JP2023105682A - 基板処理方法及び基板処理システム - Google Patents

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竜一 浅子
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尚己 梅下
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Abstract

【課題】金属膜の表面の腐食を抑制できる技術を提供する。【解決手段】本開示の一態様による基板処理方法は、表面に金属膜が露出した基板を準備する工程と、前記基板の表面に、親水基と疎水基とを有する流動性を備えたイオン性自己会合物質を供給し、前記金属膜の表面に前記イオン性自己会合物質の膜を形成する工程と、を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、基板処理方法及び基板処理システムに関する。
基板の上にイオン液体を含む液体材料を塗布して保護膜を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第２０２１／２２０８８３号
本開示は、金属膜の表面の腐食を抑制できる技術を提供する。
本開示の一態様による基板処理方法は、表面に金属膜が露出した基板を準備する工程と、前記基板の表面に、親水基と疎水基とを有する流動性を備えたイオン性自己会合物質を供給し、前記金属膜の表面に前記イオン性自己会合物質の膜を形成する工程と、を有する。
本開示によれば、金属膜の表面の腐食を抑制できる。
実施形態に係る基板処理方法を示すフローチャート 実施形態に係る基板処理方法を示す断面図 塗布装置の一例を示す概略図 基板処理システムの一例を示す概略図 基板処理システムの別の一例を示す概略図 基板処理方法を含むプロセスの一例を示す図 基板処理方法を含むプロセスの一例を示す断面図（１） 基板処理方法を含むプロセスの一例を示す断面図（２） 基板処理方法を含むプロセスの一例を示す断面図（３） 基板処理方法を含むプロセスの一例を示す断面図（４） 基板処理方法を含むプロセスの一例を示す断面図（５） 基板処理方法を含むプロセスの一例を示す断面図（６） 基板処理方法を含むプロセスの一例を示す断面図（７） 基板処理方法を含むプロセスの一例を示す断面図（８） 基板処理方法を含むプロセスの一例を示す断面図（９） イオン液体の混合状態の解析結果を示す図（１） イオン液体の混合状態の解析結果を示す図（２）
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
〔基板処理方法〕
図１及び図２を参照し、実施形態に係る基板処理方法について説明する。図１に示されるように、実施形態に係る基板処理方法は、準備工程Ｓ１０及びイオン液体塗布工程Ｓ２０を含む。
準備工程Ｓ１０は、金属膜１２で覆われたパターン１１を表面に有する基板Ｗを準備することを含む（図２（ａ）参照）。基板Ｗは、例えば半導体ウエハである。パターン１１は、例えばトレンチ、ホールである。金属膜１２は、例えば銅（Ｃｕ）膜、アルミニウム（Ａｌ）膜であってよい。金属膜１２は、例えば化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法や、スパッタリング法等の物理気相成長（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）法により形成される。ただし、金属膜１２の形成方法はこれに限定されない。金属膜を形成する前後の少なくともいずれか一方において、基板Ｗの表面の自然酸化膜を除去することを含んでいてもよい。
イオン液体塗布工程Ｓ２０は、基板Ｗの表面に、自発的に混合しない第１イオン液体と第２イオン液体とを供給し、金属膜１２の表面にイオン液体の膜１３を形成することを含む（図２（ｂ）参照）。第１イオン液体及び第２イオン液体は、基板Ｗの表面において液盛されると共に、基板Ｗの表面に形成されたパターン１１内に入り込み、イオン液体の膜１３を形成する。第１イオン液体と第２イオン液体とが自発的に混合しないので、イオン液体の膜１３中において、第１イオン液体と第２イオン液体の各々が分子クラスター群を形成して分離した状態になり、独立したイオン液体の性質を維持する。第１イオン液体と第２イオン液体とは比重が異なるので、イオン液体の膜１３中において第１イオン液体が形成する分子クラスター群と第２イオン液体が形成する分子クラスター群とが鉛直方向に積層された配置となる。
なお、「自発的に混合しない」とは、「自発的に混合しない」場合と、「ほとんど自発的に混合しない」場合とを含む。「自発的に混合しない」とは、イオン液体の膜１３中において第１イオン液体と第２イオン液体とが分子状のクラスターとして分離する状態を意味する。例えば、第１イオン液体と第２イオン液体のハンセン球の半径が１０ＭＰａ１／２以上である場合、第１イオン液体と第２イオン液体とが自発的に混合しにくい。第１イオン液体と第２イオン液体のハンセン球の半径が２０Ｐａ１／２以上である場合、第１イオン液体と第２イオン液体とがより自発的に混合しにくい。そのため、第１イオン液体と第２イオン液体のハンセン球の半径は、１０ＭＰａ１／２以上であることが好ましく、２０ＭＰａ１／２以上であることがより好ましい。
ハンセン球の半径Ｒａは、第１イオン液体のハンセン溶解度パラメータを（δｄ１、δｐ１、δｈ１）とし、第２イオン液体のハンセン溶解度パラメータを（δｄ２、δｐ２、δｈ２）としたときに、以下の数式（１）により算出される値である。
Ｒａ＝｛４（δｄ１－δｄ２）２＋（δｐ１－δｐ２）２＋（δｈ１－δｈ２）２｝１／２ ・・・（１）
第１イオン液体は、水（Ｈ２Ｏ）を吸着するが酸素（Ｏ２）を取り込まないイオン液体（以下「親水性のイオン液体」という。）である。第２イオン液体は、酸素を吸着するが水を取り込まないイオン液体（以下「疎水性のイオン液体」という。）である。これにより、基板Ｗが水及び酸素を含む雰囲気に曝された場合であっても、イオン液体の膜１３中の第１イオン液体が形成する分子クラスター群により酸素が金属膜１２に到達することが抑制される。また、イオン液体の膜１３中の第２イオン液体が形成する分子クラスター群により水が金属膜１２に到達することが抑制される。すなわち、イオン液体の膜１３は、水及び酸素に対する保護膜として機能し、水及び酸素が金属膜１２に到達することを抑制する。その結果、金属膜１２の表面の腐食を抑制できる。
イオン液体塗布工程Ｓ２０では、第１イオン液体及び第２イオン液体を同じノズルから供給してもよく、異なるノズルから供給してもよい。ただし、２種類以上のイオン液体を適切に管理するためには、第１イオン液体及び第２イオン液体を異なるノズルから同時に供給することが好ましい。
第１イオン液体及び第２イオン液体としては、自発的に混合しない親水性のイオン液体と疎水性のイオン液体の組み合わせを利用できる。第１イオン液体は１又は２以上の親水性のイオン液体を含んでよく、第２イオン液体は１又は２以上の疎水性のイオン液体を含んでよい。
親水性のイオン液体としては、例えばＤＥＭＥ－ＢＦ４（N,N-ジエチル-N-メチル-N-(2-メトキシエチル)アンモニウム テトラフルオロボラート）、ＥＭＩｍ－ＴＦＡ（1-エチル-3-メチルイミダゾリウム トリフルオロメタンスルフォネート）、ＥＭＩｍ－ＡｃＯ（1-エチル-3-メチルイミダゾリウム アセテート）、ＭＥＭＰ－alanine（N-(2-メトキシエチル)-N-メチルピロリジニウム アラニン）、ＭＥＭＰ－ＢＦ（ＣＮ）３（N-(2-メトキシエチル)-N-メチルピロリジニウム トリシアノフルオロボレート）、ＥＭＩｍ－ＮＯ３（1-エチル-3-メチルイミダゾリウム ナイトレート）が挙げられる。ただし、親水性のイオン液体はこれに限定されない。
疎水性のイオン液体としては、例えばＢＨＤＰ－ＤＳＳ（トリヘキシルテトラデシルホスホニウム 3-(トリメチルシリル)-1-プロパンスルホネート）、ＢＤＤＰ－ＤＳＳ（トリドデシルシルテトラデシルホスホニウム 3-(トリメチルシリル)-1-プロパンスルホネート）、ＭＥＭＰ－ＴＦＳＡ（N-(2-メトキシエチル)-N-メチルピロリジニウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド）、ＭＥＭＰ－ＦＳＡ（N-2-メトキシエチル-N-メチルピロリジニウム ビス(フルオロスルホニル)アミド）、Ｐ１３－ＦＳＡ（N-メチル-N-プロピルピロリジニウム ビス(フルオロスルホニル)アミド）が挙げられる。ただし、疎水性のイオン液体はこれに限定されない。
以上に説明したように、実施形態に係る基板処理方法によれば、基板Ｗの表面に、自発的に混合しない親水性の第１イオン液体と疎水性の第２イオン液体とを供給し、金属膜１２の表面にイオン液体の膜１３を形成する。第１イオン液体と第２イオン液体とが自発的に混合しないので、イオン液体の膜１３中において、第１イオン液体と第２イオン液体の各々が分子クラスター群を形成して分離した状態になり、独立したイオン液体の性質を維持する。また、第１イオン液体と第２イオン液体とは比重が異なるので、イオン液体の膜１３中において第１イオン液体が形成する分子クラスター群と第２イオン液体が形成する分子クラスター群とが鉛直方向に積層された配置となる。これにより、基板Ｗが水及び酸素を含む雰囲気に曝された場合であっても、イオン液体の膜１３中の第１イオン液体が形成する分子クラスター群により酸素が金属膜１２に到達することが抑制される。また、イオン液体の膜１３中の第２イオン液体が形成する分子クラスター群により水が金属膜１２に到達することが抑制される。すなわち、イオン液体の膜１３は、水及び酸素に対する保護膜として機能し、水及び酸素が金属膜１２に到達することを抑制する。その結果、金属膜１２の表面の腐食を抑制できる。
これに対し、基板Ｗの表面に疎水性のイオン液体を供給することなく親水性のイオン液体のみを供給し、金属膜１２の表面にイオン液体の膜１３を形成する場合を考える。この場合、酸素はイオン液体の膜１３に取り込まれることなく、金属膜１２の表面に到達しないが、水を取り込んだイオン液体が金属膜１２の表面に到達する。そのため、金属膜１２が腐食し得る。
また、基板Ｗの表面に親水性のイオン液体を供給することなく疎水性のイオン液体のみを供給し、金属膜１２の表面にイオン液体の膜１３を形成する場合を考える。この場合、水はイオン液体の膜１３に取り込まれることなく、金属膜１２の表面に到達しないが、酸素を取り込んだイオン液体が金属膜１２の表面に到達する。そのため、金属膜１２が腐食し得る。
また、基板Ｗの表面に自発的に混合する親水性のイオン液体と疎水性のイオン液体を供給し、金属膜１２の表面にイオン液体の膜１３を形成する場合を考える。この場合、イオン液体の膜１３中では、親水性のイオン液体の分子と疎水性のイオン液体の分子が混合した状態になり、独立したイオン液体の性質を維持せず、水を取り込んだ親水性のイオン液体及び酸素を取り込んだ疎水性のイオン液体の少なくともいずれか一方が金属膜１２の表面に到達する場合がある。そのため、金属膜１２が腐食し得る。
〔塗布装置〕
図３を参照し、実施形態に係る基板処理方法のイオン液体塗布工程Ｓ２０を実施可能な塗布装置の一例であるスリットコータ１００について説明する。
スリットコータ１００は、ステージ１１０、液体供給部１２０、サブステージ１３０、濃度測定用ノズル１４０及び制御部１９０を含む。
ステージ１１０は、基板Ｗを略水平の状態で載置する。ステージ１１０は、駆動機構１１１により回転する回転軸１１２の上端に接続されており、回転可能に構成される。ステージ１１０の下方の周囲には、上方側が開口する液受け部１１３が設けられている。液受け部１１３は、基板Ｗからこぼれ落ちたり、振り切られたりする液体材料等を受け止める。
液体供給部１２０は、第１イオン液体供給源１２１、第１イオン液体供給配管１２２、第２イオン液体供給源１２３、第２イオン液体供給配管１２４及びスリットノズル１２５を含む。
第１イオン液体供給源１２１は、第１イオン液体供給配管１２２を介してスリットノズル１２５に第１イオン液体を供給する。第１イオン液体は、前述した親水性を有するイオン液体であってよい。
第１イオン液体供給配管１２２は、第１イオン液体供給源１２１からの第１イオン液体をスリットノズル１２５に供給する配管である。第１イオン液体供給配管１２２は、例えば導電性部材により形成されている。
第２イオン液体供給源１２３は、第２イオン液体供給配管１２４を介してスリットノズル１２５に第２イオン液体を供給する。第２イオン液体は、前述した疎水性を有するイオン液体であってよい。
第２イオン液体供給配管１２４は、第２イオン液体供給源１２３からの第２イオン液体をスリットノズル１２５に供給する配管である。第２イオン液体供給配管１２４は、例えば導電性部材により形成されている。
スリットノズル１２５は、基板Ｗの上方を水平方向に移動することにより、ステージ１１０に載置された基板Ｗの表面に第１イオン液体及び第２イオン液体を供給する。また、スリットノズル１２５は、サブステージ１３０の上方に移動することにより、サブステージ１３０上に第１イオン液体及び第２イオン液体を供給する。スリットノズル１２５は、本体１２５ａ、外皮１２５ｂ、第１イオン液体供給口１２５ｃ及び第２イオン液体供給口１２５ｄを含む。
本体１２５ａは、内部に第１イオン液体流路１２５ｅを有する。第１イオン液体流路１２５ｅは、本体１２５ａの上部に形成された第１イオン液体供給口１２５ｃを介して第１イオン液体供給配管１２２と接続されている。これにより、第１イオン液体供給源１２１からの第１イオン液体は、第１イオン液体供給配管１２２及び第１イオン液体供給口１２５ｃを介して第１イオン液体流路１２５ｅに供給され、該第１イオン液体流路１２５ｅの下端から吐出される。本体１２５ａは、例えば絶縁性部材により形成されている。第１イオン液体流路１２５ｅの流路断面積は、第１イオン液体の粘度、接触角（濡れ性）に応じて最適化される。
外皮１２５ｂは、本体１２５ａの外面との間に第２イオン液体流路１２５ｆを形成するように、本体１２５ａの外方に設けられている。第２イオン液体流路１２５ｆは、第２イオン液体供給口１２５ｄを介して第２イオン液体供給配管１２４と接続されている。これにより、第２イオン液体供給源１２３からの第２イオン液体は、第２イオン液体供給配管１２４及び第２イオン液体供給口１２５ｄを介して第２イオン液体流路１２５ｆに供給され、該第２イオン液体流路１２５ｆの下端から吐出される。外皮１２５ｂは、例えば導電性部材により形成されている。第２イオン液体流路１２５ｆの流路断面積は、第２イオン液体の粘度、接触角（濡れ性）に応じて最適化される。
このように、スリットノズル１２５は、本体１２５ａ及び外皮１２５ｂにより形成される第１イオン液体流路１２５ｅ及び第２イオン液体流路１２５ｆを含む２重配管構造を有する。これにより、第１イオン液体及び第２イオン液体を１つのスリットノズル１２５で塗布できる。
サブステージ１３０は、ステージ１１０とは別に、液体供給部１２０により第１イオン液体及び第２イオン液体の塗布が可能な位置に設けられている。図３の例では、サブステージ１３０は、ステージ１１０の側方に設けられている。サブステージ１３０の上面には、第１イオン液体及び第２イオン液体が塗布される領域に開口１３１ａを有する板状部材１３１が設けられている。サブステージ１３０は、加熱手段や冷却手段によって上面の温度を調整できるようになっている。加熱手段は、例えばサブステージ１３０の内部に埋め込まれたヒータであってよい。冷却手段は、例えばサブステージ１３０の内部に形成された冷媒流路であってよい。
濃度測定用ノズル１４０は、例えば管状部材により形成されている。濃度測定用ノズル１４０は、一端がサブステージ１３０上に塗布された第１イオン液体及び第２イオン液体と接触する位置に設けられている。これにより、液体供給部１２０によりサブステージ１３０上に第１イオン液体及び第２イオン液体が塗布されると、塗布された第１イオン液体及び第２イオン液体の一部が管状部材の一端から吸い上げられる。すなわち、濃度測定用ノズル１４０により、液体供給部１２０によりサブステージ１３０上に塗布された第１イオン液体及び第２イオン液体の一部を回収できる。濃度測定用ノズル１４０により回収された第１イオン液体及び第２イオン液体に対して各種の測定を行うことで、該第１イオン液体及び該第２イオン液体の濃度を確認できる。各種の測定としては、例えばイオン液体に電極針を接触させる比抵抗の測定、クロマトグラフィー法による測定、分光器を用いたＦＴ－ＩＲを含む光学的測定が挙げられる。
制御部１９０は、スリットコータ１００の各要素を制御する。例えば、制御部１９０は、イオン液体塗布工程Ｓ２０をスリットコータ１００に実行させるコンピュータ実行可能な指示を処理する。制御部１９０は、イオン液体塗布工程Ｓ２０を実行するようにスリットコータ１００の各要素を制御するように構成され得る。制御部１９０は、例えばコンピュータを含む。コンピュータは、例えばＣＰＵ、記憶部及び通信インタフェースを含む。
〔基板処理システム〕
図４を参照し、実施形態に係る基板処理方法を実施可能な基板処理システムの一例について説明する。図４に示されるように、基板処理システムＰＳ１は、大気装置として構成される。
基板処理システムＰＳ１は、大気搬送モジュールＴＭ１、プロセスモジュールＰＭ１１～ＰＭ１４、バッファモジュールＢＭ１１，ＢＭ１２及びローダモジュールＬＭ１等を備える。
大気搬送モジュールＴＭ１は、平面視において略四角形状を有する。大気搬送モジュールＴＭ１は、対向する２つの側面にプロセスモジュールＰＭ１１～ＰＭ１４が接続されている。大気搬送モジュールＴＭ１の他の対向する２つの側面のうち、一方の側面にはバッファモジュールＢＭ１１，ＢＭ１２が接続されている。大気搬送モジュールＴＭ１は、不活性ガス雰囲気の搬送室を有し、内部に搬送ロボット（図示せず）が配置されている。搬送ロボットは、旋回、伸縮、昇降自在に構成されている。搬送ロボットは、後述する制御部ＣＵ１が出力する動作指示に基づいて基板Ｗを搬送する。例えば、搬送ロボットは、先端に配置されたフォークで基板Ｗを保持し、バッファモジュールＢＭ１１，ＢＭ１２とプロセスモジュールＰＭ１１～ＰＭ１４との間で基板Ｗを搬送する。なお、フォークは、ピック、エンドエフェクタとも称される。
プロセスモジュールＰＭ１１～ＰＭ１４は、処理室を有し、内部に配置されたステージ（図示せず）を有する。プロセスモジュールＰＭ１１～ＰＭ１４は、前述したスリットコータ１００を含む。プロセスモジュールＰＭ１１～ＰＭ１４は、スリットコータ１００以外の装置を含んでいてもよい。大気搬送モジュールＴＭ１とプロセスモジュールＰＭ１１～ＰＭ１４とは、開閉自在なゲートバルブＧ１１で仕切られている。
バッファモジュールＢＭ１１，ＢＭ１２は、大気搬送モジュールＴＭ１とローダモジュールＬＭ１との間に配置されている。バッファモジュールＢＭ１１，ＢＭ１２は、内部に配置されたステージを有する。基板Ｗは、バッファモジュールＢＭ１１，ＢＭ１２を介して、大気搬送モジュールＴＭ１とローダモジュールＬＭ１との間で受け渡される。バッファモジュールＢＭ１１，ＢＭ１２と大気搬送モジュールＴＭ１とは、開閉自在なゲートバルブＧ１２で仕切られている。バッファモジュールＢＭ１１，ＢＭ１２とローダモジュールＬＭ１とは、開閉自在なゲートバルブＧ１３で仕切られている。
ローダモジュールＬＭ１は、大気搬送モジュールＴＭ１に対向して配置されている。ローダモジュールＬＭ１は、例えばＥＦＥＭ（Equipment Front End Module）である。ローダモジュールＬＭ１は、直方体状であり、ＦＦＵ（Fan Filter Unit）を備え、大気圧雰囲気に保持された大気搬送室である。ローダモジュールＬＭ１の長手方向に沿った一の側面には、２つのバッファモジュールＢＭ１１，ＢＭ１２が接続されている。ローダモジュールＬＭ１の長手方向に沿った他の側面には、ロードポートＬＰ１１～ＬＰ１４が接続されている。ロードポートＬＰ１１～ＬＰ１４には、複数（例えば２５枚）の基板Ｗを収容する容器（図示せず）が載置される。容器は、例えばＦＯＵＰ（Front-Opening Unified Pod)である。ローダモジュールＬＭ１内には、基板Ｗを搬送する搬送ロボット（図示せず）が配置されている。搬送ロボットは、ローダモジュールＬＭ１の長手方向に沿って移動可能に構成されると共に、旋回、伸縮、昇降自在に構成されている。搬送ロボットは、制御部ＣＵ１が出力する動作指示に基づいて基板Ｗを搬送する。例えば、搬送ロボットは、先端に配置されたフォークで基板Ｗを保持し、ロードポートＬＰ１１～ＬＰ１４とバッファモジュールＢＭ１１，ＢＭ１２との間で基板Ｗを搬送する。
基板処理システムＰＳ１には、制御部ＣＵ１が設けられている。制御部ＣＵ１は、例えばコンピュータであってよい。制御部ＣＵ１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、基板処理システムＰＳ１の各部を制御する。
図５を参照し、実施形態に係る基板処理方法を実施可能な基板処理システムの別の一例について説明する。図５に示されるように、基板処理システムＰＳ２は、真空装置として構成される。
基板処理システムＰＳ２は、真空搬送モジュールＴＭ２、プロセスモジュールＰＭ２１～ＰＭ２４、ロードロックモジュールＬＬ２１，ＬＬ２２及びローダモジュールＬＭ２等を備える。
真空搬送モジュールＴＭ２は、平面視において略四角形状を有する。真空搬送モジュールＴＭ２は、対向する２つの側面にプロセスモジュールＰＭ２１～ＰＭ２４が接続されている。真空搬送モジュールＴＭ２の他の対向する２つの側面のうち、一方の側面にはロードロックモジュールＬＬ２１，ＬＬ２２が接続されている。真空搬送モジュールＴＭ２は、真空雰囲気の真空室を有し、内部に搬送ロボット（図示せず）が配置されている。搬送ロボットは、旋回、伸縮、昇降自在に構成されている。搬送ロボットは、後述する制御部ＣＵ２が出力する動作指示に基づいて基板Ｗを搬送する。例えば、搬送ロボットは、先端に配置されたフォークで基板Ｗを保持し、ロードロックモジュールＬＬ２１，ＬＬ２２とプロセスモジュールＰＭ２１～ＰＭ２４との間で基板Ｗを搬送する。
プロセスモジュールＰＭ２１～ＰＭ２４は、処理室を有し、内部に配置されたステージ（図示せず）を有する。プロセスモジュールＰＭ２１～ＰＭ２４は、前述した金属膜１２を成膜する成膜装置を含む。成膜装置は、例えばＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置である。プロセスモジュールＰＭ２１～ＰＭ２４は、成膜装置以外の装置を含んでいてもよい。真空搬送モジュールＴＭ２とプロセスモジュールＰＭ２１～ＰＭ２４とは、開閉自在なゲートバルブＧ２１で仕切られている。
ロードロックモジュールＬＬ２１，ＬＬ２２は、真空搬送モジュールＴＭ２とローダモジュールＬＭ２との間に配置されている。ロードロックモジュールＬＬ２１，ＬＬ２２は、内部を真空、大気圧に切り換え可能な内圧可変室を有する。ロードロックモジュールＬＬ２１，ＬＬ２２は、内部に配置されたステージ（図示せず）を有する。ロードロックモジュールＬＬ２１，ＬＬ２２は、基板ＷをローダモジュールＬＭ２から真空搬送モジュールＴＭ２へ搬入する際、内部を大気圧に維持してローダモジュールＬＭ２から基板Ｗを受け取り、内部を減圧して真空搬送モジュールＴＭ２へ基板Ｗを搬入する。ロードロックモジュールＬＬ２１，ＬＬ２２は、基板Ｗを真空搬送モジュールＴＭ２からローダモジュールＬＭ２へ搬出する際、内部を真空に維持して真空搬送モジュールＴＭ２から基板Ｗを受け取り、内部を大気圧まで昇圧してローダモジュールＬＭ２へ基板Ｗを搬入する。ロードロックモジュールＬＬ２１，ＬＬ２２と真空搬送モジュールＴＭ２とは、開閉自在なゲートバルブＧ２２で仕切られている。ロードロックモジュールＬＬ２１，ＬＬ２２とローダモジュールＬＭ２とは、開閉自在なゲートバルブＧ２３で仕切られている。
ローダモジュールＬＭ２は、真空搬送モジュールＴＭ２に対向して配置されている。ローダモジュールＬＭ２は、例えばＥＦＥＭである。ローダモジュールＬＭ２は、直方体状であり、ＦＦＵを備え、大気圧雰囲気に保持された大気搬送室である。ローダモジュールＬＭ２の長手方向に沿った一の側面には、２つのロードロックモジュールＬＬ２１，ＬＬ２２が接続されている。ローダモジュールＬＭ２の長手方向に沿った他の側面には、ロードポートＬＰ２１～ＬＰ２４が接続されている。ロードポートＬＰ２１～ＬＰ２４には、複数（例えば２５枚）の基板Ｗを収容する容器（図示せず）が載置される。容器は、例えばＦＯＵＰである。ローダモジュールＬＭ２内には、基板Ｗを搬送する搬送ロボット（図示せず）が配置されている。搬送ロボットは、ローダモジュールＬＭ２の長手方向に沿って移動可能に構成されると共に、旋回、伸縮、昇降自在に構成されている。搬送ロボットは、制御部ＣＵ２が出力する動作指示に基づいて基板Ｗを搬送する。例えば、搬送ロボットは、先端に配置されたフォークで基板Ｗを保持し、ロードポートＬＰ２１～ＬＰ２４とロードロックモジュールＬＬ２１，ＬＬ２２との間で基板Ｗを搬送する。
基板処理システムＰＳ２には、制御部ＣＵ２が設けられている。制御部ＣＵ２は、例えばコンピュータであってよい。制御部ＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、基板処理システムＰＳ２の各部を制御する。
〔基板処理方法を含む半導体製造プロセス〕
図６～図１５を参照し、実施形態に係る基板処理方法が適用可能な半導体製造プロセスの一例について説明する。
まず、基板２１の表面に無電解メッキにより銅膜２２を形成する（図７参照）。銅膜の厚さは、例えば０．５μｍである。次いで、銅膜２２の上に、塗布によりレジスト膜２３を形成する（図８参照）。
次に、レジスト膜２３が形成された基板２１を、ローダを介して大気装置内の露光装置に搬送し、露光装置においてフォトマスク２４を用いてレジスト膜２３の一部を露光する露光処理を行う（図９参照）。露光装置は、例えば基板処理システムＰＳ１におけるプロセスモジュールＰＭ１１～ＰＭ１４のいずれかであってよい。
次に、露光処理が行われた基板２１を、ローダを介して大気装置内から搬出し、大気搬送機構によりローダを介して真空装置内に搬送する。次いで、真空装置内に搬送された基板２１を、真空装置内の現像装置に搬送し、現像装置においてレジスト膜２３を現像することにより銅膜２２の一部を露出する開口を有するレジストパターン２３ｐを形成する（図１０参照）。現像装置は、例えば基板処理システムＰＳ２におけるプロセスモジュールＰＭ２１～ＰＭ２４のいずれかであってよい。
次に、基板２１を現像装置からイオン液体塗布装置に搬送し、イオン液体塗布装置においてレジストパターン２３ｐの上にイオン液体を塗布することにより、イオン液体の膜２５を形成する（図１１参照）。イオン液体の膜２５を形成する際、前述した実施形態に係る基板処理方法を適用することが好ましい。これにより、イオン液体の膜２５が水及び酸素に対する保護膜として機能し、水及び酸素が銅膜２２に到達することを抑制する。その結果、銅膜２２の表面の腐食を抑制できる。イオン液体塗布装置は、例えば基板処理システムＰＳ２におけるプロセスモジュールＰＭ２１～ＰＭ２４のいずれかであってよい。なお、現像装置において、イオン液体の膜２５を形成してもよい。
次に、イオン液体の膜２５が形成された基板２１を、ローダを介して真空装置内から搬出し、大気搬送機構によりローダを介して大気装置内に搬送する。次いで、大気装置内に搬送された基板２１を、大気装置内の成膜装置に搬送し、成膜装置において基板２１に対して成膜処理を行うことにより金属膜２６を形成する（図１２参照）。成膜処理は、例えばメッキ処理である。このとき、イオン液体は導電性を有しているので、イオン液体を利用した電解メッキを行うことができる。また、無電解メッキを行ってもよい。なお、成膜処理を行う前に成膜装置において基板２１の表面に塗布されたイオン液体の膜２５を洗い流し（置換洗浄）で除去してもよい。また、成膜処理がメッキ処理である場合、イオン液体の膜２５を、成膜する金属を溶解させたイオン液体への置換（洗い流しによる置き換え）を行ってもよい。成膜装置は、例えば基板処理システムＰＳ１におけるプロセスモジュールＰＭ１１～ＰＭ１４のいずれかであってよい。
次に、基板２１を成膜装置からイオン液体塗布装置に搬送し、イオン液体塗布装置において、金属膜２６の上にイオン液体を塗布することにより、イオン液体の膜２７を形成する（図１３参照）。イオン液体の膜２７を形成する際、前述した実施形態に係る基板処理方法を適用することが好ましい。これにより、イオン液体の膜２７が水及び酸素に対する保護膜として機能し、水及び酸素が金属膜２６に到達することを抑制する。その結果、金属膜２６の表面の腐食を抑制できる。イオン液体塗布装置は、例えば基板処理システムＰＳ１におけるプロセスモジュールＰＭ１１～ＰＭ１４のいずれかであってよい。なお、成膜装置においてイオン液体の膜２７を形成してもよい。
次に、イオン液体の膜２７が形成された基板２１を、ローダを介して大気装置内から搬出し、大気搬送機構によりローダを介して真空装置内に搬送する。次いで、真空装置内に搬送された基板２１を、真空装置内のイオン液体除去装置に搬送し、イオン液体除去装置においてイオン液体の膜２７を除去する（図１４参照）。イオン液体除去装置は、例えば基板処理システムＰＳ２におけるプロセスモジュールＰＭ２１～ＰＭ２４のいずれかであってよい。
次に、基板２１をイオン液体除去装置からレジスト除去装置に搬送し、レジスト除去装置において、アッシング等によりレジストパターン２３ｐを除去する（図１５参照）。レジスト除去装置は、例えば基板処理システムＰＳ２におけるプロセスモジュールＰＭ２１～ＰＭ２４のいずれかであってよい。なお、イオン液体除去装置においてレジストパターン２３ｐを除去してもよい。
なお、大気装置のローダは、例えば基板処理システムＰＳ１におけるロードポートＬＰ１１～ＬＰ１４のいずれかであってよい。真空装置のローダは、例えば基板処理システムＰＳ２におけるロードポートＬＰ２１～ＬＰ２４のいずれかであってよい。
〔解析結果〕
図１６及び図１７を参照し、第１イオン液体であるＥＭＩｍ－ＡｃＯと、第２イオン液体であるＢＨＤＰ－ＤＳＳとの混合状態を解析した結果について説明する。混合状態の解析は、分子動力学（ＭＤ：Molecular dynamics）シミュレーションのソルバーであるＬＡＭＭＰＳを用い、２種のイオン液体（ＥＭＩｍ－ＡｃＯとＢＨＤＰ－ＤＳＳ）が長時間経過しても相分離される(混合されない)ことを確認した。
図１６は、２５℃におけるＥＭＩｍ－ＡｃＯとＢＨＤＰ－ＤＳＳとの混合状態を示す解析結果であり、ＥＭＩｍ－ＡｃＯとＢＨＤＰ－ＤＳＳを混合してから１．４μｓが経過した時点（ｔ＝１．４μｓ）における混合状態を示す。
図１６に示されるように、時刻ｔ＝１．４μｓにおいて、ＥＭＩｍ－ＡｃＯとＢＨＤＰ－ＤＳＳとが相分離していることが分かる。この結果から、ＥＭＩｍ－ＡｃＯとＢＨＤＰ－ＤＳＳとは自発的に混合しないイオン液体であることが示された。
図１７は、２５℃におけるＥＭＩｍ－ＡｃＯとＢＨＤＰ－ＤＳＳとの混合状態を示す解析結果であり、ＥＭＩｍ－ＡｃＯ及びＢＨＤＰ－ＤＳＳの密度分布を示す。図１７において、横軸は、図１６中のＥＭＩｍ－ＡｃＯとＢＨＤＰ－ＤＳＳとの積層方向の位置ｚ［ｎｍ］を示す。縦軸は、時刻ｔ＝０～１．４μｓにおけるＥＭＩｍ－ＡｃＯ及びＢＨＤＰ－ＤＳＳの数密度（Number density）［ｎｍ－３］の時間平均値を示す。図１７において、破線はＥＭＩｍ－ＡｃＯの結果を示し、実線はＢＨＤＰ－ＤＳＳの結果を示す。
図１７に示されるように、位置ｚ＝１ｎｍ～３ｎｍにおいて、ＥＭＩｍ－ＡｃＯの数密度が７ｎｍ－３～８ｎｍ－３であるのに対し、ＢＨＤＰ－ＤＳＳの数密度が略０ｎｍ－３であることが分かる。すなわち、位置ｚ＝１ｎｍ～３ｎｍにおいては、ＢＨＤＰ－ＤＳＳが存在しない又はほとんど存在せず、ＥＭＩｍ－ＡｃＯが存在することが分かる。位置ｚ＝５ｎｍ～７ｎｍにおいて、ＥＭＩｍ－ＡｃＯの数密度が略０ｎｍ－３であるのに対し、ＢＨＤＰ－ＤＳＳの数密度が１ｎｍ－３～３ｎｍ－３であることが分かる。すなわち、位置ｚ＝５ｎｍ～７ｎｍにおいては、ＥＭＩｍ－ＡｃＯが存在しない又はほとんど存在せず、ＢＨＤＰ－ＤＳＳのみが存在することが分かる。これらの結果から、ＥＭＩｍ－ＡｃＯとＢＨＤＰ－ＤＳＳとは自発的に混合しないイオン液体であることが示された。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
上記の実施形態では、基板の表面に、自発的に混合しない親水性の第１イオン液体と疎水性の第２イオン液体とを供給し、金属膜の表面にイオン液体の膜を形成する場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、基板の表面に、親水基と疎水基とを有するイオン液晶を供給し、金属膜の表面にイオン液晶の膜を形成してもよい。親水基と疎水基とを有するイオン液晶では、親水性、疎水性の異なる性質が層状に形成されるため、１種類のイオン液晶だけでも前述した自発的に混合しない親水性の第１イオン液体と疎水性の第２イオン液体とを用いる場合と同様の効果が奏される。
イオン液晶は、陽イオン（カチオン）と陰イオン（アニオン）とを含み、少なくとも１つの液晶相を示す材料である。
イオン液晶が含む陽イオンとしては、例えばＣｎｍｉｍ（ｎ≧１２）、ＣｎＨｉｍ（ｎ≧８）、Ｃｎｍｐｙｒｒ（ｎ≧１２）等のＣｎ（ｎ≧８)を含むイオンが挙げられる。
イオン液晶を構成する陰イオンとしては、例えばＣｌ、Ｂｒ、ＮＯ３、ＢＦ４、ＰＦ６、ＯＴｆ［trifluoromethanesulfonate (triflate)］、ＳＣＮ［thiocyanate］が挙げられる。
なお、実施形態において、自発的に混合しない親水性の第１イオン液体と疎水性の第２イオン液体とを含むイオン液体、及び親水基と疎水基とを有するイオン液晶は、親水基と疎水基とを有する流動性を備えたイオン性自己会合物質の一例である。
１２ 金属膜
Ｗ 基板
Ｓ１０ 準備工程
Ｓ２０ イオン液体塗布工程

Claims (12)

  1. 表面に金属膜が露出した基板を準備する工程と、
    前記基板の表面に、親水基と疎水基とを有する流動性を備えたイオン性自己会合物質を供給し、前記金属膜の表面に前記イオン性自己会合物質の膜を形成する工程と、
    を有する、基板処理方法。
  2. 前記イオン性自己会合物質は、自発的に混合しない親水性の第１イオン液体と疎水性の第２イオン液体とを含む、
    請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記第１イオン液体と前記第２イオン液体のハンセン球の半径が１０ＭＰａ１／２以上である、
    請求項２に記載の基板処理方法。
  4. 前記第１イオン液体と前記第２イオン液体のハンセン球の半径が２０ＭＰａ１／２以上である、
    請求項２又は３に記載の基板処理方法。
  5. 前記第１イオン液体は、ＤＥＭＥ－ＢＦ４、ＥＭＩｍ－ＴＦＡ、ＥＭＩｍ－ＡｃＯ、ＭＥＭＰ－alanine、ＭＥＭＰ－ＢＦ（ＣＮ）３、ＥＭＩｍ－ＮＯ３のうちの少なくともいずれか一つを含み、
    前記第２イオン液体は、ＢＨＤＰ－ＤＳＳ、ＢＤＤＰ－ＤＳＳ、ＭＥＭＰ－ＴＦＳＡ、ＭＥＭＰ－ＦＳＡ、Ｐ１３－ＦＳＡのうちの少なくともいずれか一つを含む、
    請求項２乃至４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  6. 前記膜を形成する工程は、前記第１イオン液体及び前記第２イオン液体を同じノズルから供給することを含む、
    請求項２乃至５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  7. 前記膜を形成する工程は、前記第１イオン液体と前記第２イオン液体とを異なるノズルから供給することを含む、
    請求項２乃至５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  8. 前記基板を準備する工程は、前記基板の表面の自然酸化膜を除去する工程を含む、
    請求項１乃至７のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  9. 前記イオン性自己会合物質は、親水基と疎水基とを有するイオン液晶を含む、
    請求項１に記載の基板処理方法。
  10. 基板の表面に金属膜を形成する第１処理装置と、
    前記基板の表面に、親水基と疎水基とを有する流動性を備えたイオン性自己会合物質を供給し、前記金属膜の表面に前記イオン性自己会合物質の膜を形成する第２処理装置と、
    前記第１処理装置と前記第２処理装置との間で、酸素を含む雰囲気に曝すことなく前記基板を搬送する搬送装置と、
    を有する、
    基板処理システム。
  11. 前記イオン性自己会合物質は、自発的に混合しない親水性の第１イオン液体と疎水性の第２イオン液体とを含み、
    前記第２処理装置は、前記第１イオン液体及び前記第２イオン液体を供給するノズルを有する、
    請求項１０に記載の基板処理システム。
  12. 前記イオン性自己会合物質は、自発的に混合しない親水性の第１イオン液体と疎水性の第２イオン液体とを含み、
    前記第２処理装置は、前記第１イオン液体を供給する第１ノズルと、前記第２イオン液体を供給する第２ノズルと、を有する、
    請求項１０に記載の基板処理システム。
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