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JP4881262B2 - Surface treatment method of a substrate - Google Patents

Surface treatment method of a substrate

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JP4881262B2
JP4881262B2 JP2007223941A JP2007223941A JP4881262B2 JP 4881262 B2 JP4881262 B2 JP 4881262B2 JP 2007223941 A JP2007223941 A JP 2007223941A JP 2007223941 A JP2007223941 A JP 2007223941A JP 4881262 B2 JP4881262 B2 JP 4881262B2
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秀樹 立石
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株式会社荏原製作所
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Description

本発明は、例えば半導体デバイスの製造工程において、半導体ウェーハ等の基板の表面の有機物や金属表面酸化物等の汚染を除去して該表面を清浄化するのに使用される基板の表面処理方法に関する。 The present invention is, for example, in a manufacturing process of a semiconductor device, the surface treatment method of a substrate used to clean the surface to remove contaminants such as organic matter and metal surface oxide surface of a substrate such as a semiconductor wafer regarding that.

例えば、半導体ウェーハ等の基板の表面に存在する有機物や基板の表面に形成した銅配線の表面に生成される自然酸化膜は、真空排気後、基板を130℃以上に加熱しながら、ガス圧力40Pa以上の蟻酸ガス雰囲気中に置くことで除去できることが確かめられている。 For example, native oxide film formed on the surface of the formed copper wiring organic substances and the surface of the substrate on the surface of a substrate such as a semiconductor wafer, after evacuation, while heating the substrate above 130 ° C., gas pressure 40Pa it has been verified that can be removed by placing in or formic acid gas atmosphere. この場合の典型的な処理時間は、蟻酸ガス圧力400Pa、基板温度200℃の時、0.1分程度である。 Typical processing time in this case, the formic acid gas pressure 400 Pa, when the substrate temperature 200 ° C., is about 0.1 minutes.

一方、半導体デバイスの製造工程では、例えば化学機械研磨(CMP)処理やめっき処理等の大気中での処理の前後で基板表面の清浄化処理が必要な場合がある。 On the other hand, in the manufacturing process of a semiconductor device, it may for example require cleaning treatment of the substrate surface before and after the chemical mechanical polishing (CMP) process or a plating process treatment in atmosphere or the like. 例えば、図1に示すように、基板の表面に、例えば銅からなる下層配線膜をめっきで形成し、CMPによって下層配線膜の表面を平坦に研磨して下層配線を形成する。 For example, as shown in FIG. 1, the surface of the substrate, for example, the lower wiring layer made of copper formed by plating, to form a lower layer wiring and flat polished surface of the lower wiring layer by CMP. そして、基板の表面に絶縁膜を成膜し、絶縁膜中に溝(トレンチ)を形成した後、基板の表面にバリアメタルを成膜し、しかる後、バリアメタルの表面に、例えば銅からなる上層配線膜をめっきで形成し、CMPによって上層配線膜の表面を平坦に研磨して上層配線を形成することが広く行われている。 Then, an insulating film on the surface of the substrate, after forming the trenches in the insulating film, forming a barrier metal on the surface of the substrate, thereafter, the surface of the barrier metal, made of copper, for example the upper wiring layer is formed by plating, it has been widely carried out to form the upper wiring and flat polished surface of the upper wiring layer by CMP.

このような場合、上層配線を形成する前の下層配線の表面に自然酸化膜が生成されたり、CMP工程で配線材料である銅の腐食抑制のために用いられたベンゾトリアゾール(BTA)等の有機物が基板表面に残ったりする場合がある。 In such a case, or a natural oxide film is produced on the surface of the front of the lower layer wiring forming the upper wiring, organic benzotriazole (BTA) or the like used for the corrosion inhibition of copper as a wiring material by CMP step but there is a case that may remain on the surface of the substrate. この自然酸化膜及び有機物は、共に上層配線と下層配線との間の電気的接続を阻害する要因となる。 This natural oxide film and the organic material is a factor that inhibits the electrical connection between the both upper wiring and the lower wiring.
このため、例えばプラズマクリーニングによって、配線表面に生成された自然酸化膜を除去することが行われていた。 Thus, for example, by plasma cleaning, it has been performed to remove the natural oxide film formed on the wiring surface.

近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。 Recently, the circuit wiring as higher integration of semiconductor devices proceeds finer, the wiring distance is becoming narrower. 特に線幅が0.5μm以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。 Particularly in the case of the line width is 0.5μm or less of optical lithography, require flatness of the focal plane of the stepper because the depth of focus becomes shallow. このような基板の表面を平坦化する一手段として、化学機械研磨(CMP)を行う化学機械研磨装置が知られている。 The surface of such a substrate as a means for flattening, a chemical mechanical polishing apparatus for performing chemical mechanical polishing (CMP) is known.

この種の化学機械研磨(CMP)装置は、研磨パッドを上面に有する研磨テーブルとトップリングとを備えている。 Chemical-mechanical polishing of this kind (CMP) apparatus comprises a polishing table and the top ring with a polishing pad on the top surface. そして、研磨テーブルとトップリングとの間に基板(ウェーハ)を介在させて、研磨パッドの表面に砥液(スラリ)を供給しつつ、トップリングによって基板を研磨テーブルに押圧して、基板の表面を平坦かつ鏡面状に研磨するようにしている。 Then, with intervening substrate (wafer) between the polishing table and the top ring, while supplying polishing liquid (slurry) to the surface of the polishing pad, by pressing the substrate to the polishing table by the top ring, the surface of the substrate the are to be polished to a flat mirror finish.

基板の表面に形成された金属皮膜を化学機械研磨して平坦化する場合には、例えば、スラリ中の酸化剤により金属皮膜を酸化すると同時に、スラリ中のキレート剤により直ちに酸化皮膜を不溶解性錯体化し、この錯体をスラリ中に含まれる砥粒などにより研磨除去することが行われる。 When flattened by chemical mechanical polishing a metal film formed on the surface of the substrate, for example, at the same time to oxidize the metal film by an oxidizing agent in the slurry, immediately oxidized film insoluble by the chelating agent in the slurry complexed, it is performed to polish removed by abrasive grains contained the complex in the slurry.

基板の表面に銅などの金属皮膜が形成されている場合、研磨を開始する以前に、空気中の水分や酸素によって金属皮膜上に自然酸化膜が成長する場合がある。 If the surface of the substrate metal coating such as copper is formed, prior to starting the polishing, there is a case where a natural oxide film on the metal film by moisture or oxygen in the air to grow. 自然酸化膜が金属皮膜上に形成されていると、キレート剤によって基板の表面が錯体化されにくくなる。 When the natural oxide film is formed on the metal film, the surface of the substrate is less likely to be complexed by the chelating agent. また、自然酸化膜自体は錯体よりも研磨されにくいという性質を有している。 Also has the property of natural oxide film itself is difficult to be polished than complexes. したがって、基板表面に膜厚が不均一な自然酸化膜が形成された場合に該基板表面を化学機械研磨で研磨すると、局所的に研磨が進行せず、表面の均一な平坦化を実現できないことがある。 Therefore, if the film thickness on the substrate surface to polish the substrate surface by chemical mechanical polishing when nonuniform natural oxide film is formed, without locally advanced polishing, can not achieve uniform surface planarization there is.

このため、基板に形成された金属皮膜上の自然酸化膜を除去した状態で基板の金属皮膜を研磨し、基板表面の均一な平坦化を実現するために、平坦化除去処理に先立って、平坦化処理ユニットと一体に組み込んだ酸化膜除去処理ユニットにより、基板表面の自然酸化膜を除去することが提案されている。 Therefore, by polishing the metal film of the substrate while removing a natural oxide film on the metal film formed on the substrate, in order to achieve uniform planarization of the substrate surface, prior to flattening removal processing, flat by the processing unit and the oxide film removing processing unit incorporating together, it has been proposed to remove the natural oxide film on the surface of the substrate. この酸化膜除去処理ユニットとして、酸の薬液を用いる湿式処理ユニットと真空装置内で酸化膜を還元あるいはエッチング処理する乾式処理ユニットが開示されている(例えば、特許文献1参照)。 As the oxide film removing process unit, a dry processing unit for reducing or etching an oxide film in a wet processing unit and a vacuum apparatus using a chemical acid is disclosed (for example, see Patent Document 1).

なお、蟻酸ガスを使用して銅表面の自然酸化膜をクリーニングした後に大気中に放置した時、銅表面には、クリーニング後、3分40秒で0.5nm程度の膜厚の自然酸化膜が生成されることが報告されている(非特許文献1参照)。 Incidentally, when left in the air after cleaning the native oxide film on the copper surface using a formic acid gas, the copper surface after the cleaning, the 0.5nm approximately thickness natural oxide film 3 minutes 40 seconds be generated has been reported (see non-Patent Document 1). したがって、蟻酸ガスによりクリーニングした後の自然酸化膜の成長速度特性を理解した上で、次工程の処理内容を決めることにより、次工程での特性改善が期待できると考えられる。 Thus, with the understanding the growth rate properties of the natural oxide film after the cleaning by formic gas, by determining the processing content of the next step, considered characteristic improvement in the following process can be expected.
特開2005−277396号公報 JP 2005-277396 JP

しかしながら、基板を真空中で処理するためには、真空容器及び真空排気手段が必要となり、装置自体が大型化するばかりでなく、真空容器内を真空排気する工程と大気圧に復帰させる工程が必要となって、処理時間がかなり長くなってしまう。 However, in order to process a substrate in a vacuum, the vacuum container and the vacuum evacuation means is required, not only the apparatus itself is increased in size, it requires a step for returning the vacuum container to the process and atmospheric pressure for evacuation become, the processing time becomes considerably longer.

また、プラズマクリーニングによって、基板表面の自然酸化膜を除去する場合、配線幅の微細化が進むにつれて、プラズマクリーニングによる半導体デバイスの損傷が顕在化してしまうばかりでなく、基板の表面に残ったBTAを除去する有効な手段がないのが現状であった。 Further, the plasma cleaning, to remove a natural oxide film on the surface of the substrate, miniaturization of the wiring width progresses, not only damage to the semiconductor device will become obvious by plasma cleaning, the BTA remaining on the surface of the substrate the lack of effective means of removal was the status quo. このため、基板表面のBTAを除去することができる、プラズマクリーニングに代わる新たな基板の表面処理方法の開発が強く望まれていた。 Therefore, it is possible to remove the BTA of the substrate surface, the development of the surface treatment method of a new board in place of plasma cleaning has been desired strongly.

なお、酸の薬液を用いる湿式処理で基板表面の自然酸化膜を除去すると、基板内に形成された機能素子に損傷を与えることがあり、高集積半導体の酸化膜除去としては、湿式処理を避けることが望ましい。 Note that when removing the natural oxide film on the substrate surface by a wet process using a chemical solution of acid, may cause damage to the functional element formed in the substrate, the oxide film removal of a highly integrated semiconductor, avoid wet processing it is desirable. 更に、真空装置を用いた乾式処理で基板表面の自然酸化膜を除去しようとすると、通常、真空処理室とその前後で基板を出し入れする真空予備室の計3つの真空室と真空ポンプが必要となり、化学機械研磨装置に組込むには、酸化膜除去処理装置自体が大型になり、実用的な構成は困難であった。 Furthermore, an attempt to remove a natural oxide film on the surface of the substrate in a dry process using a vacuum apparatus, usually, a total of three vacuum chambers and the vacuum pump of the vacuum prechamber and out of the substrate between before and after the vacuum processing chamber is required , the incorporation into a chemical mechanical polishing apparatus, oxide film removing apparatus itself becomes large, practical construction is difficult.

本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、真空装置を用いることなく、大気中で基板表面の清浄化処理を行うことができ、しかもプラズマクリーニングによることなく、基板表面の自然酸化膜及びBTA等の有機物を同時に除去できるようにした基板の表面処理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, without using a vacuum apparatus, it is possible to perform the cleaning treatment of the substrate surface in the atmosphere, yet without plasma cleaning, a native oxide film on the substrate surface and it shall be the purpose of providing a surface treatment method of a substrate to allow simultaneous removal of organic matter such as BTA.

請求項1に記載の発明は、 基板表面の全面または一部に不活性ガスを供給して酸素遮断ゾーンを形成しながら、基板を加熱して基板表面を所定温度に維持し、基板が所定温度に達した後、前記遮断ゾーンに清浄化ガスを供給して基板表面を清浄化することを特徴とする基板の表面処理方法である。 The invention of claim 1, while forming the oxygen-blocking zone by supplying an inert gas to the entire surface or a part of the substrate surface, keeping the surface of the substrate to a predetermined temperature by heating the substrate, the substrate is a predetermined temperature after reaching a method of surface processing a substrate, characterized in that to clean the supplied substrate surface cleaning gas into the cut-off zone.

これにより、基板表面の全面または一部に不活性ガスを供給して酸素遮断ゾーンを形成した状態で、基板を所定温度に維持しながら、酸素遮断ゾーンに清浄化ガスを供給することで、基板表面の清浄化ガスによる清浄化処理を行うことができる。 Thus, by supplying an inert gas to the entire surface or part of the substrate surface in a state of forming an oxygen blocking zone, while maintaining the substrate at a predetermined temperature, by supplying a cleaning gas to the oxygen-blocking zone, a substrate it is possible to perform the cleaning process by the cleaning gas surface. この場合の清浄化処理中の基板上雰囲気は、実質的に酸素を含まず、不活性ガスと清浄化ガスのみであり、圧力は略大気圧である。 Substrate atmosphere during the cleaning process in this case is substantially free of oxygen, only clean gas with an inert gas, the pressure is approximately atmospheric pressure. これによって、大気中の処理に連続して基板の表面処理(清浄化処理)を行うことができる。 This can be done continuously to the processing of the air surface treatment of the substrate (cleaning process).

請求項2に記載の発明は、 基板表面に不活性ガスを供給しながら、表面を清浄化した基板を冷却することを特徴とする請求項1記載の基板の表面処理方法である。 The invention according to claim 2, while supplying an inert gas to the substrate surface, a method of surface processing a substrate according to claim 1, wherein cooling the substrate with cleaning the surface.
これにより、基板を清浄化した後の基板を、例えば50℃まで冷却部で冷却してから、装置から取り出して次工程に搬送することができる。 This makes it possible to transport the substrate after the substrate has been cleaned, for example after cooling by the cooling unit to 50 ° C., removed from the apparatus to the next step.

請求項3に記載の発明は、前記清浄化ガスは、カルボン酸ガスまたは還元性ガスであることを特徴とする請求項1または2記載の基板の表面処理方法である。 The invention according to claim 3, wherein the cleaning gas is a method of surface processing a substrate according to claim 1 or 2, wherein the carboxylic acid or reducing gas.
蟻酸、酢酸またはプロピオン酸等のカルボン酸は、比較的安価であるばかりでなく、常温で液体であるので取扱いが容易であり、有機物や酸化物と反応して気化させることができる。 Formic acid, carboxylic acids such as acetic acid or propionic acid is not only relatively inexpensive, because it is liquid at room temperature is easy to handle, can be vaporized to react with organic materials and oxides. 従って、清浄化ガスとして、カルボン酸、特に蟻酸、酢酸またはプロピオン酸ガスを使用することで、有機物や酸化物を、容易且つ安価に、例えば揮発、昇華または分解させて除去することができる。 Thus, as the cleaning gas, the use of carboxylic acids, especially formic acid, acetic acid or propionic acid gases, organic substances and oxide, easily and inexpensively, for example volatilization, sublimation or by decomposition can be removed. 還元性ガスとしては、例えば水素ガスが挙げられる。 The reducing gas such as hydrogen gas.

面を清浄化した基板を冷却することにより、清浄化処理する前より一般に活性である清浄化処理後の基板表面が再酸化されるのを防止することができる。 More substrates the front surface was cleaned to a child cooling can substrate surface after generally be active cleaning process than before the treatment cleaning is prevented from being re-oxidized.

求項に記載の発明は、前記基板表面の清浄化を、略大気圧下で行う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の表面処理方法である。 Motomeko invention described in 4, the cleaning of the substrate surface, a substrate surface treating method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that under substantially atmospheric pressure.

請求項に記載の発明は、前記基板表面の清浄化を、基板を120℃以上の温度に維持して行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の基板の表面処理方法である。 The invention described in claim 5, the cleaning of the substrate surface, the surface treatment method of a substrate according to any one of claims 1 to 4, characterized in that to maintain the substrate at temperatures above 120 ° C. it is.
請求項に記載の発明は、前記基板表面の清浄化を、0.5分以上に亘って行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の基板の表面処理方法である。 The invention according to claim 6, the cleaning of the substrate surface, a substrate surface treating method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that for more than 0.5 minutes.

本発明の基板の表面処理方法によれば、真空装置を用いることなく、基板表面から酸素を遮断した状態で、基板表面の有機物または金属表面酸化物等の汚染を除去して該表面を清浄化することができる。 According to the method of surface processing a substrate of the present invention, without using a vacuum apparatus, while blocking oxygen from the substrate surface, clean the surface by removing contamination of organic or metal surface oxide of the substrate surface can do. これによって、処理時間のより短縮化を図ることができる。 Thereby, it is possible to more shorten the processing time. しかも、プラズマエッチングによることなく、したがって、半導体デバイスに損傷を与えることなく、基板の表面に残ったBTAも除去することができる。 Moreover, without using plasma etching, therefore, without damaging the semiconductor device, BTA also Ru can be removed remaining on the surface of the substrate.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
以下の例では、不活性ガスとして窒素ガスを、清浄化ガスとして蟻酸ガスをそれぞれ使用している。 In the following examples, the nitrogen gas as the inert gas, are used respectively formic acid gas as cleaning gas. なお、清浄化ガスとしては、蟻酸ガス以外の酢酸ガスやプロピオン酸ガス等の他のカルボン酸ガスや、水素ガス等の還元性ガスを使用することができる。 As the cleaning gas, it may be used or other carboxylic acid gases such as acetic gas or propionic acid gas other than formic acid gas, a reducing gas such as hydrogen gas. 不活性ガスは、窒素ガスに限定されないことは勿論である。 The inert gas is not limited to the nitrogen gas is a matter of course.

図2及び図3は、半導体ウェーハ等の基板表面の全面を酸素遮断状態にして清浄化処理を行うようにした基板の表面処理装置を示す。 2 and 3 show a surface treatment apparatus of the base plate to perform the cleaning process the entire surface of the substrate in the oxygen barrier condition, such as a semiconductor wafer. 図2及び図3に示すように、この表面処理装置は、表面を上向きにして基板Wを載置保持する上下動自在なリフタ10と、リフタ10で保持した基板Wの表面(上面)に窒素ガス(不活性ガス)を供給する不活性ガス供給部12と、リフタ10で保持した基板Wの表面(上面)に、この例では蟻酸ガス(清浄化ガス)と窒素ガスの混合ガスを供給する清浄化ガス供給部14と、基板Wを上面に載置した状態で該基板Wを加熱して所定温度に維持する加熱部16を有している。 As shown in FIGS. 2 and 3, the surface treatment apparatus includes a vertically movable lifter 10 for placing holding a substrate W with its front surface facing up nitrogen to the surface (upper surface) of the substrate W held by the lifter 10 supplying an inert gas supply unit 12 for supplying a gas (inert gas), the surface of the substrate W held by the lifter 10 (top), a mixed gas of formic acid gas in this example (cleaning gas) and nitrogen gas a cleaning gas supply unit 14, and a heating unit 16 to maintain a predetermined temperature by heating the substrate W while mounting the substrate W on the top surface.

この例において、リフタ10は、加熱部16の内部を上下に貫通する貫通孔16a内を上下方向に延びており、上昇して、基板Wをリフタ10で保持したまま加熱部16から遠ざけることで基板Wを自然冷却する冷却部としての役割を兼用している。 In this example, lifter 10, the through-hole 16a which penetrates the inside of the heating portion 16 vertically extends in the vertical direction, rises, by distancing the substrate W from the left heating unit 16 and held by the lifter 10 also it serves as a role as a cooling unit for naturally cooling the substrate W.

不活性ガス供給部12は、リフタ10の上方に配置され、リフタ10で保持した基板Wの表面(上面)に向けて窒素ガス(不活性ガス)を噴出する多数の噴出口20aを下面に有する円盤状のシャワーヘッド20と、このシャワーヘッド20に窒素ガスを供給する不活性ガス配管22を有している。 Inert gas supply unit 12 is disposed above the lifter 10 has a large number of ejection ports 20a for jetting nitrogen gas (inert gas) toward the surface of the substrate W held by the lifter 10 (upper surface) to the lower surface a disk-shaped shower head 20 has an inert gas pipe 22 for supplying nitrogen gas to the shower head 20. 不活性ガス配管22には、この下流側から順に、開閉弁24a、不活性ガス配管22内を流れる窒素ガスの流量を調節する流量調節弁26及び該流量調節弁26に供給される窒素ガスの圧力を調節する減圧弁28がそれぞれ設けられている。 The inert gas pipe 22, in order from the downstream side, the on-off valve 24a, the nitrogen gas supplied to the flow control valve 26 and the flow rate regulating valve 26 regulates the flow rate of nitrogen gas flowing through the inert gas pipe 22 pressure reducing valve 28 for adjusting the pressure are provided.

この不活性ガス供給部12は、リフタ10で保持した基板Wの表面(上面)に向けて、シャワーヘッド20の噴出口20aから不活性ガスを噴出することで、基板Wの表面とシャワーヘッド20との間に、窒素ガスによって酸素を遮断した酸素遮断ゾーン30を基板Wの全域に亘って形成するように構成されている。 The inert gas supply unit 12 toward the surface of the substrate W held by the lifter 10 (top), by ejecting inert gas from the ejection port 20a of the shower head 20, the surface of the substrate W and the shower head 20 between, the oxygen-blocking zone 30 which cut off oxygen by nitrogen gas and is configured to form over the entire area of ​​the substrate W. シャワーヘッド20は、上下動自在に構成され、不活性ガス配管22には、伸縮自在で、シャワーヘッド20の上下動が阻害されるのを防止する蛇腹部32が設けられている。 Shower head 20 is vertically movable is constituted, the inert gas pipe 22, telescopic, bellows section 32 to prevent the vertical movement of the shower head 20 is inhibited is provided.

清浄化ガス供給部14は、バブラ40と、不活性ガス供給部12の不活性ガス配管22から減圧弁28の上流側で分岐したバブラ配管42と、不活性ガス供給部12の不活性ガス配管22に開閉弁24aと蛇腹部32との間で合流する清浄化ガス配管44を有している。 Cleaning the gas supply unit 14 includes a bubbler 40, the bubbler pipe 42 which is branched upstream of the pressure reducing valve 28 from the inert gas pipe 22 of the inert gas supply unit 12, an inert gas pipe of the inert gas supply unit 12 and a cleaning gas pipe 44 which joins between the opening and closing valve 24a and a bellows section 32 to 22. これにより、不活性ガス供給部12と清浄化ガス供給部14は、窒素ガスの供給源を共有することで、構造の簡素化が図られ、共有のシャワーヘッド20の噴出口20aから基板Wに向けてガスを噴出することで、シャワーヘッド20の噴出口20aから不活性ガスを噴出することで基板Wの表面とシャワーヘッド20との間に形成された、酸素を遮断した酸素遮断ゾーン30に、シャワーヘッド20の噴出口20aから蟻酸ガスを噴出できるように構成されている。 Thus, the cleaning gas supply unit 14 and the inert gas supply unit 12, by sharing a source of nitrogen gas, is reduced to simplify the structure, the substrate W from the ejection port 20a of the share of the showerhead 20 by ejecting gas toward, formed between the surface and the shower head 20 of the substrate W by ejecting inert gas from the ejection port 20a of the shower head 20, the oxygen-blocking zone 30 that block oxygen , and a spout 20a of the shower head 20 so as to be able to eject the formic acid gas.

バブラ40は、内部に蟻酸液50を貯蔵する密閉した容器52と、この容器52内の蟻酸液50を、水54によって、所定の温度に加熱するホットバス56を有している。 Bubbler 40 includes a container 52 which is sealed to store formic acid solution 50 therein, a formic acid solution 50 in the vessel 52, the water 54, and a hot bath 56 heated to a predetermined temperature. 容器52内の蟻酸液50に浸漬された位置に、多孔板58が配置され、この多孔板58にバブラ配管42が接続されている。 A position immersed in formic acid solution 50 in the container 52, the perforated plate 58 is arranged, bubbler pipe 42 is connected to the perforated plate 58. 清浄化ガス配管44は、容器52の上部空間から外部に延びている。 Cleaning gas pipe 44 extends from the upper space of the container 52 to the outside. これによって、多孔板58を通して、窒素ガスを蟻酸液50中にバブリングすることで、容器52の上部空間に、窒素ガスと蟻酸ガスとの混合ガスが生成され、この混合ガスが清浄化ガス配管44に導かれるようになっている。 Thus, through the porous plate 58, by bubbling nitrogen gas into the formic acid solution 50, the upper space of the container 52, a mixed gas of nitrogen gas and formic acid gas is generated, the mixed gas cleaning gas pipe 44 It has become as to be guided to.

バブラ配管42には、開閉弁24bと、バブラ配管42内を流れる窒素ガスの流量を調節する流量調節弁60が設けられている。 The bubbler pipe 42, an opening and closing valve 24b, flow control valve 60 for adjusting the flow rate of nitrogen gas flowing through the bubbler pipe 42 is provided. 清浄化ガス配管44には、開閉弁24cが設けられ、この開閉弁24cの上流側に、内部に開閉弁24dを設けたバイパス配管62が分岐して備えられている。 The cleaning gas pipe 44, on-off valve 24c is provided upstream of the shutoff valve 24c, the bypass pipe 62 provided with a closing valve 24d therein is provided by branching. これにより、バブラ配管42の開閉弁24bを開くことで、容器52の上部空間に、窒素ガスと蟻酸ガスとの混合ガスが生成され、この混合ガスは、清浄化ガス配管44の開閉弁24cを閉じ、バイパス配管62の開閉弁24dを開くことで、バイパス配管62を通してバイパスされる。 Thus, by opening the on-off valve 24b of the bubbler pipe 42, the upper space of the container 52, a mixed gas of nitrogen gas and formic acid gas is generated, this gas mixture, the on-off valve 24c of the cleaning gas pipe 44 It closed, by opening the on-off valve 24d of the bypass pipe 62 is bypassed through the bypass pipe 62. そして、清浄化ガス配管44の開閉弁24cを開き、バイパス配管62の開閉弁24dを閉じることで、清浄化ガス配管44を通して、シャワーヘッド20の噴出口20aから噴出される。 Then, open the shutoff valve 24c of the cleaning gas pipe 44 and closing the valve 24d of the bypass pipe 62, through the cleaning gas pipe 44 is ejected from the ejection port 20a of the shower head 20.

加熱部16は、この例では、内部に発熱源を有するホットプレートによって構成され、この加熱部(ホットプレート)16に基板Wを載置することで、基板Wを加熱するように構成されている。 Heating unit 16, in this example, is constituted by a hot plate having a heat source therein, by placing a substrate W to the heating unit (hot plate) 16, and is configured to heat the substrate W .
なお、発熱源としてはホットプレート式によらず、赤外線式や高温の窒素ガス等を吹付ける熱風式でも良い。 Note that regardless of the hot plate type as heat source may be a hot air blowing the infrared and hot nitrogen gas or the like.

更に、この例では、加熱部16の上部から上方に延び、加熱部16上に基板Wを載置して、酸素遮断ゾーン30に蟻酸ガス(と窒素ガスとの混合ガス)を供給している時に、酸素遮断ゾーン30の周囲を包囲して、酸素遮断ゾーン30内における蟻酸ガスの流れを規制する略円筒状の気流規制機構70が配置され、この気流規制機構70は、排気部72に連通している。 Further, in this example, it extends upwardly from the top of the heating unit 16, and places the substrate W on the heating unit 16, and supplies the formic acid gas (mixed gas of nitrogen gas) to the oxygen-blocking zone 30 sometimes, surrounds the periphery of the oxygen-blocking zone 30, substantially cylindrical airflow regulation mechanism 70 for regulating the flow of formic acid gas in the oxygen-blocking zone 30 is arranged, the airflow regulation mechanism 70 is communicated with the exhaust part 72 are doing. これによって、蟻酸ガスが装置外に流出するのが防止される。 Thus, formic acid gas is prevented from flowing out of the apparatus.

次に、この表面処理装置による基板の表面処理(清浄化処理)について説明する。 Next, a description will be given surface treatment of the substrate by the surface treatment apparatus (cleaning process).
先ず、図3に示すように、リフタ10及びシャワーヘッド20を共に上昇させておき、表面を上向きにして搬送装置等でリフタ10の上方まで搬送させた基板Wをリフタ10上に載置してリフタ10で保持する。 First, as shown in FIG. 3, advance together to raise the lifter 10 and the shower head 20, the substrate W is conveyed to above the lifter 10 by the transport device or the like to the surface facing upward is placed on the lifter 10 held by the lifter 10. この時、加熱部16を所定温度に昇温させておく。 At this time, keep the heating unit 16 is heated to a predetermined temperature. また、バブラ配管42の開閉弁24bを開き、窒素ガスのバブリングによって、容器52の上部空間に窒素ガスと蟻酸ガスとの混合ガスを生成させ、清浄化ガス配管44の開閉弁24cを閉じ、バイパス配管62の開閉弁24dを開くことで、所定流量の窒素ガスと蟻酸ガスとの混合ガスを、バイパス配管62を通してバイパスさせておく。 Also open the on-off valve 24b of the bubbler pipe 42, by bubbling nitrogen gas, in the upper space of the container 52 to produce a mixed gas of nitrogen gas and formic acid gas, closed-off valve 24c of the cleaning gas pipe 44, a bypass by opening the shutoff valve 24d of the pipe 62, a mixed gas of nitrogen gas and formic acid gas at a predetermined flow rate and allowed to pass through the bypass pipe 62. また、不活性ガス供給部12の開閉弁24aを閉じておく。 Moreover, it is closed off valve 24a of the inert gas supply unit 12.

そして、リフタ10で基板Wを保持した後、不活性ガス供給部12の開閉弁24aを開き、シャワーヘッド20の噴出口20aから基板の表面(上面)に向けて窒素ガスを噴出させ、これによって、基板Wとシャワーヘッド20との間に、窒素ガスで遮断されて、実質的に酸素が存在しない酸素遮断ゾーン30を作る。 Then, after holding the substrate W with the lifter 10 to open the opening and closing valve 24a of the inert gas supply unit 12, is jetted nitrogen gas toward the ejection port 20a of the shower head 20 to the surface of the substrate (upper surface), whereby , between the substrate W and the shower head 20, it is cut off with nitrogen gas, making a substantially oxygen-blocking zone 30 that oxygen is not present. この状態を作るために、噴出口20aの数と配置、シャワーヘッド20と基板Wとの距離、及び噴出させる窒素ガスの流量を適宜に選択する。 To make this state, the number and arrangement of the ejection ports 20a, selects the distance between the shower head 20 and the substrate W, and the flow rate of nitrogen gas to be jetted appropriately.

シャワーヘッド20の噴出口20aから基板の表面(上面)に向けて窒素ガスを噴出さて、基板Wとシャワーヘッド20との間に酸素遮断ゾーン30を作ったまま、リフタ10とシャワーヘッド20を同時に下降させる。 Jetting nitrogen gas toward the ejection port 20a of the shower head 20 to the surface (upper surface) of the substrate now, while making oxygen-blocking zone 30 between the substrate W and the shower head 20, the lifter 10 and the shower head 20 at the same time It is lowered. そして、基板Wが加熱部16に接触した時に、シャワーヘッド20の下降を停止させる。 When the substrate W is brought into contact with the heating unit 16, it stops the lowering of the shower head 20. リフタ10にあっては、更に下降させることで、基板Wからリフタ10を離して、基板Wを加熱部16に載置する。 In the lifter 10, by further lowering, release the lifter 10 from the substrate W, places the substrate W in the heating portion 16. この時の状態を図2に示す。 It shows the state at this time is shown in FIG. 2. 図2に示す状態を所定時間維持することで、基板Wとシャワーヘッド20との間に酸素遮断ゾーン30を作ったまま、基板Wを所定温度に昇温させる。 The state shown in FIG. 2 to maintain a predetermined time, while making the oxygen-blocking zone 30 between the substrate W and the shower head 20, raising the temperature of the substrate W to a predetermined temperature.

そして、基板Wが所定温度に達した時、清浄化ガス配管44の開閉弁24cを開き、バイパス配管62の開閉弁24dを閉じることで、清浄化ガス配管44を通して、シャワーヘッド20の噴出口20aから蟻酸ガスと窒素ガスの混合ガスを噴出させる。 Then, when the substrate W has reached a predetermined temperature, open the shutoff valve 24c of the cleaning gas pipe 44 and closing the valve 24d of the bypass pipe 62, through the cleaning gas piping 44, the shower head 20 ejection port 20a jetting a gas mixture of formic acid gas and nitrogen gas from. これによって、基板Wの表面の蟻酸ガスによる清浄化処理を行う。 Thus, performing a cleaning process by formic acid gases on the surface of the substrate W. このように、シャワーヘッド20の噴出口20aから、基板の表面(上面)に向けて窒素ガスを噴出さて、基板Wとシャワーヘッド20との間に酸素遮断ゾーン30を作ったまま、同じシャワーヘッド20の噴出口20aから、基板の表面(上面)に向けて、蟻酸ガスと窒素ガスの混合ガスを噴出させることで、酸素遮断ゾーン30に蟻酸ガスを供給し、基板W上の酸化膜や有機物を除去(清浄化)する。 Thus, from the ejection port 20a of the shower head 20, jetting nitrogen gas toward the surface (upper surface) of the substrate now, while making oxygen-blocking zone 30 between the substrate W and the shower head 20, the same shower head 20 jets 20a, toward the surface of the substrate (upper surface), by ejecting a mixed gas of formic acid gas and nitrogen gas, formic acid gas is supplied to the oxygen-blocking zone 30, an oxide film or an organic substrate W is removed (cleaned).

この酸素遮断ゾーン30に蟻酸ガス(と窒素ガスとの混合ガス)を供給している時、気流規制機構70で酸素遮断ゾーン30の周囲を包囲することで、酸素遮断ゾーン30内における蟻酸ガスの流れを規制し、気流規制機構70内の蟻酸ガスを排気部72から排気することで、蟻酸ガスの装置外への流出を防止する。 When delivering (mixed gas of nitrogen gas) formic acid gas to the oxygen-blocking zone 30, by surrounding the periphery of the oxygen-blocking zone 30 at the airflow regulation mechanism 70, the formic acid gas in the oxygen-blocking zone 30 to regulate the flow, by evacuating the formic acid gas in the air flow regulating mechanism 70 from the exhaust unit 72, to prevent the outflow of the apparatus outside the formic acid gas.
そして、一定時間、基板Wの表面の蟻酸ガスによる清浄化処理を行った後、清浄化ガス配管44の開閉弁24cを閉じ、バイパス配管62の開閉弁24dを開くことで、蟻酸ガスの供給を止めて、基板Wの表面の蟻酸ガスによる清浄化処理を終了する。 Then, a predetermined time, after the cleaning treatment by formic acid gases on the surface of the substrate W, closing the shutoff valve 24c of the cleaning gas pipe 44, by opening the on-off valve 24d of the bypass pipe 62, the supply of formic acid gases stop and ends the cleaning process by formic acid gases on the surface of the substrate W.

ここで、基板Wの表面は、この清浄化処理を終了した時点では、一般に清浄化処理を行う前より活性を有し、清浄化処理を開始する前の酸素遮断状態を形成する窒素ガスの流量では、基板表面が再酸化される場合がある。 Here, the surface of the substrate W, the time of completion of this cleaning process, generally have active than before performing the cleaning process, the nitrogen gas to form the oxygen-blocking state before the start of the cleaning process flow In some cases where the substrate surface is reoxidized. そこで、シャワーヘッド20の噴出口20aから基板に向けて噴出させる窒素ガスの流量を、清浄化処理終了後に処理前より多くしたり、シャワーヘッド20と基板Wの距離を縮めたりすることで、酸素遮断性能を高めて、基板の表面の再酸化を防ぐことができる。 Therefore, the flow rate of nitrogen gas to the jet port 20a is ejected toward the substrate of the shower head 20, or more than before the treatment after the cleaning treatment ends, by or shorten the distance of the shower head 20 and the substrate W, the oxygen to enhance the breaking performance can be prevented reoxidation of the surface of the substrate.

そして、このようにして、基板の表面の再酸化を防止する雰囲気のまま、リフタ10とシャワーヘッド20を連動させて上昇させ、図3に示すように、リフタ10で保持したまま、基板Wを加熱部16から離し、これによって、基板Wを、例えば50℃以下まで強制冷却させる。 Then, the thus, leave the atmosphere to prevent re-oxidation of the surface of the substrate, by linking the lifter 10 and the shower head 20 is raised, as shown in FIG. 3, while maintaining in the lifter 10, the substrate W away from the heating unit 16, thereby, the the substrate W, for example, force cooled to 50 ° C. or less.
基板を冷却した後、図示しない搬送手段により、基板Wをリフタ10から受取って、次工程に搬出することで、一連の処理を終える。 After cooling the substrate, by a conveying means (not shown), it receives the substrate W from the lifter 10, by unloading the next step, completing the series of processing.

図2及び図3に示す表面処理装置を使用した表面処理方法の有効性を実証するため、図4に示す実験装置で実験・評価した。 To demonstrate the effectiveness of the surface treatment method using shown to table surface processing device in FIGS. 2 and 3 were experimental and evaluation in the experimental apparatus shown in FIG. 図4に示す実験装置の図2及び図3に示す表面処理装置と異なる点は、固定タイプのSUS管80の下端から基板Wに向けてガスを噴出するように構成し、また、リフタ10を備えていない(そのため、加熱部16には貫通孔16aがない)点にある。 To show a surface treatment apparatus differs from FIGS. 2 and 3 of the experimental apparatus shown in FIG. 4 constitutes a lower end of the fixed type SUS tube 80 to eject the gas toward the the substrate W, also the lifter 10 It includes non (Therefore, the heating unit 16 has no through-hole 16a) in point. なお、図4に示す装置において、図2及び図3に示す装置と同一または相当する部分には、同一符号を付して、重複した説明を省略している。 Incidentally, in the apparatus shown in FIG. 4, the apparatus and the same or corresponding parts shown in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals are omitted and a redundant description.

主な実験条件は以下である。 The main experimental conditions are as follows.
基板種類 表面に銅めっきを有するシリコンウェーハ 除去対象材料 有機物(ベンゾトリアゾール(BTA)) Silicon wafer removal target material organic matter having a copper plating on the substrate type surface (benzotriazole (BTA))
基板寸法 1×5cm Substrate dimensions 1 × 5cm
ヒータ ホットプレート式 ガス噴出部 SUS管、内径4.35mm Heater hot plate type gas nozzle SUS tube, inside diameter 4.35mm
蟻酸ガス流量 180sccm(standard cc/min) Formic acid gas flow rate 180sccm (standard cc / min)

ここで、純水にBTA粉末を溶かして、BTA濃度が0.05モル/Lの液を作り、その液に基板を30秒間浸漬させ、基板を純水で1分間洗浄した後、乾燥させることで、基板の表面へのBTAを塗布した。 Here, by dissolving BTA powder in pure water, BTA concentration that the liquid of 0.05 mol / L, the liquid was immersed for 30 seconds substrate was washed for 1 minute substrate with pure water, and dried in, it was applied to the BTA to the surface of the substrate.

実験にあたり、初めに加熱部(ヒータ)16の表面温度と基板Wの表面に向けて噴出する窒素ガス流量(N ブロー量)を変えた時における基板温度との関係を調べた。 Upon experiments examined the relationship between the substrate temperature at the time of changing the heating unit (heater) 16 surface temperature and the nitrogen gas flow to be ejected toward the surface of the substrate W (N 2 blow amount) first. その結果を図5に示す。 The results are shown in FIG. 図5において、横軸はヒータ温度(℃)を、縦軸は基板中心温度(℃)を示す。 5, the horizontal axis heater temperature (° C.), the vertical axis represents the substrate center temperature (° C.). 変数は窒素ガス流量である。 Variable is a nitrogen gas flow rate. 図5から、ヒータ温度が一定でも、窒素ガス流量が増すと基板温度は低下し、例えば窒素ガス流量が10slm(standard liter/min)の時、基板温度を140℃にするためには、ヒータ温度を230℃に、基板温度を200℃にするためには、ヒータ温度を375℃にすればよいことが判る。 From Figure 5, in the heater temperature is constant, the substrate temperature when the nitrogen gas flow rate is increased is reduced, for example, when the nitrogen gas flow rate 10slm of (standard liter / min), to the substrate temperature to 140 ° C., the heater temperature to 230 ° C., to the substrate temperature to 200 ° C. it can be seen that it is sufficient to heater temperature to 375 ° C..

次に、図4に戻って、基板WからSUS管80までの高さを10mmに固定し、SUS管80の下端から、流量10slmで窒素ガスを基板Wの表面に向けて噴出させながら、基板Wを加熱部(ヒータ)16で所定の温度まで加熱した後、SUS管80の下端から、蟻酸ガスと窒素ガスの混合ガスを基板Wの表面に向けて噴出させた。 Referring back to FIG. 4, the height from the substrate W to SUS tube 80 was fixed to 10 mm, from the lower end of the SUS tube 80, while the nitrogen gas is ejected toward the surface of the substrate W at a flow rate of 10 slm, the substrate after heating the W in the heating portion (heater) 16 to a predetermined temperature, from the lower end of the SUS tube 80 and the gas mixture of formic acid gas and nitrogen gas is ejected toward the surface of the substrate W. そして、基板温度、処理時間及び蟻酸ガス流量を変数として、基板上のBTAの除去可否を評価した。 Then, the substrate temperature, the processing time and formic gas flow as a variable to assess the removal whether BTA on the substrate.

実験は以下の手順で行った。 The experiment was carried out in the following procedure.
図4に示す構成の実験装置で、図5のデータを用いて、予定の基板温度に対応する温度に加熱部16を昇温させた。 In the experimental apparatus shown in FIG. 4, by using the data of FIG. 5, the temperature was raised to heating unit 16 to a temperature corresponding to the substrate temperature schedule. また、不活性ガス配管22を経由して、SUS管80から窒素ガスを10slmで噴出させた。 Furthermore, via an inert gas pipe 22, was ejected from the SUS tube 80 with nitrogen gas at 10 slm.

ホットバス56を所定温度に設定し、ホットバス56中の水54を、例えば62℃に保ち、容器52内の蟻酸液50をほぼ水54の温度に等しい温度に保ちながら、流量調節弁60で設定した窒素ガスをバブラ配管42の開閉弁24bを経由して多孔板58から蟻酸液50中に供給し、バブリング法で窒素ガスと蟻酸ガスの混合ガスを発生させた。 Set the hot bath 56 to a predetermined temperature, the water 54 in the hot bath 56, for example, maintained at 62 ° C., while maintaining the formic acid solution 50 in the container 52 to a temperature approximately equal to the temperature of the water 54, at a flow rate control valve 60 set nitrogen gas via the on-off valve 24b of the bubbler pipe 42 is supplied from the porous plate 58 into the formic acid solution 50 was generated mixed gas of nitrogen gas and formic acid gas bubbling method. 処理開始前は、混合ガスをバイパス配管62からバイパスさせて定常状態を作っておいた。 Processing start before, it had been made steady state by bypassing the mixed gas from the bypass pipe 62.

基板Wの表面の清浄化処理を以下の手順で行った。 The process of cleaning the surface of the substrate W was carried out in the following procedure.
ピンセットで基板Wを掴み、SUS管80の直下に基板Wを位置させ、基板Wに向けてSUS管80から窒素ガスを噴出させながら、基板Wを加熱部16の上に置き、ピンセットを離した。 Grasp the substrate W with forceps, to position the substrate W directly below the SUS tube 80, while the nitrogen gas is jetted from the SUS tube 80 toward the substrate W, place the substrate W on the heating unit 16, it releases the tweezers . この状態で、基板Wを2分間加熱して所定温度に昇温させた。 In this state, the substrate W is heated for 2 minutes raised to a predetermined temperature. 基板Wに向けてSUS管80から窒素ガスを噴出させながら、バイパス配管62の開閉弁24dを閉じ、清浄化ガス配管44の開閉弁24cを開いて、蟻酸ガスと窒素ガスの混合ガスを、清浄化ガス配管44を通して、SUS管80から基板Wの表面に向けて噴出させた。 While nitrogen gas is jetted from the SUS tube 80 toward the the substrate W, closing the shutoff valve 24d of the bypass pipe 62 by opening the on-off valve 24c of the cleaning gas pipe 44, a gas mixture of formic acid gas and nitrogen gas, clean through reduction gas pipe 44 and is ejected toward the SUS tube 80 on the surface of the substrate W. 実験条件により、処理時間を0.5分から10分まで変えた。 The experimental conditions were changed processing time up to 0.5 minutes to 10 minutes.

処理時間経過後、基板表面の酸素遮断性能を高めるため、SUS管80から噴出させる窒素ガスの流量を10slmから50slmに増やし、次にピンセットで基板Wを掴み、基板Wを加熱部16から5mmほど持ち上げてから、清浄化ガス配管44の開閉弁24cを閉じて、蟻酸ガスの供給を止め、基板Wを概ね50℃以下まで冷却した。 After the processing time, in order to improve the oxygen barrier performance of the substrate surface, the flow rate of nitrogen gas to be ejected from the SUS tube 80 increased from 10slm to 50 slm, then grasp the substrate W with tweezers, the substrate W from the heating unit 16 as 5mm after lifting, close the shutoff valve 24c of the cleaning gas pipe 44, stopping the supply of formic acid gas was cooled substrate W to approximately 50 ° C. or less. 冷却後、SUS管80の直下から基板Wを取出し、一連の処理を終了した。 After cooling, it is taken out the substrate W from directly below the SUS tube 80 to complete the series of processes.
実験結果を表1に示す。 Table 1 shows the experimental results.

表1において、各条件でのBTAの除去状態は、処理前後の基板表面をエリプソメータで測定して判断した。 In Table 1, removal state of BTA at each condition was determined substrate surface before and after the treatment was measured with an ellipsometer. 基板表面状態の指標である、エリプソメータの楕円偏向の位相角Δ(以下、単に位相角Δという)は、基板表面が十分清浄であれば−109°以下である。 Is indicative of the substrate surface condition, the phase angle of the ellipsometric ellipsometer delta (hereinafter, simply referred to as the phase angle delta), it is -109 ° or less as long as sufficient clean substrate surface. 実験に用いた基板における位相角Δは、処理前で−106°前後であった。 The phase angle Δ of the substrate used in the experiment, was around -106 ° pretreatment. そこで、処理後の位相角Δが−109°以下であれば、基板表面のBTAは完全に除去されたと判断して、表1に○印を付した。 Therefore, the phase angle of the processed Δ is equal to or less than -109 °, BTA of the substrate surface is determined to have been completely removed, marked with ○ mark in Table 1. 処理後の位相角Δが−109°より大であれば、基板表面のBTAの除去は不完全と判断して、表1に△印を付した。 If large phase angle Δ is from -109 ° after treatment, the removal of the BTA of the substrate surface, it is determined that an incomplete, marked with △ mark in Table 1. 表1中の(○)部は、上記実測の○印データから、実験すれば○印となる事が推定できる条件である。 In Table 1, (○) unit, the ○ mark data of the actual measurement, a condition which can be estimated to become a ○ mark if the experiment.

表1から次の事がわかる。 From Table 1 it is understood that the next thing.
(1)BTAは、処理時間が2分以上であれば、基板温度120℃以上で除去できる。 (1) BTA, the processing time is not less than 2 minutes, it can be removed at a substrate temperature of 120 ° C. or higher.
(2)BTAは、基板温度が140℃以上であれば、処理時間0.5分以上で除去できる。 (2) BTA as long substrate temperature of 140 ° C. or higher, it can be removed in the process time of 0.5 minutes or more.
BTAと同様に、銅配線膜上の自然酸化膜についても、実験から、BTAと場合とほぼ同等の条件で除去できたことを確認している。 Like the BTA, for even a native oxide film on the copper wiring film, it was confirmed that the experiment could be removed in substantially the same conditions as the BTA.

また、上記実験で得られた、BTAあるいは自然酸化の除去範囲は、概ね直径10mm程度であった。 Further, obtained in the above experiment, the removal area of ​​BTA or natural oxidation was generally about a diameter 10 mm. 噴出口の数と配置、噴出口と基板との間の距離、及び噴出口からのガス噴出流量を適宜に選ぶことにより、直径200mmあるいは300mmの基板表面全面を酸素遮断ゾーンとして清浄化処理できることは明らかである。 The number and arrangement of the ejection ports, the distance between the spout and the substrate, and by choosing a gas ejection flow rate from the spout appropriate, it can be cleaned handle entire surface of the substrate with a diameter of 200mm or 300mm as oxygen-blocking zone it is obvious.

次に、他の表面処理装置を図6に示す。 Next, the other front surface processing apparatus in Fig. この図6に示す表面処理装置の図2及び図3に示す表面処理装置と異なる点は、以下の通りである。 Figure 2 and differs from the surface treatment apparatus shown in FIG. 3 of the surface treatment apparatus shown in FIG. 6 is as follows. なお、図6に示す表面処理装置において、図2及び図3に示す表面処理装置と同一または相当する部分には、同一符号を付して、重複した説明を省略する。 Incidentally, omitted in the surface treatment apparatus shown in FIG. 6, the surface treatment apparatus and the same or corresponding parts shown in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals, and a redundant description. なお、このことは、以下同様である。 Note that this is the same below.

すなわち、この図6に示す表面処理装置では、不活性ガス配管22の下端に、図2及び図3に示す表面処理装置におけるシャワーヘッド20の代わりに、基板Wの直径以上の長さに亘って線状または帯状に延びるスリット90aを有する上下動不能なガス噴出ヘッド90を使用している。 That is, in the surface treatment apparatus shown in FIG. 6, the lower end of the inert gas pipe 22, instead of the shower head 20 in the surface treatment apparatus shown in FIGS. 2 and 3, across the diameter or length of the substrate W using the vertical movement non gas injection head 90 having a slit 90a extending in a linear or strip-shaped. 更に、ガス噴出ヘッド90のスリット90aと直交する方向に移動自在で、上面に基板Wを保持する基板ホルダ92が備えられ、不活性ガス配管22に該配管22に沿って流れる窒素ガスを加熱し、この加熱した窒素ガスを基板Wに向けて噴出させることで基板Wを窒素ガスで加熱する加熱部94が設けられている。 Furthermore, movable in a direction perpendicular to the slit 90a of the gas injection head 90, the upper surface is a substrate holder 92 for holding is provided with a substrate W, the heated nitrogen gas flowing along the piping 22 to the inert gas line 22 , the heating unit 94 is provided for heating the substrate W with nitrogen gas the heated nitrogen gas be ejected toward the substrate W.

この例によれば、基板Wの表面の一部とガス噴出ヘッド90との間に、ガス噴出ヘッド90のスリット90aから基板Wに向けて噴出される窒素ガスで、酸素遮断ゾーン30を形成し、同時に、基板Wの表面を加熱し基板Wの表面温度を所定値に保ちながら、酸素遮断ゾーン30に蟻酸ガスと窒素ガスの混合ガスをガス噴出ヘッド90のスリット90aから基板Wに向けて噴出させて、基板Wの表面の一部を清浄化処理することができる。 According to this example, between a portion and the gas ejection head 90 on the surface of the substrate W, a nitrogen gas is ejected toward the slit 90a of the gas injection head 90 in the substrate W, to form an oxygen-interrupted zone 30 At the same time, keeping the surface temperature of the surface of the heated substrate W of the substrate W to a predetermined value, the oxygen-blocking zone 30 the gas mixture of formic acid and nitrogen gas toward the slit 90a of the gas injection head 90 to the substrate W ejection by, a portion of the surface of the substrate W can be processed cleaning. そして、基板ホルダ92を移動させ、清浄化処理を走査させて行うことで、基板表面の全面を清浄化処理することができる。 Then, by moving the substrate holder 92, by performing by scanning the cleaning process, the entire surface of the substrate surface can be treated cleaned.

この例によれば、表面処理装置のより簡素化を図ることができる。 According to this example, it is possible to more simplify the surface treatment apparatus. また、この例では、表面の清浄化処理を終了した後に、基板Wに向けて窒素ガスを噴出させながら、基板を冷却するようにしていないが、基板Wの表面が再酸化しても、この再酸化により影響が少ない場合に特に有効である。 In this example, after finishing the cleaning treatment of the surface, while the nitrogen gas is ejected toward the the substrate W, but not so as to cool the substrate, be re-oxidized surface of the substrate W, this it is particularly effective when affected by reoxidation is small.

上記各表面処理装置を使用して、多層配線構造を有する半導体装置を製造するようにした例を、図7を参照して説明する。 Using the above tables face processing apparatus, an example of such manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure will be described with reference to FIG. 前述の図1に示す従来例と同様に、基板の表面に、例えば銅からなる下層配線膜をめっきで形成し、CMPによって下層配線膜の表面を平坦に研磨して下層配線を形成する。 Similar to the conventional example shown in FIG. 1 described above, the surface of the substrate, for example, the lower wiring layer made of copper formed by plating, to form a lower layer wiring and flat polished surface of the lower wiring layer by CMP. このようにして、下層配線を形成すると、基板の表面に絶縁膜を堆積する前に、下層配線の表面に自然酸化膜が生成されたり、CMP工程で配線材料である銅の腐食抑制のために用いられたベンゾトリアゾール(BTA)が基板表面に残ったりする場合がある。 In this manner, by forming the lower layer wiring, prior to depositing the insulating film on the surface of the substrate, or a natural oxide film on the surface of the lower layer wiring is generated, for corrosion inhibition of copper as a wiring material by CMP step used was benzotriazole (BTA) in some cases or remaining on the substrate surface. この自然酸化膜及びBTAは、共に上層配線と下層配線との間の電気的接続を阻害する要因となる。 This natural oxide film and the BTA is a factor that inhibits the electrical connection between the both upper wiring and the lower wiring.

また絶縁膜に溝や上層配線膜との接続穴を形成し下層配線膜の一部を露出させた時、下層配線膜の表面に自然酸化膜が生成されていると、上層配線と下層配線との間の電気的接続を阻害する要因となる。 Further when to expose part of the lower wiring layer is formed a connection hole between the groove and the upper wiring layer in the insulating film, the natural oxide film on the surface of the lower wiring layer is generated, and the upper wiring and the lower wiring It becomes a factor that inhibits the electrical connection between the.

そこで、この例にあっては、図2及び図3、または図6に示す表面処理装置を使用した基板の表面処理、つまり下地配線膜表面をドライクリーニングして、下層配線の表面に生成された自然酸化膜や、基板の表面に残ったベンゾトリアゾール(BTA)を除去する。 Therefore, in this example, the surface treatment of the substrate using the surface treatment apparatus shown in FIGS. 2 and 3 or FIG. 6, that is, an underlying wiring layer surface dry cleaning, made on the surface of the lower layer wiring and natural oxide film, to remove the remaining benzotriazole (BTA) to the surface of the substrate.
そして、基板の表面に絶縁膜を成膜し、絶縁膜中に溝(トレンチ)を形成した後、基板の表面にバリアメタル成膜し、しかる後、バリアメタルの表面に、例えば銅からなる上層配線膜をめっきで形成し、CMPによって上層配線膜の表面を平坦に研磨して上層配線を形成する。 Then, an insulating film on the surface of the substrate, after forming the trenches in the insulating film, a barrier to metal deposition on the surface of the substrate, thereafter, made of the surface of the barrier metal, such as copper layer the wiring film is formed by plating, to form the upper wiring and flat polished surface of the upper wiring layer by CMP.

あるいは絶縁膜に溝を形成し、下地配線膜表面をドライクリーニングして下地配線膜表面の自然酸化膜を除去してから基板の表面にバリアメタル成膜し、バリアメタルの表面に、例えば銅からなる上層配線膜をめっきで形成し、CMPによって上層配線膜の表面を平坦に研磨して上層配線を形成する。 Or a groove is formed in the insulating film, an underlying wiring layer surface barrier metal film formation after removing the natural oxide film on the surface of the substrate of the dry cleaning to the underlying interconnect film surface, the surface of the barrier metal, for example copper comprising an upper wiring layer is formed by plating, to form the upper wiring and flat polished surface of the upper wiring layer by CMP.
上記2回のドライクリーニングの内、必要に応じて、1回のみでも有効である。 Among dry cleaning of the two, if necessary, it is effective only once.

これにより、プラズマクリーニングによる基板の表面処理を行うことなく、したがって、半導体デバイスに損傷を与えることなく、下層配線の表面に生成された自然酸化膜や、基板の表面に残ったベンゾトリアゾール(BTA)を除去して、上層配線と下層配線の電気的接続を良好にすることができる。 Thus, without performing surface treatment of a substrate by plasma cleaning, therefore, without damaging the semiconductor device, and a natural oxide film formed on the surface of the lower layer wiring, benzotriazole remaining on the surface of the substrate (BTA) was removed, it is possible to improve the electrical connection of the upper wiring and the lower wiring.

基板表面材質としては、金属あるいは金属化合物として、銅、タンタルとタンタル窒化物、チタンとチタン窒化物、タングステンとタングステン窒化物、ルテニウムなどが有り、その他には絶縁物がある。 The substrate surface material, a metal or a metal compound, copper, tantalum and tantalum nitride, titanium and titanium nitride, tungsten and tungsten nitride, ruthenium is there, Other there are insulators.

図8乃至図10は、更に他の表面処理装置を示す。 8 to 10 shows yet another front surface processing apparatus. この図8乃至図10に示す表面処理装置の図2及び図3に示す表面処理装置と異なる点は、以下の通りである。 The 8 to a point different from the surface treatment apparatus shown in FIGS. 2 and 3 of the surface treatment apparatus shown in FIG. 10 is as follows.

つまり、この例の表面処理装置には、図2及び図3に示す例におけるリフタ10の代わりに、基板Wの周縁部を支持して基板Wを保持するリング状の保持部100が加熱部16の上方に備えられている。 That is, the surface treatment apparatus of this embodiment, in place of the lifter 10 in the example shown in FIGS. 2 and 3, a ring-like holding portion 100 is heated portion 16 for holding a substrate W and supports the peripheral portion of the substrate W It is provided in the upper. この保持部100は、加熱部16の周囲に位置して上下動自在に配置された昇降軸102の上端に連結されて上下動自在に構成されている。 The holding portion 100 is coupled is configured vertically movable on the upper end of the elevating shaft 102 which is vertically movable arrangement positioned around the heating unit 16. また、円板状で、下方に向けて内径が拡がる1つの噴出口104aを中央に有する、位置を固定されたヘッド104が備えられている。 Further, a disc-shaped, having one jetting port 104a whose inner diameter extends downward in the center, the head 104 fixed positions are provided. 図8は、保持部100が上昇端にある状態を示し、ヘッド104と保持部100で保持された基板Wとの間隔は、例えば0.6mmである。 Figure 8 shows a state in which the holding portion 100 in a raised edge, distance between the substrate W held by the head 104 and the holding portion 100 is, for example, 0.6 mm. また、この例では、ヘッド104の位置を固定しているため、不活性ガス配管22に蛇腹部32は備えられていない。 Further, in this example, because securing the position of the head 104, the bellows portion 32 in the inert gas pipe 22 is not provided.

これにより、保持部100で保持した基板Wの表面(上面)に向けて、ヘッド104の噴出口104aから窒素ガス(不活性ガス)を噴出することで、基板Wの表面とヘッド104との間に、窒素ガスによって酸素を遮断した酸素遮断ゾーン106が基板Wの全域に亘って形成されるように構成されている。 Thus, towards the surface of the substrate W held by the holding portion 100 (top), by ejecting nitrogen gas (inert gas) from the ejection port 104a of the head 104, between the surface and the head 104 of the substrate W the oxygen barrier zone 106 blocks the oxygen by nitrogen gas is configured to be formed over the entire area of ​​the substrate W.

なお、ヘッド104及び保持部100として、より大径のものを使用することで、ヘッド104と保持部100との間隔を適宜保持したまま、基板Wの周辺を含む全面に酸素遮断ゾーン106を確実に形成することができる。 Note that ensures the head 104 and the holding portion 100, by using more of the large ones, while appropriately holding the distance between the head 104 and the holding portion 100, the oxygen-blocking zone 106 on the entire surface including the periphery of the substrate W it can be formed on.

また、清浄化ガス配管44、不活性ガス配管22の清浄化ガス配管44との接続部より下流側、及びヘッド104には、これらをホットバス56内の蟻酸液50の温度より高くする配管ヒータ108が設置されている。 Further, the piping heater cleaning gas pipe 44, downstream of the connection of the cleaning gas pipe 44 of the inert gas pipe 22, and the head 104, be higher than the temperature of the formic acid solution 50 of the inside of the hot bath 56 108 is installed. これにより、バブラ40で発生した蟻酸ガスが基板Wに向かって流れる途中で、その温度が徐々に高くなるようにすることで蟻酸ガスが基板Wに達する以前に装置構成部品表面で結露することを防止できる。 Thus, in the course of formic acid gas generated in a bubbler 40 flows toward the substrate W, that formic acid gas to ensure that the temperature increases gradually condenses in previously device component surfaces to reach the substrate W It can be prevented.

加熱部16は、この例では、内部にランプヒータ16bを有し、この加熱部16の上方に保持部100で保持した基板Wを配置し、ランプヒータ16bから発する輻射熱で基板Wを加熱するように構成されている。 Heating unit 16, in this example, which incorporates a lamp heater 16b, the substrate W held by the holding portion 100 above the heating unit 16 is arranged so as to heat the substrate W in the radiant heat emitted from a lamp heater 16b It is configured. 発熱源としては、ランプヒータによらず、高温の窒素ガス等を吹付ける熱風式でも良い。 The heat source, regardless of the lamp heater, or by hot air blowing the hot nitrogen gas or the like.

更に、この例では、加熱部16の上部から上方に延び、保持部100上に基板Wを載置して、酸素遮断ゾーン106に蟻酸ガス(と窒素ガスとの混合ガス)を供給している時に、酸素遮断ゾーン106の周囲を包囲して、酸素遮断ゾーン106内における蟻酸ガスの流れを規制する略円筒状の気流規制機構70、保持部100、及び基板Wで構成される閉空間を、規制配管110を経由して排気部72に連通している。 Further, in this example, it extends upwardly from the top of the heating unit 16, and places the substrate W on the holding portion 100, and supplies the formic acid gas (mixed gas of nitrogen gas) to the oxygen-blocking zone 106 sometimes, surrounds the periphery of the oxygen-blocking zone 106, a substantially cylindrical air flow regulating mechanism 70 for regulating the flow of formic acid gas in the oxygen-blocking zone 106, the holding portion 100, and a closed space consisting of the substrate W, and it communicates with the exhaust portion 72 through the restriction pipe 110. これによって、酸素遮断ゾーン106内に供給された蟻酸ガスが装置外に流出するのが防止される。 Thus, formic acid gas supplied to the oxygen-blocking zone 106 is prevented from flowing out to the outside of the apparatus. なお、この例では、気流規制機構70は、上下動自在に構成され、また、規制配管110はその一部に伸縮部112があり、保持部100の上下動を妨げない構造となっている。 In this example, the airflow regulation mechanism 70 is vertically movable is constituted, also regulating pipe 110 has a stretchable portion 112 in a part thereof, has a structure which does not interfere with the vertical movement of the holding portion 100.

保持部100の上面には、図10に示すように、基板Wを乗せたフォーク114の形状に沿った溝116が設けられている。 On the upper surface of the holding portion 100, as shown in FIG. 10, a groove 116 along the shape of the fork 114 carrying the substrate W is provided. これにより、図9に示すように、保持部100を下降させた状態で、保持部100とヘッド104との間に、基板Wを乗せたフォーク114を溝116に沿って挿入し、保持部100を上昇させることで、基板Wの周縁部を支持して基板Wを保持部100で保持するようになっている。 Thus, as shown in FIG. 9, in a state of lowering the holder 100, between the holding portion 100 and the head 104, the fork 114 carrying the substrate W is inserted along the groove 116, the holding portion 100 by raising the is adapted to hold the substrate W by the holding portion 100 supports the peripheral portion of the substrate W.

図8乃至図10に示す表面処理装置の動作を以下に説明する。 8 to be described the operation of the surface treatment apparatus shown in FIG. 10 below.
先ず、バブラ配管42の開閉弁24bを開き、窒素ガスのバブリングによって、容器52の上部空間に窒素ガスと蟻酸ガスとの混合ガスを生成させ、清浄化ガス配管44の開閉弁24cを閉じ、バイパス配管62の開閉弁24dを開くことで、所定流量の窒素ガスと蟻酸ガスとの混合ガスを、バイパス配管62を通してバイパスさせておく。 First, open the on-off valve 24b of the bubbler pipe 42, by bubbling nitrogen gas, in the upper space of the container 52 to produce a mixed gas of nitrogen gas and formic acid gas, closed-off valve 24c of the cleaning gas pipe 44, a bypass by opening the shutoff valve 24d of the pipe 62, a mixed gas of nitrogen gas and formic acid gas at a predetermined flow rate and allowed to pass through the bypass pipe 62. また、不活性ガス供給部12の開閉弁24aを閉じておく。 Moreover, it is closed off valve 24a of the inert gas supply unit 12.

次に、図9に示すように、気流規制機構70が上昇し、保持部100が下降した状態で、保持部100に設けられた溝116内に、基板Wを載せたフォーク114を挿入する。 Next, as shown in FIG. 9, increased airflow restriction mechanism 70, the holding portion 100 is in a state of being lowered into a groove 116 provided in the holding portion 100 is inserted into the fork 114 carrying the substrate W. なおフォーク114は、例えば、下記の図15に示す、第2搬送ロボット212の先端部である。 Note fork 114, for example, shown in Figure 15 below, a distal end of the second transfer robot 212. そして、図8に示す高さまで保持部100を上昇させ、基板Wをフォーク114から離間させた後、フォーク114を溝116内から退避させる。 Then, raise the holding portion 100 to the height shown in FIG. 8, after separating the substrate W from the fork 114, to retract the fork 114 from the groove 116. 続いて気流規制機構70を図8に示す高さまで下降させる。 Subsequently lowering the airflow regulation mechanism 70 to a height shown in FIG.

次に、不活性ガス供給部12の開閉弁24aを開き、ヘッド104の噴出口104aから基板Wの表面(上面)に向けて窒素ガスを噴出させ、基板Wとヘッド104との間に、窒素ガスで満たされて実質的に酸素が存在しない酸素遮断ゾーン106を作る。 Next, open the on-off valve 24a of the inert gas supply unit 12, toward the ejection port 104a of the head 104 on the surface (upper surface) of the substrate W is ejected nitrogen gas between the substrate W and the head 104, nitrogen It is filled with a gas making oxygen-blocking zone 106 that is substantially free of oxygen. そして、基板Wとヘッド104との間に酸素遮断ゾーン106を作ったまま、加熱部16のランプヒータ16bを所定電力で点灯し、基板Wを所定温度に昇温させる。 Then, while making the oxygen-blocking zone 106 between the substrate W and the head 104, a lamp heater 16b of the heating unit 16 illuminates a predetermined power, raising the temperature of the substrate W to a predetermined temperature.

基板Wが所定温度に達するまで基板Wを加熱した後、清浄化ガス配管44の開閉弁24cを開き、バイパス配管62の開閉弁24dを閉じることで、清浄化ガス配管44を通して、ヘッド104の噴出口104aから蟻酸ガスと窒素ガスの混合ガスを噴出させる。 After the substrate W is heated substrate W reaches a predetermined temperature, open the shutoff valve 24c of the cleaning gas pipe 44 and closing the valve 24d of the bypass pipe 62, through the cleaning gas pipe 44, injection head 104 jetting a gas mixture of formic acid gas and nitrogen gas from the outlet 104a. これによって、基板Wの表面の蟻酸ガスによる清浄化処理を行う。 Thus, performing a cleaning process by formic acid gases on the surface of the substrate W. この酸素遮断ゾーン106に蟻酸ガス(と窒素ガスとの混合ガス)を供給している時、噴出したガスは、規制配管110を経由して排気部72に排気され、これによって、蟻酸ガスの装置外への流出が防止される。 When delivering formic acid gas (a mixed gas of nitrogen gas) to the oxygen-blocking zone 106, the jetted gas is exhausted to the exhaust portion 72 through the restriction pipe 110, thereby, device formic acid gases outflow to the outside is prevented.

そして、一定時間、基板Wの表面の蟻酸ガスによる清浄化処理を行った後、清浄化ガス配管44の開閉弁24cを閉じ、バイパス配管62の開閉弁24dを開くことで、蟻酸ガスの供給を止めて、基板Wの表面の蟻酸ガスによる清浄化処理を終了する。 Then, a predetermined time, after the cleaning treatment by formic acid gases on the surface of the substrate W, closing the shutoff valve 24c of the cleaning gas pipe 44, by opening the on-off valve 24d of the bypass pipe 62, the supply of formic acid gases stop and ends the cleaning process by formic acid gases on the surface of the substrate W. 次いで、加熱装置16のランプヒータ16bを消灯し、基板の加熱を停止する。 Then, turn off the lamp heater 16b of the heating device 16, and stops the heating of the substrate.

基板Wの表面は、この有機酸処理を終了した時点では、一般に有機酸処理を行う前より活性を有し、清浄化処理を開始する前の酸素遮断状態を形成する窒素ガスの流量では、基板W表面が再酸化される場合がある。 The surface of the substrate W, the time of completion of the organic acid treatment, generally have active than before performing organic acid treatment, the flow rate of nitrogen gas to form the oxygen-blocking state before the start of the cleaning process, the substrate there is a case in which W surface is re-oxidation. そこで、ヘッド104の噴出口104aから基板Wに向けて噴出させる窒素ガスの流量を、清浄化処理終了後に処理中より多くし酸素遮断性能を高めて、基板Wの表面の再酸化を防ぐ。 Therefore, the flow rate of the nitrogen gas is ejected toward the ejection port 104a to the substrate W of the head 104, to enhance and more than during the treatment after the cleaning process is completed oxygen-blocking performance, prevent re-oxidation of the surface of the substrate W. そして、このようにして、基板の表面の再酸化を防止する雰囲気のまま、基板Wを保持し、例えば50℃以下まで強制冷却させる。 Then, the thus, it leaves the atmosphere to prevent re-oxidation of the surface of the substrate to hold the the substrate W, for example, force cooled to 50 ° C. or less.

図8乃至図10に示す表面処理装置にあっては、リング状の保持部100の上面に基板Wの周縁部を載置して基板Wを保持するようにしている。 In the surface treatment apparatus shown in FIGS. 8 to 10 so as to hold the substrate W by placing the peripheral edge of the substrate W on the upper surface of the ring-shaped holding portion 100. そして、このように保持部100の上面に基板Wを載置した時、基板Wの表面と保持部100の表面がほぼ面一となって、保持部100が基板Wの外方に延出し、基板Wの側方を保持部100で閉塞するようにしている。 Then, when placing the substrate W on the upper surface of the thus holding portion 100, the surface of the holding portion 100 and the surface of the substrate W becomes substantially flush, the holding portion 100 extends outward of the substrate W, the side of the substrate W is to be closed by the holding portion 100.

図11及び図12は、図8乃至図10に示す表面処理装置の変形例を示す。 11 and 12 show a modification of the surface treatment apparatus shown in FIGS. 8 to 10. つまり、図11及び図12に示す表面処理装置は、昇降軸102の上端にリング状の保持台120を取付け、この保持台120の円周方向に沿った所定位置に、内方に延出する複数(図示では3個)の爪122を取付け、この爪122で基板Wの周縁部下面を支持するようにしている。 That is, the surface treatment apparatus shown in FIGS. 11 and 12, fitted with a ring-shaped holder 120 on the upper end of the elevating shaft 102, in a predetermined position along the circumferential direction of the holder 120, extending inwardly mounting the pawl 122 (three in the illustrated) a plurality, and to support the lower surface of the peripheral edge portion of the substrate W at the claw 122. 保持台120の内径は、基板Wの外径より大きく、このため、基板Wの外側下方は開放した状態にある。 The inner diameter of the holder 120 is larger than the outer diameter of the substrate W, Therefore, the outer lower substrate W is in an open state. その他の構造は、図8乃至図10に示す表面処理装置とほぼ同様である。 Other structure is substantially the same as the surface treatment apparatus shown in FIGS. 8 to 10.

図8乃至図10に示す表面処理装置(以下、リング形表面処理装置という)、及び図11及び図12に示す表面処理装置(以下、爪形表面処理装置という)、並びにこれらの表面処理装置を使用した表面処理方法の有効性を実証するため、以下の実験を行って評価した。 8 to a surface treatment apparatus shown in FIG. 10 (hereinafter, referred to as ring-shaped surface treatment apparatus), and 11 and the surface treatment apparatus shown in FIG. 12 (hereinafter, referred to as the claw surface treatment apparatus), as well as those of a surface treatment apparatus to demonstrate the effectiveness of the surface treatment method used, and evaluated by the following experiment.
主な実験条件は以下である。 The main experimental conditions are as follows.
基板種類 表面に銅めっきを有するシリコン基板 除去対象材料 自然酸化膜(酸化膜厚:約5nm) Silicon substrate removal target material natural oxide film having a copper plating on the substrate type surface (oxide film thickness: about 5 nm)
基板寸法 φ200mm Substrate dimensions φ200mm
不活性ガス種と流量範囲 窒素ガス×0.3〜30slm(standard Inert gas species and flow range nitrogen × 0.3~30slm (standard
liter/min) liter / min)
有機酸ガス種と流量範囲 蟻酸ガス×30〜300sccm(standard Organic acid gas species and flow range formic gas × 30~300sccm (standard
cc/min) cc / min)
基板温度範囲 150〜250℃ The substrate temperature range 150~250 ℃
ヘッド−基板間間隔 0.6mm Head - between the substrates interval 0.6mm

以下、実験結果について説明する。 The following describes the experimental results.
図13は、爪形表面処理装置において、ヘッド104と基板Wとの間に供給する窒素ガス流量(N ブロー量)に対する、ランプヒータ16bに供給するヒータ電力(W)と基板W内の平均温度(℃)との関係を示す。 13, the claw surface treatment apparatus, the average of the head 104 and against the flow rate of nitrogen gas (N 2 blow amount) supplied between the substrate W, heater power supplied to the lamp heater 16b (W) and the substrate W It shows the relationship between the temperature (° C.). 基板内の温度測定個所は、基板中心からの距離で、−92,−45,0,45,92mmの位置の計5点である。 Temperature measurement point in the substrate, the distance from the substrate center, -92, a total of five points of the position of -45,0,45,92Mm. 図13に示すように、窒素ガス流量0〜10slmの範囲では、ヒータ電力に対する基板温度は、ほぼ同等であった。 As shown in FIG. 13, the range of flow rate of nitrogen gas 0~10Slm, the substrate temperature to the heater power was approximately equal.

図14は、図13における基板平均温度200℃相当時における基板内温度分布を示す。 Figure 14 shows the substrate temperature distribution in the substrate average temperature 200 ° C. equivalent time in FIG. 図14に示すように、窒素ガス流量0〜10slmで、基板内温度分布は±4%以下であった。 As shown in FIG. 14, a nitrogen gas flow rate 0~10Slm, substrate temperature distribution was less than ± 4%.

表2は、爪形表面処理装置において、ヘッド104と基板Wとの間に窒素ガスを供給しながら基板Wを加熱した時の基板酸化防止条件を示す。 Table 2 shows the claw surface treatment apparatus, showing the substrate antioxidant conditions when heating the substrate W while supplying nitrogen gas between the head 104 and the substrate W.
窒素ガス供給量が少なく、従って、基板Wの表面の酸素濃度が高い場合に、基板を加熱すると、基板表面は酸化が進む。 Less nitrogen gas supply amount, thus, when the oxygen concentration in the surface of the substrate W high when heating the substrate, the substrate surface is oxidized proceeds. 酸化を進めないための窒素ガス供給量及び基板温度の関係を調べたものである。 In which it examined the nitrogen gas supply amount and the relation between the substrate temperature to not proceed with the oxidation. 基板の表面状態は、前述と同様に、エリプソメータで測定した。 Surface condition of the substrate, in the same manner as described above, was measured by an ellipsometer. 窒素ガスを供給しながら基板を15分加熱した時に、位相角Δの酸化方向変化が基板内全面で2°以下の場合に、酸化防止条件であると判定した。 The substrate while supplying nitrogen gas when heated 15 minutes, the oxidation direction change of the phase angle Δ is in the following cases: 2 ° over the entire surface in the substrate was determined to be anti-oxidation conditions.

表2において、○印は実験値、(○)印はその実験条件の周辺条件から「○」と推定できる場合を示す。 In Table 2, ○ mark experimental value, (○) mark indicates the case where it can be estimated that "○" from the surrounding conditions of the experimental conditions. 表2より、基板温度150または175℃の時、窒素ガス流量3slm以上で酸化が防止できることがわかる。 From Table 2, when the substrate temperature of 150 or 175 ° C., it is understood that prevents oxidation at the nitrogen gas flow rate 3slm more.

表3は、爪形表面処理装置を使用し、蟻酸ガス流量100sccm、蟻酸ガス供給時間10分の条件で処理した時の自然酸化膜除去のための基板温度、窒素ガス流量特性を示す。 Table 3 shows use the claw surface treatment apparatus, formic gas flow rate 100 sccm, substrate temperature for removing the natural oxide film when treated under the condition of formic acid gas supply time 10 min, nitrogen gas flow characteristics.
表4は、リング形表面処理装置を使用し、蟻酸ガス流量100sccm、蟻酸ガス供給時間10分の条件で処理した時の自然酸化膜除去のための基板温度、窒素ガス流量特性を示す。 Table 4 shows by using a ring-shaped surface treatment apparatus, formic gas flow rate 100 sccm, substrate temperature for removing the natural oxide film when treated under the condition of formic acid gas supply time 10 min, nitrogen gas flow characteristics.

表3及び表4において、エリプソメータの測定値である楕円偏向の位相角Δが−109°以下を酸化膜除去完と判定した。 In Table 3 and Table 4, the phase angle of the ellipsometric is a measurement of the ellipsometer Δ is determined to oxide removal complete the -109 ° or less. 実験に用いた基板の初期位相角Δの値は、概ね−100°の酸化膜厚がおよそ5nmであった。 The value of the initial phase angle Δ of the substrate used in the experiment, the oxide film thickness of approximately -100 ° was approximately 5 nm. 表3及び表4から、爪形表面処理装置及びリング型表面処理装置とも、基板温度150または175℃、窒素ガス流量10slm以上で自然酸化膜が除去できることがわかる。 Table 3 and Table 4, both the claw surface treatment apparatus and the ring-type surface treatment apparatus, a substrate temperature of 150 or 175 ° C., the natural oxide film in a nitrogen gas flow rate 10slm or seen can be removed.

表5は、爪形表面処理装置を使用し、基板温度175℃、窒素ガス流量10slmの条件で処理した時の自然酸化膜除去のための蟻酸ガス流量、処理時間特性を示す。 Table 5, using the claw surface treatment apparatus, showing a substrate temperature of 175 ° C., formic acid gas flow rate for removing the natural oxide film when treated under the condition of nitrogen gas flow rate 10 slm, a process time characteristics. 表5より、蟻酸ガス流量100,300sccm時に、厚さ約5nmの自然酸化膜を処理時間1分で除去できることが確認できた。 From Table 5, at formic gas flow 100,300Sccm, it was confirmed that it was possible remove the natural oxide film having a thickness of about 5nm in treatment time 1 minute.

表6は、リング形表面処理装置を使用し、基板温度175℃、窒素ガス流量10slmの条件で処理した時の自然酸化膜除去のための蟻酸ガス流量、処理時間特性を示す。 Table 6, using the ring-shaped surface treatment apparatus, showing a substrate temperature of 175 ° C., formic acid gas flow rate for removing the natural oxide film when treated under the condition of nitrogen gas flow rate 10 slm, a process time characteristics. 表5及び表6により、リング形表面処理装置にあっては、爪形表面処理装置よりも、酸化膜除去条件が狭いことがわかる。 The Table 5 and Table 6, with the ring-shaped surface treatment apparatus, than the claw surface treatment apparatus, it can be seen that the oxide film removal condition is narrow.

図15は、基板処理装置を示す平面図である。 Figure 15 is a plan view showing the board processor. 図15に示すように、基板処理装置は、多数の基板を収納する基板カセット201を載置するロード/アンロードステージ202を4つ備えている。 As shown in FIG. 15, the substrate processing apparatus has a loading / unloading stage 202 for placing a substrate cassette 201 for accommodating a plurality of substrates 4 provided. このロード/アンロードステージ202に沿って走行機構203が設けられており、この走行機構203の上には、2つのハンドを有する第1搬送ロボット204が配置されている。 The load / travel mechanism 203 along the unloading stage 202 is provided, on the driving mechanism 203, the first transfer robot 204 having two hands is disposed.

第1搬送ロボット204の走行機構203を対称軸として、基板カセット201と反対側には、2台の洗浄・乾燥機205,206が配置されている。 The traveling mechanism 203 of the first transfer robot 204 as axis of symmetry, on the opposite side of the substrate cassette 201, the two cleaning and drying machine 205 and 206 is disposed. 第1搬送ロボット204のハンドは、これらの洗浄・乾燥機205,206にもアクセス可能となっている。 Hand of the first transfer robot 204 is capable of access to these cleaning and drying machines 205 and 206. 各洗浄・乾燥機205,206は、基板を高速回転させて乾燥させるスピンドライ機能を有している。 Each washing and drying machine 205 has a spin-dry mechanism for drying with the substrate is rotated at a high speed. また、2台の洗浄・乾燥機205,206の間には、4つの基板の載置台207,208,209,210を備えた基板ステーション211が配置されており、第1搬送ロボット204のハンドがこの基板ステーション211にアクセス可能となっている。 Between the two washing and drying machine 205, there is disposed a substrate station 211 which includes a mounting base 207, 208, 209, 210 of the four substrates, the hands of the first transfer robot 204 It has become accessible to the substrate station 211.

洗浄・乾燥機205と3つの載置台207,209,210に到達可能な位置には、2つのハンドを有する第2搬送ロボット212が配置されており、洗浄・乾燥機206と3つの載置台208,209,210に到達可能な位置には、2つのハンドを有する第3搬送ロボット213が配置されている。 The reachable positions in the washing and drying machine 205 and the three wafer supports 207, 209, and 210, the second transfer robot 212 having two hands is disposed, the cleaning and drying machine 206 and the three wafer supports 208 , the reachable positions in 209 and 210, the third transfer robot 213 having two hands is disposed. ここで、載置台207は、第1搬送ロボット204と第2搬送ロボット212との間で基板を受渡すために使用され、載置台208は、第1搬送ロボット204と第3搬送ロボット213との間で基板を受渡すために使用される。 Here, the mounting table 207 is used to transfer the substrate between the first transfer robot 204 and the second transfer robot 212, the mounting table 208, a first transfer robot 204 of the third transfer robot 213 It is used to transfer a substrate between. また、載置台209は、第2搬送ロボット212から第3搬送ロボット213へ基板を搬送するために使用され、載置台210は、第3搬送ロボット213から第2搬送ロボット212へ基板を搬送するために使用される。 Further, the mounting table 209 is used to transfer a substrate from the second transfer robot 212 to the third transfer robot 213, the mounting table 210 for transferring the substrate from the third transfer robot 213 to the second transfer robot 212 They are used to. なお、載置台209は、載置台210の上に位置している。 Incidentally, the stage 209 is positioned on the table 210.

洗浄・乾燥機205に隣接して、第2搬送ロボット212のハンドがアクセス可能な位置には、半導体ウェーハなどの基板の表面に形成された金属皮膜の自然酸化膜をドライクリーニングにより除去する乾式処理ユニットとしての表面処理装置214が配置されている。 Adjacent to the cleaning and drying apparatus 205, the hand-accessible position of the second transfer robot 212, a dry process is removed by dry cleaning a natural oxide film of the metal film formed on the surface of a substrate such as a semiconductor wafer surface treatment apparatus 214 as a unit are arranged. この表面処理装置214として、図2及び図3、図6、図8乃至図10、または図11及び図12に示す表面処理装置が使用されている。 This as a surface treatment apparatus 214, FIG. 2 and FIG. 3, FIG. 6, the surface treatment apparatus shown in FIGS. 8 to 10 or 11 and 12, it is used. 洗浄・乾燥機206に隣接して、第3搬送ロボット213のハンドがアクセス可能な位置には、研磨後の基板を洗浄する洗浄機215が配置されている。 Adjacent to the cleaning and drying apparatus 206, the hand-accessible position of the third transfer robot 213, washer 215 is arranged for cleaning a substrate after polishing.

基板処理装置は、基板の金属皮膜を平坦化処理する平坦化ユニットとしての2つの化学機械研磨(CMP)装置216,217を備えている。 The substrate processing apparatus is provided with two chemical mechanical polishing (CMP) apparatus 216 and 217 of the metal coating of the substrate as a flattening unit for flattening treatment. それぞれの化学機械研磨装置216,217は、それぞれ2つの研磨テーブルと、基板を保持しかつ基板を研磨テーブルに対して押圧しながら研磨するための1つのトップリングとを備えている。 Each of the chemical mechanical polishing apparatus 216 and 217, respectively provided with two polishing tables and one top ring for polishing while pressing against the polishing table to and the substrate holding the substrate. すなわち、化学機械研磨装置216は、第1の研磨テーブル218と、第2の研磨テーブル219と、トップリング220と、研磨テーブル218に研磨液を供給するための研磨液供給ノズル221と、研磨テーブル218のドレッシングを行うためのドレッサ222と、研磨テーブル219のドレッシングを行うためのドレッサ223とを備えている。 That is, the chemical mechanical polishing apparatus 216 includes a first polishing table 218, a second polishing table 219, a top ring 220, a polishing liquid supply nozzle 221 for supplying a polishing liquid to the polishing table 218, the polishing table a dresser 222 for performing 218 dressing, and a dresser 223 for dressing the polishing table 219. また、化学機械研磨装置217は、第1の研磨テーブル224と、第2の研磨テーブル225と、トップリング226と、研磨テーブル224に研磨液を供給するための研磨液供給ノズル227と、研磨テーブル224のドレッシングを行うためのドレッサ228と、研磨テーブル225のドレッシングを行うためのドレッサ229とを備えている。 The chemical mechanical polishing apparatus 217 includes a first polishing table 224, a second polishing table 225, a top ring 226, a polishing liquid supply nozzle 227 for supplying a polishing liquid to the polishing table 224, the polishing table a dresser 228 for performing 224 dressing, and a dresser 229 for dressing the polishing table 225.

また、化学機械研磨装置216には、第2搬送ロボット212のハンドがアクセス可能な位置に基板を反転させる反転機230が設置されており、この反転機230には第2搬送ロボット212によって基板が搬送される。 In addition, the chemical mechanical polishing apparatus 216, the hand of the second transfer robot 212 is installed reversing machine 230 for reversing a substrate accessible position, in the reversing machine 230 is the substrate by the second transfer robot 212 It is transported. 同様に、化学機械研磨装置217には、第3搬送ロボット213のハンドがアクセス可能な位置に基板を反転させる反転機231が設置されており、この反転機231には第3搬送ロボット213によって基板が搬送される。 Substrate Similarly, the chemical mechanical polishing apparatus 217, the third and the hands of the transfer robot 213 is installed reversing machine 231 for reversing a substrate accessible location, this reversing device 231 by the third transfer robot 213 There is conveyed.

これらの反転機230,231とトップリング220,226の下方には、反転機230,231とトップリング220,226との間で基板を搬送するロータリトランスポータ232が配置されている。 These below the reversing device 230, 231 and the top ring 220, 226, the rotary transporter 232 for transporting a substrate between the reversing machine 230, 231 and the top ring 220, 226 is arranged. ロータリトランスポータ232には、基板を載せるステージが4ヶ所等配に設けられており、複数の基板を同時に搭載できるようになっている。 Rotary the transporter 232, the stage for placing a substrate is provided in equal angular four places, so that can be mounted a plurality of substrates simultaneously. 反転機232のステージの中心と、反転機230または231でチャックされた基板の中心の位相が合ったときに、ロータリトランスポータ232の下方に設置されたリフタ233または234が昇降することで、ロータリトランスポータ232上に基板が搬送される。 The center of the stage of the reversing machine 232, when the center of the phase of substrates chuck fit in reversing machine 230 or 231, that the lifter 233 or 234 disposed below the rotary transporter 232 moves up and down, rotary substrate is conveyed onto the transporter 232.

ロータリトランスポータ232のステージ上に載せられた基板は、ロータリトランスポータ232が回転することで、トップリング220または226の下方へ搬送される。 Substrate placed on the stage of the rotary transporter 232 by the rotary transporter 232 is rotated is transported below the top ring 220 or 226. トップリング220または226は、予めロータリトランスポータ232の位置に揺動させておく。 The top ring 220 or 226 and allowed to swing in advance the position of the rotary transporter 232. トップリング220または226の中心がロータリトランスポータ232に搭載された基板の中心と位相が合ったとき、それらの下方に配置されたプッシャ235または236が昇降することで、基板は、ロータリトランスポータ232からトップリング220または226に移送される。 When the center of the top ring 220 or 226 is aligned in the middle phase of the substrate mounted on the rotary transporter 232, by the pusher 235 or 236 arranged below them is raised and lowered, the substrate is a rotary transporter 232 It is transferred to the top ring 220 or 226 from.

トップリング220または226に移送された基板は、トップリング220または226の真空吸着機構により吸着され、基板は、吸着されたまま研磨テーブル218または224まで搬送される。 Substrate were transferred to the top ring 220 or 226 is attracted by vacuum suction mechanism of the top ring 220 or 226, the substrate is transported to the polishing table 218 or 224 while being adsorbed. そして、基板は、研磨テーブル218または224上に取り付けられた研磨パッドまたは砥石等からなる研磨面で研磨される。 Then, the substrate is polished by a polishing surface comprising a polishing pad or grindstone mounted on the polishing table 218 or 224. 上述した第2の研磨テーブル219,225は、それぞれトップリング220,226が到達可能な位置に配置されている。 The second polishing tables 219,225 described above, the top ring 220, 226 respectively are arranged in reachable position. これにより、第1の研磨テーブル218,224で基板を研磨した後に、この基板を第2の研磨テーブル219,225でも研磨できるようになっている。 Thus, after polishing the substrate at a first polishing table 218, 224, and to be able to polish the substrate even second polishing table 219,225. 研磨が終了した基板は、同じルートで反転機230,231まで戻される。 Substrate polishing has been finished is returned in the same route to the reversing machine 230 and 231.

第3搬送ロボット213は、基板を洗浄機215に搬送し、洗浄機215において基板の洗浄が行われる。 The third transfer robot 213 carries the substrate to the cleaning machine 215, cleaning of the substrate is performed in the washing machine 215. 洗浄後の基板は、第3搬送ロボット213により洗浄機215から取り出され、洗浄・乾燥機206に導入される。 Substrate after cleaning are removed from the washer 215 by the third transfer robot 213 is introduced into the washing and drying machine 206. 洗浄・乾燥機206では、基板のリンスおよび乾燥処理が行われ、乾燥後の基板は、第1搬送ロボット204により基板カセット201に戻される。 In the cleaning and drying apparatus 206, a rinsing and drying process for the substrate is performed, the substrate after drying, is returned to the substrate cassette 201 by the first transfer robot 204.

次に、上述した基板処理装置における基板処理(研磨処理)について説明する。 Next, a description will be given of a substrate processing (polishing treatment) in the above-mentioned substrate processing apparatus.
図16に銅配線形成工程を示す。 It shows the copper wiring forming step in FIG. つまり、下層金属配線膜上の絶縁膜に上層配線膜埋設用の配線溝(トレンチ)と上下配線接続用の接続穴(ビアホール)を形成し、絶縁膜の平坦部、配線溝の下面及び側壁、並びに接続穴の下面及び側面にバリアメタルとシード層を順次形成する。 That is, in forming the interconnection groove for upper wiring layer buried in the insulating film on the lower metal wiring film (trench) and the connecting hole for the upper and lower wiring connection (via hole), a flat portion of the insulating film, lower and side walls of the wiring trench, and sequentially forming a barrier metal and a seed layer on the lower surface and side surfaces of the connecting hole. 次に、銅めっきを行って、基板の表面に、配線溝及び接続穴を埋めるだけ厚さの銅めっき膜からなる金属皮膜を形成する。 Next, by performing copper plating on the surface of the substrate, forming a metal film comprising copper plated film by a thickness to fill the wiring groove and the connection hole. めっき後、金属皮膜(銅めっき膜)をアニールする。 After plating, annealing metal coating (copper plating film). 次に、金属皮膜上の自然酸化膜を除去し、酸化膜除去後、直ちに化学機械研磨処理して金属皮膜を所定量化学機械研磨する。 Then, to remove a natural oxide film on the metal film, after removal of the oxide film immediately chemical mechanical polishing process to a predetermined amount of chemical mechanical polishing a metal coating. これによって、銅めっき膜からなる配線を生成する。 Thus, to produce a wiring made of a copper plating film.

上述した基板処理装置は、金属皮膜上の自然酸化膜を除去し、酸化膜除去後、直ちに化学機械研磨処理して金属皮膜を所定量化学機械研磨するのに使用される。 Above substrate processing apparatus, to remove a natural oxide film on the metal film, after removal of the oxide film, is used immediately chemical mechanical polishing process to a metal coating to a predetermined amount a chemical mechanical polishing.

図15に戻って、研磨される基板は、金属皮膜が形成された面を上向きにして基板カセット201内に収容され、多数の基板Wを収容した基板カセット201がロード/アンロードステージ202に載置される。 Returning to FIG. 15, a substrate to be polished, the surface on which the metal film has been formed facing up are accommodated in the substrate cassette 201, a substrate cassette 201 accommodating a plurality of substrates W is mounting the loading / unloading stages 202 It is location. 第1搬送ロボット204は、この基板カセット201から1枚の基板を取り出し、基板を載置台207に搬送する。 The first transfer robot 204 takes out one substrate from the substrate cassette 201, and transports the substrate to the mounting table 207. 載置台207に載置された基板を、第2搬送ロボット212により表面処理装置214に搬送する。 The substrate placed on the mounting table 207, and conveyed to the surface treatment apparatus 214 by the second transfer robot 212. そして、この表面処理装置214で、前述のようにして、金属皮膜上の自然酸化膜を大気圧雰囲気下における乾式処理によって除去する。 Then, in the surface treatment apparatus 214, as described above, to remove the natural oxide film on the metal film by a dry process under atmospheric pressure.

酸化膜除去処理を終えた基板は、第2搬送ロボット212により表面処理装置214から取り出され、反転機230に搬送される。 Substrate after the oxide film removal process is removed from the surface treatment apparatus 214 by the second transfer robot 212, it is transported to the reversing device 230. 反転機230では基板が反転され、金属皮膜形成面が下向きになった状態でロータリトランスポータ232に受渡される。 Substrate The reversing machine 230 is inverted, the metal film formation surface is delivery to the rotary transporter 232 in a state of facing downward. 基板を受け取ったロータリトランスポータ232は90度回転し、基板をプッシャ235に搬送する。 Rotary transporter 232 that has received the substrate is rotated 90 degrees to transport the substrate to the pusher 235. プッシャ235上の基板は、化学機械研磨装置216のトップリング220に吸着され、研磨テーブル218上に移動され、ここで研磨される。 Substrate on the pusher 235 is attracted to the top ring 220 of the chemical mechanical polishing apparatus 216, is moved onto the polishing table 218 is polished here. 上述したように、この第1の研磨テーブル218での研磨の後、第2の研磨テーブル225で研磨してもよい。 As described above, after polishing at the first polishing table 218 may be polished by the second polishing table 225.

研磨後の基板は、プッシャ235からロータリトランスポータ232に受渡される。 Polished substrate is delivery from the pusher 235 to the rotary transporter 232. 基板を受け取ったロータリトランスポータ232は180度回転し、基板を反転機231に搬送する。 Rotary transporter 232 that has received the substrate is rotated 180 degrees to transport the substrate to the reversing machine 231. 反転機231では基板が反転され、金属皮膜形成面が上向きになった状態で基板が第3搬送ロボット213に受け渡される。 Substrate The reversing machine 231 is inverted, the substrate in a state where the metal film formation surface becomes upward are delivered to the third transfer robot 213. 第3搬送ロボット213は、この基板を洗浄機215に搬送し、洗浄機215において基板の洗浄が行われる。 The third transfer robot 213 transports the substrate to the cleaning machine 215, cleaning of the substrate is performed in the washing machine 215. 洗浄後の基板は、第3搬送ロボット213により洗浄機215から取り出され、洗浄・乾燥機206に導入される。 Substrate after cleaning are removed from the washer 215 by the third transfer robot 213 is introduced into the washing and drying machine 206. 洗浄・乾燥機206では、基板のリンスおよび乾燥処理が行われ、乾燥後の基板は、第1搬送ロボット204により基板カセット201に戻される。 In the cleaning and drying apparatus 206, a rinsing and drying process for the substrate is performed, the substrate after drying, is returned to the substrate cassette 201 by the first transfer robot 204.

図17は、他の基板処理装置を示す。 Figure 17 shows another board processor. この基板処理装置は、前述の図2及び図3、図6、図8乃至図10、または図11及び図12に示す表面処理装置からなる表面処理装置214を3式備えた表面処理部250を有しており、前述の化学機械研磨装置を備えた、図示しない化学機械研磨部は、表面処理部250と別体で構成されて互いに離間して配置されている。 The substrate processing apparatus, FIG. 2 and FIG. 3 described above, FIG. 6, to FIGS. 10 or 11 and the surface treatment apparatus 214 of three equations surface treatment unit 250 having made the surface treatment apparatus shown in FIG. 12, has, with the above-described chemical mechanical polishing apparatus, the chemical mechanical polishing unit, not shown, are spaced apart from one another is configured separately from the surface processor 250. この表面処理部250は、3式の表面処理装置214の他に、基板カセット201を載置するロード/アンロードステージ202を備え、これらの中央に搬送ロボット204が配置されている。 The surface processing unit 250, in addition to the three equations of the surface treatment apparatus 214 includes a loading / unloading stage 202 for placing a substrate cassette 201, transfer robot 204 is disposed on these middle.

この例の場合、表面処理装置214による酸化膜除去処理と化学機械研磨装置による平坦化処理とを別装置で行うことができ、このため、酸化膜除去処理と平坦化処理の自由度を高く運用できる。 In this example, it is possible to perform the flattening process by oxide film removal process and a chemical mechanical polishing apparatus according to the surface treatment apparatus 214 by another device, Therefore, higher operational flexibility of the oxide film removal process and the planarization process it can. なお、化学機械研磨装置による平坦化処理後に表面処理装置による酸化膜除去処理または有機物除去等の清浄化処理を行ってもよい。 It may be subjected to cleaning treatment such as oxide film removal treatment or organic substance removal by the surface treatment apparatus after planarization by chemical mechanical polishing apparatus.

図18乃至図20は、基板表面に設けた接合部同士を互いに接合する接合機能を備えた、更に他の表面処理装置を示す。 18 to 20, having a bonding function of bonding the bonding portions provided on the substrate surface from each other, showing still another front surface processing apparatus. この表面処理装置は、大気雰囲気中で2枚の基板表面に設けた接合部表面を蟻酸ガス(清浄化ガス)で清浄化し、しかる後、直ちに接合部同士を互いに圧接して接合するのに使用される。 The surface treatment apparatus, used to the joint surfaces provided in the two substrates surface in the atmosphere cleaned with formic acid gas (cleaning gas), thereafter, joined immediately presses the joint portions to each other It is.

この表面処理装置は、下テーブル300を有しており、この下テーブル300に、例えばシリンダからなる押圧機構302が該下テーブル300を貫通して上向きで取り付けられ、この押圧機構302の駆動軸(シリンダロッド)の上端に基板ステージ304が設置されている。 The surface treatment apparatus has a lower table 300, to the lower table 300, for example, pressing mechanism 302 comprised of a cylinder is attached at upward through the lower table 300, the drive shaft of the pressing mechanism 302 ( the substrate stage 304 is installed on the upper end of the cylinder rod). この基板ステージ304は、接合部308aを有する表面を上向きにして基板(以下、下側基板W1という)を吸着保持する機能と、吸着保持した下側基板W1を加熱する加熱機構及び室温近くまで冷却する冷却機構を有している。 The substrate stage 304, a substrate surface having a junction 308a facing upward (hereinafter referred to as lower substrate W1) and a function of sucking and holding the cooling to the heating mechanism and near room temperature for heating the lower substrate W1 which is held by suction and a cooling mechanism for.

下テーブル300の上方に位置して、上テーブル310が下テーブル300と平行に配置され、この上テーブル310の下面に、スライド機構312を介してスライド自在に、位置微調機構314及び基板ステージ316が取り付けられている。 Located above the lower table 300, arranged in parallel to the upper table 310 and the lower table 300, the lower surface of the upper table 310, slidably through the slide mechanism 312, the position fine adjustment mechanism 314 and the substrate stage 316 It is attached. この基板ステージ316は、前記基板ステージ304とほぼ同様に、接合部308bを有する表面を下向きにして基板(以下、上側基板W2という)を吸着保持する機能と、吸着保持した上側基板W2を加熱する加熱機構及び室温近くまで冷却する冷却機構を有しており、スライド機構312を介して、基板受取り位置と基板ステージ304の直上方位置との間をスライドするようになっている。 The substrate stage 316 is substantially similar to the substrate stage 304, a substrate surface having a junction 308b in the downward (hereinafter, referred to as upper substrate W2) the function of sucking and holding the, heating the upper substrate W2 held suction It has a cooling mechanism for cooling to the heating mechanism and near room via a slide mechanism 312 is adapted to slide between a straight position above the substrate receiving position and the substrate stage 304. 位置微調機構314は、基板ステージ316に吸着保持された上側基板W2の位置を、X,Y,θ方向に微調整する機能を有している。 Position fine adjustment mechanism 314, the position of the upper substrate W2 sucked and held by the substrate stage 316 has X, Y, the function of finely adjusting the θ direction.
なお、位置微調機構314は、下側の基板ステージ316側に設けても同じ効果を有する。 The position fine adjustment mechanism 314 has the same effect be provided on the substrate stage 316 side of the lower side.

下テーブル300の下方に位置して、下テーブル300に設けた貫通孔を通して、基板ステージ316に吸着保持された上側基板W2の接合部308bの位置を検出する機能をもつ位置検出部318が配置されている。 Located below the lower table 300, through the through hole provided in the lower table 300 is disposed a position detecting unit 318 having a function of detecting the position of the junction portion 308b of the upper substrate W2 sucked and held by the substrate stage 316 ing. 同様に、上テーブル310の上方に位置して、上テーブル310に設けた貫通孔を通して、基板ステージ304に吸着された下側基板W1の接合部308aの位置を検出する機能をもつ位置検出部320が配置されている。 Similarly, positioned above the upper table 310 through a through hole formed in the upper table 310, the position detection unit 320 having a function of detecting the position of the junction portion 308a of the lower substrate W1 which has been adsorbed on the substrate stage 304 There has been placed. そして、2つの位置検出部318,320からの信号は、それぞれ位置演算部322に送られ、この位置演算部322の演算結果は、位置微調量演算部324に送られる。 Then, the signals from the two position detection unit 318 and 320, respectively are sent to the position calculating unit 322, the calculation result of the position calculating unit 322 is sent to the position fine adjustment amount calculation section 324. 位置微調量演算部324では2枚の基板W1,W2の接合部308a,308bを接合する際に正確に位置合わせできるように、必要な微調量信号を、微調量出力部326を経由して位置微調機構314に送り、位置微調機構314は、基板ステージ316で吸着保持された基板W2の位置を補正する。 Position fine metering the calculating unit 324 two substrates W1, W2 of the joint 308a, so that it can be accurately aligned in joining 308b, a fine adjustment amount signal required location via the fine adjustment amount output unit 326 feeding the fine adjustment mechanism 314, the position fine adjustment mechanism 314 to correct the position of the substrate W2 held by suction by the substrate stage 316.

基板ステージ304の側方には、ガス噴出案内330が配置され、このガス噴出案内330は、前記図8に示す例とほぼ同様な構成の不活性ガス配管22の先端に接続されている。 On the side of the substrate stage 304, disposed gas jet guide 330, the gas ejection guide 330 is connected to substantially the same inert gas pipe 22 the tip structure as the example shown in FIG. 8. この不活性ガス配管22には、清浄化ガス配管44が合流しており、これによって、前記図8に示す例とほぼ同様な構成の不活性ガス供給部12から供給される窒素ガス(不活性ガス)、及び前記図8に示す例とほぼ同様な構成の清浄化ガス供給部14から供給される蟻酸ガス(清浄化ガス)(と窒素ガスの混合ガス)が、不活性ガス配管22を通して、ガス噴出案内330から側方に向けて噴出されるようになっている。 This inert gas pipe 22, the cleaning gas pipe 44 is joined, thereby, a nitrogen gas (inert supplied from the 8 similar construction of the inert gas supply unit 12 and the example shown in gas), and formic acid gas supplied from the cleaning gas supply unit 14 of similar construction as the example shown in FIG. 8 (mixed gas cleaning gas) (nitrogen gas), through the inert gas pipe 22, It is adapted to be ejected toward the side from the gas jet guide 330.

ガス噴出案内330は、図20に示すように、基板ステージ304で吸着保持した基板W1の周囲の約半分を囲繞する円弧状の本体332を有している。 Gas jet guide 330, as shown in FIG. 20, has an arcuate body 332 which surrounds about half of the periphery of the substrate W1 which is held by suction by the substrate stage 304. そして、この本体332の内部に、不活性ガス配管22に連通し円弧状に延びる案内溝334と、この案内溝334の長さ方向に沿った所定間隔で、案内溝334に連通して本体332の内周面側に開口する複数の噴出口336が設けられている。 Then, inside the main body 332, a guide groove 334 extending in an arc shape communicating with the inert gas pipe 22, at predetermined intervals along the length direction of the guide groove 334, the body 332 communicates with the guide groove 334 a plurality of ejection ports 336 which opening is provided on the inner peripheral surface side of the. これによって、基板ステージ304で吸着保持した下側基板W1、更には基板ステージ316で吸着保持した上側基板W2に向けて、処理ガスが噴出口336より均一に噴出されるようになっている。 Thus, a lower substrate W1 which is held by suction by the substrate stage 304, and further toward the upper substrate W2 adsorbed held by the substrate stage 316, the process gas is adapted to be uniformly ejected from the ejection port 336.

なお、ガス噴出案内332の構造は、上記に限ることなく、任意の形状のものを使用してもよいことは勿論である。 The structure of the gas jet guide 332 is not limited to the above, it is needless to say that may be used of any shape.
下側基板W1に設けられる接合部308a、及び上側基板W2に設けられる接合部308bの表面材質は、典型的には銅である。 Surface material of the lower bonding portion provided on the side substrate W1 308a, and the joining portion 308b provided on the upper substrate W2 is typically copper.

以上の構造の接合機能を備えた表面処理装置は次のように動作する。 The surface treatment apparatus having a bonding function of the above structure operates as follows.
図18に示すように、図示しない搬送手段により搬入された下側基板W1を、その接合部308aを有する表面を上向きにして基板ステージ304で吸着保持する。 As shown in FIG. 18, the lower substrate W1 which has been carried by a conveying means (not shown), it sucks and holds the substrate stage 304 and the surface having the joint 308a upward. 同様に、図示しない搬送手段により搬入された下側基板W2を、その接合部308bを有する表面を下向きにして基板ステージ316で吸着保持する。 Similarly, the lower substrate W2 which has been carried by a conveying means (not shown), it sucks and holds the substrate stage 316 and the surface having the joint 308b downward. 次に、位置検出部318で上側基板W2の接合部308bの位置を、位置検出部320で下側基板W1の接合部308aの位置をそれぞれ測定し、位置演算部322で位置を演算した後、位置微調量演算部324で位置補正量を演算する。 Then, after the position of the junction portion 308b of the upper substrate W2 by the position detection unit 318, respectively to measure the position of the junction portion 308a of the lower substrate W1 by the position detection unit 320, and calculates the position by the position calculating section 322, position calculates the position correction amount by fine adjustment amount calculation section 324.

次に、図19に示すように、スライド機構312を用いて、上側の基板ステージ316を、該基板ステージ316で吸着保持した上側基板W2が下側の基板ステージ304で吸着保持した下側基板W1と対面ように移動させる。 Next, as shown in FIG. 19, using a slide mechanism 312, the upper substrate stage 316, the lower substrate upper substrate W2 held adsorbed is adsorbed and held on the lower side of the substrate stage 304 by the substrate stage 316 W1 and moving the face so. この時、基板W1,W2の間隔が、清浄化処理に適した間隔、例えば2mm程度になるように設定しておく。 At this time, the distance between the substrate W1, W2 is, the interval suitable for the cleaning process, is set so as for example to about 2 mm. この状態で、位置微調量演算部324で求めた位置補正量信号を微調量出力部326に送り、この情報を元に、位置微調機構314を動作させて、基板ステージ316で吸着保持した上側基板W2の位置を補正する。 In this state, sends a position correction amount signal obtained by the position fine adjustment amount calculation section 324 to the fine adjustment amount output unit 326, based on this information, by operating the position fine adjustment mechanism 314, the upper substrate attracted and held by the substrate stage 316 to correct the position of the W2.

次に、不活性ガス配管22からガス噴出案内330を経由して、基板W1,W2の間に窒素ガス(不活性ガス)を供給し、基板W1,W2間に存在する酸素濃度を酸化膜除去に支障ない低濃度に保つ。 Then, from the inert gas pipe 22 via the gas jet guide 330, supplying nitrogen gas (inert gas) between the substrate W1, W2, oxide film removing oxygen concentration present between the substrates W1, W2 keep a low concentration does not interfere with. そして、基板ステージ304,316の加熱機能を動作させ、窒素ガス(不活性ガス)を供給している状態で、基板W1,W2の温度を、150〜250℃の間の適宜の温度に昇温させる。 Then, heated by operating the heating function of the substrate stage 304, 316, nitrogen gas (inert gas) in a state where the supply, the temperature of the substrate W1, W2, an appropriate temperature of between 150 to 250 ° C. make. 基板W1,W2の温度が所定の温度に達した時に、清浄化ガス供給部14を機能させ、基板W1,W2の間に蟻酸ガス(清浄化ガス)(と窒素ガスの混合ガス)を供給する。 Supplied when the temperature of the substrate W1, W2 has reached a predetermined temperature, allowed to function clean gas supply unit 14, the formic acid gas between the substrate W1, W2 (mixed gas of nitrogen gas) (cleaning gas) . 蟻酸ガス(と窒素ガスの混合ガス)を所定時間供給することにより、基板W1,W2のそれぞれの接合部308a,308bの表面の酸化膜を除去する。 By a predetermined time feed (mixed gas of nitrogen gas) formic acid gases, each of the joint portions 308a of the substrate W1, W2, to remove the oxide film on the surface of 308b.

次に、窒素ガス(不活性ガス)の供給を維持したまま、蟻酸ガス(と窒素ガスの混合ガス)の供給を止め、基板ステージ304,316の加熱機能も停止させる。 Then, while maintaining the supply of the nitrogen gas (inert gas), stopping the supply of formic acid gas (mixed gas of nitrogen gas), heating function of the substrate stage 304, 316 also stops. 次に、押圧機構302を動作させて、下側の基板ステージ304を上昇させ、下側基板W1の接合部308aと、上側基板W2の接合部308bを圧接して、接合部308a,308b同士を接合する。 Then, by operating the pressing mechanism 302 raises the lower substrate stage 304, and a joint portion 308a of the lower substrate W1, pressed against the joint portion 308b of the upper substrate W2, joint 308a, to each other 308b joining. 押圧機構302による接合部308a,308bへの押圧力は、接合部308a,308bの数や接合面積に見合った値を、予め実験から求めて選択する。 Joints 308a by the pressing mechanism 302, the pressing force to 308b are joint 308a, a value commensurate with the number and junction area 308b, selects determined from experiments in advance. 所定時間押圧した後、基板ステージ304,316の冷却機能を動作させ、基板W1,W2を冷却する。 After pressing a predetermined time, it operates the cooling function of the substrate stage 304, 316, to cool the substrate W1, W2.

基板W1,W2を冷却した後、上側の基板ステージ316の吸着機能を停止させてから、押圧機構302により下側の基板ステージ304を下降させる。 After cooling the substrate W1, W2, after stopping the adsorption function of the upper substrate stage 316, to lower the lower substrate stage 304 by the pressing mechanism 302. すると、接合された基板W1,W2は、下側の基板ステージ304上に載置される。 Then, the substrate W1, W2 joined is placed on the lower side of the substrate stage 304.

そして、スライド機構312により、上側の基板ステージ316を、図18に示す基板受取り位置に移動させた後、基板ステージ304の吸着機能を停止させ、図示しない搬送機構により、下側の基板ステージ304から接合された基板W1,W2を搬出して、一連の接合作業を終える。 By sliding mechanism 312, the upper substrate stage 316, after moving to the substrate receiving position shown in FIG. 18, the suction function of the substrate stage 304 is stopped by the conveying mechanism, not shown, from the lower side of the substrate stage 304 and unloading the substrate W1, W2 joined, completing the series of bonding operations.

上記したように、この接合機能を有する基板処理装置によれば、真空排気手段を必要とすることなく、またロウ材等の補助材料を用いることなく、比較的簡略な装置で、大気雰囲気中での接合部の接合面のクリーニングと接合部同士の接合を行うことができる。 As described above, according to the substrate processing apparatus having the bonding function without requiring evacuation means, and without using an auxiliary material of the brazing material or the like, with a relatively simple apparatus, in an air atmosphere it is possible to perform the bonding of cleaning the bonding portions of the bonding surface of the joint.

従来例における半導体装置の製造例を工程順に示すフロー図である。 It is a flow diagram showing a sequence of process steps in a manufacturing example of the semiconductor device in a conventional example. 本発明に使用される表面処理装置の清浄化処理中の状態を示す概要図である。 It is a schematic diagram showing a state of cleaning processing of the surface treatment apparatus used in the present invention. 本発明に使用される表面処理装置の清浄化処理の前(及び後)の状態を示す概要図である。 It is a schematic view showing a state before the cleaning process of the surface treatment apparatus used in the present invention (and after). 図2及び図3に示す表面処理装置を使用した表面処理方法の有効性を実証するための実験装置を示す概要図である。 Is a schematic diagram showing an experimental apparatus for demonstrating the effectiveness of the surface treatment method using shown to table surface processing device in FIGS. ヒータ温度、ガス流量及び基板温度の関係を示すグラフである。 Heater temperature is a graph showing the relationship between gas flow rate and substrate temperature. 他の表面処理装置の清浄化処理中の状態を示す概要図である。 It is a schematic diagram showing a state during the cleaning process of another surface treatment apparatus. 本発明の基板処理方法を適用した半導体装置の製造例を工程順次示すフロー図である。 An example of producing a semiconductor device using the substrate processing method of the present invention is a flow diagram illustrating steps in sequence. 更に他の表面処理装置の清浄化処理の前(及び後)の状態を示す概要図である。 Further is a schematic view showing a state before (and after) the cleaning process of another surface treatment apparatus. 図8の要部拡大図である。 It is an enlarged view of FIG. 図9のA−A線矢視図である。 It is an A-A sectional view taken along line of FIG. 9. 図8に示す表面処理装置の変形例を示す図9相当図である。 A 9 corresponds diagram showing a modification of the surface treatment apparatus shown in FIG. 図8に示す表面処理装置の変形例における保持台及び爪を示す平面図である。 Is a plan view showing a holder and a pawl in a modification of the surface treatment apparatus shown in FIG. 図11及び図12に示す表面処理装置において、ヘッドと基板との間に供給する窒素ガス流量(N ブロー量)に対する、ランプヒータに供給するヒータ電力(W)と基板内の平均温度(℃)との関係を示すグラフである。 In the surface treatment apparatus shown in FIGS. 11 and 12, to nitrogen gas flow rate supplied between the head and the substrate (N 2 blow amount), the heater power supplied to the lamp heater (W) and the average temperature in the substrate (℃ ) is a graph showing the relationship between. 、図13における基板平均温度200℃相当時における基板内温度分布を示すグラフである。 Is a graph showing the substrate temperature distribution in the substrate average temperature 200 ° C. equivalent time in FIG. 板処理装置の全体平面図である。 It is an overall plan view of the base plate processor. 銅配線形成例を工程順に示すフロー図である。 It is a flow diagram illustrating a copper wiring forming example in the order of steps. 他の基板処理装置の表面処理部の平面図である。 It is a plan view of a surface treatment of the other substrate processing apparatus. 合機構を有する更に他の表面処理装置の基板保持時の概要を示す正面図である。 Is a front view further showing the outline when the substrate holding the other surface processing apparatus having a junction mechanism. 合機構を有する更に他の表面処理装置の清浄化処理時の概要を示す正面図である。 Is a front view showing still outline during the cleaning process of another surface treatment apparatus having a junction mechanism. 合機構を有する更に他の表面処理装置のガス噴出案内を示す平断面図である。 A plan sectional view showing still gas jet guide of another surface treatment apparatus having a junction mechanism.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

10 リフタ12 不活性ガス供給部14 清浄化ガス供給部16,94 加熱部20 シャワーヘッド20a 噴出口22 不活性ガス配管24a〜24d 開閉弁26,60 流量調節弁28 減圧弁30,106 酸素遮断ゾーン40 バブラ42 バブラ配管44 清浄化ガス配管50 蟻酸液52 容器56 ホットバス58 多孔板62 バイパス配管70 気流規制機構72 排気部80 SUS管90 ガス噴出ヘッド90a スリット92 基板ホルダ100 保持部104 ヘッド104a 噴出口108 配管ヒータ120 保持台122 爪204,212,213 搬送ロボット214 表面処理装置216,217 化学機械研磨装置218,219,224,225 研磨テーブル220,226 トップリング232 ロータリトランスポータ250 表面処理 10 lifter 12 30,106 oxygen-blocking zone inert gas supply unit 14 clean gas supply unit 16,94 heating unit 20 showerhead 20a spout 22 the inert gas pipe 24a~24d off valve 26, 60 flow regulating valve 28 pressure reducing valve 40 bubbler 42 bubbler pipe 44 cleaning gas piping 50 formic acid solution 52 the container 56 hot bus 58 a perforated plate 62 bypass piping 70 airflow regulation mechanism 72 exhaust unit 80 SUS tube 90 gas injection head 90a slit 92 substrate holder 100 holding section 104 head 104a injection outlet 108 pipes heater 120 supporting table 122 claws 204,212,213 transfer robot 214 surface treatment apparatus 216, 217 chemical mechanical polishing device 218,219,224,225 polishing table 220, 226 top ring 232 rotary transporter 250 surface treatment 300 下テーブル302 押圧機構(エアシリンダ) 300 lower table 302 pressing mechanism (air cylinder)
304,316 基板ステージ308a,308b 接合部310 上テーブル312 スライド機構314 位置微調機構318,320 位置検出部322 位置演算部324 位置微調量演算部326 微調量出力部330 ガス噴出案内332 本体334 案内溝336 噴出口W,W1,W2 基板 304, 316 substrate stage 308a, 308b junction 310 on the table 312 sliding mechanism 314 position fine adjustment mechanism 318 position detection unit 322 the position calculating unit 324 position fine adjustment amount calculation section 326 fine adjustment amount output unit 330 gas jet guide 332 body 334 guiding groove 336 ejection ports W, W1, W2 substrate

Claims (6)

  1. 基板表面の全面または一部に不活性ガスを供給して酸素遮断ゾーンを形成しながら、 基板を昇温させて基板表面を所定温度に維持し、 While all or part of the substrate surface by supplying an inert gas to form an oxygen blocking zone, maintaining the substrate surface at a predetermined temperature by the temperature of the substrate,
    基板が所定温度に達した後、前記遮断ゾーンに清浄化ガスを供給して基板表面を清浄化することを特徴とする基板の表面処理方法。 After the substrate has reached a predetermined temperature, the method of surface processing a substrate, characterized in that to clean the substrate surface by supplying a cleaning gas into the cut-off zone.
  2. 基板表面に不活性ガスを供給しながら、表面を清浄化した基板を冷却することを特徴とする請求項記載の基板の表面処理方法。 While supplying an inert gas to the substrate surface, the substrate surface treating method according to claim 1, wherein cooling the substrate with cleaning the surface.
  3. 前記清浄化ガスは、カルボン酸ガスまたは還元性ガスであることを特徴とする請求項1または2に記載の基板の表面処理方法。 The cleaning gas, the surface treatment method of a substrate according to claim 1 or 2, characterized in that a carboxylic acid or reducing gas.
  4. 前記基板表面の清浄化を、略大気圧下で行う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の表面処理方法。 The cleaning of the substrate surface, the surface treatment method of a substrate according to any one of claims 1 to 3, characterized in that under substantially atmospheric pressure.
  5. 前記基板表面の清浄化を、基板を120℃以上の温度に維持して行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の基板の表面処理方法。 The cleaning of the substrate surface, the surface treatment method of a substrate according to any one of claims 1 to 4, characterized in that to maintain the substrate at temperatures above 120 ° C..
  6. 前記基板表面の清浄化を、0.5分以上に亘って行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の基板の表面処理方法。 Substrate surface treating method according to any one of claims 1 to 5 cleaning of the substrate surface, and performing for more than 0.5 minutes.
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