(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械研磨（ＣＭＰ）パッドを洗浄する方法であって、
前記ＣＭＰパッドは、基板に形成された銅層を化学機械研磨した結果として、前記ＣＭＰパッドの表面に、酸化銅を含む残留物を有し、
前記ＣＭＰパッドの洗浄方法は、
前記ＣＭＰパッドの前記表面に化学薬品を塗布する工程と、
前記化学薬品を前記残留物と反応させて副生成物を生成する工程と、
前記ＣＭＰパッドの表面のすすぎ洗いを行う工程と、
前記すすぎ洗いを行った後、前記ＣＭＰパッドの前記表面に機械的なコンディショニング処理を施す工程と、
を備える洗浄方法。
【請求項２】
前記化学薬品はＨＣｌである、請求項１に記載の洗浄方法。
【請求項３】
前記残留物は酸化銅及びスラリ材料の両方を含み、前記副生成物は前記すすぎ洗いによって除去される水溶性の薄膜の形態を有する、請求項２に記載の洗浄方法。
【請求項４】
前記ＣＭＰパッドは、ベルトパッドである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の洗浄方法。
【請求項５】
多数の孔を有する棒状の化学薬品ディスペンサを用いて前記ベルトパッドの表面に前記化学薬品を塗布する、請求項４に記載に洗浄方法。
【請求項６】
動いている前記ベルトパッドの前記表面に前記化学薬品を塗布する、請求項４又は５に記載の洗浄方法。
【請求項７】
前記化学薬品を前記残留物と反応させる時間は、３０秒〜１８０秒間である、請求項２〜６のいずれか一項に記載の洗浄方法。
【請求項８】
前記化学薬品は、
（ａ）ＮＨ４Ｃｌ＋ＣｕＣｌ２＋ＨＣｌ、
（ｂ）（ＮＨ４）２Ｓ２Ｏ８＋Ｈ２ＳＯ４、及び、
（ｃ）ＣｕＣｌ２＋ＮＨ４Ｃｌ＋ＮＨ４ＯＨ、
で構成されるグループから選択される、請求項１に記載の洗浄方法。
【請求項９】
前記すすぎ洗いは、前記ＣＭＰパッドの前記表面を脱イオン水ですすぎ洗いする工程を更に含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の洗浄方法。
【請求項１０】
機械的なコンディショニング処理は、ニッケルメッキされたダイヤモンドグリッド表面を有するコンディショニングディスク及びナイロンブラシ表面を有するコンディショニングディスクのいずれか一方を用いる工程を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の洗浄方法。
【請求項１１】
化学機械研磨（ＣＭＰ）パッドを洗浄する方法であって、
前記ＣＭＰパッドは、基板に形成された誘電材料又は酸化物ベースの材料を化学機械研磨した結果として、前記ＣＭＰパッドの表面に、酸化物を含む残留物を有し、
前記ＣＭＰパッドの洗浄方法は、
前記ＣＭＰパッドの前記表面に化学薬品を塗布する工程と、
前記化学薬品を前記残留物と反応させて副生成物を生成する工程と、
前記ＣＭＰパッド表面のすすぎ洗いを行う工程と、
前記すすぎ洗いを行った後、前記ＣＭＰパッドの前記表面に機械的なコンディショニング処理を施す工程と、
を備える洗浄方法。
【請求項１２】
前記化学薬品はＮＨ4ＯＨを含む溶液である、請求項１１に記載の洗浄方法。
【請求項１３】
前記残留物は二酸化ケイ素材料及びスラリ材料の両方を含み、前記副生成物は水溶性を有し前記すすぎ洗いによって除去される、請求項１２に記載の洗浄方法。
【請求項１４】
前記ＣＭＰパッドは、ベルトパッドである、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の洗浄方法。
【請求項１５】
多数の孔を有する棒状の化学薬品ディスペンサを用いて前記ベルトパッドの表面に前記化学薬品を塗布する、請求項１４に記載に洗浄方法。
【請求項１６】
動いている前記パッドの前記表面に前記化学薬品を塗布する、請求項１４又は１５に記載の洗浄方法。
【請求項１７】
前記化学薬品はＮＨ4ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及び脱イオン水からなる、請求項１１に記載の洗浄方法。
【請求項１８】
前記すすぎ洗いは、前記ＣＭＰパッドの前記表面を脱イオン水ですすぎ洗いする工程を更に含む、請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の洗浄方法。
【請求項１９】
機械的なコンディショニング処理は、ニッケルメッキされたダイヤモンドグリッド表面を有するコンディショニングディスク及びナイロンブラシ表面を有するコンディショニングディスクのいずれか一方を用いる工程を含む、請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学機械研磨（ＣＭＰ）技術とそれに関連するウエハ洗浄工程に関し、より詳細には、改良されたＣＭＰ工程に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造では、化学機械研磨（ＣＭＰ）工程とウエハ洗浄とを行う必要がある。通常、集積回路デバイスは多層構造の形態を有している。基板レベルには、拡散領域を持つトランジスタデバイスが形成される。これに続くレベルでは、接続のためのメタライゼーション（金属化）配線がパターン形成されて、トランジスタデバイスに電気的に接続されており、これにより所望の機能を持つデバイスを規定している。周知のように、パターン形成された導電層は、二酸化ケイ素のような誘電材料によって他の導電層から絶縁されている。より多くのメタライゼーション（金属化）層とそれらに関連する誘電体層が形成されると、誘電材料を平坦化する必要性が増大する。平坦化を行わなければ、表面の形状がばらつくため、さらなるメタライゼーション（金属化）層の製造が実質的に困難になる。他の用途では、誘電材料内にメタライゼーション（金属化）配線パターンが形成された後に、余分な金属を除去するために金属ＣＭＰ工程が実行される。このようなＣＭＰ工程の後には必ず、微粒子と汚染物質を除去するために、平坦化されたウエハを洗浄することが必要である。
【０００３】
図１は、化学機械研磨（ＣＭＰ）システム１４と、ウエハ洗浄システム１６と、ＣＭＰ工程の後処理１８の概略図である。半導体ウエハ１２は、ＣＭＰシステム１４でＣＭＰ工程を施された後、ウエハ洗浄システム１６で洗浄される。次いで、半導体ウエハ１２は、ＣＭＰ工程の後処理１８に進み、さらなる層の蒸着やスパッタリング、光露光、関連するエッチングを含むいくつかの異なる製造工程の一つを施されてもよい。
【０００４】
ＣＭＰシステム１４は、通常、ウエハ１２の表面を取り扱い、研磨するためのシステム構成要素を含んでいる。例えば、そのような構成要素は、環状研磨パッドや線形ベルト研磨パッドなどである。パッド自体は、通常、ポリウレタン材料でできている。作動中、ベルトパッドが動かされ、次いで、スラリ材料がベルトパッドの表面に塗布されて全体に広げられる。スラリが塗布されたベルトが所望の速度になると、ウエハは、ベルトパッド表面の上に下ろされる。このように、平坦化を施されるウエハ表面は、サンドペーパを用いて木材を磨いたときのように十分に滑らかになる。次いで、ウエハは、ウエハ洗浄システム１６に送られて洗浄される。
【０００５】
半導体ウエハ１２が化学機械研磨（ＣＭＰ）システム１４でＣＭＰ工程を施された後に、半導体チップを洗浄することは重要である。なぜなら、ＣＭＰ工程後の半導体ウエハ１２の表面には、粒子や微粒子、その他の残留物が残っているからである。これらの残留物によって、ＣＭＰ後の工程において半導体ウエハ１２に損傷が生じることがある。例えば、残留物は、ウエハの表面を引っ掻いたり、導電形状の間に不適切な相互作用を引き起こしたりすることがある。さらに、１つの半導体ウエハ１２から、いくつかの同一な半導体チップダイが生成される。ウエハの表面に残った１つの望ましくない残留粒子が、ＣＭＰ後の処理中に実質的にすべてのウエハ表面を引っ掻くことにより、その半導体ウエハ１２から生成できたはずのダイを破損することもある。洗浄工程中にそのような災難が起こると、非常にコストが高くなってしまうだろう。
【０００６】
ウエハ洗浄システム１６におけるより優れたウエハ洗浄は、ウエハがウエハ洗浄システム１６に到達する前にＣＭＰシステム１４で用いられるプロセスを改善することにより達成可能である。ベルトパッド表面を予めコンディショニングすることにより、次のウエハのためにＣＭＰシステム１４を改善することが可能である。パッドのコンディショニングは、一般に、ベルトパッドの働きを妨げる過剰なスラリと残留物の蓄積とを除去するために行われる。研磨するウエハが多くなるほど、ベルトパッドに残留物が蓄積し、ＣＭＰは効率的に作動しにくくなる。ベルトパッドコンディショニングの１つの周知の方法は、ベルトパッドをコンディショニングディスクで磨く方法である。コンディショニングディスクは、通常、ニッケルメッキされたダイヤモンドグリッドもしくはナイロンブラシをその表面に備える。ダイヤモンドグリッドは、通常、表面の硬いベルトパッドをコンディショニングするために用いられる。逆に、ナイロンブラシは、通常、表面の軟らかいベルトパッドをコンディショニングするために用いられる。ベルトパッドのコンディショニングは、作動中、すなわちベルトパットがウエハを研磨している時に実行されてもよいし、非作動中、すなわちベルトパッドがウエハを研磨していない時に実行されてもよい。
【０００７】
コンディショニングディスクは、スラリと残留物を除去する際に、必然的にベルトパッド表面の一部を除去する。もちろん、ベルトパッド表面の除去によって、ベルトパッドの新しい層が現れ、ＣＭＰにおける研磨速度が増大する。残念ながら、従来のコンディショニング方法を用いてベルトパッド表面を除去すると、ベルトパッドは急速に磨耗し、それによってＣＭＰシステム１４のランニングコストが増大する。逆に、ベルトパッドのコンディショニングが不十分であれば、ベルトパッドを除去する量が少ないためにベルトパッドの耐用期間は長くなるだろう。しかしながら、目詰まりを起こす残留物が、ベルトパッド表面に残されることになる。このため、ベルトパッドは、一般に、効率的な速度で研磨を行わず、ＣＭＰ工程自体の品質もあまり高くならない。
【０００８】
上述の理由から、ベルトパッドをコンディショニングするための技術は、半導体チップ製造プロセスの重要な部分である。それゆえ、ベルトパッドをコンディショニングするための改良技術が必要とされる。
【０００９】
【発明の概要】
概して、本発明は、化学機械研磨（ＣＭＰ）パッドをコンディショニングするための改良方法と、それを実装するためのシステムを提供することにより、これらの要請を満たす。その方法は、ＣＭＰパッドを化学的に処理し機械的に研磨する工程を含む。 ここで、本発明が、工程、装置、システム、デバイス、または方法を含む種々の手段で実現できることを理解しておく必要がある。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。
【００１０】
一実施形態では、すでにウエハ表面にＣＭＰ工程を施すために用いられ、その表面に残留物が付着したＣＭＰパッドをコンディショニングするための方法が開示されている。その方法は、ＣＭＰパッドの表面に化学薬品を塗布する工程に始まる。次いで、化学薬品は、残留物と反応して副生成物を生成する。次に、パッド表面にすすぎ洗いが行われて十分に副生成物が除去される。次いで、パッドの表面に機械的なコンディショニング処理が施される。この実施形態の一態様では、ウエハ表面の一部は、銅のような金属である。ウエハ表面が銅である場合、化学物質はＨＣｌが最も好ましく、溶液はＨＣｌと脱イオン水である。ウエハ表面が主に酸化物である場合、化学物質はＮＨ4ＯＨであり、溶液はＮＨ4ＯＨと脱イオン水である。
【００１１】
別の実施形態では、ＣＭＰパッドの表面に残留物が付着した状態で、ＣＭＰパッドをコンディショニングするための方法が開示されている。その方法は、ＣＭＰパッドの表面に化学薬品を塗布する工程に始まる。次いで、パッド表面にすすぎ洗いが行われて、塗布された化学薬品と残留物が十分に除去される。この実施形態の一態様では、化学薬品は、一般に、副生成物を生成するために、ある期間残留物と反応することが許容される。次いで、その副生成物にすすぎ洗いが行われる。この実施形態は、すすぎ洗いの後、次のウエハにＣＭＰ工程が施される前に、パッドの表面に機械的コンディショニング処理を行う工程を含んでいてもよい。
【００１２】
さらに別の実施形態では、残留物が付着したＣＭＰパッド表面を有するＣＭＰシステムが開示されている。ＣＭＰシステムは、ＣＭＰパッドを受けるための保持表面を備える。また、ウエハを保持してＣＭＰ表面に接触させるための研磨ヘッドが備えられている。さらに、システムは、パッドコンディショニング用の化学薬品をＣＭＰパッド表面に塗布するための化学薬品ディスペンサを備える。パッドコンディショニング用の化学薬品は、ＣＭＰパッド表面から残留物を十分に除去するよう構成されることが好ましい。この実施形態の一態様では、ＣＭＰパッドは、線形ベルト、環状ディスクの形状、もしくはその他任意の機械的または力学的な形状でよい。
【００１３】
本発明の実施形態のいずれかに従ってＣＭＰパッドをコンディショニングすることにより、ＣＭＰパッドが、ウエハ表面（例えば、金属表面や酸化物表面）に対してより効率的できれいな研磨工程を施すことが可能になるという利点がある。さらに、良好にコンディショニングされたパッドを用いてＣＭＰ工程を施されたウエハは、よりきれいになるため、次に施されるウエハ洗浄工程でも、洗浄パラメータの改善が見られると考えられる。ＣＭＰおよび洗浄工程の改良の結果として、ウエハとそこから製造される集積回路デバイスも、高品質となり、それによって信頼性も高くなる。本発明の原理を例示した添付図面に即して行う以下の詳細な説明から、本発明のその他の態様および利点が明らかになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ＣＭＰパッドをコンディショニングするための方法およびシステムの発明が開示されている。以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの詳細が示されている。しかしながら、当業者にとっては、本発明がこれらの具体的な詳細の一部もしくはすべてがなくとも実行可能であることが理解されるだろう。そのほか、本発明が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の工程動作の説明は省略した。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態に従ったＣＭＰおよび洗浄ユニット１００の鳥瞰図を示す。ユーザは、グラフィカルユーザインターフェース１３０を備える制御コンピュータシステムを用いて、パラメータを設定し、ＣＭＰおよび洗浄システム１００の工程を監視することができる。
【００１６】
少なくとも１つの半導体ウエハ１０１を収容できることが好ましいウエハカセット１０２が、ＣＭＰおよび洗浄ユニット１００に備えられるようにしてもよい。次いで、ドライロボット１０４が、プリアライナ１０６にウエハ１０１を搬送するようにしてもよい。ここでは、ウエハ１０１は、次の取り扱いのために適切に並べられる。次いで、ウェットロボット１０８が、プリアライナ１０６からダイヤルプレート１１６へウエハ１０１を搬送するようにしてもよい。ウエハがＣＭＰシステムの研磨パッド上に設置される際にウエハ１０１を保持するために、研磨ヘッド（図示せず）が用いられてもよい。ダイヤルプレート１１６は、次のＣＭＰおよび洗浄の位置にウエハ１０１を回転させるために用いられる。例えば、ダイヤルプレート１１６は、ウエハを第１のＣＭＰシステム１１４ａに回転させるために用いられてもよい。そこで、ウエハ１０１は、研磨ヘッドに載せられる。研磨ヘッドは、ウエハ１０１が、第１のＣＭＰシステム１１４ａの一部である線形ベルト研磨パッドの上に下ろされる際に定位置にウエハ１０１を固定する。以下で論じるように、図３Ａは、ＣＭＰシステム１１４のより詳細な図を提供するものである。このように、半導体ウエハ１０１は、第１のＣＭＰシステム１１４ａでＣＭＰ工程を施され、所望の量の物質がウエハ１０１の表面から除去される。ここでは、線形ベルト研磨システム１１４について説明されているが、円形の動きで回転する環状研磨パッドが代わりに用いられてもよいことを当業者は理解すべきである。
【００１７】
ウエハ１０１は、第１のＣＭＰシステム１１４ａでＣＭＰ工程を施された後、ダイヤルプレート１１６によって第２のＣＭＰシステム１１４ｂのさらなる研磨ヘッド１１８に搬送されるようにしてもよい。そこで、ウエハは、さらなるＣＭＰ工程を施される。次いで、ウエハ１０１は、さらなる回転モジュール１２０に搬送され、そこで、洗浄前の工程を施されてもよい。この例では、さらなる回転モジュール１２０は、軟質環状パッド表面を実装している。次いで、ウエハ１０１は、ウエハ洗浄システム１２２の積載ステーション１２４に積み込まれてもよい。ＣＭＰシステム１１４でのＣＭＰ工程から残っている望ましくないスラリ残留物を除去するには、一般にウエハ洗浄システム１２２が用いられる。望ましくない残留物は、ブラシボックス１２６における工程によって取り払われてもよい。
【００１８】
ブラシボックス１２６はそれぞれ、非常に軟質かつ多孔質な１セットのＰＶＡブラシを備える。したがって、ブラシは、繊細な表面に損傷を与えることなくウエハをきれいにこすることができる。ブラシは、多孔質であるため、洗浄中にウエハ表面に用いられる液体のための導管として機能することもできる。これらの洗浄処理は、通常、脱イオン（ＤＩ）水だけでなく化学薬品も用いる。ウエハ１０１の洗浄処理を仕上げるために、回転ステーション１２８が用いられてもよい。次いで、ウエハ１０１は、ウェットキュー（wet queue）１１０に搬送されてもよい。ウエハ１０１は、ここでＣＭＰ後の処理に向けて搬送されるのを待つ。
【００１９】
図３Ａは、本発明の一実施形態に従ったＣＭＰシステム１１４の拡大図を示す。研磨ヘッド１５０は、処理中にウエハ１０１を定位置に固定し、保持するために用いられるようにしてもよい。線形ベルト研磨パッド１５６は、回転ドラム１６０ａおよび１６０ｂの周りに連続的なループを形成する薄い金属ベルト（図示せず）に固定されるようにするのが好ましい。線形ベルト研磨パッド１５６は、周知の糊もしくは接着剤を用いて金属ベルトに固定されていてもよい。線形ベルト研磨パッド自体は、ポリウレタン材料でできていることが好ましい。線形ベルト研磨パッド１５６は、一般に、矢印で示された方向に毎分約４００フィートの速さで回転する。ベルトが回転する際に、研磨スラリ１５４が、線形ベルト研磨パッド１５６の表面１５６ａに塗布され、全体に広げられてもよい。次いで、研磨ヘッド１５０は、回転する線形ベルト研磨パッド１５６の表面１５６ａにウエハを下ろすために用いられてよい。このようにして、平坦化が必要とされるウエハ１０１の表面は十分に滑らかになる。
【００２０】
ＣＭＰ工程は、酸化物のような物質の平坦化に用いられることもあるが、メタライゼーション（金属化）層の除去に用いられてもよい。平坦化の速度は、研磨圧力１５２を調節することによって変更されてもよい。研磨速度は、一般に研磨パッドスタビライザ１５８へ向かって線形ベルト研磨パッド１５６に加えられる研磨圧力１５２の大きさに比例する。所望の量の物質がウエハ１０１の表面から除去された後、研磨ヘッド１５０は、線形ベルト研磨パッド１５６からウエハ１０１を引き上げるために用いられてもよい。これで、ウエハは、さらなる研磨ヘッド１１８もしくはウエハ洗浄システム１２２に進む準備が整う。
【００２１】
ウエハがウエハ洗浄システム１２２に到達する前にＣＭＰシステム１１４で用いられるプロセスを改良することにより、ウエハ洗浄システム１２２でより良好なウエハ洗浄が達成される。線形ベルト研磨パッド１５６の表面を整えることにより、次のウエハのためにＣＭＰシステム１１４を改善することが可能である。パッドのコンディショニングは、過剰なスラリと残留物の蓄積で目詰まりしているベルトパッドから、それらを除去することによって行われるようにしてもよい。平坦化されるウエハが多くなるほど、多くの残留物がベルトパッドに付着してＣＭＰは効率的に作動しにくくなる。ベルトパッドコンディショニングの１つの方法は、研磨パッドコンディショニングシステム１６６を用いる方法である。コンディショニングトラック１６８がコンディショニングヘッド１７０を保持しているため、コンディショニングディスク１７２を保持（いくつかの実施形態では回転）するために、コンディショニングヘッド１７０が用いられることが好ましい。コンディショニングトラック１６８は、コンディショニングディスク１７２が、線形ベルト研磨パッド１５６を研磨する際に、コンディショニングヘッド１７０を往復移動させる。コンディショニングディスク１７２は、ニッケルメッキされていることが好ましい。
【００２２】
コンディショニングディスク１７２は、ニッケルメッキしたダイヤモンドグリッドもしくはナイロンブラシをその表面に備えることが好ましい。ダイヤモンドグリッドは、表面の硬いベルトパッドをコンディショニングするために用いられることが好ましい。ナイロンブラシは、表面の軟らかいベルトパッドをコンディショニングするために用いられることが好ましい。ベルトパッドのコンディショニングは、作動中、すなわちベルトパットがウエハを研磨している時に実行されてもよいし、非作動中、すなわちベルトパッドがウエハを研磨していない時に実行されてもよい。残念ながら、ベルトからスラリや残留物をこすり取ることによって除去すると、ベルトパッド自体を磨滅することを避けられず、その結果、各コンディショニング処理中に約２００オングストロームのベルトパッド材料がベルトから除去される。
【００２３】
図３Ｂは、本発明の一実施形態に従って、コンディショニングディスク１７２を用いて線形ベルト研磨パッド１５６を研磨する前に、線形ベルト研磨パッド１５６を化学的に処理することにより洗浄プロセスを大きく改良する方法を示す。ＣＭＰ工程がウエハに施された後であって、線形ベルト研磨パッド１５６がコンディショニングディスク１７２で磨かれる前に、ベルトが回転している状態で線形ベルト研磨パッド１５６に化学薬品１８０を塗布するために、化学薬品ディスペンサ１７４を用いるのが好ましい。この実施形態において、化学薬品ディスペンサ１７４は、多数の孔を持つ棒状の形をしている。孔は、ある列の各々の孔が次の列の周囲の孔から離れているように、２以上の列に配置されている。
【００２４】
化学薬品１８０は、化学薬品供給源１７６から供給されるようにするのが好ましい。化学薬品供給源は、ＣＭＰおよび洗浄ユニット１００の内部に配置されてもよいし、外部に配置されてもよい。化学薬品１８０が化学薬品ディスペンサ１７４に到達するための経路を提供するために、化学薬品供給源１７６から化学薬品ディスペンサ１７４へとつながる導管１７８が用いられることが好ましい。一実施形態では、ＣＭＰ工程後に表面１５６ａに残った物質と化学薬品とが所望の相互作用をすることにより、化学薬品は、ある特定の有利な結果を実現する助けとなる。例えば、化学薬品は、ウエハ１０１から除去された物質およびＣＭＰ工程で用いられたスラリの残留物と反応し、これらを十分に溶解することができる。上述のように、ＣＭＰ工程は、ウエハ１０１から物質を研磨除去するが、これにより線形ベルト研磨パッド１５６の表面１５６ａ上にウエハ材料の残留物が残る。化学薬品が残留物と反応することによって生じた表面１５６ａ上の薄膜の十分にすべてが、すすぎ液ですすがれてもよい。すすぎ液は、脱イオン水であることが好ましい。この結果、コンディショニングされて次のウエハのＣＭＰ工程に対して準備される前に、線形ベルト研磨パッド１５６は化学的に処理されることになる。
【００２５】
線形ベルト研磨パッド１５６を化学的に処理するという付加的な工程は、従来の洗浄方法を凌ぐいくつかの利点を提供することができる。付加的な化学処理工程によって、研磨パッドがよりきれいになり効率的になるため、次のＣＭＰ工程でウエハを研磨パッドに接触させる際の圧力と時間が十分に低減される。よりきれいな研磨パッドに関して、必要な圧力は、通常約３〜４ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）であり、ウエハの研磨に必要な時間は、通常約６０秒である。比較のために示すと、パッド表面に化学処理を施さない場合、次のウエハを研磨する時間は約２分よりもかなり長くなるだろう。
【００２６】
さらに、付加的な化学処理工程によって、不必要に研磨除去されるパッド材料の量が十分に低減される。上述のように、代表的なコンディショニング技術は、主にコンディショニングが施されるごとに約２００オングストロームの研磨パッド材料を研磨除去する工程に基づいている。例えば、化学処理が施されない従来のコンディショニング技術では、硬質研磨パッドは、約３００〜５００回のＣＭＰ工程の間使用することができる。しかしながら、上述のように化学処理を実施することにより、代表的な硬質研磨パッドは、約８００〜１０００回のＣＭＰ工程の間使用できるようになる。このパッドの寿命の延長は主に、次の研磨動作をあまり強く行う必要がないためである。パッドの寿命が延びることにより、整備と修理のための休止時間が減少する。さらに、休止時間が減少することにより保有コストがかなり低くなる。
【００２７】
さらに、本発明の化学処理は、コンディショニングの過不足による結果のいくつかから製造システムを保護することもできる。研磨パッドのコンディショニングが過剰である場合、パッドが期待通りに機能せずコンディショニングディスクの表面の物質が、早い時期に劣化する可能性がある。コンディショニングディスクの表面の物質は、ダイヤモンドグリッドを含むことがある。その交換には非常にコストが掛かると思われる。また、ダイヤモンドグリッドが磨耗すると、その破片が、パッド表面やウエハの表面に落ちることもある。そのような望ましくない破片の脱落によって、ウエハ全体を処分する必要も生じることも考えられる。
【００２８】
逆に、ベルトパッドのコンディショニングが不十分であれば、望ましくない残留物が、研磨パッドに残される可能性がある。スラリの残留物があるため、ＣＭＰ工程の後にウエハが十分に洗浄されることが重要であることは当業者に周知である。スラリの残留物は、ＣＭＰ後の工程もしくはデバイスの工程においてウエハの損傷を引き起こすことがある。例えば、残留物は、ウエハの表面を引っ掻いたり、導電形状の間に不適切な相互作用を引き起こしたりすることがある。さらに、１つの半導体ウエハからは、多数の同一な半導体チップダイが生成される。ウエハの表面に残った１つの望ましくない残留粒子が、ＣＭＰ後の処理中に十分にすべてのウエハ表面を引っ掻くことにより、その半導体ウエハから生成できたはずのダイを破損することもある。洗浄工程中にそのような災難が起こると、非常にコストが高くなると考えられる。したがって、化学処理工程は、ＣＭＰ工程に適した状態の研磨パッドを提供することにより、安定した除去率を提供し、さらに、次の製造プロセスにおいて望ましくない微粒子と残留物がウエハに残される危険性を低減する。望ましくない残留物と微粒子が少ないと、欠陥ウエハが少なくなり、それによって歩留まりが上がる。
【００２９】
表面１５６ａに塗布するのに好ましい化学薬品は、ＣＭＰ工程で用いられるスラリの種類とＣＭＰ工程でウエハ１０１から研磨除去される物質の種類によって決まる。以下の説明では、様々な種類の製造プロセスと研磨パッドのコンディショニングに好ましいそれぞれの化学薬品を開示している。
【００３０】
図４Ａは、ウエハ２００の上面に銅層２０８が蒸着されたウエハ２００の断面図である。酸化物層２０４は、半導体基板２０２全体に蒸着される。酸化物層２０４にパターン形成された形状を形成するために、周知の光露光およびエッチング技術が用いられてもよい。次いで、ウエハの上面は、Ｔａ／ＴａＮ層２０６でコーティングされる。次に、ウエハの上面は、銅層２０８でコーティングされ、それによって、パターン形成された形状は、銅材料２１０で満たされる。
【００３１】
図４Ｂは、研磨されたウエハ表面２１２を形成するために、上面がＣＭＰ工程中に研磨された後の半導体ウエハ２００の断面図を示す。実際の研磨工程では、研磨スラリ１５４が、線形ベルト研磨パッド１５６の上面１５６ａに塗布される。ＣＭＰ工程が、銅層２０８のような金属層に施される場合、研磨スラリ１５４は、Ａｌ2Ｏ3研磨剤とその他の化学成分を含むことが好ましい。しかしながら、銅のような金属に有効な様々な他の研磨スラリ１５４の化学成分が用いられてもよいことを、当業者は理解すべきである。次いで、ウエハ２００は、線形ベルト研磨パッド１５６の上に下ろされ、最終的に下にある酸化物層２０４が現れるまで、所望の量のウエハ表面が平坦化される。
【００３２】
図４Ｃは、図４ＢのＣＭＰ工程後の線形ベルト研磨パッド１５６の拡大断面図を示す。示されているように、微粒子２１６を含む銅材料２１０とスラリの残留物薄膜２１４が、線形ベルト研磨パッド１５６の表面１５６ａを覆っている。一般に、ウエハ２００からの銅材料２１０は、研磨スラリ１５４と混ざり、酸化銅（ＣｕＯx）と微粒子２１６からなる残留物薄膜２１４を形成する。研磨スラリ１５４がＡｌ2Ｏ3である場合、微粒子は主にアルミナである。微粒子２１６が埋まっている酸化銅は、表面１５６ａから十分に除去されることが望ましい。
【００３３】
図５Ａは、本発明の一実施形態に従って、銅のようなメタライゼーション（金属化）材料にＣＭＰ工程が施された後に、線形ベルト研磨パッド１５６をコンディショニングするための方法のフローチャートを示す。その方法は、メタライゼーション（金属化）材料の研磨に使用済みの研磨パッドを有するＣＭＰシステムを準備する工程４１０で始まる。
【００３４】
次いで、この方法は、パッド表面に化学薬品を均一にコーティングする工程４１２に進む。一般に、線形ベルト研磨パッド１５６は動いていることが好ましい。一例では、線形ベルト研磨パッド１５６は、毎分約１００フィートの速さで作動していてよい。化学薬品は、散布された後、パッド表面の残留物薄膜２１４と反応して水溶性の副生成物を生成する。化学薬品は、溶液の形でよく、脱イオン水と塩酸（ＨＣｌ）を含むことが最も好ましい。溶液中のＨＣｌ濃度は、重量で約０．０５％〜約１．０％が好ましく、重量で約０．２％〜約０．８％がさらに好ましく、重量で約０．５％が最も好ましい。溶液の残りの成分は、脱イオン水が好ましい。この溶液と残留物を反応させる時間は、約３０秒〜約３分が好ましく、約６０秒〜約２分がさらに好ましく、約９０秒が最も好ましい。ここで生じる化学反応は、ＣｕＯx＋ＨＣｌ→ＣｕＣｌ2＋Ｈ2Ｏであり、ここで副生成物ＣｕＣｌ2＋Ｈ2Ｏは水溶性の物質である。
【００３５】
他の好ましい化学薬品の溶液は、脱イオン水、ＮＨ4Ｃｌ、ＣｕＣｌ2、ＨＣｌを含む。ＮＨ4Ｃｌの濃度は、１リットル当たり約０．５〜約２．４モルが好ましい。ＣｕＣｌ2の濃度は、１リットル当たり約０．５〜約２．５モルが好ましい。ＨＣｌの濃度は、１リットル当たり約０．０２〜約０．０６モルが好ましい。溶液の残りの成分は脱イオン水が好ましい。
【００３６】
さらに他の好ましい化学薬品の溶液は、脱イオン水、過硫酸アンモニウム（（ＮＨ4）2Ｓ2Ｏ8）、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）を含む。（ＮＨ4）2Ｓ2Ｏ8の濃度は、約０．５〜約１．０のモル濃度が好ましい。Ｈ2ＳＯ4の濃度は、約０．２５〜約０．５のモル濃度が好ましい。溶液の残りの成分は、脱イオン水が好ましい。この溶液と残留物を反応させる時間は、約３０秒〜１８０秒が好ましく、約６０秒が最も好ましい。
【００３７】
さらに他の好ましい化学薬品の溶液は、脱イオン水、塩化銅（ＣｕＣｌ2）、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）を含む。ＣｕＣｌ2の濃度は、１リットル当たり約２〜約５グラムが好ましい。ＮＨ4Ｃｌの濃度は、１リットル当たり約５〜約１０グラムが好ましい。ＮＨ4ＯＨの濃度は、重量で約０．２％〜約０．５％が好ましい。溶液の残りの成分は、脱イオン水が好ましい。この溶液と残留物を反応させる時間は、約３０秒〜約１８０秒が好ましく、約６０秒が最も好ましい。
【００３８】
次に、工程４１４において、パッド表面に脱イオン水ですすぎ洗いが行われて、水溶性の副生成物が十分に除去される。次いで、パッドに機械的なコンディショニング工程４１６が施される。ある圧力で研磨パッドの表面にコンディショニングディスク１７２を接触させることが可能であり、その圧力は約１〜約２ポンド／平方インチに設定されることが好ましい。パッドがコンディショニングされ、次のウエハを研磨するよう準備された時点で、ウエハが研磨される工程４１８に進む。研磨されたウエハは、続いてＣＭＰ後の洗浄工程４２０へと進められる。ここで、方法は、次のウエハがＣＭＰ工程を施されるか否かを決定する決定工程４２２に進む。次のウエハがない場合には、方法は終了する。しかしながら、次のウエハがある場合には、この方法は、工程４１２に戻って継続する。決定工程４２２で次のウエハがなくなるまで、上述のサイクルが継続する。
【００３９】
図５Ｂは、本発明の一実施形態に従って、パッド表面が、工程４１２において化学的に処理され、工程４１４において脱イオン水ですすぎ洗いが行われ、残留物を十分に除去するために工程４１６において機械的にコンディショニングされた後の線形ベルト研磨パッド１５６を示す。
【００４０】
上の説明では、メタライゼーション（金属化）材料にＣＭＰ工程が施された研磨パッドから望ましくない物質を除去するための技術が開示された。以下の説明では、誘電材料もしくは実質的に酸化物ベースの材料にＣＭＰ工程が施された研磨パッドを洗浄し、コンディショニングするための技術を開示する。
【００４１】
図６Ａは、ウエハ６００の上面に誘電材料６０４が蒸着されたウエハ６００の断面図を示す。基板６０２にパターン形成された金属形状６０６を形成するために、周知の光露光およびエッチング技術が用いられてよい。ウエハの上面は一般に、誘電材料６０４でコーティングされ、パターン形成された形状６０６は、完全に覆われる。
【００４２】
図６Ｂは、研磨されたウエハ表面６１２を形成するために、上面がＣＭＰ工程中に研磨された後の半導体ウエハ６００の断面図を示す。実際の研磨工程では、研磨スラリ１５４が、線形ベルト研磨パッド１５６の上面１５６ａに塗布される。ＣＭＰ工程が、ＳｉＯ2のような誘電材料６０４に施される場合、研磨スラリ１５４は、研磨剤としてのＳｉＯ2とその他の化学成分を含むことが好ましい。しかしながら、誘電材料６０４のような材料に有効な様々な他の研磨スラリ１５４の化学成分が用いられてもよいことを、当業者は理解すべきである。次いで、ウエハ６００は、線形ベルト研磨パッド１５６の上に下ろされ、所望の量のウエハ表面が平坦化され、研磨されたウエハ表面６１２が形成される。
【００４３】
図６Ｃは、図６ＢのＣＭＰ工程後の線形ベルト研磨パッド１５６の拡大断面図を示す。図示されているように、微粒子３１２を含む誘電材料６０４と研磨スラリの残留物薄膜３１０が、線形ベルト研磨パッド１５６の表面１５６ａを覆っている。一般に、ウエハ６００からの誘電材料６０４は、研磨スラリ１５４と混ざり、アモルファス二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）と微粒子からなる残留物薄膜３１０を形成する。研磨スラリ１５４も二酸化ケイ素ベースである場合、微粒子は主に、研磨用の二酸化ケイ素である。微粒子２１２が埋まっている二酸化ケイ素が、表面１５６ａから十分に除去され、効率的なＣＭＰ工程が可能となることが望ましい。
【００４４】
図７Ａは、本発明の一実施形態に従って、二酸化ケイ素のような誘電材料にＣＭＰ工程が施された後に、線形ベルト研磨パッド１５６をコンディショニングするための方法のフローチャートを示す。その方法は、誘電材料の研磨に使用済みの研磨パッドを有するＣＭＰシステムを提供する工程５１０で始まる。
【００４５】
次いで、方法は、パッド表面に化学薬品を均一にコーティングする工程５１２に進む。化学薬品は、散布された後、パッド表面の残留物３１０と反応することにより、水溶性の副生成物を生成し、埋まりこんだＳｉＯ2粒子を持つパッド表面を改善する。化学薬品は、溶液の形でよく、脱イオン水と水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）を含むことが最も好ましい。溶液中のＮＨ4ＯＨ濃度は、重量で約０．５％〜約２．５％が好ましく、重量で約０．７％〜約１．５％がさらに好ましく、重量で約１．０％が最も好ましい。溶液の残りの成分は、脱イオン水が好ましい。この溶液と残留物を反応させる時間は、約４５秒〜約３分が好ましく、約５０秒〜約２分がさらに好ましく、約６０秒が最も好ましい。この溶液は、摂氏２１度の周囲の室温ほどで反応させることが好ましい。室温でその方法を実施することによって、加えられる溶液の温度を変化させるために、機械的設備、電気的設備、および制御設備を余分に用いる必要がないという利点がある。
【００４６】
別の好ましい化学薬品の溶液は、脱イオン水、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）と脱イオン水を含む。ＮＨ4ＯＨの濃度は、重量で約１％が好ましい。ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：脱イオン水の体積比は、約１：４：２０が好ましく、約１：１：５が最も好ましい。この溶液と残留物を反応させる時間は、約３０秒〜約１８０秒が好ましく、約６０秒が最も好ましい。また、この溶液は、高温で研磨パッドに塗布されてもよい。その温度は、摂氏約４０度〜摂氏約８０度が好ましく、摂氏約６０度が最も好ましい。
【００４７】
工程５１２に続く工程５１４において、パッド表面に脱イオン水ですすぎ洗いが行われ、微粒子と副生成酸化物が十分に除去される。一般に、残留物は、十分に溶解され、十分に除去される。次に、機械的なコンディショニング工程５１６がパッドに施される。パッドがコンディショニングされ、ウエハを研磨するよう準備された時点で、ウエハが研磨される工程５１８に進む。研磨されたウエハは、続いてＣＭＰ後の洗浄工程５２０へと進められる。次に、この方法は、次のウエハがＣＭＰ工程を施されるか否かを決定する決定工程５２２に進む。次のウエハがない場合には、方法は終了する。しかしながら、次のウエハがある場合には、この方法は、工程５１２に戻り、継続する。決定工程５２２で次のウエハがなくなるまで、上述のサイクルが継続される。
【００４８】
図７Ｂは、本発明の一実施形態に従って、パッド表面が、副生成酸化物を十分に除去するために脱イオン水ですすがれた後の線形ベルト研磨パッド１５６を示す。脱イオン水でのすすぎ洗いの後、線形ベルト研磨パッド１５６の表面１５６ａに残された望ましくないスラリ微粒子３１２は、十分に少数になるだろう。これらの望ましくない微粒子３１２は、機械的コンディショニング工程５１６によって十分に除去されてもよい。上述のように、コンディショニングを施すために、コンディショニングディスク１７２を用いることができる。
【００４９】
ベルト型のＣＭＰマシンを具体的に参照したが、本発明のコンディショニング方法は、回転機構に円形のパッドを実装したものなど、他の種類のＣＭＰマシンに応用可能であることを理解すべきである。それゆえ、これらのパッドコンディショニング方法を実装することにより、完全なＣＭＰおよび洗浄工程が、質の高い平坦化および洗浄をなされた金属および酸化物表面を高い歩留まりで提供するだろう。
【００５０】
本発明は、いくつかの好ましい実施形態に関して説明されたが、当業者は、上述の明細事項を読み、図面を見た際に、様々な変更、追加、置き換え、および等価物を実現すると思われる。したがって、本発明は、本発明の真の趣旨および範囲内での変更、追加、置き換え、および等価物の全てを含むことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  化学機械研磨（ＣＭＰ）システムとウエハ洗浄システムとＣＭＰ後の処理の概略図である。
【図２】  本発明の一実施形態に従ったＣＭＰおよび洗浄ユニットの鳥瞰図である。
【図３Ａ】  本発明の一実施形態に従ったＣＭＰシステムの拡大図である。
【図３Ｂ】  本発明の一実施形態に従って、コンディショニングディスク１７２を用いて線形ベルト研磨パッド１５６を研磨する前に、線形ベルト研磨パッド１５６を化学的に処理することにより洗浄プロセスを大きく改良する方法を示す図である。
【図４Ａ】  ウエハの上面に銅層が蒸着された半導体ウエハの断面図である。
【図４Ｂ】  研磨されたウエハ表面を形成するために上面がＣＭＰ工程で研磨された後の半導体ウエハの断面図である。
【図４Ｃ】  図４ＢのＣＭＰ工程中もしくは工程後の研磨パッドの拡大断面図である。
【図５Ａ】  本発明の一実施形態に従って、ウエハのメタライゼーション（金属化）材料にＣＭＰ工程が施された後に、線形ベルト研磨パッドをコンディショニングするための方法のフローチャートである。
【図５Ｂ】  本発明の一実施形態に従って、パッド表面が化学的に処理され、次いで機械的コンディショニングに先立って脱イオン水ですすがれ、副生成酸化銅などの残留物質を十分に除去するために機械的にコンディショニングされた後の線形ベルト研磨パッドを示す図である。
【図６Ａ】  ウエハの上面に誘電材料の層が蒸着された半導体ウエハの断面図である。
【図６Ｂ】  研磨されたウエハ表面を形成するために上面がＣＭＰ工程で研磨された後の半導体ウエハの断面図である。
【図６Ｃ】  図６ＢにおけるＣＭＰ工程後の線形ベルト研磨パッドの拡大断面図である。
【図７Ａ】  本発明の一実施形態に従って、誘電材料にＣＭＰ工程が施された後に、線形ベルト研磨パッドをコンディショニングするための方法のフローチャートである。
【図７Ｂ】  本発明の一実施形態に従って、パッド表面が化学的に処理され、次いで副生成酸化物を十分に除去するために脱イオン水ですすがれた後の線形ベルト研磨パッドを示す図である。
【符号の説明】
１２  半導体ウエハ
１４  化学研磨システム
１６  ウエハ洗浄システム
１８  ＣＭＰ工程の後処理
１００  ＣＭＰおよび洗浄ユニット
１０１  ウエハ
１０４  ドライロボット
１０６  プリアライナ
１０８  ウェットロボット
１１０  ウェットキュー
１１４  ＣＭＰシステム
１１４ａ  第１のＣＭＰシステム
１１４ｂ  第２のＣＭＰシステム
１１６  ダイヤルプレート
１１８  研磨ヘッド
１２２  ウエハ洗浄システム
１２４  積載ステーション
１２６  ブラシボックス
１２８  回転ステーション
１３０  グラフィカルユーザインターフェース
１５０  研磨ヘッド
１５２  研磨圧力
１５４  研磨スラリ
１５６  線形ベルト研磨パッド
１５６ａ  線形ベルト研磨パッドの表面
１５８  研磨パッドスタビライザ
１６０ａ  回転ドラム
１６０ｂ  回転ドラム
１６６  研磨パッドコンディショニングシステム
１６８  コンディショニングトラック
１７０  コンディショニングヘッド
１７２  コンディショニングディスク
１７４  化学薬品ディスペンサ
１７６  化学薬品供給源
１７８  導管
１８０  化学薬品
２００  ウエハ
２０８  銅層
２０４  酸化物層
２１０  銅材料
２１２  ウエハ表面
２１４  残留物薄膜
２１６  微粒子
３１０  残留物薄膜
３１２  微粒子
６００  ウエハ
６０４  誘電材料
６０６  パターン形成された金属形状
６１２  ウエハ表面
【図１】
0004721523.tif 000002
【図２】
0004721523.tif 000003
【図３Ａ】
0004721523.tif 000004
【図３Ｂ】
0004721523.tif 000005
【図４Ａ】
0004721523.tif 000006
【図４Ｂ】
0004721523.tif 000007
【図４Ｃ】
0004721523.tif 000008
【図５Ａ】
0004721523.tif 000009
【図５Ｂ】
0004721523.tif 000010
【図６Ａ】
0004721523.tif 000011
【図６Ｂ】
0004721523.tif 000012
【図６Ｃ】
0004721523.tif 000013
【図７Ａ】
0004721523.tif 000014
【図７Ｂ】
0004721523.tif 000015