(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属配線を形成する過程における化学機械研磨後、洗浄処理を開始するまでの間、ウェハを保管する方法において、
前記化学機械研磨に用いる研磨剤に含まれる酸化剤が前記金属配線を腐食するのを防止する防食剤を添加した純水中に、前記ウェハを浸漬保管することを特徴とする研磨後ウェハの保管方法。
【請求項２】
前記防食剤を添加した純水は、水槽内で循環使用することを特徴とする請求項１記載の研磨後ウェハの保管方法。
【請求項３】
前記金属配線は、ダマシン配線または接続プラグであることを特徴とする請求項１または２記載の研磨後ウェハの保管方法。
【請求項４】
前記金属配線を形成する金属は、銅またはアルミニウム、または前記金属を含む合金のいずれかであることを特徴とする請求項３記載の研磨後ウェハの保管方法。
【請求項５】
前記防食剤は、ベンゾトリアゾール、ｏ−トリルトリアゾール、ｍ−トリルトリアゾール、ｐ−トリルトリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール、１−ヒドロキシベンゾトリアゾール、ニトロベンゾトリアゾール、ジヒドロキシプロピルベンゾトリアゾールのいずれか１種類、またはこれらの２種類以上の混合物よりなることを特徴とする請求項４記載の研磨後ウェハの保管方法。
【請求項６】
前記防食剤は、ベンゾトリアゾールであることを特徴とする請求項４記載の研磨後ウェハの保管方法。
【請求項７】
前記ベンゾトリアゾールの純水中への添加率は、０．０１〜５％であることを特徴とする請求項６記載の研磨後ウェハの保管方法。
【請求項８】
金属配線を形成する過程における化学機械研磨後、洗浄処理を開始するまでの間、ウェハを保管する方法において、
前記化学機械研磨に用いる研磨剤に含まれる酸化剤が前記金属配線を腐食する化学反応の速度を低下させる０〜１０℃の純水中に、前記ウェハを浸漬保管することを特徴とする研磨後ウェハの保管方法。
【請求項９】
金属配線を形成する過程における化学機械研磨後、洗浄処理を開始するまでの間、ウェハを保管する方法において、
前記化学機械研磨に用いる研磨剤に含まれる酸化剤が前記金属配線を腐食する化学反応の速度を低下させる０〜１０℃の純水を、前記ウェハにスプレーしながら、前記ウェハを保管することを特徴とする研磨後ウェハの保管方法。
【請求項１０】
前記金属配線は、ダマシン配線または接続プラグであることを特徴とする請求項８または９記載の研磨後ウェハの保管方法。
【請求項１１】
前記金属配線を形成する金属は、銅またはアルミニウム、または前記金属を含む合金のいずれかであることを特徴とする請求項１０記載の研磨後ウェハの保管方法。
【請求項１２】
金属配線を形成する過程における化学機械研磨後、洗浄処理を開始するまでの間、ウェハを保存する方法において、
前記ウェハを還元水中に浸漬保管することを特徴とする研磨後ウェハの保管方法。
【請求項１３】
水素の気泡を純水にバブリングするか、または電気分解した純水の陰極側より取り出すことにより前記還元水を生成することを特徴とする請求項１２記載の研磨後ウェハの保管方法。
【請求項１４】
金属配線を形成する過程における化学機械研磨後、洗浄処理を開始するまでの間、ウェハを保存する装置において、
前記ウェハを還元水中に浸漬保管する水槽を備えることを特徴とする研磨後ウェハの保管装置。
【請求項１５】
前記水槽を大気と遮断して密閉保管したことを特徴とする請求項１４記載の研磨後ウェハの保管装置。
【請求項１６】
金属配線を形成する過程における化学機械研磨後、洗浄処理を開始するまでの間、ウェハを保管する装置において、
ウェハを浸漬保管する水槽と、
前記化学機械研磨に用いる研磨剤に含まれる酸化剤が前記金属配線を腐食するのを防止する防食剤を添加した純水を、前記水槽に供給する手段と、
前記腐食防食剤を添加した純水を、フィルタリングしながら前記水槽内を循環させる手段と、
前記水槽内の前記防食剤を添加した純水を排出する手段と、
を備えることを特徴とする研磨後ウェハの保管装置。
【請求項１７】
前記循環させる手段は、前記水槽の外部に、ポンプおよびフィルタを有することを特徴とする請求項１６記載の研磨後ウェハの保管装置。
【請求項１８】
金属配線を形成する過程における化学機械研磨後、洗浄処理を開始するまでの間、ウェハを保管する装置において、
ウェハを浸漬保管する水槽と、
前記化学機械研磨に用いる研磨剤に含まれる酸化剤が前記金属配線を腐食する化学反応の速度を低下させる０〜１０℃の純水を、前記水槽に供給する手段と、
前記水槽内の純水を排出する手段と、
を備えることを特徴とする研磨後ウェハの保管装置。
【請求項１９】
金属配線を形成する過程における化学機械研磨後、洗浄処理を開始するまでの間、ウェハを保管する装置において、
前記化学機械研磨に用いる研磨剤に含まれる酸化剤が前記金属配線を腐食する化学反応の速度を低下させる０〜１０℃の純水を、前記ウェハにスプレーするスプレー手段を備え、
前記ウェハに前記純水をスプレーしながら保管することを特徴とする研磨後ウェハの保管装置。
【請求項２０】
前記金属配線は、ダマシン配線または接続プラグであることを特徴とする請求項１４〜１９のいずれかに記載の研磨後ウェハの保管装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、研磨後ウェハの保管方法および装置に関し、特に化学機械研磨（ＣＭＰ）の後に、ウェハ表面に残留した研磨剤（アルミナまたはシリカ等の研磨砥粒や酸化剤等）および研磨屑を洗浄処理するまでの間のウェハの保管方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属配線をダマシン法により形成する場合、ウェハを構成する半導体基板上に絶縁膜を形成し、これに配線溝または下層配線との接続孔を構成し、半導体基板上にＣｕなどの配線金属を電解メッキにより成膜し、余分な金属をＣＭＰにより除去することにより、金属配線または下層配線との接続用プラグを形成する。
【０００３】
ＣＭＰ後、ウェハ表面に付着した研磨剤や研磨屑を洗浄するが、一般に、ＣＭＰ後、洗浄までの間に待ち時間がある。この間にウェハが乾燥してしまうと、研磨砥粒や研磨屑を洗浄により除去するのが困難となり、待ち時間の間、純水を満たした水槽内にウェハを浸漬することが一般に行われている（例えば特開平１０−２１４８０２号公報参照）。
【０００４】
図９は、Ｃｕダマシン配線形成におけるＣｕ−ＣＭＰ装置および後洗浄装置の構成と工程フローを示す図である。
【０００５】
通常、半導体装置の製造工程では、１０〜３０枚程度のウェハがウェハキャリアに収納されて、各製造装置間を移動させている。以下、この処理単位をロットと呼ぶ。
【０００６】
工程Ｓ１のＣｕ成膜装置で、半導体基板上にＣｕ膜が成膜されたウェハは、ウェハキャリアに収納されてＣｕ成膜装置からＣｕ−ＣＭＰ装置１０のローダ室１１に運ばれる。
【０００７】
工程Ｓ２でＣｕ−ＣＭＰを行うときには、ローダ室１１に載置されたウェハキャリアから１〜４枚程度のウェハを取り出して、ＣＭＰ装置１０の研磨室１３にセットして研磨処理を行う。ウェハの直径は３０ｃｍ程度あるので、１ロット分のウェハを一度に処理するＣＭＰ装置は巨大になりすぎて現実的でない。このため、１回当たりのＣｕ−ＣＭＰ工程Ｓ２では、一般的に１〜４枚程度のウェハが処理されている。研磨後のウェハは、アンローダ室１２にある別のウェハキャリアに収納される。ここで、ウェハキャリアはウェハが一杯になるまで、次工程に運ばれることはなく、アンローダ室１２で待機することになる。また、アンローダ室１２には、ウェハ保管水槽が設けられ、ＣＭＰ後のウェハは水中保管され、ＣＭＰ後のウェハ表面が乾燥するのを防止している。
【０００８】
１ロット分のＣｕ−ＣＭＰ工程Ｓ２が終了すると、ウェハキャリアはＣＭＰ後洗浄工程Ｓ３に移り、ＣＭＰ後洗浄装置１４のローダ室１６に載置される。このローダ室１６にも、ウェハ保管水槽が設けられ、ＣＭＰ後のウェハは水中保管され、ＣＭＰ後のウェハ表面が乾燥するのを防止している。
【０００９】
洗浄室１５では、ローダ室１６からウェハを１枚ずつ取り出して、ウェハに洗浄液をかけながらブラシ洗浄が行われた後、アルコールや水でリンス洗浄が行われる。その後、乾燥室１７でウェハは乾燥され、アンローダ室１９内のウェハキャリア２２に移される。
【００１０】
１ロット分のＣＭＰ後洗浄工程Ｓ３が終了すると、ウェハキャリアは例えばカバー膜成膜などの次工程Ｓ４に移る。
【００１１】
図１０は、ＣＭＰ装置１０のアンローダ室１２またはＣＭＰ後洗浄装置１４のローダ室１６におけるウェハ保管水槽の構造を示す。このようなウェハ保管水槽１８内は純水が満たされ、ウェハ２０がウェハキャリア２２に保持されて浸漬され、純水が連続して供給される。
【００１２】
あるいは、このような水槽にウェハを浸漬して保管する代わりに、ウェハに純水をスプレーして保管する方法がある。図１１は、スプレー２４によりウェハキャリア２２に保持されたウェハにスプレー２４から純水が供給される状態を示している。
【００１３】
このような従来の水槽浸漬方法あるいはスプレー方法において用いられる純水の温度は、ほぼ室温２５〜２８℃である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、ウェハキャリアにウェハが２４枚収納でき、ＣＭＰ装置１０が一度に４枚のウェハを１０〜１５分で処理できるとすると、１ロット分のウェハを処理するのに６０〜１００分かかり、この間、処理後のウェハはＣＭＰ装置のアンローダ室の水槽に保管される。同様に、ＣＭＰ後洗浄装置１４の洗浄室で、一度に１枚のウェハを２〜３分で洗浄できるとすると、１ロット分のウェハを処理するのに４０〜６０分程度かかる。この間、処理前のウェハはＣＭＰ後洗浄装置１４のローダ室の水槽に保管される。更に、ＣＭＰ装置１０やＣＭＰ後洗浄装置１４に途中でトラブルが生じた場合は、数時間〜約１日、水中保管またはスプレー供給することになる。
【００１５】
例えば、Ｃｕダマシン配線形成のための研磨において、研磨後、洗浄開始までの待ち時間が長くなると、ウェハ表面に残留している研磨材に含まれる酸化剤によりＣｕ配線が腐食され、配線抵抗が増大する等の問題が発生する。
【００１６】
図１２は、腐食によるＣｕ配線の経時変化の状態を示す図である。図１２に示すウェハ表面には、半導体基板２９上にＳｉＯ2 などの絶縁膜２７が形成され、絶縁膜２７の一部に配線溝または接続孔が形成され、配線溝または接続孔の内側にはＴａＮなどのバリア膜２５が形成され、バリア膜２５の内側にＣｕ配線２３またはＣｕ接続孔が形成されている。ウェハの表面には、研磨砥粒および研磨屑２６が付着し、および酸化剤２８が吸着している。Ｃｕ配線２３上に吸着した酸化剤によってＣｕが腐食され、腐食によりＣｕ配線２３の厚みが減り、周辺の絶縁膜２７よりも高さが低くなった場合、段差が発生し研磨後の洗浄において、配線溝または接続孔の凹部コーナーに付着した研磨屑２６が取れにくいので、洗浄性が低下する。また、Ｃｕ配線の厚みが減るので、配線抵抗が増大する。
【００１７】
このように従来の水槽浸漬方法およびスプレー方法によるウェハ保管では、Ｃｕ配線の腐食により種々の問題が発生する。
【００１８】
この発明の目的は、このような問題を解決した研磨処理後のウェハ保管方法および装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、金属配線を形成する過程における化学機械研磨後、洗浄処理を開始するまでの間、ウェハを保管する際に、化学機械研磨に用いる研磨剤に含まれる酸化剤が金属配線を腐食するのを防止する防食剤を添加した純水中に、ウェハ浸漬保管する。
【００２０】
防食剤は、金属配線がダマシンＣｕ配線の場合、ベンゾトリアゾール、ｏ−トリルトリアゾール、ｍ−トリルトリアゾール、ｐ−トリルトリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール、１−ヒドロキシベンゾトリアゾール、ニトロベンゾトリアゾール、ジヒドロキシプロピルベンゾトリアゾール、これらの２種以上の混合物よりなる群から選ばれる。
【００２１】
また本発明の他の態様によれば、化学機械研磨に用いる研磨剤に含まれる酸化剤が金属配線を腐食する化学反応の速度を低下させる温度の純水中に、ウェハを浸漬保管する。あるいは、このような温度の純水を、ウェハにスプレーしながら、ウェハを保管するようにしてもよい。
【００２２】
本発明のさらに他の態様によれば、還元水中にウェハを浸漬保管する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
【００２４】
【第１実施形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態である研磨後ウェハの保管装置を示す。この保管装置４０は、保管水槽４２と、この水槽に純水を供給する供給管４４と、防食剤を供給する供給管４６と、水槽の下部から液を排出する排出管４８と、この排出管４８から分岐して、ポンプ４９およびフィルタ５０を介して水槽の上部に戻す戻し管５２と、各管に設けられたバルブ５４，５６，５８とから構成されている。
【００２５】
このような構造の保管装置４０は、図９で示したようにＣＭＰ装置１０のアンローダ室１２およびＣＭＰ後洗浄装置１４のローダ室１６に設けることができる。
【００２６】
以下の説明では、ダマシン法によるＣｕ配線の形成過程であるＣｕ−ＣＭＰ後のウェハを保管装置４０に保管するものとする。水槽４２には、供給管４４，４６から、防食剤としてベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）と純水とを供給し、所定量に達するとバルブ５４，５６を閉じる。水槽４２には、ＢＴＡ含有純水４１中にウェハキャリア２２に保持されたＣｕ−ＣＭＰ後ウェハ２０が浸漬される。保管中は、ポンプ４９を駆動して、水槽の下部からＢＴＡ添加純水を取り出し、フィルタ５０でウェハ表面から離れて液体中に浮遊した研磨砥粒や研磨屑をフィルタ５０で除去して、水槽上部より供給する。このように液体を循環使用することで、ＢＴＡ自体が高価であるうえ、環境上の問題を考慮して、廃棄されるＢＴＡ添加純水を極力少なくすることができ、またＢＴＡの廃棄処理費用を低減できる。また水槽の溶液４１は、定期的に排出管４８から排出して廃棄し、新しいＢＴＡおよび純水を供給するものとする。
【００２７】
以上のような保管装置４０を用いて、具体的にＢＴＡを０．１％および１％添加した２種類の純水に、Ｃｕ−ＣＭＰ後のウェハを１時間および２４時間浸漬し、Ｃｕ配線の抵抗の変化率を測定した。測定結果を、図２に示す。図２には、比較のために純水のみの場合の測定結果をも示してある。
【００２８】
１時間および２４時間の浸漬の両方とも、ＢＴＡの添加率は、０．０１％以上で効果を示すことが確認された。前述したようにＢＴＡは高価であり、かつ環境上の問題から、最大の添加率は５％とするのが好ましい。
【００２９】
Ｃｕ−ＣＭＰ時に供給される研磨剤に含まれる酸化剤としては、過酸化水素水，炭酸カルシウム，酸化鉄，硝酸鉄などがある。このような酸化剤がＣｕを腐食するのを防ぐ防食剤としては、ベンゾトリアゾール、ｏ−トリルトリアゾール、ｍ−トリルトリアゾール、ｐ−トリルトリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール、１−ヒドロキシベンゾトリアゾール、ニトロベンゾトリアゾール、ジヒドロキシプロピルベンゾトリアゾール等を挙げることができ、中でもベンゾトリアゾールが好適である。これらの化合物は単独で用いてもよく、あるいは２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３０】
【第２実施形態】
図３は、本発明の第２の実施の形態を示す図である。この実施の形態では、図１０で示した従来のウェハ保管水槽１８を用いて、供給する純水の温度をＣｕ配線を腐食する化学反応の速度を低下させるほどの低温にする。このような低温の純水４３は、上部の供給管から水槽に供給され下部の排出管から排出される。すなわち、水槽には純水が連続して供給される。
【００３１】
このように水槽に純水４３を連続して供給し、Ｃｕ−ＣＭＰ後のウェハを水槽に保管し、純水の温度を変化させた場合のＣｕ配線抵抗の変化、すなわちＣｕ配線抵抗の保管時間依存性を測定した。図４は、測定結果を示す。０〜２５℃の範囲で変化率は低く、２５℃を越えると変化率が大きくなることを確認できた。また、この測定結果では、０〜１０℃では、変化率は約３％と極めて低くなることが確かめられた。したがって、さらに好適な純水の温度は０〜１０℃である。
【００３２】
一例として、純水の温度を１０℃とし、Ｃｕ−ＣＭＰ後のウェハを図３の水槽に保管し、保管時間に対するＣｕ配線抵抗の変化、すなわちＣｕ配線抵抗の保管時間依存性を測定した。測定結果を、図５に示す。図５には、比較のために、２７℃の純水を用いた場合の保管時間依存性をも示す。図５から明らかなように、２７℃の純水の場合には、水中保管時間が１０分を越えるとＣｕ配線抵抗変化率は増大するが、１０℃の純水の場合には、１０００分近くなっても変化率は、約４％であり、腐食反応が抑制されていることがわかる。
【００３３】
【第３実施形態】
図６は、本発明の第３の実施の形態を示す図である。この実施の形態では、図１１で示した従来のスプレー方法を用いて、スプレー２４から供給する純水の温度を、Ｃｕ配線を腐食する化学反応の速度を低下させるほどの低温にする。純水の温度としては、図３の水中浸漬方法で説明したように０〜２５℃であり、好適には０〜１０℃である。
【００３４】
【第４実施形態】
図７は、本発明の第４の実施の形態を示す図である。
【００３５】
図７に示す水槽１８は、第１の実施形態のウェハ保管水槽と同様、ＣＭＰ後のウェハが待機中に乾燥することを防止するためのもので、ＣＭＰ装置１０（図９）のアンローダ室１２またはＣＭＰ後洗浄装置１４のローダ室１６に適用することができる。本実施形態は、第１の実施形態のＢＴＡを添加した純水に代わり、還元水を用いたものである。
【００３６】
図７において、ウェハ２０，ウェハキャリア２２，ウェハ保管水槽１８は第１の実施形態と同じであるので説明を省略する。ウェハ保管水槽１８には、還元水３８が満たされており、この還元水３８の中にウェハキャリア２２に保持されたウェハ２０が保管される。
【００３７】
還元水３８は、還元水供給管３１を通して還元水供給装置３２より供給される。また、還元水供給管３１の途中に設けられた還元水供給管バルブ３０の開閉により、ウェハ保管水槽１８中の還元水３８の水位を調節できる。また、使用後の還元水３８は、排水バルブ３５の開閉により、排水管３６を通して廃液処理される。
【００３８】
還元水３８を作る方法として以下に述べる２つの方法がある。
【００３９】
［バブリング法］
フィルタ法は、還元水供給装置３２内に純水供給管３７を通して純水３９を満たし、この中にフィルタ３３を入れ、このフィルタ３３に水素ガスを供給するか、または水素の泡を純水３９中で発生させることで、純水に水素を溶解させて還元水にする方法である。
【００４０】
［電解カソード法］（不図示）
電解カソード法は、還元水供給装置３２内に純水供給管３７を通して純水３９を満たす。この還元水供給装置３２内に陰極と陽極の電極を設け、これらの電極に電圧を印加することで、純水を電気分解させ、陰極側に水素を生じさせ、陰極側に接触した純水を還元水にする方法である。
【００４１】
本実施形態で使用する還元水の溶存する水素濃度は、０．１〜１０ｐｐｍとし、望ましくは１〜５ｐｐｍとした。
【００４２】
還元水供給管３１を通して供給される還元水の量は、１〜１０Ｌ／ｍ（リットル／分）とした。ここで、還元水は、大気に接触することで劣化しやすいので、常に新しい還元水を供給することが望ましく、また、ウェハ保管水槽１８は大気と遮断できるように密閉保管されることが望ましい。
【００４３】
図８は、本実施形態の還元水を含む純水にウェハを保管した場合と、比較例として純水に保管した場合の、Ｃｕ配線の抵抗変化率の時間的経過を示す。図８からわかるように、本実施形態では、純水に保管した場合に比べて抵抗値の変化を大幅に低減できる。言い換えれば、本実施形態の水中保管を適用することで、Ｃｕ配線の腐食の進行を大幅に抑制することができ、設計値に近い半導体装置を製造することができる。
【００４４】
以上の説明では、金属配線として、銅のダマシン配線を例に説明したが、これに限定されることなく、本願発明は、研磨後のウェハに金属が露出したものに対して有効であり、例えば、下層配線層と接続プラグであってもよい。
【００４５】
さらに、金属配線を形成する金属は、銅またはアルミニウム、または前記金属を含む合金のいずれかであってもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の純水に防食剤を添加するウェハ保管方法によれば、防食剤は、ウェハ表面に吸着して腐食を抑制できるため、ＣＭＰ後、洗浄処理を施すまで水中保管している間、金属配線表面を防食することができる。また、防食剤を添加した純水を循環使用することで、防食剤の使用量を低減できる。
【００４７】
また、本発明の低温の純水、または還元水を供給する保管方法によれば、酸化剤が金属配線を腐食する化学反応速度を抑制できるので、金属配線表面を防食することができる。
【００４８】
したがって、本発明によれば、金属配線の抵抗の増大を防止して、配線の信頼性を向上できる。さらには、金属配線が腐食されないので、金属配線の厚みが減ることがないので、段差が発生せず、洗浄において洗浄性が低下することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である研磨後ウェハの保管装置を示す図である。
【図２】Ｃｕ−ＣＭＰ後のウェハを１時間および２４時間浸漬し、Ｃｕ配線の抵抗率の変化率を測定した結果を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【図４】Ｃｕ配線抵抗の保管時間依存性を測定した結果を示すグラフである。
【図５】Ｃｕ配線抵抗の保管時間依存性を測定した結果を示すグラフである。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態を示す図である。
【図８】還元水を含む純水にウェハを保管した場合と、比較例として純水に保管した場合の、Ｃｕ配線の抵抗変化率の時間的経過を示す図である。
【図９】Ｃｕダマシン配線形成におけるＣｕ−ＣＭＰおよび後洗浄の工程フローを示す図である。
【図１０】純水を満たした水槽にウェハを浸漬して保管する従来の方法を示す図である。
【図１１】ウェハに純水をスプレーする方法を示す図である。
【図１２】腐食によるＣｕ配線の経時変化の状態を示す図である。
【符号の説明】
１０  ＣＭＰ装置
１４  ＣＭＰ後洗浄装置
１８  ウェハ
２０，４２  ウェハ保管水槽
２２  ウェハキャリア
３１  還元水供給管
３２  還元水供給装置
３８  還元水
４０  保管装置
４１，４３  純水
４２  保管水槽
４４  純水を供給する供給管
４６  防食剤を供給する供給管
４８  排出管
４９  ポンプ
５０  フィルタ
５２  戻し管
５４，５６，５８  バルブ
【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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