(57)【要約】【課題】研磨液における研磨特性の変動を検出して、良好な研磨特性を継続的に維持する。【解決手段】半導体基板表面を研磨して半導体装置を製造する装置であって、基板表面を研磨する研磨パッドと、基板表面に研磨液を供給する研磨液供給手段と、研磨液２２に浸された電極（Ａ）２４及び電極（Ｂ）２５を含む測定器１８とを備え、測定器１８は、研磨液２２の特性の変動を電極（Ａ）２４及び電極（Ｂ）２５間に流れる電流値又は電極間の電位差の変動から検出する。【選択図】　　　　図２
2004006499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面を研磨して半導体装置を製造する装置であって、
前記基板表面を研磨する研磨パッドと、
前記基板表面に研磨液を供給する研磨液供給手段と、
前記研磨液に浸された少なくとも２つの電極を含む測定手段とを備え、
前記測定手段は、前記研磨液の特性の変動を前記電極間に流れる電流値又は前記電極間の電位差の変動から検出することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記電極の材質は、前記基板表面の被研磨膜の材質を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記電極の材質は、銅、タングステン、ルテニウム、タンタル、窒化タンタル、タンタル化合物、チタン、窒化チタン、チタン化合物のうちの少なくとも１つの材質を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記電極間に電位差を生じさせる電源と、前記研磨液に浸された当該電位差の基準となる参照用の電極とを更に備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記測定手段は前記基板表面への前記研磨液の供給側と、前記基板表面へ供給した後の前記研磨液の廃液側の双方に設けられ、双方の測定手段による測定値の差分の変動から前記研磨液の特性の変動を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記研磨液の成分を調整する成分調整手段を更に備え、
前記成分調整手段は、前記測定手段で検出した前記研磨液の特性の変動に応じて前記研磨液の成分を調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記基板表面に供給した後の前記研磨液のＰＨを検出するＰＨ検出手段と、
前記基板表面に供給した後の前記研磨液のＰＨを調整するＰＨ調整手段とを更に備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項８】
基板表面を研磨して半導体装置を製造する装置であって、
前記基板表面を研磨する研磨パッドと、
前記基板表面に研磨液を供給する研磨液供給手段と、
前記基板表面に供給した後の前記研磨液のＰＨを検出するＰＨ検出手段と、
前記基板表面に供給した後の前記研磨液のＰＨを調整するＰＨ調整手段とを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項９】
前記ＰＨ調整手段は、前記基板表面に供給した後の前記研磨液のＰＨをＰＨ７±１以内に調整することを特徴とする請求項７又は８記載の半導体製造装置。
【請求項１０】
基板研磨装置へ研磨液を供給する研磨液供給装置であって、
前記研磨液に浸された少なくとも２つの電極を含む測定手段とを備え、
前記測定手段は、前記研磨液の特性の変動を前記電極間に流れる電流値又は前記電極間の電位差の変動から検出することを特徴とする研磨液供給装置。
【請求項１１】
前記電極の材質は、前記基板表面の被研磨膜の材質を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１０記載の研磨液供給装置。
【請求項１２】
前記電極の材質は、銅、タングステン、ルテニウム、タンタル、窒化タンタル、タンタル化合物、チタン、窒化チタン、チタン化合物のうちの少なくとも１つの材質を含むことを特徴とする請求項１０又は１１記載の研磨液供給装置。
【請求項１３】
前記電極間に電位差を生じさせる電源と、前記研磨液に浸された当該電位差の基準となる参照用の電極とを更に備えたことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の研磨液供給装置。
【請求項１４】
前記研磨液の成分を調整する成分調整手段を更に備え、
前記成分調整手段は、前記測定手段で検出した前記研磨液の特性の変動に応じて前記研磨液の成分を調整することを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の研磨液供給装置。
【請求項１５】
半導体装置製造工程における基板研磨の際に、当該基板表面へ供給する研磨液の特性を検出する方法であって、
前記研磨液に浸した複数の電極間を流れる電流値又は前記電極間の電位差の変動から前記研磨液の特性の変動を検出することを特徴とする研磨液の特性検出方法。
【請求項１６】
請求項１〜９のいずれかに記載の半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体製造装置、研磨液供給装置、研磨液の特性検出方法及び半導体装置の製造方法に関し、特に化学機械研磨を行なう半導体製造装置、化学機械研磨の研磨液供給装置及び研磨液の特性検出方法に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近時においては、半導体製造プロセスにおいて化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法が多用されている。このＣＭＰ法による処理では、スラリーと称する研磨液が用いられている。この研磨液には、研磨特性を大きく変動させる要因がある。このため、現状の研磨液供給装置では、研磨速度変動の監視を主な目的として、Ｈ２Ｏ２濃度計を設置してその濃度を計測している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、研磨液には研磨速度以外の様々な研磨特性を変動させる要因がある。従来の方法では、研磨速度の変動に関してＨ２Ｏ２濃度計による監視を行なうのみで、その他の研磨特性、例えばスクラッチ、ティッシング、エロージョン、欠損の発生などに関わる研磨特性を検出することは困難であった。このため、これらの研磨特性が変動することにより良好な研磨特性を継続して維持することが困難となり、配線膜の電気特性等の劣化が生じるという問題が生じていた。
【０００４】
この発明は上述のような問題を解決するために成されたもので、研磨液におけるスクラッチ、ティッシング、エロージョン、欠損等に関わる研磨特性の変動を検出して、良好な研磨特性を継続的に維持することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の半導体製造装置は、基板表面を研磨して半導体装置を製造する装置であって、前記基板表面を研磨する研磨パッドと、前記基板表面に研磨液を供給する研磨液供給手段と、前記研磨液に浸された少なくとも２つの電極を含む測定手段とを備え、前記測定手段は、前記研磨液の特性の変動を前記電極間に流れる電流値又は前記電極間の電位差の変動から検出するものである。
【０００６】
また、前記電極の材質は、前記基板表面の被研磨膜の材質を少なくとも１つ含むものである。
【０００７】
また、前記電極の材質は、銅、タングステン、ルテニウム、タンタル、窒化タンタル、タンタル化合物、チタン、窒化チタン、チタン化合物のうちの少なくとも１つの材質を含むものである。
【０００８】
また、前記電極間に電位差を生じさせる電源と、前記研磨液に浸された当該電位差の基準となる参照用の電極とを更に備えたものである。
【０００９】
また、前記測定手段は前記基板表面への前記研磨液の供給側と、前記基板表面へ供給した後の前記研磨液の廃液側の双方に設けられ、双方の測定手段による測定値の差分の変動から前記研磨液の特性の変動を検出するものである。
【００１０】
また、前記研磨液の成分を調整する成分調整手段を更に備え、前記成分調整手段は、前記測定手段で検出した前記研磨液の特性の変動に応じて前記研磨液の成分を調整するものである。
【００１１】
また、前記基板表面に供給した後の前記研磨液のＰＨを検出するＰＨ検出手段と、前記基板表面に供給した後の前記研磨液のＰＨを調整するＰＨ調整手段とを更に備えたものである。
【００１２】
また、この発明の半導体製造装置は、基板表面を研磨して半導体装置を製造する装置であって、前記基板表面を研磨する研磨パッドと、前記基板表面に研磨液を供給する研磨液供給手段と、前記基板表面に供給した後の前記研磨液のＰＨを検出するＰＨ検出手段と、前記基板表面に供給した後の前記研磨液のＰＨを調整するＰＨ調整手段とを備えたものである。
【００１３】
また、前記ＰＨ調整手段は、前記基板表面に供給した後の前記研磨液のＰＨをＰＨ７±１以内に調整するものである。
【００１４】
また、この発明の研磨液供給装置は、基板研磨装置へ研磨液を供給する研磨液供給装置であって、前記研磨液に浸された少なくとも２つの電極を含む測定手段とを備え、前記測定手段は、前記研磨液の特性の変動を前記電極間に流れる電流値又は前記電極間の電位差の変動から検出するものである。
【００１５】
また、前記電極の材質は、前記基板表面の被研磨膜の材質を少なくとも１つ含むものである。
【００１６】
また、前記電極の材質は、銅、タングステン、ルテニウム、タンタル、窒化タンタル、タンタル化合物、チタン、窒化チタン、チタン化合物のうちの少なくとも１つの材質を含むものである。
【００１７】
また、前記電極間に電位差を生じさせる電源と、前記研磨液に浸された当該電位差の基準となる参照用の電極とを更に備えたものである。
【００１８】
また、前記研磨液の成分を調整する成分調整手段を更に備え、前記成分調整手段は、前記測定手段で検出した前記研磨液の特性の変動に応じて前記研磨液の成分を調整するものである。
【００１９】
また、この発明の研磨液の特性検出方法は、半導体装置製造工程における基板研磨の際に、当該基板表面へ供給する研磨液の特性を検出する方法であって、前記研磨液に浸した複数の電極間を流れる電流値又は前記電極間の電位差の変動から前記研磨液の特性の変動を検出するものである。
【００２０】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、上記の半導体製造装置を用いたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明のいくつかの実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる研磨液供給システムを示す模式図である。図１に示すように、ＣＭＰ装置部１には、供給管２を介して混合槽３が接続され、廃液管４を介して廃液槽５が接続されている。ＣＭＰ装置部１は半導体基板表面を研磨する研磨パッドを備えており、研磨パッドにより半導体基板上に形成された被研磨膜を研磨する。混合槽３には供給管６，７，８を介して純水槽９、塗粒槽１０、Ｈ２Ｏ２槽１１がそれぞれ接続されている。そして、純水槽９、塗粒槽１０、Ｈ２Ｏ２槽１１の各槽より研磨液の原液がポンプの圧力によって送られ、原液は供給管６，７，８を通ってバルブ１２，１３，１４、及び流量計１５，１６，１７を介して混合槽３に供給される。そして、混合槽３内で原液が撹拌され、混合された研磨液（スラリー）はポンプの圧力でＣＭＰ装置部１に供給される。ＣＭＰ装置部１では研磨液を使用してＣＭＰ処理が実施される。ＣＭＰ処理後の廃液は、廃液管４を介して廃液槽５へ排出され、回収、処分される。
【００２３】
ここで、図１に示すように、純水槽９、塗粒槽１０、Ｈ２Ｏ２槽１１、混合槽３を含む構成から研磨液供給装置３０が構成されている。このように、研磨液供給装置３０とＣＭＰ装置部１を接続して図１に示すような研磨液供給システムを構成してもよいし、図１のシステム構成全体を単体の半導体製造装置として構成してもよい。
【００２４】
混合槽３には研磨液の特性を検査するための測定器１８が接続されている。図２は測定器１８の構成を示す模式図である。測定器１８は、配管１９，２０を介して混合槽３と接続されており、研磨液槽２１、研磨液槽２１内の研磨液２２に浸される電極（Ａ）２４及び電極（Ｂ）２５、電極（Ａ）２４と電極（Ｂ）２５の間を流れる電流を計測する電流計２６、及び電流計２６の測定値をモニタリングするためのパーソナルコンピュータ２７を有して構成されている。混合槽３内の研磨液は、配管１９から研磨液槽２１に送られて検査され、配管２０を通って混合槽３に戻される。
【００２５】
図３及び図４は、ＣＭＰ装置部１でＣＭＰ処理が実施される半導体装置の典型的な構造を示す概略断面図である。このうち、図３はいわゆるシングルダマシンプロセスによる配線形成方法を示している。この方法では、図３（ａ）に示すように絶縁膜３１にドライエッチングなどの方法で配線溝３２を形成し、その後、配線溝３２にＴａ又はＴａ系化合物、Ｔｉ又はＴｉ系化合物を少なくとも一つ含むバリアメタル３３を配線溝３２内に成膜し、その後、鍍金等により全面に銅（Ｃｕ）膜３４を成膜する。次に、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）の構造を備えた半導体装置をＣＭＰ装置部１によりＣＭＰ処理する。これにより、銅膜３４が研磨され、配線溝３２内に埋め込まれた銅膜３４からなる配線３５が形成される。
【００２６】
また、図４はいわゆるデュアルダマシンプロセスによる配線形成方法を示している。この方法は配線形成とともに異なる層間の配線同士を接続するコンタクトプラグを形成するものである。先ず図４（ａ）に示すように下層配線４１を形成した後、絶縁膜４２を成膜し、ドライエッチングなどの方法で下層配線４１に達するホール４３を形成し、その後、ドライエッチングなどの方法で上層配線４４を埋め込むための配線溝４５を形成する。次に、Ｔａ又はＴａ系化合物、Ｔｉ又はＴｉ系化合物を少なくとも一つ含むバリアメタル４６をホール４３、及び配線溝４５の内壁に成膜し、その後、鍍金等により銅（Ｃｕ）膜４７を成膜する。
【００２７】
次に、図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）の構造を備えた半導体装置をＣＭＰ装置部１によりＣＭＰ処理する。これにより、銅膜４７が研磨され、配線溝４５内に埋め込まれた銅膜４７からなる上層配線４４が形成される。
【００２８】
図１０は、いわゆるタングステンプラグの形成方法である。この方法では、図１０（ａ）に示すように絶縁膜１０１にドライエッチングなどの方法でホール１０２を形成し、その後、ホール１０２にＴａ又はＴａ系化合物、Ｔｉ又はＴｉ系化合物を少なくとも１つ含むバリアメタル１０４を成膜し、その後、ＣＶＤ法等によりタングステン膜１０５を全面に成膜する。
【００２９】
次に、図１０（ｂ）に示すように、図１０（ａ）の構造を備えた半導体装置をＣＭＰ装置部１によりＣＭＰ処理する。これにより、タングステン膜１０５が研磨され、ホール１０２内に埋め込まれたタングステン膜１０５からなるプラグ１０６が形成される。
【００３０】
図１１は、いわゆるタングステンの埋め込み配線形成方法である。この方法では、図１１（ａ）に示すように、絶縁膜１１１にドライエッチングなどの方法でホール１１２と配線溝１１３を形成し、その後、ホール１１２と配線溝１１３内にＴａ又はＴａ系化合物、Ｔｉ又はＴｉ系化合物を少なくとも１つ含むバリアメタル１１４を成膜し、その後、ＣＶＤ法等によりタングステン膜１１５を全面に成膜する。
【００３１】
次に、図１１（ｂ）に示すように、図１１（ａ）の構造を備えた半導体装置をＣＭＰ装置部１によりＣＭＰ処理する。これにより、タングステン膜１１５が研磨され、ホール１１２及び配線溝１１３内に埋め込まれたタングステン膜１１５からなる埋め込み配線１１６が形成される。
【００３２】
図１２は、いわゆる電荷を蓄積させるためのキャパシタンスの形成方法である。この方法では、図１２（ａ）に示すように絶縁膜１２１にドライエッチングなどの方法でホール１２２を形成し、その後、ホール１２２内にＴａ又はＴａ系化合物、Ｔｉ又はＴｉ系化合物を少なくとも１つ含むバリアメタル１２４を成膜し、その後、ＣＶＤ法等によりルテニウム膜１２５を成膜し、その後、埋め込み材１２７を埋める。バリアメタル１２４は、膜１２８ａ，１２８ｂからなるプラグを介して基板等に電気的に繋がっている。膜１２８ａ，１２８ｂとしては、Ｔａ又はＴａ系化合物若しくはＴｉ又はＴｉ系化合物を少なくとも１つ含む膜１２８ａ、及びポリシリコン等からなる膜１２８ｂを用いるのが好ましい。
【００３３】
次に、図１２（ｂ）に示すように、図１２（ａ）の構造を備えた半導体装置をＣＭＰ装置部１によりＣＭＰ処理する。これによりルテニウム膜１２５、バリアメタル１２４が研磨され、ホール１２２内に埋め込まれたルテニウム膜１２５及びバリアメタル１２４が残り、その後ウエット処理又はドライエッチング方法により絶縁膜１２１を除去すると、ルテニウム膜１２５からなりキャパシタンスとなる下部電極１２６が形成される。窒化膜１２３は絶縁膜１２１を除去する時の下層への防止膜である。
【００３４】
図１３は、いわゆる電荷を蓄積させるためのキャパシタンスの形成方法である。この方法では、図１３（ａ）に示すように、絶縁膜１３１にドライエッチングなどの方法でホール１３２を形成し、その後、ホール１３２内にＣＶＤ法等によりルテニウム膜１３５を全面に成膜する。ルテニウム膜１３５は、膜１３８ａ，１３８ｂからなるプラグ１３８を介して基板等に電気的に繋がっている。膜１３８ａ，１３８ｂとしては、Ｔａ又はＴａ系化合物若しくはＴｉ又はＴｉ系化合物を少なくとも１つ含む膜１３８ａ、及びポリシリコン等からなる膜１３８ｂを用いるのが好ましい。
【００３５】
次に、図１３（ｂ）に示すように、図１３（ａ）の構造を備えた半導体装置をＣＭＰ装置部１によりＣＭＰ処理する。これによりルテニウム膜１３５が研磨され、ホール１３２内に埋め込まれたルテニウム膜１３５が残り、その後ウエット処理又はドライエッチング方法により絶縁膜１３１を除去するとキャパシタンスとなる下部電極１３６が形成される。窒化膜１３３は絶縁膜１３１を除去する時の下層への防止膜である。
【００３６】
図３、図４、図１０、図１１、図１２、図１３で行われるＣＭＰ処理の際に、図１の研磨液供給システムでは研磨液の特性を測定器１８によって検査する。測定器１８の研磨液槽２１内では、電極（Ａ）２４と電極（Ｂ）２５間で研磨液２２を介して異種金属間に生じる起電力が発生する。そして、発生した電流は電流計２６で検知され、パーソナルコンピュータ２７にてモニタリングされる。この時、電極（Ａ）２４、又は電極（Ｂ）２５の近傍の研磨液２２中では、表１に示すようなイオン化反応が生じている。
【００３７】
【表１】
2004006499.tif 000003
【００３８】
例えば、電極（Ａ）２４の素材が銅（Ｃｕ）の場合、２価のＣｕ陽イオンと２個の電子が生じ、電極（Ｂ）２５がタンタル（Ｔａ）の時、５価のＴａ陽イオンと５個の電子が生じる。そして、研磨液の特性により化学反応量が変動するため、変動した値が電流値として変換される。この電流値を電流計２６で検出し、パーソナルコンピュータ２７でモニタリングすることにより研磨液の成分の変動を監視することができる。そして、モニタリングの結果に応じて研磨液の成分を変更することで、安定したＣＭＰ処理を可能とすることができる。
【００３９】
表２に起電力測定に用いる電極（Ａ）２４、電極（Ｂ）２５の組み合わせを示す。ここで、ＣＭＰ装置部１でのＣＭＰ処理においても、被研磨膜と研磨液が化学的に反応し、表１のようなイオン化反応が生じている。従って、研磨液の特性をより精度良く検出するためには、電極（Ａ）２４又は電極（Ｂ）２５の材質を被研磨膜の材質と同一とすることが好適である。これにより、実際のＣＭＰ処理における化学反応量を測定器１８内で検出することができ、被研磨膜に対する研磨液の特性を確実に検出することができる。
【００４０】
例えば、図３及び図４に示したような銅膜３４，４７のＣＭＰ処理では、銅膜３４，４７とバリアメタル３３，４６として形成したＴａ又はＴａ系化合物、若しくはＴｉ又はＴｉ系化合物を少なくとも一つ含む膜を研磨する。また、タングステン膜のＣＭＰ処理においても、バリアメタルとしてＴａ又はＴａ系化合物若しくはＴｉ又はＴｉ系化合物を少なくとも一つ含む膜を形成するため、タングステン膜と、Ｔａ又はＴａ系化合物若しくはＴｉ又はＴｉ系化合物を少なくとも一つ含む膜とを研磨する。従って、表２に示すように、銅膜のＣＭＰ処理では電極（Ａ）２４の材料を銅（Ｃｕ）とし、電極（Ｂ）２５の材料をＴａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ化合物、Ｔｉ化合物等とするのが好ましい。また、図１０、図１１に示すように、タングステン膜のＣＭＰ処理では、電極（Ａ）２４の材料をタングステン（Ｗ）とし、電極（Ｂ）２５の材料をＴａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ化合物、Ｔｉ化合物等とするのが好ましい。図１２、図１３に示すように、ルテニウム膜のＣＭＰ処理では、電極（Ａ）２４の材料をルテニウム（Ｒｕ）とし、電極（Ｂ）２５の材料をＴａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ化合物、Ｔｉ化合物等とするのが好ましい。このように、電極（Ａ）２４、電極（Ｂ）２５の材質は、ＣＭＰ処理される配線材料の金属を少なくとも一つ含むことが望ましい。
【００４１】
【表２】
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【００４２】
なお、イオン化反応により研磨液２２中に電極（Ａ）２４，電極（Ｂ）２５の金属イオンが拡散するが、被研磨膜の材質と電極（Ａ）２４、電極（Ｂ）２５の材質を同一とすることで、配線材料などに金属汚染等が生じることを抑止できる。
【００４３】
測定器１８の電流計２６において電流値の変動が検出されると、パーソナルコンピュータ２７が警告を発する。そして、研磨液の成分を正常値に戻すために純水槽９、塗粒槽１０、又はＨ２Ｏ２槽１１に指示を出し、研磨液２２の成分を設定範囲内に調整する。具体的には、純水槽９、塗粒槽１０、又はＨ２Ｏ２槽１１の原液の成分を調整したり、バルブ１２，１３，１４、及び流量計１５，１６，１７によって混合槽３に供給される原液の比を変更する。
【００４４】
以上説明したように実施の形態１によれば、研磨液供給システムに測定器１８を設け、研磨液槽２１内の研磨液２２に浸した電極（Ａ）２４と電極（Ｂ）２５間で異種金属間に生じる起電力を発生させ、電極（Ａ）２４と電極（Ｂ）２５間に流れる電流をモニタリングするようにしたため、研磨液の特性により化学反応量が変動した場合には、変動した値を電流値に変換して検出することが可能となる。そして、電流値に変動が生じた場合には研磨液の成分を調整して正常値に戻すことができる。
【００４５】
これにより、研磨液の特性を容易に制御することができ、ＣＭＰ処理におけるプロセス特性を管理してスクラッチ、ティッシング、エロージョン、欠損等の発生を抑止できる。従って、電子デバイス製造における歩留まりを向上させることができる。従って、実施の形態１にかかるシステムにより、スクラッチ、ティッシング、エロージョン、欠損等の発生を抑えて信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００４６】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２にかかる研磨液供給システムの測定器１８を示す模式図である。実施の形態２は、実施の形態１の測定器１８の電極（Ｂ）２５を標準電極（参照電極）５１に置き換えたものである。電極（Ａ）２４は作用電極となり、ここでは測定したい材質の金属で構成される。銅、タングステンまたはルテニウムを研磨する場合、電極（Ａ）２４の材料としては、表２に示すいずれかの金属を用いるのが好適である。また、標準電極５１は作用電極の電位の基準となる。これにより、研磨する２種類の金属膜の双方を２つの電極の材料として用いる必要がなくなり、研磨する金属膜のうちの１つの材料を電極（Ａ）２４の材料として用い、ある一定の標準値からの電流値の変化を電流計２６によって検出することができる。
【００４７】
以上説明したように実施の形態２によれば、研磨する金属の材料に化学反応しにくい物質が含まれている場合、化学反応し易い材料のみを電極（Ａ）２４の材料として用いることができる。従って、電極（Ａ）２４及び標準電極５１間に流れる電流を確実に検出することが可能となる。この際、研磨する金属膜のうち最も反応しやすい物質を電極（Ａ）２４として用いることがより好適である。これにより電流値を高精度に検出することができる。
【００４８】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３にかかる研磨液供給システムの測定器１８を示す模式図である。実施の形態３は実施の形態１と測定器１８の構成のみ相違する。図６に示す測定器１８は、電極（Ａ）２４、対向電極５２、標準電極５１を備えている。そして、電極（Ａ）２４と対向電極５２の間には電流計２６、可変電源５３が設けられている。また、電極（Ａ）２４と標準電極５１の間には電圧計５４が設けられている。対向電極５２の材質は、例えば白金（Ｐｔ）等を用いる。
【００４９】
そして、可変電源５３により電極（Ａ）２４と対向電極５２の間の電位を変動させて電極（Ａ）２４と対向電極５２の間に電流を流す。そして、電極（Ａ）２４が研磨液２２中でイオン化反応した場合、研磨液の特性によって化学反応量が変動するため、その電流量の変化を電流計２６で測定することにより研磨液２２と電極（Ａ）２４との化学反応量を計測することができる。すなわち、実施の形態３では、外部より電荷を与えて積極的に化学反応を生じさせるため、より敏感に化学反応を検知することができ、研磨液の特性に変動が生じたことをより高精度に測定できる。
【００５０】
ここで、電極（Ａ）２４は作用電極として機能し、測定したい材質の金属で構成される。銅、タングステンまたはルテニウムを研磨する場合、電極（Ａ）２４の材料としては、表２に示すいずれかの金属を用いるのが好適である。また、標準電極５１は作用電極の電位の基準となる電極であって、電極（Ａ）２４の電位は電圧計５４によって測定される。対向電極５２は作用電極である電極（Ａ）２４に接続され、可変電源５３によって作用電極をある電位に設定した場合に、電流が支障なく流れる作用電極に直列に接続された電極である。このように実施の形態３の測定器１８は、電極（Ａ）２４の電位変化を抑え、常に標準電極５１に対する電極（Ａ）２４の電位を目的の電位に保つ定電位電解装置を構成している。この構成により、電極（Ａ）２４で化学反応が進むにつれて電極（Ａ）２４表面付近の反応種の濃度が減少した場合であっても標準電極５１によって電極（Ａ）２４を定電位に設定することができ、安定した測定を行うことができる。
【００５１】
以上説明したように実施の形態３によれば、可変電源５３により電極（Ａ）２４と対向電極５２の間に電流を流し、その電流量の変化を電流計２６で測定して研磨液と電極（Ａ）２４との化学反応量を計測するようにしたため、より敏感に化学反応を検知することができ、研磨液の特性を高い精度で測定することができる。これにより、研磨液の特性を容易に制御することができ、ＣＭＰ処理におけるプロセス特性を管理することにより半導体装置の製造における歩留まりを向上させることができる。
【００５２】
実施の形態４．
図７は、実施の形態４にかかる研磨液供給システムを示す模式図である。実施の形態４は、測定器６０をＣＭＰ装置部１以降の廃液側に設けたものである。ＣＭＰ処理後の廃液は、ＣＭＰ装置部１から廃液管４を通って廃液槽５に回収されて排出される。廃液管４には配管６１，６２を介して測定器６０が接続されており、廃液管４から配管６１を介して測定器６０へ送られた廃液は測定器６０で検査され、配管６２を通って廃液管４に流れ廃液槽５に回収される。
【００５３】
廃液側に設けた測定器６０は図２、図５、図６に示した測定器１８と同様の構成であり、実施の形態１〜３と同様に２つの電極間を流れる電流値の変化を測定する。このように、廃液側において電極間の電流値を検出することによっても、実際のＣＭＰ処理における化学反応量を測定器６０内で検出することができ、被研磨膜に対する研磨液の特性を確実に検出することができる。
【００５４】
ここで、廃液側のみに測定器６０を設けても研磨液の特性を検出できるが、好適には、図７に示すように研磨液の供給側と廃液側の双方に測定器１８，６０を設けることが望ましい。そして、ＣＭＰ処理を行う前の測定器１８による測定値と、測定器６０の測定値を比較し、双方の測定値の差分が常に同じになるようにパーソナルコンピュータ２７でモニタリングする。これにより、ＣＭＰ処理前における化学反応量とＣＭＰ処理後における化学反応量を均一にすることができ、研磨液の特性の変動を抑止することができる。そして、測定値の差分が変動した場合は、実施の形態１と同様に研磨液の成分を変更することで、安定したＣＭＰ処理を可能とすることができる。
【００５５】
以上説明したように実施の形態４によれば、測定器１８による測定値と測定器６０による測定値の差分が常に同じになるようにモニタリングすることで、研磨液の特性を容易に制御することができる。従って、ＣＭＰ処理におけるプロセス特性を管理することにより半導体装置製造における歩留まりを向上させることができる。
【００５６】
実施の形態５．
図８は、実施の形態５にかかる研磨液供給システムを示す模式図である。実施の形態５は、実施の形態４の構成に加えてＰＨ測定器７１及びＰＨ調整器７２をＣＭＰ装置部１以降の廃液側に設けたものである。ＣＭＰ装置部１からの廃液には様々な元素が含まれており、ＣＭＰ装置部１から排出された時点では酸性、中性、アルカリ性のいずれであるかを判断することは困難である。このため廃液の回収及び取り扱いには一定の慎重さが必要となる。
【００５７】
実施の形態５では、廃液管４の途中に設置したＰＨ測定器７１によって廃液のＰＨを測定する。そして、廃液管４の途中に設置したＰＨ調整器７２によって廃液を中性に制御する。これにより、廃液のＰＨを調整して廃液を中性（ＰＨ＝７）とすることが可能となる。なお、ＰＨ測定器７１は、Ｈ２Ｏ２濃度計であってもよい。
【００５８】
実施の形態５によれば、廃液のＰＨを適切な値に制御できるため、ＣＭＰ処理におけるプロセス特性を管理することができ、且つ廃液が環境へ与える影響を良好にすることができる。
【００５９】
実施の形態６．
図９は、実施の形態６にかかる研磨液供給システムを示す模式図である。図９に示すように、実施の形態６では上述した測定器１８，６０を混合槽３とＣＭＰ装置部１に対して直列に接続したものである。このように、測定器１８，６０を供給管２、廃液管４に直接設けてもよい。実施の形態６によれば、上述した各実施の形態と同様の効果を得ることができ、また配管１９，２０，６１，６２を設ける必要がないため、装置構成を簡素にすることができる。
【００６０】
なお、上述した各実施の形態では、２つの電極間を流れる電流値の変動から研磨特性の変動を検出するようにしたが、２つの電極間の電位差の変動から研磨特性の変動を検出するようにしても同様の効果を得ることができる。
【００６１】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００６２】
研磨液に浸された電極間に流れる電流値又は電極間の電位差の変動を検出することにより、電極と研磨液の化学反応量の変動を検出することができ、研磨液の特性を検出することが可能となる。
【００６３】
電極の材質が被研磨膜の材質を少なくとも１つ含むように構成することで、実際のＣＭＰ処理における化学反応量を検出することができ、被研磨膜に対する研磨液の特性を確実に検出することができる。
【００６４】
電極の材質を、銅、タングステン、ルテニウム、タンタル、窒化タンタル、タンタル化合物、チタン、窒化チタン、チタン化合物のうちの少なくとも１つの材質を含むように構成することで、配線としての銅膜又はタングステン膜、上層の配線と下層の配線を電気的に繋ぐプラグとしてのタングステン膜、キャパシタンスの電極としてのルテニウム膜、バリアメタルとしてのタンタル又はタンタル系化合物若しくはチタン又はチタン系化合物を研磨する研磨液の特性を確実に検出できる。
【００６５】
電極間に電位差を生じさせる電源と、研磨液に浸された当該電位差の基準となる参照用の電極とを備えたことにより、電極表面付近の反応種の濃度が減少した場合であっても、電源及び参照電極によって電極を定電位に設定することができ、安定した測定を行うことができる。
【００６６】
研磨液の供給側と、排出側の双方で研磨液の特性を測定し、双方の測定値の差分を検出することで、より高精度に研磨液の特性を検出できる。
【００６７】
検出した研磨液の特性に応じて研磨液の成分を調整する成分調整手段を設けたことにより特性の変動をフィードバックすることができ、継続的に安定した研磨を行うことができる。
【００６８】
研磨液のＰＨを検出するＰＨ検出手段と、研磨液のＰＨを調整するＰＨ調整手段とを設けたことにより、廃液のＰＨを検出して調整することが可能となる。
【００６９】
ＰＨ調整手段により研磨液のＰＨをＰＨ７±１以内に調整することで、廃液を中性にすることができ、環境に与える影響を良好にすることができる。
【００７０】
研磨液の特性の変動を抑えることにより、スクラッチ、ティッシング、エロージョン、欠損等の発生を抑えて信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１にかかる研磨液供給システムを示す模式図である。
【図２】実施の形態１にかかる測定器の構成を示す模式図である。
【図３】ＣＭＰ処理が実施される半導体装置の典型的な構造を示す概略断面図である。
【図４】ＣＭＰ処理が実施される半導体装置の典型的な構造を示す概略断面図である。
【図５】実施の形態２にかかる測定器を示す模式図である。
【図６】実施の形態３にかかる測定器を示す模式図である。
【図７】この発明の実施の形態４にかかる研磨液供給システムを示す模式図である。
【図８】この発明の実施の形態５にかかる研磨液供給システムを示す模式図である。
【図９】この発明の実施の形態５にかかる研磨液供給システムを示す模式図である。
【図１０】タングステンプラグの形成方法を示す概略断面図である。
【図１１】タングステンの埋め込み配線の形成方法を示す概略断面図である。
【図１２】電荷を蓄積させるためのキャパシタンスの形成方法を示す概略断面図である。
【図１３】電荷を蓄積させるためのキャパシタンスの形成方法を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１　ＣＭＰ装置部、　２，６，７，８　供給管、　３　混合槽、　４　廃液管、　５　廃液槽、　９　純水槽、　１０　塗粒槽、　１１　Ｈ２Ｏ２槽、　１２，１３，１４　バルブ、　１５，１６，１７　流量計、　１８，６０　測定器、１９，２０，６１，６２　配管、　２１　研磨液槽、　２２　研磨液、　２４電極（Ａ）、　２５　電極（Ｂ）、　２６　電流計、　２７　パーソナルコンピュータ、　３０　研磨液供給装置、　３１，４２，１０１，１１１，１２１，１３１　絶縁膜、　３２，４５，１１３　配線溝、　３３，４６，１０４，１１４，１２４　バリアメタル、　３４，４７　銅膜、　３５，１１６　配線、　４１　下層配線、　４３，１０２，１１２，１２２，１３２　ホール、　４４　上層配線、　５１　標準電極、　５２　対向電極、　５３　可変電源、　５４　電圧計、　７１　ＰＨ測定器、　７２　ＰＨ調整器、　１０５，１１５　タングステン膜、１０６，１２８ａ，１２８ｂ，１３８ａ，１３８ｂ　プラグ、　１２５，１３５　ルテニウム膜、　１２３，１３３　窒化膜、　１２７　埋め込み材、　１２６，１３６　下部電極。
【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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