(57)【要約】【課題】  ＣＭＰ法による研磨工程や、研磨装置を洗浄する工程において、研磨装置やウェハの洗浄を効率的に行なうことができるＣＭＰ法に用いる液体、および効率的な洗浄が可能な工程を備えた半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  ＣＭＰ法を用いた研磨工程またはその前後の工程において用いられ、洗浄または洗浄後のリンスを行なう液体を、研磨工程で用いる研磨スラリーから砥粒成分を除去した成分のもので構成する。研磨工程において用いる研磨ヘッドおよびウェハ表面などを、この液体を用いて洗浄する。【選択図】        図３
2005311127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いた研磨工程またはその前後の工程において用いられ、洗浄または洗浄後のリンスを行なう液体であって、
前記液体は、研磨工程で用いる研磨スラリーから砥粒成分を除去した成分のものである、ＣＭＰ法に用いる液体。
【請求項２】
ＣＭＰ法を用いた研磨工程を備える半導体装置の製造方法であって、
前記研磨工程は、ウェハの研磨終了直後において、前記研磨工程において用いた研磨ヘッドおよびウェハ表面を、液体を用いて洗浄する工程を含み、
前記液体として、前記研磨工程で用いる研磨スラリーから砥粒成分を除去した成分の液体を用いた、半導体装置の製造方法。
【請求項３】
ＣＭＰ法を用いた研磨工程を備える半導体装置の製造方法であって、
前記研磨工程が終了した後に、前記研磨工程で用いた研磨テーブルおよび研磨ヘッドを、液体を用いて洗浄する工程をさらに備え、
前記液体として、前記研磨工程で用いる研磨スラリーから砥粒成分を除去した成分の液体を用いた、半導体装置の製造方法。
【請求項４】
ＣＭＰ法を用いた研磨工程を備える半導体装置の製造方法であって、
前記研磨工程が終了した後に、前記研磨工程で用いた研磨テーブルおよび研磨ヘッドを洗浄する工程をさらに備え、
前記工程は、洗浄液を用いて研磨テーブルおよび研磨ヘッドを洗浄する工程と、前記研磨工程で用いる研磨スラリーから砥粒成分を除去した成分の液体を用いて、洗浄後の研磨テーブルおよび研磨ヘッドをリンスする工程とを含む、半導体装置の製造方法。
【請求項５】
ＣＭＰ法を用いた研磨工程を備える半導体装置の製造方法であって、
前記研磨工程で用いる研磨布のコンディショニング時に、前記研磨布とコンディショナとの間に増粘剤を含んだ水溶液を供給する、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、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing（化学的機械的研磨））法を用いた研磨工程等において用いられる液体および、ＣＭＰ法を用いた研磨工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、ＣＭＰ法を用いた研磨が行なわれている。このＣＭＰ法を用いた工程は、ウェハを研磨する研磨工程と、研磨後のウェハを洗浄する洗浄工程とに分けることができる。さらに研磨工程は、研磨布のコンディショニングと、ウェハの研磨および研磨布洗浄とに分けることができる。
【０００３】
研磨布のコンディショニングは、研磨布表面の状態を整えることを目的として行なうものであるが、従来のコンディショニングは、純水を供給しながら行なっている。これにより研磨布表面の目立てと同時に、ウェハの研磨時に発生した研磨屑や残留スラリーを除去している。
【０００４】
研磨布洗浄は、従来、研磨布上に純水供給ラインや純水供給スプレーから純水を供給することで行なっている。
【０００５】
また、研磨工程においては、ウェハの研磨が終了するごとに、研磨ヘッドやウェハを洗浄するが、従来の洗浄は、シャワーノズルなどで純水を吹き付けることで行なっている。純水では、洗浄力が十分でない場合には、この純水に代えて水溶性界面活性剤などの洗浄薬液を用いることもある。
【０００６】
さらに、研磨工程終了後には、ＣＭＰ法に用いた研磨装置を洗浄する必要がある。従来の研磨装置の洗浄は、純水を用いて行なっている。また、純水では洗浄力が不足する場合には、洗浄薬液を用いることもある。
【０００７】
研磨布や研磨ヘッドの洗浄が十分でない場合には、研磨布表面や研磨ヘッドおよびウェハの表面に、研磨屑、スラリー、被研磨物とスラリーとからなる錯体などの異物が残留する。この異物が残留している場合には、ウェハ１４の表面にマイクロスクラッチと呼ばれる微小傷が発生する恐れがある。また、これらの異物の付着が原因で、歩留まりの低下を引き起こすこともある。そのため、上記のような、研磨布、研磨ヘッドやウェハの洗浄は入念に行なう必要がある。
【０００８】
このようなＣＭＰ法およびそれに用いる装置を開示したものとして特許文献１（特開２００１−１３８２１１号公報）がある。
【特許文献１】特開２００１−１３８２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の研磨工程における、ウェハ研磨の直後の研磨ヘッドやウェハの洗浄においては、純水を用いているため、残留物を除去するのに長時間を要していた。また、洗浄薬液を用いた場合には、洗浄時間を短縮することが可能である反面、洗浄薬液の成分が研磨中の研磨布表面に持ち込まれ、研磨特性に悪影響を与える恐れがあった。
【００１０】
また、研磨工程が終了した後の研磨装置の洗浄においても、純水を用いていたため、長時間を要していた。また、洗浄薬液を用いた場合には、上述の場合と同様、研磨特性に悪影響を与える恐れがあった。
【００１１】
一方、従来のＣＭＰ法における研磨布のコンディショニングでは、研磨布表面の残留スラリー、研磨屑や錯体などの除去が不完全であった。そのため研磨布表面を必要以上に削り取らなければならならず、研磨布のコンディショニングを高圧力、高回転下で長時間行なう必要があり、研磨布やコンディショナの寿命が短くなるという問題があった。
【００１２】
したがって、この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ＣＭＰ法による研磨工程や、研磨装置を洗浄する工程において、研磨装置やウェハの洗浄を効率的に行なうことができるＣＭＰ法に用いる液体、および効率的な洗浄が可能な工程を備えた半導体装置の製造方法を提供することを第１の目的としている。
【００１３】
さらにこの発明は、研磨布のコンディショニングを効果的に行なうことで、そのメンテナンス周期を長くすることができる半導体装置の製造方法を提供することを第２の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に基づいたＣＭＰ法に用いる液体に従えば、ＣＭＰ法を用いた研磨工程またはその前後の工程において用いられ、洗浄または洗浄後のリンスを行なう液体であって、上記液体は、研磨工程で用いる研磨スラリーから砥粒成分を除去した成分のものである。
【００１５】
この発明に基づいた半導体装置の製造方法のある局面に従えば、ＣＭＰ法を用いた研磨工程を備える半導体装置の製造方法であって、上記研磨工程は、ウェハの研磨終了直後において、上記研磨工程において用いる研磨ヘッドおよびウェハ表面を、液体を用いて洗浄する工程を含み、上記液体として、上記研磨工程で用いる研磨スラリーから砥粒成分を除去した成分の液体を用いている。
【００１６】
この発明に基づいた半導体装置の製造方法の他の局面に従えば、ＣＭＰ法を用いた研磨工程を備える半導体装置の製造方法であって、上記研磨工程が終了した後に、上記研磨工程で用いた研磨テーブルおよび研磨ヘッドを、液体を用いて洗浄する工程をさらに備え、上記液体として、上記研磨工程で用いる研磨スラリーから砥粒成分を除去した成分の液体を用いている。
【００１７】
この発明に基づいた半導体装置の製造方法の他の局面に従えば、ＣＭＰ法を用いた研磨工程を備える半導体装置の製造方法であって、上記研磨工程が終了した後に、上記研磨工程で用いた研磨テーブルおよび研磨ヘッドを洗浄する工程をさらに備え、上記工程は、洗浄液を用いて研磨テーブルおよび研磨ヘッドを洗浄する工程と、上記研磨工程で用いる研磨スラリーから砥粒成分を除去した成分の液体を用いて、洗浄後の研磨テーブルおよび研磨ヘッドをリンスする工程とを含んでいる。
【００１８】
この発明に基づいた半導体装置の製造方法の他の局面に従えば、ＣＭＰ法を用いた研磨工程を備える半導体装置の製造方法であって、上記研磨工程で用いる研磨布のコンディショニング時に、上記研磨布とコンディショナとの間に増粘剤を含んだ水溶液を供給している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
まず、ＣＭＰ法を用いた研磨を含む半導体装置の製造方法の各工程に係る実施の形態について詳細に説明する前に、各実施の形態に共通する、ＣＭＰ法を用いた研磨方法および研磨装置について説明する。
【００２０】
ＣＭＰ法による研磨工程は、コンディショナ１を用いた研磨布３のコンディショニング、ウェハ１４の研磨、研磨布３の洗浄、研磨直後のウェハおよび研磨ヘッドの洗浄の手順で行なわれる。この研磨工程を順次繰り返し複数のウェハ１４の研磨を行なう。研磨工程で研磨されたウェハ１４は、洗浄工程により洗浄される。
【００２１】
図１は、研磨布のコンディショニングの状態を示す斜視図である。ＣＭＰ法に用いる研磨装置は、研磨布３のコンディショニングを行なう状態において、図１に示すように、円盤状の研磨定盤２と、その上面に設けられた研磨布３と、その研磨布３の表面に接触しながら自転するコンディショナ１と、研磨布３に研磨布３の表面に液体を供給する、液体供給ライン６を備えている。研磨定盤２の上方には、スラリー供給ライン５も存在するがこの工程では使用しない。
【００２２】
コンディショナ１は、所定の回転数、たとえば８０〜１３０ｒｐｍで回転している。研磨定盤２も、所定の回転数、たとえば６０〜１３０ｒｐｍで回転している。研磨定盤２と研磨布３とは接着されている。液体供給ライン６から液体を供給しながら、コンディショナ１を研磨布３に所定の荷重、たとえば５０〜３５０Ｎで押し付けることでコンディショニングを行なう。
【００２３】
コンディショニングが終了するとウェハ１４を研磨する工程となる。図２は、ウェハを研磨する工程を示す斜視図である。図２に示すように、ウェハ１４を研磨する工程において、コンディショナ１は研磨布３上から待避している。コンディショナ１に代えて、研磨ヘッド４が研磨布３上に位置している。
【００２４】
研磨ヘッド４は、研磨を行なうウェハ１４を、その下面に保持しており、所定の回転数、たとえば３０〜１３０ｒｐｍで回転している。スラリー供給ライン５からスラリー８を供給しながら、研磨ヘッド４がウェハ１４を研磨布３に所定の圧力、たとえば２０から５０ｋＰａで押し付けることで、ウェハ１４の研磨を行なう。
【００２５】
ウェハ１４の研磨が終了すると研磨布洗浄工程に移る。図３は、研磨布洗浄工程を示す斜視図である。図３に示すように、研磨布洗浄工程において、研磨ヘッド４は、研磨布３上から待避している。研磨布洗浄工程において、研磨定盤２は、所定の回転数、たとえば２０〜５０ｒｐｍで回転している。研磨布３上に、液体供給ライン６や液体供給スプレー７から液体を供給することで研磨布３を洗浄する。
【００２６】
また、ウェハ１４の研磨が終了した直後の研磨ヘッドやウェハの洗浄は、シャワーノズルなどを用いて、これらに液体を吹き付けることで行なう。
【００２７】
上記の研磨工程は、プリ・コンディショニング法と呼ばれている。図１に示したコンディショニングと、図２に示したウェハを研磨する工程とが逆になったポスト・コンディショニング法と呼ばれる研磨工程が採用されることもある。
【００２８】
図４は、ＣＭＰ装置を示す平面図である。図４において、研磨室９にて研磨工程を実施し、洗浄ユニット１２にてウェハ１４を洗浄する洗浄工程を実施する。搬送ロボット１１は、カセットポート１３にセットされたウェハ１４を研磨室９と洗浄ユニット１２とに搬送する。
【００２９】
（実施の形態１）
次に実施の形態１について説明する。実施の形態１は、研磨布３のコンディショニングに関する実施の形態である。
【００３０】
図１に示した，研磨布３のコンディショニングにおいて、上述のように従来は、研磨布３に純水を供給しながらコンディショニングしていた。そのため、残留スラリーや反応生成物等の付着物を十分に除去するためには、コンディショニングを高荷重で長時間行なう必要があった。
【００３１】
このような従来のコンディショニングでは、付着物を落とすために研磨布素材である樹脂そのものを削るということが行われている。そのため、コンディショニングに時間がかかるだけでなく、研磨布３の削られる量も多くなり、研磨布３の寿命が短くなるという問題があった。さらにコンディショナ自体の寿命も短くなるという問題もあった。
【００３２】
図６は、コンディショナの断面を示している。コンディショナ１は、図６に示すように、円盤状のコンディショナ座金２０とその下方にＮｉめっき電着層２０を介して固定されたダイヤモンド粒２１を有している。コンディショニングでは、コンディショナ１の表面に埋め込まれているダイヤモンド粒２１が、研磨布３の表面を擦る。このとき研磨布３の表面の凹凸により局所的に過大な荷重がかかり、ダイヤモンド粒２１の偏摩耗やダイヤモンド粒２１の脱落やかけなどが生じるため、この様な局所荷重は好ましいものではない。付着物の除去と研磨速度が維持できる程度の荷重を加えつつ、ダイヤモンド粒２１が破損するような局所荷重を緩和することで研磨布３の寿命や、コンディショナ１の寿命を長くすることができる。
【００３３】
このような知見に基づき、発明者らが各種の検討を繰り返した結果、研磨布３のコンディショニング時に、コンディショナ１と研磨布３の表面の摩擦力を低下させるような添加剤を、従来用いていた純水に加えることで、上記の局所的な過大荷重を緩和できることが明らかになった。
【００３４】
このような添加剤として、各種の増粘剤を用いることで、理想的なコンディショニングを実現できる。この増粘剤としては、各種の水溶性高分子が利用可能である。水溶性高分子を添加した場合の効果がどのようにして発現するかは必ずしも明確ではないが、水が増粘することでコンディショニング中、研磨布３とコンディショナ１と間に液膜が残りやすくコンディショナ１への損傷を抑えつつ付着物の除去性能が向上するためであると推定される。また、水溶性高分子が研磨布３の表面に吸着することで摩擦力を低減する効果も働いていると考えられる。
【００３５】
コンディショニングで用いることのできる増粘剤としては、これらに限定するわけではないが、エチルセルロース、カルポキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、ニトロセルロース、カチオン化セルロース等のセルロース系高分子、アルギン酸塩、アルギン酸プロピレングリコール等のアルギン酸系高分子、ポリアクリル酸塩、カルポキシルビニルポリマー、ポリアクリル酸アミドおよびこれらの共重合体等のアクリル系高分子、ビニルピロリドン、ビニルアルコール、ビニルアセテート等のビニルモノマーの単独および共重合体、ポリエチレングリコールおよびその共重合体等が挙げられる。
【００３６】
これらの増粘剤の添加量は、０．１重量％以上１５重量％以下が望ましく、０．３重量％以上、５重量％以下がさらに望ましい。添加量が少なすぎる場合、十分な添加効果が得られない、添加量が多すぎる場合十分なコンディショニングが出来ない。但し、添加量が０．１重量％未満の場合や、１５重量％を超えるような場合であっても、多少の効果は期待できる。
【００３７】
添加する増粘剤として、水溶性高分子の他、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の各種アルキルアミンの４級アンモニウム塩や、硫酸、酢酸、フェノール等の酸及び硫酸アンモニウム等のこれらの塩を用いてもよい。
【００３８】
コンディショニングは上記の添加剤を含む水溶液を流しながら行なう。添加剤が研磨布３上に残留したことにより、研磨スラリーの砥粒の擬集を引き起こしたり、研磨スラリーに含まれる成分の機能を阻害したりするおそれがある場合には、コンディショニングの後、純水等で研磨布３を洗浄する。多くの場合、純水による洗浄だけで十分であるが、酸やアルカリを添加した場合にはそれらを中和する液を用いてもよい。また、中和することで研磨に影響が出ないように、予めコンディショニング後の洗浄時にスラリーに含有される分散剤を加えるなどの手法を用いるとさらに好ましい結果が得られることもある。
【００３９】
従来のコンディショニングでは研磨布３上の研磨屑や反応生成物、残留スラリーの除去のため、その条件を高回転、高圧力、長時間で行なう必要があったが、増粘剤を添加したことの効果により、これらの条件が不要となるため、コンディショニングの時間短縮や研磨布３やコンディショナ１の長寿命化を図ることができる。
【００４０】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２は、ウェハ１４の研磨の前後に行なわれる、研磨ヘッド４およびウェハ１４の洗浄に関する実施の形態である。
【００４１】
ウェハ１４の研磨の前後に行なう研磨ヘッド４およびウェハ１４の表面の洗浄には、図５に示すようなスプレーノズル１６を用いて、液体をこれらに噴射することで行なう。スプレーノズル１６には、液体バルブ１７および薬液バルブ１８を介して、配管が接続されている。なお、研磨ヘッドの下方には、搬送アーム１５が設けられている。
【００４２】
上述のように、従来はこの液体として純水を用いていたが、この洗浄方法では洗浄効果が十分でない場合があるので、純水の代わりに、洗浄薬液（例えば、水溶性界面活性剤、アルカリ性、１０倍希釈）で研磨ヘッド表面の洗浄を行なうこともある。このような薬液を用いた場合、これにより研磨ヘッド表面に付着しているスラリーやその他付着物を純水噴射のみと比較して、より効果的、かつ短時間で除去することが可能となる。しかし、洗浄薬液を用いて行なう方法では、洗浄薬液の成分が研磨中の研磨布表面に持ち込まれ研磨特性に影響するおそれがあった。
【００４３】
本実施の形態では、このような問題点を回避するため、ウェハ１４の研磨に用いているスラリーから砥粒成分を除去した成分の液体を用いて研磨ヘッド４やウェハ１４の表面を洗浄する。これにより、これらに付着した異物の数が低減する。この液体の温度については、常温で行なうの通常であるが、３０〜６０℃程度に昇温することで、さらに洗浄効果を向上させることができる。
【００４４】
スラリーから砥粒成分を除去した液は、最初から別途準備してもよいし、研磨スラリーから砥粒のみを除去して用いてもよい。後者の方法を用いれば、別種の薬液の供給設備が必要でないという効果がある。研磨スラリーから砥粒を除去する方法は、各種の方法が利用可能であるが、精密膜濾過（ＭＦ）法や限外濾過（ＵＦ）法等が利用可能である。
【００４５】
さらにこのスラリーから砥粒成分を除去した液体は、研磨直後の水研磨時に用いることも有効である。図２に示すように研磨中は、スラリー供給ライン５からスラリーを供給し、一定の研磨量に達するとスラリー供給ライン５からの供給を停止し、液体供給ライン６から液体を供給しながら研磨を行なうことで、ウェハ１４の表面をプリクリーニングしている。
【００４６】
従来はこの液体として純水を用いているが、純水に代えてスラリーから砥粒成分を除去した液体を用いることで、急激なｐＨ変動などによる砥粒の凝集を防止することができる。また、スラリーから砥粒成分を除去した液体は、砥粒の分散性が優れていることなどから、研磨ヘッド４や、ウェハ１４の表面洗浄を効果的に行なうことが可能となる。同様に図３に示す研磨布３の洗浄時や、図１に示すコンディショニング時においても、そのノズルから純水の代わりにスラリーから砥粒成分を除去した液体を使用することで、砥粒等の研磨布３の表面に残留している異物除去を効果的に行なうことが可能となる。
【００４７】
（実施の形態３）
本実施の形態は、一連の研磨工程が終了した後に行なう、研磨装置の洗浄に関する実施の形態である。
【００４８】
研磨工程が終了した後、研磨装置を洗浄する必要がある。研磨装置は、上述のように、研磨ヘッド４、研磨布３、研磨定盤２およびコンディショナ１などを備えている。研磨装置は、さらに、使用したスラリーや洗浄液を排出するための排水配管、および排水受けを備えている。研磨工程終了後には、研磨装置のこれらの箇所を必要に応じて洗浄する必要がある。
【００４９】
たとえば排水配管や排水受けの洗浄は、従来は純水を噴射しながら行っていたが、純水では洗浄効果が十分でない場合がある。純水の代わりに、洗浄薬液で洗浄を実施する方法も考えられるが、この方法の場合、研磨定盤の上に洗浄薬液が混入した場合、研磨特性に悪影響を与えてしまうおそれがある。
【００５０】
本実施の形態では、このような問題を解決する方法として、スラリーから砥粒成分のみを除去した液体を用いることで、汚染や乾燥等の各種の要因で凝集し好ましくない作用を示す砥粒を洗浄し除去することである。この方法によれば、洗浄液が研磨布３上に残留しても、研磨に対する悪影響は無い。また、スラリーの中には砥粒分散剤等が含有されているため、問題となることの多いスラリーの擬集物等の除去効果に優れる。
【００５１】
さらに、上記の方法に代えて、各種洗浄薬液を用いて上記の洗浄を行った後に、スラリーから砥粒成分のみを除去した液体でリンスを行なうという方法もある。この方法を用いれば、各種洗浄薬液による研磨に対する影響を減らすことが可能である。
【００５２】
研磨スラリーから砥粒を除去する方法は、各種の方法が利用可能であるが、精密膜濾過
（ＭＦ）法や限外濾過（ＵＦ）法等が利用可能である。各種洗浄薬液としては、酸またはアルカリ、その他、各種の界面活性剤、およびこれらを組み合わせたものが使用可能である。
【００５３】
また、スラリーから砥粒を除去した液体で行なう洗浄は、研磨を行っていない待機時間中に任意のインターバル、たとえば１５分に一回、３０秒の吹き付けを行なうことでも実施できる。従来のような純水噴射のみの場合と比較して、より効果的、かつ短時間で付着物を除去することが可能となる。各種洗浄薬液を用いて同様の洗浄を行なう場合には、スラリーから砥粒を除去した液体でのリンスを、数秒間追加して行なう。
【００５４】
洗浄液の温度は通常は常温であるが、３０〜６０℃程度に昇温することでさらに効果的に排水受けの洗浄を行なうことが可能となる。薬液を洗浄ラインに用いることより、排水受け、排水配管、筐体内の定期洗浄回数が低減される。
【００５５】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】研磨布のコンディショニングの状態を示す斜視図である。
【図２】ウェハを研磨する工程を示す斜視図である。
【図３】研磨布洗浄工程を示す斜視図である。
【図４】ＣＭＰ装置を示す平面図である。
【図５】スプレーノズルを示す斜視図である。
【図６】コンディショナを示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  コンディショナ、２  研磨定盤、３  研磨布、４  研磨ヘッド、５  スラリー供給ライン、６  液体供給ライン、７  液体供給スプレー、８  スラリー、１４  ウェハ、１６  スプレーノズル。
【図１】
2005311127.tif 000003
【図２】
2005311127.tif 000004
【図３】
2005311127.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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