JP6814653B2 - Substrate processing method and substrate processing equipment - Google Patents
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Description
この発明は、基板を処理する基板処理方法および基板処理装置に関する。処理対象になる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、FED(Field Emission Display)用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などの基板が含まれる。 The present invention relates to a substrate processing method and a substrate processing apparatus for processing a substrate. The substrates to be processed include, for example, semiconductor wafers, liquid crystal display substrate, plasma display substrate, FED (Field Emission Display) substrate, optical disk substrate, magnetic disk substrate, optical magnetic disk substrate, photomask. Substrates such as substrates, ceramic substrates, and solar cell substrates are included.
半導体装置や液晶表示装置などの製造工程では、半導体ウエハや液晶表示用ガラス基板などの基板から異物を除去する洗浄工程が行われる。たとえば、トランジスタやキャパシタなどのデバイスが作り込まれた半導体ウエハの表面に多層配線を形成するバックエンドプロセス(BEOL:Back End of the Line)では、ドライエッチングやアッシングによって発生したポリマー残渣を除去するポリマー除去工程が行われる。 In the manufacturing process of a semiconductor device, a liquid crystal display device, or the like, a cleaning step of removing foreign matter from a substrate such as a semiconductor wafer or a glass substrate for a liquid crystal display is performed. For example, in the back end of line (BEOL) process, which forms multi-layered wiring on the surface of a semiconductor wafer in which devices such as transistors and capacitors are built, a polymer that removes polymer residues generated by dry etching or ashing. A removal step is performed.
ポリマー除去工程では、金属配線(たとえば、銅配線)が露出した基板の表面にポリマー除去液などの処理液が供給される。ところが、酸素濃度が比較的高い処理液が基板に供給されると、処理液に溶解している酸素(溶存酸素)により基板上の金属配線が酸化され、金属酸化物が形成される。この金属酸化物は処理液によって腐食(エッチング)されるので、この基板から作成されるデバイスの品質が低下するおそれがある。金属配線のエッチング量は、処理液中の酸素濃度の増加に伴って増加する。また、処理液中の溶存酸素による基板上の金属配線の酸化は、ポリマー除去液以外の処理液による基板の処理においても発生し得る。 In the polymer removing step, a treatment liquid such as a polymer removing liquid is supplied to the surface of the substrate on which the metal wiring (for example, copper wiring) is exposed. However, when a treatment liquid having a relatively high oxygen concentration is supplied to the substrate, the metal wiring on the substrate is oxidized by the oxygen (dissolved oxygen) dissolved in the treatment liquid to form a metal oxide. Since this metal oxide is corroded (etched) by the treatment liquid, the quality of the device made from this substrate may deteriorate. The etching amount of the metal wiring increases as the oxygen concentration in the treatment liquid increases. Further, oxidation of the metal wiring on the substrate by the dissolved oxygen in the treatment liquid may also occur in the treatment of the substrate with a treatment liquid other than the polymer removing liquid.
そこで、下記特許文献1には、スピンチャックに保持された基板と、基板の上面に対向する遮断板との間に不活性ガスを供給することによって、遮断板と基板との間の雰囲気を不活性ガスによって置換することが提案されている。これにより、基板の周囲の雰囲気中の酸素濃度が低減されるので、基板上に供給された処理液に溶解する酸素の量が低減される。 Therefore, in Patent Document 1 below, the atmosphere between the blocking plate and the substrate is not created by supplying an inert gas between the substrate held by the spin chuck and the blocking plate facing the upper surface of the substrate. It has been proposed to replace it with an active gas. As a result, the oxygen concentration in the atmosphere around the substrate is reduced, so that the amount of oxygen dissolved in the treatment liquid supplied on the substrate is reduced.
不活性ガスによる雰囲気の置換を省略することができれば、基板の処理に要する時間が短縮され、スループット(単位時間当たりの基板の処理枚数)を向上させることができる。
そこで、この発明の1つの目的は、金属膜が露出した表面を有する基板を処理する構成において、基板の周囲の雰囲気中の酸素濃度を低減することなく、処理液中の酸素に起因する金属膜の酸化を抑制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である。
If the replacement of the atmosphere with the inert gas can be omitted, the time required for processing the substrate can be shortened, and the throughput (the number of substrates processed per unit time) can be improved.
Therefore, one object of the present invention is to treat a substrate having a surface with an exposed metal film, the metal film caused by oxygen in the treatment liquid without reducing the oxygen concentration in the atmosphere around the substrate. It is an object of the present invention to provide a substrate processing method and a substrate processing apparatus capable of suppressing the oxidation of oxygen.
この発明の一実施形態は、金属膜が露出した上面を有する基板を水平に保持する基板保持工程と、鉛直方向に沿う回転軸線のまわりに前記基板を回転させる基板回転工程と、脱気された処理液を前記基板の上面に供給することによって、前記基板上に前記処理液の液膜を形成する液膜形成工程と、前記液膜の厚さが100μm以上となるように前記液膜の厚さを調整する膜厚調整工程とを含む、基板処理方法を提供する。 One embodiment of the present invention includes a substrate holding step of horizontally holding a substrate having an upper surface with an exposed metal film, a substrate rotating step of rotating the substrate around a rotation axis along a vertical direction, and degassing. A liquid film forming step of forming a liquid film of the treatment liquid on the substrate by supplying the treatment liquid to the upper surface of the substrate, and a thickness of the liquid film so that the thickness of the liquid film is 100 μm or more. Provided is a substrate processing method including a film thickness adjusting step for adjusting the thickness.
この方法によれば、液膜形成工程では、基板上に処理液の液膜が形成される。この液膜によって、基板の表面に露出した金属膜が覆われる。膜厚調整工程では、液膜形成工程で基板上に形成された液膜の厚さは、100μm以上となるように調整される。そのため、調整後の液膜は充分に厚い。
液膜が充分に厚いため、液膜が基板の周囲の雰囲気に晒されることによって処理液に溶解した酸素が、基板の上面に到達するのを抑制することができる。また、液膜が充分に厚いため、液膜の体積も充分に大きい。そのため、基板の上面に供給された処理液に酸素が溶解することに起因して液膜中の酸素濃度が上昇するのを抑制することができる。したがって、金属膜と反応する酸素が低減されるので、金属膜の酸化を抑制することができる。
According to this method, in the liquid film forming step, a liquid film of the treatment liquid is formed on the substrate. This liquid film covers the exposed metal film on the surface of the substrate. In the film thickness adjusting step, the thickness of the liquid film formed on the substrate in the liquid film forming step is adjusted to be 100 μm or more. Therefore, the adjusted liquid film is sufficiently thick.
Since the liquid film is sufficiently thick, it is possible to prevent oxygen dissolved in the treatment liquid from reaching the upper surface of the substrate by exposing the liquid film to the atmosphere around the substrate. Moreover, since the liquid film is sufficiently thick, the volume of the liquid film is also sufficiently large. Therefore, it is possible to suppress an increase in the oxygen concentration in the liquid film due to the dissolution of oxygen in the treatment liquid supplied to the upper surface of the substrate. Therefore, since the oxygen that reacts with the metal film is reduced, the oxidation of the metal film can be suppressed.
よって、基板の周囲の雰囲気中の酸素濃度を低減することなく、処理液中の酸素に起因する金属膜の酸化を抑制することができる。
この発明の一実施形態では、前記膜厚調整工程が、前記基板の回転速度が300rpm以下となるように前記基板の回転を制御することによって、前記液膜の厚さを調整する工程を含む。
Therefore, it is possible to suppress the oxidation of the metal film caused by oxygen in the treatment liquid without reducing the oxygen concentration in the atmosphere around the substrate.
In one embodiment of the present invention, the film thickness adjusting step includes a step of adjusting the thickness of the liquid film by controlling the rotation of the substrate so that the rotation speed of the substrate is 300 rpm or less.
この方法によれば、膜厚調整工程では、基板の回転速度が300rpm以下となるように基板の回転が制御されることによって、液膜の厚さが調整される。
ここで、回転状態の基板上に形成された液膜には、遠心力が作用する。そのため、基板の回転速度が大きくなると、遠心力によって基板外へ飛び散る処理液の量が増え、基板上の処理液の量が減る。これにより、液膜の厚さが不充分となるおそれがある。
According to this method, in the film thickness adjusting step, the thickness of the liquid film is adjusted by controlling the rotation of the substrate so that the rotation speed of the substrate is 300 rpm or less.
Here, centrifugal force acts on the liquid film formed on the rotating substrate. Therefore, when the rotation speed of the substrate is increased, the amount of the treatment liquid scattered to the outside of the substrate due to the centrifugal force increases, and the amount of the treatment liquid on the substrate decreases. As a result, the thickness of the liquid film may be insufficient.
しかし、膜厚調整工程において調整された基板の回転速度は、300rpm以下であるため充分に小さい。そのため、液膜を充分に厚くすることができる。したがって、金属膜の酸化を抑制することができる。
この発明の一実施形態では、前記膜厚調整工程が、前記処理液の供給量が2.0L/min以上となるように前記処理液の供給量を制御することによって、前記液膜の厚さを調整する工程を含む。
However, the rotation speed of the substrate adjusted in the film thickness adjusting step is 300 rpm or less, which is sufficiently small. Therefore, the liquid film can be made sufficiently thick. Therefore, the oxidation of the metal film can be suppressed.
In one embodiment of the present invention, the film thickness adjusting step controls the supply amount of the treatment liquid so that the supply amount of the treatment liquid is 2.0 L / min or more, thereby controlling the thickness of the liquid film. Includes the step of adjusting.
この方法によれば、膜厚調整工程では、処理液の供給量が2.0L/min以上となるように処理液の供給量が制御されることによって、液膜の厚さが調整される。
ここで、前述したように、回転状態の基板上に形成された液膜に遠心力が作用することによって、処理液が基板外へ飛び散る。そのため、処理液の供給量が少なくなると、基板上の処理液の量が減る。これにより、液膜の厚さが不充分となるおそれがある。
According to this method, in the film thickness adjusting step, the thickness of the liquid film is adjusted by controlling the supply amount of the treatment liquid so that the supply amount of the treatment liquid is 2.0 L / min or more.
Here, as described above, the treatment liquid is scattered out of the substrate by the centrifugal force acting on the liquid film formed on the rotating substrate. Therefore, when the supply amount of the treatment liquid decreases, the amount of the treatment liquid on the substrate decreases. As a result, the thickness of the liquid film may be insufficient.
しかし、膜厚調整工程で調整された処理液の供給量は、2.0L/min以上であるため充分に多い。そのため、液膜を充分に厚くすることができる。したがって、金属膜の酸化を抑制することができる。
この発明の一実施形態では、前記液膜形成工程が、前記基板の上面の回転中心に向けて前記処理液を供給することによって、前記液膜を形成する工程を含む。前記膜厚調整工程が、前記基板の上面の回転中心の側方の位置に向けて気体を供給することによって、前記液膜の厚さを調整する工程を含む。
However, the supply amount of the treatment liquid adjusted in the film thickness adjusting step is 2.0 L / min or more, which is sufficiently large. Therefore, the liquid film can be made sufficiently thick. Therefore, the oxidation of the metal film can be suppressed.
In one embodiment of the present invention, the liquid film forming step includes a step of forming the liquid film by supplying the treatment liquid toward the rotation center of the upper surface of the substrate. The film thickness adjusting step includes a step of adjusting the thickness of the liquid film by supplying a gas toward a position on the upper surface of the substrate toward the side of the rotation center.
この方法によれば、液膜形成工程では、基板の上面の回転中心に向けて処理液を供給することによって、液膜が形成される。
ここで、基板の上面の回転中心に向けて処理液が供給された場合、基板の上面の回転中心の側方の位置(特に、基板の上面の回転中心から20mmの位置と基板の上面の回転中心から80mmの位置)では、液膜が厚くなりやすい。その一方で、基板の上面の周縁付近では、液膜が薄くなりやすい。つまり、基板の上面内において液膜の厚さにむらが生じやすい。
According to this method, in the liquid film forming step, the liquid film is formed by supplying the treatment liquid toward the rotation center of the upper surface of the substrate.
Here, when the processing liquid is supplied toward the rotation center of the upper surface of the substrate, the position of the side of the rotation center of the upper surface of the substrate (particularly, the
しかし、膜厚調整工程では、基板の上面の回転中心の側方の位置(たとえば、基板の上面の回転中心から20mmの位置と基板の上面の回転中心から80mmの位置との間の位置)に向けて気体が供給される。これにより、基板の上面の回転中心の側方の位置にある処理液には、遠心力に加えて、基板の周縁側に向けて気体が処理液を押し出す力が作用する。これにより、基板の上面の回転中心の側方の位置にある処理液が基板の周縁側へ移動する速度が増大される。そのため、基板の上面の回転中心の側方の位置において液膜の厚さが低減され、基板の上面の周縁付近において液膜の厚さが増大される。これにより、液膜の厚さのむらを低減することができる。
However, in the film thickness adjusting step, at a position lateral to the rotation center of the upper surface of the substrate (for example, a position between a
この発明の一実施形態では、前記基板処理方法が、前記膜厚調整工程において調整された前記液膜の厚さを測定する膜厚測定工程をさらに含む。
この方法によれば、膜厚測定工程において、膜厚調整工程で調整された液膜の厚さが測定される。そのため、膜厚調整工程において、液膜の厚さが意図した値からずれるなどの基板処理の異常を早期に検知することができる。
In one embodiment of the present invention, the substrate processing method further includes a film thickness measuring step of measuring the thickness of the liquid film adjusted in the film thickness adjusting step.
According to this method, in the film thickness measuring step, the thickness of the liquid film adjusted in the film thickness adjusting step is measured. Therefore, in the film thickness adjusting step, it is possible to detect an abnormality in the substrate processing such that the thickness of the liquid film deviates from the intended value at an early stage.
この発明の一実施形態では、前記膜厚調整工程が、前記膜厚測定工程で測定された前記液膜の厚さに基づいて前記液膜の厚さを調整する工程を含む。
この方法によれば、膜厚調整工程では、膜厚測定工程で測定された液膜の厚さに基づいて液膜の厚さが調整される。そのため、膜厚調整工程において、液膜の厚さを精度良く調整することができる。
In one embodiment of the present invention, the film thickness adjusting step includes a step of adjusting the thickness of the liquid film based on the thickness of the liquid film measured in the film thickness measuring step.
According to this method, in the film thickness adjusting step, the thickness of the liquid film is adjusted based on the thickness of the liquid film measured in the film thickness measuring step. Therefore, in the film thickness adjusting step, the thickness of the liquid film can be adjusted with high accuracy.
この発明の他の実施形態では、基板処理装置が、金属膜が露出した上面を有する基板を水平に保持する基板保持ユニットと、鉛直方向に沿う回転軸線のまわりに前記基板を回転させる基板回転ユニットと、脱気された処理液を前記基板の上面に供給する処理液供給ユニットと、前記基板保持ユニット、前記基板回転ユニットおよび前記処理液供給ユニットを制御する制御ユニットとを含む。 In another embodiment of the present invention, the substrate processing apparatus horizontally holds a substrate having an upper surface with an exposed metal film, and a substrate rotating unit that rotates the substrate around a rotation axis along a vertical direction. A processing liquid supply unit that supplies the degassed processing liquid to the upper surface of the substrate, and a control unit that controls the substrate holding unit, the substrate rotating unit, and the processing liquid supply unit are included.
前記制御ユニットは、前記基板保持ユニットに前記基板を保持させる基板保持工程と、前記回転軸線のまわりに前記基板を回転させる基板回転工程と、前記処理液を前記基板の上面に供給することによって、前記基板上に前記処理液の液膜を形成する液膜形成工程と、前記液膜の厚さが100μm以上となるように前記液膜の厚さを調整する膜厚調整工程とを実行する。 The control unit has a substrate holding step of causing the substrate holding unit to hold the substrate, a substrate rotating step of rotating the substrate around the rotation axis, and supplying the processing liquid to the upper surface of the substrate. A liquid film forming step of forming a liquid film of the treatment liquid on the substrate and a film thickness adjusting step of adjusting the thickness of the liquid film so that the thickness of the liquid film is 100 μm or more are executed.
この構成によれば、液膜形成工程では、基板上に処理液の液膜が形成される。この液膜によって、基板の表面に露出した金属膜が覆われる。膜厚調整工程では、液膜形成工程で基板上に形成された液膜の厚さは、100μm以上となるように調整される。そのため、調整後の液膜は充分に厚い。
液膜が充分に厚いため、液膜が基板の周囲の雰囲気に晒されることによって処理液に溶解した酸素が、基板の上面に到達するのを抑制することができる。また、液膜が充分に厚いため、液膜の体積も充分に大きい。そのため、基板の上面に供給された処理液に酸素が溶解することに起因して液膜中の酸素濃度が上昇するのを抑制することができる。したがって、金属膜と反応する酸素が低減されるので、金属膜の酸化を抑制することができる。
According to this configuration, in the liquid film forming step, a liquid film of the treatment liquid is formed on the substrate. This liquid film covers the exposed metal film on the surface of the substrate. In the film thickness adjusting step, the thickness of the liquid film formed on the substrate in the liquid film forming step is adjusted to be 100 μm or more. Therefore, the adjusted liquid film is sufficiently thick.
Since the liquid film is sufficiently thick, it is possible to prevent oxygen dissolved in the treatment liquid from reaching the upper surface of the substrate by exposing the liquid film to the atmosphere around the substrate. Moreover, since the liquid film is sufficiently thick, the volume of the liquid film is also sufficiently large. Therefore, it is possible to suppress an increase in the oxygen concentration in the liquid film due to the dissolution of oxygen in the treatment liquid supplied to the upper surface of the substrate. Therefore, since the oxygen that reacts with the metal film is reduced, the oxidation of the metal film can be suppressed.
よって、基板の周囲の雰囲気中の酸素濃度を低減することなく、処理液中の酸素に起因する金属膜の酸化を抑制することができる。
この発明の他の実施形態では、前記膜厚調整工程が、前記基板の回転速度が300rpm以下となるように前記基板の回転を制御することによって、前記液膜の厚さを調整する工程を含む。
Therefore, it is possible to suppress the oxidation of the metal film caused by oxygen in the treatment liquid without reducing the oxygen concentration in the atmosphere around the substrate.
In another embodiment of the present invention, the film thickness adjusting step includes a step of adjusting the thickness of the liquid film by controlling the rotation of the substrate so that the rotation speed of the substrate is 300 rpm or less. ..
この構成によれば、膜厚調整工程において調整された基板の回転速度は、300rpm以下であるため充分に小さい。そのため、液膜を充分に厚くすることができる。したがって、金属膜の酸化を抑制することができる。
この発明の他の実施形態では、前記膜厚調整工程が、前記処理液の供給量が2.0L/min以上となるように前記処理液の供給量を制御することによって、前記液膜の厚さを調整する工程を含む。
According to this configuration, the rotation speed of the substrate adjusted in the film thickness adjusting step is 300 rpm or less, which is sufficiently small. Therefore, the liquid film can be made sufficiently thick. Therefore, the oxidation of the metal film can be suppressed.
In another embodiment of the present invention, the film thickness adjusting step controls the supply amount of the treatment liquid so that the supply amount of the treatment liquid is 2.0 L / min or more, thereby causing the thickness of the liquid film. Includes the step of adjusting the film thickness.
この構成によれば、膜厚調整工程で調整された処理液の供給量は、2.0L/min以上であるため充分に多い。そのため、液膜を充分に厚くすることができる。したがって、金属膜の酸化を抑制することができる。
この発明の他の実施形態では、前記液膜形成工程が、前記基板の上面の回転中心に向けて前記処理液を供給することによって、前記液膜を形成する工程を含む。前記膜厚調整工程が、前記基板の上面の回転中心の側方の位置に向けて気体を供給することによって、前記液膜の厚さを調整する工程を含む。
According to this configuration, the supply amount of the treatment liquid adjusted in the film thickness adjusting step is 2.0 L / min or more, which is sufficiently large. Therefore, the liquid film can be made sufficiently thick. Therefore, the oxidation of the metal film can be suppressed.
In another embodiment of the present invention, the liquid film forming step includes a step of forming the liquid film by supplying the treatment liquid toward the rotation center of the upper surface of the substrate. The film thickness adjusting step includes a step of adjusting the thickness of the liquid film by supplying a gas toward a position on the upper surface of the substrate toward the side of the rotation center.
この構成によれば、液膜形成工程では、基板の上面の回転中心に向けて処理液を供給することによって、液膜が形成される。
膜厚調整工程では、基板の上面の回転中心の側方の位置(たとえば、基板の上面の回転中心から20mmの位置と基板の上面の回転中心から80mmの位置との間の位置)に向けて気体が供給される。これにより、基板の上面の回転中心の側方の位置にある処理液には、遠心力に加えて、基板の周縁側に向けて気体が処理液を押し出す力が作用する。これにより、基板の上面の回転中心の側方の位置にある処理液が基板の周縁側へ移動する速度が増大される。そのため、基板の上面の回転中心の側方の位置において液膜の厚さが低減され、基板の上面の周縁付近において液膜の厚さが増大される。これにより、液膜の厚さのむらを低減することができる。
According to this configuration, in the liquid film forming step, the liquid film is formed by supplying the treatment liquid toward the rotation center of the upper surface of the substrate.
In the film thickness adjusting step, the position toward the side of the rotation center of the upper surface of the substrate (for example, the position between the
この発明の他の実施形態では、前記基板処理装置が、前記液膜の厚さを測定可能な膜厚測定ユニットをさらに含む。前記制御ユニットが、前記膜厚測定ユニットを制御することによって、前記膜厚調整工程において調整された前記液膜の厚さを測定する膜厚測定工程を実行する。
この構成によれば、膜厚測定工程において、膜厚調整工程で調整された液膜の厚さが測定される。そのため、膜厚調整工程において、液膜の厚さが意図した値からずれるなどの基板処理の異常を早期に検知することができる。
In another embodiment of the present invention, the substrate processing apparatus further includes a film thickness measuring unit capable of measuring the thickness of the liquid film. By controlling the film thickness measuring unit, the control unit executes a film thickness measuring step of measuring the thickness of the liquid film adjusted in the film thickness adjusting step.
According to this configuration, in the film thickness measuring step, the thickness of the liquid film adjusted in the film thickness adjusting step is measured. Therefore, in the film thickness adjusting step, it is possible to detect an abnormality in the substrate processing such that the thickness of the liquid film deviates from the intended value at an early stage.
この発明の他の実施形態では、前記膜厚調整工程が、前記膜厚測定工程で測定された前記液膜の厚さに基づいて前記液膜の厚さを調整する工程を含む。
この構成によれば、膜厚調整工程では、膜厚測定工程で測定された液膜の厚さに基づいて液膜の厚さが調整される。そのため、膜厚調整工程において、液膜の厚さを精度良く調整することができる。
In another embodiment of the present invention, the film thickness adjusting step includes a step of adjusting the thickness of the liquid film based on the thickness of the liquid film measured in the film thickness measuring step.
According to this configuration, in the film thickness adjusting step, the thickness of the liquid film is adjusted based on the thickness of the liquid film measured in the film thickness measuring step. Therefore, in the film thickness adjusting step, the thickness of the liquid film can be adjusted with high accuracy.
以下では、この発明の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置1の内部のレイアウトを説明するための図解的な平面図である。
基板処理装置1は、シリコンウエハなどの基板Wを一枚ずつ処理する枚葉式の装置である。この実施形態では、基板Wは、円板状の基板である。基板処理装置1は、薬液やリンス液などの処理液で基板Wを処理する複数の処理ユニット2と、処理ユニット2で処理される複数枚の基板Wを収容するキャリヤCが載置されるロードポートLPと、ロードポートLPと処理ユニット2との間で基板Wを搬送する搬送ロボットIRおよびCRと、基板処理装置1を制御する制御ユニット3とを含む。搬送ロボットIRは、キャリヤCと搬送ロボットCRとの間で基板Wを搬送する。搬送ロボットCRは、搬送ロボットIRと処理ユニット2との間で基板Wを搬送する。複数の処理ユニット2は、たとえば、同様の構成を有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view for explaining the internal layout of the substrate processing apparatus 1 according to the embodiment of the present invention.
The substrate processing device 1 is a single-wafer type device that processes substrates W such as silicon wafers one by one. In this embodiment, the substrate W is a disk-shaped substrate. The substrate processing apparatus 1 is loaded with a plurality of
図2は、処理ユニット2の構成例を説明するための模式図である。
処理ユニット2は、一枚の基板Wを水平な姿勢で保持しながら基板Wの中央部を通る鉛直な回転軸線A1まわりに基板Wを回転させるスピンチャック5と、スピンチャック5を取り囲む筒状のカップ6とを含む。処理ユニット2は、基板Wの上面(表面)に薬液を供給する薬液供給ユニット7と、基板Wの上面に脱イオン水(Deionized Water:DIW)などのリンス液を供給するリンス液供給ユニット8と、基板Wの上面に窒素(N2)ガスなどの気体を供給する気体供給ユニット9と、基板W上に形成された処理液などの液膜の厚さを測定する膜厚測定ユニット10とをさらに含む。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a configuration example of the
The
処理ユニット2は、カップ6を収容するチャンバ14(図1参照)をさらに含む。チャンバ14には、チャンバ14内に基板Wを搬入したり、チャンバ14内から基板Wを搬出したりするための出入口(図示せず)が形成されている。チャンバ14には、この出入口を開閉するシャッタユニット(図示せず)が備えられている。
スピンチャック5は、チャックピン20と、スピンベース21と、スピンベース21の下面中央に結合された回転軸22と、回転軸22に回転力を与える電動モータ23とを含む。回転軸22は、回転軸線A1に沿って鉛直方向に延びている。回転軸22の上端に、スピンベース21が結合されている。
The
The
スピンベース21は、水平方向に沿う円盤形状を有している。スピンベース21の上面の周縁部に、複数のチャックピン20が周方向に間隔を空けて配置されている。スピンベース21およびチャックピン20は、基板Wを水平に保持する基板保持ユニットに含まれる。基板保持ユニットは、基板ホルダともいう。
電動モータ23によって回転軸22が回転されることにより、基板Wが回転軸線A1のまわりに回転される。電動モータ23は、基板Wを回転軸線A1のまわりに回転させる基板回転ユニットに含まれる。
The
As the
薬液供給ユニット7は、基板Wの上面に薬液を供給する薬液ノズル30と、薬液ノズル30に結合された薬液供給管31とを含む。薬液供給管31には、薬液供給源から、フッ酸(フッ化水素水:HF)などの薬液が供給されている。
薬液供給ユニット7は、薬液供給管31に介装された薬液供給バルブ32、薬液流量調整バルブ33および薬液脱気ユニット34をさらに含む。なお、薬液脱気ユニット34は、不活性ガスバブリング薬液キャビネットでもよい。薬液供給バルブ32は、薬液の流路を開閉する。薬液流量調整バルブ33は、その開度に応じて薬液供給管31内の薬液の流量を調整する。薬液脱気ユニット34は、薬液供給源から薬液供給管31に供給された薬液から酸素を除去する。
The chemical solution supply unit 7 includes a
The chemical solution supply unit 7 further includes a chemical
薬液とは、フッ酸に限られず、硫酸、酢酸、硝酸、塩酸、フッ酸、バッファードフッ酸(BHF)、希フッ酸(DHF)、アンモニア水、過酸化水素水、有機酸(たとえば、クエン酸、蓚酸等)、有機アルカリ(たとえば、TMAH:テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドなど)、界面活性剤、腐食防止剤のうちの少なくとも1つを含む液であってもよい。これらを混合した薬液の例としては、SPM(硫酸過酸化水素水混合液)、SC1(アンモニア過酸化水素水混合液)、SC2(塩酸過酸化水素水混合液)などが挙げられる。 The chemical solution is not limited to hydrofluoric acid, but is sulfuric acid, acetic acid, nitric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid, buffered hydrofluoric acid (BHF), dilute hydrofluoric acid (DHF), aqueous ammonia, hydrogen peroxide solution, and organic acid (for example, quen). It may be a liquid containing at least one of an acid, hydrofluoric acid, etc.), an organic alkali (for example, TMAH: tetramethylammonium hydrochloride, etc.), a surfactant, and a corrosion inhibitor. Examples of the chemical solution in which these are mixed include SPM (hydrogen peroxide solution mixed solution), SC1 (hydrogen peroxide solution mixed solution), SC2 (hydrogen peroxide solution mixed solution) and the like.
薬液ノズル30は、薬液ノズル移動ユニット35によって、鉛直方向(回転軸線A1と平行な方向)および水平方向(回転軸線A1に垂直な方向)に移動される。薬液ノズル30は、水平方向への移動によって、基板Wの上面の回転中心C1に対向する中央位置と、基板Wの上面に対向しない退避位置との間で移動することができる。
基板Wの上面の回転中心C1とは、基板Wの上面における回転軸線A1との交差位置である。基板Wの上面に対向しない退避位置とは、平面視においてカップ6の外方の位置である。本実施形態とは異なり、薬液ノズル30は、固定ノズルであってもよい。
The
The rotation center C1 on the upper surface of the substrate W is a position intersecting the rotation axis A1 on the upper surface of the substrate W. The retracted position that does not face the upper surface of the substrate W is a position outside the cup 6 in a plan view. Unlike the present embodiment, the
リンス液供給ユニット8は、基板Wの上面にリンス液を供給するリンス液ノズル40と、リンス液ノズル40に結合されたリンス液供給管41とを含む。リンス液供給管41には、リンス液供給源から、DIWなどのリンス液が供給されている。
リンス液供給ユニット8は、リンス液供給管41に介装されたリンス液供給バルブ42、リンス液流量調整バルブ43およびリンス液脱気ユニット44をさらに含む。リンス液供給バルブ42は、リンス液の流路を開閉する。リンス液流量調整バルブ43は、その開度に応じてリンス液供給管41内のリンス液の流量を調整する。リンス液脱気ユニット44は、リンス液供給源からリンス液供給管41に供給されたリンス液から酸素を除去する。
The rinse
The rinse
リンス液ノズル40は、固定ノズルである。本実施形態とは異なり、リンス液ノズル40は、水平方向および鉛直方向に移動可能な移動ノズルであってもよい。
リンス液とは、DIWに限られず、炭酸水、電解イオン水、オゾン水、希釈濃度(たとえば、10〜100ppm程度)の塩酸水、アンモニアなどを含むアルカリイオン水、還元水(水素水)であってもよい。
The rinse
The rinse solution is not limited to DIW, but is carbonated water, electrolytic ionized water, ozone water, hydrochloric acid water having a diluted concentration (for example, about 10 to 100 ppm), alkaline ionized water containing ammonia, and reduced water (hydrogen water). You may.
気体供給ユニット9は、基板Wの上面の中央領域に窒素ガスなどの気体を供給する気体ノズル50と、気体ノズル50に結合された気体供給管51と、気体供給管51に介装され、気体の流路を開閉する気体供給バルブ52と、その開度に応じて気体供給管51内の気体の流量を調整する気体流量調整バルブ53とを含む。気体供給管51には、気体供給源から、窒素ガスなどの気体が供給されている。
The gas supply unit 9 is interposed between a
気体供給源から気体供給管51に供給される気体としては、窒素ガスなどの不活性ガスが好ましい。不活性ガスとは、窒素ガスに限らず、基板Wの上面およびパターンに対して不活性なガスのことである。不活性ガスの例としては、窒素ガス以外に、アルゴンなどの希ガス類が挙げられる。
気体ノズル50は、気体ノズル移動ユニット55によって、鉛直方向および水平方向に移動される。気体ノズル50は、水平方向への移動によって、基板Wの上面の回転中心C1に対向する中央位置と、基板Wの上面に対向しない退避位置との間で移動することができる。
As the gas supplied from the gas supply source to the
The
気体ノズル移動ユニット55は、例えば、鉛直方向に沿う回動軸56と、回動軸56に結合されて水平に延びるノズルアーム57と、ノズルアーム57を駆動するアーム駆動機構58とを含む。アーム駆動機構58は、回動軸56を鉛直な回動軸線のまわりに回動させることによってノズルアーム57を水平に揺動させる。アーム駆動機構58は、回動軸56を鉛直方向に沿って昇降させることによってノズルアーム57を上下動させる。アーム駆動機構58は、たとえば、ボールねじ機構(図示せず)と、それに駆動力を与える電動モータ(図示せず)とを含む。
The gas
膜厚測定ユニット10は、薬液などの液膜の厚さを、非接触な方法で測定するための装置である。非接触な方法としては、たとえば、赤外線吸収法や光干渉法などが挙げられる。
膜厚測定ユニット10は、発光部および受光部を有する膜厚プローブ60と、光源および測光部を有する膜厚測定器61と、膜厚プローブ60および膜厚測定器61を連結する光ファイバーなどの接続線62とを含む。膜厚プローブ60は、ノズルアーム57に取り付けられている。そのため、膜厚プローブ60は、気体ノズル50とともに水平方向および鉛直方向に移動可能である。
The film
The film
図3は、基板処理装置1の主要部の電気的構成を説明するためのブロック図である。制御ユニット3は、マイクロコンピュータを備えており、所定の制御プログラムに従って、基板処理装置1に備えられた制御対象を制御する。より具体的には、制御ユニット3は、プロセッサ(CPU)3Aと、制御プログラムが格納されたメモリ3Bとを含み、プロセッサ3Aが制御プログラムを実行することによって、基板処理のための様々な制御を実行するように構成されている。とくに、制御ユニット3は、搬送ロボットIR,CR、電動モータ23、ノズル移動ユニット35,55、膜厚測定器61およびバルブ類32,33,42,43,52,53などの動作を制御する。
FIG. 3 is a block diagram for explaining the electrical configuration of the main part of the substrate processing apparatus 1. The control unit 3 includes a microcomputer, and controls a control target provided in the substrate processing device 1 according to a predetermined control program. More specifically, the control unit 3 includes a processor (CPU) 3A and a
図4は、基板処理装置1によって処理される基板Wの表面状態の一例を説明するための断面図である。
以下に説明するように、基板処理装置1に搬入される基板Wは、たとえば、表面にポリマー残渣(ドライエッチングやアッシング後の残渣)が付着しており、金属膜70(金属パターン)が露出した半導体ウエハである。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining an example of the surface state of the substrate W processed by the substrate processing apparatus 1.
As described below, the substrate W carried into the substrate processing apparatus 1 has, for example, a polymer residue (residue after dry etching or ashing) adhered to the surface thereof, and the metal film 70 (metal pattern) is exposed. It is a semiconductor wafer.
金属膜70は、銅やタングステンその他の金属の単膜であってもよいし、複数の金属膜を積層した多層膜であってもよい。多層膜は、たとえば、銅膜と、この銅膜上に積層されたCoWP(cobalt-tungsten- phosphorus)膜とを含む積層膜であってもよい。CoWP膜は、拡散防止のためのキャップ膜である。
図4に示すように、基板Wの表面上には、層間絶縁膜72が形成されている。層間絶縁膜72には、下配線溝73がその上面から掘り下げて形成されている。下配線溝73には、銅配線74が埋設されている。銅配線74は、金属膜70に含まれる。層間絶縁膜72上には、エッチストッパ膜75を介して、被加工膜の一例としての低誘電率絶縁膜76が積層されている。低誘電率絶縁膜76には、上配線溝77がその上面から掘り下げて形成されている。さらに、低誘電率絶縁膜76には、上配線溝77の底面から銅配線74の表面に達するヴィアホール78が形成されている。上配線溝77およびヴィアホール78には、銅が一括して埋め込まれる。
The
As shown in FIG. 4, an
上配線溝77およびヴィアホール78は、低誘電率絶縁膜76上にハードマスクが形成された後、ドライエッチング処理が行われ、低誘電率絶縁膜76におけるハードマスクから露出した部分が除去されることにより形成される。上配線溝77およびヴィアホール78が形成された後、アッシング処理が行われ、不要となったハードマスクが低誘電率絶縁膜76上から除去される。
The
ドライエッチング時およびアッシング時には、低誘電率絶縁膜76やハードマスクの成分を含む反応生成物(ポリマー残渣)が、低誘電率絶縁膜76の表面(上配線溝77およびヴィアホール78の内面を含む。)などに付着する。そのため、アッシング後には、基板Wの表面にポリマー除去液を供給して、低誘電率絶縁膜76の表面からポリマー残渣を除去するポリマー除去工程が行われる。以下では、このような基板Wの表面からポリマー残渣を除去する処理例について説明する。
During dry etching and ashing, the reaction product (polymer residue) containing the low dielectric constant insulating
図5は、基板処理装置1による基板処理の一例を説明するための流れ図である。基板処理装置1による基板処理では、制御ユニット3によって作成された処理スケジュールに基づいて、たとえば、図5に示すように、基板搬入(S1)、薬液処理(S2)、リンス処理(S3)、乾燥処理(S4)および基板搬出(S5)がこの順番で実行される。
基板処理では、まず、アッシング後の基板Wが、搬送ロボットIR,CRによってキャリヤCから処理ユニット2に搬入され、スピンチャック5に渡される(S1)。この後、基板Wは、搬送ロボットCRによって搬出されるまでの間、チャックピン20によって、スピンベース21の上面から上方に間隔を空けて水平に保持される(基板保持工程)。
FIG. 5 is a flow chart for explaining an example of substrate processing by the substrate processing apparatus 1. In the substrate processing by the substrate processing apparatus 1, for example, as shown in FIG. 5, the substrate loading (S1), the chemical solution treatment (S2), the rinsing treatment (S3), and the drying are performed based on the processing schedule created by the control unit 3. The processing (S4) and the substrate unloading (S5) are executed in this order.
In the substrate processing, first, the substrate W after ashing is carried from the carrier C to the
次に、搬送ロボットCRが処理ユニット2外に退避した後、薬液処理(S2)が開始される。
電動モータ23は、スピンベース21を回転させる。これにより、チャックピン20に水平に保持された基板Wが回転する(基板回転工程)。その一方で、薬液ノズル移動ユニット35は、薬液ノズル30を基板Wの上方の薬液処理位置に配置する。薬液処理位置は、薬液ノズル30から吐出される薬液が基板Wの上面の回転中心C1に着液する位置である。
Next, after the transfer robot CR has retracted to the outside of the
The
そして、薬液供給バルブ32が開かれる。これにより、回転状態の基板Wの上面に向けて、薬液ノズル30から薬液が吐出(供給)される。供給された薬液は遠心力によって基板Wの上面の全体に行き渡る。これにより、基板Wの上面が薬液によって処理される。
次に、一定時間の薬液処理の後、基板W上の薬液をDIWに置換することにより、基板W上から薬液を排除するためのDIWリンス処理(S3)が実行される。
Then, the
Next, after the chemical solution treatment for a certain period of time, the DIW rinse treatment (S3) for removing the chemical solution from the substrate W is executed by replacing the chemical solution on the substrate W with DIW.
薬液供給バルブ32が閉じられ、リンス液供給バルブ42が開かれる。これにより、リンス液ノズル40から基板Wの上面に向けてリンス液が供給(吐出)される。リンス液ノズル40から吐出されたリンス液は、基板Wの上面の中央部に着液する。基板W上に供給されたDIWは遠心力によって基板Wの上面の全体に行き渡る。このDIWによって基板W上の薬液が洗い流される。この間に、薬液ノズル移動ユニット35が、薬液ノズル30を基板Wの上方からカップ6の側方へと退避させる。
The
次に、基板Wを乾燥させる乾燥処理(S4)が行われる。
具体的には、リンス液供給バルブ42が閉じられる。そして、電動モータ23が、薬液処理(S2)およびリンス液処理(S3)基板Wの回転速度よりも速い高回転速度(たとえば3000rpm)で基板Wを回転させる。これにより、大きな遠心力が基板W上のリンス液に作用し、基板W上のリンス液が基板Wの周囲に振り切られる。このようにして、基板Wからリンス液が除去され、基板Wが乾燥する。そして、基板Wの高速回転が開始されてから所定時間が経過すると、電動モータ23が、スピンベース21による基板Wの回転を停止させる。
Next, a drying process (S4) for drying the substrate W is performed.
Specifically, the rinse
その後、搬送ロボットCRが、処理ユニット2に進入して、スピンチャック5から処理済みの基板Wをすくい取って、処理ユニット2外へと搬出する(S5)。その基板Wは、搬送ロボットCRから搬送ロボットIRへと渡され、搬送ロボットIRによって、キャリヤCに収納される。
次に、薬液処理(図5のS2)の詳細について説明する。
After that, the transfer robot CR enters the
Next, the details of the chemical treatment (S2 in FIG. 5) will be described.
図6は、薬液処理(図5のS2)の様子を説明するための図解的な断面図である。薬液処理(図5のS2)では、基板Wの上面に薬液が供給されることによって、基板W上に薬液の液膜80が形成される(液膜形成工程)。
電動モータ23は、基板W上に液膜80が形成された状態で、基板Wの回転を制御する(回転制御工程)。具体的には、基板Wの回転速度が10rpm以上で、かつ、300rpm以下となるように基板Wの回転が制御されることが好ましい。基板Wの回転速度は、200rpm以下であることが一層好ましい。基板Wの回転速度は、100rpm以下であることがより一層好ましい。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining the state of the chemical solution treatment (S2 in FIG. 5). In the chemical solution treatment (S2 in FIG. 5), the chemical solution is supplied to the upper surface of the substrate W to form a
The
また、基板W上に液膜80が形成された状態で、薬液流量調整バルブ33の開度が調整されることによって、薬液ノズル30からの薬液の供給が制御される(薬液量制御工程)。具体的には、薬液ノズル30からの薬液の供給量(供給流量)は2.0L/min以上で、かつ、10L/min以下となるように薬液の供給が制御されることが好ましい。薬液ノズル30からの薬液の供給量は、500mL/min以上であることが一層好ましい。薬液の供給量は、大流量であるほど液膜80を厚くすることができるため、薬液の供給量はできるだけ大きいことが好ましい。薬液の供給量を充分に確保するために、薬液ノズル30が複数(2、3個)設けられていてもよい。
Further, the supply of the chemical solution from the
このように、基板Wの回転や薬液の供給が制御される。これにより、液膜80の厚さTが、100μm以上で、かつ、1cm以下となるように、液膜80の厚さTが調整される(膜厚調整工程)。液膜80の厚さTとは、鉛直方向における液膜80の幅である。液膜80の厚さTは、200μm以上であることが好ましい。液膜80の厚さTは、300μm以上であることが一層好ましい。液膜80は、基板Wの上面の全体を覆っている必要はなく、少なくとも基板Wの上面において金属膜70が露出された領域を覆っていればよい。
In this way, the rotation of the substrate W and the supply of the chemical solution are controlled. As a result, the thickness T of the
膜厚調整工程において、気体供給バルブ52が開かれてもよい。これにより、窒素ガスなどの気体が、気体ノズル50から基板Wの上面に向けて供給される(気体供給工程)。このとき、気体ノズル50は、基板Wの上面の回転中心C1の側方の位置に気体を吹き付け可能な位置に配置されている。
基板Wの上面の回転中心C1の側方とは、基板Wの上面の回転中心C1から20mm離れた第1位置と、基板Wの上面の回転中心C1から80mm離れた第2位置との間の位置を含む領域である。基板Wの上面の回転中心C1の側方には、第1位置および第2位置も含まれる。そのため、気体ノズル50から基板Wの上面の回転中心C1の側方に向けて、気体が吹き付けられる。
The
The side of the rotation center C1 on the upper surface of the substrate W is between the
気体供給工程において、気体流量調整バルブ53の開度が調整されることによって、気体ノズル50からの気体の供給量が調整される。気体ノズル50からの気体の供給量は、5L/min以上で、かつ、50L/min以下であることが好ましい。気体ノズル50からの気体の供給量は、5L/minであることが一層好ましい。
膜厚形成工程において調整された液膜80の厚さTが、膜厚測定ユニット10によって測定されてもよい(膜厚測定工程)。測定された液膜80の厚さTに基づいて、薬液の供給や基板Wの回転を制御してもよい。これにより、測定された液膜80の厚さTに基づいて、液膜80の厚さTを調整することができる。つまり、液膜80の厚さTをリアルタイムで調整(制御)することができる。
In the gas supply step, the amount of gas supplied from the
The thickness T of the
たとえば、測定された液膜80の厚さTが100μmよりも小さい場合などの、測定された液膜80の厚さTが意図していた値と異なる場合には、基板処理装置1を操作する操作パネル(図示せず)などに警告表示が表示されてもよい。
気体ノズル移動ユニット55が、気体ノズル50とともに膜厚プローブ60を水平方向に移動させてもよい。これにより、基板W上の各位置における液膜80の厚さTが測定可能である。
For example, when the measured thickness T of the
The gas
以下では、後述する図7および図8を用いて、薬液処理(図5のS2)においてフッ酸を用いて基板Wを処理した場合の金属膜70(Cu膜)の腐食量(エッチング量)を測定するために行った実験の結果について説明する。
具体的には、回転状態の基板W上にフッ酸の液膜80を形成し、液膜80の厚さTを測定した。そして、液膜80を基板W上で1分間保持することによって基板Wの上面を処理し、その後、Cu膜のエッチング量を測定した。
In the following, using FIGS. 7 and 8 described later, the amount of corrosion (etching amount) of the metal film 70 (Cu film) when the substrate W is treated with hydrofluoric acid in the chemical solution treatment (S2 in FIG. 5) is shown. The results of the experiments performed for the measurement will be described.
Specifically, a hydrofluoric
この実験では、半径が150mmのウエハが基板Wとして使用された。この実験は、複数の回転速度(200rpm、400rpm、600rpm、800rpmおよび1000rpm)のそれぞれについて行われた。各回転速度における液膜80の厚さTの測定は、回転中心C1からの距離が異なる複数箇所において行われた。回転する基板Wに形成された液膜80の厚さTの測定は、基板Wの上面(液膜80)に窒素ガスを吹き付けない状態で行われた。この実験で用いられたフッ酸中のフッ化水素の濃度は、0.05重量%であった。この実験で用いられたフッ酸の温度は、24℃であった。
In this experiment, a wafer with a radius of 150 mm was used as the substrate W. This experiment was performed for each of multiple rotational speeds (200 rpm, 400 rpm, 600 rpm, 800 rpm and 1000 rpm). The measurement of the thickness T of the
液膜80の厚さTの測定は、フッ酸の供給量が2.0L/minである条件で行われた。Cu膜のエッチング量の測定は、フッ酸の供給量を0.5L/minとしたときと、フッ酸の供給量を2.0L/minとしたときとの両方の条件で行われた。
図7は、基板Wの回転速度の変化によるフッ酸の液膜80の厚さTの変化を測定した結果を示したグラフである。
The measurement of the thickness T of the
FIG. 7 is a graph showing the results of measuring the change in the thickness T of the hydrofluoric
図7のグラフでは、横軸を、基板Wの上面の回転中心C1からの距離とし、縦軸を、基板Wの上面の回転中心C1から所定の距離に位置する点における液膜80の厚さTとしている。図7には、各回転速度における測定結果が図示されており、複数箇所での測定結果から導かれた近似曲線が回転速度毎に図示されている。
図7に示すように、回転速度が400rpm以上である場合、基板Wの上面の回転中心C1からの距離によっては、液膜80の厚さTが100μmよりも小さくなった。一方、回転速度が200rpmである場合、基板Wの上面の回転中心C1からの距離にかかわらず、液膜80の厚さTが100μmを超えていた。
In the graph of FIG. 7, the horizontal axis is the distance from the rotation center C1 on the upper surface of the substrate W, and the vertical axis is the thickness of the
As shown in FIG. 7, when the rotation speed is 400 rpm or more, the thickness T of the
具体的には、基板Wを200rpmで回転させた場合、基板Wの上面の回転中心C1からの距離が約50mmの位置における液膜80の厚さTは約260μmであった。一方、基板Wを1000rpmで回転させた場合、基板Wの上面の回転中心C1からの距離が約50mmの位置における液膜80の厚さTが、100μmを下回っていた。
基板Wを200rpmで回転させた場合、基板Wの上面の回転中心C1からの距離が約145mmの位置における液膜80の厚さTは約120μmであった。一方、基板Wを400rpm以上の回転速度で回転させた場合において、基板Wの上面の回転中心C1からの距離が約145mmの位置における液膜80の厚さTは100μmを下回っていた。
Specifically, when the substrate W was rotated at 200 rpm, the thickness T of the
When the substrate W was rotated at 200 rpm, the thickness T of the
図7に示す二点鎖線のグラフは、基板Wの上面(液膜80)に窒素ガスを吹き付けた状態で基板Wを200rpmで回転させたときの液膜80の厚さTをコンピュータでシミュレーションした結果である。このシミュレーションでは、窒素ガスの供給量を、10L/minとし、窒素ガスを吹き付ける位置を、基板Wの上面の回転中心C1の側方(回転中心C1からの距離が20mm〜80mmの位置)としている。
The graph of the alternate long and short dash line shown in FIG. 7 is a computer simulation of the thickness T of the
このシミュレーションの結果によると、窒素ガスが吹き付けられた位置、すなわち、回転中心C1からの距離が20mm〜80mmの位置では、液膜80の厚さTが低減され、回転中心C1からの距離が80mm〜145mmの位置では、液膜80の厚さTが増大された。
詳しくは、基板Wの上面の回転中心C1からの距離が約50mmの位置における液膜80の厚さTが、約260μmから約220μmに低減された。そして、基板Wの上面の回転中心C1からの距離が約145mmの位置における液膜80の厚さTが、約120μmから約170μmに増大された。
According to the result of this simulation, the thickness T of the
Specifically, the thickness T of the
図8は、フッ酸の液膜80の厚さTの変化によるCu膜のエッチング量の変化を測定した結果を示したグラフである。
図8を参照して、Cu膜において損失した部分の厚さを、Cu膜のエッチング量として示している。液膜80の厚さTの測定およびCu膜のエッチング量の測定は、回転中心C1からの距離が異なる4箇所で行われた。図8では、横軸を、フッ酸の液膜80の厚さTとし、縦軸を、液膜80の厚さTを測定した位置におけるCu膜のエッチング量としている。
FIG. 8 is a graph showing the results of measuring the change in the etching amount of the Cu film due to the change in the thickness T of the hydrofluoric
With reference to FIG. 8, the thickness of the lost portion of the Cu film is shown as the etching amount of the Cu film. The measurement of the thickness T of the
図8では、測定データは、基板Wの回転速度および測定箇所などでは区別されておらず、フッ酸の供給量で区別されている。フッ酸の供給量を0.5L/minとしたときの測定結果と、フッ酸の供給量を2.0L/minとしたときの測定結果とを別々に示している。0.5L/minでフッ酸を供給したときの測定結果が「□」で示されている。2.0L/minでフッ酸を供給したときの測定結果が「◆」で示されている。 In FIG. 8, the measurement data is not distinguished by the rotation speed of the substrate W, the measurement location, or the like, but by the amount of hydrofluoric acid supplied. The measurement result when the hydrofluoric acid supply amount is 0.5 L / min and the measurement result when the hydrofluoric acid supply amount is 2.0 L / min are shown separately. The measurement result when hydrofluoric acid is supplied at 0.5 L / min is indicated by “□”. The measurement result when hydrofluoric acid is supplied at 2.0 L / min is indicated by "◆".
図8に示すように、液膜80の厚さTが100μmよりも小さいときは、Cu膜のエッチング量が1nm〜7nmであった(図8の破線よりも左側を参照)。これに対して、液膜80の厚さTが100μm以上であるときは、いずれの測定結果においても、Cu膜のエッチング量が約1nmであった(図8の破線よりも右側を参照)。
この実験から、液膜80の厚さTが100μm以上であれば、Cu膜のエッチング量を充分に抑制できることが推察される。
As shown in FIG. 8, when the thickness T of the
From this experiment, it can be inferred that if the thickness T of the
液膜80の厚さTが100μm以上であるときにもCu膜が約1nm損失した理由は、フッ酸中の溶存酸素とCu膜とが反応して形成された酸化銅がフッ酸によってエッチングされたことに起因するのではなく、別の要因によるものと考えられる。
本実施形態によれば、液膜形成工程では、基板W上にフッ酸などの薬液の液膜80が形成される。この液膜80によって、基板Wの上面に露出した金属膜70が覆われる。膜厚調整工程では、液膜80の厚さが100μm以上となるように調整される。そのため、調整後の液膜80は充分に厚い。
The reason why the Cu film lost about 1 nm even when the thickness T of the
According to the present embodiment, in the liquid film forming step, a
液膜80が充分に厚いため、液膜80が基板Wの周囲の雰囲気に晒されることによって薬液に溶解した酸素が、基板Wの上面に到達するのを抑制することができる。また、液膜80が充分に厚いため、液膜80の体積も充分に大きい。そのため、基板Wの上面に供給された薬液に酸素が溶解することに起因して液膜80中の酸素濃度が上昇するのを抑制することができる。したがって、金属膜と70反応する酸素が低減されるので、金属膜70の酸化を抑制することができる。
Since the
よって、基板Wの周囲の雰囲気中の酸素濃度を低減することなく、薬液中の酸素に起因する金属膜70の酸化を抑制することができる。
本実施形態によれば、膜厚調整工程では、基板Wの回転速度が300rpm以下となるように基板Wの回転が制御されることによって、液膜80の厚さTが調整される。
ここで、回転状態の基板W上に形成された液膜80には、遠心力が作用する。そのため、基板Wの回転速度が大きくなると、遠心力によって基板W外へ飛び散る薬液の量が増え、基板W上の薬液の量が減る。これにより、液膜80の厚さTが不充分となるおそれがある。
Therefore, it is possible to suppress the oxidation of the
According to the present embodiment, in the film thickness adjusting step, the thickness T of the
Here, a centrifugal force acts on the
しかし、膜厚調整工程において調整された基板Wの回転速度は、300rpm以下であるため充分に小さい。そのため、液膜80を充分に厚くすることができる。したがって、金属膜70の酸化を抑制することができる。
本実施形態によれば、膜厚調整工程では、薬液の供給量が2.0L/min以上となるように薬液の供給量が制御されることによって、液膜80の厚さTが調整される。
However, the rotation speed of the substrate W adjusted in the film thickness adjusting step is 300 rpm or less, so that it is sufficiently small. Therefore, the
According to the present embodiment, in the film thickness adjusting step, the thickness T of the
ここで、前述したように、回転状態の基板W上に形成された液膜80に遠心力が作用することによって、薬液が基板W外へ飛び散る。そのため、薬液の供給量が少なくなると、基板W上の薬液の量が減る。これにより、液膜80の厚さTが不充分となるおそれがある。
しかし、膜厚調整工程で調整された薬液の供給量は、2.0L/min以上であるため充分に多い。そのため、液膜80を充分に厚くすることができる。したがって、金属膜70の酸化を抑制することができる。
Here, as described above, the chemical solution is scattered outside the substrate W by the centrifugal force acting on the
However, the supply amount of the chemical solution adjusted in the film thickness adjusting step is 2.0 L / min or more, which is sufficiently large. Therefore, the
本実施形態によれば、液膜形成工程では、基板Wの上面の回転中心C1に向けて薬液を供給することによって、液膜80が形成される。
ここで、基板Wの上面の回転中心C1に向けて薬液が供給された場合、基板Wの上面の回転中心C1の側方の位置(特に、基板の上面の回転中心C1から20mmの位置と基板Wの上面の回転中心C1から80mmの位置)では、液膜80が厚くなりやすい。その一方で、基板Wの上面の周縁付近では、液膜80が薄くなりやすい。つまり、基板Wの上面内において液膜80の厚さTにむらが生じやすい。液膜80の厚さTにむらが生じると、基板Wの回転速度を過剰に低下させたり、薬液の供給量を過剰に増大させたりする必要がある。
According to the present embodiment, in the liquid film forming step, the
Here, when the chemical solution is supplied toward the rotation center C1 on the upper surface of the substrate W, the position on the side of the rotation center C1 on the upper surface of the substrate W (particularly, the
しかし、膜厚調整工程では、基板Wの上面の回転中心C1の側方の位置(特に、基板Wの上面の回転中心C1から20mmの位置と基板Wの上面の回転中心C1から80mmの位置との間の位置)に向けて気体が供給される。これにより、基板Wの上面の回転中心C1の側方の位置にある薬液には、遠心力に加えて、基板Wの周縁側に向けて気体が薬液を押し出す力が作用する。これにより、基板Wの上面の回転中心C1の側方の位置にある薬液が基板Wの周縁側へ移動する速度が増大される。そのため、基板Wの上面の回転中心C1の側方の位置において液膜80の厚さTが低減され、基板Wの上面の周縁付近において液膜80の厚さTが増大される。これにより、液膜80の厚さTのむらを低減することができる。
However, in the film thickness adjusting step, the position on the side of the rotation center C1 on the upper surface of the substrate W (particularly, the
本実施形態によれば、膜厚測定工程において、膜厚調整工程で調整された液膜80の厚さTが測定される。そのため、膜厚調整工程において、液膜80の厚さTが意図した値からずれるなどの基板処理の異常を早期に検知することができる。
本実施形態によれば、膜厚調整工程では、膜厚測定工程で測定された液膜80の厚さTに基づいて、液膜80の厚さTが調整される。そのため、膜厚調整工程において、液膜80の厚さTを精度良く調整することができる。
According to the present embodiment, in the film thickness measuring step, the thickness T of the
According to the present embodiment, in the film thickness adjusting step, the thickness T of the
本実施形態によれば、基板Wの周囲の雰囲気を不活性ガスなどで置換する必要がないため、基板Wと対向する対向面11aを有する遮断板11(図2の二点鎖線参照)を設ける必要がない。そのため、チャンバ14内のスペースを活用しやすい。
本実施形態とは異なり、基板Wと対向する対向面11aを有する遮断板11(図2の二点鎖線参照)が設けられている場合であっても、薬液処理(図5のS2)において基板Wの上面の周囲の雰囲気を不活性ガスで置換するために遮断板11を基板Wに近接させる必要がない。ましてや、基板Wと対向面11aとの間の空間への外部の雰囲気の進入を防ぐために、鉛直方向に延びる筒状部を遮断板11に設ける必要がない。そのため、本実施形態の薬液ノズル30や気体ノズル50のような移動ノズルの水平移動が、遮断板11によって妨げられることがない。よって、不活性ガスによる基板Wの上面の周囲の雰囲気の置換を行う構成の処理ユニットと比較して、処理ユニット2では、各部材の構成の自由度が向上される。
According to the present embodiment, since it is not necessary to replace the atmosphere around the substrate W with an inert gas or the like, a blocking
Unlike the present embodiment, even when the blocking plate 11 (see the alternate long and short dash line in FIG. 2) having the facing
この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、さらに他の形態で実施することができる。
たとえば、上述の実施形態の基板処理装置1による基板処理とは異なり、薬液処理(S2)と同様に、DIWリンス処理(S3)において、液膜形成工程および膜厚調整工程が実行されてもよい。
The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in still other embodiments.
For example, unlike the substrate processing by the substrate processing apparatus 1 of the above-described embodiment, the liquid film forming step and the film thickness adjusting step may be executed in the DIW rinsing treatment (S3) as in the chemical liquid treatment (S2). ..
上述の実施形態では、膜厚測定ユニット10が設けられていたが、上述の実施形態とは異なり、膜厚測定ユニット10が設けられていない場合も有り得る。
上述の実施形態では、膜厚測定ユニット10の膜厚プローブ60は、気体ノズル移動ユニット55によって、気体ノズル50とともに移動するように構成されていた。しかし、上述の実施形態とは異なり、気体ノズル移動ユニット55とは別のノズル移動ユニットが設けられていてもよい。そして、膜厚プローブ60は、当該ノズル移動ユニットによって水平方向および鉛直方向に移動されるように構成されていてもよい。
In the above-described embodiment, the film
In the above-described embodiment, the
その他、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変更を行うことができる。 In addition, various changes can be made within the scope of the claims.
1 :基板処理装置
3 :制御ユニット
7 :薬液供給ユニット
8 :リンス液供給ユニット
10 :膜厚測定ユニット
20 :チャックピン(基板保持ユニット)
21 :スピンベース(基板保持ユニット)
23 :電動モータ(基板回転ユニット)
70 :金属膜
80 :液膜
A1 :回転軸線
C1 :回転中心
T :厚さ
W :基板
1: Substrate processing device 3: Control unit 7: Chemical solution supply unit 8: Rinse solution supply unit 10: Film thickness measurement unit 20: Chuck pin (board holding unit)
21: Spin base (board holding unit)
23: Electric motor (board rotation unit)
70: Metal film 80: Liquid film A1: Rotation axis C1: Rotation center T: Thickness W: Substrate
Claims (22)
鉛直方向に沿う回転軸線のまわりに前記基板を回転させる基板回転工程と、
脱気された薬液を前記基板の上面に供給することによって、前記基板上に前記薬液の液膜を形成する液膜形成工程と、
前記液膜の厚さが100μm以上となるように前記液膜の厚さを調整し、前記薬液に溶解する溶存酸素が前記金属膜に到達することを抑制する膜厚調整工程と、
リンス液を前記基板の上面に供給して前記薬液を前記基板上から排除するリンス液供給工程とを含み、
前記膜厚調整工程が、前記基板の上面の回転中心の側方でありかつ前記基板の上面の周縁よりも前記回転軸線に近い所定位置における前記液膜の厚さが低減され、かつ、前記周縁における前記液膜の厚さが増大されるように、前記所定位置に対向する気体ノズルから前記所定位置に向けて気体を吐出させることで、前記液膜の厚さのむらを低減する工程を含む、基板処理方法。 A substrate holding process for horizontally holding a substrate having an upper surface with an exposed metal film,
A substrate rotation step of rotating the substrate around a rotation axis along the vertical direction,
A liquid film forming step of forming a liquid film of the chemical solution on the substrate by supplying the degassed chemical solution to the upper surface of the substrate.
And the film thickness adjustment step in which the thickness of the liquid film is adjusting the thickness of the liquid film such that the above 100 [mu] m, the dissolved oxygen to be dissolved in the chemical solution is prevented from reaching the metal film,
It includes a rinse liquid supply step of supplying the rinse liquid to the upper surface of the substrate and removing the chemical liquid from the substrate.
The film thickness adjusting step reduces the thickness of the liquid film at a predetermined position on the side of the rotation center of the upper surface of the substrate and closer to the rotation axis than the peripheral edge of the upper surface of the substrate, and the peripheral edge. Including a step of reducing unevenness in the thickness of the liquid film by discharging gas toward the predetermined position from a gas nozzle facing the predetermined position so that the thickness of the liquid film is increased . Substrate processing method.
鉛直方向に沿う回転軸線のまわりに前記基板を回転させる基板回転工程と、A substrate rotation step of rotating the substrate around a rotation axis along the vertical direction,
脱気された処理液を前記基板の上面に供給することによって、前記基板上に前記処理液の液膜を形成する液膜形成工程と、A liquid film forming step of forming a liquid film of the treatment liquid on the substrate by supplying the degassed treatment liquid to the upper surface of the substrate.
前記基板の上面の回転中心から20mm離れた位置と前記基板の上面の回転中心から80mm離れた位置との間の所定位置に向けて、前記所定位置に対向する気体ノズルから気体を吐出することで、前記基板の上面の回転中心から20mm離れた位置および前記基板の上面の回転中心から80mm離れた位置の間の位置における前記液膜の厚さを抑制することによって、前記液膜の厚さのむらを低減しつつ前記液膜の厚さが100μm以上となるように前記液膜の厚さを調整する膜厚調整工程とを含む基板処理方法。By discharging gas from a gas nozzle facing the predetermined position toward a predetermined position between a position 20 mm away from the rotation center of the upper surface of the substrate and a position 80 mm away from the rotation center of the upper surface of the substrate. By suppressing the thickness of the liquid film at a position 20 mm away from the rotation center of the upper surface of the substrate and a position 80 mm away from the rotation center of the upper surface of the substrate, unevenness of the thickness of the liquid film is suppressed. A substrate processing method including a film thickness adjusting step of adjusting the thickness of the liquid film so that the thickness of the liquid film becomes 100 μm or more while reducing the amount of gas.
鉛直方向に沿う回転軸線のまわりに前記基板を回転させる基板回転ユニットと、
脱気された薬液を前記基板の上面に供給する薬液供給ユニットと、
リンス液を前記基板の上面に供給するリンス液供給ユニットと、
前記基板の上面の回転中心の側方でありかつ前記基板の上面の周縁よりも前記回転軸線に近い所定位置に対向し、当該所定位置に向けて気体を吐出する気体ノズルを有する気体供給ユニットと、
前記基板保持ユニット、前記基板回転ユニット、前記薬液供給ユニット、前記リンス液供給ユニットおよび前記気体供給ユニットを制御する制御ユニットとを含み、
前記制御ユニットが、
前記基板保持ユニットに前記基板を保持させる基板保持工程と、
前記回転軸線のまわりに前記基板を回転させる基板回転工程と、
前記薬液を前記基板の上面に供給することによって、前記基板上に前記薬液の液膜を形成する液膜形成工程と、
前記液膜の厚さが100μm以上となるように前記液膜の厚さを調整し、前記薬液に溶解する溶存酸素が前記金属膜に到達することを抑制する膜厚調整工程と、
リンス液を前記基板の上面に供給して前記薬液を前記基板上から排除するリンス液供給工程とを実行し、
前記膜厚調整工程において、前記所定位置における前記液膜の厚さを低減し、かつ、前記周縁における前記液膜の厚さが増大するように、前記所定位置に向けて前記気体ノズルから気体を吐出させることで、前記液膜の厚さのむらが低減される、基板処理装置。 A substrate holding unit that horizontally holds a substrate having an upper surface with an exposed metal film,
A substrate rotation unit that rotates the substrate around a rotation axis along the vertical direction,
A chemical solution supply unit that supplies the degassed chemical solution to the upper surface of the substrate, and
A rinse liquid supply unit that supplies the rinse liquid to the upper surface of the substrate, and
A gas supply unit having a gas nozzle that is on the side of the rotation center of the upper surface of the substrate and faces a predetermined position closer to the rotation axis than the peripheral edge of the upper surface of the substrate and discharges gas toward the predetermined position. ,
The substrate holding unit, the substrate rotating unit , the chemical solution supply unit , the rinse solution supply unit, and a control unit for controlling the gas supply unit are included.
The control unit
A substrate holding step of causing the substrate holding unit to hold the substrate,
A substrate rotation step of rotating the substrate around the rotation axis,
A liquid film forming step of forming a liquid film of the chemical solution on the substrate by supplying the chemical solution to the upper surface of the substrate.
And the film thickness adjustment step in which the thickness of the liquid film is adjusting the thickness of the liquid film such that the above 100 [mu] m, the dissolved oxygen to be dissolved in the chemical solution is prevented from reaching the metal film,
A rinse solution supply step of supplying the rinse solution to the upper surface of the substrate and removing the chemical solution from the substrate is executed.
In the film thickness adjusting step, the gas is blown from the gas nozzle toward the predetermined position so that the thickness of the liquid film at the predetermined position is reduced and the thickness of the liquid film at the peripheral edge is increased. A substrate processing device that reduces unevenness in the thickness of the liquid film by discharging .
前記制御ユニットが、前記膜厚測定ユニットを制御することによって、前記膜厚調整工程において調整された前記液膜の厚さを測定する膜厚測定工程を実行する、請求項12〜15のいずれか一項に記載の基板処理装置。 A film thickness measuring unit capable of measuring the thickness of the liquid film is further included.
Any of claims 12 to 15 , wherein the control unit executes a film thickness measuring step of measuring the thickness of the liquid film adjusted in the film thickness adjusting step by controlling the film thickness measuring unit. The substrate processing apparatus according to item 1.
鉛直方向に沿う回転軸線のまわりに前記基板を回転させる基板回転ユニットと、A substrate rotation unit that rotates the substrate around a rotation axis along the vertical direction,
脱気された処理液を前記基板の上面に供給する処理液供給ユニットと、A processing liquid supply unit that supplies the degassed processing liquid to the upper surface of the substrate, and
前記基板の上面の回転中心から20mm離れた位置と前記基板の上面の回転中心から80mm離れた位置との間の所定位置に対向し当該所定位置に向けて気体を吐出する気体ノズルを有する気体供給ユニットと、A gas supply having a gas nozzle facing a predetermined position between a position 20 mm away from the rotation center of the upper surface of the substrate and a position 80 mm away from the rotation center of the upper surface of the substrate and discharging gas toward the predetermined position. With the unit
前記基板保持ユニット、前記基板回転ユニット、前記処理液供給ユニットおよび前記気体供給ユニットを制御する制御ユニットとを含み、The substrate holding unit, the substrate rotating unit, the processing liquid supply unit, and a control unit for controlling the gas supply unit are included.
前記制御ユニットが、The control unit
前記基板保持ユニットに前記基板を保持させる基板保持工程と、A substrate holding step of causing the substrate holding unit to hold the substrate,
前記回転軸線のまわりに前記基板を回転させる基板回転工程と、A substrate rotation step of rotating the substrate around the rotation axis,
前記処理液を前記基板の上面に供給することによって、前記基板上に前記処理液の液膜を形成する液膜形成工程と、A liquid film forming step of forming a liquid film of the treatment liquid on the substrate by supplying the treatment liquid to the upper surface of the substrate.
前記所定位置に向けて前記気体ノズルから気体を吐出させることで、前記基板の上面の回転中心から20mm離れた位置および前記基板の上面の回転中心から80mm離れた位置の間の位置における前記液膜の厚さを抑制することによって、前記液膜の厚さのむらを低減しつつ前記液膜の厚さが100μm以上となるように前記液膜の厚さを調整する膜厚調整工程とを実行する、基板処理装置。By discharging gas from the gas nozzle toward the predetermined position, the liquid film is located between a position 20 mm away from the rotation center of the upper surface of the substrate and a position 80 mm away from the rotation center of the upper surface of the substrate. By suppressing the thickness of the liquid film, the film thickness adjusting step of adjusting the thickness of the liquid film so that the thickness of the liquid film becomes 100 μm or more while reducing the unevenness of the thickness of the liquid film is executed. , Substrate processing equipment.
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