(57)【要約】【課題】半導体ウェハの表面における帯電を取り除いて、例えばプラグ上に吸着するスラリー砥粒等の異物の発生を抑制する。【解決手段】複数のユニットから構成された、半導体ウェハ１をＣＭＰ処理するための半導体製造装置であって、複数のユニットにおける一のユニット７に設けられ、半導体ウェハ１の表面における帯電を除電する除電部９を備えている。【選択図】図２
2008060453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のユニットから構成された、半導体ウェハをＣＭＰ処理するための半導体製造装置であって、
前記複数のユニットにおける一のユニットに設けられ、前記半導体ウェハの表面における帯電を除電する除電部を備えていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記一のユニットに設けられ、前記半導体ウェハの表面の電位を測定する表面電位測定部をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記一のユニットは、研磨前に研磨ヘッドに前記半導体ウェハを装着すると共に、研磨後に前記研磨ヘッドに前記半導体ウェハを脱着するウェハロード・アンロードユニットであることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記一のユニットは、研磨前に研磨ヘッドに前記半導体ウェハを装着するウェハロードユニットであることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記一のユニットは、研磨後に研磨ヘッドに前記半導体ウェハを脱着するウェハアンロードユニットであることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記一のユニットは、研磨ヘッドを洗浄する研磨ヘッド洗浄部であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記一のユニットは、前記半導体ウェハを研磨するウェハ研磨ユニットであり、
前記除電部は、前記ウェハ研磨ユニットを構成する定盤内か、前記ウェハ研磨ユニットを構成する定盤からはみ出すように研磨ヘッドを動作させて前記定盤からはみ出す領域の下方、又は前記ウェハ研磨ユニットを構成する各定盤間を研磨ヘッドが移動する領域の下方に、設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項８】
前記一のユニットは、前記半導体ウェハを研磨するウェハ研磨ユニットであり、
前記表面電位測定部は、前記ウェハ研磨ユニットを構成する定盤内か、前記ウェハ研磨ユニットを構成する定盤からはみ出すように研磨ヘッドを動作させて前記定盤からはみ出す領域の下方、又は前記ウェハ研磨ユニットを構成する各定盤間を研磨ヘッドが移動する領域の下方に、設けられていることを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
ＣＭＰを用いて半導体ウェハを研磨して半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体ウェハを研磨する工程（ａ）と、
前記工程（ａ）の後に、前記半導体ウェハを洗浄する工程（ｂ）とを備え、
前記工程（ｂ）は、前記半導体ウェハの表面における帯電を除電する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
ＣＭＰを用いて半導体ウェハを研磨して半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体ウェハを研磨する工程（ａ）と、
前記工程（ａ）の後に、前記半導体ウェハを洗浄する工程（ｂ）とを備え、
前記工程（ａ）は、前記半導体ウェハの表面における帯電を除電する工程を含む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、半導体ウェハの製造に際して行う化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）等の平坦化工程等において用いられるＣＭＰ装置に関し、特にＣＭＰ時に発生する半導体ウェハ表面における帯電を除電し、半導体ウェハ表面への付着異物を低減させるためのＣＭＰ装置及び該装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体ウェハなどの平板状の被加工材の表面を平坦に加工する際、ＣＭＰ装置が使用されている。
【０００３】
現在、化学機械研磨、洗浄、及び乾燥の一連の処理が同一の装置内で行われるＣＭＰ装置が主流となっている。ＣＭＰ装置内には、一般に、半導体ウェハを装着又は脱着するユニット、半導体ウェハを研磨する研磨ユニット、研磨後のウェハを洗浄する洗浄ユニット、洗浄後のウェハを乾燥する乾燥ユニット、研磨に用いるヘッドを洗浄するヘッド洗浄ユニットなどの複数のユニットが設けられている。このようなＣＭＰ装置において、半導体ウェハを研磨ユニットにて化学機械研磨した後、洗浄ユニットに搬送された半導体ウェハを洗浄し、その後、乾燥ユニットに搬送された半導体ウェハの乾燥を行って、該ウェハをＣＭＰ装置から搬出する。
【特許文献１】特開２００５−７２５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＣＭＰ装置において、半導体ウェハの表面を擦りながら研磨を行う工程では、被加工材である半導体ウェハの表面に帯電（チャージアップ）が発生し、電荷が誘電される。特に、ＣＭＰを用いてタングステンプラグを形成する工程などでは、ＣＭＰによって形成されたプラグに電荷が移動し、蓄積される。この結果、スラリー砥粒等の異物がプラグ上に選択的に静電吸着し、凝集する。
【０００５】
この点、近年の積層デバイスにおけるプラグは従来よりも長くなる傾向にあるため、電荷を溜め込むための容量が大きくなっている。電荷の蓄積量は、プラグ長、アスペクト比、及びプラグ容積に依存し、プラグ長５００ｎｍ以上、アスペクト比５以上、又はプラグ容積４．０×１０６ｎｍ３において、プラグ上に残留異物が現れることが確認されている。近年の積層デバイスにおける混載ＤＲＡＭでのスタックドコンタクトプラグ構造の場合、プラグ長は９００ｎｍ程度であり、この現象が顕著に現れる。
【０００６】
上述したようにプラグ上に残留するスラリー砥粒等の異物は、デバイスの配線とプラグとの間のオープン不良等を生じさせる原因となり、この結果、半導体ウェハの歩留まりを低下させる。また、近年のＬＳＩの超微細化傾向に伴って、従来は許容されていたような上記プラグ上の残留異物に起因するオープン不良問題が無視できなくなってきている。
【０００７】
このような問題に対し、プラグ上に残留したスラリー砥粒等の異物を除去する目的で、ＣＭＰ後の洗浄の強化、例えば洗浄プロセスの追加実施を行う方法等も提案されているが、ＣＭＰ後の洗浄の強化は、洗浄プロセスの複雑化、薬液使用量の増加、及び洗浄プロセスの長時間化等により、ＣｏＯ（Cost of Ownership）を増加さると共に、半導体製造装置の生産能力を低下させる原因になっていた。
【０００８】
前記に鑑み、本発明の目的は、半導体ウェハの表面における帯電を取り除いて、例えばプラグ上に吸着するスラリー砥粒等の異物の発生を抑制する半導体製造装置及び該装置を用いた半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明の一側面に係る半導体製造装置は、複数のユニットから構成された、半導体ウェハをＣＭＰ処理するための半導体製造装置であって、複数のユニットにおける一のユニットに設けられ、半導体ウェハの表面における帯電を除電する除電部を備えている。
【００１０】
本発明の一側面に係る半導体製造装置によると、半導体ウェハの表面における帯電を取り除いて、例えばプラグ上に吸着するスラリー砥粒等の異物の発生を抑制すると共に、プラグを含む半導体ウェハ上に付着したスラリー砥粒等の異物が除去されやすい状態にできる。このため、例えば残留異物に起因するオープン不良問題などを解消し、装置生産能力及びウェハ歩留まりに優れ、ＣｏＯを低減可能な半導体製造装置を実現できる。
【００１１】
本発明の一側面に係る半導体製造装置において、一のユニットに設けられ、半導体ウェハの表面の電位を測定する表面電位測定部をさらに備えていることが好ましい。
【００１２】
このようにすると、帯電起因による異物付着を定量的に評価できるため、帯電起因による問題に対して事前評価を実施することで、半導体製造プロセスへフィードバックをかけることが可能となる。
【００１３】
本発明の一側面に係る半導体製造装置において、一のユニットは、ウェハロード・アンロードユニット、ウェハロードユニット、ウェハアンロードユニット、研磨ヘッド洗浄部、又はウェハ研磨ユニットであることが好ましい。また、ウェハ研磨ユニットに除電部又は表面電位測定部を設ける場合には、ウェハ研磨ユニットを構成する定盤内か、ウェハ研磨ユニットを構成する定盤からはみ出すように研磨ヘッドを動作させて定盤からはみ出す領域の下方か、ウェハ研磨ユニットを構成する各定盤間を研磨ヘッドが移動する領域の下方に、設けられていることが好ましい。
【００１４】
本発明の一側面に係る半導体製造装置の製造方法は、ＣＭＰを用いて半導体ウェハを研磨して半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、半導体ウェハを研磨する工程（ａ）と、工程（ａ）の後に、前記半導体ウェハを洗浄する工程（ｂ）とを備え、工程（ａ）又は（ｂ）中に、半導体ウェハの表面における帯電を除電する工程を含む。
【００１５】
本発明の一側面に係る半導体製造装置の製造方法によると、半導体ウェハの表面における帯電を取り除いて、例えばプラグ上に吸着するスラリー砥粒等の異物の発生を抑制すると共に、プラグを含む半導体ウェハ上に付着したスラリー砥粒等の異物が除去されやすい状態にできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、半導体ウェハの表面における帯電を取り除くことにより、例えば残留異物に起因するオープン不良問題などを解消し、装置生産能力及びウェハ歩留まりに優れ、ＣｏＯを低減可能な半導体製造装置が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
まず、以下に、ＣＭＰ装置の一般的な概略構成及び動作について説明する。
【００１８】
ＣＭＰ装置には、一般に、半導体ウェハを装着するウェハロードユニット及び半導体ウェハを脱着するウェハアンロードユニット（以下、ウェハＬ／ＵＬという）、半導体ウェハを研磨する研磨ユニット（以下、ウェハ研磨部という）、研磨後のウェハを洗浄するユニット、洗浄後のウェハを乾燥する乾燥ユニット、研磨に用いる研磨ヘッドを洗浄するユニット（以下、研磨ヘッド洗浄部という）などの複数のユニットが半導体ウェハの搬送径路に設けられている。なお、ＣＭＰ装置によっては、ウェハＬ／ＵＬ及びヘッド洗浄部が互いに独立した形態のもの又は一体型の形態のものがあり、本発明ではいずれの形態であってもよい。また、ウェハＬ／ＵＬについても、ウェハロードユニットとウェハアンロードユニットとが互いに独立した形態のもの又は一体型の形態のものがあり、本発明ではいずれの形態であってもよい。
【００１９】
図１（ａ）は、ＣＭＰ装置におけるウェハ研磨部の一般的な構成を示しており、ウェハ研磨部は、定盤（プラテン）２、該定盤の上面に貼り付けられた研磨布（研磨パッド）３、研磨ヘッド４、半導体ウェハ１を保持するウェハ保持パッド５、スラリー供給ノズル６、リテーナリング（ガイドリング）８などから構成されている。また、図１（ｂ）は、ＣＭＰ装置におけるウェハＬ／ＵＬとヘッド洗浄部とが一体型に構成されたウェハＬ／ＵＬ及びヘッド洗浄部７の一般的な構成を示しており、該上方には、研磨ヘッド４が移動してきた状態を示している。
【００２０】
半導体ウェハ１を保持する研磨ヘッド４は各ユニット間を移動することが可能であり、ウェハ研磨部においては、被研磨材である半導体ウェハ１を下面に保持した研磨ヘッド４が定盤２に対向してその上方に配置される。定盤２を回転させた状態で、研磨布３の上にスラリー（研磨剤）供給ノズル６からスラリーを供給すると共に、研磨ヘッド４を研磨布３に対して押し付けることによって、半導体ウェハ１の表面が研磨される。なお、リテーナリング８は、研磨ヘッド４に装着され、半導体ウェハ１の研磨中に該半導体ウェハ１を飛び出させずに研磨ヘッド４内に固定保持させる機能を有するが、リテーナリング８の材質はテフロン及びＰＰＳ等のエンジニアリングプラスチックが用いられる。また、リテーナリング８は半導体ウェハ１の研磨中に研磨布３に押し当てられた状態で、半導体ウェハ１の研磨が行われる場合もある。
【００２１】
また、半導体ウェハ１の研磨中、該半導体ウェハ１を保持する研磨ヘッド４のウェハ保持パッド（ウェハ接触面）５は半導体ウェハ１の裏面と接触しながら研磨が行われるが、ウェハ保持パッド５の材質としては、硬質材を用いる場合と軟質材を用いる場合とがある。硬質材には、ＳＵＳ材及びアルミナセラミックス等を用い、トップリング等と呼ばれ真空吸着等により半導体ウェハ１の裏面をダイレクトに保持した状態で、半導体ウェハ１の表面の研磨を行う。一方、軟質材には、エアバック（Air Back）方式の研磨ヘッドに使用されメンブレン等と呼ばれるシリコンゴム膜及びネオプレンゴム膜等を使用した弾性膜を用い、半導体ウェハ１の裏面を保持した状態で、半導体ウェハ１の表面の研磨を行う場合や、プラスチック薄膜にゴムを蒸着成長等させたバッキングパッド等と呼ばれるものを用い、水張り吸着や真空吸着等により半導体ウェハ１の裏面を保持した状態で、半導体ウェハ１の表面の研磨を行う。
【００２２】
一方、ウェハＬ／ＵＬ及びヘッド洗浄部７では、研磨ヘッド４がウェハ非保持状態時にあるとき、ヘッド洗浄部において洗浄される。また、被研磨材である半導体ウェハ１の研磨ヘッド４への装着及び研磨ヘッド４からの脱着は、ウェハＬ／ＵＬにて行われる。
【００２３】
ここで、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置は、上記のような一般的な構成を有する半導体製造装置において、半導体ウェハ１の表面を除電する除電部と半導体ウェハ１の表面の電位を測定する表面電位測定部とを備えたものである。これにより、半導体ウェハ１の表面における帯電を取り除いて、例えばプラグ上に吸着するスラリー砥粒等の異物の発生を抑制すると共に、帯電を除去することによりプラグ上に付着したスラリー砥粒等の異物とプラグを含む半導体ウェハ１との間の静電引力を無効にでき、プラグを含む半導体ウェハ１上に付着したスラリー砥粒等の異物が除去されやすい状態にできる。その結果、例えば残留異物に起因するオープン不良問題などを解消し、装置生産能力及びウェハ歩留まりに優れ、ＣｏＯを低減可能な半導体製造装置を実現するものである。
【００２４】
具体的には、除電部としては、一般的にイオナイザと呼ばれるものを用いる。イオナイザを用いることで、例えば、プラス・マイナスの空気イオンを等量発生させ、半導体ウェハ１上の帯電物と反対極性のイオンとが接触することにより、帯電電位を低減し、同量のプラス・マイナスイオンが帯電物に接触するようにして、低い電位で電界を平衡状態にするものである。イオナイザとして例えば軟Ｘ線照射式機構のものを使用する場合、３〜９ＫｅＶの微弱なエックス線をウェハ１表面に照射することにより、半導体ウェハ１の表面の帯電体近傍の分子をイオン化して静電気除去を行う。このようにして、半導体ウェハ１の表面における帯電の除電を効果的に行うことにより、ＣＭＰ後の洗浄プロセスの負担を低減させることができ、装置生産能力及びウェハ歩留まりを低下させることなく、ＣｏＯを低減させることができるＣＭＰ装置及び該装置を用いた半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００２５】
また、表面電位測定部としては、非接触表面電位センサーを用いる。半導体ウェハ１の表面の電位測定を行うことにより、帯電起因による異物付着を定量的に評価できるため、帯電起因による問題に対して事前評価を実施することで、半導体製造プロセスへフィードバックをかけることが可能となる。
【００２６】
以下に、上述の効果を実現する本発明に係る半導体製造装置及び該装置を用いた半導体装置の製造方法について、表面電位測定部及び除電部の設置位置に応じて、各実施形態に分けて説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態では、図２に示すように、ウェハＬ／ＵＬとヘッド洗浄部とが一体型に構成されたウェハＬ／ＵＬ及びヘッド洗浄部７に、上述した表面電位測定部及び除電部９を設けた場合のＣＭＰ装置について説明する。
【００２８】
−ウェハロードユニット内に表面電位測定部及び除電部を設けた場合−
ウェハロードユニットにて半導体ウェハ１が研磨ヘッド４に装着された後に、研磨ヘッド４を下降又はウェハロードユニットを上昇させて、研磨ヘッド４の下面をウェハロードユニットが覆うようにする。次に、研磨ヘッド４を回転させながら研磨ヘッド４の直下のウェハロードユニット内に設けた表面電位測定部及び除電部９における非接触表面電位センサーにより、半導体ウェハ１の表面電位測定を実施する。なお、研磨ヘッド４の回転数及び測定時間はＣＭＰ装置の研磨レシピ等と同様に任意に組むことが可能である。半導体ウェハ１の表面電位を測定した後は、研磨ヘッド４を上昇又はウェハロードユニットを下降させて、研磨ヘッド４を待機状態とする。以上の工程により、研磨前における半導体ウェハ１の表面電位測定を実施する。研磨前の半導体ウェハ１の表面電位測定値はリファレンスデータとして用いることができる。
【００２９】
−ウェハアンロードユニット内に表面電位測定部及び除電部を設けた場合−
ウェハアンロードユニットにて半導体ウェハ１が研磨ヘッド４から脱着される前に、研磨ヘッド４を下降又はウェハアンロードユニットを上昇させて、研磨ヘッド４の下面をウェハアンロードユニットが覆うようにする。次に、研磨ヘッド４を回転させながら研磨ヘッド４の直下のウェハアンロードユニット内に設けた表面電位測定部及び除電部９における非接触表面電位センサー及び軟Ｘ線照射式機構のイオナイザより、半導体ウェハ１の表面の電位測定及び半導体ウェハ１の表面における帯電の除電を実施する。なお、研磨ヘッド４の回転数及び測定時間はＣＭＰ装置の研磨レシピ等と同様に任意に組むことが可能である。表面の電位測定及び除電後は、研磨ヘッド４を上昇又はウェハアンロードユニットを下降させて、研磨ヘッド４を待機状態とする。以上の工程により、研磨後における半導体ウェハ１の表面電位測定及び除電が実施される。
【００３０】
−ヘッド洗浄部内に表面電位測定部及び除電部を設けた場合−
ヘッド洗浄部にて研磨前後における半導体ウェハ１が研磨ヘッド４に装着された状態で、研磨ヘッド４を下降又はヘッド洗浄部を上昇させて研磨ヘッド４の下面をヘッド洗浄ユニットが覆うようにする。次に、研磨ヘッド４を回転させながら研磨ヘッド４の直下のヘッド洗浄部内に設けた表面電位測定部及び除電部９における非接触表面電位センサー及び軟Ｘ線照射機構のイオナイザにより、半導体ウェハ１の表面電位測定及び除電を実施する。なお、研磨ヘッド４の回転数及び測定時間はＣＭＰ装置の研磨レシピ等と同様に任意に組むことが可能である。表面の電位測定及び除電後は、研磨ヘッド４を上昇又はヘッド洗浄部を下降させて、研磨ヘッド４を待機状態とする。以上の工程により、研磨前後における半導体ウェハ１の表面電位の測定及び除電が実施される。
【００３１】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、図３に示すように、ウェハ研磨部に、上述した表面電位測定部及び除電部９を設けた場合のＣＭＰ装置について説明する。
【００３２】
−ウェハ研磨部における定盤２の側方に表面電位測定部及び除電部を設けた場合−
図３に示すように、ＣＭＰ装置におけるウェハ研磨部の定盤２の側方位置に（研磨ヘッド４の研磨時における揺動動作領域の下方に）、上述した表面電位測定部及び除電部が設けられている。
【００３３】
定盤２上で研磨ヘッド４に装着されたウェハ１の研磨中に、研磨ヘッド４を揺動させて定盤２の外縁部から外側に研磨ヘッド４をはみ出させることにより、研磨ヘッド４がはみ出している状態において、研磨ヘッド４がはみ出す領域の下方に設けられた表面電位測定部及び除電部によって、半導体ウェハ１の表面電位測定及び除電を実施する。半導体ウェハ１の表面電位測定及び除電の開始又は終了、及びサンプリング周期等のタイミングはＣＭＰ装置の研磨レシピ等と同様に任意に組むことが可能である。この場合、研磨と分離して（Ex-Site）、又は研磨と同時に（In-Site）、半導体ウェハ１の表面の電位測定及び除電を実施することができる。例えば、スラリーを使用した研磨が終了した後のＤＩＷ等を使用したリンス洗浄工程時に除電を行ったり、又は、スラリーを使用した研磨中に除電を行ってその後リンス洗浄工程を行うといったプロセスの実行が可能である。
【００３４】
また、図示していないが、各定盤２間における研磨ヘッド４のウェハ搬送動作領域の下方に、上述の表面電位測定部及び除電部を設けることも可能である。この場合、各定盤２間に半導体ウェハ１を保持した研磨ヘッド４が搬送されてくるタイミングにおいて、半導体ウェハ１の表面の電位測定及び除電を実施すればよい。
【００３５】
−ウェハ研磨部における定盤２内に表面電位測定部及び除電部を組み込んだ場合−
図４に示すように、ＣＭＰ装置におけるウェハ研磨部の定盤２内に、上述した表面電位測定部及び除電部が設けられている。また、この場合は、定盤２上に貼り付けてある研磨布３の一部にセンサー用窓１０を設けてＸ線等が透過できるようになっている。
【００３６】
半導体ウェハ１の表面電位測定及び除電の開始又は終了、及びサンプリング周期等のタイミングはＣＭＰ装置の研磨レシピ等と同様に任意に組むことが可能である。この場合、研磨と分離して（Ex-Site）、又は研磨と同時に（In-Site）、半導体ウェハ１の表面の電位測定及び除電を実施することができる。例えば、スラリーを使用した研磨が終了した後のＤＩＷ等を使用したリンス洗浄工程時に除電を行ったり、又は、スラリーを使用した研磨中に除電を行ってその後リンス洗浄工程を行うといったプロセスの実行が可能である。
【００３７】
なお、以上の各実施形態では、ウェハＬ／ＵＬ、ウェハ研磨部、又はヘッド洗浄部などのＣＭＰ装置を構成する既存のユニットに、除電部及び表面電位測定部を設ける場合について説明したが、これらに限定されるものではなく、例えば、ＣＭＰ装置内のウェハ搬送経路に、既存のユニットとは独立したユニットに除電部及び表面電位測定部を設ける構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、半導体ウェハの表面に帯電する研磨工程を実施するＣＭＰ装置及び該装置を用いた研磨プロセスにとって有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（ａ）及び（ｂ）はＣＭＰ装置の一般的な概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る表面電位測定部及び除電部を備えた半導体製造装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る表面電位測定部及び除電部を備えた半導体製造装置の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る表面電位測定部及び除電部を備えた半導体製造装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  半導体ウェハ（被研磨材）
２  定盤（プラテン）
３  研磨布（研磨パッド）
４  研磨ヘッド
５  ウェハ保持パッド（ウェハ裏面の接触面）
６  スラリー供給ノズル
７  ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄部
８  リテーナリング（ガイドリング）
９  表面電位測定部及び除電部
１０  センサー用窓
【図１】
2008060453.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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