JP2017017099A - Cleaning device, cleaning method, cleaning fluid production device, and cleaning fluid production method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板を洗浄する洗浄装置および洗浄方法、ならびに、基板を洗浄するための洗浄液を製造する洗浄液製造装置および洗浄液製造方法に関する。 The present invention relates to a cleaning apparatus and a cleaning method for cleaning a substrate, and a cleaning liquid manufacturing apparatus and a cleaning liquid manufacturing method for manufacturing a cleaning liquid for cleaning a substrate.
近年の半導体装置は、高性能化および小型化のために集積度が高くなってきており、配線サイズはナノメートルサイズに達するまで微細化されている。この配線パターンを形成するために、予め、アルミナやシリカなどの微粒子を含む研磨スラリを用いて半導体ウエハの表面を研磨するＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）工程がある。 In recent years, the degree of integration of semiconductor devices has been increased for high performance and miniaturization, and the wiring size has been reduced to a nanometer size. In order to form this wiring pattern, there is a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process in which the surface of the semiconductor wafer is polished in advance using a polishing slurry containing fine particles such as alumina and silica.
このＣＭＰ工程の後、使用された研磨スラリや、研磨により発生したウエハからの研磨カスなどの不純物がウエハ上に残留する。これらの不純物がウエハ上に残留したままでは、配線間の短絡などの不良を引き起こし製造歩留り低下の原因となるため、不純物を除去する必要がある。配線の微細化に伴って、除去されるべき不純物のサイズもより小さくなる。これらの不純物を洗い流すために、種々の洗浄液が用いられている。 After this CMP step, impurities such as used polishing slurry and polishing residue from the wafer generated by polishing remain on the wafer. If these impurities remain on the wafer, defects such as a short circuit between the wirings are caused and the manufacturing yield is lowered. Therefore, it is necessary to remove the impurities. As the wiring becomes finer, the size of impurities to be removed also becomes smaller. In order to wash away these impurities, various cleaning solutions are used.
一方で、不純物を除去できたとしても、洗浄液によって、平坦化されたウエハ表面に露出された銅などの金属配線が腐食することは避けなければならない。すなわち、洗浄液には、洗浄性能のみならず、配線に対する防食性能も要求される。 On the other hand, even if impurities can be removed, it is necessary to avoid corrosion of metal wiring such as copper exposed on the planarized wafer surface by the cleaning liquid. That is, the cleaning liquid is required to have not only cleaning performance but also anticorrosion performance for wiring.
洗浄液として、例えばシュウ酸などの有機酸に界面活性剤を添加したもの（特許文献１）、トリアルカノールアミンすなわちＴＥＡ水溶液（特許文献２）が使用されている。しかしながら、これらの洗浄液は洗浄性能と防食性能について一長一短であり、洗浄と防食の両方の要件を満たしているとは言い難い。 As the cleaning liquid, for example, an organic acid such as oxalic acid added with a surfactant (Patent Document 1), a trialkanolamine, that is, an aqueous TEA solution (Patent Document 2) is used. However, these cleaning solutions have advantages and disadvantages in terms of cleaning performance and anticorrosion performance, and it is difficult to say that they satisfy both the cleaning and anticorrosion requirements.
そこで、銅イオンを含有する水溶液でウエハの洗浄を行うことも提案されている（特許文献３）。 Therefore, it has also been proposed to clean the wafer with an aqueous solution containing copper ions (Patent Document 3).
特許文献３には、どのようにして銅イオンを含有する水溶液を生成するのかの開示はない。一般的には、銅イオンを含む塩を溶解した溶液を純水に添加することが考えられる。 Patent Document 3 does not disclose how to produce an aqueous solution containing copper ions. In general, it is conceivable to add a solution in which a salt containing copper ions is dissolved to pure water.
しかしながら、塩を添加する場合、対応する陰イオン成分が不純物となり、陰イオン成分がウエハに悪影響を及ぼすことが考えられる。 However, when a salt is added, the corresponding anion component becomes an impurity, and the anion component may adversely affect the wafer.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、金属配線などの金属層が形成された基板を、金属層の腐食を抑えて好適に洗浄できる洗浄装置および洗浄方法、ならびに、そのような基板を洗浄するための洗浄液を製造する洗浄液製造装置および洗浄液製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a cleaning apparatus capable of suitably cleaning a substrate on which a metal layer such as a metal wiring is formed while suppressing corrosion of the metal layer. A cleaning method, and a cleaning liquid manufacturing apparatus and a cleaning liquid manufacturing method for manufacturing a cleaning liquid for cleaning such a substrate are provided.
本発明の一態様によれば、金属層が形成された基板を洗浄する洗浄装置であって、前記金属層に用いられる金属および／またはその酸化物に由来する金属イオンを洗浄液に供給する金属イオン供給部と、前記金属イオンが供給された洗浄液を用いて前記基板を洗浄する洗浄ユニットと、を備える洗浄装置が提供される。
なお、ここでの「層」とは配線やバリア層などを含むものとする。
According to one aspect of the present invention, there is provided a cleaning apparatus for cleaning a substrate on which a metal layer is formed, wherein the metal ions used for the metal layer and / or metal ions derived from oxides thereof are supplied to the cleaning liquid. A cleaning apparatus is provided that includes a supply unit and a cleaning unit that cleans the substrate using a cleaning liquid supplied with the metal ions.
Here, the “layer” includes a wiring, a barrier layer, and the like.
この構成によれば、金属層に用いられる金属および／またはその酸化物に由来する金属イオンを洗浄液に供給するため、金属層の腐食を抑えつつ金属層が形成された基板を好適に洗浄できる。 According to this configuration, since the metal used for the metal layer and / or metal ions derived from the oxide thereof are supplied to the cleaning liquid, the substrate on which the metal layer is formed can be suitably cleaned while suppressing corrosion of the metal layer.
望ましくは、前記洗浄液は、水酸化物イオン以外の陰イオンを含まない。
この構成によれば、水酸化物イオン以外の陰イオンからの悪影響を受けることなく、基板を洗浄できる。
Preferably, the cleaning liquid does not contain anions other than hydroxide ions.
According to this configuration, the substrate can be cleaned without being adversely affected by anions other than hydroxide ions.
望ましくは、洗浄装置は、前記洗浄液の温度を上昇させる温度調整部を備える。
この構成によれば、洗浄液の温度を上昇させることで金属イオンの飽和濃度が上がり、金属イオンの濃度を高くすることができる。
Preferably, the cleaning apparatus includes a temperature adjusting unit that increases the temperature of the cleaning liquid.
According to this configuration, the saturation concentration of metal ions is increased by increasing the temperature of the cleaning liquid, and the concentration of metal ions can be increased.
前記金属イオン供給部は、飽和濃度以上の前記金属イオンを前記洗浄液に供給するのが望ましい。
この構成によれば、金属イオン濃度が高いため、金属層の防食性能が向上する。
It is desirable that the metal ion supply unit supplies the metal ions having a saturation concentration or higher to the cleaning liquid.
According to this configuration, since the metal ion concentration is high, the anticorrosion performance of the metal layer is improved.
前記金属イオン供給部は、前記洗浄液が通る前記金属製の配管であってもよい。
この構成によれば、洗浄液が配管を通る際に、配管から洗浄液に金属イオンを供給できる。
The metal ion supply unit may be the metal pipe through which the cleaning liquid passes.
According to this configuration, metal ions can be supplied from the pipe to the cleaning liquid when the cleaning liquid passes through the pipe.
より望ましくは、前記配管は、曲管、並走する複数の管または複数の板で区切られた流路である。
この構成によれば、配管の表面積を大きくでき、効率よく金属イオンが供給される。
More preferably, the pipe is a curved pipe, a plurality of parallel pipes, or a flow path partitioned by a plurality of plates.
According to this structure, the surface area of piping can be enlarged and a metal ion is supplied efficiently.
前記金属イオン供給部は、前記洗浄液が通るカラムであり、前記カラムの中には前記金属および／またはその酸化物が充填されていてもよい。
この構成によれば、洗浄液がカラムを通る際に、カラムから洗浄液に金属イオンを供給できる。
The metal ion supply unit is a column through which the cleaning liquid passes, and the column may be filled with the metal and / or oxide thereof.
According to this configuration, when the cleaning liquid passes through the column, metal ions can be supplied from the column to the cleaning liquid.
望ましくは、洗浄装置は、前記金属イオン供給部に前記洗浄液を複数回通す循環システムを備える。
この構成によれば、金属イオン供給部に洗浄液を複数回通すことで、金属イオンの濃度を高くすることができる。
Preferably, the cleaning apparatus includes a circulation system that passes the cleaning liquid through the metal ion supply unit a plurality of times.
According to this structure, the density | concentration of a metal ion can be made high by letting a washing | cleaning liquid pass through a metal ion supply part in multiple times.
前記循環システムは、バルブを介して前記金属イオン供給部と接続されたタンクを有してもよい。
この構成によれば、バルブの開閉によって、洗浄液の循環と洗浄ユニットへの供給とを適切に切り換えることができる。
The circulation system may include a tank connected to the metal ion supply unit via a valve.
According to this configuration, the circulation of the cleaning liquid and the supply to the cleaning unit can be appropriately switched by opening and closing the valve.
より望ましくは、前記循環システムは、前記タンクに窒素やアルゴンといった不活性ガスを供給する不活性ガス供給部を有する。
この構成によれば、洗浄液タンクへの酸素の混入を減らすことができ、防食性能がさらに向上する。
More preferably, the circulation system includes an inert gas supply unit that supplies an inert gas such as nitrogen or argon to the tank.
According to this configuration, the mixing of oxygen into the cleaning liquid tank can be reduced, and the anticorrosion performance is further improved.
望ましくは、洗浄装置は、前記金属イオンが供給された洗浄液における前記金属イオンの濃度を測定する金属イオン濃度測定部を備える。
この構成によれば、洗浄液における金属イオン濃度を把握できる。
Preferably, the cleaning apparatus includes a metal ion concentration measurement unit that measures the concentration of the metal ions in the cleaning liquid supplied with the metal ions.
According to this configuration, the metal ion concentration in the cleaning liquid can be grasped.
望ましくは、前記金属イオン供給部が前記金属イオンを供給しやすくなるようリフレッシュするリフレッシュ部を備える。
この構成によれば、金属イオン供給部が安定的に金属イオンを供給できる。
Preferably, the metal ion supply unit includes a refresh unit for refreshing so that the metal ions can be easily supplied.
According to this configuration, the metal ion supply unit can stably supply metal ions.
前記金属は銅であってもよい。また、洗浄装置は、それぞれ異なる金属イオンを供給する複数の金属イオン供給部を備えていてもよい。 The metal may be copper. Moreover, the cleaning apparatus may include a plurality of metal ion supply units that supply different metal ions.
また、本発明の一態様によれば、金属層が形成された基板を洗浄する洗浄方法であって、前記金属層に用いられる金属および／またはその酸化物に由来する金属イオンを洗浄液に供給する工程と、前記金属イオンが供給された洗浄液を用いて前記基板を洗浄する工程と、を備える洗浄方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a cleaning method for cleaning a substrate on which a metal layer is formed, wherein metal ions used in the metal layer and / or metal ions derived from oxides thereof are supplied to a cleaning liquid. There is provided a cleaning method comprising: a step; and a step of cleaning the substrate using a cleaning liquid supplied with the metal ions.
また、本発明の一態様によれば、金属層が形成された基板を洗浄する洗浄ユニットで用いられる洗浄液に、前記金属層に用いられる金属および／またはその酸化物に由来する金属イオンを供給する金属イオン供給部を備える洗浄液製造装置が提供される。 In addition, according to one embodiment of the present invention, metal ions derived from the metal used for the metal layer and / or its oxide are supplied to the cleaning liquid used in the cleaning unit for cleaning the substrate on which the metal layer is formed. A cleaning liquid manufacturing apparatus including a metal ion supply unit is provided.
また、本発明の一態様によれば、金属層が形成された基板を洗浄する洗浄ユニットで用いられる洗浄液に、前記金属層に用いられる金属および／またはその酸化物に由来する金属イオンを供給する工程を備える洗浄液製造方法が提供される。 In addition, according to one embodiment of the present invention, metal ions derived from the metal used for the metal layer and / or its oxide are supplied to the cleaning liquid used in the cleaning unit for cleaning the substrate on which the metal layer is formed. A method for producing a cleaning liquid comprising the steps is provided.
本発明によれば、金属層が形成された基板を洗浄にするにあたり、金属層が腐食することを効果的に抑えることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when cleaning the board | substrate with which the metal layer was formed, it can suppress effectively that a metal layer corrodes.
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。 Embodiments according to the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
本実施形態では、銅イオンを含む洗浄液で銅配線が形成されたウエハを洗浄する。これにより、銅の腐食が抑えられることを初めに説明する。
銅の腐食は、下記（１）の酸化および下記（２）の溶解の２段階で進行する。
Copper corrosion proceeds in two stages: oxidation (1) below and dissolution (2) below.
よって、洗浄液から銅イオンが多く供給されれば、上記（２）の平衡状態が左辺側に偏り、したがって上記（１）の平衡状態も左辺側に偏ることで、銅の腐食が抑えられる。このことを確かめるために、本願発明者らは次の実験を行った。 Therefore, if a large amount of copper ions is supplied from the cleaning liquid, the equilibrium state of (2) is biased toward the left side, and accordingly, the equilibrium state of (1) is also biased toward the left side, thereby suppressing copper corrosion. In order to confirm this, the present inventors conducted the following experiment.
まず、銅微粒子（０．５０−１．５μｍ）を２Ｌのデュラン瓶に２０ｍｇ添加した。そして、酸素濃度が８ｍｇ／Ｌであり、溶存二酸化炭素濃度が０．０１ｍｇ／Ｌ未満である純水を、気泡が入らないよう、このデュラン瓶に充填、密閉して銅イオンを溶出させた。室温で浸漬し１時間、３時間および２４時間後の溶液を取り出して銅微粒子をろ別した後、溶出した銅イオンの濃度をプラズマ質量分析装置ＩＣＰ−ＭＳ（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry）で測定した。その結果、銅イオン濃度は７３ｐｐｂ，１４４ｐｐｂ，９０ｐｐｂと推移した。これは、銅イオン濃度が過飽和状態を経て９０ｐｐｂ程度で飽和状態となって安定したものと考えられる。 First, 20 mg of copper fine particles (0.50-1.5 μm) were added to a 2 L Duran bottle. Then, pure water having an oxygen concentration of 8 mg / L and a dissolved carbon dioxide concentration of less than 0.01 mg / L was filled and sealed in this Duran bottle so that bubbles would not enter, and copper ions were eluted. After immersion at room temperature, the solution after 1 hour, 3 hours and 24 hours was taken out and the copper fine particles were filtered off, and then the concentration of the eluted copper ions was measured with a plasma mass spectrometer ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry). . As a result, the copper ion concentration changed to 73 ppb, 144 ppb, and 90 ppb. This is considered to be that the copper ion concentration becomes saturated at about 90 ppb through the supersaturated state and becomes stable.
作製した銅イオン飽和溶液は、銅の溶解により酸素が消費されて、酸素濃度が４ｍｇ／Ｌに低下していたため、酸素をバブリングし８ｍｇ／Ｌに再調整した。
そして、銅薄膜を用意し、その一部には作製した銅イオン飽和溶液を、他の一部には銅イオンを含まない純水を、線速度５０ｃｍ／ｓｅｃで２時間通液した。
The produced copper ion saturated solution consumed oxygen due to dissolution of copper, and the oxygen concentration was lowered to 4 mg / L. Therefore, oxygen was bubbled and readjusted to 8 mg / L.
Then, a copper thin film was prepared, and the produced copper ion saturated solution was passed through a part thereof, and pure water not containing copper ions was passed through the other part at a linear velocity of 50 cm / sec for 2 hours.
図１は、銅薄膜の腐食状態を示すＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像である。通液前の状態、純水を通液した部分、および、銅イオン飽和溶液を通液した部分を並べている。なお、ＳＥＭ像中央の穴は、銅膜厚を計測するためにＦＩＢ（Focused Ion Beam）加工で切削した穴である。図１において、上下に配置された写真は、基板表面のそれぞれ異なる測定箇所の写真であり、「端辺」とはＳｉＯ2層と銅層の境界近くを示し、「２５０μｍ」、「５００μｍ」とは端辺からの距離である。 FIG. 1 is an SEM (Scanning Electron Microscope) image showing a corrosion state of a copper thin film. The state before liquid passage, the part through which pure water was passed, and the part through which the copper ion saturated solution was passed are arranged. The hole at the center of the SEM image is a hole cut by FIB (Focused Ion Beam) processing in order to measure the copper film thickness. In FIG. 1, the photographs arranged at the top and bottom are photographs of different measurement locations on the substrate surface, and “edge” indicates the vicinity of the boundary between the SiO 2 layer and the copper layer, Is the distance from the edge.
同図に示す通り、純水を通液した部分の表面には腐食による表面荒れが発生したが、銅イオン飽和溶液を通液した部分の表面は、通液前とほとんど変わらない。すなわち、銅イオンを含む洗浄液は、防食性能が優れることが確認された。 As shown in the figure, surface roughness due to corrosion occurred on the surface of the portion through which pure water was passed, but the surface of the portion through which the copper ion saturated solution was passed was almost the same as before the passage. That is, it was confirmed that the cleaning liquid containing copper ions has excellent anticorrosion performance.
続いて、銅イオンを含む洗浄液でウエハを洗浄する洗浄装置について説明する。
図２は、一実施形態に係る洗浄装置１００の概略構成を示す図である。洗浄装置１００は半導体基板などのウエハＷを洗浄するものであり、洗浄液供給源１と、金属イオン供給部２と、洗浄ユニット３とを備えている。
Subsequently, a cleaning apparatus for cleaning a wafer with a cleaning liquid containing copper ions will be described.
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the cleaning apparatus 100 according to the embodiment. The cleaning apparatus 100 is for cleaning a wafer W such as a semiconductor substrate, and includes a cleaning liquid supply source 1, a metal ion supply unit 2, and a cleaning unit 3.
洗浄液供給源１には（銅イオンを未含有の）洗浄液が蓄えられており、ここから金属イオン供給部２を通って洗浄ユニット３に洗浄液が供給される。なお、以下では洗浄液供給源１にある洗浄液が純水（ＤＩＷ）であるとして説明を行うが、薬液であってもよい。 A cleaning liquid (not containing copper ions) is stored in the cleaning liquid supply source 1, and the cleaning liquid is supplied from here through the metal ion supply unit 2 to the cleaning unit 3. In the following description, it is assumed that the cleaning liquid in the cleaning liquid supply source 1 is pure water (DIW), but it may be a chemical liquid.
金属イオン供給部２は、洗浄液供給源１と洗浄ユニット３との間に設けられ、洗浄液供給源１からの洗浄液に金属イオンを供給する。具体的には、洗浄対象のウエハＷに銅配線が形成されていることを考慮して、金属イオン供給部２は銅イオンを供給する。金属イオン供給部２は、できるだけ洗浄液における銅イオン濃度を高くするのが望ましく、飽和濃度またはそれ以上（過飽和状態）とするのがより望ましい。 The metal ion supply unit 2 is provided between the cleaning liquid supply source 1 and the cleaning unit 3 and supplies metal ions to the cleaning liquid from the cleaning liquid supply source 1. Specifically, the metal ion supply unit 2 supplies copper ions in consideration that the copper wiring is formed on the wafer W to be cleaned. The metal ion supply unit 2 desirably has a copper ion concentration in the cleaning liquid as high as possible, and more preferably a saturated concentration or higher (supersaturated state).
なお、飽和濃度は、予め実験などによって把握しておけばよく、例えば銅材料を洗浄液に一定時間以上浸漬し、溶出した銅イオン濃度をＩＣＰ−ＭＳで測定することによって得られる。 The saturation concentration may be determined in advance by experiments or the like. For example, the saturation concentration is obtained by immersing a copper material in a cleaning solution for a predetermined time or more and measuring the eluted copper ion concentration by ICP-MS.
ここで、本実施形態の特徴の１つとして、金属イオン供給部２は、銅イオンを含む塩ではなく、銅、酸化銅またはこれらの混合物に由来する銅イオンを供給する。そのため、洗浄液が純水である場合、陰イオンとしては水酸化物イオンしか含まない。金属イオン供給部２の具体的な構成例は後述する。 Here, as one of the features of this embodiment, the metal ion supply unit 2 supplies copper ions derived from copper, copper oxide, or a mixture thereof, not a salt containing copper ions. Therefore, when the cleaning liquid is pure water, the anions contain only hydroxide ions. A specific configuration example of the metal ion supply unit 2 will be described later.
洗浄ユニット３には、銅イオンを含む洗浄液がノズル３１から供給され、同洗浄液を用いて、ウエハＷを洗浄する。洗浄ユニット３は洗浄液を用いてウエハＷを洗浄するものであれば特に他の制限はなく、例えばロールスポンジで洗浄するものでもよいし、ペンスポンジで洗浄するものでもよい。 A cleaning liquid containing copper ions is supplied from the nozzle 31 to the cleaning unit 3, and the wafer W is cleaned using the cleaning liquid. The cleaning unit 3 is not particularly limited as long as it cleans the wafer W using a cleaning liquid. For example, the cleaning unit 3 may be cleaned with a roll sponge or may be cleaned with a pen sponge.
洗浄装置１００は温度調整部４を備えていてもよい。温度調整部４は、洗浄液の温度を上昇させることで、銅イオンの飽和濃度を高くし、洗浄ユニット３で用いられる洗浄液の銅イオン濃度を高くする。温度調整部４は、例えばリボンヒーター、オイルヒータ、加温水であり、金属イオン供給部２を覆うように設けられる。あるいは、温度調整部４を洗浄液供給源１に設けて洗浄液供給源１内にある洗浄液の温度を上昇させてもよいし、洗浄液供給源１から金属イオン供給部２までの配管に設けてこの配管を通る洗浄液の温度を上昇させてもよい。 The cleaning device 100 may include the temperature adjustment unit 4. The temperature adjusting unit 4 increases the saturation concentration of the copper ions by increasing the temperature of the cleaning liquid, and increases the copper ion concentration of the cleaning liquid used in the cleaning unit 3. The temperature adjustment unit 4 is, for example, a ribbon heater, an oil heater, or warm water, and is provided so as to cover the metal ion supply unit 2. Alternatively, the temperature adjusting unit 4 may be provided in the cleaning liquid supply source 1 to increase the temperature of the cleaning liquid in the cleaning liquid supply source 1, or provided in a pipe from the cleaning liquid supply source 1 to the metal ion supply unit 2. You may raise the temperature of the washing | cleaning liquid which passes through.
洗浄装置１００は洗浄液における銅イオン濃度を測定する金属イオン濃度測定部５を備えていてもよい。金属イオン濃度測定部５は、例えば電導度測定器であり、銅イオン濃度が高いほど洗浄水の電導度が高くなることを利用して銅イオン濃度を測定できる。 The cleaning apparatus 100 may include a metal ion concentration measurement unit 5 that measures the copper ion concentration in the cleaning liquid. The metal ion concentration measuring unit 5 is, for example, a conductivity measuring device, and can measure the copper ion concentration by utilizing the fact that the conductivity of the washing water increases as the copper ion concentration increases.
図３は、金属イオン供給部２の具体的な構成の第１例を示す図である。本例においては、金属イオン供給部２は表面の少なくとも一部が銅製の配管である。この配管を通る洗浄液に対して、配管の表面から銅イオンが供給される。配管は直管でもよいが、表面積を大きくすることで効率よく銅イオンを供給できる。具体的には、図３（ａ）に示すように、配管を１または複数のカーブを有する曲管としてもよい。あるいは、図３（ｂ）に示すように、並走する複数の管としてもよい。また、図３（ｃ）に示すように、複数の板２ａで区切られた流路であってもよい。 FIG. 3 is a diagram illustrating a first example of a specific configuration of the metal ion supply unit 2. In this example, at least a part of the surface of the metal ion supply unit 2 is a pipe made of copper. Copper ions are supplied from the surface of the pipe to the cleaning liquid passing through the pipe. The pipe may be a straight pipe, but copper ions can be supplied efficiently by increasing the surface area. Specifically, as shown in FIG. 3A, the pipe may be a curved pipe having one or a plurality of curves. Alternatively, as shown in FIG. 3B, a plurality of tubes that run in parallel may be used. Moreover, as shown in FIG.3 (c), the flow path divided by the some board 2a may be sufficient.
図４は、金属イオン供給部２の具体的な構成の第２例を示す図である。本例においては、金属イオン供給部２は、洗浄液が通る配管に設けられた、銅、酸化銅またはこれらの混合物が充填材として充填されたカラムである。充填材の形状は、線状でもよいし、粒状でもよいし、球状でもよい。このカラムを洗浄液が通ることで、銅イオンが供給される。 FIG. 4 is a diagram illustrating a second example of a specific configuration of the metal ion supply unit 2. In this example, the metal ion supply unit 2 is a column provided as a filler in copper, copper oxide, or a mixture thereof provided in a pipe through which the cleaning liquid passes. The shape of the filler may be linear, granular, or spherical. Copper ions are supplied by passing the cleaning liquid through the column.
図５は、金属イオン供給部２の具体的な構成の第３例を示す図である。本例において、洗浄装置１００は、金属イオン供給部２に洗浄液を複数回通す循環システム１０を備える。循環システム１０は、タンク１１と、バルブ１２〜１５と、ポンプ１６と、窒素供給部１７とを有する。なお、本例における金属イオン供給部２は、例えば図３や図４に示すものである。 FIG. 5 is a diagram illustrating a third example of a specific configuration of the metal ion supply unit 2. In this example, the cleaning apparatus 100 includes a circulation system 10 that passes the cleaning liquid through the metal ion supply unit 2 a plurality of times. The circulation system 10 includes a tank 11, valves 12 to 15, a pump 16, and a nitrogen supply unit 17. In addition, the metal ion supply part 2 in this example is what is shown, for example in FIG.3 and FIG.4.
タンク１１は金属イオン供給部２より高い位置に設けられており、バルブ１２，１３を介して、金属イオン供給部２に接続される。洗浄液供給源１と金属イオン供給部２との間に、バルブ１４およびポンプ１６が設けられる。金属イオン供給部２と洗浄ユニット３との間に、バルブ１５が設けられる。 The tank 11 is provided at a position higher than the metal ion supply unit 2 and is connected to the metal ion supply unit 2 through valves 12 and 13. A valve 14 and a pump 16 are provided between the cleaning liquid supply source 1 and the metal ion supply unit 2. A valve 15 is provided between the metal ion supply unit 2 and the cleaning unit 3.
不活性ガス供給部１７はタンク１１に不活性ガスを供給し、これによりタンク１１内の酸素の混入を防ぐ。不活性ガスは、例えば窒素やアルゴンである。上記（１）の平衡状態から分かるように、洗浄液に酸素が含まれていると、銅配線が腐食する方向に反応が進む。そのため、洗浄液における溶存酸素量をできるだけ減らすべく、タンク１１を不活性ガスでパージして酸素が混入するのを減らすのが望ましい。 The inert gas supply unit 17 supplies an inert gas to the tank 11, thereby preventing oxygen from entering the tank 11. The inert gas is, for example, nitrogen or argon. As can be seen from the equilibrium state of (1) above, when the cleaning liquid contains oxygen, the reaction proceeds in a direction in which the copper wiring corrodes. Therefore, in order to reduce the amount of dissolved oxygen in the cleaning liquid as much as possible, it is desirable to purge the tank 11 with an inert gas to reduce the mixing of oxygen.
循環システム１０は次のように動作する。まず、バルブ１３，１４のみを開いた状態で洗浄液供給源１から洗浄液を供給し、ポンプ１６の駆動によってタンク１１に洗浄液を必要量蓄える。そして、バルブ１４を閉じ、バルブ１２，１３のみが開いた状態とする。タンク１１内の洗浄液は重力によってバルブ１２を通って落下するが、ポンプ１６の駆動によって洗浄液は金属イオン供給部２およびバルブ１３を通って再びタンク１１内に戻る。これを何度か繰り返すことにより、洗浄液には十分な量の銅イオンが供給される。 The circulation system 10 operates as follows. First, the cleaning liquid is supplied from the cleaning liquid supply source 1 with only the valves 13 and 14 opened, and the required amount of cleaning liquid is stored in the tank 11 by driving the pump 16. Then, the valve 14 is closed, and only the valves 12 and 13 are opened. Although the cleaning liquid in the tank 11 falls through the valve 12 due to gravity, the cleaning liquid returns to the tank 11 again through the metal ion supply unit 2 and the valve 13 by driving the pump 16. By repeating this several times, a sufficient amount of copper ions is supplied to the cleaning liquid.
図２における金属イオン濃度測定部５（図５には不図示）を、循環している洗浄液の銅イオン濃度を測定できるように設け、洗浄液の銅イオン濃度が所定濃度になるまで、望ましくは飽和濃度以上になるまで洗浄液を循環させる。金属イオン濃度測定部５はタンク１１内に設けてもよいし、あるいはタンク１１と金属イオン供給部２をつなぐ配管の一部に設けてもよい。 A metal ion concentration measurement unit 5 (not shown in FIG. 5) in FIG. 2 is provided so that the copper ion concentration of the circulating cleaning liquid can be measured, and is desirably saturated until the copper ion concentration of the cleaning liquid reaches a predetermined concentration. Circulate the cleaning solution until the concentration is exceeded. The metal ion concentration measurement unit 5 may be provided in the tank 11 or may be provided in a part of a pipe connecting the tank 11 and the metal ion supply unit 2.
銅イオン濃度が十分高くなると、バルブ１３を閉じてバルブ１５を開く。これにより、タンク１１に蓄えられた銅イオンを含む洗浄液は、バルブ１２，１５を通って洗浄ユニット３に供給される。 When the copper ion concentration becomes sufficiently high, the valve 13 is closed and the valve 15 is opened. Thereby, the cleaning liquid containing copper ions stored in the tank 11 is supplied to the cleaning unit 3 through the valves 12 and 15.
このように、本実施形態では、銅、酸化銅またはこれらの混合物から銅イオンを洗浄液に供給する。そのため、銅イオンを含む塩から銅イオンを供給するのと比べ、洗浄液に余分な陰イオンが含まれず、そのような陰イオンの悪影響を受けることなく、銅配線が形成されたウエハＷを洗浄できる。 Thus, in this embodiment, copper ions are supplied to the cleaning liquid from copper, copper oxide, or a mixture thereof. Therefore, compared to supplying copper ions from a salt containing copper ions, the cleaning liquid does not contain excess anions, and the wafer W on which the copper wiring is formed can be cleaned without being adversely affected by such anions. .
また、別の観点からの効果も期待できる。純水は静電気を帯びやすいため、二酸化炭素を溶かして導電性を持たせることで帯電しにくくした洗浄液でウエハＷを洗浄することも多い。しかしながら、上記（２）から分かるように水素イオンが存在すると銅配線が腐食する方向に反応が進む。これに対し、本実施形態では、洗浄水が銅イオンを含んでおり、これによって導電性があるため、さらに二酸化炭素を溶かす必要はなく、この点からも銅の腐食を抑制できる。 Moreover, the effect from another viewpoint can also be expected. Since pure water is easily charged with static electricity, the wafer W is often cleaned with a cleaning liquid that is made difficult to be charged by dissolving carbon dioxide to make it conductive. However, as can be seen from (2) above, when hydrogen ions are present, the reaction proceeds in a direction in which the copper wiring corrodes. On the other hand, in this embodiment, since the washing water contains copper ions and has conductivity, there is no need to further dissolve carbon dioxide, and corrosion of copper can be suppressed also from this point.
なお、本実施形態では、ウエハＷに形成される金属配線として銅配線を主に想定していたが、金属はアルミニウムやタングステンであってもよい。ウエハＷにアルミニウム（タングステン）配線が形成される場合には、アルミニウム（タングステン）、酸化アルミニウム（酸化タングステン）またはこれらの混合物から、アルミニウムイオン（タングステンイオン）を供給すればよい。 In the present embodiment, copper wiring is mainly assumed as the metal wiring formed on the wafer W, but the metal may be aluminum or tungsten. When aluminum (tungsten) wiring is formed on the wafer W, aluminum ions (tungsten ions) may be supplied from aluminum (tungsten), aluminum oxide (tungsten oxide), or a mixture thereof.
また、図２の全体が洗浄装置であってもよいし、既存の洗浄ユニット３に対して、金属イオン供給部２などを洗浄液製造装置として外付けにしてもよい。 Further, the entirety of FIG. 2 may be a cleaning device, or the metal ion supply unit 2 and the like may be externally attached as a cleaning liquid manufacturing device to the existing cleaning unit 3.
また、洗浄対象としての基板上に、２種類以上の金属が露出している場合には、それぞれの金属イオンが洗浄液の中に含まれるように、それぞれ異なる金属を供給する複数の金属イオン供給部２を設けても良い。例えば、銅配線およびバリア層としてコバルト層が基板に形成されている場合、銅および／または酸化銅に由来する銅イオンを供給する銅イオン供給部と、コバルトおよび／または酸化コバルトに由来するコバルトイオン供給部とを洗浄装置が備えていてもよい。 In addition, when two or more kinds of metals are exposed on the substrate to be cleaned, a plurality of metal ion supply units that supply different metals so that each metal ion is included in the cleaning liquid. 2 may be provided. For example, when a cobalt layer is formed on the substrate as a copper wiring and a barrier layer, a copper ion supply unit that supplies copper ions derived from copper and / or copper oxide, and cobalt ions derived from cobalt and / or cobalt oxide The cleaning device may include the supply unit.
さらに、時間の経過とともに金属イオン供給部２が供給できる銅イオンが減る場合、金属イオン供給部２が銅イオンを供給しやすくなるようリフレッシュ部（不図示）を設け、定期的に金属イオン供給部２をリフレッシュしてもよい。例えば、金属イオン供給部２が主に銅から銅イオンを供給し、酸化銅より銅の方が効率よく銅イオンを供給できる場合、リフレッシュ部から硫酸などの酸を通して酸化銅を還元することで、金属イオン供給部２をリフレッシュできる。 Further, when the copper ions that can be supplied by the metal ion supply unit 2 decrease with time, a refresh unit (not shown) is provided so that the metal ion supply unit 2 can easily supply copper ions, and the metal ion supply unit is periodically provided. 2 may be refreshed. For example, when the metal ion supply unit 2 mainly supplies copper ions from copper, and copper can supply copper ions more efficiently than copper oxide, by reducing the copper oxide through an acid such as sulfuric acid from the refresh unit, The metal ion supply unit 2 can be refreshed.
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ことである。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とすべきである。 The embodiment described above is described for the purpose of enabling the person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to implement the present invention. Various modifications of the above embodiment can be naturally made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Therefore, the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be the widest scope according to the technical idea defined by the claims.
１ 洗浄液供給源
２ 金属イオン供給部
３ 洗浄ユニット
４ 温度調整部
５ 金属イオン濃度測定部
１０ 循環システム
１１ タンク
１２〜１５ バルブ
１６ ポンプ
１７ 窒素供給部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cleaning liquid supply source 2 Metal ion supply part 3 Cleaning unit 4 Temperature adjustment part 5 Metal ion concentration measurement part 10 Circulation system 11 Tank 12-15 Valve 16 Pump 17 Nitrogen supply part
Claims (17)
前記金属層に用いられる金属および／またはその酸化物に由来する金属イオンを洗浄液に供給する金属イオン供給部と、
前記金属イオンが供給された洗浄液を用いて前記基板を洗浄する洗浄ユニットと、を備える洗浄装置。 A cleaning apparatus for cleaning a substrate on which a metal layer is formed,
A metal ion supply unit for supplying metal ions derived from the metal used in the metal layer and / or its oxide to the cleaning liquid;
And a cleaning unit that cleans the substrate using a cleaning liquid supplied with the metal ions.
前記金属層に用いられる金属および／またはその酸化物に由来する金属イオンを洗浄液に供給する工程と、
前記金属イオンが供給された洗浄液を用いて前記基板を洗浄する工程と、を備える洗浄方法。 A cleaning method for cleaning a substrate on which a metal layer is formed,
Supplying the metal used for the metal layer and / or metal ions derived from the oxide thereof to the cleaning liquid;
Cleaning the substrate with a cleaning liquid supplied with the metal ions.
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