JP2006114714A - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 遮光された構造のＣＭＰ装置内部の半導体ウエハなどを確認できる技術を提供する。
【解決手段】 ＣＭＰ装置１００は、表面にメタル配線が露出したシリコンからなるウエハ１を化学的機械研磨する半導体製造装置であって、シリコンのｐｎ接合部で光起電力効果が生じる光を、遮光するための筐体（Ｂ）を備え、筐体（Ｂ）内には、４００ｎｍ以下の波長の光、または９００ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長の光を照射する光源（図示せず）と、その光源に照射されたウエハ１を撮影できるカメラ（Ｃ）とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、化学的機械研磨（ＣＭＰ；Chemical Mechanical Polishing）法によって形成されるメタル配線の防蝕に適用して有効な技術に関する。

半導体装置の高集積化、高性能化を実現する技術の１つである多層配線技術において、化学的機械研磨（ＣＭＰ；Chemical Mechanical Polishing）装置ならびにＣＭＰ法が適用される。このＣＭＰ技術を用いてＣｕ（銅）からなる多層のメタル配線を形成する工程では、被研磨膜であるＣｕが腐蝕しないように、研磨直後に防蝕処理が施され、例えばＢＴＡ（ベンゾトリアゾール）などの防蝕剤を含んだ薬液をウエハ主面に供給し、Ｃｕ表面に疎水性保護膜を形成している。しかし、防蝕剤のＢＴＡ処理を施しても実際の半導体装置では、Ｃｕ配線が下地に形成されたｐｎ接合部と接合されているため、その接合部に光が当たると光起電力効果による短絡電流の発生によりＣｕ配線が腐蝕することが知られている。

特開平１１−２７４１１４号公報には、ｐｎ接合で起電力を生ずるエネルギーを持つ光を遮光し、起電力を生じないエネルギーを持つ光を装置内に入れることを特徴とする装置に関する記載がある（特許文献１参照）。

また、特開２０００−４０６７９号公報には、半導体のｐｎ接合のｐまたはｎに接続するように形成され、かつ基板表面に露出した状態のメタル配線、特にＣｕからなるメタル層をＣＭＰ法によって平坦化処理する際に、照度が５００ルクス以下となるように遮光すること、更に好ましくは１００ルクス以下とするように遮光することに関する記載がある（特許文献２参照）。

このため、最近のＣＭＰ装置、特にＣｕ配線を形成するＣＭＰ装置は、遮光シートなどで被覆された遮光された構造となっている。
特開平１１−２７４１１４号公報 特開２０００−４０６７９号公報

本発明者は、上述した遮光構造のＣＭＰ装置を用いた半導体装置の製造技術に関する業務をしている。例えば、このＣＭＰ装置内でウエハ搬送トラブルなどが発生した場合、装置に装備されているセンサ情報に頼って、復旧作業を行っているのが現状である。なぜなら、装置内部を目視確認してしまうと、半導体ウエハには光（可視光）が照射され、洗浄乾燥前の半導体ウエハの表面がウエット状態では、上述したＣｕ腐蝕により半導体装置が不良となってしまうからである。さらに、センサ情報に頼る復旧作業では、半導体ウエハの状態を確認できないため、時に半導体ウエハを破損し、更には搬送途中の他の半導体ウエハも不良にしてしまうことがある。

本発明の目的は、Ｃｕ膜を腐蝕する光起電力効果を生じさせずに、遮光構造のＣＭＰ装置内部を観察することのできる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明による半導体製造装置は、表面にメタル配線が露出したシリコンウエハをウエット状態で処理する半導体製造装置であって、前記処理過程にある前記シリコンウエハに９００ｎｍ以上〜１０８０ｎｍ以下の波長の光を照射する光源と、前記光源に照射された前記シリコンウエハを撮影できるカメラと、を備えたことを特徴とする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

４００ｎｍ以下、または９００ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の光を発生することができる光源と、この光源の光で撮影可能なカメラとが備えることで、Ｃｕ膜を腐蝕する光起電力効果を生じさせずに、遮光された構造のＣＭＰ装置内部の半導体ウエハを確認することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
本発明の一実施の形態である半導体装置の製造技術を図１〜図９により説明する。なお、本実施の形態で示す半導体装置の製造技術に用いる半導体製造装置に、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置を適用して説明する。

図１は、例えばＣｕ（銅）などのメタル配線の化学的機械研磨に用いられる枚葉式のＣＭＰ装置１００を示す概略図である。図１に示すように、このＣＭＰ装置１００は、半導体ウエハ（以下、単にウエハと略する）１を複数収納するローダ１１０、Ｃｕ膜を研磨、平坦化する研磨処理部１２０、研磨が終了したウエハ１の表面に防蝕処理を施す防蝕処理部１３０、防蝕処理が終了したウエハ１を後洗浄する後洗浄処理部１４０および後洗浄が終了したウエハ１を複数枚収納するアンローダ１５０を備えている。これらローダ１１０、研磨処理部１２０、防蝕処理部１３０、後洗浄処理部１４０、アンローダ１５０の順でウエハ１が搬送されて、ウエハ１は各処理部により処理されることとなる。なお、本実施の形態では、ウエハ１には、ｐｎ接合部のｐもしくはｎに接続、またはｐとｎとを接続して形成され、かつ基板表面に露出した状態の例えばＣｕまたはＣｕを主要な成分として含むＣｕ合金からなるメタル配線が形成されたシリコンウエハ（シリコン基板）を適用する。なお、メタル配線にＷ（タングステン）、Ａｌ（アルミニウム）合金などを適用しても良いが、腐蝕が起こりやすいＣｕ配線を適用した場合に、本発明はより有効である。

図２は、研磨処理部１２０において、カメラ（Ｃ）が備えられた遮光構造のＣＭＰ装置１００の要部を示す概略図である。

図２に示すように、ＣＭＰ装置１００は、遮光するための筐体（Ｂ）を有している。具体的には、ウエハ１に形成されたｐｎ接合部で光起電力効果が生じる光を遮光するために筐体（Ｂ）がＣＭＰ装置１００に設けられている。ここで、ｐｎ接合部で光起電力効果が生じる光は、ウエハ１に形成されている素子（例えば拡散抵抗素子、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタなど）によって異なる。例えば、フォトダイオードや太陽電池のようなｐｎ接合部に直接、光が当たる構造であれば、バンドギャップ・エネルギーより高いエネルギー、すなわち１１００ｎｍ以下の波長の光（すなわち、ｐｎ接合部で光起電力効果が生じる光）が遮光されることとなる。

この筐体（Ｂ）には、モータ（図示せず）によって回転駆動される研磨盤（プラテン）１２１が取り付けられている。この研磨盤１２１の表面には、多数の気孔を有する合成樹脂を均一に貼り付けて形成した研磨パッド１２２が取り付けられている。また、この研磨盤１２１の近傍には、研磨処理する前に半導体ウエハ１を一時配置するステージ１２３が備えられ、その周囲には例えば４本の位置決めピン１２４が備えられている。

また、この研磨処理部１２０は、研磨時などでウエハ１を保持するためのウエハホルダ１２５を備えている。ウエハホルダ１２５を取り付けた駆動軸１２５ａは、研磨時にウエハホルダ１２５と一体となってモータ（図示せず）により回転駆動する。また、ウエハホルダ１２５を取り付けた駆動軸１２５ａは、研磨盤１２１の上方、ステージ１２３の上方、さらに研磨盤１２１とステージ１２３との間で移動されるようになっている。すなわち、ウエハ１がステージ１２３から研磨盤１２１へ搬送されることとなる。なお、ウエハ１は、ウエハホルダ１２５に設けられた真空吸着機構（図示せず）により、その主面すなわち被研磨面を下向きとしてウエハホルダ１２５に保持される。

研磨盤１２１の上方には、研磨パッド１２２の表面とウエハ１の被研磨面との間に研磨スラリ１２６を供給するためのスラリ供給管１２７が設けられており、その下端から供給される研磨スラリ１２６によってウエハ１の被研磨面が化学的および機械的に研磨される。研磨スラリ１２６としては、例えばアルミナなどの砥石と過酸化水素水または硝酸第二鉄水溶液などの酸化剤とを主成分とし、これを水に分散または溶解させたものが使用される。このように、ＣＭＰ装置１００の研磨処理部１２０は、ウエハ１をウエット状態で処理する機構、すなわち化学的機械研磨する機構を備えている。

さらに、この筐体（Ｂ）には、例えば、ステージ１２３にウエハ１を配置した後、ウエハ１をウエハホルダ１２５に装着する搬送系の状態を観察することができる光を照射する光源を備えたカメラ（Ｃ）が取り付けられている。なお、本実施の形態では、カメラ（Ｃ）に光源が備え付けられている場合を示すが、カメラと光源とが別々に取り付けられても良い。

本実施の形態では、種々のカメラ（Ｃ）およびそれに備え付けられた光源を用いることができる。例えば、カメラ（Ｃ）に備え付けられた光源は、９００ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長の光を発生することができる光源とすることができる。ｐｎ接合部のｐもしくはｎに接続、またはｐとｎとを接続して形成され、かつ基板表面に露出した状態のメタル配線が形成されたシリコン基板をウエット状態で処理する処理部である研磨処理部１２０に、上記光源が備え付けられても、その光源の光であれば、ｐｎ接合部では光起電力の発生を抑えることができる。さらに、その光源の照度を３００ルクス以下とすることで、ｐｎ接合部では光起電力の発生をより抑えることができる。また、この９００ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長の光を発生することができる光源と、９００ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長の光で観察することができるカメラとを筐体（Ｂ）に備えることで、シリコンのｐｎ接合部で光起電力効果が生じる光を遮光する筐体（Ｂ）内であっても、例えばウエハ１の搬送状態（搬送系の状態）を撮影（観察）することができる。また、搬送トラブルが発生した場合に、撮影された画像を見ながら、ハンドリングを用いた遠隔操作によって搬送トラブルからの復旧を行うことができる。また、上述の光源およびカメラをＣＭＰ装置１００内に備えることで、２４時間モニタが可能となり、保守、点検等の迅速な対応による装置の信頼性を向上することができる。なお、９００ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長の光を発生することができる光源として、例えば９５０ｎｍの波長の光を発光するＬＥＤなどがあり、そのＬＥＤの光でウエハ１を観察することができるカメラとして、例えば赤外線カメラなどがある。

また、例えば、カメラ（Ｃ）に備え付けられた光源は、４００ｎｍ以下の波長の光を発生することができる光源であってもよい。ｐｎ接合部のｐもしくはｎに接続、またはｐとｎとを接続して形成され、かつ基板表面に露出した状態のメタル配線が形成されたシリコン基板をウエット状態で処理する処理部である研磨処理部１２０に、上記光源が備え付けられても、その光源の光であれば、ｐｎ接合部では光起電力の発生を抑えることができる。さらに、その光源の照度を３００ルクス以下とすることで、ｐｎ接合部では光起電力の発生をより抑えることができる。また、この４００ｎｍ以下の波長の光を発生することができる光源と、４００ｎｍ以下の波長の光で観察することができるカメラとを筐体（Ｂ）に備えることで、シリコンのｐｎ接合部で光起電力効果が生じる光を遮光する筐体（Ｂ）内であっても、例えばウエハ１の搬送状態（搬送系の状態）を撮影（観察）することができる。また、搬送トラブルが発生した場合に、撮影された画像を見ながら、ハンドリングを用いた遠隔操作によって搬送トラブルからの復旧を行うことができる。また、上述の光源およびカメラをＣＭＰ装置１００内に備えることで、２４時間モニタが可能となり、保守、点検等の迅速な対応による装置の信頼性を向上することができる。なお、４００ｎｍ以下の波長の光を発生することができる光源として、例えば３８０ｎｍの波長の光を発光するＬＥＤなどがあり、そのＬＥＤの光でウエハ１を観察することができるカメラとして、例えば紫外線カメラなどがある。

また、例えば、カメラ（Ｃ）に備え付けられた光源は、可視光または可視光を含む光を発生することができ、その光源の光の照度を１００ルクス以下とする光源であっても良い。ｐｎ接合部のｐもしくはｎに接続、またはｐとｎとを接続して形成され、かつ基板表面に露出した状態のメタル配線が形成されたシリコン基板をウエット状態で処理する処理部である研磨処理部１２０に、上記光源が備え付けられても、その光源の光であれば、ｐｎ接合部では光起電力の発生を抑えることができる。また、この可視光の照度を１００ルクス以下で発生することができる光源と、可視光の照度を１００ルクス以下で観察することができるカメラとを筐体（Ｂ）に備えることで、シリコンのｐｎ接合部で光起電力効果が生じる光を遮光する筐体（Ｂ）内であっても、例えばウエハ１の搬送状態（搬送系の状態）を撮影（観察）することができる。また、搬送トラブルが発生した場合に、撮影された画像を見ながら、ハンドリングを用いた遠隔操作によって搬送トラブルからの復旧を行うことができる。また、上述の光源およびカメラをＣＭＰ装置１００内に備えることで、２４時間モニタが可能となり、保守、点検等の迅速な対応による装置の信頼性を向上することができる。なお、可視光を発生することができる光源として、例えば蛍光灯やＬＥＤなどある。ところで交流電源を用いた蛍光灯や電灯などは明滅しているため、一般的な照度計で測定する値以上の照度をあててしまう場合がある。蛍光灯など交流電源を用いた光源では、照度計で目標ルクスの半分程度にするのが望ましい。ＬＥＤを用いる場合には、この注意は不要である。可視光の照度を１００ルクス以下で観察できるカメラとして、例えばＣＣＤカメラなどの高感度カメラがある。

また、例えば、カメラ（Ｃ）に備え付けられた光源は、可視光を発生することができ、その光源の光の照度を制御する機能と、光の照射時間を制御する機能を備えた光源であっても良い。すなわち、ｐｎ接合部のｐもしくはｎに接続、またはｐとｎとを接続して形成され、かつ基板表面に露出した状態のメタル配線が形成されたシリコン基板をウエット状態で処理する処理部である研磨処理部１２０に、上記光源が備え付けられたその光源の光であっても、ｐｎ接合部では光起電力の発生を抑えることができるように、光の照度および照射時間を制御することができる光源であっても良い。この光の照度を制御する機能と、光の照射時間を制御する機能を備えた光源と、その光源からの光で観察することができるカメラとを筐体（Ｂ）に備えることで、シリコンのｐｎ接合部で光起電力効果が生じる光を遮光する筐体（Ｂ）内であっても、例えばウエハ１の搬送状態（搬送系の状態）を撮影（観察）することができる。例えば、照度を５００ルクス、照射時間を０．２秒の可視光であれば、ウエハ１の搬送状態（搬送系の状態）を撮影（観察）することができる。なお、可視光を発生することができる光源として、例えば蛍光灯などがあり、可視光の照度を１００ルクス以下で観察できるカメラとして、例えばＣＣＤカメラなどの高感度カメラがある。

このような種々のカメラ（Ｃ）およびそれに備え付けられた光源を、本発明で適用する理由について以下に説明する。

図３は、Ｃｕ配線の腐蝕発生機構を示す模式図である。Ｃｕ配線の腐蝕は、シリコン基板に形成されたｐｎ接合部（例えば拡散抵抗素子、ＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン、バイポーラトランジスタのコレクタ・ベース・エミッタなど）のｐ型拡散層に接続されたＣｕ配線において特徴的に発生する。なお、Ｃｕ配線ほどではないが、他のメタル材料（Ｗ、Ａｌ合金など）からなる配線でも腐蝕が発生する場合がある。

図３に示すように、シリコン基板（シリコンウエハ）３０１に形成されたｐｎ接合部３０２に光３０３が入射すると、シリコンの光起電力効果によって、ｐ型拡散層３０４のｐ側が＋、ｎ型ウエル３０５のｎ側が−の外部電圧が発生し、（ｐｎ接合部３０２のｐ側（＋側）に接続されたＣｕ配線３０６ｐ）−（プラグ３０７ｐ）−（ｐｎ接合部３０２）−（プラグ３０７ｎ）−（ｐｎ接合部３０２のｎ側（−側）に接続されたＣｕ配線３０６ｎ）−（基板表面に付着した研磨スラリ３０８）によって形成される閉回路に短絡電流が流れ、ｐｎ接合部３０２のｐ側（＋側）に接続されたＣｕ配線３０６ｐの表面からＣｕ²⁺イオンが解離して電気化学腐蝕（電界腐蝕）を引き起こすと考えられる。なお、Ｃｕ配線３０６ｎと３０６ｐとの間およびプラグ３０７ｎと３０７ｐとの間には、絶縁膜が形成されている。

このＣｕ配線の腐蝕発生機構において、シリコン（Ｓｉ）のｐｎ接合部で光起電力効果により外部電圧が発生する機構は、一般的なＳｉフォトダイオードで起電力を生じる機構と全く同じ原理であることから、光起電力効果に関する諸特性はＳｉフォトダイオードのものと同様に考えることができる。

図４は、Ｓｉフォトダイオードの感度特性を示すグラフである。図４に示すように、Ｓｉフォトダイオードは、４００〜９００ｎｍの波長の光を有効に受光することができる。すなわち、４００ｎｍ以下および９００ｎｍ以上であれば、上述のようなシリコンのｐｎ接合部で光起電力効果によって発生する外部電圧による腐蝕が発生しづらいと考えることができる。さらに、１１００ｎｍ以上の波長の光であれば、Ｓｉフォトダイオードにおいても受光しないと考えられることから、上述のシリコンのｐｎ接合部で光起電力効果によって発生する外部電圧による腐蝕が発生しないと考えられる。

これに関して、特開平１１−２７４１１４号公報（特許文献１参照）には、ｐｎ接合部で起電力を生ずるエネルギーを持つ光を遮光し、起電力を生じないエネルギーを持つ光を装置内に入れて、腐蝕を防止してＣｕからなるメタル層をＣＭＰ法によって平坦化処理するという記載がある。具体的には１１００ｎｍ以下の光がｐｎ接合部に照射されると腐蝕が発生するとしている。この特開平１１−２７４１１４号公報（特許文献１参照）の記載は、一般的なＳｉフォトダイオードや太陽電池で効率向上のためにｐｎ接合部のエリアに直接光が照射されるようなセル構造を持たせている場合に有効な考え方であるが、例えばＭＩＳ−ＬＳＩなど何層かの薄膜が積層された構造をとっている半導体装置は、光に対する感度は太陽電池に比べ低い構造となっているため、１１００ｎｍ以下の波長領域の光を排除しなくとも良いと考えられる。

よって、上述したシリコンのｐｎ接合部で光起電力効果によって発生する外部電圧による腐蝕が発生しないように、１１００ｎｍ以下の波長の光を発生することができる光源および照度や照射時間を制御することができる光源、ならびにそれらの光源の光で撮影可能なカメラを用いて、ウエハなどの状態を観察することができると考えられる。そこで、例えば蛍光灯など可視光を発生することができる光源を用いて照度を制御した結果、少なくとも５００ルクス以下、好ましくは３００ルクス以下、さらに好ましくは１００ルクス以下にすることで腐食が起きにくいことを確認することができた。また、その光源の光で撮影することができるカメラ（例えば高感度カメラ）を用いることで、ウエハなどの状態を観察することができる。また、例えば蛍光灯など可視光を発生することができる光源に照射時間を制御する機能を備えた場合、可視光の照度が５００ルクスとし、その照射時間が０．２秒であれば、Ｃｕ配線の腐食が起きにくいことを確認することができた。また、その光源の光で撮影することができるカメラ（例えば高感度カメラ）を用いることで、ウエハなどの状態を観察することができる。

一方、１１００ｎｍ以下の波長を有する光を排除した場合の問題点として、１１００ｎｍ以下の波長の光を使って測定をしながら研磨する、あるいは測定するユニットを、ＣＭＰ装置内に搭載することができないことがあげられる。このユニットの一例を上げると、光学的に測定する手段を内蔵した研磨盤（プラテン）を用い研磨しながら膜厚測定あるいはメタル膜の反射率を測定するユニットがある。その測定に使用される光は、半導体の膜厚測定に使われる紫外〜可視領域光を使うのが一般的で、例えばナノメトリクス社製の装置内蔵型膜厚測定機Ｎａｎｏｓｐｅｃ９０００シリーズでは１９０〜７８０ｎｍの波長を使って測定している。また仮に膜厚測定用に赤外領域の光を使うと、シリコンウエハが光を透過するため映像が見づらいという問題や、波長的に薄膜を精度よく測定できないなど問題がある。また、反射率の測定でも同様のことが考えられる。したがって、実際上１１００ｎｍ以上の光を用いて、ＣＭＰ装置内の観察をすることは困難であると考えられる。

図５は、Ｓｉウエハ（厚さ６００μｍ）の波長と透過率と関係を示すグラフである。この図５は、６００μｍの厚さのシリコンに３２０〜３０００ｎｍの光をあてた際の光の透過率をグラフ化したものである。上述の特開平１１−２７４１１４号公報（特許文献１参照）には、シリコンでは１１００ｎｍ以下の波長を有する光を排除するとの記載があるが、図５に示すように、１１００ｎｍ以上の波長を有する光、より具体的には９８０ｎｍ以上の光は、１％以上の光がシリコンを透過するため撮影されたシリコンの映像が見づらくなる。実際には光の透過率が３０％を超える１０８０ｎｍ以上の波長から映像が見づらいことがわかった。光の波長が１１００ｎｍを超えると透過率は４０％を超える。透過率が４０％を超えるとシリコンウエハがやや不透明なガラスの様な状態で撮影され、シリコンウエハの裏側にある通常観察できない部位の物体からの反射光などがシリコンウエハを介して観察されるため、所望の観察が十分に行えない問題点がある。

したがって、シリコンウエハをＣＭＰ法により研磨する場合、光の透過率は３０％以下であることが必要で、好ましくは５％以下である。光の波長は、透過率３０％が約１０８０ｎｍで、１０％が約１０２０ｎｍであることから、シリコンウエハの撮影が容易な１０８０ｎｍ以下、好ましくは１０２０ｎｍ以下の波長で撮影するのが好ましい。また、ＣＭＰ装置において研磨しながら光学的に膜厚やメタル膜の反射率を測定する場合には、上述通り光が殆んど透過しないことが必要で、透過率１％以下となる９８０ｎｍ以下の波長の光で測定する必要がある。

以上のことから、本実施の形態で示すように、シリコンのｐｎ接合部で光起電力効果によって発生する外部電圧による腐蝕が発生しないように、９００ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長の光を発生することができる光源と、９００ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長の光で撮影することができるカメラを用いて、ウエハなどの状態を観察することができる。さらに、９００ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長の光を発生することができる光源からの光の照度が、３００ルクス以下であれば、より腐蝕の発生を防止することができる。

また、４００ｎｍ以下の波長の光を発生することができる光源と、４００ｎｍ以下の波長の光で撮影することができるカメラを用いて、ウエハなどの状態を観察することができる。さらに、４００ｎｍ以下の波長の光を発生することができる光源からの光の照度が、３００ルクス以下であれば、より腐蝕の発生を防止することができる。

次に、ウエハ１のＣｕ配線をＣＭＰ法で研磨してその表面を平坦化する工程、すなわち化学的機械研磨する工程について説明する。図１に示すように、まず、ローダ１１０に収納されているウエハ１を研磨処理部１２０へ搬送する。

この研磨処理部１２０（図２参照）では、ウエハ１がウエハホルダによって研磨パッドに押し付けられ、所定の時間研磨が行われると、ウエハホルダが上下に待避移動される。次いで、研磨パッドの表面が所定の時間ドレッシング（研磨パッドの表面を整形）された後、引き続いて他のウエハ１がウエハホルダに取り付けられ、ウエハ１の表面がウエット状態で処理する工程、すなわち上記の研磨する工程が繰り返される。このようにしてウエハ１が研磨された後、研磨盤の回転が停止されることによって、研磨作業が終了する。

研磨処理が終了したウエハ１は、防蝕処理部１３０に搬送される。すなわち、ウエハ１の表面はウエット状態で処理（搬送）される。この搬送状態を、本実施の形態で示した光源およびカメラを用いて観察することができる。

この防蝕処理部１３０において、その表面に防蝕処理が施される。防蝕処理部１３０は、上記した研磨処理部１２０の構成と類似した構成になっており、ここでは、まず研磨盤（プラテン）の表面に取り付けられた研磨パッドにウエハ１の主面が押し付けられて研磨スラリが機械的に除去された後、例えばベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）などの防蝕剤を含んだ薬液がウエハ１の主面に供給されることによって、ウエハ１の主面に形成されたＣｕ配線の表面部分に疎水性保護膜が形成される。

酸化剤を含んだ研磨スラリ中など、不所望な薬液をウエハ１の表面から機械的に除去することを目的として行われる上記の前洗浄は、研磨作業の終了直後に行うことが望ましい。すなわち、研磨作業が終了したウエハ１の表面が自然乾燥したり、ウエハ１の表面に残った研磨スラリ中の酸化剤によって、Ｃｕ配線の電気化学的腐蝕反応が実質的に開始されたりする前に行うことが望ましい。

研磨スラリの機械的洗浄（前洗浄）は、例えばナイロンブラシのようなＰＶＡブラシを使ってウエハ１の表面を摩擦しながら純水洗浄することによって行うこともできる。また、前洗浄後の防蝕処理に際しては、必要に応じて純水スクラブ洗浄、純水超音波洗浄、純水流水洗浄または純水スピン洗浄などを防蝕処理に先行または並行して行うことにより、研磨処理部１２０でウエハ１の主面に付着した研磨スラリ中の酸化剤を十分に除去し、酸化剤が実質的に作用しない条件下で疎水性の保護を形成するようにする。

防蝕処理が終了したウエハ１は、その表面の乾燥を防ぐために、例えば純水浸漬や純水シャワーの供給などの方法によって、ウエハ１の表面を湿潤状態に保ちながら搬送することが望ましい。本実施の形態で示すように、研磨処理と防蝕処理とを枚葉方式で行う場合において、これらの処理と後述する後洗浄処理とが同じタイミングで進行するときには、上記純水浸漬や純水シャワーの供給などの方法は必ずしも必要ではなく、防蝕処理が終了したウエハ１を直ぐに後洗浄処理部１４０へ搬送しても良い。その際ウエハ１の表面はウエット状態で処理（搬送）される。この搬送状態を、本実施の形態で示した光源およびカメラを用いて観察することができる。

後洗浄処理部１４０へ搬送されたウエハ１は、その表面の湿潤状態が保たれた状態で直ぐに後洗浄に付される。ここでは、酸化剤を中和するためにアンモニア水などの弱アルカリ溶液を供給しながら、ウエハ１の表面をＰＶＡブラシ洗浄した後、フッ素水溶液をウエハ１の表面に供給してエッチングによる異物粒子（パーティクル）の除去（ウエハ１の表面がウエット状態で処理）を行う。また、上記のスクラブ洗浄に先行または並行して、ウエハ１の表面を純水スクラブ洗浄、純水超音波洗浄、純水流水洗浄または純水スピン洗浄したり、ウエハ１の裏面を純水スクラブ洗浄（ウエット状態で処理）したりしてもよい。この洗浄の状態を、本実施の形態で示した光源およびカメラを用いて観察することができる。

上記後洗浄処理が終了したウエハ１は、純水リンスおよびスピンドライの後、乾燥した状態でアンローダ１５０に収容され、複数枚単位で一括して次工程へ搬送される。

次に、ウエハ１のＣｕ配線をＣＭＰ法で研磨してその表面を平坦化する工程、すなわち化学的機械研磨する工程（ウエット状態で処理する工程）での搬送系について説明する。

図６は、搬送系の一例を示す概略図であり、図６（ａ）〜図６（ｅ）は、ウエハ１をウエハホルダ１２５に装着して搬送する過程を示す概略図である。図６（ａ）はウエハ１搭載前の状態を示し、図６（ｂ）はウエハ１搭載直後の状態を示し、図６（ｃ）は位置決めピン１２４によるウエハ１のセンタリングを行っている状態を示し、図６（ｄ）はウエハホルダ１２５にウエハ１を装着した状態を示し、図６（ｅ）はウエハホルダ１２５の離脱の状態を示している。

搬送過程の順を追って説明をすると、図６に示すように、位置決めピン１２４を例えば４本配置されたステージ１２３（同図（ａ））に、例えばハンドリングにより、ローダ１１０に収納されているウエハ１をローダ１１０からステージ１２３へ搬送する（同図（ｂ））。続いて、半導体ウエハ１がステージ１２３のセンタにくるように、位置決めピン１２４をステージ１２３側へ移動させて、ウエハ１のセンタリングを行う（同図（ｃ））。続いて、ウエハホルダ１２５を下降させて、ウエハホルダ１２５にウエハ１を装着する（同図（ｄ））。続いて、ウエハホルダ１２５を上昇させて、ステージ１２３からウエハホルダ１２５、すなわちウエハ１を離脱させる。その後、研磨処理部１２０へとウエハホルダ１２５（ウエハ１）が移動する。

このような搬送過程で、このＣＭＰ装置内でウエハ搬送トラブルなどが発生した場合、装置に装備されているセンサ情報に頼って、復旧作業を行っているのが現状である。例えばウエハ１をステージ１２３に搭載する時に、ステージ１２３ではなく、位置決めピン１２４上にウエハ１が搭載されることもある。この状態でウエハホルダ１２５が下降した場合、ウエハホルダ１２５と位置決めピン１２４との間に挟まれたウエハ１は、破損するトラブルが考えられる。しかし、図２に示したように、例えば９００ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長の光を発生することができる光源と、９００ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長の光で撮影することができるカメラ（Ｃ）とを、遮光構造のＣＭＰ１００装置内の搬送系に備えることで、装置内部を観察することができる。よって、トラブルが発生した場合であっても、例えば撮影された画像を見ながら、ハンドリングを用いた遠隔操作によってトラブルからの復旧を行うことができる。

また、図７に示すように、ＣＭＰ装置１００（研磨処理部１２０）の筐体（Ｂ）内の研磨盤１２１の近傍にカメラを備えることもできる。すなわち研磨スラリ１２６で研磨（ウエット状態で処理）している状況を観察するために、カメラを備えることができる。

例えば、このような研磨作業において、図８（ａ）に示すようなウエハホルダ１２５にウエハ１が取り付けられた状態で研磨が行われるのではなく、同図８（ｂ）に示すように、ウエハホルダ１２５からウエハ１が研磨途中ではずれてしまうトラブル（スリップアウト）が発生する場合がある。このような場合、現状では、ＣＭＰ装置に装備されているセンサ情報に頼って、復旧作業を行っている。しかし、上述した例えば９００ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長の光を発生することができる光源と、９００ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長の光で撮影することができるカメラとを、研磨盤１２１の近傍の遮光構造されたＣＭＰ装置内に備えることで、Ｃｕ膜を腐蝕する光起電力効果を生じさせずに、装置内部を観察することができる。よって、トラブルが発生した場合であっても、例えば撮影された画像を見ながら、ハンドリングを用いた遠隔操作によってトラブルからの復旧を行うことができる。

また、研磨パッド１２２が破れたり、剥がれたりするトラブルが発生する場合がある。この場合も同様に、上述したようにカメラと光源をＣＭＰ装置に備えることで、Ｃｕ膜を腐蝕する光起電力効果を生じさせずに、装置内部を観察することができる。よって、トラブルが発生した場合であっても、例えば撮影された画像を見ながら、ハンドリングを用いた遠隔操作によってトラブルからの復旧を行うことができる。

また、図９に示すように、ＣＭＰ装置１００（後洗浄処理部１４０）の筐体（Ｂ）内にカメラを備えることもできる。図９中、符号１４１は、洗浄中に回転するウエハ１を支えるためのクランプ、符号１４２は、ウエハ１を挟んでウエハ１の表面および裏面を洗浄するＰＶＡブラシ、符号１４３は、ウエハ１の表面あるいは裏面に配置され、薬液／純水１４４を供給するための薬液／純水供給管である。このように、ＣＭＰ装置１００（後洗浄処理部１４０）の筐体（Ｂ）内にカメラを備えることで、Ｃｕ膜を腐蝕する光起電力効果を生じさせずに、ウエハ１を洗浄（ウエット状態で処理）している状況を観察することができる。

例えば、ウエハ１がクランプ１４１およびＰＶＡブラシ１４２からはずれたりするトラブルが発生する場合がある。この場合も同様に、上述したようにカメラと光源をＣＭＰ装置に備えることで、Ｃｕ膜を腐蝕する光起電力効果を生じさせずに、装置内部を観察することができる。よって、トラブルが発生した場合であっても、例えば撮影された画像を見ながら、ハンドリングを用いた遠隔操作によってトラブルからの復旧を行うことができる。

（実施の形態２）
前記実施の形態１で示した半導体製造装置を用いて、例えばＭＩＳ−ＬＳＩ（Metal Insulator Semiconductor−Large Scale Integration）の製造方法に適用し、図１０〜図１４により説明する。

まず、図１０に示すように、例えばｐ型の単結晶シリコンからなる半導体基板（ウエハ）１を用意し、周知のイオン打ち込みと選択酸化（ＬＯＣＯＳ）法とによってその主面にｎ型ウエル２ｎ、ｐ型ウエル２ｐおよびフィールド酸化膜３を形成した後、ｎ型ウエル２ｎ、ｐ型ウエル２ｐのそれぞれの表面を熱酸化してゲート酸化膜４を形成する。

次に、図１１に示すように、ｎ型ウエル２ｎ、ｐ型ウエル２ｐのそれぞれのゲート酸化膜４上にゲート電極５を形成した後、ｐ型ウエル２ｐにｎ型不純物（例えばリン）をイオン打ち込みしてソース、ドレイン（ｎ型半導体領域６）を形成し、ｎ型ウエル２ｎにｐ型不純物（例えばホウ素）をイオン打ち込みしてソース、ドレイン（ｐ型半導体領域７）を形成することにより、ｎチャネル型ＭＩＳトランジスタＱｎおよびｐチャネル型ＭＩＳトランジスタＱｐを形成する。

続いて、半導体基板１上にＣＶＤ法で酸化シリコン膜８を堆積した後、フォトレジスト膜をマスクにして酸化シリコン膜８をドライエッチングすることにより、ｎチャネル型ＭＩＳトランジスタＱｎのソース、ドレイン（ｎ型半導体領域６）の上部にコンタクトホール９を形成し、ｐチャネル型ＭＩＳトランジスタＱｐのソース、ドレイン（ｐ型半導体領域７）の上部にコンタクトホール１０を形成する。

次に、図１２に示すように、酸化シリコン膜８の上部に第１層目のＷ（タングステン）配線１１〜１６を形成し、次いでこれらのＷ配線１１〜１６の上部にＣＶＤ法で酸化シリコン膜を堆積して第１層目の層間絶縁膜１７を形成した後、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングで層間絶縁膜１７にスルーホール１８〜２１を形成する。第１層目のＷ配線１１〜１６は、例えばコンタクトホール９、１０の内部を含む酸化シリコン膜８の上部に例えばＣＶＤ法でＷ膜を堆積した後、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングでこのＷ膜をパターニングすることにより形成する。

続いて、スルーホール１８〜２１の内部にプラグ２２を形成し、次いで層間絶縁膜１７の上部にＣＶＤ法で酸化シリコン膜２３を堆積した後、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングで酸化シリコン膜２３に凹溝２４〜２６を形成する。プラグ２２は、スルーホール１８〜２１の内部を含む層間絶縁膜１７の上部にＣＶＤ法でＷ膜を堆積した後、このＷ膜をエッチバック（または後述するＣＭＰ法で研磨）することにより形成する。

続いて、凹溝２４〜２６の内部を含む酸化シリコン膜２３の上部に、例えばＣＶＤ法を用いてＣｕ膜（またはＣｕを主要な成分として含むＣｕ合金膜など）２７を堆積する。

次に、図１３に示すように、上記Ｃｕ膜２７を上述したＣＭＰ装置を用いて、その表面を平坦化することにより、凹溝２４〜２６の内部に第２層目のＣｕ配線２８〜３０を形成する。

次に、図１４に示すように、２層目のＣｕ配線２８〜３０の上部にＣＶＤ法で酸化シリコン膜を堆積して第２層目の層間絶縁膜３１を形成し、次いでフォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングで層間絶縁膜３１にスルーホール３２〜３４を形成した後、スルーホール３２〜３４の内部にＷ膜からなるプラグ３５を埋め込む。続いて、層間絶縁膜３１の上部にＣＶＤ法で酸化シリコン膜３６を堆積した後、酸化シリコン膜３６を堆積した後、酸化シリコン膜３６に形成した凹溝３７〜３９の内部に第３層目のＣｕ配線４０〜４２を形成する。プラグ３５および第３層目のＣｕ配線４０〜４２は、それぞれ前記プラグ２２および第２層目のＣｕ配線２８〜３０と同様の方法で形成する。

前記実施の形態１で示したように、例えば４００ｎｍ以下、または９００ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の光を発生することができる光源と、この光源の光で撮影可能なカメラとを備えたＣＭＰ装置を用いることで、たとえＣＭＰ装置内でウエハ搬送トラブルなどが発生した場合であっても、内部をカメラにより確認できるので、ウエハ破損などのトラブルを防止し、短時間で装置の復旧を可能とすることができる。

続いて、Ｃｕ配線４０〜４２の上部にＣＶＤ法で酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とを堆積してパッシベーション膜４３を形成することによりＭＩＳ−ＬＳＩが完成する。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

前記実施の形態では、枚葉方式のＣＭＰ装置を使ったプロセスについて説明したが、これに限定されるものではなく、研磨、防蝕および後洗浄の各処理をバッチ方式で処理（複数枚一括処理）するプロセスや、これらの処理の一部を枚葉方式で行い、他の一部をバッチ方式で行う枚葉−バッチ混在プロセスなどに適用することもできる。

また、前記実施の形態では、Ｃｕ（またはＣｕを主成分とするＣｕ合金膜など）をＣＭＰ法で研磨してＣｕ配線を形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば絶縁膜に形成した凹溝とスルーホールとに同時にＣｕ膜などのメタル層を埋め込んだ後、このメタル層をＣＭＰ法で研磨、平坦化して配線とプラグとを同時に形成するいわゆるデュアルダマシンプロセスなどに広く適用することができる。

また、前記実施の形態では、ＣＭＰ装置に適用した場合について説明したが、半導体基板を洗浄する洗浄機、メッキ装置などのウエット状態で処理する装置にも適用することができる。

本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用されるものである。

本発明の実施の形態１であるＣＭＰ装置の一例を示す全体構成図である。 図１で示したＣＭＰ装置内の要部の一例を示す概略図である。 Ｃｕ配線の腐蝕発生機構を示すモデル図である。 Ｓｉフォトダイオードの感度特性を示すグラフである。 波長と透過率との関係を示すグラフである。 図１で示したＣＭＰ装置のウエハ搬送系の一例を示す概略図である。（ａ）はウエハ搭載前の状態を示す図であり、（ｂ）はウエハ搭載直後の状態を示す図であり、（ｃ）はウエハがセンタリングされた状態を示す図であり、（ｄ）はウエハホルダへウエハが装着された状態を示す図であり、（ｅ）はウエハホルダが離脱した状態を示す図である。 図１で示したＣＭＰ装置の要部の一例を示す概略図である。 図７で示したウエハの状態の一例を説明する概略図である。（ａ）は正常な状態を示す図であり、（ｂ）はスリップアウト状態を示す図である。 図１で示したＣＭＰ装置の要部の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態２である半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図１０に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。 図１１に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。 図１２に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。 図１３に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。

符号の説明

１ 半導体基板（ウエハ）
２ｎ ｎ型ウエル
２ｐ ｐ型ウエル
３ フィールド酸化膜
４ ゲート酸化膜
５ ゲート電極
６ ｎ型半導体領域（ソース、ドレイン）
７ ｐ型半導体領域（ソース、ドレイン）
８ 酸化シリコン膜
９、１０ コンタクトホール
１１〜１６ Ｗ配線
１７ 層間絶縁膜
１８〜２１ スルーホール
２２ プラグ
２３ 酸化シリコン膜
２４〜２６ 凹溝
２７ Ｃｕ膜
２８〜３０ Ｃｕ配線
３１ 層間絶縁膜
３２〜３４ スルーホール
３５ プラグ
３６ 酸化シリコン膜
３７〜３９ 凹溝
４０〜４２ Ｃｕ配線
４３ パッシベーション膜
１００ ＣＭＰ装置
１１０ ローダ
１２０ 研磨処理部
１２１ 研磨盤（プラテン）
１２２ 研磨パッド
１２３ ステージ
１２４ 位置決めピン
１２５ ウエハホルダ
１２５ａ 駆動軸
１２６ 研磨スラリ
１２７ スラリ供給管
１３０ 防蝕処理部
１４０ 後洗浄処理部
１４１ クランプ
１４２ ＰＶＡブラシ
１４３ 薬液／純水供給管
１４４ 薬液／純水
１５０ アンローダ
３０１ シリコン基板（シリコンウエハ）
３０２ ｐｎ接合部
３０３ 光
３０４ ｐ型拡散層
３０５ ｎ型ウエル
３０６ｐ、３０６ｎ Ｃｕ配線
３０７ｐ、３０７ｎ プラグ
３０８ 研磨スラリ
Ｂ 筐体
Ｃ カメラ
Ｑｎ ｎチャネル型ＭＩＳトランジスタ
Ｑｐ ｐチャネル型ＭＩＳトランジスタ

Claims (8)

1. 表面にメタル配線が露出したシリコンウエハをウエット状態で処理する半導体製造装置であって、
   前記処理過程にある前記シリコンウエハに９００ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長の光を照射する光源と、
   前記光源に照射された前記シリコンウエハを撮影できるカメラと、
   を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
2. 表面にメタル配線が露出したシリコンウエハをウエット状態で処理する半導体製造装置であって、
   前記処理過程にある前記シリコンウエハに４００ｎｍ以下の波長の光を照射する光源と、
   前記光源に照射された前記シリコンウエハを撮影できるカメラと、
   を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
3. 請求項１または２記載の半導体製造装置において、
   前記光源の光の照度が、３００ルクス以下であることを特徴とする半導体製造装置。
4. 表面にメタル配線が露出したシリコンウエハをウエット状態で処理する半導体製造装置であって、
   前記処理過程にある前記シリコンウエハに可視光を含む光を、１００ルクス以下の照度で照射する光源と、
   前記光源に照射された前記シリコンウエハを撮影できるカメラと、
   を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
5. ４００ｎｍ以下の波長の光、または９００ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長の光を照射する光源と、前記光源に照射されたシリコンウエハを撮影できるカメラとを備えた筐体内で、表面にメタル配線が露出した前記シリコンウエハをウエット状態で処理する工程を含む半導体装置の製造方法。
6. 請求項５記載の半導体装置の製造方法において、
   前記光源の光の照度が、３００ルクス以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 請求項５または６記載の半導体装置の製造方法において、
   前記ウエット状態で処理する工程は、化学的機械研磨する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 請求項５〜７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記メタル配線は、ＣｕまたはＣｕを主要な成分として含むＣｕ合金からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
   
   

Images