JP3768802B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体デバイスの製造工程において、基板上の金属付着物を処理液で除去する基板処理方法および基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの製造工程においては、デザインルールの微細化が益々進み、これにともなって高速化の観点から配線層として従来のＡｌに代わってより電気抵抗が低いＣｕが用いられつつある。
【０００３】
そして、Ｃｕ配線層を多層に形成する場合には、被処理基板である半導体ウエハに、下層のＣｕ配線層を形成し、その上にＳｉＮバリア層、層間絶縁層を順次成膜した後、フォトリソグラフィー技術によりその上にレジストによるパターンを形成し、そのパターンに応じて半導体ウエハ上に形成した膜をレジストをマスクとしてドライエッチングして金属配線層に達するコンタクトホールを形成する。その後、ドライアッシングによりレジストマスクを除去し、引き続き残存したレジストマスクやホール内のエッチング残渣であるポリマー層をフッ酸（ＨＦ）、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）、または有機剥離剤等の洗浄処理液により除去した後、層間絶縁層の上およびコンタクトホール内に上層のＣｕ配線および埋め込み層を形成する。
【０００４】
ところで、上記ドライエッチングの際には、ホールの側壁にポリマー層を形成しつつ、エッチングガスのプラズマにより層間絶縁層をエッチングするため、上述したようにホール内にポリマー層が残存するが、エッチングがＣｕ配線層まで達した際にはＣｕがスパッタされて飛散するため、ポリマー層の上にスパッタされたＣｕが付着することとなる。したがって、ポリマー層とともにこのＣｕ付着物を除去する必要がある。
【０００５】
一方、半導体デバイスの製造工程において、Ｃｕはめっき金属として用いられているが、めっきの際にＣｕが半導体ウエハの裏面に付着することがある。このように付着したＣｕは除去する必要があり、この場合にも上述した洗浄処理液で洗浄することが考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記洗浄処理液を単に供給するだけではＣｕは除去されず、Ｃｕを一旦ＣｕＯに酸化させる必要がある。すなわち、Ｃｕの状態では前記洗浄処理液には不溶であるが、ＣｕＯに酸化されることによって前記洗浄処理液に可溶となり、除去することが可能となる。
【０００７】
このため、上記いずれの場合にも、空気中で処理した場合には、Ｃｕ付着物を酸化させてから薬液により溶解除去することが考えられるが、これではＣｕ配線層やＣｕめっき層までが溶解除去され、これらの金属層にダメージを与えてしまう。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、基板に付着した金属を金属層にダメージを与えることなく除去することができる基板処理方法および基板処理装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、金属層を有する基板に付着したポリマー層と金属付着物とを処理液によって除去する基板処理方法であって、
基板をチャンバー内に装入する工程と、
前記チャンバー内に不活性ガスを導入して前記チャンバー内を不活性ガス雰囲気にし、前記チャンバー内に処理液を供給してポリマー層を溶解除去する工程と、
前記チャンバー内に不活性ガスおよび酸素含有ガスを導入して、前記チャンバー内を前記金属付着物を酸化させることが可能な程度の酸素濃度の不活性ガス雰囲気にし、前記チャンバー内に処理液を供給して、チャンバー内雰囲気中の酸素により酸化された付着物を溶解除去する工程と
を具備することを特徴とする基板処理方法が提供される。
【００１３】
この場合に、前記付着物を溶解除去する工程は、前記ポリマー層を溶解除去する工程の後に行ってもよいし、前記ポリマー層を溶解除去する工程の前に行ってもよい。また、前記ポリマー層を溶解除去する工程および前記付着物を溶解除去する工程を交互に、少なくとも一方の工程が複数回になるように繰り返し行ってもよい。
【００１４】
本発明の第２の観点によれば、基板上に少なくとも金属層およびその上の絶縁層を形成し、絶縁層を金属層に達するまでエッチングした後に残存するポリマー層およびポリマー層内部に存在する、金属層がスパッタされて付着した金属付着物を処理液によって除去する基板処理方法であって、
エッチング後の基板をチャンバー内に装入する工程と、
前記チャンバー内に不活性ガスを導入して前記チャンバー内を不活性ガス雰囲気にし、前記チャンバー内に処理液を供給してポリマー層を溶解除去し、金属付着物を露出させる工程と、
その後、前記チャンバー内に酸素含有ガスを導入して、前記チャンバー内を前記金属付着物を酸化させることが可能な程度の酸素濃度の不活性ガス雰囲気にし、チャンバー内に処理液を供給して、チャンバー内雰囲気中の酸素により酸化された、露出した付着物を溶解除去する工程と、
その後、酸素含有ガスの供給を停止し、再び前記チャンバー内を不活性ガス雰囲気にし、前記チャンバー内に処理液を供給して残存するポリマー層を溶解除去する工程と
を具備することを特徴とする基板処理方法が提供される。
【００１５】
本発明の第３の観点によれば、基板上に少なくとも金属層およびその上の絶縁層を形成し、フォトレジスト層をマスクとして絶縁層を金属層に達するまでエッチングした後に残存するレジストマスク、ポリマー層およびポリマー層内部に存在する金属層がスパッタされて付着した金属付着物を処理液によって除去する基板処理方法であって、
エッチング後の基板をチャンバー内に装入する工程と、
前記チャンバー内に不活性ガスを導入してチャンバー内を不活性ガス雰囲気にし、チャンバー内に処理液を供給してレジストマスクを溶解除去する工程と、
不活性ガス雰囲気の前記チャンバー内に処理液を供給してポリマー層を溶解除去するとともに、ポリマー層内部の金属付着物を露出させる工程と、
その後、前記チャンバー内に酸素含有ガスを導入して、前記チャンバー内を前記金属付着物を酸化させることが可能な程度の酸素濃度の不活性ガス雰囲気にし、チャンバー内に処理液を供給して、チャンバー内雰囲気中の酸素により酸化された、露出した付着物を溶解除去する工程と、
その後、酸素含有ガスの供給を停止し、再びチャンバー内を不活性ガス雰囲気にし、前記チャンバー内に処理液を供給して残存するポリマー層を溶解除去する工程と
を具備することを特徴とする基板処理方法が提供される。
【００１６】
上記第３の観点において、レジストマスクを溶解除去する工程と、ポリマー層を溶解除去するとともに、ポリマー層内部の金属付着物を露出させる工程を同時に行うことができる。
【００１７】
本発明の第４の観点によれば、金属層を有する基板に付着したポリマーからなる第１の付着物と、金属を含有する第２の付着物と、金属を含有し、前記第２の付着物とは異なる組成の第３の付着物を処理液によって除去する基板処理方法であって、
基板をチャンバー内に装入する工程と、
前記チャンバー内に不活性ガスを導入して前記チャンバー内を不活性ガス雰囲気にし、前記チャンバー内に処理液を供給してポリマーからなる第１の付着物を溶解除去する工程と、
前記チャンバー内に不活性ガスおよび酸素含有ガスを導入して、前記チャンバー内を前記第２の付着物を酸化させることが可能な程度の酸素濃度の不活性ガス雰囲気にし、前記チャンバー内に処理液を供給して、チャンバー内雰囲気中の酸素により酸化された第２の付着物を溶解除去する工程と、
前記チャンバー内に不活性ガスおよび酸素含有ガスを導入して、前記チャンバー内を前記第３の付着物を酸化させることが可能な程度の酸素濃度の不活性ガス雰囲気にし、前記チャンバー内に処理液を供給して、チャンバー内雰囲気中の酸素により酸化された第３の付着物を溶解除去する工程と
を具備することを特徴とする基板処理方法が提供される。
【００１８】
上記第４の観点においては、第１の酸素濃度の雰囲気で溶解除去処理を行うことにより第１の付着物を、第２の酸素濃度の雰囲気で溶解除去処理を行うことにより第２の付着物を、それぞれ除去することができる。また、第１および第２の酸素濃度と異なる第３の酸素濃度で付着物の溶解除去処理を行うことにより、第３の付着物を除去するができる。
【００１９】
上記第２の観点および第３の観点において、前記付着物を溶解除去する工程および残存するポリマー層を溶解除去する工程は、交互に、少なくとも一方の工程が複数回になるように繰り返し行ってもよい。
【００２０】
上記第１の観点、第２の観点、および第３の観点において、前記ポリマー層の溶解除去は、前記処理液の供給および基板からの処理液の除去を繰り返し行うことによってなされることが好ましい。また、上記第３の観点において、前記レジストマスクの溶解除去は、前記処理液の供給および基板からの処理液の除去を繰り返し行うことによってなされることが好ましい。
【００２１】
また、上記第１の観点、第２の観点、および第３の観点に係る基板処理方法において、金属付着物を酸化させる際に、金属付着物の付着状態に応じてチャンバー内の酸素濃度を制御することが好ましい。さらに、上記いずれの基板処理方法においても、適用可能な金属付着物としてＣｕ，ＲｕおよびＰｔを挙げることができる。さらにまた、上記第４の観点に係る基板処理方法は、ポリマーを主体とする第１の付着物と、Ｃｕ，ＲｕおよびＰｔの少なくとも１種を主体とする第２の付着物とを含む付着物の処理に適用することができる。
【００２２】
また、上記いずれの基板処理方法においても、前記付着物の溶解除去は、前記処理液の供給および基板からの処理液の除去を繰り返し行うことによってなされることが好ましい。
【００２３】
本発明の第５の観点によれば、金属層を有する基板に付着したポリマー層と金属付着物とを処理液によって除去する基板処理装置であって、
基板を収容するチャンバーと、
チャンバーに不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、
チャンバーに酸素含有ガスを導入する酸素ガス導入手段と、
チャンバー内を排気する排気手段と、
チャンバー内に基板に付着したポリマー層を除去する第１の処理液を導入する第１の処理液導入手段と、
チャンバー内に基板に付着した金属付着物を除去する第２の処理液を導入する第２の処理液導入手段と、
チャンバー内に供給された処理液を排液する排液手段と
を具備し、
前記ポリマー層を除去する際には、前記チャンバー内に不活性ガスを導入して前記チャンバー内を不活性ガス雰囲気にしつつ、前記チャンバー内に第１の処理液を供給し、
前記金属付着物を除去する際には、前記チャンバー内に不活性ガスおよび酸素含有ガスを導入してチャンバー内を前記金属付着物を酸化させることが可能な程度の酸素濃度の不活性ガス雰囲気にしつつ、前記チャンバー内に第２の処理液を供給することを特徴とする基板処理装置が提供される。
【００２５】
上記本発明の第１の観点によれば、基板をチャンバー内に装入し、チャンバー内に不活性ガスを導入してチャンバー内を不活性ガス雰囲気にしてから、チャンバー内に処理液を供給してポリマー層を除去し、チャンバー内に不活性ガスおよび酸素含有ガスを導入してチャンバー内を前記金属付着物を酸化させることが可能な程度の酸素濃度の不活性ガス雰囲気にしてから、チャンバー内に処理液を供給して、チャンバー内雰囲気中の酸素により酸化された付着物を溶解除去するので、金属付着物を除去する際に、金属付着物を酸化させて除去可能にするのに必要最小限の酸素量とすることができ、しかもポリマー層除去の際には、酸素ガスを実質的に含まない雰囲気で行うので、金属層の酸化を極力防止して処理液による金属層へのダメージを生じさせずに金属付着物を除去することができる。具体的には、本発明の第２の観点のように基板上に少なくとも金属層およびその上の絶縁層を形成し、絶縁層を金属層に達するまでエッチングした後に残存するポリマー層およびポリマー層内部に存在する金属層がスパッタされて付着した金属付着物を処理液によって除去する際にこのような処理を行うことにより、金属層の酸化を極力防止して処理液による金属層へのダメージを生じさせずに金属付着物を除去することができる。
【００２６】
上記本発明の第３の観点によれば、基板上に少なくとも金属層およびその上の絶縁層を形成し、フォトレジスト層をマスクとして絶縁層を金属層に達するまでエッチングした後に残存するレジストマスク、ポリマー層およびポリマー層内部に存在する金属層がスパッタされて付着した金属付着物を処理液によって除去するにあたり、エッチング後の基板をチャンバー内に装入し、チャンバー内に不活性ガスを導入してチャンバー内を不活性ガス雰囲気にして、レジストマスクおよびポリマー層を除去し、ポリマー層内部の金属付着物を露出させた後、チャンバー内に酸素含有ガスを導入してチャンバー内を前記金属付着物を酸化させることが可能な程度の酸素濃度の不活性ガス雰囲気にし、その状態でチャンバー内に処理液を供給して、チャンバー内雰囲気中の酸素により酸化された、露出した付着物を溶解除去し、その後、酸素含有ガスの供給を停止し、再びチャンバー内を不活性ガス雰囲気にしてからチャンバー内に処理液を供給して残存するポリマー層を除去するので、金属付着物を除去する際に、金属付着物を酸化させて除去可能にするのに必要最小限の酸素量とすることができ、しかもレジストマスクおよびポリマー層除去の際には、酸素ガスを実質的に含まない雰囲気で行うので、金属層の酸化を極力防止して処理液による金属層へのダメージを生じさせずに金属付着物を除去することができる。
【００２７】
上記本発明の第５の観点によれば、チャンバーに不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、チャンバーに酸素含有ガスを導入する酸素ガス導入手段と、チャンバー内に基板に付着したポリマー層を除去する第１の処理液を導入する第１の処理液導入手段と、チャンバー内に基板に付着した金属付着物を除去する第２の処理液を導入する第２の処理液導入手段と設け、ポリマー層を除去する際には、チャンバー内に不活性ガスを導入してチャンバー内を不活性ガス雰囲気にしつつ、前記チャンバー内に第１の処理液を供給し、金属付着物を除去する際には、チャンバー内に不活性ガスおよび酸素含有ガスを導入してチャンバー内を前記金属付着物を酸化させることが可能な程度の酸素濃度の不活性ガス雰囲気にしつつ、前記チャンバー内に第２の処理液を供給するので、金属付着物を除去する際に、金属付着物を酸化させて除去可能にするのに必要最小限の酸素量とすることができ、しかもポリマー層除去の際には、酸素ガスを実質的に含まない雰囲気で行うので、金属層の酸化を極力防止して処理液による金属層へのダメージを生じさせずに金属付着物を除去することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について具体的に説明する。図１および図２は、本実施形態の方法を実施するための基板処理装置を示す断面図であり、図１は外側チャンバー７の内部に内側チャンバー８を配置した状態を示し、図２は内側チャンバー８を外側チャンバー７の外部に出した状態を示している。また、図３は図１のＡ−Ａ断面図である。
【００２９】
基板処理装置１は、半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）Ｗのエッチング処理後にレジストマスク、エッチング残渣であるポリマー層、およびエッチングによりスパッタされて付着した金属付着物を除去するものであり、鉛直に設けられた支持壁２と、回転軸４を水平にして支持壁２に固定されたモータ３と、モータ３の回転軸４に取り付けられたロータ５と、支持壁２に水平に取り付けられ、モータ３および回転軸４を囲繞する円筒状のケーシング６と、ケーシング６に支持され、ロータ５を囲繞するように構成される外側チャンバー７と、図１に示すように外側チャンバー７の内側に配置された状態で薬液処理を行う内側チャンバー８とを有している。
【００３０】
ロータ５は、鉛直にされた複数（例えば２６枚）のウエハＷを水平方向に配列した状態で保持可能となっており、保持された複数のウエハＷとともに、モータ３によって回転軸４を介して回転されるようになっている。ロータ５の構造については後述する。
【００３１】
外側チャンバー７はモータ３側の垂直壁７ａと、先端側の垂直壁７ｂと、ロータ５の外側に所定間隔をおいて設けられた円筒状の外筒７ｃを有している。垂直壁７ｂの中央部には、回転軸４との間をシールする後述するシール機構９０が設けられている。なお、外筒７ｃは、ウエハＷを装入する際にはケーシング６側に退避可能となっている。
【００３２】
内側チャンバー８は外側チャンバー７の外筒７ｃよりも径が小さい円筒状の内筒８ａを有しており、内筒８ａが図１の薬液処理位置と図２の退避位置と間で移動可能となっている。そして、図１のように内筒８ａが外側チャンバー７の外筒７ｃの内側の薬液処理位置にある場合には、内筒８ａと垂直壁７ａ，７ｂとで区画される処理空間３０が形成され、図２のように内筒８ａが退避位置にある場合には、外側チャンバー７によって区画される処理空間２０が形成される。なお、処理空間２０および処理空間３０は、シール機構により密閉空間とされる。
【００３３】
処理空間２０の上端近傍部分には、多数の吐出口２１を有する２本の吐出ノズル２２（図３参照）が水平方向に沿って配置されている。吐出ノズル２２からは、図示しない供給源から供給された純水、ＩＰＡ、Ｎ_２ガス、各種薬液が吐出可能となっている。
【００３４】
処理空間３０の上端近傍には、多数の吐出口３１を有する２本の吐出ノズル３２が内筒８ａに取り付けられた状態で設けられている。吐出ノズル３２からは、図示しない供給源から供給された各種薬液、純水、ＩＰＡ、Ｎ_２ガスが吐出可能となっている。
【００３５】
吐出ノズル２２，３２から吐出される薬液（処理液）は、レジスト、ポリマー層、金属付着物を溶解除去可能なものであり、このような薬液としては例えばフッ酸（ＨＦ）、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）、または有機剥離剤を挙げることができる。
【００３６】
上記外側チャンバー７の先端側の垂直壁７ｂの下部には、図１の状態において処理空間３０から使用済みの薬液、純水、ＩＰＡを排出する第１の排液ポート４１が設けられており、第１の排液ポート４１の下方には図２の状態において処理空間２０から使用済みの薬液、純水、ＩＰＡを排出する第２の排液ポート４２が設けられている。また、第１の排液ポート４１および第２の排液ポート４２には、それぞれ第１の排液管４３および第２の排液管４４が接続されている。
【００３７】
また、垂直壁７ｂの上部には、図１の状態において処理空間３０を排気する第１の排気ポート４５が設けられており、第１の排気ポート４５の上方には図２の状態において処理空間２０を排気する第２の排気ポート４６が設けられている。また、第１の排気ポート４５および第２の排気ポート４６には、それぞれ第１の排気管４７および第２の排気管４８が接続されている。
【００３８】
さらに、垂直壁７ｂの中央部には、処理空間３０に不活性ガス、例えばＮ_２ガス、Ａｒガス等を導入する不活性ガス導入ポート５１、および酸素含有ガス、例えばＯ_２ガス、空気、オゾン（Ｏ_３）等を導入する酸素含有ガス導入ポート５２が設けられている。不活性ガス導入ポート５１には不活性ガス供給配管５３が接続され、不活性ガス供給源５４からこの不活性ガス供給配管５３を通って処理空間３０に不活性ガスが供給される。また、酸素含有ガス導入ポート５２には酸素含有ガス供給配管５６が接続され、酸素含有ガス供給源５７からこの酸素含有ガス供給配管５６を通って処理空間３０に酸素含有ガスが供給される。不活性ガス供給源５４および酸素含有ガス供給源５７には、それぞれヒーター５４ａおよび５７ａが取り付けられており、これらヒーター５４ａ，５７ａにより処理空間３０に導入される不活性ガスおよび酸素含有ガスを加熱してチャンバー内温度を上昇させることにより、薬液による溶解反応を促進することが可能となる。不活性ガス供給配管５３および酸素含有ガス供給配管５６には、それぞれマスフローコントローラ５５および５８が設けられており、これらによって、Ｎ_２ガスおよびＯ_２ガスの流量がコントロールされ、処理空間３０内の雰囲気が調整可能となっている。
【００３９】
不活性ガス供給源５４には、さらに、マスフローコントローラ５５ａ、５５ｂがそれぞれ設けられた不活性ガス供給配管５３ａ、５３ｂが接続されている。また、酸素含有ガス供給源５７には、マスフローコントローラ５８ａ、５８ｂがそれぞれ設けられた酸素含有ガス供給配管５６ａ、５６ｂが接続されている。不活性ガス供給配管５３ａと酸素含有ガス供給配管５６ａとは合流してガス供給配管５３ｃとなっており、不活性ガス供給配管５３ｂと酸素含有ガス供給配管５６ｂとは合流してガス供給配管５３ｄとなっている。ガス供給配管５３ｃは垂直壁７ａ中央部に設けられた後述する筒状体３１０に接続されている。ガス供給配管５３ｄは２系統に分岐して、後述する切替部材２９２ａまたは２９２ｂ近傍のボス３０１に接続されている。
【００４０】
これらマスフローコントローラ５５、５５ａ、５５ｂ、５８、５８ａおよび５８ｂの流量は、コントローラ６０によって制御される。なお、マスフローコントローラの代わりに流量計を設け、手動で流量を調整するようにしてもよい。
【００４１】
垂直壁７ａの所定位置には、ロータ５を保持状態と解除状態との間で切り換える後述する切換機構８０が設けられている。
【００４２】
ロータ５は、図４に示すように、所定の間隔をおいて配置された一対の円盤２７０ａ、２７０ｂと、これら円盤２７０ａ，２７０ｂに架設された、それぞれ左右対をなす、第１の係止部材２７１ａ，２７１ｂと、第２の係止部材２７２ａ、２７２ｂと、係止部材２７１ａ，２７１ｂ，２７２ａ、２７２ｂにより係止されたウエハＷを下方から保持する一対の保持機構２７３ａ，２７３ｂとを備えている。
【００４３】
第１の係止部材２７１ａ，２７１ｂ、および第２の係止部材２７２ａ、２７２ｂは、複数の溝２７５を有し、これらの溝２７５にウエハＷの周縁が挿入された状態でウエハＷを係止するように構成されている。なお、これら係止部材のいずれかには圧力センサーが取り付けられている。
【００４４】
保持機構２７３ａは、円盤２７０ａの内側に配置されたアーム２８０ａと、円盤２７０ａの外側に配置されたバランスウエイト２８１ａと、円盤２７０ｂの内側に配置されたアーム２８４ａと、円盤２７０ｂの外側に配置されたバランスウエイト２８５ａと、アーム２８０ａおよび２８４ａを連結する保持部材２８３ａを有している。アーム２８０ａおよびバランスウエイト２８１ａは円盤２７０ａを貫通する回動軸により互いに連結され、アーム２８４ａおよびバランスウエイト２８５ａは円盤２７０ｂを貫通する回動軸により互いに連結され、それぞれ一体的に回動するようになっている。一方、保持機構２７３ｂは保持機構２７３ａと同様に、円盤２７０ａの内側に配置されたアーム２８０ｂと、円盤２７０ａの外側に配置されたバランスウエイト２８１ｂと、円盤２７０ｂの内側に配置されたアーム２８４ｂと、円盤２７０ｂの外側に配置されたバランスウエイト２８５ｂと、アーム２８０ｂおよび２８４ｂを連結する保持部材２８３ｂを有している。アーム２８０ｂおよびバランスウエイト２８１ｂは円盤２７０ａを貫通する回動軸により互いに連結され、アーム２８４ｂおよびバランスウエイト２８５ｂは円盤２７０ｂを貫通する回動軸により互いに連結され、それぞれ一体的に回動するようになっている。これら保持機構２７３ａ，２７３ｂの保持部材２８３ａ，２８３ｂにはウエハＷの周縁が挿入される複数の溝２８６が形成されている。
【００４５】
また、円盤２７０ａ，２７０ｂの外側の面には、保持機構２７３ａ，２７３ｂを閉じる際にバランスウエイト２８１ａ，２８１ｂ，２８５ａ，２８５ｂをロックするロックピン２８７が設けられている。このロックピン２８７は、バランスウエイト２８１ａ，２８１ｂ，２８５ａ，２８５ｂが必要以上に外側へ開いてこれらがチャンバー壁に当たることを防止するたのストッパとしても機能する。さらに、バランスウエイト２８５ａ，２８５ｂには、図５および図６に示すように、それぞれ後述する切換部材２９２ａ，２９２ｂの溝２９３ａ，２９３ｂに挿入される突起部２８８ａ，２８８ｂが設けられている。
【００４６】
図５および図６に示すように、モータ３側の垂直壁７ａには、円周状のガイド溝２９０が形成されており、このガイド溝２９０の途中の保持機構２７３ａ，２７３ｂに対応する位置に円形の開口部２９１ａ，２９１ｂが形成されている。そして、この開口部２９１ａ，２９１ｂに円柱状をなす切換部材２９２ａ，２９２ｂがそれぞれθ方向に回転自在に挿入されている。これら切換部材２９２ａ，２９２ｂは上記切換機構８０の一構成要素として機能する。これら切換部材２９２ａ，２９２ｂの前面には、それぞれ円弧状の溝２９３ａ，２９３ｂが形成されており、これら溝２９３ａ，２９３ｂは切換部材２９２ａ，２９２ｂを回動させることにより、前記ガイド溝２９０に連続した状態（図７参照）と、ガイド溝２９０に連続しない状態（図６参照）とで切換可能となっている。また、溝２９３ａ，２９３ｂには、バランスウエイト２８５ａ，２８５ｂに設けられた突起部２８８ａ，２８８ｂが挿入されており、切換部材２９２ａ，２９２ｂの回動動作により、バランスウエイト２８５ａ，２８５ｂを介して保持機構２７３ａ，２７３ｂを保持状態と解除状態との間で切り換えることが可能となっている。
【００４７】
切換部材２９２ａ，２９２ｂを回動させて、図８に示すように溝２９３ａ，２９３ｂがガイド溝２９０と連続せず、バランスウエイト２８５ａ，２８５ｂが垂直姿勢となった際には、保持機構２７３ａ，２７３ｂが図４の実線で示す保持解除状態となる。
【００４８】
一方、切換部材２９２ａ，２９２ｂを図７に示すように、それぞれ溝２９３ａ，２９３ｂがガイド溝２９０と連続するようにしてバランスウエイト２８５ａ，２８５ｂを上側が開いた状態とすることにより、保持機構２７３ａ，２７３ｂが図４の二点鎖線で示す閉じた状態、すなわちウエハＷを保持する保持状態となる。このように保持機構２７３ａ，２７３ｂが保持状態の時には、係止部材２７１ａ，２７１ｂ，２７２ａ，２７２ｂにより係止された複数、例えば２６枚のウエハＷが保持部材２８３ａ，２８３ｂによって下方から保持されているとともに、ガイド溝２９０が連続することにより、突起部２８８ａ，２８８ｂがガイド溝２９０に沿って移動可能となり、保持状態を保ったままロータ５を回転させることができる。また、この場合、ローター５の回転角に関わらず保持機構２７３ａ、２７３ｂの状態は一定に維持されるので、ロータ５を回転させた際にウエハＷの保持が解除されることはない。このため、洗浄処理や乾燥処理中にロータ５からウエハＷがはみ出して洗浄液や乾燥ガスの供給を妨げたり、ウエハＷがロータ５から飛び出して破損することを防止することができる。
【００４９】
次に、上記切換部材２９２ａおよび２９２ｂを含む切換機構８０およびその周辺の構造について説明する。切換機構８０において、切換部材２９２ａ側の構造および切換部材２９２ｂ側の構造は実質的に同じであるため、ここでは切換部材２９２ａ側の構造のみを説明する。図９は、切換機構８０のうち切換部材２９２ａ側の部分およびその周辺部を概略的に示した拡大断面図である。
【００５０】
図９に示すように、垂直壁７ａに設けられた開口部２９１ａのモーター３側には、この開口部２９１ａと連続する貫通孔を有するボス３０１が配設されており、切換部材２９２ａは、このボス３０１の貫通孔内にわずかなクリアランス３０２をもつように挿入されている。切換部材２９２ａの先端部と開口部２９１ａとは隙間３０５をなしている。ボス３０１のモーター３側には回転シリンダ３００が設けられており、切換部材２９２ａはこの回転シリンダ３００と連結され、回転シリンダ３００を動作させることにより回転動作するようになっている。
【００５１】
ボス３０１の内部には、リング状の通路３０３が形成されており、この通路３０３の所定部分に前述したガス供給配管５３ｄが接続されている。また、ボス３０１の内部には、このリング状の通路３０３と連続するようにして、処理空間２０または３０側に伸びる幅の狭いリング状の通路３０４が設けられており、この通路３０４は切換部材２９２ａと垂直壁７ａとの間の隙間３０５と連通している。このような構成において、ガス供給配管５３ｄを介して不活性ガスおよび／または酸素含有ガスを供給することにより、ガスは通路３０３から通路３０４を経て隙間３０５から処理空間２０または３０内に流入する。このようにすることで、処理空間２０または３０内に不活性ガスおよび／または酸素含有ガスを供給して雰囲気調整を補助的に行うことができるとともに、切換部材２９２ａと垂直壁７ａとの隙間３０５に処理液が溜まることを防止することができる。処理液が溜まりそれが乾燥するとパーティクルとなってウエハ汚染の原因となるが、処理液が溜まることを防止することにより、このような問題はなくなる。
【００５２】
次に、垂直壁７ａの中央部に設けられたシール機構９０について説明する。図１０は、図１に概略的に示したシール機構９０およびその周辺部の詳細な構造を示す拡大断面図である。
【００５３】
図１０に示すように、垂直壁７ａの中央部には、回転軸４を囲むようにして中空の筒状体３１０が配設されており、筒状体３１０の先端部３１０ａと回転軸４との間にはわずかな隙間３１２が設けられている。筒状体３１０と回転軸４との間にはベアリング３１３および流体シール部材９が設けられており、筒状体３１０は回転軸４を回転可能にシールするようになっている。筒状体３１０およびベアリング３１３との間にはリング状の通路３１１が設けられており、この通路３１１には前述したガス供給配管５３ｃと、通路３１１内のガスを排出するガス排出配管５４ｅとが接続されている。また、通路３１１は、隙間３１２を介して処理空間２０または３０内に連通している。このような構成において、ガス供給配管５４ｃを介して不活性ガスおよび／または酸素含有ガスを供給することにより、ガスは通路３１１から隙間３１２を経て、図中に矢印で示すように処理空間２０または３０内に流入する。このようにすることで、処理空間２０または３０内に不活性ガスおよび／または酸素含有ガスを供給して雰囲気調整を補助的に行うことができるとともに、回転軸４の周囲の隙間３１２に処理液が溜まることを防止することができる。
【００５４】
次に、このように構成される基板処理装置１によって、図１１に示す工程でエッチングされた半導体装置（ウエハＷ）の薬液処理を行う際の動作について説明する。
【００５５】
最初に、図１１の工程について説明する。図１１の（ａ）に示すように、シリコンからなるウエハＷの上に、Ｃｕ配線層７１、ＳｉＮバリア層７２、層間絶縁層７３を形成し、その上にレジスト層７４を形成し、フォトリソグラフィー技術により、レジスト層７４に所定の配線パターンを形成する。なお、層間絶縁層７３としては、ＳｉＯ_２膜であってもよいし、高速化のために近年用いられつつある有機系の低誘電率材料からなるいわゆるｌｏｗ−ｋ膜であってもよい。
【００５６】
次いで、図１１の（ｂ）に示すように所定のエッチングガスのプラズマを用いたプラズマエッチングにより、レジスト層７４をマスク（レジストマスク）として、コンタクトホール７５を形成する。この際に、エッチングガスの成分により、コンタクトホール７５の側壁にポリマー層７６が形成される。そして、エッチングの際にはこのポリマー層７６が保護層として作用し、異方性の高いエッチングが行われる。
【００５７】
エッチングが進行し、図１１の（ｃ）に示すように、Ｃｕ配線層７１に達すると、Ｃｕがスパッタされてポリマー層７６の外側にＣｕ付着物７７が付着する。エッチングがＣｕ配線層７１に達した後も所定のオーバーエッチングが行われるが、それにより再びポリマーが形成され、図１１の（ｄ）に示すように、Ｃｕ付着物７７の外側にポリマー層７８が形成される。したがって、ポリマー層の内部にＣｕが存在している状態となる。
【００５８】
この図１１の（ｄ）の状態のウエハＷが基板処理装置１により処理される。この処理により以下に説明するように、レジストマスク（レジスト層）、ポリマー層およびＣｕ付着物が除去される。この処理においては、まず、外側チャンバー７の外筒７ｃおよび内側チャンバー８の内筒８ａをケーシング６の上へ退避させた状態で、図示しない搬送手段により下側から複数のウエハＷをロータ５に装着し、保持機構２７３ａおよび２７３ｂを保持状態としてウエハＷを保持する。この際、前述の圧力センサーによりウエハＷの受ける圧力を検出しながらロータ５に装着することにより、ウエハＷの破壊が防止される。そして、外筒７ｃおよび内筒８ａをロータ５の外側に配置して、図１に示すように密閉状態の処理空間３０を形成する。
【００５９】
次に、Ｃｕ配線層７１の酸化を極力防止する観点から、不活性ガス供給源５４から不活性ガス供給配管５３および不活性ガス導入ポート５１を介して処理空間３０に不活性ガスを供給して、処理空間３０を実質的に酸素を含まない不活性ガス雰囲気とする。
【００６０】
その後、モータ３による回転駆動により、ロータ５を１〜５００ｒｐｍの速度で低速回転させ、ウエハＷを回転させながら、吐出ノズル３２から所定の薬液（処理液）を吐出し、レジストマスクおよびポリマー層を溶解除去する。
【００６１】
このレジストマスクおよびポリマー層の除去に際しては、まず吐出ノズル３２から所定の薬液を数十秒間吐出する。この際にロータ５とともにウエハＷを１〜５００ｒｐｍの低速で回転させることにより、吐出された薬液をウエハＷの表面上に拡散させる。この場合に、薬液の粘性に応じてロータ５の回転速度を制御することにより、薬液をウエハＷの表面上に均一に拡散させることができ、レジストマスクおよびポリマー層を均一に溶解させることができる。例えば、薬液の粘性が高い場合には、上記範囲内において比較的高い回転数でロータ５を回転させるようにし、粘性の低い場合には比較的低い回転速度でロータ５を回転させるようにすることにより、薬液の均一拡散が可能となる。
【００６２】
このようにしてレジストマスクおよびポリマー層を溶解させると、溶解反応済みの薬液がウエハＷの表面に滞留することとなる。溶解反応済みの薬液は反応速度が低いため、このような溶解反応済みの薬液が滞留した場合には、一旦薬液の吐出を停止し、加熱されたＮ_２ガスを吐出ノズル３２から数秒間程度吐出させるとともに、モータ３の出力を上げて、ロータ５の回転速度を１００〜３０００ｒｐｍ程度と、薬液供給の際の回転速度よりも高速にする。これにより、不活性ガスの供給圧力およびロータ５の回転による遠心力によりウエハＷから溶解反応済みの薬液を除去する。この際に、溶解反応済みの薬液を効果的に除去するために、ロータ５の回転速度は薬液の粘性に応じて制御することが好ましい。
【００６３】
以上のように溶解反応済みの薬液をウエハＷの表面から除去した後、再びロータ５の回転速度を１〜５００ｒｐｍとし、新しい薬液を吐出ノズル３２から吐出する。このように薬液を供給する工程と、溶解反応済みの薬液を除去する工程とを数回〜数千回程度繰り返して行うことにより、反応性の高い新しい薬液をウエハＷの表面に常に供給することができ、レジストマスクやポリマー層を効率良く除去することができる。
【００６４】
このようにしてレジストマスク（レジスト層）７４およびポリマー層７８は除去され、ポリマー層７６の一部も除去されるが、処理空間３０内が不活性ガス雰囲気であるため、Ｃｕ付着物７７は酸化されず、したがって薬液に溶解されないため図１２の（ａ）に示すように周囲のポリマー層とともに除去されずに残存する。すなわち、上述したフッ酸（ＨＦ）、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）、有機剥離剤等の薬液は、Ｃｕの状態では溶解させることができず、ＣｕＯになって溶解可能となることから、不活性ガス雰囲気によってＣｕ配線層７１の酸化は抑制されるもののＣｕ付着物７７も除去することができない。
【００６５】
そこで、本実施形態においては、上述のようにレジストマスクおよびポリマー層を除去後、不活性ガス供給源５４からの不活性ガスの供給を継続した状態で、酸素含有ガス供給源５７から酸素含有ガス供給配管５６および酸素含有ガス導入ポート５２を介して処理空間３０に酸素含有ガスを供給し、処理空間３０を所定の酸素濃度の不活性雰囲気とする。この場合に、コントローラ６０によりマスフローコントローラ５５，５８を制御してこれらを所定の流量とすることにより、酸素濃度を制御する。
【００６６】
このように処理空間３０内の雰囲気制御を行った後、従前のレジストマスクおよびポリマー層の除去処理と同様に、ロータ５を回転させた状態で吐出ノズル３２から薬液を吐出する。この際に、雰囲気中の酸素によりＣｕ付着物が酸化されてＣｕＯとなるため、供給された薬液により、図１２の（ｂ）に示すように、その酸化されたＣｕＯ付着物が溶解除去される。
【００６７】
このようなＣｕ付着物を除去する際に、空気中で除去処理を行う場合には、確かにＣｕ付着物が酸化されて薬液により溶解除去されるが、その際にはＣｕ配線層も酸化が進んでかなりの部分が溶解除去されてしまう。これに対して本実施形態のように、不活性ガス雰囲気中に微量の酸素含有ガスを導入した雰囲気で処理を行うことにより、Ｃｕ配線層の溶解除去される量を極力少なくして、Ｃｕ付着物を除去することが可能となる。
【００６８】
この場合に、Ｃｕ付着物７７の付着状態に応じて、かつＣｕ配線層７１に極力ダメージを与えないようにして酸素濃度を制御することが好ましい。この際の適切な酸素濃度は、Ｃｕ付着物の状態等に応じて変化するが、例えば５％以下程度の所定の濃度に設定する。この場合の酸素濃度の制御としては酸素含有ガス自体の濃度制御の他、ガスそのものを切り換えることによって酸素濃度を制御することもできる。例えば、空気とＯ_２ガスの切換等が考えられる。
【００６９】
このようにＣｕ付着物７７を除去する際にも、所定時間薬液を吐出後、Ｎ_２ガスの吐出およびロータ５の回転速度の上昇により溶解処理済みの薬液をウエハＷ表面から除去し、これらの工程を数回〜数千回程度繰り返して行うことにより、効率良くＣｕ付着物を除去することができる。この方法は、薬液を除去した際に露出したＣｕ付着物を雰囲気中の酸素により酸化させることができるので、より効果がある。
【００７０】
このようにしてＣｕ付着物７７を除去した後、酸素含有ガスの供給を停止し、処理空間３０内を再び酸素を実質的に含まない不活性ガス雰囲気とし、従前のレジストマスクおよびポリマー層の除去処理と全く同様に、薬液供給と溶解反応後の薬液除去とを繰り返し行うことにより、Ｃｕ配線層７１の酸化を防止しつつ残存するポリマー層７６を除去し、図１２の（ｃ）に示す状態とすることができる。
【００７１】
このようにしてレジストマスク、ポリマー層、およびＣｕ付着物の除去処理が終了後、吐出ノズル３２からＩＰＡまたは純水を吐出させて残存する反応生成物をウエハＷから洗い流す。
【００７２】
次いで、内筒８ａを外筒７ｃの内側からケーシング６の外側退避させ、外側チャンバー７内に形成される処理空間２０内にウエハＷが位置している状態とする。この状態で、吐出ノズル２２から純水を吐出させてウエハＷをリンス処理し、最後にロータ５を高速で回転させてウエハＷのスピン乾燥を行う。
【００７３】
以上のようにＣｕ付着物を除去する際に、不活性ガス雰囲気に微量の酸素含有ガスを添加して行うので、Ｃｕ付着物を酸化させて除去可能にするのに必要最小限の酸素量とすることができ、しかもレジストマスクおよびポリマー層除去の際には、酸素を実質的に含まない雰囲気で行うので、Ｃｕ配線層の酸化を極力防止してＣｕ配線層をほとんど溶解除去させずにＣｕ配線層へのダメージを少なくしてレジストマスク、ポリマー層、およびＣｕ付着物の除去を行うことができる。
【００７４】
従来は、Ｃｕがスパッタされて付着すると、それを除去するためにＣｕ配線層も除去されざるを得ないため、エッチングの際にＣｕスパッタが生じない方法を採用していた。すなわち、図１１の（ａ）に示す状態で、まず層間絶縁層７３のみをエッチングし、引き続きレジストマスクおよびポリマー層の除去を行い、その後、イオンよりもエネルギーの小さいラジカルを用いてＳｉＮバリア層７２をエッチングしてＣｕスパッタが生じないようにしていた。しかしながら、この場合には工程が煩雑となるとともに、ラジカルエッチングは等方的なエッチングであることからＳｉＮバリア層７２のエッチング形状が悪くなってしまう。これに対して、本実施形態ではＣｕ配線層７１にダメージを与えずにＣｕ付着物の除去が可能となることから、このように工程が煩雑であるという問題やエッチング形状が悪いといった問題が生じない。
【００７５】
なお、上記の実施形態において、最初にレジストマスクとポリマー層とを同時に除去したが、それぞれ異なる薬液を用いて別々の工程で除去してもよい。この場合には、例えば、まず内筒８ａを外筒７ｃの内側へ装着した状態で吐出ノズル３２から処理空間３０へレジストマスク除去用の薬液を供給し、その後、内筒８ａを退避させて吐出ノズル２２から処理空間２０へポリマー層除去用の薬液を供給すればよい。
【００７６】
また、ポリマー層と金属付着物が同時に付着しているような場合には、必ずしも上述のように最初にポリマー層を溶解除去する必要はなく、上記金属付着物の溶解除去工程をポリマー層の溶解除去工程に先立って行ってもよい。
【００７７】
さらに、以下の１〜４に示すように、ポリマー層を溶解除去する工程および金属付着物を溶解除去する工程を交互に、少なくとも一方の工程が複数回になるように繰り返し行うようにしてもよい。これにより複雑にポリマー層とＣｕ付着物とが混ざり合った状態から、ポリマー層およびＣｕ付着物の除去をより確実に行うことが可能となる。
１．ポリマー層除去−金属付着物除去−ポリマー層除去
２．金属付着物除去−ポリマー層除去−金属付着物除去
３．ポリマー層除去−金属付着物除去を１セットとして２回以上繰り返し
４．金属付着物除去−ポリマー層除去を１セットとして２回以上繰り返し
【００７８】
上述のように、ポリマー層を溶解除去する工程は不活性雰囲気で行うことができ、金属付着物を溶解除去する工程は不活性ガスに微量の酸素含有ガスを添加した雰囲気で行うことができるから、上記のようにこれらの工程を交互に行う場合には上記２種類の雰囲気を切り替えて行えばよいが、これに限るものではない。
【００７９】
本発明者らの解析結果によれば、基板に付着した金属付着物には酸素含有量の異なるものが複数種存在する場合があることが判明している。例えば、Ｃｕ付着物にはＣｕ−ｒｉｃｈな付着物とＣｕＯ−ｒｉｃｈな付着物とが存在する場合がある。金属付着物の付着の態様はエッチング工程の進行状況と密接な関係があるため、表面近くではＣｕ−ｒｉｃｈな付着物が主体となり、内部ではＣｕＯ−ｒｉｃｈな付着物が主体となるといったように、除去対象物表面からの距離に応じて付着物の性状が変化している場合がある。
【００８０】
Ｃｕ−ｒｉｃｈな付着物を完全に酸化するためには多くの酸素を必要とするが、ＣｕＯ−ｒｉｃｈな付着物に対しては必要とされる酸素は少量である。Ｃｕ配線層保護の観点より不活性ガスに添加する酸素量は必要最小限とすることが望ましいため、上記のようなＣｕ−ｒｉｃｈな付着物およびＣｕＯ−ｒｉｃｈな付着物が存在する場合には、例えば以下の説明および図１３に示す（ａ）〜（ｅ）の手順により溶解除去処理を行うことが好適である。
（ａ）不活性ガス雰囲気（Ｎ_２雰囲気）でポリマー層の溶解除去を３分
（ｂ）酸素を２００ｐｐｍ含む不活性ガス雰囲気にてＣｕ−ｒｉｃｈな付着物の溶解除去を１分
（ｃ）不活性ガス雰囲気でのポリマー層の溶解除去を３分
（ｄ）酸素を１００ｐｐｍ含む不活性ガス雰囲気にてＣｕＯ−ｒｉｃｈな付着物の溶解除去を１分
（ｅ）不活性ガス雰囲気でのポリマー層の溶解除去を３分
このような手順で溶解除去処理を行うことにより、Ｃｕ配線層の受けるダメージを一層低減しつつ、金属付着物およびポリマー層を除去することができる。
【００８１】
以上は、エッチング後にポリマー層とともに付着したＣｕ層を除去する場合について示したが、半導体デバイス製造において、ウエハの表面にＣｕめっきを施す工程があり、図１４に示すように、ウエハＷの表面にめっき層８１が形成されるが、その際にウエハＷの裏面等にＣｕ付着物８２が形成される場合がある。この場合にも上記図１〜図３に示す装置により、処理空間３０を所定濃度の酸素を含む不活性ガス雰囲気とし、薬液を供給して従前の実施形態と同様の処理を行うことにより、めっき層８１にダメージを与えることなくＣｕ付着物８２を除去することができる。
【００８２】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。ここでは、以上のバッチ処理とは異なり、枚葉処理の例を示す。図１５は枚葉式の基板処理装置を示す図である。この基板処理装置１０１は、ウエハＷを収容するチャンバー１０２を有し、チャンバー１０２の上部開口は蓋体１０３で密閉可能となっており、これによりチャンバー１０２内に密閉された処理空間１１０が形成されるようになっている。
【００８３】
チャンバー１０２内にはウエハＷを水平にかつ回転可能に外側から支持する保持部材１０４が設けられ、保持部材１０４はモータ１０５により回転されるようになっている。
【００８４】
処理空間１１０のウエハＷの上方には吐出ノズル１０６が鉛直に配置されている。吐出ノズル１０６からは、図示しない供給源から供給された各種薬液、純水、ＩＰＡ、Ｎ_２ガス、各種薬液が配管１０７を介して吐出可能となっている。
【００８５】
チャンバー１０２の底壁には、使用済みの薬液、純水、ＩＰＡを排出する排液ポート１１１および処理空間１１０を排気する排気ポート１１２が設けられており、排液ポート１１１および排気ポート１１２には、それぞれ排液管１１３および排気管１１４が接続されている。
【００８６】
チャンバー１０２の側壁には、処理空間１１０にＮ_２ガスやＡｒガス等の不活性ガスを導入する不活性ガス導入ポート１２１およびＯ_２ガス、空気、オゾン（Ｏ_３）等の酸素含有ガスを導入する酸素含有ガス導入ポート１２２が設けられている。不活性ガス導入ポート１２１には不活性ガス供給配管１２３が接続され、不活性ガス供給源１２４からこの不活性ガス供給配管１２３を通って処理空間１１０に不活性ガスが供給される。また、酸素含有ガス導入ポート１２２には酸素含有ガス供給配管１２６が接続され、酸素含有ガス供給源１２７からこの酸素含有ガス供給配管１２６を通って処理空間１１０に酸素含有ガスが供給される。不活性ガス供給源１２４および酸素含有ガス供給源１２７には、それぞれヒーター１２４ａおよ１２７ａが取り付けられており、これらヒーター１２４ａ，１２７ａにより処理空間１１０に導入される不活性ガスおよび酸素含有ガスを加熱してチャンバー内温度を上昇させることにより、薬液による溶解反応を促進することが可能となる。不活性ガス供給配管１２３および酸素含有ガス供給配管１２６には、それぞれマスフローコントローラ１２５および１２８が設けられており、これらによって、不活性ガスおよび酸素含有ガスの流量がコントロールされ、処理空間１１０内の雰囲気が調整可能となっている。これらマスフローコントローラ１２５および１２８の流量は、コントローラ１３０によって制御される。なお、マスフローコントローラの代わりに流量計を設け、手動で流量を調整するようにしてもよい。
【００８７】
このように構成される基板処理装置１０１によって、前述の図１１の（ｄ）の状態のウエハＷを処理する際には、まず、蓋体１０３を開けた状態で、図示しない搬送手段により保持部材１０４上にウエハを吸着保持させ、搬送手段を退避させた後、蓋体１０３を装着して密閉された処理空間１１０を形成する。
【００８８】
次に、Ｃｕ配線層７１の酸化を極力防止する観点から、不活性ガス供給源１２４から不活性ガス供給配管１２３および不活性ガス導入ポート１２１を介して処理空間１１０に不活性ガスを供給して、処理空間１１０を実質的に酸素を含まない不活性ガス雰囲気とする。
【００８９】
その後、モータ１０５による回転駆動により、保持部材１０４を所定の速度で回転させ、吐出ノズル１０６から所定の薬液（処理液）を吐出し、レジストマスクおよびポリマー層を除去する。
【００９０】
このレジストマスクおよびポリマー層の除去に際しては、まず吐出ノズル１０６から所定の薬液を数十秒間吐出する。この際に保持部材１０４とともにウエハＷを所定速度で回転させることにより、吐出された薬液をウエハＷの表面上に拡散させる。この場合に、薬液の粘性に応じて保持部材１０４の回転速度を制御することにより、薬液をウエハＷの表面上に均一に拡散させることができ、レジストマスクおよびポリマー層を均一に溶解させることができる。
【００９１】
このようにしてレジストマスクおよびポリマー層を溶解させると、溶解反応済みの薬液がウエハＷの表面に滞留することとなる。溶解反応済みの薬液は反応速度が低いため、このような溶解反応済みの薬液が滞留した場合には、一旦薬液の吐出を停止し、加熱された不活性ガスを吐出ノズル１０６から数秒間程度吐出させるとともに、モータ１０５の出力を上げて、保持部材１０４の回転速度を高速にする。これにより、不活性ガスの供給圧力および保持部材１０４の回転による遠心力によりウエハＷから溶解反応済みの薬液を除去する。この際に、溶解反応済みの薬液を効果的に除去するために、保持部材１０４の回転速度は薬液の粘性に応じて制御することが好ましい。
【００９２】
このように溶解反応済みの薬液をウエハＷの表面から除去した後、保持部材１０４の回転速度を元に戻し、新しい薬液を吐出ノズル１０６から吐出する。このように薬液を供給する工程と、溶解反応済みの薬液を除去する工程とを数回〜数千回程度繰り返して行うことにより、反応性の高い新しい薬液をウエハＷの表面に常に供給することができ、レジストマスクやポリマー層を効率良く除去することができる。
【００９３】
次に、このようにしてレジストマスクおよびポリマー層を除去後、不活性ガス供給源１２４からのＮ_２ガスの供給を継続した状態で、酸素含有ガス供給源１２７から酸素含有ガス供給配管１２６および酸素含有ガス導入ポート１２２を介して処理空間１１０に酸素含有ガスを供給し、処理空間１１０を所定の酸素濃度のＮ_２雰囲気とする。この場合に、例えばコントローラ１３０によりマスフローコントローラ１２５，１２８を制御することによりこれらを所定の流量とすることにより、酸素濃度を制御する。
【００９４】
このように処理空間１１０内の雰囲気制御を行った後、従前のレジストマスクおよびポリマー層の除去処理と同様に、保持部材１０４を回転させた状態で吐出ノズル１０６から薬液を吐出する。この際に、雰囲気中の酸素によりＣｕ付着物が酸化されてＣｕＯとなるため、供給された薬液により、図１２の（ｂ）に示すように、その酸化されたＣｕＯ付着物が溶解除去される。この場合に、Ｃｕ付着物７７の付着状態に応じて、かつＣｕ配線層７１に極力ダメージを与えないようにして酸素濃度を制御することが好ましい。この際の適切な酸素濃度は、Ｃｕ付着物の状態等に応じて変化するが、例えば５％以下程度の所定の濃度に設定する。この場合の酸素濃度の制御としては酸素含有ガス自体の濃度制御の他、ガスそのものを切り換えることによって酸素濃度を制御することもできる。例えば、空気とＯ_２ガスの切換等が考えられる。
【００９５】
このようにＣｕ付着物７７を除去する際にも、所定時間薬液を吐出後、不活性ガスの吐出および保持部材１０４の回転速度の上昇により溶解処理済みの薬液をウエハＷ表面から除去し、これらの工程を数回〜数千回程度繰り返して行うことにより、効率良くＣｕ付着物を除去することができる。この方法は、薬液を振り切った際に露出したＣｕ付着物を雰囲気中の酸素により酸化させることができるので、より効果がある。
【００９６】
このようにしてＣｕ付着物７７を除去した後、酸素含有ガスの供給を停止し、処理空間１１０内を再び酸素を実質的に含まない不活性ガス雰囲気とし、従前のレジストマスクおよびポリマー層の除去処理と全く同様に、薬液供給と溶解反応後の薬液除去とを繰り返し行うことにより、Ｃｕ配線層７１の酸化を防止しつつ残存するポリマー層７６を除去し、図１２の（ｃ）に示す状態とすることができる。
【００９７】
このレジストマスク、ポリマー層、およびＣｕ付着物の除去処理が終了後、吐出ノズル１０６からＩＰＡまたは純水を吐出させて残存する反応生成物をウエハＷから洗い流す。次いで、吐出ノズル１０６から純水を吐出させてウエハＷをリンス処理し、最後に保持部材１０４とともにウエハＷを高速で回転させてウエハＷのスピン乾燥を行う。
【００９８】
このように、本実施形態においても、Ｃｕ付着物を除去する際に、不活性ガス雰囲気に微量の酸素含有ガスを添加するので、Ｃｕ付着物を酸化させて除去可能にするのに必要最小限の酸素量とすることができ、しかもレジストマスクおよびポリマー層除去の際には、酸素を実質的に含まない雰囲気で行うので、Ｃｕ配線層の酸化を極力防止し、Ｃｕ配線層をほとんど溶解除去させずにＣｕ配線層へのダメージを少なくしてレジストマスク、ポリマー層、およびＣｕ付着物の除去を行うことができる。
【００９９】
なお、このような枚葉式の基板処理装置においても、最初にレジストマスクとポリマー層とを同時に除去する代わりに、それぞれ異なる薬液を用いて別々の工程で除去してもよい。この場合には、例えば、最初に吐出ノズル１０６からレジストマスク除去用の薬液を供給してレジストマスクを除去し、その後吐出ノズル１０６からポリマー層除去用の薬液を供給するようにすればよい。
【０１００】
また、従前の実施形態と同様、ポリマー層と金属付着物が同時に付着しているような場合には、必ずしも上述のように最初にポリマー層を溶解除去する必要はなく、上記金属付着物の溶解除去工程をポリマー層の溶解除去工程に先立って行ってもよい。
【０１０１】
さらに、以下の１〜４に示すように、ポリマー層を溶解除去する工程および金属付着物を溶解除去する工程を交互に、少なくとも一方の工程が複数回になるように繰り返し行うようにしてもよい。
１．ポリマー層除去−金属付着物除去−ポリマー層除去
２．金属付着物除去−ポリマー層除去−金属付着物除去
３．ポリマー層除去−金属付着物除去を１セットとして２回以上繰り返し
４．金属付着物除去−ポリマー層除去を１セットとして２回以上繰り返し
【０１０２】
さらにまた、付着物の表面付近にＣｕ−ｒｉｃｈな付着物が存在し、付着物の内側にＣｕＯ−ｒｉｃｈな付着物が存在する場合にも、従前の実施形態と同様にして、付着物を溶解除去することができる。
【０１０３】
また、このような枚葉式の基板処理装置を、図１４に示したＣｕめっき後のウエハの処理に適用することもできる。この場合には、ウエハＷを、その裏面を上にした状態で、保持部材１０４で保持し、処理空間１１０を所定濃度の酸素を含む不活性ガス雰囲気とし、薬液を供給して同様の処理を行うことにより、めっき層８１にダメージを与えることなくＣｕ付着物８２を除去することができる。この場合に、めっき層８１のダメージをより一層低減する観点から、仕切壁を設ける等の手段によりウエハＷのめっき層８１を形成した部分のみを酸素濃度の低い雰囲気にすることが好ましい。また、この場合に、保持部材１０４の下方に空間があることから、その部分に吐出ノズルを設けることができるので、ウエハＷを、その表面を上にした状態で保持しても、めっき層８１にダメージを与えることなくＣｕ付着物を除去することができる。
【０１０４】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、Ｃｕ付着物を除去する場合について説明したが、酸化することにより溶解性が変化する金属であれば同様のメカニズムにより溶解除去することが可能である。このような金属としてはＲｕおよびＰｔを挙げることができる。
【０１０５】
また、上記実施形態では、不活性ガス雰囲気に酸素含有ガスを導入することにより酸素を供給したが、これに限らず、処理液として供給する薬液中に酸素を溶解させ、薬液と酸素とを同時に供給してもよい。この場合にも溶解させる酸素の量を制御すれば、金属付着物を酸化させて除去可能にするのに必要最小限の酸素量とすることができ、金属層の酸化を極力防止して金属付着物を除去することができる。
【０１０６】
さらに、レジストマスクおよびポリマー層をともに薬液（処理液）で除去する場合について示したが、レジストマスクをドライアッシングで除去してからポリマー層を除去する場合にも適用可能である。さらにまた、半導体ウエハに適用した場合について示したが、これに限らず、液晶表示装置（ＬＣＤ）用基板等、他の基板の処理にも適用することができる。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、金属層を有する基板に付着したポリマー層と金属付着物とを処理液によって除去する際、具体的には基板上に少なくとも金属層およびその上の絶縁層を形成し、絶縁層を金属層に達するまでエッチングした後に残存するポリマー層およびポリマー層内部に存在する金属層がスパッタされて付着した金属付着物、またはそれらに加えてレジストマスクを処理液によって除去する際に、チャンバー内に不活性ガスを導入してチャンバー内を不活性ガス雰囲気にしてから、チャンバー内に処理液を供給してポリマー層、またはレジストマスクおよびポリマー層を除去し、チャンバー内に不活性ガスおよび酸素含有ガスを導入してチャンバー内を前記金属付着物を酸化させることが可能な程度の酸素濃度の不活性ガス雰囲気にしてから、チャンバー内に処理液を供給して、チャンバー内雰囲気中の酸素により酸化された付着物を溶解除去するので、金属付着物を除去する際に、金属付着物を酸化させて除去可能にするのに必要最小限の酸素量とすることができ、しかもポリマー層、またはレジストマスクおよびポリマー層除去の際には、酸素ガスを実質的に含まない雰囲気で行うので、金属層の酸化を極力防止して処理液による金属層へのダメージを生じさせずに金属付着物を除去することができる。
【０１０９】
さらに、チャンバーに不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、チャンバーに酸素含有ガスを導入する酸素ガス導入手段と、チャンバー内に基板に付着したポリマー層を除去する第１の処理液を導入する第１の処理液導入手段と、チャンバー内に基板に付着した金属付着物を除去する第２の処理液を導入する第２の処理液導入手段とを設け、ポリマー層を除去する際には、チャンバー内に不活性ガスを導入してチャンバー内を不活性ガス雰囲気にしつつ、前記チャンバー内に第１の処理液を供給し、金属付着物を除去する際には、チャンバー内に不活性ガスおよび酸素含有ガスを導入してチャンバー内を前記金属付着物を酸化させることが可能な程度の酸素濃度の不活性ガス雰囲気にしつつ、前記チャンバー内に第２の処理液を供給するので、金属付着物を除去する際に、金属付着物を酸化させて除去可能にするのに必要最小限の酸素量とすることができ、しかもポリマー層除去の際には、酸素ガスを実質的に含まない雰囲気で行うので、金属層の酸化を極力防止して処理液による金属層へのダメージを生じさせずに金属付着物を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するために用いる一実施形態に係る基板処理装置の外側チャンバーの内部に内側チャンバーを配置した状態を示す断面図。
【図２】本発明の方法を実施するために用いる一実施形態に係る基板処理装置の内側チャンバーを外側チャンバーの外部に出した状態を示す断面図。
【図３】図１の基板処理装置のＡ−Ａ線による断面図。
【図４】図１の基板処理装置のロータを示す斜視図。
【図５】ロータの保持機構を保持状態と解除状態との間で切り換える切換部材とモータ側の垂直壁の要部を示す分解斜視図。
【図６】保持機構が解除状態にある時の切換部材および突起部の状態を示す斜視図。
【図７】保持機構が保持状態にある時の切換部材および突起部の状態を示す斜視図。
【図８】図４に示すロータのアーム、バランスウエイトおよび突起部を示す斜視図。
【図９】図１の基板処理装置の切換機構およびその周辺部の拡大断面図。
【図１０】図１の基板処理装置のシール機構およびその周辺部の拡大断面図。
【図１１】本発明の一実施形態に係る基板処理方法が適用される半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図１２】本発明の一実施形態に係る基板処理方法の処理工程を説明するための断面図。
【図１３】本発明の一実施形態に係る基板処理方法を適用した複数種のＣｕ付着物を除去する処理手順における処理時間と酸素濃度との関係を示すグラフ。
【図１４】本発明の他の実施形態に係る基板処理方法に適用される半導体ウエハを示す断面図。
【図１５】本発明の方法を実施するために用いる他の実施形態に係る基板処理装置を示す断面図。
【符号の説明】
１，１０１……基板処理装置
５……ロータ
７，８，１０２……チャンバー
２０，３０，１１０……処理空間
２２，３２，１０６……吐出ノズル
５１，１２１……不活性ガス導入ポート
５２，１２２……酸素含有ガス導入ポート
５４，１２４……不活性ガス供給源
５７，１２７……酸素含有ガス供給源
５５，５８，１２５，１２８……マスフローコントローラ
６０，１３０……コントローラ
７１……Ｃｕ配線層
７２……ＳｉＮバリア層
７３……層間絶縁層
７４……レジスト層（レジストマスク）
７５……コンタクトホール
７６，７８……ポリマー層
７７……Ｃｕ付着物（金属付着物）
Ｗ……半導体ウエハ（基板）

Claims (16)

1. 金属層を有する基板に付着したポリマー層と金属付着物とを処理液によって除去する基板処理方法であって、
   基板をチャンバー内に装入する工程と、
   前記チャンバー内に不活性ガスを導入して前記チャンバー内を不活性ガス雰囲気にし、前記チャンバー内に処理液を供給してポリマー層を溶解除去する工程と、
   前記チャンバー内に不活性ガスおよび酸素含有ガスを導入して、前記チャンバー内を前記金属付着物を酸化させることが可能な程度の酸素濃度の不活性ガス雰囲気にし、前記チャンバー内に処理液を供給して、チャンバー内雰囲気中の酸素により酸化された付着物を溶解除去する工程と
   を具備することを特徴とする基板処理方法。
2. 前記付着物を溶解除去する工程は、前記ポリマー層を溶解除去する工程の後に行うことを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記付着物を溶解除去する工程は、前記ポリマー層を溶解除去する工程の前に行うことを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
4. 前記ポリマー層を溶解除去する工程および前記付着物を溶解除去する工程を交互に、少なくとも一方の工程が複数回になるように繰り返し行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
5. 基板上に少なくとも金属層およびその上の絶縁層を形成し、絶縁層を金属層に達するまでエッチングした後に残存するポリマー層およびポリマー層内部に存在する、金属層がスパッタされて付着した金属付着物を処理液によって除去する基板処理方法であって、
   エッチング後の基板をチャンバー内に装入する工程と、
   前記チャンバー内に不活性ガスを導入して前記チャンバー内を不活性ガス雰囲気にし、前記チャンバー内に処理液を供給してポリマー層を溶解除去し、金属付着物を露出させる工程と、
   その後、前記チャンバー内に酸素含有ガスを導入して、前記チャンバー内を前記金属付着物を酸化させることが可能な程度の酸素濃度の不活性ガス雰囲気にし、チャンバー内に処理液を供給して、チャンバー内雰囲気中の酸素により酸化された、露出した付着物を溶解除去する工程と、
   その後、酸素含有ガスの供給を停止し、再び前記チャンバー内を不活性ガス雰囲気にし、前記チャンバー内に処理液を供給して残存するポリマー層を溶解除去する工程と
   を具備することを特徴とする基板処理方法。
6. 基板上に少なくとも金属層およびその上の絶縁層を形成し、フォトレジスト層をマスクとして絶縁層を金属層に達するまでエッチングした後に残存するレジストマスク、ポリマー層およびポリマー層内部に存在する金属層がスパッタされて付着した金属付着物を処理液によって除去する基板処理方法であって、
   エッチング後の基板をチャンバー内に装入する工程と、
   前記チャンバー内に不活性ガスを導入してチャンバー内を不活性ガス雰囲気にし、チャンバー内に処理液を供給してレジストマスクを溶解除去する工程と、
   不活性ガス雰囲気の前記チャンバー内に処理液を供給してポリマー層を溶解除去するとともに、ポリマー層内部の金属付着物を露出させる工程と、
   その後、前記チャンバー内に酸素含有ガスを導入して、前記チャンバー内を前記金属付着物を酸化させることが可能な程度の酸素濃度の不活性ガス雰囲気にし、チャンバー内に処理液を供給して、チャンバー内雰囲気中の酸素により酸化された、露出した付着物を溶解除去する工程と、
   その後、酸素含有ガスの供給を停止し、再びチャンバー内を不活性ガス雰囲気にし、前記チャンバー内に処理液を供給して残存するポリマー層を溶解除去する工程と
   を具備することを特徴とする基板処理方法。
7. レジストマスクを溶解除去する工程と、ポリマー層を溶解除去するとともに、ポリマー層内部の金属付着物を露出させる工程を同時に行うことを特徴とする請求項６に記載の基板処理方法。
8. 前記付着物を溶解除去する工程および残存するポリマー層を溶解除去する工程は、交互に、少なくとも一方の工程が複数回になるように繰り返し行うことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の基板処理方法。
9. 前記ポリマー層の溶解除去は、前記処理液の供給および基板からの処理液の除去を繰り返し行うことによってなされることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の基板処理方法。
10. 前記レジストマスクの溶解除去は、前記処理液の供給および基板からの処理液の除去を繰り返し行うことによってなされることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の基板処理方法。
11. 金属付着物を酸化させる際に、金属付着物の付着状態に応じてチャンバー内の酸素濃度を制御することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の基板処理方法。
12. 前記金属付着物はＣｕ，ＲｕおよびＰｔの少なくとも１種を主体とするものであることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の基板処理方法。
13. 金属層を有する基板に付着したポリマーからなる第１の付着物と、金属を含有する第２の付着物と、金属を含有し、前記第２の付着物とは異なる組成の第３の付着物を処理液によって除去する基板処理方法であって、
    基板をチャンバー内に装入する工程と、
    前記チャンバー内に不活性ガスを導入して前記チャンバー内を不活性ガス雰囲気にし、前記チャンバー内に処理液を供給してポリマーからなる第１の付着物を溶解除去する工程と、
    前記チャンバー内に不活性ガスおよび酸素含有ガスを導入して、前記チャンバー内を前記第２の付着物を酸化させることが可能な程度の酸素濃度の不活性ガス雰囲気にし、前記チャンバー内に処理液を供給して、チャンバー内雰囲気中の酸素により酸化された第２の付着物を溶解除去する工程と、
    前記チャンバー内に不活性ガスおよび酸素含有ガスを導入して、前記チャンバー内を前記第３の付着物を酸化させることが可能な程度の酸素濃度の不活性ガス雰囲気にし、前記チャンバー内に処理液を供給して、チャンバー内雰囲気中の酸素により酸化された第３の付着物を溶解除去する工程と
    を具備することを特徴とする基板処理方法。
14. 金属層を有する基板に付着したポリマー層と金属付着物とを処理液によって除去する基板処理装置であって、
    基板を収容するチャンバーと、
    チャンバーに不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、
    チャンバーに酸素含有ガスを導入する酸素ガス導入手段と、
    チャンバー内を排気する排気手段と、
    チャンバー内に基板に付着したポリマー層を除去する第１の処理液を導入する第１の処理液導入手段と、
    チャンバー内に基板に付着した金属付着物を除去する第２の処理液を導入する第２の処理液導入手段と、
    チャンバー内に供給された処理液を排液する排液手段と
    を具備し、
    前記ポリマー層を除去する際には、前記チャンバー内に不活性ガスを導入して前記チャンバー内を不活性ガス雰囲気にしつつ、前記チャンバー内に第１の処理液を供給し、
    前記金属付着物を除去する際には、前記チャンバー内に不活性ガスおよび酸素含有ガスを導入してチャンバー内を前記金属付着物を酸化させることが可能な程度の酸素濃度の不活性ガス雰囲気にしつつ、前記チャンバー内に第２の処理液を供給することを特徴とする基板処理装置。
15. 前記不活性ガス導入手段および前記酸素ガス導入手段の少なくとも一方は、流量調節機構を有することを特徴とする請求項１４に記載の基板処理装置。
16. 前記チャンバー内に収容された基板を回転可能に保持する基板保持手段をさらに具備することを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の基板処理装置。

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