱を検出するための温度検出器５を有するＣＭＰ研磨装置を用いて、研磨終点時間を決定することを特徴とする基板の研磨方法。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨する膜を形成した半導体基板の表面の凹凸を平坦化するＣＭＰ研磨装置において、半導体基板を研磨定盤の研磨布に押しあて加圧し研磨することにより発生した熱を検出するための温度検出器を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置。
【請求項２】
温度検出器は放射温度を検出する赤外線センサを使用し、研磨定盤と研磨布の接触部温度を測定する機能を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置。
【請求項３】
研磨布と研磨定盤の間に温度を検出する為の隙間を有するＣＭＰ研磨装置。
【請求項４】
請求項１〜３に記載のＣＭＰ研磨装置を用いて、研磨の進行に伴う温度変化を検知することによって研磨終点時間を決定することを特徴とする基板の研磨方法。
【請求項５】
赤外線センサを設置したＣＭＰ研磨装置を用いて、研磨の進行に伴い半導体基板表面の温度変化を検知することによって研磨終点時間を決定することを特徴とする基板の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子製造技術である半導体基板表面の平坦化工程、特に、層間絶縁膜の平坦化工程、シャロー・トレンチ分離の形成工程等において使用されるＣＭＰ研磨機。及びこれらＣＭＰ研磨機を使用した半導体基板の研磨終点を決定する研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の超々大規模集積回路では、実装密度を高める傾向にあり、種々の微細加工技術が研究、開発されている。既に、デザインルールは、サブハーフミクロンのオーダーになっている。このような厳しい微細化の要求を満足するために開発されている技術の一つにＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術がある。この技術は、半導体装置の製造工程において、露光を施す層を完全に平坦化し、露光技術の負担を軽減し、歩留まりを安定させることができるため、例えば、層間絶縁膜の平坦化、シャロー・トレンチ分離（ＳＴＩ：Ｓｈａｌｌｏｗ　Ｔｒｅｎｃｈ　Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）等を行う際に必須となる技術であり、一手法としてＣＭＰ研磨装置による研磨が行われている。
【０００３】
従来、この種のＣＭＰ研磨装置は、各々独立した回転数で回転する研磨定盤を上下に有し、下定盤上面には研磨部材である研磨布が貼設されていて、上下定盤との間に介在させた半導体基板を上定盤が一定の圧力を与え、研磨剤を供給しつつ半導体基板表面を平坦に研磨する。
また、研磨を行って表面の凹凸が平坦に研磨された後には、所定の位置で研磨を終了することが望まれる。しかし、研磨中にこの研磨終了位置を検知することは半導体基板表面が全面を他の部材と摩擦することによって研磨されるため、表面が露出していないため困難である。そこで従来は研磨終点の決定を、先に研磨した半導体基板の研磨速度を算出し、次に研磨する時間を決定していた。
この場合、研磨時間を先に研磨した半導体基板の研磨速度から算出する方法は、装置セッティングにより研磨速度がばらついたり、研磨布が使用によって徐々に磨耗し研磨速度が低下したりするので正確な終点決定を行うことは困難である。
そこで、研磨によって生じる摩擦熱を研磨布の表面温度から検出し、その検出値の変化に基づいて、終点を決定する方法が提案されている。検出方法はＣＭＰ研磨装置の下定盤の表面、すなわち研磨布の表面温度を非接触の温度センサ、例えば赤外線センサで検出して、研磨布の表面温度の変化から研磨の終点を検出しようとするものである。
【０００４】
しかし、この方法は、研磨布表面に研磨剤を供給するため、研磨剤の液温と研磨布の熱を一緒に測定することになり研磨剤の液温によって検出される温度が異なり、正確な温度を検出することは難しいという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した問題点を解決し、研磨中の対象物の温度を正確に検出することができ、その検出温度に基づいて研磨の終点決定を行うことができるＣＭＰ研磨装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のものに関する。
（１）研磨する膜を形成した半導体基板の表面の凹凸を平坦化するＣＭＰ研磨装置において、半導体基板を研磨定盤の研磨布に押しあて加圧し研磨することにより発生した熱を検出するための温度検出器を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置。
（２）温度検出器は放射温度を検出する赤外線センサを使用し、研磨定盤と研磨布の接触部温度を測定する機能を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置。
（３）研磨布と研磨定盤の間に温度を検出する為の隙間を有するＣＭＰ研磨装置。
（４）（１）〜（３）のＣＭＰ研磨装置を用いて、研磨の進行に伴う温度変化を検知することによって研磨終点時間を決定することを特徴とする基板の研磨方法。
（５）赤外線センサを設置したＣＭＰ研磨装置を用いて、研磨の進行に伴い半導体基板表面の温度変化を検知することによって研磨終点時間を決定することを特徴とする基板の研磨方法。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明のＣＭＰ研磨装置の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のポリッシング装置の全体構成を示す。ＣＭＰ研磨装置は下定盤１、半導体基板を保持する上定盤２、研磨剤を研磨面に供給するための研磨剤供給ノズル４、ＣＭＰ研磨装置の運転状態を制御する制御装置７等を備える。さらに下定盤の下方に設置された赤外線温度センサ５、温度センサ５の信号を信号処理するための信号処理装置６を備える。ここで信号処理装置６は、ＣＭＰ研磨装置の制御装置７に接続され、温度センサ５からの信号に基づいて、ＣＭＰ研磨装置の運転を制御する。下定盤１は、上面に研磨布３が貼付されており、研磨剤はこの研磨布３上にノズル４から供給される。研磨布３は一般的に、ポリウレタンを主成分とする円盤状のものが用いられている。下定盤はモータ８により回転するようになっている。上定盤２は、下端面に半導体基板を保持しつつ、研磨布上に半導体基板の研磨面を下向きにして押圧する。上定盤２は下定盤１の回転中心とは偏心した軸まわりに、モータ９によって回転するようになっている。下定盤１及び上定盤２を回転させるとともに、上定盤２を押圧し、半導体基板に研磨圧力をかけ、同時に研磨剤をノズル４から供給することにより、半導体基板を研磨する。
【０００８】
このような装置各部の動作は、制御装置７によって自動的に、且つ一括して制御されるようになっている。例えば、下定盤１の回転開始時期、研磨剤供給のタイミング、研磨の停止等はすべてこの制御装置にプログラムされ、全自動でＣＭＰ研磨装置が稼動する。
【０００９】
下定盤１の下方に設置した温度センサ５は、研磨中に研磨布の裏面の温度を直接検出する。温度センサは、赤外線放射温度センサが本実施例では用いられているが、その他の形式のものであってもよい。
【００１０】
温度測定値は、−５０〜５００℃の範囲内にあることが好ましく、０〜２００℃の範囲内にあることがより好ましく、５〜１５０℃の範囲内にあることが特に好ましい。
また、温度測定値の精度は、±２．０℃以内であることが好ましく、±１．０℃以内であることがより好ましい。
【００１１】
図２は、下定盤に研磨布を貼付していない状態の鳥瞰図である。隙間８から温度センサ５の赤外線を照射し研磨布裏面の温度を検出する。
【００１２】
図３は、半導体基板の一例の断面図である。溝があるＳｉウエハ９の凸部にＳｉＮを被膜し、その上層にＳｉＯ２を被膜したものである。点線Ａ，Ｂ，Ｃまで研磨が進行したときの研磨布温度変化を図４に示す。
【００１３】
時刻Ｔ０でポリッシングを開始すると、温度はゆるやかな傾きで上昇する。これは半導体基板と研磨布との間に摩擦熱が発生し、この熱が研磨布の温度を上昇させ温度センサ１６で検出されていることを示している。Ｔ１まで研磨するとＳｉＯ２の研磨は研磨面１２まで進行する。Ｔ１まで進行するとＳｉＯ２表面と研磨布の摩擦力が飽和し温度上昇が停滞する。その後研磨が進行しＴ２になるとＳｉＯ２表面は研磨面１３の形状、すなわち突起部が削れ平坦になり、ＳｉＯ２表面と研磨布の接触面積が増加することにより摩擦力が増大し研磨布温度が上昇する。研磨がＴ３まで進行するとＳｉＯ２表面と研磨布の摩擦力が飽和し温度上昇が停滞する。研磨が進行し、研磨面が１４に達した時間Ｔ４を終点とし必要に応じて過剰研磨を施しＴ５で研磨を終了させる。
【００１４】
終点判定は信号処理装置７に温度センサの検出信号を時間で微分する回路を備えておくことにより摩擦温度変化、すなわち半導体基板表面の状態を認識することが出来る。終点判定後はＣＭＰ研磨装置の制御装置で研磨を自動で終了させることが出来る。
【００１５】
尚、以上の実施例は、研磨対象物として半導体基板上に絶縁膜が設けられた例について説明したが、研磨対象物として半導体基板に限らず、ガラス、或いはセラミックス基板等に、摩擦熱の発生量が異なる異種材質を配置した研磨対象物に、本発明が適用できるのは勿論のことである。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は、研磨布の裏面に温度センサを設置することで研磨の進行に伴う摩擦熱の変化を正確に検出して、研磨の終点を判定するものである。従って、本発明のＣＭＰ研磨装置は、研磨の終点を安定に且つ確実に判定することができ、かつ研磨後に得られる半導体基板の歩留まりを向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のポリッシング装置の全体構成図。
【図２】本発明の一実施例の下定盤の鳥瞰図。
【図３】半導体ウェハの表面の構造の一例を示す断面図。
【図４】研磨時間と温度センサで検出された温度の関係を示す線図。
【符号の説明】
１　下研磨定盤
２　上研磨定盤
３　研磨布
４　研磨剤ノズル
５　赤外線放射温度センサ
６　信号処理装置
７　ＣＭＰ研磨装置の制御装置
８　隙間
９　Ｓｉウエハ
１０　ＳｉＯ２被膜
１１　ＳｉＮ被膜
１２　研磨時間Ｔ１における研磨面
１３　研磨時間Ｔ２における研磨面
１４　研磨時間Ｔ４における研磨面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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