JP2010087338A - Method and apparatus for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently form a Cu wiring structure, by preventing a poisoning defect due to re-adhesion of particles to a wafer in cleaning after Cu-CMP from occurring, which has been a problem. <P>SOLUTION: This method of manufacturing a semiconductor device of a multilayered wiring structure including upper-layer wiring, lower-layer wiring and vias connecting the upper-layer wiring to the lower-layer wiring includes processes of: forming a trench and thereafter forming a conductive film containing copper on the upper surface of a low-permittivity film; forming the lower-layer wiring in the trench by chemically and mechanically polishing the conductive film; cleaning a substrate after the chemical and mechanical polishing; and executing a reduction treatment by ammonium plasma to the upper surface of the low-permittivity film to form a diffusion prevention film thereon. The cleaning process executes two or more stages of cleaning, wherein brush scrub cleaning is executed using an organic acid cleaning chemical in the first stage, and cleaning is executed using an organic alkaline cleaning chemical in the second stage. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体デバイスの製造に関し、詳しくは、化学的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)後のウェハの洗浄方法を改良する技術に関する。   The present invention relates to the manufacture of semiconductor devices, and more particularly to a technique for improving a method for cleaning a wafer after chemical mechanical polishing (CMP).

半導体装置(半導体デバイス)の高集積化、微細化が進行した結果、その半導体デバイスの多層配線化、配線材料におけるCuと低誘電率(Low−k)材料との導入、配線構造の狭ピッチ化が進行している。   As a result of high integration and miniaturization of semiconductor devices (semiconductor devices), the semiconductor devices are made into multi-layer wiring, the introduction of Cu and low dielectric constant (Low-k) materials in the wiring material, and the narrow pitch of the wiring structure Is progressing.

以下では、一例として、Cu配線の多層配線工程(デュアルダマシンプロセス)の製造方法について説明する。図13は、90nmデバイス以降の、多層配線構造を備える半導体装置におけるCu配線工程の製造方法の一例を示す。   Hereinafter, as an example, a manufacturing method of a multilayer wiring process (dual damascene process) of Cu wiring will be described. FIG. 13 shows an example of a manufacturing method of a Cu wiring process in a semiconductor device having a multilayer wiring structure after a 90 nm device.

まず、図13(a)に示すように、シリコン基板上に形成された所定の膜厚(例えば、600nm)を有する第1の低誘電率膜1の上面に、所定の深さ(例えば、300nm)を有する第1のトレンチが開口される。低誘電率膜には、例えば、炭素含有シリコン酸化膜(SiOC膜)が用いられる。次に、スパッタリング法によってTa、TaNから構成される第1のバリアメタル膜2と、電解メッキ法のためのCu電極膜(Cuシード膜ともいう。図示せず)とが下層から順に成膜される。さらに、電解メッキ法によりCu膜3が、第1のバリアメタル膜2またはCu電極膜から所定の膜厚(例えば、600nm)まで堆積される。   First, as shown in FIG. 13A, a predetermined depth (for example, 300 nm) is formed on the upper surface of the first low dielectric constant film 1 having a predetermined film thickness (for example, 600 nm) formed on a silicon substrate. ) Is opened. For example, a carbon-containing silicon oxide film (SiOC film) is used as the low dielectric constant film. Next, a first barrier metal film 2 composed of Ta and TaN and a Cu electrode film (also referred to as a Cu seed film, not shown) for electrolytic plating are formed in this order from the lower layer by sputtering. The Further, the Cu film 3 is deposited from the first barrier metal film 2 or the Cu electrode film to a predetermined film thickness (for example, 600 nm) by electrolytic plating.

その後、Cu−CMP(Cu膜に対する化学的機械的研磨)により、第1のトレンチ以外のCu膜3と第1のバリアメタル膜2とが除去されることで、図13(b)にように、第1のトレンチ内にCuが埋め込まれた第1のトレンチ配線4が形成される。   Thereafter, the Cu film 3 other than the first trench and the first barrier metal film 2 are removed by Cu-CMP (chemical mechanical polishing for the Cu film), as shown in FIG. Then, the first trench wiring 4 in which Cu is embedded in the first trench is formed.

次に、図13(c)に示すように、この第1のトレンチ配線4上に、アンモニアプラズマによる還元処理が施され、さらに、その第1のトレンチ配線4上に所定の膜厚(例えば、50nm)を有する第1の拡散防止膜5が形成される。当該第1の拡散防止膜5は、後述する第2の低誘電率膜6内に第1のトレンチ配線4内のCuが拡散することを防止するための膜であり、例えば、シリコン炭窒化膜(SiCN膜)が用いられる。   Next, as shown in FIG. 13C, a reduction process using ammonia plasma is performed on the first trench wiring 4, and a predetermined film thickness (for example, for example, on the first trench wiring 4) 50 nm) is formed. The first diffusion preventing film 5 is a film for preventing Cu in the first trench wiring 4 from diffusing into a second low dielectric constant film 6 described later, for example, a silicon carbonitride film (SiCN film) is used.

さらに、図13(d)に示すように、第1の拡散防止膜5上に、所定の膜厚(例えば、600nm)を有する第2の低誘電率膜6が形成される。さらに、当該第2の低誘電率膜6上に、有機系材料からなる反射防止膜7が塗布される。当該反射防止膜7は、第2の低誘電率膜6にビアホールを形成する際に、後述するフォトリソグラフィー工程において下地層となる第1のトレンチ配線4からの反射光を抑制し、ビアホールの形成不良を防止する。さらに、反射防止膜7上に、第1の化学増幅型レジスト8が塗布されて、所定のマスクを用いてフォトリソグラフィーが実行され、第1の化学増幅型レジスト8が解像される。   Further, as shown in FIG. 13D, a second low dielectric constant film 6 having a predetermined film thickness (for example, 600 nm) is formed on the first diffusion preventing film 5. Further, an antireflection film 7 made of an organic material is applied on the second low dielectric constant film 6. When the via hole is formed in the second low dielectric constant film 6, the antireflection film 7 suppresses reflected light from the first trench wiring 4 serving as a base layer in a photolithography process described later, thereby forming a via hole. Prevent defects. Further, a first chemically amplified resist 8 is applied on the antireflection film 7, and photolithography is performed using a predetermined mask, so that the first chemically amplified resist 8 is resolved.

次に、図13(e)に示すように、ドライエッチング法により、第2の低誘電率膜6の上面から第1の拡散防止膜5の上面まで当該第2の低誘電率膜6が除去され、第1のビアホール9が開口される。   Next, as shown in FIG. 13E, the second low dielectric constant film 6 is removed from the upper surface of the second low dielectric constant film 6 to the upper surface of the first diffusion prevention film 5 by dry etching. Then, the first via hole 9 is opened.

続いて、図13(f)に示すように、第1のビアホール9が開口された第2の低誘電率膜6上に、有機系材料からなる第2の反射防止膜10が埋め込まれ、さらに、第2の化学増幅型レジスト11が塗布され、所定のマスクを用いたフォトリソグラフィー工程を経て、第2の化学増幅型レジスト11が解像される。   Subsequently, as shown in FIG. 13F, a second antireflection film 10 made of an organic material is embedded on the second low dielectric constant film 6 in which the first via hole 9 is opened. Then, the second chemically amplified resist 11 is applied, and the second chemically amplified resist 11 is resolved through a photolithography process using a predetermined mask.

次に、図13(g)に示すように、ドライエッチング法により、第2の低誘電率膜6に形成された第1のビアホール9上に、所定の深さ(例えば、300nm)を有する第2のトレンチ12が開口される。   Next, as shown in FIG. 13G, a first depth having a predetermined depth (for example, 300 nm) is formed on the first via hole 9 formed in the second low dielectric constant film 6 by dry etching. Two trenches 12 are opened.

その後、図13(h)に示すように、全面エッチバックが行われ、第1のビアホール9の底面に存在する拡散防止膜5が除去され、第1のトレンチ配線4の表面が露出される。   Thereafter, as shown in FIG. 13H, the entire surface is etched back, the diffusion preventing film 5 existing on the bottom surface of the first via hole 9 is removed, and the surface of the first trench wiring 4 is exposed.

さらに、図13(i)に示すように、スパッタリング法によりTa、TaNから構成される第2のバリアメタル膜13と、電解メッキ法のためのCu電極膜(Cuシード膜、図示せず)とが成膜される。次に、電解メッキ法によりCu膜14が第1のビアホール9と、第2のトレンチ12とに埋め込まれる。   Furthermore, as shown in FIG. 13 (i), a second barrier metal film 13 made of Ta and TaN by a sputtering method, a Cu electrode film (Cu seed film, not shown) for electrolytic plating, and Is deposited. Next, the Cu film 14 is embedded in the first via hole 9 and the second trench 12 by electrolytic plating.

その後、図13(j)に示すように、Cu−CMPにより第1のビアホール9および第2のトレンチ12以外のCu膜14と、第2のバリアメタル膜13とが除去されることで、第2のトレンチ配線15が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 13 (j), the Cu film 14 other than the first via hole 9 and the second trench 12 and the second barrier metal film 13 are removed by Cu-CMP. Two trench wirings 15 are formed.

以上のような製造工程を繰り返すことによって、Cu配線の多層配線構造を有する半導体装置を製造することができる。   By repeating the above manufacturing process, a semiconductor device having a multilayer wiring structure of Cu wiring can be manufactured.

しかしながら、当該製造方法を採用すると、フォトリソグラフィーを実行する際に、ポイゾニング不良が発生するという問題があった。ポイゾニング不良とは、化学増幅型レジストの解像不良(パターン形成不良)が発生することをいう。ポイゾニング不良は、以下の手順によって発生する。上述のように、Cu−CMPによりトレンチ配線を形成した後、低誘電率膜上にアンモニアプラズマによる還元処理を実行するが、その際、低誘電率膜中のメチル基とアンモニアラジカルとが結合し、低誘電率膜上にアミン(塩基)が生成される。アミンが生成された後、上層に新たにCu配線を形成するために新たに低誘電率膜とビアホールとを形成し、化学増幅型レジストを塗布して、フォトリソグラフィーを実行する。この場合、化学増幅型レジストの下方に設けられた下地層ではアミンが残留するため、当該フォトリソグラフィー工程中に、その下地層からアミンが拡散し、化学増幅型レジストに浸入する。浸入したアミンは、露光により化学増幅型レジスト内で発生する酸を中和してしまい、レジストパターンを形成する際の化学増幅作用を弱める。その結果、化学増幅型レジストの解像不良(パターン形成不良)が発生することになる。   However, when the manufacturing method is employed, there is a problem that poisoning failure occurs when photolithography is performed. Poisoning failure means that a resolution failure (pattern formation failure) of a chemically amplified resist occurs. Poisoning failure occurs by the following procedure. As described above, after the trench wiring is formed by Cu-CMP, reduction treatment by ammonia plasma is performed on the low dielectric constant film. At this time, the methyl group and the ammonia radical in the low dielectric constant film are combined. An amine (base) is generated on the low dielectric constant film. After the amine is generated, a low dielectric constant film and a via hole are newly formed in order to form a new Cu wiring on the upper layer, a chemically amplified resist is applied, and photolithography is performed. In this case, since the amine remains in the underlayer provided below the chemically amplified resist, the amine diffuses from the underlayer during the photolithography process and enters the chemically amplified resist. The infiltrated amine neutralizes the acid generated in the chemically amplified resist by exposure and weakens the chemical amplification action when forming the resist pattern. As a result, poor resolution (pattern formation failure) of the chemically amplified resist occurs.

当該問題の解決を目的として、特開2006−73569号公報(特許文献1)は、基板上にガスを供給することにより、SiとCとNを含む膜を形成する工程についての技術を開示している。当該技術では、上記ガスは少なくとも原料ガスと不活性ガスから構成され、上記原料ガスの一つに有機基と部分的に結合したSiを含むガスを用いる。そして、このSiを含むガスと不活性ガスの流量比を、1:4.2以上にすることで膜を形成している。当該構成により、拡散防止膜(SiCN膜)からのアミンの放出を抑制することができ、ポイゾニング不良の発生を抑制することができるとしている。   For the purpose of solving the problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-73569 (Patent Document 1) discloses a technique for forming a film containing Si, C, and N by supplying a gas onto a substrate. ing. In this technique, the gas is composed of at least a raw material gas and an inert gas, and a gas containing Si partially bonded to an organic group is used as one of the raw material gases. The film is formed by setting the flow ratio of the gas containing Si and the inert gas to 1: 4.2 or more. According to this configuration, it is possible to suppress the release of amine from the diffusion preventing film (SiCN film) and to suppress the occurrence of poor poisoning.

他方、半導体装置の製造方法を採用すると、半導体装置の動作不良や信頼性の低下を引き起こすという問題があった。当該問題は、以下のような手順にて発生する。   On the other hand, when a method for manufacturing a semiconductor device is employed, there is a problem in that the semiconductor device malfunctions and reliability is reduced. The problem occurs in the following procedure.

当該製造方法では、Cu配線以外の不要なCu膜およびバリアメタル膜を除去する工程であるCu−CMPは必要不可欠な工程である。このCu−CMPの後のウェハ表面には、異物、分子状の有機成分、スラリー残渣、可動イオン、金属等の汚染物質(以下、パーティクルとする)が付着するため、Cu−CMP後に当該パーティクルを洗浄する工程を実行する必要がある。しかしながら、当該洗浄工程を実行したとしても、ウェハ表面にパーティクルが残留することがあり、当該パーティクルが半導体装置の動作不良や信頼性の低下を引き起こす。そのため、Cu−CMP後のウェハの洗浄工程では、ウェハ上のパーティクルを効率よく除去し、ウェハ表面の酸化膜の過剰エッチングやCu配線のマイクロラフネス(薄膜表面に形成されるナノメートルサイズの幾何学的形状)を防止する必要がある。   In the manufacturing method, Cu-CMP, which is a process for removing unnecessary Cu film and barrier metal film other than Cu wiring, is an indispensable process. Contaminants (hereinafter referred to as particles) such as foreign substances, molecular organic components, slurry residues, mobile ions, and metals adhere to the wafer surface after this Cu-CMP. It is necessary to carry out a cleaning process. However, even if the cleaning process is performed, particles may remain on the wafer surface, and the particles cause a malfunction of the semiconductor device and a decrease in reliability. Therefore, in the wafer cleaning process after Cu-CMP, particles on the wafer are efficiently removed, excessive etching of the oxide film on the wafer surface and microroughness of the Cu wiring (geometry of nanometer size formed on the thin film surface). It is necessary to prevent the target shape).

例えば、特開平11−330023号公報(特許文献2)は、層間絶縁膜を含んだウェハの表面に銅を成膜した後、酸化剤を含む研磨剤を用いて化学的機械的研磨処理を加えたものに対し洗浄する工程についての技術を開示している。当該技術では、アルカリもしくは水素還元雰囲気の1段目粒子除去処理と、さらに、酸雰囲気の2段目処理をこの順番に組み合せて行なうことによりウェハを洗浄している。当該構成により、Cu配線、Wプラグやバリアメタル膜にダメージを与えることなく、Cu配線以外へのCuやWの付着をはじめとする各種金属による汚染を効果的に除去しまた防止することが出来るとしている。
特開2006−73569公報 特開平11−330023号公報
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-330023 (Patent Document 2) discloses that after a copper film is formed on the surface of a wafer including an interlayer insulating film, a chemical mechanical polishing process is performed using an abrasive containing an oxidizing agent. The technique about the process of wash | cleaning a thing is disclosed. In this technique, the wafer is cleaned by combining the first-stage particle removal process in an alkali or hydrogen reducing atmosphere and the second-stage process in an acid atmosphere in this order. With this configuration, it is possible to effectively remove and prevent contamination by various metals including adhesion of Cu and W to other than the Cu wiring without damaging the Cu wiring, W plug and barrier metal film. It is said.
JP 2006-73569 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-330023

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、ポイゾニング不良の発生を防止できるものの、原料ガスと不活性ガスとから構成されるガスを取り扱わなければならず、製造処理の操作が煩雑となり、コスト高となるという問題がある。   However, although the technique described in Patent Document 1 can prevent the occurrence of poor poisoning, it must handle a gas composed of a raw material gas and an inert gas, which makes the operation of the manufacturing process complicated and expensive. There is a problem of becoming.

さらに、特許文献2に記載の技術では、Cu−CMP後の洗浄工程において、Cu配線上のパーティクルを完全に除去しきれない場合があり、Cu配線上に残存するパーティクルに起因してポイゾニング不良が発生するという問題がある。上述したように、ポイゾニング不良の原因となるアミンは、低誘電率膜中及び表面に存在している。そのため、Cu配線上に少量でもパーティクルが残留した状態で、その表面に拡散防止膜を形成すると、パーティクルの部分では、パーティクル上に拡散防止膜が形成されるため、拡散防止膜が浮き上がった状態で形成されることになる。当該拡散防止膜の浮き上がった部分では、拡散防止膜の膜厚が薄くなるため、低誘電率膜に連通する穴が拡散防止膜に形成されることがある。このような穴が拡散防止膜に形成された場合、低誘電率膜中及び表面に存在するアミンが当該穴を通過して化学増幅型レジストに拡散・浸入し、ポイゾニング不良を発生させることになる。   Furthermore, in the technique described in Patent Document 2, in the cleaning process after Cu-CMP, particles on the Cu wiring may not be completely removed, and poisoning defects may be caused due to particles remaining on the Cu wiring. There is a problem that occurs. As described above, amines that cause poisoning defects are present in and on the low dielectric constant film. Therefore, if a diffusion prevention film is formed on the surface of the Cu wiring with a small amount of particles remaining on the surface, a diffusion prevention film is formed on the particles at the particle portion. Will be formed. In the floating portion of the diffusion prevention film, since the diffusion prevention film is thin, a hole communicating with the low dielectric constant film may be formed in the diffusion prevention film. When such a hole is formed in the diffusion prevention film, the amine present in the low dielectric constant film and on the surface passes through the hole and diffuses and penetrates into the chemically amplified resist, resulting in poor poisoning. .

さらに、Cu−CMP後の洗浄工程では、例えば、PVAブラシを使用している。PVAブラシとは、ポリビニルアルコール樹脂製のスポンジからなり、表面に円柱状の突起が配置された円柱形状のブラシである。このPVAブラシをウェハ洗浄に使用すると、パーティクルの再付着を引き起こすという問題がある。つまり、洗浄工程中では、PVAブラシを使用すると、ウェハ上に存在するパーティクルがそのPVAブラシに付着し、一時的にはCu配線上から除去される。しかしながら、洗浄工程完了後、ウェハからPVAブラシを脱離する際に、PVAブラシに付着したパーティクルがそのウェハのCu配線上に再付着する。その再付着したパーティクルが、上述した理由によりポイゾニング不良を引き起こすこととなる。   Furthermore, in the cleaning process after Cu-CMP, for example, a PVA brush is used. The PVA brush is a cylindrical brush made of a sponge made of polyvinyl alcohol resin and having a cylindrical protrusion disposed on the surface. When this PVA brush is used for wafer cleaning, there is a problem of causing reattachment of particles. In other words, during the cleaning process, when a PVA brush is used, particles existing on the wafer adhere to the PVA brush and are temporarily removed from the Cu wiring. However, after the cleaning process is completed, when the PVA brush is detached from the wafer, the particles attached to the PVA brush reattach to the Cu wiring of the wafer. The reattached particles cause poor poisoning for the reasons described above.

そこで、本発明は、Cu−CMP後の洗浄工程におけるCu配線上へのパーティクルの再付着を防止することで、ポイゾニング不良を抑制し、半導体装置の歩留まりを向上させる半導体装置の製造方法および半導体製造装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention suppresses poisoning defects by preventing re-adhesion of particles on the Cu wiring in the cleaning process after Cu-CMP, thereby improving the yield of the semiconductor device and the semiconductor manufacturing. An object is to provide an apparatus.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上層配線と、下層配線と、上層配線と下層配線とを接続するビアとを含む多層配線構造を備える半導体装置の製造方法を前提とする。当該製造方法において、基板上に形成された低誘電率膜の上面にトレンチを形成する工程と、上記トレンチの形成後に、上記低誘電率膜の上面に銅を含む導電性膜を成膜する工程と、上記導電性膜を化学的機械的研磨して上記トレンチに下層配線を形成する工程とを実行する。さらに、当該製造方法は、上記化学的機械的研磨後に、上記基板を洗浄する工程と、上記基板の洗浄後に、上記低誘電率膜の上面にアンモニアプラズマによる還元処理を実行し、その上に拡散防止膜を形成する工程と、上記拡散防止膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、上記下層配線の上方で、上記層間絶縁膜に、ビアに対応するビアホールを開口する工程とを実行する。次に、当該製造方法は、上記ビアホールに反射防止膜を埋め込む工程と、上記反射防止膜の上面に化学増幅型レジストを塗布し、フォトリソグラフィーにより上層配線のトレンチに対応するレジストパターンを形成する工程とを含む。上記洗浄工程は、少なくとも2段階の洗浄を行ない、第1段目は、有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、第2段目は、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうよう構成される。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention has a multilayer wiring structure including an upper layer wiring, a lower layer wiring, and a via connecting the upper layer wiring and the lower layer wiring. A manufacturing method of a semiconductor device is provided. In the manufacturing method, a step of forming a trench on the upper surface of the low dielectric constant film formed on the substrate, and a step of forming a conductive film containing copper on the upper surface of the low dielectric constant film after the formation of the trench And a step of chemically and mechanically polishing the conductive film to form a lower layer wiring in the trench. Further, the manufacturing method includes a step of cleaning the substrate after the chemical mechanical polishing, and after the cleaning of the substrate, a reduction treatment with ammonia plasma is performed on the upper surface of the low dielectric constant film, and diffusion is performed thereon. A step of forming a prevention film, a step of forming an interlayer insulation film on the diffusion prevention film, and a step of opening a via hole corresponding to a via in the interlayer insulation film above the lower layer wiring are performed. Next, the manufacturing method includes a step of embedding an antireflection film in the via hole, a step of applying a chemically amplified resist on the upper surface of the antireflection film, and forming a resist pattern corresponding to the trench of the upper wiring by photolithography Including. The cleaning process is performed in at least two stages, the first stage performs brush scrub cleaning using an organic acid cleaning chemical, and the second stage performs cleaning using an organic alkaline cleaning chemical. Is done.

低誘電率膜は、例えば、炭素含有シリコン酸化膜(SiOC膜)が該当する。拡散防止膜は、例えば、シリコン炭窒化膜(SiCN膜)が該当する。有機酸洗浄薬液とは、有機酸を用いて作成された洗浄薬液のことである。例えば、シュウ酸やマロン酸、コハク酸、酒石酸、リンゴ酸、クエン酸などを使用することができる。有機アルカリ洗浄薬液とは、アルカリ洗浄剤にキレート剤を添加した有機アルカリを用いて作成された洗浄薬液のことである。例えば、グルコン酸塩、EDTA(ethylendiaminetetra
-acetic acid:エチレンジアミン四酢酸)、HEDTA(N−(2−hydroxyethyl)ethylenedinitrilotriacetic acid)、ホスホン酸塩などのキレート剤を添加したアンモニア水を使用することができる。
The low dielectric constant film corresponds to, for example, a carbon-containing silicon oxide film (SiOC film). For example, a silicon carbonitride film (SiCN film) corresponds to the diffusion prevention film. The organic acid cleaning chemical is a cleaning chemical prepared using an organic acid. For example, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, tartaric acid, malic acid, citric acid and the like can be used. An organic alkali cleaning chemical is a cleaning chemical prepared using an organic alkali obtained by adding a chelating agent to an alkaline cleaning agent. For example, gluconate, EDTA (ethylenediaminetra
Aqueous acid: ethylenediaminetetraacetic acid), HEDTA (N- (2-hydroxyethyl) ethyleneditriotropic acid), aqueous ammonia to which a chelating agent such as phosphonate is added can be used.

ブラシスクラブ洗浄とは、基板の両表面に当接するように一対の回転ブラシを設けて、その一対の回転ブラシを回転することにより、基板に付着しているパーティクルを除去する洗浄のことである。例えば、基板は略垂直な姿勢に保たれた状態で、ブラシスクラブ洗浄が施される。基板は略水平な姿勢に保たれた状態であっても構わない。   Brush scrub cleaning is cleaning that removes particles adhering to the substrate by providing a pair of rotating brushes so as to contact both surfaces of the substrate and rotating the pair of rotating brushes. For example, brush scrub cleaning is performed while the substrate is maintained in a substantially vertical posture. The substrate may be kept in a substantially horizontal posture.

また、上記洗浄工程の第1段目は、pHが3〜4の有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、上記洗浄工程の第2段目は、pHが9〜10の有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうよう構成することができる。   The first stage of the cleaning process performs brush scrub cleaning using an organic acid cleaning chemical solution having a pH of 3 to 4, and the second stage of the cleaning process includes organic alkali cleaning having a pH of 9 to 10. It can comprise so that it may wash | clean using a chemical | medical solution.

また、上記洗浄工程の第1段目は、ブラシスクラブ洗浄が実行される基板を回転する工程と、上記基板の回転が開始すると、所定の期間毎に、当該基板の回転に対応する回転数を検出する工程と、検出した回転数が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する工程とを実行する。さらに、上記洗浄工程の第1段目は、上記判定の結果、検出した回転数が所定の範囲外である場合、その基板のブラシスクラブ洗浄を停止する工程とを含むよう構成することができる。例えば、基板を回転する回転部の回転数と、その回転部によって回転が伝達された基板の回転に対応する回転数とを測定する構成の場合、所定の範囲は、基板の回転に対応する回転数が回転部の回転数と同等となる回転数の範囲である。   The first stage of the cleaning step includes a step of rotating a substrate on which brush scrub cleaning is performed, and a rotation number corresponding to the rotation of the substrate every predetermined period when the substrate starts rotating. A step of detecting and a step of determining whether or not the detected number of rotations is included within a predetermined range are executed. Further, the first stage of the cleaning step may include a step of stopping brush scrub cleaning of the substrate when the detected number of rotations is outside a predetermined range as a result of the determination. For example, in the case of a configuration that measures the number of rotations of the rotating unit that rotates the substrate and the number of rotations corresponding to the rotation of the substrate whose rotation is transmitted by the rotating unit, the predetermined range is the rotation corresponding to the rotation of the substrate. The number is in the range of the number of rotations that is equivalent to the number of rotations of the rotating part.

一方、他の観点では、本発明は、2段階の洗浄を行なう半導体製造装置を提供することもできる。当該半導体製造装置は、低誘電率膜の上面に銅を含む導電性膜が成膜された基板に対して化学的機械的研磨を実行し、当該導電性膜がトレンチに埋め込まれた下層配線を形成する研磨部と、上記化学的機械的研磨が実行された基板に対して洗浄を実行する洗浄部とを備えた半導体製造装置を前提とする。当該半導体製造装置において、上記洗浄部が、有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を実行する第1洗浄ユニットと、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を実行する第2洗浄ユニットとを備えるよう構成することができる。   On the other hand, in another aspect, the present invention can also provide a semiconductor manufacturing apparatus that performs two-stage cleaning. The semiconductor manufacturing apparatus performs chemical mechanical polishing on a substrate having a conductive film containing copper formed on an upper surface of a low dielectric constant film, and forms a lower layer wiring in which the conductive film is embedded in a trench. A semiconductor manufacturing apparatus including a polishing unit to be formed and a cleaning unit that performs cleaning on the substrate on which the chemical mechanical polishing is performed is assumed. In the semiconductor manufacturing apparatus, the cleaning unit includes a first cleaning unit that performs brush scrub cleaning using an organic acid cleaning chemical, and a second cleaning unit that performs cleaning using an organic alkaline cleaning chemical. can do.

また、上記第1洗浄ユニットは、pHが3〜4の有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、上記第2洗浄ユニットは、pHが9〜10の有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうよう構成することができる。   The first cleaning unit performs brush scrub cleaning using an organic acid cleaning chemical having a pH of 3 to 4, and the second cleaning unit performs cleaning using an organic alkaline cleaning chemical having a pH of 9 to 10. Can be configured to do.

また、上記第1洗浄ユニットは、ブラシスクラブ洗浄が実行される基板を回転する回転部と、上記基板の回転が開始すると、所定の期間毎に、当該基板の回転に対応する回転数を検出する検出部と、検出した回転数が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する判定部とを備える。さらに、上記第1洗浄ユニットは、上記判定の結果、検出した回転数が所定の範囲外である場合、その基板のブラシスクラブ洗浄を停止する停止部とを備えるよう構成することができる。上記検出部は、直接、回転している基板の回転数を計測してもよいし、基板の回転によって回転される回転体の回転数を計測してもよい。   Further, the first cleaning unit detects a rotation number corresponding to the rotation of the substrate every predetermined period when the rotation unit that rotates the substrate on which brush scrub cleaning is performed and the rotation of the substrate starts. A detection unit; and a determination unit that determines whether or not the detected number of rotations is included in a predetermined range. Furthermore, the first cleaning unit may be configured to include a stop unit that stops brush scrub cleaning of the substrate when the detected number of rotations is outside a predetermined range as a result of the determination. The detection unit may directly measure the number of rotations of the rotating substrate, or may measure the number of rotations of a rotating body that is rotated by the rotation of the substrate.

本発明の半導体装置の製造方法によれば、上記洗浄工程は、少なくとも2段階の洗浄を行ない、第1段目は、有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、第2段目は、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうよう構成している。   According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the cleaning step performs at least two stages of cleaning, the first stage performs brush scrub cleaning using an organic acid cleaning chemical, and the second stage includes Cleaning is performed using an organic alkali cleaning chemical.

これにより、第1段目では、ブラシスクラブ洗浄の際に使用される洗浄薬液が有機酸であることから、銅を含む下層配線もパーティクルもマイナス電位を有することとなる。そのため、パーティクルが下層配線上に付着すること、またはブラシに付着したパーティクルが下層配線上に再付着することを防止することが可能となる。さらに、第2段目では、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうことから、下層配線もパーティクルもマイナス電位を有することとなり、下層配線上に残存するパーティクルを適切に除去することが可能となる。また、有機アルカリ洗浄薬液が下層配線の表面をエッチングするため、仮に下層配線の表面にパーティクルが残存したとしても、そのパーティクルを適切に除去することが可能となる。その結果、洗浄後に、例えば、還元処理やフォトリソグラフィーが実行されても、下層配線上に再付着したパーティクルに起因して発生するポイゾニング不良を適切に防止するとともに、半導体製造装置の歩留まりを向上することが可能となる。   Thereby, in the first stage, since the cleaning chemical used in the brush scrub cleaning is an organic acid, both the lower wiring containing copper and the particles have a negative potential. Therefore, it is possible to prevent particles from adhering to the lower layer wiring, or particles adhering to the brush from re-adhering to the lower layer wiring. Furthermore, in the second stage, since cleaning is performed using an organic alkali cleaning chemical solution, both the lower layer wiring and the particles have a negative potential, and it is possible to appropriately remove the particles remaining on the lower layer wiring. . Further, since the organic alkali cleaning chemical solution etches the surface of the lower layer wiring, even if particles remain on the surface of the lower layer wiring, the particles can be appropriately removed. As a result, after cleaning, for example, even if reduction treatment or photolithography is performed, it is possible to appropriately prevent poisoning defects caused by particles reattached on the lower layer wiring and to improve the yield of the semiconductor manufacturing apparatus. It becomes possible.

また、上記洗浄工程の第1段目は、pHが3〜4の有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、上記洗浄工程の第2段目は、pHが9〜10の有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうよう構成することができる。   The first stage of the cleaning process performs brush scrub cleaning using an organic acid cleaning chemical solution having a pH of 3 to 4, and the second stage of the cleaning process includes organic alkali cleaning having a pH of 9 to 10. It can comprise so that it may wash using a chemical | medical solution.

これにより、第1段目では、銅を含む下層配線もパーティクルも確実にマイナス電位を有する状態でブラシスクラブ洗浄を行なうこととなる。さらに、第2段目でも、下層配線もパーティクルも確実にマイナス電位を有する状態で洗浄を行なうこととなる。そのため、Cu−CMP後の洗浄工程で、下層配線上にパーティクルが残存する可能性を最小限にし、結果として、ポイゾニング不良の発生を最小限に抑え、半導体製造装置の歩留まりを向上することが可能となる。   Thereby, in the first stage, brush scrub cleaning is performed in a state where both the lower-layer wiring containing copper and the particles surely have a negative potential. Further, even in the second stage, cleaning is performed in a state where the lower layer wiring and the particles surely have a negative potential. Therefore, it is possible to minimize the possibility of particles remaining on the lower layer wiring in the cleaning process after Cu-CMP, thereby minimizing the occurrence of poisoning defects and improving the yield of semiconductor manufacturing equipment. It becomes.

また、上記洗浄工程の第1段目は、ブラシスクラブ洗浄が実行される基板を回転する工程と、上記基板の回転が開始すると、所定の期間毎に、当該基板の回転に対応する回転数を検出する工程と、検出した回転数が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する工程と、上記判定した結果、検出した回転数が所定の範囲内に含まれない場合、その基板のブラシスクラブ洗浄を停止する工程とを含むよう構成することができる。   The first stage of the cleaning step includes a step of rotating a substrate on which brush scrub cleaning is performed, and a rotation number corresponding to the rotation of the substrate every predetermined period when the substrate starts rotating. A step of detecting, a step of determining whether or not the detected number of rotations is included in a predetermined range, and a brush on the substrate when the detected number of rotations is not included in the predetermined range as a result of the determination And a step of stopping the scrub cleaning.

これにより、第1段目では、ブラシが基板に均一に接触しているか否かを判定するとともに、ブラシが基板に均一に接触していない場合は、基板のブラシスクラブ洗浄を停止することとなる。そのため、ブラシが基板に均一に接触していない場合に多発する下層配線へのパーティクルの再付着を確実に防止することが可能となる。さらに、ブラシが基板に均一に接触していない場合では、基板に対するブラシスクラブ洗浄の実行を停止することが可能となる。その結果、下層配線上に再付着したパーティクルに起因して発生するポイゾニング不良を適切に防止するとともに、半導体製造装置の歩留まりを向上することが可能となる。   Thereby, in the first stage, it is determined whether or not the brush is uniformly in contact with the substrate, and if the brush is not uniformly in contact with the substrate, the brush scrub cleaning of the substrate is stopped. . Therefore, it becomes possible to reliably prevent the reattachment of particles to the lower layer wiring, which frequently occurs when the brush is not uniformly in contact with the substrate. Furthermore, when the brush is not in uniform contact with the substrate, it is possible to stop performing the brush scrub cleaning on the substrate. As a result, it is possible to appropriately prevent poisoning defects caused by the particles reattached on the lower layer wiring and improve the yield of the semiconductor manufacturing apparatus.

もちろん、本発明に係る半導体製造装置においても、同様の効果を奏する。   Of course, the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention has the same effect.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下では、ウェハ(基板)上にCu配線の多層配線を有する半導体装置の製造方法により、本発明を具体化している。なお、当該製造方法において、化学的機械的研磨は、標準的な研磨パッドと浮遊砥粒を使用する第1の方式の他に、固定砥粒を使用する第2の方式、または第1の方式と第2の方式との中間的な方式を含むこととする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, the present invention is embodied by a method for manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring of Cu wiring on a wafer (substrate). In the manufacturing method, the chemical mechanical polishing is not limited to the first method using a standard polishing pad and floating abrasive grains, but the second method using fixed abrasive grains, or the first method. And an intermediate method between the second method and the second method.

<第一の実施形態>
図1は、本発明の第一の実施形態におけるCu−CMP装置を示す概略構成図である。なお、以下では、図1の上下方向をCu−CMP装置10の前後方向とし、図1の左右方向をCu−CMP装置10の左右方向として説明する。
<First embodiment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a Cu-CMP apparatus according to a first embodiment of the present invention. In the following description, the vertical direction in FIG. 1 is referred to as the front-rear direction of the Cu-CMP apparatus 10, and the horizontal direction in FIG.

図1に示すように、本実施形態のCu−CMP装置10は、ウェハの研磨を行なう研磨部2と、研磨部2で研磨されたウェハの洗浄を行なう洗浄部3とを備える。洗浄部3は研磨部2に隣接して設けられており、研磨部2と洗浄部3との間でウェハの搬送を実行するウェットロボットR2が研磨部2および洗浄部3に隣接して配置されている。当該ウェットロボットR2は、後述するドライロボットR1から受け取ったウェハを研磨部2へ搬送するとともに、研磨部2で化学的機械的研磨が施されたウェハを洗浄部3へ搬送する。   As shown in FIG. 1, the Cu-CMP apparatus 10 of this embodiment includes a polishing unit 2 that polishes a wafer and a cleaning unit 3 that cleans the wafer polished by the polishing unit 2. The cleaning unit 3 is provided adjacent to the polishing unit 2, and a wet robot R <b> 2 that carries a wafer between the polishing unit 2 and the cleaning unit 3 is disposed adjacent to the polishing unit 2 and the cleaning unit 3. ing. The wet robot R2 transports the wafer received from the dry robot R1 described later to the polishing unit 2 and transports the wafer subjected to chemical mechanical polishing by the polishing unit 2 to the cleaning unit 3.

また、研磨部2と、洗浄部3と、複数のロードポート群(例えば、ロードポートLP1、LP2、LP3、LP4)とが、Cu−CMP装置10の前後方向に対して直列に配置される。各ロードポートLP1、LP2、LP3、LP4は、Cu−CMP装置10の左右方向に対して直列に配置される。複数のロードポートLP1、LP2、LP3、LP4では、複数のウェハを収容したFOUP(Front Opening Unified Pod)等の容器が着脱自在に搬入・配置される。さらに、ウェットロボットR2と複数のロードポートLP1、LP2、LP3、LP4との間、および洗浄部3と複数のロードポートLP1、LP2、LP3、LP4との間でウェハの搬送を行なうドライロボットR1が、ロードポートLP1、LP2、LP3、LP4、ウェットロボットR2および洗浄部3に隣接して備えられている。当該ドライロボットR1は、ロードポートLP1、LP2、LP3、LP4に設置された容器から所定の未処理ウェハを搬出し、当該未処理ウェハをウェットロボットR2へ搬送する。また、ドライロボットR1は、後述の乾燥ユニットD1から乾燥済ウェハを搬出し、当該乾燥済ウェハをロードポートLP1、LP2、LP3、LP4に設置された容器へ搬入する。   Further, the polishing unit 2, the cleaning unit 3, and a plurality of load port groups (for example, load ports LP 1, LP 2, LP 3, LP 4) are arranged in series with respect to the front-rear direction of the Cu-CMP apparatus 10. Each load port LP 1, LP 2, LP 3, LP 4 is arranged in series with respect to the left-right direction of the Cu-CMP apparatus 10. In the plurality of load ports LP1, LP2, LP3, and LP4, containers such as FOUP (Front Opening Unified Pod) containing a plurality of wafers are detachably loaded and arranged. Further, there is a dry robot R1 that carries a wafer between the wet robot R2 and the plurality of load ports LP1, LP2, LP3, LP4 and between the cleaning unit 3 and the plurality of load ports LP1, LP2, LP3, LP4. , Adjacent to the load ports LP 1, LP 2, LP 3, LP 4, the wet robot R 2 and the cleaning unit 3. The dry robot R1 carries out a predetermined unprocessed wafer from a container installed in the load ports LP1, LP2, LP3, LP4, and transports the unprocessed wafer to the wet robot R2. Further, the dry robot R1 carries out a dried wafer from a drying unit D1 described later, and carries the dried wafer into containers installed in the load ports LP1, LP2, LP3, and LP4.

研磨部2では、ウェハ上に堆積された金属膜(ここでは、TaNからなる密着層、Taからなるバリアメタル膜、およびCu膜)を段階的に研磨するために、3つの研磨プラテン(第1研磨プラテンP1、第2研磨プラテンP2、第3研磨プラテンP3とする)が設けられる。3つの研磨プラテンに被加工体であるウェハが順次搬送・配置され、化学的機械的研磨が施される。例えば、未処理ウェハが第1研磨プラテンP1に搬送されて、ウェハ上のCu膜が所定の深さまで研磨される。次に、所定の深さまで研磨されたウェハが第2研磨プラテンP2に搬送されて、ウェハ上のCu膜が、研磨された面からバリアメタル膜の上面まで研磨される。さらに、バリアメタル膜の上面まで研磨されたウェハが第3研磨プラテンP3に搬送されて、ウェハ上のバリアメタル膜および密着層が研磨される。当該第3研磨プラテンP3では、バリアメタル膜および密着層を完全に除去するために、密着層の下の低誘電率膜が露出する程度まで研磨するオーバー研磨が実行される。   In the polishing unit 2, three polishing platens (first layers) are used to polish a metal film (here, an adhesion layer made of TaN, a barrier metal film made of Ta, and a Cu film) deposited on the wafer in stages. A polishing platen P1, a second polishing platen P2, and a third polishing platen P3 are provided). Wafers as workpieces are sequentially transferred and arranged on the three polishing platens and subjected to chemical mechanical polishing. For example, the unprocessed wafer is transferred to the first polishing platen P1, and the Cu film on the wafer is polished to a predetermined depth. Next, the wafer polished to a predetermined depth is transferred to the second polishing platen P2, and the Cu film on the wafer is polished from the polished surface to the upper surface of the barrier metal film. Further, the wafer polished to the upper surface of the barrier metal film is transferred to the third polishing platen P3, and the barrier metal film and the adhesion layer on the wafer are polished. In the third polishing platen P3, in order to completely remove the barrier metal film and the adhesion layer, overpolishing is performed so that the low dielectric constant film under the adhesion layer is exposed.

また、研磨部2には、3つの研磨プラテンの他に、ウェットロボットR2から搬送された未研磨ウェハ、または第3研磨プラテンP3から搬送された研磨済ウェハが載置されるロードアンロードユニットU1が設けられる。   In addition to the three polishing platens, the polishing unit 2 is loaded with an unpolished wafer transferred from the wet robot R2 or a polished wafer transferred from the third polishing platen P3. Is provided.

3つの研磨プラテンP1〜P3、ロードアンロードユニットU1の間でのウェハの搬送は、ウェハ回転機構部X1に接続されたヘッドH1〜H4(キャリアともいう)によって実行される。ウェハ回転機構部X1は、中心に対して等角度で放射状に伸びる4本のアームを有した十字形から構成され、その十字型の中心を回転軸として水平面内で回転可能に設けられる。ウェハ回転機構部X1の回転軸は、水平に設置された、研磨部2の機床に対して垂直に構成される。ウェハ回転機構部X1の回転軸を中心とした同一円周上に、3つの研磨プラテンP1〜P3と、ロードアンロードユニットU1とが配置される。また、各ヘッドH1〜H4は、昇降動作と、研磨プラテンP1〜P3と平行な面内での回転動作とが、それぞれ独立して実行可能な構成を有する。   Wafer transfer between the three polishing platens P1 to P3 and the load / unload unit U1 is performed by heads H1 to H4 (also referred to as carriers) connected to the wafer rotation mechanism unit X1. The wafer rotation mechanism portion X1 is formed of a cross shape having four arms extending radially at an equal angle with respect to the center, and is provided to be rotatable in a horizontal plane with the center of the cross shape as a rotation axis. The rotation axis of the wafer rotation mechanism unit X1 is configured to be perpendicular to the machine floor of the polishing unit 2 installed horizontally. Three polishing platens P <b> 1 to P <b> 3 and a load / unload unit U <b> 1 are disposed on the same circumference around the rotation axis of the wafer rotation mechanism unit X <b> 1. Each of the heads H1 to H4 has a configuration capable of independently performing a lifting operation and a rotation operation in a plane parallel to the polishing platens P1 to P3.

洗浄部3は、Cu−CMP後のウェハを段階的に洗浄する複数の洗浄ユニットから構成される。当該洗浄部3は、洗浄部受入ユニットCIN、有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行なう第1洗浄ユニットC1、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なう第2洗浄ユニットC2、乾燥を行なう乾燥ユニットD1が、Cu−CMP装置10の左右方向に対して直列に配置されている。また、洗浄部3は、洗浄部受入ユニットCIN、第1洗浄ユニットC1、第2洗浄ユニットC2、乾燥ユニットD1に沿って移動可能に設けられたロボットR3を備えている。   The cleaning unit 3 includes a plurality of cleaning units that clean the Cu-CMP wafer in stages. The cleaning unit 3 includes a cleaning unit receiving unit CIN, a first cleaning unit C1 that performs brush scrub cleaning using an organic acid cleaning chemical, a second cleaning unit C2 that performs cleaning using an organic alkaline cleaning chemical, and a drying that performs drying. The unit D1 is arranged in series with respect to the left-right direction of the Cu-CMP apparatus 10. Further, the cleaning unit 3 includes a robot R3 provided to be movable along the cleaning unit receiving unit CIN, the first cleaning unit C1, the second cleaning unit C2, and the drying unit D1.

ウェットロボットR2がCu−CMP後のウェハを洗浄部受入ユニットCINに搬送すると、ロボットR3が洗浄部受入ユニットCINに収納された当該ウェハを、第1洗浄ユニットC1、第2洗浄ユニットC2、乾燥ユニットD1の順番で搬送する。   When the wet robot R2 transports the Cu-CMP wafer to the cleaning unit receiving unit CIN, the robot R3 transfers the wafer stored in the cleaning unit receiving unit CIN to the first cleaning unit C1, the second cleaning unit C2, and the drying unit. Transport in the order of D1.

第1洗浄ユニットC1、第2洗浄ユニットC2は、それぞれ独立したユニットを構成し、別個の洗浄薬液を用いて洗浄処理を実行するとともに、Cu−CMP後のウェハに対して2段階の洗浄を行なう。乾燥ユニットD1では、洗浄後のウェハ(例えば、第1洗浄ユニットC1と第2洗浄ユニットC2とで洗浄処理を実行されたウェハ)の乾燥処理が行われる。   The first cleaning unit C1 and the second cleaning unit C2 constitute independent units, perform cleaning using separate cleaning chemicals, and perform two-stage cleaning on the wafer after Cu-CMP. . In the drying unit D1, a drying process is performed on the cleaned wafer (for example, a wafer that has been cleaned by the first cleaning unit C1 and the second cleaning unit C2).

Cu−CMP装置10には、制御部100が接続されており、当該制御部100が上述した研磨部2と洗浄部3とを制御する。   A control unit 100 is connected to the Cu-CMP apparatus 10, and the control unit 100 controls the polishing unit 2 and the cleaning unit 3 described above.

図2は、本発明の第一の実施形態におけるCu−CMP装置10の洗浄部3のうち、第1洗浄ユニットC1の主要構成を示す図である。なお、図2の第1洗浄ユニットC1の前方向が図1の下方向に対応し、図2の第1洗浄ユニットC1の右方向が図1の右方向に対応する。   FIG. 2 is a diagram illustrating a main configuration of the first cleaning unit C1 in the cleaning unit 3 of the Cu-CMP apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention. 2 corresponds to the downward direction in FIG. 1, and the right direction of the first cleaning unit C1 in FIG. 2 corresponds to the right direction in FIG.

図2に示すように、第1洗浄ユニットC1は直方体からなり、Cu−CMP後のウェハWが機床に対して略垂直な姿勢に保たれた状態で、かつウェハWが第1洗浄ユニットC1の前面に対して垂直となる状態で、当該ウェハWが第1洗浄ユニットC1の上方から収納されるよう構成される。第1洗浄ユニットC1内部の前後には、収納されるウェハWの直径より狭い間隔で、2個のプーリー(前方のプーリーP1、後方のプーリーP2)が設けられている。当該2個のプーリーP1、P2は、第1洗浄ユニットC1の上方から収納されたウェハWを下方から支持する。また、2個のプーリーP1、P2は、相互に同一の半径を有し、その回転軸P1a、P2aは、ともに、収納されたウェハWの表面に対して直交している。言い換えると、2個のプーリーP1、P2の回転軸P1a、P2aは、第1洗浄ユニットC1の右側面に対して直交している。2個のプーリーP1、P2にはそれぞれモーター(図示せず)が接続され、例えば、回転軸P1a、P2aに対して右側面視で反時計回りに50rpm(revolutions per minute)で回転するよう構成される。2個のプーリーP1、P2がウェハWを支持した状態で、それぞれの回転軸P1a、P2aに対して右側面視で反時計回りに50rpmで回転すると、その回転がウェハWに伝達され、ウェハWが2個のプーリーP1、P2の回転軸P1a、P2aと平行となる回転軸Waに対して右側面視で反時計回りに所定の回転数で回転することとなる。当該所定の回転数は、例えば、ウェハWの直径に対するプーリーの直径の割合にプーリーの回転数を乗算して決定される。具体的には、ウェハWの直径に対するプーリーの直径の割合を1/10とし、プーリーの回転数を500rpmとすると、当該所定の回転数は、50rpmとなる。   As shown in FIG. 2, the first cleaning unit C1 is a rectangular parallelepiped, the wafer W after Cu-CMP is maintained in a posture substantially perpendicular to the machine floor, and the wafer W is the first cleaning unit C1. The wafer W is configured to be stored from above the first cleaning unit C1 in a state perpendicular to the front surface. Two pulleys (a front pulley P1 and a rear pulley P2) are provided on the front and rear sides of the inside of the first cleaning unit C1 at an interval narrower than the diameter of the wafer W to be stored. The two pulleys P1 and P2 support the wafer W stored from above the first cleaning unit C1 from below. The two pulleys P1 and P2 have the same radius, and the rotation axes P1a and P2a are both orthogonal to the surface of the stored wafer W. In other words, the rotation axes P1a and P2a of the two pulleys P1 and P2 are orthogonal to the right side surface of the first cleaning unit C1. A motor (not shown) is connected to each of the two pulleys P1 and P2, and is configured to rotate, for example, at 50 rpm (revolutions per minute) counterclockwise with respect to the rotation axes P1a and P2a when viewed from the right side. The When the two pulleys P1 and P2 support the wafer W and rotate at 50 rpm counterclockwise with respect to the respective rotation axes P1a and P2a when viewed from the right side, the rotation is transmitted to the wafer W, and the wafer W Is rotated at a predetermined number of rotations counterclockwise when viewed from the right side with respect to the rotation axis Wa parallel to the rotation axes P1a and P2a of the two pulleys P1 and P2. The predetermined rotational speed is determined, for example, by multiplying the ratio of the diameter of the pulley to the diameter of the wafer W by the rotational speed of the pulley. Specifically, assuming that the ratio of the diameter of the pulley to the diameter of the wafer W is 1/10 and the rotation speed of the pulley is 500 rpm, the predetermined rotation speed is 50 rpm.

なお、本発明の第一の実施形態における第1洗浄ユニットC1では、ウェハWに回転を伝達するプーリーを2個備えるよう構成したが、当該プーリーの回転軸P1a、P2aと平行となる回転軸を有するプーリーで、かつ、ウェハWを支持するプーリーを、さらに増加しても構わない。   In the first cleaning unit C1 according to the first embodiment of the present invention, two pulleys that transmit rotation to the wafer W are provided. However, rotation axes that are parallel to the rotation axes P1a and P2a of the pulleys are provided. The number of pulleys that support the wafer W may be further increased.

第1洗浄ユニットC1内部の左右には、第1のPVAブラシB1(左側のPVAブラシ)と第2のPVAブラシB2(右側のPVAブラシ)が備えられている。第1のPVAブラシB1と第2のPVAブラシB2は、2個のプーリーP1、P2に支持された、機床に対して略垂直なウェハWの両面(表裏面)に対してそれぞれ接離可能に構成される。当該接離可能となるよう、第1のPVAブラシB1と第2のPVAブラシB2は、その両端が第1洗浄ユニットC1の左右方向に平行移動可能なスライダ(図示せず)にそれぞれ支持されている。   A first PVA brush B1 (left PVA brush) and a second PVA brush B2 (right PVA brush) are provided on the left and right sides of the first cleaning unit C1. The first PVA brush B1 and the second PVA brush B2 can be brought into contact with and separated from both surfaces (front and back surfaces) of the wafer W supported by two pulleys P1 and P2 and substantially perpendicular to the machine floor. Composed. Both ends of the first PVA brush B1 and the second PVA brush B2 are supported by sliders (not shown) that can move in parallel in the left-right direction of the first cleaning unit C1, so that the contact and separation are possible. Yes.

第1のPVAブラシB1と第2のPVAブラシB2はそれぞれ円柱形状(ロール状)である。第1のPVAブラシB1は、第1のPVAブラシB1の回転軸B1aが収納されたウェハWの表面に対して平行となり、かつ当該ウェハWの中心に接触(当接)する位置に配置される。また、第2のPVAブラシB2は、第2のPVAブラシB2の回転軸B2aがウェハWを挟んで第1のPVAブラシB1の回転軸B1aに対向する位置で、当該ウェハWの表面に対して平行となり、かつ当該ウェハWの中心に接触(当接)する位置に配置される。従って、第1のPVAブラシB1と第2のPVAブラシB2とがウェハWを丁度挟み込む状態となる。このような一対の回転ブラシによってウェハを洗浄することをブラシスクラブ洗浄という。   Each of the first PVA brush B1 and the second PVA brush B2 has a cylindrical shape (roll shape). The first PVA brush B1 is arranged at a position that is parallel to the surface of the wafer W in which the rotation axis B1a of the first PVA brush B1 is housed and is in contact (contact) with the center of the wafer W. . Further, the second PVA brush B2 is located at a position where the rotation axis B2a of the second PVA brush B2 faces the rotation axis B1a of the first PVA brush B1 across the wafer W, with respect to the surface of the wafer W. They are arranged in parallel and at a position where they contact (abut) the center of the wafer W. Therefore, the first PVA brush B1 and the second PVA brush B2 are in a state of just sandwiching the wafer W. Cleaning the wafer with such a pair of rotating brushes is called brush scrub cleaning.

2本のPVAブラシB1、B2のうち、一方のPVAブラシ(例えば、第1のPVAブラシB1)がウェハWの表面を、他方のPVAブラシ(例えば、第2のPVAブラシB2)が当該ウェハWの裏面を洗浄する。2本のPVAブラシB1、B2がウェハWを洗浄する際に、2本のPVAブラシB1、B2の回転数は、例えば300rpmと設定される。その回転方向は、機床に対して略垂直なウェハWを下向きに掃き出す方向、言い換えると、ウェハWを2個のプーリーP1、P2に向けて掃き出す方向である。   Of the two PVA brushes B1 and B2, one PVA brush (for example, the first PVA brush B1) is on the surface of the wafer W, and the other PVA brush (for example, the second PVA brush B2) is on the wafer W. Clean the back of the. When the two PVA brushes B1 and B2 clean the wafer W, the rotational speed of the two PVA brushes B1 and B2 is set to 300 rpm, for example. The rotation direction is a direction in which the wafer W substantially perpendicular to the machine floor is swept downward, in other words, a direction in which the wafer W is swept toward the two pulleys P1 and P2.

また、2本のPVAブラシB1、B2の外周全面には、それぞれの軸方向全長にわたって複数の洗浄ノズル(ピンスポットタイプ)が設けられている。当該洗浄ノズルは、円柱状の突起から構成される。全ての洗浄ノズルは、PVAブラシB1、B2の内部と連通しており、当該PVAブラシB1、B2の内部に純水(脱イオン水、Distilled Ion Water、以下、DIWとする)が供給(圧入)されると、DIWがPVAブラシB1、B2の洗浄ノズルから軸中心から外周に向かって噴射(吐出)されるよう構成される。DIWは、2本のPVAブラシB1、B2にそれぞれ設けられた所定のポンプ(図示せず)によって供給される。DIWの供給量は、一つのPVAブラシ当たり、例えば2500ml/minと設定される。洗浄ノズルから噴射されたDIWがウェハWの表面上または銅配線上に付着したパーティクルを除去することとなる。   In addition, a plurality of cleaning nozzles (pin spot type) are provided on the entire outer periphery of the two PVA brushes B1 and B2 over their entire length in the axial direction. The cleaning nozzle is composed of a cylindrical protrusion. All the cleaning nozzles communicate with the insides of the PVA brushes B1 and B2, and pure water (deionized water, hereinafter referred to as DIW) is supplied (press-fit) into the PVA brushes B1 and B2. Then, the DIW is configured to be ejected (discharged) from the cleaning center of the PVA brushes B1 and B2 from the axial center toward the outer periphery. DIW is supplied by a predetermined pump (not shown) provided on each of the two PVA brushes B1 and B2. The supply amount of DIW is set to, for example, 2500 ml / min per PVA brush. The DIW sprayed from the cleaning nozzle removes particles adhering to the surface of the wafer W or the copper wiring.

ウェハWの洗浄が開始されると、第1のPVAブラシB1と第2のPVAブラシB2とがウェハWに接触しながら、そのウェハWを2個のプーリーP1、P2に向けて掃き出す方向にそれぞれ回転するとともに、ウェハWを支持する2個のプーリーP1、P2が回転する。そのため、第1のPVAブラシB1と第2のPVAブラシB2とが接触するウェハWの接触面が当該ウェハWの回転により随時変更されることとなる。したがって、第1のPVAブラシB1と第2のPVAブラシB2がウェハWの表面全体を均一に洗浄することとなる。   When the cleaning of the wafer W is started, the first PVA brush B1 and the second PVA brush B2 are in contact with the wafer W and are swept out toward the two pulleys P1 and P2, respectively. While rotating, the two pulleys P1 and P2 supporting the wafer W rotate. Therefore, the contact surface of the wafer W with which the first PVA brush B1 and the second PVA brush B2 come into contact is changed as needed by the rotation of the wafer W. Therefore, the first PVA brush B1 and the second PVA brush B2 uniformly clean the entire surface of the wafer W.

さらに、第1洗浄ユニットC1内部の左右上方には、言い換えると、ウェハWに対して主面上方には、複数のノズルNを有する第1のスプレーバーS1(左側のスプレーバー)と第2のスプレーバーS2(右側のスプレーバー)とが当該ウェハWを挟み込むように配置される。第1のスプレーバーS1と第2のスプレーバーS2に、ウェハの洗浄用に作成された洗浄薬液(第1洗浄ユニットC1では有機酸洗浄薬液、第2の洗浄ユニットC2では有機アルカリ洗浄薬液)が所定の洗浄薬液ポンプ(図示せず)によって供給され、供給された洗浄薬液が各ノズルNからウェハWの両面に対して噴射されるよう構成される。当該ノズルNの個数は、一つのスプレーバーに対して例えば5個備えられるが、ウェハWの表面に均一に洗浄薬液を噴射(吐出)することが可能であれば、その個数は、適宜変更される。また、一つのスプレーバーに備えられた複数のノズルNから吐出される洗浄薬液の吐出形状は、ウェハWの表面に均一に洗浄薬液が吐出されるように、ウェハWの中心線に対して扇型形状が採用される。当該吐出形状は、他の形状として、フルコーン形状、ストレート形状等を採用しても構わない。   Furthermore, a first spray bar S1 (a left spray bar) having a plurality of nozzles N and a second spray bar are provided at the upper left and right inside the first cleaning unit C1, in other words, above the main surface with respect to the wafer W. The spray bar S2 (right spray bar) is arranged so as to sandwich the wafer W. A cleaning chemical solution (organic acid cleaning chemical solution in the first cleaning unit C1 and organic alkaline cleaning chemical solution in the second cleaning unit C2) prepared for wafer cleaning is applied to the first spray bar S1 and the second spray bar S2. The cleaning chemical solution is supplied by a predetermined cleaning chemical solution pump (not shown), and the supplied cleaning chemical solution is jetted from each nozzle N to both surfaces of the wafer W. For example, five nozzles N are provided for one spray bar. However, the number of nozzles N may be appropriately changed as long as the cleaning chemical liquid can be sprayed (discharged) uniformly on the surface of the wafer W. The Further, the discharge shape of the cleaning chemical liquid discharged from the plurality of nozzles N provided in one spray bar is a fan with respect to the center line of the wafer W so that the cleaning chemical liquid is uniformly discharged onto the surface of the wafer W. Mold shape is adopted. As the discharge shape, a full cone shape, a straight shape, or the like may be adopted as another shape.

第1のスプレーバーS1と第2のスプレーバーS2には、それぞれ洗浄薬液が供給される供給元に切換バルブ(図示せず)を有しており、当該洗浄薬液とDIWとが切換えて供給される構成になっている。第一の実施形態では、当該切換バルブを有することで、1対のスプレーバー(第1のスプレーバーS1、第2のスプレーバーS2)でも、洗浄薬液とDIWとを切り換えて、噴射(吐出)可能な構成としているが、他の構成でも構わない。例えば、1対のスプレーバーの軸に対して平行な軸を有する新たな1対のスプレーバーを設けて、洗浄薬液とDIWとをそれぞれ独立したスプレーバーから噴射(吐出)するよう構成しても構わない。   Each of the first spray bar S1 and the second spray bar S2 has a switching valve (not shown) at the supply source to which the cleaning chemical liquid is supplied, and the cleaning chemical liquid and DIW are switched and supplied. It is the composition which becomes. In the first embodiment, by having the switching valve, even with a pair of spray bars (first spray bar S1, second spray bar S2), the cleaning chemical liquid and DIW are switched to perform injection (discharge). Although possible configurations are possible, other configurations may be used. For example, a new pair of spray bars having an axis parallel to the axis of the pair of spray bars may be provided, and the cleaning chemical solution and DIW may be ejected (discharged) from independent spray bars. I do not care.

なお、第一の実施形態では、第1洗浄ユニット内に収納されるウェハの向きを略垂直方向と構成したが、略水平方向に構成しても構わない。その場合、一対のPVAブラシが略水平なウェハを上下から挟み込むように配置される。ウェハが略垂直方向でも略水平方向でも、ウェハとPVAブラシとの接触面は直線状であり、当該PVAブラシがウェハ全面を均一に洗浄するために、PVAブラシの回転軸と、ウェハの表面とが相互に平行となるよう構成される。   In the first embodiment, the orientation of the wafer housed in the first cleaning unit is configured as a substantially vertical direction, but may be configured in a substantially horizontal direction. In that case, a pair of PVA brushes are arranged so as to sandwich a substantially horizontal wafer from above and below. The contact surface between the wafer and the PVA brush is linear regardless of whether the wafer is substantially vertical or substantially horizontal. In order for the PVA brush to uniformly clean the entire wafer surface, the rotation axis of the PVA brush, the surface of the wafer, Are configured to be parallel to each other.

第1洗浄ユニットC1には、上述の制御部100が接続されている。当該制御部100が上述した2個のプーリーP1、P2の回転、2個のPVAブラシB1、B2の回転、2個のPVAブラシB1、B2に対応する所定のポンプの駆動、第1のスプレーバーS1と第2のスプレーバーS2とに対応する所定の洗浄薬液ポンプの駆動、切換バルブの切換等を制御する。   The control unit 100 described above is connected to the first cleaning unit C1. The control unit 100 rotates the two pulleys P1 and P2, the rotation of the two PVA brushes B1 and B2, the driving of a predetermined pump corresponding to the two PVA brushes B1 and B2, and the first spray bar. Control of the driving of a predetermined cleaning chemical pump corresponding to S1 and the second spray bar S2, switching of the switching valve, and the like is controlled.

以上より、図2を用いて第1洗浄ユニットC1の主要構成について説明したが、第2洗浄ユニットC2の主要構成は、当該第1洗浄ユニットC1の主要構成と同様である。但し、第2洗浄ユニットC2の主要構成では、第1のPVAブラシB1と第2のPVAブラシB2とを備えていない。   As described above, the main configuration of the first cleaning unit C1 has been described with reference to FIG. 2, but the main configuration of the second cleaning unit C2 is the same as the main configuration of the first cleaning unit C1. However, the main configuration of the second cleaning unit C2 does not include the first PVA brush B1 and the second PVA brush B2.

次に、Cu−CMP後の洗浄工程において、PVAブラシに付着したパーティクルが、ウェハの下層配線上に再付着し、そのパーティクルに起因してポイゾニング不良が引き起こされるメカニズムについて説明する。   Next, in the cleaning process after Cu-CMP, a mechanism in which particles adhering to the PVA brush reattaches to the lower layer wiring of the wafer and causes poisoning failure due to the particles will be described.

図3は、PVAブラシによるブラシスクラブ洗浄を実行し、フォトリソグラフィーを実行した後におけるウェハ表面上の欠陥の分布図である。また、図3の矢印方向は、ブラシスクラブ洗浄後にウェハを第1の洗浄ユニットC1から取り出した方向を示す。   FIG. 3 is a distribution diagram of defects on the wafer surface after performing brush scrub cleaning with a PVA brush and performing photolithography. 3 indicates the direction in which the wafer is taken out from the first cleaning unit C1 after brush scrub cleaning.

図3に示すように、ウェハ表面上の欠陥の分布が、図3の矢印方向に対して垂直方向に一本の帯状(以下、帯状のパターン形成不良とする)を構成していることが確認される。さらに、上記帯状のパターン形成不良は、ウェハの中心を通過していることが確認される。   As shown in FIG. 3, it is confirmed that the distribution of defects on the wafer surface forms a single band (hereinafter referred to as a band-shaped pattern formation defect) in a direction perpendicular to the arrow direction in FIG. Is done. Further, it is confirmed that the band-shaped pattern formation defect passes through the center of the wafer.

ここで、第1洗浄ユニットC1内に設置された第1のPVAブラシB1または第2のPVAブラシB2は、ブラシスクラブ洗浄後のウェハを第1の洗浄ユニットC1から取り出す際に、当該ウェハの中心を通過し、図3の矢印方向に対して垂直方向に配置されている。そのため、帯状のパターン形成不良は、PVAブラシ(第1のPVAブラシB1または第2のPVAブラシB2)をウェハ表面から脱離する際に、当該PVAブラシに付着したパーティクルがウェハ表面に再付着したと推定される。   Here, the first PVA brush B1 or the second PVA brush B2 installed in the first cleaning unit C1 is the center of the wafer when the wafer after brush scrub cleaning is taken out from the first cleaning unit C1. And is arranged in a direction perpendicular to the arrow direction in FIG. Therefore, when the PVA brush (the first PVA brush B1 or the second PVA brush B2) is detached from the wafer surface, the particles attached to the PVA brush are reattached to the wafer surface. It is estimated to be.

次に、図4には、フォトリソグラフィーを実行した後の代表的なパターンのイメージ図を示す。図4(a)には、図3に示した帯状のパターン形成不良が存在しないウェハに対応するイメージ図を示す。図4(b)には、図3に示した帯状のパターン形成不良を有するウェハに対応するイメージ図を示す。なお、図4の矢印方向は、図3の矢印方向と同方向に対応し、ブラシスクラブ洗浄後にPVAブラシを脱離したウェハを第1の洗浄ユニットC1から取り出した方向を示す。   Next, FIG. 4 shows an image diagram of a typical pattern after performing photolithography. FIG. 4A shows an image corresponding to a wafer having no strip-like pattern formation defect shown in FIG. FIG. 4B shows an image corresponding to the wafer having the band-like pattern formation defect shown in FIG. The arrow direction in FIG. 4 corresponds to the same direction as the arrow in FIG. 3 and indicates the direction in which the wafer from which the PVA brush is detached after brush scrub cleaning is taken out from the first cleaning unit C1.

図4(a)に示すように、帯状のパターン形成不良が存在しないウェハにフォトリソグラフィーを実行すると、矢印方向に対して垂直方向に所定のラインパターンLが、欠陥が生じることなく形成されることが確認される。一方、図4(b)に示すように、帯状のパターン形成不良を有するウェハにフォトリソグラフィーを実行すると、当該ウェハ表面のビアV(反射防止膜が埋め込まれたビアホール)上に形成されるはずのラインパターンLが形成されず、ライン形成不良(図4(b)では、点線で示された領域)が発生していることが確認される。ライン形成不良が発生していることをCu配線のオープン不良ともいう。   As shown in FIG. 4A, when photolithography is performed on a wafer having no strip-like pattern formation defect, a predetermined line pattern L is formed in the direction perpendicular to the arrow direction without causing defects. Is confirmed. On the other hand, as shown in FIG. 4B, when photolithography is performed on a wafer having a band-like pattern formation defect, it should be formed on a via V (a via hole in which an antireflection film is embedded) on the wafer surface. It is confirmed that the line pattern L is not formed and a line formation defect (a region indicated by a dotted line in FIG. 4B) occurs. The occurrence of line formation failure is also referred to as Cu wiring open failure.

これは、ウェハに帯状のパターン形成不良が発生すると、ポイゾニング不良、すなわち、化学増幅型レジストの解像不良が発生し、意図したラインパターンLを形成することが出来ないこと(ライン形成不良が発生したこと)を示す。結果として、ウェハの歩留まりを悪化させることになる。   This is because when a band-like pattern formation failure occurs on a wafer, a poisoning failure, that is, a resolution failure of a chemically amplified resist occurs, and the intended line pattern L cannot be formed (the line formation failure occurs). ). As a result, the yield of the wafer is deteriorated.

次に、PVAブラシに付着したパーティクルがウェハ表面上に再付着するメカニズムについて説明する。   Next, the mechanism by which particles adhering to the PVA brush are reattached on the wafer surface will be described.

図5は、Cu−CMP後のブラシスクラブ洗浄において存在する部材に対応するゼータ電位と、その部材が存在している洗浄薬液中のpHとの関係を示す図である。当該部材は、例えば、Cu配線または研磨されたCu膜に対応するCu、ウェハの研磨砥粒に対応するSiO2、PVAブラシ由来の有機成分に対応するPVAが挙げられる。当該ゼータ電位は、例えば、JIS Z 8901に準拠して測定される。また、*が付されている部材に対応するゼータ電位は、洗浄薬液として有機酸洗浄薬液を用いて測定した値を示す。*が付されている部材は、Cu*とSiO2*とが該当する。なお、有機酸洗浄薬液を用いて測定した理由は、測定されるCu*とSiO2*とのゼータ電位を、Cu−CMP後のブラシスクラブ洗浄における条件でのCu*とSiO2*とのゼータ電位に近づけるためである。また、*が付されている部材に対応するゼータ電位の変化は、図5において破線で示している。また、*が付されていない部材に対応するゼータ電位は、洗浄薬液として無機洗浄薬液(無機酸洗浄薬液または無機アルカリ洗浄薬液)を用いて測定した値を示す。*が付されていない部材は、CuとSiO2とPVAとが該当する。*が付されていない部材に対応するゼータ電位の変化は、図5において実線で示している。 FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a zeta potential corresponding to a member existing in brush scrub cleaning after Cu-CMP and a pH in a cleaning chemical solution in which the member exists. Examples of the member include Cu corresponding to a Cu wiring or a polished Cu film, SiO 2 corresponding to a polishing abrasive grain of a wafer, and PVA corresponding to an organic component derived from a PVA brush. The zeta potential is measured according to JIS Z 8901, for example. Further, the zeta potential corresponding to the member marked with * indicates a value measured using an organic acid cleaning chemical as the cleaning chemical. The members marked with * correspond to Cu * and SiO 2 *. The reason for the measurement using the organic acid cleaning chemical solution is that the zeta potential of Cu * and SiO 2 * to be measured is the zeta of Cu * and SiO 2 * under the conditions in brush scrub cleaning after Cu-CMP. This is to bring it close to the potential. Further, the change in zeta potential corresponding to the member marked with * is indicated by a broken line in FIG. Further, the zeta potential corresponding to a member not marked with * indicates a value measured using an inorganic cleaning chemical (inorganic acid cleaning chemical or inorganic alkaline cleaning chemical) as the cleaning chemical. Members not marked with * correspond to Cu, SiO 2 and PVA. A change in zeta potential corresponding to a member not marked with * is indicated by a solid line in FIG.

図5に示すように、例えば、pHが酸性領域(pH3〜4)において、有機酸洗浄薬液で測定されたCu*とSiO2*とのゼータ電位と、無機酸洗浄薬液で測定されたPVAのゼータ電位とが全てマイナス電位であることが確認される。そのため、有機酸洗浄薬液(pH3〜4)を用いてブラシスクラブ洗浄を行なうと、静電反発によって、PVAブラシ由来の有機成分や研磨砥粒であるSiO2またはCuは、有機酸洗浄薬液に浸されたウェハのCu配線上に付着しないことが理解される。 As shown in FIG. 5, for example, in the acidic region (pH 3 to 4), the zeta potential of Cu * and SiO 2 * measured with an organic acid cleaning chemical solution and the PVA measured with an inorganic acid cleaning chemical solution It is confirmed that all the zeta potentials are negative potentials. Therefore, when brush scrub cleaning is performed using an organic acid cleaning chemical solution (pH 3 to 4), the organic component derived from the PVA brush and the SiO 2 or Cu as abrasive grains are immersed in the organic acid cleaning chemical solution due to electrostatic repulsion. It is understood that it does not adhere on the Cu wiring of the formed wafer.

また、pHが中性領域(pH6〜8)では、無機酸洗浄薬液または無機アルカリ洗浄薬液で測定されたCuのゼータ電位はプラス電位であるものの、無機酸洗浄薬液または無機アルカリ洗浄薬液で測定されたSiO2とPVAとのゼータ電位はマイナス電位であることが確認される。そのため、例えば、中性領域に該当するDIWを用いてブラシスクラブ洗浄を行なうと、静電引力によって、上記有機成分や研磨砥粒は、DIWに浸されたウェハのCu配線上に容易に付着することが理解される。 In addition, in the neutral pH range (pH 6-8), although the zeta potential of Cu measured with an inorganic acid cleaning solution or an inorganic alkaline cleaning solution is a positive potential, it is measured with an inorganic acid cleaning solution or an inorganic alkaline cleaning solution. It is confirmed that the zeta potential of SiO 2 and PVA is a negative potential. Therefore, for example, when brush scrub cleaning is performed using DIW corresponding to a neutral region, the organic components and abrasive grains easily adhere to the Cu wiring of the wafer immersed in DIW due to electrostatic attraction. It is understood.

従来の第1洗浄ユニットC1での洗浄工程では、PVAブラシ内部から噴射(吐出)されるDIWにより、当該PVAブラシとウェハとの接触面近傍は、ほぼ中性(pH6〜8)を保持するよう構成されていた。そのため、ブラシスクラブ洗浄終了後に、ウェハからPVAブラシを脱離する場合に、上述した静電引力によって、PVAブラシに付着されたパーティクル(例えば、上述した有機成分や研磨砥粒等)がCu配線上に容易に再付着すると推定される。その結果、図3に示すように、再付着したパーティクルが、ウェハ上に帯状のパターン形成不良を形成する。   In the cleaning process in the conventional first cleaning unit C1, the vicinity of the contact surface between the PVA brush and the wafer is kept almost neutral (pH 6 to 8) by DIW sprayed (discharged) from the inside of the PVA brush. Was composed. Therefore, when the PVA brush is detached from the wafer after the brush scrub cleaning, particles (for example, the organic components and polishing abrasive grains described above) adhering to the PVA brush due to the electrostatic attraction described above are formed on the Cu wiring. It is estimated that it will reattach easily. As a result, as shown in FIG. 3, the reattached particles form a band-like pattern formation defect on the wafer.

さらに、pHがアルカリ領域(pH9〜10)では、無機酸洗浄薬液または無機アルカリ洗浄薬液で測定されたCu、SiO2、PVAの全てのゼータ電位がマイナス電位であることが確認される。そのため、アルカリ性洗浄薬液(例えば、pH9〜10である有機アルカリ洗浄薬液)を用いてウェハの洗浄を行なうと、静電反発によって、上記有機成分や研磨砥粒はウェハのCu配線上に付着しないことが理解される。 Furthermore, in the alkaline region (pH 9 to 10), it is confirmed that all the zeta potentials of Cu, SiO 2 and PVA measured with the inorganic acid cleaning chemical or the inorganic alkaline cleaning chemical are negative. For this reason, when the wafer is cleaned using an alkaline cleaning chemical (for example, an organic alkaline cleaning chemical having a pH of 9 to 10), the organic components and abrasive grains do not adhere to the Cu wiring of the wafer due to electrostatic repulsion. Is understood.

次に、Cu−CMP後に、例えば、Cu配線上に残留するパーティクルがポイゾニング不良を引き起こすメカニズムについて詳細に説明する。   Next, a mechanism in which, for example, particles remaining on the Cu wiring cause poisoning failure after Cu-CMP will be described in detail.

図6は、Cu配線上のパーティクルがポイゾニング不良を引き起こすメカニズムとCu配線の多層配線工程(デュアルダマシンプロセス)の製造方法の一例とを関連付けて示した図である。   FIG. 6 is a diagram showing a mechanism in which particles on Cu wiring cause poisoning defects and an example of a manufacturing method of a Cu wiring multilayer wiring process (dual damascene process).

図6(a)は、ダマシン法によりCu配線603が形成された第1の低誘電率膜601を示している(図13(b)に相当する)。なお、第1の低誘電率膜601は、例えば、炭素含有シリコン酸化膜(SiOC膜)が該当し、当該第1の低誘電率膜601は、ウェハ上に形成される。当該Cu配線603は、所定の厚み(例えば600nm)を有する低誘電率膜601中に、表面から所定の深さ(例えば、300nm)を有するトレンチが形成され、そのトレンチにTaNからなるバリアメタル膜602が成膜され、さらにバリアメタル膜602上にCu膜が埋め込まれて形成される。当該Cu配線603は、Cu−CMP工程を経て形成されるが、図6(a)には、Cu−CMP後のブラシスクラブ洗浄によって、Cu配線603上にパーティクル604が再付着している様子を示している。   FIG. 6A shows the first low dielectric constant film 601 in which the Cu wiring 603 is formed by the damascene method (corresponding to FIG. 13B). The first low dielectric constant film 601 corresponds to, for example, a carbon-containing silicon oxide film (SiOC film), and the first low dielectric constant film 601 is formed on the wafer. In the Cu wiring 603, a trench having a predetermined depth (for example, 300 nm) is formed in the low dielectric constant film 601 having a predetermined thickness (for example, 600 nm), and a barrier metal film made of TaN is formed in the trench. A film 602 is formed, and a Cu film is embedded on the barrier metal film 602. The Cu wiring 603 is formed through a Cu-CMP process. FIG. 6A shows a state in which particles 604 are reattached on the Cu wiring 603 by brush scrub cleaning after Cu-CMP. Show.

図6(b)は、当該パーティクル604がCu配線603上に再付着している状態で、アンモニアプラズマにより還元処理中の状態を示している(図13(c)に相当する)。当該還元処理により、Cu配線603の表面に形成されるCu酸化層を還元するとともに、Cu配線603上または第1の低誘電率膜601上に存在する微小な異物を除去する。当該還元処理が実行されると、第1の低誘電率膜601中のメチル基(−CH3)とアンモニアラジカルとが結合し、アミン605(メチルアミン、すなわち塩基)が生成される。また、Cu配線603上に再付着したパーティクル604が有機系異物である場合、その有機系異物がアンモニアプラズマ中のアンモニアラジカル(NH3ラジカル)と結合することによって、上述したアミンとは異なる塩基性を有するアミンが生成されることもある。従って、還元処理が実行されると、実行されたCu配線603上または第1の低誘電率膜601上に当該アミン605が残留することとなる。   FIG. 6B shows a state in which the particle 604 is reattached on the Cu wiring 603 and is being reduced by ammonia plasma (corresponding to FIG. 13C). By the reduction treatment, the Cu oxide layer formed on the surface of the Cu wiring 603 is reduced, and minute foreign matters existing on the Cu wiring 603 or the first low dielectric constant film 601 are removed. When the reduction treatment is executed, the methyl group (—CH 3) and the ammonia radical in the first low dielectric constant film 601 are combined to generate an amine 605 (methylamine, ie, a base). Further, when the particles 604 reattached on the Cu wiring 603 are organic foreign matters, the organic foreign matters are combined with ammonia radicals (NH 3 radicals) in the ammonia plasma, so that the basicity different from the amine described above is obtained. The amine which it has may be produced | generated. Therefore, when the reduction process is executed, the amine 605 remains on the executed Cu wiring 603 or the first low dielectric constant film 601.

次に、図6(c)は、還元処理後の第1の低誘電率膜601上に、所定の厚み(例えば、50nm)を有する拡散防止膜606が形成された状態を示している(図13(c)に相当する)。なお、当該拡散防止膜606は、例えば、シリコン炭窒化膜(SiCN膜)が該当する。Cu配線603上にパーティクル604が付着した状態で、拡散防止膜606を当該Cu配線603上と第1の低誘電率膜601上とに形成すると、パーティクル604の部分だけ浮き上がった拡散防止膜606aが形成される。パーティクル604の部分だけ浮き上がった拡散防止膜606aと拡散防止膜606との間に、第1の低誘電率膜601とCu配線603上面とを連通する穴606bが形成されることが理解される。つまり、Cu配線603上にパーティクル604が付着すると、拡散防止膜606の拡散防止機能が失われる。そのため、Cu配線603上または第1の低誘電率膜601上に残留したアミン605が当該穴606bを通過して、拡散防止膜606の上方に拡散することが可能な状態となる。   Next, FIG. 6C shows a state in which a diffusion prevention film 606 having a predetermined thickness (for example, 50 nm) is formed on the first low dielectric constant film 601 after the reduction treatment (FIG. 6). 13 (c)). The diffusion prevention film 606 corresponds to, for example, a silicon carbonitride film (SiCN film). When the diffusion prevention film 606 is formed on the Cu wiring 603 and the first low dielectric constant film 601 in a state where the particles 604 are attached on the Cu wiring 603, the diffusion prevention film 606a lifted only on the part of the particles 604 is formed. It is formed. It is understood that a hole 606b that connects the first low dielectric constant film 601 and the upper surface of the Cu wiring 603 is formed between the diffusion prevention film 606a and the diffusion prevention film 606 that are lifted only by the particle 604. That is, when the particles 604 adhere on the Cu wiring 603, the diffusion preventing function of the diffusion preventing film 606 is lost. Therefore, the amine 605 remaining on the Cu wiring 603 or the first low dielectric constant film 601 can pass through the hole 606b and be diffused above the diffusion preventing film 606.

次に、当該穴606bを有する拡散防止膜606の上に層間絶縁膜である第2の低誘電率膜607が形成され、ドライエッチング法によりCu配線603上にビアホール608が開口される(図13(e)に相当する)。開口されたビアホール608に反射防止膜609が埋め込まれて、その上に第2の化学増幅型レジスト610が塗布される(図13(f)に相当する)。   Next, a second low dielectric constant film 607 as an interlayer insulating film is formed on the diffusion prevention film 606 having the hole 606b, and a via hole 608 is opened on the Cu wiring 603 by dry etching (FIG. 13). (Corresponds to (e)). An antireflection film 609 is embedded in the opened via hole 608, and a second chemically amplified resist 610 is applied thereon (corresponding to FIG. 13F).

図6(d)は、第2の化学増幅型レジスト610が塗布されて、フォトリソグラフィー工程が実行される状態を示している。   FIG. 6D shows a state where the second chemically amplified resist 610 is applied and a photolithography process is performed.

図6(d)に示すように、パーティクル604の部分だけ浮き上がった拡散防止膜606aと拡散防止膜606との間に穴606bが形成されているため、第1の低誘電率膜601上に残留するアミン605が、その穴606bを通り抜けることになる。さらに、当該アミン605は、Cu配線603上に形成されたビアホール608を通過し、塗布された第2の化学増幅型レジスト610に吸収(浸入)されることになる。吸収されたアミン605は、露光により第2の化学増幅型レジスト610内で発生した酸と中和することにより、レジストパターンを形成する際の化学増幅作用を弱める。そのため、化学増幅型レジストの解像不良、すなわち、ポイゾニング不良が発生し、結果として、図4で説明したように、フォトリソグラフィーにおいて、意図したラインパターンLをウェハ上に形成することが出来ないことになるのである。   As shown in FIG. 6D, since a hole 606b is formed between the diffusion prevention film 606a and the diffusion prevention film 606 which are lifted only by the part of the particle 604, it remains on the first low dielectric constant film 601. The amine 605 will pass through the hole 606b. Further, the amine 605 passes through the via hole 608 formed on the Cu wiring 603 and is absorbed (penetrated) into the applied second chemically amplified resist 610. The absorbed amine 605 is neutralized with the acid generated in the second chemically amplified resist 610 by exposure to weaken the chemical amplification action when forming the resist pattern. For this reason, a poor resolution of the chemically amplified resist, that is, a poor poisoning occurs, and as a result, the intended line pattern L cannot be formed on the wafer in photolithography as described with reference to FIG. It becomes.

次に、洗浄ユニットを二つ備えたCu−CMP装置10を利用して、ポイゾニング不良を引き起こす、ブラシスクラブ洗浄後のパーティクルを適切に除去し、ウェハへのパーティクルの再付着を防止するウェハの洗浄方法について説明する。   Next, using the Cu-CMP apparatus 10 having two cleaning units, the wafer cleaning that appropriately removes particles after brush scrub cleaning that causes poisoning failure and prevents reattachment of particles to the wafer is performed. A method will be described.

図7は、第一の実施形態におけるCu−CMP後のウェハに対して2段階の洗浄の手順を示すためのフローチャートである。   FIG. 7 is a flowchart for illustrating a two-step cleaning procedure for a wafer after Cu-CMP according to the first embodiment.

まず、第1の低誘電率膜上のトレンチにCu膜が埋め込まれたウェハがFOUPに複数枚収納され、そのFOUPが、例えば、Cu−CMP装置10内のロードポートLP1に搬入される。当該FOUPが搬入されると、図1に示すように、Cu−CMP装置10の制御部100が所定の制御信号を受け、ドライロボットR1とウェットロボットR2とを駆動させて、所定のウェハをFOUPから研磨部2のロードアンロードユニットU1まで搬送する。   First, a plurality of wafers in which a Cu film is embedded in the trench on the first low dielectric constant film are stored in the FOUP, and the FOUP is carried into a load port LP1 in the Cu-CMP apparatus 10, for example. When the FOUP is loaded, as shown in FIG. 1, the control unit 100 of the Cu-CMP apparatus 10 receives a predetermined control signal and drives the dry robot R1 and the wet robot R2 to load the predetermined wafer into the FOUP. To the load / unload unit U1 of the polishing unit 2.

ロードアンロードユニットU1に搬送された所定のウェハは、さらに、ウェハ回転機構部X1に接続されたヘッドH1〜H4を介して、第1研磨プラテンP1から第3研磨プラテンP3まで搬送される。第1研磨プラテンP1から第3研磨プラテンP3まで所定のウェハが搬送される毎に、そのウェハがCMPを実行される。Cu−CMPにより、ウェハ上に存在する余剰のCu膜とバリアメタル膜との研磨が完了すると、再度、ロードアンロードユニットU1に搬送される(図7:S701)。   The predetermined wafer transferred to the load / unload unit U1 is further transferred from the first polishing platen P1 to the third polishing platen P3 via the heads H1 to H4 connected to the wafer rotation mechanism part X1. Each time a predetermined wafer is transferred from the first polishing platen P1 to the third polishing platen P3, the wafer is subjected to CMP. When the polishing of the excess Cu film and the barrier metal film existing on the wafer is completed by Cu-CMP, it is transferred again to the load / unload unit U1 (FIG. 7: S701).

ロードアンロードユニットU1に搬送されたCu−CMP後のウェハは、ウェットロボットR2によって、研磨部2から洗浄部3の洗浄部受入ユニットCINに搬送される。洗浄部受入ユニットCINに搬送されたCu−CMP後のウェハは、さらにロボットR3によって、第1洗浄ユニットC1内に搬入される。搬入されたウェハは、第1洗浄ユニットC1内の前方のプーリーP1と後方のプーリーP2とに支持されて、機床に対して略垂直な状態で収納される(図7:S702)。   The Cu-CMP wafer transferred to the load / unload unit U1 is transferred from the polishing unit 2 to the cleaning unit receiving unit CIN of the cleaning unit 3 by the wet robot R2. The wafer after Cu-CMP transferred to the cleaning unit receiving unit CIN is further carried into the first cleaning unit C1 by the robot R3. The loaded wafer is supported by the front pulley P1 and the rear pulley P2 in the first cleaning unit C1, and stored in a state substantially perpendicular to the machine floor (FIG. 7: S702).

Cu−CMP後のウェハが第1洗浄ユニットC1に収納されると、制御部100が有機酸洗浄薬液を用いたブラシスクラブ洗浄を実行する(図7:S703)。   When the wafer after Cu-CMP is stored in the first cleaning unit C1, the control unit 100 performs brush scrub cleaning using an organic acid cleaning chemical (FIG. 7: S703).

具体的には、制御部100が、第1洗浄ユニットC1に備えられた第1のPVAブラシB1と第2のPVAブラシB2とをそれぞれウェハの表面に接触させ、その第1のPVAブラシB1と第2のPVAブラシB2との回転数を300rpmとして回転させる。また、制御部100が、第1洗浄ユニットC1に備えられた前方のプーリーP1と後方のプーリーP2の回転数を50rpmとして回転させ、2個のプーリーP1、P2に支持されるウェハに当該回転を伝達し、ウェハを所定の回転数で回転させる。さらに、制御部100は、所定の洗浄薬液ポンプを駆動し、第1洗浄ユニットC1に備えられた第1のスプレーバーS1と第2のスプレーバーS2とに、それぞれpH3〜4を有する有機酸洗浄薬液を供給する。供給される有機酸洗浄薬液の流量は、スプレーバー毎に2000ml/minと設定される。なお、2つのPVAブラシB1、B2にはDIWが供給されない、またはDIWが供給されたとしても、ウェハを浸す有機酸洗浄薬液のpHが3〜4の範囲内に納まる程度の流量で供給される。   Specifically, the control unit 100 brings the first PVA brush B1 and the second PVA brush B2 provided in the first cleaning unit C1 into contact with the surface of the wafer, respectively, and the first PVA brush B1 The rotation speed of the second PVA brush B2 is set to 300 rpm. Further, the control unit 100 rotates the front pulley P1 and the rear pulley P2 provided in the first cleaning unit C1 at 50 rpm, and rotates the wafer supported by the two pulleys P1 and P2. Then, the wafer is rotated at a predetermined rotational speed. Further, the control unit 100 drives a predetermined cleaning chemical pump, and the first spray bar S1 and the second spray bar S2 provided in the first cleaning unit C1 each have an organic acid cleaning having a pH of 3 to 4. Supply chemicals. The flow rate of the supplied organic acid cleaning chemical is set to 2000 ml / min for each spray bar. In addition, even if DIW is not supplied to the two PVA brushes B1 and B2, or even if DIW is supplied, the pH of the organic acid cleaning chemical that immerses the wafer is supplied at a flow rate that falls within the range of 3 to 4. .

上述した条件とすると、図5の酸性領域に示すように、pH3〜4の範囲内の有機酸洗浄薬液がウェハ表面を浸した状態、すなわち、PVAブラシ由来の有機成分や研磨砥粒であるSiO2またはCuから構成されるパーティクルがCu配線上に付着し難い状態でブラシスクラブ洗浄を実行することとなる。当該状態では、PVAブラシがパーティクルをCu配線上から最も除去し易い状態に対応する。そのため、当該状態でブラシスクラブ洗浄を実行すると、図6に示したように、パーティクルに起因したポイゾニング不良の発生を抑制することが可能となる。なお、当該条件によるブラシスクラブ洗浄は、例えば50秒間継続して実行される。 When the above-described conditions are satisfied, as shown in the acidic region of FIG. 5, the state in which the organic acid cleaning chemical solution in the range of pH 3 to 4 is immersed in the wafer surface, that is, the organic component derived from the PVA brush or the SiO 2 which is the abrasive grain. Brush scrub cleaning is performed in a state where particles composed of 2 or Cu hardly adhere to the Cu wiring. In this state, the PVA brush corresponds to a state in which particles are most easily removed from the Cu wiring. Therefore, when brush scrub cleaning is executed in this state, it is possible to suppress the occurrence of poor poisoning due to particles as shown in FIG. Note that the brush scrub cleaning under the above conditions is continuously executed for 50 seconds, for example.

50秒間経過後、制御部100が、第1洗浄ユニットC1に備えられた2つのPVAブラシB1、B2をウェハ表面からそれぞれ脱離する。当該脱離が実行される場合、ウェハと2つのPVAブラシB1、B2とを浸す有機酸洗浄薬液のpHは、3〜4の範囲内に納まっており、中性領域の範囲(pH6〜8)内に納まることはない。   After 50 seconds, the control unit 100 removes the two PVA brushes B1 and B2 provided in the first cleaning unit C1 from the wafer surface. When the desorption is performed, the pH of the organic acid cleaning chemical that immerses the wafer and the two PVA brushes B1 and B2 is in the range of 3 to 4, and is in the neutral range (pH 6 to 8). Never fit in.

当該脱離後に、制御部100が、例えば、第1のスプレーバーS1と第2のスプレーバーS2とに備えられたそれぞれの切換バルブを切り換えて、第1のスプレーバーS1と第2のスプレーバーS2とに供給される有機酸洗浄薬液をDIWに変更し、所定の流量でDIWをウェハに噴射し、ウェハにDIW洗浄を実行する。当該DIW洗浄をDIWリンスともいい、DIWリンスは、15秒間継続して実行される(図7:S704)。   After the detachment, the control unit 100 switches the switching valves provided in the first spray bar S1 and the second spray bar S2, for example, so that the first spray bar S1 and the second spray bar are switched. The organic acid cleaning chemical supplied to S2 is changed to DIW, DIW is sprayed onto the wafer at a predetermined flow rate, and DIW cleaning is executed on the wafer. The DIW cleaning is also referred to as DIW rinsing, and the DIW rinsing is continuously executed for 15 seconds (FIG. 7: S704).

ウェハのDIWリンスが完了すると、制御部100が、ロボットR3を駆動させて、DIWリンス後のウェハを、第1洗浄ユニットC1から第2洗浄ユニットC2へ搬送する。DIWリンス後のウェハが、第2洗浄ユニットC2内の前方のプーリーP1と後方のプーリーP2とに支持されて、機床に対して略垂直な状態で収納されると、制御部100が有機アルカリ洗浄薬液を用いてウェハの洗浄を実行する(図7:S705)。   When the DIW rinsing of the wafer is completed, the control unit 100 drives the robot R3 to transport the wafer after DIW rinsing from the first cleaning unit C1 to the second cleaning unit C2. When the wafer after DIW rinsing is supported by the front pulley P1 and the rear pulley P2 in the second cleaning unit C2, and stored in a state substantially perpendicular to the machine floor, the controller 100 performs organic alkali cleaning. The wafer is cleaned using the chemical solution (FIG. 7: S705).

具体的には、制御部100が、第2洗浄ユニットC2に備えられた前方のプーリーP1と後方のプーリーP2の回転数を50rpmとして回転させ、2個のプーリーP1、P2に支持されるウェハに当該回転を伝達し、ウェハを所定の回転数で回転させる。さらに、第2洗浄ユニットC2に備えられた第1のスプレーバーS1と第2のスプレーバーS2とに、それぞれpH9〜10の有機アルカリ洗浄薬液を供給する。供給される有機アルカリ洗浄薬液の流量は、スプレーバー毎に1500ml/minと設定される。なお、第2洗浄ユニットC2には、2つのPVAブラシB1、B2は設けられていないため、当該洗浄では、ブラシスクラブ洗浄は実行されない。   Specifically, the control unit 100 rotates the front pulley P1 and the rear pulley P2 provided in the second cleaning unit C2 at 50 rpm so that the wafer is supported by the two pulleys P1 and P2. The rotation is transmitted, and the wafer is rotated at a predetermined number of rotations. Further, an organic alkaline cleaning chemical solution having a pH of 9 to 10 is supplied to each of the first spray bar S1 and the second spray bar S2 provided in the second cleaning unit C2. The flow rate of the supplied organic alkali cleaning chemical is set to 1500 ml / min for each spray bar. Since the second cleaning unit C2 is not provided with two PVA brushes B1 and B2, brush scrub cleaning is not performed in the cleaning.

上述した条件とすると、図5のアルカリ領域に示すように、pH9〜10の範囲内の有機アルカリ洗浄薬液がウェハ表面を浸した状態、すなわち、パーティクルがCu配線上に付着し難い状態でウェハの洗浄を実行することとなる。当該状態は、パーティクルをCu配線上から最も除去し易い状態に対応する。そのため、当該状態でウェハの洗浄を実行すると、上述したパーティクルに起因するポイゾニング不良の発生を確実に抑制することとなる。さらに、有機アルカリ洗浄薬液はCu配線の表面をエッチングするため、仮にCu配線上にパーティクルが残存したとしても、適切に除去することが可能となる。なお、当該条件による洗浄は、例えば15秒間継続して実行される。   Assuming that the conditions described above are satisfied, as shown in the alkali region of FIG. 5, an organic alkali cleaning chemical solution having a pH of 9 to 10 immerses the wafer surface, that is, particles are difficult to adhere to the Cu wiring. Cleaning will be performed. This state corresponds to a state in which particles are most easily removed from the Cu wiring. Therefore, when the wafer is cleaned in this state, the occurrence of the poisoning failure due to the above-described particles is surely suppressed. Furthermore, since the organic alkali cleaning chemical solution etches the surface of the Cu wiring, even if particles remain on the Cu wiring, it can be appropriately removed. Note that the cleaning under the conditions is continuously performed for 15 seconds, for example.

pH9〜10の有機アルカリ洗浄薬液がウェハ上に噴射される初期の段階では、当該ウェハ上に残留するDIWリンス後のDIWにより有機アルカリ洗浄薬液が聊か希釈されるものの、継続して有機アルカリ洗浄薬液がウェハ上に噴射されるため、希釈された洗浄薬液は下方へ流出し、結果として、pH9〜10の範囲内の有機アルカリ洗浄薬液がウェハ表面を浸してウェハを洗浄することとなる。   In the initial stage when the organic alkali cleaning chemical solution of pH 9 to 10 is sprayed onto the wafer, the organic alkali cleaning chemical solution is still diluted by DIW after DIW rinsing remaining on the wafer, but the organic alkali cleaning is continued. Since the chemical solution is sprayed onto the wafer, the diluted cleaning chemical solution flows downward, and as a result, the organic alkaline cleaning chemical solution having a pH of 9 to 10 immerses the wafer surface to clean the wafer.

15秒間経過後、制御部100が、第2洗浄ユニットC2の第1のスプレーバーS1と第2のスプレーバーS2とに備えられたそれぞれの切換バルブを切り換えて、第1のスプレーバーS1と第2のスプレーバーS2とに供給される有機アルカリ洗浄薬液をDIWに変更し、ウェハのDIWリンスを実行する(図7:S706)。当該DIWリンスは、例えば、15秒間継続して実行される。   After 15 seconds, the control unit 100 switches the switching valves provided in the first spray bar S1 and the second spray bar S2 of the second cleaning unit C2 to switch between the first spray bar S1 and the first spray bar S1. The organic alkali cleaning chemical supplied to the second spray bar S2 is changed to DIW, and DIW rinsing of the wafer is executed (FIG. 7: S706). The DIW rinse is executed continuously for 15 seconds, for example.

DIWリンスが完了すると、制御部100がロボットR3を駆動させ、DIWリンス完了後のウェハを、第2洗浄ユニットC2から乾燥ユニットD1へ搬送し、DIWリンス後のウェハに乾燥処理を実行する(図7:S707)。   When the DIW rinsing is completed, the controller 100 drives the robot R3, conveys the wafer after completion of the DIW rinsing from the second cleaning unit C2 to the drying unit D1, and executes a drying process on the wafer after the DIW rinsing (FIG. 7: S707).

乾燥方法としては、ウェハを高速で回転させ遠心力で乾燥させるスピン乾燥方式を採用しても構わないし、気相のIPA(イソプロピルアルコール)をウェハに対して噴霧し、マランゴニ効果を利用してDIWを除去・乾燥するマランゴニ乾燥方式を採用しても構わない。マランゴニ効果とは、異種溶液の濃度勾配によって溶液の流れが発生する効果のことである。マランゴニ乾燥方式では、IPAとDIWとの濃度勾配による溶液の流れを利用し、ウェハ表面に残留したDIWを減少させ、乾燥させる。第一の実施形態のように疎水性の低誘電率膜を層間絶縁膜として使用する場合、ウェハ表面上に残留したDIWが乾燥することにより、当該DIW中に含まれた不純物がウェハ表面上に残留し、当該不純物に基づいて形成されるマークであるウォーターマークが発生しやすい。当該ウォーターマークの発生を防止するために、マランゴニ乾燥方式が好ましく採用される。   As a drying method, a spin drying method in which the wafer is rotated at a high speed and dried by centrifugal force may be adopted. A vapor phase IPA (isopropyl alcohol) is sprayed on the wafer and DIW is utilized by utilizing the Marangoni effect. A Marangoni drying method that removes and dries may be adopted. The Marangoni effect is an effect in which a solution flow is generated by a concentration gradient of different solutions. In the Marangoni drying method, the flow of the solution due to the concentration gradient between IPA and DIW is used to reduce and dry DIW remaining on the wafer surface. When a hydrophobic low dielectric constant film is used as an interlayer insulating film as in the first embodiment, the DIW remaining on the wafer surface is dried, so that impurities contained in the DIW are formed on the wafer surface. A watermark that remains and is a mark formed based on the impurities is likely to occur. In order to prevent the occurrence of the watermark, a Marangoni drying method is preferably employed.

乾燥が完了すると、制御部100がドライロボットR1を駆動させて、乾燥済ウェハを乾燥ユニットD1から搬出し、当該乾燥済ウェハをロードポートLP1に配置されたFOUPに搬入し、一ウェハに対する一連の処理が完了する(図7:S708)。   When the drying is completed, the control unit 100 drives the dry robot R1 to carry out the dried wafer from the drying unit D1, carry the dried wafer into the FOUP disposed in the load port LP1, and perform a series of operations for one wafer. The process is completed (FIG. 7: S708).

上述した手順にてCu−CMP後の洗浄処理が施されたウェハに、さらに図6(b)から図6(d)で示した処理、すなわち、還元処理、拡散防止膜の成膜処理、第2の低誘電率膜の成膜処理、ドライエッチング法によるビアホール形成処理、反射防止膜の埋め込み処理、第2の化学増幅型レジストの塗布処理、フォトリソグラフィーが順次施される。   The wafers that have been subjected to the cleaning process after Cu-CMP in the above-described procedure are further processed by the processes shown in FIGS. 6B to 6D, that is, the reduction process, the formation process of the diffusion prevention film, 2 low dielectric constant film forming process, via hole forming process by dry etching, antireflection film embedding process, second chemically amplified resist coating process, and photolithography are sequentially performed.

フォトリソグラフィーが実行されたウェハを観察すると、図3に示された欠陥(帯状のパターン形成不良)が確認されなかった。観察対象のウェハを数十枚にわたって観察したものの、全てのウェハについて当該欠陥が確認されなかった。この結果は、上述したウェハの洗浄方法を実施することにより、2本のPVAブラシB1、B2に付着したパーティクルがCu配線上に再付着することを防止したことを示している。従って、上述したCu−CMP後の2段階の洗浄を実行することにより、当該パーティクルが引き起こすポイゾニング不良の発生を防止することができることを示している。   When the wafer on which photolithography was performed was observed, the defects (strip-shaped pattern formation defects) shown in FIG. 3 were not confirmed. Although several tens of wafers to be observed were observed, the defect was not confirmed for all the wafers. This result shows that the particles adhering to the two PVA brushes B1 and B2 are prevented from re-adhering on the Cu wiring by performing the wafer cleaning method described above. Therefore, it is shown that the occurrence of the poisoning failure caused by the particles can be prevented by executing the above-described two-stage cleaning after Cu-CMP.

このように、Cu−CMP後の洗浄工程において、当該洗浄工程は、少なくとも2段階の洗浄を行ない、第1段目は、有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、第2段目は、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうよう構成している。   Thus, in the cleaning process after Cu-CMP, the cleaning process performs at least two stages of cleaning, the first stage performs brush scrub cleaning using an organic acid cleaning chemical, and the second stage includes The cleaning is performed using an organic alkali cleaning chemical.

これにより、第1段目では、ブラシスクラブ洗浄の際に使用される洗浄薬液が有機酸であることから、Cu配線もパーティクルもマイナス電位を有することとなる。そのため、パーティクルがCu配線上に付着すること、またはPVAブラシに付着したパーティクルがCu配線上に再付着することを防止することが可能となる。さらに、第2段目では、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうことから、Cu配線もパーティクルもマイナス電位を有することとなり、Cu配線上に残存するパーティクルを適切に除去することが可能となる。また、有機アルカリ洗浄薬液がCu配線の表面をエッチングするため、仮にCu配線の表面にパーティクルが残存したとしても、そのパーティクルを適切に除去することが可能となる。その結果、洗浄後に、例えば、還元処理やフォトリソグラフィーが実行されても、Cu配線上に再付着したパーティクルに起因して発生するポイゾニング不良を適切に防止するとともに、半導体製造装置の歩留まりを向上することが可能となる。   As a result, in the first stage, since the cleaning chemical used in the brush scrub cleaning is an organic acid, both the Cu wiring and the particles have a negative potential. Therefore, it is possible to prevent particles from adhering to the Cu wiring, or particles adhering to the PVA brush from re-adhering to the Cu wiring. Furthermore, in the second stage, since cleaning is performed using an organic alkali cleaning chemical solution, both the Cu wiring and the particles have a negative potential, and it is possible to appropriately remove the particles remaining on the Cu wiring. . Further, since the organic alkali cleaning chemical solution etches the surface of the Cu wiring, even if particles remain on the surface of the Cu wiring, the particles can be appropriately removed. As a result, after cleaning, for example, even if reduction processing or photolithography is performed, it is possible to appropriately prevent poisoning defects caused by particles reattached on the Cu wiring and improve the yield of the semiconductor manufacturing apparatus. It becomes possible.

また、上記洗浄工程の第1段目は、pHが3〜4の有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、上記洗浄工程の第2段目は、pHが9〜10の有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうよう構成することができる。   The first stage of the cleaning process performs brush scrub cleaning using an organic acid cleaning chemical solution having a pH of 3 to 4, and the second stage of the cleaning process includes organic alkali cleaning having a pH of 9 to 10. It can comprise so that it may wash | clean using a chemical | medical solution.

これにより、第1段目では、Cu配線もパーティクルも確実にマイナス電位を有する状態でブラシスクラブ洗浄を行なうこととなる。さらに、第2段目でも、Cu配線もパーティクルも確実にマイナス電位を有する状態で洗浄を行なうこととなる。そのため、Cu−CMP後の洗浄工程で、Cu配線上にパーティクルが残存する可能性を最小限にし、結果として、ポイゾニング不良の発生を最小限に抑え、半導体製造装置の歩留まりを向上することが可能となる。   Thereby, in the first stage, the brush scrub cleaning is performed in a state where both the Cu wiring and the particles surely have a negative potential. Further, even in the second stage, cleaning is performed in a state where both the Cu wiring and the particles have a negative potential. Therefore, it is possible to minimize the possibility of particles remaining on the Cu wiring in the cleaning process after Cu-CMP, thereby minimizing the occurrence of poisoning defects and improving the yield of semiconductor manufacturing equipment. It becomes.

<第二の実施形態>
第一の実施形態では、Cu−CMP後の洗浄工程において、少なくとも2段階の洗浄を行ない、第1段目は、有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、第2段目は、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なう半導体装置の製造方法を提供した。当該製造方法により、パーティクルがウェハ上に付着すること、またはブラシに付着したパーティクルがウェハ上に再付着することを防止し、ポイゾニング不良の発生を防止することに成功した。
<Second Embodiment>
In the first embodiment, at least two stages of cleaning are performed in the cleaning process after Cu-CMP, the first stage is brush scrub cleaning using an organic acid cleaning chemical, and the second stage is organic. A method of manufacturing a semiconductor device that performs cleaning using an alkaline cleaning chemical solution is provided. This manufacturing method has succeeded in preventing particles from adhering to the wafer or particles adhering to the brush from reattaching to the wafer, thereby preventing the occurrence of poisoning defects.

しかしながら、第1段目において、2本のPVAブラシB1、B2とウェハの表面とが均一に接触していない状態である接触異常が発生すると、ウェハにパーティクルが過剰に残存し付着することがある。当該接触異常は、例えば、長期使用により発生するPVAブラシの反りや捩じれが原因となって引き起こされる。反りや捩じれが発生したPVAブラシをウェハ表面に押し付けると、押し付けられた箇所(接触面)の押付量が当該PVAブラシの両端で不均一となる。当該押付量とは、PVAブラシB1、B2がウェハWに対して接している状態から所定の量までウェハWに向けて押し付けられた量のことである。当該押付量が大きい場合、ウェハからPVAブラシB1、B2に付着されるパーティクル(PVAブラシに除去されるパーティクル)の数が増加する一方で、PVAブラシB1、B2からウェハに再付着されるパーティクルの数も増加することとなる。そのため、押付量が大きいウェハの箇所では、パーティクルが過剰に残存し付着した状態となる。ウェハにパーティクルが過剰に付着した場合、第一の実施形態に係る製造方法を採用しても、当該パーティクルを全て除去できない場合がある。除去されないパーティクルに起因して上述したポイゾニング不良が発生するため、PVAブラシの接触面とウェハの接触面との間の押し付けられる箇所全てにおいて、当該押付量は均一に保持される必要がある。   However, in the first stage, when a contact abnormality occurs in which the two PVA brushes B1 and B2 and the surface of the wafer are not in uniform contact, excessive particles may remain and adhere to the wafer. . The contact abnormality is caused by, for example, warping or twisting of the PVA brush that occurs due to long-term use. When a PVA brush that has been warped or twisted is pressed against the wafer surface, the pressing amount of the pressed portion (contact surface) becomes uneven at both ends of the PVA brush. The pressing amount is an amount pressed toward the wafer W from a state where the PVA brushes B1 and B2 are in contact with the wafer W to a predetermined amount. When the pressing amount is large, the number of particles adhering to the PVA brushes B1 and B2 from the wafer (particles removed by the PVA brush) increases while the particles adhering to the wafer from the PVA brushes B1 and B2 are increased. The number will also increase. For this reason, in the portion of the wafer where the pressing amount is large, particles remain excessively and adhered. When particles adhere to the wafer excessively, even if the manufacturing method according to the first embodiment is adopted, all the particles may not be removed. Since the above-described poisoning failure occurs due to the particles that are not removed, the pressing amount needs to be uniformly maintained in all the pressed portions between the contact surface of the PVA brush and the contact surface of the wafer.

そこで、第二の実施形態では、PVAブラシのウェハへの接触(押付)状態が不均一になることを検知するよう構成を採用している。接触状態の不均一(接触異常)は、ウェハの回転に対応する回転数が所定の範囲内に含まれるか否かによって判定される。さらに、接触状態の不均一が発生すると、ウェハの洗浄処理を停止させるよう構成される。以下で、第二の実施形態を詳細に説明する。   Therefore, in the second embodiment, a configuration is adopted in which it is detected that the contact (pressing) state of the PVA brush to the wafer is not uniform. The nonuniformity of the contact state (contact abnormality) is determined by whether or not the number of rotations corresponding to the rotation of the wafer is included in a predetermined range. Further, the wafer cleaning process is stopped when the contact state is non-uniform. Hereinafter, the second embodiment will be described in detail.

図8は、本発明の第二の実施形態におけるCu−CMP装置を示す概略構成図である。なお、第1の実施形態と同様に、以下では、図8の上下方向をCu−CMP装置10の前後方向とし、図8の左右方向をCu−CMP装置10の左右方向として説明する。   FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a Cu-CMP apparatus according to the second embodiment of the present invention. Similar to the first embodiment, the vertical direction in FIG. 8 will be described as the front-rear direction of the Cu-CMP apparatus 10, and the horizontal direction in FIG. 8 will be described as the left-right direction of the Cu-CMP apparatus 10.

第二の実施形態におけるCu−CMP装置10が、第一の実施形態で示したCu−CMP装置10と異なる点は、Cu−CMP装置10内で測定(検出)されるプロセスパラメータを測定される毎に取得するモニタリングツール200(Monitoring Tool:MT)が当該Cu−CMP装置10に通信可能に接続されている点である。さらに、モニタリングツール200によって取得されたプロセスパラメータに基づいて、ウェハの回転に対応する回転数が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する判定部201がモニタリングツール200に接続されている点である。   The Cu-CMP apparatus 10 in the second embodiment is different from the Cu-CMP apparatus 10 shown in the first embodiment in that process parameters measured (detected) in the Cu-CMP apparatus 10 are measured. A monitoring tool 200 (Monitoring Tool: MT) acquired every time is communicably connected to the Cu-CMP apparatus 10. Furthermore, a determination unit 201 that determines whether or not the number of rotations corresponding to the rotation of the wafer is included in a predetermined range based on the process parameters acquired by the monitoring tool 200 is connected to the monitoring tool 200. It is.

当該モニタリングツール200は、Cu−CMP装置10に備えられた各部(例えば、前方のプーリーP1のモーター、後述するウェハ回転プーリーDの回転数を検出する検出器等)に接続され、各部からプロセスパラメータを取得する。また、当該判定部201は、モニタリングツール200から送信されるプロセスパラメータに基づいて判定した結果を、Cu−CMP装置10の制御部100に送信する。当該制御部100は、当該判定結果に従って、Cu−CMP装置10の制御を実行する。   The monitoring tool 200 is connected to each part provided in the Cu-CMP apparatus 10 (for example, a motor for the front pulley P1, a detector for detecting the number of rotations of the wafer rotation pulley D described later, etc.). To get. Further, the determination unit 201 transmits the determination result based on the process parameter transmitted from the monitoring tool 200 to the control unit 100 of the Cu-CMP apparatus 10. The said control part 100 performs control of the Cu-CMP apparatus 10 according to the said determination result.

次に、図9を用いて、モニタリングツール200が、例えば、洗浄部3の第1洗浄ユニットC1の主要構成各部からプロセスパラメータを取得する方法について説明する。図9は、本発明の第二の実施形態におけるCu−CMP装置10の洗浄部3のうち、第1洗浄ユニットC1の主要構成とモニタリングツール200とを示す図である。なお、図9の第1洗浄ユニットC1の前方向が図8の下方向に対応し、図9の第1洗浄ユニットC1の右方向が図8の右方向に対応する。また、2個のプーリーP1、P2は、相互に同一の半径を有し、その回転軸P1a、P2aは、ともに、収納されたウェハWの表面に対して直交している。   Next, a method in which the monitoring tool 200 acquires process parameters from, for example, main components of the first cleaning unit C1 of the cleaning unit 3 will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram showing a main configuration of the first cleaning unit C1 and the monitoring tool 200 in the cleaning unit 3 of the Cu-CMP apparatus 10 according to the second embodiment of the present invention. 9 corresponds to the downward direction in FIG. 8, and the right direction of the first cleaning unit C1 in FIG. 9 corresponds to the right direction in FIG. The two pulleys P1 and P2 have the same radius, and the rotation axes P1a and P2a are both orthogonal to the surface of the stored wafer W.

図9に示すように、第1洗浄ユニットC1内部の前後に設けられた2個のプーリー(前方のプーリーP1、後方のプーリーP2)には、それぞれモーター(図示せず)が設けられており、それらのモーターにモニタリングツール200が接続されている。制御部100が当該モーターを駆動すると、当該モニタリングツール200が、それらのモーターの電流値(前方のプーリーP1、後方のプーリーP2の回転数に対応する)をプロセスパラメータとして取得する。なお、取得したモーターの電流値は、所定のメモリに記憶された、電流値とプーリーの回転数とを関連付けたテーブルによって、プーリーの回転数に変換される。   As shown in FIG. 9, two pulleys (front pulley P1 and rear pulley P2) provided before and after the inside of the first cleaning unit C1 are each provided with a motor (not shown). A monitoring tool 200 is connected to these motors. When the control unit 100 drives the motor, the monitoring tool 200 acquires the current values of those motors (corresponding to the rotation speeds of the front pulley P1 and the rear pulley P2) as process parameters. The acquired current value of the motor is converted into the rotation speed of the pulley by a table stored in a predetermined memory and relating the current value and the rotation speed of the pulley.

また、本実施形態では、機床に対して略垂直なウェハWを支持した2個のプーリーP1、P2の間に、当該ウェハWの下端中央(または下端中央近傍)を支持し、2個のプーリーP1、P2の半径と同一の半径を有するウェハ回転プーリーDが新たに設けられる。なお、ウェハ回転プーリーDには、そのプーリーを駆動するモーターは接続されていない。また、ウェハ回転プーリーDの回転軸Daは、2個のプーリーP1、P2の回転軸P1a、P2aと平行となるよう設計されており、さらに、その回転軸Daには、ウェハ回転プーリーDの回転数を検出する検出器(図示せず)が備えられている。そのため、2個のプーリーP1、P2の回転によりウェハWが回転すると、ウェハWの回転がウェハ回転プーリーDに伝達される。すると、ウェハWの回転に対応する回転数で、ウェハ回転プーリーDが回転することになる。当該ウェハ回転プーリーDの回転数を上記検出器が検出することにより、ウェハWの回転に対応する回転数を検出することが可能となる。また、ウェハ回転プーリーDの半径は、2個のプーリーP1、P2の半径と同一の半径を有していることから、2個のプーリーP1、P2の回転が適切にウェハWに伝達された場合は、ウェハ回転プーリーDの回転数は、2個のプーリーP1、P2の回転数と同等となる。上記検出器にモニタリングツール200が接続されており、当該モニタリングツール200が、当該検出器により検出されたウェハ回転プーリーDの回転数をプロセスパラメータ(ここでは、ウェハの実回転数とする)として取得する。   In this embodiment, the center of the lower end of the wafer W (or the vicinity of the center of the lower end) is supported between the two pulleys P1 and P2 that support the wafer W substantially perpendicular to the machine floor, and the two pulleys are supported. A wafer rotation pulley D having the same radius as that of P1 and P2 is newly provided. The wafer rotating pulley D is not connected to a motor that drives the pulley. The rotation axis Da of the wafer rotation pulley D is designed to be parallel to the rotation axes P1a and P2a of the two pulleys P1 and P2. Further, the rotation axis Da includes the rotation of the wafer rotation pulley D. A detector (not shown) for detecting the number is provided. Therefore, when the wafer W is rotated by the rotation of the two pulleys P1 and P2, the rotation of the wafer W is transmitted to the wafer rotation pulley D. Then, the wafer rotation pulley D rotates at a rotation speed corresponding to the rotation of the wafer W. When the detector detects the rotation speed of the wafer rotation pulley D, the rotation speed corresponding to the rotation of the wafer W can be detected. Further, since the radius of the wafer rotation pulley D has the same radius as that of the two pulleys P1 and P2, the rotation of the two pulleys P1 and P2 is appropriately transmitted to the wafer W. The number of rotations of the wafer rotation pulley D is equal to the number of rotations of the two pulleys P1 and P2. A monitoring tool 200 is connected to the detector, and the monitoring tool 200 acquires the rotation speed of the wafer rotation pulley D detected by the detector as a process parameter (here, the actual rotation speed of the wafer). To do.

また、第1洗浄ユニットC1内部の左右に設けられた第1のPVAブラシB1(左側のPVAブラシ)と第2のPVAブラシB2(右側のPVAブラシ)には、ブラシの回転数を検出するブラシ回転数検出器(図示せず)と、ブラシを回転させるブラシモーター(図示せず)と、PVAブラシB1、B2内部に供給されるDIWの流量とその圧力(吐出圧力)とを検出するブラシ流量圧力検出器(図示せず)とがそれぞれ備えられている。上記ブラシ回転数検出器とブラシモーターとブラシ流量圧力検出器とにモニタリングツール200が接続されている。制御部100が当該ブラシモーターを駆動し、所定のポンプを用いてPVAブラシB1、B2内部にDIWを供給すると、当該モニタリングツール200が、第1のPVAブラシB1と第2のPVAブラシB2とにそれぞれ対応するプロセスパラメータ(PVAブラシの回転数、モーターの電流値、DIWの流量、圧力)を取得する。   The first PVA brush B1 (left PVA brush) and the second PVA brush B2 (right PVA brush) provided on the left and right sides of the first cleaning unit C1 are brushes that detect the number of rotations of the brush. A rotation number detector (not shown), a brush motor (not shown) for rotating the brush, a flow rate of DIW supplied to the inside of the PVA brushes B1 and B2 and a brush flow rate for detecting the pressure (discharge pressure) A pressure detector (not shown) is provided. A monitoring tool 200 is connected to the brush rotation number detector, the brush motor, and the brush flow rate pressure detector. When the control unit 100 drives the brush motor and supplies DIW into the PVA brushes B1 and B2 using a predetermined pump, the monitoring tool 200 applies the first PVA brush B1 and the second PVA brush B2. The corresponding process parameters (PVA brush rotation speed, motor current value, DIW flow rate, pressure) are acquired.

また、第1洗浄ユニットC1内部の左右上方に配置された第1のスプレーバーS1と第2のスプレーバーS2とには、それぞれ洗浄薬液(またはDIW)が供給されるよう構成されている。また、その供給される洗浄薬液の流量とその圧力(吐出圧力)とを検出するスプレーバー流量圧力検出器(図示せず)がそれぞれのスプレーバーS1、S2に備えられており、上記スプレーバー流量圧力検出器にモニタリングツールが接続されている。制御部100が所定の洗浄薬液ポンプを用いて第1のスプレーバーS1と第2のスプレーバーS2とに洗浄薬液(またはDIW)を供給すると、当該モニタリングツール200が第1のスプレーバーS1と第2のスプレーバーS2とにそれぞれ対応するプロセスパラメータ(洗浄薬液(またはDIW)の流量、圧力)を取得する。   Further, the cleaning chemical liquid (or DIW) is supplied to the first spray bar S1 and the second spray bar S2 disposed on the upper left and right sides inside the first cleaning unit C1, respectively. In addition, each of the spray bars S1 and S2 is provided with a spray bar flow rate pressure detector (not shown) for detecting the flow rate of the supplied cleaning chemical and its pressure (discharge pressure). A monitoring tool is connected to the pressure detector. When the control unit 100 supplies the cleaning chemical liquid (or DIW) to the first spray bar S1 and the second spray bar S2 using a predetermined cleaning chemical liquid pump, the monitoring tool 200 is connected to the first spray bar S1 and the first spray bar S1. Process parameters (flow rate and pressure of cleaning chemical (or DIW)) corresponding to each of the two spray bars S2.

上述した構成により、複数の検出器等と接続されたモニタリングツール200が、検出器等から検出されるプロセスパラメータを取得することが可能となる。   With the configuration described above, the monitoring tool 200 connected to a plurality of detectors and the like can acquire process parameters detected from the detectors and the like.

次に、モニタリングツール200が取得可能な前方のプーリーP1、後方のプーリーP2の回転数と、ウェハの実回転数と、2本のPVAブラシB1、B2とウェハWの表面との接触状態(以下、接触状態とする)との関係について、図10、図11を用いて説明する。   Next, the number of rotations of the front pulley P1 and the rear pulley P2, which can be acquired by the monitoring tool 200, the actual number of rotations of the wafer, and the contact state between the two PVA brushes B1 and B2 and the surface of the wafer W , Contact state) will be described with reference to FIGS.

図10、図11は、当該接触状態と、その接触状態でブラシスクラブ洗浄を実行した際のウェハの実回転数の経時変化とを示した図である。なお、図10、図11の上下方向は、ウェハWと2本のPVAブラシB1、B2とを備えた第1洗浄ユニットC1の前後方向に対応する。また、図10、図11の矢印方向は、第1洗浄ユニットC1の前方方向を示している。   FIGS. 10 and 11 are diagrams showing the contact state and the change over time in the actual rotation speed of the wafer when the brush scrub cleaning is performed in the contact state. 10 and 11 correspond to the front-rear direction of the first cleaning unit C1 including the wafer W and the two PVA brushes B1 and B2. Moreover, the arrow direction of FIG. 10, FIG. 11 has shown the front direction of the 1st washing | cleaning unit C1.

図10(a)には、2本のPVAブラシB1、B2の軸がそれぞれウェハWの表面に対して平行を保持して、2本のPVAブラシB1、B2とウェハWとが接触した状態を示している。なお、PVAブラシB1、B2とウェハWとが接触する場合、PVAブラシB1、B2がウェハWに対して接している状態から所定の量までウェハWに向けて押し付けられ、その押し付けられた量(押付量)だけPVAブラシB1、B2が変形する。図10(a)には、ウェハWが存在しない場合に、PVAブラシB1、B2が所定の押付量だけウェハWに押し付けられている状態を示す。なお、図10(a)に示す実線のウェハWは、仮にウェハWが存在する場合の位置を示している。   In FIG. 10A, the axes of the two PVA brushes B1 and B2 are held parallel to the surface of the wafer W, respectively, and the two PVA brushes B1 and B2 and the wafer W are in contact with each other. Show. When the PVA brushes B1 and B2 are in contact with the wafer W, the PVA brushes B1 and B2 are pressed toward the wafer W from a state where they are in contact with the wafer W, and the pressed amount ( The PVA brushes B1 and B2 are deformed by the pressing amount). FIG. 10A shows a state where the PVA brushes B1 and B2 are pressed against the wafer W by a predetermined pressing amount when the wafer W does not exist. Note that the solid line wafer W shown in FIG. 10A indicates a position where the wafer W exists.

図10(a)に示すように、第1のPVAブラシがウェハWの表面に、第2のPVAブラシがウェハWの裏面に接触し、2本のPVAブラシB1、B2の接触面全てがウェハWの接触面全てに対して1.0mmの押付量で押付けられる。この状態は、すなわち、接触状態に異常がない、または接触状態が均一であることを示している。   As shown in FIG. 10A, the first PVA brush contacts the front surface of the wafer W, the second PVA brush contacts the back surface of the wafer W, and the contact surfaces of the two PVA brushes B1 and B2 are all on the wafer. It is pressed against the entire W contact surface with a pressing amount of 1.0 mm. This state indicates that there is no abnormality in the contact state, or the contact state is uniform.

また、図10(b)には、前方のプーリーP1、後方のプーリーP2の回転数が50rpmである場合において、図10(a)の接触状態でブラシスクラブ洗浄を実行した際のウェハの実回転数の経時変化を示す。当該ウェハの実回転数の経時変化は、モニタリングツール200が取得したウェハの実回転数を、洗浄開始から洗浄終了までの時間である洗浄時間に対してプロットしたグラフに対応する。なお、図10(b)に示す所定の時間間隔Tは、ブラシスクラブ洗浄を実行した時間間隔(図10(b)では、ほぼ50秒)を示す。   FIG. 10B shows the actual rotation of the wafer when the brush scrub cleaning is performed in the contact state of FIG. 10A when the rotation speed of the front pulley P1 and the rear pulley P2 is 50 rpm. The change with time is shown. The change with time of the actual rotational speed of the wafer corresponds to a graph in which the actual rotational speed of the wafer acquired by the monitoring tool 200 is plotted against the cleaning time which is the time from the start of cleaning to the end of cleaning. Note that a predetermined time interval T shown in FIG. 10B indicates a time interval at which brush scrub cleaning is performed (approximately 50 seconds in FIG. 10B).

また、図11(a)には、2本のPVAブラシB1、B2の軸がそれぞれウェハWに対して傾斜して、2本のPVAブラシB1、B2とウェハWとが接触した状態を示している。当該傾斜状態は、例えば、PVAブラシB1、B2の軸がウェハWの中心に対して所定の角度で傾斜した状態に対応し、2本のPVAブラシB1、B2の軸がそれぞれウェハWの表面に対して平行とならない状態に対応する。   FIG. 11A shows a state in which the axes of the two PVA brushes B1 and B2 are inclined with respect to the wafer W, and the two PVA brushes B1 and B2 are in contact with the wafer W. Yes. The inclined state corresponds to, for example, a state in which the axes of the PVA brushes B1 and B2 are inclined at a predetermined angle with respect to the center of the wafer W, and the axes of the two PVA brushes B1 and B2 are respectively on the surface of the wafer W. Corresponds to the state of not parallel.

図11(a)に示すように、第1のPVAブラシB1がウェハWの表面に接触し、第1のPVAブラシB1の接触面の一端、言い換えると、第1のPVAブラシB1の接触面の前方一端がウェハWの接触面に対して1.5mmの押付量で押し付けられる。また、第1のPVAブラシB1の接触面の他端、言い換えると、第1のPVAブラシB1の接触面の後方一端がウェハWの接触面に対して0.5mmの押付量で押し付けられる。さらに、第2のPVAブラシB2がウェハWの裏面に接触し、第2のPVAブラシB2の接触面の一端、言い換えると、第2のPVAブラシB2の接触面の前方一端がウェハWの接触面の一端に対して1.5mmの押付量で押し付けられる。また、第2のPVAブラシB2の接触面の他端、第2のPVAブラシB2の接触面の後方一端がウェハWの接触面の他端に対して0.5mmの押付量で押し付けられる。当該状態は、すなわち、接触状態に異常がある(接触異常)、または接触状態が不均一であることを示している。   As shown in FIG. 11A, the first PVA brush B1 comes into contact with the surface of the wafer W, and one end of the contact surface of the first PVA brush B1, in other words, the contact surface of the first PVA brush B1. The front end is pressed against the contact surface of the wafer W with a pressing amount of 1.5 mm. Also, the other end of the contact surface of the first PVA brush B1, in other words, the rear end of the contact surface of the first PVA brush B1 is pressed against the contact surface of the wafer W with a pressing amount of 0.5 mm. Furthermore, the second PVA brush B2 contacts the back surface of the wafer W, and one end of the contact surface of the second PVA brush B2, in other words, one front end of the contact surface of the second PVA brush B2 is the contact surface of the wafer W. Is pressed against the one end with a pressing amount of 1.5 mm. Further, the other end of the contact surface of the second PVA brush B2 and the rear end of the contact surface of the second PVA brush B2 are pressed against the other end of the contact surface of the wafer W with a pressing amount of 0.5 mm. This state indicates that the contact state is abnormal (contact abnormality) or the contact state is not uniform.

また、図11(b)には、前方のプーリーP1、後方のプーリーP2の回転数が50rpmである場合において、図11(a)の接触状態でブラシスクラブ洗浄を実行した際のウェハの実回転数の経時変化を示す。   FIG. 11B shows the actual rotation of the wafer when the brush scrub cleaning is performed in the contact state of FIG. 11A when the rotational speeds of the front pulley P1 and the rear pulley P2 are 50 rpm. The change with time is shown.

図10(a)、図10(b)に示すように、2本のPVAブラシB1、B2とウェハWとの接触状態が均一である場合、モニタリングツール200により取得されるウェハの実回転数は50rpm、すなわち、前方のプーリーP1、後方のプーリーP2の回転数と同等となることが理解される。   As shown in FIGS. 10A and 10B, when the contact state between the two PVA brushes B1 and B2 and the wafer W is uniform, the actual number of rotations of the wafer acquired by the monitoring tool 200 is It is understood that 50 rpm, that is, the rotation speed of the front pulley P1 and the rear pulley P2 is equivalent.

一方、図11(a)、図11(b)に示すように、2本のPVAブラシB1、B2とウェハWとの接触状態が不均一である場合、ウェハの実回転数は50rpmよりも小さな値となることが理解される。これは、接触状態が不均一であるため、2つのプーリーP1、P2の回転が適切にウェハWに伝達されたとしても、ウェハWが2本のPVAブラシB1、B2から過剰に押し付けられた状態で回転することとなるからである。すなわち、ウェハWの円滑な回転が阻害されるため、2つのプーリーP1、P2の回転数よりも小さい回転数がウェハWの回転に対応するウェハの実回転数として検出される。また、一方で、ウェハWが2本のPVAブラシB1、B2からほとんど押し付けられない部分も発生しうる。この場合、ウェハWの回転がより加速されるため、2つのプーリーP1、P2の回転数よりも大きい回転数がウェハWの回転に対応するウェハの実回転数として検出される。   On the other hand, as shown in FIGS. 11A and 11B, when the contact state between the two PVA brushes B1 and B2 and the wafer W is not uniform, the actual rotational speed of the wafer is smaller than 50 rpm. It is understood that it is a value. This is because the contact state is uneven, and even if the rotation of the two pulleys P1 and P2 is properly transmitted to the wafer W, the wafer W is excessively pressed from the two PVA brushes B1 and B2. It is because it will rotate with. That is, since the smooth rotation of the wafer W is hindered, a rotational speed smaller than the rotational speeds of the two pulleys P1 and P2 is detected as the actual rotational speed of the wafer corresponding to the rotation of the wafer W. On the other hand, a portion where the wafer W is hardly pressed from the two PVA brushes B1 and B2 may also occur. In this case, since the rotation of the wafer W is further accelerated, a rotation speed larger than the rotation speeds of the two pulleys P1 and P2 is detected as the actual rotation speed of the wafer corresponding to the rotation of the wafer W.

上述した現象を利用して、第二の実施形態では、接触異常を検出し、その接触異常によって引き起こされるウェハへのパーティクルの再付着を防止する。   By utilizing the phenomenon described above, in the second embodiment, a contact abnormality is detected, and reattachment of particles to the wafer caused by the contact abnormality is prevented.

図12は、第二の実施形態におけるCu−CMP後のウェハに対してブラシスクラブ洗浄の手順を示すためのフローチャートである。   FIG. 12 is a flowchart for illustrating a procedure of brush scrub cleaning for a wafer after Cu-CMP according to the second embodiment.

まず、第1の低誘電率膜上のトレンチにCu膜が埋め込まれたウェハが複数枚収納されたFOUPが、例えば、Cu−CMP装置10内のロードポートLP1に搬入される。当該FOUPが搬入されると、図8に示すように、Cu−CMP装置10の制御部100が、ドライロボットR1とウェットロボットR2とを駆動させて、所定のウェハをFOUPから研磨部2のロードアンロードユニットU1まで搬送する。   First, a FOUP containing a plurality of wafers in which a Cu film is embedded in a trench on the first low dielectric constant film is carried into, for example, a load port LP1 in the Cu-CMP apparatus 10. When the FOUP is loaded, the control unit 100 of the Cu-CMP apparatus 10 drives the dry robot R1 and the wet robot R2 to load a predetermined wafer from the FOUP to the polishing unit 2 as shown in FIG. Transport to unload unit U1.

ロードアンロードユニットU1に搬送された所定のウェハは、第1研磨プラテンP1から第3研磨プラテンP3まで搬送され、Cu−CMPが実行され、ウェハ上に存在する余剰のCu膜とバリアメタル膜とが除去される(図12:S1201)。   The predetermined wafer transferred to the load / unload unit U1 is transferred from the first polishing platen P1 to the third polishing platen P3, Cu-CMP is performed, and the excess Cu film and barrier metal film existing on the wafer are Is removed (FIG. 12: S1201).

Cu−CMP後のウェハは、ウェットロボットR2によって、洗浄部3の洗浄部受入ユニットCINに搬送され、さらにロボットR3によって、第1洗浄ユニットC1内に搬入される。搬入されたウェハは、第1洗浄ユニットC1内の前方のプーリーP1と後方のプーリーP2とに支持されて、機床に対して略垂直な状態で収納される(図12:S1202)。   The wafer after Cu-CMP is transferred to the cleaning unit receiving unit CIN of the cleaning unit 3 by the wet robot R2, and further transferred into the first cleaning unit C1 by the robot R3. The loaded wafer is supported by the front pulley P1 and the rear pulley P2 in the first cleaning unit C1, and stored in a state substantially perpendicular to the machine floor (FIG. 12: S1202).

Cu−CMP後のウェハが第1洗浄ユニットC1に収納されると、制御部100が有機酸洗浄薬液を用いたブラシスクラブ洗浄を実行する(図12:S1203)。   When the wafer after Cu-CMP is stored in the first cleaning unit C1, the control unit 100 performs brush scrub cleaning using an organic acid cleaning chemical (FIG. 12: S1203).

具体的には、制御部100が、第1洗浄ユニットC1に備えられた第1のPVAブラシB1と第2のPVAブラシB2とをそれぞれウェハの表面に所定の押付量で接触させ、その第1のPVAブラシB1と第2のPVAブラシB2との回転数を300rpmとして回転させる。また、制御部100が、第1洗浄ユニットC1に備えられた前方のプーリーP1と後方のプーリーP2の回転数を50rpmとして回転させ、2つのプーリーP1、P2に支持されるウェハに当該回転を伝達し、ウェハを所定の回転数で回転させる。さらに、制御部100は、第1洗浄ユニットC1に備えられた第1のスプレーバーS1と第2のスプレーバーS2とに、それぞれpH3〜4を有する有機酸洗浄薬液を供給する。供給される有機酸洗浄薬液の流量は、スプレーバー毎に2000ml/minと設定される。   Specifically, the control unit 100 brings the first PVA brush B1 and the second PVA brush B2 provided in the first cleaning unit C1 into contact with the surface of the wafer with a predetermined pressing amount, respectively. The PVA brush B1 and the second PVA brush B2 are rotated at 300 rpm. Further, the control unit 100 rotates the front pulley P1 and the rear pulley P2 provided in the first cleaning unit C1 at 50 rpm, and transmits the rotation to the wafer supported by the two pulleys P1 and P2. Then, the wafer is rotated at a predetermined rotational speed. Furthermore, the control unit 100 supplies an organic acid cleaning chemical solution having a pH of 3 to 4 to the first spray bar S1 and the second spray bar S2 provided in the first cleaning unit C1. The flow rate of the supplied organic acid cleaning chemical is set to 2000 ml / min for each spray bar.

ここで、2つのプーリーP1、P2の回転と、ウェハWの回転とが開始されると、モニタリングツール200が、所定の期間(例えば2秒)毎に、ウェハ回転プーリーDに備えられた検出器からウェハの実回転数を取得する(図12:S1204)。また、モニタリングツール200は、2つのプーリーP1、P2のモーターの電流値からそれぞれの回転数(50rpm)を取得し、ウェハWに伝達される回転の回転数が適切か否かを監視する。   Here, when the rotation of the two pulleys P1 and P2 and the rotation of the wafer W are started, the monitoring tool 200 is detected by a detector provided in the wafer rotation pulley D every predetermined period (for example, 2 seconds). The actual number of rotations of the wafer is acquired from (FIG. 12: S1204). Further, the monitoring tool 200 acquires the respective rotation speeds (50 rpm) from the current values of the motors of the two pulleys P1 and P2, and monitors whether the rotation speed transmitted to the wafer W is appropriate.

モニタリングツール200がウェハの実回転数を取得すると、モニタリングツール200は当該ウェハの実回転数を判定部201に送信する。ウェハの実回転数を受信した判定部201は、当該ウェハの実回転数が所定の範囲内に含まれるか否かの判定を実行する(図12:S1205)。所定の範囲は、ユーザまたはCu−CMP装置10に接続された半導体製造装置により予め設定されており、さらに、2つのプーリーP1、P2の回転数に応じて適宜変更される。例えば、2つのプーリーP1、P2の回転数が50rpmであれば、所定の範囲の上限値は52rpm、下限値は48rpmと設定される。   When the monitoring tool 200 acquires the actual rotation number of the wafer, the monitoring tool 200 transmits the actual rotation number of the wafer to the determination unit 201. The determination unit 201 that has received the actual number of rotations of the wafer determines whether or not the actual number of rotations of the wafer is within a predetermined range (FIG. 12: S1205). The predetermined range is set in advance by a user or a semiconductor manufacturing apparatus connected to the Cu-CMP apparatus 10, and is appropriately changed according to the number of rotations of the two pulleys P1 and P2. For example, if the rotation speeds of the two pulleys P1 and P2 are 50 rpm, the upper limit value of the predetermined range is set to 52 rpm and the lower limit value is set to 48 rpm.

当該判定の結果、ウェハの実回転数が所定の範囲内に含まれている場合、判定部201は、接触状態は均一であると確認する(図12:S1205YES)。さらに、判定部201は制御部100と通信し、判定後にブラシスクラブ洗浄を実行する時間が経過したか否かを判定する(図12:S1206)。当該時間は、図10(b)、図11(b)に示す所定の時間間隔Tに対応し、以下、ブラシスクラブ洗浄時間とする。当該ブラシスクラブ洗浄時間は、例えば、50秒と設定される。   As a result of the determination, when the actual number of rotations of the wafer is included in the predetermined range, the determination unit 201 confirms that the contact state is uniform (FIG. 12: S1205 YES). Furthermore, the determination unit 201 communicates with the control unit 100 to determine whether or not the time for performing brush scrub cleaning has elapsed after the determination (FIG. 12: S1206). The time corresponds to a predetermined time interval T shown in FIGS. 10B and 11B, and is hereinafter referred to as a brush scrub cleaning time. The brush scrub cleaning time is set to 50 seconds, for example.

ブラシスクラブ洗浄時間が経過していない場合、判定部201はモニタリングツール200と通信し、モニタリングツール200は、再度、所定の期間の計時を開始し、上述した同様の判定を繰り返すこととなる(図12:S1206NO→S1204)。   When the brush scrub cleaning time has not elapsed, the determination unit 201 communicates with the monitoring tool 200, and the monitoring tool 200 starts counting the predetermined period again and repeats the same determination as described above (FIG. 12: S1206 NO → S1204).

なお、接触状態が均一である場合、ブラシスクラブ洗浄時間が経過するまで、制御部100が、継続して有機酸洗浄薬液を用いたブラシスクラブ洗浄を実行することになる。   When the contact state is uniform, the control unit 100 continues to perform brush scrub cleaning using the organic acid cleaning chemical until the brush scrub cleaning time elapses.

ブラシスクラブ洗浄時間が経過した場合、制御部100がブラシスクラブ洗浄を完了し、第1洗浄ユニットC1に備えられた2つのPVAブラシB1、B2をウェハ表面からそれぞれ脱離する(図12:S1206YES→S1207)。さらに、制御部100が、第1洗浄ユニットC1の第1のスプレーバーS1と第2のスプレーバーS2とに備えられたそれぞれの切換バルブを切り換えて、第1のスプレーバーS1と第2のスプレーバーS2とに供給される有機アルカリ洗浄薬液をDIWに変更し、ウェハのDIWリンスを実行する(図12:S1208)。当該DIWリンスは、例えば、15秒間継続して実行される。   When the brush scrub cleaning time has elapsed, the control unit 100 completes the brush scrub cleaning, and the two PVA brushes B1 and B2 provided in the first cleaning unit C1 are detached from the wafer surface, respectively (FIG. 12: S1206 YES → S1207). Further, the control unit 100 switches the switching valves provided in the first spray bar S1 and the second spray bar S2 of the first cleaning unit C1, so that the first spray bar S1 and the second spray bar are switched. The organic alkaline cleaning chemical supplied to the bar S2 is changed to DIW, and DIW rinsing of the wafer is executed (FIG. 12: S1208). The DIW rinse is executed continuously for 15 seconds, for example.

DIWリンスが完了すると、制御部100が、ロボットR3を駆動させて、DIWリンス後のウェハを、第1洗浄ユニットC1から第2洗浄ユニットC2へ搬送し、第2洗浄ユニットC2でのウェハの洗浄が開始されることになる。   When the DIW rinsing is completed, the control unit 100 drives the robot R3 to convey the wafer after DIW rinsing from the first cleaning unit C1 to the second cleaning unit C2, and cleans the wafer in the second cleaning unit C2. Will be started.

一方、ウェハの実回転数が所定の範囲内に含まれるか否かの判定の結果、ウェハの実回転数が所定の範囲外である場合、判定部201は、接触状態は不均一であると確認し、当該制御部100にウェハWのブラシスクラブ洗浄を停止する旨の信号(信号A)を送信する(図12:S1205NO)。なお、ウェハの実回転数が所定の範囲外である場合は、ウェハの実回転数が上限値を超過した場合、またはウェハの実回転数が下限値よりも少なかった場合に対応する。   On the other hand, as a result of determining whether or not the actual rotation speed of the wafer is included in the predetermined range, if the actual rotation speed of the wafer is outside the predetermined range, the determination unit 201 determines that the contact state is uneven. Then, a signal (signal A) for stopping the brush scrubbing cleaning of the wafer W is transmitted to the controller 100 (FIG. 12: S1205 NO). Note that the case where the actual rotation speed of the wafer is outside the predetermined range corresponds to the case where the actual rotation speed of the wafer exceeds the upper limit value or the case where the actual rotation speed of the wafer is less than the lower limit value.

当該信号Aを受信した制御部100は、ウェハWのブラシスクラブ洗浄を停止する(図12:S1209)。当該停止は、制御部100が2つのPVAブラシB1、B2をウェハWから脱離し、それらの回転と2つのプーリーP1、P2の回転とを停止し、2つのスプレーバーS1、S2への有機酸洗浄薬液の供給を停止することが該当する。   The control unit 100 that has received the signal A stops the brush scrub cleaning of the wafer W (FIG. 12: S1209). In this stop, the controller 100 detaches the two PVA brushes B1 and B2 from the wafer W, stops their rotation and the rotation of the two pulleys P1 and P2, and stops the organic acid to the two spray bars S1 and S2. This corresponds to stopping the supply of cleaning chemicals.

また、制御部100は、例えば、Cu−CMP装置10に接続されたパーソナルコンピュータ(例えば、製造実行システム(Manufacturing Execution System:MES)が該当する)に、ブラシスクラブ洗浄の洗浄不良が発生した旨のエラーメッセージを表示させる。   Further, the control unit 100 indicates that, for example, a brush scrub cleaning defect has occurred in a personal computer connected to the Cu-CMP apparatus 10 (for example, a manufacturing execution system (MES) corresponds). Display an error message.

なお、判定部201が、さらに制御部100に、後続のウェハ(次にブラシスクラブ洗浄を予定されたウェハ)のブラシスクラブ洗浄の実行を停止させる旨の信号(信号B)を送信したり、制御部100に、後続のFOUP(後続のロット)をCu−CMP装置10に搬入しない旨の信号(信号C)を送信したりするよう構成しても構わない。当該信号Bを受信した制御部100は、後続のウェハの搬送を停止し、当該信号Cを受信した制御部100は、上述した製造実行システムと通信し、後続のFOUPの搬入を停止する。   The determination unit 201 further transmits a control signal to the control unit 100 (signal B) for stopping the execution of the brush scrub cleaning of the subsequent wafer (the wafer scheduled for the next brush scrub cleaning). The unit 100 may be configured to transmit a signal (signal C) indicating that the subsequent FOUP (subsequent lot) is not carried into the Cu-CMP apparatus 10. The control unit 100 that has received the signal B stops the transfer of the subsequent wafer, and the control unit 100 that has received the signal C communicates with the manufacturing execution system described above, and stops the subsequent carry-in of the FOUP.

上記構成により、2つのPVAブラシB1、B2とウェハWとの接触状態が不均一である場合に多発するウェハへのパーティクルの再付着を後続のウェハ等に発生させることを防止し、歩留まりの低下を防止することが可能となる。   With the above configuration, it is possible to prevent the reattachment of particles to the wafer, which frequently occurs when the contact state between the two PVA brushes B1 and B2 and the wafer W is not uniform, and to reduce the yield. Can be prevented.

また、例えば、判定部201が接触状態は不均一であることを確認した後(接触状態の不均一により、ブラシスクラブ洗浄が停止した後)に、ユーザにより新たなPVAブラシへの交換やPVAブラシの取付状態の調整が実施され、接触状態が均一となると、再度、第一洗浄ユニットC1が復帰し、ウェハWのブラシスクラブ洗浄が実行可能となるよう構成される。   Further, for example, after the determination unit 201 confirms that the contact state is non-uniform (after the brush scrub cleaning is stopped due to non-uniform contact state), the user can replace the PVA brush with a new one or the PVA brush. When the attachment state is adjusted and the contact state becomes uniform, the first cleaning unit C1 is restored again, and the brush scrubbing cleaning of the wafer W can be performed.

このように、上記洗浄工程の第1段目は、ブラシスクラブ洗浄が実行されるウェハを回転する工程と、上記ウェハの回転が開始すると、所定の期間毎に、当該ウェハの回転に対応する回転数を検出する工程と、検出した回転数が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する工程と、上記判定した結果、検出した回転数が所定の範囲内に含まれない場合、そのウェハのブラシスクラブ洗浄を停止する工程とを含むよう構成することができる。   Thus, the first stage of the cleaning step includes a step of rotating the wafer on which brush scrub cleaning is performed, and a rotation corresponding to the rotation of the wafer every predetermined period when the rotation of the wafer starts. A step of detecting the number, a step of determining whether or not the detected number of rotations is included in a predetermined range, and the wafer having a detected number of rotations not included in the predetermined range as a result of the determination, the wafer And a step of stopping the brush scrub cleaning.

これにより、第1段目では、ブラシが基板に均一に接触しているか否かを判定するとともに、ブラシがウェハに均一に接触していない場合は、ウェハのブラシスクラブ洗浄を停止することとなる。そのため、ブラシがウェハに均一に接触していない場合に多発する下層配線へのパーティクルの再付着を確実に防止することが可能となる。さらに、ブラシがウェハに均一に接触していない場合では、ウェハに対するブラシスクラブ洗浄の実行を停止することが可能となる。その結果、Cu配線上に再付着したパーティクルに起因して発生するポイゾニング不良を適切に防止するとともに、半導体製造装置の歩留まりを向上することが可能となる。   Thereby, in the first stage, it is determined whether or not the brush is uniformly in contact with the substrate, and if the brush is not uniformly in contact with the wafer, the brush scrub cleaning of the wafer is stopped. . Therefore, it becomes possible to reliably prevent the reattachment of particles to the lower layer wiring, which frequently occurs when the brush is not uniformly in contact with the wafer. Further, when the brush is not in uniform contact with the wafer, it is possible to stop the brush scrub cleaning on the wafer. As a result, it is possible to appropriately prevent the poisoning failure caused by the particles reattached on the Cu wiring and improve the yield of the semiconductor manufacturing apparatus.

以上のように、Cu−CMP後のブラシスクラブ洗浄におけるウェハへのパーティクルの再付着を防止することでポイゾニング不良の発生を抑制し、歩留まりを向上させることが可能な半導体装置の製造方法および半導体製造装置として有効である。   As described above, a semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing capable of suppressing the occurrence of poor poisoning and improving the yield by preventing the reattachment of particles to the wafer in brush scrub cleaning after Cu-CMP. It is effective as a device.

第一の実施形態におけるCu−CMP装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the Cu-CMP apparatus in 1st embodiment. 第一の実施形態におけるCu−CMP装置の洗浄部のうち、第1洗浄ユニットC1の主要構成を示す図である。It is a figure which shows the main structures of the 1st washing | cleaning unit C1 among the washing | cleaning parts of the Cu-CMP apparatus in 1st embodiment. フォトリソグラフィーを実行した後におけるウェハ表面上の欠陥の分布図である。It is a distribution map of the defect on the wafer surface after performing photolithography. 帯状のパターン形成不良を有するウェハにフォトリソグラフィーを実行した後の代表的なパターンのイメージ図である。It is an image figure of the typical pattern after performing photolithography to the wafer which has a strip | belt-shaped pattern formation defect. Cu−CMP後のブラシスクラブ洗浄において存在する部材に対応するゼータ電位と、その部材が存在している洗浄薬液中のpHとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the zeta potential corresponding to the member which exists in the brush scrub cleaning after Cu-CMP, and pH in the cleaning chemical | medical solution in which the member exists. Cu配線上のパーティクルがポイゾニング不良を引き起こすメカニズムとCu配線の製造方法の一例とを関連付けて示した図である。It is the figure which linked and showed the mechanism in which the particle on Cu wiring causes poisoning failure, and an example of the manufacturing method of Cu wiring. 第一の実施形態におけるCu−CMP後のウェハに対して2段階の洗浄の手順を示すためのフローチャートである。It is a flowchart for showing the procedure of a two-step cleaning with respect to the wafer after Cu-CMP in 1st embodiment. 第二の実施形態におけるCu−CMP装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the Cu-CMP apparatus in 2nd embodiment. 第二の実施形態におけるCu−CMP装置の洗浄部のうち、第1洗浄ユニットC1の主要構成とモニタリングツールとを示す図である。It is a figure which shows the main structure and monitoring tool of 1st washing | cleaning unit C1 among the washing | cleaning parts of the Cu-CMP apparatus in 2nd embodiment. 2本のPVAブラシとウェハの表面との接触状態と、その接触状態でブラシスクラブ洗浄を実行した際のウェハの実回転数の経時変化とを示した第一の図である。It is the 1st figure which showed the time-dependent change of the actual rotation speed of a wafer when brush scrub cleaning is performed in the contact state between two PVA brushes and the surface of the wafer. 2本のPVAブラシとウェハの表面との接触状態と、その接触状態でブラシスクラブ洗浄を実行した際のウェハの実回転数の経時変化とを示した第二の図である。It is the 2nd figure which showed the time-dependent change of the actual rotation speed of a wafer when brush scrub cleaning is performed in the contact state of two PVA brushes and the wafer surface. 第二の実施形態におけるCu−CMP後のウェハに対してブラシスクラブ洗浄の手順を示すためのフローチャートである。It is a flowchart for showing the procedure of the brush scrub cleaning with respect to the wafer after Cu-CMP in 2nd embodiment. 多層配線構造の半導体装置におけるCu配線の多層配線工程の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the multilayer wiring process of Cu wiring in the semiconductor device of a multilayer wiring structure.

符号の説明Explanation of symbols

10 Cu−CMP装置
100 制御部
2 研磨部
200 モニタリングツール
201 判定部
3 洗浄部
C1 第1洗浄ユニット
C2 第2洗浄ユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cu-CMP apparatus 100 Control part 2 Polishing part 200 Monitoring tool 201 Judgment part 3 Cleaning part C1 1st cleaning unit C2 2nd cleaning unit

Claims (6)

上層配線と、下層配線と、上層配線と下層配線とを接続するビアとを含む多層配線構造を備える半導体装置の製造方法において、
基板上に形成された低誘電率膜の上面にトレンチを形成する工程と、
上記トレンチの形成後に、上記低誘電率膜の上面に銅を含む導電性膜を成膜する工程と、
上記導電性膜を化学的機械的研磨して上記トレンチに下層配線を形成する工程と、
上記化学的機械的研磨後に、上記基板を洗浄する工程と、
上記基板の洗浄後に、上記低誘電率膜の上面にアンモニアプラズマによる還元処理を実行し、その上に拡散防止膜を形成する工程と、
上記拡散防止膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、
上記下層配線の上方で、上記層間絶縁膜にビアに対応するビアホールを開口する工程と、
上記ビアホールに反射防止膜を埋め込む工程と、
上記反射防止膜の上面に化学増幅型レジストを塗布し、フォトリソグラフィーにより上層配線のトレンチに対応するレジストパターンを形成する工程とを含み、
上記洗浄工程は、少なくとも2段階の洗浄を行ない、
第1段目は、有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、
第2段目は、有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device including a multilayer wiring structure including an upper layer wiring, a lower layer wiring, and a via connecting the upper layer wiring and the lower layer wiring,
Forming a trench on the upper surface of the low dielectric constant film formed on the substrate;
Forming a conductive film containing copper on the upper surface of the low dielectric constant film after forming the trench;
Chemical mechanical polishing the conductive film to form a lower layer wiring in the trench;
Cleaning the substrate after the chemical mechanical polishing;
A step of performing a reduction treatment with ammonia plasma on the upper surface of the low dielectric constant film after cleaning the substrate, and forming a diffusion prevention film thereon;
Forming an interlayer insulating film on the diffusion barrier film;
Opening a via hole corresponding to a via in the interlayer insulating film above the lower layer wiring;
Embedding an antireflection film in the via hole;
Applying a chemically amplified resist on the upper surface of the antireflection film, and forming a resist pattern corresponding to the trench of the upper wiring by photolithography,
The cleaning step performs at least two stages of cleaning,
The first stage performs brush scrub cleaning using an organic acid cleaning chemical.
The second stage is a method for manufacturing a semiconductor device, wherein cleaning is performed using an organic alkali cleaning chemical.
上記洗浄工程の第1段目は、pHが3〜4の有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、
上記洗浄工程の第2段目は、pHが9〜10の有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
In the first stage of the cleaning step, brush scrub cleaning is performed using an organic acid cleaning chemical having a pH of 3 to 4,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second stage of the cleaning step is performed using an organic alkaline cleaning chemical solution having a pH of 9 to 10. 3.
上記洗浄工程の第1段目は、
ブラシスクラブ洗浄が実行される基板を回転する工程と、
上記基板の回転が開始すると、所定の期間毎に、当該基板の回転に対応する回転数を検出する工程と、
検出した回転数が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する工程と、
上記判定の結果、検出した回転数が所定の範囲外である場合、その基板のブラシスクラブ洗浄を停止する工程と、
を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
The first stage of the washing process is
Rotating the substrate on which brush scrub cleaning is performed;
When rotation of the substrate starts, detecting a rotation number corresponding to rotation of the substrate for each predetermined period;
Determining whether or not the detected number of revolutions is included within a predetermined range;
As a result of the determination, if the detected number of rotations is outside a predetermined range, a step of stopping brush scrub cleaning of the substrate;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
低誘電率膜の上面に銅を含む導電性膜が成膜された基板に対して化学的機械的研磨を実行し、当該導電性膜がトレンチに埋め込まれた下層配線を形成する研磨部と、上記化学的機械的研磨が実行された基板に対して洗浄を実行する洗浄部とを備えた半導体製造装置において、
上記洗浄部が、
有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を実行する第1洗浄ユニットと、
有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を実行する第2洗浄ユニットと、
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
A polishing unit that performs chemical mechanical polishing on a substrate having a conductive film containing copper formed on the upper surface of the low dielectric constant film, and forms a lower layer wiring in which the conductive film is embedded in a trench; In a semiconductor manufacturing apparatus comprising a cleaning unit that performs cleaning on a substrate on which the chemical mechanical polishing has been performed,
The cleaning part is
A first cleaning unit that performs brush scrub cleaning using an organic acid cleaning chemical;
A second cleaning unit that performs cleaning using an organic alkaline cleaning chemical;
A semiconductor manufacturing apparatus comprising:
上記第1洗浄ユニットは、pHが3〜4の有機酸洗浄薬液を用いてブラシスクラブ洗浄を行ない、
上記第2洗浄ユニットは、pHが9〜10の有機アルカリ洗浄薬液を用いて洗浄を行なうことを特徴とする請求項4に記載の半導体製造装置。
The first cleaning unit performs brush scrub cleaning using an organic acid cleaning chemical having a pH of 3 to 4,
The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 4, wherein the second cleaning unit performs cleaning using an organic alkali cleaning chemical solution having a pH of 9 to 10.
上記第1洗浄ユニットは、ブラシスクラブ洗浄が実行される基板を回転する回転部と、
上記基板の回転が開始すると、所定の期間毎に、当該基板の回転に対応する回転数を検出する検出部と、
検出した回転数が所定の範囲内に含まれるか否かを判定する判定部と、
上記判定の結果、検出した回転数が所定の範囲外である場合、その基板のブラシスクラブ洗浄を停止する停止部と、
を備えることを特徴とする請求項4または5に記載の半導体製造装置。
The first cleaning unit includes a rotating unit that rotates a substrate on which brush scrub cleaning is performed,
When the rotation of the substrate starts, a detection unit that detects the number of rotations corresponding to the rotation of the substrate for each predetermined period;
A determination unit that determines whether or not the detected number of rotations is included in a predetermined range;
As a result of the determination, if the detected number of rotations is outside a predetermined range, a stop unit that stops brush scrub cleaning of the substrate;
The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 4, further comprising:
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