WO2018061860A1 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

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WO2018061860A1
WO2018061860A1 PCT/JP2017/033695 JP2017033695W WO2018061860A1 WO 2018061860 A1 WO2018061860 A1 WO 2018061860A1 JP 2017033695 W JP2017033695 W JP 2017033695W WO 2018061860 A1 WO2018061860 A1 WO 2018061860A1
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WO
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substrate
substrate processing
processing method
removal liquid
organic substance
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PCT/JP2017/033695
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English (en)
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弘明 ▲高▼橋
翔太 岩畑
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株式会社Screenホールディングス
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    • HELECTRICITY
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    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching

Definitions

  • the present invention relates to a technique for removing an organic substance such as a polymer adhering to the surface of a substrate with a removing liquid.
  • a dry etching process such as reactive ion etching is performed.
  • a part of the resist film may be altered to produce an organic substance such as a polymer, and the reaction product may be deposited on the surface of the metal film or the like. Since this organic substance is not removed from the wafer in the resist removal liquid treatment process performed after the etching process, it is necessary to remove the organic substance from the surface of the wafer before the resist removal liquid treatment process. Therefore, after the dry etching process, a removal liquid having an action of removing organic substances is supplied to the surface of the wafer, and the organic substances are removed from the wafer surface by the removal liquid.
  • Patent Documents 1 and 2 It has been proposed to perform pretreatment with a pretreatment agent before performing this removal liquid treatment (for example, Patent Documents 1 and 2).
  • a pretreatment agent for example, Patent Documents 1 and 2.
  • organic substances on the substrate are oxidized.
  • the oxidized organic substance can be easily removed by the removing liquid.
  • the structure such as the metal film may be oxidized, and the structure may be lost or deteriorated.
  • a gas such as ozone gas
  • an object of the present invention is to provide a technique for effectively removing organic substances such as polymers while suppressing deterioration of a structure formed on a substrate.
  • a first aspect is a substrate processing method, wherein a modification process step of modifying the organic substance by irradiating the substrate with the organic substance remaining on the surface with UV, And a removal liquid treatment process for removing the organic substance by supplying a removal liquid to the substrate after the modification treatment process.
  • the second aspect is a substrate processing method, in which a substrate on which organic matter remains on the surface is heated and an oxidizing gas is brought into contact with the surface of the substrate to modify the organic matter. And a removal liquid treatment step of removing the organic matter by supplying a removal liquid to the substrate after the modification treatment step.
  • the third aspect is a substrate processing method according to the second aspect, wherein the oxidizing gas contains ozone gas.
  • the fourth aspect is the substrate processing method according to any one of the first to third aspects, wherein the removing liquid is a processing liquid not containing an organic solvent.
  • the fifth aspect is the substrate processing method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the metal film or the Low-K film is exposed on the surface after the wiring forming process.
  • the sixth aspect is a fifth substrate processing method, wherein the modification processing step is performed in a state where the metal film is not lost.
  • the seventh aspect is the substrate processing method according to the fifth aspect, wherein the modification processing step is performed in a state where no deterioration occurs in the Low-K film.
  • the eighth aspect is the substrate processing method according to the seventh aspect, wherein the modifying step is performed without oxidizing the Low-K film.
  • the ninth aspect is the substrate processing method according to any one of the first to eighth aspects, and the modification processing step is a step of processing the substrate after the plasma etching processing.
  • a tenth aspect is a substrate processing method according to any one of the first to ninth aspects, wherein the modification processing step is performed in a state where the substrate is disposed in the first chamber. And a moving step of moving the substrate to a second chamber different from the first chamber, and the removing liquid processing step is performed with the substrate disposed in the second chamber.
  • the eleventh aspect is a substrate processing apparatus, wherein the substrate on which organic matter remains on the surface is irradiated with UV to modify the organic matter, and the substrate on which the organic matter has been modified And a removal liquid treatment unit for removing the organic matter by supplying the removal liquid to the substrate.
  • the twelfth aspect is a substrate processing apparatus for heating a substrate having organic matter remaining on the surface and modifying the organic matter by bringing an oxidizing gas into contact with the surface of the substrate. And a remover treatment unit that removes the organic matter by supplying the remover to the substrate on which the organic matter has been modified.
  • the thirteenth aspect is the substrate processing apparatus according to the twelfth aspect, wherein the oxidizing gas contains ozone gas.
  • the organic substance on the substrate can be oxidized while suppressing the oxidation of the structure formed on the substrate by ozone gas and radicals generated by UV irradiation.
  • the modification means that the state (a part of the composition) changes in a state where the film remains on the substrate, and the oxidation is one aspect of the modification. Since the organic substance partially modified by oxidation can be easily removed from the substrate using the removal liquid, the amount of the removal liquid used can be reduced, or the time required for the removal liquid treatment can be reduced.
  • the organic matter on the substrate can be oxidized while suppressing the oxidation of the structure formed on the substrate. Since the oxidized organic substance can be easily removed from the substrate using the removal liquid, the amount of the removal liquid used can be reduced or the time required for the removal liquid treatment can be reduced.
  • the organic matter on the substrate can be oxidized while suppressing the oxidation of the structure formed on the substrate.
  • the organic matter can be effectively removed even if the removal solution does not contain an organic solvent by previously oxidizing the organic matter by the pretreatment.
  • the loss of the metal film or the Low-K can be achieved by performing the modification treatment under relatively mild conditions. Deterioration of the film can be suppressed.
  • loss of the metal film can be suppressed.
  • the substrate processing method of the seventh aspect deterioration of the Low-K film can be suppressed.
  • deterioration of the Low-K film due to oxidation can be suppressed by suppressing oxidation of the Low-K film.
  • organic substances remaining on the substrate after the plasma etching process can be effectively removed.
  • dry processing and wet processing can be performed separately.
  • the organic matter on the substrate can be oxidized while suppressing the oxidation of the structure formed on the substrate by ozone gas and radicals generated by UV irradiation. Since the oxidized organic substance can be easily removed from the substrate using the removal liquid, the amount of the removal liquid used can be reduced or the time required for the removal liquid treatment can be reduced.
  • the substrate processing apparatus of the twelfth aspect by bringing an oxidizing gas into contact with the surface of the heated substrate, the organic matter on the substrate can be oxidized while suppressing the oxidation of the structure formed on the substrate. Since the oxidized organic substance can be easily removed from the substrate using the removal liquid, the amount of the removal liquid used can be reduced or the time required for the removal liquid treatment can be reduced.
  • the organic matter on the substrate can be oxidized while suppressing the oxidation of the structure formed on the substrate.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a partially enlarged surface of a substrate 90.
  • FIG. It is a figure which shows the structural formula of CF polymer. It is a figure which shows the change of the contact angle according to the irradiation time of UV. It is the figure which evaluated the change of the coupling
  • FTIR spectroscopy Fourier-transform infrared spectroscopy
  • FIG. 6 is a diagram showing a change in film thickness of a Low-K film 93 due to UV irradiation. It is a figure which shows the measurement result of the film thickness of the copper oxide after UV irradiation. It is a schematic side view which shows the modification
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a substrate processing apparatus 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic side view showing the modification processing unit 10 of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic side view showing the removal liquid processing unit 20 of the first embodiment.
  • the substrate processing apparatus 100 is an apparatus that removes organic substances such as polymers adhering to the surface of the substrate 90.
  • the substrate 90 is formed of a metal film such as aluminum, copper, titanium, or tungsten formed on the surface of a semiconductor wafer, a silicon oxide film, a silicon nitride film, an organic insulating film, a low dielectric constant dielectric material film (hereinafter referred to as “a dielectric film”) Low-K film) or the like obtained by dry etching (for example, plasma etching) using a resist film as a mask, that is, a substrate 90 in a wiring formation process is assumed.
  • the substrate processing apparatus 100 removes organic substances such as a polymer derived from a resist film attached to the surface of the substrate 90 after dry etching.
  • the substrate processing apparatus 100 includes a modification processing unit 10, a removal liquid processing unit 20, and a transfer device 30.
  • the substrate processing apparatus 100 includes a control unit (not shown) that controls operations of the modification processing unit 10, the removal liquid processing unit 20, and the transfer device 30.
  • the modification processing unit 10 includes a first chamber 11 that can form a closed space (see FIG. 1), and the first chamber 11 includes a configuration for performing a modification process. Specifically, the modification processing unit 10 includes a stage 12 and a UV irradiator 14 (see FIG. 2).
  • the stage 12 supports the substrate 90 in a horizontal posture on its upper surface.
  • a plurality of lift pins (not shown) protruding upward from the surface of the stage 12 are used. With the substrate 90 placed on the plurality of lift pins, the lift pins are lowered and buried below the surface of the stage 12, whereby the substrate 90 is placed on the stage 12.
  • the plurality of lift pins push up the substrate 90, so that the substrate 90 is supported by the lift pins.
  • a plurality of suction holes for sucking and holding the substrate 90 may be provided on the upper surface of the stage 12. Further, an elongated suction groove may be formed on the stage 12.
  • the UV irradiator 14 irradiates the surface of the substrate 90 supported by the stage 12 with ultraviolet rays (hereinafter referred to as UV).
  • the UV irradiator 14 is not particularly limited, and may be constituted by, for example, an excimer UV lamp (outputs UV having a wavelength of 172 nm) or a low-pressure mercury lamp (outputs UV having wavelengths of 185 nm and 254 nm).
  • the illuminance is not particularly limited, but it may be 20 to 50 mW / cm 2 as an example, and the entire surface of the substrate 90 may be uniformly irradiated with UV.
  • the UV irradiator 14 irradiates the substrate 90 with UV
  • the ozone gas 18 that is an oxidizing gas is generated on the substrate 90 and radicals are generated. This promotes oxidation of the polymer, modifies the polymer, and increases solubility.
  • the step of irradiating the substrate 90 with UV in the modification processing unit 10 corresponds to the modification processing step.
  • the removal liquid processing unit 20 includes a second chamber 21 that can form a closed space (see FIG. 1), and a configuration for performing the removal liquid processing is provided inside the second chamber 21.
  • the removal liquid processing unit 20 includes a spin chuck 220, a rotation support shaft 222, and a spin motor 224.
  • the spin chuck 220 is a disk-shaped member that sucks the substrate 90 and holds it in a horizontal posture.
  • the spin chuck 220 is supported on a rotation support shaft 222, and the rotation support shaft 222 is connected to the rotation shaft of the spin motor 224.
  • the spin motor 224 By driving the spin motor 224, the substrate 90 is supported by the spin chuck 220 and rotates around the vertical axis in the horizontal plane.
  • the removal liquid processing unit 20 includes a cup 240 that surrounds the substrate 90.
  • the cup 240 is open upward and is formed in a shape that surrounds the side and bottom of the substrate 90.
  • the cup 240 is supported so as to move up and down when the substrate 90 is carried in and out.
  • a discharge pipe 242 is connected to the bottom surface of the cup 240.
  • the processing liquid (removed liquid) dropped from the substrate 90 collides with the inner peripheral wall surface of the cup 240, flows along the wall surface to the bottom surface, and is discharged out of the cup 240 through the discharge pipe 242.
  • the removal liquid processing unit 20 includes a removal liquid supply mechanism 26.
  • the removal liquid supply mechanism 26 is disposed outside the cup 240.
  • the removal liquid supply mechanism 26 includes a discharge nozzle 260, an arm 262, an arm holding portion 264, a rotation support shaft 266, and an arm moving mechanism 268.
  • the discharge nozzle 260 is disposed above the substrate 90 supported by the spin chuck 220, and is disposed downward so that the discharge port at the tip thereof faces the surface of the substrate 90, and discharges the removal liquid onto the surface of the substrate 90. To do. As a result, the removal liquid is supplied to the substrate 90.
  • the discharge nozzle 260 is supported at the tip of the arm 262.
  • the arm 262 is held by the arm holding portion 264 at the base end portion thereof, and is arranged along the horizontal direction.
  • the arm holding portion 264 is fixed to the upper end portion of the rotation support shaft 266 arranged along the vertical direction.
  • the rotation support shaft 266 is rotated by an arm moving mechanism 268 around an axis extending in the vertical direction. Further, the rotation spindle 266 moves up and down along the vertical direction by the arm moving mechanism 268.
  • the discharge nozzle 260 reciprocates in the horizontal plane between the central portion and the peripheral portion of the substrate 90. Further, by driving the arm moving mechanism 268, the discharge nozzle 260 is brought close to the surface of the substrate 90 and separated from the surface.
  • the arm 262 that supports the discharge nozzle 260 is configured to retract to a position outside the cup 240.
  • the removal liquid processing unit 20 includes a removal liquid supply pipe 28.
  • One end of the removal liquid supply pipe 28 is connected to a removal liquid supply apparatus (not shown), and the other end is connected to the discharge nozzle 260.
  • the removal liquid is appropriately supplied to the discharge nozzle 260 through the removal liquid supply pipe 28, whereby the removal liquid is discharged from the discharge port of the discharge nozzle 260 onto the surface of the substrate 90.
  • the removal liquid processing unit 20 includes a pair of back surface cleaning nozzles 29.
  • the back surface cleaning nozzle 29 penetrates the bottom of the cup 240, and the upper discharge port faces the back surface of the substrate 90 supported by the spin chuck 220 in close proximity.
  • the back surface cleaning nozzle 29 discharges cleaning liquid such as pure water or warm pure water from the discharge port to the back surface side of the substrate 90.
  • the process of supplying the removal liquid to the substrate 90 and removing the organic substance such as polymer in the removal liquid processing unit 20 corresponds to the removal liquid treatment process.
  • the transfer device 30 is disposed between the reforming processing unit 10 and the removal liquid processing unit 20, and removes the substrate 90 modified by the reforming processing unit 10. To the unit 20.
  • the transport apparatus 30 includes a hand unit 32, an advance / retreat drive unit 34, and a turntable 36.
  • the hand unit 32 supports the substrate 90 in a horizontal posture.
  • the hand portion 32 is formed, for example, in a fork shape in plan view, and supports the lower surface of one substrate 90 with the fork-shaped portion.
  • the advance / retreat drive unit 34 is provided on the turntable 36 and is a mechanism for moving the hand unit 32 relative to the turntable 36.
  • the advancing / retreating drive unit 34 may be constituted by, for example, a guide rail in which the base end portion of the hand unit 32 is slidably disposed, and a drive unit that slides the base end portion of the hand unit 32 along the guide rail. . By extending the guide rail in the horizontal direction, the hand portion 32 moves back and forth in the horizontal direction.
  • the turntable 36 is a device that rotates the advance / retreat drive unit 34 and the hand unit 32 integrally around the vertical axis. The direction of the tip of the hand portion 32 is appropriately changed by the turntable 36.
  • the substrate 90 is received from the modification processing unit 10 by the advance / retreat drive unit 34 moving the hand unit 32 to the modification processing unit 10 with the tip of the hand unit 32 facing the modification processing unit 10. . Further, the advancing / retreating drive unit 34 moves the hand unit 32 to the removal liquid processing unit 20 with the tip of the hand unit 32 holding the substrate 90 facing the removal liquid processing unit 20, thereby removing the liquid removal processing unit.
  • the substrate 90 is delivered to 20.
  • the hand unit 32 may be rotated and translated using an articulated arm or the like.
  • the transfer apparatus 30 may receive the substrate 90 before the modification process from the outside of the substrate processing apparatus 100 and carry the substrate 90 into the modification processing unit 10.
  • a loading buffer unit for delivering the substrate 90 may be provided.
  • the transfer device 30 may receive the substrate 90 that has been subjected to the removal liquid processing in the removal liquid processing unit 20 and carry it out of the substrate processing apparatus 100.
  • an unloading buffer unit for delivering the substrate 90 may be provided.
  • reforming processing unit 10 and the removal liquid processing unit 20 may be stacked in the vertical direction. Further, the stacked reforming processing unit 10 and the removal liquid processing unit 20 may be arranged in a cluster around the transfer device 30.
  • the transfer device 30 transfers the substrate 90 to the second of the removal liquid processing unit 20. Move to chamber 21. Then, in the second chamber 21, a removal liquid process is performed in which the substrate 90 is a wet process.
  • the configuration provided in the chambers can be protected. For example, by disposing the UV irradiator 14 in the first chamber 11 different from the second chamber 21 that performs the wet treatment, it is possible to prevent the UV irradiator 14 from adhering to the removal liquid and causing a failure. Moreover, since it can suppress that a removal liquid adheres to the UV irradiation device 14, a maintenance becomes easy.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the surface of the substrate 90 partially enlarged.
  • the substrate 90 is after the dry etching process after the wiring forming process, and a metal film 91, an etch stop layer 92, a Low-K film 93, an oxide film 94, and a metal hard mask layer 95 are formed from below. Yes.
  • Vias 902 and trenches 904 are formed on the surface of the substrate 90.
  • the via 902 penetrates the metal hard mask layer 95, the oxide film 94, the Low-K film 93, and the etch stop layer 92, and the metal film 91 is exposed to the surface through the via 902. Further, the Low-K film 93 is exposed on the surface through the trench 904.
  • the polymer 96 remains on the surface of the substrate 90 after the dry etching process.
  • the polymer 96 is, for example, a fluorocarbon-based polymer (hereinafter referred to as “CF polymer”).
  • FIG. 5 is a diagram showing the structural formula of the CF polymer.
  • UV irradiation is performed on the substrate 90 in which the C—F polymer remains in the modification processing unit 10, a reaction occurs in which the C—F polymer is oxidized.
  • the CF—C 3 F 7 covalent bond, the CF—CF 2 covalent bond, and the C—F covalent bond are removed, and the oxygen atom is bonded to the carbon atom. .
  • the oxidized polymer 96 remains on the surface of the substrate 90 subjected to the modification treatment in the modification treatment unit 10.
  • the transport device 30 transports the substrate 90 from the reforming processing unit 10 to the removal liquid processing unit 20. And in the removal liquid process part 20, the polymer 96 is removed by processing the board
  • a liquid containing an organic alkaline liquid such as dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, hydroxylamine, a liquid containing an organic amine such as monoethanolamine, alkanolamine, or the like is used.
  • a liquid containing 1-methyl-2-pyrrolidone, 2- (2-aminoethoxy) ethanol, catechol, aromatic diol or the like, or a mixed liquid of the above-mentioned chemical liquids, or the like is used.
  • the removal liquid used in the removal liquid treatment unit 20 may be a non-organic solvent-based treatment liquid that does not contain an organic solvent.
  • SC1 ammonia-hydrogen peroxide mixture
  • hydrogen peroxide solution H 2 O 2
  • hydrofluoric acid HF
  • liquids containing inorganic acids such as phosphoric acid, ammonium fluoride substances
  • the liquid etc. which contain may be sufficient.
  • the polymer 96 remaining on the substrate 90 is oxidized by performing a modification process by UV irradiation in advance. Therefore, the polymer 96 can be easily removed by the removal liquid. Therefore, in the removal liquid processing unit 20, it is possible to reduce the amount of the removal liquid used or shorten the time for the removal liquid treatment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a change in the contact angle according to the UV irradiation time.
  • the Low-K film 93 is formed on the surface of the silicon layer 98, and the sample 90A in which the polymer 96 (here, CF polymer) is left on the surface is used.
  • FIG. 6 shows the results of measurement of the contact angle in each of the case where the sample 90A is subjected only to UV irradiation and the case where the sample 90A is treated with the removal liquid after UV irradiation.
  • the UV irradiation is performed in an air atmosphere using a low-pressure mercury lamp (outputting UV with wavelengths of 185 nm and 254 nm), and the illuminance is 25 mW / cm 2 .
  • the horizontal axis indicates the UV irradiation time
  • the vertical axis indicates the contact angle.
  • the contact angle becomes smaller as the irradiation time increases.
  • the contact angle when UV is not irradiated is 80 degrees, but the contact angle becomes 20 degrees or less only by UV irradiation for 300 seconds.
  • the Low-K film may be deteriorated by UV irradiation for a long time.
  • the contact angle is greatly reduced. That is, it is considered that the polymer 96 can be removed by performing a removing liquid treatment after UV irradiation for a relatively short time. Further, it is considered that the deterioration of the Low-K film 93 is suppressed by making the UV irradiation relatively short.
  • FIG. 7 is a diagram in which changes in the binding state caused by UV irradiation are evaluated by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR spectroscopy).
  • FTIR spectroscopy Fourier transform infrared spectroscopy
  • the absorbance of the wave number corresponding to the C ⁇ O bond and the C—F bond in the polymer 96 decreases as the UV irradiation time increases.
  • This measurement result shows that the C ⁇ O bond and the C—F bond in the polymer 96 were reduced by the oxidation by UV irradiation, and the C—F bond was remarkably increased by UV irradiation for 120 seconds or more. is decreasing.
  • the absorbance around the wave number “1026” starts to decrease.
  • This wave number corresponds to the Si—O bond of the Low-K film 93. That is, since a decrease in Si—O bonds occurs, there is a possibility that the Low-K film may be deteriorated by long-time UV irradiation.
  • FIG. 8 is a diagram showing a change in the bonding state of the Low-K film 93 due to UV irradiation.
  • the data shown in FIG. 8 is data obtained by using the sample 90B in which only the Low-K film 93 is formed on the silicon layer 98.
  • the UV irradiation is performed in an air atmosphere using a low-pressure mercury lamp (outputting UV with wavelengths of 185 nm and 254 nm), and the illuminance is 25 mW / cm 2 .
  • the decrease in CHx bonds or Si—CH 3 bonds constituting the Low-K film 93 is hardly observed by UV irradiation for 120 seconds or less. From this, it is considered that the degradation of the Low-K film 93 hardly occurs if the UV irradiation is performed for a short time.
  • FIG. 9 is a diagram showing a change in film thickness of the Low-K film 93 due to UV irradiation.
  • the data shown in FIG. 9 is obtained when the sample 90B shown in FIG. 8 is not irradiated with UV (O) and when UV irradiation is performed for 5, 30, 60, and 120 seconds ( ⁇ ).
  • the thickness of the Low-K film was obtained by ellipsometry.
  • the UV irradiation is performed in an air atmosphere using a low-pressure mercury lamp (outputting UV with wavelengths of 185 nm and 254 nm), and the illuminance is 25 mW / cm 2 .
  • the removal liquid treatment is performed after UV irradiation for a relatively short time (120 seconds or less), so that the polymer 96 is effective without causing deterioration of the Low-K film 93. Can be removed.
  • FIG. 10 is a diagram showing the measurement results of the film thickness of copper oxide after UV irradiation.
  • FIG. 10 shows a sample in which a copper film is formed as a metal film after UV irradiation for 10 seconds, 30 seconds or 60 seconds, and then copper oxide (cupric oxide (CuO) and cuprous oxide (Cu 2 O)). ) Is measured by the X-ray reflectivity method (XRR).
  • the UV irradiation is performed in an air atmosphere using a low-pressure mercury lamp (outputting UV with wavelengths of 185 nm and 254 nm), and the illuminance is 25 mW / cm 2 .
  • the film thickness of the copper oxide formed by UV irradiation is less than the reference value of 0.5 nm in the vicinity of the center and the edge of the substrate regardless of the length of the UV irradiation time. Is also getting smaller. That is, it can be said that the oxidation of the copper film (that is, the loss of the copper film) hardly occurs by the UV irradiation for a relatively short time.
  • the copper film is also oxidized together with organic substances such as polymers, and the copper film is likely to be lost.
  • organic substances such as polymers
  • the copper film is likely to be lost.
  • UV irradiation since the copper film hardly oxidizes, the loss of the copper film can be suppressed.
  • FIG. 11 is a schematic side view showing the modification processing unit 10A of the second embodiment.
  • the substrate processing apparatus 100 includes a modification processing unit 10A instead of the modification processing unit 10 that performs UV irradiation.
  • the reforming processing unit 10 ⁇ / b> A includes a base 120 and a hot plate 122.
  • the base 120 is a member on which the hot plate 122 is placed, and supports the hot plate 122 from below.
  • the hot plate 122 supports the substrate 90 in a horizontal posture on the upper surface.
  • the hot plate 122 includes a heat source inside, and is configured to be able to heat the substrate 90 supported on the upper surface to a predetermined temperature (for example, 100 degrees or more).
  • the reforming processing unit 10A includes a nozzle 140, an ozone gas supply pipe 142, and an ozone gas supply unit 144.
  • the discharge port of the nozzle 140 is directed to the substrate 90 held on the hot plate 122.
  • the nozzle 140 is connected to an ozone gas supply unit 144 via an ozone gas supply pipe 142.
  • the ozone gas supply unit 144 supplies ozone gas, which is an oxidizing gas, to the nozzle 140 through the ozone gas supply pipe 142.
  • the ozone gas 18 is jetted from the discharge port of the nozzle 140 toward the surface of the substrate 90.
  • the modification processing unit 10A brings the ozone gas 18 into contact with the surface of the substrate 90.
  • an organic substance such as a polymer attached to the surface is oxidized.
  • the nozzle 140 is configured to be rotatable by the nozzle moving mechanism 16.
  • the nozzle moving mechanism 16 includes an arm 162, an arm holding portion 164, a rotation support shaft 166, and an arm rotation mechanism 168.
  • the nozzle 140 is supported at the tip of the arm 162.
  • the arm 162 is held by the arm holding portion 164 at the base end portion thereof, and is arranged along the horizontal direction.
  • the arm holding portion 164 is an upper end of the rotation support shaft 166 arranged along the vertical direction. It is fixed to the part.
  • the rotation support shaft 166 is rotated by an arm rotation mechanism 168 around an axis extending in the vertical direction.
  • the nozzle 140 By driving the arm rotation mechanism 168, the nozzle 140 reciprocates between a position near the center of the substrate 90 and a position outside the substrate 90 (a position deviating from above the substrate 90).
  • the movement of the nozzle 140 is executed, for example, when the substrate 90 is loaded onto the hot plate 122 and when it is unloaded from the hot plate 122.
  • the substrate 90 may be placed on and removed from the hot plate 122 via a plurality of lift pins (not shown). Further, suction holes or suction grooves may be formed on the upper surface of the hot plate 122.
  • the ozone gas 18 is supplied from the nozzle 140 to the substrate 90 while the hot plate 122 heats the substrate 90 in a state where the substrate 90 is supported on the surface of the hot plate 122.
  • the polymer 96 remaining on the substrate 90 can be efficiently oxidized. Therefore, the polymer 96 can be effectively removed by the removal liquid treatment in the removal liquid treatment unit 20.
  • the gas discharged from the nozzle 140 is not limited to the ozone gas 18. That is, the gas discharged from the nozzle 140 may be an oxidizing gas that oxidizes the polymer 96.
  • the oxidizing gas in addition to the ozone gas 18, oxygen gas, carbon dioxide gas, or a mixed gas thereof may be used.
  • ozone gas 18 may be generated from the discharged oxygen gas by performing plasma discharge while discharging oxygen gas from the nozzle 140.
  • the substrate 90 is heated by the hot plate 122, but this is not essential.
  • the substrate 90 may be heated using radiant heat from a heat source such as an infrared heater.
  • the substrate 90 may be heated by increasing the temperature of the gas supplied from the nozzle 140 to the substrate 90 such as the ozone gas 18.
  • the modification processing unit 10A of the second embodiment performs the modification process with the substrate 90 placed at a fixed position.
  • the modification process is performed while the substrate 90 is transported in a predetermined direction.
  • the substrate 90 may be transported by a transport mechanism such as roller transport.
  • a plurality of infrared heaters may be provided along the moving direction of the substrate 90, and the moving substrate 90 may be heated by radiant heat from the plurality of infrared heaters.
  • the substrate 90 may be moved in an atmosphere containing an oxidizing gas such as the ozone gas 18.
  • the substrate to be processed by the substrate processing apparatus 100 is a glass substrate for a photomask, a glass substrate for a liquid crystal display device, a glass substrate for a plasma display, a glass substrate for a magnetic / optical disk or a ceramic substrate, or a glass substrate for an organic EL.
  • various substrates to be processed for electronic devices such as a flexible substrate and a printed circuit board may be used.

Abstract

基板上に形成された構造物の劣化を抑制しつつ、ポリマー等の有機物を効果的に除去する技術を提供する。改質処理部10において、表面にポリマー等の有機物が残存する基板90を加熱するとともに、その基板90の表面に対してオゾンガスを含む酸化性ガスを接触させつつUVを照射することによって、ポリマー等の有機物を改質する。その後、除去液処理部20において、改質処理された基板90に除去液を供給することによって、ポリマー等の有機物を除去する。

Description

基板処理方法及び基板処理装置
 この発明は、基板の表面に付着しているポリマー等の有機物を除去液によって除去する技術に関する。
 例えば、半導体デバイスの製造プロセスにおいて、半導体ウエハの表面に微細な回路パターンを形成する場合には、反応性イオンエッチング等のドライエッチング工程が行われる。このドライエッチング工程における金属膜のエッチングが終了する時点においては、レジスト膜の一部が変質してポリマー等の有機物が生じ、その反応生成物が金属膜の表面等に堆積する場合がある。この有機物はエッチング工程に続いて行われるレジスト除去液処理工程ではウエハ上から除去されないため、レジスト除去液処理工程の前にこの有機物をウエハの表面から除去しておく必要がある。そこで、ドライエッチング工程の後に、有機物を除去する作用を有する除去液をウエハの表面へ供給し、その除去液により有機物をウエハ表面から除去する処理が行われている。
 この除去液処理を行う前に、前処理剤によって、前処理を行うことが提案されている(例えば、特許文献1,2)。前処理剤として、オゾン水、水素水、オゾンガス、ドライアイスの小片を用いることによって、基板上の有機物が酸化される。酸化された有機物は、除去液によって容易に除去可能となる。
特開2002-134401号公報 特開2004-96055号公報
 しかしながら、前処理剤としてオゾン水等の液体を用いた場合、金属膜等の構造物も酸化されることによって、構造物が損失又は劣化するおそれがあった。一方で、オゾンガスなどの気体単体で処理をした場合、酸化力が弱いために、処理時間の短縮が困難であるという問題があった。
 そこで、本発明は、基板上に形成された構造物の劣化を抑制しつつ、ポリマー等の有機物を効果的に除去する技術を提供することを目的とする。
 上記の課題を解決するため、第1態様は、基板処理方法であって、表面に有機物が残存する基板に対してUVを照射することによって、前記有機物を改質する改質処理工程と、前記改質処理工程の後、前記基板に除去液を供給することによって、前記有機物を除去する除去液処理工程とを含む。
 また、第2態様は、基板処理方法であって、表面に有機物が残存する基板を加熱するとともに、前記基板の表面に酸化性ガスを接触させることによって、前記有機物を改質する改質処理工程と、改質処理工程の後、前記基板に除去液を供給することによって、前記有機物を除去する除去液処理工程とを含む。
 また、第3態様は、第2態様に係る基板処理方法であって、前記酸化性ガスがオゾンガスを含む。
 また、第4態様は、第1から第3態様のいずれか1つの基板処理方法であって、前記除去液が、有機溶媒非含有の処理液である。
 また、第5態様は、第1から第4態様のいずれか1つの基板処理方法であって、前記改質処理工程は、配線形成工程後において、表面に金属膜又はLow-K膜が露出した状態の前記基板を処理する工程である。
 また、第6態様は、第5の基板処理方法であって、前記改質処理工程が、前記金属膜が損失しない状態で行われる。
 また、第7態様は、第5態様に係る基板処理方法であって、前記改質処理工程が、前記Low-K膜に劣化が発生しない状態で行われる。
 また、第8態様は、第7態様に係る基板処理方法であって、前記改質処理工程が、前記Low-K膜を酸化しない状態で行われる。
 また、第9態様は、第1から第8態様のいずれか1つの基板処理方法であって、前記改質処理工程は、プラズマエッチング処理後の前記基板を処理する工程である。
 また、第10態様は、第1から第9態様のいずれか1つ態様に係る基板処理方法であって、第1チャンバー内に前記基板を配した状態で前記改質処理工程が行われた後、前記基板を前記第1チャンバーとは異なる第2チャンバーへ移動させる移動工程、をさらに含み、前記除去液処理工程が、前記第2チャンバー内に前記基板を配した状態で行われる。
 また、第11態様は、基板処理装置であって、表面に有機物が残存する基板にUVを照射することによって、前記有機物を改質する改質処理部と、前記有機物が改質された前記基板に除去液を供給することによって、前記有機物を除去する除去液処理部とを備える。
 また、第12態様は、基板処理装置であって、表面に有機物が残存する基板を加熱するとともに、前記基板の表面に酸化性ガスを接触させることによって、前記有機物を改質する改質処理部と、前記有機物が改質された前記基板に除去液を供給することによって、前記有機物を除去する除去液処理部とを備える。
 また、第13態様は、第12態様の基板処理装置であって、前記酸化性ガスがオゾンガスを含む。
 第1態様の基板処理方法によると、UV照射によって発生するオゾンガス及びラジカルによって、基板に形成された構造物の酸化を抑制しつつ、基板上の有機物を酸化できる。ここで、改質とは、基板に膜が残存した状態で、その状態(組成の一部)が変化することをいい、酸化は、改質の一態様である。一部が酸化することによって改質された有機物は、除去液を用いて基板から容易に除去できるため、除去液の使用量の低減、又は、除去液処理の時間短縮を図ることができる。
 第2態様の基板処理方法によると、加熱された基板の表面に酸化性ガスを接触させることによって、基板に形成された構造物の酸化を抑制しつつ、基板上の有機物を酸化できる。酸化された有機物は、除去液を用いて基板から容易に除去できるため、除去液の使用量の低減、又は、除去液処理の時間短縮を図ることができる。
 第3態様の基板処理方法によると、オゾンガスを基板に接触させることによって、基板に形成された構造物の酸化を抑制しつつ、基板上の有機物を酸化できる。
 第4態様の基板処理方法によると、前処理によって有機物をあらかじめ酸化することによって、有機溶媒非含有の除去液であっても、有機物を有効に除去できる。
 第5態様の基板処理方法によると、金属膜又はLow-K膜が形成された基板であっても、比較的緩やかな条件下で改質処理を行うことによって、金属膜の損失又はLow-K膜の劣化を抑制できる。
 第6態様の基板処理方法によると、金属膜が損失することを抑制できる。
 第7態様の基板処理方法によると、Low-K膜が劣化することを抑制できる。
 第8態様の基板処理方法によると、Low-K膜の酸化を抑制することによって、Low-K膜が酸化によって劣化することを抑制できる。
 第9態様の基板処理方法によると、プラズマエッチング処理後に基板上に残存した有機物を有効に除去できる。
 第10態様の基板処理方法によると、ドライ処理とウエット処理を分けて行うことができる。
 第11態様の基板処理装置によると、UV照射によって発生するオゾンガス及びラジカルによって、基板に形成された構造物の酸化を抑制しつつ、基板上の有機物を酸化できる。酸化された有機物は、除去液を用いて基板から容易に除去できるため、除去液の使用量の低減、又は、除去液処理の時間短縮を図ることができる。
 第12態様の基板処理装置によると、加熱された基板の表面に酸化性ガスを接触させることによって、基板に形成された構造物の酸化を抑制しつつ、基板上の有機物を酸化できる。酸化された有機物は、除去液を用いて基板から容易に除去できるため、除去液の使用量の低減、又は、除去液処理の時間短縮を図ることができる。
 第13態様の基板処理装置によると、オゾンガスを基板に接触させることによって、基板に形成された構造物の酸化を抑制しつつ、基板上の有機物を酸化できる。
第1実施形態の基板処理装置100の概略構成図である。 第1実施形態の改質処理部10を示す概略側面図である。 第1実施形態の除去液処理部20を示す概略側面図である。 基板90の表面を部分的に拡大して示す概略断面図である。 C-Fポリマーの構造式を示す図である。 UVの照射時間に応じた接触角の変化を示す図である。 UV照射によって起きる結合状態の変化をフーリエ変換赤外分光法(FTIR分光法)で評価した図である。 UV照射によるLow-K膜93の結合状態の変化を示す図である。 UV照射によるLow-K膜93の膜厚の変化を示す図である。 UV照射後における酸化銅の膜厚の測定結果を示す図である。 第2実施形態の改質処理部10Aを示す概略側面図である。
 以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張又は簡略化して図示されている場合がある。
 <1. 第1実施形態>
 図1は、第1実施形態の基板処理装置100の概略構成図である。図2は、第1実施形態の改質処理部10を示す概略側面図である。図3は、第1実施形態の除去液処理部20を示す概略側面図である。
 基板処理装置100は、基板90の表面に付着しているポリマー等の有機物を除去する装置である。具体的には、基板90は、半導体ウエハの表面に形成されたアルミニウム、銅、チタン、タングステン等の金属膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、有機絶縁膜、低誘電率誘電材料膜(以下、Low-K膜)等を、レジスト膜をマスクとしてドライエッチング(例えば、プラズマエッチング)したもの、すなわち、配線形成工程における基板90が想定される。基板処理装置100は、ドライエッチング後に基板90の表面に付着した、レジスト膜由来のポリマー等の有機物を除去する。
 基板処理装置100は、改質処理部10、除去液処理部20及び搬送装置30を備えている。また、基板処理装置100は、改質処理部10、除去液処理部20及び搬送装置30の動作を制御する制御部(不図示)を備えている。
 <改質処理部10>
 改質処理部10は、閉空間を形成可能な第1チャンバー11を備えており(図1参照)、その第1チャンバー11内に、改質処理を行うための構成を備えている。具体的には、改質処理部10は、ステージ12及びUV照射器14を備えている(図2参照)。
 ステージ12は、その上面において基板90を水平姿勢に支持する。ステージ12に対して基板90を載置する際には、ステージ12の表面より上側に突出する複数のリフトピン(不図示)が使用される。複数のリフトピン上に基板90が載置された状態で、リフトピンが下降し、ステージ12の表面より下側に埋没することによって、基板90がステージ12に載置される。ステージ12から基板90を搬出する際には、複数のリフトピンが基板90を突き上げることによって、基板90がリフトピンに支持される。
 ステージ12の上面に、基板90を吸着保持するための複数の吸着孔が設けられていてもよい。また、ステージ12上に細長状の吸着溝が形成されていてもよい。
 UV照射器14は、ステージ12に支持された基板90の表面に、紫外線(以下、UV)を照射する。UV照射器14は、特に限定されるものではないが、例えば、エキシマUVランプ(波長172nmのUVを出力)又は低圧水銀ランプ(波長185nm及び254nmのUVを出力)によって構成するとよい。また、照度についても、特に限定されないが、一例として20~50mW/cmとし、基板90の表面全体に均一にUVを照射できるとよい。
 UV照射器14が基板90に対してUV照射を行うと、基板90上において酸化性ガスであるオゾンガス18が発生するとともに、ラジカルが発生する。これによって、ポリマーの酸化が促進され、ポリマーが改質され、可溶性が高められる。改質処理部10において基板90にUVを照射する工程は、改質処理工程に相当する。
 <除去液処理部20>
 除去液処理部20は、閉空間を形成可能な第2チャンバー21を備えており(図1参照)、その第2チャンバー21の内部に除去液処理を行うための構成が備えられている。
 例えば、除去液処理部20は、スピンチャック220、回転支軸222及びスピンモータ224を備えている。スピンチャック220は、基板90を吸着して水平姿勢に保持する円板状の部材である。スピンチャック220は回転支軸222に支持されており、その回転支軸222はスピンモータ224の回転軸に連結されている。スピンモータ224を駆動させることによって、基板90がスピンチャック220に支持されて水平面内で鉛直軸周りに回転する。
 除去液処理部20は、基板90を囲繞するカップ240を備えている。カップ240は、上方向に開口しており、基板90の側方及び下方を囲む形状に形成されている。カップ240は、基板90の搬出入の際に昇降するように支持されている。カップ240の底面には、排出管242が接続されている。基板90から落下した処理液(除去液)は、カップ240の内周壁面に衝突し、その壁面を伝って底面に流下し、排出管242を介してカップ240外に排出される。
 除去液処理部20は、除去液供給機構26を備えている。除去液供給機構26は、カップ240の外側に配設されている。除去液供給機構26は、吐出ノズル260、アーム262、アーム保持部264、回転支軸266及びアーム移動機構268を備えている。
 吐出ノズル260は、スピンチャック220に支持された基板90の上方に配設され、その先端の吐出口が基板90の表面に対向するように下向きに配置され、基板90の表面へ除去液を吐出する。これによって、基板90に除去液が供給される。
 吐出ノズル260はアーム262の先端に支持されている。アーム262は、その基端部においてアーム保持部264に保持されており、水平方向に沿うように配されている。アーム保持部264は、鉛直方向に沿って配された回転支軸266の上端部に固定されている。回転支軸266は、鉛直方向に延びる軸周りに、アーム移動機構268よって回動する。また、回転支軸266は、アーム移動機構268によって鉛直方向に沿って上下に移動する。
 アーム移動機構268を駆動することによって、吐出ノズル260は、基板90の中心部と周縁部との間で水平面内において往復移動する。また、アーム移動機構268を駆動することによって、吐出ノズル260を基板90の表面に接近させるとともに、その表面から離間させる。吐出ノズル260を支持するアーム262は、カップ240の外側の位置まで退避するように構成されている。
 除去液処理部20は、除去液供給用配管28を備えている。除去液供給用配管28は、一端が図示しない除去液供給装置に接続されており、他端が吐出ノズル260に接続されている。除去液供給装置からは、適宜、除去液供給用配管28を通して吐出ノズル260へ除去液が供給され、これによって、吐出ノズル260の吐出口から基板90の表面に除去液が吐出される。
 除去液処理部20は、一対の裏面洗浄ノズル29を備えている。裏面洗浄ノズル29は、カップ240の底部を貫通し、その上端の吐出口が、スピンチャック220に支持された基板90の裏面に近接して対向する。裏面洗浄ノズル29は、その吐出口から純水又は温純水等の洗浄液を基板90の裏面側へ吐出する。
 除去液処理部20において基板90に除去液を供給してポリマー等の有機物を除去する工程は、除去液処理工程に相当する。
 <搬送装置30>
 図1に示すように、搬送装置30は、改質処理部10と除去液処理部20との間に配されており、改質処理部10にて改質処理された基板90を除去液処理部20へ搬送する。
 搬送装置30は、ハンド部32と進退駆動部34と回転台36とを備えている。ハンド部32は、基板90を水平姿勢にて支持する。ハンド部32は、例えば平面視においてフォーク状に形成されており、そのフォーク状部分で1枚の基板90の下面を支持する。
 進退駆動部34は、回転台36上に設けられており、ハンド部32を回転台36に対して移動させる機構である。進退駆動部34は、例えば、ハンド部32の基端部が摺動可能に配置されたガイドレール、及び、ハンド部32の基端部をそのガイドレールに沿ってスライドさせる駆動部によって構成するとよい。ガイドレールを水平方向に延びていることによって、ハンド部32が水平方向に進退する。
 回転台36は、進退駆動部34及びハンド部32を、鉛直軸周りに一体に回転させる装置である。回転台36によって、ハンド部32の先端の向きが適宜変更される。ハンド部32の先端を改質処理部10に向けた状態で、進退駆動部34がハンド部32を改質処理部10に移動させることによって、改質処理部10から基板90の受け取りが行われる。また、基板90を保持しているハンド部32の先端を除去液処理部20に向けた状態で、進退駆動部34がハンド部32を除去液処理部20に移動させることによって、除去液処理部20への基板90の引き渡しが行われる。
 なお、進退駆動部34及び回転台36を設ける代わりに、多関節アーム等を利用して、ハンド部32を回転及び平行移動させてもよい。
 搬送装置30は、改質処理前の基板90を基板処理装置100の外部から受け取り、その基板90を改質処理部10へ搬入してもよい。この場合、その基板90の受け渡しを行うための搬入用バッファー部を設けてもよい。また、除去液処理部20での除去液処理が完了した基板90を搬送装置30が受け取り、基板処理装置100の外部に搬出するようにしてもよい。この場合にも、その基板90の受け渡しを行うための搬出用バッファー部を設けてもよい。
 また、改質処理部10及び除去液処理部20を、縦方向に積層配置してもよい。また、積層された改質処理部10,除去液処理部20を、搬送装置30の周囲にクラスター状に配置してもよい。
 基板処理装置100においては、改質処理部10の内にてドライ処理である改質処理が基板90に対して行われた後、その基板90を搬送装置30が除去液処理部20の第2チャンバー21に移動させる。そして、第2チャンバー21内にて、基板90がウエット処理である除去液処理が行われる。このように、ドライ処理及びウエット処理を異なるチャンバーで行うことによって、チャンバー内に備え付けられた構成を保護することができる。例えば、UV照射器14を、ウエット処理を行う第2チャンバー21とは異なる第1チャンバー11に配置することによって、UV照射器14に除去液が付着して故障することを抑制できる。また、UV照射器14に除去液が付着することを抑制できるため、メンテナンスが容易となる。
 <ポリマー残渣について>
 図4は、基板90の表面を部分的に拡大して示す概略断面図である。
 基板90は、配線形成工程後におけるドライエッチング工程後のものであって、下側から金属膜91、エッチ停止層92、Low-K膜93、酸化膜94及び金属ハードマスク層95が形成されている。基板90の表面には、ビア902及びトレンチ904が形成されている。ビア902は、金属ハードマスク層95、酸化膜94、Low-K膜93及びエッチ停止層92を貫通しており、ビア902を通じて金属膜91が表面に露出している。また、トレンチ904を通じて、Low-K膜93が表面に露出している。
 ドライエッチング工程後の基板90の表面には、ポリマー96が残存している。このポリマー96は、例えば、フルオロカーボン系ポリマー(以下、「CFポリマー」と称する。)等である。
 図5は、C-Fポリマーの構造式を示す図である。C-Fポリマーが残存した基板90に対して、改質処理部10においてUV照射が行われると、C-Fポリマーが酸化される反応が起こる。具体的には、図5に示すように、CF-Cの共有結合、CF-CFの共有結合、及び、C-Fの共有結合がそれぞれ外れ、炭素原子に酸素原子が結合する。
 このように、改質処理部10において改質処理された基板90の表面には、酸化したポリマー96が残存している。この基板90を、搬送装置30が改質処理部10から除去液処理部20に搬送する。そして、除去液処理部20において、基板90を除去液で処理することによって、ポリマー96が除去される。
 除去液処理部20において使用される除去液としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルフォキシド、ヒドロキシルアミン等の有機アルカリ液を含む液体、モノエタノールアミン、アルカノールアミン等の有機アミンを含む液体等が使用され、その他、1-メチル-2-ピロリドン、2-(2-アミノエトキシ)エタノール、カテコール、アロマティックジオール等を含む液体、又は、上記薬液の混合液等が使用される。
 なお、除去液処理部20において使用される除去液は、有機溶媒非含有である非有機溶剤系の処理液であってもよい。例えば、SC1(ammonia-hydrogen peroxide mixture:アンモニア過酸化水素水)、過酸化水素水(H)、フッ酸(HF)、リン酸等の無機酸を含む液体、フッ化アンモニウム系物質を含む液体等であってもよい。
 基板処理装置100においては、予めUV照射による改質処理を行うことによって、基板90に残存するポリマー96を酸化する。このため、ポリマー96が除去液によって容易に除去可能な状態とすることができる。したがって、除去液処理部20において、除去液の使用量の低減、又は、除去液処理の時間短縮を図ることができる。
 <UV照射がLow-K膜に与える影響について>
 ここで、UV照射がLow-K膜に与える影響について検討する。図6は、UVの照射時間に応じた接触角の変化を示す図である。ここでは、シリコン層98の表面にLow-K膜93が形成されており、その表面にポリマー96(ここでは、CFポリマー)を残存させた試料90Aを使用している。図6は、その試料90AにUV照射のみを行った場合と、UV照射後に除去液で処理した場合とのそれぞれで、接触角を測定した結果を示している。なお、UV照射は、低圧水銀ランプ(波長185nm及び254nmのUVを出力)を使用して空気雰囲気中で行われており、照度を25mW/cmとしている。
 図6において、横軸はUV照射の時間を示しており、縦軸は接触角を示している。図6に示すように、試料90Aに対してUV照射のみが行われた場合であっても、照射時間の増大に応じて接触角が小さくなっている。例えば、UV未照射のときの接触角が80度であるのに対して、300秒のUV照射のみによって、接触角が20度以下となる。この結果は、すなわち、長時間のUV照射によって、Low-K膜の劣化が起こる可能性が考えられる。
 一方、UV照射と除去液処理とを組み合わせた場合、UV照射時間が比較的短時間の場合でも(たとえば、120秒以下)、接触角の大幅な減少が起きている。すなわち、比較的短時間のUV照射の後、除去液処理を行うことによって、ポリマー96を除去することが可能であると考えられる。また、UV照射を比較的短時間とすることによって、Low-K膜93の劣化が抑制されると考えられる。
 図7は、UV照射によって起きる結合状態の変化をフーリエ変換赤外分光法(FTIR分光法)で評価した図である。UV照射は、低圧水銀ランプ(波長185nm及び254nmのUVを出力)を使用して空気雰囲気中で行われており、照度を25mW/cmとしている。
 図7に示すように、UV照射時間の増大に応じて、ポリマー96におけるC=O結合、及び、C-F結合に対応する波数の吸光度が減少する。この測定結果は、すなわち、UV照射によって、ポリマー96におけるC=O結合及びC-F結合が、酸化により減少したことを示しており、120秒以上のUV照射によって、C-F結合が顕著に減少している。
 なお、UV照射時間が300秒以上の場合、波数が「1026」の付近の吸光度が減少し始めている。この波数は、Low-K膜93のSi-O結合に対応する。すなわち、Si-O結合の減少が起こることから、長時間のUV照射によって、Low-K膜の劣化が起きる可能性が考えられる。
 図8は、UV照射によるLow-K膜93の結合状態の変化を示す図である。図8に示すデータは、シリコン層98上にLow-K膜93のみを形成した試料90Bを使用して得られたデータである。UV照射は、低圧水銀ランプ(波長185nm及び254nmのUVを出力)を使用して空気雰囲気中で行われており、照度を25mW/cmとしている。
 図8に示すように、120秒以下のUV照射によっては、Low-K膜93を構成するCHx結合又はSi-CH結合の減少は、殆ど観察されない。このことから、短時間のUV照射であれば、Low-K膜93の劣化は、殆ど起きないと考えられる。
 図9は、UV照射によるLow-K膜93の膜厚の変化を示す図である。図9に示すデータは、図8に示す試料90Bについて、UV照射を行わなかった場合(○)と、5秒、30秒、60秒及び120秒のUV照射を行った場合(□)とにおいて、Low-K膜の膜厚をエリプソメトリーで測定して得たものである。UV照射は、低圧水銀ランプ(波長185nm及び254nmのUVを出力)を使用して空気雰囲気中で行われており、照度を25mW/cmとしている。
 図9に示すように、UV照射時間を5秒~120秒間行ったとしても、Low-K膜の膜厚に有意な変化が起きていない。また、UV照射を行った場合の膜厚と、UV照射を行わなかった場合の膜厚には有意な差が見られない。これらのことから、UV照射が比較的短時間(120秒以下)である場合には、Low-K膜にほぼ損失が起きないと考えられる。
 以上の結果に基づくと、比較的短時間(120秒以下)のUV照射を行った後に、除去液処理を行うことによって、Low-K膜93の劣化を起こさずに、かつ、ポリマー96を効果的に除去できると考えられる。
 <UV照射が金属膜に与える影響について>
 次に、UV照射が金属膜91に与える影響について検討する。ここでは、金属膜91が銅膜である場合について検討する。
 図10は、UV照射後における酸化銅の膜厚の測定結果を示す図である。図10は、金属膜として銅膜が形成された試料にUV照射を10秒、30秒又は60秒照射した後、酸化銅(酸化第二銅(CuO)及び酸化第一銅(CuO))の膜厚をX線反射率法(XRR)で測定したものである。UV照射は、低圧水銀ランプ(波長185nm及び254nmのUVを出力)を使用して空気雰囲気中で行われており、照度を25mW/cmとしている。
 図10に示すように、UV照射によって形成される酸化銅の膜厚は、UV照射時間の長短に関わらず、基板の中央付近及び縁部付近のいずれにおいても、基準値である0.5nmよりも小さくなっている。すなわち、比較的短時間のUV照射によっては、銅膜の酸化(すなわち、銅膜の損失)は殆ど起きないといえる。
 なお、改質処理として、従来のように、オゾン水を使用した場合、ポリマー等の有機物とともに銅膜も酸化されてしまい、銅膜が損失しやすい。これに対して、UV照射の場合、銅膜が殆ど酸化させずに済むため、銅膜の損失を抑制できる。
 <2. 第2実施形態>
 次に、第2実施形態について説明する。なお、以降の説明において、既に説明した要素と同様の機能を有する要素については、同じ符号又はアルファベット文字を追加した符号を付して、詳細な説明を省略する場合がある。
 図11は、第2実施形態の改質処理部10Aを示す概略側面図である。第2実施形態の基板処理装置100は、UV照射を行う改質処理部10の代わりに、改質処理部10Aを備えている。改質処理部10Aは、基台120と、ホットプレート122とを備えている。基台120は、ホットプレート122が載置される部材であり、ホットプレート122を下方から支持している。ホットプレート122は、上面において基板90を水平姿勢に支持する。
 ホットプレート122は、内部に熱源を備えており、上面にて支持している基板90を所定の温度(例えば100度以上)にまで加熱可能に構成されている。
 改質処理部10Aは、ノズル140、オゾンガス供給用配管142、オゾンガス供給部144を備えている。ノズル140の吐出口は、ホットプレート122に保持された基板90に向けられている。ノズル140は、オゾンガス供給用配管142を介して、オゾンガス供給部144に接続されている。オゾンガス供給部144は、オゾンガス供給用配管142を通じてノズル140へ酸化性ガスであるオゾンガスを供給する。これによって、ノズル140の吐出口から基板90の表面に向けてオゾンガス18が噴射される。このようにして、改質処理部10Aは、基板90の表面にオゾンガス18を接触させる。基板90の表面にオゾンガス18が接触することによって、表面に付着したポリマー等の有機物が酸化される。
 ノズル140は、ノズル移動機構16によって、回動可能に構成されている。具体的に、ノズル移動機構16は、アーム162と、アーム保持部164と、回転支軸166と、アーム回動機構168とを備えている。
 ノズル140は、アーム162の先端に支持されている。アーム162は、その基端部においてアーム保持部164に保持されており、水平方向に沿うように配されている、アーム保持部164は、鉛直方向に沿って配された回転支軸166の上端部に固定されている。回転支軸166は、鉛直方向に延びる軸周りに、アーム回動機構168によって回動する。
 アーム回動機構168を駆動することによって、ノズル140は、基板90の中心付近の位置と基板90の外側の位置(基板90の上方から外れる位置)との間で往復移動する。このノズル140の移動は、例えば基板90をホットプレート122上に搬入する際、及び、ホットプレート122上から搬出する際に実行される。
 ホットプレート122に対する基板90の載置及び搬出は、複数のリフトピン(不図示)を介して行うとよい。また、ホットプレート122の上面に、吸着孔又は吸着溝等が形成されていてもよい。
 改質処理部10Aにおいては、ホットプレート122の表面に基板90が支持された状態で、ホットプレート122が基板90を加熱しつつ、ノズル140からオゾンガス18が基板90に供給される。基板90を加熱しながら、オゾンガス18に接触させることによって、基板90上に残存するポリマー96を効率的に酸化できる。したがって、除去液処理部20における除去液処理によって、ポリマー96を効果的に除去できる。
 <3. 変形例>
 以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
 例えば、第2実施形態の改質処理部10Aにおいて、ノズル140から吐出されるガスは、オゾンガス18に限定されるものではない。すなわち、ノズル140から吐出されるガスは、ポリマー96を酸化させる酸化性ガスであればよい。酸化性ガスとしては、オゾンガス18の他、酸素ガス、炭酸ガス、又は、これらの混合ガス等が挙げられる。
 また、ノズル140から酸素ガスを吐出しつつプラズマ放電を行うことによって、その吐出された酸素ガスからオゾンガス18を生成してもよい。
 第2実施形態においては、ホットプレート122によって基板90を加熱しているが、これは必須ではない。例えば、赤外線ヒータ等の熱源からの放射熱を利用して基板90を加熱してもよい。また、オゾンガス18等、ノズル140から基板90に供給されるガスの温度を上昇させることによって、基板90を加熱してもよい。
 また、第2実施形態の改質処理部10Aは、基板90を固定位置に配した状態で改質処理を行っているが、基板90を所定方向に搬送しながら改質処理を行うようにしてもよい。この場合、基板90をコロ搬送等の搬送機構によって搬送させるとよい。また、基板90の移動方向に沿って複数の赤外線ヒータを配設し、これら複数の赤外線ヒータからの放射熱によって移動中の基板90を加熱するとよい。また、基板90を、オゾンガス18等の酸化性ガスを含む雰囲気中を移動させるとよい。
 上記実施形態では、基板処理装置100の処理対象が半導体ウエハである場合を説明した。しかしながら、基板処理装置100の処理対象となる基板は、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示装置用のガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、磁気・光ディスク用のガラス基板又はセラミック基板、有機EL用ガラス基板、その他フレキシブル基板及びプリント基板等の電子機器向けの各種被処理基板であってもよい。
 この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。
100 基板処理装置
10,10A 改質処理部
11 第1チャンバー
122 ホットプレート
14 UV照射器
140 ノズル
142 オゾンガス供給用配管
144 オゾンガス供給部
18 オゾンガス
20 除去液処理部
21 第2チャンバー
26 除去液供給機構
260 吐出ノズル
30 搬送装置
90 基板
91 金属膜
92 エッチ停止層
93 Low-K膜
94 酸化膜
96 ポリマー(有機物)

Claims (13)

  1.  基板処理方法であって、
     表面に有機物が残存する基板に対してUVを照射することによって、前記有機物を改質する改質処理工程と、
     前記改質処理工程の後、前記基板に除去液を供給することによって、前記有機物を除去する除去液処理工程と、
    を含む、基板処理方法。
  2.  基板処理方法であって、
     表面に有機物が残存する基板を加熱するとともに、前記基板の表面に酸化性ガスを接触させることによって、前記有機物を改質する改質処理工程と、
     改質処理工程の後、前記基板に除去液を供給することによって、前記有機物を除去する除去液処理工程と、
    を含む、基板処理方法。
  3.  請求項2に記載の基板処理方法であって、
     前記酸化性ガスがオゾンガスを含む、基板処理方法。
  4.  請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の基板処理方法であって、
     前記除去液が、有機溶媒非含有の処理液である、基板処理方法。
  5.  請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の基板処理方法であって、
     前記改質処理工程は、配線形成工程後において、表面に金属膜又はLow-K膜が露出した状態の前記基板を処理する工程である、基板処理方法。
  6.  請求項5に記載の基板処理方法であって、
     前記改質処理工程が、前記金属膜が損失しない状態で行われる、基板処理方法。
  7.  請求項5に記載の基板処理方法であって、
     前記改質処理工程が、前記Low-K膜に劣化が発生しない状態で行われる、基板処理方法。
  8.  請求項7に記載の基板処理方法であって、
     前記改質処理工程が、前記Low-K膜を酸化しない状態で行われる、基板処理方法。
  9.  請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の基板処理方法であって、
     前記改質処理工程は、プラズマエッチング処理後の前記基板を処理する工程である、基板処理方法。
  10.  請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の基板処理方法であって、
     第1チャンバー内に前記基板を配した状態で前記改質処理工程が行われた後、前記基板を前記第1チャンバーとは異なる第2チャンバーへ移動させる移動工程、
    をさらに含み、
     前記除去液処理工程が、前記第2チャンバー内に前記基板を配した状態で行われる、基板処理方法。
  11.  基板処理装置であって、
     表面に有機物が残存する基板にUVを照射することによって、前記有機物を改質する改質処理部と、
     前記有機物が改質された前記基板に除去液を供給することによって、前記有機物を除去する除去液処理部と、
    を備える、基板処理装置。
  12.  基板処理装置であって、
     表面に有機物が残存する基板を加熱するとともに、前記基板の表面に酸化性ガスを接触させることによって、前記有機物を改質する改質処理部と、
     前記有機物が改質された前記基板に除去液を供給することによって、前記有機物を除去する除去液処理部と、
    を備える、基板処理装置。
  13.  請求項12に記載の基板処理装置であって、
     前記酸化性ガスがオゾンガスを含む、基板処理装置。
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