(57)【要約】  本発明は化学機械平坦化（ＣＭＰ）とこのようなＣＭＰプロセスを実行する装置とに関係する。発明による方法および装置は、各洗浄ステップがほぼ同じ時間に終了するように洗浄ステップの期間を調整することによりＣＭＰプロセス中の２回の順次の研磨ステップの間にウェハが空気に晒される時間を回避するか、または、少なくとも最小限に抑える。そのようにして、腐食のような損傷が回避されるか、または、少なくとも最小限に抑えられ、高品質デバイスが実現される。
2008515182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理ステップを同時に実行する手段をそれぞれに有し、各処理ステップが研磨ステップを備え、前記処理ステップのうちの少なくとも一つが前記研磨ステップ後に洗浄ステップを備え、各処理ステップが総処理ステップ時間を保有する、少なくとも２個の研磨プラットフォームをもつ化学機械平坦化装置であって、
各研磨プラットフォームでの前記処理ステップが実質的に同時に終了するように前記総処理ステップ時間を設定するため適した制御手段をさらに備える、装置。
【請求項２】
最も遅い研磨ステップの終了時間によって各処理ステップの終了時間を決定する手段をさらに備え、前記制御手段が少なくとも一つの洗浄ステップのそれぞれの時間間隔を調節することにより前記総処理ステップ時間を設定する手段を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記処理ステップの終了時間を決定するエンドポイントディテクタをさらに備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
各処理ステップが後に洗浄ステップが続く研磨ステップを備え、前記制御手段が、最短洗浄時間によって増加させられた、先行する研磨ステップの終了時間と最も遅い研磨ステップの終了時間との間の差によって決定された期間中に洗浄が実行されるように、各洗浄ステップの持続時間を制御するようにされた、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記制御手段が前記最短洗浄時間を１〜６０秒に制御するようにされた、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記制御手段が前記最短洗浄時間を８〜１０秒に制御するようにされた、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
第１、第２、および、第３の研磨プラットフォームを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１、第２、および、第３の研磨プラットフォームがそれぞれ銅ＣＭＰ、バリアＣＭＰ、および、バフ研磨を実行するようにされた、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
研磨ステップをそれぞれに備える少なくとも二つの同時処理ステップを備え、前記処理ステップのうちの少なくとも一つが前記研磨ステップ後に洗浄ステップをさらに備え、
全処理ステップが実質的に同時に終了するように制御される、
基板を化学機械平坦化する方法。
【請求項１０】
全処理ステップの終了時間が最も遅い研磨ステップの終了時間によって決定され、総処理ステップ時間が少なくとも一つの洗浄ステップのそれぞれの時間間隔を調節することによって設定される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
各処理ステップが前記研磨ステップ後に洗浄ステップを備え、各洗浄ステップが、最短洗浄時間によって増加させられた、先行する研磨ステップの終了時間と最も遅い研磨ステップの終了時間との間の差によって決定された期間中に実行される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板が半導体ウェハまたは部分的に処理された半導体基板である、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
処理エンジン上で実行されるときに、基板のＣＭＰプロセスにおける処理ステップの期間を設定するコンピュータプログラムプロダクトであって、
コンピュータプログラムが、研磨ステップをそれぞれに備える少なくとも二つの同時処理ステップを備え、前記処理ステップのうちの少なくとも一つが前記研磨ステップ後に洗浄ステップを備え、全処理ステップが実質的に同時に終了する、プロセスを制御するコードを含む、
コンピュータプログラムプロダクト。
【請求項１４】
請求項１３に記載のコンピュータプログラムプロダクトを記憶する、機械読み取り可能なデータ記憶装置。
【請求項１５】
基板の化学機械平坦化を備え、
前記化学機械平坦化が研磨ステップをそれぞれに備える少なくとも二つの同時処理ステップを備え、前記処理ステップのうちの少なくとも一つが前記研磨ステップ後に洗浄ステップを備え、全処理ステップが実質的に同時に終了するように制御される、
電気装置または電子装置を製造する方法。
【請求項１６】
前記基板が半導体ウェハまたは部分的に処理された半導体基板である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
パラメータを受信する手段を備え、請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法を実行するＣＭＰツールへ前記パラメータを送信する、コンピュータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学機械研磨（ＣＭＰ）ツールおよびプロセスに係わり、特に、順次の平坦化ステップと洗浄ステップとの間にウェハの空気への露出が最小限に抑えられたＣＭＰツールおよびプロセスと、ＣＭＰツールまたは方法によって研磨された中間的な半導体製品または最終的な半導体製品とに関する。
【背景技術】
【０００２】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、たとえば、電気部品または電子部品の設計、開発および処理における重要なプロセスへと発展した。ＣＭＰテクノロジーは、費用対効果に優れ、かつ、最先端の製品の製造のため極めて重要である。ＣＭＰテクノロジーは最新式多層集積回路の製造に重要になっている。ＣＭＰプロセスは、ウェハ上、または、ウェハに堆積した膜上の高い箇所を磨き取るため今日の半導体産業によって一般に使用され、そのようにして、所要の局所的および／または大域的な表面の平坦化に達するように膜またはウェハを平坦化する。このＣＭＰプロセスは、したがって、簡単に平坦化プロセスと呼ばれることがよくある。
【０００３】
ＣＭＰプロセスにおいて、機械的な力と化学的な力の両方が、適度な、必要とされる材料、たとえば、ウェハまたは膜材料の機械的除去速度と、除去速度の正確な制御性を実現するため利用される。一方の材料の別の材料に対する除去速度の選択性は、化学的な力と機械的な力の積である。したがって、これらの化学的な力と機械的な力を調整することにより、所要のアプリケーションに基づいて優れた選択性または無選択性を達成することが可能である。
【０００４】
ＣＭＰプロセスは、Ｊ．Ｍ．  Ｓｔｅｉｇｅｒｗａｌｄ、Ｓ．Ｐ．  ＭｕｒａｒｋａおよびＲ．Ｊ．  Ｇｕｔｍａｎによって、「Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  １９９７に包括的に記載され、説明されている。ＣＭＰプロセスは、平坦化または研磨されるべきサンプル表面を、サンプル表面に接触するサポートを提供し、平坦化をもたらす研磨に影響を与えるべくサンプル表面と研磨パッドとの間にスラリーを運ぶため使用される研磨パッドに向かって移動させるステップを備える。ＣＭＰ中に起こる化学変化は、たとえば、酸化膜のような表面層を作ることにより、研磨される材料の表面特性を変更する。この表面層はバルク材料の化学的特性および機械的特性とは異なる化学的特性および機械的特性を備え、多くの場合に、この表面層は研磨粒子の摩耗とサンプルに擦れる研磨パッドとによって容易に除去される。化学的な力は、かくして、二つの主要な目的のために役立つ。第一に、材料が容易に除去され得るようにさせ、除去速度の正確な制御を可能にさせる表面層の形成である。第二に、材料を溶解、または、摩耗した材料がサンプル表面に再堆積させられることを妨げる界面活性剤で材料を取り囲むことによる摩耗した材料の除去である。
【０００５】
図１は一般に知られている研磨ツールの概略的な表現を示している。平坦化されるべきウェハ１は、研磨パッド２とも呼ばれる研磨面２に押し付けられ、ウェハ１および研磨パッド２は、互いに運動、好ましくは、回転運動させられる（図１を参照）。好ましい実施形態では、ウェハ１と研磨パッド２の両方が回転運動させられる。化学試薬を含む水性媒体中に懸濁している細かな研磨粒子からなる研磨スラリー３は、研磨パッド２上のある場所に、たとえば、研磨パッド２の中心に施与される。回転運動によって発生させられた遠心力と、研磨パッド２に非常に接近したウェハ１の存在は、研磨パッド２上に一面の液体を形成する研磨パッド２の至る所にスラリー３を施与する。図２は、研磨されるべきウェハ１、研磨パッド２、および、研磨スラリー３を詳細に示す。スラリー３中の研磨粒子に加えられた力および速度からの機械的作用と、ウェハおよびスラリー３中の化学試薬からの化学的作用との組み合わせは、ウェハ１の表面からの材料の除去をもたらす。
【０００６】
ある種のアプリケーションに関して、ＣＭＰツールは、それぞれが図１による研磨パッド２を含む２個以上の研磨プラットフォームを備える。したがって、ＣＭＰプロセスは２回以上の研磨ステップを備える。順次の研磨ステップの間に、ウェハは、半導体処理において使用される超純水である脱イオン水で、または、より一般的には清浄液で洗浄される。清浄液の実施例は、０．０００１〜０．１Ｍの濃度をもつベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）である。洗浄ステップ中に、研磨されたウェハは、先行する動作中に開始された化学反応を停止し、この動作の生成物をウェハ表面から除去するためにＤＩ水に浸漬される。洗浄ステップ後、ウェハ１は研磨プラットフォームから持ち上げられ、後の研磨フェーズのための次の研磨プラットフォームへ移される。完全に調整された研磨シーケンスでは、ウェハ１は、待ち時間を伴うことなく、そのまま次の研磨フェーズに持ち込まれるであろう。
【０００７】
しかし、二つの順次の研磨ステップの間にある洗浄ステップが一定の時間間隔を有することが従来のシステムの欠点である。したがって、すべてのウェハが次のステップへ同時に移されるので、異なる研磨ステップが異なる時間間隔を有するならば、最短時間間隔で研磨ステップを通過したウェハは最初にＤＩ水に浸漬され、一定の洗浄時間間隔後に、ウェハがＤＩ水から取り出され、未だ湿っている間、後の研磨ステップへ移すことができる前に空気中で待機しなければならない。スラリーからの化学残留物の痕跡を備える湿ったウェハの空気への露出は、非常に化学的に活性のあるＣＭＰツールの環境において、ウェハの表面の損傷、たとえば、腐食の可能性を高め、低品質の製品およびデバイスをもたらすことがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、半導体ウェハまたは部分的に処理された半導体基板のような基板の表面の腐食または損傷の可能性を最小限に抑えるＣＭＰツールおよびＣＭＰプロセスを提供すること、ならびに、このプロセスによって作られた中間的なまたは最終的な半導体製品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は本発明による方法、デバイスおよび半導体製品によって達成される。
【００１０】
本発明は、研磨ステップを備える各処理ステップを同時に実行する手段をそれぞれに有する少なくとも２台の研磨プラットフォームを含む化学機械平坦化装置を提供し、上記処理ステップのうちの少なくとも一方は研磨ステップの後に洗浄ステップをさらに備える。本発明による方法において、各処理ステップは総処理ステップ時間を有し、装置は、各研磨プラットフォームにおける処理ステップがほぼ同時に終了するように総処理ステップ時間を設定するため適した制御手段をさらに備える。ほぼ同時に終了するとは、各研磨プラットフォームでの処理ステップの終了の間の差が２秒より長くないことを意味する。
【００１１】
本発明の実施形態によれば、装置は最も遅い研磨ステップの終了時間によって各処理ステップの終了時間を決定する手段をさらに備え、制御手段は洗浄ステップのうちの少なくとも一つのそれぞれの時間間隔を調節することにより総処理ステップ時間を設定する手段を有する。装置は処理ステップの終了時間を決定するエンドポイントディテクタをさらに備える。
【００１２】
本発明による装置において、ウェハは、次の研磨プラットフォームへ移すことができる前に空気中で待機する必要がない。したがって、本発明による化学機械平坦化装置は、２回の研磨ステップまたは研磨＋洗浄ステップの間に空気中で待機しているウェハが存在しないか、または、実質的に存在しないので、腐食のような損傷の可能性が最小限に抑えられる点で有利である。
【００１３】
発明の実施形態では、各処理ステップは洗浄ステップが後に続く研磨ステップを備える。制御手段は、最短洗浄時間によって増加させられた、先行する処理ステップの終了時間と最も遅い研磨ステップの終了時間との間の差により決定された期間中に洗浄が実行されるように、各洗浄ステップの間隔を制御するため適する。一実施形態では、制御手段は最短洗浄時間を１〜６０秒の間に、好ましくは、８〜１０秒の間に制御するようにされる。
【００１４】
本発明の本実施形態による装置では、ツールスループットに悪影響が起こらないという利点がある。この場合には、安全余裕が組み込まれなければならないため、たとえば、洗浄ステップに一定の終了時間が設定された場合のような、余分な時間が追加されない。発明による本実施形態の別の利点は、研磨と洗浄が同じウェハキャリア上で行われることである。殆どの従来技術のＣＭＰツールでは、洗浄は研磨ステップが実行されるウェハキャリアとは異なるウェハキャリア上で実行される。このことはツールの大型化の原因となり、たとえば、クリーンルーム内で非常に大きな空間を占めるので不利である。
【００１５】
発明による実施形態では、装置は、第１、第２および第３の研磨プラットフォームを備える。第１、第２および第３の実施形態は、たとえば、銅ＣＭＰ、バリアＣＭＰおよびバフ研磨のそれぞれを実行するようにされる。
【００１６】
本発明は基板の化学機械平坦化方法をさらに提供する。この方法は、それぞれが研磨ステップを備える少なくとも二つの同時処理ステップを備え、少なくとも一方の処理ステップが研磨ステップ後に洗浄ステップをさらに備え、全処理ステップが実質的に同時に終了するように制御される。
【００１７】
全処理ステップの終了時間は最も遅い研磨ステップの終了時間によって決定され、総処理ステップが少なくとも一つの洗浄ステップのそれぞれの時間間隔を調節することにより設定される。
【００１８】
発明による方法では、ウェハは、次の研磨プラットフォームへ移すことができる前に空気中で待機する必要がない。したがって、本発明による化学機械平坦化方法は、２回の研磨ステップまたは研磨＋洗浄ステップの間に空気中で待機しているウェハが存在しないか、または、実質的に存在しないので、腐食のような損傷の可能性が最小限に抑えられる点で有利である。
【００１９】
発明の一実施形態では、各処理ステップは研磨ステップ後に洗浄ステップを備え、各洗浄ステップは、最短洗浄時間によって増加させられた、先行する処理ステップの終了時間と最も遅い研磨ステップの終了時間との間の差により決定された期間中に実行される。
【００２０】
本発明の本実施形態による方法は、ツールスループットに悪影響が起こらないという利点がある。この場合には、安全余裕が組み込まれなければならないため、たとえば、洗浄ステップに一定の終了時間が設定された場合のような、余分な時間が追加されない。発明による本実施形態の別の利点は、研磨と洗浄が同じウェハキャリア上で行われることである。殆どの従来技術のＣＭＰツールでは、洗浄は研磨ステップが実行されるウェハキャリアとは異なるウェハキャリア上で実行される。このことはツールの大型化の原因となり、たとえば、クリーンルーム内で非常に大きな空間を占めるので不利である。
【００２１】
発明による実施形態では、基板は半導体ウェハまたは部分的に処理された半導体基板である。
【００２２】
本発明は、コンピュータ、たとえば、マイクロコントローラもしくはＦＰＧＡのようなプログラマブルゲートアレイ内の組み込みマイクロプロセッサのような処理エンジン上で実行されるときに、基板のＣＭＰプロセスにおける処理ステップの期間を設定するコンピュータプログラムプロダクトをさらに提供し、コンピュータプログラムが少なくとも二つの順次の処理ステップを備えるプロセスを制御するコードを含み、少なくとも一方の処理ステップが研磨ステップ後に洗浄ステップをさらに備え、全処理ステップがほぼ同時に終了する。
【００２３】
発明は、発明によるコンピュータプログラムプロダクトを格納する機械読み取り可能なデータ記憶デバイスをさらに提供する。
【００２４】
さらに、電気装置または電子装置を製造する方法が提供される。この方法は、基板の化学機械平坦化を実行するステップを備え、化学機械平坦化は、それぞれが研磨ステップを備える少なくとも二つの順次の処理ステップを備え、少なくとも一つの処理ステップが研磨ステップ後に洗浄ステップをさらに備え、全処理ステップがほぼ同時に終了する。基板は、たとえば、半導体ウェハまたは部分的に処理された半導体基板である。
【００２５】
発明は、パラメータを受信し、これらのパラメータを本発明によるＣＭＰプロセスを実行するＣＭＰツールへ送信するようにされたコンピュータシステムをさらに提供する。
【００２６】
本発明の上記の、ならびに、その他の特徴、構成要件および利点は、一例として、発明の原理を図示する添付図面と併せて理解された、以下の詳細な説明から明白になるであろう。この説明は、発明の範囲を限定することなく、例示の目的のためだけに記載されている。以下に引用された参考図は添付図面を参照する。
【００２７】
異なる図において、同じ参照符号は同じ要素または類似した要素を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明は、特定の実施形態に関して、図面を参照して説明されるが、発明は実施形態に限定されず、特許請求の範囲だけによって限定される。請求項中の参照符号は範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。記載されている図面は単に概略的であり、非限定的である。図面中、一部の要素のサイズは、説明の目的のため誇張され、正しい縮尺で描かれていない。用語「備える」が本明細書および請求項において使用されているが、その他の要素またはステップを除外しない。単数名詞、を参照するときに、不定冠詞または定冠詞、たとえば、「ａ」もしくは「ａｎ」、「ｔｈｅ」が使用され、特に断らない限り、これはその名詞の複数形を含む。
【００２９】
さらに、明細書および特許請求の範囲中の第１、第２などの用語は、類似した要素を区別するため使用され、必ずしも一連の順序または時間順を記述するためではない。このように使用される用語は適切な状況下で置き換え可能であり、明細書中に記載された発明の実施形態は明細書に記載もしくは図示されていないその他の順序で動作する能力を備えていることが理解されるべきである。
【００３０】
請求項中で使用されている用語「備える」は、その後に列挙された手段に限定されているとして解釈されるべきでなく、その他の要素またはステップを除外しないことに注意すべきである。したがって、「手段ＡおよびＢを備えるデバイス」という表現の範囲は、コンポーネントＡおよびＢだけにより構成されるデバイスに限定されるべきでない。これは、本発明に関して、デバイスの最も関連のあるコンポーネントがＡおよびＢであることを意味する。
【００３１】
本発明は、プロセス中の２回の順次のステップの間における研磨されるべき基板、たとえば、半導体ウェハの空気への露出が回避されるか、または、少なくとも最小限に抑えられるＣＭＰツールおよびＣＭＰプロセスを提供する。そのようにして、ウェハのような基板は腐食のような考えられる損傷に殆どさらされないか、または、全くさらされない。基板は、処理を加えられていない半導体ウェハでも、処理された半導体ウェハでもよい。これによって、電気装置または電子装置のような高品質製品の生産がもたらされる。
【００３２】
図３は、非限定的な実施例として、第１のウェハキャリア１２を伴うロード／アンロードステーション１１と、第２のウェハキャリア１４を伴う第１の研磨プラットフォーム１３と、第３のウェハキャリア１６を伴う第２の研磨プラットフォーム１５と、第４のウェハキャリア１８を伴う第３の研磨プラットフォーム１７と、を備えるＣＭＰツール１０の概略図を示す。研磨プラットフォーム１３、１５、１７へのプロセス割り付けの実施例は後述される。本実施例は、説明と理解を簡略化することだけを目的とし、発明を限定していないことが理解されるべきである。
【００３３】
ＣＭＰは、たとえば、電子デバイスの製造プロセスにおいて銅配線の形成中に使用される。銅は、プラズマエッチングプロセスの基本的な特長である比較的低い温度、たとえば、２００℃以下で銅の揮発性化合物の不足が原因となってプラズマエッチングによってパターニングされ得ないので、銅ＣＭＰ（Ｃｕ−ＣＭＰ）は銅配線を作る好ましい方法である。Ｃｕ−ＣＭＰにおいて、配線のための銅メタライゼーションは、たとえば、当業者に知られているダマシン技法を、たとえば、タンタル（Ｔａ）または窒化タンタル（ＴａＮ）のような適切なバリア膜材料の選択と組み合わせることによって達成される。
【００３４】
ダマシンプロセスは、絶縁体、たとえば、酸化物の堆積と、酸化物中のトレンチのエッチングと、至る所での金属の堆積と、ＣＭＰを用いるポリッシュバックとを備え、金属だけがトレンチに残される、金属線を作る手法である。これは、金属が最初に堆積され、金属がエッチングによってパターン付けされ、金属の間のギャップを埋めようとして酸化物が堆積される、従来型のシーケンスの反対である。ダマシンプロセスは、（金属線の間に酸化物を入れる）ギャップフィル問題を取り除く。ダマシンプロセスは、さらに、金属エッチの代わりに酸化膜エッチを使用し、酸化膜ＣＭＰの代わりに金属ＣＭＰを使用する点で、製造で使用されるプロセスの異なる配分をもたらす。ダマシンプロセスの別の利点は、金属線およびビアが１回のプロセスサイクル内で形成され、電気的性能、回路の信頼性、および、生産コストの観点でプロセスを非常に魅力的にすることである。
【００３５】
日本国特許第２００１４４２０１号は、ダマシン構造と、バリア膜を利用するダマシン構造の製造とについて記述する。誘電体層の変性された上端部であり、バリア膜の下に存在する犠牲層が利用される。バリア膜は、銅と下にある誘電体との間の接着促進物としての役割と、拡散バリアとしての役割の両方の役割を果たす。過剰な銅は第１のＣＭＰステップ中に除去される。バリア膜は第２のＣＭＰステップ中に除去される。バリア膜を除去している間に、銅もまたさらに除去される。バリア膜を除去した後、犠牲膜が銅より高速（１００倍までの速さ）に除去される。ＣＭＰは、過剰な銅とバリア膜の両方の除去を可能にさせ、必要とされるダイとウェハスケール平坦化を達成する。
【００３６】
上述の実施例では、ＣＭＰツール１０は、第１のウェハがロード／アンロードステーション１１に搭載され、続いて第１の研磨プラットフォーム１３へ移され、同時に第２のウェハがロード／アンロードステーション１１を介してＣＭＰツール１０に取り込まれるようになされる。第１の研磨プラットフォーム１３上で、与えられた実施例では、銅ＣＭＰは、たとえば、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能なＥＰＬ２３６１のようなスラリーを使用して実行される。このような銅ＣＭＰスラリーは、高い除去速度で、バルク銅膜を除去するため使用される。プロセスはバリア膜で効率的に停止しなければならない。プロセスはＣｕ対バリア／酸化物の高い選択性を有する。約１μｍの厚さをもつ銅層の場合、たとえば、この第１の研磨プラットフォーム１３上の主な処理時間は７０〜９０秒である。このステップの終了時間はエンドポイントディテクタによってトリガーされる。
【００３７】
次に、第１のウェハが第２の研磨プラットフォーム１５へ移され、第２のウェハが第１の研磨プラットフォーム１３へ移され、第３のウェハがロード／アンロードステーション１１を介してＣＭＰツール１０に取り込まれる。第２の研磨プラットフォーム１５において、与えられた実施例では、バリアＣＭＰが、たとえば、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能なＣＵＳ１３５１のようなスラリーを使用して実行される。バリアＣＭＰプロセスの機能は、たとえば、ＴａまたはＴａＮのようなバリア膜材料を除去することである。バリア膜除去のため使用されるスラリーは高い選択性を有し、プロセスは犠牲層で停止される。この第２の研磨プラットフォーム１５上の主要な処理時間は、与えられた実施例では、４５〜６０秒である。終了時間はエンドポイントディテクタによってトリガーされ、または、主な処理時間は一定の持続時間を有する。
【００３８】
その後、第１のウェハは第３の研磨プラットフォーム１７へ移され、第２のウェハは第２の研磨プラットフォーム１５へ移され、第３のウェハは第１の研磨プラットフォームへ移され、第４のウェハがロード／アンロードステーション１１に取り込まれる。第３の研磨プラットフォーム１７上では、与えられた実施例では、犠牲層が除去される。代替的な半導体処理ステージでは、バフ研磨がこの第３の研磨プラットフォーム上で実行される。バフ研磨のため使用されるスラリーの実施例は、たとえば、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能なＫｌｅｂｏｓｏｌ  １５０１−５０である。機械的清浄ステップであるバフ研磨ステップは、最終的な平坦化および欠陥削減ステップとしての役割を果たす。この第３の研磨プラットフォーム１７上の主な処理時間は、与えられた実施例では、１０〜２０秒であり、通常は一定の持続時間を有する。
【００３９】
次に、第１のウェハはＣＭＰツール１０から取り外されるようにロード／アンロードステーション１１へ移され、第２のウェハは第３の研磨プラットフォーム１７へ移され、第３のウェハは第２の研磨プラットフォーム１５へ移され、第４のウェハは第１の研磨プラットフォーム１３へ移され、第５のウェハはロード／アンロードステーション１１を介してＣＭＰツール１０に取り込まれる。
【００４０】
上記のシーケンスは、処理されるべき全ウェハがＣＭＰツール１０を離れるまで繰り返される。
【００４１】
ウェハ洗浄ステップは各研磨フェーズ後に実行される。この洗浄ステップ中に、ウェハは、ＤＩ水、または、より一般的には、たとえば、高圧で研磨パッド上に噴霧される０．０００１〜０．１Ｍの濃度のベンゾトリアゾールの溶液といった、適当な清浄液を使用して、緩やかに研磨され、すなわち、非常に低圧力および低速度で研磨される。従来的には、洗浄ステップは数秒、典型的には、１０〜１５秒の一定の期間中に実行される。洗浄ステップの目的は、先行する研磨ステップの化学残留物および塵をウェハ表面から除去することである。洗浄ステップ後、ウェハは研磨パッドから持ち上げられ、後続の研磨フェーズのための次の研磨プラットフォームへ移される。完全に調整された研磨シーケンスでは、ウェハは、待ち時間無しにそのまま次の研磨フェーズへ持ち込まれるであろう。しかし、実際には、前述の通り、全ウェハが同じウェハ運搬機構に搭載されているので、ウェハは常にＣＭＰツール１０上の全研磨プラットフォーム１３、１５、１７のうちの最長研磨ステップが終わるのを待機しなければならない。与えられた実施例では、第２の研磨プラットフォーム１５および第３の研磨プラットフォーム１７上のウェハは、次のステップへ移される前に、第１の研磨プラットフォーム１３上のさらなる処理が終了するのを、それぞれ、約１０〜４５秒、および、６０〜８０秒に亘って、待機しなければならない。この空気中での待機は望ましくなく、好ましくは、回避されるが、その理由は、洗浄後に、ウェハの表面が乾燥され、先行する研磨ステップ中に使用されたスラリーから生じる化学残留物の痕跡を備えるからである。ＣＭＰツール１０の非常に化学的に活性のある環境の雰囲気内での待機は、与えられた実施例では、ウェハ上の金属特性に損傷（腐食）を引き起こすので、望ましくない選択肢である。処理中に空気中で待機する結果として金属腐食が生じる証拠が報告されている。図４Ａには、連続的に処理され、したがって、処理中にＣＭＰツール１０内で待機する必要がなかったウェハ１９ａが示されている。図４Ｂは、処理中にＣＭＰツール１０内で待機する必要があり、よって、連続的に処理されなかったウェハ１９ｂを示している。図４Ａのウェハ１９ａは、ウェハエッジ２１上に褐色スポット２０を備えることがわかる。図４Ｂに示されたウェハ１９ｂの場合、ＣＭＰツール１０内の待ち時間は１分を超えた。その場合、褐色スポット２０は肉眼で見える。待ち時間が短くなると、損傷または褐色スポット２０は顕微鏡で見ることができる。
【００４２】
本発明は、ＣＭＰツールコンフィギュレーションへの変更、および、たとえば、ＣＭＰツール１０内の処理を待機する湿ったウェハに関連した腐食問題を解決する制御用ソフトウェアを提案する。ソフトウェアはプロセスを制御するコードを含む。ソフトウェアは、コンピュータ、マイクロコントローラ内の、もしくは、プログラマブルゲートアレイ、たとえば、ＦＰＧＡのようなデジタルロジックデバイス上の組み込みマイクロプロセッサといった適当な処理エンジン上で実行される。ソフトウェアは、適当な記憶媒体、たとえば、ディスケット、ハードドライブ、テープストレージ、ＣＤ−ＲＯＭもしくはＤＶＤ−ＲＯＭのような光ディスク、固体メモリなどに記憶される。本発明によれば、各研磨プラットフォーム１３、１５、１７上の２回の引き続く研磨ステップの間の洗浄の期間はもはや一定の所要時間を保有しない。その代わりに、全研磨プラットフォーム１３、１５、１７上の洗浄ステップの終了時間が全研磨プラットフォーム１３、１５、１７の最後のエンドポイント信号によって、すなわち、研磨ステップが最長時間を要する研磨プラットフォーム１３、１５、１７のエンドポイント信号によって、トリガーされなければならない。このエンドポイント信号は、研磨プラットフォーム１３、１５、１７が経過した一定の期間後に、または、エンドポイントディテクタがエンドポイントに達したことを検出した後に与えられる。エンドポイントは複数の方法によって検出できる。好ましい方法は、研磨された表面の光学特性の変化に依存する光学的方法である。光学的測定は多数の方式で実行され、それらのすべてが本発明の範囲に包含される。たとえば、研磨された表面の反射特性の変化が使用される。本発明の一実施形態では、研磨パッドに埋め込まれた窓を通して研磨中にウェハ表面上で反射されたレーザ源からの光が測定される。材料の層がウェハ表面から除去され、それによって、下にある別の異なる層／材料が露出するとき、ウェハによって反射される光の量が変化する。その結果、エンドポイントに達する。第２の方法は研磨された表面の機械的特性に基づく。たとえば、本発明のさらなる実施形態において、ウェハと研磨パッドとの間の摩擦力が研磨中に測定または監視される。一方の材料から別の材料へ変わるとき、摩擦力が変化する。したがって、摩擦力の変化が測定されるとき、エンドポイントに達する。この摩擦力測定は多数の方式で実行され、それらのすべてが本発明の範囲に包含される。さらなる実施形態では、音響学的方法がエンドポイントを決定するために使用される。研磨は音響エネルギーを発生し、その音響エネルギーが監視される。材料の層がウェハ表面から除去され、それによって、下にある別の異なる層／材料が露出するとき、音響信号が変化する。これはエンドポイントとして使用される。さらなる実施形態では、電気的方法が使用される。たとえば、ウェハの電気特性が測定される。材料の層がウェハ表面から除去され、それによって、下にある別の異なる層／材料が露出するとき、電気特性の変化がエンドポイントとして使用される。
【００４３】
しかし、このような設定を用いると、異なる研磨プラットフォーム１３、１５、１７の主要なプロセス時間の間の差に依存して、１個以上の研磨プラットフォーム１３、１５、１７上で洗浄が全く行われないか、または、殆ど行われない、すなわち、非常に僅かしか行われないということが起こり得る。したがって、最も遅い研磨プラットフォーム１３、１５、１７のエンドポイント信号の後に、全研磨プラットフォーム１３、１５、１７上での洗浄が、適当、かつ、十分なウェハ表面清浄を行うために必要とされる制限された期間に亘って継続することが重要である。本発明による洗浄ステップのための付加的な期間は最短洗浄時間と呼ばれる。最短洗浄時間は、１〜６０秒、典型的に８〜１０秒の間にある。この最短洗浄時間は、化学残留物および屑の適切な除去を保証するために必要とされる。
【００４４】
そのようにして、洗浄ステップは、異なる研磨プラットフォーム１３、１５、１７のそれぞれにおいて、異なる第１の時点から始まるが、同じまたは実質的に同じ第２の時点で終わり、第２の時点は、研磨ステップが最長時間を要する研磨プラットフォーム１３、１５、１７によって決定される。実質的に同じ第２の時点とは、各研磨プラットフォーム１３、１５、１７における清浄または洗浄ステップの終了間の差が２秒を超えないことを意味する。したがって、洗浄ステップは、異なる研磨プラットフォーム１３、１５、１７のうちの少なくとも２個、しかし、おそらく、それぞれにおいて異なる期間を必要とし、従来技術のＣＭＰツールとは反対に、もはや一定の持続時間を保有しない。
【００４５】
本発明をＣＭＰツール上で実施するため、ユーザがプロセス手法にある種の最短洗浄時間を設定することを可能にするソフトウェアオプションが提供される。最短洗浄時間は、全研磨プラットフォーム１３、１５、１７の最後のエンドポイント信号がトリガーされたときに洗浄ステップの期間に加算され、すなわち、実際の洗浄期間は、ＣＭＰツール１０の研磨プラットフォーム１３、１５、１７のうちの何れかにおける最も遅い研磨プロセスによって定められる。そのようにして、全研磨プラットフォーム１３、１５、１７上のウェハは、同時、または、実質的に同時にリフトオフされ、大気中で待機することなく、次の研磨ステップへ即座に移される。
【００４６】
ＣＭＰツール１０はコンピュータシステム２５に接続される。コンピュータシステム２５を通じて、たとえば、プラットフォーム１３、１５、１７の回転速度、プラットフォーム１３、１５、１７に対する圧力、各処理ステップの時間間隔などのＣＭＰプロセスのパラメータが設定される。オプション的に、ＣＭＰツール１０とコンピュータシステム２５との間に、増幅要素がコンピュータ２５からＣＭＰツール１０へ送信された信号を増幅するため配置される。
【００４７】
図５は、本発明の方法が具現化されるコンピュータシステム２５の簡略化されたブロック図である。本発明の方法を具現化するため適切にプログラムされたシステム２５のようなコンピュータシステムは、本発明の一部である。
【００４８】
コンピュータシステム２５は、バスサブシステム２７を介して多数の周辺装置と通信するプロセッサ２６を含む。プロセッサ２６は、たとえば、マイクロプロセッサである。プロセッサ２６は、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、プログラマブルアレイロジック（ＰＡＬ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのようなプログラマブルゲートアレイでもよい。周辺装置は、メモリサブシステム２８、（たとえば、パラメータを入力する）ユーザ入力設備２９、および、ファイルストレージシステム３０を含む。実施に依存して（コンピュータシステム２５は、デスクトップシステムでも、携帯型システムでも、組み込みコントローラでもよい）、コンピュータシステム２５は、ディスプレイサブシステム３１、および、たとえば、プリンタ３２のような出力装置をさらに備える。
【００４９】
用語「バスシステム」は、システムの種々のコンポーネントが目的通りに互いにデジタル的に通信することを可能にさせる仕組みを含むように総称的に使用される。コンピュータシステム２５の別々のコンポーネントは物理的に同じ場所になくてもよい。コンピュータシステム２５の一部分は、無線伝送媒体を含む種々のネットワーク媒体を介して接続される。
【００５０】
メモリサブシステム２８は、少なくとも１個のメモリ、たとえば、メインランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）３３、および、実行可能なコンピュータプログラム命令が記憶されたリードオンリーメモリ（「ＲＯＭ」）３４をはじめとする多数のメモリを含む。一部の実施形態では、プロセッサ２６を経由することなく、メモリとの間で転送を可能にするＤＭＡコントローラ３５が含まれる。
【００５１】
ユーザ入力設備２９は、典型的に、キーボード３７および／またはポインティング装置３８をバスサブシステム２７に接続するユーザインターフェイスアダプタ３６を含む。ポインティング装置３８は、マウス、トラックボール、タッチパッド、または、グラフィックスタブレットのような間接ポインティング装置でもよく、ディスプレイ装置３９に組み込まれたタッチスクリーン装置のような直接ポインティング装置でもよい。
【００５２】
ディスプレイサブシステム３１は、典型的に、ディスプレイ装置３９をバスサブシステム２７に接続するディスプレイコントローラ４０を含む。ディスプレイ装置３９は、陰極線管（「ＣＲＴ」）、液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）もしくはガスプラズマベースのフラットパネルディスプレイのようなフラットパネル装置、または、プロジェクション装置などである。ディスプレイコントローラ４０は、制御信号をディスプレイ装置３９へ供給し、通常は、ディスプレイ装置３９に現れる画素を記憶するディスプレイメモリ４１を含む。
【００５３】
ファイルストレージシステム３０は、プログラムファイルおよびデータファイルのための永久（不揮発性）ストレージを提供し、ディスクドライブおよびテープドライブのような周辺装置をバスサブシステム２７に接続するＩ／Ｏアダプタ４２を含む。周辺装置は、典型的に、少なくとも１台のハードディスクドライブ４３と、少なくとも１台のフレキシブルディスクドライブ（「ディスケット」）４４とを含む。ハードディスクドライブ４３は、ディスクドライブとの間の転送を高速化するために高速メモリを含むキャッシュメモリサブシステム４５を含む。ＣＤ−ＲＯＭドライブ４６および光学式ドライブのような他の装置もまた存在する。付加的に、システム２５は、取り外し可能なメディアカートリッジを備えるタイプのハードディスクドライブを含む。コンピュータシステム２５は、適当な通信アダプタおよびモデムによってインターネットのようなワイドエリアネットワークに接続可能である。
【００５４】
当業者は図５に描かれたハードウェアが実施に応じて変わることを認めるであろう。
【００５５】
たとえば、コンピュータシステム２５のメモリサブシステム、または、ディスケット、ハードドライブ、テープストレージ、ＣＤ−ＲＯＭもしくはＤＶＤ−ＲＯＭのような光ディスクに記憶されたソフトウェアは、コンピュータシステム２５のプロセッサ２６で実行される。ユーザは、たとえば、キーボード３７を介してパラメータを入力することにより、タイミングパラメータおよび速度パラメータのようなある種のプロセスパラメータを設定するか、または、これらのパラメータはメモリからフェッチされるかの何れかでなければならない。これらのパラメータは、その後に、本発明によるＣＭＰプロセスを実行するときにＣＭＰツールの運転を制御するためにコントローラによって使用され、すなわち、これらのパラメータは、ＣＭＰプラットフォーム１３、１５、１７のそれぞれが運転される期間、回転速度および圧力を制御するため使用される。パラメータは各プラットフォームが同じ処理時間を保有するようにされ、処理時間は研磨時間と、オプションとして、プラットフォーム毎の洗浄時間とを備える。
【００５６】
本発明は、かくして、ＣＭＰプロセス中の２回の順次の研磨ステップの間の融通性のある洗浄期間を提案する。本発明は、たとえば、電子装置を製造するときに、銅配線の製造中に使用されるＣＭＰプロセスに関して説明されているが、本発明によるＣＭＰプロセスおよびツールはその他の製造プロセスにおいて使用されるその他のＣＭＰプロセスにも適用され得ることが理解されるべきである。さらに、説明されたＣＭＰツール１０は、３個の研磨プラットフォーム１３、１５、１７を備えている。しかし、その他のアプリケーションの場合、ＣＭＰツール１０は、代替的に、異なる個数の研磨プラットフォームを備える。
【００５７】
上記実施形態において、各研磨プラットフォーム１３、１５、１７上の各処理ステップは、研磨ステップおよび洗浄ステップを備える。しかし、上記実施形態はその発明に限定されないことが理解されるべきである。ＣＭＰプロセスは、発明のその他の実施形態によれば、たとえば、異なる研磨プラットフォーム１３、１５、１７で同時に実行される少なくとも二つの処理ステップを備える。各処理ステップは研磨ステップを備え、少なくとも一つの処理ステップは洗浄ステップをさらに備える。たとえば、ＣＭＰプロセスにおいて、第１の処理ステップは、第１の時間間隔を有する研磨ステップと、洗浄ステップとを備える。第２の処理ステップは第２の時間間隔を有する研磨ステップだけを備える。発明によれば、第２の時間間隔は第１の時間間隔より長い。第１の処理ステップの総処理時間間隔は、このとき、第１の処理ステップと第２の処理ステップの両方がほぼ同時に終了するようにされる。ほぼ同時に終了するとは、第１の処理ステップの終了時間と第２の処理ステップの終了時間との間の差が２秒を超えないことを意味する。第１の処理ステップの総処理時間間隔の適合は、特定のＣＭＰプロセスの研磨時間が一定の時間間隔を有するので、洗浄ステップの時間間隔を調節することにより実行される。そのようにして、第１の処理ステップを受ける第１のウェハは、第２の処理ステップを受ける第２のウェハを待機する必要がない。同様に、三つ以上の同時のプロセスステップを備えるＣＭＰプロセスにおいて、異なる処理ステップの時間間隔は、異なる研磨プラットフォーム１３、１５、１７における全処理ステップが実質的に同時に終了し、したがって、次の研磨プラットフォーム１３、１５、１７へ移される前に空気中で待機しなければならないウェハが存在しないように設定される。
【００５８】
本発明による方法および装置は二つの重要な利点を明らかにする。第一に、二つの研磨ステップの間に空気中で待機する湿ったウェハが存在しないか、または、実質的に存在しないので、たとえば、腐食のような損傷の危険性が最小限に抑えられる。第２の利点は、最後の終了したＣＭＰステージの後に、処理されたウェハが最小限の洗浄時間中に洗浄ステップをちょうど完了するので、ツールスループットに悪影響が起こらないことである。この場合には、安全余裕が組み込まれなければならないため、たとえば、洗浄ステップに一定の終了時間が設定された場合のような、余分な時間が追加されない。発明の別の利点は、研磨と洗浄が同じウェハキャリア上で行われることである。殆どの従来技術のＣＭＰツールでは、洗浄は研磨ステップが実行されるウェハキャリアとは異なるウェハキャリア上で実行される。このことはツールの大型化の原因となり、たとえば、クリーンルーム内で非常に大きな空間を占めるので不利である。
【００５９】
好ましい実施形態、特定の構成および構造、ならびに、材料が本発明による装置に関して明細書において説明されているが、形式上および詳細な変更または変形が本発明の範囲および精神から逸脱することなくなされることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】ウェハ研磨ツールの概略図である。
【図２】ウェハ・スラリー・パッドシステムの概略図である。
【図３】本発明の実施形態のため使用されるＣＭＰツールの概略図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態によるＣＭＰツールにおいて、連続的に処理され、待機する必要がなかったウェハを示す図である。
【図４Ｂ】プロセス中にＣＭＰツールにおいて、連続的に処理されず、待機する必要があったウェハを示す図である。
【図５】本発明の方法が具現化されるコンピュータシステムの簡略化されたブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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