(57)【要約】【課題】  気密性を保ったままスラリや洗浄薬液などの溶液を研磨布上などに供給させることにより供給寸前まで外気との接触を避け、ウエハの欠陥を低減することができる研磨方法及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  スラリ保持容器からスラリ１６をウエハ１５上の被研磨対象物に供給する工程と、前記被研磨対象物を研磨する工程とを備える。スラリ保持容器は、密封容器であり、スラリの残量によって容積を可変にすることにより容器内のスラリが外気と接することがないように構成された気密性可変容器１０を用いる。スラリが完全に密閉された容器に収容され、気密性を保ったまま被研磨対象物に供給されるので、供給寸前まで外気との接触を避けてダストの混入やバクテリアの増殖、成分の揮発などを防ぐことが可能となり、スラリ等の粗大粒子を低減できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリ保持容器からスラリを被研磨対象物に供給する工程と、
研磨布を用いて前記スラリの供給された被研磨対象物を研磨する工程とを具備し、
前記スラリ保持容器は、密封容器であり、スラリの残量によって容積可変に構成されていることを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
被研磨対象物を研磨する工程と、
薬液保持容器から薬液を前記研磨された被研磨対象物に供給して、この被研磨対象物表面を洗浄する工程とを具備し、
前記薬液保持容器は、密封容器であり、薬液の残量によって容積可変に構成されていることを特徴とする研磨方法。
【請求項３】
前記被研磨対象物は、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、ニオブ、タンタル、銀、バナジウム、ルテニウム、プラチナ、シリコン及びそれらの酸化物、窒化物、硼化物、合金の中から選ばれた少なくとも１つであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の研磨方法。
【請求項４】
スラリ保持容器からスラリを半導体ウエハに供給する工程と、
研磨布を用いて前記スラリの供給された半導体ウエハ表面を研磨し、この半導体ウエハ上に形成され、凹部を有する絶縁膜上に前記凹部を埋め込むように堆積された金属を主成分とする導電膜の不要部分を除去する工程とを具備し、
前記スラリ保持容器は、密封容器であり、スラリの残量によって容積可変に構成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体ウエハ表面を研磨し、この半導体ウエハ上に形成され、凹部を有する絶縁膜上に前記凹部を埋め込むように堆積された金属を主成分とする導電膜の不要部分を除去する工程と、
薬液保持容器から薬液を前記研磨された半導体ウエハに供給して、この半導体ウエハ表面を洗浄する工程とを具備し、
前記薬液保持容器は、密封容器であり、薬液の残量によって容積可変に構成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨方法及び半導体装置の製造方法に関し、とくに、ＤＲＡＭや高速ロジックＬＳＩに搭載するダマシン配線を形成するためのＣＭＰプロセスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の製造分野においては、半導体素子の微細化、構造の高度化に伴って新しい製造装置が開発されている。その中でもＣＭＰ装置は、埋め込み金属配線、埋め込み素子分離などの埋め込み構造の形成に欠くことのできない装置の一つとなっている。
ＣＭＰ装置を用いたプロセスでは、半導体装置のより一層の微細化が進む中、これまで以上にスラリ中の異物が問題視されつつある。その一つに、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）を行う際に供給前のスラリが外気と接触することによって、ダストの混入やバクテリアの増殖を招くことで、ウエハの欠陥が増加することが分かってきた。
従来の技術では、スラリのｐＨの長期安定化を図るためにスラリを不活性ガス雰囲気で貯留することが知られている（特許文献１）。また、密閉可能なキャニスターに収容されたスラリ中の大径粒子が被研磨対象物へ供給されることを防ぐために、大径粒子遮断手段を備えた研磨装置が知られている（特許文献２）。また、貯留部がスラリの安定性を維持するに適した雰囲気、例えば、外気から遮断された密閉状態にすることが知られている（特許文献３）。
【０００３】
一方、ＣＭＰ装置を用いたプロセスにおいて、スラリ及びその保持容器に生ずる前述の問題は、同じプロセスにおいて用いられる洗浄薬液及びその保持容器に生ずる問題にも共通するものである。ＣＭＰ装置を用いたプロセスにおける洗浄工程は、被研磨対象物が形成されたウエハ表面をＣＭＰにより研磨した後の処理工程であり、薬液を用いてウエハを洗浄してＣＭＰ処理後にウエハ上に残った研磨粒子などのダストを洗い流す工程である。
【特許文献１】特開２０００−１５８３４１（図３参照）
【特許文献２】特開２０００−１９８０６２（図１５参照）
【特許文献３】特開２００３−１９７５７６（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、気密性を保ったままスラリや洗浄薬液などの溶液を研磨布上などに供給させることにより、供給寸前まで外気との接触を避けることが可能になり、被研磨対象物の欠陥を低減することができる研磨方法及び半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような課題を解決するために、本発明の研磨方法の一態様は、スラリ保持容器からスラリを被研磨対象物に供給する工程と、研磨布を用いて前記スラリの供給された被研磨対象物を研磨する工程とを具備し、前記スラリ保持容器は、密封容器であり、スラリの残量によって容積可変に構成されていることを特徴としている。
また、本発明の研磨方法の他の一態様は、被研磨対象物を研磨する工程と、薬液保持容器から薬液を前記研磨された被研磨対象物に供給して、この被研磨対象物表面を洗浄する工程とを具備し、前記薬液保持容器は、密封容器であり、薬液の残量によって容積可変に構成されていることを特徴としている。
また、本発明の半導体装置の製造方法の一態様は、スラリ保持容器からスラリを半導体ウエハに供給する工程と、研磨布を用いて前記スラリの供給された半導体ウエハ表面を研磨し、この半導体ウエハ上に形成され、凹部を有する絶縁膜上に前記凹部を埋め込むように堆積された金属を主成分とする導電膜の不要部分を除去する工程とを具備し、前記スラリ保持容器は、密封容器であり、スラリの残量によって容積可変に構成されていることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の半導体装置の製造方法の他の一態様は、半導体ウエハ表面を研磨し、この半導体ウエハ上に形成され、凹部を有する絶縁膜上に前記凹部を埋め込むように堆積された金属を主成分とする導電膜の不要部分を除去する工程と、薬液保持容器から薬液を前記研磨された半導体ウエハに供給して、この半導体ウエハ表面を洗浄する工程とを具備し、前記薬液保持容器は、密封容器であり、薬液の残量によって容積可変に構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、以上の構成により、スラリもしくは薬液が完全に密閉された容器に収容され、気密性を保ったまま被研磨対象物に供給させることができるので、供給寸前まで外気との接触を避けてダストの混入やバクテリアの増殖、成分の揮発などを防ぐことが可能になり、被研磨対象物の欠陥を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、実施例を参照して本発明の実施の形態を説明する。
本発明の実施形態で用いられるＣＭＰ装置は、図１に示される。回転する研磨盤（ターンテーブル）１３と、駆動シャフトに取り付けられ研磨対象物であるシリコンなどのウエハを保持する吸着盤（トップリング）を有するポリッシングユニット３とを備えており、ここでウエハなどの表面の被研磨対象物を研磨するＣＭＰ部１及び研磨処理したウエハを洗浄する洗浄部２を備えている。ＣＭＰ部１には、疲労して研磨に耐えなくなった研磨布を回復させるドレッシングユニット４が備えられている。洗浄部２には、ウエハを両面から洗浄する両面ロール洗浄機５及びペンシル洗浄機８が設けられている。他に洗浄部２にはウエハの面を反転させる反転機６、ウエハ搬送ロボット７及びウエハを装置内に搬入又は搬出するカセットロード／アンロード装置９が設けられている。本発明の実施形態において、研磨処理は、このＣＭＰ装置内で行われる。
【実施例１】
【０００９】
まず、図２乃至図６を参照して実施例１を説明する。
図２は、図１に示すＣＭＰ装置のＣＭＰ部を示す斜視図、図３は、図１に示すＣＭＰ装置を用いたシリコン半導体基板上のＣｕダマシン配線の形成方法を示す工程断面図、図４は、スラリを収容する気密性可変容器の斜視図、図５は、スラリを収容する気密性可変容器の上面図、正面図及び側面図、図６は、この実施例及び従来のウエハ全面に生じた欠陥数（個）を比較する特性図である。
【００１０】
まず、図２を参照してこの実施例におけるＣＭＰ処理を説明する。
研磨盤（ターンテーブル）１３の表面には研磨布１４が設けられており、研磨布１４上にはポリッシングユニット３及びドレッシングユニット４が配置されている。ポリッシングユニット３は、被研磨対象物が形成されたシリコンなどのウエハ１５を駆動シャフトに取り付けられた吸着盤などにより保持している。ウェハ１５表面を研磨するときは、研磨盤１３を回転させて研磨布１４を回転状態にする。そして、回転するポリッシングユニット３により研磨布１４に押し付けられながら回転するウエハ１５を研磨する。この時、研磨布１４とウエハ１５の回転方向は同じである。研磨は、スラリ１６を研磨布１４上に滴下しながら行う。スラリ１６は、ポンプ１２が接続されたスラリ供給パイプ１１から供給される。スラリ供給パイプ１１は、スラリ保持容器１０である気密性可変容器に繋がっている。
【００１１】
研磨布１４は、研磨処理を行うと特性が劣化する。そのため、ＣＭＰ処理が終了した研磨布１４は、回転するドレッシングユニット４を用いて研磨特性を元に回復させるようにコンディショニングをする。この時、ドレッシングユニット４と研磨布１４の回転方向は同じにしてある。また、コンディショニングは、純水などのコンディショニング液を研磨布１４上に滴下しながら行う。コンディショニング液は、ポンプ１７が接続されたコンディショニング液供給パイプ１９から供給される。コンディショニング液供給パイプ１９は、コンディショニング液保持容器１８に繋がっている。
コンディショニングは、ＣＭＰによる研磨処理の後に行うが、ウエハを研磨処理しているときに、同時に行うことができる。研磨処理と同時にコンディショニングを行うときには、スラリ供給パイプ１１とコンディショニング液供給パイプ１９とからスラリ及びコンディショニング液が供給される。この様に、ウエハの存在下でコンディショニング液を供給すると、供給前のコンディショニング液が外気と接触してダストの混入やバクテリアの増殖が発生しウエハの欠陥が増加するおそれがある。したがって、この実施例では、コンディショニング液保持容器１８にも気密性可変容器を用いて、供給寸前まで外気との接触を避けてウエハの欠陥の低減に資するよう構成することが可能である。
【００１２】
本実施例に用いる気密性可変容器は、収容されている液体の減量に合わせてその容積が減じていく容器であり、例えば、スラリ保持容器に用いる気密性可変容器は、スラリがＣＭＰ装置の研磨盤に供給されて行くに従って、容積が小さくなっていくので、スラリが外部に供給されていくときでも、外部から空気が侵入することはなく、したがって、スラリは、供給寸前まで外気（気相）との接触を避けることができるので、ウエハの欠陥の発生量を少なくする。
この気密性可変容器は、耐薬品性を有し、通気性のない材料を用いるのが好ましい。また、柔軟性のあるものが好ましい。例えば、フッ化アルコキシエチレン樹脂、ポリプロピレン、テフロン（登録商標）、ビニールなどの樹脂材料がある。また、ゴム系材料として、フッ化ビニリデン系フッ化ゴム、プロピレン系フッ化ゴム、シリコーン系ゴムなどがある。
【００１３】
この気密性可変容器の形状は、使用時に空気との接触を断つために可変状態にするが、取り扱い易さ、安全性などに配慮した形状であれば、形状に制限はない。図４は、その一例であり、牛乳パック形状である。この容器は、底面の中央にある中心線に沿って内側に折り曲げる折曲部が構成されており、この折曲部の折り曲げ度合いを可変にすることによって内部のスラリ等の液体を常に満杯状態にすることができる。また、図５は、ゴム性の輸血パック形状である。この形状の容器も厚さを可変にすることによって内部のスラリ等の液体が常に満杯状態になるようにすることができる。
この気密性可変容器の充填方法は、例えば、容器に開けられた孔にノズルを差し込み、真空ポンプによって容器内を脱気し、その後孔をシーラーで封印するという方法が採られている。
【００１４】
次に、図３を参照して半導体基板上のＣｕダマシン配線の形成方法を説明する。半導体素子などが作り込まれた、例えば、シリコン半導体などの半導体基板１００上に、例えば、シリコン酸化膜などの層間絶縁膜１０１を形成する。次に、層間絶縁膜１０１の表面を平坦化してから、深さ３００ｎｍの配線溝１０４をパターン形成する。次に、膜厚３０ｎｍ程度のバリアメタルとして用いられるＴａＮライナ（Ｔａ／ＴａＮ膜）１０２を層間絶縁膜１０１及び配線溝１０４の内壁上に堆積させる。そして、この上に膜厚７００ｎｍのＣｕ膜１０３をスパッタリング法及びその上へのメッキ法により堆積させる（図３（ａ））。
【００１５】
次に、この実施例のスラリを半導体基板１００表面に供給しながらＣｕ膜１０３の表面をＣＭＰ方法により研磨し、不要部分を除去する。そして、配線溝１０４にのみＣｕ膜１０３を残すようにする。ＣＭＰ処理は、Ｔａ／ＴａＮ膜１０２が露出するまで行われる（図３（ｂ））。Ｔａ／ＴａＮ膜１０２表面を露出した後、本実施例のＣＭＰによる研磨処理を行なって、層間絶縁膜１０１の表面を露出させる（図３（ｃ））。なおここで説明するウエハ上の被研磨対象物は、配線溝を形成した絶縁膜上に堆積したＴａ／ＴａＮ膜及びＣｕ膜であったが、被研磨対象物はこれに限定されず、絶縁膜に設けられた溝やホールなどの凹部を埋め込むように堆積したＡｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｓｉ又はそれらの酸化物、窒化物、硼化物もしくは合金など被研磨対象とすることが可能である。
研磨条件は、スラリ：コロイダルシリカの水溶液（５ｗｔ％）にベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）（０．１ｗｔ％）を添加（ｐＨ７）、流量：２００ｃｃ／ｍｉｎ、研磨布（研磨パッド）：ＩＣ１０００（ＲＯＤＥＬ社製）、荷重：４００ｇ／ｃｍ2 であり、ウエハ及び研磨盤（ターンテーブル）の回転数は共に５０ｒｐｍである。
【００１６】
強酸、強アルカリではバクテリアは増殖し難いが、ｐＨ７付近では増殖してしまう。仕上げ段階で用いるスラリにバクテリアが発生すると、ウエハ表面にバクテリアの残骸が残り、これが欠陥となる。そこで、図２に示す様に、本発明の一実施例である気密性可変容器を有する気密性供給装置を用いる。このように気密性を保つことでバクテリアの発生を無くすことができる。これを用いることによりＣｕダマシン配線の欠陥を低減することができる（図６参照）。図６は、この実施例及び従来の方法によりそれぞれ研磨処理が行われたウエハの全面に生じた欠陥数（個）を比較する特性図であり、縦軸がウエハ上の欠陥数（個）を表わし、横軸は実施例及び従来の例を示している。図に示す様に、従来のウエハに比較して実施例のウエハは欠陥の発生数が半分以下になっている。
以上の様に、本発明の実施例１は、気密性可変容器を用いることで、スラリ中のバクテリアの発生を防ぎ、ＣＭＰ研磨後の欠陥を低減させることができる。
【実施例２】
【００１７】
次に、図７及び図８を参照して実施例２を説明する。
この実施例では、スラリ保持容器の気密性を高めることにより粗大粒子の発生を防止し、スクラッチを低減したＣｕダマシン配線を形成した例について説明する。図７は、図１に示すＣＭＰ装置を用いたシリコン半導体基板上のＣｕダマシン配線の形成方法を示す工程断面図、図８は、この実施例及び従来のウエハ全面に生じたスクラッチ数（個）を比較する特性図である。
半導体素子などが作り込まれた、例えば、シリコン半導体などの半導体基板２００上に、層間絶縁膜２０１を形成する。次に、層間絶縁膜２０１の表面を平坦化してから、深さ３００ｎｍの配線溝２０４をパターン形成する。次に、膜厚３０ｎｍ程度のバリアメタルとして用いられるＴａＮライナ（Ｔａ／ＴａＮ膜）２０２を層間絶縁膜２０１及び配線溝２０４の内壁上に堆積させる。そして、この上に膜厚７００ｎｍのＣｕ膜２０３をスパッタリング法及びその上へのメッキ法により堆積させる（図７（ａ））。
【００１８】
次に、この実施例のスラリを半導体基板２００表面に供給しながらＣｕ膜２０３の表面をＣＭＰ方法により研磨し、不要部分を除去する。そして、配線溝２０４にのみＣｕ膜２０３を残すようにする。ＣＭＰ処理は、Ｔａ／ＴａＮ膜２０２が露出するまで行われる（図７（ｂ））。Ｔａ／ＴａＮ膜２０２表面を露出した後、さらに本実施例のＣＭＰによる研磨処理を行なって、層間絶縁膜２０１の表面を露出させる（図７（ｃ））。研磨条件は、実施例１と同様である。
この実施例では、寄生容量低減のために層間絶縁膜２０１に第１及び第２の低誘電率絶縁膜２０５、２０６を用いる。低誘電率絶縁膜は、一般にＬｏｗＫ膜といわれている。層間絶縁膜２０１は、ＬＫＤ５１０９（ＪＳＲ製）からなる第１の低誘電率絶縁膜（膜厚３００ｎｍ）２０５とＬＫＤ２７（ＪＳＲ製）からなる第２の低誘電率絶縁膜（膜厚１５０ｎｍ）２０６との積層膜から構成されている。ここで、第２の低誘電率絶縁膜２０６は、比誘電率が第１の低誘電率絶縁膜２０５の比誘電率より大きい。これは、第２の低誘電率絶縁膜２０６が第１の低誘電率絶縁膜２０５より堅いことを意味している。また、第２の低誘電率絶縁膜２０６は、疎水性が高い。
【００１９】
低誘電率絶縁膜は、壊れ易くＣＭＰによる研磨に対する耐性が一般に低いが、比較的堅い低誘電率絶縁膜を研磨布の当たる積層膜の最上層に適用したことにより、研磨処理を有効に行うことができる。
従来のスラリ供給装置を用いると、スラリ保持容器において内部のスラリ貯蔵量が減っていくと、気体と液体の界面で固形分が乾燥したものが剥がれ落ち、スラリの粗大粒子増加の一因になっていた。そこで、本実施例のスラリの気密性可変容器を用いるとこのような気液界面が存在しないため、スラリの粗大粒子の増加を抑えることができる。このようにして、Ｃｕダマシン配線のスクラッチ発生を低減することができる。
図８は、この実施例及び従来の方法によりそれぞれ研磨処理が行われたウエハの全面に生じたスクラッチ数（個）を比較する特性図であり、縦軸がウエハ上のスクラッチ数（個）を表わし、横軸は実施例及び従来の例を示している。図に示す様に、従来のウエハに比較して本実施例のウエハは欠陥の発生数が十分の一程度になっている。
【実施例３】
【００２０】
次に、図１及び図９を参照して実施例３を説明する。
図９は、この実施例で説明する図１のＣＭＰ装置の洗浄部２を構成する両面ロール洗浄機の斜視図である。前の実施例では、スラリの保持容器に気密性可変容器を用いた場合について説明したが、この実施例ではウエハを洗浄する薬液の保持容器に用いた場合について説明する。
この実施例は、被研磨対象物を研磨する工程と、薬液保持容器から薬液を前記研磨された被研磨対象物に供給して、この被研磨対象物表面を洗浄する工程とを具備し、前記薬液保持容器を気密性可変容器とすることにより容器内の薬液が外気と接することがないように構成されている。なお、図２に示されるようなスラリを供給し研磨布を用いて研磨する方法ではなく、固定砥粒方式のＣＭＰ処理を行う場合の被研磨対象物を洗浄する際に適用しても良い。
ＣＭＰ部１で処理されたウエハ３５は、洗浄部２の両面ロール洗浄機５に送られる（図２参照）。ウエハ３５は、薬液が含まれた１対のブラシスポンジ３３、３４に挟まれて洗浄される。薬液は、ポンプ３２により薬液保持容器３０から薬液供給パイプ３１を介してブラシスポンジ３３、３４に供給される。薬液には、例えば、クエン酸水溶液やポリカルボン酸系の界面活性剤が用いられる。
【００２１】
気密性可変容器は、収容されている液体の減量に合わせてその容積が減じていく容器であり、例えば、薬液保持容器に用いる気密性可変容器は、薬液がＣＭＰ装置の洗浄部に供給されて行くに従って、容積が小さくなっていくので、薬液が外部に供給されていくときでも、外部から空気が侵入することはなく、したがって、薬液は、供給寸前まで外気との接触を避けることができるので、ウエハの欠陥発生の環境をなくすることができ、また、空気中の酸素や二酸化炭素の影響による薬液の特性劣化を防止することができる。
この気密性可変容器の形状は、使用時に空気との接触を断つために可変状態にするが、取り扱い易さ、安全性などに配慮した形状であれば、形状に制限はない。図４及び図５は、その一例である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態で用いられるＣＭＰ装置の概略断面図。
【図２】本発明の実施例１を説明する図１のＣＭＰ部を示す概略斜視図。
【図３】図１に示すＣＭＰ装置を用いたシリコン半導体基板上のＣｕダマシン配線の形成方法を示す工程断面図。
【図４】図２に示すスラリを収容する気密性可変容器の斜視図。
【図５】図２に示すスラリを収容する気密性可変容器の上面図、正面図及び側面図。
【図６】実施例１及び従来のウエハ全面に生じた欠陥数（個）を比較する特性図。
【図７】実施例２で説明する図１に示すＣＭＰ装置を用いたシリコン半導体基板上のＣｕダマシン配線の形成方法を示す工程断面図。
【図８】実施例２及び従来のウエハ全面に生じたスクラッチ数（個）を比較する特性図。
【図９】実施例３で説明する図１のＣＭＰ装置の洗浄部を構成する両面ロール洗浄機の概略斜視図。
【符号の説明】
【００２３】
１…ＣＭＰ部      ２…洗浄部      ３…ポリッシングユニット
４…ドレッシングユニット      ５…両面ロール洗浄機
１０、３０…気密性可変容器      １１…スラリ供給パイプ
１２、３２…ポンプ      １３…研磨盤      １４…研磨布
１５、３５…ウエハ      １６…スラリ      ３１…薬液供給パイプ
３３、３４…ブラシスポンジ
【図１】
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【図２】
2006041104.tif 000004
【図３】
2006041104.tif 000005
【図４】
2006041104.tif 000006
【図５】
2006041104.tif 000007
【図６】
2006041104.tif 000008
【図７】
2006041104.tif 000009
【図８】
2006041104.tif 000010
【図９】
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