TWI525686B - 基板洗淨方法 - Google Patents

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Description

基板洗淨方法
本發明係關於洗淨半導體晶圓(wafer)等基板的表面之基板洗淨方法，尤其關於在洗淨CMP等研磨後的基板表面之基板洗淨步驟所使用之基板洗淨方法。本發明之基板洗淨方法亦適用於例如平板面板(flat panel)製造、CMOS及CCD等影像感測器(image sensor)製造以及MRAM的磁性膜製造等的洗淨步驟。
例如，以金屬埋住形成於基板表面的絕緣膜內之配線溝而形成配線之鑲嵌配線(damascene wiring)形成步驟中，在鑲嵌配線形成後以化學機械性研磨(CMP)將基板表面多餘的金屬研磨去除，會在CMP後的基板表面存在有使用於CMP之研磨液(slurry)的殘渣(研磨液殘渣)及金屬研磨屑等。因此，必須將殘留於CMP後的基板表面之殘渣物(微粒，particle)洗淨去除。近年來，係採用銅作為配線金屬，且採用所謂的低介電係數膜(Low-k膜)作為絕緣膜，而由於Low-k膜為疏水性，故基板表面的潤濕性不平均性會擴大，而在洗淨上會有困難。
就洗淨CMP後之基板表面之基板洗淨方法而言，已知有滾筒清洗(roll scrub)洗淨，係在存在有洗淨液之狀態下，一面使水平延伸為圓柱狀之長條狀的滾筒洗淨構件(滾筒海綿(sponge)或滾筒刷 毛(brush))接觸於半導體晶圓等基板的表面，一面使基板及滾筒洗淨構件一起旋轉而洗淨基板的表面。
尤其在基板的表面為疏水性之情形，以滾筒刷洗洗淨來洗淨基板表面時，會有由於隨著滾筒清洗構件的汙染而逆汙染基板表面之情形。已知有在如此之情形時，係進行於滾筒刷洗洗淨後，在存在有洗淨液之狀態下，使鉛直延伸之筆(pencil)型清洗構件的下面接觸於基板表面，一面使基板及筆型清洗構件一起旋轉而洗淨基板表面之筆刷洗洗淨。如此，藉由進行筆刷洗洗淨，而避免來自滾筒洗淨構件之逆汙染，得到滾筒刷洗洗淨與筆刷洗洗淨之整體性的效果，而可提高洗淨功能。
第1圖係顯示對研磨後的基板表面以滾筒刷洗洗淨與筆刷洗洗淨連續性地進行洗淨之處理流程(flow)的一例之方塊(block)圖。首先，一面使研磨後的基板水平旋轉，一面對基板表面供給包含酸性藥液之洗淨液，且擦刷旋轉中的滾筒洗淨構件而對該表面進行滾筒刷洗洗淨，之後，供給包含純水等之沖洗(rinse)液於基板表面，而沖洗洗淨殘留於基板表面之洗淨液(藥液)。接著，一面使基板水平旋轉，一面對基板表面供給包含酸性藥液之洗淨液，且擦刷旋轉中的筆型洗淨構件的下面而對該表面進行筆刷洗洗淨，之後，供給包含純水等之沖洗液於基板表面，而沖洗洗淨殘留於基板表面之洗淨液(藥液)。並且，例如以旋轉乾燥(spin dry)使洗淨後的基板乾燥。
在對基板表面進行研磨時，會於基板表面形成成為凹部形狀之凹陷(dishing)與腐蝕(erosion)。存在於該凹陷等內部之微粒一般而言係難以藉由刷洗洗淨去除。已知在如此之情形時，使用二流 體噴流(fluid jet)(2FJ)之二流體噴流洗淨係為有效。該二流體噴流洗淨係主要適用於配線金屬為不易產生氧化腐蝕之金屬，例如為鎢(tungsten)之情形，或即便配線為銅而銅腐蝕亦不會影響製品性能之等級(level)的製品等。
已知二流體噴流洗淨係與其他的屬於非接觸洗淨之超音波洗淨不同，為無須擔心由於孔蝕(cavitation)而造成基板破壞之非接觸洗淨方法，且對於與基板表面之黏著性較小並為附著於表面上之狀態的微粒，尤其對於較大的微粒(粒徑100至200nm以上)之去除係為有效。再者，在使用超純水作為洗淨液時，由於比電阻值係較高，而有對洗淨對象的表面，例如對絕緣膜表面等產生帶電破壞之虞，故一般而言係用使CO2溶解於純水或超純水之碳酸水作為洗淨液。
已提案有一種基板處理方法，係藉由連續地進行使用洗淨刷毛之刷洗洗淨，及使用二流體噴頭(nozzle)之二流體噴流洗淨，以使洗淨功能提升(參照專利文獻1)。再者，為了防止銅線配線之可靠性下降及配線的短路(short)或開路(open)所導致之良率下降，係提案有將鹼性(alkali)洗淨液使用於刷洗洗淨等洗淨液之情形(參照專利文獻2)。
本案申請人另提案有一種基板洗淨方法，係在研磨後之基板表面的洗淨等中，進行使用滾筒清洗構件等之滾筒刷洗洗淨之後，藉由進行以CO2氣體(gas)溶解水(碳酸水)作為洗淨液之二流體噴流洗淨並使其乾燥，而提高洗淨能力(參照專利文獻3)。
第2圖係顯示對研磨後的基板表面以滾筒刷洗洗淨及筆刷洗洗淨進行連續性地洗淨之後，進行二流體噴流洗淨並使其乾燥之 處理流程的一例之方塊圖。首先，與前述第1圖所示之例同樣地，在進行研磨後的基板表面之酸性藥液之滾筒刷洗洗淨，並對殘留於基板表面之洗淨液(藥液)進行沖洗洗淨之後，進行基板表面之酸性藥液之筆刷洗洗淨，並對殘留於基板表面之洗淨液(藥液)進行沖洗洗淨。接著，使以酸性之碳酸水為洗淨液之二流體噴流朝向基板表面噴出，而進行該表面之非接觸之二流體噴流洗淨，並對殘留於基板表面之洗淨液(碳酸水)進行沖洗洗淨。然後，例如藉由旋轉乾燥使二流體噴流洗淨後之基板乾燥。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2009-231628號公報
專利文獻2：日本特開2009-238896號公報
專利文獻3：日本特開2010-238850號公報
二流體噴流洗淨一般而言為了抑制帶電，係使用使CO2溶解於純水或超純水之碳酸水作為洗淨液，而碳酸水係顯示酸性。因此，對於在表面具有於絕緣體的內部埋入使露出表面之由銅構成之銅配線之研磨後的基板，若對基板的該表面藉由以碳酸水為洗淨液之二流體噴流洗淨進行洗淨時，係會因碳酸水而誘發銅的腐蝕。在新一代銅配線裝置(device)中，為了抑制銅腐蝕，使用鹼性洗淨液取代酸性洗淨係趨向主流。
如前述，在屬於最先進裝置的領導角色之銅/Low-k膜裝置中，就使用以往之一般性的洗淨方法，尤其是使用碳酸水(酸性洗 淨液)之二流體噴流洗淨方法而言，係難以避免銅腐蝕之影響。
亦即，如第2圖所示，在對由銅所構成之基板W的表面Wf以二流體噴流洗淨進行最後洗淨，並在沖洗洗淨後以旋轉乾燥等使其乾燥時，則如第3圖(a)所示，在未由洗淨去除而殘存於基板W的表面Wf之微粒(缺陷，defect)P的周圍，顯示酸性之碳酸水CW係會附著於該微粒P而變得容易殘留，且大氣中的氧(O2)會溶解於該殘留之碳酸水CW中，而因此，如第3圖(b)所示，會在乾燥後的基板W的表面Wf的微粒P的周圍產生銅腐蝕C。
第4圖係顯示在第2圖所示之處理流程中，在對由銅所構成之基板表面進行了洗淨時之該表面的SEM影像。由該第4圖，在銅的表面觀察到微粒(缺陷)之周圍可確認到由銅腐蝕所導致之表面粗糙，可了解產生有銅腐蝕。
因此，係要求開發藉由使用將碳酸水用於洗淨液之二流體噴流洗淨來提升洗淨功能，且可抑制銅配線之腐蝕之基板洗淨方法。
本發明係有鑑於上述情事而研創者，目的在於提供一種基板洗淨方法，係對於新一代銅配線裝置等，對使用二流體噴流洗淨之基板表面的洗淨方法進行最佳化，而即便將二流體噴流洗淨適用於研磨後的基板表面之洗淨，亦可抑制銅腐蝕。
本發明之基板洗淨方法係以將中性至鹼性藥液使用於洗淨液之刷洗洗淨來進行基板表面的一次洗淨，並藉由將溶解CO2氣體於純水或超純水之碳酸水從二流體噴頭朝向基板表面噴出，而對該表面以非接觸之方式進行洗淨之二流體噴流洗淨來進行基板表面的完工洗淨，之後，以將中性至鹼性藥液使用於洗淨液之刷洗 洗淨來進行基板表面的最終完工洗淨並使其乾燥。
在使用成為銅腐蝕的要因之碳酸水之二流體噴流洗淨所進行之基板表面的完工洗淨之後，藉由以將中性至鹼性藥液使用於洗淨液之刷洗洗淨來進行基板表面的最終完工洗淨，係可迅速地將殘留於基板表面的碳酸水，亦即，以微觀之視點中可在來自大氣的氧溶解於顯示酸性之殘留碳酸水之前去除碳酸水，而藉此一方面可維持二流體噴流洗淨之微粒去除效果，一方面能有效地抑制二流體噴流洗淨之銅腐蝕之產生。
在本發明之較佳一態樣中，前述一次洗淨係將滾筒洗淨構件擦刷於基板表面而洗淨該表面之滾筒刷洗洗淨，而前述最後完工洗淨係將筆型洗淨構件擦刷於基板表面而洗淨該表面之筆刷洗洗淨。
如此，藉由在以滾筒刷洗洗淨進行一次洗淨，並以二流體噴流洗淨進行完工洗淨之後，以筆刷洗洗淨進行最後完工洗淨，而減低筆刷洗洗淨的負擔，可長時間維持筆刷洗洗淨特性，延長筆型清洗構件的使用壽命(life time)。
於本發明之較佳一態樣中，於前述基板表面係形成有由露出表面而埋入絕緣體的內部之銅所構成之銅配線。
藉此，可有效的抑制銅配線的由於使用於二流體噴流洗淨之碳酸水所導致之腐蝕。
依據本發明之基板洗淨方法，可迅速地將使用於基板表面的二流體噴流洗淨之完工洗淨而殘留於基板表面的碳酸水去除，亦即，以微觀之視點中可在來自大氣的氧溶解於顯示酸性之殘留碳 酸水之前去除碳酸水，而藉此可一方面維持二流體噴流洗淨之微粒去除效果，一方面能有效地抑制二流體噴流洗淨導致之銅腐蝕之產生。
10‧‧‧機殼
12‧‧‧載入埠
14a至14d‧‧‧研磨單元
16‧‧‧第一洗淨單元
18‧‧‧第二洗淨單元
20‧‧‧乾燥單元
22‧‧‧第一基板搬送機器人
24‧‧‧基板搬送單元
26、28‧‧‧第二基板搬送機器人
30‧‧‧控制部
40‧‧‧洗淨槽
42、500‧‧‧支撐軸
44、502‧‧‧搖動臂部
46‧‧‧二流體噴頭
50‧‧‧載體氣體供給線
52‧‧‧碳酸水供給線
54、415、504‧‧‧馬達
60‧‧‧筆型洗淨具
62、64、317、318‧‧‧沖洗液供給噴頭
301至304‧‧‧滾輪
301a至304a‧‧‧保持部
301b至304b‧‧‧肩部
307、308‧‧‧滾筒洗淨構件
310、311‧‧‧旋轉機構
315、316‧‧‧洗淨液供給噴頭
320‧‧‧導引軌
321‧‧‧升降驅動機構
401‧‧‧基台
401a‧‧‧臂部
401b‧‧‧保持部
402‧‧‧基板支撐構件
402a‧‧‧彈簧承塊
405‧‧‧旋轉軸
406‧‧‧軸承
407‧‧‧圓筒體
411、412‧‧‧皮帶輪
414‧‧‧皮帶
450‧‧‧旋轉蓋罩
450a‧‧‧切口
451‧‧‧液體排出孔
454‧‧‧前噴頭
460、461‧‧‧流體噴頭
463‧‧‧背噴頭
464‧‧‧氣體噴頭
470‧‧‧升降機構
470a‧‧‧接觸板
471‧‧‧第一氣體室
472‧‧‧第二氣體室
474‧‧‧第一氣體流路
475‧‧‧第二氣體流路
479‧‧‧支撐銷
480‧‧‧夾具
481‧‧‧第一磁鐵
482‧‧‧第二磁鐵
483‧‧‧第三磁鐵
484‧‧‧溝
485‧‧‧突起部
506‧‧‧控制部
C‧‧‧銅腐蝕
CW‧‧‧碳酸水
P‧‧‧微粒
W‧‧‧基板
Wf‧‧‧基板的表面
第1圖係為顯示對研磨後的基板表面以滾筒刷洗洗淨與筆刷洗洗淨連續性地進行洗淨之處理流程的一例之方塊圖。
第2圖係為顯示對研磨後的基板表面以滾筒刷洗洗淨及筆刷洗洗淨進行連續性地洗淨之後，進行二流體噴流洗淨並使其乾燥之處理流程的一例之方塊圖。
第3圖係為用以說明以第二圖所示之處理流程來洗淨由銅構成之基板表面時，於銅表面產生腐蝕之機制(mechanism)之圖。
第4圖係為顯示以第二圖所示之處理流程來洗淨由銅構成之基板表面時之該表面的SEM影像之圖。
第5圖係為顯示本發明之基板洗淨方法所使用之研磨裝置的整體構成之平面圖。
第6圖係為顯示第5圖所示之研磨裝置的第1洗淨單元之斜視圖。
第7圖係為顯示第5圖所示之研磨裝置的第2洗淨單元的概要之斜視圖。
第8圖係為顯示第7圖的主要部份之平面圖。
第9圖係為顯示第5圖所示之研磨裝置的乾燥單元之縱剖面圖。
第10圖係為第9圖之平面圖。
第11圖係為第9圖所示之基台的平面圖。
第12圖(a)係為顯示第11圖所示基板支撐構件及基台的一部份之平面圖，第12圖(b)係第11圖的A-A線剖面圖，第12圖(c)係第12圖(b)的B-B線剖面圖。
第13圖係為用以說明第二磁鐵與第三磁鐵的配置之示意圖，且為從基板支撐構件的軸方向觀看之圖。
第14圖(a)係為顯示藉由升降機(lift)機構使基板支撐構件上升時之基板支撐構件及臂部的一部份之平面圖，第14圖(b)係為顯示藉由升降機機構使基板支撐構件上升時之第11圖的A-A線剖面圖，第14圖(c)係第14圖(b)的C-C線剖面圖。
第15圖係為顯示使用第5圖所示之研磨裝置之本發明實施形態之基板洗淨方法的處理流程之方塊圖。
第16圖係為用以說明在使用第15圖所示之處理流程來洗淨由銅構成之基板表面時，防止銅表面的腐蝕之機制之圖。
第17圖係為顯示在使用第15圖所示之處理流程來洗淨由銅構成之基板表面時之該表面的SEM影像之圖。
第18圖係為顯示對在表面形成有Low-k膜之基板的該表面以各種洗淨條件(比較例1至4，實施例1)進行洗淨時，計測殘留於Low-k膜表面之120nm以上的微粒數(缺陷數)之結果之圖表(graph)。
第19圖係為顯示計測取代二流體噴流洗淨的洗淨條件(搖動臂部的搖動速度或二流體噴頭的掃掠方法)，而洗淨銅膜的表面時(比較例4a至4d)，以及以實施例1來洗淨銅膜表面時之銅腐蝕(N≧2)缺陷率之結果之圖表。
第20圖係為顯示藉由比較例4及實施例1分別對在表面混在 有銅膜及Low-k膜之基板的該表面進行洗淨時，殘留於銅表面之150nm以上的微粒數(缺陷數)及殘留於Low-k表面之120nm以上的微粒數(缺陷數)之結果之圖表。
以下，參照圖式說明本發明之實施形態。
第5圖係顯示本發明之基板洗淨方法所使用之研磨裝置之整體構成之平面圖。如第5圖所示，研磨裝置係具備大致長方形狀之機殼10、以及供載置存放(stock)有多數個半導體晶圓等基板之基板匣(cassette)之載入埠(load port)12。載入埠12係配置為鄰接於機殼10。於載入埠12係可搭載開放式匣(open cassette)、SMIF(Standard Manufacturing Interface，標準生產介面)箱(pod)、或FOUP(Front Opening Unified Pod，前開口或標準規格箱)。SMIF、FOUP係屬於密閉容器，於內部收納有基板匣，且藉以分隔壁覆蓋而可保持與外部空間獨立之環境。
機殼10的內部係收容有複數個(在本例中為4個)研磨單元14a至14d、對研磨後的基板進行洗淨之第一洗淨單元16及第二洗淨單元18、以及使洗淨後的基板乾燥之乾燥單元20。研磨單元14a至14d係沿著研磨裝置的長邊方向排列，且洗淨單元16、18及乾燥單元20亦沿著研磨裝置的長邊方向排列。第一洗淨單元16係使用於基板表面的一次洗淨，第二洗淨單元18係使用於基板表面的完工洗淨及最後完工洗淨。
在由載入埠12、位於該載入埠12側之研磨單元14a及乾燥單元20所圍繞之區域，係配置有第一基板搬送機器人(robot)22，又與研磨單元14a至14d平行地配置有基板搬送單元24。第一基板 搬送機器人22係從載入埠12接受研磨前的基板且交付至基板搬送單元24，並從乾燥單元20接受乾燥後的基板且送回載入埠12。基板搬送單元24係搬送從第一基板搬送機器人22接受之基板，並在與各研磨單元14a至14d之間進行基板的交付。
配置有第二基板搬送機器人26於第一洗淨單元16及第二洗淨單元18之間，而進行在與該等各洗淨單元16、18之間之基板的交付，配置有第三基板搬送機器人28於第二洗淨單元18及乾燥單元20之間，而進行在與該等各單元18、20之間之基板的交付。
再者，配置有控制部30位於機殼10的內部，而控制研磨裝置的各機器的動作。該控制部30係如下述，以作為控制第二洗淨單元18的搖動臂部44的動作來控制二流體噴頭46的移動速度之控制部而發揮功能。
在此例中，係使用在洗淨液存在之狀態下，將延伸為滾筒狀之滾筒洗淨構件擦刷在基板的表裏兩面而洗淨基板之滾筒洗淨單元作為第一洗淨單元16。
第6圖係顯示第一洗淨單元16之斜視圖。如第6圖所示，第一洗淨單元16係具備：四個滾輪(roller)301、302、303、304，係使基板W表面朝向上方並保持水平而使其旋轉；滾筒洗淨構件307、308，係分別接觸基板W的表面及背面；旋轉機構310、311，係使該等滾筒洗淨構件307、308旋轉；洗淨液供給噴頭315、316，係將由中性或鹼性藥液構成之洗淨液供給至基板W的表面及背面；以及沖洗液供給噴頭317、318，係將純水等沖洗液供給至基板W的表面及背面。滾輪301、302、303、304係由未圖示之驅動 機構(例如汽缸(air cylinder))而可朝互相接近或離開之方向移動。
使上側滾筒洗淨構件307旋轉之旋轉機構310係安裝於導引其上下方向的動作之導引軌(guide rail)320。再者，該旋轉機構310係由升降驅動機構321所支撐，而旋轉機構310及上側滾筒洗淨構件307係藉由升降驅動機構321而朝上下方向移動。雖未圖示，惟使下側滾筒洗淨構件308旋轉之旋轉機構311亦由導引軌所支撐，且藉由升降驅動機構使旋轉機構311及下側滾筒洗淨構件308上下移動。就升降驅動機構而言，係使用例如使用滾珠螺桿(ball screw)之馬達(motor)驅動機構或汽缸。
在基板W的搬入搬出時，滾筒洗淨構件307、308係位於互相離開之位置。在基板W之洗淨時，該等滾筒洗淨構件307、308係朝互相接近之方向移動，並分別接觸基板W的表面及背面。滾筒洗淨構件307、308推壓基板W的表面及背面之力係分別由升降驅動機構321及未圖示之升降驅動機構而調整。由於上側滾筒洗淨構件307及旋轉機構310係藉由升降驅動機構321而從下方支撐，故上側滾筒洗淨構件307施加於基板W的上表面之推壓力係可從0[N]開始調整。
滾輪301係形成為保持部301a及肩部(支撐部)301b之二段構成。肩部301b的直徑係比保持部301a的直徑更大，且於肩部301b的上面形成有保持部301a。滾輪302、303、304亦具有與滾輪301相同之構成。由基板搬送單元24所搬送而來之基板W係首先水平地載置於肩部301b、302b、303b、304b上，之後，藉由滾輪301、302、303、304向基板W移動而使基板W保持於保持部301a、302a、303a、304a。四個滾輪301、302、303、304中至少一個係以由未 圖示之旋轉機構而旋轉驅動之方式來構成，藉此基板W係在其外周部由滾輪301、302、303、304所保持之狀態下旋轉。肩部301b、302b、303b、304b係形成朝下方傾斜之錐狀(taper)面，且基板W係在由保持部301a、302a、303a、304a所保持之期間，基板W係保持為與肩部301b、302b、303b、304b非接觸。
第一洗淨單元16之基板W的表面及背面之洗淨係以下述之方式進行。首先，將表面朝向上方並以滾輪301、302、303、304水平地保持基板W並予以旋轉。接著，從洗淨液供給噴頭315、316對基板W的表面及背面供給由中性至鹼性藥液構成之洗淨水。並且，藉由一面使滾筒洗淨構件307、308圍繞其軸心而旋轉，一面分別滑接於基板W的表面及背面，而對基板W的表面及背面進行滾筒刷洗洗淨。滾筒刷洗洗淨後，使滾筒洗淨構件307、308退避至上方及下方，並從沖洗液供給噴頭317、318將沖洗液(純水)供給至基板W的表面及背面進行沖洗洗淨，而藉由沖洗液沖洗掉殘留於基板W的表面及背面之洗淨液(藥液)。
就第二洗淨單元18而言，係使用用以二流體噴流洗淨對基板表面進行完工加工，且在之後以筆刷洗洗淨進行最後完工洗淨之洗淨單元。再者，就乾燥單元20而言，係使用水平地保持基板，且從移動之噴頭噴出IPA蒸氣使基板乾燥，再以高速使其旋轉而藉由離心力使基板乾燥之旋轉乾燥單元。
第7圖係顯示第5圖所示之第二洗淨單元18的概要之斜視圖，第8圖顯示第7圖的主要部份之平面圖。如第7圖及第8圖所示，第2洗淨單元18係具備：圍繞基板W周圍之洗淨槽40，係藉由未圖示之卡盤(chuck)等將表面而保持為朝向上方，且藉由 該卡盤等之旋轉而進行水平旋轉；支撐軸42，係立設於該洗淨槽40的側方且可自由旋轉；以及搖動臂部44，係朝向將基部連接於該支撐軸42的上端之水平方向延伸。於搖動臂部44的自由端(前端)係上下自由移動地安裝有二流體噴頭46。
於二流體噴頭46係連接有供給N2氣等載體(carrier)氣體之載體氣體供給線(line)50，以及供給使CO2氣體溶解於純水或超純水之碳酸水之碳酸水供給線52，且藉由從二流體噴頭46以高速使供給於二流體噴頭46的內部之N2氣體等載體氣體及碳酸水噴出，而產生令碳酸水以微小液滴(霧狀，mist)之方式存在於載體氣體中之二流體噴流。藉由使以該二流體噴頭46所產生之二流體噴流朝向旋轉中之基板W的表面噴出並衝撞於該表面，而可利用微小液滴對於基板表面之衝撞所產生之衝擊波來進行去除(洗淨)基板表面之微粒等。
就該碳酸水而言，在本例中係使用使CO2溶解於經過脫氧之超純水者。如此，藉由不使用比電阻值較高之超純水而使用碳酸水作為二流噴流洗淨之洗淨液，而可消除對洗淨對象的表面，例如對絕緣膜表面等造成帶電破壞之虞。
支撐軸42係連接於馬達54，該馬達54係藉由使支撐軸42旋轉而作為以該支撐軸為中心使搖動臂部44搖動之驅動機構。該馬達54係藉由來自控制部30之信號而控制旋轉速度，藉此搖動臂部44的角速度係受到控制，而二流體噴頭46的移動速度係受到控制。
在本例中，搖動臂部44的前端係上下自由移動且自由旋轉地安裝有例如由PVA海綿構成之筆型洗淨具60。再者，位於洗淨槽 40的側上方係配置有對由卡盤等所保持而旋轉中的基板W表面供給純水等沖洗液之沖洗液供給噴頭62，以及供給由中性或鹼性藥液構成之洗淨液之洗淨液供給噴頭64。
藉此，一面藉由預定的推壓力使旋轉中的筆型洗淨具60的下表面接觸於旋轉中的基板W的表面，一面藉由搖動臂部44的搖動而使筆型洗淨具60移動，同時，對基板W的表面供給由中性至鹼性藥液構成之洗淨液，藉此進行基板W的表面的筆刷洗洗淨。再者，藉由將沖洗液供給至旋轉中的基板W的表面而進行洗淨液(藥液)的沖洗洗淨。
如第8圖所示，二流體噴頭46係隨著搖動臂部44的動作而從偏置(offset)A位置通過基板W的中心O的上方位置及從該中心O離開預定間隔之變位點B的上方位置，沿著圓弧狀的移動軌跡而移動至基板W的外周部外方的洗淨結束位置C，而藉此進行基板表面的洗淨。在該洗淨時，使令碳酸水(洗淨液)以微小液滴(霧狀)之方式存在於載體氣體中之二流體噴流從二流體噴頭46朝向旋轉中的基板W的表面噴出。第8圖係顯示二流體噴頭46位於變位點B的上方位置之狀態。
第二洗淨單元18之基板W表面W的洗淨係如下述之方式進行。首先，使表面朝向上面而保持水平的基板W旋轉。並且，一面使二流體噴頭46從第8圖所示之偏置位置A移動至洗淨結束位置C，一面使N2氣體等載體氣體及碳酸水從二流體噴頭46朝向旋轉中的基板W的表面高速地噴出，而藉此以二流體噴流洗淨對基板W的表面進行洗淨。並且，對基板W的表面供給沖洗液，並以沖洗液沖洗殘留於基板W表面之碳酸水。
接著，一面藉由預定的推壓力使筆型洗淨具60的下表面接觸於旋轉中的基板W的表面，一面使搖動臂部44搖動而使筆型洗淨具60移動，同時，對基板W的表面供給由中性或鹼性藥液構成之洗淨液，藉此進行基板W表面的筆刷洗洗淨。並且，藉由將沖洗液供給至基板W表面而以沖洗液沖洗殘留於基板W表面之洗淨液(藥液)。
第9圖係顯示乾燥單元20之縱剖面圖，第10圖係第9圖之平面圖。該乾燥單元20係具備基台401，以及由該基台401所支撐之四支圓筒狀之基板支撐構件402。基台401係固定於旋轉軸405的上端，該旋轉軸405係自由旋轉地由軸承406所支撐。軸承406固定於與旋轉軸405平行地延伸之圓筒體407的內周面。圓筒體407的下端係安裝於架台409，且該位置係受到固定。旋轉軸405係透過皮帶輪(pully)411、412以及皮帶(belt)414而連接於馬達415，藉由使馬達415驅動，基台401係以其軸心為中心而旋轉。
基台401的上面係固定有旋轉蓋罩(cover)450，第9圖係顯示旋轉蓋罩450的縱剖面圖。旋轉蓋罩450係以包圍基板W的全周之方式予以配置。旋轉蓋罩450的縱剖面形狀係朝向直徑方向內側傾斜。再者，旋轉蓋罩450的縱剖面係由平滑之曲線所構成。旋轉蓋罩450的上端係接近於基板W，旋轉蓋罩450的上端的內徑係設定為比基板W的直徑稍微較大。再者，旋轉蓋罩450的上端係對應於各基板支撐構件402而形成有沿著基板支撐構件402的外周面形狀之切口450a。旋轉蓋罩450的底面係形成有傾斜延伸之液體排出孔451。
基板W的上方係配置有對基板的表面(前(front)面)供給作為 沖洗液之純水之前噴頭(front nozzle)454。前噴頭454係配置成朝向基板W的中心。該前噴頭454係連接於未圖示之純水供給源，且通過前噴頭454對基板W的表面的中心供給純水。基板W的上方係並排配置有用以執行噴氣旋轉(Rotagoni)乾燥之二個流體噴頭460、461。流體噴頭460係用以對基板W表面供給IPA蒸氣(異丙醇(isopropyl)與N2氣之混和氣體)者，而流體噴頭461係用以供給防止基板W的表面乾燥之純水者。
該等流體噴頭460、461係安裝於搖動臂部502的自由端(前端)，該搖動臂部502係連結於立設於基台401的側方之支撐軸500的上端，且伴隨該支撐軸500的旋轉而搖動。搖動臂部502係連結於馬達504，該馬達504係作為藉由使支撐軸500旋轉而以該支撐軸500為中心使搖動臂部502搖動之驅動機構。該馬達504係藉由來自控制部506之訊號而其旋轉速度受到控制，且藉此搖動臂部502的角速度受到控制，而流體噴頭460、461的移動速度受到控制。
於旋轉軸405的內部係配置有連接於純水供給源465之背噴頭(back nozzle)463，以及連結於乾燥氣體供給源466之氣體噴頭464。於純水供給源465係儲存有純水作為沖洗液，且通過背噴頭463而將純水供給至基板W的背面。再者，於乾燥氣體供給源466係儲存有N2氣或乾燥空氣等作為乾燥氣體，且通過氣體噴頭464而將乾燥氣體供給至基板W的背面。
圓筒體407的周圍係配置有舉起基板支撐構件402之升降機機構470。該升降機機構470係構成為對於圓筒體407可朝上下方向滑動(slide)。升降機機構470係具有接觸於基板支撐構件402的 下端之接觸板470a。圓筒體407的外周面與升降機機構470的內周面之間係形成有第一氣體室(chamber)471及第二氣體室472。該等第一氣體室471及第二氣體室472係分別連通於第一氣體流路474及第二氣體流路475，且該等第一氣體流路474及第二氣體流路475的端部係連接於未圖示之加壓氣體供給源。在第一氣體室471內的壓力比第二氣體室472內的壓力更高時，升降機機構470係上升。另一方面，在第二氣體室472內的壓力比第一氣體室471內的壓力更高時，升降機機構470係下降。第9圖係顯示升降機機構470處於下降位置之狀態。
第11圖係第9圖所示之基台401的平面圖。如第11圖所示，基台401係具有四個臂部401a，且在各臂部401a的前端係上下自由移動地支撐有基板支撐構件402。第12圖(a)係顯示第11圖所示之基板支撐構件402及基台401的一部份之平面圖，第12圖(b)係第11圖的A-A線剖面圖，第12圖(c)係第12圖(b)的B-B線剖面圖。基台401的臂部401a係具有自由滑動地保持基板支撐構件402之保持部401b。另外，該保持構件401b係可構成為與臂部401a一體成形。於保持部401b係形成有朝上下延伸之貫通孔，且基板支撐構件402係插入於該貫通孔。貫通孔的直徑係比基板支撐構件402的直徑稍微較大，因此基板支撐構件402係對於基台401形成為可朝上下方向相對移動，且基板支撐構件402係形成為可繞著該軸心而旋轉。
於基板支撐構件402的下部係安裝有彈簧承塊(spring shoe)402a。基板支撐構件402的周圍係配置有彈簧478，且由彈簧承塊402a支撐彈簧478。彈簧478的上端係推壓保持部401b(基台 401的一部份)。因此，藉由彈簧478係在基板支撐構件402作用有向下之力。基板支撐構件402的外周面係形成有具有比貫通孔的直徑更大的直徑之擋止件(stopper)402b。因此，基板支撐構件402係如第12圖(b)所示，由擋止件402b而限制往下方之移動。
基板支撐構件402的上端係設置有載置基板W之支撐銷(pin)479，以及抵接於基板W的周端部之作為基板把持部之圓筒狀的夾具(clamp)480。支撐銷479係配置於基板支撐構件402的軸心上，且夾具480係配置於從基板支撐構件402的軸心離開之位置。因此，夾具480係形成隨著基板支撐構件402的旋轉而可圍繞基板支撐構件402的軸心而旋轉。在此，就接觸基板W之部份的構件而言，為了防止帶電，較佳係使用導電性構件(較適當為鐵、鋁(aluminum)、SUS)，或PEEK、PVC等碳樹脂。
於基台401的保持部401b係安裝有第一磁鐵481，該第一磁鐵481係配置成與基板支撐構件402的側面相對向。另一方面，於基板支撐構件402係配置有第二磁鐵482及第3磁鐵483。該等第二磁鐵482及第三磁鐵483係配置成朝向上下方向離開。就該等第一至第三磁鐵481、482、483而言，較佳係使用釹(neodymium)磁鐵。
第13圖係用以說明第二磁鐵482及第三磁鐵483的配置之概念圖，且為從基板支撐構件402的軸方向觀看之圖。如第13圖所示，第二磁鐵482與第三磁鐵483係配置成在基板支撐構件402的周方向中偏移。亦即，連接第二磁鐵482和基板支撐構件402的中心之線，與連接第三磁鐵483及基板支撐構件402的中心之線係在從基板支撐構件402的軸方向觀看時以預定的角度α相 交。
基板支撐構件402係在處於如第12圖(b)所示之下降位置時，第一磁鐵481與第二磁鐵482係互相為相對向。此時，第一磁鐵481與第二磁鐵482之間係有吸引力作用。該吸引力係賦予基板支撐構件402圍繞其軸心而旋轉之力，且其旋轉方向係夾具480推壓基板W的周端部之方向。因此，第12圖(b)所示之下降位置係可稱為把持基板W之夾持位置。
另外，第一磁鐵481與第二磁鐵482係只要互相接近至可產生充分的把持力之程度，則在把持基板W時不一定要位於互相相對向之位置。例如，即便在第一磁鐵481與第二磁鐵482以互相傾斜之狀態接近之情形，該等間係產生磁力。因此，只要該磁力大到足夠使基板支撐構件402旋轉且可支撐住基板W，則第一磁鐵481與第二磁鐵482亦可不一定要為互相相對向。
第14圖(a)係顯示藉由升降機機構470而使基板支撐構件402上升時的基板支撐構件402及臂部401a的一部份之平面圖，第14圖(b)係為顯示藉由升降機機構470使基板支撐構件402上升時之第11圖的A-A線剖面圖，第14圖(c)係第14圖(b)的C-C線剖面圖。
在藉由升降機機構470使基板保持構件402上升至第14圖(b)所示之上升位置時，第一磁鐵481係與第三磁鐵483相對向，而第二磁鐵482係從第一磁鐵481離開。此時，第一磁鐵481與第三磁鐵483之間係作用有吸引力。該吸引力係賦予基板支撐構件402圍繞其軸心旋轉之力，且且其旋轉方向係夾具480從基板W離開之方向。因此，第14圖(a)所示之上升位置可稱為放開基板之 鬆開(unclamp)位置。此時，第一磁鐵481與第二磁鐵482係亦在開放基板W之把持時不一定要位於互相相對向之位置，只要互相接近至可產生使基板支撐構件402朝向使夾具480從基板離開之方向旋轉的旋轉力(磁力)之程度即可。
由於第二磁鐵482與第三磁鐵483係配置成在基板支撐構件402的周方向中偏移，故伴隨著基板支撐構件402的上下移動係於基板支撐構件402作用有旋轉力。藉由該旋轉力係賦予夾具480把持基板W之力及將基板W開放之力。因此，只需使基板支撐構件402上下移動，即可把持與開放基板W。如此，第一磁鐵481、第二磁鐵482以及第三磁鐵483係作為使基板支撐構件402圍繞其軸心旋轉，而發揮藉由夾具480把持基板W之把持機構(旋轉機構)的功能。該把持機構係藉由基板支撐構件402的上下移動而動作。
升降機機構470的接觸板470a係位於基板支撐構件402的下方。在接觸板470a上升時，接觸板470a的上表面係接觸於基板支撐構件402的下端，基板支撐構件402係抵抗彈簧478的推壓力而由接觸板470a舉起。接觸板470a的上表面係平坦之面，另一方面基板支撐構件402的下端係形成為半球狀。在本例中，係藉由升降機機構470與彈簧478而構成使基板支撐構件402上下移動之驅動機構。另外，就驅動機構而言，並不限於上述之例，例如亦可作成使用伺服馬達(servo motor)之構成。
於基板支撐構件402的側面係沿著其軸心而形成有溝484。該溝484係具有圓弧狀之水平剖面。於基台401的臂部401a(本例中為保持部401b)係形成有朝向溝484突起之突起部485。該突起部 485之前端係位於溝484之內部，且突起部485係和緩地卡合於溝484。該溝484及突起部485係用以限制基板支撐構件402的旋轉角度而設置者。
接著，針對以上述方式構成之乾燥單元20的動作進行說明。
首先，藉由馬達415使基板W及旋轉蓋罩450一體地旋轉。在此狀態下，從前噴頭454及背噴頭463供給純水至基板W的表面(上面)及背面(下面)，而以純水沖洗基板W的整面。供給至基板W的純水係藉由離心力而擴散至基板W的表面及背面整體，而藉此沖洗基板W的整體。從旋轉之基板W甩落之純水係由旋轉蓋罩450捕捉，並流進液體排出孔451。在基板W的沖洗處理之期間，二個流體噴頭460、461係位於從基板W離開之預定的待機位置。
接著，停止來自前噴頭454之純水的供給，且使前噴頭454移動至從基板離開之預定的待機位置，並使二個流體噴流460、461移動至基板W上方之偏置位置(乾燥開始位置)。並且一面使基板W以30至150min-1之速度低速旋轉，一面從流體噴頭460朝向基板W表面供給IPA蒸氣及從流體噴頭461朝向基板W表面供給純水。此時，亦從背噴頭463供給純水至基板W。
並且，與前述第二洗淨單元18的搖動臂部44相同地，以控制部506控制馬達504的旋轉速度而控制搖動臂部502的角速度，藉此，控制二個流體噴頭460、461的移動速度，並使二個流體噴頭460、461同時地沿著基板W的直徑方向移動至基板W的外周部側方。藉此，乾燥基板W的表面(上面)。
之後，使二個流體噴頭460、461移動至預定的待機位置，並 停止來自背噴頭463之純水的供給。並且，使基板以1000至1500m-1之速度高速旋轉，而將附著於基板W背面之純水甩落。此時，從氣體噴頭464對基板W背面噴附乾燥氣體。以此方式而乾燥基板W的背面。
接著，參照第15圖所示方塊圖說明使用第5圖所示之研磨裝置之本發明實施形態之基板洗淨方法的處理流程。
首先，將從載入埠12內的基板匣取出之基板的表面搬送至研磨單元14a至14d之任一者而進行研磨。並且，將研磨後之基板搬送至第一洗淨單元16。
在第一洗淨單元16中，係如前述，一面使表面朝向上方而使基板W水平旋轉，一面對基板W的表面及背面供給由中性至鹼性藥液構成之洗淨水，且使滾筒洗淨構件307、308圍繞其軸心旋轉並滑接於基板W的表面及背面，藉此進行基板W的表面及背面的滾筒刷洗洗淨之一次洗淨。並且，對基板W的表面及背面供給沖洗液(純水)進行沖洗洗淨，而洗掉殘留在基板W的表面及背面之洗淨液(藥液)。
並且，將一次洗淨後之基板W從第一洗淨單元16搬送至第二洗淨單元18。
在第二洗淨單元18中，係如前述，一面使表面朝向上方而使基板W水平旋轉，且使二流體噴頭46從第8圖所示之偏置位置A移動至洗淨結束位置C，一面朝向基板W的表面從二流體噴頭46以高速噴出N2氣等載體氣體及碳酸水，而藉此進行基板W的表面之二流體噴流洗淨之完工洗淨。並且，對基板W的表面供給沖洗液，而藉由沖洗液沖洗掉殘留於基板W的表面之碳酸水。
接著，一面使旋轉中之筆型洗淨具60的下面以預定的推壓力接觸於旋轉中的基板W表面，一面使搖動臂部44搖動而使筆型洗淨具60移動，同時地對於基板W表面供給由中性或鹼性之藥液之洗淨液，而藉此進行基板W表面之筆刷洗洗淨之最後完工洗淨。並且，對基板W表面供給沖洗液，而藉由沖洗液沖洗掉殘留於基板W表面之洗淨液(藥液)。
並且，將最終洗淨後的基板從第二洗淨單元18搬送至乾燥單元20，並在使其以乾燥單元20予以旋轉乾燥後，將乾燥後之基板送回載入埠12的基板匣內。
依據本例，藉由使用中性至鹼性藥液作為洗淨液之滾筒刷洗洗淨之一次洗淨，及使用中性或鹼性藥液作為洗淨液之筆刷洗洗淨之最後完工洗淨，係可一邊抑制銅腐蝕一邊洗淨研磨後的基板的表面，該表面係例如具有使表面露出而埋入於絕緣體內部之由銅構成的銅配線之表面。
並且，在使用成為銅腐蝕之要因之碳酸水之二流體噴流洗淨之基板W的表面的完工洗淨後，藉由將中性或鹼性藥液使用於洗淨液之刷洗洗淨來進行基板W的表面之最後完工洗淨，係可將基板W表面的殘留碳酸水迅速地，亦即，以微觀之視點中可在來自大氣的氧溶解於顯示酸性之殘留碳酸水之前去除碳酸水，而藉此一邊維持二流體噴流洗淨之微粒的去除效果，一邊可有效地抑制二流體噴流洗淨之銅腐蝕的產生。
第16圖係用以說明在使用第15圖所示之處理流程來洗淨由銅構成之基板表面時，防止銅表面的腐蝕之機制之圖。如第16圖(a)所示，亦即，在對由銅構成之基板W的表面Wf藉由二流體噴 流洗淨進行完工洗淨並進行沖洗洗淨時，未藉由洗淨去除而殘留於基板W的表面Wf之較大的微粒(缺陷)P1及較小的微粒(缺陷)P2的周圍，顯示酸性之碳酸水CW係容易附著於該微粒P1、P2而容易殘留。然而，藉由在二流體噴流洗淨之瞬後，進行筆刷洗洗淨之最後完工洗淨並使其乾燥，係在大氣中的氧(O2)溶解於在二流體噴流洗淨後殘留於表面之碳酸水CW中之前，如第16圖(b)所示，將殘留於表面之碳酸水CW及比較大之微粒P1從基板W表面Wf去除，藉此可防止在乾燥後的基板W表面Wf的比較小的微粒P2周圍產生銅腐蝕。
第17圖係顯示在使用第15圖所示之處理流程來洗淨由銅構成之基板表面時之該表面的SEM影像之圖。依據該第17圖，在觀察到銅的表面之微粒(缺陷)之周圍未能確認到銅腐蝕所導致之表面粗糙，藉此可了解在銅的表面未產生腐蝕。
再者，藉由在以滾筒刷洗洗淨進行一次洗淨，並以二流體噴流洗淨進行完工洗淨之後，以筆刷洗洗淨進行最後完工洗淨，而減低筆刷洗洗淨的負擔，可長期間維持筆刷洗洗淨特性，而延長筆刷洗洗淨構件60的使用壽命。
第18圖係顯示對在表面形成Low-k膜之基板的該表面以各種洗淨條件(比較例1至4，實施例1)進行洗淨時，計測殘留於Low-k膜表面之120nm以上的微粒數(缺陷數)之結果之圖表(graph)。於第18圖中，係將以比較例2進行洗淨時之微粒數為1之任意數(a.u值)來進行顯示。
比較例1係顯示使用第6圖所示之第一洗淨單元16，並以低洗淨條件(滾筒洗淨構件的旋轉速度：200rmp、基板旋轉速度： 50rmp)來對基板表面進行滾筒刷洗洗淨並使其乾燥時之結果。比較例2係顯示使用第6圖所示之第一洗淨單元16，並以高洗淨條件(滾筒洗淨構件的旋轉速度：200rmp、基板旋轉速度：150rmp)來對基板表面進行滾筒刷洗洗淨並使其乾燥時之結果。
比較例3係顯示在以與比較例2相同之條件進行滾筒刷洗洗淨之後，使用第7圖所示之第二洗淨單元18之二流體噴流洗淨來進行洗淨並使其乾燥時之結果。比較例4係顯示在以與比較例2相同之條件進行滾筒刷洗洗淨之後，使用第7圖所示之第二洗淨單元18之筆刷洗洗淨來進行洗淨，且在之後以二流體噴流洗淨進行洗淨並使其乾燥時之結果。如第15圖所示，實施例1係顯示在以與比較例2相同之條件進行滾筒刷洗洗淨(一次洗淨)之後，進行使用第7圖所示之第二洗淨單元18之二流體噴流洗淨(完工洗淨)，且在之後進行滾筒刷洗洗淨(最後完工洗淨)並使其乾燥時之結果。
由第18圖可了解到，依據實施例1，與比較例1至4進行比較，能確立使在洗淨後殘留於Low-k膜表面之微粒數(缺陷數)大幅減低之基板洗淨方法。
第19圖係顯示於前述之比較例4中，取代二流體噴流洗淨的洗淨條件(搖動臂部的搖動速度或二流體噴頭的掃掠方法)，而洗淨銅膜的表面時(比較例4a至4d)，以及以實施例1來洗淨銅膜表面時之計測銅腐蝕(N≧2)缺陷率之結果之圖表。
由第19圖可了解到，如比較例4a至4d之方式，即便取代了二流體噴流洗淨的洗淨條件，而在最後進行二流體噴流洗淨並使其乾燥，係會產生銅腐蝕，然而，如實施例1，在進行二流體噴 流洗淨(完工洗淨)之後，藉由進行滾筒刷洗洗淨(最後完工洗淨)並使其乾燥，係可抑制銅的腐蝕。
第20圖係顯示藉由比較例4及實施例1分別對在表面混在有銅膜及Low-k膜之基板的該表面進行洗淨時，殘留於銅表面之150nm以上的微粒數(缺陷數)及殘留於Low-k表面之120nm以上的微粒數(缺陷數)之計測結果之圖表。於第20圖所示之微粒數，係將以比較例4進行洗淨時之微粒數設為1之任意數(a.u值)來進行顯示。
由第20圖可了解到，依據實施例1，與比較例4進行比較，能確立使在洗淨後殘留於銅膜表面及Low-k膜表面之微粒數(缺陷數)大幅減低之基板洗淨方法。
如上述，依據本例，於新一代的銅配線之研磨後的洗淨處理中，並非一面發揮二流體噴流洗淨的特徵而一面實施研磨後的洗淨處理的最後完工洗淨，而是藉由在就現在的最後洗淨而言屬於主流之筆刷洗洗淨之前實施二流體噴流洗淨，而可抑制所憂心之銅腐蝕。而且，藉由在筆刷洗洗淨之前實施二流體噴流洗淨，係可一邊維持筆刷洗洗淨的洗淨特性，一邊延長筆型洗淨構件的使用壽命。
另外，在本例中，雖以筆刷洗洗淨來進行最後完工洗淨，惟亦可以滾筒刷洗洗淨來進行在二流體噴流洗淨之完工洗淨之後之最後完工洗淨。
以上雖說明了本發明之一實施形態，惟本發明並非由上述實施形態所限定者，在其技術思想的範圍內可藉由各種不同形態來予以實施自不言可喻。
該代表圖無元件符號及其代表之意義。

Claims (4)

  1. 一種基板洗淨方法，其特徵在於：以將中性至鹼性藥液使用於洗淨液之刷洗洗淨進行基板表面之一次洗淨，其中，已在前述基板表面形成銅配線之後以化學機械研磨對前述基板表面進行過研磨，且前述銅配線的其中一表面係在研磨後露出於前述基板表面；藉由將CO2氣體溶解於純水或超純水之碳酸水從二流體噴頭朝向該基板表面噴出，而以非接觸之方式洗淨該基板表面之二流體噴流洗淨來進行該基板表面之完工洗淨；之後接著以將中性至鹼性藥液使用於洗淨液之刷洗洗淨來進行該基板表面的最後完工洗淨並使其乾燥。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之基板洗淨方法，其中，前述一次洗淨係將滾筒洗淨構件擦刷於該基板表面而對該基板表面進行洗淨之滾筒刷洗洗淨，而前述最後完工洗淨係以筆型洗淨構件擦刷該基板表面而洗淨該基板表面之筆刷洗洗淨。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之基板洗淨方法，其中，前述基板表面係疏水性。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之基板洗淨方法，其中，前述基板表面的絕緣膜具有低介電係數。
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