JP2005174961A - 基板処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 例えば基板の表面に形成した配線保護膜を洗浄液等で侵食することなく、基板の周縁部及び裏面の少なくとも一方の金属膜あるいは金属汚染を除去することができるようにする。
【解決手段】 基板を水平に保持し水平方向に回転させながら該基板表面のほぼ中央部に非酸化性流体を供給し、基板の周縁部及び裏面の少なくとも一方に洗浄液を供給することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、基板処理方法及び装置に関し、特に半導体ウエハ等の基板の表面に設けた配線用の微細凹部に、銅や銀等の配線材料を埋込んで構成した埋込み配線の露出表面に配線保護膜を選択的に形成した後、この基板の周縁部及び裏面に付着した金属等を除去するのに使用される基板処理方法及び装置に関する。

近年、半導体装置の配線を形成するための手法として、基板の表面に予め形成した配線溝やコンタクトホールの中に銅や銀等の金属（配線材料）を堆積させた後、余分な金属をＣＭＰによって除去し平坦化するダマシンプロセスが用いられている。このダマシンプロセスにおいて、例えば銅を配線材料とする場合、ＣＭＰ直後に銅配線の表面が外部に露出しており、このため、銅の拡散防止膜として機能する保護膜を基板のほぼ全面に形成することが行われている。この拡散防止膜（保護膜）として、シリコン窒化膜が一般に用いられているが、シリコン窒化膜は、誘電率が高いという不都合があって、回路遅延が大きくなってしまう。このため、シリコン窒化膜ではなく、Ｃｏ系合金やＮｉ系合金等からなる膜を拡散防止用の保護膜として使用する試みがなされている。このための方法として、無電解めっきやＣＶＤ法により、ＣＭＰ後の銅配線の露出表面にＣｏ系合金やＮｉ系合金の配線保護膜を選択的に形成することが検討されている。

図１は、半導体装置における銅配線形成例を工程順に示す。図１（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上に、例えばＳｉＯ_２からなる酸化膜やＬｏｗ−ｋ材膜等の絶縁膜２を堆積し、この絶縁膜２の内部に、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、配線用の微細凹部としての微孔（コンタクトホール）３と配線溝（トレンチ）４を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリア層５、更にその上に電解めっきの給電層としてのシード層６をスパッタリング等により形成する。

そして、図１（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、基板Ｗの微孔３及び配線溝４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜２上に銅層７を堆積させる。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）などにより、絶縁膜２上のバリア層５、シード層６及び銅層７を除去して、微孔３及び配線溝４内に充填させた銅層７の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜２の内部にシード層６と銅層７からなる埋込み配線（銅配線）８を形成する。

次に、図１（ｄ）に示すように、基板Ｗの表面に無電解めっきを施し、埋込み配線８の表面に、Ｃｏ合金やＮｉ合金等からなる配線保護膜９を選択的に形成し、これによって、埋込み配線８の表面を配線保護膜９で覆って保護する。

なお、銅等の金属配線は、一般的に多層化して用いられており、層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜上に所定パターンの配線溝やコンタクトホールを形成する工程と、配線溝やコンタクトホールに銅等の金属を埋込んで配線を形成する工程を繰り返すことで、多層配線が形成される。すなわち、保護膜形成後には、ＣＶＤ法等でＳｉＯ_２等の絶縁膜を堆積する工程が続く。

ここで、半導体集積回路の製造プロセスでは、一般に各種検査装置や成膜装置などを配線形成工程で共用している場合が多い。そのため、周縁部や裏面の金属汚染が充分に除去されない基板が共用されている装置に搬入されると、該装置が基板で汚染され、その後に搬送されてくる基板が該装置を介して２次的に汚染されてしまう。特に絶縁膜の成膜において、金属汚染は絶縁破壊を引き起こす致命的な欠陥となる。
したがって、金属成分を含む保護膜等を形成した後は、次の工程に搬送する前に基板の周縁部及び裏面を洗浄して金属汚染を除去する必要がある。

しかしながら、例えば埋込み配線８の表面を選択的に覆って該配線８を保護する配線保護膜９は、膜厚が厚いと配線抵抗の上昇のおそれがあるため、一般に数ｎｍから５０ｎｍ、多くは２０ｎｍ以下の膜厚の薄膜からなる。このため、洗浄の際に洗浄液が配線保護膜９に接触すると、配線保護膜９が洗浄液に溶解して消失したり、配線保護膜９の膜厚のコントロールが困難となったりする。また、コバルト合金、ニッケル合金、錫合金は、一般に酸化されやすく、このため、雰囲気中の成分によっては、コバルト合金等からなる配線保護膜９が酸化されて侵食されてしまう。更に、ＣＭＰで周縁部の銅が研磨しきれずに残ったまま、配線保護膜を形成する工程を行うと、基板の周縁部に銅と保護膜成分が膜状に析出した状態となり、銅と膜状に析出した保護膜成分の両方を除去する必要がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、例えば基板の表面に形成した配線保護膜を洗浄液等で侵食することなく、基板の周縁部及び裏面の少なくとも一方の金属膜あるいは金属汚染を除去することができるようにした基板処理方法及び装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、基板を水平に保持し水平方向に回転させながら該基板表面のほぼ中央部に非酸化性流体を供給し、前記基板の周縁部及び裏面の少なくとも一方に洗浄液を供給することを特徴とする基板処理方法である。
これにより、基板表面のほぼ中央部に供給される非酸化性流体によって、例えば基板表面に形成された配線保護膜を保護し、基板の周縁部及び裏面の少なくとも一方に供給される洗浄液や酸化による侵食を防止しながら、基板の周縁部及び裏面の少なくとも一方を、該基板の周縁部及び裏面の少なくとも一方に供給される洗浄液で洗浄することができる。

請求項２に記載の発明は、前記基板の表面には、露出表面を配線保護膜で選択的に覆われて保護された埋込み配線が形成されていることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法である。
これにより、一般に数ｎｍから５０ｎｍ、多くは２０ｎｍ以下の膜厚の薄膜からなる配線保護膜を侵食から保護しながら、基板の周縁部や裏面のみを洗浄することができる。この埋込み配線は、例えば銅、銅合金、銀、銀合金、金または金合金により形成される。また配線保護膜は、例えばコバルト合金、ニッケル合金、錫合金、ジルコニウム合金、パラジウム及びそれらのシリサイドから選ばれる少なくとも1種により形成される。

請求項３に記載の発明は、基板を水平に保持し水平方向に回転させながら、基板表面の配線形成部を除く周縁部及び裏面に洗浄液を同時に供給することを特徴とする基板処理方法である。
これにより、基板表面の配線形成部を除く周縁部及び裏面を同時に洗浄して、洗浄効率を高めることができる。

請求項４に記載の発明は、前記非酸化性流体は 純水、脱気水、ガス溶解水、水溶性有機化合物溶解水及び不活性ガスから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1または２記載の基板処理方法である。
請求項５に記載の発明は、前記ガス溶解水は、水素ガス溶解水、窒素ガス溶解水、アルゴンガス溶解水及び炭酸ガス溶解水から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項４記載の基板処理方法である。
非酸化性流体として、純水にガスを溶解させたガス溶解水を使用することで、純水中の酸素によって配線保護膜等が侵されることを抑制することができる。

請求項６に記載の発明は、前記水溶性有機化合物溶解水の有機成分は、有機防食剤、高分子化合物、水溶性アルコール類及び界面活性剤から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項４記載の基板処理方法である。
配線保護膜等は、金属成分によっては、水系の流体に僅かずつでも溶解するが、防食剤を添加した防腐剤添加水や高分子化合物を溶解させた高分子化合物溶解水は、この配線保護膜等の金属成分の溶解拡散を抑制し、しかも高濃度の洗浄液を使用した時に、万が一エッチング性の洗浄液のミストが跳ね返っても、配線保護膜等が洗浄液に侵されるのを抑制することができる。高分子化合物溶解水、アルコールを溶解させたアルコール溶解水および界面活性剤を溶解させた界面活性剤溶解水は、純水では濡れ性が均一でない配線保護膜を形成した基板においても、基板表面を均一にカバーすることができる。

有機防食剤としては、ベンゾチアゾール、ベンゾイミダゾール、メルカプトベンゾイミダゾール、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、トリルトリアゾール、メルカプトベンゾチアゾール、あるいはこれらの誘導体が挙げられる。
水溶性高分子化合物としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコールが挙げられる。
水溶性アルコール類としては、メタノール、エタノール、プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノールなどの一価アルコールや、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコールなどの二価アルコールが挙げられる。

カチオン系界面活性剤としては、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、パーフルオロアルキルトリメチルアンモニウムクロライドなどのアルキルトリメチルアンモニウムクロライドやジアルキルジメチルアンモニウムクロライド、ジアルキルメチルベンジルアンモニウムクロライドなどの４級アンモニウムクロライド、アルキルアミン塩酸塩などが挙げられる。

ノニオン系界面活性剤としては、（１）ポリオキシエチレンラウリルアミン、ポリオキシエチレンステアリルアミンなどのポリオキシエチレンアルキルアミン型、（２）ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルエーテル型、（３）ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルフェノール型、（４）ポリオキシエチレンモノラウレート、ポリオキシエチレンモノステアレート、ポリオキシエチレンオレエートなどのポリオキシエチレン脂肪酸エステル型、（５）ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレートなどのソルビタンエステル型、（６）オキシエチレンオキシプロピレンブロックポリマー型、（７）グリセロールモノステアレート型や、（８）パーフルオロアルキル化合物などが挙げられる。

請求項７に記載の発明は、前記洗浄液は、酸及び酸化剤の一方または両方を含有する溶液からなることを特徴とする請求項1乃至３のいずれかに記載の基板処理方法である。
洗浄液は、汚染状況に応じて、任意のものが使用される。なお、基板の周縁部と裏面を洗浄するに際しては、それぞれの汚染状況に応じて、濃度や成分等の異なる洗浄液を使用するようにしてもよい。

請求項８に記載の発明は、前記酸は、硫酸、塩酸、弗化水素酸、硝酸及び有機酸から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項７記載の基板処理方法である。
酸としては、硫酸、塩酸、弗化水素酸、硝酸、隣酸、スルファミン酸、酢酸、くえん酸、りんご酸、しゅう酸、マロン酸、マレイン酸、乳酸、酒石酸、ギ酸、グリコール酸、グルコン酸、こはく酸等が挙げられる。
請求項９に記載の発明は、前記酸化剤は、過酸化水素水及びオゾン水の少なくとも一方であることを特徴とする請求項７記載の基板処理方法である。

請求項１０に記載の発明は、基板を水平に保持して回転させる基板保持部と、前記基板保持部で保持される基板表面のほぼ中央部に非酸化性流体を供給する非酸化性流体供給部と、前記基板保持部で保持される基板の周縁部に洗浄液を供給する周縁部洗浄液供給部を有することを特徴とする基板処理装置である。

請求項１１に記載の発明は、基板を水平に保持して回転させる基板保持部と、前記基板保持部で保持される基板表面のほぼ中央部に非酸化性流体を供給する非酸化性流体供給部と、前記基板保持部で保持される基板の裏面に洗浄液を供給する裏面洗浄液供給部を有することを特徴とする基板処理装置である。

請求項１２に記載の発明は、前記基板の表面には、露出表面を配線保護膜で選択的に覆われて保護された埋込み配線が形成されていることを特徴とする請求項１０または１１記載の基板処理装置である。
請求項１３に記載の発明は、前記非酸化性流体は 純水、脱気水、ガス溶解水、水溶性有機化合物溶解水及び不活性ガスから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1０乃至１２のいずれかに記載の基板処理装置である。

請求項１４に記載の発明は、前記ガス溶解水は、水素ガス溶解水、窒素ガス溶解水、アルゴンガス溶解水及び炭酸ガス溶解水から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項１３記載の基板処理装置である。
請求項１５に記載の発明は、前記水溶性有機化合物溶解水の有機成分は、有機防食剤、水溶性アルコール類及び界面活性剤から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項１３記載の基板処理装置である。

請求項１６に記載の発明は、前記洗浄液は、酸及び酸化剤の一方または両方を含有する溶液からなることを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれかに記載の基板処理装置である。
請求項１７に記載の発明は、前記酸は、硫酸、塩酸、弗化水素酸、硝酸及び有機酸から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項１６記載の基板処理装置である。
請求項１８に記載の発明は、前記酸化剤は、過酸化水素水及びオゾン水の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１６記載の基板処理装置である。

請求項１９に記載の発明は、表面に埋込み配線を形成した基板を搬入及び搬出するロード・アンロード部と、埋込み配線の露出表面に配線保護膜を選択的に形成する無電解めっきユニットと、前記保護膜を選択的に形成した基板の表面の配線形成部を除く周縁部及び裏面の少なくとも一方を洗浄する洗浄ユニットと、基板を搬送する搬送ロボットを有することを特徴とする保護膜形成装置である。

請求項２０に記載の発明は、前記無電解めっきの前処理を行う前処理ユニットを更に有することを特徴とする請求項１９記載の保護膜形成装置である。
請求項２１に記載の発明は、前記前処理ユニットは、薬液処理ユニット及び／または触媒付与ユニットからなることを特徴とする請求項２０記載の保護膜形成装置である。

本発明によれば、基板表面のほぼ中央部に供給される非酸化性流体によって、例えば基板表面に形成された配線保護膜を保護し、基板の周縁部や裏面に供給される洗浄液や酸化による侵食を防止しながら、基板の周縁部や裏面を該基板の周縁部や裏面に供給される洗浄液で洗浄することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図２は、本発明の実施の形態における基板処理装置の概要を示す。この基板処理装置は、図１（ｄ）に示す、埋込み配線８の表面を配線保護膜９で選択的に覆って保護した基板Ｗの周縁部及び裏面を、配線保護膜９を洗浄液等で侵食することなく、洗浄するようにしたものである。ここで、基板の周縁部とは、基板の周縁で配線回路が形成されない領域、または基板の周縁で配線回路が形成されても最終的にデバイスとして使用されない領域をいう。

この基板処理装置には、回転自在な主軸１０の上端に連結された円板状の基板ステージ１２と、この基板ステージ１２の外周部の円周方向に沿った所定の位置に立設した複数のスピンチャック１４を有する基板保持部１６が備えられている。これにより、周縁部を除く領域に配線回路を形成した基板Ｗの周縁部を複数のスピンチャック１４で把持して基板Ｗを水平に保持し、この状態で主軸１０を回転させることで、基板Ｗを水平方向に回転させるようになっている。

この基板保持部１６で保持される基板Ｗの表面側のほぼ中央部の上方に位置して、非酸化性流体を基板Ｗのほぼ中央部に供給する非酸化性流体供給部としてのセンタノズル１８が下向きで配置され、基板Ｗの周縁部の上方に位置して、洗浄液を基板Ｗの周縁部に供給する周縁部洗浄液供給部としてのエッジノズル２０が下向きで配置されている。更に、基板保持部１６の外側上方に位置して、基板保持部１６で保持される基板Ｗの表面にリンス用の純水を供給して該表面をリンスする表面リンスノズル２２が、基板Ｗのほぼ中央部に向けて斜め下向きで配置されている。

このエッジノズル（周縁部洗浄液供給部）２０は、水平方向に揺動自在な揺動アームの自由端に下方に向けて垂設され、この揺動アームを水平方向に揺動させることで、基板Ｗの周縁部の洗浄エリア幅Ｌを変更できるようになっている。
なお、図３に示すように、エッジノズル２０を、基板Ｗの外周部側に向けて、鉛直方向に対して傾斜させて配置し、エッジノズル２０を上下動させることで、基板Ｗの周縁部の洗浄エリア幅Ｌを変更できるようにしてもよい。

主軸１０は中空軸で構成され、この主軸１０の中空部１０ａの内部に、ノズル棒２４が上下に貫通して配置されている。このノズル棒２４の内部には、洗浄液またはリンス用の純水を流通させる第１流路２４ａと、洗浄用の純水のみを流通させる第２流路２４ｂが上下に延びてそれぞれ設けられており、この第１流路２４ａの上端に、上方に向けて開口して洗浄液を基板Ｗの裏面に供給する裏面洗浄液供給部としての第１裏面ノズル２６が、第２流路２４ｂの上端に、直角に屈曲して水平方向に開口する第２裏面ノズル２８がそれぞれ設けられている。

ここで、第１流路２４ａは、開閉弁３０ａ，３０ｂを介して、洗浄液流路３２または純水流路３４の一方に連通して、第１裏面ノズル（裏面洗浄液供給部）２６から洗浄液またはリンス用の純水の一方を基板Ｗの裏面のほぼ中央部に向けて供給するようになっている。一方、第２流路２４ｂは、純水流路３６のみに連通して、第２裏面ノズル２８から洗浄用の純水を基板Ｗの裏面側の基板Ｗと基板ステージ１２との間に向けて扇状に供給するようになっている。

基板保持部１６の周囲は、略円筒状の飛散防止カップ４０で囲繞されており、この飛散防止カップ４０の側壁には、排気口４２が設けられている。この排気口４２は、気液分離装置（図示せず）に繋がっており、この気液分離装置で分離された気体は排気ダクト（図示せず）へ、分離液は廃液ライン（図示せず）へそれぞれ排出される。

飛散防止カップ４０の下端開口部は、底板４４で閉塞されており、この底板４４には、複数の排液口４６が一体に設けられている。そして、この底板４４は、各排液口４６に向かうに従って下方に向けて傾斜しており、これによって、底板４４に達した排液は、この底板４４の傾斜に沿ってスムーズに流れて排液口４６に達し、この排液口４６から自重により外部に排出されるようになっている。

次に、この基板処理装置による基板処理方法について説明する。
先ず、エッジノズル（周縁部洗浄液供給部）２０を洗浄目的に応じた位置に設定する。そして、配線回路を形成した表面を上向きにして、基板Ｗを基板保持部１６のスピンチャック１４で把持して水平に保持し、主軸１０を回転させて基板Ｗを水平方向に回転させる。この状態で、センタノズル（非酸化性流体供給部）１８から基板Ｗのほぼ中央部に非酸化性流体を連続的に供給する。この非酸化性流体は、この例では、純水、脱気水、ガス溶解水または水溶性有機化合物溶解水から選ばれる少なくとも1種である。

ガス溶解水は、水素ガス溶解水、窒素ガス溶解水、アルゴンガス溶解水及び炭酸ガス溶解水から選ばれる少なくとも1種であり、純水にガスを溶解させたガス溶解水を使用することで、純水中の酸素によって配線保護膜９（図１（ｄ）参照）等が侵されることを抑制することができる。

水溶性有機化合物溶解水の有機成分は、有機防食剤、高分子化合物、水溶性アルコール類及び界面活性剤から選ばれる少なくとも1種である。配線保護膜９（図１（ｄ）参照）は、金属成分によっては、水系の流体に僅かずつでも溶解するが、防食剤を添加した防腐剤添加水や高分子化合物を溶解させた高分子化合物溶解水は、この配線保護膜９の金属成分の溶解拡散を抑制し、しかも高濃度の洗浄液を使用した時に、万が一エッチング性の洗浄液のミストが跳ね返っても、配線保護膜９が洗浄液に侵されるのを抑制することができる。高分子化合物溶解水、アルコールを溶解させたアルコール溶解水および界面活性剤を溶解させた界面活性剤溶解水は、純水では濡れ性が均一でない配線保護膜９を形成した基板Ｗにおいても、基板Ｗの表面を均一にカバーすることができる。

同時に、共に洗浄液供給部としてのエッジノズル２０及び第１裏面ノズル（裏面洗浄液供給部）２６から、基板Ｗの周縁部及び裏面に洗浄液を連続的または間欠的に供給する。この洗浄液は、硫酸、塩酸、弗化水素酸、硝酸及び有機酸から選ばれる少なくとも1種からなる酸、及び過酸化水素水及びオゾン水の少なくとも一方からなる酸化剤の一方または両方を含有する溶液からなり、汚染状況に応じて任意のものが使用される。なお、基板Ｗの周縁部と裏面を洗浄するに際しては、それぞれの汚染状況に応じて、濃度や成分等の異なる洗浄液を使用するようにしてもよい。

これにより、センタノズル１８から基板Ｗのほぼ中央部に供給される水系の非酸化性流体は、回転による遠心力で基板Ｗの全表面に拡がって、例えば基板Ｗの表面に形成された配線保護膜９（図１（ｄ）参照）を保護し、基板Ｗの周縁部及び裏面に供給される洗浄液や酸化による侵食を防止しながら、基板Ｗの周縁部及び裏面が該基板Ｗの周縁部及び裏面に供給される洗浄液で洗浄されて、基板Ｗの周縁部及び裏面の金属汚染が除去される。

次に、基板Ｗの表面の非酸化性流体を洗い流す必要がない場合には、引き続きセンタノズル１８からの非酸化性流体を供給したまま、エッジノズル２０及び第１裏面ノズル２６からの洗浄液の供給を停止する。そして、第１裏面ノズル２６から基板Ｗの裏面に向けてリンス用の純水を供給して、基板Ｗの裏面のリンスを行う。この時、第２裏面ノズル２８からも水平方向扇状に純水を供給して基板ステージ１２の上面およびスピンチャック１４を洗浄する。基板Ｗの表面の非酸化性流体を洗い流す必要がある場合には、センタノズル１８からの非酸化性流体の供給を停止し、更に、エッジノズル２０及び第１裏面ノズル２６からの洗浄液の供給を停止する。そして、表面リンスノズル２２及び第１裏面ノズル２６から基板Ｗの表裏両面に向けてリンス用の純水をそれぞれ供給して、基板Ｗのリンスを行う。この時、第２裏面ノズル２８からも水平方向扇状に純水を供給して基板ステージ１２の上面およびスピンチャック１４を洗浄する。
そして、リンス終了後、基板Ｗを高速回転させてスピン乾燥させ、乾燥後に基板Ｗの回転を停止させて、一連の処理を完了する。

なお、洗浄液やリンス液（純水）は、基板Ｗの回転処理中に作用する遠心力によって飛散する。このため、洗浄液や純水がスピン乾燥時に飛散防止カップ４０等の装置側壁面に残留すると、配線保護膜９（図１（ｄ）参照）が酸雰囲気に曝露され酸化してしまう。しかし、この例によれば、洗浄、リンス、スピン乾燥の間、飛散防止カップ４０に設けた排気口４２から酸雰囲気および酸ミストが排出される。また第２裏面ノズル２８から供給される純水の一部は、飛散防止カップ４０に付着した洗浄液を洗い流す。更に、裏面リンスの途中で、第１裏面ノズル２６から供給される純水の流量を基板Ｗに届かない程度に低下させることで、第１裏面ノズル２６及びその周囲の洗浄液を純水で洗い流すことができる。これらにより、スピン乾燥時に配線保護膜９が酸雰囲気に曝露されて酸化されることが防止される。

また、飛散防止カップ４０の下方開口端を閉塞する底板４４上に洗浄液やリンス液（純水）が滞留していると、スピン乾燥時に排液蒸気が巻き上がり配線保護膜９が酸化されやすくなる。特に、1000rpm以上の高速回転で基板のスピン乾燥を行うと、底板４４上に滞留した液は遠心力で引っ張られ、傾斜があっても排液口が一つではうまく排液口に流れ込むことができない。この例によれば、傾斜を付けた低位置に複数の排液口４６を設けることにより、遠心力で引っ張られた排液も排液口４６に到達して速やかに排出され、このため、スピン乾燥時の廃液蒸気の巻き上がりによる影響を抑制することができる。

図４乃至図８は、本発明の他の実施の形態における基板処理装置を示す。この基板処理装置は、円筒状のチャンバ本体５２と、該チャンバ本体５２の上端開口部及び下端開口部をそれぞれ覆うチャンバカバー５４及び底板５６を備え、基板Ｗを内部に収容するチャンバ５０を有している。チャンバ本体５２の上端部とチャンバカバー５４の外周部とは互いに密着して、チャンバ５０の内部を外気からシールできるように構成されている。底板５６は、水平に対して僅かに傾斜しており、その最も下方に位置に連通して、チャンバ本体５２には、排気と排液を兼ねた排気兼排液管５８が接続されている。

チャンバ５０の内部に位置して、複数のロールチャック６０を有する基板保持部６２が配置されて、表面の周縁部を除く領域に配線回路を形成した基板Ｗは、その周縁部の円周方向に沿った複数箇所で、ロールチャック６０を介して水平に保持され、ロールチャック６０が同期して自転することにより水平方向に回転するようになっている。
この各ロールチャック６０の外側方に位置して、ロールチャック６０の凹部に洗浄用の純水を供給する第１純水供給ノズル６４と、ロールチャック６０の凹部内の純水を吸引して除去する第１純水吸引ノズル６６が配置されている。

チャンバカバー５４の中心部には、開口５４ａが形成されており、その開口５４ａ内を鉛直方向に貫通してシャフト６８が設けられている。シャフト６８は、その上端に円板状のフランジ６８ａを有している。チャンバカバー５４とシャフト６８のフランジ６８ａとは、ベローズ状のフレキシブルジョイント７０で接続されて、開口５４ａがシールされている。シャフト６８の中心には、この例では、非酸化性流体としての不活性ガスを基板保持部６２で保持した基板Ｗの表面に供給する非酸化性流体供給部としての導管７２が上下に貫通して形成されている。

シャフト６８の下端には、円板状のディスク７４が、該ディスク７４の下面が基板保持部６２で保持した基板Ｗの表面と平行に対面するよう連結されている。ディスク７４と基板Ｗの表面との隙間はできる限り狭くするのが好ましく、例えば０．５〜２０ｍｍの範囲で、導管７２から供給される不活性ガス（非酸化性流体）が基板Ｗの表面上を均一に流れるように適宜調節する。この隙間調整をすることにより、比較的少量の不活性ガスで基板Ｗの表面を保護するという目的を達することができる。

図５に示すように、基板保持部６２の側方に位置して、基板保持部６２で保持した基板Ｗの周縁部に洗浄液を供給する周縁部洗浄液供給部としての洗浄液供給ノズル７６と、基板Ｗの周縁部から洗浄液を吸引して除去する洗浄液吸引ノズル７８が配置されている。この洗浄液供給ノズル（周縁部洗浄液供給部）７６は、基板Ｗの表面との距離が５ｍｍ以下となるように配置され、１００ｍｌ／ｍｉｎ以下の洗浄液を基板Ｗの周縁部に供給するように構成されている。このとき、低速で回転する基板Ｗの周縁に供給された洗浄液は、図６に示すように、基板Ｗと洗浄液供給ノズル７６の先端の間に保持された後、基板Ｗと接触した位置に止まり遠心力によって飛散しない。そして、この洗浄液は、基板Ｗの回転によって洗浄液吸引ノズル７８の吸引口まで達する。このように、洗浄液供給ノズル７６から洗浄液を供給しつつ、洗浄液吸引ノズル７８で洗浄液を吸引し除去することにより、洗浄液は、基板Ｗとの接触部で作用し、遠心力によって外へ飛散しないで吸引して除去される。

洗浄液供給ノズル７６は、水平位置を変えることにより、該洗浄液供給ノズル７６から供給される洗浄液が基板Ｗに接触する位置が変わり、基板Ｗの周縁部の洗浄エリア幅Ｌを調整できるようになっている。
なお、洗浄液供給ノズル７６の先端をスポンジ等の多孔質材料とし、その多孔質材料と基板Ｗを接触させることにより、洗浄液を基板Ｗに供給するようにしてもよい。

基板Ｗを挟んで洗浄液供給ノズル７６と洗浄液吸引ノズル７８の反対側には、基板保持部６２で保持した基板Ｗの周縁部にリンス用の純水を供給する第２純水供給ノズル８０と、基板Ｗの周縁部から純水を吸引して除去する第２純水吸引ノズル８２が配置されている。この第２純水供給ノズル８０を洗浄液供給ノズル７６よりも若干基板Ｗの中央寄りに配置することで、基板Ｗに供給される洗浄液を第２純水供給ノズル８０から供給される純水で確実に洗い流すことができる。また、基板Ｗの側方から、この表面のほぼ中央に向けてリンス用の純水用の供給する第３純水供給ノズル８４が備えられている。

更に、図７及び図８に示すように、基板保持部６２で保持される基板Ｗの下方に該基板Ｗと平行に待避自在に配置されて軸心周りに回転する角柱状の駆動アーム９０が備えられている。この駆動アーム９０の一つの面Ａには、基板保持部６２で保持した基板Ｗの裏面に洗浄を供給する裏面洗浄液供給部としての複数の洗浄液供給口９２と、基板Ｗの裏面の洗浄液を吸引して除去する複数の洗浄液吸引口９４が交互に配置されている。また、他の一つの面Ｂには、基板保持部６２で保持した基板Ｗの裏面にリンス用の純水を供給する複数の純水供給口９６と、基板Ｗの裏面の純水を吸引して除去する純水吸引口９８が交互に配置されている。

これにより、基板保持部６２で保持した基板Ｗの裏面に、駆動アーム９０のＡ面を近接させて対面させた状態で、洗浄液供給口９２から洗浄液を上向きに吐出して基板Ｗの裏面に洗浄液を供給しつつ、洗浄液吸引口９４から洗浄液を吸引して除去して基板Ｗの裏面を洗浄し、駆動アーム９０を回転させて駆動アーム９０の面Ｂを基板Ｗに対面させた状態で、純水供給口９６からリンス用の純水を上向きに吐出して基板Ｗの裏面に純水を供給しつつ、純水吸引口９８から純水を吸引して除去して基板Ｗの裏面をリンスするようになっている。

次に、この基板処理装置により基板処理方法について説明する。
先ず、洗浄液供給ノズル（周縁部洗浄液供給部）７６を洗浄目的に応じた位置に設定する。そして、配線回路を形成した表面を上向きにして、基板Ｗを基板保持部６２のロールチャック６０で水平に保持し、待避位置にあった駆動アーム９０を、このＡ面が基板Ｗの裏面に近接して対面する位置に位置させた後、ロールチャック６０を同期して回転させて基板Ｗを水平方向に回転させる。この状態で、導管（非酸化性流体供給部）７２から基板Ｗのほぼ中央部に、この例では、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを連続的に供給する。

同時に、洗浄液供給ノズル（周縁部洗浄液供給部）７６及び洗浄液供給口（裏面洗浄液供給部）９２から、基板Ｗの周縁部及び裏面に洗浄液を連続的または間欠的に供給しつつ、洗浄液吸引ノズル７８及び洗浄液吸引口９４から洗浄液を吸引除去する。この洗浄液は、汚染状況に応じて任意のものが使用され、またそれぞれの汚染状況に応じて、濃度や成分等の異なる洗浄液を基板Ｗの周縁部と裏面に供給するようにしてもよいことは前述と同様である。

これにより、導管７２から供給された不活性ガス（非酸化性流体）は、基板Ｗの中心部から周縁部に向かって流れ、これ不活性ガスの流れによって、例えば基板Ｗの表面に形成された配線保護膜９（図１（ｄ）参照）を保護し、基板Ｗの周縁部及び裏面に供給される洗浄液や酸化による侵食を防止しながら、基板Ｗの周縁部及び裏面が該基板Ｗの周縁部及び裏面に供給される洗浄液で洗浄されて、基板Ｗの周縁部及び裏面の金属汚染が除去される。なお、不活性ガスの供給量は、ミスト等が基板Ｗの中央部に流れ込むことなく、かつ、基板Ｗの周縁部に供給された洗浄液を基板外に飛ばすことがない程度の量に設定される。

次に、例えば、基板Ｗの表面に純水に対して弱い膜が形成されている場合にあっては、引き続き導管７２から不活性ガスを供給したまま、洗浄液供給ノズル７６及び洗浄液供給口９２からの洗浄液の供給を停止する。そして、駆動アーム９０をＢ面が基板Ｗに対面するように回転させた後、第２純水供給ノズル８０及び純水供給口９６から基板Ｗの周縁部及び裏面にリンス用の純水を供給しつつ、第２純水吸引ノズル８２及び純水吸引口９８から純水を吸引除去して、基板Ｗの周縁部及び裏面をリンスする。同時に、第１純水供給ノズル６４からロールチャック６０の凹部に向けて純水を供給しつつ、第１純水吸引ノズル６６から純水を吸引除去して、この凹部を洗浄する。この時、ロールチャック６０に当たった洗浄液が混ざった純水も、第１純水吸引ノズル６６から吸引除去されて、これが基板Ｗに跳ね返ることが防止される。

一方、基板Ｗの表面も純水でリンスする場合にあっては、導管７２からの不活性ガスの供給を停止し、前述の第２純水供給ノズル８０からの純水の供給に代えて、第３純水供給ノズル８４から基板Ｗの表面にリンス用の純水を供給し、その他は前述と同様にして、基板Ｗの表面及び裏面をリンスする。
そして、リンス終了後、基板Ｗを高速回転させてスピン乾燥させ、乾燥後に基板Ｗの回転を停止させて、一連の処理を完了する。

図９は、本発明の実施の形態における保護膜形成装置の全体平面図を示す。この保護膜形成装置は、基板Ｗを搬入及び搬出するロード・アンロード部１００と装置フレーム１０２とを有している。そして、この装置フレーム１０２の内部には、無電解めっきの前処理を行う前処理ユニット１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ、配線保護膜を形成する無電解めっきユニット（蓋めっきユニット）１０６、及び、例えば図２、または図４乃至図８に示す基板処理装置から構成された洗浄ユニット１０８ａ，１０８ｂが配置され、更に基板を仮置きする仮置きステージ１１２、基板を搬送する搬送ロボット１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃが備えられている。前処理ユニット１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃは、薬液処理ユニット及び／または触媒付与ユニットから構成されている。

次に、この保護膜形成装置によって、図１（ｃ）に示す埋込み配線８を形成した基板の該埋込み配線８の表面に、図１（ｄ）に示す配線保護膜９を形成する一連の処理を説明する。

先ず、埋込み配線８（図１（ｃ）参照）を形成した基板を収納した基板カセットをロード・アンロード部１００に搭載する。そして、ロード・アンロード部１００に搭載した基板カセットから１枚の基板を搬送ロボット１１４ａで取出して装置フレーム１０２内に搬入し、仮置きステージ１１２に搬送して載置保持する。搬送ロボット１１４ｂは、仮置きステージ１１２に載置保持された基板を、前処理ユニット１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃのいずれかに搬送する。

この前処理ユニット１０４ａ，１０４ｂまたは１０４ｃで、例えば基板表面へのＰｄ触媒の付着や、基板の露出表面に付着した酸化膜の除去等の少なくとも一方のめっき前処理を行い、スピン乾燥（液切り）を行って、この乾燥後の基板を搬送ロボット１１４ｃで無電解めっきユニット１０６に搬送する。

この無電解めっきユニット１０６で、図１（ｄ）に示すように、埋込み配線８の露出表面に、例えばコバルト合金やニッケル合金などからなる配線保護膜（めっき膜）９を選択的に形成して配線８を保護する。この配線保護膜９の膜厚は、０．１〜５００ｎｍ、好ましくは、数ｎｍから５０ｎｍであり、多くは２０ｎｍ以下である。この時、例えば、配線保護膜９の膜厚をモニタして、この膜厚が所定の値に達した時、つまり終点（エンドポイント）を検知した時に、無電解めっきを終了する。

そして、無電解めっきが終了した基板を、搬送ロボット１１４ｂで洗浄ユニット１０８ａ，１０８ｂの一方に搬送し、この洗浄ユニット１０８ａまたは１０８ｂで、前述のように、配線保護膜９の侵食を防止しつつ、基板の周縁部及び裏面を洗浄液で洗浄し、更に純水で洗浄（リンス）した後、高速回転させてスピン乾燥させる。そして、このスピン乾燥後の基板Ｗを搬送ロボット１１４ｂで仮置きステージ１１２に搬送して載置保持し、この仮置きステージ１１２に載置保持された基板を、搬送ロボット１１４ａでロード・アンロード部１００に搭載した基板カセットに戻す。

銅配線の形成例を工程順に示す図である。 本発明の実施の形態における基板処理装置の概要を示す断面図である。 エッジノズルと基板保持部で保持した基板の他の関係を示す図である。 本発明の他の実施の形態における基板処理装置の概要を示す断面図である。 図４に示す基板処理装置における基板と洗浄液供給ノズル、洗浄液吸引ノズル、純水供給ノズル及び純水吸引ノズルの関係を示す平面図である。 図５に示す基板と洗浄液供給ノズルの関係を拡大して示す正面図である。 図４に示す基板処理装置における基板と駆動アームとの関係を示す平面図である。 図７の示す駆動アームの斜視図である。 本発明の実施の形態における保護膜形成装置を示す平面図である。

符号の説明

８ 配線
９ 配線保護膜
１０ 主軸
１２ 基板ステージ
１４ スピンチャック
１６ 基板保持部
１８ センタノズル（非酸化性流体供給部）
２０ エッジノズル（周縁部洗浄液供給部）
２２ 表面リンスノズル
２４ ノズル棒
２６ 第１裏面ノズル（裏面洗浄液供給部）
２８ 第２裏面ノズル
４０ 飛散防止カップ
４２ 排気口
４４ 底板
４６ 排液口
５０ チャンバ
５６ 底板
５８ 排気兼排液管
６０ ロールチャック
６２ 基板保持部
６４ 第１純水供給ノズル
６６ 第１純水吸引ノズル
６８ シャフト
７０ フレキシブルジョイント
７２ 導管（非酸化性流体供給部）
７６ 洗浄液供給ノズル（周縁部洗浄液供給部）
７８ 洗浄液吸引ノズル
８０ 第２純水供給ノズル
８２ 第２純水吸引ノズル
８４ 第３純水供給ノズル
９０ 駆動アーム
９２ 洗浄液供給口（裏面洗浄液供給部）
９４ 洗浄液吸引口
９６ 純水供給口
９８ 純水吸引口
１００ ロード・アンロード部
１０２ 装置フレーム
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ 前処理ユニット
１０６ 無電解めっきユニット
１０８ａ，１０８ｂ 洗浄ユニット
１１２ 仮置きステージ
１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ 搬送ロボット

Claims (21)

1. 基板を水平に保持し水平方向に回転させながら該基板表面のほぼ中央部に非酸化性流体を供給し、
   前記基板の周縁部及び裏面の少なくとも一方に洗浄液を供給することを特徴とする基板処理方法。
2. 前記基板の表面には、露出表面を配線保護膜で選択的に覆われて保護された埋込み配線が形成されていることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
3. 基板を水平に保持し水平方向に回転させながら、基板表面の配線形成部を除く周縁部及び裏面に洗浄液を同時に供給することを特徴とする基板処理方法。
4. 前記非酸化性流体は、純水、脱気水、ガス溶解水、水溶性有機化合物溶解水及び不活性ガスから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法。
5. 前記ガス溶解水は、水素ガス溶解水、窒素ガス溶解水、アルゴンガス溶解水及び炭酸ガス溶解水から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項４記載の基板処理方法。
6. 前記水溶性有機化合物溶解水の有機成分は、有機防食剤、高分子化合物、水溶性アルコール類及び界面活性剤から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項４記載の基板処理方法。
7. 前記洗浄液は、酸及び酸化剤の一方または両方を含有する溶液からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理方法。
8. 前記酸は、硫酸、塩酸、弗化水素酸、硝酸及び有機酸から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項７記載の基板処理方法。
9. 前記酸化剤は、過酸化水素水及びオゾン水の少なくとも一方であることを特徴とする請求項７記載の基板処理方法。
10. 基板を水平に保持して回転させる基板保持部と、
    前記基板保持部で保持される基板表面のほぼ中央部に非酸化性流体を供給する非酸化性流体供給部と、
    前記基板保持部で保持される基板の周縁部に洗浄液を供給する周縁部洗浄液供給部を有することを特徴とする基板処理装置。
11. 基板を水平に保持して回転させる基板保持部と、
    前記基板保持部で保持される基板表面のほぼ中央部に非酸化性流体を供給する非酸化性流体供給部と、
    前記基板保持部で保持される基板の裏面に洗浄液を供給する裏面洗浄液供給部を有することを特徴とする基板処理装置。
12. 前記基板の表面には、露出表面を配線保護膜で選択的に覆われて保護された埋込み配線が形成されていることを特徴とする請求項１０または１１記載の基板処理装置。
13. 前記非酸化性流体は、純水、脱気水、ガス溶解水、水溶性有機化合物溶解水及び不活性ガスから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の基板処理装置。
14. 前記ガス溶解水は、水素ガス溶解水、窒素ガス溶解水、アルゴンガス溶解水及び炭酸ガス溶解水から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１３記載の基板処理装置。
15. 前記水溶性有機化合物溶解水の有機成分は、有機防食剤、水溶性アルコール類及び界面活性剤から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１３記載の基板処理装置。
16. 前記洗浄液は、酸及び酸化剤の一方または両方を含有する溶液からなることを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれかに記載の基板処理装置。
17. 前記酸は、硫酸、塩酸、弗化水素酸、硝酸及び有機酸から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１６記載の基板処理装置。
18. 前記酸化剤は、過酸化水素水及びオゾン水の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１６記載の基板処理装置。
19. 表面に埋込み配線を形成した基板を搬入及び搬出するロード・アンロード部と、
    埋込み配線の露出表面に配線保護膜を選択的に形成する無電解めっきユニットと、
    前記保護膜を選択的に形成した基板の表面の配線形成部を除く周縁部及び裏面を洗浄する洗浄ユニットと、
    基板を搬送する搬送ロボットを有することを特徴とする保護膜形成装置。
20. 前記無電解めっきの前処理を行う前処理ユニットを更に有することを特徴とする請求項１９記載の保護膜形成装置。
21. 前記前処理ユニットは、薬液処理ユニット及び／または触媒付与ユニットからなることを特徴とする請求項２０記載の保護膜形成装置。

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