(57)【要約】【目的】基板への金属汚染を低減させる研磨装置を提供することを目的とする。【構成】本発明の一態様の研磨装置５００は、基板３００を研磨する研磨パッド５２５が配置される研磨テーブル５２０と、研磨パッド５２５と相対的に移動可能に配置され、研磨パッド５２５の表面と相対的に摺動する、イオン交換樹脂とキレート樹脂とのうち少なくとも１つの樹脂を用いた樹脂部材５５４，５５６と、を備えたことを特徴とする。本発明によれば、基板への金属汚染を低減させることができる。【選択図】図６
2009154272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換樹脂とキレート樹脂とのうち少なくとも１つの樹脂と研磨パッドの表面とを相対的に摺動させる工程と、
前記研磨パッドの表面で被研磨対象となる基板の表面を研磨する工程と、
を備えたことを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記樹脂として、多孔性のイオン交換樹脂と多孔性のキレート樹脂とのうち少なくとも１つを用いることを特徴とする請求項１記載の研磨方法。
【請求項３】
イオン交換樹脂とキレート樹脂とのうち少なくとも１つの樹脂と洗浄部材とを相対的に摺動させる工程と、
前記洗浄部材と被洗浄対象となる基板の表面とを相対的に摺動させながら前記基板の表面を洗浄する工程と、
を備えたことを特徴とする洗浄方法。
【請求項４】
基板を研磨する研磨パッドが配置される研磨テーブルと、
前記研磨パッドと相対的に移動可能に配置され、前記研磨パッドの表面と相対的に摺動する、イオン交換樹脂とキレート樹脂とのうち少なくとも１つの樹脂を用いた摺動部と、
を備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
基板と摺動して、前記基板を洗浄する洗浄部材と、
前記洗浄部材と相対的に移動可能に配置され、前記洗浄部材と相対的に摺動する、イオン交換樹脂とキレート樹脂とのうち少なくとも１つの樹脂を用いた摺動部と、
を備えたことを特徴とする洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨方法、洗浄方法、研磨装置及び洗浄装置に係り、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置の構成およびその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の超々大規模集積回路では、トランジスタおよび他の半導体素子を縮小して集積密度を高める傾向にある。このため、種々の微細加工技術が研究・開発されており、既にデザインルールにおいては、サブミクロンのオーダーとなっている。そのような厳しい微細化の要求を満たすために、半導体装置を製造していく過程において各層を平坦化することが必要となっている。この平坦化を実現するための技術として、化学機械研磨（ＣＭＰ）法が用いられている。この研磨技術は、研磨粒子を含む研磨剤を研磨パッドの上に供給し、被研磨面を有する基板を研磨パッドに押圧しながら摺動させることにより、基板上の被研磨膜を化学・機械的に研磨するものである。そして、研磨処理中もしくは研磨処理後に、研磨パッドの表面をダイヤモンド粒子がニッケル（Ｎｉ）電着された回転可能なコンディショナーで押圧しながら摺動することで、研磨パッドの表面が研磨可能な状態になるようにコンディショニング（目立て）を行なっている（例えば、特許文献１参照）。このＣＭＰ技術は、半導体装置の製造工程において、例えば、埋め込み金属配線形成、層間絶縁膜の平坦化、プラグ形成、埋め込み素子分離、及び埋め込みキャパシタ形成等を行う際に必要とされている。
【０００３】
また、研磨後は、被研磨基板は洗浄工程へと搬送される。洗浄工程では、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）や不織布等で加工された洗浄部材を回転させながら被研磨基板に押し付けて、被研磨基板を洗浄部材で加圧摺動することにより洗浄が行われる。
【０００４】
ここで、一般に、ＣＭＰ装置で使用される研磨パッドは発泡樹脂や不織布等から成り、半導体工場のクリーン環境では無く、一般の室内環境で製造される。そのため、クリーン度が低く、金属成分を含んでいることが多い。更に、研磨処理の段階では、研磨剤中の微量金属成分や被研磨基板の被研磨面に露出した金属層からの汚染も問題となる。
これに対し、研磨中あるいは研磨後にコンディショナーにより研磨パッド表面を加圧摺動、あるいは研削することで再生を行うが、金属イオン成分の除去は困難で残留し易い。更に、ダイヤモンド粒子がＮｉ電着されたコンディショナーが用いられる場合は、コンディショナーからのＮｉ溶出による汚染の懸念があり、この対策として表面に樹脂膜をコーティングすることも考えられるが、研磨剤の種類によっては必ずしも研磨パッドのＮｉ汚染を十分には抑制し難い。その為、結果的に研磨パッドに蓄積された金属成分が研磨処理により基板に転写されてしまうといった問題があった。
【０００５】
そして、洗浄工程で使用されるＰＶＡなどの洗浄部材は、パーティクルや金属成分が付着した基板表面や、金属膜の研磨後の金属層が露出した基板表面を加圧摺動すると、洗浄部材にパーティクルや金属成分が蓄積される。一般に、パーティクルの蓄積を抑制するため、洗浄部材を石英板等に押付けて洗浄部材の再生を行うが、金属イオン成分の除去は困難で残留し易い。そのため、かかる洗浄部材に蓄積された金属成分が洗浄時に基板に転写されてしまうといった問題があった。
【０００６】
以上のような基板への金属汚染は、コンタクト間や配線間のショートや絶縁膜の耐圧劣化等の不良を引き起こし、製品の歩留まりを低下させてしまうため、金属汚染を低減させることが望ましい。
【特許文献１】特開２００７−２６６５４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した問題点を克服し、基板への金属汚染を低減させる研磨方法、洗浄方法、研磨装置及び洗浄装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様の研磨方法は、イオン交換樹脂とキレート樹脂とのうち少なくとも１つの樹脂と研磨パッドの表面とを相対的に摺動させる工程と、前記研磨パッドの表面で被研磨対象となる基板の表面を研磨する工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一態様の洗浄方法は、イオン交換樹脂とキレート樹脂とのうち少なくとも１つの樹脂と洗浄部材とを相対的に摺動させる工程と、前記洗浄部材と被洗浄対象となる基板の表面とを相対的に摺動させながら前記基板の表面を洗浄する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一態様の研磨装置は、
基板を研磨する研磨パッドが配置される研磨テーブルと、前記研磨パッドと相対的に移動可能に配置され、前記研磨パッドの表面と相対的に摺動する、イオン交換樹脂とキレート樹脂とのうち少なくとも１つの樹脂を用いた摺動部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様の洗浄装置は、基板と摺動して、前記基板を洗浄する洗浄部材と、前記洗浄部材と相対的に移動可能に配置され、前記洗浄部材と相対的に摺動する、イオン交換樹脂とキレート樹脂とのうち少なくとも１つの樹脂を用いた摺動部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基板への金属汚染を低減させることができる。その結果、コンタクト間や配線間のショートや絶縁膜の耐圧劣化等の不良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】
【００１３】
実施の形態１．
以下、図面を用いて、実施の形態１について説明する。
図１は、実施の形態１における研磨方法の要部を表すフローチャートである。
図１において、実施の形態１における研磨方法は、複数の被研磨対象の基板で構成される１つのロットの処理が完了するまで、研磨パッドのコンディショニング及び金属成分除去工程と、基板研磨工程とを交互に繰り返す。そして、研磨された基板は洗浄工程へと進むことになる。
【００１４】
図２は、実施の形態１における研磨システムの構成を説明するための概念図である。
図２において、研磨システム４００は、基板の搬入搬出を行なう搬出入口４１０と、搬送系４２０と、研磨装置５００と洗浄装置６００，７００とを備えている。１つのロット分の基板が配置されたカセットが搬出入口４１０にセットされると、基板を１枚ずつ、搬送系４２０によって、研磨装置５００に搬送する。研磨装置５００で研磨が終了すると、搬送系４２０によって研磨装置５００から基板が搬出され、洗浄装置６００に搬送される。そして、洗浄装置６００によってロールブラシ洗浄が実施される。そして、洗浄装置６００でロールブラシ洗浄が終了すると、搬送系４２０によって洗浄装置６００から基板が搬出され、洗浄装置７００に搬送される。そして、洗浄装置７００によってペンシルブラシ洗浄とその後の仕上げとなるスピン洗浄が実施される。スピン洗浄後にそのまま基板を高速回転させることで遠心力により水分を飛ばし、基板は乾燥させられる。そして、乾燥させられた基板は搬送系４２０によって搬出入口４１０に搬出され、元のカセットに戻される。
【００１５】
ここで、基板には、被研磨面に研磨対象となる膜が成膜されているので、まず、この研磨対象となる膜を成膜するまでの過程について説明する。
図３は、実施の形態１における半導体装置の製造方法の工程断面図である。
図３（ａ）において、ＳｉＯ２膜形成工程として、基板２００の表面にＣＶＤ（化学気相成長）法によって、例えば、膜厚１００ｎｍのＳｉＯ２膜の薄膜を堆積し、絶縁膜となるＳｉＯ２膜２１０を形成する。また、基板２００として、例えば、直径３００ミリのシリコンウェハを用いる。ここでは、デバイス部分の形成を省略している。
【００１６】
図３（ｂ）において、開口部形成工程として、リソグラフィー工程とドライエッチング工程でコンタクトホールとなる開口部１５０をＳｉＯ２膜２１０内に形成する。図示していないレジスト塗布工程、露光工程等のリソグラフィー工程を経てＳｉＯ２膜２１０の上にレジスト膜が形成された基板２００に対し、露出したＳｉＯ２膜２１０を異方性エッチング法により除去して開口部１５０を形成すればよい。異方性エッチング法を用いることで、基板２００の表面に対し、略垂直に開口部１５０を形成することができる。例えば、一例として、反応性イオンエッチング法により開口部１５０を形成すればよい。
【００１７】
図３（ｃ）において、まず、バリアメタル膜形成工程として、開口部形成工程により形成された開口部１５０及びＳｉＯ２膜２１０表面にバリアメタル材料を用いたバリアメタル膜２４０を形成する。物理気相成長（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）法の１つであるスパッタ法を用いるスパッタリング装置内でチタン（Ｔｉ）膜の薄膜を例えば膜厚１０ｎｍ堆積し、バリアメタル（ＢＭ）膜２４０を形成する。バリアメタル材料の堆積方法としては、ＰＶＤ法に限らず、原子層気相成長（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ、あるいは、ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＣＶＤ）法やＣＶＤ法などを用いることができる。ＰＶＤ法を用いる場合より被覆率を良くすることができる。また、バリアメタル膜の材料としては、Ｔｉの他、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、もしくはＴａとＴａＮ等これらを組合せて用いた積層膜であっても構わない。
【００１８】
そして、タングステン（Ｗ）膜形成工程として、ＣＶＤ法を用いて、壁面及び底面がバリアメタル膜２４０で覆われた開口部１５０内および開口部１５０外のバリアメタル膜２４０表面にＷ膜２６０を堆積させる。
【００１９】
図３（ｄ）において、研磨及び洗浄工程として、上述した研磨システム４００を用いて、開口部外にはみ出た余分なＷ膜２６０及びバリアメタル膜２４０をＣＭＰ法により研磨して、図３（ｄ）に示したように平坦化したコンタクトプラグを完成させる。
【００２０】
図４は、実施の形態１における研磨装置の構成を示す概念図である。
図４において、研磨装置５００の一例となるロータリ型のＣＭＰ装置では、ターンテーブル５２０上に研磨パッド５２５が配置される。また、研磨パッド５２５の上方では、被研磨面を下に向けて上述した余分なＷ膜２６０及びバリアメタル膜２４０が形成された基板３００をトップリング５１０が保持する。そして、研磨パッド５２５上には、研磨時に供給されるスラリー等の薬液を供給するための供給ノズル５３０が配置される。さらに、研磨パッド５２５上には、研磨パッド５２５のコンディショニング及び金属成分除去を行なうコンディショナー５５０が配置されている。そして、研磨パッド５２５上には、金属成分除去時等に用いられる純水５７０を供給するための供給ノズル５６０が配置される。
【００２１】
ここで、研磨パッド５２５は発泡樹脂や不織布等から成り、半導体工場のクリーン環境では無く、一般の室内環境で製造されるため、金属成分を含んでいることが多い。そのため、ロット品の基板３００の被研磨面を研磨する前にこの金属成分を除去或いは低減させることが望ましい。また、製造時の研磨パッド５２５はプロセス条件にあったコンディションに整っていないので、ロット品の基板３００の被研磨面を研磨する前にコンディショニング（目立て）を行なうことが望ましい。そこで、まず、初期のコンディショニング及び金属成分除去を行なう。
【００２２】
図５は、実施の形態１におけるコンディショナーを研磨パッド側から見た概念図である。
図５において、コンディショナー５５０には、環状にＮｉ電着され表面に樹脂膜がコーティングされたダイヤモンド粒子５５２と環状のダイヤモンド粒子５５２の外周側に環状に配置された樹脂部材５５４と環状のダイヤモンド粒子５５２の内周側に環状に配置された樹脂部材５５６とを備えている。樹脂部材５５４，５５６（摺動部）の材料として、イオン交換樹脂やキレート樹脂を用いることができる。
【００２３】
イオン交換樹脂として、陽イオン交換樹脂を用いると良い。例えば、スルホン酸基（−ＳＯ３Ｈ）或いはカルボン酸基（−ＣＯＯＨ）を交換基に持つ陽イオン交換樹脂を用いると好適である。スルホン酸基を交換基に持つ陽イオン交換樹脂としては、例えば、スチレン系イオン交換樹脂が好適であり、具体的にスチレンとジビニルベンゼンの共重合体等を用いることができる。また、カルボン酸基を交換基に持つ陽イオン交換樹脂としては、例えば、アクリル酸系陽イオン交換樹脂が好適であり、具体的にアクリル酸とジビニルベンゼンの共重合体等を用いることができる。一方、キレート樹脂として、カルボン酸基（−ＣＯＯＨ）或いはアミノ基（−ＮＨ３）を用いたキレート樹脂を用いると好適である。カルボン酸基を用いたキレート樹脂としては、例えば、イミノジ酢酸型［Ｎ（ＣＨ３ＣＯＯ−）２］ポリスチレン樹脂が好適である。また、アミノ基を用いたキレート樹脂としては、例えば、ポリアミン型［ＮＨ（ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ）ｎ・Ｈ］ポリスチレン樹脂が好適である。
【００２４】
図６は、実施の形態１におけるコンディショニング及び金属成分除去を行なう際の研磨装置の断面概念図である。
コンディショナー５５０を回転することでダイヤモンド粒子５５２及び樹脂部材５５４，５５６を回転させ、ターンテーブル５２０も回転させる。供給ノズル５６０から純水５７０を供給しながらコンディショナー５５０を研磨パッド５２５に押し付け、ダイヤモンド粒子５５２及び樹脂部材５５４，５５６と研磨パッド５２５の表面とを相対的に摺動させる。加圧荷重としては５０〜５００ｈＰａが好適である。ダイヤモンド粒子５５２を研磨パッド５２５の表面で相対的に摺動させることによって、研磨パッド５２５表面のコンディショニングを行なう。また、樹脂部材５５４，５５６を研磨パッド５２５の表面で相対的に摺動させることによって、研磨パッド５２５表面に残留する金属成分を除去或いは低減させる。
【００２５】
例えば、樹脂部材５５４，５５６にスルホン酸基を交換基に持つ陽イオン交換樹脂を用いる場合、次の式（１）のように金属成分Ｍを置換することができる。
（１）  Ｒ−ＳＯ３−Ｈ＋＋Ｍ＋→Ｒ−ＳＯ３−Ｍ＋＋Ｈ＋
【００２６】
また、例えば、樹脂部材５５４，５５６にカルボン酸基を交換基に持つ陽イオン交換樹脂を用いる場合、次の式（２）のように金属成分Ｍを置換することができる。
（２）  Ｒ−ＣＯＯ−Ｈ＋＋Ｍ＋→Ｒ−ＣＯＯ−Ｍ＋＋Ｈ＋
【００２７】
図７は、実施の形態１におけるキレート樹脂で金属成分Ｍを置換する場合の概念図である。
図７では、例えば、樹脂部材５５４，５５６がカルボン酸基を用いたキレート樹脂の場合を示している。図７（ａ）で示した例えば２つのカルボン酸基（−ＣＯＯＨ）のＨが金属成分Ｍと置換される。そして、図７（ｂ）に示すように、金属成分Ｍは、２つのＣＯＯで挟まれるようにして置換される。アミノ基を用いたキレート樹脂の場合にも同様に金属成分Ｍは置換される。
【００２８】
以上のように、樹脂部材５５４，５５６を研磨パッド５２５の表面で相対的に摺動させることによって、研磨パッド５２５表面に残留する金属成分を除去或いは低減させることができる。コンディショナー５５０に樹脂部材５５４，５５６を配置することで、金属成分の除去をコンディショニングと同時に行なうことができる。そのため、金属成分除去を行なうための時間を節約することができ、装置のスループットを向上させることができる。また、コンディショナー５５０に樹脂部材５５４，５５６を配置することで、金属成分除去のための新たな回転機構等の設備を配置しなくても済ますことができ、低コスト化することができると共に、装置の肥大化或いは複雑化を抑制することができる。但し、樹脂部材５５４或いは樹脂部材５５６を研磨パッド５２５に押し当て、研磨パッド５２５と相対的に摺動させる機構をコンディショナー５５０とは別に機構化することを排除するものではないことは言うまでもない。
【００２９】
ここで、樹脂部材５５４，５５６の配置の仕方は、図５に限定されるものではない。例えば、次のように樹脂部材を配置しても好適である。
図８は、実施の形態１におけるダイヤモンド粒子と樹脂部材とが図５とは別の位置に配置されたコンディショナーの一例を研磨パッド側から見た概念図である。図８に示すように、ダイヤモンド粒子５５３と樹脂部材５５８（摺動部）とが交互に配置しながら環状に形成されたコンディショナー５５０を用いても好適である。ダイヤモンド粒子５５３と樹脂部材５５８の占める割合や個数は適宜設定すればよい。また、樹脂部材５５８の材料として、上述したイオン交換樹脂やキレート樹脂を用いることができる点で樹脂部材５５４，５５６と同様である。
【００３０】
以上のように、初期のコンディショニング及び金属成分除去を行なった後に、ロット品における１枚目の基板３００の研磨を行なう。
【００３１】
図９は、実施の形態１における研磨装置で基板を研磨する際の様子の一例を示す概念図である。
図１０は、実施の形態１における研磨を行なう際の研磨装置の断面概念図である。
図９，１０では、コンディショナー５５０を研磨パッド５２５上から上方に移動させた後に、供給ノズル５３０からスラリー等の研磨液５４０を供給する。そして、トップリング５１０を回転することで基板３００を回転させ、ターンテーブル５２０も回転させる。ターンテーブル５２０の回転方向先に位置する基板３００の手前に研磨液５４０を供給することで、研磨液５４０が基板３００面内に供給される。そして、基板３００を研磨パッド５２５の表面に押し付けることで、研磨パッド５２５の表面で基板３００の表面を研磨する。そして、研磨工程が終了後、研磨パッド５２５上の研磨液５４０を供給ノズル５６０から供給される純水５７０にて流し、置換する。
【００３２】
以上のようにして、１枚目の基板３００を研磨する。この１枚目の基板３００を研磨したことによって、研磨パッド５２５上には研磨剤や被研磨膜中の金属成分等が残留することになる。そこで、１枚目の基板３００を研磨した後、２枚目の基板３００を研磨する前に、トップリング５１０を研磨パッド５２５上から上方に移動させた上で、上述したようなコンディショニング及び金属成分除去を行なう。コンディショニングの時間や目立て量等は、初期のコンディショニングと同様でなくても構わない。適宜設定すればよい。そして、コンディショニング及び金属成分除去を行なった後に、２枚目の基板３００を研磨する。これを繰り返し、複数の基板３００で構成されるロット品の研磨処理を行なう。以上のように、金属成分除去を行なった後に基板３００の研磨を行なうことで、基板３００への金属転写を回避或いは低減することができる。
【００３３】
ここで、上述した樹脂部材５５４，５５６或いは樹脂部材５５８について、多孔性のイオン交換樹脂或いは多孔性のキレート樹脂を用いるとより好適である。多孔性の樹脂部材を用いることで、樹脂部材の表面に凹凸が形成される。そのため、研磨パッド５２５と接触する表面積が増える。よって、より多くの金属成分を置換することができる。
【００３４】
また、金属成分除去を行なう際に、供給ノズル５６０から純水５７０を供給したが、使用可能な液体は中性の純水５７０に限るものではない。金属成分がイオンとして存在可能な液体なら用いることができる。また、このような液体のうち、弱酸性から弱アルカリ性の範囲の液体を用いると良い。より好ましくは、弱酸性から中性の液体が良い。
【００３５】
次に、研磨装置５００での研磨終了後、洗浄装置６００でのロールブラシ洗浄（ロールスクラブ洗浄ともいう。）を行なう。
図１１は、実施の形態１における洗浄方法の要部を表すフローチャートである。
図１１において、実施の形態１における洗浄方法は、複数の被研磨対象の基板で構成される１つのロットの処理が完了するまで、洗浄部材の金属成分除去工程と、基板洗浄工程とを交互に繰り返す。そして、洗浄された基板は次のペンシルブラシ洗浄工程へと進むことになる。
【００３６】
図１２は、実施の形態１におけるロールブラシ洗浄を行なう洗浄装置の構成を示す概念図である。
図１３は、図１２に示す洗浄装置の断面構成を示す概念図である。
研磨終了後、第１のブラシ洗浄工程として、ロールブラシ洗浄を行なう洗浄装置６００に基板３００は搬送される。そして、図１３に示す保持具６１０にて研磨された被研磨面を上にして基板３００を保持する。そして、図示しない回転軸の回転により基板３００を回転させながら、供給口６３０は上面に向かって供給液６４０を供給し、供給口６３２は下面に向かって供給液６４２を供給する。図１２と図１３に示すように基板３００表面は、自転するブラシ６５０とブラシ６５２とで挟持されロールブラシスクラブされる。
【００３７】
ここで、ブラシ６５０とブラシ６５２といった洗浄部材は、ＰＶＡやバフ等で形成される。そして、このブラシ６５０，６５２も製造段階で金属成分が完全には除去されずに残留付着している。そこで、実施の形態１における洗浄装置６００は、ブラシ６５０，６５２に付着した金属成分を除去するために、さらに、板状の樹脂部材６６０（摺動部）と供給ノズル６７０，６７２を備えている。樹脂部材６６０は、ブラシ６５０，６５２と相対的に移動可能な位置に配置される。樹脂部材６６０の材料は、上述した樹脂部材５５４，５５６，５５８と同様、イオン交換樹脂やキレート樹脂を用いることができる。そして、まず、初期の金属成分除去を行なう。ブラシ６５０，６５２は、樹脂部材６６０を押し付けて挟持する位置に移動する。
【００３８】
図１４は、実施の形態１におけるロールブラシの金属成分除去を行なう様子を説明するための概念図である。
供給ノズル６７０から樹脂部材６６０の上面へ純水６８０を供給し、供給ノズル６７２から樹脂部材６６０の下面へ純水６８２を供給する。そして、ブラシ６５０とブラシ６５２とこれらのブラシ６５０，６５２で挟持された樹脂部材６６０とを相対的に加圧摺動させる。ここでは、ブラシ６５０，６５２をそれぞれ自転させることで摺動させる。以上のように、樹脂部材６６０とブラシ６５０，６５２とを相対的に摺動させることによって、ブラシ６５０，６５２表面に残留する金属成分を除去或いは低減することができる。ここで、樹脂部材６６０の長さはブラシ６５０，６５２が基板３００と接触する部分の長さ以上であることが望ましい。より望ましくは、ブラシ６５０，６５２の外周面全体の金属成分を除去するためにもブラシ６５０，６５２の長さ以上であるとよい。
【００３９】
以上のようにして、初期の金属成分除去を行なった後に、ブラシ６５０，６５２を基板３００を保持した保持具６１０側に移動させ、ロット品における１枚目の基板３００のロールブラシ洗浄を行なう。そして、１枚目の基板３００のロールブラシ洗浄を行なう際に、金属成分が付着した基板３００表面や、金属膜の研磨後の金属層が露出した基板表面をブラシ６５０，６５２で挟持して加圧摺動することになる。この加圧摺動により、ブラシ６５０，６５２にパーティクルや金属成分が蓄積される。そのため、１枚目の基板３００のロールブラシ洗浄を行なった後、２枚目の基板３００のロールブラシ洗浄を行なう前に、上述したように金属成分の除去を行なう。これを繰り返し、複数の基板３００で構成されるロット品のロールブラシ洗浄処理を行なう。以上のように、金属成分除去を行なった後に基板３００のロールブラシ洗浄を行なうことで、基板３００への金属転写を回避或いは低減することができる。従来、パーティクルの蓄積を抑制するため、ブラシ６５０，６５２を石英板等に押し付けて洗浄部材の再生を行っていたが、金属イオン成分の除去は困難であった。しかし、実施の形態１のように樹脂部材６６０を用いることで金属イオン成分を除去することができる。
【００４０】
ここで、上述した樹脂部材６６０について、多孔性のイオン交換樹脂或いは多孔性のキレート樹脂を用いるとより好適である。多孔性の樹脂部材を用いることで、樹脂部材の表面に凹凸が形成される。そのため、ブラシ６５０，６５２と接触する表面積が増える。よって、より多くの金属成分を置換することができる。
【００４１】
また、金属成分除去を行なう際に、供給ノズル６７０，６７２から純水６８０，６８２を供給したが、使用可能な液体は中性の純水６８０，６８２に限るものではない。金属成分がイオンとして存在可能な液体なら用いることができる。また、このような液体のうち、弱酸性から弱アルカリ性の範囲の液体を用いると良い。より好ましくは、弱酸性から中性の液体が良い。
【００４２】
次に、洗浄装置６００での洗浄終了後、洗浄装置７００でのペンシルブラシ洗浄及びスピン洗浄を行なう。ペンシルブラシ洗浄及びスピン洗浄の要部を表すフローチャートは、図１１と同様である。
【００４３】
図１５は、実施の形態１におけるペンシルブラシ洗浄及びスピン洗浄を行なう洗浄装置の構成を示す概念図である。
ロールブラシ洗浄後の第２のブラシ洗浄工程として、ペンシルブラシ洗浄及びスピン洗浄を行なう洗浄装置７００に基板３００は搬送される。回転テーブル７２０上に配置された例えば４つの保持具７１０にて基板３００を保持する。そして、回転軸７６０の回転により回転テーブル７２０が回転することで、基板３００を回転させながら供給口７３０から純水７４０を供給する。そして、自転するブラシ７７０の先端を基板３００に押し付けながらブラシ７７０が基板３００上を移動することでペンシルブラシ洗浄を行なう。そして、ペンシルブラシ洗浄後、ブラシ７７０を基板３００から離隔させた状態で、基板３００を回転させながら供給口７３０から純水７４０を供給することでリンス洗浄を行なう。そして、純水７４０の供給を止めた後に、基板３００を高速回転させることで、基板３００上の純水７４０を遠心力で振り飛ばし乾燥させる。
【００４４】
ここで、ブラシ７７０といった洗浄部材は、ＰＶＡやバフ等で形成される。そして、このブラシ７７０も製造段階で金属成分が完全には除去されずに残留付着している。そこで、実施の形態１における洗浄装置７００は、ブラシ７７０に付着した金属成分を除去するために、さらに、板状の樹脂部材７８０（摺動部）と供給ノズル７９０を備えている。樹脂部材７８０は、ブラシ７７０と相対的に移動可能な位置に配置される。樹脂部材７８０の材料は、上述した樹脂部材５５４，５５６，５５８，６６０と同様、イオン交換樹脂やキレート樹脂を用いることができる。そして、まず、初期の金属成分除去を行なう。ブラシ７７０は、その先端部を樹脂部材７８０を押し付ける位置に移動する。
【００４５】
図１６は、実施の形態１におけるペンシルブラシの金属成分除去を行なう様子を説明するための概念図である。
供給ノズル７９０から樹脂部材７８０の上面へ純水７９２を供給する。そして、ブラシ７７０と樹脂部材７８０とを相対的に加圧摺動させる。ここでは、ブラシ７７０を自転させることで摺動させる。以上のように、樹脂部材７８０とブラシ７７０とを相対的に摺動させることによって、ブラシ７７０の先端表面に残留する金属成分を除去或いは低減することができる。ここで、樹脂部材７８０の表面積はブラシ７７０が基板３００と接触する面積以上であることが望ましい。
【００４６】
以上のようにして、初期の金属成分除去を行なった後に、ブラシ７７０を基板３００を保持した保持具７１０側に移動させ、ロット品における１枚目の基板３００のペンシルブラシ洗浄及びスピン洗浄を行なう。そして、１枚目の基板３００のペンシルブラシ洗浄を行なう際に、金属成分が付着した基板３００表面や、金属膜の研磨後の金属層が露出した基板表面をブラシ７７０で加圧摺動することになる。この加圧摺動により、ブラシ７７０の接触する先端部にパーティクルや金属成分が蓄積される。そのため、１枚目の基板３００のペンシルブラシ洗浄を行なった後、２枚目の基板３００のペンシルブラシ洗浄を行なう前に、上述したように金属成分の除去を行なう。これを繰り返し、複数の基板３００で構成されるロット品のペンシルブラシ洗浄を行なう。以上のように、金属成分除去を行なった後に基板３００のペンシルブラシ洗浄を行なうことで、基板３００への金属転写を回避或いは低減することができる。従来、パーティクルの蓄積を抑制するため、ブラシ７７０を石英板等に押し付けて洗浄部材の再生を行っていたが、金属イオン成分の除去は困難であった。しかし、実施の形態１のように樹脂部材７８０を用いることで金属イオン成分を除去することができる。
【００４７】
ここで、上述した樹脂部材７８０についても、他の樹脂部材と同様、多孔性のイオン交換樹脂或いは多孔性のキレート樹脂を用いるとより好適である。多孔性の樹脂部材を用いることで、樹脂部材の表面に凹凸が形成される。そのため、ブラシ７７０と接触する表面積が増える。よって、より多くの金属成分を置換することができる。
【００４８】
また、金属成分除去を行なう際に、供給ノズル７９０から純水７９２を供給したが、使用可能な液体は中性の純水７９２に限るものではない。金属成分がイオンとして存在可能な液体なら用いることができる。また、このような溶体のうち、弱酸性から弱アルカリ性の範囲の液体を用いると良い。より好ましくは、弱酸性から中性の液体が良い。
【００４９】
以上のように研磨および洗浄を行なうことで、図３（ｄ）に示したような金属成分の転写が抑制されたコンタクトプラグを完成させることができる。次に、本実施の形態１の効果確認試験を行なったのでその内容について説明する。
【００５０】
研磨パッド５２５への金属成分の強制汚染として、基板表面に埋め込みＷ膜配線が形成された半導体基板の研磨処理を行った。具体的には、図３（ｃ）で示したＳｉＯ２膜２１０上の余分なバリアメタル膜２４０とＷ膜２６０が形成された基板３００を用意し、シリカ粒子と酸化剤としての過酸化水素を主成分とする研磨剤を用いた研磨処理を１０ロット（２５０枚）分の基板３００に対して行なった。
【００５１】
以上のようにして金属汚染された研磨パッド５２５から被研磨基板への金属汚染量は、シリコン基板上に熱酸化膜を形成した汚染分析用基板を上述した研磨剤で研磨し、研磨後の基板表面をＩＣＰ−Ｍａｓｓで分析することにより金属汚染量を定量化した。そして、以下の表（１）に示す結果を得た。
【００５２】
【表１】
2009154272.tif 000003
【００５３】
ここで、サンプルとして、研磨パッド５２５へのコンディショニングを行なわなかったものと、従来のダイヤモンド粒子をＮｉ電着させただけのコンディショナーで研磨パッド５２５のコンディショニングを行なったものと、陽イオン交換樹脂を用いた図５に示したコンディショナー５５０で研磨パッド５２５のコンディショニング及び金属成分除去を行なったものと、キレート樹脂を用いた図５に示したコンディショナー５５０で研磨パッド５２５のコンディショニング及び金属成分除去を行なったものを用いた。コンディショニングは基板３００を１枚研磨する毎に行ない、各条件で研磨パッド５２５表面を汚染させた後に、この研磨パッド５２５で汚染分析用基板を研磨し、ＩＣＰ−ｍａｓｓで分析を実施した。表（１）に示す結果から、陽イオン交換樹脂やキレート樹脂からなる工具を用いた条件で金属汚染の抑制が認められた。陽イオン交換樹脂のイオン交換基の置換反応に基づき、研磨パッド側に付着した金属イオンを陽イオン交換樹脂に捕捉することにより研磨パッドの汚染量を低減させ、結果として被研磨基板への金属汚染量が抑制されたと考えられる。同様に、キレート樹脂においても、金属とキレートを形成するキレート基の働きに基づき、金属イオンを捕捉することによる効果が確認された。
【００５４】
次に、洗浄部材への金属成分の強制汚染として、基板表面に埋め込みＷ膜配線が形成された半導体基板の研磨処理後にＰＶＡによるロールスクラブ洗浄を行った。使用した埋め込みＷ膜配線基板、研磨処理、研磨剤、汚染分析基板は上述したものと同じである。洗浄後の基板表面をＩＣＰ−Ｍａｓｓで分析することにより金属汚染量を定量化した。そして、以下の表（２）に示す結果を得た。
【００５５】
【表２】
2009154272.tif 000004
【００５６】
ここで、サンプルとして、ロールスクラブ洗浄しなかったものと、従来の石英からなる工具をＰＶＡに加圧摺動させたものと、陽イオン交換樹脂を用いた図１４に示した樹脂部材６６０でＰＶＡの金属成分除去を行なったものと、キレート樹脂を用いた図１４に示した樹脂部材６６０でＰＶＡの金属成分除去を行なったものを用いた。従来工具または樹脂部材６６０による処理は埋め込みＷ膜配線基板を１枚洗浄する毎に行ない、各条件で洗浄部材（ＰＶＡ）表面を汚染させた後に、汚染分析用基板を洗浄し、ＩＣＰ−ｍａｓｓで分析を実施した。表（２）に示す結果から、陽イオン交換樹脂やキレート樹脂からなる工具を用いた条件で金属汚染の抑制が認められた。陽イオン交換樹脂とキレート樹脂の働きは、上述したように、洗浄部材（ＰＶＡ）に付着した金属イオンを官能基の働きにより捕捉することであると考えられる。そして、その効果が確認された。
【００５７】
実施の形態２．
実施の形態１では、研磨装置５００の動作として、コンディショニング及び金属成分除去工程と、基板３００を研磨する工程とが交互に別に行なわれた場合について説明した。しかし、動作としてはこれに限るものではない。実施の形態２では、コンディショニング及び金属成分除去工程と、基板３００を研磨する工程とが同時に行なわれる場合について説明する。装置構成は、実施の形態１と同様である。また、研磨方法以外は、実施の形態１と同様である。
【００５８】
図１７は、実施の形態２における研磨方法の要部を表すフローチャートである。
図１７において、実施の形態２における研磨方法は、初期段階のコンディショニング及び金属成分除去工程を行なった後、ロット品の基板の研磨工程とコンディショニング及び金属成分除去工程とを同時に行なう。そして、１枚目の基板の処理が終了後、同様に、２枚目以降の基板の処理を行なう。そして、研磨された基板は洗浄工程へと進むことになる。
【００５９】
図１８は、実施の形態２における研磨装置で基板を研磨する際の様子の一例を示す概念図である。
図１８において、供給ノズル５３０からスラリー等の研磨液５４０を供給する。そして、トップリング５１０を回転することで基板３００を回転させ、ターンテーブル５２０も回転させる。また、コンディショナー５５０も回転させる。そして、回転するコンディショナー５５０と回転するトップリング５１０を回転する研磨パッド５２５に押し付ける。基板３００を研磨パッド５２５の表面に押し付けることで、研磨パッド５２５の表面で基板３００の表面を研磨する。同様に、樹脂部材５５４，５５６を研磨パッド５２５の表面に押し付けることで、研磨パッド５２５の表面に残留する金属成分を除去する。また、ダイヤモンド粒子５５２を研磨パッド５２５の表面に押し付けることで、研磨パッド５２５のコンディショニングも行なう。
【００６０】
以上のように、研磨工程とコンディショニング及び金属成分除去工程とを同時に行なっても好適である。
【００６１】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、Ｗ膜２６０を研磨する場合について説明したが、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属膜を研磨する場合についても適用することができる。また、金属膜以外にもシリコン酸化膜等の非金属膜を研磨する場合でも製造時の研磨パッドや洗浄部材に残留している金属成分を除去できる点で同様に効果を発揮することができる。また、上述した実施の形態では、イオン交換樹脂とキレート樹脂の一方を用いた場合を説明したが、両者を同時に用いても構わない。例えば、樹脂部材５５４をイオン交換樹脂で形成し、樹脂部材５５６をキレート樹脂で形成すればよい。もちろん、その逆であってもよい。
【００６２】
また、層間絶縁膜の膜厚や、開口部のサイズ、形状、数などについても、半導体集積回路や各種の半導体素子において必要とされるものを適宜選択して用いることができる。
【００６３】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての研磨方法、洗浄方法、研磨装置、洗浄装置、及び半導体装置の製造方法は、本発明の範囲に包含される。
【００６４】
また、説明の簡便化のために、半導体産業で通常用いられる手法、例えば、フォトリソグラフィプロセス、処理前後のクリーニング等は省略しているが、それらの手法が含まれ得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施の形態１における研磨方法の要部を表すフローチャートである。
【図２】実施の形態１における研磨システムの構成を説明するための概念図である。
【図３】実施の形態１における半導体装置の製造方法の工程断面図である。
【図４】実施の形態１における研磨装置の構成を示す概念図である。
【図５】実施の形態１におけるコンディショナーを研磨パッド側から見た概念図である。
【図６】実施の形態１におけるコンディショニング及び金属成分除去を行なう際の研磨装置の断面概念図である。
【図７】実施の形態１におけるキレート樹脂で金属成分Ｍを置換する場合の概念図である。
【図８】実施の形態１におけるダイヤモンド粒子と樹脂部材とが図５とは別の位置に配置されたコンディショナーの一例を研磨パッド側から見た概念図である。
【図９】実施の形態１における研磨装置で基板を研磨する際の様子の一例を示す概念図である。
【図１０】実施の形態１における研磨を行なう際の研磨装置の断面概念図である。
【図１１】実施の形態１における洗浄方法の要部を表すフローチャートである。
【図１２】実施の形態１におけるロールブラシ洗浄を行なう洗浄装置の構成を示す概念図である。
【図１３】図１２に示す洗浄装置の断面構成を示す概念図である。
【図１４】実施の形態１におけるロールブラシの金属成分除去を行なう様子を説明するための概念図である。
【図１５】実施の形態１におけるペンシルブラシ洗浄及びスピン洗浄を行なう洗浄装置の構成を示す概念図である。
【図１６】実施の形態１におけるペンシルブラシの金属成分除去を行なう様子を説明するための概念図である。
【図１７】実施の形態２における研磨方法の要部を表すフローチャートである。
【図１８】実施の形態２における研磨装置で基板を研磨する際の様子の一例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００６６】
２００，３００  基板、２４０  バリアメタル膜、２６０  Ｗ膜、５００  研磨装置、５２５  研磨パッド、５５０  コンディショナー、５５４，５５６，５５８，６６０，７８０  樹脂部材、６００，７００  洗浄装置、６５０，６５２，７７０  ブラシ
【図１】
2009154272.tif 000005
【図２】
2009154272.tif 000006
【図３】
2009154272.tif 000007
【図４】
2009154272.tif 000008
【図５】
2009154272.tif 000009
【図６】
2009154272.tif 000010
【図７】
2009154272.tif 000011
【図８】
2009154272.tif 000012
【図９】
2009154272.tif 000013
【図１０】
2009154272.tif 000014
【図１１】
2009154272.tif 000015
【図１２】
2009154272.tif 000016
【図１３】
2009154272.tif 000017
【図１４】
2009154272.tif 000018
【図１５】
2009154272.tif 000019
【図１６】
2009154272.tif 000020
【図１７】
2009154272.tif 000021
【図１８】
2009154272.tif 000022