(57)【要約】【課題】Ｃｕ−ＣＭＰ後洗浄におけるパーティクルのウェハへの再付着によるポイゾニング不良発生の課題に対して、その不良を抑制し効率よくＣｕ配線構造を形成することにある。【解決手段】上層配線と、下層配線と、上層配線と下層配線とを接続するビアとを含む多層配線構造の半導体装置の製造方法において、トレンチの形成後に、低誘電率膜の上面に銅を含む導電性膜を成膜する工程と、上記導電性膜を化学的機械的研磨して上記トレンチに下層配線を形成する工程と、上記化学的機械的研磨後に、上記基板を洗浄する工程と、上記低誘電率膜の上面にアンモニアプラズマによる還元処理を実行し、その上に拡散防止膜を形成する工程とを含み、上記洗浄工程は、少なくとも２段階の洗浄を行ない、第１段目は、有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、第２段目は、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なう。【選択図】図７
2010087338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上層配線と、下層配線と、上層配線と下層配線とを接続するビアとを含む多層配線構造を備える半導体装置の製造方法において、
基板上に形成された低誘電率膜の上面にトレンチを形成する工程と、
上記トレンチの形成後に、上記低誘電率膜の上面に銅を含む導電性膜を成膜する工程と、
上記導電性膜を化学的機械的研磨して上記トレンチに下層配線を形成する工程と、
上記化学的機械的研磨後に、上記基板を洗浄する工程と、
上記基板の洗浄後に、上記低誘電率膜の上面にアンモニアプラズマによる還元処理を実行し、その上に拡散防止膜を形成する工程と、
上記拡散防止膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、
上記下層配線の上方で、上記層間絶縁膜にビアに対応するビアホールを開口する工程と、
上記ビアホールに反射防止膜を埋め込む工程と、
上記反射防止膜の上面に化学増幅型レジストを塗布し、フォトリソグラフィーにより上層配線のトレンチに対応するレジストパターンを形成する工程とを含み、
上記洗浄工程は、少なくとも２段階の洗浄を行ない、
第１段目は、有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、
第２段目は、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
上記洗浄工程の第１段目は、ｐＨが３〜４の有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、
上記洗浄工程の第２段目は、ｐＨが９〜１０の有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
上記洗浄工程の第１段目は、
ブラシスクラブ洗浄が実行される基板を回転する工程と、
上記基板の回転が開始すると、所定の期間毎に、当該基板の回転に対応する回転数を検出する工程と、
検出した回転数が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する工程と、
上記判定の結果、検出した回転数が所定の範囲外である場合、その基板のブラシスクラブ洗浄を停止する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
低誘電率膜の上面に銅を含む導電性膜が成膜された基板に対して化学的機械的研磨を実行し、当該導電性膜がトレンチに埋め込まれた下層配線を形成する研磨部と、上記化学的機械的研磨が実行された基板に対して洗浄を実行する洗浄部とを備えた半導体製造装置において、
上記洗浄部が、
有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を実行する第１洗浄ユニットと、
有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を実行する第２洗浄ユニットと、
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
上記第１洗浄ユニットは、ｐＨが３〜４の有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、
上記第２洗浄ユニットは、ｐＨが９〜１０の有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうことを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
上記第１洗浄ユニットは、ブラシスクラブ洗浄が実行される基板を回転する回転部と、
上記基板の回転が開始すると、所定の期間毎に、当該基板の回転に対応する回転数を検出する検出部と、
検出した回転数が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する判定部と、
上記判定の結果、検出した回転数が所定の範囲外である場合、その基板のブラシスクラブ洗浄を停止する停止部と、
を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体デバイスの製造に関し、詳しくは、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）後のウェハの洗浄方法を改良する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置（半導体デバイス）の高集積化、微細化が進行した結果、その半導体デバイスの多層配線化、配線材料におけるＣｕと低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）材料との導入、配線構造の狭ピッチ化が進行している。
【０００３】
以下では、一例として、Ｃｕ配線の多層配線工程（デュアルダマシンプロセス）の製造方法について説明する。図１３は、９０ｎｍデバイス以降の、多層配線構造を備える半導体装置におけるＣｕ配線工程の製造方法の一例を示す。
【０００４】
まず、図１３（ａ）に示すように、シリコン基板上に形成された所定の膜厚（例えば、６００ｎｍ）を有する第１の低誘電率膜１の上面に、所定の深さ（例えば、３００ｎｍ）を有する第１のトレンチが開口される。低誘電率膜には、例えば、炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ膜）が用いられる。次に、スパッタリング法によってＴａ、ＴａＮから構成される第１のバリアメタル膜２と、電解メッキ法のためのＣｕ電極膜（Ｃｕシード膜ともいう。図示せず）とが下層から順に成膜される。さらに、電解メッキ法によりＣｕ膜３が、第１のバリアメタル膜２またはＣｕ電極膜から所定の膜厚（例えば、６００ｎｍ）まで堆積される。
【０００５】
その後、Ｃｕ−ＣＭＰ（Ｃｕ膜に対する化学的機械的研磨）により、第１のトレンチ以外のＣｕ膜３と第１のバリアメタル膜２とが除去されることで、図１３（ｂ）にように、第１のトレンチ内にＣｕが埋め込まれた第１のトレンチ配線４が形成される。
【０００６】
次に、図１３（ｃ）に示すように、この第１のトレンチ配線４上に、アンモニアプラズマによる還元処理が施され、さらに、その第１のトレンチ配線４上に所定の膜厚（例えば、５０ｎｍ）を有する第１の拡散防止膜５が形成される。当該第１の拡散防止膜５は、後述する第２の低誘電率膜６内に第１のトレンチ配線４内のＣｕが拡散することを防止するための膜であり、例えば、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）が用いられる。
【０００７】
さらに、図１３（ｄ）に示すように、第１の拡散防止膜５上に、所定の膜厚（例えば、６００ｎｍ）を有する第２の低誘電率膜６が形成される。さらに、当該第２の低誘電率膜６上に、有機系材料からなる反射防止膜７が塗布される。当該反射防止膜７は、第２の低誘電率膜６にビアホールを形成する際に、後述するフォトリソグラフィー工程において下地層となる第１のトレンチ配線４からの反射光を抑制し、ビアホールの形成不良を防止する。さらに、反射防止膜７上に、第１の化学増幅型レジスト８が塗布されて、所定のマスクを用いてフォトリソグラフィーが実行され、第１の化学増幅型レジスト８が解像される。
【０００８】
次に、図１３（ｅ）に示すように、ドライエッチング法により、第２の低誘電率膜６の上面から第１の拡散防止膜５の上面まで当該第２の低誘電率膜６が除去され、第１のビアホール９が開口される。
【０００９】
続いて、図１３（ｆ）に示すように、第１のビアホール９が開口された第２の低誘電率膜６上に、有機系材料からなる第２の反射防止膜１０が埋め込まれ、さらに、第２の化学増幅型レジスト１１が塗布され、所定のマスクを用いたフォトリソグラフィー工程を経て、第２の化学増幅型レジスト１１が解像される。
【００１０】
次に、図１３（ｇ）に示すように、ドライエッチング法により、第２の低誘電率膜６に形成された第１のビアホール９上に、所定の深さ（例えば、３００ｎｍ）を有する第２のトレンチ１２が開口される。
【００１１】
その後、図１３（ｈ）に示すように、全面エッチバックが行われ、第１のビアホール９の底面に存在する拡散防止膜５が除去され、第１のトレンチ配線４の表面が露出される。
【００１２】
さらに、図１３（ｉ）に示すように、スパッタリング法によりＴａ、ＴａＮから構成される第２のバリアメタル膜１３と、電解メッキ法のためのＣｕ電極膜（Ｃｕシード膜、図示せず）とが成膜される。次に、電解メッキ法によりＣｕ膜１４が第１のビアホール９と、第２のトレンチ１２とに埋め込まれる。
【００１３】
その後、図１３（ｊ）に示すように、Ｃｕ−ＣＭＰにより第１のビアホール９および第２のトレンチ１２以外のＣｕ膜１４と、第２のバリアメタル膜１３とが除去されることで、第２のトレンチ配線１５が形成される。
【００１４】
以上のような製造工程を繰り返すことによって、Ｃｕ配線の多層配線構造を有する半導体装置を製造することができる。
【００１５】
しかしながら、当該製造方法を採用すると、フォトリソグラフィーを実行する際に、ポイゾニング不良が発生するという問題があった。ポイゾニング不良とは、化学増幅型レジストの解像不良（パターン形成不良）が発生することをいう。ポイゾニング不良は、以下の手順によって発生する。上述のように、Ｃｕ−ＣＭＰによりトレンチ配線を形成した後、低誘電率膜上にアンモニアプラズマによる還元処理を実行するが、その際、低誘電率膜中のメチル基とアンモニアラジカルとが結合し、低誘電率膜上にアミン（塩基）が生成される。アミンが生成された後、上層に新たにＣｕ配線を形成するために新たに低誘電率膜とビアホールとを形成し、化学増幅型レジストを塗布して、フォトリソグラフィーを実行する。この場合、化学増幅型レジストの下方に設けられた下地層ではアミンが残留するため、当該フォトリソグラフィー工程中に、その下地層からアミンが拡散し、化学増幅型レジストに浸入する。浸入したアミンは、露光により化学増幅型レジスト内で発生する酸を中和してしまい、レジストパターンを形成する際の化学増幅作用を弱める。その結果、化学増幅型レジストの解像不良（パターン形成不良）が発生することになる。
【００１６】
当該問題の解決を目的として、特開２００６−７３５６９号公報（特許文献１）は、基板上にガスを供給することにより、ＳｉとＣとＮを含む膜を形成する工程についての技術を開示している。当該技術では、上記ガスは少なくとも原料ガスと不活性ガスから構成され、上記原料ガスの一つに有機基と部分的に結合したＳｉを含むガスを用いる。そして、このＳｉを含むガスと不活性ガスの流量比を、１：４．２以上にすることで膜を形成している。当該構成により、拡散防止膜（ＳｉＣＮ膜）からのアミンの放出を抑制することができ、ポイゾニング不良の発生を抑制することができるとしている。
【００１７】
他方、半導体装置の製造方法を採用すると、半導体装置の動作不良や信頼性の低下を引き起こすという問題があった。当該問題は、以下のような手順にて発生する。
【００１８】
当該製造方法では、Ｃｕ配線以外の不要なＣｕ膜およびバリアメタル膜を除去する工程であるＣｕ−ＣＭＰは必要不可欠な工程である。このＣｕ−ＣＭＰの後のウェハ表面には、異物、分子状の有機成分、スラリー残渣、可動イオン、金属等の汚染物質（以下、パーティクルとする）が付着するため、Ｃｕ−ＣＭＰ後に当該パーティクルを洗浄する工程を実行する必要がある。しかしながら、当該洗浄工程を実行したとしても、ウェハ表面にパーティクルが残留することがあり、当該パーティクルが半導体装置の動作不良や信頼性の低下を引き起こす。そのため、Ｃｕ−ＣＭＰ後のウェハの洗浄工程では、ウェハ上のパーティクルを効率よく除去し、ウェハ表面の酸化膜の過剰エッチングやＣｕ配線のマイクロラフネス（薄膜表面に形成されるナノメートルサイズの幾何学的形状）を防止する必要がある。
【００１９】
例えば、特開平１１−３３００２３号公報（特許文献２）は、層間絶縁膜を含んだウェハの表面に銅を成膜した後、酸化剤を含む研磨剤を用いて化学的機械的研磨処理を加えたものに対し洗浄する工程についての技術を開示している。当該技術では、アルカリもしくは水素還元雰囲気の１段目粒子除去処理と、さらに、酸雰囲気の２段目処理をこの順番に組み合せて行なうことによりウェハを洗浄している。当該構成により、Ｃｕ配線、Ｗプラグやバリアメタル膜にダメージを与えることなく、Ｃｕ配線以外へのＣｕやＷの付着をはじめとする各種金属による汚染を効果的に除去しまた防止することが出来るとしている。
【特許文献１】特開２００６−７３５６９公報
【特許文献２】特開平１１−３３００２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ポイゾニング不良の発生を防止できるものの、原料ガスと不活性ガスとから構成されるガスを取り扱わなければならず、製造処理の操作が煩雑となり、コスト高となるという問題がある。
【００２１】
さらに、特許文献２に記載の技術では、Ｃｕ−ＣＭＰ後の洗浄工程において、Ｃｕ配線上のパーティクルを完全に除去しきれない場合があり、Ｃｕ配線上に残存するパーティクルに起因してポイゾニング不良が発生するという問題がある。上述したように、ポイゾニング不良の原因となるアミンは、低誘電率膜中及び表面に存在している。そのため、Ｃｕ配線上に少量でもパーティクルが残留した状態で、その表面に拡散防止膜を形成すると、パーティクルの部分では、パーティクル上に拡散防止膜が形成されるため、拡散防止膜が浮き上がった状態で形成されることになる。当該拡散防止膜の浮き上がった部分では、拡散防止膜の膜厚が薄くなるため、低誘電率膜に連通する穴が拡散防止膜に形成されることがある。このような穴が拡散防止膜に形成された場合、低誘電率膜中及び表面に存在するアミンが当該穴を通過して化学増幅型レジストに拡散・浸入し、ポイゾニング不良を発生させることになる。
【００２２】
さらに、Ｃｕ−ＣＭＰ後の洗浄工程では、例えば、ＰＶＡブラシを使用している。ＰＶＡブラシとは、ポリビニルアルコール樹脂製のスポンジからなり、表面に円柱状の突起が配置された円柱形状のブラシである。このＰＶＡブラシをウェハ洗浄に使用すると、パーティクルの再付着を引き起こすという問題がある。つまり、洗浄工程中では、ＰＶＡブラシを使用すると、ウェハ上に存在するパーティクルがそのＰＶＡブラシに付着し、一時的にはＣｕ配線上から除去される。しかしながら、洗浄工程完了後、ウェハからＰＶＡブラシを脱離する際に、ＰＶＡブラシに付着したパーティクルがそのウェハのＣｕ配線上に再付着する。その再付着したパーティクルが、上述した理由によりポイゾニング不良を引き起こすこととなる。
【００２３】
そこで、本発明は、Ｃｕ−ＣＭＰ後の洗浄工程におけるＣｕ配線上へのパーティクルの再付着を防止することで、ポイゾニング不良を抑制し、半導体装置の歩留まりを向上させる半導体装置の製造方法および半導体製造装置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】
【００２４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上層配線と、下層配線と、上層配線と下層配線とを接続するビアとを含む多層配線構造を備える半導体装置の製造方法を前提とする。当該製造方法において、基板上に形成された低誘電率膜の上面にトレンチを形成する工程と、上記トレンチの形成後に、上記低誘電率膜の上面に銅を含む導電性膜を成膜する工程と、上記導電性膜を化学的機械的研磨して上記トレンチに下層配線を形成する工程とを実行する。さらに、当該製造方法は、上記化学的機械的研磨後に、上記基板を洗浄する工程と、上記基板の洗浄後に、上記低誘電率膜の上面にアンモニアプラズマによる還元処理を実行し、その上に拡散防止膜を形成する工程と、上記拡散防止膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、上記下層配線の上方で、上記層間絶縁膜に、ビアに対応するビアホールを開口する工程とを実行する。次に、当該製造方法は、上記ビアホールに反射防止膜を埋め込む工程と、上記反射防止膜の上面に化学増幅型レジストを塗布し、フォトリソグラフィーにより上層配線のトレンチに対応するレジストパターンを形成する工程とを含む。上記洗浄工程は、少なくとも２段階の洗浄を行ない、第１段目は、有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、第２段目は、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうよう構成される。
【００２５】
低誘電率膜は、例えば、炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ膜）が該当する。拡散防止膜は、例えば、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）が該当する。有機酸洗浄薬液とは、有機酸を用いて作成された洗浄薬液のことである。例えば、シュウ酸やマロン酸、コハク酸、酒石酸、リンゴ酸、クエン酸などを使用することができる。有機アルカリ洗浄薬液とは、アルカリ洗浄剤にキレート剤を添加した有機アルカリを用いて作成された洗浄薬液のことである。例えば、グルコン酸塩、ＥＤＴＡ（ｅｔｈｙｌｅｎｄｉａｍｉｎｅｔｅｔｒａ
-ａｃｅｔｉｃ  ａｃｉｄ：エチレンジアミン四酢酸）、ＨＥＤＴＡ（Ｎ−（２−ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌ）ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｎｉｔｒｉｌｏｔｒｉａｃｅｔｉｃ  ａｃｉｄ）、ホスホン酸塩などのキレート剤を添加したアンモニア水を使用することができる。
【００２６】
ブラシスクラブ洗浄とは、基板の両表面に当接するように一対の回転ブラシを設けて、その一対の回転ブラシを回転することにより、基板に付着しているパーティクルを除去する洗浄のことである。例えば、基板は略垂直な姿勢に保たれた状態で、ブラシスクラブ洗浄が施される。基板は略水平な姿勢に保たれた状態であっても構わない。
【００２７】
また、上記洗浄工程の第１段目は、ｐＨが３〜４の有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、上記洗浄工程の第２段目は、ｐＨが９〜１０の有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうよう構成することができる。
【００２８】
また、上記洗浄工程の第１段目は、ブラシスクラブ洗浄が実行される基板を回転する工程と、上記基板の回転が開始すると、所定の期間毎に、当該基板の回転に対応する回転数を検出する工程と、検出した回転数が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する工程とを実行する。さらに、上記洗浄工程の第１段目は、上記判定の結果、検出した回転数が所定の範囲外である場合、その基板のブラシスクラブ洗浄を停止する工程とを含むよう構成することができる。例えば、基板を回転する回転部の回転数と、その回転部によって回転が伝達された基板の回転に対応する回転数とを測定する構成の場合、所定の範囲は、基板の回転に対応する回転数が回転部の回転数と同等となる回転数の範囲である。
【００２９】
一方、他の観点では、本発明は、２段階の洗浄を行なう半導体製造装置を提供することもできる。当該半導体製造装置は、低誘電率膜の上面に銅を含む導電性膜が成膜された基板に対して化学的機械的研磨を実行し、当該導電性膜がトレンチに埋め込まれた下層配線を形成する研磨部と、上記化学的機械的研磨が実行された基板に対して洗浄を実行する洗浄部とを備えた半導体製造装置を前提とする。当該半導体製造装置において、上記洗浄部が、有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を実行する第１洗浄ユニットと、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を実行する第２洗浄ユニットとを備えるよう構成することができる。
【００３０】
また、上記第１洗浄ユニットは、ｐＨが３〜４の有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、上記第２洗浄ユニットは、ｐＨが９〜１０の有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうよう構成することができる。
【００３１】
また、上記第１洗浄ユニットは、ブラシスクラブ洗浄が実行される基板を回転する回転部と、上記基板の回転が開始すると、所定の期間毎に、当該基板の回転に対応する回転数を検出する検出部と、検出した回転数が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する判定部とを備える。さらに、上記第１洗浄ユニットは、上記判定の結果、検出した回転数が所定の範囲外である場合、その基板のブラシスクラブ洗浄を停止する停止部とを備えるよう構成することができる。上記検出部は、直接、回転している基板の回転数を計測してもよいし、基板の回転によって回転される回転体の回転数を計測してもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、上記洗浄工程は、少なくとも２段階の洗浄を行ない、第１段目は、有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、第２段目は、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうよう構成している。
【００３３】
これにより、第１段目では、ブラシスクラブ洗浄の際に使用される洗浄薬液が有機酸であることから、銅を含む下層配線もパーティクルもマイナス電位を有することとなる。そのため、パーティクルが下層配線上に付着すること、またはブラシに付着したパーティクルが下層配線上に再付着することを防止することが可能となる。さらに、第２段目では、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうことから、下層配線もパーティクルもマイナス電位を有することとなり、下層配線上に残存するパーティクルを適切に除去することが可能となる。また、有機アルカリ洗浄薬液が下層配線の表面をエッチングするため、仮に下層配線の表面にパーティクルが残存したとしても、そのパーティクルを適切に除去することが可能となる。その結果、洗浄後に、例えば、還元処理やフォトリソグラフィーが実行されても、下層配線上に再付着したパーティクルに起因して発生するポイゾニング不良を適切に防止するとともに、半導体製造装置の歩留まりを向上することが可能となる。
【００３４】
また、上記洗浄工程の第１段目は、ｐＨが３〜４の有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、上記洗浄工程の第２段目は、ｐＨが９〜１０の有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうよう構成することができる。
【００３５】
これにより、第１段目では、銅を含む下層配線もパーティクルも確実にマイナス電位を有する状態でブラシスクラブ洗浄を行なうこととなる。さらに、第２段目でも、下層配線もパーティクルも確実にマイナス電位を有する状態で洗浄を行なうこととなる。そのため、Ｃｕ−ＣＭＰ後の洗浄工程で、下層配線上にパーティクルが残存する可能性を最小限にし、結果として、ポイゾニング不良の発生を最小限に抑え、半導体製造装置の歩留まりを向上することが可能となる。
【００３６】
また、上記洗浄工程の第１段目は、ブラシスクラブ洗浄が実行される基板を回転する工程と、上記基板の回転が開始すると、所定の期間毎に、当該基板の回転に対応する回転数を検出する工程と、検出した回転数が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する工程と、上記判定した結果、検出した回転数が所定の範囲内に含まれない場合、その基板のブラシスクラブ洗浄を停止する工程とを含むよう構成することができる。
【００３７】
これにより、第１段目では、ブラシが基板に均一に接触しているか否かを判定するとともに、ブラシが基板に均一に接触していない場合は、基板のブラシスクラブ洗浄を停止することとなる。そのため、ブラシが基板に均一に接触していない場合に多発する下層配線へのパーティクルの再付着を確実に防止することが可能となる。さらに、ブラシが基板に均一に接触していない場合では、基板に対するブラシスクラブ洗浄の実行を停止することが可能となる。その結果、下層配線上に再付着したパーティクルに起因して発生するポイゾニング不良を適切に防止するとともに、半導体製造装置の歩留まりを向上することが可能となる。
【００３８】
もちろん、本発明に係る半導体製造装置においても、同様の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下では、ウェハ（基板）上にＣｕ配線の多層配線を有する半導体装置の製造方法により、本発明を具体化している。なお、当該製造方法において、化学的機械的研磨は、標準的な研磨パッドと浮遊砥粒を使用する第１の方式の他に、固定砥粒を使用する第２の方式、または第１の方式と第２の方式との中間的な方式を含むこととする。
【００４０】
＜第一の実施形態＞
図１は、本発明の第一の実施形態におけるＣｕ−ＣＭＰ装置を示す概略構成図である。なお、以下では、図１の上下方向をＣｕ−ＣＭＰ装置１０の前後方向とし、図１の左右方向をＣｕ−ＣＭＰ装置１０の左右方向として説明する。
【００４１】
図１に示すように、本実施形態のＣｕ−ＣＭＰ装置１０は、ウェハの研磨を行なう研磨部２と、研磨部２で研磨されたウェハの洗浄を行なう洗浄部３とを備える。洗浄部３は研磨部２に隣接して設けられており、研磨部２と洗浄部３との間でウェハの搬送を実行するウェットロボットＲ２が研磨部２および洗浄部３に隣接して配置されている。当該ウェットロボットＲ２は、後述するドライロボットＲ１から受け取ったウェハを研磨部２へ搬送するとともに、研磨部２で化学的機械的研磨が施されたウェハを洗浄部３へ搬送する。
【００４２】
また、研磨部２と、洗浄部３と、複数のロードポート群（例えば、ロードポートＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４）とが、Ｃｕ−ＣＭＰ装置１０の前後方向に対して直列に配置される。各ロードポートＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４は、Ｃｕ−ＣＭＰ装置１０の左右方向に対して直列に配置される。複数のロードポートＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４では、複数のウェハを収容したＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ）等の容器が着脱自在に搬入・配置される。さらに、ウェットロボットＲ２と複数のロードポートＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４との間、および洗浄部３と複数のロードポートＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４との間でウェハの搬送を行なうドライロボットＲ１が、ロードポートＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４、ウェットロボットＲ２および洗浄部３に隣接して備えられている。当該ドライロボットＲ１は、ロードポートＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４に設置された容器から所定の未処理ウェハを搬出し、当該未処理ウェハをウェットロボットＲ２へ搬送する。また、ドライロボットＲ１は、後述の乾燥ユニットＤ１から乾燥済ウェハを搬出し、当該乾燥済ウェハをロードポートＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４に設置された容器へ搬入する。
【００４３】
研磨部２では、ウェハ上に堆積された金属膜（ここでは、ＴａＮからなる密着層、Ｔａからなるバリアメタル膜、およびＣｕ膜）を段階的に研磨するために、３つの研磨プラテン（第１研磨プラテンＰ１、第２研磨プラテンＰ２、第３研磨プラテンＰ３とする）が設けられる。３つの研磨プラテンに被加工体であるウェハが順次搬送・配置され、化学的機械的研磨が施される。例えば、未処理ウェハが第１研磨プラテンＰ１に搬送されて、ウェハ上のＣｕ膜が所定の深さまで研磨される。次に、所定の深さまで研磨されたウェハが第２研磨プラテンＰ２に搬送されて、ウェハ上のＣｕ膜が、研磨された面からバリアメタル膜の上面まで研磨される。さらに、バリアメタル膜の上面まで研磨されたウェハが第３研磨プラテンＰ３に搬送されて、ウェハ上のバリアメタル膜および密着層が研磨される。当該第３研磨プラテンＰ３では、バリアメタル膜および密着層を完全に除去するために、密着層の下の低誘電率膜が露出する程度まで研磨するオーバー研磨が実行される。
【００４４】
また、研磨部２には、３つの研磨プラテンの他に、ウェットロボットＲ２から搬送された未研磨ウェハ、または第３研磨プラテンＰ３から搬送された研磨済ウェハが載置されるロードアンロードユニットＵ１が設けられる。
【００４５】
３つの研磨プラテンＰ１〜Ｐ３、ロードアンロードユニットＵ１の間でのウェハの搬送は、ウェハ回転機構部Ｘ１に接続されたヘッドＨ１〜Ｈ４（キャリアともいう）によって実行される。ウェハ回転機構部Ｘ１は、中心に対して等角度で放射状に伸びる４本のアームを有した十字形から構成され、その十字型の中心を回転軸として水平面内で回転可能に設けられる。ウェハ回転機構部Ｘ１の回転軸は、水平に設置された、研磨部２の機床に対して垂直に構成される。ウェハ回転機構部Ｘ１の回転軸を中心とした同一円周上に、３つの研磨プラテンＰ１〜Ｐ３と、ロードアンロードユニットＵ１とが配置される。また、各ヘッドＨ１〜Ｈ４は、昇降動作と、研磨プラテンＰ１〜Ｐ３と平行な面内での回転動作とが、それぞれ独立して実行可能な構成を有する。
【００４６】
洗浄部３は、Ｃｕ−ＣＭＰ後のウェハを段階的に洗浄する複数の洗浄ユニットから構成される。当該洗浄部３は、洗浄部受入ユニットＣＩＮ、有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行なう第１洗浄ユニットＣ１、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なう第２洗浄ユニットＣ２、乾燥を行なう乾燥ユニットＤ１が、Ｃｕ−ＣＭＰ装置１０の左右方向に対して直列に配置されている。また、洗浄部３は、洗浄部受入ユニットＣＩＮ、第１洗浄ユニットＣ１、第２洗浄ユニットＣ２、乾燥ユニットＤ１に沿って移動可能に設けられたロボットＲ３を備えている。
【００４７】
ウェットロボットＲ２がＣｕ−ＣＭＰ後のウェハを洗浄部受入ユニットＣＩＮに搬送すると、ロボットＲ３が洗浄部受入ユニットＣＩＮに収納された当該ウェハを、第１洗浄ユニットＣ１、第２洗浄ユニットＣ２、乾燥ユニットＤ１の順番で搬送する。
【００４８】
第１洗浄ユニットＣ１、第２洗浄ユニットＣ２は、それぞれ独立したユニットを構成し、別個の洗浄薬液を用いて洗浄処理を実行するとともに、Ｃｕ−ＣＭＰ後のウェハに対して２段階の洗浄を行なう。乾燥ユニットＤ１では、洗浄後のウェハ（例えば、第１洗浄ユニットＣ１と第２洗浄ユニットＣ２とで洗浄処理を実行されたウェハ）の乾燥処理が行われる。
【００４９】
Ｃｕ−ＣＭＰ装置１０には、制御部１００が接続されており、当該制御部１００が上述した研磨部２と洗浄部３とを制御する。
【００５０】
図２は、本発明の第一の実施形態におけるＣｕ−ＣＭＰ装置１０の洗浄部３のうち、第１洗浄ユニットＣ１の主要構成を示す図である。なお、図２の第１洗浄ユニットＣ１の前方向が図１の下方向に対応し、図２の第１洗浄ユニットＣ１の右方向が図１の右方向に対応する。
【００５１】
図２に示すように、第１洗浄ユニットＣ１は直方体からなり、Ｃｕ−ＣＭＰ後のウェハＷが機床に対して略垂直な姿勢に保たれた状態で、かつウェハＷが第１洗浄ユニットＣ１の前面に対して垂直となる状態で、当該ウェハＷが第１洗浄ユニットＣ１の上方から収納されるよう構成される。第１洗浄ユニットＣ１内部の前後には、収納されるウェハＷの直径より狭い間隔で、２個のプーリー（前方のプーリーＰ１、後方のプーリーＰ２）が設けられている。当該２個のプーリーＰ１、Ｐ２は、第１洗浄ユニットＣ１の上方から収納されたウェハＷを下方から支持する。また、２個のプーリーＰ１、Ｐ２は、相互に同一の半径を有し、その回転軸Ｐ１ａ、Ｐ２ａは、ともに、収納されたウェハＷの表面に対して直交している。言い換えると、２個のプーリーＰ１、Ｐ２の回転軸Ｐ１ａ、Ｐ２ａは、第１洗浄ユニットＣ１の右側面に対して直交している。２個のプーリーＰ１、Ｐ２にはそれぞれモーター（図示せず）が接続され、例えば、回転軸Ｐ１ａ、Ｐ２ａに対して右側面視で反時計回りに５０ｒｐｍ（ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｓ  ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）で回転するよう構成される。２個のプーリーＰ１、Ｐ２がウェハＷを支持した状態で、それぞれの回転軸Ｐ１ａ、Ｐ２ａに対して右側面視で反時計回りに５０ｒｐｍで回転すると、その回転がウェハＷに伝達され、ウェハＷが２個のプーリーＰ１、Ｐ２の回転軸Ｐ１ａ、Ｐ２ａと平行となる回転軸Ｗａに対して右側面視で反時計回りに所定の回転数で回転することとなる。当該所定の回転数は、例えば、ウェハＷの直径に対するプーリーの直径の割合にプーリーの回転数を乗算して決定される。具体的には、ウェハＷの直径に対するプーリーの直径の割合を１／１０とし、プーリーの回転数を５００ｒｐｍとすると、当該所定の回転数は、５０ｒｐｍとなる。
【００５２】
なお、本発明の第一の実施形態における第１洗浄ユニットＣ１では、ウェハＷに回転を伝達するプーリーを２個備えるよう構成したが、当該プーリーの回転軸Ｐ１ａ、Ｐ２ａと平行となる回転軸を有するプーリーで、かつ、ウェハＷを支持するプーリーを、さらに増加しても構わない。
【００５３】
第１洗浄ユニットＣ１内部の左右には、第１のＰＶＡブラシＢ１（左側のＰＶＡブラシ）と第２のＰＶＡブラシＢ２（右側のＰＶＡブラシ）が備えられている。第１のＰＶＡブラシＢ１と第２のＰＶＡブラシＢ２は、２個のプーリーＰ１、Ｐ２に支持された、機床に対して略垂直なウェハＷの両面（表裏面）に対してそれぞれ接離可能に構成される。当該接離可能となるよう、第１のＰＶＡブラシＢ１と第２のＰＶＡブラシＢ２は、その両端が第１洗浄ユニットＣ１の左右方向に平行移動可能なスライダ（図示せず）にそれぞれ支持されている。
【００５４】
第１のＰＶＡブラシＢ１と第２のＰＶＡブラシＢ２はそれぞれ円柱形状（ロール状）である。第１のＰＶＡブラシＢ１は、第１のＰＶＡブラシＢ１の回転軸Ｂ１ａが収納されたウェハＷの表面に対して平行となり、かつ当該ウェハＷの中心に接触（当接）する位置に配置される。また、第２のＰＶＡブラシＢ２は、第２のＰＶＡブラシＢ２の回転軸Ｂ２ａがウェハＷを挟んで第１のＰＶＡブラシＢ１の回転軸Ｂ１ａに対向する位置で、当該ウェハＷの表面に対して平行となり、かつ当該ウェハＷの中心に接触（当接）する位置に配置される。従って、第１のＰＶＡブラシＢ１と第２のＰＶＡブラシＢ２とがウェハＷを丁度挟み込む状態となる。このような一対の回転ブラシによってウェハを洗浄することをブラシスクラブ洗浄という。
【００５５】
２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２のうち、一方のＰＶＡブラシ（例えば、第１のＰＶＡブラシＢ１）がウェハＷの表面を、他方のＰＶＡブラシ（例えば、第２のＰＶＡブラシＢ２）が当該ウェハＷの裏面を洗浄する。２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２がウェハＷを洗浄する際に、２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２の回転数は、例えば３００ｒｐｍと設定される。その回転方向は、機床に対して略垂直なウェハＷを下向きに掃き出す方向、言い換えると、ウェハＷを２個のプーリーＰ１、Ｐ２に向けて掃き出す方向である。
【００５６】
また、２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２の外周全面には、それぞれの軸方向全長にわたって複数の洗浄ノズル（ピンスポットタイプ）が設けられている。当該洗浄ノズルは、円柱状の突起から構成される。全ての洗浄ノズルは、ＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２の内部と連通しており、当該ＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２の内部に純水（脱イオン水、Ｄｉｓｔｉｌｌｅｄ Ｉｏｎ Ｗａｔｅｒ、以下、ＤＩＷとする）が供給（圧入）されると、ＤＩＷがＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２の洗浄ノズルから軸中心から外周に向かって噴射（吐出）されるよう構成される。ＤＩＷは、２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２にそれぞれ設けられた所定のポンプ（図示せず）によって供給される。ＤＩＷの供給量は、一つのＰＶＡブラシ当たり、例えば２５００ｍｌ／ｍｉｎと設定される。洗浄ノズルから噴射されたＤＩＷがウェハＷの表面上または銅配線上に付着したパーティクルを除去することとなる。
【００５７】
ウェハＷの洗浄が開始されると、第１のＰＶＡブラシＢ１と第２のＰＶＡブラシＢ２とがウェハＷに接触しながら、そのウェハＷを２個のプーリーＰ１、Ｐ２に向けて掃き出す方向にそれぞれ回転するとともに、ウェハＷを支持する２個のプーリーＰ１、Ｐ２が回転する。そのため、第１のＰＶＡブラシＢ１と第２のＰＶＡブラシＢ２とが接触するウェハＷの接触面が当該ウェハＷの回転により随時変更されることとなる。したがって、第１のＰＶＡブラシＢ１と第２のＰＶＡブラシＢ２がウェハＷの表面全体を均一に洗浄することとなる。
【００５８】
さらに、第１洗浄ユニットＣ１内部の左右上方には、言い換えると、ウェハＷに対して主面上方には、複数のノズルＮを有する第１のスプレーバーＳ１（左側のスプレーバー）と第２のスプレーバーＳ２（右側のスプレーバー）とが当該ウェハＷを挟み込むように配置される。第１のスプレーバーＳ１と第２のスプレーバーＳ２に、ウェハの洗浄用に作成された洗浄薬液（第１洗浄ユニットＣ１では有機酸洗浄薬液、第２の洗浄ユニットＣ２では有機アルカリ洗浄薬液）が所定の洗浄薬液ポンプ（図示せず）によって供給され、供給された洗浄薬液が各ノズルＮからウェハＷの両面に対して噴射されるよう構成される。当該ノズルＮの個数は、一つのスプレーバーに対して例えば５個備えられるが、ウェハＷの表面に均一に洗浄薬液を噴射（吐出）することが可能であれば、その個数は、適宜変更される。また、一つのスプレーバーに備えられた複数のノズルＮから吐出される洗浄薬液の吐出形状は、ウェハＷの表面に均一に洗浄薬液が吐出されるように、ウェハＷの中心線に対して扇型形状が採用される。当該吐出形状は、他の形状として、フルコーン形状、ストレート形状等を採用しても構わない。
【００５９】
第１のスプレーバーＳ１と第２のスプレーバーＳ２には、それぞれ洗浄薬液が供給される供給元に切換バルブ（図示せず）を有しており、当該洗浄薬液とＤＩＷとが切換えて供給される構成になっている。第一の実施形態では、当該切換バルブを有することで、１対のスプレーバー（第１のスプレーバーＳ１、第２のスプレーバーＳ２）でも、洗浄薬液とＤＩＷとを切り換えて、噴射（吐出）可能な構成としているが、他の構成でも構わない。例えば、１対のスプレーバーの軸に対して平行な軸を有する新たな１対のスプレーバーを設けて、洗浄薬液とＤＩＷとをそれぞれ独立したスプレーバーから噴射（吐出）するよう構成しても構わない。
【００６０】
なお、第一の実施形態では、第１洗浄ユニット内に収納されるウェハの向きを略垂直方向と構成したが、略水平方向に構成しても構わない。その場合、一対のＰＶＡブラシが略水平なウェハを上下から挟み込むように配置される。ウェハが略垂直方向でも略水平方向でも、ウェハとＰＶＡブラシとの接触面は直線状であり、当該ＰＶＡブラシがウェハ全面を均一に洗浄するために、ＰＶＡブラシの回転軸と、ウェハの表面とが相互に平行となるよう構成される。
【００６１】
第１洗浄ユニットＣ１には、上述の制御部１００が接続されている。当該制御部１００が上述した２個のプーリーＰ１、Ｐ２の回転、２個のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２の回転、２個のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２に対応する所定のポンプの駆動、第１のスプレーバーＳ１と第２のスプレーバーＳ２とに対応する所定の洗浄薬液ポンプの駆動、切換バルブの切換等を制御する。
【００６２】
以上より、図２を用いて第１洗浄ユニットＣ１の主要構成について説明したが、第２洗浄ユニットＣ２の主要構成は、当該第１洗浄ユニットＣ１の主要構成と同様である。但し、第２洗浄ユニットＣ２の主要構成では、第１のＰＶＡブラシＢ１と第２のＰＶＡブラシＢ２とを備えていない。
【００６３】
次に、Ｃｕ−ＣＭＰ後の洗浄工程において、ＰＶＡブラシに付着したパーティクルが、ウェハの下層配線上に再付着し、そのパーティクルに起因してポイゾニング不良が引き起こされるメカニズムについて説明する。
【００６４】
図３は、ＰＶＡブラシによるブラシスクラブ洗浄を実行し、フォトリソグラフィーを実行した後におけるウェハ表面上の欠陥の分布図である。また、図３の矢印方向は、ブラシスクラブ洗浄後にウェハを第１の洗浄ユニットＣ１から取り出した方向を示す。
【００６５】
図３に示すように、ウェハ表面上の欠陥の分布が、図３の矢印方向に対して垂直方向に一本の帯状（以下、帯状のパターン形成不良とする）を構成していることが確認される。さらに、上記帯状のパターン形成不良は、ウェハの中心を通過していることが確認される。
【００６６】
ここで、第１洗浄ユニットＣ１内に設置された第１のＰＶＡブラシＢ１または第２のＰＶＡブラシＢ２は、ブラシスクラブ洗浄後のウェハを第１の洗浄ユニットＣ１から取り出す際に、当該ウェハの中心を通過し、図３の矢印方向に対して垂直方向に配置されている。そのため、帯状のパターン形成不良は、ＰＶＡブラシ（第１のＰＶＡブラシＢ１または第２のＰＶＡブラシＢ２）をウェハ表面から脱離する際に、当該ＰＶＡブラシに付着したパーティクルがウェハ表面に再付着したと推定される。
【００６７】
次に、図４には、フォトリソグラフィーを実行した後の代表的なパターンのイメージ図を示す。図４（ａ）には、図３に示した帯状のパターン形成不良が存在しないウェハに対応するイメージ図を示す。図４（ｂ）には、図３に示した帯状のパターン形成不良を有するウェハに対応するイメージ図を示す。なお、図４の矢印方向は、図３の矢印方向と同方向に対応し、ブラシスクラブ洗浄後にＰＶＡブラシを脱離したウェハを第１の洗浄ユニットＣ１から取り出した方向を示す。
【００６８】
図４（ａ）に示すように、帯状のパターン形成不良が存在しないウェハにフォトリソグラフィーを実行すると、矢印方向に対して垂直方向に所定のラインパターンＬが、欠陥が生じることなく形成されることが確認される。一方、図４（ｂ）に示すように、帯状のパターン形成不良を有するウェハにフォトリソグラフィーを実行すると、当該ウェハ表面のビアＶ（反射防止膜が埋め込まれたビアホール）上に形成されるはずのラインパターンＬが形成されず、ライン形成不良（図４（ｂ）では、点線で示された領域）が発生していることが確認される。ライン形成不良が発生していることをＣｕ配線のオープン不良ともいう。
【００６９】
これは、ウェハに帯状のパターン形成不良が発生すると、ポイゾニング不良、すなわち、化学増幅型レジストの解像不良が発生し、意図したラインパターンＬを形成することが出来ないこと（ライン形成不良が発生したこと）を示す。結果として、ウェハの歩留まりを悪化させることになる。
【００７０】
次に、ＰＶＡブラシに付着したパーティクルがウェハ表面上に再付着するメカニズムについて説明する。
【００７１】
図５は、Ｃｕ−ＣＭＰ後のブラシスクラブ洗浄において存在する部材に対応するゼータ電位と、その部材が存在している洗浄薬液中のｐＨとの関係を示す図である。当該部材は、例えば、Ｃｕ配線または研磨されたＣｕ膜に対応するＣｕ、ウェハの研磨砥粒に対応するＳｉＯ2、ＰＶＡブラシ由来の有機成分に対応するＰＶＡが挙げられる。当該ゼータ電位は、例えば、ＪＩＳ  Ｚ  ８９０１に準拠して測定される。また、＊が付されている部材に対応するゼータ電位は、洗浄薬液として有機酸洗浄薬液を用いて測定した値を示す。＊が付されている部材は、Ｃｕ*とＳｉＯ2*とが該当する。なお、有機酸洗浄薬液を用いて測定した理由は、測定されるＣｕ*とＳｉＯ2*とのゼータ電位を、Ｃｕ−ＣＭＰ後のブラシスクラブ洗浄における条件でのＣｕ*とＳｉＯ2*とのゼータ電位に近づけるためである。また、＊が付されている部材に対応するゼータ電位の変化は、図５において破線で示している。また、＊が付されていない部材に対応するゼータ電位は、洗浄薬液として無機洗浄薬液（無機酸洗浄薬液または無機アルカリ洗浄薬液）を用いて測定した値を示す。＊が付されていない部材は、ＣｕとＳｉＯ2とＰＶＡとが該当する。＊が付されていない部材に対応するゼータ電位の変化は、図５において実線で示している。
【００７２】
図５に示すように、例えば、ｐＨが酸性領域（ｐＨ３〜４）において、有機酸洗浄薬液で測定されたＣｕ*とＳｉＯ2*とのゼータ電位と、無機酸洗浄薬液で測定されたＰＶＡのゼータ電位とが全てマイナス電位であることが確認される。そのため、有機酸洗浄薬液（ｐＨ３〜４）を用いてブラシスクラブ洗浄を行なうと、静電反発によって、ＰＶＡブラシ由来の有機成分や研磨砥粒であるＳｉＯ2またはＣｕは、有機酸洗浄薬液に浸されたウェハのＣｕ配線上に付着しないことが理解される。
【００７３】
また、ｐＨが中性領域（ｐＨ６〜８）では、無機酸洗浄薬液または無機アルカリ洗浄薬液で測定されたＣｕのゼータ電位はプラス電位であるものの、無機酸洗浄薬液または無機アルカリ洗浄薬液で測定されたＳｉＯ2とＰＶＡとのゼータ電位はマイナス電位であることが確認される。そのため、例えば、中性領域に該当するＤＩＷを用いてブラシスクラブ洗浄を行なうと、静電引力によって、上記有機成分や研磨砥粒は、ＤＩＷに浸されたウェハのＣｕ配線上に容易に付着することが理解される。
【００７４】
従来の第１洗浄ユニットＣ１での洗浄工程では、ＰＶＡブラシ内部から噴射（吐出）されるＤＩＷにより、当該ＰＶＡブラシとウェハとの接触面近傍は、ほぼ中性（ｐＨ６〜８）を保持するよう構成されていた。そのため、ブラシスクラブ洗浄終了後に、ウェハからＰＶＡブラシを脱離する場合に、上述した静電引力によって、ＰＶＡブラシに付着されたパーティクル（例えば、上述した有機成分や研磨砥粒等）がＣｕ配線上に容易に再付着すると推定される。その結果、図３に示すように、再付着したパーティクルが、ウェハ上に帯状のパターン形成不良を形成する。
【００７５】
さらに、ｐＨがアルカリ領域（ｐＨ９〜１０）では、無機酸洗浄薬液または無機アルカリ洗浄薬液で測定されたＣｕ、ＳｉＯ2、ＰＶＡの全てのゼータ電位がマイナス電位であることが確認される。そのため、アルカリ性洗浄薬液（例えば、ｐＨ９〜１０である有機アルカリ洗浄薬液）を用いてウェハの洗浄を行なうと、静電反発によって、上記有機成分や研磨砥粒はウェハのＣｕ配線上に付着しないことが理解される。
【００７６】
次に、Ｃｕ−ＣＭＰ後に、例えば、Ｃｕ配線上に残留するパーティクルがポイゾニング不良を引き起こすメカニズムについて詳細に説明する。
【００７７】
図６は、Ｃｕ配線上のパーティクルがポイゾニング不良を引き起こすメカニズムとＣｕ配線の多層配線工程（デュアルダマシンプロセス）の製造方法の一例とを関連付けて示した図である。
【００７８】
図６（ａ）は、ダマシン法によりＣｕ配線６０３が形成された第１の低誘電率膜６０１を示している（図１３（ｂ）に相当する）。なお、第１の低誘電率膜６０１は、例えば、炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ膜）が該当し、当該第１の低誘電率膜６０１は、ウェハ上に形成される。当該Ｃｕ配線６０３は、所定の厚み（例えば６００ｎｍ）を有する低誘電率膜６０１中に、表面から所定の深さ（例えば、３００ｎｍ）を有するトレンチが形成され、そのトレンチにＴａＮからなるバリアメタル膜６０２が成膜され、さらにバリアメタル膜６０２上にＣｕ膜が埋め込まれて形成される。当該Ｃｕ配線６０３は、Ｃｕ−ＣＭＰ工程を経て形成されるが、図６（ａ）には、Ｃｕ−ＣＭＰ後のブラシスクラブ洗浄によって、Ｃｕ配線６０３上にパーティクル６０４が再付着している様子を示している。
【００７９】
図６（ｂ）は、当該パーティクル６０４がＣｕ配線６０３上に再付着している状態で、アンモニアプラズマにより還元処理中の状態を示している（図１３（ｃ）に相当する）。当該還元処理により、Ｃｕ配線６０３の表面に形成されるＣｕ酸化層を還元するとともに、Ｃｕ配線６０３上または第１の低誘電率膜６０１上に存在する微小な異物を除去する。当該還元処理が実行されると、第１の低誘電率膜６０１中のメチル基（−ＣＨ３）とアンモニアラジカルとが結合し、アミン６０５（メチルアミン、すなわち塩基）が生成される。また、Ｃｕ配線６０３上に再付着したパーティクル６０４が有機系異物である場合、その有機系異物がアンモニアプラズマ中のアンモニアラジカル（ＮＨ３ラジカル）と結合することによって、上述したアミンとは異なる塩基性を有するアミンが生成されることもある。従って、還元処理が実行されると、実行されたＣｕ配線６０３上または第１の低誘電率膜６０１上に当該アミン６０５が残留することとなる。
【００８０】
次に、図６（ｃ）は、還元処理後の第１の低誘電率膜６０１上に、所定の厚み（例えば、５０ｎｍ）を有する拡散防止膜６０６が形成された状態を示している（図１３（ｃ）に相当する）。なお、当該拡散防止膜６０６は、例えば、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）が該当する。Ｃｕ配線６０３上にパーティクル６０４が付着した状態で、拡散防止膜６０６を当該Ｃｕ配線６０３上と第１の低誘電率膜６０１上とに形成すると、パーティクル６０４の部分だけ浮き上がった拡散防止膜６０６ａが形成される。パーティクル６０４の部分だけ浮き上がった拡散防止膜６０６ａと拡散防止膜６０６との間に、第１の低誘電率膜６０１とＣｕ配線６０３上面とを連通する穴６０６ｂが形成されることが理解される。つまり、Ｃｕ配線６０３上にパーティクル６０４が付着すると、拡散防止膜６０６の拡散防止機能が失われる。そのため、Ｃｕ配線６０３上または第１の低誘電率膜６０１上に残留したアミン６０５が当該穴６０６ｂを通過して、拡散防止膜６０６の上方に拡散することが可能な状態となる。
【００８１】
次に、当該穴６０６ｂを有する拡散防止膜６０６の上に層間絶縁膜である第２の低誘電率膜６０７が形成され、ドライエッチング法によりＣｕ配線６０３上にビアホール６０８が開口される（図１３（ｅ）に相当する）。開口されたビアホール６０８に反射防止膜６０９が埋め込まれて、その上に第２の化学増幅型レジスト６１０が塗布される（図１３（ｆ）に相当する）。
【００８２】
図６（ｄ）は、第２の化学増幅型レジスト６１０が塗布されて、フォトリソグラフィー工程が実行される状態を示している。
【００８３】
図６（ｄ）に示すように、パーティクル６０４の部分だけ浮き上がった拡散防止膜６０６ａと拡散防止膜６０６との間に穴６０６ｂが形成されているため、第１の低誘電率膜６０１上に残留するアミン６０５が、その穴６０６ｂを通り抜けることになる。さらに、当該アミン６０５は、Ｃｕ配線６０３上に形成されたビアホール６０８を通過し、塗布された第２の化学増幅型レジスト６１０に吸収（浸入）されることになる。吸収されたアミン６０５は、露光により第２の化学増幅型レジスト６１０内で発生した酸と中和することにより、レジストパターンを形成する際の化学増幅作用を弱める。そのため、化学増幅型レジストの解像不良、すなわち、ポイゾニング不良が発生し、結果として、図４で説明したように、フォトリソグラフィーにおいて、意図したラインパターンＬをウェハ上に形成することが出来ないことになるのである。
【００８４】
次に、洗浄ユニットを二つ備えたＣｕ−ＣＭＰ装置１０を利用して、ポイゾニング不良を引き起こす、ブラシスクラブ洗浄後のパーティクルを適切に除去し、ウェハへのパーティクルの再付着を防止するウェハの洗浄方法について説明する。
【００８５】
図７は、第一の実施形態におけるＣｕ−ＣＭＰ後のウェハに対して２段階の洗浄の手順を示すためのフローチャートである。
【００８６】
まず、第１の低誘電率膜上のトレンチにＣｕ膜が埋め込まれたウェハがＦＯＵＰに複数枚収納され、そのＦＯＵＰが、例えば、Ｃｕ−ＣＭＰ装置１０内のロードポートＬＰ１に搬入される。当該ＦＯＵＰが搬入されると、図１に示すように、Ｃｕ−ＣＭＰ装置１０の制御部１００が所定の制御信号を受け、ドライロボットＲ１とウェットロボットＲ２とを駆動させて、所定のウェハをＦＯＵＰから研磨部２のロードアンロードユニットＵ１まで搬送する。
【００８７】
ロードアンロードユニットＵ１に搬送された所定のウェハは、さらに、ウェハ回転機構部Ｘ１に接続されたヘッドＨ１〜Ｈ４を介して、第１研磨プラテンＰ１から第３研磨プラテンＰ３まで搬送される。第１研磨プラテンＰ１から第３研磨プラテンＰ３まで所定のウェハが搬送される毎に、そのウェハがＣＭＰを実行される。Ｃｕ−ＣＭＰにより、ウェハ上に存在する余剰のＣｕ膜とバリアメタル膜との研磨が完了すると、再度、ロードアンロードユニットＵ１に搬送される（図７：Ｓ７０１）。
【００８８】
ロードアンロードユニットＵ１に搬送されたＣｕ−ＣＭＰ後のウェハは、ウェットロボットＲ２によって、研磨部２から洗浄部３の洗浄部受入ユニットＣＩＮに搬送される。洗浄部受入ユニットＣＩＮに搬送されたＣｕ−ＣＭＰ後のウェハは、さらにロボットＲ３によって、第１洗浄ユニットＣ１内に搬入される。搬入されたウェハは、第１洗浄ユニットＣ１内の前方のプーリーＰ１と後方のプーリーＰ２とに支持されて、機床に対して略垂直な状態で収納される（図７：Ｓ７０２）。
【００８９】
Ｃｕ−ＣＭＰ後のウェハが第１洗浄ユニットＣ１に収納されると、制御部１００が有機酸洗浄薬液を用いたブラシスクラブ洗浄を実行する（図７：Ｓ７０３）。
【００９０】
具体的には、制御部１００が、第１洗浄ユニットＣ１に備えられた第１のＰＶＡブラシＢ１と第２のＰＶＡブラシＢ２とをそれぞれウェハの表面に接触させ、その第１のＰＶＡブラシＢ１と第２のＰＶＡブラシＢ２との回転数を３００ｒｐｍとして回転させる。また、制御部１００が、第１洗浄ユニットＣ１に備えられた前方のプーリーＰ１と後方のプーリーＰ２の回転数を５０ｒｐｍとして回転させ、２個のプーリーＰ１、Ｐ２に支持されるウェハに当該回転を伝達し、ウェハを所定の回転数で回転させる。さらに、制御部１００は、所定の洗浄薬液ポンプを駆動し、第１洗浄ユニットＣ１に備えられた第１のスプレーバーＳ１と第２のスプレーバーＳ２とに、それぞれｐＨ３〜４を有する有機酸洗浄薬液を供給する。供給される有機酸洗浄薬液の流量は、スプレーバー毎に２０００ｍｌ／ｍｉｎと設定される。なお、２つのＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２にはＤＩＷが供給されない、またはＤＩＷが供給されたとしても、ウェハを浸す有機酸洗浄薬液のｐＨが３〜４の範囲内に納まる程度の流量で供給される。
【００９１】
上述した条件とすると、図５の酸性領域に示すように、ｐＨ３〜４の範囲内の有機酸洗浄薬液がウェハ表面を浸した状態、すなわち、ＰＶＡブラシ由来の有機成分や研磨砥粒であるＳｉＯ2またはＣｕから構成されるパーティクルがＣｕ配線上に付着し難い状態でブラシスクラブ洗浄を実行することとなる。当該状態では、ＰＶＡブラシがパーティクルをＣｕ配線上から最も除去し易い状態に対応する。そのため、当該状態でブラシスクラブ洗浄を実行すると、図６に示したように、パーティクルに起因したポイゾニング不良の発生を抑制することが可能となる。なお、当該条件によるブラシスクラブ洗浄は、例えば５０秒間継続して実行される。
【００９２】
５０秒間経過後、制御部１００が、第１洗浄ユニットＣ１に備えられた２つのＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２をウェハ表面からそれぞれ脱離する。当該脱離が実行される場合、ウェハと２つのＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２とを浸す有機酸洗浄薬液のｐＨは、３〜４の範囲内に納まっており、中性領域の範囲（ｐＨ６〜８）内に納まることはない。
【００９３】
当該脱離後に、制御部１００が、例えば、第１のスプレーバーＳ１と第２のスプレーバーＳ２とに備えられたそれぞれの切換バルブを切り換えて、第１のスプレーバーＳ１と第２のスプレーバーＳ２とに供給される有機酸洗浄薬液をＤＩＷに変更し、所定の流量でＤＩＷをウェハに噴射し、ウェハにＤＩＷ洗浄を実行する。当該ＤＩＷ洗浄をＤＩＷリンスともいい、ＤＩＷリンスは、１５秒間継続して実行される（図７：Ｓ７０４）。
【００９４】
ウェハのＤＩＷリンスが完了すると、制御部１００が、ロボットＲ３を駆動させて、ＤＩＷリンス後のウェハを、第１洗浄ユニットＣ１から第２洗浄ユニットＣ２へ搬送する。ＤＩＷリンス後のウェハが、第２洗浄ユニットＣ２内の前方のプーリーＰ１と後方のプーリーＰ２とに支持されて、機床に対して略垂直な状態で収納されると、制御部１００が有機アルカリ洗浄薬液を用いてウェハの洗浄を実行する（図７：Ｓ７０５）。
【００９５】
具体的には、制御部１００が、第２洗浄ユニットＣ２に備えられた前方のプーリーＰ１と後方のプーリーＰ２の回転数を５０ｒｐｍとして回転させ、２個のプーリーＰ１、Ｐ２に支持されるウェハに当該回転を伝達し、ウェハを所定の回転数で回転させる。さらに、第２洗浄ユニットＣ２に備えられた第１のスプレーバーＳ１と第２のスプレーバーＳ２とに、それぞれｐＨ９〜１０の有機アルカリ洗浄薬液を供給する。供給される有機アルカリ洗浄薬液の流量は、スプレーバー毎に１５００ｍｌ／ｍｉｎと設定される。なお、第２洗浄ユニットＣ２には、２つのＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２は設けられていないため、当該洗浄では、ブラシスクラブ洗浄は実行されない。
【００９６】
上述した条件とすると、図５のアルカリ領域に示すように、ｐＨ９〜１０の範囲内の有機アルカリ洗浄薬液がウェハ表面を浸した状態、すなわち、パーティクルがＣｕ配線上に付着し難い状態でウェハの洗浄を実行することとなる。当該状態は、パーティクルをＣｕ配線上から最も除去し易い状態に対応する。そのため、当該状態でウェハの洗浄を実行すると、上述したパーティクルに起因するポイゾニング不良の発生を確実に抑制することとなる。さらに、有機アルカリ洗浄薬液はＣｕ配線の表面をエッチングするため、仮にＣｕ配線上にパーティクルが残存したとしても、適切に除去することが可能となる。なお、当該条件による洗浄は、例えば１５秒間継続して実行される。
【００９７】
ｐＨ９〜１０の有機アルカリ洗浄薬液がウェハ上に噴射される初期の段階では、当該ウェハ上に残留するＤＩＷリンス後のＤＩＷにより有機アルカリ洗浄薬液が聊か希釈されるものの、継続して有機アルカリ洗浄薬液がウェハ上に噴射されるため、希釈された洗浄薬液は下方へ流出し、結果として、ｐＨ９〜１０の範囲内の有機アルカリ洗浄薬液がウェハ表面を浸してウェハを洗浄することとなる。
【００９８】
１５秒間経過後、制御部１００が、第２洗浄ユニットＣ２の第１のスプレーバーＳ１と第２のスプレーバーＳ２とに備えられたそれぞれの切換バルブを切り換えて、第１のスプレーバーＳ１と第２のスプレーバーＳ２とに供給される有機アルカリ洗浄薬液をＤＩＷに変更し、ウェハのＤＩＷリンスを実行する（図７：Ｓ７０６）。当該ＤＩＷリンスは、例えば、１５秒間継続して実行される。
【００９９】
ＤＩＷリンスが完了すると、制御部１００がロボットＲ３を駆動させ、ＤＩＷリンス完了後のウェハを、第２洗浄ユニットＣ２から乾燥ユニットＤ１へ搬送し、ＤＩＷリンス後のウェハに乾燥処理を実行する（図７：Ｓ７０７）。
【０１００】
乾燥方法としては、ウェハを高速で回転させ遠心力で乾燥させるスピン乾燥方式を採用しても構わないし、気相のＩＰＡ（イソプロピルアルコール）をウェハに対して噴霧し、マランゴニ効果を利用してＤＩＷを除去・乾燥するマランゴニ乾燥方式を採用しても構わない。マランゴニ効果とは、異種溶液の濃度勾配によって溶液の流れが発生する効果のことである。マランゴニ乾燥方式では、ＩＰＡとＤＩＷとの濃度勾配による溶液の流れを利用し、ウェハ表面に残留したＤＩＷを減少させ、乾燥させる。第一の実施形態のように疎水性の低誘電率膜を層間絶縁膜として使用する場合、ウェハ表面上に残留したＤＩＷが乾燥することにより、当該ＤＩＷ中に含まれた不純物がウェハ表面上に残留し、当該不純物に基づいて形成されるマークであるウォーターマークが発生しやすい。当該ウォーターマークの発生を防止するために、マランゴニ乾燥方式が好ましく採用される。
【０１０１】
乾燥が完了すると、制御部１００がドライロボットＲ１を駆動させて、乾燥済ウェハを乾燥ユニットＤ１から搬出し、当該乾燥済ウェハをロードポートＬＰ１に配置されたＦＯＵＰに搬入し、一ウェハに対する一連の処理が完了する（図７：Ｓ７０８）。
【０１０２】
上述した手順にてＣｕ−ＣＭＰ後の洗浄処理が施されたウェハに、さらに図６（ｂ）から図６（ｄ）で示した処理、すなわち、還元処理、拡散防止膜の成膜処理、第２の低誘電率膜の成膜処理、ドライエッチング法によるビアホール形成処理、反射防止膜の埋め込み処理、第２の化学増幅型レジストの塗布処理、フォトリソグラフィーが順次施される。
【０１０３】
フォトリソグラフィーが実行されたウェハを観察すると、図３に示された欠陥（帯状のパターン形成不良）が確認されなかった。観察対象のウェハを数十枚にわたって観察したものの、全てのウェハについて当該欠陥が確認されなかった。この結果は、上述したウェハの洗浄方法を実施することにより、２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２に付着したパーティクルがＣｕ配線上に再付着することを防止したことを示している。従って、上述したＣｕ−ＣＭＰ後の２段階の洗浄を実行することにより、当該パーティクルが引き起こすポイゾニング不良の発生を防止することができることを示している。
【０１０４】
このように、Ｃｕ−ＣＭＰ後の洗浄工程において、当該洗浄工程は、少なくとも２段階の洗浄を行ない、第１段目は、有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、第２段目は、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうよう構成している。
【０１０５】
これにより、第１段目では、ブラシスクラブ洗浄の際に使用される洗浄薬液が有機酸であることから、Ｃｕ配線もパーティクルもマイナス電位を有することとなる。そのため、パーティクルがＣｕ配線上に付着すること、またはＰＶＡブラシに付着したパーティクルがＣｕ配線上に再付着することを防止することが可能となる。さらに、第２段目では、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうことから、Ｃｕ配線もパーティクルもマイナス電位を有することとなり、Ｃｕ配線上に残存するパーティクルを適切に除去することが可能となる。また、有機アルカリ洗浄薬液がＣｕ配線の表面をエッチングするため、仮にＣｕ配線の表面にパーティクルが残存したとしても、そのパーティクルを適切に除去することが可能となる。その結果、洗浄後に、例えば、還元処理やフォトリソグラフィーが実行されても、Ｃｕ配線上に再付着したパーティクルに起因して発生するポイゾニング不良を適切に防止するとともに、半導体製造装置の歩留まりを向上することが可能となる。
【０１０６】
また、上記洗浄工程の第１段目は、ｐＨが３〜４の有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、上記洗浄工程の第２段目は、ｐＨが９〜１０の有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうよう構成することができる。
【０１０７】
これにより、第１段目では、Ｃｕ配線もパーティクルも確実にマイナス電位を有する状態でブラシスクラブ洗浄を行なうこととなる。さらに、第２段目でも、Ｃｕ配線もパーティクルも確実にマイナス電位を有する状態で洗浄を行なうこととなる。そのため、Ｃｕ−ＣＭＰ後の洗浄工程で、Ｃｕ配線上にパーティクルが残存する可能性を最小限にし、結果として、ポイゾニング不良の発生を最小限に抑え、半導体製造装置の歩留まりを向上することが可能となる。
【０１０８】
＜第二の実施形態＞
第一の実施形態では、Ｃｕ−ＣＭＰ後の洗浄工程において、少なくとも２段階の洗浄を行ない、第１段目は、有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、第２段目は、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なう半導体装置の製造方法を提供した。当該製造方法により、パーティクルがウェハ上に付着すること、またはブラシに付着したパーティクルがウェハ上に再付着することを防止し、ポイゾニング不良の発生を防止することに成功した。
【０１０９】
しかしながら、第１段目において、２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２とウェハの表面とが均一に接触していない状態である接触異常が発生すると、ウェハにパーティクルが過剰に残存し付着することがある。当該接触異常は、例えば、長期使用により発生するＰＶＡブラシの反りや捩じれが原因となって引き起こされる。反りや捩じれが発生したＰＶＡブラシをウェハ表面に押し付けると、押し付けられた箇所（接触面）の押付量が当該ＰＶＡブラシの両端で不均一となる。当該押付量とは、ＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２がウェハＷに対して接している状態から所定の量までウェハＷに向けて押し付けられた量のことである。当該押付量が大きい場合、ウェハからＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２に付着されるパーティクル（ＰＶＡブラシに除去されるパーティクル）の数が増加する一方で、ＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２からウェハに再付着されるパーティクルの数も増加することとなる。そのため、押付量が大きいウェハの箇所では、パーティクルが過剰に残存し付着した状態となる。ウェハにパーティクルが過剰に付着した場合、第一の実施形態に係る製造方法を採用しても、当該パーティクルを全て除去できない場合がある。除去されないパーティクルに起因して上述したポイゾニング不良が発生するため、ＰＶＡブラシの接触面とウェハの接触面との間の押し付けられる箇所全てにおいて、当該押付量は均一に保持される必要がある。
【０１１０】
そこで、第二の実施形態では、ＰＶＡブラシのウェハへの接触（押付）状態が不均一になることを検知するよう構成を採用している。接触状態の不均一（接触異常）は、ウェハの回転に対応する回転数が所定の範囲内に含まれるか否かによって判定される。さらに、接触状態の不均一が発生すると、ウェハの洗浄処理を停止させるよう構成される。以下で、第二の実施形態を詳細に説明する。
【０１１１】
図８は、本発明の第二の実施形態におけるＣｕ−ＣＭＰ装置を示す概略構成図である。なお、第１の実施形態と同様に、以下では、図８の上下方向をＣｕ−ＣＭＰ装置１０の前後方向とし、図８の左右方向をＣｕ−ＣＭＰ装置１０の左右方向として説明する。
【０１１２】
第二の実施形態におけるＣｕ−ＣＭＰ装置１０が、第一の実施形態で示したＣｕ−ＣＭＰ装置１０と異なる点は、Ｃｕ−ＣＭＰ装置１０内で測定（検出）されるプロセスパラメータを測定される毎に取得するモニタリングツール２００（Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｔｏｏｌ：ＭＴ）が当該Ｃｕ−ＣＭＰ装置１０に通信可能に接続されている点である。さらに、モニタリングツール２００によって取得されたプロセスパラメータに基づいて、ウェハの回転に対応する回転数が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する判定部２０１がモニタリングツール２００に接続されている点である。
【０１１３】
当該モニタリングツール２００は、Ｃｕ−ＣＭＰ装置１０に備えられた各部（例えば、前方のプーリーＰ１のモーター、後述するウェハ回転プーリーＤの回転数を検出する検出器等）に接続され、各部からプロセスパラメータを取得する。また、当該判定部２０１は、モニタリングツール２００から送信されるプロセスパラメータに基づいて判定した結果を、Ｃｕ−ＣＭＰ装置１０の制御部１００に送信する。当該制御部１００は、当該判定結果に従って、Ｃｕ−ＣＭＰ装置１０の制御を実行する。
【０１１４】
次に、図９を用いて、モニタリングツール２００が、例えば、洗浄部３の第１洗浄ユニットＣ１の主要構成各部からプロセスパラメータを取得する方法について説明する。図９は、本発明の第二の実施形態におけるＣｕ−ＣＭＰ装置１０の洗浄部３のうち、第１洗浄ユニットＣ１の主要構成とモニタリングツール２００とを示す図である。なお、図９の第１洗浄ユニットＣ１の前方向が図８の下方向に対応し、図９の第１洗浄ユニットＣ１の右方向が図８の右方向に対応する。また、２個のプーリーＰ１、Ｐ２は、相互に同一の半径を有し、その回転軸Ｐ１ａ、Ｐ２ａは、ともに、収納されたウェハＷの表面に対して直交している。
【０１１５】
図９に示すように、第１洗浄ユニットＣ１内部の前後に設けられた２個のプーリー（前方のプーリーＰ１、後方のプーリーＰ２）には、それぞれモーター（図示せず）が設けられており、それらのモーターにモニタリングツール２００が接続されている。制御部１００が当該モーターを駆動すると、当該モニタリングツール２００が、それらのモーターの電流値（前方のプーリーＰ１、後方のプーリーＰ２の回転数に対応する）をプロセスパラメータとして取得する。なお、取得したモーターの電流値は、所定のメモリに記憶された、電流値とプーリーの回転数とを関連付けたテーブルによって、プーリーの回転数に変換される。
【０１１６】
また、本実施形態では、機床に対して略垂直なウェハＷを支持した２個のプーリーＰ１、Ｐ２の間に、当該ウェハＷの下端中央（または下端中央近傍）を支持し、２個のプーリーＰ１、Ｐ２の半径と同一の半径を有するウェハ回転プーリーＤが新たに設けられる。なお、ウェハ回転プーリーＤには、そのプーリーを駆動するモーターは接続されていない。また、ウェハ回転プーリーＤの回転軸Ｄａは、２個のプーリーＰ１、Ｐ２の回転軸Ｐ１ａ、Ｐ２ａと平行となるよう設計されており、さらに、その回転軸Ｄａには、ウェハ回転プーリーＤの回転数を検出する検出器（図示せず）が備えられている。そのため、２個のプーリーＰ１、Ｐ２の回転によりウェハＷが回転すると、ウェハＷの回転がウェハ回転プーリーＤに伝達される。すると、ウェハＷの回転に対応する回転数で、ウェハ回転プーリーＤが回転することになる。当該ウェハ回転プーリーＤの回転数を上記検出器が検出することにより、ウェハＷの回転に対応する回転数を検出することが可能となる。また、ウェハ回転プーリーＤの半径は、２個のプーリーＰ１、Ｐ２の半径と同一の半径を有していることから、２個のプーリーＰ１、Ｐ２の回転が適切にウェハＷに伝達された場合は、ウェハ回転プーリーＤの回転数は、２個のプーリーＰ１、Ｐ２の回転数と同等となる。上記検出器にモニタリングツール２００が接続されており、当該モニタリングツール２００が、当該検出器により検出されたウェハ回転プーリーＤの回転数をプロセスパラメータ（ここでは、ウェハの実回転数とする）として取得する。
【０１１７】
また、第１洗浄ユニットＣ１内部の左右に設けられた第１のＰＶＡブラシＢ１（左側のＰＶＡブラシ）と第２のＰＶＡブラシＢ２（右側のＰＶＡブラシ）には、ブラシの回転数を検出するブラシ回転数検出器（図示せず）と、ブラシを回転させるブラシモーター（図示せず）と、ＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２内部に供給されるＤＩＷの流量とその圧力（吐出圧力）とを検出するブラシ流量圧力検出器（図示せず）とがそれぞれ備えられている。上記ブラシ回転数検出器とブラシモーターとブラシ流量圧力検出器とにモニタリングツール２００が接続されている。制御部１００が当該ブラシモーターを駆動し、所定のポンプを用いてＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２内部にＤＩＷを供給すると、当該モニタリングツール２００が、第１のＰＶＡブラシＢ１と第２のＰＶＡブラシＢ２とにそれぞれ対応するプロセスパラメータ（ＰＶＡブラシの回転数、モーターの電流値、ＤＩＷの流量、圧力）を取得する。
【０１１８】
また、第１洗浄ユニットＣ１内部の左右上方に配置された第１のスプレーバーＳ１と第２のスプレーバーＳ２とには、それぞれ洗浄薬液（またはＤＩＷ）が供給されるよう構成されている。また、その供給される洗浄薬液の流量とその圧力（吐出圧力）とを検出するスプレーバー流量圧力検出器（図示せず）がそれぞれのスプレーバーＳ１、Ｓ２に備えられており、上記スプレーバー流量圧力検出器にモニタリングツールが接続されている。制御部１００が所定の洗浄薬液ポンプを用いて第１のスプレーバーＳ１と第２のスプレーバーＳ２とに洗浄薬液（またはＤＩＷ）を供給すると、当該モニタリングツール２００が第１のスプレーバーＳ１と第２のスプレーバーＳ２とにそれぞれ対応するプロセスパラメータ（洗浄薬液（またはＤＩＷ）の流量、圧力）を取得する。
【０１１９】
上述した構成により、複数の検出器等と接続されたモニタリングツール２００が、検出器等から検出されるプロセスパラメータを取得することが可能となる。
【０１２０】
次に、モニタリングツール２００が取得可能な前方のプーリーＰ１、後方のプーリーＰ２の回転数と、ウェハの実回転数と、２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２とウェハＷの表面との接触状態（以下、接触状態とする）との関係について、図１０、図１１を用いて説明する。
【０１２１】
図１０、図１１は、当該接触状態と、その接触状態でブラシスクラブ洗浄を実行した際のウェハの実回転数の経時変化とを示した図である。なお、図１０、図１１の上下方向は、ウェハＷと２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２とを備えた第１洗浄ユニットＣ１の前後方向に対応する。また、図１０、図１１の矢印方向は、第１洗浄ユニットＣ１の前方方向を示している。
【０１２２】
図１０（ａ）には、２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２の軸がそれぞれウェハＷの表面に対して平行を保持して、２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２とウェハＷとが接触した状態を示している。なお、ＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２とウェハＷとが接触する場合、ＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２がウェハＷに対して接している状態から所定の量までウェハＷに向けて押し付けられ、その押し付けられた量（押付量）だけＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２が変形する。図１０（ａ）には、ウェハＷが存在しない場合に、ＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２が所定の押付量だけウェハＷに押し付けられている状態を示す。なお、図１０（ａ）に示す実線のウェハＷは、仮にウェハＷが存在する場合の位置を示している。
【０１２３】
図１０（ａ）に示すように、第１のＰＶＡブラシがウェハＷの表面に、第２のＰＶＡブラシがウェハＷの裏面に接触し、２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２の接触面全てがウェハＷの接触面全てに対して１．０ｍｍの押付量で押付けられる。この状態は、すなわち、接触状態に異常がない、または接触状態が均一であることを示している。
【０１２４】
また、図１０（ｂ）には、前方のプーリーＰ１、後方のプーリーＰ２の回転数が５０ｒｐｍである場合において、図１０（ａ）の接触状態でブラシスクラブ洗浄を実行した際のウェハの実回転数の経時変化を示す。当該ウェハの実回転数の経時変化は、モニタリングツール２００が取得したウェハの実回転数を、洗浄開始から洗浄終了までの時間である洗浄時間に対してプロットしたグラフに対応する。なお、図１０（ｂ）に示す所定の時間間隔Ｔは、ブラシスクラブ洗浄を実行した時間間隔（図１０（ｂ）では、ほぼ５０秒）を示す。
【０１２５】
また、図１１（ａ）には、２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２の軸がそれぞれウェハＷに対して傾斜して、２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２とウェハＷとが接触した状態を示している。当該傾斜状態は、例えば、ＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２の軸がウェハＷの中心に対して所定の角度で傾斜した状態に対応し、２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２の軸がそれぞれウェハＷの表面に対して平行とならない状態に対応する。
【０１２６】
図１１（ａ）に示すように、第１のＰＶＡブラシＢ１がウェハＷの表面に接触し、第１のＰＶＡブラシＢ１の接触面の一端、言い換えると、第１のＰＶＡブラシＢ１の接触面の前方一端がウェハＷの接触面に対して１．５ｍｍの押付量で押し付けられる。また、第１のＰＶＡブラシＢ１の接触面の他端、言い換えると、第１のＰＶＡブラシＢ１の接触面の後方一端がウェハＷの接触面に対して０．５ｍｍの押付量で押し付けられる。さらに、第２のＰＶＡブラシＢ２がウェハＷの裏面に接触し、第２のＰＶＡブラシＢ２の接触面の一端、言い換えると、第２のＰＶＡブラシＢ２の接触面の前方一端がウェハＷの接触面の一端に対して１．５ｍｍの押付量で押し付けられる。また、第２のＰＶＡブラシＢ２の接触面の他端、第２のＰＶＡブラシＢ２の接触面の後方一端がウェハＷの接触面の他端に対して０．５ｍｍの押付量で押し付けられる。当該状態は、すなわち、接触状態に異常がある（接触異常）、または接触状態が不均一であることを示している。
【０１２７】
また、図１１（ｂ）には、前方のプーリーＰ１、後方のプーリーＰ２の回転数が５０ｒｐｍである場合において、図１１（ａ）の接触状態でブラシスクラブ洗浄を実行した際のウェハの実回転数の経時変化を示す。
【０１２８】
図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２とウェハＷとの接触状態が均一である場合、モニタリングツール２００により取得されるウェハの実回転数は５０ｒｐｍ、すなわち、前方のプーリーＰ１、後方のプーリーＰ２の回転数と同等となることが理解される。
【０１２９】
一方、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すように、２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２とウェハＷとの接触状態が不均一である場合、ウェハの実回転数は５０ｒｐｍよりも小さな値となることが理解される。これは、接触状態が不均一であるため、２つのプーリーＰ１、Ｐ２の回転が適切にウェハＷに伝達されたとしても、ウェハＷが２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２から過剰に押し付けられた状態で回転することとなるからである。すなわち、ウェハＷの円滑な回転が阻害されるため、２つのプーリーＰ１、Ｐ２の回転数よりも小さい回転数がウェハＷの回転に対応するウェハの実回転数として検出される。また、一方で、ウェハＷが２本のＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２からほとんど押し付けられない部分も発生しうる。この場合、ウェハＷの回転がより加速されるため、２つのプーリーＰ１、Ｐ２の回転数よりも大きい回転数がウェハＷの回転に対応するウェハの実回転数として検出される。
【０１３０】
上述した現象を利用して、第二の実施形態では、接触異常を検出し、その接触異常によって引き起こされるウェハへのパーティクルの再付着を防止する。
【０１３１】
図１２は、第二の実施形態におけるＣｕ−ＣＭＰ後のウェハに対してブラシスクラブ洗浄の手順を示すためのフローチャートである。
【０１３２】
まず、第１の低誘電率膜上のトレンチにＣｕ膜が埋め込まれたウェハが複数枚収納されたＦＯＵＰが、例えば、Ｃｕ−ＣＭＰ装置１０内のロードポートＬＰ１に搬入される。当該ＦＯＵＰが搬入されると、図８に示すように、Ｃｕ−ＣＭＰ装置１０の制御部１００が、ドライロボットＲ１とウェットロボットＲ２とを駆動させて、所定のウェハをＦＯＵＰから研磨部２のロードアンロードユニットＵ１まで搬送する。
【０１３３】
ロードアンロードユニットＵ１に搬送された所定のウェハは、第１研磨プラテンＰ１から第３研磨プラテンＰ３まで搬送され、Ｃｕ−ＣＭＰが実行され、ウェハ上に存在する余剰のＣｕ膜とバリアメタル膜とが除去される（図１２：Ｓ１２０１）。
【０１３４】
Ｃｕ−ＣＭＰ後のウェハは、ウェットロボットＲ２によって、洗浄部３の洗浄部受入ユニットＣＩＮに搬送され、さらにロボットＲ３によって、第１洗浄ユニットＣ１内に搬入される。搬入されたウェハは、第１洗浄ユニットＣ１内の前方のプーリーＰ１と後方のプーリーＰ２とに支持されて、機床に対して略垂直な状態で収納される（図１２：Ｓ１２０２）。
【０１３５】
Ｃｕ−ＣＭＰ後のウェハが第１洗浄ユニットＣ１に収納されると、制御部１００が有機酸洗浄薬液を用いたブラシスクラブ洗浄を実行する（図１２：Ｓ１２０３）。
【０１３６】
具体的には、制御部１００が、第１洗浄ユニットＣ１に備えられた第１のＰＶＡブラシＢ１と第２のＰＶＡブラシＢ２とをそれぞれウェハの表面に所定の押付量で接触させ、その第１のＰＶＡブラシＢ１と第２のＰＶＡブラシＢ２との回転数を３００ｒｐｍとして回転させる。また、制御部１００が、第１洗浄ユニットＣ１に備えられた前方のプーリーＰ１と後方のプーリーＰ２の回転数を５０ｒｐｍとして回転させ、２つのプーリーＰ１、Ｐ２に支持されるウェハに当該回転を伝達し、ウェハを所定の回転数で回転させる。さらに、制御部１００は、第１洗浄ユニットＣ１に備えられた第１のスプレーバーＳ１と第２のスプレーバーＳ２とに、それぞれｐＨ３〜４を有する有機酸洗浄薬液を供給する。供給される有機酸洗浄薬液の流量は、スプレーバー毎に２０００ｍｌ／ｍｉｎと設定される。
【０１３７】
ここで、２つのプーリーＰ１、Ｐ２の回転と、ウェハＷの回転とが開始されると、モニタリングツール２００が、所定の期間（例えば２秒）毎に、ウェハ回転プーリーＤに備えられた検出器からウェハの実回転数を取得する（図１２：Ｓ１２０４）。また、モニタリングツール２００は、２つのプーリーＰ１、Ｐ２のモーターの電流値からそれぞれの回転数（５０ｒｐｍ）を取得し、ウェハＷに伝達される回転の回転数が適切か否かを監視する。
【０１３８】
モニタリングツール２００がウェハの実回転数を取得すると、モニタリングツール２００は当該ウェハの実回転数を判定部２０１に送信する。ウェハの実回転数を受信した判定部２０１は、当該ウェハの実回転数が所定の範囲内に含まれるか否かの判定を実行する（図１２：Ｓ１２０５）。所定の範囲は、ユーザまたはＣｕ−ＣＭＰ装置１０に接続された半導体製造装置により予め設定されており、さらに、２つのプーリーＰ１、Ｐ２の回転数に応じて適宜変更される。例えば、２つのプーリーＰ１、Ｐ２の回転数が５０ｒｐｍであれば、所定の範囲の上限値は５２ｒｐｍ、下限値は４８ｒｐｍと設定される。
【０１３９】
当該判定の結果、ウェハの実回転数が所定の範囲内に含まれている場合、判定部２０１は、接触状態は均一であると確認する（図１２：Ｓ１２０５ＹＥＳ）。さらに、判定部２０１は制御部１００と通信し、判定後にブラシスクラブ洗浄を実行する時間が経過したか否かを判定する（図１２：Ｓ１２０６）。当該時間は、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）に示す所定の時間間隔Ｔに対応し、以下、ブラシスクラブ洗浄時間とする。当該ブラシスクラブ洗浄時間は、例えば、５０秒と設定される。
【０１４０】
ブラシスクラブ洗浄時間が経過していない場合、判定部２０１はモニタリングツール２００と通信し、モニタリングツール２００は、再度、所定の期間の計時を開始し、上述した同様の判定を繰り返すこととなる（図１２：Ｓ１２０６ＮＯ→Ｓ１２０４）。
【０１４１】
なお、接触状態が均一である場合、ブラシスクラブ洗浄時間が経過するまで、制御部１００が、継続して有機酸洗浄薬液を用いたブラシスクラブ洗浄を実行することになる。
【０１４２】
ブラシスクラブ洗浄時間が経過した場合、制御部１００がブラシスクラブ洗浄を完了し、第１洗浄ユニットＣ１に備えられた２つのＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２をウェハ表面からそれぞれ脱離する（図１２：Ｓ１２０６ＹＥＳ→Ｓ１２０７）。さらに、制御部１００が、第１洗浄ユニットＣ１の第１のスプレーバーＳ１と第２のスプレーバーＳ２とに備えられたそれぞれの切換バルブを切り換えて、第１のスプレーバーＳ１と第２のスプレーバーＳ２とに供給される有機アルカリ洗浄薬液をＤＩＷに変更し、ウェハのＤＩＷリンスを実行する（図１２：Ｓ１２０８）。当該ＤＩＷリンスは、例えば、１５秒間継続して実行される。
【０１４３】
ＤＩＷリンスが完了すると、制御部１００が、ロボットＲ３を駆動させて、ＤＩＷリンス後のウェハを、第１洗浄ユニットＣ１から第２洗浄ユニットＣ２へ搬送し、第２洗浄ユニットＣ２でのウェハの洗浄が開始されることになる。
【０１４４】
一方、ウェハの実回転数が所定の範囲内に含まれるか否かの判定の結果、ウェハの実回転数が所定の範囲外である場合、判定部２０１は、接触状態は不均一であると確認し、当該制御部１００にウェハＷのブラシスクラブ洗浄を停止する旨の信号（信号Ａ）を送信する（図１２：Ｓ１２０５ＮＯ）。なお、ウェハの実回転数が所定の範囲外である場合は、ウェハの実回転数が上限値を超過した場合、またはウェハの実回転数が下限値よりも少なかった場合に対応する。
【０１４５】
当該信号Ａを受信した制御部１００は、ウェハＷのブラシスクラブ洗浄を停止する（図１２：Ｓ１２０９）。当該停止は、制御部１００が２つのＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２をウェハＷから脱離し、それらの回転と２つのプーリーＰ１、Ｐ２の回転とを停止し、２つのスプレーバーＳ１、Ｓ２への有機酸洗浄薬液の供給を停止することが該当する。
【０１４６】
また、制御部１００は、例えば、Ｃｕ−ＣＭＰ装置１０に接続されたパーソナルコンピュータ（例えば、製造実行システム（Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：ＭＥＳ）が該当する）に、ブラシスクラブ洗浄の洗浄不良が発生した旨のエラーメッセージを表示させる。
【０１４７】
なお、判定部２０１が、さらに制御部１００に、後続のウェハ（次にブラシスクラブ洗浄を予定されたウェハ）のブラシスクラブ洗浄の実行を停止させる旨の信号（信号Ｂ）を送信したり、制御部１００に、後続のＦＯＵＰ（後続のロット）をＣｕ−ＣＭＰ装置１０に搬入しない旨の信号（信号Ｃ）を送信したりするよう構成しても構わない。当該信号Ｂを受信した制御部１００は、後続のウェハの搬送を停止し、当該信号Ｃを受信した制御部１００は、上述した製造実行システムと通信し、後続のＦＯＵＰの搬入を停止する。
【０１４８】
上記構成により、２つのＰＶＡブラシＢ１、Ｂ２とウェハＷとの接触状態が不均一である場合に多発するウェハへのパーティクルの再付着を後続のウェハ等に発生させることを防止し、歩留まりの低下を防止することが可能となる。
【０１４９】
また、例えば、判定部２０１が接触状態は不均一であることを確認した後（接触状態の不均一により、ブラシスクラブ洗浄が停止した後）に、ユーザにより新たなＰＶＡブラシへの交換やＰＶＡブラシの取付状態の調整が実施され、接触状態が均一となると、再度、第一洗浄ユニットＣ１が復帰し、ウェハＷのブラシスクラブ洗浄が実行可能となるよう構成される。
【０１５０】
このように、上記洗浄工程の第１段目は、ブラシスクラブ洗浄が実行されるウェハを回転する工程と、上記ウェハの回転が開始すると、所定の期間毎に、当該ウェハの回転に対応する回転数を検出する工程と、検出した回転数が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する工程と、上記判定した結果、検出した回転数が所定の範囲内に含まれない場合、そのウェハのブラシスクラブ洗浄を停止する工程とを含むよう構成することができる。
【０１５１】
これにより、第１段目では、ブラシが基板に均一に接触しているか否かを判定するとともに、ブラシがウェハに均一に接触していない場合は、ウェハのブラシスクラブ洗浄を停止することとなる。そのため、ブラシがウェハに均一に接触していない場合に多発する下層配線へのパーティクルの再付着を確実に防止することが可能となる。さらに、ブラシがウェハに均一に接触していない場合では、ウェハに対するブラシスクラブ洗浄の実行を停止することが可能となる。その結果、Ｃｕ配線上に再付着したパーティクルに起因して発生するポイゾニング不良を適切に防止するとともに、半導体製造装置の歩留まりを向上することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
以上のように、Ｃｕ−ＣＭＰ後のブラシスクラブ洗浄におけるウェハへのパーティクルの再付着を防止することでポイゾニング不良の発生を抑制し、歩留まりを向上させることが可能な半導体装置の製造方法および半導体製造装置として有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】第一の実施形態におけるＣｕ−ＣＭＰ装置を示す概略構成図である。
【図２】第一の実施形態におけるＣｕ−ＣＭＰ装置の洗浄部のうち、第１洗浄ユニットＣ１の主要構成を示す図である。
【図３】フォトリソグラフィーを実行した後におけるウェハ表面上の欠陥の分布図である。
【図４】帯状のパターン形成不良を有するウェハにフォトリソグラフィーを実行した後の代表的なパターンのイメージ図である。
【図５】Ｃｕ−ＣＭＰ後のブラシスクラブ洗浄において存在する部材に対応するゼータ電位と、その部材が存在している洗浄薬液中のｐＨとの関係を示す図である。
【図６】Ｃｕ配線上のパーティクルがポイゾニング不良を引き起こすメカニズムとＣｕ配線の製造方法の一例とを関連付けて示した図である。
【図７】第一の実施形態におけるＣｕ−ＣＭＰ後のウェハに対して２段階の洗浄の手順を示すためのフローチャートである。
【図８】第二の実施形態におけるＣｕ−ＣＭＰ装置を示す概略構成図である。
【図９】第二の実施形態におけるＣｕ−ＣＭＰ装置の洗浄部のうち、第１洗浄ユニットＣ１の主要構成とモニタリングツールとを示す図である。
【図１０】２本のＰＶＡブラシとウェハの表面との接触状態と、その接触状態でブラシスクラブ洗浄を実行した際のウェハの実回転数の経時変化とを示した第一の図である。
【図１１】２本のＰＶＡブラシとウェハの表面との接触状態と、その接触状態でブラシスクラブ洗浄を実行した際のウェハの実回転数の経時変化とを示した第二の図である。
【図１２】第二の実施形態におけるＣｕ−ＣＭＰ後のウェハに対してブラシスクラブ洗浄の手順を示すためのフローチャートである。
【図１３】多層配線構造の半導体装置におけるＣｕ配線の多層配線工程の製造方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１５４】
１０  Ｃｕ−ＣＭＰ装置
１００  制御部
２  研磨部
２００  モニタリングツール
２０１  判定部
３  洗浄部
Ｃ１  第１洗浄ユニット
Ｃ２  第２洗浄ユニット
【図１】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図２】
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【図９】
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