(57)【要約】【課題】  ウェハ上の導電膜を除去した後、表面にスラリー残渣が存在する状態で純水リンスを行うと、水分が不均一に存在することにより、導電膜の腐食を防止する。【解決手段】  ウェハ２０２上に形成された絶縁膜中に凹部を形成する工程と、凹部に導電膜を埋め込む工程と、凹部からはみ出した導電膜を研磨により除去する工程と、凹部からはみ出した導電膜を除去した後に、ウェハ２０２を高速で回転させることによりウェハ２０２の被研磨面上に薄い液層を形成する工程とを含む。これにより、導電膜を除去した後、導電膜表面に付着したスラリー（成分である過酸化水素水）残留物を含む水分により、ウェハ表面上に均一な液層膜厚状態を作ることができる。このことから、残留スラリーを除去するリンスによる水分の不均一性・液だまりから生じるエッチングレートの変化を防ぎ、酸化反応によるＣｕ等の導電膜の腐食を防ぐことができる。【選択図】  図１
2005183532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ上に形成された絶縁膜中に凹部を形成する工程と、
前記凹部に導電膜を埋め込む工程と、
前記凹部からはみ出した導電膜を研磨により除去する工程と、
前記凹部からはみ出した導電膜を除去した後に、前記ウェハの被研磨面上に液層を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記被研磨面上に液層を形成する工程は、前記凹部からはみ出した導電膜を除去した後、前記ウェハを高速で回転させることにより行う請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記被研磨面上に液層を形成する工程は、前記凹部からはみ出した導電膜を除去した後、エアーを前記被研磨面上に吹きかけることにより行う請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記被研磨面上に液層を形成する工程は、前記凹部からはみ出した導電膜を除去した後、ワイパーを用いて前記被研磨面上に溶液を分散させることにより行う請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記被研磨面上に液層を形成する工程後、リンスを行うことにより前記被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程を含む請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記リンスに用いる溶液は、導電膜の腐食防止剤を含有する溶液である請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記リンスを行うことにより前記被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程において、前記ウェハを回転させる請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記リンスを行うことにより前記被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程後、前記ウェハを回転させる請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記リンスを行うことにより前記被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程後、エアーを前記被研磨面に吹きかける請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記リンスを行うことにより前記被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程後、ワイパーを用いて前記被研磨面上に溶液を分散させる請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記凹部からはみ出した導電膜を研磨により除去する工程において、スラリーを用いて研磨した後、水溶液を前記被研磨面上に供給し研磨する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記スラリーを用いて研磨した後、水溶液を前記被研磨面上に供給し研磨する工程において、前記スラリーが水溶液に徐々に置換される請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記スラリーを用いて研磨した後、水溶液を前記被研磨面上に供給し研磨する工程において、前記水溶液の供給は、前記被研磨面に対する研磨パッド圧力が１．５ｐｓｉ以下で、研磨速度が２ｒｐｍ以下となる時に開始される請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記スラリーを用いて研磨した後、水溶液を前記被研磨面上に供給し研磨する工程において、スラリーと水溶液を交互に供給する請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記水溶液は、導電膜の腐食防止剤を含む溶液である請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記被研磨面には、少なくとも銅が部分的に存在する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記導電膜は、下にバリア膜、上に銅膜の２層構造になっている請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
複数のウェハを同時に処理する半導体装置の製造方法であって、
前記複数のウェハに同時に絶縁膜を堆積する工程と、
前記複数のウェハに凹部を形成し、前記凹部に導電膜を堆積する工程と、
前記複数のウェハの凹部からはみ出した前記導電膜を同時に研磨除去する工程と、
前記凹部からはみ出した導電膜を除去した後に、被研磨面上に液層を形成する工程とを含み、
前記導電膜を同時に研磨除去する工程において、前記複数のウェハを回転させて研磨除去し、かつ前記複数のウェハ間で除去完了時間に差があるとき、早く完了するウェハに対して研磨除去を始める前に空転を行うことにより、前記複数のウェハの研磨終了時間を合わせ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】
この発明は、ウェハの研磨方法についての半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ウェハの研磨方法においては、図６（ａ）に示すように、ウェハ固定機構１０３によりウェハ１０２を保持し研磨布１０１に接した状態で、ウェハ１０２にめっきにより堆積されたＣｕ膜を研磨する。次に図６（ｂ），（ｃ）に示すように、研磨終了後、ウェハ１０２は研磨布１０１から離れ、残留スラリーを除去するために、リンスノズル１０４より純水リンス１０５を行う（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３１６０５４５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ウェハ上のＣｕ膜を除去した後、表面にスラリー残渣が存在する状態で純水リンスを行うと、液体がウェハ上に不均一に存在することによりＣｕの腐食が発生する。不均一に存在するとは、ウェハ面内に局部的に乾燥し、液たまりが生じた状態を言う。もしくは、ウェハ表面全体を均一な厚みの水分で覆われていないことを言う。上記のように不均一に液層が存在すること、液層に厚みの差が生じ、表面で起こる酸化還元反応に勾配が生じる。この勾配によって、予測できない局所的かつ突発的なＣｕ腐食が進行するという問題が発生する。
【０００４】
したがって、この発明の目的は、前記問題に鑑み、ウェハ上の導電膜を除去した後、表面にスラリー残渣が存在する状態で純水リンスを行うと、水分が不均一に存在することにより、導電膜の腐食を防止する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】
【０００５】
前記の目的を達成するために、この発明の請求項１記載の半導体装置の製造方法は、ウェハ上に形成された絶縁膜中に凹部を形成する工程と、前記凹部に導電膜を埋め込む工程と、前記凹部からはみ出した導電膜を研磨により除去する工程と、前記凹部からはみ出した導電膜を除去した後に、前記ウェハの被研磨面上に液層を形成する工程とを含む。
【０００６】
請求項２記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記被研磨面上に液層を形成する工程は、前記凹部からはみ出した導電膜を除去した後、前記ウェハを高速で回転させることにより行う。
【０００７】
請求項３記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記被研磨面上に液層を形成する工程は、前記凹部からはみ出した導電膜を除去した後、エアーを前記被研磨面上に吹きかけることにより行う。
【０００８】
請求項４記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記被研磨面上に液層を形成する工程は、前記凹部からはみ出した導電膜を除去した後、ワイパーを用いて前記被研磨面上に溶液を分散させることにより行う。
【０００９】
請求項５記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記被研磨面上に液層を形成する工程後、リンスを行うことにより前記被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程を含む。
【００１０】
請求項６記載の半導体装置の製造方法は、請求項５記載の半導体装置の製造方法において、前記リンスに用いる溶液は、導電膜の腐食防止剤を含有する溶液である。
【００１１】
請求項７記載の半導体装置の製造方法は、請求項５記載の半導体装置の製造方法において、前記リンスを行うことにより前記被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程において、前記ウェハを回転させる。
【００１２】
請求項８記載の半導体装置の製造方法は、請求項５記載の半導体装置の製造方法において、前記リンスを行うことにより前記被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程後、前記ウェハを回転させる。
【００１３】
請求項９記載の半導体装置の製造方法は、請求項５記載の半導体装置の製造方法において、前記リンスを行うことにより前記被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程後、エアーを前記被研磨面に吹きかける。
【００１４】
請求項１０記載の半導体装置の製造方法は、請求項５記載の半導体装置の製造方法において、前記リンスを行うことにより前記被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程後、ワイパーを用いて前記被研磨面上に溶液を分散させる。
【００１５】
請求項１１記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記凹部からはみ出した導電膜を研磨により除去する工程において、スラリーを用いて研磨した後、水溶液を前記被研磨面上に供給し研磨する。
【００１６】
請求項１２記載の半導体装置の製造方法は、請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、前記スラリーを用いて研磨した後、水溶液を前記被研磨面上に供給し研磨する工程において、前記スラリーが水溶液に徐々に置換される。
【００１７】
請求項１３記載の半導体装置の製造方法は、請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、前記スラリーを用いて研磨した後、水溶液を前記被研磨面上に供給し研磨する工程において、前記水溶液の供給は、前記被研磨面に対する研磨パッド圧力が１．５ｐｓｉ以下で、研磨速度が２ｒｐｍ以下となる時に開始される。
【００１８】
請求項１４記載の半導体装置の製造方法は、請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、前記スラリーを用いて研磨した後、水溶液を前記被研磨面上に供給し研磨する工程において、スラリーと水溶液を交互に供給する。
【００１９】
請求項１５記載の半導体装置の製造方法は、請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、前記水溶液は、導電膜の腐食防止剤を含む溶液である。
【００２０】
請求項１６記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記被研磨面には、少なくとも銅が部分的に存在する。
【００２１】
請求項１７記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記導電膜は、下にバリア膜、上に銅膜の２層構造になっている。
【００２２】
請求項１８記載の半導体装置の製造方法は、複数のウェハを同時に処理する半導体装置の製造方法であって、前記複数のウェハに同時に絶縁膜を堆積する工程と、前記複数のウェハに凹部を形成し、前記凹部に導電膜を堆積する工程と、前記複数のウェハの凹部からはみ出した前記導電膜を同時に研磨除去する工程と、前記凹部からはみ出した導電膜を除去した後に、被研磨面上に液層を形成する工程とを含み、前記導電膜を同時に研磨除去する工程において、前記複数のウェハを回転させて研磨除去し、かつ前記複数のウェハ間で除去完了時間に差があるとき、早く完了するウェハに対して研磨除去を始める前に空転を行うことにより、前記複数のウェハの研磨終了時間を合わせる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明の請求項１記載の半導体装置の製造方法によれば、凹部からはみ出した導電膜を除去した後に、ウェハの被研磨面上に液層を形成する工程を含むので、導電膜を除去した後、導電膜表面に付着したスラリー（成分である過酸化水素水）残留物を含む水分により、ウェハ表面上に均一な液層膜厚状態を作ることができる。このことから、残留スラリーを除去するリンスによる水分の不均一性・液だまりから生じるエッチングレートの変化を防ぎ、酸化反応によるＣｕ等の導電膜の腐食を防ぐことができる。
【００２４】
請求項２では、被研磨面上に液層を形成する工程は、凹部からはみ出した導電膜を除去した後、ウェハを高速で回転させることにより行うので、ウェハ上においてウェットで均一な液層膜厚状態を作ることができる。
【００２５】
請求項３では、被研磨面上に液層を形成する工程は、凹部からはみ出した導電膜を除去した後、エアーを被研磨面上に吹きかけることにより行うので、ウェハ上においてウェットで均一な液層膜厚状態を作ることができる。また、エアブローのノズル位置での風圧を調整することができるため、ウェハ面内での調整が容易にできる。
【００２６】
請求項４では、被研磨面上に液層を形成する工程は、凹部からはみ出した導電膜を除去した後、ワイパーを用いて被研磨面上に溶液を分散させることにより行うので、ウェハ上においてウェットで均一な液層膜厚状態を作ることができる。また、直接的な手法であり、制御方法が容易である。
【００２７】
請求項５では、被研磨面上に液層を形成する工程後、リンスを行うことにより被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程を含むので、スラリー成分の濃度を下げることができる。このため、Ｃｕ等の導電膜の酸化反応を抑制し腐食をより抑えることができる。
【００２８】
請求項６では、リンスに用いる溶液は、導電膜の腐食防止剤を含有する溶液であるので、さらに導電膜の腐食を抑えることができる。
【００２９】
請求項７では、リンスを行うことにより被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程において、ウェハを回転させるので、この工程においても、スラリー成分を含む水分をウェハ面内均一に分散させることができる。このため、液だまりを解消し局所的な導電膜の酸化反応を抑制することができる。
【００３０】
請求項８では、リンスを行うことにより被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程後、ウェハを回転させるので、スラリー成分を含む水分をウェハ面内均一に分散させることができる。
【００３１】
請求項９では、リンスを行うことにより被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程後、エアーを被研磨面に吹きかけるので、この工程においても、スラリー成分を含む水分をウェハ面内均一に分散させることができる。このため、液だまりを解消し局所的な導電膜の酸化反応を抑制することができる。
【００３２】
請求項１０では、リンスを行うことにより被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程後、ワイパーを用いて被研磨面上に溶液を分散させるので、この工程においても、スラリー成分を含む水分をウェハ面内均一に分散させることができる。このため、液だまりを解消し局所的な導電膜の酸化反応を抑制することができる。
【００３３】
請求項１１では、凹部からはみ出した導電膜を研磨により除去する工程において、スラリーを用いて研磨した後、水溶液を被研磨面上に供給し研磨するので、スラリー成分の濃度を下げることができ、導電膜の腐食をより抑えることができる。
【００３４】
請求項１２では、スラリーを用いて研磨した後、水溶液を被研磨面上に供給し研磨する工程において、スラリーが水溶液に徐々に置換されるので、急激な置換によるｐＨショックを抑え、ウェハ面内に均一に置換していくことができる。
【００３５】
請求項１３では、スラリーを用いて研磨した後、水溶液を被研磨面上に供給し研磨する工程において、水溶液の供給は、被研磨面に対する研磨パッド圧力が１．５ｐｓｉ以下で、研磨速度が２ｒｐｍ以下となる時に開始されるので、導電膜が存在する箇所でＤｉｓｈｉｎｇを抑制することができる。
【００３６】
請求項１４では、スラリーを用いて研磨した後、水溶液を被研磨面上に供給し研磨する工程において、スラリー水溶液水を交互に供給するので、スラリーから水溶液への急激な置換によるｐＨショックを抑えることができる。
【００３７】
請求項１５では、水溶液は、導電膜の腐食防止剤を含む溶液であるので、請求項１１と同様に導電膜の腐食をより抑えることができる。
【００３８】
請求項１６では、被研磨面には、少なくとも銅が部分的に存在するので、銅の酸化反応を抑制することができる。
【００３９】
請求項１７では、導電膜は、下にバリア膜、上に銅膜の２層構造になっているので、銅膜の酸化反応を抑制することができる。
【００４０】
この発明の請求項１８記載の半導体装置の製造方法によれば、導電膜を同時に研磨除去する工程において、複数のウェハを回転させて研磨除去し、かつ複数のウェハ間で除去完了時間に差があるとき、早く完了するウェハに対して研磨除去を始める前に空転を行うことにより、複数のウェハの研磨終了時間を合わせるので、研磨後均一な液層を作った後の、待機時間に差をなくすことで、待機時の均一な液層の乱れを低減し、導電膜の腐食を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
この発明の第１の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図、図２は図１のプロセスフローと基板断面を示す工程図である。
【００４２】
図１および図２に示すように、ウェハ２０２上に形成された絶縁膜１１１中に凹部を形成する工程と、凹部に導電膜１１２を埋め込む工程と、凹部からはみ出した導電膜１１２を研磨により除去する工程と、凹部からはみ出した導電膜１１２を除去した後に、ウェハの被研磨面上に薄い液層１１４を形成する工程とを含む。図２において、１１３は導電膜からなる配線、１１５はスラリー残留物である。
【００４３】
この場合、図１（ａ）に示すように、ウェハ２０２上にめっきによって堆積したＣｕ膜１１２を研磨除去する。このときＣｕ膜１１２の研磨では、砥粒例えばシリカ粒子などと、酸化剤例えば過酸化水素水を含むスラリーを使用する。研磨を終えたウェハ２０２は、図１（ｂ）に示すように、表面にスラリー残渣を付着した状態で研磨布２０１から離脱する。続いて、研磨に使用したウェハ吸着機構（ＨＥＡＤ）２０３において、ウェハ２０２を保持したまま、高速回転（１００ｒｐｍ）を行うことでウェハ表面に付着しているスラリー残留物１１５を除去する（図１（ｃ））。この際、スラリー残留物１１５を完全に除去せずに、ウェハ２０２上においてウェットで均一な膜厚の液層１１４を作る。ここで、ウェハ表面に付着したスラリー残留物１１５の乾燥状態を回避するために、回転時間を短時間（例えば、１０ｓｅｃ）とする。また、均一な膜厚状態とは、厚さ１．５ｍｍ以下、均一性は１０％以下となる状態のことを言う。
【００４４】
上記の工程を経ることで、スラリー成分を含む水分（液層）１１４をウェハ面内均一に分散させることができる。この均一な状態を作り上げることで、液だまりを解消し局所的なＣｕの酸化反応を抑制することができる。
【００４５】
また、上記の工程後、リンスを行うことにより被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程を行う。すなわち、ウェハ２０２が付着した状態で回転数を上げたままリンス（例えば、純水もしくは腐食防止剤）し、スラリー成分の濃度を下げる（図１（ｄ））。２０４はリンスノズル、２０５はリンスである。ここで、回転数は上記工程での回転数と同じものとする。また、リンスすることによって、スラリー成分の濃度を２０分の１程度に軽減する。次に、ウェハ表面上の水分を均一に分散させるために、上記回転と同じ回転数でもって高速回転を行う（図１（ｅ））。この工程（追加工程１）は使用しても使用しなくても良いが、この工程を追加することで、スラリー成分の濃度を下げることができるため、Ｃｕへの酸化反応を抑制し腐食をより抑えることができる。また、この追加工程においても、スラリー成分を含む水分をウェハ面内均一に分散させることができるため、液だまりを解消し局所的なＣｕの酸化反応を抑制することができる。なお、リンスを行うことにより被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程後、ウェハを回転させてもよい。
【００４６】
また、上記の工程では、研磨後高速回転の工程の後に、リンスをすることでスラリー濃度を下げることができるが、研磨後高速回転前にリンスを行うこともできる（追加工程２）。すなわち、凹部からはみ出した導電膜を研磨により除去する工程において、スラリーを用いて研磨した後、水溶液（リンス）を被研磨面上に供給し研磨する。この際のリンス手法について以下に述べる。
【００４７】
図３は本発明の実施形態の半導体装置の製造方法の追加工程を示す工程図である。図３において、５０１は研磨布、５０２はウェハ、５０３は研磨ＨＥＡＤ、５０９はスラリー供給ノズル、５１０はスラリー、５１１はリンス供給ノズル、５１２はリンスである。
【００４８】
Ｃｕ膜を研磨後（図３（ａ））、ウェハ５０２を保持した状態で、低圧（１．５ｐｓｉ以下）・低速度（研磨ＨＥＡＤ：２ｒｐｍ以下）状態にする（図３（ｂ））。Ｃｕ配線が存在する箇所でＤｉｓｈｉｎｇを抑制しなければならないため、上記の状態にする必要がある。この状態で、２つのライン、スラリーラインと純水ラインをステップ毎（０．５ｓｅｃで、１０ｍｌ切り替え）に供給量を切り替える。スラリー１５０ｍｌ／ｍｉｎ、純水０ｍｌ／ｍｉｎを、０．５ｓｅｃ後に、スラリー１４０ｍｌ／ｍｉｎ、純水１０ｍｌ／ｍｉｎのように置換していき、７．５ｓｅｃ後には完全に純水のみの供給となる（図３（ｃ））。この純水置換においては、純水もしくはＣｕ腐食防止剤を用いても良い。また、この工程を追加しても良いし追加しなくても良いが、この工程を追加することで、勾配をもって徐々に置換することができるため、急激な置換によるｐＨショックを抑え、ウェハ面内に均一に置換していくことができる。よって、Ｃｕの腐食をより抑えることができる。
【００４９】
以上で、追加工程１，２について２つの手法を説明したが、どちらの手法もＣｕ腐食をより抑制することができる手段として有効であり、使用しても良いし使用しなくても良い。なお、スラリーを用いて研磨した後、水溶液を被研磨面上に供給し研磨する工程において、スラリーと水溶液を交互に供給してもよい。導電膜は、下にバリア膜、上に銅膜の２層構造になっていてもよい。
【００５０】
また、複数のウェハを同時に処理する場合、複数のウェハに同時に絶縁膜を堆積する工程と、複数のウェハに凹部を形成し、凹部に導電膜を堆積する工程と、複数のウェハの凹部からはみ出した導電膜を同時に研磨除去する工程と、凹部からはみ出した導電膜を除去した後に、被研磨面上に薄い液層を形成する工程とを含み、導電膜を同時に研磨除去する工程において、複数のウェハを回転させて研磨除去し、かつ複数のウェハ間で除去完了時間に差があるとき、早く完了するウェハに対して研磨除去を始める前に空転を行うことにより、複数のウェハの研磨終了時間を合わせる。すなわち、２つ以上の研磨シーケンスを同装置内にて行う場合（例えば、一つ目のプラテンにてＣｕ膜を除去し、二つ目のプラテンにてバリア膜を除去する）、研磨終了時間がずれることがある。その要因としては、堆積膜厚、研磨レートの変動、研磨条件、スラリーの種類などがある。この処理終了時間がずれると、上記に記した均一な膜厚状態を維持した後の、待機時間に差が出る。そこで、この待機時間を短くするために、研磨時間が短い研磨処理において、研磨前に空転処理を挿入する。ここで、空転とは、実際の研磨を行わず回転させる状態のことを言う。実際には、均一な液層状態を維持し続けるよう、低速２０ｒｐｍにて行う。もしくは、前記記載の薄く均一な状態にする工程において時間の調整を行い（研磨時間の短い処理において、研磨時間差分の時間を、薄く均一な状態にする工程に足し合わせる。）、研磨終了時間を合わせる。この工程を追加しても良いし追加しなくても良いが、上記の処理を行うことで、待機時間を削減し、均一な液層の崩れを抑制することができる。以上から、均一な液層を維持し、Ｃｕの腐食をより抑えることができる。
【００５１】
第１の実施形態によると、ウェハ面内の液だまりを解消することができるため、Ｃｕの腐食を防ぐことができる。
【００５２】
この発明の第２の実施形態を図４に基づいて説明する。図４は本発明の第２の実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。第１の実施形態と同様の構成は説明を省略する。
【００５３】
まず、図４（ａ）に示すように、ウェハ３０２上にめっきによって堆積したＣｕ膜を研磨除去する。このときＣｕ膜の研磨では、砥粒例えばシリカ粒子などと、酸化剤例えば過酸化水素水を含むスラリーを使用する。研磨を終えたウェハ３０２は、図４（ｂ）に示すように、表面にスラリー残渣を付着した状態で研磨布から離脱する。続いて、研磨に使用したウェハ吸着機構（ＨＥＡＤ）３０３において、ウェハ３０２を保持したまま、ウェハ表面にエアー（Ｎ2などの不活性ガス）の吹きかけを行うことでウェハ表面に付着しているスラリー残留物を除去する（図４（ｃ））。この際、スラリー残留物を完全に除去せずに、ウェハ３０２上においてウェットで均一な膜厚を作る。ここで、上記の状態を作り出すために、直径１ｍｍの吹きかけノズルを直線状に２００個配置された装置を用いて、エアーカーテンを作成しエアー３０７の吹きかけを行う。３０６はエアーノズルである。この際、ウェハ面内に均一に吹きかけを行うために、ウェハを回転（１２ｒｐｍ、５ｓｅｃ）させながら行う。上記の方法を用いて、均一な膜厚状態（厚さ１．５ｍｍ以下、均一性は１０％以下となる状態）を作り出す。
【００５４】
上記の工程を経ることで、スラリー成分を含む水分をウェハ面内均一に分散させることができる。この均一な状態を作り上げることで、液だまりを解消し局所的なＣｕの酸化反応を抑制することができる。
【００５５】
また、上記の工程後、ウェハ３０２が付着した状態でリンス（例えば、純水もしくは腐食防止剤）し、スラリー成分の濃度を下げる（図４（ｄ））。３０４はリンスノズル、３０５はリンスである。ここで、リンスすることによって、スラリー成分の濃度を２０分の１程度に軽減する。次に、ウェハ表面上の水分を均一に分散させるために、上記手法と同じエアー吹きかけを行う（図４（ｅ））。この工程（追加工程１）は使用しても使用しなくても良いが、この工程を追加することで、スラリー成分の濃度を下げることができるため、Ｃｕへの酸化反応を抑制し腐食をより抑えることができる。また、この追加工程においても、スラリー成分を含む水分をウェハ面内均一に分散させることができるため、液だまりを解消し局所的なＣｕの酸化反応を抑制することができる。
【００５６】
また、上記の工程では、研磨後エアーの吹きかけ工程の後に、リンスをすることでスラリー濃度を下げることができるが、研磨後エアーの吹きかけ前にリンスを行うこともできる（追加工程２）。この際のリンス手法について第１の実施形態の図３に基づいて以下に述べる。
【００５７】
Ｃｕ膜を研磨後、ウェハを保持した状態で、低圧（１．５ｐｓｉ以下）・低速度（研磨ＨＥＡＤ：２ｒｐｍ以下）状態にする（図３（ａ））。Ｃｕ配線が存在する箇所でＤｉｓｈｉｎｇを抑制しなければならないため、上記の状態にする必要がある。この状態で、２つのライン、スラリーラインと純水ラインをステップ毎（０．５ｓｅｃで、１０ｍｌ切り替え）に供給量を切り替える（図３（ｂ））。スラリー１５０ｍｌ／ｍｉｎ、純水０ｍｌ／ｍｉｎを、０．５ｓｅｃ後に、スラリー１４０ｍｌ／ｍｉｎ、純水１０ｍｌ／ｍｉｎのように置換していき、７．５ｓｅｃ後には完全に純水のみの供給となる（図３（ｃ））。この純水置換においては、純水もしくはＣｕ腐食防止剤を用いても良い。また、この工程を追加しても良いし追加しなくても良いが、この工程を追加することで、勾配をもって徐々に置換することができるため、急激な置換によるｐＨショックを抑え、ウェハ面内に均一に置換していくことができる。よって、Ｃｕの腐食をより抑えることができる。
【００５８】
以上で、追加工程１，２について２つの手法を説明したが、どちらの手法もＣｕ腐食をより抑制することができる手段として有効であり、使用しても良いし使用しなくても良い。
【００５９】
また、２つ以上の研磨シーケンスを同装置内にて行う場合（例えば、一つ目のプラテンにてＣｕ膜を除去し、二つ目のプラテンにてバリア膜を除去する）、研磨終了時間がずれることがある。その要因としては、堆積膜厚、研磨レートの変動、研磨条件、スラリーの種類などがある。この処理終了時間がずれると、上記に記した均一な膜厚状態を維持した後の、待機時間に差が出る。そこで、この待機時間を短くするために、研磨時間が短い研磨処理において、研磨前に空転処理を挿入する。ここで、空転とは、実際の研磨を行わず回転させる状態のことを言う。実際には、均一な液層状態を維持し続けるよう、低速２０ｒｐｍにて行う。もしくは、前記記載の薄く均一な状態にする工程において時間の調整を行い（研磨時間の短い処理において、研磨時間差分の時間を、薄く均一な状態にする工程に足し合わせる。）、研磨終了時間を合わせる。この工程を追加しても良いし追加しなくても良いが、上記の処理を行うことで、待機時間を削減し、均一な液層の崩れを抑制することができる。以上から、均一な液層を維持し、Ｃｕの腐食をより抑えることができる。
【００６０】
第２の実施形態によると、ウェハ面内の液だまりを解消することができるため、Ｃｕの腐食を防ぐことができる。また、エアブローのノズル位置での風圧を調整する事ができるため、ウェハ面内での調整が容易にできる。
【００６１】
この発明の第３の実施形態を図５に基づいて説明する。図５は本発明の第３の実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。第１の実施形態と同様の構成は説明を省略する。
【００６２】
本実施形態では、ウェハの表面をワイパーで吹き払い、表面に付着しているスラリー残留物を除去する。基板表面を傷つけない状態にするために、ゴムとウェハとの間を完全に密着させずに表面張力を利用して吹き払う。
【００６３】
まず、図５（ａ）に示すように、ウェハ４０２上にめっきによって堆積したＣｕ膜を研磨除去する。このときＣｕ膜の研磨では、砥粒例えばシリカ粒子などと、酸化剤例えば過酸化水素水を含むスラリーを使用する。研磨を終えたウェハ４０２は、図５（ｂ）に示すように、表面にスラリー残渣を付着した状態で研磨布から離脱する。続いて、研磨に使用したウェハ吸着機構（ＨＥＡＤ）４０３において、ウェハ４０２を保持したまま、ウェハ表面にワイパー（ポリウレタンなど）４０８をかけることでウェハ表面に付着しているスラリー残留物を除去する（図５（ｃ））。この際、スラリー残留物を完全に除去せずに、ウェハ４０２上においてウェットで均一な膜厚を作る。ここで、上記の状態を作り出すために、４本のワイパー４０８を用いて交互に拭き取り動作を行う。この際、ウェハ表面に完全には密着させず、１ｍｍ程度の距離を保った状態で行う。上記の方法を用いて、均一な膜厚状態（厚さ１．５ｍｍ以下、均一性は１０％以下となる状態）を作り出す。
【００６４】
上記の工程を経ることで、スラリー成分を含む水分をウェハ面内均一に分散させることができる。この均一な状態を作り上げることで、液だまりを解消し局所的なＣｕの酸化反応を抑制することができる。
【００６５】
また、上記の工程後、ウェハ４０２が付着した状態でリンス（例えば、純水もしくは腐食防止剤）し、スラリー成分の濃度を下げる（図５（ｄ））。４０４はリンスノズル、４０５はリンスである。ここで、リンスすることによって、スラリー成分の濃度を２０分の１程度に軽減する。次に、ウェハ表面上の水分を均一に分散させるために、上記手法と同様にワイパーをかける（図５（ｅ））。この工程は使用しても使用しなくても良いが、この工程を追加することで、スラリー成分の濃度を下げることができるため、Ｃｕへの酸化反応を抑制し腐食をより抑えることができる。また、この追加工程においても、スラリー成分を含む水分をウェハ面内均一に分散させることができるため、液だまりを解消し局所的なＣｕの酸化反応を抑制することができる。
【００６６】
また、上記の工程では、研磨後ワイパー拭き取り工程の後に、リンスをすることでスラリー濃度を下げることができるが、研磨後ワイパー拭き取り前にリンスを行うこともできる（追加工程２）。この際のリンス手法について第１の実施形態の図３に基づいて以下に述べる。
【００６７】
Ｃｕ膜を研磨後、ウェハを保持した状態で、低圧（１．５ｐｓｉ以下）・低速度（研磨ＨＥＡＤ：２ｒｐｍ以下）状態にする（図３（ａ））。Ｃｕ配線が存在する箇所でＤｉｓｈｉｎｇを抑制しなければならないため、上記の状態にする必要がある。この状態で、２つのライン、スラリーラインと純水ラインをステップ毎（０．５ｓｅｃで、１０ｍｌ切り替え）に供給量を切り替える（図３（ｂ））。スラリー１５０ｍｌ／ｍｉｎ、純水０ｍｌ／ｍｉｎを、０．５ｓｅｃ後に、スラリー１４０ｍｌ／ｍｉｎ、純水１０ｍｌ／ｍｉｎのように置換していき、７．５ｓｅｃ後には完全に純水のみの供給となる（図３（ｃ））。この純水置換においては、純水もしくはＣｕ腐食防止剤を用いても良い。また、この工程を追加しても良いし追加しなくても良いが、この工程を追加することで、勾配をもって徐々に置換することができるため、急激な置換によるｐＨショックを抑え、ウェハ面内に均一に置換していくことができる。よって、Ｃｕの腐食をより抑えることができる。
【００６８】
以上で、追加工程１，２について２つの手法を説明したが、どちらの手法もＣｕ腐食をより抑制することができる手段として有効であり、使用しても良いし使用しなくても良い。
【００６９】
また、２つ以上の研磨シーケンスを同装置内にて行う場合（例えば、一つ目のプラテンにてＣｕ膜を除去し、二つ目のプラテンにてバリア膜を除去する）、研磨終了時間がずれることがある。その要因としては、堆積膜厚、研磨レートの変動、研磨条件、スラリーの種類などがある。この処理終了時間がずれると、上記に記した均一な膜厚状態を維持した後の、待機時間に差が出る。そこで、この待機時間を短くするために、研磨時間が短い研磨処理において、研磨前に空転処理を挿入する。ここで、空転とは、実際の研磨を行わず回転させる状態のことを言う。実際には、均一な液層状態を維持し続けるよう、低速２０ｒｐｍにて行う。もしくは、前記記載の薄く均一な状態にする工程において時間の調整を行い（研磨時間の短い処理において、研磨時間差分の時間を、薄く均一な状態にする工程に足し合わせる。）、研磨終了時間を合わせる。この工程を追加しても良いし追加しなくても良いが、上記の処理を行うことで、待機時間を削減し、均一な液層の崩れを抑制することができる。以上から、均一な液層を維持し、Ｃｕの腐食をより抑えることができる。
【００７０】
第３の実施形態によると、ウェハ面内の液だまりを解消することができるため、Ｃｕの腐食を防ぐことができる。また、直接的な手法であり、制御方法が容易である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、残留スラリーを除去するリンスによる水分の不均一性・液だまりから生じるエッチングレートの変化を防ぎ、酸化反応によるＣｕ等の導電膜の腐食を防ぐことができる等の効果を有し、ウェハの研磨方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２】図１のプロセスフローと基板断面を示す工程図である。
【図３】本発明の実施形態の半導体装置の製造方法の追加工程を示す工程図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】従来例の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１  研磨布
１０２，２０２，３０２，４０２，５０２  ウェハ
１０３，２０３，３０３，４０３，５０３  ＨＥＡＤ（ウェハ固定機構）
１０４，２０４，３０４，４０４，５０４  リンスノズル
１０５，２０５，３０５，４０５，５０５  リンス（純水）
１１１  絶縁膜
１１２  導電膜
１１３  導電膜からなる配線
１１４  薄い液層
１１５  スラリー残留物
３０６  エアーノズル
３０７  エアー（Ｎ2）
４０８  ワイパー
５０９  スラリー供給ノズル
５１０  スラリー
５１１  リンス供給ノズル
５１２  リンス（純水）
【図１】
2005183532.tif 000003
【図２】
2005183532.tif 000004
【図３】
2005183532.tif 000005
【図４】
2005183532.tif 000006
【図５】
2005183532.tif 000007
【図６】
2005183532.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月13日(2005.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ上に形成された絶縁膜中に凹部を形成する工程と、
前記凹部に導電膜を埋め込む工程と、
前記凹部からはみ出した導電膜を研磨により除去する工程と、
前記凹部からはみ出した導電膜を除去した後に、前記ウェハの被研磨面上に液層を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記被研磨面上に液層を形成する工程は、前記凹部からはみ出した導電膜を除去した後、前記ウェハを高速で回転させることにより行う請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記被研磨面上に液層を形成する工程は、前記凹部からはみ出した導電膜を除去した後、エアーを前記被研磨面上に吹きかけることにより行う請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記被研磨面上に液層を形成する工程は、前記凹部からはみ出した導電膜を除去した後、ワイパーを用いて前記被研磨面上に溶液を分散させることにより行う請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記被研磨面上に液層を形成する工程後、リンスを行うことにより前記被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程を含む請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記リンスを行うことにより前記被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程において、前記ウェハを回転させる請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記凹部からはみ出した導電膜を研磨により除去する工程において、スラリーを用いて研磨した後、水溶液を前記被研磨面上に供給し研磨する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記スラリーを用いて研磨した後、水溶液を前記被研磨面上に供給し研磨する工程において、前記水溶液の供給は、前記被研磨面に対する研磨パッド圧力が１．５ｐｓｉ以下で、研磨速度が２ｒｐｍ以下となる時に開始される請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記水溶液は、導電膜の腐食防止剤を含む溶液である請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記被研磨面には、少なくとも銅が部分的に存在する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
複数のウェハを同時に処理する半導体装置の製造方法であって、
前記複数のウェハに同時に絶縁膜を堆積する工程と、
前記複数のウェハに凹部を形成し、前記凹部に導電膜を堆積する工程と、
前記複数のウェハの凹部からはみ出した前記導電膜を同時に研磨除去する工程と、
前記凹部からはみ出した導電膜を除去した後に、被研磨面上に液層を形成する工程とを含み、
前記導電膜を同時に研磨除去する工程において、前記複数のウェハを回転させて研磨除去し、かつ前記複数のウェハ間で除去完了時間に差があるとき、早く完了するウェハに対して研磨除去を始める前に空転を行うことにより、前記複数のウェハの研磨終了時間を合わせることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
請求項６記載の半導体装置の製造方法は、請求項５記載の半導体装置の製造方法において、前記リンスを行うことにより前記被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程において、前記ウェハを回転させる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項７記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記凹部からはみ出した導電膜を研磨により除去する工程において、スラリーを用いて研磨した後、水溶液を前記被研磨面上に供給し研磨する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項８記載の半導体装置の製造方法は、請求項７記載の半導体装置の製造方法において、前記スラリーを用いて研磨した後、水溶液を前記被研磨面上に供給し研磨する工程において、前記水溶液の供給は、前記被研磨面に対する研磨パッド圧力が１．５ｐｓｉ以下で、研磨速度が２ｒｐｍ以下となる時に開始される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
請求項９記載の半導体装置の製造方法は、請求項７記載の半導体装置の製造方法において、前記水溶液は、導電膜の腐食防止剤を含む溶液である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
請求項１０記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記被研磨面には、少なくとも銅が部分的に存在する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
請求項１１記載の半導体装置の製造方法は、複数のウェハを同時に処理する半導体装置の製造方法であって、前記複数のウェハに同時に絶縁膜を堆積する工程と、前記複数のウェハに凹部を形成し、前記凹部に導電膜を堆積する工程と、前記複数のウェハの凹部からはみ出した前記導電膜を同時に研磨除去する工程と、前記凹部からはみ出した導電膜を除去した後に、被研磨面上に液層を形成する工程とを含み、前記導電膜を同時に研磨除去する工程において、前記複数のウェハを回転させて研磨除去し、かつ前記複数のウェハ間で除去完了時間に差があるとき、早く完了するウェハに対して研磨除去を始める前に空転を行うことにより、前記複数のウェハの研磨終了時間を合わせる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
請求項６では、リンスを行うことにより被研磨面に付着したスラリー残留物を除去する工程において、ウェハを回転させるので、この工程においても、スラリー成分を含む水分をウェハ面内均一に分散させることができる。このため、液だまりを解消し局所的な導電膜の酸化反応を抑制することができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
請求項７では、凹部からはみ出した導電膜を研磨により除去する工程において、スラリーを用いて研磨した後、水溶液を被研磨面上に供給し研磨するので、スラリー成分の濃度を下げることができ、導電膜の腐食をより抑えることができる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
請求項８では、スラリーを用いて研磨した後、水溶液を被研磨面上に供給し研磨する工程において、水溶液の供給は、被研磨面に対する研磨パッド圧力が１．５ｐｓｉ以下で、研磨速度が２ｒｐｍ以下となる時に開始されるので、導電膜が存在する箇所でＤｉｓｈｉｎｇを抑制することができる。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
請求項９では、水溶液は、導電膜の腐食防止剤を含む溶液であるので、請求項７と同様に導電膜の腐食をより抑えることができる。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
請求項１０では、被研磨面には、少なくとも銅が部分的に存在するので、銅の酸化反応を抑制することができる。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
この発明の請求項１１記載の半導体装置の製造方法によれば、導電膜を同時に研磨除去する工程において、複数のウェハを回転させて研磨除去し、かつ複数のウェハ間で除去完了時間に差があるとき、早く完了するウェハに対して研磨除去を始める前に空転を行うことにより、複数のウェハの研磨終了時間を合わせるので、研磨後均一な液層を作った後の、待機時間に差をなくすことで、待機時の均一な液層の乱れを低減し、導電膜の腐食を抑制することができる。