JP6502430B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、処理液（純水、薬液、機能水など）をウェーハなどの基板に供給することで該基板の表面を処理する基板処理装置に関し、特に基板の表面に形成された金属配線の腐食を防止することができる基板処理装置に関するものである。

半導体デバイスの製造工程では、シリコン基板上に物性の異なる様々な膜が形成され、これら膜に様々な加工が施されることで微細な金属配線が形成される。例えば、ダマシン配線形成工程においては、膜に配線溝を形成し、この配線溝にＣｕなどの金属を埋め込み、その後、化学機械研磨（ＣＭＰ）により余分な金属を除去することで金属配線が形成される。

基板を研磨するＣＭＰ装置（研磨装置）は、通常、研磨された基板を洗浄し、乾燥する装置を備えている。基板の洗浄は、基板を水平に回転させながら、ロールスポンジなどの洗浄具を基板に摺接させることによって行われる。基板の表面洗浄後は、回転する基板の表面上に超純水（ＤＩＷ）が供給され、これによって基板の表面がリンスされる。基板を乾燥させる前においても、基板を回転させながら基板の表面上に超純水を供給することで基板の表面をリンスすることが行われている。

基板の洗浄のために供給される薬液は、超純水で３０倍〜５００倍に希釈される。超純水は、予め脱気処理されており、溶存酸素が超純水から除去されている。通常、超純水中に溶存する１０ｐｐｂ以下と言われており、５ｐｐｂ以下にて管理される場合もある。

図１５は、基板の表面に超純水を供給することで基板をリンスする従来の装置の一例を示す模式図である。基板（ウェーハ）Ｗは図示しないチャックにより水平に回転され、この状態で基板Ｗの外側に配置されたチューブノズル２０１から超純水が基板の中心に供給される。図１６は、基板の表面に超純水を供給することで基板をリンスする従来の装置の他の例を示す模式図である。この装置では、基板（ウェーハ）Ｗを水平に回転させながら、基板の外側に配置されたスプレーノズル２０２から基板の表面に超純水が噴霧される。

特開２０１１−１６５７５１号公報

最近では、デバイスの金属配線として銅が広く使用されている。溶存酸素量が１０００ｐｐｂ（１ｐｐｍ）以上であると、銅（Ｃｕ）が腐食しやすくなることが知られている。上述したように、超純水中の溶存酸素量は極めて少ないのであるが、図１５および図１６に示す従来の装置では、超純水が基板の表面に到達するまでに大気中の酸素が超純水に溶けこみ、溶存酸素量が増加してしまう。このため、基板の表面に形成されている銅配線の腐食を促進させる懸念がある。特に、基板の外周部においては、回転速度が高いことから銅配線の腐食懸念は更に大きくなる。

このような銅配線腐食への解決策として、水素を超純水に添加することによって生成される水素水（機能水）を使用する手法が一般に知られている。しかしながら、水素水を生成するためには大型の設備設置が必要であり、コストが高くなる。また、この方法においても水素水は大気中を通って基板に到達するために、大気中の酸素が水素水に溶け込み、水素水の銅腐食抑制効果が得られにくい。基板処理空間を窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気にすることで、このような酸素溶存を回避することは可能であるが、装置構成が複雑となり、さらに不活性ガスの消費や不活性ガス使用に対する安全対策のためのコストが嵩んでしまう。

本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、基板に形成された金属配線の腐食を防止することができる基板処理装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、表面に形成された金属配線を有する基板を水平に保持する基板保持部と、処理液を前記基板の表面に供給するスリットノズルとを備え、前記スリットノズルは、前記基板の表面に近接して配置され、前記基板に沿って外側端部が基板の外周部の上方に位置するまで延びるとともに、前記基板の表面と垂直な方向に対して傾斜し、前記基板の外周側での前記スリットノズルの傾斜角度は、前記基板の中心側での前記スリットノズルの傾斜角度よりも大きいことを特徴とする基板処理装置である。
本発明の好ましい態様は、前記スリットノズルの傾斜角度は、前記基板の中心側での前記傾斜角度から前記基板の外周側での前記傾斜角度まで徐々に増加していることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記基板の中心側での前記処理液の流量は、前記基板の外周側での前記処理液の流量よりも多いことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記スリットノズルに送られる前記処理液に不活性ガスを溶存させる不活性ガス供給部をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記スリットノズルは、第１の処理液を前記基板の表面に供給するための第１のスリットノズルと、第２の処理液を前記基板の表面に供給するための第２のスリットノズルとを備えていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板の下面に薬液および純水をそれぞれ供給する下側薬液供給ノズルおよび下側純水供給ノズルをさらに備えたことを特徴とする。

本発明の一参考例は、基板を水平に保持して回転させる基板保持部と、処理液を前記基板の表面に供給するスリットノズルとを備え、前記スリットノズルは、前記基板の表面に近接して配置され、前記基板の略半径方向に沿って延びることを特徴とする基板処理装置である。

上記参考例の好ましい態様は、前記スリットノズルは、前記基板の表面と垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記基板の外周側での前記スリットノズルの傾斜角度は、前記基板の中心側での前記スリットノズルの傾斜角度よりも大きいことを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記スリットノズルの傾斜角度は、前記基板の中心側での前記傾斜角度から前記基板の外周側での前記傾斜角度まで徐々に増加していることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記基板の中心側での前記処理液の流量は、前記基板の外周側での前記処理液の流量よりも多いことを特徴とする。

上記参考例の好ましい態様は、前記スリットノズルに送られる前記処理液に不活性ガスを溶存させる不活性ガス供給部をさらに備えたことを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記スリットノズルは、第１の処理液を前記基板の表面に供給するための第１のスリットノズルと、第２の処理液を前記基板の表面に供給するための第２のスリットノズルとを備えていることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記基板の表面をスクラブ洗浄するスクラブ洗浄具を更に備え、前記スリットノズルは、前記スクラブ洗浄具に近接して配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、基板表面の直上から処理液が供給されるので、大気中の酸素が処理液中に殆ど溶け込まない。さらに、スリットノズルを使用することによって、処理液と大気との接触面積が少なくなり、これによって大気中の酸素が処理液に溶け込むことをさらに抑制することができる。したがって、処理液中の溶存酸素量が極めて少なくなり、結果として、基板の表面に形成されている金属配線の腐食を防止することができる。

研磨ユニット、洗浄ユニット、および乾燥ユニットを備えた研磨装置を示す図である。 第１研磨ユニットを示す斜視図である。 一次洗浄ユニット（基板洗浄装置）を示す斜視図である。 ウェーハ、ロールスポンジ、および処理液供給部の上面図である。 図４に示す処理液供給部のＡ−Ａ線断面図である。 図４に示す処理液供給部のＢ−Ｂ線断面図である。 第１のスリットノズルおよび第２のスリットノズルから吐出される処理液の流量を示すグラフである。 ウェーハに供給された処理液中の溶存酸素量の測定結果を示す図である。 不活性ガス供給部を備えた基板洗浄装置の一部を示す上面図である。 図１０（ａ）はウェーハの上面に供給された直後の、不活性ガスが溶存する純水を示す模式図であり、図１０（ｂ）はある程度の時間が経過した後の純水を示す模式図である。 図１１（ａ）は、ウェーハの上面に供給された直後の、不活性ガスが溶存していない純水を示す模式図であり、図１１（ｂ）はある程度の時間が経過した後の純水を示す模式図である。 ペンスポンジタイプの基板洗浄装置を示す斜視図である。 図１２に示すウェーハ、ペンスポンジ、および処理液供給部の上面図である。 スクラブ洗浄具を備えていない基板洗浄装置を示す平面図である。 基板の表面に超純水を供給することで基板をリンスする従来の装置の一例を示す模式図である。 基板の表面に超純水を供給することで基板をリンスする従来の装置の他の例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、研磨ユニット、洗浄ユニット、および乾燥ユニットを備えた研磨装置を示す図である。この研磨装置は、ウェーハ（基板）を研磨し、洗浄し、乾燥させる一連の工程を行うことができる装置である。図１に示すように、研磨装置は、略矩形状のハウジング２を備えており、ハウジング２の内部は隔壁２ａ，２ｂによってロード／アンロード部６と研磨部１と洗浄部８とに区画されている。研磨装置は、ウェーハ処理動作を制御する動作制御部１０を有している。

ロード／アンロード部６は、多数のウェーハをストックするウェーハカセットが載置されるロードポート１２を備えている。このロード／アンロード部６には、ロードポート１２の並びに沿って走行機構１４が敷設されており、この走行機構１４上にウェーハカセットの配列方向に沿って移動可能な搬送ロボット（ローダー）１６が設置されている。搬送ロボット１６は走行機構１４上を移動することによってロードポート１２に搭載されたウェーハカセットにアクセスできるようになっている。

研磨部１は、ウェーハの研磨が行われる領域であり、第１研磨ユニット１Ａ、第２研磨ユニット１Ｂ、第３研磨ユニット１Ｃ、第４研磨ユニット１Ｄを備えている。第１研磨ユニット１Ａは、研磨面を有する研磨パッド２０が取り付けられた第１研磨テーブル２２Ａと、ウェーハを保持しかつウェーハを第１研磨テーブル２２Ａ上の研磨パッド２０に押圧しながら研磨するための第１トップリング２４Ａと、研磨パッド２０に研磨液（例えばスラリ）やドレッシング液（例えば、純水）を供給するための第１研磨液供給ノズル２６Ａと、研磨パッド２０の研磨面のドレッシングを行うための第１ドレッシングユニット２８Ａと、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素ガス）の混合流体、または液体（例えば純水）を霧状にして研磨面に噴射する第１アトマイザ３０Ａとを備えている。

同様に、第２研磨ユニット１Ｂは、研磨パッド２０が取り付けられた第２研磨テーブル２２Ｂと、第２トップリング２４Ｂと、第２研磨液供給ノズル２６Ｂと、第２ドレッシングユニット２８Ｂと、第２アトマイザ３０Ｂとを備えており、第３研磨ユニット１Ｃは、研磨パッド２０が取り付けられた第３研磨テーブル２２Ｃと、第３トップリング２４Ｃと、第３研磨液供給ノズル２６Ｃと、第３ドレッシングユニット２８Ｃと、第３アトマイザ３０Ｃとを備えており、第４研磨ユニット１Ｄは、研磨パッド２０が取り付けられた第４研磨テーブル２２Ｄと、第４トップリング２４Ｄと、第４研磨液供給ノズル２６Ｄと、第４ドレッシングユニット２８Ｄと、第４アトマイザ３０Ｄとを備えている。

第１研磨ユニット１Ａおよび第２研磨ユニット１Ｂに隣接して、第１リニアトランスポータ４０が配置されている。この第１リニアトランスポータ４０は、４つの搬送位置（第１搬送位置ＴＰ１、第２搬送位置ＴＰ２、第３搬送位置ＴＰ３、第４搬送位置ＴＰ４）の間でウェーハを搬送する機構である。また、第３研磨ユニット１Ｃおよび第４研磨ユニット１Ｄに隣接して、第２リニアトランスポータ４２が配置されている。この第２リニアトランスポータ４２は、３つの搬送位置（第５搬送位置ＴＰ５、第６搬送位置ＴＰ６、第７搬送位置ＴＰ７）の間でウェーハを搬送する機構である。

第１搬送位置ＴＰ１に隣接して、搬送ロボット１６からウェーハを受け取るためのリフタ４４が配置されている。ウェーハはこのリフタ４４を介して搬送ロボット１６から第１リニアトランスポータ４０に渡される。リフタ４４と搬送ロボット１６との間に位置して、シャッタ（図示せず）が隔壁２ａに設けられており、ウェーハの搬送時にはシャッタが開かれて搬送ロボット１６からリフタ４４にウェーハが渡されるようになっている。

ウェーハは、搬送ロボット１６によってリフタ４４に渡され、さらにリフタ４４から第１リニアトランスポータ４０に渡され、そして第１リニアトランスポータ４０によって研磨ユニット１Ａ，１Ｂに搬送される。第１研磨ユニット１Ａのトップリング２４Ａは、そのスイング動作により第１研磨テーブル２２Ａの上方位置と第２搬送位置ＴＰ２との間を移動する。したがって、トップリング２４Ａへのウェーハの受け渡しは第２搬送位置ＴＰ２で行われる。

同様に、第２研磨ユニット１Ｂのトップリング２４Ｂは研磨テーブル２２Ｂの上方位置と第３搬送位置ＴＰ３との間を移動し、トップリング２４Ｂへのウェーハの受け渡しは第３搬送位置ＴＰ３で行われる。第３研磨ユニット１Ｃのトップリング２４Ｃは研磨テーブル２２Ｃの上方位置と第６搬送位置ＴＰ６との間を移動し、トップリング２４Ｃへのウェーハの受け渡しは第６搬送位置ＴＰ６で行われる。第４研磨ユニット１Ｄのトップリング２４Ｄは研磨テーブル２２Ｄの上方位置と第７搬送位置ＴＰ７との間を移動し、トップリング２４Ｄへのウェーハの受け渡しは第７搬送位置ＴＰ７で行われる。

第１リニアトランスポータ４０と、第２リニアトランスポータ４２と、洗浄部８との間にはスイングトランスポータ４６が配置されている。ウェーハは、スイングトランスポータ４６によって第１リニアトランスポータ４０から第２リニアトランスポータ４２に搬送される。さらに、ウェーハは、第２リニアトランスポータ４２によって第３研磨ユニット１Ｃおよび／または第４研磨ユニット１Ｄに搬送される。

スイングトランスポータ４６の側方には、図示しないフレームに設置されたウェーハの仮置き台４８が配置されている。この仮置き台４８は、図１に示すように、第１リニアトランスポータ４０に隣接して配置されており、第１リニアトランスポータ４０と洗浄部８との間に位置している。スイングトランスポータ４６は、第４搬送位置ＴＰ４、第５搬送位置ＴＰ５、および仮置き台４８の間でウェーハを搬送する。

仮置き台４８に載置されたウェーハは、洗浄部８の第１の搬送ロボット５０によって洗浄部８に搬送される。洗浄部８は、研磨されたウェーハを処理液で洗浄する一次洗浄ユニット５２および二次洗浄ユニット５４と、洗浄されたウェーハを乾燥する乾燥ユニット５６とを備えている。第１の搬送ロボット５０は、ウェーハを仮置き台４８から一次洗浄ユニット５２に搬送し、さらに一次洗浄ユニット５２から二次洗浄ユニット５４に搬送するように動作する。二次洗浄ユニット５４と乾燥ユニット５６との間には、第２の搬送ロボット５８が配置されている。この第２の搬送ロボット５８は、ウェーハを二次洗浄ユニット５４から乾燥ユニット５６に搬送するように動作する。

乾燥されたウェーハは、搬送ロボット１６により乾燥ユニット５６から取り出され、ウェーハカセットに戻される。このようにして、研磨、洗浄、および乾燥を含む一連の処理がウェーハに対して行われる。

第１研磨ユニット１Ａ、第２研磨ユニット１Ｂ、第３研磨ユニット１Ｃ、および第４研磨ユニット１Ｄは互いに同一の構成を有している。したがって、以下、第１研磨ユニット１Ａについて説明する。図２は、第１研磨ユニット１Ａを示す斜視図である。図２に示すように、第１研磨ユニット１Ａは、研磨パッド２０を支持する研磨テーブル２２Ａと、ウェーハＷを研磨パッド２０に押し付けるトップリング２４Ａと、研磨パッド２０に研磨液（スラリー）を供給するための研磨液供給ノズル２６Ａとを備えている。図２において、第１ドレッシングユニット２８Ａと第１アトマイザ３０Ａは省略されている。

研磨テーブル２２Ａは、テーブル軸２３を介してその下方に配置されるテーブルモータ２５に連結されており、このテーブルモータ２５により研磨テーブル２２Ａが矢印で示す方向に回転されるようになっている。研磨パッド２０は研磨テーブル２２Ａの上面に貼付されており、研磨パッド２０の上面がウェーハＷを研磨する研磨面２０ａを構成している。トップリング２４Ａはトップリングシャフト２７の下端に固定されている。トップリング２４Ａは、その下面に真空吸着によりウェーハＷを保持できるように構成されている。トップリングシャフト２７は、トップリングアーム３１内に設置された図示しない回転機構に連結されており、トップリング２４Ａはこの回転機構によりトップリングシャフト２７を介して回転駆動されるようになっている。

ウェーハＷの表面の研磨は次のようにして行われる。トップリング２４Ａおよび研磨テーブル２２Ａをそれぞれ矢印で示す方向に回転させ、研磨液供給ノズル２６Ａから研磨パッド２０上に研磨液（スラリー）を供給する。この状態で、トップリング２４ＡによりウェーハＷを研磨パッド２０の研磨面２０ａに押し付ける。ウェーハＷの表面は、研磨液に含まれる砥粒の機械的作用と研磨液に含まれる化学成分の化学的作用により研磨される。

一次洗浄ユニット５２および二次洗浄ユニット５４は、互いに同じ構成を有している。したがって、以下、一次洗浄ユニット５２について説明する。図３は、一次洗浄ユニット（基板洗浄装置）５２を示す斜視図である。図３に示すように、第１洗浄ユニット５２は、ウェーハＷを水平に保持して回転させる４つの保持ローラ（基板保持部）７１，７２，７３，７４と、ウェーハＷの上下面に接触するロールスポンジ（スクラブ洗浄具）７７，７８と、これらのロールスポンジ７７，７８を回転させる回転機構８０，８１と、ウェーハＷの上面（絶縁膜、または金属膜、または絶縁膜および金属膜絶縁膜を含むデバイスなどの構造体が形成されている面）に第１の処理液および第２の処理液を供給する処理液供給部１１０とを備えている。

本実施形態では、第１の処理液として純水が供給され、第２の処理液として、超純水で希釈された薬液（以下、単に薬液という）が使用される。以下の説明では、第１の処理液および第２の処理液を、適宜総称して単に処理液という。処理液供給部１１０は、ウェーハＷの上面の直上に配置されており、上側のロールスポンジ（スクラブ洗浄具）７７に隣接して配置されている。なお、図示しないが、ウェーハＷの下面に薬液および純水をそれぞれ供給する下側薬液供給ノズルおよび下側純水供給ノズルが設けられている。

保持ローラ７１，７２，７３，７４は図示しない駆動機構（例えばエアシリンダ）によって、ウェーハＷに近接および離間する方向に移動可能となっている。上側のロールスポンジ７７を回転させる回転機構８０は、その上下方向の動きをガイドするガイドレール８９に取り付けられている。また、この回転機構８０は昇降駆動機構８２に支持されており、回転機構８０および上側のロールスポンジ７７は昇降駆動機構８２により上下方向に移動されるようになっている。なお、図示しないが、下側のロールスポンジ７８を回転させる回転機構８１もガイドレールに支持されており、昇降駆動機構によって回転機構８１および下側のロールスポンジ７８が上下動するようになっている。昇降駆動機構としては、例えばボールねじを用いたモータ駆動機構またはエアシリンダが使用される。ウェーハＷの洗浄時には、ロールスポンジ７７，７８は互いに近接する方向に移動してウェーハＷの上下面に接触する。

図４は、ウェーハＷ、ロールスポンジ７７、および処理液供給部１１０の上面図であり、図５は図４に示す処理液供給部１１０のＡ−Ａ線断面図であり、図６は図４に示す処理液供給部１１０のＢ−Ｂ線断面図である。図５および図６は、いずれもウェーハＷの半径方向から見た処理液供給部１１０の断面図を示している。処理液供給部１１０は、ウェーハＷの略半径方向に沿って直線的に延びる第１のスリットノズル１１２および第２のスリットノズル１１３を備えており、さらにこれら第１のスリットノズル１１２および第２のスリットノズル１１３に接続された第１の流路１１５および第２の流路１１６を備えている。第１のスリットノズル１１２および第２のスリットノズル１１３は互いに隣接している。

第１の流路１１５および第２の流路１１６は、スリットノズル１１２，１１３と同様に、ウェーハＷの半径方向に沿って延びている。第１の流路１１５の内側端部は閉じられており、その外側端部は第１の供給ライン１２１を介して第１の処理液供給源１２４に接続されている。同様に、第２の流路１１６の内側端部は閉じられており、その外側端部は第２の供給ライン１２２を介して第２の処理液供給源１２５に接続されている。

第１の処理液としての純水は、第１の処理液供給源１２４から第１の供給ライン１２１を介して第１の流路１１５に供給され、さらに第１のスリットノズル１１２からウェーハＷの上面に供給される。同様に、第２の処理液としての薬液は、第２の処理液供給源１２５から第２の供給ライン１２２を介して第２の流路１１６に供給され、さらに第２のスリットノズル１１３からウェーハＷの上面に供給される。

第１のスリットノズル１１２および第２のスリットノズル１１３は、ウェーハ（基板）Ｗの上面に近接して配置されており、ウェーハＷのほぼ半径方向に沿って延びている。これらスリットノズル１１２，１１３は、互いに平行である。第１のスリットノズル１１２および第２のスリットノズル１１３は、ウェーハＷの上面を向いた第１のスリット口１１２ａおよび第２のスリット口１１３ａをそれぞれ有している。これらスリット口１１２ａ，１１３ａは、第１の流路１１５および第２の流路１１６にそれぞれ連通している。それぞれのスリット口１１２ａ，１１３ａは、単一のスリット口でもよく、または直線上に並んだ複数のスリット口であってもよい。

第１のスリットノズル１１２および第２のスリットノズル１１３は、ウェーハＷの半径よりも長く、これらスリットノズル１１２，１１３の外側端部はウェーハＷの外周部の上方に位置し、内側端部はウェーハＷの中心を越えた位置にある。このようにスリットノズル１１２，１１３（およびスリット口１１２ａ，１１３ａ）がウェーハＷの半径方向よりも長いので、これらスリットノズル１１２，１１３から供給された処理液は、ウェーハＷの中心を含む全面に供給される。

第１のスリットノズル１１２は純水をウェーハＷの上面に供給し、第２のスリットノズル１１３は薬液をウェーハＷの上面に供給する。第１の処理液としての純水は、予め脱気処理されている。純水は予め脱気処理された超純水であることが好ましい。図５および図６に示すように、ウェーハＷの回転方向（進行方向）において、第１のスリットノズル１１２は第２のスリットノズル１１３の上流側に配置されている。したがって、純水が先にウェーハＷの上面に供給され、次に薬液が純水の上に供給される。すなわち、ウェーハＷ上には、純水からなる下層膜と、薬液からなる上層膜が形成される。

純水は、予め脱気処理されており、その溶存酸素量は極めて少ない。ウェーハＷの上面に形成された金属配線（例えば銅配線）は純水によって覆われるので、純水が金属配線の保護膜として作用し、金属配線の腐食を防止する。純水と薬液はロールスポンジ７７によって混合され、その後遠心力によってウェーハＷから除去される。第１のスリットノズル１１２を第２のスリットノズル１１３の下流側に配置してもよい。この場合は、純水が薬液の保護膜として作用し、大気中の酸素から薬液および金属配線を保護することができる。

処理液は第１の流路１１５および第２の流路１１６の外側端部から導入され、第１の流路１１５および第２の流路１１６の内側端部が閉じられているので、これら流路１１５，１１６内で処理液の圧力勾配が形成される。すなわち、流路１１５，１１６の内側端部では処理液の圧力が高く、流路１１５，１１６の外側端部では処理液の圧力が低くなる。したがって、スリットノズル１１２，１１３から吐出される処理液の流量は、ウェーハＷの半径位置に従って変わる。

図７は、第１のスリットノズル１１２および第２のスリットノズル１１３から吐出される処理液の流量を示すグラフである。図７において、縦軸は処理液の流量を表し、横軸はスリットノズル１１２，１１３の内側端部から外側端部までの各位置を表している。図７に示すように、処理液の流量は、スリットノズル１１２，１１３の内側端部での値Ｆ１からスリットノズル１１２，１１３の外側端部での値Ｆ２まで徐々に減少している。好ましくは、スリットノズル１１２，１１３の外側端部での値Ｆ２は、スリットノズル１１２，１１３の内側端部での値Ｆ１の半分以下である。

回転するウェーハＷ上の処理液には、ウェーハＷの外周側でより強い遠心力が作用することから、ウェーハＷに接触した処理液は瞬時に半径方向外側へ移動し、ウェーハＷから排出されてしまう。ウェーハＷの外周部においてロールスポンジ７７が接触する処理液は、ウェーハＷの中心側で供給された処理液が遠心力によって外側に運ばれたものである。したがって、ウェーハＷの中心側において処理液の流量を多くすることで、効率よくウェーハＷを洗浄することができる。仮に処理液の流量がウェーハＷの半径方向に沿って均一か、または外周部側での流量が中心側よりも多い場合には、洗浄に用いられない処理液が大量にウェーハＷの表面から遠心力によって排出されることとなるため、洗浄効率は低くなる。本実施形態によれば、上述したスリットノズル１１２，１１３内に形成された圧力勾配により、ウェーハＷの中心側での処理液の流量は、ウェーハＷの外周側での処理液の流量よりも多くなる。よって、過剰な量の処理液を用いることなく、ウェーハＷの表面を効率よく洗浄することができる。

図５および図６に示すように、ウェーハＷの半径方向から見たときの第１のスリットノズル１１２および第２のスリットノズル１１３は、ウェーハＷの表面に垂直な方向（すなわち、鉛直方向）に対して傾斜している。より具体的には、これらスリットノズル１１２，１１３のスリット口１１２ａ，１１３ａは、ウェーハＷの進行方向の下流側に向かって傾斜している。上側のロールスポンジ（スクラブ洗浄具）７７はスリットノズル１１２，１１３の下流側に配置されているので、これらスリットノズル１１２，１１３はロールスポンジ７７に向かって傾斜している。

スリットノズル１１２，１１３の傾斜角度は、ウェーハＷの半径位置に従って徐々に変化しており、具体的には、図５および図６に示すように、ウェーハＷの外周側でのスリットノズル１１２，１１３の傾斜角度θ２は、ウェーハＷの中心側でのスリットノズル１１２，１１３の傾斜角度θ１よりも大きくなっている。これは、より高い速度で移動するウェーハＷの外周側領域に処理液が当たったときの処理液の飛び散りを防止するため、およびそのような処理液の飛び散りに際して大気中の酸素が処理液に溶け込むことを防止するためである。一例として、ウェーハＷの中心側でのスリットノズル１１２，１１３の傾斜角度θ１は０よりも大きく、かつ１５度以下であり（０＜θ１≦１５°）、ウェーハＷの外周側でのスリットノズル１１２，１１３の傾斜角度θ２は３０度以上である（θ２≧３０°）。

図４に示すように、処理液供給部１１０は、矢印で示すウェーハＷの回転方向（進行方向）においてロールスポンジ７７の上流側に配置されている。上述したように、第１のスリットノズル１１２および第２のスリットノズル１１３はロールスポンジ７７に向かって傾斜しており、できるだけ短い時間で処理液がロールスポンジ７７に到達するようになっている。ウェーハＷの上から見たときに、第１のスリットノズル１１２および第２のスリットノズル１１３は、ウェーハＷの半径方向に対してやや傾いている。より具体的には、スリットノズル１１２，１１３の外側端部とロールスポンジ７７との距離は、スリットノズル１１２，１１３の内側端部とロールスポンジ７７との距離よりも短くなっている。これは、より強い遠心力が働くウェーハＷの外周側領域において十分な量の処理液をロールスポンジ７７に供給するためである。このような配置により、処理液が遠心力によって除去される前に、処理液をロールスポンジ７７に供給することができる。

第１のスリットノズル１１２および第２のスリットノズル１１３の先端（すなわち、スリット口１１２ａ，１１３ａの先端）は、ウェーハＷの上面に近接して配置されている。ウェーハＷの上面と、第１のスリットノズル１１２および第２のスリットノズル１１３の先端との距離は、１０ｍｍ〜３０ｍｍであることが好ましい。このような配置によれば、スリットノズル１１２，１１３から出た処理液は極めて短い時間内で大気中を通過し、ウェーハＷに到達する。したがって、大気中の酸素が処理液中に溶け込む量を極めて少なくすることができる。これに加え、スプレーノズルを使用した場合に比べて、スリットノズル１１２，１１３から吐出される処理液の表面積は小さいので、大気中の酸素が処理液中に溶け込む量をさらに少なくすることができる。結果として、ウェーハＷの上面に形成されている金属配線（例えば銅配線）の腐食を防止することができる。

図８は、ウェーハＷに供給された処理液中の溶存酸素量［ｐｐｍ］の測定結果を示す図である。図８に示す実施例１は、図３に示す実施形態に係る基板洗浄装置を用いたときの測定結果を示し、比較例１は図１５に示す従来の装置を用いたときの測定結果を示し、比較例２は図１６に示す従来の装置を用いたときの測定結果を示している。この測定結果から分かるように、上記実施形態に係る基板洗浄装置を用いることにより、ウェーハＷ上での処理液中の溶存酸素量を少なくすることができる。

次に、ウェーハＷを洗浄する工程の一例について説明する。まず、ウェーハＷをその軸心まわりに回転させる。次いで、第１のスリットノズル１１２および第２のスリットノズル１１３から純水および薬液がそれぞれウェーハＷの上面に供給され、同時に図示しない下側薬液供給ノズルおよび下側純水供給ノズルから薬液および純水がウェーハＷの下面に供給される。この状態で、ロールスポンジ７７，７８がその水平に延びる軸心周りに回転しながらウェーハＷの上下面に摺接することによって、ウェーハＷの上下面をスクラブ洗浄する。

スクラブ洗浄後、回転するウェーハＷに第１のスリットノズル１１２および図示しない下側純水供給ノズルから純水をウェーハＷの上面および下面に供給することによってウェーハＷの濯ぎ（リンス）が行われる。ウェーハＷのリンスでは薬液は供給されない。ウェーハＷのリンスは、ロールスポンジ７７，７８をウェーハＷの上下面に摺接させながら行なってもよいし、ロールスポンジ７７，７８をウェーハＷの上下面から離間させた状態で行なってもよい。

金属配線の腐食防止をさらに確実にするために、第１のスリットノズル１１２に導入される純水に不活性ガス（例えば窒素ガス）を予め溶解させることが好ましい。図９は、純水に不活性ガスを溶解させる不活性ガス供給部１３０を備えた基板洗浄装置の一部を示す上面図である。図９に示すように、不活性ガス供給部１３０は、第１の供給ライン１２１に接続されている。窒素ガスなどの不活性ガスは、第１の供給ライン１２１内を流れる純水内に供給され、不活性ガスが溶存する純水が生成される。不活性ガスを含んだ純水は、第１の流路１１５を通って第１のスリットノズル１１２に供給され、さらに第１のスリットノズル１１２からウェーハＷの上面に供給される。

図１０（ａ）はウェーハの上面に供給された直後の、不活性ガスが溶存する純水を示す模式図であり、図１０（ｂ）はある程度の時間が経過した後の純水を示す模式図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示す例では、不活性ガスとして窒素ガスが使用されている。ウェーハＷ上の純水と周囲の大気は、それらの界面を通じて均衡状態を達成しようとするため、まず純水中の窒素が大気に放出され、その後大気中の酸素が純水に取り込まれる。したがって、大気中の酸素が純水に溶存するまでには、ある程度の時間がかかる。ウェーハＷに供給された純水はロールスポンジ７７のスクラブ洗浄に使用された後、回転するウェーハＷの遠心力により速やかにウェーハＷから除去される。

図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、不活性ガスが溶存していない純水をウェーハＷに供給したときの純水の状態を示す模式図である。より具体的には、図１１（ａ）は、ウェーハの上面に供給された直後の、不活性ガスが溶存していない純水を示し、図１１（ｂ）はある程度の時間が経過した後の純水を示している。図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、純水と大気とは均衡状態を達成しようとするため、大気中の酸素は、酸素がほとんどない純水に取り込まれやすい。

図１０（ｂ）と図１１（ｂ）との対比から分かるように、予め不活性ガスを溶存させた純水（または超純水）を使用することによって、ウェーハの表面に形成された金属配線の腐食防止をさらに確実とすることができる。なお、薬液の希釈に使用される超純水にも、不活性ガスが溶存した超純水を使用することが好ましい。

本発明は、ロールスポンジ型の基板洗浄装置のみならず、ペンスポンジタイプの基板洗浄装置にも適用することができる。図１に示す、一次洗浄ユニット５２および二次洗浄ユニット５４は、図３に示すロールスポンジタイプの基板洗浄装置である。これに代えて、ペンスポンジタイプの基板洗浄装置を一次洗浄ユニット５２および／または二次洗浄ユニット５４に使用してもよい。例えば、一次洗浄ユニット５２としてロールスポンジタイプの基板洗浄装置を使用し、二次洗浄ユニット５４としてペンスポンジタイプの基板洗浄装置を使用してもよい。

図１２は、ペンスポンジタイプの基板洗浄装置を示す斜視図である。図１２に示すように、このタイプの基板洗浄装置は、ウェーハＷを保持して回転させる基板保持部９１と、ペンスポンジ９２と、ペンスポンジ９２を保持するアーム９４と、ウェーハＷの上面に処理液（純水および薬液）を供給する処理液供給部１１０とを備えている。ペンスポンジ９２は、アーム９４内に配置された回転機構（図示せず）に連結されており、ペンスポンジ９２は鉛直方向に延びる中心軸線まわりに回転されるようになっている。

基板保持部９１は、ウェーハＷの周縁部を保持する複数の（図１２では４つの）チャック９５を備えており、これらチャック９５でウェーハＷを水平に保持する。チャック９５にはモータ９８が連結されており、チャック９５に保持されたウェーハＷはモータ９８によってその軸心まわりに回転する。

アーム９４はウェーハＷの上方に配置されている。アーム９４の一端にはペンスポンジ９２が連結され、アーム９４の他端には旋回軸１００が連結されている。この旋回軸１００にはアーム９４を旋回させるアーム回転機構としてのモータ１０１が連結されている。アーム回転機構は、モータ１０１に加えて、減速ギヤなどを備えてもよい。モータ１０１は、旋回軸１００を所定の角度だけ回転させることにより、アーム９４をウェーハＷと平行な平面内で旋回させるようになっている。アーム９４の旋回により、これに支持されたペンスポンジ９２がウェーハＷの半径方向外側に移動する。

図１３は、図１２に示すウェーハＷ、ペンスポンジ９２、および処理液供給部１１０の上面図である。図１３に示すように、ウェーハＷの回転方向において、処理液供給部１１０はペンスポンジ９２の上流側に配置されている。この例では、第１のスリットノズル１１２および第２のスリットノズル１１３は、ウェーハＷの半径方向に対して傾斜していない。処理液供給部１１０のその他の構成は、図４乃至図６に示す処理液供給部１１０と同じであるので、その重複する説明を省略する。

ウェーハＷは次のようにして洗浄される。まず、ウェーハＷをその軸心まわりに回転させる。次いで、処理液供給部１１０の第１のスリットノズル１１２および第２のスリットノズル１１３（図４および図５参照）から純水および薬液がそれぞれウェーハＷの上面に供給される。この状態で、ペンスポンジ９２が鉛直に延びるその軸心周りに回転しながらウェーハＷの上面に摺接し、さらに図１３に示すようにウェーハＷの半径方向に沿って移動する。純水および薬液の存在下でペンスポンジ９２がウェーハＷの上面に摺接することにより、ウェーハＷがスクラブ洗浄される。

スクラブ洗浄後、ウェーハＷから薬液を洗い流すために、第１のスリットノズル１１２から回転するウェーハＷの上面に純水を供給し、ウェーハＷをリンスする。ウェーハＷのリンスでは、薬液は供給されない。次いで、ウェーハＷへの純水の供給を停止する。ウェーハＷのリンスは、ペンスポンジ９２をウェーハＷに摺接させながら行なってもよいし、ペンスポンジ９２をウェーハＷから離間させた状態で行なってもよい。

図４乃至図６に示す処理液供給部１１０は、２つのスリットノズル、すなわち第１のスリットノズル１１２および第２のスリットノズル１１３を備えるが、１つのスリットノズルを備えてもよい。さらに、処理液として、純水（超純水）および薬液に限らず、水素水などの機能水を使用することも可能である。水素水は、還元作用を有することから、銅などの金属腐食防止に効果的とされている。しかしながら、水素水がスプレーノズルによりウェーハに供給されると、大気中の酸素が水素水中に溶け込み、その期待される効果が薄れてしまう。本発明によれば、水素水などの機能水を最適な形態で供給することができるので、機能水はその機能を最大限に発揮することができる。

上述した実施形態に係る基板洗浄装置は、処理液をウェーハＷ上に供給しながらスクラブ洗浄具（ロールスポンジ、ペンスポンジ）でウェーハＷをスクラブ洗浄するが、単に処理液をウェーハＷ上に供給することでウェーハＷを洗浄してもよい。例えば、図１４は、スクラブ洗浄具を備えていない基板洗浄装置を示す平面図である。この例では、第１のスリットノズル１１２および第２のスリットノズル１１３は、ウェーハＷの半径方向に延びている（すなわち、ウェーハＷの半径方向に対して傾斜していない）。その他の構成は、図３乃至図６に示す構成と同じである。

上述した例は、本発明に係る基板処理装置を基板洗浄装置に適用した例であるが、本発明の装置は、基板を乾燥する装置にも適用することができる。例えば、基板を低速で回転させ、基板の表面に純水（または超純水）を供給し、その後、基板を高速で回転させて基板をスピン乾燥させる基板乾燥装置に本発明を適用することも可能である。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１Ａ〜１Ｄ 研磨装置
２ ハウジング
６ ロード／アンロード部
８ 洗浄部
１０ 動作制御部
１２ フロントロード部
１４ 走行機構
１６ 搬送ロボット
２０ 研磨パッド
２２Ａ〜２２Ｄ 研磨テーブル
２４Ａ〜２４Ｄ トップリング
２６Ａ〜２６Ｄ 研磨液供給ノズル
２８Ａ〜２８Ｄ ドレッシングユニット
３０Ａ〜３０Ｄ アトマイザ
３１ トップリングアーム
４０ 第１リニアトランスポータ
４２ 第２リニアトランスポータ
４４ リフタ
４６ スイングトランスポータ
４８ 仮置き台
５０ 第１の搬送ロボット
５２ 一次洗浄ユニット
５４ 二次洗浄ユニット
５６ 乾燥ユニット
５８ 第２の搬送ロボット
７１〜７４ 保持ローラ
７７，７８ ロールスポンジ
８０，８１ 回転機構
８２ 昇降駆動機構
８９ ガイドレール
９１ 基板保持部
９２ ペンスポンジ
９４ アーム
９５ チャック
９８ モータ
１００ 旋回軸
１０１ モータ
１１０ 処理液供給部
１１２ 第１のスリットノズル
１１３ 第２のスリットノズル
１１５ 第１の流路
１１６ 第２の流路
１２１ 第１の供給ライン
１２２ 第２の供給ライン
１２４ 第１の処理液供給源
１２５ 第２の処理液供給源
１３０ 不活性ガス供給部

Claims (6)

1. 表面に形成された金属配線を有する基板を水平に保持する基板保持部と、
   処理液を前記基板の表面に供給するスリットノズルとを備え、
   前記スリットノズルは、前記基板の表面に近接して配置され、前記基板に沿って外側端部が基板の外周部の上方に位置するまで延びるとともに、前記基板の表面と垂直な方向に対して傾斜し、
   前記基板の外周側での前記スリットノズルの傾斜角度は、前記基板の中心側での前記スリットノズルの傾斜角度よりも大きいことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記スリットノズルの傾斜角度は、前記基板の中心側での前記傾斜角度から前記基板の外周側での前記傾斜角度まで徐々に増加していることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記基板の中心側での前記処理液の流量は、前記基板の外周側での前記処理液の流量よりも多いことを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記スリットノズルに送られる前記処理液に不活性ガスを溶存させる不活性ガス供給部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
5. 前記スリットノズルは、第１の処理液を前記基板の表面に供給するための第１のスリットノズルと、第２の処理液を前記基板の表面に供給するための第２のスリットノズルとを備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
6. 前記基板の下面に薬液および純水をそれぞれ供給する下側薬液供給ノズルおよび下側純水供給ノズルをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板処理装置。

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