(57)【要約】【課題】窒化ケイ素膜の多様な研磨方式に対して適用可能な研磨量の管理方法を提供する。【解決手段】窒化ケイ素膜の研磨における前記窒化ケイ素膜の研磨量の管理方法であって、研磨液の研磨前後におけるアンモニウムイオン濃度の差又は水素イオン濃度指数の差に基づき前記研磨量を把握する、管理方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ケイ素膜の研磨における前記窒化ケイ素膜の研磨量の管理方法であって、
研磨液の研磨前後におけるアンモニウムイオン濃度の差に基づき前記研磨量を把握する、管理方法。
【請求項２】
窒化ケイ素膜の研磨において、研磨液の研磨前後におけるアンモニウムイオン濃度の差に基づき研磨を停止する、研磨方法。
【請求項３】
窒化ケイ素膜をストップ膜として用いた被研磨対象物の研磨において、研磨液の研磨前後におけるアンモニウムイオン濃度の差に基づき研磨を停止する、研磨方法。
【請求項４】
窒化ケイ素膜の研磨における前記窒化ケイ素膜の研磨量の管理方法であって、
研磨液の研磨前後における水素イオン濃度指数の差に基づき前記研磨量を把握する、管理方法。
【請求項５】
前記研磨液のアンモニウムイオン濃度に基づき前記水素イオン濃度指数を把握する、請求項４に記載の管理方法。
【請求項６】
窒化ケイ素膜の研磨において、研磨液の研磨前後における水素イオン濃度指数の差に基づき研磨を停止する、研磨方法。
【請求項７】
窒化ケイ素膜をストップ膜として用いた被研磨対象物の研磨において、研磨液の研磨前後における水素イオン濃度指数の差に基づき研磨を停止する、研磨方法。
【請求項８】
前記研磨液のアンモニウムイオン濃度に基づき前記水素イオン濃度指数を把握する、請求項６又は７に記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨量の管理方法、及び、研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体基板の研磨終点の検知方法としては、被研磨対象物の研磨前後における表面組成の変化に起因する被研磨対象物と研磨パッド（研磨布）との間の摩擦係数変化をウエハキャリアや定盤の回転軸トルクの変化として検知する方法がある。当該検知方法では、ウエハキャリアの駆動モータ電流値を測定し、研磨終点における電流値の立ち上がり又は立ち下がりを検知し機械的に研磨終点を判断する場合が多い。当該検知方法は、窒化ケイ素膜をストップ膜とする素子分離工程で使用できる（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００３】
また、半導体基板の研磨終点の検知方法としては、窒化ケイ素膜を研磨した際に窒化ケイ素膜が化学的に変化して生成するアンモニアを気相に抽出後、触媒的に酸化させて一酸化窒素を検知する方法がある。この方法では、生成したアンモニアを一酸化窒素に化学変化させることで、窒化ケイ素膜の研磨量を判断できる。窒化ケイ素膜の研磨によって生成したアンモニアは、研磨液中の水に溶解しアンモニウムイオンとなるが、アンモニアと平衡状態にあり、検出器へつながる管内の圧力を１気圧より低く保つことでアンモニアを検出器へ導入することができる。このアンモニウムイオンからアンモニアを抽出する過程は、水素イオン濃度指数が１０以上の塩基性水溶液において容易に実現できる（例えば、下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３１１２４４号公報
【特許文献２】特開２００１−１４８３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１記載の研磨終点の検知方法では、使用する研磨材（研磨パッド等）に応じて研磨終点におけるウエハキャリアの駆動モータ電流値が異なるため、使用する研磨材によっては研磨終点の判断が難しい可能性がある。また、研磨終点において被研磨対象物の表面組成が変化している必要があるため、被研磨対象物が窒化ケイ素膜単独の場合には、当該研磨終点の検知方法は適応できない。
【０００６】
また、前記特許文献２記載の研磨終点の検知方法は、アンモニアを化学変化させる過程があるため、研磨装置が複雑化する。また、研磨液が酸性の場合、アンモニアを容易に気相に抽出できない可能性がある。さらに、化学変化を伴うため、間接的に測定するアンモニア量が正確でない可能性がある。
【０００７】
そのため、窒化ケイ素膜の研磨終点を把握するための方法として、多様な研磨方式に対して適用可能な方法が求められている。
【０００８】
本発明は、窒化ケイ素膜の多様な研磨方式に対して適用可能な研磨量の管理方法を提供することを目的とする。また、本発明は、窒化ケイ素膜の多様な研磨方式において研磨を停止することが可能な研磨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】
本発明は、第１実施形態に係る研磨量の管理方法として、窒化ケイ素膜の研磨における前記窒化ケイ素膜の研磨量の管理方法であって、研磨液の研磨前後におけるアンモニウムイオン濃度の差に基づき前記研磨量を把握する、管理方法を提供する。
【００１０】
本発明は、第１実施形態に係る研磨方法として、下記研磨方法を提供する。すなわち、本発明は、窒化ケイ素膜の研磨において、研磨液の研磨前後におけるアンモニウムイオン濃度の差に基づき研磨を停止する、研磨方法を提供する。また、本発明は、窒化ケイ素膜をストップ膜として用いた被研磨対象物の研磨において、研磨液の研磨前後におけるアンモニウムイオン濃度の差に基づき研磨を停止する、研磨方法を提供する。
【００１１】
本発明は、第２実施形態に係る研磨量の管理方法として、窒化ケイ素膜の研磨における前記窒化ケイ素膜の研磨量の管理方法であって、研磨液の研磨前後における水素イオン濃度指数の差に基づき前記研磨量を把握する、管理方法を提供する。
【００１２】
第２実施形態に係る研磨量の管理方法において、前記研磨液のアンモニウムイオン濃度に基づき前記水素イオン濃度指数を把握してもよい。
【００１３】
本発明は、第２実施形態に係る研磨方法として、下記研磨方法を提供する。すなわち、本発明は、窒化ケイ素膜の研磨において、研磨液の研磨前後における水素イオン濃度指数の差に基づき研磨を停止する、研磨方法を提供する。また、本発明は、窒化ケイ素膜をストップ膜として用いた被研磨対象物の研磨において、研磨液の研磨前後における水素イオン濃度指数の差に基づき研磨を停止する、研磨方法を提供する。
【００１４】
第２実施形態に係る研磨方法において、前記研磨液のアンモニウムイオン濃度に基づき前記水素イオン濃度指数を把握してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、窒化ケイ素膜が研磨されて生成するアンモニアが研磨液中に溶解して生じるアンモニウムイオン、又は、アンモニウムイオンの生成に伴い変動する水素イオン濃度指数を検知することにより、窒化ケイ素膜の研磨量を把握することが可能であり、研磨終点を容易に調整できる。本発明に係る研磨量の管理方法は、窒化ケイ素膜の多様な研磨方式に対して適用できる。本発明に係る研磨方法は、窒化ケイ素膜の多様な研磨方式において研磨を停止することができる。
また、本発明は、窒化ケイ素膜の反応生成物であるアンモニウムイオンの濃度、又は、アンモニウムイオンの生成に伴い変動する水素イオン濃度指数を直接検知することにより、研磨前後における表面組成の変化が伴わない被研磨対象物の研磨に対しても適用できる。
さらに、本発明は、アンモニアを容易に気相に抽出することができない可能性がある酸性の研磨液に対しても適用できる。
窒化ケイ素膜の研磨によって生成するアンモニウムイオンに起因する水素イオン濃度指数の変動によって窒化ケイ素膜の研磨量を把握する場合、従来技術である、一酸化窒素を検知する研磨方法よりも簡便である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】被研磨対象物の構成の一例を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【００１８】
本実施形態に係る研磨量の管理方法は、窒化ケイ素膜の研磨における窒化ケイ素膜の研磨量の管理方法（窒化ケイ素膜研磨量管理方法）である。本実施形態に係る研磨量の管理方法では、研磨液の研磨前後におけるアンモニウムイオンの濃度の差又は水素イオン濃度指数の差に基づき研磨量を把握する。研磨液の研磨後におけるアンモニウムイオン濃度又は水素イオン濃度指数を測定することにより研磨量を把握することができる。研磨液のアンモニウムイオン濃度に基づき水素イオン濃度指数を把握してもよく、アンモニウムイオン濃度の変化に起因する水素イオン濃度指数の変化量を用いてもよい。
【００１９】
本実施形態に係る研磨方法は、研磨液を用いて、少なくとも窒化ケイ素膜を有する被研磨面を研磨する研磨工程を備える。窒化ケイ素膜は、積極的に研磨除去する対象である被研磨膜であってもよく、積極的に研磨除去する対象ではないストップ膜であってもよい。研磨工程における研磨は、窒化ケイ素膜の研磨であり、窒化ケイ素膜をストップ膜として用いた被研磨対象物の研磨であってもよい。
【００２０】
本実施形態に係る研磨方法では、研磨液の研磨前後におけるアンモニウムイオン濃度の差（濃度差、変化量）又は水素イオン濃度指数の差（変化量）に基づき研磨を停止する。例えば、アンモニウムイオン濃度の差又は水素イオン濃度指数の差に基づき窒化ケイ素膜の研磨量を把握することにより研磨の停止の要否を判断する。研磨液の研磨前後におけるアンモニウムイオン濃度の差又は水素イオン濃度指数の差が予め定められた範囲に達した時に研磨を停止することができる。本実施形態によれば、窒化ケイ素膜の研磨終点検知方法が提供される。
【００２１】
研磨工程における研磨では、例えば半導体基板を研磨する場合、回転するように適合された研磨パッド及び回転盤を含む研磨テーブルに研磨液を添加し、研磨液の一部及び研磨パッドの間の界面、並びに、研磨液の一部及び被研磨膜の間の界面を係合させることで被研磨膜を機械的・化学的に除去し基板を平坦化する。研磨液は、例えば、均一な分配が可能になるように、かつ、研磨パッドと係合する被研磨膜の全領域を覆うように、研磨パッドに導入される。また、研磨液は、遠心力により、回転盤の外周部分で研磨パッドから連続的に除去される。
【００２２】
研磨液は、研磨粒子を分散させた水溶液である。当該水溶液は、添加剤として任意の種類の化合物を含有することができる。研磨粒子としては、例えば、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化アルミニウム等の粒子が挙げられる。
【００２３】
被研磨対象物としては、窒化ケイ素膜を含む半導体基板等が挙げられ、より具体的には、素子分離部に埋め込まれた絶縁膜を有し、かつ、窒化ケイ素膜をストップ膜として有する半導体基板等が挙げられる。絶縁膜としては、二酸化ケイ素膜等が挙げられる。
【００２４】
図１は、被研磨対象物の構成の一例を示す模式断面図である。図１（ａ）に示すように、被研磨対象物（半導体基板）１００は、半導体素子を分離する分離溝１０１ａ，１０１ｂが形成された基板１０１と、基板１０１の表面における分離溝１０１ａ，１０１ｂ以外の凸部上に配置されたストップ膜１０２と、基板１０１及びストップ膜１０２上に過剰に堆積した絶縁膜１０３と、を備える。ストップ膜１０２は、例えば窒化ケイ素膜である。
【００２５】
ストップ膜として窒化ケイ素膜を有する図１の被研磨対象物の研磨を一例として、本実施形態に係る研磨量の管理方法及び研磨方法について説明する。図１の被研磨対象物の研磨では、図１（ｂ）に示すように、絶縁膜１０３を一定量研磨した後、図１（ｃ）に示すように、ストップ膜１０２が表面に露出した段階で研磨を終了させることにより被研磨面を平坦化させる。この場合、分離溝１０１ａ，１０１ｂには、絶縁膜１０３ａ，１０３ｂが埋め込まれている。
【００２６】
ストップ膜１０２である窒化ケイ素膜が表面に露出し、窒化ケイ素膜が研磨されると、窒化ケイ素膜が化学的変化を起こしアンモニアが生成する。生成したアンモニアは、研磨後の研磨液中に溶解しアンモニウムイオンに変化する。研磨液中にアンモニウムイオンが生成すると、それに伴い研磨液の水素イオン濃度指数が変動する。研磨前後での研磨液のアンモニウムイオン濃度の差又は水素イオン濃度指数の差を検出することで、化学量論的に窒化ケイ素膜の研磨量を判断可能であり、例えば、研磨量を研磨中に判断することができる。
【００２７】
アンモニウムイオン濃度又は水素イオン濃度指数を測定する測定装置（システム）としては、市販されている測定装置を用いることができる。本実施形態に係る研磨量の管理方法及び研磨方法を実施するための設備は、取り扱いが容易であり、かつ、製造も安価である。
【００２８】
被研磨膜を研磨した後の研磨液のアンモニウムイオン濃度又は水素イオン濃度指数を把握する方法としては、例えば、研磨液の研磨後における水素イオン濃度指数を測定する方法が挙げられる。当該方法では、任意の時間における窒化ケイ素膜の研磨量と、研磨液のアンモニウムイオン濃度とが化学量論的に対応するように研磨液の研磨後における水素イオン濃度指数を迅速に測定する必要がある。このような測定は、研磨後の研磨液を回収する配管の上流部で水素イオン濃度指数を測定する方法、研磨後の研磨液を吸引して、研磨液が研磨に使用されてから水素イオン濃度指数を測定するまでの時間を短くする方法等を用いて行うことができる。
【００２９】
被研磨膜を研磨した後の研磨液のアンモニウムイオン濃度又は水素イオン濃度指数を把握する方法としては、例えば、研磨液の研磨後におけるアンモニウムイオン濃度を測定する方法も挙げられる。当該方法は、研磨生成物を検知している点で、より直接的な判断方法である。当該方法としては、イオン電極法で研磨液の研磨後におけるアンモニウムイオン濃度を測定する方法、研磨後の研磨液の赤外吸収スペクトルを測定する方法等が挙げられる。これらの方法を用いる場合、研磨液に含まれる研磨粒子を測定前にろ過等で除く必要がある。
【００３０】
以上で説明したように、本発明によれば、窒化ケイ素膜の研磨による生成物であるアンモニウムイオンの濃度、又は、アンモニウムイオンの生成に伴い変動する水素イオン濃度指数を検出することにより、研磨前後における表面組成の変化が伴わない窒化ケイ素膜を含む被研磨対象物の研磨や、酸性研磨液を用いた研磨において、窒化ケイ素膜の研磨量を把握することができ、従来よりも取り扱いが容易である。
【符号の説明】
【００３１】
１００…被研磨対象物、１０１…基板、１０１ａ，１０１ｂ…分離溝、１０２…ストップ膜、１０３，１０３ａ，１０３ｂ…絶縁膜。
【図１】
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