JP2006324429A

JP2006324429A - 機械的化学的研磨後の洗浄方法

Info

Publication number: JP2006324429A
Application number: JP2005145772A
Authority: JP
Inventors: Kaori Watanabe; かおり渡邉; Kazuaki Ejiri; 一昭江尻
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】ビア表面への金属の析出を抑制して、ウェハにおける配線間のショートを防止する。
【解決手段】ビアメタルの機械的化学的研磨後にウェハ２００の表面をブラシ１０２のスクラビングにより洗浄する方法であって、ブラシ１０２のウェハ２００の表面への押し付け量を約１．５ｍｍ以下としてスクラビングを行うようにし、ウェハ２００表面がマイナス側にチャージすることを防止して、金属の研磨屑と金属イオンのビア表面への析出を抑制した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハにおけるビアメタルの機械的化学的研磨後の洗浄方法に関する。

ウェハの表面の平坦化には、機械的化学的研磨（以下、ＣＭＰという）が一般的に用いられる。半導体装置の金属配線として銅を用いる場合は、銅のドライエッチングが困難なことから、ＣＭＰを用いたダマシン法によりビア及び配線が形成される。ダマシン法では、エッチングによりビアや配線のパターンを絶縁膜に形成した後、チタン、タンタル等からなるバリアメタルと銅を順次堆積して、ＣＭＰにより絶縁膜上の堆積した余剰の金属を除去することにより、絶縁膜中に金属のビアや配線を形成する。

ＣＭＰは銅とバリアメタルを異なるプラテン上で異なる研磨液を用いて研磨して行い、この後にインラインの洗浄機でウェハの表面を洗浄して乾燥させる。ＣＭＰから洗浄までは砥粒が乾燥してウェハの表面に固着しないようにする必要があり、表面が濡れた状態を保持してブラシや薬液による洗浄を行う。

この種の洗浄を行う装置として、図１３に示すように、ブラシ３０２の押し付け圧を検出する圧力センサ３０４を設け、検出圧力に基づいてブラシ３０２が設けられた揺動腕３０６の高さを調整するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。図１３は、この洗浄装置３００の概略構成図である。
具体的には、図１３に示すように、洗浄装置３００では、駆動制御部３０８によって揺動腕３０６の昇降モータ３１０が制御され、揺動腕３０６の先端に設けられたブラシ３０２が圧力センサ３０４に押し付けられる。位置検出部３１２は揺動腕３０６の高さを検出し、この検出高さは演算部３１４に送信される。そして、圧力センサ３０４の検出圧力が基準圧力Ｐとなったときの演算部３１４の出力に基づいて、駆動制御部３０８はウェハ４００をブラシ３０２でスクラブするときの揺動腕３０６の高さＢを決定する。以上の構成により、ブラシ３０２が基準圧力Ｐでウェハ４００の上面へ押し付けられる。これにより、スクラブ処理時の揺動腕３０６の高さが自動制御され、作業者による面倒な作業が不要となり、しかも作業者ごとの個人差や作業時ごとの調整誤差が生じないようになっている。

また、他の装置として、洗浄処理に加えてウェハ表面のバフ研磨処理を行うものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載の装置では、スクラバの押し付け圧は、約０．１ｐｓｉないし約０．５ｐｓｉ（約０．７ｋｇ／ｃｍ^２ないし約３．５ｋｇ／ｃｍ^２）となるよう制御される。

さらに、研磨布を用いた装置で、ＣＭＰとともにオンラインで洗浄を行うものが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。特許文献３には、ＣＭＰ装置の被加工物に対するＣＭＰ機能を軽減させて、研磨布のブラシ作用によって被加工物の表面付着物を洗浄除去する旨が開示されている。
特開平１０−１３５１６７号公報特表２００２−５０９３６７号公報特開２００１−１９６３３９号公報

ところで、メタルビアのＣＭＰにおいては、研磨された直後のウェハ表面は、銅の研磨屑と銅イオンが溶け込んだ水で覆われる。この時、ウェハ表面は殆どが層間絶縁膜であり、メタルビアの面積は概ね１％以下である。この状態でブラシを用いてスクラビングを行うと、ブラシと絶縁膜との摩擦により絶縁膜に電荷が帯電する。これにより、メタルビアが帯電した状態となって、ウェハ表面に付着している銅の研磨屑や銅イオンがビアに析出して配線間をショートさせるおそれがある。

本発明によれば、ビアメタルの機械的化学的研磨後にウェハ表面をブラシのスクラビングにより洗浄する方法であって、前記ブラシの前記ウェハ表面への押し付け量を約１．５ｍｍ以下としてスクラビングを行うことを特徴とする機械的化学的研磨後の洗浄方法が提供される。

この機械的化学的研磨後の洗浄方法では、ブラシの押し付け量を約１．５ｍｍ以下とすることにより、ウェハ表面がマイナス側にチャージすることはなく、金属の研磨屑と金属イオンのビア表面への析出を抑制することができる。

本発明によれば、ビア表面への金属の析出を抑制して、ウェハにおける配線間のショートを防止することができる。従って、半導体装置の歩留まりを低減して、製造コストを飛躍的に低減することができる。

図面を参照しつつ、本発明の機械的化学的研磨後の洗浄方法の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は本発明の機械的化学的研磨後の洗浄方法に用いる洗浄装置の概略構成ブロック図である。
図１に示すように、洗浄装置１００は、ＣＭＰ装置と連結されたインライン式であり、ウェハ２００の表面をスクラビングするためのブラシ１０２と、このブラシ１０２を支持する支持部１０４と、支持部１０４をウェハ２００に対して移動させる駆動部１０６と、支持部１０４の移動量を検出する検出部１０８と、ウェハ２００の表面に電解カソード水を供給する供給部１１０と、を有する。また、洗浄装置１００は、駆動部１０６、検出部１０８、供給部１１０、ウェハ回転部（図示せず）、ブラシ回転部（図示せず）等に接続され、ウェハ２００の洗浄を総括的に制御する制御部１１２を有する。

図１に示すように、ブラシ１０２は上下一対に設置され、水平に配されたウェハ２００の上面及び下面をそれぞれスクラビングする。ブラシ１０２の材質は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）のスポンジである。尚、ブラシ１０２の材質を、例えば、ナイロン、モヘア等の繊維ブラシとしてもよい。また、ブラシ１０２によりウェハ２００の両面をスクラビングする構成でなく、片面をスクラビングするものであってもよい。

本実施形態においては、ブラシ１０２は、ウェハ２００に対して軸方向が水平な円筒状に形成され、外周面がウェハ２００の表面と摺接するロール型である。尚、ブラシ１０２の型式を、例えば、ウェハ２００に対して平行な円盤状に形成され、円盤表面がウェハ２００の表面と摺接するディスク型としてもよい。

支持部１０４は各ブラシ１０２ごとに設けられ、それぞれ上下方向へ移動自在となっている。駆動部１０６により支持部１０４がウェハ２００に近接する方向へ移動すると、ブラシ１０２がウェハ２００と当接して、ブラシ１０２がウェハ２００へ押し付けられる。本実施形態においては、制御部１１２は、ウェハ２００に対するブラシ１０２の荷重を一定に保つ荷重制御機能を有し、スクラブ処理時は常に一定の圧力でブラシ１０２がウェハ２００へ押し付けられるようになっている。

すなわち、検出部１０８により支持部１０４の移動量を検出することにより、ブラシ１０２のウェハ２００の押し付け量が制御部１１２で監視される。制御部１１２は、検出部１０８にて検出された移動量に基づいて駆動部１０６を制御する。

以上のように構成された洗浄装置１００を用いて、ビアメタルの機械的化学的研磨後にウェハ２００表面をブラシ１０２のスクラビングにより洗浄した実験データを図２に示す。図２は、ブラシ１０２の押し付け量を横軸とし、ウェハ２００の表面の電圧を縦軸としたグラフである。実験に供したウェハ２００は、ビア径０．２μｍの銅配線デバイスであり、ビアメタルとして銅を用いている。ブラシスクラブ時に電解カソード水を供給して、ウェハ２００の回転数は５０ｒｐｍで、ブラシ１０２の回転数は７００ｒｐｍとした。実験は、押し付け量を、約０．５ｍｍ、約１．０ｍｍ、約１．５ｍｍ、約２．０ｍｍ、約２．５ｍｍと変化させて行った。

図２に示すように、押し付け量が約１．５ｍｍ以下では、ウェハ２００表面がマイナスにチャージすることなくビアの表面のスクラブ処理を行うことができる。そして、押し付け量が大きくなればなるほど、ブラシ１０２とウェハ２００の摩擦によりマイナス側に帯電することがわかる。

図３〜図６は上記実験によるスクラブ処理後のビア表面の状態を示す写真であり、図３はブラシの押し付け量が約０．５ｍｍのものを示し、図４はブラシの押し付け量が約１．５ｍｍのものを示し、図５はブラシの押し付け量が約２．０ｍｍのものを示し、図６はブラシの押し付け量が約２．５ｍｍのものを示す。図３〜図６に示すように、ウェハ２００の表面がマイナス側にチャージされるほど、水に溶け込んだ銅屑及び銅イオンの析出が大きくなることがわかる。

すなわち、ブラシ１０２のウェハ２００表面への押し付け量を約１．５ｍｍ以下としてスクラビングを行うことにより、ウェハ２００の表面がマイナス側にチャージすることはなく、銅の研磨屑と銅イオンのビア表面への析出を抑制することができる。すなわち、ビア表面への金属の析出を抑制して、ウェハにおける配線間のショートを防止することができる。従って、半導体装置の歩留まりを低減して、製造コストを飛躍的に低減することができる。

また、洗浄装置１００の制御部１１２は、ウェハ２００の仕様やプロセス条件に応じて任意の押し付け量を選択可能であるが、制御部１１２に押し付け量が約１．５ｍｍ以上での動作を禁止する押し付け禁止部を設けることが好ましい。これにより、ウェハ２００表面がマイナス側にチャージされることを自動的に回避することができ、作業者等の監視負担を軽減することができる。

このとき、ウェハ２００表面への押し付け量を約１．５ｍｍ以下でなく、約１．０ｍｍ以下とすると安全マージンを大きく確保することができ、プロセス条件等の変動にも対応することができる。

尚、ブラシ１０２はウェハ２００の処理枚数が増加すると弾性が変化する場合があるが、約１．５ｍｍ以下の押し付け量であれば、ウェハ２００を約１００００枚処理してもウェハ２００の表面に帯電を生じることなくスクラビング可能であることが実験的に証明されている。

ここで、図７〜図１２に、ブラシの押し付け圧を変化させて実験を行った際におけるスクラブ処理後のビア表面の状態を示す。図７はブラシの押し付け圧が約０．０１ｋｇ／ｃｍ^２のものを示し、図８はブラシの押し付け圧が約０．１ｋｇ／ｃｍ^２のものを示し、図９はブラシの押し付け圧が約０．７ｋｇ／ｃｍ^２のものを示し、図１０はブラシの押し付け圧が約１．５ｋｇ／ｃｍ^２のものを示し、図１１はブラシの押し付け圧が約３．５ｋｇ／ｃｍ^２のものを示し、図１２はブラシの押し付け圧が０ｋｇ／ｃｍ^２のものを示す。図７〜図１２に示すように、押し付け圧が大きくなってウェハ２００の表面がマイナス側にチャージされるほど、水に溶け込んだ銅屑及び銅イオンの析出が大きくなることがわかる。

図７〜図１２から明らかなように、ブラシ１０２の押し付け圧が約０．７ｋｇ／ｃｍ^２以下であればビア表面への銅の析出が抑制され、約１．５ｋｇ／ｃｍ^２以上であればビア表面へ銅が析出し易くなる。また、図１２に示すように、ブラシ１０２の押し付け圧を０ｋｇ／ｃｍ^２としてブラシ１０２をウェハ２００表面に接触させない場合は、ＣＭＰで付着した砥粒等のパーティクルがビア表面に残留してしまう。従って、ビア表面からパーティクルを除去するには、ブラシ１０２を約０．０１ｋｇ／ｃｍ^２以上の押し付け圧で押し付ける必要がある。

すなわち、ブラシ１０２のウェハ２００表面への押し付け圧を、約０．０１ｋｇ／ｃｍ^２以上約０．７ｋｇ／ｃｍ^２以下としてスクラビングを行うことにより、ウェハ２００の表面がマイナス側にチャージすることはなく、銅の研磨屑と銅イオンのビア表面への析出を抑制することができる。このように、押し付け圧を制御することによっても、ビア表面への金属の析出を抑制して、ウェハにおける配線間のショートを防止することができる。すなわち、前述したようなブラシ１０２の押し付け量に加え、押し付け圧を管理することにより、より的確にビア表面の金属の析出を抑制することができる。

尚、前記実施形態においては、ブラシ１０２の押し付け量を約１．５ｍｍ以下とするものを示したが、図２のグラフから押し付け量が約１．６ｍｍ以下としてもウェハ２００の表面がマイナス側へチャージすることはないことは明らかであるし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明の一実施形態を示すもので、機械的化学的研磨後の洗浄方法に用いる洗浄装置の概略構成ブロック図である。ビアメタルの機械的化学的研磨後にウェハ表面をブラシのスクラビングにより洗浄した実験データであり、ブラシの押し付け量を横軸とし、ウェハの表面の電圧を縦軸としたグラフである。スクラブ処理後のビア表面の状態を示す写真であり、ブラシの押し付け量が約０．５ｍｍのものである。スクラブ処理後のビア表面の状態を示す写真であり、ブラシの押し付け量が約１．５ｍｍのものである。スクラブ処理後のビア表面の状態を示す写真であり、ブラシの押し付け量が約２．０ｍｍのものである。スクラブ処理後のビア表面の状態を示す写真であり、ブラシの押し付け量が約２．５ｍｍのものである。スクラブ処理後のビア表面の状態を示す写真であり、ブラシの押し付け圧が約０．０１ｋｇ／ｃｍ^２のものである。スクラブ処理後のビア表面の状態を示す写真であり、ブラシの押し付け圧が約０．１ｋｇ／ｃｍ^２のものである。スクラブ処理後のビア表面の状態を示す写真であり、ブラシの押し付け圧が約０．７ｋｇ／ｃｍ^２のものである。スクラブ処理後のビア表面の状態を示す写真であり、ブラシの押し付け圧が約１．５ｋｇ／ｃｍ^２のものである。スクラブ処理後のビア表面の状態を示す写真であり、ブラシの押し付け圧が約３．５ｋｇ／ｃｍ^２のものである。スクラブ処理後のビア表面の状態を示す写真であり、ブラシの押し付け圧が０ｋｇ／ｃｍ^２のものである。従来の洗浄装置の概略構成図である。

符号の説明

１００洗浄装置
１０２ブラシ
１０４支持部
１０６駆動部
１０８検出部
１１０供給部
１１２制御部
２００ウェハ
３００洗浄装置
３０２ブラシ
３０４圧力センサ
３０６揺動腕
３０８駆動制御部
３１０昇降モータ
３１２位置検出部
３１４演算部
４００ウェハ

Claims

ビアメタルの機械的化学的研磨後にウェハ表面をブラシのスクラビングにより洗浄する方法であって、
前記ブラシの前記ウェハ表面への押し付け量を約１．５ｍｍ以下としてスクラビングを行うことを特徴とする機械的化学的研磨後の洗浄方法。
前記ブラシの前記ウェハ表面への押し付け圧を約０．０１ｋｇ／ｃｍ^２以上約０．７０ｋｇ／ｃｍ^２以下としてスクラビングを行うことを特徴とする請求項１に記載の機械的化学的研磨後の洗浄方法。